专利名称：簇生的牙刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造簇束牙刷的方法和装置。
背景技术：
常见的牙刷一般包括一些成簇的刚毛，这些刚毛簇束被安装到一个牙刷柄的头部上。直到最近，刚毛通常都是被垂直地安装到牙刷头部的上表面上，且各个簇束的长度也是相同的。以这种定向方式安装刚毛的方法和装置也是公知的。
近来，口腔护理行业已经认识到那些具有长度不同的刚毛簇束和/或其簇束相对于牙刷头部具有不同延伸角度的牙刷所具有的优点。图1中就表示了一种其簇束在不同角度上延伸的牙刷。
一种制造牙刷的方法包括步骤对加工后(端部球化)刚毛的簇束进行布置，使得刚毛的未经加工端延伸到一个型腔中；通过注塑成型方法在簇束未加工端周围形成牙刷体，由此将簇束锚固在牙刷体中。簇束在型腔内是由一型模棒进行保持的，该型模棒具有一些盲孔，这些盲孔与簇束在最终制得牙刷上的理想位置相对应。可利用一套加工过程来制得最终的刚毛成品，该加工过程包括步骤将由细丝组成的线绳从一卷轴上解绕下来；对细丝的自由端执行端部滚圆加工；在靠近细丝自由端的位置处切下一部分丝束，以获得具有理想长度的刚毛；以及将刚毛放置到一个被称为料斗的矩形盒中。然后，通过从料斗中捡取成捆的刚毛而形成簇束。
刚毛在被放入到料斗中时要进行夯实，以便于使最终占据料斗的成千上万根刚毛能具有很高的均匀度。但是，仍然易于出现高度的不规则性，这将导致最终制得的牙刷存在不可接受的缺陷。例如，在从料斗中捡取刚毛、并将刚毛植入到型模棒中时，如果有一根刚毛从料斗中突伸出，则这根突伸的刚毛就会从所制得牙刷的背面上穿出。
问题还出现在刚毛被从料斗中捡取出、并被传送到型模棒填充机的过程中。捡取装置力图重复地选取合适数目的刚毛以形成簇束。但是，这一任务固有的难度将导致刚毛簇束对于型模棒上的盲孔而言不是太小就是太大。如果簇束太小，则在形成牙刷柄时，盲孔就不能被充分地塞实，从而塑料材料将会流入到该盲孔中。而如果簇束太大，则一根或多根刚毛可能无法植入到型模棒中，而是向侧边卷曲，从而妨碍了将簇束完全地插入到型模棒中，而后，这将对注塑工艺造成干扰。
如果必须要对簇束进行定位、以便于使最终制得牙刷的簇束具有不同长度和/或不同延伸角度，则这种将预切出的簇束从一料斗输送到一型模棒的方法所固有的缺陷通常会被加剧。
发明内容
本发明的特征在于提供了用于制造牙刷的方法和机器。这些方法和机器尤其适于制造其刚毛簇束具有不同长度和/或以不同角度从牙刷头部延伸出的牙刷。本发明人已经发现可利用一种注塑成型工艺，相对容易而经济地制出这种牙刷，该工艺包括将由连续细丝组成的丝束的自由端送入到一型模棒中的步骤。细丝并不被切成刚毛段，直到细丝的自由端已被送入到型模棒上的孔洞中为止，因而就减小或消除了上文讨论的、当对切断的簇束进行传送时易于出现的问题。结果将是本发明的机器和方法是高效而经济的，并能减少由于簇束问题而被报废的牙刷数。在某些实施例中，利用单个选择夹持装置来将自由端选择性地送入到盲孔中的不同深度处。采用单个装置来执行选择性送入将使栽簇机更为小巧、紧凑。
在这一方面，本发明的特征在于一种用于制造牙刷的方法，其包括步骤(a)将多条长连续丝束各自的自由端送入到一型模棒上对应的盲孔中，至少某些盲孔的延伸深度是不同的，丝束被持续地送入，直到使自由端接近于盲孔的底面为止，其中的丝束是由细丝构成的；(b)在执行步骤(a)的过程中，利用单个选择夹持装置，选择性地夹持住一条或多条丝束，同时对所选的丝束执行送入；(c)切割细丝的丝束，使得每条被切的丝束都具有一部分长度延伸突出于型模棒的表面；(d)将型模棒放置到一成型机中，从而使细丝的上部延伸到一个局部由型模棒围成的型腔中，型腔的形状被设计成可形成牙刷的本体；以及(e)向型腔内注送树脂，从而在上部的周围形成牙刷。
某些实施例包括下列的一个或多个特征。所述方法还包括步骤在将自由端插入到盲孔中之前，先对自由端执行端部滚圆处理。每一丝束的尺寸都与牙刷上刚毛簇束的预定尺寸相对应。每一丝束都被足够紧密地塞入到对应的盲孔中，由此可防止向模具中输送树脂时树脂流入到盲孔中。至少部分盲孔被设计成其延伸方向相对于型模棒的上表面存在一定角度。至少部分盲孔被设计成具有互不相同的角度。所述方法还包括步骤从同一卷轴上放松下多条丝束。该方法还包括张紧丝束、以使得丝束在被送给的过程中处于基本均匀张力作用下的步骤。张紧步骤包括这样的操作将丝束从一腔室中穿过，在该腔室中，向丝束吹送压缩气体-例如压缩空气。所述的注送步骤包括注塑成型操作。
在另一方面，本发明的特征在于提供了一种用于制造牙刷的方法，其包括步骤(a)将多条长连续丝束各自的自由端送入到一型模棒上对应的盲孔中，至少某些盲孔的延伸深度是不同的，且相对于型模棒的上表面具有不同的延伸角度，其中的丝束是由细丝构成的；(b)在执行步骤(a)的过程中，选择性地夹持住一条或多条丝束，同时对所选的丝束执行送入；(c)切割细丝的丝束，并使得每条被切割的丝束都具有一部分长度延伸突出于型模棒的表面；(d)将型模棒放置到一成型机中，从而使细丝的上部延伸到一个局部由型模棒围成的型腔中，型腔的形状被设计成可形成牙刷的本体；以及(e)向型腔内注送树脂，从而在上部的周围形成牙刷。
某些实施例包括下列的一个或多个特征。所述方法还包括步骤在将自由端插入到盲孔中之前，先对自由端执行端部滚圆处理。所述方法还包括从同一卷轴上放松下多条丝束。该方法还包括张紧丝束，以使得丝束在被送给的过程中处于基本均匀张力作用下的步骤。张紧步骤包括这样的操作将丝束从一腔室中穿过，在该腔室中，向丝束吹送压缩气体-例如压缩空气。所述的注送步骤包括注塑成型操作。
在又一方面，本发明的特征在于提供一种用连续细丝的丝束制造多个牙刷簇束的装置，该装置是通过将丝束的自由端送入到一型模棒中而制出牙刷的，其中的型模棒被设计成可限定一个型腔的一部分，型模棒上具有多个盲孔，至少某些盲孔具有不同的深度，且每个盲孔的尺寸被设计成可容纳单根丝束。所述装置包括一进给装置，该装置包括(a)单个选择性的夹持装置，其被设计成可将选定丝束的自由端送入到型模棒上的盲孔中，从而使得各个自由端被插入到一个对应盲孔的底面处；以及(b)一固定的夹持装置，其被设计成在对所选取的丝束执行进给的过程中，该装置可将未选取的丝束保持在一个固定的轴向位置上。
某些实施例包括下列的一个或多个特征。装置还包括一个端部圆化机，其被布置成可对送入到盲孔中之前的自由端执行端部滚圆处理。装置还包括一切割装置，用于在丝束被送入到盲孔中之后将细丝切断。端部圆化机被设计成可在与自由端相接合和与自由端相脱离的位置之间运动。至少某些盲孔被设计成相对于型模棒的上表面以一定的角度延伸。进给装置被设计成沿与盲孔相同的角度对丝束进行进给。至少部分盲孔被设计成沿互不相同的角度延伸。装置还包括一第二进给装置，且第一进给装置和第二进给装置被设计成按照与盲孔的不同角度相对应的角度对丝束执行进给。
本发明的另一方面包括一种用于向连续丝束施加基本上均匀的张力的方法，其中的丝束被沿进给方向、以不同的比率送入到机器中，所述方法包括措施在一个基本上垂直于进给方向的方向上，使一种流体介质横向流过连续的丝束。所述方法还包括步骤使流体流经一个腔室，丝束在该腔室中穿行。所述腔室是由一对彼此隔开的板件构成的。两板件之间离开2mm到5mm。腔室被设计成具有一个入口和一个出口，丝束从入口进入到腔室内，并从出口退出到腔室的外部，且入口与出口基本上是共线的。所述的流体介质为压缩气体，例如为压缩空气。在另一实施方式中，流体介质是水等的液体。所述丝束可包括一组细丝或单根细丝。
某些实施例包括下列的一个或多个特征。用于制造牙刷簇束的装置还包括这样一个装置其用于向多条长的连续丝束施加基本上均匀的张力，其中的丝束被沿一进给方向、以不同的比率送入到用于制造牙刷簇束的装置中，所述装置包括相互对置的板件，这些板件围成了一个至少部分封闭的腔室，腔室具有一个入口和一个出口，丝束从入口进入到腔室内，并从出口退出到腔室的外部，一输送装置被设计成可将一种流体介质输送向所述腔室。其中的入口与出口基本上是共线的。腔室被设计成使流体介质沿一个基本上垂直于进给方向的方向流动。相互对置的板件分离开约2mm到5mm。流体介质可以是压缩空气等的压缩气体。流体介质可以是水等液体。
在附图以及下文的描述中，详细介绍了本发明的几种实施方式。从说明书的文字描述、附图、以及权利要求，可很清楚地领会本发明其它的特征和优点。在附图中图1中的轴测图表示了一种牙刷，该牙刷的刚毛簇束在不同的方向上、以不同的角度延伸；图2中的流程图表示了根据本发明一实施方式的栽簇机所遵循的总体工作步骤；图3A和图3B是栽簇机所遵循的具体工作步骤的流程图；图4是一个局部剖去的正视图，表示了根据本发明一实施方式的栽簇机；图5是图4所述栽簇机的侧视图；图6A是沿图4中的6A-6A线对所示栽簇机中一进给装置所作的俯视图，图中，进给装置处于其非偏置状态；图6B是沿图6A中的6B-6B线对所示进给装置所作的横截面图；图6C是对图6B所示进给装置的一个部分所作的放大视图；图7A-7C是与图6A-6C对应的视图，进给装置在图中被偏置向一侧；图8A-8C是与图6A-6C对应的视图，在图中，进给装置被偏置向一侧，这一侧与图7A-7C中的偏置侧相反；图9是根据本发明一实施方式的端部圆化装置的俯视图；图9A是对图9所示端部圆化装置所作的轴测图；图10是图9所示端部圆化装置的侧剖视图；图11中的俯视图表示了根据本发明一实施方式的固定式夹持装置；图12是根据本发明一实施方式的型模棒的俯视图；图13中的轴测图表示了图12所示型模棒的牙刷容腔；图14是图4所示栽簇机的正视图，表示了该栽簇机中各个元件的运动状况；图15是图4所示栽簇机的正视图，表示了栽簇机中各个元件的运动状况；图16是图4所示栽簇机的正视图，表示了栽簇机中各个元件的运动状况；图17A是对图12所示型模棒的一部分所作的侧视剖面图，表示出了正在被插入的刚毛；图17B是对图12所示型模棒的一部分所作的侧视剖面图，表示了正在被插入的刚毛；图18是图12所示的、且已插有刚毛的型模棒的轴测图；图19是对图18所示型模棒所作的轴测图，图中，型模棒带有一个与其接合的切刃、以及要被切去的刚毛；图20是图19所示型模棒的轴测图，图中，切刃已与型模棒相分离，且刚毛已被切割去；图21是图12所示型模棒的侧视剖面图，表示了位于型模棒内的刚毛、以及正被植入的前端簇束；图22是图12所示型模棒的侧面剖视图，图中，其与牙刷模具的其余部分相接合，并在刚毛的周围形成一牙刷柄；
图23是图1所示牙刷的侧剖视图；图24A和图24B中的侧视图表示了刚毛的线束，该线束自身形成了绳圈；以及图25中的轴测图表示了一种张紧装置，其适于用在图4所示的栽簇机中。
具体实施例方式
本发明的优选执行过程通常包括下列的这些步骤，这里将对之作简要的讨论，在下文中还将作更为详细的描述。下述的工艺过程适于制造带有长度不同簇束12、14、16的牙刷10，其中那些簇束的延伸角度也是互不相同的，例如用于制造图1所示的牙刷。在本文中，簇束的排布格局将被称为簇束几何结构。刷毛的簇束被保持在一型模棒28(见图12和13中)，其具有理想的簇束几何结构，并被用作一注塑成型铸腔的一部分，型腔用于在簇束的周围形成一牙刷柄18。
总体上参见图2和图4，由刚毛材料组成的细丝股束被设置成多条丝束22的形式，每条丝束22的直径和细丝数都与最终制得牙刷上的簇束相对应。丝束22的自由端24被送入到一栽簇机20中(图2中的步骤10)。在初始的穿线步骤之后，丝束22被从卷轴26连续地送经栽簇机20(图2中的步骤111)。丝束22的自由端24在被送入到型模棒28中(见图16以及图2中的步骤114)之前，先要经过端部滚圆处理(见图15以及图2中的步骤112)。一旦丝束22的自由端被植入到型模棒28中之后，就将刚毛切成一定的长度段(见图18-19以及图2中的步骤116)。每一型模棒28都被设计成可制造多个牙刷(见图12)，从而能一直持续该制造过程(图2中的步骤117)，直到整个型模棒28上都栽满了刚毛为止。一旦型模棒28上已布满了刚毛，则型模棒28就被送入到一个注塑成型工作台中，在该工作台中，包围着刚毛而形成牙刷柄18(见图22和图2中的步骤118)。
成束细丝22的自由端24在被引入到型模棒28中之前，在栽簇机20中先由一端部圆化装置200(见图9)执行端部滚圆。本发明端部圆化装置200的型廓很低矮，并由空气进行驱动，该装置使得丝束22的自由端24能在栽簇机20中获得端部滚圆处理。常用的电动机驱动型端部圆化装置将无法容易地装配到栽簇机中，且过于笨重，从而不能快速地完成与丝束22自由端24的接合/脱离的切换。空气驱动型端部圆化机200则能使机器变得更小，从而可节省珍贵的占地面积。
参见图4，丝束22被一进给装置30从栽簇机20中送过，并延伸向型模棒28。进给装置30被设计成可将各条丝束22选择性地送入到型模棒28中的不同深度处，如下文讨论的那样，这些深度与图1中各个簇束12、14、16的长度相对应。这种有选择的送进能力将使得簇束长度不同的牙刷10的生产效率更高、成本也更经济。栽簇机20可包括任意数目个进给装置30，在图4的情形中，是采用了两个进给装置30。如图4所示，多个进给装置30被定向在相对于垂直方向具有不同角度的姿态上，以使得要被送入到型模棒28中的丝束22具有相反的角度，导致最终制得的牙刷10能如图1所示那样其簇束在不同的角度上延伸。选择性送进能力还导致栽簇机的体积更小，这将使得制造工艺可在靠近型模棒的位置处执行，由此可减少簇束损伤或送料问题的发生。
栽簇机20还包括一汇合体60，丝束22在经过进给装置30之后就穿入到该汇合体60中。汇合体60具有一些导槽51，这些导槽将丝束22保持在朝向型模棒28的路径中。在汇合体60中设置了一个固定的夹持装置59，该装置59与进给装置30以及切刃70相配合地工作，下文将对此作更为全面的描述。在汇合体60上还可动地设置了端部圆化装置200，其可在接合丝束22自由端24的位置与脱离自由端24的位置之间移动。
参见图12、13、17A和17B，栽簇机20将丝束22的自由端24送入到型模棒28上的盲孔82、84、86中。每个盲孔的形状和尺寸都被设计成可紧密过盈地容纳着一根丝束22。每个盲孔82、84、86都被加工成一定的深度以及一定的角度，从而可形成合适的簇束几何结构。通过栽簇机20，每一丝束22经过精处理的自由端24都被填插到各个盲孔82、84、86中，并被插入到合适的深度和合适的角度上。
在丝束已被完全送入到型模棒28中之后-即在丝束22的自由端24接触到型模棒28上各个盲孔82、84、86的底面78、79之后，用固定夹持装置59将细丝夹住并切断，从而使每条细丝都具有一段延伸出型模棒28上表面的部分。这一长度部分将会延伸到型腔80(见图22)内，因而将被嵌入到注塑成型形成的牙刷体18中。在最终制得的牙刷10(见图1)中，细丝上经过端部滚圆处理的自由端24将成为簇束12、14、16的工作端或自由端。如图12所示，每一型模棒都被设计成可制造多个牙刷。因而，在进行切割之后，型模棒28或者被换位到下一组未经填丝的盲孔82处，或者，在型模棒28已被布满丝束的情况下，该型模棒被撤下来，并被直接传送到一注塑成型机(图中未示出)中，在该注塑成型机中，型模棒被用来形成型腔80的一个部分，或者对型模棒执行一中间步骤，该步骤例如是将所有的细丝都熔接到一起，从而形成一个锚固结构。
直到端部滚圆的自由端24被完全送入到型模棒28中之后，才将细丝的丝束22切割为牙刷簇束的长度。由于是将连续的细丝而并非切断的簇束送入到型模棒28的盲孔中，因此可取消那些经常会带来问题的捡取步骤、簇束传送步骤以及型模棒填料步骤，这些步骤被用在对型模棒28填插刚毛的操作中，这样，本发明一般还会减少生产方面的问题。对切割后的簇束进行运送会造成浪费，且切割后的簇束会掉落到加工机器中，这将导致机器出现问题。
下面将更为详细地讨论该制造过程的各个步骤以及用于执行各个步骤的机器部件。
进给装置如上所述，进给装置30能选择性地夹住从其经过的丝束22，并将夹持着的丝束22向型模棒28送进。
参见图6A-图6C，进给装置30包括一个带有活塞34的气压缸32。如图4中的箭头A所示，进给装置30沿一导轨38、在基本上垂直的方向上相对于机架48运动，进给装置是由凸轮36驱动的。凸轮36通过一丝杠40和一丝杠螺母42与一电动机44相连接，电动机44用于驱动凸轮36。
参见图6A-6C，进给装置30具有一些引导孔50，丝束22从这些引导孔中穿过。引导孔50贯通了包括气缸32和活塞34的进给装置30，并与延伸穿过汇合体60的另外一些引导孔51相通。这样，引导孔50、51就构成了一条从栽簇机20的顶部延伸到型模棒28的连续通路。引导孔50的形状被设计成与将要被注塑到牙刷柄18中的刚毛簇束12、14的最终形状类似。引导孔50引导着丝束22，使其经过栽簇机20，并能如下文所描述的那样，提供选择性的夹持作用。
如图6A-6C所示，进给装置30的活塞34能被偏置向中央部位，也可以如图7A-7C所示那样被偏置向左侧，或者如图8A-8C所示那样被偏置向右侧。如果活塞34如图6A-6C所示那样被偏置到中央，则引导孔50基本上能对准下方，因而不会夹住丝束22。制在活塞34中的某些引导孔52是长形孔，以便于在对丝束22执行抓握时能实现选择。如图7A-7C所示，当活塞34被偏置向左侧约0.020英寸时，在所有的位置处，引导孔50与长形的引导孔52都错开，因而可夹持住从此经过的所有丝束22。如图8A-8C所示，如果活塞34被向右偏置了约0.020英寸，则只有那些非细长形的引导孔50出现错位的情况，因而只会夹住那些从错位引导孔中穿行的丝束22。
如下文详细讨论的那样，由长形孔52提供的选择能力使进给装置30能允许某些丝束22在栽簇机20中的通行能力大于另外一些丝束，因而，采用单个进给装置30，就能使送入到型模棒28中的簇束具有不同的长度。由单进给装置30来有选择性地促动某些丝束22的优点在于能使尺寸变得紧凑。如果没有该进给装置30提供的选择能力，则就需要设置两个夹持装置来完成这一任务，由此会增大栽簇机20的尺寸，并使丝束22穿过栽簇机20的复杂性提高。另外，尺寸较小的进给装置30将能允许以不同的角度安装两台进给装置30(如图4所示)，由此便于容易地制造出刚毛簇束处于相反角度的牙刷-例如图1所示的牙刷10。
汇合体如上所述，汇合体60是栽簇机的一个部件，其位于进给装置30与型模棒28之间，其可将丝束20保持在朝向型模棒28的路径上，并支撑着端部圆化装置200和一个固定的夹持装置59。
参见图4和图5，汇合体60位于进给装置30的下方。固定的夹持装置59被装配到汇合体60中，该夹持装置59与进给装置30的类似之处在于其也利用长形孔实现了选择性的夹握。固定的夹持装置59是由一板件64(见图11)和一活塞62构成的，板件64被可动地安装到汇合体上，活塞62则与板件64相连接，用于使板件64在两个位置之间移动。穿过汇合体60的导槽51同时也贯通板件64，且当活塞62处于对中位置时，这些导槽能精确地对正。当向活塞62的一端施加压力时，板件64中的所有导槽都发生错位，因而会夹住所有的丝束22。当向活塞62的另一端施加压力时，则板件64上只有非长条形的导槽发生错位，从而只会夹住所选择的丝束22。
汇合体60还支撑着一个端部圆化装置200。下面将对该端部圆化装置200作更为全面的描述。端部圆化装置200可被移到位于汇合体60中导槽51下方的位置处，从而使丝束22的自由端24与端部圆化装置200发生接触(见图14和图15)。汇合体60将端部圆化装置200支撑在位于其底部的T型槽(图中未示出)中，这将使端部圆化装置200能沿着汇合体60的底部移动。
端部圆化装置如图9、9A和图10所详细表示的那样，端部圆化装置200具有较为低矮的型廓，重量较轻，尺寸也很紧凑，从而该端部圆化装置能容易地横向移动，以便于与细丝的自由端相接合或分离开。由于端部圆化装置能按照这种方式容易地移动，所以在整个栽簇过程中，细丝只需要轴向进给就可以了，而并不需要移出它们的轴向运动平面来与端部圆化装置进行接合。通常，端部圆化装置的高度(即图10中的尺寸H)小于2英寸，更为优选地是小于1.5英寸，重量小于5磅。
端部圆化装置还具有一连续可变的研磨路径(将在下文进行描述)，这将使端部圆化装置200的研磨面能从所有侧面对各条细丝的自由端24进行摩擦，从而实现了均匀的高质量端部滚圆处理，且不会对各条细丝造成损伤。
端部圆化装置200包括一个砂轮202，其被固定到一个行星齿轮204A上，该齿轮从一行星架210中延伸穿过。一个第二行星齿轮204B也延伸穿过行星架210，以使系统达到平衡。行星齿轮204A、204B与一个固定的齿圈208相接合，齿圈被安装在行星架的下方，如下文将要描述的那样，该齿圈使行星齿轮能随着行星架的旋转而转动。
行星架210是由空气进行驱动而旋转的，且由于行星齿轮与固定的齿圈208啮合着，所以行星架的转动将驱使行星齿轮204A也发生转动。因而，砂轮202完全是由空气驱动的，这将有助于使端部圆化装置具有低矮的型廓和紧凑的尺寸。
行星架210是一个涡轮机，其驱动着端部圆化装置。行星架210被气流驱动而绕其轴线(图9中的箭头A)转动，气流吹推着绕行星架的圆周间隔布置的多个叶片300(见图9)。叶片300被设计成使压缩空气高效地转动行星架210，且能使转速达到很高，例如至少5000rpm，更为优选地是至少为10000rpm。行星架210落坐在一个径向/推力轴承214内，该轴承具有一进气歧管216，用于经开孔304(见图9)向行星架210输送压缩空气。
如上文讨论的那样，当行星架210转动时，行星齿轮204A、204B与固定的齿圈208相啮合。固定齿圈208被压装在径向/推力轴承214内，从而当与行星齿轮接合时不会产生运动。结果就是，该接合将造成行星齿轮204A、204B绕它们的轴线在一个方向(见图9中的箭头B)转动，该转动方向与行星架210的转动方向相反。固定的齿圈208和行星齿轮204A、204B一道构成了一套行星驱动机构206，该驱动机构将驱动着砂轮202在偏位的椭圆轨道上运行，下文将对此内容进行讨论。
由于行星架210起到了驱动机构和空气轴承(取代了电动机驱动型端部圆化装置中需要设置的滚珠轴承)的作用，所以该端部圆化装置200将只需要相对较少的部件，从而进一步有助于实现低矮的型廓和紧凑的结构设计。另外，如上文讨论的那样，用空气作为润滑剂能达到非常高的转速，且不需要提供会弄脏细丝的液体润滑。另外，行星架210在砂轮202与行星驱动机构206之间形成了一个屏障，从而可防止任何磨削尘屑污染行星驱动机构，磨削尘屑将会造成齿轮发生早期磨损。
对细丝的自由端执行端部滚圆处理的优选方法是从所有的侧面对细丝进行加工。但是，如果行星齿轮204的齿数精确地为固定齿圈208齿数的一半，则当行星架转动时，行星齿轮节圆C上任何点的运动轨迹都将划出一条直线，该直线即为固定齿圈208的直径。行星架210的每一圈转动都将使节圆上的同一点沿同一直线持续地运动。这种运动被称为万向(Cardanic)运动。这一直线使得对细丝的加工只是从两个侧向上进行的。但是，可通过将固定齿圈208与行星齿轮204的齿数比设定为略高于2∶1，来使直线路径发生略微的偏移，其中，通常是采用减少齿数的方法来调节齿数比的。在齿比较大的条件下，当行星架210转动时，行星齿轮204节圆C(见图9)上的任何点都将描绘出一条直线，但行星齿轮204每转一圈，该直线的方向都发生略微的改变。砂轮上位置点轨迹直线的偏移将使得砂轮对细丝自由端的加工是从各个侧向进行的，从而能实现均匀的端部滚圆。
如果砂轮202以这样的方式安装到行星齿轮204上使得砂轮的中心位于节圆C上，则在其运动行程的末端，砂轮将会有一个瞬间的停顿，并趋于沿几乎相同的路径-即上述的偏移直线开始反向运动。这样的运动通常会造成正在被研磨的细丝在砂轮202执行正向行程时像悬臂梁那样发生弯曲，而在砂轮202反向时，此运动形式会造成细丝发生非平面扭转。这种作用将会损伤细丝和/或不能形成良好圆化的端部24。因而，优选的是砂轮202的中心被连接到节圆C内部的某个点上，从而使砂轮202的轨迹为椭圆而并非直线。当砂轮202接近其最远点时，其将开始使细丝发生转动，使反向弯曲或多或少是渐进的，而并非突变的。如上所述，轨迹线方向的略微改变就会使椭圆的大径方向发生改变，导致砂轮的总椭圆路径不断地改变方向。将能实现从各个侧面对细丝进行加工的直线偏移效果与可防止细丝以悬臂梁形式弯曲的椭圆路径作用相结合，就能获得经过良好滚圆处理的细丝。
还可以领会砂轮202也可被安装成其中心点位于节圆的外侧，其也能实现椭圆的路径。另外，应当理解砂轮上只有某些点才能描绘出偏移着的椭圆路径。砂轮上所有其它的位置点将描述出变动着的椭圆图案，一小组轨迹图案将退化为直线，而另一组将变为圆形。但是，大部分轨迹将描绘为某些形式的椭圆图案，采用上述装置的细丝端部圆化过程将能获得良好的滚圆效果。
进给过程参见图4-5，丝束22被从卷轴26送入到栽簇机20中，丝束20被穿过进给装置30，并通过引导孔50(见图6A)和51穿过汇合体60，这些引导孔基本上可将丝束50保持在指向型模棒28的轨迹上。
在初始的穿丝过程中，丝束22被送入到栽簇机20中的某一点处，该位置点刚刚高于汇合体66的底部。参见图3A-3B，进给装置30在固定夹持装置59的配合下，将丝束22从栽簇机20中送过。从丝束22刚刚高于汇合体66底部的时刻对工作顺序进行描述进给装置30被偏置向左侧，从而可夹住所有的丝束22(图3A中的步骤120)。端部圆化装置200被移动到位于汇合体60(见图14)导槽51下方的位置处(图3A中的步骤122)。对进给装置30执行送进，使丝束22的自由端24与端部圆化装置200(见图15)的砂轮202相接触(图3A中的步骤124)，并将固定夹持装置59偏置来夹住所有的丝束22。一旦丝束22的自由端24已被充分地磨圆之后，固定夹持装置59就被偏置成能松开所有的丝束22，进给装置30将丝束22从砂轮202处抽拉到刚刚高于汇合体66底部的位置点处，端部圆化装置200被移回到其原始位置处(图3A中的步骤126)。将型模棒28向上移动，以使其与汇合体66的底部相接合(图3A中的步骤127)。
进给装置30的活塞34继续受到偏置(如图7A-7C所示那样被偏置向左侧)，而将从其经过的所有丝束22夹住，固定的夹持装置59则被偏置成能允许丝束22自由地穿过。进给装置30被向下移动，从而将丝束22向前送向型模棒28(见图16)(图3A中的步骤)。移动距离D1对应于从刚刚高于汇合体66底部的位置点到型模棒22上较浅的盲孔82、84底部78的距离，该距离对应着较短的簇束12(见图1)，由此将丝束22自由端24送入到型模棒28(见图17A)上较浅盲孔82、84的底部78处。
然后，将固定夹持装置59的活塞64偏置向相反的方向，以将所有的丝束22夹紧，并将进给装置30的活塞34向中央位置偏置(见图6A-6C)，以松开所有的丝束22(图3A中的步骤130)。然后，进给装置30沿丝束22向后移动一段距离，该距离等于最终产品上较短刚毛12与较长刚毛13(见图1)的长度差-即图17A中的距离D2(图3A中的步骤132)。固定夹持装置59可防止在进给装置30向上运动时，丝束22被进给装置30与丝束22之间产生的摩擦而从型模棒28中拔出。
然后，将进给装置30的活塞34偏置向右侧，以便于能有选择地夹住一些丝束22(如图8A-8C所示)，这些丝束将成为最终制品中较长的刚毛14(见图1)，且固定夹持装置59将被偏置成能夹住那些已被送到浅盲孔底部中的丝束22(见图3A中的步骤134)。然后，进给装置30向下运动一段距离D2，由此将其余的丝束22送入到型模棒28上较深盲孔86(见图17B)的底部79中(图3A中的步骤136)。
然后，固定夹持装置59夹住所有的丝束22，而进给装置30则松开所有的丝束22(图3A中的步骤138)。而后，进给装置30向上移动约0.10英寸(图3B中的步骤140)。然后，进给装置30夹住所有的丝束22，而固定夹持装置59则松开所有的丝束22(图3B中的步骤142)。进给装置30与型模棒28同时向下移动约0.10英寸(图3B中的步骤144)。
如下文详细讨论的那样，然后对固定夹持装置59进行偏置，以夹住所有的丝束22，然后，利用一切刃70将刚毛从丝束22上切割下来(图3B中的步骤146)。切刃70齐着汇合体60的底面对丝束22进行切割。然后，对进给装置30的活塞34进行偏置，以松开所有的丝束22(图7A-7C)，并将固定夹持装置59偏置成可夹住所有的丝束22。将进给装置30沿丝束22向上移动，使进给装置30具有约1/2英寸送料余量，以便于在下一次工作循环过程中对丝束22进行输送(图3B中的步骤148)。如果型模棒28未被完全布满(图3B中的步骤150)，则就对型模棒28执行进给，以将型模棒新的一个空段与汇合体60的导槽50对正(图3B中的步骤152)，并重复执行上述的过程。如果型模棒28上已完全布满了刚毛，则就将型模棒28撤下来，并将新的型模棒插入到栽簇机20中(图3B中的步骤150)。
应当可以理解如果如图4所示那样采用了两个进给装置，则对于两个进给装置30，上述的步骤都是完全相同的，且这两个进给装置基本上是同时执行这些步骤的。另外，只需要一个固定夹持装置59就能与两个进给装置30相配合。
将细丝切割为牙刷刚毛的长度参见图18-20，丝束22从汇合体60中的导槽51中穿出而进入到型模棒28中。在汇合体66的底面上可动地安装了一个切刃70，其可从一个非接合位置移动到与从汇合体60的导槽51穿出的丝束22相接合的位置处。
利用切刃70从丝束22上切割下簇束12、14。将型模棒28和进给装置30同步地向下移动约0.10英寸，以便于使切刃17能自由地在型模棒28与汇合体60的底面之间穿行，并使得型模棒28中最终形成的簇束能突出于型模棒28的上表面76。固定夹持装置59被偏置成可夹住所有的丝束22。切刃70接合到丝束22，并将丝束22切割成与汇合体66的底面相平齐，然后，切刃70被脱离开，以便于能对型模棒28执行移位，从而插入新的丝束22。当在从型模棒28上突出的簇束端部周围对牙刷柄18执行注塑成型时，簇束的端部就被锚固到了牙刷10中。在制成后的牙刷10(见图1)中，位于型模棒28中的自由端24就变为了刚毛的工作端。
重复执行栽簇过程如上所述，在已将簇束12、14、16切割成段之后，型模棒28被移位，以使型模棒28上一段空部分能与汇合体60的导槽51对正。重复执行上述的过程，直到型模棒28上的所有模段都已被插植了刚毛为止。然后，将型模棒28从栽簇机20上取下，并更换一条新的型模棒28。
如图22所示，一旦型模棒已被完全布满之后，型模棒28就被送到一个注塑成型机中(图3B中的步骤156)，在该注塑成型机中，型模棒28构成了一个型腔80的一部分。如公知的那样，在被送到注塑成型机中之前，可利用一个加热步骤将簇束熔接到一起，这将在刚毛的端部上形成一个锚固结构。将树脂注入到型腔80中，从而在簇束12、14、16延伸到型腔80中的部分的周围形成牙刷柄18，并将刚毛牢固地锚定在牙刷柄18内(图3B中的步骤158)。然后，将最终制得的牙刷10送到一个包装工作台处(图3B中的步骤160)。
张紧装置参见图24A和图24B，可能会在卷轴26与栽簇机20之间出现问题。由于丝束22的送进长度不同，所以在各条丝束22之间，卷轴与栽簇机20中间的松紧度并不相同，且随着栽簇机20的每次工作循环，该差异量都会增大。最终，丝束22的松懈段将会形成一个绳圈88(见图24A)，该绳圈将移出所在平面，而自身缠绕起来(见图24B)，最终造成抽丝或断线。使每条丝束22穿过一个独立的张紧装置的设计通常是高成本的，而且也使穿线工作变得困难。另外，单独的张紧装置具有一个问题会导致长度的变化量增大。
为了提供均匀的张紧作用，本发明采用了图25所示的张紧装置90。丝束22经引导口96、96A而穿入到平行的两块板件92、94之间。引导口96、96A基本上是共线的。两平行板件92、94最好是用玻璃、聚碳酸酯等透明材料制成的，以便于工作人员能观察到张紧装置90内的丝束22。平行板件92、94是相互离开的，以便于允许丝束22能向栽簇机20移动，同时还能减小丝束移出平面的、并自身缠卷的趋势。一般来讲，两板件之间的间隔约为2mm到5mm。
侧壁98、98A将两平行板件92、94连接起来，两侧壁的延伸高度或者如图25所示那样与平行板件等高，或者只是平行板件92、94总高的一部分。侧壁98、98A通常是橡胶封垫，它们既能隔开两平行板件92、94，又将板件连接起来。引导口96、96A是制在侧壁98、98A中的孔洞，它们所在的位置基本上接近于平行板件92、94的顶部。
一顶壁99和一底壁99A也将两平行板件连接起来。顶壁99和底壁99A可以如图25所示那样与平行板件92、94等长，或者也可以只是板件长度的一部分。顶壁99和底壁99A通常是橡胶封垫，它们既能隔开平行板件92、94，又能将两板件连接起来。顶壁99具有一个或一组开孔，例如为压缩空气或水等的流体95从此开孔中流过。流体95将流过丝束22，从而不论丝束为任何长度，都能保持对各条丝束22的张紧力。然后，流体95将流经底壁99A上的一些孔洞(图中未示出)，或者，如果底壁的长度小于平行板件92、94总长的话，流体95将流过底壁99A。通常，流体的流动方向应当基本上垂直于引导孔96、96A之间的连线，优选地是，垂直度在±5度的范围内。对于典型的细丝，流量可以约为500cfm，但也可根据具体的细丝、丝束的尺寸、以及平行板件间的间隔距离而采用其它的流量值。
用来保持每条丝束22张紧度的张紧装置90是一种简单而又有效的方式。如果用热水作为流体95，则张紧装置还具有对细丝进行退火处理的功能-如果丝束在制造过程中尚未经过退火处理。另外，通过将该张紧装置设置在挤出机与绕丝卷轴之间，就可在细丝在被挤出、并绕到卷轴上的同时，对它们执行退火处理。
其它的实施方式被限定在后附权利要求的范围内。例如，本发明的方法和装置也适于制造这样的牙刷其刚毛簇束垂直于牙刷头和/或具有相同的长度。另外，也可用上述的方法和装置来制造其它类型的刷子，而不仅仅是牙刷。另外，尽管在上文中丝束是从卷轴被输送来的，但也可按照任何合适的形式来向栽簇机供应丝束。
在另一实施方式中，可将型模棒制成具有多个夹紧孔，从而不再需要上文的盲孔。丝束可被进给到理想的深度，然后被夹紧在原位。另外，端部圆化步骤也可在最后完成-即在牙刷的制造已完工之后进行。
此外，也可将丝束以直线形式穿过汇合体，并在汇合体的折角孔中发生弯折。例如，在某些情形中，汇合体中的导槽可相互干涉，且导槽将必须是直线槽，或者至少不能与汇合体中的折角孔对准。在此情形下，丝束可被送给型模棒，然后被弯曲而引入到型模棒中。另外，可将丝束送进到多个深度处，而并非仅是两个不同的深度。例如，利用进给装置的选择能力，可将丝束送进到三个或多个不同的深度处。
在另一实施方式中，如果所输送的丝束具有不同的直径，选择性的进给装置可包括一条位于活塞中的卸载槽。较粗的丝束更易于屈从，因而需要更大的力进行夹持定位。但是，较细丝束的顺从性较差，保持较粗丝束所需的夹紧力会将细丝束剪断。卸载槽将切入到活塞中导槽的顶部和底部，其将对较细丝束进行引导，因而可避免将细丝束剪断。
权利要求
1.一种用于制造牙刷的方法，其包括步骤(a)将多条长的连续的丝束各自的自由端送入到一型模棒上对应的孔洞中；(b)利用单个选择的夹持装置选择性地夹持住一条或多条丝束，同时对所选的丝束执行送入；(c)切割丝束，使得每条被切的丝束的一部分在型模棒表面的上方延伸；(d)将型模棒放置到一成型机中，从而使细丝的上部延伸到一个局部由型模棒围成的型腔中，型腔的形状被设计成可形成牙刷的本体；以及(e)向型腔内注入树脂，从而在上部的周围形成牙刷本体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于型模棒上的孔洞是盲孔，且丝束被持续地送入，直到使自由端接近于盲孔的底面为止。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于其中至少部分盲孔具有不同的深度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤在将自由端插入到盲孔中之前，先对自由端执行端部滚圆处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每一丝束的尺寸都与牙刷上刚毛簇束的预定尺寸相对应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于每一丝束都被足够紧密地塞入到对应的盲孔中，由此可防止向模具中输送树脂时树脂流入到盲孔中。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于至少部分盲孔被设计成其延伸方向相对于型模棒的上表面存在一定角度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于至少部分盲孔被设计成沿互不相同的角度延伸。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括步骤从同一卷轴上放松下多条丝束。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其还包括步骤张紧丝束以使得丝束在被输送的过程中处于基本均匀张力作用下。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于张紧步骤包括将丝束从一腔室中穿过，在该腔室中，向丝束上方吹送压缩气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述压缩气体是压缩空气。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的输送步骤包括注塑成型操作。
14.一种用于制造牙刷的方法，其包括步骤(a)将多条长的、连续的丝束各自的自由端送入到一型模棒上对应的盲孔中，至少某些盲孔相对于型模棒上表面以不同的角度延伸到型模棒中；(b)选择性地夹持住一条或多条丝束，同时对所选的丝束执行送入；(c)切割丝束，并使得每条被切的丝束的一部分在型模棒表面的上方延伸；(d)将型模棒放置到一成型机中，从而使细丝的上部延伸到一个局部由型模棒围成的型腔中，型腔的形状被设计成可形成牙刷的本体；以及(e)向型腔内输送树脂，从而在上部的周围形成牙刷本体。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括步骤在将自由端插入到盲孔中之前，先对自由端执行端部滚圆处理。
16.根据权利要求14所述的方法，其还包括步骤从一个卷轴上放松下多条丝束。
17.根据权利要求14或16所述的方法，其还包括步骤张紧丝束以使得丝束在被送给的过程中处于基本均匀的张力作用下。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于张紧步骤包括将丝束从一腔室中穿过，在该腔室中，向丝束上方吹送压缩气体。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于张紧步骤包括将丝束从一腔室中穿过，在该腔室中，水流经丝束。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述的输送步骤包括注塑成型。
21.一种通过将丝束的自由端送入到一型模棒中而用连续细丝的丝束制造多个牙刷簇束的装置，型模棒被设计成可限定一个型腔的一部分，型模棒上具有多个孔洞，所述装置包括一进给装置，该装置包括(a)单个选择的夹持装置，其被设计成可将选定丝束的自由端送入到型模棒上的孔洞中，从而使得各个自由端被插入到一个对应盲孔的底面处；以及(b)一固定的夹持装置，其被设计成在对所选取的丝束执行进给的过程中，该装置可将未选取的丝束保持在一个固定的轴向位置上。
22.根据权利要求21所述的装置，其还包括一个端部圆化机，其被布置成可对送入孔洞之前的自由端执行端部滚圆处理。
23.根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述多个孔洞是盲孔。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于至少某些盲孔具有不同的深度，且每个盲孔的尺寸被设计成可容纳单根丝束。
25.根据权利要求21所述的装置，其还包括一切割装置，用于在丝束被送入到孔洞中之后将细丝切断。
26.根据权利要求21所述的装置，其特征在于端部圆化机被设计成可运动到与自由端相接合的位置并可运动到与自由端相脱离的位置。
27.根据权利要求23所述的装置，其特征在于至少某些盲孔被设计成相对于型模棒的上表面以一定的角度延伸。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于进给装置被设计成沿与盲孔相同的角度对丝束进行进给。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于至少部分盲孔被设计成沿互不相同的角度延伸。
30.根据权利要求29所述的装置，其还包括一第二进给装置，且第一进给装置和第二进给装置被设计成可以以与盲孔的不同角度相对应的角度对丝束执行进给。
31.一种用于向多条长丝束施加基本上均匀的张力的方法，其中的丝束被沿进给方向、以不同的速率送入到机器中，所述方法包括在一个基本上垂直于进给方向的方向上，使一种流体介质流过丝束。
32.根据权利要求31所述的方法，其还包括使流体流经一个腔室，将丝束从该腔室中穿过。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于所述腔室包括一对彼此隔开的板件。
34.根据权利要求33所述的方法，其还包括使两板件之间离开约2mm到5mm。
35.根据权利要求32所述的方法，其特征在于腔室具有一个入口和一个出口，丝束从入口进入，并从出口退出，且入口与出口基本上是共线的。
36.根据权利要求31所述的方法，其特征在于所述流体介质为压缩气体。
37.根据权利要求31所述的方法，其特征在于流体介质是液体。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于所述液体是水。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于所述水是热水。
40.根据权利要求31所述的方法，其特征在于所述丝束包括一组细丝。
41.根据权利要求31所述的方法，其特征在于每条丝束包括单根细丝。
42.根据权利要求31所述的方法，其还包括将丝束限制在对置的板件之间。
43.一种用于向多条长丝束施加基本上均匀的张力的装置，其中的丝束被沿一进给方向、以不同的速率送入到一台机器中，所述装置包括相互对置的板件，这些板件围成了一个至少部分封闭的腔室，腔室具有一个入口和一个出口，丝束从入口进入，并从出口退出；以及一输送装置，其被设计成可将一种流体介质输送给所述腔室。
44.根据权利要求43所述的装置，其特征在于其中的入口与出口基本上是共线的。
45.根据权利要求43所述的装置，其特征在于腔室被设计成使流体介质沿一个基本上垂直于进给方向的方向流动。
46.根据权利要求43所述的装置，其特征在于板件分离开约2mm到5mm。
47.根据权利要求43所述的装置，其特征在于流体介质是压缩气体。
48.根据权利要求47所述的装置，其特征在于所述压缩气体是压缩空气。
49.根据权利要求43所述的装置，其特征在于流体介质是液体。
50.根据权利要求49所述的装置，其特征在于流体是水。
51.根据权利要求50所述的装置，其特征在于水是热水。
52.一种用于簇生牙刷的机器，其包括一进给装置，其被设计成沿一轴向方向将多条细丝从该机器中穿过；以及一端部圆化装置，其被设计成可相对于所述轴向而横向地移动，并在一第一位置与一第二位置之间往复移动，在第一位置上，该端部圆化装置与细丝的自由端相接触，而在第二位置上，端部圆化装置与细丝的自由端分离开。
全文摘要
本发明公开了一种使牙刷簇生的方法和装置，该方法包括将连续丝束的自由端插入型模棒的盲孔中，至少一些盲孔具有不同的深度和/或以不同的角度延伸。
文档编号B29C45/14GK1514766SQ02811789
公开日2004年7月21日 申请日期2002年5月21日 优先权日2001年5月23日
发明者威廉·马瑟韦, 约瑟夫·德普伊特, 德普伊特, 威廉 马瑟韦 申请人:吉莱特公司