JP2004141360A

JP2004141360A - 単結晶材料刃、単結晶材料刃を備えた刃物および単結晶材料刃の製造方法

Info

Publication number: JP2004141360A
Application number: JP2002309047A
Authority: JP
Inventors: Mitsuchika Saito; 斉藤　光親
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】作成が簡単でかつ鋭利な刃先を備えた単結晶材料刃、刃物および単結晶材料刃の形成方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、単結晶シリコン板１１の一部の縁部分の所定表面側が該表面に対して傾斜を持つようにエッチングされ、当該縁部分は断面楔形に形成され、前記縁部分の前記傾斜を持つ側の面が、特定の結晶面を持つことを特徴とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作成が簡単でかつ鋭利な刃先を備えた単結晶材料刃、刃物および単結晶材料刃の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋭利な刃物として、カミソリがある。カミソリには、必要な切断力、刃の寿命の増大が必要とされる。カミソリの縁部（刃先）は、楔形をなしており、所定の曲率（数百Å）を有する刃先には、その硬度を確保するために、特許文献１に示すように、酸化クロム薄膜またはクロムを主成分とする酸化物薄膜が形成されることもある。
【０００３】
また、従来、たとえば特許文献２に示すように、粉末成形焼結法により製造される薄刃カミソリの場合、粉末成形焼結法で製造し、これの表面研削時の発熱を抑えることで、製造歩留まりを向上させる薄刃カミソリを形成する技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−１１７８０５号
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１４４２７９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種のカミソリの製造技術は、基本的には金属パンチング、研磨，焼結等の工程を経ねばならない場合が多く、製造が必ずしも容易とは言えない。
【０００７】
本発明の目的は、作成が簡単でかつ鋭利な刃先を備えた単結晶材料刃および単結晶材料刃の形成方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、安全な構成の新規な刃先を備えた単結晶材料刃物および単結晶材料刃物の形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の単結晶材料刃は、少なくとも、単結晶シリコン板，単結晶石英板，単結晶ダイヤモンド板等の単結晶材料（通常は板）の一部の縁部分の所定表面側が該表面に対して傾斜を持つようにエッチングされ、当該縁部分は断面楔形に形成され、前記縁部分の前記傾斜を持つ側の面が、特定の結晶面（またはこれと等価な結晶面（以下同様）。たとえば、シリコン（１１１）面）を持つことを特徴とする。
【０００９】
本発明の単結晶材料刃は、従来の金属刃のような切削加工を伴わないので、比較的小規模な装置による製造が可能である。したがって製造コストの低減を図ることができる。少なくとも、前記断面楔形に形成された縁部分の先端の、
（１）前記傾斜を持つ側の面、
（２）前記傾斜を持つ側の面とは反対側の面、または、
（３）前記傾斜を持つ側の面および当該面とは反対側の面、
が硬質膜により被覆されていることを特徴とする。
【００１０】
この硬質膜は、たとえばスパッタリングにより単結晶材料刃の刃先に形成できる。上記の硬質膜を形成した後に、さらに表面に合成樹脂被膜を形成することもできる。
【００１１】
また、本発明の単結晶材料刃は、前記単結晶材料の縁が、当該単結晶材料に形成された穴または切り欠きの内側の縁を含むことができる。この構成は、従来の金属刃では作成が実質上不可能であるが、本発明技術によれば製造は極めて容易である。
【００１２】
本発明の刃物は、上記単結晶材料刃を備えてなるもので、柄付きの単結晶材料刃ホルダ（固定部）を含むことができる。
【００１３】
本発明の単結晶材料刃の形成方法は、特定の結晶面（単結晶材料がシリコンの場合通常（１１１）面）以外の面を表面に持つ単結晶シリコン板，単結晶石英板，単結晶ダイヤモンド板等の単結晶材料（通常は板）の、少なくとも一部の縁部分の前記表面側を前記特定の結晶面を持つようにエッチングし、当該縁部分を断面楔形に形成する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の単結晶材料刃の形成方法は、少なくとも、前記断面楔形に形成された縁部分の先端の、前記傾斜を持つ側の面、前記傾斜を持つ側の面とは反対側の面、または、前記傾斜を持つ側の面および当該面とは反対側の面、を硬質膜により被覆する工程、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の単結晶材料刃の形成方法は、前記単結晶材料の縁は、当該単結晶材料に形成された穴または切り欠きの内縁を含むことができる。
【００１６】
本発明の単結晶材料刃の形成方法では、単結晶材料をシリコンとして、前記特定の結晶面が（１１１）面とすることができる。
【００１７】
なお、本発明の単結晶材料刃の形成方法では、前記単結晶材料の縁は、上述したように、当該単結晶材料板に形成された穴または切り欠きの内縁とすることができる。金属加工技術において、小さな穴を設け、この穴の内縁を断面楔形の鋭利な刃に形成することは容易ではないが、本発明の単結晶材料刃の作成技術によればこのような穴は極めて容易に作成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の第１実施形態の単結晶材料刃（シリコン刃）の作成プロセスを示す図である。
【００１９】
まず、図１（Ａ）に示すように、板面が（１１１）面以外の結晶面であるように切り出された単結晶シリコン板１１の表裏面（上下面）に酸化膜（ＳｉＯ２）１２を形成する。本発明で使用される単結晶シリコン板は、刃として使用されることから、ＬＳＩを作成するときに使用するような純度の高いものである必要はない。したがって、単結晶シリコン板１１として低コストのものを用いることができる。ここで、単結晶シリコン板１１の厚みＴは、保持部４（図４参照）の構造に依存するが、たとえば数十〜数百μｍとされる。
【００２０】
つぎに、図１（Ｂ）に示すように、単結晶シリコン板１１の一方の面（上面Ａ０１）の酸化膜１２を部分的にフォトリソグラフィにより除去して、酸化膜１２のストライプ状パターンを形成する。ここで、ストライプの方向は、概ね（１１１）面と平行とする。つづいて、該ストライプ状パターンをマスクとして、単結晶シリコン板１１をたとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて異方性エッチングを行なう。この異方性エッチングは、単結晶シリコン板１１を貫通するに足るだけ行う。
【００２１】
この異方性エッチングにより、二つの（１１１）面、すなわち、面Ａ０３及びＡ０４が露出する（以下、面Ａ０３，Ａ０４を斜面と称する）。斜面Ａ０３は緩やかな傾斜を持ち、斜面Ａ０４は急な傾斜を持つ。斜面Ａ０３と上面Ａ０１の成す角度θは、単結晶シリコン板１１の切出し角度により調整することができる。
【００２２】
この後、図１（Ｄ）に示すように酸化膜１２を除去し、これを本発明の単結晶材料刃（シリコン刃）の中間製品とし、カットすることでシリコン刃を製造することもできるが、図１では、この刃をカミソリ等の製品に適応させるために、図１（Ｅ），（Ｅ′）に示す工程を追加することができる。
【００２３】
すなわち、図１（Ｅ）に示すように、上下面Ａ０１，Ａ０２および斜面Ａ０３，Ａ０４に硬質膜１３を形成する。なお、図１（Ｅ′）に示すように、下面Ａ０２のみに硬質膜１３を形成することもできる。硬質膜１３は、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）のスパッタリングにより形成することができる。
【００２４】
以上のようにして、図１（Ｆ）に示すようなシリコン刃を中間製品１４１とし、これをカットすることでシリコン刃が製造される。
【００２５】
図２（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の第２実施形態の単結晶材料刃（シリコン刃）の作成プロセスを示す図である。本実施形態において、図２（Ｃ）に示す形状を形成するまでの工程は第１実施形態と同じである。
【００２６】
つぎに、図２（Ｄ）に示すように、下面Ａ０２に刃先と刃元（刃先と反対側の部分）との間を残して酸化膜を除去し、もう一度ＫＯＨ等を用いて異方性エッチングを行うことで、図２（Ｅ）に示すような形状が形成される。そして、上下面Ａ０１，Ａ０２の酸化膜を除去した後、全ての面に硬質膜２３を形成すると、図２（Ｆ）に示すような形状の刃が形成される。このような形状の刃は、ある一定の範囲内で、摩耗による刃の劣化が抑えられる。なお、図示はしないが、硬質膜を特定の方向から異方性成膜技術により形成することにより、選択された面にのみ硬質膜が形成された刃を製作することも可能である。以上のようにして、図２（Ｇ）に示す刃の中間製品１４２が作成され、この中間製品をカットすることでシリコン刃が製造される。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の第３実施形態の波型の単結晶材料刃（シリコン刃）の作成プロセスを示す図である。本実施形態でも、第１、第２実施形態と同様、板面が（１１１）面以外の結晶面になるように切り出された単結晶シリコン板３１の少なくとも裏面（下面）Ａ０２に酸化膜３３を形成する。つぎに、フォトリソグラフィにより、Ａ０３面となる面の法線方向の、単結晶シリコン板３１表面と平行な成分が指示する方向に、ストライプ状の酸化膜３３のパターンを形成する。
【００２８】
この後、図３（Ｃ）に示すように等方性エッチングを行うことでストライプ間に溝３４を形成し、エッチングを進めることで酸化膜３３は除去され図３（Ｄ）に示すような単結晶シリコン板３１が作成される。
【００２９】
この後、図１（Ａ）〜（Ｅ）の処理または（Ａ）〜（Ｅ′）の処理を行い、図３（Ｅ）の断面図，図３（Ｆ）の表面図（図３（Ｅ）はＱ−Ｑ線の断面図である），図３（Ｇ）の裏面図に示す刃の中間製品１４３が作成され、この中間製品をカットすることでシリコン刃が製造される。
【００３０】
図４は、本発明の刃物の第１実施形態を示す図である。図４では、第１実施形態において製造したシリコン刃４１がホルダ４２に取り付けられて刃物４が構成されている。シリコン刃４１のホルダ４２への取付けは、接着剤により行なうことができる。
【００３１】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の刃物の第２実施形態を示す図であり、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）はシリコン刃チップ（刃素片の集合体）５１の表面図（Ａ０１側）である。図５（Ｂ）では、シリコン刃チップ５１の裏面側（Ａ０２側、即ち、刃が形成されている側）が見えている。
【００３２】
本実施形態では、刃物５は、シリコン刃チップ５１と、柄付きホルダ５２とからなる。シリコン刃チップ５１は、図５（Ｄ）では横長の長方形として描かれているが、そのような形状に限られるものではない。シリコン刃チップ５１に具備されている刃素片は、柄の軸方向と垂直となるように形成される。本実施形態は、ヒゲ剃り等に好適に用いられる。
【００３３】
図６（Ａ），（Ｂ）は、シリコン刃チップ５１の部分拡大図であり、（Ａ）は裏面Ａ０２側を、（Ｂ）は表面Ａ０１側を示している。シリコン刃チップ５１には、概ね２ｍｍ×１ｍｍの穴５１１が形成されている。刃５１２は、穴５１１の上側の長辺に形成されている。図６（Ｃ）に毛９が刃５１２に切り取られるときの様子を示す。なお、穴５１１の寸法は概ね２ｍｍ×１ｍｍに限定されるものではないし、横長の長方形に限定されるものでもない。
【００３４】
第２の実施形態では、刃物５のシリコン刃チップ５１のＡ０２側の面が皮膚側に位置するようにホルダ５２に取り付けたが、シリコン刃チップ５１のＡ０１側の面が皮膚側に位置するようにホルダ５２に取り付けるようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、作成が簡単でかつ鋭利な刃先を備えた単結晶材料刃や刃物を提供できる。また、新規で安全な刃の配置を持つ単結晶材料刃や刃物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の第１実施形態のシリコン刃の作成プロセスを示す図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の第２実施形態のシリコン刃の作成プロセスを示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の第３実施形態のシリコン刃の作成プロセスを示す図である。
【図４】本発明の刃物の第１実施形態を示す図である。
【図５】本発明の刃物の第２実施形態を示す図であり、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）はシリコン刃チップの表面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は第２実施形態のシリコン刃チップの部分図、（Ｃ）は本発明の刃物の第２実施形態において毛が刃に切り取られるときの様子を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１　単結晶シリコン板
１２，２２，３３　シリコン酸化膜
１３，２３　硬質膜
４１　シリコン刃
５１　シリコン刃チップ
４２，５２　ホルダ
１４１，１４２，１４３　中間製品

Claims

少なくとも、単結晶材料の一部の縁部分の所定表面側が該表面に対して傾斜を持つようにエッチングされ、当該縁部分は断面楔形に形成され、前記縁部分の前記傾斜を持つ側の面が、特定の結晶面を持つことを特徴とする単結晶材料刃。
少なくとも、前記断面楔形に形成された縁部分の先端の、
前記傾斜を持つ側の面、
前記傾斜を持つ側の面とは反対側の面、または、
前記傾斜を持つ側の面および当該面とは反対側の面、
が硬質膜により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶材料刃。
前記単結晶材料の縁は、当該単結晶材料に形成された穴または切り欠きの内側の縁を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶材料刃。
前記単結晶材料がシリコンであり、前記特定の結晶面が（１１１）面であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の単結晶材料刃。
請求項１から４の何れかに記載の単結晶材料刃を備えたことを特徴とする刃物。
特定の結晶面以外の面を表面に持つ単結晶材料の、少なくとも一部の縁部分の前記表面側を前記特定の結晶面を持つようにエッチングし、当該縁部分を断面楔形に形成する工程を有することを特徴とする単結晶材料刃の形成方法。
少なくとも、前記断面楔形に形成された縁部分の先端の、
前記傾斜を持つ側の面、
前記傾斜を持つ側の面とは反対側の面、または、
前記傾斜を持つ側の面および当該面とは反対側の面、
を硬質膜により被覆する工程、
を有することを特徴とする請求項６に記載の単結晶材料刃の形成方法。
前記単結晶材料の縁は、当該単結晶材料に形成された穴または切り欠きの内縁を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の単結晶材料刃の形成方法。
前記単結晶材料がシリコンであり、前記特定の結晶面が（１１１）面であることを特徴とする請求項６から８の何れかに記載の単結晶材料刃の形成方法。