MX2014006105A

MX2014006105A - Cepillo dental que tiene una cavidad interna.

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Publication number: MX2014006105A
Application number: MX2014006105A
Authority: MX
Inventors: Cathy Wen; Matthew Lloyd Newman; Andreas Birk; Andreas Bresselschmidt; Andrew Joseph Horton; Siegfried Kurt Martin Hustedt; Scott Jackson; Jochen Kawerau; Ulrich Pfeifer; Richard Darren Satterfield; Heidrun Annika Schmelcher; Franziska Schmid; Jens Uwe Stoerkel; Tilmann Winkler; Benjamin John Wilson
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-06-23
Also published as: CA2856185C; MX2014006102A; MX350950B; WO2013078360A3; EP2782739A2; CN103945733A; CA2856300A1; CN104053533A; HK1199187A1; WO2013078359A3; BR112014012449A2; BR112014012050A2; CN104010547B; CN104010547A; CA2856185A1; BR112014012221B1; EP2782740B1; WO2013078360A2; PL2782475T3; MX347278B

Abstract

Un cepillo dental que comprende un cabezal, un cuello, un mango, un extremo de mano, un extremo de cabezal, una superficie externa, una cavidad interna y un eje longitudinal. La cavidad interna tiene una superficie que define un área de sección transversal. La cavidad interna tiene al menos uno de un área de sección transversal mayor delimitada por dos áreas de sección transversal menores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental o un área de sección transversal menor delimitada por dos áreas de sección transversal mayores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. La superficie externa define un área de sección transversal de la superficie externa. Una pared se forma desde la superficie de la cavidad externa y la superficie de la cavidad interna. El cepillo dental comprende un solo componente unitario a lo largo de toda la longitud.

Description

CEPILLO DENTAL QUE TIENE UNA CAVIDAD INTERNA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a cepillos dentales que tienen una cavidad interna.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los cepillos dentales se fabrican, típicamente, mediante el uso de un proceso de moldeo por inyección. Dicho proceso de moldeo por inyección se caracteriza porque proporciona un molde en forma del cepillo dental e inyecta plástico fundido a través de una tobera de canal caliente en el molde. Después, el cepillo dental se enfría y se expulsa del molde. Por ejemplo, la patente de los EE. UU. núm. 5,845,358 muestra un cepillo dental fabricado mediante moldeo por inyección. Una de las limitaciones de los procesos de moldeo por inyección convencionales es que los mangos de diámetro grande y, especialmente, los mangos grandes con una variación sustancial en el área de sección transversal donde el área de sección transversal tanto aumenta como disminuye a lo largo de la longitud o eje principal del cepillo, no pueden producirse de manera eficiente, debido al costo de material incrementado y tiempos de enfriamiento prolongados que resultan de la masas incrementada del material usado.

Los cepillos dentales con diámetros de mango incrementados proporcionan ventajas sustanciales, por ejemplo, pueden proporcionar un área de agarre incrementada para los niños, lo que aumenta la habilidad de los niños para manipular y usar los cepillos dentales; además, las personas con discapacidades tales como artritis tienen, algunas veces, dificultad para manipular los cepillos dentales debido a la dificultad que presentan para flexionar las articulaciones en sus manos. Dichas dificultades se alivian, considerablemente, mediante los cepillos que tienen diámetros de mango incrementados. Adicionalmente, los mangos con secciones transversales más grandes en los cepillos dentales son mejores para el usuario desde un punto de vista ergonómico. Las variaciones en el área de sección transversal que incluyen áreas de sección transversal más pequeñas y más grandes a lo largo de la longitud o eje principal del cepillo ayudan al usuario en el agarre y la manipulación del cepillo durante el uso, cuando debe moverse, rápidamente, mientras puede estar, además, húmedo y resbaladizo.

En un intento de superar las dificultades asociadas con el uso del moldeo por inyección para producir mangos de cepillo dental que tienen diámetros incrementados, se ha sugerido producir mangos de cepillo dental que tienen un cuerpo hueco. Por ejemplo, las patentes europeas núm. EP 0 668 140 o EP 0 721 832 describen el uso de la tecnología asistida por aire o gas para fabricar cepillos dentales que tienen mangos huecos de sección transversal grande. En el proceso descrito, el plástico fundido se inyecta cerca de la base del mango del cepillo dental, en donde se inserta, posteriormente, una aguja caliente en el plástico fundido para soplar gas en el plástico fundido que después se expande hacia las paredes del molde de inyección. De manera similar, la patente de los EE. UU. núm. 6,818,174 B2 sugiere inyectar una cantidad predeterminada de plástico fundido en la cavidad para llenar solo parcialmente la cavidad de molde e inyectar, posteriormente, un gas a través de un puerto de inyección de gas formado en el molde de inyección para forzar el plástico fundido para que esté en contacto con las paredes de la cavidad de molde. La patente núm. CN102166064 describe un cepillo dental que tiene un mango hueco y un método para producir dicho cepillo dental. Cuando el material de plástico fundido se inyecta en la cavidad de la matriz del mango del cepillo dental, se forma un agujero de soplado en el mango del cepillo dental, se sopla gas en el centro del mango del cepillo dental a través del agujero de soplado, y se sella el agujero de soplado después de formar el mango del cepillo dental. El cepillo dental que se describe en la presente descripción tiene un mango hueco y un cabezal sólido fabricados mediante un proceso de moldeo por inyección asistido por gas. El mango hueco fabricado con este método reduce la cantidad de material usado en 10-50 % en comparación con un mango de cepillo dental sólido. Dichos procesos de moldeo por inyección que usan aire adicional tienen dificultad sustancial para formar cuerpos de mango hueco con grosor de pared sustancialmente uniforme y, de esta manera, se limita el potencial para optimización de un mango para función ergonómica máxima con peso de material mínimo. Un inconveniente adicional para dichos procesos de moldeo por inyección es la creación de un agujero de ventilación para el gas. El agujero de ventilación se forma en la interfaz del plástico fundido y el gas de presión alta (y no por acero moldeado) y, por lo tanto, no puede fabricarse de manera predecible o con precisión alta. Un inconveniente adicional de los cepillos dentales con mango hueco fabricados mediante el uso de moldeo por inyección asistido por gas se refiere a la aplicación o instalación de un segundo, tercer o posterior material al cepillo dental mediante moldeo por inyección, o sobremoldeo, donde el material sobremoldeado puede, en el proceso de sellar la ventilación de gas necesaria, ingresar, sustancialmente, en el agujero hueco creado en la primera etapa de inyección de gas, debido a que no existe nada que lo detenga aparte de la fricción y la presión cercana a la presión atmosférica dentro del agujero. Finalmente, el moldeo por inyección asistido por gas no reduce, sustancialmente, la presión de inyección o energía de fusión requerida para formar un artículo de plástico.

Un método convencional para crear mangos de cepillo dental que tienen secciones transversales incrementadas, tales como mangos de cepillo dental electromecánicos, es fabricar partes distintas del mango por separado mediante el uso de moldeo por inyección, después ensamblar estas partes en una etapa separada de moldeo sin inyección, o en una etapa posterior de moldeo por inyección, a través de la cual las partes distintas de la primera etapa o etapas se insertan en un molde por inyección primero y uno o más materiales se inyectan alrededor de ellas, lo cual crea un cuerpo hueco de múltiples partes. Este método de fabricación tiene aún los inconvenientes de: requerir la fusión completa de plástico, presiones altas y equipo asociado involucrado con el moldeo por inyección y puede tener, adicionalmente, gastos de mano de obra añadidos asociados con el ensamblaje en el molde y fuera del molde de piezas moldeadas de manera distinta. El uso de moldeo por inyección para crear múltiples partes distintas tiene, además, la desventaja de que cada parte no debe contener ningún corte sesgado sustancial a partir del cual el núcleo del molde que forma una superficie cóncava de la parte moldeada por inyección no pueda extraerse de la parte después del moldeo. Además, los núcleos del molde deben contener, típicamente, algún mecanismo para enfriar o eliminar calor, incorporado, típicamente, como un canal interno a través del cual pasa el agua enfriada y, por lo tanto, sería difícil o imposible elaborar una geometría interna para la mayoría de cepillos dentales manuales los cuales pueden tener diámetros de 10 mm y longitudes mayores que 100 mm. La ausencia de cortes sesgados en partes distintas combinadas con la longitud y diámetro de los núcleos requeridos para fabricar partes de mango sin cortes sesgados combinada con el deseo de contar con múltiples áreas de variación en el área de sección transversal en un mango de cepillo dental requeriría, por lo tanto, cualquier mango ensamblado de manera distinta que tenga múltiples superficies de unión que requerirían, preferentemente, sellos para mantener las barreras a la humedad y desechos bajo un uso prolongado y repetido.

Los cepillos dentales electromecánicos son, particularmente, susceptibles a problemas de ensamblaje, debido a que son necesariamente huecos para incluir baterías, motores y uniones eléctricas asociadas y componentes de accionamiento, todos los cuales deben colocarse en el interior con algún cierto grado de precisión. Para evitar los problemas y gastos de soldar las partes de plástico entre sí y de múltiples etapas de ensamblaje de una lámina externa sellada, se ha propuesto moldear por soplado el mango para cepillos dentales electromecánicos. En el ensamblaje de un cepillo dental electromecánico moldeado por soplado es necesario dejar la porción moldeada por soplado del mango abierta en al menos un extremo para acomodar el motor, las baterías y los componentes del sistema de accionamiento. En este proceso, el diámetro mínimo de al menos una abertura para el mango moldeado por soplado debe ser superior a la dimensión lineal más pequeña de cada componente que será insertado. Una abertura grande podría ser un inconveniente en un mango no electromecánico, el cual no tiene necesidad de acomodar una entrada de componente interno, y necesitaría una segunda parte o tapa excesivamente grande para evitar la intrusión o recolección de agua, pasta, saliva y otros detritos de uso convencional. Si esta abertura extremadamente grande se ubica cerca del cabezal, interferiría, sustancialmente, con el uso ergonómico del cepillo. Las restricciones adicionales a la geometría en la superficie interna de la cavidad, por ejemplo, para ubicar motores, carcasas, baterías, etc., los cuales deben colocarse adentro de la manera más exacta posible como para fijarse, rígidamente, serán, además, perjudiciales para el proceso de moldeo por soplado general, ya que la mayor parte de la superficie de la cavidad interna de una parte moldeada por soplado no puede definirse, directamente, por acero en las superficies del molde y, en su lugar, se define, indirectamente, por acero en la superficie externa del mango combinado con el grosor de pared de la preforma, presión de soplado y relación de estiramiento de la parte final a la preforma original o grosor de preforma. Dichas restricciones de estas variables de proceso limitarán, necesariamente, las eficiencias de fabricación.

Para acomodar la activación de los componentes eléctricos mediante un botón estándar o interruptor mecánico, al menos alguna porción de un cepillo dental electromecánico moldeado por soplado debe fabricarse lo suficientemente delgada para flexionarse, sustancialmente, bajo la presión ejercida por un dedo o la compresión ejercida por una mano. Dicha estructura de pared delgada o estructura de pared de película requiere, necesariamente, algún mecanismo de refuerzo para asegurar la durabilidad y rigidez durante el uso. Se puede usar un marco o capa interna, como se describe en la solicitud de patente núm. WO 2004/077996 para proporcionar este mecanismo de refuerzo necesario en un cepillo dental electromecánico, pero sería un inconveniente para un cepillo manual que no requiere componentes adicionales para funcionar adecuadamente, en gastos adicionales, complejidad y partes de soporte de carga adicional. Además, debido a la naturaleza lineal del motor, la fuente de energía y el eje de accionamiento de los cepillos dentales electromecánicos no existen o existen variaciones mínimas en el área de sección transversal de la cavidad interna; de manera que las paredes de la cavidad interna proporcionan soporte mecánico a los componentes internos para reducir o eliminar el movimiento o desplazamiento no deseado.

Un mango de cepillo dental electromecánico, fabricado por moldeo por soplado o moldeo por inyección, se fabrica, típicamente, con una abertura en uno de los extremos: en un extremo distal existe, típicamente, una abertura para acomodar la traslación mecánica de la energía a través de un mecanismo de accionamiento al cabezal del cepillo dental, y en un extremo próximo existe, típicamente, una abertura para acomodar la inserción de componentes durante la fabricación y, además, posiblemente, la inserción o eliminación de la batería por el usuario. Dicha segunda apertura sería innecesaria para un cepillo dental manual y crearía inconvenientes por la necesidad de contar con sellos adicionales y sujetadores mecánicos. En algunos procesos de moldeo por soplado, la formación de aberturas en los extremos distal y proximal de la parte moldeada es intrínseca al proceso y beneficiaría a la formación de un mango de extremo con doble abertura, pero no sería necesario para un mango de cepillo dental manual.

Existen varias ventajas cuando se fabrican mangos de cepillo dental con peso total más liviano, sin considerar la sección transversal o cambios en el tamaño. Los mangos más livianos podrían proporcionar una retroalimentación más táctil de las fuerzas transmitidas desde los dientes a través de las cerdas al cabezal al mango y a la mano durante el cepillado. Los mangos de cepillo dental más livianos se enviarían, además, en volumen con mayor eficiencia desde los centros de fabricación hasta los centros de venta al por menor donde son comprados por los usuarios. Para reducir el peso mientras se mantiene la rigidez, algunos mangos de cepillo dental se fabrican de bambú o madera de balsa; sin embargo, estos materiales tienen la desventaja que no se pueden moldear, fácilmente, en formas tridimensionales complejas que puedan agarrarse, cómodamente. Además, estos materiales son anisotrópicos, lo que significa que tienen un módulo elástico y resistencia al rendimiento o resistencia final que varía con la dirección en la que se aplica la carga. Los materiales compuestos de fibra de carbono y plásticos moldeados por inyección con fibra de vidrio son otros ejemplos comunes de materiales anisotrópicos que pueden usarse para fabricar cepillos dentales más livianos y más resistentes. Por lo tanto, los artículos fabricados a partir de estos materiales deben formarse con su eje más resistente o 'grano' sustancialmente alineado con el eje principal del artículo con el propósito de resistir una fractura durante las fuerzas de flexión que se usan comúnmente. Esto crea una etapa necesaria adicional en la preparación del material antes de la formación o mecanizado. Este alineamiento del grano puede presentar, además, una desventaja específica para las maderas generalmente en el sentido que la presentación de astillas del material es más probable que ocurra en la dirección alineada a las fuerzas típicas aplicadas por la mano durante el cepillado.

Para fabricar cepillos dentales y artículos para el cuidado personal más livianos sin depender de materiales anisotrópicos tales como madera, los artículos pueden fabricarse más livianos a través del uso de materiales no homogéneos pero isotrópicos, tales como plásticos espumados. Los plásticos espumados presentan una ventaja en que ofrecen una relación de resistencia a peso mayor que los plásticos sólidos sin tener en cuenta la orientación material. Sin embargo el ahorro en el peso total que es posible con los plásticos espumados puede ser limitado, debido a que las burbujas en el interior del plástico que crean el ahorro en peso, crean, además, concentraciones de esfuerzo que reducirán, severamente, la resistencia en la tensión. Si bien los plásticos espumados pueden proporcionar resistencia sustancial en la compresión (y se usan, exactamente, para este propósito en aplicaciones tales como materiales de empaque en donde el peso es un problema crítico) la debilidad de la tensión afecta, severamente, la resistencia a la flexión y evita que los plásticos espumados uniformemente sirvan como elementos de soporte de carga en los artículos que deben mantener resistencia y rigidez en la flexión durante el uso normal.

Es conocido para las personas con experiencia en la materia usar moldeo por extrusión-soplado para crear artículos portátiles livianos, tales como juguetes de niños, tales como bates de plástico huecos, palos de golf o cualquier artículo de plástico grande que se beneficie de tener un peso más liviano. Si bien estos artículos pueden ser tanto rígidos como resistentes a la flexión, estos pueden contener, además, generalmente, inconvenientes que limitan su uso general en dispositivos médicos semidescartables de Clase I, tales como cepillos dentales. Primero, dichos artículos contienen, típicamente, rebaba significativa a lo largo de las líneas de separación, o en cualquier lugar en donde la preforma es más grande en el área de sección transversal que en la cavidad a la cual se sopla. En estos lugares la preforma se pliega dentro de la cavidad y se crea una rebaba sustancial, incluso en ausencia de una línea de separación de cavidad. Segundo, la mayoría de artículos contienen algún vestigio significativo de moldeo en la forma de un agujero, el cual puede formarse de forma exacta o inexacta. Dicho vestigio sería considerado como un defecto significativo en un dispositivo médico de Clase I que debe impedir el paso o entrada de contaminantes a un interior hueco que no drene eficazmente. Tercero, el tamaño relativo de estos artículos es grande en comparación con el tamaño de estos defectos, y la función general de los artículos es afectada severamente por estos defectos. En muchos casos, el tamaño del artículo en sí facilita el proceso de fabricación, con respecto a la minimización de los defectos. No es difícil moldear artículos, envases o botellas por extrusión-soplado en el intervalo de tamaño común para mangos de cepillo dental manuales si el grosor de pared de plástico puede minimizarse en proporción a la sección transversal total. Dichos artículos existen en forma de tubos o botellas pequeñas, típicamente comprimibles que en realidad se benefician por tener una pared deformable muy delgada que permite el suministro del contenido interno, lo cual los hace inservibles como cepillos dentales.

Se conoce, además, los mangos moldeados por soplado-inyección y extrusión para artículos de consumo semidescartables tales como plumeros y dispensadores de cinta, pero nuevamente estos artículos no cumplirían con el criterio para dispositivos médicos semidescartables de Clase I, específicamente con respecto al sellado del orificio de soplado necesario contra la intrusión de agua u otra fuente de contaminación, y en el caso de moldeo por extrusión-soplado, en la aparición de rebaba en los artículos en las áreas que estarían en contacto directo o entran en la boca. Estos artículos son, además, generalmente, muy frágiles y cuando se aplica mucha fuerza pueden romperse o partirse, lo cual produce bordes afilados y los hace inservibles para usar en la cavidad bucal.

Se ha propuesto, además, la fabricación de cepillos dentales manuales mediante moldeo por soplado y, en realidad, no debe ser difícil moldear por extrusión-soplado, moldear por inyección-soplado o incluso moldear por soplado de estiramiento por inyección dicho artículo en la forma y tamaño general de un cepillo dental o mango de cepillo dental; sin embargo, ninguna descripción en la materia anterior resuelve los problemas de: resistencia a la flexión, rigidez durante la flexión, rigidez total disminución de rebaba u otros defectos agudos, variaciones en el área de sección transversal, y obstrucción o sellado del vestigio del agujero de soplado. Cualquiera de estos defectos en un cepillo dental o mango de cepillo dental moldeado por soplado afectaría, severamente, la utilidad del artículo y, de esta manera, se necesita mejoras para permitir que un artículo hueco con ahorro de material maximizado por el grosor de pared uniforme sea lo adecuadamente resistente y rígido durante la flexión sin romperse durante el uso y que no presente fugas ni defectos incómodos para el usuario.

En vista de estos inconvenientes en la materia anterior, es un objetivo de la presente invención proporcionar un cepillo dental mejorado que tenga una cavidad interna que evite los inconvenientes de la materia anterior.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN Se proporciona un cepillo dental que comprende un cabezal, un cuello, un mango, un extremo de mango, un extremo de cabezal, una superficie externa, una cavidad interna, y un eje longitudinal; la cavidad interna tiene una superficie que define un área de sección transversal; en donde la cavidad interna tiene al menos un área de sección transversal mayor, delimitada por dos áreas de sección transversal menores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental o un área de sección transversal menor delimitada por dos áreas de sección transversal mayores a to largo del eje longitudinal del cepillo dental; la superficie externa define un área de sección transversal de la superficie externa; una pared formada desde la superficie de la cavidad externa y la superficie de la cavidad interna; en donde el cepillo dental comprende un solo componente unitario a lo largo de toda la longitud.

Se proporciona un cepillo dental que comprende un cabezal, un cuello, un mango, un extremo de mango, un extremo de cabezal, una superficie externa, una cavidad interna, y un eje longitudinal; la cavidad interna tiene una superficie que define un área de sección transversal; en donde la cavidad interna tiene al menos un área de sección transversal mayor, delimitada por dos áreas de sección transversal menores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental o un área de sección transversal menor delimitada por dos áreas de sección transversal mayores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental; la superficie externa define un área de sección transversal de la superficie externa; una pared formada desde la superficie de la cavidad externa y la superficie de la cavidad interna; el cepillo dental comprende un solo componente unitario; en donde el cepillo dental comprende dos o más capas de material.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una vista en perspectiva de un cepillo dental de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 1A es una vista en sección transversal de la Figura 1 a lo largo de la línea de sección 1A de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 1 B es una vista en sección transversal de la Figura 1 a lo largo de la línea de sección 1 B de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un cepillo dental de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 3 es una representación de una vista en sección transversal de un cepillo dental unitario con una cavidad interna.

La Figura 4 es una tabla que muestra la variación en el grosor de la pared de dos cepillos dentales que tienen una cavidad interna a lo largo del eje longitudinal.

La Figura 5A es una tabla que muestra la variación del grosor de pared medio, mínimo y máximo de cualquier sección de 2 mm del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal de una modalidad con un mango grueso.

La Figura 5B es una tabla que muestra el porcentaje de grosor de pared mínimo y máximo del grosor de pared medio de cualquier sección de 2 mm del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal de una modalidad con un mango grueso.

La Figura 6A es una tabla que muestra la variación del grosor de pared medio, mínimo y máximo de cualquier sección de 2 mm del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal de otra modalidad con un mango delgado.

La Figura 6B es una tabla que muestra un porcentaje de grosor de pared mínimo y máximo del grosor de pared medio de cualquier sección de 2 mm del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal de otra modalidad con un mango delgado.

La Figura 7 es una representación diagramática de un método de análisis.

La Figura 8 es una representación diagramática de un método de análisis.

La Figura 9 es una tabla que ilustra la desviación en la flexión en comparación con la gravedad específica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a artículos para el cuidado personal que tienen una cavidad interna, tal como un cepillo dental hueco que puede tener colores diferentes, materiales y decoraciones en la superficie en una o ambas de la cavidad interna o la superficie externa. La cavidad interna varía en el área de sección transversal a lo largo de la longitud o el eje longitudinal del cepillo dental, en donde la cavidad interna está esencialmente abierta en comparación con un material de espuma de celda abierta o cerrada. El cepillo dental unitario se fabrica de al menos un material continuo que se extiende a lo largo de todo el eje longitudinal del cepillo dental de manera que el cabezal, cuello y mango del cepillo dental unitario es, esencialmente, una parte. Este o más material continuo proporciona la longitud estructural del cepillo dental. El cepillo dental unitario puede incluir elementos no estructurales separados, tales como etiquetas, estructuras de agarre, cerdas, etc. En ciertas modalidades la cavidad interna está cerrada con ninguna abertura hacia la superficie externa del cepillo dental.

Los artículos para el cuidado personal son artículos que se usan para almacenar, dispensar, aplicar o suministrar beneficios para la salud, belleza, acicalamiento personal del consumidor u otro cuidado del cuerpo o sistema biológico humano, mantenimiento o mejora. Los ejemplos de los artículos para el cuidado personal incluyen, pero no se limitan a cepillos dentales, mangos de cepillo dental, rasuradoras, mangos de rasuradora, mangos de trapeadores, mangos de aspiradoras, aplicadores de maquillaje o para el cuidado de la belleza, aplicadores para el cuidado de la piel, aplicadores para la higiene femenina, aplicadores para el cuidado del cabello, aplicadores de colorantes para el cabello, o artículos para el cuidado del cabello.

La Figura 1 muestra una modalidad de un artículo para el cuidado personal, un cepillo dental 10 que tiene un cabezal 20, cuello 30, mango 40, un extremo de mango 42 y un extremo de cabezal 22. El cepillo dental 10 puede formarse, unitariamente, como una sola pieza y comprender una cavidad interna 60 y una superficie externa 12, en donde la superficie externa 12 varía en el área de sección transversal (OSCA)> la cual es el área total de la sección transversal como se define por la superficie externa 12, a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental 10, como se muestra en la Figura 1A; en esta modalidad el mango 40 tiene sustancialmente una forma de reloj de arena. La cavidad interna 60 tiene una superficie de cavidad interna 62, en donde la superficie de cavidad interna 62 varía en el área de sección transversal (ICCA) a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental. Como se muestra en la Figura 1 , en ciertas modalidades la cavidad interna 60 del cepillo dental 10 tiene un área de sección transversal mayor ICCAG delimitada a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental 10 por las áreas de sección transversal ICCAI, ICCA2 que tienen un área más pequeña que el área de sección transversal mayor ICCAG> para formar un contorno. Una cavidad interna 60 del cepillo dental 10 puede tener, además, un área de sección transversal menor ICCAL delimitada a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental 10 por las áreas de sección transversal ICCA3, ICCA4 que tienen un área mayor que el área de sección transversal menor ICCAL. para formar un contorno. En otra modalidad, el área de sección transversal en el extremo del mango del cepillo es más pequeña que al menos una o más de las otras áreas de sección transversal a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental 10. Además, como se muestra en las Figuras 1 , 1A y 1 B, en ciertas modalidades la superficie de cavidad interna 62 varía en la raíz cuadrada del área de sección transversal (ICCA) proporcionalmente a las variaciones de la raíz cuadrada del área de sección transversal (OSCA) de la superficie externa 12 a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental 10. En otra modalidad, el área de sección transversal de la pared del cepillo dental (material termoplástico que forma el cepillo dental que se ubica entre la superficie de la cavidad interna y la superficie externa del cepillo dental), que es la diferencia entre el área de sección transversal de la superficie externa (OSCA) y el área de sección transversal de la superficie de la cavidad interna (ICCA) varía menos de aproximadamente 25 %, 20 %, 15 %, 10 %, 5 % sobre al menos 50 %, 70 %, 80 %, 90 % de la longitud de la cavidad interna a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. Este es el caso cuando el grosor de la pared del cepillo dental en la porción de la cavidad interna varía en proporción inversa al perímetro promedio de la superficie externa y la cavidad interna a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental. En otra modalidad, el grosor de la pared del cepillo dental en la porción de la cavidad interna permanece sustancialmente constante a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. Como se muestra en la Figura 1 , el cabezal 20 y al menos una porción del cuello 30 a lo largo del eje longitudinal L del cepillo dental 10 puede ser sustancialmente sólidos o como se muestra en la Figura 2 en un cepillo dental 100 la cavidad interna 160 puede extenderse desde el mango 140 hasta el cuello 130 pero no pasa el primer agujero de penacho 132 más cerca del extremo de mango 142 del cepillo dental 100. En ciertas modalidades, el porcentaje de volumen vacío de aire al volumen del mango del cepillo y cuello varía de aproximadamente 50 % a aproximadamente 70 %; o de aproximadamente 55 % a aproximadamente 70 %; esto significa que se ahorra el mismo porcentaje de material en comparación con un cepillo dental sólido con la misma forma y tamaño. En estas modalidades, la cantidad de material termoplástico puede reducirse de 50 % a 70 % en comparación con la cantidad usada en cepillos dentales sólidos que tienen la misma forma y tamaño. Está documentado que un mango de puerta de congelador hueco moldeado por inyección asistida por gas ahorra un máximo de 27 % de material en comparación con un mango de puerta de congelador sólido de la misma forma y tamaño. Prácticamente, cualquier cepillo dental moldeado por inyección asistida por gas puede ahorrar un máximo de 30 % de material en comparación con un cepillo dental sólido de la misma forma y tamaño.

Un cepillo dental hueco con un mango ancho y cavidad interna tiene, realmente, una relación de resistencia a la flexión a volumen muy alta. Mientras más delgado sea el grosor de pared comparado con el radio medio r en cualquier sección transversal, será mayor la relación de resistencia estructural a volumen. En donde el radio medio se define como el perímetro medio de la sección transversal hueca dividido entre 2p. El perímetro medio de la sección transversal hueca se define como el promedio del perímetro de la superficie externa y la cavidad interna en esa sección transversal. Al simplificar un cepillo dental con cavidad interna como una viga cilindrica hueca en condiciones de flexión como se ilustra en la Figura 3. Se puede mostrar, que la relación de la resistencia a la flexión ¾ al volumen V de un cepillo dental con cavidad interna varía r positivamente con la relación de radio medio r a grosor t. A mayor relación de mayor relación de v . Una relación similar seguirá para un cepillo dental no cilindrico con contorno y cavidad interna. Por lo tanto, el cepillo dental unitario con cavidad interna de la presente invención tiene una relación de radio medio a grosor t en el intervalo de 3 a 10 en al menos aproximadamente 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal. En la transición desde la porción hueca del cepillo dental hasta su porción sólida, el grosor de pared tiende a aumentar y se excluye de la medición del grosor de pared. Por otro lado, la relación de r r radio medio a grosor * de una viga cilindrica sólida es ½. Mientras que la relación * de algunos otros mangos huecos de un cepillo dental existente en la materia anterior tal como los cepillos dentales moldeados por inyección asistida por gas puede ser de 0.7 a 2.

El cepillo dental debe ser, además, lo suficientemente rígido para resistir una fuerza de compresión ejercida por los consumidores. La tensión radial de un cepillo dental hueco bajo la fuerza de compresión o presión de compresión es, además, r directamente proporcional a *. Al someter a prueba muestras físicas de cepillos dentales huecos con cavidad interna se encuentra que siempre que el cepillo dental sea lo T suficientemente grueso y * sea menor que 8 o incluso menor que 10, la deformación radial bajo la fuerza de compresión normal no será perceptible por los consumidores.

Mientras que la variación de grosor de otros mangos huecos de un artículo para el cuidado personal, tal como un cepillo dental de la materia anterior, tal como los cepillos dentales moldeados por inyección asistida por gas tendrán una variación de grosor de pared significativa a lo largo de la dirección circunferencial de una sección transversal, particularmente en cualquier esquina afilada de la sección transversal. Por ejemplo, en un mango moldeado por inyección asistida por gas, el grosor varía de 1.9 mm a 4.3 mm en una sección transversal. La sección transversal de la superficie externa del mango tiene una forma irregular con esquinas afiladas. La cavidad interna del mango no puede seguir la forma de la superficie externa. En la esquina afilada, el grosor cambia, abruptamente, de 1 .9 mm a 4.3 mm, el cual es un cambio abrupto de 2.4 mm. Este cambio abrupto en el grosor no tendría lugar en el cepillo dental con cavidad interna de la presente invención. El grosor medio es aproximadamente 3.1 mm de la sección transversal. El radio medio de la sección transversal hueca es 2.35 mm. La relación de radio medio a grosor t es 0.76 que es mucho menor que 3.

Ahora, veamos la distribución del grosor de pared medio de cualquier sección transversal en la porción hueca a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental.

En la modalidad anterior del cepillo dental hueco con mango delgado, el grosor de pared medio en cualquier sección transversal de un cepillo dental unitario en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal tiene un intervalo de 0.9 a 1.2 mm, con un grosor medio de 1.07 mm. El grosor de pared varía menos de 15 % desde su grosor de pared medio en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal. La relación de radio medio a grosor * tiene un intervalo de 3.9 a 8.4 en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal. Este es un cepillo dental unitario con un mango delgado. El grosor de pared medio de cualquier sección transversal del cepillo dental unitario con cavidad interna y mango delgado es, además, una función continua a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. Esto significa que el cambio en el grosor de pared medio de cualquier sección transversal desde una sección transversal a la otra es menor que 0.5 mm, como se muestra en la Figura 4.

En otra modalidad, el grosor de pared de un cepillo dental unitario en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal tiene un intervalo de 1.55 a 2.07 mm, con un grosor medio de 1.76 mm. El grosor de pared varía menos de 17 % desde su grosor de pared medio en 83 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal. La relación del radio medio a grosor tiene un intervalo de 3 a 4.7 en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal. Este es un cepillo dental unitario con un mango grueso. El cambio en el grosor de pared medio de cualquier sección transversal desde una sección transversal a la otra es menor que 0.5 mm, como se muestra en la Figura 4.

En las dos modalidades anteriores de los cepillos dentales unitarios con cavidad interna, los cepillos dentales tienen la estructura y la resistencia a la flexión requeridas por los consumidores para cepillar sus dientes eficazmente.

El grosor de pared puede variar a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental al controlar el perfil de grosor de la preforma en un proceso de moldeo por extrusión-soplado. Existen tres modalidades que resultan convenientes: En una modalidad, el área de sección transversal permanece constante en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. En esta modalidad, el grosor de pared varía en proporción inversa al radio medio del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal.

En una modalidad, es conveniente que el grosor medio del cepillo dental permanezca constante en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. En esta modalidad, el área de sección transversal del cepillo dental variará, proporcionalmente, al radio medio del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal.

Aún en otra modalidad, es conveniente que el grosor medio varíe proporcionalmente al radio medio del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal, es r decir, * permanezca constante y pueda ser cualquier valor de 3 a 10. En esta modalidad, el área de sección transversal del cepillo dental variará, proporcionalmente, al cuadrado del radio medio del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal. El beneficio de esta modalidad es que el cepillo dental permanece constante en lo que se refiere a la resistencia a la flexión y rigidez a lo largo del eje longitudinal.

Con referencia nuevamente a la Figura 1 , el mango 40 se conecta al cabezal 20 a través de un cuello 30, el cual, en comparación con el mango 40, o el cabezal 20 tiene un área de sección transversal más pequeña. Como se ilustra en la Figura 1 , el cabezal 20 del cepillo dental 10 soporta una pluralidad de elementos de limpieza, tales como cerdas o penachos de cerdas. Las cerdas o penachos de cerdas pueden comprender nailon, PBT, y TPE.

Adicionalmente a las cerdas o penachos de cerdas, los cepillos dentales de la presente invención pueden incluir cualquier elemento de limpieza adecuado que pueda insertarse en la cavidad bucal. Algunos elementos de limpieza adecuados incluyen elementos masajeadores elastoméricos, elementos de limpieza elastoméricos, elementos masajeadores, limpiadores de lengua, limpiadores de tejidos blandos, elementos de superficies duras, combinaciones de estos y lo similar. El cabezal puede comprender una variedad de elementos de limpieza. Por ejemplo, el cabezal puede comprender cerdas, elementos elastoméricos abrasivos, elementos elastoméricos en una orientación o disposición particular, por ejemplo, aletas pivotantes, copas para profilaxis dental, o lo similar. Algunos ejemplos adecuados de elementos masajeadores y/o elementos limpiadores elastoméricos se describen en la publicación de solicitudes de patentes de los EE. UU. núms. 2007/0251040; 2004/0154112; 2006/0272112; y en las patentes de los EE. UU. núms. 6,553,604; 6,151 ,745. Los elementos limpiadores pueden ser cónicos, escotados, ondulados, con hoyuelos, o lo similar. Algunos ejemplos adecuados de estos elementos limpiadores y/o elementos masajeadores se describen en las patentes de los EE. UU. núms. 6,151 ,745; 6,058,541 ; 5,268,005; 5,313,909; 4,802,255; 6,018,840; 5,836,769; 5,722,106; 6,475,553; y la publicación de solicitud de patente de los EE. UU. núm. 2006/0080794. Además, los elementos de limpieza pueden disponerse en cualquier manera o patrón adecuado en el cabezal del cepillo dental.

En ciertas modalidades de la presente invención, un artículo para el cuidado personal, tal como un cepillo dental, puede fabricarse de más de un material o capa. En ciertas modalidades, un cepillo dental puede comprender un componente primario o capa que forma la mayor parte del cepillo dental y una capa secundaria que forma la menor parte del cepillo dental, en donde la segunda capa, en ciertas modalidades puede tener un grosor menor que aproximadamente 0.4 mm y mayor que aproximadamente 1 cm2 en área. Particularmente, puede usarse un proceso de extrusión de múltiples componentes, en donde las porciones diferentes del artículo para el cuidado personal se forman por materiales diferentes. Por ejemplo, en un cepillo dental, las porciones de la superficie de contacto que entran en contacto con el pulgar o las puntas de los dedos pueden fabricarse de plástico suave, de manera que se sientan suaves o fáciles de sujetar, mientras que las porciones restantes del cepillo dental pueden fabricarse de plástico duro para dar al cepillo dental suficiente rigidez. En una modalidad, el plástico suave no debe ser resbaladizo o tener un coeficiente de fricción alto cuando está húmedo, de manera que cuando se cepillan los dientes y el mango se humedece, el usuario pueda sujetarlo fácilmente sin perder el control del mango del cepillo. Se puede usar elastómero plástico (TPE) para el plástico suave. En otra modalidad, el cabezal y la parte de cuello de un cepillo dental puede tener dos capas en donde la capa externa es un plástico suave que proporciona suavidad y la capa interna es un plástico duro para proporcionar rigidez y soporte a los penachos. Aún en otra modalidad, parte o una tira del cepillo dental paralela al eje longitudinal del cepillo dental puede tener dos capas de material, en donde la capa externa tiene un color diferente que el resto del cepillo dental. Todavía en otra modalidad del cepillo dental, una parte del cepillo dental, por ejemplo, el cuello, puede tener dos capas de materiales diferentes, mientras que otras partes del cepillo dental, tales como el mango, tienen solo una capa del material; lo que crea un agarre, sensación o decoración de color diferente en partes diferentes de los cepillos dentales. Las dos capas pueden fabricarse al suministrar una preforma de múltiples capas en el molde. Al controlar la presencia de una segunda capa en la preforma tanto en la dirección longitudinal como en la dirección circunferencial, la presencia de la segunda capa en el cepillo dental puede controlarse tanto en la dirección longitudinal como en la dirección circunferencial. En ciertas modalidades, una parte separada puede insertarse en una posición del molde, y puede mantenerse en su lugar en un lado de la pared de la cavidad de molde ya sea por succión al vacío o por la curvatura dimensional natural del molde. Una o más partes separadas pueden insertarse, además, en el molde y unirse a la pared de la cavidad del molde en la misma manera. Estas partes unidas en el molde pueden ser una capa delgada de material diferente con colores diferentes o textura de superficie o textura 3D. En ciertas modalidades, esta parte puede ser una etiqueta de película de TPE delgada de color o grosor diferente que proporciona diferenciación de color así como un agarre suave y húmedo. En ciertas modalidades, puede ser una parte electrónica pequeña que tiene un temporizador y una pantalla para indicar un tiempo de cepillado predeterminado. En ciertas modalidades, puede ser una parte electrónica pequeña que reproduce un sonido o una melodía musical durante dos minutos. Todavía en más modalidades, puede fabricarse de un material que cambia de color que cambia con la presión, la temperatura, la humedad o el tiempo. Aún en otra modalidad, puede ser un material textil con textura 3D o un calado abierto fabricado de TPE o acetato de etilenvinilo (EVA, por sus siglas en inglés) que proporcionan decoración adicional al cepillo dental.

En ciertas modalidades, un cepillo dental que tiene una cavidad interna puede tener un centro de gravedad más cerca del cabezal que al centro geométrico de la superficie externa del cepillo dental de lo que es, normalmente, posible con un cepillo sólido de forma convencional, lo cual puede proporcionar una destreza o ergonomía mejorada durante el cepillado, o el centro de gravedad puede colocarse más lejos del cabezal de lo que es posible con un cepillo homogéneo sólido, por ejemplo, al colocar pesas montadas permanentemente dentro de la porción hueca del mango, los cual puede proporcionar, por ejemplo, una respuesta táctil mejorada de las fuerzas transmitidas desde los dientes al cabezal al mango. Dicha manipulación del centro de gravedad puede proporcionar beneficios adicionales en la manipulación durante el cepillado o almacenamiento sin comprometer los elementos de diseño tales como forma, material o color que aparecen en la parte exterior del mango. Adicionalmente, en ciertas modalidades, un cepillo dental que tiene una cavidad interna puede tener una densidad equivalente menor que 0.60 g/cm3, o menor que 0.20 g/cm3 en plástico o 0.10 g/cm3 en metal mientras que mantiene un módulo o resistencia suficiente para resistir la flexión incluso durante cepillado pesado independientemente de la alineación o arreglo particular de cualquier materia prima o elemento de soporte de carga (en contraposición con los materiales que tienen un grano, tales como madera o fibras de carbón) lo cual es difícil de lograr en un cepillo dental cuyo mango es sustancialmente sólido y se fabrica a partir de materiales homogéneos e isotrópicos comunes tales como plástico o metal. Una densidad equivalente se define como la relación de toda la masa total al volumen total definida por la superficie externa del cepillo dental. En ciertas modalidades, la densidad equivalente del cepillo dental con cavidad interna es de aproximadamente 0.2 g/cc a aproximadamente a aproximadamente 0.5 g/cc. En ciertas modalidades, el mango de ambos cepillos no se deforma cuando se comprime con los dedos.

El material del cepillo dental puede ser cualquier resina termoplástica que tiene una o más propiedades adecuadas para un cepillo dental hueco, tales como las propiedades de flujo que permiten moldeo por soplado, resistencia química y suficiente resistencia al impacto. Los ejemplos de materiales típicos incluyen pero no se limitan a polipropileno modificado por impacto o polietileno de densidad alta (HDPE, por sus siglas en inglés). Los ejemplos de los materiales usados para las capas externas pueden ser un material de TPE con dureza diferente. El cepillo dental puede tener, además, un material decorativo secundario tal como una capa de TPE delgada en una parte pequeña del cepillo dental tal como el descanso para el pulgar o el área de agarre del pulgar. En ciertas modalidades cuando un cepillo dental se forma mediante el uso de moldeo por extrusión-soplado, debido a la gran tensión de la preforma semifundida en el molde de compresión en la porción del cabezal del cepillo para formar el gran número de agujeros pequeños de penachos profundos estrechamente compactados, la resina termoplástica de base primaria que se suministra en la máquina de moldeo por soplado en una forma de bolilla puede tener un índice de flujo de fusión (MFI) en un intervalo de aproximadamente 1 g/10 min a aproximadamente 4 g/10 min a 230 °C y 2.16 kg de fuerza medido con el método de prueba estándar ASTM D1238. El MFI no debe ser muy pequeño, por ejemplo, < 1 g/ 0 min, porque una resina con < 1 g/10 min MFI forma una preforma que es demasiado viscosa para fluir libremente para llenar la separación profunda y estrecha entre los agujeros de penacho con gran tensión. La temperatura de la preforma se puede aumentar para reducir la viscosidad en algún grado. El intervalo de temperatura normal de un proceso de moldeo por extrusión-soplado es 176-232 °C. Si la temperatura se configura muy alta, puede quemar la resina y dar como resultado inconsistencia en la propiedad de la resina fundida. Por ejemplo, para una resina de polipropileno (PP) con un MFI de 0.37 y 0.47 de flujo, la temperatura tiene que configurarse por encima de 246 °C para formar un cepillo dental con agujeros de penacho, pero la calidad de la parte es deficiente y muy inconsistente. Sin embargo, cuando el MFI es muy alto, por ejemplo, cuando el MFI de la resina es mayor que 3 g/10 min, la preforma se vuelve demasiado suelta y no puede soportarse a sí misma y puede colapsar antes de que se sujete en el molde. Al reducir la temperatura de la preforma se puede reducir la viscosidad de la preforma para soportarse a sí misma, pero la reducción de la temperatura puede hacer que el rendimiento de la preforma sea muy inconsistente de una toma a la siguiente. Para formar una preforma que pueda usarse para formar un cepillo dental unitario, en ciertas modalidades, la temperatura es de aproximadamente 199 °C a aproximadamente 221 °C y el MFI es de aproximadamente 1.5 a aproximadamente 2.5 MFI. El MFI del colorante es, además, importante. Aunque la relación de mezclado (porcentaje del colorante en peso que se mezcla en la resina termoplástica de base) del colorante es, usualmente, aproximadamente de 2 a 5 %, pero a 30 MFI en comparación con 15 MFI, la viscosidad de la preforma de las dos resinas coloreadas puede tener un rendimiento significativamente diferente.

Los cepillos dentales unitarios de la presente invención que tienen una cavidad interna pueden ayudar a reducir la cantidad de fuerza excesiva que se aplica al cepillo dental durante el cepillado, tal como cuando se usa un cepillo dental manual sólido típico o un cepillo dental electromecánico. Es conocido por aquellos con experiencia en la materia que un cepillado sostenido, repetido con un cepillo dental manual con cerdas estándar y con una fuerza mayor que aproximadamente 5.0 N puede producir una pérdida de tejido gingival con el tiempo. Por ejemplo, existen cepillos dentales electromecánicos con sistemas de retroalimentación integrados para advertir a los usuarios cuando esta fuerza se excede durante el uso. Esto sugiere que una fracción significativa de usuarios de cepillos dentales aplican fuerzas de hasta 5.0 N a través del cabezal del cepillo dental. Un cepillo dental ilustrativo de sección transversal rectangular y uniforme fabricado de un material isotrópico, homogéneo y sólido puede modelarse en el agarre como se muestra en la Figura 7. La desviación del cabezal del cepillo dental en este agarre durante la flexión durante el uso puede inferirse, analíticamente, de la ecuación usada para calcular el módulo de flexión de una barra plana de material en una flexión de tres puntos como se muestra en la Figura 8, y como se describe en la norma D 790 de ASTM.

Los materiales usados para formar un cepillo dental unitario de la presente invención que tiene una cavidad interna (cepillos dentales huecos) deben proporcionar una resistencia a la flexión, o rigidez, cuando se aplica una carga normal al eje longitudinal. Los materiales de cepillo dental que no cumplen con este criterio se doblan, severamente, durante el uso normal, y dan como resultado una experiencia negativa o suministran fuerza insuficiente para limpiar los dientes, adecuadamente. Para evaluar los materiales candidatos para construir un cepillo dental en una modalidad tan liviana como sea posible, en la presente descripción se define una relación para la resistencia a la flexión del mango a su gravedad específica total como una desviación medida en caso de carga específico descrito en la Figura 8. La tabla en la Figura 9 ¡lustra esta relación aplicada a una aproximación en forma de viga rectangular simple de mangos sólidos fabricados de materiales homogéneos e isotrópicos; mangos fabricados de materiales no isotrópicos, compuestos o no homogéneos; y mangos huecos fabricados de otros materiales homogéneos e isotrópicos. Los resultados en la tabla se obtienen de la ecuación analítica de la flexión para el aparato en la Figura 8 o de la flexión predicha en un análisis de elementos finitos de materiales no solubles en forma analítica, tales como materiales a n isotrópicos. Está claro a partir de esta tabla que los mangos sólidos fabricados de materiales homogéneos e isotrópicos no pueden lograr una relación de resistencia a la flexión a peso que se puede lograr con mangos huecos, homogéneos, isotrópicos, manipulados por ingeniería.

No todos los artículos huecos tienen una resistencia a la flexión suficiente para soportar 5 N de fuerza aplicada en una flexión normal al eje principal a una distancia típica como aquella aplicada a un cepillo dental entre el punto de equilibrio del pulgar y el cabezal del cepillo. Definitivamente, no todos los artículos moldeados por soplado pueden soportar dichas fuerzas: muchos envases moldeados por soplado tales como botellas de agua deben llenarse antes de ser apilados en tarimas debido a que sus paredes son lo suficientemente delgadas como para deformarse significativamente bajo compresión incluso bajo el peso de unas cuantas botellas vacías encima de ellas. Es posible fabricar cepillos dentales en una forma similar, mediante el uso de materiales generalmente débiles o mediante la fabricación de paredes extremadamente delgadas, de tal manera que parezcan resistentes, posiblemente debido al uso de materiales opacos u otra decoración. Los cepillos dentales fabricados de estos mangos no colapsarían por efecto de la gravedad o fuerzas suaves, y podrían parecer resistentes durante el envasado o en una exhibición, pero en realidad serían desagradables o imposibles de usar según lo previsto, o para liberar una fuerza de cepillado suficiente para mantener la salud bucal. Generalmente, los cepillos que se deforman más de 20 mm sometidos a una fuerza aplicada de 5.0 N como se determina por la norma D 790 de ASTM no serían deseables durante el uso. En ciertas modalidades, el cepillo dental unitario de la presente invención se deforma menos que aproximadamente 20 mm bajo una fuerza aplicada de 5.0 N como se determina por la norma D 790 de ASTM. En ciertas modalidades, el cepillo dental unitario de la presente invención se deforma menos que aproximadamente 10 mm bajo una fuerza aplicada de 5.0 N como se determina por la norma D 790 de ASTM.

De esta tabla parece que los materiales no homogéneos e isotrópicos son, además, candidatos para cepillos dentales livianos. Sin embargo, estos materiales son intrínsecamente frágiles como resultado de las concentraciones de esfuerzo debido a las burbujas que son resultado del proceso de formación de espuma. Como se describió anteriormente, la tabla ilustra solo la desviación predicha o teórica bajo carga y no toma en cuenta la resistencia final de los materiales. Los cepillos dentales fabricados de las espumas mostradas se fracturarían en la superficie bajo tensión mientras que se flexionan con cargas menores que aquellas usadas durante el cepillado típico.

Generalmente, un cepillo dental hueco con un grosor de pared prácticamente uniforme proporciona la resistencia deseada a la flexión con uso mínimo del material al colocar, selectivamente, el material en el diámetro más externo, o el lugar más alejado del eje de flexión, en donde puede soportar el momento de máxima flexión con la mínima resistencia necesaria. Esta colocación selectiva de material reduce, naturalmente, el esfuerzo normal aplicado a los elementos de material, causado por los momentos de flexión y resulta en menos tensión por elemento de material por unidad de fuerza normal aplicada o momento de flexión que si el mango se fabrica de material sólido o tiene material colocado principalmente en el eje neutral. Una viga en I es un ejemplo común de la colocación selectiva de material tan lejos como sea posible de un eje neutral. Sin embargo, una viga en I resiste la flexión de forma muy diferente cuando se flexiona alrededor de ejes diferentes. Una parte hueca que es sustancialmente redonda en sección transversal, tal como un cepillo dental hueco, proporcionará resistencia adecuada en la flexión alrededor de una variedad de ejes, lo cual es necesario para un artículo para el cuidado personal tal como un cepillo dental que se sostiene con la mano y se usa, regularmente, en muchas orientaciones diferentes y debe soportar cargas alrededor de casi cualquier eje de flexión.

Sin embargo, no todos los diseños de cepillos dentales proporcionan suficiente resistencia a la flexión, como se define en la relación de desviación a gravedad específica que se describió anteriormente. En cambio, es más fácil fabricar un cepillo dental moldeado por extrusión con una pared flexible muy delgada que fabricar un cepillo dental de manera que su pared sea lo suficientemente gruesa para proporcionar resistencia adecuada a la flexión. Para todos los artículos moldeados por extrusión, existe un límite superior en el grosor de la pared que puede crearse sin crear pliegues significativos o líneas de rebaba en la superficie externa del artículo. Este límite superior se rige por la circunferencia externa más pequeña de la porción del artículo que debe dejarse hueca, el grosor inicial del material extrudido antes del soplado, y la relación de la circunferencia inicial de la sección soplada a la circunferencia final de la sección soplada. A medida que el grosor de pared del material inicial aumenta, una fracción mayor de esta puede quedar atrapada entre las superficies del molde que tienen la intención de aparearse y, de esa forma, se crea una sección plana alrededor de la totalidad o una porción del artículo moldeado, comúnmente conocida como rebaba. Un cepillo dental hueco con cantidades pequeñas de rebaba sería desagradable para usar, especialmente si la rebaba se vuelve o se siente afilada al tacto, aunque sea muy pequeña.

La elasticidad y la resistencia de los materiales son, además, un factor en la resistencia a la flexión: por ejemplo, un cepillo dental moldeado por soplado que es lo suficientemente rígido y se fabrica de un material relativamente resistente, tal como PET-G, puede ser muy débil para considerarse útil en la misma geometría y grosor de pared de LDPE o polipropileno. Incluso entre LDPE y polipropileno, un cepillo dental de polipropileno puede ser suficientemente más resistente que un cepillo dental de LDPE y percibirse como más rígido por un usuario.

En ciertas modalidades de la invención, un cepillo dental de polipropileno cepillo dental cuya longitud está entre 100 mm y 2000 mm, y tiene un peso entre 7.0 g y 13.0 g con material distribuido sustancialmente uniformemente alrededor de la pared de la porción hueca, tiene una gravedad específica total menor que 0.5 g/cm3.

Adicionalmente a la resistencia a la flexión, rigidez y conveniencia en la fabricación, un cepillo dental hueco es ventajoso porque permite usar el volumen interno vacío para acomodar algún elemento útil o decorativo. Dichos elementos pueden incluir elementos comunes a los cepillos huecos ensamblados tales como sistemas electrónicos primarios, sistemas electromecánicos, sistemas mecánicos primarios y elementos decorativos.

Los elementos electrónicos, tales como baterías, temporizadores, alarmas, transductores, acelerómetros, luces, altavoces, amplificadores, resistencias, condensadores, bobinas, transistores, circuitos, placas de circuitos, elementos electrónicos impresos, tinta y sustratos electrónicos, aleación para soldadura, cables y componentes similares pueden ser pre-ensamblados en sistemas en funcionamiento o en funcionamiento parcial e instalados en el área vacía en un cepillo dental hueco. Estos sistemas pueden hacer uso particular de cortes sesgados en la porción hueca del cepillo dental, por ejemplo, en virtud de la colocación o posición contra o cerca de un corte sesgado para proporcionar restricción en movimiento. Estos sistemas pueden aprovechar, además, una capa interna de un sistema de múltiples capas para proporcionar aislamiento eléctrico o conductividad o semiconductividad entre elementos integrados al sistema, o a elementos fuera de la cavidad del cepillo dental. Un ejemplo de esto sería un sistema de carga inductiva que capta energía de un campo eléctrico externo por colocación y activación de bobinas de cable colocadas en el interior del mango. Este es un método común mediante el cual los cepillos dentales eléctricos se recargan cuando no están en uso. Las modalidades específicas estos sistemas y elementos incluyen, pero no se limitan a: un temporizador para proporcionar retroalimentación a un usuario durante el cepillado de los dientes, un sensor de fuerza para desalentar el uso excesivo de fuerza durante el cepillado, un elemento indicador que informa al usuario cuando se alcanza el tiempo de vida útil de un cepillo dental, luces o sonidos que reproducen una canción o un juego durante el cepillado, uso de las propiedades geométricas del vacío hueco para resonar o atenuar ciertos sonidos generados en el interior, un generador electrostático para cargar el sistema con un voltaje potencial alto o bajo, creación de una "mascota electrónica" o tamagotchi, que prosperará si se mantienen los buenos hábitos de cepillado y sufrirá o morirá si no se mantienen los buenos hábitos de cepillado, y lo similar.

Los sistemas electromecánicos, tales como motores rotativos, motores lineales, motores de imán permanente de corriente continua, transductores piezoeléctricos, botones, interruptores de palanca, conmutadores temporales, imanes, interruptores de láminas pueden usarse, independientemente, o más probablemente combinados con elementos eléctricos y sistemas para proporcionar beneficios adicionales o retroalimentación a los usuarios Los ejemplos incluyen pero no se limitan a: El uso de un motor para crear una retroalimentación táctil de vibración, el uso de transductores piezoeléctricos o sistemas eléctricos inductivos para captar energía mecánica y convertirla en energía eléctrica durante el cepillado, el uso de conmutadores para activar y desactivar sistemas eléctricos o electromecánicos, el uso de imanes como elementos en sistemas inductivos o para proporcionar una detección a un sistema eléctrico externo, el uso de medidores de tensión para medir y la retroalimentación o el uso de motores que inducen vibración o motores de peso compensado para crear una sensación táctil agradable en cualquier punto en el cepillo. Para el uso de los interruptores mecánicos, puede proporcionar, además, una ventaja para adelgazar, selectivamente, la pared del cepillo dental en algunas áreas pero no en todas con el propósito de crear una región deformable que puede permitir la desviación a través de la pared sólida de un interruptor montado internamente sin crear un orificio que debe sellarse en una etapa adicional.

Los sistemas mecánicos primarios, tales como sólidos, líquidos, gases, coloides, imanes, elementos vivos u orgánicos, elementos de cambio de fase o elementos de transición química, elementos de cambio de color, elementos termocromáticos, y lo similar pueden instalarse dentro de la cavidad interna de un cepillo dental unitario, ya sea permanentemente o con la intención de suministro posterior, para consumo. Los ejemplos de elementos de llenado que se pueden consumir incluyen, pero no se limitan a: Pasta dental, enjuague bucal, agentes blanqueadores, refrescantes del aliento. Los ejemplos de sólidos incluyen, pero no se limitan a: artículos moldeados y diseñados para añadir peso a un dispositivo, tales como hierro, zinc u otros metales en forma sólida; sílice, u otro material granulado, en un solo color o múltiples colores. Los artículos fabricados de líquidos pueden incluir, pero no se limitan a: agua, aceites, geles o combinaciones de estos, incluso emulsiones, mezclas, soluciones y combinaciones de los mencionados anteriormente, las cuales se pueden separar, fácilmente, tales como aceite y agua. Los imanes colocados en un dispositivo pueden añadir ventajas de almacenamiento o conexión/interacción a materiales ferrosos o artículos, por ejemplo, accesorios de gabinetes, o refrigerador o puertas de dispositivos de uso doméstico. Los imanes pueden colocarse, además, internamente, de manera que interactúan con los imanes fuera del cepillo dental para mantener el cepillo dental en posición vertical sobre un extremo para evitar que el cabezal esté en contacto con cualquier superficie del área de baño o almacenamiento. Los elementos o sistemas de cambio de fase o de cambio de color ajustados a temperaturas ligeramente menores que el cuerpo humano pueden incluirse en un cepillo dental hueco con capas externas transparentes, por ejemplo, para crear, un temporizador no eléctrico, el cual permitiría que el cepillo dental cambie de color después de sostenerlo en la mano por un tiempo suficiente.

Además de los elementos instalados y una ventaja de un cepillo dental unitario con cavidad interna es la capacidad de decorar un cepillo dental translúcido o transparente en una superficie interna que se aisla de contacto con el usuario mediante el cuerpo del cepillo dental. En estas modalidades, existiría una ventaja al aislar la capa decorativa del contacto humano, por ejemplo, para crear un retraso en el aumento de la temperatura de la capa aislada, es decir, para pintura termocromática que puede cambiar de color después de aproximadamente un tiempo establecido. Además, sería ventajosa una reducción en la apariencia de desgaste, en contraposición con las superficies que están pintan o graban en la superficie externa y están sujetas al desgaste mecánico o al ataque químico.

Ejemplos Ejemplo 1 : La Tabla 1 muestra que las paredes de los cepillos dentales de la presente invención que tienen una cavidad interna tienen una desviación mínima en el grosor a lo largo de la longitud de un cepillo dental: en donde (1) el grosor de pared de la porción hueca del cepillo dental unitario, se determina por la distancia más corta entre la superficie externa del cepillo dental y la superficie de la cavidad interna en el punto de medición; (2) el grosor de pared promedio es el promedio de todo el grosor medido a lo largo de la dirección circunferencial de la sección transversal en el punto elegido; (3) el grosor de pared promedio del cepillo dental en la porción de la cavidad interna es el promedio del grosor de cada sección transversal; (4) el porcentaje vacío de aire.

Tabla 1 Como se muestra en la Muestra 1 , el grosor de pared de la porción hueca del cepillo dental unitario puede distribuirse, uniformemente, y puede ser tan delgado como aproximadamente 0.6 mm, con un grosor de pared promedio de la porción hueca del cepillo dental de 1.0 mm y una desviación estándar en el grosor de pared de aproximadamente 0.25 mm, la cual es solo aproximadamente 25.3 % del grosor promedio, que ilustra solo una desviación menor en el grosor de pared. La Muestra 2 muestra que el grosor de pared de la porción hueca varía de aproximadamente 1.8 a aproximadamente 3.4 mm, con una desviación estándar del grosor de pared de aproximadamente 0.44 mm, la cual es solo aproximadamente 23.4 % del grosor promedio de 1.8 mm. La Muestra 3, muestra que el grosor de pared de la porción hueca varía de 0.3 mm a 2.6 mm, con una desviación estándar de 0.2 mm, la cual es solo aproximadamente 13.8 % del grosor promedio de 1.4. Los resultados mencionados anteriormente muestran que las paredes del cepillo dental de la presente invención tienen una desviación mínima en el grosor a lo largo de la longitud del cepillo dental.

Ejemplo 2: Para determinar si el cepillo dental unitario de la presente invención con una cavidad interna tiene un grosor de pared uniforme a lo largo de la dirección circunferencial de cada sección transversal, primero se micro-escaneó una muestra de cepillo dental y, después, se toman aproximadamente 1000 mediciones de grosor de pared dentro de cada sección de 2 mm de longitud en 80 % de la porción hueca a lo largo del eje longitudinal de la exploración micro-CT y se calculan las estadísticas. El grosor medio en cada sección de 2 mm del cepillo dental se calculó, además, a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental. Las muestras de cepillo dental con cavidad interna tienen un corte sesgado significativo y un contorno. La sección transversal del cepillo dental con cavidad interna no es circular sino que tiene una forma triangular redondeada. El grosor de pared del cepillo dental a lo largo de la dirección longitudinal o axial es más de una función continua. La curvatura y forma de la cavidad interna puede seguir la curvatura y forma de la superficie externa en cualquier sección transversal del cepillo dental. No existe ningún cambio abrupto de grosor de pared desde un punto hasta otro punto al lado de él. El cambio de grosor de pared de un punto a otro punto colindante es menor que 1 mm o incluso menor que 0.5 mm.

Ejemplo 2A: En una muestra del cepillo dental con un mango grueso, el grosor de pared en cada sección de 2 mm de longitud varía en 70 % a 170 % del grosor de pared medio de la misma sección de 2 mm, como se muestra en la Figura 5B. El grosor de pared absoluto varía de 0.6 mm a 2.3 mm en 80 % de la porción hueca del cepillo dental como se muestra en la Figura 5A. El grosor de pared medio de cada sección de 2 mm a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental está en el intervalo de 0.9 mm a 1.2 mm. Estas son variaciones realmente pequeñas en el grosor de pared. La relación de la desviación estándar del grosor de pared al grosor de pared medio es menor que 30 %. El área de sección transversal de esta muestra de cepillo dental permanece constante a aproximadamente 45 mm2 en 80 % de la porción hueca del cepillo dental. El cambio de grosor de pared de un punto a otro punto colindante es menor que 0.5 mm. En contraposición, el área de sección transversal de un cepillo dental sólido con la misma superficie externa varía en gran medida de 120 mm2 a 210 mm2 en la misma porción del mango. Este cepillo dental hueco con un mango delgado ahorra 66 % de material de un cepillo dental sólido con la misma forma y tamaño.

Ejemplo 2B: En otra muestra del cepillo dental con un mango delgado, el grosor de pared en cada sección de 2 mm varía en 65 % a 180 % del grosor de pared medio de esa sección de 2 mm, como se muestra en la Figura 6B. Mientras que el grosor de pared absoluto varía de 1.2 mm a 2.8 mm, como se muestra en la Figura 6A. El grosor de pared medio de cada sección de 2 mm a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental está en el intervalo de 1.5 mm a 2 mm. La relación de la desviación estándar del grosor de pared al grosor de pared medio es menor que 23 %. El área de sección transversal de esta muestra de cepillo dental permanece constante a aproximadamente 70 mm2 en 80 % de la porción hueca del cepillo dental como se muestra en la Figura 6. En contraposición, el área de sección transversal de un cepillo dental sólido con la misma superficie externa varía en gran medida de 120 mm2 a 210 mm2 en la misma porción del mango. Este cepillo dental hueco con un mango delgado ahorra 47 % de material de un cepillo dental sólido con la misma forma y tamaño.

Las dimensiones y los valores descritos en la presente descripción no deben entenderse como estrictamente limitados a los valores numéricos exactos mencionados. En lugar de ello, a menos que se especifique de cualquier otra manera, cada una de esas dimensiones se referirá tanto al valor mencionado como a un intervalo funcionalmente equivalente que comprende ese valor. Por ejemplo, una dimensión expresada como "40 mm" se entenderá como "aproximadamente 40 mm".

Todos los documentos citados en la presente descripción, incluso toda referencia cruzada o solicitud o patente relacionada, se incorporan en su totalidad en la presente descripción como referencia a menos que se excluyan o limiten expresamente de cualquier otra forma. La mención de cualquier documento no es una admisión de que constituye una materia anterior respecto a cualquier invención descrita o reivindicada en la presente descripción o que por sí sola, o en cualquier combinación con alguna otra referencia o referencias, enseña, sugiere o describe dicha invención. Además, en el grado en que cualquier significado o definición de un término en este documento contradiga cualquier significado o definición del mismo término en un documento incorporado como referencia, el significado o definición asignado a ese término en este documento deberá regir.

Aunque modalidades particulares de la presente invención han sido ilustradas y descritas, será evidente para los experimentados en la materia que se pueden hacer diversos cambios y modificaciones sin alejarse del espíritu y alcance de la invención. Por ello, en las reivindicaciones anexas se pretende cubrir todas aquellas modificaciones y cambios que queden dentro del alcance de esta invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un cepillo dental que comprende: a. un cabezal, un cuello, un mango, un extremo de mango, un extremo de cabezal, una superficie externa, una cavidad interna, y un eje longitudinal; b. la cavidad interna tiene una superficie que define un área de sección transversal; caracterizado porque la cavidad interna tiene al menos un área de sección transversal mayor, delimitada por dos áreas de sección transversal menores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental o un área de sección transversal menor delimitada por dos áreas de sección transversal mayores a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental; c. la superficie externa define un área de sección transversal de la superficie externa; d. una pared formada desde la superficie de la cavidad externa y la superficie de cavidad interna; en donde el cepillo dental comprende un solo componente unitario a lo largo de toda la longitud.

2. El cepillo dental de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la raíz cuadrada del área de sección transversal de la superficie externa varía, proporcionalmente, a la raíz cuadrada del área de sección transversal de la cavidad interna a lo largo del eje longitudinal del cepillo dental.

3. El cepillo dental de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque el grosor de la pared del mango del cepillo dental varía en proporción inversa a la raíz cuadrada del área de sección transversal de la superficie externa.

4. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque el grosor de pared a lo largo de la dirección circunferencial en cualquier sección transversal normal al eje longitudinal en 80 % de la porción hueca está dentro de 70 % a 170 % del grosor medio.

5. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque la desviación estándar del grosor de pared no excede 30 % del grosor de pared medio a lo largo de 80 % de la porción hueca.

6. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque la relación del radio medio al grosor de pared en 80 % de la porción hueca está en el intervalo de 3 a 10.

7. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque la relación del radio medio al grosor de pared en 80 % de la porción hueca permanece constante y está en el intervalo de 3 a 10.

8. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado además porque el volumen total de la cavidad interna es de 50 % a 70 % del volumen total definido por la superficie externa.

9. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado además porque al menos uno de los extremos del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal tiene un área de sección transversal de la superficie externa más pequeña que la máxima área de sección transversal de la cavidad interna.

10. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado además porque el extremo del mango del cepillo dental tiene un área de sección transversal de la superficie externa más pequeña que la máxima área de sección transversal de la cavidad interna.

11. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado además porque al menos uno de los extremos del cepillo dental a lo largo del eje longitudinal tiene un área de sección transversal de la superficie externa más pequeña que la mínima área de sección transversal de la cavidad interna.

12. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado además porque tiene una gravedad específica menor que 0.50 g/cm3, y en donde el cepillo dental se deforma menos de 10 mm bajo una fuerza aplicada de 5.0 N como se determina en la norma D 790 de ASTM.

13. El cepillo dental de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado además porque el cepillo dental comprende dos o más capas de material.