KR20140107204A - 내부 공동을 갖는 칫솔 - Google Patents

Abstract

칫솔은 헤드, 목부, 손잡이, 손잡이 단부, 헤드 단부, 외측 표면, 내부 공동, 및 종축을 포함한다. 내부 공동은 단면적을 한정하는 표면을 갖는다. 내부 공동은 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 작은 단면적에 접하는 보다 큰 단면적, 또는 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 큰 단면적에 접하는 보다 작은 단면적 중 적어도 하나를 갖는다. 외측 표면은 외측 표면 단면적을 한정한다. 외측 공동 표면 및 내측 공동 표면으로부터 벽이 형성된다. 칫솔은 전체 길이를 따라 하나의 단일형 구성요소를 포함한다.

Description

내부 공동을 갖는 칫솔{TOOTHBRUSH HAVING AN INNER CAVITY}

본 발명은 내부 공동(cavity)을 갖는 칫솔에 관한 것이다.

칫솔은 전형적으로 사출 성형 공정을 사용하여 제조된다. 그러한 사출 성형 공정은 주형(mold)을 칫솔의 형상으로 제공하고 용융된 플라스틱을 고온 채널 노즐을 통해 주형 내로 사출하는 것을 특징으로 한다. 이어서 칫솔이 냉각되고 주형으로부터 배출된다. 예를 들어, 미국 특허 제5,845,358호는 사출 성형에 의해 제조되는 그러한 칫솔을 보여준다. 종래의 사출 성형 공정의 한계들 중 하나는 큰 직경의 손잡이, 그리고 특히 단면적이 브러시(brush)의 길이 또는 주 축(major axis)을 따라 증감하는 단면적의 상당한 변화를 갖는 큰 손잡이가, 사용된 재료의 증가된 질량에 기인하는, 증가된 재료의 비용 및 연장된 냉각 시간으로 인해 효율적인 방식으로 제조될 수 없다는 것이다.

증가된 손잡이 직경을 갖는 칫솔은 상당한 이점을 제공하는데, 예를 들어 그것은 아이들에게 증가된 파지 영역을 제공하여 아이들이 칫솔을 취급하고 사용하는 능력을 증가시킬 수 있고; 또한 관절염과 같은 장애가 있는 사람은 때때로 그의 손의 관절을 구부리는데 있어서의 어려움으로 인해 칫솔을 취급하는 데 어려움을 겪는다. 그러한 어려움은 증가된 손잡이 직경을 갖는 칫솔에 의해 상당히 완화된다. 또한, 칫솔 상의 보다 큰 단면의 손잡이는 인체공학적 관점에서 사용자에게 더 좋다. 브러시의 길이 또는 주 축을 따른, 보다 큰 단면적 및 보다 작은 단면적 둘 모두를 포함하는 단면적의 변화는 그것이 또한 젖어 있거나 미끄러울 수 있는 상태에서 그것이 신속하게 움직여져야 할 때, 사용 동안에 사용자가 브러시를 파지하고 취급하는 데 도움을 준다.

증가된 직경을 갖는 칫솔 손잡이를 제조하기 위한 사출 성형의 사용과 관련되는 어려움을 극복하기 위해, 중공(hollow) 몸체를 갖는 칫솔 손잡이를 제조하는 것이 제안되었다. 예를 들어, 유럽 특허 EP 0 668 140호 또는 EP 0 721 832호는 중공의 큰 단면 손잡이를 갖는 칫솔을 제조하기 위한 공기 보조 또는 가스 보조 기술의 사용을 개시한다. 개시된 공정에서, 용융된 플라스틱이 칫솔 손잡이의 기부 부근에 사출되며, 여기서 후속하여 고온 니들이 용융된 플라스틱 내로 삽입되어 가스를 용융된 플라스틱 내로 블로잉(blowing)하여 사출 주형의 벽을 향해 팽창시킨다. 유사한 방식으로, 미국 특허 제6,818,174 B2호는 주형 공동을 단지 부분적으로 충전하도록 사전결정된 양의 용융된 플라스틱을 공동 내로 사출한 다음에, 사출 주형 내에 형성된 가스 주입 포트를 통해 가스를 주입하여 용융된 플라스틱을 주형 공동의 벽과 접촉하도록 가압시키는 것을 제시한다. 중국 특허 CN102166064호는 중공 손잡이를 갖는 칫솔과 그러한 칫솔을 제조하기 위한 방법을 개시한다. 용융된 플라스틱 재료가 브러시 손잡이의 칫솔 손잡이 다이 공동 내로 사출될 때, 블로우 구멍(blow hole)이 칫솔 손잡이 내에 형성되고, 가스가 블로우 구멍을 통해 칫솔 손잡이의 중심으로 블로잉되며, 칫솔 손잡이가 형상화된 후 블로우 구멍이 밀봉된다. 여기에 기재된 칫솔은 가스-보조식 사출 성형 공정을 통해 제조되는 중실(solid) 헤드 및 중공 손잡이를 갖는다. 이 방법으로 제조된 중공 손잡이는 사용되는 재료의 양을 중실 칫솔 손잡이에 비해 10 내지 50%만큼 감소시킨다. 추가의 공기 주입을 사용한 그러한 사출 성형 공정은 실질적으로 균일한 벽 두께를 갖는 중공 손잡이 몸체를 형성하는 데 상당한 어려움을 겪으며, 따라서 최소 재료 중량으로의 최대 인체공학적 기능 및 제조 효율을 위한 손잡이의 최적화 가능성이 제한된다. 그러한 사출 성형 공정의 또 다른 단점은 가스를 위한 통기 구멍의 생성이다. 통기 구멍은 용융된 플라스틱과 고압 가스의 계면(interface)에 형성되며(그리고 주형 강에 의해서가 아님) 이에 따라 예상대로 또는 고정밀도로 제조될 수 없다. 가스-보조 사출 성형을 사용하여 제조된 중공-손잡이 칫솔의 또 다른 단점은 사출 성형 또는 오버몰딩(overmolding)에 의한 칫솔에 대한 제2, 제3 또는 후속 재료의 적용 또는 설치와 관련되며, 여기서 오버몰딩된 재료는 필요한 가스 통기 구멍을 밀봉하는 과정에서 제1 가스 주입 단계에서 생성된 중공 공극(void) 내로 상당히 침입할 수 있는데, 왜냐하면 공극 내부의 대기압에 근사한 압력과 마찰 외에는 그것을 막을 수 있는 것이 아무것도 없기 때문이다. 마지막으로, 가스-보조 사출 성형은 플라스틱 용품을 형성하는 데 필요한 사출 압력 또는 용융 에너지를 현저히 감소시키지 못한다.

전기기계 칫솔 손잡이와 같은, 증가된 단면을 갖는 칫솔 손잡이를 생성하기 위한 종래의 방법은 손잡이의 개별 부품들을 사출 성형을 사용하여 개별적으로 제조한 다음에, 이들 부품을 별개의 비-사출 성형 단계에서, 또는 후속 사출 성형 단계 - 이에 의해 제1 단계 또는 단계들로부터의 개별 부품들이 우선 사출 주형 내로 삽입되고 하나 이상의 추가의 재료가 그들 주위에 사출되어, 다수의 부품으로부터 중공 몸체를 생성함 - 에서 조립하는 것이다. 이러한 제조 방법은 여전히 사출 성형에 수반되는 플라스틱의 완전한 용융, 고압 및 관련 장비를 필요로 하는 단점을 갖고, 또한 개별-성형된 부품들의 주형내(in-mold) 및 주형외(out-of-mold) 조립 둘 모두와 관련되는 추가된 노동 비용을 가질 수 있다. 다수의 개별 부품들을 생성하기 위한 사출 성형의 사용은 또한 각각의 부품이 사출-성형된 부품의 오목한 표면을 형성하는 주형 코어가 성형 후 부품으로부터 추출될 수 없게 하는 임의의 상당한 언더컷(undercut)을 포함하지 않아야 한다는 단점을 갖는다. 또한, 주형 코어는 전형적으로 냉각수가 그것을 통해 가압되는 내부 채널로서 구현되는, 열을 냉각시키거나 제거하기 위한 어떤 메커니즘을 전형적으로 포함하여야 하며, 따라서 10 mm의 직경 및 100 mm를 넘는 길이를 가질 수 있는 대부분의 수동 칫솔에 대한 내부 기하학적 형상을 형성하기가 어렵거나 불가능할 것이다. 따라서, 칫솔 손잡이 상의 다수의 단면적 변화 영역에 대한 요망과 조합된 비-언더컷 손잡이 부품을 제조하는 데 요구되는 코어의 길이 및 직경과 조합된 개별 부품들 내의 언더컷의 부재는 임의의 개별-조립되는 손잡이가 다수의 정합 표면을 가질 것을 필요로 할 것이며, 이는 바람직하게는 시일(seal)이 아주 많은 반복 사용 하에서 습기 및 잔해(debris)에 대한 장벽(barrier)을 유지시킬 것을 필요로 할 것이다.

특히 전기기계 칫솔은 조립의 문제에 민감한데, 왜냐하면 그것들이 모두 어느 정도의 정밀도로 내부에 배치되어야 하는 배터리, 모터 및 관련 전기 연결 장치와 구동 구성요소를 포함하기 위해 필연적으로 중공형이기 때문이다. 플라스틱 부품들을 함께 용접하는 문제 및 비용과 밀봉된 외측 쉘(shell)의 다수의 조립 단계를 회피하기 위해, 전기기계 칫솔을 위한 손잡이를 블로우 성형하는 것이 제시되었다. 블로우 성형된 전기기계 칫솔의 조립에서, 모터, 배터리 및 구동 시스템 구성요소를 수용하기 위해 손잡이의 블로우 성형된 부분을 적어도 하나의 단부에서 개방 상태로 두는 것이 필요하다. 이 공정에서, 사출 성형된 손잡이에 대한 적어도 하나의 개구의 최소 직경은 삽입될 모든 구성요소의 최소 선형 치수를 초과하여야 한다. 그러한 큰 개구는 내부 구성요소 도입을 고려할 필요가 없는 비-전기기계 손잡이에서 단점일 것이며, 종래 사용의 물, 페이스트, 타액 및 다른 파편의 침입 및 수집을 막기 위해 과도하게-큰 제2 부품 또는 캡을 필요로 할 것이다. 그러한 과도하게-큰 개구는 헤드 부근에 위치되면 브러시의 인체공학적 사용을 현저히 방해할 것이다. 예를 들어 견고하게 고정되도록 정확하게 내부에 위치되어야 하는 모터, 하우징, 배터리 등을 위치시키기 위한, 공동의 내부 표면 상의 기하학적 형상에 대한 추가의 제약이 또한 전체 블로우 성형 공정에 불리할 것인데, 왜냐하면 블로우 성형된 부품의 내측 공동 표면의 대부분이 주형 표면 내의 강에 의해 직접적으로 한정될 수 없고, 대신에 패리슨(parison)의 벽 두께, 블로잉 압력 및 원래의 패리슨 또는 예비성형체 두께에 대한 최종 부품의 연신율과 조합된 손잡이의 외측 표면 상의 강에 의해 간접적으로 한정되기 때문이다. 이들 공정 변수의 그러한 제약은 필연적으로 제조 효율을 제한할 것이다.

표준 버튼 또는 기계 스위치를 통한 전기 구성요소의 작동에 협조하기 위해, 블로우 성형된 전기기계 칫솔 손잡이의 적어도 일부 부분이 손가락 또는 손 압착의 압력 하에서 현저히 휘어지기에 충분히 얇게 제조되어야 한다. 그러한 얇은-벽 구조 또는 필름-벽 구조는 필연적으로 사용 하에서 내구성 및 강성을 보장하기 위해 어떤 강화 메커니즘을 필요로 한다. 국제 공개 WO 2004/077996호에 기재된 바와 같은 내부 프레임 또는 캡이 이러한 필요한 강화 메커니즘을 전기기계 칫솔에 제공하기 위해 사용될 수 있지만, 추가의 구성요소가 적절히 기능할 것을 필요로 하지 않는 수동 브러시에 대해 추가의 비용, 복잡성 및 추가의 하중-지지 부품 면에서 단점일 것이다. 또한, 전기기계 칫솔의 모터, 전원 및 구동 샤프트의 선형 특성으로 인해, 내부 공동의 단면적에 대한 변화가 전혀 없거나 최소한의 변화가 존재하여서; 내부 공동 벽은 원하지 않는 움직임 또는 이동을 감소시키거나 없애기 위해 내부 구성요소에 기계적 지지를 제공한다.

블로우 성형 또는 사출 성형에 의해 제조되는 전기기계 칫솔 손잡이는 전형적으로 양 단부에 개구를 갖는 상태로 제조된다. 원위 단부(distal end)에는 전형적으로 구동 메커니즘을 통한 칫솔 헤드로의 동력의 기계적 병진에 협조하기 위한 개구가 있고, 근위 단부(proximal end)에는 전형적으로 제조 동안에 구성요소의 삽입과 가능하게는 또한 사용자에 의한 배터리의 삽입 또는 제거에 협조하기 위한 개구가 있다. 그러한 제2 개구는 수동 칫솔에 불필요할 것이고, 추가의 시일 및 기계적 체결구의 필요 면에서 단점을 생성할 것이다. 일부 블로우 성형 공정에서, 성형된 부품의 원위 및 근위 단부들에 개구를 형성하는 것은 공정에 고유하고, 이중-개방-단부 손잡이의 형성에 유익할 것이지만, 수동 칫솔 손잡이에는 필요하지 않을 것이다.

칫솔 손잡이를 단면 또는 크기에 대한 변화에 상관없이 전체적으로 중량을 보다 가볍게 만드는 것에 몇 가지 이점이 존재한다. 보다 가벼운 손잡이는 칫솔질 동안에 치아로부터 강모(bristle)를 통해 헤드로 손잡이로 손으로 전달되는 힘의 더 많은 촉각 피드백을 제공할 수 있다. 보다 가벼운 칫솔 손잡이는 또한 제조 센터로부터 그것들이 사용자에 의해 구매되는 소매 센터로 더 큰 효율로 대량으로 출하될 것이다. 강성을 유지하면서 중량을 감소시키기 위해, 일부 칫솔 손잡이는 대나무 또는 발사 나무(balsa wood)로 제조되지만, 이들 재료는 그것들이 편안하게 파지될 수 있는 복잡한 3차원 형상으로 쉽게 형성가능하지 않다는 점에서 단점을 갖는다. 또한, 이들 재료는 이방성이며, 이는 그들이 하중이 인가되는 방향에 따라 변하는 탄성 계수 및 항복 강도 또는 극한 강도를 가짐을 의미한다. 탄소-섬유 복합체와 유리-충전된 사출-성형된 플라스틱이 보다 가볍고 보다 강한 칫솔을 제조하기 위해 사용될 수 있는 이방성 재료의 다른 흔한 예이다. 따라서, 이들 재료로부터 제조된 용품은 사용에 흔한 굽힘력 동안에 파단에 저항하기 위해 그의 가장 강한 축 또는 '그레인(grain)'이 용품의 주 축과 실질적으로 정렬되는 상태로 형성되어야 한다. 이는 형성 또는 기계가공 전 재료의 준비 시 추가의 필요 단계를 생성한다. 그레인의 이러한 정렬은 또한 일반적으로 재료의 쪼개짐의 발생이 칫솔질 중 손에 의해 인가되는 전형적인 힘에 정렬된 방향으로 일어날 가능성이 가장 크다는 점에서 나무에 특정 단점을 야기할 수 있다.

칫솔과 개인 케어 용품을 나무와 같은 이방성 재료에 의존함이 없이 보다 가볍게 만들기 위해, 용품은 발포형 플라스틱과 같은, 불균질하지만 등방성인 재료의 사용을 통해 보다 가볍게 제조될 수 있다. 발포형 플라스틱은 그들이 재료 배향에 상관없이 중실 플라스틱보다 높은 강도-대-중량 비(ratio)를 제공할 수 있다는 점에서 이점을 제공한다. 그러나, 발포형 플라스틱으로 가능한 전체 중량 절감은 제한될 수 있는데, 왜냐하면 중량 절감을 생성하는 플라스틱 내부의 기포가 또한 인장 강도를 심하게 감소시킬 응력 집중부를 생성하기 때문이다. 발포형 플라스틱이 상당한 압축 강도를 제공할 수 있지만 (그리고 중량이 중요한 문제인 패킹 재료와 같은 응용에서 정확히 이 목적을 위해 사용됨), 인장의 취약성은 굽힘 강도에 심하게 영향을 미치고, 통상적인 사용 동안에 굽힘 강도 및 강성을 유지하여야 하는 용품에서 균일하게-발포된 플라스틱이 하중-지지 요소의 역할을 하지 못하도록 막는다.

경량 핸드-헬드(hand-held) 용품, 예를 들어 아이들의 장난감, 예를 들어 중공 플라스틱 배트, 골프 클럽 또는 중량이 보다 가벼운 것으로부터 이익을 얻는 임의의 큰 플라스틱 용품을 생성하기 위해 압출 블로우 성형을 사용하는 것이 당업자에게 잘 알려져 있다. 이들 용품이 굽힘시 단단하고 강할 수 있지만, 그들은 또한 일반적으로 칫솔과 같은 반-내구성(semi-durable) 클래스-I 의료 장치에서의 그의 일반적 사용을 제한할 단점을 포함한다. 첫째, 그러한 용품은 전형적으로 분할선을 따라, 또는 패리슨이 단면적에 있어서 그것이 블로잉되는 공동보다 큰 임의의 위치에서 상당한 플래시(flash)를 포함한다. 이들 위치에서, 공동 분할선이 없을 때에도, 패리슨이 공동 내에서 절첩되고, 상당한 플래시가 생성된다. 둘째, 대부분의 용품이 정확하게 또는 부정확하게 형성될 수 있는, 구멍의 형태의 어떤 상당한 블로잉 흔적을 포함한다. 그러한 흔적은 효과적으로 배출되지 않을 수 있는 오염 물질의 중공 내부로의 침입 또는 진입을 막아야 하는 클래스-I 의료 장치의 상당한 결함으로 간주될 것이다. 셋째, 이들 용품의 상대적 크기가 이들 결함의 크기에 비해 크고, 용품의 전체 기능이 이들 결함에 의해 심하게 영향받지 않는다. 많은 경우에, 용품 그 자체의 크기는 결함의 최소화에 관하여 제조 공정을 더 쉽게 만든다. 플라스틱 벽 두께가 전체 단면에 비례하여 최소화될 수 있으면, 수동 칫솔 손잡이에 흔한 크기 범위 내에서 용품, 패키지 또는 병을 압출 블로우 성형하는 것은 힘들지 않다. 그러한 용품은 내부 내용물의 분배를 가능하게 하는 실제로 매우 얇은, 변형가능한 벽을 갖는 것으로부터 이익을 얻는 작은, 전형적으로 압착가능한 튜브 또는 병의 형태로 존재하여, 그들을 칫솔로서 사용할 수 없게 만든다.

깃털 총채(feather duster) 및 테이프 디스펜서와 같은 반-내구성 소비재를 위한 압출- 및 사출-블로우-성형된 손잡이가 또한 알려져 있지만, 이들 용품도 또한 특히 물 또는 다른 오염 물질의 침입에 대한 필요한 블로잉 오리피스의 밀봉에 관하여, 그리고 압출 블로우 성형의 경우에, 직접적으로 입구와 접촉하거나 그에 들어갈 영역에서 용품 상의 플래시의 출현 면에서, 반-내구성 클래스 I 의료 장치에 대한 기준을 충족시키지 못할 것이다. 이들 용품은 또한 일반적으로 매우 취성이고, 너무 큰 힘이 인가될 때 흔히 깨지거나 부러져, 날카로운 에지를 생성하여, 그들을 구강에 사용할 수 없게 만든다.

또한, 블로우 성형에 의해 수동 칫솔을 제조하는 것이 제시되었으며, 실제로 그러한 용품을 칫솔 또는 칫솔 손잡이의 일반적 형상 및 크기로 압출 블로우 성형, 사출 블로우 성형 또는 심지어 사출-연신 블로우 성형하는 것이 힘든 것으로 판명되지 않아야 하지만, 종래 기술의 어떠한 기존 개시도 굽힘 강도, 굽힘 강성, 전체 강성, 플래시 또는 다른 날카로운 결함의 완화, 단면적의 변화, 및 블로우 구멍 흔적의 차단 또는 밀봉의 문제를 다루지 않는다. 블로우 성형된 칫솔 또는 칫솔 손잡이에 있어서의 이들 결함 중 임의의 것은 용품의 유용성에 심하게 영향을 미칠 것이며, 따라서 사용 중 깨짐 없이 굽힘 시에 적합하게 강하고 단단하며 사용자에 불편한 결함을 누출하거나 제공하지 않는 균일한 벽 두께에 의해 최대화되는 재료 절감을 갖는 중공 용품을 가능하게 하기 위해 개선이 필요하다.

종래 기술의 이들 단점을 고려하여, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 회피하는, 내부 공동을 갖는 개선된 칫솔을 제공하는 것이다.

칫솔이 제공되는데, 이 칫솔은 헤드, 목부(neck), 손잡이, 손잡이 단부, 헤드 단부, 외측 표면, 내부 공동, 및 종축을 포함하며, 내부 공동은 단면적을 한정하는 표면을 갖고, 내부 공동은 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 작은 단면적에 접하는 보다 큰 단면적, 또는 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 큰 단면적에 접하는 보다 작은 단면적 중 적어도 하나를 가지며, 외측 표면은 외측 표면 단면적을 한정하고, 외측 공동 표면 및 내측 공동 표면으로부터 형성되는 벽을 포함하고, 칫솔은 전체 길이를 따라 하나의 단일형(unitary) 구성요소를 포함한다.

칫솔이 제공되는데, 이 칫솔은 헤드, 목부, 손잡이, 손잡이 단부, 헤드 단부, 외측 표면, 내부 공동, 및 종축을 포함하며, 내부 공동은 단면적을 한정하는 표면을 갖고, 내부 공동은 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 작은 단면적에 접하는 보다 큰 단면적, 또는 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 큰 단면적에 접하는 보다 작은 단면적 중 적어도 하나를 가지며, 외측 표면은 외측 표면 단면적을 한정하고, 외측 공동 표면 및 내측 공동 표면으로부터 형성되는 벽을 포함하고, 칫솔은 하나의 단일형 구성요소를 포함하며, 칫솔은 2개 이상의 재료 층을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칫솔의 사시도.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면선 1A를 따른 도 1의 단면도.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면선 1B를 따른 도 1의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칫솔의 사시도.
도 3은 내부 공동을 갖는 단일형 칫솔의 단면도.
도 4는 종축을 따라 내부 공동을 갖는 2개의 단일형 칫솔의 벽 두께의 변화를 도시하는 차트.
도 5a는 두꺼운 손잡이를 갖는 일 실시예의 종축을 따라 칫솔의 임의의 2 mm 섹션의 평균, 최소 및 최대 벽 두께의 변화를 도시하는 차트.
도 5b는 두꺼운 손잡이를 갖는 일 실시예의 종축을 따라 칫솔의 임의의 2 mm 섹션의 평균 벽 두께의 최소 및 최대 벽 두께 백분율을 도시하는 차트.
도 6a는 얇은 손잡이를 갖는 다른 실시예의 종축을 따라 칫솔의 임의의 2 mm 섹션의 평균, 최소 및 최대 벽 두께의 변화를 도시하는 차트.
도 6b는 얇은 손잡이를 갖는 다른 실시예의 종축을 따라 칫솔의 임의의 2 mm 섹션의 평균 벽 두께의 최소 및 최대 벽 두께 백분율을 도시하는 차트.
도 7은 분석 방법의 도해.
도 8은 분석 방법의 도해.
도 9는 굽힘 편향(deflection) 대 비중(specific gravity)을 보여주는 차트.

본 발명은 내부 공동 또는 외측 표면 중 어느 하나 또는 둘 모두 상에서 상이한 색, 재료 및 표면 장식을 가질 수 있는 중공 칫솔과 같은, 내부 공동을 갖는 개인 케어 용품에 관한 것이다. 내부 공동은 칫솔의 길이 또는 종축을 따라 단면적이 변하며, 여기서 내부 공동은 본질적으로 개방 또는 폐쇄 셀 폼 재료에 비해 개방형이다. 단일형 칫솔은 단일형 칫솔의 헤드, 목부 및 손잡이가 본질적으로 하나의 부품이 되도록 칫솔의 종축 전체를 따라 연장되는 적어도 하나의 연속 재료로 제조된다. 이러한 하나 이상의 연속 재료는 칫솔의 구조 강도를 제공한다. 단일형 칫솔은 라벨, 그립 구조체, 강모 등과 같은 별개의 비-구조 요소들을 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 내부 공동은 칫솔의 외측 표면에의 개방 없이 폐쇄된다.

개인 케어 용품은 소비자의 개인 건강, 미, 차림새, 또는 다른 신체 또는 사람 생체 시스템 케어, 유지, 향상 또는 개선에 대한 이득을 저장, 분배, 적용 또는 전달하기 위해 사용되는 아이템이다. 개인 케어 용품의 예는 칫솔, 칫솔 손잡이, 면도기, 면도기 손잡이, 몹(mop) 손잡이, 진공 손잡이, 화장 또는 미용 어플리케이터, 피부 케어 어플리케이터, 여성 위생 어플리케이터, 모발 케어 어플리케이터, 모발 착색제 어플리케이터, 또는 모발 케어 용품을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

도 1은 개인 케어 용품, 즉 헤드(20), 목부(30), 손잡이(40), 손잡이 단부(42) 및 헤드 단부(22)를 갖는 칫솔(10)의 일 실시예를 도시한다. 칫솔(10)은 단일 피스(single piece)로서 단일형으로 형성되고 내부 공동(60) 및 외측 표면(12)을 포함할 수 있으며, 여기서 외측 표면(12)은 도 1a에 도시된 바와 같이 외측 표면(12)에 의해 한정되는 바와 같은 단면의 총 면적인 단면적(OS_CA)이 칫솔(10) 종축(L)을 따라 변하며; 이 실시예에서, 손잡이(40)는 실질적으로 모래시계 모양인 형상을 갖는다. 내부 공동(60)은 내측 공동 표면(62)을 가지며, 여기서 내측 공동 표면(62)은 단면적(IC_CA)이 칫솔 종축(L)을 따라 변한다. 도 1이 도시하는 바와 같이, 소정 실시예에서, 칫솔(10)의 내부 공동(60)은 윤곽을 형성하기 위해 칫솔(10)의 종축(L)을 따라 보다 큰 단면적 IC_CAG보다 작은 면적을 갖는 단면적 IC_CA1, IC_CA2에 접하는 보다 큰 단면적 IC_CAG를 갖는다. 칫솔(10) 내부 공동(60)은 또한 윤곽을 형성하기 위해 칫솔(10)의 종축(L)을 따라 보다 작은 단면적 IC_CAL보다 큰 면적을 갖는 단면적 IC_CA3, IC_CA4에 접하는 보다 작은 단면적 IC_CAL을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 브러시의 손잡이 단부에서의 단면적은 칫솔(10)의 종축(L)을 따른 적어도 하나 이상의 다른 단면적보다 작다. 또한, 도 1, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 소정 실시예에서, 내측 공동 표면(62)은 단면적(IC_CA)의 제곱근이 칫솔(10)의 종축(L)을 따라 외측 표면(12)의 단면적(OS_CA)의 제곱근의 변화에 비례하여 변한다. 다른 실시예에서, 외측 표면 단면적(OS_CA)과 내측 공동 표면 단면적(IC_CA) 사이의 차이인, 칫솔 벽(내측 공동 표면과 칫솔 외측 표면 사이에 위치되는, 칫솔을 형성하는 열가소성 재료)의 단면적은 칫솔의 종축을 따라 내부 공동 길이의 50%, 70%, 80%, 90% 이상에 걸쳐 약 25%, 20%, 15%, 10%, 5% 미만으로 변한다. 이는 내부 공동 부분에서의 칫솔 벽의 두께가 칫솔의 종축(L)을 따라 내부 공동 및 외측 표면의 평균 둘레에 반비례하여 변할 때 그러하다. 다른 실시예에서, 내부 공동 부분에서의 칫솔 벽의 두께는 칫솔의 종축을 따라 실질적으로 일정하게 유지된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 칫솔(10)의 종축(L)을 따라 목부(30)의 적어도 일부분과 헤드(20)는 실질적으로 중실형일 수 있거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 칫솔(100)에서, 내부 공동(160)은 손잡이(140)로부터 목부(130) 내로 연장되지만 칫솔(100)의 손잡이 단부(142)에 가장 가까운 제1 터프트(tuft) 구멍(132)을 통과하지 않을 수 있다. 소정 실시예에서, 브러시 손잡이 및 목부의 체적에 대한 공기 공극 체적의 백분율은 약 50% 내지 약 70%; 또는 약 55% 내지 약 70%의 범위이며; 이는 동일한 형상 및 크기를 갖는 중실 칫솔에 비해 상기와 동일한 백분율의 재료가 절감됨을 의미한다. 이들 실시예에서, 열가소성 재료의 양은 동일한 형상 및 크기를 갖는 중실 칫솔에 사용되는 것에 비해 50% 내지 70%만큼 감소될 수 있다. 가스-보조식 사출-성형된 중공 냉동고 도어 손잡이가 동일한 형상 및 크기의 중실 냉동고 도어 손잡이에 비해 최대 27%의 재료를 절감하는 것이 문헌으로 입증된다. 실제로, 임의의 중공 가스-보조식 사출-성형된 칫솔은 동일한 형상 및 크기의 중실 칫솔에 비해 최대 30%의 재료를 절감할 수 있다.

넓은 손잡이와 내부 공동을 갖는 중공 칫솔은 실제로 매우 높은 굽힘 강도 대 체적 비를 갖는다. 임의의 단면에서의 평균 반경

에 비해 벽 두께가 얇아질수록, 구조 강도 대 체적 비가 커진다. 여기서, 평균 반경은 중공 단면의 평균 둘레를 2π로 나눈 것으로 정의된다. 중공 단면의 평균 둘레는 그 단면에서의 내부 공동 및 외측 표면의 둘레의 평균으로 정의된다. 내부 공동을 갖는 칫솔을 도 3에 도시된 바와 같은 굽힘 조건 하에 있는 중공 원통형 비임(beam)으로 단순화시키자. 내부 공동을 갖는 칫솔의 굽힘 강도

대 체적 V 비가 평균 반경 r 대 두께 t의 비에 양으로(positively) 변하는 것을 볼 수 있다.

의 비가 클수록,

의 비가 크다. 유사한 관계가 윤곽과 내부 공동을 갖는 비-원통형 칫솔에 적용될 것이다. 따라서, 본 발명의 내부 공동을 갖는 단일형 칫솔은 종축을 따라 중공 부분의 적어도 약 80%에서 3 내지 10의 범위 내의 평균 반경 대 두께의 비

을 갖는다. 칫솔의 중공 부분으로부터 그의 중실 부분으로의 전이부에서, 벽 두께는 증가하는 경향이 있으며 벽 두께 측정으로부터 제외된다. 반면에, 중실 원통형 비임의 평균 반경 대 두께의 비

은 1/2이다. 이에 반하여, 가스-보조식 사출 성형 칫솔과 같은 종래 기술에 존재하는 칫솔의 일부 다른 중공 손잡이의 비

은 0.7 내지 2일 수 있다.

칫솔은 또한 소비자에 의한 압착력을 견디기에 충분히 강성이어야 한다. 압착력 또는 압착 압력을 받는 중공 칫솔의 반경방향 변형률은 또한

에 정비례한다. 내부 공동을 갖는 물리적 중공 칫솔 샘플의 시험으로부터, 칫솔이 충분히 두껍고

이 8 미만이거나 심지어 10 미만인 한, 통상의 압착력 하에서의 반경방향 변형은 소비자가 알아차릴 수 없을 것으로 밝혀졌다.

반면에, 종래 기술의 칫솔, 예를 들어 가스-보조식 사출 성형된 칫솔과 같은 개인 케어 용품의 다른 중공 손잡이의 두께 변화는 단면의 원주 방향을 따라, 특히 단면의 임의의 날카로운 모서리에서 상당한 벽 두께 변화를 가질 것이다. 예를 들어, 하나의 가스-보조식 사출 성형된 손잡이에서, 두께는 하나의 단면에서 1.9 mm로부터 4.3 mm까지 변한다. 손잡이의 외측 표면의 단면은 날카로운 모서리를 갖는 불규칙 형상을 갖는다. 손잡이의 내부 공동은 외측 표면의 형상을 따를 수 없다. 날카로운 모서리에서, 두께는 1.9 mm로부터 4.3 mm로 급격히 변하며, 이는 2.4 mm의 급격한 변화이다. 이러한 급격한 두께 변화는 본 발명의 내부 공동을 갖는 칫솔에서는 일어나지 않을 것이다. 평균 두께는 단면의 약 3.1 mm이다. 중공 단면의 평균 반경은 2.35 mm이다. 평균 반경 대 두께의 비

은 0.76이며, 이는 3보다 훨씬 작다.

이제, 칫솔의 종축을 따라 중공 부분에서의 임의의 단면의 평균 벽 두께 분포를 살펴보자.

얇은 손잡이를 갖는 중공 칫솔의 이전 실시예에서, 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 단일형 칫솔의 임의의 단면에서의 평균 벽 두께는 0.9 내지 1.2 mm의 범위를 가지며, 이때 평균 두께는 1.07 mm이다. 벽 두께는 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 그의 평균 벽 두께로부터 15% 미만으로 변한다. 평균 반경 대 두께의 비

은 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 3.9 내지 8.4의 범위를 갖는다. 이는 얇은 손잡이를 갖는 단일형 칫솔이다. 내부 공동과 얇은 손잡이를 갖는 단일형 칫솔의 임의의 단면의 평균 벽 두께는 또한 칫솔의 종축을 따른 연속 함수이다. 이는 하나의 단면으로부터 다음의 단면까지의, 임의의 단면의 평균 벽 두께의 변화가 도 4에 도시된 바와 같이 0.5 mm 미만임을 의미한다.

다른 실시예에서, 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 단일형 칫솔의 벽 두께는 1.55 내지 2.07 mm의 범위를 가지며, 이때 평균 두께는 1.76 mm이다. 벽 두께는 종축을 따라 중공 부분의 83%에서 그의 평균 벽 두께로부터 17% 미만으로 변한다. 평균 반경 대 두께의 비

은 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 3 내지 4.7의 범위를 갖는다. 이는 두꺼운 손잡이를 갖는 단일형 칫솔이다. 하나의 단면으로부터 다음의 단면까지의, 임의의 단면의 평균 벽 두께의 변화는 도 4에 도시된 바와 같이 0.5 mm 미만이다.

내부 공동을 갖는 단일형 칫솔의 위의 두 실시예 모두에서, 칫솔은 소비자가 그들의 치아를 효과적으로 칫솔질하는 데 요구되는 구조 및 굽힘 강도를 갖는다.

벽 두께는 압출 블로우 성형 공정에서 패리슨 두께 프로파일을 제어함으로써 칫솔의 종축을 따라 변할 수 있다. 바람직할 수 있는 3가지 실시예를 기술하고자 한다.

일 실시예에서, 단면적은 칫솔의 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 일정하게 유지된다. 이 실시예에서, 벽 두께는 종축을 따라 칫솔의 평균 반경에 반비례하여 변한다.

일 실시예에서, 칫솔의 평균 두께가 칫솔의 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 칫솔의 단면적은 종축을 따라 칫솔의 평균 반경에 비례하여 변할 것이다.

또 다른 실시예에서, 평균 두께가 종축을 따라 칫솔의 평균 반경에 비례하여 변하는 것이 바람직한데, 즉

은 일정하게 유지되며 3 내지 10의 임의의 것일 수 있다. 이 실시예에서, 칫솔의 단면적은 종축을 따라 칫솔의 평균 반경의 제곱에 비례하여 변할 것이다. 이 실시예의 이득은 칫솔이 종축을 따라 일정한 굽힘 강도 및 강성을 유지한다는 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 손잡이(40)는 손잡이(40) 또는 헤드(20)에 비해 보다 작은 단면적을 갖는 목부(30)를 통해 헤드(20)에 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 칫솔(10)의 헤드(20)는 강모 또는 강모의 터프트와 같은 복수의 세정 요소를 지지한다. 강모 또는 강모의 터프트는 나일론, PBT, 및 TPE를 포함할 수 있다.

강모 또는 강모의 터프트에 더하여, 본 발명의 칫솔은 구강 내로 삽입될 수 있는 임의의 적합한 세정 요소를 포함할 수 있다. 일부 적합한 세정 요소는 탄성중합체 마사지 요소, 탄성중합체 세정 요소, 마사지 요소, 혀 세정기, 연조직 세정기, 경질 표면 세정기, 이들의 조합 등을 포함한다. 헤드는 다양한 세정 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 헤드는 강모, 연마 탄성중합체 요소, 특정 배향 또는 배열의 탄성중합체 요소, 예를 들어 선회 핀, 프로피 컵(prophy cup) 등을 포함할 수 있다. 탄성중합체성 세정 요소 및/또는 마사지 요소의 일부 적합한 예가 미국 특허 출원 공개 제2007/0251040호; 제2004/0154112호; 제2006/0272112호; 및 미국 특허 제6,553,604호; 제6,151,745호에 기술되어 있다. 세정 요소는 테이퍼 형성되거나, 노치 형성되거나, 주름이 잡혀있거나, 패여 있거나 등일 수 있다. 이들 세정 요소 및/또는 마사지 요소의 일부 적합한 예가 미국 특허 제6,151,745호; 제6,058,541호; 제5,268,005호; 제5,313,909호; 제4,802,255호; 제6,018,840호; 제5,836,769호; 제5,722,106호; 제6,475,553호; 및 미국 특허 출원 공개 제2006/0080794호에 기술되어 있다. 또한, 세정 요소는 칫솔 헤드 상에 임의의 적합한 방식 또는 패턴으로 배치될 수 있다.

본 발명의 소정 실시예에서, 칫솔과 같은 개인 케어 용품은 하나 초과의 재료 또는 층으로 제조될 수 있다. 소정 실시예에서, 칫솔은 칫솔의 대부분을 형성하는 제1 구성요소 또는 층, 및 칫솔의 소부분을 형성하는 제2 층을 포함할 수 있으며, 여기서 제2 층은 소정 실시예에서 두께가 약 0.4 mm 미만이고 면적이 약 1 cm² 초과일 수 있다. 특히, 다중-구성요소 압출 공정이 사용될 수 있으며, 여기서 개인 케어 용품의 상이한 부분들이 상이한 재료들에 의해 형성된다. 예를 들어, 칫솔에서, 엄지손가락 또는 손가락 끝과 접촉하는 접촉 표면 부분은 그것이 부드럽게 느껴지거나 파지하기 쉽도록 연질 플라스틱으로 제조될 수 있는 반면, 칫솔의 나머지 부분은 칫솔에 충분한 강성을 제공하기 위해 경질 플라스틱으로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 연질 플라스틱은 그것이 젖어 있을 때 미끄럽지 않거나 높은 마찰 계수를 가져야 하며, 따라서 치아를 칫솔질하고 손잡이가 젖을 때, 사용자가 브러시 손잡이의 통제를 상실함이 없이 그것을 쉽게 파지할 수 있게 된다. 열가소성 탄성중합체(TPE)가 연질 플라스틱에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 칫솔의 헤드 및 목부는 2개의 층을 가질 수 있으며, 이때 외측 층은 부드러움을 위한 연질 플라스틱이고, 내측 층은 강성 및 터프팅 지지를 위한 경질 플라스틱이다. 또 다른 실시예에서, 칫솔의 종축에 평행한 칫솔의 일부 또는 스트립이 2개의 재료 층을 가질 수 있으며, 이때 외부 층이 칫솔의 나머지와는 상이한 재료 또는 상이한 색을 갖는다. 칫솔의 또 다른 실시예에서, 칫솔의 하나의 부분, 예를 들어 목부는 상이한 재료의 2개의 층을 가질 수 있는 반면, 칫솔의 다른 부분, 예를 들어 손잡이는 단지 하나의 재료 층만을 가져서, 칫솔의 상이한 부분들 상에 상이한 그립, 촉감, 색 장식을 생성한다. 2개의 층은 다층 패리슨을 주형 내에 넣음으로써 제조될 수 있다. 종방향 및 원주 방향 둘 모두에서 제2 층 패리슨의 존재를 제어함으로써, 칫솔 상의 제2 층의 존재가 종방향 및 원주 방향 둘 모두에서 제어될 수 있다. 소정 실시예에서, 별개의 부품이 주형의 하나의 위치로 삽입될 수 있고, 진공 흡인에 의해 또는 주형의 자연적인 치수 만곡에 의해 주형 공동 벽의 일 면에 제위치에 유지될 수 있다. 하나 이상의 별개의 부품이 또한 동일한 방식으로 주형 내로 삽입되고 주형 공동 벽에 부착될 수 있다. 이들 주형내 부착된 부품은 상이한 색 또는 표면 텍스처 또는 3D 텍스처를 갖는 상이한 재료의 얇은 층일 수 있다. 소정 실시예에서, 그러한 부품은 색 차이에 더하여 부드럽고 젖은 그립을 제공하는 상이한 색 또는 두께의 얇은 TPE 필름 라벨일 수 있다. 소정 실시예에서, 그것은 사전결정된 칫솔질 시간을 나타내기 위해 타이머 및 디스플레이를 갖는 소형 전자 부품일 수 있다. 소정 실시예에서, 그것은 2분간 소리나 음악을 플레이하는 소형 전자 부품일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 그것은 압력, 온도, 습기 또는 타이밍에 따라 변하는 색 변화 재료로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 그것은 칫솔에 추가의 장식을 제공하는 TPE 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 제조된 성긴 짜임(open weave) 또는 3D 텍스처를 갖는 텍스타일(textile)일 수 있다.

소정 실시예에서, 내부 공동을 갖는 칫솔은 칫솔질 중 개선된 기민성 또는 인체공학적 기능을 제공할 수 있는, 통상적으로 종래의 형상의 중실 브러시에서 가능한 것에 비해 칫솔의 외측 표면의 기하학적 중심보다 헤드에 보다 근접한 무게 중심을 가질 수 있거나, 무게 중심은 예를 들어 치아로부터 헤드로 손잡이로 전달되는 힘의 개선된 촉각 반응을 제공할 수 있는, 예를 들어 영구적으로-장착된 중량체(weight)를 손잡이의 중공 부분의 내부에 배치함으로써, 중실 균질 브러시에서 가능한 것보다 헤드로부터 보다 멀리 떨어져 놓일 수 있다. 무게 중심의 그러한 조작은 손잡이의 외면 상에 나타나는 형상, 재료 또는 색과 같은 설계 요소에 대한 손상 없이 보관 또는 칫솔질 중 취급에 추가의 이득을 제공할 수 있다. 또한, 내부 공동을 갖는 칫솔은 임의의 원료 또는 하중-지지 요소(나무 또는 탄소 섬유와 같은, 그레인을 갖는 재료와는 대조적으로)의 특정 배열 또는 정렬의 우려 없이 심한 칫솔질 중에도 굽힘에 저항하기에 충분한 모듈러스 또는 강도를 유지하면서 소정 실시예에서 0.60 g/㎤ 미만의, 또는 플라스틱에서는 0.20 g/㎤ 또는 금속에서는 0.10 g/㎤ 미만의 등가 밀도를 가질 수 있으며, 이는 그의 손잡이가 실질적으로 중실형이고 플라스틱 또는 금속과 같은 일반적인 등방성 균질 재료로 제조되는 칫솔에서는 달성하기 어렵다. 등가 밀도는 칫솔의 외측 표면에 의해 한정되는 전체 체적에 대한 전체 질량의 비로 정의된다. 소정 실시예에서, 내부 공동을 갖는 칫솔의 등가 밀도는 약 0.2 g/cc 내지 약 0.5 g/cc이다. 소정 실시예에서, 양쪽 칫솔의 손잡이는 손가락에 의해 압착될 때 변형되지 않는다.

칫솔의 재료는 블로우 성형을 가능하게 하는 용융 유동 특성, 화학적 저항성, 및 충분한 충격 강도와 같은, 중공 칫솔에 적합한 하나 이상의 특성을 갖는 임의의 열가소성 수지일 수 있다. 전형적인 재료의 예는 충격 개질 폴리프로필렌 또는 고 밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 연질 외부 층에 사용되는 재료의 예는 상이한 경도를 갖는 TPE 재료일 수 있다. 칫솔은 또한 엄지손가락 받침대 또는 엄지손가락 그립 영역과 같은 칫솔의 작은 부분 상에 얇은 TPE 층과 같은 제2 장식 재료를 가질 수 있다. 소정 실시예에서, 칫솔이 압출 블로우 성형을 사용하여 형성될 때, 다수의 작은 밀접하게 패킹된 깊은 터프트 구멍을 형성하기 위한 브러시 헤드 부분에서의 압축 주형 내에서의 반-용융된 패리슨의 큰 변형률로 인해, 펠릿 형태로 블로우 성형기 내에 넣어지는 제1 기초 열가소성 수지는 표준 ASTM D1238 시험 방법에서의 측정시 230℃및 2.16 kg 힘에서 약 1 g/10분 내지 약 4 g/10분의 범위 내의 용융 유동 지수(MFI)를 가질 수 있다. MFI는 예를 들어 1 g/10분 미만과 같이 너무 작지 않아야 하는데, 왜냐하면 1 g/10분 미만의 MFI를 갖는 수지는 큰 변형률을 갖는 터프트 구멍들 사이의 좁고 깊은 갭을 충전하기 위해 자유로이 유동하기에 너무 점성인 패리슨을 형성하기 때문이다. 패리슨의 온도는 점도를 어느 정도 감소시키기 위해 증가될 수 있다. 압출 블로우 성형 공정의 통상적인 온도 범위는 176 내지 232℃ 이다. 온도를 너무 높게 설정하는 것은 수지의 연소 및 용융된 수지의 특성의 비일관성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 0.37 및 0.47 유동의 MFI를 갖는 폴리프로필렌(PP) 수지의 경우, 온도는 터프트 구멍을 갖는 칫솔을 형성하기 위해 246℃보다 높게 설정되어야 하지만, 부품 품질이 나쁘고 매우 일관성이 없다. 그러나, MFI가 너무 클 때, 예를 들어 수지의 MFI가 3 g/10분을 초과할 때, 패리슨은 너무 유동성이 크고, 그 자체를 지지할 수 없으며, 그것이 주형 내에 클램핑되기 전에 찌부러질 수 있다. 패리슨의 온도를 감소시키는 것은 그 자체를 지지하기 위해 패리슨의 점도를 감소시킬 수 있지만, 온도를 감소시키는 것은 패리슨 성능을 샷(shot)마다 매우 일관성 없게 만들 수 있다. 단일형 칫솔을 형성하기 위해 사용될 수 있는 패리슨을 형성하기 위해, 소정 실시예에서, 온도는 약 199℃ 내지 약 221℃이고, MFI는 약 1.5 내지 약 2.5 MFI이다. 착색제의 MFI가 또한 중요하다. 착색제의 렛다운율(Let Down Ratio)(기초 열가소성 수지 내에 혼합되는 착색제의 중량 백분율)이 보통 약 2 내지 5%이지만, 30 MFI 대 15 MFI에서, 두 착색된 수지의 패리슨의 점도는 상당히 상이하게 기능할 수 있다.

내부 공동을 갖는 본 발명의 단일형 칫솔은 전형적인 중실 수동 칫솔 또는 전기기계 칫솔을 사용할 때와 같은, 칫솔질 중 칫솔에 인가되는 과도한 힘의 양을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다. 대략 5.0 N 초과의 힘으로 표준 터프트형성된 수동 칫솔에 의한 지속적인 반복된 칫솔질은 시간 경과에 따라 잇몸 조직의 상실을 초래할 수 있는 것이 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 사용 중 이러한 힘이 초과될 때 사용자에게 경고하기 위한 통합된 피드백 시스템을 갖는 전기기계 칫솔이 존재한다. 이는 상당한 비율의 칫솔 사용자가 칫솔 헤드를 통해 최대 5.0 N의 힘을 인가하는 것을 암시한다. 중실 균질 등방성 재료로 제조된 균일한 직사각형 단면의 예시적인 칫솔이 도 7에 도시된 바와 같은 그립에서 모델링될 수 있다. 사용 시 굽힘 중 이 그립에서 칫솔의 헤드의 편향은 도 8에 도시된 바와 같은 그리고 ASTM D 790에 개시된 바와 같은 3점 굽힘에서 재료의 평평한 바아(bar)의 굴곡 탄성률을 계산하기 위해 사용되는 방정식으로부터 분석적으로 추정될 수 있다.

내부 공동을 갖는 본 발명의 단일형 칫솔(중공 칫솔)을 형성하기 위해 사용되는 재료는 종축에 수직으로 하중이 인가될 때 굽힘에 대한 저항 또는 강성을 제공하여야 한다. 이러한 기준을 충족시키지 않는 칫솔 재료는 통상의 사용 중 심하게 굽혀지고, 부정적인 경험을 초래하거나, 치아를 적절히 세정하기에는 불충분한 힘을 전달한다. 일 실시예에서 최대한 경량인 칫솔의 구성을 위한 후보 재료를 평가하기 위해, 여기서 손잡이의 굽힘 강도 대 그의 전체 비중에 대한 비를 도 8에 도시된 특정 하중 인가 경우 하에서의 측정된 편향으로 정의한다. 도 9의 차트는 등방성 균질 재료로 제조된 중실 손잡이; 복합물 또는 불균질 비-등방성 재료로 제조된 손잡이; 및 다른 등방성 균질 재료로 제조된 중공-손잡이의 단순 직사각형 비임형 근사물에 적용된 이러한 비를 예시한다. 차트의 결과는 도 8의 장치에 대한 굽힘의 분석 방정식으로부터 또는 이방성 재료와 같은, 분석 형태로 풀 수 없는 재료의 유한-요소 분석에서의 예측된 굽힘으로부터 얻어진다. 이러한 차트로부터, 등방성 균질 재료로 제조된 중실 손잡이가 가공된(engineered) 등방성 균질 중공 손잡이에 의해 달성가능한 굽힘 강도-대-중량 비를 달성할 수 없는 것이 명확하다.

모든 중공 용품이 엄지손가락-받침점과 브러시 헤드 사이에서 칫솔에 인가되는 것에 전형적인 거리를 두고 주 축에 수직으로 인가되는 5 N의 굽힘력을 견디기에 충분한 굽힘 강도를 갖지는 않는다. 분명히, 모든 블로우 성형된 용품이 그러한 힘을 견딜 수 있지는 않으며: 물병과 같은 많은 블로우 성형된 패키지는 팰릿에 적층하기 전에 충전되어야 하는데, 왜냐하면 그들이 그들 위에 있는 수개의 빈 병의 중량 하에서도 상당히 압축 변형할 정도로 그의 벽이 충분히 얇기 때문이다. 칫솔을 그들이 가능하게는 불투명한 재료 또는 다른 장식의 사용으로 인해 강하게 보이도록, 대체로 약한 재료의 사용을 통해 또는 극히 얇은 벽의 제조를 통해 유사한 방식으로 제조하는 것이 가능하다. 이들 손잡이로부터 제조된 칫솔은 중력 또는 약한 힘 하에서 찌부러지지 않을 것이고, 패키징 상태에서 또는 비-사용 디스플레이 상태에서 강건하게 보일 수 있지만, 실제로는 의도한 대로 사용하기에 또는 구강 건강을 유지하는 데 충분한 칫솔질 힘을 전달하기에 불만족스럽거나 불가능할 것이다. 일반적으로, ASTM D 790에 의해 결정 시 5.0 N 힘의 인가 하에서 20 mm 초과로 변형되는 브러시는 사용 중 바람직하지 않을 것이다. 소정 실시예에서, 본 발명의 단일형 칫솔은 ASTM D 790에 의해 결정 시 5.0 N 힘의 인가 하에서 약 20 mm 미만으로 변형된다. 소정 실시예에서, 본 발명의 단일형 칫솔은 ASTM D 790에 의해 결정 시 5.0 N 힘의 인가 하에서 약 10 mm 미만으로 변형된다.

등방성 불균질 재료는 이 차트로부터 또한 경량 칫솔에 대한 후보로 보인다. 그러나, 이들 재료는 발포 공정의 결과인 기포로 인한 응력 집중으로 인해 본질적으로 부서지기 쉽다. 전술된 차트는 하중 하에서의 예측된 또는 이론적인 편향만을 예시하며, 재료의 극한 강도를 고려하지 않는다. 도시된 발포체로 제조되는 칫솔은 전형적인 칫솔질 중 사용되는 것보다 훨씬 작은 하중에서의 굽힘 상태에서 인장력을 받는 표면에서 파단될 것이다.

일반적으로, 실질적으로-균일한 벽 두께를 갖는 중공 칫솔은 재료를 그것이 최소 필요 강도로 최대 굽힘 모멘트를 지탱할 수 있는 최외측 직경부 또는 굽힘 축으로부터 가장 먼 위치에 선택적으로 배치함으로써 재료의 최소 사용으로 굽힘에 대한 원하는 저항을 제공한다. 재료의 이러한 선택적인 배치는 굽힘 모멘트에 의해 유발되는, 재료 요소에 인가되는 수직 응력을 자연적으로 감소시키고, 손잡이가 중실 재료로 제조되거나 주로 중립 축에 배치된 재료를 갖는 경우보다 인가된 수직력 또는 굽힘 모멘트의 단위당 재료 요소에 대한 더 작은 변형률을 생성한다. I-비임이 중립 축으로부터 최대한 멀리 떨어진 재료의 선택적 배치의 일반적인 예이다. 그러나, I-비임은 상이한 축을 중심으로 굽혀질 때 매우 상이하게 굽힘에 저항한다. 중공 칫솔과 같은, 단면이 실질적으로 둥근 중공 부품이 다양한 축을 중심으로 하는 굽힘 시 적절한 강도를 제공할 것이며, 이는 핸드 헬드형이고 많은 상이한 배향으로 규칙적으로 사용되며 거의 임의의 굽힘 축을 중심으로 하중을 지탱하여야 하는 칫솔과 같은 개인 케어 용품에 필요하다.

그러나, 모든 중공 칫솔 설계가 위에서 편향-대-비중 비에서 규정된 바와 같이, 굽힘에 대한 충분한 저항을 제공하지는 않는다. 오히려, 칫솔의 벽이 굽힘에 대한 적절한 저항을 제공하기에 충분히 두껍도록 칫솔을 제조하는 것보다 매우 얇은 가요성 벽을 갖는 압출 블로우 성형된 칫솔을 제조하는 것이 더 쉽다. 모든 압출 블로우 성형된 용품의 경우, 용품의 외부 표면 내에 현저한 절첩부 또는 플래시 라인의 생성 없이 생성될 수 있는 벽의 두께의 상한이 존재한다. 이러한 상한은 중공형으로 만들어지도록 의도되는 용품의 부분의 최소 외주, 블로잉 전 압출된 재료의 출발 두께, 및 블로잉된 섹션의 초기 원주 대 블로잉된 섹션의 최종 원주의 비에 의해 좌우된다. 출발 재료의 두께가 증가함에 따라, 그의 보다 많은 부분이 정합되도록 의도되는 주형 표면 사이에 포획되어, 흔히 플래시로 알려져 있는, 성형된 용품의 전부 또는 일부 주위에 평평한 섹션을 생성할 수 있다. 적은 양의 플래시라도 그러한 플래시를 갖는 중공 칫솔은 특히 플래시가 작을수록 그것이 더 날카로워지거나 그의 촉감이 더 날카롭게 느껴지기 때문에 사용하기에 불만족스러울 것이다.

재료의 탄성 및 강도가 또한 굽힘에 대한 저항의 한 요인이 되는데: 예를 들어 충분히 강성이고 PET-G와 같은 비교적 강한 재료로 제조되는 블로우 성형된 칫솔은 LDPE 또는 폴리프로필렌으로부터 동일한 기하학적 형상 및 벽 두께로 성형될 때 유용한 것으로 고려되기에 너무 약할 수 있다. LDPE와 폴리프로필렌 사이에서도, 폴리프로필렌 칫솔이 사용자에 의해 눈에 띄게 더 강성인 것과 같이 LDPE 칫솔보다 충분히 더 강할 수 있다.

본 발명의 소정 실시예에서, 그의 길이가 100 mm 내지 2000 mm이고 7.0 g 내지 13.0 g의 중량을 가지며 재료가 중공 부분의 벽 주위에 실질적으로 균일하게 분포되는 폴리프로필렌 칫솔은 0.5 g/㎤ 미만의 전체 비중을 갖는다.

굽힘 강도에 더하여, 중공 칫솔 제조 시 편리성 및 강성이 어떤 유용한 또는 장식적인 요소를 수용하기 위해 비-점유된 내부 체적을 사용하는 것의 이점이다. 그러한 요소는 주로 전자 시스템, 전기기계 시스템, 주로 기계 시스템, 및 장식 요소와 같은 조립된 중공 브러시에 일반적인 요소를 포함할 수 있다.

배터리, 타이머, 알람, 변환기, 가속도계, 라이트, 스피커, 증폭기, 저항기, 커패시터, 인덕터, 트랜지스터, 회로, 회로 기판, 인쇄 전자장치, 전자 잉크 및 기판, 솔더(solder), 와이어, 및 유사한 구성요소와 같은 전자 요소가 기능 또는 부분-기능 시스템 내에 사전-조립될 수 있고, 중공 칫솔 내의 공극 영역 내에 설치될 수 있다. 그러한 시스템은 예를 들어 움직임의 제한을 제공하기 위해 언더컷에 맞대어진 또는 그 부근의 배치 또는 위치에 의해, 특히 칫솔의 중공 부분 내의 언더컷을 사용할 수 있다. 그러한 시스템은 또한 시스템에 통합된 요소들 사이의 또는 칫솔 공동 외부의 요소에 대한 전기 절연 또는 전도성 또는 반-전도성을 제공하기 위해 다층 시스템의 내측 층을 이용할 수 있다. 이의 예는 손잡이의 내부에 위치된 와이어의 코일의 배치 및 작동에 의해 외부 전기장으로부터 에너지를 획득하는 유도 충전 시스템일 것이다. 이는 전동 칫솔을 사용하지 않을 때 재충전하는 일반적인 방법이다. 이들 시스템 및 요소의 구체적인 실시예는 치아의 칫솔질 중 사용자에게 피드백을 제공하기 위한 타이머, 칫솔질 중 과도한 힘의 사용을 막기 위한 힘 센서, 칫솔의 예상 수명이 도달될지도 모를 때 사용자에게 알리는 지시기 요소, 칫솔질 중 노래 또는 게임을 하기 위한 라이트 또는 소리, 내부에 생성된 일정 소리를 공명 또는 감쇠시키기 위한 중공 공극의 기하학적 특성의 사용, 시스템을 고전위 또는 저전위 전압으로 충전시키기 위한 정전기 발생기, 우수한 칫솔질 습관이 유지되면 잘 자랄 것이고 그렇지 않으면 고통받거나 죽을 '전자 애완 동물(electronic pet)' 또는 다마고치(tamagotchi)의 생성 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

회전 모터, 선형 모터, 영구-자석 직류 모터, 압전 변환기, 버튼, 토글 스위치, 임시 스위치, 자석, 리드 스위치와 같은 전기기계 시스템이 또한 독립적으로, 또는 좀 더 가능성이 많게는 사용자에게 추가의 이득 또는 피드백을 제공하기 위해 전기 요소 및 시스템과 조합되어 사용될 수 있다. 그 예는 진동 촉각 피드백을 생성하기 위한 모터의 사용, 칫솔질 중 기계 에너지를 획득하고 전기 에너지로 변환시키기 위한 피에조-변환기 또는 유도 전기 시스템의 사용, 전기 또는 전기기계 시스템을 작동 및 정지시키기 위한 스위치의 사용, 유도 시스템 내의 요소로서의 또는 외부 전기 시스템에 대한 검출을 제공하기 위한 자석의 사용, 측정 및 피드백하기 위한 변형률 게이지의 사용 또는 브러시 내의 임의의 점에서 만족스러운 촉감을 생성하기 위한 진동-유도 모터 또는 오프셋-웨이트 모터(offset-weight motor)의 사용을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 기계 스위치의 사용을 위해, 추가의 단계에서 밀봉되어야 하는 오리피스를 생성함이 없이 내부-장착된 스위치의 단단한 벽을 통한 편향을 허용할 수 있는 변형가능 영역을 생성하기 위해 칫솔의 벽을 전부가 아닌 일부 영역에서 선택적으로 얇게 만드는 것이 또한 이점을 제공할 수 있다.

고체, 액체, 기체, 콜로이드, 자석, 살아 있는 또는 유기 요소, 상-변화 또는 화학-전이 요소, 색-변화 요소, 감온 변색(thermo-chromatic) 요소 등과 같은 주로 기계 시스템이 중공 단일형 칫솔의 내부 공동 내에 소비를 위해 후속 분배의 의도로 또는 영구적으로 설치될 수 있다. 소비가능한 충전 요소의 예는 치약, 오랄 린스, 미백제, 브레스 프레쉬너(breath freshener)를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 고체의 예는 고체 형태의 철, 아연 또는 다른 금속과 같은, 장치에 중량 또는 무게를 추가하도록 형상화 및 설계된 용품; 단색 또는 다색의 실리카 또는 다른 입상 재료를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 액체로부터 제조되는 용품은 에멀전, 혼합물, 용액, 및 오일 및 물과 같은, 쉽게 분리되는 위의 것들의 조합을 비롯한 물, 오일, 겔, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 장치 내에 배치된 자석은 철 재료 또는 용품, 예를 들어 가구류 하드웨어 또는 냉장고 또는 가전 제품 도어에 대한 연결/상호작용 또는 보관의 이점을 추가할 수 있다. 자석은 또한 그들이 헤드가 임의의 욕실 또는 다른 보관 영역 표면과 접촉하지 못하도록 방지하기 위해서 칫솔을 똑바로 세우기 위해 칫솔 외부의 자석과 상호작용하도록 내부에 배치될 수 있다.사람 체온보다 약간 아래에 맞추어진 상-변화 또는 색 변화 요소 또는 시스템이 예를 들어 비-전기 타이머를 생성하도록 투명 외측 층을 갖는 중공 칫솔 내에 포함될 수 있으며, 이는 칫솔이 손 안에 파지된 충분한 시간 후에 색을 변화시키도록 허용할 것이다.

설치된 요소와는 별개로, 그리고 내부 공동을 갖는 단일형 칫솔의 이점은 칫솔의 몸체를 통해 사용자와의 접촉으로부터 격리되는 내부 표면 상에 반투명 또는 투명 칫솔을 장식하는 능력이다. 이들 실시예에서, 예를 들어 격리된 층의 온도 상승의 어느 정도의 지연을 생성하기 위해, 즉 대략 어떤 설정 시간 후 색을 변화시킬 수 있는 감온 변색 페인트에 대해 장식 층을 사람과의 접촉으로부터 격리시키는 것이 유리할 것이다. 또한, 외부 표면 상에 페인팅되거나 전사되고 기계적 마모 및 화학적 부식을 받는 표면과는 대조적으로, 마모의 발생의 감소가 유리할 것이다.

예

예 1:

표 1은 내부 공동을 갖는 본 발명의 칫솔의 벽이 칫솔의 길이를 따라 두께의 최소 편차를 갖는 것을 보여주며, 여기서 (1) 단일형 칫솔의 중공 부분의 벽 두께는 측정 지점에서 내측 공동 표면과 칫솔의 외측 표면 사이의 최단 거리에 의해 결정되고; (2) 평균 벽 두께는 선택된 지점에서 단면의 원주 방향을 따라 모든 측정된 두께의 평균이며; (3) 내부 공동 부분에서의 칫솔 평균 벽 두께는 각각의 단면의 두께의 평균이고; (4) 공기 공극 백분율.

샘플 1에 나타난 바와 같이, 단일형 칫솔의 중공 부분의 벽 두께는 균일하게 분포될 수 있고, 약 0.6 mm만큼 얇을 수 있으며, 이때 칫솔의 중공 부분의 평균 벽 두께는 1.0 mm이고, 벽 두께의 표준 편차는 약 0.25 mm이며, 이는 단지 평균 두께의 약 25.3%여서, 벽 두께의 단지 근소한 편차를 보여준다. 샘플 2는 중공 부분의 벽 두께의 범위가 약 1.8 내지 약 3.4 mm인 것을 보여주며, 이때 벽 두께의 표준 편차는 약 0.44 mm이고, 이는 1.8 mm의 평균 두께의 단지 약 23.4%이다. 샘플 3은 중공 부분의 벽 두께의 범위가 0.3 mm 내지 2.6 mm인 것을 보여주며, 이때 벽 두께의 표준 편차는 0.2 mm이고, 이는 1.4의 평균 두께의 단지 약 13.8%이다. 위의 결과는 본 발명의 칫솔 벽이 칫솔의 길이를 따라 두께의 최소 편차를 갖는 것을 보여준다.

예 2:

내부 공동을 갖는 본 발명의 단일형 칫솔이 각각의 단면의 원주 방향을 따라 균일한 벽 두께를 갖는지를 결정하기 위해, 칫솔 샘플을 우선 마이크로-스캐닝하였고, 이어서 마이크로-CT 스캔의 종축을 따라 중공 부분의 80%에서 매 2 mm 길이 섹션 내에서 약 1000개의 벽 두께 측정치를 취하며, 통계를 계산한다. 칫솔의 각각의 2 mm 섹션 내에서의 평균 두께를 또한 칫솔의 종축을 따라 계산하였다. 내부 공동을 갖는 칫솔 샘플은 상당한 언더컷과 윤곽을 갖는다. 내부 공동을 갖는 칫솔의 단면은 원형이 아니라 둥근 삼각형 형상에 더 가깝다. 종방향 또는 축방향을 따른 칫솔의 벽 두께가 보다 연속 함수이다. 내부 공동의 곡률 및 형상은 칫솔의 임의의 단면에서 외측 표면의 곡률 및 형상을 따를 수 있다. 하나의 지점과 그 옆의 다른 지점 사이에서 벽 두께의 급격한 변화가 없을 것이다. 하나의 지점과 다른 이웃한 지점 사이에서의 벽 두께 변화는 1 mm 미만 또는 심지어 0.5 mm 미만이다.

예 2A:

두꺼운 손잡이를 갖는 칫솔의 하나의 샘플에서, 각각의 2 mm 길이 섹션에서의 벽 두께는 도 5b에 도시된 바와 같이 동일한 2 mm 섹션의 평균 벽 두께의 70% 내지 170% 내에서 변한다. 절대 벽 두께는 도 5a에 도시된 바와 같이 칫솔의 중공 부분의 80%에서 0.6 mm로부터 2.3 mm까지 변한다. 칫솔의 종축을 따른 각각의 2 mm 섹션의 평균 벽 두께는 0.9 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있다. 이들은 벽 두께의 아주 작은 변화이다. 평균 벽 두께에 대한 벽 두께의 표준 편차의 비는 30% 미만이다. 이러한 칫솔 샘플의 단면적은 칫솔의 중공 부분의 80%에서 약 45 ㎟로 일정하게 유지된다. 하나의 지점과 다른 이웃한 지점 사이에서의 벽 두께 변화는 0.5 mm 미만이다. 반면에, 동일한 외측 표면을 갖는 중실 칫솔의 단면적은 동일한 손잡이 부분에서 120 ㎟로부터 210 ㎟까지 크게 변한다. 얇은 손잡이를 갖는 이러한 중공 칫솔은 그러한 형상 및 크기를 갖는 중실 칫솔로부터 66%의 재료를 절감한다.

예 2B:

얇은 손잡이를 갖는 칫솔의 다른 샘플에서, 각각의 2 mm 섹션에서의 벽 두께는 도 6b에 도시된 바와 같이 그 2 mm 섹션의 평균 벽 두께의 65% 내지 180% 내에서 변한다. 절대 벽 두께는 도 6a에 도시된 바와 같이 1.2 mm로부터 2.8 mm까지 변한다. 칫솔의 종축을 따른 각각의 2 mm 섹션의 평균 벽 두께는 1.5 mm 내지 2 mm의 범위 내에 있다. 평균 벽 두께에 대한 벽 두께의 표준 편차의 비는 23% 미만이다. 이러한 칫솔 샘플의 단면적은 도 6에 도시된 바와 같이 칫솔의 중공 부분의 80%에서 약 70 ㎟로 일정하게 유지된다. 반면에, 동일한 외측 표면을 갖는 중실 칫솔의 단면적은 동일한 손잡이 부분에서 120 ㎟로부터 210 ㎟까지 크게 변한다. 얇은 손잡이를 갖는 이러한 중공 칫솔은 그러한 형상 및 크기를 갖는 중실 칫솔로부터 47%의 재료를 절감한다.

본 명세서에 개시된 치수 및 값은 언급된 정확한 수치 값으로 엄격하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신에, 달리 명시되지 않는 한, 각각의 그러한 치수는 언급된 값 및 그 값 부근의 기능적으로 등가인 범위 둘 모두를 의미하고자 한다. 예를 들어, "40 mm"로 개시된 치수는 "약 40 mm"를 의미하고자 한다.

임의의 상호 참조되거나 관련된 특허 또는 출원을 포함한, 본 명세서에 인용된 모든 문헌은 명확히 배제되거나 달리 제한되지 않는 한 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다. 어떠한 문헌의 인용도 본 명세서에 개시되거나 청구된 임의의 발명과 관련된 종래 기술인 것으로 인정하는 것이 아니거나, 그 자체 또는 임의의 다른 참고문헌 또는 참고문헌들과의 임의의 조합인 인용이 임의의 이러한 발명을 교시, 제안 또는 개시한다는 것으로 인정하는 것이 아니다. 또한, 본 문헌의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 포함되는 문헌의 동일한 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되는 경우에는, 본 문헌의 용어에 부여된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.

본 발명의 특정 실시예들이 예시 및 기술되었지만, 다양한 다른 변경 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 있는 모든 이러한 변경 및 수정을 첨부된 특허청구범위에서 포함하도록 의도된다.

Claims (13)

1. 칫솔로서,
   a. 헤드, 목부(neck), 손잡이, 손잡이 단부, 헤드 단부, 외측 표면, 내부 공동(cavity), 및 종축을 포함하며;
   b. 상기 내부 공동은 단면적을 한정하는 표면을 갖고; 상기 내부 공동은 상기 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 작은 단면적에 접하는 보다 큰 단면적, 또는 상기 칫솔의 종축을 따라 2개의 보다 큰 단면적에 접하는 보다 작은 단면적 중 적어도 하나를 가지며;
   c. 상기 외측 표면은 외측 표면 단면적을 한정하고;
   d. 외측 공동 표면 및 내측 공동 표면으로부터 형성되는 벽을 포함하며;
   상기 칫솔은 전체 길이를 따라 하나의 단일형(unitary) 구성요소를 포함하는 칫솔.
2. 제1항에 있어서, 상기 외측 표면 단면적의 제곱근은 상기 칫솔의 종축을 따라 내부 공동 단면적의 제곱근에 비례하여 변하는 칫솔.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칫솔 손잡이 벽의 두께는 상기 외측 표면 단면적의 제곱근에 반비례하여 변하는 칫솔.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 부분(hollow portion)의 약 80%에서 종축에 수직인 임의의 단면에서 원주 방향을 따른 벽 두께는 평균 두께의 약 70% 내지 약 170% 내에 있는 칫솔.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 벽 두께의 표준 편차는 상기 중공 부분의 약 80%에 걸쳐 평균 벽 두께의 약 30%를 초과하지 않는 칫솔.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 부분의 약 80%에서 벽 두께에 대한 평균 반경의 비(ratio)는 약 3 내지 10의 범위 내에 있는 칫솔.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 부분의 약 80%에서 벽 두께에 대한 평균 반경의 비는 일정하게 유지되며 약 3 내지 10의 범위 내에 있는 칫솔.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 공동의 총 체적은 외측 표면에 의해 한정되는 총 체적의 약 50% 내지 약 70%인 칫솔.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 종축을 따른 칫솔의 단부들 중 적어도 하나는 상기 내부 공동의 최대 단면적보다 작은 외측 표면 단면적을 갖는 칫솔.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 칫솔 손잡이 단부는 상기 내부 공동의 최대 단면적보다 작은 외측 표면 단면적을 갖는 칫솔.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 종축을 따른 칫솔의 단부들 중 적어도 하나는 상기 내부 공동의 최소 단면적보다 작은 상기 외측 표면 단면적을 갖는 칫솔.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.50 g/㎤ 미만의 비중(specific gravity)을 가지며, ASTM D 790에 의해 결정 시 5.0 N 힘의 인가 하에서 약 10 mm 미만으로 변형되는 칫솔.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 재료 층을 포함하는 칫솔.

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