JPH02141456A

JPH02141456A - セラミックス刃物の製造方法

Info

Publication number: JPH02141456A
Application number: JP63295143A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsumae; 松前　利幸; Yoichi Yamamoto; 洋一山本; Isao Fuwa; 勲不破; Tadashi Yamamoto; 正山本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1990-05-30
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPH0774106B2; JPH0648843A; JPH0625022B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は成形手段によりセラミックス粉末を成形して
得られるセラミックス刃物の製造方法およびセラミック
ス等の金属粉末成形品の製造方法に関する。

（従来の技術）種々の材料の粉末を成形し、それを構成する材質の融点
以下の温度で加熱して強固な結合をつくりだし部品とし
て利用しようという試みは以前から取り組まれ、特に金
属粉末を利用したものは既に粉末冶金として完全に実用
化領域にある。又、この方法は、金属のみならずセラミ
ックスのように高融点で、溶解や鋳造では製造困難な材
料においては欠かせない工法の１つである。

このようなセラミックスは、従来からその防錆性、耐摩
耗性、化学的安定性に着目されセラミックスの特性を活
かした刃物の研究や開発がなされた結果、一部実用化が
なされている。しかし、セラミックスは優れた特性を持
つ反面、難切削性を有しており、特に刃物の切刃付は等
は従来の金属刃に比して難しく、その加工コストは多大
なものとなっている。

このようなセラミックス刃物として、従来、例えば特開
昭６０−２１５３８９号公報において、ジルコニア系材
料による安全カミソリ刃が捉案されている。

この従来技術によれば、セラミックス製の平板をまず形
成し、焼結後に研磨等によりエツジを形成するという手
段が採られていた（以下「前者の従来技術」という）。

ところで、セラミックスなどの粉末を焼結する際、その
焼結工程において成形品を構成する粉末は加熱に伴い周
囲の粉末と原子的な結合をしていくが、焼結品の特性は
その時の加熱条件により大きく左右されることが知られ
ている。すなわち、となり、使用する治具等は複雑な形
状となって加工効率も低いものとなる。この場合、セラ
ミックスは脆性材料であるため、エツジを形成する際、
切刃付は中に刃先がチッピングを起こして良好な刃先を
形成できないという問題があった。

特に、刃立て面に沿った研磨を行おうとすると、研磨加
工中に受ける加工応力が刃先にいくほど大きくなり、チ
ッピングが発生しやすくなるとともに、チッピングが発
生しない場合でも、加工面がわずかながらたわむため先
端まで砥石が届かず、切れ味を決定する先端エツジを形
成することができないという問題があった。

次に、後者の従来技術において、焼結の最適条件という
のは普遍的なものではなく、焼結品の形状や表面積、体
積、重量等によって変化し、それを決定するのは試行錯
誤による方法以外になかった。

このため、従来はその都度、強度や伸び等の機械的特性
、結晶粒径などの評価が必要となり、作業が煩雑である
という問題があった。

焼結工程において、熱のかかり具合いが不完全の場合は
粉末粒子間の結合が不完全なものとなり、焼結品の強度
は極めて小さいものとなる。

一方、焼結工程中に過剰に熱が加わると粒子間の結合は
強固なものとなるが、結晶粒が粗大化するという問題が
生じる。

通常、このような焼結品の破断現象をミクロ的に見た場
合、結晶粒が破断するのではなく、結晶粒と結晶粒の界
面すなわち結晶粒界を亀裂が進展し、破断に及ぶことが
知られている。

この様に、焼結工程において熱が過剰に加わった場合で
も焼結品の強度が低下することがあり、これによって焼
結には最適の条件が存在することが理解される（以下「
後者の従来技術」という）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前者の従来技術によると、平板から削り
出してエツジを形成するため削り代が多くなり、そのた
め刃立てのための加工コストが多大なものになるという
問題があった。

また、エツジ形成の為に斜めに削ることが必要この発明
はかかる課題を解決するためになされたもので、その日
自勺とするところは、シャープな先端エツジを有する廉
価なセラミックス刃物を提供することにあり、また、試
行錯誤による多大な手間を要することなく、高品位な粉
末焼結品を容易に得ることのできる手段を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明のセラミックス刃物
の製造方法においては、成形手段によりセラミックス粉
末を成形してセラミックス刃物を製造する方法において
、セラミックス粉末と有機結合剤とを混練して成形材料を
生成し、この成形材料を用いて成形を行い、前記成形時
に刃立て面を存するエツジを形成し、その後脱脂、焼結
を行い、次に焼結品の前記エツジを形成する刃立て面以
外の面を研磨仕上げすること、を特徴とする。

また、本発明のセラミックス等粉末焼結品の製造方法に
おいては、セラミックス等の金属粉末成形品の焼結に際
し、焼結工程中のサンプルをテレビカメラ等の視認装置や非
接触の測長手段により焼結品の寸法を測定し、このとき
算出される単位時間当たりの寸法変動や寸法から算出可
能な因子の単位時間当たりの変動を求め、その値があら
かじめ設定された値以下となったときに焼結が完了した
と判断して降温すること、を特徴とする。

（作　用）本発明方法は、請求項（１）の構成としたことにより、
まず成形工程において刃立て面を有するエツジが形成さ
れ、次にこの成形品は炉内において所定温度で焼結され
、その後研磨されて完成するわけであるが、このとき、
前記エツジを形成する刃立て面以外の面を砥粒により研
磨することにより、シャープな刃先エツジが形成される
。

すなわち、成形品の先端にはハリが発汁していたり、先
端エツジ部が当初から鋭角に形成されているため、いわ
ゆるチッピングが生し易くなって（実施例）以下、図面に基づき本発明方法の好適な実施例を説明す
る。

第１図には本発明方法を実施するための工程図が示され
ている。

ここで本発明の特徴的なことは、セラミックス粉末と有
機結合剤を混練して成形材料を生成し、この成形材料を
用いて成形を行い、前記成形時に刃立て面を有するエツ
ジを形成し、その後脱脂、焼結を行い、次に焼結品の前
記エツジを形成する刃立て面以外の面を研磨仕上げする
ようにしたことである。

すなわち、本発明の第１実施例において、セラミ・７ク
ス粉末としてＹ２Ｏ３一部分安定化ジルコニアを使用す
る。成形に先立ち、混練工程において原料粉末とポリエ
チレングリコール、ポリ酢酸ビニル等の有機結合剤を加
圧ニーダ−にて混練する。

この混練された材料を射出成形工程にて成形し、第２図
のような成形品１ａが得られる。この成形品１ａの形状
は刃幅３８画、厚ざ０．２　ｍｍで、先端いる。このた
め、加工抵抗の小さい砥粒による研磨やラッピングを行
うことにより、また、エツジを形成する刃立て面以外の
面を研磨することにより、刃先のチッピングを有効に防
止するものである。

また本発明方法は、請求項（２）の構成としたことによ
り、焼結工程中のサンプルの外形寸法等を所定の視認装
置または非接触の測長手段により測定するとともに、焼
結中のサンプルの寸法変動等を求め、このときの寸法変
動等が予め設定された基準値以下となった時点で工程を
完了することで、手間を要さず容易に良好な粉末焼結品
を得ることができる。

すなわち、成形品の焼結には、一般に温度や時間等の最
適条件が存在するが、この最適条件は焼結品の形状や重
置等によって変化し、これを決定するためには試行錯誤
による繰返し以外にはなく、多大の手間を要するのが実
情であるが、本発明においては、これを焼結品の外形寸
法を測定することで焼結条件を決定しようとするもので
ある。

部は２０°の傾斜をもった刃立て面が片側のみに形成さ
れている。

前記成形品１ａは、脱脂工程において、例えば３５０°
Ｃ×２４時間で脱脂が行われて有機結合剤が除去され、
その後、焼結工程に移行し、例えば１５５０°ＣＸ２時
間で焼結される。

この焼結工程で得られた焼結品１ｂが刃立て研磨工程に
おいて仕上げ加工されるのであるが、この工程では第３
図（ａ）に示されるように、ラップ盤２の上面に遊離砥
粒３が介在されて焼結品１ｂのラッピングが行われる。

すなわち、前述した成形品１ａの状態では、成形時に先
端部にパリが発生していることがあり、また、先端エツ
ジ部は当初から鋭角に形成されているため、チッピング
が生し易くなっている。このようなパリを効果的に取り
除くとともに、チッピングの生じないように研磨しなけ
ればならない。

このため、本実施例では、第３図（ｂ）に示されるよう
に、まずエツジを形成している刃立て面Ｂ以外の面Ａを
、＃１０００のＧＣ砥粒を含んだ研磨液にてラッピング
を行うことにより荒仕上げを行い、その後＃１０００の
ＧＣ砥粒を含んだ研磨液にて中仕上げを行い、更に＃４
０００のＧＣ砥粒を含んだ研磨液にてラッピングを行う
ことにより上仕上げが行われる。そして、最後に＃１０
０００のダイヤモンドシートによるポリッシングにより
鏡面仕上げが行われ、第３図（Ｃ）のような完成した刃
物ｌが得られる。

ここで、刃立て面Ｂと反対の面Ａを、固定砥粒による研
磨ではなく遊離砥粒によるラッピングを行う理由につい
ては、射出成形の場合、一般にキャビティ内に材料を完
全に充填させるため、内部のエアーをにがすエアーベン
トが設けられているが、そこからハリが発生しやすく、
このパリが発生した状態で加工抵抗の大きい研磨加工に
より刃立てを行うと、パリと共に刃先も同時に欠は落ち
てしまうおそれがあるからである。

また、刃立て面Ｂを研磨すると、このハリに対して斜め
の加工力が働く為、前記と同様の現象が発生するが、エ
ツジを形成している刃立て面Ｂ以仕上げ加工するのであ
るが、第５図に示されるように、まず刃立て面Ｂと反対
の面Ａを＃　１０００のＧＣ砥粒を含んだ研磨液にてラ
ッピングを行って荒仕上げを行い、その後＃　２０００
のＧＣ砥粒を含んだ研磨液にてラッピングを行って中仕
上げ行い、更に＃４０００のダイヤモンドシートによる
ポリッシングを行って鏡面仕上げを行う。

このようにすることで、成形品４ａに発生していたパリ
に対して高切曲げ応力が加わらず、シャープなエツジが
得られる。

このようなバリカン可動刃の場合、刃部の形状が複雑な
為、研削で刃立て面Ｂを加工するには、特別な形状の砥
石や治具が必要であり、また、加工効率も悪いものであ
ったが、本実施例によれば、特殊な治具等を必要とせず
通常のラップ盤で行うことが可能であり、更に、形成さ
れた刃先エツジも１μｍとバリカンの性能を満たずには
十分なものである。

以上の各実施例は本発明の一例であり、材質もｖ２０３
一部分安定化ジルコニアに限定されるもので外の面Ａを
研磨することで、これが有効に防止されることになる。

前記方法にて製作されたセラミックス刃１は、刃先先端
のエツジが０．２μｍと小さく、またチッピングも認め
られない良好なものであり、安全カミソリ刃としても十
分使用に耐えうるものである。

次に、本発明方法の第２実施例を、第４図および第５図
のようなバリカン刃を例にとって説明する。

セラミックス粉末としては、前記の実施例と同様に、Ｙ
ｚＯ：＋一部分安定化ジルコニアを使用する。

成形に先立ち、原料粉末とを機結合剤とを加圧ニーダに
て混練し、この混練された材料を射出成形して成形品を
得ることは前記と同様である。

この実施例における成形品４ａは、第４図に示される様
なバリカンの可動刃である。この成形品４ａを例えば３
５０°Ｃ×２４時間で脱脂を行なって有機結合剤を除去
し、これを例えば１５５０°ＣＸ２時間で焼結を行う。

次に、この焼結工程にて得られた焼結品４ｂをはなく　
、５ｉＪ４、ＳｉＣ等でも可能である。また、研磨に使
用する砥粒も、ＧＣ砥粒に限定されるものではなく、ダ
イヤモンド砥粒等でも可能である。

ところで、前述した第１図の焼結工程において、必要な
部分のみを着色することで、かつ、着色成分による焼結
品の強度低下を抑えつつ新たな機能を付加することもで
きる。

すなわち、セラミックスの優れた特性を活かしつつ装飾
性を高めるため、従来からその着色に関しても研究が進
められており、例えばルビー、サファイヤ等の宝石の成
分がｎｐ、ｏ３と微量のＣｒ２Ｏ，、、ＴｉＯ□、Ｆｅ
２Ｏ３にて構成されていることから、それらを添加して
セラミックス焼結品に発色させることなどが行われてき
た。

しかし、この様な従来の焼結品は内部まで均一に着色さ
れていたため、例えば、摩耗していくにしたがって色が
消え、使用限度の表示をさせる等の機能を持たせること
ができないのが現状であった。

そこで、本実施例では、粉末焼結品の強度を低下させる
ことなく、必要な箇所に必要な深さだけ着色することが
可能な着色法について説明する。

第６図（ａ）において、粉末成形品５ａ（または焼結品
５ｂでも良い）はＡｌｚ０３で構成されており、セッタ
ー６は純度９９％Ａ　Ｅ　２０＊製のものを用いる。ま
た、敷粉７には純度９９９％Ａ　Ｎ　、０．粉で、かつ
平均粒径５０μｍ以上の球形の難焼結粉を用いる。この
敷粉７に重量比で０．１％ＣｒｚＯｉを加え、均一に分
散するように混合し、セッター６上に薄く敷詰める。更
に、その敷粉７のうえに前述の成形品５ａを載せ、第６
図（ｂ）のように１００　’Ｃ／ｈｒで昇温し、１５５
０°Ｃに達してからその温度で２時間焼結後に降温する
。

以上により、第６図（Ｃ）のように、焼結品５ｂにはセ
ッター６に面した部分のみが着色される。また、着色部
分をさらに鮮明に限定することや、着色深さを焼結条件
により制御することも可能であり、焼結時間を長くする
ことにより着色層を深くすることもできる。

次に、本発明方法の特徴的なことは、セラミソこにサン
プル１３が戴置される。

前記テレビカメラ１１は画像処理用のコンピュータ１４
と接続されており、テレビカメラ１１からとり込まれた
画像は、この画像処理用コンピュータ１４に送られ、２
値化処理されてリアルタイムでその寸法が計測される。

ここで本発明の一実施例として、Ｙ２Ｏ，一部分安定化
ジルコニアの焼結について説明する。

粉末には、平均粒径０．８μｍ、比表面積６１ｄ　／　
ｇのＹ”０３３　ｍｏ１％添加部分安定化ジルコニアが
用いられ、有機結合剤を４５Ｖｏｌ添加後、３０ｍｍＸ
３０ｍｍ×ｌ［１ＩＩ１１の平板に成形される。この成
形品は例えば３５０°Ｃ×２４時間で脱脂されて有機結
合剤が除去され、その後、１００°Ｃ／ｈｒの条件にて
昇温され、１５５０°Ｃに達したらその温度でキープさ
れる。

このとき、毎分当りの寸法変化率が測定され、予め設定
された所定の変化率、例えば０．０１％ｍｉｎに達した
とき降温か開始される。

第８図には、以上の実施例における炉内温度と寸法変化
率との関係が示され”（いる。

クス等の金属粉末成形品の焼結に際し、焼結工程中のサ
ンプルをテレビカメラ等の視認装置や非接触の測長手段
により焼結品の寸法を測定し、このとき算出される単位
時間当たりの寸法変動や寸法から算出可能な因子の単位
時間当たりの変動を求め、その値があらかしめ設定され
た値以下となったときに焼結が完了したと判断して降温
するようにしたことである。

すなわち本実施例において、第７図には、寸法測定機能
を備えた粉末焼結品の製造装置の概略が示されている。

同図において、炉体８の上部には周囲を水冷した覗き窓
９が設けられている。この覗き窓９には石英ガラスがは
め込まれており、さらに炉内は高温のため光輝状態にな
っているので、視認性を向上させる為にフィルター１０
が設けられている。

覗き窓９の上部にはテレビカメラ１１が設けられており
、覗き窓９を通して炉内が観察出来るようになっている
。炉内にはテレビカメラ１１により視認できる範囲にザ
ンプル設置台１２があり、そなお、毎分当たりの寸法変
化率は、成形品の寸法をし、焼結品の寸法をＬ′、焼結
時間をΔＬとすると、以下の式で算出される。

Δを第９図には、他の実施例における炉内温度と焼結品の寸
法との関係が示されており、前述の寸法変化率の代りに
寸法収縮率が用いられる。

この実施例によれば、有機結合剤と原料粉末との混合比
から焼結品の完了寸法が算出され、このとき算出された
焼結品の寸法に達しているか否かが演算処理により判定
される。

なお、前記成形品から焼結品への寸法収縮率は次式で算
出され、実施例では一辺の寸法が所定の２４．７ｍｍ＋
に達したとき降温か開始される。

以上の各実施例において、焼結品の３点曲げ強度を測定
したところ、１１０　ｋｇ／ｍｍ２、結晶粒径１．０μ
ｍと高強度であり、これによって結晶粒の粗大化のない
良好な焼結品が得られた。

なお、以上は本発明の一例であり、材質もＹ２Ｏ，ｌ一
部分安定化ジルコニアに限定されるものではなく、Ｓｉ
ａ　Ｎａ、ＳｉＣ等のセラミックス及び従来の粉末冶金
に使用されている金属粉や超硬でも可能である。また、
視認装置に関してもテレビカメラに限定されるものでは
なく、ＣＯＤ等の利用やレーザーの反射を利用した測長
等でも可能である。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明方法によれば、成形手段によ
りセラミックス粉末を成形してセラミックス刃物を製造
する方法において、セラミックス粉末と有機結合剤を混
練して成形材料を生成し、この成形材料を用いて成形を
行い、前記成形時に刃立て面を有するエツジを形成し、
その後脱脂、焼結を行い、次に焼結品の前記エツジを形
成する刃立て面以外の面を研磨仕上げすることにより、
チンピング等のないシャープな先端エツジを有するセラ
ミックス刃物を廉価に得ることができる。

また、本発明方法によれば、セラミックス等のを示す図
である。

１・・・刃物、ｌａ、４ａ、５ａ−＝成形品、ｌｂ。

４ｂ、５ｂ・・・焼結品、２・・・ラップ盤、３・・・
遊離砥粒、８・・・炉体、１１・・・テレビカメラ、１
２・・・サンプル戴置台、１４・・・画像処理用コンピ
ュータ。

金属粉末成形品の焼結に際し、焼結工程中のサンプルを
テレビカメラ等の視認装置や非接触の測長手段により焼
結品の寸法を測定し、このとき算出される単位時間当た
りの寸法変動や寸法から算出可能な因子の単位時間当た
りの変動を求め、その値があらかじめ設定された値以下
となったときに焼結が完了したと判断して降温すること
により、試行錯誤による多大なロスを生じることなく容
易に良好な粉末焼結品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための工程図、第２図は
カミソリ刃の成形工程における成形品の側面図、第３図
（ａ）（ｂ）　（Ｃ）はその刃立て研磨工程における工
程説明図、第４図はバリカン刃の成形工程における成形
品の平面図、第５図はその刃立て研磨工程における工程
説明図、第６図（ａ）（ｂ）（Ｃ）は粉末成形品の着色
工程を示す図、第７図は寸法測定機能を備えた粉末焼結
品の製造装置を示す図、第８図は炉内温度と焼結品の寸
法変化率との関係を示す図、第９図は炉内温度と焼結品
の寸法との関係第図パリ図（ａ）第図第６図（（１）５ｑ腟深Ｘ形品＼第図（ｂ）手続補正書（自発）Ｊ、事件の表示昭和６３年　特　許　願　第２９５１４３号２、発明の
名称セラミックス刃物およびセラミックス等粉末焼結品の製
造方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人名称　（５８３）松下電工株式会社４、代理人〒１６０住所　　東京都新宿区西新宿７丁目５番１０号第２ミゾ
タビルディング７階明細書の「特許請求の範囲」および「発明の詳別　　紙２、特許請求の範囲（υ　成形手段によりセラミックス粉末を成形してセラ
ミックス刃物を製造する方法において、セラミックス粉
末と有機結合剤とを混練して成形材料を生成し、この成
形材料を用いて成形を行い、前記成形時に刃立て面を有
するエツジを形成し、その後脱脂、焼結を行い、次に焼
結品の前記エツジを形成する刃立て面板外の面を研磨仕
上げすること、を特徴とするセラミックス刃物の製造方法。（２）セラミックス等の粉末成形品の焼結に際し、焼結
工程中のサンプルをテレビカメラ等の視認装置や非接触
の測長手段により焼結品の寸法を測定し、このとき算出
される単位時間当たりの寸法変動や寸法から算出可能な
因子の単位時間当たりの変動を求め、その値があらかじ
め設定された値以外となったときに焼結が完了したと判
断して降温すること、を特徴とするセラミックス等粉末焼結品の製造６、補正
の内容（１）　　明細書の特許請求の範囲の欄別紙の通り補正
する。（２）明細書の発明の詳細な説明の欄 ■　明細書第２頁第１０行、第６頁第２０行〜第７頁第
１行、第１６頁第１行、第２０頁第１行の「金属粉末成
形品」を、それぞれ「粉末成形品」と補正する。 ■　明細書第１０頁第４行、第１２頁第１７行および第
１７頁第１３行のｒ３５０　’ＣＸ２４時間で」を、そ
れぞれ「３５０°Ｃまで２４時間で昇温して」と補正す
る。 ■　明細書第１１頁第２行のｒｌｌｏｏｏ　、をｒ＃２
０００　Ｊと補正する。 ■　明細書第１７頁第１７行のｒｏ、ｏ１％ｍｉｎ　Ｊ
をｒｏ、ｏ］％／川ｉｎ用Ｊと補正する。方法。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）成形手段によりセラミックス粉末を成形してセラ
ミックス刃物を製造する方法において、セラミックス粉
末と有機結合剤とを混練して成形材料を生成し、この成
形材料を用いて成形を行い、前記成形時に刃立て面を有
するエッジを形成し、その後脱脂、焼結を行い、次に焼
結品の前記エッジを形成する刃立て面以外の面を研磨仕
上げすること、を特徴とするセラミックス刃物の製造方法。
（２）セラミックス等の金属粉末成形品の焼結に際し、焼結工程中のサンプルをテレビカメラ等の視認装置や非
接触の測長手段により焼結品の寸法を測定し、このとき
算出される単位時間当たりの寸法変動や寸法から算出可
能な因子の単位時間当たりの変動を求め、その値があら
かじめ設定された値以外となったときに焼結が完了した
と判断して降温すること、を特徴とするセラミックス等粉末焼結品の製造方法。