CN1311640A - 单丝硬毛组件和用这些组件制作刷子的方法 - Google Patents

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M·S·爱德华兹
J·A·钱博斯
W·H·马沙
R·布克尔
J·H·瓦茨
S·E·罗丁
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Abstract

一种刷子组件。其采用硬毛线,这些线包括连接到多根单丝(118)上的一根基底线(66)。优选的单丝是尼龙和其它的聚合物热塑性材料。这些单丝可以是设置成两排的直线部段或者环状的部段(168a,b)。可以把这些硬毛线连接到刷子本体上,实际上形成多种类型中任何一种类型的刷子。可以把采用环的硬毛线编织在一起,形成缠绕起来的单丝制品,用于刷子或其它应用。

Description

单丝硬毛组件和用这些组件制作刷子的方法
                  本发明的背景
一般说来，本发明涉及刷子和制作刷子的技术，更具体地说，涉及有单丝硬毛的刷子，并涉及把单丝硬毛子组件组装到刷子本体上的方法。
刷子制作包括把硬毛安装到刷子本体上。在被称为“实心块体/钩环组”的一种类型的刷子中，把用作刷子本体的一个实心块体钻孔，对该块体进行模制，或者用其它方式加工，形成一个孔的阵列。把单个的硬毛簇设置在单个的孔中，并用线钩环、塞子或其他锚定装置把这些毛簇紧固到该块体上。手工拉制的刷子是类似的，区别只在于是通过用一根细长的绞合线拉毛簇通过孔，对这些毛簇进行紧固。
另一种类型的刷子采用一种“箍圈和单丝”技术，把毛簇安装到刷子本体上。把一束单丝和产生腔室的分隔装置插进一个箍圈中，并用粘结树脂把它们固化。箍圈刷子比如油漆刷主要用于涂布液体或粘性的溶液。
在金属窄条刷子中，用锚定金属线、绳或单丝把纤维固定在一个金属窄条的一个“U”形的通道中。随后把该通道夹紧封闭起来，在该窄条内用机械方法夹紧单丝和锚定金属线的近端部分。一旦把刷子窄条制作好以后，可以把它们安装到刷子本体上，或者可以用另外的方法成形，用于特殊的用途。
熔合的刷子是在这些刷子中把聚合物毛簇直接熔合到一个刷子本体上，该本体最好是由相同的材料制成。熔合的刷子的一种改型采用超声焊接把聚合物纤维紧固到一个基底上。
关于牙刷，现在通常是采用尼龙单丝，把这些单丝按组组合在一起，形成“硬毛簇”。把每个硬毛簇典型地设置成一个圆形的束，完整的硬毛头部包括设置成排或其他形状的硬毛簇的基底。典型地用一根锚定线把硬毛簇的被折叠的近端基座嵌进并固定在其位置，那根锚定线横截着簇的领域伸展，并伸展进形成牙刷本体的头部的聚合物材料中，而其远端由那里向上伸展，常常在一个共同的平面中终止。更现代的形成簇的方法采用了把单丝的簇切割成所希望的长度，用热熔化近端并把熔融的近端插进牙刷头部的聚合物材料中的过程。
在牙刷技术中较新的发明包括切割硬毛簇，提供不同的长度，以便提供较短和较长的簇阵列，在使用者的牙齿上实现所希望的作用。在某些簇中单丝有不同的长度。尽管这些改进可能使牙刷有较好的功能，但是，在制作牙刷头部的技术方面在许多年中只作了很少改进；这在把硬毛与刷子本体组装在一起的方式方面尤其明显。
在所有已知类型的刷子中，组装过程在制作成本中可能占相当大的部分，这是因为必须把单根的硬毛丝固定在所要求的组中，并随后以一种方式把它们粘接到刷子本体上，该方式要确保在使用过程中这些硬毛丝不会脱落。并且，再循环对于采用金属钩环的刷子或在一个结构中采用不同种类的材料(例如塑料和金属)的其它组合的刷子变得越来越成问题。
对于改进刷子的设计和有效的并更便宜的制作刷子的方法有持续的需求。
                  本发明的概述
本发明的一个目的是提供一种刷子，它相对较容易组装，因此生产起来更便宜。
本发明的一个目的是提供一种装置，把刷子的设计扩展到超越用现有的形成簇的技术可能的范围。
本发明的另一个目的是提供用于刷子的一种硬毛子组件，在该子组件中，在连接到刷子本体上之前使单根的细丝的位置相对于彼此固定。
本发明的又一个目的是提供一种组装刷子的方法，在此方法中可以永久地把硬毛子组件连接到刷子本体上，或者另外可拆下地连接这些子组件，为的是后来进行替换，从而避免了把还可以另外使用的刷子本体扔掉的浪费。
实现这些和其他目的是靠提供一种硬毛子组件实现，该子组件包括一根基底线和在横向上连接到该基底线上的多根单丝。当连接到基底线上时每根单丝形成一对单丝部段，把这些单丝部段沿着该基底线设置成两排。两排的单丝部段由该基底线向外伸展，形成一根V字形的硬毛线，可以在多种不同的刷子应用中使用此线。
在一个另外的实施例中，硬毛子组件包括多个连接到一根基底线上的多个单丝环。把每个环在横向上连接到基底线上，形成由基底线向外伸展的一对环部段，从而形成两排环部段。
可以把两个或多个环状的或切割的单丝子组件绞合在一起或编织在一起，形成圆柱形的结构，这些结构在许多应用中比如在刷子中有价值。
可以把硬毛子组件以多种方式安装到刷子本体上，形成独特的刷子/硬毛组件。
当与附图中的示意性实施例联系起来进行描述时，本发明的其它的目的和特点将由下面的详细描述变得更清楚。
                  附图的简要描述
图1为按照本发明的一个优选实施例的硬毛子组件的顶视图；
图2为图1的实施例的硬毛子组件的前向视图；
图3为图1的硬毛子组件的基底线和单丝以及用于热熔融的一个超声焊头的侧视图；
图4为沿着图2的线4-4取的放大的剖面图；
图5为图1的硬毛子组件的放大的部分端视图；
图6-10为顺序的示意图，示出了把多个图1的硬毛子组件结合起来制作刷子的一种方法；
图11-14为顺序的示意图，示出了把多个图1的硬毛子组件结合起来制作刷子的另一种方法；
图15-16为顺序的示意图，示出了把多个图1的硬毛子组件结合起来制作刷子的又一种方法；
图17-18为顺序的示意图，示出了把多个图1的硬毛子组件作为硬毛夹头结合起来制作刷子的又一种方法；
图19为在图17-18的实施例中使用的硬毛夹头的侧向正视图；
图20为包含用于研磨的磨砂材料的单丝的放大照片。
图21为按照本发明的一个实施例的牙刷的侧向正视图；
图22为沿着图21的线21-21取的放大的剖面图；
图23为图21的牙刷的头部的顶视图；
图23A为放大的剖面图，示出了一个实施例，其中把两个硬毛子组件安装在相同的沟槽中，或者另外串联地连接到一个刷子本体上，为的是提供更高的密度和有不同长度的硬毛；
图24为一个侧向正视图，示出了刷子本体和齿状的沟槽；
图25为一个硬毛子组件在插进图24的齿状沟槽之前的侧向正视图；
图26是与位于图25的硬毛子组件组装在一起的图24的刷子本体的侧向正视图，其中硬毛的上端部为齿状图案，这是由于其下端部与齿状沟槽的形状一致；
图27为按照本发明的另一个实施例的圆柱形刷子的侧向正视图，示出了在沿着它的长度缠绕硬毛子组件之前刷子本体的侧壁；
图28为图27的圆柱形刷子的侧向正视图，硬毛子组件已经完全安装在圆柱体上；
图29为本发明的另一实施例的示意图，其中把三个硬毛子组件绞合或编织在一起，形成一种刷子；
图30为本发明的另一实施例的示意图，其中把一个硬毛子组件与两根金属线绞合在一起，形成一种线刷；
图31为图30的线刷的端视图；
图32为按照本发明的另一实施例的硬毛子组件的顶视图，其中使用了环状的单丝；
图33和34为端视图，示出了对于图32的实施例如何在单丝绞合线中形成那些环；
图35为环状结构的侧向正视图，其中把四个图32的硬毛子组件绞合或编织在一起；
图36为图35的环状结构的端视图；
图37为按照本发明的另一实施例的硬毛子组件的部分顶视图；
图38为沿着图37的线38-38取的竖直方向的剖面图；
图39为按照本发明的另一实施例的硬毛子组件的部件分解端视图；以及
图40为图39的硬毛子组件的端视图。
                  优选实施例的详细描述
参见图1和2，一个硬毛子组件10包括一根基底线12和连接到该基底线12上的多根单丝14。最好把这些单丝14基本上垂直地连接到基底线12上，如在图1中所示，该基底线12把每根单丝14分成第一和第二相对的侧腿16、18，这些侧腿由基底线12向外伸展成两排。在所示出的实施例中，这些腿16和18有基本上相等的长度。在另外的实施例中，这些腿可以靠在把单丝粘接到基地线之前把基底线12在横向上移到由中心偏置的一个位置，把这些腿做成有不同的长度。另外，尽管所示出的基底线12基本上正交或垂直于单丝14，但是，可以把这些单丝设置成相对于基底线12有多种角度，这取决于对最后产品所要求的刷子特点。
如在图2中所示，腿16和18相对于水平的平面A-A为锐角，形成一个V字形的结构。聚合物单丝14是直线的，并且是可变形的，使得当弯折或弯曲时产生一个弹性恢复作用力，使它们返回到直线的或基本上直线的状态。
在制作子组件10的一个优选实施例中，使用加热把单丝14熔化到基底线12上。为了使此过程变得简单，由一种热塑性的聚合物材料制作单丝14或基底线12，最好二者都由热塑性的聚合物材料制成。另外，在每个实施例中，每根单丝14都是单根的丝，与“多丝”比如纱线、双股线相反，虽然这种单丝可以是一种或多种聚合物的共挤压产品，形成一种共轴结构。
单丝14可以由几种不同的材料制成，这些材料包括直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、含氟聚合物、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。对于牙刷应用一种特别适用的聚合物材料是尼龙6,12；也可以使用其它尼龙，这包括尼龙4、尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙6,6、尼龙6,10、尼龙6,14、尼龙10,10、尼龙12,12以及其它的尼龙共聚物。
参见图3-5，在制造硬毛子组件的过程中，把单丝14基本上彼此平行地设置在基本上相同的平面中，并把它们设置成与基底线12接触。在自动组装的过程中，把相对于彼此位置固定但还没有粘结在一起的单丝14和基底线12运送到一个不动的超声焊头20的下面，如在图3中方向箭头所示出的那样。与单丝14接触的焊头20释放出的能量足以使单丝14或基底线12流动，最好是使二者都可以流动。
在一个实施例中，单丝材料的流动使相邻的单丝14通过一个流动区域22变成彼此连接起来。当把单丝与相邻的彼此压靠着的单丝肩并肩地设置时，这是优选的。为了使这一过程变得容易，由一种热塑性聚合物材料制作单丝14或基底线12，最好制作二者。在流动区域22中，在被超声焊头加热的过程中，来自基底线12的材料最好也流动，使得来自基底线的材料与来自单丝的材料相互混合。这种相互混合使单丝14沿着该流动区域22与基底线相互连接起来，与基底线12、流动区域22与单丝14之间的交界区域相互连接起来。也可以靠其它方式和用不同程度的熔化实现粘结，例如，在通过封装或简单地用机械方法互锁到基底线上把单丝粘接到基底线上的情况下。
当单丝如在图3中那样肩并肩时，相邻的单丝14在流动区域中彼此相互连接与基底线12相互连接到流动区域22，此区域基本上由单丝材料构成上相比更牢固。在某些应用中这一特点使得可以在热熔化以后的任何时刻把基底线12由单丝14去掉。另外，单丝与基底线之间的粘结可以至少像单丝之间的粘结那样牢固。
尽管图3示出了在一排中肩并肩的单丝，但是，密度可以改变，使得相邻的单丝彼此不接触。同样，密度可以使得第二排单丝或数字更高的排单丝彼此重叠。例如，在使用8密耳(mil)的尼龙单丝的情况下，用一排的肩并肩的单丝可以得到每英寸基底线大约125根单丝的密度。
在图6-10中示出了采用上面描述的硬毛子组件制作刷子的一种方法。首先，把一块由热塑性聚合物材料制成的刷子头坯料24设定为一个通常的尺寸，其形状适用于多种具体的应用中的任何一种。在下一步骤中，对该坯料24进行热加工，形成多个沟槽26、28、30和32。被移开的聚合物形成了在包围该坯料24的上表面的平面的上方伸展的脊。可以用加热的凸成形模具形成这些沟槽。另外，可以在形成坯料24的过程中把沟槽模塑进坯料24中。
沟槽的数目、它们的长度、深度和相对于彼此的取向取决于刷子的尺寸、类型和功能。所示出的4个沟槽是示意性的，并没有限定的意义。同样，尽管在图中所示出的沟槽是“U字形的”，但是，它们可以容易地适用于其它的形状，这取决于模具或凸模具的形状，这些形状包括长方形。
如在图8中所示，迫使一个硬毛子组件36进入沟槽26中，迫使腿38和40进入基本上竖直的位置，如在图9中所看到的那样。基底线42最好座在沟槽26的底部。最好同时迫使与四个沟槽26、28、30和32对应的所有硬毛子组件进入其位置。通过对坯料24的上表面进行热成形把四个硬毛子组件锁定在其位置，这样把沟槽封闭起来，并形成图10中所示的结构。一旦封闭起来，基底线42帮助把硬毛子组件锚定在其各自的沟槽中。
一旦迫使单丝进入竖直的取向，使腿38和41基本上彼此平行，硬毛子组件36就变成了一个“硬毛线”，即，来自两个腿的单丝趋向于混杂起来，形成一个“硬毛”排。
如在图11-14中所看到的那样，把一块刷子坯料44加工形成多个沟槽46、48、50和52。可以由任何已知的技术形成这些沟槽，这取决于构成坯料44的材料的类型。对于由热塑性聚合物材料制作的坯料，可以通过模塑，用热的方法移走材料或用机械方法除去材料，实现沟槽的形成。在用热的方法移走材料的情况下，在刷子本体内可能需要蓄积狭缝，蓄积被除去的热塑性材料。可以采用其它的坯料，这包括木材和金属。同样，尽管所示出的基底线有长方形的形状，把该基底线装配进类似形状的长方形沟槽中，但是，也可以采用其它形状的沟槽和基底线。在沟槽与基底线的形状之间精确地一致不是必要的。
如在图12中所看到的那样，硬毛子组件54包括连接到一根长方形的基底线60上的第一和第二单丝腿56和58。最好，在一次运动中把所有四个硬毛子组件装配进各自的沟槽中。当装配进沟槽中时，这些腿适宜为基本上竖直的取向，如在图13中所示出的那样。每根基底线的每对竖直的腿确定了一根硬毛线。沟槽的宽度最好比各自的硬毛子组件的宽度小，以便确保紧密的压配合。如果愿意，可以用一种适当的材料处理硬毛子组件的底部或沟槽的表面，或者处理二者，从而借助于溶剂粘结、粘接剂粘结或其它技术上已知的方式在硬毛子组件与刷子本体之间形成连接。
一旦装配进沟槽，可以采用超声焊接的步骤确保硬毛线不会与刷子本体分开。如在图14中所看到的那样，把超声焊头62的形状做成装配在腿56和58之间，并与基底线60接触。也可以采用该超声焊头62把硬毛子组件4插进沟槽60中，并用适当的装置赋予能量，进一步改进生产率。
另外，当采用一个加热的凸成形模具形成沟槽时，最好把基底线装配进沟槽中，而刷子本体的聚合物仍然是软的，并且可以流动。刷子本体的软并可以流动的热塑性聚合物材料使得细长的硬毛子组件可以容纳进直径较小的沟槽中，并且紧密地围绕着不规则的并且是非平面的表面成形。当迫使硬毛子组件54进入容纳沟槽46、48、50和52中时，可以使用一个夹紧装置把单丝腿56和58的预先选定的图案固定下来。可以使用这种方法在单丝的远端上形成独特的图案。在冷却之后，在刷子本体和硬毛子组件为相同的或者是可以比较的热塑性聚合物材料的条件下，通过摩擦接合最好通过部分的熔化粘接把硬毛子组件固定在沟槽中。
在图15-16的实施例中，对于刷子本体的坯料64进行模塑或另外的加工，形成多个钥匙孔形状的沟槽66、68、70和72。最好由沟槽的端部而不是由顶部把多个硬毛子组件74装配进各自的沟槽中，这是因为沟槽的打开的顶部比硬毛子组件的直径更窄。在已经把硬毛子组件座放进沟槽中之后，可以用热的方法和/或用塞子或填充材料78把沟槽的打开的端部密封起来。另外，如果刷子本体的材料是弹性体，它可以适当地变形，而不会使刷子本体64永久地变形，从而扩张开沟槽66、68、70和72，可以在横向上插进，通过钥匙孔的顶部，避免为了安装而打开端部。
可以用任何传统的技术形成钥匙孔狭缝，这包括当形成坯料时模塑出沟槽，或者在坯料形成之后铣削出沟槽。
在图17-19的实施例中，刷子本体坯料80设有多个鸠尾沟槽82、84、86和88，可以依照任何已知的和/或前面讨论过的技术形成这些沟槽。在此实施例中，把基底线90和每个硬毛子组件的单丝的近端部分分开地加工成鸠尾形状的线92，腿94和96由该线伸展。所示出的沟槽和线的鸠尾形状只是一个说明性的示例；可以容易地采用其它适当的形状。使线由沟槽的端部滑进各自的沟槽中，用球和锁销或其他形状互补的机械装置把它们固定在其位置。在此实施例中，硬毛子组件和各自的线形成夹头，当硬毛过度地磨损时或者当优选硬毛的其它特性时，可以移开和替换这些夹头。另外，也可以把线或硬毛子组件直接模塑进刷子本体中。
在图21-23的实施例中，牙刷98有一个由聚合物材料制成的刷子本体100。该本体100包括一个整体成形的头部102和一个把手部分104。通过任何适当的装置比如上面描述的技术把硬毛阵列106连接到头部102上，该硬毛阵列有四根硬毛线108、110、112和114构成，每根硬毛线由一根基底线和两排单丝构成，使这两排单丝弯曲，压缩或用其它方式使它们在一起，形成单一的较厚的单丝硬毛排。
在所示出的实施例中，硬毛阵列106由四排纵向取向的硬毛构成。然而，这些排可以在不同的方向上取向，并且可以有不同的数目。例如，这些排的取向可以为横向、横截的方向或其它方向。对于在所示出的牙刷中的横向的排，这些排可以同样地更多和更短，在阵列中提供相同数目的硬毛。
尽管所示出的实施例示出了硬毛的长度基本上是相同的，但是，长度可以改变，以便获得所希望的图案和效果。例如，可以把外面的硬毛线的单丝做成比相邻的里面的硬毛线的单丝长。同样，也可以把特别的硬毛线的单丝切割成或用另外的方式加工成不同的长度。如在图23A中所看到的那样，在横向上把两个硬毛子组件109和111插入相同的沟槽中，一个在另一个的顶部上，结果使每根硬毛将有明显不同的长度。
在图24-26中示出了改变硬毛长度的另一种方法。这一方法可以用于图21-23的牙刷，或者用于在这里描述的其它刷子，或者在本发明范围以内的另外的希望有不同长度的硬毛的刷子。如在图24-26中所看到的那样，刷子本体99有一个齿状的沟槽101，该沟槽的顶部是打开的。可以通过模制、机械加工或其它方式形成此沟槽。当本体99由热塑性材料制成时，可以使用有齿状端部的凸模具形成此沟槽。
迫使有基底线105和连接的单丝107的硬毛子组件103进入沟槽101中，使得基底线105适应在沟槽底部的齿的形状。因为硬毛107的近端部分跟随着这些齿，所以远端部分也重复出这种齿状的图案，如在图26所看到的那样。
上面描述的刷子本体有平的表面，硬毛阵列由该平面伸展。然而，本发明不限于刷子本体的具体的形状。在图27和28的实施例中，圆柱形的刷子本体116有第一和第二相对的轴向端部118和120，并有一个大致为圆柱形的侧壁122。在圆柱形的侧壁122上形成一个螺旋形的沟槽124，该沟槽由端部118伸展到端部120。围绕着刷子本体116缠绕单一的细长的硬毛线126，并把该线装配进沟槽124中，如在图28中所看到的那样。可以把沟槽124的宽度和深度以及它的底部图案选择成确定单丝的扩展程度；较宽的沟槽将造成较宽的扩展。
只要把硬毛线126的端部紧固到本体116上，在相对的端部之间应该不再需要任何装置把硬毛线126固定在沟槽124中。图27和28的实施例的一个特别的有利之处在于，可以相对容易地除去和替换硬毛线126。
代替围绕着圆柱体的周边缠绕一根连续的硬毛线，可以在轴向上把多根硬毛线安装到该周边上，每根在它们自己的径向平面中，把圆柱体的外表面用单丝覆盖起来。为了使硬毛线的连接变得容易，圆柱体的外表面可以设有平行的沟槽，可以按照前面的实施例制作出这些沟槽，并把形状做成按照前面的实施例。如果圆柱体由金属制成，最好按照传统的机械加工技术制作出这些沟槽。圆柱形刷子的另一种改型可以提供一个中空的圆柱体，并在圆柱内表面上以螺旋形图案或以在轴向上直线的图案安装簇线。
对于非常长的圆柱形刷子本体，在松弛或变长是问题的情况下，或者在硬毛子组件基底线的切断或磨损可能出现的情况下，可以按照这里包含的前面的描述通过粘接剂粘结，或者通过任何适当的机械增强措施比如一根进行缠绕的线，安装硬毛子组件。
对于某些刷子的应用，单丝可以包括研磨颗粒或研磨材料，用于特别的刷子用途。参见图20，以放大图片示出了两种典型的研磨单丝。可以看到研磨材料由单丝的外表面伸出。这些研磨单丝在商业上可以由E.I.Du Pont De Nemours and Company of Wilmington,Delaware USA公司以TYNEX(注册商标)A的名称获得。最好，研磨材料为聚合物单丝的重量的0-50％。TYNEX(注册商标)A是一种尼龙6,12单丝，它包含碳化硅或氧化铝颗粒，这些颗粒在整根单丝上分布。可能使用的其它颗粒包括硼化物和氮化硼。
可以使用上面描述的硬毛子组件制作没有块体类型的本体或把手的刷子，这些刷子也不需要绞合线把单丝硬毛固定在其位置，也不需要绞合线用于结构支承。参见图29，可以通过把两根或多个硬毛子组件比如硬毛子组件130、132和134绞合，弯折或缠绕在一起，形成一个圆柱形的刷子128。可以使用任何适当设计的绞合机器136把硬毛子组件绞合在一起。可以用装置137在收缩的硬毛子组件的结合部位涂布的一种快速固化的粘接剂或溶剂，把被绞和的硬毛子组件粘结在一起。也可以采用其它的紧固技术，比如聚合物材料的挤压，热熔融和摩擦相互锁定。
硬毛子组件130、132和134的类型与在前面的实施例中所描述的类型相同，其中，它们每个都包括连接到一根基底线上的多根单丝。同样，可以使用编织作为一种替代的途径，而不是粘结，把多个子组件相互连接起来。
图30示出了图29的实施例的一种改型，其中，通过把两根金属线131和133与有一根基底线和横向单丝的一个硬毛子组件135螺旋形地缠绕在一起制作一种线刷129。绞合装置139把三个分开的供料绞合在一起，产生出螺旋形缠绕的线刷129。在图31中示出了该刷子的端视图。
图29和30的绞合的硬毛子组件适用于许多刷子，这包括化妆用刷、瓶刷、眼毛化妆用刷、齿间刷。没有金属线的刷子子组件有特殊的价值，这是因为不可能有金属腐蚀及其副产品。特别是，用没有金属线的眼毛化妆用刷将会大大改善对眼睛的安全性。
参见图32-34，一种硬毛子组件138包括一根基底线140和多根连续的环状单丝142。通过取一根单丝并沿着基底线140的长度形成多个“椭圆形”形成这种环形的单丝142。压缩每个椭圆形，形成“图形8”，随后用超声焊接把它们粘接到基底线140上，从而把椭圆形对分，产生两个单独的环，这样在基底线的相对的侧面上产生了第一和第二腿142A和142B。腿142A和142B在两排中由基底线向外并对称地或不对称地伸展。
形成硬毛子组件138的一种方法是取一根单丝，并围绕着一个支承结构(未画出)缠绕该单丝，形成多个细长的环142。图33是一个端视图，该图示出了多个环中之一。随后，在横向的中点把环142压缩成与基底线140接触，并通过超声加热把它们焊接到基底线上。在图34中示出了所形成的结构，其中把环中之一转换成两个环。当采用超声焊接时，至少单丝股142或基底线140，最好二者都由热塑性聚合物材料制成。这已经在上面参考着其它实施例描述过了。
在许多刷子中可以使用环状的硬毛子组件，比如上面描述过的那些刷子，代替直的单丝部段，或者与直的单丝部段结合。例如，在牙刷的实施例中，可以使用环状的单丝与直的单丝的混合物获得所希望的效果。同样，可以把环状的单丝硬毛线绞合，形成类似于在图31中示出的结构。
如在图35和36中所看到的那样，把环状的单丝硬毛线144、146、147和148绞合在一起，形成环状的单丝结构150，其中，把单丝环绞合在一起，形成一种稳定的三维图案。在刷子应用中，可以与一个支承本体一起或没有支承本体地使用该结构150，或者在其它的非刷子应用中使用此结构，在这些其它应用中希望有大表面积的结构。
在采用环状单丝的实施例中，最好使环腿(比如142A和142B)的长度明显地比环腿的最大宽度大。在每个环的腿与基底线相交的部位把单丝绞合线粘接到基底线上也是优选的，从而可以把连续长度的环状硬毛子组件切割成段，而不会造成环的拆散。尽管不是优选的，粘结点可以在其它位置。
在任何上面的实施例中使用的单丝可以是一种或多种聚合物的共挤压产品。同样，为了获得硬毛的所要求的特征，已经发现，优选的单丝是那些直径在2与200密耳之间的单丝，并且最好在2与20密耳之间。在用于牙刷的一个特别优选的实施例中，单丝的直径为6-10密耳。在一个硬毛组件或子组件中可以把不同直径的单丝，不同的可以比较的聚合物组份的单丝和/或不同的颜色的单丝组合起来，以便获得特别的刷子特征和/或外观。
在采用尼龙用作单丝或基底线或用作二者的实施例中，一种优选的尼龙单丝以TYNEX(注册商标)的名称销售，它是由E.I.Du Pont DeNemours and Company of Wilmington,Delaware USA公司制造的。TYNEX(注册商标)是由聚十二烷亚巳基酯(polyhexamethylenedodecanamide)制成的一种尼龙6,12单丝。它的熔化点在208与215摄氏度之间，比重为1.05-1.07，在商业上可以获得多种截面形状和直径的商品。
适宜于在本发明中使用的单丝和/或基底线可以有非圆形的截面，并且可以是中空的，或者在它们的截面中有空的部分。上面描述的实施例对于基底线和单丝示出了圆形的截面形状。在一个实施例中，基底线有长方形的截面形状。基底线和单丝的任何一个或二者可以为椭圆形的形状或其它形状。在任何形状下，挑选基底线和单丝的优选厚度，以便对个别刷子的应用提供一定水平的功能。
关于基底线，上面描述的优选实施例示出了单股的单丝材料。然而，基底线可以是一束单丝，它有至少一根单丝是由热塑性聚合物材料制成。
在上面描述的多种实施例中使用的硬毛的聚合物单丝可以有其它添加物。例如，聚合物单丝可以包括有功能作用和/或美观作用的重量在0-50％的颗粒。一个例子可以是提供颜色特点的特殊材料，它可以增强硬毛的可以看见的外观。也可以包括其它的功能颗粒，比如在聚合物单丝中防细菌的添加物。可以把其它颗粒材料或涂层加到单丝上，或嵌进单丝中，比如治疗用品或着色剂，或其它希望的添加物。同样，可以对单丝作表面处理，产生所希望的性能，比如改变摩擦系数。
上面描述的实施例要求在单丝与基底线之间的“连接”。在本专利文件中，“连接”意味着以一种由融化、溶剂粘接或类似方式形成的脆弱的连接把单丝安装到基底线上。脆弱的程度可以控制，从而如果愿意，在粘接之后可以容易地把基底线与单丝分开。
在图37和38中示出的一个另外的实施例中，以一种基本上直线的平行阵列154设置多根单丝152。不使用粘接连接，通过编织或缝合至少两根基底线156和158把单丝152互锁在一起。所产生的硬毛子组件可能有两排相对较平的单丝部段，它们设置在基底线的相对侧面上，这种子组件可以在多种刷子本体中包括上面描述的那些中使用。在编织或缝合的实施例中，单丝和基底线是热塑性材料或聚合物材料是不重要的，这是因为不需要热熔化。其实，可以使用非聚合物材料，这包括陶瓷丝、玻璃丝以及金属线丝。
在图39和40中示出了在单丝与基底线之间不需要连接的另一实施例。在这里，硬毛子组件160包括多根单丝162，它们被夹在下基底线164与上基底线166之间。在箭头的方向上施加一个作用力，把上基底线166和多根单丝162推进在下基底线164中形成的一个沟槽中。预先确定在线164和166之间的装配间隙，并把此间隙选择成使得单丝162的直径被线164与166互锁夹住，单丝162成为间隙的填充物。可以使沟槽为任何适当的形状，以便确保两根线用机械方法互锁。通过采用有弹性的聚合物材料实现这种机械互锁，使得上线可以通过进入下线的沟槽中。在两根线相互装配之后，单丝将向上弯曲，形成两排腿168和170，如在其它实施例中那样。分别把两根基底线设在单丝的下面和上面，并彼此对准，因此彼此互锁，把单丝夹在它们之间。
图37-40的实施例最好与附加的非热塑性材料和非聚合物材料一起使用在前面的实施例中描述的材料，这些附加的材料可以在没有加热、粘接剂或溶剂溶化的条件下使用。
在这里描述的多种实施例中，把非环形的单丝描述成直线的和平行的。然而，使用非直线的聚合物单丝是可能的，比如在单丝已经被夹紧成波浪形或用另外的方法加工成非直线的形状的情况下。
虽然已经参考着几个具体的实施例描述了本发明，但是，熟悉本技术的人士将会理解到，本发明可以在所附的权利要求书的精神和范围以内有许多另外的实施例。

Claims (92)

1．一种硬毛子组件，它包括：
一根基底线；以及
连接到该基底线上的多根单丝。
2．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝由一种聚合物材料制成。
3．按照权利要求3所述的硬毛子组件，其特征在于，聚合物材料是一种热塑性聚合物材料。
4．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线为由一种聚合物材料制成的单丝绞合线。
5．按照权利要求4所述的硬毛子组件，其特征在于，聚合物材料是一种热塑性聚合物材料。
6．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
7．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝由一种尼龙材料制成。
8．按照权利要求7所述的硬毛子组件，其特征在于，尼龙材料由下列的一组中选择：尼龙4、尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙6,6、尼龙6,10、尼龙6,14、尼龙10,10、尼龙12,12以及其它的尼龙共聚物。
9．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一由聚对苯二甲酸丁酯(PBT)制成。
10．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝有圆形的截面形状。
11．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一有至少一个连续的腔室。
12．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一有不连续的空间。
13．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线是由直径为2-200密耳的热塑性材料制成的一根单丝。
14．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝有基本上圆形的截面形状。
15．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝有非圆形的截面形状。
16．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线有圆形的截面形状。
17．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线为一束单丝，其中至少之一由一种热塑性聚合物材料制成。
18．按照权利要求17所述的硬毛子组件，其特征在于，在一束中包括的至少一根单丝由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
19．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝包括一种添加物，该添加物由下列一组中挑选：染色剂、带颜色的颗粒、治疗用物、防细菌制剂以及它们的组合。
20．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝包括重量占0-50％的研磨颗粒。
21．按照权利要求20所述的硬毛子组件，其特征在于，研磨颗粒对于它们的研磨性能由下列一组中挑选：氧化物、碳化物、硅酸盐、氮化物、硼化物、氮化硼以及金属。
22．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一为至少一种聚合物的共挤出物。
23．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，对基底线和单丝中至少之一作表面处理。
24．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝为非直线的。
25．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，把单丝热熔融接到基底线上。
26．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，把单丝用粘接剂粘接到基底线。
27．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，把单丝用溶剂粘接到基底线上。
28．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，把单丝在横向上连接到基底线上，形成第一排和第二排单丝部段。
29．按照权利要求28所述的硬毛子组件，其特征在于，第一排单丝部段基本上是直的，并设在第一平面中，有最小的角度变化，而第二排单丝部段基本上是直的，并设在第二平面中，有最小的角度变化。
30．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝的直径为2-200密耳，最好为2-20密耳。
31．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝有由2到200密耳的变化的直径，最好由2到20密耳。
32．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝有改变的性能，这些性能由下列的一组中选择：形状、长度和颜色，以及它们的组合。
33．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，每根单丝为连接到基底线上的一个环。
34．按照权利要求33所述的硬毛子组件，其特征在于，基本上在第一排和第二排中把单丝环连接到基底线上。
35．按照权利要求1所述的硬毛子组件，其特征在于，单丝包括直的聚合物单丝部段与环状的聚合物单丝部段的组合。
36．一种刷子组件，它包括：
一个刷子本体；以及
连接到该刷子本体上的至少一个硬毛子组件，该子组件包括一根基底线和多根连接到该基底线上的单丝。
37．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，单丝由一种聚合物材料制成。
38．按照权利要求37所述的刷子组件，其特征在于，聚合物材料是一种热塑性聚合物材料。
39．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，基底线为由一种聚合物材料制成的单根的单丝。
40．按照权利要求39所述的刷子组件，其特征在于，聚合物材料是一种热塑性聚合物材料。
41．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，基底线为一束单丝，其中至少之一由一种热塑性聚合物材料制成。
42．按照权利要求41所述的刷子组件，其特征在于，在一束中包括的至少一根单丝由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
43．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，单丝由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
44．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，单丝由一种尼龙材料制成。
45．按照权利要求44所述的刷子组件，其特征在于，尼龙材料由下列的一组中选择：尼龙4、尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙6,6、尼龙6,10、尼龙6,14、尼龙10,10、尼龙12,12以及其它的尼龙共聚物。
46．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，基底线和聚合物单丝中至少之一由聚对苯二甲酸丁酯(PBT)制成。
47．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，刷子本体由下列的一组中选择的材料制成：聚合物、金属和木材。
48．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，把单丝热熔融接到基底线上。
49．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，把单丝用粘接剂粘接至基底线上。
50．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，把单丝用溶剂粘接到基底线上。
51．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，单丝包括在横向上连接到基底线上形成第一腿和第二腿的多个聚合物单丝部段。
52．按照权利要51所述的刷子组件，其特征在于，把每根硬毛线的第一腿和第二腿彼此基本上平行地弯曲，并把基底线嵌进刷子本体中，从而把第一和第二腿保持在基本上平行的位置。
53．按照权利要求46所述的刷子组件，其特征在于，刷子本体包括多个沟槽，并且，刷子组件还包括可脱开地装进每个沟槽的硬毛线。
54．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，本体包括与硬毛子组件相互缠绕的至少一根金属线。
55．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，本体包括多个沟槽，每个硬毛子组件包括一个夹头，该夹头有嵌入其中的基底线和由该夹头向上伸展的的单丝。
56．按照权利要求55所述的刷子组件，其特征在于，每个硬毛子组件的夹头可脱开地容纳在本体的沟槽中。
57．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，本体包括一个把手部分和一个头部，其中，每个硬毛子组件的单丝包括设置在第一排和第二排中的第一和第二单丝部段，其中，把第一排和第二排朝向彼此弯曲，以形成一根硬毛线，其中，把至少一根硬毛线连接到本体的头部上。
58．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，每根单丝是连接到基底线上的环。
59．按照权利要求58所述的刷子组件，其特征在于，基本上在第一排和第二排中把单丝环连接到基底线上。
60．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一的直径为2到200密耳。
61．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，聚合物的单丝的直径为2到20密耳。
63．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一的直径为由2变化到200密耳。
64．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一的直径在2与200密耳之间变化。
65．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，单丝包括基本上直线的单丝部段与基本上环状的单丝部段的组合。
66．按照权利要求36所述的刷子组件，其特征在于，至少一个硬毛子组件包括设置在共同的一排中的至少两个硬毛子组件。
67．按照权利要求66所述的刷子组件，其特征在于，一个硬毛子组件有直的单丝，而另一个有环状的单丝。
68．一种制作刷子的方法，它包括下列步骤：
形成至少一根硬毛线；
提供预定的尺寸和形状的一个刷子本体；以及
把该至少一根硬毛线连接到刷子本体上。
69．按照权利要求68所述的方法，其特征在于，每根硬毛线包括基本上在横向上连接到多根聚合物单丝上的一根基底线，形成由连接到基底线上的第一排和第二排单丝部段确定的一个V字形的结构。
70．按照权利要求68所述的方法，其特征在于，形成至少一根硬毛线的步骤包括由一单丝绞合线形成多个环，并把这些环连接到基底线上，基本上形成两排单丝环部段。
71．按照权利要求68所述的方法，其特征在于，提供刷子本体的步骤包括提供至少一根金属线，把至少一根硬毛线连接到刷子本体上的步骤包括把至少一根硬毛线与金属线绞合在一起。
72．按照权利要求69所述的方法，其特征在于，连接的步骤包括把第一排和第二排单丝部段弯曲到一起，形成单一的基本上竖直取向的排，此排由基底线向上伸展，并把基底线和单丝的近端部分模塑进本体中。
73．按照权利要求68所述的方法，其还包括在刷子本体中形成多个沟槽，并且，连接的步骤包括对于每个硬毛子组件把第一和第二排单丝部段弯曲到一起，形成基本上竖直取向的至少一排，该排由基底线向上伸展，并且，把基底线放在相应的沟槽中。
74．按照权利要求73所述的方法，其还包括把每个硬毛子组件的每根基底线座封在每个相应的沟槽中。
75．按照权利要求68所述的方法，其特征在于，提供刷子本体的步骤包括形成多个基本上平行的沟槽，形成至少一个硬毛子组件的步骤包括形成至少一个硬毛夹头，它有一条支承窄条和由该支承窄条向上伸展的多根单丝，并且，把至少一根硬毛线连接到刷子本体上的步骤包括把该至少一个硬毛夹头装进各自的沟槽中。
76．按照权利要求68所述的方法，其还包括在刷子本体中形成多个沟槽，并且，连接的步骤包括对于每个硬毛子组件把第一和第二排单丝部段弯曲到一起，形成基本上竖直取向的至少一排，该排由基底线向上伸展，并且，把至少两根硬毛子组件的基底线放在至少一个相应的沟槽中，并把基底线密封在相应的沟槽中。
77．一种制品，它包括：
第一单丝子组件，它包括一根基底线和连接到该基底线上的多个单丝环；以及
第二单丝子组件，它包括一根基底线和连接到该基底线上的多个单丝环；
把第一和第二单丝子组件的单丝环彼此缠绕起来。
78．按照权利要求77所述的制品，其特征在于，把第一和第二单丝子组件的基底线绞合在一起，从而把第一和第二单丝子组件的单丝环绞合在一起。
79．按照权利要求77所述的制品，其特征在于，第一和第二单丝子组件的单丝环由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
80．按照权利要求77所述的制品，其还包括第三单丝子组件，它包括一根基底线和连接到该基底线上的多个单丝环，把第一、第二和第三单丝子组件的基底线编织在一起，从而把第一、第二和第三单丝子组件的单丝环绞合在一起。
81．一种硬毛子组件，其包括：
设置在基本上直线的平行阵列中的多根单丝；
把单丝互锁在一起并形成第一和第二排单丝部段的至少一根基底线，这两排单丝部段由该至少一根基底线向外伸展。
82．按照权利要求81所述的硬毛子组件，其特征在于，至少一根基底线包括在单丝之间编织的至少两根基底线。
83．按照权利要求81所述的硬毛子组件，其特征在于，多根单丝由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
84．按照权利要求81所述的硬毛子组件，其特征在于，至少一根基底线包括分别设置在单丝下面和上方并彼此对准的两根基底线，两根基底线彼此互锁，在它们之间夹住单丝。
85．按照权利要求81所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线和单丝中至少之一由下列的一组中选择的材料制成：聚合物、玻璃、金属以及陶瓷。
86．按照权利要求81所述的硬毛子组件，其特征在于，基底线由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
87．按照权利要求81所述的硬毛子组件，其特征在于，多根单丝由一种尼龙材料制成。
88．按照权利要求87所述的硬毛子组件，其特征在于，尼龙材料由下列的一组中选择：尼龙4、尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙6,6、尼龙6,10、尼龙6,14、尼龙10,10、尼龙12,12以及其它的尼龙共聚物。
89．一种线刷，其包括：
一根硬毛子组件，它包括一根基底线和连接到该基底线上的多根单丝；以及
与第一硬毛子组件绞合在一起的第一根金属线。
90．按照权利要求89所述的线刷，其还包括与第一根金属线和硬毛子组件绞合在一起的第二根金属线。
91．按照权利要求89所述的线刷，其特征在于，多根单丝由下列的一组中选择的材料制成：直链聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯以及苯乙烯的共聚物。
92．按照权利要求89所述的线刷，其特征在于，多根单丝由一种尼龙材料制成。
93．按照权利要求89所述的线刷，其特征在于，尼龙材料由下列的一组中选择：尼龙4、尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙6,6、尼龙6,10、尼龙6,14、尼龙10,10、尼龙12,12以及其它的尼龙共聚物。
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