JP2009153877A - 刃部材及び刃部材の刃縁の加工装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】真空チャンバー内で、プラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体として各刃体群の刃縁に対し特定条件で施すイオンビーム加工と、プラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマにより各刃体群の刃縁に対し特定条件で施すプラズマイオン注入加工とを施す。
【効果】鋭利性をより一層上げて切れ味を高めた刃縁を有する刃部材、硬度をより一層上げて剛性を高めた刃縁を有する刃部材、並びに、そのような刃縁を効率的に加工し得る加工装置を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、剃刀等に利用する刃部材、並びに、その刃部材の刃縁を加工する装置に関するものである。

従来、この種の刃部材の刃縁を皮砥により加工して刃縁のばりなどを除去していたので、刃縁の鋭利性に欠けて切れ味が悪くなるとともに、刃縁の硬度が小さくて剛性が低くなっていた。
特公昭５４−２８３７９号公報 特開２００７−６１２１２号公報

そこで、上記特許文献１では、切断刃にイオン注入処理を施して切断刃の硬度を改良している。また、特許文献２では、刃縁にリアクティブイオンエッチングを施して刃縁の鋭利性を高めている。

この発明は、イオンビーム加工やプラズマイオン注入加工による処理技術を改良して、より一層優れた刃縁を有する刃部材、並びに、そのような刃縁を効率的に加工することができる加工装置を提供することを目的としている。

後記実施形態の図面（図１〜４）の符号を援用して本発明を説明する。
請求項１の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオンガン４を用いアルゴンを媒体として、アルゴンガス圧０．１〜１Ｐａ、刃体群９に対するバイアス電圧０．１〜１０００Ｖ、処理時間５〜３００分でイオンビーム加工を施した。請求項１の発明では、刃縁１１の鋭利性を上げて切れ味を高めることができる。

請求項２の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、刃縁１１の尖端角１０°〜３５°、刃縁１１のばり１２の高さ０．１〜１０μｍの刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオン注入ガン５を用い窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施した後に、プラズマイオンガン４を用いアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施した。請求項２の発明では、同じ真空チャンバー２内でプラズマイオン注入加工後にイオンビーム加工を連続させて刃縁１１の加工を効率的に行い、刃縁１１に硬化層を残して剛性を高めることができるとともに、刃縁１１で刃線全体を均質に仕上げて切れ味を高めることができる。このプラズマイオン注入加工とその後に行うイオンビーム加工とを繰り返してもよい。

請求項３の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオンガン４を用いアルゴンを媒体として、刃縁１１の尖端１１ａからの深さ０．１〜１．５μｍ、刃縁１１の厚み方向の深さ０．１〜１．５μｍでイオンビーム加工を施した。請求項３の発明では、刃縁１１の鋭利性を上げて切れ味を高めることができる。

請求項４の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、串８を挿入して水平方向Ｈへ積層した複数の刃体群９を互いに公転させながらそれぞれ自転させ、その各刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオンガン４を用いアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施した。請求項４の発明では、各刃体群９がプラズマイオンガン４に対し公転しながら自転するため、イオンビーム加工が平均的に施され、刃縁１１の全体で平均的に鋭利性を上げて切れ味を高めることができる。

請求項５の発明にかかる刃部材の刃縁の加工装置１においては、真空チャンバー２内で、串８を挿入して水平方向Ｈへ積層した複数の刃体群９を公転させるとともにそれぞれ自転させる回転体６，７と、並設したプラズマイオンガン４とを備え、その各プラズマイオンガン４を用い各刃体群９の刃縁１１に対しアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施す。請求項５の発明では、各刃体群９が各プラズマイオンガン４に対し公転しながら自転するため、各刃体群９の刃縁１１に対しイオンビーム加工を平均的に施すことができる。

請求項６の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオン注入ガン５を用い窒素プラズマにより、窒素圧０．５〜５Ｐａ、刃体群９に対するバイアス電圧０．１〜１０００Ｖ、フィラメント電流１００〜２００Ａ、処理時間１０〜１０００分でプラズマイオン注入加工を施した。請求項６の発明では、刃縁１１の硬度を上げて剛性を高めることができる。

請求項７の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、刃縁９の尖端角１０°〜３５°、刃縁１１のばり１２の高さ０．１〜１０μｍの刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオンガン４を用いアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施した後に、プラズマイオン注入ガン５を用い窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施した。請求項７の発明では、同じ真空チャンバー２内でイオンビーム加工後にプラズマイオン注入加工を連続させて刃縁１１の加工を効率的に行い、刃縁１１の全体で十分に硬化層を設けて剛性を高めることができる。このイオンビーム加工とその後に行うプラズマイオン注入加工とを繰り返してもよい。

請求項８の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオン注入ガン５を用い窒素プラズマにより、刃縁１１の尖端１１ａからの深さ０．１〜１．５μｍ、刃縁１１の厚み方向の深さ０．１〜１．５μｍでプラズマイオン注入加工を施した。請求項８の発明では、刃縁１１の硬度を上げて剛性を高めることができる。

請求項９の発明にかかる刃部材においては、真空チャンバー２内で、串８を挿入して水平方向Ｈへ積層した複数の刃体群９を互いに公転させながらそれぞれ自転させ、その各刃体群９の刃縁１１に対し、プラズマイオン注入ガン５を用い窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施した。請求項９の発明では、各刃体群９がプラズマイオン注入ガン５に対し公転しながら自転するため、プラズマイオン注入加工が平均的に施され、刃縁１１の全体で平均的に硬度を上げて剛性を高めることができる。

請求項１０の発明にかかる刃部材の刃縁の加工装置１においては、真空チャンバー２内で、串８を挿入して水平方向Ｈへ積層した複数の刃体群９を公転させるとともにそれぞれ自転させる回転体６，７と、プラズマイオンガン４及びプラズマイオン注入ガン５とを備え、そのプラズマイオンガン４を用いアルゴンを媒体として各刃体群９の刃縁１１に対し施すイオンビーム加工と、そのプラズマイオン注入ガン５を用い窒素プラズマにより各刃体群９の刃縁１１に対し施すプラズマイオン注入加工とを施す。請求項１０の発明では、各刃体群９がプラズマイオンガン４及びプラズマイオン注入ガン５に対し公転しながら自転するため、各刃体群９の刃縁１１に対しイオンビーム加工を平均的に施すことができるとともに、各刃体群９の刃縁１１に対しプラズマイオン注入加工を平均的に施すことができる。また、同じ真空チャンバー２内でイオンビーム加工とプラズマイオン注入加工とを施すことができるので、それらの加工を互いに連続させて刃縁１１の加工を効率的に行うことが可能となる。例えば、このイオンビーム加工とプラズマイオン注入加工とのうち一方の加工後に他方の加工を施したり、このプラズマイオン注入加工とその後に行うイオンビーム加工とを繰り返したり、このイオンビーム加工とその後に行うプラズマイオン注入加工とを繰り返したりしてもよい。

本発明は、イオンビーム加工による処理技術を改良することにより鋭利性をより一層上げて切れ味を高めた刃縁１１を有する刃部材、プラズマイオン注入加工による処理技術を改良することにより硬度をより一層上げて剛性を高めた刃縁１１を有する刃部材、並びに、そのような刃縁１１を効率的に加工し得る加工装置１を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１で概略的に示す加工装置１において、真空チャンバー２内の一側には刃体取付台３が設けられ、真空チャンバー２内の他側にはアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施すプラズマイオンガン４と、窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施すプラズマイオン注入ガン５とが位置固定されて並設されている。この刃体取付台３においては、公転軸６ａを中心に回転する回転体としての公転台６が支持されているとともに、その公転台６上で自転軸７ａを中心に回転する回転体としての自転台７が支持され、この各自転台７上で公転軸６ａの周囲には刃部材としての刃体１０に串８が挿入されて各刃体１０が水平方向Ｈへ積層された刃体群９が取り付けられている。この公転台６及び自転台７が回転すると、この各刃体群９は公転するとともに自転し、例えば図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す加工手順により、その各刃体群９にイオンビーム加工が施されるとともにプラズマイオン注入加工が施される。この公転台６と自転台７とは、それぞれ、同一向きの回転（正回転）ばかりでなく、正回転と逆回転とを交互に繰り返してもよい。

図４（ａ）の加工手順では、複数の刃体１０（１０Ａ）が連結された帯状の刃体素材で各刃体１０の刃縁１１に生じている高さ０．１〜１０μｍのばり１２が皮砥により除去されてその刃縁１１が極僅かに鈍角化され、その刃体素材を各刃体１０（１０Ｂ）ごとに切断した後、その各刃体１０（１０Ｃ１）の刃縁１１にイオンビーム加工を施してその刃縁１１を鋭利化し、さらにその各刃体１０（１０Ｄ１）の刃縁１１にプラズマイオン注入加工を施してその刃縁１１を硬化させる。なお、この帯状刃体素材の厚みは０．０５ｍｍ以上が好ましい。図４（ｂ）の加工手順では、複数の刃体１０（１０Ａ）が連結された同様な帯状刃体素材で各刃体１０の刃縁１１に生じている高さ０．１〜１０μｍのばり１２が皮砥により除去されてその刃縁１１が極僅かに鈍角化され、その刃体素材を各刃体１０（１０Ｂ）ごとに切断した後、その各刃体１０（１０Ｄ２）の刃縁１１にプラズマイオン注入加工を施してその刃縁１１を硬化させ、さらにその各刃体１０（１０Ｃ２）の刃縁１１にイオンビーム加工を施してその刃縁１１を鋭利化する。図４（ｃ）の加工手順では、複数の刃体１０（１０Ａ）が連結された同様な帯状刃体素材で前記皮砥をせずに各刃体１０の刃縁１１に生じているばり１２を残したまま、その刃体素材を各刃体１０ごとに切断した後、その各刃体１０（１０Ｃ３）の刃縁１１にイオンビーム加工を施してその刃縁１１を鋭利化するとともにばり１２を除去し、さらにその各刃体１０（１０Ｄ３）の刃縁１１にプラズマイオン注入加工を施してその刃縁１１を硬化させる。図４（ｄ）の加工手順では、複数の刃体１０（１０Ａ）が連結された同様な帯状刃体素材で前記皮砥をせずに各刃体１０の刃縁１１に生じているばり１２を残したまま、その刃体素材を各刃体１０ごとに切断した後、その各刃体１０（１０Ｄ４）の刃縁１１にプラズマイオン注入加工を施してその刃縁１１を硬化させるとともに例えば皮砥しない場合の高さの半分程度以下の高さのばり１２を残し、さらにその各刃体１０（１０Ｃ４）の刃縁１１にイオンビーム加工を施してその刃縁１１を鋭利化するとともにばり１２を除去する。図４（ｃ）の加工手順や図４（ｄ）の加工手順により加工された刃縁１１では、山１３ａと谷１３ｂとが交互に連続して刃線１３が波形状になり、その山１３ａと谷１３ｂとの高低差が０．１〜１μｍになるとともに、刃わたり１０μｍあたり山１３ａまたは谷１３ｂが５〜３０回生じている。この刃縁１１の尖端角度については、特に皮砥をしない場合、２０度以下が好ましく、さらには１６度以下が好ましい。なお、前記イオンビーム加工あるいはプラズマイオン注入加工後に真空チャンバー２内のクリーニングを行う。

前記イオンビーム加工においては、図２に原理を示すように、前記各プラズマイオンガン４にアルゴンガスが導入されてアルゴンイオン（Ａｒ^＋）と電子ｅ⁻とが電離したプラズマ状態となり、磁気フィールドによりアルゴンイオンのみが抽出されて刃縁に照射され、そのアルゴンイオンが刃縁の金属をはじき飛ばすように加工して刃縁を鋭利化する。ちなみに、そのイオンビーム加工において、イオン化電圧は２〜３ｋＶ、刃体群９に対するバイアス電圧は０．１〜１０００Ｖ、アルゴン圧力は０．１〜１Ｐａ、処理時間は５〜３００分に設定され、図５（ａ）に示す後記両刃面１１ｂに沿う距離１〜３０μｍにわたり刃縁１１の尖端１１ａからの深さ０．１〜１．５μｍ、刃縁１１の厚み方向の深さ０．１〜１．５μｍで行われ、刃縁１１の温度は１５０℃以上になる。

前記プラズマイオン注入加工においては、図３（ａ）（ｂ）に原理を示すように、窒素ガスを注入しながらタングステンフィラメントに電流を流すと、窒素ガスがプラズマ状態となり、刃体にマイナスバイアスをかけると、窒素プラズマ（Ｎ^＋）が刃縁に衝突して注入されてＦｅ_４Ｎが生成され、刃縁を硬化させる。ちなみに、そのプラズマイオン注入加工において、フィラメント電流は１００〜２００Ａ、ディスチャージ電流は１００〜３００Ａ、刃体群９に対するバイアス電圧は０．１〜１０００Ｖ、窒素圧力は０．５〜５Ｐａ、処理時間は１０〜１０００分に設定され、図５（ａ）に示す後記両刃面１１ｂに沿う距離０．１〜３ｍｍにわたり刃縁１１の尖端１１ａからの深さ０．１〜１．５μｍ、刃縁１１の厚み方向の深さ０．１〜１．５μｍで行われ、刃縁１１の温度は２００℃以上になり、刃縁１１の硬度は１２００〜２０００Ｈｖになる。

前述したように図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す手順により加工した刃縁１１については、図５（ａ）に示すように、両刃面１１ｂが互いに交差して形成された尖端１１ａからの距離Ｌ（深さ）で両刃面１１ｂ間の厚みをＴとした場合、その距離Ｌにおける厚みＴの値を図５（ｂ）に示す。すなわち、尖端１１ａからの複数の距離Ｌ（０．５μｍ、１μｍ、２μｍ，４μｍ，１０μｍ，２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ）で、それぞれ最大厚みＴ（０．５μｍ、０．８５μｍ、１．４μｍ、２．５μｍ、４．５μｍ、７．５μｍ、１１．０μｍ、１６．５μｍ）をなす両刃面１１ｂが、それぞれ最小厚みＴ（０．４μｍ、０．６５μｍ、１．１μｍ、２．１μｍ、４．０μｍ、６．５μｍ、９．０μｍ、１４．０μｍ）をなす両刃面１１ｂの外側にあって、その最大厚みＴをなす両刃面１１ｂとその最小厚みＴをなす両刃面１１ｂとの間の厚み範囲にある両刃面１１ｂが刃縁１１の理想的な形状である。その結果、尖端１１ａからの距離Ｌが４μｍまでは比較的厚くなって耐久性を向上させることができ、尖端１１ａからの距離Ｌが４μｍ以降では比較的薄くなって切断抵抗を小さくすることができる。

そのような刃縁１１に対しＤＣＬやＴｉＣｒＡｌＮなどの成膜処理を施して刃縁１１の強度を向上させるとともに刃縁１１の尖端１１ａに曲率半径２０〜５０ｎｍの丸みを付けて皮膚へのくい込みを防止し、さらにその刃縁１１にフッ素樹脂コーティング処理を施す。

図６に示すフエルト切断試験では、このような後処理を施した本発明の刃体１０と皮砥を行った後に同様な後処理を施した従来の刃体とについて、フエルトの切断試験を行い、切断回数ごとに切断荷重を測定して平均値を示した。その結果、本発明にかかる刃体１０の切断荷重が従来の刃体の切断荷重よりも小さくなって本発明にかかる刃体１０の切れ味とその切れ味にかかる耐久性とが向上したことが分かる。

図７に示す官能試験では、このような後処理を施した本発明の刃体１０と皮砥を行った後に同様な後処理を施した従来の刃体とについて、３０人の試験者が同じ条件で５回髭の剃り味試験を行い、各回ごとに切れ味について５点満点中の点数を付け、各回ごとに３０人の点数の平均値を示した。その結果、本発明にかかる刃体１０の点数が従来の刃体の点数よりも高くなって本発明にかかる刃体１０の切れ味が向上したことが分かる。

本実施形態にかかる刃部材の刃縁の加工装置を概略的に示す説明図である。 イオンビーム加工の原理を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれプラズマイオン注入加工の原理を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ刃体の刃縁の加工手順を概略的に示す説明図である。 （ａ）は本発明にかかる刃体の刃縁においてその尖端からの所定距離における厚みを概略的に示す説明図であり、（ｂ）は同じく表である。 本発明にかかる刃体と従来の刃体とについて行ったフエルト切断試験の結果を示すグラフである。 本発明にかかる刃体と従来の刃体とについて行った官能試験の結果を示す表である。

符号の説明

１…刃部材の刃縁の加工装置、２…真空チャンバー、４…イオンビーム加工用プラズマイオンガン、５…プラズマイオン注入加工用プラズマイオン注入ガン、６…回転体としての公転台、７…回転体としての自転台、８…串、９…刃体群、１０…刃部材としての刃体、１１…刃縁、１１ａ…刃縁の尖端、１２…刃縁のばり、Ｈ…水平方向。

Claims (10)

1. 真空チャンバー内において、刃体群の刃縁に対し、プラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体として、アルゴンガス圧０．１〜１Ｐａ、刃体群に対するバイアス電圧０．１〜１０００Ｖ、処理時間５〜３００分でイオンビーム加工を施したことを特徴とする刃部材。
2. 真空チャンバー内において、刃縁の尖端角１０°〜３５°、刃縁のばりの高さ０．１〜１０μｍの刃体群の刃縁に対し、プラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施した後に、プラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施したことを特徴とする刃部材。
3. 真空チャンバー内において、刃体群の刃縁に対し、プラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体として、刃縁の尖端からの深さ０．１〜１．５μｍ、刃縁の厚み方向の深さ０．１〜１．５μｍでイオンビーム加工を施したことを特徴とする刃部材。
4. 真空チャンバー内において、串を挿入して水平方向へ積層した複数の刃体群を互いに公転させながらそれぞれ自転させ、その各刃体群の刃縁に対し、プラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施したことを特徴とする刃部材。
5. 真空チャンバー内において、串を挿入して水平方向へ積層した複数の刃体群を公転させるとともにそれぞれ自転させる回転体と、並設したプラズマイオンガンとを備え、その各プラズマイオンガンを用い各刃体群の刃縁に対しアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施すことを特徴とする刃部材の刃縁の加工装置。
6. 真空チャンバー内において、刃体群の刃縁に対し、プラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマにより、窒素圧０．５〜５Ｐａ、刃体群に対するバイアス電圧０．１〜１０００Ｖ、フィラメント電流１００〜２００Ａ、処理時間１０〜１０００分でプラズマイオン注入加工を施したことを特徴とする刃部材。
7. 真空チャンバー内において、刃縁の尖端角１０°〜３５°、刃縁のばりの高さ０．１〜１０μｍの刃体群の刃縁に対し、プラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体としてイオンビーム加工を施した後に、プラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施したことを特徴とする刃部材。
8. 真空チャンバー内において、刃体群の刃縁に対し、プラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマにより、刃縁の尖端からの深さ０．１〜１．５μｍ、刃縁の厚み方向の深さ０．１〜１．５μｍでプラズマイオン注入加工を施したことを特徴とする刃部材。
9. 真空チャンバー内において、串を挿入して水平方向へ積層した複数の刃体群を互いに公転させながらそれぞれ自転させ、その各刃体群の刃縁に対し、プラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマによりプラズマイオン注入加工を施したことを特徴とする刃部材。
10. 真空チャンバー内において、串を挿入して水平方向へ積層した複数の刃体群を公転させるとともにそれぞれ自転させる回転体と、プラズマイオンガン及びプラズマイオン注入ガンとを備え、そのプラズマイオンガンを用いアルゴンを媒体として各刃体群の刃縁に対し施すイオンビーム加工と、そのプラズマイオン注入ガンを用い窒素プラズマにより各刃体群の刃縁に対し施すプラズマイオン注入加工とを施すことを特徴とする刃部材の刃縁の加工装置。

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