KR20010049381A

KR20010049381A - 식칼 등 이기의 다이아몬드 또는 시비엔이 배합된 칼날재

Info

Publication number: KR20010049381A
Application number: KR1020000027415A
Authority: KR
Inventors: 기미코 스에다
Original assignee: 기미코 스에다
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-06-15
Also published as: JP2001025585A; JP3641794B2; DE60024175T2; ES2251351T3; EP1070764B1; DE60024175D1; EP1070764A1; KR100389083B1; US6447569B1

Abstract

본 발명은 조리용 식칼 기타 생물의 조직이나 세포 등을 잘라내는데 사용하는 칼붙이에 있어서, 절단성과 그 지속성이 모두 큰 칼날재를 제공하는 것으로서, 입경 100㎛ 이하의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 절단재로 하고, 이를 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자의 매트릭스(매체)로서의 순 티탄 입자 등과 함께 소결시킨 소결물에 칼날 부착 가공을 실시하여 이루어지는 칼날재이다. 입경 100㎛ 이하의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자가 칼날 부착 가공된 후는 칼날 끝에 대략 일선상으로 배열 고정되어 있으므로, 우수한 절단성과 그 절단성의 지속성이 뛰어남과 동시에, 고가의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자의 배합은 칼날 끝과 칼날 끝 직근 부위만으로 국한하는 것이 가능하므로, 우수한 특성을 가지는 칼붙이를 낮은 비용으로 제공할 수 있다.

Description

식칼 등 이기의 다이아몬드 또는 시비엔이 배합된 칼날재{Blade materials containing diamond or cubic boron nitride particles for sharp-edged tools such as a knife}

본 발명은 첫째로 조리용 식칼, 가위, 면도기 그 이외에, 주로 생활용 각종 이기 및 그 칼날재에 관한 기술분야에 속하는 것이다. 본 발명은 둘째로 분말 야금법에 의해 생산되는 칼붙이 및 칼날재에 관한 기술분야에 속하는 것이다. 본 발명은 셋째로 티탄 또는 티탄 합금을 주요 소재의 하나로서 이용하는 칼붙이 및 그 칼날재에 관한 기술분야에 속하는 것이다. 또한 본 발명은 네째로 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 생물의 조직 및 세포의 절단재로서 이용하는 이기 및 그 칼날재에 관한 것이다.

상기와 같은 각종 이기로는 옛부터 탄소강을 소재로 하는 것이 널리 보급되어 왔는데, 최근에는 스텐레스강제 및 여기에 몰리브덴, 바나듐 등의 특수 금속을 첨가한 소위 특수 스텐레스강을 칼날재로 하는 것이 보급품에 추가되게 되었다. 또한 분말 야금 기술의 향상에 따라, 지르코니아 세라믹이나 티탄 합금을 칼날재로 하는 식칼 등도 가게에 나타나게 되었다.

그런데, 상기와 같은 각종 칼붙이에 우선 요구되는 특성은 절단성이 양호한 것이다. 이와 동시에 그 절단성이 가능한한 장기간 지속되는 것이다. 종래, 칼붙이 업계의 상식으로 경도가 높은 소재일수록 절단성이 장기간 유지된다고 생각되어 칼날재의 고경도화가 연구의 주체가 되었었다.

그러나, 본 발명자의 연구에 의해, 칼붙이의 절단성의 우수함은 칼날재, 특히 칼날 끝 칼날재의 경도에 깊은 관계가 있지만, 절단성의 지속성과 칼날재의 경도와는 직접적인 관계가 없는 것을 알았다. 즉, 예를들면 지르코니아 세라믹의 칼날재는 HV경도가 1200 이상으로, SUS 강 그 이외의 특수 합금강의 경도의 상한치인 HV경도 700정도에 비해 휠씬 고경도이지만, 칼날이 잘 망가져 절단성의 지속성을 기대하는데는 무리가 있다. 또한, 강계 재(鋼系材)에 대해서도 열처리에 의해 HV경도를 700 이상으로 한 것은 세라믹의 경우와 마찬가지로 칼날이 잘 망가져 곤란하게 된다. 즉, 절단성의 지속성의 문제는 칼날재의 경도보다도 오히려 칼날재의 인성 또는 탄성에 깊은 관계가 있는 것이다.

본 발명자는 식칼, 그 이외의 이기의 특성에 대한 상기 사정을 감안하여 칼붙이의 우수성과 그 지속성을 양립할 수 있는 수단을 추구하여 그 성과를 얻을 수 있었다.

도1은 본 발명에 관한 칼날재의 칼날 끝을 확대한 정면을 도시하는 개념도,

도2는 본 발명에 관한 칼날재의 일 응용예의 확대 단면도,

도3은 칼날재의 굴곡저항 강도 측정의 측정 장치 및 시료의 단면을 도시하는 개념도,

도4는 본 발명에 관한 칼날재의 일 사용예를 도시하는 커터 나이프 칼날의 확대 단면도,

도5는 본 발명에 관한 칼날재의 다른 응용예를 도시하는 식칼의 칼날 확대 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

M : 칼날 끝 D : 다이아몬드 입자

T : 칼날끝 두께 C : 정반

A : 시료 P : 하중

a : 하중용 환봉 b1, b2 : 지지용 환봉

B1, B2 : 칼날판부 K1, K2 : 본 발명의 칼날재

t1, t2 : 칼날재의 칼날 높이 d1, d2 : 칼날판부의 두께

d3 : 칼날재의 두께

본 발명은 조리용 식칼, 휴대 나이프, 가위, 면도기 등의 각종 이기의 칼날재에 있어서, 이 칼날재에는 동식물의 세포나 조직 등을 절단하는 절단재로서 적당량의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자가 배합되어 있다. 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자의 입경은 100㎛을 넘어서는 안된다. 이 칼날재에는 동시에 순 티탄 입자 또는 순 티탄 50중량% 이상을 포함하는 티탄 합금 입자가 배합된다. 이들 순 티탄 또는 티탄 합금은 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자의 매트릭스(매체)로서 기능하게 된다. 또한, 상기한 칼날재는 상기한 순 티탄 입자 또는 티탄 합금 입자와 함께 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 배합하여, 적어도 목적으로 하는 칼붙이의 칼날 끝 부분에 상당하는 형상으로 압축성형한 다음에, 적당한 온도에서 소결시키고, 또한, 얻어진 소결물의 상기한 칼날 끝 부분에 상당하는 부분에 칼날 부착 가공을 실시한 것이다.

종래, 식칼, 나이프 그 이외에 상기와 같은 이기의 분말 야금법에 의한 칼날재의 성분으로서 다이아몬드 또는 CBN이 배합된 것은 없었다. 이것은 다이아몬드나 CBN이 단순히 고가이기 때문이 아니라, 이 물질이 지나치게 경질이므로 날을 갈기가 힘들어, 이기의 제조, 판매 업자가 이에 관심이 없었기 때문이라고 생각된다. 단, 석재나 콘크리트 등의 절단 등에 이용되는 휠 커터 블레이드에는 강옥(corundum) 등의 연마재와 함께 사용되는 예는 있지만, 이것은 다이아몬드나 CBN 의 절단력을 이용한 것이 아니고, 경질 무기물에 대한 다이아몬드 또는 CBN의 강력한 마쇄력을 이용한 것으로서, 경질물의 마쇄와 생물 조직이나 세포의 절단 또는 전단과는 이용목적 및 이용의 물리적 형태로 봐서 관계가 없다.

본 발명에 있어서, 도1을 참조하면, 칼날재에 배합되는 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자(D)의 입경은 상기와 같이 100㎛ 이하이다. 그 이유는 칼날 부착 가공후의 칼날 끝에는 입경 100㎛ 이하의 크고 작은 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자(D)가 좁은 범위내에서 대략 일선상으로 배열되고, 따라서 이들 입자(D)가 칼날끝(M)의 두께(T)를 결정하므로, 입경이 100㎛를 넘으면, 연질)의 식품재료 등에 대한 절단성이 양호하지 않기 때문이다.

본 발명에서, 칼날재에 배합되어 있는 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자의 배합 비율은 칼붙이의 칼날 끝에 의해 절단되는 식품재료 그 이외의 종류에 따라서도 다르지만, 일반적으로 칼날재의 전중량에 대해 5∼50중량% 정도가 적당하다. 5중량% 미만에서는 절단성이 불충분하고, 또한 50중량%를 넘으면 매트릭스인 순 티탄 또는 상기한 티탄 합금의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자에 대한 파지력(붙잡는 힘)이 불충분해지기 때문이다.

상기한 바와같이, 본 발명에 의하면, 칼날재에는 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자에 대한 매트릭스로서 순 티탄 입자 또는 순 티탄 50중량% 이상을 포함하는 티탄 합금이 포함되어 있다. 이 티탄 합금 1, 2의 예로는 6Al 4V 합금분말 이나 순 티탄분말 50.1중량%, Ni분말 49.9%의 합금분말 등을 들 수 있다. 특히 Ni분말을 포함하는 Ti합금분말은 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자에 대한 매트릭스로서 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자에 대해 큰 친화력을 발휘한다. 또한, Ti 합금분말은 미리 니켈 코팅을 실시한 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자로의 친화력이 매우 크다.

본 발명에 의해 해결해야 할 과제의 하나로서, 상기와 같이 절단성의 지속성의 향상을 들었는데, 상기한 각종 칼붙이에 있어서 절단성의 지속성이 나빠지는 원인은 미세한 칩핑(칼날 망가짐)으로, 특히 본 발명과 같이 분말 야금법에 의해 생산되는 칼날재에 있어서, 칩핑이 일반적으로 현저하다고 말할 수 있다. 이와같은 미세한 칩핑이 발생하는 것은 소결된 칼날재에 칼날 부착한 칼날 끝부의 인성이 비교적 약한 것이 그 원인이다. 이 인성은 물체의 굴곡 저항력의 값의 대소에 따라 수량적으로 측정하는 것이 가능하므로, 본 발명자는 도3에 도시하는 것과 같은 장치에 의해 시료(A)가 구부려저 손상될 때의 하중(P)의 평균치를 측정한 바, 약 4.0㎏/㎣였다. 또한 상기 시료를 달구어서 단압(鍛壓; 단조 프레스)한 시료에 대해 동일한 방법으로 측정한 바, 하중(P)의 평균치는 약 6.0㎏/㎣였다. 단, 시료(A) 작성시의 티탄 합금분말은 하기한 칼날재의 조성의 (예1)에 게재한 것이다. 한편, 시판되고 있는 지르코니아 세라믹제 식칼의 굴곡저항 강도는 약 3.0㎏/㎣이므로, 본 발명에 관한 칼날재는 지르코니아 세라믹제 식칼의 칼날재의 약 1.3 내지 2배이고, 따라서 칼붙이를 동일한 조건에서 사용해도 칼날 망가짐이 현저하게 적고, 이에 기인하여 절단성이 지르코니아 세라믹제 식칼보다 훨씬 길게 지속되는 것이 이해될 것이다.

상기한 대로 본 발명에 의하면, 절단재인 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자의 유지 매체(매트릭스)로서 순 티탄 입자, 또는 순 티탄 50중량% 이상을 포함하는 티탄 합금 입자가 배합된다. 상술한 굴곡저항력 테스트에 이용한 본 발명에 관한 칼날재의 1, 2의 예의 조성은 다음과 같다. 즉,

(예1)

칼날재 4.245g(100중량%, 체적률 100%) 중

다이아몬드분말 0.875g(21중량%, 체적률 25%)

혼합 합금분말(순 Ti분말 : 6Al 4V 합금분말 = 9:1의 혼합분말)

3.37g(79중량%, 체적률75%)

(예2)

상기한 (예1)에서 혼합 합금분말의 조성 중량비를 다음과 같이 한 것.

순 Ti분말 : Ni분말 = 50.1 : 49.9

단, 이 경우의 칼날재 전량에 대한 혼합 합금분말의 체적률은 75%이다.

지금까지, 본 발명의 칼날재에 포함되는 조성물의 종류 및 배합 비율에 대해 약간의 예를 들어 설명했는데, 본 발명에 의하면, 이와같은 조성물을 원하는 형태로 충전하여 압축 성형한 다음, 진공로 또는 불활성 가스로 중에서 소결시켜, 이 소결물에 칼날 부착 가공을 실시하여 제품으로 한다. 이 경우의 소결 온도로는 다이아몬드나 CBN 및 혼합 티탄 합금의 변성을 피하는데 필요한 온도로서, 통상 1300℃이하가 적당하지만, 노체의 구조 그 이외의 조건에 따라 약간 다른 것으로 생각된다.

도4에 도시한 것은 본 발명에 관한 칼날재의 하나의 응용예로서의 페이퍼 커터 나이프의 단면도로, 두께(d1)가 1.5㎜인 칼날판부(B1)에 대한 다이아몬드가 들어간 칼날재(K1)의 칼날높이(t1)는 10㎜이다. 칼날판부(B1)의 조성은 순 티탄 또는 상기한 티탄 합금으로, 칼날판부(B1)는 칼날재(K1)와 동시 성형 및 소결에 의해 형성되며, 칼날재(K1)의 칼날 끝 부분에는 칼날 끝 각 15도의 칼날 부착 가공이 실시된다.

도5에 도시한 것은 본 발명에 관한 다른 하나의 응용예로, 도2는 그 선단부 확대도이다. 두꺼운 칼날의 조리용 식칼의 단면을 도시하고 있다. 두께(d2)가 3㎜인 칼날판부(B2)에 대한 칼날재(K2)의 날 높이(t2)는 10㎜이지만, 칼날재(K2)의 두께는 0.3㎜로 매우 얇다. 칼날재(K2)의 단면은 칼날 끝부에 칼날 부착 가공후는 도시하는 것과 같이 대략 사다리꼴이다. 도시하는 테이퍼면의 경사각은 6도, 칼날끝각은 상기 예와 동일하게 15도이다. 도시하는 것과 같은 날이 두꺼운 조리용 식칼의 생산에 있어서는 10㎜×0.3㎜의 장방형 단면의 상기한 다이아몬드가 들어간 칼날재(K2)를 칼날판부(B2)의 조성물인 순 티탄분말 또는 상기와 같은 티탄 합금분말과 함께 성형형으로 장입하여 성형 및 소결시킨 다음, 칼날끝 부분에 상당하는 부분에 칼날 부착 가공한다.

또한, 본 발명에 관한 칼날재는 상기한 바와같이, 입경 100㎛이하의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 순 티탄 입자만, 또는 50중량% 이상의 순 티탄 입자를 포함하는 티탄 합금 입자와 함께 성형, 소결시킨 소결물에 칼날 부착 가공을 실시한 것이다. 따라서, 순 티탄 또는 상기 티탄 합금이 소결시에 있어서 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 강력하게 확보하는 매트릭스(매체)로서 기능한다.

노로부터 꺼낸 소결물에 칼날 부착을 행할 시에는, 상기한 매트릭스에 유지되어 있는 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 가능한한 탈락시키지 않기 위해, 보통의 금속칼붙이의 칼날 부착 가공에 사용되는 숫돌재를 이용해야한다. 이렇게 하여, 칼날 부착 가공 후의 칼날 끝에는 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자가 대략 최대폭 100㎛ 이하의 범위에서 일선상으로 배열 고정되어, 이들 다이아몬드 입자가 각각 생물 조직이나 세포를 잘라내는 절단재가 되므로, 특수강이나 세라믹 칼붙이보다도 한층 예리한 칼붙이를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기와 같이 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자 상호의 중간에는 이들 입자의 매트릭스로서 순 티탄 또는 상기와 같은 티탄 합금의 소결물이 존재하고, 이 소결물의 굴곡저항 강도는 세라믹보다 현저하게 크므로, 칼붙이를 사용할 시에 칩핑 등의 작은 칼날 망가짐이 발생하는 기회가 적고, 이 때문에 상기한 예리성 지속시간은 소결시킨 강제, 특수 합금강제 또는 세라믹제 칼붙이와 비교하여 매우 길다.

이렇게 하여, 본 발명에 관한 칼날재는 당연히 잘 녹슬지 않고, 경량일 뿐만 아니라, 사용초부터 매우 절단성이 양호하고, 또한, 그 절단성의 지속성은 기존의 어떠한 칼날재보다 우수하다. 또한, 본 발명의 칼날재는 상기한 바와같이 상당량의 순 티탄 또는 티탄 합금을 포함하므로, 상기 게재의 응용예와 같이 식칼 등의 칼날판부에 본 발명의 칼날재와 동질인 순 티탄 또는 티탄 합금을 사용하여 칼날판부를 형성하고, 동시에 칼붙이의 칼날 끝 부분에만 본 발명의 작은 치수의 칼날재로 함으로써 상기와 같이 양호한 절단성과 절단성의 지속성에서 탁월하게 우수한 칼붙이를 낮은 비용으로 제공하는 것이 가능하다.

Claims

입경 100㎛이하의 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자를 순 티탄 입자 또는 순 티탄 50중량% 이상을 포함하는 티탄 합금 입자와 함께 압축 성형한 다음에 소결시킨 소결물에 칼날 부착 가공을 실시함으로써, 상기 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자가 대략 일선상으로 배열 고정된 칼날 끝을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 식칼 등 이기의 다이아몬드 또는 CBN 입자가 배합된 칼날재.