JP3641794B2 - ダイヤモンド入り刃材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は第一に、調理用包丁又は携帯ナイフ又は鋏又はカミソリの刃材に関する技術分野に属するものである。本発明は第二に、粉末冶金法により生産される刃物及び刃材に関する技術分野に属するものである。本発明は第三に、チタン又はチタン合金を主要素材のひとつとして用いる刃物及びその刃材に関する技術分野に属するものである。さらに本発明は第四に、ダイヤモンド粒子を生物の組織及び細胞の切断材として用いる利器及びその刃材に関するものである。
【０００２】
【発明が解決すべき課題】
前記のような各種の利器としては古来炭素鋼を素材とするものがもっぱら普及していたが、最近はステンレス鋼製のもの及びこれにモリブデン、バナジウム等の特殊金属を添加した、いわゆる特殊ステンレス鋼を刃材とするものが普及品に加わるようになった。また粉末冶金技術の向上に伴い、ジルコニアセラミックやチタン合金を刃材とする包丁なども刃物店の店頭に現れるようになった。
【０００３】
ところで、前記のような各種の刃物に先ずもって要求される特性は切れ味が良好だということである。それと同時にその切れ味ができるだけ長期間持続することである。従来、刃物業界の常識として、硬度の高い素材ほど切れ味が永く衰えないとされ、それゆえ刃材の高硬度化に研究の主体がおかれて来た。
【０００４】
しかしながら、本発明者の研究により、刃物の切れ味の良さは刃材、特に刃先における刃材の硬度に深い関係があるけれども、切れ味の持続性と刃材の硬度とは直接の関係がないことが分かってきた。即ち、例えばジルコニアセラミックの刃材はＨＶ硬度が１２００以上と、ＳＵＳ鋼その他の特殊合金鋼の硬度の上限値であるＨＶ硬度７００程度と較べてはるかに高硬度であるが、刃コボレが多発するのが原因で、切れ味の持続性を期待するのには無理がある。また、鋼系材についても、熱処理によりＨＶ硬度を７００以上にしたものは、セラミックの場合と同様刃コボレの多発に悩まされるのである。つまり、切れ味の持続性の問題は、刃材の硬度如何よりも、むしろ刃材の靱性又は弾性に深い関係があるのである。
【０００５】
本発明者は包丁、その他の利器の特性についての前記の知見に鑑み、刃物の切れ味の良さと、その持続性とが両立できるような手段を追求し、その成果を得ることができた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は調理用包丁又は携帯ナイフ又は鋏又はカミソリの刃材であって、この刃材には動植物の細胞や組織等を切断する切断材として、適量のダイヤモンド粒子が配合されている。ダイヤモンド粒子の粒径は１００μｍを超えてはならない。この刃材には、同時に純チタン粒子又は純チタン５０質量％以上を含むチタン合金の粒子が配合される。これらの純チタン又はチタン合金はダイヤモンド粒子のマトリクス（媒体）として機能することになる。また、前記した刃材は前記した純チタン粒子又はチタン合金粒子とともにダイヤモンド粒子を配合し、少なくとも目的とする刃物の刃先部分に相当する形状に圧縮成型のうえ、適温において焼結し、さらに、得られた焼結物の前記した刃先部分に相当する部分に刃付け加工を施したものである。
【０００７】
従来、包丁、ナイフその他前記のような利器の刃材の成分としてダイヤモンドが配合されたことはなかった。これはダイヤモンドが単に高価であるゆえではなく、この物質が硬質過ぎて研ぎ難いところから、利器の製造、販売の業者に関心がなかったためであると思われる。もっとも、石材やコンクリート等の切断等に用いられるホイールカッターブレードにはコランダム等の研磨材とともに使用されている例はあるが、これはダイヤモンドの切断力を利用したものでなく、硬質無機物に対するダイヤモンドの強力な摩砕力を利用したものであって、硬質物の摩砕と生物組織や細胞の切断又は剪断とは、利用目的及び利用の物理的態様から見て、およそ無縁のものである。
【０００８】
本発明において、刃材に配合されるダイヤモンド粒子の粒径は、前記のように１００μｍ以下である。その理由は刃付け加工後の刃先には粒径１００μｍ以下、大小のダイヤモンド粒子Ｄが狭い範囲内においてほぼ一線上に並び、従ってそれらの粒子Ｄが刃先Ｍの厚みＴを決定するので、粒径が１００μｍを越えると、軟質の食材等に対する切れ味が良好でなくなるからである。
【０００９】
本発明において、刃材に配合されているダイヤモンド粒子の配合割合は刃物の刃先によって切断される食材その他の種類によっても異なるが、一般に刃材の全質量に対し５〜５０質量％程度が適当である。５質量％未満では切れ味が不充分であり、また５０質量％を越えるとマトリックスである純チタン又は前記したチタン合金のダイヤモンド粒子に対する把持力が不充分となるからである。
【００１０】
前記したように、本発明によれば、刃材にはダイヤモンド粒子に対するマトリックスとして純チタンの粒子又は純チタンを５０質量％以上を含むチタン合金が含まれている。このチタン合金の一、二の例としては、６Ａｌ４Ｖ合金粉や、純チタン粉５０．１質量％、Ｎｉ粉４９．９質量％の合金粉などを挙げることができる。特にＮｉ粉を含むＴｉ合金粉はダイヤモンド粒子に対するマトリックスとしてダイヤモンド粒子に対して大きい親和力を発揮する。また、Ｔｉ合金粉は、あらかじめニッケルコーティングを施したダイヤモンド粒子への親和力が非常に大きい。
【００１１】
本発明により解決すべき課題のひとつとして、前記のように切れ味の持続性の向上を挙げたが、前記した各種の刃物において切れ味の持続性が不良化する原因は、微細なチッピング（刃こぼれ）であり、特に本発明のように粉末冶金法により生産される刃材において、チッピングが一般に顕著であると言える。このような微細なチッピングが発生するのは、焼結した刃材に刃付けした刃先部の靱性が比較的弱いのがその原因である。この靱性は物体の抗折力の値の大小により数量的に測定することが可能なので、本発明者は図３に示すように定盤Ｃの上面に支持用丸棒ｂ１，ｂ２を載置して、その上に試料Ａを乗載させて荷重用丸棒ａで荷重Ｐをかけ、試料Ａが折損するときの荷重Ｐの平均値を測定したところ、約４．０ｋｇ／ｍｍ^２であった。また前記試料を赤熱して鍛圧した試料につき同様に測定したところ、荷重Ｐの平均値は約６．０ｋｇ／ｍｍ^２であった。ただし、試料Ａ作成の際のチタン合金粉は下記した刃材の組成の（例１）に掲げたものである。一方、市販されているジルコニアセラミック製包丁の抗折強度は約３ｋｇ／ｍｍ^２であるから、本発明にかかる刃材はジルコニアセラミック製包丁の刃材の約１．３ないし２倍であり、従って刃物を同様な条件で使用しても刃コボレが著しく少なく、これに起因して切れ味が、ジルコニアセラミック製包丁よりもかなり長く持続することが理解されるであろう。
【００１２】
前記した通り、本発明によれば、切断材であるダイヤモンド粒子の保持媒体（マトリックス）として純チタン粒子、又は純チタン５０質量％以上を含むチタン合金粒子が配合される。前記記載の抗折力テストに用いた本発明に係る刃材の一、二の例の組成はつぎの通りである。即ち、
（例１）
刃材４．２４５ｇ（１００質量％、体積率１００％）中ダイヤモンド粉０．８７５ｇ（２１質量％、体積率２５％）
混合合金粉（純Ｔｉ粉：６Ａｌ４Ｖ合金粉＝９：１の混合粉）３．３７ｇ（７９質量％、体積率７５％）
（例２）上記した（例１）において混合合金粉の組成質量比をつぎの通りにしたもの。
純Ｔｉ粉：Ｎｉ粉＝５０．１：４９．９但しこの場合の刃材全量に対する混合合金粉の体積率は７５％である。
【００１３】
これまで、本発明の刃材に含まれる組成物の種類及び配合割合につき若干の例を掲げて説明したが、本発明によれば、このような組成物を所望の形状の型に充填して圧縮成型のうえ、真空炉又は不活性ガス炉中において焼結し、この焼結物に刃付け加工を施し製品とする。この場合の焼結温度としてはダイヤモンドや混合チタン合金の変性を避けるのに必要な温度であって、通常１３００℃以下が適当であるが、炉体の構造その他の条件により若干異なるものと思われる。
【００１４】
図４に示したのは本発明に係る刃材のひとつの応用例としてのペーパーカッターナイフの断面図で、厚さｄ１が１．５ｍｍの刃板部Ｂ１に対するダイヤモンド入り刃材Ｋ１の刃高ｔ１は１０ｍｍである。刃板部Ｂ１の組成は純チタン又は前記したチタン合金で、刃板部Ｂ１は刃材Ｋ１と同時の成型及び焼結により形成され、刃材Ｋ１の刃先Ｍの部分には刃先角１５度の刃付け加工が施される。
【００１５】
図５に示したのは本発明に係る他のひとつの応用例で、厚刃の調理用包丁の断面を示している。厚さｄ２が３ｍｍの刃板部Ｂ２に対する刃材Ｋ２の刃高ｔ２は１０ｍｍであるが、刃材Ｋ２の厚さは０．３ｍｍときわめて薄い。刃材Ｋ２の断面は刃先Ｍに刃付け加工後は図示のようにほぼ台形である。図示のテーパー面の傾斜角は６度、刃先角は前記例と同様１５度である。図示のような厚刃の調理用包丁の生産にあたっては、１０ｍｍ×０．３ｍｍの長方形断面の前記したダイヤモンド入り刃材Ｋ２を刃板部Ｂ２の組成物である純チタン粉又は前記のようなチタン合金粉とともに成型型に装入し成型及び焼結のうえ、刃先Ｍに相当する部分に刃付け加工する。
【００１６】
【発明の作用効果】
さて、本発明に係る刃材は前記したように、粒径１００μｍ以下のダイヤモンド粒子を、純チタン粒子のみ、又は５０質量％以上の純チタン粒子を含むチタン合金粒子とともに成型、焼結した焼結物に刃付け加工を施したものである。従って、純チタン又は前記チタン合金が焼結時においてダイヤモンド粒子を強力に確保するマトリックス（媒体）として機能する。
【００１７】
炉から取り出した焼結物に刃付けを行う際は、前記したマトリックスに保持されているダイヤモンド粒子をなるべく脱落させないために、普通の金属刃物の刃付け加工に使用されるような砥材を用いるべきである。かくして、刃付け加工後の刃先にはダイヤモンド粒子がほぼ最大幅１００μｍ以下の範囲において一線上に配列固定され、それらのダイヤモンド粒子がそれぞれ生物組織や細胞を切り分ける切断材となるので、特殊鋼やセラミック刃物よりも一層鋭利性に優れた刃物を得ることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記のようにダイヤモンド粒子相互の中間にはそれらの粒子のマトリックスとして純チタン又は前記のようなチタン合金の焼結物が存在し、この焼結物の抗折強度はセラミックよりも著しく大きいので、刃物を使用する際にチッピングなどの小さい刃コボレが発生する機会が少なく、そのため、前記した鋭利性の持続時間は焼入れした鋼製、特殊合金鋼製又はセラミック製の刃物と比較して非常に長い。
【００１９】
かくして、本発明に係る刃材は当然のこととして不銹性、軽量であるのみならず、使用の当初からきわめて切れ味が良好であり、しかも、その切れ味の持続性は既知の如何なる刃材よりも優れている。さらに本発明の刃材は前記したように相当量の純チタン又はチタン合金を含むため、前掲の応用例のように包丁等の刃板部に本発明の刃材と同質である純チタン又はチタン合金を使用して刃板部を形成し、あわせて刃物の刃先部分のみに本発明の小寸度の刃材をすることにより、前記のように良好な切れ味と切れ味の持続性において抜群に優れた刃物を低コストにおいて提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る刃材の刃先を拡大した正面を示す概念図。
【図２】本発明に係る刃材の一応用例の拡大断面図。
【図３】刃材の抗折強度測定における測定装置及び試料の断面を示す概念図。
【図４】本発明に係る刃材の一使用例を示すカッターナイフの刃の拡大断面図。
【図５】本発明に係る刃材の他の応用例を示す包丁の刃の拡大断面図。
【符号の説明】
Ｍ……………………………………刃先
Ｄ……………………………………ダイヤモンド粒子
Ｔ……………………………………刃先の厚み
Ｃ……………………………………定盤
Ａ……………………………………試料
Ｐ……………………………………荷重
ａ……………………………………荷重用丸棒
ｂ１，ｂ２…………………………支持用丸棒
Ｂ１，Ｂ２…………………………刃板部
Ｋ１，Ｋ２…………………………本発明の刃材
ｔ１，ｔ２…………………………刃材の刃高
ｄ１，ｄ２…………………………刃板部の厚さ

Claims (4)

1. 粒径１００μｍ以下のダイヤモンド粒子を、純チタン粒子、又は純チタン５０質量％以上を含むチタン合金粒子とともに、圧縮成型のうえ焼結した焼結物に刃付け加工を施すことにより、前記ダイヤモンド粒子がほぼ一線上に配列固定された刃先を形成してなる、調理用包丁のダイヤモンド入り刃材。
2. 粒径１００μｍ以下のダイヤモンド粒子を、純チタン粒子、又は純チタン５０質量％以上を含むチタン合金粒子とともに、圧縮成型のうえ焼結した焼結物に刃付け加工を施すことにより、前記ダイヤモンド粒子がほぼ一線上に配列固定された刃先を形成してなる、携帯ナイフのダイヤモンド入り刃材。
3. 粒径１００μｍ以下のダイヤモンド粒子を、純チタン粒子、又は純チタン５０質量％以上を含むチタン合金粒子とともに、圧縮成型のうえ焼結した焼結物に刃付け加工を施すことにより、前記ダイヤモンド粒子がほぼ一線上に配列固定された刃先を形成してなる、鋏のダイヤモンド入り刃材。
4. 粒径１００μｍ以下のダイヤモンド粒子を、純チタン粒子、又は純チタン５０質量％以上を含むチタン合金粒子とともに、圧縮成型のうえ焼結した焼結物に刃付け加工を施すことにより、前記ダイヤモンド粒子がほぼ一線上に配列固定された刃先を形成してなる、カミソリのダイヤモンド入り刃材。

Images