CN103945732A - 具有内腔的牙刷柄部 - Google Patents

Abstract

一种牙刷柄部包括末端、连接端、外表面、内腔和纵向轴线。所述内腔具有限定横截面积的表面。所述内腔具有沿着所述纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或沿着所述纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个；外表面限定外表面横截面积；壁由所述外腔表面和内腔表面形成。所述牙刷柄部包括单个一体组件。沿着所述纵向轴线在至少50％的牙刷柄部长度上，所述外表面横截面积和所述内腔表面横截面积之间的差值变化小于25％。

Description

具有内腔的牙刷柄部

技术领域

本发明涉及具有内腔的牙刷柄部。

背景技术

牙刷通常采用注塑方法制造。这样一种注塑方法特征在于提供呈牙刷形状的模具和通过热通道喷嘴将熔化塑料注射进模具中。牙刷接着被冷却并且从模具中被顶出。例如，美国专利申请公布号5,845,358说明了通过注塑制造的这样一种牙刷。常规注塑方法的局限性之一是，由于由所用的材料量增加造成的材料成本增加以及冷却时间延长的缘故，大直径的柄部并且特别是其中横截面积沿着牙刷的长轴增大和减小的横截面积上具有显著变化的大柄部不能以有效率的方式进行生产。常规注塑的第二种显著的局限性是，它需要多个步骤、多个注射喷嘴和多个腔体组来制造多组分牙刷。

具有增大的柄部直径的牙刷提供实质的优点，例如，它们可给儿童提供增大的抓持区域，提高儿童控制和使用牙刷的能力；同样，由于难以弯曲他们双手的关节的缘故，具有残疾诸如关节炎的人们有时在控制牙刷方面有困难。借助于具有增大的柄部直径的牙刷，此类困难得到显著减轻。另外，对于使用者而言，从人体工程学的观点来看，牙刷上柄部横截面较大更好。

在外表面上具有第二材料的高摩擦和/或低硬度区域的牙刷也在抓持方面提供实质的优点。低硬度材料诸如在肖氏硬度A标尺上测量的其硬度小于约90的那些材料通过在舒适抓持力的范围内变形而提供抓持性上的优点。所述变形有助于将刷一致地保持在手中合适的位置，并且也提供令人愉悦的触觉反馈。增加高摩擦抓持表面直接降低使用期间保持刷毛方向稳定所需的紧握力。然而，由于它们的强度低，完全由高摩擦、低硬度材料制成的牙刷不大可能表现出以常规抓持方式提供合适的力给牙刷所需的抗弯强度。在肖氏硬度A20-90硬度范围内的热塑性弹性体(TPE)是用来改善在牙刷和其它个人护理制品上抓持性的常用的第二、第三或后续材料。

当牙刷必须被快速移动同时也可为湿的或滑的时候，沿着牙刷的长度或长轴横截面积上的变化(包括较大和较小的横截面积在内)帮助使用者在使用期间抓持和控制牙刷。另外，当润湿时保持较高摩擦系数的材料(包括处在上述硬度范围内的热塑性弹性体在内)可有助于湿握情形。

力图克服与使用注塑来生产具有增大直径的牙刷柄部有关的困难，已经提出生产具有中空主体的牙刷柄部。例如，EP0668140和EP0721832公开了使用气助或气体辅助技术来制造具有中空的大横截面柄部的牙刷。在所公开的方法中，靠近牙刷柄部的基座注射熔化塑料，其中随后将热针插进熔化塑料中以将气体吹进熔化塑料中，所述熔化塑料接着朝向注射模具的壁膨胀。以一种相似的方式，美国专利公布号6,818,174B2提出，将预定量的熔化塑料注射进腔体中以仅部分地充满模腔并且随后通过在注射模具中形成的注气口注射气体以迫使熔化塑料与模腔的壁接触。采用附加空气注射的此类注塑方法形成基本上均匀的壁厚的中空柄部主体具有实质困难，并且同样，以最小的材料重量优化柄部以便人体工学功能最大的可能性和生产效率受到限制。此类注塑方法的另外的缺点是产生用于气体的通气孔。EP0668140通过使用活动注射销来形成密封的部件为这个问题提供了一种可能的解决方法，然而，这种密封在二次注料中产生的注塑压力下的完整性对于加工条件高度敏感，并且不能够导致密封可靠的部件。通气孔在熔化塑料和高压气体的界面处(并且不是由模具钢)形成并因此不能被可预见地制造或者具有高精度。采用气体辅助注塑制造的中空柄部牙刷的又一个缺点涉及通过注塑或重叠注塑将第二、第三或后续材料施用或安装到牙刷，其中在密封必需的气孔的过程中，重叠注塑的材料可大量地侵入在第一气体注射步骤中产生的中空空隙中，因为除了摩擦和空隙内的近大气压力之外，没什么东西能使它停止。EP0721832详细地示出了这种效应。尽管这仍可导致美容上可接受的部件，它禁止使用注料量限制装置诸如阀门浇口并且可大幅度增加部件的成本。气体辅助注塑基本上不降低注射压力或形成塑料制品所需的熔化能，并且大多数现有技术气体辅助注塑要求空隙体积仅为部件总体积的10-50％，并且通常为部件总体积的10-25％。

生产具有增大横截面的牙刷柄部诸如电动牙刷柄部的一种常规方法是，采用注塑分别制造离散的柄部部件，然后将这些部件在单独的非注塑步骤中或者在后续的注塑步骤中组装，或者最常用的是两种方法的某些组合，从而来自第一步骤或其它步骤的离散部件首先被插进注射模具中并且围绕着它们注射一种或多种附加材料，由多个部件形成中空主体。这种制造方法仍然具有以下缺点：需要塑料完全熔化、高压力和与注塑有关的相关设备，并且此外可具有与柄部的离散模塑件的模内和模外组装相关联的附加劳动力成本。采用注塑来生产多个离散的部件也具有以下缺点：即每个部件必须不包括任何实质底切(在模塑后由其形成注塑件凹面的型芯不能从所述部件中抽出)；此外，型芯通常必须包括一些机构来冷却或除去热量，通常具体体现为冷却水强制通过其的内部通道，并且对于可具有小于10mm的直径和超过150mm长度的大多数手动牙刷将因此难以或不可能造成内部几何形状。在离散部件中没有底切与制造无底切柄部部件所需型芯的长度和直径相组合连同希望在牙刷柄部上多个区域横截面积上的变化将因此要求任何分开组装的柄部具有多个配合表面，其优选地将要求甚至在持久和反复使用情况下密封以保持对水分和碎屑的阻隔。

将触感柔软的材料安装到中空的模塑制品可通过其它方法诸如焊接、胶粘来制造，或者利用触感柔软的材料自身的柔韧性夹紧预模塑到主要制品中的底切。然而，这些方法全都具有粘附性持久方面的缺点，特别是对于由诸如聚丙烯之类的材料制成的用于低活性表面的热塑性塑料。由多种组分制成的耐用品(它们必须被用于不可预知的情况和环境诸如消费者的浴室中)必然一定被构造成比例如一次性制品或包装更加坚固。

电动牙刷尤其易受组装问题的影响，因为它们必须是中空的以便容纳电池、电机和相关的电气连接和驱动组件，它们必须都按某一精度被放置在内部。为避免将塑料部件焊接到一起和密封外部壳体的多个组装步骤的问题和费用，已经提出对于电动牙刷吹塑柄部。在吹塑电动牙刷的组装过程中，有必要让柄部的吹塑部分在至少一个末端敞开以容纳电机、电池和驱动系统组件。在这个过程中，吹塑柄部的至少一个开口的最小直径必须超过将被插入的每一个组件的最小线性尺寸。这样一个大开口在非电动式柄部中将是一个缺点，其不需要容纳内部组件入口，并且将需要非常大的第二部件或顶盖以防止常规使用的水、牙膏、唾液和其它碎屑的侵入和聚集。这样一个过大的开口如果定位在头部附近将实质上与牙刷的人体工学用途冲突。对腔体内表面上几何形状的附加约束，例如定位电机、外壳、电池等，它们必须被精确地定位在里面，因为被刚性地固定将也对整个吹塑方法不利，因为吹塑部件的内腔的大部分表面不能由模具表面中的钢或其它模具材料直接限定，并且相反由柄部的外表面上的钢或其它模具材料连同型坯的壁厚、吹塑压力和最终部件与初始型坯或预成型件厚度的拉伸比间接地限定。这些工艺变量的此类约束将必然限制生产效率。

为通过标准按钮或机械开关调节电气组件的启动，吹塑的电动牙刷柄部的至少一些部分应当被制得足够薄以在手指或手握挤的压力下大幅挠曲。这样一种薄壁结构或膜壁结构必然需要一些加强机构以确保使用下的耐久性和刚度。如WO2004/077996中所述的一种内部框架或顶盖可被用来在电动牙刷中提供这种所需的加强机构，但对不需要附加组件来合适运行的手动牙刷来说，在额外费用、复杂性和附加的承载部件方面将是一个缺点。此外，由于电动牙刷的电机、电源和驱动轴的线性性质的缘故，内部腔体的横截面积没有变化或具有很小的变化；使得内腔壁提供机械支撑给内部组件以减少或消除不想要的移动或移位。

由吹塑或注塑制成的电动牙刷柄部在任一端通常加工有开口：在远端，通常具有适应通过驱动机构将动力机械转移到牙刷头部的开口，并且在近端，通常具有适应制造期间组件插入并且也可能适应使用者插入或移除电池的开口。这样一个第二开口对于手动牙刷将是不需要的，并且将造成需要额外密封和机械紧固件的缺点。在一些吹塑方法中，在模塑件的远端和近端处形成开口对于所述方法是固有的，并且将有益于形成双开口端柄部，但对于手动牙刷柄部将不是必需的。

与横截面或尺寸的变化无关，使牙刷柄部整个重量较轻具有几个优点。较轻的柄部可在刷洗期间提供从牙齿通过刷毛传递至头部至柄部至手部的力的更多触觉反馈。较轻的牙刷柄部从制造中心批量运送至它们被使用者购买的零售中心也将具有更大的效率。为减轻重量同时保持刚度，一些牙刷柄部由竹子或轻木制成，然而这些材料具有缺点，因为它们不容易成形成可被舒适地抓持的复杂三维形状。此外，这些材料是各向异性的，意味着它们具有随着外加载荷的方向而改变的弹性模量和屈服强度或强度极限。碳纤维复合材料和玻璃填充注塑塑料是可被用来制造较轻的和较强劲的牙刷的各向异性材料的其它一般例子。由这些材料制成的制品因此必须这样成形，使它们的最强的轴线或“纹理”与制品的长轴基本上对齐，以便在为使用所共有的弯曲力期间抵抗断裂。碳纤维和玻璃填充热塑性复合材料也趋于以脆性方式失效，具有较小的韧性。这种类型的失效在被放入嘴中的装置中是不可取的。此外，这些材料本质上不包含产生轻重量、抗弯强度和柔软触感、高摩擦抓持性所需的所有性能。这在成形或机加工之前材料制备过程中造成额外的必需步骤。对于木材，纹理的这种对齐也可呈现具体的缺点，通常因为在刷洗期间材料分裂的存在最可能发生在与用手施加的典型力对齐的方向上。

为制造较轻而不依赖各向异性材料诸如木材的牙刷柄部，制品可通过使用非均质的但各向同性的材料诸如泡沫塑料而制得较轻。泡沫塑料呈现优点，因为它们可提供比实心塑料高的强度与重量比率而不用考虑材料取向。然而，泡沫塑料可能带来的总体重量减轻可为有限的，因为造成重量减轻的塑料里面的气泡也造成应力集中，其将严重地降低抗拉强度并且也将严重地降低断裂前的韧性。尽管泡沫塑料可提供实质的压缩强度(并且被恰好用于这种目的的应用诸如其中材料重量连同抗压碎性是关键问题的包装材料中)，承受拉力上的弱化严重影响抗弯强度并且妨碍均匀发泡的塑料充当在正常使用期间受弯时必须保持强度、刚度和韧性的制品中的承载元件。

使用挤出吹塑来制造单一组分或单一材料的轻质手持制品诸如儿童玩具、诸如中空的塑料蝙蝠、高尔夫球杆或得益于重量较轻的任何大的塑料制品为本领域的技术人员所熟悉。尽管这些制品可在受弯时即刚稳又强劲，它们一般也包括将限制它们通用于半耐用的I类医疗器械诸如牙刷中的缺点。第一，此类制品沿着分型线或者在其中型坯在横截面积上比吹制它的腔体大的任何位置中通常包含显著的毛边。在这些位置中，型坯在腔体内部折叠或者在腔体分型线处被夹断，并且形成了实质性的毛边。第二，大多数制品包含呈孔洞形式的一些明显的吹塑痕迹，它们可被精确地或不精确地成形。这样一种痕迹在必须禁止污染物进入中空内部的裂口或入口的I类医疗器械中将被当做是显著缺陷，所述污染物可能实际上未流出。第三，这些制品的相对尺寸与这些缺陷的尺寸相比很大，并且制品的总体功能未受到这些缺陷的严重影响。在许多情况下，相对于极小的缺陷，制品本身的尺寸使得制造过程较为容易。挤出吹塑在手动牙刷柄部所共有的尺寸范围中的制品、包装或瓶子没有挑战性-如果塑料壁厚可与总体横截面按比例减小。此类制品以小的、通常可压缩的管或瓶的形式存在，它们实际上受益于具有很薄的可变形壁，其能够分配内部内容物，但也使它们不能用作牙刷或显然较差。

用于单一组分半耐用消费品诸如羽毛掸帚和胶带座的挤出吹塑和注射吹塑的柄部也是已知的，但这些制品又将不满足半耐用的I类医疗器械的标准，具体地在密封必需的吹气孔防止水或其它污染物侵入方面，以及在挤出吹塑的情况下，在制品上将直接接触嘴部或进入嘴部的区域中毛边的外观方面。这些制品也可为脆性的，并且当施加外力过猛时，可突然破裂或折断并且没有延展性，产生锐边，使它们不能用于口腔。

多组分吹塑的包装诸如水瓶对于本领域的技术人员是已知的。在这些实施例中，通过使用模内贴标技术，从而在引入并吹制挤出塑料的半熔化型坯之前将以前注塑的纹理化标签置于模腔中，光滑的吹塑瓶具有能触知的高摩擦表面。尽管这些制品的确提供大抓持表面的优点，所述大抓持表面通过增加高摩擦纹理化表面而得到改善，它们就其本性而言是为液体存储和分配而设计的可高度变形的或可压缩的包装，并且用作牙刷很差。

也已经提出通过吹塑制造手动牙刷，并且实际上它不应当显示出是对按牙刷或牙刷柄部的一般形状和尺寸挤出吹塑、注射吹塑乃至注射-拉伸吹塑这样一种制品的挑战，然而在现有技术中不存在解决下列问题的公开内容：抗弯强度、弯曲刚度、总体刚度、减轻毛边或其它锐利缺陷、横截面积和底切上的变化和堵塞或密封气孔痕迹。吹塑的牙刷或牙刷柄部中这些缺陷中的任何一种将严重地影响制品的实用性，并且同样地，需要改进以使中空制品能够通过均匀的壁厚最大化地节省材料，所述中空制品受弯时强度和刚性适宜而不会在使用时破裂并且不泄漏或者呈现不舒服的缺陷给使用者。

鉴于现有技术的这些缺点，本发明的一个目标是，提供避免现有技术缺点的具有内腔的改进牙刷或牙刷柄部。

发明内容

本发明提供了一种牙刷，所述牙刷包括末端、连接端、外表面、内腔和纵向轴线；所述内腔具有限定横截面积的表面；其中所述内腔具有沿着牙刷的纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或沿着牙刷的纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个；所述外表面限定外表面横截面积；由所述外腔表面和内腔表面形成的壁；并且所述牙刷柄部包括单个一体组件，其中沿着纵向轴线在至少50％的牙刷柄部长度上，所述外表面横截面积和所述内腔表面横截面积之间的差值变化小于25％。

本发明提供了一种牙刷柄部，所述牙刷柄部包括末端、连接端、外表面、内腔和纵向轴线；所述内腔具有限定横截面积的表面；其中所述内腔具有沿着牙刷的纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或沿着牙刷的纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个；所述外表面限定外表面横截面积；由所述外腔表面和内腔表面形成的壁；并且所述牙刷柄部包括单个一体组件；并且其中所述牙刷柄部包括两个或更多个材料层。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图1A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线1A的图1的剖面图。

图1B是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线1B的图1的剖面图。

图2是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图3是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图4是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图5是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图6是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图6A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线6A的图6的剖面图。

图7是根据本发明的一个实施例的牙刷的透视图。

图7A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线7A的图7的剖面图。

图8是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图8A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线8A的图8的剖面图。

图9是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图9A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线9A的图9的剖面图。

图10是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图10A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线10A的图10的剖面图。

图11是根据本发明的一个实施例的牙刷柄部的透视图。

图11A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线11A的图11的剖面图。

图12是一种分析方法的概略表示。

图13是一种分析方法的概略表示。

图14是示出弯曲挠度对比重的图解。

具体实施方式

本发明涉及具有内腔的个人护理制品诸如一体的单组件牙刷柄部，所述牙刷柄部在内腔或外表面中的任一个或两个上可具有不同的颜色、形式和表面装饰。牙刷柄部可在单个模塑步骤中进行制造。内腔沿着牙刷的长度在横截面积方面有变化，其中与开孔或闭孔泡沫材料相比，内腔是基本上敞开的。牙刷柄部是一体件，但可包括分开的非结构元件诸如标签、抓持结构等。在某些实施例中，内腔是密封的，没有通向牙刷柄部外表面的开口。在某些实施例中，一体的牙刷柄部由不同材料的不同区域构成，作为制造过程的一部分，它们彼此被实质地或化学地结合。

个人护理制品是用来存储、分配、施用或递送有益效果给消费者的个人健康、美容、修饰或其它身体或人体生物系统护理、保养、增强或改善的物品。个人护理制品的例子包括但不限于牙刷、牙刷柄部、剃刀、剃刀柄部、拖把柄部、真空吸尘器柄部、化妆或美容护理品施用装置、女性卫生施用装置、毛发护理施用装置、毛发着色施用装置或毛发护理制品。

图1显示具有末端12和连接端14的个人护理制品牙刷柄部10的一个实施例。牙刷柄部10可被一体地成形成单件并且包括内腔30和外表面50，其中所述柄部外表面50在横截面积(OS_CA)上变化，所述横截面积是沿着柄部10纵向轴线L由外表面50所限定的横截面的总面积–如图1A所示；在该实施例中，柄部10具有基本上沙漏形形状。内腔30具有内腔表面32，其中所述内腔表面32沿着柄部纵向轴线L在横截面积(IC_CA)上变化。如图1所示，在某些实施例中，柄部10的内腔30具有一个或多个较大横截面积IC_CAG，其沿着柄部10的纵向轴线L邻接比较大横截面积IC_CAG小的较小横截面积IC_CAL1、IC_CAL2以形成轮廓。柄部10内腔30也可具有较小横截面积IC_CAL，其沿着柄部10的纵向轴线L邻接比较小横截面积IC_CAL大的较大横截面积IC_CAG1、IC_CAG1以形成轮廓。此外，如图1、1A和1B所示，在某些实施例中，沿着柄部10的纵向轴线L，内腔表面32横截面积的平方根变化与外表面50横截面积的平方根上的变化成比例，除了靠近其中内腔30被密封的牙刷柄部的末端12和连接端14的区域以外。在某些实施例中，沿着柄部10的纵向轴线L，内腔表面横截面积的平方根与外表面横截面积的平方根上的变化成小于5％的比例变化，除了靠近牙刷柄部的末端和连接端的区域以外。在某些实施例中，牙刷柄部壁的厚度、牙刷柄部外表面和内腔表面之间的距离与外表面横截面积的平方根成反比变化。在某些实施例中，其中沿着纵向轴线在至少50％、70％、80％、90％的牙刷柄部长度上，所述外表面横截面积(OS_CA)和所述内腔表面横截面积(IC_CA)之间的差值变化小于约25％、20％、15％、10％、5％。例如，在这些实施例中，牙刷柄部具有较大外表面横截面积的区域将具有较薄的壁(与具有较小外表面横截面积的区域相比)，因为在挤出吹塑过程期间材料已经被大幅度拉伸。

在某些实施例中，如图2和3所示，柄部110可连同分开的颈部150和头部160一起为牙刷100的一部分。柄部110包括纵向轴线(L)、末端112、连接端114、如前所述的外表面116和内腔118。

此外，可成形柄部110以包括连接器120以接合颈部150中互补的连接器152来形成牙刷100。连接器120、152可被成形以允许柄部110和颈部150之间以本领域技术人员已知的任何方式可释放的或永久的连接。例如，连接器120、152可具有连接结构诸如螺纹，使得这样两个连接器120、152可彼此用螺纹拧紧。作为另外一种选择或除此之外，连接器120、152之一可具有与相对的连接器120、152的母接头中配对的底切相对应的连接结构诸如凸起、肋或钩以利用按扣配合附接两个部分。也可采用卡口式配合，因为摩擦或过盈配合或其它常用塑料配件对于本领域技术人员是熟知的。此外，除了连接器以外或代替连接器，可采用连接部件来连接柄部和颈部，诸如粘合剂、熔化、超声焊接或摩擦焊接。

中空柄部中的连接器具有连接结构，所述连接结构提供优于采用注塑所制造的(通常是实心的)连接器的优点。首先，如果连接结构由常见的热塑性塑料制成，连接结构诸如公插入结构当制成中空的时候在直径上可比制成实心的时候物理地大。例如，当连接结构在注塑中被制得较大时，部件在模具中冷却的时间与直径的平方大致成比例增加，并且保持一致几何形状的能力变得更加困难。此外，如果内腔延伸到连接器中，则内腔表面可具有连接结构诸如螺纹或摩擦配件，允许诸如在颈部中的互补连接器被插进连接器中。超过几毫米厚的注塑件也有缩痕的倾向，所述缩痕是热塑性塑料件的基于凝固的收缩的表现。缩痕难以控制并且就其本身而论在其中要求精密几何形状的任何位置均是不可取的，例如，在按扣配合或螺纹配合连接区域中，或者在将依赖过盈配合造成防水密封的任何区域中。中空连接结构在注塑中和甚至在注塑的牙刷柄部中是可能的，但一般来讲，这些结构必须从末端而形成或挖出，并且不能在连接端处制成中空的并且由单个孔口底切。注塑件在连接端处中空将必须在连接点处具有它们最大的内径，并且因此在几何形状上受到严重限制。

如图2所示，头部160支撑多个清洁元件诸如刷毛或刷毛簇162。刷毛或刷毛簇可包含尼龙、PBT和TPE。除了刷毛或刷毛簇之外，本发明中的牙刷头部可包括可被插进口腔中的任何适合的清洁元件。一些适合的清洁元件包括弹性体按摩元件、弹性体清洁元件、按摩元件、刮舌器、软组织清洁器、硬表面清洁器、它们的组合等。头部可包括多种的清洁元件，并且通过连接结构在连接端被附接到柄部。例如，头部可包括刷毛、研磨弹性体元件、特定取向或排列的弹性体元件，例如枢转翅片、洁牙杯等。弹性体清洁元件和/或按摩元件的一些合适的例子描述于美国专利申请公布2007/0251040；2004/0154112；2006/0272112；以及美国专利公开6,553,604；6,151,745中。清洁元件可为渐缩的、有凹口的、卷曲的、带凹坑的等。这些清洁元件和/或按摩元件的一些合适的例子描述于美国专利公开6,151,745；6,058,541；5,268,005；5,313,909；4,802,255；6,018,840；5,836,769；5,722,106；6,475,553；以及美国专利申请公布2006/0080794中。此外，可以任何合适的方式或图案将清洁元件布置在牙刷头部上。

在某些实施例中，如图4所示，牙刷200可包括连接到头部214的柄部210和颈部212；或者在某些其它实施例中，牙刷230可包括分开的柄部232、颈部234和头部236–分开的部件可采用以上列出的连接方法中的一种或多种进行连接。

在本发明的某些实施例中，牙刷柄部可由例如多层材料制成以形成不同的触觉表面。其中各层材料可存在于牙刷柄部外表面之上或之中。一般来讲，在两层实施例中，内层或基底层由第一材料(其为主要承载材料)制成并且通常厚于后续的外层；并且外层可由较柔软的材料(其可与润湿的或干燥的皮肤具有较高的摩擦系数)或者其它改善的触觉结构制成。

在多层个人牙刷柄部300的某些实施例中，如图6和6A所示，各材料层可为完全同心的，其中内材料层320的全部或几乎全部外表面332整体地邻近外材料层330的整个或几乎整个内表面331放置。在某些实施例中，如图7和7A所示，各材料层可围绕牙刷柄部400外表面420的周边径向地改变，例如，产生沿着牙刷柄部的纵向轴线延伸的一条或多条第二材料层430，所述第二材料层可具有与第一材料层410不同的颜色、硬度、硬度计或它们的任何组合。在某些实施例中，如图8和8A所示，柄部500上的材料层可在径向和轴向两者上变化，其中一个或多个材料层可表现为沿着柄部500的纵向轴线(L)延伸的一条或多条530。所述一条或多条530覆盖包括并形成内腔510的内材料层520。在某些实施例中，与也存在于牙刷柄部外表面之上或之中的第一材料层相比，存在于牙刷柄部的外表面之上或之中的外部的第二材料层可为少的并且占牙刷柄部外表面周长的不到50％、40％、30％、20％、20％或5％。在另一个实施例中，由较柔软的或较高摩擦材料制成的触觉层可占牙刷柄部外表面周长的50％或更多。

在多层牙刷柄部的某些实施例中，材料层厚度可沿着牙刷柄部纵向轴线、圆周或二者变化。在挤出吹塑的情况下，这可通过在单一部件挤出的过程中改变相对的挤出压力和/或挤出孔上游的两种或更多种材料的流量而实现。如图9和9A所示，第一材料层620和第二材料层630的厚度可沿着牙刷柄部600的纵向轴线(L)变化。在牙刷柄部700的某些实施例中，如图10和10A所示，第二材料层730透过完全或基本上环绕所述第二材料层730的第一材料层720是可部分地或基本上可见的。例如，第一材料层可为完全或部分透明的或半透明的。第一材料层720可围绕牙刷柄部700的圆周在厚度上变化，使得与其它部分相比沿着牙刷柄部700的部分第二材料层730更接近于外表面710。如果第二材料层730与第一材料层720明显不同，例如颜色、材料或纹理不同，则所述差异在其中第二材料层730更接近于外表面710的牙刷柄部700的部分中将更加显著。例如，如果第二材料层是着色的以及第一材料层是半透明的，则第二材料层的颜色在牙刷柄部更接近于外表面的那部分中将更加显著或者更加鲜艳。

具有多达七层的挤出吹塑的制品对于本领域的技术人员是已知的，并且由于热量或光的特定或一般波长(包括红外线、可见光和紫外线在内)的缘故，此类层可起到蒸汽阻隔、水阻隔、气体阻隔、香味阻隔、化学阻隔、再生内容物、低成本材料内容物(即，填充物)、或较高成本材料内容物的用途以包括经济的颜色、透明度、半透明度或反应。

多层挤出吹塑的牙刷柄部在靠近连接端的区域中包括较柔软元件(例如肖氏硬度A介于10和80之间)作为其最外层也可具有以下优点：与较硬的材料诸如聚丙烯或大多数其它工程塑料相对，较柔软的材料可提供对可附接的头部或颈部的一些附加密封。

为提供触觉抓持件，在通过模内贴标制造的多层牙刷柄部的某些实施例中，高摩擦或低硬度柔性材料的挤出板可首先被模切成预定形状以成形标签或试样，或者此类标签可通过注塑、热成形或另一个模塑步骤被制作有三维纹理。不同触觉抓持区域之间的过渡可为明显的、突然的和精确的。对于标签而言，很精细的设计和形状是可能的。图11和11A示出了牙刷柄部800的一个实施例，其中标签830被实质地结合到内层820。

标签可被制得薄到足以变形，使得标签紧密地遵循牙刷柄部的三维形状。当聚丙烯部件壁厚是1-3mm时，由处于肖氏硬度A30-50范围内的聚丙烯基TPE制成的标签厚度可在0.25mm以下以确保充分地形成柄部的外表面。在某些实施例中，标签可被预先纹理化。

所述纹理可具有宏结构、微结构或二者。定义宏结构包括长度尺度上大于0.1mm的纹理或结构诸如可触知的肋、浮凸、凹坑或突出；并且定义微结构包括长度尺度上小于0.05mm的纹理或结构诸如喷砂材质、亚光材质、夹纹或分型线。在某些实施例中，多层牙刷柄部可包括形成牙刷柄部大部分的主要组分和形成牙刷柄部少部分的第二组分，其中当正交于所述层的内表面或外表面测量时所述第二组分可不到0.4mm厚，并且在面积上大于1cm²。在某些实施例中，第二组分是具有比第一组分高的摩擦系数和低的硬度的材料，并且当正交于包含第二材料的所述层的内表面或外表面测量时，具有基本上全都不到0.2mm的厚度，以及具有大于10cm²的总暴露表面积。

可由其制成中空的牙刷柄部的材料应当具有下列特性中的一种或多种：(1)抗弯强度或抗弯能力和轴向负荷，(2)韧性，其是脆性的反义词，(3)I类医疗器械要求，(4)与各种各样牙膏和其中的活性化学成分的化学相容性，(5)与通常被附接到牙刷的其它组件诸如贴标、油墨、标签、抓持元件、头部或颈部元件等的化学相容性，和(6)通过挤出吹塑、注射吹塑或注射拉伸吹塑加工到最终几何形状的能力。具有以上一种或多种特性的材料的例子包括包括聚丙烯；尼龙(聚酰胺)；聚对苯二甲酸乙二酯；低密度和高密度聚乙烯；聚酯；聚氯乙烯；和工程塑料诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯[ABS]、聚苯醚、聚氧二甲苯。如果采用吹塑方法，则采用熔流指数介于0.3和3.0g/10min之间的这些材料的任何子类或其它热塑性塑料包括吹塑级热塑性塑料在内是优选的。热塑性塑料以外有很少材料可满足所有要求，然而，吹塑的金属物体是已知的，并且可采用吹塑技术将一些锌合金成形成中空形状。

对于由多种材料制成的牙刷，在某些实施例中，至少一种材料可来自以上刚刚指定的清单，并且第二材料由同一清单或者由按某种比例包含以上清单中材料的任何热塑性弹性体(TPE)组成以允许热活化粘附和改善的抓持性、挠度和与皮肤的摩擦系数。

对于具有内腔的牙刷柄部诸如由挤出吹塑制成的那些牙刷柄部而言，用牙刷头部或颈部覆盖流体吹孔或孔痕迹以允许密封并防止水或污染物进入是有利的。此外，对于由挤出吹塑制成的牙刷柄部而言，希望不仅覆盖吹孔，而且在吹制前挤出型坯外直径可大于局部模腔直径之处也去除或减少在腔体闭合期间自然出现的任何毛边、折皱或折叠缺陷。这些缺陷也可出现在针吹实施例中，或者出现在校准的颈部实施例中，或者出现在既不使用针也不使用金属吹塑喷嘴来成形吹制件内表面的实施例中。

在某些实施例中，具有内腔的牙刷柄部的重心可比具有常规形状实心刷的正常可能的几何中心更接近头部，其在刷洗期间提供改善的灵巧性和工效，或者重心(可例如通过在柄部的中空部分里面放置永久安装的平衡块)比可能具有实心均质刷的牙刷更远离头部放置，其可提供例如从牙齿传递至头部至柄部的力的改善的触觉响应。此类重心的处理在刷洗或储存期间提供处理上的附加有益效果，而不危害在柄部的外面呈现的设计元素诸如形状、材料或颜色。此外，在某些实施例中，具有内腔的牙刷柄部可具有约0.60g/cm³以下的比重，或者在塑料中具有0.20g/cm³以下的比重或者在金属中具有0.10g/cm³以下的比重，同时甚至在繁重刷洗期间也保持足以抵抗弯曲的模量或强度而不涉及到任何原材料或承载元件的对齐或具体排列(与具有纹理的材料诸如木材或碳纤维形成对比)，其难以在是基本上实心的并且由常见的各向同性均质材料诸如塑料或金属制成的牙刷柄部中实现。

具有内腔的本发明的牙刷可帮助降低刷洗期间被施加到牙刷上的过大的力量，诸如当采用典型的实心手动牙刷或电动牙刷时。用标准的植簇手动牙刷按大于大约5.0N的力持续反复刷洗可导致齿龈组织随时间的损失是本领域技术人员已知的。例如，存在具有集成的反馈系统的电动牙刷在使用期间在这个力被超过时警告使用者。这样可以假定，很大部分的牙刷使用者通过牙刷头部施加至多5.0N的力。如图12所示，可建立由实心的均质各向同性材料制成的均匀矩形横截面的示例性牙刷在抓持状态的模型。在使用过程弯曲期间这种抓持牙刷头部的挠曲可由用来计算处于如图13所示的三点弯曲状态的扁条材料的弯曲模量的公式粗略估算，并且如ASTMD790所公开的那样。

当正交于纵向轴线施加负荷时，用来形成具有内腔的牙刷柄部(中空牙刷)的材料应当提供抗弯能力或刚度。不满足这个标准的牙刷柄部材料在正常使用期间严重地弯曲，并且导致负感体验或者递送不足以适当地清洁牙齿的力。在一个实施例中，为评价用于牙刷柄部构造的尽可能轻质的候选材料，我们在这里将柄部的抗弯强度与其总体比重的比率定义为在图13所描述的具体负荷情况下的测量挠度。

图14中的图表显示，这个比率适用于简单矩形梁形状近似于由各向同性均质材料制成的实心柄部；由复合材料或非均质、非各向同性材料制成的柄部；和由其他各向同性均质材料制成的中空柄部。图表中的结果从用于图13装置的弯曲的解析公式或者从以解析形式不可解的材料诸如各向异性材料的有限元分析中预测的弯曲来获得。从这个图表中很显然，由各向同性均质材料制成的实心柄部不能获得可由设计的各向同性均质中空柄部获得的抗弯强度与重量比。

并非所有的中空制品均具有足够的抗弯强度来承受正交于长轴受弯所施加的5N的力，所述力在拇指支点和刷头之间以典型距离施加到牙刷。当然并非所有吹塑的制品在任何负载情况下都可承受此类力：很多吹塑的包装诸如水瓶必须在堆放在货盘中之前被充满，因为它们的壁非常薄以至于它们将甚至在它们顶上几个空瓶的重量之下显著地受压变形。有可能通过使用通常较弱的材料或是通过制造极薄的壁以相似的方式制造牙刷和牙刷柄部使得它们将显得强劲，可能由于使用了不透明材料或其它装饰物的缘故。由这些柄部支撑的牙刷在重力或轻微力下将不坍塌，并且在包装中或在非使用展示时可显得强劲，但实际上将是令人讨厌的或不可能根据需要来使用，或者递送足够的刷洗力来保持口腔健康。一般来讲，在其上安装了刷毛的表面上正交于头部施加的5.0N外力下变形超过40mm的牙刷或牙刷柄部在使用时将是不合意的。在某些实施例中，本发明的牙刷柄部在其上安装了刷毛的表面上在正交于头部施加的5.0N外力下变形不超过约40mm。在某些实施例中，本发明的牙刷柄部在其上安装了刷毛的表面上在正交于头部施加的5.0N外力下变形不超过约20mm。在如ASTM D790所定义的负载下弯曲的样本在负载约25％的点处挠曲应当与用于在图12所示的负载点处挠曲所弯曲和测量的样本一样多，这样在5.0N外加负载下挠曲超过10mm的按ASTM D790弯曲的样本将被认为太弱。在某些实施例中，在5.0N外加负荷下挠曲超过5mm的样本将被认为太弱。

各向同性的非均质材料从这个图表中表现出是用于轻质柄部的候选材料，然而，由于气泡而产生的应力集中的缘故，这些材料本质上是脆的，所述气泡是发泡工艺的结果。如上所述的图表仅显示承受载荷时预测的或理论的挠曲并且未考虑材料的强度极限。在远低于典型刷洗期间所用的那些负荷的负荷下受弯时，由所示泡沫制成的牙刷处于张力下将在表面断裂。

一般来讲，具有基本均匀壁厚的中空牙刷柄部通过将所述材料有选择地放置在最外直径处或者距弯曲轴最远的位置使用最少的材料提供期望的抗弯能力，在此处它可用最小的必需强度承受最大的弯曲力矩。与如果柄部是由实心材料制成或者把材料主要放置在中性轴上相比，这种有选择地放置材料自然地降低由弯曲力矩引起的施加到材料元素上的轴向力，并且导致较小的应变每种材质每单位施加的法向力或弯曲力矩。工字梁是距中性轴尽可能远地有选择性地放置材料的一个常用例子，然而，当围绕不同轴线弯曲时，工字梁抗弯曲完全不同。横截面是基本圆形的、甚至近似圆形的中空部件诸如中空牙刷将在围绕多个轴线受弯时提供足够的强度，其是个人护理制品诸如手持式的牙刷所需要的，所述牙刷是手持的并且有规律地用于很多不同的方向并且必须承受关于几乎任何弯曲轴的负荷。

然而，并非所有的中空牙刷设计都将提供足够的抗弯能力，如以上在挠度对比重比率中所定义的那样。当然，制造具有很薄的柔性壁的挤出吹塑的牙刷比制造其壁足够厚以提供足够的抗弯能力的牙刷更容易。对于所有的挤出吹塑制品而言，在可被生产而不在制品的外表面上造成明显的折叠或溢料线的壁厚上具有上限。这个上限取决于制品将要被给予中空的那部分的最小外周长、吹塑之前挤出材料的初始厚度和吹塑部分的初始周长与吹塑部分的最终周长的比率。随着初始材料的壁厚增大，其较大部分被捕获在旨在配合的模具表面之间，因此，围绕模塑制品的全部或一部分形成平直部分，通常称作毛边。具有甚至少量毛边的中空牙刷柄部使用起来将是令人不快的，尤其是当它越小时，毛边摸起来变得或感到越尖锐。

材料的弹性和强度也在抗弯能力方面起主因的作用：例如，当以相同的几何形状和壁厚用LDPE或聚丙烯模塑时，刚性足够并且由相对强劲的材料诸如PET-G制成的吹塑牙刷可被认为用起来太弱。当模塑到相同的几何形状和壁厚时，甚至在LDPE和聚丙烯之间，聚丙烯牙刷可比LDPE牙刷强劲得多以致显而易见地被使用者认为更硬。

提供足够的抗弯强度所需的壁厚将随着材料弹性模量以及随着那段壁距牙刷轴向中心线的距离而改变。大致上，具有较大直径的中空牙刷将需要较小的壁厚以保持相同的抗弯强度，然而，随着壁厚减小，由屈曲或挤压造成灾难性弯曲的可能性成为可能，所以在壁厚上也存在下限，甚至在非常大的横截面或直径处。我们可将牙刷的近似平均壁厚定义为塑料所占据的体积除以中空柄部的内外表面积的平均值。在某些实施例中，平均壁厚可介于0.3mm和5.0mm之间或介于1.0mm和3.0mm之间。在某些实施例中，对于具有两个或更多个层的那些实施例而言，牙刷柄部壁的厚度和各个层的厚度沿着牙刷柄部纵向轴线变化小于约20％、10％或5％。

在本发明的某些实施例中，长度介于60mm和180mm之间并且具有介于7.0g和12.0g之间的重量、材料基本上围绕中空部分的壁均匀分布的聚丙烯牙刷具有小于0.5g/cm³的总体比重。

除了抗弯强度、刚度和便于制造之外，中空牙刷柄部具有利用未占用的内部容积来封罩一些有用的或装饰性元件的优点。此类元件可包括为组装的中空刷所共有的元件诸如主要电子系统、机电系统、主要机械系统和装饰元件。

电子元件诸如电池、定时器、警报器、转换器、加速计、灯、扬声器、放大器、电阻器、电容器、电感器、晶体管、电路、电路板、印刷型电子器件、电子墨水和基板、焊料、电线和相似的组件可被预先组装成功能或部分功能系统并且安装到中空牙刷柄部的空隙区域中。此类系统具体地可利用柄部中的底切，例如借助于抵靠或靠近底切的布置或位置来提供运动上的限制。此类系统也可利用多层系统中的内层来提供合并到系统的元件或牙刷腔体外面的元件之间的电气绝缘或导电性或半导电性。这样的一个例子将是通过放置或激活定位在柄部里面的线圈从外电场得到能量的感应充电系统。这是在不使用时电动牙刷通过其进行再充电的常用方法。这些系统和元件的具体实施例包括但不限于：在刷洗牙齿期间提供反馈给使用者的定时器、在刷洗期间阻止用力过度的力传感器、当牙刷的预期寿命可能被达到时告知使用者的指示元件、在刷洗期间播放歌曲或玩游戏的灯光或声音、利用中空空隙的几何特性来共鸣或衰减里面所产生的某些声音、使所述系统荷电到高或低电位的静电发生器，产生“电子宠物”或电子鸡，如果保持了很好的刷洗习惯其将茁壮成长并且如果它们未做到就经受痛苦或死亡等等。

机电系统诸如旋转电机、线性电机、永磁铁直流电机、压电式转换器、按钮、拨动开关、临时开关、磁铁、簧片开关也可被独立地使用或者更可能与电子元件和系统组合使用以给使用者提供进一步的有益效果或反馈。例子包括但不限于：使用电机来产生振动触觉反馈、使用压电式转换器或感应电气系统来获得机械能并在刷洗期间转换到电能、使用开关来启动和关闭电气或机电系统、使用磁铁作为感应系统中的元件或者提供对外部电气系统的侦测、使用应变仪测量和反馈或者使用振动感应电机或偏重电机来在刷中的任何点处造成令人愉悦的触感。为使用机械开关，它也可提供在某些区域但不是所有区域中有选择性地减薄牙刷柄部的壁以便产生可变形区域的有利条件，所述可变形区域可允许透过内部安装的开关的实体壁挠曲而没有必须在附加步骤中被密封的孔口。

主要机械系统诸如固体、液体、气体、胶体、磁体、活的或有机元素、相变或化学转变元素、变色元素、热色性元素等可永久地或是打算以后分配用于消耗被安装在中空的牙刷柄部内。可消耗的填充元素的例子包括但不限于：牙膏、口服漱口液、美白剂、呼吸清新剂。固体的例子包括但不限于：成形和设计用来将砝码或重量添加到装置的制品诸如铁、锌或呈固体形式的其它金属；成单一颜色或多种颜色的二氧化硅或其它颗粒材料。由液体制成的制品可包括但不限于：水、油、凝胶或它们的组合，包括乳剂、混合物、溶剂和容易分开的以上的组合在诸如油和水内。放置在装置中的磁铁可增加储存或连接/相互作用的优点给铁质材料或制品，例如橱柜五金器具或冰箱或家用电器门。磁铁也可被体内布置使得它们与牙刷外部的磁铁相互作用以使牙刷站立在末端上，防止头部接触任何浴室或其它储存区域表面。调整到人体温度偏下的相变或变色元素或系统可被包含进具有例如透明外层的中空牙刷中以产生非电定时器，其将允许牙刷在手中足够时间后改变颜色。

分离已安装的元件，并且中空的牙刷柄部的优点是在内表面上装饰半透明的或透明的牙刷柄部的能力，其通过牙刷柄部的主体隔开使用者的接触。在这些实施例中，在将装饰层与人的接触隔开方面具有优点，例如在隔层的温度升高方面造成一些延迟，即，对于热色性油漆而言，其可在大约某个规定时间后改变颜色。同样有利的将是在磨损外观上减轻，与在外表面上被油漆或贴印花图案并且经受机械磨损和化学侵蚀的表面形成对比。

本文所公开的量纲和值不可理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明每个这样的量纲旨在表示所列举的值以及围绕那个值功能上等价的范围两者。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在表示“约40mm”。

本文引用的每一文件，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均特此以其全文引入本文，除非明文予以排除或以其他方式受限。任何文件的引用并非是对其相对于本发明所公开的任何发明或受权利要求书保护的本文，或其单独，或以与任何其它参照或参考文献、教导、建议或公开的任何此类发明的任何组合的现有技术的认可。此外，当本文献中术语的任何含义或定义与引入本文以供参考的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时，将以赋予本文献中那个术语的含义或定义为准。

尽管已用特定实施例举例说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可做出许多其它改变和变型。因此，随附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (11)

1.一种牙刷柄部，包括：

a)末端、连接端、外表面、内腔和纵向轴线；

b)所述内腔具有限定横截面积的表面；其中所述内腔具有沿着所述牙刷的所述纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或沿着所述牙刷的所述纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个；

c)所述外表面限定外表面横截面积；

d)由所述外腔表面和内腔表面形成的壁；

e)所述牙刷柄部包括单个一体组件；

其中沿着所述纵向轴线在至少50％的所述牙刷柄部长度上，所述外表面横截面积和所述内腔表面横截面积之间的差值变化小于25％。

2.根据权利要求1所述的牙刷柄部，其中沿着所述牙刷的所述纵向轴线所述外表面横截面积的平方根与所述内腔横截面积的平方根成比例地变化。

3.根据权利要求2所述的牙刷柄部，其中沿着所述牙刷柄部的所述纵向轴线所述内腔表面横截面积的平方根与所述外表面横截面积的平方根上的变化成小于5％的比例变化。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的牙刷柄部，其中所述牙刷柄部壁的厚度与所述外表面横截面积的平方根成反比变化。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的牙刷柄部，其中平均壁厚为约0.5至约5.0mm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的牙刷柄部，其中所述内腔对所述牙刷柄部的所述外表面开放。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的牙刷柄部，其中所述内腔为密封的并且不对所述牙刷柄部外表面开放。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的牙刷柄部，其中所述牙刷柄部具有连接器。

9.根据权利要求8所述的牙刷柄部，其中所述内腔延伸到所述连接器中。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的牙刷柄部，其中所述牙刷柄部具有低于约0.60g/cm³的比重，并且其中所述牙刷柄部在如ASTM D790所测定的5.0N施加的力下变形小于约10mm。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的牙刷柄部，其中所述牙刷柄部包括两个或更多个材料层。