(57)【要約】【課題】不銹性であるとともに、ステンレス製や特殊鋼製のものよりも一層軽量かつ、炭化物分散チタン合金に比べて耐摩耗性及び強度のある刃物を提供する。【解決手段】基材が、チタンを主成分としたα相、β相の少なくとも一方からなるチタン合金と、該チタン合金中に分散したＴｉＢ粒子とを有すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材が、チタンを主成分としたα相、β相の少なくとも一方からなるチタン合金と、該チタン合金中に分散したＴｉＢ粒子とを有することを特徴とする刃物。
【請求項２】
上記ＴｉＢ粒子の一部がチタン合金の表面に露出していることを特徴とする請求項１に記載の刃物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃の主面に小さい角度で斜面を形成した大刃と、該主面の縁部に沿ってさらに大きい角度で斜面を形成した小刃とを有した刃物などにおいて、チタン合金中に硬質粒子を均一分散させたチタン基複合材料を利用した刃物およびその製造方法に関するものであり、ナイフ、カッターの刃、調理用刃物、鋏、カミソリ、その他各種の刃材に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
純チタンやチタン合金は、軽量で高い弾性を有し、不銹、非磁性等の特徴を有する各種工業製品の有用な素材である。しかし、純チタンやチタン合金は、炭素鋼、ステンレス鋼などに比べて硬度が低いため、耐摩耗性を要する刃物の素材としては不適と考えられていた。
【０００３】
最近では、上記チタン合金の強度、剛性、耐摩耗性等の特性を改善するため、該チタン合金中に硬質粒子を分散させた複合材が開発されている。この分散粒子としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＣ、ＴｉＢ2 等の粒子が使用されている。
【０００４】
また、特開平１１−１３１１７１号公報では、炭化物を添加したチタン合金刃物から、耐摩耗性、強度をもたせていることが報告されている。
【０００５】
また、特開平８−３１１５８６号公報では、ＴｉＢを有するチタン合金を他の基材に溶射した刃物としていることが報告されている。
【特許文献１】特開平１１−１３１１７１号公報
【特許文献２】特開平８−３１１５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、炭化物を添加したチタン合金刃物であるが、耐摩耗性、強度が不十分であることがわかっている。
【０００７】
また、特許文献２では、ＴｉＢを有するチタン合金を他の基材に溶射した刃物であるが、刃物を研ぐと溶射したＴｉＢを有するチタン合金がすぐ磨耗してなくなるため、製品寿命が短いという問題があった。さらに、ＴｉＢを有するチタン合金を他の基材に溶射するため、密着性が悪くなり剥がれる恐れがあった。さらに、ＴｉＢを有するチタン合金を他の基材に溶射するという工程が製造上の大きな負担となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点に鑑みて本発明の耐摩耗性チタン刃物は、基材が、チタンを主成分としたα相３、β相４の少なくとも一方からなるチタン合金と、該チタン合金中に分散したＴｉＢ粒子とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記ＴｉＢ粒子の一部がチタン合金の表面に露出していることを特徴とする。
【００１０】
かくして得た焼結部からなる刃材は、研削により所要の箇所に刃付け加工を施すことにより、所望の刃物を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の耐摩耗性チタン刃物は、延性および靱性が低下しにくく、室温から高温までの強度、耐摩耗性等の特性が向上した耐摩耗性チタン刃物となる。炭素鋼、特殊鋼、ステンレス鋼に比べて当然に軽量であり、しかも海水中でも錆びない点でステンレス刃物以上に不銹性において勝り、炭化物添加に比べて高耐摩耗性をもつことが可能とった。
【００１２】
また、本発明の刃物が初期から摩耗していく過程においても、分散しているＴｉＢ粒子が被処理物に対して、常に点接触しギザ刃機構になることから切れ味は変わることはない。
【００１３】
また、ＴｉＢは母材のチタン合金内において高温から低温まで熱力学的に安定であり、チタン中に溶けにくく、チタンとの熱膨張差がほぼないので、ＴｉＢ粒子が容易に脱粒することもなく、切れ味はいつまでも続くこととなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、請求項にかかる発明の実施形態を説明する。
【００１５】
本発明は、基材が、チタンを主成分としたα相３、β相４の少なくとも一方からなるチタン合金と、該チタン合金中に分散したＴｉＢ粒子とを有することを特徴とする。
【００１６】
ＴｉＢ粒子が均一分散されておらず局所的にＴｉＢ粒子が無いところが発生してしまうと耐摩耗性が劣ることとなり、反対にＴｉＢ粒子が多いところでは緻密化が得られずボイドが発生し、衝撃性が劣ってしまう。原料作製段階にＴｉＢ粒子あるいはＴｉＢ粒子となる前駆体を混合させ分散させておく必要がある。
【００１７】
ここで単に分散ではなく均一分散と説明しているのは、ＴｉＢ粒子に等方性があり、またα相３、β相４、α相３＋β相４を取り囲んでいるものではなく、凝集しているものではないことを明確にするためである。例えば２０μｍ以下のＴｉＢが４００μｍ以下の平均間隔で点在している。ここで分散性での平均間隔の測定方法は、金属組織を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真（倍率５００倍）を使用し、写真上の任意のＴｉＢ粒子１点から最短距離で存在するＴｉＢ粒子までの距離を定義し、平均値を算出したものである。ＴｉＢ粒子が均一分散されたことにより、炭化物添加に比べて高耐摩耗性をもつことが可能とった。これは、炭化物の場合、炭素が母材に固溶し脆性化をまねくことが考えられ、対して硼化物は母材に固溶することもなく、熱力学的にも安定な元素だからである。
【００１８】
そして上記ＴｉＢ粒子の面積比が５％未満では、粒子分散強化の効果が小さく、上記材料を加工する際には難削材となり焼きつきが起き、完成品の刃体が反りやすい。また、特定値を越えると粒子が粗大化し、合金材料の靭性が低下する恐れがある。
【００１９】
また、母材となるチタン合金は純チタンに強化用合金元素を添加し機械的性質を改良したものである。強化用合金元素は、ヤング率がβ相４より大きいα相３安定化元素として０．５〜７．０重量％であるＡｌと、熱処理を行い更に強度を高めることができるβ相安定化元素として１．０〜１２．０重量％であるＶ、２．０〜３０．０重量％であるＭｏ、１．０〜７．０重量％であるＦｅを添加したものであり、α相３安定化元素およびβ相安定化元素を適当に添加することでα相３＋β相４といった優れた機械的性質が得られる。
【００２０】
さらに本発明は、上記ＴｉＢ粒子の一部がチタン合金の表面に露出していることを特徴とする。
【００２１】
これは包丁の刃先の接触部分にあらわれはじめたＴｉＢ粒子が被処理物と点接触するギザ刃機構になるため切れ味は変わることはない。もちろん、ＴｉＢ粒子は母材のチタン合金内において高温から低温まで熱力学的に安定であり、チタン中に溶けにくく、チタンとの熱膨張差がほぼないので、ＴｉＢ粒子が容易に脱落することもないので、切れ味はいつまでも続くこととなる。突出する量はＴｉＢ粒子のアスペクト比に依存するが、ＴｉＢ粒子の長手方向が突出するのが好ましい。
【００２２】
切れ味は一定荷重の下に刃先をテスト用紙に当て、一定速度で片道３０ｍｍの往復サイクル運動を１２８往復させ、テスト用紙の切込み枚数を1サイクル毎に記録する評価方法を採用し、１２８回まで安定しているかで評価することができる。
【００２３】
前記の評価方法から、横軸を対数表示とし１２８往復までの切れ味直線の傾きは大きく、他に比べて耐摩耗性があるといえる。テストを行うことで母材が摩耗し切れ味低下を招くが、母材が摩耗していく過程において、分散しているＴｉＢ粒子が随時現れ、ＴｉＢ粒子が点接触しギザ刃機構になることから切れ味は変わることはなく、また、刃付け時にＴｉＢ粒子が点接触となるギザ刃機構状態となっていることも本発明の利点であることを失わない。特に上記ＴｉＢ粒子が刃の表面から突出している面積比特定の範囲であることが好ましい。面積比が小さいとギザ刃機構として耐摩耗性が低下し、大きいと切れ味自体が低下する傾向になる。ここで面積比の測定方法は、金属組織を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真（倍率５００倍）を使用し、刃先の稜線から１ｍｍ角を撮影し、そのなかで任意のＴｉＢの粒径が１μｍ以上のＴｉＢの占める面積比を求めたものである。
【００２４】
また、上記ＴｉＢ粒子の平均粒径は１〜２０μｍであり、そのうち平均粒径１〜２０μｍのものが、平均２０〜４００μｍの間隔で点在していることが好ましい。平均粒径が１μｍ未満だとＴｉＢ粒子が脱粒して切れ味が悪くなり易く、平均粒径が２０μｍより大きいと切断面の品位が粗くなる傾向がある。そして平均粒径１〜２０μｍのＴｉＢ粒子が、平均２０μｍ未満の間隔で分散していると、切れ味自体が低下するという不具合があり、粒径１〜２０μｍのＴｉＢ粒子が、平均４００μｍより大きい間隔で分散していると、ギザ刃機構として耐摩耗性の機能が低下するという不具合がある。
【００２５】
なお、本発明の刃材には副成分としてＡｇを重量比において０．１〜１０％添加することも可能であり、Ａｇを配合すれば、この刃材による刃物は抗菌性がある。しかも、その配合量が少量であるため、刃物の重量、営利性及び切れ味の寿命に悪影響があらわれないことも、本発明の利点であることを失わない。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の実施例を示す。
【００２７】
本発明の試料には、チタンを約８０％含み、その他金属及びその化合物の粉末素材を添加、混合後、圧縮成形には４ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力を使用する。焼結は真空炉中、１，２００〜１，３００℃で所要時間は約２時間としたものである。
【００２８】
かくして得た焼結部からなる刃材は、研削により所要の箇所に刃付け加工を施すことにより、所望の刃物を得ることができる。
【００２９】
ＴｉＢの分散量を種々変更して、耐摩耗性、抗折強度を調べた結果を表１に示し、耐摩耗性をグラフ化したものを図２に示す。
【表１】
2007143956.tif 000003
【００３０】
耐摩耗性の測定方法は、前記評価方法により耐摩耗性をグラフの傾きが優れているものには◎印を、やや優れているものには○印を、耐摩耗性がみられるものには△印を、全く耐摩耗性が見られないものを×印を付している。
【００３１】
抗折強度の測定方法は、ＪＩＳＲ１６０１−１９９５規格により４ｍｍ×３ｍｍ×３６ｍｍの検体を使用した。抗折強度が１６００ＭＰａ以上のものには○印を、１２００〜１６００ＭＰａ未満のものには△印を、１２００ＭＰａ未満のものには×印を付している。
【００３２】
実施例１〜５と比較例１〜３を比較する。
【００３３】
比較例１では、ＴｉＢ粒子を均一分散させていないため、耐摩耗性、耐摩耗性が劣る。
【００３４】
比較例２でおよび比較例３のような従来の炭化物添加やジルコニアセラミックのものは耐摩耗性および抗折強度のいずれかで劣ることがわかる。
【００３５】
次に、チタン合金中のα相：β相の比、平均粒径、平均間隔を種々変更し、初期切れ味、耐摩耗性、抗折強度、断面品位を調べた結果を表２に示す。
【表２】
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【００３６】
初期切れ味の測定方法は、前記耐摩耗性の評価方法により一回目の切れ味枚数が５０枚以上のものには○印を、それよりも劣るものには△印を付している。
【００３７】
断面品位の測定方法は、刃先断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真（倍率５００倍）より、刃先断面の刃幅を調べたものである。刃幅が１μｍ未満のものには◎印を、１〜３μｍ未満のものには○印を、３μｍ以上のものには△印を付している。
【００３８】
試料Ｎｏ１７〜２１より、耐摩耗性、抗折強度、断面品位の点でＴｉＢの平均粒子径は１〜２０μｍが好ましいことがわかる。
【００３９】
試料Ｎｏ２２〜２６より、耐摩耗性、抗折強度、断面品位の点でＴｉＢの平均間隔は２０〜４００μｍが好ましいことがわかる。特に断面品位からみると、平均粒径と平均間隔が影響しＴｉＢ粒子が刃先にならぶ存在確立が高くなることで、ＴｉＢが突出しすぎてしまうためである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る刃物のギザ刃状況の透視模式図である。
【図２】本発明に係る耐摩耗性をグラフ化したグラフである。
【図３】本発明の、α相、β相、ＴｉＢが入った透視模式図。
【符号の説明】
【００４１】
１  テスト紙
２  刃部（基材）
３  α相
４  β相
５  ＴｉＢ粒子
【図１】
2007143956.tif 000005
【図２】
2007143956.tif 000006
【図３】
2007143956.tif 000007