(57)【要約】製造される物品は、ベースストリングに結合された細長い部材を有している。この物品は、剛毛サブアセンブリ、カーペットサブアセンブリおよび様々なその他の製品として利用することができる。物品は、マンドレル（２６）の周囲にストランドを巻き付けて、複数のラップを形成し、ベースストリング（２９、３０、４４、４６）をラップにボンドすることにより作成される。ラップをベースストリングの片側に沿って切断すると、複数のサブアセンブリ（６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６）が形成される。これらを第２のマンドレル（９０）に供給して、そこで第２のストランドにより形成されたラップ（９２）が施される。サブアセンブリのベースストリングを第２のマンドレル（９１）のラップ（９２）にボンドする。ベースストリングに沿って切断すると、複数の修正サブアセンブリが、２組のラップから形成された２列の細長い部材と共に形成される。サブアセンブリを製造する装置は、細長い部材のベースストリングに対する結合をさらに向上させ、かつ、切断された細長い部材の端部を平滑にする調整装置を含むことができる。
2005504896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースストリングと、
各々が前記ベースストリングの一方の側に結合された基端を有する第１列のほぼ平行な細長い部材と、
各々前記ベースストリングの他方の側に結合された基端を有する第２列のほぼ平行な細長い部材と、を含むことを特徴とする物品。
【請求項２】
前記第１および第２列のほぼ平行な細長い部材が角度をなして前記ベースストリングから外側に延在していることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記角度がほぼ９０度であることを特徴とする請求項２記載の物品。
【請求項４】
前記ベースストリングおよび前記両列の細長い部材がポリマー材料でできていることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項５】
前記ポリマー材料が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されることを特徴とする請求項４記載の物品。
【請求項６】
前記ベースストリングが、楕円形、円形、楕円体、正方形、中点リブを有する正方形および矩形からなる群より選択される断面形状を有していることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項７】
前記ベースストリングが、第１の材料でできており、前記両列の細長い部材が第２の異なる材料でできていることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項８】
前記細長い部材が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されるポリマーモノフィラメント材料でできたブラシ剛毛であることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項９】
前記細長い部材がポリマー、ポリフィラメント材料でできたカーペットタフトであることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項１０】
前記第１および第２列の細長い部材がポリマーモノフィラメント材料でできており、前記細長い部材の外側表面が前記ベースストリングの外側表面と接触していて、前記細長い部材を前記ベースストリングへ結合するフローゾーンを形成していることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項１１】
第１のマンドレルと、前記第１のマンドレルの周囲に第１のフィラメントを巻き付けて複数の第１のラップを形成する第１のラッピング機構と、前記第１のラップと接触するように少なくとも１つのベースストリングを供給する第１の供給機構と、前記少なくとも１つのベースストリングを前記第１のラップに前記ベースストリングとの接触点でボンディングする第１のボンディング機構と、前記少なくとも１つのベースストリングに隣り合う前記第１のラップを切断してベースストリングと第１列の細長い部材を有するサブアセンブリを形成する第１のカッティング機構とを有する第１のステーションと、
第２のマンドレルと、前記第２のマンドレルの周囲に第２のフィラメントを巻き付けて複数の第２のラップを形成する第２のラッピング機構と、前記第２のラップと接触する前記サブアセンブリの前記ベースストリングを供給する第２の供給機構と、前記サブアセンブリの前記ベースストリングを前記第２のラップに前記ベースストリングとの接触点でボンディングする第２のボンディング機構と、前記サブアセンブリの前記ベースストリングに隣り合う前記第２のラップを切断してベースストリングと前記第１のラップにより形成された第１列の細長い部材と、前記第２のラップにより形成された第２列の細長い部材とを有する修正サブアセンブリを形成する第２のカッティング機構とを有する第２のステーションと、を含むことを特徴とする細長い物品を製造する装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のマンドレルが、前記第１のラップおよび第２のラップをそれぞれの長さに沿って移動させる手段を有する多面形の細長いバーを有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第１および第２のマンドレルのそれぞれが、少なくとも１つのアンビルを有していて、超音波エネルギーをボンディングゾーンにおいてそれぞれのベースストリングと共に前記第１および第２のラップの摩擦熱へと確実に変換することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのアンビルのそれぞれが、前記第１および第２のマンドレルのそれぞれに設けられた挿入部に脱着可能に結合されていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
各挿入部が、前記第１および第２のマンドレルのそれぞれに脱着可能に結合されていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
各アンビルが、０〜５度に傾斜させられたラップ係合面を有していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
第１および第２のラッピング機構のそれぞれが、前記第１および第２のマンドレルの周囲に前記第１および第２のフィラメントをそれぞれ巻き付けるラッパーを有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のボンディング機構が、前記第１のラップと接触して供給されるベースストリングの数および場所に対応する数および場所に複数の超音波ボンダを有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１９】
各超音波ボンダが各ベースストリングと係合する超音波ホーンを有していることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の供給機構が、複数のベースストリングのそれぞれを前記第１のマンドレルの各コーナーと、前記第１のマンドレルの２つの隣り合うコーナー間の所定の点とに供給する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の切断機構が、各ベースストリングに近接した前記第１のラップを切断する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２２】
前記第１の供給機構が、複数のベースストリングのそれぞれを前記第１のマンドレルの各コーナーと、前記第１のマンドレルの各コーナー間の各中点とに供給する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２３】
前記第１のラップを切断する手段が、各隣り合う一対の中点およびコーナーベースストリングについて一組のスリッタを有していることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
前記第２の供給機構が、前記第２のマンドレルの各コーナーと、前記第２のマンドレルの各コーナー間の所定の点とにそれぞれ複数のサブアセンブリを供給する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２５】
前記第２のボンディング機構が、前記第２のラップと接触して供給されるサブアセンブリの数および場所に対応する数および場所に複数の超音波ボンダを有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２６】
前記第２の切断機構が、各サブアセンブリの前記各ベースストリングに近接した前記第２のラップを切断する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２７】
前記第１および第２の細長い部材が前記ベースストリングにボンドされる場所にボンディング領域が画定されており、前記ボンディング領域を調整する手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２８】
前記調整手段が、調整ホイールと、前記修正サブアセンブリを前記調整ホイールへ誘導する手段と、前記調整ホイールの前記修正サブアセンブリの前記ベースストリング周囲の領域を加熱する手段とを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記調整ホイールを前記加熱手段から離れた点で冷却する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記調整ホイールが前記修正サブアセンブリの前記細長い部材と前記ベースストリングとを受ける周辺溝を含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３１】
前記加熱手段が前記調整ホイールに近接して配置されたホットエアブロワを含み、前記冷却手段が、前記調整ホイールが延在している流体冷却タンクを含むことを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
前記誘導手段が少なくとも１本のガイドローラを含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３３】
前記誘導手段が、前記修正サブアセンブリの前記ベースストリングを係合する中央ハブを有するガイドローラと、前記ガイドローラと前記調整ホイール間に延在しているガイドスリーブとを含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３４】
前記調整ホイールが周辺溝を含み、前記ガイドスリーブが前記周囲溝へ延在していることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
ベースストリングを提供する工程と、
前記ベースストリングの一方の側に第１列のほぼ平行な細長い部材を取り付ける工程と、
前記ベースストリングの他方の側に第２列のほぼ平行な細長い部材を取り付ける工程と、を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項３６】
前記第１列を取り付ける工程が、前記第１列の各細長い部材を前記ベースストリングに対してほぼ法線に延在するように取り付ける工程を含み、前記第２列を取り付ける工程が、前記第２列の各細長い部材を前記ベースストリングに対してほぼ法線に延在するように取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記第１列を取り付ける工程が、第１のマンドレルを含む第１のステーションを提供する工程と、前記第１のマンドレルの周囲に第１のフィラメントを巻き付けて複数の第１のラップを形成する工程と、前記第１のラップと接触するように少なくとも１つのベースストリングを供給する工程と、前記少なくとも１つのベースストリングを前記第１のラップに前記ベースストリングとの接触点でボンディングする工程と、前記少なくとも１つのベースストリングに隣り合う前記第１のラップを切断してベースストリングと第１列の細長い部材を有するサブアセンブリを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３８】
前記第２列を取り付ける工程が、第２のマンドレルを含む第２のステーションを提供する工程と、前記第２のマンドレルの周囲に第２のフィラメントを巻き付けて複数の第２のラップを形成する工程と、前記第２のラップと接触する前記サブアセンブリの前記ベースストリングを供給する工程と、前記サブアセンブリの前記ベースストリングを前記第２のラップに前記ベースストリングとの接触点でボンディングする工程と、前記サブアセンブリの前記ベースストリングに隣り合う前記第２のラップを切断してベースストリングと前記第１のラップにより形成された第１列の細長い部材と、前記第２のラップにより形成された第２列の細長い部材とを有する修正サブアセンブリを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のラップが、サイズ、形状、組成、物理的特性および色からなる群より選択される少なくとも１つの特性において前記第２のラップとは異なることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４０】
前記ベースストリングと前記フィラメントラップのうち少なくとも１つが、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群より選択されるポリマー材料でできていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４１】
前記ベースストリングおよび前記細長い部材のうち少なくとも１つがポリマーモノフィラメント材料でできていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４２】
前記ベースストリングおよび前記細長い部材のうち少なくとも１つがポリマーマルチフィラメント材料でできていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４３】
第１のマンドレルの周囲に第１のフィラメントを巻き付けて複数の第１のラップを形成する工程と、
前記複数の第１のラップと接触するように少なくとも１つのベースストリングを供給する工程と、
前記少なくとも１つのベースストリングを前記複数の第１のラップにボンディングする工程と、
前記複数の第１のラップを切断して少なくとも１つの剛毛アセンブリを形成する工程と、
第２のマンドレルの周囲に第２のフィラメントを巻き付けて複数の第２のラップを形成する工程と、
前記複数の第２のラップと接触する前記ベースストリングと共に前記第２のラップと接触するように前記少なくとも１つの剛毛サブアセンブリを供給する工程と、
前記剛毛サブアセンブリの前記ベースストリングを前記複数の第２のラップにボンディングする工程と、
前記複数の第２のラップを切断して２列の剛毛を有する少なくとも１つの修正剛毛サブアセンブリを形成する工程と、を含むことを特徴とする剛毛サブアセンブリの製造方法。
【請求項４４】
前記少なくとも１つのベースストリングを供給する工程が、複数のベースストリングを、前記第１のマンドレルの各コーナーおよび各コーナー間の所定の点についてベースストリングを含めた前記複数の第１のラップに供給する工程を含み、前記ボンディング工程が、前記複数の第１のラップを前記複数のベースストリングへボンディングする工程を含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記複数の第１のラップを切断する工程が、前記複数のベースストリングの一方の側で前記第１のラップを切断して、１列の剛毛を有する複数の剛毛サブアセンブリを形成する工程を含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの剛毛アセンブリを供給する工程が、前記複数の剛毛アセンブリを前記複数の第２のラップへ供給する工程を含み、前記複数の第２のラップをボンディングする工程が、前記複数の剛毛サブアセンブリの前記ベースストリングを前記複数の第２のラップへボンディングする工程を含み、前記複数の第２のラップを切断する工程が、前記第２のラップを、前記各複数の剛毛サブアセンブリの各ベースストリングの一方の側で切断して、２列の剛毛をそれぞれ有する複数の修正剛毛サブアセンブリを形成する工程を含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４７】
前記切断工程が、回転カッターブレード、往復運動ブレードおよびレーザからなる群より選択される手段により切断する工程を含むことを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４８】
冷却流体を前記カッターブレードに施して、ブレード性能を改善し、耐用年数を延ばす工程をさらに含むことを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記ボンディング工程が、エネルギーを前記第１および第２のラップへ加える工程を含み、前記エネルギーが超音波エネルギー、レーザーエネルギーおよび放射熱エネルギーからなる群より選択されることを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項５０】
請求項４３記載の方法により製造された製品。
【請求項５１】
ベースストリングと、前記ベースストリングに結合された少なくとも１列の細長い部材とを有し、
溝の上部のベースストリングと前記溝の下部に延在する細長い部材と共にサブアセンブリを受ける周面に沿って内側に向かって形成された溝を有する調整ホイールと、
前記調整ホイールに近接し、前記ベースストリングと流体連通するように配置された熱源と、
前記熱源から離れた点で前記調整ホイールと流体連通するように配置された冷却源とを含むことを特徴とするサブアセンブリ用調整装置。
【請求項５２】
前記熱源が加熱要素を有するブロワであることを特徴とする請求項５１記載の装置。
【請求項５３】
前記冷却源が冷却流体を含有するタンクであり、前記調整ホイールが前記冷却タンクに少なくとも部分的に延在していることを特徴とする請求項５１記載の装置。
【請求項５４】
前記冷却流体から熱を除去する手段をさらに含むことを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項５５】
前記細長い部材を前記溝へ導くガイドスリーブをさらに含むことを特徴とする請求項５１記載の装置。
【請求項５６】
ガイドローラをさらに含み、前記ガイドスリーブが前記調整ホイールと前記ガイドローラとの間に延在していることを特徴とする請求項５５記載の装置。
【請求項５７】
本体と、
前記本体に結合された少なくとも１つのサブアセンブリとを含み、
前記サブアセンブリが、ベースストリングと、前記ベースストリングの一方の側に結合された基端を有する各第１列のほぼ平行な細長い部材と、前記ベースストリングの他方の側に結合された基端を有する各第２列のほぼ平行な細長い部材と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項５８】
前記本体がブラシであり、前記第１および第２列の細長い部材が剛毛であることを特徴とする請求項５７記載の装置。
【請求項５９】
前記第１および第２列の細長い部材がポリマーモノフィラメント材料でできた剛毛であり、前記ベースストリングがポリマーモノフィラメント材料でできていることを特徴とする請求項５７記載の装置。
【請求項６０】
前記ポリマーモノフィラメントがナイロンであることを特徴とする請求項５８記載の装置。
【請求項６１】
第１のベースストリングと、
前記第１のベースストリングの一方の側に結合された基端を有する各第１列のほぼ平行な細長い部材と、
第２のベースストリングと、
前記第２のベースストリングの逆側に結合された基端を有する各第２列のほぼ平行な細長い部材とを含み、
前記第１列の細長い部材が前記第２列の細長い部材に結合され、前記第１および第２のベースストリング間に配置されていることを特徴とする物品。
【請求項６２】
前記第１および第２列のほぼ平行な細長い部材が角度をなして前記第１および第２のベースストリングから外側に延在していることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項６３】
前記角度がほぼ９０度であることを特徴とする請求項６２記載の物品。
【請求項６４】
前記第１および第２のベースストリングおよび前記両列の細長い部材がポリマー材料でできていることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項６５】
前記ポリマー材料がナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されることを特徴とする請求項６４記載の物品。
【請求項６６】
前記第１および第２のベースストリングが、楕円形、円形、楕円体、正方形、中点リブを有する正方形および矩形からなる群より選択される断面形状を有していることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項６７】
前記第１および第２のベースストリングが第１の材料でできており、前記両列の細長い部材が第２の異なる材料でできていることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項６８】
前記細長い部材が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されるポリマーモノフィラメント材料でできたブラシ剛毛であることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項６９】
前記第１および第２のベースストリングが、楕円形、円形、楕円体、正方形、中点リブを有する正方形および矩形からなる群より選択される断面形状を有していることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項７０】
前記第１列の細長い部材が、サイズ、形状、色およびフィラメント構造からなる群より選択される特性において前記第２列の細長い部材とは異なることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項７１】
前記フィラメント構造が、モノフィラメントおよびポリフィラメントからなる群より選択されることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項７２】
前記細長い部材が、ポリマー、ポリフィラメント材料でできたカーペットタフトであることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項７３】
ハンドル部分とヘッド部分を有するブラシ本体をさらに含み、前記第１および第２のベースストリングが前記ヘッド部分に結合されていることを特徴とする請求項６１記載の物品。
【請求項７４】
熱源に並置された細長い部材の基端を位置決めする工程と、
前記細長い部材の前記基端を加熱する工程と、を含むことを特徴とするベースストリングと前記ベースストリングに結合された少なくとも１列の細長い部材とを有するサブアセンブリの調整方法。
【請求項７５】
前記位置決めおよび加熱工程が、溝の上部のベースストリングと前記溝の下部に延在する細長い部材と共にサブアセンブリを受ける周面に沿って内側に向かって形成された溝を有する調整ホイールを提供する工程と、前記調整ホイールに近接して、前記ベースストリングと流体連通するように熱源を設ける工程と、前記熱源から離れた点で前記調整ホイールと流体連通するように冷却源を配置する工程とを含むことを特徴とする請求項７４記載の方法。
【請求項７６】
ベースストリングと、
前記ベースストリングに結合された基端を有する各第１列のほぼ平行な細長い部材と、
前記ベースストリングに結合された基端を有する各第２列のほぼ平行な細長い部材とを含み、
前記第１列の細長い部材が、サイズ、形状、色、材料組成およびフィラメント構造からなる群より選択される少なくとも１つの品質において前記第２列の細長い部材とは異なることを特徴とする物品。
【請求項７７】
前記第１列の細長い部材が、前記ベースストリングの一方の側に結合され、前記第２列の剛毛が前記ベースストリングの他の側に結合されていることを特徴とする請求項７６記載の物品。
【請求項７８】
前記第１列の細長い部材の前記フィラメント構造がモノフィラメントであり、前記第２列の細長い部材の前記フィラメント構造がポリフィラメントであることを特徴とする請求項７５記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーモノフィラメント剛毛の付加したベースストリングを有するポリマー剛毛サブアセンブリの製造方法および製造装置、ならびに２列のポリマーモノフィラメント剛毛が単一のベースストリングに付加したポリマー剛毛サブアセンブリに関する。ベースストリングを剛毛ボンディングプロセスに少なくとも２回、「多数回通過」させるやり方で通過させることにより２列が付加する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
これは、米国特許出願第０９／４５５，３０８号（１９９９年１２月６日出願、「平行対の剛毛を有する剛毛サブアセンブリおよびその製造方法」、マークＳ．エドワード（“Ｂｒｉｓｔｌｅ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｐａｉｒｓ  Ｏｆ  Ｂｒｉｓｔｌｅｓ；  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．  Ｅｄｗａｒｄｓ））の一部継続出願である。これは、米国特許出願第０９／０９２，０９２号（１９９８年６月５日出願、「剛毛を有する物品の製造方法および製造装置」マークＳ．エドワード（“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｂｒｉｓｔｌｅｓ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．  Ｅｄｗａｒｄｓ））の一部継続出願である。本出願は、同時係属出願第０９／０９２，０９４（１９９８年６月５日出願、「モノフィラメント剛毛アセンブリおよびそれを用いたブラシの製造方法」マークＳ．エドワード（“Ｍｏｎｏｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｂｒｉｓｔｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｂｒｕｓｈｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓａｍｅ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．  Ｅｄｗａｒｄｓ））および第０９／５５０，６５７号（２０００年４月１７日出願、「剛毛サブアセンブリの製造方法および製造装置」マークＳ．エドワード（“Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｂｒｉｓｔｌｅ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．Ｅｄｗａｒｄｓ））（１９９９年４月２３日出願、仮出願第６０／１３０，８８３号に基づく）に関連している。
【背景技術】
【０００３】
上述した同時係属出願には、モノフィラメントをマンドレル周囲に巻き付けて剛毛サブアセンブリを製造する方法および装置が記載されている。一般に２つのタイプの装置がある。１つのタイプは、ベースストリングをマンドレルの外側表面に沿って延伸して、モノフィラメントを長手方向に配置され移動するベースストリングに横方向に巻き付けるものである。ベースストリングが動くにつれて、ベースストリングとモノフィラメントの突合せ面を加熱して併せて溶融するのに十分な量の超音波エネルギーをかける超音波ホーンにより、モノフィラメントの「ラップ」が施される。併せて溶融した後、ラップを、ブラシの剛毛をはじめとする様々な物品を作成するのに用いることのできる「剛毛サブアセンブリ」と呼ばれる形態に切断する。
【０００４】
この最初のタイプの装置においては、ベースストリングの動きによりラップを超音波ホーンに移動する。通常、２つ以上のベースストリングをマンドレルに用いる。２つめのタイプでは、ケーブルを用いてラップを移動し、ベースストリングをマンドレルの外でラップと接触させる。２つめのタイプの例を図１に示す。
【０００５】
図１は、第２のタイプの好ましい実施形態の概略図である。特に、フィラメント１をスプール（図示せず）からテンショニングドライブ（図示せず）を通して供給し、ラッピング機構２により４辺のマンドレル５周囲に連続してラップして、マンドレル５の長さに沿って複数の連続ラップ６が形成される。ラッピング機構２は、ここに参考文献として組み込まれる米国特許公報（特許文献１）に記載されたラッピング機構の高速変形体である。
【０００６】
金属ワイヤまたは好適なポリマー材料でできたケーブル４が、マンドレル面にある溝７ａに沿って下り、その方向がプーリ３ａにより反転される。ケーブル４はマンドレル５のコーナー７ｂまで上がって、マンドレルの長さに沿ってラップ６を移動させる。ケーブル４の向きを変え、溝７ｃでマンドレル５の背部へ降ろし、プーリ３ｂにより再び向きを変えて、マンドレルのコーナー７ｄへ上げることにより、ラップを支持し、マンドレル５の長さに沿って移動させる。追加のエンドレス支持ケーブル（図示せず）は、ケーブル４と同調し、マンドレルの２つの残りの対向するコーナーに同様に配置され、マンドレル５の逆側に溝を移動する。追加のエンドレスケーブルの方向を変え、逆にするのに第２のエンドレスケーブルにはプーリ（図示せず）が必要である。
【０００７】
ベースストリング８ａ、８ｂ、８ｃおよび８ｄが、対応のガイドチューブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄを通してマンドレルの５の各側、好ましくは、図１に示すようにマンドレル５の各コーナーへ供給されて、ラップ６と接触する。超音波アセンブリ９ａ、９ｂ、９ｃおよび９ｄは、ラップ６と接触してベースストリング８ａ−ｄを保持し、ベースストリング、ラップのフィラメントまたはその両方を少なくとも部分的に併せて溶解するのに十分なエネルギーを与える。通常、０．１〜１．０ジュールのエネルギーを用いて、熱可塑性ポリアミドモノフィラメントベースストリングをラップのフィラメントにボンドする。
【０００８】
ラップのフィラメントがベースストリングとボンドされて、マンドレル５の長さに沿って進むにつれて、ラップのフィラメントがカッター１０ａおよび１０ｂにより切断されて、複数の剛毛サブアセンブリ１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄとなる。カッター１０ａおよび１０ｂの逆に配置されたマンドレル５の逆側のカッターは図示されていない。剛毛サブアセンブリ１１ａ−ｄをスプールに巻き付けると、ブラシ、特に、歯ブラシのような物品を作成するのに用いることができるようになる。
【０００９】
上述した剛毛サブアセンブリは、スリッティング後、２列のモノフィラメント剛毛を備えたベースストリングを有しており、各列の剛毛はやや傾斜がついていて、端面から見るとＶ形状をしている。ベースストリングが、カッターにより切断された２つの切断部間のほぼ中点で「ラップ」にボンドされたため、各列の剛毛は、他の列の対応の剛毛と一体形成される。
【００１０】
タフトまたは剛毛ストリングの製造に用いられるベースストリングは、上述したようなやり方で、超音波ボンダに１回通過させて作成されてきた（上記の実施形態はタフトフィラメントよりはモノフィラメントに関するものである）。この種のシステムだと、与えられた剛毛／タフトストリングの１インチ当たりの剛毛またはタフトの数が限られ、単一混合の剛毛／タフトしか形成されない。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第５，５４７，７３２号明細書
【特許文献２】
米国特許出願第０９／６７９，２３５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明には、第２のボンダおよびラッピングヘッドを連続して用い、使用および製造に大きな柔軟性を与える剛毛／タフトストリングを作成する方法論および装置が含まれる。例えば、剛毛／タフトストリングは、ベースストリングにボンドされた第１のラップからまず形成され、他の層のタフト／ブリストルが付加される第２のラッパーおよびボンダシステムに通過させる前にスリットまたは切断される。第２の層は、第１の剛毛／タフトと同じ側か逆側のいずれかに付加させることができる。このように、剛毛／タフトの集合を広げて、単一のボンダの能力を２倍とすることができる。さらに、異なるサイズおよび種類のモノフィラメントを容易に組み合わせたり、異なる色、形状およびその他表面特徴のモノフィラメントを組み合わせて、所望の組み合わせを有する剛毛を形成することができる。剛毛は、剛毛／タフトストリングで仕切って、ベースストリングの一方の側または逆側に積層することができる。
【００１３】
所望であれば、本発明に従って、追加のボンダ／ラッパーアセンブリを連続配置して、特定の用途または顧客のニーズのために剛毛／タフトの層を「構築する」ことができる。２台以上の超音波ボンダおよびラッパーアセンブリを連続で用いることにより、関連出願で記載した１回通過のラッパー／ボンダ機構では不可能だった剛毛／タフト構造が得られる。
【００１４】
単一ボンダ／ラッパー機構だと、製品の長さ当たり１つの密度の剛毛しか生成できない。例えば、２つの赤色６ミルフィラメントは１つの８ミル白色フィラメントとしか組み合わせることができない。所望であれば、この製品を独特の配合の剛毛で多層にすることができる。例えば、１層を、１つの６ミル丸形白色フィラメントと混合した２つの赤色６ミルの丸形フィラメントとし、２層を２つの８ミルの青色ダイヤモンド形フィラメントとすることができる。このように、本発明によれば、様々な異なる形状、色、寸法等でベースストリングの一方の側または逆側のいずれかに層を形成することができる。
【００１５】
モノフィラメント剛毛を作成するとき、モノフィラメントを形成するのに特に好適なポリマー材料はナイロンである。これらのモノフィラメントは、ブラシ剛毛、釣り糸およびテニスラケットストリングをはじめとする様々な製品を作成するのに用いられてきた。
【００１６】
本発明にはいくつかの利点がある。例えば、高密度の大きな寸法の剛毛は非常に狭いプロセス窓であり、１回通過で作成するのは難しい。これは、多数のラップの剛性が高いことと、フィラメントが捻られ交絡した点が多いことが組み合わさったためである。多数回通過のプロセスだと、ラッパー／ボンダ当たりの数が、高速製造に好適な範囲まで減じる。
【００１７】
本発明の特徴および利点は、添付した図面の例証の実施形態と共に以下の好ましい実施形態の説明および特許請求の範囲から明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２を参照すると、剛毛サブアセンブリを形成する多数回通過の装置２０には、連続操作される２つの剛毛サブアセンブリステーション２２および２４が含まれている。第１の剛毛サブアセンブリステーション２２において、ラッピング機構（図示せず）がマンドレル２６周囲でモノフィラメントをラップして、複数のラップ２８が形成される。マンドレルは、図１について説明したタイプの移動ケーブル（図示せず）と共に提供されており、ケーブルの回転により、ラップが上へ移動する（図２によるとラッピング機構はマンドレルの下端に配置しているため）。
【００１９】
図２の実施形態においては、８つのベースストリングがラップへ供給されており、４つはマンドレルの各コーナー、４つはコーナー間のほぼ中点にある。コーナーのベースストリングは全て、マンドレルに沿ったほぼ同じ垂直位置でマンドレル２６に供給されているのが好ましい。４つのコーナーのベースストリングのうち、２つのみ、２９および３０が図２には示されている。コーナーベースストリング２９および３０はそれぞれ、ガイド３６および３８を通してスプール３２および３４へ供給される。図２からは、４つのガイドのうち２つのみ、および４つのベースストリングのうち２つのみ、そしてスプールが見える。
【００２０】
ガイドは、ベースストリングボンディング手段４０および４２を通過する際、これらを位置付け保持する。これによって、ベースストリングがボンドされて、ラップ２８に結合される。各ガイドはそれぞれボンディング手段４０および４２を有しており、これらは超音波アセンブリであるのが好ましい。各超音波アセンブリには、超音波エネルギーを、一方の側で、隣接したラップとベースストリングへ分配するためのホーンが含まれている。逆側では、ラップがベースストリングと接触する点がアンビルとホーンの間になるように、アンビルがマンドレルによって与えられている。作動させると、ベースストリングおよび隣接したラップが振動するのに十分な大きさの超音波エネルギーをホーンが分配し、ベースストリングとラップの一方または両方の界面で熱が生成される。ボンドされたラップとベースストリングが超音波アセンブリから離れると、室温冷却が生じ、ボンドが完成する。
【００２１】
コーナーベースストリングの入口点から上へ離れた垂直位置で、中点ベースストリング４４および４６が、各スプール４８および５０からマンドレルのラップへ供給される。他の２つの中点ベースストリングおよびスプールは図２には示されていない。ベースストリング４４および４６は、それぞれガイド５２および５４から、マンドレルのラップへ供給される。ガイドは、それぞれ、ボンディング手段または超音波アセンブリ５６および５８と並置されている。これらのアセンブリは、他の超音波アセンブリ４０および４２と同じく機能し、操作すると、ラップ２８の突合せ面がベースストリング４４および４６にボンドされる。
【００２２】
超音波アセンブリ５６および５８の下流、マンドレルの各面には、一対の回転カッターブレードまたはスリッタ６０および６２がある。合計で８個のスリッタがあり、ベースストリングとラップ間のボンド点近傍でラップ２８を切断すべく配置されている。その結果、８つの剛毛サブアセンブリ６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６および８０が形成される。剛毛サブアセンブリ７６の拡大断面を参照すると、各剛毛サブアセンブリには、ベースストリング８２と、基端でベースストリングに結合された複数の剛毛８４が含まれている。剛毛の末端は、ほぼ共通面で終わっている。剛毛そのものは、基端と末端の両方でモノフィラメントラップ２８をスリッティングした後形成される。
【００２３】
一対のドライブローラ８６および８８が剛毛サブアセンブリを巻き取って、次の剛毛サブアセンブリステーション２４へ供給する。図２には２対のドライブローラしか示されていないが、追加の対を用いて、剛毛サブアセンブリを次の処理ステーション、または巻取りスプールへ分配してもよい。また、見やすくするために、ドライブモータおよび制御機構は図示されていないが、通常のドライブ手段および制御手段を用いることができる。
【００２４】
剛毛サブアセンブリステーション２４には、第１のステーション２２と極めて類似した構造が含まれており、例えば、ラッピング機構（図示せず）によりラップされるマンドレル９０、複数のラップ９２を形成するモノフィラメントがある。第１のステーションと同様に、第２のステーション２４には、コーナーガイド９４（１つのみ示されている）および対応の超音波アセンブリ９６、および中点ガイド９８（１つのみ示されている）および対応の超音波アセンブリ１００が含まれている。ガイド９４の詳細にあるように、ガイドには、上部１０２と下部１０４が含まれており、これらは併せて、剛毛アセンブリ７２のベースストリング３０を導くスロットを画定しており、剛毛３１が放射状に外側へ延びている。同様に、他の剛毛サブアセンブリはラップ９２と並置されるように導かれ、ベースストリング２９、３０、４４、４６および８２（および図２には特に図示されていないがその他３つのベースストリング）と、付加した剛毛が第２のステーション２４へ供給される。
【００２５】
ラップ９２をそれぞれのベースストリングへ第２のステーション２４で超音波ボンディングした後、ケーブル（図２には図示せず）が、ボンドされたサブアセンブリを、スリッタ対１０６および１０８を含む一対の回転カッターブレードまたはスリッタへ移動する。スリッタは第１のステーション２２のスリッタと同じ機能を果たす。特に、スリッタは４対でグループ化されており、マンドレルの各面に２つあって、それぞれのベースストリング近傍でラップ９２を切断する。スリッタにより移動されるラップをスリッタが切断して、第２列の剛毛１１０が、剛毛８４の第１列の逆のベースストリングの側に存在する修正剛毛サブアセンブリが形成される。
【００２６】
一対のドライブローラ１１２および１１４、そして必要なその他のドライブローラを用いて、修正剛毛サブアセンブリを取り外して、巻取りスプールまたは次のステーションへと分配する。次のステーションでは、追加の列の剛毛を既存の列の剛毛に追加することができる。各処理ステーションでのドライブローラの速度は変更および制御可能であり、過剰の遅れやテンションをかけることなくさらに処理可能な速度で、剛毛サブアセンブリが次のステーションへ確実に供給される。
【００２７】
図３は、マンドレル２６の４つの全コーナーの超音波アセンブリ４０、４２、４３および４５、および対応の取り外し可能な層入部１１６、１１８、１２０および１２２の断面図である。各挿入部には、アンビルが含まれており、モノフィラメントのラップ２８と接触している。アンビルおよび各超音波アセンブリの超音波ホーンの対応の末端はベースストリングおよびラップと係合していて、ベースストリングおよび／またはラップの局所加熱を行うのに有効量の超音波エネルギーが分配される。２つのコーナーおよび関連構造の詳細図は図４にある。
【００２８】
図４にあるように、挿入部はマンドレル２６の切り欠き領域内に装着されており、ねじファスナー、クイックカプラ、干渉継手等のような好適な手段により適所に保持することができる。挿入部１１６、１１８、１２０および１２２は、交換し易いよう脱着可能に結合されている。各挿入部は、コーナーアンビルを支持しており、ベースストリングおよび／またはラップが作成される特定の材料に最適である。このように、ベースストリングとラップの組み合わせに応じて、特定のベースストリングに合うようアンビルを様々な形状およびサイズで形成してよい。図示した実施形態において、ベースストリング２９および３０のようなベースストリングは、断面が正方形で、ナイロンや上述の関連および／または同時係属出願で記載したその他様々な材料といったポリマーモノフィラメント材料でできている。
【００２９】
超音波エネルギーを適正に導き分配するために、超音波アセンブリ４０および４２、ならびにその他の超音波アセンブリのホーン４０ａおよび４２ａは、対応のベースストリングを受けるための溝付き端部を有している。正方形断面のベースストリングについては、溝は矩形形状であるのが好ましく、円形断面のベースストリングについては、溝は相補半径（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｒａｄｉｕｓ）の曲線形状を有している。異なる断面形状のベースストリングには、超音波ホーンと同様の形状の溝が必要である。溝の深さはベースストリング厚さの７０％以下、好ましくは、３０％未満である。
【００３０】
アンビル１１６ａはラップ２８が滑る上面を有している。同様に、上面は、ラップ２８と当接するアンビル面も与え、アンビル上面とベースストリング２９の両方がホーン４０ａの溝付き端部内で隣接する。アンビル１１６ａはさらに、移動ケーブル１２４を滑動可能に受けるために側部に溝も有しており、これによってラップ２８がマンドレルに沿って上方に移動する。
【００３１】
同様に、アンビル１２２ａもラップ２８が滑る上面を有している。同様に、上面は、ラップ２８と当接するアンビル面も与え、アンビル上面とベースストリング３０の両方がホーン４２ａの溝付き端部内で隣接する。アンビル１２２ａはさらに、移動ケーブル１２６を滑動可能に受けるために側部に溝も有しており、移動ケーブル１２４および他の２つのコーナーにある同様の移動ケーブルと共に、ラップ２８をマンドレル２６に沿って上方に移動する。各移動ケーブルはエンドレスループで示してあるため、各ケーブルの戻り経路は、対応の溝１２８および１３０に収容されている。
【００３２】
図４に示されるように、中点ベースストリング４４、４６および１３２には対応のアンビル１３４、１３６および１３８があり、中点アンビルとコーナーのアンビルの両方に共通の挿入部または別個の挿入部に装着することができる。例証の実施形態において、コーナーアンビルおよび中点アンビルは共通の挿入部に、２つが１つの挿入部に装着されている。いずれにしても、アンビルは取り外し可能であるのが好ましい。というのは、異なるサイズ、種類および用途のベースストリングおよび／またはラップには異なるアンビルが必要であるからである。さらに、アンビルはラップと移動ケーブルの両方に対して摩耗表面であるため、摩耗したアンビルを交換できるよう脱着可能であることが重要である。
【００３３】
図５の拡大図にあるように、アンビル１１６ａは、コーナーから対応のマンドレル面に向かってコーナーから下方へ徐々にテーパがついている。テーパ角度は約０〜５度であるのが好ましい。この角度は、ラップ２８の内側面とアンビル１１６ａの上面間に凹部の空隙として現れる。いずれにしても、上面のガイド位置の傾斜をはじめとする表面特性は、製造速度およびベースストリングおよび／またはラップに用いる材料の種類に応じて変えることができる。また、超音波アセンブリの位置は、必ずしも、図示したようにコーナーアセンブリをある位置に配置し、中点アセンブリを他の位置に配置する必要はない。
【００３４】
図６は、図３と同様の断面図であり、中点ベースストリングについての超音波アセンブリ５６、５８、１４０および１４２を示している。特に、超音波アセンブリは隣り合うアンビル１３４、１３６、１３８および１４４に配置されている。アンビルは、挿入部１１６、１１８、１２０および１２２に脱着可能に装着されている。この代わりに、アンビルは別個の挿入部に装着することができる。また、更なる変形例としては、アンビル全てをマンドレル中に形成された対応の凹部に脱着可能に装着することができる。また、アンビルは、マンドレルに一体化して永続的に形成することもできる。しかしながら、ボンドされるベースストリングおよび／またはラップの種類およびサイズに応じて異なるアンビル配置が必要となることから、アンビルは取り外し可能であると有利である。また、アンビルは摩耗表面であるため、摩耗したら交換できると有利である。
【００３５】
図７は、図６の拡大図であり、超音波アセンブリ５６、１４２および５８の溝付き端部と、アンビル１３４、１３６および１３８間でラップ２８を係合するベースストリング４４、４６および１３２が示されている。アンビルによって、ラップ２８が、マンドレルコーナー間のほぼ中点で僅かにキンクされているのが分かる。キンク角度はアンビルのテーパ角度に対応している。前述した通り、テーパ角度は０〜５度であるのが好ましい。
【００３６】
各アンビルのテーパ角度は、ベースストリング４４についての詳細が図８に示してある。ベースストリングは正方形断面のポリマーモノフィラメントである。図８より、ベースストリング４４の下の左コーナーは、モノフィラメントラップ２８と接触しており、モノフィラメントの下の右手コーナーはラップ２８から僅かに空間が空いている。その結果、超音波エネルギーの適用による溶解は、下の左手コーナーで始まり、ベースストリング面を超えて進む。ベースストリングの下の右手コーナーとラップの上面との間の間隔に最初から接触がない、すなわち、間隔があるかどうかは、アンビルのテーパ角度に依存している。テーパの理想的な角度は、ベースストリングとラップの組み合わせにどのような材料、形状、サイズ等だと最良であるか一件一件の分析によって選択することができる。
【００３７】
図９には、第２の剛毛サブアセンブリステーション２４が、コーナー超音波アセンブリが第１のサブアセンブリステーション２２のベースストリングと係合する点の断面で示されている。特に、コーナーの超音波アセンブリ９６、１４６、１４８および１５０はマンドレル９０のコーナーに並置されている。マンドレル９０には、４つの挿入部１５２、１５４、１５６および１５８が含まれており、これらはマンドレル９０に脱着可能に装着されている。各挿入部は、前のステーション２２のアンビルと同様の形状およびサイズを有する脱着可能に結合されたアンビル１６０、１６２、１６４および１６６を支持している。ラッピング機構（図示せず）は、第１のステーション２２のラップ２８を形成するラッピングと同様のやり方で、マンドレル９０周囲のモノフィラメントをラップして、複数のラップ９２を形成する。
【００３８】
第１のステーション２２では、ベースストリングは、ガイドを介して超音波アセンブリに供給される。第２のステーション２４では、サブアセンブリ６４、６６、７０、７２、７４、７６および８０が第２のステーションへ供給されて、これらのサブアセンブリのベースストリングが第２のステーションのベースストリングとなる。すなわち、ラップ９２がサブアセンブリ６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６および８０のベースストリングにボンドされる。詳細な図を図１０に示す。
【００３９】
図１０に示す通り、ラップ９２は、マンドレル９０周囲に完全に延在しており、コーナーアンビル１６０および１６２と係合している。アンビルの上面は、第１のステーション２２のアンビルに関して述べたように、必ずしもテーパや角度がついている必要はない。また、第１のステーション２２の場合と同様に、アンビル１６０および１６２はそれぞれ挿入部１５２および１５４に脱着可能に装着されている。ベースストリングをガイドを通して供給して超音波アセンブリでラップと係合するのではなく、ステーション２４が剛毛サブアセンブリをラップへ供給する。
【００４０】
ガイド９４（図２）を通して供給されたベースストリング３０および剛毛３１を有する剛毛サブアセンブリ７２は、剛毛３１がラップ９２とほぼ平行になるように剛毛サブアセンブリ７２のベースストリング３０がラップ９２と係合するようなやり方で、ラップ９２と係合する。アセンブリ９６の超音波ホーンの端部とベースストリング間で保持されている、剛毛３１とラップ９２間にベースストリング３０を保持して、超音波アセンブリ９６を作動させると、熱が生成され、これによってラップ９２がベースストリング３０へボンドされる。追加の加熱およびボンディングを、剛毛３１とベースストリング３０間で行うと、前になされたボンドが強化される傾向にある。
【００４１】
このプロセスは各コーナーでなされる。図１０に示す次のコーナーで、剛毛サブアセンブリ７６が、マンドレルに供給されてラップ９２を係合する。剛毛サブアセンブリには、ベースストリング８２および剛毛８４が含まれる。ガイドを通して供給されたベースストリング８２および剛毛８４を有する剛毛サブアセンブリ７６は、剛毛８４がラップ９２とほぼ平行になるように剛毛サブアセンブリ７６のベースストリング８２がラップ９２と係合するようなやり方で、ラップ９２と係合する。アセンブリ１５０の超音波ホーンの端部とベースストリング８２間で保持されている、剛毛８４とラップ９２間にベースストリング８２を保持して、超音波アセンブリ１５０を作動させると、熱が生成され、これによってラップ９２がベースストリング８２へボンドされる。追加の加熱およびボンディングを、剛毛８４とベースストリング８２間で行うと、前になされたボンドが強化される傾向にある。
【００４２】
図１０に示されるように、移動ケーブル１６８および１７０が、マンドレル９０に沿って、ボンディングステーションの中点に向かって、上方へ連続して結合されたラップを移動し、そこでラップが、マンドレル９０に沿って中点に供給された剛毛サブアセンブリへ結合される。ベースストリング３０は第１のボンディングプロセスよりも僅かに角度がつけられて、図１１に示すように、ベースストリング３０の下の右コーナーが下の左コーナーの前にラップ９２と係合する。このように、ボンディングは下の右コーナーで始まり、ラップとベースストリング３０の下面の界面に沿って進む。これを行うために、超音波アセンブリの超音波ホーンの下面と同様に、アンビルの上面は平らであるのが好ましい。
【００４３】
図１２に、中点超音波アセンブリ１００、１７２、１７４および１７６が、ステーション２４の中点で剛毛サブアセンブリをボンドするやり方を示す。前のステーション２２からの剛毛サブアセンブリを、本明細書に記載したようにして、コーナー間の中点で第２のステーションへ供給して、超音波アセンブリ１００、１７２、１７４および１７６の端部とアンビル１７８、１８０、１８２および１８４の上面間のラップ９２を係合する。超音波エネルギーを剛毛サブアセンブリとラップ９２にかけると、ラップと、剛毛サブアセンブリのベースストリング間にボンドが形成される。
【００４４】
図１３を参照すると、超音波アセンブリ１００のホーンは平らな下面を有しており、これが、剛毛サブアセンブリ６８の剛毛１８６と係合している。ラップ９２は、アンビル１７８、１８０、１８２および１８４を含む中点アンビルの上面と係合して、中点剛毛サブアセンブリのベースストリングをラップ９２にボンドさせることができる。このボンディングプロセスの結果、ラップ９２は、他の側にボンドされた剛毛とは逆のベースストリング表面にボンドされる。例えば、剛毛サブアセンブリ６８のベースストリング４４は、一方の側にボンドされた剛毛１８６を有しており、ラップ９２が、超音波アセンブリ１００により供給されるエネルギーを介して逆側にボンドされる。ボンドされたラップ９２は剛毛とほぼ平行である。例えば、剛毛サブアセンブリ６８の剛毛１８６、および剛毛サブアセンブリ７２の剛毛３１はラップ９２にほぼ平行である。
【００４５】
図１４に示すように、中点でラップ９２にボンドされたベースストリング４４のような各ベースストリングは、ラップ９２に対して僅かに角度がついている。超音波アセンブリ１００のような超音波アセンブリのホーンの下端は、アンビル１７８のようなアンビルの上面のように平らである。このように、超音波エネルギーをラップ９２、ベースストリング４４および剛毛１８６にかけると、生成された摩擦熱によって、ベースストリング４４の下の右コーナーがまず溶解し、ベースストリング４４の下の右コーナーに達するまで、溶解がベースストリングの下面およびラップ９２の上面に沿って進む。全中点ベースストリングについて行われた結果、ラップが剛毛３１および１８６のような剛毛とほぼ平行になるように、ラップ９２が中点ベースストリングに結合する。
【００４６】
スリッタ対のより詳細な説明は図１５にあり、第１のステーション２２のスリッタ対が示されている。ここに記載した説明および図面から、両ステーション２２および２４のスリッタ対はほぼ同じように動作することが明らかであろう。第１のステーションで剛毛サブアセンブリを形成するために、ラップは効率的で正確なやり方で切断されなければならない。様々な手段のいずれを用いてもよいが、好ましい実施形態は、マンドレル２６周囲に対で装着された回転スリッタを用いるものである。スリッタ６０および６２の第１の対は、共通シャフト１８８の末端に装着された回転ディスクまたはカッターブレードであるのが好ましい。シャフト１８８は、従来の制御手段（図示せず）により制御される従来のタイプの電気モータとすることのできるドライブモータ（図示せず）により回転する。制御手段は、少なくとも回転速度および動力オンオフを制御するのが好ましい。
【００４７】
アプリケータ１９０および１９２は、それぞれ回転カッターブレード６０および６２に潤滑剤または冷却剤を適用して、ラップとブレード間の摩擦により、望ましくないラップの加熱および変形が生じないようにする。単一の流体によって、冷却と潤滑の両方の機能が与えられる。特に利点のある流体の一つは水であり、特定の種類のアプリケータはドリップアプリケータである。その他の流体およびその他の冷却／潤滑手段を用いることもできる。アプリケータを用いるのが好ましいが、必要なものではない。ただし、ラッピング材料にポリマーモノフィラメントを用いるときは、ブレードを冷却するのが望ましい。
【００４８】
図１５に示すように、マンドレル２６の次の近接面に第２の対のスリッタを与える。特に、スリッタ１９４および１９６は、ドライブモータ（図示せず）により回転されて制御手段（図示せず）により制御されるシャフト１９８に装着される。アプリケータ２００および２０２が冷却剤／潤滑剤を適用し、これは切断中にラップの変形を防ぐ補助となる。
【００４９】
マンドレル２６の次の近接面に第３の対のスリッタを与える。特に、スリッタ２０４および２０６は、ドライブモータ（図示せず）により回転されて制御手段（図示せず）により制御されるシャフト２０８に装着される。アプリケータ２１０および２１２が冷却剤／潤滑剤を適用し、これは切断中にラップの変形を防ぐ補助となる。
【００５０】
マンドレル２６の次の近接面に第４の対のスリッタを与える。特に、スリッタ２１４および２１６は、ドライブモータ（図示せず）により回転されて制御手段（図示せず）により制御されるシャフト２１８に装着される。アプリケータ２２０および２２２が冷却剤／潤滑剤を適用し、これは切断中にラップの変形を防ぐ補助となる。
【００５１】
各対のスリッタにより、１つのブレードをマンドレル２６の一つのコーナーと並置して、ベースストリングの外側のラップを切断する。他方のブレードは、マンドレル２６の面（または側部）の中点と並置して、同じスリッタ対の対応のコーナーベースストリングとして中点ベースストリングの同じ側のラップを切断する。各中点で、カッターベッド２２４、２２６、２２８および２３０をマンドレル２６に形成された対応の凹部に与える。各ベッドには、対応の中点スリッタが通過する溝が含まれる。対応のベッド２２４に適合するブレード６０の詳細を図１６に示す。ラップ２８をブレード６０によりベッド２２４の上部表面に押し付けて、ラップ２２８に僅かな湾曲を生じさせる。
【００５２】
コーナースリッターはまた、各対応のコーナーに近接して配置され、好ましくは、挿入部に、またはその近傍に装着されたカッターベッドと協働する。その近傍にはケーブル溝が形成されている。かかる構成を図１７ａに示す。コーナースリッターブレード１０８がカッターベッドまたはマンドレルのコーナーと係合するその他の協働形成部と嵌合する。ナイフブレードは片側のみ傾斜しており、傾斜がベースストリングに向くように配置されている。傾斜がプラウとして作用して、ベースストリングを押し離して、望ましくないベースストリングの切断を防ぐ。
【００５３】
カッターブレードおよび対応のドライブシャフトを見やすく描くために、図１５の図面の縮尺はやや過大になっている。また、ドライブシャフトは、それぞれドライブモータおよび制御手段を有するように示されている。変形実施形態では、リンクしあった全てのドライブシャフトを有しており、共通のドライブモータおよび共通の制御手段により動作する。ブレードは従来の種類であればいずれとすることもでき、切断される材料の種類によって選ぶ。往復運動ブレード、挟みタイプのブレード、レーザー等のようなその他の切断装置を用いることができる。
【００５４】
第２のステーション２４のマンドレル９０には、同様の構成のスリッタまたは切断ブレードが与えられている。図１７に、ラップがベースストリングにボンドされた後に、スリッター１０６の１つがどのようにしてラップ９２を切断するのか、その詳細を示す。特に、回転切断ブレードが、ベッド２３２に与えられた溝へと伸張して、コーナー間の中点でラップ９２の切断を促す。ラップ９２がステーション２４に関連した８つのスリッターにより同時に切断されると、合計で８つの剛毛サブアセンブリが、ベースストリングの両側に付加した２つの平行な列で剛毛が形成される。
【００５５】
剛毛サブアセンブリがスリットされ、２列の剛毛がこのようにして形成された後、追加の処理工程を用いて、ベースストリングへの剛毛の結合を向上し、また、剛毛サブアセンブリの外観および感触も向上させることができる。図１８を参照すると、２列の剛毛を有する剛毛サブアセンブリ７６が、剛毛の結合端を調整するための装置２３４に供給される。装置には、剛毛サブアセンブリを端末調整装置に導く手段が含まれている。
【００５６】
特に、ガイド手段には、図１８によれば、左から右へと動く剛毛サブアセンブリを受ける第１のガイドローラ２３６と、第１のガイドローラ２３６の接線に配置された直線剛毛ガイド２３８と、図１８によれば、調整した剛毛アセンブリ７６を左から右へ動かす第２のガイドローラとが含まれる。ドライブローラ、巻取りスプールおよび剛毛サブアセンブリを装置２３４に分配するその他の手段は図示されていないが、従来の形態で与えることができる。
【００５７】
２つのガイドローラ２３６と２４０間に配置された調整ホイール２４２は、剛毛サブアセンブリ７６の剛毛を受けて、ベースストリングを加熱空気の源２４４に露出する周囲溝を有している。源２４４は、例えば、ホットエアブロワとすることができる。あるいは、加熱コイルのようなその他の種類の加熱装置を用いることもできる。水のような冷却流体を含有する冷却タンク２４６は、調整ホイール２４２と流体連通している。これによって、ホイールが剛毛の融点またはその他剛毛を変形するまで加熱されないようにすることができる。実際、源２４４からの熱は、ベースストリングに付加する剛毛の切断端に集中する。
【００５８】
図１９に、剛毛サブアセンブリのベースストリング８２に付加する剛毛の切断端８４および１１０を示す。図面から明らかなように、切断端にはやや凹凸があり、剛毛材料とベースストリング材料間の主たる界面はベースストリングの片側表面に沿っている。調整後、図２０にあるように、界面は、元の側面と上面に沿った面の２つの近接表面に沿って形成されて、ベースストリングと剛毛間の相互結合が向上する。さらに、凹凸だった端部は平滑になって、剛毛を歯ブラシ等に適用すると良好な感触を与える。
【００５９】
図２１および２２に示すように、軸「ａ−ａ」周囲を回転する調整ホイール２４２は、溝の第１の段の下部面に載っているベースストリングと共に剛毛サブアセンブリを受ける周囲溝２４８を有している。剛毛は、溝の狭く深い部分へと延びており、剛毛を平行な並置位置に保持する。さらに、加熱源を溝の第１の段の部分に向け、冷却タンク２４６によって、ホイールがホットエア源またはその他加熱手段により剛毛が変形する点まで加熱されないようにする。
【００６０】
剛毛を調整ホイールへ導く他の構成もまた考えられる。例えば、図２３を参照すると、調整ホイール２５０は、剛毛サブアセンブリ２５２を受けており、これをガイドローラ２５４により供給する。調整ホイール上部の矢印は、前述の実施形態と同様に、ホットエア源が、剛毛サブアセンブリ２５２のベースストリング領域に当接することを示している。
【００６１】
図２４および２５に示されるように、ガイドローラ２５４には、ハブ２６０により分割された２つの側面プレート２５６および２５８が含まれる。１対のガイドスリーブ２６２および２６４が、プレート２５６および２５８の各側の内側表面に結合している。ガイドスリーブは、剛毛を調整ホイール２５０の周囲溝２６６へ導くための集束経路を画定する。ガイドスリーブの外側端部は、溝２６６へ伸張して、剛毛２６８および２７０と溝２６６内で嵌合する。
【００６２】
本発明の範囲内でいくつかの変形例が考えられる。例えば、ガイドスリーブは、側部プレートに付加させる必要はなく、代わりに、調整ホイールとガイドローラとの間で独立に支持することができる。一般に、剛毛を調整ホイールの周囲溝へと導き入れることのできる手段であれば何れも用いることができる。さらに、ガイド手段は、剛毛の剛性およびその他の因子に応じて全て排除してもよいし、調整ホイールに広いテーパとして与えてもよいし、調整ホイールそのものに他の構成を用いてもよい。
【００６３】
ベースストリングはモノフィラメントまたはポリフィラメントとすることができる。モノフィラメントを形成する３つの特に好適なポリマー材料はナイロン、ポリエステルおよびアセタール樹脂である。ナイロンモノフィラメントは、ブラシ剛毛、釣り糸およびテニスラケットストリングをはじめとする様々な製品を作成するのに用いられてきた。モノフィラメントを作成するのに特に好適なナイロン材料は、本願特許出願人によりタイネックス（ＴＹＮＥＸ）（登録商標）という商品名で市販されているナイロンフィラメントである。特に有用なタイネックス（ＴＹＮＥＸ）（登録商標）製品は、ポリヘキサメチレンドデカンアミドでできた６，１２ナイロンフィラメントである。融点は２０８〜２１５℃、比重は１．０５〜１．０７で、多くの断面形状および直径で市販されている。その他の好適な材料としては、ハイトレル（ＨＹＴＲＥＬ）（登録商標）、ポリエステルおよびデルリン（ＤＥＬＲＩＮ）（登録商標）およびアセタール樹脂が挙げられる。ハイトレル（ＨＹＴＲＥＬ）（登録商標）およびデルリン（ＤＥＬＲＩＮ）（登録商標）は両者とも本願特許出願人により製造され市販されている。化学的には、アセタールは、アルコールとアルデヒドの２段階反応生成物である。１９６０年に市販されたアセタールホモポリマーは、無水ホルムアルデヒドを重合してオキシメチレン単位鎖を作成することにより形成される。ヘキストテクニカルポリマー（Ｈｏｅｃｈｓｔ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）（ＨＴＰ）製セルコン（Ｃｅｌｃｏｎ）（登録商標）アセタールコポリマーは１９６１年に導入され、トリオキサンを環状エーテルで共重合して、オキシメチレンとオキシエチレン単位から構成される、より耐化学性のある鎖とすることにより調製される。このコポリマーはまた、その他のメーカーからも提供されている。
【００６４】
例証した実施形態には、ほぼ四角形断面で示されたベースストリングが含まれているが、ベースストリングには、楕円、円形、矩形および不規則形状をはじめとする、実際いかなる断面形状でも用いることができる。丸断面で示された剛毛およびモノフィラメントについても同じことが当てはまる。四角形、矩形、楕円、中間部リブおよび不規則形状をはじめとするその他の形状を用いることができる。また、材料は、例えば、モノフィラメント材料でできたベースストリングとモノフィラメント材料かポリフィラメント材料のいずれかでできた剛毛を有するように混合してもよい。モノフィラメントがブラシ剛毛および剛性を必要とするその他の製品に好適であるのに対し、ポリフィラメント材料は、例えば、カーペットタフトストリングを作成するのに好適である。しかしながら、本発明によれば、剛毛ストリングは、剛毛サブアセンブリを、ヤーンラップがボンディングステーションに適用されるラッピングステーションに供給することにより、タフトストリングと混合させることができる。
【００６５】
開示された装置および方法を用いて様々な製品の製造が考えられるが、基本となる１つの製造物品は、剛毛サブアセンブリであり、剛毛サブアセンブリは、ある長さに切断して、様々なブラシ用途に用いることができる。ブラシ用途は、モノフィラメントラップおよびモノフィラメントベースストリングと共に用いるのに特に適合しており、これらは両者とも熱可塑性である。すなわち、超音波エネルギーの影響下で振動すると、熱によって表面が溶ける。エネルギーを与えるのをやめると、摩擦熱が近接した副表面塊まで即時にかつ急激に失われて、ベースストリングまたはラップまたその両方からの溶融材料が、ベースストリングとラップを機械的にロックする。
【００６６】
同様に、ベースストリング、ラップまたはその両方のいずれかとして用いられるポリマー材料を用いてカーペットタフトストリングを作成することができ、ラッピング材料はカーペット製造に一般的に用いられるタイプのポリフィラメント材料である。かかる物品は、機械の開示された実施形態に比較的僅かの修正を行うことで作成することができる。
【００６７】
剛性サブアセンブリステーションについて本明細書に記載した実施形態は、マンドレルに沿ってラップを移動するのに用いられるケーブルについて記載してある。実施例を図４に示すことができる。ケーブル１２４および１２６は、対応のアンビルに提供されるガイドにおいてループの第１の動作は一方向へ動き、マンドレルに形成された溝においてループの第２の動作は逆方向に動くようにエンドレスループ中で動く（図４の１２８および１３０）。特に好ましいケーブルは、ここに参考文献として組み込まれる米国特許公報（特許文献２）（２０００年１０月４日出願の「ブレードコード継手」マークＳ．エドワード（“Ｂｒａｉｄｅｄ  Ｃｏｒｄ  Ｓｐｉｃｅ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．Ｅｄｗａｒｄｓ．）に記載されている。この出願には、結合される各端部の一部のブレードになっていないを部分を含む個々のプライが含まれたコードまたは個々のブレードプライの端部を結合し、コードの主たるブレード本体を残し、各端部から対応のプライを配置および結合し、コードの主たるブレード本体から戻して結合パイルを引張ることによって作成されるエンドレスループまたはベルト（またはケーブル）が記載されており、結合されるコードの主たるブレード本体を近接させて、過剰の結合プライがコードから突出するまで端部から異なる距離で引っ張る。最終的に、過剰の結合プライがコードから除去される。その結果、継手の長さ全体にわたってコードの断面に凹凸のない平滑な継手となる。コードは、パラアラミド、メタアラミド、高分子量鎖状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンおよび同様の材料といった高性能材料でできているのが好ましい。
【００６８】
上述の例証の実施形態には、正方形のベースストリングが含まれ、特に好ましい実施形態には、ベースストリングとラップ間に、より効率のよい超音波加熱が得られるようなやり方で接触点を作るのを補助する表面突出部を有するベースストリングが含まれる。図２６には、２つの隣り合うコーナー間の中点付近に形成されたリブ３０２、３０４、３０６および３０８を備えた断面がほぼ正方形のベースストリング３００の横方向の断面図が示されている。リブは、ベースストリング３００の本体と、押し出しプロセスまたはその他の有効な役立つやり方で一体形成されるのが好ましい。かかるプロセスについて、ベースストリングを形成するのに用いるのに好ましい材料は、リブのないベースストリングに関して記載したポリマーモノフィラメント材料である。
【００６９】
超音波エネルギーによって、同じ断面質量の２つの物体、ラップとリブ３０２を濃縮して溶解を開始させるようなやり方で、接触点がベースストリングとモノフィラメントラップ間に存在するようになるという更なる利点がリブによって与えられる。当然のことながら、リブまたはリブ状構造は、円形、矩形またはほぼ不規則形状といったその他の形状のベースストリングに形成することができる。ベースストリングのあらゆる形状において、リブは、「エネルギーダイレクタ」として作用して、ボンディングに必要な加熱が効率的に生じる。
【００７０】
さらに、本明細書に記載した実施形態によれば、各剛毛サブアセンブリの剛毛は、ほぼ垂直な方向にベースストリングから外側に伸張していることが示されている。しかしながら、剛毛が９０度より大きい、または小さい角度で伸張するようなその他の角度も用いることができ、角度は、本発明に従って製造される物品の予想される用途に応じて選択することができる。例えば、本明細書に記載したサブアセンブリを用いてブラシを製造する場合、ブラシ剛毛となるような細長い部材を、傾斜角または９０度の角度で（図示したように）ベースストリングにボンドすることができる。
【００７１】
第１のステーションのラップ間の特性を、第２またはそれ以降のステーションのものとは変えて、単一剛毛サブアセンブリが異なる特性の剛毛を含むようにすることも本発明の範囲に含まれる。特に、第１のラップ（第１のステーションの）は、サイズ、形状、組成、物理特性および色のような少なくとも１つの特性において第２のラップ（第２のステーションの）とは変えることができる。
【００７２】
冷却流体を用いるとき、調整ホイールに関連して用いる、本明細書に記載した冷却源は、周囲温度以外の手段により除去すべき熱を蓄積することが予測できる。実際にあらゆる熱交換装置を用いることができるが、単純な１つの手段は「貫流」流体を用いることである。すなわち、冷却流体がタンクを通って源から流れ、水のような流体冷却源で常に補充されるということである。あるいは、冷却コイルを流体を冷却するタンク内に配置することもできる。しかしながら、実際にあらゆる熱除去装置を用いることができる。同様に、タンクが十分に大きく周囲温度が十分に冷たい場合には、追加のフロースルーまたは熱除去構造なしで十分なレベルで熱除去を行うことができる。
【００７３】
上述した実施形態において、剛毛サブアセンブリは、ラッピングステーションでモノフィラメントと混合されて、ベースストリングと２列の細長い部材を含む修正サブアセンブリが生成される。ある用途においては、細長い部材は、ブラシを組み立てるのに用いる剛毛である。本発明の更なる変形では、２つの修正していないサブアセンブリを混合して、２列の細長い部材と２つのベースストリングを含む修正サブアセンブリを形成することができる。
【００７４】
図２７および２８によれば、第１の剛毛サブアセンブリ３２０および第２の剛毛サブアセンブリ３２２は、回転方向矢印で示される原動力により接触する。サブアセンブリ３２０に関連する矢印は、例えば、アンビル（図示せず）の反力とすることができ、一方、サブアセンブリ３２２に関連する矢印は超音波ホーン（図示せず）の反力とすることができる。各サブアセンブリは、一列の細長い部材に結合したベースストリングを有しており、本明細書に記載した方法に従って作成される。サブアセンブリ３２０は、ベースストリング３２４と細長い部材の列３２６を有している。ベースストリングと細長い部材は両者ともポリマーモノフィラメント材料で作成することができる。同様に、サブアセンブリ３２２は、ベースストリング３２８と細長い部材の列３３０を有している。
【００７５】
サブアセンブリ３２０および３２２を図２８に示すように接触させるとき、アンビル、ベースストリング３２４、細長い部材の列３２６および３３０、ベースストリング３２８および超音波ホーンは実質的に隣接している。超音波エネルギーは、超音波ホーンを作動して、超音波エネルギーを、列間のボンド領域を形成するのに十分なレベルおよび時間で列３２６および３３０間の界面に分配することによって加える。ボンド領域は、界面での細長い部材の表面溶解を表し、冷却すると、２列、すなわち２つのサブアセンブリを機械的に結合する。
【００７６】
このようにして形成された修正サブアセンブリは、２列の細長い部材に挟まれた２つのベースストリングを有している。この構造によって、剛毛がより捕捉されて、各ベースストリングから分離し難くなって、修正サブアセンブリを組み込むアセンブリが細長い部材を緩ませることが少なくなる。また、用途によっては、逆側に結合したベースストリングが、修正サブアセンブリを溝またはその他構造を有するアセンブリへと導くのに有用なレール状構造を形成する。さらに、ブラシヘッドのように、サブアセンブリをイン・サイチュで鋳造するアセンブリにおいては、ベースストリングが、対応のベース構造および鋳型キャビティのシール能のための表面に向上した機械的結合を与える。
【００７７】
他の実施形態と同様に、ベースストリングおよび細長い部材は上述した材料で作成することができる。ブラシ剛毛の特に好ましい実施形態において、細長い部材は、モノフィラメントナイロン材料でできており、ベースストリングは同様の材料でできている。
【００７８】
図２８に示す修正剛毛サブアセンブリを作成するための構造３３１を図２９および３０に示す。第１のガイド３３２および第２のガイド３３４は、ベースプレート３３６のような好適な構造に装着することによって互いに間隔をあけた関係で保持される。ガイドの一方または両方には、それらの間隔を調整するための手段を備えることができる。例示の実施形態においては、ガイド３３４には細長いスロットおよび対応の調整ねじ３３８および３４０があり、これによって、ヘッドの２つある回転方向矢印により示されるような側部調整能が与えられる。この調整能によってまた、サブアセンブリ３２０および３２２の、例えば、構造３３１への初期の供給も可能となる。
【００７９】
ガイド３３２および３３４間に供給されると、細長い部材３２６および３３０、同じくベースストリング３２４および３２８は、超音波エネルギーの適用のために接触する。第２のガイド３３４は、アンビルとして機能して、超音波ホーン３４２と協働し、上述した通り、超音波エネルギーを隣接した細長い部材間の界面に分配する。超音波ホーンは、好適な超音波エネルギー源へ接続可能であり、細長い部材に表面溶解を生じさせるのに十分な時間およびエネルギーレベルで作動させる。
【００８０】
例示した実施形態には、ベースストリングにほぼ垂直に配置された細長い部材が示されているが、特定の用途においては、細長い部材が、やや角度をつけるか、山形パターンで配置されているのが望ましい。これらの構造は、ケーブルがラップを分配するレートに対してベースストリングの相対供給レートを変えることによって形成することができる。速く動かすと、細長いものを前後に集めることができる。前後の細長い部材の組み合わせは、同じベースストリングに提供して交差パターンを作成することができる。いずれにしても、傾斜度は、実際どの角度とすることもできるが、好ましくは「僅か」、すなわち、前後方向のいずれかに０〜１０度の範囲である。
【００８１】
上述した実施形態では、マンドレルの外側表面とほぼ同一平面上の対応のナイフベッドおよび回転ブレードを受ける溝を備えたカッターブレードを例証したが、ナイフベッドの変形実施形態を図３１および３２に示す。図３１において、ナイフベッド３４４はマンドレル表面から上方へ突出している。上部突出部は、マンドレルを囲むラップについて角から角までやや曲がるような十分な程度とする。ナイフベッド３４４の外側表面には、切断点でラップを係合するショルダ３４６が提供されている。対応のナイフ３４８には、ショルダ３４６に近接して伸張している切断端があり、切断操作を補助している。前述した実施形態にあるように、切断操作（中点およびコーナーベースストリングの全てを含むべくマンドレルの長さに沿って異なる位置で行ってよい）によって複数の修正サブアセンブリが生成される。同様に、図３２に示すように、ナイフベッド３４４および対応のナイフ３４８を第１のステーションで用いて、初期サブアセンブリを形成して、これを後のステーションに供給して修正サブアセンブリを作成することができる。
【００８２】
本明細書に記載した様々な実施形態を用いて、剛毛が、細長い部材の列を形成すべく切断された長さのモノフィラメントでできたブラシのような様々な製品を形成することができる。例えば、図３３および３４に、本発明によるブラシ３５０を示す。ブラシ３５０には、ハンドル部とヘッド部を有する本体３５２が含まれる。本体は、射出成形可能な種類のポリマー材料でできていてもよい。剛毛配列３５４は、好適な手段によりヘッド部で本体３５２に結合している。剛毛配列３５４には、本明細書に記載したサブアセンブリまたは修正サブアセンブリの複数のセグメントが含まれている。
【００８３】
図３４に示すように、剛毛配列３５４には、５つの平行な列で構成されたセグメント３５６、３５８、３６０、３６２および３６４が含まれている。各セグメントは、２つのベースストリング間に挟まれた２列の剛毛を含むある長さの修正サブアセンブリを有している。しかしながら、１つのベースストリングに対して２列の剛毛を含む修正サブアセンブリもまた用いることができる。例証の実施形態においては、例えば、セグメントをキャビティに配置し、キャビティを熱可塑性材料で充填することにより、ベースストリングは本体のヘッド部に埋め込んである。セグメントを本体に付加する、または結合するのには、実際に他の手段を用いることができる。
【００８４】
前述の実施形態は、第１列の細長い部材をベースストリングの一方の側に付加し、第２列を逆側に付加するサブアセンブリを例証および説明している。変形実施形態において、２列の細長い部材は、ベースストリングの同じ側に付加することができ、これによって、サイズ、剛性、色、材料等のような異なる物理特性の同じ列の細長い部材に混合することができる。このタイプのサブアセンブリは、第１のサブアセンブリを上述した装置により単純に作動させ、第１列の細長い部材を第２のステーションのラップと接触させることにより形成できる。
【００８５】
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、添付の請求項の技術思想の範囲内で様々な変形実施形態が可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】１回通過のベースストリングを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、装置にはラッピング、ボンディングおよび切断コンポーネントが含まれている。
【図２Ａ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図２Ｂ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図２Ｃ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図２Ｄ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図３】本発明によるマンドレルの横断面図であり、マンドレルのコーナーでベースストリングをラップにボンドするのに用いられるコーナー超音波アセンブリの位置を概略で示してある。
【図４】本発明によるマンドレルの拡大図であり、アンビルおよび超音波ホーンの先端の特徴を示している。
【図５】マンドレルの一つのコーナーの拡大図であり、モノフィラメントのラップ下にあるアンビルの角度を詳細に示している。
【図６】図３と同様の断面図であり、中点ベースストリングについての超音波アセンブリを示している。
【図７】図６のマンドレルと超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図８】図７のマンドレルと超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図９】第２の剛毛サブアセンブリステーションにあるマンドレルの横断面図であり、コーナーベースストリングに対する超音波アセンブリの位置を示している。
【図１０】図９のマンドレルとマンドレル用の超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図１１】図９のマンドレルと超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図１２】第２の剛毛サブアセンブリステーションにあるマンドレルの横断面図であり、中点ベースストリングに対する超音波アセンブリの位置を示している。
【図１３】図１２のマンドレルとマンドレル用の超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図１４】ラップと中点ベースストリングのベースストリングの接触部の拡大図である。
【図１５】第１の剛毛サブアセンブリステーションのマンドレルの横断面図であり、スリッタアセンブリが示されている。
【図１６】図１５のマンドレルの部分拡大図であり、図示のために１つを除いて全てのスリッタを省いてある。
【図１７】第２の剛毛サブアセンブリステーションのマンドレルの拡大図であり、図１６と同様に中点ベースストリングにあるスリッタを示してあり、図示のために他のスリッタは省いてある。
【図１７ａ】コーナースリッタおよび対応のベッドナイフまたはカッターベッドを示す拡大図である。
【図１８】剛毛サブアセンブリの剛毛の切断端を調整する調整装置の断面図である。
【図１９】図１８の丸く囲われた波線「Ａ」に示される剛毛サブアセンブリの剛毛の拡大図であり、ベースストリングにある相対的に刻み目のついた基端が示されている。
【図２０】図１８の丸く囲われた波線「Ｂ」に示される剛毛サブアセンブリの剛毛の端面図であり、調整工程後の丸められ、平滑にされた基端が示されている。
【図２１】図１８の装置の端面図であり、冷却タンクへ延在した調整ホイールが示されている。
【図２２】図２１の丸く囲われた波線「Ｃ」に示される図２１の調整ホイールの部分拡大図である。
【図２３】本発明の他の実施形態による調整装置の概略図である。
【図２４】図２３のＤ−Ｄ線に示される図２３の調整装置の部分端面図である。
【図２５】図２４の四角く囲われた波線「Ｅ」に示される図２３の調整ホイールの部分拡大図である。
【図２６】好ましいベースストリングの横断面図であり、ボンディングプロセス中のフローゾーンの制御を改善する中点突出部またはリブが示されている。
【図２７】並置させるための力のかかった２つのサブアセンブリの端面図である。
【図２８】超音波エネルギー、その他熱源を適用した後の図２７の並置された２つのサブアセンブリの端面図である。
【図２９】出発材料がそれぞれベースストリングと１列の細長い部材とを含んだ２つのサブアセンブリである修正サブアセンブリを製造する装置の斜視図である。
【図３０】図２９の装置の第１および第２のガイドに与えられたガイド溝を示す拡大部分端面図である。
【図３１】第１のサブアセンブリを追加のラップと結合するのに用いられるマンドレルと、本発明によるナイフベッドの他の実施形態を示す部分断面図である。
【図３２】図３１と同様の図であり、サブアセンブリを作成するのに用いるステーションに用いられる図３１のナイフベッドを示している。
【図３３】本発明によるブラシの側部立面図であり、ヘッド部分が、本発明の修正サブアセンブリのセグメントにより形成されたブリストルの配列に与えられている。
【図３４】図３３のブラシの正面図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１７ａ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際公開パンフレット】
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2005504896.tif 000121
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月4日(2003.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースストリングと、
各々が前記ベースストリングの一方の側に結合された基端を有する第１列のほぼ平行な細長い部材と、
各々前記ベースストリングの他方の側に結合された基端を有する第２列のほぼ平行な細長い部材と、を含むことを特徴とする物品。
【請求項２】
前記第１および第２列のほぼ平行な細長い部材が角度をなして前記ベースストリングから外側に延在していることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記角度がほぼ９０度であることを特徴とする請求項２記載の物品。
【請求項４】
前記ベースストリングおよび前記両列の細長い部材がポリマー材料でできていることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項５】
前記ポリマー材料が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されることを特徴とする請求項４記載の物品。
【請求項６】
前記ベースストリングが、楕円形、円形、楕円体、正方形、中点リブを有する正方形および矩形からなる群より選択される断面形状を有していることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項７】
前記ベースストリングが、第１の材料でできており、前記両列の細長い部材が第２の異なる材料でできていることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項８】
前記細長い部材が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されるポリマーモノフィラメント材料でできたブラシ剛毛であることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項９】
前記細長い部材がポリマー、ポリフィラメント材料でできたカーペットタフトであることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項１０】
前記第１および第２列の細長い部材がポリマーモノフィラメント材料でできており、前記細長い部材の外側表面が前記ベースストリングの外側表面と接触していて、前記細長い部材を前記ベースストリングへ結合するフローゾーンを形成していることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項１１】
第１のマンドレルと、前記第１のマンドレルの周囲に第１のフィラメントを巻き付けて複数の第１のラップを形成する第１のラッピング機構と、前記第１のラップと接触するように少なくとも１つのベースストリングを供給する第１の供給機構と、前記少なくとも１つのベースストリングを前記第１のラップに前記ベースストリングとの接触点でボンディングする第１のボンディング機構と、前記少なくとも１つのベースストリングに近接する前記第１のラップを切断してベースストリングと第１列の細長い部材を有するサブアセンブリを形成する第１のカッティング機構とを有する第１のステーションと、
第２のマンドレルと、前記第２のマンドレルの周囲に第２のフィラメントを巻き付けて複数の第２のラップを形成する第２のラッピング機構と、前記第２のラップと接触する前記サブアセンブリの前記ベースストリングを供給する第２の供給機構と、前記サブアセンブリの前記ベースストリングを前記第２のラップに前記ベースストリングとの接触点でボンディングする第２のボンディング機構と、前記サブアセンブリの前記ベースストリングに近接する前記第２のラップを切断してベースストリングと前記第１のラップにより形成された第１列の細長い部材と、前記第２のラップにより形成された第２列の細長い部材とを有する修正サブアセンブリを形成する第２のカッティング機構とを有する第２のステーションと、を含むことを特徴とする細長い物品を製造する装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のマンドレルが、前記第１のラップおよび第２のラップをそれぞれの長さに沿って移動させる手段を有する多面形の細長いバーを有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第１および第２のマンドレルのそれぞれが、少なくとも１つのアンビルを有していて、超音波エネルギーをボンディングゾーンにおいてそれぞれのベースストリングと共に前記第１および第２のラップの摩擦熱へと確実に変換することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのアンビルのそれぞれが、前記第１および第２のマンドレルのそれぞれに設けられた挿入部に脱着可能に結合されていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
各挿入部が、前記第１および第２のマンドレルのそれぞれに脱着可能に結合されていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
各アンビルが、０〜５度に傾斜させられたラップ係合面を有していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
第１および第２のラッピング機構のそれぞれが、前記第１および第２のマンドレルの周囲に前記第１および第２のフィラメントをそれぞれ巻き付けるラッパーを有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のボンディング機構が、前記第１のラップと接触して供給されるベースストリングの数および場所に対応する数および場所に複数の超音波ボンダを有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１９】
各超音波ボンダが各ベースストリングと係合する超音波ホーンを有していることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の供給機構が、複数のベースストリングのそれぞれを前記第１のマンドレルの各コーナーと、前記第１のマンドレルの２つの隣り合うコーナー間の所定の点とに供給する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の切断機構が、各ベースストリングに近接した前記第１のラップを切断する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２２】
前記第１の供給機構が、複数のベースストリングのそれぞれを前記第１のマンドレルの各コーナーと、前記第１のマンドレルの各コーナー間の各中点とに供給する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２３】
前記第１のラップを切断する手段が、各隣り合う一対の中点およびコーナーベースストリングについて一組のスリッタを有していることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
前記第２の供給機構が、前記第２のマンドレルの各コーナーと、前記第２のマンドレルの各コーナー間の所定の点とにそれぞれ複数のサブアセンブリを供給する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２５】
前記第２のボンディング機構が、前記第２のラップと接触して供給されるサブアセンブリの数および場所に対応する数および場所に複数の超音波ボンダを有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２６】
前記第２の切断機構が、各サブアセンブリの前記各ベースストリングに近接した前記第２のラップを切断する手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２７】
前記第１および第２の細長い部材が前記ベースストリングにボンドされる場所にボンディング領域が画定されており、前記ボンディング領域を調整する手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２８】
前記調整手段が、調整ホイールと、前記修正サブアセンブリを前記調整ホイールへ誘導する手段と、前記調整ホイールの前記修正サブアセンブリの前記ベースストリング周囲の領域を加熱する手段とを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記調整ホイールを前記加熱手段から離れた点で冷却する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記調整ホイールが前記修正サブアセンブリの前記細長い部材と前記ベースストリングとを受ける周辺溝を含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３１】
前記加熱手段が前記調整ホイールに近接して配置されたホットエアブロワを含み、前記冷却手段が、前記調整ホイールが延在している流体冷却タンクを含むことを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
前記誘導手段が少なくとも１本のガイドローラを含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３３】
前記誘導手段が、前記修正サブアセンブリの前記ベースストリングを係合する中央ハブを有するガイドローラと、前記ガイドローラと前記調整ホイール間に延在しているガイドスリーブとを含むことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３４】
前記調整ホイールが周辺溝を含み、前記ガイドスリーブが前記周囲溝へ延在していることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
第１のマンドレルの周囲に第１の部材を巻き付けて複数の第１のラップを形成する工程と、
前記複数の第１のラップと接触するように少なくとも１つのベースストリングを供給する工程と、
前記少なくとも１つのベースストリングを前記複数の第１のラップにボンディングする工程と、
前記複数の第１のラップを切断して少なくとも１つの剛毛アセンブリを形成する工程と、
第２のマンドレルの周囲に第２の部材を巻き付けて複数の第２のラップを形成する工程と、
前記複数の第２のラップと接触する前記ベースストリングと共に前記第２のラップと接触するように前記少なくとも１つの剛毛サブアセンブリを供給する工程と、
前記剛毛サブアセンブリの前記ベースストリングを前記複数の第２のラップにボンディングする工程と、
前記複数の第２のラップを切断して２列の剛毛を有する少なくとも１つの修正剛毛サブアセンブリを形成する工程と、を含むことを特徴とする剛毛サブアセンブリの製造方法。
【請求項３６】
前記第１の部材がフィラメントまたはヤーンを含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の部材がフィラメントまたはヤーンを含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つのベースストリングを供給する工程が、複数のベースストリングを、前記第１のマンドレルの各コーナーおよび各コーナー間の所定の点についてベースストリングを含めた前記複数の第１のラップに供給する工程を含み、前記ボンディング工程が、前記複数の第１のラップを前記複数のベースストリングへボンディングする工程を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３９】
前記複数の第１のラップを切断する工程が、前記複数のベースストリングの一方の側で前記第１のラップを切断して、１列の剛毛を有する複数の剛毛サブアセンブリを形成する工程を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの剛毛アセンブリを供給する工程が、前記複数の剛毛アセンブリを前記複数の第２のラップへ供給する工程を含み、前記複数の第２のラップをボンディングする工程が、前記複数の剛毛サブアセンブリの前記ベースストリングを前記複数の第２のラップへボンディングする工程を含み、前記複数の第２のラップを切断する工程が、前記第２のラップを、前記各複数の剛毛サブアセンブリの各ベースストリングの一方の側で切断して、２列の剛毛をそれぞれ有する複数の修正剛毛サブアセンブリを形成する工程を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４１】
前記切断工程が、回転カッターブレード、往復運動ブレードおよびレーザからなる群より選択される手段により切断する工程を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４２】
冷却流体を前記カッターブレードに施して、ブレード性能を改善し、耐用年数を延ばす工程をさらに含むことを特徴とする請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記ボンディング工程が、エネルギーを前記第１および第２のラップへ加える工程を含み、前記エネルギーが超音波エネルギー、レーザーエネルギーおよび放射熱エネルギーからなる群より選択されることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４４】
請求項３５記載の方法により製造された物品。
【請求項４５】
ベースストリングと、前記ベースストリングに結合された少なくとも１列の細長い部材とを有し、
溝の上部のベースストリングと前記溝の下部に延在する細長い部材と共にサブアセンブリを受ける周面に沿って内側に向かって形成された溝を有する調整ホイールと、
前記調整ホイールに近接し、前記ベースストリングと流体連通するように配置された熱源と、
前記熱源から離れた点で前記調整ホイールと流体連通するように配置された冷却源とを含むことを特徴とする請求項１１に従って製造されたサブアセンブリ用調整装置。
【請求項４６】
前記熱源が加熱要素を有するブロワであることを特徴とする請求項４５記載の装置。
【請求項４７】
前記冷却源が冷却流体を含有するタンクであり、前記調整ホイールが前記冷却タンクに少なくとも部分的に延在していることを特徴とする請求項４５記載の装置。
【請求項４８】
前記冷却流体から熱を除去する手段をさらに含むことを特徴とする請求項４７記載の装置。
【請求項４９】
前記細長い部材を前記溝へ導くガイドスリーブをさらに含むことを特徴とする請求項４５記載の装置。
【請求項５０】
ガイドローラをさらに含み、前記ガイドスリーブが前記調整ホイールと前記ガイドローラとの間に延在していることを特徴とする請求項４９記載の装置。
【請求項５１】
前記ベースストリングと前記第１および第２列の細長い部材とを含む少なくとも１つのサブアセンブリを保持する本体をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項５２】
前記本体がブラシであり、前記第１および第２列の細長い部材が剛毛であることを特徴とする請求項５１記載の物品。
【請求項５３】
前記第１および第２列の細長い部材がポリマーモノフィラメント材料でできた剛毛であり、前記ベースストリングがポリマーモノフィラメント材料でできていることを特徴とする請求項５１記載の物品。
【請求項５４】
前記ポリマーモノフィラメントがナイロンであることを特徴とする請求項５２記載の物品。
【請求項５５】
前記ベースストリングである第１のベースストリングと、
第２のベースストリングとをさらに含み、
前記第２列の各細長い部材が前記第２のベースストリングの逆側に接続された基端を有しており、
前記第１列の細長い部材が前記第２列の細長い部材に結合して、前記第１と第２のベースストリング間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の物品。
【請求項５６】
前記第１および第２列のほぼ平行な細長い部材が角度をなして前記第１および第２のベースストリングから外側に延在していることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項５７】
前記角度がほぼ９０度であることを特徴とする請求項５６記載の物品。
【請求項５８】
前記第１および第２のベースストリングおよび前記両列の細長い部材がポリマー材料でできていることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項５９】
前記ポリマー材料がナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されることを特徴とする請求項５８記載の物品。
【請求項６０】
前記第１および第２のベースストリングが、楕円形、円形、楕円体、正方形、中点リブを有する正方形および矩形からなる群より選択される断面形状を有していることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６１】
前記第１および第２のベースストリングが第１の材料でできており、前記両列の細長い部材が第２の異なる材料でできていることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６２】
前記細長い部材が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択されるポリマーモノフィラメント材料でできたブラシ剛毛であることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６３】
前記第１および第２のベースストリングが、楕円形、円形、楕円体、正方形、中点リブを有する正方形および矩形からなる群より選択される断面形状を有していることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６４】
前記第１列の細長い部材が、サイズ、形状、色およびフィラメント構造からなる群より選択される特性において前記第２列の細長い部材とは異なることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６５】
前記フィラメント構造が、モノフィラメントおよびポリフィラメントからなる群より選択されることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６６】
前記細長い部材が、ポリマー、ポリフィラメント材料でできたカーペットタフトであることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６７】
ハンドル部分とヘッド部分を有するブラシ本体をさらに含み、前記第１および第２のベースストリングが前記ヘッド部分に結合されていることを特徴とする請求項５５記載の物品。
【請求項６８】
熱源に並置された細長い部材の基端を位置決めする工程と、
前記細長い部材の前記基端を加熱する工程と、を含むことを特徴とするベースストリングと前記ベースストリングに結合された少なくとも１列の細長い部材とを有する請求項３５に従って製造されたサブアセンブリの調整方法。
【請求項６９】
前記位置決めおよび加熱工程が、溝の上部のベースストリングと前記溝の下部に延在する細長い部材と共にサブアセンブリを受ける周面に沿って内側に向かって形成された溝を有する調整ホイールを提供する工程と、前記調整ホイールに近接して、前記ベースストリングと流体連通するように熱源を設ける工程と、前記熱源から離れた点で前記調整ホイールと流体連通するように冷却源を配置する工程とを含むことを特徴とする請求項６８記載の方法。
【請求項７０】
前記第１列の細長い部材が、サイズ、形状、色、材料組成およびフィラメント構造からなる群より選択される少なくとも１つの特性において前記第２列の細長い部材とは異なることを特徴とする請求項1記載の物品。
【請求項７１】
前記第１列の細長い部材が、前記ベースストリングの一方の側に結合され、前記第２列の剛毛が前記ベースストリングの他の側に結合されていることを特徴とする請求項７０記載の物品。
【請求項７２】
前記第１列の細長い部材の前記フィラメント構造がモノフィラメントであり、前記第２列の細長い部材の前記フィラメント構造がポリフィラメントであることを特徴とする請求項７０記載の物品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーモノフィラメント剛毛の付加したベースストリングを有するポリマー剛毛サブアセンブリの製造方法および製造装置、ならびに２列のポリマーモノフィラメント剛毛が単一のベースストリングに付加したポリマー剛毛サブアセンブリに関する。ベースストリングを剛毛ボンディングプロセスに少なくとも２回、「多数回通過」させるやり方で通過させることにより２列が付加する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
これは、米国特許出願第０９／４５５，３０８号（１９９９年１２月６日出願、「平行対の剛毛を有する剛毛サブアセンブリおよびその製造方法」、マークＳ．エドワード（“Ｂｒｉｓｔｌｅ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｐａｉｒｓ  Ｏｆ  Ｂｒｉｓｔｌｅｓ；  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．  Ｅｄｗａｒｄｓ））の一部継続出願である。これは、米国特許出願第０９／０９２，０９２号（１９９８年６月５日出願、「剛毛を有する物品の製造方法および製造装置」マークＳ．エドワード（“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｂｒｉｓｔｌｅｓ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．  Ｅｄｗａｒｄｓ））の一部継続出願である。本出願は、同時係属出願第０９／０９２，０９４（１９９８年６月５日出願、「モノフィラメント剛毛アセンブリおよびそれを用いたブラシの製造方法」マークＳ．エドワード（“Ｍｏｎｏｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｂｒｉｓｔｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｂｒｕｓｈｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓａｍｅ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．  Ｅｄｗａｒｄｓ））および第０９／５５０，６５７号（２０００年４月１７日出願、「剛毛サブアセンブリの製造方法および製造装置」マークＳ．エドワード（“Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｂｒｉｓｔｌｅ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．Ｅｄｗａｒｄｓ））（１９９９年４月２３日出願、仮出願第６０／１３０，８８３号に基づく）に関連している。
【背景技術】
【０００３】
以下の開示文献は、本発明の様々な態様に係るため、以下に簡潔にまとめておく。
【０００４】
（特許文献１）チャンバースら（Ｃｈａｍｂｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．）は、第１および第２の対向軸端を有するコアチューブを含むペイントローラを開示している。少なくとも１つのタフトストリングが、コアチューブ周囲を螺旋状に包んでおり、コアチューブに接着その他により結合している。
【０００５】
（特許文献２）エドワードら（Ｅｄｗａｒｄｓ  ｅｌ  ａｌ．）は、剛毛サブアセンブリを作成する連続方法および装置を開示している。剛毛サブアセンブリを製造する方法には、少なくとも１つのフィラメントを、少なくとも三方マンドレル周囲にラッピングすることによりフィラメントのラップを連続形成することが含まれ、三方マンドレルは、マンドレルの長さの少なくとも一部に沿ってラップのポリマーフィラメントを支持および移動可能なマンドレルの外部端部において、マンドレルの長さを移動する各コーナーに可動ケーブルサポートを有している。ベースストリングは、ラップの外側に供給され、ポリマーフィラメントにボンドされて、ポリマーフィラメントは切断されて剛毛サブアセンブリを形成する。あるいは、剛毛サブアセンブリは、ラップされたフィラメントを互いに結合し、ベースストリングを排除することによって作成することができる。
【０００６】
上述した同時係属出願には、モノフィラメントをマンドレル周囲に巻き付けて剛毛サブアセンブリを製造する方法および装置が記載されている。一般に２つのタイプの装置がある。１つのタイプは、ベースストリングをマンドレルの外側表面に沿って延伸して、モノフィラメントを長手方向に配置され移動するベースストリングに横方向に巻き付けるものである。ベースストリングが動くにつれて、ベースストリングとモノフィラメントの突合せ面を加熱して併せて溶融するのに十分な量の超音波エネルギーをかける超音波ホーンにより、モノフィラメントの「ラップ」が施される。併せて溶融した後、ラップを、ブラシの剛毛をはじめとする様々な物品を作成するのに用いることのできる「剛毛サブアセンブリ」と呼ばれる形態に切断する。
【０００７】
この最初のタイプの装置においては、ベースストリングの動きによりラップを超音波ホーンに移動する。通常、２つ以上のベースストリングをマンドレルに用いる。２つめのタイプでは、ケーブルを用いてラップを移動し、ベースストリングをマンドレルの外でラップと接触させる。２つめのタイプの例を図１に示す。
【０００８】
図１は、第２のタイプの好ましい実施形態の概略図である。特に、フィラメント１をスプール（図示せず）からテンショニングドライブ（図示せず）を通して供給し、ラッピング機構２により４辺のマンドレル５周囲に連続してラップして、マンドレル５の長さに沿って複数の連続ラップ６が形成される。ラッピング機構２は、ここに参考文献として組み込まれる米国特許公報（特許文献３）に記載されたラッピング機構の高速変形体である。
【０００９】
金属ワイヤまたは好適なポリマー材料でできたケーブル４が、マンドレル面にある溝７ａに沿って下り、その方向がプーリ３ａにより反転される。ケーブル４はマンドレル５のコーナー７ｂまで上がって、マンドレルの長さに沿ってラップ６を移動させる。ケーブル４の向きを変え、溝７ｃでマンドレル５の背部へ降ろし、プーリ３ｂにより再び向きを変えて、マンドレルのコーナー７ｄへ上げることにより、ラップを支持し、マンドレル５の長さに沿って移動させる。追加のエンドレス支持ケーブル（図示せず）は、ケーブル４と同調し、マンドレルの２つの残りの対向するコーナーに同様に配置され、マンドレル５の逆側に溝を移動する。追加のエンドレスケーブルの方向を変え、逆にするのに第２のエンドレスケーブルにはプーリ（図示せず）が必要である。
【００１０】
ベースストリング８ａ、８ｂ、８ｃおよび８ｄが、対応のガイドチューブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄを通してマンドレルの５の各側、好ましくは、図１に示すようにマンドレル５の各コーナーへ供給されて、ラップ６と接触する。超音波アセンブリ９ａ、９ｂ、９ｃおよび９ｄは、ラップ６と接触してベースストリング８ａ−ｄを保持し、ベースストリング、ラップのフィラメントまたはその両方を少なくとも部分的に併せて溶解するのに十分なエネルギーを与える。通常、０．１〜１．０ジュールのエネルギーを用いて、熱可塑性ポリアミドモノフィラメントベースストリングをラップのフィラメントにボンドする。
【００１１】
ラップのフィラメントがベースストリングとボンドされて、マンドレル５の長さに沿って進むにつれて、ラップのフィラメントがカッター１０ａおよび１０ｂにより切断されて、複数の剛毛サブアセンブリ１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄとなる。カッター１０ａおよび１０ｂの逆に配置されたマンドレル５の逆側のカッターは図示されていない。剛毛サブアセンブリ１１ａ−ｄをスプールに巻き付けると、ブラシ、特に、歯ブラシのような物品を作成するのに用いることができるようになる。
【００１２】
上述した剛毛サブアセンブリは、スリッティング後、２列のモノフィラメント剛毛を備えたベースストリングを有しており、各列の剛毛はやや傾斜がついていて、端面から見るとＶ形状をしている。ベースストリングが、カッターにより切断された２つの切断部間のほぼ中点で「ラップ」にボンドされたため、各列の剛毛は、他の列の対応の剛毛と一体形成される。
【００１３】
タフトまたは剛毛ストリングの製造に用いられるベースストリングは、上述したようなやり方で、超音波ボンダに１回通過させて作成されてきた（上記の実施形態はタフトフィラメントよりはモノフィラメントに関するものである）。この種のシステムだと、与えられた剛毛／タフトストリングの１インチ当たりの剛毛またはタフトの数が限られ、単一混合の剛毛／タフトしか形成されない。
【００１４】
【特許文献１】
国際公開第００／２６４５６号パンフレット
【特許文献２】
国際公開第００／６５１３８号パンフレット
【特許文献３】
米国特許第５，５４７，７３２号明細書
【特許文献４】
米国特許出願第０９／６７９，２３５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明には、第２のボンダおよびラッピングヘッドを連続して用い、使用および製造に大きな柔軟性を与える剛毛／タフトストリングを作成する方法論および装置が含まれる。例えば、剛毛／タフトストリングは、ベースストリングにボンドされた第１のラップからまず形成され、他の層のタフト／ブリストルが付加される第２のラッパーおよびボンダシステムに通過させる前にスリットまたは切断される。第２の層は、第１の剛毛／タフトと同じ側か逆側のいずれかに付加させることができる。このように、剛毛／タフトの集合を広げて、単一のボンダの能力を２倍とすることができる。さらに、異なるサイズおよび種類のモノフィラメントを容易に組み合わせたり、異なる色、形状およびその他表面特徴のモノフィラメントを組み合わせて、所望の組み合わせを有する剛毛を形成することができる。剛毛は、剛毛／タフトストリングで仕切って、ベースストリングの一方の側または逆側に積層することができる。
【００１６】
所望であれば、本発明に従って、追加のボンダ／ラッパーアセンブリを連続配置して、特定の用途または顧客のニーズのために剛毛／タフトの層を「構築する」ことができる。２台以上の超音波ボンダおよびラッパーアセンブリを連続で用いることにより、関連出願で記載した１回通過のラッパー／ボンダ機構では不可能だった剛毛／タフト構造が得られる。
【００１７】
単一ボンダ／ラッパー機構だと、製品の長さ当たり１つの密度の剛毛しか生成できない。例えば、２つの赤色６ミルフィラメントは１つの８ミル白色フィラメントとしか組み合わせることができない。所望であれば、この製品を独特の配合の剛毛で多層にすることができる。例えば、１層を、１つの６ミル丸形白色フィラメントと混合した２つの赤色６ミルの丸形フィラメントとし、２層を２つの８ミルの青色ダイヤモンド形フィラメントとすることができる。このように、本発明によれば、様々な異なる形状、色、寸法等でベースストリングの一方の側または逆側のいずれかに層を形成することができる。
【００１８】
モノフィラメント剛毛を作成するとき、モノフィラメントを形成するのに特に好適なポリマー材料はナイロンである。これらのモノフィラメントは、ブラシ剛毛、釣り糸およびテニスラケットストリングをはじめとする様々な製品を作成するのに用いられてきた。
【００１９】
本発明にはいくつかの利点がある。例えば、高密度の大きな寸法の剛毛は非常に狭いプロセス窓であり、１回通過で作成するのは難しい。これは、多数のラップの剛性が高いことと、フィラメントが捻られ交絡した点が多いことが組み合わさったためである。多数回通過のプロセスだと、ラッパー／ボンダ当たりの数が、高速製造に好適な範囲まで減じる。
【００２０】
本発明の特徴および利点は、添付した図面の例証の実施形態と共に以下の好ましい実施形態の説明および特許請求の範囲から明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２を参照すると、剛毛サブアセンブリを形成する多数回通過の装置２０には、連続操作される２つの剛毛サブアセンブリステーション２２および２４が含まれている。第１の剛毛サブアセンブリステーション２２において、ラッピング機構（図示せず）がマンドレル２６周囲でモノフィラメントをラップして、複数のラップ２８が形成される。マンドレルは、図１について説明したタイプの移動ケーブル（図示せず）と共に提供されており、ケーブルの回転により、ラップが上へ移動する（図２によるとラッピング機構はマンドレルの下端に配置しているため）。
【００２２】
図２の実施形態においては、８つのベースストリングがラップへ供給されており、４つはマンドレルの各コーナー、４つはコーナー間のほぼ中点にある。コーナーのベースストリングは全て、マンドレルに沿ったほぼ同じ垂直位置でマンドレル２６に供給されているのが好ましい。４つのコーナーのベースストリングのうち、２つのみ、２９および３０が図２には示されている。コーナーベースストリング２９および３０はそれぞれ、ガイド３６および３８を通してスプール３２および３４へ供給される。図２からは、４つのガイドのうち２つのみ、および４つのベースストリングのうち２つのみ、そしてスプールが見える。
【００２３】
ガイドは、ベースストリングボンディング手段４０および４２を通過する際、これらを位置付け保持する。これによって、ベースストリングがボンドされて、ラップ２８に結合される。各ガイドはそれぞれボンディング手段４０および４２を有しており、これらは超音波アセンブリであるのが好ましい。各超音波アセンブリには、超音波エネルギーを、一方の側で、隣接したラップとベースストリングへ分配するためのホーンが含まれている。逆側では、ラップがベースストリングと接触する点がアンビルとホーンの間になるように、アンビルがマンドレルによって与えられている。作動させると、ベースストリングおよび隣接したラップが振動するのに十分な大きさの超音波エネルギーをホーンが分配し、ベースストリングとラップの一方または両方の界面で熱が生成される。ボンドされたラップとベースストリングが超音波アセンブリから離れると、室温冷却が生じ、ボンドが完成する。
【００２４】
コーナーベースストリングの入口点から上へ離れた垂直位置で、中点ベースストリング４４および４６が、各スプール４８および５０からマンドレルのラップへ供給される。他の２つの中点ベースストリングおよびスプールは図２には示されていない。ベースストリング４４および４６は、それぞれガイド５２および５４から、マンドレルのラップへ供給される。ガイドは、それぞれ、ボンディング手段または超音波アセンブリ５６および５８と並置されている。これらのアセンブリは、他の超音波アセンブリ４０および４２と同じく機能し、操作すると、ラップ２８の突合せ面がベースストリング４４および４６にボンドされる。
【００２５】
超音波アセンブリ５６および５８の下流、マンドレルの各面には、一対の回転カッターブレードまたはスリッタ６０および６２がある。合計で８個のスリッタがあり、ベースストリングとラップ間のボンド点近傍でラップ２８を切断すべく配置されている。その結果、８つの剛毛サブアセンブリ６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６および８０が形成される。剛毛サブアセンブリ７６の拡大断面を参照すると、各剛毛サブアセンブリには、ベースストリング８２と、基端でベースストリングに結合された複数の剛毛８４が含まれている。剛毛の末端は、ほぼ共通面で終わっている。剛毛そのものは、基端と末端の両方でモノフィラメントラップ２８をスリッティングした後形成される。
【００２６】
一対のドライブローラ８６および８８が剛毛サブアセンブリを巻き取って、次の剛毛サブアセンブリステーション２４へ供給する。図２には２対のドライブローラしか示されていないが、追加の対を用いて、剛毛サブアセンブリを次の処理ステーション、または巻取りスプールへ分配してもよい。また、見やすくするために、ドライブモータおよび制御機構は図示されていないが、通常のドライブ手段および制御手段を用いることができる。
【００２７】
剛毛サブアセンブリステーション２４には、第１のステーション２２と極めて類似した構造が含まれており、例えば、ラッピング機構（図示せず）によりラップされるマンドレル９０、複数のラップ９２を形成するモノフィラメントがある。第１のステーションと同様に、第２のステーション２４には、コーナーガイド９４（１つのみ示されている）および対応の超音波アセンブリ９６、および中点ガイド９８（１つのみ示されている）および対応の超音波アセンブリ１００が含まれている。ガイド９４の詳細にあるように、ガイドには、上部１０２と下部１０４が含まれており、これらは併せて、剛毛アセンブリ７２のベースストリング３０を導くスロットを画定しており、剛毛３１が放射状に外側へ延びている。同様に、他の剛毛サブアセンブリはラップ９２と並置されるように導かれ、ベースストリング２９、３０、４４、４６および８２（および図２には特に図示されていないがその他３つのベースストリング）と、付加した剛毛が第２のステーション２４へ供給される。
【００２８】
ラップ９２をそれぞれのベースストリングへ第２のステーション２４で超音波ボンディングした後、ケーブル（図２には図示せず）が、ボンドされたサブアセンブリを、スリッタ対１０６および１０８を含む一対の回転カッターブレードまたはスリッタへ移動する。スリッタは第１のステーション２２のスリッタと同じ機能を果たす。特に、スリッタは４対でグループ化されており、マンドレルの各面に２つあって、それぞれのベースストリング近傍でラップ９２を切断する。スリッタにより移動されるラップをスリッタが切断して、第２列の剛毛１１０が、剛毛８４の第１列の逆のベースストリングの側に存在する修正剛毛サブアセンブリが形成される。
【００２９】
一対のドライブローラ１１２および１１４、そして必要なその他のドライブローラを用いて、修正剛毛サブアセンブリを取り外して、巻取りスプールまたは次のステーションへと分配する。次のステーションでは、追加の列の剛毛を既存の列の剛毛に追加することができる。各処理ステーションでのドライブローラの速度は変更および制御可能であり、過剰の遅れやテンションをかけることなくさらに処理可能な速度で、剛毛サブアセンブリが次のステーションへ確実に供給される。
【００３０】
図３は、マンドレル２６の４つの全コーナーの超音波アセンブリ４０、４２、４３および４５、および対応の取り外し可能な層入部１１６、１１８、１２０および１２２の断面図である。各挿入部には、アンビルが含まれており、モノフィラメントのラップ２８と接触している。アンビルおよび各超音波アセンブリの超音波ホーンの対応の末端はベースストリングおよびラップと係合していて、ベースストリングおよび／またはラップの局所加熱を行うのに有効量の超音波エネルギーが分配される。２つのコーナーおよび関連構造の詳細図は図４にある。
【００３１】
図４にあるように、挿入部はマンドレル２６の切り欠き領域内に装着されており、ねじファスナー、クイックカプラ、干渉継手等のような好適な手段により適所に保持することができる。挿入部１１６、１１８、１２０および１２２は、交換し易いよう脱着可能に結合されている。各挿入部は、コーナーアンビルを支持しており、ベースストリングおよび／またはラップが作成される特定の材料に最適である。このように、ベースストリングとラップの組み合わせに応じて、特定のベースストリングに合うようアンビルを様々な形状およびサイズで形成してよい。図示した実施形態において、ベースストリング２９および３０のようなベースストリングは、断面が正方形で、ナイロンや上述の関連および／または同時係属出願で記載したその他様々な材料といったポリマーモノフィラメント材料でできている。
【００３２】
超音波エネルギーを適正に導き分配するために、超音波アセンブリ４０および４２、ならびにその他の超音波アセンブリのホーン４０ａおよび４２ａは、対応のベースストリングを受けるための溝付き端部を有している。正方形断面のベースストリングについては、溝は矩形形状であるのが好ましく、円形断面のベースストリングについては、溝は相補半径（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｒａｄｉｕｓ）の曲線形状を有している。異なる断面形状のベースストリングには、超音波ホーンと同様の形状の溝が必要である。溝の深さはベースストリング厚さの７０％以下、好ましくは、３０％未満である。
【００３３】
アンビル１１６ａはラップ２８が滑る上面を有している。同様に、上面は、ラップ２８と当接するアンビル面も与え、アンビル上面とベースストリング２９の両方がホーン４０ａの溝付き端部内で隣接する。アンビル１１６ａはさらに、移動ケーブル１２４を滑動可能に受けるために側部に溝も有しており、これによってラップ２８がマンドレルに沿って上方に移動する。
【００３４】
同様に、アンビル１２２ａもラップ２８が滑る上面を有している。同様に、上面は、ラップ２８と当接するアンビル面も与え、アンビル上面とベースストリング３０の両方がホーン４２ａの溝付き端部内で隣接する。アンビル１２２ａはさらに、移動ケーブル１２６を滑動可能に受けるために側部に溝も有しており、移動ケーブル１２４および他の２つのコーナーにある同様の移動ケーブルと共に、ラップ２８をマンドレル２６に沿って上方に移動する。各移動ケーブルはエンドレスループで示してあるため、各ケーブルの戻り経路は、対応の溝１２８および１３０に収容されている。
【００３５】
図４に示されるように、中点ベースストリング４４、４６および１３２には対応のアンビル１３４、１３６および１３８があり、中点アンビルとコーナーのアンビルの両方に共通の挿入部または別個の挿入部に装着することができる。例証の実施形態において、コーナーアンビルおよび中点アンビルは共通の挿入部に、２つが１つの挿入部に装着されている。いずれにしても、アンビルは取り外し可能であるのが好ましい。というのは、異なるサイズ、種類および用途のベースストリングおよび／またはラップには異なるアンビルが必要であるからである。さらに、アンビルはラップと移動ケーブルの両方に対して摩耗表面であるため、摩耗したアンビルを交換できるよう脱着可能であることが重要である。
【００３６】
図５の拡大図にあるように、アンビル１１６ａは、コーナーから対応のマンドレル面に向かってコーナーから下方へ徐々にテーパがついている。テーパ角度は約０〜５度であるのが好ましい。この角度は、ラップ２８の内側面とアンビル１１６ａの上面間に凹部の空隙として現れる。いずれにしても、上面のガイド位置の傾斜をはじめとする表面特性は、製造速度およびベースストリングおよび／またはラップに用いる材料の種類に応じて変えることができる。また、超音波アセンブリの位置は、必ずしも、図示したようにコーナーアセンブリをある位置に配置し、中点アセンブリを他の位置に配置する必要はない。
【００３７】
図６は、図３と同様の断面図であり、中点ベースストリングについての超音波アセンブリ５６、５８、１４０および１４２を示している。特に、超音波アセンブリは隣り合うアンビル１３４、１３６、１３８および１４４に配置されている。アンビルは、挿入部１１６、１１８、１２０および１２２に脱着可能に装着されている。この代わりに、アンビルは別個の挿入部に装着することができる。また、更なる変形例としては、アンビル全てをマンドレル中に形成された対応の凹部に脱着可能に装着することができる。また、アンビルは、マンドレルに一体化して永続的に形成することもできる。しかしながら、ボンドされるベースストリングおよび／またはラップの種類およびサイズに応じて異なるアンビル配置が必要となることから、アンビルは取り外し可能であると有利である。また、アンビルは摩耗表面であるため、摩耗したら交換できると有利である。
【００３８】
図７は、図６の拡大図であり、超音波アセンブリ５６、１４２および５８の溝付き端部と、アンビル１３４、１３６および１３８間でラップ２８を係合するベースストリング４４、４６および１３２が示されている。アンビルによって、ラップ２８が、マンドレルコーナー間のほぼ中点で僅かにキンクされているのが分かる。キンク角度はアンビルのテーパ角度に対応している。前述した通り、テーパ角度は０〜５度であるのが好ましい。
【００３９】
各アンビルのテーパ角度は、ベースストリング４４についての詳細が図８に示してある。ベースストリングは正方形断面のポリマーモノフィラメントである。図８より、ベースストリング４４の下の左コーナーは、モノフィラメントラップ２８と接触しており、モノフィラメントの下の右手コーナーはラップ２８から僅かに空間が空いている。その結果、超音波エネルギーの適用による溶解は、下の左手コーナーで始まり、ベースストリング面を超えて進む。ベースストリングの下の右手コーナーとラップの上面との間の間隔に最初から接触がない、すなわち、間隔があるかどうかは、アンビルのテーパ角度に依存している。テーパの理想的な角度は、ベースストリングとラップの組み合わせにどのような材料、形状、サイズ等だと最良であるか一件一件の分析によって選択することができる。
【００４０】
図９には、第２の剛毛サブアセンブリステーション２４が、コーナー超音波アセンブリが第１のサブアセンブリステーション２２のベースストリングと係合する点の断面で示されている。特に、コーナーの超音波アセンブリ９６、１４６、１４８および１５０はマンドレル９０のコーナーに並置されている。マンドレル９０には、４つの挿入部１５２、１５４、１５６および１５８が含まれており、これらはマンドレル９０に脱着可能に装着されている。各挿入部は、前のステーション２２のアンビルと同様の形状およびサイズを有する脱着可能に結合されたアンビル１６０、１６２、１６４および１６６を支持している。ラッピング機構（図示せず）は、第１のステーション２２のラップ２８を形成するラッピングと同様のやり方で、マンドレル９０周囲のモノフィラメントをラップして、複数のラップ９２を形成する。
【００４１】
第１のステーション２２では、ベースストリングは、ガイドを介して超音波アセンブリに供給される。第２のステーション２４では、サブアセンブリ６４、６６、７０、７２、７４、７６および８０が第２のステーションへ供給されて、これらのサブアセンブリのベースストリングが第２のステーションのベースストリングとなる。すなわち、ラップ９２がサブアセンブリ６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６および８０のベースストリングにボンドされる。詳細な図を図１０に示す。
【００４２】
図１０に示す通り、ラップ９２は、マンドレル９０周囲に完全に延在しており、コーナーアンビル１６０および１６２と係合している。アンビルの上面は、第１のステーション２２のアンビルに関して述べたように、必ずしもテーパや角度がついている必要はない。また、第１のステーション２２の場合と同様に、アンビル１６０および１６２はそれぞれ挿入部１５２および１５４に脱着可能に装着されている。ベースストリングをガイドを通して供給して超音波アセンブリでラップと係合するのではなく、ステーション２４が剛毛サブアセンブリをラップへ供給する。
【００４３】
ガイド９４（図２）を通して供給されたベースストリング３０および剛毛３１を有する剛毛サブアセンブリ７２は、剛毛３１がラップ９２とほぼ平行になるように剛毛サブアセンブリ７２のベースストリング３０がラップ９２と係合するようなやり方で、ラップ９２と係合する。アセンブリ９６の超音波ホーンの端部とベースストリング間で保持されている、剛毛３１とラップ９２間にベースストリング３０を保持して、超音波アセンブリ９６を作動させると、熱が生成され、これによってラップ９２がベースストリング３０へボンドされる。追加の加熱およびボンディングを、剛毛３１とベースストリング３０間で行うと、前になされたボンドが強化される傾向にある。
【００４４】
このプロセスは各コーナーでなされる。図１０に示す次のコーナーで、剛毛サブアセンブリ７６が、マンドレルに供給されてラップ９２を係合する。剛毛サブアセンブリには、ベースストリング８２および剛毛８４が含まれる。ガイドを通して供給されたベースストリング８２および剛毛８４を有する剛毛サブアセンブリ７６は、剛毛８４がラップ９２とほぼ平行になるように剛毛サブアセンブリ７６のベースストリング８２がラップ９２と係合するようなやり方で、ラップ９２と係合する。アセンブリ１５０の超音波ホーンの端部とベースストリング８２間で保持されている、剛毛８４とラップ９２間にベースストリング８２を保持して、超音波アセンブリ１５０を作動させると、熱が生成され、これによってラップ９２がベースストリング８２へボンドされる。追加の加熱およびボンディングを、剛毛８４とベースストリング８２間で行うと、前になされたボンドが強化される傾向にある。
【００４５】
図１０に示されるように、移動ケーブル１６８および１７０が、マンドレル９０に沿って、ボンディングステーションの中点に向かって、上方へ連続して結合されたラップを移動し、そこでラップが、マンドレル９０に沿って中点に供給された剛毛サブアセンブリへ結合される。ベースストリング３０は第１のボンディングプロセスよりも僅かに角度がつけられて、図１１に示すように、ベースストリング３０の下の右コーナーが下の左コーナーの前にラップ９２と係合する。このように、ボンディングは下の右コーナーで始まり、ラップとベースストリング３０の下面の界面に沿って進む。これを行うために、超音波アセンブリの超音波ホーンの下面と同様に、アンビルの上面は平らであるのが好ましい。
【００４６】
図１２に、中点超音波アセンブリ１００、１７２、１７４および１７６が、ステーション２４の中点で剛毛サブアセンブリをボンドするやり方を示す。前のステーション２２からの剛毛サブアセンブリを、本明細書に記載したようにして、コーナー間の中点で第２のステーションへ供給して、超音波アセンブリ１００、１７２、１７４および１７６の端部とアンビル１７８、１８０、１８２および１８４の上面間のラップ９２を係合する。超音波エネルギーを剛毛サブアセンブリとラップ９２にかけると、ラップと、剛毛サブアセンブリのベースストリング間にボンドが形成される。
【００４７】
図１３を参照すると、超音波アセンブリ１００のホーンは平らな下面を有しており、これが、剛毛サブアセンブリ６８の剛毛１８６と係合している。ラップ９２は、アンビル１７８、１８０、１８２および１８４を含む中点アンビルの上面と係合して、中点剛毛サブアセンブリのベースストリングをラップ９２にボンドさせることができる。このボンディングプロセスの結果、ラップ９２は、他の側にボンドされた剛毛とは逆のベースストリング表面にボンドされる。例えば、剛毛サブアセンブリ６８のベースストリング４４は、一方の側にボンドされた剛毛１８６を有しており、ラップ９２が、超音波アセンブリ１００により供給されるエネルギーを介して逆側にボンドされる。ボンドされたラップ９２は剛毛とほぼ平行である。例えば、剛毛サブアセンブリ６８の剛毛１８６、および剛毛サブアセンブリ７２の剛毛３１はラップ９２にほぼ平行である。
【００４８】
図１４に示すように、中点でラップ９２にボンドされたベースストリング４４のような各ベースストリングは、ラップ９２に対して僅かに角度がついている。超音波アセンブリ１００のような超音波アセンブリのホーンの下端は、アンビル１７８のようなアンビルの上面のように平らである。このように、超音波エネルギーをラップ９２、ベースストリング４４および剛毛１８６にかけると、生成された摩擦熱によって、ベースストリング４４の下の右コーナーがまず溶解し、ベースストリング４４の下の右コーナーに達するまで、溶解がベースストリングの下面およびラップ９２の上面に沿って進む。全中点ベースストリングについて行われた結果、ラップが剛毛３１および１８６のような剛毛とほぼ平行になるように、ラップ９２が中点ベースストリングに結合する。
【００４９】
スリッタ対のより詳細な説明は図１５にあり、第１のステーション２２のスリッタ対が示されている。ここに記載した説明および図面から、両ステーション２２および２４のスリッタ対はほぼ同じように動作することが明らかであろう。第１のステーションで剛毛サブアセンブリを形成するために、ラップは効率的で正確なやり方で切断されなければならない。様々な手段のいずれを用いてもよいが、好ましい実施形態は、マンドレル２６周囲に対で装着された回転スリッタを用いるものである。スリッタ６０および６２の第１の対は、共通シャフト１８８の末端に装着された回転ディスクまたはカッターブレードであるのが好ましい。シャフト１８８は、従来の制御手段（図示せず）により制御される従来のタイプの電気モータとすることのできるドライブモータ（図示せず）により回転する。制御手段は、少なくとも回転速度および動力オンオフを制御するのが好ましい。
【００５０】
アプリケータ１９０および１９２は、それぞれ回転カッターブレード６０および６２に潤滑剤または冷却剤を適用して、ラップとブレード間の摩擦により、望ましくないラップの加熱および変形が生じないようにする。単一の流体によって、冷却と潤滑の両方の機能が与えられる。特に利点のある流体の一つは水であり、特定の種類のアプリケータはドリップアプリケータである。その他の流体およびその他の冷却／潤滑手段を用いることもできる。アプリケータを用いるのが好ましいが、必要なものではない。ただし、ラッピング材料にポリマーモノフィラメントを用いるときは、ブレードを冷却するのが望ましい。
【００５１】
図１５に示すように、マンドレル２６の次の近接面に第２の対のスリッタを与える。特に、スリッタ１９４および１９６は、ドライブモータ（図示せず）により回転されて制御手段（図示せず）により制御されるシャフト１９８に装着される。アプリケータ２００および２０２が冷却剤／潤滑剤を適用し、これは切断中にラップの変形を防ぐ補助となる。
【００５２】
マンドレル２６の次の近接面に第３の対のスリッタを与える。特に、スリッタ２０４および２０６は、ドライブモータ（図示せず）により回転されて制御手段（図示せず）により制御されるシャフト２０８に装着される。アプリケータ２１０および２１２が冷却剤／潤滑剤を適用し、これは切断中にラップの変形を防ぐ補助となる。
【００５３】
マンドレル２６の次の近接面に第４の対のスリッタを与える。特に、スリッタ２１４および２１６は、ドライブモータ（図示せず）により回転されて制御手段（図示せず）により制御されるシャフト２１８に装着される。アプリケータ２２０および２２２が冷却剤／潤滑剤を適用し、これは切断中にラップの変形を防ぐ補助となる。
【００５４】
各対のスリッタにより、１つのブレードをマンドレル２６の一つのコーナーと並置して、ベースストリングの外側のラップを切断する。他方のブレードは、マンドレル２６の面（または側部）の中点と並置して、同じスリッタ対の対応のコーナーベースストリングとして中点ベースストリングの同じ側のラップを切断する。各中点で、カッターベッド２２４、２２６、２２８および２３０をマンドレル２６に形成された対応の凹部に与える。各ベッドには、対応の中点スリッタが通過する溝が含まれる。対応のベッド２２４に適合するブレード６０の詳細を図１６に示す。ラップ２８をブレード６０によりベッド２２４の上部表面に押し付けて、ラップ２２８に僅かな湾曲を生じさせる。
【００５５】
コーナースリッターはまた、各対応のコーナーに近接して配置され、好ましくは、挿入部に、またはその近傍に装着されたカッターベッドと協働する。その近傍にはケーブル溝が形成されている。かかる構成を図１７ａに示す。コーナースリッターブレード１０８がカッターベッドまたはマンドレルのコーナーと係合するその他の協働形成部と嵌合する。ナイフブレードは片側のみ傾斜しており、傾斜がベースストリングに向くように配置されている。傾斜がプラウとして作用して、ベースストリングを押し離して、望ましくないベースストリングの切断を防ぐ。
【００５６】
カッターブレードおよび対応のドライブシャフトを見やすく描くために、図１５の図面の縮尺はやや過大になっている。また、ドライブシャフトは、それぞれドライブモータおよび制御手段を有するように示されている。変形実施形態では、リンクしあった全てのドライブシャフトを有しており、共通のドライブモータおよび共通の制御手段により動作する。ブレードは従来の種類であればいずれとすることもでき、切断される材料の種類によって選ぶ。往復運動ブレード、挟みタイプのブレード、レーザー等のようなその他の切断装置を用いることができる。
【００５７】
第２のステーション２４のマンドレル９０には、同様の構成のスリッタまたは切断ブレードが与えられている。図１７に、ラップがベースストリングにボンドされた後に、スリッター１０６の１つがどのようにしてラップ９２を切断するのか、その詳細を示す。特に、回転切断ブレードが、ベッド２３２に与えられた溝へと伸張して、コーナー間の中点でラップ９２の切断を促す。ラップ９２がステーション２４に関連した８つのスリッターにより同時に切断されると、合計で８つの剛毛サブアセンブリが、ベースストリングの両側に付加した２つの平行な列で剛毛が形成される。
【００５８】
剛毛サブアセンブリがスリットされ、２列の剛毛がこのようにして形成された後、追加の処理工程を用いて、ベースストリングへの剛毛の結合を向上し、また、剛毛サブアセンブリの外観および感触も向上させることができる。図１８を参照すると、２列の剛毛を有する剛毛サブアセンブリ７６が、剛毛の結合端を調整するための装置２３４に供給される。装置には、剛毛サブアセンブリを端末調整装置に導く手段が含まれている。
【００５９】
特に、ガイド手段には、図１８によれば、左から右へと動く剛毛サブアセンブリを受ける第１のガイドローラ２３６と、第１のガイドローラ２３６の接線に配置された直線剛毛ガイド２３８と、図１８によれば、調整した剛毛アセンブリ７６を左から右へ動かす第２のガイドローラとが含まれる。ドライブローラ、巻取りスプールおよび剛毛サブアセンブリを装置２３４に分配するその他の手段は図示されていないが、従来の形態で与えることができる。
【００６０】
２つのガイドローラ２３６と２４０間に配置された調整ホイール２４２は、剛毛サブアセンブリ７６の剛毛を受けて、ベースストリングを加熱空気の源２４４に露出する周囲溝を有している。源２４４は、例えば、ホットエアブロワとすることができる。あるいは、加熱コイルのようなその他の種類の加熱装置を用いることもできる。水のような冷却流体を含有する冷却タンク２４６は、調整ホイール２４２と流体連通している。これによって、ホイールが剛毛の融点またはその他剛毛を変形するまで加熱されないようにすることができる。実際、源２４４からの熱は、ベースストリングに付加する剛毛の切断端に集中する。
【００６１】
図１９に、剛毛サブアセンブリのベースストリング８２に付加する剛毛の切断端８４および１１０を示す。図面から明らかなように、切断端にはやや凹凸があり、剛毛材料とベースストリング材料間の主たる界面はベースストリングの片側表面に沿っている。調整後、図２０にあるように、界面は、元の側面と上面に沿った面の２つの近接表面に沿って形成されて、ベースストリングと剛毛間の相互結合が向上する。さらに、凹凸だった端部は平滑になって、剛毛を歯ブラシ等に適用すると良好な感触を与える。
【００６２】
図２１および２２に示すように、軸「ａ−ａ」周囲を回転する調整ホイール２４２は、溝の第１の段の下部面に載っているベースストリングと共に剛毛サブアセンブリを受ける周囲溝２４８を有している。剛毛は、溝の狭く深い部分へと延びており、剛毛を平行な並置位置に保持する。さらに、加熱源を溝の第１の段の部分に向け、冷却タンク２４６によって、ホイールがホットエア源またはその他加熱手段により剛毛が変形する点まで加熱されないようにする。
【００６３】
剛毛を調整ホイールへ導く他の構成もまた考えられる。例えば、図２３を参照すると、調整ホイール２５０は、剛毛サブアセンブリ２５２を受けており、これをガイドローラ２５４により供給する。調整ホイール上部の矢印は、前述の実施形態と同様に、ホットエア源が、剛毛サブアセンブリ２５２のベースストリング領域に当接することを示している。
【００６４】
図２４および２５に示されるように、ガイドローラ２５４には、ハブ２６０により分割された２つの側面プレート２５６および２５８が含まれる。１対のガイドスリーブ２６２および２６４が、プレート２５６および２５８の各側の内側表面に結合している。ガイドスリーブは、剛毛を調整ホイール２５０の周囲溝２６６へ導くための集束経路を画定する。ガイドスリーブの外側端部は、溝２６６へ伸張して、剛毛２６８および２７０と溝２６６内で嵌合する。
【００６５】
本発明の範囲内でいくつかの変形例が考えられる。例えば、ガイドスリーブは、側部プレートに付加させる必要はなく、代わりに、調整ホイールとガイドローラとの間で独立に支持することができる。一般に、剛毛を調整ホイールの周囲溝へと導き入れることのできる手段であれば何れも用いることができる。さらに、ガイド手段は、剛毛の剛性およびその他の因子に応じて全て排除してもよいし、調整ホイールに広いテーパとして与えてもよいし、調整ホイールそのものに他の構成を用いてもよい。
【００６６】
ベースストリングはモノフィラメントまたはポリフィラメントとすることができる。モノフィラメントを形成する３つの特に好適なポリマー材料はナイロン、ポリエステルおよびアセタール樹脂である。ナイロンモノフィラメントは、ブラシ剛毛、釣り糸およびテニスラケットストリングをはじめとする様々な製品を作成するのに用いられてきた。モノフィラメントを作成するのに特に好適なナイロン材料は、本願特許出願人によりタイネックス（ＴＹＮＥＸ）（登録商標）という商品名で市販されているナイロンフィラメントである。特に有用なタイネックス（ＴＹＮＥＸ）（登録商標）製品は、ポリヘキサメチレンドデカンアミドでできた６，１２ナイロンフィラメントである。融点は２０８〜２１５℃、比重は１．０５〜１．０７で、多くの断面形状および直径で市販されている。その他の好適な材料としては、ハイトレル（ＨＹＴＲＥＬ）（登録商標）、ポリエステルおよびデルリン（ＤＥＬＲＩＮ）（登録商標）およびアセタール樹脂が挙げられる。ハイトレル（ＨＹＴＲＥＬ）（登録商標）およびデルリン（ＤＥＬＲＩＮ）（登録商標）は両者とも本願特許出願人により製造され市販されている。化学的には、アセタールは、アルコールとアルデヒドの２段階反応生成物である。１９６０年に市販されたアセタールホモポリマーは、無水ホルムアルデヒドを重合してオキシメチレン単位鎖を作成することにより形成される。ヘキストテクニカルポリマー（Ｈｏｅｃｈｓｔ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）（ＨＴＰ）製セルコン（Ｃｅｌｃｏｎ）（登録商標）アセタールコポリマーは１９６１年に導入され、トリオキサンを環状エーテルで共重合して、オキシメチレンとオキシエチレン単位から構成される、より耐化学性のある鎖とすることにより調製される。このコポリマーはまた、その他のメーカーからも提供されている。
【００６７】
例証した実施形態には、ほぼ四角形断面で示されたベースストリングが含まれているが、ベースストリングには、楕円、円形、矩形および不規則形状をはじめとする、実際いかなる断面形状でも用いることができる。丸断面で示された剛毛およびモノフィラメントについても同じことが当てはまる。四角形、矩形、楕円、中間部リブおよび不規則形状をはじめとするその他の形状を用いることができる。また、材料は、例えば、モノフィラメント材料でできたベースストリングとモノフィラメント材料かポリフィラメント材料のいずれかでできた剛毛を有するように混合してもよい。モノフィラメントがブラシ剛毛および剛性を必要とするその他の製品に好適であるのに対し、ポリフィラメント材料は、例えば、カーペットタフトストリングを作成するのに好適である。しかしながら、本発明によれば、剛毛ストリングは、剛毛サブアセンブリを、ヤーンラップがボンディングステーションに適用されるラッピングステーションに供給することにより、タフトストリングと混合させることができる。
【００６８】
開示された装置および方法を用いて様々な製品の製造が考えられるが、基本となる１つの製造物品は、剛毛サブアセンブリであり、剛毛サブアセンブリは、ある長さに切断して、様々なブラシ用途に用いることができる。ブラシ用途は、モノフィラメントラップおよびモノフィラメントベースストリングと共に用いるのに特に適合しており、これらは両者とも熱可塑性である。すなわち、超音波エネルギーの影響下で振動すると、熱によって表面が溶ける。エネルギーを与えるのをやめると、摩擦熱が近接した副表面塊まで即時にかつ急激に失われて、ベースストリングまたはラップまたその両方からの溶融材料が、ベースストリングとラップを機械的にロックする。
【００６９】
同様に、ベースストリング、ラップまたはその両方のいずれかとして用いられるポリマー材料を用いてカーペットタフトストリングを作成することができ、ラッピング材料はカーペット製造に一般的に用いられるタイプのポリフィラメント材料である。かかる物品は、機械の開示された実施形態に比較的僅かの修正を行うことで作成することができる。
【００７０】
剛性サブアセンブリステーションについて本明細書に記載した実施形態は、マンドレルに沿ってラップを移動するのに用いられるケーブルについて記載してある。実施例を図４に示すことができる。ケーブル１２４および１２６は、対応のアンビルに提供されるガイドにおいてループの第１の動作は一方向へ動き、マンドレルに形成された溝においてループの第２の動作は逆方向に動くようにエンドレスループ中で動く（図４の１２８および１３０）。特に好ましいケーブルは、ここに参考文献として組み込まれる米国特許公報（特許文献４）（２０００年１０月４日出願の「ブレードコード継手」マークＳ．エドワード（“Ｂｒａｉｄｅｄ  Ｃｏｒｄ  Ｓｐｉｃｅ”  ｂｙ  Ｍａｒｋ  Ｓ．Ｅｄｗａｒｄｓ．）に記載されている。この出願には、結合される各端部の一部のブレードになっていないを部分を含む個々のプライが含まれたコードまたは個々のブレードプライの端部を結合し、コードの主たるブレード本体を残し、各端部から対応のプライを配置および結合し、コードの主たるブレード本体から戻して結合パイルを引張ることによって作成されるエンドレスループまたはベルト（またはケーブル）が記載されており、結合されるコードの主たるブレード本体を近接させて、過剰の結合プライがコードから突出するまで端部から異なる距離で引っ張る。最終的に、過剰の結合プライがコードから除去される。その結果、継手の長さ全体にわたってコードの断面に凹凸のない平滑な継手となる。コードは、パラアラミド、メタアラミド、高分子量鎖状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンおよび同様の材料といった高性能材料でできているのが好ましい。
【００７１】
上述の例証の実施形態には、正方形のベースストリングが含まれ、特に好ましい実施形態には、ベースストリングとラップ間に、より効率のよい超音波加熱が得られるようなやり方で接触点を作るのを補助する表面突出部を有するベースストリングが含まれる。図２６には、２つの隣り合うコーナー間の中点付近に形成されたリブ３０２、３０４、３０６および３０８を備えた断面がほぼ正方形のベースストリング３００の横方向の断面図が示されている。リブは、ベースストリング３００の本体と、押し出しプロセスまたはその他の有効な役立つやり方で一体形成されるのが好ましい。かかるプロセスについて、ベースストリングを形成するのに用いるのに好ましい材料は、リブのないベースストリングに関して記載したポリマーモノフィラメント材料である。
【００７２】
超音波エネルギーによって、同じ断面質量の２つの物体、ラップとリブ３０２を濃縮して溶解を開始させるようなやり方で、接触点がベースストリングとモノフィラメントラップ間に存在するようになるという更なる利点がリブによって与えられる。当然のことながら、リブまたはリブ状構造は、円形、矩形またはほぼ不規則形状といったその他の形状のベースストリングに形成することができる。ベースストリングのあらゆる形状において、リブは、「エネルギーダイレクタ」として作用して、ボンディングに必要な加熱が効率的に生じる。
【００７３】
さらに、本明細書に記載した実施形態によれば、各剛毛サブアセンブリの剛毛は、ほぼ垂直な方向にベースストリングから外側に伸張していることが示されている。しかしながら、剛毛が９０度より大きい、または小さい角度で伸張するようなその他の角度も用いることができ、角度は、本発明に従って製造される物品の予想される用途に応じて選択することができる。例えば、本明細書に記載したサブアセンブリを用いてブラシを製造する場合、ブラシ剛毛となるような細長い部材を、傾斜角または９０度の角度で（図示したように）ベースストリングにボンドすることができる。
【００７４】
第１のステーションのラップ間の特性を、第２またはそれ以降のステーションのものとは変えて、単一剛毛サブアセンブリが異なる特性の剛毛を含むようにすることも本発明の範囲に含まれる。特に、第１のラップ（第１のステーションの）は、サイズ、形状、組成、物理特性および色のような少なくとも１つの特性において第２のラップ（第２のステーションの）とは変えることができる。
【００７５】
冷却流体を用いるとき、調整ホイールに関連して用いる、本明細書に記載した冷却源は、周囲温度以外の手段により除去すべき熱を蓄積することが予測できる。実際にあらゆる熱交換装置を用いることができるが、単純な１つの手段は「貫流」流体を用いることである。すなわち、冷却流体がタンクを通って源から流れ、水のような流体冷却源で常に補充されるということである。あるいは、冷却コイルを流体を冷却するタンク内に配置することもできる。しかしながら、実際にあらゆる熱除去装置を用いることができる。同様に、タンクが十分に大きく周囲温度が十分に冷たい場合には、追加のフロースルーまたは熱除去構造なしで十分なレベルで熱除去を行うことができる。
【００７６】
上述した実施形態において、剛毛サブアセンブリは、ラッピングステーションでモノフィラメントと混合されて、ベースストリングと２列の細長い部材を含む修正サブアセンブリが生成される。ある用途においては、細長い部材は、ブラシを組み立てるのに用いる剛毛である。本発明の更なる変形では、２つの修正していないサブアセンブリを混合して、２列の細長い部材と２つのベースストリングを含む修正サブアセンブリを形成することができる。
【００７７】
図２７および２８によれば、第１の剛毛サブアセンブリ３２０および第２の剛毛サブアセンブリ３２２は、回転方向矢印で示される原動力により接触する。サブアセンブリ３２０に関連する矢印は、例えば、アンビル（図示せず）の反力とすることができ、一方、サブアセンブリ３２２に関連する矢印は超音波ホーン（図示せず）の反力とすることができる。各サブアセンブリは、一列の細長い部材に結合したベースストリングを有しており、本明細書に記載した方法に従って作成される。サブアセンブリ３２０は、ベースストリング３２４と細長い部材の列３２６を有している。ベースストリングと細長い部材は両者ともポリマーモノフィラメント材料で作成することができる。同様に、サブアセンブリ３２２は、ベースストリング３２８と細長い部材の列３３０を有している。
【００７８】
サブアセンブリ３２０および３２２を図２８に示すように接触させるとき、アンビル、ベースストリング３２４、細長い部材の列３２６および３３０、ベースストリング３２８および超音波ホーンは実質的に隣接している。超音波エネルギーは、超音波ホーンを作動して、超音波エネルギーを、列間のボンド領域を形成するのに十分なレベルおよび時間で列３２６および３３０間の界面に分配することによって加える。ボンド領域は、界面での細長い部材の表面溶解を表し、冷却すると、２列、すなわち２つのサブアセンブリを機械的に結合する。
【００７９】
このようにして形成された修正サブアセンブリは、２列の細長い部材に挟まれた２つのベースストリングを有している。この構造によって、剛毛がより捕捉されて、各ベースストリングから分離し難くなって、修正サブアセンブリを組み込むアセンブリが細長い部材を緩ませることが少なくなる。また、用途によっては、逆側に結合したベースストリングが、修正サブアセンブリを溝またはその他構造を有するアセンブリへと導くのに有用なレール状構造を形成する。さらに、ブラシヘッドのように、サブアセンブリをイン・サイチュで鋳造するアセンブリにおいては、ベースストリングが、対応のベース構造および鋳型キャビティのシール能のための表面に向上した機械的結合を与える。
【００８０】
他の実施形態と同様に、ベースストリングおよび細長い部材は上述した材料で作成することができる。ブラシ剛毛の特に好ましい実施形態において、細長い部材は、モノフィラメントナイロン材料でできており、ベースストリングは同様の材料でできている。
【００８１】
図２８に示す修正剛毛サブアセンブリを作成するための構造３３１を図２９および３０に示す。第１のガイド３３２および第２のガイド３３４は、ベースプレート３３６のような好適な構造に装着することによって互いに間隔をあけた関係で保持される。ガイドの一方または両方には、それらの間隔を調整するための手段を備えることができる。例示の実施形態においては、ガイド３３４には細長いスロットおよび対応の調整ねじ３３８および３４０があり、これによって、ヘッドの２つある回転方向矢印により示されるような側部調整能が与えられる。この調整能によってまた、サブアセンブリ３２０および３２２の、例えば、構造３３１への初期の供給も可能となる。
【００８２】
ガイド３３２および３３４間に供給されると、細長い部材３２６および３３０、同じくベースストリング３２４および３２８は、超音波エネルギーの適用のために接触する。第２のガイド３３４は、アンビルとして機能して、超音波ホーン３４２と協働し、上述した通り、超音波エネルギーを隣接した細長い部材間の界面に分配する。超音波ホーンは、好適な超音波エネルギー源へ接続可能であり、細長い部材に表面溶解を生じさせるのに十分な時間およびエネルギーレベルで作動させる。
【００８３】
例示した実施形態には、ベースストリングにほぼ垂直に配置された細長い部材が示されているが、特定の用途においては、細長い部材が、やや角度をつけるか、山形パターンで配置されているのが望ましい。これらの構造は、ケーブルがラップを分配するレートに対してベースストリングの相対供給レートを変えることによって形成することができる。速く動かすと、細長いものを前後に集めることができる。前後の細長い部材の組み合わせは、同じベースストリングに提供して交差パターンを作成することができる。いずれにしても、傾斜度は、実際どの角度とすることもできるが、好ましくは「僅か」、すなわち、前後方向のいずれかに０〜１０度の範囲である。
【００８４】
上述した実施形態では、マンドレルの外側表面とほぼ同一平面上の対応のナイフベッドおよび回転ブレードを受ける溝を備えたカッターブレードを例証したが、ナイフベッドの変形実施形態を図３１および３２に示す。図３１において、ナイフベッド３４４はマンドレル表面から上方へ突出している。上部突出部は、マンドレルを囲むラップについて角から角までやや曲がるような十分な程度とする。ナイフベッド３４４の外側表面には、切断点でラップを係合するショルダ３４６が提供されている。対応のナイフ３４８には、ショルダ３４６に近接して伸張している切断端があり、切断操作を補助している。前述した実施形態にあるように、切断操作（中点およびコーナーベースストリングの全てを含むべくマンドレルの長さに沿って異なる位置で行ってよい）によって複数の修正サブアセンブリが生成される。同様に、図３２に示すように、ナイフベッド３４４および対応のナイフ３４８を第１のステーションで用いて、初期サブアセンブリを形成して、これを後のステーションに供給して修正サブアセンブリを作成することができる。
【００８５】
本明細書に記載した様々な実施形態を用いて、剛毛が、細長い部材の列を形成すべく切断された長さのモノフィラメントでできたブラシのような様々な製品を形成することができる。例えば、図３３および３４に、本発明によるブラシ３５０を示す。ブラシ３５０には、ハンドル部とヘッド部を有する本体３５２が含まれる。本体は、射出成形可能な種類のポリマー材料でできていてもよい。剛毛配列３５４は、好適な手段によりヘッド部で本体３５２に結合している。剛毛配列３５４には、本明細書に記載したサブアセンブリまたは修正サブアセンブリの複数のセグメントが含まれている。
【００８６】
図３４に示すように、剛毛配列３５４には、５つの平行な列で構成されたセグメント３５６、３５８、３６０、３６２および３６４が含まれている。各セグメントは、２つのベースストリング間に挟まれた２列の剛毛を含むある長さの修正サブアセンブリを有している。しかしながら、１つのベースストリングに対して２列の剛毛を含む修正サブアセンブリもまた用いることができる。例証の実施形態においては、例えば、セグメントをキャビティに配置し、キャビティを熱可塑性材料で充填することにより、ベースストリングは本体のヘッド部に埋め込んである。セグメントを本体に付加する、または結合するのには、実際に他の手段を用いることができる。
【００８７】
前述の実施形態は、第１列の細長い部材をベースストリングの一方の側に付加し、第２列を逆側に付加するサブアセンブリを例証および説明している。変形実施形態において、２列の細長い部材は、ベースストリングの同じ側に付加することができ、これによって、サイズ、剛性、色、材料等のような異なる物理特性の同じ列の細長い部材に混合することができる。このタイプのサブアセンブリは、第１のサブアセンブリを上述した装置により単純に作動させ、第１列の細長い部材を第２のステーションのラップと接触させることにより形成できる。
【００８８】
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、添付の請求項の技術思想の範囲内で様々な変形実施形態が可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】１回通過のベースストリングを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、装置にはラッピング、ボンディングおよび切断コンポーネントが含まれている。
【図２Ａ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図２Ｂ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図２Ｃ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図２Ｄ】多数回通過プロセスを用いて剛毛サブアセンブリを形成する方法および装置を示す概略図であり、剛毛サブアセンブリを形成する少なくとも２台の装置が直列で操作される。
【図３】本発明によるマンドレルの横断面図であり、マンドレルのコーナーでベースストリングをラップにボンドするのに用いられるコーナー超音波アセンブリの位置を概略で示してある。
【図４】本発明によるマンドレルの拡大図であり、アンビルおよび超音波ホーンの先端の特徴を示している。
【図５】マンドレルの一つのコーナーの拡大図であり、モノフィラメントのラップ下にあるアンビルの角度を詳細に示している。
【図６】図３と同様の断面図であり、中点ベースストリングについての超音波アセンブリを示している。
【図７】図６のマンドレルと超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図８】図７のマンドレルと超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図９】第２の剛毛サブアセンブリステーションにあるマンドレルの横断面図であり、コーナーベースストリングに対する超音波アセンブリの位置を示している。
【図１０】図９のマンドレルとマンドレル用の超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図１１】図９のマンドレルと超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図１２】第２の剛毛サブアセンブリステーションにあるマンドレルの横断面図であり、中点ベースストリングに対する超音波アセンブリの位置を示している。
【図１３】図１２のマンドレルとマンドレル用の超音波アセンブリの部分拡大図である。
【図１４】ラップと中点ベースストリングのベースストリングの接触部の拡大図である。
【図１５】第１の剛毛サブアセンブリステーションのマンドレルの横断面図であり、スリッタアセンブリが示されている。
【図１６】図１５のマンドレルの部分拡大図であり、図示のために１つを除いて全てのスリッタを省いてある。
【図１７】第２の剛毛サブアセンブリステーションのマンドレルの拡大図であり、図１６と同様に中点ベースストリングにあるスリッタを示してあり、図示のために他のスリッタは省いてある。
【図１７ａ】コーナースリッタおよび対応のベッドナイフまたはカッターベッドを示す拡大図である。
【図１８】剛毛サブアセンブリの剛毛の切断端を調整する調整装置の断面図である。
【図１９】図１８の丸く囲われた波線「Ａ」に示される剛毛サブアセンブリの剛毛の拡大図であり、ベースストリングにある相対的に刻み目のついた基端が示されている。
【図２０】図１８の丸く囲われた波線「Ｂ」に示される剛毛サブアセンブリの剛毛の端面図であり、調整工程後の丸められ、平滑にされた基端が示されている。
【図２１】図１８の装置の端面図であり、冷却タンクへ延在した調整ホイールが示されている。
【図２２】図２１の丸く囲われた波線「Ｃ」に示される図２１の調整ホイールの部分拡大図である。
【図２３】本発明の他の実施形態による調整装置の概略図である。
【図２４】図２３のＤ−Ｄ線に示される図２３の調整装置の部分端面図である。
【図２５】図２４の四角く囲われた波線「Ｅ」に示される図２３の調整ホイールの部分拡大図である。
【図２６】好ましいベースストリングの横断面図であり、ボンディングプロセス中のフローゾーンの制御を改善する中点突出部またはリブが示されている。
【図２７】並置させるための力のかかった２つのサブアセンブリの端面図である。
【図２８】超音波エネルギー、その他熱源を適用した後の図２７の並置された２つのサブアセンブリの端面図である。
【図２９】出発材料がそれぞれベースストリングと１列の細長い部材とを含んだ２つのサブアセンブリである修正サブアセンブリを製造する装置の斜視図である。
【図３０】図２９の装置の第１および第２のガイドに与えられたガイド溝を示す拡大部分端面図である。
【図３１】第１のサブアセンブリを追加のラップと結合するのに用いられるマンドレルと、本発明によるナイフベッドの他の実施形態を示す部分断面図である。
【図３２】図３１と同様の図であり、サブアセンブリを作成するのに用いるステーションに用いられる図３１のナイフベッドを示している。
【図３３】本発明によるブラシの側部立面図であり、ヘッド部分が、本発明の修正サブアセンブリのセグメントにより形成されたブリストルの配列に与えられている。
【図３４】図３３のブラシの正面図。




【国際調査報告】
2005504896.tif 000123
2005504896.tif 000124