專利名稱：刀片的薄膜涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的剃刀和剃刀刀片，并且涉及用于生產(chǎn)剃刀刀片或具有鋒利和耐
用刀刃的類似切割工具的方法。
背景技術(shù)：
剃刀刀片一般由適用的基質(zhì)材料例如金屬或陶瓷制成。在剃刀刀片中形成了具有 楔形構(gòu)型的刀刃，其實(shí)際刀刃或刀尖的半徑小于約1000埃，并且楔形表面具有小于30。的 夾角。由于剃刮動作劇烈以及刀刃經(jīng)常損壞，因此為了增強(qiáng)剃刮性，已經(jīng)提出采用一層或多 層附加的涂層材料以使剃刮容易和/或增加剃刮刀刃的硬度、強(qiáng)度和/或耐腐蝕性。已經(jīng) 提出了許多此類涂覆材料，例如聚合物材料、金屬和合金、以及包括金剛石和類金剛石碳材 料在內(nèi)的其它材料。金剛石和類金剛石碳材料的特征可在于具有堅(jiān)固的sp3碳結(jié)合，質(zhì)量 密度大于2. 5g/cm3 ;以及拉曼峰在約133cm—1 (金剛石)或者約1550cm—1 (類金剛石碳)。每 個(gè)此類附加材料層理想地提供諸如改進(jìn)的剃刮性、改進(jìn)的硬度、刀刃強(qiáng)度和/或耐腐蝕性 之類的特性而不會負(fù)面地影響剃刮刀刃的幾何形狀和切割效率。然而，由于金剛石或類金 剛石涂覆的刀刃具有與基質(zhì)的楔形刀刃粘著性差和從其上剝落的趨勢，此類建議并不令人 滿意。 發(fā)明概述 本發(fā)明涉及一種用于形成剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步驟
a)提供基質(zhì)； b)在所述基質(zhì)上形成具有小于三十度的夾角和小于1000埃的尖端半徑的楔形鋒 利刀刃； c)將所述基質(zhì)置于真空室中；
d)將第一固體目標(biāo)置于真空室中；
e)在所述真空室內(nèi)提供要電離的氣體；禾口 f)通過以脈沖形式將負(fù)電壓施加到所述第一固體目標(biāo)上而從所述第一固體目標(biāo) 生成離子，所述離子在基質(zhì)上的楔形鋒利刀刃上形成薄膜涂層。 第一固體目標(biāo)可為金屬、碳或硼。所述金屬可選自由鋁、鈮、鋯、鉻、釩、鉭、鈦、鎢、 鎳、鉿、硅、鉬組成的組以及包含所述組的任何元素組合的合金。 所述方法可包括附加步驟g)通過將第二較低的負(fù)電壓以脈沖形式施加到所述 第一固體目標(biāo)上而從所述第一固體目標(biāo)生成附加離子，所述離子在所述基質(zhì)上的楔形鋒利 刀刃上形成薄膜涂層。
所述方法可包括附加步驟g)在步驟f)期間圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)所述基質(zhì)。
所述方法可包括附加步驟g)將第二固體目標(biāo)置于所述真空室中，和h)通過以脈
沖形式將負(fù)電壓施加到所述第二固體目標(biāo)上而從所述第二固體目標(biāo)生成離子，所述離子在
基質(zhì)上的楔形鋒利刀刃上形成薄膜涂層?？蓪⒌诙腆w目標(biāo)相對于所述基質(zhì)置于不同于所
述第一固體目標(biāo)的位置。 步驟f)的脈沖可如此提供，使得以脈沖形式發(fā)展0. lkW/cm2至20kW/cm2范圍內(nèi)的峰值功率密度。以5Hz至10，000Hz范圍內(nèi)的脈沖頻率來提供步驟f)的脈沖。生成步驟f) 的脈沖以使其具有-100V至-10000V范圍內(nèi)的電壓。生成步驟f)的脈沖以使其具有10iis 至lOOOOii s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。生成步驟f)的脈沖以使其在目標(biāo)上具有O. 1A/ci^至10A/ cm2范圍內(nèi)的電流密度。 可在-20V至-1000V范圍內(nèi)對所述基質(zhì)加偏壓。 所述氣體可選自由惰性氣體例如氬、氖、氪、氙和活性氣體例如N2、 CH4、 C2H2、 02組 成的組以及包括惰性和活性氣體的所有可能組合。氣體壓力可在1毫托至10毫托范圍內(nèi)。
附圖概述 雖然在說明書之后提供了特別指出和清楚地要求保護(hù)本發(fā)明的權(quán)利要求書，但是 據(jù)信通過下面的描述并結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的剃刮單元的透視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一種剃刮單元的透視圖。 圖3為圖示說明根據(jù)本發(fā)明的剃刀刀刃幾何形狀的一個(gè)實(shí)例的圖解視圖。
圖4為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的一種裝置的圖解視圖。
圖5為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的一種備選裝置的圖解視圖。
圖6為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的另一種備選裝置的圖解視圖。
發(fā)明詳述 根據(jù)圖l，剃刮單元10包括用于連結(jié)到剃刀手柄上的結(jié)構(gòu)和包括限定前面橫向延 伸的皮膚接合表面14的結(jié)構(gòu)的由高沖擊強(qiáng)度塑料模塑的平臺構(gòu)件12。固定在平臺構(gòu)件12 上的是具有鋒利刀刃18的前導(dǎo)刀片16和具有鋒利刀刃22的隨后的刀片20。模塑塑料的 頂蓋構(gòu)件24具有限定皮膚接合表面26的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)設(shè)置在刀刃22的后面，并且附連 到頂蓋構(gòu)件24上的是剃刮助劑復(fù)合材料28。 圖2所示的剃刮單元30為在Jacobson的美國專利4， 586， 255中所顯示的類型并 包括具有前部34和后部36的模塑主體32。彈性地固定在主體32上的是防護(hù)構(gòu)件38、前 刀片單元40和后刀片單元42。每個(gè)刀片單元40、42包括具有鋒利刀刃46的刀片構(gòu)件44。 將剃刮助劑復(fù)合材料48以摩擦方式固定在后部36上的凹座中。 圖3顯示了刀片16、20和44的刀刃區(qū)域的圖解視圖。所述刀片包括具有在一系 列刀刃形成操作中形成的楔形鋒利刀刃的不銹鋼主體部分50，所述一系列刀刃形成操作包 括研磨操作、粗珩磨操作、以及形成半徑通常小于1000埃的尖端部分52的精珩磨操作，其 中精珩磨面54和56以小于約30。的夾角分開并與粗珩磨面58、60合并。更優(yōu)選地，尖端 部分52具有小于750埃的半徑和小于約30°的夾角，并且更優(yōu)選地尖端部分52具有小于 500埃的半徑和小于約25。的夾角。沉積在尖端52和面54-60上的是氮化鉻的薄膜或涂 層62，其厚度小于約3000埃，更優(yōu)選小于約2000埃，并且最優(yōu)選小于約1000埃。沉積在薄 膜層62上的是任選的粘附調(diào)聚物層68。 圖4圖解說明了用于加工圖3所示種類的刀片的裝置70。裝置70包括不銹鋼真 空室71，該真空室具有壁結(jié)構(gòu)72、門73和基座結(jié)構(gòu)74，其中形成了連接到適用的真空泵送 系統(tǒng)(未示出)上的端口 76。安裝在真空室71中的是具有直立支撐構(gòu)件80的支撐78，在 其上設(shè)置了一疊剃刀刀片82，它們的鋒利刀刃84成一直線并從支撐構(gòu)件80向外朝向。同 樣設(shè)置在真空室71中的是用于鉻(Cr)的目標(biāo)構(gòu)件86的支撐結(jié)構(gòu)85。目標(biāo)86是一個(gè)垂直
4設(shè)置的平板，該平板為約十二厘米寬和約三十七厘米長。支撐結(jié)構(gòu)78和85與真空室71電 絕緣并且提供了電連接以將刀片疊82通過開關(guān)93連接到偏壓電源92上和將目標(biāo)86通過 開關(guān)95連接到電源98上。鄰近目標(biāo)86設(shè)置了遮門結(jié)構(gòu)100以便在打開位置與遮住其相 鄰目標(biāo)的位置之間運(yùn)動。 支撐構(gòu)件80支撐刀片疊82，其中刀刃84與對面的目標(biāo)86相距約七厘米。支撐構(gòu) 件80可圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)，使得鋒利刀刃可相對于目標(biāo)構(gòu)件86以不同夾角設(shè)置。
在一個(gè)特定的加工順序中，將一疊刀片82(三十厘米高)固定到支撐構(gòu)件80上。 將真空室71抽真空。用高功率脈沖磁控管濺射(HIPIMS)清潔目標(biāo)86五分鐘。HIPMS是 一種利用高功率的短脈沖(脈沖)濺射方法。目標(biāo)86的清潔在氬環(huán)境中在3毫托的壓力下 進(jìn)行。打開開關(guān)95，由電源98來提供電力，電壓為-1200V、電流為1600A，并且峰值功率為 1. 6kW/cm、在加工期間逐漸增大。將脈沖頻率設(shè)定在100Hz，其中脈沖持續(xù)時(shí)間為40y s。
目標(biāo)86的清潔可以其它設(shè)定值來進(jìn)行，例如壓力在1毫托至5毫托范圍內(nèi)，電壓 在-500V至2500V范圍內(nèi)，電流在500A至2500A范圍內(nèi)，峰值功率在0. lkW/cm2至20. OkW/ cm2范圍內(nèi)，脈沖頻率在50Hz至200Hz范圍內(nèi)，并且脈沖持續(xù)時(shí)間在10 y s至500 y s范圍 內(nèi)。 刀片82接著在氬環(huán)境中在1毫托的壓力下進(jìn)行預(yù)處理或離子蝕刻5分鐘。遮門 IOO處于打開位置。電源98給目標(biāo)86提供電力，電壓為-IOOOV,脈沖電流為1500A，并且 峰值功率為1. 25kW/ci^，在加工期間逐漸增大。將脈沖頻率設(shè)定在105Hz，其中脈沖持續(xù)時(shí) 間為50 ii s。由電源92供電將刀片加偏壓到可從低值爬升到-500V至-1000V范圍的高壓 和2.5A的平均電流。遮門IOO保持打開。在這些條件下，通向刀片的離子電流密度峰值為 0.2Acm—2。濺射的金屬流的大部分被電離，其中金屬離子分?jǐn)?shù)達(dá)到30%。在這些條件下，刀 刃的高能金屬離子轟擊發(fā)生。離子轟擊具有將蝕刻金屬(即，鉻)結(jié)合到刀刃中約30nm深 度的效果。此類結(jié)合通過局限在刀刃的各個(gè)晶粒上的外延涂層生長機(jī)制導(dǎo)致涂層更好地與 刀刃粘附。然后在離子蝕刻周期結(jié)束時(shí)，關(guān)閉開關(guān)93和95。 離子蝕刻可以其它設(shè)定值進(jìn)行，例如在0. 5毫托至5毫托范圍內(nèi)的壓力下進(jìn)行1 至10分鐘。電力可通過電源98按以下參數(shù)提供給目標(biāo)86，電壓在-500V至-3000V范圍內(nèi)， 電流在500A至3000A范圍內(nèi)，峰值功率在0. lkW/cm2至20kW/cm2范圍內(nèi)，脈沖頻率在50Hz 至300Hz范圍內(nèi)，并且脈沖持續(xù)時(shí)間在1至1000ii s范圍內(nèi)。由電源92供電將刀片加偏壓 到可從低值爬升到-500V至-1000V范圍的高電壓和1. OA至2. 5A的平均電流。通向刀片 的峰值離子電流密度可為0. OlAcm—2至0. 5Acm—2。 接著在氬和氮環(huán)境中用CrN薄膜涂層涂覆刀片82。在基質(zhì)清理周期之后，遮門保 持打開，200sccm的氮?dú)夂?50sccm的氬氣開始流入到腔室71中，同時(shí)接通陰極電源和偏 壓。氬氣的分壓是2毫托，并且氮?dú)獾姆謮菏?毫托。在鉻目標(biāo)86前面的遮門100在打開 位置。在加工期間一直通過電源98以-700V的電壓、700A的電流和0. 5麗的峰值功率給鉻 目標(biāo)86供電。將脈沖頻率設(shè)定為200Hz，其中脈沖持續(xù)時(shí)間為100 ii s。由電源92供電將 刀片加偏壓到可從低值爬升到-50V至-1000V范圍的高壓和1A的平均電流。在這些條件 中，通向刀片的峰值離子電流密度為0.4Acm—2。離子流的大部分被電離，其中金屬離子部分 達(dá)到15%。金屬離子的大部分被雙重電離，并且氮分子的大部分被分離。在這些條件下，將 發(fā)生刀片的高能金屬離子轟擊。離子轟擊將金屬涂覆到刀刃上。金屬涂層在刀刃上的厚度
5可為50至5000埃。 刀片涂層可以其它設(shè)定值來進(jìn)行，例如25sccm至500sccm的氮?dú)猓?5sccm至 500sccm的氬氣，氬氣壓力在1毫托至10毫托范圍內(nèi)，氮?dú)鈮毫υ?毫托至10毫托的范圍 內(nèi)。電力可通過電源98以以下參數(shù)提供給目標(biāo)86，電壓在-100V至-10000V范圍內(nèi)，電 流在100A至5000A范圍內(nèi)，峰值功率在0. lkW/cm2至20kW/cm2范圍內(nèi)，脈沖頻率在5Hz至 10000Hz范圍內(nèi)，并且脈沖持續(xù)時(shí)間在10 ii s至10000 ii s范圍內(nèi)。由電源92供電將刀片加 偏壓到-20V至-1000V范圍內(nèi)的高壓和0. 1A至IOA的平均電流。至刀片的離子電流密度 在峰值可在0. OlAcm—2至0. 5Acm—2范圍內(nèi)。 目標(biāo)構(gòu)件86可由金屬、碳或硼構(gòu)成。用于目標(biāo)構(gòu)件86的金屬可選自由鋁、鈮、鋯、
鉻、釩、鉭、鈦、鴇、鎳、鉿、硅、鉬組成的組以及包括所述組中任何元素組合的合金。 根據(jù)美國專利3， 518， 110的講授可將聚四氟乙烯(PTFE)調(diào)聚物的任選涂層施用
到刀片的CrN涂覆刀刃上。所述方法包括在氬氣的中性氣氛中加熱刀片并在刀片的切刃上
提供固體PTFE的粘附性和降低摩擦聚合物涂層。調(diào)聚物涂層的厚度可在100至2000埃范圍內(nèi)。 現(xiàn)在參見圖5，其顯示了用于加工圖3所示種類的刀片的可供選擇的裝置170。裝 置170包括具有側(cè)壁結(jié)構(gòu)172、門173和基座結(jié)構(gòu)174的不銹鋼真空室171，其中基座結(jié)構(gòu)形 成了連接到合適的真空系統(tǒng)(未示出)上的端176。安裝在真空室171上的是具有直立支 撐構(gòu)件180的支撐178，其上設(shè)置了一疊刀片182，其中它們的鋒利刀刃184從支撐構(gòu)件180 向外朝向。同樣設(shè)置在真空室171中的是用于目標(biāo)構(gòu)件186的支撐結(jié)構(gòu)185。目標(biāo)186是 一個(gè)約十二厘米寬和約三十七厘米長的垂直設(shè)置的板。支撐結(jié)構(gòu)178和185與真空室171 電氣絕緣并且提供了電連接以將刀片疊182通過開關(guān)193連接到偏壓電源192上并通過開 關(guān)195將目標(biāo)186連接到電源198上。鄰近目標(biāo)186設(shè)置了遮門結(jié)構(gòu)200以便在打開位置 與遮住其相鄰目標(biāo)的位置之間運(yùn)動。 支撐構(gòu)件180支撐刀片疊182，其中刀刃184與對面的目標(biāo)186相距約七厘米。支 撐構(gòu)件180可圍繞樞轉(zhuǎn)軸線179樞轉(zhuǎn)，使得鋒利刀刃可相對于目標(biāo)構(gòu)件186以不同夾角設(shè) 置。箭頭202和203指示承載帶有刀刃184的刀片疊182的支撐構(gòu)件180圍繞樞轉(zhuǎn)軸線 179的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動的方向。通過圍繞樞轉(zhuǎn)軸線179樞轉(zhuǎn)刀刃184，楔形鋒利刀刃的多個(gè)面可涂 覆有CrN的薄膜涂層。樞轉(zhuǎn)可發(fā)生在離子蝕刻或薄膜涂層操作的一個(gè)或兩個(gè)中。
現(xiàn)在參見圖6，其顯示了用于加工圖3所示種類的刀片的可供選擇的裝置270。裝 置270包括具有側(cè)壁結(jié)構(gòu)272、門273和基座結(jié)構(gòu)274的不銹鋼真空室271，其中基座結(jié)構(gòu)形 成了連接到合適的真空系統(tǒng)(未示出)上的端口 276。安裝在真空室271上的是具有直立 支撐構(gòu)件280的支撐278，其上設(shè)置了一疊刀片282，其中它們的鋒利刀刃284從支撐構(gòu)件 280向外朝向。同樣設(shè)置在真空室271中的是用于目標(biāo)構(gòu)件286的兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)285。每個(gè) 目標(biāo)286是一個(gè)約十二厘米寬和約三十七厘米長的垂直設(shè)置的板。支撐結(jié)構(gòu)278和285與 真空室271電氣絕緣并且提供了電連接以將刀片疊282通過開關(guān)293連接到偏壓電源292 上并通過開關(guān)295將目標(biāo)286連接到電源298上。鄰近目標(biāo)286設(shè)置了遮門結(jié)構(gòu)300以便 在打開位置與遮住其相鄰目標(biāo)的位置之間運(yùn)動。 將每個(gè)目標(biāo)286均相對于刀片疊282安置于腔室271內(nèi)不同的位置以便相對于楔 形鋒利刀刃的面呈不同的夾角。在離子蝕刻和薄膜涂層兩個(gè)操作中均利用了兩個(gè)目標(biāo)。
本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴(yán)格地限于所述的精確值。相反，除非另 外指明，每個(gè)這樣的量綱均是指所引用數(shù)值和圍繞那個(gè)數(shù)值的功能上等同的范圍。例如，公 開為"40mm"的量綱旨在表示"約40mm"。 在發(fā)明詳述中引用的所有文件都在相關(guān)部分中以引用方式并入本文中。對于任何 文件的引用不應(yīng)當(dāng)解釋為承認(rèn)其是有關(guān)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)本發(fā)明中術(shù)語的任何含義或 定義與以引用方式并入的文件中術(shù)語的任何含義或定義矛盾時(shí)，應(yīng)當(dāng)服從在本發(fā)明中賦予 該術(shù)語的含義或定義。 雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以做出各種其他改變和變型。因 此，權(quán)利要求書意欲包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這樣的改變和變型。
權(quán)利要求
一種用于形成剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步驟a)提供基質(zhì)；b)在所述基質(zhì)上形成具有小于三十度的夾角和小于1000埃的尖端半徑的楔形鋒利刀刃；c)將所述基質(zhì)置于真空室中；d)將第一固體目標(biāo)置于所述真空室中；e)在所述真空室中提供要電離的氣體；和f)通過以脈沖形式將負(fù)電壓施加到所述第一固體目標(biāo)上從所述第一固體目標(biāo)生成離子，所述離子在基質(zhì)上的楔形鋒利刀刃上形成薄膜涂層。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一固體目標(biāo)為金屬、碳或硼。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述金屬選自由鋁、鈮、鋯、鉻、釩、鉭、鈦、鎢、鎳、鉿、 硅、鉬組成的組和包括所述組中的任何元素組合的合金。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟g) 通過以脈沖形式將第二較低的負(fù)電壓施加到所述第一固體目標(biāo)上而從所述第一固 體目標(biāo)生成附加離子，所述離子在基質(zhì)上的楔形鋒利刀刃上形成薄膜涂層。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟 g)在步驟f)期間圍繞所述一軸線樞轉(zhuǎn)所述基質(zhì)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟g) 將第二固體目標(biāo)置于所述真空室中，h) 通過以脈沖形式將負(fù)電壓施加到所述第二固體目標(biāo)上而從所述第二固體目標(biāo)生成 離子，所述離子在基質(zhì)上的楔形鋒利刀刃上形成薄膜涂層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述第二固體目標(biāo)相對于所述基質(zhì)置于與所述第 一固體目標(biāo)不同的位置。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述步驟f)的脈沖如此提供，使得以脈沖形式發(fā)展 0. lkW/cm2至20kW/cm2范圍內(nèi)的功率密度。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中以5Hz至10000Hz范圍內(nèi)的脈沖頻率提供所述步驟 f)的脈沖。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中生成所述步驟f)的脈沖以使其具有-ioov 至-10000V范圍內(nèi)的電壓。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成所述步驟f)的脈沖以使其具有l(wèi)Oiis至 10000 ii s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中生成所述步驟f)的脈沖以使其在所述目標(biāo)上具有 0. 01A/cm2至0. 5A/cm2范圍內(nèi)的峰值電流密度。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在-20V至-1000V的范圍內(nèi)對所述基質(zhì)加偏壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于形成剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步驟a)提供基質(zhì)，b)在基質(zhì)上形成具有小于三十度的夾角和小于1000埃的尖端半徑的楔形鋒利刀刃，c)將基質(zhì)置于真空室中，d)將第一固體目標(biāo)置于真空室中，e)在真空室中提供要電離的氣體，和f)通過以脈沖形式將負(fù)電壓施加到第一固體目標(biāo)上而從第一固體目標(biāo)生成離子，所述離子在基質(zhì)上的楔形鋒利刀刃上形成薄膜涂層。
文檔編號C23C14/35GK101765678SQ200880100311
公開日2010年6月30日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者A·P·埃亞薩里安, J·馬黛拉, K·G·馬切夫, N·索南伯格, P·E·霍塞皮安 申請人:吉列公司