DE69736902T2

DE69736902T2 - Bürstenkopf

Info

Publication number: DE69736902T2
Application number: DE69736902T
Authority: DE
Inventors: Victor David CANN
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: GB9601013D0; JP2000503570A; DE69736902D1; EP0955834B1; HUP9901880A3; EP0955834A1; ID16189A; EP0955834A4; WO1997025900A1; AR005656A1; HUP9901880A2; ATE343946T1; HU221448B; CO4650170A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft elastisch biegsame Bürstenköpfe, genauer Zahnbürstenköpfe, die segmentierte Flächen mit Rillen zwischen den Segmenten aufweisen, worin die Rillen an mindestens einer Fläche Elastomer enthalten, so dass die Haltbarkeit des Kopfs bei wiederholtem Beugen verbessert wird. Die Erfindung betrifft ferner Zahnbürsten, die diese Bürstenköpfe umfassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Anordnung menschlicher Zähne erfordert, dass der ideale Borstenumriss für Zahnbürsten zum Putzen der wangenwärts gerichteten oder äußeren Flächen von Zähnen konkav und zum Putzen der zur Zunge gerichteten oder inneren Flächen der Zähne konvex ist. Die meisten Zahnbürsten verfügen über einen einstückigen Kopf, der eine vergleichbare Dicke wie der Griff aufweist und verhältnismäßig starr ist und eine feste Krümmung oder Konfiguration aufweist.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Zahnbürsten besteht darin, dass die Bürste ausreichend fest gegen die Zähne gedrückt werden muss, um gute Reinigungsergebnisse zu erzielen, wodurch das weichere, umliegende Zahnfleisch verletzt werden kann. Zu einem gewissen Umfang kann dies gelöst werden, indem die Konfiguration der Zahnbürste, die Borstenhärte oder die Länge geändert wird, wobei jedoch wiederum eine einzige Konfiguration nicht für alle Umstände perfekt geeignet sein kann.
Manche Zahnbürsten können jedoch ein Mittel umfassen, das es dem Kopf ermöglicht, sich relativ zu dem Griff zu biegen, wie in EP-A-371,293 beschrieben. Doch selbst dann weisen solche Zahnbürsten eine eingeschränkte Effektivität auf. Es sind andere Zahnbürsten bekannt, die in verschiedene, jedoch feste Kon figurationen verstellt werden können. Verstellbare Zahnbürsten sind häufig schwer zu handhaben und möglicherweise unzuverlässig.
US-A-4,712,267 offenbart eine veränderbare Zahnbürste, umfassend einen S-förmigen, länglichen Griff aus einem formstabilen Material mit gekrümmten Endbereichen mit entgegengesetzter Krümmung, einen flexiblen Bürstenblock mit Borsten und ein Mittel zum Befestigen des flexiblen Bürstenblocks an dem Griff für die Längsbewegung entlang der Länge des Griffs. Die gekrümmten Bereiche des Griffs biegen den flexiblen Block und die Borsten in eine konkave oder konvexe Konfiguration, die der gekrümmten Konfiguration des Griffs entspricht.
EP-A-454,625 beschreibt eine verstellbare gekrümmte Zahnbürste, deren Kopf die Form eines Rings aufweist. Ein Nocken- oder Schiebemechanismus ändert die Krümmung des Kopfs zwischen der konkaven oder konvexen Konfiguration. In einer alternativen Ausführungsform ist der Kopf integraler Bestandteil des Griffs, der die Form eines komprimierbaren geschlossenen Rings aufweist, wobei die Borstenoberfläche eine konkave Konfiguration aufweist, wenn sich der Griff im unkomprimierten Zustand befindet, und konvex wird, wenn der Griff komprimiert wird.
Bei den Zahnbürsten in den beiden oben erwähnten Dokumenten muss der Anwender für den Bürstenkopf eine bestimmte Konfiguration einstellen. Der Bürstenkopf verbleibt in dieser Konfiguration, bis er zurückgesetzt wird. In US-A-2,445,657 wird andererseits eine Zahnbürste mit einem einzigen Kopf aus einem elastischen Material, z. B. vulkanisiertem Gummi, beschrieben, der mit einem Griff verbunden ist. Der Kopf ist vollständig flexibel, und seine Krümmung kann durch Drücken gegen die Zähne, das Zahnfleisch oder die Wange geändert werden. Es ist jedoch bei einem solchen Bürstenkopf verglichen mit herkömmlichen Bürstenkopfmaterialien schwieriger, die Bürste mit der erforderlichen Flexibilität herzustellen, und das weichere Material, das für den Kopf erforderlich ist, bereitet weitere Probleme beim Befestigen der Borsten.
WO 92/17093 offenbart eine Zahnbürste, die einen Griff und an einem Ende davon einen Kopf borstentragenden aufweist, worin der Kopf die Form von zwei oder mehr Segmenten aufweist, die flexibel und elastisch miteinander und/oder mit dem Griff verbunden sind, wobei ein oder mehr Segmente Borsten tragen. In einer Ausführungsform wird dies durch die Verwendung querverlaufender und optional längsverlaufender Rillen auf der der borstentragenden Fläche gegenüber liegenden Fläche des Kopfs erreicht. Die Rillen können ganz oder teilweise mit einem Elastomer gefüllt sein. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der Griff in einen Rahmen, in dessen Inneren der Kopf elastisch verbunden ist, und Leerräume zwischen dem Kopf und dem Rahmen können mit einem Elastomer gefüllt werden. In allen Ausführungsformen werden die Borsten in herkömmliche Bürstenkopfmaterialien, z. B. Polyamide und Polypropylene, eingesetzt.
Während die oben genannten Zahnbürsten Bürstenköpfe mit einer gewissen Flexibilität bereitstellen, ist keine der Zahnbürsten vollkommen zufriedenstellend. Sie erfordern insbesondere eine unangemessene Bedienung oder Fähigkeit von Seiten des Anwenders, einen komplexeren Montageprozess oder weisen nicht darauf hin, wie eine langfristige Haltbarkeit des Bürstenkopfs bei wiederholtem Biegen gewährleistet werden kann.
Wenn der Bürstenkopf aus hauptsächlich herkömmlichen Materialien hergestellt werden soll, die für das Halten der Borsten verwendet werden, so müssen Schwachpunkte, z. B. Rillen, an dem Kopf gebildet werden, um die gewünschte Flexibilität des Kopfs zu gewährleisten. Nach vielen Zyklen wiederholten Biegens kann das Bürstenkopfmaterial fehleranfällig werden, d. h. an den dünneren, gerillten Stellen des Kopfs brechen. Alternativ kann, wenn die Rillen aus hygienischen Gründen oder um die Flexibilität zu steuern, mit Elastomer gefüllt werden, die Bindungsstelle zwischen dem Elastomer und dem Kopfmaterial fehleranfällig werden.
Es wurde nun herausgefunden, dass die Haltbarkeit des Bürstenkopfs verbessert werden kann, indem sichergestellt wird, dass der Bürstenkopf Rillen an jeder Seite des Kopfs hat, wobei in den Rillen auf mindestens einer Seite Elastomer enthalten ist, wobei die Kopfflexibilität auf einen Biegewinkel von weniger als etwa 40° beschränkt ist.
Die Haltbarkeit des Bürstenkopfs kann weiter verbessert werden, indem sichergestellt wird, dass Gelenke aus dem Kopfmaterial, die die Kopfsegmente verbinden, zwischen gegenüber liegenden Flächen des Bürstenkopfs und in einem Abstand von mindestens etwa 10 % der Tiefe des Kopfs zu jeder der Flächen angeordnet sind.
Es ist demgemäß ein Gegenstand dieser Erfindung, einen Bürstenkopf bereitzustellen, der sich elastisch biegen kann und eine gute langfristige Haltbarkeit aufweist.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, eine Zahnbürste bereitzustellen, die einen solchen Bürstenkopf umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elastisch biegsamer Bürstenkopf mit zwei einander gegenüber liegenden Flächen bereitgestellt, wobei eine der beiden eine borstentragende Fläche ist, an der Borsten angebracht sind, welche von der Fläche ausgehen, der Kopf zwei oder mehr flexibel verbundene Segmente umfasst und Rillen an jeder der einander gegenüber liegenden Flächen zwischen den Segmenten aufweist, wobei die Rillen an mindestens einer Fläche Elastomer enthalten, wobei der Kopf einen Biegewinkel von weniger als etwa 40° aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Bürstenkopf bereitgestellt, worin die Rillen querverlaufende Rillen sind, die paarweise angeordnet sind, so dass jeweils ein Element jedes Paars auf jeder der Flächen und direkt gegenüber dem anderen Element des Paars liegt, wobei eines oder mehrere Gelenke dazwischen die Segmente verbinden, so dass jedes Gelenk zwischen den beiden Flächen und in einem Abstand von mindestens etwa 10 % der Tiefe des Kopfs zu jeder der Flächen angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Zahnbürsten bereitgestellt, die solche Köpfe umfassen.
Der Bürstenkopf dieser Erfindung umfasst zwei oder mehr flexibel verbundene Segmente mit Rillen zwischen den Segmenten, damit sich der Kopf während des Vorgangs des Bürstens biegen und sich selbst beispielsweise an die unterschiedlichen Profile der Zähne der einzelnen Anwender anpassen kann. Ferner umfasst der Kopf Elastomer, das in den Rillen auf mindestens einer Fläche enthalten ist. Das Elastomer kann die Elastizität des Kopfs erhöhen, indem es wie eine Feder wirkt, so dass beim Wegnehmen einer Kraft, die zum Biegen des Kopfs angelegt wurde, der Kopf innerhalb kurzer Zeit in seine ursprüngliche Konfiguration zurückkehrt. Die Rillen definieren Gelenke zwischen den Segmenten. Die Gelenke befinden sich vorzugsweise zwischen den Flächen, vorzugsweise in einem Abstand von mindestens etwa 10 % der Tiefe des Kopfs von jeder Fläche, anstatt coextensiv mit jeder der Flächen zu sein. Das Elastomer kann auch den Grad des Biegens so einschränken, dass, wenn hohe Kräfte angelegt werden, die Kopfbiegung eingeschränkt wird, wodurch das Auftreten übermäßiger Beanspruchungen an den Gelenken reduziert und dadurch die Haltbarkeit des Produkts verbessert wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der elastisch flexible Kopf dieser Erfindung umfasst zwei einander gegenüber liegende Flächen, wobei an einer der beiden Flächen Borsten angebracht sind und der Kopf zwei oder mehr flexibel verbundene Segmente umfasst und Rillen an jeder der gegenüber liegenden Flächen zwischen den Segmenten aufweist, damit sich der Kopf beugen oder biegen kann. Der Bürstenkopf ist so gestaltet, dass er an einem länglichen Griff an einem Ende davon befestigt werden kann, wie bei einer herkömmlichen Zahnbürste. Der Kopf kann abnehmbar an dem Griff befestigt werden, damit der Kopf beispielsweise ausgetauscht werden kann, wenn die Borsten abgenutzt sind, weshalb der Kopf über einen Befestigungspunkt für den Griff verfügt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Segmente des Kopfs zusammen mit dem Griff in einem einzigen Spritzgießschritt angeformt, so dass der Kopf und der Griff ein durchgehendes Stück bilden. Die Längsachse des Griffs definiert in jedem Fall eine Längsachse des Kopfs. Der Kopf hat auch eine Querachse, die orthogonal zu der Längsachse verläuft und im Allgemeinen parallel zu den gegenüber liegenden Flächen ist. Verweise auf die Querrichtung oder Längsrichtung beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die Richtungen, die parallel zu dieser Querachse bzw. Längsachse sind. Zweckmäßigerweise ist auch der Kopf im Allgemeinen länglich, wobei seine längliche Achse ebenfalls eine Längsachse ist.
Der Kopf und der Griff sind im Allgemeinen aus verhältnismäßig wenig komprimierbaren Materialien hergestellt, vorzugsweise mit einem Elastizitätsmodul von mindestens etwa 500 MPa, mehr bevorzugt von mindestens etwa 1000 MPa, die für die Herstellung von Zahnbürsten üblich sind, insbesondere Kunststoffmaterialien. Zu geeigneten Kunststoffmaterialien gehören beispielsweise Polyamide und Polypropylene. Polypropylen ist bevorzugt. Zu geeigneten Polypropylenen gehört das Material „Polypropylene PM 1600" (im Handel erhältlich von Shell), das ein Elastizitätsmodul (ISO 178 von 1500 MPa aufweist, und Apryl 3400 MA1 von Elf Atochem. Vorzugsweise wird ein Schaumbildner, wie Hydrocerol HP20DP von Boehringer-Mannheim, in einem Anteil von etwa 1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 1,5 Gew.-% bis etwa 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Polypropylen, mit dem Polypropylen vermischt. Der Schaumbildner unterstützt den Fluss des Polypropylens während des Formens und trägt insbesondere mit dazu bei, eine einheitliche Ausbildung der Gelenke zu gewährleisten. Der Griff selbst ist im Allgemeinen starr und kann eine Form aufweisen, die bei der Herstellung von Zahnbürsten üblich ist. Der Griff kann dem Stand der Technik entsprechend wahlweise einen Halsabschnitt umfassen, der flexibler ist als der Rest des Griffs, mit der Maßgabe, dass er starr genug ist, dass sich der Kopf während der Verwendung, wenn am Kopf eine Kraft angelegt wird, insbesondere beim Bürsten der Zähne, auf die Weise und in dem Ausmaß, wie nachstehend beschrieben, beugt.
Der Bürstenkopf umfasst Rillen auf der borstentragenden Fläche und der gegenüber liegenden Fläche, wobei die Rillen die Räume zwischen den Segmenten sind. Die Rillen ermöglichen ein Beugen oder Biegen des Kopfs. Die Rillen können quer oder parallel zur Längsachse des Griffs ausgerichtet sein und können linear oder nichtlinear, wie gekrümmt oder zickzackförmig, sein. Nichtlineare Rillen unterstützen eine Versetzung der Druckspannung im elastomeren Material, das die Rillen füllt, wenn der Kopf gebogen wird. Der Begriff „querverlaufende Rillen", wie hierin verwendet, kann auch Rillen umfassen, deren Hauptachse, wie durch die gerade Linie, die den Start- und Endpunkt der Rillen verbindet, von der Querachse des Kopfs um einen Winkel von bis zu 45° (einschließlich) versetzt ist. In ähnlicher Weise kann der Begriff „Längsachse" auch Rillen umfassen, deren Hauptachse von der Längsachse des Kopfs um einen Winkel von bis zu 45° versetzt ist.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Bürstenkopf eine oder mehrere querverlaufende Rillen in jeder der gegenüber liegenden Flächen, so dass der Kopf entlang der Längsachse biegbar ist. Dies ermöglicht ein Beugen des Bürstenkopfs derart, dass er beim Andrücken gegen die Zähne entlang der Längsachse ein konvexes Profil annimmt. Das macht ihn besonders zum Bürsten der Zungen- oder Innenoberflächen der Zähne geeignet.
Der Bürstenkopf kann auch eine oder mehrere längsverlaufende Rillen umfassen. Längsverlaufende Rillen ermöglichen es zum Beispiel, dass die äußeren Borstenlängsreihen weg von den inneren gebeugt werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Bürstenkopf sowohl querverlaufende Rillen auf jeder der gegenüber liegenden Flächen, so dass sich der Kopf entlang der Längsachse biegen kann, als auch mindestens eine längsverlaufende Rille, die die querverlaufenden Rillen verbindet, um zu ermöglichen, dass das Elastomer während des Formprozesses von einer Rille in die nächste fließt. Bei einer einstückigen Bürste mit angeformtem Griff kann sich diese längsverlaufende Rille entlang des Griffs erstrecken, so dass der Einspritzpunkt für Elastomer, der üblicherweise für die Zufuhr von Elastomer zur Ausbildung der Halteeinsätze am Griff verwendet wird, auch zum Einspritzen von Elastomer für die Rillen im Kopf verwendet werden kann.
Rillen auf einer der zwei gegenüber liegenden Flächen können direkt gegenüber Rillen auf der anderen Fläche liegen oder ganz oder teilweise zu diesen versetzt sein. Die Rillen liegen einander vorzugsweise direkt gegenüber oder sind nur teilweise versetzt.
Die Rillen, die die Segmente des Kopfs voneinander trennen, definieren auch Gelenke, die dünnere Bereiche des Kopfs an der Basis der Rillen sind.
Die Rillen können unterschiedliche Breiten und Tiefen aufweisen und die Abstände zwischen Rillen können ebenfalls variieren. Auf diese Weise kann die Flexibilität des Kopfs in Längsrichtung und/oder quer zur Breite des Kopfs modifiziert werden. Vorzugsweise werden nur querverlaufende Rillen auf diese Weise variiert. Die Veränderung der Rillentiefe steuert die Platzierung und Dicke der Gelenke, die die Segmente verbinden. Für einen Zahnbürstenkopf mit einer Dicke von zwischen etwa 4 bis etwa 6 mm, typisch etwa 5 mm, liegen geeignete Rillentiefen im Bereich von etwa 1,4 bis 3 mm, vorzugsweise von etwa 1,5 bis etwa 2,8 mm. Geeignete Gelenkdicken liegen im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 2,0 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 1,5 mm. Wenn querverlaufende Rillen verwendet werden, sind die Gelenke, die nahe dem Griff liegen oder zu liegen kommen, in diesem Fall wünschenswerterweise weniger flexibel als diejenigen, die in größerer Entfernung liegen oder zu liegen kommen. Auf diese Weise kann eine einheitlichere Biegung des Kopfs erreicht werden. Die Veränderung der Flexibilität kann durch eine Veränderung der Gelenkdicke erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gelenk, das dem Griff am nächsten ist, bis zu etwa dreimal, vorzugsweise bis zu etwa zweimal so dick, wie das Gelenk mit der größten Entfernung zum Griff. Ein beispielhafter Satz Gelenkdicken für eine Zahnbürste mit 3 querverlaufenden Rillen ist, vom Griffende aus gesehen, etwa 1,2, 0,6 und 0,6 mm. Wenn am Bürstenkopf identische Gelenke verwendet werden, dann besteht die Tendenz, dass das Beugen des Kopfs zum größten Teil an dem Gelenk erfolgt, das dem Griff am nächsten ist. Die Tiefe der Rillen in der borstentragenden Fläche kann sich von der in der gegenüber liegenden Fläche unterscheiden. Die Tiefe der Rillen in der borstentragenden Fläche ist vorzugsweise weniger tief als die in der gegenüber liegenden Fläche. In Ausführungsformen, in denen sich Elastomer in den Rillen auf beiden Flächen befindet, kann so mehr Elastomer unter Kompressions-, anstatt unter Zugspannung gehalten werden. Die Bindungen zwischen Elastomer und Segment sind unter Kompression stärker als unter Zugspannung.
Eine Vergrößerung der Breite der Rillen vergrößert die Lücke zwischen den Segmenten und damit die Länge der Gelenke, was deren Flexibilität erhöht. Da es jedoch bevorzugt ist, Borsten in die Segmente, anstatt in das Elastomer einzusetzen, tredeutet eine größere Rillenlänge bei einer vorbestimmten Kopfgröße auch weniger Raum für die Borsten. Geeignete Rillenbreiten liegen im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 3,0 mm, vorzugsweise von etwa 1,2 bis etwa 2,0 mm. Die Rillen verjüngen sich vorzugsweise leicht in Richtung des Bodens der Rillen, wobei sie zweckmäßigerweise in einem Winkel von etwa 3 bis etwa 10° aufeinander zu laufen, um das Formen zu erleichtern. Beim Beugen der Bürste verändert sich die Breite der Rille, und zwar schneller am oberen Ende der Rille als am Boden der Rille, wobei die relative Veränderung in Abhängigkeit von der Breite und Tiefe der Rille erfolgt. Da diese Veränderung der Rillenbreite zu einer Kompression oder Zugspannung des Elastomers in der Rille führt, ist es offensichtlich, dass die Rillengeometrie bei einem vorbestimmten Elastomer zur Steuerung des Biegewinkels verwendet werden kann.
Die Gelenke können über die gesamte Länge der Rillen verlaufen oder es können, vorzugsweise, ein oder mehrere Lücken in den Gelenken oder neben den Gelenken vorhanden sein, wobei die Rillen in diesen Regionen die Gesamttiefe des Kopfs aufweisen. Das hat den Vorteil, dass beim Formen des Kopfs ein einziger Einspritzpunkt für das Elastomer möglich ist. Die Lücke lässt das Elastomer während des Formprozesses von einer Fläche zur anderen fließen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gelenke unterbrochen, wobei zwei oder mehrere Gelenke, vorzugsweise nur zwei, jedes Segment mit seinem Nachbarn oder mit dem Griff verbinden. In dieser Ausführungsform sind Lücken zwischen den Gelenken und an jeder Seite vorhanden. In linearen Rillen sind die Gelenkbreiten im Allgemeinen nicht entscheidend, mit der Maßgabe, dass sie derart sind, dass immer noch Lücken geschaffen werden, breite Gelenke können jedoch einer Verdrehung unterliegen, wenn sie in einer nichtlinearen Rille verwendet werden. Geeignete Gelenkbreiten liegen im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 4,0 mm, vorzugsweise von etwa 1,0 bis etwa 3,0 mm.
Es ist bevorzugt, dass sich jedes Gelenk zwischen den zwei Flächen und in einem Abstand von mindestens etwa 10 %, vorzugsweise mindestens etwa 20 %, mehr bevorzugt mindestens etwa 30 %, der Tiefe des Kopfs zu jeder der Flächen befindet. Der Abstand zwischen dem Gelenk und der Fläche wird an der lotrechten Linie gemessen, die vom oberen Teil der Fläche bis zur nächsten Grenzfläche des Mittelpunkts des Gelenks gezogen wird. Die Platzierung der Gelenke in einem Abstand zu den Flächen der Bürsten bedeutet, dass sie beim Beugen des Kopfs weniger Dehnung oder Kompression ausgesetzt sind, was deren Haltbarkeit verbessert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Bürstenkopf, worin die querverlaufenden Rillen paarweise angeordnet sind, so dass jeweils ein Element jedes Paars auf jeder der Flächen und direkt gegenüber dem anderen Element des Paars liegt, wobei eines oder mehrere Gelenke dazwischen die Segmente verbinden, so dass jedes Gelenk zwischen den beiden Flächen und in einem Abstand von mindestens etwa 10 % der Tiefe des Kopfs zu jeder der Flächen angeordnet ist, vorzugsweise mindestens etwa 20 %, mehr bevorzugt mindestens etwa 30 %.
Die Rillen auf mindestens einer Fläche der Bürste enthalten Elastomer. Dies kann durch einen separaten Spritzgießschritt erfolgen, nachdem das Formen der Segmente des Kopfs beendet ist. Vorzugsweise wird das gesamte Elastomer an einem einzigen Einspritzpunkt eingespritzt. Die Form kann jedoch separate Einspritzpunkte für die Zufuhr von Elastomer für diskrete Elastomerelemente im Kopf aufweisen, beispielsweise einen für die Zufuhr von Elastomer zur Bürsten tragenden Fläche und einen weiteren Einspritzpunkt für die Zufuhr von Elastomer zur gegenüber liegenden Fläche. Der Begriff „Elastomer" bezieht sich hierin auf ein Material, das elastisch komprimierbar und elastisch dehnbar ist. Somit wird das Elastomer beim Beugen des Kopfs in eine Richtung orthogonal zu den gegenüber liegenden Flächen entweder unter Spannung oder unter Druck gesetzt. Das Elastomer bewirkt eine Begrenzung der Kopfflexibilität, wodurch das Dehnen oder Zusammendrücken der Gelenke begrenzt wird, sowie eine Begrenzung der Spannung an der Bindungsstelle zwischen dem Elastomer und den Kopfsegmenten. Somit wird ein haltbarerer Kopf erhalten. Die Rillen auf sowohl der borstentragenden Fläche als auch der gegenüber liegenden Fläche enthalten vorzugsweise Elastomer, so dass Elastomer, gleichgültig, welche Richtung gewählt wird, unter Druck gesetzt wird. Das Elastomer auf der gegenüber liegenden Fläche wird selbstverständlich unter Zugspannung gesetzt, aber die Dehnungsbeanspruchung der Bindungen zwischen Elastomer und Segment ist begrenzt und wird mit dem Gelenkmaterial geteilt.
Vorzugsweise sind alle Rillen vollständig mit dem Elastomer gefüllt, im Allgemeinen mittels eines getrennten Formprozesses, nachdem das Formen der Segmente des Kopfs beendet ist. Das vollständige Füllen der Rillen weist beispielsweise den Vorteil auf, dass eine Verunreinigung der Rillen durch Zahnpastaablagerungen vermieden wird. Die Rillen können jedoch auch teilweise gefüllt werden, mit der Maßgabe, dass ausreichend Elastomer zum Erzielen einer wirksame Milderung der Flexibilität des Kopfs verwendet wird.
Zum diesbezüglichen Gebrauch geeignete Elastomere umfassen thermoplastische Elastomere mit einer Shore-Härte von 30–80 und einem Elastizitätsmodul von we niger als etwa 500 MPa, vorzugsweise etwa 300 MPa, z. B. Santoprene und Thermoflex. Ein beispielhaftes Elastomer ist „PTS Thermoflex 75" (vermarktet von Plastic Technologie Service, Deutschland) mit einem Elastizitätsmodul (ISO 178) von 100 MPa und einer Härte (ISO 868) von 80 Shore A. Die Elastomere PL 12291, PL 12292 und PL 12293 (vermarktet von Multibase, Saint Laurent Du Pont, Frankreich) sind ebenfalls zum diesbezüglichen Gebrauch geeignet. Im Allgemeinen unterstützt eine Wahl des Elastomers, so dass es auf derselben chemischen Polymerklasse wie das Material für die Kopfsegmente basiert, die Bindung des Elastomers an die Kopfsegmente. Wenn die Kopfsegmente beispielsweise aus Polypropylen hergestellt sind, basiert das Elastomer vorzugsweise auf Polypropylen. Die Elastomere können wahlweise mit geeigneten Weichmachern oder Schaumbildnern gemischt werden, um diese komprimierbarer zu machen. Die Farbe des Elastomermaterials kann mit der der Kopfsegmente identisch sein oder sie kann unterschiedlich sein, wodurch ein unverwechselbares gestreiftes oder anderweitig gemustertes Aussehen erreicht wird.
Der ganze Kopf hat eine herkömmliche, im Allgemeinen flache Form, ist jedoch verglichen mit dem Kopf einer herkömmlichen Zahnbürste flexibel. Unter „flexibel" ist hierin zu verstehen, dass, wenn eine Kraft von 3 Newton an ein Ende des Kopfs angelegt wird und das andere Ende befestigt ist, das Ende, an dem die Kraft angelegt wird, um einen Winkel von mindestens 2° gebeugt wird. Das Ende des Kopfs, das befestigt ist, ist durch die Linie definiert, die senkrecht zu der Achse verläuft, entlang der die Beugung erfolgt und die die erste Reihe von Borsten berührt. In den bevorzugten Ausführungsformen mit querverlaufenden Rillen, in denen sich der Kopf entlang der Längsachse beugt, sollte dieses Ende mit dem Griff verbunden werden. Das Ende des Kopfs, an dem die Kraft angelegt werden soll, ist das gegenüber liegende Ende des Kopfs an dem am weitesten entfernten Punkt entlang der Beugungsachse. Unter „elastisch flexibel" ist zu verstehen, dass, wenn die Kraft von 3 Newton gelöst wird, der Kopf in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, ohne dass eine externe Kraft angelegt wird. Der Winkel, um den sich der Kopf beugt, wenn, wie oben beschrieben, eine Kraft von 3 Newton angelegt wird, wird hierin als Biegewinkel bezeichnet. Der Biegewinkel kann zweckmäßig anhand der vertikalen Verschiebung (y) des freien Endes des Kopfs unter einer Kraft von 3 Newton und dem Abstand y und des Abstands zwischen dem Befestigungspunkt und der Anwendung der Kraft (x) gemessen werden, wobei der Biegewinkel aus dem Verhältnis tan(Biegewinkel) =y/x abgeleitet wird. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Biegewinkel mindestens 3°, mehr bevorzugt mindestens 5°, und kann bis zu 15° oder mehr betragen. Die Bauweise des Kopfs, insbesondere die Abmessungen der Rillen und Gelenke, der Umfang der Elastomerfüllung der Rillen und die Härte des Elastomers, sind jedoch so gestaltet, dass der Biegewinkel auf weniger als etwa 40°, vorzugsweise weniger als 30°, mehr bevorzugt auf weniger als 20°, beschränkt ist. Daraus hat sich ein akzeptabler Grad an Flexibilität für Anwender ergeben, ohne dass die Bindungen zwischen Gelenken und Elastomersegmenten unangemessenen Spannungen ausgesetzt werden.
In stark bevorzugten Ausführungsformen trägt nur eine der gegenüber liegenden Flächen Borsten, und wenn die Zahnbürste in ihrer normalen, spannungsfreien Anordnung vorliegt, bilden die freien Enden der Borsten, die um eine Längsachse der Borste herum liegen, ein allgemein konkaves Profil. In stark bevorzugten Ausführungsformen ist die borstentragende Fläche konkav geformt. In diesen Ausführungsformen weist der Kopf vorzugsweise einen derartigen Biegewinkel auf, dass die borstentragende Fläche des Kopfs in der Lage ist, sich zu einem Umfang zu beugen, dass die freien Enden der Borsten, die um eine Längsachse der Borste herum liegen, ein allgemein konvexes Profil bilden. Die Fläche des Kopfs kann entlang einer oder beider orthogonalen Achsen des Kopfs in der allgemeinen Ebene der borstentragenden Fläche konkav sein. Dort, wo die Fläche konkav entlang der Längsachse ist, kann der Krümmungsradius entlang der Länge des Kopfs variieren. Der Krümmungsradius beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 500 mm, mehr bevorzugt zwischen 15 bis 250 mm, am meisten bevorzugt zwischen 25 bis 150 mm.
Der Bürstenkopf hat Borsten, die von einer der beiden gegenüber liegenden Flächen ausgehen. Die Borsten können aus jedem der im Fachgebiet bekannten Materialien hergestellt sein. Geeignete hierin verwendete Borstenmaterialien sind Polyester und Nylon, beispielsweise Dupont Nylon 612. Die Borsten weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, können aber auch andere Querschnitte aufweisen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, rechteckig, sechseckig und dreifächerig. Ferner können der Durchmesser und die Länge der Borsten innerhalb der üblichen dem Fachmann bekannten Abmessungen variieren. Die Borsten sind im Allgemeinen und herkömmlich in Büscheln gruppiert und können durch eine Vielzahl von Verfahren an dem Bürstenkopf befestigt werden. Hier bevorzugte Verfahren sind Klammern und Verschmelzen. Die Borsten können in die Segmente oder das Elastomer eingesetzt werden, vorzugsweise in das härtere Material der Segmente. Das Schneiden und Abrunden der Enden der Borsten kann unter Verwendung jedes der üblichen Verfahren des Stands der Technik erfolgen.
Zahnbürsten, die den Bürstenkopf der vorliegenden Erfindung umfassen, können zum Reinigen der Zähne durch einen herkömmlichen Zahnputzvorgang von Hand verwendet werden, vorzugsweise in einer Art und Weise, die von Gesundheitsbehörden für Zahnheilkunde empfohlen wird. Der Bürstenkopf der Erfindung kann auch in elektrisch betriebenen Zahnbürsten oder Zahnbürsten für Kinder verwendet werden.
Die Erfindung wird nun ausschließlich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erklärt, wobei:
1 eine Teilseitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist, in der ein Bürstenkopf mit querverlaufenden Rillen dargestellt ist. Obwohl der Kopf flach ist und sich im spannungsfreien Zustand befindet, sind die Borsten in unterschiedlichen Längen zugeschnitten, damit die Borstenoberfläche entlang der Längsrichtung konkav ist.
2 eine Draufsicht eines Bürstenkopfs ist, in der querverlaufende und längsverlaufende Rillen und unterbrochene Gelenke dargestellt sind. Die Borsten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zahnbürste ist. Die Borsten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
4 eine perspektivische Ansicht der in 3 dargestellten Zahnbürste ist, wobei das Elastomer nicht dargestellt ist, damit die Gelenke und Rillen besser erkennbar sind.
5 eine schematische Darstellung der Messung des Biegewinkels ist.
Unter Bezugnahme auf 1 weist ein Bürstenkopf (1) im Wesentlichen parallele obere und untere Flächen auf, die Segmente (2) umfassen, die flexibel über dünne Gelenke aus dem Kopfmaterial (3) verbunden sind. Die obere und untere Fläche tragen eine gleiche Anzahl von im Allgemeinen parallelen querverlaufenden Rillen (4), die mit Elastomer (5) gefüllt sind. Borsten, die von der oberen Fläche ausgehen, sind in einer Vielzahl von Büscheln (6) verteilt. Der Kopf verfügt über einen Befestigungspunkt (7) für einen Griff.
In 2 besteht ein Zahnbürstenkopf (1) an einem Ende eines Griffs (8) aus einem Stück. Der Kopf umfasst drei Paare von querverlaufenden Rillen (4), wobei sich ein Element jedes Paars auf jeder der oberen und unteren Fläche befindet. Die querverlaufenden Rillen haben die Form von Wellen, und eine einzige längsverlaufende Rille (9) verbindet die querverlaufenden Rillen und erstreckt sich in den Griff. Die Rillen sind vollständig mit Elastomer (5) gefüllt. Die querverlaufenden Rillen definieren Kopfsegmente (2), die über Gelenke (3) miteinander verbunden sind. Zwischen und auf jeder Seite der Gelenke befinden sich Lücken (10), damit sich in den Lücken das Elastomer von der oberen zu der unteren Fläche ausdehnen kann.
In 3 und 4 ist der Kopf (1) an dem Griff (8) angeformt und ist entlang der Längsachse auf der borstentragenden (oberen) Fläche konkav. Leerräume (11) in dem Griff sind mit Elastomer gefüllt, um Handgriffe (16) bereitzustellen. Die Leerräume sind über eine längsverlaufende Rille (12) auf der Rückseite des Griffs miteinander verbunden, die sich in den Kopf erstreckt und die querverlaufenden Rillen (4), wie in der Ansicht von 2 dargestellt, verbindet. Das Elastomer in den Leerräumen und den Rillen kann von einem einzigen Einspritzpunkt (13) eingespritzt werden und hat zur einfacheren Unterscheidung eine andere Farbe als das Kopfmaterial. Der Kopf hat Löcher (14) an der oberen und unteren Fläche davon, um die Büschel aus Borsten aufzunehmen.
5 zeigt die Messung des Biegewinkels. Der Kopf (1) ist an dem Ende, das an dem Griff(8) befestigt ist, mit der ersten Reihe von Borsten (6) befestigt (15), und an dem gegenüber liegenden Ende wird eine Kraft (F) von 3 Newton angelegt. Die gestrichelten Linien zeigen die ursprüngliche Position der Bürstenkopfs, bevor die Kraft angelegt wird. Die vertikale Verschiebung (y) des freien Endes des Kopfs bei einer Kraft F wird gemessen, und der Biegewinkel wird von dem Abstand y und dem Abstand zwischen dem Befestigungspunkt und der Anwendung der Kraft (x) durch das Verhältnis tan(Biegewinkel) =y/x abgeleitet.

Claims

Elastisch biegsamer Bürstenkopf mit zwei einander gegenüber liegenden Flächen, wobei eine der beiden eine borstentragende Fläche ist, an der Borsten angebracht sind, welche von der Fläche ausgehen, der Kopf zwei oder mehr flexibel verbundene Segmente umfasst und Rillen an jeder der einander gegenüber liegenden Flächen zwischen den Segmenten aufweist, die Rillen an mindestens einer Fläche Elastomer enthalten, wobei der Kopf einen Biegewinkel von weniger als etwa 40° aufweist.
Bürstenkopf nach Anspruch 1, worin die Rillen auf der borstentragenden Fläche Elastomer enthalten.
Bürstenkopf nach Anspruch 1, worin die Rillen auf der Fläche, die der borstentragenden Fläche gegenüber liegt, Elastomer enthalten.
Bürstenkopf nach Anspruch 1, worin die Rillen auf jeder der einander gegenüber liegenden Flächen Elastomer enthalten.
Zahnbürste, die einen länglichen Griff und, angebracht an einem ihrer Enden, den Bürstenkopf nach Anspruch 4 umfasst.
Zahnbürste nach Anspruch 5, die eine oder mehrere querverlaufende Rillen umfasst.
Zahnbürste nach Anspruch 6, worin die querverlaufenden Rillen paarweise angeordnet sind, so dass jeweils ein Element jedes Paars auf jeder der Flächen und direkt gegenüber dem anderen Element des Paars liegt, wobei eines oder mehrere Scharniere dazwischen die Segmente verbinden, so dass jedes Scharnier zwischen den beiden Flächen und in einem Abstand von mindestens etwa 10 % der Tiefe des Kopfs zu jeder der Flächen angeordnet ist.
Zahnbürste nach Anspruch 7, worin jedes Scharnier in einem Abstand von mindestens etwa 30 % der Tiefe des Kopfs zu jeder der Flächen angeordnet ist.
Zahnbürste nach Anspruch 8, worin, wenn die Zahnbürste in ihrer normalen, spannungsfreien Anordnung vorliegt, die freien Enden der Borsten, die um eine Längsachse der Borste herum liegen, ein allgemein konkaves Profil bilden.
Zahnbürste nach einem der Ansprüche 5 bis 9, die eine oder mehrere längsverlaufende Rillen aufweist.