专利名称：刷毛的修边和磨圆方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及刷毛例如，用在牙刷上的刷毛的修边和磨圆方法及装置。
许多种毛刷是这样形成的把许多刷毛装到一起，通常是成簇状安装到刷体上，使所有的刷毛头形成毛刷表面。在许多应用中，都需要把刷毛按统一的长度修边(或者在某些情况中，按不同的长度修边，形成有一定轮廓的刷子表面)。在某些应用中，还需要把刷毛头磨圆，也就是说，在修边后，刷毛头的外形从现在的典型的圆头形顶面变换成一个平滑的、相当于半球形的顶面。当刷毛用作牙刷时，磨圆变得非常重要，因为切下的刷毛头的尖锐的边会磨损牙龈和/或引起牙刷使用者不适。
本发明提供了一种改进的工艺，此种工艺用于细丝的磨圆、修边和把细丝的端头切成一定的长度，以形成毛刷。毛刷由提供连续的原料毛细丝形成，把细丝集中到一起而形成成组布置的细丝，于是每一根细丝的纵轴基本上平行于其它细丝的纵轴，细丝头确定出一个平面，当它们成为一组的时候，把细丝的头磨圆，把这一组细丝切成一定长度，得到了切出的一束。其优点在于，如果所需要的细丝能够从缠绕成卷或者保存在一起(例如，未卷绕成卷)或其它的包装方式送进到该装置中，这样，切下来的每束细丝就可以很容易地输送到一个盒子里，细丝再从这个盒子送进到栽绒机。
一方面，本发明的特征在于，发明了一种把刷毛修边和磨圆的方法。本方法包括(a)提供一组布置在一起的长长的连续的细丝，使每一根的纵轴基本上平行于其它细丝的纵轴，细丝头确定出一个平面；(b)提供了一种刷毛修边和磨圆的装置(i)构成一种细丝推进装置，从导引装置接收细丝组并推进细丝组，该推进装置包括第一对固定爪，以阻止垂直运动，第二对可以垂直移动的爪，每一对爪都可以在打开和闭合位置之间移动，打开位置是指细丝组相对于爪轴向移动的位置，闭合位置是指爪抓住细丝组的位置；(ii)当长细丝由导引装置输送的时候，所设置的磨圆装置和长长的细丝头啮合，把细丝头磨圆；(iii)一种刀具把细丝的钝头在预定的位置切下来，形成一束预定长度的刷毛；(c)打开位置上的第一对爪，闭合第二对爪，抓住细丝组；(d)垂直移动第二对爪，推进细丝组到磨圆装置；(e)闭合第一对爪，抓住细丝组，从面限制了细丝的径向运动；(f)把细丝组的自由端连接到磨圆装置上，将细丝组磨圆；(g)用刀具切割细丝，得到了一束有预定长度的带磨圆的刷毛。
在最优实施例中，切割步骤通过使用剪床切刀完成，磨圆步骤通过使用皮带磨圆机完成。导引装置包括导引管，把细丝收集成为一组，和推进机械爪，抓住细丝组移动到使它们的端头和磨圆装置啮合。最优装置还包括输送机械爪，以接收切出的一束，把切出的一束送到和装置有一定距离的预定位置。当连续的细丝是以绕在卷轴上以卷盘形式提供的时候，最优装置还包括许多滚子，所说的连续细丝穿过滚子，当装置使用时，滚子把细丝导引到导引装置。细丝组包括许多细丝，能制造大量的牙刷。当然，导引装置、细丝推进装置、磨圆装置、切割装置垂直对准。
另一方面，本发明的特征在于，发明了一种修边和磨圆的装置。
本发明的方法和装置使得细丝在做成刷子以前修边和磨圆。通过在细丝做成刷子以前修边和磨圆，由于有选择停留时间和磨圆过程中的其他参数(如果在成为一簇以后进行、停留时间通常由成簇机的速度决定)能力，故可以进行很好的磨圆。而且，修边所费时间减少，制造刷子的效率可以大大提高。
另一方面，本发明的特征在于，发明了一种制造刷子的方法。本方法包括如上所讨论的把许多细丝修边和磨圆、以形成有预定长度的刷毛，提供一个牙刷头，把大量的刷毛安装到牙刷头上。
本发明的特点还在于其刷毛有改进了的磨圆特征。刷毛头的形状可以预先决定，例如，刷毛头可以是平的、铅笔头形的、或任何所需要的圆锥形的，这取决于机器如何配置，本领域的技术人员如何确定。
这里所说的剪床指的是，不撕扯细丝就能将大量的细丝剪断。
从一些所述的最优实施例的描述和权利要求中，本发明的其他特征和优点将更加显而易见。
图1是根据发明的一个实施例的装置从底部看上去的原理图。图1A是图1所示装置一部分的细节描述(为清楚起见，图1A中省略切割装置)。图1B是图1所示装置的侧视图，表示的是缠绕在卷轴上长丝的送进路径。图1C是装置端面详图，表示了以上所述送进路径。
图2是图1所示装置切割机械的原理顶视图。图2A是切割机械的侧视图。图2B是切割机械的部分放大图。
图3是图1中装置的推进机械爪在它的打开位置的顶视图。图3A表示的是推进机械爪处于它的闭合位置上的视图。
图4是细丝在接触到磨圆装置时发生倾斜的侧视原理图。
图5是图1所示输送机械爪在打开位置时的顶视图，图5A是输送机械爪在闭合位置时的顶视图，图5B是输送机械爪的侧视图。
现在来看图1-1C，一个优选的装置10包括卷轴12(图1b)，卷轴12上有许多连续的细丝。从卷轴12上，大量的连续细丝通过一系列的滚子16、18、20、22。滚子的轴向切面呈领结形(见图1C)，于是，细丝一起被导向滚子表面的中央，集合到一起。为了加强收集效果，滚子从卷轴开始有比靠近卷轴处斜度大的斜度越来越大的领结形横截面，于是细丝依次穿过滚子，逐渐地集中到一起。这样的安排已被证实，它可以有效地控制从卷轴上退绕以及生产过程，抑制了细丝堆积和送进障碍。
然后，收集起来的细丝14送进到导引管24，导引管24的上端有一个漏斗形的部分26来帮助导引并在细丝进入导引管24时收集细丝。这个过程开始时，细丝通过导引管送进，直到所有的细丝头退出导引管的低端28并通过抓取机械爪30以及推进机械爪32。
细丝头由此被集中起来并由抓取机械爪保持在这个位置(图1和1a)。推进机械爪32和抓取机械爪30实际上是一样的，详细地表示在图3和3a中，以下将讨论。抓取机械爪安置在一个固定位置，不能在垂直平面内移动。如图3和3a所示，抓取机械爪的爪子在打开和闭合时，分别抓住和释放细丝组。
这时，装置已作好了使用的准备，细丝组现在能被连续地切割成磨圆的长度，也就是说，不用重复以上所述的最初的送进过程。
细丝组14接下来由推进机械爪32抓住，抓取机械爪30释放。推进机械爪32和抓取机械爪30一样，可以在图3和3a所示的打开和闭合位置之间移动。通过一个线性驱动器，推进机械爪32也可以在垂直平面内的许多位置之间移动，例如一个升高位置(图1和1a所示)和几个较低位置之间。最好是，线性驱动器包括一个由驱动器36、如伺服电机或步进电机驱动的滚珠滑架装置。为了继续把细丝组14送进到穿过该装置，接下来，推进机械爪仍然抓住细丝组、从升高的位置到较低的位置移动。这样就将细丝组送进到穿过底部导引装置38。底部的导引装置包括一个孔，其孔径略大于细丝组，通过这个孔，细丝组得以延伸。底部导引装置38可以在一个升高的常位和一个降低的导引位置之间移动，常位时，导引装置38不在切割装置的位置，低位时，导引装置38导引磨圆过程中的细丝组。底部导引装置38被偏置，例如，偏置弹簧朝向升高位置(图1和1a)和由驱动机械爪32推向低位。在低位时，底部导引装置38置于磨圆装置上的一个预定高度，选择它到一个刷毛在磨圆过程中倾斜到的最佳程度，如下所述。
在推进机械爪降低细丝组之间或之前，皮带磨圆机40被驱动，也就是说，驱动磨圆机皮带旋转的两个电机44、46(图1)被驱动。最好是磨圆机在接触到细丝头之前被驱动，否则细丝可能以一种所不希望的状态弯曲，例如打结，或是当驱动器推进球螺旋的时候，细丝被强迫通过推进机械爪。如果需要，磨圆机可以被连续驱动，于是，随着细丝组的降低，不必调整磨圆机的接通状态。
最好是，在细丝组的端头和皮带磨圆机啮合之前，闭合抓取机械爪30，以稳定磨圆过程中的细丝组。
当细丝组的端头与磨圆机的皮带42接触时，端头如图4那样展开。它们向外展开的程度至少在一定程度上可由磨圆机在一给定的时间内实现。展开的程度由几个因素来确定(a)细丝组在底部导引装置38下延伸的长度，(b)细丝组的直径，以及单丝的直径，(d)细丝组和皮带的干涉间隔，也就是，如果皮带上有一个孔，通过这个孔细丝组能够延伸的话，细丝组将延伸到磨圆机皮带之下(细丝将通过加在皮带上的压力向外偏斜)，(e)磨圆机皮带的驱动速度，和(f)磨圆机皮带表面的粗糙度。驱动速度常常由刷子的制造过程中与其他步骤相匹配所需要的速度来规定。为了得到好的磨圆效果，需要细丝头在皮带表面上“走成一个圆圈”，如果细丝头部根本没有绕皮带表面运动，通常细丝头是如沙地那样的平坦形，而不是磨圆的。如本领域技术人员所知，在过程完成之后，调节所需要的任意一个或所有的参数，通过观察最后结果，以经验调节以上参数，以获得所需要的磨圆的程度。
最好是，在邻近磨圆装置附近，提供一个真空罩，以移走磨圆过程中产生的粉尘，这在本领域是公知的。
在细丝组的头被磨圆后，细丝组由推进机械爪32升高到相对于切割装置48的一个预定位置，以准备把磨圆的细丝切割成一定的长度做刷子用。这个预定位置由所需要的刷毛的长度来决定。
当细丝组在所需要的位置时，它在切割位置的上方被推进和抓取机械爪抓住，在切割装置之下被输送机械爪70(图5、5a、5b所示)抓住。把细丝组保持在切割装置之上，以确保以需要的长度精确地切割。此外，保持机械爪在细丝切割后，把它们保持在需要的位置。在切割装置之下抓取细丝组，使得细丝组的切割部分汇集并输送到另一个位置，例如细丝盒里。在牙刷的制造过程中，切割下的部分在栽绒机的位置上将被输送到细丝盒里。
然后，驱动切割装置，如图2-2B所示。切割装置48包括盘50，其上有容纳细丝组的切割孔52。切割孔52包括斜面54，斜面的角度用来把细丝的端部导引到孔里。剪床的刀刃56可以在常位(图2实线所示)和切割位置(图2虚线所示)之间象剪床那样往复运动。发明者已经发现，以这种方式切割，不致撕扯细丝，能得到一致的平的端头。即使刀口有些磨损，结果也相当一致。剪床的刀刃56包括一对有角度的切割边刃58(图2B)，进一步保证了细丝是纯切断，而不是被撕扯。
转动曲柄轴59(图2)，切割剪床刀刃往复运动，如图2所示，偏心轮60从实线所示的位置移至虚线所示的位置。然后偏心轮推动轴承62向偏压弹簧64的方向移动(弹簧把剪床刀刃56压向它的常态位置)，迫使剪床刀刃通过细丝组向前。
如上所述，推进机械爪32和抓取机械爪30实际上是一样的。因此，都如图3-3B所示。将通过推进机械爪来讨论这些特征，为方便起见，以下的讨论将适用于两种机械爪。
推进机械爪32包括一对爪66a、66b，通过气动机械爪68使它们在打开(图3)和闭合(图3a、3b)位置之间移动。爪66a、66b包括弧形部分70a、70b，它们一起决定了一个可变直径的孔。当推进机械爪在打开的位置时(图3)，孔72的直径一定要大于细丝组的直径，以允许机械爪在细丝组的长度方向轴向上下移动。当推进机械爪在闭合位置时(图3a，3b)，孔72的直径基本上等于细丝组(处于压缩状态)的外径，使得机械爪牢固地抓住细丝组。如图3b所示，爪66a、66b最好包括互锁指74，以允许爪在它们各自的位置之间以可控的方式移动，进而控制细丝。
输送机械爪70，如图5-5B所示，包括一对爪76a、76b，爪76a、76b包括弧形部分78a、78b，驱动器80移动爪在打开(图5)和闭合(图5b)位置之间移动。在打开位置时，弧形部分78a、78b完全分离，也就是说，不形成孔。在闭合位置时，弧形部分78a、78b确定出孔82，孔82的直径基本上等于切割下来的细丝捆的外径，使得机械爪70牢固地抓住切出的捆。
以下实施例作为解释，实际使用中不受其局限。
实施例7毫英寸的尼龙丝缠绕在一个卷轴上，以如上所讨论的方式送进到图1所示的装置。内部间隔约0.090英寸。磨损介质(磨圆皮带)为280粗砂碳化硅。磨损介质的速度为约70英寸/秒，磨圆机头的轨道速度(在平行于由细丝头部确定的平面的平面中的转速)为大约1000转/分。细丝头和磨损介质的接触时间大约8秒。
当这个过程完成后，检测细丝头，所有的细丝头应一致地形成需要的形状。这时，需要的是半球形的头。
其他实施例在权利要求书里叙述。
例如，磨圆装置不需要是如上所示的皮带磨圆机，可以是其他任何可供选择的细丝磨圆的装置。其他适合的磨圆装置的例子包括、但不限制在皮带磨圆机里，如鼓轮磨圆机，化学磨圆机(例如有酸池)，热磨圆机和超声波磨圆机。
可以使用多种细丝，只要细丝的结构能够承受这个过程，这很容易地可以凭经验解决。当刷毛用于制造牙刷时，将选择适合于这种用途的细丝。合适的牙刷刷毛材料对本领域的技术人员来说是公知的。
此外，尽管细丝可以如上所述的那样缠绕在卷轴上，细丝也可以以任何需要的形式提供，例如，细丝是没有缠绕的一卷。如果细丝以不同的方式提供，送进路径将改变(不再是如图1-1C所示的滚子)。例如，如果使用一卷没有缠绕在一起的细丝，细丝将通过一个加长的管送进。
权利要求
1.一种把刷毛修边和磨圆的方法，该方法包括(a)提供一组长长的连续细丝，布置成每一根细丝的纵轴基本上平行于其它细丝的纵轴；(b)提供了一种把刷毛修边和磨圆的装置，该装置包括构成细丝推进装置，从导引装置接收细丝组并推进细丝组，该推进装置包括第一对固定爪，以防止垂直运动，第二对可以垂直移动的爪，每一对爪都可以在打开和闭合位置之间移动，打开位置是指细丝组可相对于爪轴向移动的位置，闭合位置是指爪抓住细丝组的位置；磨圆装置，当长长的细丝由导引装置输送的时候，使磨圆装置和长长的细丝头啮合，把细丝头磨圆；刀具，把细丝在离开磨圆头预定位置的地方切下来，形成一束预定长度的刷毛；(c)第一对爪位于打开位置，闭合第二对爪，以抓住细丝组；(d)垂直移动第二对爪，推进细丝组到磨圆装置；(e)闭合第一对爪，抓住细丝组，于是限制了细丝的径向运动；(f)把细丝组的自由端连接到磨圆装置上，把细丝组磨圆；(g)用刀具把细丝切割，得到了一束有预定长度的带磨圆的刷毛。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括提供第三对爪，用来抓住位于切割装置以下的细丝组，和在步骤(g)中，至少用第一对和第二对爪中的一对抓住位于切割装置之上的细丝，用第三对爪抓住切割装置之下的细丝，以在切割过程中和切割过程后稳定细丝。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括提供第三对爪，用来抓住位于切割装置以下的细丝组，和在切割细丝组之前，和第三对爪抓住细丝组。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括提供一个导引件，安装在磨圆装置之上，其上有一个孔，它的尺寸足以容纳细丝组，把细丝组导入导引件，以进一步限制细丝的径向运动。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括提供缠绕在卷轴上的长丝。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括不把细丝缠绕在卷轴上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于输送步骤包括输送长丝穿过一系列的滚子，把细丝集合成细丝组。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于切割步骤通过使用剪床切割刀具完成。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括选择预定长度，使得细丝适合于作为牙刷的刷毛使用。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括选定包括足够多细丝的细丝组，以形成大量的牙刷。
11.一种刷毛的修边和磨圆装置，包括导引装置，用来输送大量的布置成细丝组形式的连续长丝，使每一根细丝的纵轴基本上平行于其它细丝的纵轴；细丝推进装置，从导引装置接收细丝组和推进细丝组，该推进装置包括第一对固定爪，以防止垂直运动，第二对可以垂直移动的爪，每一对爪都可以在打开和闭合位置之间移动，打开位置是指细丝组可相对于爪轴向移动的位置，闭合位置是指爪抓住细丝组的位置；磨圆装置，当长长的细丝由导引装置输送的时候，使磨圆装置和长长的细丝头啮合，把细丝头磨圆；刀具，把细丝在离开磨圆头预定位置的地方切下来，形成一束预定长度的刷毛；
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于所述切割装置是剪床切割刀具。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于剪床刀具包括，表面倾斜的刀刃，背对着细丝组输送进切割刀具的方向。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于所述剪床刀具包括一个切割盘，其上有倾斜的切割孔。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于所述剪床刀具包括曲柄轴；安装在曲柄轴上的偏心轮，偏心轮根据曲柄轴的转动可以在两个位置之间移动；剪床刀刃，它根据偏心轮的位移可以在第一和第二位置之间移动，第一位置是指退回的位置，第二位置是指刀刃切断细丝组的驱动位置。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于所述的第一和第二对爪包括相对的圆弧部分，用来确定了一个可变直径的孔。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于第一和第二对爪中的每一个都包括两个相对的爪，每个爪都有一个弧形部分和许多有间隔的指，相对的爪中的一个的指和另一个相对的爪的指互锁。
18.根据权利要求11所述的装置，其特征在于导引结构包括一个导引管，用来把细丝收集成组。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于导引管包括第一末端，细丝组从该末端进入导引管，第一末端有漏斗形的部分，把细丝导引进导引管。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于还包括第三对爪，用来和切割刀具下的细丝组啮合，并把它输送到一个和装置有一定间隔的预定位置。
21.根据权利要求11所述的装置，其特征在于还包括许多被细丝组穿过的滚子，当装置处于使用中时，滚子用来把细丝组引入导引装置。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于每一个滚子都有一个收敛的表面，以强迫细丝通过它的时候成为一组。
23.一种刷毛的修边和磨圆装置，包括导引装置，用来以细丝组的形式输送大量的连续细丝，使每一根细丝的纵轴基本上平行于其他细丝的纵轴，于是细丝头确定了一个平面；磨圆装置，当长长的细丝由导引装置输送的时候，使磨圆装置和长长的细丝头啮合，并把细丝头磨圆；剪床刀具，把细丝在离开磨圆头预定位置的地方切下来，形成一束预定长度的刷毛；
24.一种刷毛的修边和磨圆装置，包括导引装置，用来以细丝组的形式输送大量的连续细丝，使每一根细丝的纵轴基本上平行于其他细丝的纵轴，于是细丝头确定了一个平面；细丝推进装置，从导引装置接收细丝组和推进细丝组；磨圆装置，当长长的细丝由导引装置输送的时候，使磨圆装置和长长的细丝头啮合，并把细丝头磨圆；刀具，把细丝在离开磨圆头预定位置的地方切下来，形成一束预定长度的刷毛；其中，导引装置、细丝推进装置、磨圆装置、切割装置基本垂直对准。
全文摘要
一种刷毛的修边和磨圆方法和实现这种方法的装置。该方法包括提供一组长长的连续细丝,使每一根细丝的纵轴基本上平行于其他细丝的纵轴,细丝头确定了一个平面;推进细丝组到磨圆装置;把细丝组磨圆;切割细丝组,以得到一束有预定长度的带磨圆的刷毛。
文档编号A46D9/00GK1248892SQ98802914
公开日2000年3月29日 申请日期1998年3月2日 优先权日1997年2月28日
发明者约翰·K·菲利普, 杰弗里·S·梅斯曼, 詹姆斯·A·格兰森 申请人:加拿大吉勒特公司