JP5261184B2 - 歯ブラシの製造方法及びこの方法によって製造された歯ブラシ - Google Patents

Description

本発明は、刷毛のテーパー加工方法及びこの方法によって製造された歯ブラシにかかり、より詳しくは、アンカーなし歯ブラシ(anchorless toothbrush)の刷毛テーパー加工方法及びこの方法によって製造されたアンカーなし歯ブラシに関する。

一般に、毛先にテーパー加工を施した刷毛が植毛された従来の歯ブラシの製造方法として、毛先厚度０．１６〜０．２ｍｍの刷毛の束を所望の長さより若干長く切断し、アルカリ溶液又は強酸溶液で毛先を加水分解させてテーパーさせた後、水洗、乾燥させて歯ブラシ体のヘッド部のホールに、乾燥した刷毛を半折にして支持体、すなわち金属材質のアンカーで植毛することが知られている。
ところが、最近、歯ブラシ自体のファッション化に伴い、多様な植毛パターンが要求されており、植毛群の大きさの大型化に伴い、従来の植毛器では多様なパターンの植毛が不可能であり、且つアンカーで刷毛を固定することが難しくなっている。

従来、アンカーなし歯ブラシの製造方法には次の３つの方法が用いられている。
第一の方法として、ドイツCoronet社等で採用している方法であって、刷毛を金型に挿入させた後、樹脂を射出して刷毛と歯ブラシ体を一体化させる方法である。
第二の方法として、米国のOral−Ｂ社等で採用している方法であって、刷毛をモールドブラシプーレト(mold brush plate)に植設した後、植毛されたヘッドインサートを金型に取り付け、樹脂を射出して刷毛と歯ブラシ体とを結合させる方法である。
第三の方法として、ベルギーのBoucherie社等で採用している方法であって、スプールに巻かれている刷毛(spooled filament)を使用する他の会社とは異なり、毛束を所望の長さに切断して使用し、刷毛をプラスチック材質のヘッドインサートに植え込んだ後、このヘッドインサートを歯ブラシ体のヘッド部のヘッドインサート定着部に挿入し、しかる後、超音波でヘッドインサートと歯ブラシとを接着させる方法である。

これらの方法は、アンカーなしで刷毛を歯ブラシ体に堅く固定することはできるが、装置が非常に高価である上に、製品効率が低く、金型、植毛器及び射出器が一体化しているため、植毛パターンを変更することが難しいという問題点を有する。
しかし、これらの方法によって製造された歯ブラシは、多様な植毛パターンを実現することができるので、視感的ないし審美感に優れる上、各人種の多様な歯牙構造に適するように植毛パターンを自由に設計することができるので、現在、消費者ニーズが高まっている。
これらの方法によって製造された歯ブラシは、多様な植毛パターンを実現するために、植毛群の大きさが大型化するしかなく、これにより従来の物理的な研磨方法等によっては刷毛の毛先をテーパー加工することが不可能になった。刷毛の毛先をテーパー加工すると、柔軟性が向上して刷掃の際に歯肉の損傷を防止することができる上に、刷毛の歯間進入力を向上させて刷掃効率を向上させることができることは広く知られている。

アンカーなし歯ブラシの場合は、主にスプールに巻かれている刷毛を使用するので、毛をテーパー加工することが不可能なので、刷毛の毛先をテーパー加工する代わりに、比較的柔軟な物性を有する、例えばナイロン６、10、ナイロン６、12等のナイロン材質の毛を植毛することにより、上述した問題点を克服しようとした。ところが、ナイロン材質の毛は、ポリエステル材質の毛に比べて耐水性及び耐久性が足りない。その上、テーパー加工されていない毛は、進入性が足りないため、刷除効率を低下させる。ポリエステル系の刷毛を使用すると、剛性が強過ぎるので、ポリエステル系の刷毛は、このような形態の歯ブラシには使用不可能である。

このような理由から、多様な植毛パターンの歯ブラシにも、テーパー加工の必要性があり、刷毛の毛先をテーパー加工する方法は、既に説明したように、１）毛束を所望の長さより若干長く切断し、アルカリ溶液又は強酸溶液で毛先を加水分解させてテーパーさせた後、水洗、乾燥させて歯ブラシ体のヘッド部のホールに、乾燥した刷毛を半折にして支持体としての金属材質のアンカーで植毛する方法の他に、２）植毛の後、グラインディング等の物理的な方法でテーパー加工する方法と、３）上記１）の方法で部分的にテーパー加工した後、２）の方法を追加して加工する方法がある。

上記２）の方法は、得られた刷毛のテーパー長が短くて刷毛に十分な柔軟性を与えることができないという欠点があり、３）の方法は、２）の方法の問題点を解決すると同時に、加工原価も節減することができるという利点がある。この方法は、本発明者による先行特許文献１に開示されている。
この他にも、特許文献２には、金属材質、特にアルミニウム材質のアンカーで刷毛を歯ブラシ体に固定させた後、アルカリ溶液に刷毛の芯部が分解されないまで刷毛を浸漬し、植毛された刷毛の先端をテーパー加工する方法が開示されている。

しかし、この方法は、浸漬の際にアルカリ溶液が毛細管現象によってアンカーにまで浸透してアンカーを溶解させるという問題点がある。アンカーが溶解されると、植設された毛が抜けてしまう。また、大量生産工程の場合は、アルミニウム材質のアンカーがアルカリと反応しながら水素ガスが発生し、反応槽の熱によって爆発するおそれがある。アンカーの材質を最近多用されている黄銅等に変える場合にも、黄銅の強さを高めるために添加された亜鉛がアルカリ溶液と反応して腐食が発生する。
このような理由から、この方法による製品は未だ商品化されておらず、経済性等を考慮し、一定の長さに切断された刷毛の両端を薬品でテーパー加工した後、半折にしてアンカーで植毛する製品のみが商品化されている。

また、この方法によって得られた歯ブラシは、毛先厚度が薬品処理前の毛先厚度の５０％以上であり、テーパー長も３ｍｍ程度に過ぎないため、歯間進入力と柔軟性が足りないという点も問題点として指摘することができる。本発明者による特許文献３では、かかる問題点を解決するために、刷毛を長さが短くなる前まで薬品に浸して部分的にテーパー加工した後、これを歯ブラシ体に植毛し、しかる後、切断研磨機で端部を研磨して端部の直径が０．０４〜０．０８ｍｍとなるようにした。これにより、アンカー腐食の問題点だけでなく、歯間進入性及び柔軟性が足りないという問題点が解決された。

ところが、本発明者による上記特許文献を始めとして、今まで開示された様々なテーパー加工技術も、多様なパターンの植毛群を持つ歯ブラシには適用できないという問題点が共通している。
上記の諸問題点を解決するためのものとして、本発明者による特許文献４を挙げることができる。この発明は、通常用いられる、両側がテーパー加工された両側針状毛の代わりに、片側のみがテーパー加工された、両側針状毛の１／２の長さを持つ片側針状毛を使用し、この片側針状毛を、植毛されるべき模様の通孔を持つヘッドインサートに収容口を介して押し板の押し棒によって押し込んだ後、ヘッドインサートの裏面から突出した刷毛を熱融着させて固定させた後、刷毛の固定されたヘッドインサートを歯ブラシ体に接着させるか又はヘッドインサートを金型に取り付けた後、射出成形することにより、ヘッドインサートと歯ブラシ体とを一体化させる方法である。

この方法によってアンカーの使用なしで刷毛を歯ブラシ体に堅く結合させることができ、片側のみをテーパー加工することにより不良率を著しく減少させて加工費を節減することができ、多様なパターンの植毛群を形成することができた。
ところが、上記方法も、１）毛束を１５〜２０ｍｍの長さに切断し、薬品処理してテーパー長４〜８ｍｍ及び毛先厚度０．０１〜０．０３ｍｍの刷毛を得た後、水洗及び乾燥させてゴム紐で結んで固定させるが、植毛の際に毛供給器に毛を充填するときに長さがあまり短く、ゴム紐を取り外すときに毛が破れて毛の損失が多く、２）厚度が０．０１〜０．０３ｍｍと小さいため、押し棒によってヘッドインサートの通孔に植設するときに毛先が曲がって高さが整えておらず、３）テーパー加工された毛の面積とテーパー加工されていない毛の面積が互いに異なるため、熟練工でも植毛の際に緊張をしなければならないという問題点等を持っている。

韓国特許第２６１６５８号 日本特許第３０２２７６２号 韓国特許第２６１６５８号 韓国特許第３０７３２００号 韓国公開特許第２００１−００３４１４５４号

そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、多様なパターンの植毛群を持つが、毛先がテーパー加工された歯ブラシを提供することを目的とする。本発明の他の目的は、製造工程が簡単な歯ブラシを提供することにある。本発明の別の目的は、耐水性及び耐久性に優れると同時に、歯間進入力に優れた歯ブラシを提供することにある。本発明の他の目的は、不良率が減少した歯ブラシの製造方法を提供することにある。

本発明の第一の特徴は、ポリエステル材質の刷毛を金型のホールに植毛した後、樹脂を金型に射出して歯ブラシ体と刷毛とを一体化させ、テーパー加工されていない刷毛が植毛された歯ブラシを薬品に浸漬して刷毛の毛先をテーパー加工することを特徴とする、歯ブラシ製造方法を提供する。
本発明の第二の特徴は、ポリエステル材質の刷毛をヘッドインサートに植毛し、ヘッドインサートの裏面から突出した毛を熱融着して固定させた後、刷毛が固定されたヘッドインサートの刷毛をヘッドインサートと歯ブラシ体との結合前に薬品に浸漬して毛先をテーパー加工し、しかる後、ヘッドインサートを歯ブラシ体と結合させる。本発明の歯ブラシは、毛先厚度０．０１〜０．０３ｍｍ、テーパー長３５〜７０ｍｍのポリエステル材質の針状毛がアンカーなし歯ブラシのヘッド部に植毛されている。本発明において、ポリエステルとは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）等を含む。

本発明においては、アンカーを使用しなくても刷毛を歯ブラシ体に堅く固定させることができ、今までは過度な剛性によって多様なパターンの植毛群が設けられた歯ブラシには使用できなかったポリエステル系の刷毛をこのようなタイプの歯ブラシにも適切に使用することができるようになった。特に、高価の設備なしでも、多様なパターンの植毛群が設けられた歯ブラシを効率よく製造することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
図１は、従来の刷毛がアンカーで固定された歯ブラシ体の平面図であって、歯ブラシ体のヘッド部に設けられたホールｈに刷毛が植毛される。
図１の植毛群（毛束）の直径は、１．６〜４．０ｍｍであって、これより大きい場合はアンカーで固定することが不可能である。
図２は、アンカーなしでヘッドインサート１０に刷毛を熱融着し又は金型に植毛した後、射出成形する方法によって製造された多様なパターンの植毛群が設けられた歯ブラシ体の平面図である。この方法による歯ブラシの植毛群は、アンカーによって固定されるのではないため、大きさ及び模様の制限を受けない。大きさ及び模様の制限を受けないので、多様なパターンのホールｈを形成して植毛することができる。

本発明の方法は、ヘッドインサート１０に刷毛が植毛された後、ヘッドインサート１０と歯ブラシ体１とが結合する方法にも適用され、刷毛が金型に植毛された後に樹脂を射出して歯ブラシ体１を形成すると同時に刷毛と歯ブラシ体１とを一体化させる方法にも適用される。
まず、前者の方法について説明する。
図３は、本発明で使用されるヘッドインサート１０を示す。
上記ヘッドインサートは、多様なパターンのホールｈが設けられており、このホールｈに刷毛が植毛される。植毛される刷毛は、単一厚度のものを使用し、又は相異なる厚度のものを混用する。相異なる厚度のものを混用する場合には、テーパー加工後に多様な毛先厚度を持つことになって、歯ブラシの製品寿命の延長等の効果を期待することができる。

また、ポリエステル系の刷毛と、これとは異なる材質、例えばナイロン材質の刷毛とが共に植毛されることも可能である。異なる材質の刷毛が共に植毛される場合には、テーパー加工のために薬品に浸漬するとき、異なる材質の刷毛は加水分解されず、これにより適切な刷掃性を与えることができる。すなわち、ポリエステル刷毛は薬品浸漬によって分解が起こって柔軟性と進入性を有し、異なる材質の刷毛は分解が起こらないため剛性と刷掃性を持つ。このような性質を適切に調節すると、所望の物性の歯ブラシを得ることができる。
図４は、ヘッドインサート１０に刷毛が植毛される状態を示す状態図である。図５は、ヘッドインサートの裏面から突出した植毛が熱融着される状態を示す状態図である。刷毛は、ヘッドインサートの裏面から１〜３ｍｍ突出するようにヘッドインサート１０に植毛され、突出した刷毛は熱融着されてヘッドインサート１０に固定されることを示す状態図である。刷毛の固定されたヘッドインサート１０は、図６に示す通りである。

ヘッドインサート１０に固定された刷毛を酸性又はアルカリ性溶液に浸漬することにより、毛先をテーパー加工した後、歯ブラシ体１と結合させることもできる。より好ましい浸漬方法は、図７に示すようにヘッドインサート１０を固定することが可能な固定治具２０を使用する。固定治具２０は、刷毛部分は全て収容することができ、ヘッドインサートの全体サイズよりは小さい収容口ｓが設けられている。この収容口ｓに刷毛が収容される。ヘッドインサート１０は、固定治具２０に固定される。固定治具２０にヘッドインサート１０を固定させると、所望の長さだけ刷毛を薬品に浸漬させることが容易である。

テーパー加工の度合いも所望の水準に実現することもでき、部分的にテーパー加工した後、再び切断研磨等の物理的な方法を追加して所望の水準にテーパー加工することもできる。いずれの方法を用いても、毛先厚度は０．０１〜０．０７ｍｍ、テーパー長は３〜７ｍｍであることが好ましい。
図８は、刷毛の固定されたヘッドインサート１０が歯ブラシ体１と結合する状態を示す状態図である。ヘッドインサート１０は、歯ブラシ体１に設けられているヘッドインサート定着部ｕに挿入される方式で結合する。
この方法は、後述する金型に刷毛を直接植毛した後、樹脂の射出によって刷毛と歯ブラシ体とを一体化させる方法に比べて、相対的に小さい刷毛が植毛されたヘッドインサート１０のみをテーパー加工するので、一度に多量のヘッドインサート１０を処理することができ、薬品浸漬後に水洗するときにもやはり大きさが小さくて有利であり、ヘッドインサート１０の裏面も露出しているため、水洗時間を短縮させることができる。また、不良の際に歯ブラシ全体を除去するのではなく、当該ヘッドインサート１０のみを除去すれば良いので損失が少なく、処理の際に歯ブラシ体の汚染が防止されるという利点もある。ところが、この方法は、ヘッド部が別途に分離されず、歯ブラシ１全体が同時に成形されるタイプの製品には適用することができないという欠点を持っている。

ヘッドインサート１０を歯ブラシ体１と結合させる別の方法は、刷毛が固定されたヘッドインサート１０を金型に装着させた後、樹脂を射出成形する方法である。この方法を採用すると、別途の接着工程なしでもヘッドインサートは歯ブラシ体と一体化させることができる。必要であれば、射出前に薄い板状の圧力緩和部材ｒをヘッドインサートの裏面に積層させることもできる（図１１）。これにより、射出圧力によって樹脂が刷毛側に押し出されることが防止される。図９は、刷毛の固定されたヘッドインサート１０が金型に取り付けられた状態を示す断面図である。

上記の方法とは異なる方法である、刷毛を金型に直接植毛した後、金型に樹脂を射出して歯ブラシ体を形成すると同時に、刷毛と歯ブラシ体とを一体化させる方法の一例は下記の通りである。
すなわち、図１０に示すように刷毛を金型に植毛した状態で、韓国公開特許第２００１−００３４１４５４号に開示されているように、金型の内部に突出した刷毛は、熱融着して金型の植毛部を封じ込み、射出の際に圧力によって樹脂が封じ込まれた金型の植毛部を通過して刷毛側に漏れることを防止するために、金型内の圧力を検出し、圧力が設定の圧力値を超過したときに射出を中止し、圧力が正常に戻ってきたときにさらに射出を行い続ける方法によって射出し、金型に植毛された刷毛と歯ブラシとを一体化させる。
上記の方法で得られた歯ブラシは、ヘッドインサート１０を使用する方法の場合と同様に、薬品に浸漬されてテーパー加工される。
上記方法は、いずれも必要に応じて、植毛された毛の長さが１〜１０ｍｍの範囲内で異なるように不均一に植毛することができる。また、全体的な形状が山状又は円錐状となるように植毛することもできる。
本発明にかかる歯ブラシ製造方法は下記のとおりである。

（実施例１）
ＰＴＴ材質の毛先厚度０．１９ｍｍの刷毛を、ベルギーのBoucherie社で製造したモデル番号AFT CNC機械に取り付けられた金型に植毛した後、金型に突出した刷毛部分を熱融着し、樹脂を射出することにより、刷毛と歯ブラシ体とが一体化した歯ブラシを製造した。
この歯ブラシを図７に示すような固定治具に固定させ、水酸化ナトリウム３５％溶液が１２０℃の温度に維持される反応槽に１７分間浸漬した後、取り出して水洗、中和及び乾燥過程を経て、毛先のテーパー加工された刷毛が植毛された歯ブラシを得た。歯ブラシは、毛先厚度が０．０１〜０．０２ｍｍであり、テーパー長が５〜７ｍｍであった。

（実施例２）
カネボウ株式会社によって製造された、ＰＢＴ材質の毛先厚度０．１８ｍｍの抗菌毛を、実施例１で使用した機械を用いて植毛し、図６に示すような刷毛が固定されたヘッドインサートを製造した。このヘッドインサートを実施例１と同様の方法でテーパー加工した結果、刷毛の毛先厚度が０．０１〜０．０３ｍｍであり、テーパー長は４〜６ｍｍであった。
得られた刷毛が植毛されたヘッドインサートを、歯ブラシ体のヘッド部に設けられたヘッドインサート定着部に挿入し、超音波で接着して歯ブラシを得た。

（実施例３）
ＰＢＴ材質の厚度０．２０３ｍｍ（８ｍｉｌｓ）の刷毛ロール(spooled filament)をドイツCoronet社製の融着式歯ブラシ製造装置に連続して供給し、刷毛が植毛された歯ブラシを製造した。
得られた歯ブラシを図７に示すような固定治具に固定させた後、９５％硫酸溶液が１３５℃に維持される反応槽に１０分間浸漬してテーパー加工した。しかる後、水洗、中和及び乾燥過程を経て得られた刷毛の毛先厚度は０．０１〜０．０４ｍｍであり、テーパー長は４〜６ｍｍであった。

（実施例４）
７：３の重量比で混合されたＰＢＴとポリエステルエラストマーで出来ており、それぞれ厚度０．１５２ｍｍ、０．１７８ｍｍ、０．２０３ｍｍの刷毛を、実施例１で使用した機械を用いてプラスチック材質のヘッドインサートに植毛するが、中央部分には毛先厚度０．１５２ｍｍの毛を、中間部分には厚度０．１７８ｍｍの毛を、縁部には０．２０３ｍｍの毛をそれぞれ植毛した。
得られたヘッドインサートを図７に示すような固定治具に固定させた後、９８％硫酸溶液が１１５℃の温度に維持される反応槽に１０分間浸漬した後、取り出して水洗、中和及び乾燥過程を経て、先端にテーパー加工を施した刷毛が植毛された歯ブラシを得た。刷毛の毛先厚度は０．０１〜０．０４ｍｍであり、テーパー長は５〜７ｍｍであった。

（実施例５）
カネボウ株式会社によって製造された、ＰＢＴ材質の毛先厚度０．１８ｍｍの抗菌毛とナイロン材質の毛先厚度０．２０ｍｍの刷毛を１：１の割合で混合し、薬品に浸漬する時間を１２分にした以外は実施例２と同様にして歯ブラシを製造した。
得られた歯ブラシの刷毛はＰＢＴ材質の毛先厚度が０．０３〜０．０５ｍｍであり、ナイロン材質の刷毛は毛先厚度が０．２０ｍｍであった。
これを突起付ドラム型研磨機で１０秒間研磨させたところ、０．０１〜０．０２ｍｍの毛先厚度及び３〜５ｍｍのテーパー長を持つ刷毛と、０．１０〜０．１５ｍｍの毛先厚度及び１〜２ｍｍのテーパー長を持つ刷毛とが混在することになった。

従来の刷毛がアンカーで固定された歯ブラシ体の平面図である。 多様なパターンの植毛群が設けられた歯ブラシ体の平面図である。 本発明で使用されるヘッドインサートの斜視図である。 ヘッドインサートに刷毛が植毛される状態を示す状態図である。 ヘッドインサートの裏面から突出した刷毛が熱融着される状態を示す状態図である。 刷毛が固定されたヘッドインサートの斜視図である。 本発明で使用される固定治具の斜視図である。 刷毛の固定されたヘッドインサートが歯ブラシ体と結合する状態を示す状態図である。 刷毛の固定されたヘッドインサートが金型に装着された状態を示す状態図である。 金型に植毛された刷毛と歯ブラシ体とを一体化させる方法を示す状態図である。 圧力緩和部材がヘッドインサートの裏面に積層された状態を示す状態図である。

符号の説明

１：歯ブラシ体
１０：ヘッドインサート
２０：固定治具
ｈ：ホール
ｓ：収容口
ｕ：ヘッドインサート定着部

Claims (5)

1. 刷毛を金型に直接植毛し、射出前に圧力緩和部材をヘッドインサートの裏面に積層させた後、樹脂の射出によって植毛された刷毛と歯ブラシ体とを一体化させ、しかる後、刷毛を薬品に浸漬して毛先厚度が０．０１〜０．０７ｍｍ、テーパー長が３〜７ｍｍとなるようにテーパー加工する段階を含むことを特徴とする歯ブラシの製造方法。
2. ポリエステル系の刷毛と、別の種類の合成樹脂材質の刷毛とが混用されることを特徴とする、請求項１に記載の歯ブラシの製造方法。
3. 物理的な方法で刷毛の毛先を研磨してテーパー加工する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の歯ブラシの製造方法。
4. 毛先厚度が相異なる２種以上の刷毛が使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯ブラシの製造方法。
5. 毛先厚度０．０１〜０．０７ｍｍの刷毛が混在していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯ブラシの製造方法。