(57)【要約】【課題】携帯具刃の機械的特性を高めること。【解決手段】携帯具の刃の摩擦攪拌加工のシステム及び法であって、摩擦攪拌加工技術を優れた刃保持力及び刃こぼれ抵抗力を得べく携帯具の刃の特性を変えるために使用する。【選択図】図１５【特許請求の範囲】
【請求項１】
１）携帯ナイフ刃を形成する高融解温度被加工物を用意すること、
２）一部である基部材料より高い融解温度材料を含む摩擦攪拌加工工具を用意すること、
３）前記被加工物の特性を変えるように前記工具を使用して前記被加工物を摩擦攪拌加工すること、
４）前記被加工物から携帯ナイフの刃を形成することを含む、携帯ナイフ刃の製作方法。
【請求項２】
前記基部材料に液体状態を経ることなしに実質的に固体変形を生じさせることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高融点温度材料を用意するステップは、表面硬化及び空気硬化又は高速鋼に使用される合金鉄、非鉄材料、超合金、チタン、コバルト合金を含む高融解温度材料の群から高融解温度基部材料を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記被加工物の固体加工から携帯ナイフ刃に有利な特性を持つ新しい材料を合成すること含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１）添加材料を用意すること、２）前記基部材料の少なくとも１つの特性を変えるために前記基部材料に前記添加材料を摩擦混合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
被加工物の微視組織を変えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記被加工物のマクロ組織を変える請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記微視組織を変えるステップは、前記基部材料の靱性を増すことを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記微視組織を変えるステップは、前記基部材料の硬度を増し又は減ずることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記微視組織を変えるステップは、前記基部材料の強度を増し又は減ずることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記微視組織を変えるステップは、前記携帯ナイフ刃に優れた刃保持力を得るために前記被加工物を摩擦攪拌加工することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記微視組織を変えるステップは、前記携帯ナイフ刃に優れた刃こぼれ抵抗力を得るために前記被加工物を摩擦攪拌加工することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記摩擦攪拌工具を用意するステップは、軸部、肩部及びピンを有する摩擦攪拌加工工具を用意するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記軸部、肩部及びピンを有する摩擦攪拌加工工具を用意するステップは、超砥粒材料を含むステップからなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ピンを被加工物中に突っ込まないで摩擦攪拌加工するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記摩擦攪拌加工工具を用意するステップは、軸部と肩部とを有する摩擦攪拌加工工具を用意するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
改良された刃保持力及び刃こぼれ抵抗料力を有する刃を備えた携帯ナイフであって、摩擦攪拌加工により造られた、刃のための高融解温度基部材料からなる携帯ナイフ。
【請求項１８】
摩擦攪拌加工により携帯ナイフ刃を製作するシステムであって、高融解温度材料と、一部である基部材料より高い融解温度材料を含む摩擦攪拌加工工具とを含み、前記工具は前記基部材料に固体変形を生じさせるべく、摩擦攪拌加工を行うために使用され、前記基部材料の特性が変えられる、携帯ナイフ製作システム。
【請求項１９】
前記工具は軸部、肩部及びピンからなる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記工具は前記軸部及び肩部からなる、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、携帯ナイフに関し、特にナイフ刃の特性を改良する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この明細書において、用語「ナイフ刃」又は「刃」は、本発明が採用される携帯具の切断刃を指すために用いられる。本発明は切れ味、その持続及び破砕に対する抵抗が携帯具の切断刃の重要な特徴であるどのタイプの切断刃付き携帯具にも適合することが、理解されよう。適合する携帯具の例には、狩猟ナイフ、ポケットナイフ、まさかり、斧、はさみ、ボックス・カッター、クラフト刃等が含まれる。
【０００３】
鋭利さと鋭利な刃を保持する能力とは、携帯ナイフ刃にとって２つの重要な基準である。携帯ナイフが針金、骨又は他の硬又は研磨剤を切断するために使用されるとき、誤用と理解される。誤用は、しばしば、携帯ナイフ刃を切れなくし、また刃こぼれを生じさせて損ねる。誤用に耐えなお鋭利な刃を保持する携帯ナイフ刃は、携帯ナイフ刃の製作業者が長い間求めてきた最も望ましい特性である。しかし、衝撃抵抗及び靱性は、大抵の携帯ナイフは材料の摩擦抵抗と硬度とが逆比例の関係にあるため、異なる携帯ナイフ刃が、刃こぼれなしに骨及び硬い木を切るような耐衝撃性及び動物の肉等を切る鋭利さのために必要とされる。
【０００４】
まさかりや肉切り包丁のような製品は、刃こぼれなしに乾いた木や骨を切る際の衝撃に抵抗するように特別に設計されてきた。しかし、従来、高い靱性は他の携帯ナイフ刃の高いＲＣ値に比較して低いＲＣ値を意味する。その結果、鋭利な刃を保持する能力（以下「刃保持力」という。）が低下する。刃の鈍化や刃こぼれの防止なしに、幸運な媒体が良好な刃保持力の間に発見されるまで、数回のロックウエル硬度又はＲＣ硬度の測定により種々のタイプのスチールを試験する手法が開発されている。
【０００５】
例えば、アラスカナイフ社により販売されているBrown Bear（商標）のような従来のD2スチール製携帯肉切り包丁は、刃こぼれなしにいつでも骨を切れるように設計されている。しかし、ロープが繰り返し携帯肉切り包丁で切られるとき、刃保持力は、同様にアラスカナイフ社により販売されているJaeger Boning（商標）ナイフのようなより硬い携帯ナイフ刃におけると同等とはならない。同様に、低衝撃切断において刃保持力を高める携帯ナイフ刃は、携帯ナイフ刃の高められた脆性により硬い木及び骨のような硬い材料を切るのに使用されるとき、刃こぼれをする。
【０００６】
理想的には、携帯具の刃は、磨り減り切断に抵抗し、鋭利な刃を保持し、さらに刃こぼれや破砕なしに硬い骨、硬い乾いた木等を切るのに必要な高い衝撃に抵抗することができることである。
【０００７】
したがって、望まれるのは、携帯ナイフ刃、携帯まさかり刃又は他の切断刃すなわち硬い材料を切る高い衝撃に抵抗することができる切断具の切断刃であり、さらに優れた刃保持力を持つことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一面において、本発明は、携帯具刃の機械的特性を高める方法を提供する。
【０００９】
他の面において、本発明は、優れた刃保持力を有する携帯具刃及びその製作方法を提供する。 
【００１０】
さらに他の面において、本発明は携帯具刃の刃こぼれに対する優れた抵抗を示す携帯ナイフの刃を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施例において、本発明は、摩擦攪拌技術を優れた刃保持力と携帯具刃の刃こぼれに対する優れた抵抗力とを得るように携帯具刃の特性を変えるために使用する、携帯具刃のための摩擦攪拌のシステム及び方法を提供する。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の目的、特徴、利益及び変更は、添付図面を参照してする以下の説明により当業者に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、本発明の種々の要素は、例示の目的で開示するものであり、本発明の技術的範囲を狭める目的でするものではない。
【００１４】
本発明は、一つの面において、「刃」と称される携帯具用切断刃に摩擦攪拌加工を施すシステム及び方法を提供する。本発明による摩擦攪拌加工システム及び方法を用いて加工された３つの刃が用意され、従来の刃に対して試験された。試験用刃の製作は、被加工物を摩擦攪拌加工し、該被加工物は、その後、比較のために使用された従来のナイフ刃と実質的に同じ形状を有するナイフ刃を形成するように仕上げられた。
【００１５】
本発明の他の実施例は図２に示された工具を使用する。図２は、横断面形状が円形の摩擦攪拌加工工具２０の断面図である。工具２０は軸部２２及び肩部２４を有するが、この例ではピンを有しない。したがって、固体加工される材料中にピンが突っ込む代わりに、肩部が材料に押圧される。肩部の貫入は、ピンに比べて肩部の表面積がより大きいために、材料の表面又はわずかにその下方の面に制限される。
【００１６】
図１において、工具１０のピン１６は、材料中に突っ込まれるべきでないが、該ピンは容易に貫入するように設計されやすい。したがって、ピン１６は図２の工具２０に比べて設計上非常に小さい面積を持つので、ピンは材料中に突っ込みやすい。しかし、例え表面上だけでも材料のより小さい面積を加工するためにより小さい面積のピン１６を使用することは有利である。したがって、表面又は表面近くの加工を、代表的には貫入と材料の接合のために使用される工具を使用して行うのが、本発明の他の実施例である。
【００１７】
図３はピンのない工具の変更例を示している。図３は、肩部３４の直径より小さい直径の軸部３２を有する工具３０を示している。この工具は、肩部３４の直径に起因して、構造上、材料が少ないため一層経済的に設計することができる。
【００１８】
図２，３に示された肩部２４，３４の形状からは何も特定されず、肩部２４，３４は図解目的でのみ示されており、それらの正確な断面形状は特定の結果を得るように変更することができる。
【００１９】
実験結果は、携帯ナイフ刃に使用される材料は摩擦攪拌加工中にいくつかの重要な変化を来すことを示した。それらの変化は、制限的ではないが、微視組織、マクロ組織、靱性、硬度、粒境界、粒度、位相配分、延性、超塑性、核化作用変化、サイト濃度、圧縮性、拡張性、摩擦係数、摩耗抵抗、腐食抵抗、疲労抵抗、磁気特性、強度、放射吸収及び熱伝導性における変化を含む。
【００２０】
核化作用に関して、観察は、摩擦攪拌加工から材料に誘起されたエネルギーにより加工された材料により多くの核化作用サイトがあろうことを示している。したがって、溶出材料の多くは、沈降物又はセコンドフェーズのより高い濃度をつくるために、溶液又は沈降物から取り出すことができる。
【００２１】
図４において、ＡＴＳ３４スチールの一部分は、基部材料７０中に図２の工具に似た工具を突っ込むことによって、また該工具を横方向へ動かすことによって摩擦加工される。横方向への運動は、紙面に直角であり、図５は基部材料７０の断面図である。
【００２２】
図４は、頂部７２から基部材料７０中に突っ込まれた工具を示す。小円のように見えるいくつかの部分は、基部材料の種々のゾーンでロックウエルスケールに関する硬度が試験されたことを示している。攪拌ゾーン７４は６０ＲＣの硬度を有するものとして示されている。内側のＴＭＡＺ（熱的機械的影響ゾーン）及び外側のＨＡＺ（熱影響ゾーン）の境界近くで、基部材料７０は位置７６において４４ＲＣの硬度を有するものとして示されている。最後に、未加工の、すなわち原基部材料ゾーンは、ほぼ位置７８において１２ＲＣの原硬度を、他の試料においても、保持するものとして示されている。
【００２３】
図５は、ＡＴＳ―３４スチールの基部材料７０上の切断刃のオーバーレイ９０を示している。オーバーレイ９０は、材料７０から機械加工される切断刃の１つの有利な形状を示しており、その形状は摩擦攪拌加工される材料７０の改良された靱性及び硬度の大きな利益をもつ。切断刃オーバーレイ９０は、硬くて粘りのある切断刃となる加工域７４に形成される。同様に、摩擦攪拌加工材料から形成されるいかなる物も、その物に最も有利な特性を与えるように配置することができる。この例において、有利な切断刃は、摩擦攪拌加工材料内に適当に配置された刃を有することによって得られる。
【００２４】
本発明の携帯具用試験刃は、次の指示に従って携帯具用試験刃を機械加工することによって得られる。図１１は、携帯具用試験刃を所望の形状に研磨するために使用される研磨機を示す。研磨の最初の試みは、６００グリット・ダイヤモンド・ベルトにより２２度の角度を得ることであった。結果は、光沢のある刃であった。３２０グリット・ダイヤモンド・ベルトが次いで使用され、携帯具用刃をさらに改良する良い結果が得られた。所望の角度が設定され、数回のパスの後、切断刃は所望のワイヤバリを生じさせるべく６０００グリット・ダイヤモンド・ベルトに対して置かれた。そのワイヤバリは８，０００グリッド・ダイヤモンド・ベルトにより除去され、５０，０００グリッド・ダイヤモンド・ベルトにより磨かれた。かみそりの刃が試験刃に設けられ、切断刃は加工された材料内に全体的に残るように見える。
【００２５】
上記の指示は、比較の目的で使用される刃と形状を比較することができる試験刃を作るためでしかない。本発明の摩擦攪拌加工の使用によって得られる携帯具用刃は、上記のパラメーターに限られない。 
【００２６】
本発明の重要な要素は、摩擦攪拌混合の概念である。摩擦攪拌加工は単一材料の加工と見るが、摩擦攪拌混合は摩擦攪拌混合方法に含まれるべき添加材を提供する。  添加材は最終的に携帯具用試験刃の一体部分となる。
【００２７】
図６は、他の添加剤を含むように摩擦攪拌混合された基部材料の断面図である。特に、スチール部材１００は、該スチール部材中にダイヤモンド粒子１０２が入っていくように摩擦攪拌混合される。
【００２８】
図７は、スチール部材１００の 微視組織の断面図である。この図はダイヤモンド粒子１０２がスチール部材１００の混合域を経て存在することを示している。
【００２９】
図８は、添加材１１２を所定位置に保持するようにメッシュ又はスクリーン１１０を使用して添加材１１２を摩擦攪拌混合する実施例の断面図である。特に、ステンレススチールのメッシュ又はスクリーン１１０が粉体状のカーバイド１１２を保持するために使用されている。スクリーン１１０及びカーバイド１１２は、基部材料１１４の表面に配置される。基部材料１１４は次いで摩擦攪拌加工され、ステンレススチール１１０，カーバイド１１２及び基部材料１１４が基部材料の表面で混合する。これに代え、異なる材料を、ピンを有する工具を用いて又は基部材料に押圧される肩部を有する工具を用いて基部材料１１４にさらに混合することができる。
【００３０】
図９は、以下に述べる加工により製作した携帯ナイフ刃の部分拡大図である。
【００３１】
本発明の重要な概念は、実行される固体加工すなわち摩擦攪拌加工は、塑性化状態への一時的な変形である。したがって、被加工物として使用され、携帯ナイフ刃を形成する材料は、液体状態を経ない。
【００３２】
比較のために、Ｄ−２スチールのBrown Bear（商標）携帯肉切り包丁刃が試験ハンドルにボルト止めされた。同じ形状に磨かれ、摩擦攪拌加工されたＤ−２スチールの切断刃を有する携帯具用刃が用意され、同様にハンドルにボルト止めされた。最終的な携帯肉切り包丁刃及び携帯具用刃は、十分な重量と切断慣性とを備えた共に２４オンスの刃である。
【００３３】
第１の切断試験はグリーンアカガシワの大枝で行われ、第２の切断試験は非常に硬くて高密度の木である、乾燥したオセージオレンジの大枝で行われ、第３の切断試験はヘラジカの枝角（骨）で行われ、第４の切断試験は煉瓦ブロックで行われ、第５の切断試験はスチールの鉄床で行われた。試験刃による切断の結果を表１に示す。
【００３４】
2007532151.tif 000002
表１
【００３５】
前記した両方の携帯肉切り包丁は、刃こぼれなしに骨及び硬い木を切断することができた。しかし、携帯具用試験刃は、従来の携帯肉切り包丁を超える大きな刃保持力を有することが見出された。
【００３６】
上記の試験はまた他の携帯ナイフに比べて良好な刃保持力を有するBush Camp Knife（商標）及びJaeger Boning携帯ナイフを使用しても行われた。図１６に示すように、両ナイフは、ヘラジカの枝角で試験したときに破滅的な刃こぼれを生じたので、より硬い物では試験をしなかった。
【００３７】
第２の携帯具用試験刃は新しい試験を行うために鋭利にされた。第２の試験刃は、３０分間ロープを切断するために使用された。そのとき、ロープがなくなるまで６０７カットがされた。第２の携帯具用試験刃は、その後になお乾いた毛を剃れた。
【００３８】
摩擦攪拌加工刃の鋭利試験のようなさらなる試験が携帯試験刃について行われた。この試験では、まずアラスカナイフ社の５本の携帯ナイフが試験された。これらの携帯ナイフは、商標名でAlaskan Brown Bear Skinner/Cleaver (D2 steel、RC 55-57)、Jaeger Boning Knife (ATS-34 steel; RC 59-61)、Bush Camp Knife (AUS8 steel、RC 57-59)、 Coho 漁師ナイフ (中空研磨AUS8 スチール、RC 57-59)及びMagnum Ulu (D2 steel、RC 59-61)を含む。最後の試験は、摩擦攪拌加工を有する携帯ナイフでされた。
【００３９】
鋭利さの試験は、２ｘ６板上に３/４インチ厚の麻ロープを置いて行われた。各ナイフの一部分が選ばれ、ロープは木槌で刃の背を打つことにより切断された。図１２はロープを打つBrown Bear（商標）肉切り包丁を示す。図１３は、携帯具刃をこれにロープを切断させるべく叩くために使用される木槌又はハンマーを示す。図１４は、携帯具用試験刃の、ロープ切断を繰り返した部位を示す。 
【００４０】
ロープは、携帯ナイフ刃の同じ点で繰り返し切断される。カット数は携帯具用刃毎に記録される。携帯ナイフの試験部分が試験者の腕の乾いた毛を最早剃れないとき、その携帯ナイフ刃スチールが毛を剃る刃を保持した最大カット数として記録される。その試験結果を表２に示す。
【００４１】
2007532151.tif 000003
表２
【００４２】
携帯具用刃の試験は、試験刃が既に他の全ての試験サンプルのカット数を超えたために１００カットで停止したことを示している。携帯具用試験刃は図１５に示されている。さらに、携帯具用刃は、なお毛を剃ることができ、しかも、試験の開始と１００カット後との間には目に見える何の差違も刃に生じなかった。
【００４３】
本発明により形成された試験刃は、鋭利さのカテゴリー及び衝撃試験の結果においても予想を超えた。従来、２ポンドの携帯用試験刃を使い、繰り返しヘラジカの枝角のような硬い物を切断すべく円滑に振り、さらに刃こぼれなしに毛を剃れる刃を保持することができるとは予想しなかったことである。そのような性能は携帯ナイフ産業において聞いたこともない。
【００４４】
摩擦攪拌加工は、刃の性能を高めるためにどの携帯ナイフ刃にも行うことができる。そのような携帯ナイフ刃は、D2スチール、ATS-34スチール、AUS8スチール、S-30V スチールを含む何れかの材料によって形成することができる。
【００４５】
これまでにして説明は、本発明の原理の応用を例示するのみであると理解されるべきである。当業者は多くの変更を本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の摩擦攪拌加工を行うために使用する工具の斜視図。
【図２】本発明の摩擦攪拌加工を行うために使用する他の工具の断面図。
【図３】本発明の摩擦攪拌加工を行うために使用する他の工具の断面図。
【図４】材料の特性を変えるために摩擦攪拌加工がされる材料の断面図。
【図５】材料の特性を変えるために摩擦攪拌加工がされ、刃が摩擦攪拌加工された材料から形成されることを示すオーバーレイを有する材料の断面図。
【図６】他の材料を含むように摩擦攪拌混合された材料の断面図。
【図７】図６の材料の微視組織の断面図。
【図８】添加材料１１２を所定位置に保持するために、添加材料１１２をメッシュ又はスクリーン１１０を使用する他の材料に摩擦攪拌混合する実施例の断面図。
【図９】携帯ナイフ刃の摩擦攪拌加工領域の像を示す図。
【図１０】図９に示した携帯ナイフ刃の微視組織の像を示す図。
【図１１】第１携帯具用試験刃を研磨するために用意された、霧状冷却材を備える研削盤の図。
【図１２】飛ぶ粒子によりロープを打つBrown Bear（商標）肉切り包丁を示す図。
【図１３】刃を打つハンマーを示す図。
【図１４】試験領域を示しかつ１００カットのそれぞれが生じた携帯試験を打つハンマーを示す図。
【図１５】携帯具用試験刃による、なお鋭利さを保持する１００カットを示す。
【図１６】ヘラジカの枝角を切断した後のナイフのこぼれた刃を示す図。
【図１７】刃こぼれした鉄床を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１０，２０，３０    摩擦攪拌加工工具
１６                ピン
２２                軸部
２４，３２，３４    肩部
７０                基部材料
９０                オーバーレイ
【図１】
2007532151.tif 000004
【図２】
2007532151.tif 000005
【図３】
2007532151.tif 000006
【図４】
2007532151.tif 000007
【図５】
2007532151.tif 000008
【図６】
2007532151.tif 000009
【図７】
2007532151.tif 000010
【図８】
2007532151.tif 000011
【図９】
2007532151.tif 000012
【図１０】
2007532151.tif 000013
【図１１】
2007532151.tif 000014
【図１２】
2007532151.tif 000015
【図１３】
2007532151.tif 000016
【図１４】
2007532151.tif 000017
【図１５】
2007532151.tif 000018
【図１６】
2007532151.tif 000019
【図１７】
2007532151.tif 000020
【国際調査報告】
2007532151.tif 000021