JP2018008074A - 刃物 - Google Patents

Abstract

【課題】刃物の耐久性、、切れ味、滑り性、耐摩耗性を向上させる。【解決手段】本刃物は、基体部と、該基体部の端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を有する刀身を備える。前記基体部は、第１金属を含む。前記刃先部は、第２金属と、該第２金属よりも硬度が高い複数の硬質粒子とを含む。また、刃物は、基体部と、該基体部の端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を有する刀身を備える。前記基体部は、主成分として第１金属を含む。前記刃先部は、主成分として、前記第１金属よりも硬度が低い第２金属を含む。【選択図】図２

Description

本開示は、刃物に関する。

従来から金属材料を主成分とする材料からなる包丁が用いられてきた。その中でも、近年においては、ニッケル、クロムを成分とするステンレスからなる包丁が多く用いられている（特許文献１参照）。また、ステンレスの包丁とは全く異なるジルコニアセラミックスからなる包丁も知られている（特許文献２参照）。

特開２０００−１８９６８２号公報 特開２００４−３５８０６９号公報

本開示の一実施形態に係る刃物は、基体部と、該基体部の端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を有する刀身を備える。前記基体部は、第１金属を含む。前記刃先部は、第２金属と、該第２金属よりも硬度が高い複数の硬質粒子とを含む。
本開示の他の実施形態にかかる刃物は、基体部と、該基体部の端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を有する刀身を備える。前記基体部は、主成分として第１金属を含む。前記刃先部は、主成分として、前記第１金属よりも硬度が低い第２金属を含む。
本開示の他の実施形態にかかる刃物は、端部および背部を有する基体部と、該基体部の前記端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を備える。前記基体部は、前記背部から前記刃先部に向かって順に、第１領域と、第２領域と、第３領域とを有する。前記第２領域は、前記第１領域および前記第３領域よりも硬度が低い。前記第３領域は、前記第１領域よりも硬度が高い。
本開示の他の実施形態にかかる刃物は、基体部と、該基体部に接続され、前記基体部と異なる材料を含む刃先部と、を有する刀身を備える。前記刀身は、刃先と、該刃先の両側に位置する一対の側面と、を有する。前記刀身の前記一対の側面は、垂直方向に対して第１傾斜角で傾斜する第１傾斜領域と、垂直方向に対して第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角で傾斜する第２傾斜領域と、を備える。前記第１傾斜領域は、前記第２傾斜領域よりも前記刃先側に位置する。前記刃先部は、前記第１傾斜領域全体と、前記第２傾斜領域の一部と、を含む。

図１は、本開示の実施形態に係る刃物の平面図である。 図２は、図１の刃物の平面透視図である。 図３は、図１の刃物を刃先側からみた図である。 図４は、図３のＺｍの領域の拡大断面図である。 図５は、図４における刃先部側を拡大した断面図である。 図６は、本開示の他の実施形態に係る刃物の断面図である。 図７は、図１に示す刃物の刃先部の側面を走査型電子顕微鏡で観察した画像である。 図８は、図１１に示す刃物の刃先部の断面を走査型電子顕微鏡で観察した画像である。 図９は、本開示の他の実施形態に係る刃物の断面図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、本開示の他の実施形態に係る刃物の断面図である。 図１１は、本開示の他の実施形態に係る刃物の断面図である。 図１２は、本開示の他の実施形態に係る刃物の断面図である。 図１３は、本開示の他の実施形態に係る刃物の断面図である。 図１４は、図１に示す刃物をＡ−Ａ線で切断したときにおける断面図である。 図１５は、図１４に示す断面におけるビッカース硬度の分布を示すグラフである。 図１６は、図１に示す刃物の製造方法を示す平面図である。 図１７は、図１に示す刃物の製造方法におけるレーザークラッディング技術を説明する断面図である。 図１８は、図１に示す刃物の製造方法における断面図であり、図１８（ａ）および図１８（ｂ）は図３のＺｍの領域の拡大断面図である。 図１９は、実施例１の刃物の刃先部付近の断面を走査型電子顕微鏡で観察した画像である。 図２０は、実施例１の切れ味試験の結果を示すグラフである。 図２１は、実施例２の刃物の画像であり、図２１（ａ）は刃先部付近の断面を走査型電子顕微鏡で観察した画像であり、図２１（ｂ）は刃先部付近の側面を走査型電子顕微鏡で観察した画像である。 図２２（ａ）は実施例３における紙切り試験の結果を示すグラフであり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）の試験結果のグラフを対数に変換したグラフである。 図２３は、実施例５の刃物の画像である。

以下、刃物および刃物の製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率などは現実のものとは必ずしも一致していない。

＜刃物の全体構成＞
本開示の刃物について以下説明する。本開示の刃物１は、刀身１ａと、刀身１ａに接続された柄１ｂと、を備える。

刀身１ａは、刃物１の用途に合わせた形状・大きさに設定される。刃物１が包丁の場合、刀身１ａの形状の例には、例えば、出刃包丁、三徳包丁などの和包丁、牛刀などの洋包丁、または中華包丁などの形状が含まれる。刀身１がナイフ、手術用器具など包丁以外の用途の場合、その用途にあった形状であればどのような形状であってもよい。

刀身１ａに接続された柄１ｂは、刃物１を人が利用する際に人が把持するためのものであり、刀身１ａと同様、刃物１の用途に合わせた形状・大きさに設定される。

刀身１ａおよび柄１ｂは、一体的に形成されていても良いし、別体で形成されていても良い。また、刃物１は、柄１ｂを備えていることに限定されず、刀身１ａのみで構成されていてもよい。本実施形態においては、刀身１ａおよび柄１ｂが別体で形成されており、刀身１ａの一部が柄１ｂの内部に挿入され、該挿入部で柄１ｂに対して固定されている。

柄１ｂは、木材、樹脂、セラミックスまたは金属材料を含む。金属材料としては、錆にくい材料、例えばチタン系またはステンレス系の材料を用いてもよい。樹脂としては、例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエンおよびスチレンの共重合体）またはポリプロピレン樹脂などを用いてもよい。

なお、刃物１は、如何なる寸法であってもよいのは当然であるが、参考までに、刃物１の寸法例を示す。図１および図２に示す全長（ｘ軸方向）Ｈｔ１は、５ｃｍ以上４０ｃｍ以下に設定してもよい。また、図１および図２に示す、後述する刃先部２の全長（ｘ軸方向）Ｈｔ２は、２ｃｍ以上３５ｃｍ以下に設定してもよい。図３に示す、刀身１ａの全長Ｈｔ１と直交する方向の幅方向（ｙ軸方向）の長さＨｔ３は、１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定してもよい。図３に示す刀身１ａの厚み（ｚ軸方向）Ｈｔ４は、最も厚みのある部分で、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定してもよい。また、柄１ｂの長さ（ｘ軸方向）および柄１ｂの厚み（ｚ軸方向）も、適宜設定することができ、例えば、柄１ｂの厚みは、５ｍｍ以上３ｃｍ以下となるように設定してもよい。

＜刀身＞
刀身１ａは、基体部３と、基体部３に接続された刃先部２と、を有する。

基体部３は、第１金属を含む。第１金属としては、例えば、鋼、合成鋼、ステンレス、チタン合金などを用いてもよい。合成鋼は、例えば、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、コバルト、銅、およびこれらの組合せなどを含む材料を用いてもよい。ステンレスは、クロム・ニッケル系またはクロム系のいずれを用いてもよい。チタン合金は、例えば、いわゆる６４チタンといわれる、アルミ（Ａｌ）を６％、バナジウム（Ｖ）を４％含むチタン合金を用いてもよい。前記第１金属がステンレスの場合、錆などに対する基体部３の耐食性を向上させることができる。

本実施形態においては、前記第１金属は、基体部３の主成分となっている。ここで、主成分とは、基体部３を構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％を超える成分のことを意味するものとする。

図２に示すように、基体部３は、柄１ｂから露出した露出部３０と、柄１ｂの内部に挿入された中子３Ｅと、を有する。露出部３０は、その長さ方向（ｘ軸方向）に沿って端部３Ｃおよび背部３Ａが延在しており、露出部３０の長さ方向先端付近で露出部３０の幅が狭くなっており、露出部３０の先端で端部３Ｃと背部３Ａとが繋がっている。また、露出部３０の端部３Ｃには、該端部３Ｃに沿って刃先部２が接続されている。なお、中子３Ｅは、露出部３０よりも幅方向（ｙ軸方向）に狭くなっており、柄１ｂの内部に挿入されている。本実施形態における中子３Ｅは、１または複数の孔部３Ｅａを有しており、該孔部３Ｅａに柄１ｂの一部が挿入されることで刀身１ａと柄１ｂとが強固に固定されている。

刃先部２は、第２金属２ａと、複数の硬質粒子４と、を含む。第２金属２ａは、第１金属と異なる材料により形成されていてもよいし、同じ材料により形成されていてもよい。本実施形態においては、第２金属２ａは、第１金属と異なる材料により形成されている。この場合、基体部３の材料に縛られずに刃先部２に適した金属材料を選択することができるという利点がある。第２金属２ａの材料としては、ニッケル、チタン、ニッケル合金またはチタン合金を用いてもよいし、ニッケルとクロムと鉄との合金（例えばインコネル（登録商標））、ニッケル、シリコンおよびホウ素の合金（例えばコルモノイ（登録商標））、またはチタンとアルミニウムとバナジウムとの合金を用いてもよい。

第２金属２ａがインコネルで形成されているときには、耐食性が比較的高いため、製造方法でレーザーを使用した場合に刃先部２に残留する熱応力を小さくすることができる。

また、第２金属２ａが、Ｎｉ系コルモノイで形成されている場合、刃物１の製造時における刃先の焼入れ、焼なましによる強度劣化を抑制することができる。Ｎｉ系コルモノイは、Ｎｉ系コルモノイの総量に対して、炭素０．０６質量％以下、鉄０．８質量％以下、シリコン２．４〜３．０質量％、ホウ素１．６〜２．００質量％、酸素０．０８質量％以下で、残部がニッケルであるのがよい。

本実施形態では、刃先部２に含まれる第２金属２ａが基体部３に含まれる第１金属よりもビッカース硬度が低い。これにより刃物１は、第１金属と第２金属の双方の利点を持ち合わせることができ、刃物１の全体的な強度を基体部３の第１金属により高くし、刃先部２の第２金属２ａにより刃物１の使用時に負荷される応力による刃先部２の割れまたは欠けの発生を低減し、刃先部２の耐久性を向上させることができる。

本実施形態においては、第２金属２ａは、刃先部２の主成分となっている。ここで、主成分とは、刃先部２を構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％を超える成分のことを意味するものとする。第２金属２ａが刃先部２の主成分となっているため、刃先部２の耐久性をより向上させることができる。

また刃先部２に含まれる複数の硬質粒子４は、刃先部２に含まれる第２金属２ａよりもビッカース硬度が高い。このため、刃先部２全体の硬さを高くでき、刃先部２の耐摩耗性を向上させることができる。また、硬質粒子４は、第２金属２ａよりも硬い材料により形成されているため、刃物１の使用時に硬質粒子４が対象物に接触することにより対象物に対する刃先部２の切れ味が向上する。

本実施形態では、硬質粒子４は、第２金属２ａよりも硬いだけなく、第１金属よりも硬い材料により形成されている。このように、十分な硬さを有する硬質粒子４を用いることにより、刃先部２の切れ味の向上や耐摩耗性の向上の効果を高めることができる。硬質粒子４は、例えば、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ以上４０００Ｈｖ以下にしてもよい。

硬質粒子４は、刃先部２の表面に露出していることが好ましい。さらに、刃先部２を研磨しても刃先部２の表面に硬質粒子４が露出しやすくするために、硬質粒子４は、刃先部２の内部で基体部３の長さ方向（ｘ軸方向）および幅方向（ｙ軸方向）のみならず基体部３の厚み方向（ｚ軸方向）にも分散しているのがよい。

硬質粒子４としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）を含む超硬合金、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）などを含むサーメットが挙げられる。また、硬質粒子４として、炭化タングステンと炭化チタンなど、複数種を混ぜて用いてもよい。

硬質粒子４の形状は、種々の形状を採用してもよい。硬質粒子４の形状としては、断面視において、例えば、三角形状、四角形状、台形状などの多角形状、円形状などが挙げられる。また、硬質粒子４は、角部が切り欠かれていてもよい。この場合、硬質粒子４と第２金属２ａとの密着性を向上させることができる。なお、硬質粒子４の形状は、例示した形状に限定されず、不規則な形状のものを用いることもできる。また、硬質粒子４は、図６に示す実施形態のように、凹部４ａを有する形状としてもよい。この場合、硬質粒子４の凹部４ａを側面２ｃおよび刃先２Ａから露出させることにより、刃先部２の切れ味が向上し、さらに接触面積の低減による刃物１の滑り性が向上する。

硬質粒子４は、その平均粒径を、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下に設定してもよい。なお、このような設定をするにあたっては、ふるいを用いて、平均粒径が５μｍ未満の粒子および平均粒径が５０μｍを超える粒子を選別すればよい。

硬質粒子４は、刃先部２内で１０体積％以上含んでいてもよい。この場合、刃先部２の切れ味および耐摩耗性をさらに向上させることができる。また硬質粒子４は、刃先部２内で５０体積％以下含んでいてもよい。この場合、刃先部２の生産性を高く維持できる。なお、硬質粒子４の含有率は、刃先部２の断面（ｙｚ平面に平行な断面）を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、観察画像の写真から、刃先部２全体の面積に対する硬質粒子４の合計の面積の割合を体積％として求める。具体的には、硬質粒子４の体積％は、次のように算出する。まず、刃先部２の長さ方向（ｘ軸方向）に沿ってほぼ均等間隔で異なる５カ所の位置で刃先部２の断面観察を実施する。次に、これら５カ所で硬質粒子４の面積割合を測定する。そして、この５箇所での硬質粒子４の面積の割合の平均値を求める。この面積の割合の平均値を硬質粒子４の体積％と見なすことで硬質粒子４の体積％が算出される。

硬質粒子４、前記第１金属および第２金属２ａのビッカース硬度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（ＩＳＯ６５０７−２、以下同じ）に準じた方法を用いて行なうことができる。仮に、当該方法による測定が困難である場合、硬質粒子４、前記第１金属および第２金属２ａの組成をそれぞれ同定し、同定した組成とほぼ同等の組成を有する試料を作成し、これら試料についてＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じた方法で測定する。

なお、本開示においては、第１金属、第２金属および硬質粒子４のビッカース硬度の大小関係が把握できればよいため、同定した組成と試料の組成のずれは、大小関係に実質的に影響しない範囲で許容されるものとする。

次に、刀身１ａの断面（ｙｚ平面に平行な断面）について、図４および図５を用いて説明する。刃先部２は、刃先２Ａと、該刃先２Ａの両側に配置され、刃先２Ａに繋がった一対の側面２ｃと、を有する。刃先部２の側面２ｃからは、複数の硬質粒子４のうち少なくとも１つが露出している。これにより、刃物１を用いて対象物を切る際、対象物に硬質粒子４が接触する。その結果、刃先部２の切れ味が良好となるとともに、刃先部２の耐摩耗性を向上させることができる。本実施形態では、刃先部２の双方の側面２ｃから、複数の硬質粒子４が露出している。このため、刃先部２の切れ味と耐摩耗性がより向上する。

また本実施形態においては、硬質粒子４のうち少なくとも１つが刃先２Ａから露出している。このため、刃物１を用いて対象物を切る際に、刃先２Ａから露出する硬質粒子４が対象物に接触し、刃先２Ａの切れ味を向上させることができる。

次に図７に示す写真を用いて硬質粒子４の分布について説明する。図７は、刃先部２の側面２ｃを走査型電子顕微鏡で観察した画像である。図７において、白色に視認される部分は、硬質粒子４が刃先部２の側面２ｃより露出している部分を示す。図７から明らかなように、本実施形態においては、刃先部２内の硬質粒子４は、基体部３側の領域よりも刃先２Ａ側の領域でより多く露出している。このため、刃先２Ａ側の領域で刃先部２の切れ味と耐摩耗性を向上させることができ、刃先部２の性能向上に供することができる。露出する硬質粒子４の分布を上記のように設定するためには、第２金属２ａを刃先部２の刃先２Ａ側で基体部３側よりも選択的に多く削り取るような研磨（例えば、バフ研磨）を実施すればよい。

また、刀身１ａは、図４に示すように、断面（ｙｚ平面に平行な断面）において、厚み方向（ｚ軸方向）の幅が刃先２Ａに向かって狭くなっている。刀身１ａの側面は、垂直方向（ｙ軸方向）に対する傾斜角が刃先２Ａ側と背部３Ａ側で異なっている。具体的には、刃先２Ａ側の方が背部３Ａ側よりも刀身１ａの側面の前記傾斜角が大きくなっている。

ここで、刀身１ａの側面のうち、傾斜角の大きい刃先２Ａ側の領域を第１傾斜領域α、傾斜角の小さい背部３Ａ側の領域を第２傾斜領域βとし、第１傾斜領域αにおける刀身１ａの側面の傾斜角をＤα、第２傾斜領域βにおける刀身１ａの側面の傾斜角をＤβとする。垂直方向（ｙ軸方向）は、刃先２Ａを起点とし、刀身１ａの厚み方向（ｚ軸方向）と直交する垂線（ｙ軸に平行な線）に平行な方向である。図４に示す刃物１においては、傾斜角Ｄαは、傾斜角Ｄβよりも大きくなっている。また、本実施形態においては、第１傾斜領域αは、刃先部２の側面２ｃのみならず基体部３の側面も含んでおり、刃先部２の側面２ｃ全体が第１傾斜領域αに含まれている。

第１傾斜領域αは、ｙ軸方向の長さが、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように設定することができる。刃先部２は、ｙ軸方向の長さが、刃先領域αの長さ以下となるように設定することができ、例えば０．２ｍｍ以上２．８ｍｍ以下となるように設定することができる。

また、刃先部２に接続された基体部３の端部３Ｃが平坦面となっていてもよく、さらに、その平坦面が刃物１の長さ方向（ｘ軸方向）に平行となっていてもよい。この場合、図４および図５に示すように、刀身１ａの断面（ｙｚ平面に平行な断面）において、端部３Ｃはｚ軸方向に平行な直線状となる。

なお、基体部３の端部３Ｃは、図９に示すように、ｚ軸方向に対して傾斜していてもよい。この場合、基体部３と刃先部２との接触面積を増やすことができるため、基体部３および刃先部２の密着性を向上させることができる。端部３Ｃのｚ軸方向に対する傾斜角Ｄ３Ｃは、例えば、１５°以上４５°以下に設定してもよい。

また、基体部３の端部３Ｃは、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、曲面状であってもよい。この場合、基体部３と刃先部２との接合面積が大きくなるので、基体部３と刃先部２との接合強度が高くなり、刃物１の耐久性が高くなる。

図１１は、刃物１の他の実施形態を示している。刃物１は第１傾斜領域αと第２傾斜領域βとの境界１１が刃先部２に位置している。つまり、刃先部２の側面２ｃが第１傾斜領域αの全体を含んでおり、かつ第２傾斜領域βの一部を含んでいる。この場合、刃先部２は、第２傾斜領域βが存在するため、十分な厚さが担保され、繰り返し研ぎ直しを行うことができる。その結果、長期間にわたって刃先部２を使用することができる。

第１傾斜領域αの傾斜角Ｄαは、例えば、１０°〜２０°の範囲に設定してもよい。基体部３の端部３Ｃにおける厚み（ｚ軸方向の長さ）が、例えば０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下となるように設定してもよい。刃先２Ａでの厚み（ｚ軸方向の長さ）は、刃物１の切れ味によって適宜設定すればよいが、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下となるように設定してもよい。

次に、図１３を用いて、刃先部２に硬質粒子４を含んでいない刃物１について説明する。図１３に示す刃物１においては、基体部３の主成分が第１金属により、刃先部２の主成分が第２金属２ａにより、それぞれ形成されている。また、第２金属２ａのビッカース硬度は第１金属のビッカース硬度よりも小さく設定されている。この場合においても、刃物１の全体的な強度は第１金属により比較的高く、かつ、刃先部２における割れまたは欠けの発生を第２金属により低減することができる。

《ビッカース硬度分布》
図１に示す刃物１のビッカース硬度分布について説明する。図１４は、図１に示す刃物をＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。図１４に示すように、基体部３の露出部３０は、背部３Ａから端部３Ｃに向かって順に、第１領域３ａと、第１領域３ａと連続した第２領域３ｂと、第２領域３ｂと連続した第３領域３ｃと、第３領域３ｃと連続し、かつ刃先部２と連続した第４領域３ｄと、を有する。

図１５は、基体部３のビッカース硬度の分布を示している。図１５に示す通り、第２領域３ｂは、第１領域３ａおよび第３領域３ｃよりも硬度が低く、第３領域３ｃは、第１領域３ａよりもビッカース硬度が高い。

これらの構成によれば、第１領域３ａよりもビッカース硬度が低い第２領域３ｂが、第１領域３ａおよび第３領域３ｃの間に位置することから、刃物１で対象物を切るときに刃先部２が受ける衝撃を第２領域３ｂによって吸収することができる。また、刃先部２に近い方に位置する第３領域３ｃが、第１領域３ａおよび第２領域３ｂよりもビッカース硬度が高いことから、刃物１は高い耐折損性を有する。

図１５によれば、第２領域３ｂにおいては、ビッカース硬度が刃先２Ａに向かって漸減している第１変化部分３１と、刃先２Ａに向かって漸増している第２変化部分３２と、を有する。

第１領域３ａは、硬度が一定である。ここで、硬度が一定であるとは、背部３Ａから第２領域３ｂまでの回帰直線に対し、±３０Ｈｖの範囲にあることを言う。

第１領域３ａにおける具体的なビッカース硬度は、５００Ｈｖ以上７００Ｈｖ以下の範囲にある。ビッカース硬度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じた方法を用いて行なうことができる。

第２領域３ｂのビッカース硬度は、例えば、３００Ｈｖ以上５００Ｈｖ未満の範囲にある。第３領域３ｃのビッカース硬度は、例えば、５００Ｈｖを超えて８００Ｈｖ以下の範囲にある。第３領域３ｃは、基体部３のうちビッカース硬度が最も高い部位３ｃａを含む。

また基体部３は、第３領域３ｃと刃先部２との間に、第１領域３ａよりもビッカース硬度が低い第４領域３ｄを有する。第４領域３ｄのビッカース硬度は、第１領域３ａよりも低く、刃先部２におけるビッカース硬度よりも高い。第４領域３ｄは、第３領域３ｃから離れるにしたがってビッカース硬度が漸減している。第４領域３ｄが基体部３に存在するため、刃先部２の硬度の急激な変化が抑制されている。

＜刃物の製造方法＞
次に、刃物１の製造方法について、図１６〜図１８を参照して説明する。図１６〜図１８は、図１に示す刃物１の製造方法を説明するための図である。刃物１は、以下の工程を経て製造される。第１金属を含む基体部３を準備する工程と、第２金属を構成する金属粉体と硬質粒子４とを準備する工程と、基体部３の端部３Ｃに対して金属粉体と硬質粒子４とを噴射しつつ、金属粉体を焼き付けることで、主成分として第２金属を含むとともに複数の硬質粒子４を含む刃部材６を形成する工程と、刃部材６と基体部３とを研磨する工程と、を備える。

まず、第１金属を含む基体部３を準備する。基体部３は、図１６に示すような形状となっている。基体部３は、ステンレスの板材をプレス加工して所定の刃物の型を打ち抜いた後、焼き入れを行なうことによって準備することができる。焼き入れでは、余熱、焼き入れ、および冷却を何度か行なうのがよい。これにより、基体部３の硬度を高めることができる。

余熱では、後に実施する焼き入れよりも低い温度で基体部３を温める。これにより、焼き入れの際に高温になると生じやすいひび割れなどの発生を低減することができる。焼き入れの条件は、材料によって適宜設定することができ、例えば、１０００℃以上の温度で基体部３を加熱する条件に設定することができる。冷却では、焼き入れの温度から急激に基体部３を冷やす。これにより、焼き入れで活性した素材同士を固定することができる。

また、基体部３の準備とは別に、第２金属を構成する金属粉体と硬質粒子４とを準備する。

次に、基体部３の端部３Ｃに対して金属粉体と硬質粒子４とを噴射しつつ、金属粉体を端部３Ｃに対して焼き付ける。これにより、第２金属と、複数の硬質粒子４とを含む刃部材６が形成される。

金属粉体は、レーザーによって溶解させて焼き付けるのがよい。すなわち、レーザーを用いたクラッディング技術を用いるのがよい。具体的には、図１７に示すように、ノズル７においてレーザー光７ａの横側から基体部３の端部３Ｃ付近に対し、前記金属粉体からなるクラッディング材料６ａを供給する。これにより、刃先部２を構成する材料であるクラッディング材料６ａを溶解させつつ、端部３Ｃに金属結合させることができる。また、クラッディング材料６ａのさらに外側から不活性ガス７ｂを端部３Ｃに対して吹き付ける。これにより、クラッディング材料６がレーザー光７ａに当たりやすくなる。不活性ガス７ｂとしては、例えば、アルゴンガスなどが挙げられる。

ここで、クラッディング材料６ａを溶解させるときに、硬質粒子４を混ぜる。これによって、レーザー光７ａによって硬質粒子４以外のクラッディング材料６ａが溶解されて、端部３Ｃに付着することになる。一方、硬質粒子４は融点が高いため、レーザー光７ａによって溶解されにくい。それゆえ、クラッディング材料６ａを溶解させるときに硬質粒子４を混ぜると、刃先部２に複数の硬質粒子４を分散させることができる。

そして、図１８に示すように、刃部材６の一部を研磨する。本実施形態では、刃部材６の一部だけでなく基体部３の一部を研磨する。研磨は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化珪素（ＳｉＣ）またはダイヤモンド、炭化珪素（ＳｉＣ）またはダイヤモンドの混合粒子等が表面に塗布された研磨石を用いて行なうことができる。

研磨は、複数回に分けて行ってもよい。図１８に示すように、まず点線Ｋｍ１に沿って１回目の研磨を行ない、次に、点線Ｋｍ２に沿って第２研磨を行なう。

図１５に示すようなビッカース硬度を有する基体部３を得るには、基体部３の焼入れの条件やレーザー光の照射条件等を調整すればよい。上述の製造方法では、焼入れの後に、レーザー光での照射が行われることで、基体部３は、いわゆる焼入れや焼き鈍しが、複数回にわたって繰り返し行われる。焼入れの条件やレーザー光の照射条件等を調整することで、基体部３に生じる焼入れや焼き鈍しの効果を調整することができる。

以下、実施例を挙げて本開示についてさらに詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例１では、刃先部２に硬質粒子４を含み、端部３Ｃがｚ軸方向に対して傾斜した刃物１を製作した。使用した材料は以下の通りである。
基体部３：ステンレス鋼
刃先部２：インコネル６００
硬質粒子４
組成：炭化タングステンを主成分とするセラミックス
メッシュ粒径：４５μｍ
刃先部２内における含有量：３０体積％

次に、製作した刃物１をｙ軸方向に平行となるように切断した断面を走査型電子顕微鏡により確認した。その結果を図１９に示す。図１９の結果から、本実施例１の刃物１において、硬質粒子４が刃先部２内に分散していることが分かる。

次に、実施例１の刃物１の耐摩耗性の効果を確かめるために、紙切り試験を行った。紙切り試験は、本多式切れ味試験機を用いて行なった。紙切り試験は４００枚の紙の束に所定の圧力で押圧したときに、何枚切ることができるのかを試験するものである。

比較例として、刀身全体がジルコニアからなる刃物（比較例１）およびステンレス鋼からなる刃物（比較例２）を準備して、実施例１と同じ条件で紙切り試験を行った。その結果を図２０に示す。図２０は、横軸に紙切り試験を行った回数を示し、縦軸に１回の紙切り試験で切れた枚数を示している。

この結果から、実施例１は、ステンレス鋼からなる刃物である比較例２と比較して初期切れ味が高く、切れ味の劣化も大きくないことがわかった。また、実施例１では、セラミックスからなる刃物である比較例１と比較して初期切れ味が高いことがわかった。さらに、実施例１では、切れ味の寿命を比較例１に近づけることができた。

従って、初期切れ味および切れ味の寿命について、実施例１は比較例１に近く、且つ、比較例２より良いことがわかる。

実施例２では、刃先部２が硬質粒子４を複数含み、端部３Ｃがｚ軸方向に対して傾斜している刃物１を製造した。使用した材料は、以下のとおりである。
基体部３：ステンレス鋼
刃先部２：インコネル６００
硬質粒子４
組成：炭化タングステンを主成分とするセラミックス
メッシュ粒径：２５μｍ
刃先部２内における含有量：３０体積％

製造した刃物１をｙ軸方向に平行となるように切断し、その断面を走査型電子顕微鏡により確認した。その結果を図２１（ａ）に示す。図２１（ａ）から明らかなように、硬質粒子４が、刃先部２内に分散していることも分かる。

製造した刃物１の刃先部２付近の側面を走査型電子顕微鏡により確認した。その結果を図２１（ｂ）に示す。図２１（ｂ）から明らかなように、製造した刃物１では、刃先部２の側面２ｃに、複数の硬質粒子４が露出していることが分かる。また、刃先２Ａに、複数の硬質粒子４が露出していることも分かる。

（レーザークラッディング組成の検討）
本実施例３においては、刃先部を構成する金属材料（第２金属）と、硬質粒子との好適な割合を検討した。すなわち、両者の割合を変えて作製した種々の刃先部について、実施例１と同様な紙切り試験を行った。試験に使用した試料は以下の通りである。刃先部の金属材料（第２金属）と硬質粒子との割合（体積％）は下記の通りである。
実施例３−１ 金属材料：硬質粒子＝７５：２５
実施例３−２ 金属材料：硬質粒子＝８１：１９
実施例３−３ 金属材料：硬質粒子＝８６：１４
実施例３−４ 金属材料：硬質粒子＝９０：１０
実施例３−５ 金属材料：硬質粒子＝９４：６

また、比較のため、ステンレス鋼（SUS420J2）からなる刃物（比較例）を製造した。

試験結果を図２２（ａ）に示す。図２２（ａ）に示される横軸の紙切り試験回数を対数直線にしたものを図２２（ｂ）に示す。対数直線にすることにより、刃先部の劣化が分かりやすくなる。

図２２ｂから、実施例３−１〜３−５は、いずれも比較例よりも高い耐久性を有することが分かる。また、実施例３−５では劣化が比較的早く、実施例３−３，３−４では、直線の傾きが緩やかになり、実施例３−１，３−２では比較例２よりも緩やかな傾きになることから耐久性が向上することが分かる。

実施例２で使用した刃先部２の材料（インコネル６００）に代えて、Ｎｉ系コルモノイを使用した他は、実施例２と同様にして刃物を製造した。刃物の刃先部２の側面２ｃおよび刃先２Ａには、複数の硬質粒子４が露出していた。また、刃先部２のビッカース硬度は、焼なまし後で４５０Ｈｖ程度であった。
使用したＮｉ系コルモノイの組成を表１に示す。

刃先部２が硬質粒子４を複数含み、基体部３の端部３Ｃがｚ軸方向に対して傾斜している刃物１を製造した。使用した材料は、以下のとおりである。
基体部３：ステンレス鋼
刃先部２：インコネル６００
硬質粒子４
組成：炭化タングステンを主成分とするセラミックス
メッシュ粒径：４５μｍ
刃先部２内における含有量：３０体積％

次に、製造した刃物１について、ビッカース硬度の分布を測定した。具体的には、まず、ｘ軸方向に垂直であり刃先部２の刃先方向（ｙ軸方向）に平行な方向に刃物１を切断した。切断箇所は、図１および図２のＡ−Ａ線に相当する箇所である。

次に、切断箇所の断面において、刃先２Ａから背部３Ａに向かって、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じた方法でビッカース硬度を測定した。測定条件は、以下のとおりである。
試験力：５ｋｇ
測定ピッチ：０．５ｍｍ

測定結果は図１５に示している。図１５から明らかなように、刃物１は、その基体部３が、上述した第１領域３ａ、第２領域３ｂ、第３領域３ｃおよび第４領域３ｄを有していることも分かる。

次に、製造した刃物１をｙ軸方向に平行となるように切断し、その断面を走査型電子顕微鏡によって観察した。その結果を図２３に示す。図２３から明らかなように、第２領域３ｂは、「焼きなまし（１００℃〜２００℃）」による結晶の粗大化が確認された。第２領域３ｂは、「焼きなまし」に起因して、第１領域３ａよりもビッカース硬度が低くなっていると推察される。第３領域３ｃは、「焼入れ（１１５０℃〜１２００℃）」により緻密質に再結晶化しており結晶の凝集・緻密化が確認された。第３領域３ｃは、「焼入れ」に起因して、第１領域３ａよりもビッカース硬度が高くなっていると推察される。第４領域３ｄは、熱分散による組成混合、合金化などによって第１領域３ａよりもビッカース硬度が低くなっていると推察される。

本開示を上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述および図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。

１ 刃物
１ａ 刀身
１ｂ 柄
２ 刃先部
２ａ 第２金属
２Ａ 刃先
２ｃ 側面
３ 基体部
３ａ 第１領域
３ｂ 第２領域
３ｃ 第３領域
３ｄ 第４領域
３Ａ 背部
３Ｃ 端部
４ 硬質粒子
６ 刃部材
３０ 露出部
α 第１傾斜領域
β 第２傾斜領域

Claims (23)

1. 基体部と、該基体部の端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を有する刀身を備え、
   前記基体部は、第１金属を含み、
   前記刃先部は、第２金属と、該第２金属よりも硬度が高い複数の硬質粒子とを含む、刃物。
2. 前記刃先部は、刃先と、該刃先の両側に位置する一対の側面と、を有し、前記硬質粒子のうち少なくとも１つが前記側面から露出している、請求項１に記載の刃物。
3. 前記硬質粒子のうち少なくとも１つが前記刃先から露出している、請求項１または２に記載の刃物。
4. 前記硬質粒子は、露出した表面に凹部を有する、請求項２または３に記載の刃物。
5. 前記刀身の側面は、垂直方向に対して第１傾斜角で傾斜する第１傾斜領域と、垂直方向に対して第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角で傾斜する第２傾斜領域と、を備え、
   前記第１傾斜領域は、前記第２傾斜領域よりも前記刃先側に位置し、
   前記刃先部は、前記第１傾斜領域全体と、前記第２傾斜領域の一部を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の刃物。
6. 前記第２金属は、前記第１金属よりも硬度が低い金属材料を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の刃物。
7. 前記基体部の前記端部は、平坦面である、請求項１〜６のいずれかに記載の刃物。
8. 前記基体部の前記端部の前記平坦面は、水平方向に平行である、請求項７に記載の刃物。
9. 前記基体部の前記端部は、曲面状である、請求項１〜６のいずれかに記載の刃物。
10. 前記刃先部の前記側面に露出している前記硬質粒子の面積割合が、前記基体部側よりも前記刃先側で高い、請求項２に記載の刃物。
11. 前記刃先部の前記側面に露出している前記硬質粒子が、前記刃先部内で１０体積％以上５０体積％以下含まれている、請求項２に記載の刃物。
12. 基体部と、該基体部の端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を有する刀身を備え、
    前記基体部は、主成分として第１金属を含み、
    前記刃先部は、主成分として、前記第１金属よりも硬度が低い第２金属を含む、刃物。
13. 前記刃先部は、前記第２金属よりも硬度の高い材料を主成分とする複数の硬質粒子を含む、請求項１２に記載の刃物。
14. 前記硬質粒子は、前記第１金属よりも硬度の高い材料を含む、請求項１３に記載の刃物。
15. 端部および背部を有する基体部と、
    該基体部の前記端部に沿って配置され、該端部に接続された刃先部と、を備え、
    前記基体部は、前記背部から前記刃先部に向かって順に、第１領域と、第２領域と、第３領域とを有し、
    前記第２領域は、前記第１領域および前記第３領域よりも硬度が低く、
    前記第３領域は、前記第１領域よりも硬度が高い、刃物。
16. 前記第３領域は、前記基体部のうち硬度が最も高い部位を含む、請求項１５に記載の刃物。
17. 前記基体部は、前記第３領域と前記刃先部との間に位置し、前記第１領域よりも硬度が低い第４領域を有する、請求項１５または１６に記載の刃物。
18. 前記第４領域は、前記第３領域から前記刃先部に向かって硬度が減少している、請求項１７に記載の刃物。
19. 前記刃先部は前記第４領域と接続している、請求項１７または１８に記載の刃物。
20. 前記基体部は、金属材料により形成されている請求項１５〜１９のいずれかに記載の刃物。
21. 基体部と、該基体部に接続され、前記基体部と異なる材料を含む刃先部と、を有する刀身を備え、
    前記刀身は、刃先と、該刃先の両側に位置する一対の側面と、を有し、
    前記刀身の前記一対の側面は、垂直方向に対して第１傾斜角で傾斜する第１傾斜領域と、垂直方向に対して第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角で傾斜する第２傾斜領域と、を備え、
    前記第１傾斜領域は、前記第２傾斜領域よりも前記刃先側に位置し、
    前記刃先部は、前記第１傾斜領域全体と、前記第２傾斜領域の一部と、を含む刃物。
22. 前記垂直方向は、前記刃先を起点とし、前記刀身の厚み方向と直交するように垂線に平行な方向である、請求項２１に記載の刃物。
23. 前記刃先部は、金属材料と、該金属材料よりも硬度が高い粒子と、を含む請求項２１または請求項２２に記載の刃物。