JP6599656B2 - 電動歯ブラシ及びブラッシング部位推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動歯ブラシ及びブラッシング部位推定方法に関する。

電動歯ブラシを用いた歯磨きにおいて、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が提案されている。

例えば、特許文献１、２には、本体部に設けられた加速度センサの検出信号に基づいてブラッシング部位を推定し、部位ごとのブラッシング評価を利用者に提示する電動歯ブラシが記載されている。この電動歯ブラシによれば、部位ごとのブラッシング評価に基づいて、効果的なブラッシングを利用者に知らせることができ、磨き残しのない効率的なブラッシングを支援することができる。

特開２００９−２４０７６０号公報 特開２０１１−１５６２０４号公報

特許文献１，２に記載の電動歯ブラシは、加速度センサの検出信号に基づいてブラッシング部位を推定しているが、これだけではブラッシング部位の推定精度が不十分な場合がある。

例えば、利用者が口内にブラシユニットを入れた状態で、顔と電動歯ブラシを一体的に動かした場合には、ブラシユニットが当たっている歯は変わらないものの、加速度センサの検出信号には変化が生じる。このため、ブラッシング部位が誤推定される可能性がある。

また、利用者が口内にブラシユニットを入れた状態で、顔だけが動いた場合には、加速度センサの検出信号に変化は生じないものの、ブラシユニットが当たる歯は変わる。このため、ブラッシング部位が誤推定される可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ブラッシング部位の推定精度を向上させることのできる電動歯ブラシ及びブラッシング部位推定方法を提供することを目的とする。

本発明の電動歯ブラシは、ブラシユニットを振動させる振動部と、加速度センサと、前記加速度センサの出力信号から、周波数が第一の閾値以上となる第一の信号と、周波数が第二の閾値以下となる第二の信号とを抽出する信号抽出部と、前記加速度センサの出力信号に基づいて前記ブラシユニットによるブラッシング部位を推定するブラッシング部位推定部と、前記第一の信号の振幅と前記第二の信号の振幅とに基づいて、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を補正する補正部と、を備えるものである。

本発明のブラッシング部位推定方法は、ブラシユニットを振動させる振動部と加速度センサとを有する電動歯ブラシによるブラッシング部位推定方法であって、前記加速度センサの出力信号から、周波数が第一の閾値以上となる第一の信号と、周波数が第二の閾値以下となる第二の信号とを抽出する信号抽出ステップと、前記加速度センサの出力信号に基づいて前記ブラシユニットによるブラッシング部位を推定するブラッシング部位推定ステップと、前記第一の信号の振幅と前記第二の信号の振幅とに基づいて、前記ブラッシング部位推定ステップにより推定したブラッシング部位を補正する補正ステップと、を備えるものである。

本発明によれば、ブラッシング部位の推定精度を向上させることのできる電動歯ブラシ及びブラッシング部位推定方法を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するためのブラッシング支援システムの概略構成を示す図である。 加速度センサとその周辺回路を概略的に示す図である。 ブラッシング部位を推定する処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（ブラッシング支援システムの構成）
図１は、本発明の一実施形態を説明するためのブラッシング支援システムの概略構成を示す図である。このシステムは、電動歯ブラシ１と、充電器１００と、表示器１１０と、を備える。

電動歯ブラシ１は、ブラシユニット３を振動させる駆動部としてのモータ１１を内蔵する本体２と、モータ１１の駆動により振動するブラシユニット３とを備えている。

本体は、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。ブラシユニット３は、多数の毛を束ねたブラシ群が複数配置されたブラシ部を有するものであり、本体２と着脱自在の構成となっている。

電動歯ブラシ１の本体２には、電源のオン／オフなどを行なうためのスイッチ１２が設けられている。

電動歯ブラシ１の本体２の内部には、モータ１１（たとえば、直流モータ）、各部に電力を供給するための電源である充電池１３、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１４などが設けられている。

ＣＰＵ１４は、各種演算および制御を実行する。ＣＰＵ１４には、メモリ１５、データ送信部１６、および表示部１７などが接続されている。メモリ１５は、プログラム、各種設定値などを格納する。データ送信部１６は、表示器１１０のデータ受信部１１１との間で無線通信を行なう。表示部１７は、ブラッシング結果などを表示する。

電動歯ブラシ１の本体２の内部には、充電池１３の出力電圧（電池残量）を検出するための電圧モニタ１８、電動歯ブラシ１の姿勢を検知するための加速度センサ１９、加速度センサ１９の出力信号をフィルタ処理するフィルタ部２０がさらに設けられている。

加速度センサ１９には、例えば、多軸（ここではｘ，ｙ，ｚの三軸）の加速度センサが用いられる。加速度センサ１９の各軸の出力は、ＣＰＵ１４に入力され、ブラシユニット３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１９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（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）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２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１９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。

本実施形態のシステムは、本体２を載置し、電動歯ブラシ１を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。充電池１３を充電する際には、充電器１００に本体２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。

表示器１１０は、電動歯ブラシ１の本体２の内部に設けられたデータ送信部１６と無線通信を行うデータ受信部１１１、データ受信部１１１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１１２を備えている。

図２は、加速度センサ１９とその周辺回路を概略的に示す図である。

図２に示すように、加速度センサ１９にはフィルタ部２０が接続されている。フィルタ部２０にはＣＰＵ１４が接続されている。また、加速度センサ１９はＣＰＵ１４に直接に接続されてもいる。

フィルタ部２０は、加速度センサ１９からの出力信号を入力し、所定周波数帯域の信号のみを通過させるＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２０１と、ＢＰＦ２０１に並列に接続されたＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２０２およびＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２０３とを有する。

ＨＰＦ２０２は、ＢＰＦ２０１からの入力信号のうち第一の閾値である所定の遮断周波数（たとえば、数百〜数千Ｈｚ）以上の周波数の第一の信号２０２Ｐだけを通過させて、処理部１４１に出力する。第一の閾値は、ＨＰＦ２０２から出力される第一の信号２０２Ｐが、ブラシユニット３がモータ１１により高速に振動させられることによって生じた電動歯ブラシ１の動き成分を反映する程度の大きな値に設定される。

ＬＰＦ２０３は、ＢＰＦ２０１からの入力信号のうち第二の閾値である所定の遮断周波数（たとえば数Ｈｚ）以下の周波数の第二の信号２０３Ｐだけを通過させ、処理部１４２に出力する。第二の閾値は、ＬＰＦ２０３から出力される第二の信号２０３Ｐが、電動歯ブラシ１がブラシユニット３の振動よりも遥かにゆっくり動いたときのその動き成分を反映する程度に小さな値に設定される。

ＨＰＦ２０２とＬＰＦ２０３は、加速度センサ１９の出力信号から第一の信号２０２Ｐと第二の信号２０３Ｐを抽出する信号抽出部として機能する。第一の信号２０２Ｐは、第二の信号２０３Ｐに対して高周波の信号となる。

ＣＰＵ１４は、処理部１４１と、処理部１４２と、ブラッシング部位推定部１４３と、補正部１４４と、を備える。これら各部は、ＣＰＵ１４がメモリ１５に格納されたプログラムを実行することで実現される機能ブロックである。

処理部１４１は、ＨＰＦ２０２から出力される高周波の第一の信号２０２Ｐの各波形の振幅を求め、求めた振幅の所定期間における変動量を算出する。

処理部１４２は、ＬＰＦ２０３から出力される低周波の第二の信号２０３Ｐの各波形の振幅を求める。

ブラッシング部位推定部１４３は、加速度センサ１９からの出力信号に基づいて、特許文献１，２に記載されているような公知のアルゴリズムを用いて、ブラシユニット３のブラシ部が当てられている部位（ブラッシング部位）を推定する。

補正部１４４は、処理部１４１により求められた第一の信号２０２Ｐの振幅と、処理部１４２により求められた第二の信号２０３Ｐの振幅とに基づいて、ブラッシング部位推定部１４３で推定されたブラッシング部位を補正する。

（ブラッシング部位推定処理）
図３は、電動歯ブラシ１におけるブラッシング部位を推定する処理を説明するためのフローチャートである。

スイッチ１２が操作されて電動歯ブラシ１の電源がＯＮになると、ＣＰＵ１４は、各部を初期化する処理を行い、ブラッシング部位推定部１４３が、加速度センサ１９の出力に基づいてブラシの姿勢（傾き）を検出する（ステップＳ１）。

次に、ブラッシング部位推定部１４３は、ステップＳ１で検出した姿勢に基づいてブラッシング部位を推定する（ステップＳ２）。

次に、補正部１４４は、処理部１４１の出力信号に基づいて、第一の信号２０２Ｐの振幅が変化しているか否か、つまり、第一の信号２０２Ｐの振幅の変動量が第三の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

歯磨き中は、ブラシユニット３が歯列にあてられながら歯列に沿って移動される。ブラシユニット３のブラシ部が歯列に含まれる１つの歯に接触している状態では、第一の信号２０２Ｐの振幅はほぼ一定で変化する。つまり、ある一定時間における第一の信号２０２Ｐの振幅の変動量は小さい。

ブラシユニット３が歯列に沿って移動されると、ブラシ部が歯間を通過することになる。ブラシ部が歯間を通過すると、ブラシ部が歯にあたらない時間が生じるため、この時間において第一の信号２０２Ｐの振幅は小さくなる。

つまり、任意の歯にブラシ部をあてた状態から、この歯の隣の歯にブラシ部を移動させる場合、第一の信号２０２Ｐの振幅は、振幅が第一の値の状態から第一の値よりも小さい第二の値に変化し、その後、第一の値に戻る。このように、ある一定時間における第一の信号２０２Ｐの振幅の変動量が大きくなる。

したがって、第一の信号２０２Ｐの振幅の変動量の大小によって、ブラシユニット３が歯に対して静止しているのか、又は、ブラシユニット３が歯に対して動いているのか、を判別することができる。この判別のために、ステップＳ３の処理が行われる。

ステップＳ３の判定がＹＥＳであれば、ブラシユニット３が歯に対して動いていると判定することができ、ステップＳ３の判定がＮＯであれば、ブラシユニット３が歯に対して静止していると判定することができる。

ステップＳ３の判定がＹＥＳのとき、補正部１４４は、処理部１４２の出力信号に基づいて、第二の信号２０３Ｐの振幅が大きいか否か、つまり、第二の信号２０３Ｐの振幅が第四の閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ４）。

ブラシユニット３が歯に対して動いているパターンは、顔は静止した状態で電動歯ブラシ１だけが移動している第一のパターンと、電動歯ブラシ１は静止した状態で顔だけが移動している第二のパターンと、がある。

第一のパターンでは、電動歯ブラシ１が移動しているため、第二の信号２０３Ｐの振幅は大きくなる。一方、第二のパターンでは、電動歯ブラシ１は静止しているため、第二の信号２０３Ｐの振幅は第一のパターンよりも十分に小さい値（第四の閾値以下の値）になる。

したがって、ステップＳ４の判定によって、上記第一のパターンと第二のパターンのいずれであるかを判別することができる。

ステップＳ４の判定がＹＥＳ（第二の信号２０３Ｐの振幅が第四の閾値を超える）のとき、補正部１４４は、「顔は静止し、ブラシ部は移動している」と判別する（ステップＳ５）。

「顔は静止し、ブラシは移動している」と判別した場合は、加速度センサ１９の出力信号に基づいて推定されたブラッシング部位の信頼性が高い。このため、ステップＳ５の後、補正部１４４は、ブラッシング部位推定部１４３で推定されたブラッシング部位をそのまま有効にする（ステップＳ６）。

ステップＳ４の判定がＮＯ（第二の信号２０３Ｐの振幅が第四の閾値以下）のとき、補正部１４４は、「顔は移動し、ブラシ部は静止している」と判別する（ステップＳ７）。

「顔は移動し、ブラシ部は静止している」と判別した場合は、加速度センサ１９の出力信号に基づいて推定されたブラッシング部位の信頼性が低くなる。このため、ステップＳ７の後、補正部１４４は、ブラッシング部位推定部１４３で推定されたブラッシング部位をその部位の隣の部位（まだ磨いていないと推定される部位）に補正（置換）する（ステップＳ８）。

ステップＳ３の判定がＮＯのとき、補正部１４４は、処理部１４２の出力信号に基づいて、第二の信号２０３Ｐの振幅が小さいか否か、つまり、第二の信号２０３Ｐの振幅が第四の閾値以下か否かを判定する（ステップＳ９）。

補正部１４４は、第二の信号２０３Ｐの振幅が小さいと判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、「顔は静止し、ブラシも静止している」と判別する（ステップＳ１０）。この場合、加速度センサ１９の出力信号に基づいて推定されたブラッシング部位の信頼性は高い。このため、補正部１４４は、ブラッシング部位推定部１４３で推定されたブラッシング部位をそのまま有効にする（ステップＳ１１）。

補正部１４４は、第二の信号２０３Ｐの振幅が小さくないと判定した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、「顔とブラシが一体移動している」と判別する（ステップＳ１２）。この場合、加速度センサ１９の出力信号に基づいて推定されたブラッシング部位の信頼性は低い。このため、補正部１４４は、ブラッシング部位推定部１４３で推定されたブラッシング部位を、その直前に推定された部位に補正（置換）する（ステップＳ１３）。つまり、補正部１４４は、ブラッシング部位の更新を行わず、直前に推定したブラッシング部位を維持する処理を行う。

ＣＰＵ１４は、以上のようにして推定され、補正されたブラッシング部位を、データ送信部１６を介して表示器１１０（ディスプレイ１１２）に出力する（ステップＳ１４）。

［本発明の実施の形態における効果］
以上のように、電動歯ブラシ１に設けられた加速度センサ１９から出力される信号の高周波成分の振幅と低周波成分の振幅に基づいて、ブラッシング部位の推定精度を向上させることが可能となる。したがって、効果的なブラッシング支援を行うことが可能となる。

本実施形態のＣＰＵ１４が行う各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供することもできる。また、フィルタ２０が行う処理をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、当該プログラムをコンピュータが読取可能な一時的でない（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）記録媒体に記録される。

このような「コンピュータ読取可能な記録媒体」は、たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−ＲＯＭ）等の光学媒体や、メモリカード等の磁気記録媒体等を含む。また、このようなプログラムを、ネットワークを介したダウンロードによって提供することもできる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。

開示された電動歯ブラシは、ブラシユニットを振動させる駆動部と、加速度センサと、前記加速度センサの出力信号から、周波数が第一の閾値以上となる第一の信号と、周波数が第二の閾値以下となる第二の信号とを抽出する信号抽出部と、前記加速度センサの出力信号に基づいて前記ブラシユニットによるブラッシング部位を推定するブラッシング部位推定部と、前記第一の信号の振幅と前記第二の信号の振幅とに基づいて、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を補正する補正部と、を備えるものである。

開示された電動歯ブラシは、前記補正部が、前記第一の信号の振幅の変動量が第三の閾値以上となり、かつ、前記第二の信号の振幅が第四の閾値以下となる第一の場合と、前記第一の信号の振幅の変動量が前記第三の閾値未満となり、かつ、前記第二の信号の振幅が前記第四の閾値を超える第二の場合に、前記補正を行うものである。

開示された電動歯ブラシは、前記補正部が、前記第一の場合には、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を隣の部位に置換するものである。

開示された電動歯ブラシは、前記補正部が、前記第二の場合には、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を、前記第一の信号の振幅の変動量が前記第三の閾値未満となる直前の状態で前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位に置換するものである。

開示されたブラッシング部位推定方法は、ブラシユニットを振動させる駆動部と加速度センサとを有する電動歯ブラシによるブラッシング部位推定方法であって、前記加速度センサの出力信号から、周波数が第一の閾値以上となる第一の信号と、周波数が第二の閾値以下となる第二の信号とを抽出する信号抽出ステップと、前記加速度センサの出力信号に基づいて前記ブラシユニットによるブラッシング部位を推定するブラッシング部位推定ステップと、前記第一の信号の振幅と前記第二の信号の振幅とに基づいて、前記ブラッシング部位推定ステップにより推定したブラッシング部位を補正する補正ステップと、を備えるものである。

本発明は、特に家庭用の電動歯ブラシに適用して利便性が高く、有効である。

１ 電動歯ブラシ
３ ブラシユニット
１１ 駆動部
１９ 加速度センサ
２０ フィルタ部
１４３ ブラッシング部位推定部
１４４ 補正部
２０２ ＨＰＦ
２０３ ＬＰＦ

Claims (5)

1. ブラシユニットを振動させる駆動部と、
   加速度センサと、
   前記加速度センサの出力信号から、周波数が第一の閾値以上となる第一の信号と、周波数が、前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値以下となる第二の信号とを抽出する信号抽出部と、
   前記加速度センサの出力信号に基づいて前記ブラシユニットによるブラッシング部位を推定するブラッシング部位推定部と、
   前記第一の信号の振幅と前記第二の信号の振幅とに基づいて、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を補正する補正部と、を備える電動歯ブラシ。
2. 請求項１記載の電動歯ブラシであって、
   前記補正部は、前記第一の信号の振幅の変動量が第三の閾値以上となり、かつ、前記第二の信号の振幅が第四の閾値以下となる第一の場合と、前記第一の信号の振幅の変動量が前記第三の閾値未満となり、かつ、前記第二の信号の振幅が前記第四の閾値を超える第二の場合に、前記補正を行う電動歯ブラシ。
3. 請求項２記載の電動歯ブラシであって、
   前記補正部は、前記第一の場合には、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を隣の部位に置換する電動歯ブラシ。
4. 請求項２又は３記載の電動歯ブラシであって、
   前記補正部は、前記第二の場合には、前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位を、前記第一の信号の振幅の変動量が前記第三の閾値未満となる直前の状態で前記ブラッシング部位推定部により推定されたブラッシング部位に置換する電動歯ブラシ。
5. ブラシユニットを振動させる駆動部と加速度センサとを有する電動歯ブラシによるブラッシング部位推定方法であって、
   前記加速度センサの出力信号から、周波数が第一の閾値以上となる第一の信号と、周波数が、前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値以下となる第二の信号とを抽出する信号抽出ステップと、
   前記加速度センサの出力信号に基づいて前記ブラシユニットによるブラッシング部位を推定するブラッシング部位推定ステップと、
   前記第一の信号の振幅と前記第二の信号の振幅とに基づいて、前記ブラッシング部位推定ステップにより推定したブラッシング部位を補正する補正ステップと、を備えるブラッシング部位推定方法。

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