JP2009525826A - かみそり刃のための多層コーティング - Google Patents

Abstract

鋭利な先端及び隣接する面によって定められた刃先を有する基材と、刃先上のチタン含有材料層と、チタン含有層上の硬質炭素材料層と、ポリテトラフルオロエチレンの外層とを含むかみそり刃が提供される。

Description

本発明は、一般に、シェービング器具に関し、より具体的には、多層コーティングを有するかみそり刃に関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年２月１０日に出願された米国特許仮出願第６０／７７２，３７９号に基づく優先権を主張するものであり、その全体が引用によりここに組み込まれる。

かみそり刃は、典型的には、ステンレス鋼などの適切な基材材料で形成される。一般に、研削及びホーニング仕上げによって、かみそり刃に刃先が形成される。刃先は、例えば、約２００オングストローム〜５００オングストロームまでといった、約１０００オングストローム未満の半径を有する鋭利な先端を備えた楔形状の構成を有する。硬度、強度、耐食性及びシェービング能力を改善するために、アモルファル・ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）材料のような硬質炭素コーティングが用いられることが多い。硬質炭素コーティングは、より鋭角の楔形状、よってより小さい切削力を用いることを可能にしながら、必要とされる最先端部の強度を維持する。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の外層を用いて、摩擦を低減させることができる。基材と硬質炭素層との間に接着促進材料のアンダーコート層を設けることによって、ステンレス鋼基材への、アモルファス・ダイヤモンド又はＤＬＣのような硬質炭素材料の接着を促進することができる。接着促進層としてクロム又はニオブ含有材料の層を設けることが、当技術分野において周知である。このことは、Ｃｌｉｐｓｔｏｎｅ他への米国特許第６，６８４，５１３号において説明されている。実際には、ニオブ層を提供するためのマグネトロン・ターゲット（本出願において後に説明されるような）は、クロム層に関するターゲットより約５０％多く費用がかかり、従って、製造コストの理由で好ましいものではない。クロムの使用は、当技術分野においてよく知られており、適切な粘着を促進し、この問題に対して良い解決策をもたらす。

過酷なシェービング条件において、かみそり刃の鋭利な先端が、僅かに弾性変形を受けることがある。鋭利な先端が硬いコーティングを有する場合には、これらの変形が、硬いコーティングの外面内に微細な亀裂をもたらすことがある。硬いコーティングが基材に、又はアンダーコートに密接に接合され、次いで基材に密接に接合される場合には、硬いコーティングの亀裂が基材を通して伝わり、かみそり刃の鋭利な先端の早期故障がもたらされる。このことは、不快なシェービング体験の原因になり得る。チタンは、クロムより強靭で弾性があり、微細な亀裂が基材内に伝わるのを阻止するように有利に働く。チタン及びクロムの幾つかの比較対象の関連特性が、以下の表に列挙される。

前述に基づいて、後続の硬質炭素含有材料層のための接着促進剤としてチタン含有材料層を有するかみそり刃の刃先を提供することが、本発明の目的である。

１つの態様において、本発明は、一般に、鋭利な先端及び隣接する面によって定められた刃先を有する基材を含むかみそり刃を特徴とする。チタン含有材料の層が、刃先上にある。硬質炭素材料の層が、チタン含有材料上に被覆され、ＰＴＦＥの外層が形成される。チタン含有材料は、チタン、或いは炭化物形成金属とのチタン合金、窒化チタン・アルミニウム、酸化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン及び窒化チタンから選択される１つ又はそれ以上の化合物を含むことができる。チタン含有材料は、チタンと、前述の材料のいずれか１つとの組成物をさらに含むことができる。チタン含有材料の層は、少なくとも５０オングストロームの厚さとすることができる。硬質炭素材料は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、又はアモルファス・ダイヤモンドとすることができ、２０００オングストローム未満の厚さにすることができる。ＰＴＦＥは、ＤＵＰＯＮＴ社から入手可能なＤＲＹＦＩＬＭ ＬＷ１２００とすることができる。
別の態様において、本発明は、一般に、ハンドルと、少なくとも１つの前述のかみそり刃を含むハウジングとを含む、安全かみそりを特徴とする。ハウジングはまた、少なくとも４つの前述のかみそり刃を含むことができる。

更に別の態様においては、本発明は、一般に、鋭利な先端及び隣接する面によって定められた刃先を有する基材を提供することによって、かみそり刃を作製する方法を特徴とする。チタン含有材料層が、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって、刃先に適用される。ＰＶＤプロセスは、スパッタリング・プロセス、又は陰極アーク蒸着プロセスとすることができる。チタン含有材料上に、硬質炭素材料の層が被覆される。ＰＴＦＥの外層が形成される。チタン含有材料を堆積させるためのスパッタリング・プロセスは、２つの段階を含むことができる。第１の段階において、少なくとも−７００ボルトより正の第１のバイアス電圧がかみそり刃に印加され、かみそり刃は、５０ミリトール未満の圧力でアルゴンを含む第１の雰囲気中に置かれる。第２の段階において、炭素をチタン含有材料に注入し、部分的な炭化チタン層を形成する。この第２の段階において、かみそり刃は、３０ミリトール未満の圧力でアルゴンを含む第２の雰囲気中に置かれる。この第２の段階において、−１５００ボルトより正の第２のバイアス電圧が、かみそり刃に印加される。周知のプロセスによって、後の硬質炭素材料及びＰＴＦＥの層が適用される。

本発明の実施形態は、以下の利点の１つ又はそれ以上を含むことができる。かみそり刃の刃先にチタン含有材料を使うことにより、硬質炭素材料の接着が促進される。かみそり刃の刃先は、亀裂伝播による破損への耐性を向上させた。このかみそり刃は、優れたシェービング特性をもつ。
本発明の上記の特徴及び利点は、添付の図面と連動して理解されるとき、以下の詳細な説明と関連してより完全に理解されるであろう。

ここで図面、特に図１を参照すると、かみそり刃１０の刃先部分が、基材１２と、チタン含有材料の層１４と、硬質炭素材料の層１６と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の外層１８とを含む。アモルファス合金、炭素鋼、又はセラミック材料のような他の基材を用いることもできるが、基材１２は、一般に、ステンレス鋼で作られている。好ましいステンレス鋼は、Ａｌｔｈａｕｓ他への米国特許第５，２７５，６７２号において開示されており、ＨＩＴＡＣＨＩ製のＧＩＮ７と表されるグレードが最も好ましい。当業者であれば、他のステンレス鋼材料を用いることもできることを理解するであろう。基材は、一般に、細長い平坦なストリップとしてアニールされた状態で与えられ、コイル状に巻かれ、好ましくは０．０５ｍｍから０．１ｍｍまでの厚さ、最も好ましくは０．１ｍｍの厚さであり、好ましくは約３ｍｍの幅であるが、約２ｍｍから２３ｍｍまでの幅とすることができる。当技術分野において周知のように、基材を有孔のものにしてもよい。同じく当技術分野において周知のように、基材は、ビッカース・スケール（Ｖｉｃｋｅｒｓ ｓｃａｌｅ）（Ｈｖ）で約９００の硬度まで硬化される。基材は、１０００オングストローム未満、好ましくは２００オングストロームから５００オングストロームまでの半径の鋭利な先端２０を有する刃先をもたらすように鋭利にされる。鋭利な先端は、該鋭利な先端から４０ミクロンのところで計測された、３０度より小さい、好ましくは約１５度から２０度の刃先角を有する隣接する面２２を有する。鋭利にするプロセスは、研削する段階及びホーニング仕上げする段階を含み、さらに革砥で研ぐ（ｓｔｒｏｐｐｉｎｇ）段階を含むこともできる。鋭利にするプロセスは、細長い基材の両縁部に行ってもよいが、一方の縁部だけに行なうことが好ましい。細長い基材が鋭利にするプロセスを終了したとき、該細長い基材を個々のかみそり刃に切り、互いの上に積み重ねることができ、或いは、細長い基材が、外側に向いた鋭利な縁部を有するキャリアの上に反跳されることが好ましい。続いて、鋭利にするプロセスによる残留物及び他の汚れを除去するために、当技術分野において周知の多数のプロセスの任意の１つによって基材を洗浄する。好ましくは光電子放出技術によって、清浄度について基材のサンプルを分析する。適切な計測機器は、ＰＥＴ ＰＨＯＴＯ ＥＭＩＳＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社によって供給され、ＳＱＭ３００と称される。少なくとも４５０のＯＳＥＥ（光誘起電子放出）値を有する基材は、十分に清浄である。

反跳基材を有する少なくとも１つのキャリアが、真空チャンバ内で垂直に（すなわち、水平なコイルの軸に対して）搭載される。真空チャンバは、好ましくはチタンと、２つの陰極アーク光源とを含むターゲットを含む。ターゲットはまた、少なくとも５１原子％のチタンを含む、いずれかの炭化物形成金属とのチタン合金を含むこともできる。真空チャンバを含む適切なプロセス用機器は、ＩＯＮＢＯＮＤ社によって製造されている。真空チャンバは、かみそり刃の１つ又はそれ以上のスタックが内部に搭載されるように、交互に構成することができる。

真空チャンバ内で行われるプロセス・ステップは、以下の通りである。
第１のステップにおいて、真空チャンバが密閉され、約２０マイクロトールまで排気され、昇圧速度試験が行われ、チャンバに真空漏れがないことを確実にする。

以下のグロー放電ステップは、刃先上に残っている可能性がある僅かな汚れを除去する。酸素が、１５ミリトールから４５ミリトールの圧力になるまでチャンバ内に導入される。−５００ボルトのバイアス電圧が基材に印加され、これは、−１０００ボルトまで増大され、約２分間保持される。バイアス電圧に言及する本明細書の全てのプロセス・ステップにおいて、これは、２５ｋＨｚ及び６２％の負荷サイクルにおいて、０ボルトから指定のバイアス電圧までパルス化されるパルス状方形波であることが好ましい。他の波形及び周波数を用いることもできる。当業者であれば、下記の硬質炭素材料が半導体であり、基材上に静電気が発生するのを回避するために、単なるＤＣバイアスではなく、パルス状ＤＣバイアスを必要とすることを理解するであろう。基材を約−１０００ボルトに保持しながら、酸素供給を終え、アルゴンをチャンバ内に導入する。次に、真空チャンバは、５０マイクロトールになるまで排気される。

グロー放電ステップに続いて、ターゲットの表面を清浄し、続いて刃先上にチタン含有材料を堆積させるマグネトロン・スパッタリング・ステップが行われる。シャッターが閉じられ、ターゲットを覆う。アルゴンが、２ミリトールから２０ミリトールの圧力になるまでチャンバ内に導入される。ターゲット上の電力が、約１４Ｗ／ｃｍ²から２８Ｗ／ｃｍ²の電力密度になるように設定される。これらの条件は、ターゲットの表面を洗浄するための事前スパッタリング・ステップとして、１〜３分間保持される。次に、シャッターが開けられ、ターゲットが刃先に露出されるので、チタン含有材料を刃先上に堆積させることができる。−２００ボルトから−７００ボルトまでの、好ましくは−５００ボルトの高バイアス電圧が、約１分間基材に印加される。この高バイアス・ステップは、チタン含有材料を刃先の鋭利な先端に十分に接合するために必要である。次いで、バイアス電圧は、約２分間から５分間、−２０ボルトから−６０ボルトまでの低バイアス設定値になるまで低減される。５０オングストロームの最小厚のチタン含有材料が、刃先上に堆積される。

マグネトロン・スパッタリング・ステップに続いて、チタン含有材料上にアモルファス・ダイヤモンドの硬質炭素材料を堆積させる、好ましいａ−ダイヤモンド・ステップすなわちアモルファス・ダイヤモンド・ステップが行われる。硬質炭素材料は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）であってもよい。２つの陰極アーク光源は、各炭素ビームが刃先の各面の１つに対してほぼ垂直であるように配置されることが好ましい。これは、最も硬いコーティングを提供する最適の構成である。しかしながら、適切なコーティングは、２つの炭素ビーム間の約６０度のより狭い角度で達成される。アルゴンが、２０マイクロトールから９ミリトールの圧力になるまでチャンバ内に導入される。陰極アーク光源は、基材に印加された約−５００ボルトから−１０００ボルトまでの初期バイアス電圧を用いて、約５０アンペアから６５アンペアで設定される。このａ−ダイヤモンド・ステップの初期段階は、炭素をチタン含有材料層内に注入し、部分的な炭化チタン層を形成する。この部分的な炭化物層は、硬質炭素材料をチタン含有材料層に十分に接着するのを確実にするために必要である。このステップは、硬質炭素層を、２００オングストロームから１５００オングストロームまでの厚さ、好ましくは２００オングストロームから８００オングストロームまでの厚さまで堆積するように継続される。

真空チャンバが排気され、基材が除去される。当業者には良く知られている後のプロセスにおいて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の外層が堆積される。適切なＰＴＦＥは、約４０，０００の分子量を有する、ＤＵＰＯＮＴ社製のＤＲＹＦＩＬＭ ＬＷ１２００である。ＤＲＹＦＩＬＭ ＬＷ１２００は、その全体が引用によりここに組み入れられる米国特許出願第６０／７４１，１４４号において開示されるように、アルコールで希釈されることが好ましい。当業者であれば、他のＰＴＦＥ材料を用い得ることを理解するであろう。
かみそり刃１０は、全体的にここに述べられるプロセスに従って製造される。個々のかみそり刃は、積層形態としてもよく、或いは、後にコイル状基材を非コイル状にし、従来の長さに切断して単一のかみそり刃を形成してもよい。

次に図２を参照すると、ハウジング１００内に、少なくとも１つのかみそり刃が取り付けられている。かみそり刃を備えたハウジングは、選択的にハンドル１１０に結合され、安全かみそり１２０を形成する。ハウジングは、１つ、２つ又は３つのかみそり刃を含むことができるが、好ましくは少なくとも４つのかみそり刃を含むことができる。ハウジングは、ハンドルに恒久的に結合されてもよく、又は取り外し可能に結合されてもよい。

使用において、かみそり刃１０の刃先部分は、その基材と硬質炭素コーティングとの間にクロム・コーティングを有するかみそり刃の周知の刃先と比べて、亀裂伝播による損傷に対する耐性が改善されている。かみそり刃の刃先上にチタン含有材料を用いることにより、硬質炭素材料の接着が促進される。かみそり刃は、優れたシェービング特性を有する。
本発明は、決して、ここに開示される及び／又は図面に示される特定の構造に限定されるものではないが、本開示の範囲内にあるあらゆる変更又は均等物を含むことも理解すべきである。

本発明のかみそり刃の刃先部分の断面図である。 本発明の安全かみそりを上から見た正面等角図である。

Claims (34)

1. 鋭利な先端及び隣接する面によって定められた刃先を有する基材と、
   前記刃先上のチタン含有材料層と、
   前記チタン含有材料層上の硬質炭素材料層と、
   ポリテトラフルオロエチレンの外層と、
   を含むことを特徴とするかみそり刃。
2. 前記チタン含有材料は、チタン、炭化物形成金属とのチタン合金、窒化チタン・アルミニウム、酸化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、及び窒化チタンからなる群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載のかみそり刃。
3. 前記チタン含有材料は、チタンと、炭化物形成金属とのチタン合金、窒化チタン・アルミニウム、酸化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、及び窒化チタンからなる群から選択される少なくとも１つの材料との化合物を含むことを特徴とする請求項２に記載のかみそり刃。
4. 前記炭化物形成金属とのチタン合金は、少なくとも５１原子％のチタンを含有することを特徴とする請求項３に記載のかみそり刃。
5. 前記硬質炭素材料は、ダイヤモンド状炭素及びアモルファス・ダイヤモンドからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のかみそり刃。
6. 前記ポリテトラフルオロエチレンは、約４０，０００の分子量を有することを特徴とする請求項１に記載のかみそり刃。
7. 前記ポリテトラフルオロエチレン層は、前記硬質炭素材料層上にあることを特徴とする請求項１に記載のかみそり刃。
8. 前記チタン含有材料層は、少なくとも５０オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のかみそり刃。
9. 前記硬質炭素材料層は、２，０００オングストローム未満の厚さを有することを特徴とする請求項５に記載のかみそり刃。
10. 前記硬質炭素材料層は、２００オングストロームから８００オングストロームまでの間の厚さを有することを特徴とする請求項９に記載のかみそり刃。
11. ハンドルと、
    前記ハンドルに結合されたハウジングと、
    鋭利な先端及び隣接する面によって定められた刃先を備えた基材を含む、前記ハウジング内に取り付けられた少なくとも１つのかみそり刃と、
    前記刃先上のチタン含有材料層と、
    前記チタン含有材料層上の硬質炭素材料層と、
    ポリテトラフルオロエチレンの外層と、
    を含むことを特徴とする安全かみそり。
12. 前記チタン含有材料は、チタン、炭化物形成金属とのチタン合金、窒化チタン・アルミニウム、酸化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、及び窒化チタンからなる群から選択される材料を含むことを特徴とする請求項１１に記載の安全かみそり。
13. 前記チタン含有材料は、チタンと、炭化物形成金属とのチタン合金、窒化チタン・アルミニウム、酸化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、及び窒化チタンからなる群から選択される少なくとも１つの材料との化合物を含むことを特徴とする請求項１２に記載の安全かみそり。
14. 前記炭化物形成金属とのチタン合金は、少なくとも５１原子％のチタンを含有することを特徴とする請求項１３に記載の安全かみそり。
15. 前記硬質炭素材料は、ダイヤモンド状炭素及びアモルファス・ダイヤモンドからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１に記載の安全かみそり。
16. 前記ポリテトラフルオロエチレンは、約４０，０００の分子量を有することを特徴とする請求項１０に記載の安全かみそり。
17. 前記ポリテトラフルオロエチレン層は、前記硬質炭素材料層上にあることを特徴とする請求項１１に記載の安全かみそり。
18. 前記チタン含有材料層は、少なくとも５０オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項１３に記載の安全かみそり。
19. 前記硬質炭素材料層は、２，０００オングストローム未満の厚さを有することを特徴とする請求項１５に記載の安全かみそり。
20. 前記硬質炭素材料層は、２００オングストロームから８００オングストロームまでの間の厚さを有することを特徴とする請求項１９に記載の安全かみそり。
21. 前記少なくとも１つのかみそり刃は、少なくとも４つのかみそり刃であることを特徴とする請求項１１に記載の安全かみそり。
22. 鋭利な先端及び隣接する面によって定められた刃先を有する基材を準備し、
    前記刃先にチタン含有材料層を付加し、
    前記チタン含有材料層に硬質炭素材料層を付加し、
    ポリテトラフルオロエチレンの外層を付加する、
    ステップを含むことを特徴とするかみそり刃を作製する方法。
23. 前記チタン含有材料層は、物理的気相堆積プロセスによって前記チタン含有材料層を堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記物理的気相堆積プロセスは、スパッタリング・プロセスであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記スパッタリング・プロセスは、チタンを含むターゲットを含むチャンバ中で行われることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記スパッタリング・プロセスは、前記かみそり刃に、−７００ボルトより正の少なくとも第１のバイアス電圧を印加するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記スパッタリング・プロセスは、アルゴンを含む第１の雰囲気中で行われることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記第１の雰囲気は、５０ミリトール未満の圧力を有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記第１の雰囲気は、２ミリトールから２０ミリトールまでの間の圧力を有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記チタン含有材料層に炭素を注入し、部分的な窒化チタン層を形成することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記注入は、アルゴンを含む第２の雰囲気中で行われることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
32. 前記第２の雰囲気は、３０ミリトール未満の圧力を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 前記第２の雰囲気は、０．０２ミリトールから９ミリトールまでの圧力を有することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記注入は、前記かみそり刃に印加された−１５００ボルトより正の第２のバイアス電圧を用いて行われることを特徴とする請求項３０に記載の方法。

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