JPH03501458A - 刃先の成形または修正のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 刃先の成形または修正のための方法および装置本発明は、工作物材料のスパッタ による削除を生じさせるイオン衝撃により刃先を成形または修正するための方法 および装置に関する。本発明は、これに限るものではないが特に、かみそりの刃 の極薄の（超鋭利な）刃先を成形する際に有効である。

出願人が行った理論研究および実験は、かみそりの刃のひげそり性能は、最先端 から味方向へのある距離にわたる刃先の厚さが現行のかみそりの刃の厚さよりも 相当薄くなった場合、著しく改善されることを示している。

（疑義を避けるために、本明細書において、用語「刃先」は、傾斜を付けられた 表面を境界とする、日常用語でいえば、鋭利にされているかみそりの刃の縁の領 域全体を言い、また「最先端」は、かみそりの刃の末端または先端を言う。従来 のかみそりの刃では、刃先は最先端から味方向に約４００〜５００μｍに及んで いる。）刃先の最小厚さは刃材料の降伏強さまたは破壊強さによって決定される 。

英国特許明細書第２１３０９５５Ａ号は、以下の式によって定義される、最先端 から最大４０μｍの断面形状を有する刃先を記載している。

Ｗ−ａｄｎ　・・・・・・（１） 式中、Ｗは、最先端からの距離ｄ（μｍ）における刃先の先端の幅（μｍ）ｓ　 ａは０．８以下の値を有する比例係数、ｎは０．６５〜０．７５の範囲の値を有 する指数である。実際の刃先の場合、ａおよびｎの値は、対数でｄに対するＷを プロットすることにより決定でき、ａは線ｄ−１の切片によって、ｎは直線の傾 きによって得られる。しかし、上式から、事実上、ａは計算された厚さ、すなわ ちｄが１μｍの時の先端の幅Ｗであることがわかる。

実際、現在かみそりの刃に使用されているステンレス鋼の場合、１μｍ地点での 実際の先端の幅すなわち厚さは、ひげそりにおける刃先の損傷を最小限にするた めに０．７μｍより大きく、かつ、好適なひげそりを得るために１．０μｍ未満 とすべきであることがわがている。

指数ｎの値は、これが刃先の形状を決定するので、ａの値と同等またはそれ以上 に重要である。値０．５は放物線を規定し、！１．０は単純なＶ字形を規定する 。従来の刃先は０．７５を超えるｎ値を有しており、前述の英国特許明細書に定 義された刃先は０．６５〜０１７５のｎ値を有している。

式（１）はいずれの材料で作られた刃先にも有効であるが、ａを鋼と同じ数の範 囲に維持するには、他の材料については、以下の式に修正される。

式中、ｍは鋼の降伏強さに対する当該材料の降伏強さの比である。綱より大きい 降伏強さを持つ材料の場合、その刃先は、対応する鋼の刃先よりも薄くなるとい う結果になる。

上記の英国特許明細書は、ステンレス鋼の基材の刃先およびステンレス鋼よりも 大きい降伏強さを持つ材料の被覆から成る刃先である複合刃先も記載している。

この場合、複合刃先の断面形状は以下の２式を満足しなければならない。

Ｗ３≧（Ｗ−２ｈ）　ａ２ｄ”　−＝　（４）式中、ｈは最先端から距離ｄ（μ ｍ）における被覆の厚さくμｍ）である。

こうした複合刃先を作成する方法は、国際出願公開番号ＷＯ３７１０４４７１（ ９−ｏツバ出願番号第０２５５８３４号に対応）に記載されている。

この明細書は、式、 Ｗ≦ａｄｎ　・・・・・・（５） となるような断面形状を有する基材の刃先が、その材料よりも硬い（すなわち、 より大ざい降伏強さを有する）材料で蒸着またはスパッタ法により被覆される製 法を記載しており、この製法では、必要な場合、別な元素または化合物の被覆の 形成が望まれる際は別な元素の化合物の気体または気化分子の存在のもと、１０ −２ミリバ一ル未満の圧で被覆され、同時に蒸着速度より小さい速度で蒸着材料 のスパッタによる削除を生じさせるのに十分な質量およびエネルギーのイオンに よって刃先にイオン衝撃を受けさせながら、蒸着材料により形成される以下の式 （６）および前述の式（４）により規定される断面形状ならびに最先端の半径５ ００Ａ未満を有する刃先が得られる。

この製法で使用するために必要な幾何学形状を有する基材の刃先は、従来の機械 的な研削方法によりて一様に製造することは困難である。

刃先のスパッタによる研削および単一イオンビームによる研削についての初期の 提案は、例えば、英国特許明細書第１３５０５９４号、第１５４４１２９号およ び第１５４４１３０号で行われている。刃先が単一方向のイオン流により直角に 衝撃された場合に作られる夾角（ａ）は以下の式によって定義されることが数学 的に示される。

α−π−２θＣ川・・・（７） 式中、θＣはスパッタによる削除速度が最大になる時の基材の刃先に関するイオ ンの入射角である。より小さい先端角度、すなわち薄肉の刃を得るには、θＣの 値を大きくしなければならないことになる。これは、イオンエネルギーを高める か、イオン質量を小さくするかのいずれかによって得られる。出願人は、３０″ 未満の先端角度を得る際に深刻な実際上の制約があることを承知している。イオ ンエネルギーを増大することは過熱につながり、刃の先端の軟化をもたらし、一 方、低質量のイオンは相当低いスパッタ降伏を持ち、受は入れがたいほど長期の 処理時間が必要になる。

出願人は、イオンの質量およびエネルギーに関して単一イオン源の使用により課 せられる制約が避けられるものであり、刃先がその一部である刃の範囲内にあっ て刃先に連なる平面の各側に１ずつ置かれた、２のイオン源を用いたイオン衝撃 による刃先の両面からの材料のスパッタによる削除によって、小先端角度を有す る刃先がいっそう容易かつ一様に得られることを承知している。この方法は、全 種類の適切な材料に関して、すなわちステンレス鋼ならびに、サファイヤ、窒化 ホウ素および窒化チタンなどステンレス鋼よりも大きい降伏強さくまたは脆性材 料の場合は破壊強さ）を有する材料に関して、英国特許明細書第２１３０９５５ Ａ号の要求条件に適合する刃先を製作するために使用できる。従って、国際出願 番号ＷＯ３７１０４４７１号の製法に要求される基材の刃先を作成するために使 用できる。

また、この方法は、広範な他の断面形状を有する刃先を作成するために使用でき る。

従って、本発明の一面に従えば、かみそりの刃の刃先を形成または修正する方法 であって、積み重ねて束にしたかみそりの刃を真空室内で２のイオン源によって イオン衝撃を受けさせ、イオン源は、束の内にあって刃の主要表面に平行な平面 の両側に位置し、束のかみそりの刃の刃先に向けられた各自のイオンビームの軸 を有しており、イオン衝撃は、かみそりの刃が成形される材料に関して、各自の 刃先を成形または修正するために刃先の両側で刃の材料のスパッタによる削除を 生じさせるのに十分な質量およびエネルギーのイオンによって実施される方法が 提供される。

本発明の別の面に従えば、本発明に従った方法を実行するための装置であって、 気密可能な真空室ど、その中の工作物保持器およびイオン衝撃を生じさせる２の イオン源とを有し、このイオン源は工作物保持器に取付けられた束のかみそりの 刃に含まれる平面の両側にあるように、かつ、イオン源によって生じるイオンビ ームの軸は刃の束が所定の通りに取付けられた時にかみそりの刃の刃先に向けら れるように位置している装置が提供される。

この装置の好ましい実施例では、各イオン源は、束のかみそりの刃にある軸を中 心とする弧に関して放射状に整列され、規定の弧に沿って角移動できる。このよ うにして、装置は、必要な場合単独処理の過程で、様々な衝撃角を与えるように 容易に修正できる。

また、本発明の方法は、２段階製法の一部としても使用でき、この製法では、初 めに鋭利な刃先がステンレス鋼などの基材で成形され、次に第２段階で国際出願 番号ＷＯ３７１０４４７１号に記載されたものと類似の手順で基材よりも大きい 降伏強さまたは破壊強さを有する被覆材料の同時蒸着による本方法が実施される 。第２段階において、イオン衝撃は、被覆を付着と同時に精製成形するために利 用できるが、当然、イオン衝撃による材料削除の速度は、蒸着速度よりも小さく すべきである。

本発明の方法で使用する衝撃イオンは、かみそりの刃の材料（または被覆材料） に対して不活性または反応性とすることができる。イオン衝撃のパワー密度は、 かみそりの刃の熱崩壊、特に後者の降伏強さが生じるほど大きくすべきではない が、原則として、この制限を前提として、加工時間が最小限になるように可能な 限り大きくすべきである。ステンレス鋼の場合、最大のパワー人力は熱崩壊を避 けるために５　Ｗ　／　ｃ−未満とすべきであることがわかっている。

一般に、衝撃イオンとしては不活性ガス、より好ましくはアルゴンガスを使用す ることが望ましいが、使用できる他のガスとして、例えば窒素または酸素がある 。

ここで、本発明のいうそうの理解のために、適切な装置およびこの方法を実施す る個々の様式は、例としての添付図面を参考に説明する。

第１図は本発明に従った装置の好ましい実施例の略図、第２図は実施方法の一定 の変数を図示するための第１図の一部の拡大断面図、 第３図は異なる２材料についてのＳｌ　０曲線を示し、第４図から第７図は個々 の衝撃角の値およびそれらの使用により得られる予測効果を示す第２図に類似の 図、第８図は刃先の基材の成形を実施し、その上に形成された被覆を成形する装 置の好ましい実施例の略図、第９図は４の刃を１束とする刃先の端の略図、第１ ０ａ図および第１０ｂ図は刃の束の回転を示す第８図に類似の図である。

第１図について説明する。装置は、必要な低圧まで真空に引くことができる真空 ポンプ装置（図示せず）に接続された気密可能な真空室１０を有する。この真空 室は、いずれかの希望の単数または複数のガスを導入するための手段および質量 流量制御装置が付与されている。真空室は、工作物保持器１１およびこれに保持 されるかみそりの刃の束から成る工作物１２を含む。かみそりの刃は、図のよう に、端を寄せて各自の刃先を下方にして向けられている。工作物保持器は好まし くは水冷式ナイフの形をとる。この保持器は、負バイアスをかけるために０〜− ５ＫＶに調整できるＤＣ電源に電気的に接続されている。

真空室はまた、イオン衝撃を生じるための２の可動イオン源１３および１４を有 する。イオン源１３および１４は、工作物１２の範囲内にある平面１５の両側に 位置し、工作物１２にある軸を中心とする弧１６に関して放射状に整列されてい る。イオン源１３および１４は、放射状の整列を保ちながら、弧１６に沿って角 移動できる。こうした角移動のために、イオン源は、平面１５および、イオン源 １３および１４によって放射されるイオンビームの中心線に関して約１０°　（ １３ａ、１４ａに破線で示す）から９０”　（１３ｂ、１４１）に破線で示す） まで移動できるように取付けられている。

装置は、真空室を開けた時、すなわち作業の前に装置を設定する時にイオン源１ ３および１４０角調整が手動で行えるようになっているか、または、好ましくは 、真空室が開いておらず作業が行われている間、各イオン源が個々に角移動でき るように、駆動装置（図示せず）が真空室内に装備される。イオン源は、個別の 電源およ・びその制御装置ならびに個別のガス供給源およびその質量流量制御装 置が付与されている。

イオン源は、いずれの適切な商用装置が可能である。

運転中、イオン源は、通常、２００ｖ以上の電圧で、好ましくは１０００〜１５ ００Ｖの電圧で、また２０〜１００ｍＡ、好ましくは４０〜８０　ｍ　Ａ、の電 流で作動する。イオンを供給するためのガス流量は、通常、２〜１０ｍ　ｌ／分 、好ましくは３〜５ｍ１／分である。基材のバイアスは好ましくは０〜−３ＫＶ である。

上述のイオン源１３および１４の軸と平面１５との間の角度、すなわち衝撃角は 、第２図においてさらに明確に示される。β′およびβ′で指示されるこの角度 は、それぞれイオン源１３および１４によって放射されたイオンビーム１７およ び１８の中心軸と平面１５との間の角度である。工作物１２の両面に対称的な効 果を得ることが必要な場合、角度β′およびβ′は同一であり、非対称の製品を 得るには、これらの角度は以下のように異なる。単一の角度βが以下に述べる場 合、β′およびβ′は同一であることが理解される。

本発明に従った方法によって得られる効果は大きく係数によって異なる。所与の 衝撃イオン、電圧および電流（通常、アルゴンであって、それぞれＩＫＶおよび ８０ｍＡである）について、削除される材料のＲ（Ｓ）と入射角、すなわちビー ムが表面の法線となす角（θ）との間には関係がある。この関係は（Ｓ、θ）曲 線としてプロットでき、こうした曲線は、多数の材料について確定され、文献に 発表されている（例えば、Ｇ、Ｃａｒｔｅｒｓ’Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｅｆｆｅ ｃｔｓ　’　、１９７７　（３１）　、ｐ、６５−８７．（Ｇ、カーター他、「 放射効果Ｊ、１９７７年（３１）　、６５−８７頁）参照）。

典型的な（Ｓ、θ）曲線を第３図に示す。この図では、削除される材料の量Ｓ（ μｍ）が入射角に対してプロットされている。曲線Ａはステンレス鋼について、 曲線Ｂは１０原子％の窒素を含有するホウ素／窒化ホウ素混合物についてのもの である。両材料について、衝撃の条件は、上述の通り、衝撃イオンはアルゴン、 電圧ＩＫＶ。

電流８０ｍＡであり、処理は１０分間続けた。

この条件のもと、ステンレス鋼の最大削除は６０〜６２１の入射角において、一 方ホウ素／窒化ホウ素混合物の場合は約５５″においてであることがわかる。

衝撃角βおよび衝撃時間の各種組合せによって得られた予測効果（コンピュータ モデルによる）は、例えば、第４図から第７図に図示しである。これらの各図は 、電圧ＩＫ■、電流８０ｍＡにおいてアルゴンイオンを用いたステンレス鋼の刃 先の衝撃を示す。実線は衝撃を受ける前の刃先の表面を示し６．破線（または鎖 線）は衝撃後の刃先の表面を示す。また、右側の数字はμｍで示す最先端からの 距離である。

第４図は２０″′で５分間の衝撃を示す。半角１０”を有する小面が成形され、 刃の薄肉化をもたらす。

２０°を超える衝撃角において、最大の浸食が生じ、１０”未満の小面角度を作 る。しかし、最先端から相対的に削除される刃先の一部の数ミクロンの部分を削 除する効果はご（わずかであり、先端領域の薄肉化は（２０°の衝撃角によるよ りも）緩慢である。

第５図は６０″′で３０秒間の衝撃を示す（この図の縮尺は第４図よりもかなり 大きいことを指摘しなければならない）。

この角度では、最大の浸食が（刃の表面に対する法線が刃の軸にある）最先端で 生じ、最先端がより大きな先端半径に厚肉になるような「切頭」効果をもたらす 。

第６図は、一方のビームが００に、他方のビームが３０＠に整列されており、衝 撃が１０分間行われる非対称処理によって得られる効果を示す。

結果として得られた刃先は非対称（たがね形）であり、こうした刃先はある種の かみそりで好ましいものである。

第７図は、刃先の機械仕上げによって生じる欠陥を修正するための２ビームイオ ン衝撃の利用を示す。最初の刃先は折り返しのある最先端を有している。２０° の角度で両ビームにより衝撃することにより、対称形の鋭利な最先端（内側の破 線）を持つ相当薄肉の刃先が得られる。

第４図から第７図までの前述の各実施例は、１または複数の衝撃角か選択され、 処理全体において維持される処理を説明している。しかし、１または両方のイオ ン源の衝撃角は、効果の組合せを得るために処理の過程で断続的にまたは連続し て変化できる。

基材成形および成形被覆の形成を実施するための装置の好ましい実施例は第８図 に示す。この装置は、本質的に第１図の装置と同様であり、同一要素は同一の参 照番号を付与されているが、第８図の装置は、適切な電源が付与された電子ビー ム蒸発装置を付加的に有している。

この電子ビーム蒸発装置は、いずれの適切な商用装置が可能である。

使用中、初め電子ビーム蒸発装置は作動せず、２のイオン源が基材の刃先の希望 の形状を得るために作動する。

これが得られると、電子ビーム蒸発装置が希望の被覆材料または、被覆材料が化 合物の場合はその成分を気化するために作動し、その際、イオン源は作動し続け る。蒸着が開始された時点からは、当然、イオン源によるスパッタ削除の速度は 、蒸着速度よりも小さくすべきであり、イオン源の作動はこれを確保するために 調整されなければならない。

イオン源の作動は、一般に、第１図に関して上述のようにすることができる。電 子ビーム蒸発装置の適切な条件は、例えば、ビーム電圧５．５〜１０ｋＶ、好ま しくは約１０ＫＶで、ビーム電流１００〜５００ｍＡ、好ましくは１５０〜３５ ０ｍＡである。

図示した実施例が電子ビーム蒸発装置を有するのに対して、被覆材料またはその 成分は、スパッタリング、抵抗蒸着または誘導加熱など他の方法によって蒸着の ために蒸発させることができる。

適切な被覆材料には、例えば、金属の酸化物、窒化物、炭化物およびホウ化物な らびに、金属とその酸化物、窒化物または炭化物の混合物がある。好ましい被覆 材料は、アルミナ（サファイア）、炭化タングステン、窒化チタン、炭化ホウ素 、窒化ホウ素、ホウ素と窒化ホウ素との混合物およびダイヤモンド状炭素などで ある。

ＴｉＮおよびＢＮなどの窒化物被覆は、好ましくは、チタンまたはホウ素などの 金属の、希望の金属窒化物により形成される被覆に必要な量だけ真空室１０に存 在する窒素との電子ビーム蒸発により形成される。１０原子％窒素を含有するホ ウ素／窒化ホウ素の被覆などの、当該窒化物と対応する金属との混合物から成る 被覆も興味深い。こうした被覆は、希望の蒸着金属のその窒化物への希望の転換 を行うために必要な量に真空室内に存在する窒素量を制限することによって得る ことができる。

上記のホウ素／窒素ホウ素混合物は、３０００〜４０００ｋｇ／−のビッカース 硬度を有しており、２０００ｋｇ／−のビッカース硬度である窒化チタンよりも 著しく硬質である。

ＴｉＣおよびＢ４Ｃなどの炭化物被覆は、好ましくは同様の方法で形成されるが 、この場合、窒素に代わって存在する、希望の炭化物を形成するための炭素量を 供給するのに十分な炭化水素の量の気体または気化炭化水素が用いられる。

Ａｌ２Ｏ３などの酸化物被覆は、好ましくは直接蒸発されるが、前述と同様の方 法によっても形成でき、この場合、窒素に代わって存在する、希望の酸化物を形 成するための酸素量を供給するのに十分な量の酸素が用いられる。

使用することができるさらに別な被覆材料はダイヤモンド状炭素であり、その被 覆の形成は別な選択方法によっても行える。この材料は炭素だけから構成される ので、真空室内に直接またはイオン源を介して気体または気化炭化水素の導入に よつて被覆を作ることができる。適切な炭化水素には、例えば、メタン、ブタン 、プロパンおよびアセチレンがある。そのイオン衝撃は、当然、他の被覆材料に ついて説明したのと同様に実施される。さらに、イオンビームにより同時に衝撃 を行いながら、ダイヤモンド状炭素を形成するために、高周波グロー放電を蒸着 室内で使用することができる。

単一の化合物または混合物によって形成される被覆について上述したが、２以上 の異なる材料の被覆（すなわち多層被覆）も、本発明に従った方法によって形成 することができる。２以上の層の被覆の形成は、主として、外側または最終被覆 が基材の刃先に対して希望の付着力を持たない場合に関心が持たれる。こうした 場合、第一の被覆は、基材に対して良好な付着力を有し、かつ、希望の外側の被 覆がそれに対して良好な付着力を有する材料によって形成され、その後に外側の 被覆が形成される。

−例は、クロムまたはチタンなどの金属の中間層に蒸着された場合のダイヤモン ド状炭素の改善された付着力である。

この製法のイオンビーム形成相において観察される現象は、刃先への材料の帯の 形成である。光学顕微鏡によって最良に観察されるこれらの帯は、刃の最先端に 平行に存在する。

こうした帯の形成は、束の隣接する刃によって各刃先の一部にイオンビームの陰 影が生じることが原因であり、帯の位置は衝撃角によって異なることがわかって いる。

この現象は、第１図および第８図に示す向きの、４の刃の１束を示す第９図に図 示されている。刃は、通常、１００μｍである本体厚さｔおよび、通常５００μ ｍである刃先の深さまたは小面長さｆを持つ。４０″の衝撃角では、刃２０の刃 先は、隣接する刃２１の先端によって点ＡからＺまでイオンビームの陰影が生じ 、２５″の衝撃角では点ＢからＺまで陰影が生じる、という具合になる。５００ μｍの小面長さについて、小面にまったく陰影゛効果を生じない場合は６°以下 の衝撃角の場合だけであるが、実用目的では、１０°未満の角度は使用中にいか なる悪影響も生じない。

陰影の結果、当該の点Ａ、Ｂ・・・・・・の上の小面部分はイオンビームによっ て衝撃されず、刃２０および２１の衝撃を受けた部分の削除された材料が衝撃さ れていない部分に再付着し、削除された材料の膜を生じる。この材料こそ小面に 帯として見えるものに他ならない。こうした帯の形状は、刃の使用中に、その部 分の材料が下層の基材から容易に剥離してしまうので、好ましくない。さらに、 この剥離は、本製法の第２段階で蒸着できる硬質被覆、スパッタによるクロムも しくはクロム・白金または、かみそりの刃の刃先に従来適用されているポリテト ラフルオロエチレン被覆といった、製法のその後の段階で蒸着される被覆の損失 の原因となり、こうした被覆の損失はかみそりの刃の性能を著しく低下させる。

また、陰影は、点Ａ、Ｂ・・・・・・からＺまでの各領域の蒸着材料が同時イオ ン衝撃を受けないために、製法の蒸着相において好ましくない効果をもたらすと いうことも考えられる。このことは、被覆が適正に精製成形されることを妨げ、 その結果、厚肉で付着不良の被覆をもたらす。

陰影効果およびこうした好ましくない帯の形成は、（１）約１０°未満の小さい 衝撃角の使用、（！ｌ）束の刃の間の挿入物の使用およびｃｉｉｉ　＞平面１５ （第１図および第８図）にあって刃先に垂直な軸についての束の回転によって、 避けることができる。

これらの選択方法の第２の方法に関して、ｔが１００μｍでありｆが５００μｍ である刃の場合、束の各月の間に刃２枚分の厚さを持つ挿入物の使用により、２ ６″までの衝撃角が陰影効果を伴わずに使用できる。

挿入物の厚さと最大衝撃角との適切な組合せは、他の刃の幾何学形状について、 容易に解法または経験的に決定できる。

上記の選択方法の第３の方法は第１０ａ図および第１０ｂ図に示す。第１０ａ図 は、第８図に示す配置の概略図であり、これまで述べた刃先の配向と同様である 。

また、平面１５（第１図および第８図）にあって刃先に垂直な軸２２も示す。刃 の束が軸２２について９０°回転した場合、第１０ｂ図に示す配置が得られる。

説明上、第１０ａ図の配向を０°、第１０ｂ図の配向を９０″とみなし、これら の限界地の間の刃の束の配向角度をφと呼ぶ。

ビーム設定角θ（イオンビームの軸と軸２２との間の角度）と、衝撃角β、刃の 束の配向角度φとの間の関係は、以下の式で与えられることが数学的に導かれる 。

ｓｉｎβ−５ｉｎθ　ｃｏｓφ ビーム設定角が２５°の場合、衝撃角１０＠は刃の束の配向角度６５°によって 得られ、衝撃角６°は刃の束の配向角度７５°によって得られる。第９図に示す 幾何学形状を有する刃に関して、６５＠から７５１の間の刃の束の配向角Ｉによ って、陰影効果がほとんどまたは完全に避けることができる。

本発明をさらに完全に理解するために、以下の実施例を例示としてのみ示す。

実施例１ ステンレス鋼のかみそりの刃の刃先の成形を第１図に示す装置で実施した。イオ ン銃１３および１４は３０．０ｍｍコーフマン（Ｘａｕｒｍａｎ　）イオン銃で あり、β角２５°で対称的に位置している。基材保持器はイオン源の上３００ｍ ｍに位置しており、この距離で、イオンビームは最大電流密度約１ｍＡ／ｃｄを 可能にする約１００１の直径を有している。イオンのエネルギーは１．５ＫＶに 設定された。

工作物は、鋭利にされたステンレス鋼の束であり、図に示すように整列された。

刃先は従来の機械研削により形成されている。刃先の形状は、処理の前に、英国 特許明細書第２１３０９５５Ａに記載された技術を用いて刃先の既定部分で測定 した。

真空室を閉じて、気密し、１０’ミリバ一ル未満の圧まで真空に引いた後、各イ オン銃に３．３ｍｌ／分でアルゴンを収容し、その結果真空室の圧はｌＸｌ０’ ミリバールまで上昇した。イオン銃を作動し、５０ｍＡのビーム電流を用いて１ ０分間衝撃を実施した。刃を真空室から取り出し、それぞれの先端の形状を処理 前と同じ刃先の既定部分で再び測定した。

得られた結果は以下の通りである。

最先端からの距離（μｍ）　先端の幅（μｍ）処理前　処理後 ０．２５　０．２４　０．２１ ０．５　、　０．４１　０．３５ １．０　０．６４　０．５５ ２．０　１．００　０．９１ ４．０　１．６３　１．５２ ８．０　２．７１　２，６０ １２．０　３．６６　３．５１ １６．０　４．５１　４．３６ ２０．０　５．３０　５．１４ ３０．０　７．１３　６．９４ ４０．０　８．８６　８．６６ 形状の測定値は刃先が薄肉化されたことを示す。

テンレス鋼のかみそりの刃の刃先の形成を第８図に示す装置で実施した。

イオン銃１３および１４、各自の配向およびイオン銃からの工作物保持器の間隔 は第１図に示す通りである。

電子ビーム蒸発装置１７は、１０ＫＶ工１／クトロテツク（Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅ ｃｈ　）　Ｅ　Ｔ　１５であり、ホウ素が充填された。

機械的に研削されたステンレス鋼の刃を工作物保持器に取付けてから、−３Ｋ　 Ｖの負バイアスが工作物保持器に適用された点を除き、実施例１の説明と同様に アルゴンイオン衝撃を実施した。この実施例に述べた１０分間の最後に、各イオ ン源への３．３ｍｌ／分のアルゴンとともに、２０ｍ１／分の窒素を轟空室内に 導入し、イオン銃のビーム電圧を１．５ＫＶ、工作物保持器に適用される負バイ アスを一３ＫＶに維持しながら、ビーム電流を５０ｍＡから６０ｍＡに増加させ た。

同時に、すなわち窒素の導入と同時に、電子ビーム蒸発装置をビーム電圧１０Ｋ Ｖ、ビーム電流２１５ｍＡを用いて作動させた。この第２段階の蒸着の期間、真 空室の圧は１．ｌＸ１０−４ミリバールに維持された。同時イオン衝撃によるこ の蒸着段階は１０分間継続された。

処理後、刃先は実施例１と同様に測定した。以下の結果が得られた。

最先端からの距離（μｍ）　処理後の先端の幅（μｍ）０、　１　０．　１５ ０、　２５　０．　２５ ０、　５　０．　３８ １、ＯＯ，５６ ２、００，８５ ４、０１，６９ ８，０２，９０ １２，０３，９０ １６，０４，９０ ２０，０５，２４ ３０，０７，２３ ４０，０９，２３ 算定　ａ値：０．７４ ｎ値Ｈ０，６７ これらは、被覆厚さおよび降伏強さを考慮して、式（４）および（６）により計 算したものである。断面形状は、式（４）および（６）に規定する限界値の範囲 にあることがわかる。

実施例３ 実施例２と同様であるが、束の刃の間に挿入物を用い、陰影の帯の形成を避ける ために上記の垂直軸（手順（１１）および（１１！　）　）について刃の回転を 伴った。

設定は、（ｉ）の束の各月が刃１枚分の厚さを有する挿入物によって隣接する刃 と分離されている点、（１１）刃の束が１０°の衝撃角βを得るために６５″の 角φまで回転される点を除き、実施例２と同様である。

イオンビーム研削は、各イオン源についてビーム電圧１．５ＫＶ、ビーム電流４ ５ｍＡを用いて、５分間実施した。基材のバイアスは０であった。

この５分間の研削／清浄期間の最後に、真空室内に５０ｍ１／分の流量で窒素を 導入し、同時に、ビーム電圧１０ＫＶ、ビーム電流２６０ｍＡを用いて電子ビー ム蒸発装置を作動させた。同時イオン衝撃による蒸着は７分間継続した。その後 、結果として得られた刃の刃先は実施例１および実施例２と同様に測定した。

以下の結果が得られた。

最先端からの距Ｍ（μｍ）　処理後の先端の幅（μｍ）０、２５　０．　３１ ０、　５　０．５８ ０、　７５　０．７０ １、０　０．８５ ３、０　１．　５８ ４、０　１．８９ ６、０　２．４７ ８、０　３．　００ １０．０　３．４９ １２、０　３．　９６ １４．０　４．４０ １６、０　４．８２ ２０、０　５．６４ ２５、０　６．６２ ３０、０　７．５６ ３５．０　８．４８ ４０．０　９．４０ 算定　ａ値：０，８２ ｎ値：０．６に れらは、被覆厚さおよび降伏強さを考慮して、式（４）および（６）により計算 したものである。断面形状は、式（４）および（６）に規定する限界値の範囲に あることがわかる。

こうした超鋭利な刃先を従来の刃先の幾何学形状のステンレス鋼の刃先と比較す るびげそり試験において、超鋭利な刃先は、著しくすぐれたひげそり性能を有す ることを示した。

９臀 ７下 Ｆｔａ、　ＩＯσ ＦＩＧ、　１０ｂ。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．かみそりの刃の刃先を成形または修正する方法であって、積み重ねて束にし たかみそりの刃を真空室内で２のイオン源によってイオン衝撃を受けさせること を含み、イオン源は、束の範囲内にあって刃の主要表面に平行な平面の両側に位 置し、束のかみそりの刃の刃先に向けられた各自のイオンビームの軸を有してお り、イオン衝撃は、かみそりの刃が成形される材料に関して、各自の刃先を成形 または修正するために刃先の両側で刃の材料のスパツタによる削除を生じさせる のに十分な質量およびエネルギーのイオンによって実施される方法。 ２．請求項１記載の方法であって、イオン衝撃がＷ≦ａｄｎ、ここに、Ｗは最先 端からｕｍ単位での距離ｄにおける刃先の先端のｕｍ単位での幅、ａは０．７〜 １．０の比例係数、ｎは０．６５〜０．７５の範囲の値を有する指数である、で 表される刃先を与えるように実施される方法。 ３．請求項１または２記載の方法であって、かみそりの刃がステンレス鋼で成形 される方法。 ４．請求項１または２記載の方法であって、かみそりの刃がステンレス鋼よりも 大きい降伏強さまたは破壊強さを有する材料で成形される方法。 ５．請求項１４のいずれかに記載の方法であって、衝撃イオンがアルゴン、窒素 または酸素のイオンである方法。 ６．請求項１から５のいずれかに記載の方法であって、イオン衝撃が、ビーム電 圧１０００〜１５００Ｖおよびビーム電流４０〜８０ｍＡで作動するイオン銃と 、３〜５ｍ１／分の衝撃イオンを生じるガス供給源と、０〜−３ＫＶのバイアス にあるかみそりの刃の東によって実施される方法。 ７．請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、刃先の成形または修正に 続いて、かみそりの刃の材料と異なる材料が、蒸着材料の被覆を付着と同時に精 製成形するためにイオン衝撃を継続しながら、刃のイオン衝撃を受けた表面上に 蒸着され、その際イオン衝撃による材料の削除速度は蒸着速度よりも小さい方法 。 ８．請求項７に記載の方法であって、かみそりの刃がステンレス鋼で成形され、 刃先に被覆される蒸着材料がステンレス鋼よりも大きい降伏強さまたは破壊強さ を有する材料である方法。 ９．請求項８記載の方法であって、蒸着材料がサファイア、窒化ホウ素、窒化チ タン、ホウ素と窒化ホウ素との混合物またはダイヤモンド状炭素である方法。 １０．請求項８または９に記載の方法であって、最初のイオン衡撃およびその後 のイオン衝撃段階による被覆は、以下の２式、 ａｄｎ≧Ｗ≧（１／√ｍ）ａｄｎ Ｗ３≧（Ｗ−２ｈ）ａ２ｄ２ｎ ここに、Ｗは最先端からｕｍ単位での距離ｄにおける刃先の先端のｕｍ単位での 幅、ａは０．７〜１．０の比例係数、ｎは０．６５〜０．７５の範囲の値を有す る指数、ｍはステンレス鋼と蒸着材料との降伏強さの比、ｈは最先端からｕｍ単 位での距離ｄにおける被覆の厚さのｕｍ単位での幅である、で表される刃先を与 えるように実施される方法。 １１．請求項７から１０のいずれかに記載の方法であって、蒸着材料またはその 成分が電子ビーム蒸発により蒸発される方法。 １２．請求項１１記載の方法であって、電子ビーム蒸発装置が約１０ＫＶのビー ム電圧および１５０〜３５０ｍＡのビーム電流で作動する方法。 １３．請求項１から１２のいずれかに記載の方法であって、イオン衝撃が、束の 範囲内にあって両イオンビームの軸を含む平面と９０°以外の角をなす刃の主要 表面に平行な平面に関して生じ、角は刃の刃先の全体が実質的にイオンビームを 受けるような角である方法。 １４．請求項１記載の方法を実施する装置であって、気密可能な真空室と、その 中に工作物保持器およびイオン衝撃を生じさせる２のイオン源とを有しており、 イオン源は工作物保持器に取付けられたかみそりの刃の束の範囲内にある平面の 両側にあるように、かつ、イオン源によって生じるイオンビームの軸がかみそり の刃の束が所定の通りに取付けられた時にかみそりの刃の刃先に向けられるよう に位置している装置。 １５．請求項１４記載の装置であって、各イオン源がかみそりの刃の束が所定の 通りに取付けられた時に刃の束にある軸を中心とする弧に関して放射状に整列さ れており、弧に沿って角移動できる装置。 １６．請求項１４または１５に記載の装置であって、真空室が、工作物保持器に 取付けられたかみそりの刃の束に材料を蒸着するために配置された電子ビーム蒸 発装置を付加的に有する装置。