ГОЛОВКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗУБНОЙ ЩЕТКИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗУБНАЯ ЩЕТКА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОЛОВКИ

Изобретение относится к головке электрической зубной щетки, электрической зубной щетке с такой головкой и способу изготовления такой головки с признаками п.п.1, 15 и 16 соответственно.

Электрические зубные щетки содержат обычно ручку, в которой размещен электродвигатель, и сменную, как правило, головку. Головка с приводимой во вращение щетинной колодкой известна, например, из DE-U 29520230. Электрическая зубная щетка, головка которой приводится в вибрацию, известна из WO 01/28452. Кроме того, например из СН 421049, известны также электрические зубные щетки, головки которых по типу коромысла совершают качательное движение вокруг его продольной оси. Известные электрические зубные щетки содержат головку, снабженную пучками традиционной щетины. Во избежание ранений они скруглены на своем конце.

Ручные зубные щетки с щетинным полем, полностью состоящим из заостренной щетины, известны, например, из ЕР-А 0596633 и DE-U 9012603. Заостренные щетинки служат для обработки или очистки мелких структур на поверхности зуба, например мелких щелей, которые нельзя эффективно обработать традиционными цилиндрическими щетинками. Кроме того, заостренные щетинки благодаря более узким остриям лучше проникают в межзубные промежутки и очищают их. Электрические зубные щетки с заостренной щетиной не известны.

Однако заостренные щетинки плохо реагируют в зоне острия на механическое истирание. При слишком большой механической нагрузке острия этих щетинок отламываются и, во-первых, больше не могут проявлять очищающее действие, а во-вторых, скрывают опасность повреждения десен образующимися при отламывании кромками и углами.

В основе изобретения лежит поэтому задача усовершенствования при минимальном потенциале повреждения десен очищающего действия зубных щеток с заостренной щетиной и повышения срока службы щетины.

Эта задача решается посредством головки электрической зубной щетки с признаками п.1 и посредством электрической зубной щетки с такой головкой по п.15 формулы. Способ изготовления включает в себя признаки п.16 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах, описании и на чертежах.

В основе изобретения лежит тот факт, что очищающее действие заостренных щетинок при минимальном износе можно оптимально использовать, если ограничить путь, проходимый заостренными щетинками при надлежащем пользовании щеткой. Эта возможность возникает у электрических зубных щеток, у которых головка или щетинная колодка и, тем самым, щетина за счет привода приводятся заданным образом в движение, и, как правило, происходит лишь минимальное дополнительное ручное чистящее движение. У электрических зубных щеток можно поэтому хорошо контролировать и ограничить путь, пройденный при пользовании щеткой заостренными щетинками или их остриями, за счет расположения щетинок на колодке. Согласно изобретению заостренные щетинки расположены на колодке таким образом, что их острия при работе электрической зубной щетки проходят самое большее заданный максимальный путь d_max. Остальная часть колодки может быть снабжена традиционной щетиной и/или дополнительными очищающими элементами, например мягкоэластичными. Традиционная щетина и/или дополнительные очищающие элементы могут быть расположены также между заостренными щетинками.

За счет высокочастотного движения заостренных щетинок достигается оптимальная эффективность очистки. За счет ограничения пути, проходимого остриями, минимизирован износ щетинок, так что снижен риск повреждения десен.

Предпочтительно максимальный путь d_max остриев составляет 5 мм, особенно предпочтительно 3 мм. Эти расстояния соответствуют типичным размерам крупных межзубных промежутков или зубов. Если положить в основу эти максимальные значения, то щетинки будут двигаться в пределах структур в зубах. Таким образом, могут хорошо достигаться, в частности, мельчайшие щели на поверхности зубов и межзубные промежутки. Кроме того, можно уменьшить так называемый "эффект плети" при чистке межзубных промежутков перпендикулярно их направленности. У "эффекта плети" заостренные щетинки из-за своей собственной гибкости прогибаются на препятствиях, например на переходе между двумя зубами, и при дальнейшем движении быстро разгибаются наподобие плети, в результате чего щетинки сильно нагружаются.

Щетинки могут быть заострены с одной или обеих сторон. Они могут быть также окрашены, по меньшей мере, в зоне острия. За счет выцветания пользователю становится заметен износ щетки, например, если краска со временем вымывается.

Изобретение более подробно поясняется ниже со ссылкой на чертежи, на которых чисто схематично изображено:

- фиг.1a, b: три зуба при виде сбоку и сверху для иллюстрации желаемых движений;

- фиг.2: головку с соединенной с ней с возможностью вращения колодкой с традиционной и заостренной щетиной;

- фиг.3: головку с выполненной с возможностью поворота вокруг продольной оси колодкой с традиционной и заостренной щетиной;

- фиг.4: головку с вибрирующей колодкой с традиционной и заостренной щетиной;

- фиг.5а-с: головку с составной колодкой;

- фиг.6a-d: предпочтительные расположения пучков заостренной щетины на головке;

- фиг.7: колодку с пучками заостренной щетины;

- фиг.8: колодку с пучками заостренной и традиционной щетины;

- фиг.9а, b: традиционную и заостренную щетинки;

- фиг.11а-е: пучки заостренной щетины различных форм;

- фиг.10f, g: пучки заостренной щетины различных профилей;

- фиг.11а-е: головки при виде сбоку с различными профилями заостренной щетины;

- фиг.12: головку с пучками щетины по фиг.10а.

На фиг.1a, b при виде сбоку и сверху изображены три расположенных в один ряд зуба 1 с межзубными промежутками 2. Примеры головок 3 с заостренными щетинками 5 изображены на остальных фигурах.

Заостренными щетинками 5 совершают предпочтительно небольшие движения вдоль ряда зубов в направлении Х и немного большие движения - поперек него, т.е. в направлении Y в плоскости зубов или в направлении Z перпендикулярно плоскости зубов. Слишком больших движений в направлении Х следует избегать, поскольку они связаны с большой механической нагрузкой на заостренные щетинки 5 (эффект плети). Таким образом, желаемые движения заостренных щетинок 5 простираются по всей ширине b1 межзубных промежутков 2 и по части ширины b2 и b3 вдоль боковых сторон 1a, 1b зубов. Ширина b1 составляет обычно около 2 мм, а ширина b2, b3 - соответственно около 5 мм.

Для того чтобы по сравнению с ручной чисткой достичь улучшенного очищающего действия, головку 3 приводят в движение таким образом, что заостренные щетинки 5 достигают более 1000 чистящих движений в минуту, преимущественно более 5000 движений. При ручной чистке в течение всего процесса чистки достигается заметно менее 1000 движений. При каждом движении острие 5а заостренной щетинки проходит путь d относительно неподвижных зубов (т.е. без наложения совершаемого, при необходимости, вручную чистящего движения). Для того чтобы чрезмерно не нагружать заостренные щетинки 5 при этом высокочастотном возвратно-поступательном движении на поверхностях зубов и, в частности, при переходе с поверхности 1a, 1b зуба к межзубным промежуткам 2, путь d остриев 5а щетинок 5 меньше заданного максимального пути d_max, составляющего преимущественно 3 мм. Эти значения приблизительно соответствуют величине больших межзубных промежутков 2, которые, тем самым, могут быть оптимально очищены без повреждения остриев 5а. За счет контроля и ограничения движений остриев 5а снижается риск повреждений десен.

В одном предпочтительном усовершенствовании изобретения максимальный путь d_max остриев 5а зависит от направления движения, причем максимальный путь в продольном направлении L головки 3 преимущественно меньше максимального пути d_max, _quer поперек него. Продольное направление L головки 3 соответствует при пользовании щеткой приблизительно направлению Х ряда зубов, в котором преимущественно следует ограничивать движения щетинок из-за перехода от зуба к зубу и связанную с этим нагрузку щетинок. Таким образом, учитывается геометрия зубов и движение вдоль межзубных промежутков 2, т.е. в направлениях Y и Z, с большим отклонением, чем поперек них. Предпочтительно составляет 3 мм (направление X), a d_{max, quer} - 5 мм (направление Y).

На фиг.2-4 и 5а-с изображены различные примеры головок с щетинным полем из традиционных 6 и заостренных 5 щетинок. Щетинки 5, 6 расположены на колодке 4 пучками 5', 6' соответственно. Пучки 6' традиционных щетинок 6 обозначены пустым кружком, а пучки 5' - кружком с точкой.

У изображенной на фиг.2 головки 3 колодка 4 соединена с головкой 3 с возможностью возвратно-поступательного вращения вокруг проходящей перпендикулярно колодке 4 оси D вращения. Для этого имеется подходящий привод (не показан). При работе достигается максимальный угол α вращения. Заостренные щетинки 5 расположены на колодке таким образом, что для максимального расстояния r_max точек их выхода из колодки от оси D вращения справедливо: r_max=d_max:180°:(πα), причем d_max является названным выше максимальным путем. Приблизительно (расстояние точек возврата вместо длины дуги) справедливо: r_max=d_max:(2sin(α/2)). Преимущественно справедливо d_max=3 мм.

В настоящее время на рынке имеются щетки с углами вращения до 70°. Диаметр головки составляет, как правило, менее 20 мм. Движение остриев 5а увеличивается с радиусом или расстоянием до оси вращения. В следующей таблице приведены некоторые значения пути, вычисленного в зависимости от угла вращения и радиуса. Выделенные серым цветом данные пути относятся к допустимым, согласно изобретению, для d_max=30 мм парам значений радиус/угол вращения (d_max=расстояние точек возврата).

Таблица показывает, что при малых углах вращения, в принципе, вся головка 3 может быть снабжена заостренной щетиной 5 и что при больших углах вращения следует снабдить заостренной щетиной 5 только центральный сегмент 7.

На фиг.3 изображена головка 3, поворачиваемая при работе вокруг своей продольной оси L так, что головка 3 совершает качательное боковое движение. Головка 3 проходит при этом угол β. Для максимального расстояния l_max остриев заостренных щетинок от оси L поворота справедливо: l_max=d_max180°:(πβ) или l_max=d_max:(2sin(β/2)) (расстояние точек возврата), причем d_max является названным выше максимальным путем. Преимущественно справедливо d_max=3 мм.

В связи с заостренными щетинками 5 качательное боковое движение особенно предпочтительно. У этого типа зубной щетки заостренные щетинки 5 при пользовании ею движутся вдоль межзубных промежутков 2. Менее желательное для заостренных щетинок 5 и десен направление движения предотвращено. При этом движении максимально пройденный остриями путь также должен быть менее 3 мм. Угол вращения может быть установлен, тем самым, с помощью следующей таблицы в зависимости от расстояния остриев от оси поворота. Выделенные серым цветом данные пути относятся к допустимым, согласно изобретению, для d_max=3 мм парам значений радиус/угол поворота. При среднем расстоянии 12 мм угол вращения головки не следует выбирать более 15°.

На фиг.4 чисто схематично изображена головка 3, вибрирующая в двух направлениях S1, S2 поперек продольного направления L. У этого варианта движения геометрия головки оказывает меньшее влияние на отклонение традиционной 6 и заостренной 5 щетины. Величину отклонения можно определить за счет выбора тока, электродвигателя и/или датчиков колебаний. За счет специальной конструкции ручки щетки, например придания жесткости в вертикальном направлении, и дополнительных демпфирующих мер можно оказать влияние на направление отклонения. Поскольку отклонение головки 3 и, тем самым, остриев заостренных щетинок 5 следует преимущественно за межзубными промежутками 2, зубная щетка должна преимущественно иметь большее боковое отклонение в направлении S1, чем вертикальное отклонение в направлении S2. Отклонения менее 3 мм оказывают здесь очень щадящее действие и стимуляцию десен.

На фиг.5а-с изображены головки 3, у которых вращательное движение комбинировано с другими типами движений. Если электрической зубной щеткой совершают механическое движение, например вращение, в любом случае также возникают вибрации. В данных примерах колодка 4 выполнена составной. Первый круглый элемент 4а колодки соединен с головкой 3 с возможностью вращения вокруг оси D вращения (фиг.2). Он снабжен традиционной щетиной 6. По меньшей мере, один элемент 4b колодки прочно соединен с головкой 3 и снабжен заостренной щетиной 5. Он приводится в вибрацию при вращении элемента 4а. На фиг.5а этот элемент 4b находится в продольном направлении L перед и за вращающимся элементом 4а, на фиг.5b только за, а на фиг.5с только перед ним. Подвижный элемент 4а с традиционной щетиной 6 выполняет поверхностную очистку, а вибрирующий заодно с ним, механически лишь косвенно подвижный элемент 4b с заостренной щетиной 5 - очистку межзубных промежутков и очистку мельчайших структур. Вместо вращения первый элемент 4а может также поворачиваться вокруг продольной оси.

На фиг.6а-d изображены примеры расположения заостренной щетины 5 на колодке 4. Заостренная щетина 5 объединена, прежде всего, в пучки 5'. Последние имеют в данном случае кругообразное сечение, однако могут иметь также иную форму, например, как показано на фиг.10а-е. Пучки 5' у головки 3 на фиг.6а объединены в ряды 9, проходящие поперек продольного направления L. Это расположение предпочтительно у поворачиваемых вокруг продольной оси L или вибрирующих в этом направлении колодок 4, поскольку ряды 9 совпадают там с направлением прохождения пучков 5'. У примера на фиг.6b пучки 5' щетины расположены по дугам 10 окружностей. Это расположение предпочтительно у вращающихся колодок 4. Имеются две внутренние окружности из пучков 5' щетины с заостренными щетинками 5, максимальный радиус которых r_max. В обоих случаях можно, тем самым, пространственно хорошо ограничить зону действия заостренных щетинок 5.

На фиг.6с изображен пример щетинного поля со смешанно расположенными пучками 5', 6' из заостренных 5 и нормальных 6 щетинок на круглой колодке 4 с радиусом r_max. Смешанное щетинное поле имеет то преимущество, что заостренные щетинки 5 имеют больше места для движения и при пользовании щеткой, несмотря на изгибание на зубных структурах, не зажимаются между собой. В принципе, в распоряжении заостренной щетины 5 должно быть больше места для движения, чем у нормальной щетины 6. В частности, граничной зоне, т.е. для расположений, в которых острия щетинок проходят приблизительно максимальное расстояние d_max, предпочтительно такое смешивание с нормальной щетиной.

На фиг.6d изображено щетинное поле, у которого пучки 5' заостренных щетинок 5 расположены дугообразными сегментами 11. Это расположение соответствует, в основном, фиг.6b и также подходит для вращающихся щеток.

Вместо расположения пучков 5' круглого сечения, как сказано, группами (рядами, кругами, сегментами) могут использоваться также пучки 5' соответственно согласованного сечения (фиг.11а-е).

Для того чтобы заостренные щетинки 5 могли свободно двигаться, а межзубные промежутки 2 не засорялись, отдельные пучки 8 расположены предпочтительно на достаточном расстоянии друг от друга. Поскольку острия у определенных форм выполнения в зависимости от своего места на колодке 4 проходят разные расстояния, минимальное расстояние х между соседними пучками 8 устанавливают в зависимости от пройденного пути. На фиг.7 изображен пример вращающейся колодки 4, у которой для наглядности показаны только одна расположенная по центру пара пучков 8 и расположенная на периферии другая пара пучков 8'. Минимальные расстояния х1 близко к оси D вращения меньше, чем минимальные расстояния х2 дальше от оси D вращения.

Поскольку у определенных форм выполнения заостренная щетина напрашивается только в подходящем положении на поверхности головки, в неподходящих положениях могут использоваться другие типы щетины. Традиционно скругленная щетина, состоящая, например, из полиэфира ПБТ или полиамида ПА, может использоваться, в частности, для очистки поверхности зубов. В случае если дополнительно желателен массажный эффект для десен, могут быть дополнительно отлиты или вставлены мягкие резиноэластичные элементы в виде щетинок, пластинок или других образований из термопластичного эластомера ТПЭ. На фиг.8 изображен пример колодки 4 с таким смешанным щетинным полем из заостренной щетины 5 внутри центрального поля с радиусом r_max и периферийно расположенных пучков 6 традиционной щетины.

На фиг.9а, b поясняются размеры традиционных 6 и заостренных 5 щетинок. Изображенные на фиг.9а традиционные щетинки 6 имеют по своей длине, в основном, постоянный номинальный диаметр Δ_nenn (диаметр в самом толстом месте щетинки), составляющий, например, 0,15-0,25 мм. Острие 6а щетинки скруглено.

Для того чтобы минимизировать опасность повреждения у зубных щеток с высокочастотными движениями и максимизировать срок их службы, к геометрии и характеру заостренной щетины 5 предъявляются особые требования. Изображенные на фиг.9b заостренные щетинки 5 имеют на участке своей длины также постоянный диаметр, например также номинальный диаметр 0,15-0,25 мм. В направлении острия 5а щетинка 5 сужается, начиная с расстояния а от острия 5а. Будучи измерен от острия 5а, диаметр соответствует в соответствующем месте, например, следующим значениям:

Для достижения достаточной гибкости щетинок их длину, начиная от выхода из головки, выбирают между 7 и 13 мм. Для сохранения достаточной стабильности отдельных щетинок при высокочастотном движении номинальный диаметр оставляют на большой части длины до значения свыше 75%. Приведенная выше таблица показывает, что заострение щетинок происходит преобладающим образом на последних 4-5 мм. С этим выполнением острие 5а может оптимально достигать минимальных щелей и межзубных промежутков 2 при достаточной стабильности щетинок.

Для заостренной щетины применяют полиамид, преимущественно, однако, полиэфир (ПБТ). Процесс заострения основан на уменьшении диаметра посредством химического процесса. В зависимости от продолжительности пребывания щетинки в химическом веществе пластик растворяется, и диаметр уменьшается. Форма острия может быть, таким образом, подвержена воздействию.

На фиг.10а-е изображены примеры формы пучков 5' заостренной щетины 5. Подобный пучок 5' необязательно должен иметь круглую форму. Рассматриваются, в основном, треугольные (фиг.10а), в основном, прямоугольные (фиг.10b), эллиптические (фиг.10с), дугообразные (фиг.10d) или другие формы (фиг.10е). Продолговатые формы на фиг.10а-с напрашиваются, в частности, для поворотных зубных щеток и могут использоваться вместо расположения круглых пучков щетины рядами (фиг.12, где изображено смешанное щетинное поле из пучков 6' нормальной щетины 6 круглого сечения и пучков 5' заостренной щетины 5 изображенной на фиг.10а формы). Изображенная на фиг.10d форма особенно предпочтительна для вращающихся зубных щеток.

Наибольшая протяженность е составляет преимущественно около 3 мм и соответствует, тем самым, большому межзубному промежутку. Если в один пучок 5' объединить слишком много щетины, то это может привести к ненужному приданию жесткости отдельных щетинок 5 и затруднить проникновение в межзубные промежутки 2. Пучок 5' содержит, поэтому преимущественно менее 80, особенно предпочтительно менее 50 остриев 5а щетинок 5. При этом в зависимости от техники изготовления каждая щетинка может иметь одно или два острия 5а. Определенные щетинки имеют также одно круглое и одно острое острия 5а.

На фиг.10f, g изображены примеры высотного профиля пучков 5' из фиг.11d и 11e. Подобные непостоянные высотные профили реализуют предпочтительно способом AFT или IMT.

На фиг.11а-е при виде сбоку изображены головки 3, у которых острия 5а заостренных щетинок 5 образуют различные профили. Фиг.11a-d относятся к поворотным головкам, а фиг.11е относится к вращающейся головке.

Технологически проще всего изготавливать изображенный на фиг.11а профиль. При этом, применяя традиционную технологию штамповки, используют только одну основную длину щетинок. Около 80% концов щетинок позиционированы в пределах высотного диапазона Δh шириной 4 мм. Разные длины щетинок в пределах этих границ желательны до определенной степени, поскольку они, тем самым, обеспечивают более простое проникновение в межзубные промежутки, чем при точно одинаковой длине, возникающей при резке традиционной щетины. Отдельных, массивно выступающих щетинок следует, однако, избегать, поскольку они, в частности, при высокочастотном движении скрывают в себе опасность повреждения десен.

На фиг.11b изображена головка, у которой посредством традиционной технологии штамповки с двумя разными основными длинами заостренной щетины получена отличающаяся от плоскости форма профиля. Обычно заострены оба конца щетинок. Последние для посадки U-образно сгибают. По этой причине заостренную посаженную щетину нельзя резать, и она ограничена при этой технологии различными уровнями, здесь уровнями Е1 и Е2. В пределах уровней E1, E2 возможны варианты высоты в пределах примерно высотного диапазона Δh шириной около 4 мм. Больше свободы возникает у заостренных с одной стороны щетинок.

Если по упомянутым причинам комбинируют различные типы щетины, то заостренные щетинки 5 для очистки межзубных промежутков предпочтительно длиннее, чем традиционно закругленные щетинки или массажные элементы. Вставка разных типов щетины в колодку происходит преимущественно при одновременном вытеснении соответственно другого сорта (других сортов) щетины. В качестве альтернативы колодки 4 могут быть составными, отдельно набиты щетиной, а затем собраны.

Для изготовления головок 3, согласно изобретению, напрашивается прежде всего способ AFT (Anchor Free Tufting) или IMT (In Mould Tufting). Способ AFT описан, например, в ЕР-А 0972464. Способ IMT описан, например, в ЕР-А 0795711 и ЕР-А 0346646. Заостренные щетинки 5 в этом случае иначе, чем при традиционной набивке, подают к AFT- или IMT-установке заостренными только с одной стороны. Длина щетинок составляет 10-20 мм. Преимущественно щетинки вводят остриями вниз в материальный ящик. Последующая переориентация внутри AFT- или IMT-установки становится, тем самым, ненужной. Щетинки с помощью толкающих средств проталкивают заостренной стороной через колодку (в способе IMT - через транспортные вставки). Колодка имеет для этого отверстия для щетины. Незаостренную сторону обрезают, а затем известным образом расплавляют. В случае если колодка не выполнена за одно целое с головкой, обе части соединяют затем между собой преимущественно ультразвуковой сваркой.

Способ AFT или IMT обеспечивает упрощенное изготовление заостренных щетинок, поскольку их приходится заострять только с одной стороны. Кроме того, за счет соответствующего выполнения толкающих средств можно профилировать отдельные пучки, например, для лучшего проникновения в межзубные промежутки. Примеры этого изображены на фиг.11с-е и на фиг.10f, g (профилирование отдельных пучков). Традиционной технологией набивки это невозможно. Поскольку щетинки после профилирования обрезают, приходится направлять только одну их длину. Щетина может быть обрезана до нужной длины. В противоположность этому при традиционной технологии набивки приходится использовать несколько длин материала, чтобы получить отличную от плоскости топографию.

Способы AFT и IMT имеют, тем самым, большие преимущества в отношении изготовления зубных щеток, согласно изобретению, поскольку обеспечивают в значительной степени произвольную форму пучков щетины. Таким образом, пройденный остриями при пользовании щеткой путь можно особенно хорошо контролировать. Способ изготовления может предпочтительно применяться и для изготовления ручных зубных щеток.