JP2005509462A - Ｃｖｄダイヤモンド切断用挿入体 - Google Patents

Abstract

刃、特にかみそり刃は、細長のモノリシックな切断エッジを有するＣＶＤダイヤモンド層を備えている。

Description

本発明は、ＣＶＤダイヤモンド切断用挿入体に係り、とりわけＣＶＤダイヤモンドかみそり刃に関するものである。

剃ることによって人の毛髪を切ることは、要求の厳しい独特の用途である。毛髪自体は容易には切れないが曲がることができ、不適当に鈍い刃によって引っ張られると痛みを引き起こす。かみそり刃の最も重要な領域は、切断エッジから最初の４０〜１５０μｍであると一般に認められており、この領域は、きれいに切断でき、切断負荷下で永久変形を示さず、できるだけ薄くて摩擦のないものでなければならない。

従来のかみそり刃は鋼製であり、毛髪を剃る過程で鈍くなっていく。鋼製刃の耐用寿命を改善するための技術としては、硬質コーティングの塗布、およびたとえばイオン・インプランテーションによる鋼の強化法がある。これらの強化法には効果はあるが、耐用寿命（刃が鋭利である期間）の改善は大きなものではない。

米国特許第４７２０９１８号には、従来の鋼製かみそり刃は、かみそりの先端から約４０μｍの距離における有効全角が、十分に強い先端を有してできるだけ小さく保たれることを必要とし、とりわけこの角は一般に２０°以下であると記載されている。これは切断中の毛髪が引きずられることを減少させる。その結果から、反対により広い刃角を使用するときには、毛髪が切り離されるときに毛髪に大きいくさび角を開く必要がある。この米国特許によれば、サファイヤ、炭化チタン、ダイヤモンドなどの、鋼よりも硬い材料を使って、小さな角の切断エッジを有する刃をより薄く製作することができるが、このような刃の具体例は記載されていない。

セラミックなどの、鋼よりも硬い材料は、一般により耐久性のよい刃を作ることが知られている。刃が損傷を受けたり欠けたりしなければ、材料が硬いほど刃はより耐久性を有する。フランス特許第２５３６６９１号は、この事実を認識し、各々が鋭利にされた切断エッジを有する多結晶または単結晶から作られたいくつかのダイヤモンドかみそり刃の設計を示している。しかしながら、隣接する結晶が接合する領域で段階を生ずることなく単一の連続したまっすぐな刃を提供するためには、入念な製造と整合を必要とするので、複数の切断エッジを使用することは制限される。

特許文献ＷＯ９３／００２０４は、くさび形の切断エッジとダイヤモンドまたはダイヤモンド状の材料の層とを有する基板であって、前記層が基板を被覆し、薄板、とりりわけ切断エッジを被覆する、基板を含むかみそり刃を開示している。刃の基板または心板が、必要な剛性および弾力性をもたらし、耐摩耗性はダイヤモンドの被覆により得られる。一般に、これらの被覆物は非常に薄いため、ダイヤモンドが基板材料によって正しく切断エッジに支持され、被覆が切断刃の半径を増大させないようにしなければならない。

本発明による刃は、モノリシックな細長の切断エッジを有するＣＶＤダイヤモンドの層を含む。

本発明に係る刃にとって最も重要なことは、層がＣＶＤダイヤモンドで作られて、細長のモノリシック切断エッジを有することである。切断エッジは単一材料からなるので、フランス特許第２５３６６９１号の刃のように接着領域によって妨害されない。切断エッジの長さは一般に少なくとも１０ｍｍで、好ましくは少なくとも２０ｍｍの長さを有する。刃がかみそり刃である場合には、その長さは一般的に３０ｍｍから４５ｍｍの範囲になる。

ＣＶＤダイヤモンド層の形状は、刃が当てられるべき用途に応じて異なる。その形状は特にかみそり刃の場合には、一般に少なくとも１つのまっすぐな切断エッジをもち、広い意味で矩形、正方形、または三角形になる。

ＣＶＤダイヤモンド層の厚さも、やはり刃が向けられるべき用途に応じて異なる。かみそり刃の場合には、ＣＶＤダイヤモンド層は一般的に５０〜４００μｍの範囲、好ましくは１５０〜２７５μｍの範囲にある厚さを有する。

ＣＶＤダイヤモンドは、この技術分野では知られているように、化学蒸着によって製造されたダイヤモンドである。

刃がかみそり刃である場合には、切断エッジの先端と切断エッジの先端へ連なっている層の領域との輪郭が重要である。これに関して、切断エッジの先端から４０μｍの距離における刃の有効全角は１２〜２８°の範囲、好ましくは１５〜２５°の範囲、さらに好ましくは１７〜２３°の範囲にあることが望ましい。

かみそり刃の有効全角および有効半角を、添付の図１および２によって図解する。まず図１には非対称かみそり刃が示されており、切断エッジ領域１２を有する本体１０を含む。切断エッジ領域１２は内側に傾斜する面１４、１６を含む。面１６は、その中に形成された特別な切子面１８を有する。刃の切断エッジ先端または末端刃は２０にある。

刃の有効半角は、刃の中心を通過する線２２と面１４、１６の１つの点２４から引かれた線２６との交点において形成された角である。点２４はまた、一般的に刃の先端２０から４０μｍの距離において線２２に対して垂直に引かれた線３４上にある。面１６については、線２６は面１６と一致してはいない。有効半角は角２８である。表面１４については、点２４からの線２６は表面１４と一致し、有効半角は角３０である。有効全角は角２８と角３０との和である。

図２に、対称刃についての有効半角および有効全角を図解する。この図では、図１と同等な部分には同じ符号が付けられている。この刃では、面１４はその上に形成された切子面１８をも有する。２つの面１４、１６の点２４から引かれた線２６はこれらの面とは一致せず、切断エッジの先端２０において線２２と交差する。角２８と角３０は等しい。したがって、対称刃については、有効全角は有効半角２８、３０の２倍の角である。

本発明のさらなる一態様によれば、本発明の刃の切断エッジの先端は、６０ｎｍ未満、好ましくは４０ｎｍ未満、さらに好ましくは２０ｎｍ未満の半径を有する。５ｎｍ未満の半径を有する先端を作製して使用することができる。刃の先端半径は図１においては符号３２で示されている。

本発明は、前記のように、人や動物の表面から毛髪を剃る場合のかみそり刃としての使用に拡張される。

さらにまた本発明によれば、かみそりは前記のように、切断挿入体を含み、剃る動作に適したモノリシックな細長の切断エッジを提供するために、ホルダに取り付けられる。

本発明にとって最も重要なことは、刃の切断エッジが、ＣＶＤダイヤモンドの層または薄板の細長い刃を備えていることである。ＣＶＤダイヤモンドは、当技術分野では知られているように、化学蒸着によって製造されたダイヤモンドである。ダイヤモンドは単結晶であっても多結晶であってもよいが、多結晶ダイヤモンドが好ましい。

切断エッジは細長のモノリシック切断エッジ、これを、剃りに適用する場合には刃をかみそり刃として使用できるように十分な長さにすることもできる。かみそり刃の切断エッジの長さは一般的に３０〜４５ｍｍの範囲となる。

剃りなどに適用するために必要な性能を達成するために、切断エッジを製作する場合には、高度の注意が必要となる。これを達成するためには、下記の方法が適当であることがわかっている。

１）ＣＶＤダイヤモンド層を、当技術分野では周知の方法を用いて基板の上に成長させる。この層は、一般的にはダイヤモンド基板の上にエピタキシャル成長させた単結晶であっても、または多結晶、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、ＳｉＣ、または炭化物形成元素などの基板の上に成長させたものであってもよい。さらにまた、ダイヤモンドをドープすることもドープしないことも可能であり、加工処理の促進のため所望の電気的特性を選択できる。代表的なドーパントはＢ、Ｐ、およびＳであり、Ｂが好ましい任意選択肢である。ダイヤモンド層を概ね５０〜３００μｍの平均厚さに成長させて、次に片側または両側を研磨することもできる。多結晶ダイヤモンド層の場合には、研磨工程により、典型的な粗い成長面を除去し、刃に平坦な上面を作ることもできる。研磨後に、高度な研磨仕上げまたは１００ｎｍＲａ以下の粗さの研磨処理を行うこともできる。とりわけ、核形成面の近くに先端のある非対称な刃を作る場合には、核形成面の材料は一般に良好な切断エッジにはならないので、核形成側を研磨する（たとえば５〜３０μｍ除去する）ことも好ましい。

２）次に、刃の基本的形状を、たとえばレーザ加工または放電加工によってＣＶＤダイヤモンドの層または薄板から切り取って、所望の形状、一般的には矩形の形状にする。これを実施する場合、たとえば１つの細長モノリシック切断エッジを一般に適切な角度で切って、細長切断エッジを作製する。レーザ切断を使用する場合、レーザがダイヤモンド薄膜の中に入る点において、肩状部または丸みを有するエッジが形成されることを回避するために、切断エッジはダイヤモンドからのレーザの出口面に形成されることが好ましい。別の方法として、１つまたは複数の半加工品をたとえばレーザによって直角の側面を伴って切り、ある角度を傾けて積み重ね、積層体をラッピングまたは研磨工程することによって、細長切断エッジの角を形成する。切断または次の加工もしくは両方のために使用されるレーザは、以下の形式すなわち、Ｎｄ、ＹＡＧ、エクシマ、Ｃｕ蒸気、または他形式のパルス・レーザの１つであってもよい。

３）刃の基本形状を切断する時には、ダイヤモンド層を自ら立たせるか、ホルダに取り付けるか、または基板に取り付けてもよい。多結晶ダイヤモンド層の場合には、層を取り付ける基板は、ダイヤモンドを成長させた基板であってもよい。

４）レーザ切断は一般に、切断表面にある度合いのさざ波またはうねりをもたらす。このうねりを除去する１つの方法は、ダイヤモンドに適切なラッピングおよび／または研磨法を使用して切断表面を加工することである。この技術範囲には、そぎ継ぎ、接着、およびＣＶＤダイヤモンド・ホイール研磨法、ホット・メタル・シンニング（ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ）法、および（特にドーピングされたダイヤモンドのためには）放電加工法が含まれる。ダイヤモンドを機械的に研磨する方法は、結果的に切断エッジに大きい比荷重がかかることになる。ダイヤモンドを基板に接着または結合させるこの段階における利点は、薄いダイヤモンド切断エッジが機械的に支持されて、（切断エッジから４０μｍ後の点において）より小さい刃先角を有する切断エッジを作ることができることである。ホット・メタル・シンニング法は、ある範囲の材料と温度を使用して実施される。一般的には５００〜１６００℃の範囲使用され、この温度範囲の最低温では希土類金属シンニング・プレートを、約１０００℃の中間温度範囲では鋼プレートを、高温範囲ではＮｉおよびＣｒなどの金属が使用できる。最終刃形は、（切断エッジの片側が層の側面によって形成されている）非対称刃または（層の側面とは異なる切子面が切断エッジの各側面に存在する）対称刃にすることができる。実際の切断エッジを形成する片側または両側には、必要とされる性能特性に応じて異なる角で単一の切子面または複数の切子面があってもよい。

５）この段階で、基本ダイヤモンド刃の幾何学的形状が現れる。これは、ダイヤモンドの取り付けられている基板を除去することによってさらに露出させることができる。これは、好ましくは酸溶解などの化学的または電気化学的手段によって達成される。他の方法として、導電性基板については放電加工などの方法を使用することができ、次工程に応じてダイヤモンドに好ましくはドーピングを行ってもまたは行わなくてもよい。基板除去のためのさらなる方法として、基板材料を優先的にイオン・ビームによってエッチングする反応性イオン・エッチング法がある。切断エッジから離れたダイヤモンド層を機械的支持できるように、基板からダイヤモンド層を完全に除去してはならない。しかし、少なくとも切断エッジから１００μｍの間、好ましくは１５０μｍ、さらに好ましくは２００μｍについては、基板は除去しなければならない。

６）基板除去の前後のいずれかにおいて、（適応できるならば）イオン・ビーム・ミリング法を使用してダイヤモンド切断エッジをさらに加工することができる。イオン・ビームによるダイヤモンドのエッチング速度は入射角に敏感であり、正常な入射から約５０°の入射角度において最大となる。したがってイオン・ビーム・ミリング法を使用して、多切子面刃設計における切子面の相対的寸法を変え、切子面接合部における丸みまたは微細切子面を提供し、より小さな切断エッジの先端半径を提供し、ダイヤモンドの表面特性、特にその摩擦特性を変更することができる。イオン・ビーム・ミリング処理中は、刃が静止していてもよく、または所望の適切な振動式またはその他の方式で動いてもよく、刃の片側または両側をイオン・ビームによって処理することもできる。、イオン・ビーム・ミリング段階用のマスクを形成するため、およびしたがって基板除去手順の完了後に達成される最終切断エッジの幾何学的形状を変更するための技術として、部分的基板除去を（該当する場合には）使用することもできる。

前記方法で、鋭利な切断エッジ、とりわけ前記のような有効全角を有する切断エッジ先端を達成することができる。これに関して、ダイヤモンド外科用刃では、切断エッジを磨くことが慣習的であることに留意すべきである。しかしながら、このような市販の刃は、切断エッジ先端から４０μｍの位置における有効全角が３０°以上、一般的には３５〜５０°の範囲にある。従来技術の切断エッジはそれ自体としては、剃るための適用には不適当である。通常の研磨法には高い負荷がかかる結果、より小さな有効全角を有する刃では刃欠けの原因となるため、ダイヤモンド外科用刃のこの形式の刃が開発された。この刃欠けにより、ダイヤモンド被覆刃が大きな有効全角および／または大きな先端半径に制限されている。

本発明によるＣＶＤダイヤモンド切断挿入体は鋭利な切断エッジを有し、この切断エッジは、刃が最も硬い周知の材料である純粋なダイヤモンドで作られていることから、長期の使用中においても鋭利さを保つ。ダイヤモンド切断エッジは、ダイヤモンドが化学的に不活性であるから、使用中でも貯蔵中でも錆びたり酸化したりすることはない。切断エッジはかき傷が付かず、したがってダイヤモンド自体以外のどの材料との接触によっても傷が付かない。切断エッジの中または切断エッジに含まれる硬い被覆部がないので、従来の技術による被覆されたかみそり刃のように、使用中に硬い被覆の層間剥離または腐食がおこる可能性はない。刃と毛髪および／または皮膚との間の摩擦レベルを制御するために、金属を含む潤滑被覆を使用することもできる。

本発明の実施例を以下に説明する。

例１
多結晶ＣＶＤダイヤモンドの薄板を成長させたタングステン基板からこの薄板が離された。薄板は、宝石細工を基礎にした技術を用いてダイヤモンドの粗く成長した表面を除去することによって加工され、対向する平坦で平行な表面を有する。次に両表面を１００ｎｍＲａ以下の粗さにまで研磨して、核形成面から少なくとも５μｍのダイヤモンドを除去し、厚さ約２００μｍの薄板または層を形成した。

Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用してダイヤモンド薄板を切断して基本かみそり刃形状の半加工品を製作した。この場合、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ２００μｍの寸法を有する矩形形状で、切断エッジは直角であった。

ホルダを準備して、加工ホイールに垂直な線に対して７０°の角度で、これらの刃の半加工品の積層体を保持した。半加工品をラッピングおよび研磨して、２０°の有効全角を有する非対称刃を形成した。

次に剃るため刃の１つを適当なホルダの中に取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の髭を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

例２
例１において作られた刃の１つをレーザ切断によってさらに加工し、次に切断エッジをイオン・ビーム・ミリングにより、一次切子面と切断エッジとの間に置かれた核形成面に対して３５°の角度で小さな（約５μｍ）の二次切子面を形成した。この二次切子面の追加は、先端から４０μｍにおける刃の有効全角を２０°から約２２°に僅かに増加させるためであった。

次にこの刃を、剃るために適当なホルダに取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の髭を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。使用中は刃を、表面１６が剃られている人の皮膚に確実に接触し、切断エッジ先端２０が確実に毛髪を貫通切断して、剃られている人の皮膚を絶対に傷付けないように、ホルダに取り付けた。

例３
例１の方法を繰り返したが、一次切子面を形成するためにラッピングと研磨中に刃の半加工品を取り付ける角度を変えた。特に、核形成面から１５°と２５°の角度における一次切子面も作製した。半加工品のいくつかをさらに加工して、例２に説明した二次切子面を形成した。

次にこれらの刃を各々剃るために適当なホルダに取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の髭を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

例４
本発明の代替形として、例１で説明したように作製された刃の半加工品から対称な刃が作製された。刃の半加工品を１つの細長刃を上にして取り付け、上部のエッジを切り落とす２つのレーザが、１５°の全刃先角を有する粗対称二次切子面を作製するために使用された。次に、イオン・ビーム・ミリングを使用して先端に幅約５μｍの小さな二次切子面を作製し、レーザ入力の点におけるエッジの丸み部を有利に使用できるようにした。これらの二次切子面は約３０°の全刃先角を有し、結果として得られた先端から４０μｍにおける有効全角は約１７°であった。

この刃は従来のかみそりホルダに取り付けるには適当であった。これは人の皮膚から毛髪を切断または剃る場合に有効であることがわかった。

例５
多結晶ＣＶＤダイヤモンドの薄板の成長したタングステン基板から、この薄板が離された。薄板は、宝石細工を基礎にした技術を用いてダイヤモンドの粗成長表面を除去することによって加工され、対向する平坦で平行な表面を有する。次に両表面を１００ｎｍＲａ以下の粗さにまで研磨して、核形成面から少なくとも５μｍのダイヤモンドを除去し、厚さ約２００μｍの薄板または層を形成した。

Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用してダイヤモンド薄板または層を切断して基本かみそり刃形状の半加工品が作製されたが、この場合、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ２００μｍの寸法を有する矩形形状であった。すべてのエッジは直角断面に切断されたが、細長切断エッジはプレートに垂直な線に対して７０°の角度で切られ、ダイヤモンド薄膜の核形成側であったダイヤモンド層の出口面に対して２０°の角を有する切断エッジを形成した。次にこのレーザ切断切子面をイオン・ビーム・ミリングして、最終切断表面を形成した。

次に剃るために刃の１つを適当なホルダに取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、とりわけ男性の顔面の毛髪を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

例６
例５の方法に従ったが、レーザ切断切子面を機械的研磨によってさらに加工し、次に例２で説明したように二次切子面を加えた。

次に剃るために刃の１つを適当なホルダに取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の髭を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

例７
切断先端をダイヤモンド薄膜の成長側に形成したことを除いて、例５の方法に従った。

次に剃るために刃の１つを適当なホルダに取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の髭を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

例８
５００μｍ厚さのＳｉウェハにダイヤモンド層を成長させて、約２５０μｍ厚さの層を形成した。次にダイヤモンドの成長面を１００ｎｍＲａ以下の粗さにまでラッピングおよび研磨して、厚さ約２００μｍのダイヤモンド層を形成した。

次にＳｉウェハに接着されたダイヤモンド層をレーザで切って、基本かみそり刃形状の半加工品を作ったが、この場合、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍの寸法を有する矩形形状で、直角の切断エッジを有していた。

ホルダを準備して、加工輪に垂直な線に対して７０°の角度で、これらの刃の半加工品の積層体を保持した。半加工品をラッピングおよび研磨して、２０°の有効全角を有する非対称な刃を形成した。加工中は、ダイヤモンド層をＳｉウェハ基板によって支持した。次に標準的なＳｉエッチングを用いてＳｉウェハを除去した。

例２において説明したレーザ切断およびイオン・ビーム・ミリング法を使用して、核形成面と切断エッジ先端との間に二次切子面を作製した。

次に刃の１つを剃るために適当なホルダに取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の髭を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

例９
多結晶ＣＶＤダイヤモンドの薄板の成長したタングステン基板から、この薄板が離された。薄板は、宝石細工を基礎にした技術を用いてダイヤモンド上の粗成長表面を除去することによって加工され、対向する平坦で平行な表面を有する。次に両表面を１００ｎｍＲａ以下の粗さにまで研磨して、核形成面から少なくとも５μｍのダイヤモンドを除去し、厚さ約２００μｍの薄板または層を形成した。

Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用してダイヤモンド・薄板または層を切断して基本かみそり刃形状の半加工品が作製されたが、この場合、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ２００μｍの寸法を有する矩形形状で、直角の切断エッジを有していた。

ホルダが準備され、ホット・メタル・シンニング・テンプレートに垂直な線に対して６２°の角度で刃半加工品に保持された。加工は真空下で実施し、鋼シンニング・プレートを１０８０℃に保持し、刃を、取付台の中に作られた工程止め具がシンニング・プレートと接触するまで軽い接触圧の下に置いた。この方法により、単一切子面を有し、かつ約２８°の全有効角を有する非対称の刃を作製した。次にイオン・ビーム・ミリングを使用して刃をさらに加工し、鋭利な切断エッジが作製された。

次に刃を剃るために適当なホルダの中に取り付けた。これは毛髪の切断または剃り、特に男性の顔面の毛髪を皮膚から切り離すのに有効であることがわかった。

本発明による非対称な刃の一実施例の側面図。 本発明による対称な刃の一実施例の側面図。

Claims (19)

1. モノリシックな細長の切断エッジを有するＣＶＤダイヤモンド層を含む刃。
2. 前記切断エッジが真直ぐな切断エッジである請求項１に記載された刃。
3. 前記切断エッジの長さが少なくとも１０ｍｍである請求項１または２に記載された刃。
4. 前記切断エッジの長さが少なくとも２０ｍｍである請求項１または２に記載された刃。
5. 前記刃がかみそり刃である請求項１または２に記載された刃。
6. 前記切断エッジの長さが３０ｍｍから４５ｍｍまでの範囲にある請求項５に記載された刃。
7. ＣＶＤダイヤモンド層が、５０μｍから４００μｍまでの範囲の厚さを有する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された刃。
8. 前記ＣＶＤダイヤモンド層が、１５０μｍから２７５μｍまでの範囲の厚さを有する請求項７に記載された刃。
9. 前記ＣＶＤダイヤモンド層が、矩形、正方形、または三角形の形状を有する請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された刃。
10. 前記切断エッジの先端から４０μｍの距離における刃の有効全角が、１２°から２８°までの範囲にある請求項５から請求項９までのいずれか１項に記載された刃。
11. 前記切断エッジ先端から４０μｍの距離における前記刃の有効全角が、１５°から２５°までの範囲にある請求項５から請求項９までのいずれか１項に記載された刃。
12. 前記切断エッジ先端から４０μｍの距離における前記刃の有効全角が、１７°から２３°までの範囲にある請求項５から請求項９までのいずれか１項に記載された刃。
13. 前記切断エッジ先端が、６０ｎｍ未満の半径を有する請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された刃。
14. 前記切断エッジ先端が、４０ｎｍ未満の半径を有する請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された刃。
15. 前記切断エッジ先端が、２０ｎｍ未満の半径を有する請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された刃。
16. 前記刃が対称な刃である請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された刃。
17. 前記刃が非対称な刃である請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された刃。
18. 実質的に添付図面の図１または図２を参照して本明細書に説明されているような請求項１に記載された刃。
19. 実質的に実施例のいずれか１例を参照して本明細書に説明されているような請求項１に記載された刃。

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