閆一梵　余浩　陳進(jìn)松　張世杰　陳樸　何星雨　陳紅

摘要：刷牙是人們?nèi)粘Ｉ钪斜３挚谇恍l(wèi)生最主要的手段，因口腔健康衛(wèi)生認(rèn)知不足，人們常誤認(rèn)為加重刷牙時(shí)的用力可以提高清潔牙齒的效果。殊不知刷牙時(shí)用力越大，對(duì)牙齒硬組織的損傷也會(huì)越嚴(yán)重。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)牙刷不具備調(diào)節(jié)刷牙力度和自我清潔的能力。鑒于此，我們利用TRIZ理論提出了減力緩沖替換式牙刷。將刷頭和刷柄分開，在兩者之間增加減力緩沖裝置，減少了對(duì)口腔軟硬組織的損傷，也減少了更換牙刷時(shí)的材料浪費(fèi)。同時(shí)在刷毛中添加抗菌劑，使牙刷具備一定的抗菌清潔能力。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論;牙刷;緩沖;硬組織損傷

一、問題的提出

刷牙是人們?nèi)粘Ｉ钪斜３挚谇恍l(wèi)生最主要的手段。牙刷的作用是通過摩擦去除附著在牙齒及修復(fù)體表面的菌斑和微生物。生活中，人們常誤認(rèn)為加大刷牙時(shí)的力度可以提高牙齒的清潔效率，卻不知用力過大會(huì)造成牙齒硬組織的損傷，引發(fā)牙體楔狀缺損和牙齦軟組織萎縮等口腔組織疾病。而人群在口腔衛(wèi)生保健宣傳引導(dǎo)不足的情況下，很難判斷自己刷牙的力度是否合適。同時(shí)，牙刷使用后，刷毛上會(huì)黏附菌斑和微生物，如果不能及時(shí)清潔，菌斑和微生物會(huì)在刷毛表面大量繁殖并引起異味，對(duì)保持口腔健康十分不利。使用一段時(shí)間后，普通牙刷的刷毛因?yàn)榱W(xué)性能改變發(fā)生傾倒、飛邊等情況，造成清潔牙齒效果下降、損傷牙齦組織等問題。解決這個(gè)問題的辦法就是及時(shí)更換新的牙刷，但頻繁更換牙刷又會(huì)造成材料的浪費(fèi)。

為解決普通牙刷存在的以上問題，筆者希望設(shè)計(jì)一種減力緩沖替換式的牙刷，且牙刷必須包含以下幾種功能或優(yōu)點(diǎn)：（1）可以將刷牙的力量控制在一定范圍內(nèi);（2）可以減少因更換牙刷而產(chǎn)生的浪費(fèi);（3）具備一定的自我清潔或抗菌能力;（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長。

二、基于TRIZ原理的問題分析

利用TRIZ理論分析問題的流程：在經(jīng)典TRIZ理論中，需要將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為問題的模型，然后利用TRIZ中解決問題的工具找到解決方案的模型，最后將解決方案的模型轉(zhuǎn)化為具體的解決方案。TRIZ問題的模型包括技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場(chǎng)模型以及功能化模型（How to）等。技術(shù)矛盾是指技術(shù)系統(tǒng)中兩個(gè)參數(shù)之間存在相互制約[1]。物場(chǎng)模型是指最簡(jiǎn)單的完整工程系統(tǒng)，必須具備三個(gè)要素：兩個(gè)物質(zhì)和一個(gè)場(chǎng)。兩個(gè)物質(zhì)之間還必須有某種作用。物理矛盾是指同一個(gè)參數(shù)具有相反且合乎情理的需求。而現(xiàn)代TRIZ理論中引入了對(duì)問題模型的分析工具，如功能分析、因果鏈分析等。功能分析是一種識(shí)別系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的功能、特點(diǎn)及其成本的分析工具。因果鏈分析是一種識(shí)別分析工程系統(tǒng)的關(guān)鍵缺點(diǎn)的分析工具。

（一）功能分析

對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行功能分析，確定工程系統(tǒng)為牙刷。

（二）因果鏈分析

確定初始缺點(diǎn)后逐層尋找直接缺點(diǎn)，找到關(guān)鍵缺點(diǎn)11、關(guān)鍵缺點(diǎn)：1.1.1.1和關(guān)鍵缺點(diǎn)1.1.1.4，分別轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵問題1：如果控制刷牙的力度;關(guān)鍵問題2：如何不讓牙菌斑黏附刷毛;關(guān)鍵問題3：如何減少更換牙刷的浪費(fèi)。并利用TRIZ分析工具對(duì)其進(jìn)一步分析，尋找解決方案。

（三）技術(shù)矛盾

關(guān)鍵問題1：如果控制刷牙的力度

針對(duì)過大的刷牙力量造成口腔軟硬組織損傷的問題，一方面可以提高人群的口腔衛(wèi)生保健宣教力度，倡導(dǎo)健康的刷牙方法;另一方面，我們考慮設(shè)計(jì)一種可以調(diào)節(jié)力度的牙刷。

首先，我們運(yùn)用TRIZ問題模型對(duì)這個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行分析。技術(shù)矛盾1：如果減小刷牙時(shí)的力度，那么會(huì)減少對(duì)牙齒軟硬組織的損傷，但是會(huì)減低牙菌斑的清潔效率。為了驗(yàn)證我們描述的是否正確，我們采用技術(shù)矛盾2來再次描述：如果增大刷牙時(shí)的力度，那么會(huì)增加對(duì)牙齒軟硬組織的損傷，但是會(huì)提高清潔牙菌斑的效率。技術(shù)矛盾1中，改善的參數(shù)為“對(duì)牙齒硬組織的損傷”，惡化的參數(shù)為“牙菌斑的清潔效率”，分別與技術(shù)矛盾2中的惡化參數(shù)和改善參數(shù)相對(duì)應(yīng)，從而驗(yàn)證了我們描述的正確性。然后，將“對(duì)牙齒硬組織的損傷”和“牙菌斑的清潔效率”兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為39個(gè)通用工程參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)“物體產(chǎn)生的有害因素”和“效率”。通過矛盾矩陣找到發(fā)明原理5（組合）、發(fā)明原理19（周期性作用）、發(fā)明原理24（中介物）和發(fā)明原理28（機(jī)械系統(tǒng)替代）。

我們根據(jù)發(fā)明原理28（機(jī)械系統(tǒng)替代）C：“用運(yùn)動(dòng)場(chǎng)代替靜止場(chǎng)”的指引，在刷毛與刷頭之間設(shè)計(jì)減力緩沖裝置，同時(shí)添加U型緩沖墊。刷牙時(shí)，力量由刷柄傳遞至刷頭，經(jīng)過減力緩沖裝置時(shí)，緩沖掉部分力度，從而將刷柄傳導(dǎo)過來過大的力控制在一個(gè)正常區(qū)間范圍值內(nèi)，再傳遞給刷頭。保證刷毛施加給口腔軟硬組織的力度適當(dāng)，減少傷害。從而解決了功率與靜止物體的體積之間的矛盾。

（四）物場(chǎng)模型

關(guān)鍵問題2：如何不讓牙菌斑黏附刷毛

牙刷使用后需要良好的自身清潔，否則會(huì)因附著在刷毛上的菌斑微生物大量繁殖而產(chǎn)生異味。針對(duì)此關(guān)鍵問題，我們將其轉(zhuǎn)化為“物場(chǎng)模型”進(jìn)行分析。S1為刷毛，S2為牙菌斑，F(xiàn)為機(jī)械場(chǎng)。S2對(duì)S1產(chǎn)生粘附作用，屬于是“有害作用”[4]，確認(rèn)模型符合“有問題的物場(chǎng)模型”。根據(jù)“物場(chǎng)模型”第一類標(biāo)準(zhǔn)解：拆解物場(chǎng)模型。嘗試在系統(tǒng)中增加一個(gè)S3或F2來解決此問題。最終，我們?cè)谙到y(tǒng)中添加一個(gè)F2：化學(xué)場(chǎng)，即在刷毛中添加銀系無機(jī)抗菌劑[2]。在牙菌斑對(duì)刷毛產(chǎn)生黏附時(shí)，可以起到抑制菌斑微生物在刷毛表面繁殖、矯正味道、保持清潔的作用。

（五）物理矛盾

關(guān)鍵問題3：如何減少更換牙刷的浪費(fèi)

牙刷使用1至3個(gè)月后需要更換，如果全部更換會(huì)造成經(jīng)濟(jì)和資源上的浪費(fèi)。我們通過“物理矛盾”對(duì)此關(guān)鍵問題分析：“牙刷需要及時(shí)更換，因?yàn)榭梢员３挚谇恍l(wèi)生健康;但是，牙刷不需要及時(shí)更換，因?yàn)榭梢詼p少材料浪費(fèi)?！备鶕?jù)解決物理矛盾的方法：（1）分離矛盾需求，我們嘗試進(jìn)行“基于空間的分離”，發(fā)現(xiàn)需要及時(shí)更換的是刷毛部分，而刷柄部分不需要及時(shí)更換。因此，確定此關(guān)鍵問題可以使用“空間分離”的辦法來解決。我們采用發(fā)明原理1（分割），將易粘附菌斑微生物的刷頭與不易黏附菌斑微生物的刷柄分開，更換牙刷時(shí)僅需更換刷頭即可，從而解決了更換牙刷與資源浪費(fèi)之間的矛盾。

（六）技術(shù)方案及評(píng)價(jià)

減力緩沖裝置+抑菌清潔功能+刷頭刷柄分體式結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)易減力緩沖裝置中的組件包括：減力彈簧、緩沖彈片、定位凹槽等[3]。刷柄連接刷頭的一端中部開設(shè)有截面呈倒T型的空腔，空腔由徑向腔以及連通徑向腔和外界的軸向腔構(gòu)成;減力彈簧的一端軸向固定于徑向腔內(nèi)底壁中部，減力彈簧的另一端沿軸向腔伸出空腔;刷頭連接刷柄的一端中部開設(shè)有定位凹槽，減力彈簧伸出空腔的一端可拆卸地連接與定位凹槽內(nèi)的底壁;緩沖彈片設(shè)置有兩片，并呈八字形對(duì)稱設(shè)置，兩片緩沖彈片的收口端分別固定于定位凹槽對(duì)應(yīng)刷頭的刷毛面和刷背面的兩側(cè)內(nèi)壁，闊口端沿軸向腔軸向伸入徑向腔內(nèi)。通過以上各組件之間的相互作用，不僅能在刷牙時(shí)起到減力緩沖作用，還能增加刷頭與刷柄的穩(wěn)定性。

最終確定方案：如圖所示。利用TRIZ原理將刷頭與刷柄設(shè)計(jì)成分體式結(jié)構(gòu)，在兩者之間設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易減力緩沖裝置，并添加U型緩沖墊。當(dāng)患者用力過大時(shí)，會(huì)緩沖裝置抵消掉一部分，進(jìn)而輔助患者養(yǎng)成良好的刷牙習(xí)慣。在刷毛的原料中添加抗菌劑的同時(shí)，還可以適當(dāng)添加各種口味的矯味劑，以滿足客戶需求的多樣性。外包裝采用鋁制盒具，方便日常高溫消毒和攜帶。

三、結(jié)語

運(yùn)用TRIZ理論，在設(shè)計(jì)過程中打破了固有的思維定式，有效地降低了研發(fā)的時(shí)間、人力成本。通過功能分析對(duì)系統(tǒng)組件進(jìn)行相互作用評(píng)價(jià)及分析，通過“因果鏈”尋找關(guān)鍵問題。運(yùn)用“技術(shù)矛盾”“物理矛盾”等方法分析關(guān)鍵問題，對(duì)應(yīng)矛盾矩陣的“40個(gè)發(fā)明原理”拓展解決問題的思路。

新系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)易減力緩沖裝置各個(gè)組件之間的相互作用，可以緩沖掉刷牙中過大的力量，不但解決了刷牙中對(duì)口腔軟硬組織損傷的問題，提高了牙刷的健康衛(wèi)生，還減少了材料的浪費(fèi)。

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[3]陳進(jìn)松.一種替換式刷頭減力緩沖牙刷：CN20201095 3676.8[P].20201204.

[4]孫永偉.TRIZ——打開創(chuàng)新之門的金鑰匙（八）[J].家電科技，2013（11）：2425.

基金項(xiàng)目：全國高等教育教學(xué)改革研究課題項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018HER01109）;重慶市高等職業(yè)技術(shù)教育研究會(huì)高等教育科學(xué)研究課題項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：GY201063）

*通訊作者：閆一梵（1990—），女，漢族，口腔醫(yī)學(xué)碩士，MATRIZ國際二級(jí)認(rèn)證專家，一級(jí)創(chuàng)新咨詢師，研究方向：牙周黏膜病及義齒修復(fù)。