JP2000507120A - ブラシなどのブラシ状製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特にブラシなどのブラシ状製品の製造の方法において、熱可塑性材料の毛キャリヤにいくつかの盲孔が形成され、その各々の中に個々の毛または毛束の形態の熱可塑性材料の毛が好ましくは厳密に適合され盲孔の底面に載るまで挿入される。毛キャリヤおよび毛は次にその接触部分において互いに溶接され、レーザビームが毛キャリヤまたは毛を透過して接触部分に直接与えられそこで吸収され、これに伴って熱が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】 ブラシなどのブラシ状製品の製造方法 この発明はブラシ状製品、特にブラシの製造の方法に関する。 ブラシ状製品、特にブラシ、塗料刷毛、マット、パッドおよび敷物などの製造 において、複数の個々の毛または毛束を毛キャリヤに一体に接続することが必要 である。先行技術においてはこの目的のためさまざまな方法が開示されているが 、いずれも何らかの欠点がある。 毛および毛キャリヤの双方にプラスチックが初めて用いられてから、以前のよ うに毛または毛束を毛キャリヤに機械的に留め付ける代わりに、他のいかなる機 械的留め付け手段を用いることなく完全にまたは一体となるように接続する数多 くの試みがなされてきた。ブラシ状製品の重要な品質上の特徴の１つは、個々の 毛または毛束の抜き取りまたは引き出しに対する抵抗である。つまり、毛は使用 中に生じる力によって離れたりまたは外れたりしない態様で毛キャリヤのプラス チック塊に埋め込まれていなければならない。唯一、公知の方法の中で使用でき るものは、束の端部に厚くなった部分が設けられ、これは毛キャリヤのプラスチ ック塊に導入されると一種のアンカーを形成し、また毛同士をその留め付ける側 の端部において互いに接続するため、毛束または個々の毛のみを抜き取るように 作用する力が厚くなった部分に導かれ毛キャリヤ内のその固定部分によって吸収 されるものだけであることがわかっている。 毛キャリヤに盲孔を形成し、盲孔を囲むプラスチック材料を流動可能になるま で加熱することがＤＥ ３６ ３７ ７５０ Ａ１から公知である。その後、固 定するための端部を有する溶接されないまたは溶接された毛束を溶けた盲孔の中 に押し込んで毛が毛キャリヤに固定されるようにする。しかしながら、多くの場 合はさらに、孔の縁の付近において溶融体の圧縮または機械的密封が必要となる 。しかしながら、この方法の欠点は特に、必要とされる毛キャリヤ材料の加熱が 非常に正確に選択され、比較的低い加熱温度によって熱可塑性範囲において行な われなければならないことである。加熱に時間をかけるため、この方法ではサイ クル時間が比較的長くなるが、これは不経済である。毛キャリヤの片側を加熱す る場合、毛キャリヤが歪むおそれがある。また、特に非常に小さいブラシでは、 加 熱の際に盲孔が潰れる危険があるため、熱エネルギを複数のごく隣接した盲孔に 計画的に導入するのは非常に困難である。個々の毛を盲孔に差し込む際、元々低 い個々の毛の曲げ強さは毛が加熱されるとさらに大幅に弱まり、差し込む際に毛 が横方向に移動することがあり得るという問題が生じる。 また、毛を毛キャリヤに溶接ずることも公知である。この目的のため、同じ材 料からできた毛または毛束と毛キャリヤとは熱可塑性状態に加熱され、次にこの ２つの構成要素は互いに押し付けられる。毛を強く加熱するため、毛材料の分子 の再配向が起こり、この結果個々の毛の曲げ強さは著しく低下し、その引張強さ もまた低下する。この方法の変形では、毛または毛束の端部に僅かに厚くしたへ ッドを形成する。２つの構成要素は接続点においてともに流れる材料によって接 続されるだけであるため、必ずしも２つの構成要素が十分に接続されるわけでは ない。さらに、この方法もまたサイクル時間が比較的長くなる。毛または毛束の 溶接の際、毛キャリヤに溶接フィートが形成されるため、毛キャリヤの表面には 段差があり、そこにバクテリアまたは他の不純物が集まることがある。このため 、ブラシを清潔にするのがさらに困難になるばかりではなく、非常に非衛生的で ある。 十分な品質において個々の毛を毛キャリヤの盲孔に留め付けるのは特に難しい 。個々の毛または１本の毛を加熱すると滴が形成され、これは１本の毛が導入さ れる非常に小さい盲孔の直径を超える。その１本の毛を挿入する際、プラスチッ ク材料がはみ出して塗り付けられ、１本の毛と毛キャリヤとを確かに接続するこ とができない。加熱された状態の個々の毛を盲孔に差し込む場合には、毛が圧縮 されると座屈が生じることがあり、複数の個々の毛を正しく互いに配向すること が不可能となる。 毛キャリヤと、ポリアミドなどの一般的により高品質のプラスチックでできた 毛との双方に関して、材料の使用量をできるだけ少なく抑えることが望ましく、 これは毛の固定部分をそれに応じて短くすることで実現できる。使用上の理由で 毛キャリヤの壁の厚みが最小でなければならないブラシ状製品もある。これはた とえば歯ブラシについていえることであり、口腔の収縮した状態のため、毛の長 さを含めて浅いまたは平坦な構造が確保される。 公知の方法はまた、モノフィラメントの伸ばし作業および熱安定化から生じる 毛の曲げ強さまたは曲げ弾性（再び真っ直ぐになる能力）が、厚くされた部分の 形成に関連して毛の端部を溶融することによって損なわれるという欠点がある。 毛の加熱された領域では分子の再配向が起こり、したがって個々の毛の曲げ挙動 の劣化および引張強さの低下が生じる。このことは十分に大きい埋め込み長さと 、結果生じる毛の横方向の支えとによってのみ打ち消すことができるが、これは 以上に述べた理由から不利である。 この発明の課題は、材料の使用量が少ない場合に個々の毛および毛束の十分な 抜き取りに対する抵抗を達成し、毛の曲げ弾性および再び真っ直ぐになる能力を 維持し、ブラシ状製品の製造において高い生産性を確実にする、特にブラシなど のブラシ状製品の製造の方法を提供することである。 この発明によれば、この課題は請求項１による方法によって解決される。 この発明による方法では、熱可塑性材料でできた毛キャリヤに始めにいくつか の盲孔が公知の態様で形成され、その各々の中に熱可塑性材料の個々の毛または 対応する毛束が導入され、これは好ましくは厳密に適合され、下面が盲孔の底面 に載るまで導入される。個々の毛または毛束の下端には厚くなった部分または基 部は形成されないため、盲孔および、よって個々の毛または毛束もまた非常に近 接して並置することができる。このため毛キャリヤのエッジ近くまで毛の到達範 囲を拡げることが可能になる。 冷たい状態において互いに相対的に位置づけられる構成要素（毛キャリヤおよ び個々の毛または毛束）は次に、盲孔の底面付近で、好ましくはＣＯ₂レーザ、 ネオジムレーザまたはエキシマレーザによって与えられるレーザビームの直接作 用によってその接触部分において直接相互に接続される。レーザビームは、レー ザビームに対して透過性を有する、または非吸収性である一方の構成要素を透過 または通過することができ、毛と毛キャリヤとの接続点まで実質的にエネルギを 損失することなく直接届く。レーザビームは接触部分において大幅に吸収され、 熱を発し、熱可塑性材料を溶かし、毛または毛束が毛キャリヤに溶接されるよう にする。 毛の縦方向に配向される分子は、逃避(giving away)可能性がなく、つまり縮 んで滴になる可能性がないため、その配向が維持されるので、毛の分子構造は破 壊されない。 短いレーザパルスの後、毛と毛キャリヤとを長い間互いに押し付ける必要はな い。盲孔は溶接されない状態においてさえ毛を保持しており、短い溶接時間の後 にも当然ながら毛を保持しているため、溶接の直後に他の作業ステーションに移 動することが可能である。 レーザビームを吸収させる目的のため、接続される構成要素の少なくとも一方 の接触部分では少なくとも局所的なレーザビーム吸収特性を備えるようにしても よい。これはたとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエス テル、ポリアセタール、スチレンポリマー、サルファポリマー、ポリイミド樹脂 、フルオロポリマー、ポリケトン、ポリエーテルケトンの単独重合体および共重 合体など、レーザビームを吸収する熱可塑性材料、またはレーザビームの作用に よって溶融可能でありエネルギ供給が終わると再び凝固する熱可塑性の特性を有 する別の天然物質で構成要素全体を作ることによって達成できる。 レーザビームの発散度は限られているため、レーザビームの高い方向安定性を 確実にでき、処理される表面上のエネルギ密度を均一にすることができる。さら に、レーザビームの分光帯域幅は限られておりスペクトルエネルギ密度は高いた め、非常に短いサイクル時間で比較的高いエネルギ量を適用でき、エネルギ作用 を局部的に厳密に規定できる。レーザビームは時間および空間的にかなり一貫し ているため、一定の方法条件が確保され、高い処理精度および成形性質が確実に なる。また、レーザビームのお蔭で非常に短い光パルスを生じることができるた め、エネルギを非常に正確に適量与えることができる。 上記の方法の結果、溶融領域を非常に短い毛の長さに限定することができ、こ れによって分子の配向の再形成によって毛が弱くなることを防ぎ、よって機械的 特性の劣化をも防ぐ。また、空間的に厳密に規定された材料領域の非常によく計 画された急速な溶融を行なうことも可能である。複数の毛または毛束を同時に１ 回の通過で留め付けることができるため、サイクル時間が非常に短くなる。上記 の方法では、毛を毛キャリヤに留め付ける際、高い保持および抜き取り力が得ら れ、設置または埋込み長さも限られることがわかった。 単純な態様で、たとえば研磨材の組み込まれた毛などの充填剤入りの毛をレー ザビーム透過性の毛キャリヤに接続することも可能である。 レーザビームと特にプラスチックなどの溶融すべき材料との相互作用は実質的 に、使用されるレーザの波長とプラスチックの吸収の性質とから定められる。対 応するレーザエネルギ吸収の後、一方ではマトリクス材料の溶融および蒸発、有 機染料の漂白、黒色顔料の除去、および膨張などの熱的プロセスを介する反応、 または紫外線範囲における光活性の白色顔料によるなどの光化学プロセスによる 反応が起こることがある。 処理される表面あたりの高いエネルギ密度を伴う高いレーザ効率の結果、製造 中に非常に高い移動速度を得ることができ、したがって上に述べた公知の方法と 比較して最大７０％も低い非常に短いサイクル時間が得られる。たとえば歯ブラ シの場合、１本以上のブラシの覆われた表面全体を１回の通過で処理することも 可能である。 この発明による方法では、異なる幾何学的形状の毛キャリヤに容易に適合でき るため、高い柔軟性が得られることがわかった。また、この方法では製造工程数 を増加することなくさまざまな壁の厚さの設計を可能にし、全体として非常に高 い生産性、高い製造速度および高いプロセス品質につながり、すなわち浪費の割 合が低く、均一性が高くなる。 好ましくは、接続される構成要素の一方はレーザビーム透過性、すなわち非吸 収性を有し、他方の構成要素は少なくとも接続点の領域においてレーザビーム吸 収性の溶融可能な材料でできている。そのため、レーザビームを透過性を有する 構成要素を通して接続点へ導くことができ、そこで他方の構成要素の吸収性の材 料を溶融する。 レーザビーム吸収性の材料は本質的に吸収する性質を有するものであってもよ く、またはこの吸収作用は少なくとも局所的に充填剤および／または染料を導入 することによってもたらされてもよい。こうして、接続される２つの構成要素（ 毛キャリヤおよび毛または毛束）を同じ基礎材料から作り、一方の構成要素のみ が上記の材料の導入によって吸収作用を得るようにすることができる。すなわち 、たとえば同じプラスチック材料で、異なる添加材または充填材を加えた結果、 異なる光透過および吸収特性を有するようになったものを互いに接続してもよい 。 レーザビーム透過性構成要素、たとえば毛を少なくとも接続点の領域において 、つまり毛の下端において、塗料および／または充填剤または染料の導入によっ て吸収性を有するようにすることもできる。そこでレーザビームを透過性を有す る構成要素を通して接続点まで向け、そこでレーザは上に述べたやり方で吸収性 を有するようにされた上記構成要素の部分を溶融する。この手順の利点は特に、 他方の構成要素の設計および材料が完全に自由に選択できることである。 接続点において溶融プロセスに必要な熱を発生させるために接続点にレーザビ ーム吸収性の材料のインサートを提供してもよい。インサートは補助工具で形成 され、それはその後取り外され、溶けた構成要素の端部を他方の構成要素に接続 できるようにし、この他方の構成要素もまた任意に溶融してもよい。代わりに、 失われた補助材料としてインサートを接続点に残しておいてもよい。 毛キャリヤに毛を留め付ける際、以下の材料の組合せを使用することが好まし い。一方では、毛キャリヤおよび毛をポリプロピレンから作り、次に一方の構成 要素、好ましくは毛キャリヤは透過性を有するようにし、毛はＴｉＯ₂の使用に よって染色し、よって吸収性を有するようにしてもよい。もう一方では、毛キャ リヤをＳＡＮ（スチレンおよびアクリロニトリルの熱可塑性共重合体）から作り 、毛をポリアミドから作り、毛は吸収特性を得るよう染色し、ＳＡＮ毛キャリヤ は透過性を有するようにしてもよい。そのため、レーザビームはＳＡＮ毛キャリ ヤを通過して毛を溶融する。さらなる発展では、毛キャリヤをポリプロピレンか ら作り、毛をポリアミドから作り、毛キャリヤは吸収特性を得るよう染色し、毛 は透過性を有するようにしてもよい。そこでレーザビームを毛を通して接続点に 与え、そこで毛キャリヤ材料を溶融する。 この発明のさらなる詳細および特徴は、添付の図面に関連して以下の実施例の 説明から理解されるであろう。 図１ａ、１ｂ、１ｃ 個々の毛を毛キャリヤに付与する方法の個別のステッ プである。 図２ａ、２ｂ、２ｃ その方法の第１の変形である。 図３ａ、３ｂ、３ｃ その方法の第２の変形である。 図４ａ、４ｂ、４ｃ その方法の第３の変形である。 図５ａ、５ｂ、５ｃ 毛束を毛キャリヤに付与する方法の個別のステップで ある。 図６ａ、６ｂ、６ｃ その方法の第１の変形である。 図７ａ、７ｂ、７ｃ その方法の第２の変形である。 図８ａ、８ｂ、８ｃ その方法の第３の変形である。 図１ａ、１ｂおよび１ｃは、いくつかの個々の毛１２を毛キャリヤ１０に一体 となるよう付与する方法の個別のステップを示す。毛キャリヤ１０には複数の盲 孔１１が設けられ、その中にそれぞれ未加熱状態の個々の毛１２が挿入される。 個々の毛１２はレーザビーム透過性の材料から作られており、毛キャリヤ１０は 少なくとも盲孔１１の領域においてレーザビーム吸収性の材料から作られる。そ して、個々の毛１２の各々は盲孔１１に厳密に適合するように、その下面が盲孔 の底面に載るまで挿入される。次に、レーザビームＬＳが透過性を有する個々の 毛１２を通して盲孔の底において接続点に同時に与えられ、レーザビームが上記 盲孔の底において吸収される結果、熱が生じ、毛キャリヤ１０の材料が溶融され る。対流熱のため、個々の毛１２の材料もまた溶融するため材料は互いに流れ込 み、盲孔１１と個々の毛１２との間のいかなる空隙も埋まり、個々の毛１２の下 端は毛キャリヤ１０に表面が完全になった態様で埋め込まれ、そこに溶接される 。 図２ａ、図２ｂおよび図２ｃによる実施例は、毛キャリヤ１０の材料はレーザ ビームに対して透過性を有し、毛は少なくともその下端においてレーザビームを 吸収できるという点で上記の実施例とは異なる。個々の毛１２を毛キャリヤ１０ の盲孔１１に挿入した後、レーザビームが毛キャリヤ１０を通して盲孔の底面に おける接続点に与えられ、個々の毛１２が毛キャリヤ１０に上に説明した態様で 溶接されるようにする。 図２ａ、図２ｂおよび図２ｃの実施例に関連する図３ａ、図３ｂおよび図３ｃ に示される変形は、個々の毛１２の下部分が、レーザビームＬＳを吸収できる充 填剤および染料粒子が与えられる盲孔１１に挿入され、盲孔１１に挿入されない 個々の毛１２の上部分もまたレーザビーム透過性の材料から作ることができるよ うにすることからなる。 図４ａ、図４ｂおよび図４ｃに示される実施例では、個々の毛１２と毛キャリ ヤ１０との双方がレーザビーム透過性の材料から作られ、個々の毛１２が盲孔１ １に導入される前に、レーザビームを吸収するインサート１５が盲孔の底に提供 されるようにする。個々の毛１２が盲孔１１に導入されてから盲孔の底またはイ ンサート１５の上に載るまでの間、レーザビームが個々の毛１２を通して、また は示されるように毛キャリヤ１０を通して接続点に与えられ、そこでインサート １５によって吸収される。対流熱のため、毛キャリヤ１０および個々の毛１２の 双方はその接触領域において溶融し、一体となった接続を形成する。 個々の毛に関して上の４つの実施例において説明したことは、それぞれ、１つ の盲孔１１にばらばらの束として厳密に適合する態様で導入される毛束１３を用 いても同様に行なうことができる。レーザビームが供給されると、毛束１３の個 々の毛は一方では互いに接続され、他方では毛キャリヤ１０に溶接される。さら なる特徴もここで言及した個々の毛の付与の方法に一致する。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特にブラシなどのブラシ状製品の製造の方法であって、熱可塑性材料の毛キ ャリヤ（１０）にいくつかの盲孔（１１）が形成され、その各々の中に個々の毛 （１２）または毛束（１３）の形態での熱可塑性材料の毛が、前記盲孔の底面に 載るまで挿入され、次に前記毛キャリヤ（１０）および毛（１２，１３）はその 接触部分において互いに溶接され、レーザビーム（ＬＳ）が前記毛キャリヤ（１ ０）または毛（１２，１３）を透過して前記接触部分に直接与えられ、そこで吸 収され熱の発生を伴う、方法。 ２．前記個々の毛（１２）または毛束（１３）が前記盲孔（１１）に厳密な適合 によって挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．溶接される構成要素の少なくとも一方（毛キャリヤ（１０）または毛（１２ ，１３））は、少なくとも前記接触部分の領域においてレーザビーム吸収性の材 料からできていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。 ４．前記毛（１２，１３）および／または前記毛キャリヤ（１０）は、少なくと も前記接触部分の領域においてレーザビーム吸収性の充填剤および／または染料 （１４）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方 法。 ５．レーザビーム（ＬＳ）吸収性のインサート（１５）は前記盲孔の前記底面の 領域に置かれることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方 法。 ６．ブラシ状製品の個々の毛（１２）または毛束（１３）のいくつかまたはすべ ては前記毛キャリヤ（１０）に同時に溶接されることを特徴とする、請求項１か ら請求項５のいずれかに記載の方法。 ７．前記盲孔（１１）はレーザビームによって前記毛キャリヤ（１０）に形成さ れることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。 ８．前記レーザビームはＣＯ₂レーザ、ネオジムレーザ、またはエキシマレーザ によって与えられることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載 の方法。