Способ и устройство для концевого закругления щетинок
METHOD AND DEVICE FOR END ROUNDING OF BRISTLES

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу концевого закругления щетинок секции щетки, предпочтительно секции щетки, относящейся к межзубной щетке.
Настоящее изобретение также относится к устройству для концевого закругления щетинок секции щетки, содержащей множество щетинок.
Технические предпосылки создания изобретения
Предпочтительно, чтобы на концах щетинок зубной щетки отсутствовали острые или зазубренные кромки для снижения риска нежелательных эрозии десны и истирания зуба.
На протяжении многих лет был предложен ряд подходов к созданию концов щетинок без острых или зазубренных кромок.
В документе ЕР 0060592 В1, опубликованном в 1985 г., раскрыта щетка, снабженная щетинками, изготовленными из органического термопластичного синтетического материала, такого как нейлон, в частности зубная щетка. Свободные концы щетинок, которые являются острыми и, следовательно, могут повредить мягкие поверхности, закругляют посредством термической обработки. Концы щетинок подвергают обработке посредством лазерного луча. В документе раскрыто, что концы щетинок проходят вниз, и что источник лазерных лучей расположен ниже концов щетинок. Щетку и источник тепла подвергают относительному перемещению, и в атмосфере инертного газа происходит термическая обработка. Можно отметить, что эта установка зависит от точной фокусировки лазера на концах щетинок, чтобы гарантировать, что избыточное тепло не будет подаваться на другие части щетки.
В документе US 4762373, опубликованном в 1988 г., раскрыт способ закругления кончиков щетинок зубных щеток под действием лазерного излучения, при котором процесс закругления осуществляют в электростатическом поле. Поясняется, что это предотвращает слияние отдельных щетинок, а также образование грибовидного кончика щетинки. Можно отметить, что предоставление электростатического поля добавляет трудности, и наличие электростатических полей на современном высококомпьютеризованном производственном предприятии часто является нежелательным. Можно отметить, что эта установка также зависит от точной фокусировки лазера на концах щетинок, чтобы гарантировать, что избыточное тепло не будет подаваться на другие части щетки.
В документе US 5007686, опубликованном в 1991 г., раскрыт способ, в котором контролируемого плавления кончиков щетинок достигают за счет использования импульсного лазерного луча, работающего в диапазоне киловатт и имеющего длительность импульса в микросекундном диапазоне. Можно отметить, что эта установка также зависит от точной фокусировки лазера на концах щетинок, чтобы гарантировать, что избыточное тепло не будет подаваться на другие части щетки.
Также можно отметить, что ни один из способов, основанных на применении лазера, не является полезным для так называемых межзубных щеток.
В документе US 5015504, опубликованном в 1991 г., раскрыто, что концы щетинок щетки, например зубной щетки, обрабатывают полисилоксановым форполимером, который затем отверждают. Обработанные щетинки являются гладкими и содержат закругленные концы.
В документе US 5653628, опубликованном в 1997 г., раскрыто устройство для закругления концов пластиковых щетинок на вращательно-симметричных круглых щетках, которое содержит инструмент в виде вращательно-симметричного полого тела с абразивной внутренней поверхностью, которая имеет внутренний контур с по меньшей мере поперечным сечением, которое зонально меньше, чем поперечное сечение круглой щетки, соответствующий наружному контуру последней, и между круглой щеткой и инструментом присутствует относительное вращательное перемещение и обратимое относительное осевое перемещение.
Таким образом, было предложено несколько различных способов, обеспечивающих концевое закругление щетинок щеток. Однако, как будет видно из приведенного ниже пояснения, еще есть возможности для улучшений.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении нового и улучшенного способа концевого закругления щетинок. Также целью является предоставление нового и улучшенного способа, который особенно подходит или по меньшей мере легко адаптируется для концевого закругления щетинок секции щетки, относящейся к межзубной щетке.
Эти цели достигнуты с помощью способа концевого закругления щетинок секции щетки, содержащей множество щетинок, при этом способ включает
обеспечение сфокусированного лазерного луча, распространяющегося вдоль геометрического основного направления распространения и имеющего основную точку облучения,
обеспечение относительного перемещения между концом каждой щетинки и основной точкой облучения сфокусированного лазерного луча таким образом, чтобы конец каждой щетинки перемещался через основную точку облучения на траектории, имеющей основной компонент, поперечный к продольной протяженности щетинки, при этом сфокусированный лазерный луч направлен так, что геометрическое основное направление распространения имеет основной компонент, поперечный к продольной протяженности соответствующей щетинки, конец которой расположен в основной точке облучения, посредством чего закругление конца обеспечивается сфокусированным лазерным лучом, нагревающим конец и заставляющим его частично плавиться и образовывать закругленный конец,
обеспечение относительного перемещения между основной точкой облучения и секцией щетки вдоль направления, имеющего основной компонент, поперечный к траектории, тем самым последовательно подвергая концы множества щетинок воздействию сфокусированного лазерного луча, благодаря чему образуется секция щетки, содержащая щетинки с закругленными концами.
За счет направления сфокусированного лазерного луча таким образом, чтобы он имел основной компонент, поперечный к продольному направлению соответствующей щетинки, в основной точке облучения и за счет обеспечения относительного перемещения между концом щетинки и основной точкой облучения таким образом, чтобы конец щетинки перемещался через основную точку облучения в траектории, имеющей основной компонент, поперечный к продольной протяженности щетинки, по сравнению с решениями предшествующего уровня техники легче гарантировать то, чтобы каждый конец подвергался воздействию желаемого количества тепла и на желаемой высоте щетинок без риска повлиять на другие части щетинок. С помощью установки по настоящему изобретению, например, можно использовать лазерный луч сравнительно высокой мощности и быстро перемещать щетинки через основную точку облучения, тем самым позволяя ускорить процесс без риска повредить другие части щетинок или секции щетки. Можно отметить, что с помощью установки по настоящему изобретению стало возможным регулировать ряд параметров, таких как лазерный эффект, степень фокусировки, скорость относительного перемещения вдоль траектории, независимо друг от друга, не вызывая каких-либо проблем для любой другой части щетинки или секции щетки. Таким образом, легче настраивать различные параметры, чтобы получить желаемое количество тепла для концов щетинок. Более того, легче настраивать параметры, чтобы получить желаемый профиль нагрева с течением времени.
Можно отметить, что траектория может иметь основной компонент, поперечный к геометрическому основному направлению распространения. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно параллельно продольной оси.
Можно отметить, что траектория может иметь основной компонент, расположенный вдоль геометрического основного направления распространения. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления.
Можно отметить, что относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки согласно одному варианту осуществления может происходить вдоль направления, имеющего основной компонент, поперечный к геометрическому основному направлению распространения и поперечный к траектории. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления, и относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки преимущественно направлено вдоль продольной оси секции щетки.
Можно отметить, что относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки согласно другому варианту осуществления может происходить вдоль направления, имеющего основной компонент, расположенный вдоль геометрического основного направления распространения и поперечный к траектории. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления, и относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки направлено вдоль продольной оси секции щетки, например, осуществляется благодаря относительному перемещению лазера и/или секции щетки и/или изменению фокусного расстояния лазера.
Можно отметить, что считается, что лазер как таковой может иметь точку фокусировки, которая связана с лазером как таковым. Когда в способе, раскрытом в данной заявке, используют лазер, присутствует точка, в которой к щетинке прикладывают максимальное количество энергии. Эта точка, в которой прикладывают максимальное количество энергии, обозначена как основная точка облучения. Предпочтительно, чтобы лазер был расположен в системе так, чтобы результирующая основная точка облучения совпадала с точкой фокусировки лазера.
Можно отметить, что секция щетки может быть отдельной секцией щетки, которая, например, содержит только стержень и щетинки во время концевого закругления. Альтернативно, секция щетки может уже быть частью более или менее готовой щетки во время концевого закругления.
Предпочтительные варианты осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Способ может дополнительно включать концевое отрезание соответствующей щетинки посредством механического режущего инструмента перед закруглением конца.
Механические режущие инструменты являются проверенной технологией и могут, например, вызывать вращение секции межзубной щетки относительно кромки ножа, такой как лезвие бритвы или тому подобное.
Способ может дополнительно включать концевое отрезание соответствующей щетинки посредством сфокусированного лазерного луча перед закруглением конца.
Принимая во внимание, что способ включает применение лазера для концевого закругления, использование того же самого лазера или другого лазера для отрезания концов щетинок может быть удобным, поскольку производственное оборудование и общая среда, включая, например, системы безопасности, источник питания, системы управления и т.д., уже спроектированы в расчете на использование лазера. Применение лазерного отрезания перед концевым закруглением может быть, например, выполнено путем перемещения лазера вдоль продольной оси вращающейся секции межзубной щетки, при этом лазер выполнен с возможностью отрезания концов щетинок, после чего тот же или другой лазер перемещается вдоль продольной оси вращающейся секции межзубной щетки, при этом лазер в этом случае выполнен с возможностью выполнения концевого закругления концов.
Способ может дополнительно включать концевое отрезание соответствующей щетинки посредством сфокусированного лазерного луча, в то время как конец нагревают для закругления. Это может быть выполнено различными способами. Степень фокусировки и максимальная интенсивность могут быть выбраны, например, таким образом, чтобы при вращении секции межзубной щетки вокруг продольной оси секции щетки и при ориентировании сфокусированного лазерного луча в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления, щетинка нагревалась перед, во время и/или после прохождения через основную точку облучения для выполнения концевого закругления, и чтобы щетинка разрезалась во время прохождения через основную точку облучения.
Способ может дополнительно включать расположение секции щетки в первом приспособлении и удерживание секции щетки в первом приспособлении во время как концевого отрезания, так и концевого закругления концов. Таким образом, легче гарантировать то, чтобы концы были расположены в заданном положении, когда лазер подает тепло для концевого закругления. Можно отметить, что первое приспособление подразумевается как обозначающее приспособление, фактически взаимодействующее с секцией щетки и удерживающее ее. Первое приспособление может быть перемещено из положения для концевого отрезания в положение для концевого закругления, но, поскольку первое приспособление сохраняет сцепление с секцией щетки, устраняется любое неправильное расположение секции щетки относительно приспособления в положении для концевого закругления. В предпочтительном варианте осуществления первое приспособление также взаимодействует с секцией щетки и удерживает ее во время скручивания стержня, чтобы прикрепить щетинки к стержню.
Способ может быть приспособлен для концевого закругления щетинок межзубной щетки или секции межзубной щетки, и особенно межзубной щетки, имеющей секцию межзубной щетки, которая содержит стержень щетки, проходящий вдоль продольной оси, и множество щетинок, поддерживаемых стержнем и проходящих от стержня преимущественно в радиальном направлении. Таким образом, можно также предположить, что способ включает этап предоставления секции межзубной щетки, содержащей стержень щетки, проходящий вдоль продольной оси, и множество щетинок, поддерживаемых стержнем и проходящих от стержня преимущественно в радиальном направлении. Можно отметить, что концевое закругление может быть выполнено после того, как межзубная щетка была завершена или собрана в межзубную щетку, или что концевое закругление может быть выполнено на секции межзубной щетки, такой как секция межзубной щетки, содержащая стержень щетки, проходящий вдоль продольной оси, и множество щетинок, поддерживаемых стержнем и проходящих от стержня преимущественно в радиальном направлении, до того, как секция межзубной щетки была собрана или интегрирована в другие части, образуя вместе с секцией межзубной щетки полную межзубную щетку.
Способ может дополнительно включать
предоставление секции межзубной щетки, которая содержит стержень щетки, проходящий вдоль продольной оси, и множество щетинок, поддерживаемых стержнем и проходящих от стержня преимущественно в радиальном направлении,
при этом этап обеспечения относительного перемещения между концом каждой щетинки и основной точкой облучения сфокусированного лазерного луча включает вращение секции щетки вокруг продольной оси таким образом, чтобы конец каждой щетинки проходил вокруг продольной оси по круговой траектории, в которой конец проходит основную точку облучения по круговой траектории,
при этом этап обеспечения относительного перемещения между основной точкой облучения и секцией щетки включает обеспечение относительного перемещения основной точки облучения вдоль продольной оси, тем самым последовательно подвергая концы множества щетинок воздействию сфокусированного лазерного луча, благодаря чему образуется секция щетки, содержащая щетинки с закругленными концами.
Вращение такой секции межзубной щетки представляет собой удобный способ придания каждой щетинке желаемой траектории через основную точку облучения. Более того, используемые сегодня производственные устройства обычно содержат оборудование для вращения секции межзубной щетки или межзубной щетки, тем самым облегчая реализацию.
Перемещение точки облучения вдоль продольной оси во время вращения секции межзубной щетки представляет собой удобный способ гарантирования того, что каждый конец щетинки будет закруглен. Относительное перемещение основной точки облучения вдоль продольной оси может быть выполнено несколькими различными способами. Лазер как таковой может быть перемещен. Сфокусированный лазерный луч может быть перенаправлен путем наклона лазера или более предпочтительно путем наклона оптики или зеркала в лазере. Щетка или секция щетки могут быть перемещены. Конечно, возможны также комбинации этих способов. Относительное перемещение также может быть достигнуто другими способами.
Способ может дополнительно включать направление сфокусированного лазерного луча таким образом, чтобы геометрическое основное направление распространения образовывало угол до приблизительно 45° включительно относительно касательной линии круговой траектории в основной точке облучения. Можно отметить, что сфокусированный лазерный луч, таким образом, может быть наклонен в любом направлении относительно касательной линии при условии, что угол, образованный между касательной линией и геометрическим основным направлением распространения, составляет до приблизительно 45°. Можно отметить, что основное направление распространения может проходить вдоль или может быть противоположным касательной линии траектории. Таким образом, можно считать, что допустимые углы находятся в пределах двойного конуса в форме песочных часов, при этом стенки конуса образуют угол 45° относительно центральной линии конусов. Ориентируя сфокусированный лазерный луч в этом преимущественно тангенциальном направлении, легко перемещать точку облучения вдоль продольного направления. Более того, ориентация также позволяет легко ориентировать лазер для обеспечения предварительного нагрева и/или дополнительного нагрева концов щетинок. Более того, ориентация также позволяет легко выполнять концевое закругление и необязательно также концевое отрезание щетинок, имеющих различную длину. Щетинки, имеющие различную длину, могут быть использованы для обеспечения изогнутого профиля геометрической поверхности оболочки, образованной концами щетинок.
Способ может дополнительно включать концевое отрезание соответствующей щетинки посредством сфокусированного лазерного луча за счет обеспечения относительного перемещения сфокусированного лазерного луча вдоль продольной оси, тем самым осуществляя концевое отрезание множества щетинок перед обеспечением относительного перемещения сфокусированного лазерного луча вдоль продольной оси для закругления концов.
2
Сфокусированный лазерный луч может иметь максимальную интенсивность 10-20000 Вт/мм в геометрической точке фокусировки. Интенсивность обычно предоставляется как характеристика лазера как такового. В способе основная точка облучения может относиться к точке, включающей геометрическую точку фокусировки, но являющуюся точкой немного большего размера, чем геометрическая точка фокусировки. Основная точка облучения может, например, относиться к точке, имеющей интенсивность по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 95% от интенсивности в геометрической точке фокусировки.
2
Способ может дополнительно включать фокусировку сфокусированного лазерного луча на основную точку облучения, имеющую площадь от 0,01 до 1,0 мм. Тем самым может быть получена четко определенная основная область облучения.
Способ может дополнительно включать фокусировку сфокусированного лазерного луча на основную точку облучения, имеющую в плоскости, поперечной геометрическому основному направлению распространения, максимальную ширину, которая менее чем в три, предпочтительно менее чем в два раза превышает ширину в направлении, ортогональном к максимальной ширине. Тем самым может быть получена четко определенная основная точка облучения. Основная точка облучения обычно может быть круглой, если смотреть вдоль сфокусированного лазерного луча.
Способ может дополнительно включать фокусировку сфокусированного лазерного луча на глубину фокусировки от 100 до 10000 мкм. Глубина фокусировки может быть определена как расстояние, измеренное вдоль геометрического основного направления распространения между двумя плоскостями по обе стороны от геометрической точки фокусировки вдоль направления распространения, при котором интенсивность на площадь поверхности составляет 95% от интенсивности на площадь поверхности в геометрической точке фокусировки. Тем самым может быть получена четко определенная основная область облучения.
Способ может дополнительно включать подвергание соответствующего конца щетинки воздействию сфокусированного лазерного луча в течение периода времени, составляющего 100-100000 мкс, тем самым нагревая конец и вызывая его частичное плавление. Этот интервал времени считается подходящим для обеспечения достаточного нагрева при приемлемой интенсивности для достижения желаемого частичного плавления.
2
Лазер может быть любого подходящего типа. Это может быть, например, Nd:YAG-лазер, такой как Nd:YAG-лазер с ламповой или диодной накачкой. Это может быть, например, непрерывный Nd:YAG-лазер. Это может быть, например, волоконный лазер, такой как волоконный иттербиевый лазер. Это может быть, например, мощный диодный лазер. Это может быть, например, СО-лазер.
Вышеуказанные цели также были достигнуты с помощью устройства для концевого закругления щетинок секции щетки, содержащей множество щетинок, при этом устройство содержит:
лазер, содержащий источник лазерного луча и оптику, выполненные с возможностью обеспечения сфокусированного лазерного луча, распространяющегося вдоль геометрического основного направления распространения и имеющего основную точку облучения,
приспособление для удержания секции щетки, содержащей множество щетинок, при этом приспособление выполнено с возможностью обеспечения относительного перемещения между концом каждой щетинки и основной точкой облучения сфокусированного лазерного луча таким образом, чтобы конец каждой щетинки перемещался через сфокусированный лазерный луч в основной точке облучения в траектории, имеющей основной компонент, поперечный к продольной протяженности щетинки,
при этом сфокусированный лазерный луч направлен так, что геометрическое основное направление распространения имеет основной компонент, поперечный к продольной протяженности соответствующей щетинки, конец которой расположен в основной точке облучения, посредством чего закругление конца обеспечивается сфокусированным лазерным лучом, нагревающим конец и заставляющим его частично плавиться и образовывать закругленный конец, и
при этом устройство выполнено с возможностью обеспечения относительного перемещения между основной точкой облучения и секцией щетки вдоль направления, имеющего основной компонент, поперечный к траектории, тем самым последовательно подвергая концы множества щетинок воздействию сфокусированного лазерного луча, благодаря чему образуется секция щетки, содержащая щетинки с закругленными концами.
За счет направления сфокусированного лазерного луча таким образом, чтобы он имел основной компонент, поперечный к продольному направлению соответствующей щетинки, в основной точке облучения и за счет обеспечения относительного перемещения между концом щетинки и основной точкой облучения таким образом, чтобы конец щетинки перемещался через основную точку облучения в траектории, имеющей основной компонент, поперечный к продольной протяженности щетинки, по сравнению с решениями предшествующего уровня техники легче гарантировать то, чтобы каждый конец подвергался воздействию желаемого количества тепла и на желаемой высоте щетинок без риска повлиять на другие части щетинок. С помощью установки по настоящему изобретению, например, можно использовать лазерный луч сравнительно высокой мощности и быстро перемещать щетинки через основную точку облучения, тем самым позволяя ускорить процесс без риска повредить другие части щетинок или секции щетки. Можно отметить, что с помощью установки по настоящему изобретению стало возможным регулировать ряд параметров, таких как лазерный эффект, степень фокусировки, скорость относительного перемещения вдоль траектории, независимо друг от друга, не вызывая каких-либо проблем для любой другой части щетинки или секции щетки. Таким образом, легче настраивать различные параметры, чтобы получить желаемое количество тепла для концов щетинок. Более того, легче настраивать параметры, чтобы получить желаемый профиль нагрева с течением времени.
Можно отметить, что траектория может иметь основной компонент, поперечный к геометрическому основному направлению распространения. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно параллельно продольной оси.
Можно отметить, что траектория может иметь основной компонент, расположенный вдоль геометрического основного направления распространения. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления.
Можно отметить, что относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки согласно одному варианту осуществления может происходить вдоль направления, имеющего основной компонент, поперечный к геометрическому основному направлению распространения и поперечный к траектории. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления, и относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки преимущественно направлено вдоль продольной оси секции щетки.
Можно отметить, что относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки согласно другому варианту осуществления может происходить вдоль направления, имеющего основной компонент, расположенный вдоль геометрического основного направления распространения и поперечный к траектории. Это может иметь место, например, в случае, когда секция межзубной щетки вращается вокруг продольной оси секции щетки, и сфокусированный лазерный луч ориентируется в соответствии с геометрическим основным распространением преимущественно вдоль тангенциального направления, и относительное перемещение между основной точкой облучения и секцией щетки направлено вдоль продольной оси секции щетки, например, осуществляется благодаря относительному перемещению лазера и/или секции щетки и/или изменению фокусного расстояния лазера.
Приспособление может быть выполнено с возможностью вращения секции щетки вокруг продольной оси так, чтобы конец каждой щетинки проходил вокруг продольной оси по круговой траектории.
Лазер может быть ориентирован относительно приспособления так, что сфокусированный лазерный луч становится направленным навстречу щетинкам секции щетки в приспособлении таким образом, чтобы конец соответствующей щетинки, проходящий по круговой траектории, проходил основную точку облучения.
Устройство может быть выполнено с возможностью обеспечения относительного перемещения между приспособлением и основной точкой облучения вдоль продольной оси так, что лазерный луч последовательно становится направленным навстречу соответствующему концу множества щетинок.
Признаки различных вариантов осуществления способа в равной степени применимы к различным вариантам осуществления устройства.
Способ и/или устройство могут дополнительно содержать сфокусированный лазерный луч, направленный под углом относительно касательной линии таким образом, чтобы большее количество энергии от лазерного луча прикладывалось к щетинке перед тем, как щетинка достигнет основной точки облучения, по сравнению с количеством энергии, прикладываемой к щетинке после того, как щетинка прошла основную точку облучения. Это может называться предварительным нагревом концов щетинок.
Способ и/или устройство могут дополнительно содержать сфокусированный лазерный луч, направленный под углом относительно касательной линии таким образом, чтобы меньшее количество энергии от лазерного луча прикладывалось к щетинке перед тем, как щетинка достигнет основной точки облучения, по сравнению с количеством энергии, прикладываемой к щетинке после того, как щетинка прошла основную точку облучения. Это может называться дополнительным нагревом концов щетинок.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение в качестве примера будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые схематические графические материалы, на которых показан предпочтительный в настоящее время вариант осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1а представлен вид сверху межзубной щетки.
На фиг. 1b представлен вид сверху межзубной щетки согласно другому варианту осуществления, в котором концы щетинок имеют разную длину, так что геометрическая круглая поверхность оболочки имеет изогнутый профиль вдоль продольного направления.
На фиг. 1с представлен вид сверху секции щетки.
На фиг. 2 представлен вид сбоку лазера, облучающего конец щетинки.
На фиг. 3 представлен вид в увеличенном масштабе фиг. 2.
На фиг. 4 представлен второй вид сбоку установки, изображенной на фиг. 2.
На фиг. 5 представлен вид сверху устройства, содержащего установку, изображенную на фиг. 2-4.
На фиг. 6 представлена установка, обеспечивающая дополнительный нагрев.
На фиг. 7 представлена установка, обеспечивающая предварительный нагрев.
На фиг. 8 представлена схема способа концевого закругления щетинок секции щетки.
На фиг. 9 представлено схематическое изображение щетинки с закругленными концами.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Способ и устройство концевого закругления щетинок специально предназначены для концевого закругления щетинок секции щетки, относящейся к межзубной щетке.
На фиг. 1а и фиг. 1b показана типичная межзубная щетка 1 согласно первому и второму вариантам осуществления. Межзубная щетка 1 содержит ручку 2, от которой стержень 3 щетки проходит вдоль продольной оси L. Стержень 3 щетки может быть образован из скрученной металлической проволоки, которая предпочтительно покрыта защитным полимерным покрытием. Стержень 3 щетки поддерживает множество щетинок 4. Соответствующая щетинка 4 проходит от стержня преимущественно в радиальном направлении R. Можно также сказать, что продолговатые щетинки 4 проходят с их продольным удлинением LE в радиальном направлении R. Стержень 3 проходит внутрь ручки 2 и прикреплен к ручке 2. На это указывает пунктирная линия, проходящая от видимой части стержня 3 в ручку 2. Крепление может, например, быть выполнено с помощью стержня 3, зажатого между двумя половинами ручки 2, или с помощью ручки 2, отливаемой со стержнем 3, вставленным в полость для отливки, образующую ручку 2. Стержень 3 с щетинками 4 может называться секцией 1' щетки, как показано на фиг. 1с. Стержень 3 может быть скручен по всей его длине только вдоль расстояния, на котором он поддерживает щетинки 4, или он может, как показано на фиг. 1с, быть скручен на расстояние, немного превышающее расстояние части, которая поддерживает щетинки 4, и дальше последняя самая внутренняя часть стержня 3 не скручена, а свивки стержня 3 проходят параллельно друг другу.
Концы щетинок 4 закруглены. Это соответствует предпочтительному варианту осуществления, выполняемому посредством способа, который вкратце со ссылкой на фиг. 8, как считается, может включать
предоставление 110 секции щетки, такой как секция межзубной щетки,
прикрепление 120 секции 1' щетки, как например в первом приспособлении 21,
вращение 130 секции щетки,
концевое отрезание 140 щетинок,
концевое закругление 150 концов щетинок, и
перемещение 160 основной точки облучения лазера 10 вдоль продольного направления L.
Можно отметить, что предпочтительным является то, чтобы концевое закругление выполнялось на секции 1' щетки, в основном образованной из стержня 3 и щетинок 4. Однако способ в равной степени применим к готовой щетке 1 или к любому промежуточному состоянию между секцией 1' щетки, образованной из стержня 3 и щетинок 4, и готовой щеткой 1.
Концевое закругление выполняют с использованием сфокусированного лазерного луча 11, распространяющегося вдоль геометрического основного направления PD распространения и имеющего основную точку 12 облучения, как показано на фиг. 2 и на виде в увеличенном масштабе на фиг. 3.
Путем вращения 130 секции 1' щетки вокруг продольной оси L обеспечивают относительное перемещение между концом каждой щетинки 4 и основной точкой 12 облучения сфокусированного лазерного луча 11. Вращение 130 приводит к тому, что конец каждой щетинки 4 проходит вокруг продольной оси L по круговой траектории Р, при этом по круговой траектории Р конец проходит через основную точку 12 облучения. Можно отметить, что это приводит к тому, что конец каждой щетинки 4 перемещается через основную точку 12 облучения на траектории Р, имеющей основной компонент, поперечный к продольной протяженности LE щетинки 4.
Как показано на фиг. 2 и 3, сфокусированный лазерный луч 11 направлен так, что геометрическое основное направление PD распространения имеет основной компонент, поперечный к продольной протяженности LE соответствующей щетинки 4, конец которой расположен в основной точке 12 облучения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2 и 3, геометрическое основное направление PD распространения является ортогональным продольной протяженности LE соответствующей щетинки 4, конец которой расположен в основной точке 12 облучения. На фиг. 6 и 7 сфокусированный лазерный луч 11 ориентирован с его геометрическим основным направлением PD распространения под разными углами, который не является ортогональным, но все еще имеет основной компонент, поперечный к продольной протяженности LE соответствующей щетинки 4, конец которой расположен в основной точке 12 облучения. Закругление 150 конца обеспечивают посредством сфокусированного лазерного луча 11, нагревающего конец и вызывающего его частичное плавление и образование закругленного конца.
Как показано на фиг. 4, сфокусированный лазерный луч 11 выполнен с возможностью перемещения 160 основной точки 12 облучения вдоль продольной оси L секции 1' щетки, тем самым обеспечивая относительное перемещение между основной точкой 12 облучения и секцией 1' щетки и тем самым последовательно подвергая концы множества щетинок 4 воздействию сфокусированного лазерного луча 4. Можно отметить, что сфокусированный лазерный луч 11 направлен так, что он не попадает в верхнюю часть секции щетки, а вместо этого пролетает мимо секции щетки с основной точкой 12 облучения, расположенной в плоскости перед секцией 1' щетки или в плоскости за секцией 1' щетки, как показано, например, на фиг. 2. Как только последовательность 160 завершена, предоставлена секция 1' щетки, содержащая щетинки 4 с закругленными концами. Можно отметить, что относительное перемещение 160 между основной точкой 12 облучения и секцией 1' щетки происходит в направлении, имеющем основной компонент, поперечный к траектории Р. В показанном варианте осуществления относительное перемещение 160 является ортогональным траектории Р.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ дополнительно включает концевое отрезание 140 соответствующей щетинки 4 посредством механического режущего инструмента 40 перед закруглением 150 конца соответствующей щетинки 4. Это отрезание может, например, быть выполнено путем вращения секции 1' щетки вокруг продольного направления L с щетинками 4, проходящими напротив кромки 40 ножа, такой как лезвие 40 бритвы. Это показано на фиг. 5. Кромка ножа может, например, перемещаться между активным положением, где она обрезает щетинки (показано сплошными линиями), и неактивным положением (показано пунктирными линиями). После того как щетинки 4 обрезаны режущим инструментом 40, лазер 10 активируется, и на щетинках 4 происходит концевое закругление 150.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ включает концевое отрезание 140 соответствующей щетинки 4 посредством сфокусированного лазерного луча 11 перед закруглением 150 конца. Это может быть выполнено, например, отдельным лазером. Однако, если концевое отрезание выполняют с использованием лазера, то в настоящее время предпочтительно, чтобы способ включал использование одного и того же лазера 10 для концевого отрезания 140 и концевого закругления 150, посредством чего обеспечивают относительное перемещение сфокусированного лазерного луча 11 вдоль продольной оси L также для операции 140 концевого отрезания таким образом, чтобы множество щетинок 4 обрезалось до того, как будет обеспечено относительное перемещение сфокусированного лазерного луча 11 вдоль продольной оси L для закругления концов щетинок 4. Это может, например, быть выполнено посредством полного прохождения вдоль всех щетинок 4 для операции 140 концевого отрезания с последующим полным прохождением вдоль всех щетинок 4 для операции 150 концевого закругления. Альтернативно, концевое отрезание 140 и концевое закругление 150 могут быть разделены на части так, что сначала происходит отрезание 140 и закругление 150 концов щетинок 4 первой части, расположенных вдоль части продольной оси, а после этого происходит отрезание 140 и закругление 150 концов щетинок 4 второй части. Такой поэтапный процесс может, например, быть полезным, если относительное перемещение обеспечено в качестве комбинации перенаправления сфокусированного лазерного луча 11 и поступательного перемещения.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ дополнительно включает концевое отрезание 140 соответствующей щетинки 4 посредством сфокусированного лазерного луча 11, в то время как конец нагревают для закругления 150. Это может быть выполнено, например, с использованием лазера 10 как для отрезания 140 конца, так и для закругления 150 конца соответствующей щетинки 4. Эти одновременные концевое отрезание 140 и концевое закругление 150 обозначены пунктирной скобкой на фиг. 8.
Как показано на фиг. 5, способ дополнительно включает расположение секции 1' щетки в первом приспособлении 21, содержащим первую часть 21а и вторую часть 21b, и удерживание секции 1' щетки в первом приспособлении 21а, 21b во время как концевого отрезания 140, так и концевого закругления 150 конца соответствующей щетинки 4. Это приспособление 21 с его частями 21а, 21b также используют для выполнения скручивания стержня 3. Часть 21а приспособления захватывает две свивки стержня 3, а часть 21b приспособления захватывает сложенный конец. Относительное вращение частей 21а и 21b приспособления вызывает скручивание части стержня 3 между частями 21а, 21b приспособления.
Однако можно отметить, что в соответствии с альтернативой секция 1' щетки может быть захвачена первым приспособлением 21 во время концевого отрезания, а затем перенесена в другое приспособление 21, удерживающее секцию 1' щетки на месте во время концевого закругления 150.
На фиг. 2 и 3 основное направление PD распространения сфокусированного лазерного луча 11 направлено так, чтобы оно было параллельным касательной линии Р' круговой траектории Р в основной точке 12 облучения, но находилось в противоположном направлении от нее. На фиг. 4 показано, как угол основного направления PD распространения изменяется от первого угла α1, который составляет немного меньше, чем 45°, на первой стороне, ко второму углу α2, который составляет немного меньше, чем 45°, на второй стороне касательной линии Р' траектории Р, при этом углы измеряют между касательной линией Р' траектории Р в основной точке 12 облучения и основным направлением PD распространения. Можно отметить, что на фиг. 4 угол α используется для обеспечения прохождения сфокусированного лазерного луча 11. Также возможно, что лазерный луч 11 предусмотрен под фиксированным углом α, и что секция 1' щетки и/или источник 10 лазера перемещаются вдоль продольной оси L. Также возможно использование комбинации прохождения сфокусированного лазерного луча 11, как показано на фиг. 2, и относительного поступательного перемещения. Угол α измеряют в плоскости, определяемой продольной осью L и касательной линией Р' круговой траектории Р в основной точке 12 облучения.
На фиг. 6 и 7 показано, как основное направление PD распространения сфокусированного лазерного луча 11 направлено таким образом, чтобы оно образовывало угол β в определенной круговой траектории Р относительно касательной линии Р' круговой траектории Р в основной точке 12 облучения. На фиг. 6 и 7 плоскость, определяемая круговой траекторией Р, параллельна плоскости бумаги. Оба угла β1 и β2 составляют менее 45° и предпочтительно менее 30°.
Можно отметить, что сфокусированный лазерный луч 11 может быть наклонен, как описано выше, как под углом α, так и под углом β. Один или оба угла могут быть фиксированными, и/или один или оба угла могут активно изменяться во время концевого закругления.
Можно отметить, что также возможно то, что сфокусированный лазерный луч 11 может быть направлен таким образом, чтобы основное направление PD распространения и касательная линия Р' круговой траектории Р в основной точке 12 облучения были направлены в одном и том же направлении.
Таким образом, предпочтительно, чтобы сфокусированный лазерный луч 11 был направлен относительно касательной линии Р' круговой траектории Р в основной точке 12 облучения в основном в пределах двойного конуса в форме песочных часов, при этом боковые поверхности образуют угол до 45° относительно центральной линии, образованной касательной линией Р' круговой траектории Р в основной точке 12 облучения.
2
Сфокусированный лазерный луч 11 имеет максимальную интенсивность 10-20000 Вт/мм в геометрической точке фокусировки.
2
Сфокусированный лазерный луч 11 имеет точку фокусировки, имеющую площадь от 0,01 до 1 мм.
Сфокусированный лазерный луч 11 предпочтительно имеет круглую точку фокусировки или точку фокусировки, по меньшей мере имеющую максимальную ширину, которая менее чем в 2 раза превышает ширину в направлении, ортогональном максимальной ширине.
Сфокусированный лазерный луч 11 имеет длину волны от 300 до 11000 нм.
Сфокусированный лазерный луч 11 имеет глубину фокусировки от 100 до 10000 мкм. Глубина фокусировки, определяемая как расстояние, измеренное вдоль направления распространения между двумя точками 12' и 12'' по обе стороны от геометрической точки фокусировки вдоль направления распространения, при этом в точках 12', 12'' интенсивность на площадь поверхности составляет 95% от интенсивности на площадь поверхности в геометрической точке фокусировки. На фиг. 3 показана точка 12''' фокусировки с альтернативными геометрическими параметрами. Точка 12''' фокусировки имеет максимальную ширину w1, которая чуть менее чем в два раза превышает минимальную ширину w2.
При выполнении концевого закругления соответствующий конец щетинки подвергается воздействию сфокусированного лазерного луча в течение периода времени от 100 до 100000 мкс, предпочтительно от 100 до 10000 мкс, тем самым нагревая конец и вызывая его частичное плавление. Это может, например, быть выполнено путем вращения секции 1' щетинки вокруг продольной оси со скоростью вращения от приблизительно 100 до приблизительно 10000 оборотов в минуту, при этом основная точка 12 облучения представляет собой расстояние R от приблизительно 0,5 мм до 10 мм от оси L вращения, тем самым придавая концу щетинки 4 тангенциальную скорость от 0,01 до 10 м/с вдоль касательной линии Р' траектории Р.
Можно отметить, что когда сфокусированный лазерный луч 11 направлен относительно касательной линии Р' и относительно направления вращения, как показано на фиг. 6, меньшее количество энергии от лазерного луча 11 прикладывается к щетинке 4 перед тем, как щетинка 4 достигнет основной точки 12 облучения, по сравнению с количеством энергии, прикладываемой к щетинке 4 после того, как щетинка 4 прошла основную точку 12 облучения. Это может называться дополнительным нагревом концов щетинок.
Можно отметить, что когда сфокусированный лазерный луч 11 направлен относительно касательной линии Р' и относительно направления вращения, как показано на фиг. 7, большее количество энергии от лазерного луча 11 прикладывается к щетинке 4 перед тем, как щетинка 4 достигнет основной точки 12 облучения, по сравнению с количеством энергии, прикладываемой к щетинке 4 после того, как щетинка 4 прошла основную точку 12 облучения. Это может называться предварительным нагревом концов щетинок.
На фиг. 9 схематически показана щетинка 4 с концом, который закруглен в соответствии со способом и устройством, раскрытыми выше.
Как отмечено на фиг. 9, концевое закругление в основном приводит к образованию каплевидной формы на конце щетинки 4. Каплевидная форма закругленного конца имеет максимальное удлинение D вдоль радиального направления щетинки, проходящей расстояние в 1,1-2 раза, предпочтительно в 1,1-1,5 раза больше, чем максимальное удлинение d незатронутой части щетинки 4. Незатронутая часть щетинки 4 обычно имеет круглое поперечное сечение, и максимальное удлинение составляет в основном диаметр d. Каплевидная форма обычно является круглой в поперечном сечении, и максимальное удлинение составляет в основном D.
Каплевидная форма закругленного конца имеет удлинение Н вдоль продольного удлинения LE, при этом щетинка 4 в 1,1-2 раза, предпочтительно в 1,1-1,5 раза больше, чем максимальное удлинение d незатронутой части щетинки 4.
Щетинки 4 предпочтительно изготовлены из полиамида или полиэстера. Соответствующая щетинка 4 предпочтительно имеет диаметр от приблизительно 0,03 до 0,2 мм.
Предполагается, что существует множество модификаций вариантов осуществления, описанных в данном документе, которые все еще входят в объем изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.