專利名稱：制造刷毛制品尤其刷子的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造刷毛制品尤其刷子的方法。
在制造刷毛制品具體如刷子、畫筆、墊子、席子、地毯等時，必須將許多單根刷毛或刷毛束與刷體連接成一體。在先有技術中已知各種用于此目的的方法，但是所有的這些方法都帶來一些缺點。
自從用塑料既制造刷毛又制造刷體后作了許多試驗，將早先刷毛或刷毛束機械地固定在刷體上的方法，用一種形狀相配或材料自身相互連接并且無需其它機械固定裝置的連接方法替代。對于刷毛制品一個重要的質量標志是各刷毛或刷毛束的拔出強度，也就是說，刷毛必須這樣埋在刷體的塑料塊內，即，它們不會在使用時產生的力作用下脫落。因此，在已知的這些方法中只有那些在刷毛束端部加粗的方法才證實是適用的，這種加粗的端部在置入刷體塑料塊內后形成一種錨固的型式，并除此以外刷毛在其固定一側的端部互相連接起來，所以在毛束或也只在一根根刷毛上作用的拔拉力導入加粗部分并通過其卡緊段固定在刷體內。
由DE 36 37 750 A1已知，在刷體內制有盲孔，盲孔周圍的塑料加熱至可流動的程度。接著，非焊接的或焊接的帶錨固端的刷毛束壓入熔化的盲孔中，從而將刷毛固定在刷體中。但往往還需要在孔邊區(qū)將熔體附加地機械壓實。這種方法的缺點主要在于，必須在非常準確地選定的比較低的加熱溫度下進行刷體材料所要求的加熱，直至處于熱塑性范圍內。由于這種緩慢的加熱，所以采用這種方法必然周期較長，這是不經濟的。此外，單方面地加熱刷體存在著刷體翹曲變形的危險。還有，很難將熱量目標準確地加入許多緊挨著的盲孔中，因為尤其在刷子很小的情況下存在有在加熱時盲孔倒塌的危險。在將單根刷毛裝入盲孔時產生這樣的問題，即，單根刷毛低的抗彎剛度在其加熱時再次明顯降低，所以在安裝時可能引起刷毛的側向偏移。
此外還已知刷毛焊接在刷體上。為此，用相同材料制造的刷毛或刷毛束和刷體一直加熱到熱塑性狀態(tài)，接著將兩個構件互相壓緊。由于刷毛被強烈加熱導致刷毛材料的分子再定向，并因而顯著惡化各刷毛的抗彎剛度以及降低其拉伸強度。在一種方法方案中，可在刷毛或刷毛束的端部制成略加粗的頭。因為這兩個構件只是通過在連接部位融合的材料連接，所以這兩個構件并不始終具有足夠的連接。此外，這種方法也需要比較長的周期。在刷毛或刷毛束焊接時在刷體上形成焊腳(Schweiβfuβe)，所以刷體有階梯形表面，在這種表面可能聚積細菌或別的污垢。它使刷子的清洗變得非常困難，以及除此之外也極不衛(wèi)生。
尤其困難的是將單根刷毛有足夠質量保證地固定在刷體的盲孔內。在加熱單根刷毛時形成滴狀，它的直徑超過單根刷毛應插入其中的很小的盲孔的直徑。因此在將單根刷毛置入時導致塑料的涂抹，從而不能保證單根刷毛與刷體之間可靠的連接。當單根刷毛在加熱狀態(tài)裝入盲孔時，在單根刷毛鐓粗的情況下會導致屈曲，所以不可能達到許多單根刷毛彼此正確地定向。
人們希望，無論是通常用優(yōu)質塑料如聚酰胺制的刷毛還是刷體，用料盡可能少，這要通過刷毛有比較短的夾緊部分來實現(xiàn)。還有這樣一些刷毛制品，這種刷毛制品出自于使用方面的原因刷體應有盡可能小的厚度。這種情況例如適用于牙刷，以便鑒于口腔內狹窄的狀況保證有一種連同刷毛長度在內盡可能扁平的結構。
此外在這些已知的方法中還有一個缺點，即，通過單絲的拉伸和熱穩(wěn)定化獲得的刷毛抗彎剛度或彎曲彈性(重新豎立的能力)，由于刷毛端的熔化在形成增粗部分之際受到損害。在刷毛的加熱區(qū)造成分子的再定向，并因而導致惡化單根刷毛的彎曲特性以及降低拉伸強度。只有通過有足夠大的埋入長度并因而側向支承刷毛才能抵消上述影響，然而這樣做由于前面已說明的原因因而是有害的。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種制造刷毛制品尤其刷子的方法，按此方法用少量材料便可獲得單根刷毛如刷毛束有足夠的拔出強度，保持刷毛的彎曲彈性和重新豎直的能力不變，并保證在制造刷毛制品時高的生產率。
按本發(fā)明通過按權利要求1所述的方法達到此目的。
在按本發(fā)明的方法中，在用熱塑性材料制的刷體內首先按已知的方式制造許多盲孔，在盲孔中一般來說最好以緊配合分別插入用熱塑性材料制的單根刷毛或相應的刷毛束，直至它的下端擱在盲孔底上。在這里，在單根刷毛或刷毛束的下端沒有設計加粗部分或足，所以盲孔并因而單根刷毛或刷毛束彼此可以很鄰近地排列。這就允許刷毛裝置可以一直布置到刷體的邊緣附近。
在冷態(tài)彼此已相對定位的構件(刷體和單根刷毛或刷毛束)，然后通過激光束的直接作用，在盲孔的底部它們的接觸區(qū)互相直接連接，激光束最好由CO2激光器、釹激光器或Eximer激光器發(fā)出。激光束可以直接穿過其中一個激光束可以穿透和不被吸收的構件以及基本上沒有能量損失地一直發(fā)送到或導引到刷毛與刷體之間的連接部位。激光束在接觸區(qū)被大量吸收，因此產生熱量，熱量熔化熱塑性材料，所以刷毛或刷毛束與刷體焊接。
在這種情況下不影響刷毛的分子結構，因為在刷毛內縱向定向的分子保持它們的方向不變，在這種情況下它們沒有偏移的可能性，也就是說沒有收縮成滴狀的可能性。
經過短時激光脈沖后將刷毛和刷體長期地緊壓在一起便不再必要。盲孔在未焊接狀態(tài)已固定刷毛并在經短的焊接時間后才真正固定，所以在焊接后便可立即進一步傳送到其他加工工位。
為了吸收激光束，在接觸區(qū)至少其中一個要連接的構件可至少區(qū)段地具有吸收激光束的特征。這例如可以這樣獲得，即，此整個構件用一種吸收激光束的熱塑性塑料制造，如聚丙烯的均聚物和共聚物、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚甲醛、苯乙烯聚合物、含硫聚合物、聚酰亞胺、含氟聚合物、聚酮、聚醚酮，或用另一種在激光束作用下可熔化、變形、具有熱塑性特性的天然材料制造，在結束供能后材料重新固化。
激光束只有很小的射束發(fā)散度，所以在均勻的能量密度的情況下可以保證在要加工的表面上激光束高的方向穩(wěn)定性。此外，激光束有小的頻譜帶寬和高的譜能量密度，所以在很短的周期時間內可以釋放比較大的能量，與此同時能量可以限制作用在狹窄的地方。激光束大的時間和空間的相干性保證恒定的工藝條件以及高的加工精度和模制件質量。此外，激光束可以產生很短的光脈沖，所以能量可以非常準確計量地發(fā)送。
采用上述方法可以做到使熔化區(qū)保持限制在一個很小的刷毛長度上，由此防止了刷毛由于分子重新定向而減弱并因而避免惡化機械性能。此外，可以做到空間嚴格限制的材料區(qū)目標非常準確而迅速地熔化。許多刷毛或刷毛束可以在唯一的一個過程中同時固定，所以使周期很短。還證實，采用上述方法在將刷毛固定在刷體中時可以在安置長度或植入長度短的情況下獲得高的固定力和拔出力。
按簡單的方式也可以將加填料的刷毛，例如具有磨蝕性附加物的刷毛與一種可穿透激光束的刷體連接。
激光束與要熔化的材料尤其是塑料之間的相互作用，主要取決于所使用激光器的波長和塑料的吸收特性。在適當地吸收了激光能量后，可以一方面通過熱力學過程如母體材料的熔化和蒸發(fā)、有機染料的退色、黑色的清除、發(fā)泡或另一方面通過例如在紫外區(qū)內與光敏的白色的光化學過程進行反應。
由于具有每單位加載面積高能量密度的激光器的大功率，所以在加工時可以達到很高的運動速度并因而有很短的周期，與上述已知的方法相比周期可低至70％。此外，例如對于牙刷，一把或多把牙刷的全部安置表面可以在唯一的一個過程中加工。
業(yè)已證實，采用按本發(fā)明的方法可以獲得高度的靈活性，因為能容易地適應刷體不同的幾何形狀。此外，不同壁厚的設計也不會延長加工時間，并在高的生產速度和高的過程質量亦即低的廢品率和高的均勻的質量的情況下總體上導致高的生產率。
最好其中一個要連接的構件激光束可以穿透亦即不吸收，而另一個構件至少在連接區(qū)用一種吸收激光束可熔化的材料制成、因此激光束穿過可穿透的構件對準連接區(qū)，它們在那里將另一個構件的吸收性材料熔化。
吸收激光束的材料或可以是本來就有吸收性的，但也可以是通過至少區(qū)域性地加入填料和/或染料造成材料的吸收作用。以此方式可以使兩個要連接的構件(刷體和刷毛或刷毛束)用同樣的基本材料制造，其中只有構件之一通過加入上述物質獲得吸收作用。因此例如同樣的塑料，它們通過加入不同的添加劑或填料具有互不相同的透光和吸收性能，便可以互相連接起來。
此外還可以規(guī)定，可透過激光束的構件例如刷毛，至少在連接區(qū)亦即在刷毛下端，通過涂覆和/或添加填料或染料制成吸收性的。激光束便可通過可穿透的構件對準此連接區(qū)，在那里激光束熔化此構件中采取上述措施后有吸收作用的部分。這種方式突出的優(yōu)點在于，另一個構件在其造型和其材料方面是完全自由的。
此外還可以在連接區(qū)設用吸收激光的材料制的墊層，以便在連接區(qū)產生熔化所需的熱。墊層也可以由輔助工具構成，接著可將此輔助工具移走，所以被熔化的構件端部可與另一個必要時同樣也熔化的構件連接。按另一種方案也可以將墊層設計為不回收的輔助裝置留在連接區(qū)。
在將刷毛固定在刷體中時最好采用下列材料組合。一方面刷體和刷毛可用聚丙烯制成，其中構件之一，最好是刷體制成透明的，而刷毛例如通過用TiO2染色并因而是吸收的。另一方面也可以用SAN(由苯乙烯和丙烯腈組成的熱塑性共聚物)制造以及刷毛用聚酰胺制造，其中，為使刷毛獲得吸收性能將其染色，而用SAN制的刷體設計成透明的。因此，激光束穿過由SAN制的刷體并熔化刷毛。按另一種設計也可以用聚丙烯制刷體和用聚酰胺制刷毛，其中，刷體為了獲得吸收性能而被染色，而刷毛設計成透明的。激光束便可穿過刷毛作用在連接區(qū)上，在那里熔化刷體的材料。
由下面參見附圖對一些實施例所作的說明中可以看出本發(fā)明的其他細節(jié)和特征。其中

圖1a、1b、1c將單根刷毛裝到刷體上的方法的各個步驟；圖2a、2b、2c方法的第一種改變；圖3a、3b、3c方法的第二種改變；圖4a、4b、4c方法的第三種改變；圖5a、5b、5c將刷毛束裝到刷體上的方法的各個步驟；圖6a、6b、6c方法的第一種改變；圖7a、7b、7c方法的第二種改變；以及圖8a、8b、8c方法的第三種改變。
在圖1a、1b和1c中表示了方法的各個步驟，以便將許多單根刷毛12通過材料本身連接地裝在刷體10上。刷體10制有許多盲孔11，在未加熱狀態(tài)每個盲孔插入一根刷毛12。單根刷毛12用可透過激光束的材料制造，而刷體10至少在盲孔11區(qū)內用一種吸收激光束的材料制成。單根刷毛12一般以緊配合插入每一個盲孔11內，直至它們的下端碰到盲孔底部。接著，激光束LS同時穿過可穿透的單根刷毛作用在盲孔底部的連接區(qū)上，由于在盲孔底部吸收激光束而生熱，熱量熔化刷體10的材料。通過對流換熱單根刷毛12的材料也會熔化，所以材料互相融和滲入，在盲孔11與單根刷毛12之間可能存在的間隙被填滿，以及單根刷毛12在其下端全面植入刷體10內并與之焊接。
按圖2a、2b和2c的設計與上述實施例的區(qū)別在于，現(xiàn)在刷體10的材料是可透過激光束的，而刷毛至少在其下端可以吸收激光束，在將單根刷毛12置入刷體10的盲孔11中后，穿過刷體10的激光束作用在盲孔底部的連接區(qū)上，因此單根刷毛12按已說明的方式與刷體11焊接。
與按圖2a、2b和2c的實施例相比，按圖3a、3b和3c的改變在于，單根刷毛12在其插入盲孔11的下部加可以吸收激光束LS的填料和染料微粒14，所以單根刷毛12在其不插入盲孔11中的上部同樣可以用一種透過激光束的材料制成。
圖4a、4b和4c表示了一種設計，其中無論單根刷毛12還是刷體10都用可透過激光束的材料制造，所以在將單根刷毛12插入盲孔11之前，在盲孔底部放一個吸收激光束的墊層15。當單根刷毛12裝入盲孔11中直至坐落在盲孔底部或墊層15上后，激光束穿過單根刷毛12或如圖表示的那樣穿過刷體10作用在連接區(qū)上，在那里激光束被墊層15吸收。由于對流換熱，在刷體10和單根刷毛12的接觸區(qū)內既熔化了刷體10又熔化了單根刷毛12，所以形成了材料本身的連接。
凡是在前面四種實施例中分別通過單根刷毛所說明的，均以相同的方式也可以通過刷毛束13來實施，刷毛束作為分離的集束，以緊配合分別插入盲孔11中，在供入激光束時，刷毛束13的每一根刷毛一方面互相連接，另一方面與刷體10焊接。其他特征與安置單根刷毛的方法是一致的，可以參見有關的說明。
權利要求
1．制造刷毛制品尤其刷子的方法，其中，在一個用熱塑性材料制的刷體(10)內制有許多盲孔(11)，在盲孔中分別插入用熱塑性材料制的其形式為單根刷毛(12)或刷毛束(13)的刷毛裝置直至到達盲孔底部，接著，刷體(10)和刷毛裝置(12、13)在它們的接觸區(qū)借助于激光束(LS)互相焊接在一起，此激光束(LS)穿過刷體(10)或刷毛裝置(12、13)發(fā)送并直接作用在接觸區(qū)上，在那里激光束被吸收而生熱。
2．按照權利要求1所述的方法，其特征為單根刷毛(12)或刷毛束(13)以緊配合插入盲孔(11)中。
3．按照權利要求1或2所述的方法，其特征為至少其中一個要焊接的構件(刷體(10)或刷毛裝置(12、13))至少在接觸區(qū)用一種吸收激光束的材料制造。
4．按照權利要求1至3之一所述的方法，其特征為刷毛裝置(12、13)和/或刷體(10)至少在接觸區(qū)含有吸收激光束的填料和/或染料(14)。
5．按照權利要求1至4之一所述的方法，其特征為在盲孔底部設有吸收激光束(LS)的墊層(15)。
6．按照權利要求1至5之一所述的方法，其特征為刷毛制品的許多或全部單根刷毛(12)或刷毛束(13)同時與刷體(10)焊接。
7．按照權利要求1至6之一所述的方法，其特征為盲孔(11)借助于激光束制在刷體(10)內。
8．按照權利要求1至7之一所述的方法，其特征為激光束由CO2激光器、釹激光器或Eximer激光器發(fā)出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造刷毛制品尤其刷子的方法,其中,在一個用熱塑性材料制的刷體內制有許多盲孔,盲孔中最好以緊配合分別插入用熱塑性材料制的其形式為單根刷毛或刷毛束的刷毛裝置直至到達盲孔底部。接著,刷體和刷毛裝置在它們的接觸區(qū)借助于激光束互相焊接,此激光束穿過刷體或刷毛裝置發(fā)送并直接作用在接觸區(qū)上,在那里激光束被吸收而生熱。
文檔編號A46B3/00GK1211905SQ97192498
公開日1999年3月24日 申請日期1997年2月20日 優(yōu)先權日1996年2月21日
發(fā)明者喬治·魏勞赫 申請人:科倫特工廠有限公司