CN102046041B - 电动牙刷 - Google Patents

Abstract

电动牙刷具有：电动牙刷主体(1)，其具有把持部(14)；刷构件(2)，其具有刷毛(20)；马达(10)，其用于使刷毛(20)运动；促动器(40)，其使刷构件(2)相对于主体(1)相对旋转，以改变刷毛(20)的朝向；加速度传感器(15)，其用于检测主体(1)的姿势；CPU(120)，其基于检测到的姿势控制促动器(40)，使得刷角成为预先决定的最佳值。

Description

电动牙刷

技术领域

本发明涉及电动牙刷。 

背景技术

已知通过使高速运动的刷毛接触牙齿来进行刷牙(除去食物残渣和牙垢)的类型的电动牙刷。在这样的电动牙刷中，刷毛以不同的角度与牙齿接触，获得的清洁效果不同。例如使刷毛相对于齿轴呈90度地接触，则能够发挥对牙齿表面最好的除垢力。另外，若使刷毛相对于齿轴呈45度地接触，则刷毛的毛前端易于进入齿间和牙周袋(牙齿与齿龈之间)，能够从齿间和牙周袋中有效地刷出食物残渣和牙垢。 

这样，按照磨刷部位或期望的清洁效果等具有最佳的刷角(刷毛相对于齿轴的角度)。但是，大部分使用者未意识到存在希望的刷角。即使意识到刷角，也因为在刷牙中不能确认刷毛实际与牙齿接触的情况，所以难以使刷角符合最佳值。 

此外，在专利文献1中公开了如下的技术方案，即，分4级或8级检测牙刷主体围绕轴的朝向，根据该检测结果推断磨刷部位。具体地说，在主体内部在周向上设置有多个扇状的区域，根据电阻的变化检测导电球进入哪个区域中，由此推断牙刷主体的朝向。但是，这样的结构难以小型化，缺乏实施性。 

专利文献1：JP特开2005-152217号公报。 

发明内容

发明要解决的问题 

本发明的目的在于提供一种在电动牙刷中易于实现适当的刷角的技术。 

用于解决问题的手段 

为了达到上述目的，本发明采用下面的结构。 

本发明的电动牙刷，具有：电动牙刷主体，其具有把持部；刷构件，其具有刷毛；驱动单元，其用于使所述刷毛运动；旋转单元，其使所述刷构件相对于所述电动牙刷主体相对旋转，以改变所述刷毛的朝向；姿势检测单元，其检测所述电动牙刷主体的姿势；控制单元，其基于检测到的姿势控制所述旋转单元，使得所述刷毛相对于沿着齿头和齿根的齿轴的角度即刷角成为预先决定的最佳值。 

根据该结构，按照电动牙刷的姿势进行控制使刷构件自动旋转，使得刷角成为最佳值，因而，能够在磨刷中易于实现适当的刷角，获得良好的清洁效果。 

在此，优选所述控制单元具有：部位推断单元，其基于检测到的姿势从通过区分齿列表面而定义的多个部位中推断正在被磨刷的磨刷部位，刷角推断单元，其基于检测到的姿势推断所述刷毛相对于齿轴的角度即刷角；将针对每个所述磨刷部位而预先设定的刷角的最佳值与所述推断出的刷角进行比较，来控制所述旋转单元，使得刷角成为所述最佳值。 

根据牙齿的种类（上颌/下颌、臼齿/切齿等）和部分（舌侧/颊侧、牙齿表面/咬合面、牙周袋等）不同，食物残渣和牙垢的粘附方式不同，从而针对每个部位有效的刷角不同。另外，即使是同种牙齿，在齿列的右和左与刷毛的接触方式相反。因此，如本发明那样推断磨刷部位，按照该推断结果适当地控制刷角，能够实现更好的清洁效果。 

优选所述控制单元对应于检测到的姿势控制所述驱动单元，以改变所述刷毛的运动方向或运动频率。例如驱动单元为旋转马达时，通过切换旋转马达的旋转方向，或改变转速，能够改变刷毛的运动方向或运动频率。 

这样地不仅控制刷角，还控制刷毛本身的运动，能够实现更好的清洁效果。 

优选所述姿势检测单元基于加速度传感器的输出检测姿势。 

由此，能够高精度地判定姿势，能够比以往更高精度且细化分解地推断磨刷部位和刷角。另外因为加速度传感器小型，所以也易于装入电动牙刷主体内。能够使用单轴的加速度传感器，但是优选使用多轴（两轴、三轴、三轴以上）的加速度传感器。 

优选还具有通知单元，该通知单元对所述刷角为所述最佳值的情况进行通知。由此能够提高使用性。此外，作为通知方法能够利用光、声音、语音、 振动等。 

优选能够改变所述最佳值。由此可以灵活地使用，例如在想要获得好的除垢力时将刷角设定为90度，在想要有效磨刷牙周袋等齿和齿龈之间时，将刷角设定为45度。 

优选所述控制单元控制所述旋转单元，以使所述刷构件在电动牙刷使用后或开始使用时处于预先设定的初始位置。由此，在刷毛的朝向偏离初始位置的状态下结束刷牙时，也能够使刷毛的朝向自动复原至初始位置直到开始下一次刷牙。因此，在开始刷牙时，能够更快速地达到最佳刷角。 

此外，能够尽可能地相互组合上述的各个装置和处理构成本发明。 

发明的效果 

根据本发明，在电动牙刷中易于实现适当的刷角。 

附图说明

图1是第一实施方式的电动牙刷的框图。 

图2是表示第一实施方式的电动牙刷的内部结构的剖视图。 

图3是表示电动牙刷外观的立体图。 

图4中的A和图4中的B是表示刷角控制用促动器的结构的图。 

图5是表示区分磨刷部位的图。 

图6是表示电动牙刷动作的主过程的流程图。 

图7是表示姿势检测处理的流程图。 

图8是磨刷部位推断处理(上颌)的流程图。 

图9是磨刷部位推断处理(下颌)的流程图。 

图10是表示上颌的每个磨刷部位的加速度传感器输出Ax、Ay、Az的一个例子的图。 

图11是表示下颌的每个磨刷部位的加速度传感器输出Ax、Ay、Az的一个例子的图。 

图12是表示电动牙刷的姿势角的定义的图。 

图13是表示传感器输出随着刷角的变化而发生的波形变化的图。 

图14是说明刷角的图。 

图15是表示第二实施方式的电动牙刷的内部结构的剖视图。 

图16是表示第三实施方式的电动牙刷的内部结构的剖视图。 

图17是表示利用整流刷而形成的电连接部的结构的图。 

图18是表示利用线圈而形成的电连接部的结构的图。 

图19是说明刷毛的轨迹的图。 

图20是表示刷角与刷毛的运动之间的关系的图。 

图21是第五实施方式的动作模式切换处理的流程图。 

图22是说明第六实施方式的姿势检测的图。 

图23是说明第七实施方式的自动复原处理的图。 

具体实施方式

下面参照附图，例示性地详细说明本发明的优选实施方式。 

<第一实施方式> 

(电动牙刷的结构) 

参照图1、图2、图3说明电动牙刷的结构。图1是第一实施方式的电动牙刷的框图，图2是表示第一实施方式的电动牙刷的内部结构的剖视图，图3是表示电动牙刷外观的立体图。 

电动牙刷具有：电动牙刷主体1(下面仅称为“主体1”)，其具有外框体1a和内框体1b；刷构件2，其安装在主体1的内框体1b上。 

主体1的外框体1a由呈大致圆筒形状的树脂壳体形成。在外框体1a上设置有用于在刷牙时供使用者用手握持的弹性材料制的把持部14和用于使电源通电/断电和进行模式切换等的开关S等。 

另外，在主体1的外框体1a的内部设置有作为驱动源的马达10、驱动电路12、作为2.4V电源的充电电池13、充电用的线圈(未图示)等。在对充电电池13进行充电时，仅将主体1放置在充电器100上，就能够通过电磁感应非接触地充电。驱动电路12具有执行各种运算和控制的CPU(输入输出处理部)120、存储程序和各种设定值的存储器121、计时器122等。 

(加速度传感器) 

在主体1的内部设置有加速度传感器15。加速度传感器15既可以使用多轴的加速度传感器，也可以使用单轴的加速度传感器。在加速度传感器15使用三轴加速度传感器时，如图3所示，可以设置成x轴平行于刷毛面，y 轴与主体1的长度方向一致，z轴垂直于刷毛面。所说的“刷毛面”是指，与刷毛的毛(纤维)大致垂直并且位于毛的前端部分的假想平面。在加速度传感器15使用单轴加速度传感器时，可以设置成能够检测图3中的z轴方向或x轴方向上的加速度。此外，在本实施方式中，使用x、y、z的三轴加速度传感器。加速度传感器15的输出输入至CPU120，用于检测刷毛的三维姿势。 

作为加速度传感器15优选利用压电电阻型、静电电容型或者热检测型的微机电系统(MEMS：Micro-electromechanical Systems)传感器。因为微机电系统传感器非常小，所以易于装入主体1的内部。但是，加速度传感器15的形式不限于此，可以利用电动式、应变仪式、压电式等传感器。另外，虽然未特别图示，但是可以设置用于对各轴的传感器的灵敏度的平衡(balance)、灵敏度的温度特性、温度漂移等进行修正的修正电路。另外，可以设置用于除去动加速度分量和噪声的带通滤波器(band pass filter)(低通滤波器)。另外，可以通过使加速度传感器的输出波形平滑来降低噪声。 

(刷毛的驱动机构) 

主体1的内框体1b是能够相对于外框体1a自由移动地安装在外框体1a上的构件，具有设置为从外框体1a的前端侧(刷毛侧)的开口部突出的轴杆3。所述刷构件2安装成覆盖该轴杆3。在刷构件2的前端设置有刷毛20。刷构件2是消耗构件，因而形成能够相对于轴杆3(内框体1b)自由装卸的结构，以能够更换为新的刷构件。 

轴杆3是由树脂材形成并且前端(刷毛侧的端部)封闭的筒状的构件，在筒内部的前端具有轴承32。与马达10的旋转轴11连接的偏心轴30的前端插入轴杆3的轴承32中。在偏心轴30的轴承32的附近具有配重31，偏心轴30的重心偏离其旋转中心。CPU120向马达10供给与动作模式对应的驱动信号(例如脉冲宽度调制信号)，当使马达10的旋转轴11旋转时，偏心轴30也随着旋转轴11的旋转而进行旋转，因为偏心轴30的重心偏心，所以偏心轴30进行围绕着旋转中心旋转的运动。由此，偏心轴30的前端对轴承32的内壁反复施加微小的冲击，从而使刷毛20高速振动(运动)。也就是说，马达10起到使刷毛振动(运动)的驱动单元的作用，偏心轴30起到将马达10的输出(旋转)变换为刷毛20的振动的运动传递机构(运动变 换机构)的作用。 

(刷构件的旋转机构) 

本实施方式的电动牙刷具有促动器(旋转单元)40，该促动器40用于使刷构件2相对于主体1的外框体1a相对地旋转移动，以改变刷毛20围绕y轴的朝向。在图4中的A和图4中的B中示出了促动器40的结构。图4中的A是图4中的B的X-X剖视图。 

促动器40由具有固定件41和旋转件42的旋转型马达构成。固定件41固定在主体1的外框体1a上，旋转件42固定在马达10的马达壳体43上。当从CPU120向促动器40供给控制信号时，旋转件42旋转与该控制信号对应的角度。此外，在本实施方式中，旋转件42的旋转角设定在-180度～+180度的范围内。马达壳体43和马达10随着旋转件42的旋转而进行旋转，进而，固定在马达10的旋转轴11上的内框体1b也进行旋转。结果，刷构件2相对于主体1旋转期望的角度，从而能够改变够刷毛20的朝向。在此，所说的“刷毛的朝向”是指刷毛面的法线方向即刷毛的毛前端的方向，所说的“改变刷毛的朝向”是指改变刷毛的朝向的围绕y轴的旋转角。 

作为该促动器40优选利用步进马达等公知的旋转型马达。此外，因为该促动器40只要是能够获得旋转输出的结构即可，所以也可以利用具有弧状的固定件的圆筒型线性马达等。 

如上所述，本实施方式的电动牙刷具有用于使刷毛20运动(振动)的马达10和用于控制刷毛20的朝向(刷角)的促动器40这两种促动器。为了相互区别，将马达10称为刷毛驱动用促动器，将促动器40称为刷角控制用促动器。 

(电动牙刷的动作) 

根据牙齿的种类(上颌/下颌、臼齿/切齿等)和部分(舌侧/颊侧、牙齿表面/咬合面、牙周袋等)不同，食物残渣和牙垢的粘附方式不同，从而针对每个部位有效的刷角不同。另外，即使是同种牙齿，在齿列的右部分和左部分与刷毛的接触方式相反。 

因此，本实施方式的电动牙刷基于通过加速度传感器15检测到的刷毛的姿势推断磨刷部位，按照磨刷部位控制促动器40使刷角成为最佳值。 

在本实施方式中，如图5所示，将上下齿列区分为“上颌前颊侧”、“上 颌前舌侧”、“上颌左颊侧”、“上颌左舌侧”、“上颌左咬合面”、“上颌右颊侧”、“上颌右舌侧”、“上颌右咬合面”、“下颌前颊侧”、“下颌前舌侧”、“下颌左颊侧”、“下颌左舌侧”、“下颌左咬合面”、“下颌右颊侧”、“下颌右舌侧”、“下颌右咬合面”这16个部位。但是，齿列的区分不限于此，可以更粗略地区分，也可以更细致地区分。 

参照图6～图9中的流程图，具体说明刷角自动控制的流程。图6是主过程的流程图，图7～图9是表示主过程的各处理的详细内容的流程图。此外，在没有特别说明的情况下，下面说明的处理是由作为控制单元的CPU120按照程序执行的处理。 

若电动牙刷的电源通电，则CPU120控制马达10开始驱动刷毛20(S10)。下述的S20～S60的处理每隔恒定时间就重复执行。若电动牙刷的电源断电或通过计时器计时的持续动作时间达到规定时间(例如2分钟)，则S20～S60的循环结束(是否持续：否)，CPU120停止驱动刷毛20(S70)。 

(S20：姿势的检测) 

在S20中，CPU120基于加速度传感器15的输出，检测电动牙刷主体的姿势。图7是姿势检测处理(S20)的流程图。 

CPU120从加速度传感器15取得x、y、z各自的输出Ax、Ay、Az(S100)。Ax表示x方向的加速度分量，Ay表示y方向的加速度分量，Az表示z方向的加速度分量。在牙刷处于静止状态时(在加速度传感器15上未作用动加速度时)，Ax、Ay、Az的合成矢量A相当于重力加速度。在此，将A＝(Ax，Ay，Az)称为姿势矢量。 

在此，在姿势矢量A＝(Ax、Ay、Az)的值大于1.2g(g为重力加速度)时(S101：是)，输出错误(S102)。这是因为若在加速度传感器输出中包括大量的动加速度分量，则难以正确确定重力加速度的方向(即，刷毛的三维姿势)。此外，在不是像S102那样输出错误的情况下，可以反复进行S100和S101的处理直到获得合成矢量的值变为1.2g以下的加速度传感器输出Ax、Ay、Az。此外，错误判定的阈值不限于1.2g，也可以是其他值。 

(S30：磨刷部位的推断) 

图8、图9是磨刷部位推断处理(S30)的流程图。另外，图10、图11是表示每个磨刷部位的加速度传感器输出Ax、Ay、Az的一个例子的图。 

首先，CPU120基于z方向的加速度传感器的输出Az判定是上颌或下颌(S700)。该判定基于，在磨刷上颌的齿列时刷毛面多朝上，在磨刷下颌齿列时刷毛面多朝下。在Az＞0时，判定为下颌(S801)，在Az≤0时，判定为上颌(S701)。 

(1)上颌的情况 

CPU120基于y方向的加速度传感器的输出Ay判定是否是前齿(S702)。该判定基于，在磨刷前齿时牙刷主体1比较水平，在磨刷臼齿时，由于与嘴唇的干涉，牙刷主体1不得不倾斜。在Ay≤阈值a时，判定为上颌前齿(S703)。 

在判定为上颌前齿时，CPU120基于x方向的加速度传感器的输出Ax判定是颊侧还是舌侧(S704)。该判定基于，刷毛在颊侧和舌侧的朝向相反。在Ax＞0时，判定为“上颌前颊侧”(S705)，在Ax≤0时判定为“上颌前舌侧”(S706)。 

另一方面，在S702判定不是上颌前齿时，CPU120基于x方向的加速度传感器的输出Ax判定是否是咬合面(S707)。该判定基于，在磨刷咬合面时，刷毛面大致水平，Ax的输出非常小。在阈值b＞Ax＞阈值c时，判定为“上颌左咬合面或上颌右咬合面”(S708)。此外，在第一实施方式中，不用特别区别上颌左咬合面和上颌右咬合面。这是因为在磨刷咬合面时，在左右改变磨刷动作的必要性小。 

在Ax≥阈值b或Ax≤阈值c时，CPU120通过判定Ax是否大于0来判定是颊侧还是舌侧(S709)。该判定基于，刷毛在颊侧和舌侧的朝向相反。在Ax＞0时，判定为“上颌右颊侧或上颌左舌侧”(S710)，在Ax≤0时，判定为“上颌左颊侧或上颌右舌侧”(S711)。此外，在第一实施方式中，不用特别区别上颌右颊侧和上颌左舌侧。这是因为在两部位之间改变刷角等的必要性小。上颌左颊侧与上颌右舌侧也同样。 

(2)下颌的情况 

CPU120基于y方向的加速度传感器的输出Ay判定是否是前齿(S802)。该判定基于，在磨刷前齿时，刷主体1比较水平，在磨刷臼齿时，由于与嘴唇的干涉，牙刷主体1不得不倾斜。在Ay≤阈值d时，判定为下颌前齿(S803)。 

在判定为下颌前齿时，CPU120基于x方向的加速度传感器的输出Ax判定是颊侧还是舌侧(S804)。该判定基于，刷毛在颊侧和舌侧的朝向相反。 在Ax＜0时，判定为“下颌前颊侧”(S805)，在Ax≥0时，判定为“下颌前舌侧”(S806)。 

另一方面，在S802判定不是下颌前齿时，CPU120基于x方向的加速度传感器的输出Ax判定是否是咬合面(S807)。该判定基于，在磨刷咬合面时，刷毛面大致水平，Ax的输出非常小。在阈值e＞Ax＞阈值f时，判定为“下颌左咬合面或下颌右咬合面”(S808)。此外，在第一实施方式中，不用特别区别下颌左咬合面和下颌右咬合面。这是因为在磨刷咬合面时，在左右改变磨刷动作的必要性小。 

在Ax≥阈值e或Ax≤阈值f时，CPU120通过判定Ax是否大于0来判定是颊侧还是舌侧(S809)。该判定基于，刷毛在颊侧和舌侧的朝向相反。在Ax＞0时，判定为“下颌右颊侧或下颌左舌侧”(S810)，在Ax≤0时，判定为“下颌左颊侧或下颌右舌侧”(S811)。此外，在第一实施方式中，不用特别区别下颌右颊侧和下颌左舌侧。这是因为在两部位之间改变刷角等的必要性小。下颌左颊侧或下颌右舌侧也同样。 

通过以上的处理，当前的磨刷部位确定为“上颌前颊侧”(S705)、“上颌前舌侧”(S706)、“上颌咬合面”(S708)、“上颌右颊侧或上颌左舌侧”(S710)、“上颌左颊侧或上颌右舌侧”(S711)、“下颌前颊侧”(S805)、“下颌前舌侧”(S806)、“下颌咬合面”(S808)、“下颌右颊侧或下颌左舌侧”(S810)、“下颌左颊侧或下颌右舌侧”(S811)中的一个。 

此外，上述判定算法只是一个例子，只要能够根据加速度传感器的输出Ax、Ay、Az确定磨刷部位，可以是任意的判定算法。例如不是将Ax、Ay、Az的值直接用作判定变量，而在判定中使用将Ax、Ay、Az进行适当组合得到的2次变量。2次变量例如能够任意设定为Ay/Az、Ax·Ax+Ay·Ay、Az-Ax。或者，可以将各轴的加速度信息Ax、Ay、Az变换为图12所示的角度信息(姿势角)α、β、γ后，判定磨刷部位。在图12的例子中，将x轴相对于重力加速度方向的角度定义为滚动角α，将y轴相对于重力加速度方向的角度定义为倾角β，将z轴相对于重力加速度方向的角度定义为余角γ。能够根据临床试验等的结果决定判定中使用的阈值。 

(S40～S60：刷角的控制) 

在S40中，CPU120基于S20中检测到的姿势(加速度传感器的输出) 推断当前的刷角的值。所说的刷角是指刷毛相对于齿轴(沿着齿头和齿根的轴)的接触角。但是，在S40的推断处理中，算出假设通过促动器40产生的内框体1b的旋转角为0度并且齿轴与重力方向一致的情况下的刷角。此外，在此以0度～90度的范围表示刷角。 

例如，能够根据z方向的加速度分量Az推断刷角。这是因为，如图13所示，Az的值以在刷角约为90度时Az大致为0，刷角越小Az的值越大Az的方式，根据刷角有规律的变化。此外，因为x方向的加速度分量Ax也按照刷角产生变化，所以可以根据Ax推断刷角来代替Az，优选根据Ax和Az(Ax和Az的合成矢量的方向)推断刷角。刷角既可以是连续量，也可以是0度～10度、10度～20度、……这样的离散值。 

图14的上边的图表示刷角＝0度的状态，中间的图表示刷角＝45度的状态，下边的图表示刷角＝90度的状态。在磨刷咬合面时，优选刷角约为0度。另外，在要从牙周袋或齿间有效地刷出食物残渣和牙垢时，希望刷毛以刷毛的毛前端进入牙周袋或齿间的方式运动，从而优选刷角约为45度。另一方面，在刷角为90度时，能够对牙齿表面发挥最好的除垢能力。 

这样，能够依据磨刷部位或期望的清洁效果等决定最佳的刷角。在此，将“上颌咬合面”和“下颌咬合面”的刷角的最佳值设定为0度，将“上颌右颊侧”、“上颌左舌侧”、“上颌左颊侧”、“上颌右舌侧”、“下颌右颊侧”、“下颌左舌侧”、“下颌左颊侧”、“下颌右舌侧”的刷角的最佳值设定为45度，将“上颌前颊侧”、“上颌前舌侧”、“下颌前颊侧”、“下颌前舌侧”的刷角的最佳值设定为90度。这些设定值存储在存储器121中。此外，在此所示的刷角的最佳值只是一个例子，可以将最佳值设定为任意值，另外优选使用者能够将最佳值改变为期望的值。进一步，可以预先准备多个设定值，如“除垢模式”和“牙周袋模式”，若使用者选择除垢模式，则在除了咬合面以外的磨刷部位自动设定“45度”的最佳值，若选择牙周袋模式，则在除了咬合面以外的磨刷部位自动设定“90度”的最佳值。 

在S50中，CPU120对S40中得到的当前刷角的值与S30中得到的磨刷部位处的刷角的最佳值进行比较，判定刷角是否适当。在以如“45度”那样的一个值定义最佳值的情况下，只要评价当前值与最佳值的差即可。在以如“40度～50度”那样的数值范围定义最佳值的情况下，只要评价当前值是 否处于该数值范围内即可。 

在此，在判定刷角不适当的情况下(S50：否)，CPU120调整刷角(S60)。具体地说，CPU120求出最佳值与当前值的差值，然后向促动器40送出与该差值(角度)相当的控制信号，使刷构件2旋转。由此，控制刷毛20的朝向使刷角变为最佳值。 

根据上述的本实施方式的结构，按照电动牙刷的姿势进行控制使刷构件2旋转以使刷角变成最佳值，因而在磨刷中易于实现适当的刷角，能够获得良好的清洁效果。 

<第二实施方式> 

图15示出了本发明的第二实施方式的电动牙刷的结构。与第一实施方式不同点为，在外框体1a与内框体1b之间设置有轴承44。根据该结构，能够提高内框体1b的位置稳定性。另外，因为内框体1b的位置稳定，所以能够缩短促动器40轴向上的长度，使电动牙刷主体1小型化。 

<第三实施方式> 

图16示出了本发明的第三实施方式的电动牙刷的结构。在第一和第二实施方式中，经由导线向马达10供给电力，而在第三实施方式中，经由电连接部45从驱动电路12向马达10供给电力。 

在如第一、第二实施方式所示的马达10与驱动电路12之间通过导线连接的结构中，为了防止导线的扭转和断线，需要限制促动器40的旋转范围。另一方面，本实施方式的电连接部45是无论促动器40的旋转角如何都能够确保驱动电路侧的电力供给线与马达10的电极间的电连接的电路结构。例如在需要使促动器40旋转360度以上等情况下，适于利用该结构。 

图17作为电连接部45的一个例子示意地示出了由整流刷构成的电路结构。根据这样的电路结构，无论整流刷的接触位置如何(无论内框体1b与外框体1a的位置关系如何)，都能够从驱动电路12侧向马达10供给电力，使得恒定方向的电流I流向马达10。 

图18作为电连接部45的一个例子示意地示出了通过线圈形成的电路结构。通过这样的电路结构，能够通过电磁感应从驱动电路12侧向马达10供给电力。 

<第四实施方式> 

在第四实施方式中，设置有通知刷角为最佳值的功能。具体地说，在通过图6的S50判定为刷角适当的情况下，CPU120使设置在外框体1a上的发光部(LED等)发光。使用者通过观察发光部的点亮状态，易于把握刷角为最佳值的情况。 

在此，优选按照S40得到的刷角的当前值与S30中得到的磨刷部位的最佳值的差值改变通知方式(发光颜色、亮灭类型等)。由此，因为对不需要通过促动器40调整刷角的情况(主体1的姿势正确的状态)和通过促动器40对刷角进行调整的情况(主体1的姿势不正确的状态)进行区别，所以能够让使用者学习正确的姿势。 

此外，通知方法除了光以外，还能够使用声音、振动、语音等。在使用声音时，能够按照差值改变声音的大小和类型。在使用振动时，能够按照差值改变振动强度和长度。在使用语音时，例如能够通知如“请再倾斜30度左右”、“请稍微倾斜”、“最佳的刷角”这样的内容。 

<第五实施方式> 

在第五实施方式中，不仅按照检测到的姿势改变刷角，还改变刷毛的运动方向(具体为马达10的旋转方向)、刷毛的运动频率(具体为马达10的转速)。其他结构与上述的实施方式相同，因此，下面以本实施方式特有的结构为中心进行说明。 

(振动特性) 

如上所述，该电动牙刷利用偏心轴的旋转运动使刷毛产生振动，刷毛20以在垂直于马达10的旋转轴的面内描画椭圆状的轨迹的方式振动。发明人们通过一边改变频率(马达转速)一边观察分析刷毛的振动，发现该电动牙刷具有如下的振动特性。 

(1)刷毛部分具有至少两个谐振点(共振频率)。 

(2)各谐振点的共振方向不同。具体地说，如图19所示，在频率低的一侧的谐振点(第一共振：约12500spm)上，平行于刷毛面的x轴方向上的振幅变大。在频率低的一侧的谐振点(第二共振：约38000spm)上，垂直于刷毛面的z轴方向上的振幅变大。在共振外(例如约26500spm)的区域中，刷毛描画相对于x轴(z轴)倾斜(约45度)的轨迹。此外，“spm”是表示每分钟振动次数的单位。 

出现方向不同的多个共振的理由很可能是由于电动牙刷的结构和其驱动原理。发明者人们通过一边改变偏心轴和刷毛的结构一边反复进行试验，得出第一谐振点主要依赖于运动传递机构，第二谐振点主要依赖于刷毛。换言之，通过改变运动传递机构的结构、形状(简单为偏心轴的配重的位置、大小、重量等)能够调整第一谐振点的频率和振幅，另外，通过改变刷毛的结构、形状能够调整第二谐振点的频率和振幅。 

图20的上边的图表示刷角＝45度的状态，图20的下边的图表示刷角＝90度的状态。另外，图20的左侧表示马达正转的状态，右侧表示马达反转的状态。并且，各个箭头表示刷毛的运动(振幅最大的方向)。大致情况为，在第一共振中刷毛横向(x轴方向)运动，在第二共振中刷毛纵向(z轴方向)运动，在共振外中刷毛倾斜运动。 

在要从牙周袋或齿间有效地刷出食物残渣和牙垢时，可以使刷毛以其毛前端进入牙周袋或齿间的方式运动。即，优选刷毛的运动方向相对于齿轴倾斜(例如45度)。因而，可知在图20的例子中，在刷角为45度时，最适宜于第二共振的运动。另一方面，刷角为90度时，在下颌右舌侧，最适宜于马达正转的共振外的运动，并且在下颌右颊侧，最适宜于马达反转的共振外的运动。此外，按照同样的想法，能够决定与各个磨刷部位与刷角的组合的相对应最佳的动作模式(马达旋转方向和刷毛频率)。 

图21是本实施方式的动作模式切换处理的流程图。该处理在例如图6的S60等后执行。 

CPU120通过将S30中得到的磨刷部位与S40中得到的刷角(或刷角的最佳值)与上一次处理时的磨刷部位和刷角进行比较，确认磨刷部位或者刷角是否发生了变化(S1800)。此外，上一次处理时的磨刷部位和刷角存储在存储器中。 

在磨刷部位或者刷角发生了变化的情况下(S1800：是)，CPU120判定当前的磨刷部位相对于第一组和第二组中的哪个(S1801)，其中，第一组是指“下颌左颊侧、下颌右舌侧、上颌左舌侧、上颌右颊侧”，第二组是指“下颌右颊侧、下颌左舌侧、上颌右舌侧、上颌左颊侧”。然后，在是第一组时，CPU120使马达正转(S1802)。在是第二组时，CPU120使马达反转(S1803)。进一步，在刷角为45度时，CPU12以第二共振(高速)的方式 控制刷毛的频率(S1804、S1805)，在刷角为90度时，CPU12以共振外(中速)的方式控制刷毛的频率(S1806)。 

根据上述的本实施方式的控制，在磨刷齿间或牙周袋时能够基于磨刷部位和刷角的信息实现最佳的刷毛前端的运动，能够进一步提高除垢力。 

此外，在本实施方式中，控制刷毛的运动方向和运动频率，但是优选仅控制其中的任一个。例如，对于牙龈过敏的部位，降低运动频率，减弱磨刷强度，相反地，对于期望好的清洁效果的部位，提高运动频率，增强磨刷强度。由此，能够提高清洁效果和治疗感。另外，牙刷的振动机构关于yz平面对称，因而当使马达的旋转方向反转，则刷毛描画关于yz平面对称的轨迹。因此，可以按照磨刷部位切换马达的旋转方向，使得刷毛的毛前端在从牙周袋中刷出牙垢的方向上运动。 

<第六实施方式> 

第六实施方式采用通过单轴的加速度传感器推断磨刷部位和刷角的结构。 

图22的上边的图示出了正在磨刷颊侧或舌侧的牙齿表面的状态。此时，刷角(余角γ)约为90度，重力加速度的x轴方向分量约为1g或者-1g(正负与齿列的左右相对应)，重力加速度的z轴方向分量大致为0。另一方面，图22的下边的图示出了正在磨刷咬合面的状态。此时，刷角(余角γ)大致为0度，重力加速度的x轴方向分量大致为0，重力加速度的z轴方向分量约为1g或者-1g(正负与齿列的上下相对应)。 

如果利用这样的特性，则仅通过x轴的加速度传感器或z轴的加速度传感器就能够判别是“颊侧或舌侧的牙齿表面”还是“咬合面”，从而能够进一步判别左右上下。并且，与上述的实施方式相同，能够根据x轴或z轴的加速度传感器输出算出刷角。推断了磨刷部位和刷角之后的处理与上述的实施方式相同。 

<第七实施方式> 

第七实施方式的电动牙刷具有在使用电动牙刷后将刷构件复原至初始位置的自动复原功能。其他结构与上述实施方式相同。 

如图23的流程图所示，若通过开关操作使电动牙刷的电源断电或通过计时器计时的持续动作时间达到规定时间(例如2分钟)，则结束S20～S60 的循环(是否持续：否)，停止驱动刷毛(S70)。然后，在S230中，CPU120控制促动器40，使刷构件2的角度(刷毛的朝向)返回为初始位置(原来位置)。在本实施方式中，将刷毛面朝向电动牙刷主体的开关S一侧的状态(参照图2)决定为初始位置。 

根据这样的自动复原功能，在以刷毛的朝向偏离初始位置的状态结束刷牙的情况下，刷毛的朝向自动复原至初始位置直到下一次的刷牙开始。因此，在开始下一次刷牙时，能够更快速达到最佳刷角。 

此外，优选在检测到电动牙刷放置在充电器100上时使刷构件返回初始位置的控制。另外，考虑到在电源断电或通过计时器自动停止后有可能马上再开始刷牙，优选在检测到电源断电等之后经过规定时间(例如1分)后，使刷构件复原至初始位置。 

另外，在本实施方式中，在结束使用电动牙刷后执行自动复原处理，但是，在开始使用电动牙刷时(例如，电源通电时，从充电器100上取下电动牙刷等时)执行自动复原处理，也能够获得同样的作用效果。 

<其他> 

上述实施方式的结构仅是例示了本发明的一个具体例子的结构。本发明的保护范围不限于上述实施方式，能够在其技术思想的范围内进行各种变形。例如，优选相互组合上述的各实施方式的结构。另外，上述实施方式中，例示了利用偏心配重的振动方式的电动牙刷，但是本发明能够适用于其他运动方式的电动牙刷。例如，能够适用于旋转往复运动、直线往复运动、刷毛旋转运动和切换组合这些运动的电动牙刷。另外，本发明不仅适用于充电式的电动牙刷，也适用于干电池式和通过连接电源软线来使用的类型的电动牙刷。 

另外，为了进一步提高刷毛的姿势检测精度和磨刷部位、刷角的推断精度，优选根据加速度传感器和陀螺仪(gyroscope)的输出算出刷毛相对于基准位置的移动量和相对姿势。关于基准位置，既可以将电源通电时刻的姿势设定为基准位置，或者，设置让使用者输入基准位置(开始磨刷的位置)的结构(例如，在牙刷主体水平并且使刷毛与上颌前颊侧接触的状态下按压开关)。能够通过对根据加速度传感器输出得到的x轴方向、y轴方向、z轴方向上的各个动加速度分量进行二阶积分，算出移动量(移动距离)。但是， 在计算移动量时，能够将牙刷的坐标系xyz变换为以重力加速度方向为Z轴的坐标系XYZ(可以以上述基准位置为原点)。例如，针对每个时钟脉冲算出X、Y、Z方向上的各自的移动距离并进行累积，由此能够算出相对于基准位置(初始位置)的相对位置。然后，如果知道了相对于基准位置的相对位置，则能够比上述实施方式更正确且更详细地确定磨刷部位。进一步，还优选利用磁传感器等获得的方位信息算出刷毛的位置。此外，在从加速度传感器输出中抽出动加速度分量时，能够使用高通滤波器等带通滤波器。此时，为了除去由于刷毛的振动产生的噪声，优选滤掉与刷毛的驱动频率相当的100Hz～300Hz左右的频率成分。另外，优选与陀螺仪组合，算出更正确的移动量和移动方向。而且，对于前齿来说，根据用左右哪支手握持牙刷主体的不同，刷毛的姿势改变180度，因而可以让使用者登录好使的手(握持牙刷好用的手)，按照所登录的好使的手改变磨刷部位的判定算法，或者改变动作模式(马达旋转方向、刷毛的运动)。 

另外，可以通过设置在刷构件2的前端部分的小型照相机对口腔内进行拍摄，将该图像信息应用于刷毛的姿势检测。进一步，可以在刷构件2的前端部分设置温度传感器或光传感器，将各个的检测结果应用于刷毛的姿势检测。 

Claims (6)

1.一种电动牙刷，其特征在于，具有：

电动牙刷主体，其具有把持部；

刷构件，其具有刷毛；

驱动单元，其用于使所述刷毛运动；

旋转单元，其使所述刷构件相对于所述电动牙刷主体相对旋转，以改变所述刷毛的朝向；

姿势检测单元，其检测所述电动牙刷主体的姿势；

控制单元，其基于检测到的姿势控制所述旋转单元，使得所述刷毛相对于沿着齿头和齿根的齿轴的角度即刷角成为预先决定的最佳值

所述控制单元具有：

部位推断单元，其基于检测到的姿势从通过区分齿列表面而定义的多个部位中推断正在被磨刷的磨刷部位，

刷角推断单元，其基于检测到的姿势推断所述刷毛相对于齿轴的角度即刷角；

将针对每个所述磨刷部位而预先设定的刷角的最佳值与所述推断出的刷角进行比较，来控制所述旋转单元，使得刷角成为所述最佳值。

2.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述控制单元对应于检测到的姿势控制所述驱动单元，以改变所述刷毛的运动方向或运动频率。

3.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述姿势检测单元基于加速度传感器的输出检测姿势。

4.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，还具有通知单元，该通知单元对所述刷角为所述最佳值的情况进行通知。

5.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，能够改变所述最佳值。

6.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述控制单元控制所述旋转单元，以使所述刷构件在电动牙刷使用后或开始使用时处于预先设定的初始位置。

Images