JP4446882B2 - 担体に剛毛構造を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は成形型内壁から出発する剛毛成形用管路を備える成形型により任意の種類の担体に剛毛構造を製造するための方法であって、剛毛を形成する成形材料が加圧下で前記管路に注入される方法に関する。

特にあらゆる種類のブラシ、刷毛およびほうきを含む剛毛製品は、穴あけされた剛毛担体が最初に製造され、剛毛束がその後に機械的に植え込まれるという主として機械的方法で製造される。プラスチックの普及とともにブラシ本体は注型または射出成形によって製造され、剛毛は従来の機械的方法によるかまたは比較的最近では熱的方法によっても取付け固定されるようになってきた。これらのすべての場合に、先ず剛毛モノフィルが押出し法かまたは製紡工程によって製造されて、必要に応じて裁断され、続いて剛毛が担体に取付け固定されなければならない。今日なお主として使用されているアンカ技法において、剛毛はループ形成されて、金属製アンカでブラシ本体に埋め込み固定される。

それゆえ、いっそうの合理化を企図して、剛毛または剛毛束を担体とともに一体成形して、担体をブラシ本体と結合しようとする試みがなかったわけではない。たとえばすでに１００年以上も前に、剛毛とそれを結合する担体とを弾性材料たとえばゴム等で注型製造して、その後に本来の剛性ブラシ本体に固定することが提案された（英国特許第７８８／１８６１号公報、英国特許第２４９３５／１７８６号公報）。さらに、群にまとめた清掃要素をそれを結合する担体とともに１回の射出成形工程で製造し、担体をその後にまたは２成分射出成形でブラシ本体と結合する方法も公知に属する（ドイツ特許第９４１３６４号公報、英国特許第２１５１９７１号公報、米国特許第３１０６４４号公報、同第４２４４０７６号公報、米国特許第５，０４０，２６０号公報、米国特許第５，９６６，７７１公報、国際公開第９８／０３０９７号公報）。最後に、ブラシ本体全体と剛毛とを一体式射出成形品として製造する方法も公知である（米国特許第５，９２６，９００号公報）。

これらの種類のブラシは実際にはわずかな範囲たとえばヘアケアの分野または使い捨て式ブラシとして導入されたにすぎなかった。適性に欠け、したがって広範な受入れが見られなかった根拠は、射出成形された剛毛は過小な両振り曲げ疲労強度しか有していないという事実であり、それは射出成形された剛毛が製紡によって得られた剛毛とは異なり、安定性にとって必要な、特に分子鎖が剛毛と平行に縦方向に配向しているという優れた分子構造を備えていないからである。これらはそれゆえ剛毛というよりもむしろ作業要素ないし清掃要素と称されなければならない。安定性の欠如は特に担体への作業要素の着点部に認められるが、それは同所において分子の配向がほぼ完全に欠如しているからである。その結果、製造直後に正常に整列していた作業要素は短期間の使用後にその姿勢を変化させ、特に曲り、屈曲を生じ、再び起き上がる（曲げ回復）ことがない。さらにこの技法は作業要素と担体とに同一のプラスチックを使用することを必要とし、そのため、当該プラスチックが高度な要件を備えるブラシの材料となる高級プラスチックであれば相応してコスト増をもたらすこととなる。コスト低下の実現にはいずれにしてもプラスチックの選択の点で妥協が不可避となるが、そうしたところで相当程度の使用上の短所は依然として変わることがなく、したがってこの種のブラシは狭い範囲の使用ケースにしか適していない。また、担体と剛毛あるいは剛毛相互の間でそれぞれの要件に合わせて材料を相違させること ― これは特に機械的強度、材料固有の摩擦係数、色等に当てはまることである ―
も不可能である。

さらに、作業要素（“ピン［ｐｉｎｓ］”）が本来の意味の剛毛ではなく、ピン、棒、条片等であるブラシが知られている（米国特許第２６２１３６９号公報）。これらはほとんどの場合にゴムまたはゴム弾性プラスチックたとえばエラストマーから成り、剛毛よりも大きな断面積を有し、またほとんどの場合に剛毛よりも短い長さを有する射出成形要素である。これらの「剛毛」のこうしたずんぐりした構造は２つの理由から不可避である。つまり一方で、こうした構造によってのみある程度満足すべき安定性と両振り疲労強度が得られ、他方で、射出成形技術上の理由から成形用管路は、一方において十分な型充填を保証するとともに他方で型抜きを可能とするために、狭小すぎても深すぎてもならないからである。これらの「ピン」の重要な特性は基本的に、それによって触れられる面を高い摩擦係数で柔らかにさする効果であり、したがって実際のブラッシング効果よりも一種の擦り／マッサージ効果が狙いである。典型的な使用例は主として毛髪を梳かして整え、頭皮をもっぱらこすってマッサージするためのヘアブラシである。これらの要素の剛性には基本的に、直径、直径／長さ・比ならびにプラスチック硬度によって影響を与えることができる。

米国特許第２６２１３６９号公報記載のブラシは、作業要素の配置に応じて穴あけされた柔軟な薄い担体板を、この担体の穴あけ穴と連続した、ピン状作業要素の成形に使用される多数の管路状成形キャビティーを備える射出成形型に嵌め込むことによって射出成形で製造される。対向する側、すなわち射出側には、溶融流動プラスチックたとえばナイロンを個々の穴あけ穴とそれに続く成形用管路に誘導する配分管路が配置されている。成形用管路は担体の穴あけ穴に直接連続した箇所に先ず拡張部を有している。このようにして薄い担体板の両側に肥厚部が形成され、こうして作業要素は両側で軸方向に固定されることとなる。使用されるナイロンは剛毛に類似した特性の実現に適しているといえようが、この特性はこの場合、少なくとも清掃要素の根元部の肥厚のせいで縦方向に配向した分子構造が生じないために、利用されることがない。

歯ブラシおよびほうきの場合にもこの種の清掃要素が公知である（米国特許第５０４０２６０号公報、米国特許第５９６６７７１号公報）。これらのブラシは２体式に形成されている。最後に、歯ブラシの場合に、公知の優れた清掃効果を有した従来の剛毛からなる剛毛群とゴム弾性プラスチック製の棒状ないしピン状清掃要素とを組合わせることが知られている（米国特許第１９２４１５２号公報、同第２１３９２４５号公報、ドイツ特許第８２６４４０号公報、国際公開第００／６４３０７号公報）。

その開示内容を本願明細書に引用したものとする本願出願人の国際公開第０２／０３８３１号公報（ドイツ特許第１００３３２５６号公報およびドイツ特許第１０１３０８６３号公報）は、射出成形技法の公知の長所の利用を可能とする方法および装置であって、剛毛品の製造を可能とするだけでなく、押出し製紡された剛毛の品質とその使用技術上の特性に匹敵もしくはそれを凌駕しさえする剛毛の製造を可能とする方法および装置を開示している。

この方法は、精紡ノズルのように機能する貫通孔を備えた担体が製造され、成形用管路に連続するこれらの貫通孔は少なくともその全高の一部が≦３ ｍｍの最小直径を有し、この直径と、貫通孔の全高と成形用管路の全長とから生ずる溶融材料の流れ路との比が≦１：５に選択され、溶融プラスチックは少なくとも担体の一方側（溶融材料供給側）から貫通孔を貫いて成形用管路内に注入されて剛毛が形成されることによって実現される。前記比は１：１０もしくはそれ以下に選択されるのが好適である。この比の下限は１：２５
０の範囲内にあってよい。

この方法によって剛毛品の製造に新たな道が拓かれる。ブラシ本体自体またはたとえばインサート等の形で本体の一部を形成し得る、剛毛が配置される担体は同時に射出成形による剛毛製造のためのいわば盲「型」として機能する。精紡ノズルのように機能する貫通孔には塞き止め効果と壁面摩擦とによって壁面近傍領域に相対的に高いせん断応力を有する弾性流れが生ずる。これによって溶融材料ないし可塑化体の内部の分子構造は流れ方向に配向され、この配向が剛毛を形成する成形用管路に連続し、その際、貫通孔の最も狭い箇所に対比して本発明によって選択された溶融材料流れ長さが分子の縦方向配向を最適化する。分子鎖の縦方向配向による剛毛のこの自己増強は部分結晶性熱可塑性プラスチックの場合に特に顕著に現れる。これに加えて、このようにして製造された剛毛品は一体製造された剛毛品に比較して剛毛長の短い一部、つまりその根元が担体内に配置され、担体によって支保されている。この根元部は一般に分子配向がまだ存在していないかもしくは僅かにみとめられるにすぎないことから強度的に最も敏感な箇所であるが、この箇所を安定化することにより、より高い曲げ強さ、特に両振り曲げ疲労強度が生じ、また、より高い引っ張り強さも生ずることとなる。従来の方法で一体成形された剛毛品に比較して、剛毛の所定の撓みにとって必要な曲げ応力は４０％およびそれ以上向上させることができる。また弾性率も著しく引上げられると共に引張り強度も大幅に引上げられることから、断面積が小さく、全長が長い場合にも、剛毛を容易に型抜きすることが可能である。

本願出願人による国際公開第０２／０３８３１号公報記載の公知のこの方法により、注型性を有するあらゆるプラスチックを加工することが基本的に可能である。この場合、剛毛に求められる要件を顧慮して、熱可塑性プラスチックまたは熱弾性プラスチックあるいはそれらの混合物（アロイ）を使用するのが好適であるが、それはこれらのプラスチックの場合には分子配向も最も顕著な形で現れるからである。

本願出願人による前記方法ならびに米国特許第２６２１３６９号公報記載の方法のいずれも、予備成形されたプラスチック担体の穴の配置が成形型の管路によって所与の網目パターンと合致していなければならず、特に穴の軸と管路の軸とが互いに一直線に整合していなければならないという短所を有している。この要求が正確に満たされない場合には、剛毛固定部にずれが生ずることとなり、これによって剛毛根元部の不適な断面積減少が招来される結果、剛毛は早期にもぎ取られあるいはちぎり取られることとなる。他方で、前以て穴あけされたプラスチック製の剛毛担体をある程度安価に製造し得るのは射出成形法による以外にはない。ただし射出成形の場合には、冷却時に常に担体の収縮が見込まれなければならないだけでなく、比較的長時間にわたる後収縮も見込まれなければならず、これにより当初に存在していた寸法安定性は失われることとなる。このため低収縮性プラスチックに頼らざるを得ず、これによって剛毛を一方とし担体を他方とした材料コンビネーションは大幅に制約されることとなる。剛毛／担体の材料コンビネーション、特に担体の材料に関する選択幅を広げようとすれば、場合により複数の射出成形型を用意しなければならないことになる。

本発明の目的は、再現性ある方法で、品質を不変に保ちつつ、任意の担体材料を剛毛構造とともに製造することのできる方法を提案することである。

したがって本発明は成形型内壁から出発する剛毛成形用管路を備える成形型により任意の種類の担体に剛毛構造を製造するための方法であって、剛毛を形成する成形材料が加圧下で前記管路に注入される方法に関する。本発明によるこの種の方法は、担体が成形用管
路を有する成形型内壁に管路の自由開口断面を完全に覆うようにして直接または間接に付設され、その後に成形材料が一定の成形圧力で担体上に供給され、こうして担体が管路の自由開口断面箇所で貫通されて担体材料が押し退けられ、最終的に成形材料が管路を満たすことを特徴としている。

本発明による方法は、特に原状態において、剛毛成形用管路と一直線に整列していなければならない貫通孔を持たない担体材料から出発する。むしろそのためには成形圧力が利用され、成形材料が成形圧力下で担体を貫通することによって成形工程中に初めて所要断面積を有した貫通孔が作られる。その際、管路の自由開口断面箇所を覆う材料は側方と、場合により、「貫通方向」にも押し退けられる。管路によって所与の網目パターンに配された穴は剛毛の成形とともに初めて穴あけされることとなるため、穴と管路との整列問題も、穴と管路との配置の合致性の問題も生ずることはなく、穴あけされた担体を予備成形するための高価な成形型も不要である。

本発明による方法は射出成形に限定されず、むしろたとえば成形材料として液状材料から塑性材料までに及ぶ材料を成形型に注入し、成形圧力下で担体を管路自由開口断面箇所で貫通させて担体材料を押し退けつつ成形材料を管路に圧入することができる。

したがって本発明によれば、熱可塑性加工し得る樹脂のみならず、熱硬化性材料もなお塑性状態において加工し、成形工程後に初めて硬化するようにすることが可能である。さらに、たとえば注型用キャンドルとして提供される液状プラスチックも挙げることができる。

さらに、剛毛成形材料として粘弾性材料を成形型に注入し、成形圧力下で担体を管路自由開口断面箇所で貫通させて担体材料を押し退けつつ成形材料を管路に圧入すことができる。このようにして担体材料としてエラストマーまたはその他のゴム系材料たとえばラテックスも加工することが可能であり、この場合、担体は常に剛毛成形用管路の位置する箇所でのみ穴あけされるようにすることが保証される。

最後に固形材料も、それが５０００ｂａｒ（５×１０⁵ｋＰａ）までの適切な高さの技術的に実現可能な圧力下で塑性加工可能な限りで、成形材料として成形型に装入することができる。この塑性材料は成形圧力下で管路自由開口断面箇所において担体を貫通し、管路に圧入される前に、担体材料を脇および／または「貫通方向」に押し退ける。

前記方法において、場合により熱供給によって成形材料の成形を支援することができる。これは、硬化を促進するために成形材料が反応性材料たとえば熱硬化性プラスチックからなる場合に、特に好ましい。

本方法は、剛毛成形材料が溶融材料であり、この溶融材料が射出成形またはダイカストによって管路自由開口断面箇所で担体を貫通し、担体材料を押し退けつつ管路に圧入される場合に、特に好適な形で実現される。この点で１０００〜５０００ｂａｒ（１×１０⁵ｋＰａ〜５×１０⁵ｋＰａ）の比射出圧力が好適なパラメータであることが判明したが、この場合には剛毛成形用管路においてもなお、たとえ管路が狭小であっても、良好な型充填の実現に十分な３００〜６００ｂａｒ（０．３×１０⁵〜０．６×１０⁵ｋＰａ）以上の比圧力が達成される。射出成形およびダイカストに際しては担体の突破にさらに異なった効果が付け加わる。この場合、本来の溶融材料フロントにプレッシャウェーブが先行し、これが成形型内に含まれている空気を押し退ける。加えて高い温度を有するこの空気プレッシャウェーブは本来の溶融材料フロントが到着する前に先ず担体に衝突する。

本発明による方法を用いて任意の種類の担体材料に剛毛構造を製造することが可能であ
ることから、担体が圧力の作用下で管路開口箇所で穴あけされるように、担体の厚さと材料特性とに応じて成形圧力を調節するように配慮しさえすればよい。

担体の突破に際して成形材料によって押し退けられた担体材料の少なくとも一部は管路開口内に押し込まれ、これによって、個々の剛毛の根元部を抱持する一種のカラーを形成する。

さらに、担体材料の選択に応じて圧力を制御し、担体の突破に際して成形材料によって押し退けられた担体材料が担体に漏斗状の穴を形成して射入漏斗状に成形されるようにすることができる。

この種のカラー形成に際して剛毛根元部の断面積が減少して根元が弱化しないようにするため、さらに、剛毛成形用管路の開口部分にカラーとして成形される担体材料を収容するための拡張部を設けるようにすることができる。このようにして剛毛の分子構造が支障なく形成され、特に剛毛内部における所望の分子縦方向配向が達成されるようにすることができる。

担体の突破に際して成形材料によって押し退けられた担体材料が剛毛成形材料とアロイを形成して剛毛に特別な性質が付与されるように担体材料を選択することも可能である。

担体には、それが成形型内壁に付設される前に、管路開口を覆う箇所に材料弱化構造を設けるのが好適であり、こうした構造は担体の単純な薄肉化、盲孔の配置そして所期開裂箇所の放射相称配置までに及ぶ多様な形で実現することができる。

他の実施形態において、成形型内において管路の上に管路と整合された孔を有する少なくとももう１枚の担体が付設され、成形材料によって突破さるべき担体は先に付設された担体の孔を覆って付設されるようにすることができる。この場合、剛毛成形用管路の自由開口断面は直接に“穴あけステンシル”としては機能せず、もう１枚の担体に設けられた管路延長孔がそうしたものとして機能する。剛毛成形材料の貫通時に押し退けられる担体材料はもう１枚の担体の孔内に押し込まれ、これによって剛毛根元部における特に良好な剛毛抱持が実現される。

前記担体の配置は、管路開口断面を覆う担体が管路を形成する成形型内壁に直接付設され、もう１枚の担体がその上に付設され、担体の貫通を容易にする一種の「押し抜き機」が形成されるようにすることもできる。

担体の貫通を容易にするさらに別の対策として、剛毛成形用管路の開口縁に形付けを行い、これが漸次平滑な壁面に移行するようにすることも可能である。

管路の自由開口断面を覆う担体は特に成形材料の射出に際して保圧バリアとしてのもう一つの機能を果たす。つまり、ふつう射出成形機から発して成形キャビティー内に生ずる圧力降下は担体材料によって成形材料が一時的に塞き止められることにより部分的に解消され、その結果、成形材料はなお十分に高い比圧力で成形管路に注入されて剛毛が成形されることとなる。実際の実験により、比射出圧力は射出スクリュー前方の２１００ｂａｒ（２．１０×１０⁵ｋＰａ）からキャビティー内で約６００ｂａｒ（０．６×１０⁵ｋＰａ）にまで低下し得る一方で、担体によって管路が覆われる場合には、キャビティー内圧力はほぼスクリュー前方の比射出圧力レベルに保持され得ることが判明した。１０％までに及ぶ熱可塑性プラスチック溶融材料の圧縮率も担体貫通前の保圧を支援する。これにより剛毛成形用管路内への所望の高い射出材料流れ速度が生ずる結果、またも、高いせん断効果と同時に針状結晶形成下での熱可塑性プラスチックの良好な縦方向配向が実現される。
したがって、製造される剛毛の品質も担体の厚さならびにそれによって所与となるキャビティー内保圧によって影響される。キャビティー内圧力が適切な高さであれば、溶融材料は剛毛成形用管路内に爆発的に進入する。最適な方法パラメータおよび構造的対策は本願出願人の未公開の特許出願（２００２年１月１７日のドイツ特許出願第１０２０１６３５．５号および２００２年３月２１日のドイツ特許出願第１０２１２７８１．８号）に記載されており、これらは本引証をもって本出願の開示内容に含めることとする。

すでに示唆したように、担体は任意の材料、特に有機または無機材料からなっていてよい。

担体は貫通に際して剛毛根元部に絶対的に密な封止の形成を保証するシート、好ましくは延伸シートで形成されていてもよい。担体はまた、完成した剛毛品に装飾的および／または剛毛品の使用目的に応じた化学的／物理的効果を付与することのできる金属シートで形成されていてもよい。

前記に代えて担体は完成した剛毛品の剛毛側に特別な使用特性を付与するプラスチックシート、特にエラストマーシートで形成されていてもよい。

シートはそれに通例設けられる所期開裂箇所が適切な成形圧力で穴あけされるように厚さ≦１ｍｍのものを使用するのが好適である。

担体は、好ましくは厚さ≧０．２ｍｍの板で形成されていてもよい。

担体は２層またはそれ以上の層あるいは貼り合せシートで形成されていてもよく、この場合、成形型内側輪郭への剛毛担体の適応を容易にする非常に薄い外側層を設けておくのが好適である。この種の担体形成の利点は以下、他の方法実施形態と関連させて説明することとする。

２層またはそれ以上の層からなる担体の場合には、少なくとも１層は管路開口を覆い、少なくとももう１層に管路の配置に対応した予備成形孔が設けられていてよい。

２層またはそれ以上の層は特に弾性率の異なる異なった材料からなるのが好適である。

担体は開放された成形型に予備成形された成形品として供給されてよい。これはたとえば吹込み成形品、射出成形品または延伸成形品であってよい。

担体は開放された成形型にエンドレス材料として供給され、成形型の閉鎖前または閉鎖時に所期寸法に切断されてもよい。これに代えて、所期寸法を有した担体がエンドレスベースに載設されて供給され、成形型に合わせてベースから分離されてもよい。

さらに、管路自由開口断面を覆う担体の材料は剛毛の材料と溶着可能であってよく、種々の材料コンビネーションがこれに適していると考えられる。

本発明による方法はさらに、成形型に区域毎に機械的特性の異なる剛毛形成プラスチックを注入し、剛毛構造全体を特性の異なる剛毛から構成する可能性を供する。さらに、成形型に区域毎に色の異なる剛毛形成プラスチックを注入し、異なった種類の剛毛域を視覚化することが可能である。

本発明による方法によれば常に、剛毛成形用管路の配置に応じ比較的密な配置から適度に離間した配置までに及ぶ１本１本独立した剛毛が形成される。この種の１本１本独立し
た剛毛からなる剛毛構造は、剛毛束の場合と比較して、汚れあるいは、ブラシまたは刷毛を用いて塗布される塗布剤が剛毛の間に固着することが遥かに少なく、特にこの種の剛毛または刷毛は完璧に洗い流して浄化することができるため、高度な衛生要件が求められるブラシや刷毛に特に好適であることが判明している。

本方法の他の実施形態において、担体材料は粗成形品またはブランクとして成形型に嵌め込まれ、成形材料の成形圧力によって管路自由開口を擁する成形型内壁に押付けられて、成形材料が担体を貫通する前に、担体として成形される。この場合、担体の最終的な輪郭は成形材料の成形圧力により成形型内において初めて形成されることとなる。この方法には特に薄いシート状担体が適しており、場合により２層タイプの薄いシート状担体も好適である。

他の実施形態において、担体材料を粗成形品またはブランクとして成形型に嵌め込み、流動体の圧力によって管路自由開口を擁する成形型内壁に押付けて、剛毛成形材料がより高い成形圧力で成形型に供給される前に、担体として成形することが可能である。この場合、外部流動体は単に成形用媒体として利用されるにすぎず、成形材料が射出される前に成形型から抜き取られるかまたは後射出される成形材料自体によって追い出されることとなる。

前記に代えて、担体材料と剛毛形成成形材料をサンドイッチ射出成形法で成形型に注入することができる。これはモノショット方式またはツインショット方式で行うことが可能である。

外部流動体を用いて担体材料を成形する方法としてＧＩＴ法（ガス圧入技法）またはＷＩＴ法（注水技法）を挙げておくこととする。

以下、本発明を複数の実施例に基づいて説明する。

図１は成形型１ないしその一部のみを示した図である。この成形型は一体無垢に形成されているのではなく、平行な層を成す一連の板２からなる構造とされているのが好ましく、その目的と機能については国際公開第０２／０３８３１号公報（ドイツ特許第１００３３２５６号公報およびドイツ特許第１０１３０８６３号公報）ならびに本願出願人の未公開のドイツ特許出願第１０３０１６３５．６号およびドイツ特許出願第１０２１２７８１．８号に詳細に説明した。この成形型はその型部１に、その中で剛毛が成形される多数の、好ましくは平行に配置された管路３を有している。これらの管路３は成形型内壁４から出発して、好ましくはわずかなテーパをなしてそれらの閉じた末端まで通じている。成形キャビティー５内には、成形用管路３の自由開口断面６を覆う担体７が成形型内壁４上に載置される。

この成形型は射出成形型、ダイカスト型またはプレス成形型であってよい。剛毛成形材料には成形キャビティー５内において、担体７が図２に示したように成形用管路３の自由開口断面箇所６で突破されもしくは貫通されるような圧力が付与される。担体７の突破ないし貫通後、管路３内で剛毛６を形成する成形材料は同時に、図８に示唆したように、担体７の背面を覆い、こうして剛毛要素の完全な担体を形成することができる。

図３および図４は１本の成形用管路３を例として一実施形態の詳細を示したものである。この場合、成形用管路３はその流入口に拡張部９を有しており、担体７の突破ないし貫通時に押し退けられた担体材料は同所に押し込まれて成形される（図４）。こうして拡張部９には剛毛６の根元部を支保するカラー１０が形成される。型抜きに際して一連の板は
個々にまたは幾つかにまとめて抜き去られることから、剛毛６は長さが比較的長い場合にも完璧に型抜きされることができる。

図５〜図７は、カラーの形成態様ないし成形材料突破時の担体材料の排除の様態に影響を与えることのできる、剛毛成形用管路３の流入口部を拡大して示した詳細断面図である。図５に示したように流入口が鋭い縁を形成している場合には、これは成形用管路の自由開口断面部６における担体材料の突破を促進するが、同時に担体材料が成形用管路３内に持ち込まれる不適な可能性を高めることとなる。成形用管路３がその自由開口断面部６において多少とも漏斗状の流入口を有している場合には、成形圧力の加えられた成形材料によって排除された担体材料は成形用管路内に向かって一様に押し退けられて完璧なカラーが形成される。製造された剛毛はこれによってより優れた安定性を得ることとなる。

成形用管路３の流入口部の平面図を示した図８の実施例において、成形用管路は少なくともその自由開口断面部６において、符号１１で示唆したように、波形状に形成されている。こうした形付けにより成形材料による担体７の突破が促進される。この形付けは成形用管路の全長にわたって施されていてよく、あるいは成形用管路の壁面はこうした形付けから徐々に平滑面化されていってもよい。

図９に示したように、成形用管路３がそこから出発する成形型内壁４上には、先ず、貫通孔１３を備えるもう１枚の担体１２が載置され、次いでその上に、成形用管路３ないし孔１３を覆う本来の担体７が載置される。貫通孔１３はわずかに大きな直径を有していてよい。成形圧力下で成形材料は貫通孔１３の箇所で担体７を突破し、押し退けられた担体材料はこの貫通孔に収容される。担体７と１２とは特に異なった材料からなっていてよく、たとえば担体１２は比較的軟質のエラストマー、担体７はそれより硬質の材料からなっていてよい。別法として、担体７を成形型内壁４上に直接載置し、その上に担体１２と同様な担体が載置されてもよい。この場合にも硬軟両材料のコンビネーションが考えられる。

図１０はたとえば歯ブラシの製造に際してその頭部に使用される類の担体７を示したものである。この担体はたとえばその柔軟性を徐々に高めるためにその全長にわたって厚さが徐々に減少させられている。それにもかかわらず成形材料注入時の条件を等しくするため、担体７には成形材料によって突破ないし貫通さるべき壁面厚さ１５が常に等しくなるような深さを有した盲穴１４が設けられている。

この場合、盲穴１４ないし突破さるべき断面１４に場合により複数の成形用管路を配置し、図１１と１２から看取されるように、異なった形状の剛毛域１６，１７，１８および１９または図１１に示したような縦方向に延びる剛毛域２０，２１からなる剛毛群を形成することも可能である。盲穴１４を満たす剛毛用成形材料は、図１３に示したように、担体７の背面に設けられた縦方向に延びる連続窪み２２に注入することも可能である。

図１４〜図１７は剛毛成形用管路の自由開口断面部における担体７の薄弱化の種々の実施形態を示した図である。所期開裂箇所２３は放射相称状に様々に配置されているのが好適であり、必要に応じ中心部にさらに１個の特に薄弱化された所期開裂箇所２４を設けることができる。

薄い担体、特に延伸シートの場合にも、薄肉開裂線２５を放射相称状に配置することにより、成形材料が貫入する際にシートが引きちぎられずに、図１８と１９に示したように、漏斗状に拡開し、完璧なカラー２６が得られるようにすることができる。たとえばダイカストまたは射出成形時の溶融流動成形材料の場合には、薄弱化された箇所の開裂も、図１８および図１９に示したような拡開も、溶融材料の温度ならびに、溶融材料に先行する
プレッシャウェーブにより成形キャビティーから排除される空気によって促進される。たとえば担体が溶融温度１６０度のポリプロピレンから成り、剛毛が溶融温度２６０度のポリアミド６．６からなる場合には、温度が担体材料の開裂と押し退けに大きな影響を有していることが明白となる。逆に、溶融温度がほぼ同等な材料コンビネーションによれば担体材料と剛毛材料の融着および溶着が生じ得ることとなる。

特に剛毛間隔が非常に密な場合には、担体７に網目状に配置された点状所期開裂箇所２７（図２０）または、図２１および図２２に示したように、網目線内に配置された所期開裂箇所２８を設けることができる。

図２３〜図３０は特に比較的厚い担体の場合の、所期開裂箇所の種々の実施例を示した図である。図２３は剛毛を成形するそれぞれの管路に対応する漏斗状の所期開裂箇所２９を示したものである。図２４はトラフ状の所期開裂箇所３０を示しており、他方、図２５は反対側に出張り３２を有した漏斗状の所期開裂箇所３１を示している。この形状はとりわけ完璧なカラー形成を支援する。これらの所期開裂箇所は担体７の成形圧力に面した側に配置されていてよいが、あるいは、図２６に示したように、成形圧力に面した側とは反対側に配置することもできる。同図の所期開裂箇所３２の形状も僧帽状である。

図２７において担体７には同じく成形圧力に面した側とは反対側から漏斗状の所期開裂箇所３３が形成され、その円錐状または四角錘状の頭部３４は成形圧力に面した側に突き出ている。この頭部３４は成形圧力が作用する際に、破線で示したように、剛毛成形用管路の方向に折り返される。最後に図２８は浅鉢状の所期開裂箇所３５を示したものである。

図２９に示した所期開裂箇所３６は担体材料が剛毛成形用管路の方向に付加的に隆起している点で図２４に示した所期開裂箇所とは相違している。最後に図３０はそれぞれ窪み３７，３８によって両側から実施された担体７の材料薄肉化を示したものである。

図３１は担体の薄肉箇所の残存厚さが相違する所期開裂箇所を有した担体７を示したものである。僧帽状窪み３９は僧帽状窪み４１よりも深く形成されていることから、残存厚さ４２は担体箇所４０の残存厚さよりも厚くなっている。一定の成形圧力で第１の成形材料４３を注入することにより残存厚さの薄い箇所４０が開裂される。続いてさらに高い成形圧力でさらに別の成形材料４４を注入することにより残存厚さの厚い所期開裂箇所４２も開裂される。このようにして単一の担体７に異なったプラスチックからなる剛毛４５，４６を形成し、最後に注入された成形材料で同時に担体背面４７を形成することができる。剛毛４５，４６は薄板状の清掃要素までも含む種々相異した形状および断面を有していてよい。

担体７は剛毛成形用管路に向いた側に突起４８を有している。この突起はその一部が剛毛成形管路内に入り込み、その末端に所期開裂箇所４９を有しているため、成形圧力下で供給された成形材料４９は先ず突起４８内の管路５０を満たし、その後に所期開裂箇所４９を突破して成形用管路内に進入し、こうしてかなりの長さにわたって突起４８で抱持された剛毛５１が形成される（図３３）。

図３４に示した担体も盲穴５３を含んだ突起５２を有しており、この盲穴の底部には複数の不図示の薄肉化された箇所が設けられている。成形材料５４の供給後、突起５２の底部の薄肉箇所が開裂される結果、棒状担体に短い針状の剛毛５４が形成されることとなる。

図３６はサンドイッチ式射出成形法で使用される２体式成形型１の部分断面図を示した
ものである。この場合、先ず、成形キャビティー５５を完全には満たすことのない成形材料５６が比較的低い成形圧力で射出される。この成形材料は成形型内壁の全体に付着するが、成形圧力が低いことにより、剛毛成形用管路の自由開口断面がもたらす流れ抵抗に打ち勝つことができず、開口近傍域にしか進入することができない。この成形材料は成形型内壁の冷却によって早期に固まることから、続いて第２の成形材料５７を注入することができる。こうして第２の成形材料は第１の成形材料５６によって開口断面部に形成された「栓」を突破し、図３７の剛毛５８の根元が示しているように、これらの栓をカラーに形成する。

サンドイッチ式射出成形は単一の射出スクリューによって行なうかまたは２個の同心射出スクリューによるいわゆるツインショット方式で行なうことができる。図３８はこの方式を図解したものである。たとえばブラシ総体用の成形キャビティー５９を有する２体式成形型１はその一方の型に剛毛成形用管路６０を有している。この射出成形機は外側射出スクリュー６２と、外側射出スクリュー６２内を通り、外側スクリュー６２を貫通する射出路を備えた内側射出スクリュー６１とからなっている。外側射出スクリュー６２により、成形キャビティー５９を部分的に満たすだけの成形材料６３が供給される。これは相対的に高いスクリュー成形圧力で行なわれるが、この射出によっては成形型の一部が満たされるにすぎず、したがってその圧力は成形キャビティー内において数十バール（０．０１×１０⁵ｋＰａ）に低下し、その結果、成形材料６３は成形用管路６０内に進入することはない。第２の射出において成形材料６４がより高い射出圧力で供給される。ただしこの材料は型を完全に満たすようにして注入されることから、それは成形キャビティー５９内でもなお十分高い圧力を保持しており、そのため成形用管路６０を満たすことができる。

担体はＧＩＴ方式（ガス圧入技法）またはＷＩＴ方式（注水技法）によって成形することも可能であり、この場合、その後にガス、水などの外部流動体がそこから再び抜き取られる中空成形品としての担体が最初に成形される。続いて、こうして作られた空洞に同時に剛毛成形用管路も満たす第２の成形材料が注入される。このようにして使用目的に応じた材料からなる任意のブラシ成形品を製造することができる。

図３９および図４０は歯ブラシ頭部６５の一例を示したものであり、ここで図３９は縦断面、図４０は横断面を示している。頭部は比較的硬い材料の心６６からなるとともに軟らかい粘膜保護材６７で包まれており、この粘膜保護材と一体に結合された薄板（ブレード）状の清掃／マッサージ要素６８を備え、これらの要素は剛毛６９からなる剛毛群の両側面に配置されている。心６６のブラシ背面側は剛毛成形材料７０で満たされている。この場合、剛毛６９の成形材料は心６６と粘膜保護材６７とを貫いて注入される。

単層または多層の担体は十分な柔軟性を有していれば剛性担体に巻き付けて丸棒ブラシ要素を製造することが可能である。これらは折り曲げて形材たとえばＵ形材とすることができる。これらはそれぞれの使用目的に応じて成形され、折り曲げてシール材とすることができる。以上は考えられ得る応用形態の若干を示唆しているにすぎない。

図４１〜図４３は一例を示したものである。柔軟な担体７２（図４３）からなる星形断片には本発明による方法で剛毛成形材料を貫通させて剛毛が形成される。この成形材料は同時にもう一つの層７４を形成することができる。帯状担体７２の両端には保持具７５が形成されており、これらの保持具は帯状担体を折り曲げて立体的な、たとえば球状または電球状の構造物とした後にホルダ、柄などに固定されもしくは互いに結合される。参照例７６で示唆したように、互いに角度をずらして配置され、中心部で互いに結合されたこの種の複数の構造物によって立体的な有効面を拡大することができる。

第１の方法段階における成形型の一部を概略的に示す図である。 第２の方法段階における図１の成形型の一部を示す図である。 図１の詳細図である。 図２の詳細図である。 成形用管路の自由開口端部を非常に拡大して示す断面図である。 成形用管路の自由開口端部を非常に拡大して示す断面図である。 成形用管路の自由開口端部を非常に拡大して示す断面図である。 他の実施例の成形用管路自由開口端の平面図である。 多層担体を使用する場合の成形型の一部の断面図である。 歯ブラシ頭部用担体の概略側面図である。 歯ブラシ頭部の剛毛域の平面図である。 図１１に相当する、他の実施形態の図である。 さらに他の実施例の歯ブラシ頭部の部分断面図である。 種々の実施形態による担体の所期開裂箇所配置を示す平面図である。 種々の実施形態による担体の所期開裂箇所配置を示す平面図である。 種々の実施形態による担体の所期開裂箇所配置を示す平面図である。 種々の実施形態による担体の所期開裂箇所配置を示す平面図である。 延伸シート状担体薄弱化箇所の実施形態の平面図である。 成形圧力作用後の図１８の実施形態の断面図である。 網目状に配置された所期開裂箇所を有する担体の種々の実施例の平面図である。 網目状に配置された所期開裂箇所を有する担体の種々の実施例の平面図である。 網目状に配置された所期開裂箇所を有する担体の種々の実施例の平面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 比較的厚い担体の所期開裂箇所の種々の実施例の断面図である。 開裂箇所ならびに成形材料が相違する担体の一部を示す図である。 成形用突起を有した担体の部分断面図である。 成形材料注入後の図３２の担体を示す図である。 図３２とは異なる実施形態の部分図である。 成形材料注入後の図３４の実施形態を示す図である。 モノショット方式のサンドイッチ射出成形の概略図である。 図３６の方法で製造された製品を示す図である。 ツインショット方式の射出成形装置の概略断面図である。 歯ブラシ頭部の縦断面および横断面を示す図である。 歯ブラシ頭部の縦断面および横断面を示す図である。 帯状剛毛要素の星形断片の平面図である。 図４１の断片の帯状部分の側面図である。 帯状断片の断面図である。

Claims (39)

1. 成形型内壁（４）から出発する剛毛成形用管路（３）を備える成形型（１）により支持体（７）に剛毛構造を製造するための方法であって、剛毛を形成する溶融材料が射出またはダイカストによって加圧下で管路（３）に注入される方法において、支持体（７）は管路（３）を有する成形型内壁（４）に管路（３）の自由開口断面（６）を完全に覆うようにして直接または間接に付設され、その後に溶融材料が一定の成形圧力で支持体（７）上に供給され、これによって支持体（７）は管路（３）の自由開口断面箇所（６）で貫通されて支持体材料は押し退けられ、最終的に溶融材料が管路（３）を満たすプロセスにおいて、溶融材料によって突破されるべき支持体（７）は溶融材料の射出に際し、溶融材料による前記支持体の突破が開始されるまでの間、保圧バリアとして機能し、その後に溶融材料は剛毛成形用管路（３）内に爆発的に進入することを特徴とする、方法。
2. 前記支持体の突破に際して溶融材料によって押し退けられた支持体材料の少なくとも一部は前記管路の開口内に押し込まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記支持体の突破に際して溶融材料によって押し退けられた支持体材料は前記管路の開口内に突き入ったカラーの形に成形されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記支持体の突破に際して溶融材料によって押し退けられた支持体材料は支持体に漏斗状の穴を形成して成形されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記剛毛成形用管路にはその開口部分にカラーとして成形される支持体材料を収容するための拡張部が設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記支持体の突破に際して溶融材料によって押し退けられた支持体材料は溶融材料と共にアロイを形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記支持体は、それが前記成形型内壁に付設される前に、前記管路開口を覆う箇所に材料薄弱構造が設けられるかまたは材料薄弱構造を有していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記支持体に放射相称配置された所期開裂箇所からなる構造が備えられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記支持体は、それが前記成形型内壁に付設される前に、前記管路開口を覆う箇所がその他の箇所よりも薄肉化されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記成形型内において前記管路上に該管路と整合された穴を有する少なくとももう１枚の支持体が付設され、溶融材料によって突破さるべき前記支持体は前記もう１枚の支持体の穴を覆って付設されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記成形型内において前記管路上に該管路と整合された穴を有する少なくとももう１枚の支持体が付設され、溶融材料によって突破さるべき前記支持体は前記もう１枚の支持体と前記管路開口との間に付設されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記支持体は有機または無機材料からなることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記支持体はキャビティー内圧力が１０００ｂａｒから５０００ｂａｒに達するまで保圧バリアとして機能することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記支持体は延伸シートで形成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記支持体は金属シートで形成されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記支持体はプラスチックシートで形成されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
17. 前記支持体はエラストマーシートで形成されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記シートは、１ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記支持体は板で形成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
20. 前記板は、０．２ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 前記支持体は２層またはそれ以上の層で形成されることを特徴とする、請求項１〜
    ２０のいずれかに記載の方法。
22. ２層またはそれ以上の層からなる支持体において、少なくとも１層は前記管路開口を覆い、少なくとももう１層は前記管路の配置に対応した穴を備えることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 前記２層またはそれ以上の層は異なった材料からなることを特徴とする、請求項２１または２２に記載の方法。
24. 前記２層またはそれ以上の層は異なった弾性率を有することを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記支持体は開放された前記成形型に予備成形された成形品として供給されることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記支持体は予備成形された吹込み成形品として供給されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
27. 前記支持体は予備成形された射出成形品として供給されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
28. 前記支持体は予備成形された延伸成形品として供給されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
29. 前記支持体は開放された前記成形型にエンドレス材料として供給され、前記成形型の閉鎖前または閉鎖時に所期寸法に切断されることを特徴とする、請求項１〜２５，２８のいずれかに記載の方法。
30. 所期寸法を有した前記支持体がエンドレスベースに載設されて供給され、前記成形型に合わせてベースから分離されることを特徴とする、請求項１〜２８のいずれかに記載の方法。
31. 前記管路自由開口を覆う前記支持体の材料は剛毛用材料と溶着可能であることを特徴とする、請求項１〜３０のいずれかに記載の方法。
32. 前記成形型に区域毎に機械的特性の異なる剛毛形成プラスチックが注入されることを特徴とする、請求項１〜３１のいずれかに記載の方法。
33. 前記成形型に区域毎に色の異なる剛毛形成プラスチックが注入されることを特徴とする、請求項１〜３２のいずれかに記載の方法。
34. 支持体材料が粗成形品またはブランクとして前記成形型に嵌め込まれ、剛毛成形溶融材料の成形圧力によって前記管路自由開口を擁する前記成形型内壁に押付けられて、溶融材料が支持体を突破する前に、支持体として成形されることを特徴とする、請求項１〜３３のいずれかに記載の方法。
35. 支持体材料が粗成形品またはブランクとして前記成形型に嵌め込まれ、流動体の圧力によって前記管路自由開口を擁する前記成形型内壁に押付けられて、溶融材料がより高い成形圧力で前記成形型に供給される前に、支持体として成形されることを特徴とする、請求項１〜３３のいずれかに記載の方法。
36. 支持体材料と剛毛形成溶融材料とはサンドイッチ射出成形法で前記成形型に注入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
37. 前記サンドイッチ射出成形法はモノショット方式またはツインショット方式として適用されることを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
38. 支持体材料はＧＩＴ法（ガス圧入技法）で予備成形されるかまたは前記成形型に注入され、剛毛形成溶融材料は後射出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
39. 支持体材料はＷＩＴ法（注水技法）で予備成形されるかまたは前記成形型に注入され、剛毛形成溶融材料は後射出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

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