集成毛束的装置和方法 本发明涉及一种置毛束于刷子，如口腔刷上的方法和装置，本发明还涉及一种口腔刷制造系统。
利用已知的“钉装毛束法”来制造牙刷已经有很长的历史了。该方法包括：提供长度约为所要求的刷毛长度两倍的一束丝，然后将这束丝对折形成毛束，将毛束插入刷头上带有金属卡的预制孔中，这样就可将毛束固定在刷头上的预制孔中。
作为这种生产过程的变型，也可设计出其他的毛束集成工艺过程，包括形成毛束，然后在生成的毛束周围进行注塑形成刷头。特别地，在牙刷注塑成型后必须对毛丝进行修整和/或对毛丝端头进行圆头处理来生成成型的牙刷。
本发明为一种集成毛束的方法和装置，本发明中将毛束模塑在刷头中。其优点在于，利用本发明的方法和装置模塑成型后不需要对毛丝端头进行修整和/或进行固头处理。利用本发明的方法和装置较容易选择由毛丝端头确定的刷面形状从而得到所要的外形。
一方面，本发明地集成毛束的方法包括：提供多条毛丝，每根毛丝均具有第一端和第二端，第一端须经圆头处理；将经圆头处理的毛丝集聚成束；将每个毛束中的毛丝的第二端熔化；在熔化的第二端的周围生成刷头。该生成步骤包括；将毛束的第二端插入模塑装置的模腔中，利用模塑材料充填模塑装置。
在本发明的优选实施例中，毛丝的集束步骤包括将毛束的第二端插入模塑插入架的插孔中，成形步骤包括将模塑插入架放入模塑装置中，利用模塑材料填充模塑装置从而在毛束熔化端的周围形成刷头。特别地，本发明的方法还包括：在集束步骤之后及熔化步骤之前，将毛束的第二端推出插入架的插孔，将其定位在插入架上与面向毛束第一端头的表面相反的插入架表面上，且超出该表面一预定的距离，对预定距离进行选择，这样保存在面向毛束第一端头的插入架表面上的每个毛束部分基本等于所需要的毛束的长度。该方法还包括：根据毛束在刷头上的位置改变各毛束的预定距离，这样就可引起毛丝的第一端改变而确定出刷面形状。在形成口腔刷的填充步骤中模腔是用来接收足够的模塑材料。
另一方面，本发明的毛束集成装置将毛束置于刷子如口腔刷上。毛束集成装置包括毛丝输送装置，毛束熔化装置，刷头生成装置。毛丝输送装置包括(a)储存许多毛丝的料斗，这些毛丝的纵轴基本平行，(b)中空的毛丝输送元件，该元件用来接收一组毛丝，(c)长的冲子，用来将所述毛丝束从所述输送元件中推出一个预定的距离，(d)用来接收毛束具有插孔的插入架。毛束熔化装置包括加热装置，该装置用来熔化被冲子推出插入架的毛束端头。该加热装置可将每个毛束中的毛丝端头一起熔化而不将毛束熔化，或加热装置可将毛丝的第二端头一起熔化，也将毛束一起熔化。刷头生成装置包括一个具有模腔的模塑装置，该模腔用来接纳处于密封装置中的插入架并用来接收足够数量的模塑材料，这些模塑材料用来包围熔化的毛束端头以形成刷头。
本发明优选的毛束集成装置包括下面一个或多个特点。该装置包括多个中空的输送元件和长冲子，每个中空的输送元件与相应的长冲子相联系，插入架包括有多个插孔，每个插孔用来接收由相应的中空输送元件输送的一组毛丝。该装置还包括输送架，该输送架使插入架从毛丝端头自插入架中伸出而由加热装置加热的位置送至在模腔中插入架所确定的位置。模腔用来接收模塑材料来形成完整的口腔刷。
另一方面，本发明还提供了一个制造口腔刷的系统。该系统包括：依次为，圆头处理及修整装置，包括毛丝输送装置的毛束集成装置，毛束熔化装置，以及刷头生成装置。
本发明优选的制造系统包括下面一个或多个特点。毛束集成装置的特点如上面的内容所述。圆头处理及修整装置如与本申请文件同一天申请的、审查中的美国系列号为＿＿的申请文件中所述的装置，该申请名称为“毛束修整及圆头处理的方法和装置”，该申请文件所披露的技术在此已作为参考使用。首先提供毛丝团中连续的毛丝，然后将毛丝集聚在一起形成毛丝簇，这样使每条毛丝的纵轴与其他毛丝的纵轴基本平行，毛丝的末端就确定出一个平面，当这些毛丝集聚成束时对其进行圆头处理，并将集聚的毛束切削一定的长度而成为切削束，最后就形成了经圆头处理的毛束。该系统还包括毛刷冷却装置，该装置用来在毛刷退出模腔时对其进行冷却。
本发明的特征还在于提供了一种制造具有一定刷面形状的刷子的方法。该方法包括：(a)提供大量毛丝；(b)将毛丝集成毛束，每个毛束都具有第一端和第二端；(c)将毛束的第一端定位以确定所需要的刷面形状；(d)将毛束的第二端熔化以使每个毛束中的毛丝保持在一起；(e)围绕所熔化的毛束的第二端头形成刷头。
本发明的特点还在于利用本发明所提供的装置的方式将毛束制成毛刷。
此处所用的术语“口腔刷”是指适用于口腔的任何类型的刷子，这种刷子可利用本发明提供的方法或利用本发明所提供的装置来生产，也就是说这种刷子包括可熔性毛丝端头和注塑刷头。
借助附图说明，本发明的其他特征和优点将通过对优选实施例描述及权利要求的内容而更加明确。
图1为口腔刷制造系统的俯视图；
图2为图1所示系统中所用的毛束集成装置的侧视图；
图3-3f为图2中所示的毛束集成装置在不同位置时其上部的侧视图，图中显示了装置中该部分的运行顺序。
图4-4c为毛束集成装置在不同位置时其下部部分的侧视图，图中显示了装置中该部分的运行顺序。
图5和图5a为毛束集成装置在不同位置时其最低部分的侧视图，与图3-3f和图4-4c中所示的右边位置和左边位置相对应。
图6为本发明的一实施例的插入架的俯视图，图6a为该插入架的侧面剖视图。
图7为本发明的一个实施例中的插入架中熔化后的毛束的侧面放大示意图。图7a显示了图7所示的插入架在模塑装置的模塑工具中的定位。图7b为刷头的局部放大剖视图，图中显示了毛束在模塑刷头中的定位。
图8所示为多组毛束被推入插入架时的放大侧视图，各束毛束被推入不同的程度以形成具有一定形状的刷面。
参考图1，优选的口腔刷制造系统10包括多个圆头处理/修整装置12，这些装置平行布置，每个圆头处理/修整装置都装有缓冲区/输送区14，经圆头处理或修整后的毛丝就输送至集成装置上的纤维盒类型的缓冲器中，该系统中装设有多个毛束集成装置(刷装置)16用来接收从缓冲区/输送区14输送来的经圆头处理的毛丝，这样就形成下面将要描述的毛束中的毛丝。毛丝形成束后，它们就被送入插入架模塑装置18，此处在毛束的根基周围注入模塑材料以形成口腔刷。每个口腔刷在冷却输送装置22上冷却。加工好的口腔刷就可用所要求的方式如起泡罩式包装进行包装。
图2所示为上面所述的制造方法中所优选的毛束集成装置24，图3-5a所示为装置在不同位置时的部分。
毛束集聚装置24包括静止底板26，底板上装有毛丝料斗28。料斗28包括有许多毛丝。毛丝最好经过圆头处理，若毛丝经过圆头处理，其经过圆头处理的端头应方向朝下。毛丝在料斗28中开始集束过程，然后从料斗28输送至插入架32(如图6中所示)进行集束，该过程将在下面的内容中解释。底板26包括：在料斗28的每一边均配置有插孔阵列30。插入架32布置在其中的一插孔阵列上，插入架上的插孔34(将在下面解释)与插孔30对准，这样毛束就可插入并被引导通过底板穿过插入架中的插孔34，该过程将在下面解释。为了将插入架与线性插孔按这种方式对准，本发明提供了一种对准装置，例如底板上的定位销31，如图6所示，该定位销31插入插入架33上的对准孔。也可利用其他对准装置，如本领域中已知的装置；例如，定位销可置于插入架上而孔在底板上。
如图6-6a所示，插入架32包括插孔34，该插孔用来接收形成毛束的毛丝。毛丝通过图4-4c中所示的毛丝集成装置24的输送部分100输送至插入架。
如图3，3a和3f所示，在由毛丝输送部分输送之前，毛丝料斗中的毛丝都通过捣固器36来捣实，这样可使其正确对准且减少了毛丝的分散。捣固器36安装在捣固滑板38上，该捣固滑板用来使捣固器在与毛丝料斗28隔开的位置和与料斗相接触的位置之间进行垂直移动。
毛丝被捣固之后，多个安装在垂直滑动管盘103上的中空管102就向上插入毛丝料斗28中，这样毛丝就被接收到中空管中(见图4a)。在这个过程中，捣固器36将毛丝捣固以防止因中空管而使它们离开料斗并使其进入中空管中。
包含有毛丝的管102被重新送至其初始位置(参见图4)，并且将其水平移动到插入架32下面的一个位置，在该位置上管102与插入架32上的插孔34对准。这样管102就可通过底板上的插孔30而插入到插入架32的插孔34中。
在该位置上，多个销子104安装在可垂直滑动的销盘105上，这样各销子104可分别地插入相应的管102中，销子可向上移动，因此它们可进一步伸入管102中。销子104插入管102中就迫使毛丝向上伸出管102而进入到插入架32的插孔中(参见图8)。如果需要一个平坦的刷子表面则销子就推入至同样的深度，若需要具有一定外形的刷面，则将销子推至不同的深度，如图8所示。这样就可容易地得到具有一定形状的刷子表面而不必在刷子完成后进行单独的修整处理。如图8所示，在销子进一步插入管中的过程中，插入架夹具126(用来移动插入架的一种夹取及释放器件，将在下面的内容中描述)的位置最好降低，插入架夹具126包括一个外形盘127，该盘与经圆头处理过的毛束的形状相同，即与从插入架向上伸出的毛束的第二端颠倒后的形状相同。这样就将毛束压入所要求的外形轮廓中，该轮廓与销子在管中升起位置所确定的外形相对。
如图中所示，集成装置的毛束输送部分100包括两套管102和销子104，它们之间相间隔的距离等于每个插入位置(左边和右边)与中间的毛丝料斗28之间的距离。这两套管和销子是由底盘106来运载的，底盘106安装在侧移动液压缸108上以使其在两个位置之间进行水平往复运动：在第一个位置上(参见图4和4a)两套管和销子在左边的插入位置和毛丝料斗28下对准，第二个位置(参见图4b和4c)，在第二个位置上(参见图4b和4c)两套管和销子在毛丝料斗28和右边的插入位置下对准。在管102的每个垂直移动之后，通过将底板106从一个位置移动到另一个位置，单个的垂直移动既可以将毛丝填充到一套管子中同时又可填充到插入架，在插入架下另外一套管子(装满毛丝)已然在位。
一旦毛束的末端被销钉104推出插入架32，插入架夹具126就移出其位置，伸出插入架表面的毛丝末端就被熔化以形成熔化部分109，如图7中所示。毛束端头在插入架夹具下被熔化，通过变化插入架夹具的位置，被熔化部分的形状可以变化从而得到所需要的形状，该过程本领域技术人员已有所了解。球形的熔化部分会在模塑的刷头中可能作滚珠凹窝式转动，因此熔化部分通常采用其他形式如“扁平球体或花生形”。
毛束端头的熔化是通过毛束集成装置的上部的熔化部分110来完成的，如图3-3f中所示，该装置将在下面的内容中叙述。为得到具有合适直径的熔化部分用来在模塑过程中阻止熔化部分被压出插孔34，在熔化过程中毛束的第二端超出插入架表面足够长是很重要的。超出插入架表面至少0.10″，最好超出0.15″至0.25″。
在模塑过程中熔化部分最好伸入模腔中一段距离，而不是与插入架的表面齐平。因此，模塑材料就可在熔化部分下流入毛束，这样就可阻止毛束在完成的刷子中产生滚珠凹窝式转动，(参见图7b)。为使熔化部分以这种方式伸入模腔，插入架最好带有毛束支撑装置111，如图7中所示，该装置用来支撑插入架表面之上的熔化部分109。熔化部分109在插入架表面之上的长度优选在0.001″至0.060″之间，最好为从0.005″至0.015″。如果熔化部分太接近插入架，模塑之后，单个的毛束将在其“插管”中转动；如果熔化部分在插入架表面之上伸出太多，则很难将模塑好的刷子从模腔中取出。
熔化装置部分110包括一对相同的熔化装置112，融化装置112位于底板的左边和右边插入位置之上。每个融化装置112均包括加热装置114，它位于插入位置之上并与之对准，加热滑杆116(最好是被引导的气缸)用来将加热元件垂直地从插入架(参见图3)之上的缩进位置输送至加热位置，在该加热位置加热元件与毛束端头一起伸过位于相应插入位置上的插入架(参见图3a)。每个熔化装置112最好包括围绕加热装置的绝缘材料118，门120，在加热装置位于其缩进位置时该门关闭加热装置。
当插入架被充填之后，毛束的末端就在销子推动下穿过插入架，加热装置位于充填后的插入架之上并降低至加热位置(参见图3a)。伸出插入架的毛束的末端就被加热装置加热熔化，从而形成图7中所示的熔化部分109。一旦毛束末端被熔化，销子104和管102就从插入架中撤回。插入架就准备放置在模塑工具107中(见图7a)，然后将模塑工具107安装在模塑装置18上，且模塑工具确定了模塑装置的模腔的一部分，然后将模塑材料例如任何合适的热塑性材料注入模腔中，从而形成一完整的刷子。
图3-3f中所示的位置顺序显示了毛束集成装置的插入及撤出的移动顺序。该顺序与上述的管子和销子的水平和垂直往复运动过程相对应。因此，在图3和图3a中，第一个插入架位于左边的插入位置，分别处于中空状态和填充状态。图3b示出一个夹取装置124，该装置用来将第一个插入架输送至毛束形成过程的下一个位置(为表示清楚，夹取装置在图3、图3a、图3e、图3f中省略)，同时将第二个中空的插入架送入毛束集成装置的右边插入位置。在图3c中，夹取装置124的插入架夹具126降低与第一插入架32a结合，并由驱动杆128从图3c所示的位置输送至图3d所示的位置，其中第一个插入架32a已经在刷子形成过程中移动至下一个位置(未显示)，第二个插入架32b处于右边的插入位置之上。然后，夹取装置就将插入架置于右边的插入位置上。同时管102和销子104向右移动至其右边位置(参见图4b)；在这个新位置上左边的中空管子(中空着放入插入架32a，同时处于左边插入位置)将被来自中间料斗的材料所填充，已填充完成的右边的管子(被来自中间料斗的材料所填充，同时销子/管子处于左边位置)将插入到插入架32b中。
图5和图5a显示的是毛束集成装置的管子/销子驱动部分130的最低部分(作为参考，该图包括底板26，但为清楚起见，省略了装置的材料输送部分)。管子/销子驱动部分130包括四个滚珠螺旋驱动伺服电动机132，其中的两个用来驱动两套销子上下运动，另外两个用来驱动两套管子上下运动，也可使单套的管子和销子独自运动。滚珠螺旋驱动伺服电动机132与球螺旋134和球螺旋连接轴136相连，这样就将驱动力传递到销子和管子上。
另外的实施例存在于权利要求中。例如，尽管上述发明是与口腔刷相关的，本发明可用来制造任何类型的具有可熔毛丝的刷子，如毛刷、清洁刷和扫帚刷。此外，虽然上述的集成装置是用来生成多个毛束，但是插入架可包括单个插孔，毛丝输送装置可由单个的销子和管子组成来生成单根毛束，例如，如果需要只具有一簇大毛束的牙刷。单毛束的形式可以是：长方形、椭圆形、多锥角形或其他所要求的几何形状。另外，制造具有单毛束的刷子也可利用多个管子和销子。毛束不必以90度的角度模塑入所示的刷头，可以是任何需要的角度。