(57)【要約】  本発明は、切断部材の製造方法を開示し、該切断部材は、支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する。該製造方法は、第１の部分の形成に使用される第１の金属材料を用意するステップと、第２の部分の形成に使用される第２の金属材料を用意するステップと、第１の金属材料および第２の金属材料を高エネルギー密度ビームで溶接して、溶接部位に第３の部分を形成するステップと、溶接後に得られた切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含む。また、本発明は、第１の部分が第１の金属材料からなり、第２の部分が第２の金属材料からなり、溶接後、第３の部分の金属組織構造およびその近隣の金属組織構造が実質的に穴を含まない切断部材も提供する。本発明の製造方法によって得られた切断部材は、本体が良好な靱性を有し、切断エッジが高硬度を有し、本体および切断エッジが容易に破壊されず、耐用年数が長いという特徴を持つ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する切断部材の製造方法であって、
前記第１の部分の形成に使用され、第１の側面を有する第１の金属材料を用意するステップと、
前記第２の部分の形成に使用され、第２の側面を有する第２の金属材料を用意するステップと、
前記第１の金属材料の前記第１の側面および前記第２の金属材料の前記第２の側面を高エネルギー密度ビームで溶接して、溶接部位で前記第３の部分を形成するステップと、
溶接後切断部材ブランクを得、前記切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含むことを特徴とする切断部材の製造方法。
【請求項２】
高エネルギー密度ビーム溶接がレーザー、電子ビームまたはイオンビーム溶接である請求項１に記載の切断部材の製造方法。
【請求項３】
高エネルギー密度ビーム溶接がパルスレーザー溶接であり、レーザー光の波長が１０６４ｎｍである請求項２に記載の切断部材の製造方法。
【請求項４】
高エネルギー密度ビーム溶接が連続したレーザー溶接であり、連続したレーザー光が希土類ドープしたレーザーによって生成され、レーザー光の波長が１０７０ｎｍ±１０ｎｍである請求項２に記載の切断部材の製造方法。
【請求項５】
レーザー光の移動速度が５〜５０ｍｍ／ｓである請求項３または４に記載の切断部材の製造方法。
【請求項６】
前記第１の金属材料は硬化ステンレス鋼であり、前記第２の金属材料は工具鋼である請求項２に記載の切断部材の製造方法。
【請求項７】
前記第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼であり、前記第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼、または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼である請求項６に記載の切断部材の製造方法。
【請求項８】
炭素含量が０．７％以上である前記高速度工具鋼または炭素含量が０．８％以上である前記合金工具鋼が、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶおよびＣｏなどの合金元素の少なくとも１つ以上を含有する請求項７に記載の切断部材の製造方法。
【請求項９】
溶接前に前記第１の金属材料および前記第２の金属材料を切断するステップをさらに含み、前記第１の側面に垂直な前記第２の金属材料の最小幅が０．３ｍｍである請求項６に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１０】
支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する切断部材の製造方法であって、
前記第１の部分の形成に使用され、第１の側面を有する第１の金属材料を用意し、前記第２の部分の形成に使用され、第２の側面を有する第２の金属材料を用意し、前記第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼であり、前記第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼、または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼であるステップと、
前記第１の金属材料の前記第１の側面および前記第２の金属材料の前記第２の側面を高エネルギー密度ビームで溶接して、溶接部位に前記第３の部分を形成するステップと、
溶接後切断部材ブランクを得、前記切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含み、
前記加熱処理が、
前記切断部材ブランクの温度を段階的に上昇させ、保持するステップと、
温度上昇後に前記切断部材ブランクを急冷するステップと、
急冷後、切断部材を数回焼き戻すステップと、を含むことを特徴とする切断部材の製造方法。
【請求項１１】
前記加熱処理を急冷前にすべて真空下で実施し、真空加熱チャンバーの真空度が２００Ｐａ以下である請求項１０に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１２】
温度を段階的に上昇させ、保持するステップが、
前記切断部材ブランクを第１の温度に第１の速度で上昇させ、第１の温度保持を行うステップと、
前記切断部材ブランクを前記第１の温度から第２の温度へ前記第１の速度より低い第２の速度で上昇させ、第２の温度保持を行うステップと、
切断部材ブランクを前記第２の温度から第３の温度まで前記第２の速度以下の第３の速度で上昇させ、第３の温度保持を行うステップと、を含む請求項１１に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の速度が９．５±１℃／分であり、前記第１の温度が６２０〜６８０℃であり、前記第１の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり、前記第２の速度が７±０．５℃／分であり、前記第２の温度が８００〜８５０℃であり、前記第２の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり；前記第３の速度が６±０．５℃／分であり、前記第３の温度が１１００〜１２５０℃であり、前記第３の温度保持が６０〜１２０分間の温度保持である請求項１２に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の速度が９．５℃／分であり、前記第１の温度が６５０℃であり、前記第１の温度保持が９０分間の温度保持であり、前記第２の速度が７℃／分であり、前記第２の温度が８００〜８５０℃であり、前記第２の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり、前記第３の速度が６℃／分であり、前記第３の温度が１１００〜１２５０℃であり、前記第３の温度保持が６０〜１２０分間の温度保持である請求項１３に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１５】
急冷が真空ガス急冷であり、加熱チャンバー中の不活性ガスの圧力が少なくとも０．５ｂａｒであり、加熱チャンバー中の温度を１００℃より下に低下させる請求項１０に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１６】
急冷が真空油急冷であり、使用される真空急冷油の温度が５０〜８０℃の範囲内である請求項１０に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１７】
前記第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼を採用し、焼き戻しステップが、
急冷後の切断部材ブランクを第４の温度に上昇させ、第４の温度保持を行うステップを含む請求項１０に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１８】
前記第４の温度が５００〜５６０℃であり、前記第４の温度保持が２時間の温度保持であり、焼き戻しを３回実施し、前記切断部材ブランクをすべての焼き戻し前に室温に空冷し、その後前記第４の温度に上昇させる請求項１７に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の金属材料が、炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼を採用し、焼き戻しステップが、
急冷後の切断部材ブランクを第５の温度に上昇させ、第５の温度保持を行うステップを含む請求項１０に記載の切断部材の製造方法。
【請求項２０】
前記第５の温度が１８０〜２６０℃であり、前記第５の温度保持が２時間の温度保持であり、焼き戻しを２回実施し、前記切断部材ブランクをすべての焼き戻し前に室温に空冷し、その後前記第５の温度に上昇させる請求項１９に記載の切断部材の製造方法。
【請求項２１】
支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有し、
前記第１の部分は第１の金属材料からなり、前記第１の金属材料は硬化ステンレス鋼でありかつ第１の側面を有し、
前記第２の部分は第２の金属材料からなり、前記第２の金属材料は工具鋼であり、第２の側面を有し、
前記第３の部分は、前記第１の金属材料の前記第１の側面と前記第２の金属材料の前記第２の側面とを高エネルギー密度ビームで溶接することによって形成され、
溶接後、前記第３の部分に近い前記第１の部分の金属組織構造、前記第３の部分の金属組織構造、および前記第３の部分に近い前記第２の部分の金属組織構造が、実質的に穴を含まないことを特徴とする切断部材。
【請求項２２】
溶接後、前記第３の部分に近い前記第１の部分の金属組織構造がマルテンサイト、フェライトおよび炭化物構造を含有し、前記第３の部分に近い前記第２の部分の金属組織構造が、隠微晶質のマルテンサイトおよび部分的な炭化物構造を含有する請求項２１に記載の切断部材。
【請求項２３】
前記第３の部分に近い前記第１の部分の金属組織構造がその場所での引張強度を前記第１の金属材料の引張強度以上にし、前記第３の部分に近い前記第２の部分の金属組織構造がその場所での引張強度を前記第２の金属材料の引張強度以上にする請求項２２に記載の切断部材。
【請求項２４】
前記切断部材の加熱処理を実施して硬度を向上させ、加熱処理後の第１の部分の硬度が３６〜５４ＨＲＣであり、第２の部分の硬度が５８〜７２ＲＨＣである請求項２３に記載の切断部材。
【請求項２５】
前記第２の部分が切断のための第１のエッジを有し、前記第１のエッジは平滑であるか、または鋸歯状に成形されている請求項２４に記載の切断部材。
【請求項２６】
多角形形状を有する請求項２５に記載の切断部材。
【請求項２７】
前記切断部材が三角形状であり、それぞれ前記第１のエッジの両端を交差する第２のエッジおよび第３のエッジを有し、前記第２のエッジおよび前記第３のエッジも互いに交差し、前記第１の部分および前記第２の部分が、前記第２のエッジから前記第３のエッジまで伸びる請求項２６に記載の切断部材。
【請求項２８】
前記第２のエッジが、少なくとも連続した曲線を含む少なくとも２つの線分からなる請求項２７に記載の切断部材。
【請求項２９】
前記少なくとも２つの線分が数学的に連続的に微分可能である請求項２８に記載の切断部材。
【請求項３０】
前記第２の部分の最大幅と前記第１の部分の最大幅との比が１：１５〜１：３である請求項２７に記載の切断部材。
【請求項３１】
請求項１〜４および６〜２０に記載の切断部材の製造方法によって製造した切断部材を含むか、または請求項２１〜３０に記載の切断部材を含むことを特徴とする切断工具。
【請求項３２】
果物ナイフ、キッチンナイフ、万能ナイフ、折り畳みナイフ、美術ナイフ、片刃ナイフ、片手鋸、ウォールボード鋸または弦鋸である請求項３１に記載の切断工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切断部材、特に、支持部が高靱性であり、切断エッジ部が高硬度および高耐摩耗性である、金属材料の溶接によって形成された切断部材に関する。また、本発明は、そのような切断部材の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
切断部材は物体の切断に使用され、一般にブレードおよび鋸ブレードなどの様々な形態を含み得、一般に支持部と切断エッジ部とを有し、支持部は切断エッジ部を支持する役割を果たし、切断エッジ部は切断に使用できる。ブレードの例を挙げると、その支持部は本体であり、その切断エッジ部は切断エッジである。従来のブレードは一般に単一材料から作製され、例えば、完成したブレードは、多数のバルク材料の打ち抜きおよび研磨によって形成される。そのようなブレードの本体および切断エッジは一致した靱性、および硬度または耐摩耗性を有する。ブレードの切断エッジの硬度を向上させて、切断エッジの耐用年数をより長くするのが望ましい場合、高硬度の材料を使用する必要がある。しかし、高硬度の材料から作製された本体は靱性が不十分であり、それ故にブレードの使用中に容易に壊れる。良好な靱性を有する材料を使用して本体の靱性を向上させた場合、該材料から作製された切断エッジの硬度が劣化し、その結果、切断エッジの耐摩耗性が減少し、その耐用年数が短縮される。選択された原料が高硬度と高靱性との間の中間の性能を有する場合、本体の靱性と切断エッジの硬度とのバランスのみ得ることができ、本体の靱性および切断エッジの硬度の両方が最も良い効果を達成しない。他の切断部材もブレードと同様の欠点を有する。
【０００３】
したがって、当業者は、支持部の高靱性と切断エッジ部の高硬度／高耐摩耗性とを持ち、耐用年数が長い切断部材、およびそのような切断部材の製造方法の開発に努めている。
【発明の概要】
【０００４】
先行技術の上述した欠点に鑑み、本発明によって解決すべき技術的課題は、支持部の高靱性と切断エッジ部の高硬度／高耐摩耗性とを持ち、耐用年数が長い切断部材、およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、切断部材の製造方法を提供する。該切断部材は、支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する。該製造方法は、
第１の部分の形成に使用され、第１の側面を有する第１の金属材料を用意するステップと、
第２の部分の形成に使用され、第２の側面を有する第２の金属材料を用意するステップと、
第１の金属材料の第１の側面および第２の金属材料の第２の側面を高エネルギー密度ビームで溶接し、上記第３の部分が溶接部位に形成されるステップと、
溶接後切断部材ブランクを得、切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含む。
【０００６】
さらに、上記高エネルギー密度ビーム溶接はレーザー、電子ビームまたはイオンビーム溶接である。
【０００７】
さらに、高エネルギー密度ビーム溶接はパルスレーザー溶接であり、レーザー光の波長が１０６４ｎｍである。
【０００８】
別の方法として、高エネルギー密度ビーム溶接が連続したレーザー溶接であり、連続したレーザー光が希土類ドープしたレーザーによって生成され、レーザー光の波長が１０７０ｎｍ±１０ｎｍである。
【０００９】
さらに、レーザー光の移動速度が５〜５０ｍｍ／ｓである。
【００１０】
さらに、第１の金属材料は硬化ステンレス鋼であり；第２の金属材料は工具鋼である。
【００１１】
さらに、第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼であり；第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼、または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼である。
【００１２】
好ましくは、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼が、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶおよびＣｏなどの合金元素の少なくとも１つ以上を含有する。
【００１３】
さらに、上記製造方法は、溶接前に第１の金属材料および第２の金属材料を切断するステップをさらに含み、第１の側面に垂直な第２の金属材料の最小幅が０．３ｍｍである。
【００１４】
好ましくは、上記切断が、ワイヤ切断または高速パンチプレスを用いて実施される。
【００１５】
好ましくは、上記製造方法は、切断部材ブランクの加熱処理後に切断部材ブランクの第１の部分および第２の部分を研磨して、完成切断部材の形状を形成するステップをさらに含む。
【００１６】
また、本発明の特定の実施は、支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する切断部材の製造方法も提供する。該製造方法は、
第１の部分の形成に使用され、第１の側面を有する第１の金属材料を用意するステップと、
第２の部分の形成に使用され、第２の側面を有する第２の金属材料を用意し、第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼であり；第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼、または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼であるステップと、
第１の金属材料の第１の側面および第２の金属材料の第２の側面を高エネルギー密度ビームで溶接し、第３の部分が溶接部位に形成されるステップと、
溶接後切断部材ブランクを得、切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含み、加熱処理は、
上記切断部材ブランクの温度を段階的に上昇させ、保持するステップと、
温度上昇後に切断部材ブランクを急冷するステップと、
急冷後、切断部材を数回焼き戻すステップと、を含む。
【００１７】
さらに、上述した加熱処理は急冷前にすべて真空下で実施し、真空加熱チャンバーの真空度は２００Ｐａ以下である。
【００１８】
さらに、温度を段階的に上昇させ、保持する上記ステップは、
切断部材ブランクを第１の温度に第１の速度で上昇させ、第１の温度保持を行うステップと、
切断部材ブランクを第１の温度から第２の温度へ第１の速度より低い第２の速度で上昇させ、第２の温度保持を行うステップと、
切断部材ブランクを第２の温度から第３の温度へ第２の速度以下の第３の速度で上昇させ、第３の温度保持を行うステップと、を含む。
【００１９】
さらに、第１の速度が９．５±１℃／分であり、第１の温度が６２０〜６８０℃であり、第１の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり；第２の速度が７±０．５℃／分であり、第２の温度が８００〜８５０℃であり、第２の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり；第３の速度が６±０．５℃／分であり、第３の温度が１１００〜１２５０℃であり、第３の温度保持が６０〜１２０分間の温度保持である。
【００２０】
好ましくは、第１の速度が９．５℃／分であり、第１の温度が６５０℃であり、第１の温度保持が９０分間の温度保持であり；第２の速度が７℃／分であり、第２の温度が８００〜８５０℃であり、第２の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり；第３の速度が６℃／分であり、第３の温度が１１００〜１２５０℃であり、第３の温度保持が６０〜１２０分間の温度保持である。
【００２１】
さらに、急冷は真空ガス急冷であり、加熱チャンバー中の不活性ガスの圧力が少なくとも０．５ｂａｒであり、加熱チャンバー中の温度を１００℃未満に低下させる。
【００２２】
別の方法として、急冷は真空油急冷であり、使用される真空急冷油の温度が５０〜８０℃の範囲内である。
【００２３】
さらに、第２の金属材料は炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼を採用し、焼き戻しステップは、
急冷後の切断部材ブランクを第４の温度に上昇させ、第４の温度保持を行うステップを含む。
【００２４】
好ましくは、第４の温度が５００〜５６０℃であり、第４の温度保持が２時間の温度保持であり、焼き戻しを３回実施し、切断部材ブランクをすべての焼き戻し前に室温に空冷し、その後第４の温度に上昇させる。
別の方法として、第２の金属材料が、炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼を採用し、焼き戻しステップは、
急冷後の切断部材ブランクを第５の温度に上昇させ、第５の温度保持を行うステップを含む。
【００２５】
さらに別の方法として、第５の温度が１８０〜２６０℃であり、第５の温度保持が２時間の温度保持であり、焼き戻しを２回実施し、切断部材ブランクをすべての焼き戻し前に室温に空冷し、その後第５の温度に上昇させる。
【００２６】
本発明の別の態様は、支持する第１部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを連結する第３の部分と、を有する切断部材も提供する。第１の部分は第１の金属材料からなり、第１の金属材料は硬化ステンレス鋼でありかつ第１の側面を有し、
第２の部分は第２の金属材料からなり、第２の金属材料は工具鋼であり、第２の側面を有し、
第３の部分は、第１の金属材料の第１の側面と第２の金属材料の第２の側面とを高エネルギー密度ビームで溶接することによって形成され、
溶接後、第３の部分に近い第１の部分の金属組織構造、第３の部分の金属組織構造、および第３の部分に近い第２の部分の金属組織構造が、実質的に穴を含まない。
【００２７】
さらに、第３の部分に近い第１の部分の金属組織構造は、マルテンサイト、フェライトおよび炭化物構造を含み、第３の部分に近い第２の部分の金属組織構造は、隠微晶質のマルテンサイトおよび部分的な炭化物構造を含有する。
【００２８】
さらに、第３の部分に近い第１の部分の金属組織構造は、その場所での引張強度を第１の金属材料の引張強度以上にし、第３の部分に近い第２の部分の金属組織構造は、その場所での引張強度を第２の金属材料の引張強度以上にする。
【００２９】
さらに、切断部材の加熱処理を実施して硬度を向上させ、加熱処理後の第１の部分の硬度が３６〜５４ＨＲＣであり、第２の部分の硬度が５８〜７２ＲＨＣである。
【００３０】
さらに、第２の部分が切断のための第１のエッジを有し、第１のエッジは平滑であるか、または鋸歯状に成形されている。
【００３１】
さらに、切断部材が多角形形状を有する。
【００３２】
さらに、切断部材が三角形状であり、それぞれ第１のエッジの両端を交差する第２のエッジおよび第３のエッジを有し、第２のエッジおよび第３のエッジも互いに交差し、第１の部分および第２の部分が、第２のエッジから第３のエッジまで伸びる。
【００３３】
さらに、第２のエッジが、少なくとも連続した曲線を含む少なくとも２つの線分からなる。
【００３４】
さらに、上記少なくとも２つの線分が数学的に連続的に微分可能である。
【００３５】
好ましくは、第２の部分の最大幅と第１の部分の最大幅との比が１：１５〜１：３である。
【００３６】
本発明のさらなる態様は、上記製造方法に従って製造した切断部材または上記切断部材を含む切断工具を提供する。
【００３７】
さらに、上記切断工具が果物ナイフ、キッチンナイフ、万能ナイフ、折り畳みナイフ、美術ナイフ、片刃ナイフ、片手鋸、ウォールボード鋸または弦鋸である。
【００３８】
本発明の切断部材は、支持部（第１の部分）が高靱性であり、切断エッジ部（第２の部分）が高硬度であるという特徴を持つ。本発明の２種類の金属材料および溶接方法によって、第３の部分の金属組織構造が得られ、すなわち、溶接が実質的に穴を含まず、これは、溶接連結効果が良好であり、溶接での強度が高く、容易に壊れないことを示す。溶接の両側での支持部および切断エッジ部の金属組織構造も、実質的に穴を含まず、溶接後の溶接近くの支持部の金属組織構造は、マルテンサイト、フェライトおよび炭化物構造を含有し、これは、少なくとも支持部に使用される第１の金属材料の元の引張強度以上であるようにその場所での引張強度を向上させる。溶接後の溶接近くの切断エッジ部の金属組織構造は、隠微晶質のマルテンサイトおよび部分的な炭化物構造を含有し、これは、少なくとも切断エッジ部に使用される第２の金属材料の元の引張強度以上であるようにその場所での引張強度を向上させる。
【００３９】
したがって、本発明で使用される金属材料、本発明の溶接方法で製造される溶接の構造およびその隣接する構造は、従来の溶接処理パラメータを用いて従来の金属材料で製造した溶接の弱い特性を克服し、その結果、切断エッジ部と支持部との間の全体の連結が良好となり、連結がもはや切断部材全体の弱い部分ではなく、切断部材はより良好な耐用年数を有する。
【００４０】
加熱処理の温度上昇中に、温度上昇および段階的な保持が用いられ、温度がより高いほど、温度上昇速度がより遅くなり、本発明の特定の処理パラメータと組み合わせたこの加工の間に切断部材がひび割れるのを効果的に防ぐことができる。
【００４１】
本発明の特定の実施での切断エッジの曲線（すなわち、第１のエッジ）の三角構造および数学的に連続的に微分可能性は、切断部材の切断効果をより良好とする。
【００４２】
本発明の金属材料組成物および処理方法によって得られた切断部材の完成製品は、硬度が３６〜５４ＨＲＣである本体と、硬度が５８〜７２ＲＨＣである切断エッジとを有し、支持部の高靱性および切断エッジ部の高硬度／高耐摩耗性を持ち、３００ｍｍを超える耐久性を有し、切断部材の耐用年数を大きく向上させる。
【００４３】
本発明の目的、特徴および効果を十分に理解するために、本発明の概念、特定の構造および技術的効果を、添付の図面と併せて以下さらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】具体的にはブレードである本発明の切断部材の好ましい実施形態の概略図である。
【図２】本発明の切断部材の好ましい実施形態の第３の部分の近くの金属組織構造である。
【図３】具体的には万能ナイフのブレードである本発明の切断部材の一実施形態の概略図である。
【図４】具体的には万能ナイフのブレードである本発明の切断部材の一実施形態の概略図である。
【図５】具体的には美術ナイフのブレードである本発明の切断部材の別の実施形態の概略図である。
【図６】具体的にはマチェーテである本発明の切断部材のさらに別の実施形態の概略図である。
【図７】具体的にはマチェーテである本発明の切断部材のさらに別の実施形態の概略図である。
【図８】具体的には片手鋸の鋸ブレードである本発明の切断部材のさらに別の実施形態の概略図である
【図９】具体的にはウォールボード鋸の鋸ブレードである本発明の切断部材のさらに別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明に従う切断部材は物体の切断に使用され、支持部と、切断エッジ部と、溶接部とを含み、支持部は切断エッジ部を支持する役割を果たし、切断エッジ部は切断に使用され得、溶接部は、支持部と切断エッジ部とを連結するために溶接によって形成される。
【００４６】
図１は、ブレードである本発明の一実施形態に従う切断部材を示す。ブレードは、第１のエッジ１、第２のエッジ２および第３のエッジ３を定め、ここで、第１のエッジ１および第２のエッジ２は、第１の交点１１を有し、第１のエッジ１および第３のエッジ３は、第２の交点１２を有し、第２のエッジ２および第３のエッジ３は、第３の交点１３を有する。この特定の実施では、ブレードは、三角構造を示す。
【００４７】
ブレードは、支持する第１の部分４と、切断エッジを形成する第２の部分５とを有する。第１の部分４は、第２のエッジ２に沿って第３のエッジ３に向かって伸び、第２の部分５は、第１のエッジ１と第１の部分４との間で第３のエッジ３に向かって伸びる。第３の部分６、すなわち、第１の部分４と第２の部分５との間の溶接によって形成された溶接部があり、第３の部分６は、第１の部分４と第２の部分５とを接続する。
【００４８】
第１の部分４は、比較的高靱性の第１の金属材料から製造され、マルテンサイトステンレス鋼が選択される。好ましい実施形態では、マルテンサイトステンレス鋼は炭素含量が０．１〜０．７％であり、以下の区分（中国区分／米国区分）の標準化マルテンサイトステンレス鋼から選択され得、該区分としては、２Ｃｒ１３／４２０、３Ｃｒ１３／４２０、４Ｃｒ１３および７Ｃｒ１７／４４０、および同種のものが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４９】
第２の部分５は、比較的高硬度／耐摩耗性の第２の金属材料から製造され、高速度工具鋼または合金工具鋼が選択される。好ましい実施形態では、高速度工具鋼は炭素含量が０．７％以上であり、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶおよびＣｏなどの合金元素の少なくとも１種以上を含有し、以下の区分（中国区分／米国区分）の標準化高速度工具鋼から選択され得、該区分としては、Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ／Ｔ１、Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ２Ｃｏ８／Ｔ５、Ｗ１２Ｃｒ４Ｖ５Ｃｏ５／Ｔ１５、Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２／Ｍ２、Ｗ２Ｍｏ９Ｃｒ４Ｖ２／Ｍ７およびＷ２Ｍｏ９Ｃｒ４ＶＣｏ８／Ｍ４２が挙げられるが、これらに限定されない。さらに別の好ましい実施形態では、合金工具鋼は、炭素含量が０．８％以上であり、以下の区分（中国区分／米国区分）の標準化合金工具鋼から選択され得、該区分としては、Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１／Ｄ２、Ｃｒ１２／Ｄ３およびＣｒ５Ｍｏ１Ｖ／Ａ２が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５０】
ブレードの第３の部分６は、第１の金属材料および第２の金属材料が連結のために溶接されるときに形成される。第３の部分６は、第１の部分と第２の部分との間の溶接部である。溶接部の金属組織構造を観察すると、図２中「ａ」で示されるように、実質的に穴が形成されておらず、これは、溶接部の溶接効果が良好であることを示す。第３の部分６の近くの第１の部分４は、図２中「ｂ」で示されるように、溶接後のその場所での金属組織構造がマルテンサイト、フェライトおよび炭化物構造を含有する。第３の部分６の近くの第２の部分５では、図２中「ｃ」で示されるように、溶接後のその場所での金属組織構造が隠微晶質のマルテンサイトおよび部分的な炭化物構造を含有する。上記金属組織構造は、第１の部分４、および第３の部分６の近くの第２の部分５の引張強度がベース材料のものと少なくとも同等であることを確実にする。第３の部分の金属組織構造６、第３の部分６の近くの第１の部分４、および第３の部分６の近くの第２の部分５は実質的に穴を含まず、これは、溶接部位での構造強度が高く、容易に壊れないことを示し、それ故に、第１の部分および第２の部分が使用中に破壊されることがあまり起きないようにし、ブレードの耐用年数を延長する。
【００５１】
好ましい実施形態では、第２の部分５の幅と第１の部分４の最大幅との比が１：１５〜１：３であり、１：１５、１：１０、１：５または１：３などである。この範囲の比は、確実に、第２の部分４が第１の部分５に溶接できるようにし、第２の部分４が第１の部分５の靱性を弱めてブレード全体が容易に壊れるようになるほど広すぎないようにする。これは、第２の部分によって形成された切断エッジの硬度および耐摩耗性を確実にし、第１の部分の高靱性も確実にする。
【００５２】
さらに別の実施形態では、ブレードの第１のエッジ１は、連続した曲線を含む少なくとも２つの線分からなる。すべての線分によって形成された曲線は数学的に連続的に微分可能である。そのような切断エッジの曲線は、三角ブレード構造と組み合わせて、良好な切断効果をもたらすことができる。
【００５３】
当業者であれば、本発明の切断部材が様々な形状および構造、例えば、図３および図４に示される万能ブレードのブレードも有し得ることを理解する。図３および図４に示される万能ブレードのブレードは、台形の外観を有し、支持するための第１の部分２１、３１と、切断エッジを形成するための第２の部分２２、３２と、第１の部分と第２の部分との間を溶接することによって形成された第３の部分２３、３３とを含み、第１の部分２１または３１は、万能ナイフの他の部分と協同する溝または穴を有する。切断部材は、図５に示すように美術ナイフでもあり得る。該美術ナイフは、平行四辺形の形状を有し、支持するための第１の部分４１と、切断エッジを形成するための第２の部分４２と、第１の部分と第２の部分との間を溶接することによって形成された第３の部分４３と、を含む。図６および図７に示されるように、切断部材は、マチェーテでもあり得る。該マチェーテの第１の部分５１または６１は、伸張した突出する取っ手連結部５１１および６１１を有し、取っ手連結部の材料は、第１の部分の材料と同じまたは異なり得る。図８および図９に示されるように、切断部材は、片手鋸またはウォールボード鋸のカットブレードでもあり得、切断エッジを形成するその第２の部分は、研磨などによって形成された鋸歯状に成形したエッジを有する。鋸歯状形状は、２重の研削歯または３重の研削歯などの当分野で慣用の鋸歯状形状であり得る。これらの異なる実施形態では、第１の部分の材料、第２の部分の材料、溶接後の第３の部分および溶接後の第３の部分の近隣の部分の金属組織構造は、上記実施形態で説明した通りであり、再び本明細書にて説明しない。
【００５４】
当業者であれば、本発明の切断部材が上記のもの以外の様々な他の形状および構造も有し得ることを理解する。
【００５５】
本発明の別の態様は、上記切断部材の製造方法を提供する。特定の実施形態では、該製造方法は、１）第１の金属材料および第２の金属材料を打ち抜きするステップと、２）レーザー、電子ビームまたはイオンビーム溶接など、高エネルギー密度ビームで溶接するステップと、３）溶接後に切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、４）加熱処理後に切断部材を研磨して完成製品を形成するステップと、を含む。
【００５６】
本発明の製造方法の一実施形態では、第１の金属材料は、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼を採用し、第２の金属材料は、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼を採用する。
【００５７】
最初に、第１の金属材料および第２の金属材料がそれぞれ打ち抜きされ、完成した切断部材の第１の部分および第２の部分に実質的に対応する形状に切断される。切断は、ワイヤ切断または高速パンチプレスを用いて実施され得、当分野で従来使用されている他の切断方法を用いて実施され得る。切断後の第１の金属材料は比較的平坦な第１の側面を有し、切断後の第２の金属材料は比較的平坦な第２の側面を有する。
【００５８】
その後、切断後の第１の金属材料の第１の側面および第２の金属材料の第２の側面を、波長が１０６４ｎｍであり、移動速度が５〜５０ｍｍ／ｓであるパルスレーザー光で溶接する。本発明の別の実施形態では、波長が１０７０ｎｍ±１０ｎｍであり、移動速度が５〜５０ｍｍ／ｓである連続したレーザー光で溶接することもでき、連続したレーザー光が希土類ドープしたレーザーによって生成される。加えて、電子ビームおよびイオンビームでの溶接も可能である。
【００５９】
その後、溶接後に、加熱処理を切断部材上ブランクで実施する。加熱処理は、１）温度上昇および保持と、２）急冷と、３）焼き戻しとを含む。ここで、温度上昇および保持、並びに急冷は、真空オーブン内で実施され、真空加熱チャンバーの真空度は、急冷前に２００Ｐａを超えない。
【００６０】
加熱処理は具体的には以下の通りである。
１）温度上昇および保持：温度を６２０〜６８０℃に９．５±１℃／分の速度で上昇させ、温度を６０〜９０分間保持し、その後温度を８００〜８５０℃に７±０．５℃／分の速度で上昇させ、温度を６０〜９０分間保持し。その後温度を１１００〜１２５０℃に６±０．５℃／分の速度で上昇させ、温度を６０〜１２０分間保持する。好ましい実施形態では、温度を６５０℃に９．５℃／分の速度で上昇させ、温度を９０分間保持し、その後温度を８００〜８５０℃に７℃／分の速度で上昇させ、温度を６０〜９０分間保持し、その後温度を１１００〜１２５０℃に６℃／分の速度で上昇させ、温度を６０〜１２０分間保持する；
２）急冷：真空ガスを用いて急冷し、加熱チャンバー中の不活性ガスの圧力が少なくとも０．５ｂａｒであるように、不活性ガスを加熱チャンバーに充填し、１００℃未満（真空オーブンの表示温度が１００℃未満であることを意味する）に冷却する。別の実施形態では、急冷は、真空油急冷を採用し、使用される真空油急冷の温度は、５０〜８０℃の範囲内である；
３）焼き戻し：急冷後の切断部材ブランクを室温に空冷し、その後温度を５００〜５６０℃に上昇させ、温度を２時間保持し、その後そのようなステップを２回繰り返す、すなわち、焼き戻しを合計３回実施する。
【００６１】
最後に、加熱処理後の切断部材ブランクをサイズおよび形状において研磨する。研磨は、当分野で従来使用されている方法を用いて、例えば、グラインダーを用いて実施し得る。
【００６２】
本発明の製造方法の別の実施形態では、第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼を採用し、第２の金属材料が、炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼を採用する。
【００６３】
打ち抜き、溶接、加熱処理での温度上昇および急冷のステップ、および最後の研磨ステップは、上記の製造方法の特定の実施にて説明した通りであり、再度説明しない。
【００６４】
加熱処理プロセスの焼き戻しの特定のステップは、急冷後の切断部材ブランクを室温に空冷し、その後温度を１８０〜２６０℃に上昇させ、温度を２時間保持し、その後そのようなステップを１回繰り返す、すなわち、焼き戻しを合計２回実施する。
【００６５】
さらに、製造方法のさらに別の実施形態では、溶接後の切断部材ブランクの加熱処理を真空下で実施しなくてもよい。
【００６６】
上記特定の実施または実施形態の製造方法で、第３の部分が溶接後に得られ、その金属組織構造は実質的に穴を含まない（図２中「ａ」で示されるように）。これは、特定の実施の溶接様式によって、溶接された連結の効果が良好であり、溶接によって形成された第３の部分が容易に破壊されないことを示す。溶接後の第３の部分に近い第１の部分は、マルテンサイト、フェライトおよび炭化物構造を含む金属組織構造を形成し、これは、その場所での引張強度を、第１の部分に使用される第１の金属材料の少なくとも元の引張強度以上であるように向上させる。溶接後の第３の部分に近い第２の部分は、隠微晶質のマルテンサイトおよび部分的な炭化物構造を含む金属組織構造を形成し、これは、その場所での引張強度を、第２の部分に使用される第２の金属材料の少なくとも元の引張強度以上であるように向上させる。
【００６７】
加熱処理後、第１の部分は硬度が３６〜５４ＨＲＣであり、そのような硬度は、切断部材が容易に破壊されないように第１の部分により良好な靱性を与える。第２の部分は硬度が５８〜７２ＲＨＣであり、これは良好な耐摩耗性を第２の部分に与え、切断エッジの耐用年数をより長くする。
【００６８】
本発明のさらなる態様は、上記切断部材を含む切断工具を提供する。切断工具は、果物ナイフ、万能ナイフ、折り畳みナイフ、美術ナイフ、片刃ナイフ、片手鋸、ウォールボード鋸または弦鋸であり得る。
【００６９】
本発明の方法を用いて製造したブレードで形成した片刃ナイフは、既存の片刃ナイフと比較した際、以下の切れ味および耐久性を有する。
【表１】
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【００７０】
本発明の実施形態に従う切断部材を有する片刃ナイフ耐久性が、既存の片刃ナイフのものより数倍増加したことが分かる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい特定の実施形態について詳細に説明した。当然ながら、多数の改変およびバリエーションが本発明の概念に従っていかなる発明の努力なしでなし得る。それ故に、論理的分析、論理的思考および制限された実験により先行技術に基づき本発明の概念に従い当業者によって導かれる技術的解決手段は、特許請求の範囲で定義される保護の範囲内にあるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月25日(2019.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する切断部材の製造方法であって、
前記第１の部分の形成に使用され、第１の側面を有する第１の金属材料を用意するステップと、
前記第２の部分の形成に使用され、第２の側面を有する第２の金属材料を用意するステップと、
前記第１の金属材料の前記第１の側面および前記第２の金属材料の前記第２の側面を高エネルギー密度ビームで溶接して、溶接部位で前記第３の部分を形成するステップと、
溶接後切断部材ブランクを得、前記切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含むことを特徴とする切断部材の製造方法。
【請求項２】
高エネルギー密度ビーム溶接がレーザー、電子ビームまたはイオンビーム溶接である請求項１に記載の切断部材の製造方法。
【請求項３】
高エネルギー密度ビーム溶接がパルスレーザー溶接であり、レーザー光の波長が１０６４ｎｍであり、レーザー光の移動速度が５〜５０ｍｍ／ｓであるか、または
高エネルギー密度ビーム溶接が連続したレーザー溶接であり、連続したレーザー光が希土類ドープしたレーザーによって生成され、レーザー光の波長が１０７０ｎｍ±１０ｎｍであり、レーザー光の移動速度が５〜５０ｍｍ／ｓである請求項２に記載の切断部材の製造方法。
【請求項４】
前記第１の金属材料は硬化ステンレス鋼であり、前記第２の金属材料は工具鋼である請求項２に記載の切断部材の製造方法。
【請求項５】
前記第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼であり、前記第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼、または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼であり、炭素含量が０．７％以上である前記高速度工具鋼または炭素含量が０．８％以上である前記合金工具鋼が、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶおよびＣｏなどの合金元素の少なくとも１つ以上を含有する請求項４に記載の切断部材の製造方法。
【請求項６】
溶接前に前記第１の金属材料および前記第２の金属材料を切断するステップをさらに含み、前記第１の側面に垂直な前記第２の金属材料の最小幅が０．３ｍｍである請求項４に記載の切断部材の製造方法。
【請求項７】
支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有する切断部材の製造方法であって、
前記第１の部分の形成に使用され、第１の側面を有する第１の金属材料を用意し、前記第２の部分の形成に使用され、第２の側面を有する第２の金属材料を用意し、前記第１の金属材料が、炭素含量が０．１〜０．７％であるマルテンサイトステンレス鋼であり、前記第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼、または炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼であるステップと、
前記第１の金属材料の前記第１の側面および前記第２の金属材料の前記第２の側面を高エネルギー密度ビームで溶接して、溶接部位に前記第３の部分を形成するステップと、
溶接後切断部材ブランクを得、前記切断部材ブランクの加熱処理を行うステップと、を含み、
前記加熱処理が、
前記切断部材ブランクの温度を段階的に上昇させ、保持するステップと、
温度上昇後に前記切断部材ブランクを急冷するステップと、
急冷後、切断部材を数回焼き戻すステップと、を含むことを特徴とする切断部材の製造方法。
【請求項８】
前記加熱処理を急冷前にすべて真空下で実施し、真空加熱チャンバーの真空度が２００Ｐａ以下である請求項７に記載の切断部材の製造方法。
【請求項９】
温度を段階的に上昇させ、保持するステップが、
前記切断部材ブランクを第１の温度に第１の速度で上昇させ、第１の温度保持を行うステップと、
前記切断部材ブランクを前記第１の温度から第２の温度へ前記第１の速度より低い第２の速度で上昇させ、第２の温度保持を行うステップと、
切断部材ブランクを前記第２の温度から第３の温度まで前記第２の速度以下の第３の速度で上昇させ、第３の温度保持を行うステップと、を含み、
前記第１の速度が９．５±１℃／分であり、前記第１の温度が６２０〜６８０℃であり、前記第１の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり、前記第２の速度が７±０．５℃／分であり、前記第２の温度が８００〜８５０℃であり、前記第２の温度保持が６０〜９０分間の温度保持であり；前記第３の速度が６±０．５℃／分であり、前記第３の温度が１１００〜１２５０℃であり、前記第３の温度保持が６０〜１２０分間の温度保持である請求項８に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１０】
急冷が真空ガス急冷であり、加熱チャンバー中の不活性ガスの圧力が少なくとも０．５ｂａｒであり、加熱チャンバー中の温度を１００℃より下に低下させるか、または
急冷が真空油急冷であり、使用される真空急冷油の温度が５０〜８０℃の範囲内である請求項７に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の金属材料が、炭素含量が０．７％以上である高速度工具鋼を採用し、焼き戻しステップが、
急冷後の切断部材ブランクを第４の温度に上昇させ、第４の温度保持を行うステップを含み、
前記第４の温度が５００〜５６０℃であり、前記第４の温度保持が２時間の温度保持であり、焼き戻しを３回実施し、前記切断部材ブランクをすべての焼き戻し前に室温に空冷し、その後前記第４の温度に上昇させる請求項７に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の金属材料が、炭素含量が０．８％以上である合金工具鋼を採用し、焼き戻しステップが、
急冷後の切断部材ブランクを第５の温度に上昇させ、第５の温度保持を行うステップを含み、
前記第５の温度が１８０〜２６０℃であり、前記第５の温度保持が２時間の温度保持であり、焼き戻しを２回実施し、前記切断部材ブランクをすべての焼き戻し前に室温に空冷し、その後前記第５の温度に上昇させる請求項７に記載の切断部材の製造方法。
【請求項１３】
支持する第１の部分と、切断エッジを形成する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する第３の部分と、を有し、
前記第１の部分は第１の金属材料からなり、前記第１の金属材料は硬化ステンレス鋼でありかつ第１の側面を有し、
前記第２の部分は第２の金属材料からなり、前記第２の金属材料は工具鋼であり、第２の側面を有し、
前記第３の部分は、前記第１の金属材料の前記第１の側面と前記第２の金属材料の前記第２の側面とを高エネルギー密度ビームで溶接することによって形成され、
溶接後、前記第３の部分に近い前記第１の部分の金属組織構造、前記第３の部分の金属組織構造、および前記第３の部分に近い前記第２の部分の金属組織構造が、実質的に穴を含まないことを特徴とする切断部材。
【請求項１４】
溶接後、前記第３の部分に近い前記第１の部分の金属組織構造がマルテンサイト、フェライトおよび炭化物構造を含有し、前記第３の部分に近い前記第２の部分の金属組織構造が、隠微晶質のマルテンサイトおよび部分的な炭化物構造を含有する請求項１３に記載の切断部材。
【請求項１５】
前記第３の部分に近い前記第１の部分の金属組織構造がその場所での引張強度を前記第１の金属材料の引張強度以上にし、前記第３の部分に近い前記第２の部分の金属組織構造がその場所での引張強度を前記第２の金属材料の引張強度以上にする請求項１４に記載の切断部材。
【請求項１６】
前記切断部材の加熱処理を実施して硬度を向上させ、加熱処理後の第１の部分の硬度が３６〜５４ＨＲＣであり、第２の部分の硬度が５８〜７２ＨＲＣである請求項１５に記載の切断部材。
【請求項１７】
前記第２の部分が切断のための第１のエッジを有し、前記第１のエッジは平滑であるか、または鋸歯状に成形されており、前記切断部材が多角形形状を有する請求項１６に記載の切断部材。
【請求項１８】
前記切断部材が三角形状であり、それぞれ前記第１のエッジの両端を交差する第２のエッジおよび第３のエッジを有し、前記第２のエッジおよび前記第３のエッジも互いに交差し、前記第１の部分および前記第２の部分が、前記第２のエッジから前記第３のエッジまで伸び、前記第２のエッジが、少なくとも連続した曲線を含む少なくとも２つの線分からなり、前記少なくとも２つの線分が数学的に連続的に微分可能である請求項１７に記載の切断部材。
【請求項１９】
前記第２の部分の最大幅と前記第１の部分の最大幅との比が１：１５〜１：３である請求項１８に記載の切断部材。
【請求項２０】
請求項１３に記載の切断部材を含むことを特徴とする切断工具。
【国際調査報告】
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