CN107081790A - 具备微型尺寸的凹凸形状的刀锋的切削工具用刀刃及具备该刀刃的切削器具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具备微型尺寸的凹凸形状的刀锋的切削工具用刀刃及具备该刀刃的切削器具。本发明的切削工具用刀刃的特征在于，在制造过程或使用过程中，在与被切削材料接触的刀锋部中，构成复合材料的坚硬的粒子与金属基体相比相对突出而形成微型凹凸形状。

Description

具备微型尺寸的凹凸形状的刀锋的切削工具用刀刃及具备该 刀刃的切削器具

技术领域

本发明涉及具备微型尺寸的凹凸形状的刀锋(edge)的切削工具用刀刃(blade)和具备该刀刃的切削器具(cutting instrument)。

背景技术

大部分的切削器具由具备均匀的组织的钢(steel)或陶瓷(ceramic)构成。

其中，在钢的情况下，由于过于柔软，在使用过程中存在刀刃部分容易被损伤的倾向，因此在使用过程中需要经常研磨刀刃而比较麻烦，而与此相反地，在陶瓷的情况下，虽然坚硬，但脆性(brittleness)过高而易碎，因此耐久性不够好。

另外，在切削器具中，作为有效地提高刀刃的锋利度的方法，如在下面的专利文献中所公开，具有将刀刃的刀锋(edge)的形状形成为锯齿状的方法。

具备锯齿状的刀锋的刀刃与具备不构成锯齿状而一般的光滑的刀锋的切削器具的刀刃相比，能够将与被切削材料接触的面积减小约2/3程度为止，在该情况下，即便施加相同的力，在与刀刃直接接触的区域中，施加的力会集中3倍程度。

由此，与具备非锯齿状的刀刃的切削器具相比，锯齿状的刀刃会给使用者带来似乎具备了更加锋利的刀刃的感觉。

但是，基于包括不锈钢的钢(steel)而形成的锯齿状的刀刃通过机械加工工序而制得，所制造的锯齿之间的间隔通常为0.1mm以上，由此难以提供利落的切削感，并提高工序费用，还存在如上述的耐久性下降的问题。另外，一旦形成于刀锋的锯齿状被损伤，则力的集中形状就会减少，导致切削性能显著下降的问题。

另外，也可以通过使用粗糙的研磨剂而使与被切削材料接触的刀锋粗糙的工序处理而获得与具备锯齿状的刀锋的情况类似的效果，但通过这样的粗化工序而处理的刀锋的突出部的磨损非常快，因此只能暂时提供与具备锯齿状的刀刃的情况类似的效果。

现有技术文献

专利文献

大韩民国注册专利公报第1268262号

发明内容

本发明的课题在于提供如下的切削工具用刀刃和具备该刀刃的切削器具：在不使用另设的工序费用的情况下，在刀刃的刀锋部形成凹凸形状，并且在使用过程中，即便在刀锋发生磨损也能够维持凹凸形状，因此耐久性优异。

为了解决上述课题，本发明的一个侧面提供一种切削工具用刀刃，其中，从与被切削材料接触的刀锋(edge)至规定位置为止由复合材料构成，该复合材料由金属基体和比所述金属基体更坚硬的分散的粒子而构成，在所述刀锋中，构成所述复合材料的坚硬的粒子比所述金属基体相对突出而形成凹凸形状。

为了解决上述课题，本发明的另一个侧面提供一种切削器具，其具备：切削工具用刀刃，其从与被切削材料接触的刀锋(edge)至规定位置为止由复合材料构成，该复合材料由金属基体和比所述金属基体更坚硬的分散的粒子而构成，在所述刀锋中，构成所述复合材料的坚硬的粒子比所述金属基体相对突出而构成凹凸形状；及主体，其附着有该刀刃。

发明效果

本发明的切削工具用刀刃具有如下效果：可形成0.05mm以下的微细的尺寸的凹凸形状的刀锋(即，锯齿状的刀刃)，与具备以往通过机械加工而形成的锯齿状的刀锋的刀相比，在切开柔软的面包这样的材料时，能够细致地分散力的集中区域，由此能够在不压碎或撕碎的情况下进行切削。

另外，本发明的切削工具用刀刃即便在使用中刀锋被磨损，从刀锋至规定位置为止由金属基体和与此相比更坚硬的硬质相的复合组织构成，因此在磨损之后依然能够维持与最初的形状类似的形态的凹凸形状，因此有利于维持切削力。

另外，本发明的一实施方式的切削工具用刀刃是在金属基体上分散有陶瓷相的状态，因此同时具备金属所具备的软性和陶瓷相的坚硬性，在不容易破碎的同时，耐磨损性优异，改善耐久性。

另外，根据本发明的一实施方式，无需为了形成凹凸形状的刀锋而进行机械加工或使用研磨材料的粗化处理(roughening treatment)这样的另设的工序，而是通过在熔汤的冷却过程中自然产生的陶瓷相和金属相的分离而形成，因此减少制造费用。

另外，本发明的切削工具用刀刃在切割从人的头发这样的非常小的对象物到柔软的蔬菜、冷冻的鱼肉的各种对象物时带来优异的切割感。

另外，本发明的切削工具用刀刃能够实现微细的凹凸结构，因此与通过以往的方法来制造的切削器具相比，能够将其锋利度提高至2～5倍。

另外，本发明的切削工具用刀刃可用作手术用刀，在该情况下，能够将对象切割干净，这样被切割的组织与以往的器具相比容易恢复。

另外，本发明的具备切削工具用刀刃的切削器具可有效地适用于外科用刀、厨房用刀、小刀(pocket knife)、剃须刀片、美容产品(例如，美容镊子、美容剪刀等)、家用产品(剪草坪用刀片、修枝用刀(tree trimmers)、修枝剪(pruning shears)等)、工业用切割刀片等。

附图说明

图1是关于本发明的厨房用刀及其微细组织的概略图。

图2的(a)是关于包括具备25GPa以上的硬度的凹凸形状的刀锋的刀刃用复合材料的组织的概略图，图2的(b)是表示对具备这样的微细组织的复合材料进行加工而形成刀锋之后的状态的概略图。

图3是具备如下组织的复合材料的照片：以在制造本发明的一实施方式的厨房用刀时所使用的钢(steel)为基体，且分散有硼化铬粒子。

图4是使用图2的复合材料而制造的刀刃的光学显微镜照片。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施例的结构及作用进行说明。

下面，在对本发明进行说明时，在判断为对相关的公知功能或结构的具体说明导致本发明的要旨不清楚的情况下，省略其详细的说明。另外，在记载为某一部分“包括”某一构成要件时，在没有特别的相反的记载的情况下，并不是排除其他构成要件，而是表示还可包括其他构成要件。

本发明人通过如下手段而实现：为了提高用于切割各种材料的刀刃(blades)的耐久性和锋利度，与以往的方法不同地，从新的观点出发而想到在刀刃使用新的形态的材料，根据该观点，如图1所示，用具备在由软质的金属构成的基体上分散有耐久性优异的粒子的形态的组织的复合材料而构成刀刃，由此在制造过程或使用中在刀刃的刀锋(edge)上软质的金属被磨损去除而自然地可形成凹凸形状(即，不规则的锯齿状)。

所述金属优选具备能够使用于切削器具的程度的强度、耐磨损性及软性的特性，例如可使用钢(steel)、不锈钢这样的材料。

另外，所述耐久性优异的粒子优选由陶瓷材料构成，与所述金属相比，优选具备2倍以上的硬度，更优选为具备3倍以上的硬度，进一步优选为具备4倍～10倍程度的硬度。作为这样的陶瓷材料，可使用金属碳化物、金属氧化物、金属氮化物、金属硼化物、金属碳氮化物、金属硼氮化物、金属碳酸氮化物等，例如可使用硼化铬(Chrome boride)、碳化钨(tungsten carbide)等。所述硼化铬(Cr Boride)与钢(steel)相比，其硬度为4倍～6倍程度。

另外，关于所述粒子的形状，可以是球(sphere)形状、纤维(fiber)形状、板(plate)形状、薄片(flake)形状等各种形状。

另外，关于所述粒子的混合比率，以体积％优选包括10％～70％，这是因为在小于10％的情况下，耐久性下降，在超过70％的情况下，软性不足。

另外，所述粒子的混合比率对凹凸形状的尺寸产生影响，因此在粒子的混合比率高的情况下，形成微细的尺寸的凹凸形状，在粒子的混合比率低的情况下，形成较大尺寸的凹凸形状。

另外，所述粒子的平均尺寸可根据形成于切削工具用刀刃的刀锋部的凹凸形状的尺寸而调整为各种各样，而为了赋予利落的切削感，优选为10μm以下的粒子，但根据需要，也可形成为10μm以上的尺寸。

另外，在凹凸形状中，突出部与相邻的突出部之间的平均间隔优选为0.05mm以下的微细的间隔。

另外，本发明的切削器具的特征在于，具备形成有所述凹凸形状的刀锋的切削工具用刀刃和附着有该刀刃的主体。

所述主体是对能够固定所述切削工具用刀刃的部分(例如，厨房用刀的把手)的统称，根据情况，可以是与所述切削工具用刀刃部分地一体化的状态(例如，从刀刃的刀锋部到规定长度为止的部分由复合材料构成，刀刃的剩余部分由钢(steel)这样的一般材料构成)。

另外，在金属基体内不仅可以使用1种耐久性粒子，而且还可以使用各种种类的耐久性粒子。

优选地，在金属基体和主要添加的耐久性粒子之外，追加性地为了提高基体的耐久性，辅助性地可追加高硬度的钢化粒子，可根据切削工具用刀刃所需的物性而以一定的比率混合例如WC(tungsten carbide)、立方氮化硼(cubic boron nitride，cBN)、钻石、氧化铝、碳化硅(SiC)、钛化合物(TiN，TiAlN，Ti(C，N)等)这样的钢化粒子。

但是，在辅助性地添加硬度为15GPa以上，进一步地硬度为20GPa以上，更进一步地硬度为25GPa以上的高硬度的耐久性粒子时需要相当地注意，这是因为例如在添加硬度为80GPa程度的cBN粒子的情况下，刀锋会过于坚硬，由此如果通过一般的方法，则难以将刀的刀锋本身制造得锋利。

在该情况下，优选为，如图2的(a)所示，在刀锋上至规定深度为止配置包括高硬度的耐久性粒子的薄的带状的复合材料，而剩余部分则如图1所示地配置金属基体和一般的耐久性粒子，然后在如图2的(b)这样加工成锋利的情况下，即便刀锋被磨损，通过将相对柔软的周边部磨掉，从而能够以维持刀锋的锋利度和凹凸形状的形态进行使用。

[实施例]

通常，可通过将碳化钨(WC)这样的硬质粒子添加到金属熔汤而搅拌之后冷却或将硬质粒子和构成金属基体的粒子混合之后烧结的粉末冶金方法而制得。

但是，在本发明的实施例中，特别点在于，使用了在熔融状态下合金化的特定的组成的物质。

在本发明的实施例中使用的合金的组成范围具备下述的表1的组成。

【表1】

成分	Fe	Cr	Si	B
					含量(质量％)	45～55	40～50	10以下	5以下

在将具备如上述这样的组成的合金熔解之后铸造并放置而冷却的情况下，形成如下的复合材料：在凝固过程中包括在合金中的铬(Cr)与硼(B)反应而形成硼化铬(Crboride)，剩余部分形成残留的合金元素被固溶处理的不锈钢(steel)的基体组织。

在本发明的实施例中公开了在由不锈钢构成的金属基体形成硼化铬的情况，但是不限于此，只要能够体现硬的粒子分散在软的金属基体的微细组织，则均包括在本发明的范围内。

图3是通过上述方法而制造的复合材料的微细组织的图像，如从该图像可确认，制造出形成有纤维形状的硼化铬的组织的复合材料。

图3的微细组织通过具备50质量％的Fe、45质量％的Cr、3质量％的Si、2质量％的B的组成的合金而获得。

构成该复合材料的硼化铬的硬度为约24GPa程度，基于Fe的金属基体的硬度为6GPa程度，硼化铬与金属基体相比具备约4倍的硬度。

图4是使用图3的复合材料而制造的厨房用刀刃的光学显微镜照片。

如图4所示，在刀刃的刀锋部的表面形成有构成锯齿状的多个凹凸部，在该图像中相对亮的部分为金属基体，暗的部分为硼化铬。

这样的锯齿状并不是通过对具备均质的基体的材料进行粗化研磨或机械加工而得到的结果物，而是由在合金化过程中自发地形成的2个不同的相的硬度之差而形成的。

即，本发明的实施例的切削工具用刀刃的锯齿状在不使用机械加工或研磨工序这样的另设的工序的情况下形成的。

在根据本发明的实施例而制造的切削工具用刀刃的锯齿状中，突出部与相邻的突出部之间的平均间隔为0.05mm以下，构成非常微细的锯齿结构。

构成锯齿状的突出部与相邻的突出部之间的平均间隔根据硼化铬粒子的尺寸和分布而决定，通常形成为0.5μm～3μm范围。

但是，在本发明的切削工具用刀刃的情况下，在使用切削器具的过程中，即便硬质粒子即硼化铬被脱落，构成基体的不锈钢相对先被磨损，从而依然维持0.5μm～3μm尺寸的微型凹凸形状，因此能够继续维持切削性能。

即，具备根据以往的技术而制造的锯齿状的刀锋部的切削工具用刀刃与本发明的实施例的切削工具用刀刃之间的重要的差异之一如下：在以往的技术的情况下，锯齿效果在使用过程中逐渐减小，而本发明的切削器具的情况下，连续实现凹凸形状的刀锋的再生，能够持续实现凹凸效果。

Claims (9)

1.一种切削工具用刀刃，其特征在于，

从与被切削材料接触的刀锋至规定位置为止由复合材料构成，该复合材料由金属基体和比所述金属基体更坚硬的分散的粒子而构成，

在所述刀锋中，构成所述复合材料的坚硬的粒子比所述金属基体相对突出而形成凹凸形状。

2.根据权利要求1所述的切削工具用刀刃，其特征在于，

所述金属由以铁为主元素的钢构成，

所述坚硬的粒子由陶瓷材料构成。

3.根据权利要求2所述的切削工具用刀刃，其特征在于，

所述陶瓷材料包括硼化物、碳化物、氧化物、碳氮化物、硼氮化物或碳酸氮化物。

4.根据权利要求1所述的切削工具用刀刃，其特征在于，

所述复合材料在金属熔汤的冷却过程中实现金属和陶瓷的相分离而形成。

5.根据权利要求4所述的切削工具用刀刃，其特征在于，

所述金属熔汤包括铁(Fe)、铬(Cr)和硼(B)，并包括相分离成由硼化铬构成的粒子和由钢构成的基体的组成。

6.根据权利要求1所述的切削工具用刀刃，其特征在于，

在所述凹凸形状中，突出部与相邻的突出部之间的平均间隔为0.05mm以下。

7.根据权利要求1所述的切削工具用刀刃，其特征在于，

在所述刀锋配置有硬质层，该硬质层是具有所述刀锋所需的尺寸的厚度的带形状，

所述复合材料形成为埋入所述硬质层的形态。

8.一种切削器具，其特征在于，该切削器具具备：

切削工具用刀刃，其从与被切削材料接触的刀锋至规定位置为止由复合材料构成，该复合材料由金属基体和比所述金属基体更坚硬的分散的粒子而构成，在所述刀锋中，构成所述复合材料的坚硬的粒子比所述金属基体相对突出而构成凹凸形状；及

主体，其附着有该刀刃。

9.根据权利要求8所述的切削器具，其特征在于，

所述切削器具包括外科用刀、厨房用刀、小刀、折叠刀、剃须刀、美容刀、美容镊子、美容剪刀、剪草坪用刀片、剪枝用刀片、修枝剪或工业用切削器具。