DE112009000616T5 - Elektrische Zahnbürste - Google Patents

Abstract

Elektrische Zahnbürste, die aufweist: eine Bürste; eine Antriebseinrichtung, um die Bürste in Bewegung zu versetzen; eine Ausrichtungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Ausrichtung der Bürste; eine Abschnittschätzeinrichtung zum Schätzen eines Abschnitts, der gerade geputzt wird, basierend aufung zum Umschalten der Betriebsart der Antriebseinrichtung gemäß dem geschätzten Abschnitt, der gerade geputzt wird.

Description

• Technisches Fachgebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Zahnbürste.
• Hintergrundtechnik
• Es ist eine elektrische Zahnbürste von einem Typ bekannt, der das Zähneputzen (Entfernen von Nahrungsmittelresten und Zahnbelag) durchführt, indem eine sich schnell bewegende Bürste an den Zähnen plaziert wird. Für die elektrische Zahnbürste dieser Art wird eine Vielfalt an Antriebsmechanismen und Antriebsverfahren mit dem Ziel vorgeschlagen, die Zahnbelagentfernungsleistung zu verbessern und die Wahrnehmung der medizinischen Behandlung zu verbessern.
• Zum Beispiel offenbaren die Patentdokumente 1, 2 eine elektrische Zahnbürste, die fähig ist, zwischen einer drehenden Hin- und Herbewegung (Rollbewegung) und einer linearen Hin- und Herbewegung umzuschalten, indem die Drehrichtungen eines Motors umgeschaltet werden.
• Außerdem offenbart das Patentdokument 3 eine Idee, daß die Ausrichtung um den Schaft des Zahnbürstenkörpers herum in vier Stufen oder acht Stufen erfaßt wird und ein gerade geputzter Abschnitt basierend auf dem Erfassungsergebnis geschätzt wird. Insbesondere wird eine Vielzahl von Abschnitten, jeder in der Form eines Sektors, in der Umfangsrichtung im Inneren des Körpers bereitgestellt. Die Ausrichtung des Zahnbürstenkörpers wird geschätzt, indem basierend auf einer Änderung des elektrischen Widerstands abgetastet wird, in welchem Abschnitt eine leitende Kugel vorhanden ist. Es ist jedoch schwierig, die Größe eines derartigen Mechanismus zu verringern, und außerdem ist es schwierig, eine hohe Abtastgenauigkeit zu erzielen, weil die Position der Kugel aufgrund der Bewegung der Zahnbürste nicht stabil ist. In dem Patentdokument 3 wird die Anzahl der Male oder die Putzzeit für jeden Abschnitt aufgezeichnet, und die Auswertung bezüglich dessen, ob das Putzen richtig erledigt wird oder nicht, wird ausgegeben.
• Patentdokument 1: Japanische Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. 4-15426
• Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegung Nr. 5-123221
• Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegung Nr. 2005-152217
• Offenbarung der Erfindung
• Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur weiteren Verbesserung der Zahnbelagentfernungsleistung und des medizinischen Behandlungsgefühls einer elektrischen Zahnbürste bereitzustellen.
• Mittel zum Lösen der Probleme
• Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung den folgenden Aufbau.
• Eine elektrische Zahnbürste gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine Bürste; eine Antriebseinrichtung, um die Bürste in Bewegung zu versetzen; eine Ausrichtungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Ausrichtung der Bürste; eine Abschnittschätzeinrichtung zum Schätzen eines Abschnitts, der gerade geputzt wird, basierend auf der erfaßten Ausrichtung; und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Betriebsart der Antriebseinrichtung entsprechend des geschätzten Abschnitts, der gerade geputzt wird.
• Hier ist der „gerade geputzte Abschnitt” ein Abschnitt aus den mehreren Abschnitten, die durch Aufteilen von Gebißoberflächen in der Mundhöhle definiert sind, der mit der Bürste geputzt (von der Bürste berührt) wird. Lebensmittelreste und Zahnbelag haften abhängig von den Arten (Oberkiefer/Unterkiefer, Backenzahn/Schneidezahn, etc.) und Abschnitten (Zungenseite, Wangenseite, Zahnoberfläche/okklusale Oberfläche, Periodontaltasche) der Zähne auf unterschiedliche Weise. Daher sind wirksame Putzarbeitsgänge, zum Beispiel, wie die Bürste aufgebracht werden soll, wie die Bürste bewegt werden soll, und die Geschwindigkeit für jeden Abschnitt unterschiedlich. Selbst wenn außerdem die Art der Zähne gleich ist, wird die Bürste zwischen linken und rechten Gebissen in entgegengesetzten Richtungen aufgebracht.
• Die elektrische Zahnbürste in der vorliegenden Erfindung verwendet daher einen Aufbau, in dem ein gerade geputzter Abschnitt automatisch geschätzt wird und außerdem die Betriebsart abhängig von dem geschätzten Abschnitt, der gerade geputzt wird, automatisch umgeschaltet wird. Folglich kann ein passender Putzbetrieb für jeden geputzten Abschnitt realisiert werden, und die weitere Verbesserung der Zahnbelagentfernungsleistung und des medizinischen Behandlungsgefühls können erwartet werden.
• Bevorzugt umfaßt die Antriebseinrichtung einen Drehmotor, und die Steuereinrichtung schaltet eine Drehrichtung des Drehmotors entsprechend einem gerade geputzten Abschnitt.
• Folglich kann eine Bewegungsrichtung der Bürste (Bewegung der Borsten der Bürste) entsprechend einem gerade geputzten Abschnitt geändert werden. Zum Beispiel kann die Steuerung derart durchgeführt werden, daß die Borsten der Bürste in eine Richtung bewegt werden, in der Zahnbelag von Periodontaltaschen geschabt wird.
• Bevorzugt schaltet die Steuereinrichtung eine Bewegungsfrequenz der Bürste gemäß einem Abschnitt, der gerade geputzt wird.
• Zum Beispiel kann die Steuerung derart durchgeführt werden, daß die Bewegungsfrequenz an einem empfindlichen Abschnitt verringert wird (einem Abschnitt, wo starkes Bürsten nicht wünschenswert ist) und die Bewegungsfrequenz an einem Abschnitt, wo eine hohe Bürstwirkung erwünscht ist, erhöht wird.
• Bevorzugt hat die Ausrichtungserfassungseinrichtung einen Beschleunigungssensor zum Erfassen einer dreidimensionalen Ausrichtung der Bürste basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors.
• Folglich kann die Ausrichtung der Bürste mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, so daß ein Abschnitt, der gerade geputzt wird, mit höherer Genauigkeit und höherer Auflösung als herkömmlicherweise identifiziert werden kann. Außerdem kann der Beschleunigungssensor, der kompakt ist, leicht in den elektrischen Zahnbürstenkörper eingebaut werden. Ein Einachsen-Beschleunigungssensor kann verwendet werden, oder ein Mehrachsen- (Zweiachsen-, Dreiachsen- oder mehr) Beschleunigungssensor kann vorzugsweise verwendet werden.
• Vorzugsweise hat die Ausrichtungserfassungseinrichtung ein Gyroskop zum Erfassen einer dreidimensionalen Ausrichtung der Bürste basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors und der Ausgabe des Gyroskops.
• Die Ausgabe des Beschleunigungssensors umfaßt eine Erdbeschleunigungskomponente und eine dynamische Beschleunigungskomponente. Unter diesen ist es die Erdbeschleunigungskomponente, welche die dreidimensionale Ausrichtung der Bürste anzeigt, und die dynamische Beschleunigungskomponente ist eine unnötige Signalkomponente. Daher kann die dreidimensionale Ausrichtung der Bürste unter Bezugnahme auf die Ausgabe des Gyroskops und Streichens der dynamischen Beschleunigungskomponente mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
• Bevorzugt umfaßt die elektrische Zahnbürste ferner eine Bürstenwinkelschätzeinrichtung zum Schätzen eines Bürstenwinkels, der ein Winkel in Bezug auf eine Zahnachse ist, basierend auf der erfaßten Ausrichtung, und die Steuereinrichtung schaltet die Betriebsart der Antriebseinrichtung entsprechend dem geschätzten Abschnitt, der gerade geputzt wird, und dem Bürstenwinkel.
• Ein noch sauberer Putzbetrieb kann realisiert werden, indem zusätzlich der Bürstenwinkel berücksichtigt wird.
• Vorzugsweise umfaßt die elektrische Zahnbürste ferner eine Lastmesseinrichtung zum Messen einer auf die Bürste wirkenden Last, und die Steuereinrichtung unterbindet das Umschalten der Betriebsart, während keine Last auf die Bürste wirkt.
• Wenn die Bürste zum Beispiel von der rechten Seite zu der linken Seite des Gebisses bewegt wird, ändert sich die Ausrichtung der Bürste erheblich, so daß die Betriebsart während des Bewegens häufig umgeschaltet werden kann. Ein derartiges Phänomen ist nicht wünschenswert, da es die Steuerung instabil macht und zu verschwendetem Energieverbrauch führt. Daher kann, wie in der vorliegenden Erfindung, das vorstehend erwähnte Phänomen während der Bürstenbewegung verhindert werden, indem das Umschalten der Betriebsart unterbunden wird, während keine Last auf die Bürste wirkt.
• Die vorliegende Erfindung kann mit jeder möglichen Kombination der Einrichtungen und Verfahren, wie vorstehend erwähnt, aufgebaut werden.
• Ergebnisse der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Verbesserung der Zahnbelagentfernungsleistung und des medizinischen Behandlungsgefühls einer elektrischen Zahnbürste bereit.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Zahnbürste in einer ersten Ausführungsform.
• 2 ist eine Querschnittansicht, die einen inneren Aufbau der elektrischen Zahnbürste in der ersten Ausführungsform zeigt.
• 3 ist eine Perspektivansicht, die eine Außenansicht der elektrischen Zahnbürste zeigt.
• 4 ist ein Diagramm, das die Unterteilung von Abschnitten zeigt, die geputzt werden.
• 5 ist ein Flußdiagramm, das eine Hauptprozedur einer automatischen Betriebsartsteuerung in der ersten Ausführungsform zeigt.
• 6 ist ein Flußdiagramm eines Ausrichtungserfassungsverfahrens in der ersten Ausführungsform.
• 7 ist ein Flußdiagramm eines Schätzverfahrens für einen gerade geputzten Abschnitt (Oberkiefer) in der ersten Ausführungsform.
• 8 ist ein Flußdiagramm eines Schätzverfahrens für einen gerade geputzten Abschnitt (Unterkiefer) in der ersten Ausführungsform.
• 9 ist ein Flußdiagramm eines Betriebsartumschaltverfahrens in der ersten Ausführungsform.
• 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Beschleunigungssensorausgaben Ax, Ay, Az des für jeden gerade geputzten Abschnitt des Oberkiefers zeigt.
• 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Beschleunigungssensorausgaben Ax, Ay, Az für jeden gerade geputzten Abschnitt des Unterkiefers zeigt.
• 12 ist ein Diagramm, das eine Drehrichtung eines Motors und eine Bewegung einer Bürste schematisch zeigt.
• 13 ist ein Flußdiagramm eines Betriebsartumschaltverfahrens in einer zweiten Ausführungsform.
• 14 ist ein Diagramm, das eine Bewegungsbahn einer Bürste darstellt.
• 15 ist ein Diagram, das eine Beziehung zwischen einem Bürstenwinkel und einer Bürstenbewegung zeigt.
• 16 ist ein Diagramm, das eine Wellenformänderung der Sensorausgabe zusammen mit einem sich ändernden Bürstenwinkel zeigt.
• 17 ist ein Flußdiagramm, das eine Hauptprozedur der automatischen Betriebsartsteuerung in einer dritten Ausführungsform zeigt.
• 18 ist ein Flußdiagramm eines Betriebsartumschaltverfahrens in der dritten Ausführungsform.
• 19 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Zahnbürste in einer vierten Ausführungsform zeigt.
• 20 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Zahnbürste in einer fünften Ausführungsform zeigt.
• 21 ist ein Flußdiagramm, das eine Hauptprozedur eines automatischen Betriebsartumschaltverfahrens in der fünften Ausführungsform zeigt.
• 22 ist ein Diagramm, das eine Ausrichtungsänderung eines Zahnbürstenkörpers zeigt, wenn die Bürste gegen Zähne gedrückt wird.
• 23 ist ein Diagramm, das eine Wellenformänderung der Sensorausgabe zusammen mit einer Ausrichtungsänderung in 22 zeigt.
• 24 ist eine Perspektivansicht, die einen Bürstenabschnitt der elektrischen Zahnbürste in einer sechsten Ausführungsform zeigt.
• 25 ist ein Flußdiagramm eines Schätzverfahrens für einen gerade geputzten Abschnitt (Oberkiefer) in der sechsten Ausführungsform.
• 26 ist ein Flußdiagramm eines Schätzverfahrens für einen gerade geputzten Abschnitt (Unterkiefer) in der sechsten Ausführungsform.
• 27 ist ein Diagramm, das die Rauschverringerung der Beschleunigungssensorausgabe darstellt.
• 28 ist ein Diagramm, das Definitionen von Ausrichtungswinkeln der elektrischen Zahnbürste zeigt.
• 29 ist ein Diagramm, das die Antriebsgeschwindigkeitssteuerung darstellt.
• 30 ist eine Perspektivansicht, die einen Bürstenabschnitt der elektrischen Zahnbürste in einer siebten Ausführungsform zeigt.
• 31 ist ein Diagramm, das eine Ausrichtungserfassung in einer achten Ausführungsform darstellt.
• 32 ist ein Flussdiagramm eines Ausrichtungsinformations-Aktualisierungsverfahrens in einer neunten Ausführungsform.
• Beste Art zum Ausführen der Erfindung
• Im folgenden werden geeignete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Figuren beispielhaft im Detail beschrieben.
• (Erste Ausführungsform)
• <Struktur der elektrischen Zahnbürste>
• Unter Bezug auf 1, 2 und 3 wird eine Struktur einer elektrischen Zahnbürste beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Zahnbürste in einer ersten Ausführungsform, 2 ist eine Querschnittansicht, die einen inneren Aufbau der elektrischen Zahnbürste in der ersten Ausführungsform zeigt, und 3 ist eine Perspektivansicht, die eine Außenansicht der elektrischen Zahnbürste zeigt.
• Die elektrische Zahnbürste umfaßt einen elektrischen Zahnbürstenkörper 1 (auf den hier nachstehend einfach als der „Körper 1” Bezug genommen wird), der einen Motor 10 enthält, der als eine Antriebsquelle dient, und ein Schwingelement 2 mit einer Bürste 210. Der Körper 1 hat im wesentlichen eine zylindrische Form und dient auch als ein Griffabschnitt für den Benutzer, der beim Zähneputzen mit der Hand gegriffen werden soll.
• Der Körper 1 ist mit einem Schalter S zum Ein-/Ausschalten des Stroms versehen. Im Inneren des Körpers 1 sind ein Motor 10, der als eine Antriebsquelle dient, eine Antriebsschaltung 12, eine wiederaufladbare Batterie 13, die als eine Stromversorgung mit 2,4 V dient, eine Spule 14 zum Aufladen und ähnliches bereitgestellt. Um die wiederaufladbare Batterie 13 aufzuladen, wird der Körper 1 einfach auf einem Ladegerät 100 angeordnet, so daß durch elektromagnetische Induktion kontaktfreies Aufladen realisiert wird. Die Antriebsschaltung 12 hat eine CPU (Eingangs-/Ausgangsverarbeitungseinheit) 120 zum Ausführen einer Vielfalt an Arbeitsgängen und der Steuerung, einen Speicher 121 zum Speichern von Programmen und einer Vielfalt an Einstellwerten, einen Zeitschalter 122 und ähnliches.
• Ferner ist ein Mehrachsen- (hier drei Achsen x, y und z) Beschleunigungssensor 15 im Inneren des Körpers 1 bereitgestellt. Wie in 3 gezeigt, ist der Beschleunigungssensor 15 derart bereitgestellt, daß die x-Achse parallel zu der Bürstenfläche ist, daß die y-Achse mit der Längsrichtung des Körpers 1 zusammenfällt, und daß die z-Achse senkrecht zu der Bürstenfläche ist. Mit anderen Worten, ist der Erdbeschleunigungsvektor parallel zu der y-Achse, wenn der Körper 1 auf dem Ladegerät 100 angeordnet wird. Wenn die Bürstenfläche nach oben gedreht ist, ist der Erdbeschleunigungsvektor parallel zu der z-Achse. Wenn die Bürstenfläche seitwärts gedreht ist, wobei der Körper 1 horizontal ausgerichtet ist, ist der Erdbeschleunigungsvektor parallel zu der x-Achse. Die Ausgabe jeder Achse des Beschleunigungssensors 15 wird in die CPU 120 eingegeben, um sie zu verwenden, um eine dreidimensionale Ausrichtung der Bürste zu erfassen.
• Vorzugsweise kann ein Piezowiderstands-, Kapazitäts-, oder Wärmeabtast-MEMS-Sensor als Beschleunigungssensor 15 verwendet werden kann. Dies liegt daran, daß der MEMS-Sensor sehr klein ist und leicht ins Innere des Hauptkörpers 1 eingebaut wird. Jedoch ist die Art des Beschleunigungssensors 15 nicht darauf beschränkt, und ein elektrodynamischer, Dehnungsmeß- oder piezoelektrischer Sensor kann verwendet werden. Wenngleich in den Figuren nicht speziell gezeigt, kann eine Korrekturschaltung zum Korrigieren des Gleichgewichts zwischen Sensorempfindlichkeiten für die Achsen, Temperaturcharakteristiken für die Empfindlichkeiten, Temperaturdrifts etc. bereitgestellt werden. Außerdem kann ein Bandpaßfilter (Tiefpaßfilter) zum Beseitigen einer dynamischen Beschleunigungskomponente oder des Rauschens bereitgestellt werden. Das Rauschen kann außerdem durch Glätten der Ausgangswellenform des Beschleunigungssensors verringert werden. 27 zeigt ein Beispiel, in dem Hochfrequenzrauschen der Ausgangswellenformen verringert wird, indem Daten über einige Dutzend ms gemittelt werden.
• Das Schwingelement 2 umfaßt einen Stielabschnitt 20, der an der Seite des Körpers 1 befestigt ist, und einen Bürstenteil 21, der an diesem Stielabschnitt 20 angebracht ist. Eine Bürste 210 ist in das Spitzenende des Bürstenteils 21 implantiert. Der Bürstenteil 21 ist ein Verbrauchselement und folglich aufgebaut, um von dem Stielabschnitt 20 lösbar zu sein, so daß der durch einen neuen ersetzt werden kann.
• Der Stielabschnitt 20 besteht aus einem Harzmaterial. Der Stielabschnitt 20 ist auf dem Körper 1 montiert, wobei ein elastisches Element 202 aus einem Elastomer dazwischen eingefügt ist. Der Stielabschnitt 20 ist ein rohrförmiges Element, das an dem Spitzenende (dem bürstenseitigen Ende) geschlossenen ist, und hat ein Lager 203 an dem Spitzende im Inneren des Rohrs. Ein Spitzenende einer exzentrischen Welle 30, die mit einer Drehwelle 11 des Motors 10 verbunden ist, ist in das Lager 203 des Stielabschnitts 20 eingesetzt. Diese exzentrische Welle 30 hat in der Nachbarschaft des Lagers 203 ein Gewicht 300, und der Schwerpunkt der exzentrischen Welle 30 ist von ihrem Drehzentrum verschoben. Es wird bemerkt, daß ein winziger Spielraum zwischen dem Spitzenende der exzentrischen Welle 30 und dem Lager 203 bereitgestellt ist.
• <Antriebsprinzip der elektrischen Zahnbürste>
• Die CPU 120 liefert ein Antriebssignal (zum Beispiel ein Impulsbreitenmodulationssignal) entsprechend der Betriebsart an den Motor 10, um die Drehwelle 11 des Motors 10 zu drehen. Die exzentrische Welle 30 dreht sich zusammen mit der Drehung der Drehwelle 11, wobei die exzentrische Welle 30 sich derart bewegt, daß sie sich um die Drehachse dreht, weil der Schwerpunkt verschoben ist. Daher stößt das Spitzenende der exzentrischen Welle 30 wiederholt gegen die Innenwand des Lagers 203, um zuzulassen, daß der Stielabschnitt 20 und ein daran angebrachter Bürstenteil 21 mit hoher Geschwindigkeit schwingen (sich bewegen). Mit anderen Worten wirkt der Motor 10 als Antriebseinrichtung zum Schwingen (Bewegen) der Bürste, und die exzentrische Welle 30 wirkt als ein Bewegungsübertragungsmechanismus (Bewegungsumwandlungsmechanismus) zum Umwandeln einer Ausgabe (Drehung) des Motors 10 in die Schwingung des Schwingelements 2.
• Der Benutzer kann das Putzen durchführen, indem er den Körper 1 in der Hand hält und die schnell schwingende Bürste 210 an den Zähnen plaziert. Es wird bemerkt, daß die CPU 120 die Betriebsdauer unter Verwendung des Zeitschalters 122 überwacht und die Schwingung der Bürste nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (zum Beispiel zwei Minuten) automatisch stoppt.
• In der elektrischen Zahnbürste der vorliegenden Ausführungsform ist die exzentrische Welle 30, die ein Bewegungsübertragungsmechanismus ist, in dem Schwingelement 2 enthalten, und insbesondere ist das Gewicht 300 in der Nachbarschaft der Bürste 210 angeordnet. Daher kann der Teil der Bürste 210 effizient schwingen. Da andererseits das Schwingelement 2 (der Stielabschnitt 20) auf dem Körper 1 montiert ist, wobei das elastische Element 202 dazwischen gefügt ist, wird die Schwingung des Schwingelements 2 nicht leicht auf den Körper 1 übertragen. Dies kann die Schwingung des Körpers 1 und der Hand während des Zähneputzens verringern, wodurch die Verwendbarkeit verbessert wird.
• <Betrieb der elektrischen Zahnbürste>
• Lebensmittelreste und Zahnbelag haften abhängig von den Arten (Oberkiefer/Unterkiefer und Backenzahn/Schneidezahn) und Abschnitten (Zungenseite/Wangenseite, Zahnoberfläche/okklusale Oberfläche) von Zähnen in unterschiedlicher Weise. Daher sind wirkungsvolle Putzarbeitsgänge, zum Beispiel, wie die Bürste angelegt werden soll (Bürstenwinkel oder Bürstendruck), wie die Bürste bewegt werden soll, die Drehzahl und die Putzzeit, für jeden Abschnitt des Gebissteilen verschieden. Selbst wenn die Art der Zähne gleich ist, wird die Bürste außerdem zwischen linken und rechten Gebissen in entgegengesetzten Richtungen angewendet.
• Daher schätzt die elektrische Zahnbürste in der vorliegenden Ausführungsform einen Abschnitt, der gerade geputzt wird, basierend auf der Ausrichtung der Bürste, die durch den Beschleunigungssensor 15 erfaßt wird, und schaltet die Betriebsart (Drehrichtung, Drehzahl und ähnliches) des Motors 10 abhängig von dem gerade geputzten Abschnitt automatisch um.
• In der vorliegenden Erfindung werden, wie in 4 gezeigt, die oberen und unteren Gebisshälften in 16 Abschnitte, nämlich „vordere Oberkieferwangenseite”, „vordere Oberkieferzungenseite”, „linke Oberkieferwangeseite”, „linke Oberkieferzungenseite”, „linke okklusalen Oberkieferseite”, „rechte Oberkieferwangenseite”, „rechte Oberkieferzungenseite”, „rechte okklusale Oberkieferoberfläche”, „vordere Unterkieferwangenseite”, „vordere Unterkieferzungenseite”, „linke Unterkieferwangeseite”, „linke Unterkieferzungenseite”, „linke okklusale Unterkieferseite”, „rechte Unterkieferwangenseite”, „rechte Unterkieferzungenseite”, „rechte okklusale Unterkieferoberfläche” unterteilt. Jedoch ist die Aufteilung des Gebisses nicht auf die vorstehend erwähnte beschränkt, und das Gebiß kann gröber oder feiner aufgeteilt werden.
• Unter Bezug auf die Flußdiagramme von 5 bis 9 werden die Flüsse der automatischen Betriebsartsteuerung spezifisch beschrieben. 5 ist ein Flußdiagramm einer Hauptprozedur, und 6 bis 9 sind Flußdiagramme, die Details jedes Verfahrens der Hauptprozedur zeigen. Es wird bemerkt, daß die nachstehend beschriebenen Verfahren, wenn nicht anders spezifiziert, die Verfahren sind, die von der CPU 120 nach einem Programm ausgeführt werden.
• Wenn die elektrische Zahnbürste eingeschaltet wird, erfaßt die CPU 120 eine Ausrichtung (Neigung) der Bürste basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 (S10). Dann schätzt die CPU 120 den gerade geputzten Abschnitt basierend auf der in S10 erfaßten Ausrichtung (S20). Dann führt die CPU 120 die Steuerung durch, um die Betriebsart entsprechend dem gerade geputzten Abschnitt, der in S20 geschätzt wird, umzuschalten (S30). Die Verfahren in S10–S30 werden in gewissen Zeitintervallen wiederholt ausgeführt, und die Betriebsart wird, soweit erforderlich, jedes Mal geändert, wenn der gerade geputzte Abschnitt geändert wird. Wenn der Strom ausgeschaltet wird oder wenn eine Betriebsdauer eine vorgegebene Zeit (zum Beispiel zwei Minuten) erreicht oder wenn die Betriebsart manuell umgeschaltet wird, wird die Hauptprozedur in 5 beendet. Im folgenden werden die Verfahren in S10–S30 im Detail beschrieben.
• <Erfassung der Ausrichtung>
• 6 ist ein Flußdiagramm eines Ausrichtungserfassungsverfahrens (S10).
• Die CPU 120 erlangt jeweilige Ausgaben Ax, Ay, Az der x-, y-, z-Achsen von dem Beschleunigungssensor 15 (S100). Ax stellt eine Beschleunigungskomponente in der x-Richtung dar. Ay stellt eine Beschleunigungskomponente in der y-Richtung dar. Az stellt eine Beschleunigungskomponente in der z-Richtung an. Wenn die Zahnbürste in einem stillstehenden Zustand ist (wenn die dynamische Beschleunigung nicht auf den Beschleunigungssensor 15 wirkt), ist ein zusammengesetzter Vektor A von Ax, Ay, Az äquivalent zur Erdbeschleunigung. Hier wird A = (Ax, Ay, Az) als ein Ausrichtungsvektor bezeichnet.
• Wenn hier der Betrag des Ausrichtungsvektors A = (Ax, Ay, Az) größer als 1,2 g (g ist die Erdbeschleunigung) ist (S101; Ja), wird ein Fehler zurückgegeben (S102). Dies liegt daran, daß die Einbeziehung eines großen Betrags der dynamischen Beschleunigungskomponente in der Beschleunigungssensorausgabe es schwierig macht, die Richtung der Erdbeschleunigung (das heißt, die dreidimensionale Ausrichtung der Bürste) genau zu spezifizieren. Es wird bemerkt, daß die Verfahren in S100 und S101 wiederholt werden können, bis die Beschleunigungssensorsausgaben Ax, Ay, Az erhalten werden, in denen der Betrag des zusammengesetzten Vektors 1,2 g oder weniger ist, anstatt wie in S102 einen Fehler zurückzugeben. Es wird bemerkt, daß der Schwellwert in der Fehlerbestimmung nicht auf 1,2 g beschränkt ist und jeder andere Werte sein kann.
• <Schätzung des Abschnitts, der gerade geputzt wird>
• 7 und 8 sind Flußdiagramme eines Schätzverfahrens für einen gerade geputzten Abschnitt (S20). 10 und 11 sind Diagramme, die ein Beispiel für Beschleunigungssensorausgaben Ax, Ay, Az für jeden Abschnitt, der gerade geputzt wird, zeigen.
• Die CPU 120 bestimmt zuerst basierend auf der Ausgabe Az des Beschleunigungssensors in der z-Richtung den Oberkiefer oder den Unterkiefer (S700). Diese Bestimmung basiert auf der Idee, daß die Bürstenfläche beim Putzen des Oberkiefergebisses meistens nach oben gewandt ist und die Bürstenfläche beim Putzen des Unterkiefergebisses meistens nach unten gewandt ist. Wenn Az > 0, wird der Unterkiefer bestimmt (S801). Wenn Az ≤ 0, wird Oberkiefer bestimmt (S701).
• (1) Im Fall des Oberkiefers
• Die CPU 120 bestimmt basierend auf der Ausgabe Ay des Beschleunigungssensors in der y-Richtung, ob es sich um einen Vorderzahn handelt oder nicht (S702). Diese Bestimmung basiert auf der Idee, daß der Zahnbürstenkörper 1 relativ horizontal ausgerichtet ist, wenn der Vorderzahn geputzt wird, während der Zahnbürstenkörper 1 beim Putzen von Backenzähnen gezwungen wird, schräg ausgerichtet zu sein, da er mit Lippen ins Gehege kommt. Wenn Ay ≤ Schwellwert a, wird bestimmt, daß es sich um einen Oberkiefervorderzahn handelt (S703).
• Wenn ein Oberkiefervorderzahn bestimmt wird, bestimmt die CPU 120 basierend auf der Ausgabe Ax des Beschleunigungssensors in der x-Richtung, ob es sich um die Wangenseite oder die Zungenseite handelt (S704). Diese Bestimmung wird basierend auf der Idee vorgenommen, daß die Bürste zwischen der Wangenseite und der Zungenseite in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet ist. Wenn Ax > 0 wird die „vordere Oberkieferwangenseite” bestimmt (S705) und wenn Ax ≤ 0 wird die „vordere Oberkieferzungenseite” bestimmt (S706).
• Wenn in S702 andererseits bestimmt wird, daß es sich um keinen vorderen Oberkieferzahn handelt, bestimmt die CPU 120 basierend auf der Ausgabe Ax des Beschleunigungssensors in der x-Richtung, ob es eine okklusale Oberfläche ist oder nicht (S707). Diese Bestimmung wird basierend auf der Idee vorgenommen, daß die Bürstenfläche im allgemeinen horizontal ausgerichtet ist, wenn eine okkulusale Oberfläche geputzt wird und die Ausgabe Ax äußerst klein ist. Wenn der Schwellwert b > Ax > Schwellwert c, wird bestimmt, daß es sich um die „linke okklusale Oberkieferoberfläche oder rechte okklusale Oberkieferoberfläche” handelt (S708). Es wird bemerkt, daß die linke okklusale Oberkieferoberfläche oder rechte okklusale Oberkieferoberfläche in der ersten Ausführungsform nicht spezifisch voneinander unterschieden werden. Dies liegt daran, daß es im Fall der okklusalen Oberfläche keine große Notwendigkeit für die Änderung des Putzbetriebs zwischen links und rechts gibt.
• Wenn Ax ≥ Schwellwert b oder Ax ≤ Schwellwert c, bestimmt die CPU 120 abhängig davon, ob Ax größer als null ist oder nicht, ob es die Wangenseite oder die Zungenseite ist (S709). Diese Bestimmung basiert auf der Idee, daß die Bürste zwischen der Wangenseite und der Zungenseite in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet ist. Wenn Ax > 0, wird die „rechte Oberkieferwangenseite oder linke Oberkieferzungenseite” (S170) bestimmt. Wenn Ax ≤ 0, wird die „linke Oberkieferwangenseite oder rechte Oberkieferzungenseite” bestimmt (S711). Es wird bemerkt, daß die rechte Oberkieferwangenseite und die linke Oberkieferzungenseite in der ersten Ausführungsform nicht spezifisch voneinander unterschieden werden. Dies liegt daran, daß keine große Notwendigkeit besteht, den Putzbetrieb zwischen diesen Abschnitten zu ändern. Dies gilt für die linke Oberkieferwangenseite und die rechte Oberkieferzungenseite.
• (2) Im Fall des Unterkiefers
• Die CPU 120 bestimmt basierend auf der Ausgabe Ay des Beschleunigungssensors in der y-Richtung, ob es ein Vorderzahn ist oder nicht (S802). Diese Bestimmung basiert auf der Idee, daß der Zahnbürstenkörper 1 beim Putzen von Vorderzähnen relativ horizontal ausgerichtet ist, während der Zahnbürstenkörper 1 beim Putzen von Backenzähnen, da er mit den Lippen ins Gehege kommt, gezwungen wird, schräg ausgerichtet zu sein. Wenn Ay < Schwellwert d, wird ein Vorderzahn auf dem Unterkiefer bestimmt (S803).
• Wenn ein vorderer Unterkieferzahn bestimmt wird, bestimmt die CPU 120 basierend auf der Ausgabe Ax des Beschleunigungssensors in der x-Richtung, ob es sich um die Wangenseite oder die Zungenseite handelt (S804). Diese Bestimmung wird basierend auf der Idee vorgenommen, daß die Bürste zwischen der Wangenseite und der Zungenseite in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet ist. Wenn Ax < 0, wird die vordere Unterkieferwangenseite bestimmt (S805), und wenn Ax ≥ 0 wird die vordere Unterkieferzungenseite bestimmt (S806).
• Wenn in S802 andererseits bestimmt wird, daß es sich um keinen vorderen Unterkieferzahn handelt, bestimmt die CPU 120 basierend auf der Ausgabe Ax des Beschleunigungssensors in der x-Richtung, ob es eine okklusale Oberfläche ist oder nicht (S807). Diese Bestimmung wird basierend auf der Idee vorgenommen, daß die Bürstenfläche beim Putzen einer okklusalen Oberfläche im allgemeinen horizontal ausgerichtet ist und die Ausgabe Ax äußerst klein ist. Wenn der Schwellwert e > Ax > Schwellwert f, wird die „linke okklusale Unterkieferoberfläche oder rechte okklusale Unterkieferoberfläche” bestimmt (S808). Es wird bemerkt, daß die linke okklusale Unterkieferoberfläche und die rechte okklusale Unterkieferoberfläche in der ersten Ausführungsform nicht spezifisch voneinander unterschieden werden. Dies liegt daran, daß im Fall der okklusalen Oberfläche keine große Notwendigkeit besteht, den Putzbetrieb zwischen links und rechts zu ändern.
• Wenn Ax ≥ Schwellwert e oder Ax ≤ Schwellwert f, bestimmt die CPU 120 abhängig davon, ob Ax größer als null ist oder nicht, ob es sich um die Wangenseite oder die Zungenseite handelt (S809). Diese Bestimmung basiert auf der Idee, daß die Bürste zwischen der Wangenseite und der Zungenseite in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet ist. Wenn Ax > 0, wird dies als rechte Unterkieferwangenseite oder linke Unterkieferzungenseite bestimmt (S810). Wenn Ax ≤ 0, wird dies als „linke Unterkieferwangenseite oder rechte Unterkieferzungenseite” bestimmt (S811). Es wird bemerkt, daß die rechte Unterkieferwangenseite und die linke Unterkieferzungenseite in der ersten Ausführungsform nicht spezifisch voneinander unterschieden werden. Dies liegt daran, daß keine große Notwendigkeit besteht, den Putzbetrieb zwischen diesen Teilen zu ändern. Dies ist auf die linke Unterkieferwangenseite und die rechte Unterkieferzungenseite anwendbar.
• Durch die vorstehend beschriebenen Verfahren wird der gerade geputzte Abschnitt als auf einer der „vorderen Oberkieferwangenseite” (S705), der „vorderen Oberkieferzungenseite” (S706), der „okklusalen Oberkieferoberfläche” (S708), der „rechten Oberkieferwangenseite oder linken Oberkieferzungenseite” (S710), der „linken Oberkieferwangenseite oder rechten Oberkieferzungenseite” (S711), der „vorderen Unterkieferwangenseite” (S805), der „vorderen Unterkieferzungenseite” (S806), der „okklusalen Unterkieferoberfläche” (S808), der „rechten Unterkieferwangenseite” oder linken Unterkieferzungenseite” (S810), der „linken Unterkieferwangenseite oder rechten Unterkieferzungenseite” (S811) spezifiziert.
• Es wird bemerkt, daß der vostehend erwähnte Bestimmungsalgorithmus nur beispielhaft gezeigt ist, und jeder Bestimmungsalgorithmus verwendet werden kann, solange der Abschnitt, der gerade geputzt wird, aus den Ausgaben Ax, Ay, Az des Beschleunigungssensors spezifiziert werden kann. Zum Beispiel kann die Bestimmung vorgenommen werden, wobei nicht die Werte Ax, Ay, Az wie sie sind verwendet werden, sondern indem eine Sekundärvariable verwendet wird, die erhalten wird, indem Ax, Ay, Az geeignet kombiniert werden. Die Sekundärvariable kann nach Wunsch, zum Beispiel als Ay/Az, Ax·Ax + Ay·Ay, Ay – Ax, festgelegt werden. Alternativ kann die Beschleunigungsinformation für jede Achse Ax, Ay, Az, bevor ein gerade geputzter Abschnitt bestimmt wird, wie in 28 gezeigt, in Winkelinformationen (Ausrichtungswinkel) α, β, γ umgewandelt werden. In dem Beispiel von 28 sind der Winkel der x-Achse relativ zu der Richtung der Erdbeschleunigung, der Winkel der y-Achse relativ zu der Richtung der Erdbeschleunigung und der Winkel der z-Achse relativ zu der Richtung der Erdbeschleunigung jeweils als ein Rollwinkel α, ein Nickwinkel β und ein Gierwinkel β definiert. Für die Bestimmung verwendete Schwellwerte können aus Ergebnissen klinischer Experimente und ähnlichem bestimmt werden.
• <Betriebsartumschaltung>
• In der elektrischen Zahnbürste in der vorliegenden Ausführungsform wird die Drehbewegung der exzentrischen Welle verwendet, um die Schwingung der Bürste, wie vorstehend beschrieben, zu erzeugen. Im Fall eines derartigen Antriebsprinzips schwingt die Bürste in der Ebene (in der zx-Ebene) senkrecht zu der Drehwelle des Motors entlang einer elliptischen Bewegungsbahn. Wenn dann die Drehrichtung des Motors umgekehrt wird, folgt die Bürste der Bewegungsbahn, die in Bezug auf die yz-Ebene symmetrisch ist, da der Schwingmechanismus der Zahnbürste in Bezug auf die yz-Ebene symmetrisch ist.
• 12 zeigt schematisch eine Drehrichtung des Motors und eine Bewegung der Bürste. Wenn der Motor vorwärts gedreht wird, bewegen sich die Borsten der Bürste in einer derartigen Weise, daß Zahnbelag aus den Periodontaltaschen auf der rechten Unterkieferzungenseite abgeschabt wird, während die Borsten der Bürste sich in einer derartigen Weise bewegen, daß Zahnbelag auf der rechten Unterkieferwangenseite in die Periodontaltaschen geschoben wird. Daher kann verstanden werden, daß es erwünscht ist, den Motor vorwärts zu drehen, wenn die rechte Unterkieferzungenseite geputzt wird. Andererseits kann verstanden werden, daß es erwünscht ist, den Motor rückwärts zu drehen, so daß die Borsten der Bürste sich bewegen, um Zahnbelag abzuschaben, wenn die rechte Unterkieferwangenseite geputzt wird. Basierend auf derartigen Erkenntnissen wird in der vorliegenden Ausführungsform die Drehrichtung (Vorwärtsdrehung/Rückwärtsdrehung) des Drehmotors abhängig von einem Abschnitt, der gerade geputzt wird, umgeschaltet.
• 9 ist ein Flußdiagramm eines Betriebsartumschaltverfahrens (S30). Die CPU 120 prüft durch Vergleichen des in S20 spezifizierten gerade geputzten Abschnitts mit dem Abschnitt, der in dem vorhergehenden Vorgang geputzt wurde (dem Vorgang einen Takt vorher), ob der gerade geputzte Abschnitt geändert wird oder nicht (S900). Es wird bemerkt, daß der in dem vorhergehenden Vorgang geputzte Abschnitt in dem Speicher gespeichert ist.
• Wenn der geputzte Abschnitt geändert wird (S900; JA), bestimmt die CPU 120, in welche Gruppe aus einer ersten Gruppe „linke Unterkieferwangenseite, rechte Unterkieferzungenseite, linke Oberkieferzungenseite, rechte Oberkieferwangenseite” und einer zweiten Gruppe „rechte Unterkieferwangenseite, linke Unterkieferzungenseite, rechte Oberkieferzungenseite, linke Oberkieferwangenseite” der gerade geputzte Abschnitt fällt (S901). Wenn es sich um die erste Gruppe handelt, legt die CPU 120 die Drehrichtung des Motors auf die Vorwärtsrichtung fest (S902). Wenn es sich um die zweite Gruppe handelt, legt die CPU 120 dann die Drehrichtung des Motors auf die Rückwärtsdrehung fest (S903).
• Auf diese Weise wird die Drehrichtung des Motors derart gesteuert, daß eine geeignete und wirksame Bewegung der Bürstenborsten, die für einen geputzten Abschnitt geeignet ist, realisiert wird, wodurch die Zahnbelagentfernungsleistung verbessert wird.
• (Zweite Ausführungsform)
• Die elektrische Zahnbürste in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. In der ersten Erfindung wird die Drehrichtung des Motors abhängig von einem gerade geputzten Abschnitt gesteuert. In der zweiten Ausführungsform wird die Frequenz (Bewegungsfrequenz, insbesondere eine Drehzahl des Motors) der Bürste abhängig von einem gerade geputzten Abschnitt gesteuert. Die sonstige Struktur ist ähnlich der der ersten Ausführungsform, und daher wird nachstehend hauptsächlich eine für die vorliegende Ausführungsform spezifische Struktur beschrieben.
• 13 ist ein Flußdiagramm eines Betriebsartumschaltverfahrens (S30 in 5) in der zweiten Ausführungsform. Die CPU 120 prüft durch Vergleichen des in S20 spezifizierten gerade geputzten Abschnitts mit dem Abschnitt, der in dem vorhergehenden Vorgang geputzt wurde (dem Vorgang einen Takt vorher), ob der gerade geputzte Abschnitt geändert wird oder nicht (S900). Es wird bemerkt, daß der in dem vorhergehenden Vorgang geputzte Abschnitt in dem Speicher gespeichert ist.
• Wenn der geputzte Abschnitt geändert wird (S900; JA), bestimmt die CPU 120, in welche Gruppe aus einer ersten Gruppe „vordere Unterkieferwangenseite, vordere Unterkieferzungenseite, vordere Oberkieferwangenseite, vordere Oberkieferzungenseite”, einer zweiten Gruppe „linke Unterkieferwangenseite, linke Unterkieferzungenseite, rechte Unterkieferwangenseite, rechte Unterkieferzungenseite, linke Oberkieferwangenseite, linke Oberkieferzungenseite, rechte Oberkieferwangenseite, rechte Oberkieferzungenseite” und einer dritten Gruppe „linke okklusale Unterkieferoberfläche, rechte okklusale Unterkieferoberfläche, linke okklusale Oberkieferoberfläche, rechte okklusale Oberkieferoberfläche” (S1301) der gerade geputzte Abschnitt fällt. Die erste Gruppe ist ein Abschnitt, in dem das Zahnfleisch empfindlich ist und starkes Bürsten nicht erwünscht ist. Die dritte Gruppe ist ein Abschnitt, in dem die Bürste kein Zahnfleisch berührt und eine hohe Putzwirkung erwünscht ist.
• In dem Fall der ersten Gruppe steuert die CPU 120 die Drehzahl des Motors derart, daß die Bürste mit einer Frequenz schwingt, die eine Stufe niedriger als der aktuelle Einstellwert ist (S1302). Im Fall de zweiten Gruppe steuert die CPU 120 die Drehzahl des Motors derart, daß die Bürste mit einer Frequenz des aktuellen Einstellwerts (S1303) schwingt. Im Fall der dritten Gruppe steuert die CPU 120 die Drehzahl des Motors derart, daß die Bürste mit einer Frequenz schwingt, die eine Stufe höher als der aktuelle Einstellwert ist (S1304). Wenn zum Beispiel in einer Zahnbürste, in der Frequenzen in fünf Stufen umgeschaltet werden können, der aktuelle Einstellwert „3” ist, wird das Putzen der ersten Gruppe mit einer Frequenz von „2” durchgeführt, das Putzen der zweiten Gruppe wird mit einer Frequenz von „3” durchgeführt, und das Putzen der dritten Gruppe wird mit einer Frequenz von „4” durchgeführt.
• Folglich kann die Putzstärke für den Abschnitt, in dem Zahnfleisch empfindlich ist, schwach eingestellt werden. Im Gegensatz dazu kann die Putzstärke für den Abschnitt, in dem eine hohe Putzwirkung erwünscht ist, stark eingestellt werden. Daher können die Putzwirkung und das medizinische Behandlungsgefühl verbessert werden.
• Wenngleich in der vorliegenden Ausführungsform die Frequenz der Bürste unter Beachtung gegebener Zahnfleischreize für jeden geputzten Abschnitt gesteuert wird, kann die Frequenz der Bürste zu jedem anderen Zweck gesteuert werden. Wenn zum Beispiel beachtet wird, daß die Kontaktbereiche zwischen der Bürste und den Zähnen zwischen geputzten Abschnitten unterschiedlich sind, kann die Steuerung derart durchgeführt werden, daß die Putzwirkung verbessert wird, indem die Frequenz für einen Abschnitt mit einer großen Kontaktoberfläche (zum Beispiel der vorderen Oberkieferwangenseite, der okklusalen Oberfläche und ähnlichem) erhöht wird, während die Frequenz für einen Abschnitt mit einer kleinen Kontaktoberfläche (zum Beispiel der linken Unterkieferzungenseite, der rechten Oberkieferwangenseite und ähnliche) verringert wird. Wenngleich die Frequenzen in der vorliegenden Ausführungsformen in drei Stufen gesteuert werden, können die Frequenzen in zwei Stufen oder vier oder mehr Stufen gesteuert werden.
• Wenn die Antriebsdrehzahl (Frequenz der Drehzahl) der Bürste geändert wird, kann die Antriebsdrehzahl, wie in dem oberen Diagramm in 29 gezeigt, schnell geändert werden. Jedoch können eine plötzliche Änderung oder häufige Änderungen der Antriebsdrehzahl während des Putzens dem Benutzer ein unangenehmes Gefühl geben oder können eine instabile Steuerung bewirken. Dann ist es, wie in dem unteren Diagramm von 29 gezeigt, ebenfalls vorzuziehen, eine derartige Steuerung durchzuführen, daß sich die Antriebsdrehzahl allmählich (oder Schritt für Schritt) ändert. Zum Beispiel kann die Drehzahl des Motors derart gesteuert werden, daß die Drehzahländerungsrate des Motors keinen gewissen Einstellwert oder höher erreicht.
• (Dritte Ausführungsform)
• Die elektrische Zahnbürste in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. In der vorliegenden Erfindung schätzt die CPU 120 einen Bürstenwinkel basierend auf der Ausrichtung der Bürste und schaltet die Betriebsart entsprechend dem gerade geputzten Abschnitt und dem Bürstenwinkel um. Die sonstige Struktur ist ähnlich der der vorangehenden Ausführungsformen, und daher wird nachstehend hauptsächlich eine für die vorliegende Ausführungsform spezifische Struktur beschrieben.
• <Schwingungscharakteristiken>
• In dieser elektrischen Zahnbürste wird die Drehbewegung der exzentrischen Welle verwendet, um die Schwingung der Bürste zu erzeugen. Die Bürste schwingt entlang einer elliptischen Bewegungsbahn in der Ebene senkrecht zu der Drehwelle des Motors. Die gegenwärtigen Erfinder haben die Schwingung der Bürste mit verschiedenen Frequenzen (Motordrehzahlen) beobachtet und analysiert und herausgefunden, daß diese elektrische Zahnbürste die folgenden Schwingungscharakteristiken hat.
• (1) Der Bürstenabschnitt hat wenigstens zwei Resonanzpunkte (Resonanzfrequenzen).
• (2) Die Resonanzrichtung an jedem Resonanzpunkt ist zueinander unterschiedlich. Insbesondere nimmt, wie in 14 gezeigt, an einem Resonanzpunkt (erste Resonanz: etwa 12500 Schwingungen/min) auf der niedrigeren Frequenzseite die Amplitude in der x-Achsenrichtung parallel zu der Bürstenfläche zu. An einem Resonanzpunkt (zweite Resonanz: etwa 38000 Schwingungen/min) auf der höheren Frequenzseite nimmt die Amplitude in der z-Achsenrichtung senkrecht zu der Bürstenfläche zu. Außerhalb der Resonanz (zum Beispiel etwa 26500 Schwingungen/min) folgt die Bürste einer schrägen Bewegungsbahn (etwa 45 Grad) in Bezug auf die x-Achse (die z-Achse). Hier ist „Schwingungen/min” eine Einheit, die die Anzahl der Schwingungen pro Minute darstellt.
• Der Grund, warum mehrere Resonanzen, deren Richtung sich unterscheidet, erscheinen, kann sein, daß sie stark von der Struktur der elektrischen Zahnbürste oder deren Antriebsprinzip abhängen. Die gegenwärtigen Erfinder haben Experimente mit verschiedenen exzentrischen Wellen und Bürstenstrukturen wiederholt und dann herausgefunden, daß der erste Resonanzpunkt dadurch gekennzeichnet ist, daß er hauptsächlich von dem Bewegungsübertragungsmechanismus abhängt und daß der zweite Resonanzpunkt dadurch gekennzeichnet ist, daß er hauptsächlich von der Bürste abhängt. Mit anderen Worten wurde herausgefunden, daß die Frequenz und die Amplitude des ersten Resonanzpunkts eingestellt werden können, indem die Struktur und die Form des Bewegungsübertragungsmechanismus (einfach die Position, die Größe, das Gewicht, etc. des Gewichts der exzentrischen Welle) geändert wird, und daß die Frequenz und die Amplitude des zweiten Resonanzpunkts eingestellt werden können, indem die Struktur und die Form der Bürste geändert werden.
• <Bürstenwinkel>
• Ein Bürstenwinkel bezieht sich auf einen Winkel einer Bürste in Bezug auf eine Zahnachse (die Achse entlang des Kopfes und der Wurzel eines Zahns). Die oberen Figuren in 15 zeigen die Zustände des Bürstenwinkels = 45 Grad, und die unteren Figuren in 15 zeigen die Zustände des Bürstenwinkels = 90 Grad. Die linken Figuren in 15 zeigen die Zustände, in denen der Motor sich vorwärts dreht, und die rechten Figuren zeigen die Zustände, in denen der Motor sich rückwärts dreht. Dann zeigt jeder Pfeil eine Bewegung einer Bürste (die Richtung, in der die Amplitude am größten ist). Im allgemeinen bewegt sich die Bürste bei einer ersten Resonanz quer (die x-Achsenrichtung), die Bürste bewegt sich bei der zweiten Resonanz (der z-Achsenrichtung) längs, und die Bürste bewegt sich außerhalb der Resonanz schräg.
• Um Lebensmittelreste und Zahnbelag aus Periodontaltaschen oder zwischen Zähnen wirkungsvoll abzuschaben, ist es erwünscht, die Bürste derart zu bewegen, daß die Borsten der Bürste in die Periodontaltaschen oder zwischen die Zähne kommen. Mit anderen Worten wird bevorzugt, daß die Richtung, in der sich die Bürste bewegt, schräg (zum Beispiel 45 Grad) zu der Zahnachse ist. Daher kann in dem Beispiel in 15 verstanden werden, daß die Bewegung der zweiten Resonanz im Fall des Bürstenwinkels von 45 Grad äußerst passend ist. Andererseits kann verstanden werden, daß die Bewegung außerhalb der Resonanz bei der Motorvorwärtsdrehung in dem Fall des Bürstenwinkels von 90 Grad äußerst passend an der rechten Unterkieferzungenseite ist und die Bewegung außerhalb der Resonanz bei der Motorrückwärtsdrehung äußerst geeignet an der rechten Unterkieferwangenseite ist. Es wird bemerkt, daß basierend auf dem ähnlichen Konzept für jede Kombination eines Abschnitts, der gerade geputzt wird, und eines Bürstenwinkels die optimale Betriebsart (Motordrehrichtung und Bürstenfrequenz) bestimmt werden kann.
• <Schätzung des Bürstenwinkels>
• Der Bürstenwinkel kann zum Beispiel aus der Beschleunigungskomponente Az in der z-Richtung geschätzt werden. Wenn der Bürstenwinkel, wie in 16 gezeigt, etwa 90 Grad ist, ist Az fast null. Je kleiner der Bürstenwinkel ist, desto größer ist der Wert von Az. In dieser Weise ändert sich der Wert von Az erheblich entsprechend dem Bürstenwinkel. Die Beschleunigungskomponente Ax in der x-Richtung ändert sich auch gemäß dem Bürstenwinkel, und daher ist es auch wünschenswert, den Bürstenwinkel aus Ax anstelle von Az zu schätzen oder den Bürstenwinkel sowohl aus Ax als auch Az (der Richtung des zusammengesetzten Vektors von Ax und Az) zu schätzen. Obwohl der Bürstenwinkel basierend auf dem kontinuierlichen Betrag berechnet werden kann, ist die Genauigkeit auf einem derartigen Niveau wie „etwa 45 Grad oder etwa 90 Grad” genug für die Betriebsartumschaltung in der vorliegenden Ausführungsform. Daher wird der Bürstenwinkel mit einem einfachen Vergleichsverfahren zwischen Az und einem Schwellwert in dem Verfahren, wie nachstehend beschrieben, bestimmt.
• 17 ist ein Flußdiagramm einer Hauptprozedur in der dritten Ausführungsform. Es unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß ein Bürstenwinkelschätzverfahren (S25) hinzugefügt ist. In S25 betrachtet die CPU 120 den Bürstenwinkel als 90 Grad, wenn der in S10 erhaltene Absolutwert von Az kleiner als ein vorgegebener Schwellwert (falls nahe an null) ist, und betrachtet den Bürstenwinkel als 45 Grad, wenn der Absolutwert von Az gleich oder größer als der Schwellwert ist. Diese Funktion der CPU 120 entspricht der Bürstenwinkelschätzeinrichtung in der vorliegenden Ausführungsform.
• <Betriebsartumschaltverfahren>
• 18 ist ein Flußdiagramm eines Betriebsartumschaltverfahrens (S30 in 17).
• Die CPU 120 prüft, ob der gerade geputzte Abschnitt oder der Bürstenwinkel geändert wird, indem der in S20 spezifizierte gerade geputzte Abschnitt und der in S25 spezifizierte Bürstenwinkel mit dem gerade geputzten Abschnitt und dem Bürstenwinkel in dem vorhergehenden Vorgang verglichen werden (S1800). Es wird bemerkt, daß der Abschnitt, der gerade geputzt wird, und der Bürstenwinkel in dem vorhergehenden Vorgang in dem Speicher gespeichert sind.
• Wenn der gerade geputzte Abschnitt oder der Putzwinkel geändert wird (S1800; JA), bestimmt die CPU 120, in welche Gruppe der gerade geputzte Abschnitt fällt (S1801), eine erste Gruppe „linke Unterkieferwangenseite, rechte Unterkieferzungenseite, linke Oberkieferzungenseite, rechte Oberkieferwangenseite” oder eine zweite Gruppe „rechte Unterkieferwangenseite, linke Unterkieferzungenseite, rechte Oberkieferzungenseite, linke Oberkieferwangenseite”. Wenn er dann in der ersten Gruppe ist, legt die CPU 120 die Drehrichtung des Motors auf die Vorwärtsdrehung fest (S1802). Wenn er in der zweiten Gruppe ist, legt die CPU 120 die Drehrichtung des Motors auf die Rückwärtsdrehung fest (S1803). Außerdem steuert die CPU 12 die Frequenz der Bürste auf die zweite Resonanz (hohe Drehzahl), wenn der Bürstenwinkel 45 Grad ist (S1804, S1805) und steuert die Frequenz der Bürste außerhalb der zweiten Resonanz (mittlere Geschwindigkeit), wenn der Bürstenwinkel 90 Grad ist (S1806).
• Gemäß der Steuerung in der vorliegenden Ausführungsform kann, wie vorstehend beschrieben, die Bewegung der Bürstenborsten, die äußerst geeignet zum Putzen zwischen Zähnen oder Periodontaltaschen ist, basierend auf dem gerade geputzten Abschnitt und dem Bürstenwinkel realisiert werden, wodurch die Zahnbelagentfernungsleistung sogar weiter verbessert wird. In diesem Fall ist es wirkungsvoller, ein Ultraschallschwingelement in Kombination zu verwenden, um Zahnfleischbakterien in Periodontaltaschen abzutöten. Wenngleich der Bürstenwinkel in zwei Schritten von 45 Grad und 90 Grad geschätzt wird, kann der Bürstenwinkel in drei oder mehr Schritten oder folglich durch einen kontinuierlichen Betrag geschätzt werden, und die Frequenz der Bürste kann entsprechend in drei oder mehr Stufen oder in einer kontinuierlichen Weise geändert werden.
• (Vierte Ausführungsform)
• 19 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Zahnbürste in einer vierten Ausführungsform. Die elektrische Zahnbürste in der vorliegenden Ausführungsform umfaßt ein Mehrachsen- (hier drei Achsen) Gyroskop 16 im Inneren des Körpers 1.
• Das Gyroskop 16 wird installiert, um fähig zu sein, die Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse herum, die Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse herum und die Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse herum zu erfassen. Als das Gyroskop 16 kann ein schwingendes, optisches, mechanisches oder jede andere Art verwendet werden. Jedoch kann ein MEMS-Sensor geeignet verwendet werden, weil er kompakt ist und leicht in den Körper 1 eingebaut wird. Ein geschwindigkeitsintegrierendes Gyroskop oder ein Ausrichtungsgyroskop, das einen Winkel ausgibt, kann anstelle eines Geschwindigkeitsgyroskops, das eine Winkelgeschwindigkeit ausgibt, verwendet werden. Außerdem kann die Ausgabe des Gyroskops bandpaßgefiltert werden, um Rauschen (zum Beispiel eine Frequenzkomponente um etwa 100 Hz bis 300 Hz, welche die Antriebsfrequenz der Bürste ist), das sich aus der Schwingung der Bürste ergibt, zu entfernen.
• Wenn der Zahnbürstenkörper 1 in einem stillstehenden Zustand ist (zum Beispiel wird die Bürste kontinuierlich auf einen Abschnitt, der gerade geputzt wird, aufgebracht), wird im wesentlichen nur eine Erdbeschleunigungskomponente in die Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 aufgenommen. In diesem Fall kann die dreidimensionale Ausrichtung der Bürste genau erfaßt werden, so daß der Abschnitt, der gerade geputzt wird, und der Bürstenwinkel mit hoher Genauigkeit geschätzt werden können. Wenn jedoch der Zahnbürstenkörper 1 in einem sich bewegenden Zustand ist (zum Beispiel, wenn die Bürste sich von einem Abschnitt, der gerade geputzt wird, zu einem anderen Abschnitt, der gerade geputzt wird, bewegt), kann nicht nur eine Erdbeschleunigungskomponente, sondern auch eine dynamische Beschleunigungskomponente in die Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 aufgenommen werden. Die dynamische Beschleunigungskomponente ist eine unnötige Signalkomponente (Rauschen) in der Berechnung der dreidimensionalen Ausrichtung. Andererseits wird die Ausgabe des Gyroskops nicht beobachtet, wenn der Zahnbürstenkörper 1 in einem stillstehenden Zustand ist, und ein signifikantes Signal wird nur ausgegeben, wenn sich der Zahnbürstenkörper 1 bewegt. Unter Verwendung einer derartigen Differenz in den Sensorcharakteristiken wird in der vorliegenden Ausführungsform die dreidimensionale Ausrichtung der Zahnbürste basierend auf Ausgaben sowohl des Beschleunigungssensors 15 als auch des Gyroskops 16 erfaßt.
• Insbesondere erhält die CPU 120 in dem Ausrichtungserfassungsverfahren (S10 in 5) zuerst die Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 und die Ausgabe des Gyroskops 16. Wenn der Absolutwert der Ausgabe des Gyroskops 16 kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, betrachtet die CPU 120 den Zahnbürstenkörper 1 als stillstehend und findet die dreidimensionale Ausrichtung aus den Ausgaben Ax, Ay, Az des Beschleunigungssensors 15 heraus. Wenn der Absolutwert der Ausgabe des Gyroskops 16 in einer der Achsen gleich oder größer als der vorgegebene Schwellwert ist, schätzt die CPU 120 die dynamische Beschleunigungskomponente in jede Richtung x, y, z aus der Ausgabe des Gyroskops 16 und korrigiert die Werte von Ax, Ay, Az. Folglich werden die in Ax, Ay, Az enthaltenen dynamischen Beschleunigungskomponenten annulliert, so daß die dreidimensionale Ausrichtung der Bürste mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann.
• Es wird bemerkt, daß das Verfahren derart sein kann, daß die Bürstenaurichtungserfassung nicht durchgeführt wird, wenn die Ausgabe des Gyroskops erhalten wird, anstatt die Ausgabe des Beschleunigungssensors unter Verwendung der Ausgabe des Gyroskops zu korrigieren. Mit anderen Worten werden die Verfahren, wie etwa die Ausrichtungserfassung, die Schätzung des gerade geputzten Abschnitts, die Bürstenwinkelschätzung und die Betriebsartumschaltung nur durchgeführt werden, wenn die Ausgabe des Gyroskops kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Folglich wird die Betriebsartumschaltung nur ausgeführt, wenn die aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors geschätzte Ausrichtung einen gewissen Zuverlässigkeitsgrad hat.
• Außerdem kann der aktuelle Ausrichtungsvektor A = (Ax, Ay, Az) berechnet werden, indem der Betrag der Winkeländerung Δθyz um die x-Achse herum, der Betrag der Winkeländerung Δθzx um die y-Achse herum und der Betrag der Winkeländerung Δθxy um die z-Achse herum, aus der Ausgabe des Gyroskops berechnet werden und indem der Ausrichtungsvektor A' = (Ax', Ay', Az'), der in dem Ausrichtungserfassungsverfahren einen Takt früher erhalten wird, um den Winkel (Δθyz, Δθzx, Δθxy) gedreht wird. Alternativ kann die Ausrichtung der elektrischen Zahnbürste anstatt aus der Beschleunigungsinformation Ax, Ay, Az aus der Winkelinformation (siehe
• 28) des Rollwinkels α, des Nickwinkels β und des Gierwinkels γ ausgewertet werden.
• Gemäß dem Aufbau der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, kann die dreidimensionale Ausrichtung der elektrischen Zahnbürste mit höherer Genauigkeit festgestellt werden, indem Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Gyroskops (einschließlich der Auswahl einer der Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Gyroskops entsprechend Bedingungen) kombiniert werden. In einem Fall einer elektrischen Zahnbürste, welche die Bass-Technik mit häufigen Translationsbewegungen verwendet, kann selbst bei einer Kombination des Beschleunigungssensors und des Bandpaßfilters eine ausreichende Genauigkeit erhalten werden. Jedoch ist im Fall des Rollverfahrens, in dem dreidimensionales Rollen des Zahnbürstenkörpers stattfindet, ein Fehlerfaktor nur bei der Verwendung der Beschleunigungsinformation signifikant, und die Genauigkeit der Ausrichtungserfassung kann verringert werden. In einem derartigen Fall ist das Verfahren in der vorliegenden Ausführungsform, das Winkelgeschwindigkeitsinformationen des Gyroskops verwendet, wirksam.
• (Fünfte Ausführungsform)
• 20 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Zahnbürste in einer fünften Ausführungsform. Die elektrische Zahnbürste in der vorliegenden Ausführungsform umfaßt einen Lastsensor (Lastmesseinrichtung) 17 zum Messen einer Last, die auf die Bürste wirkt. Ein Dehnungsmesser, eine Lastzelle, ein Drucksensor oder jede andere Art kann als Lastsensor 17 verwendet werden. Jedoch wird geeigneterweise ein MEMS-Sensor verwendet, weil er kompakt ist und leicht in den Körper 1 eingebaut wird. 21 ist ein Flußdiagramm einer Hauptprozedur in der fünften Ausführungsform. Es unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß ein Lastmessverfahren (S5) hinzugefügt ist.
• In S5 bestimmt die CPU 120 basierend auf Lastinformationen, die von dem Lastsensor 17 erhalten werden, ob eine Last auf die Bürste wirkt oder nicht. Es kann derart betrachtet werden, daß zum Beispiel „eine Last auf die Bürste” wirkt, wenn der Ausgangswert des Lastsensors 17 einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Das Verfahren nach dem nächsten Schritt wartet, bis eine Last auf die Bürste wirkt (S5; NEIN). Während folglich keine Last auf die Bürste wirkt, werden Verfahren, wie etwa die Ausrichtungserfassung, die Schätzung des gerade geputzten Abschnitts, die Bürstenwinkelschätzung und die Betriebsartumschaltung unterbunden.
• Wenn die Bürste zum Beispiel von der rechten Seite zu der linken Seite des Gebisses bewegt wird, wird die Ausrichtung der Bürste weitgehend geändert, so daß Betriebsarten während der Bewegung häufig geändert werden können. Ein derartiges Phänomen ist nicht wünschenswert, da es die Steuerung instabil macht und zu verschwendetem Energieverbrauch führt. Dann kann wie in der vorliegenden Ausführungsform durch Überwachen der auf die Bürste wirkenden Last und Unterbinden der Verfahren, wie etwa der Ausrichtungserfassung und der Betriebsartumschaltung, nach Bedarf das vorstehend erwähnte Phänomen während des Bewegens der Bürste verhindert werden.
• Es wird bemerkt, daß bei der Steuerung der Betriebsart Lastinformationen verwendet werden können. Wenn sich zum Beispiel eine Last, die auf die Bürste wirkt, ändert, ändern sich die Bürstenschwingungscharakteristiken und Resonanzpunkte, so daß die erste Resonanz und die zweite Resonanz, die in der dritten Ausführungsform beschrieben werden, nicht gut erscheinen. Dann kann durch Einstellen der Frequenz der Bürste (Drehzahl des Motors) nach Bedarf entsprechend der Last, die auf die Bürste wirkt, eine Verschiebung des Resonanzpunkts kompensiert werden, und die Resonanzerscheinung kann genau reproduziert werden. Die Entsprechung zwischen Lastgrößen und Resonanzpunkten kann durch Experimente herausgefunden werden.
• Wenngleich hier ein Lastsensor 17 verwendet wird, kann die Last durch jede andere Einrichtung gemessen werden. Wenn zum Beispiel die auf die Bürste wirkende Last größer ist, steigt die Last des Motors und der Wert des in dem Motor fließenden Stroms nimmt zu. Daher wird der Wert des in dem Motor fließenden Stroms überwacht, und die auf die Bürste wirkende Last kann aus dem Stromwert geschätzt werden.
• Alternativ kann durch Überwachen der Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 auch gemessen werden, ob eine Last auf die Bürste wirkt oder nicht. Wenn der Benutzer, wie in 22 gezeigt, den Zahnbürstenkörper 1 greift und die Borsten der Bürste gegen die Zahne drückt, wird das elastische Element zwischen dem Zahnbürstenkörper 1 und dem Schwingelement 2 verformt, und die Ausrichtung der Zahnbürste 1 ändert sich ein wenig. Diese Ausrichtungsänderung kann als eine Wellenformänderung der Beschleunigungssensorsausgabe beobachtet werden, wie zum Beispiel in 23 gezeigt. Mit anderen Worten wird in dem Moment, in dem sich die Ausrichtung ändert, der Pegel wenigstens einer Sensorausgabe leicht verschoben, und der verschobene Pegel wird beibehalten, während die Bürste gegen die Zähne gedrückt wird. Ob eine Last auf die Bürste wirkt oder nicht, kann durch Erfassen einer derartigen Wellenformänderung bestimmt werden. Natürlich ist dieses Verfahren für die hochgenaue Lastschätzung schwierig, aber es ist praktisch genug für die Bestimmung eines derartigen Niveaus, wie „ob eine Last wirkt oder nicht”, wie in S5 in der fünften Ausführungsform. Die Verwendung des Beschleunigungssensors 15 als eine Lastmesseinrichtung, wie vorstehend beschrieben, ist in der Hinsicht bevorzugt, daß die Anzahl von Komponenten verringert wird, und als ein Ergebnis die Größenverringerung und Kostenverringerung der Zahnbürste erreicht werden.
• (Sechste Ausführungsform)
• 24 zeigt einen Bürstenabschnitt der elektrischen Zahnbürste in einer sechsten Ausführungsform. Die elektrische Zahnbürste in der vorliegenden Ausführungsform umfaßt einen Temperatursensor 18 zum Erfassen einer Temperatur des Bürstenabschnitts. Der Temperatursensor 18 ist auf der Rückseite der Bürste installiert. Ein Infrarotsensor, ein Thermistor oder jede andere Form kann als Temperatursensor 18 verwendet werden.
• 25 und 26 sind Flußdiagramme eines Schätzverfahrens für einen gerade geputzten Abschnitt (S20). Sie unterscheiden sich von dem Schätzverfahren für einen gerade geputzten Abschnitt (7, 8) in der ersten Ausführungsform darin, daß die Wangenseite und die Zungenseite basierend auf der Ausgabe des Temperatursensors 18 voneinander unterschieden werden.
• Das Verfahren für den Oberkiefer in 25 grenzt die „linke Oberkieferwangenseite oder rechte Oberkieferzungenseite” basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 ein (S710), und die CPU 120 bestimmt dann, ob der Ausgabewert des Temperatursensors 18 in einen vorgegebenen Bereich fällt oder nicht (S2500). Wenn die Bürste auf der Wangenseite ist, ist der Temperatursensor 18 in Kontakt oder in der Nähe der Rückseite der Wange, und daher ist die erhaltene Ausgabe nahe der Temperatur des menschlichen Körpers. Wenn die Bürste im Gegensatz dazu auf der Zungenseite ist, ist der Temperatursensor 18 der Außenluft ausgesetzt, und daher ist der erhaltene Ausgangswert niedriger als die Temperatur des menschlichen Körpers. Daher bestimmt die CPU 120 die „rechte Oberkieferwangenseite”, wenn der Ausgabewert des Temperatursensors 18 in dem Bereich von 36 Grad bis 38 Grad Celsius ist (S2501), und bestimmt ansonsten die „linke Oberkieferzungenseite” (S2502). Ähnlich können die „linke Oberkieferwangenseite” und die „rechte Oberkieferzungenseite” basierend auf dem Ausgabewert des Temperatursensors 18 voneinander unterschieden werden (S2503–S2505). In dem Verfahren für den Unterkiefer ist es möglich, basierend auf der Ausgabe des Temperatursensors 18 zwischen „linker Unterkieferzungenseite” und „rechter Unterkieferwangenseite” (S2600–S2602) ebenso wie in ähnlicher Weise zwischen „rechter Unterkieferzungenseite” und „linker Unterkieferwangenseite” (S2603–S2605) zu unterscheiden.
• Wie vorstehend beschrieben, kann der gerade geputzte Abschnitt in der vorliegenden Ausführungsform feiner als in der ersten Ausführungsform unterschieden werden, so daß eine flexiblere Betriebsartsteuerung realisiert werden kann.
• (Siebte Ausführungsform)
• 30 ist ein Bürstenabschnitt der elektrischen Zahnbürste in einer siebten Ausführungsform. In der sechsten Ausführungsform wird die durch den Temperatursensor 18 erhaltene Temperaturinformation verwendet, um den Abschnitt, der gerade geputzt wird, zu identifizieren (um zwischen der Wangenseite und der Zungenseite zu unterscheiden). In der vorliegenden siebten Ausführungsform werden Bildinformationen verwendet.
• Wie in 30 gezeigt, ist eine Kamera 19 an dem Spitzenende in der y-Achsenrichtung des Bürstenkopfs bereitgestellt. Eine Kamera für sichtbares Licht, eine Infrarotkamera oder jede andere Kamera kann als Kamera 19 verwendet werden, solange Informationen von Bildern in der Mundhöhle erhalten werden können. Eine Infrarotkammer dient dazu, die radioaktive Wärme zu überwachen (auch Thermographie genannt). Eine Infrarotkamera ist wünschenswerter als eine Kamera im sichtbaren Licht, weil die Mundhöhle während des Putzens dunkel sein kann. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Auflösung der Kamera nicht so hoch sein, solange das Profil des Zäpfchens, wie nachstehend beschrieben, bekannt ist.
• Ähnlich der sechsten Ausführungsform grenzt die CPU 120 basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors 15 auf „linke Oberkieferwangenseite oder rechte Oberkieferzungenseite” ein (siehe S710 in 25). Dann erhält die CPU 120 ein Bild von der Kamera 19 und erfaßt das Zäpfchen aus dem Bild. Wohlbekannte Bildanalyseverfahren können bei der Erfassung des Zäpfchens verwendet werden. Zum Beispiel kann das Zäpfchenprofil durch Kantenextraktion oder eine Hough-Transformation erfaßt werden, oder das Zäpfchen kann durch Musterabgleich erfaßt werden. Wenn die Bürste auf der Zungenseite ist, ist das Spitzenende des Bürstenkopfs in Richtung des Halses gewandt, und daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das Zäpfchen in dem Bild erfaßt wird. Wenn die Bürste andererseits auf der Wangenseite ist, wird das Zäpfchen nicht in dem Bild erfaßt. Daher bestimmt die CPU 120 die „rechte Oberkieferzungenseite”, wenn das Zäpfchen erfaßt werden kann, und bestimmt die „linke Oberkieferwangenseite”, wenn das Zäpfchen nicht erfaßt werden kann. In ähnlicher Weise ist es möglich, zwischen der „linken Oberkieferwangenseite” und der „rechten Oberkieferzungenseite”, zwischen der „linken Unterkieferzungenseite” und „rechten Unterkieferwangenseite” und zwischen der „rechten Unterkieferzungenseite” und der „linken Unterkieferzungenseite” zu unterscheiden.
• Wie vorstehend beschrieben, können die gerade geputzten Abschnitte in der vorliegenden Ausführungsform feiner als in der ersten Ausführungsform unterschieden werden, so daß eine flexiblere Betriebsartsteuerung realisiert werden kann.
• Obwohl die Bildinformation in der vorliegenden Ausführungsform nur für die Unterscheidung zwischen der Wangenseite und der Zungenseite verwendet wird, können Bildinformationen auch für die Unterscheidung zwischen Oberkiefer und Unterkiefer, die Unterscheidung zwischen Vorderseite, rechter Seite und linker Seite und ähnliches verwendet werden. Außerdem ist es auch wünschenswert, daß alle geputzten Abschnitte basierend auf Bildinformationen identifiziert werden. Die Mundhöhle ist jedoch eng, und es ist schwierig, die gesamte Positionsbeziehung zu kennen. Daher wird die von dem Beschleunigungssensor (Beschleunigungssensor und Gyroskop) erhaltene Ausrichtungsinformation wünschenswerterweise zusammen verwendet, anstatt nur die Bildinformation zu verwenden, um alle die gerade geputzten Abschnitte zu identifizieren. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform das Zäpfchen erfaßt wird, kann jeder andere Teil in der Mundhöhle (zum Beispiel die Zunge, der Rachen, die Zähne, das Zahnfleisch, etc.) erkannt werden, um die Position und Ausrichtung der Bürste zu bestimmen. Zum Beispiel kann bestimmt werden, daß die Bürste auf der Zungenseite ist, wenn die Zunge oder der Rachen in dem Bild erfaßt wird.
• Es ist auch wünschenswert, daß anstelle einer Kamera ein optischer Sensor an dem Bürstenabschnitt bereitgestellt wird. Die Wangenseite und die Zungenseite können durch Analysieren der Ausgabe des optischen Sensors voneinander unterschieden werden, da es auf der Wangenseite vollkommen dunkel ist, während auf der Zungenseite Licht erfaßt wird.
• (Achte Ausführungsform)
• Eine achte Ausführungsform verwendet einen Aufbau, in dem die Ausrichtungserfassung und die Identifizierung des gerade geputzten Abschnitts durch einen Einachsen-Beschleunigungssensor erfaßt werden.
• Die obere Figur in 31 zeigt einen Zustand, in dem eine Zahnoberfläche auf der Wangenseite oder der Zungenseite geputzt wird. Hier ist der Putzwinkel (Gierwinkel γ) etwa 90 Grad, die Gravitationsbeschleunigungskomponente in x-Achsenrichtung ist etwa 1 g oder –1 g (positiv oder negativ entspricht dem linken oder rechten Gebiß), und die Gravitationsbeschleunigungskomponente in z-Achsenrichtung ist fast null. Andererseits zeigt die untere Figur in 31 einen Zustand, in dem eine okklusale Oberfläche geputzt wird. Hier ist der Bürstenwinkel (Gierwinkel γ) fast 0 Grad, die Gravitationsbeschleunigungskomponente in x-Achsenrichtung ist fast null, und die Gravitationsbeschleunigungskomponente in z-Achsenrichtung ist etwa 1 g oder –1 g (positiv oder negativ entspricht dem oberen oder unteren Gebiß).
• Derartige Charakteristiken können verwendet werden, um nur mit einem X-Achsen-Beschleunigungssensor oder einem z-Achsenbeschleunigungssensor zwischen „wangenseitiger oder zungenseitiger Zahnoberfläche” und „okklusaler Oberfläche” zu unterscheiden und zusätzlich zwischen links, rechts, oben und unten zu unterscheiden. Was die Betriebsartumschaltungssteuerung anbetrifft, kann zum Beispiel die Antriebsdrehzahl der Bürste verringert werden, um das Zahnfleisch beim Putzen der „wangenseitigen oder zungenseitigen Zahnoberfläche” nicht zu reizen, während die Antriebsdrehzahl der Bürste beim Putzen der „okklusalen Oberfläche” erhöht werden kann.
• (Neunte Ausführungsform)
• Eine neunte Ausführungsform ist ein Verfahren zum Schätzen eines gerade geputzten Abschnitts und eines Bürstenwinkels, die Ausrichtungsinformationen sind, indem die Ausgabe des Beschleunigungssensors und die Ausgabe des Gyroskops miteinander ergänzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden der gerade geputzte Abschnitt und der Bürstenwinkel zu einem Zeitpunkt t = n (n > 0) berechnet, indem zuerst die Ausrichtungsinformation (der Abschnitt, der gerade geputzt wird, und der Bürstenwinkel zu einem Zeitpunkt t = 0) an einer Referenzposition (auch eine Anfangsposition genannt) der Zahnbürste berechnet werden, wonach in jedem Takt Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Gyroskops aufgenommen werden, und dann die Beträge der Relativbewegung und die Beträge der Relativdrehung in Bezug auf Ausgaben einen Takt früher akkumulierend addiert werden.
• Die Ausrichtung zu einer Zeit des Einschaltens kann als eine Referenzposition festgelegt werden. Alternativ kann ein derartiger Mechanismus bereitgestellt werden, der es dem Benutzer erlaubt, eine Referenzposition (Position am Anfang des Putzens) einzugeben (zum Beispiel einen Schalter in einem Zustand zu drücken, in dem der Benutzer die Bürste auf der vorderen Oberkieferwangenseite plaziert, während der Bürstenkörper in einer horizontalen Position gehalten wird).
• 32 ist ein Flußdiagramm eines Aktualisierungsverfahrens für Ausrichtungsinformation in der neunten Ausführungsform. Dieses Flußdiagramm zeigt ein Verfahren zur Berechnung von Ausrichtungsinformationen zur Zeit t = n + 1 aus den Ausrichtungsinformationen (Abschnitt, der gerade geputzt wird und Bürstenwinkel) bei t = n und Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Gyroskops. Im folgenden wird die Verarbeitung durch die CPU gemäß dem Flußdiagramm beschrieben.
• Die CPU erhält zuerst Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Gyroskops (S3200) und trennt die Ausgabe des Beschleunigungssensors unter Verwendung eines Bandpaßfilters in eine statische Beschleunigungskomponente und eine dynamische Beschleunigungskomponente (S3201). Dann unterscheiden sich die Verfahren gemäß dem Vorhandensein/Nichvorhandensein der dynamischen Beschleunigungskomponente (S3202) und dem Vorhandensein/Nichtvorhandensein der Gyroskopausgabe (S3203, S3204), wie nachstehend beschrieben. Es wird bemerkt, daß „das Vorhandensein der dynamischen Beschleunigungskomponente” bedeutet, daß der Absolutwert der dynamischen Beschleunigungskomponente größer als ein vorgegebener Schwellwert ist. Ähnlich bedeutet „das Vorhandensein der Gyroskopausgabe”, daß der Absolutwert der Ausgabe des Gyroskops größer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
• (1) Im Fall des Nichtvorhandenseins der dynamischen Beschleunigungskomponente und des Nichtvorhandenseins der Gyroskopausgabe
• In diesem Fall gibt es keine Änderung in der Position und dem Winkel der Zahnbürste, und die CPU gibt daher die Ausrichtungsinformation bei t = n als die Ausrichtungsinformation bei t = n + 1 aus (S3205). Es wird bemerkt, daß der gerade geputzte Abschnitt und der Bürstenwinkel bei t = n + 1 berechnet werden können, indem die dreidimensionale Ausrichtung der Zahnbürste aus der statischen Beschleunigungskomponente des Beschleunigungssensors herausgefunden wird, anstatt die Ausrichtungsinformationen bei t = n wie sie sind auszugeben.
• (2) Im Fall des Nichtvorhandenseins der dynamischen Beschleunigungskomponente und des Vorhandenseins der Gyroskopausgabe
• Wenn der Zahnbürstenkörper in der Erdbeschleunigungsrichtung in einem Zustand, in dem irgendeine Achse des Beschleunigungssensors mit der Richtung der Erdbeschleunigung zusammenfällt, um die Achse herum gedreht wird, ändert sich die Ausgabe des Beschleunigungssensors überhaupt nicht (nur die statische Beschleunigungskomponente wird beobachtet). Wenn daher die Ausrichtungsinformation nur aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors berechnet wird, kann die Drehbewegung um die Achse herum nicht erfaßt werden, und ein Fehler kann bewirkt werden. Ein derartiges Phänomen kann in einer Situation auftreten, in welcher der Zahnbürstenkörper wahrscheinlich in eine vertikale Ausrichtung fällt (das heißt, die Ausrichtung, in der die y-Achse mit der Erdbeschleunigungsrichtung zusammenfällt), zum Beispiel während des Putzens in einer gebückten Haltung.
• Wenn es dann keine Änderung in der Ausgabe des Beschleunigungssensors gibt und es eine Änderung in der Ausgabe des Gyroskops gibt, aktualisiert die CPU die Ausrichtungsinformation nur unter Verwendung der Ausgabe des Gyroskops. Hier erscheint nur in der Drehung um die Achse, die mit der Erdbeschleunigungsrichtung zusammenfällt, eine erhebliche Änderung der Ausgabe des Gyroskops. In der vorliegenden Ausführungsform wird nur die Drehung um die y-Achse berücksichtigt, da die Drehbewegung um die x-Achse und die Drehbewegung um die z-Achse bei dem tatsächlichen Putzbetrieb kaum auftreten. Die Drehbewegung um die y-Achse herum bewirkt hauptsächlich eine Änderung des Bürstenwinkels, und die CPU findet daher den Bürstenwinkel zu einer Zeit t = n + 1 durch Berechnen der Winkeländerungsmenge Δθzx um die y-Achse herum aus der Ausgabe des Gyroskops und Addieren von Δθzx zu einer Zeit t = n heraus (S3206).
• Auf diese Weise kann unter Nutzung von Informationen des Gyroskops eine Bürstenwinkeländerung, die durch eine Drehbewegung um die Achse verursacht wird, die nicht nur durch den Beschleunigungssensor erfaßt werden kann, genau berechnet werden.
• Es wird bemerkt, daß es auch möglich ist, nicht nur eine Drehbewegung um die y-Achse herum, sondern auch eine Drehbewegung um die x-Achse oder die z-Achse herum zu berücksichtigen. Zum Beispiel bewirkt eine Drehbewegung um die x-Achse hauptsächlich, daß die Bürstenposition verschoben wird. Dann kann die Bürstenposition zur Zeit t = n + 1 herausgefunden werden, indem der Bewegungsbetrag der Bürste selbst aus dem Betrag der Winkeländerung um die x-Achse und dem Abstand von der Drehachse zu der Bürste berechnet wird, und dann der berechnete Betrag zu der Bürstenposition zu einer Zeit t = n addiert wird.
• (3) In dem Fall des Vorhandenseins der dynamischen Beschleunigungskomponente und des Vorhandenseins der Gyroskopausgabe
• In diesem Fall findet die CPU den gerade geputzten Abschnitt zu einer Zeit t = n + 1 unter Verwendung der aus der Beschleunigungssensorsausgabe erhaltenen jeweiligen dynamischen Beschleunigungskomponenten in der x-Achsenrichtung, der y-Achsenrichtung und der z-Achsenrichtung heraus (S3207). Insbesondere findet die CPU die Bürstenposition zu einer Zeit t = n + 1 durch Berechnen der jeweiligen Bewegungsbeträge in der x-Achsenrichtung, der y-Achsenrichtung und der z-Achsenrichtung pro Takt aus Doppelintegralen der dynamischen Beschleunigungskomponenten und dann Addieren der berechneten Bewegungsbeträge zu der Bürstenposition zu einer Zeit von t = n heraus. Das Ergebnis der Bürstenposition (der relativen Position in Bezug auf die Referenzposition) erlaubt die Schätzung des gerade geputzten Abschnitts. Außerdem ist es auch wünschenswert, den Abschnitt, der gerade geputzt wird, aus der statischen Beschleunigungskomponente des Beschleunigungssensors zu erfassen und das Schätzergebnis aus der statischen Beschleunigungskomponente mit dem Schätzergebnis aus der dynamischen Beschleunigungskomponente zu vergleichen, um dadurch die Schätzgenauigkeit zu verbessern.
• Außerdem können die Informationen des Bewegungsbetrags und der Bewegungsrichtung verwendet werden, um die gerade geputzten Abschnitte einzugrenzen. Zum Beispiel verwendet die CPU ähnlich dem Schätzverfahren für den gerade geputzten Abschnitt in der ersten Ausführungsform (siehe 7 und 8) zuerst die statische Beschleunigungskomponente des Beschleunigungssensors, um den gerade geputzten Abschnitt als einen der „vorderen Oberkieferwangenseite”, der „vorderen Oberkieferzungenseite”, der „okklusalen Oberkieferoberfläche”, der „rechten Oberkieferwangenseite oder linken Oberkieferzungenseite”, der „linken Oberkieferwangenseite oder rechten Oberkieferzungenseite”, der „vorderen Unterkieferwangenseite”, der „vorderen Unterkieferzungenseite”, der „okklusalen Unterkieferoberfläche”, der „rechten Unterkieferwangenseite oder linken Unterkieferzungenseite”, und der „linken Unterkieferwangenseite oder rechten Unterkieferzungenseite”, zu spezifizieren. In diesem Stadium ist es schwierig zwischen der „rechten Oberkieferwangenseite” und der „linken Oberkieferzungenseite” zu unterscheiden. Ähnlich ist es auch schwierig, zwischen der „linken Oberkieferwangenseite” und der „rechten Oberkieferzungenseite”, zwischen der „rechten Unterkieferwangenseite” und der linken „Unterkieferzungenseite” und zwischen der „linken Unterkieferwangenseite” und der „rechten Unterkieferzungenseite” zu unterscheiden. Dann wertet die CPU den Bewegungsbetrag der Bürste aus, indem sie den Bewegungsbetrag der Bürste (Bewegungsstrecke) pro Zeiteinheit, der aus der aus der dynamischen Beschleunigungskomponente berechnet wird, mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Wenn der Bewegungsbetrag den Schwellwert übersteigt, bestimmt die CPU, daß es eine Änderung des gerade geputzten Abschnitts vor und nach der Bewegung gibt, und bestimmt ansonsten, daß es keine Änderung in dem gerade geputzten Abschnitt gibt. Wenn dann bestimmt wird, daß es eine Änderung in dem gerade geputzten Abschnitt gibt, grenzt die CPU den gerade geputzten Abschnitt nach der Bewegung basierend auf dem Abschnitt, der vor der Bewegung geputzt wurde (zu einer Zeit t = n), und dem Bewegungsbetrag und der Bewegungsrichtung für dieses Mal ein. Wenn zum Beispiel der gerade geputzte Abschnitt zu einer Zeit t = n das rechtsseitige Gebiß ist und die Bewegungsrichtung nach links ist, kann der gerade geputzte Abschnitt nach der Bewegung als das linksseitige Gebiß spezifiziert werden. Diese Information erlaubt zum Beispiel zwischen „rechter Oberkieferwangenseite” und „linker Oberkieferzungenseite” eine Unterscheidung zu machen, um dadurch den gerade geputzten Abschnitt mit mehr Details einzugrenzen.
• Außerdem kann der Bürstenwinkel in den folgenden zwei Weisen berechnet werden: Der Winkel wird aus der statischen Beschleunigungskomponente des Beschleunigungssensors berechnet; und der Winkel wird berechnet, indem der Betrag der Winkeländerung um die y-Achse, der aus der Ausgabe des Gyroskops erhalten wird, zu dem Bürstenwinkel einen Takt früher addiert wird. Das frühere Verfahren ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß der Absolutwinkel der Bürste berechnet werden kann. Gemäß den Untersuchungen durch die gegenwärtigen Erfinder ist es jedoch in der Hinsicht nachteilig, daß ein Bürstenwinkelberechnungsfehler steigt, wenn die Neigung des Zahnbürstenkörpers zunimmt, wenngleich ein Bürstenwinkelberechnungsfehler klein ist, wenn der Zahnbürstenkörper eine horizontale Ausrichtung annimmt. Andererseits ist das letztere Verfahren in der Hinsicht vorteilhaft, daß der Betrag der Winkeländerung um die y-Achse direkt berechnet werden kann, aber ist in der Hinsicht nachteilig, daß ein akkumulativer Fehler auftritt, da nur ein Relativwinkel berechnet wird.
• Dann ist es wünschenswert, abhängig von der Ausrichtung des Zahnbürstenkörpers zwischen dem früheren Verfahren und dem letzteren Verfahren umzuschalten. Insbesondere wird die Horizontalität des Zahnbürstenkörpers unter Verwendung des Absolutwerts |y| der statischen Beschleunigungskomponente des Beschleunigungssensors in der y-Richtung ausgewertet. Wenn |y| sich 0 g nähert, wird der Zahnbürstenkörper als horizontal betrachtet. Die CPU überwacht den Wert von |y| für jeden Takt und gibt den Bürstenwinkel aus, der basierend auf der Ausgabe des Gyroskops berechnet wird, wenn |y| gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellwert ist (das heißt, wenn die Horizontalität klein ist) (S3208). Wenn zum Beispiel der Referenzwinkel (gleich dem Bürstenwinkel einen Takt früher) des Gyroskops 45 Grad ist und der Betrag der Winkeländerung um die y-Achse herum, der aus der Ausgabe des Gyroskops zu dem gegenwärtigen Takt berechnet wird, –15 Grad ist, wird der Bürstenwinkel als 30 Grad berechnet. Wenn |y| andererseits kleiner als der Schwellwert ist (das heißt, die Horizontalität ist groß), wird der Bürstenwinkel basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors berechnet (S3208). Wenn die Horizontalität des Zahnbürstenkörpers hoch ist, sind die Absolutwerte der statischen Beschleunigungskomponenten des Beschleunigungssensors in der x-Richtung und des Beschleunigungssensors in der z-Richtung im allgemeinen wie folgt: Bürstenwinkel ≈ 0 Grad: |x| ≈ 0, |z| ≈ 1 Bürstenwinkel ≈ 45 Grad: |x| ≈ |z| ≈ 0,707 Bürstenwinkel ≈ 90 Grad: |x| ≈ 1, |z| ≈ 0
• Daher kann der Bürstenwinkel berechnet werden, indem |x| oder |z| oder beide ausgewertet werden. Wenn hier der Bürstenwinkel aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors als 30 Grad berechnet wird, wird der Referenzwinkel des Gyroskops unter Verwendung dieses Werts auf 30 Grad geeicht. Folglich kann ein durch die akkumulative Addition bewirkter Fehler, sobald wie möglich, verringert werden. Wenngleich die Horizontalität des Zahnbürstenkörpers hier unter Verwendung des Werts von |y| ausgewertet wird, ist es auch wünschenswert, die Horizontalität des Zahnbürstenkörpers auszuwerten, wobei die Werte von |x| und |z| berücksichtigt werden.
• (4) In dem Fall des Vorhandenseins der dynamischen Beschleunigungskomponenten und des Nichtvorhandenseins der Gyroskopausgabe
• Dies entspricht dem Fall, in dem der Zahnbürstenkörper eine gerade Vorwärts-(Translations-)Bewegung macht. Allerdings tritt der Zustand von (4) in dem Betrieb während des Putzens selten auf, da die Mundhöhle eng ist. Es wird bemerkt, daß auch im Fall von (4) ähnlich dem Fall von (3) der gerade geputzte Abschnitt aus der dynamischen Beschleunigungskomponente berechnet werden kann (S3209).
• Gemäß dem Verfahren in der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, können der gerade geputzte Abschnitt und der Bürstenwinkel genau berechnet werden, indem die Ausgabe des Beschleunigungssensors und die Ausgabe des Gyroskops miteinander verglichen werden.
• (Andere)
• Die Aufbauten der vorangehenden Ausführungsformen werden nur als Beispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt, und innerhalb des Schutzbereichs ihrer technischen Idee können vielfältige Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel ist es wünschenswert, daß die Aufbauten der vorangehenden Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Wenngleich in den vorangehenden Ausführungsformen eine elektrische Schwingzahnbürste, die ein exzentrisches Gewicht verwendet, dargestellt wurde, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine elektrische Zahnbürste anwendbar, die irgendeine andere Bewegung verwendet. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auch auf eine elektrische Zahnbürste anwendbar, die eine drehende Hin- und Herbewegung, eine lineare Hin- und Herbewegung, eine Bürstenborstenrollbewegung oder eine Kombination dieser Bewegungen in einer umschaltbaren Weise verwendet. In diesem Fall kann die Betriebsart umgeschaltet werden, indem eine Bewegungsfrequenz abhängig von einem gerade geputzten Abschnitt umgeschaltet wird oder indem zwischen einer drehenden Hin- und Herbewegung und einer linearen Hin- und Herbewegung umgeschaltet wird. Außerdem ist die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise auf eine elektrische Zahnbürste eines Typs anwendbar, die ein Ultraschallschwingelement an dem Bürstenabschnitt hat und das Putzen sowohl unter Verwendung der Bürstenschwingung als auch der Ultraschallwelle durchführt.
• Außerdem ist es auch wünschenswert, daß die Position der Bürste unter Verwendung von Ausrichtungsinformation berechnet wird, die von einem Magnetsensor oder ähnlichem erhalten wird. Ein Bandpaßfilter, wie etwa ein Hochpaßfilter, kann verwendet werden, um eine dynamische Beschleunigungskomponente aus der Beschleunigungssensorausgabe zu extrahieren. Um hier ein Rauschen zu entfernen, das durch die Schwingung der Bürste erzeugt wird, ist es auch wünschenswert, eine Frequenzkomponente von 100 Hz bis 300 Hz, die der Antriebsfrequenz der Bürste entspricht, abzuschneiden. Was die Vorderzähne anbetrifft, ändert sich die Ausrichtung der Bürste abhängig davon, ob der Benutzer den Zahnbürstenkörper mit der linken Hand oder der rechten Hand hält, um 180 Grad. Daher kann dem Benutzer erlaubt sein, die dominierende Hand (die Hand, mit welcher der Benutzer eine Zahnbürste hält) zu registrieren, so daß ein Algorithmus zum Bestimmen eines gerade geputzten Abschnitts oder einer Betriebsart (Motordrehrichtung, Bewegung der Bürste) entsprechend der registrierten dominierenden Hand geändert wird.
• Der Zahnbürstenkörper kann mit einer konkaven/konvexen Form versehen sein, um eine Greifposition zu führen (oder zu definieren). Wenn zum Beispiel in einem Spitzenendabschnitt des Zahnbürstenkörpers (die Position, die mit der Fingerspitze oder dem Gelenk des Daumens oder des Zeigefingers berührt wird, wenn der Benutzer den Zahnbürstenkörper greift) Vorsprünge und Aussparungen bereitgestellt sind, hält der Benutzer die Zahnbürste bewußt oder unbewußt in einer derartigen Weise, daß die Finger auf die Vorsprünge und Aussparungen passen. Dies wird verwendet, um den Benutzer in einen vorgegebenen Greifzustand einzuführen. Typischwerweise werden, wenn die Ausrichtung der Bürste um die y-Achse herum (die negative Richtung der z-Achse) in 3 0 Grad ist, zwei Vorsprünge (oder Aussparungen) an Positionen von etwa ±45° bereitgestellt, und zwei Aussparungen (oder Vorsprünge) werden an Positionen von etwa ±135° bereitgestellt. Wenn der Benutzer die Zahnbürste mit seinen Fingern derart greift, daß seine Finger auf diesen Vorsprüngen und Vertiefungen ruhen, kann der Benutzer den Bürstenwinkel leicht bei 45° halten.
• Wenngleich in den vorstehenden Ausführungsformen zur Veranschaulichung ein Temperatursensor, eine Kamera und ein optischer Sensor verwendet werden, um den gerade geputzten Abschnitt zu identifizieren (zwischen der Wangenseite und der Zungenseite zu unterscheiden), kann zusätzlich ein Abstandssensor, wie etwa ein Ultraschallsensor, verwendet werden. Zum Beispiel wird ein Abstandssensor ähnlich dem Temperatursensor in 24 auf der Rückseite der Bürste installiert. Wenn die Wangenseite geputzt wird, ist der Abstandssensor nahe an oder in Kontakt mit der Wange, und folglich ist der Meßwert des Abstandssensors äußerst klein. Andererseits ist der Abstandssensor, wenn gerade die Zungenseite geputzt wird, in Richtung der Mundhöhle gewandt, und daher ist der Meßwert des Abstands relativ groß. Daher ist es möglich, durch Vergleichen des Meßwerts des Abstandssensors mit einem Schwellwert (zum Beispiel 5 mm) zwischen der Wangenseite und der Zungenseite zu unterscheiden.
• Bezugszeichenliste

1

Elektrischer Zahnbürstenkörper

2

Schwingelement

10

Motor

11

Drehwelle

12

Antriebsschaltung

13

Wiederaufladbare Batterie

14

Spule

15

Beschleunigungssensor

16

Gyroskop

17

Lastsensor

18

Temperatursensor

19

Kamera

20

Stielabschnitt

21

Bürstenteil

30

Exzentrische Welle

100

Ladegerät

120

CPU

121

Speicher

122

Zeitschalter

202

Elastisches Element

203

Lager

210

Bürste

300

Gewicht

S

Schalter

• Zusammenfassung
• Ein Dreiachsen-Beschleunigungssensor (15) ist auf einen Körper (1) einer elektrischen Zahnbürste montiert. Eine CPU (120) erfaßt eine dreidimensionale Ausrichtung des Zahnbürstenkörpers (1) aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors (15) und schätzt einen gerade geputzten Abschnitt basierend auf der Ausrichtung der Bürste. Dann führt die CPU (120) die Steuerung zum Umschalten der Betriebsart (zum Beispiel die Drehrichtung des Motors, die Frequenz der Bürste und ähnliches) basierend auf dem gerade geputzte Abschnitt durch.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 4-15426 [0004]
• JP 5-123221 [0004]
• JP 2005-152217 [0004]

Claims (7)

1. Elektrische Zahnbürste, die aufweist: eine Bürste; eine Antriebseinrichtung, um die Bürste in Bewegung zu versetzen; eine Ausrichtungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Ausrichtung der Bürste; eine Abschnittschätzeinrichtung zum Schätzen eines Abschnitts, der gerade geputzt wird, basierend auf der erfaßten Ausrichtung; und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Betriebsart der Antriebseinrichtung gemäß dem geschätzten Abschnitt, der gerade geputzt wird.
2. Elektrische Zahnbürste nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung einen Drehmotor umfaßt, und die Steuereinrichtung eine Drehrichtung des Drehmotors entsprechend einem gerade geputzten Abschnitt umschaltet.
3. Elektrische Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung eine Bewegungsfrequenz der Bürste entsprechend einem gerade geputzten Abschnitt umschaltet.
4. Elektrische Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausrichtungserfassungseinrichtung einen Beschleunigungssensor zum Erfassen einer dreidimensionalen Ausrichtung der Bürste basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors hat.
5. Elektrische Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausrichtungserfassungseinrichtung einen Beschleunigungssensor und ein Gyroskop zum Erfassen einer dreidimensionalen Ausrichtung der Bürste basierend auf der Ausgabe des Beschleunigungssensors und der Ausgabe des Gyroskops hat.
6. Elektrische Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Bürstenwinkelschätzeinrichtung zum Schätzen eines Bürstenwinkels, der ein Winkel der Bürste in Bezug auf eine Zahnachse ist, basierend auf der erfaßten Ausrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung die Betriebsart der Antriebseinrichtung entsprechend dem geschätzten Abschnitt, der gerade geputzt wird, und dem Bürstenwinkel umschaltet.
7. Elektrische Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Lastmesseinrichtung zum Messen einer auf die Bürste wirkenden Last aufweist, wobei die Steuereinrichtung das Umschalten der Betriebsart unterbindet, während keine Last auf die Bürste wirkt.

Images