CN1107473C - 牙刷的刷毛及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种牙刷，具体来说是一种电动牙刷的刷毛，它由塑料制成，包括连接在一起的几根细丝(13，14，15)，在化学溶剂作用下，细丝(13，14，15)被缠绕或编织并被连接到一起。这导致了细丝(13，14，15)间的牢固的连接和可靠地避免在细丝(13，14，15)间出现孔洞。总的说来，产生了一种除了有很高的清洁效果之外，使得细菌或其他的微生物不可能侵入的牙刷。

Description

牙刷的刷毛及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种牙刷所用的刷毛及其制作方法，具体地，涉及电动牙刷所用的刷毛，这种刷毛由塑料制成而且包括一些连结在一起的细丝。
背景技术
从德国实用新型第1997717号已知这个类型的一种刷毛。这一说明书描述了一种有若干刷毛的牙刷，每根刷毛由几根细丝以一种大体上平行的分布方式组成，相互间热焊到一起。以这种方式，由刷毛的自由端所形成的清洁面积扩大了，从而对牙齿的清洁效果也改善了。另一方面，导致被细菌或其他微生物繁殖的危险的孔洞也在细丝间形成。
从DE-PS906444已知一种生产由若干个别的细丝组成的人造刷毛的方法。这些个别的细丝在离开旋转喷口后相互间被粘结到一起，粘结的过程每隔一段时间就被中断。在胶粘的制作过程之后，刷毛在未被连接在一处的面上被切成各个刷毛，各个刷毛在顶端成扇形分布。这种方法相当复杂，要求对细丝放加一种胶粘剂。另外，按预定的间隔时间连续不断地中断连接的过程也是成问题的。
从DE-AS1 222 888已知有固定到一个中心径向地向外取向地刷毛。每一根刷毛在它的中心有一个刚性的核，至少有一根减振材料的纤维连结到核上，而且以那样一种方式螺旋地缠绕着它，使得核的表面只有一部分被纤维所包围。
发明内容
本发明的目的是进一步改进前文提及类型牙刷的刷毛，从而清洁的高效得到保证但孔洞被消除掉。
本发明实现这个目的的方法是：将细丝缠绕或编织起来而且由化学溶剂作用而焊接到一起。
由此制成一种牙刷的刷毛，由塑料制成，并且包括几根连接起来的细丝，其特征在于，缠绕或编织的细丝，在化学溶剂作用下化学地焊接到一起。
缠绕或编织细丝，或概括地说绞合细丝使细丝相互之间紧挨在一起。细丝的表面部分随后通过化学溶剂的方式受到了部分溶化。以这种方式，细丝完全融合到一起，并且任何仍然存在于缠绕过或编织过的刷毛中心的孔洞被堵上。这个过程能得到任何存在着的或者优先选择的施加在细丝上的可变化的拉应力的加强。总之，这样就生产出无孔洞的刷毛，使细菌及各种菌类无法渗入。
但通过使用几根细丝，牙刷对清洁牙齿有效的表面面积同时被扩大了，从而增强了清洁牙齿的作用。此外，刷毛表面由缠绕或编织加工后构成，这一事实可在清洁牙齿中得到有效地利用。两方面都是有利的，尤其对从牙齿表面清除斑点有利。
在本发明的刷毛的一个优选实施例中，刷毛自由端成扇形分布。这种扇形分布能够通过断开各个细丝在刷毛自由端的交合点来形成。按这种方式，单个的细丝的尖端在刷毛的自由端形成，他们的数量和直径取决于刷毛细丝的数量和直径。这些细丝的尖端能更加容易地和更深入地进入到相邻近的缝隙，从而增强从这些位置的除斑和从总体上改善对牙齿的清洁。此外，对清洁牙齿有效的表面面积通过扇形分布进一步被扩大，这种扩大本身改善了对牙齿的清洁。
在本发明的刷毛的一个更优实施例中，刷毛的细丝有不同的直径。以这种方式有可能改变单根刷毛和由此从总体上改变牙刷的力学性质，例如刚度、疲劳特性或弹性。此外，通过合理选择细丝的直径，有可能还改变单根刷毛的缠绕或编织，并由此改变刷毛的表面结构。两方面对清洁作用都有直接的效果，尤其对清洁牙齿的舒适性有直接效果。
在提到的实施例的优选特性中，采取措施使一个大体上居中的细丝最好有较大的刚度，这个细丝最好是较小刚度的细丝。包围居中的细丝偏重于起稳定刷毛的作用，而围在居中细丝周围的细丝偏重于取得良好的清洁效果和清洁时的高度舒适感。
在本发明的刷毛的更优结构中，刷毛的缠绕或编织遵循一种周期性的模式。这对制造刷毛而言有利，另外还造成刷毛视感外观一致，从而也使牙刷在视感外观上的一致。
实验证明，下列数值为尤其对电动牙刷特别适当：每根刷毛采用3或4根细丝，单根细丝的直径大体上在0.0762mm到0.127mm之间，大体上每隔1.0mm到3.0mm对刷毛的缠绕或编织就重复一次。
根据本发明的一个更优实施例，细丝被如此牢固地化学焊在一起以致于在扇形区域，细丝的抗撕裂能力或撕裂强度在0.1牛顿到0.15牛顿之间，最好结果能为0.125牛顿。这保证了本发明的刷毛能在常规的，具体来说机械的缠绕末端部分后，在它们的端部少量地散开，例如当刷毛被固定到一个刷毛载体上之后。另一方面，抗撕裂能力很高，从而在刷毛的正常使用过程中，例如作为一把牙刷的刷毛的作用中能从根本上防止刷毛进一步地散开成单根的细丝。
10％到50％，最好为20％到35％的细丝截面积因化学溶剂作用被部分溶化掉，经证实是一个特别的优点。这可靠地防止了孔洞在细丝间的形成。此外，随着那样的一种部分溶化，每一根细丝仍然有着足够的内在强度使得细丝组成刷毛的化学焊接能毫不费事地和连续不断地进行。
在采用晶体或者部分晶体材料的细丝，例如采用聚酰胺材料的细丝中，在细丝的化学焊接之后，刷毛的外壳有一种非晶体结构，同时内核有一种基本上的晶体结构。
在内核的中心有可能会再次呈现细丝或刷毛材料的一种非晶体结构。
总的来说，截面上有非晶体结构的面积可能达到刷毛的整个横截面面积的10％到50％，具体来说20％到30％。相应地，刷毛横截面面积的其余部分基本上为晶体结构。
在根据本发明的一种生产刷毛的优选方法中，细线基本上没有扭应力地被缠绕或编织并且通过溶剂的作用化学焊在一起。从而紧接在缠绕或编织加工之后，就是由化学溶剂将细丝连接起来。以这种方式，在单根细丝之间的可靠连接就形成了，而细丝的力学性质得到充分保留。结果就是形成刷毛的一种复合的细丝结构。此外，细丝在一种溶剂中的部分溶化确保了任何可能仍然存在的孔洞被可靠地堵上。更进一步讲，提及的固定工序代表了一种简单而高度可控的处理被缠绕或编织过的细丝，和将它们连接起来组成刷毛的方法。
在本发明的方法的一种更优结构中，细丝被一种溶剂浸湿大约5到50秒长的时间，最好在大约20秒至30秒之间，例如，当用到有覆盖层的细丝时。高浓度甲酸被证实为是一种尤其适合于由聚酰胺制成的细丝的溶剂。
本发明的方法的一个优选特征在于用机械的过程使刷毛自由端扇形散开。得到的细丝的细末端能够更容易地和更深入地进入相邻近的缝隙中，从而改善从这些位置上的清除斑点和由此从整体上改善对牙齿的清洁。
根据本发明的另一个高度优选的更进一步的结构，在化学焊接的过程中，细丝承受了大体上6MPa到20MPa之间的拉应力，最好是13MPa。由此保证了被缠绕或编织后基本上没有扭应力的细丝在化学焊接时以一种沿半径向心施加的足够的作用力相互接触，这种沿半径向心的力是由加在细丝上的拉应力而产生的。
附图说明
图1a到1c是根据本发明构造的牙刷刷毛的示意图和两幅剖视图，图解说明其第一实施例；
图2a和2b是根据本发明构造的牙刷刷毛的示意图和剖视图，图解说明其第二实施例；
图3a和3b是按本发明构造的牙刷刷毛的示意图和剖视图，图解说明其第三实施例；
图4是图3所示刷毛的自由端的示意图，图解说明了一种扇形分布；并且
图5是图3b中刷毛的局部放大剖视图。
具体实施方式
图1a到1c显示了一根有3根细丝2、3、4的刷毛1。细丝2、3、4由同一种塑料制成并且直径都相同。从图1b到1c的剖面很明显看到细丝2、3、4的编织方式。这种编织被均匀地完成，这意味着刷毛1的编织，并且因此的刷毛1的表面结构是按周期性间隔重复的。这种重复在图1a中被标记为标号5。
图2a和2b显示了一根由4根细丝7、8、9、10构成的刷毛6。细丝7安排在中心并且被其他细丝8、9、10围绕。细丝7的直径大于细丝8、9、10的直径。细丝7、8、9、10都由塑料制成，细丝8、9、10由同一种塑料材料制成，而居中的细丝7可由不同的一种塑料材料制成。居中的细丝7最好能有高的刚度，而周围的细丝8、9、10刚度较小。不同程度的刚度可以被归因于细丝有着不同的直径和/或被用不同的塑料例如，软一些的或硬一些的塑料制成。居中的细丝7被别的细丝8、9、10缠绕，缠绕均匀地完成，使得刷毛6的缠绕和由此的表面结构按周期性的间隔重复。这种重复在图2a中被标识为标号11。
图3a和3b显示了由三根细丝13、14、15构成的一根刷毛12。细丝13、14、15由同样的塑料制成而且都有着相同的直径。细丝13、14、15被缠绕。这种缠绕均匀地完成，使得刷毛12的缠绕和由此得到的表面结构按周期性的间隔重复。这种重复在图3a中标识为标号16。
图1a到1c、图2a到2b以及图3a和3b中标号为2、3、4、7、8、9、10、13、14、15的细丝可由聚酰胺，聚酯或聚丙烯制成。标识出的细丝直径可大体达到0.0762mm(3mils)和0.127mm(5mils)。提到的细丝缠绕或编织的重复周期5、11、16可能有一个大体在1.0mm到3.0mm之间的值。正如将在下面解释到的一样，刷毛6、1、12的单根细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15被可靠地连在一起。
图4显示了图3a和3b的刷毛12的自由端17。自由端17展示出一种扇形分布18。这意味着细丝13、14、15的自由端，分别地为19、20、21并不是连在一起的而是从刷毛12的自由端17作为单个末端伸出。扇形分布18的长度选择为，使得外伸的末端易于进入一个使用者的齿隙。
所描述的刷毛自由端的扇形分布也可在图1a到1c和/或图2a和2b的刷毛上相应地存在。
编织缠绕或一般地讲绞合细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15来生产刷毛1、6、12。有可能对预先拉伸过的细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15进行缠绕或编织、这些细丝已经拥有符合要求的力学性能。
随后把缠绕或编织过的细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15浸在一种溶剂里，通过部分的溶化而被固定。在溶剂里停顿的时间大致在5秒和50秒之间。石炭酸、甲酚M、或甲酸可用来作细丝，例如由聚酰胺制成的细丝的溶剂。当使用高浓度甲酸时，对有覆盖层的细丝，实验证明在溶液中的停留时间介于大致20秒到30秒之间较为有利。通过用溶剂浸湿细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15，在细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15的接合处形成牢固地贴接。
随后用水或别的合适的介质中和溶剂，或者说去除剩余的溶剂。细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15随后被晾干。然后可按已知的方式进一步加工处理由此得到的刷毛1、6、12。
为了在刷毛12的自由端17造成扇形分布18，这个特定的自由端17在紧接着的加工中进行机械加工处理。这种机械加工可能包括，例如在自由端17进行的一种研磨加工或与之类似的加工，或者一些其他的冲击作业。无论在哪一种情形，刷毛12的细丝13、14、15之间通过化学固结形成的牢固连接在刷毛12的自由端17的区域由机械加工而被分开。结果，细丝13、14、15的自由端19、20、21得以形成，自由端19、20、21的长度以及因此扇形分布18的长度取决于在刷毛12的自由端17进行的机械加工程度。细丝13、14、15的化学固定的完成方式应使得在一方面，能够断开刷毛12的自由端的牢固连接，但在另一方面避免了细丝13，14，15之间的牢固连接在正常使用刷毛时断开。
从图5中可清楚地看到，由部分晶体材料制成的细丝13、14、15的化学粘接造成了刷毛12的一种特殊的剖面结构。由于单根的细丝13、14、15的外覆盖层被溶剂部分溶化，刷毛12的一层外覆盖层22有着一种基本上的非晶体结构。刷毛12的内核23拥有一种基本上的晶体结构，上述内核23主要由未遭受部分的溶化作用的细丝13、14、15的核形成。在内核的中心24处可存在着小横截面面积的非晶体结构。按如此方式化学地焊接在一起的细丝13、14、15拥有大约占整个横截面面积10％到50％，具体来说20％到30％的非晶体结构。相应地，大约90％到50％，具体地80％到70％的横截面面积基本上是晶体结构。
实验证明，在缠绕、编织或绞合后，细丝处在几乎或基本上没有扭曲应力的状态是特别有利的。这是如此而得到保证的：在缠绕、编织或者绞合的加工中，使每一根细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15以沿绞合、编织或缠绕所必要的旋转方向相反的方向，绕其自身的轴线旋转，从而基本上避免扭曲应力。因而防止了细丝混合体在化学焊接前和在绞合，缠绕或编织后绕成盘状。这种基本上没有扭曲应力的状态可在焊接后由切片机切片再在偏振光镜下分析断面验证。为了保证细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15最佳的化学焊接，固定是在大约6MPa到20MPa之间，最好为大约13MPa的拉应力下进行的。固定是通过化学溶剂的作用完成的，化学溶剂被清除掉，在细丝混合体中几乎不留残留物或反应产物。固定的时选择得使单根细丝的横截面积的10％到50％，最好是20％到35％的部分地溶化。对没有表面覆盖层的细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15固定的时间在5秒到20秒之间的范围内，或者大约在10秒。在采用有硅酮涂层的细丝的情形下，固定的时段可考虑在20秒到40秒之间，最好在25秒到30秒之间。这种硅酮涂层加大了细丝在生产过程中的滑动性。连接强度可通过测定刷毛1、6、12的撕裂强度和损耗量来测定。
为了保证多根细丝端部在机械加工中，例如成圆加工中散开，应把加工参数设定得使撕裂强度在0.1牛顿到0.15牛顿的范围内。
当然，上述固定时间，视加工参数而异并具体用于甲酸在20℃左右温度下用甲酸作溶剂，且细丝由聚酰胺(PA6.12)制成，直径在大约0.076mm到0.126mm的范围的情况。
通过缠绕、编织或绞合细丝的加工处理，使各细丝形成紧密的相对的接触。施加在细丝混合体上的拉力在刷毛1、6、12的中心24的方向产生了一个合力。由于化学溶剂或溶剂的作用，细丝2、3、4、7、8、9、10、13、14、15的表面被部分地溶化，造成一种松软的状态。在这过程中，不去攻击或破坏共价键，就可用溶剂去掉影响物质密闭的副价力。这种状态使得分子链能越过交界面扩散到相邻的成分中。在这过程中，分子链的进入深度取决于部分溶化的程度和拉应力的数量，并且它对整个系统的粘接强度施加影响。粘接转而由相邻分子链的原子副价力产生，这些分子链在溶剂被基本上洗掉后完全打开。
为此应用目的，化学焊接被理解为，通过化学溶剂，由部分地溶化细丝的表面对细丝进行粘接。与之相对比的是，在热焊过程中细丝的表面由于热量的作用被软化，在那种情况细丝由粘结剂连接到一起，把一种外加的物质永久地应用到细丝表面，将细丝连接到一起。
图1a到1c、2a和2c以及3a和3b所描述的刷毛1、6、12是准备用到牙刷，尤其是用到电动牙刷中。描述过的刷毛1、6、12可以特别有利地用在圆头牙刷的内部区域。

Claims (19)

1.一种牙刷的刷毛(1，6，12)，由塑料制成，并且包括几根连接起来的细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)，其特征在于，缠绕或编织的细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)，在化学溶剂作用下化学地焊接到一起。
2.如权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于：刷毛(12)的自由端(17)有一个扇形分布(18)。
3.如前述权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，每根刷毛有2到8根细丝。
4.如权利要求1所述的刷毛(6)，其特征在于，刷毛(6)的细丝(7或8，9，10)的直径不同。
5.如权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)的直径在0.0508mm至0.254mm之间。
6.如权利要求1所述的刷毛(6)，其特征在于，一根大致居中的细丝(7)具有更大的刚度并且由刚度较小的细丝(8，9，10)所包围。
7.如权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，对刷毛(1，6，12)的缠绕或编织遵从一种周期性的模式。
8.如权利要求7所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，周期性重复值在0.5mm至5.0mm之间。
9.如权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)由聚酰胺、聚酯和/或聚丙烯制成。
10.如权利要求2所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，扇形(18)或者说细丝(13，14，15)的抗撕裂能力在0.1N到0.15N之间。
11.如权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)截面积的10％到50％在化学溶剂作用下部分地溶化。
12.如权利要求1所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，当采用晶体或部分晶体材料的细丝时，刷毛(1，6，12)的外覆盖层(22)是非晶体结构，而内核(23)是晶体结构。
13.如权利要求12所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，内核(23)的中心(24)是非晶体结构。
14.如权利要求12或13所述的刷毛(1，6，12)，其特征在于，刷毛(1，6，12)截面积的10％到50％是非晶体结构。
15.一种制造如权利要求1到14中任一项所述刷毛的方法，其特征在于，细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)没有扭曲应力地予以缠绕或编织而且通过溶剂的作用化学地焊接到一起。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，细丝(2，3，4，7，8，9，10，13，14，15)在溶剂中浸湿5秒到10秒。
17.如权利要求15或16中任何一项所述的方法，其特征在于，用石炭酸、M型甲酚和/或甲酸作溶剂。
18.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，刷毛(12)的自由端(17)的扇形分布(18)是通过机械加工形成的。
19.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在化学焊接的过程中，缠绕和/或编织的细丝(1，6，12)承受了6MPa到20MPa的拉应力。
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