专利名称：包含有弹力的柔性刷毛区域的牙刷的制作方法众所周知，牙刷特别是较硬刷毛的牙刷的使用，可能对嘴里的柔软口腔组织特别是齿龈产生伤害。这种伤害可表现为普通的齿龈凹坑和出现相关的三种类型的局部齿龈损害(1)在齿龈边缘或在齿龈-牙齿边缘的扩散边沿处的上皮表面的糜烂，同时从糜烂区出血或流出液体；(2)除健康的齿龈区域外还有表面上皮的显著破裂或穿孔(3)上皮表面卷起，从而使底层组织暴露在外面。已经表明，当使用柔软牙刷而不是中等硬度的牙刷时可明显减小伤害程度。见M.Pader，OralHygiene Products and Practice，Marcel Dekker，Inc.，1988，170页。牙刷特性的“柔软”、“中等”或“硬”是直接相对于牙刷刷毛的“柔软度”而言的。给定材料的刷毛的“柔软度”随刷毛的直径和长度而不同，其一起限定了刷毛细丝抵抗变形(如弯曲)的能力；其中，细丝的“柔软度”随直径增加和刷毛长度减少而增加。一般地，现代牙刷包括基本上约0.43英寸(11mm)长的尼龙刷毛，当刷毛直径在约0.006英寸(0.15mm)-0.007英寸(0.18mm)或更小时，该牙刷被分类为“柔软”，当刷毛直径在约0.0080英寸(0.20mm)时，该牙刷被分类为“中等”，当刷毛直径在约0.009英寸(0.23mm)或更大时，该牙刷被分类为“坚硬”或“硬”。使用这种“柔软”刷毛，虽然对最小化齿龈的潜在伤害起重要作用，但是不会提供和较大直径刷毛一样的有效去除蚀斑、污点和食物残渣的清除效果。这种直径在约0.008英寸(0.20mm)或更大的较大直径刷毛，可以对牙齿施加增强的刷扫力，以有效地分散和清扫蚀斑和食物残渣，并擦除污点。因此明显需要这样的牙刷，其能提供具有较小直径的可避免对嘴里的柔软口腔组织产生伤害并且轻柔的“柔软”刷毛，又能提供具有较大直径的可增强清除效果的较柔软的刷毛。发明简述本发明包括一种牙刷及其制作方法，该牙刷具有带有刚性周框的头部，所述刚性周框具有至少一个可从其中贯穿的横向孔，横跨该孔或多个孔而延伸多个底部带(strings)，该底部带支承着独立刷毛区域，该底部带和刷毛在使用中通过折弯和转动是可弯曲的。每个独立刷毛和支承底部带在使用中由于折弯和转动而弯曲的能力，尤其是每个独立刷毛绕其支承底部带的纵向轴的横向转动，使刷毛“柔软度”降低，而一般的牙刷是不可能实现的；其中，每个刷毛不可转动地固定在牙刷头材料中。还可通过使用更细、更柔软的底部带和把底部带以受压状态放置在刚性周框中，使得底部带从设置刚性周框的平面上向外弯曲或拱出来进一步降低刷毛的“柔软度”。当将牙刷应用到牙齿和齿龈上时，这种向外拱出的底部带表现出增强的吸收一部分刷牙力的能力。出乎意料地，在本发明的牙刷中使用典型的尼龙刷毛，刷毛的“柔软度”显著降低，从而可使用较大直径的刷毛，即直径在约0.008英寸(0.20mm)-0.015英寸(0.38mm)或更大的刷毛，可以用于更有效的清洁，然而，还同时提供了刷毛直径在0.006英寸(0.15mm)-0.007英寸(0.18mm)或更小的“柔软”牙刷的柔软度特性。在本发明的第二实施例中，牙刷头的刚性周框具有一个以上的可从其中贯穿的横向孔。刚性周框可具有两个、三个、四个、五个或更多个可从其中贯穿的横向孔，该孔可具有相同或不同的面积。每一个横向孔中包括多个底部带，多个底部带横跨任一特定孔，形成有弹力的柔性格，从该柔性格中延伸出独立刷毛区域。如上所述，通过改变固定底部带的每个格的受压程度，从而使特定格向外拱出的程度将增加或降低，相应地影响刷毛区域的柔性，以获得所希望的刷毛的“柔软度”。本发明的牙刷头具有带有至少一个可从其中贯穿的横向孔的刚性周框，该牙刷头的制造包括以下步骤首先，在模具的两个部分之间放置预成形的刷毛子组件，其具有多个连接到底部带并从中延伸的独立刷毛细丝；接着，将牙刷框架结构的热塑性材料注入模具而形成刚性周框，而底部带的两端被永久性地锁定到框架中的位置中，在刚性周框中贯穿每个孔安装子组件。然后，当用于形成刚性周框的熔融的热塑性材料冷却，刚性周框将收缩，直径缩小使得其上横跨延伸的底部带将以受压状态被放置，并且底部带将从设置刚性周框的平面上向外拱出，从而使得每个底部带将表现出增强的有弹力的柔性。
另外，在本发明牙刷的制造中，当在刚性周框中贯穿每个孔放置底部带时底部带可处于受拉状态被固定。当刚性周框在冷却中收缩，拉力将被释放，从而底部带将不从设置刚性周框的平面向外拱出，底部带将在刚性周框内保持平整。


图1是顶视图，其示出本发明的牙刷头部，其具有一个可贯穿头部的刚性周框的独立的孔，具有从四个纵向刷毛底部支承带和八个横向刷毛底部支承带延伸的独立刷毛区域。以清楚的透明框架示出这个具有典型的平刷毛整齐图案的牙刷头。
图2是透视图，以清楚的透明框架示出图1中的牙刷头，包括没有在其上连接任何刷毛的刷毛支撑的开格。
图3是图1中牙刷头的顶视图。
图4是图1中牙刷头的底视图。
图5是图1中牙刷头的前端视图。
图6A是图1中具有三个纵向和八个横向刷毛底部支承带的牙刷头的另一个实施例的底视图。
图6B是图1中具有三个纵向和九个横向刷毛底部支承带的牙刷头的第三实施例的底视图。
图7是本发明中和图1中所示相似的牙刷头的第四实施例的底视图，但是该牙刷头具有带倒圆端部的梯形结构，并具有五个纵向和九个横向刷毛底部支承带。
图8是本发明中的与图1中所示相似的牙刷头的第五实施例的底视图，但是该牙刷头具有两个穿透孔，每个孔包括四个纵向和四个横向刷毛底部支承带。
发明详述参照附图，在几个图中同样的附图标记表示和图1中同样的或相似的部件。其中，根据本发明，示出了牙刷头10，该刷头位于细长刷柄的一端，该刷柄用11表示。如图1所示，所述牙刷头10具有刚性周框12，该刚性周框限定一个可从其中贯穿的开口或孔13。如图1所示，所述牙刷头具有上表面20，从中延伸出多个独立的刷毛16，形成了独立的刷毛区域。独立的刷毛固定在一组纵向底部带18和横向底部带14上，该底部带横跨该孔而形成格状图案。
下面参照图2，其示出了本发明的没有刷毛的牙刷头10的透视图。如图2所示，形成格状图案的每个纵向底部带18和横向底部带14从由底部带和刚性周框连接的接点限定的平面，即从设置刚性周框的底部平面，垂直向外拱出。该格最高点在底部平面之上约0.0-0.040英寸。
仅仅是为了说明，图1和图5示出的独立刷毛区域形成典型的平牙刷的整齐图案。在本发明中，可使用任何传统的牙刷的整齐图案，如波浪形、锯齿形或高低形图案；其中独立的刷毛将从牙刷头10的表面20延伸约0.24英寸(6mm)-0.55英寸(14mm)。
在本发明中使用的单丝刷毛16的横截面可以是圆形的、椭圆形的、矩形的或多边形的，其直径或最大横截面直径为约0.008英寸(0.20mm)-0.015英寸(0.38mm)或更大。刷毛长度可以为约0.24英寸(6mm)-0.55英寸(14mm)。
底部带14、18的截面优选为矩形或方形；但也可以是圆形、椭圆形或多边形，其直径或最大横截面直径为约0.008英寸(0.20mm)-0.040英寸(1.02mm)，优选为0.030英寸(0.76mm)或更小，从而可在使用中给牙刷提供增加的“柔软度”，即，给独立的刷毛细丝区域提供增加的弹力柔韧性。
单丝刷毛16、纵向底部带18和横向底部带14可以由同样的或不同的聚合物材料制成，包括脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、含氟聚合物、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯聚合物或其组合物。尽管可使用其它尼龙，包括4尼龙、6尼龙、11尼龙、12尼龙、6，6尼龙、6，10尼龙、6，14尼龙、10，10尼龙、12，12尼龙和其它尼龙共聚物，但是优选的材料是6，12尼龙。特别优选的是以TYNEX?商标出售的6，12尼龙，其由E.I.DuPont de Nemours和Wilmington，Delaware公司制造。
如图1所示，牙刷头10与颈部22相连，颈部22又连接到传统的刷柄上，刷柄部分以11表示。牙刷头10上的刚性周框12可以是基本上椭圆形(图2、3、4、6A和6B)、梯形(图7)或矩形的，并且可优选是模塑的或另外的由与颈部22和刷柄11整体形成的一个部件。刚性周框12的宽度至少为1/32英寸(0.79mm)，优选宽度为1/16英寸(1.59mm)，从而使其具有足够的刚性以抵抗在使用牙刷时施加于其上的力，而不会有明显的变形。另外，在本发明的另一个实施例中，有两个或多个孔贯穿周框，如图8所示，相应地，分隔孔的周框部分的宽度应该为1/32英寸(0.79mm)或更大。
整个牙刷框架，包括牙刷头10、颈部22和刷柄11可以由热塑性材料特别是聚丙烯模塑而成，但是也可以使用其它的塑料材料如聚酯。由于刚性周框12的塑料在成形后冷却，如果是聚酯，其将收缩约0.2％，如果是聚丙烯，其将收缩约1.5％，从而使贯穿刚性周框12的孔或多个孔的刷毛子组件被置为受压状态，并从刚性周框的平面内向外拱出。合适的聚丙烯可从Huntsman公司，Longview，Texas买到，商品标号为Huntsman聚丙烯P43Z-039,75603，其弹性模量在ASTM测试方法D790下为216000psi(15186kg/cm2)。另一种合适的聚丙烯可从Amoco Polymers公司，Alpharetta，Georgia 30202-3914买到，出售商品标号7635，其弹性模量约为275000psi(19334kg/cm2)。使用材料弹性模量约为216000psi(15186kg/cm2)-275000psi(19334kg/cm2)的牙刷柄将提供增强的刚性，以允许使用者在刷牙过程中更好地控制和调整牙刷头的位置。
PCT国际专利申请文献WO99/62371公开了本发明使用的制造单丝刷毛子组件的装置，其中包括横跨连接有大量单丝刷毛的底部带。如WO99/62371中所公开的，刷毛被设置成彼此基本上平行于大致同一平面并被放置成和底部带接触。然后，互相接触的刷毛和底部带在一固定的超声波角柄下被输送，该超声波角柄传送的能量足以使刷毛和/或底部带流动，从而使得刷毛和底部带通过流动带相连接，导致形成了附属的单丝刷毛子组件。
本发明牙刷的制造可通过使用已知的传统的单步注塑工艺来加工。在这种单步注塑工艺中，单丝刷毛子组件穿过模具的第一半头部、沿模具分型线被放置在格状图案中，牙刷底部带穿过在模具中刚性周框12内部的开口或孔。当子组件穿过模具的分型线被放置时，其设置成在模具闭合时，使从中延伸的单丝刷毛配合装入模具的第二半部的空腔中，从而使得在向模具中注入热塑性牙刷材料之前模具是闭合时，单丝刷毛不会被压紧并且子组件的放置不会受影响。
当底部带通过刚性周框12内部的所述孔被固定时，底部带可以是受拉的或可以不是受拉的，作为一个控制底部带向外拱出程度的装置。具体而言，当刚性周框在模塑之后收缩时，如果底部带最初没有受拉，底部带将会以受压状态被放置，并且将从刚性周框12内的容纳底部带两端的平面向外拱出。相反，在刚性周框模塑时，如果底部带最初受拉，由于刚性周框12冷却和收缩，拉力将被释放，并且底部带将平整地保持在刚性周框12内的容纳底部带两端的平面中。设置底部带的受拉程度，以及刚性周框12的结构材料的特定的收缩模量，可控制底部带向外拱出的程度。
底部带的两端可通过暴露于热源下而被加厚，从而使得在将牙刷的塑料注射到模具中时，它将绕底部带的加厚两端流动，并且更牢固地将底部带固定到牙刷头10上。另外，通过在底部带的两端设置加厚部，更容易将底部带固定在刚性周框12的模具内以将底部带设置为受拉，这是大家所希望的。
在本发明的制造中，重要的是只有一个底部带穿过其中设置的每一个孔延伸进入模具，以确保底部带密合地装配在设置的孔中，并且底部带和模具的两个半部的连接部没有干涉。参照图2、3和4，可以看出最靠近刚性周框12的纵向两端并且离刷柄11最远的两个纵向底部带18的两端在进入刚性周框12时是成角度的。该角度有利于使底部带进入模具的独立的孔中；如果这些特定的底部带在该处没有成角度，那么它们将在与其直接相邻的远离颈部22设置的横向底部带14相同的连接点进入模具，从而每个底部带将与进入它们的独立的孔的其它底部带干涉。
图6A，6B和7示出的底部带的布局是这样的，纵向底部带18与在任何横向底部带附近的刚性周框12都没有相交，从而没有底部带需要成角度以避免在它们进入模具的入口点处与其它的底部带相交，如前面相对于图2、3和4的实施例所述。使用一个矩形或梯形的刚性周框，如图7所示，优选使用比图6A，6B中示出的实施例中更多的纵向底部带，并且还避免了底部带在独立的孔处与刚性模具周框相交。
在本发明中使用的传统的一个组分注射模具可从MachinesBoucherie NV，Izegem，Belgium买到。该模具可被安装到典型的注射模塑机器中，如可从Engel Canada，Inc.，Guelph，Ontario买到的300吨的注射模塑机器。


本发明涉及较软的牙刷及其制造方法，该牙刷包含有弹力的柔性独立刷毛区域，其刷毛直径增大以提供增强的清洁效果；其特征在于，刷头具有其中包含有底部带开口网格的刚性周框，所述独立刷毛区域可从底部带中延伸。