JPS5871095A - 刃物 - Google Patents

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】 本発明は刃物に関し、さらに詳しくは、ジルコニア焼結
体からなる工業用または民生用の刃物に関する。

工業用、民生用を問わず、各種刃物には、よく切れ、し
かも切れ味の低下が極力少ないこと、耐食性があること
、耐摩耗性があり、しかも機械的こと、といった特性が
要求される場合も多々ある。

工業用刃物は、従来、そのほとんどが炭素鋼。

高速度鋼１合金などの、いわゆる金属ア作られている。

これら金属製の工業用刃物は、かえりを発生しやすいの
で刃立てが難しいという点嬬あるが。

総じて初期の切れ味はよい。しかし、金属は硬度が低い
のですぐ切れなくなってしまう。また、使用中の温度上
昇に伴う金属特有の焼戻し作用によっても切れ味が大幅
に低下する。さらに、硬度が低いことから耐久性という
点でも問題がある。また、一般に金属は水、酸、アルカ
リのいずれに対しても弱いので、耐食性が大幅に劣る。

一方、民生用刃物は、従来、そのほとんどが炭素鋼製ま
たはステンレス鋼製である。そして、民生用刃物に要求
される特性は、その程度に７おいては工業用刃物に要求
されるそれほどはきびしくない。しかし、金属製である
以上、これら民生用刃物もまた。゛程度の差はあれ上記
工業用刃物と同様の欠点をもっている。もつとも、ステ
ンレス鋼製のものは、錆びる心配がないとへいう点では
有利であるが、その切れ味は炭素鋼製のものにくらべて
大幅に劣る。

このように、金属製の刃物にはいずれも−長一短がある
。そこで、近年になって、立方晶系の結晶構造のジルコ
ニア（以下立方晶ジルコニアという）と、正方晶系の結
晶構造のジルコニア（以下正方晶ジルコニアという）と
からなるジルコニア焼結体製の刃物、あるいは上記立方
晶および正方晶ジルコニアに加えてさらに単斜晶系の結
晶構造のジルコニア（以下単斜晶ジルコニアといつ）全
共存せしめてなるジルコニア焼結体製の刃物が。

上述した金属製刃物の欠点を有しないものとして注目さ
れるようになってきた。

本発明者は、よく切れ、しかも切れ味の低下が少ない、
耐食性がある。耐摩耗性があシ、しかも機械的強度が高
くて耐久性がある。耐熱性がある。

清浄化が容易である。といった優れた特性をもっている
上記ジルコニア焼結体＃イ刃物について検討した結果１
％定の結晶構造のジルコニアを特定の割合で含んでいる
ものは、上述した特性１％に機械的強度が大幅に高くな
シ、ひいては耐久性が向上することを見い出したもので
ある。すなわち。

本発明は機械的強度の高いジルコニア１焼結体製刃物を
提供することを目的とするもので、かかる目的は工業用
または民生用の刃物であって、かつその刃物は、少なく
とも５０モル゛チの正方晶系の結晶構造のジルコニアを
含むが単斜晶系の結晶構造のジルコニアは実質的に含ま
ないジルコニア焼結体からなることを特徴とす乏刃物に
よって達成される。

本発明において工業用または民生用刃物とは。

以下において説明するようなもので１手術用メスや前刃
の如き医用器具として使用する刃物は含まない。

工業用刃物：繊維工業、製紙・・２ルプ工業０石油化学
・合成樹脂工業１段ボール ・紙器工業、製鋼・金属工業、ノ・ −ドボード・合板工業等の諸工業 において使用するカッ、′夕、ナイフ グレード、シャー、トリーマ、ス リッタ、はさみ、鋸などの刃物。

一例をあげると、繊維工業におけ る糸条巻取機や織機用の糸カッタ や糸切はさみ、製紙・パルプ工業 におけるリファイナ用のブレード。

リワインダ用のトップおよびホト ムスリッタ、カッタ用のロータリ ーおよびベットナイフ、カッタ用 のト／ツブおよびボトムスリッタ。

ギロチングマシンやチッパマシン 用のナイフ、コータマシン用のコ ータブレード、抄紙機用のドクタ ブレード、製鋼・金属工業におけ るホットロールミル川のロータリ ーシャープレイドやサイトドリー マ、ロータリーシャー用のサーキ ュラーナイフ、アングルカッタ用 のシャープレード、コールドスト リップ用のサイトドリーマやアラ プカットシャー、ジャリングマシ ン用のシャープレイド、段ポール ・紙器工業におけるコルゲートマ シンやプリンタスロッタ用のカッ タナイフ、ロータリーカッタやロ ータリースリ・ツタ用のスリッタや カッタナイフ、石油化学・合成樹 脂工業におけるペレタイザやタイ ミンクｌシン、用のロータリーおよ びベットナイフ、アンダウオータ グラニユレータ用のカッタナイフ。

グラニユレータ用のロータリーお７、 よびベットナイフ、ストランド力 ッタ用のスリッタおよびコームプ レート、フィルムスリッタ用のス　゛ リッタ、のようなものである。

民生用刃物：包丁類（菜切シ包丁、出刃包丁。

刺身包丁、牛刀、ベテイナイフ。

鎌型包丁、中華包丁、肉切シ包丁。

薄刃包丁など）、はさみ類（洋は さみ、料理はさみ、裁はさみ、採 果はさみ、生花はさみ、剪定はさ み１紙はさみ、金切りはさみなど）。

ナイフ類（紙ナイフ、シーナイフ。

登山すｆフ、切出しナイフなど）。

おの、なた、木工や金属細工用の 鋸など、主として家庭用または業 務用として使用する刃物。

本発明をさらに詳細に説明するに９本発明の刃物は、そ
の全体、または刃部（たとえば、取付部または把手部と
刃部とを有するものにおいては。

その刃部）がジルコニア焼結体からなっている。

上記ジルコニア焼結体は、正方晶ジルコニアか。

または正方晶ジルコニアと立方晶ジルコニアとが共存し
ていて、かつ正方晶ジルコニアが全体に対して５０モル
チ以上であるようなものである必要がある。かつまた、
上記ジルコニア焼結体は単斜晶ジルコニアを実質的に含
まないものであることが必要である。換言すれば、上記
ジルコニア焼結体は、少なくとも５０モルチの正方晶ジ
ルコニアを含むが、単斜晶ジルコニアは実質的に含まな
いものであるということができる。本発明において。

単斜晶ジルコニアを実質的に含まないということは、上
記ジルコニア焼結体がもし単斜晶シルコニ１註 ジルコニア焼結体が少なくとも５０モルチの正方晶ジル
コニアを含んでいると．焼一体が外力を受けた場合に正
方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が十分に起こり
，この変態に必要なエネルギーが応力を緩和する方向に
働くので，十分に高い機械的強度を得ることができるの
である。そのため、特に高い機械的強度を要求される工
業用刃物の場合には，さらに多量の正方晶ジルコニア。

好ましくは７０モルチ以上の正方晶ジルコニアを含んで
いるような焼結体を使用するとよい。

ジルコニア焼結体中に立方晶ジルコニアが共存している
と．立方晶ジルコニアは，ジルコニアの結晶構造のなか
で熱に対する安定性が最も高いので．刃物の熱的安定性
が向上する。しかし１本発明はこの立方晶ジルコニアを
含むことを必須の要件とするものではない。

ジルコニア焼結体が単斜晶ジルコニアを含んでいるとい
うことは．単斜晶ジルコニアの周囲または近傍に．正方
晶系から単科晶系への結晶構造の変態によるマイクロク
ラックを生じているということである。このような焼結
体が外方を受けると。

マイクロクラックを起点とする破壊が進行するので，焼
結体の機械的強度は，はなはだ低いものとなる。それゆ
え１本発明においては，単斜晶ジルコニアを実質的に含
まない焼結体を使用している。

上記において．正方晶および単斜晶ジルコニアの量は次
のようにして求める。

すなわち、正方晶ジルコニアの量については。

まず研磨したジルコニア焼結体の表面をガイガーカウン
タによる自動記録式Ｘ線回折装置を用いて分析し，立方
晶ジル；ニア（４　０　０）面，正方晶ジルコニア　（
０．０４）面および正方晶ジルコニア（２　２　０）面
の回折パターンをチャート上に記録する。次に．上記チ
ャートから立方晶ジルコニア（４　０　０）面の回折ピ
ークの面積強度を求め．さらにこの面積強度を，同じく
チャート上から読み取った立方晶ジルコニア（４　０　
０）面の回折角θを用いてローレンツ因子Ｌ〔ただし＋
　Ｌ＝　（１　＋Ｃ０８２２θ）／ρｎ２θ・ＣＯＳθ
〕で除し．立方晶ジルコニア（４００）面の回折線強度
Ａを求める。全く同様に，チャート上から読み取った正
方晶ジルコニア（０　０　４）面のピークの面積強度お
よび回折角と．正方晶ジルコニア（２　２　０）面の面
積強度および回折角から。

正方晶ジルコニア（０　０　４）面の回折線強度Ｂと正
方晶ジルコニア（２　２　０）面の回折線強度Ｃを求め
。

これらの値を次式に代入し°て正方晶ジルコニアの量Ｃ
Ｔ（モルチ）を算出する。

ここにおいて、Ｘ線回折にあたっては，上記各結晶面の
回折ピークがチャート上で重なり合わないような回折条
件を設定するのが好ましい。この点に関して１本発明者
は，Ｘ線源としてニッケルフィルタ付の銅管球を用い．
管電圧および管電流をそれぞれ２４ＫＶ，１０ｍＡとし
たとき．レートメータの時定数を４秒，ゴニオメータの
回転速度を０、２５度／分．チャートスピードを２０ｍ
ｍ／分とすれば好ましいことを確認している。

ところで、上記方法は、いわゆる簡便法であって、厳密
にはこれによって正方晶ジルコニアの量（モル％）が求
まるわけではなく、算出値をさらに補正することが必要
である。しかし、補正後の値ゆお、Ｅゎ。値よりう変ゎ
シはヶい。ア１本発′１１ｃオイテｉｄ、上記（１）式
による値がジルコニア焼結体中の正方晶ジルコニアの量
（モル％）を表しているものとみなしている。

すなわち、上記方法は、ロナルド・Ｃ・ガルビイ　（Ｒ
ｏｎａｌｄ　Ｃ，Ｇａｒｖｉｅ　）　　らがジャーナＡ
／、オブ・ザ・アメリカン・セラミック・ソザエティ、
ＶＯＩ。

５５、鳩６．゛第３０３〜３０５頁、、１’９７２年６
月。

で報告している多形法（Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　）に準拠したものであるが、この多形法において
は、正方晶ジルコニアは高温になると卒方晶ジルコニア
に変態するが、かかる変態において、正方晶ジルコニア
の（ＯＤ　４）面と（２２０）面は立方晶ジルコニア（
４Ｄ　Ｏ）面から分離したものであるから、立方晶゛ジ
ルコニア（４００）面の回折強度は正方晶ジルコニアの
（００４）面の回折強度と（２２０）面の回折強度との
和に等しいものと仮定して上記（１）式をたてている。

そして、正方晶ジルコニア粉末と立方晶ジルコニア粉末
とを種々のモル比で混合してなる幾種類かＩ標準試料た
ついてＸ線回折を行い、その回折パターンのピークから
、上記簡便法と同様、ローレンツ因子で補正した立方晶
ジルコニア（４００）面、正方晶ジルコニア（００４）
面および（２２０）面の回折線強度を求め、それらの値
を上記（１）式に代入して算出した値〜を縦軸とし、全
体に対する正方晶ジルコニアの量（モル％）を横軸とす
る検量線を作成し、この検量線上に、正方晶ジルコニア
の量が未知であるジルコニア焼結体について同様にして
算出した値をプロットすることによって、そのジルコニ
ア焼結体中の正方晶ジルコニアの量（モル％）を求める
。本発明者は。

このようにして求めた値と、検量線は用いないで。

ｊ記（１）式によって直接求めた。いわゆる゛簡便法に
よる値とを比較した結果１両者の値はほぼ一致していて
大差ないことから、簡便法による値がその鬼 ままジルコニア焼結体中の正方晶ジルコニアの量（モル
％）を表しているものとみなしている。

一方、単斜晶ジルコニアの量も、正方晶ジルコニアの場
合と全く同様に、簡便法を用いて下記（２）式によって
求める。

ただし、ＣＭ：単斜晶ジルごニアの量（モルチ） Ｄ：正方晶ジルコニア（１１１）面 の回折線強度 Ｅ：単斜晶ジルコニア（１１１）面 の回折゛線強度 Ｆ：単斜晶ジルコニア（１１１）面 の回折線強度　　　　− 上記のようなジルコニア焼結体は、好ましくは０．２〜
５（μ）、さらに好ましくは０．２〜１　（Ｊｉ）の平
均結晶粒子径を有する。すなわち、平均結晶粒子径が上
記範囲にあるということは′結晶が緻密であるというこ
とであり、より一層高い機械的強度の刃物を得ることが
できる。

同様に、さらに高い機械的強度の刃物を得るために、ジ
ルコニア焼結体の気孔率は３％以下であるのが好ましい
。さらに好ま、しい気孔率は、１％以下である。ここに
おいて、気孔率は次式で表されるものである。

ただし、Ｐ：気孔率（４） 上記のようなジルコニア焼結体は、ジルコニアにイツト
リア、カルシア、マグネシアなどの安定化剤を固溶させ
ることによって得ることができる。

なかでも、比較的低温での焼結が可能であるために結晶
粒子径を小さくすることができ、結晶を緻密にできてよ
り一層高い機械的強度の焼結体を得ることができるとい
う点で、イツトリアやカルシアを用いるのが好ましい。

その場合、イツトリアにあっては全体に対して１〜５（
モル％）程度固溶させればよく、カルシアにあっては１
〜）９（モルチ）程度でよい。もちろん、イツトリアと
カルシアとを併用してもよいが、その場合には、上記範
囲内で、かつ両者の和が２〜１０（モル％）になるよう
にするのが好ましい。

本発明の刃物は、たとえば次のようにして製造する。

すなわち、まずジル占ニア粉末とイツトリア粉末、また
はジルコニア粉末とイツトリア粉末と力る仮焼、粉砕を
繰り返し行って得た原料粉末をラバープレス法、金型成
形法などの周知の成形方法によって所望の刃物の形状に
成形し９次いでこの成形体を２０〜１００’（℃／時）
の昇温速度で１５００〜１６５０　（℃）！で加熱し、
かかる温度下に数時間保持して焼成した後２０〜１８０
（℃／時）の速度で８００℃程度まで徐冷し、さらに室
温まで冷却してジルコニア焼結体を得る。

このようにして得た。所望の刃物の、形状をしたジルコ
ニア焼結体の表面を研削加工し、さらにホーニング加工
やラツビン′グ加工によって刃立てをする。

上記において、刃物の用途によっては、原料粉末から薄
いシートを成形し、そのシートを打抜き加工したものを
焼成するよ□うにしてもよい。また。

成形体を上記温度条件よシもやや低い１３００〜１６０
０（℃）で焼成した後、５００〜１００”（聴／■２）
の圧力下で１２００〜１５５０（℃）で焼結する。いわ
ゆる熱間静水圧焼結法を用いると、結晶をよシ緻密にす
ることができて刃物の機械的強度が一層高（なる。

以上説明したように１本発明の刃物上、少なく−とも５
０モルチの正方晶系の結晶構造のジルコニアを含むが単
−斜晶系の結晶構造のジルコニアは実質的に含まないジ
ルコニア焼結体からなるものである。かかる焼結体が外
力を受けた場合には、正方晶系から単科晶系への結晶構
造の変態が十分に起こシ、この変態に必要なエネルギー
が応力を緩和する方向に働くこと、単斜晶ジルコニアに
よるマイクロクラックが実質的に存在せず、マイクロク
ラックを起点とする破壊の進行が実質的に起こらないこ
とからして６機械的強度、入とえばしん性や破壊強度が
大幅に向上し、耐久性も大幅に向上する。かつ、よく切
れ、しかも切れ味の低下が少ない、耐食性がある。耐熱
性がある。清浄化が容易であるとい゛つたジルコニア焼
結体製の刃物に個有の特長は、従来品にくらべて優ると
も劣らない。

本発゛明の上述したような特長は、ジルコニア焼結体の
平均結晶粒子径が０．２〜５（μ）であり、および／ま
たは気孔率が３チ以下であるような場合には一層顕著で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工業用または民生用の刃物であって、かつその　　゛刃
   物は、少なくとも５０モル−の正方晶系の結晶構造のジ
   ルコニアを含むが単斜晶系の７結晶構造のジルコニアは
   実質的に含まないジルコニア焼結体からなることを特徴
   とする刃物。