JPH042666B2

JPH042666B2 -

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Publication number: JPH042666B2
Application number: JP59227189A
Authority: JP
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1992-01-20
Also published as: JPS61106767A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的〔産業上の利用分野〕この発明は剃刀、包丁、ナイフ、鋏等の生活用
品は勿論のこと、外科用器具等のように、切断を
目的とする各種刃物類において、その刃先表面層
を改質する方法に関するものである。なお、本発
明において鋭利とは刃先角が30度以下であること
を意味する。

〔従来の技術〕

本発明が解決しようとする目的物は、刃先が鋭
利な刃物類であつて、刃先が鋭利であるがために
切断時の切断抵抗により刃先の欠け、かえり（ま
くれ）、つぶれが発生しやすくなる。そのため刃
先の強度を強化するため。従来からメツキ処理や
スパツタリング処理等の研究が行われてきた。

メツキ処理では、第４図に示すように、刃先母
材Ｂ（ステンレス鋼、Feで図示）に対してメツキ
薄膜Ｆ（Cr）を単に堆積するだけであるため、メ
ツキ薄膜Ｆが刃先母材Ｂから剥がれ易かつた。
又、スパツタリング処理では、第５図に示すよう
に、刃先母材Ｂ（ステンレス鋼、Feで図示）にイ
オン（Ｎイオン）が深く侵入することがないた
め、刃先母材Ｂと薄膜Ｆ（Cr）との結合力はメツ
キ処理に比較して改善されるものの、やはり薄膜
Ｆが刃先母材Ｂから剥がれるおそれがあつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

そのほか、この種の技術としては、特公昭54−
28379号公報に示すように、刃先にイオン注入処
理のみを施す方法がある。このイオン注入法は表
面層内にわずかな不純物を導入して新しい特性を
持つた材料を作る技術として半導体工業界ではな
くてはならない方法であり、最近では金属材料等
の表面処理技術として盛んになりつつある。一般
的に刃先のイオン注入処理では、注入室に設置し
た刃物をイオン源からの高エネルギーイオンビー
ムで照射し、そのイオンを刃先の表面層に導入す
る。このイオン注入法では、イオンを加速して刃
先母材に衝突させるため、ほとんどのイオンは刃
先母材の内部に侵入し、表面層に合金あるいは化
合物を形成し、表面層の電気的、化学的、光学的
及び機械的性質を変えることができる。しかし、
刃先に照射されたイオンの侵入深さが高々1μｍ
程度であつて薄い表面層だけしか改質が行われな
いという欠点があつた。

従つて、イオン注入法だけでは比較的厚い改質
層を形成することができず、刃先表面層の機械的
改質、すなわち耐摩耗性、耐腐食性及び硬度の向
上はあまり期待できなかつた。

さらにイオン注入法を剃刀、包丁、ナイフ、外
科用刃物等の刃先が鋭利な刃物類、つまり切削工
具とは異質の刃先の鋭利性が命となるような特性
を有する刃物類に用いた場合、イオンが刃先の先
端に高速で集中的に衝突し、刃先を破損するよう
な問題もあつた。

発明の構成〔課題を解決するための手段〕本発明はこの点に鑑み、真空中において鋭利な
金属性の刃物類の刃先に負の電圧を印加した状態
で同刃先に陰イオンによりイオン注入処理を施し
ながら真空蒸着処理を施すことをその要旨とする
ものである。

真空蒸着法は真空中で物質を加熱し、これを蒸
発させ、その蒸着物を他の物質上に付着させるこ
とで膜を作る方法であり、この真空蒸着法と陰イ
オンを用いたイオン注入法とを組合わせて併用し
たのが本発明である。

〔作用〕

この方法によれば蒸着原子及び陰イオンは真空
中を障害を受けることなく刃先に達し、薄膜形成
の初期の段階では、蒸着原子の一部が陰イオンと
の衝突による反跳で、あるいは直接刃先の表面層
に侵入するとともに、照射される陰イオンも刃先
の表面層に注入される。この際、陰イオンの注入
速度、すなわち刃先への衝突速度は刃先に印加さ
れた負の電圧に和らげられて刃先の損傷を防止す
ることができる。

そして、照射される陰イオンによつて刃先の表
面層に刃先母材原子、照射される陰イオン及び蒸
着原子によるミキシング状態が作られ、刃先母材
と蒸着薄膜間には不連続な界面が存在しない新し
い混合相が形成される。なお、陰イオン及び蒸着
原子は刃物Ｗに達してから化合物化するものと、
刃物Ｗに到達する前に化合物化して刃物Ｗに衝突
するものである。

又、この混合相を形成する際に、刃先には負の
電荷が印加されて電場が生じているため、蒸着原
子は方向性を持つて刃先に衝突し、刃先のどの部
分にでも常に一定の厚みに付着すると同時に、刃
体の両面に対して均一に付着するので刃先の対称
性を損なうこともない。

この理由は、単に「真空蒸着処理」により成膜
した場合、刃先に形成される被膜は蒸発方向、す
なわち、被処理物（刃先）から蒸発源に向かう方
向で、被膜は成長して行く。又、「スパツタリン
グ法」や「メツキ法」による成膜の場合は、刃先
に形成される被膜は、処理する場合、被処理物が
電気的に帯電し、「一定の電場」が印加された中
で成膜が進行するため、単純な電場の影響のみに
起因して、刃先先端に集中して成膜したり、又
は、その全く逆の場合になる。

本発明の場合には、成膜のパラメータとして注
入イオンの量とエネルギー、蒸着粒子（量）そし
て被処理物に印加される電圧（被処理物を中心と
した電場）の４つを、お互いに作用し合わせて刃
先に均一に成膜することが可能となる。

単純にイオン注入と蒸着を併用した場合、イオ
ン注入が多ければ、刃先先端が物理的に集中して
処理されるので、刃先先端の鈍化等の現象が起こ
る。逆に、蒸着が多ければ、形成薄膜の合金化・
化合物化が促進されず、刃先を強化するのには効
果的とは言えない。イオン注入と蒸着とを一定に
し、形成被膜の合金化・化合物化を促進すれば成
膜時の静電場や注入イオンのスパツタリング効果
等の影響により、刃先先端には成膜され難い（形
成膜の合金化・化合物化を促進すればされないこ
ともある。そのために、被処理物自体に、負の電
圧を印加して、鋭利な刃先形状に合致した電場を
作成することにより、複雑（特殊）な被処理物表
面（本発明においては刃体の両面）にも均一に被
膜を形成することができ、かつ常に一定の厚みに
付着することができる。

さらに、あらかじめ方向性を持つて注入される
陰イオンは、前記電場によつて衝突速度が和らげ
られ、刃先の損傷を防止するとともに、前記刃先
の負の電荷と互いに反発することによつて、各イ
オンの方向性がそれぞれ若干変化し、刃先へのイ
オンの集中を防ぎ刃先の各部分に一様に成膜す
る。よつて、前記混合相は一定の厚みに形成さ
れ、刃先の曲率半径が大きくなることはない。

さらに、形成される被膜はエネルギー的に大き
く結晶化しやすく、母材とも界面を持たない密着
性に優れた性質を有し、結晶性の制御も可能であ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を第１〜３図に従つてより具体的
に詳述する。

第１図は本発明の方法を実施する装置の概要を
示し、この実施例では必要な注入イオンエネルギ
ーを得るようにイオン加速を５〜50KVの範囲で
行い、刃物Ｗには100V〜1KVの範囲内で負の電
圧を印加する。

そして、真空内においてマスク１上に設置され
た刃物Ｗ（ステンレス鋼、第３図のFe）に向け
て、イオン源３から陰イオン（Ｎイオン）が上記
のエネルギーを得て加速されて照射されるととも
に、照射中には所定時間蒸着源２から蒸着物
（Cr）が蒸発されるようになつている。なお、刃
物Ｗには負の電荷が印加されている。

そして、第２図及び第３図に示すように、イオ
ン６は運動エネルギーだけで刃先母材原子４の中
に侵入するとともに、刃先母材原子４に付着した
蒸着原子５に衝突してそれに運動エネルギーを与
え、この衝突により蒸着原子５の一部か刃先母材
原子４に入り込んで、刃先母材原子４と入射され
る陰イオン６と蒸着原子５とからなる原子の混合
状態を作つて新しい混合相Ｍが形成される。

そして、蒸着がさらに進行すると、注入される
陰イオン６は刃先母材原子４にまで侵入すること
はなく、化学的に活発な陰イオン６が蒸着原子５
と結合して、新しい機能を持つた表面材料の化合
物薄膜Ｆが形成される。さらに、蒸着及びイオン
注入を続けることにより、任意の厚さの化合物薄
膜Ｆを作成できる。

この三者混合の混合相Ｍは刃先母材Ｂと化合物
薄膜Ｆとの付着性を増大させる機能を持つ。混合
相Ｍ及び化合物薄膜Ｆは注入される陰イオン６の
電流及び蒸着原子５の蒸着速度を制御することに
より、化合物薄膜Ｆの組成を任意に変えることが
できる。

このようにしたことにより、本実施例によると
次のような効果を得ることができる。

(a) 刃物Ｗに負の電荷を精密に制御しながら印加
することにより、蒸着原子５が方向性を持つて
刃物Ｗに衝突し、刃先のどの部分でも常に一定
の厚みに付着すると同時に、刃体の両面に対し
て均一に付着して刃先の対象性を損なうことは
ない。また、方向性をもつて注入される陰イオ
ンは刃先の負の電荷と互いに反発して刃先への
衝突方向がそれぞれ若干変化し、刃先へのイオ
ンの集中を防ぎ、刃先に一様の成膜する。

従つて、混合相の厚みが不均一となることに
より、刃物Ｗの刃先の曲率半径が大きくなつて
切れ味を落すという不具合は生じない。そし
て、このことは刃先の鋭利性が命となるような
特性を有する切れ味を大切にする刃物類にとつ
て特に有効である。

(b) 真空蒸着処理及びイオン注入処理を真空中で
行うので、蒸着原子及び陰イオンは障害を受け
ることなく刃先に達することができる。

(c) 刃先に印加された負の電圧により陰イオンの
注入速度、すなわち刃先への衝突速度を和らげ
て刃先の損傷を防止する。特に刃先が鋭利な刃
物類の場合には、刃先の先端へのイオンの高速
での集中的な衝突を防ぐことができるので、損
傷しやすい鋭利な刃物類に対しても、刃先を損
傷することなく刃先表面の改質をすることがで
きる。

なお、刃先母材Ｂとしては前記ステンレス鋼以
外に炭素鋼、合金鋼等の金属を使用してもよい。

又、真空蒸着に用いる蒸着物質としては前記ク
ロム（Cr）以外にチタン（Ti）等の金属、TiC、
SiC、WC、ZrC、BC及びMoC等の炭化物、TiB
及びWB等のホウ化物を用いることできる。これ
らの物質は表面に薄膜を形成した後、注入した陰
イオン６と化合物化して硬度が飛躍的に増加し、
他の物質を用いたのでは得られない強度を持つた
薄膜を形成できる。又、これらの物質はポリテト
ラフルオロエチレン樹脂との親和力が良く、特に
安全カミソリの製造にはかかせないものである。

注入するイオンは窒素イオン、窒素分子イオ
ン、炭素イオンを用いる。これらのイオンは前記
蒸着原子と化合物化しやすく、かつ硬化しやすい
特徴を有する。これらの注入イオンエネルギーを
得るための条件は、前記実施例と同様の条件でよ
い。すなわち、イオン加速を５〜50KVの範囲で
行い、刃物Ｗには100V〜1KVの範囲内で負の電
圧を印加することでよつて良好な結果が得られて
いる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は刃先母材と蒸着
被膜間に混合相を形成してメツキ処理やスパツタ
リング処理に比較して刃先母材に対し付着性の非
常に強い膜を生成することができるとともに、イ
オン注入処理だけの場合よりも比較的厚い改質層
を形成でき、刃先表面層の機械的性質の向上が可
能となる。

又、刃物Ｗを負の電荷に印加することにより、
蒸着原子５が方向性を持つて刃物Ｗに衝突し、前
記刃先のどの部分に対しても常に一定の厚みに付
着すると同時に、刃体の両面に対して均一に付着
するので刃先の対称性を損なうことはない。ま
た、方向性を持つて注入される陰イオンは、刃先
の負の電荷と互いに反発して各イオンの刃先への
衝突方向がそえぞれ若干変化し、刃先へのイオン
の集中を防ぎ、刃先に一様に付着する。

従つて、混合相の厚みが不均一となることによ
り、刃物Ｗの刃先の曲率半径が大きくなつて切れ
味を落とすという不具合は生じない。

さらに、スパツタリング、イオンプレーテイン
グ等に適した薄膜を形成することができ、特に刃
先が損傷しやすい鋭利な刃物類の刃先に対して
も、刃先を損傷することなく刃先表面の改質をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の概略
図、第２図は本発明の方法による薄膜形成作用を
示す概念図、第３図は同じく刃先表面層断面を示
す概念図、第４図はメツキ処理による刃先表面層
断面を示す概念図、第５図はスパツタリング処理
による刃先表面層断面を示す概念図である。刃先母材原子４、蒸着原子５、イオン６、刃先
母材Ｂ、混合相Ｍ、薄膜Ｆ。

Claims

【特許請求の範囲】

１真空中において鋭利な金属性の刃物類の刃先
に負の電圧を印加した状態で同刃先に陰イオンに
よりイオン注入処理を施しながら真空蒸着処理を
施すことを特徴とする鋭利な刃物類の刃先表面層
改質方法。