CN1039793C - 剃须刀片的制造方法及剃须刀片和部件 - Google Patents
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Abstract
一种包括基片以及金刚石或者金刚石状材料层的剃须刀片;所述金刚石或者金刚石状材料层由夹角小于17°的小面组成,从所述基片的锐利顶端到离开该锐利顶端40微米的距离处层厚至少为1,200埃,并具有一个最终顶端,该最终顶端由长度至少为0.1微米左右、夹角至少为60°的小面构成,从而确定:金刚石或者金刚石状材料层的最终顶端半径小于400埃左右,纵横比范围为1∶1至3∶1,硬度至少为13千兆帕斯卡,L5湿毛毡切割力小于0.8千克力。
Description
本发明涉及剃须刀片的制造方法及由其制造的剃削刀片和剃须部件。
剃须刀片一般由适用的基片材料例如金属或者陶瓷制成,而刃口由带有一个最终棱边或者说顶端的楔形轮廓构成的,所述顶端的圆角半径小于1,000埃左右。在使用期间,剃须刀片以大约25°的角度安装在剃刀中,并以楔形刃口与皮肤接触,它移过脸部时刃口碰到胡须毛发,在楔入动作的帮助下,刃口就逐渐穿透胡须毛发并将其切断。据信,毛发(其直径平均为100微米左右)的切割部位保持被压状态,与稍微离开脸部皮肤表面的刀片小面接触直至刃口穿透到毛发的一半直径处。之后,毛发能弯曲并从刀片缩回,以便减少楔入力。因此,由于毛发与刀片之间的反作用力引起的穿透阻力,只是产生在从刃口向后的刀片顶部60微米范围内,刀片顶端在这个范围内的几何形状按照切割观点是最为重要的。
据信,减少小面的尖角能相应减少刀片顶端连续穿透毛发的阻力。然而,一旦该夹角减少太多,刀片顶端的强度就不足以承受切割过程中刃口上产生的弯曲力,从而使刀片顶端塑性变形(或者是脆性断裂,取决于所用制造材料的机械性能),造成永久性损伤,削弱刀片顶端在随后的切割性能,也就是说刃口变得“迟钝”或者说“不锋利”。当剃刮动作猛烈时,刀片刃口损伤更为频繁,因此,为了提高剃刮性能,已经有人提议使用一层或多层辅助的覆盖材料,以便容易剃刮及(或者)增加剃刮刃口的硬度、强度和(或)耐腐蚀性。
已有若干种涂层材料得到推荐,包括金属、合金和聚合物如金刚石或者金刚石状碳(DLC)材料。金刚石或者金刚石状碳(DLC)材料的特征可以是:具有坚固的SP3碳键;大于1.5克/厘米3的质量密度;以及在1331cm-1附近(金刚石)或者1550cm-1附近(DLC)的一个喇曼峰值。每个这样的添加材料层都能提供一些所需的性能,例如改善可剃刮性,增加硬度、刃口强度和(或)耐腐蚀性,并且在此同时对于剃刮刃口的几何形状和切割效率不产生有害影响。
US4933058公开了一种剃须刀片及其制造方法,该方法包括提供一块基片,在所述基片上做出一个楔形锐利刃口,在该基片上涂复一层比基片材料硬的加强材料层,并且涂复是靠溅射沉积形成的。但是这种方法需要麻烦、费时及昂贵的步骤涂上增强层,而刀片的机械性性能及剃须效果也还需要进一步改进。
本发明的目的是提供一种通过简单的步骤涂上增强层,并进一步改进刀片的性能及剃须效果的制造剃须刀片的方法及制造的剃须刀片及剃须部分。
为实现本发明上述目的,本发明提供了一种制造剃须刀片的方法,包括下列步骤:提供一个具有楔形锐利刃口的基片,在所述基片的刃口上形成一层金刚石或金刚石状碳,其特征在于所述的楔形锐利刃口通过对所述基片用机械磨削加工制成,所述刃口在离开所述锐利刃口顶端40微米距离处具有小于17°的夹角及一个小于500A的顶端半径;所述的金刚石或金刚石状碳通过在真空室中把所述的基片与刚性靶构件对齐,把RF偏压施加在所述基片上,使所述的靶构件溅射产生碳原子以便由靶构件产生的碳原子在所述的基片的刃口上沉积上金刚石或金刚石状碳材料,所述的金刚石或金刚石状碳形成由具有约0.1微米长度并且限定一个约60°夹角的小面限定的顶端,顶端的半径小于400,在所述基片顶端上方的金刚石或金刚石状碳层的厚度与在刃口处的金刚石或金刚石状碳的厚度之比为1∶1-3∶1。
本发明还提供了一种剃削刀片,包括一个带有楔形刃口的基片以及在所述的基片的刃口上形成的一个金刚石或金刚石状碳层,其特征在于在离所述刃口的顶端40μm距离处所述的楔形刃口具有小于17°的夹角,顶端半径小于500;所述的金刚石或金刚石状碳层从所述基片的锐利刃口顶端到离开顶端40μm处具有至少1200的厚度,还具有一个由小面确定的最终顶端,这些小面具有至少约0.1um的长度并构成约60°的角,在所述的金刚石或金刚石状碳材料的最终顶端的半径小于400,在所述楔形锐利刃口上方的金铡石或金刚石状碳材料层的厚度与在楔形刃口处的金刚石或金刚石状碳的厚度之比为1∶1-3∶1。
本发明还提供了一种剃须部件,包括一支承结构及至少一刀片结构,所述的支承结构限定了分开的与皮肤接合的表面,所述的刀片结构安装到所述的支承结构上,并设置在所述的与皮肤接合的表面之间,所述的至少一个刀片结构包括一刀片,由带有楔形刃口的基片构成,在所述的刃口上具有一个金刚石或金刚石状碳材料层,其特征在于在离所述刃口的顶端40μm距离处所述的楔形刃口具有小于17°的夹角,顶端半径小于500,所述的金刚石或金刚石状碳材料层从所述的锐利刃口顶端到离开顶端40μm处具有至少1200的厚度,还具有一个由小面确定的最终顶端,这些小面具有至少约0.1μm的长度并构成约60°的角,在所述的金刚石或金刚石状碳材料的最终顶端的半径小于400A,在所述锐利刃口上方的金刚石或金刚石状碳材料层的厚度与在楔形刃口处的金刚石或金刚石状碳的厚度之比为1∶1-3∶1。
下面结合附图,介绍几个特殊实施例,可对本发明的其余特点和优越性更加清楚明显。附图中:
图1是根据本发明的一种剃须部件的透视图。
图2是根据本发明的另一种剃须部件的透视图。
图3是一张示意图,示出根据本发明的剃刀片刃口几何形状的一个实例。
图4是用来实施本发明的一种装置的示意图。
图5和6是利用图4装置沉积的DLC材料的喇曼光谱图。
首先参见图1,剃须部件10包括与剃刀手柄连接的结构,以及一个耐冲击聚苯乙烯模制的平台构件12,而平台结构12又包括位于前方并横向延伸的皮肤接合面14。在平台构件12上还安装着具有锐利刃口18的前刀片16以及具有锐利刃口22的后刀片20。由耐冲击聚苯乙烯模制的盖子构件24具有锐利刃口22的后刀片20。由耐冲周聚苯乙烯模制的盖子构件24具有确定位于刀片刃口22后方的皮肤接合面26的结构,在盖子构件24上还固定着助剃合成物28。
图2所示的剃须部件具有雅各布森(Jacobson)在美国专利4,586,255中所披露的类型,包括具有前部34和后部36的成形本体32。在本体32中弹性地紧固着防护构件38、前刀片部件40以及后刀片部件42。每个刀片部件40、42都包括一个具有锐利刃口46的刀片构件14。一个助剃合成物48借助摩擦力固定在后部36的凹槽中。
图3是刀片16、20和44刃口区域的示意图。所述刀片包括具有一个楔形锐利刃口的不锈钢本体50,所述刃口是通过多道刃口成型磨制工序做出的,它形成一个顶部52,其半径通常小于500埃,并具有以大约13°角岔开的小面54和56。在顶部52和小面54、56上沉积厚度约为300埃的钼中间层58。而在钼中间层58上又沉积金刚石状碳(DLC)的外涂层覆盖层60,所述覆盖层60的厚度约为2000埃,并具有长度均为四分之一微米左右而且确定一个80°左右夹角的小面62、64,小面62、64还与夹角为13°的主小面66、68相接,并且小面62、64还确定一个约为1.7的纵横比,所述纵横比是(a)和(b)的比值,其中(a)是从DLC顶端70到不锈钢顶端52的距离,而(b)是顶端52处DLC涂层的宽度。在覆盖层60上还覆盖着粘接的调聚物层72,层72在涂料时厚度较大,但在最初的剃刮阶段就减薄到单分子层的厚度。
在图4中示意地画出制造图3所示类型刀片用的装置。这种装置包括一个由科罗拉多州波尔特(Boulder)的Vac Tec组织制造的直流平面磁控管溅射系统,该系统包括具有壁80、门82和底部结构84的腔74,底部结构84上做出一个与适当的真空系统(未示出)相连的口86。在腔74中安装着带有直立支承构件90的旋转式传送带支承88,在支承构件90上安排着一组剃须刀片92,这些刀片92的锐利刃口排成一直线并从支承90朝外伸出。在腔74中还安装着钼(纯度99.99%)靶构件96用的支承构件76以及石墨(纯度99.99%)靶构件98用的支承构件78。靶96和98均为垂直布置的板,每一个约有12厘米宽37厘米长。支承构件76、78和88与腔74电绝缘,并将刀片组92通过开关102与射频电源100电连接,以及通过开关106与直流电源104电连接;靶96和98还分别通过开关108和110与直流磁控管电源112连接。闸板114和116分别布置在邻近靶96和98处,以便在打开位置和遮蔽其相邻靶的位置之间运动。
旋转式传送带88支承着刀片组92,使刀片刃口94与相对的靶板96、98相距约7厘米,而且该旋转式传送带88可围绕一根垂直轴线在一个第一位置和一个第二位置之间转动,在所述第一位置刀片组92与钼靶96相对并对准,而在所述第二位置刀片组92与石墨靶98相对并对准。
一种专门的刀片制造方法为:将一组刀片92(30厘米高)紧固在支承90上(使支承90与三个跟靶平行放置的磨光不锈钢刀片本体在一起);将腔74抽真空;用直流溅射法将靶96、98清理5分钟;然后闭合开关102,将刀片组92在一种氩环境中射频清理3分钟,所述氩环境为压强10毫乇、氩气流200标准立方厘米、功率1.5千瓦;然后在腔74内的压强为4.5毫乇的情况下将氩气流减为150标准立方厘米;闭合开关106,以便为刀片组92提供-50伏特的直流偏压;闭合开关108以便用1千瓦功率溅射靶96;将钼靶96前方的闸板114打开28秒以便将厚度约为300埃的钼层58沉积在刀片刃口94上。然后闭合闸板114,打开开关106和108,将旋转式传送带88转动90°,使刀片组92与石墨靶98并列。在氩气流为150标准立方厘米情况下将腔74内的压强减为2毫乇;闭合开关110以便用500瓦功率溅射石墨靶98;闭合开关102以便为刀片组92施加1千瓦的13.56兆赫射频偏压(-440伏特直流自偏电压),在此同时打开闸板116达20分钟,以便将厚度约为2,000埃的DLC层60沉积在钼层58上。DLC涂层60在顶端70处的半径约为250埃,所述顶端由小面62、64构成,这两个小面的夹角约为80°,并且涂层60的纵横比约为1.7∶1,硬度〔使用一种毫微压头(Nanoidenter)X仪器在一个邻近的不锈钢刀片本体平表面上量测到500埃深度〕约为17千兆帕斯卡(不锈钢刀片本体的度约为8千兆帕斯卡)。如图5所示,用这种方法沉积的涂层材料60的喇曼光谱在波数为1400~1500cm-1附近出现宽广的喇曼峰值,这是DLC结构的典型光谱。
然后将聚四氟乙烯调聚物层72施加到已涂覆DLC的刀片刃口上。此工序包括:在中性氮气气氛中加热刀片组,然后给刀片的切割刃口提供一个固态聚四氟乙烯减磨聚合物涂层。层58、60牢固地附着在刀片本体50上,从而使湿毛毡切割力减小〔头5次切割湿毛毡的最小力(L5)约为0.45千克力〕,并且能经受住这种湿毛毡切割力的反覆施加〔第496至500次切割的最小力约为0.65千克力〕,说明暴露在这种毛毡切割试验严酷条件中的DLC层60基本上未受影响,仍然牢固地附着在刀片本体50上。在切割干毛毡10次之后用显微评价法测定的刃口损伤和脱层明显地少于市场上出售的铬—铂镀层刀片,也就是说少于4个小刃口损伤区(每个这样的小损伤区的尺寸小于20微米,深度小于10微米)并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。最后将刀片构件44安装在图2所示类型的夹头构件30中,就能取得极好的剃刮效果。
另一种专门的刀片制造方法为:将一组刀片92(30厘米高)紧固在支承90上(使支承90与三个跟靶平行放置的磨光不锈钢刀片本体在一起);将腔74抽真空;用直流溅射法将靶96、98清理二又四分之一分钟,所述氩环境为压强10毫乇、氩气流200标准立方厘米、功率1.5千瓦;然后在腔74内的压强为6毫乇情况下将氩气流减为150标准立方厘米;闭合开关106,以便为刀片组92提供-50伏特的直流偏压;将钼靶96前方的闸板114打开;闭合开关108,以1千瓦功率溅射靶96达32秒钟,以便将厚度约为300埃的钼层沉积在刀片刃口94上;然后闭合闸板114,打开开关106和108,将旋转式传送带88转动90°,使刀片组92与石墨靶98并列。在氩气流为150标准立方厘米情况下将腔74内的压强减为2毫乇;闭合开关110以使用500瓦功率溅射石墨靶98;闭合开关102以便为刀片组92施加320瓦的13.56兆赫射频偏压(-220伏特直流自偏电压),在此同时打开闸板116达7分钟,以便将厚度约为900埃的DLC涂层60沉积在钼层58上。DLC涂层60的顶端半径约为300埃,纵横比为1.6∶1,硬度〔使用一种毫微压头(Nanoindenter)X仪器在一个邻近的不锈钢刀片本体平表面上测量〕约为13千兆帕斯卡。
然后按照美国专利No.3,518,110所述,将聚四氟乙烯调聚物层72施加到已覆盖DLC的刀片刃口上。此工序包括;在中性氩气氛中加热刀片组,然后给刀片的切割刃口提供一个固态聚四氟乙烯减磨聚合物粘接层。层58、60牢固地附着在刀片本体50上,从而使湿毛毡切割力减少〔头5次切割湿毛毡的最小力(L5)约为0.6千克力〕,并且能经受住这种湿毛毡切割力的反复施加〔第496至500次切割的最小力约为0.76千克力〕,说明暴露在这种毛毡切割试验严酷条件中的DLC涂层60基本上未受影响,仍然牢固地附着在刀片本体50上。在切割干毛毡10次之后用显微评价法测定的刃口损伤和脱层明显地少于市场上出售的铬—铂镀层刀片,也就是说少于4个小刃口损伤区(每个这样的小损伤区的尺寸小于20微米),深度小于10微米)并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。最后将刀片构件44安装在图2所示类型的夹头构件30中,就能取得极好的剃刮效果。
还有一种制造方法为:将腔74抽成真空;用直流溅射法将靶96、98清理5分钟;然后闭合开关102,将刀片组92在一种氩环境中射频清理二又四分之一分钟,所述氩环境为压强10毫乇、氩气流200标准立方厘米、功率1.5千瓦;然后在腔74内的压强为6毫乇情况下将氩气流减为150标准立方厘米;闭合开关106,以便为刀片组92提供-50优特的直流偏压;打开钼靶96前方的闸板114;闭合开关108,用1千瓦功率溅射靶96达32秒钟,以便将厚度约为300埃的钼层沉积在刀片刃口94上。然后闭合闸板114,打开开关106和108,将旋转式传送带88转动90°,使刀片组92与石墨靶98并列。在氩气流为150标准立方厘米情况下将腔75内的压强减为2毫乇;闭合开关110以便用500瓦功率溅射石墨靶78;闭合开关102以便为刀片组92施加320瓦的13.56兆赫射频偏压(-220伏特直流自偏电压),在此同时打开闸板116达5分钟,以便将厚度约为600埃的DLC涂层60沉积在钼层58上。DLC涂层60的顶端半径约为400埃,纵横比为1.7∶1,硬度〔使用一种毫微压头(Nanoindenter)X仪器在一个邻近的不锈钢刀片本体平表面上测量〕约为13千兆帕斯卡。如图6所示,用这种方法沉积的涂层材料60的喇曼光谱在波数为1543cm-1附近出现宽物喇曼峰值,这是DLC结构的典型光谱。
然后使用氮气将调聚物层72施加到刀片刃口上。制得的涂层58、60牢固地附着在刀片本体50上,从而使湿毛毡切割力减少〔头5次切割湿毛毡的最小力(L5)约为0.6千克力〕,并且能经受住这种湿毛毡切割力的反复施加〔第496至500次切割的最小力约为0.76千克力〕,说明暴露在这种毛毡切割试验严酷条件中的DLC涂层60基本上未受影响,仍然牢固地附着在刀片本体50上。在切割干毛毡10次之后用显微评价法测定的刃口损伤和脱层明显地少于市场上出售的铬—铂镀层刀片,也就是说少于5个小刃口损伤区(每个这样的小损伤区的刃寸小于20微米,深度小于10微米)并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。最后将刀片构件44安装在图2所示类型的夹头构件30上,就能取得极好的剃刮效果。
上面介绍了几个本发明的特殊实施例,熟悉此项技术的人可对此作出各种改变,因此,本发明不受上述实施例或者它们的细节限制,凡是符合本发明原理的各种改变均属于本发明的范围。
Claims (10)
1.一种制造剃须刀片的方法,包括下列步骤:提供一个具有楔形锐利刃口的基片,在所述基片的刃口上形成一层金刚石或金刚石状碳,其特征在于所述的楔形锐利刃口通过对所述基片用机械磨削加工制成,所述刃口在离开所述锐利刃口顶端40微米距离处具有小于17°的夹角及一个小于500A的顶端半径;所述的金刚石或金刚石状碳通过在真空室中把所述的基片与刚性靶构件对齐,把RF偏压施回在所述基片上,使所述的靶构件溅射产生碳原子以便由靶构件产生的碳原子在所述的基片的刃口上沉积上金刚石或金刚石状碳材料,所述的金刚石或金刚石状碳形成由具有约0.1微米长度并且限定一个约60°夹角的小面限定的顶端,顶端的半径小于400A,在所述基片顶端上方的金刚石或金刚石状碳层的厚度与在刃口处的金刚石或金刚石状碳的厚度与在刃口处的金刚石或金刚石状碳的厚度之比为1∶1-3∶1。
2.按照权利要求1的方法,其特征在于还包括在所述的金刚石或金刚石状碳材料上涂上粘结的聚合物层的步骤。
3.按照权利要求1或2的方法,其特征在于通过在真空室中设置一个溅射器,对齐在一个石墨靶构件上,打开所述的溅射器一段时间,同时把所述的RF偏压施加到所述的基片上产生碳原子以形成所述的金刚石或金刚石状碳。
4.按照权利要求1的方法,其特征在于包括沉积金刚石或金刚石状碳之前在所述的楔形刃口上溅射沉积一夹层材料,所述的夹层在从所述的基片的刃口的顶端到离所述的顶端40μm距离有约300A的厚度。
5.一种剃削刀片,包括一个带有楔形刃口的基片以及在所述的基片的刃口上形成的一个金刚石或金刚石状碳层,其特征在于在离所述刃口的顶端40μm距离处所述的楔形刃口具有小于17°的夹角,顶端半径小于500A;所述的金刚石或金刚石状碳层从所述基片的锐利刀口顶端到离开顶端40μm处具有至少1200A的厚度,还具有一个由小面确定的最终顶端,这些小面具有至少约0.1μm的长度并构成约60°的角,在所述的金刚石或金刚石状碳材料的最终顶端的半径小于400A,在所述楔形锐利刃口上方的金刚石或金刚石状碳材料层的厚度与在楔形刃口处的金刚石或金刚石状碳的厚度之比为1∶1-3∶1。
6.根据权利要求5的剃须刀片,其特征为,所述金刚石或者金刚石状碳材料是加强材料层,所述材料具有:至少13千兆斯卡的硬度;SP3碳键;大于1.5克/厘米3的质量密度;以及对金刚石在1331c-1附近或者对金刚石碳在1550cm-1附近的一个喇曼峰值;并且进一步包括在所述金刚石或者金刚石类碳材料层上的一个粘结的调聚物涂层。
7.根据权利要求5或6所述的剃须刀片,还进一步包括在所述楔形刃口上的一个夹层材料层;所述夹层材料层具有小于500埃左右的厚度,所述的金刚石或金刚石状碳材料设在夹层材料上。
8.根据权利要求5所述的剃须刀片,其特征为,所述基片是钢;所述楔形刃口通过多个机械研磨步骤的程序做成;而所述夹层材料层和金刚石或者金刚石状碳材料层用溅射法做成。
9.一种剃须部件,包括一支承结构及至少一刀片结构,所述的支承结构限定了分开的与皮肤接合的表面,所述的刀片结构安装到所述的支承结构上,并设置在所述的与皮肤接合的表面之间,所述的至少一个刀片结构包括一个刀片,由带有楔形刃口的基片构成,在所述的刃口上具有一个金刚石或金刚石状碳材料层,其特征在于在离所述刃口的顶端40μm距离处所述的楔形刃口具有小于17°的夹角,顶端半径小于500A,所述的金刚石或金刚石状碳材料层从所述的锐利刃口顶端到离开顶端40μm处具有至少1200°A的厚度,还具有一个由小面确定的最终顶端,这些小面具有至少约1μm的长度并构成约60°的角,在所述的金刚石或金刚石状碳材料的最终顶端的半径小于400°A,在所述锐利刃口上方的金刚石或金刚石状碳材料层的厚度与在楔形刃口和的金刚石或金刚石状碳的厚度之比为1∶1-3∶1。
10.根据权利要求9所述的剃须部件,其特征为,所述剃须刀片结构包括两个刀片结构,各有一刀片,它具有一基片,其上有楔形刃口,而所述的楔形刃口被相互平行地安置在所述皮肤接合面之间
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