JP2015080489A - 歯ブラシ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマにより処理した液体で歯をブラッシング可能な歯ブラシ装置を提供する。
【解決手段】本開示の歯ブラシ装置は、ヘッド部と、液体処理部と、流路管を備え、液体処理部は、液体を入れる液体槽と、前記液体槽内に配置された第１の金属電極および第２の金属電極と、前記第１の金属電極の周囲に空間を形成するように配置された開口部を有する絶縁体と、前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する電源と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、歯ブラシ装置に関する。

ユーザは虫歯又は歯周病を引き起こす原因となる歯垢などを除去するため、歯ブラシで歯を磨いている。ユーザは歯を磨く際に、水を用いることが通常であり、歯を磨くときの水が除菌などの処理がされていることはユーザにとって有益である。

特許第４７８４６２４号明細書

本開示は、プラズマにより処理された液体で歯をブラッシング可能な歯ブラシ装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様である歯ブラシ装置は、
ブラシを備えるヘッド部と、
液体を処理する液体処理部であって、
前記液体を入れる液体槽と、
前記液体槽内に少なくとも一部が配置された第１の金属電極と、
前記液体槽内に少なくとも一部が配置された第２の金属電極と、
前記第１の金属電極の周囲に空間を形成するように配置された絶縁体であって、前記液体槽内部と前記空間を連通するように設けられた開口部を有する絶縁体と、
前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する電源と、
を備える、液体処理部と、
前記液体処理部の前記液体槽と前記ヘッド部の前記ブラシとを接続する流路管と、
を備える。

本開示に係る歯ブラシ装置によれば、プラズマにより処理された液体で歯をブラッシングすることができる。

本開示の実施の形態１に係る歯ブラシ装置の全体構成を示す概略図である。 本開示の実施の形態１の液体処理部の構成を示す概略図である。 本開示の実施の形態１の液体処理部における第１の電極の周辺の電極構成を示す断面図である。 本開示の実施の形態１の液体処理部と比較例における処理時間に対するインディゴカーミン水溶液の分解量を比較した図である。 本開示の実施の形態１の液体処理部における絶縁体の開口部の直径とインディゴカーミン水溶液の規格化分解速度との関係を示す図である。 本開示の実施の形態１の液体処理部で処理した液体中のＯＨラジカル濃度の測定結果を示す図である。 図６のＡの時点における液体中のＤＭＰＯ−ＯＨの信号を示す図である。 図６のＢの時点における液体中のＤＭＰＯ−ＯＨの信号を示す図である。 図６のＣの時点における液体中のＤＭＰＯ−ＯＨの信号を示す図である。 従来の高電圧パルス放電を用いた殺菌装置の全体構成を示す概略図である。

本開示の第１の態様に係る歯ブラシ装置は、
ブラシを備えるヘッド部と、
液体を処理する液体処理部であって、
前記液体を入れる液体槽と、
前記液体槽内に少なくとも一部が配置された第１の金属電極と、
前記液体槽内に少なくとも一部が配置された第２の金属電極と、
前記第１の金属電極の周囲に空間を形成するように配置された絶縁体であって、前記液体槽内部と前記空間を連通するように設けられた開口部を有する絶縁体と、
前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する電源と、
を備える、液体処理部と、
前記液体処理部の前記液体槽と前記ヘッド部の前記ブラシとを接続する流路管と、
を備える。

このような構成により、プラズマで処理した液体で歯をブラッシング可能な歯ブラシ装置を提供することができる。また、液体処理部では効率良くプラズマを発生させることにより短時間で液体の処理をすることができるため、ユーザにとって使い勝手のよい歯ブラシ装置を提供することができる。

また、プラズマ処理後の液体（プラズマ処理水）には、比較的長い時間ＯＨラジカルが存在する。そのため、このプラズマ処理水で歯をブラッシングすることにより、プラズマ処理水中のＯＨラジカルにより口内の細菌を除菌することや有機物を分解することができる。このような除菌作用により、口臭予防、歯垢除去、ホワイトニング、歯周病予防、又は虫歯予防などの効果を有する可能性がある。

本開示の第２の態様に係る歯ブラシ装置においては、前記第１の態様における前記液体処理部は、前記電源によって前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加して、前記第１の金属電極と前記絶縁体との間に形成される前記空間内の液体を気化して気体を発生させ、前記気体が前記開口部から前記液体槽内の前記液体中に放出されるときに放電することにより、プラズマを発生させて、前記液体を処理する。

このように、液体処理部は、第１の金属電極と絶縁体との間に形成される空間内の液体を気化することによって気体を生成して、その気体内にプラズマを発生させることにより、より純粋なＯＨラジカルを生成することができる。その結果、短時間で液体を処理することができる。

本開示の第３の態様に係る歯ブラシ装置においては、前記第１又は２の態様における前記液体処理部の前記電源の動作を制御する制御部と、
ユーザからの動作指令を入力する第１の入力部と、
をさらに備え、
前記第１の入力部は、入力されたユーザからの前記動作指令を前記制御部に送り、
前記制御部は、前記第１の入力部からの前記動作指令を受け、前記電源によって前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する。

このような構成により、ユーザが液体処理部での液体処理を任意のタイミングで行うことができる。

本開示の第４の態様に係る歯ブラシ装置においては、前記第３の態様における当該歯ブラシ装置を使用する前のユーザの準備動作によって、液体の処理を開始する指令を入力する第２の入力部をさらに備え、
前記第２の入力部は、入力された前記指令を前記制御部に送り、
前記制御部は、前記第２の入力部からの前記指令を受け、前記電源によって前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する。

このような構成により、ユーザが液体処理の動作指令を入力せずとも、自動的に液体処理を開始させることができる。そのため、ユーザが本開示の歯ブラシ装置を使用するときには、液体処理が完了しているなどの利点がある。即ち、ユーザにとって使い勝手のよい歯ブラシ装置を提供することができる。

本開示の第５の態様に係る歯ブラシ装置においては、前記第３又は４の態様における前記液体処理部の前記液体槽内の液体を、前記流路管を介して前記ヘッド部の前記ブラシへ供給するポンプと、
前記ヘッド部を運動させるアクチュエータと、
をさらに備え、
前記第１の入力部は、入力されたユーザからの動作指令を前記制御部に送り、
前記制御部は、前記第１の入力部からの前記動作指令を受け、前記ポンプおよび／または前記アクチュエータへの電力の供給を開始する。

このような構成により、ユーザは第１の入力部に動作指令を入力することで、ヘッド部のブラシを高速運動させて歯を磨く、及び／又はプラズマにより処理された液体をブラシに供給することができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（本開示に係る一形態を得るに至った経緯）
液体内に存在する細菌などを除菌するための装置として、高電圧パルス放電を用いた液体処理装置（殺菌装置）がある（例えば、特許第４７８４６２４号明細書）。図１０は、従来の液体処理装置である。図１０に示す殺菌装置１は、直径０．０５〜０．５ｍｍの棒状の高電圧電極２と板状の接地電極３とを対とする放電電極６で構成されている。高電圧電極２は、先端部２ａの端面を除いて絶縁体４で被覆されて、高電圧電極部５を形成している。また、高電圧電極２の先端部２ａと接地電極３とは、所定の電極間隔を設けて、処理槽７内で被処理水８に浸漬された状態で対向配置されている。さらに、高電圧電極２と接地電極３とは、高電圧パルスを発生する電源９に接続されている。両方の電極間に２〜５０ｋＶ、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの負極性の高電圧パルスを印加し放電を行う。そのエネルギーによる水の蒸発、および衝撃波に伴う気化により、水蒸気からなる気泡１０が発生する。また、高電圧電極２付近で生成されるプラズマによりＯＨラジカル等の活性種を発生させ、微生物や細菌を殺菌する。

しかしながら、上記の殺菌装置１のような従来の装置では、発生するＯＨラジカルが液中で存在する時間が短い。このため、上記の殺菌装置１を歯ブラシ装置に使用しても、プラズマによって処理された液体がユーザの口内に入るまでに、当該液体中のＯＨラジカルの大部分が消滅してしまうため、口内の除菌などの効果が不十分である。

そこで、本発明者らは、第１の金属電極と絶縁体との間に液体で満たされた空間を設け、空間内の液体を気化して気体を生成し、絶縁体の開口部から気体が放出される際に放電してプラズマを発生させることにより、液体を処理する液体処理部を見出した。そして、本発明者らは、この液体処理部を備えた歯ブラシ装置を開示するに至った。

（実施の形態１）
［全体構成］
本開示の実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の全体構成について説明する。
図１は、本開示の実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、歯を磨くためのヘッド部１０１と、液体を処理する液体処理部１０２と、液体処理部１０２からヘッド部１０１への流路を形成する流路管１０３を備える。このように、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、液体処理部１０２で処理した液体を、流路管１０３を介してヘッド部１０１に供給する構成を有している。

実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、液体処理部１０２からヘッド部１０１に液体を供給するポンプ１０４と、ヘッド部１０１を駆動するアクチュエータ１０５を備えてもよい。また、液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５を制御する制御部１０６を備えてもよい。ユーザからの動作指令を入力する第１の入力部１０７及び／又はユーザの準備動作により液体処理を開始する指令を入力する第２の入力部１０８を備えてもよい。さらに、実施の形態１の歯ブラシ装置１００は、電源１０９として乾電池又は蓄電池を備えてもよい。実施の形態１の歯ブラシ装置１００においては、液体処理部１０２に液体を注入するための注入口１１０を備えてもよい。

実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の各構成部品について説明する。
＜ヘッド部＞
ヘッド部１０１は、ブラシ１１１とヘッド本体１１２を備える。ヘッド本体１１２の内部には、流路管１０３が配設されており、液体処理部１０２で処理された液体が流路管１０３を通ってブラシ１１１に供給される。

＜液体処理部＞
図２は、実施の形態１における液体処理部１０２の構成を示す概略図である。図２に示すように、液体処理部１０２は、第１の金属電極１１３と、絶縁体１１４と、第２の金属電極１１５と、液体槽１１６と、電源１０９を備える。液体槽１１６の壁面には、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５が配置されており、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５のそれぞれの一部は、液体槽１１６内に位置している。第１の金属電極１１３の周囲には、空間１１７が形成されるように、開口部１１８を有する絶縁体１１４が配置されている。第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間には、電圧を印加するための電源１０９が配置されている。液体槽１１６は、流路管１０３によってヘッド部１０１のブラシ１１１と接続されている。そして、ポンプ１０４により液体槽１１６内の液体１１９をヘッド部１０１のブラシ１１１に供給する。また、第１の金属電極１１３は、液体槽１１６の壁面に保持するための保持ブロック１２０を備えてもよい。さらに、液体槽１１６は、液体１１９を注入する注入口１１０に接続されることにより、液体槽１１６内に液体１１９が注入される。

＜流路管＞
流路管１０３は、液体処理部１０２で処理された液体１１９が通る流路を形成する。流路管１０３は、ヘッド部１０１の内部に設けられ、液体処理部１０２で処理した液体１１９がヘッド部１０１のブラシ１１１に流れるように構成されている。

＜ポンプ＞
ポンプ１０４は、流路管１０３に配置されている。ポンプ１０４は、液体処理部１０２で処理した液体１１９を、流路管１０３を介してヘッド部１０１のブラシ１１１に供給している。また、ポンプ１０４は、制御部１０６と接続されており、制御部１０６によって駆動制御される。

＜アクチュエータ＞
アクチュエータ１０５は、ヘッド部１０１を高速運動させる部品である。アクチュエータ１０５は、ヘッド部１０１を電動で駆動する場合に備えてもよい。ヘッド部１０１が高速運動することで、ブラシ１１１が往復又は回動などの運動をすることで、歯をブラッシングすることができる。なお、アクチュエータ１０５は、制御部１０６と接続されており、制御部１０６によって駆動制御される。

＜制御部＞
制御部１０６は、液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作を制御する。制御部１０６は、例えば、液体処理部１０２で液体１１９の処理を開始するために、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間に電圧を印加するように電源１０９を制御する。液体１１９の処理は、ユーザが歯ブラシ装置１００を使用する前に行ってもよいし、ユーザが歯を使用しているときに行ってもよい。また、制御部１０６は、第１の入力部１０７又は第２の入力部１０８からの動作指令に応じて、液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作を制御してもよい。例えば、制御部１０６は、ユーザが第１の入力部１０７で液体処理をする指令を送り続けている間、液体処理を行うように制御してもよい。同様に、制御部１０６は、ユーザが第１の入力部１０７で、液体を供給する指令又はヘッド部１０１を運動させる指令を送ることにより、ポンプ１０４又はアクチュエータ１０５が駆動するように制御してもよい。さらに、制御部１０６は、所定の時間毎に自動で液体処理を行うように制御されてもよい。

＜第１の入力部＞
第１の入力部１０７は、ユーザからの動作指令が入力される。第１の入力部１０７は、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の外装に配置されるスイッチなどであってもよい。例えば、液体１１９をヘッド部１０１に供給するためにポンプ１０４を駆動させるスイッチ、及び／又はヘッド部１０１を高速運動させるアクチュエータ１０５を駆動させるスイッチなどがある。また、液体処理部１０２で液体の処理を開始するため、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間に電圧を印加するスイッチを備えてもよい。ユーザが上記のスイッチ（第１の入力部１０７）を押すことによって、ユーザの動作指令が制御部１０６に送られ、制御部１０６によって液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作が開始される。なお、第１の入力部１０７は、液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作を停止させる動作指令を入力できる構成であってもよい。

＜第２の入力部＞
第２の入力部１０８は、ユーザが実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００を使用する前の準備動作によって、液体処理部１０２で液体処理を開始する指令が自動的に入力される。例えば、ユーザの準備動作として、液体槽１１６に処理する前の液体１１９を入れる動作がある。一例として、歯ブラシ装置１００の外装に設けられた注入口１１０が蓋体によって閉じられる構成を有している場合について説明する。この場合、注入口１１０の蓋体を閉じたときに、蓋体と第２の入力部１０８が接触するように第２の入力部１０８を配置する。第２の入力部１０９は、例えば、スイッチなどの構成とすることができる。このような構成により、液体１１９を液体槽１１６に注入した後、ユーザが注入口１１０の蓋体を閉じることによって、スイッチ（第２の入力部１０８）が押される。このように、ユーザが歯ブラシ装置１００を使用する前の準備動作によって第２の入力部１０８に指令を入力することで、ユーザが指令を入力せずとも、制御部１０６に液体処理を開始する指令が送られてもよい。なお、第２の入力部１０８に指令が入力されて一定時間経過すると、液体処理部１０２での液体処理が自動的に停止する構成であってもよい。

＜電源＞
電源１０９は、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間を接続するように配置される。また、液体処理部１０２の電源１０９は、ポンプ１０４、アクチュエータ１０５、制御部１０６などの各構成部品に電力を供給するために使用されてもよい。電源１０９としては、例えば、乾電池又は充電器で充電可能な蓄電池などが用いられる。第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間に印加される電圧は、周波数１〜１００ｋＨｚ、数１００Ｖ〜１０ｋＶの適宜選択しうる信号であり、電圧波形は、パルス状、正弦半波形、又は正弦波状のいずれであってもよい。電流値は、大きいほどよいが、あまり大きくしすぎると、空間１１７内の液体１１９のみならず、液体槽１１６内全体の液体１１９を加熱するように電力が使用され、かえってプラズマ生成の効率が低下する。上記理由から、実施の形態１では、電流値を３Ａ以下としている。また、電流値が１ｍＡより小さいと、空間１１７内の液体１１９を気化するのに時間を必要とするため、電流値は１ｍＡ〜３Ａの範囲が好ましい。なお、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００では、プラズマを発生させるために所望の電圧及び電流が得られるように、パルス変換回路、及び／又は昇圧回路などの回路を備えてもよい。また、ポンプ１０４、アクチュエータ１０５を駆動するために必要な回路を備えてもよい。

次に、実施の形態１に係る液体処理部１０２の電極構成について説明する。
［電極構成］
実施の形態１における電極構成は、第１の金属電極１１３と、絶縁体１１４と、第２の金属電極１１５と、保持ブロック１２０を備える。

図３は、実施の形態１における第１の金属電極１１３の周辺の電極構成の断面図である。図３に示すように、第１の金属電極１１３の周囲に空間１１７を形成するように絶縁体１１４が配置されている。絶縁体１１４は、液体槽１１６内部と空間１１７を連通するように少なくとも１つの開口部１１８を有している。この開口部１１８から液体槽１１６内の液体１１９が浸入し、空間１１７が液体１１９満たされる構成となっている。第１の金属電極１１３と絶縁体１１４のそれぞれの一方の端部は、保持ブロック１２０に固定されている。なお、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５は、液体槽１１６の壁面に任意の位置で配置すればよく、配置する位置に制限はない。第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５間に電圧が印加される際に両電極共に、液体１１９中に存在する確率が高くなるように両電極の設置位置を決定してもよい。例えば、実施の形態１の歯ブラシ装置１００は、使用中に液体槽１１６内部に空気溜まりが発生した状態で第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間に電圧を印加する場合がある。このような場合でも、両電極が液体１１９中に配置できるように、例えば、空気溜まりが存在する領域とは異なる領域である、液体１１９が溜まる領域に両電極を配置する。

次に、実施の形態１における液体処理部１０２の各構成部品について説明する。
＜第１の金属電極＞
第１の金属電極１１３は、液体１１９で満たされた液体槽１１６内に少なくとも一部が配置されている。第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５間に電圧が印加される際に両電極共に、液体１１９中に存在する確率が高くなるように両電極の設置位置を決定してもよい。また、第１の金属電極１１３の一端は、保持ブロック１２０に固定されている。図２及び図３に示す実施の形態１における第１の金属電極１１３は、直径２ｍｍの円柱形状を有している。これは第１の金属電極１１３の一例としての直径及び形状であって、第１の金属電極１１３の直径は、プラズマ１２１が発生する直径であれば、特に制限はない。また、第１の金属電極１１３の形状は、円柱形状に限定されず、例えば、直方体又は面状の形状などの任意の形状としてもよい。第１の金属電極１１３は、例えば、鉄、タングステン、銅、アルミニウム、白金、又はそれらの金属から選ばれる１又は複数の金属を含む合金などの材料から形成されてもよい。

＜絶縁体＞
絶縁体１１４は、第１の金属電極１１３の周囲に空間１１７を形成するように配置されている。また、絶縁体１１４には、液体槽１１６内部と空間１１７を連通する開口部１１８が設けられている。図２及び図３に示す実施の形態１における絶縁体１１４は、内径３ｍｍで外径５ｍｍの円筒形状を有し、直径０．７ｍｍの開口部１１８が１つ設けられている。絶縁体１１４は、上記した大きさ又は形状に限定されず、第１の金属電極１１３の周囲に空間１１７を形成できるのであれば、任意の大きさ又は形状にしてもよい。例えば、実施の形態１における開口部１１８の直径は、０．７ｍｍとしているが、これに限定されるものではなく、２ｍｍ以下で任意の大きさにしてもよい。また、開口部１１８は、複数あってもよい。開口部１１８の位置についても、特に制限はない。例えば、絶縁体１１４に、複数の開口部を設けることにより、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の方向をどのように傾けても開口部１１８において気泡の泡詰まりを防止することができる。絶縁体１１４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、絶縁性のプラスチック、ガラス、及び石英などの材料から形成されてもよい。

＜第２の金属電極＞
第２の金属電極１１５もまた、液体１１９で満たされた液体槽１１６内に少なくとも一部が配置されている。第２の金属電極１１５もまた、前述したように配置される位置に制限はなく、液体槽１１６のいずれかの位置に配置されればよい。さらに、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５間に電圧が印加される際に両電極共に、液体１１９中に存在する確率が高くなるように両電極の設置位置を決定してもよい。第２の金属電極１１５は、導電性の金属材料から形成されていればよい。例えば、第１の金属電極１１３と同様に、鉄、タングステン、銅、アルミニウム、白金、又はそれらの金属から選ばれる１又は複数の金属を含む合金などの材料から形成されてもよい。

＜保持ブロック＞
保持ブロック１２０は、第１の金属電極１１３と絶縁体１１４のそれぞれの一方の端部と接続されている。保持ブロック１２０は、第１の金属電極１１３及び絶縁体１１４との接続部分において、液体１１９が漏れないように、シールする構造を有していてもよい。例えば、保持ブロック１２０に、第１の金属電極１１３と絶縁体１１４をネジ止めする構造としてもよい。シール構造は、これに限定されるものではなく、任意の構造とすることができる。

実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の動作について説明する。
［動作］
実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００を使用する前に、液体槽１１６に処理する前の液体１１９を注入口１１０から注入する。液体槽１１６が液体１１９で満たされると、第１の金属電極１１３と絶縁体１１４との間に形成された空間１１７は、液体１１９で満たされた状態となると考えられる。なお、このとき微量の気泡が混じる場合もあると考えられるが、ほぼ液体１１９で満たされた状態となる。

次に、第１の入力部１０７又は第２の入力部１０８から液体処理を開始する指令が制御部１０６に送られる。制御部１０６が液体処理を開始する指令を受けると、電源１１４によって第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間に電圧が印加される。

第１の金属電極１１３と絶縁体１１４との間に形成される空間１１７内の液体１１９は、第１の金属電極１１３から投入された電力により、加熱され、温度が上昇する。この温度上昇により、空間１１７内の液体１１９が気化し、気体が発生する。この気体は、空間１１７内で集合しながら塊となる。そして、この気体の塊は、空間１１７内部の圧力と液体槽１１６の圧力との圧力差によって絶縁体１１４に設けられた開口部１１８から液体槽１１６内の液体１１９中へ放出される。

この気体の塊が絶縁体１１４の開口部１１８を通るとき、気体の塊によって開口部分の液体が気体に置き換わり、液体によって導通していた第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５が絶縁される。このとき、開口部１１８に存在する気体の塊に電源１０７からの電圧が印加されて、電界集中により放電が生じる。その結果、気体の塊内でプラズマ１２１が発生する。一度プラズマ１２１が発生すると、継続的かつ連続的にプラズマ１２１が生成され、プラズマ１２１を内包した気体の塊が絶縁体１１４の開口部１１８から液体槽１１６内の液体１１９に向かって放出される。このプラズマ１２１は、絶縁体１１４の開口部１１８から液体槽１１６の液体１１９中に張り出した状態となる。

さらに、張り出したプラズマ１２１を内包する気体の塊から一部が分離し、複数の気泡１２２が形成され、この気泡１２２が液体槽１１６内の液体１１９中に拡散される。複数の気泡１２２は、マイクロメーター以下の直径のものを含んでおり、実施の形態１における液体処理部１０２は、マイクロバブルを発生させる機能も有している。この気泡１２２は、通常のマイクロバブルとは異なり、気泡１２２内部にプラズマ１２１で生成した電子、イオン、又はラジカルを含んでいる。実施の形態１における液体処理部１０２は、これらの気泡１２２によって、液体１１９を除菌する及び／又は液体１１９中に含まれる化学物質を分解している。

液体処理部１０２で液体１１９を処理した後、ユーザはヘッド部１０１の先端を口の中へ入れて、ブラシ１１１部分で歯をブラッシングする。ブラッシング時に、ユーザは第１の入力部１０７に、液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５を駆動するように動作指令を入力する。第１の入力部１０７に入力された動作指令は、制御部１０６に送られ、制御部１０６によって液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作が開始される。例えば、ユーザがポンプ１０４を駆動する指令を第１の入力部１０７に入力した場合、液体処理部１０２からヘッド部１０１のブラシ１１１に処理された液体１１９が供給される。そのため、ユーザはプラズマ１２１により処理された液体１１９で歯をブラッシングすることができる。また、ユーザがアクチュエータ１０５を駆動する指令を第１の入力部１０７に入力した場合、ヘッド部１０１が高速運動するため、ユーザは自動で歯をブラッシングすることができる。さらに、ユーザは第１の入力部１０７に液体処理を開始する指令を入力することにより、ユーザは液体処理部１０２でプラズマ１２１を発生させて液体１１９を処理しながら、歯を磨くことができる。

歯を磨き終わると、ユーザは第１の入力部１０７に、液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作を停止する指令を入力する。第１の入力部１０７に入力された停止の指令は、制御部１０６に送られる。そして、制御部１０６によって液体処理部１０２、ポンプ１０４、又はアクチュエータ１０５の動作が停止させられる。

［効果（気泡について）］
実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の液体処理部１０２から発生する気泡１２２の効果について説明する。気泡１２２は、前述したように、マイクロメーター以下の直径のものを含んでいる。この気泡１２２は、通常のマイクロバブルと異なり、気泡１２２内部にプラズマ１２１で生成した電子、イオン、又はラジカルなどの反応種を含んでいる。このため、通常のマイクロバブルよりも除菌能力や化学物質を分解する能力が高いという効果を有している。したがって、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００によれば、通常のマイクロバブルでは分解することが難しい、例えば、アンモニア又は酢酸などの難分解性物質をも分解する能力を持った液体１１９で歯をブラッシングすることが可能である。

［効果（第１の金属電極と絶縁体との間の空間について）］
次に、第１の金属電極１１３と絶縁体１１４の間に形成された空間１１７の効果について説明する。空間１１７は、液体１１９を気化して気体を生成する機能を有する。実施の形態１の液体処理部１０２では、第１の金属電極１１３から流れる電流によって、空間１１７内の液体１１９を加熱して、空間１１７内で液体１１９を気化して、気体を生成していると考えられる。

図１０に示す従来の液体処理装置の構成、即ち、第１の金属電極１１３と絶縁体１１４が接触して配置されている構成（空間１１７がない構成）について説明する。この場合、第１の金属電極１１３は、絶縁体１１４の開口部１１８を介して液体槽１１６内の液体１１９に直接接触することになる。その結果、電源１０９によって第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間に電圧を印加しても、第１の金属電極１１３から液体槽１１６内の液体１１９に直接電流が流れて発散してしまい、液体１１９を気化することができない。このような空間１１７がない構成で、第１の金属電極１１３近傍に局所的な気化状態を形成しようとすると、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との電極間の距離が所定の距離（数ｍｍ）となるように第１の金属電極１１３及び第２の金属電極１１５を配置する必要がある。また、プラズマ１２１を発生させるために、電界強度を高くする必要があり、第１の金属電極１１３の直径を小さくする必要がある。このような構成にすることにより、図１０に示す従来の装置において、第１の金属電極１１３近傍の液体１１９を気化することができ、プラズマ１２１を発生させることができる。しかし、この構成では、第１の金属電極１１３及び第２の金属電極１１５の位置が制限されるデメリットがある。また、液体槽１１６内全体、即ち、液体１１９全体に電流が流れて発散してしまうというデメリットもある。そのため、従来の構成では、第１の金属電極１１３近傍の液体１１９を気化させて気泡を生成し、その気泡内でプラズマ１２１を発生させるためには、２５０Ｗ以上の高電力を必要とする。発明者の知見によると印加電力を大きくするとプラズマ１２１に注入されるエネルギーよりも液体１１９を加熱することにエネルギーが消費される傾向にあり、効率は低くなる傾向にある。したがって、図１０に示す従来の構成（空間１１７がない構成）では、効率良くプラズマ１２１を発生させることができないという欠点がある。また、第１の金属電極１１３及び第２の金属電極１１５の位置が制限されることから、歯ブラシ装置に組み込んだ場合、装置の大きさを小さくすることが難しいという欠点がある。

実施の形態１の液体処理部１０２によれば、第１の金属電極１１３と絶縁体１１４との間に空間１１７を有する構成とすることで、空間１１７内の液体１１９を気化して気体を生成し、低消費電力で効率良くプラズマ１２１を発生させることができる。例えば、絶縁体１１４の長さを５ｍｍと仮定すると、水を２０℃から１００℃まで１分で上昇させるのに必要な電力は、約０．１Ｗである。また、１秒で上昇させる場合でも約７Ｗであり、前述した図１０に示す従来の装置の構成（空間１１７がない構成）の必要な電力（２５０Ｗ以上）と比べて、格段に少ない電力でプラズマ１２１を生成できる。

また、実施の形態１の液体処理部１０２によれば、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５との間の距離が制限されない。そのため、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００では、第１の金属電極１１３と第２の金属電極１１５を任意の位置に配置することが可能であり、装置の小型化を実現できる。

さらに、実施の形態１の液体処理部１０２によれば、絶縁体１１４の開口部１１８に到達する気体部分に印加する電界強度を開口部１１８の直径によって制御することができるので、第１の金属電極１１３の幾何学的な寸法は、プラズマ１２１の生成効率に関与しないという大きなメリットがある。したがって、第１の金属電極１１３の直径を大きくすることができるため、第１の金属電極１１３の耐久性を向上させることができる。

［効果（分解速度）］
実施の形態１における液体処理部１０２の効果（分解速度）について説明する。実施の形態１に係る液体処理装置１００の分解速度を測定するため、被処理液体として、濃度１０ｍｇ／Ｌのインディゴカーミン（メチレンブルー）水溶液を用いた。

実施の形態１における液体処理部１０２では、液体１１９中にプラズマ１２１を内包した気泡１２２を拡散することによってＯＨラジカルが生成される。ＯＨラジカルは、インディゴカーミンに作用し、分子内の結合を切ることによって、インディゴカーミン分子を分解する。ＯＨラジカルの酸化ポテンシャルは、一般的に知られているように、２．８１ｅＶであり、オゾン、過酸化水素及び塩素の酸化ポテンシャルよりも大きい。よって、ＯＨラジカルは、インディゴカーミンに限らず、多くの有機物を分解することができる。

インディゴカーミン分子の分解速度は、水溶液中の吸光度によって評価することができる。インディゴカーミン分子が分解されると、インディゴカーミン水溶液の青色が消色し、完全に分解されると透明になることが一般的に知られている。これは、インディゴカーミン分子中に存在する炭素の二重結合（Ｃ＝Ｃ）による吸収波長が６０８．２ｎｍであり、インディゴカーミン分子が分解することによってＣ＝Ｃの結合が開裂し、６０８．２ｎｍの光の吸収がなくなるためである。よって、インディゴカーミン分子の分解速度は、紫外可視光分光光度計を用いて６０８．２ｎｍの波長の光の吸光度を測定することにより行った。なお、測定は、実施例として実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００の液体処理部１０２と、比較例として図１０に示す従来の殺菌装置を用いて行った。

実施例について説明する。実施例は、実施の形態１における液体処理部１０２で液体処理を行っている。なお、第１の金属電極１１３は、直径２ｍｍの円柱形状である。絶縁体１１４は、内径３ｍｍで外径５ｍｍの円筒形状である。絶縁体１１４に設けられた開口部１１８は、直径０．７ｍｍである。電源１０９は、ピーク電圧５ｋＶ、パルス幅１μｓ、周波数３０ｋＨｚのパルス電圧を印加する。液体槽１１６の容積は、６００ミリリットルである。なお、上記の電源１０９の条件は、比較例との差異を明確にするために設定されたものである。本開示の歯ブラシ装置１００に実際に設定される条件は、これに限定されない。

図４は、実施例と比較例における処理時間に対するインディゴカーミン水溶液の分解濃度を比較した図である。図４に示す黒丸は実施例であり、白丸は比較例である。図４に示すように、実施例によれば、約１０ｍｇ／Ｌのインディゴカーミンが完全に分解されるまでの時間は、約３２分程度である。一方、比較例によれば、約１０ｍｇ／Ｌのインディゴカーミンが完全に分解されるまでの時間は、約４０１分程度である。したがって、本開示の実施の形態１の液体処理部１０２では、従来の液体処理装置と比べて、１０倍以上速い分解速度を有している。このことから、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００によれば、液体処理部１０２で効率よくプラズマ１２１を発生させることができ、液体１１９の処理時間を大幅に短縮することが可能である。

［効果（開口部の直径）］
本開示の実施の形態１における絶縁体１１４の開口部１１８の直径とインディゴカーミン水溶液の分解速度との関係について説明する。
図５は、本開示の実施の形態１における絶縁体１１４の開口部１１８に対する分解速度を示す。分解速度の測定は、前述したインディゴカーミン水溶液を用いて行った。図５に示す黒菱形は、絶縁体１１４の開口部１１８の直径に対する分解速度の測定結果を示す。図５に示すように、開口部１１８の直径が０．３〜２ｍｍの範囲では、インディゴカーミン水溶液の分解速度が速くなり、０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲で分解速度が最大となる領域を有する。これは、開口部１１８の直径の２乗に反比例して電界強度が大きくなることから、開口部１１８の直径が小さくなるほど、電界強度が大きくなるためである。即ち、開口部１１８の直径を小さくするほど、放電しやすくなり、効率良くプラズマ１２１を発生させることができる。その結果、インディゴカーミンの分解速度が速くなる。一方、分解速度の最大値（０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲）を境にさらに開口部１１８の直径を小さくすると、分解速度が遅くなる。これは、プラズマ体積が分解速度を決定する因子となるからである。つまり、開口部１１８の直径が小さくなると液体槽１１６内に張り出したプラズマ１２１の体積が小さくなり、プラズマ１２１中で生成されるラジカルの数密度が小さくなる。そのため、インディゴカーミンの分解速度が遅くなると考えられる。プラズマ１２１の体積は、開口部１１８の直径の３乗に比例する。即ち、開口部１１８の直径が小さくなると、プラズマ１２１の体積も小さくなるので、最大値を境に急峻にインディゴカーミンの分解速度が遅くなる様相を呈する。

したがって、絶縁体１１４の開口部１１８の直径は、０．３〜２ｍｍの範囲であるのが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲である。本開示の実施の形態１に係る液体処理部１０２において、開口部１１８の直径が上記範囲内であれば、効率良くプラズマ１２１を発生させることができる。

［効果（ＯＨラジカル発生）］
実施の形態１の液体処理部１０２の効果（ＯＨラジカル発生）について説明する。
ＯＨラジカルの寿命は、一般的に数μｓ〜数ｍｓと言われている。このことから、ＯＨラジカルを生成しても、すぐに消滅してしまい、ＯＨラジカルを測定することは、通常困難である。

実施の形態１の液体処理部１０２では、ＯＨラジカルをＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法を用いて測定している。ＯＨラジカルをＥＳＲ法によって測定する場合に、ＯＨラジカルをＤＭＰＯと呼ばれるスピントラップ剤に結合させて測定する方法がある。この方法によれば、ＯＨラジカルを定量的に測定することができる。

ＤＭＰＯを添加する測定方法には、２つの方法がある。一つは、被処理水中にＤＭＰＯを予め添加しておき、ＯＨラジカルが生成すると直ちにＤＭＰＯがＯＨを捕らえるようにして、ＯＨラジカルの信号を測定する方法である。この方法は、ＤＭＰＯが被処理水中に予め含まれているので、ある一定量ＯＨラジカルが生成されると、ＯＨラジカルの寿命が短くても、ＯＨラジカルを測定できる大きな利点がある。しかし、実施の形態１のような場合、ＤＭＰＯ自体がプラズマで分解されるため正確なＯＨラジカル量を測定することができないことと、液体の量を増やすとそれに応じてＤＭＰＯの添加量も増やさなければならないという欠点がある。

もう一つは、液体処理装置によって被処理水を一定時間処理した後に、プラズマの発生を停止する。プラズマを停止した時間を原点として、一定時間毎に一定量の被処理水を取り出して、ＤＭＰＯを添加した後に測定する方法である。この方法では、ＯＨラジカルの寿命が短い場合には、特別なサンプリング装置を用意しない限り、ＯＨラジカルが測定できないという致命的な欠点がある。ただし、ＤＭＰＯ自体の分解や添加量の問題については、懸念する必要がないことが利点である。

今回の測定では、上記したうち、後者の方法で、ＯＨラジカルの測定を行った。

図６は、本開示の実施の形態１の液体処理部１０２で処理した液体１１９中のＯＨラジカルの測定結果を示す図である。図６に示すように、プラズマ１２１を停止（０ｍｉｎ）してもＯＨが発生しており、１０ｍｉｎ程度経過すれば、最大のＯＨラジカル濃度に達する。その後、ＯＨラジカルは、発生と消滅を繰り返しながら、少なくとも３００ｍｉｎ程度まで液体１１９中にＯＨラジカルが存在することを確認した。図中の実線は、レート方程式でフィッティングしたものである。下記に、レート方程式を示す。

ここで、Ｎ_ＯＨはＯＨラジカル濃度（μＭ）、Ｇは１ｍｉｎあたりに生成されるＯＨラジカルの量（μＭ／ｍｉｎ）、τはＯＨラジカル単体の寿命（ｍｉｎ）である。なお、Ｇは、０．２μＭ／ｍｉｎである。

上記式から、ＯＨラジカルの単体の寿命τは、約５ｍｉｎであることが計算できる。

前述したように、ＯＨラジカルの寿命は一般的に短い（数μｓ〜数ｍｓ）が、実施の形態１の液体処理部１０２によれば、従来の液体処理装置では成し得なかったＯＨラジカルの長寿命化を実現することができる。その結果、インディゴカーミン水溶液の分解速度を飛躍的に向上させることができる。

このように、実施の形態１の液体処理部１０２で処理した液体（以下、プラズマ処理水）は、液体に通電（放電）することによって生成した液体中のＯＨラジカルが通電停止後も存在し続けることができる。

次に、プラズマ１２１（放電）停止後における図６のＡ〜Ｃの時点における具体的なＤＭＰＯ−ＯＨの信号について図７〜９を用いて説明する。図７は、図６のＡの時点における液体１１９中のＤＭＰＯ−ＯＨの信号を示す。図８は、図６のＢの時点における液体１１９中のＤＭＰＯ−ＯＨの信号を示す。図９は、図６のＣの時点における液体１１９中のＤＭＰＯ−ＯＨの信号を示す。なお、Ａは放電停止直後、Ｂは放電停止から１２０ｍｉｎ後、Ｃは放電停止から３１０ｍｉｎ後である。図７〜９に示すように、Ａ〜Ｃのすべての時点において、超微細構造によって別れた***幅を示す超微細結合定数ａ（Ｎ）とａ（Ｈ）が共に１．４９ｍＴで１：２：２：１の４本のＥＳＲスペクトルが観測されている。超微細結合定数とは、ＥＳＲ法で測定できるパラメータの１つであり、測定されたＥＳＲスペクトルと超微細結合定数からラジカルの存在を知ることができる。即ち、観測されたＥＳＲスペクトルから、ＤＭＰＯとＯＨラジカルがスピントラップ反応をして生成される物質であるＤＭＰＯ−ＯＨアダクトの存在を知ることができる。

図７に示すように、放電停止直後からＤＭＰＯ−ＯＨアダクトが観測されている。また、図８に示すように、放電停止後１２０ｍｉｎでは、放電停止直後よりもＤＭＰＯ−ＯＨアダクトの信号強度が大きくなっている。さらに、図９に示すように、放電停止後３１０ｍｉｎにおいても、ＤＭＰＯ−ＯＨアダクトの信号を確認できる。このように、実施の形態１の液体処理部１０２では、長時間にわたってＤＭＰＯ−ＯＨアダクトの信号を確認できている。即ち、液体１１９中に長寿命のＯＨラジカルが生成されていることがわかる。

したがって、実施の形態１の液体処理部１０２によれば、液体１１９中に長寿命のＯＨラジカルを生成することができるため、従来の液体処理装置に比べて、短時間で液体１１９の処理をすることができる。

本開示の実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、効率良くプラズマ１２１を生成することができるとともに、長寿命のＯＨラジカルを生成できる液体処理部１０２を備えている。液体処理部１０２は、液体１１９を気化して気体を生成し、その気体内にプラズマ１２１を発生させることにより、より純粋なＯＨラジカルを生成することができる。したがって、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、短時間で液体１１９の処理をすることができる。また、ＯＨラジカルの寿命および存在時間が長いために、通電（放電）停止後、長時間にわたり液体を処理する能力を有する活性なプラズマ処理水を得ることができる。

このように、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、歯を磨くのに必要なプラズマ処理水を短時間で得ることができるため、ユーザにとって使い勝手がよいというメリットがある。

また、実施の形態１の液体処理部１０２で液体処理されることによって得られる液体（プラズマ処理水）には、通電後も比較的長い時間ＯＨラジカルが存在する。そのため、ユーザがこのプラズマ処理水で歯をブラッシングすると、プラズマ処理水中のＯＨラジカルが口内の健康を害する細菌を除菌することができる。

虫歯菌によって歯（エナメル質や象牙質など）に穴があいた状態で食べ物のカスがつまると、細菌が繁殖して細菌の集合体である歯垢となって臭いを発し、それが口臭となる。また、歯周ポケットに歯垢がたまると、細菌によって歯肉が炎症を起こしやすくなり（歯肉炎の状態）、細菌の増殖でガスが発生し、それも口臭の原因となる。

実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００によれば、これらの口臭の原因となる細菌や歯垢を除去することにより、口臭予防の効果を有する可能性がある。

また、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００によれば、プラズマ処理水で歯をブラッシングすることで、歯に付着した歯垢の主成分である有機物と細菌を分解し、歯垢を容易に除去できる可能性がある。このように、歯に付着した歯垢を除去することで、歯垢が歯表面から剥離しやすくなり、歯の本来の色を再生することや、虫歯を抑制する効果を有する可能性がある。さらに、プラズマ処理水は、インディゴカーミンを脱色する優れた脱色能力で、歯の表面の着色を除去するホワイトニングの効果を実現する可能性もある。

さらに、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００によれば、プラズマ処理水で歯をブラッシングすることで、虫歯を引き起こす虫歯菌、又は歯周病を引き起こす歯周病菌などを除菌し、虫歯又は歯周病を防止する効果を有する可能性がある。特に歯周病菌については、プラズマ処理水で歯周ポケット内をブラッシングすることにより、プラズマ処理水と歯周病菌との接触確率が著しく高くなり、プラズマ処理水の殺菌力により、歯周病を効果的に防止する可能性がある。

なお、実施の形態１に係る歯ブラシ装置１００は、任意の実施の形態で実施し得るものである。

本開示は、プラズマにより処理した液体で歯をブラッシングすることが可能な歯ブラシ装置を提供する。

１００ 液体処理装置
１０１ ヘッド部
１０２ 液体処理部
１０３ 流路管
１０４ ポンプ
１０５ アクチュエータ
１０６ 制御部
１０７ 第１の入力部
１０８ 第２の入力部
１０９ 電源
１１０ 注入口
１１１ ブラシ
１１２ ヘッド本体
１１３ 第１の金属電極
１１４ 絶縁体
１１５ 第２の金属電極
１１６ 液体槽
１１７ 空間
１１８ 開口部
１１９ 液体
１２０ 保持ブロック
１２１ プラズマ
１２２ 気泡

Claims (5)

1. ブラシを備えるヘッド部と、
   液体を処理する液体処理部であって、
   前記液体を入れる液体槽と、
   前記液体槽内に少なくとも一部が配置された第１の金属電極と、
   前記液体槽内に少なくとも一部が配置された第２の金属電極と、
   前記第１の金属電極の周囲に空間を形成するように配置された絶縁体であって、前記液体槽内部と前記空間を連通するように設けられた開口部を有する絶縁体と、
   前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する電源と、
   を備える、液体処理部と、
   前記液体処理部の前記液体槽と前記ヘッド部の前記ブラシとを接続する流路管と、
   を備える、歯ブラシ装置。
2. 前記液体処理部は、前記電源によって前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加して、前記第１の金属電極と前記絶縁体との間に形成される前記空間内の液体を気化して気体を発生させ、前記気体が前記開口部から前記液体槽内の前記液体中に放出されるときに放電することにより、プラズマを発生させて、前記液体を処理する、請求項１に記載の歯ブラシ装置。
3. 前記液体処理部の前記電源の動作を制御する制御部と、
   ユーザからの動作指令を入力する第１の入力部と、
   をさらに備え、
   前記第１の入力部は、入力されたユーザからの前記動作指令を前記制御部に送り、
   前記制御部は、前記第１の入力部からの前記動作指令を受け、前記電源によって前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する、請求項１または２に記載の歯ブラシ装置。
4. 当該歯ブラシ装置を使用する前のユーザの準備動作によって、液体の処理を開始する指令を入力する第２の入力部をさらに備え、
   前記第２の入力部は、入力された前記指令を前記制御部に送り、
   前記制御部は、前記第２の入力部からの前記指令を受け、前記電源によって前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との間に電圧を印加する、請求項３に記載の歯ブラシ装置。
5. 前記液体処理部の前記液体槽内の液体を、前記流路管を介して前記ヘッド部の前記ブラシへ供給するポンプと、
   前記ヘッド部を運動させるアクチュエータと、
   をさらに備え、
   前記第１の入力部は、入力されたユーザからの動作指令を前記制御部に送り、
   前記制御部は、前記第１の入力部からの前記動作指令を受け、前記ポンプおよび／または前記アクチュエータへの電力の供給を開始する、請求項３または４に記載の歯ブラシ装置。

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