(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速で往復動しながら毛束を平線によって二つ折りにしてブラシヘッド部に植毛する移動部と、該移動部を摺動自在に取り囲んで支承するハウジング部とによって構成された植毛機構部を備えたブラシ用植毛機において、
前記植毛機構部の移動部とハウジング部との接触面のうち、いずれか一方の側の接触面に溶射法による炭化物サーメット皮膜を形成するとともに、他方の側の接触面には焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを貼着したことを特徴とするブラシ用植毛機。
【請求項２】
前記炭化物サーメット皮膜は、炭化物としてＷＣ単独もしくはＷＣとＣｒ３  Ｃ２  を主成分とし、これに金属成分としてＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒのうちから選ばれた１種以上の金属を重量で５〜３５％の範囲で含むサーメットを用い、高速フレームの熱源中を２００ｍ／ｓ以上の飛行速度条件によって成膜し、その膜厚１０〜５００μｍ、気孔率０．１〜１．０％、かつ、その表面粗さＲａ０．１〜５μｍとしたものであり、
前記Ｓｉ３  Ｎ４  セラミックスは、表面粗さＲａ０．０５〜０．１μｍとしたものであることを特徴とする請求項１記載のブラシ用植毛機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯ブラシ、ヘアブラシあるいは衣服用ブラシなどのブラシ製品のブラシヘッド部に毛束を植毛するブラシ用植毛機に関し、特に、用毛の汚れの原因となりやすい潤滑油の使用を不要としたブラシ用植毛機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３および図４に、従来例を示す。図３は従来の歯ブラシ用植毛機における植毛機構部の要部構造を示す斜視図、図４はその分解図であって、植毛機構部１は、ブラシ保持用治具２によって定位置に搬入固定された歯ブラシのブラシヘッド部３に向かって高速で往復動する移動部４と、該移動部４を摺動自在に取り囲んで支承するハウジング部４とから構成されている。
【０００３】
移動部４は、先端が槍状をした細長いシャトル部４１と、この往復動するシャトル部４１上でさらに往復動するように配設された往復動バー４２と、この往復動バー４２にその基端部を連結されて一緒に往復動する植毛針４３とを備えている。シャトル部４１は、図示を略した駆動装置によって毎分７００〜８００回程度の高速で往復動され、さらに、往復動バー４２と植毛針４３は図示を略した往復動機構によって往復動され、植毛針４の先端部で毛束９をブラシヘッド部３の植毛穴６に植毛するものである。
【０００４】
なお、前記シャトル部４１は、複数個の部材４１ａ〜４１ｄ（図２）から構成されており、シャトル部４１上に形成した針溝４１ｅ内に前記往復動バー４２と植毛針４３を摺動自在に差し込んだ後、部材４１ａ〜４１ｄをネジ４１ｆによって一体に組み付けている。
【０００５】
一方、ハウジング部５は、複数個（図示例では３個）のブロック片５１，５２，５３（図２）から構成されており、このブロック片５１〜５３によって前記移動部４を摺動自在に取り囲んだ後、ネジ５４，５５によって一体に組み付けている。このハウジング部５は、高速で往復動する前記移動部４を摺動自在に案内するもので、図示を略した植毛機本体の基台部に固設されており、植毛機構部１全体を定位置に固定している。
【０００６】
上記構造になる植毛機構部１の植毛動作を、図５を参照して説明する。
なお、この図５は上記植毛機構部１とその周辺部の要部だけを示すものであって、動作を分かり易くするために、植毛機構部１については、ハウジング部５を省略して移動部４の要部のみを図示した。
【０００７】
まず、用毛掻き取り用のピッカー７を回動し、用毛束８から１穴分の用毛を掻き取って植毛用の毛束９とする。そして、この掻き取った複数本の用毛からなる毛束９を、移動部４の針溝４１ｅの位置まで回動して該位置にセットする。さらに、これと同時に、図示しない平線送り器によって、毛束打ち込み用の平線（金属片）を巻いた平線束１０から、平線１１を一定寸法づつ間欠送りし、移動部４の側面に設けた平線カッター１２によって、移動部４内に入り込んだ分の平線１１ａを剪断する。
【０００８】
次いで、移動部４の往復動バー４２が前進され、往復動バー４２に連結された植毛針４３が前記定寸に切り取られた平線１１ａを前方側に向かって押し出していく。そして、植毛針４３はさらに前進し、針溝４１ｅ上で待機している毛束９を平線１１ａとともに押す。これによって、毛束９は平線１１ａとともに二つ折りになって針溝４１ｅ内に押し込められる。
【０００９】
この状態で、シャトル部４１が前進し、シャトル部４１の先端がブラシヘッド部３に最も近づいた時に、シャトル部４１の先端から植毛針４３が所定距離だけ打ち出され、平線１１ａによって二つ折りになった毛束９が平線とともにブラシヘッド部３の植毛穴６に打ち込まれ、植毛が行なわれる。
【００１０】
上記毛束９の植毛後、シャトル部４３と植毛針４３はともに元の位置まで後退され、再び上記動作を繰り返す。このようにして、歯ブラシのブラシヘッド部３のすべての植毛穴６に毛束９が植毛されるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に往復運動や回転運動を伴う機械的構造部材は、磨耗や磨滅現象によって、寸法精度が低下したり、生産性が損なわれるなどの問題が発生する。このため、往復運動や回転運動によって損耗を受ける摺動部分には、次のような耐磨耗対策が施されているのが普通である。
【００１２】
（１）硬く、耐磨耗性に優れた材質によって構造部材を作る。
（２）鋼鉄製部材に替えて一段と硬いセラミックス材料を使用する。
（３）鋼鉄製部材を浸炭、窒化、焼き入れなどの処理によって硬質化させる。
（４）硬質クロムメッキ、硬質の無電解ＮｉＰメッキを施す。
（５）物理的蒸発法（ＰＶＤ）や化学的蒸着法（ＣＶＤ）によって、鋼鉄製部材の表面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮなどの硬質セラミック皮膜を施す。
（６）溶射法によって硬質の金属、セラミックス、サーメットなどの皮膜を形成させる。
【００１３】
上記のように、従来の耐磨耗対策は、接触部を硬質化して摺動や回転運動による摩擦現象を抑制しようとするものであった。しかし、よく知られているように、磨耗現象を防止するには、ただ単に接触面を硬質化しただけでは十分な成果を得られず、また、接触する相手材質によっても大きな影響を受ける。このため、磨耗対策の選択はもっぱら実験的、経験的に行なわれているのが現状であり、その機構や理論的根拠は未だに確立されていない。
【００１４】
前述したように、本発明が対象とするブラシ用植毛機の場合、植毛機構部の移動部を１分間に７００〜８００回という高速で往復動させながら、細い合成樹脂製の用毛（フィラメント）を束ねた毛束を平線と呼ばれる金属片によって二つ折りにしてブラシヘッド部の植毛穴に打ち込んで植毛している。このため、高速で往復動を繰り返す移動部はハウジング部との間で摩擦を繰り返しており、常に発熱に伴う磨耗や損傷を受けるという特徴がある。しかし、その耐磨耗対策として、前述した（１）〜（６）の方法をそのまま適用しても、十分な成果を挙げていないのが現状である。
【００１５】
そこで、本発明は、ブラシ用植毛機が抱えている次のような問題を解決することを目的としてなされたものである。
（１）用毛の汚れの原因となりやすい潤滑油の使用を不要とする。
（２）１分間に７００〜８００回という高速で往復動する植毛機構部は、移動部とハウジング部との接触部が短時間のうちに発熱し、次いで焼き付き現象を引き起こし、正常な運転を長時間にわたって続けられなくなる。
（３）この種のブラシ用植毛機、特に歯ブラシ用の植毛機の場合、厳しい衛生管理が要求され、汚染の原因となる潤滑油を多量に使用することができないため、接触部の発熱と焼き付き現象を避けることができない。このため、接触部表面に、たとえ硬質クロムメッキを施したとしても、発熱によって硬さが低下するのみならず、擬着現象を起こしてしまい、メンテナンスフリーで長時間にわたって運転することができない。
（４）植毛機構部が磨耗したり、焼き付くことによって、部材の交換頻度が重なると、ブラシの生産性が低下するとともに、多くの作業員を抱えておく必要があり、コストアップの要因となる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、高速で往復動しながら毛束を平線によって二つ折りにしてブラシヘッド部に植毛する移動部と、該移動部を摺動自在に取り囲んで支承するハウジング部とによって構成された植毛機構部を備えたブラシ用植毛機において、前記植毛機構部の移動部とハウジング部との接触面のうち、いずれか一方の側の接触面に溶射法による炭化物サーメット皮膜を形成するとともに、他方の側の接触面には焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを貼着したものである。
【００１７】
前記炭化物サーメット皮膜としては、炭化物としてＷＣ単独もしくはＷＣとＣｒ３  Ｃ２  を主成分とし、これに金属成分としてＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒのうちから選ばれた１種以上の金属を重量で５〜３５％の範囲で含むサーメットを用い、高速フレームの熱源中を２００ｍ／ｓ以上の飛行速度条件によって成膜したものであることが好ましい。また、膜厚１０〜５００μｍ、気孔率０．１〜１．０％、かつ、その表面の粗さをＲａ０．１〜５μｍに仕上げることが好ましい。
【００１８】
また、前記Ｓｉ３  Ｎ４  セラミックスとしては、その表面粗さをＲａ０．０５〜０．１μｍに仕上げることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。
なお、図中、前述した従来例（図３〜図５）と同一もしくは相当部分には同一の符号を付し、各部の詳細な説明は省略する。
【００２０】
この図１に示した実施の形態に係る歯ブラシ用植毛機の場合、ハウジング部５の内周面と摺接する移動部４の外周面のうち、左右両側面と下底面の３面ａ，ｂ，ｃに、溶射法による炭化物サーメット皮膜（ハッチングで示した部分）を形成するとともに、移動部４と摺接するハウジング部５の内周面ｄ、ｅ、ｆ、ｇに、焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックス（クロスハッチングで示した部分）を貼着したものである。このように、お互いの接触面に溶射法による炭化物サーメット皮膜と焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを形成してやることにより、高速で往復動される植毛機構部４の磨耗や磨滅現象を大幅に低減することができる。このため、用毛の汚れの原因となりやすい潤滑油の使用を不要とすることができるとともに、潤滑油なしでありながら長期にわたって安定に使用することが可能となる。
【００２１】
上記のように、本発明は、お互いの接触面に溶射法による炭化物サーメット皮膜と焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを形成したものであるから、以下これらの点について詳細に説明する。
【００２２】
［Ｉ］溶射法の採用と溶射材料の選択
溶射法は、金属、セラミックス、サーメットなどの粉末材料をプラズマや可燃性ガスの燃焼エネルギーによって溶融し、これを基材表面に吹き付けて皮膜を形成する技術であり、これまでにも硬質の金属、セラミックス、サーメットの皮膜を施すことより、耐磨耗性を向上させることが行なわれていた。しかし、従来の知見による溶射法と溶射材料をそのまま適用して硬質皮膜を形成しても、十分な機能を発揮させることができなかった。そこで、本発明者等は、次の各項目（１）〜（４）について実験検討した。
【００２３】
（１）溶射熱源：  プラズマと可燃性ガスの燃焼炎の優劣を比較する。
（２）溶射材料粒子の飛行速度：  上記熱源中を飛行する溶射材料粒子の速度を１００〜３５０ｍ／ｓの範囲で可変し、皮膜を好適に形成する条件を選定する。
（３）溶射材料の種類と粒径：  机上検討により、硬質材料としてＡｌ２  Ｏ３  と炭化サーメットを選定し、これらについて前記（１）（２）の結果を加味して選定した。
（４）溶射皮膜と相手材料との組み合わせ：  選定した溶射材料からなる皮膜にとって好適な相手材料を磨耗試験および実機試験によって決定した。
以上の項目について、実験・研究を重ねた結果、本発明で用いる溶射皮膜を次のように決定した。
【００２４】
（１）溶射熱源としては、プラズマは高い熱エネルギーを有するため、Ａｌ２  Ｏ３  、炭化物サーメット材料とも十分に溶融するので好適である。ただ、詳細に観察すると、Ａｌ２  Ｏ３  の場合、溶融時にもまったく変質しないが、炭化物サーメットの場合、炭化物が酸化したりあるいは分解し、これが溶射皮膜の気孔や密着力低下の原因となることが判った。
【００２５】
一方、可燃性ガスの燃焼炎は、温度が２０００〜３０００℃程度であるため、Ａｌ２  Ｏ３  は完全に溶融することができない。このため、皮膜が多孔質化し、密着力が弱くなる。これに対し、炭化物サーメット材料は、酸化や分解することが少なく、溶射材料の性質を損なうことなく皮膜を形成することができた。ただ、可燃性ガスの燃焼炎であっても、熱源中を飛行する溶射粒子材料の速度が遅い場合には、良好な皮膜が得られないので、粒子の飛行速度を２００ｍ／ｓ以上にすることによってのみ、緻密で密着性のよい皮膜が得られることを確認した。
【００２６】
（２）溶射材料としては、Ａｌ２  Ｏ３  、炭化物サーメットとも鋼鉄材料に比較すると硬く、耐磨耗性に優れている。しかし、Ａｌ２  Ｏ３  皮膜は鋼鉄基材に対する密着力が炭化物サーメット皮膜に比較して低く、また機械的衝撃に対しても弱い欠点が見られた。そこで、溶射材料としては、炭化物サーメットを採用した。
【００２７】
炭化物サーメット材料としては、ＷＣ、Ｃｒ３  Ｃ２  、ＮｂＣ、Ｂ４  Ｃ、ＶＣ、ＴａＣ、ＨｆＣなどの炭化物と、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏなどの金属成分の一種以上を含むサーメットがよく、特にＷＣまたはＷＣとＣｒ３  Ｃ２  を含む炭化物サーメットが好適であることが判明した。
【００２８】
一方、炭化物に対する金属成分の添加量は、重量で５〜３５％の範囲でよく、５％より少ないサーメットでは、皮膜は硬くなるが脆く、粒子間結合力が小さくなり、わずかな機械的衝撃を受けてもひび割れが発生しやすくなる。また、金属成分が３５％を越えると、皮膜の密着力は向上するものの硬さが低下し、耐磨耗性が劣化するので好ましくない。
【００２９】
以上の実験結果と、本発明の皮膜が使用される環境条件を勘案し、ＷＣまたはＷＣとＣｒ３  Ｃ２  を含むサーメット溶射皮膜を選定し、次に、相手材となる材料の選定を磨耗試験によって求めた。
【００３０】
［II］磨耗試験による相手材の選択
図２は、磨耗試験装置を示したものである。溶射皮膜９６を形成した試験片９１を水平に固定し、その表面に回転軸２２の先端に設けた円盤部９３を押し付け、これを１分間７００回転するように調整した。また、回転軸９２はその上部に荷重９４を付加できるようになっており、回転軸９２の円盤部９３には相手材９５となる各種の皮膜あるいは材料を取り付け、溶射皮膜９６との接触による両面の外観変化を観察することによって判定した。
【００３１】
相手材９５としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法によって形成したＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの他、硬質Ｃｒメッキ、セラミックス焼結材（Ａｌ２  Ｏ３  、Ｓｉ３  Ｎ４  ）、高速度鋼（ＳＫＨ５１）などを供試した。なお、図２とは逆に、回転軸９２の円盤部９３側に溶射皮膜９６を形成し、試験片９１の表面に相手材９５を取り付けた場合についても試験した。
【００３２】
これらの試験結果の詳細は、後述の実施例の項で詳述するが、本発明の目的に使用する溶射皮膜としては、ＷＣサーメットまたはＷＣ−Ｃｒ３  Ｃサーメットによって形成された厚さ１０〜５００μｍ、表面粗さＲａ０．１〜５μｍの範囲のものが最適であることが判明した。厚さが１０μｍより薄い皮膜は、溶射では形成し難く、５００μｍ以上の膜厚ではその性能に変化がないので、経済的に得策でない。また、表面粗さが０．１μｍ以下の表面仕上げは加工に長時間を要する割に効果に変化がなく、５μｍ以上の粗さでは、相手材を傷つけやすいという欠点がある。
【００３３】
【実施例】
［実施例１］
この実施例１では、溶射材料として、Ａｌ２  Ｏ３  、ＷＣ−１２％Ｃｏ、ＷＣ−２．５％ＣＲ３  Ｃ２  −２０％Ｎｉ−５％Ｃｒの３種類を用い、プラズマ溶射法と高速フレーム溶射法によって、それぞれ炭素鋼上に１５０μｍ厚の皮膜を形成した後、この皮膜の微少硬さ、気孔率および炭素鋼に対する密着力を測定した。
表１は、これらの試験結果をまとめたものである。
【００３４】
【表１】
0004034435.tif 000002
【００３５】
この表１の結果から明らかなように、プラズマを熱源とする溶射法で成膜したものは、溶射材料の種類に関係なく硬さが低く、気孔率も大きく、また密着力が低いことが判明した。これに対し、高速フレームで溶射した皮膜は、Ａｌ２  Ｏ３  については多孔質で密着力も比較的低くなっていたが、炭化物サーメット皮膜は硬く緻密であり、また密着力も極めて良好であることが認められた。なお、この実施例で用いた高速フレーム溶射法では、溶射材料粒子の飛行速度は２１０〜２３０ｍ／ｓである。
【００３６】
［実施例２］
この実施例２では、前記実施例１で得られた溶射皮膜試験片を用い、図２の磨耗試験装置によって磨耗試験を行なった。
相手材（図２中の円盤部９３に取り付けられた部材９５）としては、次に示すような皮膜あるいは焼結材を選定し、回転速度１分間７００回転の条件で試験した。
ＰＤＶ皮膜：ＴｉＮｉ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣＲＮ（それぞれ厚さ５μｍ）
電気メッキ：硬質Ｃｒ（厚さ３０μｍ）
焼結材    ：Ｓｉ３  Ｎ４  （厚さ１ｍｍ）
その他    ：ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン、厚さ１μｍ）
【００３７】
試験結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
0004034435.tif 000003
【００３９】
この表２の結果から明らかなように、Ａｌ２  Ｏ３  の溶射皮膜はプラズマ溶射、高速フレーム溶射ともに、短期間のうちに溶射皮膜と相手材の皮膜の両方が破損した。これに対し、炭化物サーメット溶射皮膜は、Ａｌ２  Ｏ３  皮膜よりも耐磨耗性に優れ、特に高速フレーム溶射法で得られた皮膜（表２中のNo．４、６）は、５分間の磨耗試験によっても相手材皮膜を含めて損傷がなく、良好な状態を維持していた。
【００４０】
さらに、２０分以上の連続試験を行なった結果、ＤＬＣ皮膜とＰＶＤ皮膜は膜厚が薄いために皮膜の損傷が現れはじめ、また硬質Ｃｒメッキも損傷が激しくなり、これ以上の試験に耐えられないことが判明した。
【００４１】
以上の結果から、溶射法による炭化物サーメット皮膜と焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックスとの組み合わせが最良であるとの結論に達した。
【００４２】
なお、前述した実施の形態では、移動部４の外周面に炭化物サーメット皮膜を形成し、ハウジング部５側の内周面にＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを貼り付けたが、逆に、移動部４側にＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを貼り付け、ハウジング部５側に炭化物サーメット皮膜を形成してもよいものである。
【００４３】
また、炭化物サーメット皮膜を接触面のどの部分に形成するか、またＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを接触面のどの部分に貼り付けるかは、植毛機構部１を構成する移動部４とハウジング部５との相対的な形状、配置（水平配置、垂直配置、斜め配置など）、接触状態、接触面積、相対移動速度などに応じて最適な状態に設定すべきことは当然である。
【００４４】
また、前述した実施の形態は、歯ブラシ用植毛機の場合を例に採って説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヘアブラシ、衣服用ブラシなど、その他のブラシのための植毛機に対しても同様に適用できるものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、植毛機構部を構成する移動部とハウジング部との接触面のうち、いずれか一方の側の接触面に溶射法による炭化物サーメット皮膜を形成するとともに、他方の側の接触面には焼結法によるＳｉ３  Ｎ４  セラミックスを貼着したので、高速で往復動される植毛機構部の磨耗や磨滅現象が大幅に低減することができ、用毛の汚れの原因となりやすい潤滑油の使用を不要とすることができるとともに、長期にわたって安定に使用できるという優れた効果を奏する。また、磨耗や焼き付きなどによって寸法精度が低下したり、生産性を損なうなどの問題も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を示す略示分解斜視図である。
【図２】 磨耗試験装置の構造を示す図である。
【図３】 従来の歯ブラシ用植毛機における植毛機構部の要部構造を示す斜視図である。
【図４】 図３の略示分解斜視図である。
【図５】 植毛機構部とその周辺部の要部構造を示す略示斜視図である。
【符号の説明】
１    植毛機構部
２    ブラシ保持用治具
３    ブラシヘッド部
４    移動部
５    ハウジング部
６    植毛穴
７    ピッカー
８    用毛束
９    毛束
１０  平線束
１１  平線
１１ａ  定寸に剪断された平線
１２  平線カッター
４１  シャトル部
４２  往復動バー
４３  植毛針
５１〜５３  ブロック片
【図１】
0004034435.tif 000004
【図２】
0004034435.tif 000005
【図３】
0004034435.tif 000006
【図４】
0004034435.tif 000007
【図５】
0004034435.tif 000008