專利名稱：剃刀片工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的剃刀和剃刀片，以及一種加工具有鋒利的和耐久的切削刃的剃刀片或類似的切削刀具的方法。
構(gòu)成剃刀片的典型的適當(dāng)基片材料如金屬或陶瓷，以及切削刃由具有半徑小于大約1000埃的端刃或尖端的楔形輪廓構(gòu)成，楔形表面的夾角小于30°。由于剃削過程的劇烈和刀片刃的經(jīng)常損壞的結(jié)果，及為了增加剃削效果，為便于剃削，已經(jīng)提出了采用一層或多層輔助涂料的方案，和/或增加剃削刃的硬度和/或增加抗腐蝕性能的方案。許多這類涂料已經(jīng)被采用，如聚合材料的金屬，以及其它材料包括金剛石和金剛石狀的碳(DLC)材料。這種輔助材料的單層或多層中的每一層必須具有粘合相容性，以使在剃刀片的整個(gè)使用壽命中，每一層能牢固粘接于基片，并獲得合乎要求的性能，如改進(jìn)剃削性，改進(jìn)硬度和/或抗腐蝕性，而不得影響剃削刃的幾何形狀和切削效率?，F(xiàn)已提出了一種具有改進(jìn)的機(jī)械性能的剃刀片的切削刃，所說改進(jìn)性能指在基片的鋒利的刃上涂復(fù)金剛石或金剛石狀的材料(DLC)。該種材料其特征是具有基本上為SP3碳的粘接性，其比重為大于1.5克/cm3;并且Raman峰值約為1331cm-1(金剛石)或者約為1552cm-1(DLC材料)。然而，該方案并不令人滿意，是因?yàn)榻饎偸蚪饎偸癄钔繉訉?duì)基片的楔形刃的粘合性差并有從其上剝落的趨勢(shì)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，鉬的夾層具有將金剛石或金剛石狀碳粘到基片的楔形刃上的極好的粘合性，但是也已發(fā)現(xiàn)，在一定的加速腐蝕的實(shí)驗(yàn)條件下，諸如將其在80℃的熱蒸鎦水中浸入達(dá)16小時(shí)時(shí)，金剛石狀碳涂層能從鉬夾層中剝離并且在剛制刀片的基片上產(chǎn)生了電化學(xué)反應(yīng)。
按照本發(fā)明一個(gè)特點(diǎn)，提供了一種剃刀片，它包括具有楔形刃的一塊基片，在楔形刃的頂部和側(cè)面上由所選擇材料構(gòu)成的夾層，該種材料選自鉬、鎳、鈮、硅、碳化硅、鉭、釩的組合和這些材料的合金，夾層的厚度最好在約50-500埃的范圍內(nèi);并且夾層之上的金剛石或金剛石狀的碳材料的層的厚度最好是至少約為1200埃，并限定了小于約400埃的頂部半徑及縱橫比1∶1-3∶1的范圍。該刀片顯示了極好地剃削性能和耐久的壽命。
在一個(gè)特殊的實(shí)例中，剃刀片的基片是鋼制的;金剛石或DLC涂層的硬度至少是金屬基片的二倍;借助機(jī)械研磨的工序形成楔形刃;并且夾層材料(最好的材料是鈮)和金剛石或金剛石狀的碳材料的各層是靠來自夾層材料和石墨的電極的噴涂材料所形成。
據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，提供了包括提供基片的步驟在內(nèi)的剃刀片的成形的方法，在基片的刃上形成具有小于30°夾角的楔形的鋒利刃，并且一個(gè)尖端半徑最好小于1200埃(即當(dāng)該測(cè)定的尖端在放大倍數(shù)至少為25，000倍的電子顯微鏡下觀測(cè)時(shí)，較大圓的測(cè)定半徑應(yīng)位于刃的尖端之內(nèi));把一層夾層材料涂復(fù)在鋒利刃上，該夾層材料選自由鉬、鎳、鈮、硅、碳化硅、鉭、釩構(gòu)成的組合以及該種材料的合金，并在夾層上涂復(fù)一層金剛石或金剛石狀的材料，以便在金剛石或金剛石狀的碳材料的尖端形成的半徑小于約1000埃。
該夾層及金剛石或DLC層可采用各種技術(shù)涂復(fù)，諸如碳?xì)浠衔餁怏w的等離子體分解作用，采用來自或是等離子體或是離子槍轟擊靶的離子的噴濺涂復(fù)，直接采用碳離子束，以及使用或E束(E-Beam)或噴涂源的離子束輔助涂復(fù)(IBAD)方法。
在一種特殊方法中，基片按照搪磨工序的順序被研磨，以便形成鋒利的刃;鈮和金剛石或金剛石狀的碳材料的各層用噴涂法連續(xù)涂復(fù);鈮夾層的厚度小于約500埃，在涂鈮的切削刃上的金剛石或DLC涂層的厚度至少約為1200埃;金剛石涂層的Raman峰值約為1331cm-1并且金剛石狀的碳材料(DLC)的涂層的Raman峰值約為1550cm-1;并有基本上為SP3碳的粘接性;其比重大于1.5克/cm3;并且在涂有金剛石或DLC的切削刃上施加粘著聚合物的涂層。
據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，提供一種剃削裝置包括在單刀刃或雙刃前后的刀片支承結(jié)構(gòu)，具有接觸使用者皮膚的外表面;并且至少一片刀片件固定到支承結(jié)構(gòu)上。固定于支承結(jié)構(gòu)上的剃刀片結(jié)構(gòu)包括由二平面限定的具有楔形切削刃的一個(gè)基片，在距銳利尖頂40微米處，二平面間夾角小于17°;一夾層選自包括鉬、鎳、鈮、硅、碳化硅、鉭、釩的組合物及這些材料的合金;并且在夾層上有一強(qiáng)化材料層，從所述基片的鋒利尖端到距鋒利尖端40微米距離處，該強(qiáng)化層的厚度至少為1200埃;以及由長(zhǎng)度至少約為0.1微米的二平面限定的一個(gè)尖端并且限定了一個(gè)至少為60°的夾角;在強(qiáng)化材料的尖端處的半徑小于400埃并且其尺寸比在1∶1-3∶1的范圍內(nèi)。
在一特殊的切削裝置中，剃刀片結(jié)構(gòu)包括二個(gè)鋼基片，在與皮膚相接觸的表面之間，楔形刃彼此之間平行布置;在鋼基片與刃的強(qiáng)化層之間有一鉬夾層，并且刃的強(qiáng)化層由金剛石或PLC材料制成，每一鈮層的厚度小于約500埃;金剛石或PLC的每一涂層的厚度約為2000埃(根據(jù)加工參數(shù)，通常的范圍1800-2200埃)并具有基本上為SP3碳的粘接性的特征，其比重大于1.5克/cm3;其Raman峰值約在1331cm-1(金剛石)或約1550cm-1(DLC);并且在金剛石或金剛石狀的碳材料的每一層上涂有粘合聚合物涂層。
剃削元件應(yīng)為可隨意使用的支架型，適于從剃刀手柄上裝上或卸下去，或者與手柄一起制成整體的，因此當(dāng)一個(gè)刀片或多個(gè)刀片變鈍時(shí)全部剃刀片作為一件可扔掉。與刀刃配合的前、后與皮膚相配合面限定了剃削的幾何形狀。美國(guó)專利US-3，876，563和US-4，586，255特別推薦了這些種類型的剃削裝置。
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖描述本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

圖1是根據(jù)本發(fā)明的剃削裝置的立體圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一種剃削裝置的主體圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的剃刀刃的幾何形狀的一個(gè)實(shí)例的示意圖;
圖4是實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備的示意圖;以及圖5和圖6是使用圖4的設(shè)備涂復(fù)DLC材料的Raman光譜。
參考圖1，剃削裝置10包括用于連接到剃刀手柄的結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)用耐沖擊聚苯乙烯模塑的臺(tái)架件12，件12包括向前、向橫向延伸的接觸皮膚的表面14限定的結(jié)構(gòu)。具有鋒利的刃18的導(dǎo)向刀片16和鋒利刃22的隨動(dòng)刀片20安裝到臺(tái)架12上。用耐沖擊的聚苯乙烯模塑制成的蓋板件24具有由接觸皮膚表面26限定的結(jié)構(gòu)，表面26布置在刀刃22的后面，并且剃削輔助裝置組件28固定到蓋板件24上。
圖2示出的剃削裝置30是Jacobson的美國(guó)專利US 4，586，255中所示的類型，包括具有前部34和后部36的模塑體32。保護(hù)件38、引導(dǎo)刀片裝置40和從動(dòng)刀片裝置42彈性地安裝在體部32上。每個(gè)刀片裝置40、42包括具有鋒利刃46的刀片件44。剃削輔助組件48摩擦的固定到后部36中的一個(gè)槽內(nèi)。
刀片16、20和44的刀刃部的示意圖表示在圖3中，該刀片包括具有楔形鋒利刃的不銹鋼的體部50，鋒利刃是由按搪磨操作形成刃的工序制成的。鋒利刃形成尖端部52，其半徑一般小于500埃，尖端52具有以13°角公開的平面54和56。涂復(fù)在尖端52和平面54、56上的是鈮夾層58，其厚度約為300埃。涂復(fù)在鈮夾層58上的是金剛石狀的碳(DLC)的外層60，其厚度約為2000埃，且具有每個(gè)長(zhǎng)度約為0.25微米的平面62、64，它們間的夾角約為80°，平面62、64與夾角約為13°的二個(gè)主平面66、68合并，而且縱橫比約為1.7(從DLC頂點(diǎn)70到不銹鋼頂點(diǎn)52的距離(a)與在頂點(diǎn)52處的DLC涂層的寬度(b)的比率)。涂復(fù)在層60上的粘合調(diào)聚物層72基本上具有如涂復(fù)的厚度，但當(dāng)開始剃削時(shí)即減小到單層厚度。
用于加工如圖3所示類型的刀片的設(shè)備由圖4示意性的示出。該設(shè)備包括由科羅拉多州的Vac Tec Systems of Boulder制造的DC平面磁控管噴涂系統(tǒng)，該設(shè)備有不銹鋼箱體74，箱體74中有壁結(jié)構(gòu)80、門82和基底結(jié)構(gòu)84，在84中形成一個(gè)孔86接至適當(dāng)?shù)恼婵障到y(tǒng)(未示出)。具有向上的支承件90的園盤傳送帶支承88安裝到箱體74上，在件90上排布一組具有鋒利刃94的剃削刀片92，刀片92排列成行并自支承件90起面朝外。用于鈮(99.99%純)電極件96的支承結(jié)構(gòu)76以及用于石墨(99.999%純)電極件98的支承結(jié)構(gòu)78也布置在箱體74中。電極96和98是垂直布置的盤，每個(gè)約為12厘米寬和約為37厘米長(zhǎng)。支承結(jié)構(gòu)76、78和88對(duì)箱體74是絕緣的，并且通過開關(guān)102為刀片組92提供了與RF動(dòng)力源100的電氣連接并通過開關(guān)106提供了與DC動(dòng)力源104的電氣連接;并且電極96和98分別通過開關(guān)108和110導(dǎo)通至DC磁控管動(dòng)力源112。擋板結(jié)構(gòu)114和116分別在相鄰電極96、98處布置，以便在打開位置與見不到與其相鄰電極的位置之間運(yùn)動(dòng)。
園盤傳送帶88在距所對(duì)的電極板96、98約7厘米處支承具有刀刃94的刀片組92，并且繞一垂直軸在第一位置和第二位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一位置即刀片組92對(duì)準(zhǔn)鈮電極96處(圖4)，第二位置即刀片組92對(duì)準(zhǔn)石墨電極98處。
在一特殊的加工程序中，一組刀片92(5厘米高)固定在支承90上;箱體74是真空的;電極96、98由DC噴涂5分鐘達(dá)到清潔;然后開關(guān)102閉合并且刀片92在10毫乇的壓力下在氬氣環(huán)境中被RF清潔5分鐘，氬氣流量為200SccM和1.5千瓦的功率;在箱體74中壓力為2.0毫乇時(shí)氬氣流然后減至150CSSM;開關(guān)106閉合以在刀片92上施加-25伏的DC偏壓;開關(guān)108閉合，在1千瓦的功率時(shí)開始噴涂并且位于鈮電極96前的擋板114打開30秒，以便在刀刃94上涂復(fù)厚約300埃的鈮層58。擋板114然后閉合，開關(guān)106和108打開，并且園盤傳送帶88旋轉(zhuǎn)90°以使刀片組92的刀刃與石墨電極98并列。箱體74中的壓力維持在2毫乇，氬氣流量為150SCCM;開關(guān)110閉合在750瓦時(shí)噴涂石墨電極98;開關(guān)102閉合，在刀片92上施加13.56兆赫800瓦的RF偏壓(-420伏DC自偏壓電壓)，同時(shí)擋板116打開20分鐘以便在鈮層58上涂復(fù)厚達(dá)約2000埃的DLC涂層60，DLC涂層60在尖端70的半徑約為350埃，尖端70由夾角約為80°的兩平面62、64限定，其縱橫比約為1.9∶1。如圖5所示，在這種方法中涂復(fù)的涂料60的Raman光譜示出一個(gè)寬的Raman峰值118在波數(shù)約為1350和1530cm-1之間延伸。這是一種典型的DLC結(jié)構(gòu)的光譜。
然后，聚四氟乙烯調(diào)聚物的涂層72施加到刀片的DLC涂復(fù)的刃上。該過程包括在氬氣的中性氣體中加熱刀片，并且在刀片的切削刃上施加一種膠粘體和固態(tài)聚四氟乙烯的減摩聚合物涂層。涂層58和60牢固地粘到刀片的體部50上，提供低溫度的羊毛氈切刀力(具有濕羊毛氈(L5)的最初的五次切割最低約為0.45公斤，并抵抗反復(fù)施加羊毛氈刀具的力，顯示出DLC涂層60暴露在這種毛氈切刀試驗(yàn)的嚴(yán)酷條件下基本上不受影響并且與刀片體50保持了牢固的接合，即使將其浸入80℃的蒸鎦水中達(dá)16小時(shí)也是如此。最后得到的刀片件44安裝到圖2示出形式的支架裝置30中，并且獲得極佳的剃削效果。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電極96是鉬的而電極98是石墨的。在這種系統(tǒng)的特殊加工方法中，箱體74是抽空的;電極96、98靠DC噴涂5分鐘而被清潔;然后刀片92在壓力為10毫乇，1.5千瓦功率和氬氣流量為200SCCM的氬氣環(huán)境中進(jìn)行RF清潔;箱體74中的壓力在2毫乇時(shí)氬氣流量減至150SCCM;在鉬電極96前面的擋板114打開，并且在功率為1千瓦偏壓為-150伏功率時(shí)，電極96在刀片92上進(jìn)行22秒的噴涂，以便在刀刃94上涂復(fù)約200埃厚的鉬層58。擋板114隨后關(guān)閉，并且園盤傳送帶88旋轉(zhuǎn)90°以使刀片組92與電極98并列。箱體74中的壓力維持在2毫乇，氬氣流量為150SCCM，擋板116打開，在900瓦-150伏偏壓時(shí)在刀片92上對(duì)石墨電極98進(jìn)行10分鐘的噴涂，以便在鉬層58上涂復(fù)厚約800埃的DLC層60。如圖6所示，在這種方法中涂復(fù)的涂料60的Raman光譜示出了在約1525cm-1波數(shù)時(shí)的對(duì)中的寬的Raman峰值120，這是典型的DLC結(jié)構(gòu)的光譜。DLC涂層60牢固地粘合到刀片體50上并且抵抗反復(fù)施加的羊毛氈切刀力，顯示出暴露在這種毛氈切刀試驗(yàn)的嚴(yán)酷條件下的DLC涂層60基本上不受影響，并且對(duì)刀片體50保持了牢固的粘合。其尖端70具有約700埃的半徑并且縱橫比為1.7∶1。
按照美國(guó)專利US，3，518，110所說，聚四氟乙烯調(diào)聚物的涂層72隨后涂到刀片的涂復(fù)有DLC的刃上。這一過程包括在中性氣體如氮?dú)饣驓鍤庵屑訜岬镀?，或者減少氣體如熱解氨氣以及在刀片的切削刃上施加一種粘合體和固態(tài)聚四氟乙烯減摩聚合物涂層。由此得到的刀片件44裝在如圖2所示類型以支架裝置30中并且具有極佳的剃削效果。
在另一種加工程序中，箱體74被抽空;電極96、98由DC噴涂進(jìn)行5分鐘的清潔;在壓力為10毫乇，功率為1.5千瓦和氬氣流量為200SCCM時(shí)刀片92隨后進(jìn)行2分鐘的RF清潔;箱體74中的壓力為2毫乇時(shí)氬氣流量減至150SCCM;在鉬電極96前面的擋板114隨后打開;在刀片92上在功率為1千瓦偏壓為-150伏時(shí)噴涂電極90.32秒，以便在刀刃94上涂復(fù)厚約300埃的鉬層58。擋板114閉合并且圓盤傳送帶88旋轉(zhuǎn)90°以使刀片組92與石墨電極98并列。箱體74中的壓力維持在2毫乇，氬氣流量為150SCCM，擋板116打開，在刀片92上，在500瓦偏壓為-100伏時(shí)噴涂石墨電極98 10分鐘，以便在鉬層58上涂復(fù)厚約1000埃的DLC涂層60。由此獲得的刀片與DLC涂層60具有牢固的粘合性并具有極佳的剃削性能。
在另一個(gè)加工程序時(shí)，箱體74被抽空，電極96、98被進(jìn)行5分鐘的DC噴涂清潔;隨后在壓力為10毫乇功率為1.5千瓦和氬氣流量為200SCCM的氬氣環(huán)境中，對(duì)刀片92進(jìn)行2分鐘的RF清潔;箱體74中的壓力為2毫乇氬氣流量減至150SCCM;在鉬電極96前面的擋板114隨后被打開;并且電極96在刀刃94上噴涂厚約200埃的鉬涂層58。擋板114關(guān)閉并且園盤傳送帶88旋轉(zhuǎn)90°以使刀片組92與石墨電極98并列。箱體74中的壓力維持在2毫乇氬氣流量為150SCCM，擋板116被打開，并且在600瓦時(shí)噴涂石墨電極98，以便在鉬層58上涂復(fù)厚約300埃的DLC層60。DLC涂層60牢固地粘合到由此獲得的刀片上，并且DLC的尖端70具有約500埃的半徑。
本發(fā)明已示出了多個(gè)實(shí)施例，對(duì)本專業(yè)的技術(shù)來講這些變化是顯然的 ，這些實(shí)施例和細(xì)節(jié)并未限制本發(fā)明的范圍，這些變型均在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求是
權(quán)利要求
1.一種制造剃刀片的方法，包括下列步驟設(shè)置一個(gè)基片，在所述基片上形成夾角小于30°并且尖端的半徑小于1200埃的楔形的鋒利刃；在所述的鋒利刃上涂復(fù)一夾層，該夾層的材料選自由鉬、鎳、鈮、硅、碳化硅、鉭、釩構(gòu)成的組合以及這些材料的合金；并在所述夾層上涂復(fù)一層金剛石或金剛石狀的碳材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，在所述切削刃上的所述夾層的厚度小于約500埃，并且從所述基片的鋒利尖端到距鋒利尖點(diǎn)40微米的距離處，在涂復(fù)切削刃的所述夾層上的所述金剛石或金剛石狀碳層的厚度至少為1200埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征是，所述基片是金屬的，并且所述金剛石或金剛石狀碳層的硬度至少是所述金屬基片的二倍。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征是，所述金剛石或金剛石狀碳材料的涂層是在氬氣環(huán)境中，在設(shè)置了石墨和鈮電極的真空的箱體中涂復(fù)的，所述鈮電極是通電的，并且鈮的夾層被噴涂涂復(fù)在所述刀片的刃上，當(dāng)一個(gè)RF偏壓施加到所述基片上時(shí)，所述石墨電極隨后被通電以便在所述鈮夾層上涂復(fù)所述的金剛石或金剛石狀碳材料的層。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征是所述楔形刃的夾角小于30°并且尖端半徑小于1200埃;并且所述金剛石或金剛石狀碳材料的層在所述金剛石或金剛石狀碳材料的尖端的半徑小于約400埃。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征是在所述鋒利刃上的所述金剛石或金剛石狀碳層的厚度約為2000埃。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括在所述金剛石或金剛石狀碳涂復(fù)的鋒利刃上面，涂復(fù)粘合聚合物的涂層這一步驟。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法制造的剃刀片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的剃刀片，其特征是所述的金剛石或金剛石狀碳(DLC)材料層具有在約1331cm-1(金剛石)或約1552cm-1(DLC)處的Raman峰值，其縱橫比小于約3∶1;具有基本上為SP3碳的粘合性;其比重小于1.5克/cm3。
10.一種剃削裝置包括限定間隔開的皮膚接觸表面的支承結(jié)構(gòu)，以及據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的固定于所述支承結(jié)構(gòu)的剃刀片結(jié)構(gòu)，涂復(fù)楔形刃的所述金剛石或金剛石狀碳布置在所述與皮膚相配合的表面之間。
全文摘要
一種剃刀片包括一個(gè)具有楔形刀刃的基片；一層夾層，其材料選自下組中鎳、鈮、硅、碳化硅、鉭、釩以及這種材料的合金，夾層位于楔形刃的尖端及側(cè)面之上，夾層的厚度最好在約50—500埃的范圍之內(nèi)；以及在夾層上的金剛石或金剛石狀碳材料的層，該層最好具有約2000埃的厚度并限定了小于約1000埃的尖端半徑。
文檔編號(hào)B26B21/40GK1068058SQ92103958
公開日1993年1月20日 申請(qǐng)日期1992年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月26日
發(fā)明者馬諾哈·S·格魯爾, 周仲平, 史蒂夫·S·哈恩, 約翰·馬迪拉 申請(qǐng)人:吉萊特公司