JP4496701B2 - 刃物の加工方法及びその加工装置及び電気かみそり用内刃 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、刃物の加工方法及びその加工装置及び電気かみそり用内刃に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、刃物の刃先加工において、刃先エッジ出し（刃付け）は一般的に研削加工によって行われているが、刃物の被加工面の研削加工を行なう際には、切込量に対応して塑性変形を伴う。このため刃先を鋭利化する場合においてはバリ（カエリ）などの加工変質層が生じやすくなるという問題があった。また加工時には加工工具に対する切削抵抗が増加するので加工時の消費電力の増加、加工工具の寿命の短縮をきたすうえに、後工程でのバリ取り作業が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、刃先のバリを抑制でき、バリ取り作業を省略できると共に製造コストの削減、加工工具寿命の延長及び加工品質の向上を図ることができる刃物の加工方法を提供することにあり、別の目的とするところは、バッチ的に大量生産が可能となり、しかも研削時にバリ発生が抑制でき、後のバリ取り工程を削減することが可能な刃物の加工装置を提供することにあり、別の目的とするところは、刃先にバリがなく、高品質でしかも低コストな電気かみそり用内刃を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る刃物の加工方法は、刃物１の刃先加工において、少なくとも刃物１の被加工面１ａを水素雰囲気Ｈ下で脆化処理して研削加工を行なうことを特徴としており、このように構成することで、刃物１を水素雰囲気Ｈにすることで大気雰囲気で延性であった性質が徐々に低下する、いわば水素脆化の性質を利用して加工を行なうことができる。刃物１を脆化させることにより、加工時の塑性変形などの加工変質層を極力小さくでき、塑性変形による刃先１ｂのバリの発生を抑制でき、バリ取り作業が不要となると共に、加工工具２の寿命を延長できる。
【０００５】
また刃物１の片側を被加工面１ａとし、背面側に断面凸状のリブ３を設けるのが好ましく、この場合、安全剃刀のように両面研削しなくても、片側研削だけで刃先１ｂを鋭利化することが可能となる。
【０００６】
また刃物１をリアルタイムに脆化処理させて研削加工を行なうのが好ましく、この場合、リアルタイムに刃物１に脆化雰囲気をつくり、加工中は常に雰囲気状態が維持されるので、加工に伴う雰囲気変動が抑制され、加工品質が向上する。
【０００７】
また刃物１が体心立方晶系材料からなるのが好ましく、この場合、加工工具２の寿命延長の効果が一層高まる。
【０００８】
また刃物１がマルテンサイト系ステンレス鋼からなるのが好ましく、この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼は、サビ、腐食に対する耐久性が高いため、刃物１の材質として好都合であると共に、磁性を有するため磁気吸引による固定が可能となる。
【０００９】
また加工時に治具５にて刃物１を背面側から支持して研削加工を行なうのが好ましく、この場合、鋭利な形状の刃先１ｂを背面側から支持することで、加工工具２の加圧力によって弾性変形したり、割れや欠けを生じたりするのを防止できると共に、バリの成長も防止できる。
【００１０】
また上記刃物１の被加工面１ａを治具上面５ｂよりも上方に段差状に突出させて、治具上面５ｂが仕上面となるように研削加工を行なうのが好ましく、この場合、治具５上方に突出している被加工面１ａは治具５との段差による切欠き効果による応力集中によって脆性破壊して一度に除去加工が可能となると共に、治具５で支持されている刃物１部分は破壊の影響を受けずに不要な部分だけが除去できる。
【００１１】
また本発明に係る刃物の加工装置は、少なくとも刃物１の被加工面１ａを脆化させる手段と、刃物１周辺を水素雰囲気にするための空間９と、脆化された刃物１を研削するための加工工具２とを備え、少なくとも刃物１の被加工面１ａを脆化させて研削加工を行なうことが可能となっていることを特徴としており、このように構成することで、リアルタイムに脆化雰囲気にしながら研削加工を行なうことが可能となる。また空間９内に刃物１を複数個格納することでバッチ的に大量生産が可能となり、さらに刃物１の被加工面１ａを脆化させて研削加工を行なうことで、研削時にバリ発生が抑制でき、後のバリ取り工程を削減することが可能となる。
【００１２】
また本発明に係る電気かみそり用内刃は、上記刃物１が、刃穴を有する外刃１１の内面を摺接する内刃１２であって、少なくとも外刃１１との摺接部である内刃縁１２ｂを水素雰囲気下で脆化させて研削加工が施されていることを特徴としており、このように構成することで、研削時に刃先１ｂにバリの発生がなく、刃先１ｂの鋭利度が向上してひげの剃り味が良好となる高品質な内刃１２が得られると共に、これまで必要としていたバリ除去工程が不要となり、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、事前（又は同時）に脆化された刃物１（被加工物）の被加工面１ａを研削工程する場合の一例を示しており、図２、図３は刃物１の一例として往復動電気かみそり用の内刃１２を示している。図２、図３において、内刃１２の構造は外刃に倣うように半円状の概略形状をした複数個の内刃片１２ａを整列させて往復駆動源と連通したべース部１３に取り付けられている。内刃片１２ａは図２に示す半円板タイプと図３に示す薄肉円環タイプとに大別される。いずれの場合も内刃片１２ａの断面は図４に示すように、片側に平坦な内刃縁１２ｂ、片側角部に鋭角となる刃先１ｂを有し、背面側に断面凸状のリブ３を突設させた複雑な断面形状となっている。ここで、背面側にリブ３を設ける理由は、ヒゲ剃り時の音を共鳴増幅させて剃り味感を出させる官能的な効果がある。なお一般に、ナイフ、包丁、安全かみそりなどの平滑な板状刃物では両面を研削することでバリを抑制しながら刃先のエッジ出しを行なう手法が多いが、図４に示すような刃先形状においては、くさび形状のすくい面１４側に砥石２ａなどの加工工具２を用いることが困難で片側のみの研削により刃付けを行なうこととなる。この場合、加工時、刃物１の被加工面１ａ付近には負荷に応じた塑性変形を伴い、バリが発生してしまう。
【００１５】
ここで、金属材料の刃先加工において、刃先１ｂのエッジ出し（刃付け）は一般的に研削加工によって行われる。一般的に、切削、研削、砥粒などの圧力切込加工においては文字どおり砥石２ａを刃物１に強制的に負荷させて除去加工を行なうものである。従って、加工時、刃物１の被加工面１ａ付近には負荷に応じた塑性変形を伴う。例えば、文献（谷口紀男：ナノテクノロジーの基礎と応用、工業調査会、１９８８年）によれば材料表面に与えた圧痕ａに対する塑性変形の広がりｃの比（ｃ／ａ）は、弾塑性論によって材料の硬度Ｈｖに対する弾性係数Ｅの比（Ｅ／Ｈｖ）と相関関係がある。（ｃ／ａ）は砥石２ａの刃物１に対する切込み量と加工時の塑性変形量の関係と置き換えれば、加工に伴う塑性変形の挙動が説明できる。刃物加工の場合、刃先１ｂで塑性変形が生じれば、そのままバリ（カエリ）となって研削後の仕上品質が悪く、後工程でバリ除去が必要となる。
【００１６】
本発明によれば、少なくとも刃物１の被加工面１ａを研削工程の事前又は同時に脆化させるものである。刃物１を脆化させることで加工時の塑性変形などの加工変質層を極力小さくし、バリの発生を抑制させることができる。材料脆化の手段としては後述する低温脆化、水素脆化、焼入脆化、窒化脆化、粒子噴射脆化、脆性を有する膜付与などが挙げられる。これらはいずれの手段においても塑性変形による刃先１ｂのバリの発生を抑制することを狙ったものである。また被加工面１ａにおいて塑性変形を抑制することは塑性変形に費やされるエネルギーが低減できることであり、砥石２ａに対する切削抵抗が減少するので加工時の消費電力の低減、砥石２ａの寿命の延長が図れると共に、後工程でのバリ取り作業が不要となる。
【００１７】
また、図４に示す例では、刃物１の背面側に断面凸状のリブ３を突設させ、刃物１の被加工面１ａを研削工程の事前又は同時に脆化させた上で被加工面１ａのみを平面状に研削加工しており、これにより、片側研削だけで被加工面１ａの角部に鋭角となる刃先１ｂを形成することができる。しかも、刃断面形状が背面側に凸状のリブ３を有する複雑形状の場合（平滑な板状刃物でない場合）は、上記のように加工時に刃物１の被加工面１ａを脆化させることで加工時の塑性変形などの加工変質層を極力小さくし、バリの発生を抑制させることができる効果に加えて、安全剃刀のように両面研削しなくても片側研削で刃先１ｂの鋭利化が可能となる。
【００１８】
以下、本発明の他例を説明する。先ず、図５〜図７は、被加工面１ａをリアルタイムに脆化処理させて研削加工を行なう場合の一例を示している。図５は本実施形態のフローチャートを示しており、砥石２ａの始点・終点の設定及び脆化雰囲気目標の設定後に、砥石２ａを開始点に移動させ、脆化雰囲気を保ちながら研削加工を施す。これにより、常に刃物１周辺が脆化雰囲気となるようにリアルタイムに検知しながら、所望量の脆化処理を行ない、同時に研削加工を行なうことができる。なお、雰囲気とは例えば低温脆化であれば温度を対象とし、冷媒で刃物１の脆化温度域まで冷却し、その温度で研削加工を行なう。なお後述する水素脆化であれば水素濃度などを対象とする。またリアルタイムに脆化処理と研削加工を行なうためには、図６に示すように、被加工面１ａに向かってノズル１５から脆化雰囲気となる冷却媒体６ａを噴射したり、図７に示すように、密閉容器やチャンバー内に刃物１と砥石２ａを格納してチャンバーごと脆化雰囲気となる冷却媒体６ａを封入させる方法も考えられる。これにより、リアルタイムに被加工面１ａ周辺に脆化雰囲気をつくることができ、加工中は常に雰囲気状態が維持されるので、加工に伴う雰囲気変動が抑制され、加工品質が向上するものである。
【００１９】
図８、図９は、被加工面１ａを事前に脆化処理させて研削加工を行なう場合の一例を示している。図８は脆化処理工程と研削工程に時間差を設ける場合のフローチャートを示している。本方法では、図９（ａ）に示すように、被加工面１ａに向かってノズル１５から脆化雰囲気となる冷却媒体６ａを噴射して脆化処理を行なった後に、図９（ｂ）に示すように、砥石２ａによる研削加工を施す。なお、刃物１が脆性を維持できる手段として、後述の焼入れ、窒化、異種材料付加などの材料改質的な手段等であってもよい。本方法によれば脆化処理、研削加工が別々に行なうことが可能であるため従来の装置が利用できると共に、脆化処理、研削加工が別々に行なうことが可能となるので、装置の簡素化、製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】
図１０は、材料脆化の参考例１として低温脆化を示している。本参考例１では、少なくとも刃物１の被加工面１ａを低温雰囲気Ｒにして脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、図１０に示すように、被加工面１ａを低温雰囲気Ｒにすることで、常温で延性であった性質が徐々に低下する性質を利用して加工を行なうものである。なお衝撃試験における脆性破壊面の割合及び破壊に至るエネルギーと温度の関係で温度低下と共に脆性の割合は増加しエネルギーは減少する。これは温度が低下することで衝撃時の吸収エネルギーが低下し塑性変形に費やされなくなって脆性破壊に至る。本方法によれば塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に、加工時のエネルギーも低減できるので切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長することができる。さらに、低温であるため従来のような熱変形、焼き付きなどの熱影響が極力抑制できるものである。
【００２１】
図１１、図１２は、刃物１を低温雰囲気Ｒに冷却して研削加工を行なう参考例２を示している。本参考例２では刃物１自身を冷却することで被加工面１ａを脆化状態とするものである。刃物１自身を冷却する方法としては、図１１（ａ）→（ｂ）に示すように、事前に刃物１を低温雰囲気Ｒで冷却する工程を経て研削する方法や、図１２に示すように、研削加工と同時に刃物１を低温状態Ｒ’にある治具５からの熱伝導により冷却する方法などが考えられる。本方法によれば、刃物１自身の冷却であるため、脆化する上で信頼性が一層高められる。
【００２２】
図１３は、刃物１を冷凍して研削加工を行なう場合の参考例３を示している。本参考例３は被加土物を冷凍にする方法としては実用的には事前に刃物１を氷点下に冷凍する工程を経て研削加工を行なう方法が考えられる。特に、刃物１を水中で冷凍すれば、刃物１の周囲を氷４で形成する構成となり、低温脆化作用だけでなく、周囲の氷が治具５の役割を果たし、これにより研削時の刃先１ｂのバリ発生に対する抵抗となることが期待できる。
【００２３】
また図１４は、常温での刃物の寸法を予測して、低温雰囲気Ｒ下での加工量を常温時での加工量よりも多く設定する場合の参考例４を示している。本参考例４では低温雰囲気Ｒ下での加工量を常温での寸法を予測して予め多めに設定するものである。つまり加工時の温度と常温との温度差から生じる熱収縮に伴う寸法誤差を予め予測して、冷凍時はその予測量だけ余分に加工すればよい。一般に材料の線膨張係数α、温度差△Ｔ、対象物体の基準寸法Ｌ、温度変化に伴う寸法変化△Ｌとすれば、△Ｌ／Ｌ＝α・△Ｔ（熱ひずみに相当）の関係が成立する。複雑な形状に対しては相似的に熱変形しないが、傾向としては上式から変形の挙動が定性的に予測できるとして、温度差△Ｔに対する寸法変化△Ｌは、△Ｌ＝α・Ｌ・△Ｔで表され、加工予測量として設定する。本方法によれば、常温時の寸法に合わせて加工を行なうようになるので、熱膨張、収縮に伴う寸法誤差を極力低減できるものである。
【００２４】
図１５は、刃物１の砥石２ａに接する被加工面１ａを低温雰囲気に冷却して研削加工を行なう場合の参考例５を示している。本参考例５は、刃物１の砥石２ａに接する被加工面１ａを冷却して低温雰囲気とすることで被加工面１ａを脆化状態として研削加工を行なうものであり、被加工面１ａを冷却する方法としては、図１５に示すように、研削加工の事前又は同時に冷却媒体６ａを被加工面１ａに対してノズル１５からの冷却媒体６ａで局部的に強制噴射する方法などが考えられる。本方法によれば冷却媒体６ａを局部的に供給するので装置としては簡素化しやすくなる。その一方で、局部的に冷却する場合、周囲との熱容量の関係で低温化に時間がかかったり温度変化が起きやすくなるため、冷却は研削加工の事前から長時間連続に行っておく必要がある。
【００２５】
図１６、図１７は、砥石２ａを低温雰囲気に冷却して研削加工を行なう場合の参考例６、７を示している。本参考例６、７は砥石２ａを冷却して低温雰囲気とすることで砥石２ａと接する刃物１の被加工面１ａの温度を上昇させずに研削加工を行なうものである。砥石２ａを冷却する方法としては、例えば図１６（参考例６）に示すように、砥石２ａ表面に冷却媒体６ａをノズル１５で強制噴射する方法があり、この場合、装置としては簡素化しやすい。また別の方法としては図１７（参考例７）に示すように、砥石２ａ中央の回転軸２０周辺に冷却媒体を封入して冷却し、砥石２ａ表面に向けて矢印ニ、ホで示す方向に温度低下を図る方法などが考えられる。図１６に示す砥石２ａ表面の冷却方法或いは図１７に示す砥石２ａ内部からの冷却伝達方法によれば、砥石２ａの温度上昇がまず抑えられるので、砥石２ａの破損を避けることができる。
【００２６】
図１８は、刃物１及び砥石２ａ全体を低温雰囲気Ｒに冷却して研削加工を行なう場合の参考例８を示している。本参考例８は刃物１、砥石２ａ及び刃物１と砥石２ａが接する被加工面雰囲気で構成される領域全体を冷却して低温雰囲気Ｒとすることで研削加工を行なうものである。冷却する方法としては、チャンバーなどの密閉された空間９内部に刃物１及び砥石２ａを格納した上で空間９内を同一の低温雰囲気Ｒに冷却する方法が考えられる。これらの方法によれば、刃物１、砥石２ａ及び被加工面雰囲気が同一の低温に制御維持しやすく、温度変化も起きにくい。従って加工温度を厳密に制御する必要がある場合は本方法が最も有力な手段と思われる。他の方法として、例えば前記図１０、図１１で示した刃物１を冷却する手段と、前記図１５で示した被加工面雰囲気を冷却する手段と、前記図１６、図１７で示した砥石２ａを冷却する手段とを組み合わせた方法であってもよい。
【００２７】
図１９、図２０は、冷却媒体に気体６を用いる場合の参考例９、１０を示している。本参考例９、１０は刃物１、被加工面雰囲気、砥石２ａ又は構成要素全体に対して低温雰囲気に冷却させるための気体６を利用する。例えば、冷却空気、窒素などの不活性ガスが適用される。供給は被加工面雰囲気や砥石２ａの冷却であれば、例えば図１９（参考例９）に示すように、ノズル１５を用いて冷却ガスを狙いに対して噴射する方法が考えられる。また図２０（参考例１０）に示すように、構成要素全体の冷却であればチャンバーなどの密閉された空間９内に冷却ガスを封入する方法が考えられる。これらの方法によれば、取り扱い、供給が容易であると共に不活性ガスなどは加工時に発生しやすい酸化に伴う加工変質層を抑制する効果がある。
【００２８】
図２１、図２２は、冷却媒体に液体７を用いる場合の参考例１１、１２を示している。本参考例１１、１２は刃物１、被加工面雰囲気、砥石２ａ又は構成要素全体に対して、低温雰囲気に冷却させるための液体７を利用する。例えば、液体窒素、液化炭酸ガスが適用される。供給は図２１（参考例１１）に示すノズル１５を用いて液体７を狙いに対して噴射する方法が考えられる。また図２２（参考例１２）に示す冷却源２１から密閉された空間９に液体７を封入して構成要素全体を冷却する方法が考えられる。また砥石２ａや刃物１の冷却であれば治具５内部に配管を連通して液体７を流すことで治具５を冷却する方法も考えられる。これらの方法によれば、液体７を扱うので、密閉容器、配管などの供給、漏れ止めに対する装置が大掛かりになるが、冷却効率という点においては気体６と比べてはるかに冷却効率が高く、加工品質向上を図ることが可能である。
【００２９】
図２３は、気体或いは液体等の冷却媒体６ａを循環させて繰返し利用する場合の参考例１３を示している。本参考例１３は刃物１、被加工面雰囲気、砥石２ａ又は構成要素全体に対して低温雰囲気に冷却させる冷却媒体６ａを循環させて繰返し利用する。冷却媒体６ａは気体でも液体でもよい。ちなみにノズルなどを用いて冷却媒体６ａを噴射する場合などの方法では、後方にダクトを設けて回収循環する方法が考えられる。また構成要素全体の冷却であれば、図２３に示すように、チャンバーなどの密閉された空間９に冷却媒体６ａの供給口２３と排出口２４とを設け、冷却源２１からの冷却媒体６ａを循環経路２５内に循環する方法が考えられる。また砥石２ａ或いは刃物１の冷却であれば砥石２ａ内部或いは刃物１の治具５内部に配管を連通して冷却媒体６ａを流しながら排出口から封入口へ循環するようにすればよい。これらの方法によれば、冷却媒体６ａを無駄なく循環再利用できるので経済的である。またチャンバーや配管による循環方式であれば、冷却媒体６ａが外部に漏れることがなく環境上問題が起きにくいものである。
【００３０】
次に、刃物１の被加工面１ａを低温雰囲気下で脆化処理する方法の参考例として、刃物１の材質を体心立方晶（ｂｃｃ）系材料として低温雰囲気に冷却して研削加工を行なうようにしてもよい。本参考例では、刃物１の材質を体心立方晶系の材料を用いて刃物１を低温雰囲気にして脆化させて研削加工を行なう方法である。前記図１０で示したように刃物１の被加工面１ａを低温雰囲気にすることで常温で延性であった性質が徐々に低下してバリなどの加工変質層を抑制することを述べたが、さらに材質を体心立方晶の結晶構造を持つものとすることで、常温で延性であった性質がある温度を境に脆性に変化する、つまり低温脆化の効果によりバリの発生を抑制することができる。例えば、軟鋼（ＳＭ４１Ｂ鋼）の衝撃試験における脆性破壊面の割合と温度の関係で＋１０℃から−２０℃の範囲を境に急激に脆性の割合が増加する。この急激な変化は体心立方晶に特有の特徴であり、材質により異なる固有値（延性脆性遷移温度）を持っている。従って上記温度以下により温度制御することで脆性状態での加工が可能である。本方法によれば低温の効果に脆化しやすい材料の効果が重複されて、図１０の参考例での効果がより大きくなり、バリ抑制、熱影響レスなどの高品位加工、砥石２ａの寿命延長が期待できる。
【００３１】
更に他例として、刃物１の材質にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いて低温雰囲気下で脆化処理して研削加工を行なうようにしてもよい。本参考例は前記刃物１の材質を体心立方晶（ｂｃｃ）系材料として低温雰囲気に冷却して研削加工を行なう場合の中で、刃物１の材質にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いて刃物１を低温雰囲気にして脆化させて研削加工を行なう方法である。マルテンサイト系ステンレス鋼は体心立方晶であり、前記参考例で示した効果が得られるだけでなく、ステンレス鋼の本来の特徴であるサビ、腐食に対する耐久性が高いため、刃物１などの製品には好都合な材料である。さらにマルテンサイト系は磁性を有するため磁気吸引による固定が可能であり、加工時の固定にも好都合である。マルテンサイト系ステンレス鋼の主な化学成分Ｗｔ％を表１に示す。本方法に用いるマルテンサイト系ステンレス鋼は、サビ、腐食に対する耐久性が高いため刃物１などの製品には好都合な材料であり、また磁性を有するため磁気吸引による固定が可能であり加工時の固定にも好都合である。
【００３２】
【表１】
【００３３】
次に、刃物１の被加工面１ａを研削加工の事前に又は同時に脆化処理して研削加工を行なう場合において、図２４に示すように、加工時に治具５にて刃物１を背面側から支持して研削加工を行なうようにしてもよい。刃物１など刃物１を加工する場合、刃先１ｂは鋭利な形状であるために砥石２ａの加圧力によって弾性変形したり、割れや欠けを生じたりする。また塑性変形により発生する刃先１ｂのバリが自由表面側に成長したりする。このような不具合を避けるために、図２４に示すように、刃物１を背面から支持できる治具５を設けることで、刃物１の弾性変形、割れ、欠け及びバリの成長などを防止することができる。
【００３４】
図２５は、加工時に刃先１ｂを背面側から氷４で支持して研削加工を行なう場合の一例を示している。氷４で支持することで、図２４の実施形態で示した効果が得られるだけでなく、刃物１を冷却する効果も得られたり、刃先１ｂ近傍まで氷４で覆うようにして支持して刃物１と同時に氷４も削るような加工をすれば、刃先１ｂに発生しやすいバリの横方向への成長を抑制することができる。
【００３５】
図２６は、加工時に刃先１ｂを背面側からワックス８で支持して研削加工を行なう場合の一例を示している。ワックス８で支持することで、図２４の実施形態で示した効果が得られるだけでなく、刃先１ｂ近傍までワックス８で覆うようにして支持して刃物１と同時にワックス８も削るような加工をすれば、刃先１ｂに発生しやすいバリの横方向への成長を抑制することができる。また、ワックス８は刃物１に対して固定が容易であり、加工終了後も加熱により容易に除去することが可能である。
【００３６】
図２７は、加工時に刃先１ｂを背面側から金属治具５ａで支持して研削加工を行なう場合の一例を示している。しかして加工時に刃物１を背面側から金属治具５ａで支持することで、前記図２４の実施形態で示した効果に加えて、加圧力に対する支持剛性が高く、弾性変形や塑性変形に対する変形抑制効果を高くすることができる。
【００３７】
図２８、図２９は、刃物１の被加工面１ａを治具上面５ｂよりも上方に段差状に突出させて、治具上面５ｂが仕上面となるように研削加工を行なう場合の一例を示している。本実施形態は、図２８に示すように、治具上面５ｂが仕上面となるように加工前に刃物１に対して治具上面５ｂに段差Ｄを設けて、刃先１ｂが自由表面となるようにセッティングしておき、加工時には、砥石２ａの切り込みを治具上面５ｂまで行なう。この場合、図２９に示すように、自由表面にある被加工面１ａは治具５との段差Ｄによる切欠き効果による応力集中によって脆性破壊して一度に除去加工が可能となる。またバリ発生を抑制できると共に刃先１ｂを鋭利化できる。さらに治具５で覆われている刃物１部分は治具５で支持されているために破壊の影響を受けずに不要な部分だけが除去できるものである。
【００３８】
図３０は、材料脆化の本発明の実施形態として水素脆化を示している。本実施形態は刃物１の被加工面１ａを水素雰囲気Ｈにして脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に大気中、常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、図３０に示すように、被加工面１ａを水素雰囲気Ｈにすることで大気雰囲気で延性であった性質が徐々に低下するいわば水素脆化の性質を利用して加工を行なうものである。ちなみに、水素を含んだ雰囲気中では被加工面１ａにＨが侵入してＣｕ２Ｏやその他の酸化物を還元し、発生した水蒸気によって粒界に割れや空孔が生じるためにもろくなることが知られており、これを水素脆化という。この水素脆化を研削加工される刃物１の被加工面１ａに施すことによって、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。
【００３９】
図３１は、脆化処理後に研削加工を行なう場合において、材料脆化の参考例１４として焼入れにより事前に脆化処理する場合を示している。本参考例１４は、図３１（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示すように、少なくとも刃物１の被加工面１ａを焼入れにより脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、予め被加工面１ａを事前に焼入れ処理を施して表面硬化することで延性であった性質が表面層１ｃによって脆性を有することとなる。方法としては、図３１（ａ）に示す加熱炉Ｊの中で所定の温度まで加熱（鋼の場合：７００℃〜９００℃）した上で、所定の冷却速度で常温まで急冷（鋼の場合：約１０秒程度以下）する。これにより、図３１（ｂ）に示す表面層１ｃは内部に比べて冷却速度は速く、表面層１ｃの硬度が最も増して、表面脆化が行われる。本方法によれば、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に加工時のエネルギーも低減でき、図３１（ｃ）に示す加工時に切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層１ｃのみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。
【００４０】
図３２は、レーザ焼入れにより事前に脆化処理する場合の参考例１５を示している。ちなみに、焼入れは刃物１全体を炉内で加熱後、急冷を行なう方法が一般的であるが、この場合、加熱時或いは冷却時の温度変化や材料組織変態により、変形などの寸法変化を生じやすい。そこで、予め被加工面１ａ周辺のみレーザ照射装置１５ａからレーザ照射して局部加熱した後、瞬間冷却を行なう。刃物１の場合は、図３２（ａ）に示すように、刃先１ｂ周辺のみにレーザを照射して加熱後、急冷する（図３２（ｂ）の状態）。これにより、脆化を必要とする局部的な部位（脆化域イ）だけの熱処理が可能であり、その後、図３２（ｃ）に示す研削加工を施す。しかして図３１の参考例の効果に加えて、反りや変形などの寸法変化や熱影響による変質層が極力低減できるものとなる。
【００４１】
図３３は、材料脆化の参考例１６として窒化脆化を行ない、窒化により事前に脆化処理する場合を示している。本実施形態は、少なくとも刃物１の被加工面１ａを窒化により脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、金属材料を対象にした場合に被加工面１ａを予め窒化により刃物１表面を脆化することで研削加工時の加圧力に伴う塑性変形を抑制する。窒化の方法は例えば図３３（ａ）に示すように、対象材料を密閉された空間９に格納後、アンモニアガスを封入して雰囲気温度を上昇（鋼の場合は５００℃〜６００℃）させて、加圧（７ｋＰａ〜１０ｋＰａ）保持することで、アンモニアＮＨ３は高温で不安定となり、ＮとＨに分解され、窒化雰囲気Ｎが得られる。鋼の場合、分解されたＮがＦｅ或いはＡｌ、Ｃｒなどの添加元素と化合して硬くて脆い窒化物を分散形成する。本方法によれば、窒化脆化後に図３２（ｂ）に示す窒化層１ｄの研削加工を施すことにより、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に研削加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層のみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、研削加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。
【００４２】
図３４は、材料脆化の参考例１７として粒子噴射脆化を行ない、粒子噴射により事前に脆化処理する場合を示している。本参考例１７は少なくとも刃物１の被加工面１ａに粒子噴射して脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、図３４（ａ）に示すように、予め被加工面１ａに粒子を噴射して刃物１表面を局部的に変形させて加工硬化と同時に脆化させて研削加工時の加圧力に伴う塑性変形を抑制する。噴射の方法は大きさがμｍ〜ｍｍオーダーの不定形或いは球状の金属又は非金属（セラミックス、ガラス、樹脂など）の粒子ニを、図３４（ａ）に示すノズル１５ａ等の手段で加速して刃物１表面に投射する。本方法によれば、刃物１の表面層に無数の凹みを生じさせて加工硬化、脆化させると同時に圧縮残留応力を表面層に帯びさせることができる。これにより、脆化を必要とする局部的な部位（脆化域イ）だけの脆化処理が可能であり、その後、図３４（ｃ）に示す研削加工を施す。これにより研削加工時、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に研削加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層のみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、研削加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。さらに表面に圧縮残留応力が存在することで疲労強度が向上し、商品の寿命が延長する。
【００４３】
図３５、図３６は、材料脆化の参考例１８、１９として脆性を有する膜付与を示している。本参考例１８、１９では少なくとも刃物１の被加工面１ａに異種材料を膜状に付加して脆化させて研削加工を行なう方法を示している。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、チャンバー等の空間９内において予め被加工面１ａに異種材料を膜状に付加して刃物１表面を硬化させると同時に脆化させて、加工時の加圧力に伴う塑性変形を抑制する。異種材料としてはＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、チタン合金、セラミックスなどが挙げられるが、スパッタ蒸着、或いは図３５（参考例１８）に示すイオン源５０から蒸着物質ホを放出するイオンプレーティングなどの物理的付着加工法によって表面に純度な膜を形成することができる。本方法によれば刃物１の表面層１ｅが脆性材料で構成されるので、図３６（参考例１９）に示す加工時、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できる。さらに、加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層１ｅのみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。さらに表面に圧縮残留応力が存在することで疲労強度が向上し、商品の寿命が延長する。
【００４４】
図３７は、前記各加工方法を実施するための加工装置の一例を示している。本実施形態では、刃物１を格納するための密閉された空間９と、刃物１を脆化させる手段と、空間９を脆化雰囲気にして脆化された刃物１を研削するための加工工具２とを備えており、刃物１を脆化させて研削加工を行なうものである。空間９は内部の雰囲気が維持できるような剛体で構成されたいわゆるチャンバーなどの耐圧物体が望ましい。また空間９内に脆化雰囲気を導入するための手段として、例えば図３７に示すように、低温脆化雰囲気とする場合は冷却源２１と空間９とを配管６０で連通して、冷却源２１から空間９内に冷却媒体６ａが導入できるように配置する。加工工具２は、刃物１を研削するための砥石２ａ、砥石２ａを回転させるための砥石駆動装置（図示せず）、刃物１を固定するためのステージ１６、該ステージ１６を砥石２ａに対して相対的に移動させるためのステージ駆動装置１７などから構成されており、これらは空間９内部にすべて格納される。以上のような構成によって、リアルタイムに脆化雰囲気にしながら研削加工を行なうことが可能となる。手順は図３８のフローチャートに示す。図３９は研削工程の事前に冷却媒体６ａにより脆化雰囲気にする場合の一例を示し、図４０は後の研削工程を示す。この研削工程は、前記図５のフローチャートと同様の手順で行なう。本方法によれば、密閉された空間９内に刃物１を複数個格納することでバッチ的に大量生産が可能である。また本装置を使用することで研削時にバリ発生が抑制でき、これまで行われていたバリ取り工程を削減することが可能となる。
【００４５】
図４１〜図４４は、前記刃物１の一例として往復型電気かみそりの内刃１２を例示している。本例の内刃１２は、図４４に示すように、刃穴を有する外刃１１と、その内面を摺接して矢印ハで示す方向に往復動する内刃１２とを備えている。ここでは、少なくとも外刃１１との摺接部である内刃縁１２ｂを脆化させ、加工工具２にて研削加工が施された内刃１２を示している。内刃１２の製造工程は、例えば図４１に示すように、ステンレス鋼のような金属板１０をプレス加工によって略半円状に打抜いた内刃片１２ａを空間９内で熱処理後、合成樹脂と共に射出成形によってベース部１３と一体化し、次に一体化した内刃１２をその断面形状に成形した砥石２ａにより研削を行なうことで所望の寸法に仕上げると共に内刃縁１２ｂにエッジを形成する方法がある。別の製造工程としては、図４２に示すように、ステンレス鋼のような金属板１０をプレス加工によってスリット状に穴を打抜いて複数の桟１２ｃを形成し、これを空間９内で熱処理後、表面を砥石２ａにて平面研削により所望の寸法に仕上げると共に内刃縁１２ｂにエッジを形成する。さらに残部を矢印ロで示す方向へ曲げ加工して略半円状（かまぼこ状）に成形した上で合成樹脂と共に射出成形によってベース部１３と一体化する方法がある。従来では、いずれの場合も研削時には図４３（ｂ）に示すように、刃先１ｂのエッジ部分にバリ１０が生じる。バリ１０の存在は刃先１ｂの鋭利度を鈍らせるため電気かみそりにとってひげの剃り味を損なう原因となる。したがって、これまで研削後に回転ブラシやサンドブラスト、電解研磨、磁気研磨などによってバリ１０の除去仕上げ加工を行っているのが実状である。これに対して本発明方法によれば、前述のように加工時に内刃１２を事前又はリアルタイムに脆化させた上で研削加工を施すものであるから、図４１に示す半円板タイプ、或いは図４２に示す薄肉円環タイプのいずれの場合も、刃先断面は図４３（ａ）に示すように、片側に平坦な内刃縁１２ｂ、片側角部に鋭角となる刃先１ｂを有し、背面側に断面凸状のリブ３を突設させた形状とする。これにより、研削時に刃先１ｂにバリがなく高品質な内刃１２が得られると共に、これまで必要としていたバリ除去工程が不要となり、低コストな内刃１２を提供することが可能となる。
【００４６】
本発明の刃物の加工方法及びその加工装置は、往復式電気かみそり用内刃以外に、ヘアーカッター、電気バリカンの刃等でもよく、さらには一般の各種刃物類に広く適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
上述のように請求項１記載の発明に係る刃物の加工方法にあっては、刃物の刃先加工において、少なくとも刃物の被加工面を水素雰囲気下で脆化処理して研削加工を行なうものであり、また請求項２記載の発明は、上記刃物の被加工面の研削加工を水素雰囲気下でリアルタイムに行なうので、刃物を水素雰囲気にすることで大気雰囲気で延性であった性質が徐々に低下する、いわば水素脆化の性質を利用して加工を行なうことができる。従って、塑性変形低減に伴う刃先のバリの発生が抑制できると共に加工時のエネルギーも低減できるものであり、しかも切削抵抗が減少し、加工工具寿命も延長するものである。さらに少なくとも被加工面に水素を照射するだけで脆化でき、装置を簡素化することができる。加工時の消費電力の低減、加工工具寿命の延長を図ることができる。
【００４８】
また請求項３記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、刃物の片側を被加工面とし、背面側に断面凸状のリブを設けたので、安全剃刀のように両面研削しなくても、片側研削だけで刃先を鋭利化することが可能となる。また凸状のリブを突設させることで、ヒゲ剃り時の音を共鳴増幅させて剃り味感を出させる官能的な効果も得られる。
【００４９】
また請求項４記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、刃物が体心立方晶系材料からなるので、バリの発生を抑制できると共に、加工工具の寿命延長の効果が一層高まる。
【００５０】
また請求項５記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、刃物がマルテンサイト系ステンレス鋼からなるので、マルテンサイト系ステンレス鋼は、サビ、腐食に対する耐久性が高いため、刃物の材質として好都合であると共に、磁性を有するため磁気吸引による固定が可能であり、加工時の固定にも好都合である。
【００５１】
また請求項６記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、加工時に刃先を背面側から治具で支持して研削加工を行なうことができる。
【００５２】
また請求項７記載の発明は、請求項６記載の効果に加えて、刃物の被加工面を治具上面よりも上方に段差状に突出させて、治具上面が仕上面となるように研削加工を行なうのが好ましく、この場合、治具上方に突出している被加工面は治具との段差による切欠き効果による応力集中によって脆性破壊して一度に除去加工が可能となると共に、治具で支持されている刃物１部分は破壊の影響を受けずに不要な部分だけが除去できるものである。
【００５３】
また請求項８記載の発明に係る刃物の加工装置は、少なくとも刃物の被加工面を脆化させる手段と、刃物周辺を水素雰囲気にするための空間と、脆化された刃物を研削するための加工工具とを備え、少なくとも刃物の被加工面を脆化させて研削加工を行なうことが可能となっているので、リアルタイムに刃物周辺を脆化雰囲気にしながら研削加工を行なうことが可能となる。また空間内に刃物を複数個格納することでバッチ的に大量生産が可能となり、さらに刃物の被加工面を脆化させて研削加工を行なうことで、研削時にバリ発生が抑制でき、後のバリ取り工程を削減することが可能な加工装置を提供できる。
【００５４】
また請求項９記載の発明に係る電気かみそり用内刃は、刃物が、刃穴を有する外刃の内面を摺接する内刃であって、少なくとも外刃との摺接部である内刃縁を水素雰囲気下で脆化させて研削加工が施されているので、研削時に刃先にバリの発生がなく、刃先の鋭利度が向上してひげの剃り味が良好となる高品質な内刃が得られると共に、これまで必要としていたバリ除去工程が不要となり、低コストな内刃を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の一例を示す模式図である。
【図２】 （ａ）は半円板タイプの内刃の斜視図、（ｂ）は内刃片の斜視図である。
【図３】 （ａ）は薄肉円環タイプの内刃の斜視図、（ｂ）は内刃片の斜視図である。
【図４】 図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図及び図３（ｂ）のＡ’−Ａ’線断面図である。
【図５】 同上の研削加工時のフローチャートである。
【図６】 他例の模式図である。
【図７】 更に他例の模式図である。
【図８】 同上の脆化処理と研削加工のフローチャートである。
【図９】 （ａ）は他例の脆化工程の模式図、（ｂ）は研削加工工程の模式図である。
【図１０】 本発明の参考例１の模式図である。
【図１１】 （ａ）（ｂ）は参考例２の模式図である。
【図１２】 参考例２の他例の模式図である。
【図１３】 参考例３の模式図である。
【図１４】 （ａ）（ｂ）は参考例４の模式図である。
【図１５】 参考例５の模式図である。
【図１６】 参考例６の模式図である。
【図１７】 （ａ）（ｂ）は参考例７の模式図である。
【図１８】 参考例８の模式図である。
【図１９】 参考例９の模式図である。
【図２０】 参考例１０の模式図である。
【図２１】 参考例１１の模式図である。
【図２２】 参考例１２の模式図である。
【図２３】 参考例１３の模式図である。
【図２４】 本発明の更に他例の模式図である。
【図２５】 更に他例の模式図である。
【図２６】 更に他例の模式図である。
【図２７】 更に他例の模式図である。
【図２８】 更に他例の模式図である。
【図２９】 更に他例の模式図である。
【図３０】 本発明の実施形態の更に他例の模式図である。
【図３１】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１４の模式図である。
【図３２】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１５の模式図である。
【図３３】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１６の模式図である。
【図３４】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１７の模式図である。
【図３５】 参考例１８の模式図である。
【図３６】 参考例１９の模式図である。
【図３７】 本発明の実施形態の加工装置の模式図である。
【図３８】 同上のフローチャートである。
【図３９】 更に他例の模式図である。
【図４０】 更に他例の模式図である。
【図４１】 半円板タイプの内刃の製造工程の説明図である。
【図４２】 薄肉円環タイプの内刃の製造工程の説明図である。
【図４３】 （ａ）は同上の刃先の断面図、（ｂ）は刃先バリの説明図である。
【図４４】 同上の電気かみそりの外刃と内刃の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 刃物
１ａ 被加工面
１ｂ 刃先
２ 加工工具
３ リブ
８ ワックス
９ 空間
１０ 治具
１１ 外刃
１２ 内刃
１２ｂ 内刃縁
【発明の属する技術分野】
本発明は、刃物の加工方法及びその加工装置及び電気かみそり用内刃に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、刃物の刃先加工において、刃先エッジ出し（刃付け）は一般的に研削加工によって行われているが、刃物の被加工面の研削加工を行なう際には、切込量に対応して塑性変形を伴う。このため刃先を鋭利化する場合においてはバリ（カエリ）などの加工変質層が生じやすくなるという問題があった。また加工時には加工工具に対する切削抵抗が増加するので加工時の消費電力の増加、加工工具の寿命の短縮をきたすうえに、後工程でのバリ取り作業が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、刃先のバリを抑制でき、バリ取り作業を省略できると共に製造コストの削減、加工工具寿命の延長及び加工品質の向上を図ることができる刃物の加工方法を提供することにあり、別の目的とするところは、バッチ的に大量生産が可能となり、しかも研削時にバリ発生が抑制でき、後のバリ取り工程を削減することが可能な刃物の加工装置を提供することにあり、別の目的とするところは、刃先にバリがなく、高品質でしかも低コストな電気かみそり用内刃を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る刃物の加工方法は、刃物１の刃先加工において、少なくとも刃物１の被加工面１ａを水素雰囲気Ｈ下で脆化処理して研削加工を行なうことを特徴としており、このように構成することで、刃物１を水素雰囲気Ｈにすることで大気雰囲気で延性であった性質が徐々に低下する、いわば水素脆化の性質を利用して加工を行なうことができる。刃物１を脆化させることにより、加工時の塑性変形などの加工変質層を極力小さくでき、塑性変形による刃先１ｂのバリの発生を抑制でき、バリ取り作業が不要となると共に、加工工具２の寿命を延長できる。
【０００５】
また刃物１の片側を被加工面１ａとし、背面側に断面凸状のリブ３を設けるのが好ましく、この場合、安全剃刀のように両面研削しなくても、片側研削だけで刃先１ｂを鋭利化することが可能となる。
【０００６】
また刃物１をリアルタイムに脆化処理させて研削加工を行なうのが好ましく、この場合、リアルタイムに刃物１に脆化雰囲気をつくり、加工中は常に雰囲気状態が維持されるので、加工に伴う雰囲気変動が抑制され、加工品質が向上する。
【０００７】
また刃物１が体心立方晶系材料からなるのが好ましく、この場合、加工工具２の寿命延長の効果が一層高まる。
【０００８】
また刃物１がマルテンサイト系ステンレス鋼からなるのが好ましく、この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼は、サビ、腐食に対する耐久性が高いため、刃物１の材質として好都合であると共に、磁性を有するため磁気吸引による固定が可能となる。
【０００９】
また加工時に治具５にて刃物１を背面側から支持して研削加工を行なうのが好ましく、この場合、鋭利な形状の刃先１ｂを背面側から支持することで、加工工具２の加圧力によって弾性変形したり、割れや欠けを生じたりするのを防止できると共に、バリの成長も防止できる。
【００１０】
また上記刃物１の被加工面１ａを治具上面５ｂよりも上方に段差状に突出させて、治具上面５ｂが仕上面となるように研削加工を行なうのが好ましく、この場合、治具５上方に突出している被加工面１ａは治具５との段差による切欠き効果による応力集中によって脆性破壊して一度に除去加工が可能となると共に、治具５で支持されている刃物１部分は破壊の影響を受けずに不要な部分だけが除去できる。
【００１１】
また本発明に係る刃物の加工装置は、少なくとも刃物１の被加工面１ａを脆化させる手段と、刃物１周辺を水素雰囲気にするための空間９と、脆化された刃物１を研削するための加工工具２とを備え、少なくとも刃物１の被加工面１ａを脆化させて研削加工を行なうことが可能となっていることを特徴としており、このように構成することで、リアルタイムに脆化雰囲気にしながら研削加工を行なうことが可能となる。また空間９内に刃物１を複数個格納することでバッチ的に大量生産が可能となり、さらに刃物１の被加工面１ａを脆化させて研削加工を行なうことで、研削時にバリ発生が抑制でき、後のバリ取り工程を削減することが可能となる。
【００１２】
また本発明に係る電気かみそり用内刃は、上記刃物１が、刃穴を有する外刃１１の内面を摺接する内刃１２であって、少なくとも外刃１１との摺接部である内刃縁１２ｂを水素雰囲気下で脆化させて研削加工が施されていることを特徴としており、このように構成することで、研削時に刃先１ｂにバリの発生がなく、刃先１ｂの鋭利度が向上してひげの剃り味が良好となる高品質な内刃１２が得られると共に、これまで必要としていたバリ除去工程が不要となり、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、事前（又は同時）に脆化された刃物１（被加工物）の被加工面１ａを研削工程する場合の一例を示しており、図２、図３は刃物１の一例として往復動電気かみそり用の内刃１２を示している。図２、図３において、内刃１２の構造は外刃に倣うように半円状の概略形状をした複数個の内刃片１２ａを整列させて往復駆動源と連通したべース部１３に取り付けられている。内刃片１２ａは図２に示す半円板タイプと図３に示す薄肉円環タイプとに大別される。いずれの場合も内刃片１２ａの断面は図４に示すように、片側に平坦な内刃縁１２ｂ、片側角部に鋭角となる刃先１ｂを有し、背面側に断面凸状のリブ３を突設させた複雑な断面形状となっている。ここで、背面側にリブ３を設ける理由は、ヒゲ剃り時の音を共鳴増幅させて剃り味感を出させる官能的な効果がある。なお一般に、ナイフ、包丁、安全かみそりなどの平滑な板状刃物では両面を研削することでバリを抑制しながら刃先のエッジ出しを行なう手法が多いが、図４に示すような刃先形状においては、くさび形状のすくい面１４側に砥石２ａなどの加工工具２を用いることが困難で片側のみの研削により刃付けを行なうこととなる。この場合、加工時、刃物１の被加工面１ａ付近には負荷に応じた塑性変形を伴い、バリが発生してしまう。
【００１５】
ここで、金属材料の刃先加工において、刃先１ｂのエッジ出し（刃付け）は一般的に研削加工によって行われる。一般的に、切削、研削、砥粒などの圧力切込加工においては文字どおり砥石２ａを刃物１に強制的に負荷させて除去加工を行なうものである。従って、加工時、刃物１の被加工面１ａ付近には負荷に応じた塑性変形を伴う。例えば、文献（谷口紀男：ナノテクノロジーの基礎と応用、工業調査会、１９８８年）によれば材料表面に与えた圧痕ａに対する塑性変形の広がりｃの比（ｃ／ａ）は、弾塑性論によって材料の硬度Ｈｖに対する弾性係数Ｅの比（Ｅ／Ｈｖ）と相関関係がある。（ｃ／ａ）は砥石２ａの刃物１に対する切込み量と加工時の塑性変形量の関係と置き換えれば、加工に伴う塑性変形の挙動が説明できる。刃物加工の場合、刃先１ｂで塑性変形が生じれば、そのままバリ（カエリ）となって研削後の仕上品質が悪く、後工程でバリ除去が必要となる。
【００１６】
本発明によれば、少なくとも刃物１の被加工面１ａを研削工程の事前又は同時に脆化させるものである。刃物１を脆化させることで加工時の塑性変形などの加工変質層を極力小さくし、バリの発生を抑制させることができる。材料脆化の手段としては後述する低温脆化、水素脆化、焼入脆化、窒化脆化、粒子噴射脆化、脆性を有する膜付与などが挙げられる。これらはいずれの手段においても塑性変形による刃先１ｂのバリの発生を抑制することを狙ったものである。また被加工面１ａにおいて塑性変形を抑制することは塑性変形に費やされるエネルギーが低減できることであり、砥石２ａに対する切削抵抗が減少するので加工時の消費電力の低減、砥石２ａの寿命の延長が図れると共に、後工程でのバリ取り作業が不要となる。
【００１７】
また、図４に示す例では、刃物１の背面側に断面凸状のリブ３を突設させ、刃物１の被加工面１ａを研削工程の事前又は同時に脆化させた上で被加工面１ａのみを平面状に研削加工しており、これにより、片側研削だけで被加工面１ａの角部に鋭角となる刃先１ｂを形成することができる。しかも、刃断面形状が背面側に凸状のリブ３を有する複雑形状の場合（平滑な板状刃物でない場合）は、上記のように加工時に刃物１の被加工面１ａを脆化させることで加工時の塑性変形などの加工変質層を極力小さくし、バリの発生を抑制させることができる効果に加えて、安全剃刀のように両面研削しなくても片側研削で刃先１ｂの鋭利化が可能となる。
【００１８】
以下、本発明の他例を説明する。先ず、図５〜図７は、被加工面１ａをリアルタイムに脆化処理させて研削加工を行なう場合の一例を示している。図５は本実施形態のフローチャートを示しており、砥石２ａの始点・終点の設定及び脆化雰囲気目標の設定後に、砥石２ａを開始点に移動させ、脆化雰囲気を保ちながら研削加工を施す。これにより、常に刃物１周辺が脆化雰囲気となるようにリアルタイムに検知しながら、所望量の脆化処理を行ない、同時に研削加工を行なうことができる。なお、雰囲気とは例えば低温脆化であれば温度を対象とし、冷媒で刃物１の脆化温度域まで冷却し、その温度で研削加工を行なう。なお後述する水素脆化であれば水素濃度などを対象とする。またリアルタイムに脆化処理と研削加工を行なうためには、図６に示すように、被加工面１ａに向かってノズル１５から脆化雰囲気となる冷却媒体６ａを噴射したり、図７に示すように、密閉容器やチャンバー内に刃物１と砥石２ａを格納してチャンバーごと脆化雰囲気となる冷却媒体６ａを封入させる方法も考えられる。これにより、リアルタイムに被加工面１ａ周辺に脆化雰囲気をつくることができ、加工中は常に雰囲気状態が維持されるので、加工に伴う雰囲気変動が抑制され、加工品質が向上するものである。
【００１９】
図８、図９は、被加工面１ａを事前に脆化処理させて研削加工を行なう場合の一例を示している。図８は脆化処理工程と研削工程に時間差を設ける場合のフローチャートを示している。本方法では、図９（ａ）に示すように、被加工面１ａに向かってノズル１５から脆化雰囲気となる冷却媒体６ａを噴射して脆化処理を行なった後に、図９（ｂ）に示すように、砥石２ａによる研削加工を施す。なお、刃物１が脆性を維持できる手段として、後述の焼入れ、窒化、異種材料付加などの材料改質的な手段等であってもよい。本方法によれば脆化処理、研削加工が別々に行なうことが可能であるため従来の装置が利用できると共に、脆化処理、研削加工が別々に行なうことが可能となるので、装置の簡素化、製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】
図１０は、材料脆化の参考例１として低温脆化を示している。本参考例１では、少なくとも刃物１の被加工面１ａを低温雰囲気Ｒにして脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、図１０に示すように、被加工面１ａを低温雰囲気Ｒにすることで、常温で延性であった性質が徐々に低下する性質を利用して加工を行なうものである。なお衝撃試験における脆性破壊面の割合及び破壊に至るエネルギーと温度の関係で温度低下と共に脆性の割合は増加しエネルギーは減少する。これは温度が低下することで衝撃時の吸収エネルギーが低下し塑性変形に費やされなくなって脆性破壊に至る。本方法によれば塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に、加工時のエネルギーも低減できるので切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長することができる。さらに、低温であるため従来のような熱変形、焼き付きなどの熱影響が極力抑制できるものである。
【００２１】
図１１、図１２は、刃物１を低温雰囲気Ｒに冷却して研削加工を行なう参考例２を示している。本参考例２では刃物１自身を冷却することで被加工面１ａを脆化状態とするものである。刃物１自身を冷却する方法としては、図１１（ａ）→（ｂ）に示すように、事前に刃物１を低温雰囲気Ｒで冷却する工程を経て研削する方法や、図１２に示すように、研削加工と同時に刃物１を低温状態Ｒ’にある治具５からの熱伝導により冷却する方法などが考えられる。本方法によれば、刃物１自身の冷却であるため、脆化する上で信頼性が一層高められる。
【００２２】
図１３は、刃物１を冷凍して研削加工を行なう場合の参考例３を示している。本参考例３は被加土物を冷凍にする方法としては実用的には事前に刃物１を氷点下に冷凍する工程を経て研削加工を行なう方法が考えられる。特に、刃物１を水中で冷凍すれば、刃物１の周囲を氷４で形成する構成となり、低温脆化作用だけでなく、周囲の氷が治具５の役割を果たし、これにより研削時の刃先１ｂのバリ発生に対する抵抗となることが期待できる。
【００２３】
また図１４は、常温での刃物の寸法を予測して、低温雰囲気Ｒ下での加工量を常温時での加工量よりも多く設定する場合の参考例４を示している。本参考例４では低温雰囲気Ｒ下での加工量を常温での寸法を予測して予め多めに設定するものである。つまり加工時の温度と常温との温度差から生じる熱収縮に伴う寸法誤差を予め予測して、冷凍時はその予測量だけ余分に加工すればよい。一般に材料の線膨張係数α、温度差△Ｔ、対象物体の基準寸法Ｌ、温度変化に伴う寸法変化△Ｌとすれば、△Ｌ／Ｌ＝α・△Ｔ（熱ひずみに相当）の関係が成立する。複雑な形状に対しては相似的に熱変形しないが、傾向としては上式から変形の挙動が定性的に予測できるとして、温度差△Ｔに対する寸法変化△Ｌは、△Ｌ＝α・Ｌ・△Ｔで表され、加工予測量として設定する。本方法によれば、常温時の寸法に合わせて加工を行なうようになるので、熱膨張、収縮に伴う寸法誤差を極力低減できるものである。
【００２４】
図１５は、刃物１の砥石２ａに接する被加工面１ａを低温雰囲気に冷却して研削加工を行なう場合の参考例５を示している。本参考例５は、刃物１の砥石２ａに接する被加工面１ａを冷却して低温雰囲気とすることで被加工面１ａを脆化状態として研削加工を行なうものであり、被加工面１ａを冷却する方法としては、図１５に示すように、研削加工の事前又は同時に冷却媒体６ａを被加工面１ａに対してノズル１５からの冷却媒体６ａで局部的に強制噴射する方法などが考えられる。本方法によれば冷却媒体６ａを局部的に供給するので装置としては簡素化しやすくなる。その一方で、局部的に冷却する場合、周囲との熱容量の関係で低温化に時間がかかったり温度変化が起きやすくなるため、冷却は研削加工の事前から長時間連続に行っておく必要がある。
【００２５】
図１６、図１７は、砥石２ａを低温雰囲気に冷却して研削加工を行なう場合の参考例６、７を示している。本参考例６、７は砥石２ａを冷却して低温雰囲気とすることで砥石２ａと接する刃物１の被加工面１ａの温度を上昇させずに研削加工を行なうものである。砥石２ａを冷却する方法としては、例えば図１６（参考例６）に示すように、砥石２ａ表面に冷却媒体６ａをノズル１５で強制噴射する方法があり、この場合、装置としては簡素化しやすい。また別の方法としては図１７（参考例７）に示すように、砥石２ａ中央の回転軸２０周辺に冷却媒体を封入して冷却し、砥石２ａ表面に向けて矢印ニ、ホで示す方向に温度低下を図る方法などが考えられる。図１６に示す砥石２ａ表面の冷却方法或いは図１７に示す砥石２ａ内部からの冷却伝達方法によれば、砥石２ａの温度上昇がまず抑えられるので、砥石２ａの破損を避けることができる。
【００２６】
図１８は、刃物１及び砥石２ａ全体を低温雰囲気Ｒに冷却して研削加工を行なう場合の参考例８を示している。本参考例８は刃物１、砥石２ａ及び刃物１と砥石２ａが接する被加工面雰囲気で構成される領域全体を冷却して低温雰囲気Ｒとすることで研削加工を行なうものである。冷却する方法としては、チャンバーなどの密閉された空間９内部に刃物１及び砥石２ａを格納した上で空間９内を同一の低温雰囲気Ｒに冷却する方法が考えられる。これらの方法によれば、刃物１、砥石２ａ及び被加工面雰囲気が同一の低温に制御維持しやすく、温度変化も起きにくい。従って加工温度を厳密に制御する必要がある場合は本方法が最も有力な手段と思われる。他の方法として、例えば前記図１０、図１１で示した刃物１を冷却する手段と、前記図１５で示した被加工面雰囲気を冷却する手段と、前記図１６、図１７で示した砥石２ａを冷却する手段とを組み合わせた方法であってもよい。
【００２７】
図１９、図２０は、冷却媒体に気体６を用いる場合の参考例９、１０を示している。本参考例９、１０は刃物１、被加工面雰囲気、砥石２ａ又は構成要素全体に対して低温雰囲気に冷却させるための気体６を利用する。例えば、冷却空気、窒素などの不活性ガスが適用される。供給は被加工面雰囲気や砥石２ａの冷却であれば、例えば図１９（参考例９）に示すように、ノズル１５を用いて冷却ガスを狙いに対して噴射する方法が考えられる。また図２０（参考例１０）に示すように、構成要素全体の冷却であればチャンバーなどの密閉された空間９内に冷却ガスを封入する方法が考えられる。これらの方法によれば、取り扱い、供給が容易であると共に不活性ガスなどは加工時に発生しやすい酸化に伴う加工変質層を抑制する効果がある。
【００２８】
図２１、図２２は、冷却媒体に液体７を用いる場合の参考例１１、１２を示している。本参考例１１、１２は刃物１、被加工面雰囲気、砥石２ａ又は構成要素全体に対して、低温雰囲気に冷却させるための液体７を利用する。例えば、液体窒素、液化炭酸ガスが適用される。供給は図２１（参考例１１）に示すノズル１５を用いて液体７を狙いに対して噴射する方法が考えられる。また図２２（参考例１２）に示す冷却源２１から密閉された空間９に液体７を封入して構成要素全体を冷却する方法が考えられる。また砥石２ａや刃物１の冷却であれば治具５内部に配管を連通して液体７を流すことで治具５を冷却する方法も考えられる。これらの方法によれば、液体７を扱うので、密閉容器、配管などの供給、漏れ止めに対する装置が大掛かりになるが、冷却効率という点においては気体６と比べてはるかに冷却効率が高く、加工品質向上を図ることが可能である。
【００２９】
図２３は、気体或いは液体等の冷却媒体６ａを循環させて繰返し利用する場合の参考例１３を示している。本参考例１３は刃物１、被加工面雰囲気、砥石２ａ又は構成要素全体に対して低温雰囲気に冷却させる冷却媒体６ａを循環させて繰返し利用する。冷却媒体６ａは気体でも液体でもよい。ちなみにノズルなどを用いて冷却媒体６ａを噴射する場合などの方法では、後方にダクトを設けて回収循環する方法が考えられる。また構成要素全体の冷却であれば、図２３に示すように、チャンバーなどの密閉された空間９に冷却媒体６ａの供給口２３と排出口２４とを設け、冷却源２１からの冷却媒体６ａを循環経路２５内に循環する方法が考えられる。また砥石２ａ或いは刃物１の冷却であれば砥石２ａ内部或いは刃物１の治具５内部に配管を連通して冷却媒体６ａを流しながら排出口から封入口へ循環するようにすればよい。これらの方法によれば、冷却媒体６ａを無駄なく循環再利用できるので経済的である。またチャンバーや配管による循環方式であれば、冷却媒体６ａが外部に漏れることがなく環境上問題が起きにくいものである。
【００３０】
次に、刃物１の被加工面１ａを低温雰囲気下で脆化処理する方法の参考例として、刃物１の材質を体心立方晶（ｂｃｃ）系材料として低温雰囲気に冷却して研削加工を行なうようにしてもよい。本参考例では、刃物１の材質を体心立方晶系の材料を用いて刃物１を低温雰囲気にして脆化させて研削加工を行なう方法である。前記図１０で示したように刃物１の被加工面１ａを低温雰囲気にすることで常温で延性であった性質が徐々に低下してバリなどの加工変質層を抑制することを述べたが、さらに材質を体心立方晶の結晶構造を持つものとすることで、常温で延性であった性質がある温度を境に脆性に変化する、つまり低温脆化の効果によりバリの発生を抑制することができる。例えば、軟鋼（ＳＭ４１Ｂ鋼）の衝撃試験における脆性破壊面の割合と温度の関係で＋１０℃から−２０℃の範囲を境に急激に脆性の割合が増加する。この急激な変化は体心立方晶に特有の特徴であり、材質により異なる固有値（延性脆性遷移温度）を持っている。従って上記温度以下により温度制御することで脆性状態での加工が可能である。本方法によれば低温の効果に脆化しやすい材料の効果が重複されて、図１０の参考例での効果がより大きくなり、バリ抑制、熱影響レスなどの高品位加工、砥石２ａの寿命延長が期待できる。
【００３１】
更に他例として、刃物１の材質にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いて低温雰囲気下で脆化処理して研削加工を行なうようにしてもよい。本参考例は前記刃物１の材質を体心立方晶（ｂｃｃ）系材料として低温雰囲気に冷却して研削加工を行なう場合の中で、刃物１の材質にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いて刃物１を低温雰囲気にして脆化させて研削加工を行なう方法である。マルテンサイト系ステンレス鋼は体心立方晶であり、前記参考例で示した効果が得られるだけでなく、ステンレス鋼の本来の特徴であるサビ、腐食に対する耐久性が高いため、刃物１などの製品には好都合な材料である。さらにマルテンサイト系は磁性を有するため磁気吸引による固定が可能であり、加工時の固定にも好都合である。マルテンサイト系ステンレス鋼の主な化学成分Ｗｔ％を表１に示す。本方法に用いるマルテンサイト系ステンレス鋼は、サビ、腐食に対する耐久性が高いため刃物１などの製品には好都合な材料であり、また磁性を有するため磁気吸引による固定が可能であり加工時の固定にも好都合である。
【００３２】
【表１】
次に、刃物１の被加工面１ａを研削加工の事前に又は同時に脆化処理して研削加工を行なう場合において、図２４に示すように、加工時に治具５にて刃物１を背面側から支持して研削加工を行なうようにしてもよい。刃物１など刃物１を加工する場合、刃先１ｂは鋭利な形状であるために砥石２ａの加圧力によって弾性変形したり、割れや欠けを生じたりする。また塑性変形により発生する刃先１ｂのバリが自由表面側に成長したりする。このような不具合を避けるために、図２４に示すように、刃物１を背面から支持できる治具５を設けることで、刃物１の弾性変形、割れ、欠け及びバリの成長などを防止することができる。
【００３４】
図２５は、加工時に刃先１ｂを背面側から氷４で支持して研削加工を行なう場合の一例を示している。氷４で支持することで、図２４の実施形態で示した効果が得られるだけでなく、刃物１を冷却する効果も得られたり、刃先１ｂ近傍まで氷４で覆うようにして支持して刃物１と同時に氷４も削るような加工をすれば、刃先１ｂに発生しやすいバリの横方向への成長を抑制することができる。
【００３５】
図２６は、加工時に刃先１ｂを背面側からワックス８で支持して研削加工を行なう場合の一例を示している。ワックス８で支持することで、図２４の実施形態で示した効果が得られるだけでなく、刃先１ｂ近傍までワックス８で覆うようにして支持して刃物１と同時にワックス８も削るような加工をすれば、刃先１ｂに発生しやすいバリの横方向への成長を抑制することができる。また、ワックス８は刃物１に対して固定が容易であり、加工終了後も加熱により容易に除去することが可能である。
【００３６】
図２７は、加工時に刃先１ｂを背面側から金属治具５ａで支持して研削加工を行なう場合の一例を示している。しかして加工時に刃物１を背面側から金属治具５ａで支持することで、前記図２４の実施形態で示した効果に加えて、加圧力に対する支持剛性が高く、弾性変形や塑性変形に対する変形抑制効果を高くすることができる。
【００３７】
図２８、図２９は、刃物１の被加工面１ａを治具上面５ｂよりも上方に段差状に突出させて、治具上面５ｂが仕上面となるように研削加工を行なう場合の一例を示している。本実施形態は、図２８に示すように、治具上面５ｂが仕上面となるように加工前に刃物１に対して治具上面５ｂに段差Ｄを設けて、刃先１ｂが自由表面となるようにセッティングしておき、加工時には、砥石２ａの切り込みを治具上面５ｂまで行なう。この場合、図２９に示すように、自由表面にある被加工面１ａは治具５との段差Ｄによる切欠き効果による応力集中によって脆性破壊して一度に除去加工が可能となる。またバリ発生を抑制できると共に刃先１ｂを鋭利化できる。さらに治具５で覆われている刃物１部分は治具５で支持されているために破壊の影響を受けずに不要な部分だけが除去できるものである。
【００３８】
図３０は、材料脆化の本発明の実施形態として水素脆化を示している。本実施形態は刃物１の被加工面１ａを水素雰囲気Ｈにして脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に大気中、常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、図３０に示すように、被加工面１ａを水素雰囲気Ｈにすることで大気雰囲気で延性であった性質が徐々に低下するいわば水素脆化の性質を利用して加工を行なうものである。ちなみに、水素を含んだ雰囲気中では被加工面１ａにＨが侵入してＣｕ２Ｏやその他の酸化物を還元し、発生した水蒸気によって粒界に割れや空孔が生じるためにもろくなることが知られており、これを水素脆化という。この水素脆化を研削加工される刃物１の被加工面１ａに施すことによって、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。
【００３９】
図３１は、脆化処理後に研削加工を行なう場合において、材料脆化の参考例１４として焼入れにより事前に脆化処理する場合を示している。本参考例１４は、図３１（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示すように、少なくとも刃物１の被加工面１ａを焼入れにより脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、予め被加工面１ａを事前に焼入れ処理を施して表面硬化することで延性であった性質が表面層１ｃによって脆性を有することとなる。方法としては、図３１（ａ）に示す加熱炉Ｊの中で所定の温度まで加熱（鋼の場合：７００℃〜９００℃）した上で、所定の冷却速度で常温まで急冷（鋼の場合：約１０秒程度以下）する。これにより、図３１（ｂ）に示す表面層１ｃは内部に比べて冷却速度は速く、表面層１ｃの硬度が最も増して、表面脆化が行われる。本方法によれば、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に加工時のエネルギーも低減でき、図３１（ｃ）に示す加工時に切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層１ｃのみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。
【００４０】
図３２は、レーザ焼入れにより事前に脆化処理する場合の参考例１５を示している。ちなみに、焼入れは刃物１全体を炉内で加熱後、急冷を行なう方法が一般的であるが、この場合、加熱時或いは冷却時の温度変化や材料組織変態により、変形などの寸法変化を生じやすい。そこで、予め被加工面１ａ周辺のみレーザ照射装置１５ａからレーザ照射して局部加熱した後、瞬間冷却を行なう。刃物１の場合は、図３２（ａ）に示すように、刃先１ｂ周辺のみにレーザを照射して加熱後、急冷する（図３２（ｂ）の状態）。これにより、脆化を必要とする局部的な部位（脆化域イ）だけの熱処理が可能であり、その後、図３２（ｃ）に示す研削加工を施す。しかして図３１の参考例の効果に加えて、反りや変形などの寸法変化や熱影響による変質層が極力低減できるものとなる。
【００４１】
図３３は、材料脆化の参考例１６として窒化脆化を行ない、窒化により事前に脆化処理する場合を示している。本実施形態は、少なくとも刃物１の被加工面１ａを窒化により脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、金属材料を対象にした場合に被加工面１ａを予め窒化により刃物１表面を脆化することで研削加工時の加圧力に伴う塑性変形を抑制する。窒化の方法は例えば図３３（ａ）に示すように、対象材料を密閉された空間９に格納後、アンモニアガスを封入して雰囲気温度を上昇（鋼の場合は５００℃〜６００℃）させて、加圧（７ｋＰａ〜１０ｋＰａ）保持することで、アンモニアＮＨ３は高温で不安定となり、ＮとＨに分解され、窒化雰囲気Ｎが得られる。鋼の場合、分解されたＮがＦｅ或いはＡｌ、Ｃｒなどの添加元素と化合して硬くて脆い窒化物を分散形成する。本方法によれば、窒化脆化後に図３２（ｂ）に示す窒化層１ｄの研削加工を施すことにより、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に研削加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層のみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、研削加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。
【００４２】
図３４は、材料脆化の参考例１７として粒子噴射脆化を行ない、粒子噴射により事前に脆化処理する場合を示している。本参考例１７は少なくとも刃物１の被加工面１ａに粒子噴射して脆化させて研削加工を行なう方法である。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、図３４（ａ）に示すように、予め被加工面１ａに粒子を噴射して刃物１表面を局部的に変形させて加工硬化と同時に脆化させて研削加工時の加圧力に伴う塑性変形を抑制する。噴射の方法は大きさがμｍ〜ｍｍオーダーの不定形或いは球状の金属又は非金属（セラミックス、ガラス、樹脂など）の粒子ニを、図３４（ａ）に示すノズル１５ａ等の手段で加速して刃物１表面に投射する。本方法によれば、刃物１の表面層に無数の凹みを生じさせて加工硬化、脆化させると同時に圧縮残留応力を表面層に帯びさせることができる。これにより、脆化を必要とする局部的な部位（脆化域イ）だけの脆化処理が可能であり、その後、図３４（ｃ）に示す研削加工を施す。これにより研削加工時、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できると共に研削加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層のみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、研削加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。さらに表面に圧縮残留応力が存在することで疲労強度が向上し、商品の寿命が延長する。
【００４３】
図３５、図３６は、材料脆化の参考例１８、１９として脆性を有する膜付与を示している。本参考例１８、１９では少なくとも刃物１の被加工面１ａに異種材料を膜状に付加して脆化させて研削加工を行なう方法を示している。一般に常温で金属材料を研削加工した場合、切込量に対応して塑性変形を伴う。従って刃先１ｂを鋭利化する場合においてはバリなどの加工変質層が生じやすくなる。そこで、チャンバー等の空間９内において予め被加工面１ａに異種材料を膜状に付加して刃物１表面を硬化させると同時に脆化させて、加工時の加圧力に伴う塑性変形を抑制する。異種材料としてはＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、チタン合金、セラミックスなどが挙げられるが、スパッタ蒸着、或いは図３５（参考例１８）に示すイオン源５０から蒸着物質ホを放出するイオンプレーティングなどの物理的付着加工法によって表面に純度な膜を形成することができる。本方法によれば刃物１の表面層１ｅが脆性材料で構成されるので、図３６（参考例１９）に示す加工時、塑性変形低減に伴う刃先１ｂのバリの発生が抑制できる。さらに、加工時のエネルギーも低減でき、切削抵抗が減少し、砥石２ａの寿命も延長するものである。また表面層１ｅのみ脆化が可能であるため内部の延性を維持でき、加工時にチッピングや欠けといった損傷の広がりを抑制することが可能である。さらに表面に圧縮残留応力が存在することで疲労強度が向上し、商品の寿命が延長する。
【００４４】
図３７は、前記各加工方法を実施するための加工装置の一例を示している。本実施形態では、刃物１を格納するための密閉された空間９と、刃物１を脆化させる手段と、空間９を脆化雰囲気にして脆化された刃物１を研削するための加工工具２とを備えており、刃物１を脆化させて研削加工を行なうものである。空間９は内部の雰囲気が維持できるような剛体で構成されたいわゆるチャンバーなどの耐圧物体が望ましい。また空間９内に脆化雰囲気を導入するための手段として、例えば図３７に示すように、低温脆化雰囲気とする場合は冷却源２１と空間９とを配管６０で連通して、冷却源２１から空間９内に冷却媒体６ａが導入できるように配置する。加工工具２は、刃物１を研削するための砥石２ａ、砥石２ａを回転させるための砥石駆動装置（図示せず）、刃物１を固定するためのステージ１６、該ステージ１６を砥石２ａに対して相対的に移動させるためのステージ駆動装置１７などから構成されており、これらは空間９内部にすべて格納される。以上のような構成によって、リアルタイムに脆化雰囲気にしながら研削加工を行なうことが可能となる。手順は図３８のフローチャートに示す。図３９は研削工程の事前に冷却媒体６ａにより脆化雰囲気にする場合の一例を示し、図４０は後の研削工程を示す。この研削工程は、前記図５のフローチャートと同様の手順で行なう。本方法によれば、密閉された空間９内に刃物１を複数個格納することでバッチ的に大量生産が可能である。また本装置を使用することで研削時にバリ発生が抑制でき、これまで行われていたバリ取り工程を削減することが可能となる。
【００４５】
図４１〜図４４は、前記刃物１の一例として往復型電気かみそりの内刃１２を例示している。本例の内刃１２は、図４４に示すように、刃穴を有する外刃１１と、その内面を摺接して矢印ハで示す方向に往復動する内刃１２とを備えている。ここでは、少なくとも外刃１１との摺接部である内刃縁１２ｂを脆化させ、加工工具２にて研削加工が施された内刃１２を示している。内刃１２の製造工程は、例えば図４１に示すように、ステンレス鋼のような金属板１０をプレス加工によって略半円状に打抜いた内刃片１２ａを空間９内で熱処理後、合成樹脂と共に射出成形によってベース部１３と一体化し、次に一体化した内刃１２をその断面形状に成形した砥石２ａにより研削を行なうことで所望の寸法に仕上げると共に内刃縁１２ｂにエッジを形成する方法がある。別の製造工程としては、図４２に示すように、ステンレス鋼のような金属板１０をプレス加工によってスリット状に穴を打抜いて複数の桟１２ｃを形成し、これを空間９内で熱処理後、表面を砥石２ａにて平面研削により所望の寸法に仕上げると共に内刃縁１２ｂにエッジを形成する。さらに残部を矢印ロで示す方向へ曲げ加工して略半円状（かまぼこ状）に成形した上で合成樹脂と共に射出成形によってベース部１３と一体化する方法がある。従来では、いずれの場合も研削時には図４３（ｂ）に示すように、刃先１ｂのエッジ部分にバリ１０が生じる。バリ１０の存在は刃先１ｂの鋭利度を鈍らせるため電気かみそりにとってひげの剃り味を損なう原因となる。したがって、これまで研削後に回転ブラシやサンドブラスト、電解研磨、磁気研磨などによってバリ１０の除去仕上げ加工を行っているのが実状である。これに対して本発明方法によれば、前述のように加工時に内刃１２を事前又はリアルタイムに脆化させた上で研削加工を施すものであるから、図４１に示す半円板タイプ、或いは図４２に示す薄肉円環タイプのいずれの場合も、刃先断面は図４３（ａ）に示すように、片側に平坦な内刃縁１２ｂ、片側角部に鋭角となる刃先１ｂを有し、背面側に断面凸状のリブ３を突設させた形状とする。これにより、研削時に刃先１ｂにバリがなく高品質な内刃１２が得られると共に、これまで必要としていたバリ除去工程が不要となり、低コストな内刃１２を提供することが可能となる。
【００４６】
本発明の刃物の加工方法及びその加工装置は、往復式電気かみそり用内刃以外に、ヘアーカッター、電気バリカンの刃等でもよく、さらには一般の各種刃物類に広く適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
上述のように請求項１記載の発明に係る刃物の加工方法にあっては、刃物の刃先加工において、少なくとも刃物の被加工面を水素雰囲気下で脆化処理して研削加工を行なうものであり、また請求項２記載の発明は、上記刃物の被加工面の研削加工を水素雰囲気下でリアルタイムに行なうので、刃物を水素雰囲気にすることで大気雰囲気で延性であった性質が徐々に低下する、いわば水素脆化の性質を利用して加工を行なうことができる。従って、塑性変形低減に伴う刃先のバリの発生が抑制できると共に加工時のエネルギーも低減できるものであり、しかも切削抵抗が減少し、加工工具寿命も延長するものである。さらに少なくとも被加工面に水素を照射するだけで脆化でき、装置を簡素化することができる。加工時の消費電力の低減、加工工具寿命の延長を図ることができる。
【００４８】
また請求項３記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、刃物の片側を被加工面とし、背面側に断面凸状のリブを設けたので、安全剃刀のように両面研削しなくても、片側研削だけで刃先を鋭利化することが可能となる。また凸状のリブを突設させることで、ヒゲ剃り時の音を共鳴増幅させて剃り味感を出させる官能的な効果も得られる。
【００４９】
また請求項４記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、刃物が体心立方晶系材料からなるので、バリの発生を抑制できると共に、加工工具の寿命延長の効果が一層高まる。
【００５０】
また請求項５記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、刃物がマルテンサイト系ステンレス鋼からなるので、マルテンサイト系ステンレス鋼は、サビ、腐食に対する耐久性が高いため、刃物の材質として好都合であると共に、磁性を有するため磁気吸引による固定が可能であり、加工時の固定にも好都合である。
【００５１】
また請求項６記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、加工時に刃先を背面側から治具で支持して研削加工を行なうことができる。
【００５２】
また請求項７記載の発明は、請求項６記載の効果に加えて、刃物の被加工面を治具上面よりも上方に段差状に突出させて、治具上面が仕上面となるように研削加工を行なうのが好ましく、この場合、治具上方に突出している被加工面は治具との段差による切欠き効果による応力集中によって脆性破壊して一度に除去加工が可能となると共に、治具で支持されている刃物１部分は破壊の影響を受けずに不要な部分だけが除去できるものである。
【００５３】
また請求項８記載の発明に係る刃物の加工装置は、少なくとも刃物の被加工面を脆化させる手段と、刃物周辺を水素雰囲気にするための空間と、脆化された刃物を研削するための加工工具とを備え、少なくとも刃物の被加工面を脆化させて研削加工を行なうことが可能となっているので、リアルタイムに刃物周辺を脆化雰囲気にしながら研削加工を行なうことが可能となる。また空間内に刃物を複数個格納することでバッチ的に大量生産が可能となり、さらに刃物の被加工面を脆化させて研削加工を行なうことで、研削時にバリ発生が抑制でき、後のバリ取り工程を削減することが可能な加工装置を提供できる。
【００５４】
また請求項９記載の発明に係る電気かみそり用内刃は、刃物が、刃穴を有する外刃の内面を摺接する内刃であって、少なくとも外刃との摺接部である内刃縁を水素雰囲気下で脆化させて研削加工が施されているので、研削時に刃先にバリの発生がなく、刃先の鋭利度が向上してひげの剃り味が良好となる高品質な内刃が得られると共に、これまで必要としていたバリ除去工程が不要となり、低コストな内刃を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の一例を示す模式図である。
【図２】 （ａ）は半円板タイプの内刃の斜視図、（ｂ）は内刃片の斜視図である。
【図３】 （ａ）は薄肉円環タイプの内刃の斜視図、（ｂ）は内刃片の斜視図である。
【図４】 図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図及び図３（ｂ）のＡ’−Ａ’線断面図である。
【図５】 同上の研削加工時のフローチャートである。
【図６】 他例の模式図である。
【図７】 更に他例の模式図である。
【図８】 同上の脆化処理と研削加工のフローチャートである。
【図９】 （ａ）は他例の脆化工程の模式図、（ｂ）は研削加工工程の模式図である。
【図１０】 本発明の参考例１の模式図である。
【図１１】 （ａ）（ｂ）は参考例２の模式図である。
【図１２】 参考例２の他例の模式図である。
【図１３】 参考例３の模式図である。
【図１４】 （ａ）（ｂ）は参考例４の模式図である。
【図１５】 参考例５の模式図である。
【図１６】 参考例６の模式図である。
【図１７】 （ａ）（ｂ）は参考例７の模式図である。
【図１８】 参考例８の模式図である。
【図１９】 参考例９の模式図である。
【図２０】 参考例１０の模式図である。
【図２１】 参考例１１の模式図である。
【図２２】 参考例１２の模式図である。
【図２３】 参考例１３の模式図である。
【図２４】 本発明の更に他例の模式図である。
【図２５】 更に他例の模式図である。
【図２６】 更に他例の模式図である。
【図２７】 更に他例の模式図である。
【図２８】 更に他例の模式図である。
【図２９】 更に他例の模式図である。
【図３０】 本発明の実施形態の更に他例の模式図である。
【図３１】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１４の模式図である。
【図３２】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１５の模式図である。
【図３３】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１６の模式図である。
【図３４】 （ａ）〜（ｃ）は参考例１７の模式図である。
【図３５】 参考例１８の模式図である。
【図３６】 参考例１９の模式図である。
【図３７】 本発明の実施形態の加工装置の模式図である。
【図３８】 同上のフローチャートである。
【図３９】 更に他例の模式図である。
【図４０】 更に他例の模式図である。
【図４１】 半円板タイプの内刃の製造工程の説明図である。
【図４２】 薄肉円環タイプの内刃の製造工程の説明図である。
【図４３】 （ａ）は同上の刃先の断面図、（ｂ）は刃先バリの説明図である。
【図４４】 同上の電気かみそりの外刃と内刃の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 刃物
１ａ 被加工面
１ｂ 刃先
２ 加工工具
３ リブ
８ ワックス
９ 空間
１０ 治具
１１ 外刃
１２ 内刃
１２ｂ 内刃縁
Claims (9)
- 刃物の刃先加工において、少なくとも刃物の被加工面を水素雰囲気下で脆化処理して研削加工を行なうことを特徴とする刃物の加工方法。
- 刃物の被加工面の研削加工を水素雰囲気下でリアルタイムに行なうことを特徴とする請求項１記載の刃物の加工方法。
- 刃物の片側を被加工面とし、背面側に断面凸状のリブを設けたことを特徴とする請求項１記載の刃物の加工方法。
- 刃物が体心立方晶系材料からなることを特徴とする請求項１記載の刃物の加工方法。
- 刃物がマルテンサイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１記載の刃物の加工方法。
- 加工時に治具にて刃物を背面側から支持して研削加工を行なうことを特徴とする請求項１記載の刃物の加工方法。
- 上記刃物を背面側から支持する治具を備え、刃物の被加工面を治具上面よりも上方に段差状に突出させて、治具上面が仕上面となるように研削加工を行なうことを特徴とする請求項６記載の刃物の加工方法。
- 少なくとも刃物の被加工面を脆化させる手段と、刃物周辺を水素雰囲気にするための空間と、脆化された刃物を研削するための加工工具とを備え、少なくとも刃物の被加工面を脆化させて研削加工を行なうことを可能としたことを特徴とする刃物の加工装置。
- 刃物が、刃穴を有する外刃の内面を摺接する内刃であって、少なくとも外刃との摺接部である内刃縁を水素雰囲気下で脆化させて研削加工が施されたことを特徴とする電気かみそり用内刃。
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