CN111163662A - 一种制造整体刷头和整体牙刷头的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种制造整体刷头特别地整体牙刷头的方法，该整体刷头具有基部和从所述基部的细丝侧延伸的至少一根细丝，该方法包括以下步骤：将熔融塑性材料注射到具有预制基部腔和从预制基部腔延伸的至少一个细丝腔的模具腔中；一旦所述熔融塑性材料基本上填充所述预制基部腔，通过将至少一个冲压工具从预制基部腔的与所述至少一个细丝腔从其延伸的侧面相对的后侧挤压到该熔融塑性材料中，从而压缩熔融塑性材料；以及在冲压工具的连续挤压下用熔融塑性材料填充至少一个细丝腔。熔融塑性材料特别地具有根据ISO 1133测量的约30g/10min或更低的熔体流动速率。本发明还涉及一种具有整体刷头的刷。

Description

一种制造整体刷头和整体牙刷头的方法
技术领域
本公开涉及一种制造整体(即单件式)刷头的方法，该刷头包括基部和从基部延伸的细丝。
背景技术
已知的是，包括基部和从基部延伸的细丝的整体刷头可通过以相对高的压力将熔融塑性材料注射到限定基部和细丝的腔中并施加一定时间的保持压力来制造。
专利文献US 9,210,995 B2总体上描述了整体刷头及其制造。
发明人执行的模拟和实验已经表明，具有特别适合于例如刷牙的精细尖端的长细丝对于注塑成型存在问题，即由于熔融塑性材料与限定细丝的模壁之间的摩擦相对较高并造成熔融塑料的凝固，使得熔融塑料在填充精细细丝结构之前完全固化，因此精细结构可能未被熔融塑料填充。
因此，本公开的目的是提供一种制造整体刷头的方法，使得精细结构也能够被可靠地填充，而利用已知的注塑成型技术不能可靠地填充该精细结构。
发明内容
根据至少一个方面，提供了一种制造整体刷头特别地整体牙刷头的方法，该整体刷头具有基部和从基部的细丝侧延伸的至少一根细丝，该方法包括以下步骤：将熔融塑性材料注射到具有预制基部腔和从该预制基部腔延伸的至少一个细丝腔的模具腔中，特别地其中该塑性材料具有根据ISO1133测量的约30g/10min或更低的熔体流动速率；一旦熔融塑性材料基本上填充预制基部腔，通过将至少一个冲压工具从预制基部腔的与所述至少一个细丝腔从其延伸的侧面相对的后侧挤压到熔融塑性材料中，从而压缩熔融塑性材料；以及在冲压工具的连续挤压下用熔融塑性材料填充所述至少一个细丝腔。
根据至少一个方面，提供了一种刷，该刷包括至少一个整体刷头，该整体刷头具有基部和以整体方式从基部延伸的至少一根细丝，其中所述至少一根细丝在基部和细丝的自由端之间具有在6.0mm和20.0mm的范围内，特别地在7.0mm和15.0mm的范围内的长度，并且细丝尖端的直径在5μm和40μm之间的范围内，特别地在8μm和30μm之间的范围内，特别地其中整体刷头由具有根据ISO 1133测量的约30g/10min或更低的熔体流动速率的塑性材料制成。
附图说明
通过示例性实施方案的详细描述和讨论将进一步阐明本公开。以下描述将参考附图，其中附图显示：
图1是根据本说明书的包括整体刷头的牙刷的示意图；
图2示出了在塑性材料尚未完全填充基部腔的时刻进入腔的模拟塑料流，该腔限定用于注塑成型的整体刷头；
图3A示出了在塑性材料尚未完全填充基部腔的时刻进入腔的模拟塑料流，该腔限定用于注塑压缩成型的整体刷头；
图3B示出了在冲压工具完全浸入腔中并且塑性材料完全填充基部腔和细丝腔的时刻进入腔的模拟塑料流，该腔限定用于注塑压缩成型的整体刷头；
图4是利用注塑成型制造的不完全注射的整体刷头的照片描述；
图5是利用注射压缩成型制成的完全填充的整体刷头的照片描述；
图6示出了包括两个模具插入件的模具条；
图7描绘了由插入板的堆叠组装而成的示例性模具插入件；
图8是根据本说明书构造的示例性插入板的前侧的前视图；
图9是具有模具插入件的模具条和处于起始位置的冲压工具的剖视图；
图10描绘了整体刷头的示例性细丝；
图11A描绘了包括由堆叠的嵌入环制成的模具插入件的另一实施方案的模具条；和
图11B描绘了单个示例性嵌入环。
具体实施方式
本公开描述了整体(即单件式)刷头的制造，该刷头包括基部和从基部延伸的至少一根细丝(特别地多根细丝)。本公开还描述了整体刷头和包括至少一个整体刷头的刷。由于整体刷头是在单个制造步骤中制成的单件物体，因此细丝和基部由相同的材料制成，并且它们之间没有指示细丝和基部是在连续制造步骤中制造的任何接合线。整体刷头可具有在0.1细丝/mm2和5细丝/mm2之间的范围内的细丝密度，特别地细丝密度可以在0.5细丝/mm2和2细丝/mm2之间的范围内。细丝从其延伸的刷基部面积可以在1mm2和10.000mm2之间的范围内，特别地在10mm2和1.000mm2之间的范围内，并且进一步特别地在50mm2和500mm2之间的范围内。根据本公开的整体刷头特别地由塑性材料制成，该塑性材料具有根据ISO 1133测量的约30g/10min或更低的熔体流动速率。在选择自由的情况下，测量中使用的重量为2.16kg。
已经发现，当前使用的注塑成型技术不适合于精细细丝腔结构的可靠的完全成型，但注射压缩成型往往更适合于填充甚至所提到的精细细丝腔。本文的术语“精细”特别地涉及具有通常用于涂刷特别是刷牙的长度(即在3mm和20mm之间的范围内)的细丝，并且细丝尖端直径在50μm以下或40μm以下或35μm以下或30μm以下或25μm以下或20μm以下或15μm以下的范围内，特别地在5μm和40μm之间的范围内，进一步特别地在8μm和30μm之间的范围内，甚至进一步特别地在10μm和25μm之间的范围内。这种见解是模拟和具体实验的结果，下面将对此进行进一步描述。本说明书提供了适用于手动牙刷的整体刷头的一些示例，但是可以选择其他形状和形式，使得整体刷头适用于例如电动牙刷的替换刷头(也提供了示例)。也不应排除整体刷头可用于其他梳理、个人卫生或美容应用(诸如梳理头发)或用于睫毛刷。
细丝尖端可以是平坦的或球形的，或者可以具有更不规则的形式。在平坦细丝尖端非圆形的情况下，细丝尖端直径由平坦细丝尖端与圆形的最佳拟合近似值确定(即非圆形形状的位于圆外的面积等于圆内未被非圆形形状填充的面积的圆，因此，最佳拟合圆具有与该不规则形状相等的面积)，其中最佳拟合圆的直径决定了平坦细丝尖端的直径。相同方法可用于确定细丝在一定高度水平处的直径，其中完成圆与该横截面形状的最佳拟合。在尖端不是球形的情况下，尖端直径由细丝尖端与半球形的最佳拟合近似值定义，其中最佳拟合球形的直径即是尖端直径。
表征可使用ICM技术填充的精细细丝的另一种方法是由细丝在特定值的中间直径和尖端端部之间的长度给出。例如，已经发现可以在300μm的长度上填充具有40μm或以下直径(换句话讲，意味着具有约0.00126mm2的尖端横截面积的细丝)的细丝。
如本文所提出的整体刷头具有以整体方式从基部延伸的至少一根细丝。因此，限定整体刷头的模具腔包括至少一个细丝腔。在示例性实施方案中，用于上述应用的刷具有多根整体细丝，例如两根细丝、五根细丝或十根细丝。对于牙刷，整体细丝的数量可以是至少50根或至少100根，并且进一步至少150根。细丝的数量可在1和1000之间的范围内，特别地在5和500之间的范围内，并且进一步特别地在50和300之间的范围内。如将更详细地讨论的，细丝中的每一根可具有相同的细丝几何形状，即使在一些实施方案中，所述多根细丝中的至少一根细丝具有不同于其他细丝的细丝几何形状，并且在一些实施方案中，细丝中的每一根具有不同于整体刷头的细丝的所有其他细丝几何形状的细丝几何形状。
根据本说明书，一种制造整体刷头的方法可包括将熔融塑性材料注射到预制基部腔中的步骤在不超过熔融材料将显著填充细丝腔(或所述多个细丝腔)的压力的压力下发生。这意味着在基本上不填充细丝腔的情况下填充预制基部腔。该步骤包括提供具有比最终整体刷头的基部更大的容积的预制基部腔的子步骤和将冲压工具挤压到预制基部腔中的子步骤，以在一方面形成最终基部腔，并且另一方面提供迫使熔融塑性材料进入精细细丝腔所需的压力。因此，预制基部腔具有由基部腔的容积和细丝腔(或多个细丝腔)的容积给定的容积。
在一些实施方案中，塑性材料被注射到模具腔中的注射点位于远离所述至少一个细丝腔的侧向，使得当熔体到达一个或多个细丝腔时，熔体的最终流动方向基本上垂直于一个或多个细丝腔的长度延伸。
在一些实施方案中，冲压工具(例如，冲压压模)具有冲压表面，一旦预制基部腔被填充，该冲压表面即被挤压到熔融塑性材料中，该冲压表面在所述多个细丝腔的位置上方延伸。这可能会在熔体中产生更均匀的压力，特别是当熔融塑料在某种程度上不像牛顿流体时。
在一些实施方案中，适用于整体刷头的塑性材料具有约70以下的最大肖氏D硬度和/或具有于约1200N/mm2以下的拉伸模量。应当理解，最大肖氏D硬度是根据ISO 868在23℃下测量的，并且拉伸模量是根据ISO 527在23℃下测量的，如本领域中常见和已知的(ISO机械性能在4.0mm下测量，并且ISO 527的试样为ISO 1BA)。在一些实施方案中，材料的肖氏D硬度在30和70之间的范围内。在一些实施方案中，拉伸模量在100N/mm2和1200N/mm2之间的范围内，特别地在500N/mm2至1000N/mm2之间的范围内，进一步特别地在700N/mm2至900N/mm2的范围内。该塑性材料特别地可以是热塑性弹性体或热塑性聚氨酯。
在一些实施方案中，细丝腔的长度以及因此在基部水平和细丝的自由端之间测量的细丝的长度在3.0mm和20.0mm的范围内，特别地在5.0mm和15.0mm之间的范围内，进一步特别地在6.0mm和12.0mm之间的范围内。细丝可以特别地分成基部部分和尖端部分，其中基部部分和尖端部分可以具有类似或甚至相同的长度。
在一些实施方案中，对于细丝腔的长度延伸的至少一半，特别地对于细丝的基部部分，实现了细丝腔的在0.4度和2.0度之间的范围内、特别地约1.0度的总最小拔模角。尖端部分可以朝向细丝的自由端以较大的角度渐缩，以提供精细细丝尖端。
细丝的尖端或至少一个尖端可具有在5μm和40μm的范围内，特别地在8μm和20μm的范围内的直径。至少一根细丝可以具有多于一个的尖端，例如两个、三个、四个或甚至更多个尖端。这些尖端可以全部位于平行于基部平面的相同平面上，或者尖端中的至少一个可以具有较低或较高的尖端端部。例如，在示例性实施方案中，细丝具有两个尖端，并且第一尖端的自由端可以具有高于基部水平约8mm的高度，并且第二尖端可以具有高于基部水平约10mm的高度。
在整体刷头的制造中，可以使用由至少两个插入板的垂直堆叠组装的模具插入件(以下通常仅称为插入件)，其中细丝腔由一个插入板的表面侧中的一个凹入部(以及邻接的另一个插入板的无结构表面侧)或者由插入板的邻接表面侧中的两个配合凹入部限定。这不应排除可以在这些表面侧中的至少一个上形成一个或若干个突起部，所述一个或若干个突起部延伸到由凹入部形成的腔中，从而使细丝腔成形。术语“垂直”在此是指细丝腔(多个细丝腔)由插入板的邻接表面侧而不是由插入板的水平堆叠中的通孔(以及潜在地一个盲端孔)限定。一般来讲，对于ICM制造的整体刷头，不排除使用插入板的水平堆叠，但是在下文中，本申请着重于插入板的垂直堆叠。使用的插入板越多，可以限定的细丝腔“排”越多。对于在长度和宽度方向上的典型刷头尺寸在1cm和3cm之间并且典型细丝距离为1mm，可以使用约十一至三十一个插入板。在本文件中，基本上平面状插入板被示出为一个示例，而圆形插入板(或嵌入环)被示出为第二示例。这不应是限制性的，并且也可以考虑其他弯曲的插入板。对于平面状插入板，细丝将成排布置，并且对于圆形或环状的插入板，细丝将布置成环。对于以其他方式成形的插入板，可以将细丝布置在其他线上(例如，椭圆或波浪线)。还可以设想，插入板在一侧上具有一个曲率而在另一侧上具有另一曲率。此外，虽然本申请中所示的细丝全部基本上垂直于基部表面延伸，但细丝中的至少一个或若干个或甚至全部可以以不同于约90度的角从基部延伸(并且特别地，这些倾斜细丝中的两个或更多个之间的角度和/或倾斜方向可不同)。
在至少一个插入板中，可以提供与至少一个细丝腔的盲孔端空气传导连接的通风腔，该通风腔具有在2μm和20μm之间的范围内的厚度(即在垂直方向上的延伸)，特别地在3μm和10μm之间的范围内，并且进一步特别地约5μm。由于本文所述的ICM技术能够填充较小细丝尖端，因此通风腔被选择为非常薄，使得熔融塑性材料基本上不会进入通风腔。因此可以根据塑性材料及其粘度或熔体流动速率选择通风腔的厚度。
插入板的侧面可在操作期间通过压缩力推到一起，以避免在压缩阶段施加的压力将插入板推开。在一些实施方案中，在使整体刷头变形之前释放压缩力以缓解变形步骤。
根据至少一个方面，提供了一种制造刷的方法，所述方法包括以下步骤：形成如本文所讨论的整体刷头，以及将该整体刷头与刷柄连接，特别地其中该刷柄通过注塑成型形成，并且进一步特别地其中整体刷头和刷柄之间的连接是在注塑成型步骤中建立的。该连接可通过材料粘附或通过成型配合来建立，其中对于成型配合，刷柄的注射的材料流入形成在整体刷头处的至少一个底切结构中。
不应排除的是，至少一个另外的清洁元件以非整体的方式与整体刷头连接，例如，橡胶状的清洁元件可例如借助于注塑成型或机械连接而附接到整体刷头。此外，不应排除的是，在模具腔中提供已经制成的刷头部分作为嵌入元件，并且然后在注射压缩过程中将整体刷头与该嵌入元件连接。
应当理解，根据本公开的刷包括至少一个整体刷头。刷头可包括两个或更多个整体刷头，所述两个或更多个整体刷头可为相同的或可彼此不同，例如它们可在塑性材料的颜色和/或在尺寸、细丝的数量、细丝的几何形状等方面不同。刷还可包括至少一个另外的清洁元件(例如，通过挤压技术制成的刷毛细丝簇)，所述至少一个另外的清洁元件通过其他已知的方法诸如锚定簇绒(即缝合)或热簇绒技术(无锚定簇绒技术)附接到刷上。
图1是示例性牙刷1的示意图，该牙刷包括：整体刷头2，该整体刷头具有基部3和从基部3以整体方式延伸的细丝4；以及柄部5，该柄部与整体刷头2连接。在所示的实施方案中，柄部在基部3下方延伸，从而牙刷1的头部部分由位于前侧(细丝所在的位置)上的整体刷头1和柄部5的头部部分形成。柄部5可特别地在注塑成型工艺中与整体刷头1连接，即其中将整体刷头嵌入模具腔中，并且柄部随后被注塑成型并通过材料粘附/粘结(需要在选择用于整体刷头和柄部的材料之间的相应亲和力)与整体刷头连接的工艺。
在下文中，参考图2、图3A和图3B讨论了整体刷头的注塑成型(PIM)和注射压缩成型(ICM)的模拟结果。
注塑成型(PIM)的模拟和实验结果
在模拟(使用可从MF Software GmbH,Darmstadt,Germany获得的软件工具“Moldflow”)和相应的实验中，研究了整体刷头腔的填充。刷头包括基部和从基部以90度角延伸的细丝。基部包括远离细丝区域的颈部部分。熔融塑料以典型的压力注射到颈部区段中，然后流向细丝从其延伸的基部部分。图2示出了部分填充的整体刷头腔的模拟结果，其中熔融塑料尚未完全填充腔的基部部分中。经由指示腔左手侧上的注射点注射塑性材料，该注射点远离细丝腔的区域。在所示的中间工艺阶段中，熔融塑料已经开始流入从基部腔延伸的细丝腔中。现在发现，在部分填充的细丝腔中的塑性材料在某些条件下可能凝固(即可固化)，使得随着填充所需的压力指数地增加，薄细丝腔的进一步填充变得基本上不可能。在模拟中，使用了Lyondell Basell,Huston,USA的Moplen HP 501M。该Moplen材料具有根据ISO 1133在230℃、重量2.16kg条件下测量的100g/10min的熔体流动速率(MFR)，因此，Moplen材料是低粘度和快速流动材料。施加用于填充细丝腔的最大压力为470bar(模拟未考虑热流道系统或浇注系统中的任何压力损失)。模拟还伴随着实验，其中使用PIM用上述Moplen材料填充整体刷头腔。实验是用包括七乘二十六根细丝的规则矩形布置的刷头几何形状执行的(参见图4，描述了用PIM技术制成的示例性整体刷头)。在PIM中，通常将熔融塑料以相对较高的压力推入模具腔中，在该压力下，由熔体前沿首先到达的细丝腔被部分地填充，其中在注射工艺结束时到达的细丝腔由于填充腔中的压力梯度而没有被填充到相同的程度。一旦施加保持压力，该高压将熔融材料驱动到远侧细丝腔中，但是在高保持压力试图将熔融材料驱动到细丝腔中之前，已经流入注射点附近的细丝腔的塑性材料具有一定凝固/固化的可能性。
注射压缩成型(ICM)的模拟和实验结果
除了整体刷头的注塑成型(PIM)的模拟和实验之外，还相对于针对PIM讨论的基本上相同的整体刷头腔的注射压缩成型(ICM)执行了模拟和实验。在ICM模拟和实验中，使用了浸入整体刷头腔的基部部分的冲压工具(只要冲压工具未浸入腔中，腔的基部部分限定预制基部，并且因此被称为预制基部腔)。图3A示出了在其中预制基部腔尚未完全填充熔融塑性材料的时间点的ICM工艺的模拟结果(再次使用Moplen HP 501M的材料特性)。熔融塑料在此阶段基本上不流入细丝腔中(这可能基本上是由于预制基部腔的较大横截面导致较低的所需注射压力；对于给定的几何形状和给定的塑性材料，本领域技术人员可以用实验方式证实在哪个压力下可以填充给定的预制基部腔而无需填充细丝腔。一旦填充了预制基部腔，冲压工具(冲压压模的形式)从与细丝腔从其延伸的侧面相对的侧面被挤压到预制基部腔中(工艺的压缩阶段)。图3B示出了最终阶段，在该最终阶段，模拟冲压工具处于其最终位置，并且即使选择了非常精细的尖端结构，该细丝腔也被填充直至其盲孔端。基部腔比填充细丝腔所需的相应容积更薄。细丝腔的尺寸在下面进一步详细讨论。图5示出了注射压缩成型(ICM)的整体刷头的图片——通过实验证实ICM适于填充精细细丝腔，特别地据信这适用于具有根据ISO 1133在230℃、重量2.16kg条件下测量的30g/10min以下的熔体流动速率的塑性材料，特别地适用于具有20g/10min以下，进一步特别地15g/10min以下的此类MFR的塑性材料。可以选择4g/10min或5g/10min的较低值，但据信用更低的MFR材料填充细丝可能相当困难。这些低MFR塑性材料在填充预制基部腔时尤其不会流入细丝腔，这通过选择比PIM中更低的注射压力来增强已经提供的效果。虽然较高MFR材料是优选的PIM材料，因为它们的“类水”性能允许快速填充模具腔，但低MFR材料的更“类蜂蜜”性能可以很好地用于ICM，其中不需要对模具腔进行类似的快速填充。Moldflow模拟和实验显示模拟和实验发现的注射压力和填充度之间有很好的一致性，尽管模拟似乎预测了在PIM中精细细丝腔的更高填充，这可以在实验中得到证实。
实验中使用的材料包括Hytrel 5553FG、Hytrel 6359FG(两种Hytrel材料均可从DuPont,Wilmington,USA获得)以及50％体积的AllrunaW40D193(可从ALLOD WerkstoffGmbH&Co.KG,Burgbernheim,Germany获得)和50％体积的Moplen RP2802(可从LyondellBasell,Houston,USA获得)的混合物。Hytrel材料可具有55(Hytrel 5553FG)和63(Hytrel6359FG)的肖氏D硬度。此外，Hytrel 5553FG具有170的拉伸模量和在温度230℃、重量2.16kg条件下测量的7g/10min的溶体流动速率，Hytrel 6359FG具有260的拉伸模量和在温度230℃、重量2.16kg下测量的9g/10min的溶体流动速率。基于客观的硬度测量结果，还基于对ICM制造的整体刷头的光学重置特性的主观研究，并且基于实际使用测试，发现Hytrel6359FG比其他提到的材料更适合刷牙应用。但是据信，特别是细丝几何形状对给定材料的适用性有很大影响。通常，发现具有70以下的肖氏D硬度的塑性材料倾向于比其他塑性材料更适合，并且/或者具有1200N/mm2以下的拉伸模量的材料倾向于更适合。这些材料参数特别地与整体刷头的机械性能(例如，磨损和形状稳定性)有关。
整体刷头的细丝的尺寸
在上述实验中，使用了两种不同的细丝几何形状来研究ICM技术。第一种研究的细丝几何形状在基部具有一定程度多边形的横截面，该横截面由沿着一个边缘偏移0.17mm附接的两个三角形限定，该基部配合到具有0.9mm的长度和0.69mm的宽度的矩形中。该细丝在两个单独的尖端终止于基部水平上方10mm的高度处，其中三角形尖端在70μm的尖端三角形内限定圆。沿着10mm的全长使用1.55度的拔模角
第二种研究的细丝几何形状(参见图10有关相应细丝的描述)包括总长度为10mm的细丝60，该细丝被分成具有5mm的长度的基部部分61和还具有5mm的长度的尖端部分62。基部部分61在基部水平上具有0.5mm×0.5mm的方形横截面形状。基部部分61在三个侧面上以0.5度的拔模角渐缩。在尖端部分62中，横截面形状被减小至T形横截面，并且尖端部分62朝向方形横截面的平坦尖端63渐缩，该方形横截面具有10μm的边缘长度，即10μm×10μm＝0.0001mm2的横截面面积和11.28μm的最佳拟合圆直径。
一般来讲，发现细丝以及相应的细丝腔可以被分成基部部分和尖端部分。在一些实施方案中，基部部分具有在基部表面和尖端部分开始处的细丝高度t之间测量的约5mm的长度，但是基部部分的长度通常可以在2mm和15mm之间的范围内。基部部分可以被设计成在基部水平处具有在约0.1mm2和5.0mm2的范围内，特别地在约0.15mm2和2.0mm2的范围内，并且进一步特别地在约0.2mm2和1.5mm2的范围内的横截面积。在一些实施方案中，基部部分的横截面形状为方形或矩形或圆形或椭圆形/卵形。基部部分可以在至少一侧上具有在0.2度至2度之间的范围内，特别地在0.4度至1度之间的范围内的拔模角。尖端部分可具有约5mm的长度，但是通常可以具有在2mm和15mm之间的范围内的长度。尖端部分可以朝着尖端更快地渐缩(即以更大的角度)。细丝的尖端端部可以是平坦的或半球形的。
虽然不旨在作为限制性说明，但是基于细丝基部处的锥体(即截棱锥)的截头的细丝几何形状可以仅形成在插入板的一侧中。基于细丝基部处的圆锥体(即截头圆锥体)的截头的细丝几何形状可以形成在两个插入板的两个相对布置的侧面中。如之前所讨论的，其他基部部分几何形状也是可能的。
图6是具有设置在框架310中的两个插入件320A和320B的模具条300的图示。模具条300将被嵌入注塑机的模具半部的模具板中。所示的模具条300适用于PIM和ICM。插入件320A和320B中的每一个插入件分别限定整体刷头的第一腔部分330A和330B，其中第一腔部分330A、330B限定细丝腔以及基部(或预制基部)腔的至少一部分。虽然在这种情况下，模具条300具有两个插入件320A、320B，但模具条通常可具有任何其他数量的插入件，诸如一个插入件、三个插入件、四个插入件、八个插入件、十个插入件等。虽然这里描述了模具条300被嵌入到模具半部的模具板中，但是多于一个的模具条可以被嵌入到模具板中，例如两个模具条、三个模具条、四个模具条等。虽然这里示出插入件320A和320B基本上相同，但模具条的插入件中的每一者可与其他插入件不同，即可限定不同的整体刷头。在将若干个模具条嵌入一个模具板中的情况，模具条中的每一个可以与其他模具条不同(即可以具有不同数量的插入件)。取决于整体刷头的尺寸，单个模具板可以具有八个或十个或十二个或16个或20个或24个或32个或64个等插入件，以便在一个单次注射中，可以制造相应数量的整体刷头。为了完整起见，不应排除将插入件直接放置在模具板中，而不是使用附加的模具板。在一组不同的模具条中，每个模具条可始终具有相同的外形，但是不同的模具条可包括不同尺寸的插入件。因此，仅需更换模具条，但仍可以使用相同的模具板。
图7是可以嵌入图6所示的框架310中的插入件400的图示。插入件400包括插入板410、430和420的垂直堆叠。多个结构化插入板430夹在两个端板410和420之间。在所示的实施方案中，使用标记为4301至4327的27个结构化插入板430限定细丝腔431。结构化插入板430的厚度可以在0.7mm至2.0mm之间的范围内。约1.0mm的厚度导致细丝在垂直方向上的距离为1.0mm，这对于用于刷牙的整体刷头而言可被认为是合理值。虽然结构化插入板431在此示出为在垂直方向上全部具有相同厚度，但是结构化插入板的厚度可以变化，并且可以特别地在0.7mm至2.0mm之间的范围内变化。虽然结构化插入板在此示出为全部具有包括限定细丝腔的结构的第一表面侧和不具有任何结构的第二表面侧，但是插入板通常可包括在两个表面侧上结构化的插入板和/或可以包括非结构化插入板，该结构化和非结构化插入板可以交替地布置，但是可以使用一侧结构化插入板、两侧结构化插入板和非结构化插入板的任何其他混合物。虽然这里将端板410和420示出为非结构化端板，但这些端板中的至少一个端板也可以是结构化的。
图8是结构化插入板800的表面侧的前视图，该结构化插入板800可用于图7所示的插入件400或图6所示的插入件320A或320B。插入板800具有结构化的前表面侧801和另一后表面侧802(不可见)，该后表面侧可以是结构化的但也可以是非结构化的。插入板800在其顶部区域808中具有切口820，该切口820用于限定基部(或预制基部)腔的一部分。此外，插入板800具有圆形切口830和831，圆形切口830和831用于通过杆元件对准多个插入板，所述杆元件在组装状态下分别延伸穿过圆形切口830和831。在插入板800的前表面侧801设置有多个七个部分细丝腔810。在一些实施方案中，在组装状态下，另一个插入板的非结构化表面侧邻接所示插入板800的结构化前表面侧801，并且部分细丝腔810与另一个插入板的非结构化表面侧一起限定相应的细丝腔。在一些实施方案中，另一个插入板包括至少一个部分细丝腔，所述至少一部分细丝腔与所示插入板800的部分细丝腔810中的一个在位置上重合并且一起形成细丝腔。一般来讲，结构化插入板在其表面侧中的一个中具有至少一个部分细丝腔(并且因此，非结构化插入板仅具有平的表面侧)。虽然这里示出了多个七个部分细丝腔，但是任何数量的部分细丝腔可以设置在插入板的结构化表面侧中。此外，虽然这里所有的部分细丝腔810具有相同形式，但是部分细丝腔中的至少一个可具有与其他部分细丝腔的形式不同的形式，并且特别地，全部部分细丝腔可彼此不同。
所示的实施方案指示部分细丝腔810被分成基部部分811和尖端部分812。基部部分811的长度和尖端部分812的长度可以是相似的(即基部部分的长度可以是部分细丝腔的总长度的40％或60％)，或者甚至可以是相同的。基部部分可以具有小于1度的总变形倾斜角(即拔模角)，而尖端部分812可以更快地朝向部分细丝腔的盲孔端813渐缩。已经发现，这种分开的细丝腔结构(其中基部部分保持基本相同，并且尖端部分限定待制造的细丝的特定结构)倾向于具有良好的填充性能和良好的变形性能。
插入板800还包括设置在插入板800的前表面侧801中的通风腔890。通风腔890与部分细丝腔810的盲孔端813的每一个空气传导连接。通风腔809可具有在2μm和10μm的范围内，特别地在3μm和7μm的范围内，并且进一步特别地为约5μm的深度。通风腔890可以特别地通过激光烧蚀技术并且特别地通过施加超短激光脉冲来制造。通风腔890具有非常小的深度。由于所述ICM技术适于填充细丝腔直至具有在40μm下至约5μm之间范围内的直径的最前尖端，到通风腔890的空气传导连接必须相对较薄(其中可以针对特定细丝几何形状和材料选择该厚度——在上述实验中使用的通气腔的厚度是5μm)。即使在如上所述的由冲压工具施加的高压下，熔融塑性材料也基本不会进入通风腔809，因为填充该小腔所需的压力过高。显然，即使在部分细丝腔10的盲孔端813与通风腔890之间的这种小连接也足以在组装状态下使细丝腔除气。在通风腔890中设置有若干个止动元件891，其中没有材料被烧蚀以形成通风腔890。在组装状态下和使用中，插入件被保持在压力下，并且插入板可倾向于变形并进入小的通风腔中。通过提供止动元件891，可以有效避免这种变形。在所示的实施方案中，通风通道892在底部区域809处将通风腔890与插入板800的外部连接。通风通道892可以通过任何常规的材料烧蚀技术制成，这比制造延伸到插入板800的底部区域809的激光烧蚀通风腔890成本更低。
图9是具有特别限定预制基部腔530的模具插入件520的模具条510和实现为冲压压模的冲压工具550的横截面描绘，该冲压压模被布置成一旦其填充熔融塑性材料即浸入预制基部腔530中，以便将熔融塑性材料推入到精细细丝腔540中。在所示的实施方案中，冲压工具550具有与预制基部腔基本上相同的形状，使得冲压工具550在所有细丝腔540上延伸。应当指出的是，为了便于展示，在细丝腔的端部处的通风腔被示出为具有显著增加的深度。如所讨论的，通风腔的深度在几微米的范围内。
在一些实施方案中，通过模具半部中的一者实现冲压工具，然后模具半部朝向彼此相对移动，以产生将熔融的塑料驱动到至少一个细丝腔中的所需压力。在一些实施方案中，冲压工具是可以相对于模具半部独立地移动的元件，如上所述。
在一些实施方案中，选择熔融塑性材料被注射到模具腔中的压力，使得所述至少一个细丝腔基本上未被填充，即选择注射压力低至使得熔融塑性材料不被推入细丝腔中。换句话讲，如果需要压力值P来至少部分地填充细丝腔，则选择塑料被注射到基部腔中所用的压力，使得在细丝腔的位置处熔融塑性材料中的压力低于该压力P。这确保了在冲压工具的压力下填充整个细丝腔之前，熔融塑性材料在薄细丝腔中尚未固化。虽然在将冲压工具浸入预制基部腔中之前，熔融塑料可形成在细丝腔上延伸的相对冷的塑性材料的薄表皮，但冲压工具施加的高压将推动仍为液体的塑性材料穿过冷却的表皮进入细丝腔中。由于突然的高压，熔融塑性材料填充薄细丝腔直到小盲孔端。在一些实施方案中，所述至少一个细丝腔可具有在3.0mm和20.0mm之间的范围内，特别地在8.0mm和12.0mm之间的范围内的高度，并且具有在5μm和40μm之间的范围内，特别地在8μm和20μm之间的范围内的盲孔端直径。
虽然在此使用了细丝腔的术语“盲孔端”，但这不应排除细丝腔具有用于将空气引导出细丝腔的通风结构。此类通风结构可以特别地具有通风腔，该通风腔与细丝腔的盲孔端空气传导连接。至少在通风腔与细丝腔的盲孔端空气传导连接的位置处，通风腔的厚度在2μm和10μm之间的范围内，特别地在3μm和7μm之间的范围内，并且进一步特别地约为5μm。
如前所述，本文所述的制造整体刷头的方法可用于制造适用于电动牙刷的替换刷的整体刷头。特别地，可以制造具有圆形或椭圆形/卵形的整体刷头，然后可以将其与包括联接部分的驱动区段连接。如前所述，细丝可以布置在矩形晶格的顶点上，或者细丝可以布置成环。对于后一种布置，可以提供具有圆形或椭圆形/卵形的插入板(特别地，例如，两个半圆形插入板可以一起形成圆形插入板)。
图11A是包括模具插入件910的示例性模具条900的一部分的顶视图，该模具插入件包括形成多个细丝腔930的若干个基本上环状(这里：椭圆形)的插入板920、921、922、923、924、925和926，使得细丝最终基本上布置在环上。图11B是可用于如图11A所示的模具插入件910中的单个示例性嵌入环950的透视图。嵌入环950包括形成在嵌入环的外表面侧970上和嵌入环950的内表面侧971上的部分细丝腔960和961。如图11A所示，部分细丝腔960和961可以与邻接的环状插入板中的相应部分细丝腔配合，以形成用于形成整体刷头的细丝腔。在图11A所示的示例中，由于插入板的椭圆形式，堆叠的环状插入板的对称布置的部分细丝腔自动对准。在圆形插入板的情况，插入板可具有用于对准插入板的至少一个配合沟槽和突起部对。同样，虽然图11A和图11B示出了具有结构化外侧面和结构化内侧面的插入板，但在其他实施方案中，这些侧面中仅一个可被结构化以形成细丝腔。基本上与上述关于平面状插入板的情况相同。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

Claims (15)

1.一种制造整体刷头特别是整体牙刷头的方法，所述整体刷头具有基部和从所述基部的细丝侧延伸的至少一根细丝，所述方法包括以下步骤：
- 将熔融塑性材料注射到具有预制基部腔和从所述预制基部腔延伸的至少一个细丝腔的模具腔中，特别地其中所述塑性材料具有根据ISO 1133测量的约30g/10min或更低的熔体流动速率；
- 一旦所述熔融塑性材料基本上填充所述预制基部腔，通过将至少一个冲压工具从所述预制基部腔的与所述至少一个细丝腔从其延伸的侧部相反的后侧挤压到所述熔融塑性材料中，压缩所述熔融塑性材料；
- 在所述冲压工具的连续挤压下用所述熔融塑性材料填充所述至少一个细丝腔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中注射所述熔融塑性材料的步骤包括在侧向远离所述至少一个细丝腔定位的注射点处注射所述熔融塑性材料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括设定将所述熔融塑性材料注射到所述模具腔中所处的压力的步骤，使得在所述预制基部腔被填充时所述至少一个细丝腔基本上未填充。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括提供多个细丝腔以及为所述冲压工具提供冲压表面的步骤，所述冲压表面在由细丝腔覆盖的整个区域上延伸。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括提供所述塑性材料作为热塑性弹性体或热塑性聚氨酯的步骤，所述热塑性弹性体或热塑性聚氨酯具有根据ISO 868测量的约70以下的肖氏D硬度，特别地其中所述塑性材料具有根据ISO 527测量的约1200N/mm2以下的拉伸模量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括提供所述至少一个细丝腔的步骤，所述至少一个细丝腔带有在所述预制基部腔和所述细丝腔的盲孔端之间的高度，所述高度在6.0mm和20.0mm之间的范围内，特别地在7.0mm和15.0mm之间的范围内，还特别地在8.0mm和12.0mm之间的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，包括提供所述至少一个细丝腔的步骤，使得对于所述至少一根细丝在基部和所述细丝的自由端之间的总长度延伸的25%至75%，实现在0.4度和2.0度之间范围内的最小总拔模角。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括提供所述至少一个细丝腔的步骤，使得所述细丝腔在限定所述细丝的自由端的所述盲孔端处的直径在5.0µm和40.0µm之间的范围内，特别地在8µm和30µm之间的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括提供模具插入件的步骤，所述模具插入件通过至少两个插入板的堆叠限定所述至少一个细丝腔。
10. 根据权利要求9所述的方法，包括在所述插入板中的至少一个的至少一个前面中提供通风腔的步骤，所述通风腔与所述至少一个细丝腔的所述盲孔端成空气传导连接，并且所述通风腔具有在2µm和10µm之间范围内，特别地在4 ± 1µm范围内的厚度。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，包括在注射-压缩过程期间利用压缩力将所述插入板推到一起的步骤，以及特别地在使所述整体刷头变形之前释放所述压缩力的步骤。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，包括提供所述冲压工具和所述预制基部腔的步骤，使得在所述冲压工具的挤压结束时刷基部腔的厚度在0.8mm和1.2mm之间的范围内，特别为约1.0mm。
13.一种制造刷的方法，所述方法包括以下步骤：
- 根据权利要求1至13所述的方法提供至少一个整体刷头；
- 注射模制刷柄并将所述刷柄与所述至少一个整体刷头连接，特别地其中所述连接在所述注射模制步骤中形成。
14. 一种刷，特别是牙刷，包括至少一个整体刷头，所述整体刷头具有基部和以整体方式从所述基部延伸的至少一根细丝，其中所述至少一根细丝在所述基部和所述细丝的自由端之间具有在6.0mm和20.0mm之间范围内、特别地在7.0mm和15.0mm之间范围内的长度，并且细丝末端的直径在5µm和40µm之间的范围内，特别地在8µm和30µm之间的范围内，特别地其中所述整体刷头由具有根据ISO 1133测量的约30g/10min或更低的熔体流动速率的塑性材料制成。
15.根据权利要求14所述的刷，其中对于从所述细丝的自由端测量的至少约200µm的长度，特别地对于至少约250µm的长度，还特别地对于至少约300µm的长度，所述至少一根细丝具有带有小于或等于约40µm直径的末端。
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