В настоящее время существует большое количество разнообразных средств гигиены полости рта. Среди них ведущим являются зубная щетка. Рассмотрим особенности конструкции данного средства личной гигиены.

Основные конструктивные части зубной щетки. Зубная щетка состоит из головки, с размещенной на ней щетиной, ручки и соединяющей их шейки. Щетина бывает натуральной и искусственной. Щетины могут быть разной толщины, что определяет разную жесткость щеток. Форма ручки зубных щеток может быть прямой или согнутой под разными углами, однако длина ее должна быть достаточной, чтобы обеспечить максимальные удобства при чистке зубов. Шейка зубной щетки бывает прямая, расположенная под углом или гибкая. В производстве дизайн зубных щеток разрабатывается, учитывая все требования эргономики. [10]

Требования, которые предъявляются к зубным щеткам, рассмотрим с помощью схемы основных параметров зубной щетки (рис.3):

1. Наиболее оптимальная рабочая часть - 2,5-3см; ширина - 1,0-1,2 см (l,b);

2. Высота щеток - 10-12 см, ряды щетин расположены на расстоянии 2-2,5 мм один от другого (h, h1);

3. Чистящая головка должна быть округлой (d);

4. Щетины должна быть из синтетической текстуры (2);

5. Ручка комфортно и надежно располагается в руке (L, 1). [5, с.10]

Рисунок 3. Основные параметры зубной щетки [5, с. 10]

Аналог современной щетки со щетиной придумали китайцы в середине 15 века. К деревянной или костяной ручке они прикрепляли свиную щетину. Но в Европу такая щетка попала лишь в 17 веке, где на тот момент более популярным считалось использование зубочисток. На смену жесткой свиной щетине постепенно пришел конский волос, который в свою очередь 1938 году был заменен нейлоном. (Рис. 4)

Рисунок 4. Зубная щетка 15 век. [11]

Широкое распространение использования зубных щеток произошло во времена Второй мировой войны. Появились щетки с пластмассовой ручкой, что позволяло выпускать их самых различных цветов и форм. [12]

После Второй мировой войны была запатентована первая электрическая щетка. Вначале 70-х электрические щетки стали выпускаться с автономным источником питания, что позволяло, не зависимо от местонахождения, чистить зубы (рис. 5). [12]

Рисунок 5. Электрическая зубная щетка. [13]

Современные щетки значительно отличаются от своих прародителей: формой ручки, размерами, дизайном. Сегодня щетина щетки имеет закругленный конец, что позволяет наименьшим образом травмировать ткани ротовой полости.

Эволюция зубной щетки не знает пределов: первый патент на неё был получен еще в 1850 году, с тех пор каждый год появляются усовершенствованные модели. Разработаны ионизированные, двойные, щетки с отверстием, щетки, объединенные с тюбиком пасты, щетки, подключаемые к компьютеру и многие другие. [12]

На сегодняшний день существует 3 основных вида зубных щеток:

1). Механическая (мануальная) зубная щетка;

2). Электрическая зубная щетка;

3). Ультразвуковая зубная щетка; [14]

1. Механические (мануальные) зубные щетки состоят из ручки и рабочей части с расположенными на ней пучками щетинок. Отличаются формой, размерами ручек и рабочей части, расположение, густотой, длиной и качеством щетинок. (Рис. 6)

Рисунок 6. Механическая зубная щетка. [15]

Плюсы механических (мануальных) щеток:

1). Приемлемая цена;

2). Не нужно подбирать комплектующие детали (нет сменных насадок, батареек);

3). Небольшой вес;

Минусы механических (мануальных) щеток:

1). Необходимо владение хоть небольшими навыками правильной чистки зубов;

2). Требует большего времени на чистку зубов;

4). Невозможна замена отдельных частей, только полная утилизация; [14]

2. Электрическая зубная щетка состоит из корпуса, в котором расположен электродвигатель, дающий 3000 - 4000 оборотов в минуту, ручки и набора зубных щеток. Источником питания обычно служат пальчиковые батарейки, однако в ряде конструкций производится подзарядка из электросети. (Рис. 7)

Рисунок 7. Электрическая зубная щетка. [16]

Плюсы электрических зубных щеток:

1). Экономия времени и усилий при чистке;

2). Лучше очищает налет;

3). Благодаря пульсирующим движениям лучше борется с образованием зубного камня;

4). В большинстве новых моделей есть рычаг изменения скорости вращения головки зубной щетки, что позволяет настроить ее под себя;

Минусы электрических зубных щеток:

1). Электрическая щетка часто травмирует десны;

2). Высокая цена;

3). Не всегда удается быстро найти сменные насадки, не подходят части одной модели к другой;

4). Через какое-то время нарушается герметизация отсека для батарейки и возможно попадание туда воды. [14]

3. Ультразвуковая зубная щетка состоит из биметаллической пластины - источника ультразвука и USM-мотора - источника механических колебаний. В ультразвуковой зубной щетке используется мотор, в котором главным рабочим элементом является пьезоэлектрическая керамика, благодаря этому он способен преобразовать электрическую энергию в механическую. (Рис. 8)

Рисунок 8. Ультразвуковая щетка. [17]

Плюсы ультразвуковой зубной щетки:

1). Ультразвук не требует даже механического контакта с зубами, на расстоянии 5 мм он разбивает налет и делает это даже в дёсенных карманах, там же уничтожается и болезнетворная флора;

2). Можно чистить зубы без пасты;

3). В ряде случаев есть дополнительные насадки для отбеливания и снятия твердого зубного налета;

4). Обладает лечебным воздействием на воспаленные десны

Минусы ультразвуковой зубной щетки:

1). Большая цена;

2). Чистить ультразвуком не рекомендуется чаще трех раз в неделю, а значит понадобиться еще вариант подменной зубной щетки;

3). Не подходят тем, у кого есть имплантанты зубов или брекеты;

4). Не рекомендуется использование этого вида щеток больным с сердечной недостаточностью и вообще с проблемами с сердцем;

5). Большие габариты тяжелый вес; [14]

Форма зубной щетки во многом зависит от используемых материалов, из которых она состоит, изучим их подробно.

Приборы для личной гигиены человека требуют определенных мер безопасности. Необходимо использовать материалы и элементы, которые не смогут нанести вред здоровью человека. Для изготовления современных зубных щеток, как правило, используют ПЭТ.

ПЭТ (или ПЭТФ, полиэтилентерефталат) - это термопластичный полимер, являющийся самым распространенным среди полиэфиров. ПЭТ материал обладает прозрачностью, высокой прочностью, хорошей пластичностью (причем в нагретом состоянии, и в холодном), химической стойкостью. Данный материал поддается обработке сверлением, пилением, фрезерованием. Все свои характеристики ПЭТ материал сохраняет и при низких температурах, до - 40, и при высоких, до +75 градусов. Полиэтилентерефталат не растворим в воде и многих органических растворителях (рис. 9). [18]

Рисунок 9. Полиэтилентерефталат. [18]

Чтобы рукоятка зубной щетки, надежно держась в руке, на ручку щетки наносят в определенных местах TPR (термопластичная резина).

TPR (термопластичная резина) представляет собой смесь полимеров, которая обладает термопластическими свойствами. Термопластическая резина жестче, чем TPE, менее пористая, чем CyberSkin, но более пористая, чем силикон.

Из термопластической резины делают, например, ручки для велосипедов или игрушки для детей. Это абсолютно безопасный и нетоксичный материал (рис. 10). [19]

Рисунок 10. Термопластичная резина. [20]

Для изготовления щетины к зубным щеткам используют, как правило, волокна синтетического происхождения. Чаще всего применяют нейлон. [19]

2. Этапы проектирования эргономичной дорожной зубной щетки

2.1 Поиск концептуального решения и формообразования эргономичной дорожной зубной щетки

Поэтому проанализировав положительные и отрицательные характеристики данного варианта дорожной зубной щетки, была изменена форма и конструктивные особенности дорожной зубной щетки

Компактность, удобство и безопасность в использовании - именно этими параметрами должна обладать эргономичная дорожная зубная щетка.

Первоначальный вариант не обладал в полной мере данным параметрами. В связи с этим форма дорожной щетки была модернизирована.

Телескопический механизм был изменен на механический поршень. Тем самым мы смогли изменить форму рукоятки зубной щетки. (Приложение 1)

Ручка приобрела плавный изгиб со специальной выемкой для пальцев руки. Благодаря чему зубная щетка стала более надежно и комфортно держаться в руке во время чистки зубов. (Рис. 18)

Рисунок 18. Расположение зубной щетки в руке во время чистки зубов.

Принцип работы механического поршня, основывается на движение пластичной пластиковой ленты. С одного конца ленты прикреплен бегунок, который движется по специальному пазу. С другого конца лента имеет небольшой подиум. Подиум находится непосредственно в резервуаре с зубной пастой. Во время давления на бегунок происходит движение ленты вверх, и подиум выталкивает пасту из резервуара на щетину зубной щетки. (Приложение 2).

Принцип работы данного поршня можно рассмотреть на примере гигиенической помады. (Рис. 19).

Рисунок 19. Принцип работы гигиенической помады.

Рукоятка зубной щетки приобрела серповидную форму. Появился определенный изгиб, предназначенный для пальцев руки. Рукоятка стала более объемной и пластичной. Так же на корпусе зубной щетки есть специальные прорезиненные фаски. В связи этим рукоятка щетки комфортно и надежно располагается в руке, а также не скользит во время чистки зубов. (Рис. 20).

Рисунок 20. Корпус зубной щетки.

Небольшой порожек на рукоятке щетки, фиксирует пальцы. Рука надежно располагается в специальном для нее месте, что делает чистку зубов более безопасной и удобной. (Рис. 21,22).

Рисунок 21. Положение зубной щетки в руке во время чистки нижнего ряда зубов.

Рисунок 22. Положение зубной щетки в руке во время чистки верхнего ряда зубов.

Съемную насадку со щетиной и внутренний резервуар для пасты можно легко промывать благодаря специальным отверстиям.

На рукоятке присутствует мерная шкала, с помощью которой можно рассчитать необходимый объем пасты на определенное время.

Так же был изменен колпачок, защищающий щетину зубной щетки. Он щетки стал несъемный, что исключает его потерю в дороге.

Колпачок имеет пластичную форму в виде прямоугольника со сглаженными углами. Верхняя грань у колпачка закрывается пластмассовой лентой. Колпачок закрывает всю поверхность щетины, поэтому он надежно защищает чистящую поверхность от внешних загрязнений.

Принцип работы колпачка основывается на реечном механизме. На головке зубной щетке вдоль щетины находятся пазы, в которых находятся рейки. Колпачок движется по рейкам, открывая и закрывая щетину. Во время чистки зубов колпачок делает круговое поднятие наверх и опускается по рейкам вдоль щетины вниз. Он ложится по форме головки щетки. После чистки зубов проделываются те же манипуляции в обратном порядке. (Приложение 3).

Данный вариант щетки имеет многофункциональную конструкцию и небольшие габариты, что являются положительными характеристиками эргономичной дорожной зубной щетки. Форму разных вариантов зубных щеток со всеми изгибами и плавными переходами набиралась пластилином, так как этот материал является наиболее оптимальным для создания макетов подобных изделий. Изначально была набрана основная масса, из которой впоследствии и были вытянуты все необходимые пластические элементы.

На следующем этапе создания изделия макет из пластилина было шпаклевка поверхности, а так же выравнивание задуманной формы. Все переходы формы при этом были сохранены. Последний этап заключался в окончательной отделке изделия и покрытие макета акриловой краской. (Рис. 23)

Рисунок 23. Макет дорожной зубной щетки.

Готовый макет подвергся ряду проверок на имеющиеся эргономические свойства:

1). Удобство рукоятки зубной щетки. Рукоятка комфортно располагается в руке, не вызывает дискомфорта в процессе чистки зубов;

2). Безопасность в эксплуатации. Прорезиненный корпус не дает скользить руке во время чистки зубов, а также попадать воде в корпус щетки;

3). Небольшие габариты;

4). Удобное хранение. Надежный несъемный футляр защитит чистящую поверхность от загрязнений;

5). Небольшой вес;

6). Удобный механизм подачи пасты;

6). Рабочая часть (головка щетки со щетиной) правильной формы и размера;

7). Все требования к зубным щеткам соблюдены;

Заключение