JP2008264116A

JP2008264116A - 刃物

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Publication number: JP2008264116A
Application number: JP2007109402A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ochiai; 宏行落合; Mitsutoshi Watanabe; 光敏渡辺; Takashi Furukawa; 崇古川; Koki Yoshizawa; 廣喜吉澤; Yukihiro Shimoda; 幸浩下田; Sadao Doi; 貞夫土居
Original assignee: IHI Corp; Kochi Prefecture Sangyo Shinko Center
Current assignee: IHI Corp; Kochi Prefecture Sangyo Shinko Center
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: JP5068574B2

Abstract

【課題】製造が容易であり、良好な切れ味を得ることができ、良好な切れ味を長く維持することができる刃物を提供する。
【解決手段】金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの１種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において前記電極と刃先１１からこの近傍にかけての部位である刃先部位１３との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、刃先部位１３に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜７が形成されている刃物１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、刃物に係り、特に、刃先部位に放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜を形成してあるものに関する。

従来、セラミックス製の包丁（たとえば、特許文献１参照）、刃先に溶射、ＰＶＤ（物理気相成長法；ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（化学気相成長法；ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって硬度の高い皮膜を生成した構成の包丁、ステンレス鋼製で刃先を焼き入れした構成の包丁等が知られている。
特開昭６１−１５９９８２号公報

ところで、セラミックス製の包丁では、包丁に靭性がなく硬いものにぶつかったときに割れやすいという欠点がある。また、溶射によって刃先に硬度の高い皮膜を生成した構成の包丁では、包丁の台金（地金；たとえば、フェライト系ステンレス鋼で構成された台金）に対する皮膜の密着性が劣るため、長い間の使用によって皮膜が剥がれることがあるという欠点がある。

ＰＶＤやＣＶＤによって刃先に硬度の高い皮膜を生成した構成の包丁では、皮膜の表面が滑らかになっているので、切れ味に劣り切ったものが刃物に貼りつき、また、皮膜が薄いので研削して（研ぎなおして）切れ味を再生することが困難であるという欠点がある。

ステンレス鋼製で刃先を焼き入れした構成の包丁では、刃先を焼き入れし高い硬度にすることは、熱管理が難しく、歩留まりが悪いという欠点がある。また、刃先を構成する硬質な薄い板状の材料（たとえば焼き入れ可能なもしくは焼き入れされたステンレス鋼）を、軟質な薄い板状の材料（たとえばフェライト系ステンレス鋼）で挟み込んで一体化した構成の包丁では、構成が複雑になり製造に手間がかかるという欠点がある。

従来のいずれのものも、切れ味を向上させるために必要な刃先形状を得るため、すなわち刃（刃先）に非常に細かい鋸状に研磨することは難しく、専門家に委ねることが多い。

すなわち、前記従来の包丁では、製造が困難であるか、良好な切れ味を得ることが困難であるか、または、良好な切れ味を長く維持することが困難であるという問題がある。なお、前記問題は、包丁のみならず包丁以外の刃物においても同様に発生する問題である。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、製造が容易であり、良好な切れ味を得ることができ、良好な切れ味を長く維持することができる刃物を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの１種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体、またはＳｉ（珪素）の固体を電極として、加工油中あるいは気中において前記電極と刃先からこの近傍にかけての部位である刃先部位との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記刃先部位に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成され、刃先の金属との境界では５μｍ〜３０μｍの深さで混ざり合った傾斜合金層がある特徴とする刃物である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の刃物において、前記刃物は片刃の包丁であり、前記皮膜は、刃裏にのみ形成されている刃物である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の刃物において、前記刃物は両刃の包丁であり、前記皮膜は、刃表、刃裏のうちの少なくとも一方の側に形成されている刃物である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の刃物において、刃表、刃裏のうちの刃の少なくとも一方の側に、被切断物の貼り付きを防止するための凹部が設けられている刃物である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の刃物において、前記刃先とは反対側における前記皮膜の端部は、前記刃物の刃先と背とを互いに結ぶ方向で凹凸を繰り返している刃物である。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の刃物において、前記金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスは、Ｔｉ、Ｓｉ，ｃＢＮ（立方窒化硼素）、ＴｉＣ（チタンカーバイド；炭化チタン）、ＷＣ（タングステンカーバイド；炭化タングステン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド；炭化珪素）、Ｃｒ_３Ｃ_２（炭化クロム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム；アルミナ）、ＺｒＯ_２−Ｙ（安定化酸化ジルコニウム；安定化ジルコニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド；窒化チタン）、ＴｉＢ（ホウ化チタン）である刃物である。

本発明によれば、製造が容易であり、良好な切れ味を得ることができ、刃先が欠けにくく、しかも良好な切れ味を長く維持することができる刃物、切ったものが刃に張り付かない刃物を提供することができるという効果を奏する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る包丁１の概略構成を示す図であり、図２は、図１におけるＩＩ―ＩＩ断面を示す図である。

包丁１は、柄３とたとえばフェライト系ステンレスで構成された台金５に皮膜７を設けてある本体部９とによって構成されている。皮膜７は、本体部９の刃先（刃線）１１からこの近傍にかけての部位である刃先部位１３で、刃裏１５にのみ薄く帯状に設けられている。

皮膜７は、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの１種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体、または、Ｓｉ（珪素）の固体を電極（図示せず）として、加工液油あるいは気中において前記電極と刃先部位１３との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質が刃先部位１３に僅かずつ堆積したことにより形成されている。

なお、台金５と皮膜７との境界には、傾斜合金層が形成されている。この傾斜合金層は５μｍ〜３０μｍの深さに形成されている。

前記放電は、刃先部位１３と前記電極とをたとえば０．０５ｍｍ程度離した状態でなされる。また、図１において、たとえば、刃先部位１３の面積に比べて前記電極の面積が小さい場合には、前記電極を図１の紙面の展伸方向（皮膜７の展伸方向）に移動しつつ放電を行なう。

前記電極として、たとえば、ｃＢＮ（立方窒化硼素）、ＴｉＣ（チタンカーバイド；炭化チタン）、ＷＣ（タングステンカーバイド；炭化タングステン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド；炭化珪素）、Ｃｒ_３Ｃ_２（炭化クロム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム；アルミナ）、Ｚｒ_２Ｏ_２−Ｙ（安定化酸化ジルコニウム；安定化ジルコニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド；窒化チタン）、ＴｉＢ（ホウ化チタン）等の硬質のセラミックス（金属の化合物）の一種または複数種を含むセラミックス粉末をたとえば圧縮して成形したポーラスな成形体が使用される。または、前記成形体を、たとえば、真空炉で加熱処理することによって製造された成形体が使用される。皮膜７は、前記電極と同じ材料または放電雰囲気で化合した化合物からなる材料で形成される。

なお、前記電極が導電性を具備しないものであるときには、微粉末状の金属と微粉末状のセラミックスとを混合して結合し形成されたものを堆積用電極として使用する。または、表面を通電性の材料でコーティングされた微粉末状のセラミックスを圧縮成形した堆積用電極が使用される。

また、前記電極に代えて、Ｓｉ（珪素）やＴｉ（チタン）等の炭化物を作りやすい金属粉末を圧縮成形し、必要に応じて、前記圧縮成形したものを加熱処理して形成された粉圧体で電極を形成してもよい。すなわち、ＳｉやＴｉ等の炭化物を作りやすい微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極を用いてもよい。この場合、前記電極と刃先部位１３とが灯油等の炭化水素を含む加工用油中に存在している状態で放電を発生させ、前記放電エネルギーにより反応した物質（たとえば、ＳｉＣやＴｉＣからなる物質）の皮膜７が、刃先部位１３の表面に形成される。

さらに、前記電極を、圧縮成形する代わりに、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）、スプレー成形（溶射で成形）等によって成形してもよい。

また、Ｓｉの微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極の代わりに、金属状のＳｉ（内部に空洞を有さないＳｉの結晶）で形成された電極を用いてもよい。

ところで、皮膜７を、刃裏１５の刃先部位１３以外の部位（たとえば、台金５の全面）に形成してもよい。すなわち、包丁１において、少なくとも刃裏１５の刃先部位１３に皮膜７が形成されていればよい。

皮膜７の表面は、適度の粗さになっていて微細な鋸状の刃先を形成している。この適度の粗さは、皮膜７を形成するときに調整する。皮膜７の形成後にこの皮膜７のついていない刃表または刃裏を研削して（たとえば、刃裏側の面１７）刃先の鋸状の粗さを調整しまた刃先をエッジ状にしてもよい。なお、さらなる切れ味の向上のため、切断対象である被切断物の種類（たとえば、魚であるか肉であるか野菜であるか）に応じて皮膜７の表面粗さを調整してもよい。

ここで、皮膜７を形成するときに皮膜７の表面の粗さを調整する方法について説明する。

図７は、放電エネルギーにより、電極材料が放電エネルギーにより反応した物質等からなる皮膜を刃先部位に形成するときの状態を模式的に示した図である。

図８は、図７における電極と被加工物（台金５）の間の電圧と電流との関係を示す図であり、図８（ａ）の縦軸は電圧（電源装置で電極に印加する電圧）を示し、図８（ｂ）の縦軸は電流（電極と被加工物との間に流れる電流を示し、図８（ａ）、（ｂ）の横軸は時間を示す。

皮膜７の表面の粗さは、電極から降り注ぐ単位微粉末あたりのエネルギーにより左右され、前記エネルギーが大きいほど、皮膜７の表面は粗くなる。

より詳しく説明すると、単発放電（電極からの１回に放電）あたりのエネルギーは、図８の放電電圧ｕｅとピーク電流ｉｅとパルス幅ｔｅとの積の比例する。ここで、放電を発生させる電源装置の性能上、放電電圧ｕｅは電流にほとんど依存しないので一定と考えてもよい。

電極から降り注ぐ微粉末の量は、放電開始のエネルギー（無負荷電圧ｕｉ）に依存し、他の影響は少ない。電極から降り注ぐ微粉末の量は、無負荷電圧ｕｉの０．７乗に比例する。

よって、単位微粉末あたりのエネルギーは、ピーク電流ｉｅとパルス幅ｔｅとの積を、無負荷電圧ｕｉの０．７乗で除したものに比例する。

したがって、ピーク電流ｉｅ、パルス幅ｔｅを大きくし、無負荷電圧ｕｉを小さくすれば、電極から降り注ぐ単位微粉末あたりのエネルギーが大きくなり、粗いコーティングを得る（皮膜７の表面の粗さを粗くする）ことができ、一方、ピーク電流ｉｅ、パルス幅ｔｅを小さくし、無負荷電圧ｕｉを大きくすれば、電極から降り注ぐ単位微粉末あたりのエネルギーが小さくなり、細かいコーティングを得る（皮膜７の表面の粗さを細かくする）ことができる。

図９は、ピーク電流ｉｅ、パルス幅ｔｅ、無負荷電圧ｕｉを変えて皮膜７を生成したときにおける皮膜７の粗さ（Ｒａ）を示す図である。

図９から理解されるように、ピーク電流ｉｅとパルス幅ｔｅとの積を、無負荷電圧ｕｉの０．７乗で除した値が大きいほど、皮膜７の表面の粗さが粗くなっていることがわかる。

包丁１によれば、台金５がフェライト系のステンレス鋼で構成されており、刃先部位１３に硬度の高い皮膜（ほとんど磨耗しない皮膜）７が形成されているので、良好な切れ味を得ることができる。また、台金５が靭性を備えているので、包丁全体の靭性が高くなっておりぶつけた場合や落下した場合においても割れが発生しにくくなっている。また、皮膜７の台金５への密着度が高いので、長い間の使用によって皮膜７が剥がれることがなく、良好な切れ味を長く維持することができる。

また、皮膜７の表面を適度の粗さにすることも容易であるので、これに応じて刃先１１が細かい凹凸を備えた鋸刃状に形成されており切れ味が良くなっていると共に、切ったものが包丁１に貼りつくことを抑制することができる。皮膜７のついていない刃裏または刃表を研ぎなおして、皮膜７の表面の粗さに相当する凹凸を備えた鋸刃状の切れ味の良い刃先を再生することもできる。

さらに、台金５に皮膜７を設けた構成であるので、構成が簡素になっており、面倒な焼き入れ工程を無くすことができ歩留まりを向上させることができ、製造が容易になっている。

また、包丁１によれば、皮膜７が刃裏１５にのみ形成されているので、研ぎなおしをする際、刃先部位１３の斜めになっている刃表側の面（皮膜が形成されていない面；フェライト系ステンレスで構成された面）１７のみを研削することで、皮膜７の表面の粗さに相当する凹凸を備えた鋸刃状の切れ味の良い刃先を再生すること（切れ味を良好な状態に戻すこと）ができる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る包丁１ａの概略構成を示す断面図であり、図２に対応する図である。

本発明の第２の実施形態に係る包丁１ａは、両刃になっている点、両刃の両面（刃表１９、刃裏２１）に皮膜７が形成されている点が、第１の実施形態に係る包丁１とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係る包丁１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

なお、図４（包丁１ａの変形例である包丁１ｂの概略構成を示す断面図であり、図２に対応する図）に示すように、刃表１９にのみ皮膜７を設けてもよい。さらには、図示していないが刃裏２１にのみ皮膜７を設けてもよい。すなわち、皮膜７が刃表１９、刃裏２１のうちの少なくとも一方の側に設けられていればよい。

両刃の包丁１ａにおいて、刃表１９または刃裏２１にのみ皮膜を形成すれば、片刃の包丁１で刃裏１５にのみ皮膜７を形成した場合と同様に、容易に切れ味を再生することができる。

また、両刃の包丁１ａにおいて、刃表１９と刃裏２１との両方に皮膜７を形成すれば、磨耗し難いので良好な切れ味を一層長期間にわたって維持することができる。さらに、万一、切刃先端が欠けたりして研ぎなおしをする際には、片面の皮膜を犠牲にして皮膜を除去すれば刃表１９または刃裏２１にのみ皮膜７を形成した場合と同様の効果を奏する。

ところで、図５（包丁に被切断物Ｆの貼り付きを防止するための凹部２３を設けた状態を示す図であり、図２に対応する図）に示すように、前記各実施形態に係る包丁において、刃表１９、刃裏２１、１５のうちの少なくとも一方の側（台金５）に、被切断物Ｆの貼り付きを防止するための凹部２３を設けてもよい。皮膜７のために切れ味が長時間にわたって維持されるので、研ぎなおしの回数が少なく、凹部２３まで研磨されることなく、張り付きを防止する効果がなくなることはない。

さらに、前記各実施形態に係る包丁において、図６（皮膜７の形態の変更例を示す図）に示すように、刃先１１とは反対側における皮膜７の端部（包丁１、１ａ、１ｂの背側における皮膜７の端部）を、包丁１、１ａ、１ｂの刃先１１と背とを互いに結ぶ方向で、凹凸を繰り返しように形成してもよい。

より具体的には、皮膜７の端部がたとえば、図６（ａ）に示すように、正弦波状に形成されていてもよいし、また、図６（ａ）に示すように矩形な波形に形成されていてもよい。

図６に示す形態の包丁によれば、皮膜７の幅方向における背側の端部が凹凸を繰り返しているので、被切断物の貼り付きを防止することができると共に、前記模様が日本等の刃文のように見え、切れ味が良いという印象を包丁の使用者に与えることができる。

ところで、前記各実施形態では、食物、食品等を切断するための包丁を例に掲げて説明したが、食物、食品の他に、糸、布、革、木、竹、草、ゴム、樹脂等を切断するためのナイフや、木、竹、草等を切断するための鎌や、木、竹等を切断するためのノコギリや、木を削るためのカンナ（鉋）、ノミ（鑿）、要するに、はさみ（せん断力で物を切る刃物）を除く刃物（切る対象である被切物（被切断物）を刃先で押圧しまた被切物に対して刃先を相対的に移動して前記被切物を切断する刃物）にも、前記各実施形態を適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る包丁の概略構成を示す図である。図１におけるＩＩ―ＩＩ断面を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る包丁の概略構成を示す断面図であり、図２に対応する図である。第２の実施形態に係る包丁の変形例である包丁の概略構成を示す断面図であり、図２に対応する図である。包丁に被切断物の貼り付きを防止するための凹部を設けた状態を示す図であり、図２に対応する図である。皮膜の形態の変更例を示す図である。放電エネルギーにより、電極材料が放電エネルギーにより反応した物質等からなる皮膜を刃先部位に形成するときの状態を模式的に示した図である。図７における電極と被加工物（台金）の間の電圧と電流との関係を示す図である。ピーク電流ｉｅ、パルス幅ｔｅ、無負荷電圧ｕｉを変えて皮膜を生成したときにおける皮膜の粗さ（Ｒａ）を示す図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ包丁
３柄
５台金
７皮膜
１１刃先
１３刃先部位
１５、２１刃裏
１９刃表

Claims

金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの１種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体、またはＳｉ（珪素）の固体を電極として、加工油中あるいは気中において前記電極と刃先からこの近傍にかけての部位である刃先部位との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記刃先部位に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成され、刃先の金属との境界では５μｍ〜３０μｍの深さで混ざり合った傾斜合金層があることを特徴とする刃物。
請求項１に記載の刃物において、
前記刃物は片刃の包丁であり、
前記皮膜は、刃裏にのみ形成されていることを特徴とする刃物。
請求項１に記載の刃物において、
前記刃物は両刃の包丁であり、
前記皮膜は、刃表、刃裏のうちの少なくとも一方の側に形成されていることを特徴とする刃物。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の刃物において、
刃表、刃裏のうちの刃の少なくとも一方の側に、被切断物の貼り付きを防止するための凹部が設けられていることを特徴とする刃物。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の刃物において、
前記刃先とは反対側における前記皮膜の端部は、前記刃物の刃先と背とを互いに結ぶ方向で凹凸を繰り返していることを特徴とする刃物。
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の刃物において、
前記金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスは、Ｔｉ、Ｓｉ，ｃＢＮ（立方窒化硼素）、ＴｉＣ（チタンカーバイド；炭化チタン）、ＷＣ（タングステンカーバイド；炭化タングステン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド；炭化珪素）、Ｃｒ_３Ｃ_２（炭化クロム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム；アルミナ）、ＺｒＯ_２−Ｙ（安定化酸化ジルコニウム；安定化ジルコニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド；窒化チタン）、ＴｉＢ（ホウ化チタン）であることを特徴とする刃物。