WO1998014090A1 - Borste für eine zahnbürste - Google Patents

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WO1998014090A1
WO1998014090A1 PCT/EP1997/005221 EP9705221W WO9814090A1 WO 1998014090 A1 WO1998014090 A1 WO 1998014090A1 EP 9705221 W EP9705221 W EP 9705221W WO 9814090 A1 WO9814090 A1 WO 9814090A1
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bristle
filaments
toothbrush
wound
mil
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PCT/EP1997/005221
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Rainer Hans
Georges Driesen
Armin Schwarz-Hartmann
Norbert Schaefer
Ahmet Cem Firatli
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Braun Aktiengesellschaft
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    • Y10T428/2978—Surface characteristic

Definitions

  • the invention relates to a bristle for a toothbrush, in particular for an electric toothbrush, which is made of plastic and has a plurality of filaments connected to one another.
  • Such a bristle is known from German utility model 1 9 97 71 7.
  • a toothbrush is described which has a large number of bristles, with several bristles being arranged approximately parallel to each other and thermally welded to each bristle. In this way, the cleaning area formed by the free ends of the bristles is enlarged and thus the cleaning effect of the toothbrush is increased.
  • voids arise between the filaments that can be colonized by bacteria or other germs.
  • a method for producing artificial bristles which consist of a plurality of individual filaments. These individual filaments are glued together after emerging from the spinnerets, the gluing being interrupted at intervals. After the bond has been produced, the bristle is cut into individual bristles in the area of the non-bonded areas, the individual bristle being spliced on at the tip.
  • This process is quite complex since, on the one hand, the filaments have to be applied with an adhesive. On the other hand, it turns out to be problematic to continuously interrupt the bonding at predetermined intervals.
  • a brush with radially outward-facing bristles attached to a hub is known.
  • Each of the bristles has a rigid core in the middle, which is glued to at least one fiber made of vibration-damping material and is helically wound so that only part of the surface of the core is surrounded by the fiber.
  • the object of the invention is to develop a bristle for a toothbrush of the type mentioned at the outset in such a way that a high cleaning action is ensured but cavities are avoided.
  • filaments are wound or braided and chemically welded to one another as a result of the action of chemical agents.
  • the surface of the toothbrush that is effective for tooth cleaning is increased at the same time, thereby improving tooth cleaning.
  • the surface of the bristles is structured, which can be used effectively in tooth cleaning. Both are particularly advantageous with regard to the removal of plaque from the tooth surface.
  • a splicing is provided at its free end.
  • This fanning out can be achieved by breaking open the connection points of the individual filaments at the free end of the bristle.
  • individual thin tips are formed at the free end of the bristle, the number and diameter of the number and the diameter of the filaments of the bristle.
  • the filaments of the bristle have different diameters.
  • the mechanical properties for example the rigidity or the fatigue or the resilience of the individual bristles and thus the toothbrush as a whole, can be influenced.
  • the winding or braiding of the individual bristles and thus the structure of the surface of the bristles can also be influenced by the choice of the diameter of the filaments. Both have a direct influence on the cleaning effect and in particular on the cleaning comfort of the toothbrush.
  • an approximately central filament with a preferably higher stiffness is provided, which is surrounded by filaments with a preferably lower stiffness.
  • the central filament is preferably used to stabilize the bristle, while the filaments surrounding this central filament are preferably intended to achieve a high cleaning effect and a high level of cleaning convenience.
  • the winding or braiding of the bristle is periodic. This has advantages with regard to the manufacture of the bristle and results in an optically uniform appearance of the bristle and thus of the toothbrush.
  • the following values have proven to be particularly useful for an electric toothbrush in particular: there are 3 or 4 filaments per bristle used, the diameter of the individual filaments has a value between approximately 0.0762 mm and approximately 0.127 mm, and the winding or braiding of a bristle is repeated after approximately 1.0 mm to approximately 3.0 mm.
  • the filaments are chemically welded to one another in such a way that the tear-open strength or peel force of the filaments in the region of the fanning out is from approximately 0.1 to 0.15N, preferably 0.125N.
  • the bristles according to the invention after the conventional, in particular mechanical rounding of an end section, for example after the bristles have been fastened in a bristle carrier, slightly open at the ends.
  • the tear propagation resistance is still so high that during normal use of the bristles, for example as a toothbrush bristles, further fanning out of the bristle in individual filaments is substantially prevented.
  • an amorphous structure of the filament or bristle material may be present in the center of the inner core.
  • the cross-sectional area with an amorphous structure will be approximately 10% to 50%, in particular 20% to 30%, of the total cross-sectional area of the bristle.
  • the remaining cross-sectional area accordingly has an essentially crystalline structure.
  • the filaments are wound or braided essentially without torsional stress and chemically welded to one another by the action of solvents. After the winding or braiding process, the filaments are connected as a result of chemical agents. In this way, a permanent connection between the individual filaments is achieved, the mechanical properties of the filaments being essentially retained.
  • a filament composite is formed which forms the bristle.
  • any voids still present are reliably sealed.
  • the fixation mentioned also represents a simple and easily controllable way of processing the wound or braided filaments and connecting them to form a bristle.
  • the filaments are wetted with a solvent for between about 5 s and about 50 s, preferably e.g. B. for coated filaments, between about 20 s and about 30 s.
  • a solvent for between about 5 s and about 50 s, preferably e.g. B. for coated filaments, between about 20 s and about 30 s.
  • highly concentrated formic acid has proven to be a particularly useful solvent.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that a splicing is produced at the free end of the bristle by mechanical processing.
  • the resulting thin tips can penetrate the interdental spaces of the teeth much more easily and in this way and improve the removal of PIaque there and thus overall the teeth cleaning.
  • the filaments are subjected to a tensile stress of approximately 6MPa to 20MPa, preferably 13MPa, during chemical welding. This ensures that the filament, which is wound or braided essentially without torsional stress, lies against one another with a sufficient radially inwardly acting force during chemical welding, this radially inwardly acting force being generated by means of the tensile stress acting on the filaments.
  • the bristles according to the invention are used in the inner field of a preferably electrically driven round-head toothbrush.
  • FIG. 1 a to 1 c show a schematic representation of a first embodiment of a bristle according to the invention for a toothbrush in one view and two cross sections,
  • FIGS. 2a and 2b show a schematic representation of a second embodiment of a bristle according to the invention for a toothbrush in a view and a cross section
  • FIG. 3a and 3b show a schematic representation of a third embodiment of a bristle according to the invention for a toothbrush in a view and a cross section
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the free end of the
  • FIG. 5 shows an enlarged cross section of a bristle according to FIG.
  • a bristle 1 is shown, which is composed of three filaments 2, 3, 4.
  • the filaments 2, 3, 4 consist of the same plastic and all have the same diameter.
  • the filaments 2, 3, 4 are braided, which can be seen, inter alia, from the cross sections of FIGS. 1 b and 1 c.
  • the braiding is carried out uniformly, so that the braiding and thus the structure of the surface of the bristle 1 are repeated periodically. This is identified in FIG. 1 a by the reference number 5.
  • FIGS. 2a and 2b show a bristle 6 which is composed of four filaments 7, 8, 9, 10.
  • the filament 7 is arranged centrally and is surrounded by the other filaments 8, 9, 10.
  • the filament 7 has a larger diameter than the filaments 8, 9, 10. All the filaments 7, 8, 9, 10 are made of plastic, the filaments 8, 9, 10 being made of the same plastic, while the central filament 7 can consist of a different plastic.
  • the central filament 7 preferably has a high rigidity, while the surrounding filaments 8, 9, 10 have a lower rigidity.
  • the different stiffnesses can result from different diameters and / or from different plastics of the filaments, for example from softer or harder plastics.
  • the central filament 7 is wrapped by the other filaments 8, 9, 10.
  • FIG. 2a This is identified in FIG. 2a by the reference number 1 1.
  • a bristle 12 is shown, which consists of three filaments
  • the filaments 13, 14, 15 are made of the same plastic and all have the same diameter.
  • the filaments 13, 14, 15 are made of the same plastic and all have the same diameter.
  • the filaments 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 of the bristles 1, 6, 12 mentioned in FIGS. 1a to 1c, 2a and 2b and 3a and 3b can be made of polyamide, polyester or of Polypropylene exist.
  • the diameter of said filaments can be between about 0.0762 mm (3 mil) and about 0.127 mm (5 mil).
  • the period 5, 11, 16 of the braiding or winding of the said filaments can be between approximately 1.0 mm and approximately 3.0 mm.
  • the individual filaments 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 of the bristles 1, 6, 12 are firmly connected to one another.
  • FIG. 4 shows a free end 17 of the bristle 12 of FIGS. 3a and 3b.
  • the free end 17 has a splice 18. This means that the free ends 19, 20, 21 of the filaments 13, 14, 15 are not firmly connected to one another, but rather protrude as individual tips from the free end 17 of the bristle 12.
  • the length of the splice 18 is chosen such that the protruding tips are suitable for penetrating into the interdental spaces of a user.
  • the described splicing of the free end of the bristle can also be present in a corresponding manner in the bristles of FIGS. 1a to 1c and / or of FIGS. 2a and 2b.
  • the filaments 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 are braided or wound or, in general, stranded. It is possible to carry out the winding or braiding process with already stretched filaments 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 1 3, 1 4, 1 5, which already have the desired mechanical properties.
  • the braided or wound filaments 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 are then immersed in a solvent and fixed there by dissolving.
  • the residence time in the solvent is from about 5 s to about 50 s.
  • a solvent e.g. for filaments made of polyamide, phenol, M-cresol or formic acid can be used.
  • highly concentrated formic acid a time period between about 20 s and about 30 s has been found to be advantageous for coated filaments.
  • the solvent is then neutralized with water or other suitable media or the excess solvent is removed. Then the filaments 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 1 3, 14, 1 5 are dried. The resulting bristle 1, 6, 1 2 can then be processed further in a known manner.
  • the free end 1 7 mentioned is mechanically processed in a subsequent process.
  • This mechanical processing can be, for example, a grinding process or the like or other impact processing of the free end 17.
  • the mechanical connection breaks up the firm connection of the filaments 1 3, 1 4, 1 5 of the bristle 1 2 in the region of the free end 1 7 of the bristle 1 2 caused by the chemical fixation. This results in the free ends 1 9, 20, 21 of the filaments 1 3, 1 4, 1 5, the length of the free ends 1 9, 20, 21 and thus the length of the splice 1 8 being dependent on the degree of mechanical Processing the free end 1 7 of the bristle 1 2.
  • the chemical fixation of the filaments 1 3, 1 4, 1 5 is carried out in such a way that, on the one hand, the solid connection is broken on free end 1 7 of the bristle 1 2 is possible, but on the other hand, due to the normal use of the bristle, no breaking of the firm connection of the filaments 1 3, 1 4, 1 5 is possible.
  • the bristle 1 2 has a special cross-sectional structure due to the chemical bonding of the filaments 1 3, 1 4, 1 5 consisting of partially crystalline material.
  • An outer sheath 22 of the bristle 1 2 has an essentially amorphous structure which is due to the solvent dissolving the outer sheath of the individual filaments 1 3, 14, 1 5.
  • the inner core 23 of the bristle 1 2 has an essentially crystalline structure, this inner core 23 being essentially formed by the undissolved cores of the filaments 1 3, 14, 1 5.
  • an area with an amorphous structure that is small in cross section can be present.
  • Filaments 1 3, 1 4, 1 5 that are chemically welded to one another have approximately 10% to 50%, in particular 20% to 30%, of the total cross-sectional area of an amorphous structure. Accordingly, approximately 90% to 50%, in particular 80% to 70%, of the cross-sectional area are essentially crystalline.
  • the filaments are present in an almost or essentially torsion-free state after winding, braiding or stranding. This is ensured by the fact that each of the filaments 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 1 3, 14, 1 5 during braiding, winding or stranding in the opposite sense to the rotation required for roping, braiding or winding around its own axis, so that torsional stresses are substantially avoided. This prevents the filament composite from buckling before chemical welding and after stranding, braiding or winding. This essentially torsion-free stress state can be demonstrated after welding using microtome sections if these are analyzed under polarized light.
  • the filaments 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 1 3, 1 4, 1 5 to ensure the fixation takes place under tensile stresses of about 6MPa to 20MPa, preferably at about 13MPa.
  • the fixing time is chosen so that 10% to 50%, preferably 20% to 35%, of the cross-sectional area of the single filament is dissolved.
  • the fixing times are for filaments 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 1 5 without surface coating between 5 see and 20 see, or at about 1 0 see. If filaments with a silicone coating are used, fixation times between 20 see and 40 see, preferably 25 see to 30 see, are considered.
  • connection strength can be determined by measuring the peeling forces and the wear behavior of the bristles 1, 6, 1 2.
  • the process parameters are to be set such that the peeling forces are in the range from 0.1 N to approximately 0.1 5N.
  • the individual filaments are brought into close contact by winding, braiding or stranding the filaments.
  • the tensile force acting on the filament composite creates a resulting force in the direction of the center 24 of the bristles 1, 6, 1 2.
  • the surface of the filaments 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 1 3, 14, 1 5 dissolved so that a doughy state is achieved.
  • the secondary valence forces that bring about the substance cohesion are reduced by the solvent, the covalent bonds being practically not attacked or broken. be disturbed. This state enables the diffusion of molecular segments across the interfaces into the neighboring component.
  • the depth of penetration of the molecular chains depends on the degree of dissolution and the level of tensile stress and influences the bond strength of the overall system.
  • the connection in turn is based on the secondary valence forces of the neighboring molecular chains, which fully develop again after the subsequent washing out of the solvent.
  • chemical welding is understood to mean connecting the filaments to one another by dissolving the surface of the filaments using a chemical solvent.
  • the surface of the filaments is softened by the action of heat.
  • an additional substance is permanently applied to the filament surface, which connects the filaments to one another.
  • the bristles 1, 6, 1 2 described in FIGS. 1 a to 1 c, 2a and 2b and 3a and 3b are intended for use in toothbrushes, in particular for use in electric toothbrushes.
  • the bristles 1, 6, 1 2 described can be used particularly advantageously in the inner field of a round-head toothbrush.

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Abstract

Es wird eine Borste (12) für eine Zahnbürste, insbesondere für eine elektrische Zahnbürste beschrieben, die aus Kunststoff besteht und mehrere, miteinander verbundene Filamente (13, 14, 15) aufweist. Die Filamente (13, 14, 15) sind gewickelt oder geflochten und infolge Einwirkung chemischer Mittel miteinander verbunden. Dadurch wird eine feste Verbindung zwischen den Filamenten (13, 14, 15) erreicht und es werden Hohlräume zwischen den Filamenten (13, 14, 15) sicher vermieden. Dies ergibt insgesamt eine Zahnbürste mit einer einerseits hohen Reinigungswirkung, die jedoch andererseits für Bakterien oder sonstige Keime keine Möglichkeit der Einlagerung bietet.

Description

Borste für eine Zahnbürste
Die Erfindung betrifft eine Borste für eine Zahnbürste, insbesondere für eine elektrische Zahnbürste, die aus Kunststoff besteht und mehrere, miteinander verbundene Filamente aufweist.
Eine derartige Borste ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 9 97 71 7 bekannt. Dort ist eine Zahnbürste beschrieben, die eine Vielzahl von Borsten aufweist, wobei bei jeder Borste jeweils mehrere Filamente etwa parallel zueinander angeordnet und thermisch miteinander verschweißt sind. Auf diese Weise wird die von den freien Enden der Borsten gebildete Reinigungsfläche vergrößert und damit die Reinigungswirkung der Zahnbürste erhöht. Andererseits entstehen jedoch zwischen den Filamenten Hohlräume, die von Bakterien oder sonstigen Keimen besiedelt werden können.
Aus der DE-PS 906444 ist ein Verfahren zur Herstellung künstlicher Borsten bekannt, die aus einer Mehrzahl von Einzelfilamenten bestehen. Diese Einzelfila- mente werden nach dem Austreten aus den Spinndüsen miteinander verklebt, wobei die Klebung in Abständen unterbrochen wird. Nach Herstellen der Verklebung wird die Borste im Bereich der nicht geklebten Bereiche zu Einzelborsten zerschnitten, wobei die Einzelborste an der Spitze aufgespleißt ist. Dieses Verfahren ist recht aufwendig, da zum einen die Filamente mit einem Kleber beaufschlagt werden müssen. Zum anderen erweist es sich als problematisch, die Klebung kontinuierlich in vorgegebenen Abständen zu unterbrechen.
Aus der DE-AS 1 222 888 ist eine Bürste mit radial nach außen stehenden, an einer Nabe befestigten Borsten bekannt. Jede der Borsten weist in ihrer Mitte eine steife Seele auf, die mit wenigstens einer Faser aus schwingungsdämpfen- dem Material verklebt und schraubenförmig so umwunden ist, daß nur ein Teil der Oberfläche der Seele von der Faser umgeben ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Borste für eine Zahnbürste der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine hohe Reinigungswirkung gewährleistet ist, Hohlräume jedoch vermieden werden.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Filamente gewik- kelt oder geflochten und infolge Einwirkung chemischer Mittel miteinander chemisch verschweißt sind.
Durch das Wickeln oder Flechten der Filamente oder allgemein durch ein Verseilen der Filamente wird bewirkt, daß die Filamente eng aneinander anliegen. Infolge der Einwirkung von chemischen Mitteln wird danach die Oberfläche der Filamente angelöst. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Filamente vollends zusammengehen und eventuell noch vorhandene Hohlräume im Zentrum der gewickelten oder geflochtenen Borste geschlossen werden. Eine vorhandene oder gezielt beeinflußbare, auf die Filamente wirkende Zugspannung kann diesen Vorgang unterstützen. Insgesamt entsteht auf diese Weise eine hohlraumfreie Borste, die somit Bakterien oder sonstigen Keimen keine Möglichkeit der Einlagerung bietet.
Durch die Verwendung mehrerer Filamente wird jedoch gleichzeitig die für die Zahnreinigung wirksame Oberfläche der Zahnbürste vergrößert und dadurch die Zahnreinigung verbessert. Des weiteren wird durch das Wickeln oder Flechten erreicht, daß die Oberfläche der Borsten strukturiert ist, was bei der Zahnreinigung wirksam zum Einsatz kommen kann. Beides ist insbesondere im Hinblick auf die Entfernung von Plaque von der Zahnoberfläche von Vorteil.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Borste ist an deren freiem Ende eine Aufspleißung vorgesehen. Diese Aufspleißung kann durch ein Aufbrechen der Verbindungsstellen der einzelnen Filamente an dem freien Ende der Borste erreicht werden. Auf diese Weise entstehen an dem freien Ende der Borste einzelne dünne Spitzen, deren Anzahl und Durchmesser von der Anzahl und dem Durchmesser der Filamente der Borste abhängen. Diese dünnen Spitzen können wesentlich einfacher und tiefer in die Interdentalräume der Zähne eindringen und verbessern auf diese Weise die dortige Entfernung von PIaque und damit insgesamt die Zahnreinigung. Des weiteren wird durch die Aufspleißung die für die Zahnreinigung wirksame Reinigungsfläche weiter vergrößert, so daß auch insofern die Zahnreinigung verbessert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Borste weisen die Filamente der Borste unterschiedliche Durchmesser auf. Auf diese Weise können die mechanischen Eigenschaften, beispielsweise die Steifigkeit oder die Ermüdung oder das Rückstellvermögen der einzelnen Borsten und damit der Zahnbürste insgesamt beeinflußt werden. Des weiteren kann durch die Wahl der Durchmesser der Filamente auch die Wicklung oder Flechtung der einzelnen Borsten und damit die Struktur der Oberfläche der Borsten beeinflußt werden. Beides hat einen unmittelbaren Einfluß auf die Reinigungswirkung und insbesondere auf den Reinigungskomfort der Zahnbürste.
Bei einer bevorzugten Ausführung der genannten Ausgestaltung ist ein etwa zentrales Filament mit einer bevorzugt höheren Steifigkeit vorgesehen, das von Filamenten mit einer bevorzugt geringeren Steifigkeit umgeben ist. Das zentrale Filament dient vorzugsweise der Stabilisierung der Borste, während die dieses zentrale Filament umgebenden Filamente vorzugsweise zur Erlangung einer hohen Reinigungswirkung und eines hohen Reinigungskomforts vorgesehen sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Borste ist die Wicklung oder Flechtung der Borste periodisch ausgebildet. Dies hat Vorteile im Hinblick auf die Herstellung der Borste und hat ein optisch gleichmäßiges Aussehen der Borste und damit der Zahnbürste zur Folge.
Insbesondere für eine elektrische Zahnbürste haben sich die folgenden Werte als besonders zweckmäßig herausgestellt: es werden 3 oder 4 Filamente pro Borste verwendet, der Durchmesser der einzelnen Filamente weist einen Wert zwischen etwa 0,0762 mm und etwa 0, 1 27 mm auf, und die Wicklung oder Flechtung einer Borste wiederholt sich nach etwa 1 ,0 mm bis etwa 3,0 mm.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Filamente so fest miteinander chemisch verschweißt, daß sich im Bereich der Aufspleißung eine Weiterreißfestigkeit bzw. eine Schälkraft der Filamente von etwa 0, 1 N bis 0, 1 5N, bevorzugt 0, 1 25N, ergibt. Hierdurch ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäßen Borsten nach dem herkömmlichen, insbesondere mechanischen Verrunden eines Endabschnittes, beispielsweise nach dem Befestigen der Borsten in einem Borstenträger, an den Enden geringfügig aufspleißen. Andererseits ist die Weiterreißfestigkeit jedoch noch so hoch, daß während des normalen Gebrauchs der Borsten, beispielsweise als Borsten einer Zahnbürste, ein weiteres Aufspleißen der Borste in Einzelfilamente im wesentlichen verhindert wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß infolge der Einwirkung der chemischen Mittel 10% bis 50%, vorzugsweise 20% bis 35% der Querschnittsfläche der Filamente angelöst sind. Hierdurch wird zum einen die Bildung von Hohlräumen zwischen den Filamenten sicher vermieden. Zum anderen weist jedes der Filamente bei einem solchen Anlösegrad noch eine ausreichende, innere Festigkeit auf, so daß das chemische Verschweißen der Filamente zu einer Borste problemlos kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Von besonderem Vorteil besitzt bei Einsatz von Filamenten aus kristallinem oder teilkristallinem Material, wie z. B. Polyamid, ein Außenmantel der Borste nach dem chemischen Verschweißen der Filamente eine amorphe Struktur, während ein Innenkern eine im wesentlichen kristalline Struktur aufweist.
Dabei kann unter Umständen im Zentrum des Innenkerns wiederum eine amorphe Struktur des Filament- bzw. Borstenmaterials vorhanden sein. lm allgemeinen wird die Querschnittsfläche mit amorpher Struktur in etwa 1 0% bis 50%, insbesondere 20% bis 30% der gesamten Querschnittsfläche der Borste betragen. Die restliche Querschnittsfläche weist dementsprechend eine im wesentlichen kristalline Struktur auf.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Borste werden die Filamente im wesentlichen torsionsspannungsfrei gewickelt oder geflochten und durch Lösungsmitteleinwirkung chemisch miteinander verschweißt. Nach dem Wickel- oder Flechtvorgang erfolgt also eine Verbindung der Filamente infolge chemischer Mittel. Auf diese Weise wird eine dauerhafte Verbindung zwischen den einzelnen Filamenten erreicht, wobei die mechanischen Eigenschaften der Filamente im wesentlichen beibehalten werden. Es entsteht ein Filamentverbund, der die Borste bildet. Des weiteren wird durch das Anlösen der Filamente in einem Lösungsmittel ein Verschließen von noch vorhandenen Hohlräumen sicher gewährleistet. Auch stellt die genannte Fixierung eine einfache und gut steuerbare Art und Weise dar, die gewickelten oder geflochtenen Filamente zu bearbeiten und zu einer Borste zu verbinden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Filamente zwischen etwa 5 s und etwa 50 s mit einem Lösungsmittel benetzt, vorzugsweise z. B. für beschichtete Filamente, zwischen etwa 20 s und etwa 30 s. Bei Filamenten aus Polyamid hat sich hochkonzentrierte Ameisensäure als besonders zweckmäßiges Lösungsmittel herausgestellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß am freien Ende der Borste durch eine mechanische Bearbeitung eine Aufspleißung erzeugt wird. Die entstehenden dünnen Spitzen können wesentlich einfacher und tiefer in die Interdentalräume der Zähne eindringen und verbessern auf diese Weise die dortige Entfernung von PIaque und damit insgesamt die Zahnreinigung. Gemäß einer anderen äußerst vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Filamente während des chemischen Verschweißens mit einer Zugspannung von etwa 6MPa bis 20MPa, bevorzugt 1 3MPa, beaufschlagt. Hierdurch ist sichergestellt, daß die im wesentlichen torsionsspannungsfrei gewickelten oder geflochtenen Filament während des chemischen Verschweißens mit einer ausreichenden radial nach innen wirkenden Kraft aneinanderliegen, wobei diese radial nach innen wirkende Kraft mittels der auf die Filamente wirkenden Zugspannung erzeugt wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die erfindungsgemäßen Borsten im Innenfeld einer vorzugsweise elektrisch angetriebenen Rundkopfzahnbürste verwendet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung.
Fig. 1 a bis 1 c zeigen eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Borste für eine Zahnbürste in einer Ansicht und zwei Querschnitten,
Fig. 2a und 2b zeigen eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Borste für eine Zahnbürste in einer Ansicht und einem Querschnitt,
Fig. 3a und 3b zeigen eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Borste für eine Zahnbürste in einer Ansicht und einem Querschnitt, Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des freien Endes der
Borste der Figur 3 mit einer Aufspleißung in einer Ansicht,
Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer Borste gemäß Fig.
3b im Detail.
In den Figuren 1 a bis 1 c ist eine Borste 1 dargestellt, die aus drei Filamenten 2, 3, 4 zusammengesetzt ist. Die Filamente 2, 3, 4 bestehen aus demselben Kunststoff und weisen alle denselben Durchmesser auf. Die Filamente 2, 3, 4 sind geflochten, was unter anderem aus den Querschnitten der Figuren 1 b und 1 c ersichtlich ist. Die Flechtung ist gleichmäßig ausgeführt, so daß sich die Flechtung und damit die Struktur der Oberfläche der Borste 1 periodisch wiederholt. Dies ist in der Figur 1 a mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet.
In den Figuren 2a und 2b ist eine Borste 6 dargestellt, die aus vier Filamenten 7, 8, 9, 10 zusammengesetzt ist. Das Filament 7 ist zentral angeordnet und ist von den anderen Filamenten 8, 9, 10 umgeben. Das Filament 7 weist einen größeren Durchmesser auf als die Filamente 8, 9, 1 0. Sämtliche Filamente 7, 8, 9, 10 bestehen aus Kunststoff, wobei die Filamente 8, 9, 1 0 aus demselben Kunststoff hergestellt sind, während das zentrale Filament 7 aus einem anderen Kunststoff bestehen kann. Vorzugsweise weist das zentrale Filament 7 eine hohe Steifigkeit auf, während die umgebenden Filamente 8, 9, 10 eine geringere Steifigkeit besitzen. Die unterschiedlichen Steifigkeiten können sich dabei aus unterschiedlichen Durchmessern und/oder aus unterschiedlichen Kunststoffen der Filamente ergeben, beispielsweise aus weicheren oder härteren Kunststoffen. Das zentrale Filament 7 ist von den anderen Filamenten 8, 9, 1 0 umwickelt. Die Wicklung ist gleichmäßig ausgeführt, so daß sich die Wicklung und damit die Struktur der Oberfläche der Borste 6 periodisch wiederholt. Dies ist in der Figur 2a mit der Bezugsziffer 1 1 gekennzeichnet. In den Figuren 3a und 3b ist eine Borste 12 dargestellt, die aus drei Filamenten
13, 14, 15 zusammengesetzt ist. Die Filamente 13, 14, 15 bestehen aus demselben Kunststoff und weisen alle denselben Durchmesser auf. Die Filamente 13,
14, 15 sind gewickelt. Die Wicklung ist gleichmäßig ausgeführt, so daß sich die Wicklung und damit die Struktur der Oberfläche der Borste 12 periodisch wiederholt. Dies ist in der Figur 3a mit der Bezugsziffer 16 gekennzeichnet.
Die in den Figuren 1a bis 1c, 2a und 2b sowie 3a und 3b genannten Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 der Borsten 1, 6, 12 können aus Polyamid, Polyester oder aus Polypropylen bestehen. Der Durchmesser der genannten Filamente kann zwischen etwa 0,0762 mm (3 mil) und etwa 0,127 mm (5 mil) betragen. Die Periode 5, 11, 16 der Flechtung bzw. Wicklung der genannten Filamente kann zwischen etwa 1,0 mm und etwa 3,0 mm betragen. Wie noch ausgeführt werden wird, sind die einzelnen Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 der Borsten 1, 6, 12 fest miteinander verbunden.
In der Figur 4 ist ein freies Ende 17 der Borste 12 der Figuren 3a und 3b dargestellt. Das freie Ende 17 weist eine Aufspleißung 18 auf. Dies bedeutet, daß die freien Enden 19, 20, 21 der Filamente 13, 14, 15 nicht fest miteinander verbunden sind, sondern als einzelne Spitzen von dem freien Ende 17 der Borste 12 abstehen. Die Länge der Aufspleißung 18 ist derart gewählt, daß die abstehenden Spitzen dazu geeignet sind, in die Interdentalräume eines Benutzers einzudringen.
Die beschriebene Aufspleißung des freien Endes der Borste kann dabei in entsprechender Weise auch bei den Borsten der Figuren 1a bis 1c und/oder der Figuren 2a und 2b vorhanden sein.
Zur Herstellung der Borsten 1, 6, 12 werden die Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 geflochten oder gewickelt oder ganz allgemein verseilt. Dabei ist es möglich, den Wickel- oder Flechtvorgang mit bereits gereckten Filamenten 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 1 3, 1 4, 1 5 durchzuführen, die bereits über die gewünschten mechanischen Eigenschaften verfügen.
Danach werden die geflochtenen oder gewickelten Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 in ein Lösungsmittel getaucht und dort durch Anlösen fixiert. Die Verweildauer in dem Lösungsmittel beträgt eine Zeitdauer von etwa 5 s bis etwa 50 s. Als Lösungsmittel, z.B. für aus Polyamid bestehende Filamente, kann Phenol, M-Kresol oder Ameisensäure verwendet werden. Bei Verwendung von hochkonzentrierter Ameisensäure hat sich bei beschichteten Filamenten eine Zeitdauer zwischen etwa 20 s und etwa 30 s als vorteilhaft herausgestellt. Durch das Benetzen der Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 1 0, 1 3, 1 4, 1 5 mit dem Lösungsmittel werden die Verbindungstellen der Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 1 0, 1 3, 14, 1 5 fest miteinander verbunden.
Danach wird das Lösungsmittel mit Wasser oder anderen geeigneten Medien neutralisiert oder das überschüssige Lösungsmittel entfernt. Dann werden die Filamente 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 1 3, 14, 1 5 getrocknet. Danach kann die entstandene Borste 1 , 6, 1 2 auf bekannte Art und Weise weiterverarbeitet werden.
Zur Erzeugung der Aufspleißung 1 8 am freien Ende 1 7 der Borste 1 2 wird in einem Folgeprozeß das genannte freie Ende 1 7 mechanisch bearbeitet. Diese mechanische Bearbeitung kann beispielsweise ein Schleifvorgang oder dergleichen oder auch eine sonstige Schlagbearbeitung des freien Endes 1 7 sein. In jedem Fall wird durch die mechanische Bearbeitung die durch die chemische Fixierung hervorgerufene feste Verbindung der Filamente 1 3, 1 4, 1 5 der Borste 1 2 im Bereich des freien Endes 1 7 der Borste 1 2 wieder aufgebrochen. Es entstehen dadurch die freien Enden 1 9, 20, 21 der Filamente 1 3, 1 4, 1 5, wobei die Länge der freien Enden 1 9, 20, 21 und damit die Länge der Aufspleißung 1 8 abhängig ist von dem Grad der mechanischen Bearbeitung des freien Endes 1 7 der Borste 1 2. Die chemische Fixierung der Filamente 1 3, 1 4, 1 5 wird dabei derart durchgeführt, daß einerseits ein Aufbrechen der festen Verbindung am freien Ende 1 7 der Borste 1 2 möglich ist, daß aber andererseits durch die normale Benutzung der Borste kein Aufbrechen der festen Verbindung der Filamente 1 3, 1 4, 1 5 möglich ist.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Borste 1 2 aufgrund des chemischen Verbin- dens der aus teilkristallinem Material bestehenden Filamente 1 3, 1 4, 1 5 eine besondere Struktur im Querschnitt aufweist. Ein Außenmantel 22 der Borste 1 2 weist eine im wesentlichen amorphe Struktur auf, die auf das Anlösen des Außenmantels der Einzelfilamente 1 3, 14, 1 5 durch das Lösungsmittels zurückzuführen ist. Der Innenkern 23 der Borste 1 2 besitzt eine im wesentlichen kristalline Struktur auf, wobei dieser Innenkern 23 im wesentlichen durch die nicht angelösten Kerne der Filamente 1 3, 14, 1 5 gebildet ist. Im Zentrum 24 des Innenkerns kann ein im Querschnitt kleinflächiger Bereich mit einer amorphen Struktur vorhanden sein. Solchermaßen chemisch miteinander verschweißte Filamente 1 3, 1 4, 1 5 besitzen zu etwa 10% bis 50%, insbesondere 20% bis 30% der Gesamtquerschnittsfläche eine amorphe Struktur. Demgemäß sind etwa 90% bis 50%, insbesondere 80% bis 70% der Querschnittsfläche im wesentlichen kristallin ausgebildet.
Besonders vorteilhaft erweist sich, daß die Filamente nach dem Wickeln, Flechten oder Verseilen im nahezu oder im wesentlichen torsionsspannungsfreien Zustand vorliegen. Dies wird dadurch gewährleistet, daß jedes der Filamente 2, 3, 4; 7, 8, 9, 1 0; 1 3, 14, 1 5 während des Flechtens, Wickeins oder Verseilens im gegenläufigen Sinn zu der zum Seilen, Flechten oder Wickeln erforderlichen Rotation um die eigene Achse gedreht wird, so daß Torsionsspannungen im wesentlichen vermieden sind. Somit ist ein Knäulen des Filamentverbundes vor der chemischen Verschweißung und nach dem Verseilen, Flechten oder Wickeln, ausgeschlossen. Dieser im wesentlichen torsionsfreie Spannungszustand läßt sich nach dem Verschweißen anhand von Microtomschnitten nachweisen, wenn diese unter polarisiertem Licht analysiert werden. Um eine optimale chemische Verschweißung der Filamente 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 1 3, 1 4, 1 5 zu gewährleisten, erfolgt die Fixierung unter Zugspannungen von etwa 6MPa bis 20MPa, bevorzugt bei etwa 1 3MPa. Die Fixierung gefolgt durch Einwirkung chemischer Mittel, welche jedoch nach dem Auswaschen praktisch keine Rückstände oder Reaktionsprodukte im Filamentverbund hinterlassen. Die Fixierzeit wird dabei so gewählt, daß 10% bis 50%, bevorzugt 20% bis 35% der Querschnittsfläche des Einzelfilaments angelöst werden. Die Fixierzeiten liegen für Filamente 2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 1 5 ohne Oberflächenbeschichtung zwischen 5 see und 20 see, bzw. bei etwa 1 0 see. Werden Filamente mit Silikonbeschichtung eingesetzt, kommen Fixierzeiten zwischen 20 see und 40 see, vorzugsweise 25 see bis 30 see in Betracht. Durch eine derartige Silikonbeschichtung wird das Gleitverhalten der Filamente während der Fertigung gefördert. Die Verbindungsfestigkeit kann über die Messung der Schälkrafte sowie über das Verschleißverhalten der Borste 1 , 6, 1 2 ermittelt werden. Um ein Aufspleißen der Multifilamentenden während des beispielsweise mechanischen Verrundungsprozesses zu gewährleisten, sind die Prozeßparameter derart einzustellen, daß die Schälkräfte im Bereich von 0, 1 N bis etwa 0, 1 5N liegen.
Die oben angegebenen Fixierzeiten variieren natürlich in Abhängigkeit von den Prozeßparametern und gelten insbesondere für den Spezialfall, daß konzentrierte Ameisensäure als Lösungsmittel bei einer Temperatur von etwa 20°C eingesetzt wird, wobei die Filamente aus Polyamid (PA6.1 2) bestehen und einen Durchmesser von etwa 0,076 mm bis 0, 1 26 mm aufweisen.
Durch das Wickeln, Flechten oder Verseilen der Filamente werden die Einzelfila- mente in enge Anlage gebracht. Durch die auf den Filamentverbund wirkende Zugkraft entsteht eine resultierende Kraft in Richtung zum Zentrum 24 der Borste 1 , 6, 1 2. Infolge der Einwirkung der chemischen Mittel bzw. Lösungsmittel wird die Oberfläche der Filamente 2, 3, 4; 7, 8, 9, 1 0; 1 3, 14, 1 5 angelöst, so daß ein teigiger Zustand erreicht wird. Hierbei werden die den Stoffzusammenhalt bewirkenden Nebenvalenzkräfte durch das Lösungsmittel gemindert, wobei die kovalenten Bindungen praktisch nicht angegriffen oder zer- stört werden. Dieser Zustand ermöglicht das Diffundieren von Molekülsegmenten über die Grenzflächen in die jeweils benachbarte Komponente. Die Eindringtiefe der Molekülketten ist hierbei abhängig vom Grad der Anlösung und der Höhe der Zugspannung und beeinflußt die Verbundfestigkeit des Gesamtsystems. Die Verbindung beruht wiederum auf den Nebenvalenzkräften der Atome benachbarten Molekülketten, die nach der anschließenden Auswaschung des Lösungsmittels wieder voll zur Entfaltung kommen.
Unter chemischem Verschweißen wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Verbinden der Filamente miteinander durch Anlösen der Oberfläche der Filamente mittels eines chemischen Lösungsmittels verstanden. Im Gegensatz hierzu wird bei einem thermischen Verschweißen die Oberfläche der Filamente durch Einwirkung von Wärme aufgeweicht. Bei einem Verkleben von Filamenten wird auf die Filamentoberfläche dauerhaft ein zusätzlicher Stoff aufgebracht, der die Filamente miteinander verbindet.
Die beschriebenen Borsten 1 , 6 , 1 2 der Figuren 1 a bis 1 c, 2a und 2b sowie 3a und 3b sind zur Verwendung in Zahnbürsten vorgesehen, insbesondere zur Verwendung in elektrischen Zahnbürsten. Die beschriebenen Borsten 1 , 6, 1 2 sind dabei besonders vorteilhaft im Innenfeld einer Rundkopfzahnbürste einsetzbar.

Claims

Patentansprüche
1 . Borste (1 , 6, 1 2) für eine Zahnbürste, insbesondere für eine elektrische Zahnbürste, die aus Kunststoff besteht und mehrere, miteinander verbundene Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 1 3, 14, 1 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 1 0; 1 3, 14, 1 5) gewickelt oder geflochten und infolge Einwirkung chemischer Mittel miteinander chemisch verschweißt sind.
2. Borste (1 , 6, 1 2) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende (1 7) der Borste (1 2) eine Aufspleißung (1 8) vorgesehen ist.
3. Borste ( 1 , 6, 1 2) nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 2 und 8 Filamenten pro Borste vorgesehen sind, insbesondere 3 oder 4 Filamente pro Borste.
4. Borste (6) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (7 bzw. 8, 9, 1 0) der Borste (6) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
5. Borste (1 , 6, 1 2) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 1 0; 1 3, 14, 1 5) einen Wert zwischen etwa 0,0508 mm (2 mil) und etwa 0,254 mm (1 0 mil) beträgt, insbesondere einen Wert zwischen etwa 0,0762 mm (3 mil) und etwa 0, 1 27 mm (5 mil).
6. Borste (6) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein etwa zentrales Filament (7) mit einer höheren Steifigkeit vorgesehen ist, das von Filamenten (8, 9, 1 0) mit einer geringeren Steifigkeit umgeben ist.
7. Borste (1, 6, 12) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung oder Flechtung der Borste (1, 6, 12) periodisch ausgebildet ist (5, 11 , 16).
8. Borste (1, 6, 12) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode (5, 11, 16) einen Wert zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5,0 mm aufweist, insbesondere eine Periode (5, 11, 16) zwischen etwa 1,0 mm und etwa 3,0 mm.
9. Borste (1, 6, 12) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) aus Polyamid, Polyester und/oder aus Polypropylen bestehen.
10. Borste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Weiterreißfestigkeit der Aufspleißung (18) bzw. eine Schälkraft der Filamente (13, 14, 15) von etwa 0,1 N bis 0,15N, bevorzugt 0,125N.
11. Borste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß infolge der Einwirkung der chemischen Mittel 10% bis 50%, vorzugsweise 20% bis 35% der Querschnittsfläche der Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) angelöst sind.
12. Borste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von Filamenten bestehend aus kristallinem oder teilkristallinem Material ein Außenmantel (22) der Borste (1, 6, 12) im wesentlichen amorphe und ein Innenkern (23) im wesentlichen kristalline Strukturen aufweist.
13. Borste nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zentrum (24) des Innenkerns (23) amorphe Struktur aufweist.
14. Borste nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in etwa 10% bis 50%, insbesondere 20% bis 30% der Querschnittsfläche der Borste (1, 6, 12) amorphe Struktur aufweisen.
15. Verfahren zur Herstellung einer Borste nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) im wesentlichen torsionsspannungsfrei gewickelt oder geflochten und durch Lösungsmitteleinwirkung chemisch miteinander verschweißt werden.
16. Verfahren nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2, 3, 4; 7, 8, 9, 10; 13, 14, 15) zwischen etwa 5 s und etwa 50 s mit einem Lösungsmittel benetzt werden, vorzugsweise je nach Ober- flächenbeschichtung der Filamente zwischen etwa 5s bis 15s oder 20s und etwa 30s.
17. Verfahren nach einem der Patentansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Phenol, M-Kresol und/oder Ameisensäure verwendet werden.
18. Verfahren nach einem der Patentansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende (17) der Borste (12) durch eine mechanische Bearbeitung eine Aufspleißung (18) erzeugt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die gewickelten und/oder geflochtenen Filamente (1, 6, 12) während des chemischen Verschweißens mit einer Zugspannung von etwa 6MPa bis 20MPa, bevorzugt 13MPa beaufschlagt werden.
20. Verwendung der Borste (1 , 6, 1 2) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche im Innenfeld einer vorzugsweise elektrisch angetriebenen Rundkopfzahnbürste.
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