JP2005534445A - 電気シェーバー用耐摩耗ステンレス製切断素子、電気シェーバー及びその切断素子を製作する方法 - Google Patents

Abstract

電気シェーバー用の切断素子について示した。前記切断素子はマルエージ又は析出硬化型ステンレス鋼で構成され、プラズマ窒化処理によって表面硬化される。切断素子は刃の全面をプラズマ窒化処理で硬化され、プラズマ窒化処理で硬化された層は、鋼の窒素過飽和の上部層と、上部層に隣接する拡散層とを有し、上部層の硬度からプラズマ窒化処理によって硬化される前の鋼の硬度までの硬度幅を有する。さらに、上述の切断素子を少なくとも1つ有する電気シェーバー、及び切断素子を製作する方法についても示した。

Description

本発明は、電気シェーバー（及び既知の取付式シェーバー）に用いられる切断素子に関し、この切断素子はプラズマ窒化処理によって表面硬化された、マルエージ若しくは析出硬化型ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される。本発明はさらに、そのような切断素子を備える電気シェーバー及び切断素子の製作方法に関する。

フィリップスクールスキン（登録商標）の取付式シェーバー、液体と共に使用できる電気シェーバー、及び使用時に取付部を取り外して使用する電気シェーバーを市場投入して以来、ステンレス鋼製外側切断素子が予想以上に激しく摩耗し、消費者から苦情が示される場合がある。従ってより耐摩耗性のある刃、すなわちより硬い材料からなる刃を提供する必要がある。さらに刃は十分に硬いだけでは不十分であり、十分に良好な耐食性を有する必要がある。耐食性の問題は従来のシェーバーではそれ程顕在化していないが、クールスキンフィリシェーブの構想テーマでは、刃は湿気と接し易い状況で使用される。従って上記の問題は特にクールスキンフィリシェーブ方式のシェーバーに関するものであるが、耐食性向上は別の形式のシェーバーの切断素子にも意味があることは明らかである。現在のところ、これらの切断素子の製作に使用される材料はステンレスマルエージ鋼である。この材料は良好な耐食性を有する鋼の一種であるが、耐摩耗性は中程度である。硬度を高めるには通常の熱処理技術によって材料を硬化させる必要がある。

極めて良好な耐食性を有する鋼は多くの場合、熱処理で硬化させることが難しく摩耗特性に乏しいため、上述の取付式シェーバーとして使用した場合、結果的に不十分な耐摩耗性を示す。外刃の摩耗は、シェーバーヘッド内の可動（例えば回転又は往復運動をする）刃との接触のみならず、肌や髪の毛、特に無精髭のような極めて堅いものとの接触によっても生じる。

硬度は、米国特許第US5851313号及び独国特許第DE10039169号に記載されているように、プラズマ窒化処理によってさらに改善することができる。この内容は日本の特許第JP60162766号にも関連する。この明細書には、ステンレス鋼又はニッケル製の切断素子の窒化処理が示されており、より良好な耐久性とより小さな反発抵抗、例えばより良好な滑り性を得ることができる。日本の特許明細書によれば、単純な方法によって刃の片側外面のみが硬化される。
米国特許第5851313号明細書 独国特許第10039169号明細書 特許第60162766号明細書

本発明の課題は、極めて良好な耐食性と耐摩耗性の両方を全面に備える切断素子を製作する手段を提供することである。

本課題は、プラズマ窒化処理によって表面硬化されたマルエージ若しくは析出硬化型ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で製作され、電気シェーバーに用いられる切断素子によって解決される。切断素子はプラズマ窒化処理によって刃の全面を硬化され、プラズマ窒化処理によって硬化された層は、鋼の表面の窒素過飽和の合成上部層と、上部層と隣接する拡散層とを有し、上部層の硬度からプラズマ窒化処理によって硬化される前の鋼の硬度までの硬度幅を有するという特徴がある。前記表面合成層は少なくとも1300HVの硬度を有することが好ましく、オーステナイト系ステンレス鋼の場合は少なくとも1100HVの硬度を有することが好ましい。本発明によって得られる方法では、切断素子を包括するように、すなわち全面をプラズマ窒化処理するため、事実上、刃全体に硬化材料からなる外層が設けられ、摩耗の起こり得る全面に良好な耐摩耗性が付与される。拡散層があることの利点は、拡散層が付随的に基材の強度を高め、合成層の荷重負担能に寄与することである。ここで切断素子とは、別個に動作するシェーバー刃又は別のシェーバー刃と協働するシェーバー刃を意味する。そのような協働シェーバー刃の構造は、例えば内部回転式切断素子のシェーバーに認められ、その切断素子は静止状態の外部対応切断素子（キャップ）に取り囲まれる。協働シェーバー刃の別の構成では、例えばシェーバーは内部往復（例えば直線）式切断素子を有し、その切断素子は静止状態の外部対応切断素子（キャップ）に取り囲まれる。本願では、内部回転式切断素子及び外部静止対応切断素子のいずれも切断素子と呼ぶ。

好適実施例では切断素子は、厚さ5μmから25μmの範囲の硬化された過飽和上部層と、厚さが5μmから20μmの範囲にある拡散層とを有する。別の好適実施例では硬化された過飽和上部層の硬度は少なくとも1300HVであって、オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、少なくとも1100HVである。切断素子はドライシェーバー式シェーバー用、又は取付シェーバー式シェーバー用に設計されても良く、回転刃式、往復刃式又は別の形式の相対運動をするシェーバー用に設計されても良い。

本発明はさらに、前述の切断素子を有する電気シェーバーに関する。そのようなシェーバーには本発明の切断素子に関する上述のような利点がある。ここで再度、本発明の電気シェーバーは特定の形式の電気シェーバーに限定されず、全ての方式の電気シェーバーに対してここに示される切断素子を提供することが可能であることに留意する必要がある。

本発明はさらに切断素子を製作する方法を提供する。この切断素子はステンレスマルエージ鋼で構成され、切断素子はプラズマ窒化処理により全面を硬化され、上部層の硬度は少なくとも1300HVであることに特徴がある。本発明の方法では、未硬化（オーステナイト）ステンレス鋼でシェーバー構成材を製作することが可能であり、この未硬化構成材は、後の製作工程において硬くて耐摩耗性のある合成上部層の内部成長によって硬化されるため、製作工程を単純化することができる。未硬化ステンレス鋼は比較的容易な処理で得ることができる。従来技術によるクールスキン（登録商標）方式のシェーバー用の切断素子の製作過程において生じる別の問題は、シェーバーヘッドを製作するために従来から用いられている高強度鋼（例えば現在、シェーバーヘッドの製作に用いられているサンドビック1RK91マルエージ鋼）は一供給元からしか購入することができないことである。この物流上及び業務上の両観点から好ましくない状況は、本発明によって解決され、本発明の方法は、不向きな（及び比較的安価な）特性を有する鋼をこれまで通り、切断素子の製作に使用することを可能にする。

窒化処理のパラメータの一例は、温度300℃乃至500℃、処理時間5乃至40時間、窒化圧力250Pa乃至550Pa、及びパルスプラズマ処理方式である。

本発明は添付図面を参照することでより明確となるであろう。

本発明はステンレスマルエージ鋼の硬化処理を行うことによって、切断素子を製作する方法を提供する。その方法は製作された切断素子を、刃の全面に鋼の過飽和合成層が構成されるようにプラズマ窒化する処理を有し、合成層の下には拡散層が存在し、拡散層の中には合成層からの窒素が鋼内に拡散し、硬度勾配を構成する。本発明により製作された切断素子は約1500HVの硬度を有し、この硬度は従来に比べて十分に高い。

本発明によるシェーバーヘッドの製作にはステンレスマルテンサイトマルエージ鋼の他、オーステナイトマルエージ鋼も適している。実際には、オーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼はマルテンサイト鋼と比べて優れた耐食性を示し、汎用されているためである。プラズマ窒化処理を行うことで、材料には十分な耐摩耗性が付与され、窒化温度として450℃以下の温度に保持した場合、オーステナイト鋼の耐食性は悪影響を受けることはない。

窒化処理中窒素は基材内に侵入し、外方から内方に拡散する。いわゆる合成層内では硬度はほぼ一定であり、合成層は窒素で過飽和の金属組織となる。この層の厚さは窒化処理の時間に依存する。この層の直下には拡散領域が存在し、この領域では窒素は基材内に拡散して、硬度は深さと共に低下する。図1及び2にはこの現象を示す。

本発明ではマルエージ鋼及び析出効果型ステンレス鋼を析出硬化させる処理は、プラズマ窒化処理の前に又はプラズマ窒化処理と合わせて実行することができる。

図6に示すように、本発明によるシェーバーヘッドのラメラ組織における2拡散領域は、接近し又は重なっている。外表面の硬度は使用材料に依存する。図4には硬度1500HVの合成層が示されており、拡散層の平均硬度は500HVである。図5に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼の場合の硬度は、合成層及び拡散層でそれぞれ1400乃至1600HV、及び200HVより大きい。これらの値は従来技術では異例の値であり、今までに知られていない値である。合成層の直下に存在する2拡散領域は接近又は重なっているため、ラメラ組織の機械的強度は著しく増大する。通常金属の硬化は、靭性の代償として得られる。換言すると金属が硬くなると金属はより脆くなる。刃が全体的に硬度1500HVの均一な硬さである場合、刃は極めて脆くなり、その結果破断が容易に生じるようになる。本発明の処理を行うことにより、この問題は回避される。

図3にはプラズマ窒化処理されたラメラ組織の断面を示すが、この図から合成層は、全面で十分な耐摩耗性が得られるように、全表面を均一に被覆されていることが確認できる。米国特許第US647280号の内容では、プラズマ窒化処理を利用して複雑形状品に硬化材料の均一層を形成することは（2段階の窒化処理が提案されていることから）難しいが、本製作工程ではこの課題に苦慮することはない。図3に示す断面に見られるように、得られる窒化層の厚さは均一である。

従来の窒化処理工程では、マルエージ及び析出硬化型鋼は最初に熱処理による焼入れによって硬化させる必要がある。本発明では随意的にこの硬化を窒化処理と組み合わせても良く、この処理は同一の温度で行われる。ここで用いられるプラズマ窒化処理は従来技術と同様である。
（好適実施例）
本発明をさらに理解できるよう、２つの例を以下に示す。この例ではそれぞれ、ステンレスマルエージ鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。ただし厳密にはこれらの例に限定されるものではなく、適当な特性を有するいかなる種類の鋼も利用することができる。

本発明による1RK91マルエージ鋼でのシェーバーヘッドの製作を示す。

切断素子を製作後、これをパルス窒化処理炉に入れ、375℃で20時間、475Paの窒素ガス圧力下に保持することで、窒化処理を行った。得られたラメラ組織の平均厚さは約70μmであり、片側の合成層の厚さは10乃至20μmである。図6に概略的に示されているように、両拡散領域は基材の丁度中央で接触している。1RK91の場合、通常の硬度は500HVであるが、合成層の外側では硬度は1500HVまで増大している。さらに合成層におけるヤング率は177GPaから217GPaとなり23%増大している。

本実施例は実施例1と同様の処理であるが、AISI316ステンレス鋼を使用している点が異なる。選定温度は425℃である。得られる硬度は、ラメラ組織の中心部での通常の200HVから外層部での1400HVの範囲にある。

このように各種材料をプラズマ窒化処理によって硬化することができ、約1500HVの所望の硬度を得ることができる。またいずれの場合も、耐食性を損なうことはなかった。

本発明の方法は、過酷な摩耗性かつ腐食性環境にさらされる他の装置にも利用することができることは明らかであり、例えばこれに限定されるものではないが、カミソリ刃、回転刃、刃物、ある種の自動部品等に利用できる。

窒化された1RK91マルエージ鋼の顕微鏡写真である。 NPR+硬化された1RK91内の拡散プロファイルを示す図である。 硬化されたラメラ組織の断面図である。 ステンレスマルエージ鋼のラメラ組織の縦切断面の概略図である。 オーステナイト系ステンレス鋼のラメラ組織の縦切断面の概略図である。 合成層及び拡散領域を示したラメラ組織の概略図である。

Claims (9)

1. プラズマ窒化処理によって表面硬化されたマルエージ又は析出硬化型ステンレス鋼で製作され、電気シェーバーに用いられる切断素子であって、当該切断素子はプラズマ窒化処理によって刃の全面を硬化され、プラズマ窒化処理によって硬化された層は、鋼表面の窒素過飽和の上部層と、該上部層に隣接する拡散層とを有し、前記上部層の硬度からプラズマ窒化処理によって硬化される前の前記鋼の硬度までの硬度幅を有することを特徴とする切断素子。
2. 硬化された前記窒素過飽和の上部層の厚さは5μmから25μmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の切断素子。
3. 前記拡散層の厚さは5μmから20μmの範囲にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の切断素子。
4. 硬化された前記窒素過飽和の上部層の硬度は少なくとも1300HVであることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の切断素子。
5. 当該切断素子はドライシェーバー式シェーバー用に設計されたものであることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の切断素子。
6. 当該切断素子は取付シェーバー式シェーバー用に設計されたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の切断素子。
7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の切断素子を少なくとも1つ有する電気シェーバー。
8. 切断素子を製作する方法であって、前記切断素子はオーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記切断素子の表面はプラズマ窒化処理によって全面を硬化され、上部層の硬度は少なくとも1100HVであることを特徴とする方法。
9. 前記切断素子は、ステンレスマルエージ鋼又は析出硬化型ステンレス鋼で構成されてから、前記プラズマ窒化処理の前に又は前記プラズマ窒化処理と同時に析出硬化されることを特徴とする請求項7に記載の方法。

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