科技风2021年4月
D01：10.19392/jki.1671-7341.202112002基于TRIZ理论的一种减力缓冲替换式牙刷闫一梵1!2!余浩1!2陈进松2张世杰2陈朴2何星雨2陈红2 #重庆三峡医药高等专科学校医学技术学院重庆40'20；2.重庆三峡医药高等专科学校临床医学院重庆404120
摘要：刷牙是人们日常生活中保持口腔卫生最主要的手段，因口腔健康卫生认知不足，人们常误认为加重刷牙时的用力可以提高清洁牙齿的效果。殊不知刷牙时用力越大，对牙齿硬组织的损伤也会越严重。目前市场上的大多数牙刷不具备调节刷牙力度和自我清洁的能力。鉴于此，我们利用TRIZ理论提出了减力缓冲替换式牙刷。将刷头和刷柄分开，在两者之间增加减力缓冲装置，减少了对口腔软硬组织的损伤，也减少了更换牙刷时的材料浪费。同时在刷毛中添加抗菌剂，使牙刷具备一定的抗菌清洁能力。 关键词：TRIZ理论；牙刷；缓冲；硬组织损伤
一、问题的提出
刷牙是人们日常生活中保持口腔卫生最主要的手段。牙刷的作用是通过摩擦去除附着在牙齿及修复体表面的菌斑和微生物。生活中，人们常误认为加大刷牙时的力度可以提高牙齿的清洁效率，却不知用力过
大会造成牙齿硬组织的损伤，引发牙体楔状缺损和牙龈软组织萎缩等口腔组织疾病#而人在口腔卫生保健宣传引导不足的情况下，很难判断自己刷牙的力度是否合适。同时，牙刷使用后，刷毛上会黏附菌斑和微生物，如果不能及时清洁，菌斑和微生物会在刷毛表面大量繁殖并引起异味，对保持口腔健康十分不利。使用一段时间后，普通牙刷的刷毛因为力学性能改变发生倾倒、飞边等情况，造成清洁牙齿效果下降、损伤牙龈组织等问题。解决这个问题的办法就是及时更换新的牙刷，但频繁更换牙刷又会造成材料的浪费。
为解决普通牙刷存在的以上问题，笔者希望设计一种减力缓冲替换式的牙刷，且牙刷必须包含以下几种功能或优点：（1）可以将刷牙的力量控制在一定范围内；％2）可以减少 因更换牙刷而产生的浪费；（3）具备一定的自我清洁或抗菌能力；（4）结构简单，使用寿命长。
二、基于TRIZ原理的问题分析
利用TRIZ理论分析问题的流程：在经典TRIZ理论中，需要将实际问题转化为问题的模型，然后利用TRIZ中解决问题的工具到解决方案的模型，最后将解决方案的模型转化为具体的解决方案。TRIZ问题的模型包括技术矛盾、物理矛盾、物-场模型以及功能化模型（How to）等。技术矛盾是指技术系统中两个参数之间存在相互制约⑴#物-场模型是指最简单的完整工程系统，必须具备三个要素：两个物质和一个场。两个物质之间还必须有某种作用。物理矛盾是指同一个参数具有相反且合乎情理的需求。
而现代TRIZ理论中引入了对问题模型的分析工具，如功能分析、因果链分析等。功能分析是一种识别系统和超系统组件的功能、特点及其成本的分析工具。因果链分析是一种识别分析工程系统的关键缺点的分析工具。
（一）功能分析
对实际问题进行功能分析，确定工程系统为牙刷。
表1牙刷工程系统组件分析
工程系统系统组件超系统组件
牙刷
刷毛手
刷头牙齿
刷柄口腔软组织
牙菌斑
表2牙刷工程系统相互作用分析
95202272
组件刷毛刷头刷柄手牙齿口腔软组织牙菌斑刷毛X++++
刷头+X++
刷柄++
手+X
牙齿+X++
口腔软组织++++
牙菌斑+++
表3牙刷工程系统的功能表
功能等级性能水平总分
刷毛
去除牙菌斑基本功能正常
5摩擦牙齿附加功能过量
摩擦口腔软组织附加功能过量
刷头
支持刷毛辅助功能正常
1撞击口腔软组织有害功能
刷柄
支撑刷头辅助功能正常1
手
支撑刷柄辅助功能过量3
（二）因果链分析
确定初始缺点后逐层寻直接缺点，到关键缺点1】、关键缺点：1111和关键缺点1-1-1-4，分别转化为关键问
3
题1：如果控制刷牙的力度；关键问题2：如何不让牙菌斑黏附刷毛；关键问题3：如何减少更换牙刷的浪费。并利用TRIP分析工具对其进一步分析，寻解决方案。
I0.牙刷损伤口腔软碇组织
■And.
11.刷毛给软硬组织的力犬 2.口腔软硬组织不耐磨、不耐损伤直插led灯珠
t t t
1 1.1刷牙用力过大| 2.1牙龈角质层薄|2.2牙齿不够坚砸|
口腔卫生宣教不足1.1.1清洁效果差
And t人
1.1.1.1牙菌斑粘|1.1.1.2刷牙方法不对||1.1.1.3力度控制不好||1.1.1.4刷毛飞边|
附力大
t t t t
1.1.1.
2.1|1.1.1.
3.1无反馈机制|1.1.1.3.2缺乏训练||1.1.1.
4.1力学性能改变|
图1因果链分析
（三）技术矛盾
关键问题1：如果控制刷牙的力度
针对过大的刷牙力量造成口腔软硬组织损伤的问题，一方面可以提高人的口腔卫生保健宣教力度，倡导健康的刷牙方法；另一方面，我们考虑设计一种可以调节力度的牙刷。
首先，我们运用trip问题模型对这个关键问题进行分析。技术矛盾-1：如果减小刷牙时的力度，那么会减少对牙齿软硬组织的损伤，但是会减低牙菌斑的清洁效率。为了验证我们描述的是否正确，我们采用技术矛盾2来再次描述：如果增大刷牙时的力度，那么会增加对牙齿软硬组织的损伤，但是会提高清洁牙菌斑的效率。技术矛盾-中，改善的参数为“对牙齿硬组织的损伤”，恶化的参数为“牙菌斑的清洁效率”，分别与技术矛盾-中的恶化参数和改善参数相对应，从而验证了我们描述的正确性。然后，将“对牙齿硬组织的损伤”和“牙菌斑的清洁效率”两个参数转化为39个通用工程参数，分别对应“物体产生的有害因素”和“效率”。通过矛盾矩阵到发明原理5（组合）、发明原理19（周期性作用）、发明原理24（中介物）和发明原理28（机械系统替代）#我们根据发明原理28（机械系统替代）C:“用运动场代替静止场”的指引，在刷毛与刷头之间设计减力缓冲装置，同时添加I型缓冲垫。刷牙时，力量由刷柄传递至刷头，经过减力缓冲装置时，缓冲掉部分力度，从而将刷柄传导过来过大的力控制在一个正常区间范围值内，再传递给刷头。保证 刷毛施加给口腔软硬组织的力度适当，减少伤害。从而解决了功率与静止物体的体积之间的矛盾。
（四）物-场模型
关键问题2：如何不让牙菌斑黏附刷毛
牙刷使用后需要良好的自身清洁，否则会因附着在刷毛上的菌斑微生物大量繁殖而产生异味。针对此关键问题，我们将其转化为“物-场模型”进行分析。S1为刷毛,S2为牙菌斑,F为机械场。S2对S1产生粘附作用，属于是“有害作用”（4］，确认模型符合“有问题的物-场模型”。根据“物-场模型”第一类标准解：拆解物-场模型。尝试在系统中增加一个S3或F2来解决此问题。最终，我们在系统中添加一个F2：化学场，即在刷毛中添加银系无机抗菌剂⑵#在牙菌斑对刷毛产生黏附时，可以起到抑制菌斑微生物在刷毛表面繁殖、矫正味道、保持清洁的作用。
（五）物理矛盾
关键问题3：如何减少更换牙刷的浪费
牙刷使用1至3个月后需要更换，如果全部更换会造成经济和资源上的浪费。我们通过“物理矛盾”对此关键问题分析:“牙刷需要及时更换，因为可以保持口腔卫生健康；但是，牙刷不需要及时更换，因为可以减少材料浪费。”根据解决物理矛盾的方法:（1）分离矛盾需求，我们尝试进行“基于空间的分离”，发现需要及时更换的是刷毛部分，而刷柄部分不需要及时更换。因此，确定此关键问题可以使用“空间分离”的办法来解决。我们采用发明原理1（分割），将易粘附菌斑微生物的刷头与不易黏附菌斑微生物的刷柄分开，更换牙刷时仅需更换刷头即可，从而解决了更换牙刷与资源浪费之间的矛盾。
（六）技术方案及评价可信的密封黏胶条
减力缓冲装置+抑菌清洁功能+刷头刷柄分体式结构。简易减力缓冲装置中的组件包括：减力弹簧、缓冲弹片、定位凹槽等⑶#刷柄连接刷头的一端中部开设有截面呈倒T型的空腔，空腔由径向腔以及连通径向腔和外界的轴向腔构成；减力弹簧的一端轴向固定于径向腔内底壁中部，减力弹簧的另一端沿轴向腔伸出空腔；刷头连接刷柄的一端中部开设有定位凹槽，减力弹簧伸出空腔的一端可拆卸地连接与定位凹槽内的底壁；缓冲弹片设置有两片，并呈八字形对称设置，两片缓冲弹片的收口端分别固定于定位凹槽对应刷头的刷毛面和刷背面的两侧内壁，阔口端沿轴向腔轴向伸入径向腔内。通过以上各组件之间的相互作用，不仅能在刷牙时起到减力缓冲作用，还能增加刷头与刷柄的稳定性。
最终确定方案：如图所示。利用trip原理将刷头与刷柄设计成分体式结构，在两者之间设计一个简易减力缓冲装置，并添加I型缓冲垫。当患者用力过大时，会缓冲装置抵消掉一部分，进而辅助患者养成良好的刷牙习惯。在刷毛的原料中添加抗菌剂的同时，还可以适当添加各种口味的矫味剂，以满足客户需求的多样性。外包装采用铝制盒具，方便日常高温消毒和携带。
图2整体设计图图3减力缓冲装置
（下转第26页）
4
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(上接第4页)
三、结语
运用TRIP理论，在设计过程中打破了固有的思维定式，有效地降低了研发的时间、人力成本。通过功能分析对系统组件进行相互作用评价及分析，通过“因果链”寻关键问题。运用“技术矛盾”“物理矛盾”等方法分析关键问题，对应矛盾矩阵的“40个发明原理”拓展解决问题的思路。
新系统应用简易减力缓冲装置各个组件之间的相互作用，可以缓冲掉刷牙中过大的力量，不但解决了刷牙中对口腔软硬组织损伤的问题，提高了牙刷的健康卫生，还减少了材料的浪费。
参考文献：
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(上接第10页)
4智能语音垃圾箱控制流程图
智能语音垃圾箱的工作流程图如图4所示:
图4智能语音垃圾箱控制流程图
5系统的特点
5.1语音控制
该智能语音垃圾箱为家用的垃圾箱，目前只能实现家中垃圾的分类，避免出现扔垃圾排队，以及室外声音嘈杂影响语音识别等现象，在家中说出特定语音或按下开关即可使用。
5.2智能识别
该垃圾箱通过语音的识别将语音信号转化为电信号进而实现对垃圾的识别。
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基金项目：国家自然科学基金面上项目(51377163)；西北大学科研启动经费(363042005100)；西安地区军队院校协作中心物理教育教学研究课题(XXWL201512)
作者简介：张晓军'1975—(，男，汉族，甘肃白银人，博士，副教授，主要研究方向为电磁生物效应与组织工程相关研究。
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基金项目：全国高等教育教学改革研究课题项目(项目编号：2018HER01109)；重庆市高等职业技术教育研究会高等教育科学研究课题项目(项目编号：GY201063)
*通讯作者：闫一梵(1990—)，女，汉族，口腔医学硕士,MATRIP国际二级认证专家，一级创新咨询师，研究方向：
牙周黏膜病及义齿修复。
5.3推杆电机推动垃圾分类自动分类储存
垃圾掉到垃圾箱单元上时，相应位置的小型推杆电机推动垃圾分类装置会脱电，然后垃圾则将会掉入相应的垃圾箱单元中，此种结构简单、可靠。
6结语
目前，随着人们生活水平的提高和人们环保意识的增强，在垃圾分类这一方面，由于人们以前并不能很好地进行垃圾分类，对环境保护造成了一定的负担，该智能语音分类垃圾箱将能为人们垃圾分类减轻负担。为了守护我们美好的家园，通过对智能语音分类垃圾箱不断完善和改进，智能垃圾箱将会普及到每个人家中。
参考文献：
浮游生物网
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