(57)【要約】  自動色制御の方法およびシステムが提供される。これらの方法およびシステムは、熱処理された鋼、例えばかみそりブレード鋼を着色するための様々な酸化プロセスに使用するのに適している。色を測定する工程、測定された色を目標の色値と比較し、それらの間の差を定量化する工程、および、差が予め定められた閾値を超える場合、測定された色および目標色が同等になるか、または予め定められた差異以内になるように、色調節パラメータ、例えば、酸化区域への空気流を調節する工程を包含する、フィードバックループ（閉ループ制御）が確立される。
2009518159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
かみそりブレードを製造するプロセスであって、
着色プロセスを出るブレード鋼ストリップの色パラメータを測定する工程、該測定された色を目標色と比較し、それらの間の差を定量化する工程、および、該差が予め定められた閾値を超える場合、該測定された色と該目標色が同等になるか、または予め定められた差異以内になるように、色調節パラメータを調節する工程の自動フィードバックループを含んでなることを特徴とする、前記のかみそりブレードを製造するプロセス。
【請求項２】
該着色プロセスが、該鋼ストリップを酸化区域に通す工程を包含し、該色調節パラメータが該酸化区域内の空気流量を含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
該測定する工程が、該ブレード鋼の該反射スペクトルを測定する工程を含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
該色パラメータが該反射スペクトルの最大値または最小値である、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
該測定する工程がスペクトロメータを使用して行われる、請求項３に記載のプロセス。
【請求項６】
該調節する工程が、該空気流量を調節する質量流量コントローラを使用する工程を含んでなる、請求項２に記載のプロセス。
【請求項７】
該着色プロセスが熱酸化プロセスまたは還元／再酸化プロセスを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
該熱酸化プロセスまたは還元／再酸化プロセスが該鋼焼入れプロセスの一部である、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
該差の該定量化がプロセッサによって行われる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
かみそりブレードの色を自動制御するシステムであって、
該ブレード鋼が該着色プロセスを出るときに、その該反射スペクトルを測定するように構成されたスペクトロメータ、
該着色プロセスのパラメータを調節するように構成されたコントローラ、
該測定された反射スペクトルと関連付けられたパラメータを決定し、該測定されたパラメータと予め定められた目標値との差を計算し、該差が予め定められた閾値を上回る場合、該質量流量コントローラに電圧を送るように構成されたプロセッサ、および、
酸化区域のある焼入れ炉を具備してなることを特徴とする、前記のかみそりブレードの色を自動制御するシステム。
【請求項１１】
該パラメータが、該反射スペクトルの最小反射光の波長（λｍｉｎ）または最大反射光の波長（λｍａｘ）、或いはより高次の最小値または最大値である、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かみそりブレードおよびかみそりブレードを製造するプロセスの分野に関し、より具体的には、そのようなプロセスにおけるかみそりブレードの色の自動制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
かみそりブレードは、典型的には、ステンレス鋼などの適切な金属シート材料で形成され、これが所望の幅に切り離され、熱処理を施されて金属が焼入れされる。焼入れ作業では高温炉を使用し、そこで、金属は、１１００℃超過の温度に１０秒間まで晒され、続いて急冷されてもよい。焼入れ後、ブレード上に刃先が形成される。刃先は、典型的には、約１０００オングストローム未満、例えば約２００〜３００オングストロームの半径を有する最終先端のあるくさび形の形状を有する。刃先には、様々なコーティングが施されてもよい。刃先または最終先端には、強度、耐食性、およびシェービング能力を改善するため、例えば、ダイヤモンド、非晶質ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）材料、窒化物、炭化物、酸化物、またはセラミックスなどの、硬質コーティングが施される場合が多い。ニオビウムまたはクロム含有材料の中間層は、典型的にはステンレス鋼である基材と硬質コーティングの間の結合を改善する助けとなり得る。ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の外層を用いて摩擦を低減することができる。
【０００３】
これらのコーティングを施す際、または他のあらゆる焼入れ後処理工程を行う際には、焼入れされ鋭利化された鋼が大幅に焼き戻されないように、十分に低い温度条件下で実施されることが重要である。鋼が過度に焼き戻された場合、その硬さを失い、使用中適切に機能しないことがある。
【０００４】
かみそりブレードの刃先構造および製造方法の例が、米国特許第５，２９５，３０５号、第５，２３２，５６８号、第４，９３３，０５８号、第５，０３２，２４３号、第５，４９７，５５０号、第５，９４０，９７５号、第５，６６９，１４４号、ＥＰ０５９１３３４、およびＰＣＴ９２／０３３３０に記載されており、これらは参考により本明細書に組み込まれる。
【０００５】
かみそりブレードは、色付きコーティング、即ち、下にあるブレード材料の色とは異なる色を有するコーティングを包含してもよい。用語「色付き」は、本明細書で使用するとき、黒および白を包含する全ての色を包含する。色付きコーティングは、ブレードの性能または物理的性質に悪影響を及ぼすことなく、所望の審美的効果を提供する。かみそりブレードの色は、かみそりカートリッジのハウジング若しくはハンドル、またはシェービングシステムの他の構成要素の色とカラーコーディネートすることができる。いくつかの好ましい実施例では、コーティングは実質的にブレードの表面全体を覆って、審美的効果を高め、および製造を簡略化する。コーティングには耐久性があり、ブレード材料に対して優れた付着性を示し、また一貫しておよび相対的に安価に製造することができる。
【０００６】
かみそりブレードは、（ａ）ブレード鋼の熱酸化、または（ｂ）ブレード鋼上に設けられた硬金属酸化物表面コーティング、例えば二酸化チタンの還元および制御された再酸化などの技術を使用することにより、鋼焼入れプロセスの間に着色することができる。コストを低減し、スクラップを減少させ、および色の質と制御を達成するため、これらの２つの技術は自動色制御プロセスおよび工具を必要とする。
【０００７】
熱酸化技術は、ブレード材料に焼入れプロセスを施す工程；および、焼入れプロセスの間、ブレード材料の表面上に酸化層を形成するため、それを清浄な乾燥空気に晒す工程を包含する。この方法は、酸化工程後にブレード材料を急冷して、ブレード材料のマルテンサイト変態を開始させる工程、および焼入れされたブレード材料をかみそりブレードに形成する工程も包含し、酸化層が、色付きの表面を有するかみそりブレードを提供する。好ましい方法は、ブレードの最終特性に悪影響を及ぼさない。
【０００８】
硬金属酸化物表面コーティングを施されたブレードの着色プロセスの還元および制御された再酸化には、例えば、物理蒸着法（PVD）、プラズマ促進化学蒸着法（PECVD）、若しくは他の蒸着技術によって、硬金属酸化物および／または金属オキシニトリド、例えば酸化チタン、および／または、ジルコニウム、アルミニウム、シリコン、タングステン、タンタル、ニオビウム、鉄、およびそれらの混合物を包含する他の遷移金属酸化物の層を、均一な厚さの層の形で軟らかいブレード鋼のシートに貼り付けることを伴う。この着色プロセスのため、焼入れ作業は、金属酸化物でコーティングされたブレード材料に焼入れプロセスを施す工程；および、焼入れプロセスの間、存在する金属酸化物若しくはオキシニトリドのコーティング中における酸素含量を低減させ、次に、コーティングを、目標とする最終コーティング色に比例する制御された量の清浄な乾燥空気に晒すことによって、酸化物を再酸化させる工程を包含する。この方法は、再酸化工程後にブレード材料を急冷して、ブレード材料のマルテンサイト変態を開始させる工程、および焼入れされたブレード材料をかみそりブレードに形成する工程も包含する。好ましい方法は、ブレードの最終特性に悪影響を及ぼさない。
【０００９】
熱酸化技術は、ブレード材料を、２つの区域から成るトンネルオーブンに通す工程を包含する。第１区域は、ブレード鋼をオーステナイト化し、あらゆる天然酸化物コーティングを除去するために使用される。この第１区域は主に水素および窒素を含有する。酸化区域と称される、第１区域の直後に続くトンネルオーブンの第２区域は、ステンレス鋼ストリップの表面を酸化するために使用される。第１区域は、その長さのほとんどにわたって約１１００℃の温度を有する。第１区域の出口付近、即ち酸化区域の直前の温度により、ブレード材料の温度が、オーステナイト化の間の１１００℃超過から第２区域に入るときの約８００℃未満まで低減される。トンネルオーブンの酸化区域内における有効酸素は、この区域に供給される乾燥空気と窒素の量を制御することによって制御できる。酸化区域に対する有効酸素を制御することにより、形成される酸化物膜の色は目標が定められ、制御されてもよい。酸化鋼がトンネルオーブンの酸化区域を通過した後、水冷式の急冷ブロックを用いてマルテンサイト急冷（martensitic quenching）が開始される。焼入れプロセスにより、ブレード材料がマルテンサイト化される。
【００１０】
上述の熱酸化物ブレード着色プロセスによって、オーステナイト化の後およびマルテンサイト変態の前である焼入れプロセスの間に、ブレード鋼上に装飾的な酸化物膜が成長することが可能になる。代わりに、ブレード鋼が、焼入れプロセスの前に熱酸化物着色プロセスを使用して着色された場合、色は、一般に、標準的な焼入れプロセスの間に劣化してしまうであろう。熱酸化物着色プロセスがマルテンサイト変態の後に採用された場合、一般に、ステンレス鋼ストリップのマルテンサイト特性を壊してしまうであろう。上述のプロセスは、一般に、優れた色制御を可能にし、および焼入れされたステンレス鋼ブレードストリップの金属学的特性に悪影響を及ぼすことなく、付着性が高い保護酸化物を提供する。
【００１１】
硬金属酸化物表面コーティングを施されたブレードの着色および焼入れ技術の還元および制御された再酸化は、ブレード材料を、２つの区域から成るトンネルオーブンに通す工程を包含する。第１区域は、ブレード鋼をオーステナイト化し、酸化物コーティングを還元するために使用される。この第１区域は主に水素および窒素を含有する。第１区域の直後に続くトンネルオーブンの第２区域は、コーティングを再酸化するために使用される。トンネルオーブンの第２区域内の酸素分圧は、トンネルオーブンの第１区域内の周囲条件と独立に制御することができる。トンネルオーブンの第２区域内の酸素分圧を制御することにより、酸化物膜の所望の色は更に目標を定められ、制御されてもよい。コーティングされた鋼がトンネルオーブンの第２区域を通過した後、水冷式の急冷ブロックを用いてマルテンサイト急冷（martensitic quenching）が開始される。焼入れプロセスにより、ブレード材料がマルテンサイト化される。
【００１２】
上述の還元および再酸化ブレード着色プロセスにより、マルテンサイト系ステンレス鋼の焼入れプロセスの間、装飾的な遷移金属酸化物膜を特別に変性（着色）することが可能になる。装飾的な遷移金属酸化物膜が焼入れプロセス前に着色される場合、一般に、標準的な焼入れプロセスの間に劣化してしまうであろう。着色プロセスがマルテンサイト変態後に採用された場合、ステンレス鋼ストリップのマルテンサイト特性が壊れてしまうか、または大規模な温度制御と特別な材料の取扱いを必要とするであろう。上述のプロセスは、一般に、優れた色制御を可能にし、および焼入れされたステンレス鋼ブレードストリップの金属学的特性に悪影響を及ぼすことなく、付着性が高い保護酸化物を提供する。
【００１３】
上述の色付きブレードを製造する方法、並びにブレード鋼の熱酸化と硬金属酸化物表面コーティングの還元および制御された再酸化の方法の両方において、色は、空気／酸化物境界面からの光の部分反射と酸化物／鋼境界面からの光の反射との間の薄膜干渉から生じる。強め合う干渉は、一方の境界面からの反射光が他方の境界面からの反射光と相を同じくして結合して、明るさを生じたときに起こる。弱め合う干渉は、境界面からの反射光が相がずれて結合して、暗さを生じたときに起こる。各境界面からの反射光間の光位相の差は、酸化物薄膜を通る光路長ＯＰＬに応じて決まる。ＯＰＬは次式によって与えられる。
ＯＰＬ＝２ｎｆｄｃｏｓθ      （１）
式中、
ｎｆ＝薄膜の屈折率
ｄ＝薄膜の厚さ
θ＝薄膜表面の垂線に対する入射光の角度
【００１４】
因数２は、反射によって膜を通る複光路を考慮に入れる。
【００１５】
裸のブレード鋼の熱酸化の場合、酸化物の屈折率はほぼ一定であると推測され、色は主として最終酸化物厚さｄによる。ブレード鋼上の硬金属酸化物膜を再酸化するとき、硬金属酸化物の厚さはほぼ一定であると推測され、色は主として再酸化の程度に応じて変わり、それは屈折率の関連する増加と相関する。
【００１６】
温度、ガス流量、およびガス漏れを包含する、焼入れプロセスと関連付けられたパラメータの変動により、熱酸化色プロセスの色のドリフトがもたらされる。焼入れプロセスパラメータ、並びに予備焼入れされた金属酸化物／オキシニトリド膜の厚さまたは屈折率の変動は、補償されないままの場合、やはり、還元／再酸化プロセスに対する焼入れされたブレード鋼の関連する色のドリフトに結び付く。それに加えて、切り離されたストリップが連続的な処理のために互いに溶着されたとき、予め蒸着された金属酸化物膜の厚さの急激な変化が起こり、それによって最終製品の急激な色の変化が引き起こされる場合がある。
【００１７】
上述のブレード着色プロセスの場合、焼入れされたブレード鋼の色を観察し、次いで、酸化または再酸化プロセスの間の清浄な乾燥空気の流れを調節することによって、変動を補償することができ、したがって、目標色に到達することができる。しかしながら、手動調節は製造コストを増加させ、色のドリフトに対して十分に敏感な補償は可能にならず、製造される許容できないブレード材料の量が増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、自動色制御の改善を行うことに関連する。そのような方法およびシステムが後述される。これらの方法およびシステムは、かみそりブレード鋼を着色するための様々な酸化プロセスにおける使用に適している。色を測定する工程、測定された色を目標の色値と比較し、それらの間の差を定量化する工程、および、差が予め定められた閾値を超える場合、測定された色および目標色が同等になるか、または予め定められた差異以内になるように、色調節パラメータ、例えば、酸化区域への空気流量を調節する工程を包含する、フィードバックループ（閉ループ制御）が確立される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、かみそりブレードを製造するプロセスに関し、該プロセスは：着色プロセスを出るブレード鋼ストリップの色パラメータを測定する工程、測定された色を目標色と比較し、それらの間の差を定量化する工程、および、差が予め定められた閾値を超える場合、測定された色と目標色が同等になるか、または予め定められた差異以内になるように、色調節パラメータを調節する工程の自動フィードバックループを含む。
【００２０】
別の実施形態では、本発明は、かみそりブレードの色を自動制御するためのシステムに関し、該システムは：
ブレード鋼が着色プロセスを出るときに、その反射スペクトルを測定するように構成されたスペクトロメータ、
着色プロセスのパラメータを調節するように構成されたコントローラ、
測定された反射スペクトルと関連付けられたパラメータを決定し、測定されたパラメータと予め定められた目標値との間の差を計算し、差が予め定められた閾値を上回る場合、質量流量コントローラに電圧を送るように構成されたプロセッサ、および、
酸化区域がある焼入れ炉を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
色付き酸化物層を形成し、かみそりブレードを製造するのに適した熱酸化物プロセスが、図１に図式的に示される。第一に、ブレード鋼のシートが切り離されてストリップにされる。次に、ストリップは互いに溶着され、次いで、後に続く処理の間の取扱いを容易にするため孔あけされる。
【００２２】
所望の一連の予備焼入れ工程が完了すると、ブレード材料に、ステンレス鋼のオーステナイト化を包含する焼入れプロセスが施される。トンネルオーブン内で実施される焼入れプロセスの典型的な温度プロファイルが図２に示される。材料は、高温まで、例えば約１１６０℃まで急速に昇温され、この温度である期間維持され、その間にステンレス鋼のオーステナイト化が生じ、次に冷却される。成形ガス（例えば、水素および窒素を包含する）は、オーステナイト化の間、オーブンの高温区域の中を流れる。成形ガスの組成および流量は、酸化が生じないように、およびあらゆる天然酸化物が還元されるように制御される。一実施形態では、成形ガスは、酸化を防ぐと共にあらゆる天然酸化物を還元するための水素と、全体の水素濃度を希釈するのに使用される不活性ガスとしての窒素とを包含する。例えば、いくつかの実施例では、成形ガスは、約７５％の水素と約２５％の窒素を包含してもよく、約７〜３８Ｌ／ｍｉｎの流量で供給されてもよい。
【００２３】
オーステナイト化後、ストリップは酸化区域を通過し、そこで、色付きの酸化物層がブレード鋼の表面上に成長する。成形ガスは、焼入れ炉から酸化区域内へ流れる。酸化ガス（例えば、酸素を包含する）は、酸化区域内の所望の地点（ストリップが酸化に適した温度に到達した地点）で成形ガスに導入され、酸化プロセスを促す。酸素は、清浄な乾燥空気の形態で供給されてもよい。酸化区域および酸化条件（例えば、水素対酸素の比）は詳細に後述される。材料は、酸化区域を出た後、迅速に急冷されて、ステンレス鋼のマルテンサイト変態が生じる。急冷は、酸化物層の色に悪影響を及ぼさない。
【００２４】
本明細書に記載されるプロセスは、既存のブレード鋼焼入れプロセスに追加されてもよく、既存プロセスの変更は最小限である場合が多い。例えば、ある既存のブレード鋼焼入れプロセスは、成形ガスの流れを含有する高温炉（１１００℃超過）を使用する。２つの平行および連続的なステンレス鋼ブレードストリップは、それぞれ３６．６ｍ／ｍｉｎ（１２０フィート／ｍｉｎ）で、この高温炉の中を通される。この高温処理は、ステンレス鋼ストリップをオーステナイト化するために用いられる。高温炉の出口近くには、水冷式のジャケット付き管（水冷式マッフル管とも称される）がある。この区分は、ステンレス鋼ブレードストリップの冷却プロセスを始めるために使用される。水冷区域の直後に、ステンレス鋼ブレードストリップは、一組の水冷式急冷ブロックの中を通される。急冷ブロックは鋼のマルテンサイト変態を開始する。この既存のプロセスは、高温炉と急冷ブロックの間の水冷式マッフル管を上述の酸化区域と置き換えることによって、色付きの酸化物層を形成するように変更されてもよい。特定の例では、炉の温度プロファイルは、約８００℃未満、または約４００〜７５０℃、または更には約６００〜７００℃の温度でストリップが炉を出るように変更されてもよい。
【００２５】
適切な酸化区域が図３Ａに図式的に示される。酸化区域は、例えば、焼入れラインの高温炉内で使用される管類に取り付けられたインコネル管であってもよい。一実施形態では、ガススパージャーシステム２００は、管２０２の入口から約２．９ｃｍのところに設置され、管の約５．１ｃｍ下まで延びるような寸法を有する。この場合、スパージャは、合計１６個のガス注入口（図示なし）を有し、スパージャを通って注入されたガス（図３Ａの矢印）が、ステンレス鋼ストリップに均一に衝突するように設計される。ガスは、一対の入口管２０１および２０３を通ってスパージャに導入される。ガスバッフル２０４が包含されてもよく、その結果、ブレード材料の２つのステンレス鋼ストリップが互いから分離されて、バッフルの各側におけるガス組成を他方の側からは部分的に独立に制御できるようになっていてもよい。バッフル２０４は、図３Ｂに示されるように２つのチャンバ２１０および２１２を画定してもよい。この場合、ガスバッフルは、例えば、酸化区域の入口から約０．３ｃｍのところで始まり、管の約１０．２ｃｍ下まで延びてもよい。所望であれば、ガスバッフル２０４は酸化区域の全長に沿って延びてもよく、その結果、入口管２０１および２０３からのガス流の混合がなく、管内のバッフルの両側（２１０および２１２）の独立制御が可能になる。ガススパージャーは、二元的なガス流制御が可能であって、同一の炉を使用して同時に２つのストリップを処理できるように設計される。ガス流量は、ガス流量計を用いて制御されてもよい。酸化区域の各チャンバの出口は、フランジおよび二片の鋼２１８と一体で、それらがスリット２１９を画定し、それによって出口ゲート２２０として作用してもよい（図３Ｃ）。スリットは、例えば、幅約０．１〜約０．２ｃｍであってもよい。この出口ゲートは、周囲空気の酸化区域内へのいかなる逆流も防ぎ、および酸化区域内でのガスのより良好な混合を促す。上述したように、ステンレス鋼ブレードストリップは、酸化区域の直後に、一組の水冷式急冷ブロック２０６の中を通される。急冷ブロックが鋼のマルテンサイト変態を開始する。
【００２６】
所望の色は、一般に、酸化物層の厚さおよび組成を制御することによって得られる。色付きの酸化物層の厚さおよび組成はいくつかの変数に応じて決まる。例えば、酸化物層の厚さは、酸化ガスが導入されるときのステンレス鋼ストリップの温度に応じて、また、酸化区域内の成形ガスと酸化ガスの混合物における水素対酸素の比に応じて決まる。酸化物層の組成、即ち化学量論は、これらの同じ要因に応じて、また、ストリップの形態および表面組成にも応じて決まる。一般に、より低い温度および流量は金色を作り出し、より高い温度および流量は紫色から青色を作り出す。いくつかの実施例では、水素対酸素の比は約１００：１〜５００：１である。所与のタイプのブレード材料では、この範囲の中間点付近の水素対酸素の比で、審美的な濃い青色の酸化物が得られる。酸素の相対量を増加させると、淡い青色および淡い青緑色が得られる傾向となり、一方、酸素の相対量を減少させると、紫色、次いで金色が得られる傾向となる。
【００２７】
材料が酸化区域内を移動する速度および酸化区域の長さも、着色に影響を及ぼす。適切な速度は、例えば、約１５〜約４０ｍ／ｍｉｎの範囲であってもよい。
【００２８】
場合によっては、一定の最終製品を得るため、焼入れおよび／または酸化プロセスのプロセスパラメータの調節が必要なことがある。ストリップが酸化区域に入るときの温度は、焼入れ炉の最終区域の温度を調節することによって、および／または酸化区域に加熱素子を使用することによって制御されてもよい。ストリップが酸化区域に入るときの温度を上昇させると、酸化区域内で製造される酸化物の厚さが増加する。最も従来的な炉を使用してプロセスが行われるとき、ストリップが酸化区域に入るときの温度は、最初にプロセスを設定するときにのみ調節可能である。酸化区域への酸化ガスのガス組成は速やかに調節可能であるので、ストリップ材料の変動を補償する工程および酸化物の色を微調節する工程に一般に使用されるのは、このパラメータである。焼入れ炉の最終区域の的確な温度設定および酸化ガスの正確な組成は、その他にも要因がある中で、鋼ストリップの所望の色、サイズ、形状、組成、および速度に基づいて選択される。
【００２９】
還元／再酸化プロセスを通して色付きコーティングを施し、かみそりブレードを製造する適切なプロセスが、図４に図式的に示される。図４に示されるように、好ましくは、シート材料を典型的には最終ブレード幅よりも大幅に広い所望の幅に切り離す前に、酸化物層またはオキシニトリド層が、ブレードがそこから形成されるシート材料に貼り付けられる。この段階においてコーティング工程を実行することで製造が簡略化されるが、それは、広い表面積を一度にコーティングすることができるためである。酸化物コーティングは、例えば、物理蒸着法（PVD）、プラズマ促進化学蒸着法（PECVD）、または他の蒸着技術によって、均一な厚さの層の形で軟らかいブレード鋼のシートに貼り付けられる。層は、典型的には、約４００〜約１０，０００オングストローム、例えば約５００〜約８００オングストロームである。
【００３０】
所望の一連の予備焼入れ工程が完了すると、ブレード材料に焼入れプロセスが施され、それによってステンレス鋼のマルテンサイト変態が引き起こされる。トンネルオーブン内で実施される焼入れプロセスの典型的な温度プロファイルは図２に示される。オーブン内のこの温度プロファイルは、材料の温度を高温まで、例えば約１１６０℃まで急速に昇温し、材料を一定期間この温度で維持することを伴うが、この期間中にステンレス鋼のオーステナイト化が生じる。材料は、オーブンを出た後、迅速に急冷されて、ステンレス鋼のマルテンサイト化を引き起こす。
【００３１】
焼入れプロセスの間に酸化物コーティングは「着色され」、即ち，酸化物コーティングの着色が強化され、および／または変化させられる。着色は、例えば、より明るい陰影若しくはより光り輝く外見へといった色の強化を引き起こす場合があり、および／またはコーティングの色の異なる色への変化、例えば青灰色から紫色、金色、若しくは青色へ、または渋い緑色から明るい黄緑色、濃い緑色、若しくは青緑色への変化を引き起こす場合がある。この着色は、コーティングの屈折率が変化した結果として生じ、それは、酸化物コーティングの組成、化学量論的組成、および／または結晶構造が変化した結果として生じるものである。見掛けの膜の屈折率における変化の程度が、着色された膜の色を制御する。
【００３２】
着色後のコーティングの組成および結晶構造、したがってコーティングの最終的な色は、いくつかの変数に応じて決まる。例えば、コーティングの組成、または化学量論は、焼入れ手順の間、炉内に存在する気体に応じて決まる。炉の中に窒素のみを導入すると、一般に、初めは青灰色であった酸化チタンコーティングが明るい青色または青紫色に変化する。この変色は、酸化チタンコーティングの酸素含量の減少に起因する。空気および／または水分が炉に導入された場合、酸化チタンコーティングの酸素含量の減少ははるかに少なく、結果として得られる屈折率はより高くなる。
【００３３】
着色に影響する他の変数は、酸化物コーティングの初めの厚さおよび組成、焼入れ炉の温度プロファイル、並びに材料が炉を通って進む速度である。コーティングの厚さおよび／または組成が材料の長さにわたって変化する場合、一貫した最終製品を得るため、焼入れプロセスのプロセスパラメータを調節することが必要なことがある。焼入れに典型的に使用される大型のトンネルオーブンの温度および周囲条件を迅速に調節することは困難なため、より迅速に調節可能な、別個のより短いオーブン（以下、「酸化区域」と称される）を設けることが望ましいことがある。したがって、従来の大型のトンネルオーブンは、焼入れ作業の高温工程に、および酸化物コーティングを僅かに還元する（それにより、その組成の均一性も向上されてもよい）ために使用されてもよく、追加のより短いオーブンは、酸化／着色に使用されて、材料の変動を補償するため、ガス組成をそこで比較的迅速に調節することができる酸化区域が設けられてもよい。この酸化区域内でのストリップ温度、したがって着色の周囲応答性は、高温炉の最終区域の設定点を調節することによって上下に調節することができる。次に、酸化区域に導入されるガス（１つ若しくは複数）の組成および／または流量は、材料が酸化区域および急冷領域を出るときの外見に基づいて変更することができる。
【００３４】
酸化区域は、熱酸化物ブレードの着色に関して上述し、図３Ａにおいて上記に示したものと類似であってもよい。酸化区域が利用されるとき、それは、高温炉と水冷式急冷ブロックの第１の組との間に位置し、標準的な焼入れラインに使用される水冷式マッフル管に取って代わる。炉の温度プロファイルは、コーティングされたステンレス鋼ブレードストリップが焼入れ炉から現われ、約１１６０℃程度またはそれよりも低い温度で酸化区域に入るように修正されてもよい。起動の間などのプロセスの安定性を改善するため、酸化区域に加熱素子も追加されてもよい。酸化ガス、例えば、乾燥空気および窒素として導入される酸素と窒素の混合物が、着色プロセスを制御するために用いられてもよく、この場合それは高温炉からのガスの流れに直接加えられる。
【００３５】
発明者らは、上述の着色プロセスのいずれかに使用するのに適しているが、それに限定されない、自動色制御の方法並びにそのシステムを開発した。色を測定する工程、測定された色を目標の色値と比較し、それらの間の差を定量化する工程、および、差が予め定められた閾値を超える場合、測定された色および目標色が同等になるか、または予め定められた差異以内になるように、色調節パラメータ、例えば、酸化区域への空気流量を調節する工程を包含する、フィードバックループ（閉ループ制御）が確立される。好ましいシステムおよび方法は、検出可能な長期間での色の変動またはドリフトを実質的に低減する。
【００３６】
１つの態様では、本発明は、スペクトロメータ、プロセッサ、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）、および酸化区域がある焼入れ炉を包含する、かみそりブレードの色の自動制御のためのシステムを特徴とする。スペクトロメータは、ブレード鋼が着色プロセスを終了するとき（例えば、焼入れされ再酸化された金属酸化物コーティングされたブレード鋼、または熱酸化されたブレード鋼）の反射スペクトルを測定する。反射スペクトルは、スペクトロメータに戻る反射光と反射光の波長との比率である。プロセッサは、測定された反射スペクトルと関連付けられたパラメータ、例えば、最小反射光の波長（λｍｉｎ）を決定し、測定されたパラメータと予め定められた目標値との差を計算する。差が予め定められた閾値を上回る場合、プロセッサは、質量流量コントローラに電圧を送って、目標値に近付くようになど、酸化区域への清浄な乾燥空気の流れを増加または減少させる。いくつかの実施例では、パラメータは最大反射光の波長（λｍａｘ）である。
【００３７】
色の測定は、測定の形体、基準、および方法、並びに「色空間」を含む自由度が多岐にわたることに起因して、どちらかと言えば主観的でおよび複雑な場合がある。国際照明委員会（CIE）が基準を作成しており、それによって規定された番号が色を表すのに使用される。ＣＩＥの基準によれば、色は、典型的には３つのパラメータによって規定される。有利には、単一のパラメータ、例えばλｍｉｎまたはλｍａｘを色の指定として使用することにより、三次元の色空間が単一の番号によって表される。次に、この単一の番号は、色制御パラメータとして、リアルタイムのフィードバックループにおける単一の色調節パラメータ（例えば、空気流量）を調節するのに容易に使用することができる。
【００３８】
本発明に関して、自動色制御を達成するための第１の工程は、色を測定し規定することである。ブレード鋼上の硬金属酸化物または酸化物膜の反射スペクトルは、上述の式（１）から導き出すことができる次式によって与えられる薄膜干渉の関係に従う。
２ｎｆｄ＝（ｍ−１／２）λｍｉｎ      （２）
式中、ｎｆ＝金属酸化物膜の屈折率
ｄ＝金属酸化物膜の厚さ
ｍ＝干渉次数を表す整数
λｍｉｎ＝反射率最小値の波長、および
θ＝酸化物膜に垂直に入射する光の場合は０
【００３９】
式（２）では、ｎｆ＞ｎｓであり、式中、ｎｓは、基材（ブレード鋼）の屈折率である。ｎｆ＜ｎｓのとき、薄膜干渉の関係は次式のように修正される。
２ｎｆｄ＝ｍλｍｉｎ      （３）
【００４０】
各スペクトルは最小値λｍｉｎを有し、それは膜厚ｄおよび屈折率ｎｆに比例する。
【００４１】
図５は、光ファイバースペクトロメータを用いて測定された、二酸化チタンでコーティングされたブレード鋼からの、焼入れ前および焼入れ後の反射スペクトル（反射光対波長）のグラフである。各曲線は、膜厚が同じであるが屈折率が異なるものに対応する。焼入れ前の膜は、λｍｉｎ２が約７２０ｎｍのスペクトル曲線１によって表される。焼入れプロセスを受けて、膜内の酸化物は還元され、それがｎｆも減少させ、およびスペクトルおよび関連するλｍｉｎを短波長側にシフトさせる。残りのスペクトル曲線は、酸化区域内で異なる量の空気流量を経験した焼入れ後の二酸化チタン膜を表す。例えば、焼入れ後の反射率曲線３は約４８０ｎｍのλｍｉｎ４を示す。この材料は酸化区域に対する空気流量なしで製造された。λｍｉｎが増加している隣接した曲線は、酸化区域に対する空気流量が増加している焼入れ後の二酸化チタン膜を表す。再酸化の量は空気流量と共に増加するので、屈折率も同様に増加する。これにより、スペクトルおよび関連するλｍｉｎは長波長側にシフトする。図５において焼入れ後の二酸化チタン膜に使用された空気流量は、関連する条件の組の場合、０〜２００ｍＬ／ｍｉｎの範囲内（但しそれに限定されない）であった。各スペクトルおよび関連するλｍｉｎは、グラフの頂部にある色スケールによって見られる明確な色に相関がある（色スケールは白黒で再現されているが、元のスケールは、左端のピンク色から始まり、紫色、青紫色、および中央の濃い青色へと濃くなっていき、次に右端の淡い青色へと薄くなっていく）。焼入れされた材料のスペクトル曲線１の最小波長２からグラフ頂部の色スケールまでのカーソル５をたどると、７２０ｎｍのλｍｉｎは、淡い青色の視覚的外見６を有するであろうことが示される。焼入れ後の材料のスペクトル曲線３の最小波長４からグラフ頂部の色スケールまでのカーソル７をたどると、４８０ｎｍのλｍｉｎは、紫色の視覚的外見８を有するであろうことが示される。したがって、λｍｉｎを膜の色の表記として使用することにより、単一のパラメータによって三次元色空間を表すことが可能になる。
【００４２】
色制御を達成する第２の工程は、フィードバックループを作成することであり、それによって、硬金属酸化物膜の厚さおよび屈折率のドリフト、または熱酸化物着色プロセスと関連付けられたパラメータ（例えば、温度、ガス濃度など）のドリフトに関わらず、目標の色を維持することが可能になる。図６は、スペクトロメータシステム９、プロセッサ１３、質量流量コントローラ１４、および酸化区域１５がある焼入れ炉から成る自動色制御フィードバックループを示す。プロセッサに備わっているソフトウェアプログラムは、スペクトロメータと通信してこれを制御し、反射スペクトルを分析し、および質量流量コントローラと通信してこれを制御する。スペクトロメータシステム９は、光源１０、例えばタングステン光源、スペクトロメータ１１、光ファイバーの反射／後方散乱プローブ１２から成る。光源１０からの光は、６本の照明ファイバー１７の束へと結合される。これらの６本の照明ファイバーは、中央に位置する、スペクトロメータ１１に結合された読取りファイバー１８を取り囲む。照明ファイバー１７から放射された光はサンプル１６上に向けられる。次に、サンプルから反射した光は、中央の読取りファイバー１８によって集光され、スペクトロメータ１１へと結合される。スペクトロメータ１１内で、光はコリメートされ、回折格子から検出器アレイ上に分散されるが、そのアレイのピクセルは、アレイに沿った直線位置を特定の波長に相関させるように空間的に較正されている。プロセッサ１３は、各波長における反射光の強度を表示する。ファイバー芯の直径は、典型的には１００〜４００ミクロンの範囲内（但しそれに限定されない）である。ファイバー芯の直径をより小さくすることにより、ファイバーへのより低い光学的結合効率を犠牲にして、より小さなサンプリングスポット直径が可能になり、結果として測定に利用可能な光がより少なくなる。プロセッサは、反射光が最小の波長を決定し、次に、計算された制御電圧ＶＮ＋１１９を、酸化区域１５への空気流の量を制御する質量流量コントローラ１４に送り、したがってフィードバックループを完成させ完了する。計算された制御電圧は、最小反射率の目標波長λＴと最小反射率の測定された波長λｍｉｎとの間の差に関連する。制御電圧の計算は、色の差に基づく従来の比例積分微分（PID）タイプのフィードバックを利用することができ、および／または、様々なフィードフォワード適応モデリング技術を組み込んで、ノイズにも起因する色の変動を低減することができる。（λＴ−λｍｉｎ）＜閾値を達成するのに必要な、質量流量コントローラ（MFC）の制御電圧を決定するのに使用されるアルゴリズムの一例は、次のようになる。
Ｖｎ＋１＝Ｖｎ＋ΔＶ＝Ｖｎ＋［（λＴ−λｍｉｎ）Ｇ］／［ＭｃｏｌｏｒＭＭＦＣ］    （４）
式中、
Ｖｎ＋１：ボルト単位での新しいＭＦＣ制御電圧
Ｖｎ：ボルト単位での古いＭＦＣ制御電圧
ΔＶ：（λＴ−λｍｉｎ）＜閾値に対するボルト単位での制御電圧の必要な変化
λＴ：ｎｍ単位での目標最小波長
λｍｉｎ：ｎｍ単位での測定された最小波長
Ｇ：フィードバックループ利得設定、単位なし
Ｍｃｏｌｏｒ：（ｎｍ−ｍｉｎ）／ｍＬ単位での色勾配
ＭＭＦＣ：ｍＬ／（ｍｉｎ−ｖｏｌｔ）単位での質量流量コントローラの勾配
【００４３】
上述の式４では、（λＴ−λｍｉｎ）をある予め定められた閾値Ｔ未満にするのに必要な、新しいＭＦＣ電圧設定Ｖｎ＋１は、既存の電圧設定Ｖｎにある調節電圧ΔＶを足したものに等しい。実験で決定される色勾配Ｍｃｏｌｏｒは、ブレード鋼上の特定の金属酸化物でコーティングされた材料および焼入れ炉パラメータに対する、λｍｉｎ対空気流量曲線の勾配である。ＭＦＣの勾配ＭＭＦＣは、ＭＦＣに印加される電圧と関連する流量との間の関係を記述する式である。例えば、対応する制御電圧０〜５ボルトに対するＭＦＣ流量の範囲が０〜２００ｍＬ／ｍｉｎの場合、勾配は４０ｍＬ／（ｍｉｎ−ｖｏｌｔ）になるであろう。閾値Ｔは、厳密な色制御のため非常に小さく、または更にはゼロに設定することができる。色制御フィードバックプロセスを示すフローチャートが図７に示される。
【００４４】
フィードバックループの性能を示すグラフが図８に示される。グラフ頂部における三角形のデータ点１００は、ブレード鋼上の二酸化チタン膜の反射スペクトルから測定された、そのように受け取られた（焼入れ前の）最小波長（ＡＲλｍｉｎ）を表す。平均値は７６０．４ｎｍ、標準偏差は２．８ｎｍである。焼入れ前のブレード鋼上の硬金属酸化物膜のλｍｉｎと目標最小波長λＴとの大きな差異をシミュレートするため、および色制御の範囲を実証するため、設定点、即ち目標色λＴは、階段状の破線１０１、１０２、…、１０８によって分かるように増分的に変化させられた。破線を取り囲む菱形１０９、１１０、…、１１６は、フィードバック制御下での、焼入れ後の測定された最小波長ＡＨλｍｉｎを表す。測定されたλｍｉｎは、約３．３ｎｍの標準偏差で設定点λＴに従っている。スペクトル走査の平均化を使用して、信号対雑音比を改善し、更新間のより長い時間遅延を犠牲にして、測定誤差を低減することができる。
【００４５】
フィードバックループの応答性を改善するため、質量流量コントローラの応答時間は可能な限り高速であるべきであり、また、酸化区域と清浄な乾燥空気を酸化区域へ運ぶ関連する管類とを含む空間の体積は、最小限にされるべきである。また、ブレード鋼は、比較的高速（例えば、６０．９ｃｍ／ｓｅｃ（２４ｉｎ／ｓｅｃ））で焼入れ炉および酸化区域を通って移動するので、スペクトロメータの光ファイバープローブ（または他の測定機器）を、可能な限り酸化出口ポートの近くに位置させることが重要である。
【００４６】
膜厚が増加するにしたがって、反射スペクトルは、連続する干渉次数ｍに対応する複数の最大値および最小値を示すことがある。複数の反射率最小値がスペクトロメータの波長範囲内に存在する場合、プロセッサのソフトウェアプログラムは、特定の干渉次数に対応するスペクトル最小値を分離するため、ウィンドウ生成機能を使用して、自身のλｍｉｎの探索をその波長範囲の特定部分に限定することができる。より複雑なソフトウェアは、複数の反射最大値および最小値の数および位置を利用して、ストリップ色を監視し制御することができる。
【００４７】
本発明の多数の実施形態を記載してきた。しかし、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な修正を行ってもよいことが理解されるであろう。
【００４８】
例えば、スペクトロメータを用いて測定される、フィードバック制御パラメータとしての反射スペクトルの特性を使用することに加えて、自身の特性を有する他のタイプの測定システムを使用して、フィードバックループに対する制御パラメータを特定することができる。例えば、「ＲＧＢ」三光源色識別センサは、サンプル材料から反射された赤色光、緑色光、および青色光の比を使用し、特定の目標色の材料からのこれらの色の比と比較して、色を表すことができる。センサ出力は、サンプル材料色が目標材料色にどの程度近いかを表す比率である。センサ出力は、フィードバックループ制御パラメータとして使用することができる。
【００４９】
更に、上述したように、λｍｉｎよりもむしろ反射率最大値λｍａｘを色の指定として使用することができ、それは、薄膜干渉の類似の関係に従う。  
それ故に、他の実施形態は以下の請求項の範囲内にある。
【００５０】
本明細書に開示される寸法および値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。それよりむしろ、特に指定されない限り、そのような寸法はそれぞれ、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲との両方を意味するものとする。例えば、「４０ｍｍ」として開示された寸法は「約４０ｍｍ」を意味するものとする。
【００５１】
「発明を実施するための最良の形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれるが、いずれの文献の引用も、それが本発明に対する先行技術であることを容認するものと解釈されるべきではない。本文書における用語のいずれかの意味または定義が、参考として組み込まれた文献における同じ用語のいずれかの意味または定義と相反する限りにおいて、本文書においてその用語に与えられた意味または定義が適用されるものとする。
【００５２】
本発明の特定の実施形態を説明し記載してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく他の様々な変更および修正を行うことができることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのような全ての変更および修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【００５３】
各種図面の類似の参照記号は類似の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態による、熱酸化によるブレード着色を包含する、かみそりブレード製造プロセスの工程を示すフローチャート。
【図２】焼入れ炉の温度プロファイル。
【図３Ａ】酸化区域の図式的側面図。
【図３Ｂ】図３Ａの線Ａ−Ａに沿ったスパージャの図式的断面図。
【図３Ｃ】図３Ａに示される酸化区域と共に使用される出口ゲートの正面図。
【図４】本発明の一実施形態による、還元および制御された再酸化によるブレード着色を包含する、かみそりブレード製造プロセスの工程を示すフローチャート。
【図５】硬金属酸化物ブレード鋼の焼入れ前条件における、および様々な焼入れ後条件（焼入れは酸化区域内の空気流量を異ならせて実施されている）における、その反射スペクトルのグラフである。グラフはまた、スペクトル最小値λｍｉｎとおおよそのブレード色との間の相関を示す。
【図６】スペクトロメータ、プロセッサ、質量流量コントローラ、および酸化区域がある焼入れ炉から成る、自動色制御フィードバックループを示す図。
【図７】色制御フィードバックプロセスを説明するフローチャート。
【図８】焼入れ前のブレード鋼上の硬金属酸化物膜のλｍｉｎ、フィードバック制御下の焼入れ後のブレード鋼上の硬金属酸化物膜のλｍｉｎ、並びに目標最小波長λＴを示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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