專利名稱：牙刷的刷毛的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種牙刷所用的刷毛，具體地，涉及電動牙刷所用的刷毛，這種刷毛由塑料制成而且包括連結在一起的一些細絲。
從德國實用新型第1997717號已知這個類型的一種刷毛。這一說明書描述了一種有若干刷毛的牙刷，每根刷毛由幾根細絲以一種大體上平行的分布方式組成，相互間熱焊到一起。以這種方式，由刷毛的自由端所形成的清潔面積擴大了，從而對牙齒的清潔效果也改善了。另一方面，導致被細菌或其他微生物繁殖的危險的孔洞也在細絲間形成。
從DE-PS906444已知一種生產由若干個別的細絲組成的人造刷毛的方法。這些個別的細絲在離開旋轉噴口后相互間被粘結到一起，粘結的過程每隔一段時間就被中斷。在膠粘的制作過程之后，刷毛在未被連接在一處的面上被切成各個刷毛，各個刷毛在頂端成扇形分布。這種方法相當復雜，要求對細絲放加一種膠粘劑。另外，按預定的間隔時間連續不斷地中斷連接的過程也是成問題的。
從DE-AS1222888已知有固定到一個中心徑向地向外取向地刷毛。每一根刷毛在它的中心有一個剛性的核，至少有一根減振材料的纖維連結到核上，而且以那樣一種方式螺旋地纏繞著它，使得核的表面只有一部分被纖維所包圍。
本發明的目的是進一步改進前文提及類型牙刷的刷毛，從而清潔的高效得到保證但孔洞被消除掉。
本發明實現這個目的的方法是細絲被纏繞或編織起來而且由化學溶劑作用被化學地焊接到一起。
纏繞或編織細絲，或概括地說絞合細絲使細絲相互之間緊挨在一起。細絲的表面部分隨后通過化學溶劑的方式受到了部分溶化。以這種方式，細絲完全融合到一起，并且任何仍然存在于纏繞過或編織過的刷毛中心的孔洞被堵上。這個過程能得到任何存在著的或者優先選擇的施加在細絲上的可變化的拉應力的加強。總之，這樣就生產出無孔洞的刷毛，使細菌及各種菌類無法滲入。
但通過使用幾根細絲，牙刷對清潔牙齒有效的表面面積同時被擴大了，從而增強了清潔牙齒的作用。此外，刷毛表面由纏繞或編織加工后構成，這一事實可在清潔牙齒中得到有效地利用。兩方面都是有利的，尤其對從牙齒表面清除斑點有利。
在本發明的刷毛的一個優選實施例中，刷毛自由端成扇形分布。這種扇形分布能夠通過斷開各個細絲在刷毛自由端的交合點來形成。按這種方式，單個的細絲的尖端在刷毛的自由端形成，他們的數量和直徑取決于刷毛細絲的數量和直徑。這些細絲的尖端能更加容易地和更深入地進入到相鄰近的縫隙，從而增強從這些位置的除斑和從總體上改善對牙齒的清潔。此外，對清潔牙齒有效的表面面積通過扇形分布進一步被擴大，這種擴大本身改善了對牙齒的清潔。
在本發明的刷毛的一個更優實施例中，刷毛的細絲有不同的直徑。以這種方式有可能改變單根刷毛和由此從總體上改變牙刷的力學性質，例如剛度、疲勞特性或彈性。此外，通過合理選擇細絲的直徑，有可能還改變單根刷毛的纏繞或編織，并由此改變刷毛的表面結構。兩方面對清潔作用都有直接的效果，尤其對清潔牙齒的舒適性有直接效果。
在提到的實施例的優選特性中，采取措施使一個大體上居中的細絲最好有較大的剛度，這個細絲最好是較小剛度的細絲。包圍居中的細絲偏重于起穩定刷毛的作用，而圍在居中細絲周圍的細絲偏重于取得良好的清潔效果和清潔時的高度舒適感。
在本發明的刷毛的更優結構中，刷毛的纏繞或編織遵循一種周期性的模式。這對制造刷毛而言有利，另外還造成刷毛視感外觀一致，從而也使牙刷在視感外觀上的一致。
實驗證明，下列數值為尤其對電動牙刷特別適當每根刷毛采用3或4根細絲，單根細絲的直徑大體上在0.0762mm到0.127mm之間，大體上每隔1.0mm到3.0mm對刷毛的纏繞或編織就重復一次。
根據本發明的一個更優實施例，細絲被如此牢固地化學焊在一起以致于在扇形區域，細絲的抗撕裂能力或撕裂強度在0.1牛頓到0.15牛頓之間，最好結果能為0.125牛頓。這保證了本發明的刷毛能在常規的，具體來說機械的纏繞末端部分后，在它們的端部少量地散開，例如當刷毛被固定到一個刷毛載體上之后。另一方面，抗撕裂能力很高，從而在刷毛的正常使用過程中，例如作為一把牙刷的刷毛的作用中能從根本上防止刷毛進一步地散開成單根的細絲。
10％到50％，最好為20％到35％的細絲截面積因化學溶劑作用被部分溶化掉，經證實是一個特別的優點。這可靠地防止了孔洞在細絲間的形成。此外，隨著那樣的一種部分溶化，每一根細絲仍然有著足夠的內在強度使得細絲組成刷毛的化學焊接能毫不費事地和連續不斷地進行。
在采用晶體或者部分晶體材料的細絲，例如采用聚酰胺材料的細絲中，在細絲的化學焊接之后，刷毛的外殼有一種非晶體結構，同時內核有一種基本上的晶體結構。
在內核的中心有可能會再次呈現細絲或刷毛材料的一種非晶體結構。
總的來說，截面上有非晶體結構的面積可能達到刷毛的整個橫截面面積的10％到50％，具體來說20％到30％。相應地，刷毛橫截面面積的其余部分基本上為晶體結構。
在根據本發明的一種生產刷毛的優選方法中，細線基本上沒有扭應力地被纏繞或編織并且通過溶劑的作用化學焊在一起。從而緊接在纏繞或編織加工之后，就是由化學溶劑將細絲連接起來。以這種方式，在單根細絲之間的可靠連接就形成了，而細絲的力學性質得到充分保留。結果就是形成刷毛的一種復合的細絲結構。此外，細絲在一種溶劑中的部分溶化確保了任何可能仍然存在的孔洞被可靠地堵上。更進一步講，提及的固定工序代表了一種簡單而高度可控的處理被纏繞或編織過的細絲，和將它們連接起來組成刷毛的方法。
在本發明的方法的一種更優結構中，細絲被一種溶劑浸濕大約5到50秒長的時間，最好在大約20秒至30秒之間，例如，當用到有覆蓋層的細絲時。高濃度甲酸被證實為是一種尤其適合于由聚酰胺制成的細絲的溶劑。
本發明的方法的一個優選特征在于用機械的過程使刷毛自由端扇形散開。得到的細絲的細末端能夠更容易地和更深入地進入相鄰近的縫隙中，從而改善從這些位置上的清除斑點和由此從整體上改善對牙齒的清潔。
根據本發明的另一個高度優選的更進一步的結構，在化學焊接的過程中，細絲承受了大體上6MPa到20MPa之間的拉應力，最好是13MPa。由此保證了被纏繞或編織后基本上沒有扭應力的細絲在化學焊接時以一種沿半徑向心施加的足夠的作用力相互接觸，這種沿半徑向心的力是由加在細絲上的拉應力而產生的。
在本發明的一個特優結構中，本發明的刷毛被用在一種最好是電動的圓頭牙刷的內部區域中。
本發明另外的特征、優點和使用可能性將從對下面以附圖的方式詳細地圖解的實施例的描述中變得明顯起來。本發明的任何單個特征和在圖表中描述和/或代表的單個特征的組合構成了本發明的主題，不管它們在權利要求中和在它們的背景文獻中的概述如何。
在附圖中，
圖1a到1c是根據本發明構造的牙刷刷毛的示意圖和兩幅剖視圖，圖解說明其第一實施例；圖2a和2b是根據本發明構造的牙刷刷毛的示意圖和剖視圖，圖解說明其第二實施例。
圖3a和3b是按本發明構造的牙刷刷毛的示意圖和剖視圖，圖解說明其第三實施例。
圖4是圖3所示刷毛的自由端的示意圖，圖解說明了一種扇形分布，并且圖5是圖3b中刷毛的局部放大剖視圖。
圖1a到1c顯示了一根有3根細絲2、3、4的刷毛1。細絲2、3、4由同一種塑料制成并且直徑都相同。從圖1b到1c的剖面很明顯看到細絲2、3、4的編織方式。這種編織被均勻地完成，這意味著刷毛1的編織，并且因此的刷毛1的表面結構是按周期性間隔重復的。這種重復在圖1a中被標記為標號5。
圖2a和2b顯示了一根由4根細絲7、8、9、10構成的刷毛6。細絲7安排在中心并且被其他細絲8、9、10圍繞。細絲7的直徑大于細絲8、9、10的直徑。細絲7、8、9、10都由塑料制成，細絲8、9、10由同一種塑料材料制成，而居中的細絲7可由不同的一種塑料材料制成。居中的細絲7最好能有高的剛度，而周圍的細絲8、9、10剛度較小。不同程度的剛度可以被歸因于細絲有著不同的直徑和/或被用不同的塑料例如，軟一些的或硬一些的塑料制成。居中的細絲7被別的細絲8、9、10纏繞，纏繞均勻地完成，使得刷毛6的纏繞和由此的表面結構按周期性的間隔重復。這種重復在圖2a中被標識為標號11。
圖3a和3b顯示了由三根細絲13、14、15構成的一根刷毛12。細絲13、14、15由同樣的塑料制成而且都有著相同的直徑。細絲13、14、15被纏繞。這種纏繞均勻地完成，使得刷毛12的纏繞和由此得到的表面結構按周期性的間隔重復。這種重復在圖3a中標識為標號16。
圖1a到1c、圖2a到2b以及圖3a和3b中標號為2、3、4、7、8、9、10、13、14、15的細絲可由聚酰胺，聚酯或聚丙烯制成。標識出的細絲直徑可大體達到0.0762mm(3mils)和0.127mm(5mils)。提到的細絲纏繞或編織的重復周期5、11、16可能有一個大體在1.0mm到3.0mm之間的值。正如將在下面解釋到的一樣，刷毛6、1、12的單根細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15被可靠地連在一起。
圖4顯示了圖3a和3b的刷毛12的自由端17。自由端17展示出一種扇形分布18。這意味著細絲13、14、15的自由端，分別地為19、20、21并不是連在一起的而是從刷毛12的自由端17作為單個末端伸出。扇形分布18的長度選擇為，使得外伸的末端易于進入一個使用者的齒隙。
所描述的刷毛自由端的扇形分布也可在圖1a到1c和/或圖2a和2b的刷毛上相應地存在。
編織纏繞或一般地講絞合細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15來生產刷毛1、6、12。有可能對預先拉伸過的細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15進行纏繞或編織、這些細絲已經擁有符合要求的力學性能。
隨后把纏繞或編織過的細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15浸在一種溶劑里，通過部分的溶化而被固定。在溶劑里停頓的時間大致在5秒和50秒之間。石炭酸、甲酚M、或甲酸可用來作細絲，例如由聚酰胺制成的細絲的溶劑。當使用高濃度甲酸時，對有覆蓋層的細絲，實驗證明在溶液中的停留時間介于大致20秒到30秒之間較為有利。通過用溶劑浸濕細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15，在細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15的接合處形成牢固地貼接。
隨后用水或別的合適的介質中和溶劑，或者說去除剩余的溶劑。細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15隨后被晾干。然后可按已知的方式進一步加工處理由此得到的刷毛1、6、12。
為了在刷毛12的自由端17造成扇形分布18，這個特定的自由端17在緊接著的加工中進行機械加工處理。這種機械加工可能包括，例如在自由端17進行的一種研磨加工或與之類似的加工，或者一些其他的沖擊作業。無論在哪一種情形，刷毛12的細絲13、14、15之間通過化學固結形成的牢固連接在刷毛12的自由端17的區域由機械加工而被分開。結果，細絲13、14、15的自由端19、20、21得以形成，自由端19、20、21的長度以及因此扇形分布18的長度取決于在刷毛12的自由端17進行的機械加工程度。細絲13、14、15的化學固定的完成方式應使得在一方面，能夠斷開刷毛12的自由端的牢固連接，但在另一方面避免了細絲13,14,15之間的牢固連接在正常使用刷毛時斷開。
從圖5中可清楚地看到，由部分晶體材料制成的細絲13、14、15的化學粘接造成了刷毛12的一種特殊的剖面結構。由于單根的細絲13、14、15的外覆蓋層被溶劑部分溶化，刷毛12的一層外覆蓋層22有著一種基本上的非晶體結構。刷毛12的內核23擁有一種基本上的晶體結構，上述內核23主要由未遭受部分的溶化作用的細絲13、14、15的核形成。在內核的中心24處可存在著小橫截面面積的非晶體結構。按如此方式化學地焊接在一起的細絲13、14、15擁有大約占整個橫截面面積10％到50％，具體來說20％到30％的非晶體結構。相應地，大約90％到50％，具體地80％到70％的橫截面面積基本上是晶體結構。
實驗證明，在纏繞、編織或絞合后，細絲處在幾乎或基本上沒有扭曲應力的狀態是特別有利的。這是如此而得到保證的在纏繞、編織或者絞合的加工中，使每一根細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15以沿絞合、編織或纏繞所必要的旋轉方向相反的方向，繞其自身的軸線旋轉，從而基本上避免扭曲應力。因而防止了細絲混合體在化學焊接前和在絞合，纏繞或編織后繞成盤狀。這種基本上沒有扭曲應力的狀態可在焊接后由切片機切片再在偏振光鏡下分析斷面驗證。為了保證細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15最佳的化學焊接，固定是在大約6MPa到20MPa之間，最好為大約13MPa的拉應力下進行的。固定是通過化學溶劑的作用完成的，化學溶劑被清除掉，在細絲混合體中幾乎不留殘留物或反應產物。固定的時選擇得使單根細絲的橫截面積的10％到50％，最好是20％到35％的部分地溶化。對沒有表面覆蓋層的細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15固定的時間在5秒到20秒之間的范圍內，或者大約在10秒。在采用有硅酮涂層的細絲的情形下，固定的時段可考慮在20秒到40秒之間，最好在25秒到30秒之間。這種硅酮涂層加大了細絲在生產過程中的滑動性。連接強度可通過測定刷毛1、6、12的撕裂強度和損耗量來測定。
為了保證多根細絲端部在機械加工中，例如成圓加工中散開，應把加工參數設定得使撕裂強度在0.1牛頓到0.15牛頓的范圍內。
當然，上述固定時間，視加工參數而異并具體用于甲酸在20℃左右溫度下用甲酸作溶劑，且細絲由聚酰胺(PA6.12)制成，直徑在大約0.076mm到0.126mm的范圍的情況。
通過纏繞、編織或絞合細絲的加工處理，使各細絲形成緊密的相對的接觸。施加在細絲混合體上的拉力在刷毛1、6、12的中心24的方向產生了一個合力。由于化學溶劑或溶劑的作用，細絲2、3、4、7、8、9、10、13、14、15的表面被部分地溶化，造成一種松軟的狀態。在這過程中，不去攻擊或破壞共價鍵，就可用溶劑去掉影響物質密閉的副價力。這種狀態使得分子鏈能越過交界面擴散到相鄰的成分中。在這過程中，分子鏈的進入深度取決于部分溶化的程度和拉應力的數量，并且它對整個系統的粘接強度施加影響。粘接轉而由相鄰分子鏈的原子副價力產生，這些分子鏈在溶劑被基本上洗掉后完全打開。
為此應用目的，化學焊接被理解為，通過化學溶劑，由部分地溶化細絲的表面對細絲進行粘接。與之相對比的是，在熱焊過程中細絲的表面由于熱量的作用被軟化，在那種情況細絲由粘結劑連接到一起，把一種外加的物質永久地應用到細絲表面，將細絲連接到一起。
圖1a到1c、2a和2c以及3a和3b所描述的刷毛1、6、12是準備用到牙刷，尤其是用到電動牙刷中。描述過的刷毛1、6、12可以特別有利地用在圓頭牙刷的內部區域。
權利要求
1．一種牙刷，尤其是電動牙刷所用的刷毛，由塑料制成，并且包括幾根連接起來的細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)，其特征在于，纏繞或編織的細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)，在化學溶劑作用下化學地焊接到一起。
2．如權利要求1所述的刷毛(1,6,12)，其特征在于刷毛(12)的自由端(17)有一個扇形分布(18)。
3．如前述權利要求1和2中任一項所述的刷毛(1,6,12)，其特征在于，每根刷毛有2到8根細絲，具體來說3根或4根細絲。
4．如權利要求1到3中任一項所述的刷毛(6)，其特征在于，刷毛(6)的細絲(7或8,9,10)的直徑不同。
5．如前述權利要求中任一項所述的刷毛(1,6,12)，其特征在于，細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)的直徑大致在0.0508mm(2mils)和0.254mm(10mils)之間，具體來說大致在0.0762mm(3mils)和0.127mm(5mils)之間。
6．如前述權利要求中任一項所述的刷毛(6)，其特征在于，一根大致居中的細絲(7)被給予更大的剛度并且被剛度較小的細絲(8,9,10)所包圍。
7．如權利要求1到6中任一項所述的刷毛(1,6,12)，其特征在于，對刷毛(1,6,12)的纏繞或編織遵從一種周期性的模式(5,11,16)。
8．如權利要求7所述的刷毛(1,6,12)，其特征在于，重復值(5,11,16)大致在0.5mm和5.0mm之間，具體來說大致在1.0mm和3.0mm之間。
9．如權利要求1到8中任一項所述的刷毛(1,6,12)，其特征在于，細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)由聚酰胺、聚酯和/或聚丙烯制成。
10．如前述權利要求中任一項所述的刷毛，其特征在于，扇形(18)的抗撕裂能力或者說細絲(13,14,15)的撕列力在0.1N到0.15N之間，最好是0.125N。
11．如前述權利要求中任一項所述的刷毛，其特征在于，細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)截面積的10％到50％，最好是20％到35％在化學溶劑作用下被部分地溶化。
12．如前述權利要求中任一項所述的刷毛，其特征在于，當采用晶體或部分晶體材料的細絲時，刷毛(1,6,12)的外覆蓋層(22)有基本上非晶體的結構，而內核(23)有基本上晶體的結構。
13．如權利要求12所述的刷毛，其特征在于，內核(23)的中心(24)有非晶體結構。
14．如權利要求12到13中任一項所述的刷毛，其特征在于，刷毛(1,6,12)截面積的10％到50％，具體地20％到30％有非晶體結構。
15．一種制造如權利要求1到14中任一項所述刷毛的方法，其特征在于，細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)被基本上沒有扭曲應力地纏繞或編織而且通過溶劑的作用化學地焊接到一起。
16．如權利要求15所述的方法，其特征在于，細絲(2,3,4,7,8,9,10,13,14,15)在溶劑中浸濕大致5秒到10秒，最好在大致5秒到15秒之間或20秒和30秒，具體時間長短取決于細絲的表面覆蓋層。
17．如權利要求15或16中任何一項所述的方法，其特征在于，用石炭酸、甲酚M和/或甲酸作溶劑。
18．如權利要求15到17中任何一項所述的方法，其特征在于，刷毛(12)的自由端(17)的扇形分布(18)是通過機械加工形成的。
19．如權利要求15到18中任何一項所述的方法，其特征在于，在化學焊接的過程中，被纏繞和/或編織的細絲(1,6,12)承受了大致在6MPa到20MPa，最好是13MPa的拉應力。
20．如前述任一權利要求所述的刷毛(1,6,12)，在最好為電動圓頭牙刷的內部區域使用。
全文摘要
一種牙刷,具體來說是一種電動牙刷的刷毛,它由塑料制成,包括連接在一起的幾根細絲(13,14,15),在化學溶劑作用下,細絲(13,14,15)被纏繞或編織并被連接到一起。這導致了細絲(13,14,15)間的牢固的連接和可靠地避免在細絲(13,14,15)間出現孔洞。總的說來,產生了一種除了有很高的清潔效果之外,使得細菌或其他的微生物不可能侵入的牙刷。
文檔編號D07B5/08GK1232373SQ97198502
公開日1999年10月20日 申請日期1997年9月24日 優先權日1996年10月2日
發明者賴納·漢斯, 喬治·德賴森, 阿明·施瓦茨-哈特曼, 諾貝特·謝弗, 艾哈邁德·塞姆·弗拉特利 申請人:布勞恩股份有限公司