基于TRIZ理論的牙刷發展分析

宋鈺+趙新軍

1 引言

牙刷作為一種清潔牙齒的工具，陪伴著我們每個早晨和夜晚。在全美的一項調查中，牙刷甚至超越了汽車和電腦，成為了人類最有用的發明。有記載的護牙歷史可以追溯到原始社會，可以說，口腔健康和牙齒保健問題一直受到人們的關注。本文以牙刷發展的重大階段、主要產品和TRIZ理論相結合，進一步探討牙刷在人類生活中所扮演的重要角色和未來發展趨勢，為該產品的研究貢獻有價值的理論資料。

2 牙刷的分類和基本工作原理

2.1牙刷的分類

牙刷，顧名思義就是一種清潔牙齒的刷子，一般人們會配合使用牙膏以進行更徹底的清潔。牙刷主要有四個部分組成：刷頭、刷頸、刷柄和刷毛。

按照刷頭的形狀可以將牙刷大致分為三類：較容易深入口腔內部的鉆石頭形刷頭、能有效清潔牙齒每一個表面的方形刷頭和更適合口腔人體工學的圓形或橢圓形刷頭。同時筆者注意到，如今的牙刷已經不僅僅局限于以上幾種形狀，而是進行不同形狀的組合，以達到最好的清潔效果。

刷柄按照形狀可分為直柄和彎柄，按功能可分為彈性手柄和防滑手柄。設計良好的刷柄主要有三個功能：避免因牙刷壓在牙齦上的力度過大而令牙齦受損，避免使用時牙刷滑落，以及使用方便省力。

刷毛的設計一直是生產廠家的關注焦點，從最初彈性良好，質地優良的杜邦絲，到如今各式新材料如納米絲，可以說刷毛經歷了一場場革命式的改變。在刷毛的質地一直改進的同時，它與牙齒的接觸面形式保持著相對的穩定：波浪型、V型和平整型。平整型（如圖1）是牙刷最初的設計，波浪型（如圖2）可以在牙齒之間更好的接觸，增加摩擦力，清潔更徹底。

此外，牙刷的另一個重要分類依據是它的驅動方式。大多數的牙刷還是手動，由使用者自主操縱刷柄，使刷毛和牙齒之間產生摩擦，達到清潔牙齒的效果。自從第一支電動牙刷問世以來，與普通牙刷相比，清潔效果更為科學有效的電動牙刷立即走入了千家萬戶。電動牙刷可以清除牙菌斑、減少牙齦炎、牙周病和牙齦出血等口腔疾病，這也是目前歐美許多國家普遍流行的日用品。

2.2電動牙刷和超聲波牙刷的基本工作原理

電動牙刷通過電動機芯的快速旋轉或震動，使刷頭產生高頻震動，瞬間將牙膏分解成細微泡沫，深入清潔牙縫；與此同時，刷毛的顫動能促進口腔的血液循環，對牙齦組織有按摩效果。

從原理上分，電動牙刷有兩大類：旋轉與振動。旋轉類的牙刷原理簡單，就是電動機驅動圓形刷頭旋轉，在執行普通刷牙動作的同時加強摩擦效果。旋轉類的牙刷噪音大，牙面清洗很干凈，牙縫清洗相對較弱，但對牙齒磨損大，不建議長期使用。振動類型的牙刷更復雜，從價格上來看也更高端。振動類型的牙刷內部有一個電驅動的振動電機，能讓刷頭產生垂直于刷柄方向的高頻擺動，但擺動的幅度很小，一般為上下各5毫米左右，行業最大的擺幅是6毫米。刷牙的時候一方面高頻擺動的刷頭能高效完成洗刷牙齒的動作，另一方面超過30000次/分鐘的振動也讓口腔里的牙膏和水的混合物產生大量微小的氣泡，氣泡爆裂時產生的壓力可以深入牙縫清潔污垢。

超聲波牙刷是指刷頭的振動頻率與聲波頻率一致或者相近，因此也叫聲波振動牙刷。并非字面意思理解的用"聲波"來刷牙，只是類似于聲波振動頻率的刷毛快速運動創造了超越傳統手動牙刷近100倍的超強清潔效果。

超聲波牙刷是利用超聲波能量在牙周的空化效應達到清除牙周的病菌和不潔物的，其清潔范圍能覆蓋牙周各個部位。超聲波能量通過刷頭的刷毛傳遞到牙齒和牙齦表面：一方面松動菌斑、牙垢和細小的牙石和牙齒的粘合，破壞細菌在齦袋及牙面各隱藏處里的寄生繁殖；同時，通過觸及牙齦的刷毛傳遞到牙齦表面的超聲波能量進一步滲透到牙齦內部，作用于細胞膜后，加速血液循環，促進新陳代謝，可抑制牙肉炎癥和牙齦出血，防止牙齦萎縮。

3 牙刷的發展歷程

原始的人類使用草桿清潔牙齒，草桿當中含有大量堅硬的微小硅石顆粒，可以提供研磨牙齒的清潔功效。世界上許多古老文明都有悠久的護牙文化，比如在公元前3000年，蘇美人烏爾城邦的國王墓穴中就曾發現過清理口腔用的最早工具——牙棒（如圖3），一支能用上兩個星期。在古希臘和羅馬時代人們用動物骨灰做牙粉清理口腔，還有些原始部落用木炭、鹽水、細砂、樹枝來清理牙齒。

中國人在2000多年前就已經知道保護牙齒的重要性了。秦漢時期民間就有“晨漱不如夜漱，此善于養齒者”的說法，大意就是通過漱口的方式來護理牙齒，當時，漱口用的水一般多為鹽水、茶水和藥水。《紅樓夢》里賈寶玉每天清晨都有用鹽擦牙的習慣，蘇軾也用濃茶來當做漱口水。晚唐時期，人們把楊柳枝泡在水里，要用的時候，用牙齒咬開楊柳枝，里面的楊柳纖維就會支出來，好像細小的木梳齒，很方便的牙刷（如圖4）。古語“晨嚼齒木”就是這個來源。到了元朝，元代社會上層人物用牙刷，一般人還是用柳枝，和中草藥研制成的揩齒粉末刷牙。當時的牙刷主要是用骨、角、竹、木等材料，在頭部鉆毛孔兩行，在孔上植入馬尾，這就是牙刷的雛形之一馬尾牙刷了（如圖5）。

歐洲公認的第一把批量生產的牙刷是由英國人William Addis在1780年制造的。他在1770年因一場騷亂而被判入獄，他在獄中沒有荒度人生，而是嘗試了很多方法來清潔牙齒——包括用破布蘸著煙塵和鹽來回摩擦牙齒，制成了一種“乞丐版”牙刷。雖然英國人很早就開始工業化生產牙刷，但世界上第一個關于牙刷的專利（如圖6）是由美國人H. N. Wadsworth于1857年獲得的（美國專利號18653）。1938年，杜邦公司推出了第一個尼龍制成的牙刷，尼龍是一種合成纖維，擁有許多優點。而美國真正開始大規模生產牙刷則是在1885年。而第一把電動牙刷Broxodent則是由瑞士人在1954年發明。

4 基于TRIZ理論的牙刷發展分析

以最初期的通用型牙刷（如圖7）為雛形，針對不同的消費群體，牙刷的發展主要有以下五個發展方向：增強清潔效果、增強趣味性、增強便攜性、簡化使用和更加環保。以下將就這五個發展方向結合TRIZ理論和發展過程中涌現的產品進行具體的介紹和分析。endprint

4.1增強清潔效果

隨著生活水平的提高，人們逐漸認識到了口腔健康的重要性，對牙刷的清潔效果有了更高的要求，由此推動了材質和造型等方面的改良，以增強牙刷的清潔效果。比如運用了組合原理和反向原理的電動牙刷和超聲波牙刷，一改傳統的人力操控，利用震動等以達到更有效的清潔。再比如利用了替代機械系統原理和復合材料原理的納米牙刷和磁性保健牙刷，使得牙齒的清潔不僅僅依靠于牙膏的成分和牙刷的摩擦，而是通過特殊材料的使用達到殺菌美白等功能。

4.2增強趣味性

針對兒童的牙刷改良主要體現在趣味性上，對于幼兒來說刷牙并不是一個享受的過程，因此增加牙刷的趣味性能夠幫助發育期的兒童保護牙齒并且養成刷牙的習慣。利用了TRIZ理論中的組合原理，通過附加功能達到吸引兒童的目的。比如能吹泡泡的牙刷（如圖8.1）、會唱歌的牙刷（如圖8.2）、能玩游戲的牙刷（如圖8.3）等。對于那些使用牙刷可能會產生危險或沒有足夠能力抓握的幼小兒童，指套式牙刷（如圖8.4）可以很好的幫忙，它利用了分離原理，將物體（牙刷）中的關鍵部分（刷頭）挑選和分離出來，在實現功能的基礎上保證了兒童的安全。

4.3增強便攜性

牙刷的便攜性是差旅人士和旅行達人在選購牙刷時非常關注的一個因素，針對于此，利于攜帶、方便使用的一系列牙刷如折疊伸縮牙刷、一次性牙刷應運而生。折疊伸縮牙刷應用了TRIZ理論中的分割原理，使物體分成容易組成和拆卸的部分，在保證清潔功能的前提下，減少了占用空間，極大提高了便攜性。一次性牙刷應用了TRIZ理論中的低成本不耐用的物品代替昂貴耐用的物體原理，這也被大多數酒店和旅館所應用。

4.4簡化使用

歷史上的許多發明都是懶人的發明，牙刷的發展也不例外。簡化牙刷的使用也是設計者在爭奪市場份額時要考慮的因素之一。例如運用了局部質量原則的噴泉式牙刷（如圖9），使組成物體的不同成分組成不同功能，使用者在刷牙后，可以同時清潔牙刷和進行漱口。再例如運用預補償原理和自服務原理的一體化牙刷，將牙膏藏在刷柄中，這樣消費者不必再費心準備牙刷，這在差旅中尤為方便。

4.5更加環保

隨著公眾對于環境保護的日益關注，牙刷的環保性也在設計過程中納入了考慮。牙刷并不是一種耐用品，平均三個月就要更換一次，因此牙刷的消耗量是非常巨大的。如今市場上的許多牙刷都應用易于降解和能夠循環使用的材料制成，或者直接應用天然材料如竹制牙刷（圖10）。

5 牙刷發展趨勢的預測

對牙刷行業而言，消費者的購買傾向受到不斷萌生的新技術影響。關于牙刷的專利已經大批量出現，如果這些新技術可以投入到生產中，牙刷產業勢必要進行一場革命。放眼世界，隨著人口的增加和人們對于牙齒健康的重視程度越來越高，牙刷的消費量也呈現上升趨勢。

消費者對于牙刷的需求主要體現在以下五個方面：

（1）牙刷整體造型設計更貼合手部曲線，和人的動作達到更好的配合。

（2）刷毛選用的材料和刷毛排列的科學合理的設計。

（3）更高的耐磨性能與優化設計方案相結合。

（4）可以適應不同年齡、不同層次的消費者。

（5）產品從裝飾性逐步向注重功能性、臨床效果方向發展，設計更加科學。

6 結論

縱觀牙刷的發展歷史，可以發現牙刷的更新換代呈現加速的趨勢，從第一支工業牙刷到第一支電動牙刷跨越了170余年，而從電動牙刷走入市場到多種驅動方式的牙刷的蓬勃發展只花費了短短幾十載。因此，在未來牙刷的發展中，不斷的技術革新將是企業能夠在同行中受到矚目、掌握市場動向的關鍵因素。

其次，一個更好牙刷品牌要進入國際市場，占據更大的市場份額和俘獲更多的消費者，沒有品質是行不通的。同時品質又直指價位，唯有好的品質，才能賣到好價錢。因此，牙刷的品質將越來越高，更好地為人們日常生活服務。

最后，我們生活在多元化的社會中，人們的生活習慣、文化內涵和性格喜好都有所不同，怎樣針對不同人群設計不同款的牙刷，甚至實現私人定制來幫助消費者突出個性，將是未來牙刷發展的一大趨勢。

責編/馬銘陽endprint