JP3403150B2 - 純チタン−チタン合金クラッド刃物、およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、破壊靱性と引張延
性に富んで、しかも非常に高い硬度を付与できるα＋β
型チタン合金と六方稠密格子結晶形で比較的軟性のα型
純チタンとを巧みに組み合わせた軽量で切れ味に優れた
不銹性の純チタン−チタン合金クラッド刃物ならびにそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のとおり、一般に庖丁やナイフ、斧
や鋏などの刃物類は刃物鋼材の少なくとも一方の側面に
軟鋼材を冶金的に接合し、これに必要な形状に成形して
刃付加工により刃先部を形成して作られる。ところが、
かゝる鉄鋼材料によって作製された刃物類は、重くて扱
い難いうえに、錆び易くて絶えず入念に手入れをしてい
ないと赤錆になって衛生上好ましくなく、また切れ味も
鈍ってしまう。

【０００３】そこで、最近の刃物類にはステンレス鋼を
用いたステンレス刃物が多くなってきた。なるほど、不
銹性鋼材であるステンレス鋼を用いて刃物類を作製する
場合には錆は生じ難い。しかし、重量は少しも軽くなら
ず、却って重くなることさえある。

【０００４】このようなことから、最近、軽くて耐蝕性
に富み、しかも必要な硬度と靱性を帯有させることがで
きるチタンやチタン合金で刃物を作製しようという試み
が為されるようになってきた。例えば、特開平５-51628
号公報に開示される「チタン製刃物及びその製造方法」
は、チタン又はチタン合金の素材の刃先形成予定領域に
シールドガス雰囲気下においてレーザビームを照射する
ことによって当該部分を溶融凝固させて硬化処理を施
し、刃先を成形しようという試みである。

【０００５】ところで、刃物の素材としてチタンを利用
する場合には、鋭い切れ味を持続させる必要上、ある程
度の硬度と破壊靱性とが求められる。このため、Tiに加
えてAl,Mn,Fe,Cr,V などの金属元素を添加したチタン合
金が用いられることになる。しかして、この種のチタン
合金には、稠密六方晶のα相を構成相とするα型チタン
合金と、体心立方晶のβ相を構成相とするβ型チタン合
金と、前記α相とβ相の２相を構成相として含むα＋β
型チタン合金の３種類がある。

【０００６】しかしながら、上記した従来のα型チタン
合金、ベータ型チタン合金、およびα＋β型チタン合金
の何れも、硬度が Hv 460 〜 470(H_RC 46 〜 47)程度で
あって、刃物として満足できる切れ味および永切れ性を
呈させるには十分なものとは云えなかった。しかも、こ
れら従来のチタン合金は、時効処理により硬化させて
も、硬度が十分満足できないのに靱性が乏しくて歪取り
処理をする際には折損し易く、作業性の面でも不十分で
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のチタ
ン合金を素材とした刃物に前述のごとき不満があったの
に鑑みて為されたものであり、軽量にして切れ味と永切
れ性に優れ、しかも破壊靱性に優れて折損や刃毀れも起
し難くい純チタン−チタン合金クラッド刃物と、その製
造方法を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明の他の目的は、不銹性で衛生
的であり、しかも金属アレルギーも起す惧れのない手入
れに神経質にならなくとも錆などを生ずることのない実
用的な刃物と、その製造方法を提供するにある。

【０００９】さらに、本発明の他の目的は、高価なα＋
β型チタン合金の使用量が少なくて全体としての製造コ
ストが安価な刃物を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するために採用した手段】本発明者が上記
目的を達成するために採用した手段を説明すれば、次の
とおりである。

【００１１】まず、刃物そのものとして上記目的を達成
するため本発明が採用した手段は、刃先部に連なる芯材
層を組成する金属材料としてα＋β型チタン合金を採用
し、この芯材層の少なくとも一方の側面を被覆する金属
材料としてα型純チタンを採用し、これをクラッドした
という点に存する。

【００１２】芯材層としてα＋β型チタン合金を採用し
たのは、α＋β型チタン合金は 40%の加工率で冷間で圧
下すると硬度が Hv 520 〜 530になり、刃物の切刃部を
構成する素材として十分の硬度が得られることが分かっ
たからである。この点、β型チタン合金の場合は、溶体
化して冷間加工を 60%に加工しても、得られる硬度は44
5 〜 455までであり、刃物の切刃部に要求される硬度と
しては不十分であったからである。また、β型チタン合
金の場合、溶体化処理をせずに冷間加工を施すと、β型
チタン合金の亀裂進展抵抗が低いために加工率 26.5%の
加工率で割れが発生して硬度も Hv 200 〜 240程度しか
出せず、十分な切れ味を出すことはできない。

【００１３】また、本発明の刃物にあっては、α＋β型
チタン合金にて組成される芯材層の少なくとも一方の側
面にα型純チタンをクラッドするのは、α型純チタンは
六方稠密晶で比較的軟質で研ぎ易く、しかもα＋β型チ
タン合金の芯材層の破壊靱性を側面から補完強化できる
からである。したがって、α型純チタンはα＋β型チタ
ン合金の芯材層の両面にクラッドさせることも有効であ
る。

【００１４】次に、上掲の技術的課題を方法的に解決す
るために本発明が採用した手段は、α＋β型チタン合金
板を芯材として、その少なくとも一方の面にα型純チタ
ン板を密封状態に積み重ねて熱間圧延することにより所
要厚の中間圧延板を得る圧延クラッド加工手段と；この
中間圧延板を 40%以上の圧下率で冷間圧延することによ
って刃物厚に必要な厚みまで圧下して素材板を作製する
冷間加工手段と；この素材板を所定の刃物外形に打ち抜
く打抜き加工手段と；当該素材板に時効処理を施して H
v520以上の硬度を帯有せしめる時効処理手段と；最終の
研ぎ加工を施すことによって、刀身の少なくとも一面に
はα型純チタンからなる皮層部を有し、当該刀身の少な
くとも一方の側縁にはα＋β型チタン合金からなる刃先
部を備えた刃物とする仕上げ加工手段とを採用した点に
特徴がある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添附図面を参照し
ながら、好ましい実施形態を例示して説明するものとす
る。

【００１６】図１は、本発明を適用して構成された庖丁
刀身の拡大断面図であり、具体的には後出図８のＡ−Ａ
線で指示する断面を拡大して表わしたものである。

【００１７】〔本発明の実施の形態〕図１において、符
号Ｎは本発明庖丁の刀身を示し、符号10は芯材層、符号
11は切刃部、符号20は皮層部である。

【００１８】本発明の庖丁における芯材層10および切刃
部11は、Ti-10V-2Fe-3Alの組成から成るα＋β型チタン
合金で構成されており、硬度は Hv 530 を呈する。本発
明の庖丁における皮層部20はα型純チタンにて組成され
ており、その硬度は Hv 210を呈し、前記切刃部11の半
分以下の硬度である。

【００１９】図１の庖丁の刀身Ｎは、全長が24cm、幅が
4.7cm、平均肉厚が 1.8mmであり、上記の如く、芯材層
10および切刃部11はα＋β型チタン合金(Ti-10V-2Fe-3A
l)、皮層部20はα型純チタンで構成してあるので、刀身
Ｎの重量が61.6ｇと同じサイズの従来ステンレス庖丁の
約1.75分の１(57%) と頗る軽く、しかも優れた破壊靱性
を発揮するので折損や刃毀れも起し難くい。そのうえ、
皮層部20も芯材層10・11も耐蝕性が非常に高いので、神
経質に手入れをしなくとも錆等が発生することもなく衛
生的であるうえに、NiイオンやFeイオンも出ないので、
金気の嗅いもなく、さらに金属アレルギーを起こすこと
もなくて人体にも優しい。

【００２０】〔実施形態に係る庖丁の製造工程〕図２
は、図１の庖丁を製造に用いる材料の組み合わせを説明
する斜視説明図である。図中の符号１はα＋β型チタン
合金(Ti-10V-2Fe-3Al)の板材であり、厚さ15mm、幅 170
mm、長さ 645mmである。図中の符号２はα型純チタン(J
IS:TP 340A)の板材であって、厚さ20mm、幅 175mm、長
さ 650mmである。本実施形態においては、前記α＋β型
チタン合金１の板材１枚の上下面に前記α型純チタン２
の板材２枚を重ね合せて配置する。なお、この際、各材
１と２との重合面は清浄な状態に表面処理をしておくも
のとする。

【００２１】ついで、図３に示すように、上記α＋β型
チタン合金１とα型純チタン２との重ね部の側縁を純チ
タンを溶着して密封して積重スラブＡとなす。

【００２２】そして、図３の積重スラブＡを、850〜860
℃の温度に加熱して、図４に示される厚さ 6.5mm、幅18
5mm 、長さ≒5200mmまで熱間圧延して中間圧延板Ｂを得
る。

【００２３】つぎに、上記中間圧延板Ｂを、室温下で圧
下率 52.3%に冷間圧延して、各長さが2000mmとなるよう
に切断して、厚さ3.1 mm、幅 185mmの刃物用素材板Ｃを
５枚を得る（図５）。

【００２４】そして、この素材板Ｃから庖丁の刀身とな
るべき刀身素型Ｄを打ち抜いて取り出す（図６）。

【００２５】こうして打抜き成形によって得られた刀身
素型Ｄに荒仕上げ加工を施して、素刃先部11′と止め孔
３・３を形成する（図７）。

【００２６】そして最後に、図７のように荒仕上げされ
た刀身素型Ｄに対し、450℃で20時間の時効処理を施した
うえ、柄付・研出しを施すならば図８に示すごとき庖丁
が出来上がるのである。

【００２７】

【実施例】次に、図３に示した積重スラブＡに対する加
工条件を色々と変更して実験した結果を実施例として示
せば、次表の表１に示すとおりである。なお、表中の
は溶体化処理して冷圧加工し、または溶体化
処理を施さずに冷圧加工したものであるが、時効による
硬度の差異はない。これは熱圧温度(850〜860 ℃）に起
因しているものと思われる。

【表１】

【００２８】本明細書および図面に具体例として挙げた
本発明の実施形態は概ね上記のとおりであるが、本発明
は前述の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特
許請求の範囲」の記載内において種々の変更実施が可能
であって、例えば本発明において採用するα＋β型チタ
ン合金はTi-10V-2Fe-3Alに限られず、従来公知の種々の
成分系のものを採用することが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上、具体例を挙げて説明したとおり、
本発明にあっては刃先部に連なる芯材層としてα＋β型
チタン合金を、この芯材層の側面にはα型純チタンをク
ラッドさせるという手段を採用したので、軽量にして切
れ味と永切れ性に優れ、しかも破壊靱性に優れて折損や
刃毀れも起さず、しかも不銹性であるため手入れに神経
質にならなくとも錆などを生ずることもなく頗る衛生的
にして金属アレルギーも起す惧れのない実用的な純チタ
ン−チタン合金クラッド刃物を提供することが可能にな
った。

【００３０】また、本発明にあっては、純チタン−チタ
ン合金クラッド構造を採用したために、高価な材料部分
を極力少なくて全体としてコストダウンを測ることが可
能になった

【００３１】さらに、本発明刃物は、熱間圧延法によっ
て中間圧延板を作製し、ついで冷間圧延法によって刃物
用の素材板を得、この素材板を打抜き成形して刀身素型
を作製して時効処理、最終の仕上げを施すという簡素な
工程で量産することができるのであって、本発明方法は
頗る量産性に優れている。

【００３２】このように本発明によれば、従来のα＋ベ
ータ型チタン合金を素材として用いた刃物およびその製
造方法には期待することのできない大きなメリットが得
られるのであり、その産業上の利用価値は大変大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を適用して構成された庖丁刀身
の拡大断面図である。

【図２】図２は、図１の庖丁を製造に用いる材料の組み
合わせを説明する斜視説明図である。

【図３】図３は、α＋β型チタン合金の板材とα型純チ
タン２とを積み重ねた重ね部の側縁を溶着密封して積重
スラブを作った斜視説明図である。

【図４】図４は、積重スラブを熱間圧延して中間圧延板
を作製した斜視説明図である。

【図５】図５は、図４の中間圧延板を冷間圧延して刃物
用の素材板を作製した部分斜視説明図である。

【図６】図６は、図５の中間圧延板から刀身素型を打抜
き成形した斜視説明図である。

【図７】図７は、図６の刀身素型に荒仕上げ加工を施し
た斜視説明図である。

【図８】図８は、図７の荒仕上げ刀身素型に時効処理を
施したうえ、柄付・研出しの最終加工を施して庖丁とし
て完成させた状態を表わす斜視説明図である。

【符号の説明】

１ α＋β型チタン合金 10 芯材層 11 刃先部 11′ (荒仕上げ刀身素型の）刃先部 ２ α型純チタン 20 皮層部 ３ 止め孔 Ａ 積重スラブ Ｂ 中間圧延板 Ｃ (刃物用の）素材板 Ｄ 刀身素型 Ｎ 庖丁の刀身

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B26B 1/00 - 11/00 B26B 23/00 - 29/04 B23P 15/40 B23K 20/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 刃先部に連なる芯材層がα＋β型チタン
   合金にて組成されており、かつ、この芯材層の少なくと
   も一方の側面にはα型純チタンがクラッドされているこ
   とを特徴とする純チタン−チタン合金クラッド刃物。
2. 【請求項２】 α＋β型チタン合金の芯材層によって形
   成される刃先部の硬度が Hv520以上である請求項１記載
   の純チタン−チタン合金クラッド刃物。
3. 【請求項３】 芯材層を組成するα＋β型チタン合金
   が、Ti-10V-2Fe-3Alの成分系から成る請求項１または２
   記載の純チタン−チタン合金クラッド刃物。
4. 【請求項４】 α＋β型チタン合金板を芯材として、そ
   の少なくとも一方の面にα型純チタン板を密封状態に積
   み重ねて熱間圧延することによって所要厚の中間圧延板
   を得た後、この圧延板を 40%以上の圧下率で冷間圧延す
   ることによって刃物厚に必要な厚みにまで圧下して素材
   板となし、ついで、この素材板を所定の刃物外形に打ち
   抜くと共に当該素材板に時効処理を施して Hv520以上の
   硬度を帯有せしめ、しかる後、最終の研ぎ加工を施すこ
   とにより、刀身の少なくとも一面にはα型純チタンから
   なる皮層部を有し、当該刀身の少なくとも一方の側縁に
   はα＋β型チタン合金からなる刃先部を備えた刃物を製
   することを特徴とした純チタン−チタン合金クラッド刃
   物の製造方法。