KR101438819B1 - 자동진동강도조절모듈 및 이를 활용한 전동칫솔 및 그제어방법 - Google Patents

Abstract

자동진동강도조절모듈 및 이를 활용한 전동칫솔 및 그 제어방법을 개시 한다. 본 발명의 자동진동강도조절모듈은 모듈의 방향을 검출하고, 중력방향과 평행방향인지를 검출하고, 모듈의 이동속도변화를 검출하는 모듈 방향 검출부와, 검출된 방향 및 이동방향의 급격한 변화에 응답하여 진동강도를 자동으로 조절하는 제어부를 포함한다. 따라서 상기 자동진동강도조절모듈을 적용한 것을 특징으로 하는 전동칫솔은 치아에 대한 칫솔모의 위치에 따라 진동강도를 자동으로 조절하여 치아 및 잇몸에 해를 주지 않고 양치의 효율을 높이고, 사용자가 틀린 칫솔질을 할 경우 올바른 방법으로 할 수 있게 진동강도를 조절하여 알려주어 사용자의 칫솔질 습관을 교정하게 하고, 칫솔을 바닥에 세울 경우 자동으로 진동이 멈추게 하여 사용자의 편리성을 향상시킬 수 있다.

142: 가속도 센서 182: 기울기 검출 센서 184: 기울기 검출 센서 120: 제어부

Description

자동진동강도조절모듈 및 이를 활용한 전동칫솔 및 그 제어방법{Automatic Vibration Intensity Control Module, Electric Toothbrush and Method for Controlling Electric Toothbrush Using The Same}

본 발명은 자동진동강도조절모듈 및 이를 활용한 전동칫솔 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 모듈의 방향을 검출하고, 중력방향과 평행방향인지를 검출하고, 모듈의 이동속도변화를 검출하여 상기 모듈이 탑재된 진동 기기의 진동강도를 조절하는 것이며, 상기 자동진동강도조절모듈을 적용한 것을 특징으로 하는 전동칫솔은 치아에 대한 칫솔모의 위치에 따라 진동강도를 자동으로 조절하여 치아 및 잇몸에 해를 주지 않고 양치의 효율을 높이고, 사용자가 틀린 칫솔질을 할 경우 올바른 방법으로 할 수 있게 진동강도를 조절하여 알려주어 사용자의 칫솔질 습관을 교정하게 하고, 칫솔을 중력방향과 평행하게 위치할 경우 자동으로 진동이 멈추게 하는 전동칫솔 및 그 제어방법에 관한 것이다.

인류가 칫솔을 이용하여 칫솔질, 즉 양치를 한 이후에 사용자마다 올바른 양치 습관에 대해서는 많은 이론들이 칫솔 생산업자, 치과 의사 등에 의해서 현재까지 지속적으로 제안되고, 홍보되고 있다.

또한, 몸이 불편한 사람들을 위해서 개발된 전동 칫솔은 지금은 보편화되어 바쁜 생활에 편리함을 주는 기기로 정착이 되었다. 이 전동 칫솔은 모터를 이용하거나, 음파 또는 초음파를 이용하여 진동을 일으켜 이 진동 횟수에 따라 치태가 제거되는데, 분당 진동 횟수에 따라 치태제거의 기전이 약간 상이해지는 점이 있다.

보통 분당 이만번 이상의 진동이 되어야 그 파동에 의하여 효율적으로 치태가 제거된다는 주장이 있으며, 삼만번 이상이면 치태제거는 더 효과적이지만 다른 부작용이 발생할 수도 있다. 일단 고주파(이만번 이상)의 전동 칫솔의 경우는 칫솔모 부분을 치아에 대고만 있어도 그 파동에 의해서 반대편에 있는 치태까지도 제거된다고 한다. 즉, 치아의 협면에 칫솔모 부분을 가만히 대고만 있어도 상기 치아의 설면에 있는 치태까지도 제거된다고 칫솔 제조업체들은 주장하고 있다.

이렇게 전동 칫솔은 수동 칫솔보다는 상대적으로 사용자의 칫솔질 동작 패턴, 즉 칫솔질 습관에 영향을 적게 받지만 사용자가 칫솔모 부위를 치아 전체에 골고루 위치시키는 지에 대해서(즉, 치아를 골고루 닦을 수 있게) 사용자에게 피드백 해주지 못한 문제점이 있다. 또한 진동의 강도를 사용자가 조절할 수 있게 강약을 조절하는 모드를 구현하였으나, 치아의 각 부위를 닦을 때 각 치아 부위별로 진동강도를 조절하는 경우, 칫솔질을 하다가 이를 멈추고 강도를 조절해야 하는 불편함이 있었다. 진동강도의 조절을 사용자가 귀찮아서 무시할 경우에는 여러 가지 잇몸 질환을 유발하는 원인을 제공하기도 한다.

이를 개선하기 위하여 전체 양치 시간을 2분 내지 3분으로 정하여 놓고 사용자가 상기 총 권장 양치시간을 채우게 하기 위해 사용자에게 모티베이션을 제공하 는 여러 가지 기능성을 내장한 전동 칫솔 등이 제안되고 있다.

이와 관련된 선행 기술로서, 2006년에 출시된 오랄비 트라이엄프(Oral-B Triumph)는 전동 칫솔로서 칫솔 몸체부에 내장된 엘씨디 표시창으로 실제 양치 시간을 초단위로 표시하고 있다. 전원을 ON하면 이때부터 양치시간이 카운트되어 초단위로 양치시간이 표시창에 표시가 되며, 총 2분으로 권장 양치 시간을 정해 놓아 사용자로 하여금 구강내 4구역을 세정할 수 있도록 30초마다 4회 짧은 진동으로 칫솔의 이동시기를 알려주는 방법을 사용하고 이동시기에 무관하게 전원 ON이후 누적시간이 2분이 경과하면 완료되었다는 표시를 표시창에 디스플레이 해 주는 기능을 개시하고 있다. 아울러 진동횟수나 진동방법을 조절하여 세정모드, 부드러운 세정모드, 마사지 모드 및 미백 모드를 사용자가 별도의 스위치를 눌러 선택하는 기술을 개시하고 있다.

또한 필립스에서 출시한 소닉케어 엘리트 e9000 시리즈는 음파를 이용한 진동을 유도하는 칫솔로서 처음 14회 동안은 음파 칫솔을 처음 사용하는 사람들이 진동 및 속도에 무리없이 적응하게 도움을 주기위하여 강도를 조절해주며 점진적으로 진동강도를 증가해 준다. 또한 잇몸이 예민한 사용자를 위한 2단계 속도조절 기능을 제공하여 양치시 사용자가 수동으로 속도를 조절하는 기술을 개시하고 있다.

한편 토레이(Toray)사의 전동 칫솔 RC-300 UJ 울티마 초음파 칫솔은 칫솔모부분으로부터 초음파를(1.6Mh)를 보내 1초간 160만회를 진동하게 하는 기술을 개시하고 있다.

그러나 상기 종래 기술들은 사용자의 칫솔 위치를 구분할 수 있는 능력이 없 어 사용자가 어느 부위를 양치했는지 알 수 없으며, 이로 인하여 치아의 각 부위를 제대로 사용자가 닦을 수 있게 안내해 줄 수 있는 기능이 떨어져 사용자가 권장 양치시간을 지킬 수 있게 동기 부여하는 데 난해한 문제점이 있다. 또한 치아의 각 부위를 골고루 닦게 양치하게 하는 동기 부여도 어려우며, 부모나 제 3자가 사용자의 양치 습관을 파악하여 습관 교정을 유도하기도 어렵다.

사용자들이 치아 순면(labial) 및 양측 협면(buccal)은 약하게 닦고, 교합면(occlusal)은 상대적으로 강하게 닦는 경향이 있는 데, 현재 출시된 제품들은 칫솔의 위치를 인지하지 못하므로 칫솔의 위치에 따라, 즉 양치 부위에 따라 진동강도 조절을 자동적으로 해주지 못하여 사용자가 양치 도중에 진동강도를 조절해야하는 불편함이 있고, 이로 인해 치주염 및 치은염을 유발시킬 수 있는 단점이 있다.

또한 전동칫솔은 칫솔모를 천천히 이동하면서 치아를 하나하나 닦아야 하는 데, 수동칫솔을 사용하던 습관으로 전동칫솔을 전후방향으로 빠르게 닦을 경우에는 치아 및 잇몸에 나쁜 영향을 줄 수 있고 치태가 제거되지 않는 단점이 있다.

또한 빠른 진동강도로 인하여 칫솔질중에 칫솔을 구강내에서 빼게되면 치약 및 양치액이 얼굴 및 옷에 튀는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 이러한 문제를 해결하기 위하여 모듈의 방향을 검출하고, 중력방향과 평행방향인지를 검출하고, 모듈의 이동속도변화를 검출하여 상기 모듈이 탑재된 진동기기의 진동강도를 조절하는 자동진동강도조절모듈을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 양치 부위를 검출하여 검출된 양치 부위에 따른 양치시간을 사용자에게 피드백함으로써 사용자가 치아를 골고루 양치할 수 있도록 하는 전동칫솔 및 제어방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 양치부위에 따라 진동강도를 자동으로 제어함으로써 강한 전동 칫솔질로 인한 잇몸 퇴축, 치아 마모 등의 문제점을 방지할 수 있는 전동 칫솔 및 그 제어방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 수동칫솔을 사용하던 습관으로 전동칫솔을 전후방향으로 빠르게 닦을 경우에는 진동강도를 조절하여 사용자에게 피드백을 제공함으로서 치아 및 잇몸에 나쁜 영향을 줄 수 있는 칫솔질 습관을 교정하는 전동 칫솔 및 그 제어방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 자동진동강도조절 모듈이 적용된 칫솔이 중력방향과 평행한 방향이 될 경우 자동으로 진동을 정지시켜, 칫솔질중에 실수로 칫솔을 구강내에서 빼게 되면 빠른 진동강도로 인하여 치약 및 양치액이 얼굴 및 옷에 뛰게 되는 불편함이나 방지하고, 자동으로 진동을 멈추게 할 수 있는 수단을 제공하여 사용자의 편리성을 향상시키는 전동 칫솔 및 그 제어방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 자동진동강도조절모듈은 모듈의 방향을 검출하고 중력방향과 평행방향인지를 검출하고 모듈의 이동속도변화를 검출하는 모듈 방향 검출부와, 검출된 방향 및 이동의 급격한 변화에 응답하여 진동의 강도를 자동으로 조절하는 제어부 및 상기 검출부와 상기 제어부가 탑재되는 인쇄회로기판을 포함한다.

상기 자동진동강도조절모듈을 적용한 것을 특징으로 하는 전동칫솔은 칫솔모에 대면하는 치아 면이 세척되도록 칫솔모를 동작시키는 칫솔모 동작부와, 구강 내에서 칫솔모가 치아의 바깥쪽(협면) 또는 안쪽(설면)을 향하는지 아니면 씹는 면(교합면)을 향하는지를 검출하고, 칫솔이 Y축 방향 으로 이동하는 경우를 검출하고, 칫솔의 Y축 방향이 중력축과 평행방향으로 위치되었는 지를 검지하는 칫솔모 방향 검출부와, 검출된 칫솔모 방향 및 칫솔모 이동 변화량에 응답하여 치아의 협면 또는 설면을 닦는 진동강도가 치아의 교합면을 닦는 진동강도에 비하여 상대적으로 약하게 칫솔모 동작부를 자동적으로 제어하고, 칫솔 Y축 방향의 이동속도변화가 급격하게 일어나는 경우에는 진동을 순간적으로 정지하거나 진동강도를 저하시키고, 칫솔의 Y축이 중력방향과 평행할 경우에는 진동을 정지하는 제어부를 구비한다.

여기서 칫솔모 방향 검출부는 3축 가속도 센서로 구성하고, 3축 가속도 센서는 X축이 칫솔대 길이방향 및 칫솔모 방향에 대해 수직인 방향으로 위치하고, Y축 이 칫솔대 길이방향으로 위치하고, Z축이 칫솔모 방향으로 위치한다. 즉 본 발명에서는 가상평면에 대해 칫솔모 방향, 즉 상하방향인 Z축이 수직으로 위치하면 Y축은 가상평면에 평행한 칫솔대 방향 즉 전후방향의 수평축이고 X축은 가상평면에 평행한 칫솔대 좌우 요동방향의 수평축으로 정의한다.

또한, 칫솔모 방향 검출부는 기울기 검출 센서로 구성하고, 기울기 검출센서는 칫솔대 길이방향 및 칫솔모 방향에 대해 수직인 X축 방향으로 축방향이 배치되고, 센서의 축방향이 칫솔모의 상하좌우 방향 중 어느 한 방향을 수평 기준으로 하여 소정 각도로 서로 대칭되게 기울어진 한 쌍의 1축 기울기 검출센서 및 Y축 방향의 1축 기울기 검출센서들로 구성할 수도 있다.

본 발명에서 칫솔모 방향 검출부는 상부 교합면, 하부 교합면, 좌측 협면( 또는 좌측 설면) 및 우측 협면( 또는 우측 설면)의 네 부위로 구분하여 검출한다.

본 발명의 전동칫솔은 칫솔모가 향하는 어느 한 방향에서의 양치시간을 카운트하기 위한 타이머와, 카운트된 양치 시간이 미리 정해진 권장 양치시간에 도달하였을 경우에 사용자에게 시각적, 청각적 또는 촉각적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 피드백을 해주는 피드백부가 더 포함할 수 있다.

본 발명의 방법은 칫솔모 방향 검출부를 통하여 구강 내에서 칫솔모가 치아의 바깥쪽(협면) 또는 안쪽(설면)을 향하는지 아니면 씹는 면(교합면)을 향하는지를 검출하고, 검출된 칫솔모 방향에 응답하여 치아의 협면 또는 설면을 닦는 진동강도가 치아의 교합면을 닦는 진동강도에 비하여 상대적으로 약하게 상기 칫솔모 진동강도를 제어한다.

또한 본 발명의 방법은 검출된 칫솔모 방향에서 양치시간을 카운트하고, 카운트된 양치 시간이 미리 정해진 권장 양치시간에 도달하였을 경우에 사용자에게 시각적, 청각적 또는 촉각적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 피드백을 해줄 수 있다.

또한 본 발명에서는 검출된 칫솔모 방향에 응답하여 복수의 양치부위들의 양치시간을 각각 체크하고 어느 한 부위라도 미리 정해진 권장시간에 비해 양치시간이 짧을 경우 해당부위의 양치시간 부족상태가 상기 피드백부를 통하여 사용자에게 피드백 되도록 제어할 수 있다.

또한 본 발명의 방법은 칫솔모가 Y축 방향으로 움직이는것을 검지하여 이동속도변화가 미리 정해진 값 이상일 경우에 진동강도를 약하게 하거나 잠시 정지할 수 있다.

또한 본 발명의 방법은 칫솔의 Y축 방향이 중력축과 평행방향으로 위치 되었는지 검지하여 자동으로 진동을 정지할 수 있다.

이상과 같이, 본원 발명에 의한 자동진동강도조절모듈 및 이를 적용한 전동칫솔을 이용하여 양치를 할 경우에는, 사용자에게 적정 시간만큼 각각의 해당 부위를 양치하게 피드백을 제공하여 치아 골고루 양치를 할 수 있게 동기를 부여할 수 있게 하는 효과를 제공할 수 있다.

또한 사용자의 양치 부위를 검지하여 자동으로 진동강도를 조절하여 사용자에게 적합한 진동강도를 제공하여 사용자가 양치시 편안하게 양치를 할 수 있게 하며, 양치의 효율을 극대화하는 효과를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은, 분석된 각 위치별 양치시간을 사용자에게 실시간으로 피드백하여 사용자로 하여금 용이하게 자신의 양치 패턴을 평가할 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명은, 수동칫솔을 사용하던 습관으로 전동칫솔을 전후방향으로 빠르게 닦을 경우에는 진동강도를 조절하여 사용자에게 피드백을 제공함으로서 치아 및 잇몸에 나쁜 영향을 줄 수 있는 칫솔질 습관을 올바르게 교정하는 효과를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은, 칫솔을 중력방향과 평행하게 위치만 시켜도 진동이 정지되므로 칫솔을 바닥에 세워 놓거나 칫솔질 도중에 임시로 진동을 끄고 싶을때는 칫솔을 똑바로 세우면 자동으로 진동이 정지가 되어 사용자의 편리성을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한 사용자가 아이들인 경우에는 양치 부위별로 올바른 양치 패턴에 의해 양치질이 수행되었는지 여부가 결과치로서 또는 점수로서 저장이 되므로, 향후 아이들이 양치를 하였는가 또는 올바른 양치 패턴으로 양치질을 하였는가가 보호자에 의해 용이하게 확인될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전동칫솔에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 전동 칫솔의 일실시예를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 전동 칫솔(10)은 손잡이로 제공되는 칫솔대(12) 또는 칫솔 몸체부, 칫솔모(14)가 형성된 칫솔머리(16), 칫솔머리(16)와 일체로 형성되고 칫솔 몸체부(12)에 착탈 가능하게 결합되는 칫솔 목부(18)를 포함한다.

칫솔 몸체부(12)에는 칫솔머리를 동작시키기 위한 전동부(100)가 내장된다. 전동부(100)는 전원공급부(110), 제어부(120), 칫솔모 동작부(130), 칫솔모 방향 검출부(140), 피드백부(150), 타이머(160), 메모리(170)를 포함한다.

전원공급부(110)는 전동부(100) 각부에서 필요로 하는 구동전압을 공급하기 위한 것으로 충전용 배터리, 충방전제어회로 등으로 구성된 통상의 전동칫솔의 전원장치로 구성된다.

제어부(120)는 원칩 마이크로프로세서 또는 마이크로컴퓨터 등으로 구성되고 본 발명의 전동 치솔 제어 프로그램을 수행하도록 구성된다. 제어부(120)는 타이머(160)를 제어하여 양치시간정보를 입력하고 입력된 정보나 연산 처리된 데이터들을 메모리(170)에 저장한다.

칫솔모 동작부(130)는 통상의 진동 발생부로 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 진동발생부로 구성하였으나 회전모터를 이용하여 칫솔모를 일정 방향으로 회전 구동하는 방식, 초음파를 발생시키는 초음파 발생 방식 등으로 구현할 수도 있다.

피드백부(150)는 동작상태를 시각적, 청각적, 촉각적으로 사용자에게 피드백 하기 위한 것으로 청각적 피드백을 위한 스피커(152)와 시각적 피드백을 위한 액정 표시부(154)를 포함한다. 여기서 촉각적 피드백을 위하여 진동 발생부(130)를 겸용하여 사용할 수도 있다. 예를들면, 칫솔질을 위한 진동주파수와 다른 진동주파수를 발생함으로써 사용자에게 촉각적으로 동작 상태를 피드백 시킬 수 있다.

칫솔모 방향 검출부(140)는 칫솔머리(16)의 칫솔모(14) 끝이 향하는 방향을 검출하기 위하여 3축 가속도 센서(142), 가속도 센서 구동회로(144), 아날로그 디지털 변환기(146)를 포함한다. 3축 가속도 센서(142)는 X축이 칫솔대 길이방향 및 칫솔모 방향에 대해 수직인 방향으로 위치하고, Y축이 칫솔대 길이방향으로 위치하고, Z축이 칫솔모 방향으로 위치하도록 전동부(100)에 설치된다. 일반적으로 가속도 측정을 위하여 개발된 센서를 액셀러로미터(accelerometer)라 하며, 가속도 센서(142)는 가속도 검지를 위한 질량체와, 이 질량체를 지지하는 스프링, 실리콘계 오일 등을 이용한 댐퍼(damper), 그리고 변위 형태로 1차 변환된 가속도 신호를 최종적인 전기신호로 2차 변환하는 변위 측정 소자로 구성된다. 액셀러로미터는 검출 방향의 자유도에 따라 1축형, 2축형, 3축형이 있고, 2차 변환을 수행하는 변위 센서의 종류에 따라 스트레인 게이지형, 압전형, 차동변압기형, 포텐쇼미터형, 서보형 등으로 구분되며, 본 발명의 실시예에서는 3축 가속도 센서인 MMA 7260Q 센서를 사용한다.

도 2는 본 발명에 의한 자동진동강도조절모듈의 일실시예를 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 자동진동강도조절모듈(200)은 방향 검출부 (140), 제어부(120), 메모리(170) 및 인쇄회로기판(190)을 포함한다.

상기 방향 검출부(140)는 가속도계나 경사계같은 동작센서로 구성될 수 있으며, 상기 모듈의 x,y,z축의 방향을 검출하고, 각 방향의 이동변화를 검출하고, 상기 x,y,z축의 일축이 중력방향과 평행한지를의 여부를 검출하는 기능을 할 수 있다. 상기 제어부(120)는 소형 마이콤이나 논리 회로로도 구성될 수 있으며 상기 방향검출부(140)의 출력신호를 입력받아 진동강도를 제어하는 신호를 진동강도조절부(121)로 출력할 수 있다.

또한 상기 메모리(170)는 상기 기능들을 보다 정확하게 하기 위해 알고리즘을 저장하는 데 사용되어질 수 있다.

또한 상기 방향검출부(140), 상기 제어부(120) 및 상기 메모리(170)는 상기 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판(190)의 회로패턴상에 실장되어진다.

상기 진동강도조절부(121)는 상기 인쇄회로기판(190)위에 일체로 구성되는 것도 가능하다.

본 발명에서의 가속도 센서(142)의 동작을 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이때 도 3은 본 발명의 일실시예로 적용되는 각 칫솔모의 방향을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 구강 내부의 양치부위를 16부위로 구분하여 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 부위들을 양치하는 경우에 가속도 센서(142)에서 출력되는 축 신호파형을 나타낸다. 각 부위에 따른 명칭은 표 1과 같다.

치아부위번호	치아 부위 명칭	치아 부위 번호	치아 부위 명칭
a	전면 상부 순면	p	우 상부 협면
b	좌 상부 협면	q	우 하부 협면
c	좌 하부 협면	r	우 하부 교합면
d	전면 하부 순면	s	우 하부 설면
e	좌 하부 교합면	t	우 상부 교합면
f	좌 하부 설면	u	우 상부 설면
g	좌 상부 교합면	v	전면 상부 설면
h	좌 상부 설면	w	전면 하부 설면

즉, 본 발명에 의한 칫솔모 방향 검출부(140)에 설치되는 가속도 센서(142)는 X, Y, Z 축을 중심으로 각각 상이한 직류 전류를 발생함으로 도 2의 UP, RG, DW 및 LF의 칫솔모 방향을 검출하는 검출 신호를 발생한다.

이를 양치부위와 대응하여 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이 칫솔모(14)가 향하는 방향이 상측방향(UP)인 경우에는, 도 3에서 "g" 및 "t" 부위(상측 교합면)의 치아를 양치하는 것이고, 칫솔모(14)가 향하는 방향이 우측 방향(RG)인 경우에는 도 3에서 "a", "b", "c" 및 "d" 부위(순면 및 좌측 협면)의 치아를 양치하는 것이고, 칫솔모(14)가 향하는 방향이 하측방향(DW)인 경우에는 "e", "r" 부위(하측 교합면)의 치아를 양치하는 것이다. 또한 칫솔모(14)가 향하는 방향이 좌측 방향(LF)인 경우에는 "p" 및 "q" 부위(우측 협면)의 치아를 양치하는 것이다. 본 사례는 오른손잡이를 기준으로 했을 때의 칫솔모 방향이다. 오른손으로 칫솔질을 하는 사람들은 구강내의 치아 전면부와 왼쪽 치아 부위를 오른손으로 닦게 되므로 칫솔모(14) 방향이 우측을 향하게 된다. 이어서 칫솔대 길이방향을 회전축으로 하여 180도 회전시켜 칫솔모(14)가 좌측방향을 가리키게 한 다음에 오른손으로 오른쪽 부위를 닦는 것이 일반적이다. 왼손잡이의 경우에는 오른손잡이와 반대의 경우가 된다.

이를 기반으로 가속도 센서(142)를 이용하여 칫솔모(14)가 향하는 방향을 검출하는 과정을 도 5에 도시된 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도면을 참조하면 오른손잡이인 사용자가 오른손으로 양치부위 a, d(위 아래 치아를 다물었을 때 앞니 순면), 또는 b, c(위 아래 치아를 다물었을 때 좌측 어금니 협면)부위를 양치하면 칫솔모(14)가 향하는 방향이 우측방향(RG)이므로 가속도센서(142)의 출력파형은 구간 402의 파형으로 도시된다. 즉 파형레벨이 Y축 > X축 > Z축 순으로 나타난다.

이어서, g 부위(좌상측 어금니 교합면)를 양치하면 칫솔모(14)가 향하는 방향이 상측방향(UP)이므로 가속도센서(142)의 출력파형은 구간 404의 파형으로 도시된다. 즉 파형 레벨이 X축 > Y축 > Z축 순으로 나타난다.

e 부위(좌하측 어금니 교합면)를 양치하면 칫솔모(14)가 향하는 방향이 하측방향(DW)이므로 가속도센서(142)의 출력파형은 구간 406의 파형으로 도시된다. 즉 파형레벨이 Y축 > Z축 > X축 순으로 나타난다.

r 부위(우하측 어금니 교합면)를 양치하면 칫솔모(14)가 향하는 방향이 하측방향(DW)이므로 가속도센서(142)의 출력파형은 구간 408의 파형으로 도시된다. 즉 파형레벨이 X축 > Y축 > Z축 순으로 나타난다.

p, q(위 아래 치아를 다물었을 때 우측 어금니 협면)부위를 양치하면 칫솔모(14)가 향하는 방향이 좌측방향(LF)이므로 가속도센서(142)의 출력파형은 구간 410의 파형으로 도시된다. 즉 파형레벨이 Z축 > Y축 > X축 순으로 나타난다.

t 부위(우상측 어금니 교합면)를 양치하면 칫솔모(14)가 향하는 방향이 상측방향(UP)이므로 가속도센서(142)의 출력파형은 구간 412의 파형으로 도시된다. 즉 파형레벨이 X축 > Y축 > Z축 순으로 나타난다.

상술한 바와 같이, 3 축 가속도 센서는 센서가 장착된 장치의 방향 전환에 따라 X, Y, Z 축 값에 대응하는 직류 전류를 출력하게 되며, 각 축의 직류 전류의 레벨을 분석함으로써 칫솔모(14)가 향하는 방향을 알 수 있는 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이 상하좌우 4가지 방향은 가속도계 X축 및 Z축으로 분석 구분이 가능하며, 가속도계 Y축(칫솔길이 방향과 평행인 축)의 DC레벨은 변화가 거의 없다.

또한 진동수가 일정속도 이상 빨라지면, 협면에 진동칫솔을 대고 있어도 해당 치아의 설면에 치태가 제거되어 상기 4가지 부위에만 사용자가 칫솔을 대고 있어도 전동칫솔을 이용하여 구석구석 사용자가 닦을 수 있는 효과를 볼 수도 있다.

아래의 [표2]는 가속도 센서를 이용하여 검지한 칫솔모 방향과 이를 이용하여 구분 가능한 치아 부위에 대하여 상관 관계를 나타낸 도표이다

칫솔모 방향	RG	UP	DW	LF
검지 가능 치아 부위	a,b,c,d	g,t	e,r	p,q

이렇게 3축 가속도계만 가지고 4개의 양치부위를 검지할 수 있고, 이렇게 검지할 수 있는 양치위치를 이용하여 사용자에게 효과적인 피드백을 제공할 수 있다. 즉, 사용자가 양치 시 거울에 보이는 칫솔 몸체 뒷면에 양치부위 이동시간을 안내할 수 있는 시각적 피드백을 줄 수 있는 액정 표시부(154)를 배치한다. 여기서 액정 표시부(154)는 사용자에게 바로 전 양치질의 양치시각, 양치 시간을 표시할 수도 있고, 사용자의 양치 패턴을 점수로 변환하여 표시할 수도 있다. 이때 점수 변환은 타이머(160)의 양치시간과 가속도 센서(142)를 통하여 입력되는 칫솔모 방향 검출정보를 참조하여 룩업 테이블 방식으로 산출할 수도 있고 각 부위의 목표 양호 이벤트의 개수를 연산하여 간단하게 산출할 수도 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 자동진동강도조절모듈(200)이 적용된 전동 칫솔로 도 4의 각 부위들을 양치하는 경우에 가속도 센서(142)에서 출력되는 축 신호파형을 나타낸 것으로 도 6은 진동강도를 정지했을 때의 파형이고 도 7은 일정한 진동강도를 인가했을때 신호 파형이다.

구간 602 및 702는 오른쪽 바깥부위의 치아에 칫솔모가 위치할 때의 파형이고, 구간 604 및 704는 윗니의 좌우 교합면에 칫솔모가 위치할 때의 파형이고, 구간 606 및 706는 왼쪽 바깥부위의 치아에 칫솔모가 위치할때의 파형이고, 구간 608 및 708은 아랫니의 좌우 교합면에 칫솔모가 위치할 때의 파형이다. 또한 구간 610 및 710은 칫솔대가 중력축과 평행일 경우에 나타나는 파형으로 기존의 칫솔의 위치에서는 보이지 않던 파형의 급격한 변화를 보여주어 간단한 알고리즘으로 칫솔모의 방향을 검출할 수 있으며, Y축의 스레솔드(Threshold)값을 조정하여 중력방향과 약간의 각이 있어도 진동을 멈추게 할 수 있다.

또한 Y축 방향으로의 이동속도변화가 급격할 때에도 구간 610 및 710의 Y축 파형과 같아 Y축 방향의 이동속도변화시점도 알고리즘으로 검출이 가능하다. 이때에도 Y축의 이동속도변화값의 스레솔드(Threshold)값을 조정하여 이동속도변화시점을 조정하여 검출할 수 있다.

도 8 및 도 9은 본 발명에 의한 전동 칫솔의 일 실시예에 따른 전체 동작을 나타낸 흐름도이다.

초기에 전원이 들어오면 현재의 칫솔모 방향이 상하좌우 중 어느 것인지를 검출하여(502, 504, 518, 532, 546단계) 각 칫솔모 방향에 따라 미리 정해진 진동 강도로 진동 발생부를 구동하여 칫솔모를 진동시킨다(506, 520, 534, 548 단계). 이어서 해당 부위에서의 양치시간을 카운트하고(508, 522, 536, 550단계), 해당 부위에서의 목표 양치시간에 도달했는지 판별한다(510, 524, 538, 552단계).

510, 524, 538 또는 552단계 각각에서 나머지 모든 부위에서의 목표 양치 시간을 도달했는지 판별하고(512, 526, 540, 554단계), 나머지 모든 부분에서의 목표 양치 시간이 도달했을 경우에는 칫솔질 완료 피드백을 제공하고(516, 528, 544, 556단계) 종료한다. 512, 526, 540 또는 554단계에서 나머지 모든 부분에서의 목표 양치 시간이 도달하지 못했을 경우에는 다음 위치로의 칫솔 위치 피드백을 제공한다(514, 530, 542, 558단계).

여기서 각각 부위에 대한 목표 칫솔 체류 시간은 총 목표 칫솔질 시간이 180초라면 이를 4개부위로 나누어 각 부위별 치아의 개수 및 크기에 따라 가중치를 주면 된다. 상기 단계들에서 사용자에게 피드백을 줄 때에는 시각적(엘씨디 디스플레이(13), 엘이디 화살표(11) 등), 청각적(스피커, 부져, 피에조) 또는 촉각적(진동의 강도 및 진동 패턴)으로 피드백을 제공할 수 있으며(도면 미도시), 피드백은 실시간적으로 줄 수도 있다.

도 10 내지 도 15는 본 발명에 의한 칫솔모 방향 검출부의 다른 실시예를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 기울기 센서 방식 칫솔모 방향 검출부(180)는 칫솔 몸체(12) 내부에 내장된 한 쌍의 기울기 센서들(182, 183, 184)을 포함한다. 한 쌍의 기울기 센서들(182, 184)은 X축 방향으로 배치되고 서로 대향되게 각도θ 만큼 기울어지게 설치되고 센서(182)는 평형위치에서 ON 상태로 유지되고, 센서(184)는 평형위치에서 OFF 상태로 유지된다. 여기서 각도 θ는 센서들(182, 184)가 평형위치에서 안정된 초기 상태, 즉 ON/OFF 상태를 유지하기 위하여 약 15~35°의 범위를 가진다. 따라서 기울기 센서들(182, 184)은 칫솔의 좌우 기울기 상태를 검출하여 칫솔모(14)가 향하는 방향이 상하좌우 어느 방향인지를 검출한다. 또한 나머지 하나 기울기 센서(183)은 Y축 방향으로 일정시간 이상 ON상태로 되면 Y축 방향이 중력축과 평행방향으로 서있는 것으로 가정하여 판단하고, 또한 사용자가 칫솔을 Y축 방향으로 급격하게 전후 이동을 하게되면, On/Off의 변환이 빠르게 이루어지고 이는 Y축 방향의 이동이 급격하게 변하는 것으로 판단하여 진동강도를 조절할 수 있다.

도 11은 도 10의 실시예의 전동부 블록도를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 전동부(100)의 구성은 일실시예와 비교하여 기울기 센서 방식 칫솔모 방향 검출부(180)의 구성만 달라지고 나머지 구성요소들은 동일하므로 동일 부호로 처리한다.

기울기 센서 방식 칫솔모 방향 검출부(180)는 기울기 센서 A(182), 기울기 센서 C(183), 기울기 센서 B(184), 디바운싱회로 A(186), 디바운싱회로 B(188), 디바운싱회로 C(187)를 포함한다. 디바운싱회로 A(186)는 기울기 센서 A(182)의 스위칭동작에서 바운스를 제거하여 안정된 스위칭 신호를 제어부(120)에 제공하며, 디바운싱회로 B(188)는 기울기 센서 B(184)의 스위칭동작에서 바운스를 제거하여 안정된 스위칭 신호를 제어부(120)에 제공하고, 디바운싱회로 C(187)는 기울기 센서 C(183)의 스위칭동작에서 바운스를 제거하여 안정된 스위칭 신호를 제어부(120)에 제공한다.

제어부(120)에서는 다음 [표3]에 나타낸 바와 같은 스위치 조합에 의해 칫솔모 방향을 판단하도록 프로그램된다.

기울기 센서 A	기울기 센서 B	칫솔모 방향
ON	OFF	UP
ON	ON	RG(좌측으로 기울기)
OFF	ON	DW
OFF	OFF	LF(우측으로 기울기)

도 12 내지 도 15는 4방향에 대한 기울기 센서들의 스위칭 상태를 나타낸다. 도면을 참조하면, 기울기 센서 A, B(182, 184)는 덮개부와 컵부로 구성된 공간 내에 볼이 내장된 구조로 볼이 덮개부로 치우치면 덮개와 컵부가 전기적으로 도통된 ON 스위칭 상태로 되고 볼이 컵부로 치우치면 덮개와 컵부가 전기적으로 떨어진 OFF 스위칭 상태로 된다.

따라서 도 12에 도시한 바와 같이 칫솔모가 향하는 방향이 UP 방향(평형상태)이면 기울기 센서 A(182)는 ON 상태, 기울기 센서 B(184)는 OFF상태로 유지된다. 그러므로 칫솔모가 좌우 상측 어금니 교합면을 향하는 경우를 검출하게 된다. 도 13에 도시한 바와 같이 칫솔모가 향하는 방향이 DW 방향(평형상태 반대방향)이면 기울기 센서 A(182)는 OFF 상태, 기울기 센서 B(184)는 ON상태로 유지된다. 그러므로 칫솔모가 좌우 하측 어금니 교합면을 향하는 경우를 검출하게 된다.

도 14에 도시한 바와 같이 칫솔모가 향하는 방향이 LF 방향(평형상태에서 우측으로 기우는 방향)이면 기울기 센서 A, B(182, 184)는 모두 OFF 상태로 유지된다. 그러므로 칫솔모가 우측 어금니 협면 또는 좌측 어금니 설면을 향하는 경우를 검출하게 된다.

도 15에 도시한 바와 같이 칫솔모가 향하는 방향이 RG 방향(평형상태에서 좌측으로 기우는 방향)이면 기울기 센서 A, B(182, 184)는 모두 ON 상태로 유지된다. 그러므로 칫솔모가 좌측 어금니 협면, 앞니 순면(오른손 잡이) 또는 우측 어금니 설면을 향하는 경우를 검출하게 된다.

다른 실시예의 기울기 센서는 가속도 센서의 값보다 저렴하게 구성할 수 있으므로 전동칫솔을 코스트를 다운시키는 데 기여할 수 있다.

본 발명은 위치 및 동작을 모니터링하여 필요에 따라 진동강도를 제어할 수 있는 모듈을 이용하여 다양한 진동기기에 적용하여 다양한 응용 어플리케이션을 창출할 수 있으며, 특히 본 실시예와 같이 전동칫솔에서 양치부위를 검출하여 검출된 양치부위에 따라 진동강도를 자동적으로 제어하거나, 전동칫솔을 올바르게 사용할 수 있도록 습관 교정을 유도하고 전동칫솔의 사용상 편리성을 증대하여 기존의 전동칫솔의 문제점을 해결할 수 있으며 치아의 모든 부위를 골고루 양치할 수 있도록 적합한 피드백이 가능하여 양치효과를 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전동 칫솔의 바람직한 일 실시예의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 의한 자동진동강도조절모듈의 바람직한 일 실시예의 구성도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 칫솔모 방향 검출부의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 5는 3축 가속도 센서로 구성한 칫솔모 방향 검출부의 출력 파형을 나타낸다.

도 6 및 도 7은 3축 가속도 센서로 구성한 칫솔모 방향 검출부의 무 진동시의 출력 파형 및 진동시의 출력 파형을 나타낸다.

도 8 및 도 9는 칫솔 위치 검지 기능을 갖는 전동 칫솔의 일 실시예에 따른 전체 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 10은 본 발명에 의한 기울기 센서 방식 칫솔모 방향 검출부로 구성한 다른 실시예의 전동칫솔의 개략도이다.

도 11은 도 10의 다른 실시예의 전동부의 블록도이다.

도 12 내지 도 15는 기울기 센서들의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

Claims (14)

1. 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판;

   상기 회로패턴상에 실장되고, 모듈의 방향을 검출하여 구강 내에서 칫솔모가 치아의 바깥쪽(협면) 또는 치아의 안쪽(설면)을 향하는지 아니면 씹는 면(교합면)을 향하는지를 검출하는 방향 검출부; 및

   상기 회로패턴상에 실장되고, 칫솔모를 진동시키는 진동발생부의 진동강도를 조절하는 진동강도조절부에, 상기 검출된 모듈의 방향에 응답하여 진동강도를 자동으로 조절하는 신호를 출력하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동진동강도조절모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방향 검출부는 3축 가속도 센서로 구성되고, 상기 3축 가속도 센서의 첫 번째 축은 칫솔대 길이방향 및 칫솔모 방향에 대해 수직인 방향으로 위치하고, 두 번째 축은 칫솔대 길이방향으로 위치하고, 세 번째 축은 칫솔모 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 자동진동강도조절모듈.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방향 검출부는 구강 내에서 칫솔모가 칫솔대 길이방향으로 이동하는 속도변화를 검출하고, 상기 제어부는 상기 검출된 칫솔모 이동속도 변화값이 미리 정해진 값 이상인 경우에 진동강도를 자동으로 조절하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동진동강도조절모듈.
4. 칫솔모를 진동시키는 진동발생부;

   상기 진동발생부의 진동강도를 조절하는 진동강도조절부;및

   회로패턴이 형성된 인쇄회로기판과, 상기 회로패턴상에 실장되고 모듈의 방향을 검출하여 구강 내에서 칫솔모가 치아의 바깥쪽(협면) 또는 치아의 안쪽(설면)을 향하는지 아니면 씹는 면(교합면)을 향하는지를 검출하는 방향 검출부 및 상기 회로패턴상에 실장되고 상기 검출된 모듈의 방향에 응답하여 진동강도를 자동으로 조절하는 신호를 상기 진동강도조절부에 출력하는 제어부를 구비하는 자동진동강도조절모듈;을 포함하고,

   상기 방향 검출부는 구강 내에서 칫솔모가 칫솔대 길이방향으로 이동하는 속도변화를 검출하고, 상기 제어부는 상기 검출된 칫솔모 이동속도 변화값이 미리 정해진 값 이상인 경우에 진동강도를 자동으로 조절하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는 상기 검출된 칫솔모 이동속도 변화값이 미리 정해진 값 이상인 경우에 진동강도를 낮추거나 진동을 정지시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
6. 제 4항에 있어서, 상기 방향 검출부는 칫솔대 길이방향이 중력방향과 평행하게 위치되는 것을 검출하고, 상기 제어부는 상기 칫솔대 길이방향이 중력방향과 평행하게 위치되는 경우에 진동을 정지시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
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