JP4933859B2 - 用毛供給装置 - Google Patents

Description

本発明は歯ブラシ等を製造するための植毛機に用毛を供給するに好適な用毛供給装置に関する。

回転歯車を用いた用毛供給装置として、特許文献１に記載のものがある。即ち、特許文献１に記載の用毛供給装置は、用毛供給領域から供給される用毛を、供給ガイドに沿って搬送し、用毛排出領域から取り出して加工機に供給する用毛供給装置であって、上記供給ガイドによって形成される供給通路内に上記用毛と平行方向の溝を備えた回転歯車を突出させたものである。
実公平7-22098

特許文献１に記載の用毛供給装置では、用毛を定尺で裁断した際に端部に発生する加工バリを伴なうような真直状用毛について、用毛を供給通路内で滞留を引きおこすことなく流動させる如くに搬送することに困難があり、特に供給通路の巾方向の中央で流動の滞留をおこし易い。また、真直状用毛でなく、端部に球状膨張部を形成した用毛については、用毛が供給通路内で変形したり、整列の乱れを生じ易い。これらは、用毛排出領域で、用毛の取り出し本数を不安定にすることを意味する。

本発明の課題は、用毛の流動の滞留をおこすことなく、また用毛の変形や整列の乱れをおこさずにスムースに用毛排出領域まで搬送し、用毛の取り出し本数の安定を図ることにある。

請求項１の発明は、相対する供給ガイドが形成する供給通路にて用毛を用毛排出領域にまで搬送し、加工機に供給する用毛供給装置であって、供給通路の両側に配置した、少なくとも一対の回転歯車の各歯面を突出し、該回転歯車のトルクを0.02〜0.42N・mにし、該回転歯車の歯先円直径をＤ、相対する供給ガイドに挟まれる供給通路の幅をＷとするとき、Ｄ／Ｗを1.41〜1.7にするようにしたものである。

回転歯車（以下、歯車という）を用いる用毛搬送の利点は次のように説明できる。用毛の端部にはその加工時にバリが発生するが、用毛の搬送中の流れに、そのバリに起因する塑性的な流動が発生し易い。塑性的な流動とは、用毛に加えられる搬送圧力がある値（降伏値）を越えたときに急激に用毛の流れが生じることである。用毛のかかる急激な流れを伴う断続的流動を最小限に抑えるためには、プッシャによる用毛搬送よりも、用毛の流れの細かい変化を制御できる歯車による用毛搬送が有利である。即ち、用毛排出領域付近に歯車を設置し、そのトルク、回転数、回転様式（正転、逆転）等を変えることにより用毛の送り量を微調整することができる。

歯車を正逆回転させると、用毛の流れに降伏値を生じさせずに、用毛を継続的に流動させることが容易となる。用毛の流動中は、その流動を持続させるのにさほど搬送圧力を必要としない。用毛の流動が継続しているということは、用毛の流れに滞留が起らないということであり、用毛の搬送をスムースに行なうことができる。

用毛の取り出し（ピッキング）について述べるならば、一般的には、「スリーブ」と「摺り切り」によるピッキングに分けることができる。摺り切りによる場合、用毛排出部の用毛に加える圧力は高めに設定することが好ましいが、用毛と平行な方向から取り出すスリーブによる場合、用毛排出部の用毛に加える圧力が高いと、用毛束の密度が高くなり過ぎて、スリーブ挿入時の抵抗が大きくピッキング自体ができなかったり、ピッキングはできるが、一定数の用毛の取り出しが達成できなくなる（ピッキングされる用毛数にばらつきが生じる）おそれがある。スリーブによる場合、用毛取り出し用のスリーブ装置が用いられるが、上記の圧力が高いことによる上述の問題点を解消させるには、ピッキング時に歯車の回転を停止させるとか歯車を逆転させることで、用毛排出部における用毛束の密度を下げ、常に一定数の用毛がスリーブに挿入されるようにすることができる。

以上のように、歯車を用いることで、用毛の流れと密度を最適化し、長時間に亘って用毛のピッキングを支障なく行なうことが可能になる。即ち、歯車を用いることにより、用毛のスムースな搬送とピッキングを達成することが可能になる。

歯車は、少なくとも一対（２個）の歯車（Ｇ１）を用毛排出領域に近くに設けることが必要であり、用毛排出領域から遠い他の一対（２個）の歯車（Ｇ２）を付加しても良い。対をなす歯車は、供給ガイドが直線状（即ち、用毛の流れが直進の場合）ならば、互いに供給通路を挟んで対向する位置に配するのが良い。供給ガイドが湾曲している場合は、対をなす歯車を供給通路を挟んで互い違いに配することもある。また、Ｇ１とＧ２の間隔が大きくなった場合は、用毛の密度を調整するために、これらの間に補助的な一対又はそれ以上の複数対の歯車（Ｇ３）を対向或いは互い違いに配することもできる。用毛供給装置における用毛の供給通路の長さＬにより、Ｇ１とＧ２の間隔が大きいか否かが決まるので、その間隔がどの程度に大きくなったときにＧ３を設けたら良いかは一概には言えないが、Ｇ３を設けることを考慮する間隔としては100mm以上（歯車Ｇ１とＧ２の歯の頂点間の最小距離として）を挙げることができる。更に、歯車による用毛の搬送とピッキング地点（用毛排出部）での歯車による適切な用毛密度の実現を考慮すると、用毛排出領域に近い位置に配される一対の歯車Ｇ１と、用毛排出領域から遠い位置に配される一対の歯車Ｇ２の設置場所としては、前記の供給通路の長さＬのＬ/2の更に1/2、即ちＬ/4の地点よりも用毛排出領域に近い場所に一対の歯車Ｇ１を設け、Ｌ/2とＬ/4との間に他の一対の歯車Ｇ２を設けることが好ましい（図５）。用毛のピッキング時に歯車の停止や逆転を行なう方が、正常なピッキングをより長時間継続することができる場合があり、歯車の正転と逆転ができるように設定するのが好ましい。

ところで、ミス（ピッキング自体できない、或いはピッキングはできるがピッキングされる用毛数が一定しない、等）のないピッキング（正常なピッキング）を行なうためには、歯車のトルクが重要であることが判明した。それは、トルクが低すぎると用毛排出部に適切な圧力を与えることが困難になり、高すぎると用毛に前述の弾性変形が起こり、用毛密度を適切な値に設定することが困難になるためと考えられる。後述する実験結果によって裏付けられるように、全長に渡る直径が均一な真直状（ストレート）の用毛の場合には、歯車のトルクは0.02〜0.42N・mにすることが重要であり、0.02N・m以下だと用毛の流動開始時にその降伏値を越えることが困難である。また0.42N・m以上だと、用毛に加わる圧力が大きくなり用毛同士が弾性変形を起こし、用毛のスムースな流れを達成することが困難となる。

用毛供給装置が２対の歯車（Ｇ１，Ｇ２）を設けるときには、少なくとも用毛排出領域に近い一対（2個）の歯車（Ｇ１）のトルクが0.02〜0.42N・mの範囲にあることが好ましく、２対の歯車（Ｇ１，Ｇ２）のトルクを、いずれも0.02〜0.42N・mの範囲に設定しても良い。用毛排出領域に近い一対（2個）の歯車（Ｇ１）のピッチ円直径と歯数は同一とし、それらのトルクも同一にした方が好ましい。また、用毛排出領域から遠い一対（2個）の歯車（Ｇ２）に関してもピッチ円直径と歯数は同一とし、それらのトルクも同一にした方が好ましい。更に、Ｇ１のトルクはＧ２のトルクよりも小さく設定し、そのトルク比（Ｇ２／Ｇ１）は3〜9が好ましい。歯車を回転させる駆動源として、サーボモータを選択することによりそれらのトルクを所望の範囲に設定することができる。歯車のモジュール（ピッチ円直径を歯数で除した値）についていえば、用毛排出領域に近い一対の歯車のモジュール（Ｍｚ1）は、用毛排出領域から遠い一対の歯車のモジュール（Ｍｚ2）よりも小さく設定し、その比（Ｍｚ2／Ｍｚ1）は1.1〜3.0が好ましい。

相対する供給ガイドに挟まれる供給通路の巾方向における用毛の流動についても考慮する必要がある。歯車の径をＤ、供給通路の幅をＷとするとき、Ｗに対してＤが小さいときには、供給通路の供給ガイドに近い側の用毛の流れは良好であるが、供給通路の巾方向の中央側で用毛の流動に滞留を生じ易い。更に、Ｗに対してＤが大きい場合には、歯車のトルクが直接用毛に影響し、ピッキング時の用毛に変形を生じ易く、用毛の整列の乱れや変形を生じ易い。後述する実施結果によって裏付けられるように、Ｄ／Ｗを1.41〜1.7とすることで、供給通路の巾方向における用毛の流動を良好にし、用毛の取り出し本数の安定を図ることができる。

相対する供給ガイドが形成する供給通路を用毛排出側にて閉鎖し、用毛排出領域を区画形成する閉鎖部を、円弧状等の曲面状にすることにより、用毛排出領域に送り込まれる用毛を該用毛排出領域の隅等に滞留させることなく、それら用毛を閉鎖部の曲面の概ね中心部たる用毛ピッキング点に集めるように流動させるものとなり、用毛の取出し本数の安定を図ることができる。

用毛を用毛供給領域に供給する手段に特に制限はない。用毛供給領域に用毛を、例えばグリッパや人手によって束にして載置すれば良い。その後、プッシャで用毛を押して用毛を搬送する。プッシャに換えて用毛供給排出領域付近に設けた歯車を回転させて用毛を搬送する方法もある。

用毛供給装置では、搬送される用毛と接触する部分（供給ガイドや歯車）をフッ素系の素材（例えば、商品名：テフロン（登録商標）等）で形成するか、フッ素系の素材をコーティングするのが好ましい。これにより、用毛と上記の部分との摩擦力が低減し、用毛をより円滑に搬送できる。

用毛供給装置では、搬送中の用毛の乱れを矯正し用毛を整列させる、特に垂直方向に飛び出した用毛を整列させる用毛整列機構を設けるのが好ましい。

用毛は、歯車による移動の際に、供給ガイドが存在しない供給通路の上方向に飛び出そうとする傾向がある。そこで、かかる飛び出しを矯正する手段として、供給通路内にある用毛の上端部を上方向から押さえるような用毛整列機構が有効である。具体的には、供給通路の上面全体を覆う固定プレートを設けることが挙げられるが、かかる固定プレートは、搬送中の用毛の上端部と常に接触し、用毛との間に摩擦力を発生させて用毛の搬送速度を低下させるおそれがある。そこで、固定プレートよりも可動プレートが好ましい。即ち、用毛搬送の殆どの時間帯は、可動プレートは用毛の上端部から上方に離れており、用毛の飛び出しが認められ、それを矯正したいと思われる時間帯のみ、可動プレートが下方に移動して用毛の上端部に当接し、用毛の飛び出しを矯正する。

スリーブによる用毛の取り出し後の用毛（スリーブに収容された用毛ではなく、用毛排出端部付近に残存している用毛の一部）は、スリーブ先端の壁面で下方に押されることにより、その下部に折れ曲りが生じ、用毛の姿勢が不安定になることもある。スリーブによる用毛の取り出し直後に、用毛排出領域付近で供給通路の下面を構成する可動プレートを若干下方に移動させ、続いて元に戻すように上方に移動させると、用毛の下部折れ曲りが矯正され易くなるので、かかる動作の用毛整列機構を設けても良い。

用毛供給装置１０は、図１〜図３に示す如く、架台１１の金属板からなる基板１２上に、左右で対をなす金属板からなる供給ガイド１３、１３（上下の供給ガイド１３Ａ、１３Ｂ（図２、図３））を設け、左右の供給ガイド１３、１３の間に用毛供給通路１４を形成している。基板１２の上面と上供給ガイド１３Ａの上面とがなす長さを用毛１の長さに設定する。

用毛供給装置１０は、供給通路１４の用毛供給領域にプッシャ１５を設け、供給通路１４の用毛排出領域に用毛排出部１６を設ける。例えば直径約0.2mmの真直状用毛１を束にして手動で用毛供給領域に投入し、シリンダ装置１５Ａにより押動されるプッシャ１５により用毛１を押圧し、用毛１を基板１２上で左右の供給ガイド１３、１３に沿って搬送し、用毛排出部１６に到達した用毛１をスリーブ装置２０により取り出しピッキングし、用毛１を用毛加工機に供給可能にする。

用毛供給装置１０は、スリーブ装置２０として、図７に示す如く、不図示のサーボモータにより上下動するスリーブ２１を用いる。スリーブ２１は用毛排出部１６（用毛ピッキング点）に存在する用毛１の集合体に上方から差し込まれてそれらの用毛１を収容する。スリーブ２１に収容した用毛１は押出しピン２２により押出される。

用毛供給装置１０は、左右の供給ガイド１３、１３が形成する供給通路１４を、用毛供給領域から用毛排出領域に向けて幅狭にし、用毛排出部１６に到達する用毛１の用毛密度を適度に高める。

用毛供給装置１０は、左右の供給ガイド１３、１３が形成する供給通路１４内に、基板１２上にて直立する用毛１と平行方向の溝を備えた回転歯車Ｇ１、Ｇ２の歯面を突出する。供給ガイド１３に沿って用毛排出領域に近い位置Ａに、供給通路１４を挟んで対向する一対の歯車Ｇ１を設け、用毛排出領域から遠い位置Ｂに、供給通路１４を挟んで対向する他の一対の歯車Ｇ２を設ける。歯車Ｇ１の位置Ａは、供給ガイド１３（長さＬ）に沿って用毛排出部１６と該用毛排出部１６からＬ/4の地点との間に設置される。歯車Ｇ２の位置Ｂは、用毛排出部１６からＬ/4の地点と該用毛排出部１６からＬ/2との地点との間に設置される（図５）。歯車Ｇ１、Ｇ２は、図２、図３に示す如く、上下の供給ガイド１３Ａ、１３Ｂの間の空隙部に配置され、それらの周方向の一部の歯面を供給通路１４内に突出する。

用毛供給装置１０は、歯車Ｇ１、Ｇ２のそれぞれを駆動するサーボモータ１７、１８を有し、歯車Ｇ１、Ｇ２の回転によって用毛１を用毛排出領域に向けて搬送する。このとき、歯車Ｇ１、Ｇ２のトルクを、それらのサーボモータの制御により、0.02〜0.42N・mの範囲内に設定する。歯車Ｇ１のトルクを歯車Ｇ２のトルクより小さく設定し、そのトルク比（Ｇ２／Ｇ１）を3〜9の範囲内に設定する。歯車Ｇ１を構成する2個の歯車のトルクは同一とし、歯車Ｇ２を構成する2個の歯車のトルクも同一とする。

用毛供給装置１０は、歯車Ｇ１、Ｇ２の歯先円直径をＤ１、Ｄ２とし、歯車Ｄ１、Ｄ２の位置で、相対する供給ガイド１３、１３に挟まれる供給通路１４幅をＷ１、Ｗ２とするとき（図５）、Ｄ１／Ｗ１を1.41〜1.7の範囲内に設定し、Ｄ２／Ｗ２も1.41〜1.7の範囲内に設定する。また、歯車Ｇ１、Ｇ２の歯先円直径の大小に密接に関係する、歯車Ｇ１、Ｇ２のピッチ円直径を、それらが設置される地点における供給ガイド１３、１３の幅によって適宜変更する。幅が大きくなれば、ピッチ円直径も大きくする。このとき、歯車Ｇ１のピッチ円直径を歯車Ｇ２のピッチ円直径よりも小さくし、そのモジュール比（Ｍｚ2／Ｍｚ1）を1.1〜3.0の範囲内に設定する。歯車Ｇ１を構成する2個の歯車のピッチ円直径とモジュールは同一とし、歯車Ｇ２を構成する2個の歯車のピッチ円直径とモジュールも同一とする。

用毛供給装置１０は、歯車Ｇ１、Ｇ２を正逆転可能にする。スリーブ装置２０のスリーブ２１を用毛排出部１６の用毛１に差し込むときには歯車Ｇ１、Ｇ２の回転を停止し、用毛１を収容したスリーブ２１が上方に移動開始するタイミングで、歯車Ｇ１、Ｇ２の正転と逆転を0.1秒程度のインターバルで数回くり返し、歯車Ｇ１、Ｇ２の逆転側でスリーブ２１によるピッキング終了となるようにする。

用毛供給装置１０は、図４〜図６に示す如く、相対する供給ガイド１３、１３が形成する供給通路１４を用毛排出側にて閉鎖する閉鎖プレート１９を有する。閉鎖プレート１９は、用毛排出領域を区画形成する閉鎖部１９Ａを曲面状にする。本実施例の閉鎖部１９Ａは円弧状をなし、好適には用毛排出部１６のスリーブ２１による用毛ピッキング点を中心とする円弧状をなす。

用毛供給装置１０は、図４に示す如く、供給ガイド１３の概ね全長に渡り、上用毛整列機構を構成する上可動プレート３１を有する。上可動プレート３１は、シリンダ装置３１Ａにより、上供給ガイド１３Ａに対する上方待機位置と上供給ガイド１３Ａの上面に接する位置との間で上下動する。上可動プレート３１はスリーブ装置２０が用毛排出部１６の用毛１をピッキング終了した直後に、待機位置から下降し、用毛１の上端部を上から押さえてその飛び出しを矯正する。

用毛供給装置１０は、図４に示す如く、基板１２のうち、用毛排出部１６に位置する部分を、下用毛整列機構になる下可動プレート３２とする。下可動プレート３２は、シリンダ装置３２Ａにより、基板１２の通常の用毛搬送レベルとその下方位置との間で上下動する。下可動プレート３２は用毛排出部１６の用毛を収容したスリーブ装置２０が上方に移動開始するタイミングで若干下降し、直後に元に戻るように上方移動し、用毛１の下部折れ曲がりを矯正する。

用毛供給装置１０において、基板１２、供給ガイド１３（１３Ａ、１３Ｂ）、歯車Ｇ１、Ｇ２の表面は、テフロン（登録商標）コーティングされる。

以下、用毛供給装置１０により直径約0.2mmの真直状用毛１を搬送し、スリーブ装置２０によりピッキングした具体例について説明する。

表１〜表３の実施結果は、それぞれ歯車Ｇ１のモジュールを1.5、1.0、2.0とし、歯車Ｇ１のトルクを表中の値に変化し、かつ歯車Ｇ１の径Ｄと供給ガイド１３、１３に挟まれる供給通路１４の幅Ｗの比Ｄ／Ｗを表中の値に変化したときの、ピッキングテストの良否を示す。各ピッキングテストは連続200回のピッキングを行なったものであり、１回のピッキングでスリーブ装置２０によって取出される用毛本数は、およそ25本である。評価方法として、毎回のピッキングで取出された用毛本数を実測し、200回分の標準偏差を算出した。尚、ピッキング不可とは、連続200回のピッキングにおいて、１回でもピッキングできなかったり、ピッキング途中で用毛を落としたことを意味する。表１〜表３によれば、歯車Ｇ１のトルクを0.02〜0.42N・mにし、Ｄ／Ｗを1.41〜1.7にするとき、ピッキング可〜良好となることが認められる。

図１は用毛供給装置を示す正面図である。 図２は図１の側面図である。 図３は図１のIII−III線に沿う矢視図である。 図４は用毛整列機構を示す側面図である。 図５は供給ガイドと供給通路を示す平面図である。 図６は図５のIV−IV線に沿う断面図である。 図７はスリーブ装置を示す模式図である。

符号の説明

１ 用毛
１０ 用毛供給装置
１３ 供給ガイド
１４ 供給通路
１６ 用毛排出部
１９Ａ 閉鎖部
３１、３２ 可動プレート（用毛整列機構）
Ｇ１、Ｇ２ 歯車

Claims (4)

1. 相対する供給ガイドが形成する供給通路にて用毛を用毛排出領域にまで搬送し、加工機に供給する用毛供給装置であって、
   供給通路の両側に配置した、少なくとも一対の回転歯車の各歯面を供給通路内に突出し、
   該回転歯車のトルクを0.02〜0.42N・mにし、
   該回転歯車の歯先円直径をＤ、相対する供給ガイドに挟まれる供給通路の幅をＷとするとき、Ｄ／Ｗを1.41〜1.7にする用毛供給装置。
2. 前記供給ガイドが形成する供給通路を用毛排出側にて閉鎖し、用毛排出領域を区画形成する閉鎖部を、曲面状にする請求項１に記載の用毛供給装置。
3. 前記回転歯車の正転と逆転が可能なように設定された請求項１又は２に記載の用毛搬送装置。
4. 前記供給ガイドと回転歯車が、フッ素系の素材から構成され、又はフッ素系の素材がその表面にコーティングされており、用毛の搬送方向に対して垂直方向に用毛を整列させる用毛整列機構が設けられる請求項１〜３のいずれかに記載の用毛搬送装置。

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