JP2023536030A

JP2023536030A - 切断刃及び脱毛デバイス

Info

Publication number: JP2023536030A
Application number: JP2022563175A
Authority: JP
Inventors: グルチェピーター; グレッツシェルラルフ; メルテンスミヒャエル
Original assignee: Gillette Co LLC
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2041-04-08
Also published as: GB202215324D0; EP3895858A1; EP4135947B1; AU2021255782B2; WO2021209311A1; DE112021002360T5; JP7541110B2; CA3177496A1; BR112022020885A2; EP4135947A1; AU2021255782A8; AU2021255782A1; US20230032402A1; GB2608948A; CN115715251A

Abstract

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（θ_１）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（θ_２）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（θ_３）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。

Description

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θ_１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θ_２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θ_３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

米国特許第３，６０６，６８２号米国特許第３，２９２，４７８号

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。

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。

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。

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。

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。

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θ_１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θ_２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θ_３は、第１の表面と三次斜面との間の角度である。

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：
θ_１＞θ_２及びθ_２＜θ_３。

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。

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θ_１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θ_１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。

したがって、第１のくさび角度θ_１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θ_１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θ_１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θ_２を低減することができる。

くさび角度θ_１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θ_１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。

第２のくさび角度θ_２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θ_２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。

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。

第３のくさび角度θ_３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θ_３は、第２のくさび角度θ_２よりも大きくなければならない。

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θ_２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。

好ましい実施形態によれば、第１のくさび角度θ_１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θ_２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θ_３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。

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ｄ_１を有し、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。０．１μｍ未満の長さｄ_１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ｄ_１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。

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ｄ_２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ｄ_２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、ｄ_２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ｄ_２は約３０μｍである。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

第２の材料は、好ましくは、ＴｉＢ_２、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。

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。

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。

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。

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，ｋｕｓＭｏｈｒｅｔａｌ．の「Ｙｏｕｎｇｓｍｏｄｕｌｕｓ，ｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｎｄＰｏｉｓｓｏｎ’ｓｒａｔｉｏｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍｓ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１１６、１２４３０８（２０１４）、特に段落ＩＩＩ．Ｂ．ＳｔａｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＹｏｕｎｇ’ｓｍｏｄｕｌｕｓに開示される方法に従って判定される。

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σ_０を有する。

横方向破断応力σ_０の定義に関しては、以下の参考文献を参照する。
・Ｒ．Ｍｏｒｒｅｌｌｅｔａｌ．，Ｉｎｔ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒａｃｔｏｒｙＭｅｔａｌｓ＆ＨａｒｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２８（２０１０），ｐ．５０８～５１５；
・Ｒ．Ｄａｎｚｅｒｅｔａｌ．によって発行された「ＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅｋｅｒａｍｉｓｃｈｅＷｅｒｋｓｔｏｆｆｅ」、ＨｖＢＰｒｅｓｓ，Ｅｌｌｅｒａｕ，ＩＳＢＮ９７８－３－９３８５９５－００－８、第６．２．３．１章「Ｄｅｒ４－ＫｕｇｅｌｖｅｒｓｕｃｈｚｕｒＥｒｍｉｔｔｌｕｎｇｄｅｒｂｉａｘｉａｌｅｎＢｉｅｇｅｆｅｓｔｉｇｋｅｉｔｓｐｏｒｏｄｅｒＷｅｒｋｓｔｏｆｆｅ」

それにより、横方向破断応力σ_０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。

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。

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－ＧｉｌＪｕｎｇｅｔ．ａｌ．，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．、第１９巻、第１０号、３０７６頁）。

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Ｒ_ＲＭＳを有し、次の式で計算される。

Ａ＝評価面積
Ｚ（ｘ、ｙ）＝局所粗さ分布

表面粗さＲ_ＲＭＳは、ＤＩＮＥＮＩＳＯ２５１７８．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。

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ｄ_５０を有する。平均粒径ｄ_５０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。

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。

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。

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。

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。

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ｄ_５０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／ｄ_５０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。

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θ_４を有する。

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。

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。

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。
本発明による切断刃の概略図である。本発明による切断刃の断面図である。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。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。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。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。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。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。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。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。先端半径の判定を示す丸い先端の概略断面図である。

本出願の図面には、以下の参照符号が使用される。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次の工程９で、ダイヤモンドフィルムは、ＲＩＥシステムでＡｒ／Ｏ_２－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。

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、ＥＰ２７２７８８０に開示されている。

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。

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。

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１～１５のいずれか一項に記載の切断刃を含む、脱毛。