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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schneidmesser mit einer asymmetrischen Querschnittsform mit einer ersten Fläche, einer zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche, die sich von der ersten Fläche unterscheidet, sowie einer Schneidkante, wobei die erste Fläche eine Oberfläche umfasst und die zweite Fläche eine primäre Abschrägung, eine sekundäre Abschrägung und eine tertiäre Abschrägung mit einem ersten Keilwinkel θ1 zwischen der Oberfläche auf der ersten Fläche und der primären Abschrägung, einem zweiten Keilwinkel θ2 zwischen der Oberfläche auf der ersten Fläche und der sekundären Abschrägung und einem dritten Keilwinkel θ3 zwischen der Oberfläche auf der ersten Fläche und der tertiären Abschrägung umfasst. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Haarentfernungsvorrichtung, die dieses Schneidmesser umfasst.
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In der vorliegenden Anmeldung werden die folgenden Definitionen verwendet:
- • die Spanfläche ist die Oberfläche eines Schneidmessers, über die das geschnittene Haar gleitet, das im Schneidprozess entfernt wird
- • die Freifläche ist die Oberfläche eines Schneidwerkzeugs, die sich über die Haut bewegt; der Winkel zwischen der Freifläche und der Kontaktoberfläche zur Haut ist der Freiwinkel α
- • die Schneidabschrägung eines Schneidmessers ist von der Spanfläche und der Freifläche umschlossen und durch den Abschrägungswinkel 0 bezeichnet
- • die Schneidkante ist die Schnittlinie der Spanfläche und der Freifläche
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Schneidmesser, insbesondere Rasierklingen, werden üblicherweise aus einem geeigneten Substratmaterial, wie Edelstahl, hergestellt, in dem eine symmetrische keilförmige Schneidkante gebildet ist.
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In Bezug auf Rasierklingen muss die Ausführung des Schneidmessers optimiert werden, um den besten Kompromiss zwischen der Schärfe der Klinge und der mechanischen Festigkeit und damit Beständigkeit der Schneidkante zu finden. Die Fertigung herkömmlicher Edelstahlrasierklingen beinhaltet eine Härtungsbehandlung der Stahlsubstrate, bevor die Klinge von beiden Seiten geschärft wird, um eine symmetrische Schneidkante in der Regel durch Schleifen des gehärteten Stahlsubstrats zu bilden.
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Nach dem Schärfen kann eine weitere Beschichtung auf die Stahlklinge aufgebracht werden, um die mechanischen Eigenschaften der Klingen zu optimieren. Harte Beschichtungsmaterialien, wie Diamant, amorpher Diamant, diamantartiger Kohlenstoff (DLC), Nitride, Carbide oder Oxide, sind geeignet, um die mechanische Festigkeit der Schneidkante zu verbessern.
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Je härter das Schneidkantenmaterial ist, desto länger ist somit voraussichtlich die Kantenhalteeigenschaft und folglich desto niedriger der Verschleiß. Andere Beschichtungen können aufgebracht werden, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen oder die Klingenreibung zu reduzieren.
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Die meisten Klingen im Stand der Technik konzentrieren sich auf Klingen mit einem symmetrischen Klingenkörper. Es gibt jedoch einige Ansätze, bei denen Klingen mit einer asymmetrischen Klinge gelehrt werden.
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In
US 3.606.682 wird eine Rasierklinge mit verbesserter Einfachheit des Schneidens und verbessertem Rasierkomfort beschrieben. Die Klinge weist einen vertieften Abschnitt angrenzend an die Schneidkante auf, was einen verbesserten Rasierkomfort ermöglicht. Diese Wirkung ist für symmetrische und asymmetrische Klingenkörper gezeigt.
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US 3.292.478 beschreibt ein Schneidwerkzeugmesser für Textilien, Leder und ähnliche Bogenmaterialien, wobei das Messer auf beiden Seiten auf geeignete Weise geneigte Oberflächen aufweist, was zur Folge hat, dass die Schneidkante nicht mittig zwischen den Seitenoberflächen positioniert ist und das Messer eine asymmetrische Form aufweist.
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US 3.514.856 bezieht sich auf eine Rasierklingenkonstruktion mit definierten Winkel- und Abmessungsgrenzen der Umwandlungsoberflächen von der Schneidkante und einem wirksamen vertieften Abschnitt unmittelbar daran angrenzend von einer nachgewiesenen Einfachheit des Schneidens und einem nachgewiesenen Rasierkomfort.
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Es besteht ein fortwährender Wunsch, die zum Schneiden eines Objekts erforderliche Kraft zu reduzieren, da dies weniger Energie erfordert und weniger Verschleiß der Schneidkante erzeugt. Im Zusammenhang mit dem Rasieren führt das Schneiden von Haaren bei niedrigeren Kräften zu einem geringeren Ziehen an den Haaren und somit zu weniger Beschwerden.
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Eine Reduzierung der Schneidkraft wird durch Reduzieren des Winkels des keilförmigen Schneidwerkzeugs erreicht. Dadurch, dass die Kante schärfer gemacht wird, ist sie jedoch auch brüchiger, und trotz der Aufbringung von harten Beschichtungen ist die Beständigkeit herkömmlicher Stahlrasierklingen heute weiterhin begrenzt.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich daher mit den genannten Nachteilen im Stand der Technik und mit der Bereitstellung von Schneidmessern mit einer Ausführung, die gleichzeitig einen hohen Komfort während des Schneidprozesses, d. h. eine geringe Schneidkraft, und eine hohe Beständigkeit, d. h. eine geringe Brüchigkeit der Klinge, ermöglichen.
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Dieses Problem wird durch das Schneidmesser mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und die Haarentfernungsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 16 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen einer solchen Klinge.
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Der Begriff „umfassend“ in den Ansprüchen und in der Beschreibung dieser Anmeldung hat die Bedeutung, dass weitere Komponenten nicht ausgeschlossen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „bestehend aus“ als bevorzugte Ausführungsform des Begriffs „umfassend“ zu verstehen. Wenn definiert ist, dass eine Gruppe mindestens eine bestimmte Anzahl von Komponenten „umfasst“, sollte dies auch derart verstanden werden, dass eine Gruppe offenbart wird, die vorzugsweise aus diesen Komponenten „besteht“.
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Im Folgenden bezieht sich der Begriff Querschnittsansicht auf eine Ansicht einer Scheibe durch das Schneidelement senkrecht zur Schneidkante (wenn die Schneidkante gerade ist) oder senkrecht zur Tangente der Schneidkante (wenn die Schneidkante gekrümmt ist) und senkrecht zur Oberfläche des Substrats des Schneidelements.
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Unter dem Begriff Schnittlinie ist die lineare Verlängerung eines Schnittpunkts (gemäß einer Querschnittsansicht, wie in 3) zwischen verschiedenen Abschrägungen in Bezug auf die perspektivische Ansicht (wie in 1) zu verstehen. Wenn als ein Beispiel eine gerade Abschrägung an eine gerade Abschrägung angrenzt, wird der Schnittpunkt der Querschnittsansicht auf eine Schnittlinie in der perspektivischen Ansicht verlängert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schneidmesser bereitgestellt, das eine erste Fläche, eine zweite Fläche gegenüber der ersten Fläche, die sich von der ersten Fläche unterscheidet, sowie und eine Schneidkante aufweist, wobei
- • die erste Fläche eine erste Oberfläche umfasst und
- • die zweite Fläche eine primäre Abschrägung, eine sekundäre Abschrägung und eine tertiäre Abschrägung umfasst, wobei
- • sich die primäre Abschrägung von der Schneidkante zur sekundären Abschrägung erstreckt,
- • sich die sekundäre Abschrägung von der primären Abschrägung zur tertiären Abschrägung erstreckt,
- • eine erste Schnittlinie die primäre Abschrägung und die sekundäre Abschrägung verbindet und
- • eine zweite Schnittlinie die sekundäre Abschrägung und die tertiäre Abschrägung verbindet,
- • ein erster Keilwinkel θ1 zwischen der ersten Oberfläche und der primären Abschrägung ist und
- • ein zweiter Keilwinkel θ2 zwischen der ersten Oberfläche und der sekundären Abschrägung ist und
- • ein dritter Keilwinkel θ3 zwischen der ersten Oberfläche und der tertiären Abschrägung ist und
- • die primäre Abschrägung eine Länge d1 aufweist, die die Abmessung ist, die auf die erste Oberfläche (9) und/oder die gedachte Verlängerung
- • der ersten Oberfläche (9') projiziert wird, die von der Schneidkante (4) zu der ersten Schnittlinie (10) von 0,1 bis 7 µm vorgenommen wird,
- • eine Länge d2 die Abmessung ist, die auf die erste Oberfläche projiziert wird, die von der Schneidkante zu der zweiten Schnittlinie von 1 bis 75 µm vorgenommen wird.
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Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass ein Schneidmesser mit einer sehr stabilen Schneidkante zusammen mit einer sehr guten Schneidleistung bereitgestellt werden kann, wenn die Keilwinkel die folgenden Bedingungen erfüllen:
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Die Schneidmesser gemäß der vorliegenden Erfindung weisen aufgrund einer dünnen sekundären Abschrägung mit geringem Keilwinkel eine geringe Schneidkraft auf.
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Die Schneidmesser gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch Hinzufügen einer primären Abschrägung mit einem primären Keilwinkel, der größer als der sekundäre Keilwinkel ist, verstärkt. Die primäre Abschrägung mit dem ersten Keilwinkel θ1 hat daher die Funktion, die Schneidkante mechanisch gegen Beschädigungen aus dem Schneidvorgang zu stabilisieren, was einen schlanken Klingenkörper im Bereich der sekundären Abschrägung ermöglicht, ohne die Schneidleistung der Klinge zu beeinträchtigen.
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Die Schneidmesser gemäß der vorliegenden Erfindung sind mechanisch noch stärker, indem sie die Länge der dünnen sekundären Abschrägung auf einen Bruchteil der Dicke des zu schneidenden Objekts reduzieren und den sekundären Keil zum Eindringen in das zu schneidende Objekt einsetzen, was eine Reduzierung der Schneidkraft des Schneidmessers ermöglicht. Die sekundäre Abschrägung mit dem zweiten Keilwinkel θ2 hat daher die Funktion, in das zu schneidende Objekt einzudringen. Durch Verwenden der primären Abschrägung mit dem Keilwinkel θ1 zum Stabilisieren der Schneidkante kann der zweite Keilwinkel θ2 reduziert werden.
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Die Schneidmesser gemäß der vorliegenden Erfindung werden weiter durch Hinzufügen einer dicken und starken tertiären Abschrägung, die einen tertiären Keilwinkel aufweist, der größer als der sekundäre Keilwinkel ist, und durch Einsetzen dieser tertiären Abschrägung, um das zu schneidende Objekt zu teilen, verstärkt, wodurch die auf die dünne sekundäre Abschrägung wirkenden Kräfte reduziert werden. Für diese Funktion muss der dritte Keilwinkel θ3 größer als der zweite Keilwinkel θ2 sein. Der dritte Keilwinkel θ3 stellt den Teilungswinkel dar, d. h. den Winkel, der erforderlich ist, um das zu schneidende Objekt zu teilen. Für diese Funktion muss der dritte Keilwinkel θ3 größer als der zweite Keilwinkel θ2 sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schneidmesser eine asymmetrische Querschnittsform auf. Die asymmetrische Querschnittsform bezieht sich auf die Symmetrie in Bezug auf eine Achse, die die Halbierungslinie des sekundären Keilwinkels θ2 und an der Schneidkante verankert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die primäre und die sekundäre Abschrägung innerhalb eines harten Beschichtungsmaterials gebildet, um ihre mechanische Festigkeit weiter zu erhöhen, und ist die tertiäre Abschrägung aus einem Substratmaterial gebildet.
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Eine solche asymmetrische Schneidkante kann die Reibung an der Abschrägungsseite (konische Form) aufgrund einer Reduzierung der Kontaktfläche zwischen der zweiten Fläche und dem Haar senken.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform reicht der erste Keilwinkel θ1 von 5° bis 75°, vorzugsweise 10° bis 60°, mehr bevorzugt 15° bis 46° und noch mehr bevorzugt 20° bis 45° und/oder reicht der zweite Keilwinkel θ2 von -5° bis 40°, vorzugsweise 0° bis 30°, mehr bevorzugt 5° bis 25°, noch mehr bevorzugt 10 bis 15° und/oder reicht der dritte Keilwinkel θ3 von 1° bis 60°, vorzugsweise 10° bis 55°, mehr bevorzugt 19° bis 46° und ist am meisten bevorzugt 45°.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die primäre Abschrägung eine Länge d1 auf, die die Abmessung ist, die auf die erste Oberfläche und/oder die gedachte Verlängerung der ersten Oberfläche projiziert wird, die von der Schneidkante zur ersten Schnittlinie von 0,5 bis 5 µm und vorzugsweise 1 bis 3 µm vorgenommen wird. Eine Länge d1 < 0,1 µm ist schwierig herzustellen, da eine Kante mit einer solchen Länge zu brüchig ist und keine stabile Verwendung des Schneidmessers ermöglichen würde. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass die primäre Abschrägung den Klingenkörper mit der sekundären und der tertiären Abschrägung stabilisiert, was eine schlanke Klinge im Bereich der sekundären Abschrägung ermöglicht, was eine geringe Schneidkraft bietet. Andererseits beeinflusst die primäre Abschrägung die Schneidleistung nicht, vorausgesetzt, die Länge d1 ist nicht größer als 7 µm.
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Vorzugsweise reicht die Länge d2, die die Abmessung ist, die auf die erste Oberfläche und/oder die gedachte Verlängerung der ersten Oberfläche projiziert wird, die von der Schneidkante zur zweiten Schnittlinie vorgenommen wird, von 5 bis 100 µm und mehr bevorzugt von 10 bis 75 µm und noch mehr bevorzugt von 15 bis 50 µm. Die Länge d2 entspricht der Eindringtiefe des Schneidmessers in das zu schneidende Objekt. Im Allgemeinen entspricht d2 mindestens 30 % des Durchmessers des zu schneidenden Objekts, d. h., wenn das Objekt menschliches Haar ist, das üblicherweise einen Durchmesser von etwa 100 µm aufweist, ist die Länge d2 etwa 30 µm.
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Das Schneidmesser ist vorzugsweise durch einen Klingenkörper definiert, der ein erstes Material und ein zweites Material, das mit dem ersten Material verbunden ist, umfasst oder aus solchen besteht. Das zweite Material kann mindestens in Bereichen des ersten Materials als Beschichtung abgeschieden werden, d. h., das zweite Material kann eine umhüllende Beschichtung des ersten Materials oder eine auf dem ersten Material auf der ersten Fläche abgeschiedene Beschichtung sein.
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Das Material des ersten Materials ist im Allgemeinen nicht auf ein spezifisches Material beschränkt, solange es möglich ist, dieses Material abzuschrägen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst der Klingenkörper jedoch nur das erste Material, d. h. ein unbeschichtetes erstes Material, oder besteht aus diesem. In diesem Fall ist das erste Material vorzugsweise ein Material mit einer isotropen Struktur, d. h. mit identischen Werten einer Eigenschaft in allen Richtungen. Solche isotropen Materialien eignen sich unabhängig von der Formgebungstechnologie oft besser für die Formgebung.
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Das erste Material umfasst vorzugsweise ein Material oder besteht aus einem solchen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
- • Metallen, vorzugsweise Titan, Nickel, Chrom, Niob, Wolfram, Tantal, Molybdän, Vanadium, Platin, Germanium, Eisen und Legierungen davon, insbesondere Stahl,
- • Keramik, umfassend mindestens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Stickstoff, Bor, Sauerstoff oder Kombinationen davon, vorzugsweise Siliciumcarbid, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Tantalnitrid, AlTiN, TiCN, TiAlSiN, TiN und/oder TiB2,
- • Glaskeramik; vorzugsweise aluminiumhaltiger Glaskeramik,
- • Verbundmaterialien, die aus keramischen Materialien in einer metallischen Matrix hergestellt sind, (Cermets),
- • Hartmetallen, vorzugsweise gesinterten Hartmetallen, wie Wolframcarbid oder Titancarbid, die mit Kobalt oder Nickel gebunden sind,
- • Silicium oder Germanium, vorzugsweise mit der kristallinen Ebene parallel zur zweiten Fläche, Waferorientierung <100>, <110>, <111> oder <211>,
- • einkristallinen Materialien,
- • Glas oder Saphir,
- • polykristallinem oder amorphem Silicium oder Germanium,
- • mono- oder polykristallinem Diamant, nanokristallinem und/oder ultrananokristallinem diamantartigem Kohlenstoff (DLC), adamantinem Kohlenstoff und
- • Kombinationen davon.
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Die für das erste Material verwendeten Stähle sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1095, 12C27, 14C28N, 154CM, 3Crl3MoV, 4034, 40X10C2M, 4116, 420, 440A, 440B, 440C, 5160, 5Crl5MoV, 8Crl3MoV, 95X18, 9Crl8MoV, Acuto+, ATS-34, AUS-4, AUS-6 (= 6A), AUS-8 (= 8A), C75, CPM-10V, CPM-3V, CPM-D2, CPM-M4, CPM-S-30V, CPM-S-35VN, CPM-S-60V, CPM-154, Cronidur-30, CTS 204 P, CTS 20CP, CTS 40CP, CTS B52, CTS B75P, CTS BD-1, CTS BD-30P, CTS XHP, D2, Elmax, GIN-1, HI, N690, N695, Niolox (1.4153), Nitro-B, S70, SGPS, SK-5, Sleipner, T6M0V, VG-10, VG-2, X-15T.N., X50CrMoV15, ZDP-189.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Material ein Material umfasst oder aus einem solchen besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
- • Oxiden, Nitriden, Carbiden, Boriden, vorzugsweise Aluminiumnitrid, Chromnitrid, Titannitrid, Titankohlenstoffnitrid, Titanaluminiumnitrid, kubischem Bornitrid
- • Bor-Aluminium-Magnesium
- • Kohlenstoff, vorzugsweise Diamant, polykristallinem Diamant, nanokristallinem Diamant, diamantartigem Kohlenstoff (DLC) und
- • Kombinationen davon.
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Das zweite Material kann vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus TiB2, AlTiN, TiAlN, TiAlSiN, TiSiN, CrAl, CrAlN, AlCrN, CrN, TiN, TiCN und Kombinationen davon.
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Darüber hinaus können alle in der VDI-Richtlinie 2840 genannten Materialien für das zweite Material ausgewählt werden.
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Es ist besonders bevorzugt, ein zweites Material aus nanokristallinem Diamant und/oder mehrere Schichten aus nanokristallinem und polykristallinem Diamant als zweites Material zu verwenden. In Bezug auf monokristallinen Diamant hat sich gezeigt, dass die Herstellung von nanokristallinem Diamant im Vergleich zur Herstellung von monokristallinem Diamant wesentlich einfacher und wirtschaftlicher erreicht werden kann. Darüber hinaus sind nanokristalline Diamantschichten in Bezug auf ihre Korngrößenverteilung homogener als polykristalline Diamantschichten, wobei das Material weniger Eigenspannung zeigt. Folglich ist eine makroskopische Verzerrung der Schneidkante weniger wahrscheinlich.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Material eine Dicke von 0,15 bis 20 µm, vorzugsweise 2 bis 15 µm und mehr bevorzugt 3 bis 12 µm aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Material einen Elastizitätsmodul (Young'schen Modul) von weniger als 1200 GPa, vorzugsweise weniger als 900 GPa, mehr bevorzugt weniger als 750 GPa und noch mehr bevorzugt weniger als 500 GPa aufweist. Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls wird die harte Beschichtung flexibler und elastischer und kann besser an das Objekt oder die zu schneidende Kontur angepasst werden. Der Young'sche Modul wird gemäß dem Verfahren bestimmt, wie in Markus Mohr et al., „Youngs modulus, fracture strength, and Poisson's ratio of nanocrystal line diamond films“, J. Appl. Phys. 116, 124308 (2014), insbesondere unter Absatz III, offenbart. B. Statische Messung des Young'schen Moduls.
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Das zweite Material weist vorzugsweise eine Querbruchspannung σ0 von mindestens 1 GPa, mehr bevorzugt von mindestens 2,5 GPa und noch mehr bevorzugt mindestens 5 GPa auf.
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In Bezug auf die Definition der Querbruchspannung σ0 wird auf die folgenden Literaturreferenzen Bezug genommen:
- • R. Morrell et al., Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 28 (2010), S. 508-515;
- • R. Danzer et al. in „Technische keramische Werkstoffe“, veröffentlicht von J.
Kriegesmann, HvB Press, Ellerau, ISBN 978-3-938595-00-8, Kapitel 6.2.3.1 „Der 4-Kugelversuch zur Ermittlung der biaxialen Biegefestigkeit spröder Werkstoffe“
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Die Querbruchspannung σ0 wird dabei durch eine statistische Auswertung von Bruchprüfungen bestimmt, z. B. in der B3B-Lastprüfung gemäß den vorstehenden Literaturangaben. Sie wird dabei als die Bruchspannung definiert, bei der eine Bruchwahrscheinlichkeit von 63 % besteht.
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Aufgrund der extrem hohen Querbruchspannung des zweiten Materials wird die Ablösung einzelner Kristallite von der harten Beschichtung, insbesondere von der Schneidkante, nahezu vollständig unterdrückt. Selbst bei langfristiger Verwendung behält das Schneidmesser daher seine ursprüngliche Schärfe bei.
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Das zweite Material weist vorzugsweise eine Härte von mindestens 20 GPa auf. Die Härte wird durch Nanoindentierung bestimmt (Yeon-Gil Jung et. al., J. Mater. Res., Band 19, Nr. 10, S. 3076).
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Das zweite Material weist vorzugsweise eine Oberflächenrauheit R
RMS von weniger als 100 nm, mehr bevorzugt weniger als 50 nm und noch mehr bevorzugt weniger als 20 nm auf, was berechnet wird gemäß
- A = Auswertungsbereich
- Z(x,y) = lokale Rauheitsverteilung
Die Oberflächenrauheit RRMS wird gemäß DIN EN ISO 25178 bestimmt. Die erwähnte Oberflächenrauheit macht ein zusätzliches mechanisches Polieren des aufgewachsenen zweiten Materials überflüssig.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Material eine durchschnittliche Korngröße d50 des nanokristallinen Diamanten von 1 bis 100 nm, vorzugsweise 5 bis 90 nm, mehr bevorzugt 7 bis 30 nm und noch mehr bevorzugt 10 bis 20 nm auf. Die durchschnittliche Korngröße d50 ist der Durchmesser, bei dem 50 % des zweiten Materials aus kleineren Teilchen bestehen. Die durchschnittliche Korngröße d50 kann unter Verwendung einer Röntgenstrahlbeugung oder Transmissionselektronenmikroskopie und durch Zählen der Körner bestimmt werden. Es ist bevorzugt, dass das erste Material und/oder das zweite Material mindestens in Bereichen mit einem reibungsarmen Material, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluorpolymeren (wie PTFE), Parylen, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylen, Polypropylen, Polymethylmethacrylat, Graphit, diamantartigem Kohlenstoff (DLC) und Kombinationen davon, beschichtet sind. Die Schnittlinie, die die primäre Abschrägung und die sekundäre Abschrägung verbindet, ist vorzugsweise innerhalb des zweiten Materials geformt.
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Es ist ferner bevorzugt, dass die Schnittlinie zwischen der sekundären und der tertiären Abschrägung an der Grenzoberfläche des ersten Materials und des zweiten Materials angeordnet ist, was den Herstellungsprozess einfacher zu handhaben und daher wirtschaftlicher macht, z. B. können die Klingen gemäß dem Prozess von 7 hergestellt werden.
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Die Schneidkante weist idealerweise eine runde Konfiguration auf, die die Stabilität der Klinge verbessert. Die Schneidkante weist vorzugsweise einen Spitzenradius von weniger als 200 nm, mehr bevorzugt weniger als 100 nm und noch mehr bevorzugt weniger als 50 nm auf, bestimmt z. B. durch Querschnitts-SEM unter Verwendung des in 8 veranschaulichten Verfahrens.
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Es ist bevorzugt, dass der Spitzenradius r der Schneidkante mit der durchschnittlichen Korngröße d50 der harten Beschichtung korreliert. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis zwischen dem gerundeten Radius r des zweiten Materials an der Schneidkante und der durchschnittlichen Korngröße d50 der harten Beschichtung des nanokristallinen Diamanten r/d50 von 0,03 bis 20, bevorzugt von 0,05 bis 15 und besonders bevorzugt von 0,5 bis 10 ist.
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Die erste Fläche umfasst vorzugsweise ferner eine quaternäre Abschrägung, die sich von der Schneidkante zur ersten Oberfläche erstreckt. Wenn die erste Fläche der Freifläche entspricht, verbessert diese quaternäre Abschrägung den Komfort des Schneidens, d. h. für das Rasieren. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die erste Fläche der Freifläche und entspricht die zweite Fläche der Spanfläche des Schneidmessers. Es ist jedoch auch möglich, die erste Fläche als die Spanfläche und die zweite Fläche als die Freifläche zu verwenden.
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Insbesondere kann das Schneidmesser als Messerklinge, Rasierklinge, Skalpell, Messer, Maschinenmesser in Schlitz-, Berst- und Bruchschneidesystemen, Scheren oder Scherschneidesystemen konfiguriert sein oder kann als solche verwendet werden. Ebenso ist es möglich, dass das Schneidmesser als ein Rasiersystem, d. h. als ein Kopf mit einer Vielzahl von Rasierklingen, konfiguriert ist oder als solches verwendet werden kann. Alle Rasierklingen sind dabei als Schneidmesser gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet.
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Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Haarentfernungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Schneidmesser wie vorstehend beschrieben umfasst.
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Die vorliegende Erfindung wird ferner durch die folgenden Figuren veranschaulicht, die spezifische Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Diese spezifischen Ausführungsformen sollen jedoch nicht auf einschränkende Weise in Bezug auf die vorliegende Erfindung wie in den Ansprüchen im allgemeinen Teil der Patentschrift beschrieben interpretiert werden.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 2 ist eine Querschnittsansicht des Schneidmessers gemäß 1
- 3 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem zweiten Material
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer zusätzlichen Abschrägung an der ersten Fläche
- 6 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer nicht geraden Schneidkante bestehend aus gekrümmten Segmenten 7 sind Flussdiagramme des Prozesses zur Herstellung der Schneidmesser
- 8 ist eine schematische Querschnittsansicht einer runden Spitze, die die Bestimmung des Spitzenradius zeigt
- 9 ist ein mikroskopisches Bild eines Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung In den Figuren der vorliegenden Anmeldung werden die folgenden Bezugszeichen verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klinge
- 2
- erste Fläche
- 3
- zweite Fläche
- 4
- Schneidkante
- 5
- primäre Abschrägung
- 6
- sekundäre Abschrägung
- 7
- tertiäre Abschrägung
- 9
- erste Oberfläche
- 9'
- gedachte Verlängerung der ersten Oberfläche
- 10
- erste Schnittlinie
- 11
- zweite Schnittlinie
- 15
- Klingenkörper
- 18
- erstes Material
- 19
- zweites Material
- 20
- Grenzoberfläche
- 60
- Halbierungslinie
- 61
- senkrechte Linie
- 62
- Kreis
- 65
- Erstellungspunkt
- 66
- Erstellungspunkt
- 67
- Erstellungspunkt
- 260
- Halbierungslinie
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1 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Schneidmesser 1 weist einen Klingenkörper 15 auf, der eine erste Fläche 2 und eine zweite Fläche 3, die der ersten Fläche 2 gegenüberliegt, umfasst. Am Schnittpunkt der ersten Fläche 2 und der zweiten Fläche 3 befindet sich eine Schneidkante 4. Die Schneidkante 4 ist gerade oder im Wesentlichen gerade geformt. Die erste Fläche 2 umfasst eine ebene erste Oberfläche 9, während die zweite
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Oberfläche 3 in unterschiedlichen Abschrägungen segmentiert ist. Die zweite Fläche 3 umfasst eine primäre Abschrägung 5, eine sekundäre Abschrägung 6 und eine tertiäre Abschrägung 7. Die primäre Abschrägung 5 ist über eine erste Schnittlinie 10 mit der sekundären Abschrägung 6 verbunden, die am anderen Ende über eine zweite Schnittlinie 11 mit der tertiären Abschrägung 7 verbunden ist. In 2 ist die Querschnittsansicht des Schneidmessers von 1 gezeigt.
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In 3 ist eine weitere Querschnittsansicht des Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Schneidmesser 1 weist einen Klingenkörper auf, der eine erste Fläche 2 und eine zweite Fläche 3, die der ersten Fläche 2 gegenüberliegt, umfasst. Am Schnittpunkt der ersten Fläche 2 und der zweiten Fläche 3 befindet sich eine Schneidkante 4. Die erste Fläche 2 umfasst eine ebene erste Oberfläche 9, während die zweite Fläche 3 in unterschiedlichen Abschrägungen segmentiert ist. Die zweite Fläche 3 des Schneidmessers 1 weist eine primäre Abschrägung 5 mit einem ersten Keilwinkel θ1 zwischen der ersten Oberfläche 9 und der primären Abschrägung 5 auf. Die sekundäre Abschrägung 6 weist einen zweiten Keilwinkel θ2 zwischen der ersten Oberfläche 9 und der sekundären Abschrägung 6 mit einer Halbierungslinie 260 des sekundären Keilwinkels θ2 und an der Schneidkante 4 verankert auf. θ2 ist kleiner als θ1. Die tertiäre Abschrägung 7 weist einen dritten Keilwinkel θ3 auf, der größer als θ2 ist. Die primäre Abschrägung 5 weist eine Länge d1 auf, die die Abmessung ist, die auf die erste Oberfläche 9 projiziert wird, die im Bereich von 0,5 bis 5 µm liegt. Die primäre Abschrägung 5 und die sekundäre Abschrägung 6 weisen zusammen eine Länge d2 auf, die die Abmessung ist, die auf die erste Oberfläche 9 projiziert wird, die im Bereich von 1 bis 150 µm, vorzugsweise 5 bis 100 µm, liegt.
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In 4 ist eine weitere Schnittansicht eines Schneidmessers der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei der Klingenkörper 15 ein erstes Material 18, z. B. Silicium, mit einem zweiten Material 19, z. B. einer Diamantschicht auf dem ersten Material 18 auf der ersten Fläche 2, umfasst. Die primäre Abschrägung 5 und die sekundäre Abschrägung 6 befinden sich in dem zweiten Material 19, während sich die tertiäre Abschrägung 7 in dem ersten Material 18 befindet. Das erste Material 18 und das zweite Material 19 sind entlang einer Grenzoberfläche 20 verbunden.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schneidmessers 1 mit einer ersten Fläche 2 und einer zweiten Fläche 3. Die zweite Fläche 3 weist eine primäre Abschrägung 5, eine sekundäre Abschrägung 6 und eine tertiäre Abschrägung 7 auf. Auf der ersten Fläche 2 zwischen der Oberfläche 9 und der Schneidkante 4 befindet sich eine weitere quaternäre Abschrägung 8. Der Winkel zwischen der quaternären Abschrägung 8 und der Oberfläche 9 ist θ4. Der Keilwinkel θ2 zwischen der primären Abschrägung 5 und der Oberfläche 9 ist kleiner als der Keilwinkel θ1 zwischen der sekundären Abschrägung 6 und der Oberfläche 9. Darüber hinaus ist der Keilwinkel θ3 zwischen der tertiären Abschrägung 7 und der Oberfläche 9 größer als θ2.
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In 6 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Schneidmessers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Schneidmesser 1 weist einen Klingenkörper 15 auf, der eine erste Fläche 2 und eine zweite Fläche 3, die der ersten Fläche 2 gegenüberliegt, umfasst. Eine Schneidkante 4 befindet sich am Schnittpunkt der ersten Fläche 2 und der zweiten Fläche 3 und ist nicht gerade, sondem bestehend aus gekrümmten Segmenten geformt. Die erste Fläche 2 umfasst eine ebene Oberfläche 9, während die zweite Oberfläche 3 in einer primären Abschrägung 5, einer sekundären Abschrägung 6 und einer tertiären Abschrägung 7 segmentiert ist. Die primäre Abschrägung 5 ist über eine Schnittlinie 10 mit der sekundären Abschrägung 6 verbunden, die am anderen Ende über eine Schnittlinie 11 mit der tertiären Abschrägung 7 verbunden ist. Die Schnittlinien 10 und 11 folgen der Form der Schneidkante 4 und sind daher nicht gerade, sondern ebenfalls aus gekrümmten Segmenten geformt.
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In
7 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Prozesses gezeigt. In einem ersten Schritt 1 wird ein Silicium-Wafer 101 durch PE-CVD oder eine thermische Behandlung (Niederdruck-CVD) mit einer Siliciumnitridschicht (Si
3N
4-Schicht) 102 als Schutzschicht für das Silicium beschichtet. Die Schichtdicke und der Abscheidungsvorgang müssen sorgfältig ausgewählt werden, um eine ausreichende
chemische Stabilität zu ermöglichen, um den folgenden Ätzschritten standzuhalten. In Schritt 2 wird ein Fotolack 103 auf dem Si
3N
4-beschichteten Substrat abgeschieden und anschließend durch Fotolithografie strukturiert. Die (Si3N4)-Schicht wird dann z. B. durch reaktives Ionenätzen (RIE) in CF
4-Plasma unter Verwendung des strukturierten Fotolacks als Maske strukturiert. Nach dem Strukturieren wird der Fotolack 103 in Schritt 3 durch organische Lösungsmittel abgetragen. Die verbleibende strukturierte Si
3N
4-Schicht 102 dient als Maske für den folgenden Vorstrukturierungsschritt 4 des Silicium-Wafers 101, z. B. durch anisotropes nasschemisches Ätzen in KOH. Der Ätzprozess wird beendet, wenn die Strukturen an der zweiten Fläche 3 eine vorbestimmte Tiefe erreicht haben und eine durchgehende erste Silicium-Fläche 2 verbleibt. Andere nass- und trockenchemische Prozesse können geeignet sein, z. B. isotropes nasschemisches Ätzen in HF/HNO
3-Lösungen oder die Aufbringung von fluorhaltigen Plasmen. Im folgenden Schritt 5 wird das verbleibende Si
3N
4 z. B. durch Fluorwasserstoffsäure (HF) oder eine Fluorplasmabehandlung entfernt. In Schritt 6 wird das vorstrukturierte Si-Substrat mit einer etwa 10 µm dünnen Diamantschicht 104, z. B. nanokristallinem Diamant, beschichtet. Die Diamantschicht 104 kann auf der vorstrukturierten zweiten Oberfläche 3 und der durchgehenden ersten Oberfläche 2 des Si-Wafers 101 (wie in Schritt 6 gezeigt) oder nur auf der durchgehenden ersten Oberfläche 2 des Si-Wafers (hier nicht gezeigt) abgeschieden werden. Im Fall einer doppelseitigen Beschichtung muss die Diamantschicht 104 auf der strukturierten zweiten Oberfläche 3 in einem weiteren Schritt 7 vor den folgenden Kantenbildungsschritten 9-11 des Schneidmessers entfernt werden. Die selektive Entfernung der Diamantschicht 104 wird z. B. durch Verwenden eines Ar/θ
2-Plasmas (z. B. RIE- oder ICP-Modus) durchgeführt, das eine hohe Selektivität zum Siliciumsubstrat zeigt. In Schritt 8 wird der Silicium-Wafer 101 gedünnt, sodass die Diamantschicht 104 teilweise ohne Substratmaterial frei steht und die gewünschte Substratdicke in den verbleibenden Bereichen erreicht wird. Dieser Schritt kann durch nasschemisches Ätzen in KOH- oder HF/HNO
3-Ätzmitteln oder vorzugsweise durch Plasmaätzen in CF
4-, SF
6- oder CET
3-haltigen Plasmen im RIE- oder ICP-Modus gebildet werden. Das Hinzufügen von O
2 zum Plasmaprozess führt zu einer Schnittkantenbildung des Diamantfilms (wie in Schritt 9 gezeigt). Prozessdetails sind zum Beispiel in
DE 198 59 905 A1 offenbart.
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In 8 ist gezeigt, wie der Spitzenradius bestimmt werden kann. Der Spitzenradius wird bestimmt, indem zunächst eine Linie 60 gezogen wird, die das Querschnittsbild der ersten Abschrägung der Schneidkante 1 halbiert. Wo die Linie 60 die erste Abschrägung halbiert, wird ein Punkt 65 gezeichnet. Eine zweite Linie 61 wird senkrecht zu der Linie 60 in einem Abstand von 110 nm von dem Punkt 65 gezogen. Wo die Linie 61 die erste Abschrägung halbiert, werden zwei zusätzliche Punkte 66 und 67 gezeichnet. Ein Kreis 62 wird dann aus Punkten 65, 66 und 67 erstellt. Der Radius des Kreises 62 ist der Spitzenradius der Schneidkante 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3606682 [0008]
- US 3292478 [0009]
- US 3514856 [0010]
- DE 19859905 A1 [0061]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- R. Morrell et al., Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 28 (2010), S. 508-515 [0042]
- DIN EN ISO 25178 [0046]