多个批量生产的多部件塑性外壳
技术领域
本公开涉及通过注塑制造的多部件塑性物品(诸如用作各种动力/电动工具、牙刷等部件的那些物品)的批量制造。
背景技术
多部件塑性物品(诸如通常为管状牙刷柄部和其它类似的多部件塑性元件)的批量生产通常是通过多步注塑方法制造，其中多个模塑步骤在多个注塑工位处执行。在相同物品的批量生产的背景下，后续将成为成品的部分或多个部分的那些多部件塑性元件需要具有一定的尺寸和形状均匀性。这种均匀性可通过被连续注塑的相同部分之间的对应形状和尺寸的微小变化可能被容忍的程度来限定。当制造方法需要涉及各种模具时，对均匀性的关注尤其重要-并且当要求几乎相同的多部件部分在多个位置处制造时变得更加明显，这可能具有稍微不同的制造条件以及各塑性材料的设备和供应商。
几乎所有的塑性材料在被加热到液化-然后冷却和凝固之后通常会收缩，由此降低了它们的物理尺寸。这种现象通常被称为“模塑收缩”。因为预计相同或类似的塑性材料以相同或类似程度按比例收缩，所以具有相对较大尺寸的塑性部分绝大部分相对于具有相对较小尺寸的部分收缩的程度更大。同时，虽然通常可知道诸如聚丙烯(PP)或聚丙烯(PE)等某种材料的收缩率或收缩百分比，但是可能难以准确地预测超过这些材料中已知的“典型”收缩率的确切模塑收缩量。而且受到的收缩的塑性材料的尺寸越大，越难以精确预测确切的收缩量。这种困难可归因于以下因素。
通过模塑制造的塑性部分的收缩量被认为与线性热收缩或膨胀有关。当大量熔融聚合物受冷时，其随着温度的下降而收缩。保持压力可用于使收缩量最小化-但是这只有在浇口保持打开的情况下才能有效。如果聚合物是均匀的，则即使在压力被除去或浇口被冻结之后，所有部分预计也会按比例收缩。这是无定形聚合物(诸如聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS等等)通常发生的情况。
但是PP和PE通常表现不同。与无定形聚合物不同，PP和PE不是均质材料-而是半结晶材料，具有包含无定形组分和结晶组分的结构。晶体通常以比无定形组分收缩的速率更高的速率收缩。因此，由于包含无定形和结晶组分两者的这些半结晶材料冷却并凝固，它们以不同的速率收缩。这种不平衡通常导致收缩的净增加，并引入可能对收缩量具有附加影响的模塑参数的敏感性。
影响收缩量的另一个因素被认为与模具中高分子量聚合物熔体的粘弹性特性有关。长分子量链在模具中被拉伸-且因此在其中经历应力。在随后的冷却期间，这种应力得到缓解，并且链趋于松弛。这种松弛尤其是在不同的流动方向上影响收缩量。平均分子量和分子量分布这两者均会影响模塑收缩量的这个方面。可能影响收缩量的其它可变因素包括模塑的热历史，例如熔融温度和冷却速率以及正模塑的部分的厚度、浇口尺寸和其它相关因素。
另外，具有复杂几何形状的塑性部分、尤其是包括多层不同塑性材料的那些部分趋于在该部分的不同区段中具有不同的收缩率。虽然这种现象在模塑具有不同壁厚的部分期间在很大程度上是显著的，但是即使在具有相对均匀的壁厚的部分中也可能发生这种现象。尤其是后者可归因于不均匀的冷却和/或不均匀的填充模式。
在多部件部分(诸如涉及不同模具的牙刷柄部外壳或电动工具外壳)的模塑方法期间，可能需要将正制造的部分放置在不同的固定几何体处，即，模腔和/或模芯。自然而然地需要具有各芯的模具用于生产具有大致管状几何形状的模塑部分。通常需要更换模腔以形成具有多层的管状部分或由多种塑性材料制成的部件。如果希望将一个或多个特性、几何形状或部件添加到正制造的管状部分的内表面(即，与芯接触的区域)，则也可要求更换芯。在一些情况下，更换芯的另一个原因可由如下要求来决定：在包含另一个芯的附加模塑设备上进行下一个模塑步骤。
如果在第一模塑工具上模塑的部分需要被转移到第二模塑工具以进一步模塑/重叠模塑，则该部分需要在第二模塑工具中精确定位，从而允许非常小的公差。如本文所使用，术语“公差”是指规定的可测量尺寸、具体是多部件外壳或其任何部分的长度尺寸的可允许的变化量。由于没有任何物品或其任何部分的尺寸可精确地按照确切的标称值来生产，公差通常被分配给用于制造目的的部分，作为可接受构造的边界。
因此，与确切的标称值存在适用于具体机器、方法或部分的可接受的偏差程度。尺寸超出公差的制造部分将不太可能用于预期目的的可用部分。公差可应用于任何维度。在当前背景下，通过注塑方法制造的各部分中的塑性部分的纵向公差是特别有意义的。塑性部分在模具内需要确切定位以能够实现可靠稳定的方法以及各种模塑部件之间的准确修整线。后者可能会极大地影响成品的功能和美学方面。
当将在一个模腔中模塑的塑性部分转移到另一个模腔中以进一步由另一种塑性材料重叠模塑时，需要考虑如下事实：熔融塑性部分的长度在该部分冷却和凝固之后将有可能会改变-这是因为冷却导致塑性材料收缩。如果收缩量显著，导致凝固的部分对于具体模腔而言太短，则意图与部分表面接触的模具部分可能无法到达那些表面来在它们之间提供安全接触。模具部分与部分表面之间的所得非期望的空白空间将有可能导致随后被模塑在太短的部分上的塑性材料出现“闪蒸”。
相反，如果正在模塑的部分对于后续的模腔而言太长，则由与模腔表面接触部分引起的压缩可能会压碎正在制造的部分的边缘。另外，如果设置在模具中的部分对于该模具而言太长，则模具可能无法完全且安全地封闭。后者也可能导致模塑工具本身出现问题，包括其过早磨损和损坏。
日益复杂的模塑部分(诸如电动牙刷的多部件柄部部分)的批量生产需要连续更换模具和/或模芯。例如，当包括第一塑性材料的前一模塑部分需要至少部分地用至少第二塑性材料重叠模塑时，需要这样的更换；然后包括第一塑性材料和第二塑性材料的复合部分需要进一步至少部分地由至少第三塑性材料和可能的第四塑性材料重叠模塑，以此类推。
这些多个连续的模塑步骤需要在需要在该方法中使用的每个模腔和/或模芯中逐步确切地定位正制造(即，模塑/重叠模塑)的部分。为了完成这样的确切定位，制造商需要确保所有元件(包括正制造的部件和所使用的模具部件)的尺寸和几何形状以高水平的精度彼此匹配，从而允许非常小的公差。如本文所解释的，尤其对于受收缩影响的塑性部分，这些公差通常难以实现。
正制造的部分的确切定位在可能发生在不同位置处的批量生产的背景下特别重要。这种批量生产需要多个相同的模塑工具，这些模塑工具通常安装在不同的模塑机器上-所有这些模塑工具均意图用于制造相同的部分。例如，对于被设计用于容纳马达、电池和电子设备、以及具有其它功能属性的电动牙刷的柄部的注塑，不同模具之间的可靠的均匀性和精度、以及正在这些模具上制造的柄部部分是非常重要的。
因此，要求正制造的部分或各部分的尺寸高度精确的目前的模塑方法在正制造的部分之间仅容忍有限的尺寸和形状变化。例如，用于生产电动牙刷柄部的典型的当前注塑方法对塑性部件的长度变化特别敏感。在冷却期间，这些部件绝大部分在其纵向尺寸方面比在其垂直于纵向尺寸延伸的尺寸上更大程度地收缩-这是由于如下事实：其纵向尺寸比其垂直于其纵向尺寸的最大尺寸大几倍。
例如，对于牙刷柄部(例如，具有在约120-200mm范围内、并且更具体地在约140-180mm范围内的总长度的那些牙刷柄部)的一些典型实施方案，目前的模塑方法允许纵向公差在大多数连续模塑操作中不大于±0.2mm。尤其考虑到上述所有因素和关注的组合，这可能难以保持均匀性。
发明内容
本发明通过提供一种制造多部件塑性结构的方法来解决在连续模塑操作期间所需紧公差的问题、特别是正模塑和/或重叠模塑的塑性部分的纵向模塑公差的问题，该多部件塑性结构包括新颖的功能元件、容差消除元件。另外，本发明允许制造商显著地放松可收缩塑性部分的纵向公差，由此提供制造包括那些部件的多部件塑性外壳的更可靠和稳定的方法。本发明还允许减小成品的纵向公差，由此在批量生产的多部件外壳之间提供更一致的纵向尺寸的均匀性。
公差消除元件可被设计、构造和配置为补偿塑性部分之间的长度偏差，所述塑性部分在所述方法的连续步骤中被模塑和重叠模塑并且意图以其凝固形式在功能上和/或结构上彼此相同。除其它之外，这些偏差主要是由于在模塑或重叠模塑步骤中使用的塑性材料的收缩量差引起的。这些偏差也可能由于不同模塑工具的尺寸、模塑条件和其它相关因素的可能变化引起。因此，公差消除元件允许正模塑的不同塑性部分之间具有更大的纵向差异，而不会不利地影响多个最终产品之间的期望均匀性以及它们的尺寸一致性。
公差消除元件可位于正制造的外壳的任一端处-并且可在其中包括附加的功能部件，诸如被构造和配置为将正制造的物品的不同部分互连和保持在一起的接合元件。这种接合元件可包括例如机械锁、螺纹、凸起、凹口等。虽然公差消除元件可被结合在物品的任一端或两端处，但是本公开将集中于如下实施方案：公差消除元件位于多部件外壳的“底”端处。
公差消除元件可用至少部分地形成成品的外表面的精加工塑性材料(诸如软塑性材料)重叠模塑。这种精加工塑性材料可被构造为完全或部分地覆盖公差消除元件，这取决于正制造的物品的特定设计。
在一个方面中，本公开涉及一种由可收缩塑性材料制造多部件空心外壳的方法。该多部件外壳可包括至少三种塑性材料。成品外壳具有顶端、底端、以及介于它们之间的长度，该长度平行于外壳的纵向轴线并且在其顶端与底端之间延伸。该方法包括若干步骤。
可将第一塑性材料注入具有第一腔长度的第一模腔。模芯可至少部分地设置在第一模腔中。当第一塑性材料凝固时，其纵向收缩了第一绝对纵向收缩量。凝固的第一塑性材料形成第一部件，其包括由第一塑性材料制成的大致管状结构。第一部件具有第一端和与第一端相对的第二端以及介于它们之间的第一凝固长度。收缩的第一材料的第一凝固长度小于第一腔长度。
然后，可将芯与设置在其上的第一部件一起定位在第二模腔中。该第二膜腔具有第二腔长度，其比第一腔长度大一定距离，该距离大于第一塑性材料在凝固期间的第一绝对纵向收缩量。可将第二塑性材料注入第二模腔并使其凝固以形成第二部件，该第二部件由第二塑性材料制成并附接至第一部件。接合在一起的第一部件和第二部件形成中间部分。
第二模腔可被构造为使第二塑性材料的至少一部分注入第二模腔以形成公差消除元件，该公差消除元件在第一部件的第一端和第二端之一处与第一部件纵向地相邻。公差消除元件具有与第一部件相邻的近端、与近端相对的远端、以及介于它们之间的长度，该长度可为恒定的-或另选地可变化。
在其中公差消除元件沿着其圆周具有不均匀长度的实施方案中，可将平均长度计算为公差消除元件的最大长度和最小长度的算术平均值，最大长度和最小长度平行于纵向轴线且在公差消除元件的近端和远端之间延伸。在其中公差消除元件具有恒定长度的实施方案中，该恒定长度构成公差消除元件的平均长度以及其最大长度和其最小长度。
当形成公差消除元件的第二塑性材料凝固时，其也纵向收缩。但是形成公差消除元件的第二塑性材料的绝对纵向收缩量比第一塑性材料的第一绝对纵向收缩量小至少十倍。第二模腔可被构造为使得与第一部件相邻的公差消除元件的最大长度比第一部件的第一凝固长度小至少十倍。
在下一个步骤中，可在第三模腔中用第三塑性材料重叠模塑包括接合在一起的第一部件和第二部件的中间部分。凝固的第三塑性材料形成第三部件，该第三部件由第三塑性材料制成并附接至第一部件和第二部件至少之一。在包括至少第一部件、第二部件和第三部件的所得多部件外壳中，公差消除元件至少部分地由第三塑性材料重叠模塑，该第三塑性材料形成成品多部件外壳的外表面的至少一部分。最后，可将多部件外壳从芯移除。
可将第二塑性材料注入第二模腔以在其中形成第一部分和第二部分，其中第二塑性材料的第一部分至少部分地重叠模塑第一部件，并且第二塑性材料的第二部分形成公差消除元件。在另一个实施方案中，第二塑性材料的第一部分和第二部分两者均可用单次注射形成。另选地，第二塑性材料的第一部分和第二部分可使用两个注入喷嘴以两次单独注塑射出形成。
第一塑性材料、第二塑性材料和第三塑性材料可在选自颜色、不透明度、孔隙率和硬度的至少一个特性上彼此不同。另选地，第一塑性材料、第二塑性材料和第三塑性材料中的至少两种可彼此相同。在一个实施方案中，第一塑性材料、第二塑性材料和第三塑性材料至少之一是硬塑性材料。在另一个实施方案中，第一塑性材料，第二塑性材料和第三塑性材料至少之一是软塑性材料。
在一个特定实施方案中，第一塑性材料是第一硬塑性材料，第二塑性材料是与第一硬塑性材料不同的第二硬塑性材料，并且第三塑性材料是软塑性材料。可预期如下实施方案：多部件外壳包括三种以上塑性材料。在一个这样的实施方案中，多部件外壳可包括例如第一硬塑性材料、第二硬塑性材料、第三软塑性材料和第四软塑性材料，其中第三软塑性材料和第四软塑性材料重叠模塑第一硬塑性材料和第二硬塑性材料的不同区域或部分。这些区域或部分之一可包括例如常规地位于外壳上的开/关按钮或开关或其它控制元件、特别是包括电动工具诸如电动牙刷的那些。
在一个实施方案中，公差消除元件的外表面由第三塑性材料完全重叠模塑，使得公差消除元件不会在成品的外表面上形成任何部分。在另一个实施方案中，完全重叠模塑公差消除元件的外表面的第三材料延伸超出公差消除元件的远端，使得第三材料的边缘与公差消除元件的远端之间存在一定距离。所形成的距离可为约0.5mm至约3mm。
在另一个实施方案中，第三塑性材料可在用第三塑性材料至少部分地重叠模塑组合的中间部分的步骤期间流过公差消除元件的远端的表面。这将导致第三材料至少部分地重叠模塑可变环远端表面。公差消除元件的远端的表面可相对于外壳的纵向轴线垂直或倾斜。
在另一个实施方案中，该方法可包括在模芯上定位滑动剥离器。这样的滑动剥离器可被构造和配置为完成至少两个功能：在一个注塑步骤期间形成模腔的一部分；以及沿着芯滑动以将成品从芯移除或剥离。滑动剥离器可被构造为例如单件式套筒。另选地，剥离器可包括在模芯上接合在一起的一个以上部分。
剥离器可定位在与公差消除元件的远端相距约0.5mm至约3mm的距离处，使得剥离器将第三塑性材料的注入和沿着纵向轴线在模腔中的前进停止在与公差消除元件的远端相距的期望距离处。因此，当第三塑性材料延伸超出公差消除元件的远端时，通过触及模腔内的第三塑性材料，剥离器可形成第三塑性材料的边缘。剥离器的表面可被轮廓化以形成第三塑性材料的边缘的期望形状。在该方法的最后步骤中，可使剥离器沿着芯滑动以从芯移除多部件外壳。
取决于正制造的外壳的特定实施方案，公差消除元件可被塑形和设定尺寸以消除或大幅减小尺寸相关的公差-特别是与塑性材料在其冷却和凝固期间的收缩有关的纵向公差-否则为了上面讨论的目的将需要这样做。在一个实施方案中，公差消除元件包括沿着其圆周具有基本均匀长度的环型结构。公差消除元件的长度平行于纵向轴线延伸。另选地，公差消除元件可被有利地塑形和设定尺寸以包括沿着其圆周具有不均匀长度的环型结构。这样的实施方案在具有相对复杂的几何形状的多部件外壳中特别有用。
在一个实施方案中，公差消除元件包括具有约1mm至约20mm的最小长度Hmin和约10mm至约30mm的最大长度Hmax的环型结构。在另一个实施方案中，公差消除元件包括具有约3mm至约20mm和约5mm至约10mm的平均长度H的环结构。
在一个示例性实施方案中，被构造和配置为具有约5mm的平均长度H的公差消除元件允许具有约150mm的总长度L的多部件外壳具有小于0.05mm、并且更具体地约0.01mm至约0.05mm、或约0.007％至约0.033％的非常小的纵向公差，这取决于塑性材料和方法。由相同的塑性材料制成的类似的多部件外壳-但缺少公差消除元件-将需要更大的纵向公差，以便适应与由于塑性材料的冷却和凝固引起的塑性材料收缩有关的问题，如上所述。
因此，不具有公差消除元件的类似多部件外壳所需的纵向公差大部分为约0.3mm至约1.5mm-或相对于约150mm的相同长度L的类似外壳的总长度的约0.2％至约1.0％。这是因为在缺少公差消除元件的外壳中，为了公差的目的，需要考虑由于塑性材料的凝固所引起的收缩而缩短的外壳的整个长度，而在本发明的配备有公差消除元件的外壳中，只有比整个外壳短几倍的公差消除元件最终是收缩影响公差的原因。
在另一方面中，本公开涉及一种制造用于牙刷柄部的多部件外壳的方法。这样的外壳可具有顶端、底端、纵向轴线、以及平行于纵向轴线且在顶端与底端之间延伸的长度。外壳可具有若干层塑性材料，其中一些层彼此重叠模塑，并且其中至少一些层中的塑性材料彼此不同。
制造用于牙刷柄部的多部件外壳的方法包括：将第一硬塑性材料注入具有至少部分地设置在其中的芯的第一模腔，第一模腔具有第一腔长度；使第一硬塑性材料凝固，由此第一硬塑性材料纵向收缩第一绝对纵向收缩量，并且由此形成第一部件，第一部件包括大致管状结构，大致管状结构具有第一端和与第一端相对的第二端以及介于它们之间的第一凝固长度，其中第一凝固长度小于第一腔长度；将芯与设置在其上的第一部件一起定位在具有第二腔长度的第二模腔中，第二腔长度比第一腔长度大一定距离，该距离大于第一硬塑性材料的第一绝对纵向收缩量；将第二硬塑性材料注入第二模腔并使第二硬塑性部件凝固以形成附接至第一部件的第二部件，第二部件包括在第一部件的第一端和第二端之一处与第一部件纵向相邻的公差消除元件，其中公差消除元件具有与第一部件相邻的近端、与近端相对的远端、以及作为公差消除元件最大长度和最小长度的算术平均值的平均长度，最大长度和最小长度平行于纵向轴线且在公差消除元件的近端和远端之间延伸，其中第一部件的第一凝固长度比公差消除元件的最大长度大至少十倍，并且其中形成公差消除元件的第二硬塑性材料的绝对纵向收缩量比第一硬塑性材料的第一绝对纵向收缩量小至少十倍；使用软塑性材料在第三模腔中至少部分地重叠模塑中间部分以形成附接至第一部件和第二部件至少之一的第三部件，由此形成多部件外壳，在多部件外壳中，公差消除元件的外表面至少部分地由软塑性材料重叠模塑，并且其中软塑性材料形成多部件外壳的外表面的至少一部分；以及从芯移除多部件外壳。
可注入第二硬塑性材料以形成第一部分和第二部分，其中第一部分至少部分地重叠模塑包括第一硬塑性材料的第一部件，并且第二部分形成与第一部件的一个相对端相邻的公差消除元件。第二硬塑性材料的第一部分和第二部分两者均可用单次注射形成。
在一个实施方案中，用软塑性至少部分地重叠模塑组合的中间部分的步骤致使公差消除元件由软塑性材料完全重叠模塑，使得公差消除元件不会形成成品牙刷柄部的外表面的任何部分-且如果软塑性材料足够不透明，则不能在软塑性材料的表面下看见该公差消除元件。
该方法还可包括在模芯上定位形成第三模腔的一部分的滑动剥离器的步骤。滑动剥离器可定位成抵靠公差消除元件的表面。滑动剥离器可被定位成使得当注入的软塑性材料延伸超出公差消除元件的远端时，该滑动剥离器触及正在被注入的软塑性材料。通过接触软塑性材料，滑动剥离器的表面促进形成软塑性材料的边缘。接触软塑性材料的滑动剥离器表面可被配置为以期望方式将软塑性材料的边缘进行轮廓化。在一个实施方案中，可在软塑性材料的与剥离器的至少一部分接触的边缘与公差消除元件的远端的至少一部分之间形成约0.5mm至约3mm的距离。在另一个实施方案中，可至少部分地由软塑性材料重叠模塑公差消除元件的远端的表面。公差消除元件的远端的表面相对于外壳的纵向轴线正交取向。如本文所使用，术语“正交的”、“正交地”和其任何变化是指不与纵向轴线大体平行的尺寸或取向-且包括相对于外壳的纵向轴线垂直或倾斜的(大于或小于90度的角度)的那些尺寸或取向。在该方法结束时，滑动剥离器可沿着模芯移动外壳，由此将成品外壳从芯剥离。取决于该方法，可利用一个或多个滑动剥离器。
在第二硬塑性材料的冷却期间，公差消除元件在绝对长度上的收缩程度远小于第一材料和/或第二材料在没有公差消除元件构造的类似外壳中收缩的程度。公差消除元件的这种小得多的收缩是由于如下事实：公差消除元件总体上比外壳短得多。虽然即使一方面公差消除元件和另一方面没有公差消除元件的外壳的相对或成比例的纵向收缩量(作为长度的百分比)可类似或相同，公差消除元件的绝对纵向收缩量仍然远小于整个外壳。
在一个实施方案中，用于牙刷柄部的所得多部件外壳具有0.01mm至0.05mm的纵向公差。在另一个实施方案中，用于牙刷柄部的所得多部件外壳具有相对于多部件外壳的长度L约0.006％至约0.03％的纵向公差。
在一个实施方案中，在第二硬塑性材料凝固之后，公差消除元件具有约1mm至约20mm的纵向最小长度Hmin。在另一实施方案中，在第二硬塑性材料凝固之后，公差消除元件具有约2mm至约15mm的纵向最小长度Hmin。在另一实施方案中，在第二硬塑性材料凝固后，公差消除元件具有约3mm至约10mm的纵向最小长度Hmin。凝固的公差消除元件的纵向最大长度Hmax可为约10mm至约30mm。
第一硬塑性材料和第二硬塑性材料可在选自颜色、不透明度、孔隙率和硬度的至少一个特性上彼此不同。但是可预期如下实施方案：第一硬塑性材料和第二硬塑性材料是相同的。在一个具体实施方案中，第一硬塑性材料和第二硬塑性材料至少之一是透明或半透明的，并且软材料是不透明的。
在另一方面中，本公开涉及一种包括至少第一部件、第二部件和第三部件的多部件外壳。第一部件包括第一塑性材料且具有第一端和与第一端相对的第二端。第二部件包括第二塑性材料。第三部件包括第三塑性材料。至少第一部件、第二部件和第三部件接合在一起以形成大体管状结构，该管状结构具有纵向轴线、顶端和与顶端相对的底端、平行于纵向轴线且在顶端与底端之间延伸的长度L、以及垂直于纵向轴线延伸的最大正交尺寸Dmax。外壳的长度L比垂直于纵向轴线延伸的最大正交尺寸Dmax大至少三倍。
外壳包括至少一个公差消除元件，其由第二塑性材料制成并且沿着纵向轴线附接至第一部件的第一端和第二端之一。公差消除元件具有近端和与近端相对的远端。近端与第一部件的第一端和第二端至少之一相邻。公差消除元件具有平行于纵向轴线在近端与远端之间延伸的平均长度H。平均长度H比外壳的长度L小至少十倍。第三部件至少部分地形成外壳的外表面，使得公差消除元件至少部分地由第三塑性材料重叠模塑。
如本文所使用，术语外壳(或其任何元件)的“最大正交尺寸”是指大体垂直于外壳的纵向轴线测量的外壳(或其任何元件)的最大尺寸。例如，在被构造为规则柱形管的外壳中，最大正交尺寸是外壳的外径。
在另一方面中，本公开涉及一种用于牙刷柄部的多部件外壳。用于牙刷柄部的多部件外壳具有顶端、与顶端相对的底端、以及介于它们之间的纵向轴线。外壳还具有在顶部与底部之间延伸的约120mm至约200mm的长度L和垂直于纵向轴线延伸的最大正交尺寸Dmax。外壳的长度L比垂直于纵向轴线延伸的最大正交尺寸Dmax大至少三倍。
外壳包括：至少第一部件，其由第一硬塑性材料制成且具有第一端和与第一端相对的第二端；第二部件，其由第二硬塑性材料制成；以及第三部件，其由软塑性材料制成。第一部件、第二部件和第三部件整体地接合在一起以形成大致管状结构。
外壳包括至少一个公差消除元件，其由第二塑性材料制成并且沿着纵向轴线附接至第一部件的第一端和第二端之一。公差消除元件具有与第一部件相邻的近端和与近端相对的远端。公差消除元件可至少部分地由软塑性材料重叠模塑。公差消除元件具有平行于纵向轴线在公差消除元件的近端与远端之间延伸的约3mm至约20mm的平均长度H。公差消除元件使外壳具有相对于外壳的长度L约0.006％至约0.03％的纵向公差。
在其另一方面中，本公开涉及如上文所述的多个批量生产的相同的多部件外壳，其中多个多部件外壳的公差消除元件使个别外壳的长度L的纵向最大尺寸变化在个别多部件外壳之间不大于0.1mm。在一些实施方案中，多个批量生产的外壳的公差消除元件的平均长度H在至少一些公差消除元件之间变化一定的纵向尺寸，该纵向尺寸比个别多部件外壳之间的长度L的纵向最大尺寸变化大至少十倍。
在另一方面中，本公开涉及如上所述的用于牙刷柄部的多个大批量生产的相同的多部件外壳，其中每个多部件外壳中的公差消除元件被构造为使个别外壳具有相对于外壳的长度L约0.006％至约0.03％的纵向公差。对于通常具有约120mm至约200mm的标称总长度并且被构造为形成电动牙刷或其它电动工具的柄部的多部件外壳，多部件外壳预计大部分具有不大于0.05mm的纵向公差-且个别多部件外壳之间的纵向最大尺寸变化预计不大于0.1mm。相对而言，多部件外壳可具有相对于多部件外壳的标称总长度约0.006％至约0.03％的纵向公差，并且在个别外壳之间，纵向最大长度变化为约0.012％至约0.06％。
在其最后的方面中，本公开涉及一种电动牙刷，其包括柄部和其上具有清洁元件的可移除附件，其中柄部包括本文所述的多部件外壳，并且被构造和配置为在其中容纳电动马达、电池和为可移除附件供电的各种驱动部件。在一个实施方案中，公差消除元件具有内表面，该内表面包括形成在其中并且被构造为互连电动牙刷的不同部分的接合元件。有利地，消除公差元件可由软塑性材料完全重叠模塑，使得公差消除元件不会形成牙刷柄部的外表面的任何部分，并且如果软塑性材料是不透明的，则公差消除元件在软塑性材料的表面下方不可见。
附图说明
虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护被视作本发明的主题的权利要求书，但是通过下述结合附图的说明可更好地理解所述各种实施方案，其中：
图1为用于制造不利用公差消除元件的多部件外壳的模塑装置和方法的实施方案的示意性平面视图，该模塑装置包括两个模塑工位和一个剥离工位。
图2A为在将第一塑性材料注入第一模腔之前图1中所示的第一模塑工位的示意性剖视图。
图2B为在将第一塑性材料注入第一模腔之后图2A中所示的第一模塑工位的示意性剖视图。
图3A为在将第二塑性材料注入第二模腔以至少部分地重叠模塑第一部件之前图1中所示且在其中具有设置在模芯上的第一部件的第二模塑工位的示意性剖视图。
图3B为在将第二塑性材料注入第二模腔之后图3A中所示的第二模塑工位的示意性剖视图。
图4为通过图1-3B中所说明的方法制造的多部件外壳的示意性剖视图，其中该外壳被制成没有公差消除元件，并且其中该外壳的长度比垂直于外壳的纵向轴线延伸的外壳最大正交尺寸大至少三倍。
图5为用于制造包括公差消除元件的多部件外壳的本公开的模塑装置和方法的另一个实施方案的示意性平面视图，其中该模塑装置包括三个模塑工位和一个剥离工位。
图6为图5中所示的第一模塑工位以及包括将第一塑性材料注塑到第一模腔中以形成第一部件的方法的步骤的示意性剖视图。
图6A为包括凝固的第一塑性材料的第一模塑部件的示意性剖视图。
图7为图5中所示的第二模塑工位的示意性剖视图，该第二模塑工位中设置有第一部件，并且图7示出了该方法的后续步骤，包括用第二塑性材料重叠模塑第一部件以形成包括接合在一起的第一部件和第二部件的组合中间部分，其中第二塑性材料形成与第一部件的一端相邻的公差消除元件。
图7A为图5中所示的第二模塑工位的另一个实施方案的示意性剖视图，该第二模塑工位中设置有第一部件，并且图7A示出了该方法的后续步骤，包括用第二塑性材料重叠模塑第一部件以形成包括接合在一起的第一部件和第二部件的组合中间部分，其中第二塑性材料包括至少部分重叠模塑第一部件的第一部分和形成与第一部件的一端相邻的公差消除元件的第二部分。
图7B为图7A中所示的公差消除元件的实施方案的放大剖视图。
图7C为图7B中所示的公差消除元件的实施方案的前视图，其中所示前视图包括示出形成在公差消除元件的内表面上的凹槽的局部剖面。
图8为图5中所示的第三模塑工位的示意性剖视图，该第三模塑工位中设置有图7的中间部分，并且图8示出了该方法的后续步骤，包括用第三塑性材料重叠模塑中间部分以形成多部件外壳，其中第三塑性材料至少部分地重叠模塑公差消除元件。
图8A为图5中所示的第三模塑工位的另一个示例性实施方案的示意性剖视图，该第三模塑工位中设置有图7A的中间部分，并且图8A示出了该方法的后续步骤，包括用第三塑性材料重叠模塑中间部分以形成多部件外壳，其中第三塑性材料至少部分地重叠模塑公差消除元件，并且其中多部件外壳的长度比该外壳的最大正交尺寸大至少三倍。
图8B为图8中所示的剖面的放大部分，并且示出了局部视图8B，其中第三塑性材料完全重叠模塑公差消除元件的外表面并且延伸超出公差消除元件的远端。
图8C为类似于图8中所示的剖面的放大部分，并且示出了其中公差消除元件具有底切的实施方案。
图9为该方法的另一个实施方案的示意性剖视图，示出了第二模塑工位中具有第一部件和与第一部件的端相邻并且包括正形成的公差消除元件的熔融的第二材料，其中后者被配置为补偿形成第一部件的第一塑性材料的纵向收缩量。(为了方便起见，图9中未示出注入喷嘴。)
图9A为图9中所示的方法的实施方案的示意性剖视图，并且示出了第三模塑工位，其中第一部件和由第二材料制成的附接至第一部件的公差消除元件是由所述第三塑性材料重叠模塑以形成多部件外壳，其中多部件外壳的长度比外壳的最大正交尺寸大至少三倍。
图9B为图9A中所示的剖面的放大局部视图，并且示出了第三塑性材料完全重叠模塑公差消除元件的外表面并且延伸超出公差消除元件的远端以至少部分地覆盖公差消除元件的远端的表面。
图9C为图9A中所示的公差消除元件的实施方案的放大剖视图。
图9D为图9C中所示的公差消除元件的前视图。
图10A是可为第三模塑工位的模塑工具的一部分的剥离器的示例性实施方案的示意性剖视图。
图10B为图10A中所示的剥离器的前视图。
图11A是可为第三模塑工位的模塑工具的一部分的剥离器的另一个示例性实施方案的示意性剖视图。
图11B为图11A中所示的剥离器的前视图。
图12A是可为第三模塑工位的模塑工具的一部分的剥离器的又一个示例性实施方案的示意性剖视图。
图12B为图12A中所示的剥离器的前视图。
图13A为包括多个部分的剥离器的示例性实施方案的示意性剖视图。
图13B为图13A中所示的剥离器的前视图。
图14为公差消除装置的第一示例性实施方案的示意性剖视图。
图15为公差消除装置的第二示例性实施方案的示意性剖视图。
图16为公差消除装置的第三示例性实施方案的示意性剖视图。
图17为公差消除装置的第四示例性实施方案的示意性剖视图。
图18为公差消除装置的第五示例性实施方案的示意性剖视图。
图19为牙刷的部分制造的柄部的实施方案的示意性透视图，该柄部包括由第一塑性材料制成的第一部件。
图20为图14中所示实施方案的示意性透视图，包括由第一塑性材料制成的第一部件、由第二塑性材料制成的第二部件并且包括由第二塑性材料制成的公差消除元件。
图21为图14和15中所示实施方案的示意性透视图，并且包括由第一塑性材料制成的第一部件、由第二塑性材料制成的第二部件和由第三塑性材料制成的第三部件，其中第三塑性材料完全覆盖公差消除元件的外表面。
图22为具有由包括公差消除元件的多部件外壳形成的柄部的牙刷的实施方案的示意性透视图。
具体实施方式
以下描述并不试图列出本发明的每个可能的实施方案，因为如果不是不可能的话，那将是不切实际的。因此，本公开应被解释为示例性的，即，本文描述的任何特征、特性、结构、部件或步骤可全部或部分地与任何其它特征、特性、结构、部件或步骤相结合或被其替代。还应理解的是，附图中示出的一些元件的相对比例可能不是精确的，即，出于说明目的，特意夸大了在若干示例性实施方案中示出的塑性部分的厚度。
在图1-9中不同地示出了用于制造多部件外壳100或200个多部件外壳100的示例性模塑装置及其部件。图1-3B示意性地示出了示例性方法的实施方案，其中多部件外壳(图4中示出)在不利用公差消除元件的情况下被制造。图5-9B示意性地示出了本公开的示例性方法的实施方案，其中各种多部件外壳(其示例在图7A、8、8A、9A和19-21中示出)可被制造有容差消除元件。
多部件外壳100包括通过逐步注塑制成的基本空心结构。注塑方法使用不同的模腔，并且通常是单个模芯，其可与正制造的塑性结构一起从一个模腔转移到另一个模腔。芯被构造和配置为在该方法的各个步骤期间至少部分地位于模腔内部。因此，芯的一端可被注入模腔的塑性材料覆盖-且最终被正制造的空心部分覆盖，而芯的另一端不会被塑性材料覆盖。位于模腔内部并且被塑性材料覆盖的芯的那端在本文被称为芯的第一端；且相对的那端是芯的第二端。
模塑装置可包括两个或更多个模塑工位，该模塑装置的平面视图示意性地示于图1和5中。在图1中所示的方法的示例性实施方案中，模塑装置包括两个模塑工位1、2和一个剥离工位3。在图4中所示的本发明的方法的示例性实施方案中，模塑装置包括三个模塑工位1、2、3和一个剥离工位4。每个模塑工位具有模腔，该模腔被配置为形成正制造的外壳的某个部分。
这些连续部分可包括由形成在连续模塑步骤中的各种塑性材料制成的各层、部分层和局部塑性部分。正制造且已经注入并且形成在芯上的外壳的各层和部分可(即，通过将芯从一个工位移动到下一个工位)从一个模塑工位转移到另一个模塑工位。为此，注塑工位可彼此相邻地布置，例如布置在线性生产线(未示出)中，其中芯常规上可在工位间转移、从生产线的起点转移到生产线的终点。
另选地，模塑工位可沿着圆形路径布置，如图1和5中示意性所示。各工位可例如沿着圆形或矩形布置，并且芯可通过旋转从一个工位转移到另一个工位。单步旋转的程度可取决于围绕圆形或矩形路径布置的模塑工位的数量来选择。因此，例如90°的单步旋转可自然而然地用于包括彼此等角度布置的四个工位的模塑装置(图1和5)。
在模塑方法完成之后，可从芯移除仍然设置在芯上的空心外壳。位于芯的第二端处的滑动剥离器可被构造和配置为完成从芯移除或剥离成品外壳的这项任务。为此，剥离器可沿着芯在芯的第一端的方向上移动。
剥离器还可被构造和配置为在注塑方法发生于该腔体中期间形成至少一个模腔的一部分。因此，剥离器可沿着芯滑动-并且可被定位在芯上的一个以上位置中。在一个实施方案中，剥离器可沿着芯行进以位于例如芯上的三个不同的位置中。
剥离器可被构造为单件式的完整或部分套筒或环。另选地，剥离器可被构造为包括一个以上的部分。剥离器可由能够承受热熔塑性材料的温度的任何合适的耐热材料制成。这种耐热材料的一个非限制性示例是不锈钢。
应理解的是，虽然本公开主要涉及单个剥离器，但是取决于方法和设备，可在芯上布置一个以上的剥离器。例如，两个不同的、类似的、或相同的剥离器可位于芯的相对侧处。因为剥离器可包括模腔的一部分，所以不同的模塑操作或不同的模腔中可使用不同的剥离器以形成正制造的外壳的不同元件。如果在本文公开的模塑装置中使用两个或更多个剥离器，则所有剥离器是可移动的，并且所有剥离器可被构造为完成本文公开的功能。
剥离器可布置在芯上的至少三个不同的位置中：被动位置、模塑位置以及脱模或剥离位置。在被动位置中，剥离器布置在芯的第二端附近、模腔外部。在模塑位置中，剥离器形成模具的一部分。换言之，当模具封闭时，剥离器的第一端的面对模具的“模塑”表面包括模腔表面的一部分，该部分接触注入模腔的塑性材料。换言之，处于模塑位置的剥离器布置在芯上以在一端处封闭或密封模腔。因为剥离器的第一端形成模腔表面的一部分，所以剥离器的第一端的形状可被轮廓化以形成期望表面，该期望表面将被塑性材料接触以形成剥离器的第一端的表面的镜像表面。
剥离器的模塑表面可包括例如各种斜面、凹部、凸起等。因此，在注塑方法期间，可相对容易地形成复杂的部分，诸如底切和倾斜的凹口。如果使用一个以上剥离器，则剥离器可具有不同形状的第一端，这将允许一个剥离器形成正制造的外壳的不同形状的部分。而且，多个剥离器可按顺序位于它们在芯上的不同位置中的模塑位置处，使得可相对容易地形成外壳的不同部分。当然，如果多个剥离器全部具有布置在相同的模塑位置处的相同的第一端，则可形成用于正制造的外壳的多个相同形状的部分。
图10A-13B示出了剥离器35的若干示例性设计。虽然所示的所有示例性剥离器均被配置为用于柱形模芯，但是应明白的是，可具有被设计成配合对应芯的任何合适形状的剥离器的内孔。图10A和10B中所示的剥离器35的实施方案具有内径D1和第一端31，该第一端31是平面的并且大体垂直于芯(未示出)的纵向轴线X。图11A和11B中所示的剥离器35的实施方案具有第一端31，该第一端31是平面的并且相对于芯(未示出)的纵向轴线X倾斜。图12A和12B中所示的剥离器35的实施方案具有凹入且倾斜的第一端31。图13A和13B中所示的剥离器35的实施方案(为了说明而分开示出并与芯15脱离)包括两个部分：第一部分36和第二部分37。第一部分36具有大体垂直于芯15的纵向轴线X的平坦第一端31a，而第二部分37具有为凸起形状的并且相对于芯15的纵向轴线X倾斜的第一端31b。
在脱模或剥离位置中，在芯上定位剥离器以移除成品。脱模位置是最靠近芯的第一端的位置。换言之，从芯的第一端到脱模位置中的剥离器的第一端的距离小于空心部分的尺寸。具体地，该距离足够小以允许剥离器将外壳从芯剥离。如果在该方法中使用一个以上的剥离器，则多个剥离器相对于芯的脱模位置可相同或不同。如果例如注入的空心部分是不对称的或不规则的，则剥离器的脱模位置可适应于外壳的尺寸。
如本领域中已知的，模塑装置的每个模腔可由多个部分形成。模腔可例如由第一半模和第二半模形成。如本文所使用，“半模”是指形成模腔的限制表面或其一部分的任何部分。就此而言，“半模”可能大于或小于模具的真实的物理一半。另外，模腔的体积还受限于至少部分地位于模腔中的芯。如本领域中已知，可通过一个或若干注入喷嘴将塑性材料注入模腔。
图1示出了模塑装置的示例性实施方案，该模塑装置包括第一模塑工位1、第二模塑工位2以及脱模或剥离工位3。第一模塑工位1被示出具有已经注入第一模具10的第一模腔10a中的芯15上的第一塑性材料41a，以形成第一塑性部件41。在第一模具10外部的被动位置PP中，芯15上布置有可移动剥离器35。
同样，第二模塑工位2被示出在将第二塑性材料42a注入第二模具20的模腔20a之后形成第二塑性部件42，该第二塑性部件42至少部分地覆盖或“重叠模塑”第一塑性部件41。剥离器35现在已经在芯15上移动到其模塑位置MP，由此剥离器35的第一端31的“模塑”表面形成模腔20a的内表面的一部分。
在脱模或剥离工位3处，剥离器35从芯15移除或剥离成品外壳40。在此，剥离器35在芯15上布置在其脱模位置DP中，由此与外壳40接触的剥离器35朝芯15的第一端行进，由此从芯15移除外壳40。箭头“Y”指示当剥离器从芯15移除外壳40中时剥离器沿着芯15的移动。成品外壳40包括由第一部件41至少部分地由第二部件42重叠模塑而构成的基本空心结构。
在第四位置4处，可移动剥离器35在芯15上搁置于其被动位置PP中。芯15可通过90度旋转步骤从被动位置PP转移到第一工位，并且可重复该注塑方法。
图2A示出了第一模塑工位1在被注入第一塑性材料41a之前的放大剖视图。第一模具10包括布置形成第一模腔10a的第一半模11和第二半模12。第一注入喷嘴19被示出为穿过第二半模12进入第一模腔13。芯15布置成将其第一端16设置在第一模腔10a内部。与芯15的表面17接触的滑动剥离器35在第一模腔10a外部布置在其被动位置PP中。
图2B示出了在第一塑性材料41a以其熔融形式通过喷嘴19注入第一模腔10a以在其中形成第一塑性部件41之后第一模塑工位1的放大剖视图。剥离器35在模具10外部搁置于其被动位置PP中。
图3A示出了第二模塑工位2在被注入第二塑性材料之前的放大剖视图。第二模具20包括布置形成第二模腔20a的第一半模21和第二半模22。第二注入喷嘴29被示出为穿过第二半模22进入第二模腔20a。承载由第一塑性材料41a制成的第一塑性部分41的芯15布置成使将其第一端16在第二模腔20a内部。滑动剥离器35移动到其模塑位置MP中，其中剥离器的第一端31的模塑表面形成模具20的一部分。在图3A和3B中所示的剥离器35的示例性实施方案中，剥离器35的第一端31的表面是倾斜的，但是本领域技术人员将明白的是，剥离器35的第一端31可以任何期望的方式塑形。
图3B示出了第二模塑工位2在通过第二注入喷嘴29注入第二塑性材料42a以形成与第一塑性部件41接合的第二塑性部件42之后的放大剖视图。取决于正制造的多部件外壳的设计，第二塑性材料42a可被注入以完全或部分地重叠模塑不与芯15接触的第一部件的外表面。在图3B中，布置成在其模塑位置MP中与第二模具20相邻的剥离器35形成第二模腔20a的一部分。与第二塑性材料42a接触的剥离器的第一端31的斜面在所得多部件外壳40(图4)的第二部分42中形成对应底切33，该多部件外壳40包括第一部件41和第二部件42。
图5示出了与图1-3B中所示类似的模塑装置的实施方案-但是说明了本发明的一种新颖方法，其中公差消除元件用于构造正制造的多部件外壳100。在该示例性实施方案中，可移动剥离器35包括至少两个部分或“半部”：第一剥离器部分36和第二剥离器部分37，它们可被构造为一致地或彼此独立地移动，这取决于该方法。在图13A和13B中更详细地说明了这种类型的剥离器30。
图5和6中示出了在第一塑性材料41a被注入第一模具10的第一模腔10a中的芯15上之后的第一模塑工位1。第一模腔10a具有第一腔长度L1(图6)。在冷却和凝固期间中，第一塑性材料41a收缩，如上文所解释。包括凝固的第一塑性材料41a的所得第一部件41的第一凝固长度LS1比第一腔长度L1小纵向收缩量S(图6A)。第一部件41可具有任何合适的壁厚，其在整个第一部件41中可为恒定的-或另选地可改变。在特别适用于被设计用于牙刷柄部的多部件外壳的一个示例性实施方案中，第一部件41可具有约0.5mm至约2.5mm、并且更具体地约0.9mm至约1.9mm的厚度。
例如，包括聚丙烯并且在其液态中具有约为150mm长度和约0.7-2.4mm平均长度的塑性材料在凝固期间绝大部分预计会损失约0.3mm至约1.5mm(取决于方法条件，平均值约0.6mm)-或损失其原始长度的约0.2％至约1.0％。自然而然地，在这种情况下，第一部件41将具有平均凝固长度LS1＝150.0mm–0.6mm＝149.4mm。在收缩范围的上限处，第一部件41将具有约148.5mm(150.0mm-1.5mm＝148.5mm)的平均凝固长度LS1。为了消除或显著最小化由这种大幅收缩引起的纵向公差，本发明的方法利用公差消除元件，该公差消除元件被设计成至少部分地吸收或甚至完全消除影响凝固的塑性部件的长度偏差，这些长度偏差是由包括这些部件的塑性材料的收缩引起的。
图5和7中示出了在第二塑性材料42a被注入第二模具20的第二模腔20a以形成组合的中间部分45(其包括接合在一起的第一部件41和第二部件42)之后的第二模塑工位2。第二部件42可具有任何合适的壁厚，其可为恒定的或在整个第二部件42中变化。在特别适用于被设计用于牙刷柄部的多部件外壳的一个示例性实施方案中，第二部件42可具有约0.5mm至约2.5mm、并且更具体地约1.0mm至约1.6mm的厚度。
中间部分45同样可具有任何合适的、恒定的或变化的壁厚。本领域技术人员将理解的是，在中间部分45是通过一种或多种塑性材料重叠模塑一个或多个部件而形成的实施方案(即，在外壳的至少一些部分中包括两层或更多层塑性材料/部件的实施方案)中，这些部分中的外壳的所得厚度将包括塑性材料的相关层的厚度的总和。在特别适用于被设计用于牙刷柄部的多部件外壳的一个示例性实施方案中，第一部件42可具有约0.8mm至约2.5mm、并且更具体地约1.0mm至约1.2mm的厚度。
第二部件42包括整体地附接至第一部件41的一端的公差消除元件50。被注入第二模腔20a的熔融第二塑性材料42a流入并且至少部分地占据由第一材料41a收缩而产生的空间。第二塑性材料42a接触第一部件41并且整体地附接至该第一部件41。因此，占据“收缩”空间的第二材料42a吸收该收缩。当第二塑性材料42a凝固以形成公差消除元件50时，其也经历一定程度的收缩。然而，因为公差消除元件50比第一元件41短许多倍，所以影响公差消除元件50的纵向收缩量比第一塑性材料41a的纵向收缩量小许多倍。
在多个多部件相同的外壳的批量生产的背景中，个别公差消除元件的平均长度H、最大长度Hmax、以及最小长度Hmin将有所不同，这取决于个别公差消除元件吸收的个别第一材料收缩量。因此，多个成品批量生产的多部件外壳中的个别公差消除元件可彼此不同地纵向延伸到比它们相应的纵向收缩所引起的程度大得多的程度。
然而，在成品外壳中，长度变化将主要由个别公差消除元件之间的纵向收缩差来限定。假定第一塑性材料和第二塑性材料之间的收缩率类似且第一部件与公差消除元件之间的至少10倍的长度差，该纵向收缩差比个别第一部件之间的纵向收缩差小至少十倍。因此，在多个批量生产的多部件外壳中，平均长度H、最大长度Hmax、以及最小长度Hmin在至少一些容差消除元件之间将改变一定的纵向尺寸，该纵向尺寸比多个多部件外壳中的个别多部件外壳之间的长度L的纵向最大尺寸变化大至少十倍。
假定第一材料41a(包括第一部件41)和第二材料42a(包括公差消除元件50)的收缩率大致类似，第一部件41与公差消除元件50之间的绝对收缩差可预计与这两者之间的长度差大致成比例。如果例如第一部件41比公差消除元件50长约十倍，则前者的纵向收缩量预计将比后者大约十倍。
另外，至少在一些实施方案中，可选择收缩率成比例地小于第一塑性材料41a的收缩率的塑性材料作为形成公差消除元件50的第二塑性材料42a。在这样的情况下，公差消除元件50的绝对纵向收缩量甚至会小于具有与第一塑性材料41a的收缩率成比例类似的收缩率的材料的绝对纵向收缩量。收缩率成比例降低的这样的第二塑性材料42a可能不适合或不期望用于形成明显更大的或功能上不同的外壳部分或多个外壳部分，这是因为一个或多个非期望性质在这样的低收缩量材料中可能是固有的。然而，为了形成包括公差消除元件50的外壳的相对较短的部分的目的，特别是如果后者在成品外壳中不可见并且不会影响其外观和质量，则这种材料是可接受的。
图7A示意性地说明了第二模塑工位20和本发明的方法的步骤的另一个实施方案。在此，包括接合在一起的第一部件41和第二部件42的中间部分45包括第二塑性材料42a(或第二塑性部件42)的第一部分421和第二部分422。第一部分421至少部分地重叠模塑第一部件41，并且第二部分422形成与第一部件41的一端相邻的公差消除元件50。应理解的是，出于说明目的，在当前背景中常规地使用术语“第一部分421”和“第二部分422”；在一些实施方案中，诸如图7A中所示的一个实施方案中，将第一部分421与第二部分422分开的确切边界或界限并未充分限定，并且第二部件42整体上可为第一部分421和第二部分422整体连接的单个元件。
在图7A的示例性实施方案中，第二塑性材料42a的第一部分421和第二部分422中的每一部分被示出为主要经由单独的注入喷嘴注入：主要注入第一部分421的喷嘴29a和主要注入第二部分422的喷嘴29b。但是应明白的是，在其它可能的实施方案中，第二塑性材料42a的这两个部分421、422可经由单个注入喷嘴和/或单次注射而注入。这些实施方案全部在本发明的范围之内。
图7B和7C中示意性地示出了示例性公差消除元件50的一个实施方案。所示出的公差消除元件50包括环型结构，其具有近端51和与近端51相对的远端52。在模具20中，近端51与第一部件41的一端相邻。公差消除元件50的内壁55的形状反映了其上已经形成了公差消除元件50的模芯15的一部分的形状；且公差消除元件50的外壁56的形状反映了其中已经形成了公差消除元件50的第二模腔20a的一部分的形状。
因此，如果公差消除元件50需要被构造为具有附加的功能属性，诸如可用于将外壳附接至外壳被设计成作为其部分的物品的另一个元件的紧固装置等，则芯15和/或模腔20a的相关部分需要相应地轮廓化。图7B和7C中所示的公差消除元件50的示例性实施方案具有形成在内壁55中的两个彼此相对的凹槽或底切59。
虽然图7A和7B中所示的公差消除元件50具有包括近端51的基本对称(相对于假想的垂直轴线)的前表面(图7C)，但是本领域技术人员将明白的是，公差消除元件的形状主要是由正制造的多部件外壳的形状以及在本文描述的其它考虑事项来规定。因此，本发明预期公差消除元件的任何合适的形状。
这样的形状可包括任何期望和合适的比例的圆形、矩形、三角形、多角形、椭圆形、卵圆形等等几何形状以及其它们的组合、以及对称、不对称和不规则形状。在图9C和9B中所示的示例性实施方案中，公差消除元件50包括在其整个圆周上具有恒定长度H的大体对称的环结构。在这种情况下，可认为最大长度Hmax、最小长度Hmin和平均长度H是相等的。
同时，图7B和7C中所示的公差消除元件50具有不均匀的长度，范围从最小长度Hmin到最大长度Hmax。在一些实施方案中，具有一个以上长度的公差消除元件的平均长度H可计算为Hmax和Hmin的算术平均值，即，H＝1/2(Hmin+Hmax)。虽然在7B和7C的实施方案中示出了逐渐长度变化，但是可预期公差消除元件50的各种其它实施方案可在公差消除元件50的整个圆周上具有离散的和/或不规则的或复杂的长度变化。如本文所使用，术语“圆周”是指弯曲几何图形的封闭边界，其可全部或部分地包括不限于圆形的任何形状。
如本文所解释，公差消除元件的形状主要是由正制造的多部件外壳的形状决定。图17说明了公差消除元件50的一个示例性实施方案，该公差消除元件50的长度具有从Hmin到Hmax的这种非逐渐变化。类似地，虽然图7B、图7C的实施方案说明了如下公差消除元件50：最小长度Hmin直接与最大长度Hmax相反(即，最小长度Hmin和最大长度Hmax相对于彼此成180度设置)，但是也可预期如下实施方案：最小长度Hmin和最大长度Hmax并未彼此直接相反-而是相对于彼此以小于或大于180度的角度位于公差消除元件的圆周上，如在图18的示例性实施方案中所示出。
在图8中，示出了在第三塑性材料43a已被注入以至少部分地重叠模塑包括由第二塑性材料42a形成的公差消除元件50的中间部分45之后的第三模塑工位30。可移动剥离器35a在芯15上布置于其模塑位置中以形成第三模具30的一部分。即，剥离器35a的第一端的表面形成第三模腔表面的一部分，该部分意图接触注入第三模腔30a的第三塑性材料43a。虽然在该示例性实施方案中示出了与剥离器35不同的剥离器35a，但是本领域技术人员将明白的是，可在整个方法中使用单个剥离器35。单个剥离器的利用对于剥离器连接到刻度盘或形成刻度盘的一部分的方法的那些实施方案可能是特别有益的。
图8A示出了其中设置有中间部分45的第三模塑工位30的另一个示例性实施方案，并且示出了用第三塑性材料43a重叠模塑中间部分45的步骤。可移动剥离器35a在芯15上布置于其模塑位置中以形成第三模具30的一部分。在该实施方案中，第三材料43a以与图8中所示的重叠模塑图案不同的图案覆盖中间部分45。而且，在该示例性实施方案中，第三材料43a通过设置在第三模具的相对侧处的两个单独的注入喷嘴39a和39b注入第三模具30。
图8B示出了图8A中所示的剖面的一部分的放大视图，以说明如下方式：第三塑性材料30可完全重叠模塑公差消除元件50的外表面-并且甚至延伸超出公差消除元件50的远端52、进入修整区域60。剥离器35b的第一端31的表面阻止熔融第三塑性材料43a的前进。另一个实施方案的背景中的类似部分示出于图9B中。
图8C示出了与图8中所示的视图类似的放大局部视图，但是示出了公差消除元件50的另一个实施方案。在图8C的实施方案中，公差消除元件被构造为具有底切59。出于说明目的，底切59仅示出在公差消除元件50的一侧上，但是可也预期如下实施方案：在公差消除元件50上可具有两个或更多个底切。而且，可预期如下实施方案：底切延伸到公差消除元件的整个圆周，虽然这种构造有可能需要强制脱模。在特别适用于牙刷外壳的一个具体实施方案中，公差消除元件50可具有用于固定底部封闭件的两个底切59(图20、21)。这种底切可例如通过利用芯中的滑块(未示出)来制造。
所有配合部分(诸如第三模腔的形状和深度、公差消除元件30的尺寸和形状、剥离器35b的第一端31的形状和位置和类似元件)的相对尺寸可被有利地设计成允许第三塑性材料43a略微延伸超出包括中间部分45的边缘的公差消除元件的远端以形成修整部分或多个修整部分43b，该修整部分设置在剥离器35a的第一端31的一部分与公差消除元件50的远端52的一部分之间。公差消除元件50是有利的，因为中间部分具有低纵向公差，并且因此避免了重叠模塑期间的中间部分压缩或闪蒸。还预期如下实施方案：第三塑性材料43a不延伸超出消除公差消除元件50的远端32。在这样的实施方案中，第三塑性材料43a可与公差消除元件50的远端32齐平。
如果第一端31不触及公差消除元件50(图9B)，则可在第三塑性材料43a的与剥离器的第一端31接触的边缘与公差消除元件50的远端52之间形成修整距离TD。在一个实施方案中，修整距离可为约0.5mm至约3mm。在另一个实施方案中，修整距离TD可为约1mm至约2mm。在另一个实施方案中，修整距离可小到在约0.1mm与约0.5mm之间。
图9示意性地示出了多部件外壳和本公开的方法的另一个实施方案。液态第二材料42a在与由第一塑性材料41a制成的凝固第一部件41的那端相邻的位置中注入第二模具20的第二模腔20a。(为了方便起见，未示出注入喷嘴。)第一塑性材料41a在凝固期间收缩，使得凝固第一部件41具有“收缩”长度LS1。由于第一塑性材料41a收缩，第一部件41的长度LS1小于在前一方法步骤(未示出)期间填充有液态第一塑性材料41a的第一模腔10的长度。注入的第二材料42a填充第二模腔20a，该第二模腔20a包括由于第一塑性材料41a收缩而由第一塑性材料41a“腾空”的空间，由此“消除”影响凝固第一塑性部件41的收缩。
当第二材料42a凝固并附接至第一部件41时，形成公差消除元件50。由于液态第一塑性材料41a的长度L1与形成公差消除元件50的液态第二塑性材料42a的长度LT1(图9)之间的显著差异，形成公差消除元件50的第二塑性材料42a的绝对纵向收缩量明显小于形成第一部件41的第一塑性材料41a的绝对纵向收缩量。然而，因为第二材料42a“吸收”在第一部件41中实现的第一塑性材料41a的现有纵向收缩量，并且因为中间部分45的绝对纵向收缩量现在将由形成公差消除元件50的第二塑性材料42a的绝对收缩量限定，所以中间部分45所经历的总体绝对纵向收缩量也将明显小于第一部件41所经历的绝对收缩量。
第二模腔20a的长度L2比第一模腔10a的长度大一定距离，该距离允许形成期望的公差消除元件。该距离可基于若干主要考虑事项来计算。第二模腔20a的长度L2与第一模腔10a的长度L1之间的差应大于第一材料41a的预计收缩量。另外，第二模腔20a的长度L2与第一模腔10a的长度L1之间的差应足以形成如下公差消除元件50：在公差消除元件50具有不均匀长度的情况下具有期望长度、特别是其最小长度Hmin，如本文所解释。
取决于正构造的外壳的方法、材料和设计，公差消除元件50的最小长度Hmin的范围通常可为1mm至约20mm、更具体地为约2mm至约15mm、并且甚至更具体地为约3mm至约10mm。最大长度Hmax的范围可为约10mm至约30mm、并且更具体地为约15mm至约25mm。公差消除元件50的平均长度H的范围可为约3mm至约20mm、并且更具体地为约5mm至约10mm。
在图9A的示例性实施方案中，凝固的公差消除元件50具有恒定的长度H(图9C和9D)。因此，中间部分45的所得长度LS2将由凝固的第一部件41的长度LS1和附接至第一部件41的端的凝固的公差消除元件50的长度H构成。应注意的是，公差消除元件50的长度H/Hmax/Hmin是平行于纵向轴线并且从与公差消除元件50相邻的第一部件的端测量的，即使在一些实施方案中，形成公差消除元件50的第二材料42a可重叠模塑与其端相邻的第一部件41的纵向延伸表面的至少一部分，如图7A的示例性实施方案中所示。
因此，当中间部分45在第三模具30(图9A)中由第三塑性材料43a重叠模塑时，出于该步骤目的，制造商可依赖于非常小的纵向公差。该非常小的纵向公差是公差消除元件50的非常小的纵向收缩的结果-并且因此是由第三塑性材料43a重叠模塑的中间部分45的非常小的纵向收缩的结果。成品多部件外壳的长度比其最大正交尺寸Hmax大至少三倍。
由凝固的第三塑性材料43a形成的第三部件43可具有任何合适的壁厚，该壁厚可为恒定的或另选地可在整个第三部件43中变化。在特别适用于被设计用于牙刷柄部的多部件外壳的一个示例性实施方案中，包括TPE材料的第三部件43可具有约0.4mm至约2.5mm、并且更具体地约0.7mm至约1.4mm的厚度。中间部分45同样可具有任何合适的、恒定的或变化的壁厚。
在特别适用于被设计用于牙刷柄部的多部件外壳的一个示例性实施方案中，中间部分45可具有约1.6mm至约5.0mm的厚度。包括至少第一塑性材料、第二塑性材料和第三塑性材料的成品外壳可具有任何适当的壁厚，其可为恒定的或可变的。在特别适用于被设计用于牙刷柄部的多部件外壳的一个示例性实施方案中，多部件外壳可具有约2.4mm至约7.5mm、并且更具体地约2.0mm至约3.5mm的组合厚度，特别是在包括两层、三层、或更多层塑性材料的外壳的那些部分中。
图9B的局部放大图说明了如下实施方案：第三塑性材料43a完全重叠模塑公差消除元件50的外表面并且延伸超出公差消除元件50的远端52以至少部分地覆盖公差消除元件50的远端52的表面。如在图8B的实施方案的背景中指出，在这样的情况下，第三塑性材料43a可形成超出中间部分45的端约0.5mm至约3mm的修整距离，由此有利地形成修整部分或多个修整部分。在图7-9A的实施方案中，中间部分45的内壁主要是由第一部件41的材料形成，该第一部件41接触芯15的一部分，该部分比由第二部件42和/或第三部件43接触的一部分更长。
图14-17示出了公差消除元件50的若干示例性实施方案，以说明只要适合于正构造的多部件外壳100的设计，公差消除元件50就可具有其任何可能的形状。在图14的实施方案中，公差消除元件50的近端51和远端52两者均是直的，并且相对于多部件外壳(为了方便，后者未示出)的纵向轴线倾斜。在图15的实施方案中，近端51包括凹部和直部，而远端52呈凸形。在图16的实施方案中，近端51包括设置在两个相对的弯曲部分之间的直部，而远端52大体垂直于纵向轴线。在图17的实施方案中，近端包括两个直部，其中一个直部垂直于外壳的纵向轴线且另一个直部相对于纵向轴线倾斜，而远端52呈凹形。在图18的实施方案中，近端51和远端52中的每一个均包括凹形，其中具有最大长度Hmax的部分彼此相对地设置，并且具有最小长度Hmin的部分在圆周上相对于具有最大长度Hmax的部分成90度定位。
所公开的方法可成功地用于小型电子设备(诸如各种电动工具和个人护理用具，包括牙刷，特别是电动牙刷)的批量生产。在一个方面中，本公开的方法涉及制造用于牙刷300(诸如图22中所示的示例性电动牙刷)的柄部的多部件外壳。如本领域中已知，电动工具(诸如电动牙刷)的柄部通常用作用于电动马达、电池、配线、各种电子器件、以及这种装置中使用的其它驱动元件的外壳。图22中所示的示例性电动牙刷300包括柄部310以及可替换再填充元件320，该柄部310包括本公开的多部件外壳100，该可替换再填充元件320包括具有清洁元件的可移动头部330。
图19-21以透视图或轴测图示出了被制造用于电动牙刷的柄部的多部件外壳100的一个具体实施方案的若干构造阶段，该电动牙刷的示例性实施方案在图22中示意性地示出。图19示出了包括由第一塑性材料制成的第一部件141的部分制成的外壳。图20示出中间部分145，该中间部分145包括附接至由第二塑性材料制成的第二部件142的第一部件141，其中第二部件142包括公差消除元件150。图21示出了包括中间部分145的成品外壳100，中间部分145部分地被由第三塑性材料制成的第三部件143覆盖，其中第三塑性材料完全重叠模塑公差消除元件150的外表面。
第一硬塑性材料141和第二硬塑性材料142可在选自颜色、不透明度、孔隙率和硬度的至少一个特性上彼此不同。在一些实施方案中，第一硬塑性材料141和第二硬塑性材料142至少之一可为透明或半透明的，而软材料可为不透明的。在一个具体实施方案中，第一部件141可包括第一硬塑性材料，诸如第一聚丙烯材料，第二部件142可包括第二硬塑性材料，诸如第二聚丙烯材料，并且第三部件143可包括软材料，诸如热塑性弹性体。第一部件141可为透明或半透明的；第二部件142可为半透明的或不透明的；且第三组件143可为不透明的。
应理解的是，如果需要这样的材料，则可在多部件外壳的构造中利用其它塑性材料/部件。例如，在一些实施方案中可使用第四和/或第五和/或第六塑性材料以形成正制造的外壳的附加元件。在电动牙刷的背景中，例如可使用第四塑性材料来密封设置在牙刷柄部上的控制按钮。第四(第五，第六等等)塑性材料可与第一塑性材料、第二塑性材料和第三塑性材料至少之一相同-或另选地可与这些材料中的任一种材料不同。
在批量生产的背景中，利用在正制造的多部件外壳中形成公差消除元件的本公开的方法允许制造商依赖多部件外壳的非常小的纵向尺寸变化，并且因此依赖在生产的个别多部件外壳中的非常小的纵向公差。
对于具有约120mm至约200mm的标称总长度并且被构造为形成例如电动牙刷或其它电动工具的柄部的绝大多数多部件外壳，预计多部件外壳大部分具有0.01mm至0.05mm的纵向公差。假定在一些情况下，个别外壳之间的纵向尺寸变化可构成相反的偏差，例如在一个外壳中为+0.05mm，而在另一个外壳中为-0.05mm，预计个别多部件外壳之间的总长度的纵向最大尺寸变化不大于0.1mm。相对而言，多部件外壳预计具有相对于多部件外壳的标称总长度约0.006％至约0.03％的纵向公差，并且在个别外壳之间，纵向最大长度变化为约0.012％至约0.06％。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值的功能上等同的范围两者。例如，公开为“10mm”的量纲旨在表示“约10mm”。
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虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明实质和范围的情况下可作出多个其它变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
