ЩЕТИНА ДЛЯ ЗУБНОЙ ЩЕТКИ С СУЖАЮЩЕЙСЯ ЧАСТЬЮ И ЗУБНАЯ ЩЕТКА С ТАКОЙ ЩЕТИНОЙ Российский патент 2011 года по МПК A46D1/00 

Данное изобретение относится к щетине для зубной щетки с сужающейся частью, а также к зубной щетке с такой щетиной.

Классическая пригодная для зубных щеток щетина имеет цилиндрическое поперечное сечение. Поскольку такая щетина имеет недостаточную чистящую способность в межзубном пространстве и склонна повреждать десны, то в 90-х годах прошлого века частично перешли к снабжению щетины заостренным концами (см. ЕР-А-0 596 633). За счет меньшего поперечного сечения у заостренного конца улучшается чистящая способность в межзубном пространстве; соответственно щетина становится за счет этого более гибкой, что уменьшает опасность повреждения. С другой стороны, уменьшилась чистящая способность на зубных поверхностях.

В корейском патенте KR 261658 (соответствует US-A-6 090 488) приведено описание щетины для зубной щетки, при этом щетинки на конце сужающейся части имеют диаметр от 0,04 до 0,08 мм. Таким образом, сужающаяся часть этой щетины больше не заострена в указанном выше смысле. Однако в более позднем патенте ЕР-А-1 234 525 того же изобретателя приведено описание щетины с сужающейся частью, в которой диаметр на конце сужающейся части составляет лишь 0,02 мм или менее (т.е. эта щетина скорее аналогична заостренной щетине, согласно ЕР-А-0 596 633). Для обоснования того, что он снова уменьшил диаметр на конце щетины, изобретатель указывает, что с помощью щетины, согласно KR 261658, затруднено удаление зубного камня из периодонтальных карманов.

Данное изобретение имеет задачей создание улучшенной щетины с сужающейся частью.

Задача решена согласно изобретению с помощью щетины для зубной щетки, содержащей:

а) цилиндрическую часть с максимальным постоянным диаметром D_zyl;

b) примыкающую к цилиндрической части первую сужающуюся часть с концом щетины и завершающей конец щетины торцевой поверхностью, при этом первая сужающаяся часть сужается к концу щетины; и

с) проходящую через цилиндрическую часть и первую сужающуюся часть воображаемую среднюю ось, которая проходит через торцевую поверхность в точке прохождения;

при этом первая сужающаяся часть имеет измеренную на средней оси от точки прохождения длину L, равную 10 мм или менее и, по меньшей мере, 3 мм,

которая характеризуется тем, что первая сужающаяся часть имеет на расстоянии Х, измеренном на средней оси от точки прохождения, равном диаметру D_zyl цилиндра, диаметр D от 95 до 140 мкм.

Предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Неожиданным образом было установлено, что щетина согласно изобретению имеет более длительный срок службы, чем известная ранее заостренная щетина: заостренная щетина подгибается, как установил заявитель, под действием возникающих при чистке зубов усилий прижимания, что со временем приводит к вызванному усталостью разрушению острия щетины; это предотвращается с помощью лишь сужающейся (не заостренной) щетины согласно изобретению. Одновременно было установлено, что щетина согласно изобретению механически является настолько стабильной, что она на щечных зубных поверхностях проявляет сравнимую с цилиндрической щетиной и даже слегка превосходящую чистящую способность. Кроме того, щетина согласно изобретению лучше пригодна для чистки межзубных пространств и смежных зубных поверхностей, чем щетина с не сужающимися концами щетинок, поскольку щетина согласно изобретению может лучше достигать смежные зубные поверхности.

Предпочтительно, диаметр D находится в диапазоне от 100 до 130 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 100 до 125 мкм. Также предпочтительно первая сужающаяся часть щетины имеет на расстоянии 1 мм, измеренном на средней оси от точки прохождения, диаметр от 120 до 160 мкм, а на измеренном тем же образом расстоянии 0,1 мм диаметр от 90 до 135 мм.

Щетина согласно изобретению является по существу (или насколько возможно технически) вращательно симметричной вокруг средней оси.

Линия профиля сужающейся части щетины (т.е. диаметр сужающейся части в зависимости от уменьшающегося расстояния от точки прохождения средней оси щетины через торцевую поверхность) проходит предпочтительно с монотонным падением к торцевой поверхности. Понятие «монотонное падение» имеет в рамках данного изобретения обычное в математике значение. Более предпочтительно, линия профиля сужающейся части в математическом смысле является строго монотонно падающей.

Длина сужающейся части (т.е. в случае U-образной щетины с двумя сужающимися частями, длина обеих сужающихся частей), предпочтительно находится в диапазоне от 6 до 10 мм.

Торцевая поверхность конца первой сужающейся части имеет в указанной точке прохождения нормаль к поверхности, которая наклонена относительно указанной средней оси предпочтительно не более чем на 30°. Это, как правило, автоматически имеет место, когда торцевая поверхность образована посредством выравнивания заостренного конца (см. ниже); это может вызываться также за счет подходящей округляющей обработки торцевой поверхности и ее примыкающих к образующей поверхности сужающейся части кромок (см. ниже).

Тремя особенно предпочтительными типами щетины согласно изобретению являются следующие:

i) щетина с цилиндрической частью, к которой примыкает точно одна по существу вращательно симметричная сужающаяся часть длиной 10 мм или менее (т.е. аналогично заостренной с одной стороны щетине);

ii) щетина с цилиндрической частью, к которой примыкает точно две по существу вращательно симметричные сужающиеся части длиной 10 мм или менее, которые примыкают на противоположных сторонах к цилиндрической части (т.е. аналогично заостренной с двух сторон щетине), в частности, при этом обе сужающиеся части по существу образованы одинаково, и

iii) щетина с цилиндрической частью, по существу вращательно симметричной сужающейся частью длиной 10 мм или менее и по существу вращательно симметрично заостренным концом, при этом сужающаяся часть и заостренная часть примыкают на противоположных сторонах к цилиндрической части.

Во всех вариантах выполнения щетины согласно изобретению все имеющиеся кромки между торцевой поверхностью и сужающейся частью могут быть удалены посредством округления, как это обычно осуществляется при цилиндрической щетине. Округление можно осуществлять с помощью обычных известных способов, например, с применением наждачной бумаги.

Особенно предпочтительные линии профиля первой сужающейся части следуют из последующих профильных таблиц 1-3. Указаны диаметры в зависимости от расстояния от точки прохождения средней линии через торцевую поверхность (средние значения с рассеиванием из 6 экземпляров щетины). В крайней правой колонке каждой таблицы указан максимальный диаметр цилиндрической части (D_zyl) щетины. В соответствии с определением измерения согласно изобретению диаметра D первой сужающейся части в каждой таблице указано соответствующее значение диаметра при расстоянии Х=D_zyl. Кроме того, в профильных таблицах 1-3 указаны также значения диаметра на расстоянии 0,1 мм от торцевой поверхности в качестве примера предпочтительного согласно изобретени, прохождения первой сужающейся части вблизи торцевой поверхности.

Профиль 1

Расстояние от заостренного конца, в мм 0 0,1 0,202 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Диаметр, в мм 0,107
(0,108) 0,113 0,117 0,147 0,172 0,183 0,190 0,195 0,197 0,199 0,201 0,203 0,202 Диапазон диаметра, в +/- мм 0,012     0,019 0,021 0,020 0,019 0,014 0,014 0,014 0,012 0,011 0,010

Профиль 2

Расстояние от заостренного конца, в мм 0 0,1 0,202 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Диаметр, в мм 0,086
(0,089) 0,095 0,101 0,140 0,172 0,185 0,192 0,198 0,201 0,204 0,205 0,205 0,208 0,209 Диапазон диаметра, в +/- мм 0,012     0,009 0,009 0,008 0,007 0,006 0,008 0,005 0,006 0,006 0,005 0,006

Профиль 3

Расстояние от заостренного конца, в мм 0 0,1 0,209 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Диаметр, в мм 0,086
(0,098) 0,101 0,104 0,127 0,151 0,170 0,183 0,191 0,199 0,202 0,206 0,283 0,209 Диапазон диаметра, в +/- мм 0,009     0,009 0,009 0,008 0,007 0,006 0,008 0,005 0,006 0,005 0,003

Профиль 4

Расстояние от заостренного конца, в мм 0 0,1 0,166 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Диаметр, в мм 0,112
(0,117) 0,119 0,122 0,137 0,150 0,156 0,159 0,162 0,164 0,165 0,165 0,165 0,165 Диапазон диаметра, в +/- мм 0,009     0,011 0,009 0,009 0,008 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007

Может случиться, что в некоторых вариантах выполнения согласно изобретению диаметр у торцевой поверхности или на небольшом расстоянии от торцевой поверхности не может быть разумно измерен. Это имеет место в случае, когда конец щетинки сужающейся части подвергался последующему округлению. Это округление может при некоторых обстоятельствах оставлять на конце щетинки неравномерно изрезанные формы и неплоские поверхности, что делает невозможным непосредственное измерение диаметра вблизи торцевой поверхности. В щетине согласно изобретению неожиданным образом было также установлено, что в этих случаях диаметр вблизи или у торцевой поверхности можно приблизительно определять посредством экстраполяции с помощью параболы, при этом для параболы принимается диаметр щетины на расстоянии 1, 2 и 3 мм от торцевой поверхности в качестве опорных точек. Эти опорные точки указаны в приведенных выше таблицах жирным шрифтом. Для доказательства справедливости этого в приведенных выше таблицах при расстоянии 0 от торцевой поверхности указаны как первоначальные, действительно измеренные диаметры щетины (после выравнивания конца, но перед округлением), так и определяемые с помощью этой экстраполяции диаметры, указанные ниже в скобках. Отклонения между действительными диаметрами и определенными с помощью экстраполяции диаметрами являются минимальными. Такая простая экстраполяция для щетины согласно изобретению возможна потому, что кривизна сужающейся части выражена слабее, чем в известной ранее щетине.

Щетина согласно изобретению состоит из пригодной для щетины для зубной щетки пластмассы. Она может состоять, с одной стороны, предпочтительно из сложного полиэфира, в частности из сложного полиэфира, который получается из (С₂-С₄)-1,ω-алкиленгликоля) и терефталевой кислоты. Более предпочтительным является сложный полиэфир полиэтилентерефталат (РЕТ) или полибутилентерефталат (РВТ) и особенно предпочтительно РВТ. С другой стороны, она может состоять из полиамида, в частности из полиамида, который получают из (С₂-С₈)-1,ω-диамина и из (С₂-С₈)-1,ω-дикарбоновой кислоты; особенно предпочтительным в этом случае является полиамид-6,6 (например, нейлон).

Для изготовления щетины согласно изобретению можно исходить из коммерчески доступной одно- или двусторонне заостренной щетины. К моменту подачи данной заявки изготовителями такой щетины были фирмы Pragma, Shinoung, Wessen, Hylon, Sago, Best Whasung или Cheil Jedang.

Щетину, согласно изобретению, которая имеет точно один первый суженый конец, можно получать, например, из коммерчески доступной односторонне заостренной щетины посредством выравнивания заостренного конца при одновременном образовании сужающегося конца и торцевой поверхности. Для того чтобы щетина имела в целом пригодную для щетины для зубной щетки длину, можно другой, цилиндрический конец щетины соответственно обрезать на нужную длину.

Щетину, согласно изобретению, которая наряду с первым сужающимся концом имеет второй сужающийся конец или заостренную часть, можно, как правило, изготавливать из коммерчески доступной щетины подходящей длины посредством придания концам с помощью химического травления подходящей сужающейся или заостренной формы. Этот способ травления давно известен для изготовления заостренной щетины. В данном случае сужающийся конец можно, не обязательно, подвергать выравниванию для установки подходящей общей длины щетины.

С другой стороны, в торговле предлагается двусторонне заостренная щетина, которую необходимо лишь подходящим образом выравнивать на обоих концах с целью получения щетины согласно изобретению с двумя заостренными частями и подходящей для зубной щетки длиной (см. пример 1).

В химическом способе травления можно щетину сначала выравнивать на единую длину. После этого ее можно подвергать травлению посредством вертикального погружения в жидкость травления с температурой обычно 80-150°С. Примерами жидкости для травления являются неорганические растворы, например сильно щелочной травящий раствор (например, 25-50 мас.% водный раствор NaOH или КОН) или сильно щелочной травящий раствор (например, 60-98 мас.% водный раствор серной кислоты). Примерами травящих жидкостей являются также органические растворители, такие как, например, m-крезол, трифторуксусная кислота, о-хлорофенол, трихлорфенол, DMSO, DMF и смесь из фенола и тетрахлорэтана. Длительность погружения может составлять обычно 10-20 минут, при этом щетину при желании можно в течение этого времени постепенно извлекать из травящей жидкости со свободно выбираемой, постоянной или изменяющейся во времени скоростью, за счет чего можно оказывать влияние на профиль травленого конца (например, на монотонность линии профиля). После травления концы можно промывать в зависимости от травящей жидкости водой, разбавленным основанием, разбавленной кислотой или подходящим растворителем при обычной комнатной температуре и сушить.

Условия травления (вид и температуру травящей жидкости, длительность погружения) можно, с одной стороны, выбирать так, что диаметр D сужающейся части после травления лежит как раз в диапазоне согласно изобретению от 100 до 140 мкм. Для этого травление проводят в более короткий период времени, чем при травлении известной заостренной щетины. С другой стороны, условия можно выбирать так, что с получением торцевой поверхности и сужающейся части выполняют выравнивание.

При желании концы щетины можно после травления в щелочном или кислотном растворе выравнивать, прежде чем выполнять округление концов. Необходимость выравнивания концов можно определять посредством простого рассматривания состояния концов с помощью увеличительного прибора после извлечения из раствора.

Предметом изобретения является также зубная щетка со щетиной согласно данному изобретению. Щетину согласно изобретению можно аналогично известной одно- или двусторонне заостренной щетине устанавливать в опору щетины зубной щетки. При этом щетину с двумя сужающимися частями или с одной сужающейся частью и одной заостренной частью сгибают предпочтительно U-образно и устанавливают с помощью анкерной пластинки в опору щетины. Щетина согласно изобретению лишь с одной сужающейся частью и одной цилиндрической частью устанавливается в противоположность этому предпочтительно в не согнутом виде с помощью так называемого способа AFT (Anchor-Free Tufting = прошивка без анкера) в опору для щетины.

Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основе примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - разрез щетины согласно изобретению с указанием существенных для изобретения измерительных параметров;

фиг.2, 3 и 4 - три варианта выполнения щетины согласно изобретению; и

фиг.5 и 6 - испытания in vitro чистящей способности при окрашенных черным, затем покрытых слоем TiO₂ зубах с помощью соответствующей изобретению и обычной цилиндрической щетины.

Пример 1: Изготовление щетины с двумя одинаковыми сужающимися частями, согласно приведенным выше таблицам профилей 1-4

Исходили из коммерчески доступной, с двух сторон заостренной щетины, которая была следующей:

Исходная щетина Выровнена на расстоянии
от вершин, в мм Для таблицы профиля номер Pragma 0,18×28 мм
033004 А-ВВС 2 1 Pragma 0,19×28 мм
033004 А-ВВС 1 2 Shinyoung 0,20×28 мм 2 3 Wessen 0,18×24 мм 2 4

Каждую исходную щетину выравнивали на обеих вершинах на расстояниях, указанных в приведенной выше таблице в среднем столбце. Концы полученных таким образом сужающихся концов щетины округлили, при этом применяли машину для округления щетины TR89 (изготовлена японской фирмой Tsujimura Co.) с наждачной бумагой 240.

На фиг.1 показан конец с сужающейся часть щетины согласно изобретению. Справа схематично показана цилиндрическая часть 1, постоянный диаметр который одновременно является максимальным диаметром D_zyl щетины. К цилиндрической части 1 примыкает сужающаяся часть 21, сужение которой начинается на расстоянии L от точки 6 прохождения средней осью 5 торцевой поверхности 4 и проходит строго монотонно до конца 3. Торцевая поверхность 4 конца 3 показана здесь после идеализированного округления, т.е. примерно в форме полусферы; вследствие выравнивания и последующего реального округления торцевая поверхность может быть также скорее плоской, но с более или менее неравномерными и расщепленными кромками. Показано также, что существенный для изобретения диаметр D измеряется на расстоянии Х от точки 6 прохождения, при этом расстояние Х как раз равно указанному максимальному диаметру D_zyl цилиндрической части.

На фиг.2-4 показаны три щетины, согласно изобретению. На всех этих чертежах щетина изогнута U-образно и установлена, как показано, в частности, на фиг.2 и 3, в поверхности для щетины зубной щетки. Сгибание осуществляется в цилиндрической части 1, которая в данном случае изгибается U-образно. На фиг.2 показана щетина согласно изобретению с двумя сужающимися частями 21, 22; на фиг.3 показана щетина согласно изобретению с одной сужающейся частью 21 и одним заостренным концом 7; и на фиг.4 показана щетина согласно изобретению с лишь одной сужающейся частью 21, при этом остаток щетины образован цилиндрической частью 1. Эта последняя щетина может быть вставлена, в отличие от фиг.3, также в неизогнутом виде в опору для щетины головки зубной щетки.

На фиг.5 и 6 показаны результаты испытаний на чистящую способность, которые получены in vitro на окрашенных черным, затем покрытых слоем TiO₂ зубах. При этом испытаниям были подвергнуты:

(А) Щетки с сужающейся на обеих сторонах согласно изобретению вращательно симметричной, U-образно согнутой, установленной в щетке щетиной (см. фиг.2) с высотой поля щетины 11,5 мм, с максимальным диаметром D_zyl около 0,21 мм и диаметром D около 0,104 мм на расстоянии Х=D_zyl (эта щетина соответствует приведенному в таблицах в качестве примера профилю 3) и

(В) Щетки с обычной цилиндрической, U-образно согнутой, установленной в щетке щетиной с диаметром D_zyl 0,175 мм с высотой поля щетины 11,5 мм.

В этих испытаниях были сначала окрашены черным зубы модели верхней челюсти с шестью зубами (3 коренными зубами, 2 предкоренными зубами и 1 глазным зубом), а затем окрашены белым с помощью пасты TiO₂ (25 г в 75 мл 26%-ного этанола). После стандартного процесса чистки щеткой с подлежащим испытанию полем щетины длительностью 1 минута с прижимным весом 250 г, определяли долю поверхности, освобожденную от пасты TiO₂. Этот процесс осуществляется для каждого подлежащего испытанию поля щетины с горизонтальными, вертикальными и вращательными чистящими движениями и повторяется четыре раза для каждого подлежащего испытанию поля щетины и для каждого чистящего движения. При горизонтальной чистке (на чертежах белые части полос) стандартный процесс чистки щеткой состоял из 60 возвратно-поступательных движений с амплитудой 30 мм; при вертикальной чистке (на чертежах заштрихованные части полос) стандартный процесс чистки щеткой состоял из 60 движений вверх и вниз с амплитудой 8 мм; и при вращательной чистке (на чертежах покрытые точками части полос) стандартный процесс чистки щеткой состоял из 60 вращений с радиусом 4 мм при одновременно выполняемых 16 возвратно-поступательных движений с амплитудой 30 мм. На фиг.5 и 6 доля удаленного TiO₂ показана в произвольно выбранных единицах.

На фиг.5 показана сумма средних значений чистящих способностей после горизонтальных, вертикальных и вращательных чистящих движений с помощью щетины согласно изобретению (полоса А), и с помощью обычной цилиндрической щетины (полоса В), на щечных поверхностях зубов.

На фиг.6 показана сумма средних значений чистящих способностей после горизонтальных, вертикальных и вращательных чистящих движений с помощью щетины согласно изобретению (полоса А), и с помощью обычной цилиндрической щетины (полоса В), на передних/дальних поверхностях зубов, т.е. на обращенных к межзубным пространствам поверхностях зубов.

Из фиг.5 следует, что щетина согласно изобретению, несмотря на меньшую механическую прочность, при горизонтальных и вертикальных чистящих движениях на щечных поверхностях зубов слегка превосходит обычную щетину. Из фиг.6 следует, что щетина согласно изобретению, в частности, при горизонтальных и вертикальных чистящих движениях на передних/дальних поверхностях зубов явно превосходит обычную щетину.

Щетина для зубной щетки содержит цилиндрическую часть (1) с максимальным постоянным диаметром D_zyl, примыкающую к цилиндрической части (1) первую сужающуюся часть (21) с концом (3) щетины и завершающей конец (3) щетины торцевой поверхностью (4). Первая сужающаяся часть (21) сужается к концу (3) щетины. Через цилиндрическую часть (1) и первую сужающуюся часть (21) проходит воображаемая средняя ось (5), которая проходит и через торцевую поверхность (4) в точке (6) прохождения. Первая сужающаяся часть (21) имеет измеренную на средней оси (5) от точки (6) прохождения длину L, равную 10 мм или менее и, по меньшей мере, 3 мм. Первая сужающаяся часть (21) имеет на расстоянии X, измеренном на средней оси (5) от точки (6) прохождения, равном диаметру D_zyl цилиндра, диаметр D от 95 до 140 мкм. Предусмотрена зубная щетка с такой щетиной. Изобретение обеспечивает повышение долговечности щетины и улучшение ее чистящих способностей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Щетина для зубной щетки, содержащая:
a) цилиндрическую часть (1) с максимальным постоянным диаметром D_zyl;
b) примыкающую к цилиндрической части (1) первую сужающуюся часть (21) с концом (3) щетины и завершающей конец (3) щетины торцевой поверхностью (4), при этом первая сужающаяся часть (21) сужается к концу (3) щетины; и
c) проходящую через цилиндрическую часть (1) и первую сужающуюся часть (21) воображаемую среднюю ось (5), которая проходит через торцевую поверхность (4) в точке (6) прохождения;
при этом первая сужающаяся часть (21) имеет измеренную на средней оси (5) от точки (6) прохождения длину L, равную 10 мм или менее и, по меньшей мере, 3 мм,
отличающаяся тем, что первая сужающаяся часть (21) имеет на расстоянии X, измеренном на средней оси (5) от точки (6) прохождения, равном диаметру D_zyl цилиндра, диаметр D от 95 до 140 мкм.

2. Щетина по п.1, отличающаяся тем, что диаметр D находится в диапазоне от 100 до 130 мкм, предпочтительно от 100 до 125 мкм.

3. Щетина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что первая сужающаяся часть (21) имеет на расстоянии 1 мм, измеренном на средней оси (5) от точки (6) прохождения, диаметр от 120 до 160 мкм, а на измеренном тем же образом расстоянии 0,1 мм диаметр от 90 до 135 мм.

4. Щетина по п.1, отличающаяся тем, что она имеет вторую сужающуюся часть (22), которая примыкает на противоположной первой сужающейся части (21) стороне к цилиндрической части (1).

5. Щетина по п.4, отличающаяся тем, что вторая сужающаяся часть (22) имеет, по существу, одинаковую форму с первой сужающейся частью (21).

6. Щетина по п.1, отличающаяся тем, что она имеет заостренный конец (7), который примыкает на противоположной первой сужающейся части (21) стороне к цилиндрической части (1).

7. Щетина по п.1, отличающаяся тем, что диаметр D_zyl лежит в диапазоне от 150 до 170 мкм или в диапазоне от 180 до 210 мкм.

8. Щетина по п.1, состоящая из сложного полиэфира или полиамида.

9. Щетина по п.8, состоящая из полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата или полиамида-6,6.

10. Зубная щетка, содержащая одну или более щетин по любому из пп.1-9.