刷子、刷子用的更换构件以及刷子的使用方法
1.相关申请的相互参照
2.本申请主张2018年7月24日在日本提出的特愿2018-138812号以及2018年11月26日在日本提出的特愿2018-220592号的优先权，并将这些在先申请的全部内容援引至此以用于参照。
技术领域
3.本发明涉及刷子、刷子用的更换构件以及刷子的使用方法。


背景技术：

4.例如，牙刷出售电动牙刷。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2003-061986号公报


技术实现要素：

8.本发明的刷子包括：头部，具有毛部、振动板和安装于振动板的振动源；以及主体部，安装有头部，并且具有将包括可听域内的非离散信号的供给信号供给至振动源的电路。
附图说明
9.图1是表示第一结构例的剖视图。
10.图2是表示第二结构例的剖视图。
11.图3是表示第三结构例的剖视图。
12.图4a是表示第四结构例的剖视图。
13.图4b是表示第四结构例的剖视图。
14.图5是一个示例的框图。
15.图6是表示在特定频带中进行强调校正和不进行强调校正的情况下的信号处理校正特性的图。
16.图7是表示在特定频带中进行强调校正和不进行强调校正的情况下的频率特性的图。
17.图8是表示为了在可听域的频带和超声波域频带下动作而设定的供给信号的频率特性的图。
18.图9是表示每个结构例中的与频率特性相对应的力量等级的曲线图。
19.图10是表示第五结构例的剖视图。
具体实施方式
20.以下，说明本发明的实施方式。
21.图1是表示本实施方式的刷子10的第一结构例的剖视图。图2是表示本实施方式的刷子10的第二结构例的剖视图。图3是表示本实施方式的刷子10的第三结构例的剖视图。图4a以及图4b是表示本实施方式的刷子10的第四结构例的剖视图。图10是表示本实施方式的刷子10的第五结构例的剖视图。以牙刷为例说明刷子10，但也可以是其它的刷子。
22.例如，牙刷大致可以由三个构件构成。第一个是具有毛部11的头部h。第二个是把手部分，即具有手柄部31的主体部b。第三个是充电座d，例如在使用干电池的情况下是不需要的，但对可充电的电池来说很方便。
23.以下，使用图1～3进行说明。需要说明的是，为了便于理解，适当地变更每个附图中的比例尺寸。
24.参照图1的第一结构例进行说明。头部h具有毛部11、振动板12、压电元件22以及电极垫23。
25.毛部11例如由直径为0.1～0.4mm左右的尼龙绳的集合体构成。毛部11在捆扎15～20根左右的长度大约为30～40mm的所述绳之后，在捆的中间对折并插入后述振动板12的孔中。即，在插入后，一个孔中含有由30～40根左右的绳所组成的一个捆。为了长度均匀，插入后的毛部11被切割。切割后的从振动板12到突出的毛部11的顶端的长度例如为0.7mm至13mm。可以是平坦的切割面，也可以是锯齿状的锯齿状切割。
26.振动板12也可以例如由丙烯酸或聚碳酸酯等塑料材料构成。为了嵌入所述的毛部11，在振动板12的表面上设置有大约24至36个直径为1.3mm～2.1mm左右的孔。所述毛部11被塞进该孔。作为一例，在该振动板12上，设置有孔的面(称为“孔侧的面”)的纵向尺寸为15～35mm、横向的尺寸为8～15mm，与所述面正交的厚度包括压电元件22的厚度在内也可以为2～10mm。
27.在振动板12的内部埋设有压电元件22。需要说明的是，振动板12具有配置刷子10的毛部11的板状部分即可，并不限于必须整体为板状。
28.压电元件22呈板状，最大的面(以下，称为“第一面”)与所述孔侧的面相向配置。并且，第一面的纵向尺寸可以是孔侧的面的纵向尺寸(15～35mm)的大约0.5倍～0.9倍。压电元件22的第一面的横向尺寸可以是孔侧的面的横向尺寸(5～15mm)的大约0.5倍～0.9倍。压电元件22的厚度也可以大约为0.3～2.0mm左右。
29.压电元件22是通过施加供给信号(电压)，根据构成材料的机电耦合系数而伸缩或弯折(弯曲)的元件。这些元件例如使用由陶瓷或水晶构成的元件。压电元件22可以是单压电晶片、双压电晶片或层叠型的压电元件。在层叠型的压电元件中包括层叠有单压电晶片的(例如层叠16层～44层左右)层叠型单压电晶片元件或层叠有双压电晶片的(例如层叠16层～44层左右)层叠型双压电晶片元件。层叠型的压电元件例如由多个介电层与配置于该多个介电层之间的电极层的层叠结构体构成，该多个介电层由pzt(锆钛酸铅)构成。首先，在压电元件22中，第一面侧沿着所述纵向的方向伸展，并且与第一面相反一侧的面沿着所述纵向的方向收缩，由此，压电元件22在厚度方向上弯曲。接下来，第一面侧沿着所述纵向的方向收缩，并且与第一面相反一侧的面沿着所述纵向的方向伸展，由此，压电元件22在厚度方向上沿与先前方向相反的方向弯曲。通过重复此操作来产生振动。另外，与压电元件22连接的电极布线连接至电极垫23。
30.压电元件22根据后述的供给信号而弯曲。并且，根据压电元件22的弯曲，振动板12
以弯曲的方式振动。由此，毛部11也振动，从而作为刷子发挥作用。
31.电极垫23形成为从振动板12的一侧的端部的表面露出。在振动板12的一侧的端部插入到后述的主体部b中时，该电极垫23与主体部b的电极垫33电连接。
32.主体部b也可以构成为包括作为把手的手柄部31、搭载有控制系统以及存储器等的基板32、所述电极垫33、罩部40、电池35和操作部34。
33.手柄部31例如为筒状，由于振动板12的一侧的端部插入其内部而具有作为头部h的支撑部的功能。另外，手柄部31具有供用户握持的手柄的功能。另外，也可以具有作为在内部容纳基板32以及电池35等的壳体的作用。手柄部31与振动板12相同，也可以由塑料材料构成。或者，手柄部31也可以由铝或不锈钢等金属材料或钢化玻璃构成。手柄部31的长度例如为10cm～25cm左右。手柄部31的筒状的外侧的直径大约为1～3cm左右。在手柄部31中，容纳头部h的一端的筒状的内侧直径大约为0.5～2cm左右。需要说明的是，并不限于该尺寸。在容纳头部h的一端的状态下，基板32等存在的空间可以被封闭。例如，使头部h的一端的直径(外径)与手柄部31的内侧直径一致或使用垫片等来实现防水结构。
34.基板32能够容纳在实现了防水结构的筒状的内部空间中。在基板32上搭载有图5的框图所示的主体部b的每个功能部。例如，在基板32上搭载信号生成部36、驱动放大器37和存储器38等。
35.通过电极垫33以及电极垫23等将驱动信号供给至压电元件22。驱动信号例如具有如图7以及图8所示的频率特性。
36.操作部34也可以包括切换刷子10的开/关(on/off)的电源开关(例如，按钮开关)与调节音量的调节开关(例如+按钮/-按钮)。这些开关配置于手柄部31。用户可以从手柄部31的外侧操作每个开关。例如，也可以在手柄部31的外侧表面粘贴防水片，并且在其内侧设置这些开关。
37.电池35容纳在手柄部31的内部。并且，存储从电极垫43供给的电力，并且根据经由后述操作部34进行的用户的操作向基板32供给电力。电池35可以是干电池。
38.罩部40安装于与手柄部31的头部h的插入侧相反一侧的端部。罩部40封闭配置有电池35以及基板32的内部的空间。另外，在从罩部40的表面露出的一侧的表面设置有电极垫43。
39.电极垫43构成将来自充电座d的电极垫53的电力传递至电池35的电力线电路的一部分。另外，电极垫43构成用于将供给信号或音乐数据等写入存储器38的信号线电路的一部分。
40.充电座d具有壳体51、基板52、电极垫53以及插头54。充电座d的壳体51具有能够搭载主体部b的平板上的主表面。在主表面上配置有电极垫53，并且电极垫53与主体部b的电极垫43电连接。在壳体51的内部配置有基板52，将来自插头54的来自商用电源的电力从交流转换为直流，另外，具有成为直流的电力的变压功能。
41.需要说明的是，当头部h的毛部11因磨损、变质而被更换时，仅购买新的头部h，并将电极垫23与电极垫33接合，由此能够重新使用头部h。
42.接下来，参照图2说明第二结构例。尤其是，以与图1的变更点为中心进行说明。与图1的第一结构例的区别点尤其是头部h的结构。第二结构例的头部h由第一部件和第二部件构成，第一部件由毛部11与振动板12构成，第二部件具有壳体21、压电元件22、电极垫23
和布线等。第一部件与第二部件通过粘合构件13接合。作为粘合构件13，例如可以使用热固化材料、uv固化材料、双面胶带等。第二部件的壳体21由凹部24与封闭凹部24的盖构件25构成。压电元件22通过粘合构件13被安装至盖构件25。即，压电元件22容纳在凹部24中。为了不妨碍压电元件22的弯曲而在凹部24中设置有空间s。即，通过计算压电元件22弯曲时的最大振幅、压电元件22的厚度、粘合构件13的厚度以及收缩率来设计凹部24的深度。凹部24与盖构件25采用与将压电元件22与盖构件25接合的粘合构件13相同的粘合构件13接合。当然，也可以各自采用不同的粘合构件接合。另外，凹部24与盖构件25也可以不使用粘合构件而是由热焊接或超声波焊接而接合。
43.在第二结构例中，由于头部h分为第一部件与第二部件，因而例如，当毛部11因变质或磨损而被更换时，仅更换头部h的第一部件即可，而第二部件可以不与磨损的第一部件一起丢弃。因此，能够提供环保的刷子10。
44.接下来，参照图3说明第三结构例。尤其是，以与图1、图2的变更点为中心进行说明。与图1、图2的第一结构例和第二结构例的区别点尤其是头部h的结构。
45.第三结构例由毛部11、振动板12、粘合构件13、壳体21、压电元件22以及电极垫23等构成。压电元件22经由粘合构件13与振动板12接合。并且，振动板12是毛部11的支撑构件，另一方面，也是压电元件22的支撑构件，另外也是壳体21的盖构件。由于压电元件22直接使振动板12弯曲，因此，与图2的结构例相比，容易地获得强烈的振动。另一方面，由于没有如图2那样分成多个部件，因此，图2的结构例具有更好的维护性。与图2相同，通过计算压电元件22弯曲时的最大振幅、压电元件22的厚度、粘合构件13的厚度以及收缩率来设计壳体21的凹部24的深度，以构成不干扰弯曲的空间s。
46.接下来，参照图4a以及图4b说明第四结构例。在图4a以及图4b的两个实施例中，使用与图1、图2以及图3的板状的压电元件22不同的纵向伸长(纵：毛部11的延伸方向)的压电元件22、22l、22r。该压电元件22、22l、22r例如由一个边的直径为1mm～10mm的陶瓷层在纵向上层叠了0.5mm～5mm的烧结体构成。与第一、第二以及第三结构例的压电元件22不同，第四结构例的压电元件22、22l、22r随着施加电压而在纵向上反复地伸缩。在图4a的例中，在壳体21的空间中柱状配置的压电元件22在纵向上伸缩。根据该伸缩运动，振动板12弯曲而振动。通过重复该过程，能够使毛部11振动。
47.另外，在图4b的例中，使用例如右侧的压电元件22r与左侧的压电元件22l这两个压电元件22。可以施加电压以使两者进行相同的运动，从而使振动板12在纵向上往复运动。通过重复该过程，能够使毛部11振动。或者，也可以对右侧的压电元件22r与左侧的压电元件22l施加相反的电压。在这种情况下，最初，当压电元件22r伸展时压电元件22l收缩，由此，振动板12的右侧在纵向上上升而左侧在纵向上下降。另外，在下一时刻，如附图中的箭头所示，当压电元件22r收缩时压电元件22l伸展，振动板12的右侧在纵向上下降而左侧在纵向上上升。通过重复该过程，能够使毛部11振动。当然，图4a以及图4b中的任意实施例都能够在振动的同时播放声音。
48.接下来，说明图5的实施例，其中包括电路结构等的电连接关系。充电座d具有例如与100v、1.5a、50/60hz的商用电源连接的插头54。利用搭载于基板52的ad转换器以及变压器将从插头54供给的电力转换为适当的电压，例如转换为5v～20v、1a～5a的直流电。来自基板52的直流电经由电极垫53、43存储至电池35。
49.主体部b构成为包括电极垫43、操作部34、电池35、存储器38、信号生成部36、驱动放大器37以及电极垫33等。
50.操作部34也可以包括刷子10的on/off切换开关电路与音量调节电路。此外，也可以具有选择音乐的开关电路。电池35也可以具有充电电路以及防止过度充电电路。另外，也可以具有热敏电阻。
51.存储器38存储用于驱动压电元件22的信号。具体地说，存储的信号包括由可听域内的规定频带构成的信号，即在可听域的频率中的非离散的具有连续宽度的信号。该非离散信号是指，在表示信号的频率特性的曲线图中，当表示为频率f(hz)＝10
×
n(n为1～2000的整数)时，作为有效信号的整数n连续地存在三个以上(例如n＝20、21、22中的每一个均输出供给信号)。该非离散信号例如是模拟或数字的声音信号。在声音信号中可以包括音乐信号、人类对话数据、歌声等。然而，如在声学领域中被称为所谓的“纯音”(pure tone)的仅呈现单一频率的信号或例如用于以单一旋转数驱动电机等的驱动信号不包括在这里所说的非离散信号中。另外，仅由多个纯音构成的信号也是离散的，因此不包括在非离散信号中。在上述的式中，例如仅由200hz的纯音与10khz的纯音构成的信号由于只有两个n(n＝20、n＝1000)并且互相不连续，因此也不包括在非离散信号中。
52.另外，存储在存储器38中的信号也可以还包括例如与20khz至100khz的频率相对应的超声波信号。超声波信号也可以是离散的。
53.另外，存储在存储器38中的信号也可以被编码压缩。
54.用于存储这些信号的存储器38也可以是非易失性存储器。例如，作为卸下罩部40而可以从内部拆卸的存储器，例如也可以是sd存储器卡(sdhc、sdxc等)等。在该sd存储器卡的情况下，也可以通过个人计算机或智能电话将音乐写入存储器38，从而用户能够用牙刷来播放喜欢的音乐。
55.信号生成部36将记录在存储器38中的信号转换成供给至压电元件22的供给信号。需要说明的是，也有不需要特意转换的情况。信号在被进行规定频带的增强等之后，经由驱动放大器37，并且经由电极垫33、23等向压电元件22供给。
56.接下来，说明供给至压电元件22的信号。将供给至压电元件22的信号称为“供给信号”。例如，供给信号与上述的被记录在存储器38中的信号中的非离散信号相同，包括在频率特性的规定的范围内连续的信号，即在规定范围内的非离散信号。例如，在如图6所示的供给信号中，基本信号s1(虚线)是在40hz至20khz范围内的具有非离散且平坦的频率特性的信号。与该基本信号s1相比，也可以将增强信号s2供给至压电元件22，该增强信号s2是将低频带(在这种情况下为100hz至500hz)的频率特性仅增强大约20db的信号。期望通过局部地增加该低频带的信号功率来提高刷牙效果。需要说明的是，也可以在将从存储器38输出的基本信号s1提供给驱动放大器37时，用均衡器对想要增强的频带进行增强校正(信号生成工序)而得到增强信号s2，并将该增强信号s2供给至压电元件22。当然，增强信号s2本身也可以从开始便存储在存储器38中。
57.接下来，使用图7说明从牙刷输出音乐时的供给信号。信号也可以是例如音乐的基本信号s3。在这种情况下，压电元件22根据音乐的基本信号s3产生弯曲振动。根据压电元件22的弯曲来使例如图1～图3的振动板12弯曲。通过根据供给信号重复该弯曲来播放音乐。与该音乐的基本信号s3相比，也可以将增强信号s4供给至压电元件22，该增强信号s4是将
低频带(在这种情况下为200hz附近至500hz附近)的频率特性仅增强大约20db的信号。期望通过增加低频带的信号功率来提高刷牙效果。需要说明的是，也可以在将从存储器38输出的音乐的基本信号s3提供给驱动放大器37时，用均衡器对想要增强的频带进行增强校正(信号生成工序)而得到增强信号s4，并将该增强信号s4供给至压电元件22。当然，增强信号s4本身也可以从开始便存储在存储器38中。需要说明的是，也可以通过切换操作部34的音量的调节开关的模式来操作音量或刷牙的功率。模式的切换也可以通过例如长按或短按电源开关进行。具体地说，也可以具有音量调节模式与刷牙的强度调节模式。并且，若在音量调节模式下操作调节开关，则为了使音乐整体的音量增加，变更供给至压电元件22的功率的大小，而与特定的频率无关。另一方面，在刷牙的强度调节模式下，仅针对特定频带改变供给至压电元件22的功率的大小。当然，调节方法并不限于此。
58.如图6、图7所示，在可听域(10hz至20khz)的规定频率特性的范围内，可以将非三角函数的并且非离散的连续信号供给至压电元件22。由此，例如也能够将包括可听域的各种频率的振动的音乐作为供给信号来播放音乐。另外，通过改变歌曲还能够获得各种频带的振动。也可以一边听喜欢的音乐一边牙刷。
59.另外，也可以除可听域(10hz至20khz)之外，还在超声波频带(20khz以上)使压电元件22振动。例如，如图8所示，除可听域(10hz至20khz)的连续振动之外，也可以在50khz附近振动。在这种情况下，可以利用超声波振动来刷牙。产生超声波振动的信号可以是纯音，或者也可以是离散信号。当然，也可以是连续的非离散信号。
60.接下来，以与图1至图3的每个结构例相对应的频率特性的曲线图作为示例，参照图9说明各结构例的动作等。可以看出在每种情况下，均在振动板12上产生了足以一边牙刷一边听音乐的振动。测定是以大约1n的力将头部h的毛部11按压在被称为“人造乳突(artificial mastoid)”的测量仪的测定面的结果。
61.在图1的第一结构例中，由于压电元件22被嵌入振动板12中，因此，若压电元件22弯曲，则振动板12也弯曲。以根据频率交替地向上突出、向下突出的方式重复该弯曲，由此振动板12振动，从而作为牙刷使用。同时也产生与频率相对应的声音。也能够播放歌曲或声音。将压电元件22嵌入由构成振动板12的丙烯酸等构成的树脂材料中。由于该结构简单，从而具有能够容易地实现压电元件22周围的防水结构的优点。
62.在图2的第二结构例中，由于压电元件22被粘合构件13安装至壳体21的盖构件25，因此，若压电元件22弯曲，则该壳体21的盖构件25也弯曲。由于盖构件25被粘合构件13粘贴至振动板12，因此，作为结果，振动板12弯曲。以交替地向上突出、向下突出的方式重复该压电元件22的弯曲，由此，振动板12也以交替地弯曲为向上突出、向下突出的方式振动，从而作为牙刷使用。同时也产生与频率相对应的声音。也能够播放歌曲或声音。由于具有包括振动板12的第一部件与包括壳体21的第二部件，因此，维护性良好。
63.在图3的第三结构例中，压电元件22经由粘合构件13被粘贴至振动板12。因此，压电元件22弯曲时，振动板12也弯曲。以根据频率交替地向上突出、向下突出的方式重复该弯曲，由此振动板12振动，从而毛部11振动并作为牙刷使用。同时也产生与频率相对应的声音。即，也能够播放歌曲或声音。在第三结构例中，与第二结构例相比，具有振动更强并更容易产生的优点。
64.需要说明的是，在上述三个示例中，使用平板状的压电元件22作为振动源，但本发
明并不限于此。例如，也可以使用被称为“层叠型”的压电元件，该压电元件如图4a以及图4b所示，在一个方向上层叠，并且通过每个被层叠的层彼此远离或靠近来在所述一个方向上伸缩。另外，本来就不限于压电元件。例如振动源也可以是线圈型的振动元件。线圈型的振动元件可以与在扬声器中被使用时使圆锥形振动板在上下方向上振动相同，安装于振动板12的下部，振动元件本身沿着上下方向(毛部11延伸的纵向)上下移动，从而通过该惯性力使振动板12振动。由此也能够使振动与声音同时产生。
65.在本发明中，由于在头部h上而不是在主体部b上配置压电元件22等振动源来使振动板12弯曲，因此，当刷子10触碰牙齿时，用户能够听到牙齿因振动而发出的声音(牙齿中的骨传导声音)。即，在刷子10的毛部11触碰到牙齿的情况下，与刷子10的毛部11没有触碰牙齿的情况相比，用户听到的声音变大。因此，例如可以诱使幼儿自愿将刷子10触碰牙齿来发出声音。
66.需要说明的是，用牙刷进行了说明，但本发明并不限于此。例如，也可以是用于清洗锅等炊具的刷子或地板刷等。在这种情况下，压电元件22以及其它的结构部件也可以根据用途而大型化，基本结构可以不改变。另外，刷子10的毛部11正好触碰物品时，被触碰物振动并且会听到声音，从而使家务变得有趣。
67.另外，在图10的实施例中，振动板12、浮动构件14与壳体21一体成型。需要说明的是，浮动构件14也可以由环状构件构成，该环状构件例如由聚氨酯或硅树脂构件构成。压电元件22以其周围被围绕的方式介于振动板12与壳体21之间。由此，维持防水性并且使振动板12更容易地振动。
68.如上所述，本实施方式的刷子包括：头部，具有毛部、振动板和安装于所述振动板的振动源；以及主体部，安装有所述头部，并且具有将包括可听域内的非离散信号的供给信号供给至所述振动源的电路。
69.在一实施例中，所述振动源直接或间接地使所述振动板弯曲。
70.在一实施例中，所述振动源振动，从而所述毛部振动，并且从所述振动板产生声音。
71.在一实施例中，在所述供给信号中包括超声波域频带的信号。
72.在一实施例中，在所述供给信号中包括音乐信号。
73.在一实施例中，所述供给信号作为通过驱动放大器放大了规定的频率范围的增强信号被供给至所述振动源。
74.本实施方式的刷子用的更换构件由能够安装于刷子的主体部的头部构成，其中，头部包括：毛部、振动板和振动源，该振动源安装于该振动板，并根据包括可听域内的非离散信号的供给信号而振动。
75.本实施方式的刷子的使用方法是使刷子的毛部振动来刷净对象物，并且通过从所述刷子的毛部传递的振动使所述对象物振动，从而产生可听域内的非离散的声音的方法。
76.附图标记说明
77.h：头部
78.s：空间
79.b：主体部
80.d：充电座
81.10：刷子
82.11：毛部
83.12：振动板
84.13：粘合构件
85.14：浮动构件
86.21：壳体
87.22：压电元件
88.22l：压电元件
89.22r：压电元件
90.23：电极垫
91.24：凹部
92.25：盖构件
93.31：手柄部
94.32：基板
95.33：电极垫
96.34：操作部
97.35：电池
98.36：信号生成部
99.37：驱动放大器
100.38：存储器
101.40：罩部
102.43：电极垫
103.51：壳体
104.52：基板
105.53：电极垫
106.54：插头