Method of producing cutter stock, and cutter stock thereby

本発明は、調理用包丁や丸型、角型を含む刃物類に関し、特に、軽量ながらも超硬合金からなる刃物素材及びその製造方法に関する。

包丁やナイフ、丸型回転刀、角型のカミソリなどにおいて、従来は圧延鋼板などを打抜きプレス加工した後、熱処理硬化して製造された素材に刃付加工をして刃（カッター）としたものが大部分であった。

上記した従来の刃物類において、第１の性能として永切れ性が要望されている。 そのために刃物用の鋼の硬度を向上させる方案が試みられているが、従来炭素鋼では焼入時の硬度向上と共に脆性が増加する問題があった。

さらに、炭化タングステン（ＷＣ）粉末とコバルト（ＣＯ）粉末を主な構成要素とした粉末焼結刃物素材も存在するが、このような刃物素材の欠点は比重がその組成によって１０〜１６と重く使用及び用途に制限があるということであった。

本発明は上記した問題点を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、軽量超硬合金からなり、高い耐磨耗性及び硬度を維持しながらも比重が小さな刃物素材の製造方法及びこれによる刃物素材を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明は、７以下の比重を有する炭化バナジウム（ＶＣ）粉末（第１素材）１０〜９０重量％、７以下の比重を有するチタン（Ｔｉ）またはチタン（Ｔｉ）合金粉末（第２素材）を１０〜９０重量％混合して前記第１、第２素材の混合粉末を準備する段階と、前記混合粉末を成形金型に充填した後プレス加圧して成形品を得る段階と、前記成形品を１５００℃以下の温度で焼結する段階とを含み、前記焼結成形品はＨＲＡ６０以上の硬度及び７以下比重を有することを特徴とする。

上記のように、本発明によれば、高硬度でありながらも低比重を維持する軽量超硬合金刃物素材を得ることが可能になる。 なおかつ同一の重量でより少ない容積の刃物素材を、または同一の容積でより少ない重量の刃物素材を製造することが可能になるため、原材料及び費用節減、製品の小型化による製造の容易、製品軽量化による機械装置での刃運転動力の運転動力の軽減の効果を併せて有することができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について添付図１ないし図２を参照して説明する。
図１は本発明による刃物素材の製造方法によって製造された一実施形態である丸刃カッターの斜視図で、図２は図１に示された丸刃カッターの断面図である。

前記実施例においては刃物素材の主材料として炭化バナジウム（ＶＣ）を使用する。 従来粉末焼結刃物素材としての炭化バナジウム（ＷＣ）の硬度はマイクロビッカースＨＶ＝約１７８０であるのに比べて、本発明において主材料である炭化バナジウム（ＶＣ）の硬度はマイクロビッカースＨＶ＝２６００であり、より高硬度で、さらに、炭化バナジウムとチタン（Ｔｉ）またはチタン（Ｔｉ）合金との結合焼結体比重はその組成によって比重が５〜７であって、ＷＣ・ＣＯ超硬合金の比重である１０〜１６に比べて約１／２〜１／３と大きく軽量化させることができるため、主材料として特に好ましい。

一方、従来炭素鋼刃物素材の焼入時の硬度は、通常ＨＶ−８２０・ＨＲＡ８４がほぼ上限値であってその硬度に制限が従い、この時の比重は約８．５である。 一方、ＷＣ−ＣＯ係超硬合金はＨＶ１８００（ＨＲＡ９２）がほぼ上限値である反面、比重は約１５程度となる。 これに対して本発明の主材料である炭化バナジウム（ＶＣ）の硬度はＨＶ２６００で非常に高硬度ながらもその比重は７程度と軽く、刃物素材の軽量化及び高硬度化を実現するのに好ましい。

本発明の一実施形態である図１及び図２の丸刃カッター素材の製造方法に対して説明する。

まず、７以下の比重を有する炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を第１素材として１０〜９０重量％を準備し、７以下の比重を有するチタン（Ｔｉ）またはチタン（Ｔｉ）合金粉末を第２素材として１０〜９０重量％準備した後、第１、第２素材を混合して混合粉末を準備する。

ここで、炭化バナジウムの重量％を１０〜９０重量％に設定したのは、混合粉末の総重量に対して炭化バナジウムの含量が１０重量％以下ならば摩耗性が低くなるか、あるいは硬度が低くなる問題点があり、９０重量％以上ならば硬度があまりにも高くなって脆性が増加する問題が起きるためである。

次に、上記した配合組成を有する炭化バナジウム（第１素材）粉末とチタンまたはチタン合金粉末（第２素材）の混合粉末を所望形状の成形金型に充填した後、スケアセンチ（ｃｍ）当り１０ｔの加圧力でプレス成形し成形品を得る。

成形品は金型から取り出して真空炉で１５００℃以下の温度、望ましくは１３００℃程度で焼結して図１に示されたような丸刃カッター素材を得る。

図１及び図２に示された刃物素材は機械の回転軸に装着されて回転するようになる回転刃物素材であって回転軸挿入孔１を具備し、平面研削によって所望厚さを持った平面研削部３を形成した後、その外周縁の周面に刃付け研削を実施することにより外周刃研削部２を形成して完成される。

焼結成形品は混合粉末の総重量に対して炭化バナジウムが１０重量％である時、約ＨＲＡ６０の硬度を有するようになる。

本発明の第２実施例としては、刃物素材の抗菌性及び衛生性を向上させるために第３素材として銀粉末を上記した第１素材、第２素材の混合粉末に添加することを要旨とする。

軽量超硬合金刃物素材として例えれば、丸刃カッター素材を製造し、これを持って動・植物などの食品類切断用刃物として使用する際に、作業道具の永切れ性能の外にも衛生性の維持が要望される。 このために食品切断用として使用される場合においては本発明の刃材料の軽量超硬合金刃物素材に銀を添加する。

軽量超硬合金刃物素材に銀を添加すれば、銀イオンによる抗菌性能は刃物素材に付与できるようになるため、切断した肉類の血液や肉片によって刃が汚染した場合においても、銀イオンによる抗菌性及び自己浄化機能によって、刃物素材の衛生性を維持するのに望ましい。

銀粉末を炭化バナジウム粉末、チタンまたはチタン合金粉末に混合するにおいて、炭化バナジウム、チタンまたはチタン合金粉末及び銀粉末の混合粉末総重量に対して銀粉末が０．３重量％以下である場合には銀イオンによる抗菌性能を期待するのは困難で、３重量％程度までは良好な抗菌性能を得ることができるが、３重量％以上の場合には抗菌性能のそれ以上の増加を期待しにくいため、コスト面でも不利益である。

一方、本発明で第１素材である炭化バナジウム（ＶＣ）は高硬度と軽量性によって軽量超硬合金素材の主材料をなすが、第２の素材であるチタンは第１の素材粒子を全体的結合体として焼結させるための結合材として作用する。

一方、成形品を加圧、焼結すれば焼結体の組職内部に気孔（ａｉｒ ｈｏｌｅ）が発生しやすく、この気孔の発生程度は一般に成形時に加えられる加圧力によって変わる。 さらに、焼結体内に存在する気孔は焼結体の実際密度を低下させ、なおかつ気孔が工具部品の縁に存在する場合には切削力を低下させるなどの問題を引き起こす。

したがってこのような問題を解決するために第１素材、第２素材の混合粉末にコバルト粉末を２重量％ないし２５重量％添加する。

上記のように、コバルト粉末を混合粉末に添加して加圧及び焼結すれば、焼結時の高温下でコバルト粉末は簡単に液状化して高流動性を有するようになるため、焼結組織体内に発生した気孔部に流れ込んで気孔を塞ぐ。 このように気孔を充填するようになれば気孔を無くすと同時に焼結組織体の密度強度を高める役割をするようになる。

この時、コバルトの量が２重量％以下ならば焼結組織体内に発生した気孔を充填するのに不足し、２５重量％以上になれば焼結体内に発生する気孔を充填して残ったコバルドが焼結体内部に不均一に分布して偏析を引き起こすようになる問題がある。

コバルドの比重は約８．９として比較的重いが、炭化バナジウムとの配合量調節によって最終的に製品比重を約７以下程度にすることが可能であるため、第１実施例と同じくＶＣ・ＣＯ超硬合金の比重を大幅に低下させる結果を得ることができるようになる。

本発明による刃物素材製造方法によって製造された丸刃カッターの斜視図である。

図１の刃物素材の断面図である。

符号の説明

１ 回転軸挿入孔２ 外周刃研削部３ 平面研削部