切割元件、装备有切割元件的电动剃须刀以及生产该元件的方法

摘要

本发明涉及一种切割元件(10)，例如用于电动剃须刀中。所述切割元件由不锈钢制成，在所述切割元件的至少一部分表面上具有硬化的表面层(14)，且所述切割元件的特征在于，所述元件的切割端面(11)至少在其切割边缘(12)上包括硬化钢的表面层，在所述端面的其余部分包括不锈钢。所述切割元件具有自动磨锐和磨损可调整特性。本发明还涉及一种用于生产所述切割元件的方法，以及涉及包括根据本发明的至少一种切割元件的电动剃须刀。

说明书

技术领域

本发明涉及一种切割元件，例如用于电动剃须刀中，该切割元件由不锈钢制成，在其至少一部分的表面上具有硬化的表面层。本发明还涉及一种装备有该切割元件的电动剃须刀以及一种用于生产该切割元件的方法。

背景技术

用于剃须刀的不锈钢切割元件通常安置在可旋转的切割构件上，或是所述切割构件的一部分上，所述切割部件限定在网膜构件内，所述网膜构件装备有放射状延伸的网膜薄片。当剃须时，切割构件元件旋转并且将延伸穿过网膜构件的薄片之间的开口的毛发带走。在该过程中，切割器元件的切割表面(或运转表面)处于与网膜构件薄片表面的摩擦接触中。取决于相关构件的相对的表面硬度，这可以造成切割元件或网膜构件薄片或二者的可观的磨损。

对于这一长期存在的问题，已经提出了为切割元件和/或剃须刀网膜薄片提供例如通过等离子渗氮获取的硬化的表面层。这样的切割元件通过例如EP 0 743 144 B1已知。其他已知的剃刀刀片由特殊金属合金制成，其具有增加的硬度，如US 6,763,593 B1所述。但是这些已知的切割器元件的缺陷在于其硬度相对于网膜薄片的硬度通常过高。虽然这样的切割器元件不会严重磨损，但是这一硬度的不平衡导致剃须刀网膜的严重磨损。特别是对于添加剂剃须刀，即可以与水一起使用的电动剃须刀，其使用在操作期间释放的添加剂，不但可能有切割器元件磨损的问题，而且还容易产生腐蚀。对于传统的剃须刀来说耐腐蚀性不是大问题，但是由于添加剂剃须刀的概念，剃刀与潮湿有更近的接触。目前用于制造这些切割元件的材料是高强度热处理不锈钢。这是一种具有良好的耐腐蚀性能但是具有中等耐磨性的钢材类型。该材料通过传统的热处理技术进行硬化以增加硬度。

具有优秀的耐腐蚀性的钢在大多数情况下难以通过热处理来硬化，并且摩擦学特性很差，因此在上述添加剂剃须刀的使用中具有不适宜的磨损特性。外部刀片的磨损不仅由于与位于剃须刀头内的旋转刀片的接触而造成，还通过与皮肤和毛发的接触而造成，尤其是胡茬，可以是很坚韧的。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种耐腐蚀且耐磨的切割元件，特别是提供与剃须刀网膜之间的良好的磨损平衡。

这一目的通过根据权利要求1的切割元件实现。特别地，提供一种切割元件，该切割元件由不锈钢制成，至少在其一部分的表面上具有硬化的表面层，由此所述元件的切割端面至少在其切割边缘上包含硬化钢的表面层，端面的其他部分包含不锈钢。所述切割元件(或剃刀刀片)的切割端面意指在使用时与剃须刀网膜薄片进行摩擦接触的切割元件的末端的横截面。所述切割端面的切割边缘是当旋转时首先与网膜薄片接触的端面的周围的边缘。因此所述切割端面可以从外部观察到。根据本发明，提供一种混合物切割端面，其包括不锈钢的部分和具有增加的强度的不锈钢的部分，其中至少有一个部分沿着切割边缘延伸。所述硬化的切割边缘与薄片首先接触并且具有必要的硬度以在提供锋利的切割的同时基本防止刀片的磨损。由于切割端面的其余部分由普通不锈钢(具有较低的硬度)制成，相对于全部具有高硬度的切割端面，降低了整体的硬度对比。这导致剃须刀网膜薄片基本上更少的磨损。实际上，在剃须刀网膜的整个使用寿命中，剃须刀网膜与硬化钢的表面区域的接触将变少。意外地，在切割端面中低于传统硬度的不锈钢的出现并不一定导致切割元件的更多磨损。传统的硬度通常在600HV1左右。

切割元件意指单独工作的剃须刀刀片或者与另一个剃须刀刀片合作工作的剃须刀刀片。这样合作的剃须刀刀片的构造在例如具有内部旋转切割元件的剃须刀中可以看到，所述内部旋转切割元件被具有固定位置的外部相对切割元件(网膜)所环绕。内部旋转切割元件和外部固定相对切割元件在本文件中都被称作切割元件。本发明不限于旋转剃须刀。本发明也可应用与其他类型的剃须刀，例如所谓的振动剃须刀。在振动剃须刀中，切割元件相对于基本固定的金属箔进行往复平移运动，所述金属箔由例如硬镍制成。所述切割元件定位为或多或少垂直于所述金属箔表面。因此两边的切割元件的切割端面都起切割边缘的作用。

根据本发明的切割元件的优选实施方式的特征在于，切割端面的硬化的表面层延伸基本遍布端面的整个周围。该实施方式不仅更加坚固，而且可以更加容易地增加端面中硬化钢的量，这使得调节硬度平衡时更具有灵活性。

在根据本发明的切割元件的又一优选实施方式中，调整硬化的表面层的厚度使得切割元件和/或剃须刀网膜的使用寿命得到最大化。根据本发明，切割元件和/或剃须刀网膜的使用寿命实际上可以通过改变切割端面中硬化钢和较不硬的钢的几何量来进行调节。当切割元件相对于网膜磨损过快，一般将增加硬化钢的量。当网膜磨损较快，一般将降低硬化钢的量。本领域技术人员通过试验和误差实验可以很容易地确定最佳的硬度平衡。

虽然硬化的表面层的端面表面区域相对于切割端面的整个端面表面区域的比率可以在很大的范围内变化，但优选的是切割元件的硬化的表面层的端面表面区域在整个端面表面区域的5％-50％范围内，更优选地在整个端面表面区域的10％-35％范围内，最优选的在整个端面表面区域的15％-25％范围内。

硬化的表面层的厚度一般取决于切割端面的尺寸。对于具有典型的约100μm-200μm厚度的旋转切割元件，硬化的表面层的厚度通常在5-20μm范围内，虽然较小或较大的厚度也可能是适合的。太大的厚度可能导致切割元件过早的破裂，特别是硬化的表面层从元件的其他部分的脱离。这相信是由于生产硬化的表面层时形成的内部应力而引起的。

根据本发明的切割元件的另外一个优点是原则上它可以由任何种类的不锈钢制造。意外的是，甚至可以使用很软的钢。适合的钢包括高硬度热处理和/或可沉淀硬化的不锈钢或奥氏体不锈钢。优选的制作切割元件的不锈钢的硬度在100HV1-600HV1范围内，更优选的在150HV1-350HV1范围内。使用很软的不锈钢的可能性给制造切割元件带来了很多优点。例如使得通过粉末冶金方法由可注模不锈钢来制造根据本发明的切割元件成为可能，所述粉末冶金方法为在本发明的背景下的优选的方法。在切割元件成型中使用金属成型工艺，如深冲压，也成为可能。在通过金属注模来形成切割元件的优选的实施方式的情况下，应当优选地选择商业上可获得的钢的质量以使其满足耐腐蚀要求并且在一定程度上满足硬度要求。在这一背景下一种特别优选的钢包括可中等程度硬化的沉淀硬化不锈钢“17-4PH”。但是该钢的可硬化度限制在仅仅400HV1以内，而已知的旋转切割器的切割元件例如一般要求例如600HV1或更高的硬度。申请人测试运行了17-4PH钢的金属注模切割器(具有400HV1的有限硬度)，显示了关于切割器的使用寿命的2倍因子的过高的磨损率。本发明在优秀的可模锻性结合可调整的磨损和自动磨锐特性的意义上提供了这一问题的解决办法。

要获得用于良好的切割的必要的硬度，硬化的表面层的硬度优选为至少1000HV1，更优选地为至少1300HV1。优选地，表面层的硬度至少等于网膜的硬度，特别是网膜薄片的硬度。所述切割元件可以被设计为在干式剃须刀类型的剃须刀中使用，或在添加剂剃须刀类型的剃须刀中使用。

本发明还涉及一种装备有所公开的切割元件的电动剃须刀。所述剃须刀具有已提到的关于根据本发明的切割元件的优点。

本发明还提供一种用于生产根据本发明的切割元件的方法。该方法的特征在于切割元件由不锈钢制成，且所述切割元件的至少部分表面，除了切割端面，通过经受适合的离子的等离子体进行硬化。但是切割元件的部分硬化可以通过其他方法来执行，如应变硬化，比如通过喷丸处理，或者使用如感应硬化、激光硬化等表面硬化热处理技术的局部热处理硬化和/或局部沉淀硬化。这些方法也可以结合使用。这样的结合通常允许达到更高的硬度值，其中所述结合优选为应变硬化与等离子渗氮的结合。应变硬化也用于制造具有减小的横截面的剃刀刀片。通过捶打这类刀片使其成为具有减小的中间厚度的狗骨头形状，从而减小其横截面。这些非常薄的刀片特别容易磨损。本发明的方法对于这类刀片或切割元件特别有利。

在另一种优选的用于生产根据本发明的切割元件的方法中，切割元件由不锈钢制成，在去除所述元件的一部分以形成切割端面之后，切割元件的至少部分表面通过经受适合的离子的等离子体进行硬化。

在所描述的所有方法中，所述离子优选为从氮、碳、硼或其组合中选择。根据本发明，切割元件由例如高强度热处理不锈钢形成，在形成切割元件之后，通过等离子渗氮将切割元件的相关表面进行硬化至其顶层具有至少1300HV1的硬度。典型的渗氮参数包括300℃-500℃的温度、5-40小时的处理时间以及250Pa-550Pa的渗氮压力，最后使用脉冲等离子处理。根据本发明的方法使得能够使用未硬化(奥氏体)不锈钢制造剃须刀部件，所述部件在之后的生产过程中，通过向内生长的硬且耐磨损的化合物顶层得到硬化，从而简化了生产过程。未硬化的不锈钢可以相对简单地进行处理，特别是通过使用金属成型技术。根据本发明的方法使得使用到目前为止不适合(且相对便宜)类型的金属来生产根据本发明的切割元件成为可能。所述切割元件优选地在刀片的所有表面上通过等离子渗氮进行硬化，并且形成等离子渗氮硬化层，所述等离子渗氮硬化层包括氮过饱和钢的表面化合物顶层，且可能具有与顶层邻接的所谓的中间扩散层，所述中间扩散层的硬度处于顶层的硬度到硬化前的钢的硬度范围之间。扩散层的存在的好处是其额外地强化了基底材料并且支持化合物层的负载承受能力。然后，具有优选的硬度为至少1300HV1并且在奥氏体不锈钢的情况下为至少1100HV1的所述表面化合物层被从生产出的切割元件的一端去除，以形成切割端面。

附图说明

下面将结合附图阐述本发明。以下示出：

图1A为装备有根据本发明的切割元件的剃须刀网膜与切割构件的剖视图；

图1B为如图1A所示切割构件的细节图；

图2为根据本发明的切割元件的切割端面；以及

图3为根据本发明的另一种切割元件的切割端面。

具体实施方式

如图1A和图1B，示出了剃须刀网膜构件1。网膜构件1装备有放射状延伸的网膜薄片3。切割构件2可旋转地设置在网膜构件1内。切割构件2装备有若干个圆周地设置的切割元件10，也被称为切割器腿。当剃须时，所述切割构件元件10绕着轴线4沿着R所指示的方向旋转，并且带走延伸穿过网膜构件1的薄片3之间的开口5的毛发。在这一过程中，切割器元件10的切割端面11处于与网膜构件薄片表面的摩擦接触中。在所示实施方式中，切割元件10相对于由薄片3所形成的平面倾斜。切割边缘，即首先与薄片3接触的边缘，在图1B中由12指示。

如图2，示出了经等离子渗氮的切割元件10的切割端面11。所述切割端面11或多或少为矩形且具有圆形的拐角边缘13。切割端面11的低边缘12为切割边缘。所述端面11包括硬化的表面层14，所述硬化的表面层14以均匀的方式基本覆盖端面11的整个周围表面。硬化的表面层14的平均厚度约为5μm。切割元件10的切割端面11通过这样一种方法获得，其中切割元件根据已知的操作由例如Sandvik 1RK91高强度热处理钢的不锈钢制成。然后通过经受等离子渗氮处理来对切割元件的整体表面进行硬化。该硬化处理可以通过例如将生产出的切割元件保持在375℃并具有475Pa的氮气气压的脉冲渗氮熔炉中20小时来进行，在此期间发生渗氮。对于具有约70μm的平均厚度的切割元件，这将形成约5-20μm的硬化的表面层。在1RK91钢的情况下，初始的500HV1的硬度被增加到在硬化的表面层的外部具有1500HV1的硬度。硬化的层的弹性系数也增加，典型地增加20％至30％，如从170GPa增加到220GPa。在给切割元件的基本整个表面提供硬化的表面层之后，元件的部分被去除以形成(露出)切割端面。形成端面11的过程可以包括提供不锈钢条，将不锈钢条形成弯曲的形状以及相对于切割元件的轴线方向成角度地磨去不锈钢条的一个端部部分的一部分(由于弯曲的形状其为曲线状)。材料的磨去或除去优选为通过电子放电加工来进行。

根据在硬化中使用的特定的参数组，可以形成若干厚度的硬化的表面层14。这如图3所示，图中示出一种不同的端面11，其具有平均较厚的硬化的层14。这样的端面通常具有有利于切割元件的硬度平衡，而牺牲了网膜薄片。在渗氮过程之前，可高强度热处理和可沉淀硬化的钢可以先通过老化热处理和/或沉淀硬化步骤来进行硬化。可选的，这可以和渗氮过程相结合。在这里使用的等离子渗氮过程是本领域所常见的技术。

根据本发明的方法显然也可以应用于经受高磨损和腐蚀工况的其他装置，例如但不限于，刀片、旋转刀、切割工具、某些汽车部件等。