用于生产具有内腔的牙刷的方法

用于生产具有内腔的牙刷的方法
【专利摘要】生产具有内腔的一体个人护理制品诸如牙刷的方法。
【专利说明】用于生产具有内腔的牙刷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生产具有内腔的个人护理制品诸如牙刷的方法。
【背景技术】
[0002]牙刷通常采用注塑方法进行制造。这样一种注塑方法的特征在于提供呈牙刷形状的模具和通过热通道喷嘴将熔化的塑料注射进模具中。牙刷接着被冷却并且从模具中顶出。例如，美国专利申请公布号5，845，358示出通过注塑制造的这样一种牙刷。常规注塑方法的局限性之一是，大直径的柄部并且特别是沿其长度具有基本轮廓的大柄部不能以有效的方式进行生产。
[0003]具有增大的柄部直径的牙刷提供基本的优点，例如，它们可给儿童提供增大的抓持区域，提高儿童控制和使用牙刷的能力；同样，由于难以弯曲他们双手的关节的缘故，具有残疾诸如关节炎的人们有时在处理牙刷方面有困难。借助于具有增大的柄部直径的牙刷，此类困难得到显著减轻。另外，对于使用者而言，从人体工程学的观点来看，牙刷上柄部横截面较大比较好。
[0004]从人体工程学的观点来看，更胜一筹的是具有轮廓的大柄部，其特征在于横截面积上的一种或多种实质变化，包括沿着刷的长度或长轴增大和减小横截面积在内。当牙刷必须被快速移动时通常在湿或滑的时候，横截面积上的此类变化允许使用者在使用期间更好地抓持和处理牙刷。
[0005]尽管对于具有增大的柄部直径的牙刷具有优点，利用注塑来制造具有较大横截面柄部的牙刷具有至少五个缺点。
[0006]第一-由于使用了更多的塑料来制造牙刷，牙刷更加昂贵。因为用注塑法制造的牙刷是实心的，用来形成牙刷柄部的材料近似地随着柄部直径的平方而增多。
[0007]第二 -制造的成本增加，因为冷却和凝固牙刷所需的时间随着直径增大而显著增力口。冷却时间增加是由于热塑料的数量增多和牙刷的横截面较大两种缘故。因为塑料具有相对低的热导率，随着横截面增大，从牙刷的中心排出热量难度大幅度增加。
[0008]第三-大多数热塑性塑料在冷却和凝固期间收缩。收缩可在柄部的外边缘冷却时通过将另外的熔化的塑料通过浇口填充进柄部的中心而减轻。然而，当浇口被放置远离柄部的最厚部分时这种减轻失效，并且所述浇口的放置(其将在柄部的厚抓握部分中具有一些触觉残余)可导致使用期间不称心。对于许多牙刷柄部设计而言，只是填充不能减轻可见的表面收缩和与增大的柄部横截面有关的表面和内部缺陷。这些表面缺陷可被显现为表面光泽或质感上的无意变化，其造成所述部件的观感不佳。内部缺陷可显现为塑料里面的空洞或气泡，取决于塑料的透明度，其可明显地或不明显地弱化柄部。
[0009]第四-注塑方法需要足够的能量以将塑料充分熔化到液体状态，使得它可在压力下行进通过流道、喷嘴和浇口以完全充满注射模具腔体。
[0010]第五-将塑料填充和装满注射模具腔体中需要超高压，通常从数千磅每平方英寸变化至数万PSI，其需要由很高强度材料诸如硬钢制成的模具腔体，这些材料生产昂贵并且耗时。此外，塑料作用在模具腔体表面上的极高流体压力横跨腔体是不均匀的，导致模具腔体的磨损不均匀，其最终将影响模塑塑料部件上的装饰结构。
[0011]力图克服与使用注塑来生产具有增大直径的牙刷柄部有关的困难，已经提出生产具有中空主体的牙刷柄部。例如，EP0668140或EP0721832公开了使用气助或气体辅助技术来制造具有中空的大横截面柄部的牙刷。在所公开的方法中，靠近牙刷柄部的基座注射熔化的塑料，其中随后将热针插进熔化的塑料中以将气体吹进熔化的塑料中，所述熔化的塑料接着朝向注射模具的四壁膨胀。以一种相似的方式，美国专利公布号6，818，174B2提出，将预定数量的熔化的塑料注射进腔体中以仅部分地充满模具腔体并且随后通过在注射模具中形成的注气口注射气体以迫使熔化的塑料与模具腔体的壁接触。CN102166064公开了一种中空牙刷柄部和用于生产牙刷(具体地牙刷柄部)的方法。当熔化的塑性材料被注射进牙刷柄部的牙刷柄部模具腔体中时，气孔形成于牙刷柄部的任何位点，气体通过气孔被吹进牙刷柄部的中心，并且在牙刷柄部被成型之后气孔被密封。所描述的牙刷具有通过气体辅助注塑方法制造的中空柄部和实心牙刷头部。
[0012]为在熔化的塑料中产生空隙空间，此类注塑方法通常在大于1，000PSI的超高压下注射空气，使它难以形成具有基本上均匀壁厚的中空柄部主体或者用重叠注塑的二次或三次注射形成中空柄部主体。按这种方法制造的柄部壁厚不是均匀分布的，导致用于较好柄部强度的重量分布很不理想。所节省的材料量也局限于10?50%的柄部重量。同样，限制了材料减量和提闻制造效率的可能性。
[0013]生产具有增大横截面的牙刷柄部诸如电动牙刷柄部的一种常规方法是采用注塑分别地制造离散的柄部部件，然后将这些部件在单独的非注塑步骤中或者在后续的注塑步骤中组装，从而来自第一步骤或多步骤的离散部件首先被插进注射模具中并且围绕着它们注射一种或多种附加材料，由多个部件形成中空主体。这种制造方法仍然具有下列缺点:需要塑料彻底熔化、高压和与注塑有关的相关设备，并且此外可增加与模内和模外组装均有关联的人工费用。
[0014]在吹塑的电动牙刷的组装过程中，有必要让柄部的吹塑部分在至少一个端部敞开以容纳电机、电池和驱动系统组件。在这个过程中，吹塑柄部的至少一个开口的最小直径必须超过将被插入的每一个组件的最小线性尺寸。这样一个大开口在非电动柄部中将是一个缺点，其不需要容纳内部组件入口。此外，吹塑技术是一种大量生产制造方法。大部分大量生产的主要挑战是管理多样性-像包括形式、颜色和装饰在内的设计变化。这通常涉及切换某些方法和设备，导致设备停产。另外，在想要组合不同的产品设计以包含在一个单一包装中的那些情况下，大量生产一种产品设计需要被存储或缓冲。例如，手动牙刷通常以合装包进行销售，所述合装包包括不同颜色的同一产品形式。
[0015]有可能将中空的吹塑或注塑柄部制成一个部件，并且将注塑刷头制成另一个单独的部件。然后，中空的柄部和实心的或部分中空的刷头可通过卡扣或胶粘或超声焊接或一些其它组装方法进行组装。在由中空的柄部和中空的或实心的刷头制成的牙刷方面具有一些现有技术。这些现有技术列出如下。
[0016]鉴于现有技术的这些缺点，本发明的一个目标是提供一种用于在一次模塑工序中生产牙刷的改进方法，所述方法避免了现有技术的缺点。
【发明内容】

[0017]本发明提供了一种用于挤出吹塑具有内腔的一体牙刷的方法，所述方法包括:提供具有纵向轴线和腔体的挤出吹模，所述腔体具有头部部分、颈部部分和柄部部分以及限定横截面积的表面；其中所述腔体具有沿着吹模的纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或者沿着吹模的纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个；挤出包含热塑性树脂的型坯，所述型坯包括内腔和外表面，其中所述外表面限定所述型坯的横截面积；闭合所述吹模；采用流体使型坯膨胀接触腔体表面和子组件以生产具有内腔的牙刷柄部。
[0018]本发明提供了一种用于挤出吹塑具有内腔的一体牙刷的方法，所述方法包括:提供具有纵向轴线和腔体的挤出吹模，所述腔体具有头部部分、颈部部分和柄部部分以及限定横截面积的表面；其中所述腔体具有沿着吹模的纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或者沿着吹模的纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个；挤出包含第一热塑性材料和第二热塑性材料的型坯，所述型坯包括内腔和外表面，其中所述外表面限定所述型坯的横截面积；闭合所述吹模；采用流体使型坯膨胀接触腔体表面和子组件以生产具有内腔的牙刷柄部。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1是根据本发明的一个实施例的一种牙刷的透视图；
[0020]图1A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线IA的图1的剖面图。
[0021]图1B是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线IB的图1的剖面图。
[0022]图2是根据本发明的一个实施例的一种牙刷的透视图。
[0023]图2A是根据本发明的一个实施例的沿着剖面线2A的图2的剖面图。
[0024]图3是根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法中挤出步骤的剖面图。
[0025]图4是根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法中挤出步骤的剖面图。
[0026]图5是根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法中挤出步骤的剖面图。
[0027]图5A是半模的前视图。
[0028]图6是根据本发明的一个实施例的用于生产个人护理制品的挤出吹塑方法的剖面图。
[0029]图7是根据本发明的一个实施例的牙刷头部的前视图。
[0030]图7A是根据本发明的一个实施例的牙刷头部的侧视图。
[0031]图8是根据本发明的一个实施例的具有簇孔的牙刷头部的前视图。
[0032]图9是一种牙刷头部的前视图。
[0033]图10-11是根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法中簇孔成形步骤的剖面图。
[0034]图12是示出活动销的位置随时间变化的图形。
[0035]图13-13A是根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法中簇孔成形步骤的剖面图。
[0036]图14-14A是根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法中簇孔成形步骤的剖面图。
[0037]图15是根据本发明的一个实施例的正被挤出的型坯的剖面图。[0038]图16是根据本发明的一个实施例的半模分离的剖面图。
[0039]图17是根据本发明的一个实施例的用于生产个人护理制品的挤出吹塑方法的剖面图。
[0040]图17A是在根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法期间生产的挤出型坯的剖面图。
[0041]图17B是在根据本发明的一个实施例的挤出吹塑方法期间生产的挤出型坯的透视图。
【具体实施方式】
[0042]在下面的说明书中，本发明按照手动牙刷以及制造手动牙刷的方法进行讨论，其中所述牙刷是在一次模塑工序中制造的在柄部和颈部具有内腔的一体单件(一体牙刷)。然而，在其它形式中，本发明可呈共有相似的结构诸如柄部和簇或簇孔的其它家用清洁制品或个人护理制品的形式。也应当理解，可利用其它实施例，而且可进行结构和功能修改而不脱离本发明的范围。
[0043]个人护理制品是用来存储、分配、施用或递送有益效果给消费者的个人健康、美容、梳理或其它身体或人体生物系统护理、保养、增强或改善的物品。个人护理制品的例子包括但不限于牙刷、牙刷柄部、剃刀、剃刀柄部、拖把柄部、真空吸尘器柄部、化妆或美容护理品施用装置、皮肤护理施用装置、女性卫生施用装置、毛发护理施用装置、毛发着色施用装置或毛发护理制品。
[0044]图1示出个人护理制品的一个实施例，牙刷10具有头部20、颈部30、柄部40、柄部末端42和头部末端22。牙刷10可被一体地成形成单件并且包括内腔60和外表面12，其中外表面12在横截面积(OSa)上变化，所述横截面积(OSa)是沿着牙刷10纵向轴线L由外表面12所限定的横截面的总面积-如图1A所示；在该实施例中，柄部40具有基本上沙漏形形状。内腔60具有内腔表面62，其中内腔表面62沿着牙刷纵向轴线L在横截面积(ICca)上变化。如图1所示，在某些实施例中，牙刷10的内腔60具有较大横截面积ICae，其沿着牙刷10的纵向轴线L邻接具有比较大横截面积ICae小的面积的横截面积ICa1、ICca2以形成轮廓。牙刷10内腔60也可具有较小横截面积1C.，其沿着牙刷10的纵向轴线L邻接具有比较小横截面积ICm大的面积的横截面积ica3、iceA4以形成轮廓。在另一个实施例中，在刷柄部末端处的横截面积小于沿着牙刷10的纵向轴线L的至少一个或更多个其它横截面积。
[0045]此外，如图1、1A和IB所示，在某些实施例中，沿着牙刷10的纵向轴线L，内腔表面62的横截面积正比于外表面12的横截面积上的变化而变化，除了沿着牙刷10的纵向轴线L在内腔的尾梢处之外。如图1所示，头部20和颈部30的至少一部分沿着牙刷10的纵向轴线L可为基本上实心的，或者如图2所示，在牙刷100中，内腔160可从柄部140延伸进颈部130中，但不进入牙刷100的头部120，由最接近牙刷100的柄部末端142的第一簇孔132而定。在某些实施例中，气隙体积与刷柄部和颈部体积的百分比范围是从约50%到约70%或者从约55%到约70%;意味着与具有相同或相似形状和尺寸的实心牙刷相比节省了相同百分比的材料。图2A是图2的牙刷100的纵向剖面图，显示在牙刷头部中延伸的簇孔132。[0046]在某些实施例中，一体牙刷的中空部分的壁厚(由牙刷的外表面和内腔表面之间的距离而定)可为均匀分布的并且薄至约0.5mm至约5mm。在某些实施例中，牙刷中空部分的平均壁厚(由沿着横截面的圆周方向所有测量厚度的平均值而定)为约1.0mm至约
2.0mm，其中壁厚的标准偏差小于平均壁厚的25%。
[0047]模塑一体牙刷的一种方法在图3至5中示出并且描述如下。如图3所示，热塑性树脂被加热到熔化状态处于给定温度(机头温度)并且通过模具200和芯轴202被挤出以形成管或型坯210。包括形成牙刷前侧的前半模220A和形成牙刷后侧的后半模220B的两个半模形成模具220和具有牙刷形状的模具腔体222。在某些实施例中，前半模220A具有延伸进模具腔体222中以在牙刷头部中形成盲簇孔的多个簇孔销240。模具腔体222包括头部部分224、柄部部分226和颈部部分228，所述颈部部分被定位在头部224和柄部226之间，其中每个腔体部分均对应于在一体牙刷上所形成的部分。
[0048]如图4所示，当半模220A、220B围绕型坯210闭合时，型坯210的大部分被包含在模具腔体222内。接着，可在模具220的顶部将吹气杆插进吹气杆圆锥体232中并且将流体诸如压缩空气导入模具腔体222内侧的型坯210中。压缩空气的压力可介于约3.4巴至
6.9巴之间或者为约(4.1?5.5巴)。
[0049]图5示出，吹制气体使型坯210充气并且使型坯210膨胀贴靠模具腔体表面223，同时冷却型坯210并保持气压。如图5和图5A(其为后半模220B的前视图)所示，也可存在围绕模具腔体222的牙刷头部部分224定位的毛边槽230以容纳来自型坯210的任何多余材料。在给定时间量(所谓的吹塑周期T，约10至20秒)之后，型坯210将被充分冷却并且硬化并且压缩空气被停止。而且如图6显示，半模220A、220B分开并且具有内腔251的中空牙刷250从模具220中被顶出。如图5A所示，毛边槽230中的任何多余的塑性材料将变成可被去除的毛边。
[0050]除了上述的挤出吹塑方法之外，如图3-6所示，当制造一体牙刷250时，在同一模塑工序中，可用从模具腔体表面223延伸出的销240在牙刷头部252中制成一系列盲簇孔254。可布置簇孔使得当簇被装定进簇孔中时，一体牙刷将具有有效地清洁牙齿的簇图案。
[0051]在某些实施例中，在牙刷头部260上，如图7所示，簇孔261直径(D)或横截面尺寸可处于以下范围:约1.5mm至约3mm,或者1.5mm至约2.5mm,或者约1.7mm至约2.2mm。相邻簇孔261之间的间隙距离(GD)和靠近牙刷头部260边缘的簇孔261和所述边缘之间的间隙距离可为约0.5mm至约1.5mm,或者约0.6mm至约1mm。如图7A所示,从牙刷头部260表面所测量的簇孔261的深度(DE)可处于以下范围:约2.0mm至约4.5mm,或者约2.5mm至约4.0mm。同时，刷头260的厚度⑴可为约2.5mm至约7mm,或者约3.5mm至约5mm。牙刷头部260上的簇孔261的数目可处在约20至约60个或者约30至约50个的范围内。
[0052]在如此有限的和被包含的空间诸如牙刷头部模具腔体部分内产生如此多的簇孔是半熔化热塑性树脂的大应变或大变形现象。其中计示压力不超过6.9巴的压缩空气沿着整个纵向轴线吹进型坯中的常规挤出吹塑方法不能制造具有如此之多数目的小密堆积的簇孔的一体牙刷。例如，如果型坯厚度Tp在刷头处太薄，则将没有足够的材料来完全充满模具腔体的刷头部分。因此，吹制气体将吹进模具腔体中型坯的刷头区域中。气压(通常〈6.9巴)并未高到足以使型坯壁变形以完全接触模具腔体壁的所有表面和在刷头处的簇销。因此，代替在刷头262中形成像图8中一样的具有成型良好的各个簇孔264的刷头，形成了具有围绕孔组268的大凹槽的牙刷头部266-参见图9。簇不能被装定进牙刷头部的这些大凹槽中。同样，采用常规的挤出吹塑气压不能有效地模塑具有许多簇孔的牙刷头部。同时不受理论的限制，为了采用挤出吹塑在牙刷头部中形成簇孔，采取材料性能和工序步骤的组合。
[0053]为生产具有盲簇孔和内腔的一体牙刷，采用了在牙刷头部压塑和在柄部和颈部吹塑的组合。这可通过使型坯厚度Tp在牙刷头部足够厚使得当模具闭合时型坯的热塑性树脂完全充满模具腔体的牙刷头部部分的簇销和模具腔体壁之间的空间而实现。半熔化的型坯通过两个半模的压力而变形并且适形于簇销的形状。
[0054]通常在挤出吹塑方法中，半熔化的热塑性材料不仅在足够高的温度下被挤出以在连续型坯中形成均匀的无定形结构，而且在足够低的温度下被挤出以允许型坯横跨其纵向承载一些负荷；因为型坯420可从挤出点竖直地悬伸出或者可在非向下方向上被保持或拉扯。为了使熔化的型坯流进簇孔销之间的空间中，熔化的型坯应当具有正确的粘度并且压缩压力应当足够高以允许熔化的型坯材料充满大变形。如果熔化的型坯太粘稠，则它不能一直流进簇孔销之间的小空间中，其导致相邻簇孔之间的熔接线或者簇孔之间的凹槽间隙或者仅仅部分成型的簇孔。如果熔化的型坯太流体状，则型坯可能不是强得足以被吹塑。
[0055]型坯粘度主要受两种因素控制:所用热塑性树脂的熔体流动指数和模具腔体中在牙刷头部部分型坯的温度。通常，热塑性树脂的熔体流动指数(MFI)是在236°C的温度和2.16kg的比力下进行测量。热塑性树脂的MFI越高，熔化的热塑性材料在特定温度例如236°C下的粘度越低。型坯的温度受模头温度(型坯离开模具和芯轴的温度，通常大约180°C至220°C )和挤出后型坯的冷却时间的控制。如果模头温度被提高，则半熔化树脂的粘度可被进一步减小。例如，MFI为2g/10min的吹塑级聚丙烯树脂(Dow334PP)能够在约210°C至约220°C下一致地形成簇孔，其中型坯冷却时间或循环时间为大约25s。其中型坯冷却时间被定义为从型坯的头部最初离开模具时的时间到型坯的头部被推进模具腔体中的时间。然而，具有低MFI诸如0.37至0.47g/10min的吹塑级聚丙烯树脂(Profax7823PP)在约210°C至约220°C下将不能够一致地形成簇孔。吹塑级热塑性树脂通常具有2g/10min的最大MFI。在常用吹塑温度诸如约180°C至约220°C下，具有较高MFI诸如4-6MFI的树脂变成注射级热塑性树脂并且太松软以致于不能形成可被吹制的强固型坯。因此，在某些实施例中，热塑性树脂的MFI可处在约lg/10min至约4g/10min的范围内，其中模头温度为约180°C至约220°C。当型坯从模具中被挤出时，它开始冷却。型坯头部的冷却时间越长，其温度将会越低并且它将变得越粘稠。从而希望具有短的型坯冷却时间诸如15s至25s。型坯冷却时间也是型坯挤出时间。因此，存在着可确定型坯冷却时间的其它因素诸如型坯进料速率、模具溶胀和相对于模具和芯轴尺寸的期望型坯直径。
[0056]在牙刷头部部分模具腔体中的压缩压力应当足够高，至少大于约6.9巴以使熔化的型坯变形。在某些实施例中，形成簇孔的销是作为一个连续部件产生于模具腔体表面的固定金属销诸如铝销。当模具闭合时，两个半模在牙刷头部部分处抓住填补模具腔体的型坯。压缩压力来自模具的闭合动作和将管状型坯压缩成模具腔体和簇孔销的形状。最高的压力出现在销的末端处，因为那里是型坯的最大压缩量或变形量发生的地方。这利用压塑效果好，因为最高的压缩压力产生在型坯的最大压缩变形量发生的地方。在压塑中，所施加的典型压力的范围是从10巴至几百巴。当所述部件继续冷却时，簇孔将收缩贴靠着销。因此，簇孔的尺寸是非常精确的。
[0057]如图10和11 (它们示出在模具腔体头部部分272中型坯270的剖面图)所示，影响簇孔形成的另一个因素是，在模具腔体表面276和型坯外表面278之间可能存在着气隙274并且在型坯270内部可能存在着气隙280。如果当型坯270硬化时气隙274、280保持下来，则它们将造成呈表面孔形式的表面缺陷、呈滞留气泡形式的内部缺陷，或者以上两种缺陷。
[0058]要减轻任何滞留气泡，一种方法是用约I秒至约3秒慢慢地闭合具有固定簇孔销的模具以给予牙刷头部前侧模具腔体壁和型坯之间的滞留气泡额外的时间从销下至柄部间逸出。另一种方法是在牙刷头部部分在后半模中和在牙刷头部部分在前半模上在簇孔销之间添加通气孔以使滞留空气能够通过通气孔排出模具。增加通气孔数量的又一种方法是使簇孔销和前半模分离，如图10和11所示。所以在每个簇孔销处，在模具腔体上牙刷头部部分，在簇孔销和前半模之间存在着通气孔，允许型坯通过每个簇孔销排气-产生簇孔而无滞留气泡或表面缺陷。
[0059]在某些实施例中，簇孔销是固定的。压缩压力在模具完全闭合后将不再增大并且可能甚至随着头部部分中型坯冷却并且收缩远离模具腔体壁而减小。因此，凹痕可显现在刷头的侧面上或者刷头的背面上。大部分时间凹痕仅影响表面光洁度的外观，其可通过在刷头的表面上添加颜色或透明度以及纹理来掩饰。当塑料冷却时，它将收缩。对于处于适当位置的簇销，塑料将收缩不小于簇销尺寸。由于收缩的缘故，塑料实际上将非常紧密地贴附于簇销，因此，将刷头拔出簇销耗费很大的力量。也希望在簇孔销上加上约I至约5°的斜度，使得牙刷可被顶出。拔模角越大，从模具中顶出模塑的牙刷越容易。
[0060]在某些实施例中，如图10和11所示，簇孔销290 (活动簇孔销)可独立地延伸或回缩进模具腔体275中，与模具的闭合和打开无关。在单独控制下，诸如通过使用液压式、气动式致动器或者电动伺服电机，簇孔销290可自由地滑进和滑出模具腔体275。簇孔销290中的一个或多个可在簇孔销外表面291和其中被定位的套管表面293之间具有间隙，允许排放空隙空间空气。当前半模292和后半模294开始闭合并抓住型坯270时，活动簇孔销290延伸进模具腔体275中以压紧在型坯270上。活动簇孔销290的位置被定义为从簇孔销的末端到簇孔销290由其延伸出的模具腔体表面276的垂直距离。活动簇孔销位置与时间的函数的一个例子显示于图12中。活动簇孔销的定时可影响簇孔的形成。例如，如果簇孔销延伸进模具腔体中太晚，则型坯冷却太多并且开始硬化，同样簇孔在顶部边缘处变成半球形。如果簇孔销较早地且较快地延伸进模具腔体中，则型坯将具有较高的温度并且不太粘，其将产生具有少许或没有缺陷的簇孔。然而，牙刷头部后侧上的凹痕将被增大。在某些实施例中，簇销的起始位置可为簇孔深度的25%至50%。簇销的终端位置为簇孔深度的100%。在模具被闭合后，簇孔销可被保持在起始位置Os至约1.0s。簇孔销可在介于约
1.0和2.0秒之间达到100%的簇孔深度。
[0061]紧接着簇孔销完全按预期延伸进模具腔体中，活动簇孔销可完全保持持续约5秒至约20秒。在模具打开并且部件被顶出之前约I至2秒，活动簇孔销接着可回缩到延伸的O?25%以使部件能够顶出。
[0062]因为簇孔销在牙刷从模具腔体中被顶出之前回缩，簇孔不必具有拔模角来帮助顶出。这允许直的簇孔。与具有拔模角的簇孔相比，直簇孔增大簇保持性并且使可适合簇孔的簇的数目和种类最大化。
[0063]在某些实施例中，用于挤出吹塑方法的模具可由一种或多种金属例如铝制成。对于包括铝并且具有固定簇孔销的模具而言，簇孔销也可由具有高热导率的铝制成。这样型坯接触铝模具腔体表面和簇孔销的外层冷却非常快。在某些实施例中，模具包含铝并且具有活动簇孔销，所述簇孔销中的一个或多个可包含钢。在典型的吹塑温度180°C至约220°C下，钢具有低得多的热导率12?45W/(m.K)，其比铝的热导率小至少5倍。因此，型坯接触钢活动簇孔比型坯接触铝时冷却慢得多。当型坯处于较高温度下时，它具有较低的粘度并且在相同温度下比在较低温度下的型坯流动容易，能够形成不具有缺陷或具有极少缺陷的簇孔。包含铝的模具的其它部分允许型坯冷却较快并且具有较快的总体循环时间，与包含钢的模具相比。
[0064]如图13和13A所示，在另一个实施例中，吹模可具有分开的簇孔销281和前刷头基板282。当前半模284和后半模285开始闭合并且抓住型坯286时，刷头基板282和簇孔销281共同延伸进模具腔体283中。刷头基板282和簇孔销281的端位置被固定以产生期望的簇孔。当型坯开始冷却并且收缩远离模具腔体表面时，刷头基板的运动在型坯上施加附加的压力。
[0065]如图14和14A所示，在某些实施例中，吹模可具有分开的簇孔销310和前刷头基板312。只有簇孔销310是活动的。当前半模314和后半模316开始闭合并抓住型坯318时，活动簇孔销310延伸进模具腔体320中以压紧在型坯318上。簇孔销延伸将与结合图10所述的相同。在后半模316上在刷头部分，存在着单独的背板322，其可被移动进模具腔体320中以在模具闭合后提供附加的压缩压力。在一个实施例中，背板被至少6.9巴的背压推靠模具腔体中的刷头。在它冷却时，这将把压缩压力保持在模具腔体的刷头部分中的熔化的塑料上。因此，凹痕被减少或去除。背压可为恒定的压力或随时间变化的压力。背板的位置和定时也可受液压系统和反馈控制器的控制。代替保持恒定压力，对于第一个5秒，背板可以按设定距离每秒例如lmm/s移动进模具腔体中，或者可从如图14所示的起始位置移动到图14A所示的终端位置。背板的位置和定时与簇销的位置和定时无关。作为另外一种选择，不用反馈伺服控制器，液压管线直接控制簇销的2个或3个位置，或者在具体时间背板将提供恰当的运动类型给模具上的活动簇销和活动刷头背板。
[0066]与其它的瓶吹塑相比，牙刷的横截面尺寸比传统的瓶子的横截面尺寸小得多。挤出吹塑牙刷的一种有益效果是，牙刷可具有比注塑牙刷大的柄部尺寸。
[0067]在吹塑方法中副作用之一是，可能产生不期望的毛边。为使牙刷最初从模具中出来时牙刷具有尽可能少量的毛边，可定位型坯使得型坯的大部分处于具有牙刷形状的模具腔体之内，因为型坯不适应模具腔体中的任何部分将被挤压出模具腔体之外并且进一步被压进毛边槽中并且变成毛边。如图15所示，型坯300 —般具有柱形管形状，具有外径Dp和厚度Tp。对于给定的模具，型坯的外径决定是否型坯将适合模具。在某些实施例中，型坯外径Dp在柄部可小于模具腔体的最小横截面尺寸，使得有一点毛边乃至没有毛边在牙刷的柄部形成。模具腔体的横截面尺寸由通过横截面的质心的任何直线与所述横截面的两个交点之间的距离限定。不规则形状的横截面将具有许多横截面尺寸与最大横截面尺寸和最小横截面尺寸。例如，在某些实施例中，在柄部处模具腔体可具有约IOmm至约20mm的横截面尺寸，因此型坯可具有Dp。反之，在某些实施例中，在模具腔体的头部和颈部处采用了压塑，模具腔体基本上将充满型坯并且多余的型坯塑料被挤出模具腔体进入毛边槽中，产生毛边。为减少牙刷的总体毛边量，型坯具有减小的外径Dp和增大的厚度Tp是理想的。为制造具有符合人体工程学的宽柄部和内腔的典型牙刷，期望的Dp可处于6至12_或者6至10_的范围内。Tp可在柄部处在1.3mm至2.5mm的范围内并且在头部部分处在2至3.5mm的范围内。
[0068]如图15所示，型坯300外径Dp受模具302和芯轴304的尺寸以及模具溶胀比控制。模具溶胀比是树脂进料速度或挤出速度、型坯温度、模具和销之间的间隙、维持气体流速和树脂熔体流动的函数。树脂进料速度越高或者型坯离开模具越快，模具溶胀比将越大并且型坯直径将越大。因此，具有慢的树脂进料速率使得模口膨胀低是有利的。在一个或多个实施例中，牙刷头部部分可位于模具腔体的底部，并且与牙刷柄部相比，型坯在将要形成牙刷头部部分的区域中具有较大的厚度Tp，这样型坯将具有更多的材料来填充模具腔体的牙刷头部部分。在型坯的底部区域处的额外重量将帮助拉伸处于柄部区域的型坯以进一步减小型坯的直径Dp并因此减少柄部区域处的毛边。
[0069]另一方面，给定型坯的总长度，树脂进料速度越慢，型坯离开模具和芯轴的时间越长，型坯底部将具有的冷却效果越大。
[0070]型坯的厚度可沿着纵向通过控制器诸如液压式控制器进行控制。参照图15，芯轴304的位置可被上下移动以允许型坯300的壁厚变化。
[0071]在某些实施例中，将要形成牙刷头部的型坯的厚度可为约1.5mm至约3.5mm或者约2mm至约3mm。在某些实施例中，将要形成牙刷柄部和颈部的型还的厚度可为约2mm至约
3.5mm。在某些实施例中，如果型坯直径大于牙刷的最大宽度，则在头部部分处型坯厚度可超过刷头厚度的一半，如图14所示。
[0072]—体牙刷可用簇装定进刷头上的所有簇孔中来制造簇状牙刷。簇的材料可为尼龙、PBT、具有银离子的尼龙等。可被装定进注塑牙刷中的任何刷毛材料也可被装订进具有内腔的一体牙刷中。
[0073]在某些实施例中，簇可在模塑步骤期间被引入。如图16所示，模具350可包括后半模350B和具有包含簇354的一个或多个簇孔352的前半模350A。簇354的末端从前半模350A的模具腔体表面356延伸出(或制成伸出)，在某些实施例中，为约Imm至约5mm或者约2mm至约4mm。在牙刷头部部分358区域的型坯被压塑成模具腔体357的牙刷头部部分358并且围绕簇端流动。如果簇材料诸如尼龙与牙刷材料诸如聚丙烯不相容，则簇端可被熔合。在簇的底部处的簇端将被机械地锁定在刷头中。如果簇由相容牙刷材料诸如聚丙烯的某种材料制成诸如模塑的TPE簇，则簇不需要被熔合。牙刷材料和簇材料将在模塑工序期间将熔合簇形成化学键。
[0074]可由其制成牙刷的材料包括聚丙烯(PP);尼龙(聚酰胺)(PA);聚对苯二甲酸乙二酯，包括聚乙烯对苯乙二醇在内(PET&PET-G);低密度和高密度聚乙烯(LDPE&HDPE);聚酯(PE);聚氯乙烯(PVC);和工程塑料诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯醚(PPE)、聚氧二甲苯(PPO)。熔体流动指数介于I和4g/10min之间或者为I至3g/10min或者为1.5?
2.5g/10min的这些材料的任何子类或其它热塑性塑料(包括吹塑级热塑性塑料在内)可被用于吹塑方法来制造一体牙刷。
[0075]在挤出吹塑的某些实施例中，可采用一种或多种材料来生产牙刷，例如硬塑料材料诸如聚丙烯、PET、PET-G、LDPE、HDPE。在某些实施例中，可采用两种或更多种材料来生产牙刷柄部，例如如上所列的硬塑料材料和与第一材料化学相容的一种或多种热塑性弹性体(TPE)。TPE的例子包括苯乙烯类(S-TPE)、共聚酯(COPE)、聚酰胺(TPU)、聚酰胺(PEBA)、聚烯烃共混物(TPO)和聚烯烃合金(TPV)。例如，聚烯烃基TPE诸如TPO将与聚烯烃基硬塑料诸如聚丙烯一起使用，并且二者被引入挤出型坯中以形成包括各部分由彼此整体连接的不同材料制成的牙刷柄部。例如，在牙刷中，被拇指或指尖所接触的表面部分可由软塑料制成，而牙刷柄部的剩余部分可由硬塑料制成以给予牙刷足够的刚度。由不同材料制成的挤出型坯接着在腔体中被吹塑以形成最终的形状，其中不同材料的各部分可被变形。
[0076]在本发明的某些实施例中，牙刷可由多层材料制成以在单个步骤中在单个模具腔体中形成不同的触觉表面。一般来讲，在多层实施例中，内层或基底层由第一材料(其为主要承载材料)制成并且通常厚于随后的外层；并且外层可由较柔软的材料(其可与皮肤具有较高的摩擦系数)或者其它改进的触觉结构制成。各层可以以三种方式之一进行制造:(I)在挤出吹塑或挤压焊合的情况下，它们可在挤出孔的上游进行制备，在这种情况下，各层被熔化并被结合到一起并且彼此整体共挤出，其被称作多层挤出吹塑，或者(2)它们可通过不连续的挤出工序分别进行制备并且仅在模塑阶段期间被结合到一起，在此处基底材料的型坯被挤出并且第二材料被挤出，接着裁切成片或试样块，或者被自动地交替注塑，然后被放进模具腔体中，对于熟悉本领域的技术人员其被称作模内贴标。
[0077]在多层挤出吹塑中，可以以不同的方式挤出多种材料，例如，一种方式按同心层挤出，第二种-在径向上变化，以及第三种以轴向变化的方式挤出，从而材料或颜色沿着挤出轴线变化。在全部三种方式中，挤出型坯通过在指定位置引入不同的材料以及在挤出环形物的上游引入注射压力而产生。使用这种方法，可生产具有至多七层或多个条纹的牙刷柄部。在其中材料或颜色沿着挤出轴线变化的第三种方式中，在将要形成牙刷柄部的型坯成型期间，注射口可有选择地打开和闭合。
[0078]在某些实施例中，如显示挤出机400的详细剖面的图17所示，其包括模具402和芯轴404与芯管形型坯420以生产具有不只一层的型坯420。挤出机400包括至少一种其它材料注射机构410，如图17所示，所述注射机构可为通常放置在下游的自一开始就由阀411控制的另一个挤出机喷嘴以注入提供一种或多种物理特性给牙刷柄部的第二材料412，其可与任何前面的或后面的材料相同或不同。物理特性的例子包括质感、颜色、摩擦系数、刚度、柔软性，或者如图17所示，通过将着色剂Cl添加到第二材料412或者直接添加进型坯420中以用着色剂Cl为它着色来提供。在某些实施例中，可存在由阀417控制的注射第三材料418的其它材料注射机构416，所述第三材料提供一种或多种物理特性给牙刷柄部，可与任何前面的或后面的材料相同或不同，如前所述。在此情况下，与第二材料一样，物理特性为通过将着色剂C2添加到第三材料418所提供的颜色，第三材料被挤出在型坯420的外表面上或者着色剂C2可被直接添加进型坯420中以用着色剂C2对它着色，例如如图17A所示，存在着多层型坯420，其中着色材料412、418被注射以按顺序模式形成型坯420的外表面上的一层。当型坯离开挤出机400时，可稍微注射着色剂Cl和C2以沿着型坯420产生不同的颜色。挤出机可具有两个以上颜色机构来产生颜色上的更多变化。图17示出正在按顺序模式着色整个型坯420的着色剂C1、C2的注射。图17B示出围绕型坯420的圆周施用的多种着色剂Cl、C2。[0079]在本发明的某些实施例中，中空牙刷柄部的附加层可通过模内贴标(IML)的方法来添加。ML用来在牙刷柄部的表面上在一个或多个指定位置放置和定位标签诸如TPE标签。IML包含将要通过附接到吹塑部件的外表面并且密切地适形于其形成牙刷柄部的固有部件的一个或多个前面制造的柔韧而结实的组件。ML的定位可用来增强牙刷柄部的外表外观、质感、抓握性、手感、摩擦系数或柔软性，例如在模塑前通过采用真空来将标签固定在模具的内腔壁上的适当位置，或者采用真空或通气孔来提供将标签定位在所述部件上和将质感提供给牙刷柄部的IML部分的外触觉表面。选择TPE的厚度和硬度计硬度以允许TPE大幅度变形，并且在与型坯的接触表面至少部分的再熔化，使得围绕复合拐角贴标可被实现，具有令人满意的装饰效果。
[0080]在通过ML制造的多层牙刷的某些实施例中，标签厚度足够薄以在吹塑步骤期间大幅度变形，使得标签适形于模具腔体的三维形状或轮廓并且在从模具中移除牙刷柄部之后保留该形状。在某些实施例中，由TPE基材料制成的标签可在0.30mm、0.25mm、0.20mm或0.1Omm厚以下。例如，当聚丙烯部件壁厚为l_3mm时，由在肖氏硬度A30-50范围内的聚丙烯基TPE制成的标签厚度可低于0.25mm以确保充分形成具有小于0.5/mm的曲率半径的模具腔体轮廓。
[0081]在通过模内贴标制造的多层牙刷的另一个实施例中，标签具有某一厚度，所述厚度允许它们在吹塑期间通过再熔化以化学方法附着但在外表面基本上不变形。在该实施例的某些情况下，标签可通过压花在早先的挤出步骤中或者在注塑步骤中被预先纹理化。在该实施例中，标签可厚于0.25mm、0.30mm或0.40mm。
[0082]在通过ML制造的多层牙刷的另一个实施例中，标签厚度足够薄，例如厚于0.10mm、0.15mm或0.2mm以在吹塑步骤期间大幅度变形，使得标签适形于并且保留模具表面的宏结构或宏纹理，但未薄到它们保留模具表面的微结构的程度。在这种情况下，定义宏结构包括长度尺度上大于0.1mm的纹理或结构诸如能触知的肋、浮凸、凹痕或突出；并且定义微结构包括长度尺度上小于0.0lmm的纹理或结构诸如喷砂材质、亚光材质、夹纹或分型线。在该实施例中，标签应当厚于0.10mm。
[0083]在本发明的某些实施例中，TPE标签被模切。在本发明的其它实施例中，TPE标签在单独的第一步骤中被注塑并且在单独的第二步骤中被插进吹模腔体中。
[0084]标签也在模塑期间在安装之前可被预装饰或预印刷。印刷可在标签的外表面上进行，或者如果标签是透明的或半透明的，则印刷可在标签将与牙刷柄部外表面接触的内表面上进行。在该实施例中，印刷标签的内表面可与使用者、与化学品和水隔离，其提供改善的耐久性。
[0085]除了真空辅助的模内贴标(ML)之外，具有可通过其将装饰物添加到牙刷柄部的许多方法。例如，可围绕牙刷或其一部分例如牙刷柄部缠绕收缩套管，并且通过施加热量、蒸汽或二者而收缩以产生被紧紧附接到柄部的型面配合的装饰性套管。这种套管可使一端缠绕在肩部上，头部或头部与颈部被附接到所述肩部上。套管也可使另一端折叠在柄部的模塑部分为其而设计的顶盖之下。这可用来密封收缩套管的一个或两个敞开边缘并且防止水或其它污染物进入，或者可只是有助于装饰、设计和在手中的感觉。套管的任一端、没有一端或者两端可被折叠并包含在单独附接的部件诸如头部或顶盖之下。
[0086]在另一个实施例中，可紧跟着吹塑操作将装饰物直接印刷到牙刷柄部的表面上。装饰物的印刷也可在挤出后但在吹塑操作之前在型坯上进行以在吹制成将难以或不可能高效地印刷的混合表面之前利用挤出型坯外表面的单一直纹属性。
[0087]本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所引用的值和围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在表示“约40mm”。
[0088]本文引用的每一文件，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均据此全文以引用方式并入本文，除非明确予以排除或以其他方式受限。对任何文献的引用均不是承认其为本文公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术、或承认其独立地或以与任何其它一个或多个参考文献的任何组合的方式传授、提出建议或公开任何此类发明。此夕卜，当本文献中术语的任何含义或定义与引入本文以供参考的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时，将以赋予本文献中那个术语的含义或定义为准。
[0089]尽管已用特定实施例举例说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可做出许多其它改变和变型。因此，随附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。
【权利要求】
1.一种用于挤出吹塑具有内腔的一体牙刷的方法，所述方法包括: a)提供具有纵向轴线和腔体的挤出吹模，所述腔体具有头部部分、颈部部分和柄部部分以及限定横截面积的表面；其中所述腔体具有沿着所述吹模的纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或者沿着所述吹模的纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个； b)挤出包含热塑性树脂的型坯，所述型坯包括内腔和外表面，其中所述外表面限定所述型坯的横截面积； c)闭合所述吹模； d)采用流体膨胀所述型坯以接触所述腔体表面和子组件以生产具有内腔的牙刷柄部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述吹模腔体的头部部分包括一个或多个簇孔销。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述簇孔销具有约1.5mm至约3mm的直径。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在所述型坯中，热塑性树脂在约180°C至约22(TC的模头温度下具有约lg/10min至约4g/10min的MFI。
5.根据权利要 求1-4中任一项所述的方法，其中所述吹模腔体的头部部分包括一个或多个通气孔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个通气孔被定位在所述一个或多个簇孔销和所述吹模之间。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其中所述一个或多个簇孔销具有约1°至约4°的斜度。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的方法，其中所述簇孔销是活动的。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其中当所述吹模闭合时所述簇孔销延伸进吹模腔体中。
10.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其中在所述吹模已经闭合后所述簇孔销延伸进所述吹模腔体中。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中具有定位在所述一个或多个簇孔销和所述吹模之间的一个或多个通气孔。
12.根据权利要求2-11中任一项所述的方法，其中所述吹模腔体的头部部分包括活动的刷头基板。
13.根据权利要求2-12中任一项所述的方法，其中所述吹模腔体的头部部分包括活动的背板。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述吹模腔体的头部部分包括延伸进所述吹模腔体中的一个或多个簇。
15.一种通过权利要求1-14中任一项所述的方法生产的牙刷，所述牙刷包括: a)头部、颈部、柄部、柄部末端、头部末端、外表面、内腔和纵向轴线； b)具有限定横截面积的表面的内腔；其中所述内腔具有沿着所述牙刷的纵向轴线邻接两个较小横截面积的较大横截面积或沿着所述牙刷的纵向轴线邻接两个较大横截面积的较小横截面积中的至少一个； c)限定外表面横截面积的外表面；d)由所述外腔表面和内腔表面构成的壁；其中所述牙刷包括单个一 体组件。
【文档编号】B29C49/02GK103945733SQ201280057299
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2011年11月22日
【发明者】文丽, M·L·纽曼, A·J·霍顿, S·A·霍格顿, S·杰克逊, B·J·菲利普斯, H·里克, R·D·塞特费尔德, A·M·乌赫, G·韦斯特, C·T·瑞安, K·A·穆哈马德, F·E·艾维斯 申请人:宝洁公司