专利名称：用于表面处理器具的刷棒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于表面处理设备的刷棒，例如用于真空清洁器具。
背景技术：
刷棒通常包括中空支撑主体(通常为圆柱形)，和多个鬃毛丛(固定到支撑主 体)。鬃毛本身是通常由相对耐磨损的材料形成的，如尼龙(PA)，但是，出于经济原因，支撑 主体通常改为由更便宜的材料形成，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或聚丙烯(PP)。按照惯例，鬃毛丛被卡钉(stapling)机械地固定到圆柱主体。通常在刷棒使用过 程中，使用卡钉能有效的保持鬃毛丛，但该方法需要一个比较大的壁厚，在一定程度上是为 了确保一旦卡钉打下压入刷棒时，在卡钉和刷棒之间有足够的摩擦，为了在刷棒正常使用 时充分保证毛丛安全。例如，在一个真空清洁器具的情况中，鬃毛丛通常确保可以抵抗40 牛顿的名义拉力，且在此情况下的局部刷棒壁厚通常需要8毫米左右。被增加的局部壁厚 可以由支撑主体上的一个或更多的螺旋肋提供，这些螺旋肋被布置为在中空支撑主体内延 伸，以限制在刷棒外表面的不期望的不连续发生。在某些表面处理设备中，刷棒是由马达驱动的。马达通常位于刷棒外，并通常通过 一些中间传动器具(如传动带)经由固定减速齿轮连接到刷棒。但是，还曾提出将马达装入刷棒内，作为节省空间的措施。在这种布局中，给定刷 棒的壁厚会成为马达设计的限制因素，特别是可使用的马达总尺寸。因此，最合适的方法是 减少刷杆壁厚，以为给定的刷棒外部直径加大刷棒的内部空间。可以想象，减少墙体厚度还 会有减少类似材料成本和重量的优势。
发明内容
本发明的目的是设法为固定鬃毛丛到刷棒提供改良的配置，特别是适用于相对薄 壁的刷棒使用的配置。根据本发明，提供了一种刷棒，该刷棒包括支撑主体，至少有一个焊接或表面连结 到支撑主体的保持构件和至少一个固定在支撑主体上的鬃毛丛，鬃毛丛至少部分地通过机 械地将保留部分与鬃毛丛或与连接到鬃毛丛的一个或多个中间锚元件互锁而被固定在合 适的位置上。通过“表面连结”，指的是保持构件被连结到支撑主体的外表面外面。适用于连结 的方法可包括，例如，粘贴剂连结或固态扩散连结。焊接或表面连结用于连接保持构件到支撑主体的优点是，它消除(或至少大大降 低)与卡钉使用相关的壁厚的传统限制。因此，可使用相对的薄壁的支撑主体。此外，可使 用单独的保持构件来夹持鬃毛丛意味着不需要局部变形和重新塑造在鬃毛丛周围的支撑 主体就能够机械地将鬃毛丛夹持或锁定在适当的地方，这减少了支撑主体的后加工工作。通过超声焊接将保持构件焊接到刷棒的方法是非常合适的，但其他焊接方法也都 可以使用。在适当情况下，通过合理的为支撑主体和保持构件选择焊接兼容材料能够控制焊接的完整性。特别是，支撑主体和保持构件可以由相同的材料形成，例如丙烯腈丁二烯苯 乙烯(ABS)或聚丙烯(pp)。不过，因为至少有部分毛丛通过保持构件机械的固定在位，至少 提供了一定程度的保持，其在基本上不依赖于对于支撑主体和保持构件的其它材料限制。 这样做的有利之处是相应的焊接法在材料上对保持构件和支撑主体的限制不是直接作用 于鬃毛丛本身。除了要与保持构件机械互锁，鬃毛丛可焊接或以其他方式连结到保持构件或支撑 主体，使得鬃毛丛被部分地机械固定到支撑主体的适当位置上。替代地，鬃毛丛可完全由所 述保持构件和鬃毛丛或锚元件的机械互锁而被固定在位(没有必要额外焊鬃毛丛或提供 任何其他保持装置)。在后一情形中，鬃毛的可操作的保持是纯机械的，因此基部完全独立 于用于形成鬃毛的材料；有利之处是没有任何对于保持构件和支撑主体的材料焊接限制 作用到鬃毛丛本身。这样，在保持构件和刷棒由相同或相似的焊接兼容材料，比如ABS，PP， 或者ABS和PP的混合物形成的情况下，鬃毛本身可由完全不同的材料形成，例如相对耐磨 的材料，比如尼龙。鬃毛丛和保持构件之间的机械互锁的性质会可改变。例如，鬃毛丛可被夹在保持 构件和支撑主体之间，保持构件可以过模制到鬃毛丛上，或鬃毛丛可以机械夹在在保持构 件的相对部分之间。保持构件可形成绕鬃毛丛的项圈，用于从侧面支撑鬃毛以防止在使用刷棒的过程 中鬃毛的过度弯曲。此项圈仅需要围绕鬃毛丛的一部分延伸，尽管可以想象，在实践中，项 圈完整地包围鬃毛丛是特别有利的，以便提供多方位的支持以防止过度弯曲。鬃毛丛可以穿过保持构件中的孔延伸。由此，保持构件形成围绕鬃毛丛的连续表 面。保持构件可以为垫圈的形状(这可以是圆形或非圆形的形状)。同样地，该孔也不必为 圆形。锚元件可以焊接或以其他方式连结到鬃毛丛，或它可以通过将鬃毛的基部全部连 接在一起而形成，例如，可使用热气体熔化鬃毛。鬃毛丛可包括多对鬃毛，每对鬃毛由单条鬃毛在锚元件或保持构件的下方圈过而 形成。在特定配置中，锚元件为锁销，且鬃毛丛包括多对鬃毛，每对鬃毛由单一的鬃毛在 锚元件或保持构件的下方圈过而形成。初步测试表明，该配置提供了对鬃毛丛特别牢固的 保持。锁销本身可以采取各种形状。特别是，它可以有多种形状的横截面形状，且可以是弯 曲的，直的或包括弯曲段和/或直段。根据本发明的另一方面，提供了制造刷棒的方法，该刷棒有支撑主体和一个或多 个固定在支撑主体上的鬃毛丛，该方法包括通过焊接或表面粘贴保持构件到支撑主体上而 固定至少一个鬃毛丛，和将保持构件直接与鬃毛丛机械互锁，或将保持构件与中间的锚元 件机械互锁，由此该锚元件将鬃毛丛锚定到适当位置。保持构件可以用超声焊接法焊接到支撑主体。根据本发明的又一方面，这里提供了用于将锚元件或保持构件过模制到鬃毛丛上 的器具，该器具包括带有一个或多个模具腔的离心模具，其具有径向延伸的鬃毛保持部分， 用于保持鬃毛束，和外部过模制部分，该外部过模制部分被构造为与锚元件或保持构件的 名义形状相符。
根据本发明的过模制器具可以被用于将锚部分或保持构件过模制到鬃毛上的方 法中，该方法包括将鬃毛束安置在模具腔的鬃毛保持部分中，随后注射热塑树脂入模具腔， 同时和/或随后旋转模具，以在离心作用下迫使热塑树脂进入腔的过模制部分。
现在将参考附图通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中图1是刷棒的透视图；图加和2b是说明使用锚元件固定鬃毛丛到刷棒的配置的示意性的横截面视图；图3为示意性的横截面视图，说明锚元件的轴环部分在支撑鬃毛丛抵抗鬃毛弯曲 疲劳中的作用；图4是显示锚元件替代形式的示意性的横截面视图；图5是显示用于将锚元件过模制到鬃毛丛的装置的部分的示意性平面视图；图6a是说明使用在锁销形式的锚元件固定鬃毛丛到刷棒的另一配置的分解透视 图；图6b为图6a中的分解视图所示的配置的示意性横截面视图；图7是说明将鬃毛丛固定到刷棒的支撑主体的另一配置的分解透视图；图8是示意性横截面视图，显示出将鬃毛丛固定到刷棒的支撑主体上的又一配 置，其中鬃毛丛是机械地夹在保持构件相对的两部分之间；图9为示意性横截面视图，示出用保持构件夹住鬃毛丛的过程；图10，11和12是分别为图2，6和8所示配置的示意性横截面视图，在每个例子中， 给出了各个配置的各组成部件的适当尺寸的实例。
具体实施例方式在所述实施例中，相应的结构部被赋予相同的参考标号。图1显示，刷棒1包括圆柱形支撑主体2和固定在圆柱形支撑主体2上的多个鬃 毛丛3。在表面处理设备中使用时，圆柱形支撑主体2通常被安装在清洁器头或者地板工具 里，用于在由马达驱动下绕旋转轴A旋转。但是，在图1中未显示马达和有关于清洁器头或 者地板工具的任何其它结构部。在使用刷棒1时，鬃毛丛3必须足够地牢固，以能够在最大负荷下防止从支撑主体 2上分离。在典型的吸尘器的情况下，这相当于鬃毛丛拥有能够抗约40N拉力和/或者抗弯 曲疲劳失效(在每丛9500万冲击的过程中)的能力(这只是作为一个例子，该例子是基于 刷棒的假定600小时的运行寿命的75%和刷棒速度约为3500rpm)。图加和沘显示了将鬃毛丛3固定在支撑主体5上的第一配置。此图中，鬃毛丛 3中各鬃毛在他们的基部结合在一起，以形成扩大的根部部分4，该部分位于支撑主体2外 表面上的凹部5中。通过焊接到支撑主体2上的保持构件6，鬃毛丛3被夹持就位在支撑主 体2上，以便于将扩大的根部部分4机械地锁定在凹部5中的位置中，使得鬃毛丛3能够牢 牢地固定在支撑主体2上。这样，扩大的根部部分4就能作为锚元件，用于将鬃毛丛3保持 在支撑主体2的合适位置上。保持构件6是垫圈的形状。在此实施例中，保持构件为环形垫圈的形状，但是保持构件可以是非圆形垫圈，比如说方形垫圈。鬃毛丛3穿过保持构件6的中心孔突出，这样保 持构件6有效地构成围绕鬃毛丛3的项圈。通过将鬃毛的支点转移接近到鬃毛的末梢，形成 围绕鬃毛丛的项圈能有效地抗鬃毛丛3的侧弯，同时在适当的情况下也能降低在使用刷棒 1时鬃毛丛3弯曲疲劳失效的风险。图3为分割视图，示出了这种效应，在右边示出不带项 圈的鬃毛的弯曲，在左边示出，带有项圈的鬃毛的弯曲；在此情况下，项圈由保持构件6上 的一个环唇6a构成。该孔不必为圆形，它可能是例如三角形，方形或椭圆形。凹部5带埋头孔以容纳保持构件6，该保持构件位于由相应的埋头孔恥形成的环 形肩fe上。埋头孔恥的深度与保持构件6的深度大体相同，有利于保持构件6的上表面 与支撑主体2的外表面的大体连续，在鬃毛丛3的区域中，支撑主体2的外表面很少或者没 有不连续。图加和2b中所示的配置中，保持构件6下侧另外形成埋头孔6a以容纳扩大的 根部部分4的深度；如果扩大的根部部分4在深度上被配置得很浅，而位于肩部fe水平的 下方，那么就不需要埋头孔6a。应该理解，能够方便得形成保持构件，使得它最初就包括相 应的埋头孔，所谓“埋头孔”在这个意义上并非只限于由保持构件和/或支撑主体的'后期 制作’的钻孔形成的结构部。扩大的根部部分4可以通过将鬃毛熔融到一起而形成，例如使用热气或热板。欧 洲专利号EP1181144(Schiffer)就在一捆鬃毛上使用热气，以形成扩大的根部部分进行 了论述；初步试验证实，在当前配置的背景下，相似的方法可用于形成锚元件4。锚元件可以使用另一种形式。图4中，冰球16形式的锚元件以常规方式使用超 声焊极(sonotrode)被超声对焊到鬃毛丛3。这种形成锚元件的方法的优势在于其相对快 速一通常不到一秒的时间冰球16就能被声波焊接(sonic welded)到鬃毛一尽管初步 测试证实，在使用刷棒1的过程中，由此产生的鬃毛丛3更容易受到弯曲疲劳失效的影响， 其中如上述描述的那样，项圈的提供能够减少鬃毛弯曲疲劳。我们认为减少的抗弯曲疲劳 性是焊接区困住的气泡导致的结果。因而在焊接过程中，可通过最小化气泡的形成(例如 通过减少进入焊接区的水蒸气量)，而减少弯曲疲劳。锚元件可以被选择地过模制(overmoulded)在形成鬃毛丛3的鬃毛丝上。图5示 出，使用离心模具7过模制锚元件的方法。模具7是两部分的注塑模，包括一个底部模具板 7a(反映在图5中)和一个顶部模具板(没有显示)，其被构造为与模具板7a密封接合以 形成多个模具腔8 (十六个腔模具8，在图5中示出的配置的情况下)。每个模具腔8包括 一个径向鬃毛保持部分8a和外部过模制部分8b组成，过模制部分8b与锚部分的名义形状 相符合。每一个模具腔8都与相应的浇道9流体连通，浇道9又与在顶部模具板中的浇口 (未示出)连通。模具7被安装为绕轴线B高速旋转。鬃毛丛在每个模腔8中径向布置，并且被鬃毛保持部分8a的壁保持在位。通过顶 部模具板中的浇口，热塑性树脂随后被注入到浇道9。且整个模具7被绕轴线B高速旋转， 以至于在离心作用下，热塑性树脂被迫向外去填充过模制腔8b。这种方法的优点是不期望 的树脂沿着鬃毛丛径向向内蔓延被模具7的离心作用所阻止。基本相同的方法可以被用于将保持构件过模制到鬃毛丛上，其中过模制部分被成 形为对应于保持构件而非锚元件的名义形状。在这种方式下，过模制可以被用于在保持构 件和鬃毛丛之间提供机械互锁。
图6a和6b显示了使用锚元件固定鬃毛丛的另一配置。在此配置中，锚元件为钢 的锁销10的形式，鬃毛丛3包括多对鬃毛(例如3a和3b)，每对鬃毛是在锁销10下将鬃毛 丝圈起来形成的(单个丝在图5中未显示)。保持构件6以类似于图加和2b中的保持构件6的方式焊接到支撑主体，该构件 抵靠支撑主体2夹紧锁销10，以套住鬃毛丝，由此机械地将鬃毛丛3锁定到支撑主体。凹部11被切入支撑主体2，用于在锁销10下容纳鬃毛丝的套圈部分。该凹部11 为埋头孔，以类似于凹部5 (见图加和2b)的方法形成，以容纳保持构件6。继而，保持构件 6a的底面提供一埋头孔6a以容纳锁销10。锁销10可抵靠由凹部11中的埋头孔lib形成 的肩部11a，但这并非必要，只要锁销10能够捕集鬃毛丝在位，使得将鬃毛丛机械地锁定到 支撑主体2。图6a和6b显示的配置中的锚元件不一定是锁销，具体地一可用锚元件的其他 形式，只要鬃毛丝能够套到锚元件下方。图7显示一配置，该配置与图6a和图6b显示的配置相似，但其不包括锚元件。相 反地，保持构件15包括被隔板15C分隔的两个(半圆)孔1 和15b。鬃毛丛包括多对鬃 毛，每对鬃毛通过在隔板底下圈起鬃毛丝而形成，这样两束鬃毛就能分别穿过孔1 和1 延伸。保持构件6可由任何合适的材料形成，包括金属或者塑料比如ABS，PP，或者ABS和 PP的混合物。同样的，支撑主体2也可由任何合适的材料形成，包括金属或者塑料比如ABS， PP,或者ABS和PP的混合物，且可由与保持构件相同的材料形成以确保在保持构件6和支 撑主体2之间良好的焊接完整性。鬃毛丛通过保持构件机械地锁定在位置，这样就不易受 焊接限制；因而，鬃毛本身可能是由完全不同的材料形成，比如相对耐磨的材料，例如尼龙。对于鬃毛丛固定在介于保持构件和支撑主体两者中间或是是否一定要用锚元件， 这些并非必要。图8显示了另一配置，该配置没有锚元件，并且鬃毛丛3被夹在在焊接到支 撑主体2的保持构件12的相对部分之间。保持构件12可通过使用超声波焊接工艺焊接到支撑主体。而且，为提升保持构件 12和支撑主体2间的焊接强度，保持构件12和支撑主体2可由相同的材料形成，例如金属 或者塑料比如ABS，PP，或者ABS和PP的混合物。保持构件12可坐落在支撑主体2内的凹 部里(如图8所示的配置)，保持构件12坐落为稍高于支撑主体2外表面(虽然这不是必 要的)。保持构件12不被成形为垫圈状，反而形成(或提供)有盲中心孔12a(与图5里 的包括中心通孔的保持构件6相比)。鬃毛丛3被插进保持构件12的这个中心孔12a内 并且通过使中心孔12a的壁变形，被捏夹在合适的位置内。用于变形中心孔12a的壁的适 当的配置在图9中示出。这儿，鬃毛丛3被保持在鬃毛夹13内并通过使用压机14将保持 构件12的相应末端按平而将孔12a的名义上的上部颈缩而被压紧。为保证保持构件12被 按平的末端不会延伸超过保持构件12的占用空间，保持构件12最初被形成为具有倒角边 缘。在保持构件12被安放在支撑主体2的凹部内的情形下，倒角角度设置为使得保持构件 12被按平的末端能够填满凹部的开口。这样就能防止碎屑陷在保持构件12和凹部的壁之 间。压机14可能为热或冷压机。在保持构件12由塑料形成时，使用热压机协助改变保持构件12的形状就特别合适。另一方面，如果保持构件由金属形成，那么保持构件的冷 加工就很合适。可设想，在使用刷棒1时，捏夹鬃毛丛能够有效机械地将鬃毛丛固定到保持构件 12，该刷棒允许鬃毛和保持构件12使用不同材料。在发现在刷棒使用期间鬃毛倾向于个别 松开的情况下，锚元件可选地设置在鬃毛丛的跟部(在保持构件12的颈缩部分以下)以加 固鬃毛丛3。锚元件可能通过使用上述任何一种方法形成，例如可通过使用热气的方法将鬃 毛根部融合到一起。如果捏夹(pinch clamping)不能有效地将鬃毛丛锁定到支撑主体2，那么就可额 外地焊接鬃毛丛到保持构件12。例如，返回参考图8，可通过使用超声焊极作为压机14，而 将保持构件12额外地对焊到鬃毛丛3，无论如何，通过保持构件12对鬃毛丛3的捏压将另 外固定鬃毛丛3到保持构件12。这样，对鬃毛丛3保持至少有部分是机械地，以减少鬃毛丛 3和保持构件12间的焊接强度要求，且又放宽对鬃毛丛3和保持构件12的材料限制。因 此，可设想，保持构件12和鬃毛可由不同材料形成，且在使用刷棒1时不会不当地影响鬃毛 丛3的保持。例如，鬃毛可能由尼龙形成，而保持构件由PA-ABS形成。本发明允许显著减少刷棒的局部壁厚。假设一个装订型的刷棒的典型局部壁厚为 8mm，初步测试表明通过使用此项发明的配置，类似性能可能被维持，且在局部壁厚方面，其 厚度减少50%以上，该厚度的测量自支撑主体的内表面到保持构件的外表面。特别地，使用 以下尺寸，将取得满意的结果(参考图10、11和12)支撑主体2的壁厚(a) 2. Omm保持构件12的厚度(b) 2. Omm保持构件12的直径(C) 8. 5mm埋头孔1 的深度(d) 1. 5讓保持构件6的直径(f) 8. 5mm锁销10的长度(g) 6. Omm锁销的直径(Φρ η) :0.5匪项圈部分6a的深度(h) 0. 5mm保持构件6的深度⑴1. 5mm项圈部分6a的直径(1) 4. 5mm凹部5宽度(m) 6. 0匪以上的尺寸为举例而不为限制。
权利要求
1.一种刷棒，包括支撑主体和至少一个鬃毛丛，鬃毛丛通过保持构件而被固定在支撑 主体上，该保持构件焊接或表面连结到支撑主体，其中，鬃毛丛具有以下两项之一 i)在保 持构件和支撑主体之间被机械地夹持在位，或ii)通过一个或多个中间锚元件锚定在位， 该锚元件被机械地夹在保持构件和支撑主体之间。
2.如权利要求1所述的刷棒，其中，锚元件被焊接到鬃毛丛。
3.如权利要求1所述的刷棒，其中，形成鬃毛丛的鬃毛的基部被结合到一起以形成锚 元件。
4.如权利要求1所述的刷棒，其中，鬃毛丛包括多对鬃毛，每对鬃毛是由单条鬃毛丝圈 过在中间的锚元件或保持构件的下面部分而形成的。
5.如权利要求4所述的刷棒，其中，中间的锚元件是个锁销。
6.如权利要求1所述的刷棒，其中，鬃毛丛穿过保持构件中的一个或多个孔延伸。
7.如权利要求6所述的刷棒，其中，保持构件是垫圈的形状。
8.如权利要求6或7所述的刷棒，其中，保持构件在鬃毛丛周围形成支撑项圈，用于从 侧面支撑鬃毛以防止正常使用刷棒时鬃毛过度弯曲。
9.如权利要求1所述的刷棒，其中，保持构件和刷棒是由大体上相同的材料形成或由 一对焊接兼容的材料形成。
10.一种刷棒的制造方法，该刷棒具有支撑主体和固定在支撑主体上的一个或多个鬃 毛丛，该方法包括通过以下两项之一固定至少一个鬃毛丛i)在保持构件和支撑主体之 间将鬃毛丛夹持在位，ii)使用夹在保持构件和支撑主体之间的中间锚元件将鬃毛丛锚定 在位；以及将保持构件焊接或表面连结到支撑主体。
11.如权利要求10所述的方法，其中，保持构件用超声焊接法焊接到支撑主体。
12.一种用于将锚元件或保持构件过模制到鬃毛丛上的器具，该器具包括带有一个或 多个模具腔的离心模具，其具有径向延伸的鬃毛保持部分，用于保持鬃毛束，和外部过模制 部分，该外部过模制部分被构造为与锚元件或保持构件的名义形状相符。
13.一种用于使用权利要求12的器具将锚元件或保持构件过模制到鬃毛丛上的方法， 该方法包括将鬃毛束安置在模具腔的鬃毛保持部分中，随后注射热塑树脂入模具腔，同时 和/或随后旋转模具，以在离心作用下迫使热塑树脂进入腔的过模制部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于表面处理设备的刷棒，包括一个支撑主体，至少有一个保持构件焊接到支撑主体和至少一个鬃毛丛通过保持构件固定在支撑主体位置上。使用焊接连接保持构件到支撑主体允许减少支撑主体壁厚，这样有利于刷棒里面马达的寻位。
文档编号A46B3/00GK102106643SQ20101059755
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月18日
发明者乔纳森.G.马什, 克里斯托弗.M.K.尼昂因托诺 申请人:戴森技术有限公司