KR20210067877A - 면도기 블레이드 코팅물 - Google Patents

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KR20210067877A
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razor
titanium
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carbon
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KR1020200137860A
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아나스타시오스 시오지오스
콘스탄티노스 마브로에이디스
Original Assignee
빅-비올렉스 에스아
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Abstract

핸드헬드 면도기용 면도기 블레이드에 있어서, 기재 날 부분에서 종료되는 스테인리스강 면도기 블레이드 기재를 포함하고, 상기 기재 날 부분은 기재 날을 향해 수렴하는 두개의 기재 측면을 구비하는 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상을 갖고, 적어도 상기 기재 날은 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅물을 구비하는, 면도기 블레이드.

Description

면도기 블레이드 코팅물{RAZOR BLADE COATING}
본 출원은 2019년 11월 28일자로 출원된 유럽 특허출원 EP19212307.3호의 이익을 주장하고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
본 개념은 면도기 블레이드, 특히 면도기 블레이드날 및 면도기 블레이드 코팅물에 관한 것이다.
종래기술로부터 면도기 블레이드가 제공되었다. 면도기 블레이드는 면도기 카트리지에 적절하게 배치되어, 털을 자르거나 면도하는 궁극적인 기능을 제공한다. 면도기 블레이드의 형태와 면도기 블레이드의 코팅물은 면도의 질에 중요한 역할을 한다.
면도기 블레이드는 일반적으로 블레이드의 절단날의 양태를 설명하여 설명된다. 블레이드의 절단날은 날 부분에서 종료되는 것으로, 결국 블레이드의 궁극적인 날(또는 단순히 블레이드날)에서 종료되는 것으로 종종 설명된다. 블레이드의 날 부분은 일반적으로 블레이드날을 향해 수렴하여 블레이드날을 형성하는 두개의 측면을 구비하는 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상을 갖는다. 블레이드의 날 부분의 단면을 고려할 때, 블레이드날은 또한 블레이드 팁(blade tip)이라고 불린다. 날 부분과 블레이드날이 튼튼하게 형성되면, 면도기 블레이드의 마모가 적고 수명이 길어질 것이다. 그러나 이러한 블레이드 단면은 또한 면도의 편안함에 부정적인 영향을 미치는 더 큰 절단력을 유발할 것이다. 얇은 단면은 절단력을 줄일 것이나, 파손 또는 손상의 위험을 증가시켜 사용 기간을 단축시킬 것이다. 따라서 면도기 블레이드의 날과 날 부분의 단면은 절단력, 면도 편의성, 및 원하는 사용 기간 사이의 트레이드오프를 기반으로 한다.
블레이드의 날과 날 부분은, 전형적으로 기재 날(substrate edge)을 향해서 수렴하는 두개의 기재 측면을 구비하는 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상을 형성하도록 그라인딩된 스테인리스강인 블레이드의 기재(substrate)의 해당 부분이 절단 성능 및 면도 경험을 향상시키기 위해 다양한 코팅물로 코팅될 수 있다는 점에서, 다층 구조체일 수 있다. 특히, 블레이드의 날은 강화된 경도를 제공하도록 코팅되어 블레이드의 기대 수명을 향상시킬 수 있다.
그러나 면도기 블레이드날에 코팅물을 제공하는 것은 여러 가지 이유로 어려움이 있다. 첫째, 기재 날은 매우 독특한 기하학적 형상을 가지고 있기 때문에 면도기 블레이드날의 절단 특성과 내구성을 향상시킴으로써 적합한 코팅물로서 작동할 코팅물을 기재 날 상에 증착하는 것은 매우 어렵다. 둘째, 면도기 블레이드는 대량 소비재이기 때문에, 코팅물은 제품마다 일관되게, 그리고 높은 처리량으로 도포되어야 하며, 이는 매우 안정적인 방법과 호환 가능한 코팅물을 필요로 한다. 셋째, 그리고 아마도 가장 중요하게, 면도기 블레이드날은 매우 얇아야 하고, 종종 블레이드날에서 두께가 수 마이크로미터에 불과하다. 이러한 재료 두께 부족은 블레이드 코팅물을 구성할 때 다음과 같은 여러 결과를 초래한다: 우선, 종래의 공구 코팅물 경험이 면도기 블레이드로 쉽게 이전될 수 없다. 기존의 산업용 공구 코팅물은 일반적으로 두께가 수 마이크로미터(종종 최대 15㎛)이며, 이러한 부피가 큰 코팅물은 섬세한 면도기 블레이드날에 쉽게 도포될 수 없다. 그러나 산업용 공구 코팅물의 큰 부피는 압축 응력에 대한 저항력을 제공하고, 따라서 코팅물의 파단 발생 및 전파를 방지한다. 큰 부피는 또한 본질적으로 어느 정도의 고유한 파괴 인성을 제공하며, 이는 더 큰 부피가 에너지 흡수 지점으로 작용할 수 있는(그렇지 않다면, 격자 변위 이동 및 균열 전파를 초래할 수 있음) 코팅 재료의 더 많은 사이트를 의미하기 때문이다. 마지막으로, 기존의 산업용 공구 코팅물에 비해, 면도기 블레이드날은 매우 얇아서 블레이드의 절단 동작 중 면도기 블레이드날의 비틀림이 무시할 수 없을 정도이고 기존 산업용 공구 코팅물에서의 유사한 응력을 초과하는 경질 코팅물에서의 응력이 유발된다. 요약하면, 면도기 블레이드 코팅물의 구성은 다른 코팅물 적용과 공유되지 않는 고유한 구성 고려 사항을 따른다. 따라서, 기존의 산업용 공구 코팅물을 면도기 블레이드에 적용하는 것은 불행하게도 간단한 작업이 아니다. 오히려, 면도기 블레이드 코팅물로서의 적합성을 위해 잠재적인 코팅물 후보를 철저히 조사할 필요가 있다.
면도기 블레이드를 코팅하거나 이러한 코팅물을 개선하려는 시도가 종래기술에서 있었다. 예를 들어, 국제공개 WO 2006/027016 A1호는 크롬과 탄소를 포함하는 면도기 블레이드 코팅물을 개시한다. 보다 최근에, 국제공개 WO 2016/015771 A1호는 티타늄 및 붕소를 포함하는 강화 코팅물을 포함하는 면도기 블레이드를 개시한다. 이 출원은 TiBx를 함유하는 코팅물을 구비하는 면도기 블레이드가 크롬 및 탄소로 코팅된 유사한 블레이드보다 절단 작업 중에 더 효과적인 방식으로 절단 능력, 모양 및 무결성을 보존한다는 점을 보고한다.
그러나 면도기 블레이드의 경질 코팅물이 개선되었음에도 불구하고, 특히 블레이드날이 특히 얇고 절단력이 낮은 블레이드 구성을 위해 블레이드 내구성을 더욱 향상시킬 필요성이 있다.
본 발명자들은 면도기 블레이드에 도포하기에 적합하고, 충분한 경도뿐만 아니라 탄성과 파괴 인성을 부여하여 사용 중 내마모성 및 내열화성이 향상된 면도기 블레이드를 제공하는 코팅물을 식별하기 위하여 부지런히 조사를 수행했다.
일 양태에서, 본 개시내용은 기재 날 부분에서 종료되는 스테인리스강 면도기 블레이드 기재(stainless steel razor blade substrate)를 포함하는 핸드헬드(hand-held) 면도기용 면도기 블레이드에 관한 것이다. 기재 날 부분은 기재 날을 향해 수렴하는 두 기재 측면을 갖는 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상을 가질 수 있다. 적어도 상기 기재 날은 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅물을 구비할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 기재 날에 직접적으로 제공된다. 대안적으로, 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅물은 기재 날에 간접적으로 제공될 수 있다. 특히, 일부 실시형태에서, 적어도 기재 날 상에 접착 촉진 코팅물이 증착되어, 제1 코팅된 기재 날이 제공되고, 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅물은 적어도 제1 코팅된 기재 날에 증착된다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 탄화 티타늄 및 붕화 티타늄을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 탄화 붕소를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 적어도 70 at%, 더 구체적으로 적어도 80 at%, 특히 적어도 90 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함할 수 있다. 특히, 경질 코팅물(11, 21)은 90 at% 내지 100 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 경질 코팅물(11, 21)은 적어도 95 at%의 티타늄, 붕소, 탄소 원소를 포함할 수 있다. 따라서, 경질 코팅물(11, 21)은 95 at% 내지 100 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 일부 실시형태에서 경질 코팅물은 본질적으로 티타늄, 붕소 및 탄소 원소로 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 다른 원소가 불순물로 존재할 수 있고, 특히 미량으로 존재할 수 있다.
일부 실시형태에서, 붕소와 티타늄 사이의 원자비는 2.3:1 내지 1.2:1, 더 구체적으로 2.1:1 내지 1.4:1, 특히 2.0 내지 1.5:1일 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 2 내지 25 at%의 탄소, 더 구체적으로 4 내지 18 at%의 탄소, 특히 5 내지 9 at%의 탄소를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 티타늄, 붕소 및 탄소를 포함하는 단일층으로 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물은 복수의 하위층으로 구성될 수 있으며, 여기서 제1 하위층 세트는 티타늄 및 붕소를 포함하고, 제2 하위층 세트는 티타늄 및 탄소를 포함한다. 일부 실시형태에서, 복수의 하위층은 탄화 티타늄을 포함하는 층과 붕화 티타늄을 포함하는 층의 교대 배열을 형성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복수의 하위층은 3 내지 20개의 하위층, 더 구체적으로 4 내지 15개의 하위층, 특히 6 내지 12개의 하위층을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물의 두께는 10 내지 500㎚, 더 구체적으로 50 내지 300㎚, 특히 80 내지 250㎚일 수 있다. 코팅물의 두께는 코팅된 기재 날의 경질 코팅물의 두께를 측정하여 결정될 수 있다.
일부 실시형태에서, 접착 촉진 제1 코팅은 적어도 70 at%, 좀 더 구체적으로 적어도 80 at%, 및 특히 적어도 90 at%의 Ti, Cr 또는 TiC를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 접착 촉진 코팅물의 두께는 10 내지 100㎚, 더 구체적으로 10 내지 50㎚, 특히 10 내지 35㎚일 수 있다. 접착 촉진 코팅물의 두께는 제1 코팅된 기재 날의 접착 촉진 코팅물의 두께를 측정하여 결정될 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물과 접착 촉진 코팅물의 두께 비율은 20:1 내지 5:1, 더 구체적으로 14:1 내지 6:1, 특히 12:1 내지 8:1일 수 있다. 코팅물의 두께는 코팅된 기재 날의 경질 코팅물의 두께를 측정하여 결정될 수 있다. 접착 촉진 코팅물의 두께는 제1 코팅된 기재 날의 접착 촉진 코팅물의 두께를 측정하여 결정될 수 있다.
일부 실시형태에서, 블레이드의 날 부분의 단면은 블레이드 팁에서 종료되는 실질적으로 대칭인 테이퍼링형 기하학적 형상을 가질 수 있고, 단면은 블레이드 팁에서 시작되는 중심 종축을 가질 수 있다. 블레이드의 날 부분은 블레이드 팁으로부터 중심 종축을 따라 5㎛ 거리에서 측정된 1.5㎛ 내지 2.4㎛의 두께를 가질 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 상기 양태에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 면도기 블레이드를 포함하는 면도기 카트리지에 관한 것이다.
도 1은 면도기 블레이드의 날 부분을 단면으로 나타낸 개략도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 티타늄, 붕소 및 탄소를 함유한 경질 코팅물의 대표적인 XPS 측정값을 도시한다.
도 3은 접착 촉진 코팅물을 포함하는 면도기 블레이드의 날 부분을 단면으로 나타낸 개략도이다.
이하, 본 개시내용에 대해 상세히 설명한다. 본 개시내용의 설명 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 공통 언어 또는 사전적 의미만을 갖는 것으로 제한적으로 해석되어서는 안되며, 다음 설명에서 특별히 달리 정의되지 않는 한, 관련 기술 분야에서 확립된 바와 같은 일반적인 기술적 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 상세한 설명은 본 개시내용을 보다 잘 설명하기 위해 특정 실시형태 및 도면을 참조할 것이지만, 본 개시내용은 이러한 특정 실시형태 및 도면에 한정되지 않음이 이해될 것이다. 본 개시내용의 특징 및 장점은 비제한적인 실시예로서 제공된 실시형태 및 첨부 도면 중 일부의 다음 설명으로부터 용이하게 나타날 것이다.
일 양태에서, 본 개시내용은 핸드헬드 면도기용 면도기 블레이드에 관한 것이다. 면도기 블레이드는 주로, 기재에 날을 형성하기 위해 그라인딩된 스테인리스강 기재로 구성된다. 더 구체적으로, 기재는 기재 날을 향해 수렴하는 기재 측면들을 갖는 기재 날 부분에서 종료되도록 형성된다.
도 1은 기재 날 부분(10)의 예시적인 도해를 도시한다. 기재 날 부분(10)은 기재 날(10c)을 향해 수렴하는 두 기재 측면(10a, 10b)을 갖는 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상을 갖는다. 기재 날 부분(10)의 단면 형상의 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상은 직선, 각진 형상, 아치형 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 더욱이, 단면 형상은 중심 종축에 대해 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 도 1은 중심 종축(미도시)에 대칭이고 기재 날(10c)을 향해 선형 방식으로 연속적으로 테이퍼링되는 기재 날 부분(10)의 예시적인 단면 형상을 도시한다.
본 개시내용에 따르면, 적어도 기재 날(10c)은 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅물(11)을 구비한다. 경질 코팅물(11)을 구비하는 기재 날(10c)을 가리킬 때, 이러한 참조가 기재 본체의 엄격한 기하학적 날을 가리키는 것이 아니라 이것이 수행하는 절단 동작의 관점에서 날을 가리킨다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 기재 날(10c)이라는 용어는 기재 날 부분(10)의 엄격한 기하학적 날에 바로 인접한 기재 측면(10a, 10b)의 이러한 부분을 포함하도록 의미된다. 예시적인 실시형태에서, 기재 날(10c)을 형성하는 영역은 기재 날 부분(10)의 중심 종축을 따라 5㎛ 이하, 10㎛ 이하, 15㎛ 이하, 25㎛ 이하, 50㎛ 이하, 75㎛ 이하, 100㎛ 이하, 125㎛ 이하, 150㎛ 이하, 175㎛ 이하 또는 200㎛ 이하의 거리로 기재 날 부분의 엄격한 기하학적 날로부터 멀어지도록 연장된다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 경질 코팅물(11)은 기재 날(10c)에 제공될 수 있을 뿐만 아니라 기재 날 부분(10)의 기재 측면(10a, 10b)에도 추가로 제공될 수 있다. 경질 코팅물(11)을 기재 측면(10a, 10b)으로(또는 넘어서) 연장시키는 것은 면도기 블레이드의 성능을 향상시키기 위해 의도적으로 수행될 수 있거나, 또는 채택된 코팅 기술의 부산물일 수 있다. 경질 코팅물(11)은 일반적으로, 아래에 놓이는 기재 날 부분(10)의 표면 및 윤곽을 따를 수 있다. 따라서 경질 코팅물(11)은 도 1에 도시된 바와 같이 블레이드날(11c)을 형성할 수 있다. 그러나 경질 코팅물(11)은 그 자체로 균질, 예를 들어 균일한 두께 및/또는 동질 조성일 필요는 없다.
경질 코팅물(11)은 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함한다. 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 가리킬 때, 이러한 원소는 임의의 형태로, 예를 들어 이들의 원소 형태로, 또는 금속간 상, 특히 붕소화물 또는 탄화물에서 화학적으로 결합된 형태로 존재할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 경질 코팅물을 가리킬 때, 코팅이 코팅된 기재 부분보다 더 경질일 수 있다는 점 및/또는 코팅된 기재 부분이 코팅되지 않은 기재 부분에 비해 전체적으로 경화될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 본 개시내용의 목적 상, 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 모든 코팅물은 경질 코팅물(11)로서 고려될 수 있다. 그러나, 실시예에서 보다 상세히 기술된 바와 같이, 또한 나노인덴터(nanoindenter)를 사용하여 경질 코팅물(11) 또는 경질 코팅된 기재의 경도를 결정할 수 있다.
경질 코팅물(11)에서 티타늄, 붕소 및 탄소 원소의 존재를 결정하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이들 원소에 대한 정량적 정보 및 정성적 정보를 각각 제공할 수 있는 X선 광전자 분광법(XPS), 오거(Auger) 전자 분광법(AES) 등 다양한 일반적인 표면 분석 방법을 사용하여 블레이드날의 화학적 분석을 통해 이러한 원소를 검출할 수 있다. 도 2a 내지 도 2c는 티타늄, 붕소 및 탄소를 함유하는 경질 코팅물(11)의 XPS 측정의 예시적인 결과를 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 티타늄의 존재는 약 454 eV에서 티타늄 2p XPS 피크의 존재를 측정함으로써 결정될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 붕소의 존재는 약 188 eV에서 붕소 1s XPS 피크의 존재를 측정함으로써 결정될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 탄소의 존재는 약 283 eV에서 탄소 1s XPS 피크의 존재를 측정함으로써 결정될 수 있다. 물론 다른 특징적인 XPS 피크가 또한 사용될 수 있다.
면도기 블레이드의 기재는 스테인리스강을 포함할 수 있다. 스테인리스강의 선택은 특별히 제한되지 않는다. 특히 적합한 스테인리스강은 주 합금 원소로서 철, 및 0.3 내지 0.9 중량%의 탄소, 특히 0.49 내지 0.75 중량%의 탄소, 10 내지 18 중량%의 크롬, 특히 12.7 내지 14.5 중량%의 크롬, 0.3 내지 1.4 중량%의 망간, 특히 0.45 내지 1.05 중량%의 망간, 0.1 내지 0.8 중량%의 규소, 특히 0.20 내지 0.65 중량%의 규소, 및 0.6 중량% 내지 2.0 중량%의 몰리브덴, 특히 0.85 중량% 내지 1.50 중량%의 몰리브덴을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 스테인리스강은 실질적으로 상기 인용된 원소로 구성될 수 있으며, 특히 3 중량% 초과, 특히 2 중량% 초과의 다른 요소를 포함하지 않을 수 있다.
일부 실시형태에서, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 경질 코팅물(11)은 기재 날 부분(10)에 직접 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11)은 기재 날 부분(10)에 증착될 수 있다.
일부 실시형태에서, 면도기 블레이드가 기재 날 부분에 대한 경질 코팅물(11)의 확실한 부착을 용이하게 하기 위해 접착 촉진 코팅물을 추가로 포함하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 일부 실시형태에서, 적어도 기재 날(10c) 상에 접착 촉진 코팅물이 증착되어, 제1 코팅된 기재 날을 제공하고, 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅(11)은 적어도 제1 코팅된 기재 날 상에 증착된다.
접착 촉진 코팅물을 포함하는 예시적인 실시형태가 도 3에 도시된다. 도 3은 기재 날 부분(20)의 예시적인 도해를 도시한다. 기재 날 자체를 포함하여 기재 날 부분(20)은 접착 촉진 코팅물(22)로 코팅되어 있다. 다음으로, 접착 촉진 코팅물(22)이 경질 코팅물(21)로 코팅된다. 접착 촉진 코팅물(22)은 기재 날(10c)에 제공될 수 있을 뿐만 아니라 기재 날 부분(10)의 기재 측면(10a, 10b)에도 추가로 제공될 수 있다.
접착 촉진 코팅물(22)의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 접착 촉진 제1 코팅(22)은 적어도 70 at%, 좀 더 구체적으로 적어도 80 at%, 및 특히 적어도 90 at%의 Ti, Cr 또는 TiC를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 접착 촉진 코팅물(22)의 두께는 10 내지 100㎚, 더 구체적으로 10 내지 50㎚, 특히 10 내지 35㎚일 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 탄화 티타늄 및 붕화 티타늄을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 탄화 붕소를 더 포함할 수 있다. 이러한 탄화물 및 붕화물은 일반적으로, 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및 관련 기술과 같은 박막 증착 기술에 의해 티타늄, 붕소 및 탄소 원소가 증착될 때 형성될 것이다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅 물(11, 21)은 TiB2 기반 매트릭스를 포함할 수 있으며, 이 매트릭스 내에 탄소가 분산된다. 일부 실시형태에서, 분산된 탄소는 티타늄 및 붕소 각각과 국소 결합을 형성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 분산된 탄소는 티타늄 및 붕소 각각과 국소 결합을 형성하지 않을 수 있다.
경질 코팅물(11, 21)은 주로 티타늄, 붕소, 탄화물 원소를 포함할 수 있지만, 경질 코팅물(11, 21)은 다른 원소도 포함할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 다른 원소는 불순물로 존재하거나, 블레이드 기재의 원소의 침입에서 비롯되거나, 특정 속성을 미세 조정하기 위해 의도적으로 추가될 수 있다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 적어도 70 at%, 더 구체적으로 적어도 80 at%, 특히 적어도 90 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함할 수 있다. 특히, 경질 코팅물(11, 21)은 90 at% 내지 100 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 경질 코팅물(11, 21)은 적어도 95 at%의 티타늄, 붕소, 탄소 원소를 포함할 수 있다. 따라서, 경질 코팅물(11, 21)은 95 at% 내지 100 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 일부 실시형태에서 경질 코팅물은 본질적으로 티타늄, 붕소 및 탄소 원소로 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 다른 원소가 불순물로 존재할 수 있고, 특히 미량으로 존재할 수 있다.
일부 실시 양태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 이황화 몰리브덴(MoS2)과 같은 윤활상을 더 포함할 수 있다. 이러한 코팅 첨가제는 낮은 마찰 계수를 제공할 수 있고, 경질 코팅물(11, 21)과 함께 스퍼터링될 수 있다. 이렇게 하면, 전체 코팅 부피에 윤활상이 제공되어, 마찰 계수를 낮추고 초기 표면 마모 후에도 면도기 블레이드의 경도를 높은 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 동일한 코팅물을 가지나 윤활상이 없는 면도기 블레이드에 의해 발생되는 절단력에 비해, 다상 코팅물을 갖는 면도기 블레이드에 의해 발생되는 절단력은 면도 중에 감소될 수 있다.
티타늄, 붕소 및 탄소를 포함하는 경질 코팅물(11, 21)은 일반적으로 경도, 파괴 시작 및 전파를 억제하는 파괴 인성, 및 파괴 전파를 억제하기 위한 압축 응력에 대한 저항성의 매우 적합한 조합으로 인해 향상된 내마모성을 갖지만, 본 발명자들은 놀랍게도 티타늄, 붕소 및 탄소의 원자비를 적절하게 조정하면 면도기 블레이드의 내마모성이 더욱 향상된다는 사실을 또한 발견했다.
따라서, 일부 실시형태에서, 붕소와 티타늄의 원자비는 2.3:1 내지 1.2:1 일 수 있다. 원자비를 결정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 에너지 분산형 X선(Energy Dispersive X-rays; EDX), X선 광전자 분광학(X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS), 오거 전자 분광학(Auger Electron Spectroscopy; AES), X선 형광(X-ray Fluorescence; XRF) 및 2차 이온 질량 분석법(Secondary-ion mass spectrometry; SIMS)에 의해서 행해질 수 있다. 일부 실시형태에서, 붕소와 티타늄 사이의 원자비는 2.3 내지 1.2:1, 더 구체적으로 2.1 내지 1.4:1, 특히 2.0 내지 1.5:1 인 것이 유리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 2 내지 25 at%의 탄소를 포함할 수 있다. 코팅물에서 탄소의 양을 결정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 붕소와 티타늄 사이의 원자비에 대해 위에서 설명된 바와 같은 동일한 방법으로 행해질 수 있다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)이 4 내지 18 at%, 더 구체적으로 4.5 내지 14 at%의 탄소, 특히 5 내지 9 at%의 탄소를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)의 붕소와 티타늄의 원자비가 2.1 내지 1.4:1이고, 경질 코팅물(11, 21)이 4 내지 18 at%의 탄소를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)의 붕소와 티타늄의 원자비가 2.1 내지 1.4:1이고, 경질 코팅물(11, 21)이 4.5 내지 14 at%의 탄소, 특히 5 내지 9 at%의 탄소를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)의 붕소와 티타늄의 원자비가 1.9 내지 1.4:1, 특히 2.0 내지 1.5:1이고, 경질 코팅 물(11, 21)이 4 내지 18 at%의 탄소를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)의 붕소와 티타늄의 원자비가 1.9 내지 1.4:1, 특히 2.0 내지 1.5:1이고, 경질 코팅물(11, 21)이 4.5 내지 14 at%의 탄소, 특히 5 내지 9 at%의 탄소를 포함하고; 경질 코팅물(11, 21)이 적어도 70 at%, 더 구체적으로 적어도 80 at%, 특히 적어도 90 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
경질 코팅물(11, 21)을 증착하기 위해 적합한 증착 방법은 경질 코팅물(11, 21)의 다양한 구성을 허용한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 티타늄, 붕소 및 탄소를 포함하는 단일층으로 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)은 복수의 하위층으로 구성될 수 있으며, 여기서 제1 하위층 세트는 티타늄 및 붕소를 포함하고, 제2 하위층 세트는 티타늄 및 탄소를 포함한다. 일부 실시형태에서, 복수의 하위층은 탄화 티타늄을 포함하는 층과 붕화 티타늄을 포함하는 층의 교대 배열을 형성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복수의 하위층은 3 내지 20개의 하위층, 더 구체적으로 4 내지 15개의 하위층, 특히 6 내지 12개의 하위층을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 탄화 티타늄을 포함하는 하위층은 1 내지 4㎚, 특히 2 내지 3㎚의 두께를 가질 수 있고, 붕화 티타늄을 포함하는 하위층은 0.5 내지 2㎚, 특히 0.8 내지 1.3㎚의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)의 두께는 10 내지 500㎚, 더 구체적으로 50 내지 300㎚, 특히 80 내지 250㎚일 수 있다.
일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21)과 접착 촉진 코팅물(22)의 두께 비율은 20:1 내지 5:1, 더 구체적으로 14:1 내지 6:1, 특히 12:1 내지 8:1일 수 있다.
면도기 블레이드는 추가 코팅물을 더 포함할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 면도기 블레이드는 경질 코팅물(11, 21)에 제공되는 외층을 더 포함한다. 외층은, 플루오로폴리머, 특히 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE)을 포함할 수 있는 윤활층일 수 있다. 윤활층은 면도 중 마찰을 줄이는 역할을 한다. 다른 실시형태에서, 실리콘계 윤활제, 예를 들어, 폴리디메틸 실록산(PDMS)과 같은 다른 친수성 코팅물, 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 포함하는 윤활 코팅이 또한 윤활 효과를 제공하기 위해 적용될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 면도기 블레이드는 경질 코팅물(16) 상에 제공되는 크롬 함유 상부 코팅을 더 포함한다. 크롬 함유 상부 코팅물과 윤활층이 모두 사용되는 경우, 윤활층은 크롬 함유 상부 코팅물 위에 제공되는 반면, 크롬 함유 상부 코팅물은 경질 코팅물(11, 21) 위에 제공된다.
위에서 설명된 바와 같이, 경도, 파괴 인성 및 압축 응력에 대한 저항성의 매우 적합한 조합으로 인한 향상된 내마모성은 경질 코팅물(11, 21)을 비교적 얇은 블레이드날 구성에 특히 적합하도록 한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 면도기 블레이드의 날 부분의 단면은 블레이드 팁에서 종료되는 실질적으로 대칭인 테이퍼링형 기하학적 형상을 가질 수 있으며, 여기서 단면은 블레이드 팁에서 시작되는 중심 종축을 가지며, 블레이드의 날 부분은 블레이드 팁으로부터 중심 종축을 따라 5㎛의 거리에서 측정된 1.5㎛ 내지 2.4㎛, 특히 1.57 내지 2.35㎛의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 블레이드의 날 부분은 블레이드 팁으로부터 중심 종축을 따라 20㎛의 거리에서 측정된 4.6㎛ 내지 6.8㎛, 특히 4.62 내지 6.74㎛의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 블레이드의 날 부분은 블레이드 팁으로부터 중심 종축을 따라 50㎛의 거리에서 측정된 10.3㎛ 내지 14.4㎛, 특히 10.32 내지 14.35㎛의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 블레이드의 날 부분은 블레이드 팁으로부터 중심 종축을 따라 100㎛의 거리에서 측정된 19.8㎛ 내지 27.6㎛, 특히 19.82 내지 27.52㎛의 두께를 갖는다.
상술된 면도기 블레이드는 임의의 적절한 수단으로 제조될 수 있다. 더 구체적으로, 블레이드 기재의 준비 및 그라인딩은, 예를 들어 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함되는 미국 특허출원공개 US 2017/136641 A1호에 개시된 바와 같은 임의의 적절한 수단에 의해 수행될 수 있다.
코팅은 또한 임의의 적절한 수단에 의해 적용될 수 있다. 경질 코팅물(16) 및 접착 촉진 코팅물(18) 각각은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 및 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)와 같은 박막 증착 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 특히 PVD 기술 패밀리에서, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 폐쇄장 불균형 마그네트론 스퍼터링(Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering; CFUMS), 이온 빔 스퍼터링, 음극 아크 증착 및 고전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(High-Power Impulse Magnetron Sputtering; HiPIMS)이 Ar 분위기에서 소결된 TiBC 타깃을 사용하여 활용될 수 있다. 또한 Ar 분위기에서 TiB2 및 TiC 소결된 타깃 또는 Ar 분위기에서 TiB2 및 C 타깃을 공동 스퍼터링하여 경질 코팅물(16)을 제공할 수 있다. 경질 코팅물(16)은 또한, Ar/CH4 분위기에서 TiB2 코팅물을 사용하여 증착될 수 있다. 경질 코팅물(16)을 생산하기 위한 CVD 기술의 예는 저압 CVD(LPCVD), 대기압 CVD(APCVD), 원자층 증착 (ALD), 전구체를 사용하는 금속 유기 CVD(MOCVD) 등이 있다. 예시적인 증착 프로세스는 미국 특허출원공개 US 2018/215056 A1호 및 미국 특허 US 10,442,098 B2호에 설명되어 있으며, 둘 다 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다. 일부 경우에, 경질 코팅물(11, 21)을 증착하기 위해 선택된 방법은 산업적 양산 환경에서 경질 코팅물(11, 21)의 화학적 조성에 약간의 통계적 변동성을 도입할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 본 명세서의 다른 곳에 언급된 원자 백분율 및 비율은 다수 측정값으로부터 결정된 평균, 예를 들어 5개의 측정값의 평균을 가리키는 것이 유리할 수 있다.
윤활 코팅물과 같은 외부 코팅물은 또한 임의의 적절한 수단에 의해 도포될 수 있다. 제조 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 상기 양태에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 면도기 블레이드를 포함하는 면도기 카트리지에 관한 것이다.
이하에서는 본 개시내용의 제1 양태에 따른 면도기 블레이드 코팅물을 제조하는 예시적인 방법이 보다 상세히 설명될 것이다.
증착 챔버의 회전 장치에 블레이드 베이요넷을 장착한 후, 챔버는 기본 압력 10-5 Torr까지 배기된다. 그런 다음, Ar 가스가 최대 8 mTorr (8 X 10-3 Torr)의 압력까지 챔버 안으로 공급된다. 블레이드 베이요넷의 회전은 6 rpm의 일정한 속도로 시작되며 타깃은 0.2 A의 DC 전류 제어 하에서 작동된다. 스퍼터 에칭 단계를 수행하기 위해 200 내지 600 V의 DC 전압이 4분 동안 스테인리스강 블레이드에 인가된다. 다른 실시형태에서, 스퍼터 에칭 단계를 수행하기 위해 100 내지 600 V의 펄스 DC 전압이 4분 동안 스테인리스강 블레이드에 인가될 수 있다.
다음으로, 접착 촉진 중간층의 증착은 스퍼터 에칭 단계가 끝난 후 챔버 압력이 3 mTorr로 조정된 상태에서 일어난다. 중간층 타깃은, 회전되는 블레이드에 0 내지 100 V의 DC 전압이 인가되는 동안 3 내지 10 A의 DC 전류 제어 하에서 작동된다. 증착 시간을 조정하여, 경질 코팅층을 증착하기 전에 5 내지 50㎚의 중간층을 증착한다. 다른 실시형태에서, 0 내지 100 V의 펄스 DC 전압이 중간층의 증착 동안 인가될 수 있다.
중간층의 증착 후, 그 위에 TiBC 화합물 막을 증착하여 경질 코팅물을 형성한다. TiB2 및 C 타깃이 동시에 작동된다. 증착된 C의 상대적인 양은, TiB2 타깃(들) 전류를 일정하게 유지하면서 C 타깃 전류를, 예를 들어 1 A로부터 7 A로 변경함으로써 제어될 수 있다. 증착 동안, 0 내지 -600 V의 DC 바이어스 전압이 회전되는 블레이드에 인가된다.
마지막으로, 경질 코팅물층의 상부에, Cr 상부층이 3A의 Cr 타깃(들) 상의 전류 및 0 내지 450 V의 바이어스 전압으로 증착될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 경질 코팅물(11, 21) 또는 접착 촉진 코팅물(22)은 기재 날(10c)에 제공될 뿐만 아니라 기재 날 부분(10)의 기재 측면(10a, 10b)에도 추가로 제공될 수 있다.
실시예
위에서 설명된 제조 절차에 따라, 다양한 조성의 TiBC 경질 코팅물(실시예 1 내지 5)이 스테인리스강 블레이드 기재에 증착되었다. TiB2 타깃(들) 전류를 일정하게 유지하면서, C 타깃 전류를 변화시켜 TiBC 경질 코팅물의 상대 조성이 변경되었다. 다른 모든 매개 변수와 조건은 변경되지 않았다. 증착 동안, 0 내지 -600 V의 DC 바이어스 전압이 회전되는 블레이드에 인가된다. 얻어된 경질 코팅물의 얻어진 화학적 조성이 XPS에 의해 분석되었다. 결과는 아래 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
따라서 C 타깃 전류를 조절하면 다음의 C의 농도를 포함하는 공동 스퍼터링된 TiB2/C- 경질 코팅물이 생성되었다:
Figure pat00002
상기 명시된 방법 파라미터를 이용하여 얻어진 TiBC 경질 코팅물의 대표적인 샘플에 대해 나노압입 테스트가 수행되었다. 간단히 요약하면, 나노압입 테스트는 다음과 같이 수행되었다: 나노압입 방법에서, 속성(기계적 특성, 기하학적 형상, 팁 반경 등)이 알려진 경질 팁이 분석될 경질 코팅물 샘플을 관통한다. 본 경우에, 압입 테스트를 위해서 Berkovich 팁이 사용되었다. 50-100㎚의 침투 깊이에 도달될 때까지, 팁이 시편 안으로 더 침투함에 따라 압자 팁에 가해지는 하중이 증가하였다. 이 시점에서, 부하가 어떤 시간 동안 일정하게 유지된 후 압자가 제거되었다. 샘플의 잔류 압흔의 영역이 측정되었다. 경도(H)는 잔류 압흔 영역(A)으로 나눈 최대 하중(Pmax)으로서 정의된다:
Figure pat00003
다음 결과가 얻어졌다:
Figure pat00004
위의 표 3에서 알 수 있듯이, Ti와 B를 포함하는 경질 코팅물은 15.13 GPa의 경도를 제공한다(비교예). 탄소가 TiB2 매트릭스에서 분산되면, 모든 경우에서 경도가 향상된다(비교예 대 실시예 1 내지 5). 더욱이, 놀랍게도 경도가 TiB2 매트릭스에 분산된 탄소의 양에 따라 선형적으로 변하지 않고 오히려 특정 C 농도에서 최적을 갖는다는 점이 발견되었다(실시예 2, 3 및 4).
또한, TiBC 경질 코팅물로 코팅된 면도기 블레이드의 블레이드날 성능 저하가 평가되었다. 특히, 종래의 TiB2 경질 코팅물을 갖는 비교예에 대해 설명된 바와 같이 제조된 면도기 블레이드는 TiBC 경질 코팅물을 갖는 최고 성능의 실시예 3 및 실시예 4에 대해 설명된 바와 같이 제조된 면도기 블레이드와 비교되었다. 평가는 다음과 같이 수행되었다:
샘플 로트 당 10개의 블레이드는 절단 동작에서 블레이드 상의 부하를 측정하기 위해 로드셀을 사용하여 움직이는 펠트를 20번 연속으로 절단하였다. TiBC 코팅 블레이드의 마지막 20번째 절단에 대한 부하 범위가 비교용 TiB2 경질 코팅물을 갖는 블레이드의 부하와 적어도 동일하다는 점이 밝혀졌다. 이것은 TiBC 코팅물을 갖는 블레이드가 절단 동작 중에 절단 능력(즉, 모양 및 무결성)을 보존한다는 점을 나타낸다. 또한, 전술된 테스트 동안 20번 절단 후 블레이드날에 가해진 손상이 광학 현미경의 도움으로 평가되었다. 블레이드날의 손상은 누락된 재료, 즉 날로부터 부러지고 제거된 재료의 면적의 측면에서 정량화되었다. 결과는 아래 표 4에서 보고된다.
Figure pat00005
실시예 3 및 4의 TiBC 코팅된 블레이드는 비교예의 TiB2 코팅물을 갖는 블레이드와 비교하여 누락된 재료 면적이 최대 50% 감소된 것으로 나타났다. 마찬가지로, 블레이드날의 누락된 길이가 실질적으로 개선되었다. 위 설명은 면도기 날을 TiBC 코팅물로 코팅하면 사용 중 내마모성 및 열화에 대한 내성이 향상됨을 나타낸다.
본 개시내용의 실시형태가 예시의 목적으로 개시되었지만, 당업자라면 다양한 수정예 및 변경예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 이러한 수정예 및 변경예는 본 개시내용 및 첨부된 청구범위의 범주에 포함된다는 점이 또한 이해될 것이다.

Claims (16)

  1. 핸드헬드 면도기용 면도기 블레이드로서,
    기재 날 부분(substrate edge portion)에서 종료되는 스테인리스강 면도기 블레이드 기재(stainless steel razor blade substrate)를 포함하되, 상기 기재 날 부분은 기재 날을 향해 수렴하는 두개의 기재 측면을 구비하는 연속적인 테이퍼링형 기하학적 형상을 갖고,
    적어도 상기 기재 날은 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는 경질 코팅물을 구비하는, 면도기 블레이드.
  2. 제1항에 있어서, 접착 촉진 코팅이 적어도 상기 기재 날 상에 증착되어 제1 코팅된 기재 날을 제공하고, 상기 경질 코팅물은 적어도 상기 제1 코팅된 기재 날 상에 증착되는, 면도기 블레이드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경질 코팅물은 탄화 티타늄 및 붕화 티타늄을 포함하는, 면도기 블레이드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 코팅물은 적어도 70 at%, 더 구체적으로 적어도 약 80 at%, 특히 적어도 약 90 at%의 티타늄, 붕소 및 탄소 원소를 포함하는, 면도기 블레이드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경질 코팅물은 TiB2 기반 매트릭스 내에 분산된 탄소를 포함하는, 면도기 블레이드.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 코팅물의 붕소와 티타늄 사이의 원자비는 2.3:1 내지 1.2:1, 더 구체적으로 약 2.1:1 내지 약 1.4:1, 특히 약 2.0 내지 약 1.5:1인, 면도기 블레이드.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 코팅물이 2 내지 25 at%의 탄소, 더 구체적으로 약 4 내지 약 18 at%의 탄소, 특히 약 5 내지 약 9 at%의 탄소를 포함하는, 면도기 블레이드.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 코팅물은 티타늄, 붕소 및 탄소를 포함하는 단일층으로 구성될 수 있고, 제1 하위층 세트는 티타늄 및 붕소를 포함하고, 제2 하위층 세트는 티타늄 및 탄소를 포함하는, 면도기 블레이드.
  9. 제7항에 있어서, 상기 복수의 하위층은 탄화 티타늄을 포함하는 층과 붕화 티타늄을 포함하는 층의 교대 배열을 형성하는, 면도기 블레이드.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 복수의 하위층은 3 내지 20개의 하위층, 더 구체적으로 약 4 내지 약 15개의 하위층, 특히 약 6 내지 약 12개의 하위층을 포함하는, 면도기 블레이드.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 코팅물의 두께는 10 내지 500㎚, 더 구체적으로 약 50 내지 약 300㎚, 특히 약 80 내지 약 250㎚인, 면도기 블레이드.
  12. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 촉진 코팅물은 적어도 70 at%, 더 구체적으로 적어도 약 80 at%, 특히 적어도 약 90 at%의 Ti, Cr, 또는 TiC를 포함하는, 면도기 블레이드.
  13. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 촉진 코팅물의 두께는 10 내지 100㎚, 더 구체적으로 약 10 내지 약 50㎚, 특히 약 10 내지 약 35㎚인, 면도기 블레이드.
  14. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 코팅물과 상기 접착 촉진 코팅물 사이의 두께 비율은 20:1 내지 5:1, 더 구체적으로 약 14:1 내지 약 6:1, 특히 약 12:1 내지 약 8:1인, 면도기 블레이드.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이드날 부분의 단면은 블레이드 팁(blade tip)에서 종료되는 실질적으로 대칭인 테이퍼링형 기하학적 형상을 갖고, 상기 단면은 상기 블레이드 팁에서 시작되는 중심 종축을 갖고, 상기 블레이드의 날 부분은 블레이드 팁으로부터 중심 종축을 따라 5㎛의 거리에서 측정된 1.5㎛ 내지 2.4㎛의 두께를 갖는, 면도기 블레이드.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 면도기 블레이드를 포함하는, 면도기 카트리지.
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