JP2023053601A - 超硬合金，それを用いた刃物および包丁 - Google Patents

Abstract

【課題】切れ味が低下しにくい，すなわち耐久性に優れた，刃物に適する超硬合金を提供する。【解決手段】包丁１は超硬合金製の刀身２を備えている。刀身２は一直線状にのびる背部（みね）３とその反対側の弧状の刃部４を備え，刃部４は切っ先に向かうにしたがって背部３に次第に近づき，切っ先において背部３と連続する。刃部４の先端（刃先）は鋭く尖っており，刃部４を食材等に押し当てる（さらに前後に動かす）ことによって食材等が切断される。刀身２はＷＣ，ＮｉおよびＣｒ３Ｃ２を含む超硬合金から作られる。ＷＣ結晶粒子同士の粒界にはＣｒが，ＷＣ結晶粒子とＮｉの粒界にはＣｒが，それぞれ含まれている。【選択図】図１

Description

この発明は，超硬合金，特に刃物に適する超硬合金に関する。この発明はまた上述した超硬合金を用いて作製された刃物および包丁に関する。

刃物たとえば包丁の重要な特性は切れ味と耐久性である。刃先を鋭角に形成することで包丁の切れ味は向上する。もっとも鋭角にしすぎると刃先にカケが発生しやすくなる。また，包丁は使用することで刃先に摩耗が生じ切れ味が低下する。切れ味の持続（耐久性）も肝要である。さらに，包丁は食品を切断するために用いられるので腐食しにくいこと（耐食性を持つこと）も必要である。

切れ味，耐久性さらには耐食性のいずれにも優れた包丁等の刃物に適する材料が求められている。特許文献１は炭化タングステン（ＷＣ），ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）を含む機械的強度，耐食性および研磨光沢性に優れた超硬合金を開示する。

特開昭６４－８２４５号公報

この発明は，刃物に加工したとき，切れ味が低下しにくい，すなわち耐久性に優れた刃物とすることができる超硬合金を提供することを目的とする。

この発明はまた，切れ味が低下しにくい，すなわち耐久性に優れた刃物を提供することを目的とする。

この発明はさらに，切れ味が低下しにくく，かつ切れ心地のよい包丁を提供することを目的とする。

この発明による超硬合金は，平均粒径が１．５μｍ以下であるＷＣを主成分とする硬質相を超硬合金全体に対して６１～８３ｗｔ％含み，Ｎｉを主成分とする結合相を超硬合金全体に対して１６～３４ｗｔ％含み，Ｃｒを主成分とする粒成長抑制相を超硬合金全体に対して１～５ｗｔ％含み，硬質相と結合相と粒成長抑制相との合計が１００ｗｔ％であり，上記ＷＣ同士の結晶粒界にＮｉが含まれており，さらに以下の（１）または（２）の少なくともいずれか一つを備えていることを特徴とする。
（１）上記ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒが含まれている。
（２）上記ＷＣ結晶粒子と上記Ｎｉの粒界にＣｒが含まれている。

不可避不純物，すなわち原料中に存在したり，製造工程において不可避的に混入したりするもので，本来は不要なものであるが，微量であり，製品の特性に影響を及ぼさないため許容される不純物が，この発明の超硬合金に含まれる場合がある。

この発明による超硬合金は，「硬質相」と「結合相」と「粒成長抑制相」の３種類の相を含む。これらの３つの相の合計が１００％である。これらの含有率はエネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置を用いて分析される。

硬質相は炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする。ＷＣは細かく，細かなＷＣを結合するのが結合相として用いられるニッケル（Ｎｉ）である。超硬合金は多数のＷＣ（ＷＣ結晶粒子）を含み，多数のＷＣ結晶粒子がＮｉによって互いに結合されて存在する。ＷＣおよびＮｉに加えて，この発明による超硬合金はクロム（Ｃｒ）を含む（Ｃｒまたは炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）が超硬合金に含まれている）。ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２は，焼結時のＷＣの粒成長を効果的に抑制し，これによって微粒のＷＣを超硬合金に含有させることができる。ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２は超硬合金に耐酸化性ももたらし，耐食性に優れる超硬合金を得ることができる。もっとも，ＣｒはＮｉに溶け込むので，ＮｉとＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２は超硬合金において外観上区別して観察することはできない。

この発明による超硬合金は，ＷＣ結晶粒子の粒界に，次の（１）または（２）のいずれかが観察されることを特徴とする。

（１）上記ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒが含まれていること。
（２）上記ＷＣ結晶粒子と上記Ｎｉの粒界にＣｒが含まれていること。

ＷＣ結晶粒子同士の粒界に存在する元素，およびＷＣ結晶粒子とＮｉとの粒界（界面）に存在する元素は，エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いて線分析することによって検出することができる。

ＷＣ結晶粒子同士の粒界にはＣｒを存在させることもできるし，存在させないこともできる。ＷＣ結晶粒子とＮｉとの粒界も同様であり，ＷＣ結晶粒子とＮｉとの粒界にＣｒを存在させることもできるし，存在させないこともできる。

ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒを存在させ，ＷＣ結晶粒子とＮｉとの粒界にＣｒを存在させる手法の一つは，超硬合金を焼結するときの焼結温度である。焼結温度を低温域にすることによって，ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒを存在させ，ＷＣ結晶粒子とＮｉとの粒界にＣｒを存在させることができる。逆に焼結温度を高温域にすると，これらの粒界にＣｒは存在しにくくなる。

上記ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒが含まれ，上記ＷＣ結晶粒子と上記Ｎｉの粒界にＣｒが含まれる超硬合金は，これらが含まれていない超硬合金に比べて，組成が同じであるとしても刃物に求められる特性の一つである耐久性（切れ味の低下しにくさ）に大きな違いが生じることが確認された。この発明が提供する超硬合金は硬く，しかも耐久性に優れているので刃物の素材に適している。上述のように耐食性にも優れることから，特には包丁の素材として適している。

この発明は，上述した超硬合金によって少なくとも刃部が形成されている刃物も提供する。刃物は，包丁，はさみ，鎌，斧，ナイフ，彫刻刀等を含む。

この発明はまた，上述した超硬合金を用いて作製される包丁であって，小刃部の開き角度（小刃角度）が２５～４０°，逃げ部の開き角度（逃げ角度）が２～６°であり，上記小刃部と上記逃げ部の境界が面取りされているものを提供する。切り心地が良く，使いやすい包丁が提供される。

包丁の側面図である。 超硬合金および包丁の製造方法を示すフローチャートである。 超硬合金の電子顕微鏡写真である。 超硬合金のエネルギー分散型Ｘ線分光器による線分析結果を示す写真である。 超硬合金の抗折力と，超硬合金から作製された包丁の切れ味低下量との関係を示すグラフである。 超硬合金の硬さと，超硬合金から作製された包丁の切れ味低下量との関係を示すグラフである。 包丁の刀身の拡大正面図である。 （Ａ）は垂直モデルの刀身を，（Ｂ）は傾斜モデルの刀身を，それぞれ模式的に示している。 垂直モデルと傾斜モデルのそれぞれについての，小刃角度と小刃部に加わる引張応力との関係を示すグラフである。 垂直モデルと傾斜モデルのそれぞれについての，小刃角度と対象物に加わる応力との関係を示すグラフである。 垂直モデルと傾斜モデルのそれぞれについての，小刃角度と刀身を押し込む力との関係を示すグラフである。 小刃角度が３０°，４０°，６０°，９０°の４種類の刀身を用いて試験紙を切断した試験結果を示している。 逃げ角度が２°，４°，６°のときの押込量と押込荷重との関係を示すグラフである。 小刃部と逃げ部の境界を面取りしたもの（面取り有）と面取りしていないもの（面取り無）のそれぞれについての，押込量と押込荷重との関係を示すグラフである。

（包丁の基本的形状および切れ味試験について）
図１は包丁および包丁の性能（切れ味）試験の様子を示している。

包丁１は，後述する超硬合金製の刀身２を少なくとも備えている。刀身２は一直線状にのびる背部（みね）３とその反対側の弧状の刃部４を備え，刃部４は切っ先に向かうにしたがって背部３に次第に近づき，切っ先において背部３と連続する。刃部４の先端（刃先）は尖っており，刃部４を食材等に押し当てる（さらに前後に動かす）ことによって食材等が切断される。

包丁１の切れ味は包丁１を使用すればするほど低下する。超硬合金製の刀身２を備える包丁１も例外ではないが，鋼製，セラミックス製，ステンレス製その他の従来の包丁に比べると，超硬合金製の包丁１は切れ味が格段に低下しにくい（耐久性がよい）。

包丁１の切れ味および耐久性の評価は，この実施例では，複数枚の紙を重ねた紙束７を用意し，包丁１の刀身２に所定荷重を加えて紙束７に押し当て，所定の移動長だけ包丁１を移動させたときに紙束７を切断することができた長さ（切断深さ）を用いる。切れ味のよい包丁１は紙束７の切断長（切断深さ）が長く，切れ味が低下すると切断長は短くなる。

（超硬合金について）
包丁１の刀身２を構成する超硬合金は炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする硬質相と，ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする結合相と，クロム（Ｃｒ）または炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）を主成分とする粒成長抑制相を含む，いわゆる炭化タングステン基超硬合金である。

（１）ＷＣ（硬質相）の含有量
超硬合金の硬さは硬質相に基づく。この実施例の超硬合金は，硬くかつ微粒のＷＣを硬質相として含む。ＷＣが超硬合金全体に対して６１ｗｔ％未満になると，相対的に結合相（Ｎｉ）が多くなり，超硬合金の硬さが低下する。ＷＣは超硬合金全体に対して６１ｗｔ％以上とされる。後述する性能試験によれば６６ｗｔ％以上であると好ましい。逆に，ＷＣの量が多すぎると超硬合金の抗折力が低下し，耐衝撃性に欠けることになる（カケが生じやすくなる）。この観点からＷＣは超硬合金全体に対して８３ｗｔ％以下とされる。後述する性能試験によれば７８ｗｔ％以下であると好ましい。また，ＷＣ平均粒径が大きいと超硬合金の硬さが低下することからＷＣの平均粒径は１．５μｍ以下とされる。後述する性能試験によれば０．２～１．０μｍであると好ましい。

（２）Ｎｉ（結合相）の含有量
結合相は，上述した硬くかつ微粒のＷＣの結晶粒子同士を結合するために用いられる。

この実施例の超硬合金は結合相としてＮｉを含む。結合相はＮｉを主成分（結合相全体に対して５０ｗｔ％以上含む）とする金属であってもよい。

結合相が超硬合金全体に対して１６ｗｔ％未満になると超硬合金の抗折力が低下し，３４ｗｔ％を超えると超硬合金の硬さが低下する。これらの観点から結合相は超硬合金全体に対して１６～３４ｗｔ％とされる。後述する性能試験によれば２０～３０ｗｔ％であると好ましい。結合相によってＷＣ結晶粒子同士をしっかりと結合させることで，超硬合金からのＷＣ結晶粒子の脱落が防止され，超硬合金の強度を確保することができる。

（３）ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２の含有量
ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２はＷＣ相の粒成長抑制のために用いられる。また，Ｃｒは結合相の強度および超硬合金の耐酸化性の向上にも寄与することが知られている。ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２が超硬合金全体に対して１．０ｗｔ％以上含まれると，ＷＣ相の粒成長が抑制され，結合相の強度および耐酸化性が向上し，超硬合金の硬さおよび強度が向上する。結合相にＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２を十分に溶解するために，ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２は結合相に対して５．０ｗｔ％以下とされる。後述する性能試験によれば２．４～４．０ｗｔ％であると好ましい。

（超硬合金および包丁の製造方法について）
図２は超硬合金および包丁１の製造方法を示すフローチャートである。

原料粉末として平均粒径０．０５～２．０μｍのＷＣ１１を作製すべき超硬合金に対して６１～８３ｗｔ％になるように秤量し，また結合相としてのＮｉ１２を主成分とする金属を超硬合金に対して１６～３４ｗｔ％になるように秤量し，さらにＣｒ_３Ｃ_２１３を全体の合計が１００ｗｔ％となるように秤量する。焼結後に遊離炭素や脱炭相を生じないように原料粉末にタングステン粉末１４または炭素粉末１５を加えてもよい。これらを有機溶剤とともにアトライタまたはボールミルに投入し，混合する（ステップ21）。

アトライタは円筒形容器および羽根付きシャフトを備えるもので，上述した原料粉末，超硬合金製の多数の小径のボール，およびアセトン，アルコール，ヘキサンなどの有機溶媒が円筒形容器に入れられる。羽根付きシャフトを回転させることによって容器内において原料粉末が粉砕されかつ混合される。有機溶媒によって粉砕効果が高められ，かつ粉末の酸化が防止される。このようにしてスラリー（泥状物）を得る。

ボールミルは円筒形容器を備えるもので，上述した原料粉末，超硬合金製の多数の小径のボール，およびアセトン，アルコール，ヘキサンなどの有機溶媒が円筒形容器に入れられる。円筒形容器を回転させることによって容器内において原料粉末が粉砕されかつ混合される。上述と同様に有機溶媒によって粉砕効果が高められ，かつ粉末の酸化が防止される。このようにしてスラリーを得る。

得られたスラリーは，次にスプレードライヤー法，ミキサー乾燥法等を用いて乾燥され，これによって原料粉末から有機溶剤が取り除かれる（ステップ22）。

有機溶剤が取り除かれた原料粉末は，金型成形，ゴム成形，押出成形等によってプレスされて押し固められ，所定形状に成形される（ステップ23）。

成形品が真空の加熱炉内において焼結される。Ｗ－Ｎｉ－Ｃ（タングステン－ニッケル－炭素）の三元共晶温度を超える温度，たとえば１３８０℃で成形品を焼結することによって，ＷＣを硬質相とし，かつＮｉを結合相とする超硬合金が作られる（ステップ24）。

上述した１３８０℃の焼結温度は，超硬合金を製造するときの一般的な焼結温度（約１４００℃）よりもやや低い。焼結温度を低温側に制御することによって，後述するように，ＷＣ結晶粒子の粒界の状態を制御することができ，これによって包丁１の刀身２に適する超硬合金を製造することができる。包丁１の刀身２に適する超硬合金の詳細については後述する。

最後に形状加工が行われることによって超硬合金製の包丁１の刀身２が製造される。具体的にはワイヤー放電加工機を用いて刀身２の概略形状を切り出し，その後に平面研削盤を用いて所望の厚さに研磨する。最後に刃物研削盤を用いて研削することによって刃部４が形成される。

（観察結果および刃物性能試験について）
表１は，包丁１の刃物性能試験の試験結果を示すもので，１３種類の包丁１（実施例１～６，比較例１～７）を構成する超硬合金の組成（成分ごとの含有量），測定値および結晶粒界観察結果を，刃物性能試験結果とともに示している。

実施例１～６および比較例１～７のうち，実施例１～６，比較例１～５および比較例７の超硬合金は１３８０℃の焼結温度で成形品を焼結した。比較例６の超硬合金のみ１４００℃の比較的高温の焼結温度で成形品を焼結した。

「組成」（超硬合金の成分ごとの含有量）はエネルギー分散型（Energy dispersive X-ray spectroscopy）の蛍光Ｘ線分析装置（X‐ray Fluorescence）を用いて分析した。

「ＷＣ粒径」は走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）を用いて焼結後の超硬合金の研磨面を観察しインターセプト法を用いて測定した。「硬さ」はロックウェル硬度計（Ａスケール）を用いて測定した。「抗折力」は３点曲げ試験により測定した。「アイゾット衝撃値」はアイゾット衝撃試験機を用いて測定した。ＷＣ粒径，硬さ，抗折力およびアイゾット衝撃値は，いずれも複数の測定値を平均した平均値を示している。

「結晶粒界観察結果」には，（１）ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒが存在するかどうか（ＷＣ－ＷＣ間のＣｒ），（２）ＷＣ結晶粒子とＮｉの粒界にＣｒが存在するかどうか（ＷＣ－Ｎｉ間のＣｒ），（３）ＷＣ結晶粒子同士の粒界にＮｉが存在するかどうか（ＷＣ－ＷＣ間のＮｉ）が示されており，「有」が存在することを，「無」が存在しないことをそれぞれ示している。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察によってＷＣ結晶粒子同士の粒界およびＷＣ結晶粒子とＮｉの粒界を同定し，その後同定された粒界付近を，エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いて線分析することによって，上記粒界におけるＣｒ，Ｎｉの存在の有無を同定した。この実施例では任意の１０μｍ角のＴＥＭ分析視野から選択される少なくとも３か所の粒界においてＣｒ，Ｎｉの存在が確認されれば「有」と判定したものである。

図３は透過型電子顕微鏡を用いて撮影した，表１の実施例２に示す超硬合金の断面写真（暗視野像）である。図４はエネルギー分散型Ｘ線分光器を用いた実施例２に示す超硬合金の線分析結果を示している。図３の断面写真を参照して，実施例２の超硬合金には比較的角のあるＷＣ結晶粒子が多く含まれていることが分かる。図４の線分析結果にはＷＣ結晶粒子同士の粒界に存在する元素が赤，青，黄等によって色分けされて明示される。ＷＣ結晶粒子とＮｉの粒界に存在する元素も同様にして色分け表示される。図４では赤，青，黄等の色分けが輝度（濃度）のみによって表現されていることに留意されたい。

刃物性能試験結果には，包丁１の刃先角度（小刃角度），切れ味，耐久性および備考が示されている。

「刃先角度」は刀身２の刃部４の先端（小刃部）の断面角度（開き角度）であり，比較例７を除いて２５°で統一している。「切れ味」は未使用の新品状態の包丁１を用いて紙束７（図１参照）を切断したときの切断長さ（深さ）である。「耐久性」は総切断長さ（深さ）が１０００ｍｍに達したときの切れ味の維持度合いを示す。総切断長さが１０００ｍｍに達するまでに要した包丁１の移動回数を数え，その移動回数によって１０００を除算した値が「耐久性」欄に示されている。「耐久性」に示す数値が大きければ大きいほど，１回の移動あたりの切断距離が長いので，使用を重ねても切れ味が低下しにくいものであることを示す。「備考」には刃部４の観察結果等が示されている。詳細には，刀身２に加える荷重を８Ｎとし，包丁１の移動長さは１０ｍｍとした。切断の対象物である紙束７には約４３ｇ／ｍ^２の新聞紙相当の坪量の紙を７．５ｍｍの高さに重ねたものを用いた。刃部４は紙束７に対して垂直に当てた。

比較例７の包丁１は刃先角度（後述する小刃角度，小刃部の開き角度）が４０°に形成されており，切れ味が悪い（０．８ｍｍ）。刃先角度が２５°である実施例１～６および比較例１～６の包丁１は未使用のときの切れ味はいずれも同じであった（２．５ｍｍ）。刃先角度は４０°程度では切れ味が悪く，不適であると考えられる。

「耐久性」を参照して，包丁１を所定期間にわたって使用したとき（この実施例では，紙束７を１０００ｍｍ切断したとき）の切れ味を表す耐久性については，各実施例および比較例において０．３～２．２ｍｍの大きなばらつきが発生している。

比較例１の包丁１に用いられている超硬合金はＷＣの含有量が多く（８９．０ｗｔ％），Ｎｉの含有量が少ない（１０ｗｔ％）。またＣｒ_３Ｃ_２の含有量も１．０ｗｔ％とやや少ない。比較例２の包丁１に用いられている超硬合金もＷＣの含有量が多く（８４．０ｗｔ％），Ｎｉの含有量が少なく（１５ｗｔ％），Ｃｒ_３Ｃ_２の含有量も少ない（１．０ｗｔ％）。比較例１，２の包丁１は耐久性が低く（それぞれ０．３ｍｍ，１．５ｍｍ），比較例１の包丁１については大きなカケも発生した。比較例１，２の包丁１に用いられている超硬合金は抗折力，アイゾット衝撃値も低いことが分かる。これは，比較例１，２の超硬合金は硬質相であるＷＣを多く含むものの，ＷＣを結合するＮｉの含有量が少なすぎるためにＷＣ結晶粒子を保持しきれずに耐久性が大きく低下したものと考えられる。超硬合金を包丁１に用いることを考慮すると，結合相としてのＮｉの含有量は２０ｗｔ％以上必要である。相対的にＷＣの含有量は７９ｗｔ％以下とする必要がある。ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２の含有量は少なくとも１．０ｗｔ％以上，好ましくは２．４ｗｔ％以上は必要である。

比較例３の包丁１に用いられている超硬合金はＷＣの含有量が少なく（６０．０ｗｔ％），Ｎｉの含有量が多い（３５ｗｔ％）。またＣｒ_３Ｃ_２の含有量もやや多い（５．０ｗｔ％）。比較例４の包丁１に用いられている超硬合金もＷＣの含有量が少なく（５５．０ｗｔ％），Ｎｉの含有量が多い（４０ｗｔ％）。またＣｒ_３Ｃ_２の含有量もやや多い（６．０ｗｔ％）。比較例３，４の包丁１も耐久性が低く（それぞれ１．６ｍｍ，０．４ｍｍ），硬さが低いことが分かる。これは，比較例３，４の超硬合金は硬質相であるＷＣの含有量が少なすぎるために硬さが足りず，またＮｉが相対的に多いことで刃先が塑性変形し，耐久性が低くなったと考えられる。超硬合金を包丁１に用いることを考慮すると，ＷＣ含有量は少なくとも６１ｗｔ％は必要である。相対的にＮｉの含有量は３４ｗｔ％以下とする必要がある。ＣｒまたはＣｒ_３Ｃ_２の含有量は最大でも５．０ｗｔ％，好ましくは４．０ｗｔ％にとどめておくのが好ましい。

比較例５の包丁１に用いられている超硬合金はＷＣ粒径が大きい（１．８μｍ）。ＷＣの原料粉末の粒径が大きく，アトライタまたはボールミルにおける粉砕を経ても粒径が小さくならなかったものである。比較例５の超硬合金は抗折力がやや低く，耐久性が大きく劣ることが確認される。ＷＣ粒径が大きいことで刃部４においてＷＣ結晶粒子の脱落が多くなり，結果的に耐久性が低くなると考えられる。耐久性を維持するにはＷＣ粒径が小さいことが必須であり，包丁１に用いる場合，ＷＣ粒径は最大でも平均１．５μｍとしておくことが必要である。

比較例６の包丁１は，ＷＣの含有量（７２．０ｗｔ％），Ｎｉの含有量（２５ｗｔ％）およびＷＣ粒径（０．４μｍ）のいずれについても包丁１として用いるのに適すると考えられるが，抗折力およびアイゾット衝撃値がさほど高くなく，耐久性に劣るものであった。結晶粒界観察結果を参照して，比較例６の包丁１に用いられた超硬合金は，ＷＣ結晶粒子間にＣｒが観察されず，ＷＣ結晶粒子とＮｉ間にＣｒが観察されないものであった。

上述したように，比較例６の包丁１に用いられている超硬合金は焼結温度を１４００℃として製造したもので，焼結時温度がやや高い。焼結温度が高いことによってＷＣ結晶粒子同士の粒界にＣｒが存在せず，ＷＣ結晶粒子とＮｉの粒界（界面）にＣｒが存在せず，その結果として包丁１として用いたときの耐久性に欠けるものになったと考えられる。焼結温度によって制御されるＷＣ結晶粒子同士の粒界におけるＣｒの存在，およびＷＣ結晶粒子とＮｉの界面におけるＣｒの存在が，抗折力，アイゾット衝撃値および耐久性に影響を及ぼすと考えられる。

実施例１～６の包丁１は耐久性が２．０～２．２ｍｍの範囲であり，耐久性に優れ，使用しても切れ味が比較的維持されている。

図５は，横軸を超硬合金の抗折力，縦軸を上述した「切れ味」から「耐久性」を減算した値（これを「切れ味低下量」と呼ぶ）とするグラフに，上述した実施例１～６および比較例１～７の値をそれぞれプロットしたものである。図５において，実施例１～６の値は白地の丸数字によって，比較例１～７の値は黒地の丸数字によって，それぞれプロットされている。

図５に示すグラフにおいて，実施例１～６の包丁１に用いられている超硬合金は抗折力が３００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上である。他方，比較例１～７の包丁１に用いられている超硬合金は３００ｋｇｆ／ｍｍ^２を超えるものはほとんどない。抗折力の観点からは，包丁１に適する超硬合金は抗折力が３００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であるものが好ましい。

図６は，横軸を超硬合金の硬さ，縦軸を切れ味低下量とするグラフに，上述した実施例１～６および比較例１～７の値をそれぞれプロットしたものである。図６においても，実施例１～６の値は白地の丸数字によって，比較例１～７の値は黒地の丸数字によって，それぞれプロットされている。

図６に示すグラフにおいて，実施例１～６の包丁１に用いられている超硬合金は硬さが８１～８８ＨＲＡの範囲にある。比較例１～７の包丁１に用いられている超硬合金は硬さがかなり低いもの，またはかなり高いものが散見される。硬さの観点からは，包丁１に適する超硬合金は硬さが８１～８８ＨＲＡの範囲であるものが好ましい。

カケが発生した比較例１の包丁１に用いられている超硬合金はアイゾット衝撃値が５.４ｋＪ／ｍｍ^２であった。実施例１～６の包丁１に用いられている超硬合金のアイゾット衝撃値は８.０ｋＪ／ｍｍ^２以上である。比較例２の包丁のアイゾット衝撃値が６．５ＫＪ／ｍｍ^２であり，この包丁には大きなカケが発生しなかったことを考慮すると，包丁１のカケを予防するにはアイゾット衝撃値が７.０ｋＪ／ｍｍ^２以上であることが望ましいと考えられる。

図５および図６のグラフ，ならびに上述の検討結果からは，約８１ＨＲＡ以上の硬さ，約３００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の抗折力，および約７．０ｋＪ／ｍｍ^２以上のアイゾット衝撃値を有する超硬合金が，包丁１に使用する超硬合金に適すると推察される。

（包丁の形状）
図７は包丁１の刀身２の拡大正面図を示している。

包丁１の刀身２に超硬合金を用いることによって，刀身２の厚さＴを１ｍｍ以下に薄くしても十分な耐久性（カケにくさ）を維持することができる。発明者はさらに包丁１として用いるときの切れ心地の観点から刀身２の形状を検討した。以下では，超硬合金製の包丁１の刀身２に適する形状を考察する。

図７を参照して，包丁１の刀身２は，刀身本体部２ａ，逃げ部２ｂおよび小刃部２ｃから構成される。以下の説明では，小刃部２ｃの開き角度を小刃角度θ_１と呼び，逃げ部２ｂの開き角度を逃げ角度θ_２と呼ぶ。

包丁１の小刃部２ｃは対象物に対して常に垂直には当てられず，斜めに当てられることも多い。図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように，対象物Ｓに対して小刃部２ｃを垂直に押し当てる垂直モデル（図８（Ａ））に加えて，対象物Ｓに対して小刃部２ｃを斜め（角度１０°）に押し当てる傾斜モデル（図８（Ｂ））も解析した。

（１）小刃角度θ_１
図９は対象物Ｓに対して小刃部２ｃを垂直に当てて刀身２を１μｍ分押し込んだ（垂直モデル，図８（Ａ））ときに刀身２の小刃部２ｃに加わる引張応力（破線）（縦軸）と，対象物Ｓに対して小刃部２ｃを傾斜角度１０°で斜めに当てて刀身２を１μｍ分押し込んだ（傾斜モデル，図８（Ｂ））ときに小刃部２ｃに加わる引張応力（実線）（縦軸）を，小刃角度θ_１（図７参照）（横軸）を変数として示すグラフである。図９の実線で示す傾斜モデルのグラフから，対象物Ｓに対して小刃部２ｃを斜めに当てると，小刃角度θ_１が２５°以下のときに，小刃角度θ_１が小さくなればなるほど小刃部２ｃに加わる引張応力が急増し，小刃部２ｃにカケが生じる可能性が高まる。包丁１の小刃部２ｃは対象物Ｓに対して常に垂直には当てられず，斜めに当てられることも多いので，垂直モデルに加えて傾斜モデルを考慮しなければならない。図９のグラフから，包丁１として用いることを考慮すると小刃角度θ_１は２５°以上とするのが適切である。

図１０は垂直モデル（破線）と傾斜モデル（実線）のそれぞれについて，対象物Ｓに対して小刃部２ｃを押し当てて刀身２を１μｍ分押し込んだときに対象物Ｓに加わる応力を，小刃角度θ_１（図７参照）を変数として示すグラフである。垂直モデル（破線）では対象物Ｓに加わる応力は小刃角度θ_１の大きさにかかわらずほぼ一定であるのに対し，傾斜モデル（実線）では小刃角度θ_１が８０°を超えると対象物Ｓに加わる応力が急減することが分かる。

図１１は垂直モデル（破線）と傾斜モデル（実線）のそれぞれについて，対象物Ｓに対して小刃部２ｃを押し当てて刀身２を１μｍ分押し込むのに必要な力を，小刃角度θ_１（図７参照）を変数として示すグラフである。垂直モデル（破線）では押し込みに必要な力は小刃角度θ_１の大きさにかかわらずほぼ一定であるのに対し，傾斜モデル（実線）では小刃角度θ_１が１００°を超えると押し込みに必要とされる力が急増している。

図１２は，小刃角度θ_１が３０°，４０°，６０°，９０°の４種類の刀身２を用いて試験紙（図示略）を切断した試験結果（切れ味）（切断長）を示している。この試験では試験紙に対して小刃部２ｃを垂直に当てて試験した。小刃角度θ_１が６０°，９０°であると，小刃部２ｃが試験紙において滑ってしまい，試験紙を切断することができなかった。

図９から図１２に示す結果から，小刃角度θ_１を２５°未満とするとカケが発生しやすく，小刃角度θ_１を４０°より大きくすると切れ味の低下が生じる。小刃角度θ_１は２５～４０°の範囲が適当であり，この範囲とすることによって良好な切り心地が達成されると考察される。

（２）逃げ角度θ_２
図１３は適切な逃げ角度θ_２（図７参照）を検討するためのシミュレーション結果を示すもので，逃げ角度θ_２を２°，４°，６°としたときの押込量（ｍｍ）（横軸）と押込荷重（Ｎ）（縦軸）との関係を示している（小刃角度は４０°に統一）。図１３を参照して，逃げ角度θ_２が小さければ小さいほど押込に必要とされる荷重は小さくなっており，切断抵抗が小さくなることが分かる。逃げ角度θ_２は２～６°程度あればよい。

（３）小刃部と逃げ部の境界（つなぎ部）の面取りの有無
図１４は，小刃部２ｃと逃げ部２ｂの境界（つなぎ部）を面取りした（滑らかにした）刀身２（面取り有）（実線）と，面取りしていない刀身２（面取り無）（破線）のそれぞれについて，押込量（ｍｍ）（横軸）と押込荷重（Ｎ）縦軸との関係を示している。つなぎ部を面取りすることによって押し込みを始めたときの初期の押込み荷重が小さくなっており，食材に対して刀身２を押込みやすいことが分かる。つなぎ部を面取りすることによってスムーズに食材を切断することができ，良好な切り心地が達成される。

１ 包丁
２ 刀身
２ａ 刀身本体部
２ｂ 逃げ部
２ｃ 小刃部
３ 背部
４ 刃部
７ 紙束
11 炭化タングステン
12 ニッケル
13 炭化クロム

Claims (4)

1. 平均粒径が１．５μｍ以下であるＷＣを主成分とする硬質相を超硬合金全体に対して６１～８３ｗｔ％含み，
   Ｎｉを主成分とする結合相を超硬合金全体に対して１６～３４ｗｔ％含み，
   Ｃｒを主成分とする粒成長抑制相を超硬合金全体に対して１～５ｗｔ％含み，
   硬質相と結合相と粒成長抑制相との合計が１００ｗｔ％であり，
   上記ＷＣ同士の結晶粒界にＮｉが含まれており，
   以下の（１）または（２）のいずれか一つを備えている，超硬合金。
   （１）上記ＷＣ同士の結晶粒界にＣｒが含まれている。
   （２）上記ＷＣ結晶粒子と上記Ｎｉの粒界にＣｒが含まれている。
2. 上記（１）および（２）の両方を備えている，
   請求項１に記載の超硬合金。
3. 請求項１または２に記載の超硬合金によって少なくとも刃部が形成されている，刃物。
4. 請求項１または２に記載の超硬合金を用いて作製される包丁であって，
   小刃部の開き角度が２５～４０°，
   逃げ部の開き角度が２～６°であり，
   上記小刃部と上記逃げ部の境界が面取りされている，
   包丁。

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