щетина для зубной щетки

Формула изобретения

1. Щетинка (1, 6, 12) для зубной щетки, в частности для электрической зубной щетки, выполненная из полимерного материала и имеющая несколько соединенных друг с другом филаментов (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15), отличающаяся тем, что филаменты (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) скручены или сплетены и склеены между собой химическим путем благодаря воздействию химических веществ.

2. Щетинка (1, 6, 12) по п.1, отличающаяся тем, что на свободном конце (17) щетинки (12) предусмотрена расплетенная область (18).

3. Щетинка (1, 6, 12) по одному из п.1 или 2, отличающаяся тем, что в каждой щетинке имеются от 2 до 8 филаментов, в частности 3 или 4 филамента.

4. Щетинка (6) по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что филаменты (7 или 8, 9, 10) щетинки (6) имеют разный диаметр.

5. Щетинка (1, 6, 12) по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что диаметр филаментов (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) составляет приблизительно от 0,0508 мм (2 М) до 0,254 мм (10 М), в частности примерно от 0,0762 мм (3 М) до 0,127 мм (5 М).

6. Щетинка (6) по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что предусмотрен филамент (7), расположенный примерно в центре и имеющий большую жесткость, чем те филаменты (8, 9, 10), которые его окружают.

7. Щетинка (1, 6, 12) по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что скрутка или сплетение щетинок (1, 6, 12) повторяются через определенные промежутки (5, 11, 16).

8. Щетинка (1, 6, 12) по п.7, отличающаяся тем, что промежутки (5, 11, 16) составляют приблизительно 0,5 - 5,0 мм, в частности примерно 1,0 - 3,0 мм.

9. Щетинка (1, 6, 12) по одному из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что филаменты (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) выполнены из полиамида, полиэфира и/или полипропилена.

10. Щетинка по одному из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что сопротивление дальнейшему разрыву расплетения (18) или прочность на отслаивание филаментов (13, 14, 15) составляет примерно 0,1 - 0,15 н, предпочтительно 0,125 н.

11. Щетинка по одному из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что в результате воздействия химических веществ слипается от 10 до 50%, преимущественно 20 - 35% площади поперечного сечения филаментов (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15).

12. Щетинка по одному из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что у филаментов, выполненных полностью или частично из кристаллического материала, наружная поверхность (22) щетинки (1, 6, 12) имеет по существу аморфную структуру, а сердцевина (23) имеет по существу кристаллическую структуру.

13. Щетинка по п.12, отличающаяся тем, что центр (24) сердцевины (23) имеет аморфную структуру.

14. Щетинка по одному из пп.12 и 13, отличающаяся тем, что примерно от 10 до 50%, в частности 20 - 30% площади поперечного сечения щетинки (1, 6, 12) имеют аморфную структуру.

15. Щетинка по одному из пп.1 - 14, отличающаяся тем, что она используется на внутреннем участке зубной щетки с круглой головкой, предпочтительно электрической зубной щетки.

16. Способ изготовления щетинки по одному из пп.1 - 15, отличающийся тем, что филаменты (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) скручены или сплетены по существу без напряжения при кручении и склеены между собой химическим путем благодаря воздействию растворителя.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что филаменты (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) пропитываются растворителем в течение примерно 5 - 50 с, причем в зависимости от покрытия филаментов предпочтительно 5 - 15 с или 20 - 30 с.

18. Способ по одному из п.16 или 17, отличающийся тем, что в качестве растворителя используется фенол, м-крезол и/или муравьиная кислота.

19. Способ по одному из пп.16 - 18, отличающийся тем, что на свободном конце (17) щетинки (12) при механической обработке получается расплетенная область (18).

20. Способ по одному из пп.16 - 19, отличающийся тем, что скрученные и/или сплетенные филаменты (1, 6, 12) имеют во время химического склеивания напряжение при растяжении примерно от 6 до 20 МПа, предпочтительно 13 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к щетине для зубной щетки, в частности для электрической зубной щетки, причем щетинки выполнены из полимерного материала и состоят из нескольких филаментов, соединенных друг с другом.

Такого рода щетка известна из немецкой полезной модели 1997717. Эта зубная щетка имеет множество щетинок, причем в каждой щетинке несколько филаментов расположены почти параллельно друг другу и склеены друг с другом в результате нагревания. Таким образом увеличивается чистящая площадь, образованная свободными концами щетинок, и чистка зубов, выполняемая зубной щеткой, становится более эффективной. С другой стороны, однако, между филаментами возникает свободное пространство, в котором могут скапливаться бактерии или другие микробы.

Из DE-PS 906444 известен способ изготовления щетины из синтетического материала, состоящей из множества отдельных филаментов. Эти отдельные филаменты склеиваются между собой после выхода из фильеры, причем процесс склеивания периодически прерывается. После склеивания щетину разрезают на отдельные щетинки в той области, где не было произведено склеивание, причем эти отдельные щетинки на концах расплетены. Этот способ достаточно дорогостоящий, так как, во-первых, к филаментам нужно подать клейковину, а во-вторых, довольно сложно прерывать процесс склеивания строго через заданные интервалы.

Из DE-AS 1222888 известна щетка с щетиной, укрепленной на ступице и направленной радиально наружу. Каждая щетинка имеет в центре жесткую стержневую нить, склеенную по меньшей мере с одним волокном из виброгасящего материала, причем только часть поверхности стержневой нити обвита волокном.

Задачей предложенного изобретения является усовершенствование щетины для зубной щетки указанного типа для обеспечения высокой эффективности очистки зубов, избежав, однако, при этом образования свободных пространств между щетинками.

Эта задача решается с помощью предложенного изобретения, охарактеризованного признаками по пп. 1-20 формулы изобретения, причем филаменты скручены или сплетены и в результате воздействия на них химических веществ склеены друг с другом.

Благодаря скручиванию или сплетению филаментов или вообще благодаря свивке филаментов получается тесное прилегание филаментов друг к другу. Затем в результате действия химических веществ поверхность филаментов расслаивается. Таким образом концы филаментов сближаются друг с другом и закрывают собой свободные пространства, возможно имеющиеся еще в центре скрученной или сплетенной щетины. Существующее или целенаправленно регулируемое напряжение при растяжении, которое действует на филаменты, может помогать этому процессу. В общем таким образом получается щетина, не имеющая промежутков между щетинками, что не дает возможности скопления бактерий или других микробов.

Благодаря использованию множества филаментов одновременно увеличивается полезная, чистящая, площадь зубной щетки, что улучшает очистку зубов. Кроме того, благодаря скручиванию или сплетению достигается определенная структура поверхности щетины, и при чистке зубов наблюдается ее эффективное действие. И то, и другое выгодно, в частности с точки зрения удаления налета с поверхности зубов.

В выгодном варианте выполнения заявленной щетины свободный конец щетинки расплетен. Такого расплетения можно добиться, прорвав на свободном конце щетинки места соединения отдельных филаментов. Таким образом, на свободном конце щетинки получаются отдельные тонкие кончики, причем их количество и диаметр зависят от количества и диаметра филаментов в щетинке. Эти тонкие кончики могут значительно проще и глубже проникать в области между зубами и лучше удалять имеющийся там налет, а следовательно, вообще лучше выполнять очистку зубов. Кроме того, благодаря таким расплетенным концам увеличивается полезная площадь очистки, что также улучшает чистку зубов.

В другом выгодном варианте выполнения заявленной щетины филаменты в щетинке имеют разный диаметр. Таким образом можно влиять на механические свойства, например жесткость или усталость, материала или способность возврата в исходное положение отдельных щетинок, а следовательно, и зубной щетки. Кроме того, выбирая тот или иной диаметр филаментов, можно влиять на скрутку или сплетение отдельных щетинок, а следовательно, и на структуру поверхности всей щетины. И то и другое оказывает непосредственное влияние на результат очистки и, в частности, на удобство при пользовании зубной щеткой.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения филамент, находящийся по существу в центре, имеет предпочтительно большую жесткость, чем те филаменты, которые его окружают. Центральный филамент служит предпочтительно для стабилизации щетины, тогда как окружающие его филаменты предусмотрены предпочтительно для достижения высокой эффективности и удобства очистки.

Еще в одном выгодном варианте выполнения заявленной щетины скручивание или сплетение щетинок выполняется через определенные промежутки. Это имеет свои преимущества в отношении изготовления щетины, в результате чего щетина, а следовательно, и сама зубная щетка выглядят симметричными.

В частности, для электрической зубной щетки оказались наиболее целеообразными следующие значения: каждая щетинка состоит из 3 или 4 филаментов, причем диаметр отдельных филаментов составляет приблизительно от 0,0762 мм до 0,127 мм, а скрутка или сплетение щетинки повторяется приблизительно через каждые 1,0-3,0 мм.

Согласно следующему выгодному варианту выполнения изобретения филаменты склеены друг с другом химическим путем, причем так прочно, что в области расплетенных концов прочность на разрыв или на отслаивание филаментов составляет примерно 0,1-0,15 н, предпочтительно 0,125 н. Благодаря этому незначительное расплетение заявленных щетинок на концах обеспечивается обычным способом, в частности путем механического формирования концевой области, например после укрепления щетины в щетинодержателе. С другой стороны, сопротивление разрыву, однако, еще так велико, что в процессе обычного использования щетины, например как щетины зубной щетки, по существу предотвращается дальнейшее расплетение щетинок на отдельные филаменты.

Наиболее выгодным оказалось то, что в результате воздействия на филаменты химических веществ слипается от 10 до 50%, предпочтительно 20-35% площади поперечного сечения филаментов. Благодаря этому, во-первых, надежно предотвращается образование промежутков между филаментами, а во-вторых, каждый филамент при таком прилипании имеет еще достаточный запас внутренней прочности, так что очень просто можно выполнять непрерывное склеивание филаментов химическим путем для получения щетины.

Особенно выгодно, что при использовании филаментов полностью или частично из кристаллического материала, например полиамида, наружная поверхность щетинки после химического склеивания филаментов имеет аморфную структуру, тогда как сердцевина имеет по существу кристаллическую структуру.

При этом при известных условиях филаментный или щетинный материал в центре своей сердцевины, напротив, может иметь аморфную структуру.

В общем площадь поперечного сечения, имеющая аморфную структуру, составляет приблизительно от 10 до 50%, в частности 20-30% всей площади поперечного сечения щетинки. Оставшаяся часть площади поперечного сечения имеет, соответственно, по существу кристаллическую структуру.

В выгодном способе изготовления заявленной щетины филаменты скручены или сплетены по существу без напряжения при кручении и склеены друг с другом химическим путем благодаря воздействию растворителя. После выполнения процесса скручивания или сплетения происходит соединение филаментов в результате воздействии химических веществ. Таким образом достигается прочное соединение отдельных филаментов друг с другом, причем механические свойства филаментов в основном сохраняются. Получается соединение филаментов, которое и образует щетину. Кроме того, благодаря соединению филаментов в растворителе надежно обеспечивается закрытие все еще имеющихся промежутков. Указанное фиксирование представляет собой простой и хорошо управляемый способ обработки скрученных или сплетенных филаментов и соединения их для получения щетины.

В следующем выгодном варианте заявленного способа филаменты смачивают растворителем в течение 5-50 с, например филаменты, имеющие покрытие, предпочтительно в течение 20-30 с. При использовании филаментов из полиамида наиболее целесообразным растворителем оказалась высококонцентрированная муравьиная кислота.

Выгодный вариант заявленного способа заключается в том, чтобы на свободном конце щетинки с помощью механической обработки получить расплетенные кончики. Эти тонкие кончики могут гораздо проще и глубже проникнуть в область между зубов, лучше удалить имеющийся там налет и тем самым улучшить в целом очистку зубов.

Согласно другому, исключительно выгодному варианту выполнения изобретения филаменты во время склеивания химическим путем имеют напряжение при растяжении примерно от 6 до 20 МПа, предпочтительно 13 МПа. Благодаря этому получается, что филаменты, скрученные или сплетенные по существу без напряжения при кручении, во время склеивания химическим путем прилегают друг к другу с достаточной силой, направленной радиально внутрь, причем эта сила, направленная радиально внутрь, формируется благодаря напряжению при растяжении, действующему на филаменты.

В особо выгодном варианте выполнения изобретения заявленная щетина используется на внутреннем участке предпочтительно электрической зубной щетки с круглой головкой.

Прочие признаки, преимущества и возможности применения изобретения даны в последующем описании примеров выполнения, представленных более подробно на чертеже. При этом все описанные и/или представленные признаки, самостоятельно или в любой комбинации, являются предметом изобретения, независимо от их охвата в пунктах формулы и их взаимосвязи.

Фиг. 1a-1c схематичное изображение первого примера выполнения заявленной щетины для зубной щетки (общий вид и два поперечных сечения);

Фиг. 2a и 2b схематичное изображение второго примера выполнения заявленной щетины для зубной щетки (общий вид и поперечное сечение);

Фиг. 3а и 3b схематичное изображение третьего примера выполнения заявленной щетины для зубной щетки (общий вид и поперечное сечение);

Фиг. 4 схематичное изображение свободного конца щетинки фиг. 3 с расплетенными кончиками;

Фиг. 5 увеличенное изображение поперечного сечения щетинки согласно фиг. 3b.

На фиг. 1a-1c представлена щетинка 1, состоящая из трех филаментов 2, 3, 4. Филаменты 2, 3, 4 выполнены из одного и того же полимерного материала и имеют одинаковый диаметр. Филаменты 2, 3, 4 сплетены, что видно также на фиг. 1b и 1c. Плетение равномерное, это значит, что это плетение, а следовательно, и структура поверхности щетинки 1 повторяется через определенные промежутки. Это обозначено на фиг. 1a цифрой 5.

На фиг. 2a и 2b представлена щетинка 6, состоящая из четырех филаментов 7, 8, 9, 10. Филамент 7 расположен в центре и окружен другими филаментами 8, 9, 10. Филамент 7 имеет больший диаметр, чем филаменты 8, 9, 10. Все без исключения филаменты 7, 8, 9, 10 выполнены из полимерного материала, причем филаменты 8, 9, 10 выполнены из одного и того же материала, а центральный филамент 7 выполнен из другого материала. Центральный филамент 7 обладает предпочтительно большой жесткостью, тогда как окружающие его филаменты 8, 9, 10 обладают меньшей жесткостью. Разную жесткость можно получить при этом благодаря тому, что филаменты имеют разный диаметр и/или выполнены из разного полимерного материала, например из более мягкого или более жесткого. Центральный филамент 7 обмотан другими филаментами 8, 9, 10. Обмотка выполнена равномерно, то есть эта обмотка, а следовательно, и структура поверхности щетинки 6 периодически повторяется. На фиг. 2a это обозначено цифрой 11.

На фиг. 3a и 3b представлена щетинка 12, состоящая из трех филаментов 13, 14, 15. Филаменты 13, 14, 15 выполнены из одинакового полимерного материала и имеют одинаковый диаметр. Филаменты 13, 14, 15 сплетены. Это сплетение равномерное, то есть оно, а следовательно, и структура поверхности щетинки 12 повторяются через определенные промежутки. Это обозначено на фиг. 3а цифрой 16.

Филаменты 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 щетинок 1, 6, 12, представленные на фиг. 1a-1c, 2a и 2b, а также 3а и 3b могут быть выполнены из полиамида, полиэфира или полипропилена. Диаметр названных филаментов может составлять приблизительно от 0,0762 мм (3 М) до 0,127 мм (5 М) (1M (мил) = 1/1000 дюйма = 25,4 мкм (прим. переводчика)). Шаг 5, 11 16 сплетения или скрутки указанных филаментов может составлять примерно от 1,0 мм до 3,0 мм. Отдельные филаменты 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 щетинок 1, 6, 12 прочно соединены друг с другом.

На фиг. 4 представлен свободный конец 17 щетинки 12 фиг. 3а и 3b. Свободный конец 17 имеет расплетенную область 18. Это означает, что свободные кончики 19, 20, 21 филаментов 13, 14, 15 не имеют прочного соединения друг с другом, а представляют собой отдельные кончики свободного конца 17 щетинки 12, отстоящие друг от друга. Длина расплетенной области 18 выбирается такой, чтобы отстоящие друг от друга кончики могли проникать в области между зубов пользователя.

Описанное расплетение свободного конца щетинки можно выполнить, соответственно, и для щетинок фиг. 1a-1c и/или фиг. 2a и 2b.

Для изготовления щетинок 1, 6, 12 филаменты 2,3,4;7, 8,9,10;13,14,15 сплетают или свивают или вообще скручивают. При этом процесс скручивания или сплетения можно выполнять с уже растянутыми филаментами 2,3,4;7,8,9,10; 13,14,15, обладающими желаемыми механическими свойствами.

Затем сплетенные или скрученные филаменты 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 погружают в растворитель и фиксируют в соединенном состоянии. Продолжительность пребывания в растворителе составляет приблизительно от 5 до 50 с. В качестве растворителя, например для филаментов из полиамида, можно использовать фенол, м-крезол или муравьиную кислоту. При использовании высококонцентрированной муравьиной кислоты лучшее время фиксации для филаментов с покрытием составляет приблизительно от 20 до 30 с. Благодаря смачиванию филаментов 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 растворителем они прочно соединены друг с другом в местах соединения.

Затем, добавив воду или другую подходящую среду, растворитель нейтрализуют или удаляют избыток растворителя, после чего филаменты 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 высушивают. После этого полученные щетинки 1, 6, 12 можно обрабатывать дальше известным способом.

Для получения на свободном конце 17 щетинки 12 расплетения 18 на следующем этапе проводится механическая обработка указанного свободного конца 17. Такой механической обработкой может стать, например, шлифование или т.п. или также обычное трепание свободного конца 17. В любом случае благодаря механической обработке прочное соединение филаментов 13, 14, 15 щетинки 12 в области свободного конца 17 щетинки 12, полученное с помощью химической фиксации, снова нарушается. Так получаются свободные кончики 19, 20,21 филаментов 13,14,15, причем длина свободных кончиков 19, 20, 21, а следовательно, и длина расплетенной области 18 зависит от степени механической обработки свободного конца 17 щетинки 12. Химическая фиксация филаментов 13, 14, 15 выполняется при этом так, что, с одной стороны, возможно нарушение прочного соединения на свободном конце 17 щетинки 12, а с другой стороны, при обычном использовании щетины дальнейшее нарушение прочного соединения филаментов 13, 14, 15 невозможно.

На фиг. 5 видно, что в том случае, когда химическим путем соединены филаменты 13, 14, 15, выполненные из частично кристаллического материала, щетинка 12 имеет особую структуру поперечного сечения. Наружная поверхность 22 щетинки 12 имеет по существу аморфную структуру, которая получается в результате слияния наружной поверхности отдельных филаментов 13, 14, 15 при воздействии растворителя. Сердцевина 23 щетинки 12 имеет по существу кристаллическую структуру, причем эта сердцевина 23 образована по существу неслившимися участками филаментов 13, 14, 15. В центре 24 сердцевины 23 может находиться область с маленькой площадью поперечного сечения, имеющая аморфную структуру. Склеенные таким образом друг с другом филаменты 13, 14, 15 имеют аморфную структуру на площади, составляющей приблизительно 10-50%, в частности 20-30% всей площади поперечного сечения. Соответственно примерно 90-50%, в частности 80-70% всей площади поперечного сечения имеют по существу кристаллическую структуру.

Наиболее выгодным оказалось, что филаменты после свивки, сплетения или скручивания находятся в состоянии, почти или по существу свободном от напряжения при кручении. Это достигается, тем, что каждый из филаментов 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 во время сплетения, свивки или скручивания вращается вокруг собственной оси в направлении, противоположном тому, которое необходимо для скручивания, сплетения или свивки, так что напряжение при кручении по существу отсутствует. Таким образом перед химическим склеиванием и после скручивания, сплетения или свивки исключается образование клубка из связки филаментов. Такое состояние, по существу свободное от напряжения при кручении, можно доказать после склеивания с помощью микротома и последующей микроскопии. Для обеспечения оптимального склеивания химическим путем филаментов 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 фиксация происходит с напряжением при растяжении приблизительно от 6 МПа до 20 МПа, предпочтительно примерно при 13 МПа. Фиксация происходит благодаря действию химических веществ, которые, однако, после промывания не оставляют после себя практически никаких остатков или продуктов реакции. Время фиксации выбирается при этом так, чтобы 10-50%, предпочтительно 20-35% площади поперечного сечения отдельных филаментов слиплось. Время фиксации для филаментов 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15, не имеющих покрытия, составляет от 5 до 20 с, или примерно 10 с. Для филаментов с силиконовым покрытием время фиксации составляет от 20 до 40 с, предпочтительно 25-30 с. Такое силиконовое покрытие способствует скольжению филаментов во время изготовления. Прочность соединения можно определить путем измерения сопротивления отслаиванию, а также испытания щетинок 1, 6, 12 на износ. Для обеспечения расплетения множества филаментов во время, например, механического процесса их формирования параметры процесса задаются так, чтобы сопротивление отслаиванию составляло примерно от 0,1 н до 0,15 н.

Указанное выше время фиксации колеблется, конечно, в зависимости от параметров процесса и относится, в частности, к случаю применения в качестве растворителя концентрированной муравьиной кислоты при температуре примерно 20^oC, причем филаменты выполнены из полиамида (ПА 6.12) и имеют диаметр приблизительно от 0,076 мм до 0,126 мм.

Благодаря свивке, сплетению или скрутке филаментов отдельные филаменты контактируют друг с другом. Благодаря растягивающей силе, действующей на связку филаментов, возникает последующая сила, действующая в направлении к центру 24 щетинок 1, 6, 12. В результате действия химических веществ или растворителей поверхность филаментов 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15 слипается, так что получается тестообразное агрегатное состояние. При этом силы побочной валентности, воздействующие на сцепление материала, уменьшаются благодаря растворителю, причем ковалентные связи практически не действуют или разрушаются. Такое состояние позволяет молекулярным сегментам переходить через граничные поверхности в соответствующие соседние компоненты. Глубина проникновения молекулярных цепочек зависит при этом от степени слипания и величины напряжения при натяжении и влияет на прочность соединения всей системы. Соединение основывается, в свою очередь, на силах побочной валентности атомов соседних молекулярных цепочек, которые при последующей промывке растворителя опять размыкаются.

Под химическим склеиванием в рамках данной заявки подразумевается соединение филаментов друг с другом благодаря слиянию их поверхностей при использовании химического растворителя. В отличие от этого при термическом склеивании поверхность филаментов размягчается под действием тепла. При склеивании филаментов на их поверхность наносят еще слой другого вещества, которое и связывает филаменты между собой.

Описанные выше щетинки 1, 6, 12 фиг. 1a-1c, 2a и 2b, a также 3a и 3b предусмотрены для использования в зубных щетках, в частности электрических зубных щетках. Эти щетинки 1, 6, 12 особенно выгодно использовать на внутреннем участке зубной щетки с круглой головкой.