JP5359210B2 - 電動歯ブラシ - Google Patents

Description

本発明は、電動歯ブラシに関する。

電動歯ブラシの正しい使い方を支援するためのアイデアとしては、たとえば次のものが知られている。

特許文献１には、ブラッシング時間とブラシ圧とブラシの左右の向きを検出し、左右それぞれのブラッシングの達成度を表示する構成が開示されている。特許文献２には、充電台から歯ブラシを取り出すとタイマが作動して、ブラッシング時間を計測する構成が開示されている。特許文献３には、ブラシ圧が適正な場合のみブラッシング時間を累積し、累積値が予め設定された目標時間に達すると報知を行う構成が開示されている。また、特許文献４には、歯ブラシ本体の軸周りの向きを４段階または８段階に検出し、その検出結果からブラッシング部位を推定するというアイデアが開示されている。具体的には、本体内部に複数の扇状の区画が周方向に設けられており、導電性の球がどの区画に入っているかを電気抵抗の変化から検知することで、歯ブラシ本体の向きを推定している。ただしこのような機構は小型化が難しく、また歯ブラシの運動により球の位置が安定しないため高い検知精度を得るのが難しい。なお特許文献４では、部位ごとに、ブラッシングの回数や時間を記録し、ブラッシングが適正に行われたかどうかの評価を出力している。

特許文献５には、口腔内の各領域をブラッシングするためのインターバルを連続的に表示する電動歯ブラシが開示されている。また特許文献６には、歯列を模した表示部において各歯を順番に点灯することで、ブラッシングの順番をガイドする子供用の歯磨学習器具が開示されている。
特開平６−３１５４１３号公報 特表２００３−５３４０９５号公報 特開昭５７−１９０５０６号公報 特開２００５−１５２２１７号公報 特表平１０−５０８７６５号公報 特開２０００−１１６５５４号公報

従来の電動歯ブラシでは、ブラッシングしている部位を精度よく推定することが困難であったため、大まかな区分での達成度表示しかできず、ブラッシングの評価指針としては有用性・信頼性が低かった。また、ブラッシングのガイドも、予め決められた通りに使用者を誘導することしかできず、柔軟性に欠けていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電動歯ブラシの適切な使い方や正しいブラッシングを支援するための技術を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。

本発明の第１態様に係る電動歯ブラシは、ブラシと、前記ブラシを運動させる駆動手段と、加速度センサの出力に基づき前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、検出され
た姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定する部位推定手段と、部位ごとにブラッシング時間を計測する時間計測手段と、計測されたブラッシング時間に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力する評価出力手段と、を備える。

加速度センサの出力を利用することにより、高精度にブラシの姿勢を判定でき、従来よりも高精度かつ高分解能なブラッシング部位の同定が可能となる。したがって、従来よりも細かい区分（部位）でブラッシング結果を評価でき、有用かつ信頼性の高い評価指針を使用者に提供することが可能となる。しかも加速度センサは小型ゆえ、電動歯ブラシ本体への組み込みも容易である。１軸の加速度センサを用いることもできるし、好ましくは、多軸（２軸、３軸、それ以上）の加速度センサを用いることもできる。

なお、本発明の構成のすべてを電動歯ブラシ本体に設ける必要はなく、構成の一部を、電動歯ブラシ本体とは別体の外部機器（たとえば歯ブラシの充電器、ホルダ、専用の表示器など）に設けても構わない。後者の場合、本発明の電動歯ブラシは、電動歯ブラシ本体と外部機器とから構成される。

検出された姿勢に基づいて、歯軸に対する前記ブラシの角度であるブラシ角を推定するブラシ角推定手段をさらに備え、前記評価出力手段は、さらに、推定されたブラシ角に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力することが好ましい。

適切でないブラシ角でブラッシングを行った場合、最適なブラシ角に比べて歯垢除去力が劣るため、所期のブラッシング効果が得られなかったり、ブラッシングに時間がかかったりする可能性がある。本発明の構成によれば、ブラシ角を考慮した評価が出力されるので、使用者に対して正しいブラシ角によるブラッシングを意識させることができる。

ブラシ圧を検知するブラシ圧検知手段をさらに備え、前記評価出力手段は、さらに、検知されたブラシ圧に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力することが好ましい。

適切でないブラシ圧でブラッシングを行った場合、歯垢除去力の低下、ブラシ寿命の低下、歯肉への負担増などの問題が生じる可能性がある。電動歯ブラシのブラシ圧は普通の歯ブラシよりも小さくてよいことから、電動歯ブラシを使いはじめたほとんどの人はブラシ圧超過の傾向にあるといわれている。本発明の構成によれば、ブラシ圧を考慮した評価が出力されるので、使用者に対して正しいブラシ圧によるブラッシングを意識させることができる。

なお、ブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧の各項目を個別に評価してもよいし、複数の項目を総合的に評価してもよい。

推定されたブラシ角と予め決められたブラシ角の最適値とを比較して、ブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力するブラシ角ガイド手段、をさらに備えることが好ましい。

これにより、最適なブラシ角を使用者に理解させ、正しいブラッシングを学習させることができる。

たとえば、前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角が前記最適値であること、または、ブラシ角が前記最適値でないこと、を報知することが好ましい。

これにより、使用者はブラシ角と最適値の一致（または乖離）を容易に認識することができる。報知の方法は、音、光、振動、音声などどのようなものでもよい。

さらに、前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角と前記最適値との差の大きさに応じて、報知のレベルを段階的に変化させることが好ましい。

使用者は、報知のレベルの変化により、ブラシ角が最適値に近づいていることを把握できるため、ブラシ角を最適値に容易に一致させることができる。

部位ごとのブラッシング結果に基づいて、ブラッシングが十分でない部位の中から次にブラッシングすべき部位を決定しガイドするブラッシング部位ガイド手段、をさらに備えることが好ましい。

このようなガイドにより、磨き残しがなくかつ効率的なブラッシングが可能となる。すなわち、次にブラッシングすべき部位は、ブラッシングが十分でない部位の中から選ばれるため、磨き残しがなくなるし、同じ部位を重複してブラッシングするなどの無駄がなくなる。また、本発明では実際にブラッシングされている部位が同定されるため、たとえ使用者がガイドに従わずに別の部位をブラッシングした場合でも、ブラッシング結果の正しい記録・評価が可能であるとともに、ブラッシング順のガイドも適宜修正される。

前記ブラッシング部位ガイド手段は、現在のブラッシング部位がブラッシングすべき部位と異なる場合に、ブラッシング部位の変更をガイドすることが好ましい。

既にブラッシングが終了した部位を使用者が重複してブラッシングしようとした場合などに、ブラッシング部位の変更が促されるため、効率的なブラッシングが可能となる。

また、本発明の第２態様に係る電動歯ブラシは、ブラシと、前記ブラシを運動させる駆動手段と、前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、検出された姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定する部位推定手段と、検出された姿勢に基づいて、歯軸に対する前記ブラシの角度であるブラシ角を推定するブラシ角推定手段と、推定されたブラシ角と前記ブラッシング部位におけるブラシ角の最適値とを比較して、ブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力するブラシ角ガイド手段と、を備える。ここで、前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角が前記最適値であること、または、ブラシ角が前記最適値でないこと、を報知することが好ましい。また、前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角と前記最適値との差の大きさに応じて、報知のレベルを段階的に変化させることが好ましい。

なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明は、電動歯ブラシの適切な使い方や正しいブラッシングを支援することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

（第１実施形態）
＜電動歯ブラシの構成＞
図１、図２、図３を参照して、電動歯ブラシの構成を説明する。図１は第１実施形態の
電動歯ブラシのブロック図であり、図２は第１実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図であり、図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。

電動歯ブラシは、駆動源であるモータ１０を内蔵する電動歯ブラシ本体１（以下、単に「本体１」ともいう。）と、ブラシ２１０を有する振動部材２とを備えている。本体１は、概ね円筒形状を呈しており、歯を磨く際に使用者が手で握るためのハンドル部を兼ねている。さらに、本実施形態の電動歯ブラシは、本体１を載置・充電するための充電器１００と、ブラッシング結果を出力するための表示器１１０と、を備えている。

本体１には、電源のオン／オフおよび動作モードの切り替えを行うためのスイッチＳが設けられている。また本体１の内部には、駆動源であるモータ１０、駆動回路１２、２．４Ｖ電源である充電池１３、充電用のコイル１４などが設けられている。充電池１３を充電する際には、充電器１００に本体１を載置するだけで、電磁誘導により非接触で充電可能である。駆動回路１２は、各種演算・制御を実行するＣＰＵ（入出力処理部）１２０、プログラムや各種設定値を記憶するメモリ１２１、タイマ１２２、データ送信部１２３などを有している。データ送信部１２３は、表示器１１０のデータ受信部１１２との間で無線通信を行うための通信手段である。表示器１１０は、データ受信部１１２で受信したブラッシング結果などのデータを出力するためのディスプレイ１１１を備えている。

さらに本体１の内部には、多軸（ここではｘ，ｙ，ｚの三軸）の加速度センサ１５が設けられる。加速度センサ１５は、図３に示すように、ｘ軸がブラシ面に対して平行になり、ｙ軸が本体１の長手方向に一致し、ｚ軸がブラシ面に対して垂直になるように設置される。つまり、本体１を充電器１００に載置したときに、重力加速度ベクトルがｙ軸に平行になり、ブラシ面を上に向けたときに、重力加速度ベクトルがｚ軸に平行になり、本体１を水平にしてブラシ面を横に向けたときに、重力加速度ベクトルがｘ軸に平行になる。加速度センサ１５の各軸の出力はＣＰＵ１２０に入力され、ブラシの三次元姿勢を検出するために利用される。

加速度センサ１５としては、ピエゾ抵抗タイプ、静電容量タイプ、もしくは熱検知タイプのＭＥＭＳセンサを好ましく利用できる。ＭＥＭＳセンサは非常に小型であるため、本体１の内部への組み込みが容易だからである。ただし、加速度センサ１５の形式はこれに限らず、動電式、歪みゲージ式、圧電式などのセンサを利用しても構わない。また特に図示しないが、各軸のセンサの感度のバランス、感度の温度特性、温度ドリフトなどを補正するための補正回路を設けるとよい。また、動加速度成分やノイズを除去するためのバンドパスフィルタ（ローパスフィルタ）を設けてもよい。また、加速度センサの出力波形を平滑化することによりノイズを低減してもよい。図２９は、前後数１００ｍｓｅｃのデータを平均化することで、出力波形の高周波ノイズを低減した例である。

また、本体１の内部には、ブラシ圧（ブラシに作用する荷重）を検知する荷重センサ（ブラシ圧検知手段）１７を備えている。荷重センサ１７としては、ストレインゲージ、ロードセル、圧力センサなどどのようなタイプのものも利用可能であるが、小型で本体１への組み込みが容易であるという理由からＭＥＭＳセンサを好適に用いることができる。

振動部材２は、本体１側に固定されているステム部２０と、このステム部２０に装着されるブラシ部品２１とを備える。ブラシ部品２１の先端にはブラシ２１０が植毛されている。ブラシ部品２１は消耗部品ゆえ、新品に交換できるよう、ステム部２０に対して着脱自在な構成となっている。

ステム部２０は、樹脂材からなる。ステム部２０は、エラストマからなる弾性部材２０２を介して本体１に取り付けられている。ステム部２０は、先端（ブラシ側の端部）が閉
じた筒状の部材であり、筒の内部の先端に軸受２０３を有している。モータ１０の回転軸１１に連結された偏心軸３０の先端が、ステム部２０の軸受２０３に挿入される。この偏心軸３０は、軸受２０３の近傍に重り３００を有しており、偏心軸３０の重心はその回転中心からずれている。なお、偏心軸３０の先端と軸受２０３の間には微小なクリアランスが設けられている。

＜電動歯ブラシの駆動原理＞
ＣＰＵ１２０が動作モードに応じた駆動信号（たとえばパルス幅変調信号）をモータ１０に供給し、モータ１０の回転軸１１を回転させる。回転軸１１の回転に伴って偏心軸３０も回転するが、偏心軸３０は重心がずれているために回転中心の回りに旋回するような運動を行う。よって、偏心軸３０の先端が軸受２０３の内壁に対して衝突を繰り返し、ステム部２０とそれに装着されたブラシ部品２１とを高速に振動（運動）させることとなる。つまり、モータ１０が、ブラシを振動（運動）させる駆動手段の役割を担い、偏心軸３０が、モータ１０の出力（回転）を振動部材２の振動に変換する運動伝達機構（運動変換機構）の役割を担っている。

使用者は、本体１を手で持ち、高速に振動するブラシ２１０を歯に当てることで、ブラッシングを行うことができる。なお、ＣＰＵ１２０はタイマ１２２を用いて継続動作時間を監視しており、所定時間（たとえば２分間）が経過したら自動的にブラシの振動を停止させる。

本実施形態の電動歯ブラシでは、運動伝達機構である偏心軸３０が振動部材２に内包され、特に重り３００がブラシ２１０の近傍に配置されている。よって、ブラシ２１０の部分を効率的に振動させることができる。その一方で、振動部材２（ステム部２０）が弾性部材２０２を介して本体１に取り付けられているので、振動部材２の振動が本体１に伝わり難くなっている。よって、歯を磨く際の本体１および手の振動を低減でき、使用感の向上を図ることができる。

＜電動歯ブラシの動作＞
歯の種類（上顎／下顎、臼歯／切歯など）や部分（舌側／頬側、歯面／噛み合わせ面など）によって、食物残渣や歯垢の付き方が異なる。よって、たとえばブラシの当て方（ブラシ角やブラシ圧）、動かし方、スピード、ブラッシング時間など、歯列の部位ごとに効果的なブラッシング動作に違いがある。それゆえ、適切なブラッシングが行われているかどうかの評価は、部位ごとに行うことが望ましい。

そこで、本実施形態の電動歯ブラシは、加速度センサ１５で検出されたブラシの姿勢に基づいてブラッシング部位を精度よく推定することにより、部位ごとのブラッシング評価を実現する。評価項目は種々考えられるが、ここではブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧の３項目についての評価を行う。

本実施形態では、図４に示すように、上下の歯列を、「上顎前頬側」、「上顎前舌側」、「上顎左頬側」、「上顎左舌側」、「上顎右頬側」、「上顎右舌側」、「下顎前頬側」、「下顎前舌側」、「下顎左頬側」、「下顎左舌側」、「下顎右頬側」、「下顎右舌側」、の１２箇所の部位に区分する。ただし、歯列の区分はこれに限らず、もっと大まかな区分でもよいし、より細かい区分でもよい。たとえば、上下左右の噛み合わせ面を考慮してもよい。

図５〜図８のフローチャートを参照して、ブラッシング評価のフローを具体的に説明する。図５はメインルーチンのフローチャートであり、図６〜図８はメインルーチンの各処理の詳細を示すフローチャートである。なお、以下に説明する処理は、特にことわりのな
い限り、ＣＰＵ１２０がプログラムに従って実行する処理である。

電動歯ブラシの電源がＯＮになると、ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５の出力に基づきブラシの姿勢（傾き）を検出する（Ｓ１０）。次に、ＣＰＵ１２０は、Ｓ１０で検出された姿勢に基づいてブラッシング部位を推定する（Ｓ２０）。次に、ＣＰＵ１２０は、ブラッシング時間の計測（Ｓ３０）、ブラシ角の推定（Ｓ４０）、ブラシ圧の検知（Ｓ５０）を行う。これらの情報は、部位別にメモリに記録される（図１１参照）。Ｓ１０〜Ｓ５０の処理は一定時間ごとに繰り返し実行される。電源がＯＦＦになるか、継続動作時間が所定時間（たとえば２分間）に達すると、ＣＰＵ１２０は、メモリに記録されたブラッシング情報（ブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧）に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し、その評価結果を表示部１１０に出力する（Ｓ６０）。なお、メモリ内のブラッシング情報は、電動歯ブラシの電源がＯＮになるたびにクリアされる。

以下、Ｓ１０〜Ｓ６０の処理を詳しく説明する。

＜姿勢の検出＞
図６は姿勢検出処理（Ｓ１０）のフローチャートである。

ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５からｘ、ｙ、ｚそれぞれの出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを取得する（Ｓ１００）。Ａｘはｘ方向の加速度成分、Ａｙはｙ方向の加速度成分、Ａｚはｚ方向の加速度成分を表す。歯ブラシが静止状態にあるとき（加速度センサ１５に動加速度が作用していないとき）は、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの合成ベクトルＡが重力加速度に相当する。ここでは、Ａ＝（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）を姿勢ベクトルとよぶ。

ここで、姿勢ベクトルＡ＝（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）の大きさが１．２ｇ（ｇは重力加速度）より大きい場合は（Ｓ１０１；ＹＥＳ）、エラーを返す（Ｓ１０２）。加速度センサ出力に動加速度成分が多く含まれていると、重力加速度の方向（つまりブラシの三次元姿勢）を正確に特定するのが難しくなるからである。なお、Ｓ１０２のようにエラーを返すのではなく、合成ベクトルの大きさが１．２ｇ以下となる加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが得られるまでＳ１００とＳ１０１の処理を繰り返すようにしてもよい。なお、エラー判定のしきい値は１．２ｇに限らず、他の値でもよい。

＜ブラッシング部位の推定＞
図７、図８はブラッシング部位推定処理（Ｓ２０）のフローチャートである。また図９、図１０は、ブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの一例を示す図である。

まずＣＰＵ１２０は、ｚ方向の加速度センサの出力Ａｚに基づき、上顎か下顎かを判定する（Ｓ７００）。上顎の歯列をブラッシングするときはブラシ面が少なからず上向きになり、下顎の歯列をブラッシングするときはブラシ面が少なからず下向きになることに着目した判定である。Ａｚ＞０の場合は下顎（Ｓ８０１）、Ａｚ≦０の場合は上顎（Ｓ７０１）と判定される。

（１）上顎の場合
ＣＰＵ１２０は、ｙ方向の加速度センサの出力Ａｙに基づいて前歯か否かを判定する（Ｓ７０２）。前歯をブラッシングするときは歯ブラシ本体１が比較的水平になるが、臼歯をブラッシングするときは唇との干渉があるため歯ブラシ本体１が斜めにならざるをえないことに着目した判定である。Ａｙ≦閾値ａの場合は上顎前歯と判定される（Ｓ７０３）。

上顎前歯と判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて頬側か舌側かを判定する（Ｓ７０４）。頬側と舌側とではブラシの向きが反転することに着目した判定である。Ａｘ＞０の場合は「上顎前頬側」と判定され（Ｓ７０５）、Ａｘ≦０の場合は「上顎前舌側」と判定される（Ｓ７０６）。

一方、Ｓ７０２で上顎前歯でないと判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいてブラシの向きを判定する（Ｓ７０７）。Ａｘ＞０の場合は「上顎右頬側または上顎左舌側」と判定され（Ｓ７０８）、Ａｘ≦０の場合は「上顎左頬側または上顎右舌側」と判定される（Ｓ７１２）。

加速度センサの出力のみでは、上顎右頬側と上顎左舌側の区別、および、上顎左頬側と上顎右舌側の区別は難しい。そこでＣＰＵ１２０は、前回の処理（１クロック前の処理）で判定されたブラッシング部位に基づき、部位の絞り込みを行う（Ｓ７０９、Ｓ７１３）。具体的には、Ｓ７０９において、前回のブラッシング部位が「上顎前頬側、上顎右頬側、上顎右舌側、下顎前頬側、下顎右頬側、下顎右舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「上顎右頬側」であると推定し（Ｓ７１０）、前回のブラッシング部位が「上顎前舌側、上顎左頬側、上顎左舌側、下顎前舌側、下顎左頬側、下顎左舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「上顎左舌側」であると推定する（Ｓ７１１）。Ｓ７１３においては、前回のブラッシング部位が「上顎前頬側、上顎左頬側、上顎左舌側、下顎前頬側、下顎左頬側、下顎左舌側」のいずれかの場合は、現在のブラッシング部位が「上顎左頬側」であると推定し（Ｓ７１４）、前回のブラッシング部位が「上顎前舌側、上顎右頬側、上顎右舌側、下顎前舌側、下顎右頬側、下顎右舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「上顎右舌側」であると推定する（Ｓ７１５）。このような推定が成り立つのは、ブラシの移動量や向き変更がなるべく少なくなるようにブラッシング部位の移動が行われる蓋然性が高いからである。

（２）下顎の場合
ＣＰＵ１２０は、ｙ方向の加速度センサの出力Ａｙに基づいて前歯か否かを判定する（Ｓ８０２）。前歯をブラッシングするときは歯ブラシ本体１が比較的水平になるが、臼歯をブラッシングするときは唇との干渉があるため歯ブラシ本体１が斜めにならざるをえないことに着目した判定である。Ａｙ≦閾値ｂの場合は下顎前歯と判定される（Ｓ８０３）。

下顎前歯と判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて頬側か舌側かを判定する（Ｓ８０４）。頬側と舌側とではブラシの向きが反転することに着目した判定である。Ａｘ＜０の場合は「下顎前頬側」と判定され（Ｓ８０５）、Ａｘ≧０の場合は「下顎前舌側」と判定される（Ｓ８０６）。

一方、Ｓ８０２で下顎前歯でないと判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいてブラシの向きを判定する（Ｓ８０７）。Ａｘ＞０の場合は「下顎右頬側または下顎左舌側」と判定され（Ｓ８０８）、Ａｘ≦０の場合は「下顎左頬側または下顎右舌側」と判定される（Ｓ８１２）。

Ｓ８０９において、前回のブラッシング部位が「下顎前頬側、下顎右頬側、下顎右舌側、下顎前頬側、上顎右頬側、上顎右舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「下顎右頬側」であると推定し（Ｓ８１０）、前回のブラッシング部位が「下顎前舌側、下顎左頬側、下顎左舌側、上顎前舌側、上顎左頬側、上顎左舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「下顎左舌側」であると推定する（Ｓ８１１）。Ｓ８１３においては、前回のブラッシング部位が「下顎前頬側、下顎左頬側、下顎左舌側、上顎前頬側、上顎左頬側、上顎左舌側」のいずれかの場合は、現在のブラッシング部位が「下顎左
頬側」であると推定し（Ｓ８１４）、前回のブラッシング部位が「下顎前舌側、下顎右頬側、下顎右舌側、上顎前舌側、上顎右頬側、上顎右舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「下顎右舌側」であると推定する（Ｓ８１５）。

以上の処理によって、現在のブラッシング部位が、「上顎前頬側」（Ｓ７０５）、「上顎前舌側」（Ｓ７０６）、「上顎右頬側」（Ｓ７１０）、「上顎左舌側」（Ｓ７１１）、「上顎左頬側」（Ｓ７１４）、「上顎右舌側」（Ｓ７１５）、「下顎前頬側」（Ｓ８０５）、「下顎前舌側」（Ｓ８０６）、「下顎右頬側」（Ｓ８１０）、「下顎左舌側」（Ｓ８１１）、「下顎左頬側」（Ｓ８１４）、「下顎右舌側」（Ｓ８１５）のいずれかに特定される。

なお、上記判定アルゴリズムはあくまでも一例を示したものにすぎず、加速度センサの出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚからブラッシング部位を特定できるのであればどのような判定アルゴリズムでも構わない。たとえばＡｘ、Ａｙ、Ａｚの値をそのまま判定の変数として用いるのでなく、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを適宜組み合わせることで得られる２次変数を判定に用いてもよい。２次変数は、たとえば、Ａｙ／Ａｚ、Ａｘ・Ａｘ＋Ａｙ・Ａｙ、Ａｚ−Ａｘなど、任意に設定できる。あるいは、各軸の加速度情報Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを、図３０に示すように角度情報（姿勢角）α、β、γに変換した後で、ブラッシング部位を判定してもよい。図３０の例では、重力加速度方向に対するｘ軸の角度をロール角α、重力加速度方向に対するｙ軸の角度をピッチ角β、重力加速度方向に対するｚ軸の角度をヨー角γのように定義している。判定に用いる閾値は臨床実験等の結果から決定することができる。

＜ブラッシング時間の計測＞
図１１は、メモリに記録されているブラッシング情報の一例を示している。図１１は、下顎左頬側をブラッシングしている状態の例である。下顎左頬側よりも前に、上顎前頬側が７．５秒間ブラッシングされ、上顎左頬側が１２．２秒間ブラッシングされている。なお「−」はデータが記録されていないこと、つまりその部位がまだブラッシングされていないことを表している。

Ｓ３０において、ＣＰＵ１２０は、Ｓ２０で推定されたブラッシング部位（図１１の例では下顎左頬側）のブラッシング時間をカウントアップする。たとえば、図６のＳ１０〜Ｓ５０の処理が０．１秒に１回実行されるのであれば、下顎左頬側のブラッシング時間が＋０．１だけカウントアップされ、２．１秒となる。

なおブラッシング情報には、ブラッシング時間の累積値が記録される。すなわち、たとえばブラッシング部位が再び上顎左頬側に移った場合には、メモリされているブラッシング時間がリセットされるのではなく、メモリされている値１２．２秒にブラッシング時間が加算されていく。

＜ブラシ角の推定＞
Ｓ４０において、ＣＰＵ１２０は、Ｓ１０で検出された姿勢（加速度センサの出力）に基づいてブラシ角を推定し、現在のブラッシング部位（図１１の例では下顎左頬側）のブラシ角の値を更新する。このとき、ＣＰＵ１２０はメモリされているブラシ角の値と今回の推定値とから、ブラシ角の平均値を算出して記録することが好ましい。

ブラシ角とは、歯軸（歯の頭と根に沿った軸）に対するブラシの当たり角である。図１２の上段がブラシ角＝１５度の状態、中段がブラシ角＝４５度の状態、下段がブラシ角＝９０度の状態を示している。歯周ポケットや歯間から食物残渣や歯垢を効果的に掻き出すには、ブラシの毛先が歯周ポケットや歯間に入り込むようにブラシを動かすとよい。したがって、ブラシ角は３５度〜５５度の範囲が好ましい。

ブラシ角は、たとえば、ｚ方向の加速度成分Ａｚから推定可能である。図１３に示すように、ブラシ角が約９０度の場合はＡｚはほとんど０を示し、ブラシ角が小さくなるほどＡｚの値が大きくなる、というようにブラシ角に応じてＡｚの値が有意に変化するからである。なお、ブラシ角に応じてｘ方向の加速度成分Ａｘも変化するため、Ａｚの代わりにＡｘからブラシ角を推定したり、ＡｘとＡｚの両方（ＡｘとＡｚの合成ベクトルの方向）からブラシ角を推定することも好ましい。ブラシ角は連続量で算出してもよいし、「３５度未満」「３５度〜５５度」「５５度以上」のような大まかな推定でもよい。

＜ブラシ圧の検知＞
Ｓ５０において、ＣＰＵ１２０は、荷重センサ１７の出力に基づいてブラシ圧を算出し、現在のブラッシング部位（図１１の例では下顎左頬側）のブラシ圧の値を更新する。このとき、ＣＰＵ１２０はメモリされているブラシ圧の値と今回の検出値とから、ブラシ圧の平均値を算出して記録することが好ましい。

ブラシ圧が小さすぎると歯垢除去力が低下し、逆に高すぎるとブラシ寿命の低下や歯肉への負担増などの問題が生じる可能性がある。電動歯ブラシのブラシ圧は普通の歯ブラシよりも小さくてよいことから、電動歯ブラシを使いはじめたほとんどの人はブラシ圧超過の傾向にあるといわれている。ブラシ圧の最適値は１００ｇ程度である。

＜ブラッシング結果の評価・出力＞
ＣＰＵ１２０は、メモリ１２１に記録されたブラッシング情報に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し、その評価結果を表示部１１０（ディスプレイ１１１）に出力する。

図１４は、ブラッシング時間の評価結果の出力例である。ＣＰＵ１２０は、メモリ１２１から各部位のブラッシング時間を読み込み、たとえば、７秒未満を「不足」、７秒〜１５秒を「良好」、１５秒超を「過剰」と評価する。その評価結果は表示器１１０に送信される。表示器１１０のディスプレイ１１１には歯列が描画されており、その歯列中の該当部位が評価結果に応じた色（「不足」は白色、「良好」は黄色、「過剰」は赤色など）で点灯する。このような表示をみることで、使用者は歯列中のどの部位のブラッシングが不足しているか（あるいは過剰であったか）を直感的に把握できる。

図１５は、ブラシ角の評価結果の出力例である。たとえば、「３５度未満」、「３５度〜５５度」、「５５度以上」の三段階で評価され、歯列中の各部位が評価結果に応じた色で点灯する。適切でないブラシ角でブラッシングを行った場合、最適なブラシ角に比べて歯垢除去力が劣るため、所期のブラッシング効果が得られなかったり、ブラッシングに時間がかかったりする可能性がある。図１５のように部位別にブラシ角の評価を出力すれば、使用者に対して正しいブラシ角によるブラッシングを意識させることができる。

図１６は、ブラシ圧の評価結果の出力例である。たとえば、８０ｇ未満は「不足」、８０ｇ〜１５０ｇは「良好」、１５０ｇ超は「過大」と評価され、歯列中の各部位が評価結果に応じた色で点灯する。上述のようにブラシ圧が適切でないと、歯垢除去力の低下、ブラシ寿命の低下、歯肉への負担増などの問題が生じる可能性がある。とはいえ、使用者にとっては、どれくらいの力を加えたときに最適なブラシ圧なのかを理解するのは難しい。その点、図１６のように部位別にブラシ圧の評価を出力すれば、使用者に対して適切なブラシ圧を教示できるとともに、正しいブラシ圧によるブラッシングを意識させることができる。

図１７は、ブラッシング指標の評価結果の出力例である。ブラッシング指標とは、複数
の評価項目（ブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧）を総合的に評価するための指標であり、ブラッシングの達成度を表すものである。ブラッシング指標の算出式はどのように定義してもよい。本実施形態では、ブラッシング時間とブラシ圧をそれぞれ３５点満点で評価し、ブラシ角を３０点満点で評価して、それらの評価値の合計（１００点満点）をブラッシング指標として用いる。図１７の例では、８０点以上を「優」、６０点〜８０点を「良」、６０点未満を「不可」としている。このような総合評価を出力することで、使用者に対してより有益な指針を与えることができる。

以上述べた本実施形態の構成によれば、加速度センサの出力を利用することにより、高精度にブラシの姿勢を判定でき、従来よりも高精度かつ高分解能なブラッシング部位の同定が可能となる。したがって、従来よりも細かい区分（部位）でブラッシング結果を評価でき、有用かつ信頼性の高い評価指針を使用者に提供することが可能となる。しかも加速度センサは小型ゆえ、電動歯ブラシ本体への組み込みも容易であるという利点もある。

なお、図１４〜図１７の評価結果は、ディスプレイ１１１上に同時に表示してもよいし、順番に表示してもよい。後者の場合、表示の切り替えは自動で行われてもよいし、使用者のボタン操作により行われてもよい。

また上記実施形態では、歯ブラシの電源がオフになると自動的に結果が表示される。しかし、表示器の設置場所とは異なる場所で歯磨きが行われることも想定されるため、たとえば、使用者が表示器または歯ブラシ本体に設けられたボタンを押すと、歯ブラシ本体から表示器にブラッシング情報が送信され、表示器に結果が表示されるような機能を設けることも好ましい。

メモリに蓄積されたブラッシング情報や評価結果を印刷できるとよい。たとえば充電器や表示器にプリンタを搭載してもよいし、歯ブラシ本体や充電器や表示器から外部のプリンタに印刷データを送信できるようにしてもよい。またブラッシング情報や評価結果のデータを無線通信もしくは有線通信により外部機器（パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡなど）に転送する機能も好ましい。また歯ブラシ本体、充電器、表示器などにメモリカードスロットを設け、ブラッシング情報や評価結果のデータを外部メモリカードに記録できるようにしてもよい。

また、ブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧の最適値（目標値）を部位ごとに異なる値を設定できるようにしてもよい。たとえば、臼歯の歯面（側面）では、ブラシの毛先で歯周ポケットや歯間から食物残渣や歯垢を効果的に掻き出すために、３５度〜５５度のブラシ角が好ましいが、歯面が比較的大きい前歯ではそれよりも大きい角度（たとえば５５度〜９０度）が好ましい。また臼歯の噛み合わせ面に対しては、ブラシ角は約０度がよい。さらに、刷掃効果の観点からではなく、歯肉などの組織にダメージを与えることを避けるという観点から、最適なブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧を決定することもできる。このように部位ごとに最適値を設定し、評価を行えば、より有用かつ信頼性の高い評価指針の提供が可能となる。

（第２実施形態）
図１８は第２実施形態のブラッシング評価処理のフローチャートである。第１実施形態では、ブラッシング終了後にブラッシング結果を出力したのに対し、第２実施形態では、ブラッシング中にも途中結果を出力する（Ｓ５５）。その他の構成については第１実施形態のものと同様である。

本実施形態の処理によれば、ブラッシング時間やブラッシング指標（達成度）の進み具合をリアルタイムに確認しながらブラッシングを行うことができるため、利便性が向上す
る。また、ブラシ角やブラシ圧の評価結果を確認することで、利用者はブラシ角やブラシ圧が適切か否かを判断できる。なお、第２実施形態では、ブラシ角の途中結果を出力する機能が、本発明のブラシ角ガイド手段に対応する。

（第３実施形態）
図１９は第３実施形態のブラシ角推定処理（図５のＳ４０）のフローチャートである。本実施形態では、ＣＰＵ１２０が、ブラシ角を推定した後、必要に応じてブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力する。

ＣＰＵ１２０は、まず、加速度センサから得られる姿勢ベクトルＡ（とくにｚ方向の加速度成分Ａｚ）に基づいて、ブラシ角を推定する（Ｓ１９００）。そして、ＣＰＵ１２０は、Ｓ２０で推定された現在のブラッシング部位のブラシ角の値を更新する（Ｓ１９０１）。このとき、ＣＰＵ１２０はメモリされているブラシ角の値と今回の推定値とから、ブラシ角の平均値を算出して記録することが好ましい。

次に、ＣＰＵ１２０は、ブラシ角の推定値と、現在のブラッシング部位におけるブラシ角の最適値とを比較する（Ｓ１９０２）。たとえば、ブラシ角の最適値が「３５度〜５５度」であると仮定する。もしブラシ角の推定値がその範囲内に入っていた場合は（Ｓ１９０３；ＹＥＳ）、レベル１の報知（ガイド）を出力する（Ｓ１９０４）。ブラシ角の推定値と最適値との差が１５度以内（つまり、２０度〜３５度または５５度〜７０度）である場合は（Ｓ１９０５；ＹＥＳ）、レベル２の報知を出力する（Ｓ１９０６）。推定値と最適値との差が３０度以内（つまり、５度〜２０度または７０度〜８５度）である場合は（Ｓ１９０７；ＹＥＳ）、レベル３の報知を出力する（Ｓ１９０８）。差が３０度より大きい場合は報知を行わない（Ｓ１９０７；ＮＯ）。

図２０は、ブラシ角に応じて報知音が変化する例を示している。ブラシ角が９０度の状態では何も報知されない。ブラシを徐々に回転していくと、ブラシ角が８５度になった時点で「ピッ」とレベル３の報知音が出力される。さらにブラシを回転すると、ブラシ角が７０度になった時点で「ピッピッ」とレベル２の報知音が出力され、最適値の５５度になった時点で「ピッピッピッ」とレベル１の報知音が出力される。

使用者は、このような報知音の変化により、ブラシ角が最適値に近づいていることを把握できるため、ブラシ角を最適値に容易に一致させることができる。また操作が直感的で楽しいため、子供などに正しいブラシ角を教えるための学習器具としても有用である。

なお、報知の方法は、音以外にも、光、振動、音声などを用いることができる。光の場合は、レベルに応じて色を変えたり点滅パターンを変えたりすればよい。振動の場合は、レベルに応じて振動の強さや長さを変えたりすればよい。音声の場合は、たとえば、「あと３０度くらい傾けて下さい」「もう少し傾けてください」「最適なブラシ角です」のような内容を報知するとよい。

また、本実施形態では、ブラシ角が最適値であることを報知するようにしたが、逆に、ブラシ角が最適値であるときは何も報知せず、ブラシ角が最適値から離れると報知（警告）を出力するようにしてもよい。

（第４実施形態）
図２１は第４実施形態のブラッシング評価処理のフローチャートである。第２実施形態と異なる点は、部位ごとのブラッシング結果に基づいて次にブラッシングすべき部位を決定しガイドする処理（Ｓ５６、Ｓ５７）が追加されている点である。その他の構成については第２実施形態のものと同様である。

Ｓ１０〜Ｓ５５の処理において現在のブラッシング部位のブラッシング結果が更新されると、ＣＰＵ１２０は、現在のブラッシング部位に関してブラッシング目標が達成されたかどうかを判定する（Ｓ５６）。たとえば、ブラッシング時間が１０秒に達したか否かや、ブラッシング指標が８０点を超えたか否か、などで目標達成か未達かを判定すればよい。目標未達の場合は（Ｓ５６；ＮＯ）、現在のブラッシング部位のブラッシングを継続すべきなので、Ｓ１０の処理に戻る。目標達成の場合は（Ｓ５６；ＹＥＳ）、現在のブラッシング部位のブラッシングは完了し、別の部位に移るべきなので、Ｓ５７の処理に進む。

Ｓ５７において、ＣＰＵ１２０は、各部位のブラッシング結果を参照して、目標未達部位（つまりブラッシングが十分でない部位）を選択する。目標未達部位が複数存在する場合には、現在のブラッシング部位からの移動が容易な部位を次にブラッシングすべき部位に決定する。一般に、一筆書きの要領でブラシを順に移動させると、磨き残し防止に効果的であるといわれている。そこで、たとえば「上顎左頬側→上顎前頬側→上顎右頬側→下顎右頬側→下顎前頬側→下顎左頬側→下顎左舌側→下顎前舌側→下顎右舌側→上顎右舌側→上顎前舌側→上顎左舌側」のように一筆書きのブラッシング順を定義するパターンデータを予め用意しておき、このブラッシング順に従って次のブラッシング部位を決定するとよい。そして、ＣＰＵ１２０は、決定した次のブラッシング部位を表示器１１０に表示する。たとえば、歯列中の該当部位を点滅させたり、所定の色で点灯させたりすればよい。

このようなガイドにより、磨き残しがなくかつ効率的なブラッシングが可能となる。すなわち、次にブラッシングすべき部位は、ブラッシングが十分でない部位の中から選ばれるため、磨き残しがなくなるし、同じ部位を重複してブラッシングするなどの無駄がなくなる。また、本実施形態の歯ブラシでは実際にブラッシングされている部位が同定されるため、たとえ使用者がガイドに従わずに別の部位をブラッシングした場合でも、ブラッシング結果の正しい記録・評価が可能であるとともに、ブラッシング順のガイドも適宜修正される。

なお、使用者がガイド通りの部位をブラッシングしているかどうかをＣＰＵ１２０が判定することもできる。たとえば図２２のフローチャートに示すように、現在のブラッシング部位を推定した後に（Ｓ２０）、ＣＰＵ１２０が、現在のブラッシング部位が適切か否かを判定し（Ｓ２５）、ブラッシングすべき部位と異なる場合には（Ｓ２５；ＮＯ）、ブラッシング部位の変更をガイドすればよい（Ｓ５７）。既にブラッシングが終了した部位を使用者が重複してブラッシングしようとした場合などに、ブラッシング部位の変更が促されるため、効率的なブラッシングが可能となる。

（第５実施形態）
図２３は第５実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。本実施形態の電動歯ブラシは、本体１の内部に多軸（ここでは３軸）のジャイロスコープ１６を備えている。また、ディスプレイ１１１とデータ受信部１１２が充電器１００に設けられている。図２４は第５実施形態の充電器１００の外観を示す斜視図である。なおディスプレイ１１１は液晶パネルで構成してもよいし、ＬＥＤなどの発光素子で構成してもよい。

ジャイロスコープ１６は、ｚ軸周りの角速度、ｘ軸周りの角速度、ｙ軸周りの角速度を検出可能なように設置されている。ジャイロスコープ１６としては、振動式、光学式、機械式などどのようなタイプのものも利用可能であるが、小型で本体１への組み込みが容易であるという理由からＭＥＭＳセンサを好適に用いることができる。なお、角速度を出力するレートジャイロではなく、角度を出力するレート積分ジャイロや姿勢ジャイロを利用しても構わない。またブラシの振動によるノイズ（たとえばブラシの駆動周波数である１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度の周波数成分）を除去するために、ジャイロスコープの出力に
バンドパスフィルタをかけてもよい。

歯ブラシ本体１が静止状態にあるとき（たとえば、一つのブラッシング部位にブラシを当て続けている状態のとき）は、加速度センサ１５の出力には実質的に重力加速度成分しか含まれない。この場合は、ブラシの三次元姿勢を正確に検出できるため、ブラッシング部位やブラシ角を精度よく推定することが可能である。しかし、歯ブラシ本体１が移動状態にあるとき（たとえば、あるブラッシング部位から他のブラッシング部位へとブラシが移動するとき）は、加速度センサ１５の出力に、重力加速度成分だけでなく動加速度成分が含まれ得る。動加速度成分は三次元姿勢を算出する上では不要な信号成分（ノイズ）となる。一方、ジャイロスコープ１６の出力は、歯ブラシ本体１が静止状態にあるときは観測されず、歯ブラシ本体１が移動しているときのみ有意な信号が出力される。このようなセンサ特性の差を利用し、本実施形態では、加速度センサ１５とジャイロスコープ１６の両方の出力に基づいて、歯ブラシの三次元姿勢の検出を行う。

具体的には、姿勢検出処理（Ｓ１０）において、ＣＰＵ１２０はまず加速度センサ１５の出力とジャイロスコープ１６の出力を得る。ジャイロスコープ１６の出力の絶対値が所定の閾値より小さいときには、ＣＰＵ１２０は、歯ブラシ本体１が静止しているものとみなし、加速度センサ１５の出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚから三次元姿勢を求める。いずれかの軸のジャイロスコープ１６の出力の絶対値が所定の閾値以上となったときには、ＣＰＵ１２０は、ジャイロスコープ１６の出力からｘ、ｙ、ｚ各方向の動加速度成分を推定し、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの値を補正する。これにより、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに含まれる動加速度成分がキャンセルされ、ブラシの三次元姿勢を精度良く算出することができる。

なお、ジャイロスコープの出力を用いて加速度センサの出力を補正するのではなく、ジャイロスコープの出力が得られた場合にブラシの姿勢検出を行わない、という処理でも構わない。つまり、ジャイロスコープの出力が所定の閾値より小さいときのみ、姿勢検出、ブラッシング部位推定、ブラッシング時間計測、ブラシ角推定、ブラシ圧検知などの処理を行うのである。これにより、加速度センサの出力から推定した姿勢がある程度の信頼性を有しているときのみ、ブラッシング結果の記録・評価が実行されるようになる。

また、ジャイロスコープの出力から、ｘ軸周りの角度変化量Δθｙｚ、ｙ軸周りの角度変化量Δθｚｘ、ｚ軸周りの角度変化量Δθｘｙを算出し、１クロック前の姿勢検出処理で得られた姿勢ベクトルＡ´＝（Ａｘ´、Ａｙ´、Ａｚ´）を角度（Δθｙｚ、Δθｚｘ、Δθｘｙ）だけ回転することにより、現在の姿勢ベクトルＡ＝（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）を算出してもよい。また、加速度情報Ａｘ、Ａｙ、Ａｚではなく、ロール角α、ピッチ角β、ヨー角γの角度情報（図３０参照）により、電動歯ブラシの姿勢を算出・評価してもよい。

以上述べた本実施形態の構成によれば、加速度センサとジャイロスコープの出力を組み合わせること（条件に応じて加速度センサとジャイロスコープの出力のいずれかを選択することを含む）により、電動歯ブラシの三次元姿勢をより高精度に求めることができる。なお、並進運動が多いバス方式の電動歯ブラシの場合は、加速度センサとバンドパスフィルタの組み合わせでも十分な精度の姿勢情報が得られる。しかし、ローリング方式の場合は、歯ブラシ本体の三次元的なうねりが発生するため、加速度情報だけでは誤差因子が大きく、姿勢検出の精度が低下するおそれがある。そのような場合には、ジャイロスコープの角速度情報を利用する本実施形態の手法が有効である。

（第６実施形態）
図２５は第６実施形態のフローチャートである。本実施形態では、ＣＰＵ１２０が、まず荷重センサ１７の出力に基づいて、ブラシに対して荷重が作用しているか否かを判定す
る（Ｓ５）。たとえば荷重センサ１７の出力値が所定の閾値を超えたときに「ブラシに荷重が作用した」とみなせばよい。ブラシに荷重が作用するまで、次ステップ以降の処理は待ち状態となる（Ｓ５；ＮＯ）。

ブラシに荷重が作用していないということは、ブラシが部位間を移動している可能性が高い。移動のあいだはブラシの姿勢が大きく変わるためブラッシング部位の推定精度は低下するし、またそもそも移動中のブラッシング時間やブラシ角などを記録・評価するのは妥当でない。そこで本実施形態のように、ブラシに荷重が作用していない間は、姿勢検出、ブラッシング部位推定、ブラッシング時間の計測、ブラシ角の推定、ブラシ圧の検知、ブラッシング結果の出力などの処理を禁止することにより、無駄な処理を省略できるとともに、推定精度や評価の信頼性を向上することができる。

（第７実施形態）
図２６は第７実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示している。本実施形態の電動歯ブラシは、ブラシ部分の温度を検出する温度センサ１８を備えている。温度センサ１８はブラシの背面に設置されている。温度センサ１８としては、赤外線センサ、サーミスタなどどのようなタイプのものも利用可能である。

図２７、図２８はブラッシング部位推定処理（Ｓ２０）のフローチャートである。第１実施形態のブラッシング部位推定処理（図７、図８）との違いは、温度センサ１８の出力に基づいて頬側と舌側の判別を行っている点である。

図２７の上顎の処理において、加速度センサ１５の出力に基づき「上顎左頬側または上顎右舌側」まで絞り込んだら（Ｓ７０８）、ＣＰＵ１２０は、温度センサ１８の出力値が所定の範囲内にあるか否か判定する（Ｓ２７０９）。ブラシが頬側にあるときは、温度センサ１８が頬の裏側に接触または近接するため、体温に近い出力値が得られる。それに対し、ブラシが舌側にあるときは、温度センサ１８が外気に触れるため、体温よりも低い出力値が得られる。したがって、ＣＰＵ１２０は、たとえば、温度センサ１８の出力値が３６度〜３８度の範囲内の場合に「上顎右頬側」と判定し（Ｓ７１０）、それ以外の場合に「上顎左舌側」と判定する（Ｓ７１１）。同様に、温度センサ１８の出力値に基づいて、「上顎左頬側」と「上顎右舌側」も判別可能である（Ｓ２７１３）。下顎の処理においても同様に、温度センサ１８の出力値に基づいて、「下顎左舌側」と「下顎右頬側」の判別（Ｓ２８０９）、ならびに、「下顎右舌側」と「下顎左頬側」の判別（Ｓ２８１３）が可能である。

（第８実施形態）
図３１は第８実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示している。第７実施形態では、ブラッシング部位の同定（頬側と舌側の判別）のために温度センサ１８による温度情報を利用したが、この第７実施形態では、画像情報を利用する。

図３１に示すように、ブラシヘッドのｙ軸方向の先端に、カメラ１９が設けられている。カメラ１９としては、可視光カメラや赤外線カメラなど、口腔内の画像情報を取得できればどのようなカメラを利用してもよい。赤外線カメラは放射熱をモニタするもの（サーモグラフィともいう）である。ブラッシング中の口腔内は暗い可能性があるので、可視光カメラよりも赤外線カメラのほうが好ましいといえる。本実施形態では、以下に述べるように口蓋垂の輪郭がわかればよいので、カメラの分解能はそれほど高くなくてもよい。

ＣＰＵ１２０は、第７実施形態と同様、加速度センサ１５の出力に基づき「上顎左頬側または上顎右舌側」まで絞り込む（図２７のＳ７０８参照）。次に、ＣＰＵ１２０は、カメラ１９から画像を取得し、その画像から口蓋垂を検出する。口蓋垂の検出には公知の画
像解析技術を利用可能である。たとえば、エッジ抽出やハフ変換による口蓋垂の輪郭検出とか、パターンマッチングによる口蓋垂の検出などが考えられる。ブラシが舌側にあるときは、ブラシヘッドの先端が喉のほうに向くため、画像中に口蓋垂が写る蓋然性が高い。一方、ブラシが頬側にあるときは、画像には口蓋垂は写らない。したがって、ＣＰＵ１２０は、口蓋垂が検出できた場合は「上顎右舌側」と判定し、口蓋垂が検出できなかった場合は「上顎左頬側」と判定する。同じようにして、「上顎左頬側」と「上顎右舌側」、「下顎左舌側」と「下顎右頬側」、「下顎右舌側」と「下顎左頬側」の判別も可能である。

さらに、ブラッシング部位として、左右の噛み合わせ面を判別することもできる。噛み合わせ面かそうでないかは、たとえば、ｘ方向の加速度成分Ａｘに基づいて判定することができる。噛み合わせ面をブラッシングするときはブラシ面がほぼ水平になり、Ａｘの出力が０に近くなるからである。なおｚ方向の加速度成分Ａｚもしくはヨー角γにより噛み合わせ面か否かを判定することも可能である。そして、上顎か下顎かは画像中の口蓋垂の上下の向きにより判定でき、左か右かは画像中の口蓋垂の水平方向の位置により判定できる。

以上述べたように、本実施形態では、第１実施形態よりもブラッシング部位を細かく判別することができる。たとえば、上下の歯列を、「上顎前頬側」、「上顎前舌側」、「上顎左頬側」、「上顎左舌側」、「上顎左噛み合わせ面」、「上顎右頬側」、「上顎右舌側」、「上顎右噛み合わせ面」、「下顎前頬側」、「下顎前舌側」、「下顎左頬側」、「下顎左舌側」、「下顎左噛み合わせ面」、「下顎右頬側」、「下顎右舌側」、「下顎右噛み合わせ面」、の１６箇所の部位に区分することができる。

なお本実施形態では、頬側／舌側の判別だけに画像情報を利用したが、画像情報によりすべてのブラッシング部位を同定することも好ましい。ただし、口腔内は狭く、全体の位置関係がわかりづらいため、画像情報のみですべてのブラッシング部位を同定するよりも、加速度センサ（加速度センサおよびジャイロスコープ）による姿勢情報と併用するほうがよい。また本実施形態では、口蓋垂を検出対象としたが、口腔内の他の部位（たとえば、舌、喉、歯、歯肉など）を認識することでブラシの位置や姿勢を判定してもよい。たとえば画像に舌や喉が写っていたらブラシが舌側にあると判定することができる。

（第９実施形態）
第９実施形態は、１軸の加速度センサにより姿勢検出とブラッシング部位同定を行う構成を採用する。

図３２上段は、頬側または舌側の歯面をブラッシングしている状態を示している。このとき、ブラシ角（ヨー角γ）は約９０度になり、重力加速度のｘ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなり（正負は歯列の左右に対応する）、重力加速度のｚ軸方向成分はほぼ０となる。一方、図３２下段は、噛み合わせ面をブラッシングしている状態を示している。このとき、ブラシ角（ヨー角γ）はほぼ０度になり、重力加速度のｘ軸方向成分はほぼ０となり、重力加速度のｚ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなる（正負は歯列の上下に対応する）。

このような特性を利用すれば、ｘ軸の加速度センサまたはｚ軸の加速度センサのみでも、「頬側または舌側の歯面」か「噛み合わせ面」かの判別や、さらには左右上下の判別も可能である。

（第１０実施形態）
前述のように加速度センサの出力信号のみでは、上顎右頬側と上顎左舌側を区別することは難しい。上顎右頬側と上顎左舌側との間で、加速度センサの出力信号に有意な差が生
じないからである。同様に、上顎左頬側と上顎右舌側の区別、下顎右頬側と下顎左舌側の区別、下顎左頬側と下顎右舌側の区別も困難である。

そこで第１０実施形態では、ブラシヘッドに複数の光センサを設けて、この光センサの出力信号と加速度センサの出力信号をもとにブラッシング部位の同定を行う。光センサとしては、フォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いることができる。

図３３（Ａ）〜（Ｃ）は、第１０実施形態の電動歯ブラシの構成を示している。図３３（Ａ）は、ブラシ部品２１を歯ブラシ本体１のステム部２０に取り付ける前の状態を示し、図３３（Ｂ）は、ブラシ部品２１をステム部２０に取り付けた後の状態を示している。また図３３（Ｃ）は、図３３（Ｂ）を矢印Ｄ３方向（ブラシの背面側）からみた図である。

図３３（Ａ）に示すように、ステム部２０の表面には、４つの光センサ４１、４２、４３、４４が設けられている。光センサ４１〜４４はそれぞれ配線４０により本体１内部の回路基板に接続されており、この配線４０を介して電力供給や信号伝送が行われる。一方、ブラシ部品２１は透光性の高い材料で作製されており、図３３（Ｂ）のようにブラシ部品２１をステム部２０に取り付けた状態において、各光センサ４１〜４４がブラシ部品２１を通して光を検知可能な構成となっている。なお、ブラシ部品２１全体を透光性の高い材料で形成するのではなく、光センサの部分のみを透光性の高い材料で形成したり、光センサの部分に孔を設ける構成でもよい。このように光センサを歯ブラシ本体１の側（ステム部２０）に設ける構成を採用したことにより、光センサの電力供給構造をシンプルにできる。また、ブラシ部品に光センサを設けなくてもよいので、消耗部品であるブラシ部品のコストを低減することができる。コスト的な不利はあるが、ブラシ部品に光センサを設ける構成を採用することもできる。この場合の電力供給構造としては、例えば、（１）ブラシ部品２１とステム部２０のそれぞれにコイルを設けて、電磁誘導により電力を供給する構成や、（２）ブラシ部品２１とステム部２０のそれぞれに電極又はコネクタを設けて、ブラシ部品２１をステム部２０に取り付けたときに両者の電気的接続が図られる構成などを採用することができる。

図３３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、光センサ４１はブラシヘッドの先端に配置され、矢印Ｄ１方向の光を検知する。また、光センサ４２はブラシヘッドの側面に配置され、矢印Ｄ２方向の光を検知する。また、光センサ４３はブラシヘッドの背面に配置され、矢印Ｄ３方向の光を検知し、光センサ４４はブラシヘッドの前面に配置され、矢印Ｄ４方向の光を検知する。図３４は、ブラッシング部位と各光センサの出力との関係を示している。この例では、センサ出力の信号強度（明るさ）を５段階で評価している。例えば、上顎左頬側をブラッシングしているときは、光センサ４３は頬に密着するため「非常に暗い」状態となるが、光センサ４４は口腔内に向くため「比較的明るい」状態となる。一方、加速度センサの出力では上顎左頬側と区別困難であった上顎右舌側の場合は、光センサ４３が口腔内を向き「比較的明るい」状態となり、光センサ４４が歯肉側を向くため「若干暗い」状態となる。このようにブラッシング部位に応じて各光センサの出力に有意な差が生じるため、複数の光センサの出力で場合分けすることにより、ブラッシング部位の絞込みが可能となる。このとき、光センサ出力により区別可能なブラッシング部位と加速度センサにより区別可能なブラッシング部位とが異なるため、両センサの出力結果を相互補完することにより精度良くブラッシング部位を特定することができる。

図３５は、ブラッシング部位推定処理の一例を示すフローチャートである。なお図３５の各ステップにおいて光センサ出力との比較に用いられる閾値は実験等により予め定められている。全てのステップで同一の閾値を用いてもよいし、ステップごとに異なる閾値を用いてもよい。

ＣＰＵ１２０は、光センサ４１〜４４の出力信号を取得すると、まず全ての光センサ出力が閾値よりも大きいか否かを調べる（Ｓ３５００）。全ての光センサ出力が閾値より大きい場合は（Ｓ３５００；ＹＥＳ）、ブラシヘッドが口腔外にある可能性がある。その場合は光センサ出力による判定はできないため、加速度センサ出力のみでブラッシング部位を判定する（Ｓ３５０２）。なおＳ３５０２の判定処理は、例えば第１実施形態（図７、図８）と同様のアルゴリズムを用いることができる。

次にＣＰＵ１２０は、全ての光センサ出力が閾値よりも小さいか否かを調べる（Ｓ３５０１）。全ての光センサ出力が閾値より小さい場合は、周囲環境が非常に暗い可能性がある。この場合、光センサ出力による判定は困難であるため、やはり加速度センサ出力のみでブラッシング部位を判定する（Ｓ３５０２）。

光センサ出力による判定が可能な場合（Ｓ３５０１；ＮＯ）、ＣＰＵ１２はまず光センサ４１の出力が閾値よりも大きいか否かを調べる（Ｓ３５０３）。光センサ４１の出力が大きい場合は（Ｓ３５０３；ＹＥＳ）は「前歯」と判定され（Ｓ３５０４）、それ以外の場合は（Ｓ３５０３；ＮＯ）は「前歯ではない」と判定される（Ｓ３５０５）。「前歯ではない」場合、ＣＰＵ１２はｚ方向の加速度センサの出力Ａｚに基づいて、「上顎」（Ｓ３５０６）か「下顎」（Ｓ３５０７）かの判定を行う。続いて、「上顎」の場合、ＣＰＵ１２はｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて、「噛合せ面」（Ｓ３５０８）か「左頬側又は右舌側」（Ｓ３５０９）か「左舌側又は右頬側」（Ｓ３５１０）かの判定を行う。「下顎」の場合も同様に、ＣＰＵ１２はｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて、「噛合せ面」（Ｓ３５１１）か「左頬側又は右舌側」（Ｓ３５１２）か「左舌側又は右頬側」（Ｓ３５１３）かの判定を行う。

次に、ＣＰＵ１２は光センサ４２、４３、又は４４の出力と閾値を比較することにより、「左顎」（Ｓ３５１４）か「右顎」（Ｓ３５１５）かの判定を行う。これにより、加速度センサ出力では区別困難であった、左頬側と右舌側の判別や、右頬側と左舌側の判別が可能となる。ブラッシング部位推定後の処理（ブラッシング時間計測、ブラシ角推定、ブラシ圧検知など）については前述の実施形態と同様である。

以上述べた本実施形態の構成によれば、２種類のセンサ出力を組み合わせることにより詳細かつ正確なブラッシング部位の推定が可能となるため、部位ごとのブラッシング達成度を適切に評価することができる。よって、有用かつ信頼性の高い評価指針を使用者に提供することができる。

（その他）
上述した実施形態の構成は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせることも好ましい。また、上記実施形態では、偏心分銅による振動方式の電動歯ブラシを例示したが、本発明は他の運動方式の電動歯ブラシにも適用可能である。例えば、回転往復運動や直線往復運動やブラシ毛回転運動やそれらを切り替えて組み合わせた電動歯ブラシにおいても適用可能である。その場合、ブラッシング部位に応じて運動周波数を切り替えたり、回転往復運動と直線往復運動とを切り替えることで、動作モードを切り替えることができる。また、ブラシ部に超音波振動素子を有し、ブラシの振動と超音波の両方でブラッシングを行うタイプの電動歯ブラシにも本発明を好ましく適用できる。

また、ブラシの姿勢検出の精度とブラッシング部位やブラシ角の推定精度をさらに高めるために、加速度センサとジャイロスコープの出力から、基準位置に対するブラシの移動
量や相対姿勢を算出することも好ましい。基準位置については、電源ＯＮの時点の姿勢を基準位置に設定してもよいし、あるいは、使用者に基準位置（磨き始めの位置）を入力させるような仕組み（たとえば、歯ブラシ本体を水平に構えブラシを上顎前頬側に当てた状態でスイッチを押させる）を設けてもよい。移動量（移動距離）は、加速度センサ出力から得られるｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの動加速度成分を二階積分することにより算出することができる。ただし、移動量を算出する際は、歯ブラシの座標系ｘｙｚを、重力加速度方向をＺ軸とする座標系ＸＹＺ（上記基準位置が原点であるとよい）に変換する。たとえば、１クロックごとにＸ、Ｙ、Ｚそれぞれの移動距離を算出し累積していくことにより、基準位置（初期位置）に対する相対位置を割り出すことができる。そして、基準位置に対する相対位置がわかれば、上述した実施形態よりもさらに正確かつ詳細にブラッシング部位を同定することが可能である。さらに、磁気センサなどから得られる方位情報を利用してブラシの位置を算出することも好ましい。なお、加速度センサ出力から動加速度成分を抽出するには、ハイパスフィルタなどのバンドパスフィルタを用いることができる。このとき、ブラシの振動によるノイズを除去するために、ブラシの駆動周波数に相当する１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度の周波数成分をカットすることも好ましい。またジャイロスコープと組み合わせてより正確な移動量や移動方向を算出することも好ましい。さらに、前歯に関しては、左右どちらの手で歯ブラシ本体を持つかによってブラシの姿勢が１８０度変わるため、使用者に利き手（歯ブラシを持つほうの手）を登録させ、登録された利き手に応じてブラッシング部位の判定アルゴリズムを変更したり、動作モード（モータ回転方向、ブラシの動き）を変更したりしてもよい。

また上記実施形態では、ブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧の３つの項目について評価を行ったが、これらのうちいずれか１つを評価するだけでもよい。さらに他の評価項目を追加することも好ましい。

歯ブラシ本体に、把持位置をガイド（もしくは規定）するための凹凸形状を設けるとよい。例えば、歯ブラシ本体の先端部分（使用者が歯ブラシ本体を把持した際に親指や人差し指の指先若しくは関節が触れる位置）に突起や凹みが存在すると、使用者は意識的又は無意識に指を突起や凹みに合わせるように歯ブラシを持つ。これを利用して、所定の把持状態に使用者を誘導することができる。典型的には、図３のｙ軸周りの角度においてブラシの向き（ｚ軸のマイナス方向）を０度とした場合に、±約４５度の位置に２つの突起（もしくは凹み）を設け、±約１３５度の位置に２つの凹み（もしくは突起）を設けるとよい。この凹凸に指を合わせて歯ブラシを把持すると、ブラシ角を４５度に保ちやすくなる。

上記実施形態では、電動歯ブラシ本体１のＣＰＵ１２０がブラッシング部位の推定、ブラッシング時間の計測、ブラシ角の推定、ブラシ圧の検知、ブラッシング結果の評価などの処理を実行する。しかし、これらの処理の一部又は全部を電動歯ブラシ本体１とは別の外部機器に実行させるようにしてもよい。例えば、加速度センサやジャイロスコープなど電動歯ブラシ本体１に設けられた各種センサの出力を順次外部機器に転送し、外部機器のＣＰＵによってブラッシング部位推定などの処理を実行するのである。複雑な演算処理や計算量の多い演算処理にＣＰＵパワーの大きい外部機器のリソースを利用することにより、高速に処理することができる。一方、電動歯ブラシ本体に搭載するＣＰＵは低機能なものでよくなるため、電動歯ブラシ自体の低コスト化や小型化を図ることができる。なお外部機器としては、電動歯ブラシの表示器、充電器の他、パーソナルコンピュータやゲーム機器など、ＣＰＵを内蔵する機器であればどのようなものを利用してもよい。

上記実施形態では、ブラッシング部位の同定（頬側と舌側の判別）のために温度センサ、カメラ、光センサを利用する構成を例示したが、他にも、超音波センサなどの距離センサを利用することも可能である。たとえば、図２６の温度センサと同様、ブラシの背面に
距離センサを設置する。頬側をブラッシングしている場合は、距離センサが頬に近接または接触するため、距離センサの測定値は非常に小さい値となる。一方、舌側をブラッシングしている場合は、距離センサが口腔内を向くため、距離センサの測定値が相対的に大きくなる。したがって、距離センサの測定値を閾値（たとえば５ｍｍ）と比較することにより、頬側か舌側かの判別が可能となる。

図１は第１実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。 図２は第１実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。 図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。 図４はブラッシング部位の区分を示す図である。 図５は第１実施形態のブラッシング評価処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 図６は第１実施形態の姿勢検出処理のフローチャートである。 図７は第１実施形態のブラッシング部位推定処理（上顎）のフローチャートである。 図８は第１実施形態のブラッシング部位推定処理（下顎）のフローチャートである。 図９は上顎のブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの一例を示す図である。 図１０は下顎のブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの一例を示す図である。 図１１はブラッシング情報の一例を示す図である。 図１２はブラシ角を説明する図である。 図１３はブラシ角の変化にともなうセンサ出力の波形変化を示す図である。 図１４はブラッシング結果（ブラッシング時間）の出力例を示す図である。 図１５はブラッシング結果（ブラシ角）の出力例を示す図である。 図１６はブラッシング結果（ブラシ圧）の出力例を示す図である。 図１７はブラッシング結果（ブラッシング指標）の出力例を示す図である。 図１８は第２実施形態のブラッシング評価処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 図１９は第３実施形態のブラシ角推定処理のフローチャートである。 図２０はブラシ角に応じて報知音が変化する例を示す図である。 図２１は第４実施形態のブラッシング評価処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 図２２は図２１のフローチャートの変形例である。 図２３は第５実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。 図２４は第５実施形態の充電器の外観を示す斜視図である。 図２５は第６実施形態のブラッシング評価処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 図２６は第７実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示す斜視図である。 図２７は第７実施形態のブラッシング部位推定処理（上顎）のフローチャートである。 図２８は第７実施形態のブラッシング部位推定処理（下顎）のフローチャートである。 図２９は加速度センサ出力のノイズ低減について説明する図である。 図３０は電動歯ブラシの姿勢角の定義を示す図である。 図３１は第８実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示す斜視図である。 図３２は第９実施形態の姿勢検出を説明する図である。 図３３は第１０実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示す図である。 図３４はブラッシング部位と光センサ出力との関係を示す表である。 図３５は第１０実施形態のブラッシング部位推定処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 電動歯ブラシ本体
２ 振動部材
１０ モータ
１１ 回転軸
１２ 駆動回路
１３ 充電池
１４ コイル
１５ 加速度センサ
１６ ジャイロスコープ
１７ 荷重センサ
１８ 温度センサ
１９ カメラ
２０ ステム部
２１ ブラシ部品
３０ 偏心軸
４０ 配線
４１、４２、４３、４４ 光センサ
１００ 充電器
１１０ 表示器
１１１ ディスプレイ
１１２ データ受信部
１２０ ＣＰＵ
１２１ メモリ
１２２ タイマ
１２３ データ送信部
２０２ 弾性部材
２０３ 軸受
２１０ ブラシ
３００ 重り
Ｓ スイッチ

Claims (8)

1. ブラシと、
   前記ブラシを運動させる駆動手段と、
   多軸加速度センサの出力に基づき前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   検出された姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定する部位推定手段と、
   検出された姿勢に基づいて、歯軸に対する前記ブラシの角度であるブラシ角を推定するブラシ角推定手段と、
   推定されたブラシ角と、前記複数の部位ごとに異なるブラシ角の最適値の中から選ばれた、前記ブラッシング部位におけるブラシ角の最適値とを比較して、ブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力するブラシ角ガイド手段と、
   を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。
2. 前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角が前記最適値であること、または、ブラシ角が前記最適値でないこと、を報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動歯ブラシ。
3. 前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角と前記最適値との差の大きさに応じて、報知のレベルを段階的に変化させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動歯ブラシ。
4. 部位ごとにブラッシング時間を計測する時間計測手段と、
   計測されたブラッシング時間に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力する評価出力手段と、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
5. 前記評価出力手段は、さらに、前記ブラシ角推定手段により推定されたブラシ角に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動歯ブラシ。
6. ブラシ圧を検知するブラシ圧検知手段をさらに備え、
   前記評価出力手段は、さらに、検知されたブラシ圧に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力する
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の電動歯ブラシ。
7. 部位ごとのブラッシング結果に基づいて、ブラッシングが十分でない部位の中から次にブラッシングすべき部位を決定しガイドするブラッシング部位ガイド手段、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
8. 前記ブラッシング部位ガイド手段は、現在のブラッシング部位がブラッシングすべき部位と異なる場合に、ブラッシング部位の変更をガイドする
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動歯ブラシ。

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