JP3958801B2

JP3958801B2 - Monofilament with broken ends

Info

Publication number: JP3958801B2
Application number: JP54564998A
Authority: JP
Inventors: ラクリー，ロバート，エル．
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: AU2680197A; CA2287342A1; EP0986656B1; DE69731666T2; WO1998048086A1; CA2287342C; DE69731666D1; EP0986656A1; JP2001523308A

Description

発明の属する技術分野
本発明は一般的に、例えば歯ブラシ用剛毛（ブリストル）として用いられてもよいモノフィラメント、特に割れた末端を有するモノフィラメントに関する。
発明の背景
熱可塑性ポリマーは、広く多様な形状でブラシ用剛毛を形成するために長く用いられている。これらのブラシの効果を増すために、このようなブラシの末端は、割られ、または「先細りに切られ（feathered）」ており、柔らかな剛毛の先端を提供している。しかし、以前は、剛毛の先端を割るのに種々の困難があった。
特に、種々の技術がペイントブラシの剛毛を割るために用いられペイント性能を改善していた。このような方法は、特にペイントブラシの剛毛に適している。その理由は、（１インチまでの）大部分に沿って広がる長い割れが特に望ましいからである。しかし、あるブラシでは、先端の割れのみが望ましい。例えば、典型的な歯ブラシの剛毛の長さは、約半インチ（またはそれ未満）である。割れが、歯ブラシの剛毛の大部分に沿って生じるためのものであるのなら、その剛毛は歯を十分にきれいにするのに十分な堅さではない。したがって現在の可能な分割技術は、歯ブラシ用剛毛および長い割れが望ましくない他の剛毛の先端を割ることに関する困難性に十分に向けられていない。
発明の要旨
本発明は、複数の内部融合線および少なくとも４つの空隙を持つ部分を有するモノフィラメントに関しており、その空隙はモノフィラメントの断面積の５〜２０％を占める。
本発明はまた、０．００２５〜０．０１２インチの範囲の直径を有するモノフィラメントに関しており、このモノフィラメントは、六小胞、八小胞、またはほぼ円形の形状を有する。
加えて、本発明は、割れた末端を有する押出されたモノフィラメントの製造方法に関しており、複数の熱可塑性ポリマー流を押し出して複数のモノフィラメントを形成する工程と、複数の刃を１０００ｒｐｍを越えて回転させる工程と、複数の刃をモノフィラメントの末端部分に接触するように配置し、割れた末端を形成する工程とを含む。本発明の一つの実施形態において、その複数の刃は、モノフィラメントの自然な振動数でまたはそれに近い振動数で回転される。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明の六小胞モノフィラメントの断面図である。
図１Ｂは、図１Ａのモノフィラメントを押し出すのに用いられた紡糸口金毛管の断面図である。
図２Ａは、本発明の他の六小胞モノフィラメントの断面図である。
図２Ｂは、図２Ａのモノフィラメントを押し出すのに用いられた紡糸口金毛管の断面図である。
図３Ａは、本発明の他の六小胞モノフィラメントの断面図である。
図３Ｂは、図３Ａのモノフィラメントを押し出すのに用いられた紡糸口金毛管の断面図である。
図４Ａは、本発明の他の六小胞モノフィラメントの断面図である。
図４Ｂは、図４Ａのモノフィラメントを押し出すのに用いられた紡糸口金毛管の断面図である。
図５Ａは、本発明の他の六小胞モノフィラメントの断面図である。
図５Ｂは、図５Ａのモノフィラメントを押し出すのに用いられた紡糸口金毛管の断面図である。
図６Ａは、複数の紡糸口金毛管の配置を有する紡糸口金の正面図である。
図６Ｂは、図６Ａの紡糸口金の側面図である。
図７Ａは、割れた末端を有するモノフィラメントの製造に用いられた刃の平面図である。
図７Ｂは、本発明のモノフィラメントの末端を割るのに用いる共通シャフトに取り付けられた３枚の刃を有する構造体の正面図である。
図７Ｃは、図７Ｂの構造体の側面図である。
図８は、５５０，０００ｐｓｉのモジュラスと、種々の長さおよび直径とを有する６１２モノフィラメントに対する自然な振動数のグラフである。
図９は、複数の先細りに切られた剛毛を有する歯ブラシの斜視図である。
図１０は、複数の柔らかな微細先端を作り出す、割れた末端を有する複数の剛毛の側面図である。
図１１は、歯の表面で広がった先細りに切られた歯ブラシ用剛毛と、一箇所の接点のみを付与する従来の中実な先端との比較の側面図である。
図１２は、患者の歯肉を傷つけることなくよりきれいにするために、歯肉線でより深く入り込む先細りに切られた歯ブラシ用剛毛の図である。
図１３は、本発明による八小胞モノフィラメントの断面図である。
発明の詳細な説明
以下、図、本発明のいくつかの実施の形態、およびそれに対応する製造方法を参照して、より詳細に説明する。図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、および図５Ａを参照すると、六小胞の形状を有するモノフィラメントの例が示されている。このような形状は、それぞれ図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、および図５Ｂの紡糸口金毛管を用いる押出方法で得られた。かかるモノフィラメントは、６個のポリマー流の融合によって製造された。これらの各モノフィラメント１０は、複数の空隙２０と、複数の融着線または融合線を含む。空隙は、モノフィラメントの断面積の５〜２０％の空隙含有率で得られる。
本発明のブラシ用剛毛は、ポリアミド、ポリエステル、およびポリオレフィンを含む広範囲の熱可塑性ポリマー材料から製造される。
ブラシを製造するのに用いられるポリアミドとしては、ナイロン６，６、ナイロン６１０（ポリヘキサメチレンセバカミド）、およびナイロン６１２（ヘキサメチレンドデカノアミド）が挙げられる。剛毛の製造に特に良く適していると知られているポリエステルとしては、ポリブチレンテレフタレートおよびポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。剛毛の製造に特に良く適していると知られているポリオレフィンは、ポリプロピレンである。
本発明のブラシ用剛毛の全体の直径、または全体の最大断面の寸法は、０．００２５〜０．０１２インチ（０．０６４〜０．３ｍｍ）の範囲である。
好ましくは、図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、および図５Ｂに示された紡糸口金毛管を含む紡糸口金からポリマー材料の６個以上の個々の流れを押し出し、そしてその流れを合わせて単一フィラメントを形成することによって、本発明の剛毛は形成される。図６Ａおよび図６Ｂに示されたような紡糸口金は、複数の紡糸口金毛管を含む。図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、および図５Ｂに関して、熱可塑性ポリマー流の押出において、ポリマーは、開口部４０を通って押し出される。流れの融合は、個々の流れの境界で融合線となり、そして融合線に沿って縦の空隙の形成を生じる。空隙の一般的な形状は、広く変えることができる。
単一のフィラメントに、高められた温度で熱可塑性ポリマー流を押出した後、モノフィラメントを急冷し、次いで例えばここで参照して本明細書の一部を構成するものとする米国特許第２，４１８，４９２号に一般的に記載されたように延伸する。
モノフィラメントを押出しそして急冷した後、フィラメントを、延伸することによって配向させ、縦方向の強度を改善する。加えて、フィラメントを、他の処理にかけて物性を改善する。他の処理には、ここで参照して本明細書の一部を構成するものとする米国特許第３，５９５，９５２号に記載したような飽和した流れを用いた処理などがある。
フィラメントは、良好な曲げ回復のために延伸したのちヒートセットしてもよい。ヒートセットは、フィラメント上に熱風を吹きかけることによるなどガス中で、または油浴中にフィラメントを通すことによるなどの液浴中のいずれかで実行される。次いでフィラメントは、ブラシの製造に適した長さに切断される。次いで個々の剛毛を集めて束にし、その束を房状に形を整えてブラシにし、そしてブラシは以下に記載する方法で先を切り取られおよび毛先をさかれる（flagged）。
図７Ａを参照すると、本発明の剛毛の末端を割るのに用いられる刃の正面図が示されている。図７Ｂおよび図７Ｃに、約３／１６インチごとの共通シャフト上のスペーサーによって分離され、１２０℃ずつ互いにほぼ回転している三枚のかかる刃の配列が示されている。そのような刃を１０００ｒｐｍを越えて回転させ、かかる刃を剛毛に接触するように配置することによって、微細な先細りに切る（割る）効果を達成することが見いだされている。本発明の一つの実施例は、刃をルーターモータで３０，０００ｒｐｍで回転する。剛毛および刃の間の干渉は、１／８〜１／４インチが好ましいことは分かっているが、望ましい割れの深さに応じて変えられる。本質的に、高速でブレードを回転させ、剛毛の先端に接触するようにブレードを配置することによって、速くかつ激しい剛毛切断作用に達し、そうすることによって最適な剛毛の割れを生じる。
モノフィラメントの自然な振動数でまたはそれに近い振動数で刃を回転することによって、最適な剛毛の割れが得られるということは知られている。単一のはりの自然な振動数は下記式である。

ここで片持ちばりに対してＡ＝３．５２であり。

Ｅはヤング率であり、μは単位長さ当たりの質量であり、ｌは長さである。自然な振動数は通常、秒当たりのラジアンで表され、または２πで割られ、そして分当たり６０秒をかけることによって分当たりの回転で表される。
図８を参照すると、５５０，０００ｐｓｉモジュラスと、種々の長さおよび直径とを有する６１２モノフィラメント剛毛の自然な振動数のグラフが示されている。
本発明のモノフィラメント剛毛は、同じ直径の以前に知られていたモノフィラメント剛毛よりも多数のより小さな末端（「割れた毛先」）を製造する。この剛毛は、優れた耐久性と清浄性を示し、歯ブラシの剛毛として特に有用で、極めて柔らかくて微細な先端を作り出す。このような技術を用いることによって、本発明の剛毛は、丸められた末端よりもむしろ割られて、より効果的に歯肉面積をこする複数のより小さな末端を提供する。このように毛先が割れた末端によって達成されたより密な領域は、歯の表面に接触して歯磨き粉を保ち、同様に柔らかいティッシュとの接触が口の中で起きた時の一層柔らかな感じを達成することによって、よりよく主な歯の領域をこする。
図９を参照すると、複数の先細りに切られた剛毛を有する歯ブラシの斜視図が示されている。図１０を参照すると、複数の柔らかで微細な先端を作り出す割れた末端を有する複数の剛毛が示されている。これらの先細りに切られたフィラメントは、歯の表面で広がり複数の接点を付与し、一箇所の接点のみを付与する従来の中実な先端とは異なる。図１１には、これらの複数の接点と、中実な先端の単一の接点との比較が示されている。本発明の微細な先細りに切られたフィラメントはまた、患者の歯肉線を傷つけずにより清浄にするように、歯肉線でより広くおよびより深く入り込むようになっている。図１２には、歯肉線でのこのようなより深い挿入が示されている。したがって、これらの柔らかいフィラメントの先端は、歯間および歯肉線を有利に洗浄すると共に、掃引力作用をもたらす。実際に、そのような先細りに切られた先端は、より深く歯間に到達し、接触表面が増加するため、従来の柔らかいフィラメント先端より良好な洗浄範囲をもたらし、したがって歯と歯磨き粉との接触を保つことが知られている。このような配置は、ブラシに余分な柔らかさを加えた先端で、独特のクッション効果を付与する。そのような柔らかさは、ブラッシングの間に歯肉の出血を減らす。さらに、かかる剛毛は、丸いフィラメントと同じように衛生的であると立証されている。
本発明は、６個の空隙を有する六小胞の剛毛構造に関して説明したが、（８個の空隙を有する）八小胞の剛毛構造が、多数の有利な効果を付与することも分かっている。図１３に、このような八小胞の剛毛が示されている。６個および８個の流れがそれぞれ六小胞および八小胞構造を得るのに用いられるが、より多数の流れを用いて対応するより多数の空隙を有するさらなる構造を製造してもよい。このような六小胞、八小胞、または他の構造の外形は、円形または円形に近い形状を有するように製造されてもよい。図１３に、このような円形に近い外形を示している。
モノフィラメント内の空隙によって占有された断面積のパーセントは、空隙のサイズ、位置、対称性および形状によって決定される。中空（空隙）の特定のレベルが歯ブラシのような比較的短い長さを有するブラシの最適な割れを生じさせることがわかっている。空隙は、モノフィラメントの断面積の５〜２０％の空隙含有率で最適に生じることがわかっている。このようなブラシで、米国特許第５，１２８，２０８号に記載された空隙のように空隙が小さすぎると、先細りに切られる効果は、先細りに切ることが達成されるよりも破壊された剛毛の末端を生じるであろう。米国特許第４，２７９，０５３号に記載された空隙のように空隙が大きすぎると、剛毛はより容易に先細りに切られるが、割れが、使用中に剛毛に広がっていくようである。歯ブラシの剛毛としても用いるには、製造中または患者が使用している間に、割れがフィラメントに広がっていくことなしに、剛毛の先端が割られることが重要である。このことは、ブラシの特定の用途および／または剛毛の長さに応じて他の種類のブラシにもいえることである。
モノフィラメント内の空隙の位置に関して、空隙は中央と外側の端の間で約１／２の所に配置されている。より長くおよびより細い空隙は、丸い空隙よりも毛先をさく大きい効果を達成することが分かっている。
非対称的な空隙は歯ブラシのような特定の用途にしばしば望ましくない天然の湾曲を有していることもあるが、空隙は対称的でも非対称的でも良いことが特筆される。好ましくは、図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂに示したような紡糸口金毛管の開口部４０は、５〜１２ミルの範囲の曲率半径ｒを有する。図２Ｂの紡糸口金毛管の開口部４０は、９ミルの内半径（または曲率半径）を有し、一方、図３Ｂの紡糸口金毛管の開口部は半径８ミルである。興味深いことに、図２Ｂの紡糸口金毛管用いると、図２Ａの非対称モノフィラメントになり、図３Ｂの紡糸口金毛管を用いると、図３Ａの対称モノフィラメントになる。図２Ａの非対称モノフィラメントは、デザインの対称に問題はないようであるが、大きいサイズのローブを有することを認識することは重要である。大きいローブを有すると、その中央が引っぱられるので流れが一緒に接合されない。このように、不適切な空間は、二つの流れに対して残されてモノフィラメントの中に入れられる。
空隙含有率は、中空剛毛の重量と、同じ外形の仮想の中実剛毛の重量とを基にして、下記式によって決定される。

本発明は特定の好ましい具体例に関して記載されいてるが、当業者に明らかである他の具体例は、本発明の範囲内である。したがって、本発明の範囲は、本明細書に添付された請求の範囲にのみ限定される。
本発明の好ましい実施態様は以下のとおりである。
１．複数の内部融合線と少なくとも４つの空隙を持つ部分を有するブラシ用モノフィラメントであって、前記空隙はモノフィラメントの断面積の５〜２０％を占有していることを特徴とするブラシ用モノフィラメント。
２．前記モノフィラメントは、歯ブラシ用剛毛であることを特徴とする１．に記載のブラシ用モノフィラメント。
３．前記モノフィラメントは、熱可塑性ポリマー材料から形成されることを特徴とする１．に記載のブラシ用モノフィラメント。
４．前記熱可塑性ポリマー材料は、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ポリアミド、およびポリブチレンテレフタレートよりなる群から選択されることを特徴とする３．に記載のブラシ用モノフィラメント。
５．前記ブラシ用モノフィラメントは、６個の空隙を有することを特徴とする１．に記載のブラシ用モノフィラメント。
６．前記ブラシ用モノフィラメントは、８個の空隙を有することを特徴とする１．に記載のブラシ用モノフィラメント。
７．前記ブラシ用モノフィラメントは、円形に近い外形を有することを特徴とする１．に記載のブラシ用モノフィラメント。
８．前記ブラシ用モノフィラメントは、０．００６４〜０．０３０ｃｍの範囲の外径を有することを特徴とする１．に記載のブラシ用モノフィラメント。
９．０．００６４〜０．０３０ｃｍの範囲の直径を有し、六小胞、八小胞、または円形に近い形状を有することを特徴とするブラシ用モノフィラメント。
１０．前記モノフィラメントは、歯ブラシ用剛毛であることを特徴とする９．に記載のブラシ用モノフィラメント。
１１．前記モノフィラメントは、熱可塑性ポリマー材料から形成されることを特徴とする９．に記載のブラシ用モノフィラメント。
１２．前記熱可塑性ポリマー材料は、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ポリアミド、およびポリブチレンテレフタレートよりなる群から選択されることを特徴とする９．に記載のブラシ用モノフィラメント。
１３．さらに、複数の内部融合線および少なくとも４個の空隙を持つ部分を具え、前記空隙がモノフィラメントの断面積の５〜２０％を占有することを特徴とする９．に記載のブラシ用モノフィラメント。
１４．割れた末端を有する押出されたブラシ用モノフィラメントの製造方法であって、
複数の熱可塑性ポリマー流を押出し、複数のブラシ用モノフィラメントを形成する工程と、
複数の刃を１０００ｒｐｍを越えて回転させる工程と、
ブラシ用モノフィラメントの末端部分と接触して複数の刃を配置し、割れた末端を形成する工程と、
を具えることを特徴とする製造方法。
１５．前記押出しは、紡糸口金を通して前記熱可塑性ポリマー流を押出す工程を具えることを特徴とする１４．に記載の製造方法。
１６．前記押出しは、複数の紡糸口金毛管を有する紡糸口金を通して前記熱可塑性ポリマー流を押出す工程を具えており、前記各紡糸口金毛管は、５〜１２ミルの範囲の曲率半径を有する湾曲部分をもつ複数の開口部を有することを特徴とする１４．に記載の製造方法。
１７．前記押出しは、複数の熱可塑性ポリマー流を押出し、六小胞または八小胞のブラシ用モノフィラメントを形成する工程を具えることを特徴とする１４．に記載の製造方法。
１８．前記回転は、前記押出されたブラシ用モノフィラメントの自然な振動数で、またはほぼ自然な振動数で起こることを特徴とする１４．に記載の製造方法。
１９．前記末端部分は、０．６４ｃｍ未満の長さであることを特徴とする１４．に記載の製造方法。
２０．前記ブラシ用モノフィラメントのそれぞれが割れていない部分と割れた部分を有するように、前記複数の刃は、ブラシ用モノフィラメントの末端部分にのみ接触して配置されることを特徴とする１４．に記載の製造方法。
２１．前記末端部分は、０．６４ｃｍ未満の長さであることを特徴とする２０．に記載の製造方法。
２２．先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分を有する複数の剛毛を具え、前記先細りに切られていない軸部分は六小胞または八小胞の形状を有する歯ブラシであって、前記先細りに切られた部分のそれぞれは、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする歯ブラシ。
２３．前記先細りに切られていない軸部分は、複数の空隙を有する歯ブラシであって、前記空隙は剛毛の断面積の５〜２０％を占有していることを特徴とする２２．に記載の歯ブラシ。
２４．前記複数の剛毛は、ブラシ用モノフィラメントであることを特徴とする２２．に記載の歯ブラシ。
２５．前記複数の剛毛は、熱可塑性ポリマー材料から形成されることを特徴とする２２．に記載の歯ブラシ。
２６．前記熱可塑性ポリマーは、ポリヘキサメチレンサバカミド、ポリヘキサメチレンデカノアミド、ポリアミド、およびポリブチレンテレフタレートよりなる群から選択されることを特徴とする２２．に記載の歯ブラシ。
２７．前記先細りに切られていない軸部分のそれぞれは、０．００６４〜０．０３０ｃｍの範囲の外径を有することを特徴とする２２．に記載の歯ブラシ。
２８．前記先細りに切られた部分のそれぞれは、０．６４ｃｍ未満の長さであることを特徴とする２２．に記載の歯ブラシ。
２９．ブラシ用モノフィラメントを同時押出しするのに用いられる紡糸口金であって、前記紡糸口金は複数の紡糸口金毛管を含んでおり、前記紡糸口金毛管のそれぞれは、少なくとも６つのフィラメント流を受け入れるための少なくとも６個の穴を有していることを特徴とする紡糸口金。
３０．前記少なくとも６個の穴のそれぞれは、５〜１２ミルの範囲の曲率半径をもつ湾曲部分を有することを特徴とする２９．に記載の紡糸口金。
３１．前記紡糸口金毛管は、六小胞または八小胞の形状を有するブラシ用モノフィラメントを押出すように配置されていることを特徴とする２９．に記載の紡糸口金。
３２．複数の１．に記載のブラシ用モノフィラメントを具えることを特徴とする歯ブラシ。
３３．先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分を有する複数の剛毛を具え、前記先細りに切られていない軸部分は六小胞または八小胞の形状を有する歯ブラシであって、前記先細りに切られた部分の少なくとも実質的に全ては、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする歯ブラシ。
３４．先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分を有する複数の剛毛を具え、前記先細りに切られていない軸部分は六小胞または八小胞の形状を有する歯ブラシであって、前記先細りに切られた部分は、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする歯ブラシ。
３５．先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分を有する複数の剛毛を具え、前記先細りに切られていない軸部分は、複数の内部融合線および少なくとも４つの空隙を有しており、前記空隙は、剛毛の断面積の５〜２０％を占有しており、複数の前記先細りに切られた末端部分は、０．６４ｃｍ未満の長さであることを特徴とする歯ブラシ
３６．前記複数の剛毛は、ブラシ用モノフィラメントであることを特徴とする３５．に記載の歯ブラシ。
３７．前記複数の剛毛は、熱可塑性ポリマー材料から形成されることを特徴とする３５．に記載の歯ブラシ。
３８．前記熱可塑性ポリマーは、ポリヘキサメチレンサバカミド、ポリヘキサメチレンデカノアミド、ポリアミド、およびポリブチレンテレフタレートよりなる群から選択されることを特徴とする３７．に記載の歯ブラシ。
３９．前記先細りに切られていない軸部分のそれぞれは、０．００６４〜０．０３０ｃｍの範囲の外径を有することを特徴とする３５．に記載の歯ブラシ。The present invention relates generally to monofilaments that may be used, for example, as bristles for toothbrushes, and in particular to monofilaments having broken ends.
BACKGROUND OF THE INVENTION Thermoplastic polymers have long been used to form brush bristles in a wide variety of shapes. To increase the effectiveness of these brushes, the ends of such brushes are cracked or “feathered” to provide a soft bristle tip. Previously, however, there were various difficulties in breaking the bristle tips.
In particular, various techniques have been used to break the bristles of paint brushes to improve paint performance. Such a method is particularly suitable for the bristles of paint brushes. The reason is that long cracks extending along most (up to 1 inch) are particularly desirable. However, for some brushes, only a crack at the tip is desirable. For example, the bristle length of a typical toothbrush is about half an inch (or less). If the crack is to occur along most of the bristles of the toothbrush, the bristles are not stiff enough to clean the teeth sufficiently. Thus, current possible splitting techniques are not fully addressed with the difficulties associated with breaking the tips of toothbrush bristles and other bristles where long cracks are undesirable.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a monofilament having a portion having a plurality of internal fusion lines and at least four voids, the voids accounting for 5-20% of the monofilament cross-sectional area.
The present invention also relates to a monofilament having a diameter in the range of 0.0025 to 0.012 inches, which monofilament has a six vesicle, eight vesicle, or substantially circular shape.
In addition, the present invention relates to a method for producing extruded monofilaments with broken ends, extruding a plurality of thermoplastic polymer streams to form a plurality of monofilaments, and rotating a plurality of blades above 1000 rpm. And a step of arranging a plurality of blades in contact with the end portion of the monofilament to form a cracked end. In one embodiment of the invention, the plurality of blades are rotated at or near the natural frequency of the monofilament.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a six vesicle monofilament of the present invention.
FIG. 1B is a cross-sectional view of the spinneret capillary used to extrude the monofilament of FIG. 1A.
FIG. 2A is a cross-sectional view of another six vesicle monofilament of the present invention.
2B is a cross-sectional view of a spinneret capillary used to extrude the monofilament of FIG. 2A.
FIG. 3A is a cross-sectional view of another six vesicle monofilament of the present invention.
3B is a cross-sectional view of the spinneret capillary used to extrude the monofilament of FIG. 3A.
FIG. 4A is a cross-sectional view of another six vesicle monofilament of the present invention.
4B is a cross-sectional view of the spinneret capillary used to extrude the monofilament of FIG. 4A.
FIG. 5A is a cross-sectional view of another six vesicle monofilament of the present invention.
FIG. 5B is a cross-sectional view of the spinneret capillary used to extrude the monofilament of FIG. 5A.
FIG. 6A is a front view of a spinneret having an arrangement of a plurality of spinneret capillaries.
6B is a side view of the spinneret of FIG. 6A.
FIG. 7A is a plan view of a blade used to produce a monofilament having a broken end.
FIG. 7B is a front view of a structure having three blades attached to a common shaft used to break the ends of the monofilaments of the present invention.
FIG. 7C is a side view of the structure of FIG. 7B.
FIG. 8 is a graph of the natural frequency for a 612 monofilament having a modulus of 550,000 psi and various lengths and diameters.
FIG. 9 is a perspective view of a toothbrush having a plurality of tapered bristles.
FIG. 10 is a side view of a plurality of bristles with cracked ends that create a plurality of soft fine tips.
FIG. 11 is a side view of a comparison between a tapered toothbrush bristles spread on the tooth surface and a conventional solid tip that provides only one point of contact.
FIG. 12 is a view of a tapered toothbrush bristles that penetrates deeper at the gingival line to make it clearer without damaging the patient's gingiva.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an eight vesicle monofilament according to the present invention.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, some embodiments of the present invention, and manufacturing methods corresponding thereto. Referring to FIGS. 1A, 2A, 3A, 4A, and 5A, an example of a monofilament having the shape of a six vesicle is shown. Such a shape was obtained by an extrusion method using the spinneret capillaries of FIGS. 1B, 2B, 3B, 4B, and 5B, respectively. Such monofilaments were produced by the fusion of 6 polymer streams. Each of these monofilaments 10 includes a plurality of voids 20 and a plurality of fused or fused lines. The voids are obtained with a void content of 5-20% of the cross-sectional area of the monofilament.
The brush bristles of the present invention are made from a wide range of thermoplastic polymer materials including polyamides, polyesters, and polyolefins.
Polyamides used to make the brush include nylon 6,6, nylon 610 (polyhexamethylene sebacamide), and nylon 612 (hexamethylene dodecanoamide). Polyesters known to be particularly well suited for the production of bristles include polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate. A polyolefin known to be particularly well suited for the production of bristle is polypropylene.
The overall diameter of the brush bristles of the present invention, or the overall maximum cross-sectional dimension, is in the range of 0.0025 to 0.012 inch (0.064 to 0.3 mm).
Preferably, six or more individual streams of polymeric material are extruded from the spinneret including the spinneret capillaries shown in FIGS. 1B, 2B, 3B, 4B, and 5B, and the streams are combined to form a single stream. By forming a single filament, the bristles of the present invention are formed. The spinneret as shown in FIGS. 6A and 6B includes a plurality of spinneret capillaries. With reference to FIGS. 1B, 2B, 3B, and 5B, in extrusion of the thermoplastic polymer stream, the polymer is extruded through openings 40. Flow fusion results in fusion lines at the boundaries of the individual flows and results in the formation of vertical voids along the fusion line. The general shape of the void can vary widely.
After extruding the thermoplastic polymer stream into a single filament at an elevated temperature, the monofilament is quenched and then, for example, incorporated herein by reference. , 492, as generally described.
After the monofilament is extruded and quenched, the filament is oriented by stretching to improve the longitudinal strength. In addition, the filament is subjected to other treatments to improve the physical properties. Other processes include those using saturated streams as described in US Pat. No. 3,595,952, which is hereby incorporated by reference.
The filaments may be heat set after stretching for good bend recovery. Heat setting is performed either in a gas, such as by blowing hot air over the filament, or in a liquid bath, such as by passing the filament through an oil bath. The filament is then cut to a length suitable for brush manufacture. The individual bristles are then collected into a bundle, the bundle is shaped into a tuft and brushed, and the brush is trimmed and flagged in the manner described below.
Referring to FIG. 7A, a front view of a blade used to break the ends of the bristles of the present invention is shown. FIGS. 7B and 7C show an arrangement of three such blades separated by spacers on a common shaft about every 3/16 inch and rotating approximately one another by 120 ° C. FIG. It has been found that by rotating such a blade in excess of 1000 rpm and placing such blade in contact with the bristles, a fine tapering effect is achieved. In one embodiment of the invention, the blade is rotated at 30,000 rpm by a router motor. The interference between the bristles and the blade has been found to be preferably 1/8 to 1/4 inch, but can be varied depending on the desired crack depth. In essence, by rotating the blade at high speed and placing the blade in contact with the tip of the bristle, a fast and intense bristle cutting action is reached, thereby producing optimal bristle cracking.
It is known that optimum bristle cracking can be obtained by rotating the blade at or near the natural frequency of the monofilament. The natural frequency of a single beam is

Here, A = 3.52 for a cantilever.

E is Young's modulus, μ is the mass per unit length, and l is the length. Natural frequency is usually expressed in radians per second or divided by 2π and expressed in revolutions per minute by multiplying by 60 seconds per minute.
Referring to FIG. 8, a graph of the natural frequency of 612 monofilament bristles with 550,000 psi modulus and various lengths and diameters is shown.
The monofilament bristles of the present invention produce a number of smaller ends ("cracked tips") than previously known monofilament bristles of the same diameter. The bristles exhibit excellent durability and cleanliness, are particularly useful as bristles for toothbrushes, and produce extremely soft and fine tips. By using such a technique, the bristles of the present invention provide a plurality of smaller ends that are broken rather than rounded ends and more effectively rub the gingival area. The denser area achieved by the broken ends of the hair in this way keeps the toothpaste in contact with the tooth surface, as well as a softer feel when contact with the soft tissue occurs in the mouth. By achieving better rub the main tooth area.
Referring to FIG. 9, a perspective view of a toothbrush having a plurality of tapered bristles is shown. Referring to FIG. 10, there is shown a plurality of bristles having cracked ends that create a plurality of soft and fine tips. These tapered filaments spread out on the tooth surface and provide a plurality of contacts, unlike conventional solid tips that provide only one contact. FIG. 11 shows a comparison of these multiple contacts with a single contact with a solid tip. The finely cut filaments of the present invention are also adapted to penetrate wider and deeper at the gingival line so as to clean the patient's gingival line without damaging it. FIG. 12 shows such deeper insertion at the gingival line. Therefore, the tips of these soft filaments advantageously clean the interdental and gingival lines and provide a sweeping force effect. In fact, such a tapered tip will reach deeper between the teeth and increase the contact surface, resulting in a better cleaning range than conventional soft filament tips, thus reducing contact between the teeth and the toothpaste. It is known to keep. Such an arrangement provides a unique cushioning effect at the tip with extra softness added to the brush. Such softness reduces gingival bleeding during brushing. Furthermore, such bristles have proven to be as hygienic as round filaments.
Although the present invention has been described with reference to a six vesicle bristle structure with six voids, it has also been found that an eight vesicle bristle structure (with eight voids) provides a number of advantageous effects. . FIG. 13 shows such bristles of an eight vesicle. Although 6 and 8 streams are used to obtain 6 and 8 vesicle structures, respectively, more structures with a corresponding larger number of voids may be produced using a larger number of streams. The outer shape of such six vesicles, eight vesicles, or other structures may be manufactured to have a circular or near-circular shape. FIG. 13 shows an outer shape close to such a circle.
The percentage of cross-sectional area occupied by the voids in the monofilament is determined by the size, position, symmetry and shape of the voids. It has been found that a particular level of hollow (void) results in optimal cracking of a brush having a relatively short length, such as a toothbrush. It has been found that the voids are optimally generated with a void content of 5-20% of the cross-sectional area of the monofilament. With such a brush, if the gap is too small, such as the gap described in U.S. Pat. No. 5,128,208, the effect of tapering off is the bristle that has been destroyed rather than being tapering off. Will yield the ends of If the gap is too large, such as the gap described in U.S. Pat. No. 4,279,053, the bristles will taper more easily, but cracks will likely spread to the bristles during use. For use as toothbrush bristles, it is important that the tips of the bristles are cracked during manufacturing or during use by the patient without cracks spreading to the filaments. This is also true for other types of brushes, depending on the specific application of the brush and / or the length of the bristles.
With respect to the location of the void within the monofilament, the void is located approximately half way between the center and outer edges. Longer and thinner voids have been found to achieve a greater effect of tipping than round voids.
It is noted that the asymmetrical gap may have a natural curvature that is often undesirable for certain applications such as toothbrushes, but the gap may be symmetric or asymmetric. Preferably, the spinneret capillary opening 40 as shown in FIGS. 1B, 2B, and 3B has a radius of curvature r in the range of 5 to 12 mils. The spinneret capillary opening 40 of FIG. 2B has an inner radius (or radius of curvature) of 9 mils, while the spinneret capillary opening of FIG. 3B has a radius of 8 mils. Interestingly, using the spinneret capillary of FIG. 2B results in the asymmetric monofilament of FIG. 2A, and using the spinneret capillary of FIG. 3B results in the symmetric monofilament of FIG. 3A. Although the asymmetric monofilament of FIG. 2A appears to have no problem with design symmetry, it is important to recognize that it has a large size lobe. Having a large lobe pulls its center so that the flows are not joined together. In this way, improper space is left in the monofilaments for the two streams.
The void content is determined by the following formula based on the weight of the hollow bristles and the weight of the virtual solid bristles having the same outer shape.

Although the invention has been described with reference to certain preferred embodiments, other embodiments that will be apparent to those skilled in the art are within the scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the claims appended hereto.
Preferred embodiments of the present invention are as follows.
1. A brush monofilament having a portion having a plurality of internal fusion lines and at least four voids, wherein the voids occupy 5 to 20% of the cross-sectional area of the monofilament.
2. The monofilament is toothbrush bristles. A monofilament for a brush as described in 1.
3. The monofilament is formed from a thermoplastic polymer material. A monofilament for a brush as described in 1.
4). 2. The thermoplastic polymer material is selected from the group consisting of nylon 610, nylon 612, polyamide, and polybutylene terephthalate. A monofilament for a brush as described in 1.
5). The brush monofilament has six voids. A monofilament for a brush as described in 1.
6). The brush monofilament has eight voids. A monofilament for a brush as described in 1.
7). The brush monofilament has an outer shape close to a circle. A monofilament for a brush as described in 1.
8). The brush monofilament has an outer diameter in the range of 0.0064 to 0.030 cm. A monofilament for a brush as described in 1.
9. A monofilament for a brush having a diameter in the range of 0.0064 to 0.030 cm and having a shape close to six vesicles, eight vesicles, or a circle.
10. 8. The monofilament is a bristle for a toothbrush. A monofilament for a brush as described in 1.
11. 8. The monofilament is formed from a thermoplastic polymer material. A monofilament for a brush as described in 1.
12 8. The thermoplastic polymer material is selected from the group consisting of nylon 610, nylon 612, polyamide, and polybutylene terephthalate. A monofilament for a brush as described in 1.
13. 8. It further comprises a portion having a plurality of internal fusion lines and at least four voids, wherein the voids occupy 5-20% of the cross-sectional area of the monofilament. A monofilament for a brush as described in 1.
14 A process for producing an extruded brush monofilament having a cracked end, comprising:
Extruding a plurality of thermoplastic polymer streams to form a plurality of brush monofilaments;
Rotating a plurality of blades over 1000 rpm;
Placing a plurality of blades in contact with the end portion of the brush monofilament to form a broken end;
The manufacturing method characterized by comprising.
15. 13. The extruding comprises extruding the thermoplastic polymer stream through a spinneret. The manufacturing method as described in.
16. The extrusion comprises extruding the thermoplastic polymer stream through a spinneret having a plurality of spinneret capillaries, each spinneret capillary having a curved portion having a radius of curvature in the range of 5-12 mils. 13. It has a plurality of openings. The manufacturing method as described in.
17. 13. Extrusion comprises extruding a plurality of thermoplastic polymer streams to form six or eight vesicle brush monofilaments. The manufacturing method as described in.
18. 15. The rotation occurs at a natural frequency or substantially a natural frequency of the extruded brush monofilament. The manufacturing method as described in.
19. 15. The end portion has a length of less than 0.64 cm. The manufacturing method as described in.
20. 15. The plurality of blades are arranged in contact with only the end portion of the brush monofilament so that each of the brush monofilament has an unbroken portion and a broken portion. The manufacturing method as described in.
21. 21. The end portion has a length of less than 0.64 cm. The manufacturing method as described in.
22. A plurality of bristles having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, wherein the non-tapered shaft portion is a toothbrush having a six or eight vesicle shape, Each of the tapered portions has a length of less than 0.64 cm.
23. The non-tapered shaft portion is a toothbrush having a plurality of gaps, and the gaps occupy 5 to 20% of the cross-sectional area of the bristles. Toothbrush as described in.
24. 22. The plurality of bristles are brush monofilaments. Toothbrush as described in.
25. 22. The plurality of bristles are formed from a thermoplastic polymer material. Toothbrush as described in.
26. 22. The thermoplastic polymer is selected from the group consisting of polyhexamethylene sacacamide, polyhexamethylene decanoamide, polyamide, and polybutylene terephthalate. Toothbrush as described in.
27. Each of the non-tapered shaft portions has an outer diameter in the range of 0.0064 to 0.030 cm. Toothbrush as described in.
28. 22. Each of the tapered portions has a length of less than 0.64 cm. Toothbrush as described in.
29. A spinneret used for coextrusion of brush monofilaments, wherein the spinneret includes a plurality of spinneret capillaries, each of the spinneret capillaries being at least six for receiving at least six filament streams. A spinneret characterized by having a single hole.
30. Each of the at least six holes has a curved portion with a radius of curvature in the range of 5-12 mils 29. Spinneret described in 1.
31. 29. The spinneret capillary is arranged to extrude a brush monofilament having a shape of six vesicles or eight vesicles. Spinneret described in 1.
32. Multiple 1. A toothbrush comprising the monofilament for a brush described in 1.
33. A plurality of bristles having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, wherein the non-tapered shaft portion is a toothbrush having a six or eight vesicle shape, Toothbrush characterized in that at least substantially all of said tapered portion has a length of less than 0.64 cm.
34. A plurality of bristles having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, wherein the non-tapered shaft portion is a toothbrush having a six or eight vesicle shape, The toothbrush characterized in that the tapered portion has a length of less than 0.64 cm.
35. A plurality of bristles having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, the non-tapered shaft portion having a plurality of internal fusion lines and at least four voids; , Wherein the gap occupies 5-20% of the cross-sectional area of the bristles, and the plurality of tapered end portions are less than 0.64 cm long. The plurality of bristles are brush monofilaments, 35. Toothbrush as described in.
37. 35. The plurality of bristles are formed of a thermoplastic polymer material. Toothbrush as described in.
38. 36. The thermoplastic polymer is selected from the group consisting of polyhexamethylene sacacamide, polyhexamethylene decanoamide, polyamide, and polybutylene terephthalate. Toothbrush as described in.
39. 35. Each of the non-tapered shaft portions has an outer diameter in the range of 0.0064 to 0.030 cm. Toothbrush as described in.

Claims

複数の内部融合線と少なくとも４つの空隙を持つ部分を有するブラシ用モノフィラメントであって、前記空隙はモノフィラメントの断面積の５〜２０％を占有していることを特徴とするブラシ用モノフィラメントを複数、歯ブラシ用剛毛として含むことを特徴とする歯ブラシ。A monofilament brush having a plurality of internal fusion lines and a portion having at least four air gaps, the brush monofilament, characterized in that said voids occupy 5 to 20% of the cross-sectional area of the monofilament plurality, A toothbrush comprising a bristles for a toothbrush .

前記剛毛は、先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分とを有する歯ブラシであって、前記先細りに切られていない軸部分は六小胞または八小胞の形状を有し、前記先細りに切られた部分のそれぞれは、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の歯ブラシ。The bristles are toothbrushes having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, wherein the non-tapered shaft portion has the shape of a six or eight vesicle. The toothbrush of claim 1 , wherein each of the tapered portions has a length of less than 0.64 cm.

前記剛毛は、先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分とを有する歯ブラシであって、前記先細りに切られていない軸部分は六小胞または八小胞の形状を有し、前記先細りに切られた部分の少なくとも実質的に全ては、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の歯ブラシ。The bristles are toothbrushes having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, wherein the non-tapered shaft portion has the shape of a six or eight vesicle. The toothbrush according to claim 1 , wherein at least substantially all of the tapered portion has a length of less than 0.64 cm.

前記剛毛は、先細りに切られた末端部分と先細りに切られていない軸部分とを有する歯ブラシであって、前記先細りに切られていない軸部分は六小胞または八小胞の形状を有し、前記先細りに切られた部分の複数は、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の歯ブラシ。The bristles are toothbrushes having a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, wherein the non-tapered shaft portion has the shape of a six or eight vesicle. The toothbrush according to claim 1 , wherein the plurality of tapered portions have a length of less than 0.64 cm.

請求項１に記載の歯ブラシであって、複数の剛毛は、先細り切られた末端部と先細り切られていない軸部分を有し、先細りに切られていない軸部分は、複数の内部融合線と少なくとも４つの空隙を持つ部分を有し、前記空隙はモノフィラメントの断面積の５〜２０％を占有し、前記先細りに切られた部分の複数は、０．６４ｃｍ未満の長さを有することを特徴とする歯ブラシ。 The toothbrush according to claim 1 , wherein the plurality of bristles have a tapered end portion and a non-tapered shaft portion, and the non-tapered shaft portion includes a plurality of internal fusion lines. Having a portion having at least four voids, the voids occupying 5-20% of the cross-sectional area of the monofilament, and the plurality of the tapered portions have a length of less than 0.64 cm. Toothbrush.