转动式牙刷的刷单体的制造方法及制造装置与流程

本发明涉及刷单体的制造方法及刷单体的制造装置，所述刷单体形成辊型牙刷的转动刷，适合除去附着在牙齿上的齿斑以及按摩牙床。

背景技术：

辊型牙刷是将尼龙等合成树脂制的线材呈放射状接合而成的大致圆盘状的刷单体多片重叠形成辊状的转动刷、使得该转动刷在牙刷的柄部件的一端借助于支轴支撑为自由转动的牙刷，产品化成为人用以及狗等宠物用。该辊型牙刷与线材束在柄部件一端的单面排列植毛的一般牙刷不同，因为使用时转动刷自由地转动，所以,能够在除去牙垢的同时用线材的前端连续地按摩，并且,具有不容易损伤牙龈的特征。

作为形成上述转动刷的刷单体(以下称为“刷单体”)的制造方法，如专利文献1至5所示,提出将线材集合为集束状而成的线材群的一端呈放射状展开后、将中心部加热熔敷成形为大致的圆盘状、接着在圆盘中心形成通过支轴的轴孔的方法,实际用于产品制造。其中，专利文献4所记载的发明涉及本申请的发明者的发明。

专利文献1：日本特开2003-219911号公报

专利文献2：日本特开2003-220080号公报

专利文献3：日本特开2003-289947号公报

专利文献4：日本特开2004-097692号公报

专利文献5：日本特开2005-287842号公报

这些现有技术都具有以下共通的构成:将从设置在台座的插入通孔突出的线材群通过某种展开手段在台座上面放射状地展开后，在用推压体固定展开的线材的状态下，通过不同于展开手段的熔敷机熔敷中心部，然后再通过其他的切除手段切除中心部,形成轴孔,完成刷单体。

在专利文献1、2、3、5记载的现有技术中的切除手段构成为通过将前端具有圆筒状的刀刃的切除手段从台座面上方降下朝插入通孔内突入，进行刷单体的中心部的切除和与线材群的切离。与此相对,在专利文献4记载的现有技术中的切除手段在以下构成上不同:在台座的下方将设置在收容保持线材群的圆筒体的上端的圆筒状的刀刃从台座面的下方突入到插入通孔内，进一步使其与上方的熔敷机的前端下面抵接，进行刷单体的中心部的切除和与线材群的切离。

另一方面，由于在刷单体切离后的线材群的前端残留有熔敷残留部，具有从侧方切断除去该熔敷残留部的切断手段也是各现有技术共通的。只是，在专利文献1、2、3、5记载的现有技术中，切断手段组装为在台座内部水平移动，也就是所谓的龙门式切刀，在台座上面之下的插入通孔内切断线材群的前端的熔敷残留部。与此相对,在专利文献4记载的现有技术中，切断手段在以下构成上不同:为沿着台座上面水平移动地露出设置的滑动刀，用该切断手段和台座的插入通孔的边缘面切断线材群的前端的熔敷残留部。

在这些现有技术中，将线材群的一端放射状地展开时，在专利文献1及2记载的现有技术中,构成为将前端为圆锥形的圆锥体作为展开手段，由此推开线材群的一端。另一方面，在专利文献3至5记载的现有技术中，构成为将空气作为展开手段，在线材群的一端吹入空气,通过空气压力展开。

然而，希望刷单体的线材在整个圆周方向以均一密度展开地制造。但是，从台座的插入通孔突出的线材群并不一定以完全均质的密度集束化，另外，若展开手段的中心从线材群的前端截面的中心即使偏离一点，线材也不会在整个圆周方向以均一密度展开。因此，无论是以圆锥体推开，还是通过空气吹开，只要是采用前述的现有技术的展开手段，就会存在因线材的密度不均而导致次品产生的问题。

另外，除了专利文献4记载的现有技术以外，当使得切除手段突入到台座的插入通孔进行刷单体的中心部的切除和与线材群切离时，成为将线材群的前端推入到插入通孔内，因此,线材群会受到来自于上方的压力，担心在插入通孔内线材群产生挠曲或纠结。上述挠曲或纠结当为了下一次刷单体制造而将线材群突出于台座上面从插入通孔输出时，不仅会降低线材群的移动的圆滑性，还会导致在台座上面妨碍线材在整个圆周方向以均一密度展开的问题。

更进一步地，除了专利文献4记载的现有技术以外，都构成为采用独立于展开手段的熔敷机进行线材群的熔敷，因此,需要在框架上使得展开手段和熔敷机水平移动，根据制造工序交替更换它们的位置。因此，制造装置除了线材群的输出、推压体的升降、展开手段及熔敷机的升降之外，加之,为了交替更换展开手段和熔敷机的位置,还需要使其水平移动的机构，不仅增加工序数,产生部件移动等待时间，而且制造装置构造也不得不复杂。因此，产生制造装置的初始成本增大、生产率也低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于,解决以上所述现有技术的问题，提供次品发生少、且生产率高的刷单体的制造方法及制造装置。

为了实现上述目的，权利要求1记载的本发明的刷单体的制造方法的特征在于,包括:

第一工序，将使得多根线材集合为束状而成的线材群从线材输出部的输出器输出，从设置在台座的插入通孔向外方突出一定量保持；

第二工序，通过超声波熔敷机的焊头前端部在放射方向推开线材群的突出端；

第三工序，通过焊头前端部熔敷展开的线材群的中央部分,形成刷单体；以及

第四工序，通过设置在输出器的前端的环形切刀和焊头前端部夹入熔敷的中央部分，在切除中心部形成轴孔的同时,使得刷单体与线材群分离。

在本发明中，最大的特征在于,在第二工序中为了将线材群的突出端放射状地展开在台座上面,使用超声波熔敷机本身作为展开手段，在该状态下,在第三工序中,由作为该展开手段的超声波熔敷机熔敷线材群的中央部分。也就是说，超声波熔敷机兼用作展开手段,而在现有技术中展开手段作为另外的构成。

超声波熔敷是通过超声波振动和加压力瞬时熔融、接合热塑性树脂的加工技术。具体地说,将通过振荡器对频率放大的交流电压传递到由压电元件构成的振子,转换成机械振动能量，通过使得称为焊头的谐振器高速振动,传导到熔敷对象，在焊头端面和熔敷对象的交界面中产生超过熔融温度的摩擦热,使得熔敷对象熔敷。

在本发明中，将超声波熔敷机的焊头设为圆筒状，通过使得圆形的焊头端面与线材群的突出端的截面抵接,朝着线材群的轴线方向前进,将线材呈放射状地展开。在振动的焊头端面推开线材群的过程中，其机械振动能量的大部分因为使得各线材自由地振动而消散，在与焊头端面的交界面不发生超过线材的熔融温度的摩擦热，也不发生熔敷。此后，若使得焊头端面进一步从台座上面前进至相当于刷单体的设计厚度的距离，则线材群被焊头端面推开,在台座上面放射状地展开，展开的线材群的中央部分由焊头端面和台座上面夹持,成为被加压的同时得到固定的状态。在此时刻，由于焊头端面的机械振动能量的大部分直接传递到与线材的交界面，产生超过熔融温度的摩擦热熔敷线材群,形成刷单体的中心部。

然而，如上所述，在焊头端面推开线材群的过程中，各线材自由地振动，相邻线材之间因为振动而反复相互接触,互相反弹。因此，随着焊头端面前进，即使展开的线材群的密度存在偏差也会被均质化，在推开至台座上面的时刻，线材在整个圆周方向以大致均匀的密度展开。其结果，能够有效地降低在将圆锥形的圆锥体或空气喷出作为展开手段的现有技术中不可避免的、因刷单体的线材密度产生不均而导致的次品的发生。

另外，根据上述构成，超声波熔敷机的焊头兼作为展开手段，因此,能够不间断地连续执行第二工序和第三工序，因此,不需要如现有技术那样根据工序进行用于每次更换各自的展开手段和熔敷机的水平移动的机构或移动时间。因此，能够简化制造装置的构造的同时，还能够提高生产率。

线材输出部由将一束线材群导入制造装置输出的夹盘和具有使得线材群插入通过的轴管的输出器构成。夹盘由例如箱体和配置在其内部的筒状的弹性部件形成，通过向箱体内供给或排出空气,使得弹性部件伸缩，设为能一边抓住或放开插入通过内部的线材群一边能沿线材群的轴线方向进退的机构。另一方面，输出器将轴管的台座侧的一端设为在前端具有环状的刀、即环形切刀的大致圆筒状的输出孔，设为依然能沿线材群的轴线方向进退的构成。

在第四工序中，使得输出器沿着线材群的轴线向台座方向上升，使得输出孔的前端从台座的下方进入插入通孔。输出孔的前端进入在第三工序中形成、由焊头端面固定于台座上面的状态的刷单体的中央部分，进而,使得前端的环形切刀与焊头端面抵接夹入熔敷部分，通过剪断该熔敷部分,形成轴孔的同时使得刷单体从线材群分离。

根据上述构成，线材输出部的构成中的输出器也兼作为切除手段，因此,不需要如除专利文献4记载的发明的现有技术那样设置独立的切除手段。因此，在第四工序中，不需要用于将熔敷机更换成切除手段的水平移动的机构及移动时间，仍然能够简化制造装置的构造，还能够提高生产率。

通过环形切刀和焊头端面在刷单体形成轴孔的同时,进行与线材群的分离是在第三工序中熔敷结束之后，熔敷部分已经冷却而固体化，因此,不用担心熔融的线材材料附着到贯穿进入熔敷部分的环形切刀上。

权利要求2记载的发明是能实施权利要求1记载的转动刷的刷单体的制造方法的刷单体的制造装置,其特征在于：

上述转动刷的刷单体的制造装置包括:

台座，设有通过使得多根线材集合为束状而成的线材群的插入通孔；

线材输出部，从在前端具有环形切刀的输出器输出线材群，在从台座的插入通孔向外方突出一定量的状态下保持；以及

超声波熔敷机，具有焊头，用前端部在放射方向推开线材群的突出端,熔敷其中央部分,形成刷单体；

通过环形切刀和焊头前端部夹入熔敷的中央部分的中心部切除,在形成轴孔的同时,使得刷单体与线材群分离。

接着,权利要求3记载的发明是权利要求2记载的刷单体的制造装置,其特征在于：在上述台座的上面,进一步设有滑动刀,切断除去由环形切刀和焊头前端部切除的线材群的熔敷残留部。

如前所述，在专利文献4记载的发明以外的现有技术中，切断手段组装为使得在台座的内部水平移动，在台座上面的下方的插入通孔内切断线材群的前端的熔敷残留部。在上述构成中，若在切断面和台座上面之间，熔融的线材材料附着并残留在插入通孔的内面，则线材群通过插入通孔时产生阻力,妨碍平滑地输出，担心为了下一个刷单体的制造而从插入通孔突出的线材群没有均匀地展开。另一方面，根据本发明的构成，环形切刀设置在台座上面，线材群的切断在台座上面进行，因此,不用担心在插入通孔内产生附着物，对于线材群的动作也不会产生障害。

最后,权利要求4记载的发明是权利要求2或3记载的刷单体的制造装置,其特征在于：进一步设有空气喷出手段,用于通过空气压力将与线材群分离的刷单体从台座排除。

通过切断手段从线材群的前端切断除去熔敷残留部时，环形切刀成为进入已经从线材群分离的刷单体和台座上面之间的方式，因此,刷单体虽然因环形切刀从插入通孔上弹，但依然留在台座上面。在本发明中，通过使得空气从空气喷出手段喷出到台座上面，通过该风压将完成的刷单体从台座上喷飞排除，能够回收到另外设置的回收筐等。

在专利文献1至3记载的刷单体的制造装置中,提出以下一贯自动化的构成:继续进行将轴心管插入完成的刷单体的轴孔,从台座提起，将接着制造的规定数的刷单体依次重叠在轴心管的工序，直至完成辊状的转动刷。但是，在上述构成中，需要用于保持轴心管、反复在刷单体的轴孔通过的管手动机(pipehand)等的机构，不仅使得制造装置进一步复杂化，而且对于刷单体的制造来说反而使得生产率降低。

因此，本发明涉及的制造装置的前提是进行到刷单体的制造为止，将制造的刷单体以规定数重叠插入到轴心管制作转动刷，将其安装到手柄完成牙刷的组装工序用手工作业进行。但是，这并不排除能实施直至组装工序的制造装置，在本发明涉及的刷单体的制造装置中可以自由地附加实施组装工序的构成。

下面说明本发明的效果:

根据本发明的构成，能够解决将线材群在台座上面呈放射状展开时线材密度产生不均的现有技术中无法避免的问题，获得构成转动式牙刷的刷单体的制造中能够降低次品的发生率的效果。另外，能够以比现有技术简便的制造方法及制造装置制造刷单体，因此,能够获得降低制造装置涉及的初始成本及提高生产率的有利效果。

附图说明

图1是表示实施形态涉及的刷单体的制造装置的主要部分的构成的截面图。

图2是表示实施形态涉及的刷单体的制造装置的主要部分的构成的立体图。

图3是表示第一工序的一部分的截面图。

图4是表示第一工序的一部分的截面图。

图5是表示第二工序的一部分的截面图。

图6是表示第二工序的一部分的截面图。

图7是表示第三工序的一部分的截面图。

图8是表示第四工序的一部分的截面图。

图9是表示第四工序的一部分的截面图。

图10是表示第四工序的一部分的截面图。

图11是表示第四工序的一部分的截面图。

图12是表示第四工序的一部分的截面图。

图13是表示第四工序的一部分的截面图。

图中符号意义说明如下:

A－空气

B－螺栓

L1～4－构成要素间的距离

M－中心部

N－熔敷残留部

S－刷单体

X－轴孔

1－线材群

2－台座部

20－台架

21－台座

21a－台座上面

22－插入通孔

23－空洞

3－线材输出部

4－夹盘

40－箱体

41－弹性体

42－供气排气孔

43－压缩机

5－输出器

50－轴管

51－输出孔

51a－环形切刀

6－超声波熔敷机

60－焊头(horn)

60a－焊头端面

61－振荡器

7－推压体

70－贯通孔

70a－推压体下面

8－滑动刀

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的一实施形态。图1是表示实施形态涉及的刷单体的制造装置的主要部分的构成的截面图,图2是其立体图。

制造装置的主要部分由台座部2、夹盘4及输出器5组成的线材输出部3、超声波熔敷机6、推压体7、滑动刀8构成，从线材群1制造刷单体S。台座部2的台座21在中心设有插入通孔22，在下面具有可以进退地收容输出器5的上部的空洞23,上述台座21用螺栓B固定在台架20。但是,在图2中省略了台架20。夹盘4在圆筒状的箱体40内配置筒状的弹性体41，通过供气排气孔42由压缩机43进行供气和排气，弹性体41能够对线材群1进行抓或放。输出器5是具有使得线材群1贯通的轴管50的圆筒状的部件，轴管50的上端设有在截面边缘形成环形切刀51a的圆筒状的输出孔51。夹盘4和输出器5通过未图示的动作机构能够分别独立地沿着线材群1的轴线上下移动。另外，输出孔51的直径对应于插入通孔22的内径，当输出器5在空洞23内进退时，输出孔51也在插入通孔22内进退。超声波熔敷机6的下部形成有焊头60，通过从振荡器61供给的交流电压，焊头60以高速振动。另外，超声波熔敷机6还通过未图示的动作机构能够沿着线材群1的轴线上下移动，能够使得焊头60的下端的焊头端面60a下降至台座上面21a的附近。推压体7如后所述,虽然不是本发明的必须的构成要素，但在本实施例中，设为能使得焊头60插入通过设置在中心的贯通孔70，能通过未图示的动作机构沿着线材群1的轴线上下移动，能使得推压体下面7a下降至台座上面21a的附近。滑动刀8通过未图示的动作机构能沿着台座上面21a水平移动，使得其前端滑动直到插入通孔22的上方，能够切断线材群1。

作为构成线材群1的线材的原材料,以热塑性树脂，尤其尼龙为好。相当于一般的牙刷毛的线材的粗细以及构成线材群1时的根数是任意的，但在本实施例中，是将每根直径为0.076mm的线材1120根成束构成直径为3.4mm的线材群1，插入通孔22、轴管50、输出孔51也设为具有在保持该线材群1的直径的同时能够自由进退的内径的部件。另一方面，前述主要部件的材质之中，弹性体41设为橡胶，超声波熔敷机6的至少焊头60优选对焊头端面60a进行镀铬加工的钛，除此以外的主要部件可以利用钢材。

另外，超声波熔敷机6是兼作为展开手段的构成，如现有技术的展开手段那样，由于不需要喷出空气，所以没有必要设置空气的喷射口或气道，但是，也可以根据需要构成为设置用来通过空气冷却熔敷部位的喷射口或气道。

根据本发明者的长期研究确认，能够适用于现有技术的线材的粗细以直径0.2mm为极限，线材比这还要细时，就会产生问题。这是由于如前所述，在通过将前端具有圆筒状的刀刃的切除手段从台座面的上方下降、向插入通孔内突入进行刷单体的中心部的切除和与线材群切离的构成的现有技术中，成为将线材群的前端推入到插入通孔内，因此,对线材群从上方施加压力，担心在插入通孔内线材群产生挠曲或纠结。另外，在作为展开手段使用圆锥体或空气、推开或吹开线材使其展开的现有技术中，仍然是当线材比此更细时，在整个圆周方向不能均匀地展开，担心线材的展开密度产生不均。

另一方面，当线材的粗细设为0.2mm左右时，切断的线材呈锐利的截面，在使用牙刷时,担心弄伤使用者的牙床或口腔内。因此，在除专利文献4记载的发明以外的现有技术中，不得已地在制造装置中附加精加工处理机，对线材的前端截面进行圆化加工。对此，在本实施形态中,由于可以使用细得多的线材，因此,不需要上述精加工，比起现有技术来实现制造装置简单化，还有利于生产率。

下面,图3至图13是表示本实施形态中的刷单体的制造工序的图。以下，一边参照附图一边依次说明该工序。

图3、图4表示将线材群1从线材输出部3的输出器5输出，从设置在台座21的插入通孔22向外方突出一定量保持的第一工序。在图3中，输出器5在台座21的空洞23内，输出器51的前端来到仅比台座上面21a低L1的下方位置待机。上述L1是上一次刷单体S分离之后，滑动刀8从线材群1的前端切断熔敷残留部N时,为了输出孔51的前端不与滑动刀8干涉而设置的距离。另一方面，夹盘4位于输出器5的下方，通过将空气P导入到箱体40内,使得弹性体31膨胀，而成为抓住线材群1的状态。在图4中，通过夹盘4向上方移动，线材群1在输出器5内上升，其前端从输出孔51仅输出L2的长度,以从插入通孔21a突出的状态保持。

图5、图6表示通过超声波熔敷机6的焊头60在放射方向推开线材群1的突出端的第二工序。若在超声波熔敷机6启动状态下降，则线材群1的突出端因焊头60放射状地被推开。这时，由于焊头60的振动导致各线材自由地振动，相邻的线材之间因振动而反复相互接触,互相反弹。因此，随着焊头端面前进，展开的线材群的偏置均质化，如图6所示,在推开直到台座上面的时刻，线材在整个圆周方向以基本均一的密度展开。图6中的L3表示展开结束状态中的台座上面21a的线材的厚度。L3虽然由刷单体的所希望的厚度决定，但过薄时，担心熔敷进行必要以上、线材之间熔敷直到刷单体S的中心部M的外侧，反之过厚时，成为熔敷不充分,线材容易从完成后的刷单体S脱落。根据本发明者的研究发现，例如，如前所述，将1120根0.076mm粗的线材集束设为3.4mm粗的线材群1时，L3以设为0.25至0.30mm为好。

图7表示通过焊头端面60a熔敷展开的线材群1的中央部分的第三工序。展开的线材群1的中央部分由焊头端面60a和台座上面21a夹持,成为一边被加压一边被固定的状态。在此时刻，由于焊头端面60a的机械的振动能量大部分直接传递到与线材的交界面，因此,发生超过熔融温度的摩擦热,使得线材群1熔敷，形成刷单体S的中心部M。

在图7中,表示构成为通过推压体7下降将除刷单体S的中心部M以外的线材群1推压到台座上面21a固定。在本发明中，如前所述，超声波熔敷机6兼做展开手段，在第二工序中呈放射状展开的线材群1以该状态直接进入通过焊头端面60a熔敷的第三工序。因此，不需要如现有技术那样地在展开手段上升、直到熔敷机下降为止期间要防止线材群1返回原来的形状，在本发明中，推压体7不是必须的构成要素。实际上，在本发明者制作的制造装置中，确认即使省略推压体7也能够没有问题地制造刷单体。只是，由于线材的材质或粗细，熔敷时的热量会传导到各线材,存在一部分线材向图面上方翻翘或一部分的线材密度产生不均匀的可能性。因此，在本实施形态中，为了在熔敷工序中不产生上述不良状况，构成为设有推压体7,用于将展开的线材群1推压到台座上面21a固定。

图8至图13表示切除熔敷的中央部分的中心部形成轴孔的第四工序。在第三工序中形成刷单体S的中心部M后，如图8所示，使得输出器5向上方移动,使得输出孔51的前端贯穿进入到中心部M。由此，设置在输出孔51的前端的环形切刀51a与焊头端面60a抵接,剪断中心部M，在形成轴孔X的同时,将刷单体S与线材群分离。在刷单体S形成轴孔X的同时还进行与线材群的分离的动作是在第三工序中熔敷结束之后，由于中心部M已经冷却而固体化，所以不用担心熔融的线材的材料附着到贯穿进入的环形切刀上。

接着，在图9中，通过使得超声波熔敷机6和推压体7上升的同时，也使得输出器5上升若干，刷单体S与线材群1分离。这时，线材群1的前端变成熔融的线材固化的熔融残留部。之后，如图10所示，从夹盘4的箱体40排出空气P,使得弹性体41收缩,放开线材群1。更进一步地，如图11所示，使得输出器5仅下降最初的L1距离的同时，也使得夹盘4下降。这时，由于夹盘4离开线材群1，所以线材群1的位置没有变化。

在图12中，通过沿着台座上面21a作水平移动的滑动刀8切断线材群1的前端的熔融残留部。这时，由于滑动刀8的厚度，刷单体S朝上方跳起,但留在台座21上。然后，最后在图13中，空气A从未图示的空气喷出手段喷吹到台座上面21a上，与切断的熔敷残留部N一起将刷单体S从台座21排除,落下到未图示的回收筐等回收。通过以上动作，制造刷单体S的一系列工序完成。

上面对本发明涉及的转动式牙刷的刷单体的制造方法及制造装置的具体构成作了说明，但本发明不局限于上述实施形态，在本发明的技术思想范围内可以改良或变更，它们都属于本发明的技术范围。

下面说明在产业上的可利用性:

本发明在具有辊状的转动刷的人用或狗等宠物用的牙刷的制造中，能够适用于构成转动刷的多个圆盘状的刷单体的制造。与现有技术相比，能更加简化刷单体的制造装置且提高生产率，因此,可以实现初始成本及制造成本的降低。

另外，根据本发明的构成，通过扩大超声波熔敷机的焊头端面的外径并增大从台座的插入通孔突出的线材群的长度，能扩大制造的刷单体的直径，也能制作更大的转动刷。由此，不仅是牙刷，也能适用于化妆用或医疗用的辊刷、可以用于各种管道的内部清扫等的其他工业上的目的的工业用刷的制造。