特許 6789319 刃物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6789319

(24)【登録日】2020年11月5日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】刃物

(51)【国際特許分類】

   B26B 9/00 20060101AFI20201116BHJP

【ＦＩ】

   B26B9/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-559540(P2018-559540)

(86)(22)【出願日】2017年12月26日

(86)【国際出願番号】JP2017046770

(87)【国際公開番号】WO2018124127

(87)【国際公開日】20180705

【審査請求日】2019年6月6日

(31)【優先権主張番号】特願2016-250530(P2016-250530)

(32)【優先日】2016年12月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104318

【弁理士】

【氏名又は名称】深井 敏和

(72)【発明者】

【氏名】西原 孝典

【審査官】 山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１１０５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０１２０１２４９（ＣＮ，Ｙ）

【文献】 特開２０１２−２０１８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８４３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１９０３４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１２０８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０６３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２６Ｂ １／００ − １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１側面と第２側面とを有する刀身を備える刃物であって、
前記刀身はジルコニアを主成分として含み、
前記第１側面と前記第２側面との稜辺部を少なくとも含む切刃領域を備え、
前記第１側面のうち前記切刃領域を含む部分を第１切刃面とし、前記第２側面のうち前記切刃領域を含む部分を第２切刃面としたとき、
前記第１切刃面におけるジルコニアの立方晶の割合が、前記第２切刃面におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きく、
前記第１側面は黒色であり、前記第２側面は白色である刃物。

【請求項2】

前記第１側面におけるジルコニアの立方晶の割合が、前記第２側面におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きい請求項１記載の刃物。

【請求項3】

前記第１切刃面は前記第２切刃面よりも硬度が高いことを特徴とする請求項１または２記載の刃物。

【請求項4】

前記第１側面は前記第２側面よりも硬度が高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の刃物。

【請求項5】

前記刀身は、前記第１側面を含む層状の第１部分と、前記第２側面を含む第２部分とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の刃物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、刃物に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば特許文献１に記載されているような、ジルコニアを主成分とするセラミックスからなる刀身を有する刃物が用いられている。ジルコニアを主成分とするセラミックスからなる刀身を有する刃物では、金属製の刀身を有する刃物で問題となる錆び等の発生がなく、また硬度が高いので切れ味が長持ちするといった利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−８９６２０号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示は、第１側面と第２側面とを有する刀身を備える刃物である。前記刀身はジルコニアを主成分として含み、前記第１側面と前記第２側面との稜辺部を少なくとも含む切刃領域を備える。そして、前記第１側面のうち前記切刃領域を含む部分を第１切刃面とし、前記第２側面のうち前記切刃領域を含む部分を第２切刃面としたとき、前記第１切刃面におけるジルコニアの立方晶の割合が、前記第２切刃面におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きい。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本開示の刃物の一実施形態の側面図である。

【図2】図１に示す刃物の正面図である。

【図3】図２に示す刃物の一部の拡大断面図である。

【図4】本開示の刃物の一例の刃先の電子顕微鏡写真像である。

【図5】ジルコニア焼結体に対して部分的に電子ビームを照射した試験体について、結晶構造を測定した結果のＸＲＤパターンであり、（ａ）は電子ビームを照射した部分、（ｂ）は電子ビームを照射していない部分の測定結果を示している。

【図6】本開示の刃物について紙切り試験を行なった結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0006】

以下、本開示の実施形態に係る刃物について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、図面上の寸法比率などは現実のものとは必ずしも一致していない。

【0007】

＜刃物＞
以下、本開示の実施形態に係る刃物について、図面を参照して説明する。図１〜図３に示すように、本実施形態の刃物１は、第１側面１１と第２側面１２とを有する刀身１０を備える。刀身１０はジルコニアを主成分として含み、第１側面１１と第２側面１２との稜辺部１４を少なくとも含む切刃領域２０を備える。そして、第１側面１１のうち切刃領域２０を含む部分を第１切刃面２１とし、第２側面１２のうち切刃領域２０を含む部分を第２切刃面２２としたとき、第１切刃面２１におけるジルコニアの立方晶の割合が、第２切刃面２２におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きい。

【0008】

刀身１０は、第１側面１１と第２側面１２との稜部にあたる、いわゆる刃先（刃先１６）を備え、図１に示すように、刃先１６と反対側に背部１３（背側峰部・背面稜辺）を備える。刀身１０は、背部１３から刃先１６に向かって厚みが漸減する領域を含んでいる。本実施形態では、この厚みが漸減する領域が、切刃領域２０である。稜辺部１４は、刃先１６から背部１３に向かって５ｍｍ離れた領域までを指す。

【0009】

刀身１０の材質（含有成分および含有量）は、以下のようにして確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ：例えば、ＢｒｕｋｅｒＡＸ社製のＤ８ ＡＤＶＡＮＣＥ）により測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値よりＪＣＰＤＳカードを用いて同定することにより、刀身１０に含まれる成分を確認する。次に、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、刀身１０に含まれる金属成分の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰで測定した金属成分の含有量から、ＸＲＤにより同定された成分に換算する。例えば、ＸＲＤで同定された成分がジルコニアであれば、ＩＣＰで得られたジルコニウム（Ｚｒ）の含有量をジルコニア（ＺｒＯ_２）に換算すればよい。なお、本明細書においては、刀身１０を構成する全成分１００質量％のうち、ジルコニアの含有量が５０質量％より大きい場合を、ジルコニアが主成分という。割れ難さと優れた切れ味との観点によれば、ジルコニアの含有量は７５％以上であることが好ましい。

【0010】

また、成分の同定にあたっては、刀身１０を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ＳＥＭに付設のエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いることにより、推定することができる。具体的には、ＳＥＭで観察した複数の粒子のＥＤＳによる測定において、ジルコニウムと酸素（Ｏ）とが検出されれば、ジルコニアであると推定することができる。ＳＥＭ画像上において、色調が略同じ粒子が主に確認され、これらの粒子において、２０個中１１個において、ジルコニウムと酸素が検出されれば、対象の刀身１０が、ジルコニアが主成分とみなすことができる。

【0011】

ジルコニアの結晶構造は、正方晶に比べて立方晶の方が単位質量あたりの体積が大きい。第２切刃面２２に比べて立方晶の割合が大きい第１切刃面２１は、第２切刃面２２に比べて大きな圧縮強度がかかっており、第２切刃面２２にに比べて硬度が比較的高い。すなわち、刃物１は、刀身１０が、比較的硬度が高い部分（以下、第１部分αと記載する。）を有する第１側面１１と、比較的硬度が低い部分（以下、第２部分βと記載する。）を有する第２側面１２とを備えている。

【0012】

比較的硬度が低い第２部分βは、比較的靭性が高く、外力や衝撃を受けても変形によってこれらを吸収し易い。一方、比較的硬度が高い第１部分αは、硬い物に切れ込む作用（いわゆる切れ味）が比較的高い。

【0013】

厚さが漸減する切刃領域２０は、刃物１による切る作業における切り込み作用に大きく寄与する部分である。刃物１は、第１切刃面２１に、比較的硬度が高い、第１切刃面２１を含む第１部分αを有するため、切れ込みの作用が強い（いわゆる切れ味が鋭い）。また、第２切刃面２２に、比較的硬度が低い部分βを有するため、割れや欠け等の発生が抑制されている。刃物１は、硬い物に切れ込む作用（いわゆる切れ味）が比較的高く、かつ、衝撃等を受けた場合に割れや欠け等が発生し難い。

【0014】

本開示の刃物１は、第１側面１１全体が第２側面１２に比べて立方晶の割合が大きいが、本開示は本実施形態に限定されない。例えば、第２側面１２に比べて立方晶の割合がより大きい領域は、第１側面１１のうち第１切刃面２１のみであってもよく、領域の範囲については特に限定されない。

【0015】

刃物１は、第１側面１１におけるジルコニアの立方晶の割合が、第２側面１２におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きくてもよい。ここで、「第１側面１１における」とは、背部１３から刃先１６に至る範囲の第１側面１１の全体ということである。また、「第２側面１２における」とは、背部１３から刃先１６に至る範囲の第１側面１１の全体ということである。

【0016】

上記構成を満たす刃物１は、第１側面１１が全体として比較的硬度が高いため、比較的高い切れ味が長期間にわたって維持されるとともに、表面が他部材と接触しても傷等が生じ難い。刀身１０の側面の傷等は、対象物を切る際のスムーズさの低減に繋がるが、第１側面１１の全体が比較的硬い刃物１では、スムーズな切れ味が比較的長い期間にわたって維持される。

【0017】

図３に断面図に上記形態の一例を示す。上記構成を満たす刃物１は、第１切刃面２１を含む第１側面１１において、比較的硬度が高い第１部分αが層状に位置している。また、第２側面１２および第１部分α以外の部分が、比較的硬度が低い第２部分βである例を示している。言い換えると、刀身１０は、刃物形状の第２部分βと、第２側面１２の反対側の面に位置した層状の第１部分αとを備えている。本実施形態の刃物１では、外力や衝撃を吸収し易い、刃物形状の第２部分βが大きな体積割合を占めており、外力や衝撃をより吸収し易い。一方で、比較的硬度が高い第１部分αが層状に位置しているので、この薄い第１切刃面２１によって十分に高い切れ味が得られる。

【0018】

上述した通り、第１側面１１におけるジルコニアの立方晶の割合が、第２側面１２におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きくてもよいということは、刃物１は、第１側面１１の全体に第１部分αを有し、第２側面１２の全体に第２部分βを有していてもよいと言い換えることができる。

【0019】

図１に示す本実施形態の刃物１において、その全長Ｈｔ１は、適宜設定することができ、例えば、５ｃｍ以上４０ｃｍ以下に設定することができる。刀身１０の刃渡り（刃の付いている部分の長さ）Ｈｔ２は、用途に応じて適宜設定すればよいが、例えば５ｃｍ以上２０ｃｍ以下に設定すればよい。刀身１０は、刃物１の種々の用途に合わせた形状、大きさに設定される。刀身１０の具体的な形状としては、例えば、出刃包丁、三徳包丁などの和包丁、牛刀などの洋包丁、中華包丁などが挙げられる。なお、刀身１は、包丁の形状に限定される必要はなく、例えば、ナイフ、手術用器具などの形状であってもよい。

【0020】

また、刃物１の全長Ｈｔ１と直交する方向の刀身１０の身幅Ｈｔ３（図２参照）は、刃物１の用途によって適宜設定することができ、例えば、１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定することができる。刀身１０の厚みＨｔ４（図２参照）は、最も厚みの大きい部分で、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。また、刃先１６の幅は２μｍ以上１５μｍ以下に設定されている。第１側面１１を含む第１部分αの厚みは、第１側面１１全体にわたって、厚さが約１μｍ以上１０μｍ以下である。

【0021】

また、本開示の刃物１は、第１側面１１は一般的に黒色と視認される色味をし、第２部分は一般的には白色と視認される色味を有していてもよい。刃物１は、一方の側面は黒色の外観を有し、他方の側面は白色の外観を有する。このように本実施形態の刃物１は、黒色の第１側面１１と白色の第２側面１２とを備えていることにより、従来の刃物とは異なる外観となっている。

【0022】

図１に示すように、刃物１は、刀身１０に加えて柄５を備える。図１に示すように、刀身１０は、一部が中子３Ｅとして柄５の内部に配置されている。柄５を構成する材料としては、例えば、木材、樹脂、セラミックス、金属材料などが挙げられる。樹脂としては、例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエンおよびスチレンの共重合体）、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。金属材料としては、錆にくい材料がよく、例えば、チタン系、ステンレス系などの材料が挙げられる。柄１ｂの長さは、適宜設定することができ、例えば、手で握りやすい形状に構成すればよい。また、柄５の厚みも、適宜設定することができる。柄１ｂの厚みは、中子３Ｅも含めて、例えば、５ｍｍ以上３ｃｍ以下に設定すればよい。

【0023】

＜刃物の製造方法＞
本開示の刃物１の製造方法の一例について説明しておく。まず、セラミックスからなる刀身体を準備する。この刀身体は、刀身１０とほぼ同じ形状および大きさのジルコニア焼結体である。例えば、１〜４モル％のイットリア粉末を含むジルコニア粉末に、アクリル系、ワックス系、またはＰＥＧ系バインダーを２〜１０質量％となるように添加し、顆粒状にする。得られた顆粒を、金型を用いて成形圧力１０００〜１５００ｋｇ／ｃｍ２にて成形し、その後、焼成してジルコニア焼結体を得る。得られたジルコニア焼結体を通常の方法で刃付けし、セラミックスからなる刀身体を得る。

【0024】

上記成形方法は、金型による成形方法以外にも、当業者が通常行なう方法によって成形することができる。例えば、鋳込み成形、可塑成形法（インジェクション法）、ラバープレス法、ホットプレス法など適宜用いることができる。 焼成温度は材料に応じて適宜設定すればよい。ジルコニアの場合、１３００〜１５００℃で行なわれる。焼成後、得られたジルコニア焼結体に対して、必要に応じて、圧力１５００〜２５００ｋｇ／ｃｍ２で２〜５時間保持するＨＩＰ処理を行なってもよい。

【0025】

次いで、このジルコニア焼結体（刀身体）に対して電子ビームを照射する。具体的には、ジルコニア焼結体からなる刀身体の、第１切刃面２１に対応する領域に電子ビームを照射する。本実施形態では、第１切刃面２１を含む第１側面１１全体に対応する、刀身体の側面に電子ビームを照射する。この際、刀身体の反対側の側面、すなわち第２側面１２に対応する面に対しては、電子ビームを照射しない。

【0026】

この電子ビームの照射によりジルコニアを変質させることにより、本開示の刃物を得ることができる。電子ビームが照射された面は第１側面１１となる。このように電子ビームを照射を部分的に行なうことで、電子ビームの照射によって得られた第１切刃面２１とと、電子ビームが照射がされていない第２切刃面２２とを有する刀身１０を得ることができる。なお、第１側面１１の全体に電子ビームを照射し、第２側面の全体において電子ビームを照射しなければ、第１側面１１におけるジルコニアの立方晶の割合が、第２側面１２におけるジルコニアの立方晶の割合よりも大きくなる。

【0027】

そして、電子ビーム照射の後、刃先領域２０に対応する部分を研磨してもよい。この研磨では、例えば第２切刃面２２の側のみに研磨板を当てて、第２切刃面２２のみを選択的に研磨してもよい。

【0028】

電子ビームの照射で得られた第１切刃面２１は、ジルコニアの正方晶に対するジルコニアの立方晶の割合が、第２切刃面２２よりも高くなっており、第１切刃面２１の硬度は第２切刃面２２の硬度よりも高くなっている。これは、電子ビームの照射によって、電子ビームが照射された部分の温度が上昇して結晶化が促進した結果だと推測される。

【0029】

また、電子ビームの照射で得られた第１側面１１は、ジルコニアの変質の結果、外観が黒色となっている。ジルコニア焼結体として、白色のジルコニア焼結体（刀身体）をまず準備し、この白色ジルコニア焼結体の一方側面に電子ビームの照射を行なうことで、電子ビームの照射によって黒色化した第１側面１１を得ることができる。また、電子ビームが照射された第１側面１１は、電子ビームの照射によって白色から黒色に変色するが、電子ビームが照射されていない第２側面１２は、白色の状態となる。なお、ジルコニア焼結体が着色成分を含むものであるときには、上述した色調に限定されない。

【0030】

電子ビームの照射によって得られる第１部分の表面粗さ（Ｒａ）や表面高さ（Ｒｚ）および色味等の性質は、電子ビームの照射時の照射エネルギーや照射角度・距離、照射時間等に応じて変化する。これら電子ビームの照射条件や、研磨の条件等を調整することで、所望の外観や切れ味を有する刃物１を得ることができる。

【0031】

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

【実施例】

【0032】

[外観]
図４は、上述の実施形態の製造方法を経て製造した刃物１の電子顕微鏡写真である。図４は、図３に示す矢印の方向を観察方向として、刃物１の刃先１６を観察して得られた電子顕微鏡写真である。図４の下側部分が、電子銃により電子ビームを照射して得られた第１切刃面２１側の領域であり、図４の上側の部分が、電子ビームを照射しない、通常の白色のジルコニア焼結体からなる第２切刃面２２に対応している。図４の電子顕微鏡写真から、第２切刃面２２における第２部分βでは、粒状のジルコニア結晶の結晶粒が凝集しているのに対して、第１切刃面２１における第１部分αでは、第１切刃面２１に垂直な方向に伸びた柱状の結晶粒が配置されていることが分かる。第２切刃面２１の側では、電子ビームの照射によって結晶粒が成長していると推測される。

【0033】

［結晶構造］
図５は、ジルコニア焼結体に対して部分的に電子ビームを照射した試験体について、結晶構造を測定した結果のＸＲＤパターンであり、（ａ）は電子ビームを照射した部分、すなわち第１切刃面２１に対応する状態の測定結果、（ｂ）は電子ビームを照射していない部分、すなわち第２切刃面２２に対応する状態の測定結果を示している。測定は、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製 Ｘ‘Ｐｅｒｔ ＰＲＯを用い、ＣｕＫα線で２θ＝１０°〜８０°の条件で測定した。この装置に付属の解析ソフトウェアを用いてＸ線回折パターを分析し、各部分に含まれる結晶構造を導出した。第２切刃面２２について示す図５（ｂ）では立方晶のピークは現れていなかったが、第１切刃面２１について示す図５（ａ）では立方晶のピークが現れていることが確認できた。第１切刃面２１では、電子ビームの照射によって立方晶が形成されており、第１切刃面２１は第２切刃面２２とくらべて多くの立方晶を含んでいることがわかる。

【0034】

[紙切試験]
図６は、刃物１について紙切り試験を行なった結果を示すグラフである。紙切り試験は、本多式切れ味試験機を用いて行なった。紙切り試験は４００枚の紙の束に所定の圧力で押圧したときに、何枚切ることができるのかを試験するものである。所定の圧力は、適宜設定すればよい。この試験では、刃物１に加えて、比較例として従来の金属製（ステンレス製）刃物の切れ味も評価した。

【0035】

図６には、本実施形態の刃物１と、従来の金属製刃物それぞれについて、初期（１回目）に切れた枚数と、２回目に切れた枚数と、４回目に切れた枚数と、８回目に切れた枚数と、１６回目に切れた枚数、３２回目に切れた枚数の結果をプロットしている。また図６には、それぞれの刃物の結果についての近似曲線も示しており、実線が刃物１、破線が従来の金属製刃物に対応する。また、従来の金属製刃物については、６４回目に切れた枚数も示している。

【0036】

この結果から、従来の金属製刃物は、初期の切れ味は比較的良いものの、切れ味が長持ちしないことが分かる。一方、本実施形態の刃物１は、多くの繰り返し回数にわたって、比較的高い切れ味を維持していることがわかる。

【符号の説明】

【0037】

１ 刃物
１０ 刀身
１１ 第１側面
１２ 第２側面
１３ 背部
１４ 稜辺部
２０ 切刃領域
２１ 第１切刃面
２２ 第２切刃面
α 第１部分
β 第２部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6】