专利名称：刀片的薄膜涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进的剃刀和剃刀刀片，并且涉及用于生产剃刀刀片或具有锋利和耐
用刀刃的类似切割工具的方法。
背景技术：
剃刀刀片一般由适用的基质材料例如金属或陶瓷制成。在剃刀刀片中形成了具有 楔形构型的刀刃，其实际刀刃或刀尖的半径小于约1000埃，并且楔形表面具有小于30。的 夹角。由于剃刮动作剧烈以及刀刃经常损坏，因此为了增强剃刮性，已经提出采用一层或多 层附加的涂层材料以使剃刮容易和/或增加剃刮刀刃的硬度、强度和/或耐腐蚀性。已经 提出了许多此类涂覆材料，例如聚合物材料、金属和合金、以及包括金刚石和类金刚石碳材 料在内的其它材料。金刚石和类金刚石碳材料的特征可在于具有坚固的sp3碳结合，质量 密度大于2. 5g/cm3 ;以及拉曼峰在约133cm—1 (金刚石)或者约1550cm—1 (类金刚石碳)。每 个此类附加材料层理想地提供诸如改进的剃刮性、改进的硬度、刀刃强度和/或耐腐蚀性 之类的特性而不会负面地影响剃刮刀刃的几何形状和切割效率。然而，由于金刚石或类金 刚石涂覆的刀刃具有与基质的楔形刀刃粘着性差和从其上剥落的趋势，此类建议并不令人 满意。 发明概述 本发明涉及一种用于形成剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步骤
a)提供基质； b)在所述基质上形成具有小于三十度的夹角和小于1000埃的尖端半径的楔形锋 利刀刃； c)将所述基质置于真空室中；
d)将第一固体目标置于真空室中；
e)在所述真空室内提供要电离的气体；禾口 f)通过以脉冲形式将负电压施加到所述第一固体目标上而从所述第一固体目标 生成离子，所述离子在基质上的楔形锋利刀刃上形成薄膜涂层。 第一固体目标可为金属、碳或硼。所述金属可选自由铝、铌、锆、铬、钒、钽、钛、钨、 镍、铪、硅、钼组成的组以及包含所述组的任何元素组合的合金。 所述方法可包括附加步骤g)通过将第二较低的负电压以脉冲形式施加到所述 第一固体目标上而从所述第一固体目标生成附加离子，所述离子在所述基质上的楔形锋利 刀刃上形成薄膜涂层。
所述方法可包括附加步骤g)在步骤f)期间围绕一轴线枢转所述基质。
所述方法可包括附加步骤g)将第二固体目标置于所述真空室中，和h)通过以脉
冲形式将负电压施加到所述第二固体目标上而从所述第二固体目标生成离子，所述离子在
基质上的楔形锋利刀刃上形成薄膜涂层。可将第二固体目标相对于所述基质置于不同于所
述第一固体目标的位置。 步骤f)的脉冲可如此提供，使得以脉冲形式发展0. lkW/cm2至20kW/cm2范围内的峰值功率密度。以5Hz至10，000Hz范围内的脉冲频率来提供步骤f)的脉冲。生成步骤f) 的脉冲以使其具有-100V至-10000V范围内的电压。生成步骤f)的脉冲以使其具有10iis 至lOOOOii s范围内的持续时间。生成步骤f)的脉冲以使其在目标上具有O. 1A/ci^至10A/ cm2范围内的电流密度。 可在-20V至-1000V范围内对所述基质加偏压。 所述气体可选自由惰性气体例如氩、氖、氪、氙和活性气体例如N2、 CH4、 C2H2、 02组 成的组以及包括惰性和活性气体的所有可能组合。气体压力可在1毫托至10毫托范围内。
附图概述 虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本发明的权利要求书，但是 据信通过下面的描述并结合附图可以更好地理解本发明。
图1为根据本发明的剃刮单元的透视图。
图2为根据本发明的另一种剃刮单元的透视图。 图3为图示说明根据本发明的剃刀刀刃几何形状的一个实例的图解视图。
图4为用于实现本发明的方法的一种装置的图解视图。
图5为用于实现本发明的方法的一种备选装置的图解视图。
图6为用于实现本发明的方法的另一种备选装置的图解视图。
发明详述 根据图l，剃刮单元10包括用于连结到剃刀手柄上的结构和包括限定前面横向延 伸的皮肤接合表面14的结构的由高冲击强度塑料模塑的平台构件12。固定在平台构件12 上的是具有锋利刀刃18的前导刀片16和具有锋利刀刃22的随后的刀片20。模塑塑料的 顶盖构件24具有限定皮肤接合表面26的结构，所述结构设置在刀刃22的后面，并且附连 到顶盖构件24上的是剃刮助剂复合材料28。 图2所示的剃刮单元30为在Jacobson的美国专利4， 586， 255中所显示的类型并 包括具有前部34和后部36的模塑主体32。弹性地固定在主体32上的是防护构件38、前 刀片单元40和后刀片单元42。每个刀片单元40、42包括具有锋利刀刃46的刀片构件44。 将剃刮助剂复合材料48以摩擦方式固定在后部36上的凹座中。 图3显示了刀片16、20和44的刀刃区域的图解视图。所述刀片包括具有在一系 列刀刃形成操作中形成的楔形锋利刀刃的不锈钢主体部分50，所述一系列刀刃形成操作包 括研磨操作、粗珩磨操作、以及形成半径通常小于1000埃的尖端部分52的精珩磨操作，其 中精珩磨面54和56以小于约30。的夹角分开并与粗珩磨面58、60合并。更优选地，尖端 部分52具有小于750埃的半径和小于约30°的夹角，并且更优选地尖端部分52具有小于 500埃的半径和小于约25。的夹角。沉积在尖端52和面54-60上的是氮化铬的薄膜或涂 层62，其厚度小于约3000埃，更优选小于约2000埃，并且最优选小于约1000埃。沉积在薄 膜层62上的是任选的粘附调聚物层68。 图4图解说明了用于加工图3所示种类的刀片的装置70。装置70包括不锈钢真 空室71，该真空室具有壁结构72、门73和基座结构74，其中形成了连接到适用的真空泵送 系统(未示出)上的端口 76。安装在真空室71中的是具有直立支撑构件80的支撑78，在 其上设置了一叠剃刀刀片82，它们的锋利刀刃84成一直线并从支撑构件80向外朝向。同 样设置在真空室71中的是用于铬(Cr)的目标构件86的支撑结构85。目标86是一个垂直
4设置的平板，该平板为约十二厘米宽和约三十七厘米长。支撑结构78和85与真空室71电 绝缘并且提供了电连接以将刀片叠82通过开关93连接到偏压电源92上和将目标86通过 开关95连接到电源98上。邻近目标86设置了遮门结构100以便在打开位置与遮住其相 邻目标的位置之间运动。 支撑构件80支撑刀片叠82，其中刀刃84与对面的目标86相距约七厘米。支撑构 件80可围绕一轴线枢转，使得锋利刀刃可相对于目标构件86以不同夹角设置。
在一个特定的加工顺序中，将一叠刀片82(三十厘米高)固定到支撑构件80上。 将真空室71抽真空。用高功率脉冲磁控管溅射(HIPIMS)清洁目标86五分钟。HIPMS是 一种利用高功率的短脉冲(脉冲)溅射方法。目标86的清洁在氩环境中在3毫托的压力下 进行。打开开关95，由电源98来提供电力，电压为-1200V、电流为1600A，并且峰值功率为 1. 6kW/cm、在加工期间逐渐增大。将脉冲频率设定在100Hz，其中脉冲持续时间为40y s。
目标86的清洁可以其它设定值来进行，例如压力在1毫托至5毫托范围内，电压 在-500V至2500V范围内，电流在500A至2500A范围内，峰值功率在0. lkW/cm2至20. OkW/ cm2范围内，脉冲频率在50Hz至200Hz范围内，并且脉冲持续时间在10 y s至500 y s范围 内。 刀片82接着在氩环境中在1毫托的压力下进行预处理或离子蚀刻5分钟。遮门 IOO处于打开位置。电源98给目标86提供电力，电压为-IOOOV,脉冲电流为1500A，并且 峰值功率为1. 25kW/ci^，在加工期间逐渐增大。将脉冲频率设定在105Hz，其中脉冲持续时 间为50 ii s。由电源92供电将刀片加偏压到可从低值爬升到-500V至-1000V范围的高压 和2.5A的平均电流。遮门IOO保持打开。在这些条件下，通向刀片的离子电流密度峰值为 0.2Acm—2。溅射的金属流的大部分被电离，其中金属离子分数达到30%。在这些条件下，刀 刃的高能金属离子轰击发生。离子轰击具有将蚀刻金属(即，铬)结合到刀刃中约30nm深 度的效果。此类结合通过局限在刀刃的各个晶粒上的外延涂层生长机制导致涂层更好地与 刀刃粘附。然后在离子蚀刻周期结束时，关闭开关93和95。 离子蚀刻可以其它设定值进行，例如在0. 5毫托至5毫托范围内的压力下进行1 至10分钟。电力可通过电源98按以下参数提供给目标86，电压在-500V至-3000V范围内， 电流在500A至3000A范围内，峰值功率在0. lkW/cm2至20kW/cm2范围内，脉冲频率在50Hz 至300Hz范围内，并且脉冲持续时间在1至1000ii s范围内。由电源92供电将刀片加偏压 到可从低值爬升到-500V至-1000V范围的高电压和1. OA至2. 5A的平均电流。通向刀片 的峰值离子电流密度可为0. OlAcm—2至0. 5Acm—2。 接着在氩和氮环境中用CrN薄膜涂层涂覆刀片82。在基质清理周期之后，遮门保 持打开，200sccm的氮气和150sccm的氩气开始流入到腔室71中，同时接通阴极电源和偏 压。氩气的分压是2毫托，并且氮气的分压是1毫托。在铬目标86前面的遮门100在打开 位置。在加工期间一直通过电源98以-700V的电压、700A的电流和0. 5丽的峰值功率给铬 目标86供电。将脉冲频率设定为200Hz，其中脉冲持续时间为100 ii s。由电源92供电将 刀片加偏压到可从低值爬升到-50V至-1000V范围的高压和1A的平均电流。在这些条件 中，通向刀片的峰值离子电流密度为0.4Acm—2。离子流的大部分被电离，其中金属离子部分 达到15%。金属离子的大部分被双重电离，并且氮分子的大部分被分离。在这些条件下，将 发生刀片的高能金属离子轰击。离子轰击将金属涂覆到刀刃上。金属涂层在刀刃上的厚度
5可为50至5000埃。 刀片涂层可以其它设定值来进行，例如25sccm至500sccm的氮气，25sccm至 500sccm的氩气，氩气压力在1毫托至10毫托范围内，氮气压力在1毫托至10毫托的范围 内。电力可通过电源98以以下参数提供给目标86，电压在-100V至-10000V范围内，电 流在100A至5000A范围内，峰值功率在0. lkW/cm2至20kW/cm2范围内，脉冲频率在5Hz至 10000Hz范围内，并且脉冲持续时间在10 ii s至10000 ii s范围内。由电源92供电将刀片加 偏压到-20V至-1000V范围内的高压和0. 1A至IOA的平均电流。至刀片的离子电流密度 在峰值可在0. OlAcm—2至0. 5Acm—2范围内。 目标构件86可由金属、碳或硼构成。用于目标构件86的金属可选自由铝、铌、锆、
铬、钒、钽、钛、鸨、镍、铪、硅、钼组成的组以及包括所述组中任何元素组合的合金。 根据美国专利3， 518， 110的讲授可将聚四氟乙烯(PTFE)调聚物的任选涂层施用
到刀片的CrN涂覆刀刃上。所述方法包括在氩气的中性气氛中加热刀片并在刀片的切刃上
提供固体PTFE的粘附性和降低摩擦聚合物涂层。调聚物涂层的厚度可在100至2000埃范围内。 现在参见图5，其显示了用于加工图3所示种类的刀片的可供选择的装置170。装 置170包括具有侧壁结构172、门173和基座结构174的不锈钢真空室171，其中基座结构形 成了连接到合适的真空系统(未示出)上的端176。安装在真空室171上的是具有直立支 撑构件180的支撑178，其上设置了一叠刀片182，其中它们的锋利刀刃184从支撑构件180 向外朝向。同样设置在真空室171中的是用于目标构件186的支撑结构185。目标186是 一个约十二厘米宽和约三十七厘米长的垂直设置的板。支撑结构178和185与真空室171 电气绝缘并且提供了电连接以将刀片叠182通过开关193连接到偏压电源192上并通过开 关195将目标186连接到电源198上。邻近目标186设置了遮门结构200以便在打开位置 与遮住其相邻目标的位置之间运动。 支撑构件180支撑刀片叠182，其中刀刃184与对面的目标186相距约七厘米。支 撑构件180可围绕枢转轴线179枢转，使得锋利刀刃可相对于目标构件186以不同夹角设 置。箭头202和203指示承载带有刀刃184的刀片叠182的支撑构件180围绕枢转轴线 179的枢转运动的方向。通过围绕枢转轴线179枢转刀刃184，楔形锋利刀刃的多个面可涂 覆有CrN的薄膜涂层。枢转可发生在离子蚀刻或薄膜涂层操作的一个或两个中。
现在参见图6，其显示了用于加工图3所示种类的刀片的可供选择的装置270。装 置270包括具有侧壁结构272、门273和基座结构274的不锈钢真空室271，其中基座结构形 成了连接到合适的真空系统(未示出)上的端口 276。安装在真空室271上的是具有直立 支撑构件280的支撑278，其上设置了一叠刀片282，其中它们的锋利刀刃284从支撑构件 280向外朝向。同样设置在真空室271中的是用于目标构件286的两个支撑结构285。每个 目标286是一个约十二厘米宽和约三十七厘米长的垂直设置的板。支撑结构278和285与 真空室271电气绝缘并且提供了电连接以将刀片叠282通过开关293连接到偏压电源292 上并通过开关295将目标286连接到电源298上。邻近目标286设置了遮门结构300以便 在打开位置与遮住其相邻目标的位置之间运动。 将每个目标286均相对于刀片叠282安置于腔室271内不同的位置以便相对于楔 形锋利刀刃的面呈不同的夹角。在离子蚀刻和薄膜涂层两个操作中均利用了两个目标。
本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另 外指明，每个这样的量纲均是指所引用数值和围绕那个数值的功能上等同的范围。例如，公 开为"40mm"的量纲旨在表示"约40mm"。 在发明详述中引用的所有文件都在相关部分中以引用方式并入本文中。对于任何 文件的引用不应当解释为承认其是有关本发明的现有技术。当本发明中术语的任何含义或 定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予 该术语的含义或定义。 虽然已经举例说明和描述了本发明的特定实施方案，但是对于本领域技术人员来 说显而易见的是，在不脱离本发明实质和范围的情况下可以做出各种其他改变和变型。因 此，权利要求书意欲包括在本发明范围内的所有这样的改变和变型。
权利要求
一种用于形成剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步骤a)提供基质；b)在所述基质上形成具有小于三十度的夹角和小于1000埃的尖端半径的楔形锋利刀刃；c)将所述基质置于真空室中；d)将第一固体目标置于所述真空室中；e)在所述真空室中提供要电离的气体；和f)通过以脉冲形式将负电压施加到所述第一固体目标上从所述第一固体目标生成离子，所述离子在基质上的楔形锋利刀刃上形成薄膜涂层。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述第一固体目标为金属、碳或硼。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述金属选自由铝、铌、锆、铬、钒、钽、钛、钨、镍、铪、 硅、钼组成的组和包括所述组中的任何元素组合的合金。
4. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤g) 通过以脉冲形式将第二较低的负电压施加到所述第一固体目标上而从所述第一固 体目标生成附加离子，所述离子在基质上的楔形锋利刀刃上形成薄膜涂层。
5. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤 g)在步骤f)期间围绕所述一轴线枢转所述基质。
6. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤g) 将第二固体目标置于所述真空室中，h) 通过以脉冲形式将负电压施加到所述第二固体目标上而从所述第二固体目标生成 离子，所述离子在基质上的楔形锋利刀刃上形成薄膜涂层。
7. 如权利要求6所述的方法，其中将所述第二固体目标相对于所述基质置于与所述第 一固体目标不同的位置。
8. 如权利要求l所述的方法，其中所述步骤f)的脉冲如此提供，使得以脉冲形式发展 0. lkW/cm2至20kW/cm2范围内的功率密度。
9. 如权利要求1所述的方法，其中以5Hz至10000Hz范围内的脉冲频率提供所述步骤 f)的脉冲。
10. 如权利要求l所述的方法，其中生成所述步骤f)的脉冲以使其具有-ioov 至-10000V范围内的电压。
11. 如权利要求1所述的方法，其中生成所述步骤f)的脉冲以使其具有lOiis至 10000 ii s范围内的持续时间。
12. 如权利要求l所述的方法，其中生成所述步骤f)的脉冲以使其在所述目标上具有 0. 01A/cm2至0. 5A/cm2范围内的峰值电流密度。
13. 如权利要求1所述的方法，其中在-20V至-1000V的范围内对所述基质加偏压。
全文摘要
本发明涉及一种用于形成剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步骤a)提供基质，b)在基质上形成具有小于三十度的夹角和小于1000埃的尖端半径的楔形锋利刀刃，c)将基质置于真空室中，d)将第一固体目标置于真空室中，e)在真空室中提供要电离的气体，和f)通过以脉冲形式将负电压施加到第一固体目标上而从第一固体目标生成离子，所述离子在基质上的楔形锋利刀刃上形成薄膜涂层。
文档编号C23C14/35GK101765678SQ200880100311
公开日2010年6月30日 申请日期2008年7月15日 优先权日2007年7月25日
发明者A·P·埃亚萨里安, J·马黛拉, K·G·马切夫, N·索南伯格, P·E·霍塞皮安 申请人:吉列公司