(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-23
(54)【発明の名称】切断刃及び脱毛デバイス
(51)【国際特許分類】
B26B 21/56 20060101AFI20230816BHJP
B26B 21/58 20060101ALI20230816BHJP
【FI】
B26B21/56
B26B21/58
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022563175
(86)(22)【出願日】2021-04-08
(85)【翻訳文提出日】2022-10-17
(86)【国際出願番号】 EP2021059187
(87)【国際公開番号】W WO2021209311
(87)【国際公開日】2021-10-21
(32)【優先日】2020-04-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500552700
【氏名又は名称】ゲーエフデー-ゲゼルシャフト フュア ディアマントプロドゥクテ エムベーハー
(71)【出願人】
【識別番号】316015877
【氏名又は名称】ザ ジレット カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー
【氏名又は名称原語表記】THE GILLETTE COMPANY LLC
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ピーター グルチェ
(72)【発明者】
【氏名】ラルフ グレッツシェル
(72)【発明者】
【氏名】ミヒャエル メルテンス
(57)【要約】
本発明は、第1の面(2)と、第1の面に対向する第2の面(3)と、第1の面と第2の面との交差部にある切断縁部(4)と、を有する切断刃(1)に関する。第1の面は、第1の表面(9)と一次斜面(7)とを備え、第1のくさび角度(θ1)は、第1の表面と一次斜面との間の角度である。第2の面は、二次斜面(5)と三次斜面(6)とを備え、第2のくさび角度(θ2)は、第1の面上の第1の表面と二次斜面との間の角度であり、第3のくさび角度(θ3)は、第1の面上の第1の表面と三次斜面との間の角度である。更に、本発明は、この切断刃を備える脱毛デバイスに関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の面(2)と、前記第1の面(2)に対向する第2の面(3)と、前記第1の面(2)と前記第2の面(3)との交差部にある切断縁部(4)と、を有する切断刃(1)であって、
・前記第1の面(2)が、第1の表面(9)と一次斜面(7)とを備え、
・前記一次斜面(7)が、前記切断縁部(4)から前記第1の表面(9)まで延在し、
・第1の交差線(12)は、前記一次斜面(7)と前記第1の表面(9)とを接続し、
・第1のくさび角度θ
1は、前記第1の表面の仮想延長部(9’)と前記一次斜面(7)との間の角度であり、
・前記第2の面(3)が、二次斜面(5)と三次斜面(6)とを備え、
・前記二次斜面(5)が、前記切断縁部(4)から前記三次斜面(6)まで延在し、
・第2の交差線(11)は、前記二次斜面(5)と前記三次斜面(6)とを接続し、
・第2のくさび角度θ
2は、前記第1の表面(9)と前記二次斜面(5)との間の角度であり、
・第3のくさび角度θ
3は、前記第1の表面(9)と前記三次斜面(6)との間の角度であり、
θ
1>θ
2及びθ
2<θ
3である、切断刃。
【請求項2】
前記第1のくさび角度θ
1が、5度~75度、好ましくは10度~60度、より好ましくは15度~46度、更により好ましくは20度~45度の範囲であり、及び/又は前記第2のくさび角度θ
2が、-5度~40度、好ましくは0度~30度、より好ましくは5度~25度の範囲であり、及び/又は前記第3のくさび角度θ
3が、1度~60度、好ましくは10度~55度、より好ましくは19度~46度の範囲であり、最も好ましくは45度であることを特徴とする、請求項1に記載の切断刃。
【請求項3】
前記一次斜面(7)が、前記切断縁部(4)から前記第1の交差線(12)までの寸法であって前記第1の表面の前記仮想延長部(9’)上に投影される寸法である長さd
1を有し、前記長さd
1が、0.1~7μm、好ましくは0.5~5μm、より好ましくは1~3μmであることを特徴とする、請求項1又は2のいずれかに記載の切断刃。
【請求項4】
前記切断縁部(4)から前記第2の交差線(11)までの寸法であって前記第1の表面(9)及び/又は前記第1の表面の前記仮想延長部(9’)上に投影される寸法が、1~150μm、好ましくは5~100μm、より好ましくは10~75μm、特に15~50μmの範囲である長さd
2を有することを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項5】
前記切断刃(1)が、第1の材料(18)からなる刃本体(15)を備える、又はそれからなる、若しくは前記切断刃(1)が、第1の材料(18)と前記第1の材料(18)に接合された第2の材料(19)とを含む、又はそれらからなる刃本体(15)を備える、又はそれからなることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項6】
前記第1の材料(18)が、
・金属、好ましくはチタン、ニッケル、クロム、ニオブ、タングステン、タンタル、モリブデン、バナジウム、白金、ゲルマニウム、鉄、及びそれらの合金、特に鋼、
・炭素、窒素、ホウ素、酸素、及びそれらの組み合わせ、好ましくは炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化タンタル、TiAlN、TiCN、及び/又はTiB
2からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含むセラミック、
・ガラスセラミック、好ましくは、アルミニウム含有ガラスセラミック、
・金属マトリックス(サーメット)中のセラミック材料から作製される複合材料、
・硬金属、好ましくはコバルト又はニッケルと結合した炭化タングステン又は炭化チタンなどの焼結炭化物硬金属、
・好ましくは、前記第2の面(2)に平行な結晶面を有し、ウェハ配向が<100>、<110>、<111>、又は<211>である、シリコン又はゲルマニウム、
・単結晶材料、
・ガラス又はサファイア、
・多結晶又はアモルファスシリコン又はゲルマニウム、
・単結晶又は多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、アダマンタンカーボン、及び
・それらの組み合わせ、
からなる群から選択される材料を含む、又はそれからなることを特徴とする、請求項5に記載の切断刃。
【請求項7】
前記第2の材料(19)の材料が、
・酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、好ましくは窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタン炭素、窒化チタンアルミニウム、立方晶窒化ホウ素、
・ホウ素アルミニウムマグネシウム、
・炭素、好ましくはダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ナノ結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、及び
・それらの組み合わせ、
からなる群から選択される材料を含む、又はそれからなることを特徴とする、請求項5又は6に記載の切断刃。
【請求項8】
前記第2の材料(19)が、以下の特性:
・0.15~20μm、好ましくは2~15μm、より好ましくは3~12μmの厚さ、
・1200GPa未満、好ましくは900GPa未満、より好ましくは750GPa未満の弾性率、
・少なくとも1GPa、好ましくは少なくとも2.5GPa、より好ましくは少なくとも5GPaの横方向破断応力σ
0、
・少なくとも20GPaの硬度、
のうちの少なくとも1つを満たすことを特徴とする、請求項5~7のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項9】
第2の材料(19)の材料がナノ結晶ダイヤモンドであり、以下の特性:
・100nm未満、50nm未満、より好ましくは20nm未満の平均表面粗さR
RMS、
・1~100nm、好ましくは5~90nm、より好ましくは7~30nm、更により好ましくは10~20nmのナノ結晶ダイヤモンドの平均粒径d
50、
のうちの少なくとも1つを満たすことを特徴とする、請求項5~8のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項10】
前記第1の材料(18)及び/又は前記第2の材料(19)が、少なくとも、好ましくはフルオロポリマー、パリレン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、グラファイト、ダイヤモンド様炭素(DLC)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される低摩擦材料を有する領域でコーティングされていることを特徴とする、請求項5~9のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項11】
前記第1の交差線(12)が、前記第2の材料(19)内に成形されていることを特徴とする、請求項5~10のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項12】
前記第2の交差線(11)が、前記第1の材料(18)及び前記第2の材料(19)の境界面(20)に配置されていることを特徴とする、請求項5~11のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項13】
前記切断縁部(4)が、200nm未満、好ましくは100nm未満、より好ましくは50nm未満の先端半径を有することを特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項14】
前記二次斜面(5)が更なる傾斜領域(8)を備え、前記傾斜領域が、前記切断縁部(4)から、前記二次斜面(5)と前記傾斜領域(8)とを接続する第3の交差線(11)まで延在し、前記傾斜領域(8)が好ましくは、前記第1の表面(9)と前記傾斜領域(8)との間に第4のくさび角度θ
4を有することを特徴とする、請求項1~13のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項15】
前記傾斜領域(8)が、前記第2の材料(19)に成形されていることを特徴とする、請求項5~14のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項16】
請求項1~15のいずれか一項に記載の切断刃を含む、脱毛。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第1の面と、第1の面に対向する第2の面と、第1の面と第2の面との交差部にある切断縁部と、を有する切断刃に関する。第1の面は、第1の表面と一次斜面とを備え、第1のくさび角度θ1は、第1の表面と一次斜面との間の角度である。第2の面は、二次斜面と三次斜面とを備え、第2のくさび角度θ2は、第1の面上の第1の表面と二次斜面との間の角度であり、第3のくさび角度θ3は、第1の面上の第1の表面と三次斜面との間の角度である。更に、本発明は、この切断刃を含む脱毛デバイスに関する。
【0002】
本出願において以下の定義が使用される。
・すくい面は、切断プロセスにおいて除去される切断された毛が摺動する切断刃の表面である。
・除去面は、皮膚上を通過する切断工具の表面である。除去面と接触面との間の角度が、除去角度αである。
・切断刃の切断斜面は、すくい面及び除去面によって囲まれ、斜面角度θで示される。
・切断縁部は、すくい面と除去面との交差線である。
【背景技術】
【0003】
切断刃、特にかみそり刃は、典型的には、対称的なくさび形の切断縁部が形成されるステンレス鋼などの好適な基板材料から作製される。
【0004】
かみそり刃に関して、切断刃の設計は、刃の鋭利さと機械的強度、したがって切断縁部の耐久性との間の最良の妥協を見出すように最適化されなければならない。従来のステンレス鋼かみそり刃の製造は、通常、硬化鋼基板を研削することによって対称的な切断縁部を形成するために、刃が両側から鋭利にされる前の鋼基材の硬化処理を含む。
【0005】
刃の機械的特性を最適化するために、鋭利化の後、更なるコーティングを鋼刃に適用することができる。ダイヤモンド、アモルファスダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、窒化物、炭化物、又は酸化物などのハードコーティング材料は、切断縁部の機械的強度を向上させるのに好適である。
【0006】
したがって、切断縁部材料が硬くなるほど、縁部保持効力が長くなり、結果として摩耗の減少が予想される。耐食性を高める、又は刃の摩擦を低減するために、他のコーティングが適用されてもよい。
【0007】
従来技術のほとんどの刃は、対称的な刃本体を有する刃に焦点を当てている。しかしながら、非対称刃を有する刃が教示されているいくつかのアプローチが存在する。
【0008】
米国特許第3,606,682号には、切断の容易さと剃毛の快適性が改善されたかみそり刃が記載されている。刃は、切断縁部に隣接する凹部を有し、これにより、剃毛の快適さの改善が可能になる。この効果は、対称及び非対称刃本体で発揮されている。
【0009】
米国特許第3,292,478号は、ナイフが両側に傾斜面を好適に有する結果、切断縁部が側面間の中央に位置付けられず、ナイフが非対称形状を有する、織物、皮革、及び同様のシート材料用のカットダイナイフを記載している。
【0010】
表面に可能な限り近くで物体を切断する一方で、表面自体を切断するリスクを低減又は回避することが継続的に望まれている。剃毛の状況では、皮膚に損傷を与えることなく皮膚に近い毛を切断することが、正確かつ安全な剃毛の要件を満たすために望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】米国特許第3,606,682号
【特許文献2】米国特許第3,292,478号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
したがって、本発明は、従来技術における言及された欠点に対処し、物体が切断される表面への良好な近接性と、表面の切断を回避する高い安全性とを同時に可能にする設計の切断刃を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この問題は、請求項1の特徴を有する切断刃及び請求項16に記載の特徴を有する脱毛デバイスによって解決される。更なる従属請求項は、そのような刃の好ましい実施形態を定義する。
【0014】
特許請求の範囲及び本出願の説明における「備える」という用語は、更なる成分が除外されないことを意味する。本発明の範囲内で、「からなる」という用語は、「備える」という用語の好ましい実施形態として理解されるべきである。群が少なくとも特定数の構成要素を「備える」と定義される場合、これはまた、好ましくはこれらの構成要素「からなる」群が開示されるものと理解されるべきである。
【0015】
以下では、断面という用語は、(切断縁部が真っ直ぐである場合)切断縁部の直線状延長部に、又は(切断縁部が湾曲している場合)切断縁部の接線に垂直な断面を指す。
【0016】
交差という用語は、(
図1での)斜視図における異なる斜面間の交差点の(
図3の断面図での)直線状延長部として理解されるべきである。一例として、直線状斜面同士が隣接している場合、断面図における交差点は、斜視図では交差線に拡張される。
【0017】
本発明によれば、第1の面と、第1の面に対向し、第1の面と異なる第2の面と、切断縁部と、を有する切断刃が提供され、
・第1の面が、第1の表面と一次斜面とを備え、
・一次斜面が、切断縁部から第1の表面まで延在し、
・第1の交差線が、一次斜面と第1の表面とを接続し、
・第1のくさび角度θ1は、第1の表面の仮想延長部(9’)と一次斜面との間の角度であり、
・第2の面は、二次斜面と三次斜面とを備え、
・二次斜面が、切断縁部から三次斜面まで延在し、
・第2の交差線が、二次斜面と三次斜面とを接続し、
・第2のくさび角度θ2は、第1の表面と二次斜面との間の角度であり、
・第3のくさび角度θ3は、第1の表面と三次斜面との間の角度である。
【0018】
驚くべきことに、くさび角度が以下の条件を満たすときに、非常に良好な切断性能と共に非常に安定した切断縁部を有しつつ、切断中の表面への近接性と安全性との間で最良の妥協を達成する切断刃を提供できることが見出された:
θ1>θ2及びθ2<θ3。
【0019】
本発明による切断刃は、低いくさび角度を有する薄い二次斜面に起因する低い切断力を有する。
【0020】
本発明による切断刃は、第2のくさび角度よりも大きい第1のくさび角度を有する一次斜面を追加することによって強化される。したがって、第1のくさび角度θ1を有する一次斜面は、切断縁部を切断動作からの損傷に対して機械的に安定化させる機能を有し、これにより、刃の切断性能に影響を与えることなく、二次斜面の領域においてスリムな刃本体を可能にする。更に、くさび角度θ1を有する一次斜面は、表面から切断縁部を持ち上げることを可能にして、表面を損傷するリスクを低減し、それによって切断動作の安全性を高める。
【0021】
したがって、第1のくさび角度θ1を有する一次斜面は、物体が切断されているときに切断縁部の角度を安定化させて切断縁部の損傷を防止する機能を有する、すなわち、より大きなくさび角度θ1が、切断縁部の機械的安定性を高める。結果として、くさび角度θ1を有する一次斜面を使用することによって、第2のくさび角度θ2を低減することができる。
【0022】
くさび角度θ1は、刃の切断性能に影響を与えることなく、切断縁部を安定させる機能を有し、これにより、二次斜面の領域においてスリムな刃本体を可能にする。更に、くさび角度θ1を有する一次斜面は、切断される物体から切断縁部を持ち上げることを可能にし、切断工程をより安全にすることを可能にする、例えば、皮膚と切断縁部との間の距離を広げることによって、皮膚の切断を回避することができる。
【0023】
第2のくさび角度θ2は、切断中の物体に貫通する刃の貫通角度を表す。貫通角度θ2が小さいほど、切断される物体を貫通する力が小さくなる。
【0024】
本発明による切断刃は、第2のくさび角度よりも大きい第3のくさび角度を有する厚くて強靭な三次斜面を追加し、この三次斜面を使用して、切断される物体を分割し、薄い二次斜面に作用する力を低減することによって更に強化される。
【0025】
第3のくさび角度θ3は、分割角度、すなわち、切断される物体を分割するのに必要な角度を表す。この機能について、第3のくさび角度θ3は、第2のくさび角度θ2よりも大きくなければならない。
【0026】
好ましい実施形態によれば、切断刃は、非対称断面形状を有する。非対称断面形状は、第2のくさび角度θ2の二等分線であり、切断縁部に固定された軸に対する対称性を指す。
【0027】
好ましい実施形態によれば、第1のくさび角度θ1は、5度~75度、好ましくは10度~60度、より好ましくは15度~46度、更により好ましくは20度~45度の範囲であり、及び/又は第2のくさび角度θ2は、-5度~40度、好ましくは0度~30度、より好ましくは5度~25度、更により好ましくは10度~15度の範囲であり、及び/又は第3のくさび角度θ3は、1度~60度、好ましくは10度~55度、より好ましくは19度~46度の範囲であり、最も好ましくは45度であり、更により好ましくは20度~45度の範囲である。
【0028】
更に好ましい実施形態によれば、一次斜面が、切断縁部から第1の交差線までの寸法であって第1の表面の仮想延長部上に投影される寸法である長さd1を有し、長さd1が、0.1~7μm、好ましくは0.5~5μm、より好ましくは1~3μmである。0.1μm未満の長さd1は、脆弱すぎるために生成が困難であり、切断刃の安定した使用を可能にしない。驚くべきことに、一次斜面は、二次及び三次斜面で刃本体を安定化させ、これにより、低い切断力を提供する二次斜面の領域においてスリムな刃を可能にすることが見出された。一方、長さd1が7μm以下であれば、一次斜面は切断性能に影響を及ぼさない。
【0029】
好ましくは、切断縁部から第2の交差縁部までの寸法であって第1の表面及び/又は第1の表面の仮想延長部上に投影される(すなわち、一次及び二次斜面の投影)寸法である長さd2は、1~150μm、より好ましくは5~100μm、更により好ましくは10~75μm、特に15~50μmの範囲である。長さd2は、切断される物体への切断刃の貫通深さに対応する。一般に、d2は、切断される物体の直径の少なくとも30%に対応する、すなわち、物体が、典型的には約100μmの直径を有するヒトの毛髪であるとき、長さd2は約30μmである。
【0030】
切断刃は、好ましくは、第1の材料と第1の材料に接合された第2の材料とを含む、又はそれらからなる刃本体によって画定される。第2の材料は、少なくとも第1の材料の領域においてコーティングとして堆積させることができる、すなわち、第2の材料は、第1の材料の被覆コーティング、又は第1の面上の第1の材料に堆積されたコーティングであり得る。
【0031】
第1の材料の材料は、一般に、この材料を傾斜させることが可能である限り、任意の特定の材料に限定されない。
【0032】
しかしながら、代替の実施形態によれば、刃本体は、第1の材料のみ、すなわち、コーティングされていない第1の材料のみからなる。この場合、第1の材料は、好ましくは、等方性構造を有する、すなわち、全ての方向において同一の特性値を有する材料である。そのような等方性材料は、成形技術とは無関係に、成形により適する場合が多い。
【0033】
第1の材料は、
・金属、好ましくはチタン、ニッケル、クロム、ニオブ、タングステン、タンタル、モリブデン、バナジウム、白金、ゲルマニウム、鉄、及びそれらの合金、特に鋼、
・炭素、窒素、ホウ素、酸素、及びそれらの組み合わせ、好ましくは炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化タンタル、TiAlN、TiCN、及び/又はTiB2からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含むセラミック、
・ガラスセラミック、好ましくは、アルミニウム含有ガラスセラミック、
・金属マトリックス(サーメット)中のセラミック材料から作製される複合材料、
・硬金属、好ましくはコバルト又はニッケルと結合した炭化タングステン又は炭化チタンなどの焼結炭化物硬金属、
・好ましくは、第2の面に平行な結晶面を有し、ウェハ配向が<100>、<110>、<111>、又は<211>である、シリコン又はゲルマニウム、
・単結晶材料、
・ガラス又はサファイア、
・多結晶又はアモルファスシリコン又はゲルマニウム、
・単結晶又は多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、アダマンタンカーボン、及び
・それらの組み合わせ、
からなる群から選択される材料を含む、又はそれからなる。
【0034】
第1の材料に使用される鋼は、好ましくは、1095、12C27、14C28N、154CM、3Cr13MoV、4034、40X10C2M、4116、420、440A、440B、440C、5160、5Cr15MoV、8Cr13MoV、95X18、9Cr18MoV、Acuto+、ATS-34、AUS-4、AUS-6(=6A)、AUS-8(=8A)、C75、CPM-10V、CPM-3V、CPM-D2、CPM-M4、CPM-S-30V、CPM-S-35VN、CPM-S-60V、CPM-154、Cronidur-30、CTS204P、CTS20CP、CTS40CP、CTSB52、CTSB75P、CTSBD-1、CTSBD-30P、CTSXHP、D2、Elmax、GIN-1、H1、N690、N695、Niolox(1.4153)、Nitro-B、S70、SGPS、SK-5、Sleipner、T6MoV、VG-10、VG-2、X-15T.N.、X50CrMoV15、ZDP-189からなる群から選択される。
【0035】
好ましくは、第2の材料は、
・酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、好ましくは窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタン炭素、窒化チタンアルミニウム、立方晶窒化ホウ素、
・ホウ素アルミニウムマグネシウム、
・炭素、好ましくはダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ナノ結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、及び
・それらの組み合わせ、
からなる群から選択される材料を含む、又はそれからなる。
【0036】
第2の材料は、好ましくは、TiB2、AlTiN、TiAlN、TiAlSiN、TiSiN、CrAl、CrAlN、AlCrN、CrN、TiN、TiCN、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【0037】
更に、VDIガイド線2840に引用されている全ての材料を、第2の材料に選択することができる。
【0038】
ナノ結晶ダイヤモンド及び/又はナノ結晶及び多結晶ダイヤモンドの多層の第2の材料を第2の材料として使用することが特に好ましい。単結晶ダイヤモンドに関しては、単結晶ダイヤモンドの生成と比較して、ナノ結晶ダイヤモンドの生成は、実質的により容易かつ経済的に達成され得ることが立証されている。したがって、より長く大きい面積の切断刃を提供することもできる。更に、それらの粒径分布に関しては、ナノ結晶ダイヤモンド層は、多結晶ダイヤモンド層よりも均質であり、材料はまた、より小さい固有応力を呈する。結果として、切断縁部の巨視的な歪みが起こりにくい。
【0039】
第2の材料は、0.15~20μm、好ましくは2~15μm、より好ましくは3~12μmの厚さを有することが好ましい。
【0040】
第2の材料は、1200GPa未満、好ましくは900未満、より好ましくは750GPa未満の弾性率(ヤング弾性率)を有することが好ましい。低弾性率のため、ハードコーティングはより可撓性が高く、かつ弾性が高くなり、切断される基板、物体、又は輪郭により良好に適合され得る。ヤング率は、Ma,kus Mohr et al.の「Youngs modulus,fracture strength,and Poisson’s ratio of nanocrystalline diamond films」、J.Appl.Phys.116、124308(2014)、特に段落III.B.Static measurement of Young’s modulusに開示される方法に従って判定される。
【0041】
第2の材料は、好ましくは少なくとも1GPa、より好ましくは少なくとも2.5GPa、更により好ましくは少なくとも5GPaの横方向破断応力σ0を有する。
【0042】
横方向破断応力σ0の定義に関しては、以下の参考文献を参照する。
・R.Morrell et al.,Int.Journal of Refractory Metals & Hard Materials,28(2010),p.508~515;
・R.Danzer et al.によって発行された「Technische keramische Werkstoffe」、HvB Press,Ellerau,ISBN 978-3-938595-00-8、第6.2.3.1章「Der 4-Kugelversuch zur Ermittlung der biaxialen Biegefestigkeit sporoder Werkstoffe」
【0043】
それにより、横方向破断応力σ0は、破壊試験、例えば、上記の文献の詳細によるB3B負荷試験の統計的評価によって判定される。よって、63%の破壊確率がある破壊応力として定義される。
【0044】
第2の材料の非常に高い横方向破断応力により、第2の材料、特に切断縁部からの個々の結晶の分離は、ほぼ完全に抑制される。長期使用であっても、切断刃は、元の鋭利さを保持する。
【0045】
第2の材料は、好ましくは、少なくとも20GPaの硬度を有する。硬度は、ナノインデンテーションによって判定される(Yeon-Gil Jung et.al.,J.Mater.Res.、第19巻、第10号、3076頁)。
【0046】
第2の材料は、好ましくはRMS100nm未満、より好ましくは50nm未満、更により好ましくは20nm未満の表面粗さRRMSを有し、次の式で計算される。
【0047】
【数1】
A=評価面積
Z(x、y)=局所粗さ分布
【0048】
表面粗さRRMSは、DIN EN ISO25178.に従って判定される。前述の表面粗さは、成長した第2の材料の追加の機械的研磨を不要にする。
【0049】
好ましい実施形態では、第2の材料は、1~100nm、好ましくは5~90nm、より好ましくは7~30nm、更により好ましくは10~20nmのナノ結晶ダイヤモンドの平均粒径d50を有する。平均粒径d50は、X線回折又は透過電子顕微鏡法及び粒子のカウントを使用して判定することができる。
【0050】
第1の材料及び/又は第2の材料は、少なくとも、好ましくはフルオロポリマー(例えば、PTFE)、パリレン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、グラファイト、ダイヤモンド様炭素(DLC)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される低摩擦材料を有する領域でコーティングされることが好ましい。
【0051】
一次斜面及び二次斜面と交差する線は、好ましくは、第2の材料内に成形される。
【0052】
更に好ましくは、第2の斜面と三次斜面との間の線は、第1の材料と第2の材料との境界面に配置されて、製造プロセスの取り扱いをより容易にし、したがってより経済的であり、例えば、刃は、
図7a~dのプロセスに従って製造することができる。
【0053】
切断縁部は理想的には、刃の安定性を改善する丸い構成を有する。切断縁部は、好ましくは、例えば、
図8に示される方法を使用して断面SEMによって決定される、200nm未満、より好ましくは100nm未満、更により好ましくは50nm未満の先端半径を有する。
【0054】
切断縁部の先端半径rは、ハードコーティングの平均粒径d50と相関することが好ましい。切断縁部における第2の材料としてのナノ結晶ダイヤモンドの丸み半径rと、第2の材料としてのナノ結晶ダイヤモンドの平均粒径d50との比r/d50は、0.03~20、好ましくは0.05~15、特に好ましくは0.5~10であることが有利である。
【0055】
更に好ましい実施形態では、二次斜面は更なる傾斜領域を備え、傾斜領域は、切断縁部から、二次斜面と傾斜領域とを接続する第3の交差線まで延在し、傾斜領域が、好ましくは第1の表面と傾斜領域との間に第4のくさび角度θ4を有する。
【0056】
第1の面は除去面に対応し、第2の面は切断刃のすくい面に対応することが好ましい。
【0057】
したがって、本発明によれば、上記のようなかみそり刃を備える脱毛デバイスも提供される。
【図面の簡単な説明】
【0058】
本発明は、本発明による特定の実施形態を示す以下の図によって更に説明される。しかしながら、これらの特定の実施形態は、本明細書の一般的な部分の特許請求の範囲に記載されているように、本発明に関して任意の限定的な方法で解釈されるべきではない。
【
図3】第2の材料を有する本発明による切断刃の別の断面図である。
【
図4】二次斜面の追加の傾斜領域を有する、本発明による別の切断刃の断面図である。
【
図5】第2の材料の二次斜面の追加の傾斜領域を有する、本発明による別の切断刃の断面図である。
【
図6】湾曲部分を備える非直線の切断縁部を有する、本発明による第1の切断刃の斜視図である。
【
図7a】切断刃を製造するためのプロセスのフローチャートである。
【
図7b】切断刃を製造するためのプロセスのフローチャートである。
【
図7c】切断刃を製造するためのプロセスのフローチャートである。
【
図7d】切断刃を製造するためのプロセスのフローチャートである。
【
図8】先端半径の判定を示す丸い先端の概略断面図である。
【0059】
本出願の図面には、以下の参照符号が使用される。
【0060】
参照符号リスト
1 刃
2 第1の面
3 第2の面
4 切断縁部
5 二次斜面
6 三次斜面
7 一次斜面
9 第1の表面
9’ 第1の表面の仮想延長部
11 第2の交差線
12 第1の交差線
15 刃本体
18 第1の材料
19 第2の材料
20 境界面
60 二等分線
61 垂直線
62 円
65 構築点
66 構築点
67 構築点
260 二等分線
【発明を実施するための形態】
【0061】
図1は、本発明による切断刃の斜視図である。この切断刃1は、第1の面2と、第1の面2に対向する第2の面3と、を備える刃本体15を有する。第1の面2と第2の面3との交差部には切断縁部4が位置する。切断縁部4は、直線状又は実質的に直線状である。第1の面2が平面状の第1の表面9及び一次斜面7を備える一方、第2の面3は2つの斜面に区分化される。第2の面3は、二次斜面5と三次斜面6とを備える。一次斜面7は、第1の交差線12を介して第1の表面9に接続されている。二次斜面5は、第2の交差線11を介して三次斜面6に接続されている。
【0062】
図2は、
図1の切断刃の断面図である。第1の面2は、平面状の第1の表面9と、第1の交差線12によって接続された一次斜面7と、を備える。一次斜面7が第1の表面の仮想延長部9’と一次斜面7との間に第1のくさび角度θ
1を有する一方、第2の面3は2つの斜面に区分され、すなわち、二次斜面5は、第1の表面9と二次斜面5との間に第2のくさび角度θ
2を有し、二等分線260が第2のくさび角度θ
2を二等分する。三次斜面6は、θ
2よりも大きい第3のくさび角度θ
3を第1の表面9と三次斜面6との間に有する。三次斜面6は、θ
2よりも大きい第3のくさび角度θ
3を有する。一次斜面7は、0.1~7μmの範囲内の、第1の表面の仮想延長部9’上に投影された寸法である長さd
1を有する。二次斜面5は、1~150μmの範囲内の、第1の表面9及び第1の表面の仮想延長部9’上に投影された寸法である長さd
2を有する。
【0063】
図3は、
図2の実施形態に主に対応する本発明の切断刃の別の断面図である。主な違いは、刃本体15が第1の材料18と、第1の材料18に接合された第2の材料19とを備え、第1の材料18が例えばシリコンであり、第2の材料19が例えばダイヤモンド層であることである。一次斜面7及び二次斜面5が第2の材料19に位置する一方、三次斜面6は第1の材料18に位置する。第1の材料18及び第2の材料19は、第2の交差線11で終わる境界面によって分離されている。
【0064】
図4は、本発明による別の切断刃の断面図である。切断刃1は、第1の面2と、第1の面2に対向する第2の面3と、を備える刃本体を有する。第1の面2は、第1の表面9と、長さd
1を有する一次斜面7と、を備える。第2の面3は、二次斜面5と三次斜面6とを備える。二次斜面5は、第2の交差線11を介して三次斜面6に接続されている。更に、第2の斜面5は、第2の交差線11から切断縁部4まで延在する傾斜領域8を備える。切断縁部4は、一次斜面7と二次斜面5の傾斜領域8との交差部に位置する。一次斜面7の長さd
1とくさび角度θ
1は、切断される物体が第1の面2上にある場合の、切断縁部4と切断される物体との間の距離を画定する。
【0065】
図5は、
図4の実施形態に主に対応する本発明の切断刃の別の断面図である。しかしながら、
図4の実施形態は、第1の材料18及び第2の材料19を含む刃本体15を有する。一次斜面7、二次斜面5、及び傾斜領域8は全て、第2の材料19に位置する一方、三次斜面6は、第1の材料18に位置する。第1の材料18及び第2の材料19は、第2の交差縁部11で終端する境界面20に沿って接合される。
【0066】
図6は、本発明による別の切断刃の斜視図である。切断刃1は、第1の面2と、第1の面2と対向する第2の面3と、を備える刃本体15を有する。切断縁部4は、第1の面2と第2の面3との交差部に位置する。この実施形態では、切断縁部4は、直線状ではなく、湾曲部分を備える形状である。第1の面2は、平面状の第1の表面9及び一次斜面7を備え、第2の面3は、二次斜面5及び三次斜面6に区分される。一次斜面5は、第1の交差線12を介して第1の表面9と接続され、二次斜面は、第2の交差線11を介して三次斜面7に接続されている。交差線11及び12は、切断縁部4の形状に従い、したがって、直線状ではなく、湾曲部分を含む形状である。
【0067】
図7a~
図7dは、本発明のプロセスのフローチャートを示す。第1の工程1では、シリコンウェハ101は、PE-CVD又は熱処理(低圧CVD)によって、シリコンの保護層として窒化ケイ素(Si
3N
4)層102でコーティングされる。層厚及び堆積手順は、以下のエッチング工程に耐えるのに十分な化学的安定性を可能にするように注意深く選択されなければならない。工程2では、フォトレジスト103が、Si
3N4コーティングされた基板上に堆積され、その後フォトリソグラフィによってパターン形成される。次いで、(Si
3N
4)層は、例えば、パターン形成されたフォトレジストをマスクとして使用するCF
4プラズマ反応性イオンエッチング(RIE)によって構造化される。パターン形成後、工程3で、フォトレジスト103は、有機溶媒によって剥離される。残りのパターン形成されたSi
3N
4層102は、例えば、KOH中の異方性湿式化学エッチングによって、シリコンウェハ101の以下の構造化前工程4のためのマスクとして機能する。エッチングプロセスは、第2の面3上の構造が所定の深さに達し、連続的なシリコンの第1の面2が残ると終了する。例えば、HF/HNO
3溶液中の等方性湿式化学エッチング又はフッ素含有プラズマの適用などの他の湿潤化学プロセスが適している場合がある。以下の工程5で、残りのSi
3N
4が、例えば、フッ化水素酸(HF)又はフッ素プラズマ処理によって除去される。工程6で、構造化前のSi基板は、約10μmの薄いダイヤモンド層104、例えばナノ結晶ダイヤモンドでコーティングされる。ダイヤモンド層104は、構造化前の第2の面3及びSi-ウェハ101の連続的な第1の表面2上に(工程6に示す)、又はSiウェハの連続的な第1の面2上にのみ(ここには図示せず)堆積させることができる。両面コーティングの場合、構造化された第2の面3上のダイヤモンド層104は、切断刃の以下の縁部形成工程9~11の前に、更なる工程7で除去されなければならない。ダイヤモンド層104の選択的除去は、例えば、シリコン基板に対する高い選択性を示すAr/O
2-プラズマを使用すること(例えば、RIE又はICPモード)によって実行される。工程8では、ダイヤモンド層104が基板材料なしで部分的に自立し、所望の基板厚が残りの領域で達成されるように、シリコンウェハ101は薄くされる。この工程は、KOH又はHF/HNO
3エッチング液中の湿式化学エッチング、又は好ましくはRIE又はICPモードにおけるCF
4、SF
6、又はCHF
3含有プラズマ中のプラズマエッチングによって実行することができる。
【0068】
次の工程9で、ダイヤモンドフィルムは、RIEシステムでAr/O2-プラズマによって異方性エッチングされて、ダイヤモンド層104に90度の角部を有するほぼ垂直な斜面5’を形成し、これは、工程10に示されるように、切断刃の第1の面2に一次斜面7を形成するために必要とされる。
【0069】
切断刃の第1の面2に一次斜面7を形成するために、ここで、Si-ウェハ101を回転させられて、第1の面2を後続のエッチング工程10にさらす(
図7b)。Ar/O
2プラズマ中の物理的に濃縮された異方性RIEプロセスを利用することによって、90度角部5’を面取りして一次斜面7を形成する。プロセス詳細は、例えば、EP2 727 880に開示されている。
【0070】
最後に、工程11(
図7c)で、第2の面3上のSi-ウェハ101を処理して、
図7dに示すように、二次斜面5を形成することによって、切断刃形成を完了させる。複数の斜面が、プロセスパラメータを変化させることによって形成され得る。プロセス詳細は、例えば、DE19859905A1に開示されている。
【0071】
図8は、先端半径がどのように判定され得るかを示す。先端半径は、最初に、切断縁部1の第1の斜面の断面画像を二等分する線60を描くことによって判定される。線60が第1の斜面を二等分する場合、点65が描かれる。第2の線61は、点65から110nmの距離において線60に対して垂直に描かれる。線61が第1の斜面を二等分する場合、2つの追加点66及び67が描かれる。次いで、点65、66、及び67から円62が構築される。円62の半径は、切断縁部4の先端半径である。
【手続補正書】
【提出日】2022-10-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の面(2)と、前記第1の面(2)に対向する第2の面(3)と、前記第1の面(2)と前記第2の面(3)との交差部にある切断縁部(4)と、を有する切断刃(1)であって、
・前記第1の面(2)が、第1の表面(9)と一次斜面(7)とを備え、
・前記一次斜面(7)が、前記切断縁部(4)から前記第1の表面(9)まで延在し、
・第1の交差線(12)は、前記一次斜面(7)と前記第1の表面(9)とを接続し、
・第1のくさび角度θ
1は、前記第1の表面の仮想延長部(9’)と前記一次斜面(7)との間の角度であり、
・前記第2の面(3)が、二次斜面(5)と三次斜面(6)とを備え、
・前記二次斜面(5)が、前記切断縁部(4)から前記三次斜面(6)まで延在し、 ・第2の交差線(11)は、前記二次斜面(5)と前記三次斜面(6)とを接続し、 ・第2のくさび角度θ
2は、前記第1の表面(9)と前記二次斜面(5)との間の角度であり、
・第3のくさび角度θ
3は、前記第1の表面(9)と前記三次斜面(6)との間の角度であり、
θ
1>θ
2及びθ
2<θ
3である、切断刃。
【請求項2】
前記第1のくさび角度θ
1が、5度~75度、好ましくは10度~60度、より好ましくは15度~46度、更により好ましくは20度~45度の範囲であり、及び/又は前記第2のくさび角度θ
2が、-5度~40度、好ましくは0度~30度、より好ましくは5度~25度の範囲であり、及び/又は前記第3のくさび角度θ
3が、1度~60度、好ましくは10度~55度、より好ましくは19度~46度の範囲であり、最も好ましくは45度であることを特徴とする、請求項1に記載の切断刃。
【請求項3】
前記一次斜面(7)が、前記切断縁部(4)から前記第1の交差線(12)までの寸法であって前記第1の表面の前記仮想延長部(9’)上に投影される寸法である長さd
1を有し、前記長さd
1が、0.1~7μm、好ましくは0.5~5μm、より好ましくは1~3μmであることを特徴とする、請求項1又は2のいずれかに記載の切断刃。
【請求項4】
前記切断縁部(4)から前記第2の交差線(11)までの寸法であって前記第1の表面(9)及び/又は前記第1の表面の前記仮想延長部(9’)上に投影される寸法が、1~150μm、好ましくは5~100μm、より好ましくは10~75μm、特に15~50μmの範囲である長さd
2を有することを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項5】
前記切断刃(1)が、第1の材料(18)からなる刃本体(15)を備える、又はそれからなる、若しくは前記切断刃(1)が、第1の材料(18)と前記第1の材料(18)に接合された第2の材料(19)とを含む、又はそれらからなる刃本体(15)を備える、又はそれからなることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項6】
前記第1の材料(18)が、
・金属、好ましくはチタン、ニッケル、クロム、ニオブ、タングステン、タンタル、モリブデン、バナジウム、白金、ゲルマニウム、鉄、及びそれらの合金、特に鋼、
・炭素、窒素、ホウ素、酸素、及びそれらの組み合わせ、好ましくは炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化タンタル、TiAlN、TiCN、及び/又はTiB
2からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含むセラミック、
・ガラスセラミック、好ましくは、アルミニウム含有ガラスセラミック、
・金属マトリックス(サーメット)中のセラミック材料から作製される複合材料、
・硬金属、好ましくはコバルト又はニッケルと結合した炭化タングステン又は炭化チタンなどの焼結炭化物硬金属、
・好ましくは、前記第2の面(2)に平行な結晶面を有し、ウェハ配向が<100>、<110>、<111>、又は<211>である、シリコン又はゲルマニウム、
・単結晶材料、
・ガラス又はサファイア、
・多結晶又はアモルファスシリコン又はゲルマニウム、
・単結晶又は多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、アダマンタンカーボン、及び
・それらの組み合わせ、
からなる群から選択される材料を含む、又はそれからなることを特徴とする、請求項5に記載の切断刃。
【請求項7】
前記第2の材料(19)の材料が、
・酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、好ましくは窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタン炭素、窒化チタンアルミニウム、立方晶窒化ホウ素、
・ホウ素アルミニウムマグネシウム、
・炭素、好ましくはダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ナノ結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素(DLC)、及び
・それらの組み合わせ、
からなる群から選択される材料を含む、又はそれからなることを特徴とする、請求項5又は6に記載の切断刃。
【請求項8】
前記第2の材料(19)が、以下の特性:
・0.15~20μm、好ましくは2~15μm、より好ましくは3~12μmの厚さ、
・1200GPa未満、好ましくは900GPa未満、より好ましくは750GPa未満の弾性率、
・少なくとも1GPa、好ましくは少なくとも2.5GPa、より好ましくは少なくとも5GPaの横方向破断応力σ
0、
・少なくとも20GPaの硬度、
のうちの少なくとも1つを満たすことを特徴とする、請求項5~7のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項9】
第2の材料(19)の材料がナノ結晶ダイヤモンドであり、以下の特性:
・100nm未満、50nm未満、より好ましくは20nm未満の平均表面粗さR
RMS、
・1~100nm、好ましくは5~90nm、より好ましくは7~30nm、更により好ましくは10~20nmのナノ結晶ダイヤモンドの平均粒径d
50、
のうちの少なくとも1つを満たすことを特徴とする、請求項5~8のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項10】
前記第1の材料(18)及び/又は前記第2の材料(19)が、少なくとも、好ましくはフルオロポリマー、パリレン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、グラファイト、ダイヤモンド様炭素(DLC)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される低摩擦材料を有する領域でコーティングされていることを特徴とする、請求項5~9のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項11】
前記第1の交差線(12)が、前記第2の材料(19)内に成形されていることを特徴とする、請求項5~10のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項12】
前記第2の交差線(11)が、前記第1の材料(18)及び前記第2の材料(19)の境界面(20)に配置されていることを特徴とする、請求項5~11のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項13】
前記切断縁部(4)が、200nm未満、好ましくは100nm未満、より好ましくは50nm未満の先端半径を有することを特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項14】
前記二次斜面(5)が更なる傾斜領域(8)を備え、前記傾斜領域が、前記切断縁部(4)から、前記二次斜面(5)と前記傾斜領域(8)とを接続する第3の交差線(11)まで延在し、前記傾斜領域(8)が好ましくは、前記第1の表面(9)と前記傾斜領域(8)との間に第4のくさび角度θ
4を有することを特徴とする、請求項1~13のいずれか一項に記載の切断刃。
【請求項15】
前記傾斜領域(8)が、前記第2の材料(19)に成形されていることを特徴とする、請求項5~14のいずれか一項に記載の切断刃。
【国際調査報告】