(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部に固定された少なくとも一つのタフトを有する前記頭部から伸びた柄を含む、歯ブラシであって、
前記タフトが、
（ａ）熱可塑性フィラメント基材と、及び
（ｂ）磨きに有効な量の、前記基材と接触しており、かつ粒径が約０．１０〜約１０ミクロンである磨き剤とを備えてなる、長さと全体的に均一な直径とをそれぞれ有する複数の細長いフィラメントを含んでなり、
前記フィラメントが、
直径が約１００〜約３５０μｍであり、
摩擦係数が約０．０１〜約０．９０であり、
ＩＳＯによる剛性が柔〜中程度であり、
タフト保持率が３ポンドを越えており、
曲げ回復率が８０〜１００％であり、
破断点伸びが約１〜約５００％であり、
引張強さが約５，０００〜約２００，０００ｐｓｉであり、および
引張、及び曲げ弾性率が約１００，０００〜約３，０００，０００ｐｓｉであることを特徴とするものであり、
前記フィラメントの直径が、前記フィラメントの長さに沿って２０％より大きくは変わらないものであり、
前記磨き剤が、プラスチックの粒子、くるみの殻の粒子、堅木の粒子、トウモロコシの穂軸の粒子、ゴムの粒子、炭酸カルシウム、あられ石クレイ、オルト斜方晶系クレイ、方解石クレイ、斜方六面体クレイ、カオリンクレイ、ベントナイトクレイ、リン酸二カルシウム、無水リン酸二カルシウム、リン酸二カルシウム二水和物、リン酸三カルシウム、不溶性のメタリン酸ナトリウム、沈降炭酸カルシウム、オルトリン酸マグネシウム、リン酸三マグネシウム、ヒドロキシアパタイト、合成アパタイト、アルミナ、水和アルミナ、水和シリカキセロゲル、金属アルミノシリケート錯体、アルミニウム珪酸ナトリウム、珪酸ジルコニウム、二酸化珪素、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるものであり、
前記フィラメントが、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、不飽和脂肪酸のジメチルアミド、脂肪酸、フルオロポリマーをベースとした分散剤、脂肪、ステアリン酸アルミニウム、シリコーンオイル、ビスアミドワックス、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される分散剤を更に含んでなり、
前記フィラメントが、ビニルシラン、クロロプロピルシラン、エポキシシラン、メタクリレートシラン、第一アミンシラン、ジアミンシラン、メルカプトシラン、カチオンシラン、脂環式エポキシドシラン、チタン酸エステル及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるカップリング剤を更に含んでなる、歯ブラシ。
【請求項２】
前記磨き剤がカオリンクレイであり、前記フィラメント基材がポリエステルである、請求項１に記載の歯ブラシ。
【請求項３】
前記分散剤がステアリン酸カルシウムであり、前記カップリング剤がビニルシランである、請求項１又は２に記載の歯ブラシ。
【発明の詳細な説明】
１．発明の分野
本発明は、歯ブラシ用の新規なフィラメント（もしくはファイバー）に関するものである。より正確には、本発明は、口腔を清掃したり歯を磨いたりするのに用いる為の改良されたフィラメントに関するものである。本発明はまた、新規な、且つ改良された該フィラメントを含んでなる歯ブラシを用いて口腔を清掃したり歯を磨いたりする方法に関するものである。
２．先行技術の説明
市販されている歯ブラシは一般的に、細長く伸びた柄と、柄の末端にある通常平らで横向きの頭部上に配置されたモノフィラメント、もしくは共押出フィラメントからなる剛毛を有している。細くて柔軟性のある剛毛は、末端が直角にカットされた、またその先端がドーム状に丸くされていることの多い、滑らかな部材である。この種の歯ブラシ、及び歯磨きのメカニズムは、口腔衛生に於いて重要な役割を演じる。歯を磨くことが虫歯を減らすのに役立つということは、明確に示されている。例えば、Fosdick, L. S., J. Am. Dent. Assoc., 40, 133(1950)を参照のこと。また、歯磨き剤を用いて定期的に歯を磨くことにより、虫歯にかかりやすい患者間での虫歯発生率が更に減少する。
歯磨き剤を用いて歯を定期的に磨くのは、歯周病を減少させるか、もしくは予防し、食物のかすを除去し、また歯ぐきをマッサージするのに効果的であるとも言われている。市販されている殆どの歯磨き剤は、付着性のある汚れ物質を除去し、付着しやすいプラークを除去し、付着しやすい食べかすを取り除き、また歯の表面の汚れを除去する力を高める為に、マイルドな研磨粉を含んでいる。
歯ブラシ用のファイバーのストランドに研磨材を埋め込むか、もしくは研磨材を固着させる試みがなされた。例えば、Davisに対する米国特許第１，４７０，７１０号、及びHoaglandに対する米国特許第５，２４９，９６１号の各明細書を参照のこと。このような歯ブラシには、（ａ）埋め込まれた研磨剤がなくなる、（ｂ）歯ぐきを擦りむいてしまう、及び（ｃ）機械的な耐久性に欠けるという傾向がある為に、これらの試みは消費者のニーズに合わなかった。またMuhler等に対する米国特許第３，６１８，１５４号の明細書には、先細りの剛毛を有する一体成形ブラシが記載されている。このブラシ／剛毛を組み合わせたもの全体は、研磨材を３０％（重量）迄含むプラスチックからできている。この試みは、このようなブラシを成形するのが難しいので、成功には至っていない。その上、成形された、すなわち未延伸の剛毛は、機械的特性、例えば剛性や曲げ回復率等が良くないという傾向をもち、また外側に広がりやすい。
また、予防用の洗浄カップに用いる弾性物質に、研磨材を添加することも行われた。このような粉末を用いたカップは、非常に熟練した歯医者により、歯を磨き、清掃するのに用いられるものである。例えば、Sloanに対する米国特許第３，９７７，０８４号、及びHammar等に対する米国特許第５，２７３，５５９号の各明細書を参照のこと。
剛毛の壁がより研磨性であるようにする、粗い不規則な面をもつ歯ブラシを提供する試みがなされた。例えば、Hansenに対する米国特許第３，６７１，３８１号の明細書を参照のこと。この試みは、剛毛を苛烈な、もしくは高圧のスチームを用いるコストのかかるエッチングに付す必要があり、またその結果、機械的特性が失われてしまう。他の者は、研磨性のあるより規則的な突起をもつ剛毛を提供することを試みた。例えば、ニシオカに対する米国特許第４，３７３，５４１号の明細書を参照のこと。剛毛を一本づつ成形するは不便で加工コストが高くなるので、これらの試みは商業的には成功に至っていない。またこれらの剛毛は、機械的特性が非常に悪い。
研磨剤を含有しているフィラメント材は、金属研磨、道路の清掃、電気掃除機のブラシ等、口に使用する以外の工業的な用途に広く用いられている。例えば、Maxwellに対する米国特許第２，３３６，７９７号、Petersonに対する米国特許第２，６０９，６４２号、Price等に対する米国特許第２，７１１，３６５号、Storrs等に対する米国特許第２，７１２，９８７号、Gruber等に対する米国特許第２，８３６，５１７号、Burk等に対する米国特許第２，９２０，９４７号、Downing等に対する米国特許第３，１１５，４０１号、Randsに対する米国特許第３，３８４，９１５号、Wilsonに対する米国特許第３，５５６，７５２号、Charvat等に対する米国特許第３，５７７，８３９号、Randsに対する米国特許第３，６９６，５６３号、Pichelmanに対する米国特許第４，３０５，２３４号、マツイに対する米国特許第４，６２７，９５０号、Rhodesに対する米国特許第４，６３０，４０７号、Steinbackに対する米国特許第４，７０４，８２３号、Young等に対する米国特許第５，０１６，３１１号、McGurranに対する米国特許第５，０３０，４９６号、Abrahamson等に対する米国特許第５，０４５，０９１号、Nicely等に対する米国特許第５，０５６，２６７号、Youngに対する米国特許第５，０８３，８４０号、Hettes等に対する米国特許第５，１０８，１５５号、Fowlie等に対する米国特許第５，２１１，７２５号、及びMcMahan等に対する米国特許第５，２２７，２２９号の各明細書を参照のこと。
発明の要旨
我々は、粒径が約０．０１〜約１００μｍの磨き剤を含有している均一な直径をもつ剛毛を有する歯ブラシを作ることにより、過度の強い研磨に伴われる悪影響を何ら生じることなしに、歯の清掃をより良く行えることを発見した。本発明の一つの態様には、少なくとも一つのタフトがしっかりと付着させてあるか、もしくは取り付けられている頭部をもつ柄を含み、該タフトが（ａ）熱可塑性フィラメント基材、及び（ｂ）磨きに有効な量の粒径が約０．１〜約１０μｍの磨き剤からなるフィラメントを複数本含んでいる歯ブラシが含まれる。０．１μｍ未満の粒子であっても、凝集して剛毛上の凝集物の大きさが上記の通りとなるのであれば、使用することが可能である。
本発明のもう一つの態様には、（Ａ）少なくとも一つのタフトがしっかりと付着させてあるか、もしくは取り付けられている頭部をもつ柄を含み、該タフトが（ａ）熱可塑性フィラメント基材、及び（ｂ）磨きに有効な量の粒径が約０．１０〜約１０ミクロンの磨き剤からなるフィラメントを複数本含んでいる歯ブラシを用意し、（Ｂ）該剛毛の自由端に研磨剤や磨き剤を含んでいない歯磨き剤を有効量塗布し、（Ｃ）口腔内の歯、歯ぐき等をブラッシングすることからなる、口腔を清掃する方法が含まれる。
本発明の目的は、先行技術の歯ブラシの上記のような欠点を解消する歯ブラシを提供することである。
本発明の他の目的は、口触りの改良された歯ブラシを提供することである。
本発明のまた別の目的は、非研磨性の練り歯磨きを用いた場合でも、歯を良く磨き清掃することのできる歯ブラシを提供することである。
本発明の他の目的は、損耗や外側への開きを減らすことである。
本発明の他の目的は、口内を衛生的にするのに必要なブラッシングの回数を減らすことである。
本発明のまた別の目的は、取扱いのより容易な材料を用いて歯ブラシの剛毛体を提供することである。我々は、本発明に利用される剛毛が、タフティング作業中、ピッカー装置でより容易に掴め、またより効果的に取り扱えることを見出した。
本発明の更に別の目的は、末端を丸くする為の通常の研磨装置を用いて処理した時に、末端が全体的により均一に丸くなる（すなわち末端の丸くなった）剛毛用のフィラメントを提供することである。
これらの目的、及びその他の目的は、以下の記述から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の概念を説明するのに用いられる、ブラシの側面正面図である。
図２は、図１のブラシの頭部の拡大平面図である。
図３、及び図４は、図１の線２−２に沿ってフィラメントを一部切り欠いた、本発明の新規なフィラメントの拡大概略側面正面図である。
図５、及び図６は、走査電子顕微鏡写真による本発明のフィラメントの表面の断面図である。どちらのフィラメントも、平均粒径が約０．６μｍの水和カオリンクレイを４％含有しているナイロン６１２である。図５は倍率が３５０倍の場合であり、また図６は倍率が１，２００倍の場合である。
図７は、図４の剛毛を製造するのに用いる共押出法を説明する概略図である。
発明の詳細な説明
本発明の歯ブラシに於いては、新規なフィラメントが、図１に示すタイプの歯ブラシに含まれている。この歯ブラシは、頭部にしっかりと付着させてあるか、もしくは取り付けられているタフトを少なくとも一つ有していなければならない。該タフトには、本発明のフィラメントが複数本含まれている。この図に示されているように、歯ブラシ１０には、柄１２と、複数のタフト１６を有する頭部１４が含まれる。タフト１６は、複数本のフィラメントからなっており、またタフト１６は、当該技術分野で公知の方法により、頭部１４にしかりと付着させてあるか、もしくは取り付けられている。頭部１４、及びタフト１６の外形は変えることができ、長円形、凸状にカーブした形、凹状にカーブした形、平らに切りそろえた形、鋸状の「Ｖ字」形、もしくはその他の所望のいかなる外形とすることもできる。更に、柄１２、もしくはタフト１６の外形、形状、及びサイズを変えることができ、また柄１２と頭部１４の軸は同一平面上にあってもよいし、異なる平面上にあってもよい。本発明のフィラメントの縦方向の寸法と横断面の寸法、及びフィラメント末端の輪郭を変えることができ、またフィラメント末端の剛性、レジリエンス、及び形状を変えることができる。本発明による好ましいフィラメントは、縦方向の長さが実質的に均一であって約０．５０〜約１．５０ｃｍであり、横断面の寸法も実質的に均一であって約１００〜約３５０μｍであり、また先端、もしくは末端が滑らか、もしくは丸くなっているものである。
図２を参照すると、本発明に利用される歯ブラシ用の剛毛には、磨き剤と、熱可塑性フィラメント基材が含まれている。我々は、平均粒径が０．１０〜約１０ミクロンの磨き剤（もしくは、粒子の凝集により生じる同等物）を利用することにより、工業用の研磨性フィラメントを用いた場合に生じる歯ぐきのひどい剥けやエナメル質の崩壊をもたらすことなしに、歯ブラシからより良好な清掃性能を得ることができることを発見した。本明細書中で用いられる磨き剤という語は、粒径が主に０．０１〜１００μｍの範囲に入り、モース硬度が０．５〜１０、好ましくは５以下、であって、歯ぐきを傷めない物質をいう。０．１μｍ未満の粒子の凝集物も、その平均半径がクレイムした範囲内に入っていさえすれば、使用可能である。
剛毛中の磨き剤のレベルは、剛毛基材の種類、磨き剤の直径、及び磨き剤の種類（硬度）により異なる。通常、磨き剤の効果的なレベルは、約０．２〜約２５％（重量）、好ましくは約０．５〜約５％（重量）、である。
本発明に用いるのに適した磨き剤は以下の通りである。
プラスチックの粒子、
くるみの殻の粒子、
堅木の粒子、
トウモロコシの穂軸の粒子、
ゴムの粒子、
炭酸カルシウム、
あられ石クレイ、
オルト斜方晶系クレイ、
方解石クレイ、
斜方六面体クレイ、
カオリンクレイ、
ベントナイトクレイ、
リン酸二カルシウム、
無水リン酸二カルシウム、
リン酸二カルシウム二水和物、
リン酸三カルシウム、
ピロリン酸カルシウム、
不溶性のメタリン酸ナトリウム、
沈降炭酸カルシウム、
オルトリン酸マグネシウム、
リン酸三マグネシウム、
ヒドロキシアパタイト、
合成アパタイト、
アルミナ、
水和アルミナ、
水和シリカキセロゲル、
金属アルミノシリケート錯体、
アルミニウム珪酸ナトリウム、
珪酸ジルコニウム、
二酸化珪素、及び
それらの組み合わせ。
好ましい磨き剤は、焼成もしくは水和クレイといわれるカオリンクレイ、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、具体的にはWhittaker製の水和アルミナ、ヒドロキシアパタイト、シリカ（ＳｉＯ2）、特にCabot社製のＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬというブランド名のシリカ（二酸化シリカ）、及びそれらの組み合わせである。
シリカ類は、沈降シリカ、もしくは１９７０年３月２日発行のPader等の米国特許第３，５３８，２３０号や、１９７５年６月２１日発行のDiGiulioの米国特許第３，８６２，３０７号の各明細書に記載されている、シリカキセロゲルのようなシリカゲルであってよい。これら二つの特許明細書は、参考として本明細書中に記載するものである。好ましいのは、W.R.Grace & Companyのデビソン化学部により「Ｓｙｌｏｉｄ」という商品名で販売されているシリカキセロゲルである。好ましい沈降シリカ物質には、「Ｚｅｏｄｅｎｔ」という商品名でJ.M.Huber Corporationにより販売されているもの、特に「Ｚｅｏｄｅｎｔ  １１９」という名称のシリカが含まれる。これらのシリカは、１９８２年７月２９日発行の米国特許第４，３４０，５８３号の明細書に記載されている。この特許明細書は、参考として本明細書中に記載するものである。
最も好ましい磨き剤は、カオリンクレイである。カオリンクレイは、Engelhard Corp.（アイゼリン、ニュージャージー州）により販売されている「ＡＳＰ  ６０００」印のカオリンクレイのように、水和されていてもよい。カオリンクレイはまた、Engelhard Corp.（アイゼリン、ニュージャージー州）により販売されている「Ｔｒａｎｓｌｉｎｋ  ５５５」印のカオリンクレイのように、無水物であってもよい。またカオリンクレイの表面は、「Ｔｒａｎｓｌｉｎｋ  ５５５」印のカオリンクレイ、もしくはPolymer Valley Sciences（アクロン、オハイオ州）により販売されている「Ｐｏｌａｒｌｉｎｋ  ５」印のカオリンクレイのように、界面活性剤で変性されたものであってもよい。
本発明による好ましいフィラメントは、室温で以下の性質を有するものである。
直径範囲：０．００４〜０．０１２インチ（１００〜３５０μｍ）
摩擦係数：０．０１〜０．９０（ＡＳＴＭ  Ｄ３１０８、Ｄ３７０２）
剛性：柔〜中程度（ＩＳＯ  ８６２７）
タフト保持率：＞３ポンド（ＡＳＴＭ  Ｄ６３８）
曲げ回復率：８０〜１００％（デュポン・マンドレル法）
破断点伸び：１〜５００％（ＡＳＴＭ  Ｄ６３８）
引張り強さ：５，０００〜２００，０００ｐｓｉ（ＡＳＴＭ  Ｄ６３８）
引張、及び曲げ弾性率：１００，０００〜３，０００，０００ｐｓｉ（ＡＳＴＭ  Ｄ６３８、Ｄ７９０）
本発明による最も好ましいフィラメントは、室温で以下の性質を有するものである。
摩擦係数：０．２〜０．８
タフト保持率：３〜１０ポンド
曲げ回復率：９０〜１００％
破断点伸び：１〜２００％
引張り強さ：５，０００〜１００，０００ｐｓｉ
引張、及び曲げ弾性率：１００，０００〜１，５００，０００ｐｓｉ
剛毛用のフィラメントに磨き剤を添加すると、フィラメントの剛性に影響することが分かっている。従って、歯の間に通す為に剛性の高い細い剛毛を作るのが望ましい。これは、押出パラメーターと剛毛の組成を調節することによりなされる。本発明の好ましい態様に於いては、剛毛は、直径が約１００〜約３５０μｍ、最も好ましくは約１５０〜約２００μｍ、であって、且つ、曲げ及び引張弾性率が約１００，０００〜約３，０００，０００ｐｓｉ、好ましくは約１００，０００〜約１，５００，０００ｐｓｉ、のものである。
本発明の剛毛用のフィラメントは、「全体的に均一な直径」を有している。これは、フィラメントの長さに沿って横断面が有意に変わらないということを意味する。フィラメントの長さに沿って横断面が２０％より大きくは変わらないのが好ましく、１０％より大きくは変わらないのが最も好ましい。横断面は円形であるのが好ましいが、例えば正方形、八角形、及び長方形のようなその他の形状も本発明の範囲に入る。またフィラメントの先端、もしくは自由端を丸くして、高さと平均巾の比が約１未満、好ましくは約０．５、であるような通常のドーム形とすることができる。
本発明の熱可塑性フィラメント基材は、該磨き剤を分散させて歯ブラシ用の剛毛を作ることのできる物質であれば、どのようなものであってもよい。好ましい熱可塑性フィラメント基材は、ポリアミド（例えばナイロン６１２、Ａｍｏｄｅｌ）、アセチル樹脂、ポリエステル（例えばポリブチレンテレフタレート−ＰＢＴ）、フルオロポリマー（例えばポリ（ビニリデンジフルオライド）−ＰＶＤＦ、フッ素含有エチレン−プロピレン樹脂−ＦＥＰ）、ポリアクリレート、ポリスルホン、及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるいかなる物質であってもよい。熱可塑性基材は、好ましくは、デュポンやＢＡＳＦのフィラメント級ポリアミドのようなポリアミド、デュポンのフィラメント級アセチル樹脂のようなアセチル樹脂、又はデュポン、セラニーズ、もしくはジェネラル・エレクトリックのフィラメント級ポリエステルのようなポリエステルである。
その他の添加剤も、剛毛用の材料に添加してよい。例えば、フィラメント材の加工中に磨き剤の分散を適切に保つ為には、分散剤が必要なことがある。このような分散剤は、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、不飽和脂肪酸のジメチルアミド、脂肪酸（例えばステアリン酸）、フルオロポリマーをベースとした分散剤、脂肪（すなわち、グリセロールのエステル）、ステアリン酸アルミニウム、シリコーンオイル、ビスアミドワックス、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。好ましい分散剤は、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ビスアミドワックス、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるものである。
また、熱可塑性基材と磨き剤粒子との間の相互作用を高め、それにより加工中にそれら粒子を懸濁状態に保ち、均一に分散させておく為に、また引張強度、引張弾性率、及び曲げ弾性率を改良する為に、カップリング剤を本発明に添加してもよい。このようなカップリング剤は、ビニルシラン、クロロプロピルシラン、エポキシシラン、メタクリレートシラン、第一アミンシラン、ジアミンシラン、メルカプトシラン、カチオンシラン、脂環式エポキシドシラン、チタン酸エステル（例えばトリス−（メタクリル）イソプロピルチタネート）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるものである。或いは、カオリンのような磨き剤を、Engelhardから入手できるようなカップリング剤でコートすることもできる。
ポリエチレングリコール、酸化防止剤、可塑剤等のような当業者に知られているその他の添加剤を、剛毛材に添加してよい。
本発明の剛毛は、本発明によるモノフィラメントが好ましいが、共押出法によって作ることもできる。この方法では、外側の領域（さや）が有効な磨き剤を含み、コアは該磨き剤を含んでいなくてもよい。共押出技術の一般的な論文として、Leby著、「プラスチック押出技術ハンドブック（Plastics Extrusion Technology Handbook）」（Industrial Press Inc.）、１６８〜１８８頁（１９８１年）を参照のこと。また、本発明の剛毛は、上記と逆の方法、すなわちコアに磨き剤を入れる方法で作ることもできる。このような共押出タイプでは、先端でのみ清掃を行う。
図４は、本発明による好ましい共抽出フィラメントを図式的に示すものである。フィラメント２０は、先端もしくは末端１８で終わり、フィラメントの横断面領域２４の境界を定める縦方向の面２２を有している。横断面領域には、コア領域２６と、さや領域２８とが含まれる。このコアは、磨き剤を含む必要がない。典型的に、さや領域２８は少なくとも面２２の周囲に広がっているか、もしくは好ましくは、面２２の内側の横断面領域２４の部分から、横断面領域と領域２６の距離３０の内側に広がっている。領域２６は、実質的に均一な深さ３０をもつ環状リングをもたらすのが好ましい。最も好ましくは、この深さは、環状リングの周囲の平均深さより２０％を越えて大きく変わるべきではない。いずれにせよ、コア領域２６は、最大直径２４により定められる横断面領域全体の残りの部分を占める。
本発明の態様に於いては、これら二つの領域２６と２８は異なる色、もしくは異なる色強度を有している。本明細書中で用いられる「着色領域」という語は、独自の色をもつプラスチックから作られたコア、もしくはさやを意味することがある。また透明、もしくは半透明な領域も「着色」されているものと考える。そのような領域は、実際に顔料、もしくは染料で着色されている領域とは少なくとも視覚的な外見が異なるからであり、また、さや／コアの色強度の程度を変える場合にも同じことが言えるからである。コア２６用の材料とさや２８用の材料が、例えば白色のコアと青色のさや、透明なコアと赤色のさや、淡い赤色のコアと濃い赤色のさや、等というように視覚的に異なる色をもっていることが重要である。本発明による好ましい剛毛は、白色もしくは透明なコアと、染料もしくは顔料で着色されたさやからなっているのが好ましい。従って、着色さや領域２８は初期着色強度をもつか、もしくは主要な、且つ歯ブラシのユーザーの目により止まりやすい色をもち、一方コア領域２６の色強度はそれほど目立つものではない。ブラッシングを続けて行くうちに領域２８が損耗するが、充分に損耗すると、剛毛の色がコア領域２６の色に変わるので、これにより、ユーザーはフィラメントがもはや有効でないことを知る。
＊              ＊            ＊
本発明のモノフィラメントからなる剛毛は、以下の一般的な方法により作ることができる。
本発明による好ましい押出ユニットに於いては、システムは押出ダイを含んでいる。このセットには、３／４インチのハーケ（Haake）押出機、冷却用のトラフ、引取装置、及び巻取機も含まれている。押出機には、Ｌ／Ｄ比２５：１、圧縮比３：１のスクリュー、及びスクリュー速度２５０ｒｐｍ以下、加工温度５００℃以下で作動可能な５ＨＰモーターが取り付けられている。抽出機には、加工温度をコントロールする為に６個の温度調節器が組み込まれている。スクリュー速度は、界面剪断応力が最小となるように最適化する。これらの物性間の具体的な関係は、当業者にとっては明らかであろう。直径をコントロールする為には、ギアポンプが必要である。
溶融紡糸の後、直ちに、もしくは少し後に、配向、及び緩和を行う。この工程の前に紡糸仕上げが必要なことがある。配向／緩和には、ゴデット、及び熱オーブンを用いての加熱、及び引落としが含まれる。最終的な長さ：初期の長さ（引落比）は、熱可塑性基材、及びフィラーによって、１．５〜１０の範囲で変えることができる。厳密な規格値については、当業者が心得ているであろう。熱可塑性基材、及びフィラーによっては、得られたモノフィラメントを蒸気、熱水、もしくはその他のもので状態調節する必要がある。
上記の押出機には、以下の方法のうちのいずれかにより原料を供給することができる。
１．予備配合して
ａ）そのままの量で
ｂ）量を少なくして
２．ホッパーを２個用いて重量を測定しながら
３．ホッパーを１個用いて重量を測定しながら
＊            ＊            ＊
本発明の共押出剛毛は、以下の一般的な方法により作ることができる。
図７は、共押出フィラメントダイ４１の概略横断面図である。ダイヘッドユニットは、コア用オリフィス４２と、さや用オリフィス３５とからなっている。さや材の入口はマニホールド４８、及びマニホールド４８’であり、コア材の入口はマニホールド４７である。一般的に、ダイ全体を加熱する。共押出剛毛を作るのに最も良い条件は、コア用樹脂４３とさや用樹脂４４が、それら二つの流れが一つになる地点で可能な限り近接した溶融粘度を有することである。これにより、二つの材料の間の界面での攪乱が最小となり、また倍率を約２５０倍とした場合、横断面領域に沿って明確な境界線が得られる。接触時間や材料のグレードを調節するか、もしくは異なる樹脂を用いることにより、コアとさやとの間の界面を鮮明にさせることもできる。このことは、図６の顕微鏡写真に明らかに示されている。
本発明による好ましい共押出ユニットに於いては、システムは、押出軸４９の周囲を回転するさや用のクロスヘッドダイを含む共押出ダイを含んでいる。このシステムには、二台の３／４インチハーケ抽出機、冷却用のトラフ、引取装置、及び巻取機も含まれている。各押出機には、Ｌ／Ｄ比２５：１、圧縮比３：１のスクリュー、及びスクリュー速度２５０ｒｐｍ以下、加工温度５００℃以下で作動可能な５ＨＰモーターが取り付けられている。各押出機には、加工温度をコントロールする為に６個の温度調節器が組み込まれている。
例としてナイロンを用いる場合には、押出ダイは、出口直径が０．０８０インチのコア用オリフィス４２と、出口直径が０．０８０インチのさや用オリフィス４２と、出口直径が０．０８５インチのさや用オリフィス３５とを有するものである。コア用の溶融体４３は着色されていないナイロン（Ｚｙｔｅｌ  １５８Ｌ）であり、さや用の溶融体４４はカオリン粒子を３％含有する着色されていないナイロンである。両溶融体とダイ３１を、１９０〜２３０℃の温度に保つ。コア押出機は、２０ｒｐｍ、６０８ｐｓｉ、及びトルク５２６３ｍ・ｇｍで作動する。スクリュー速度は、界面剪断応力が最小となるように最適化する。これらの物性間の具体的な関係は、当業者にとっては明らかであろう。また、この部分の全製造ラインには、配向（延伸工程）用、アニーリング用、及び仕上げ用の付加的な加工用ハードウエアも含まれるであろう。
最後に、上記の押出ダイ（オリフィスは０．０８５インチに等しい）から０．００８インチのフィラメントを作る為に、引落率を１０．６２５：１に設定する。この手法を用いると、外側のさや層２６の厚さが０．０００１〜０．０００４インチとなり、また厚さを０．０００２インチプラス・マイナス２０％、典型的にはプラス・マイナス１０％とすることができる。塗布層の厚さは、二台の押出機の速度比とクロスヘッドの設計を最適なものとすることにより、このように非常に均一になる。例えば、０．０００２インチの層厚を有する上記の０．００８インチのナイロン製の剛毛を押出する為には、スクリュー速度比（さや／コア）を１０：１に設定する。この比を高めると、外側の層が非連続的になる迄薄くなり、両方のスクリュー速度を速めるとダイ圧が増して重合体材料を崩壊させることになる。一方、両方のスクリュー速度を遅くすると、ダイ圧は低下するが、投入量が減ってしまう。材料をより正確に計量する為に、必要ならばギアポンプを付加することができる。
前述のように、フィラメント上により均一な被膜を形成させる為に、回転式のさや用オリフィス４５をダイに組み込んでもよい。この方法には、共押出ダイの外側のフレーム（さや用のフレーム）を、外側の層を形成させる為に用いるポリマーの流動学的特性に左右されるが、約０．５〜約５０ＲＰＭの速度で回転させることが含まれる。上記のようなナイロン製の剛毛をコーティングする場合、回転速度は約０．５〜約１０．０、最も好ましくは約０．５〜約５．０、とする。フレームを回転させる為に、鎖状のスプロケットをダイ中に入れる。フィラメントを共押出しする間、このスプロケットは、鎖伝動装置を有するモーターにより制御される設定速度で回転させる。このフレームの回転は、外側の層中に溶融体を分散させるのに役立ち、それにより均一な極薄層が形成される。さや用のスクリュー速度を遅くすると、非連続的なさや被膜が形成される。ダイが回転している場合、これにより、床屋の看板柱に似た渦巻き状のストライプがフィラメントの周囲に形成されることになる。これらの概念はいずれも、損耗を示す剛毛として用いることができる。
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出願人等は、同等の態様は本発明の一部をなすものと考えている。例えば正方形、六角形、もしくはその他の幾何学的な横断面をもつ非円形の剛毛も、本発明で意図しているものである。更にまた、本発明のフィラメントは、電力で動く歯ブラシ、すなわち「電気歯ブラシ」にも使用することができる。また、縮れた剛毛用フィラメントも、本発明の範囲に入るものと考えるものである。本発明、及び本発明を製造し、使用する方法は、以下の非限定的な説明の為の例から、より良く理解されるであろう。
例
以下に記載した一般的な方法を用いて、以下のフィラメントを作った。以下のテスト結果は、未加工のフィラメントについて、またそれらから作ったブラシを用いて得たものである。
押出方法
１．２インチのスクリューをもつデイビス−スタンダード一軸スクリュー押出機（Crompton & Knowles Corp.（コネチカット州）製）のホッパーに成分を導入する。ナイロン、もしくはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）ポリエステルに対する温度範囲は、５００〜５５０°Ｆである。
２．材料を、１時間につき約１００ポンドの速度で供給する。溶融体をフィルター、及びメルトポンプを通して計量し、熱ダイシステムに強制的に通す。
３．ホットメルトを冷却し、軟化点迄加熱して延伸し、アニールして集める。温度、圧力、及び延伸率は、加工する材料により調節する。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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