CN114007463B - 用于制造牙刷头部及其零件的穿孔板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种穿孔板(60)，该穿孔板包括前表面(61)、背部表面(62)、厚度(D)和一个或多个孔(70)，其中该一个或多个孔(70)被分组成孔(70)的多于一个布置(65)，其中该孔(70)的多于一个布置(65)可关于该孔(70)的数量、该孔(70)的形状、该孔(70)的尺寸、该孔(70)之间的距离、该孔(70)的布置以及它们的组合而彼此相同或不同，并且其中该前表面(61)在该孔(70)的布置(65)的区域中是非均匀的。

Description

用于制造牙刷头部及其零件的穿孔板
技术领域
现代刷头(具体地为牙刷头部)具有很高的设计灵活性。若干要求，诸如深度清洁、敏感清洁、齿龈按摩、用牙套清洁牙齿等需要不同的刷头，包括不同类型的清洁元件的各个布置。此外，消费者在刷牙期间也要求良好的口感，这限制了例如牙刷头部的尺寸或厚度。因此，需要一种改进的制造工艺，该工艺允许高度的设计灵活性以便满足现代牙刷的所有要求。例如，不同的清洁元件(诸如弹性体清洁元件)和不同类型的刷毛簇必须牢固地一起布置在一个刷头处。本发明涉及一种穿孔板，该穿孔板可用于制造(牙齿)刷头或其零件，其表现出不同类型的清洁元件的高度可变性。
背景技术
生产刷头或其零件的方法在现有技术中是已知的。在大多数方法中，将刷毛簇端部熔合形成熔丝球是一个重要步骤。所得熔丝球不仅将一根刷毛簇的各根刷毛长丝彼此连接，而且有助于将刷毛簇牢固地安装在刷头中。具体地，大于刷毛簇的熔丝球可将刷毛簇锚固在刷头中。
使用该锚固的一种生产方法是Bart G.Boucherie开发的锚无关簇绒(AFT)方法。由此，刷毛簇被推动穿过穿孔板的孔，并且簇的并非旨在用于清洁的端部将通过施加热能而熔合。由此形成的熔丝球比孔大，使得刷毛簇卡在穿孔板的背面处。也可例如通过所施加的热能或通过超声焊接来将熔丝球与穿孔板结合；然后，将穿孔板与刷毛簇一起安装到刷头中(EP1142505B1)。熔丝球的均一化尺寸、形式和形状对于AFT方法并不重要。
相比之下，在由Ulrich Zahoransky开发的热簇绒方法中，刷毛簇被布置在模具棒的孔中，使得熔丝球可用于用塑性材料进行重叠注塑。在该重叠注塑期间，至少部分地形成刷头，并将刷毛簇和形成的刷头相结合。由于熔丝球比刷毛簇本身大，因此在重叠注塑工艺期间会形成底切，从而使刷毛簇和刷头牢固地结合。使用热簇绒法可满足待形成刷头的几何要求。
牙刷制造中一直需要进一步增加刷头设计的灵活性。因此，必须将不同类型的清洁元件以及不同类型的刷毛簇牢固地包含在一个刷头中。从而形成需要复杂模腔的复杂形式的塑料物体。塑料物体越复杂，通常需要的模具零件就越多。因此，模塑装置变得更大，以便满足复杂模具的几何要求。因此，本文所述的模塑装置的目的是生产具有最少模具零件和小几何尺寸的复杂塑料物体。
发明内容
根据一个方面，提供了一种穿孔板，该穿孔板包括前表面、背部表面、厚度和一个或多个孔，其中该一个或多个孔被分组成孔的多于一个布置，其中该孔的多于一个布置可关于孔的数量、孔的形状、孔的尺寸、孔之间的距离、孔的布置以及它们的组合而彼此相同或不同，并且其中该前表面在孔的布置的区域中是非均匀的。
根据另一方面，提供了一种用于生产刷头(具体地为牙刷头部或其零件)的方法，该方法包括使用如本文所公开的穿孔板。此外，穿孔板可用于针对至少两个不同的方法步骤，优选地至少针对熔合和重叠注塑提供刷毛簇。
根据另一方面，提供了使用如本文所公开的方法和/或穿孔板制造的(牙齿)刷头或其零件。
附图说明
图1A以侧视图示出了具有中央突起37的清洁元件支架30的示例性实施方案；
图1B以剖视图示出了具有中央突起37和中央凹陷35的清洁元件支架30的示例性实施方案；
图1C以侧视图示出了具有包括刷毛簇20的中央突起37的清洁元件支架30的示例性实施方案；
图1D示出了具有中央突起37和中央凹陷35的清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图，该中央凹陷包括布置到刷毛区28的刷毛簇20；
图2A、图2B示出了包括空隙38(图2A)的清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图，该空隙可填充有弹性体清洁元件40(图2B)；
图2C、图2D示出了清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图，该清洁元件支架包括在背部表面32处的驱动零件44(图2C)，该驱动零件通过覆盖件46与清洁元件支架30牢固地连接(图2D)；
图2E示出了包括驱动零件44、弹性体清洁元件40和刷毛簇20的清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图；
图3a)至图3i)示出了用于生产清洁元件支架30的方法的示意图；
图4A、图4B示出了手动牙刷14(图4A)和替换刷头19(图4B)的示意性剖视图，它们各自包括如本文所公开的清洁元件支架30；
图5示出了包括用于形成清洁元件支架30的三个模具的穿孔板60的顶视图。
具体实施方式
以下是对生产刷头或其零件的方法以及用如本文所公开的方法生产的刷头或其零件的许多实施方案的描述。本说明应被视为仅是示例性说明，并且未描述每一个可能的实施方案，由于描述每一个可能的实施方案即便是可能的话也是不切实际的，并且应当理解，本文所述的任何特征、特性、结构、部件、步骤或方法论可被整体或部分地删除、与本文所述的任何其它特征、特性、结构、部件、产品步骤或方法论合并或由其取代。此外，单个特征或特征的(子)组合可具有发明性质，而与权利要求书、本说明书的相应部分或附图所提供的特征组合无关。
本文所用的单位“cm”是指厘米。本文所用的单位“mm”是指毫米。本文所用的单位“μm”或“微米”是指微米。本文所用的“mil”是指千分之一英寸。
如本文所使用，单词“约”指+/-10％。
如本文所使用，单词“包括”及其变体旨在是非限制性的，使得列表中条目的叙述不排除其他也可能在本发明的材料、装置、和方法中有用的类似条目。该术语包括“由...组成”和“基本上由...组成”。
如本文所用，单词“包括/包含”及其变体旨在是非限制性的，使得列表中条目的叙述不排除其它也可能在本发明的材料、装置、和方法中有用的类似条目。
如本文所使用，单词“优选的”、“优选地”和它们的变体诸如“尤其是”和“具体地”是指在特定环境下能够提供特定有益效果的本发明的实施方案。然而，其它的实施方案在相同或其它的环境下也可为优选的。此外，一个或多个优选实施方案的表述并不表示其它实施方案是不可用的，并且不旨在从本发明的范围中排除其它的实施方案。
本发明提供了一种用于生产刷头(具体地为牙刷头部或其零件)的方法，该方法包括提供至少两根刷毛簇，该至少两根刷毛簇包括多根刷毛长丝，其中该至少两根刷毛簇在至少一种特性上不同。如本文所用，术语“刷毛簇”应理解为预定义长度的刷毛长丝的任何形状、形式、尺寸和/或布置。可通过将各根刷毛长丝分组而产生的任何几何形状、形式或布置可形成刷毛簇。作为示例给出的标准形状为圆形刷毛簇、椭圆形刷毛簇、镰刀形刷毛簇、刷毛簇条纹或它们的组合。此外，两根或更多根刷毛簇可被布置成簇中簇布置，其中每个单独簇的形状可为相同的或不同的，并与前面给出的替代方案相结合。例如，圆形簇可被布置在圆形簇中，或圆形簇可被布置在椭圆形簇中，或条纹状簇可被布置在圆形簇中等。在簇中簇布置中，两根簇可在至少一种特性上不同，或可关于至少一种特性相同。在至少一种特性上不同的至少两根刷毛簇被布置在穿孔板中，该穿孔板包括前表面、背部表面、厚度和一个或多个孔，优选地多个孔，其中该一个或多个孔，优选地多个孔根据待生产的刷头或其零件的期望的刷毛区分布在穿孔板中。
下文将更详细地公开穿孔板。在一个实施方案中，该穿孔板包括前表面、背部表面、厚度和一个或多个孔，优选地多个孔，其中孔可被分组成孔的多于一个布置，其中该孔的多于一个布置方式可彼此相同或不同，优选地关于孔的数量、孔的形状、孔的尺寸、孔之间的距离以及它们的组合而彼此相同或不同。这意味着穿孔板可包括孔的多个布置，其中每个布置对应于待生产的刷头或其零件的期望刷毛区，优选地为圆形或细长形式，更优选地为手动牙刷的头部或用于电动牙刷的替换刷头的头部的形式。另选地，穿孔板可包括对应于期望刷毛区的孔的仅一个布置。优选地，穿孔板包括孔的相同布置，更优选地，穿孔板包括孔的4个相同布置。此外，可将多于一个穿孔板(例如，两个穿孔板)结合成一个更大的穿孔板。一个布置中的孔的数量可在1至60个孔，优选地10至60个孔，更优选地15至40个孔，更优选地15至35个孔，更优选地15至30个孔的范围内。一个布置中的相邻孔之间的距离在0.2mm至2.0mm的范围内，优选地在0.4mm至1.8mm的范围内，更优选地在0.5mm至1.2mm的范围内。一个穿孔板中的相邻布置之间的距离由设计和所使用的模塑工艺限定，该距离可为至少2mm，具体地在2mm至40mm的范围内。
穿孔板中的孔的形状对应于将位于对应孔中的刷毛簇的形状。刷毛簇可以任何形式制造，其中该形式可根据簇的功能、簇在刷毛区内的位置、清洁元件支架的形式和/或它们的组合进行调整。在将刷毛簇定位在穿孔板的孔中期间，刷毛簇调整孔的形状，并且可在进一步加工步骤(诸如熔合期间)以该形状固定。穿孔板的孔的合适形状为圆形、半圆形、镰刀形、椭圆形、细长形、成角度的，例如，四边形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形或它们的混合。所有不同的形状可彼此组合，例如半圆形形状可与四边形形状组合，或者梯形形状可与镰刀形形状组合。穿孔板的优选孔为圆形、卵形、半圆形、镰刀形、细长的或成角度的，更优选地为圆形或卵形。
此外或替代地，孔的尺寸取决于待整合的簇。因此，孔的尺寸可在约0.6mm2至约40mm2的范围内。用于圆形标准刷毛簇的孔的合适尺寸在0.6mm2至3mm2的范围内，优选地在1.0mm2至2mm2的范围内，更优选地为约1.5mm2。此外或替代地，穿孔板也可包括用于刷毛簇的孔，该刷毛簇具有多根标准刷毛簇的尺寸，具体地2至25根刷毛簇的尺寸，更具体地2至15根刷毛簇，更具体地5至10根刷毛簇的尺寸。包含多于一个标准簇的尺寸的大簇的优选的实施方案可为例如包含约5至15根刷毛簇的组合的块刷毛簇。因此，用于块簇的孔的优选范围可在约8mm2至约24mm2的范围内，更优选在约8mm2至约16mm2的范围内。
将在如本文所公开的方法中使用的穿孔板可由耐受如本文所公开的方法步骤并且可形成的任何合适的材料制成。耐热材料是优选的，因为如本文所公开的穿孔板尤其用作模具的一部分。如本文所用，用于穿孔板的合适材料为任何耐热材料(具体地为金属和金属合金，诸如钢具体地不锈钢)、耐热塑料(具体地为聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK))、陶瓷或它们的组合。穿孔板可通过允许形成高精度部件的任何方法(诸如金属铸造(具体地为铝铸造)、3D打印、玻璃化、脉冲电化学加工(PECM)、模塑)来生产。根据所使用的制造方法，穿孔板可为单个部件或包括若干部件零件的基础部件。例如，基础部件可由钢制成，包括用于插入件的腔体，包括如上所述的孔布置。此类布置允许仅通过改变孔的布置而使用一个基础部件来制造不同的刷毛区。此外，需要具有高质量和高精度的孔的布置可独立于基础部件进行生产。
在一个优选的实施方案中，穿孔板可包括不均匀的前表面，优选地在孔的布置的区域中包括不均匀的前表面，更优选地，其中在孔的布置的区域中的前表面为凸形表面。因此，一个布置的孔可位于穿孔板的不同水平上。例如，前表面可包括在孔的至少一个布置的区域中的突起，或者前表面可包括在孔的每个布置的区域中的一个或多个突起。在一个优选的实施方案中，穿孔板的前表面中的一个或多个突起为中央突起。该中央突起可包括至少一个孔的区域和穿孔板的属于一根刷毛簇布置的至多所有孔的区域。此外或替代地，一个或多个突起(具体地为中央突起)可覆盖前表面的面积的至少10％，优选地覆盖前表面的面积的至少15％，更优选地覆盖前表面的至少20％。中央突起可从前表面突出约0.2mm至约0.6mm，优选地从前表面突出约0.3至约0.5mm，更优选地从前表面突出约0.35mm至约0.45mm，并且甚至更优选地中央突起从前表面突出约0.4mm。
根据如本文所公开的方法，如本文所公开的穿孔板包括用于刷毛簇生成的通孔(即，孔)，只要板厚并且刷毛簇可重新定位在孔内并且与穿孔板的前表面具有不同距离。此外，穿孔板还可包括盲孔，其中盲孔可用于弹性体清洁元件。
穿孔板的合适厚度可在5mm至20mm，优选地6mm至14mm的范围内。此外，穿孔板可包括多于一个层，具体地其中多于一个层可由不同材料组成。用于包括前表面的第一层的合适材料为耐热的并且允许形成高精度孔，诸如不锈钢。用于第二层的合适材料可能耐热性较差，诸如塑性材料。此外，穿孔板也可与止动板结合。因此，穿孔板的背部表面可与此类止动板结合，其中止动板可包括平坦表面或可包括在形式和形状上与孔的布置相对应的突起。止动板可用于例如将刷毛簇正交地布置在孔中，具体地用于在不同的工艺步骤期间改变和/或重新定位刷毛簇在穿孔板的孔中的位置。
至少两根刷毛簇的至少一种特性，其根据如本文所公开的方法而不同，选自刷毛簇的尺寸、刷毛簇的形式、刷毛簇在穿孔板中和/或在待生产的刷头的期望刷毛区中的位置、刷毛长丝的材料、刷毛长丝的颜色、刷毛长丝的直径和/或横截面、刷毛长丝的形状、存在于刷毛长丝中的添加剂或它们的组合。
如本文所用，术语“刷毛区”应当是指多于一根刷毛簇，优选地多根刷毛簇的布置。由此，该术语的使用与布置的位置无关，例如刷毛区可被布置在穿孔板中、模具棒中、刷头的一部分中、刷头中或牙刷中。
刷毛长丝可为例如由塑性材料制成的单丝。用于刷毛长丝的合适的塑性材料可为聚酰胺(PA)，具体地为尼龙、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10或聚酰胺6.12、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或它们的混合物。
刷毛长丝的圆周可基本上呈圆形，或者圆周可包括一个或多个凹部(诸如X带刷毛长丝)或者可沿刷毛长丝的长轴改变。圆形刷毛长丝的直径可在约4密耳(0.1016mm)至9密耳(约0,2286mm)的范围内，具体地在约4密耳(0.1016mm)至约7密耳(0.1778mm)的范围内，更具体地在约5密耳(0.127mm)至约6密耳(0.1524mm)的范围内，或者任何较窄并且落在上述较宽数值范围内的其他数值范围，就像这些较窄数值范围均在本文明确表述一样。
此外，相对于具有如上所给出直径的标准刷毛长丝，在牙刷中使用超细刷毛长丝。超细刷毛长丝具有相比于标准刷毛长丝较小的直径并且可在正常刷牙期间表现得像牙线。超薄刷毛长丝的直径可在约2密耳(0.0508mm)至约4密耳(0.1016mm)的范围内，或者任何较窄并且落在上述较宽数值范围内的其他数值范围，就像这些较窄数值范围均在本文明确表述一样。刷毛长丝直径的生产容差为10％。
除具有基本上恒定直径的刷毛长丝之外，也可使用直径向端部减小的刷毛长丝。这些种类的锥形刷毛长丝基于标准直径刷毛长丝，其端部化学地渐缩。合适的锥形刷毛长丝由例如BBC(韩国)提供。
此外，可使用包括不规则直径，即包括至少一个凹部的刷毛长丝。如本文中所理解的，在刷毛长丝圆周、直径、横截面和/或体积中的“凹部”应意味着修改刷毛长丝体积的任何凹陷、腔体、狭槽或其他几何凹部。在其圆周上具有至少一个凹部的刷毛长丝可具有沿着刷毛长丝的圆周的一个或多个凹部。具有至少一个凹部的刷毛长丝的合适示例为X形刷毛长丝。X形刷毛长丝具有四个凹部和两条反射对称线，每条反射对称线穿过彼此相对的两个凹部。此外，所有四个凹部可能是相同的。X形刷毛长丝的夹角可在约40°至约160°的范围内。
刷毛长丝的长度取决于预期用途。一般来讲，刷毛长丝可具有用于运输的任何合适的长度，诸如约1300mm，然后切割成期望长度的段。牙刷中的刷毛长丝的长度影响弯曲刷毛长丝所需的弯曲力。因此，刷毛长丝的长度可用于实现刷头的刷毛区中的刷毛长丝的不同刚度。用于刷子(具体地为牙刷)的刷毛长丝的典型长度可在约5mm至约20mm的范围内，具体地在约6mm至约15mm的范围内，更具体地在约7mm至约12mm的范围内，或在任何较窄并且落在上述较宽数值范围内的其它数值范围内，就像这些较窄数值范围均在本文明确表述一样。
此外，刷毛长丝材料可包含添加剂，诸如磨料、着色颜料、风味剂等，以便提供指示长丝。如本文所理解的“指示长丝”是随时间推移和/或使用而修改由此指示牙刷的状态的任何元件。例如，指示元件可随时间推移和/或使用而改变或磨损其颜色。在使用期间，材料外部上的着色慢慢消退来指示刷毛长丝被磨损的程度。用于刷毛簇的刷毛长丝的合适添加剂例如为紫外荧光(UV)增白剂、信号物质，诸如指示器着色颜料和/或研磨剂。例如，可添加研磨剂诸如高岭土和/或刷毛长丝可在外表面处着色。
将若干刷毛长丝分组以形成一根刷毛簇。如本文所用，术语“刷毛簇”应理解为预定义长度的刷毛长丝的任何形状、形式、尺寸和/或布置。可通过将各根刷毛长丝分组而产生的任何几何形状、形式或布置可形成刷毛簇。作为示例给出的标准形状为圆形刷毛簇、椭圆形刷毛簇、镰刀形刷毛簇、刷毛簇条纹或它们的组合。形成一根刷毛簇的合适数量的长丝可在例如约10根至约80根长丝的范围内，或在约15根至约60根长丝的范围内，或在约20根至约50根长丝的范围内，或在任何较窄并且落在上述较宽数值范围内的其它数值范围内，就像这些较窄数值范围在本文明确表述一样。
在将至少两根刷毛簇布置在穿孔板中之后，能量源(具体地为热能源)被布置成与穿孔板的前表面相距预定义距离，使得至少两根刷毛簇的端部和能量源被布置成非接触的。此外，至少两根刷毛簇被布置在熔合位置中，其中至少两根刷毛簇的应熔合的端部被布置在穿孔板中，与前表面相距不同的距离，从而导致刷毛簇端部与能量源相距不同的距离，其中该距离根据至少两根刷毛簇的至少一种特性来调整。由于该不同的距离，刷毛簇的端部将均等地熔融，尽管它们提供至少一种不同的特性。如本文所用，术语“均等地熔融”应指将至少两根不同刷毛簇的熔合过程标准化，使得在相同的熔合时间内形成类似形式和形状的熔丝球。
在将至少两根刷毛簇布置在熔合位置之后，能量(具体地为热能)从能量源供应到至少两根刷毛簇的端部，直到在至少两根刷毛簇的端部处形成熔丝球。
一根刷毛簇的刷毛长丝在端部处彼此连接并形成熔丝球。如本文所用，术语“熔丝球”应理解为在熔合过程之后连接一根刷毛簇的刷毛长丝的熔融长丝材料。熔丝球可具有任何形状或形式，包括但不限于平面、具有凹陷的平面、具有凹形表面的平面、具有凸形表面的平面、蘑菇头、穹顶形头部或它们的组合。熔丝球的尺寸基于要满足的要求。两个主要要求是确保簇牢固地连接到刷头中(簇保持)，以及根据政府法规将各根长丝彼此牢固地结合(长丝保持)。
现在将更详细地描述在熔合过程期间熔丝球的形成。如本文所用，术语“熔合过程”应理解为将能量(具体地为热能)从能量源施加到至少一根刷毛簇的端部以便在该刷毛簇端部形成熔丝球的整个过程。一种非限制性的示例性熔合过程开始于向该至少一根刷毛簇的待熔合端部施加能量。由此，刷毛长丝的端部软化，从而位于刷毛簇轮廓处的刷毛长丝的刷毛长丝端部比位于刷毛簇中间的刷毛长丝的刷毛长丝端部软化得更快。不受理论的限制，据信位于刷毛簇中间的刷毛长丝被位于刷毛簇外侧的刷毛长丝屏蔽而不受能量源施加的能量的影响。在软化之后，刷毛长丝材料熔融并开始沿着刷毛长丝流动。由此，一根刷毛簇的刷毛长丝之间的自由空间填充有熔融材料。此外，熔融材料在刷毛簇的轮廓处向下流动，并且刷毛簇在刷毛簇端部处的轮廓增加，使得刷毛簇端部处的熔丝球形成突起。在该阶段，熔丝球的形式可被描述为具有中央凹陷或凹形平面的平面。如果施加更多热能，则更多的刷毛簇材料熔融并与已形成的熔丝球结合。由此，熔丝球的形式改变，并且熔融材料在刷毛簇端部积聚，从而形成凸形平面。如果施加更多热能，则之前在轮廓处向下流动的材料将也积聚在刷毛簇端部的顶部，并且最终形成蘑菇头或圆顶形熔丝球。熔合过程可在任何时间中断，具体地在熔合球的形式和形状满足进一步使用刷毛簇的要求时中断。如本文所述的熔合过程可在包括刷毛簇的穿孔板的水平或竖直布置中执行。竖直布置可能是优选的，因为在熔合过程期间可能产生的蒸气或蒸汽能够移开并且不会积聚在能量源的表面处。此外，能量源在熔合过程期间不会变形。
根据本公开，优选的是熔合至少直到刷毛簇端部充分熔融。如本文所用，术语“充分熔融”应理解为向刷毛长丝端部施加能量(优选地为热能)，直到刷毛长丝的材料软化并熔融，并且熔融的材料形成如上定义的任何种类的熔丝球。
根据本发明的熔丝球的优选形式为平面、具有凹陷的平面(具体地为具有中央凹陷的平面)、凹形平面、略微凸起的平面、凸形平面或它们的组合。优选地，熔丝球具有平面的形式。由此，平面的几何轮廓由刷毛簇的几何轮廓限定，该几何轮廓由穿孔板中的孔的几何形状和形式限定和固定。例如，圆形刷毛簇将形成盘形平面，椭圆形刷毛簇将形成椭圆形平面，镰刀形刷毛簇将形成镰刀形平面，而刷毛簇条纹将形成条纹形式的平面。
此外，平面的优选轮廓大于刷毛簇的轮廓，使得熔丝球在刷毛簇端部处形成突起。具体地，刷毛簇的熔丝球的轮廓与刷毛簇的轮廓的比为至少1.05∶1，优选地至少1.1∶1，更优选地至少1.2∶1，更优选地至少1.3∶1。在后续工艺(诸如刷头或其零件的模塑)中，该突起将形成底切，使得刷毛簇与刷头或其零件牢固地连接。
刷毛簇的与熔丝球相对的端部表示旨在清洁牙齿的端部。旨在用于清洁的刷毛的端部可切成特殊的轮廓，可为锥形，可为端部圆形的并且可为抛光的，以便提供安全和舒适的刷毛簇，其不会伤害口腔中的软组织。
根据如本文所公开的方法，能量源(具体地为热能源)与待熔合的刷毛簇端部之间的距离根据刷毛簇的特性进行调整，诸如刷毛簇的尺寸、刷毛簇的形式、刷毛簇在穿孔板中和/或在待生产的刷头的期望刷毛区中的位置、刷毛长丝的材料、刷毛长丝的横截面和/或直径、刷毛长丝的形状、刷毛长丝的颜色、刷毛长丝中存在的添加剂或它们的组合。所有这些特性均影响能量摄取，具体地影响刷毛簇的热能摄取，并因此影响每根刷毛簇的熔合过程。因此，刷毛簇端部被布置成与能量源相距不同的距离，以便再次使熔合过程标准化。
从能量源(例如，热能源)到穿孔板的前表面的合适距离在0.5mm至1mm的范围内，优选地在0.5mm至4mm的范围内。刷毛簇从穿孔板突出，并且刷毛簇从穿孔板突出得越多，待熔合的刷毛簇端部与能量源之间的距离就越小。
如本文所公开，这些特性影响刷毛簇的熔融和熔丝球的形成。例如，刷毛簇在穿孔板中和/或在待生产的刷头的期望刷毛区中的位置影响熔合过程。不受理论的约束，据信布置在刷毛区周边的刷毛簇屏蔽布置在刷毛区中部的刷毛簇。围绕本刷毛簇布置的刷毛簇越多，则屏蔽的热能越多。因此，如果刷毛区的所有刷毛簇应在同一时间熔合并且熔丝球应相似，优选地基本上相同地形成，则可通过减小刷毛簇端部与能量源之间的距离来均衡屏蔽效应。例如，当多根刷毛簇以熔合位置被布置在穿孔板中时，能量源与布置在多根刷毛簇中部的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离短于能量源与布置在多根刷毛簇周边的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离，优选地，能量源与布置在多根刷毛簇中最中心的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离最短。
关于刷毛簇的尺寸或刷毛簇的形式也显现出类似的效应。在较大刷毛簇中，中央长丝在熔合过程期间受到能量的屏蔽。该效果进一步受到刷毛簇的形式的影响，因为圆形刷毛簇的屏蔽效应大于细长条纹状刷毛簇的屏蔽效应。不受理论的约束，据信在熔丝球形成期间在平面中形成中央凹陷是基于外部刷毛长丝对内部刷毛长丝的屏蔽。因此，与较小刷毛簇和/或具有较小横截面的刷毛簇相比，较大刷毛簇和/或具有较大横截面的刷毛簇被布置成与能量源相距较小的距离。根据本文所公开的方法，能量源与刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离随着处于熔合位置的刷毛簇的横截面的增大而减小。
此外或另选地，熔合过程还受到刷毛长丝的特性的影响，诸如刷毛长丝的材料、直径、横截面、形状、颜色或刷毛长丝中另外的添加剂的存在。例如，在熔合位置，能量源(具体地为热能源)与刷毛簇端部之间的距离根据刷毛簇的材料进行调整，其中优选地，包含由聚酰胺(PA)(具体地为尼龙)、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10或聚酰胺6.12制成的刷毛长丝的刷毛簇的距离大于包含由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的长丝的刷毛簇的距离。
此外或另选地，熔合过程也略微受到刷毛长丝的颜色的影响。例如，能量源与包括绿色刷毛长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离可被选择为大于能量源与包括任何其他颜色的长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离。
此外或另选地，熔合过程也可能受到刷毛长丝的尺寸的影响，具体地，受到刷毛长丝的直径和/或横截面的影响。不受理论的约束，据信例如较小刷毛长丝的熔融比较大刷毛长丝快的熔融更快，和/或X形刷毛长丝的熔融比圆形长丝的熔融更快。例如，根据如本文所公开的方法，在熔合位置，能量源(具体地为热能源)与包括具有较小直径和/或横截面的刷毛长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离可大于能量源与包括具有较大直径和/或横截面的刷毛长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离，优选地其中该距离可随着刷毛长丝直径和/或横截面的增大而减小，更优选地其中该距离可从约2密耳(0.0508mm)至约9密耳(0,2286mm)的刷毛长丝直径减小。此外或另选地，在熔合位置中，能量源与包括具有X形直径的刷毛长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离可大于能量源与包括具有圆形直径的刷毛长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离。
可能影响熔合过程并因此可能影响刷毛簇的熔合位置的另一种特性是在刷毛长丝中存在或不存在添加剂。添加剂可通过吸收或反射使用过程中的热能来使熔合过程减速和/或加速。例如，在熔合位置中，能量源(例如，热能源)与包括具有添加剂(例如，粘土或二氧化钛)的刷毛长丝的刷毛簇端部之间的距离短于能量源与包括不具有该添加剂的长丝的刷毛簇的刷毛簇端部之间的距离。
如上文所公开的刷毛簇和刷毛长丝的所有特性的影响可彼此补偿或可彼此增强。例如，位于刷毛区中部的具有较小横截面的刷毛簇与位于刷毛区外部的具有较大横截面的刷毛簇相比，可经历类似的熔合过程。因此，根据如本文所公开的方法，通过调整该刷毛簇的端部到能量源的距离来考虑刷毛簇的所有特性。优选地，一些特性的影响被评估为大于其他特性的影响。在如本文所公开的方法的一个优选的实施方案中，刷毛簇端部与能量源(例如，热能源)之间的距离根据刷毛簇的尺寸和/或横截面、刷毛簇在刷毛区中的位置或它们的组合进行调整，更优选地，刷毛簇端部与能量源(例如，热能源)之间的距离根据刷毛簇在刷毛区中的位置进行调整。
能够产生所需量的能量的任何合适的能量源都可用于如本文所公开的熔合过程。例如，可使用热能源，该热能源为加热器，优选地为对流式加热器、热辐射式加热器、红外线辐射灯等。另选地，加热器可为加热板，更优选地，其中加热板至少部分地由导电材料制成，以用于在电流流过导电材料时发射热辐射。合适的加热源例如公开于WO2015/094991A1中，该专利以引用方式并入本文。例如，热能量源可包括加热板，该加热板至少部分地由传导材料制成，以用于在电流流过传导材料时发射热辐射。该加热板可被结构化成使得：形成至少两个加热区段，该至少两个加热区段各自包含导电材料，该至少两个加热区段由至少一个分隔区段彼此分隔开，该至少一个分隔区段被布置用于发射比加热区段少的热辐射；以及每个加热区段在加热板的加热侧上具有加热表面，其中加热表面中的每个加热表面具有在介于约0.25mm2至约250mm2之间的范围内的面积，具体地其中加热表面中的至少一个加热表面具有低于100mm2的面积。
加热表面可被加热至热辐射足以熔融在发射方向上以一定距离提供的刷毛簇端部的程度。在熔合过程期间，刷毛簇端部与加热表面之间的距离可在约0.05mm和约5mm的范围内，优选地在约0.1mm和约2mm的范围内，并且根据如本文所公开的刷毛簇的特性进行调整。加热表面的温度可在约500摄氏度至约800摄氏度的范围内，并且在熔合期间来自热能源的热能的施加时间可在1秒至15秒，优选地2秒至12秒，更优选地3秒至10秒，更优选地4秒至8秒，更优选地5秒至7秒的范围内。从热能源至位于穿孔板中的至少两根刷毛簇端部的合适的热能()流，其中以比辐射率0，88测得的以℃计的温度在500℃至1000℃，优选600℃至900℃，更优选650℃至850℃的范围内。
加热板的加热区段的加热表面可由导电材料制成，该导电材料具有比形成至少部分地邻接加热区段的至少一个分隔区段的导电材料的电阻更高的电阻。例如，这可以是位于加热区段位置的导电材料层，其比至少部分地形成分隔区段的导电材料的层厚度更薄，和/或这可以是与至少部分地形成分隔区域的导电材料相比用于实现加热区段的更高电阻率的导电材料。当足够的电流流过加热区段时(即，电流通常高达200安培)，将发射足够的热辐射。形成加热区段的导电材料的层厚度可为例如约或低于1.0mm，具体地低于900μm、低于800μm、低于700μm、低于600μm、低于500μm、低于400μm、低于300μm、低于200μm、或低于100μm，优选地在250μm至750μm的范围内或在约400μm至约600μm的范围内。分隔区段中的导电材料的层厚度可为高于1.0mm，具体地高于1.5mm、高于2.0mm、高于3.0mm、高于4.0mm、高于5.0mm或高于10mm。
作为加热区段，加热板的结构化部分在本文被理解为包含导电材料，该结构化部分在加热板的加热侧上具有加热表面，该加热表面趋于比至少部分地邻接相应的至少两个加热区段的分隔区段的表面区域发射更高量的热辐射，具体地是因为加热区段包含的导电材料具有比加热板的相邻(即，邻接)区域中的导电材料更高的电阻，或者因为加热区段嵌入隔离材料中。
电阻率ρ(也称为电阻率、比电阻或体积电阻率)量化了给定材料对抗电流流动的强度。低电阻率表明材料很容易允许电荷移动。例如，18％铬/8％镍奥氏体不锈钢具有电阻率ρsteel＝6.9.10-7Ωm，铜具有电阻率ρcopper＝1.68·10-8Ωm，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)具有电阻率ρPET＝1.0·1021Ωm(所有值均针对20℃的温度给出)。电阻率为材料特性。长度为l且横截面积为A的电阻材料段针对其两端之间在长度方向上的电流流动的电阻R由R＝ρl/A给出。因此，给定长度的均匀材料段的电阻可通过减小其横截面积来增加，如公知的那样。
完美的隔离器材料不存在，然而，“导电材料”应意指电阻率低于p＝1.0Ωm的材料(具体地，该极限可设定为低于p＝1.0·10-1Ωm)，并且“隔离材料”应意指电阻率高于p＝1.0Ωm的材料(具体地，该极限可设定为高于ρ＝1.0·103Ωm)。诸如钢、铜、银、金、铁和金属合金等金属(允许自由电子流动)是良好的导电材料。其他导电材料包括无定形碳、诸如ITO的导电陶瓷和诸如PEDOT：PSS的导电聚合物。在本公开的范围内特别合适的导电材料是在上述约500摄氏度至约800摄氏度的温度下热稳定的那些导体。
在本公开的含义内，许多金属(诸如钢、铜、铝、银)、许多金属合金(包括铁基合金或铜基合金，诸如黄铜、青铜或铍铜(ASTM B194、B196、B197)等)是热稳定的(即，不显著变形或熔融或以其他方式降解，使得材料可用于工业上合理的时段)。好的隔离器材料有玻璃、纸材、干木材、特氟隆、PET、硬橡胶、橡胶状聚合物、隔离陶瓷(诸如氧化铝或滑石)以及许多塑料等。
电流通过导体会通过称为电阻加热(或欧姆加热或焦耳加热)的方法释放热能。该电阻加热导致热辐射的发射(具体地为红外线辐射的发射)，其被长丝的端部吸收的量足够大，使得刷毛簇的暴露端部的热塑性材料熔融并且熔融材料形成熔丝球结构，正如之前已详细讨论过的那样。如本文所公开的刷毛簇端部的熔合可水平地执行(即，簇被布置成基本上平行于地球重力方向)，但也可竖直地执行(即，其中簇基本上相对于地球重力方向倾斜，具体地其中簇被布置成基本上垂直于地球重力方向)。如果所施加的热能适于如本文所公开的刷毛簇的各种特性，则竖直熔合将具体地是可能的。熔融的刷毛簇端部非常快地熔融，并且当热辐射源移开时也非常快地固化，使得基本上不会产生滴落塑料熔体的“鼻部”。熔合技术施加比形成熔丝球所需的热能更多的热能，从而加热例如整个环境，使得在竖直熔合期间几乎不能避免至少生成所述的鼻部。由于如本文所公开的刷毛簇端部的限定加热，材料熔融的体积低于正常熔合过程中的体积，因此熔融材料的表面张力更高，并有效地减少了鼻部或甚至滴落材料的生成。此外，可通过使用不同的加热区段来进一步优化加热过程的成本，使得加热表面在装置的操作期间选择性地发射不同量的热辐射。加热区段中的每个加热区段的加热表面的面积可在约0.25mm2和约250mm2的范围内，具体地在约0.5mm2和约100mm2的范围内，其中进一步具体地，上限可更小，诸如约90mm2、80mm2、70mm2、60mm2、50mm2、40mm2、30mm2、20mm2、10mm2、5mm2、4mm2、3mm2或2mm2。如在当今许多牙刷中所用的典型圆柱形簇可具有在介于约0.5mm至约2.5mm之间的范围内，具体地在介于约1.0mm至约2.0mm之间的范围内，进一步具体地在介于约1.3mm至约1.8mm之间的范围内的直径。作为示例，直径为1mm的圆形簇具有约0.785mm2的面积。一些牙刷包括大尺寸单簇，诸如Oral-B牙刷，其最前端具有大尺寸单刷毛簇，面积为约28mm2(30mm2可被视为适当的上限)。显然，可设想甚至更大的单刷毛簇(50mm2可被视为适当的上限)。各根刷毛簇各自被布置成彼此相距一定距离，否则它们将形成具有密集布置的长丝的单簇。刷毛簇以一定距离布置，以在对牙齿表面施加力时允许最终牙刷的自由长丝端部移动。牙刷的簇区的相邻簇之间的典型距离可在约0.2mm至约5.0mm的范围内，具体地在约0.5mm和约2.0mm的范围内。在当今的一些牙刷中，采用了约0.8mm至约1.6mm的相邻簇之间的距离。
加热表面的较高热发射可通过加热表面上与分隔区段的由导电材料制成的邻接表面上不同的平均轮廓粗糙度Ra来实现。加热表面的平均轮廓粗糙度的典型值为Ra≥20μm，具体地为Ra≥25μm(可采用Ra≤200μm，具体地Ra≤200μm，并且进一步具体地Ra≤50μm的上限)。分隔区段的表面的平均轮廓粗糙度的典型值为Ra≤10μm，具体地为Ra≤5μm，进一步具体地为Ra≤2.0μm。典型抛光表面具有Ra≤1.0μm的平均轮廓粗糙度(其中精磨导致平均轮廓粗糙度Ra≤0.2μm)。
加热表面可为非平坦表面，例如，可凹形地形成，使得热辐射将比平坦加热表面更集中。一般来讲，加热板可由烧结材料制成，具体地由激光烧结材料制成，具体地由导电材料制成，即使加热板也可包含隔离材料。
在形成熔丝球之后，至少两根刷毛簇被转移到后续工艺位置，其中在后续工艺位置，至少一根刷毛簇的熔丝球的底部边缘至穿孔板的前表面的距离不同于在熔合位置该刷毛簇的该熔丝球的底部边缘至穿孔板的前表面的距离，其中后续工艺位置可为例如模塑位置。优选地，在熔合位置，熔丝球的底部边缘与至少一根刷毛簇的穿孔板的前表面之间的距离大于或小于(优选地大于)在后续工艺位置，熔丝球的底部边缘与该至少一根刷毛簇的穿孔板的前表面之间的距离。如本文所用，术语“熔丝球的底部边缘”应理解为刷毛簇中刷毛长丝处的位置，在该位置处由能量(具体地，在熔合过程期间施加的热能)引起的刷毛长丝材料的改变(即，刷毛长丝材料的软化或熔融)结束。
这意味着在熔合过程之后，可再次修改刷毛簇在穿孔板中的位置，其中刷毛簇的位置根据后续过程的要求进行调整。例如，在熔合位置，熔丝球的底部边缘与至少一根刷毛簇的穿孔板的前表面之间的距离大于或小于在后续工艺位置，该熔丝球的底部边缘与该至少一根刷毛簇的穿孔板的前表面之间的距离。例如，后续工艺可能是熔丝球的重叠注塑以至少部分地形成刷头。如果根据模塑工艺调整后续工艺位置，则熔丝球的底部边缘与穿孔板的前表面之间的较大距离可能是有利的，以便使更多的材料围绕熔丝球流动并将刷毛簇更紧密地固定在待形成的刷头中。此外或另选地，熔丝球的底部边缘与穿孔板的前表面之间的较小距离可能是有利的，以便生产小刷头和/或在熔丝球上方的刷头中生成自由空间。可能需要该自由空间以包括牙刷头部的其他特征，诸如弹性体清洁元件或者电动牙刷的牙刷头部所需的传动装置或联接元件。在模塑位置，刷毛簇端部的底部边缘与至少两根刷毛簇的穿孔板的前表面之间的合适距离在0.2至3mm，优选地0.3至2.5mm，更优选地0.4至2mm，更优选地0.5至1.5mm，更优选地0.6至1.2mm的范围内。
将弹性体清洁元件提供到穿孔板中的其他后续工艺步骤(诸如查看或检查步骤和/或模塑步骤)可任选地包括在如本文所公开的方法中。合适的查看或检查步骤可包括检查和确认穿孔板的各个孔中长丝的正确数量、直径和/或颜色；检查并确认刷毛簇和/或弹性体元件在穿孔板的孔中的正确位置；检查刷毛簇的熔丝球的存在和质量和/或它们的组合。熔丝球的质量检查可包括将熔丝球从穿孔板移位，以便通过俯视图、仰视图和侧视图目视检查熔丝球，从而检查熔丝球的形式和尺寸以及是否完全包括所有长丝。最后，将刷毛簇布置在模塑位置，其中熔丝球的底部边缘与穿孔板的前表面之间的距离根据后续模塑工艺的要求进行调整，其中根据如本文所公开的方法，至少一根刷毛簇的该模塑位置不同于该刷毛簇的熔合位置。
在将刷毛簇布置在模塑位置中之后，至少两根刷毛簇的熔丝球用塑性材料重叠模塑，从而形成刷头或其零件。因此，形成模具，其中穿孔板形成模具的一部分。模具形成为使得熔丝球位于由模具形成的中空部分中，而不与模具的任何内表面接触，使得在形成刷头或其零件时，熔丝球可嵌入待完全注入的材料中。用于形成刷头或其零件的合适的材料为硬质塑性材料。如本文所理解的“硬质塑料”材料的肖氏D硬度可以在约30至约90的范围内，具体是在约40至约80的范围内，更具体地在约50至约80的范围内，甚至更具体地在约65至约75的范围内。可用作硬质塑性材料的合适材料可为例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)，或者包含聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰胺(PA)的共混物或混合物。
刷头可包括另外的元件，诸如化学品释放元件或弹性体元件。如本文所理解的“化学品释放元件”是在使用期间与水和/或唾液接触和/或在刷牙期间受刷毛簇长丝机械影响之后释放化学物质的任何元件。合适的化学品释放元件是例如填充有或包括化学活性物质的垫或贮存器。可以释放的合适的化学活性物质可以是例如抗敏化学品、止痛化学品、创伤愈合化学品、抗炎化学品、调味部件、抗牙垢化学品、美白化学品、抗菌剂、抗腐蚀化学品或者它们的混合物。
如本文所理解的“弹性体元件”为并非刷毛长丝或刷毛簇的任何清洁元件。弹性体元件可例如由软质塑性材料形成。如本文所理解的“软质塑料”材料的肖氏A硬度可在约10至约80的范围内，具体是在约20至约70的范围内，更具体地在约30至约60、甚至更具体地在约30至约40的范围内。软质塑性材料的肖氏A硬度适用于弹性元件的几何形状。与较厚元件相比，较薄几何元件可由具有较大肖氏A硬度的材料制成，反之亦然。软质塑性材料的选择还取决于所形成的元件的长度。原则上，较长的几何元件与较短的元件相比可以由具有更大的肖氏A硬度的软质塑性材料制成。可以用作软质塑性材料的合适材料可以是例如橡胶、热塑性弹性体(TPE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)或者它们的共混物或混合物。表现出弹性体性质的材料、诸如TPE优选地用作本文的软质塑性材料。软质塑性材料可以具有任何几何形式，例如凸结、销、翅片、壁、棒、槽、弯曲件、圆形件、薄片、纹理化元件、抛光元件诸如例如抛光杯、或刮舌元件或者它们的组合。
弹性体元件可在刷毛簇之前生产和/或可与刷毛簇一起提供，并且可与用于形成刷头或其零件的材料重叠注塑。此外或另选地，刷头或其零件可包括孔，这些孔在后续工序中填充有弹性体材料以便形成弹性体元件。优选地，包括在刷毛区中的弹性体元件在刷毛簇之前和/或与刷毛簇一起生产和/或提供。此外或另选地，定位在刷头的轮廓处和/或刷头的背面的弹性体元件(例如，旨在清洁齿龈线或舌的元件)优选地在刷毛区之后生产和/或提供。独立于所使用的工艺步骤，在弹性体元件与刷头之间建立物理连接。牙刷可为例如手动牙刷或用于电动牙刷的置换刷子，该电动牙刷包括如本文所公开的提供一个或多个清洁元件的刷头、柄部和将刷头和柄部彼此连接的颈部，其中一个或多个清洁元件可包括一个或多个弹性体元件和一根或多根刷毛簇。本文所公开的方法允许高度设计灵活性并且使得非刷毛簇清洁元件的处理与刷毛簇清洁元件一样容易。弹性体元件的处理通常具有挑战性，因为弹性体元件难以抓握、可能受到静电力的强烈影响并且由于其弹性体特性而难以处理。如果弹性体元件直接形成在穿孔板中，则这些处理问题会减少。通过本文公开的方法，以类似方式处理刷毛簇清洁元件和弹性体元件，由此使牙刷制造更有效。此外或另选地，本方法还可容易地处理高级长丝类型，诸如在锚无关制造技术中化学上或机械上呈锥形的超薄长丝。
在预期的清洁元件全部放置在穿孔板中之后，形成模具腔，该模具腔包括作为第一半模的穿孔板和至少一个第二半模。然后将形成刷头或其零件的塑性材料注入模具腔中。由此，一根或多根刷毛簇的熔丝球和任选的弹性体元件用熔融塑性材料进行重叠注塑。由此，熔丝球嵌入到塑性材料中并形成底切，使得刷毛簇抵抗拉力而被固定。例如，清洁材料支架的熔融材料可围绕刷毛簇的簇端部流动，形成小球或板，或者弹性体元件的任何几何突起可嵌入熔融材料中，形成刷头或其零件。优选地，由熔融材料形成的零件为清洁元件支架。清洁元件支架包括前表面、背部表面和厚度，其中清洁元件支架至少足够厚以将一个或多个熔丝球完全嵌入清洁元件支架中。清洁元件支架的合适厚度可在约2.0mm至4.0mm的范围内，优选地在2.2mm至4.0mm的范围内，更优选地在2.5mm至3.5mm的范围内。刷毛长丝从清洁元件支架的前表面突出，并且至少两个熔丝球优选地位于清洁元件支架中的不同水平处。清洁元件支架可由任何合适的塑性材料制成，具体地由可以熔融状态加工的任何塑性材料制成。合适的材料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、热塑性弹性体(TPE)或它们的共混物或混合物，其中不同的材料表现出不同的优点并相应地进行选择。例如，聚甲醛为较硬的材料，其在使用期间表现出较高的抵抗力，但在注塑期间更难以加工；相比之下，聚丙烯的硬度和耐受性较差，但在注塑期间也更便宜且更易于加工。在本发明中，清洁元件支架的材料优选地由聚丙烯制成。
清洁元件支架还可包括在背部表面的周边处的边缘。这意味着，清洁元件支架还可包括背部表面中的中央凹陷，优选地在0.1mm至3mm范围内，更优选地在0.5mm至2.5mm范围内，更优选地在1mm至2mm范围内，更优选地在1.5至1.8mm范围内的中央凹陷。中央凹陷可覆盖背部表面的面积的至少70％，优选地覆盖背部表面的面积的至少80％，更优选地覆盖背部表面的面积的至少85％，更优选地覆盖背部表面的面积的至少90％，更优选地覆盖背部表面的面积的90％至98％。例如，驱动零件可位于第一中央凹陷中。此外，清洁元件支架还可包括背部表面中的第二中央凹陷，其中任选的第二中央凹陷优选地在0.1mm至2mm的范围内，更优选地在0.1mm至1.6mm的范围内，更优选地在0.2mm至0.8mm的范围内。第二凹陷(具体地为第二中央凹陷)可覆盖第一凹陷的面积的至少30％，优选地覆盖第一凹陷的面积的至少40％，更优选地覆盖第一凹陷的面积的40％至50％。例如，用于软质塑性清洁元件的分配通道或软质塑性材料层可位于第二中央凹陷中。
此外或另选地，覆盖件可位于边缘内部并且可覆盖清洁元件支架的凹陷，其中覆盖件的表面优选地与清洁元件支架的边缘形成平坦表面。覆盖件可单独生产，也可例如通过注塑直接成型到清洁元件支架上。例如，覆盖件的材料可包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、热塑性弹性体(TPE)或它们的共混物或混合物。该材料可为熔融的并且可被直接注入到清洁元件支架上。优选地，覆盖件的材料可与用于清洁元件支架的材料相同。如果两种材料均相同，则在清洁元件支架与覆盖件之间获得了最佳粘结。优选地，聚丙烯(PP)用作覆盖件的材料。在另选的优选实施方案中，弹性体清洁元件和覆盖件由相同的材料制成，具体地由热塑性弹性体(TPE)制成。覆盖件的材料的颜色可与清洁元件支架的材料的颜色相同或不同。
此外或另选地，清洁元件支架可包括一个或多个狭槽，该一个或多个狭槽适于接纳一个或多个弹性体元件。狭槽可具有任何几何形状和形状，并且一个或多个狭槽的形式和形状可根据弹性体元件的形式和形状进行调整。如果更多弹性体元件包括在清洁元件支架中，则弹性体元件可彼此相同或可在形式和形状上不同。如果由相同材料制成的更多弹性体元件包括在清洁元件支架中，则清洁元件支架的背部表面可包括分配通道，该分配通道将一个或多个狭槽彼此连接，使得弹性体材料可被分配在清洁元件支架上并且所有弹性体元件均可在一个工艺步骤中生产。这意味着弹性体元件通过位于分配通道中的弹性体材料彼此连接。相比之下，不同的弹性体元件可彼此独立地生产。可用于弹性体元件的合适材料包括橡胶、热塑性弹性体(TPE)或它们的混合物的共混物，优选地使用的是热塑性弹性体(TPE)材料。
包括刷毛簇和任选的弹性体元件的清洁元件支架代表中央零件，即牙刷头部的清洁零件。清洁元件支架可包括在用于电动牙刷的替换刷头的牙刷头部中，或者可包括在手动牙刷的牙刷头部中。例如，清洁元件支架可被置于模具中并且可用熔融塑性材料重叠模塑，从而形成牙刷、用于电动牙刷的替换刷头或它们的一部分。这意味着，刷头(具体地为牙刷头部或其零件)以及包括优选地通过如本文所公开的方法生产的该牙刷头部或其零件的牙刷可用于制造任何种类的手动牙刷或任何种类的电动牙刷替换刷子。因此，本公开还提供了一种刷子(具体地为牙刷)，该刷子包括清洁元件支架，该清洁元件支架提供如本文所公开的清洁元件。
以下将给出几个示例性实施方案的详细描述。应当注意的是，本公开中所述的所有特征，无论它们公开于前面描述的比较普遍的实施方案中还是公开于下面描述的装置的示例性实施方案中，甚至它们可描述于具体实施方案的上下文中，当然是指公开为可与所有其他所公开的特征组合的各个特征，只要这将不与本公开的宗旨和范围相矛盾。具体地，针对装置或其一部分中的任一个所公开或与方法一起公开的所有特征还可与该装置的其他部分或其一部分(如果适用的话)组合和/或被施加至该装置的其他部分或其一部分，反之亦然。
图1A示出了清洁元件支架30的示例性实施方案。清洁元件支架30包括前表面31、背部表面32和厚度T。如本文所公开的清洁元件支架30的合适厚度在2.5mm至3.5mm的范围内。图1所示的清洁元件支架30为盘，但非圆形形状也是可能的。清洁元件支架30包括至少一个突起37，其中突起37居中位于前表面31处。中央突起37覆盖整个前表面31的至少10％，优选地覆盖整个前表面的15％，更优选地覆盖整个前表面31的20％。中央突起37的尺寸占整个前表面31的％取决于簇设计。中央突起37从前表面31突出约0.4mm。中央突起37优选地终止于两根簇之间，但在某些实施方案中，中央突起37也可终止于一根或多根簇内。
图1B示出了清洁元件支架30的另一个示例性实施方案，该清洁元件支架包括前表面31、背部表面32和厚度T。如本文所公开的清洁元件支架30的合适厚度在2.5mm至3.5mm的范围内。清洁元件支架30包括：至少一个突起37，该至少一个突起居中位于前表面31处；和中央凹陷，该中央凹陷位于背部表面32处。中央凹陷35覆盖背部表面32的至少70％，使得在周边中形成边缘34。边缘34可为约0.6mm至1.2mm厚，但较小的边缘也是可能的，只要形成在制造过程期间稳定的边缘即可。中央突起37覆盖整个前表面31的至少10％，优选地覆盖整个前表面的15％，更优选地覆盖整个前表面31的20％。
图1C示出了刷头的零件10的示例性实施方案。侧视图中所示的零件10包括具有前表面31和背部表面32的清洁元件支架30以及若干刷毛簇20。可看到七根刷毛簇20，其中每根刷毛簇20都包括若干根长丝22。刷毛簇20从清洁元件支架30的前表面31突出，并且长丝22的旨在用于清洁的端部26为端部圆形的以便确保节省使用。在长丝22的相对端部处形成熔丝球(未示出)，该熔丝球嵌入清洁元件支架30中。刷头的零件10还包括由热塑性弹性体(TPE)制成的两个弹性体清洁元件40。
图1D示出了刷头的零件10的另一个示例性实施方案的剖视图，该刷头包括具有形成刷毛区28的若干刷毛簇20的清洁元件支架30。示出了三种不同类型的刷毛簇20(20a，20b，20c)，它们可在各个长丝的数目、颜色、长度和/或材料上不同。刷毛簇20c为簇中簇实施方案，其中内部中央簇从周边簇突出。清洁元件支架30包括：至少一个突起37，该至少一个突起居中位于前表面31处；和中央凹陷，该中央凹陷位于背部表面32处。刷毛簇20从清洁元件支架30的前表面31突出，并且长丝的形成旨在用于清洁的刷毛簇20的端部26为端部圆形的以便确保节省使用。在刷毛簇20的相对端部处形成熔丝球24，该熔丝球牢固地嵌入清洁元件支架30中。清洁元件支架30的背部表面32包括中央凹陷35，其中中央凹陷35覆盖背部表面32的至少70％，使得在周边中形成边缘34。边缘34可为约0.6mm厚，但较小的边缘也是可能的，只要形成在制造过程中稳定的边缘即可。前表面31包括中央突起37，其中清洁元件支架的被突起37覆盖的面积小于清洁元件支架被凹陷35覆盖的面积，使得刷头的使用者无法识别突起37。突起37可覆盖前表面31的至少10％，并且可有助于局部增加清洁元件支架30的厚度T。清洁元件支架30在周边中的标准厚度T在2.5mm至3.5mm的范围内，其中中央凹陷35可将厚度减小约1.5mm。因此，通过前表面31处的突起37再次增加厚度T可能是有利的。通过突起37增加的厚度T可为约0.4mm，并且可能有助于将刷毛簇20牢固地嵌入清洁元件支架30的中间。
图2A示出了包括空隙38的清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图，该空隙可填充有清洁元件。清洁元件支架30的前表面31包括中央突起37，该中央突起覆盖前表面31的至少20％。清洁元件支架30的背部表面32包括中央凹陷35，该中央凹陷覆盖背部表面32的至少70％，以便在周边中形成边缘34。在中央凹陷35的中间示出了第二凹陷36，该第二凹陷覆盖背部表面32的约10％。图2A所示的清洁元件支架30为盘，但非圆形形状也是可能的。背部表面32还包括彼此连接并且位于凹陷35的区域中的沟槽39的网络。沟槽39可形成适于连接空隙38的任何网络，使得在沟槽39的每个端部处，空隙38位于清洁元件支架30中，该空隙可填充有清洁元件。图2B示出了图2A所示的清洁元件支架30，其中空隙38填充有弹性体清洁元件40。用于弹性体清洁元件40的弹性体材料被添加到沟槽39中并分布在网络上，使得弹性体连接39a形成于其中并且所有弹性体清洁元件40一起形成。因此，弹性体清洁元件40经由弹性体连接件39a在清洁元件支架30的背部表面32处彼此连接。
图2C示出了清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图，该清洁元件支架包括在背部表面32处的中央凹陷35和在前表面31处的中央突起37。驱动零件44被置于中央凹陷中。图2D示出了图2C中已示出的示例性实施方案的剖视图，其中驱动零件44用覆盖件46安装到清洁元件支架30。覆盖件46位于中央凹陷35的内部，其中覆盖件46的背部表面47与边缘34形成平坦表面。覆盖件46的材料选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)或它们的共混物或混合物，优选地覆盖件46的材料与清洁元件支架30的材料相同，并且覆盖件46通过注塑直接形成到清洁元件支架30的凹陷35中。因此，覆盖件46和清洁元件支架30彼此连接，并且驱动零件44被牢固地安装。覆盖件46的颜色优选地不同于清洁元件支架30的颜色。
图2C示出了清洁元件支架30的示例性实施方案的剖视图，该清洁元件支架包括在背部表面32处的中央凹陷35和在前表面31处的中央突起37。清洁元件支架30在周边中的标准厚度T在2.5mm至3.5mm的范围内，其中中央凹陷35将厚度减小约1.5mm。驱动零件44被置于中央凹陷中并用覆盖件46覆盖。覆盖件46位于中央凹陷35的内部，其中覆盖件46的背部表面47与边缘34形成平坦表面。覆盖件46优选地由与清洁元件支架30相同的材料制成，并且覆盖件46通过直接注塑到清洁元件支架30的凹陷35中而形成。若干刷毛簇20和弹性体清洁元件40从清洁元件支架的前表面31突出。可见到七根刷毛簇20，其中每根刷毛簇20在至少一种特性上不同于其他刷毛簇20。例如，刷毛簇20a和20b在刷毛簇20在清洁元件支架30中的位置上不同。中央刷毛簇20c包括更多刷毛长丝并且为簇中簇实施方案，该簇中簇实施方案包括从周边簇突出的内部簇。此外，刷毛簇20a、20b、20c的刷毛长丝还可在刷毛簇的材料、颜色或尺寸方面不同。弹性体清洁元件40由热塑性弹性体(TPE)制成。
图3示出了可用于生产如本文所公开的清洁元件支架30的示意性方法。图3A示出了包括前表面61、背部表面62、厚度D和多个孔70的穿孔板60的侧视图，其中多个孔70根据待生产的刷头的期望刷毛区28成形并分布在穿孔板60中。厚度D适于应被置于孔70中的刷毛簇20的长度(图3B)。因此，穿孔板60足够厚，使得刷毛簇20的长丝22在制造步骤期间稳定化并受到保护，但足够薄，使得刷毛簇20仍然可被处理。穿孔板60的合适厚度D为6mm至14mm。孔70适于应置于其中的刷毛簇20的尺寸和形状。例如，刷毛簇20a大于刷毛簇20b，因此孔70相应地不同。
在图3C中，穿孔板60旋转90°。刷毛簇20从穿孔板60的两侧突出。刷毛簇20的一个端部26旨在用于清洁，因此是端部圆形的并且包括平滑表面。刷毛簇20的相对端部23旨在用于熔合。端部23的熔合是用接近端部23的热能量源80进行的。由于刷毛簇20a、20b的不同特性，端部23不同地熔融，即需要不同量的热能来熔融。例如，刷毛簇20a显著大于刷毛簇20b，使得刷毛簇20a需要更多的热能来熔融。因此，刷毛簇20a的端部23与热能量源80之间的距离小于刷毛簇20b的端部23与热能量源80之间的距离。如果施加热能，则端部23熔融并形成熔丝球24(图3d)，由于与热能量源80的距离不同，熔丝球彼此类似。由此，第一刷毛簇20a的熔丝球24的底部边缘25到前表面61的距离不同于第二刷毛簇20b的熔丝球24的底部边缘25到前表面61的距离。例如，位于刷毛区中部的刷毛簇20b通过其相邻的刷毛簇20而不受来自热能量源80的热能的影响。因此，刷毛簇20b被布置成更靠近热能量源80。
在形成熔丝球24之后，根据将生产的刷毛区28中的刷毛簇20的布置，将刷毛簇20布置在穿孔板60中(图3e)。这意味着，在熔合期间，熔丝球24与穿孔板60之间的距离可不同于后续工艺步骤诸如模塑期间的距离。在模塑位置刷毛簇20在穿孔板60中的位置基于旨在用于在刷毛区28中进行清洁的端部26的位置。穿孔板60表示模具的一部分，并且与第二半模82一起提供用于清洁元件支架30的模具。然后，将熔融材料(例如，聚乙烯)填充到模具中并形成清洁元件支架30(图3f)，其中熔丝球24嵌入到清洁元件支架30的材料中并因此牢固地安装到其上。
图3g至图3h示出了另选的实施方案，其中驱动零件44被进一步整合到清洁元件支架30中。因此，驱动器44被部分地置于模具中以便熔融的聚乙烯材料围绕熔丝球24和驱动零件44的一部分。图3i示出了另选的实施方案，其中穿孔板60包括中央凹陷63。该中央凹陷63将在待形成的清洁元件支架30中形成中央突起37。
图4A示出了包括柄部13和头部12的手动牙刷14的示意性剖视图，其中头部12包括如本文所公开的清洁元件支架30。清洁元件支架30包括若干刷毛簇20，其中刷毛簇20各自用熔丝球24固定在清洁元件支架30中，并且旨在用于清洁的端部26从其突出。
图4B示出了用于电动牙刷的包括颈部17和头部16的替换刷头19的示意性剖视图。头部16包括如本文所公开的清洁元件支架30以及驱动零件44和齿轮连接件18。清洁元件支架30包括若干刷毛簇20，其中刷毛簇20各自用熔丝球24固定在清洁元件支架30中，并且旨在用于清洁的端部26从其突出。
图5示出了包括孔70的三个布置65的穿孔板60的前表面61的示意性顶视图。布置65彼此分开至少2mm的距离。布置65中的孔70对应于将形成的刷毛区28并根据其定位。孔70的不同尺寸和形状是可能的，例如，示出了细长孔70a、椭圆形孔70b、圆形孔70c、弧形孔70d或梯形孔70e，但根据将使用的刷毛簇，也可存在其他形状或尺寸。穿孔板60还包括适于接纳另外的清洁元件(诸如弹性体清洁元件)的一些盲孔64。多于或少于所示的三个布置65可存在于一个穿孔板60中。两个或更多个穿孔板60可结合成更大的整体。
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 (34)

1.一种用于制造牙刷(14)的清洁元件支架(30)的穿孔板(60)，所述清洁元件支架(30)具有居中位于所述清洁元件支架(30)的前表面(32)处的至少一个突起(37)，所述穿孔板(60)包括前表面(61)、背部表面(62)、厚度(D)和一个或多个孔(70)，其中所述一个或多个孔(70)被分组成孔(70)的多于一个布置(65)，
其中所述孔(70)的所述多于一个布置(65)能够关于所述孔(70)的数量、所述孔(70)的形状、所述孔(70)的尺寸、所述孔(70)之间的距离、所述孔(70)的布置以及它们的组合而相较于彼此相同或不同，并且
其中所述前表面(61)在所述孔(70)的所述布置(65)的区域中是非均匀的，且所述前表面(61)在所述孔(70)的每个布置(65)的区域中包括中央凹陷(63)，且所述中央凹陷(63)包括至少1个孔，且其中，所述中央凹陷(63)形成居中位于待制造的所述清洁元件支架(30)的前表面(32)处的所述至少一个突起(37)。
2.根据权利要求1所述的穿孔板(60)，其中在一个布置(65)中，所述孔(70)的数量包括1至60个孔(70)。
3.根据权利要求2所述的穿孔板(60)，其中在一个布置(65)中，所述孔(70)的数量包括10至60个孔。
4.根据权利要求3所述的穿孔板(60)，其中在一个布置(65)中，所述孔(70)的数量包括15至40个孔(70)。
5.根据权利要求4所述的穿孔板(60)，其中在一个布置(65)中，所述孔(70)的数量包括15至35个孔(70)。
6.根据权利要求5所述的穿孔板(60)，其中在一个布置(65)中，所述孔(70)的数量包括15至30个孔(70)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述孔(70)为适于接纳刷毛簇的通孔或适于接纳另外的清洁元件的盲孔(64)。
8.根据权利要求7所述的穿孔板(60)，其中所述孔(70)为适于接纳弹性体清洁元件的盲孔(64)。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述孔(70)的所述形状为圆形、卵形、半圆形、镰刀形、椭圆形、细长的、成角度的、四边形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形或它们的混合。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中对于标准簇，所述孔(70)的尺寸在0.6mm2至3mm2的范围内。
11.根据权利要求10所述的穿孔板(60)，其中所述孔(70)的尺寸在1.0mm2至2.0mm2的范围内。
12.根据权利要求11所述的穿孔板(60)，其中所述孔(70)的尺寸为约1.5mm2。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)中的相邻孔(70)之间的距离在0.2mm至2mm的范围内。
14.根据权利要求13所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)中的相邻孔(70)之间的距离在0.4mm至1.8mm的范围内。
15.根据权利要求14所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)中的相邻孔(70)之间的距离在0.5mm至1.2mm的范围内。
16.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)的材料选自金属、金属合金、耐热塑料、陶瓷或它们的组合。
17.根据权利要求16所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)的材料选自钢或不锈钢。
18.根据权利要求16所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)包括多于一个层。
19.根据权利要求18所述的穿孔板(60)，其中所述多于一个层由不同的材料制成。
20.根据权利要求19所述的穿孔板(60)，其中包括所述穿孔板的前表面(61)的第一层的材料比包括所述背部表面(62)的第二层的材料更具耐热性。
21.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)的厚度(D)在5mm至20mm的范围内。
22.根据权利要求21所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)的厚度(D)在6mm至14mm的范围内。
23.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中一个布置(65)的所述孔(70)位于所述穿孔板(60)的不同水平处。
24.根据权利要求23所述的穿孔板(60)，其中在所述孔(70)的所述布置的区域中，所述前表面(61)为凸形表面。
25.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中孔(70)的一个布置(65)的形式对应于牙刷头部(12,16)的刷毛区(28)。
26.根据权利要求25所述的穿孔板(60)，其中孔(70)的一个布置(65)的形式对应于手动牙刷(14)的头部(12)或用于电动牙刷的替换刷头(19)的头部(16)的刷毛区(28)。
27.根据权利要求25所述的穿孔板(60)，其中所述孔(70)的一个布置(65)的形式为细长形式或圆形形式。
28.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述背部表面(62)能够与止动板结合，所述止动板包括平坦表面或包括在形式和形状上对应于所述孔(70)的所述布置(65)的突起。
29.根据权利要求1-6中任一项所述的穿孔板(60)，其中所述穿孔板(60)为模具的一部分。
30.一种用于生产牙刷头部(12,16)或其零件(10)的方法，所述方法包括使用根据前述权利要求中任一项所述的穿孔板(60)。
31.根据权利要求30所述的用于生产牙刷头部(12,16)或其零件(10)的方法，其中所述穿孔板(60)用于针对至少两个不同的方法步骤提供刷毛簇(20)。
32.根据权利要求31所述的用于生产牙刷头部(12,16)或其零件(10)的方法，其中所述穿孔板(60)用于至少针对熔合和重叠注塑提供刷毛簇(20)。
33.根据权利要求30-32中的任一项所述的用于生产牙刷头部(12,16)或其零件(10)的方法，其中至少一根刷毛簇(20)在重叠注塑期间在所述穿孔板(60)中的位置与所述至少一根刷毛簇(20)在熔合期间在所述穿孔板(60)中的位置相比较是不同的。
34.根据权利要求33所述的用于生产牙刷头部(12,16)或其零件(10)的方法，其中至少一根刷毛簇(20)在重叠注塑期间比在熔合期间从所述穿孔板(60)的所述前表面(61)延伸得更少。
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