(57)【要約】【課題】表面に錆や着色がほぼ発生しない刃物の製造方法の提供。【解決手段】加工して得た加工面を備える金属製基材を真空槽内に載置し、前記真空槽内にプラズマを発生させ、前記金属製基材の温度を２８０〜３２５℃とした状態で、前記金属製基材をプラズマ処理して前記加工面を鋭利化し、刃物前駆体を得るプラズマ工程と、プラズマの発生を終了した後、前記真空槽内を１００〜２２５℃の間の特定温度まで降温させ、前記真空槽の内部へ酸素含有ガスを導入することで、前記刃物前駆体の表面に酸化被膜を形成する酸化工程と、を備える、刃物の製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工して得た加工面を備える金属製基材を真空槽内に載置し、前記真空槽内にプラズマを発生させ、前記金属製基材の温度を２８０〜３２５℃とした状態で、前記金属製基材をプラズマ処理して前記加工面を鋭利化し、刃物前駆体を得るプラズマ工程と、
プラズマの発生を終了した後、前記真空槽内を１００〜２２５℃の間の特定温度まで降温させ、前記真空槽の内部へ酸素含有ガスを導入することで、前記刃物前駆体の表面に酸化被膜を形成する酸化工程と、
を備える、刃物の製造方法。
【請求項２】
前記金属製基材がステンレス製であり、前記酸化被膜が不動態被膜である、請求項１に記載の刃物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は刃物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、髭剃り用の剃刀刃や試料観察の為にサンプルを薄く切り出すミクロトーム刃等の刃物の刃先の鋭利性を向上させるためにプラズマ処理を行う手法が記載されている。
ここで、プラズマ処理後に刃物の表面に錆や着色が発生する場合があった。この場合、錆が商品の美観をそこね商品価値を棄損する。そこで、錆や着色が発生しないプロセスが必要とされている。
これに関する従来法として、以下のような提案がなされている。
例えば特許文献２には、８００℃以上１３００℃以下の温度で、酸化雰囲気下で加熱し、ステンレス鋼の表面に酸化アルミニウム膜を析出させて錆の発生を防止する方法が記載されている。
また、例えば特許文献３には、リチウム化合物を含む中性塩を配合した電解液でステンレス鋼を電解処理することにより錆の発生を防止する方法が記載されている。
また、例えば特許文献４には、紫外線を照射しながら電解液を介して対象となる金属と電極との間に、交流、若しくは交直流重畳波形の電流を通電して電解処理することで不導体被膜を形成し耐蝕性を向上させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９２４０９４号公報
【特許文献２】特許第２６９０７９２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８５２５６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１７４１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、プラズマ処理後の刃物の表面に斑点状の錆や着色が発生する場合があった。この場合、錆や着色は商品の美観をそこね、商品価値を棄損する。したがって、錆や着色が発生しないプロセスが必要とされている。
すなわち本発明の目的は、表面に錆や着色がほぼ発生しない刃物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記のような課題を解決することを目的として鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。
【０００６】
本発明は以下の（１）〜（２）である。
（１）加工して得た加工面を備える金属製基材を真空槽内に載置し、前記真空槽内にプラズマを発生させ、前記金属製基材の温度を２８０〜３２５℃とした状態で、前記金属製基材をプラズマ処理して前記加工面を鋭利化し、刃物前駆体を得るプラズマ工程と、
プラズマの発生を終了した後、前記真空槽内を１００〜２２５℃の間の特定温度まで降温させ、前記真空槽の内部へ酸素含有ガスを導入することで、前記刃物前駆体の表面に酸化被膜を形成する酸化工程と、
を備える、刃物の製造方法。
（２）前記金属製基材がステンレス製であり、前記酸化被膜が不動態被膜である、上記（１）に記載の刃物の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、表面に錆や着色がほぼ発生しない刃物の製造方法を提供することができる。錆がほぼ発生しないため、商品の美観を棄損せず（商品価値の向上）、商品の保存可能期間を延ばすことにより材料の無駄を省くことができ（省資源化）、さらに、表面に錆の析出による凹凸がなく平滑になり刃の性能が向上する（性能向上）。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に用いることができる金属製基材（刀身基材）の形状を例示する概略図である。
【図２】本発明に用いることができる金属製基材（刀身基材）の形状を例示する別の概略図である。
【図３】本発明に用いることができる金属製基材の製造方法を例示して説明するための図である。
【図４】本発明の製造方法を好ましく行うことができるプラズマ装置の概略断面図である。
【図５】本発明の刃物を説明するための概略図である。
【図６】熱処理条件を示す図である。
【図７】熱処理実験後の供試材の外観写真である。
【図８】サンプル１およびサンプル２の外観写真である。
【図９】サンプル１のＥＰＭＡ定性分析結果を示す図である。
【図１０】サンプル２のＥＰＭＡ定性分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明について説明する。
本発明は、加工して得た加工面を備える金属製基材を真空槽内に載置し、前記真空槽内にプラズマを発生させ、前記金属製基材の温度を２８０〜３２５℃とした状態で、前記金属製基材をプラズマ処理して前記加工面を鋭利化し、刃物前駆体を得るプラズマ工程と、プラズマの発生を終了した後、前記真空槽内を１００〜２２５℃の間の特定温度まで降温させ、前記真空槽の内部へ酸素含有ガスを導入することで、前記刃物前駆体の表面に酸化被膜を形成する酸化工程と、を備える、刃物の製造方法である。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
また、本発明の製造方法によって得られる刃物を、以下では「本発明の刃物」ともいう。
【００１０】
＜金属製基材＞
初めに、本発明の製造方法における金属製基材について説明する。
本発明の製造方法において金属製基材は、加工して得た加工面を備えるものであって、外科用刃（手術用のメス等）や髭剃り刃などの刃物を得るために用いることができるものであれば特に限定されない。金属製基材は、図１に示すように、板状の刀身用部材について、その腹側端部における厚さ方向の両側面を加工して、刃先３から背側（背側端部５側）へ向かって所定刃付け角度αをなすように２つの加工面７が形成されてなる刀身基材１であることが好ましい。より好ましい態様とその製造方法については、後述する。
【００１１】
金属製基材は、大きさや材質についても、通常の外科用刃や髭剃り刃等として用いることができるものであれば特に限定されず、例えばステンレスからなる板状の材料を用いることができる。金属製基材はステンレス製であることが好ましい。後述するように真空槽内へ大気を導入することで不動態被膜を形成し易いからである。
【００１２】
また、金属製基材における加工面は機械加工して得られたものであることが好ましい。機械加工として、研削加工、引き抜き加工、研磨加工（ブラスト、皮砥等）が挙げられ、これらの加工方法のうちの２以上を組み合わせて行うことが好ましい。具体的には研削加工した後、研磨加工することが好ましい。
【００１３】
本発明の製造方法における金属製基材の好ましい態様について、図２を用いて説明する。本発明の製造方法における金属製基材は、図２に記す刀身基材であることが好ましい。
【００１４】
図２（ａ）は刀身基材の断面の概略図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における刃先付近の拡大図である。
図２に示す刀身基材１１は、板状の刀身用部材についてその腹側（刃先１３側）端部における厚さ方向の両側面を加工して、刃先１３から背側（背側端部１５側）へ向かって所定刃付け角度αをなすように２つの加工面１７が形成され、加えて、２つの加工面１７から第一の境界１９を介して連続して背側（背側端部１５側）へ所定尖端角度βをなすように延びる２つの尖端面２１が形成され、さらに、２つの尖端面２１から第二の境界２３を介して連続して背側（背側端部１５側）へ延びる２つの側面２５が形成されてなるものである。
金属製基材がこのような態様の刀身基材１１であると、より切れ味が良好な本発明の刃物が得られるので好ましい。
【００１５】
このような好ましい態様の刀身基材１１の製造方法は特に限定されないが、次に図３を用いて説明する方法によって製造することが好ましい。
初めに図３（ａ）に示すように、所定の形状で成形された厚さＴの板状刀身用部材３０において、互いに略平行な厚さ方向Ｘの両側面３２を研削する。そして、その研削によって、図３（ｂ）に示すように、刀身用部材３０の両側面３２を傾斜させて、背側端部３４側から腹側の腹側端部３６に至るほど刀身用部材３０の厚さを小さくする。
【００１６】
次に、図３（ｂ）に示す刀身用部材３０の両側面３２のうちの腹側端部３６において、この両側面３２を研削する。そして、その研削により、図３（ｃ）に示すように、腹側端部３６から連続して所定尖端角度βで背側へ斜状に延びる２つの尖端研削面３８を尖端部４０から所定領域で形成する。また、刀身用部材３０の両側面３２において、尖端研削面３８と背側端部３４との間の領域である側研削面４２を、図３（ｂ）の状態のまま残す。
【００１７】
次に、尖端研削面３８と側研削面４２との境界を境界４４とし、尖端研削面３８、境界４４および境界４４から連続する側研削面４２を研磨する。この研磨により、図３（ｄ）に示すように、尖端部４０から連続して所定尖端角度βで背側へ向かって斜状に延びる２つの尖端研磨面４６を形成するとともに、この尖端研磨面４６から境界４８を介して背側へ連続する側研磨面５０を形成することができる。
【００１８】
次に、尖端部４０において尖端研磨面４６に対して刃付けを行う。そして、図３（ｅ）および図３（ｆ）に示すように、所定刃付け角度αで背側へ斜状に延びる２つの加工面５２を刃先５４から所定の領域で形成する。また、この２つの加工面５２から境界５６を介して連続して所定尖端角度βで背側へ斜状に延びる尖端面５８を形成する。
【００１９】
＜プラズマ工程＞
次に、本発明の製造方法が備えるプラズマ工程について説明する。
本発明の製造方法におけるプラズマ工程は、前記金属製基材を真空槽内に載置し、前記真空槽内にプラズマを発生させ、前記金属製基材の温度を２８０〜３２５℃とした状態で、前記金属製基材をプラズマ処理して前記加工面を鋭利化し、刃物前駆体を得る工程である。
【００２０】
前記金属製基材は、図４に示す装置を用いて、プラズマ処理することが好ましい。
図４は、アーク放電ホットフィラメント法によるプラズマ装置である。図４においてプラズマ装置６０は、真空槽６２と、真空槽６２内へ放電ガス６４を導入するためのガス導入手段６６と、真空槽６２内に設置された金属製基材６８を保持するホルダー７０およびこれに対向配置されたフィラメント７２と、フィラメント７２に電流を供給するフィラメント用電源７４とを備える。また、プラズマ装置６０は、フィラメント７２を覆うように設置されたアーク放電電源７６を備えるホローカソード電極７８と、ホローカソード電極７８の外面に設置されたコイル８０および絶縁体８２と、金属製基材６８にバイアス電圧を印加できるバイアス電圧電源８４とをさらに備える。
【００２１】
このようなプラズマ装置６０では、ガス導入手段６６を用いて真空槽６２内へ放電ガス６４を導入して、この槽内を満たした後、フィラメント７２へ電流を供給することで、グロー放電を発生させて放電ガスのプラズマを発生させることができる。プラズマを発生させると、金属製基材の温度が上昇するので、フィラメント電流とアーク放電電流でプラズマ発生量を調整するとともに、金属製基材へのイオンの入射量をバイアス電圧で調整することで、金属製基材の温度を２８０〜３２５℃（好ましくは２９０〜３１０℃）に調整することができる。この状態を維持しながら金属製基材をプラズマ処理すると、その加工面が研削されて鋭利化する。
【００２２】
ここでバイアス電圧は５０〜１０００Ｖとすることが好ましい。
プラズマ処理時間は１〜１０時間とすることが好ましく、１．５〜４時間とすることがより好ましい。
イオン電流密度は０．１〜５０ｍＡ／ｃｍ2とすることが好ましく、０．５〜１０ｍＡ／ｃｍ2とすることがより好ましい。
プラズマを発生させる際の放電ガスの圧力は０．１〜１１Ｐａであることが好ましく、０．３〜２．５Ｐａであることがより好ましい。
【００２３】
放電ガスは希ガスまたは窒素であることが好ましいが、主要ガスおよび反応ガスを主成分とするものであることがより好ましい。放電ガスが主要ガスおよび反応ガスを主成分とするものであると、前記金属製基材における加工面の先端部分が好ましい形状となり、切れ味が格段に向上し、さらに耐久性にも優れる。
【００２４】
なお、ここで主成分とは、体積比率で７０％以上含むことを意味するものとする。すなわち、前記放電ガスにおける主要ガスと反応ガスとの合計濃度は７０体積％以上であることが好ましい。この合計濃度は８０体積％以上であることがより好ましく、９５体積％以上であることがより好ましく、９９体積％以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
主要ガスは希ガスまたは窒素を意味するが、窒素であることが好ましい。
反応ガスは前記主要ガス以外の気体を意味するが、酸素であることが好ましい。
主要ガスとして窒素を用い、かつ反応ガスとして酸素を用いると、加工面がより好ましい形状となり、さらに切れ味が格段に向上し、加えて耐久性が良好となるので好ましい。したがって、窒素と空気とからなる放電ガスを用いることがさらに好ましい。
放電ガスが窒素を含むと、金属製基材における加工面が窒化されて強度が向上し、耐久性が向上するので好ましい。
【００２６】
前記放電ガスにおける前記主要ガスの分圧（ＭＧＰ）は０．０１〜１０Ｐａであることが好ましく、０．１〜５Ｐａであることがより好ましい。
前記放電ガスにおける前記反応ガスの分圧（ＡＧＰ）は０．００１Ｐａ以上であることが好ましく、０．００１〜０．０８Ｐａであることがより好ましい。
【００２７】
前記放電ガスにおける、前記反応ガスの分圧（ＡＧＰ）と前記主要ガスの分圧（ＭＧＰ）との比（ＡＧＰ／ＭＧＰ）が、０．００１〜０．１であることが好ましく、０．００２〜０．０５であることが好ましい。より好ましい形状の加工面が得られ、さらに切れ味が格段に向上し、加えて耐久性が向上するからである。
【００２８】
なお、本発明の製造方法における主要ガスの分圧（ＭＧＰ）および反応ガスの分圧（ＡＧＰ）は、ガス導入手段６６によって真空槽６２内へ放電ガス６４を導入する際の、主要ガスおよび反応ガスの流量を流量計（オリフィス等）を用いて測定し、その測定値、真空槽６２の容量および真空槽６２から排出されるガス量から算出することができる。
また、例えば真空槽６２内へ窒素および空気を導入する場合は、各々の流量を上記と同様に流量計を用いて測定し、窒素および空気に含まれる主要ガスおよび反応ガスに相当するガスの流量を、各々のガス濃度から算出し、上記と同様に真空槽６２の容量および真空槽６２から排出されるガス量から算出することができる。
また、放電ガスの圧力は、このようにして測定し、算出した主要ガスおよび反応ガスの分圧の合計として求めることができる。
【００２９】
このようなプラズマ工程によって、刃物前駆体を得ることができる。
【００３０】
＜酸化工程＞
次に、本発明の製造方法が備える酸化工程について説明する。
本発明の製造方法における酸化工程は、プラズマの発生を終了した後、前記真空槽内を１００〜２２５℃の間の特定温度まで降温させ、前記真空槽の内部へ酸素含有ガスを導入することで、前記刃物前駆体の表面に酸化被膜を形成する工程である。
【００３１】
このような酸化工程によって、表面に斑点状の錆や着色をほぼ有さない刃物を得ることができる。
このような優れた刃物が得られる理由について現時点では明確ではないものの、本発明者は次のように考えている。
錆の発生には空気中の水分が関係しており、空気中の水分が刃物前駆体の表面に長時間付着すると腐食電池作用により斑点状の錆が発生すると推定される。基材温度を２８０〜３２５℃の範囲内でプラズマ処理の後、すぐに真空槽内を大気に開放すると、刃物前駆体の表面に空気中の水分が付着しても温度が高いので瞬時に蒸発し、局部電池作用は起こらず、表面には酸化膜（金属製基材がステンレス製である場合は不動態被膜）が均一に形成されるので、その後は斑点状の錆の発生が防止される。但し、プラズマ処理の後、真空槽内を特定温度まで降温せずに大気に開放すると、後述する金属製基材の表面が変色（着色）してしまい、商品価値が下がるという問題が残ってしまう。
【００３２】
ここで真空槽内を１００〜２２５℃、好ましくは１５０〜２１５℃、より好ましくは１９０〜２１０℃の間の特定温度まで降温（例えば自然降温）し、その後、真空槽の内部へ酸素含有ガスを導入する。酸素含有ガスとしては不活性ガスと酸素との混合ガス、窒素と酸素との混合ガス、アルゴンと酸素との混合ガス、大気が挙げられる。酸素含有ガスとして大気を用いる場合、大気解放することで真空槽内へ酸素含有ガスを導入できる。大気解放は、真空槽と常温・常圧である真空槽外部とを接続するバルブを開放し、大気を真空槽に導入することで達成することができる。また、真空槽内に大気以外の酸素含有ガスを導入する場合、例えば、真空槽に空気や酸素を含んだ複合ガスを封入した高圧ボンベを圧力調整器とバルブを介して接続し、バルブを開放して真空槽を大気圧にする手段や、コンプレッサによって加圧、除湿、油分の除去をされた大気を圧力調整器とバルブを介して接続し、バルブを開放する手段等が考えられる。
【００３３】
このような本発明の製造方法によって本発明の刃物が得られる。本発明の刃物は、例えば図５に示すような刃物である。
図５（ａ）は本発明の刃物の好適態様を示す外科手術用のメスの概略側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図（概略図）である。
【００３４】
図５（ａ）に示すメス９０の刃先部位９２は、図５（ｂ）に示すように、所定曲率半径の曲面を備えるように、断面において内へ凹む凹面９４を２つ有している。また、これら凹面９４は、刃先９６から背側へ向かって間隔Ｈまでの間に形成されている。
ここで凹面の曲率半径（図５中のＲ）は３０〜２５００ｎｍであることが好ましく、１００〜１０００ｎｍであることがより好ましい。
また、間隔Ｈは５〜３００ｎｍであることが好ましく、１０〜１００ｎｍであることがより好ましい。
このようなメス９０は、その刃先９６がプラズマ処理されて非常に鋭利になっているので切れ味に優れる。
【実施例】
【００３５】
＜実施例１＞
実験用のサンプルとして、板状のステンレス材（銀５、日立金属製）を使用した。表１に組成を示す。なお、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ以外は原則Ｆｅである。
【００３６】
【表１】
2018123353.tif 000003
【００３７】
＜表面着色温度の特定＞
ステンレスを大気雰囲気下で熱処理すると表面に酸化膜が形成される。また、酸化膜の厚さによって、ステンレス表面が赤色や青色に着色される。材料表面が着色すると商品価値が棄損されるため、着色しない温度域を調査した。
熱処理は図６に示す条件によって行った。すなわち、大気圧雰囲気下で、室温から６．７度／ｍｉｎの速度で所定温度まで昇温し、１時間保持した後に自然冷却した。ここで所定温度は、１００、２００、２２５、２５０、３００、４００、５００℃の各温度として実験した。
【００３８】
図７に熱処理実験後の供試材の外観写真を示す。
最初に５００℃まで１００℃刻みで熱処理を行ったところ、２００℃と３００℃の間に変色しない境界があることが分かった。そこで、２００℃と３００℃の間を調査したところ、２２５℃以下で変色しないことが分かった。
【００３９】
＜プラズマ処理＞
プラズマ処理による刃物加工は、真空雰囲気下２８０〜３２５℃の間の所定温度にて行われる。以下ではプラズマ処理後に真空チャンバを大気圧下に開放する際の温度を変化させた。そこで、大気解放したサンプルを大気圧下に一晩保管して表面の錆の発生具合を確認した。
パターン１：プラズマ処理終了後に真空槽内で室温まで自然降温し、その後、大気解放した。このようにして得られたサンプルを、以下では「サンプル１」ともいう。
パターン２：プラズマ処理終了後に真空槽内で２００℃まで自然降温し、その後、大気解放した。このようにして得られたサンプルを、以下では「サンプル２」ともいう。
その結果、図８に示すようにサンプル１では斑点状の錆が発生したが、サンプル２では錆が発生しなかった。
【００４０】
＜測定結果＞
上記の＜プラズマ処理＞に記した処理を施した２種類のサンプル（サンプル１、サンプル２）の各々を、ＥＰＭＡ（日本電子（株）社製、ＪＸＡ−８５００ＦＳ）を用いて定性分析した。結果を図９、図１０に示す。
なお、サンプル１については、錆がない部分について、ＥＰＭＡを用いて定性分析を行った。
図９、図１０より、サンプル２では表２に示すように、サンプル１で検出されなかった酸素が検出されており、表面に酸化膜（不動態被膜）が形成されていることが分かる。
【００４１】
【表２】
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【符号の説明】
【００４２】
１、１１    刀身基材
３、１３、５４    刃先
５、１５、３４    背側端部
１７、５２    加工面
１９    第一の境界
２１、５８    尖端面
２３    第二の境界
２５、３２    側面
３０    刀身用部材
３６    腹側端部
３８    尖端研削面
４０    尖端部
４２    側研削面
４４、４８、５６    境界
４６    尖端研磨面
５０    側研磨面
α    所定刃付け角度
β    所定尖端角度
Ｔ    厚さ
Ｘ    厚さ方向
６０  プラズマ装置
６２  真空槽
６４  放電ガス
６６  ガス導入手段
６８  金属製基材
７０  ホルダー
７２  フィラメント
７４  フィラメント用電源
７６  アーク放電電源
７８  ホローカソード電極
８０  コイル
８２  絶縁体
８４  バイアス電圧電源
９０  メス
９２  刃先部位
９４  凹面
９６  刃先
Ｒ    曲率半径
Ｈ    間隔
【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】
2018123353.tif 000010
【図７】
2018123353.tif 000011
【図８】
2018123353.tif 000012
【図９】
2018123353.tif 000013
【図１０】
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