TW200924930A - Thin film coating of blades - Google Patents
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Description
200924930 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關改良的剃刀和剃刀刀片，及用於製造具有 銳利且耐用刀刃的剃刀刀片或類似的切削工具之方法。 【先前技術】 . 剃刀刀片通常由適宜的基板材料（諸如金屬或陶兗）形 - &。形成於刹刀刀片之邊緣具有模形結構，該㈣結構具 #頂點邊緣或刀尖’該頂點邊緣或刀尖具有小於大約1000 #之半徑’該等楔形表面具有小於3〇。之夾角。由於到鬚 動作劇烈且經常導致刀片邊緣損帛，為增加刮鬚能力，已 建議使用-或多層額外塗層材料以用於到鬍便利，及/或 為增加刮緣之硬度、强度及/或抗腐蝕性。已建議許多該 等塗層材料，諸如聚合材料、金屬和合金，以及其他包括 金剛石和類金剛石碳材料之材料。金剛石和類金剛石碳材 料之特徵為可具有堅固的sp3碳鍵；質量密度大於㈣立 〇 方A刀，且拉曼峰在大約133 cm•丨（金剛石）或大約1550 cm-丨 (類金剛石碳）。額外材料之各該或該等層令人想望地提供 諸如改良的刮鬚能力、改良的硬度、邊緣强度及/或抗腐 -性等特徵，同時沒有不利地影響刮緣之幾何形狀和切削 ▲果…：而，由於金剛石或類金剛石塗層邊緣對於基板之 横形邊緣具有較差的枯著力且自基板之模形 邊緣剝離之傾 向，該等建議不曾令人滿意。 【發明内容】 月係扎一用於形成一剃刀刀片之方法。該方法包含 133196.doc 200924930 以下步驟： a) 提供一基板； b) 在該基板上形成一楔形銳化邊緣，其具有一小於％度之 夹角及一小於1，000埃之刀尖半徑； c) 放置該基板於一真空室中； d) 放置一第一固體乾於該真空室中； . e)提供—待離子化之氣體於該真空室中；及 φ 〇藉由脈衝施加-負電壓至該第-固體靶而自該第一固體 乾産生離子，該等離子形成一薄膜塗層於該基板上之該模 形銳化邊緣。 第固體乾可為金屬、碳或蝴。該金屬可係選自由下列 組成之群組：鋁、鈮、锆、鉻、釩、鈕、鈦、鎢、鎳、 姶、矽、錮，及包含該群組之該等元素中之任意組合之一 合金。 該方法可包含額外的步驟：g)藉由脈衝施加-第二較低 © 負電壓至該第一固體靶以自該第一固體靶産生額外的離 子孩等離子形成一薄膜塗層於該基板上之該楔形銳化邊 婊上。 该方法可包含額外的步驟：g)在步驟f)期間圍繞一轴柩 .轉該基板。 瀛方法可包含額外的步驟：g)放置一第二固體靶在該真 空室中及h)藉由脈衝施加一負電壓至該第二固體靶而自該 第一固體乾產生離子’該等離子形成一薄膜塗層於該基板 上之該換形銳化邊緣。該第二固體靶可放置在相對於該基 133196.doc 200924930 板之與該第一固體靶不同的位置。 以峰值功率密度在範圍在0·1 kw/cm2至20 kw/cm2之間之 脈衝中發展之方式提供步驟f)之脈衝。以在5 Hz至10,000 Hz之範圍内的脈衝頻率提供步驟〇之脈衝。步驟之脈衝 可被産生以具有在_100 V至_1〇〇〇〇 V之範圍内的電壓。步 驟f)之脈衝可被產生以具有在1〇卜3至1〇〇〇〇 Μ之範圍内的 持續時間°步驟f)之脈衝可被産生以具有在0.1至10 A/cm2 ❹ 之範圍内的靶上電流密度。 基板可在-20 V至-1000 v之範圍内予以偏壓。 氣體可係選自由下列組成之群組：惰性氣體諸如氬、 氮、氣、氣，和反應性氣體諸如氮氣、甲烷、乙炔、氧 氣，及包括惰性氣體及反應性氣體之所有可能的組合。氣 體可在1至10毫托之範圍内的壓力下。 【實施方式】 參考圖1，刮鬍單元10包括用於附接至剃刀握柄之結構 Φ 及由耐衝擊塑料模製之平臺構件12,其包括向前定義、橫 向地延伸的皮膚接合表面14之結構。具有銳化邊緣18之前 刀片16及具有銳化邊緣22之後刀片20安裝在平臺構件12 -上。模製塑料之蓋件24具有定義皮膚接合表面26之結構， 其配置在刀片邊緣22的後面，且到鬍輔助複合物28附於蓋 件24上。 ' 圖2所示之刮鬍單元3〇具有Jac〇bs〇n所有之美國專利案 第4,586,255號中所示之形式，且包括具有前部34及後部36 之型體32。防護構件38、前刀片單元4〇及後刀片單元芯係 133196.doc 200924930 彈性地固定在型體32中。各刀片單元4〇、42包括具有銳化 邊緣46之刀片構件44。刮鬚輔助複合物牦摩擦地固定在後 部3 6之凹部中。 刀片16、20及44之邊緣區域的概略示圖係顯示於圖3。 刀片包括具有以一系列邊緣形成操作而形成之楔形銳化邊 緣之不錄鋼本體部分50，該等邊緣形成操㈣括研磨操 " 作、粗珩磨操作、及精珩磨操作，形成具有半徑通常小於 ❹ 1，〇〇〇埃之刀尖部分52 ’其具有以小於大約3〇。之角度發散 且與粗珩磨面58、60合併之精珩磨面54及56。更佳地，刀 尖。P刀52具有小於750埃之半徑及小於大約3〇。之夹角，且 最佳地，刀尖部分52具有小於5〇〇埃之半徑及小於大約25。 之夾角。氮化鉻薄膜層或塗層62沈積在刀尖52及面54·6〇 上，其具有小於大約3000埃之厚度，更佳為小於大約2〇〇〇 埃，且最佳為小於大約1000埃。可選擇黏附調聚物層68係 沈積在薄膜層62上。 © 用於加工圖3所示形式之刀片的裝置70在圖4中概略地說 明。裝置70包括具有牆結構72、門73及基部結構74的不銹 鋼真二室71，耦接至適宜真空抽氣系統（沒有顯示）之通口 76係形成於其中。具有直立支撑構件80之支撑件78係安裝 产 在真空室71中，一疊剃刀刀片82係置於該直立支撑構件8〇 上’該等刺刀刀片82具有對齊且自支撑構件8〇朝向外的銳 化邊緣84。用於鉻（Cr)之靶構件％之支撑結構“亦配置在 真二至7 1中。乾86係一大約十二公分寬及大約三十七公分 長的垂直配置的板。支撐結構78及85與真空室71電氣隔 133196.doc 200924930 離’並經由開關93提供電連接以連接刀片組82至偏壓電源 92，且經由開關95連接靶86至電源98。擋板結構100係配 置在靶86附近，以於開啓位置和遮掩其相鄰靶之位置之間 移動。 支撑構件80支撑具有刀片邊緣84之刀片組82，其與相對 乾86間隔大約七公分《支撑構件8〇可圍繞一軸樞轉，使得 銳化刀片邊緣可相對於托86被定位在不同的角度。 在一特殊加工順序中’一疊刀片82(三十公分高）係固定 〇 至支撑構件80。真空室71被抽真空。靶86藉由高脈衝磁控 濺鍍（HIPIMS)清洗5分鐘。HIPIMS係利用高功率之短脈衝 (脈衝）濺鍍方法。在氬氣環境中在3毫托之壓力下執行靶86 之清洗。開啓開關95 ’在電源98之電壓為-1200 V、電流 為1600 A及峰值功率為1.6 kw/cm2下提供電力，其在製程 期間逐漸增加。脈衝頻率係設定在1〇〇 Hz，具有40 脈衝 持續時間。 〇 輕86之清洗可在其他設定下執行’諸如壓力在1至5毫托 之fe圍内、電壓在-500 V至-2500 V之範圍内、電流在500 A至2500 A之範圍内、峰值功率在〇 1 kw/cm2至20.0 - kW/cm2之範圍内、脈衝頻率在5〇沿至2〇〇 Hz之範圍内、 及脈衝持續時間在1 〇 μ s至5 0 0 μ S之範圍内。 因而在氩氣環境1毫托壓力下預處理或離子蝕刻刀片82 五分鐘。擋板100係處於開啓位置》電力藉由電源98在電 壓為-1000 V、脈衝電流為15〇〇 Α及峰值功率為丨Μ kw/cm2下提供給靶86，其在製程期間逐漸增加。脈衝頻率 133196.doc •10- 200924930 被設定在105 HZ，具有50 脈衝持續時間。刀片藉由自電 源92提供之電力予以偏壓至高電壓，高電壓可自低值上升 至-500V至·1〇00 ν之範圍内且平均電流2 5 a。擋板仍 開啓。在2該等情况下，至刀片之離子電流密度在峰值為 〇,2 Acm_2。大部分的濺鍍金屬通量是以達到3〇%的金屬離 子部分予以離子化。大部分的金屬離子係予以雙倍離子 _ 化。在該等條件下，產生刀片邊緣之高能金屬離子4擊。 ❹ 離子轟擊具有併入蝕刻金屬（即鉻）至刀片邊緣至大約3〇 nm深度的效果。該結合導致塗層透過定位在刀片邊緣之各 晶粒上之磊晶塗層生長的機制更好地黏附至刀片邊緣。開 關93和95接著在離子蝕刻周期結束時予以關閉。 離子蝕刻可在其他設定（諸如在〇.5至5毫托之範圍内的壓 力下持續1-10分鐘）下執行。電力可藉由電源98在電壓在 -500 V至-3000 V範圍内、電流在500 A至3000 A範圍内、 峰值功率在0.1至20 kW/cm2範圍内、脈衝頻率在5〇 {^至 Q 300 Hz範圍内、及脈衝持續時間在1至lOOOps範圍内的情 况下提供給靶86。刀片藉由自電源92提供之電力予以偏壓 至咼電壓’南電壓可自低值上升至·5〇〇 v至-1000 v之範圍 ' 内及電流在1 .〇至2.5 A之範圍内。至刀片之峰值離子電流 . 密度之範圍可自0.01至0.5 Acm·2。 刀片82接著在氬氣和氮氣的環境下予以塗佈有一 CrN的 薄膜塗層。在基板清洗周期之後，擋板仍開啓，2〇〇 scem 之氮氣和150 seem之氬氣開始流入室71中，陰極電源和偏 壓電壓被同時接通。氬氣係在2毫托之分壓下且氮氣係在1 133196.doc 200924930 毫托之分壓下。在鉻乾86前面之擔板100處於開啓位置。 電力在電壓為-700 V、電流為700 A及峰值功率為〇5 Mw 下藉由電源98提供給鉻靶86，其在製程期間不變。脈衝頻 率係設定在200 Hz，具有1〇〇 之脈衝持續時間。刀片藉 由自電源92提供之電力予以偏壓至_5〇 v至_1〇〇〇 v之範圍 内之咼電壓且平均電流為1A。在該等情况下，至刀片之 峰值離子電流密度係〇.4 Acm_2。大部分的離子通量係以達 到15%之金屬離子部分予以離子化。大部分的金屬離子係 予以雙倍離子化，且大部分的氮分子之大部分係予以解 離。在該等條件下’發生刀片邊緣之高能金屬離子轟擊。 離子轟擊將金屬塗佈於刀片邊緣上。在刀片邊緣上之金屬 塗層的厚度可自50至5000埃。 可在其他設定下執行刀片塗佈，諸如25至5〇〇 sccm的氮 氣、25至500 sccm的氬氣、氬氣壓力在1〇毫托範圍之 間、氣氣壓力在1至10毫托範圍之間。電力可藉由電源98 在電壓在-100V至-10000 V範圍内、電流在100八至5000八 範圍内、及峰值功率在〇·1至20 kw/cm2範圍内、脈衝頻率 在5至10000 Hz範圍内、及脈衝持續時間在1〇至1〇〇〇〇…範 圍内之情况下提供給鉻乾86。刀片藉由自電源92提供之電 力偏壓至範圍在-20 V至-1000 V之間之高電壓及範圍在〇.ι A至10 A之間之電流。至刀片之離子電流密度之峰值可在 0.01 至 0.5AcnT2之間。 把構件86可由金屬、碳或糊組成。用於靶構件86之金屬 可選自由下列組成之群組：鋁、鈮、鍅、鉻、飢、钽、 133196.doc -12- 200924930 鈦、鎢、鎳、铪、矽、鉬，及包含該群組之該等元素中之 任意組合之一合金。 一選擇性聚四氟乙烯（PTFE)調聚物之塗層可根據美國專 利案第3’518，11G號之教示而應用於刀片之⑽塗層邊緣。 該方法包括在氬氣之中性大氣中加熱刀片，且在刀片之刀 刀上提供黏著並降低摩擦的固態pTFE之聚合物塗層。調 聚物塗層可具有在1〇〇至2〇〇〇埃範圍内之厚度。 φ 、現參考圖5’其顯示用於加工圖3所示之類型的刀片之替 代裝置170。裝置17〇包括具有牆結構i 72、門i 73及基部結 構174之不錄鋼真空室171，搞接至適宜真空系統（沒有顯 示）之通口 176係形成於其中。具有直立支撑構件18〇之支 撢件17請安裝在真空室⑺中，—㈣刀刀片_配置在 該直立支撑構件18〇上，且其銳化邊緣184係自支撑構件 180朝向外。用於靶構件186之支撑結構185亦配置在真空 室171中。靶186係一大約十二公分寬及大約三十七公分長 G 的垂直配置的板。支攆結構178及185與真空室171電氣隔 離，並經由開關193提供電連接以連接刀片組182至偏壓電 源192且經由開關195連接靶186至電源198 ^擋板結構2〇〇 ‘係、配置在乾186附近，以於開啓位置和遮掩其相鄰乾的位 置之間移動。 支撑構件18 0支撑具有與相對靶丨8 6間隔大約七公分之刀 片邊緣184之刀片組！82。支撑構件18〇可圍繞極轉轴179框 轉，使得銳化刀片邊緣可相對於靶構件186被定位在不同 的角度。箭頭202及203指示承載具有刀片邊緣184之刀片 133196.doc -13· 200924930 組182之支撑構件180圍繞樞轉軸ι79之枢轉移動的方向。 藉由圍繞樞轉轴179樞轉刀片邊緣184，楔形銳化邊緣之多 個面可塗佈有CrN之薄膜塗層。該樞轉可發生在離子蝕刻 或薄膜塗佈操作之一者或兩者中。 現參考圖6，其顯示用於加工圖3所示類型之刀片的替代 裝置270。裝置270包括具有牆結構272、門273及基部結構 274之不銹鋼真空室271，耦接至適宜真空系統（沒有顯示） 0 之通口 276形成於其中。具有直立支撑構件280之支撑件 278係安裝在真空室271中，一疊剃刀刀片282係配置在該 直立支撐構件280上’該等剃刀刀片282之銳化邊緣284係 自支撑構件280朝向外《用於靶構件286之兩支撑結構285 亦配置在真空室271中。各靶286係一大約十二公分寬及大 約二十七公分長的垂直配置的板。支撑結構278及285與真 空室271電氣隔離，並經由開關293提供電連接以連接刀片 組282至偏壓電源292 ,且經由開關295連接靶286至電源 〇 298。擋板結構3 00係配置在各靶286附近，以在開啓位置 和遮掩其相鄰乾的位置之間移動。 各乾286係置於室271内相對於刀片組282之不同位置， • 以便相對於楔形銳化邊緣之若干面位於不同的角度。兩個 乾係使用在離子飯刻及薄膜塗佈操作之中。 文中所揭示之尺寸及數值不被理解成嚴格限制所列舉之 精確數值。相反地，除非另作說明，各尺寸係用來指所列 舉的值及圍繞該值之功能等效範圍。例如，所揭示之尺寸 如"40 mm"係用來指"大約4〇 mm"。 133196.doc -14 - 200924930 在本發明之詳細說明中所引用之所有文件之相關部分以 引用的方式併入本文中；任何文件之引用不被視為允許其 為相對於本發明之先前技術。從而，在本文件中的術語之 任何意義或定義與以引用的方式併入本文中之文件中的術 語之任何意義或定義衝突時’將以在本文件中所指定的術 語之意義或定義為準。
雖然已說明及描述本發明之具體實施例，顯然、對於熟習 此項技術者來說，可在無違本發明之精神及範圍之情況下 作各種其他的變換與修正。因此，其意指在所附請求項中 包含本發明範圍内之所有該等變換與修正。 【圖式簡單說明】 雖然說明書以特別指出並明確主張被認為係形成本發曰 之標的的請求項來結束，據信結合附圖本發明將自以上扩 述中更明白。 ® 圖1係根據本發明之一到鬍單元的透視圖。 圖2係根據本發明之另一刮鬍單元的透視圖。 圖3係說明根據本發明之剃刀刀片邊緣幾何形狀之一 例的概略示圖。 略示 圖4係用於執行本發明之方法的一裝置之概略示圖。 圖5係用於執行本發明之方法之一替代裝置之概 圖。 圖6係用於執行本發明之方法之另 圖。 一替代裝置之 概略示 【主要元件符號說明】 133196.doc -15 - 200924930
10 刮鬍單元 12 平臺構件 14 皮膚接合表面 16 前刀片 18 銳化邊緣 20 後刀片 22 銳化邊緣 24 蓋件 26 皮膚接合表面 28 到鬍輔助複合物 30 刮鬍單元 32 型體 34 前部 36 後面 38 防護構件 40 前刀片單元 42 後刀片單元 44 刀片構件 46 銳化邊緣 48 到鬍辅助複合物 50 不銹鋼本體部分 52 刀尖部分 54 精对磨面 56 精对磨面 I33196.doc 16- 200924930
58 粗J行磨面 60 粗财磨面 62 塗層 68 黏附調聚物層 70 裝置 71 不銹鋼真空室 72 牆結構 73 門 74 基部結構 76 通口 78 支撑件 80 支撑構件 82 剃刀刀片 84 銳化邊緣 85 支撑結構 86 靶構件 92 偏壓電源 93 開關 95 開關 98 電源 100 擋板結構 170 裝置 171 不銹鋼真空室 172 牆結構 133196.doc -17- 200924930 ❹ ❿ 173 門 174 基部結構 176 通口 178 支撑件 179 才區轉軸 180 支撑構件 182 刀片組 184 刀片邊緣 185 支撑結構 186 靶構件 192 偏壓電源 193 開關 195 開關 198 電源 200 擋板結構 202 箭頭 203 箭頭 270 裝置 271 不銹鋼真空室 272 牆結構 273 門 274 基部結構 276 通口 278 支撑件 133196.doc •18. 200924930 280 支撑構件 282 剃刀刀片 284 銳化邊緣 285 支撑結構 286 靶構件 292 偏壓電源 293 開關 295 開關 298 電源 300 擋板結構
133196.doc -19-
Claims (1)
- 200924930 十、申請專利範圍： 1. 一種用於形成一剃刀刀片之方法，該方法包含以下步 驟： a) 提供一基板； b) 在該基板上形成一楔形銳化邊緣，其具有一小於％ 度之夾角及一小於1,000埃之刀尖半徑； ’ c)放置該基板於一真空室中； d)放置一第一固體靶於該真空室中； ® e)提供一待離子化之氣體於該真空室中；及 f)藉由脈衝施加一負電壓至該第一固體靶而自該第— 固體靶産生離子，該等離子形成在該基板上之該楔形銳 化邊緣上的一薄膜塗層。 2. 如凊求項丨之方法，其中該第一固體靶係一金屬、碳或 蝴〇 3. 如凊求項2之方法，其中該金屬係選自由下列組成之群 〇 組.鋁、鈮、锆、鉻、釩、鈕、鈦、鎢、鎳、铪 '矽、 鉬及包含該群組之元素的任意組合之一合金。 士吻求項1之方法，其進一步包含以下步驟： * g)藉由脈衝施加一第二較低負電壓至該第一固體靶而 ， ^帛 — ϋ㈣產线外的離子，該特子形成在該基 扳上之該楔形銳化邊緣上的—薄膜塗層。 用长項1之方法’其進—步包含以下步驟： Θ在步驟f)期間圍繞-軸框轉該基板。 月東項1之方法，其進—步包含以下步 133196.doc 200924930 g) 放置一第二固體靶於該真空室中 h) 藉由脈衝施加一負電壓至該第二固體靶以自該第二 固體靶產生離子，該等離子形成在該基板上之該楔形銳 化邊緣上一薄膜塗層。 7. 如凊求項6之方法，其中該第二固體靶可放置在相對於該 基板之與該第一固體乾不同的位置。 8. 如明求項1之方法，其中以一功率密度在0.1 kW/cm2至20 ❹ kW/cm之範圍内的一脈衝中予以發展之方式提供步驟f) 之該等脈衝。 9. 如請求項1之方法’其中在5 Hz至10000 Hz之範圍内的一 脈衝頻率提供步驟f)之該等脈衝。 10. 如請求項丨之方法，其中步驟f)之該等脈衝係産生以具有 在-100 V至_ 10000 V之範圍内的一電壓。 U•如請求項1之方法，其中步驟f)之該等脈衝係産生以具有 在10 μβ至10000 之範圍内的一持續時間。 © I2.如請求項1之方法，其中步驟ό之該等脈衝係予以産生， 以在該靶上具有峰值範圍在〇.〇1至0.5 A/cm2之間的一電 流密度》 ’ I3.如請求項1之方法，其中該基板係在-20 V至_1〇0〇 V之範 ，圍内予以偏壓。 14·如請求項1之方法，其中該氣體係.一惰性氣體。 15. 如請求項1之方法’其中該氣體係一反應性氣體。 16. 如請求項1之方法，其中該氣體係選自由下列組成之群 組.氩、氖、氪、氙、氮氣、甲烧、乙炔、氧氣及其所 133196.doc 200924930 有結合。 17.如請求項1之方法，其中該氣體係在1至10毫托之範圍内 的一壓力下。133196.doc
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