DE3526951A1

DE3526951A1 - Shearing blade for razors and method for the production thereof

Info

Publication number: DE3526951A1
Application number: DE19853526951
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Erdmann; Peter Dipl Ing Lohberg
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1985-07-27
Filing date: 1985-07-27
Publication date: 1987-01-29

Abstract

The shearing blade consists of a silicon disk (1) having a monocrystalline structure into which square, rectangular or diamond-shaped holes (11), which serve as hair entry holes, are formed by anisotropic etching. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Scherblatt für Rasier geräte und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a shaving blade for shaving devices and a process for its manufacture.

Scherblätter für Rasiergeräte, insbesondere Elektro rasiergeräte, sind bekannt. Bei modernen Elektrora siergeräten besteht das Scherblatt aus einer per forierten Nickelfolie. Die Perforation hat auf der den Schermessern zugekehrten Seite einen Überstand, der als Schneidkante dient und an dem z. B. das Bart haar geschnitten wird. Der Überstand rundet sich im Laufe des Betriebs bereits nach relativ kurzer Zeit ab, wodurch die Schnittgüte nachläßt.Shaving blades for shavers, especially electric shavers are known. With modern Elektrora siergeräte consists of a per perforated nickel foil. The perforation has on the a protrusion on the side facing the shear knife, which serves as a cutting edge and on the z. B. the beard hair is cut. The supernatant rounds off in Operation in a relatively short time off, which reduces the quality of the cut.

Die Schnitt- oder Rasiergüte ist weiter bei nicht ab genutzten Scherblättern durch die Scherblattdicke von ca. 50 µ begrenzt. The cut or shaving quality is not at used cutters by the thickness of limited to approx. 50 µ.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Scherblatt mit ver besserter Schnittgüte und längerer Lebensdauer zu schaffen.The object of the invention is to provide a foil with ver better cut quality and longer life create.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 bzw. An spruch 2 gekennzeichnete Erfindung gelöst.This task is by the in claim 1 and to claim 2 marked invention solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements of the invention result itself from the subclaims.

Anisotrope Ätztechniken in Verbindung mit einkristal linem Silizium sind bekannt. Sie werden z. B. ange wendet, um mikromechanische Komponenten, wie Gräben, Löcher, freistehende Zungen usw. zu erzeugen, die zur Erstellung von ultrakleinen Sensoren und Aktuatoren benötigt werden (Siehe K.E. Petersen/ SILICON AS A MECHANICAL MATERIAL/ IEEE, Vol. 70, Nr. 5, MAI 1982).Anisotropic etching techniques in connection with single crystal Linem silicon are known. You will e.g. B. attached turns to micromechanical components, such as trenches, To create holes, free-standing tongues, etc., which for Creation of ultra-small sensors and actuators are required (see K.E. Petersen / SILICON AS A MECHANICAL MATERIAL / IEEE, Vol. 70, No. 5, MAY 1982).

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, aus ei ner monokristallinen Siliziumscheibe mittels eines einzigen Ätzvorgangs ein Lochmuster zu erzeugen, wo bei handelsübliche Siliziumscheiben der Kristall orientierung (100), (110) verwendet werden. Durch die Wahl der Kristallorientierung, der Geometrie, des Musters und der Ausrichtung der Ätzmaske lassen sich sowohl die Form der als Barteintrittsöffnungen dienen den Öffnungen als auch die Neigung der Schneidkanten beeinflussen.The basic idea of the invention consists of egg ner monocrystalline silicon wafer by means of a single etch to create a hole pattern where in the case of commercially available silicon wafers, the crystal orientation (100), (110) can be used. Through the Choice of crystal orientation, geometry, the Pattern and the orientation of the etching mask can be both the shape of the serve as bar entry openings the openings as well as the inclination of the cutting edges influence.

Bei handelsüblichen Siliziumscheiben der Kristall orientierung (100) können Öffnungen von rechteckigem oder quadratischem Querschnitt hergestellt werden. Durch die physikalische Eigenart des Ätzvorgangs lau fen die Lochkanten so aufeinander zu, daß sich das Loch verjüngt (z. B. bei quadratischen Öffnungen py ramidenartig), wobei an allen vier Lochseiten schräge Scherkanten diamantartiger Qualität ausgebildet wer den. Mit handelsüblichen Siliziumscheiben der Kristall orientierung (110) entstehen durch den Ätzvorgang Öff nungen mit rautenartigem Querschnitt, bei denen sich außer in den spitzwinkligen Ecken der Raute mit zu nehmender Ätztiefe die Querschnittsöffnung nicht ver ändert. Es entstehen durch den Ätzvorgang zur Schei benoberfläche senkrecht verlaufende Schneidkanten, wo hingegen an den spitzwinkligen Ecken der rautenförmi gen Öffnungen mit zunehmender Ätztiefe schräg ver laufende Schneidkanten entstehen.In the case of commercially available silicon wafers, the crystal Orientation (100) can have openings of rectangular or square cross section. Due to the physical nature of the etching process lukewarm the perforated edges towards each other so that the Tapered hole (e.g. py with square openings ramidenike), with oblique on all four hole sides Shear edges of diamond-like quality the. With commercially available silicon wafers the crystal Orientation (110) arise through the etching process with a diamond-like cross-section, in which except in the acute-angled corners of the rhombus too the cross-sectional opening does not changes. It is caused by the etching process vertical cutting edges, where however, at the acute-angled corners of the diamond-shaped diagonally towards openings with increasing etching depth running cutting edges arise.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden im folgenden näher er läutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing tion and are described in more detail below purifies. Show it:

Fig. 1a eine Schnittansicht einer mono kristallinen (100) orientierten Siliziumscheibe vor der Ätzung,; FIG. 1a is a sectional view of a monocrystalline (100) oriented silicon wafer before the etching ,;

Fig. 1b eine Schnittansicht einer mono kristallinen (100) orientierten Siliziumscheibe nach der Ätzung; FIG. 1b is a sectional view of a monocrystalline (100) oriented silicon wafer after etching;

Fig. 1c eine perspektivische Ansicht ei nes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Scher blatts; Fig. 1c is a perspective view of egg nes shear blades made with the inventive method;

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine monokristal line (100) orientierte Silizium scheibe; und Fig. 2 is a plan view of a monocristal line (100) oriented silicon wafer; and

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ei ner monokristallinen (110) ori entierten Siliziumscheibe mit einer darin ausgebildeten rauten förmigen Öffnung. Fig. 3 is a perspective view of a monocrystalline (110) oriented silicon wafer with a diamond-shaped opening formed therein.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren zur Er zeugung von Scherblättern und ein damit hergestelltes Scherblatt beschrieben. Fig. 3 zeigt eine handelsüb liche (100)-Siliziumscheibe, die einer anisotropen Ätzung zur Erzeugung eines Lochmusters unterworfen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Lochquerschnitt quadratisch. Er kann ebenfalls recht eckig oder, wie weiter unten erläutert wird, rauten förmig ausgebildet werden.In the following the manufacturing process for the generation of He shear blades and a shear blade produced with it is described. Fig. 3 shows a commercially available (100) silicon wafer which is subjected to an anisotropic etching to produce a hole pattern. In the exemplary embodiment shown, the hole cross section is square. It can also be rectangular or, as will be explained below, diamond-shaped.

Durch die physikalische Eigenart des Ätzprozesses lau fen die Lochkarten pyramidenartig aufeinander zu. Die Löcher verjüngen sich ihn Richtung des Schermessers und erzeugen schräge Schneidkanten von diamantartiger Qualität. Durch gleichzeitige Formätzung des Scher blattrahmens entsteht das Scherblatt in einem Ätzvor gang.Due to the physical nature of the etching process lukewarm the punch cards face each other like pyramids. The Holes taper towards the shear knife and produce sloping cutting edges of diamond-like Quality. By simultaneous form etching of the shear the frame is created in an etching process corridor.

Fig. 1 zeigt in nichtmaßstäblicher Darstellung den Ausschnitt der in Richtung (100) orientierten Sili ziumscheibe 1, deren Oberflächen 2 mit heißem Wasser dampf in bekannter Weise zu SiO₂ oxidiert wurden. Durch Überziehen mit Positiv-Fotolack 3, Auflegen von Ätzmasken, Belichten, Entwickeln und Öffnen der Oxid schicht mittels gepufferter Flußsäure werden die Fen ster 4 und 5 erzeugt. Hierbei entspricht das Fenster 4 einer als Haareintrittsöffnung dienenden Öffnung und das Fenster 5 der späteren Scherblattrückseite, d. h., der den Schermessern zugekehrten Seite. Fig. 1 shows a non-scale representation of the section of the (100) oriented silicon plate 1 , the surfaces 2 of which were oxidized with hot water steam in a known manner to SiO ₂ . By coating with positive photoresist 3 , laying on etching masks, exposure, development and opening of the oxide layer by means of buffered hydrofluoric acid, the windows 4 and 5 are produced. In this case, the window 4 corresponds to an opening serving as a hair entry opening and the window 5 corresponds to the rear side of the cutter blade, that is to say the side facing the cutting blades.

Die Fensteroberflächen aus reinem Silizium sind auf der (100)-Siliziumscheibe parallel zu den (110)- Ebenen orientiert. Sie bieten im nachfolgenden Haupt ätzvorgang der anisotropen Ätze, hier z. B. KOH, die Möglichkeit, bis zum Erreichen der (111)-Ebenen, in das Silizum einzudringen und dabei Kanten in den dar gestellten Richtungen 6, 7, 8 auszubilden. Nach Er reichen der gewünschten Scherblattdicke D wird der Ätzvorgang abgebrochen und der restliche Fotolack ent fernt. Fig. 1b zeigt den gleichen Ausschnitt der Si liziumscheibe nach der Ätzung.The pure silicon window surfaces on the (100) silicon wafer are oriented parallel to the (110) planes. They offer the following main etching process of anisotropic etching, here z. B. KOH, the ability to penetrate into the silicon until reaching the (111) planes and thereby form edges in the directions 6 , 7 , 8 shown . After He reach the desired shaving blade thickness D , the etching process is stopped and the remaining photoresist ent removed. FIG. 1b shows the same section of the Si liziumscheibe after etching.

Man sieht einen Scherblatteil 9, einen Scherblattrand 10 sowie die als Haareintrittsöffnung ausgebildete Öffnung 11 mit den erzeugten Schneidkanten 12.One can see a blade part 9 , a blade edge 10 and the opening 11 designed as a hair entry opening with the cutting edges 12 produced .

Fig. 1c zeigt in räumlicher Darstellung einen größeren Abschnitt des Scherblattes. Es ist selbstverständlich, daß das Lochmuster beliebig versetzt sein kann, so fern die durch die (110)-Ebenen vorgegebenen Grund richtungen der Kanten der Öffnungen beibehalten wer den. Statt quadratischer Öffnungen können, wie be reits oben erwähnt, kurze Schlitze vorteilhaft sein. Der zur Versteifung in ursprünglicher Scheibenstärke belassene Scherblattrand 10 kann mit Befestigungs löchern versehen und in nützlicher Weise durch den gleichen Ätzvorgang geformt werden. Fig. 1c shows a spatial representation in a larger section of the shear blade. It goes without saying that the hole pattern can be arbitrarily offset, as far as the basic directions given by the (110) planes of the edges of the openings are maintained. Instead of square openings, as already mentioned above, short slots can be advantageous. The shear blade edge 10 left for stiffening in the original disk thickness can be provided with fastening holes and usefully shaped by the same etching process.

Ein typisches Ausführungsbeispiel des Scherblattes weist die in Fig. 2 dargestellten Abmessungen auf: Dicke der Siliziumscheibe W = 250 µ, Scherblattdicke D = 30 µ, Weite der als Haareintrittsöffnung dienenden Öffnung A = 542 µ, Schneidweite B = 500 µ, Stegweite a = 30 µ, Stegweite x = 72,5 µ und prozentualer Anteil /Schneidöffnung K _% = 32,7%.A typical exemplary embodiment of the shear blade has the dimensions shown in FIG. 2: thickness of the silicon wafer W = 250 μ, shear blade thickness D = 30 μ, width of the opening A = 542 μ serving as hair entry opening, cutting width B = 500 μ, web width a = 30 µ, web width x = 72.5 µ and percentage / cutting opening K _% = 32.7%.

Mit der Erfindung wird ein neuartiges Scherblatt ver besserter Schneidgüte geschaffen, das eine längere Lebensdauer aufweist und in vorteilhafter Weise Haut allergien, z. B. Nickelallergien, verhindert.With the invention, a novel shear blade is ver better cutting quality, the longer one Has lifespan and advantageously skin allergies, e.g. B. nickel allergies prevented.

Claims

1. shaving blade for razors, characterized in that it consists of a monocrystalline, for the formation of serving as hair entry openings qua dratic, rectangular or diamond-shaped openings ( 11 ) anisotropically etched silicon wafer ( 1 ).

2. A process for producing a shaving blade for razors, characterized by anisotropic etching of a silicon pure crystal wafer ( 1 ) to produce a thin membrane with a hole pattern.

3. The method according to claim 2, characterized in that, depending on the geometry and arrangement of the etching mask in local relation to the orientation of the crystal structure, both the shape and the edge inclination of the opening openings ( 11 ) of the hole pattern as hair entry openings is designed to be variable .

4. The method according to claim 3, characterized in that the orientation is carried out so that the edges of the holes of (111) planes are formed, which are only minimally changeable by the etching, so that without destroying the outer geometry the hole pattern of the openings ( 11 ) the thickness of the shear blade is determined by the duration of the etching, at the same time producing sharp cutting edges ( 12 ) of diamond-like hardness.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the shear blade edge and the fastening geometry of the shear blade are produced from the same silicon wafer ( 1 ).

6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the silicon pure crystal wafer has a (110) crystal orientation, square or rectangular openings serving as hair entry openings ( 11 ), the edges of which are produced by the ( 110) - planes given basic directions match so that pyramid-like tapered depressions are formed, which are truncated pyramid-like by an etching front coming from the opposite side, so that cutting edges ( 12 ) arise and at the same time the shear blade the desired thickness (D) holds, as well as stiffening edges and the mounting geometry of the shaving blade are generated.

7. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the silicon pure crystal wafer ( 1 ) has a (110) -Kristallorienti tion, diamond-shaped openings serving as Haarein openings ( 11 ) who who who at the acute-angled Corners have oblique shear edges and otherwise have shear edges ( 12 ) running perpendicular to the surface of the pane ( 2 ).