ЗУБНАЯ ЩЕТКА СО ЩЕТИНКАМИ ИГОЛЬЧАТОЙ ФОРМЫ, УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ В ОТНОШЕНИИ СИЛЫ КОНТАКТА С ЗУБАМИ И ДЕСНАМИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ЧИСТКИ ЗУБОВ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
TOOTHBRUSH WITH NEEDLE-SHAPED BRISTLES, ADVANCED FOR POWER OF CONTACT WITH TEETH AND GUMS AND TOOTH BRUSHING EFFICIENCY, AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в целом, к зубной щетке со щетинками игольчатой формы, и в частности к зубной щетке со щетинками игольчатой формы, усовершенствованной в отношении силы (давления) контакта с зубами и деснами, а также эффективности чистки зубов и при этом имеющей увеличенный срок службы.
Понятие "щетинка игольчатой формы" относится к щетинке, имеющей кончик диаметром от 0,01 до 0,08 мм. Щетинки игольчатой формы обычно используют в качестве материала для высококачественных зубных щеток, поскольку такие щетинки являются мягкими, а сила их контакта с областью между одним зубом и другим зубом или между зубом и десной является превосходной.
Несмотря на описанные выше преимущества, зубная щетка со щетинками игольчатой формы имеет и некоторые недостатки, к которым относятся недостаточная эффективность чистки зубов и короткий срок службы. Подобная зубная щетка имеет и другие недостатки, такие как высокая доля брака, а также высокая себестоимость, обусловленная необходимостью проведения двух процессов погружения щетинок в химический реагент для заострения обоих концевых участков щетинок.
Уровень техники
Для решения рассмотренной выше проблемы зубной щетки со щетинками игольчатой формы предпринимались попытки разработки различных технологий. Японская компания Toray Industries Inc. попыталась решить эту проблему путем посадки в головку зубной щетки щетинок, сложенных вдвое таким образом, что с одной стороны такие щетинки заострены, а с другой стороны не заострены (выложенная японская заявка на полезную модель №Sho. 61-10495). Хотя эта технология и устраняет некоторые недостатки зубной щетки со щетинками игольчатой формы, она создает новую проблему, связанную с тем, что незаостренные щетинки имеют острые обрезанные кромки, травмирующие десны во время чистки зубов.
В корейском патенте №10-0590608 раскрыта технология, призванная решить обсуждавшуюся выше проблему и предложенная авторами настоящего изобретения. Эта технология решает вышеуказанную проблему за счет зашлифовывания острой обрезанной кромки щетинки на шлифовальной машине и заострения щетинки с противоположной стороны химическими реагентами с последующей посадкой (заделкой) щетинки. Эта технология решила проблемы вышеупомянутой технологии, но полученной зубной щетке по-прежнему присущи проблемы, связанные с тем, что сила контакта с зубами и деснами оказалась несколько недостаточной, и требуется дополнительный процесс шлифования.
В зарегистрированной корейской полезной модели №20-0308084 щетинки игольчатой формы, имеющие одинаковую длину заостренной части и одинаковый диаметр кончиков, предлагается сажать асимметрично таким образом, чтобы левая и правая стороны щетинок различались по высоте. При такой посадке сила контакта с зубами и деснами несколько улучшена, но эффективность чистки по-прежнему недостаточна. Кроме того, полученной таким образом зубной щетке по-прежнему присущи проблемы, связанные с тем, связанные с тем, что срок службы у нее короче, чем у зубной щетки с обычными щетинками игольчатой формы, а доля брака остается высокой, поскольку по-прежнему приходится выполнять два процесса погружения в химический реагент.
В выложенной японской патентной заявке №Heisei. 10-225324 предложена зубная щетка, у которой два конца каждой щетинки имеют различную длину заостренных частей, а щетинки посажены таким образом, что часть щетинки с большей длиной заостренной части используется в качестве более длинной щетинки, а часть щетинки с меньшей длиной заостренной части используется в качестве более короткой щетинки. Эта технология несколько улучшает силу контакта с зубами и деснами, но по-прежнему имеет ту же проблему, что и обычная зубная щетка со щетинками игольчатой формы, поскольку в ней используются щетинки с одинаковым диаметром кончиков.
Существует еще одно решение общего характера, относящееся к зубной щетке со щетинками игольчатой формы и раскрытое автором настоящего изобретения в корейском патенте №10-066457, согласно которому процесс заострения щетинок выполняется путем их шлифования на шлифовальной машине с рабочим органом, имеющим выступы, без использования технологии погружения щетинок в химический реагент, что позволяет обходиться без затратного процесса погружения щетинок в химический реагент. Согласно этой технологии щетинки можно заострять методом механической обработки. Кроме того, эта технология позволяет заострять щетинки из нейлона или акрила, с трудом поддающиеся заострению обычным методом.
Рассмотренные выше технологии далеки от создания зубной щетки с большим сроком службы и улучшением как силы контакта с зубами и деснами, так и эффективности чистки зубов. Среди этих технологий ближайшая к настоящему изобретению по технической сущности раскрыта в корейской патентной заявке №10-2003-0015480 авторами настоящего изобретения.
Эта технология относится к зубной щетке, на головке которой посажены более длинные и более короткие щетинки игольчатой формы, а также к зубной щетке, в которой щетинки игольчатой формы, длина заостренной части которых составляет от 3 до 7 мм, а значения диаметра кончика - от 0,01 до 0,07 мм, посажены на головке вперемешку, сложенными вдвое таким образом, что разница между левой и правой сторонами составляет от 0,5 до 2,0 мм. Этим достигается большинство целей настоящего изобретения, но эта технология по-прежнему остается неудовлетворительной в отношении силы контакта с зубами и деснами, эффективности чистки зубов и эффекта увеличения срока службы.
Еще один способ раскрыт в корейском патенте №10-0659953 на имя Lion Corporation of Japan. Этим способом получают зубную щетку с использованием моноволокон заостренной формы, причем диаметр моноволокна на расстоянии 0,1 мм от кончика (вершины) заостренной части составляет от 5 до 35% максимального диаметра (D) синтетического моноволокна. Зубная щетка, изготавливаемая по этой технологии, имеет заостренные концы с обеих сторон, а длина заостренной части составляет от 8 до 15 мм, предпочтительно от 8 до 10 мм. Соответственно, зубная щетка имеет малый срок службы и не обеспечивает передачи должного усилия при чистке зубов, поскольку длина заостренной части слишком велика. Так что известная зубная щетка подходит для применения в качестве кисти или косметической щеточки, но не подходит в качестве зубной щетки.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Целью настоящего изобретения является создание зубной щетки со щетинками игольчатой формы, усовершенствованной в отношении силы (давления) контакта щетинок с зубами и деснами и обеспечивающей повышенную эффективность чистки зубов наряду с увеличением срока службы. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение возможности изготовления зубной щетки с использованием простого технологического процесса и с сокращением доли брака. Еще одной целью настоящего изобретения является создание недорогой в изготовлении зубной щетки со щетинками игольчатой формы.
Техническое решение
Предлагаемая в изобретении зубная щетка имеет посаженные на ее головке щетинки игольчатой формы и выполнена таким образом, что разница по высоте между более длинными и более короткими щетинками составляет от 1 до 4 мм, кончики более длинных щетинок имеют диаметр от 0,01 до 0,03 мм, кончики более коротких щетинок имеют диаметр от 0,03 до 0,08 мм, длина заостренной части более длинных щетинок составляет от 4 до 8 мм, длина заостренной части более коротких щетинок составляет от 2 до 6 мм, а разница по длине заостренной части между более длинными и более короткими щетинками составляет от 1 до 4 мм.
Ниже настоящее изобретение рассматривается более подробно. Настоящее изобретение представляет собой усовершенствование решения, раскрытого в корейской патентной заявке №10-2003-0015480 (ближайший аналог изобретения) авторами настоящего изобретения, и разрешает присущие ему проблемы.
Ближайший аналог имеет конструкцию, при которой щетинки игольчатой формы диаметром от 0,01 до 0,07 мм на кончиках выполнены произвольно перемешанными. Соответственно, более длинные щетинки могут иметь кончики диаметром от 0,03 до 0,07 мм, либо может быть справедливо обратное, т.е. что более длинные щетинки могут иметь кончики диаметром от 0,01 до 0,03 мм. В первом случае проблема заключается в том, что, поскольку в качестве более длинных щетинок используются щетинки игольчатой формы с относительно большим диаметром кончиков, сила контакта с областью между зубами или между зубом и десной снижена.
Поскольку зубная щетка выполнена таким образом, что щетинки игольчатой формы с кончиками диаметром от 0,01 до 0,07 мм произвольно перемешаны, одна половина щетинок подпадает под первый случай, а другая половина щетинок подпадает под второй случай. В целом сила контакта с зубами и деснами значительно снижена.
Согласно настоящему изобретению более длинные щетинки с диаметром кончиков от 0,01 до 0,03 мм смешаны (друг с другом и с более короткими щетинками), что позволяет полностью решить проблему уменьшенной силы контакта с зубами и деснами. Предпочтительно, чтобы в указанный выше интервал попадали значения диаметра кончика всех более длинных щетинок, но цель изобретения может быть достигнута и в случае, если в указанный выше интервал попадают значения диаметра лишь 80% или большей доли более длинных щетинок.
Выражение "произвольно перемешаны" относится к состоянию объединения щетинок с двумя или более разными значениями диаметра кончика. Первое преимущество зубной щетки с произвольно перемешанными щетинками заключается в том, что так ее легче изготавливать, чем зубную щетку со щетинками, имеющими кончики одного размера. Второе преимущество заключается в увеличении срока службы изделия.
Выражение "диаметр кончика" относится к диаметру щетинки в точке, отстоящей от кончика на 0,1 мм. В данной области техники в качестве кончика общепринято рассматривать именно точку на расстоянии 0,1 мм от него, поскольку концевая часть щетинок игольчатой формы, прошедших процесс погружения в химический реагент, очень тонка и поэтому легко истирается после нескольких применений зубной щетки. Этот подход применим не только к щетинкам игольчатой формы, полученным путем погружения в химический реагент, но и к игольчатым щетинкам, полученным путем шлифования.
Также в данной области техники общепринято округлять значения диаметра кончика с тремя и более знаками после запятой до двух знаков после запятой.
У предлагаемой в изобретении зубной щетки, имеющей описанную выше конструкцию, более длинные щетинки с меньшими диаметрами кончиков обеспечивают требуемую силу контакта с зубами и деснами, а более короткие щетинки с большими диаметрами кончиков обеспечивают эффективность чистки зубов. Таким образом, можно одновременно обеспечить силу контакта с зубами и деснами и эффективность чистки зубов, а также увеличивается срок службы зубной щетки, поскольку истирание щетинок замедляется по сравнению с обычными щетинками игольчатой формы, имеющими одинаковый диаметр кончика, составляющий 0,02 мм, благодаря влиянию более коротких щетинок с большими значениями диаметра кончика и влиянию расположения щетинок, имеющих два или более различных значений диаметра кончика, вперемешку.
Способ изготовления зубной щетки в одном из вариантов его осуществления включает заострение щетинок путем их погружения в химический реагент с получением на одном конце кончиков диаметром от 0,01 до 0,03 мм, а также еще один процесс погружения щетинок в химический реагент с получением на другом конце кончиков диаметром от 0,03 до 0,08 мм. Изготавливать щетинки игольчатой формы, включающие в себя более длинные и более короткие щетинки, имеющие кончики разного размера, с использованием двух стадий (процессов) погружения, легче, чем изготавливать щетинки игольчатой формы с одним диаметром кончика, и позволяет сократить долю брака. Также, процесс погружения щетинок в химический реагент с целью придания им кончиков диаметром от 0,01 до 0,03 мм весьма сложен. При этом легко получить ошибочные значения длины заостренной части, а щетинки могут быть изготовлены с диаметром кончика, отличным от желаемого. Щетинки же игольчатой формы с диаметром кончика от 0,03 до 0,08 мм редко заостряются не на той длине, поскольку химическая реакция прекращается до того, как длина заостренной части окажется слишком малой.
Другой вариант способа изготовления зубной щетки включает заострение щетинок путем их погружения в химический реагент с получением кончиков диаметром от 0,03 до 0,08 мм, посадку щетинок на головке зубной щетки со смещением кончиков правой и левой сторон относительно друг друга, составляющим от 1 до 4 мм, и заострение более длинных щетинок путем шлифования с доведением диаметра их кончиков до значений в интервале от 0,01 до 0,03 мм.
Разумеется, если щетинки выполнены из материалов, таких как нейлон, которые не растворяются в химических реагентах, заострение щетинок может выполняться не погружением в химический реагент, а путем механической обработки, т.е. физическим методом, например по технологии, описанной в корейском патенте №10-066457 и предложенной автором настоящего изобретения. Примером такого физического метода является расположение более длинных и более коротких щетинок со смещением их кончиков относительно друг друга по высоте, составляющим от 1 до 4 мм, и последующее шлифование щетинок с помощью шлифовальной машины, как это описано в корейском патенте №10-066457. Такие процессы позволяют получать кончики более длинных щетинок с диаметрами в интервале от 0,01 до 0,03 мм, а кончики более коротких щетинок - с диаметрами в интервале от 0,03 до 0,08 мм.
Еще один вариант способа изготовления зубной щетки включает заострение пучка щетинок с одной стороны путем их шлифования с получением расположенных вперемешку щетинок с кончиками диаметром от 0,03 до 0,08 мм, заострение пучка щетинок с другой стороны путем их погружения в химический реагент с получением расположенных вперемешку щетинок с кончиками диаметром от 0,01 до 0,03 мм, и посадку щетинок на головке зубной щетки с горизонтальным (т.е. продольным, измеряемым в направлении длины щетинок) смещением их кончиков относительно друг друга, составляющим от 1 до 4 мм. Причем в качестве более длинных щетинок при посадке используют щетинки со стороны, заостренной путем погружения в химический реагент.
Разница между более длинными и более короткими щетинками ограничена интервалом значений от 1 до 4 мм по той причине, что глубина зубодесневой бороздки человека обычно составляет около 2 мм, достигая у некоторых людей значения 3 мм. Если вышеупомянутая разница выйдет за верхнюю границу интервала, более длинные щетинки во время чистки зубов смогут стимулировать мягкие ткани в зубодесневой бороздке. Поэтому этот вариант нежелателен. Если вышеупомянутая разница будет меньше нижней границы интервала, то из-за вступления в действие более коротких щетинок сила контакта более длинных щетинок с зубами и деснами может уменьшиться. Так что этот вариант также нежелателен. Если горизонтальное смещение кончиков щетинок относительно друг "друга будет меньше значений указанного интервала, увеличение силы контакта с зубами и деснами может быть недостаточным.
Посадку более длинных и более коротких щетинок с горизонтальным смещением их кончиков относительно друг друга обычно выполняют способом, предусматривающим складывание щетинок, заостренных на обоих концах, вдвое с образованием более длинных и более коротких щетинок, имеющих различную длину, а затем щетинки сажают. Также может использоваться другой способ, согласно которому щетинки игольчатой формы, заостренные на одном конце, сажают в один ряд, а другие щетинки игольчатой формы, заостренные на другом конце и имеющие иную длину, сажают в другой ряд, чередуя указанные ряды.
Если щетинки игольчатой формы складывать пополам с последующей посадкой, соотношение более длинных и более коротких щетинок будет ровно 50:50. Если же сажать щетинки игольчатой формы, заостренные только с одной стороны, это соотношение можно регулировать. В этом случае, если соотношение более длинных и более коротких щетинок составляет от 30:70 до 70:30, то достигаемый изобретением эффект может быть получен.
Может использоваться еще один способ, согласно которому щетинки игольчатой формы, соответствующие более длинным щетинкам, складывают пополам и затем сажают, и щетинки игольчатой формы, соответствующие более коротким щетинкам, складывают пополам и затем сажают. В этом случае разница по длине между более длинными и более короткими щетинками составляет от 1 до 4 мм. Достигаемый настоящим изобретением эффект может быть получен, если соотношение более длинных и более коротких щетинок составляет от 30:70 до 70:30.
Длина заостренной части щетинок ограничена интервалом значений от 2 до 8 мм по той причине, что если длина заостренной части меньше нижней границы этого интервала, щетинки будут чрезмерно жесткими, что приведет к потере мягкости, свойственной щетинкам игольчатой формы. Разница между более длинными и более короткими щетинками по длине заостренной части ограничена интервалом значений от 1 до 4 мм по той причине, что если указанная разница меньше нижней границы этого интервала, эффективность чистки зубов может ухудшиться, или не будет достигнут эффект увеличения срока службы, а если указанная разница больше верхней границы этого интервала, щетинки игольчатой формы могут потерять свойственную им мягкость.
Преимущества изобретения
Предлагаемая в изобретении зубная щетка обеспечивает превосходную силу контакта с зубами и деснами, уникальную для зубной щетки со щетинками игольчатой формы, и в то же время обеспечивает превосходную эффективность чистки поверхности зубов благодаря действию более коротких щетинок, имеющих относительно большой диаметр на кончиках и относительно малую длину заостренных частей. Кроме того, благодаря более коротким щетинкам замедляется истирание концевой части щетинок, что дает эффект увеличения срока службы зубной щетки.
Предлагаемый в изобретении способ может свести к минимуму долю брака в продукции и упростить технологические процессы.
Наилучший вариант осуществления изобретения
Пример изготовления №1
Волокна из полибутилентерефталата (ПБТ) 020Т 0.200 W (собранные в пучок диаметром около 50 мм) производства японской компании Toray Industries нарезали на отрезки длиной 30,5 мм, которые вертикально погрузили на 8 мм в 33%-ный раствор гидроксида натрия (едкого натра) при температуре 120°С; затем, когда кончики щетинок по центру пучка полностью растворились (спустя 90 минут), ПБТ-волокна вынули из раствора, после чего щетинки перевернули и погрузили в раствор другими концами (второе погружение) аналогичным образом, за исключением того, что глубина погружения щетинок составила 5 мм.
После погружения щетинок другими концами, когда диаметр кончиков щетинок по центру пучка составил 0,05 мм, процесс погружения остановили, щетинки промыли и высушили.
На одном конце полученных щетинок игольчатой формы диаметр кончика щетинок составил от 0,01 до 0,02 мм, а длина заостренной части - от 7 до 8 мм. На другом конце щетинок диаметр кончика составил от 0,04 до 0,05 мм, а длина заостренной части - от 4 до 5 мм.
Пример изготовления №2
Пример изготовления №2 проводили аналогично примеру изготовления №1, но при втором погружении, после того как диаметр кончиков щетинок по центру пучка составил 0,08 мм, процесс продолжали в течение одной минуты и затем процесс погружения остановили, после чего щетинки промыли и высушили.
На одном конце полученных щетинок игольчатой формы диаметр кончиков щетинок колебался в пределах от 0,01 до 0,02 мм, а на другом конце полученных щетинок игольчатой формы диаметр кончиков щетинок колебался в пределах от 0,03 до 0,08 мм.
Пример изготовления №3
Волокна из полибутилентерефталата (ПБТ) 020Т 0.200 W (собранные в пучок диаметром около 50 мм) производства японской компании Toray Industries нарезали на отрезки длиной 30,5 мм, которые вертикально погрузили на 8 мм в 33%-ный раствор гидроксида натрия при температуре 120°С и затем ПБТ-волокна вынули из раствора.
Полученные щетинки игольчатой формы, имеющие на одном конце диаметр кончика от 0,01 до 0,03 мм, смешали. В этом интервале значений диаметра кончика находилось 85% щетинок, а значения длины заостренной части составляли от 7 до 8 мм. На другом конце щетинок значения диаметра их кончика находились в интервале от 0,03 до 0,08 мм. В этом интервале значений диаметра кончика находилось 88% щетинок, а значения длины заостренной части составляли от 4 до 5 мм.
Сравнительный пример изготовления №1
Как описано в корейской патентной заявке №10-2003-0015480, после того как щетинки начали приобретать на кончике диаметр 0,08 мм, их оставили в растворе еще на одну минуту, а затем процесс погружения в реагент прекратили. Затем выполнили промывку и сушку щетинок. Таким образом пучок щетинок заострили на обоих концах, получив щетинки игольчатой формы с различными значениями диаметра кончика, находящимися в интервале от 0.01 до 0,08 мм.
Сравнительный пример изготовления №2
Сравнительный пример изготовления №2 проводили так же, как и сравнительный пример изготовления №1 за исключением того, что во время второго погружения глубина погружения щетинок составляла 7 мм.
Пример 1
Способность щетинок проникать в промежутки между зубами, а также эффективность чистки зубов оценили для зубных щеток со щетинками игольчатой формы, полученными в примерах изготовления №1 и №2 и в сравнительном примере изготовления №2, в котором в качестве более длинных щетинок использовались щетинки с диаметром кончика 0,03 мм или менее, а в качестве более коротких щетинок использовались щетинки с диаметром кончика 0,03 мм или более; зубных щеток со щетинками игольчатой формы, полученных в сравнительных примерах изготовления, где щетинки были посажены на головках зубных щеток с горизонтальным смещением их кончиков относительно друг друга, составлявшим 1,5 мм; и предлагаемой в продаже зубной щетки с обычными щетинками игольчатой формы* (зубная щетка со щетинками игольчатой формы, имеющими диаметр кончика 0,02 мм и длину заостренной части 6 мм, без смещения кончиков щетинок относительно друг друга). Результаты оценки приведены ниже в таблице 1.
Применялась следующая градация результатов оценки:
: Очень хорошо
○: Хорошо
Δ: Нормально
×: Неудовлетворительно
Таблица 1
Классификация
Проникающая способность
Эффективность чистки зубов
Пример изготовления №1
○
Пример изготовления №2
<img file="00000001.tif" he="5" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
○
пример изготовления №3
○
○
Сравнительный пример изготовления №1
Δ
○
Сравнительный пример изготовления №2
<img file="00000001.tif" he="5" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
Δ
Зубная щетка с обычными щетинками игольчатой формы
<img file="00000001.tif" he="5" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
×
* Под зубной щеткой с обычными щетинками игольчатой формы понимается зубная щетка, у которой щетинки игольчатой формы имеют диаметр кончика 0,02 мм и длину заостренной части 6 мм и посажены без смещения кончиков относительно друг друга.
Пример 2
Срок службы зубных щеток, использовавшихся в примере №1, оценили с помощью испытательной машины по моделированию чистки зубов для расчета степени расширения корневой части щетины**. Условия эксперимента по расчету срока службы зубной щетки приведены ниже, а результаты представлены в таблице 2.
Условия эксперимента
Вес: 20 г
Ход возвратно-поступательного движения щетки: 40 мм
Число циклов чистки: движения туда и обратно - десять тысяч раз
Число образцов щетки: 10 образцов для каждого класса
**Степень расширения корневой части щетины: (ширина корневой части щетины после чистки - ширина корневой части щетины до чистки) - ширина корневой части щетины до чистки × 100%
Таблица 2
Классификация
Степень расширения корневой части щетины
Пример изготовления №1
8,5%
Пример изготовления №2
8,2%
Пример изготовления №3
8,0%
Сравнительный пример изготовления №1
7,8%
Сравнительный пример изготовления №2
11,5%
Зубная щетка с обычными щетинками игольчатой формы
18,7%
Пример изготовления №4
Щетинки погрузили в раствор гидроксида натрия для получения щетинок игольчатой формы со значениями диаметра кончика, разбросанными в интервале от 0,03 до 0,08 мм, длиной заостренной части на одном конце, составлявшей 5 мм, и длиной заостренной части на другом конце, составлявшей 3 мм. Щетинки игольчатой формы были посажены в головку зубной щетки с горизонтальным смещением их кончиков относительно друг друга, составлявшим 1,5 мм, и были отшлифованы на шлифовальной машине с получением диаметра кончиков, составлявшего от 0,01 до 0,03 мм.
Физические свойства полученной зубной щетки были практически теми же, что и у зубной щетки, полученной в примере изготовления №2.