CN108374142A - 刀具的制造方法 - Google Patents

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CN108374142A CN201711107716.1A CN201711107716A CN108374142A CN 108374142 A CN108374142 A CN 108374142A CN 201711107716 A CN201711107716 A CN 201711107716A CN 108374142 A CN108374142 A CN 108374142A
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plasma
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土屋贵之
阿列克谢·列姆涅夫
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Shinmaywa Industries Ltd
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Abstract

本发明提供一种表面几乎不会生锈、不会发生着色的刀具的制造方法。刀具的制造方法包括如下工序：等离子体工序，将具有通过加工得到的加工面的金属制基材载置在真空槽内，使所述真空槽内产生等离子体，在使所述金属制基材的温度达到了280℃～325℃的状态下，对所述金属制基材进行等离子处理而使所述加工面变得锐利，获得刀具前驱体；以及氧化工序，在结束了等离子体的产生后，使所述真空槽内降温至100℃～225℃间的特定温度，并向所述真空槽的内部导入含氧气体，从而在所述刀具前驱体的表面形成氧化覆膜。

Description

刀具的制造方法
技术领域
本发明涉及一种刀具的制造方法。
背景技术
在专利文献1中记载了如下这样的方法，即，为了提高剃须用的剃刀刃、为了进行试样的观察而将样品切制为较薄的切片刀等刀具的刀尖的锐利性，进行等离子处理。
这里，在进行了等离子处理后，刀具的表面有时生锈、发生着色。在该情况下，锈有损商品的美观，毁坏商品价值。于是，需要一种不会生锈、不会发生着色的工艺。
作为与此相关的以往方法，有以下这样的提案。
例如在专利文献2中记载了如下这样的方法：以800℃～1300℃的温度在氧化气氛下进行加热，在不锈钢的表面析出氧化铝膜，从而防止生锈。
另外，例如在专利文献3中记载了如下这样的方法：利用混合有含锂化合物的中性盐的电解液对不锈钢进行电解处理，从而防止生锈。
另外，例如在专利文献4中记载了如下这样的方法：一边照射紫外线，一边借助电解液对成为对象的金属与电极之间通以交流电或交直流叠加波形的电流来进行电解处理，从而形成非导体覆膜，提高耐腐蚀性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5924094号公报
专利文献2：日本特许第2690792号公报
专利文献3：日本特开2013-185256号公报
专利文献4：日本特开2011-174124号公报
发明内容
发明要解决的问题
以往，有时在等离子处理后的刀具的表面产生斑点状的锈、发生着色。在该情况下，锈、着色有损商品的美观，毁坏商品价值。因而，需要一种不会生锈、不会发生着色的工艺。
即，本发明的目的在于，提供一种表面几乎不会生锈、不会发生着色的刀具的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决所述那样的问题，反复进行了潜心研究，完成了本发明。
本发明为以下的(1)～(2)。
(1)一种刀具的制造方法，其中，该刀具的制造方法包括如下工序：等离子体工序，将具有通过加工得到的加工面的金属制基材载置在真空槽内，使所述真空槽内产生等离子体，在使所述金属制基材的温度达到了280℃～325℃的状态下，对所述金属制基材进行等离子处理而使所述加工面变得锐利，获得刀具前驱体；以及
氧化工序，在结束了等离子体的产生后，使所述真空槽内降温至100℃～225℃间的特定温度，并向所述真空槽的内部导入含氧气体，从而在所述刀具前驱体的表面形成氧化覆膜。
(2)在所述(1)所述的刀具的制造方法的基础上，所述金属制基材由不锈钢制成，所述氧化覆膜为钝态覆膜。
发明的效果
采用本发明，能够提供一种几乎不会在表面生锈、发生着色的刀具的制造方法。由于几乎不会生锈，因此不会损坏商品的美观(商品价值得到提高)，延长商品的可保存期限，从而能够省掉材料的浪费(省资源化)，此外，表面不存在因锈的析出而导致的凹凸，表面变得平滑，刀刃的性能得到提高(性能提高)。
附图说明
图1是例示能用在本发明中的金属制基材(刀身基材)的形状的概略图。
图2是例示能用在本发明中的金属制基材(刀身基材)的形状的另一概略图。
图3是用于例示并说明能用在本发明中的金属制基材的制造方法的图。
图4是能够理想地进行本发明的制造方法的等离子装置的概略剖视图。
图5是用于说明本发明的刀具的概略图。
图6是表示热处理条件的图。
图7是热处理实验后的供试材料的外观照片。
图8是样品1以及样品2的外观照片。
图9是表示样品1的EPMA定性分析结果的图。
图10是表示样品2的EPMA定性分析结果的图。
附图标记说明
1、11、刀身基材；3、13、54、刀尖；5、15、34、背侧端部；17、52、加工面；19、第一边界；21、58、尖端面；23、第二边界；25、32、侧面；30、刀身用构件；36、腹侧端部；38、尖端磨削面；40、尖端部；42、侧磨削面；44、48、56、边界；46、尖端研磨面；50、侧研磨面；α、预定的刀刃角度；β、预定的尖端角度；T、厚度；X、厚度方向；60、等离子装置；62、真空槽；64、放电气体；66、气体导入部件；68、金属制基材；70、保持件；72、灯丝；74、灯丝用电源；76、电弧放电电源；78、空心阴极电极；80、线圈；82、绝缘体；84、偏压电压电源；90、手术刀；92、刀尖部位；94、凹面；96、刀尖；R、曲率半径；H、间隔。
具体实施方式
下面说明本发明。
本发明的刀具的制造方法包括如下工序：等离子体工序，将具有通过加工得到的加工面的金属制基材载置在真空槽内，使上述真空槽内产生等离子体，在使上述金属制基材的温度达到了280℃～325℃的状态下，对上述金属制基材进行等离子处理而使上述加工面变得锐利，获得刀具前驱体；以及氧化工序，在结束了等离子体的产生后，使上述真空槽内降温至100℃～225℃间的特定温度，并向上述真空槽的内部导入含氧气体，从而在上述刀具前驱体的表面形成氧化覆膜。
以下，也将这种制造方法称为“本发明的制造方法”。
另外，以下，也将利用本发明的制造方法获得的刀具称为“本发明的刀具”。
<金属制基材>
首先，说明本发明的制造方法中的金属制基材。
在本发明的制造方法中，金属制基材具有通过加工而获得的加工面，只要是能用于获得外科用刀(手术用的手术刀等)、剃须刀等刀具即可，没有特别限定。金属制基材优选如图1所示，是通过对板状的刀身用构件的腹侧端部的厚度方向的两侧面进行加工，自刀尖3朝向背侧(背侧端部5侧)以形成预定的刀刃角度α的方式形成两个加工面7而成的刀身基材1。更优选的形态及其制造方法见后述。
关于金属制基材的大小、材质，只要金属制基材能用作通常的外科用刀、剃须刀等，则没有特别限定，例如能够使用由不锈钢形成的板状的材料。金属制基材优选由不锈钢制成。这是因为，如后述那样，易于通过向真空槽内导入大气而形成钝态覆膜。
另外，优选的是，金属制基材上的加工面是通过机械加工而获得的。作为机械加工，可以举出磨削加工、拉拔加工和研磨加工(喷丸和皮磨具等)，优选将这些加工方法中的两个以上组合来进行机械加工。详细而言，优选在进行了磨削加工后，进行研磨加工。
使用图2说明本发明的制造方法中的金属制基材的优选的形态。本发明的制造方法中的金属制基材优选是图2所示的刀身基材。
图2的(a)是刀身基材的截面的概略图，图2的(b)是图2的(a)中的刀尖附近的结构的放大图。
关于图2所示的刀身基材11，通过对板状的刀身用构件的腹侧(刀尖13侧)端部的厚度方向的两侧面进行加工，自刀尖13朝向背侧(背侧端部15侧)以形成预定的刀刃角度α的方式形成有两个加工面17，而且自两个加工面17经由第一边界19连续地形成有向背侧(背侧端部15侧)以形成预定的尖端角度β的方式延伸的两个尖端面21，进一步自两个尖端面21经由第二边界23连续地形成有向背侧(背侧端部15侧)延伸的两个侧面25。
当金属制基材为这种形态的刀身基材11时，能够获得锋利度更加良好的本发明的刀具，因此优选。
这种优选形态的刀身基材11的制造方法没有特别限定，但优选采用以下使用图3说明的方法来进行制造。
首先，如图3的(a)所示，在以预定的形状成形了的厚度为T的板状刀身用构件30上，对彼此大致平行的厚度方向X的两个侧面32进行磨削。然后，利用该磨削，如图3的(b)所示，使刀身用构件30的两个侧面32倾斜，刀身用构件30的厚度随着自背侧端部34侧向腹侧的腹侧端部36去而减小。
接着，在图3的(b)所示的刀身用构件30的两个侧面32中的腹侧端部36，对这两个侧面32进行磨削。并且，利用该磨削，如图3的(c)所示，自尖端部40起在预定区域内形成自腹侧端部36连续地以预定的尖端角度β向背侧呈倾斜状延伸的两个尖端磨削面38。另外，在刀身用构件30的两个侧面32上，保持图3的(b)的状态地将作为尖端磨削面38与背侧端部34之间的区域的侧磨削面42留下。
接着，将尖端磨削面38与侧磨削面42的边界作为边界44，对尖端磨削面38、边界44以及自边界44连续的侧磨削面42进行研磨。利用该研磨，如图3的(d)所示，能够形成自尖端部40连续地以预定的尖端角度β向背侧呈倾斜状延伸的两个尖端研磨面46，并且能够形成自该尖端研磨面46经由边界48向背侧连续的侧研磨面50。
接着，在尖端部40对尖端研磨面46进行磨利口处理。并且，如图3的(e)以及图3的(f)所示，自刀尖54在预定的区域内形成以预定的刀刃角度α向背侧呈倾斜状延伸的两个加工面52。另外，自这两个加工面52经由边界56连续地形成以预定的尖端角度β向背侧呈倾斜状延伸的尖端面58。
<等离子体工序>
接下来，说明本发明的制造方法所具有的等离子体工序。
本发明的制造方法中的等离子体工序是如下这样的工序，即，将上述金属制基材载置在真空槽内，使上述真空槽内产生等离子体，在使上述金属制基材的温度达到280℃～325℃的状态下，对上述金属制基材进行等离子处理而使上述加工面变得锐利，获得刀具前驱体。
优选的是，使用图4所示的装置对上述金属制基材进行等离子处理。
图4是采用电弧放电热丝法的等离子装置。在图4中，等离子装置60包括真空槽62、用于向真空槽62内导入放电气体64的气体导入部件66、对设置在真空槽62内的金属制基材68进行保持的保持件70、与该保持件70相对配置的灯丝72、以及对灯丝72供给电流的灯丝用电源74。另外，等离子装置60还包括：空心阴极电极78，其具有电弧放电电源76，该电弧放电电源76设置为覆盖灯丝72；线圈80和绝缘体82，其设置在空心阴极电极78的外表面；以及偏压电压电源84，其能对金属制基材68施加偏压电压。
在这样的等离子装置60中，在使用气体导入部件66向真空槽62内导入放电气体64而将该真空槽62的槽内填满后，向灯丝72供给电流，从而能够发生辉光放电而产生放电气体的等离子体。当产生等离子体时，金属制基材的温度上升，因此通过利用灯丝电流和电弧放电电流调整等离子体产生量，并且利用偏压电压调整向金属制基材入射的离子的入射量，能将金属制基材的温度调整为280℃～325℃(优选为290℃～310℃)。在一边维持此状态一边对金属制基材进行等离子处理时，该金属制基材的加工面被蚀刻而变得锐利。
这里，偏压电压优选设为50V～1000V。
等离子处理时间优选设为1个小时～10个小时，更优选设为1.5个小时～4个小时。
离子电流密度优选设为0.1mA/cm2～50mA/cm2，更优选设为0.5mA/cm2～10mA/cm2。
产生等离子体时的放电气体的压力优选为0.1Pa～11Pa，更优选为0.3Pa～2.5Pa。
放电气体优选为稀有气体或氮气，更优选将主要气体以及反应气体作为主要成分。当放电气体将主要气体以及反应气体作为主要成分时，上述金属制基材上的加工面的前端部分会成为理想的形状，锋利度明显提高，此外耐久性也优异。
另外，这里，主要成分是指以体积比率计为含有70％以上。即，上述放电气体中的主要气体和反应气体的总浓度优选为70体积％以上。该总浓度更优选为80体积％以上，更优选为95体积％以上，进一步优选为99体积％以上。
主要气体是指稀有气体或氮气，优选为氮气。
反应气体是指除上述主要气体以外的气体，优选为氧气。
当使用氮气作为主要气体，并且使用氧气作为反应气体时，加工面会成为更加理想的形状，锋利度进一步明显提高，而且耐久性良好，因此优选。因而，进一步优选使用包括氮气和空气的放电气体。
当放电气体含有氮气时，金属制基材上的加工面被氮化，加工面的强度提高，耐久性得到提高，因此优选。
上述放电气体中的上述主要气体的分压(MGP)优选为0.01Pa～10Pa，更优选为0.1Pa～5Pa。
上述放电气体中的上述反应气体的分压(AGP)优选为0.001Pa以上，更优选为0.001Pa～0.08Pa。
上述放电气体中的上述反应气体的分压(AGP)与上述主要气体的分压(MGP)之比(AGP/MGP)优选为0.001～0.1，并且优选为0.002～0.05。这是因为，能够获得更加理想的形状的加工面，锋利度进一步明显提高，而且耐久性得到提高。
另外，能够使用流量计(测流孔等)测量在利用气体导入部件66向真空槽62内导入放电气体64时的、主要气体以及反应气体的流量，根据该测量值、真空槽62的容量以及自真空槽62排出的气体量，算出本发明的制造方法中的主要气体的分压(MGP)以及反应气体的分压(AGP)。
另外，在例如向真空槽62内导入氮气以及空气的情况下，能与所述同样地使用流量计测量出各气体的流量，根据各气体的气体浓度算出氮气以及空气中含有的相当于主要气体以及反应气体的气体的流量，并与所述同样地根据真空槽62的容量以及自真空槽62排出的气体量，算出各气体的分压。
另外，放电气体的压力能够作为这样测量并算出的主要气体和反应气体的分压的总和而求出。
利用这种等离子体工序能够获得刀具前驱体。
<氧化工序>
接下来，说明本发明的制造方法所具有的氧化工序。
本发明的制造方法中的氧化工序是如下这样的工序，即，在结束了等离子体的产生后，使上述真空槽内降温至100℃～225℃间的特定温度，并向上述真空槽的内部导入含氧气体，从而在上述刀具前驱体的表面形成氧化覆膜。
利用这种氧化工序，能够获得在表面几乎没有斑点状的锈、没有着色的刀具。
虽然在现阶段并不清楚能获得这种优异的刀具的理由，但本发明人有如下考虑。
锈的产生与空气中的水分有关，推测当空气中的水分长时间附着在刀具前驱体的表面上时，因腐蚀电池作用而产生斑点状的锈。当使基材温度在280℃～325℃的范围内进行了等离子处理之后立即将真空槽内开放于大气时，即使空气中的水分附着于刀具前驱体的表面，由于温度较高，因此该水分瞬间蒸发，不会引起局部电池作用，在表面均匀地形成氧化膜(在金属制基材由不锈钢制成的情况下是钝态覆膜)，因此此后能够防止斑点状的锈的产生。但是，当在进行了等离子处理后，在不使真空槽内降温至特定温度就使真空槽内开放于大气时，后述的金属制基材的表面会发生变色(着色)，留下商品价值降低的这一问题。
这里，使真空槽内降温(例如自然降温)至100℃～225℃、优选150℃～215℃、更优选190℃～210℃间的特定温度，然后向真空槽的内部导入含氧气体。作为含氧气体，可以举出非活性气体与氧气的混合气体、氮气与氧气的混合气体、氩气与氧气的混合气体、以及大气。在使用大气作为含氧气体的情况下，通过将真空槽内开放于大气，能向真空槽内导入含氧气体。通过将连接真空槽与常温常压的真空槽外部的阀打开，将大气导入到真空槽内，能够实现向大气的开放。另外，在将除大气以外的含氧气体导入到真空槽内的情况下，例如可以考虑使用如下方案：使封入有含有空气、氧气的复合气体的高压储气瓶借助压力调整器和阀与真空槽相连接，将阀打开而使真空槽处于大气压下的方案；使利用压缩机加压并进行了除湿、去除了油分的大气借助压力调整器和阀与真空槽相连接，将阀打开的方案等。
利用这样的本发明的制造方法能够获得本发明的刀具。本发明的刀具是例如图5所示那样的刀具。
图5的(a)是表示本发明的刀具的优选形态的外科手术用的手术刀的概略侧视图，图5的(b)是图5的(a)中的A-A剖视图(概略图)。
图5的(a)所示的手术刀90的刀尖部位92如图5的(b)所示，具有两个以具有预定的曲率半径的曲面的方式在截面上向内凹陷的凹面94。另外，这些凹面94形成在从刀尖96朝向背侧到间隔H之间的范围内。
这里，凹面的曲率半径(图5中的R)优选为30nm～2500nm，更优选为100nm～1000nm。
另外，间隔H优选为5nm～300nm，更优选为10nm～100nm。
这种手术刀90的刀尖96被实施等离子处理而变得非常锐利，因此锋利度优异。
[实施例]
<实施例1>
作为实验用的样品，使用了板状的不锈钢材料(银5，日立金属制造)。在表1中表示该不锈钢材料的组成。另外，除C、Si、Mn、P、S、Cr以外，原则上是Fe。
[表1]
化学成分(％) C Si Mn P S Cr
银5 0.60～0.70 0.35以下 0.60～0.80 0.030以下 0.020以下 12.50～13.50
<表面着色温度的特定>
当在大气气氛下对不锈钢进行热处理时，在不锈钢的表面形成氧化膜。另外，根据氧化膜的厚度的不同，不锈钢表面着色成红色、蓝色。当材料表面发生着色时，商品价值被毁坏，因此调查了不会发生着色的温度范围。
根据图6所示的条件进行了热处理。即，在大气压气氛下以6.7度/min的速度自室温升温至预定温度，保持了1个小时后进行自然冷却。这里，将预定温度设定为100℃、200℃、225℃、250℃、300℃、400℃、500℃的各温度而进行了实验。
在图7中表示热处理实验后的供试材料的外观照片。
起初每次提高100℃地进行了热处理直到500℃，结果得知在200℃与300℃之间存在不会变色的边界。于是，调查了200℃与300℃之间的温度，得知在225℃以下不会变色。
<等离子处理>
在真空气氛下以280℃～325℃之间的预定温度进行了利用等离子处理进行的刀具加工。以下改变了在进行了等离子处理后使真空腔开放于大气压下时的温度。于是，将开放于大气的样品在大气压下保管一个晩上，确认了表面的锈的产生情况。
模式1：在结束了等离子处理后，在真空槽内自然降温至室温，然后开放于大气。以下也将这样获得的样品称为“样品1”。
模式2：在结束了等离子处理后，在真空槽内自然降温至200℃，然后开放于大气。以下也将这样获得的样品称为“样品2”。
结果，如图8所示，在样品1上产生了斑点状的锈，但在样品2上未产生锈。
<测量结果>
使用EPMA(日本电子(股份)公司制造，JXA-8500FS)，对实施了所述的记为“等离子处理”的处理的两种样品(样品1和样品2)分别进行了定性分析。结果如图9和图10所示。
另外，使用EPMA对样品1的没有锈的部分进行了定性分析。
根据图9和图10可知，在样品2中，如表2所示，检测出未在样品1中检测到的氧气，在样品2的表面形成了氧化膜(钝态覆膜)。
[表2]
元素 样品1 样品2
C 1.224 1.068
O 0.000 0.638
Si 0.368 0.528
Cr 16.850 15.858
Fe 81.558 81.909
总计 100 100

Claims (2)

1.一种刀具的制造方法，其中，
所述刀具的制造方法包括如下工序：
等离子体工序，将具有通过加工得到的加工面的金属制基材载置在真空槽内，使所述真空槽内产生等离子体，在使所述金属制基材的温度达到了280℃～325℃的状态下，对所述金属制基材进行等离子处理而使所述加工面变得锐利，获得刀具前驱体；以及
氧化工序，在结束了等离子体的产生后，使所述真空槽内降温至100℃～225℃间的特定温度，并向所述真空槽的内部导入含氧气体，从而在所述刀具前驱体的表面形成氧化覆膜。
2.根据权利要求1所述的刀具的制造方法，其中，
所述金属制基材由不锈钢制成，所述氧化覆膜为钝态覆膜。
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