专利名称：剃须刀片的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及剃刀和剃须刀片的改进，还涉及具有锐利、耐用的切割刃口的剃须刀片和类似切割工具的制造方法。剃须刀片一般由适用的基片材料例如金属或者陶瓷制成，而刃口由带有一个最终棱边或者说顶端的楔形轮廓构成的，所述顶端的圆角半径小于1，000埃左右。在使用期间，剃须刀片以大约25°的角度安装在剃刀中，并以楔形刃口与皮肤接触，它移过脸部时刃口碰到胡须毛发，在楔入动作的帮助下，刃口就逐渐穿透胡须毛发并将其切断。据信，毛发(其直径平均为100微米左右)的切割部位保持被压状态，与稍微离开脸部皮肤表面的刀片小面接触直至刃口穿透到毛发的一半直径处。之后，毛发能弯曲并从刀片缩回，以便减少楔入力。因此，由于毛发与刀片之间的反作用力引起的穿透阻力，只是产生在从刃口向后的刀片顶部60微米范围内，刀片顶端在这个范围内的几何形状按照切割观点是最为重要的。
据信，减少小面的尖角能相应减少刀片顶端连续穿透毛发的阻力。然而，一旦该夹角减少太多，刀片顶端的强度就不足以承受切割过种中刃口上产生的弯曲力，从而使刀片顶端塑性变形(或者是脆性断裂，取决于所用制造材料的机械性能)，造成永久性损伤，削弱刀片顶端在随后的切割性能，也就是说刃口变得“迟钝”或者说“不锋利”了。当剃刮动作猛烈时，刀片刃口损伤更为频繁，因此，为了提高剃刮性能，已经有人提议使用一层或多层辅助的覆盖材料，以便容易剃刮以及(或者)增加剃刮刃口的硬度、强度和(或)耐腐蚀性。已有若干种覆盖材料得到推荐，例如我种聚合材料、金属和合金、以及包括金刚石或者金刚石状碳(DLC)材料在内的其它材料。金刚石或者金刚石状碳(DLC)材料的特征可以是具有坚固的SP3＊碳键;大于1.5克/厘米3的质量密度;以及在1331cm-1附近(金刚石)或者1550cm-1附近(DLC)的一个喇曼峰值。每个这样的添加材料层都能提供一些所需的性能，例如改善可剃刮性，增加硬度、刃口强度和(或)耐腐蚀性，并且在此同时对于剃刮刃口的几何形状和切割效率不产生有害影响。
本发明的一个目的是提供一种包括一个基片和一个加强材料层的剃须刀片;所述基片具有一个带有锐利顶端的楔形刃口以及一个小面夹角，所述小面夹角在距离基片顶端40至100微米范围内的10°至17°;而在楔形刃口上的所述加强材料层则最好至少比内置基片硬两倍，并且在从基片顶端到离开该基片顶端40微米的距离处至少具有1，200埃厚度，而且还确定一个半径小于400埃左右的最终顶端，该顶端由夹角至少为60°的顶端小面构成，并且加强材料层还具有1∶1至3∶1范围的纵横比。此刀片具有优秀的剃刮性能，而具使用寿命长。
在一些特殊实施例中，剃须刀片的基片是钢，楔形刃口通过包括多个机械磨制步骤的程序做成，而金刚石状材料层的形成方法为在给钢基片施加一个射频偏压的同时，溅射来自高纯度石墨靶的材料，DLC覆盖层至少具有13千兆帕斯卡(gigapascals)的硬度;于是刀片刃口获得卓越的刃口强度，其证据为L5湿毛毡切割力小于0.8千克力，而且在进行显微评价时干毛毡切割的刃口损伤很小，(小损伤区少于50个，每个这样的小损伤区的尺寸小于20微米，深度小于10微米)，并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。
本发明的另一个目的是，提供一种制造剃须刀片的方法，所述方法包括以下步骤提供一块基片;在基片的一个棱边上做出一个楔形锐利刃口，该刃口具有一个小于30°的夹角和一个小于1，200埃的顶端半径(即较大圆弧的侧定半径，将最终顶端放在倍率至少为25，000的扫描电子显微镜下观察时，该较大圆弧可能位于刀片最终顶端的内部);在给基片施加一个射频偏压的同时，在基片的楔形刃口上溅射一层加强材料，从而提供1∶1至3∶1范围的纵横比，并在加强材料的最终顶端处提供一个小于500埃左右的半径。
在一种特殊的制造方法中，基片的锐利刃口通过包括多个机械珩磨步骤的程序做成，夹层材料层和金钢石或者金刚石状碳材料层用溅射法顺次淀积出;所述夹层材料层具有小于500埃左右的厚度，而金刚石或者DLC覆盖层具有至少1，200埃左右的厚度并具有一个最终顶端，该最终顶端是由夹角至少为60°的顶端小面构成的;金刚石层在1331cm-1附近具有一个喇曼峰值，而金钢石状碳(DLC)材料则在1550cm11附近具有一个喇曼峰值，并具有坚固的SP3碳键以及大于1.5克/厘米3的质量密度;此外，在金钢石或者DLC覆盖的切割刃口上还施加一个依附的调聚物层。
本发明的又一个目的是提供一种包括刀片支承结构的剃须部件，所述支承结构具有在刀片刃口前后接触使用者皮肤用的外部表面，并且至少有一个刀片构件紧固在该支承结构之中。紧固在支承结构中的剃须刀片结构包括一个带有由小面确定的楔形切割刃口的基片，所述小面在离开锐利顶端40微米的一个距离内具有一个小于17°的夹角;在所述楔形切割刃口上具有一个加强材料层，该加强材料层从基片的锐利顶端到离开该锐利顶端40微米处至少有1，200埃的厚度，还具有一个由小面确定的最终顶端，所述小面具有小于0.1微米左右的长度并且确定一个至少60°的夹角、一个小于400埃的加强材料最终顶端半径以及一个1∶1至3∶1范围的纵横比。
在一个特殊的剃须部件中，剃须刀片结构包括两个钢基片，楔形刃口被相互平行地安置在皮肤接合面之间;在钢基片和金钢石或者DLC材料制成的刃口加强层之间具有一个夹层材料层，每个基片的夹层材料层的厚度均小于500埃左右;而每个基片的金钢石或者DLC覆盖层具有至少1，200埃左右的厚度;坚固的SP3碳键;大于1.5克/厘米3的质量密度;以及在1331cm11附近(金钢石)或者1550cm-1附近(DLC)的喇曼峰值;此外，每个金钢石或者金刚石状碳材料层的表面具有一个依附的调聚物层。
所述剃须部件可以做成适于装拆剃须刀片的易于处理的夹子类型，也可以与一个手柄做成整体，当一把或多把刀片磨钝后就将整个剃须刀抛弃。前后皮肤接合面与刀片刃口配合，从而确定剃刮几何形状。美国专利3，876，563和4，586，255中介绍的剃须部件特别适用。
下面结合附图，介绍几个特殊实施例，使本发明的其余特点和优越性更加明显。其中
图1是根据本发明的一种剃须部件的透视图。
图2是根据本发明的另一种剃须部件的透视图。
图3是一张示意图，画出根据本发明的剃刀片刃口几何形状的一个实例。
图4是用来实施本发明的一种装置的示意图。
图5和6是利用图4装置淀积的DLC材料的喇曼光谱图。
首先参见图1，剃须部件10包括与剃刀手柄连接的结构，以及一个耐冲击聚苯乙烯塑造的平台构件12，而平台结构12又包括位于前方并横向延伸的皮肤接合面14。在平台构件12上还安装着具有锐利刃口18的引导刀片16以及具有锐利刃口22的后继刀片20。由耐冲击聚苯乙烯塑造的盖子构件24具有确定位于刀片刃口22后方的皮肤接合面26的结构，在盖子构件24上还固定着剃须辅助合成物28。
图2所示的剃须部件具有雅各布森(Jacobson)在美国专利4，586，255中所披露的类型，包括具有前部34和后部36的塑造本体32。在本体32中弹性地紧固着防护构件38、引导刀片部件40以及尾随刀片部件42。每个刀片部件40、42都包括一个具有锐利刃口46的刀片构件44。一个成型的辅助合成物48借助摩擦力固定在后部36的凹槽中。
图3是刀片16、20和44刃口区域的示意图。所述刀片包括具有一个楔形锐利刃口的不锈钢本体50，所述刃口是通过多道刃口成型磨制工序做出的，它形成一个顶部52，其半径通常小于500埃，并具有以大约13°角岔开的小面54和56。在顶部52和小面54、56上淀积厚度约为300埃的钼中间层58。而在钼中间层58上又 积金刚石状碳(DLC)的外覆盖层60，所述覆盖层60的厚度约为2000埃，并具有长度均为四分之一微米左右而且确定一个80°左 的小面62、64，小面62、64还与夹角为13°的主小面66、68相接， 且小面62、64还确定一个约为1.7的纵横比，所述纵横比是(a)和(b)的比值，其中(a)是从DLC顶端70到不锈钢顶端52的距离，而(b)是顶端52处DLC覆盖层的宽度。在覆盖层60上还覆盖着依附的调聚物层72，层72在覆盖时厚度较大，但在最初的剃刮阶段就减薄到单分子层的厚度。
在图4中示意地画出制造图3所示类型刀片用的装置。这种装置包括一个由科罗拉多州波尔特(Boulder)的Vac Tec 制造的直流平面磁控管溅射系统，该系统包括具有壁80、门82和底部结构84的腔74，底部结构84上做出一个与适当的真空系统(未示出)相连的口86。在腔74中安装着带有直立支承构件90的旋转式传送带支承88，在支承构件90上安排着一组剃须刀片92，这些刀片92的锐利刃口排成一直线并从支承90朝外伸出。在腔74中还安装着钼(纯度99.99%)靶构件96用的支承构件76以及石墨(纯度99.999%)靶构件98用的支承构件78。靶96和98均为垂直布置的板，每一个约有12厘米宽37厘米长。支承构件76、78和88与腔74电绝缘，并将刀片组92通过开关102与射频电源100电连接，以及通过开关106与直流电源104电连接;靶96和98还分别通过开关108和110与直流磁控管电源112连接。闸板114和116分别布置在邻近靶96和98处，以便在打开位置和遮蔽其相邻靶的位置之间运动。
旋转式传送带88支承着刀片组92，使刀片刃口94与相对的靶板96、98相距约7厘米，而且该旋转式传送带88可围绕一根垂直轴线在一个第一位置和一个第二位置之间转动，在所述第一位置刀片组92与钼靶96相对并对准，而在所述第二位置刀片组92与石墨靶98相对并对准。
一种专门的刀片制造方法为将一组刀片92(30厘米高)紧固在支承90上(使支承90与三个跟靶的磨光不锈钢刀片本体在一起);将腔74抽真空;用直流溅射法将靶96、98清理5分钟;然后闭合开关102，将刀片组92在一种氩环境中射频清理3分钟，所述氩环境为压强10毫乇、氩气流200标准立方厘米、功率1.5千瓦;然后在腔74内的压强为4.5毫乇的情况下将氩气流减为150标准立方厘米;闭合开关106，以便为刀片组92提供-50伏特的直流偏压;闭合开关108以便用1千瓦功率溅射靶96;将钼靶96前方的闸板114打开28秒以便将厚度约为300埃的钼层58淀积在刀片刃口94上。然后闭合闸板114，打开开关106和108，将旋转式传送带88转动90°，使刀片组92与石墨靶98并列。在氩气流为150标准立方厘米情况下将腔74内的压强减为2毫乇;闭合开关110以便用500瓦功率溅射石墨靶98;闭合开关102以便为刀片组92施加1千瓦的13.56兆赫射频偏压(-440伏特直流自偏电压)，在此同时打开闸板116达20分钟，以便将厚度约为2，000埃的DLC层60淀积在钼层58上。DLC覆盖层60在顶端70处的半径约为250埃，所述顶端由小面62、64构成，这两个小面的夹角约为80°，并且覆盖60的纵横比约为1.7∶1，硬度〔使用一种毫微压头(Nanoidenter)X仪器在一个邻近的不锈钢刀片本体平表面上量测到500埃深度〕约为17千兆帕斯卡(不锈钢刀片本体的硬度约为8千兆帕斯卡)。如图5所示，用这种方法淀积的覆盖层材料60的喇曼光谱在波数为1400～1500cm-1附近出现宽广的喇曼峰值，这是DLC结构的典型光谱。
然后将聚四氟乙烯调聚物层72施加到已覆盖DLC的刀片刃口上。此工序包括在中性氩气氛中加热刀片组，然后给刀片的切割刃口提供一个固态聚四氟乙烯减磨聚合物依附层。层58、60牢固地附着在刀片本体50上，从而使湿毛毡切割力减小〔头5次切割湿毛毡的最小力(L5)约为0.45千克力〕，并且能经受住这种湿毛毡切割力的反覆施加〔第496至500次切割的最小力约为0.65千克力〕，说明暴露在这种毛毡切割试验严酷条件中的DLC层60基本上未受影响，仍然牢固地附着在刀片本体50上。在切割干毛毡10次之后用显微评价法测定的刃口损伤和脱层明显地少于市场上出售的铬-铂镀层刀片，也就说少于4个小刃口损伤区(每个这样的小损伤区的尺寸小于20微米，深度小于10微米)并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。最后将刀片构件44安装在图2所示类型的夹头构件30中，就能取得极好的剃刮效果。
另一种专门的刀片制造方法为将一组刀片92(30厘米高)紧固在支承90上(使支承90与三个跟靶平行放置的磨光不锈钢刀片本体在一起);将腔74抽真空;用直流溅射法将靶96、98清理5分钟;然后闭合开关102，将刀片组92在一种氩环境中射频清理二又四分之一分钟，所述氩环境为压强10毫乇、氩气流200标准立方厘米、功率1.5千瓦;然后在腔74内的压强为6毫乇情况下将氩气流减为150标准立方厘米;闭合开关106，以便为刀片组92提供-50伏特的直流偏压;将钼靶96前方的闸板114打开;闭合开关108，以1千瓦功率溅射靶96达32秒钟，以便将厚度约为300埃的钼层淀积在刀片刃口94上;然后闭合闸板114，打开开关106和108，将旋转式传送带88转动90°，使刀片组92与石墨靶98并列。在氩气流为150标准立方厘米情况下将腔74内的压强减为2毫乇;闭合开关110以使用500瓦功率溅射石墨靶98;闭合开关102以便为刀片组92施加320瓦的13.56兆赫射频偏压(-220伏特直流自偏电压)，在此同时打开闸板116达7分钟，以便将厚度约为900埃的DLC覆盖层60淀积在钼层58上。DLC覆盖层60的顶端半径约为300埃，纵横比为1.6∶1，硬度〔使用一种毫微压头(Nanoindenter)X仪器在一个邻近的不锈钢刀片本体平表面上量测〕约为13千兆帕斯卡。
然后按照美国专利No.3，518，110所述，将聚四氟乙烯调聚物层72施加到已覆盖DLC的刀片刃口上。此工序包括;在中性氩气氛中加热刀片组，然后给刀片的切割刃口提供一个固态聚四氟乙烯减磨聚合物依附层。层58、60牢固地附着在刀片本体50上，从而使湿毛毡切割力减少〔头5次切割湿毛毡的最小力(L5)约为0.6千克力〕，并且能经受住这种湿毛毡切割力的反复施加〔第496至500次切割的最小力约为0.76千克力〕，说明暴露在这种毛毡切割试验严酷条件中的DLC覆盖层60基本上未受影响，仍然牢固地附着在刀片本体50上。在切割干毛毡10次之后用显微评价法测定的刃口损伤和脱层明显地少于市场上出售的铬-铂镀层刀片，也就是说少于4个小刃口损伤区(每个这样的小损伤区的尺寸小于20微米，深度小于10微米)并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。最后将刀片构件44安装在图2所示类型的夹头构件30中，就能取得极好的剃刮效果。
还有一种制造方法为将腔74抽成真空;用直流溅射法将靶96、98清理5分钟;然后闭合开关102，将刀片组92在一种氩环境中射频清理二又四分之一分钟，所述氩环境为压强10毫乇、氩气流200标准立方厘米、功率1.5千瓦;然后在腔74内的压强为6毫乇情况下将氩气流减为150标准立方厘米;闭合开关106，以便为刀片组92提供-50伏特的直流偏压;打开钼靶96前方的闸板114;闭合开关108，用1千瓦功率溅射靶96达32秒钟，以便将厚度约为300埃的钼层淀积在刀片刃口94上。然后闭合闸板114，打开开关106和108，将旋转式传送带88转动90°，使刀片组92与石墨靶98并列。在氩气流为150标准立方厘米情况下将腔74内的压强减为2毫乇;闭合开关110以便用500瓦功率溅射石墨靶78;闭合开关102以便为刀片组92施加320瓦的13.56兆赫射频偏压(-220伏特直流自偏电压)，在此同时打开闸板116达5分钟，以便将厚度约为600埃的DLC覆盖层60淀积在钼层58上。DLC覆盖层60的顶端半径约为400埃，纵横比为1.7∶1，硬度〔使用一种毫微压头(Nanoindenter)X仪器在一个邻近的不锈钢刀片本体平表面上量测〕约为13千兆帕斯卡。如图6所示，用这种方法淀积的覆盖层材料60的喇曼光谱在波数为1543cm-1附近出现宽广的喇曼峰值，这是DLC结构的典型光谱。
然后使用氮气将调聚物层72施加到刀片刃口上。制得的层58、60牢固地附着在刀片本体50上，从而使湿毛毡切割力减少〔头5次切割湿毛毡的最小力(L5)约为0.6千克力〕，并且能经受住这种湿毛毡切割力的反复施加〔第496至500次切割的最小力约为0.76千克力〕，说明暴露在这种毛毡切割试验严酷条件中的DLC覆盖层60基本上未受影响，仍然牢固地附着在刀片本体50上。在切割干毛毡10次之后用显微评价法测定的刃口损伤和脱层明显地少于市场上出售的铬-铂镀层刀片，也就是说少于5个小刃口损伤区(每个这样的小损伤区的尺寸小于20微米，深度小于10微米)并且不出现较大尺寸和深度的损伤区。最后将刀片构件44安装在图2所示类型的夹头构件30中，就能取得极好的剃刮效果。
上面介绍了几个本发明的特殊实施例，熟悉此项技术的人可对此作出各种改变，因此，本发明不受上述实施例或者它们的细节限制，凡是符合本发明原理的各种改变均属于本发明的范围。
权利要求
1.一种制造剃须刀片的方法，它包括以下步骤提供一块基片；在所述基片上做出一个楔形锐利刃口，该刃口具有一个小于30°的夹角和一个小于1，200埃的顶端半径；在所述基片上施加一个射频偏压的同时，在所述锐利刃口上溅射淀积一层金刚石或者金刚石状碳；所述金刚石或者金刚石状碳材料层在所述金刚石或者金刚石状碳材料的最终顶端具有一个小于500埃的半径，并且所述金刚石或者金刚石状碳材料层还具有一个1∶1至3∶1范围的纵横比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征为，所述基片使用机械方法磨制出所述锐利刃口。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为，所述基片上做出的楔型锐利刃口，在离开所述锐利边缘顶端40微米距离内具有一个小于17°的夹角以及一个小于400埃的顶端半径。
4.根据前述任何一项权利要求所述的方法，还进一步包括这样的步骤在所述金刚石或者DLC覆盖的切割刃口上施加一个依附的调聚物层。
5.根据前述任何一项权利要求所述的方法，还进一步包括这样的步骤在所述锐利刃口上淀积一个夹层材料层。然后在所述夹层材料上再淀积所述金刚石或者金刚石状碳材料层，在所述锐利刃口上的所述夹层材料层具有小于500埃左右的厚度，在覆盖锐利刃口的所述夹层上的金刚石或者金刚石碳状材料覆盖层，从所述基片的锐利刃口顶端到离开该顶端40微米距离处，具有至少1，200埃的厚度;所述金刚石碳状材料覆盖层还具有一个由小面确定的最终顶端，这些小面具有至少约0.1微米的长度并构成一个至少为60°的夹角;此外，在所述金刚石或者说金刚石状材料的最终顶端处还具有一个小于400埃的半径。
6.根据前述任何一项权利要求所述的方法，其特征为，所述金刚石或者金刚石状碳材料层是在一个抽真空的腔的氩气氛中淀积的，在所述腔中设置着一个高纯度石墨靶和一块闸板;为所述石墨靶供电;给所述基片施加所述射频偏压;并且打开所述闸板以便在给所述基片施加所述偏压的同时，把所述金刚石或者金刚石状材料淀积到所述锐利刃口上。
7.一种剃须刀片，它包括一个带有楔形刃口的基片以及在所述楔形刃口表面上 加强材料层，所述刃口由一个锐利顶端和小面构成，所述小 开锐利顶端40微米距离内具有一个小于17°的夹角;而所述加强材料层的硬度至少比所述基片硬两倍，并且从所述基片的锐利顶端到离开该锐利顶端40微米距离处至少具有1，200埃的厚 述加强材料层还具有一个由小面确定的最终顶端，这些小面的长度至少约0.1微米，从而确定一个至少为60°的夹角、一个小于0.8千克力的L5湿毛毡切割力、小于50个小刃口损伤区并且不出现较大尺寸或深度损伤区的干毛毡(10次切割)刃口损伤、小于400埃的所述金刚石或者金刚石状材料最终顶端半径、以及一个1∶1至3∶1范围的纵横比。
8.根据权利要求7所述的剃须刀片，其特征为，所述加强材料层是金刚石或者金刚石状碳(DLC)材料，所述材料具有至少13千兆帕斯卡的硬度;坚固的SP3碳键;大于1.5克/厘米3的质量密度;以及在1331cm-1附近(金刚石)或者1550cm-1附近(DLC)的一个喇曼峰值;并且进一步包括在所述金刚石或者金刚石类碳材料层上的一个依附的调聚物覆盖层。
9.根据权利要求7或8所述的剃须刀片，还进一步包括在所述楔形刃口上的一个夹层材料层;所述夹层材料层具有小于500埃左右的厚度。
10.根据权利要求7至9中任何一项所述的剃须刀片，其特征为，所述基片是钢;所述楔形刃口通过多个机械研磨步骤的程序做成;而所述夹层材料层和金刚石或者金刚石状碳材料层用溅射法做成。
11.一种剃须部件，它包括支承结构以及权利要求7至10中任何一项所述的剃须刀片结构，所述支承机械确定多个隔开的皮肤接合面，而所述剃须刀片结构被紧固在所述支承结构上，所述加覆盖层的楔型刃口被安置在所述皮肤接合面之间。
12.根据权利要求11所述的剃须部件，其特征为，所述剃须刀片结构包括两块基片，而所述加覆盖层的楔形刃口被相互平行地安置在所述皮肤接合面之间。
全文摘要
一种包括基片以及金刚石或者金刚石状材料层的剃须刀片；所述金刚石或者金刚石状材料层由夹角小于17°的小面组成，从所述基片的锐利顶端到离开该锐利顶端40微米的距离处层厚至少为1,200埃，并具有一个最终顶端，该最终顶端由长度至少为0.1微米左右、夹角至少为60°的小面构成，从而确定金刚石或者金刚石状材料层的最终顶端半径小于400埃左右，纵横比范围为1∶1至3∶1，硬度至少为13千兆帕斯卡，L5湿毛毡切割力小于0.8千克力。
文档编号B26B21/60GK1068990SQ9210508
公开日1993年2月17日 申请日期1992年6月24日 优先权日1991年6月24日
发明者C·罗伯特·帕伦特, 约翰·马迪拉, 斯蒂文·辛格-海哈恩, 仲平·比特·周, 拉马尔·尤金·布鲁克斯 申请人:吉莱特公司