新規な金属ストリップ
本発明は、片面または両面に緻密で硬質の耐摩耗性被膜を備えた被膜付き鋼ストリップ製品に関する。被膜の厚さは全厚で２５μｍ以下、被膜の硬さは６００ＨＶ以上、下地の鋼ストリップの引張強さは１２００ＭＰａ以上である。被膜は電子ビーム蒸着法で形成することが望ましく、被膜は例えばＡｌ２Ｏ３であってよい。この被膜付き金属ストリップは、ひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、および鋸に適している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に硬質で緻密な被膜を備えた新規な鋼ストリップ材料に関する。本発明は更に、連続多段ロールプロセス（continuous roll-to-roll process）により下地の金属ストリップ表面に硬質で緻密な被膜を高い密着性で付与することにより上記の被膜付き鋼ストリップを製造する方法にも関する。本発明は特に、ひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、および鋸に適した高密着性の硬質被膜を備えた被膜付き鋼ストリップに関する。
【背景技術】
【０００２】
被膜付き鋼製品には種々の用途がある。一例として、スライサー、彫刻刀、パンナイフ、肉切り包丁、ミキサーのブレード、狩猟や釣り用のナイフ、ポケットナイフなどの一般用ナイフ、および合成繊維、紙、プラスチックフィルム、織物、カーペットなどを切断する工業用ナイフのようなナイフの製造に用いられる。また、鋸や医療用具、外科用ナイフ（メス）としても用いられる。更に、髭剃り用のブレードやカッターなどのひげ剃り道具としても用いられる。以上はほんの一部の例に過ぎない。
【０００３】
これらの用途ではいずれも、硬質で緻密な耐摩耗性被膜が適しているか、必要である。摩耗によって被膜が裂けたり割れたりする。これらの用途では更に、硬質で鋭利な刃先および切削表面を必要とする。加えて、上記列挙した用途の多くは、使用環境が腐食性であるため、表面の耐食性が必要である。
【０００４】
コスト対策のために、連続多段ロールによる被覆プロセスを、望ましくは鋼ストリップの製造に組み込んだ形で行なうことが必要になっている。更に、品質面では、下地との密着性の高い緻密な被膜が有利である。コスト面からはもう一点、接合被膜を必要としないほどに高い密着性を持つ耐摩耗性被膜があれば更に有利である。
【０００５】
緻密被膜が高密着性を有することは、最終製品の機能品質の上で必要である。密着性が低かったり、多孔質または粗い被膜であったりすると、例えば工業用のナイフや鋸の場合は、被膜が剥離し始めたり、粒子状あるいは小片状になって脱落したり、割れ発生といった問題が生じたりする。いずれにせよ、品質面でもコスト面でも許容できないことである。
【０００６】
現在、被膜形成方法は何種類かあり、被膜のタイプも何種類かある。下記に例示する。
【０００７】
◆ セラミクス被膜は、多くの場合Ａｌ２Ｏ３から成り、これにＴｉＯ２および／ＺｒＯ２を添加することもある。通常このタイプの被膜は溶射で形成されている。溶射には通常、主な欠点が幾つかある。形成された被膜が粗いため、被覆後の表面に研磨などの後処理を施す必要がる。溶射被膜は普通は気孔率が高いので、薄くて緻密な被膜は通常は得られない。更に、溶射被膜は通常は厚さが大きい。厚くて粗い被膜は、使用中に割れ発生や表面からの粒子脱落の危険性が高い。多くの場合、セラミクス被膜の密着性を向上させるために、接合被膜としてニッケルやニッケル合金も用いることが必要になる。
【０００８】
◆ 金属被膜は、多くの場合、純ニッケルや純Ｃｒから成るか、ニッケル・燐のような化合物の形である。これらのタイプの金属被膜は通常はめっき法、特に電解めっき法によって施される。電解めっき法には幾つかの欠点があり、主な欠点は、均一な膜厚を得ることが困難なこと、被膜の密着性が乏しいことである。更に、めっき法は環境適合性に欠けており、しばしば環境問題を起こしている。
【０００９】
◆ 異種被膜の組み合わせとして、ニッケル被膜にＳｉＣのような耐摩耗性粒子を含有させる方法がある。この方法にも幾つかの欠点があって、原理的に前述の電解めっき法による欠点があり、接合被膜としてニッケルはやはりかなりの程度必要であるため被膜コストが高い。
【００１０】
このように、上記例示した各方法は本発明には用いることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第一の目的は、緻密な被膜と下地金属との密着性を高めた硬質耐摩耗性被膜付き金属ストリップを提供することである。
【００１２】
本発明の第二の目的は、鋼ストリップの製造に組み込んだ連続多段ロールプロセスによりコスト効率の高い被膜を得ることである。
【００１３】
本発明の第三の目的は、膜厚を極力均一化した被膜を得ることである。
【００１４】
これらおよびその他の目的は請求項１による被膜付き鋼製品を提供することにより驚くべきことに達成される。更に望ましい実施形態は従属項に規定してある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、鋸に適した被膜は、緻密で耐摩耗性があり密着性が良い。
【００１６】
これらの用途ではいずれもブレードの摩耗が発生する。上記の諸用途に適した被膜は、緻密で耐摩耗性があり密着性の高い被膜であり、硬質でありながら靭性が高くて、使用中の作業荷重および圧力に対抗でき、割れや剥ぎ取りが起きることがない。
【００１７】
最終製品の摩耗を防止するためには、耐摩耗被膜を少なくとも１層被覆することが適当である。片面被覆でも両面被覆でも良い。片面被覆はコスト面から望ましく、適用できる場合には用いるべきである。使用条件が厳しいか使用期間が長いブレードの場合は、両面被覆が望ましい。そうしないと発生する問題としては、例えば被覆なし側のエッジに沿って塑性変形が起きたり、被覆なし側のエッジに沿って材料の堆積が起き、これが場合によっては剥ぎ取られて、コーターブレードのエッジから材料が局部的に剥ぎ取られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の方法は、薄くて硬質で緻密な耐摩耗性層に適しており、コスト面から、厚さは両側それぞれについて全厚で２５μｍ以下、通常は全厚で２０μｍ以下、望ましくは全厚で１５μｍ以下、より望ましくは全厚で１２μｍ以下、更に望ましくは１０μｍ以下である。厚い被膜を形成する際には、コスト対特性を最適化するには、１０層までの多層構造にして、個々の層の厚さを０．１〜１５μｍ、望ましくは０．１〜１０μｍ、より望ましくは０．１〜７μｍ、更に望ましくは０．１〜５μｍ、より以上に望ましくは０．１〜３μｍとする。
【００１９】
被膜は、処理対象物から作用する摩耗および剪断に耐えるために十分な耐摩耗性を有する必要があり、同時に、経済性と脆化の観点からは厚すぎてもいけない。
【００２０】
被膜の形成速度は、２．５ｍ／分以上、望ましくは５ｍ／分以上、より望ましくは１０ｍ／分以上である。
【００２１】
耐摩耗性を得るには、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２またはこれらの混合物から成り、望ましくはＡｌ２Ｏ３を主体とする、緻密な酸化物被膜を少なくとも１層形成する。所要特性に応じて、酸化物を混合した被膜とすることにより最適な硬さと靭性を得ることができる。それには、アルミニウム酸化物と選定した他の酸化物とを同時蒸着する。望ましくは、アルミニウム酸化物と他の酸化物として望ましくはＴｉＯ２および／またはＺｒＯ２との同時蒸着である。多層構造を用いると、異種酸化物の層を混ぜて１０層まで種々の酸化物層を組み合わせ、硬さと靭性を最適化することもできる。
【００２２】
本発明の他の形態として、上述したように実質的に酸化物から成る耐摩耗性被膜に代えて、金属被膜等の緻密で硬質の被膜を用いることもできる。コストを極力低減するために単純で安価な被膜を選択するのであれば、実質的に純粋なＣｒなどの硬質金属被膜を用いることもできる。
【００２３】
本発明のもう１つの形態として、遷移金属の炭化物および／または窒化物、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮの層を用いることもできるし、これらをＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２またはこれら酸化物の混合物、望ましくはＡｌ２Ｏ３を主体とする酸化物、と組み合わせて用いることもできる。１０層までの多層構造とし、種々の酸化物および窒化物の層を組み合わせると更に良好な最適の硬さおよび靭性を実現することができる。
【００２４】
摩耗力および剪断力に耐えるようにするためには、本発明の薄い被膜の硬さは６００ＨＶ以上、望ましくは７００ＨＶ以上、より望ましくは８００ＨＶ以上、最も望ましくは９００ＨＶ以上である。当然のことながら、被膜の硬さは最終製品の用途に要求事項に合わせて調整する。
【００２５】
ストリップ幅４００ｍｍまでの場合は、個々の層の厚さ許容範囲は最大値±１０％であえる。これは非常に厳しい許容範囲であり、使用時の精度と最終製品の品質にとって利点がある。めっきや溶射に比較してこれは非常に高い許容差である。例えば、めっきの場合は、ドッグボーン効果といわれる現象のためにめっき層の厚さが変動する。そのため層厚さは普通は±５０％の変動をする。
【００２６】
別途の接合被膜は必要ないが、靭性向上などの技術的な観点から必要がある場合には、ニッケル層を被膜中の一層として用いることもできる。ニッケルは高価なため、普通は非常に薄い層としてのみ用い、適当な厚さは０〜２μｍであり、望ましくは０〜１μｍ、最も望ましくは０〜０．５μｍである。しかし、いずれにせよニッケル層を下地層の隣接層とすることは無い。
【００２７】
〔被覆対象とする下地材料の説明〕
被覆の下地材料は、対照用途に適した良好な基本的な機械強度を備えていなくてはならない。望ましくは、焼入れ性を有する鋼を焼入れ・焼き戻しした状態か、析出硬化鋼であって、最終処理状態での引張強さが１２００ＭＰａ以上、望ましくは１３００ＭＰａ以上、より望ましくは１４００ＭＰａ以上、更に望ましくは１５００ＭＰａ以上の鋼である。腐食環境で用いる被膜付き最終製品には、基本的な耐食性を付与するのに十分な量のＣｒを添加した鋼を用いる。この場合、Ｃｒ含有量は１０質量％以上、望ましくは１１質量％以上、より望ましくは１２質量％以上である。
【００２８】
上述の鋼種で作られた製品であって、熱間加工性が良好で薄く冷間圧延できるストリップの形であれば、本発明の被覆方法を適用できる。用いる鋼の性質として、成形工程、研削工程（グライディング）、シェービング工程、切削工程、研磨工程（ポリッシング）、スタンピング工程などを含む製造プロセスで、容易にひげ剃り用のブレードやカッターなどのひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、種々の鋸に作製できる必要がある。ストリップ下地材料の厚さは、普通は０．０１５ｍｍ〜５．０ｍｍ、望ましくは０．０３ｍｍ〜３ｍｍ、より望ましくは０．０３ｍｍ〜２ｍｍ、更に望ましくは０．０３ｍｍ〜１．５ｍｍである。当然のことながら、ストリップ下地材料の厚さは最終製品の用途に合わせる。ストリップ下地材料の幅は、被膜形成をスリット加工の前に行なうか後に行なうかによる。下地材料の幅は、１〜１５００ｍｍ、望ましくは１〜１０００ｍｍ、より望ましくは１〜５００ｍｍ、更に望ましくは５〜５００ｍｍである。下地材料の長さは、１０〜２００００ｍ、望ましくは１００〜２００００ｍである。
【００２９】
〔被覆方法の説明〕
被覆媒体を被覆する方法としては、密着性の高い均一な連続被膜を形成できる方法であれば、種々の物理的あるいは化学的な蒸発堆積法を用いることができる。製膜法の例としては、化学蒸着法（ＣＶＤ）や有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）があるし、スパッタリングや蒸発を用いた物理蒸着法（ＰＶＤ）であれば蒸発手段として抵抗加熱、電子ビーム加熱、誘導加熱、アーク抵抗加熱、レーザ加熱を用いた堆積方法があるが、本発明の製膜法としては特に電子ビーム蒸着法（ＥＢ）が望ましい。硬質で緻密な層から成る良質の被膜をより確実に製膜するために、ＥＢ蒸着法においてプラズマ励起を用いることもできる。
【００３０】
本発明における必須の構成として、連続多段ロール加工（roll-to-roll）によるストリップ製造ラインに被覆工程を組み込んでいる。この構成を前提として、連続多段ロールプロセス内で電子ビーム蒸着（ＥＢ）を用いて硬質被膜を製膜する。多層構造が必要な場合には、数段のＥＢ蒸着チャンバをインラインに組み込むことで実現できる。金属被膜の製膜は、１×１０−２mbar以下の減圧雰囲気下で反応性ガスを添加せずに行なって、実質的に純粋な金属膜を得るようにする。金属酸化物の製膜は、減圧雰囲気下で反応ガスとして酸素源をチャンバ内に添加して行なう。酸素の分圧は１〜１００×１０−４mbarとする。他のタイプの被膜を製膜するには、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮといった遷移金属の炭化物および／または窒化物またはこれらと金属酸化物との混合物を製膜するには、所望の化合物が生成できるように反応性ガスの分圧について製膜中の条件を調節する。酸素源としては、反応性ガスとしてＨ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、望ましくはＯ２を用いることができる。窒素源としては、反応性ガスとしてＮ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、望ましくはＮ２、を用いることができる。炭素源としては、反応性ガスとして炭素含有ガスであればよく、例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４などを用いることができる。いずれの場合には、反応性ＥＢ蒸着プロセスをプラズマ励起することができる。
【００３１】
良好な密着性を確保するために、種々のタイプの清浄化工程を用いる。まず、下地材料の表面の残留油分は被覆工程の効率や被膜の密着性および品質を劣化させるので、適切な方法で全ての油分を除去する清浄化を行なう。その上で、通常の鋼表面には必ず存在する自然酸化膜も除去しなくてはならない。そのために、被膜形成前に予備処理を行う。したがって、連続多段ロール加工ラインの最初の製造工程として、最初の被膜層の密着性を確保するために、金属ストリップ表面をイオンエッチングで処理することが望ましい（図３を参照）。
【実施例】
【００３２】
本発明の２つの実施例を以下に詳細に説明する。実施例１（図１）は被膜１、２を下地３のストリップ幅全体に施した例である。下地材料は種々の鋼であって良く、例えば焼入れ性のある炭素鋼または焼入れ性のあるＣｒステンレス鋼であってよい。実施例２（図２）は被膜４を鋼ストリップ５に施したものであり、鋼ストリップ５は被覆工程の前にスリット加工とエッジ加工を施してある。被覆工程において、主面７、８と狭い側面９、１０の全てを被覆し、引き掻き用または切削用のエッジ１１、１２を完全に被膜で覆ってある。側面９、１０は比較的狭い方の主面７と同時に被覆した方がよい。ここで説明する実施例は本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３３】
下地材料は、硬化性を発現する下記組成を用いる。
【００３４】
○ 焼入れ性のある炭素鋼の組成は、０．１〜１．５質量％、０．００１〜４質量％Ｃｒ、０．０１〜１．５質量％Ｍｎ、０．０１〜１．５質量％Ｓｉ、１質量％以下Ｎｉ、０．００１〜０．５質量％Ｎ，残部Ｆｅであり、
○ 焼入れ性のあるクロム鋼としては、０．１〜１．５質量％Ｃ、１０〜１６質量％Ｃｒ、０．００１〜１質量％Ｎｉ、０．００１〜１．５質量％Ｍｎ、０．０１〜１．５質量％Ｓｉ、３質量％以下Ｍｏ、０．００１〜０．５質量％Ｎ、残部Ｆｅであり、
○ 析出硬化性のある鋼の組成は、０．００１〜０．３質量％Ｃ、１０〜１６質量％Ｃｒ、４〜１４質量％Ｎｉ、０．１〜１．５質量％Ｔｉ、０．０１〜１．０質量％Ａｌ、０．０１〜６質量％Ｍｏ、０．００１〜４質量％Ｃｕ、０．００１〜０．３質量％Ｎ、０．０１〜１．５質量％Ｍｎ、０．０１〜１．５質量％Ｓｉ、残部Ｆｅである。
【００３５】
〔実施例１〕
本実施例で用いる下地材料の化学組成はサンドビック内部規格２０Ｃ２および１３Ｃ２６であり、実質的には下記の公称組成である。
【００３６】
サンドビック２０Ｃ２： １．０質量％Ｃ、１．４質量％Ｃｒ、０．３質量％Ｓｉ、０．３質量％Ｍｎ
サンドビック１３Ｃ２６： ０．７質量％Ｃ、１３質量％Ｃｒ、０．４質量％Ｓｉ、０．７質量％Ｍｎ
先ず、上記化学組成の下地材料を通常の冶金製鋼法により製造する。得られた鋼を熱間圧延により中間サイズにまで圧下した後、パス間の再結晶工程を多数回行なう冷間圧延により、最終厚さ０．２ｍｍ、最大幅４００ｍｍにする。得られたストリップ鋼を焼入れおよび焼き戻しして所要の機械強度レベルすなわち本発明による１２００ＭＰａ以上の強度レベルにする。次に、圧延および焼入れ時の残留油分を適切な方法で除去して下地材料の表面を清浄化する。その後、デコイリング設備で始まる連続プロセスラインで被覆処理を行う。連続多段ロールプロセスラインの最初の工程は、真空チャンバまたは入口真空ロックに続いてエッチチャンバがあり、その中でイオンエッチングを行なって下地材料表面の薄い酸化層を除去する。次に、ストリップはＥＢ蒸着チャンバ（１個または複数個）に入り、その中で酸化物の堆積を行う。本実施例の場合はＡｌ２Ｏ３を堆積する。通常、酸化物層は通常は厚さ０．１〜２５μｍに堆積させるが、用途によって望ましい厚さが決まる。本実施例では１個のＥＢ蒸着チャンバを用いて厚さ２μｍに堆積させる。ＥＢ蒸着後に、被膜付きストリップ材料は出口真空チャンバまたは出口真空ロックを通って、コイラに巻き取られる。もし必要ならば、この被膜付きストリップ材料に、例えばスリット加工およびエッジ処理を行って、最終用途に適した最終寸法とエッジ状態に仕上げる。ＥＢ蒸着を用いて連続被覆プロセスで、例えばナイフ用ブレードのエッジに沿って付加的な被膜を施せれば有利であるが、他のプロセスを用いても良い。仕上げブレードのエッジに沿って施す付加的な被膜は、ストリップ材料に施した被膜と同じタイプであることが望ましい。
【００３７】
本実施例で説明した最終製品すなわち被膜付き２０Ｃ２ストリップ材料および被膜付き１３Ｃ２６ストリップ材料は、ストリップ厚さが０．２ｍｍ、Ａｌ２Ｏ３の薄い被膜の厚さが２μｍであり、被膜層の密着性が非常に良好であるため、工業用ナイフの製造に特に適している。
【００３８】
図３に、上記の連続多段ロール電子ビーム蒸着プロセスを示す。この製造ラインの最初の部分はアンコイラ１３が真空チャンバ１４内に配置されており、その次はインライン・イオンエッチングチャンバ１５であり、次いで一連のＥＢ蒸着チャンバ１６があり、必要なＥＢ蒸着チャンバの個数は１個から１０個であり、これは多層構造の被膜の必要に応じて変わる。ＥＢ蒸着チャンバ１６はいずれもＥＢガン１７と蒸発用の水冷銅坩堝１８とを備えている。次いで、出口真空チャンバ１９の中にストリップ材料のリコイラ２０が配置されている。真空チャンバ１４および１９はそれぞれ入口真空ロックシステムおよび出口真空ロックシステムに置き換えることができる。その場合、アンコイラ１３およびコイラ２０は外部に配置される。
【００３９】
〔実施例２〕
本実施例で用いる下地材料の化学組成はサンドビック内部規格２０Ｃであり、実質的には下記の公称組成である。
【００４０】
サンドビック２０Ｃ： １．０質量％Ｃ、０．２質量％Ｃｒ、０．３質量％Ｓｉ、０．４質量％Ｍｎ
先ず、上記化学組成の下地材料を通常の冶金製鋼法により製造する。得られた鋼を熱間圧延により中間サイズにまで圧下した後、パス間の再結晶工程を多数回行なう冷間圧延により、最終厚さ０．４５ｍｍ、最大幅４００ｍｍにする。得られたストリップ鋼を焼入れおよび焼き戻しして所要の機械強度レベルすなわち本発明による１２００ＭＰａ以上の強度レベルにする。その後、ストリップをスリット加工して最終的なブレード用の幅のほぼ２倍の幅にする。スリット加工後のストリップのエッジを、例えばシェービング加工、研削、研磨によりエッジ処理し、所望のコーターブレード用に適した状態および形状に仕上げる。その後、実施例１と全く同様に被覆処理を行う（図３参照）。最終製品は図２に示した被膜付きストリップであり、被膜の材質および厚さは実施例１と同じである。この被膜付きストリップを中央部の切断線６に沿ってスリット加工して、２枚の被膜付きストリップにすると、個々のストリップは仕上げブレードに適した寸法および形状になっている。後は必要な最終長さに切断すれば完成である。
【００４１】
本実施例で説明した最終製品は、スリット加工とエッジ処理を済ませた被膜付きストリップ材料であり、ストリップ厚さが０．４５ｍｍ、スリット加工した最終幅が１００ｍｍで、非常に密着性の良い厚さ２μｍの薄いアルミニウム酸化物被膜を備えている。この製品を最終用途に応じて必要な長さに切断すれば、更に処理を施す必要なく用いることができる。個々の顧客の要望に応じて、更にエッジ処理やエッジへの被膜付加あるいは研磨などを行うこともできる。被膜付加は、ＥＢ蒸着を用いて連続被覆プロセスで、この仕上げブレードのエッジに沿って行なうことが望ましいが、他のプロセスを用いても良い。
【００４２】
被膜付き鋼製品の用途は緻密で耐摩耗性を持つ被膜が適した用途であり、例えば、鋏、剪定鋏、料理用具およびベーカリー用具、左官道具、こて類、医療用具、外科用ナイフ、ひげ剃りブレードやカッター、フラッパー・バルブ、打ち抜き型、鋸、および種々の一般用ナイフとしてスライサー、彫刻刀、パンナイフ、肉切り包丁、ミキサーブレード、狩猟および釣り用のナイフ、ポケットナイフなど、および工業用ナイフとして合成繊維、紙、プラスチックフィルム、織物、カーペットなどの切断用ナイフがある。
【００４３】
このように、本発明のストリップ材料は、ひげ剃り用のブレードやカッターのようなひげ剃り道具、および外科用薄刃ナイフのような医療用具にも適している。下地材料の厚さはこれらの用途では比較的薄く、通常は０．０１５〜０．７５ｍｍ、普通は０．０１５〜０．６ｍｍ、望ましくは０．０３〜０．４５ｍｍである。被膜の厚さもできるだけ薄くすることが望ましく、通常は０．１〜５μｍ、普通は０．１〜３μｍ、望ましくは０．１〜２μｍ、更に望ましくは０．１〜１μｍである。この場合、ストリップ材料の厚さに対する被膜の厚さは小さいことが望ましく、通常は０．０１％〜７％、望ましくは０．０１〜５％である。
【００４４】
この場合の一実施形態として、下地材料の硬化処理あるいは焼入れ・焼き戻し処理の前に被膜を施してもよい。この場合、硬質で緻密な被膜は、処理温度として最低でも４００℃以上、望ましくは８００℃以上、更に望ましくは９５０℃以上の温度で、本発明による引張強さすなわち１２００ＭＰａ以上の引張強さを得るために通常用いられる保持時間耐えなくてはならない。上記処理後に、薄層の性質は本発明による範囲に維持されていなくてはならず、すなわち被膜は密着性良好、硬質、緻密で耐摩耗性を備え、硬さが６００ＨＶ以上、通常は７００ＨＶ以上、望ましくは８００ＨＶ以上、より望ましくは９００ＨＶ以上である。
【００４５】
更に例示すれば、ひげ剃りブレード用のストリップ材料の典型的な寸法は、厚さが０．１５ｍｍ以下、通常は０．１０ｍｍ以下、ストリップ幅が４００ｍｍ程度であり、被膜厚さが５μｍ以下、通常は約１μｍ以下、あるいは更に薄い。
【００４６】
本発明によるストリップ材料は、種々の一般用および工業用のナイフおよび鋸用としても適している。この用途の場合には下地材料の厚さは比較的厚く、通常は０．１〜５ｍｍ、普通は０．２〜３ｍｍである。しかし被膜はできるだけ薄く、被膜総厚さが通常は０．１〜１０μｍ、普通は０．１〜５μｍ、望ましくは０．１〜３μｍ、更に望ましくは０．１〜２μｍである。この場合、ストリップ材料の厚さに対する被膜の厚さの比率は小さいことが望ましく、通常は０．００１％〜７％であり、望ましくは０．０１〜５％である。
【００４７】
この場合の一実施形態として、下地材料の硬化処理あるいは焼入れ・焼き戻し処理の前に被膜を施してもよい。この場合、硬質で緻密な被膜は、処理温度として最低でも４００℃以上、望ましくは８００℃以上、更に望ましくは９５０℃以上の温度で、本発明による引張強さすなわち１２００ＭＰａ以上の引張強さを得るために通常用いられる保持時間耐えなくてはならない。上記処理後に、薄層の性質は本発明による範囲に維持されていなくてはならず、すなわち被膜は密着性良好、硬質、緻密で耐摩耗性を備え、硬さが６００ＨＶ以上、通常は７００ＨＶ以上、望ましくは８００ＨＶ以上、より望ましくは９００ＨＶ以上である。
【００４８】
上述した実施例１、２は、同様の形でひげ剃りブレードおよび／または外科用薄ナイフおよび／または一般用および工業用のナイフおよび／または鋸に適用できる。そのために上記各実施例ではこれらの用途に適した被覆方法および下地材料を説明した。唯一の相違点は硬化処理または焼入れ・焼き戻し処理の順序であるが、これは上述したように被膜によって変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図1は、本発明の一つの実施形態による金属ストリップの横断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の第二の実施形態による金属ストリップの横断面模式図である。
【図３】図３は、本発明による被膜付き金属ストリップ材料を製造するための製造ラインの模式図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に硬質で緻密な被膜を備えた新規な鋼ストリップ材料に関する。本発明は更に、連続多段ロールプロセス（continuous roll-to-roll process）により下地の金属ストリップ表面に硬質で緻密な被膜を高い密着性で付与することにより上記の被膜付き鋼ストリップを製造する方法にも関する。本発明は特に、ひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、および鋸に適した高密着性の硬質被膜を備えた被膜付き鋼ストリップに関する。
【背景技術】
【０００２】
被膜付き鋼製品には種々の用途がある。一例として、スライサー、彫刻刀、パンナイフ、肉切り包丁、ミキサーのブレード、狩猟や釣り用のナイフ、ポケットナイフなどの一般用ナイフ、および合成繊維、紙、プラスチックフィルム、織物、カーペットなどを切断する工業用ナイフのようなナイフの製造に用いられる。また、鋸や医療用具、外科用ナイフ（メス）としても用いられる。更に、髭剃り用のブレードやカッターなどのひげ剃り道具としても用いられる。以上はほんの一部の例に過ぎない。
【０００３】
これらの用途ではいずれも、硬質で緻密な耐摩耗性被膜が適しているか、必要である。摩耗によって被膜が裂けたり割れたりする。これらの用途では更に、硬質で鋭利な刃先および切削表面を必要とする。加えて、上記列挙した用途の多くは、使用環境が腐食性であるため、表面の耐食性が必要である。
【０００４】
コスト対策のために、連続多段ロールによる被覆プロセスを、望ましくは鋼ストリップの製造に組み込んだ形で行なうことが必要になっている。更に、品質面では、下地との密着性の高い緻密な被膜が有利である。コスト面からはもう一点、接合被膜を必要としないほどに高い密着性を持つ耐摩耗性被膜があれば更に有利である。
【０００５】
緻密被膜が高密着性を有することは、最終製品の機能品質の上で必要である。密着性が低かったり、多孔質または粗い被膜であったりすると、例えば工業用のナイフや鋸の場合は、被膜が剥離し始めたり、粒子状あるいは小片状になって脱落したり、割れ発生といった問題が生じたりする。いずれにせよ、品質面でもコスト面でも許容できないことである。
【０００６】
現在、被膜形成方法は何種類かあり、被膜のタイプも何種類かある。下記に例示する。
【０００７】
◆ セラミクス被膜は、多くの場合Ａｌ２Ｏ３から成り、これにＴｉＯ２および／ＺｒＯ２を添加することもある。通常このタイプの被膜は溶射で形成されている。溶射には通常、主な欠点が幾つかある。形成された被膜が粗いため、被覆後の表面に研磨などの後処理を施す必要がる。溶射被膜は普通は気孔率が高いので、薄くて緻密な被膜は通常は得られない。更に、溶射被膜は通常は厚さが大きい。厚くて粗い被膜は、使用中に割れ発生や表面からの粒子脱落の危険性が高い。多くの場合、セラミクス被膜の密着性を向上させるために、接合被膜としてニッケルやニッケル合金も用いることが必要になる。
【０００８】
◆ 金属被膜は、多くの場合、純ニッケルや純Ｃｒから成るか、ニッケル・燐のような化合物の形である。これらのタイプの金属被膜は通常はめっき法、特に電解めっき法によって施される。電解めっき法には幾つかの欠点があり、主な欠点は、均一な膜厚を得ることが困難なこと、被膜の密着性が乏しいことである。更に、めっき法は環境適合性に欠けており、しばしば環境問題を起こしている。
【０００９】
◆ 異種被膜の組み合わせとして、ニッケル被膜にＳｉＣのような耐摩耗性粒子を含有させる方法がある。この方法にも幾つかの欠点があって、原理的に前述の電解めっき法による欠点があり、接合被膜としてニッケルはやはりかなりの程度必要であるため被膜コストが高い。
【００１０】
このように、上記例示した各方法は本発明には用いることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第一の目的は、緻密な被膜と下地金属との密着性を高めた硬質耐摩耗性被膜付き金属ストリップを提供することである。
【００１２】
本発明の第二の目的は、鋼ストリップの製造に組み込んだ連続多段ロールプロセスによりコスト効率の高い被膜を得ることである。
【００１３】
本発明の第三の目的は、膜厚を極力均一化した被膜を得ることである。
【００１４】
これらおよびその他の目的は請求項１による被膜付き鋼製品を提供することにより驚くべきことに達成される。更に望ましい実施形態は従属項に規定してある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、鋸に適した被膜は、緻密で耐摩耗性があり密着性が良い。
【００１６】
これらの用途ではいずれもブレードの摩耗が発生する。上記の諸用途に適した被膜は、緻密で耐摩耗性があり密着性の高い被膜であり、硬質でありながら靭性が高くて、使用中の作業荷重および圧力に対抗でき、割れや剥ぎ取りが起きることがない。
【００１７】
最終製品の摩耗を防止するためには、耐摩耗被膜を少なくとも１層被覆することが適当である。片面被覆でも両面被覆でも良い。片面被覆はコスト面から望ましく、適用できる場合には用いるべきである。使用条件が厳しいか使用期間が長いブレードの場合は、両面被覆が望ましい。そうしないと発生する問題としては、例えば被覆なし側のエッジに沿って塑性変形が起きたり、被覆なし側のエッジに沿って材料の堆積が起き、これが場合によっては剥ぎ取られて、コーターブレードのエッジから材料が局部的に剥ぎ取られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の方法は、薄くて硬質で緻密な耐摩耗性層に適しており、コスト面から、厚さは両側それぞれについて全厚で２５μｍ以下、通常は全厚で２０μｍ以下、望ましくは全厚で１５μｍ以下、より望ましくは全厚で１２μｍ以下、更に望ましくは１０μｍ以下である。厚い被膜を形成する際には、コスト対特性を最適化するには、１０層までの多層構造にして、個々の層の厚さを０．１〜１５μｍ、望ましくは０．１〜１０μｍ、より望ましくは０．１〜７μｍ、更に望ましくは０．１〜５μｍ、より以上に望ましくは０．１〜３μｍとする。
【００１９】
被膜は、処理対象物から作用する摩耗および剪断に耐えるために十分な耐摩耗性を有する必要があり、同時に、経済性と脆化の観点からは厚すぎてもいけない。
【００２０】
被膜の形成速度は、２．５ｍ／分以上、望ましくは５ｍ／分以上、より望ましくは１０ｍ／分以上である。
【００２１】
耐摩耗性を得るには、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２またはこれらの混合物から成り、望ましくはＡｌ２Ｏ３を主体とする、緻密な酸化物被膜を少なくとも１層形成する。所要特性に応じて、酸化物を混合した被膜とすることにより最適な硬さと靭性を得ることができる。それには、アルミニウム酸化物と選定した他の酸化物とを同時蒸着する。望ましくは、アルミニウム酸化物と他の酸化物として望ましくはＴｉＯ２および／またはＺｒＯ２との同時蒸着である。多層構造を用いると、異種酸化物の層を混ぜて１０層まで種々の酸化物層を組み合わせ、硬さと靭性を最適化することもできる。
【００２２】
本発明の他の形態として、上述したように実質的に酸化物から成る耐摩耗性被膜に代えて、金属被膜等の緻密で硬質の被膜を用いることもできる。コストを極力低減するために単純で安価な被膜を選択するのであれば、実質的に純粋なＣｒなどの硬質金属被膜を用いることもできる。
【００２３】
本発明のもう１つの形態として、遷移金属の炭化物および／または窒化物、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮの層を用いることもできるし、これらをＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２またはこれら酸化物の混合物、望ましくはＡｌ２Ｏ３を主体とする酸化物、と組み合わせて用いることもできる。１０層までの多層構造とし、種々の酸化物および窒化物の層を組み合わせると更に良好な最適の硬さおよび靭性を実現することができる。
【００２４】
摩耗力および剪断力に耐えるようにするためには、本発明の薄い被膜の硬さは６００ＨＶ以上、望ましくは７００ＨＶ以上、より望ましくは８００ＨＶ以上、最も望ましくは９００ＨＶ以上である。当然のことながら、被膜の硬さは最終製品の用途に要求事項に合わせて調整する。
【００２５】
ストリップ幅４００ｍｍまでの場合は、個々の層の厚さ許容範囲は最大値±１０％であえる。これは非常に厳しい許容範囲であり、使用時の精度と最終製品の品質にとって利点がある。めっきや溶射に比較してこれは非常に高い許容差である。例えば、めっきの場合は、ドッグボーン効果といわれる現象のためにめっき層の厚さが変動する。そのため層厚さは普通は±５０％の変動をする。
【００２６】
別途の接合被膜は必要ないが、靭性向上などの技術的な観点から必要がある場合には、ニッケル層を被膜中の一層として用いることもできる。ニッケルは高価なため、普通は非常に薄い層としてのみ用い、適当な厚さは０〜２μｍであり、望ましくは０〜１μｍ、最も望ましくは０〜０．５μｍである。しかし、いずれにせよニッケル層を下地層の隣接層とすることは無い。
【００２７】
〔被覆対象とする下地材料の説明〕
被覆の下地材料は、対照用途に適した良好な基本的な機械強度を備えていなくてはならない。望ましくは、焼入れ性を有する鋼を焼入れ・焼き戻しした状態か、析出硬化鋼であって、最終処理状態での引張強さが１２００ＭＰａ以上、望ましくは１３００ＭＰａ以上、より望ましくは１４００ＭＰａ以上、更に望ましくは１５００ＭＰａ以上の鋼である。腐食環境で用いる被膜付き最終製品には、基本的な耐食性を付与するのに十分な量のＣｒを添加した鋼を用いる。この場合、Ｃｒ含有量は１０質量％以上、望ましくは１１質量％以上、より望ましくは１２質量％以上である。
【００２８】
上述の鋼種で作られた製品であって、熱間加工性が良好で薄く冷間圧延できるストリップの形であれば、本発明の被覆方法を適用できる。用いる鋼の性質として、成形工程、研削工程（グライディング）、シェービング工程、切削工程、研磨工程（ポリッシング）、スタンピング工程などを含む製造プロセスで、容易にひげ剃り用のブレードやカッターなどのひげ剃り道具、医療用具、一般用および工業用のナイフ、種々の鋸に作製できる必要がある。ストリップ下地材料の厚さは、普通は０．０１５ｍｍ〜５．０ｍｍ、望ましくは０．０３ｍｍ〜３ｍｍ、より望ましくは０．０３ｍｍ〜２ｍｍ、更に望ましくは０．０３ｍｍ〜１．５ｍｍである。当然のことながら、ストリップ下地材料の厚さは最終製品の用途に合わせる。ストリップ下地材料の幅は、被膜形成をスリット加工の前に行なうか後に行なうかによる。下地材料の幅は、１〜１５００ｍｍ、望ましくは１〜１０００ｍｍ、より望ましくは１〜５００ｍｍ、更に望ましくは５〜５００ｍｍである。下地材料の長さは、１０〜２００００ｍ、望ましくは１００〜２００００ｍである。
【００２９】
〔被覆方法の説明〕
被覆媒体を被覆する方法としては、密着性の高い均一な連続被膜を形成できる方法であれば、種々の物理的あるいは化学的な蒸発堆積法を用いることができる。製膜法の例としては、化学蒸着法（ＣＶＤ）や有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）があるし、スパッタリングや蒸発を用いた物理蒸着法（ＰＶＤ）であれば蒸発手段として抵抗加熱、電子ビーム加熱、誘導加熱、アーク抵抗加熱、レーザ加熱を用いた堆積方法があるが、本発明の製膜法としては特に電子ビーム蒸着法（ＥＢ）が望ましい。硬質で緻密な層から成る良質の被膜をより確実に製膜するために、ＥＢ蒸着法においてプラズマ励起を用いることもできる。
【００３０】
本発明における必須の構成として、連続多段ロール加工（roll-to-roll）によるストリップ製造ラインに被覆工程を組み込んでいる。この構成を前提として、連続多段ロールプロセス内で電子ビーム蒸着（ＥＢ）を用いて硬質被膜を製膜する。多層構造が必要な場合には、数段のＥＢ蒸着チャンバをインラインに組み込むことで実現できる。金属被膜の製膜は、１×１０−２mbar以下の減圧雰囲気下で反応性ガスを添加せずに行なって、実質的に純粋な金属膜を得るようにする。金属酸化物の製膜は、減圧雰囲気下で反応ガスとして酸素源をチャンバ内に添加して行なう。酸素の分圧は１〜１００×１０−４mbarとする。他のタイプの被膜を製膜するには、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮといった遷移金属の炭化物および／または窒化物またはこれらと金属酸化物との混合物を製膜するには、所望の化合物が生成できるように反応性ガスの分圧について製膜中の条件を調節する。酸素源としては、反応性ガスとしてＨ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、望ましくはＯ２を用いることができる。窒素源としては、反応性ガスとしてＮ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、望ましくはＮ２、を用いることができる。炭素源としては、反応性ガスとして炭素含有ガスであればよく、例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４などを用いることができる。いずれの場合には、反応性ＥＢ蒸着プロセスをプラズマ励起することができる。
【００３１】
良好な密着性を確保するために、種々のタイプの清浄化工程を用いる。まず、下地材料の表面の残留油分は被覆工程の効率や被膜の密着性および品質を劣化させるので、適切な方法で全ての油分を除去する清浄化を行なう。その上で、通常の鋼表面には必ず存在する自然酸化膜も除去しなくてはならない。そのために、被膜形成前に予備処理を行う。したがって、連続多段ロール加工ラインの最初の製造工程として、最初の被膜層の密着性を確保するために、金属ストリップ表面をイオンエッチングで処理することが望ましい（図３を参照）。
【実施例】
【００３２】
本発明の２つの実施例を以下に詳細に説明する。実施例１（図１）は被膜１、２を下地３のストリップ幅全体に施した例である。下地材料は種々の鋼であって良く、例えば焼入れ性のある炭素鋼または焼入れ性のあるＣｒステンレス鋼であってよい。実施例２（図２）は被膜４を鋼ストリップ５に施したものであり、鋼ストリップ５は被覆工程の前にスリット加工とエッジ加工を施してある。被覆工程において、主面７、８と狭い側面９、１０の全てを被覆し、引き掻き用または切削用のエッジ１１、１２を完全に被膜で覆ってある。側面９、１０は比較的狭い方の主面７と同時に被覆した方がよい。ここで説明する実施例は本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３３】
下地材料は、硬化性を発現する下記組成を用いる。
【００３４】
○ 焼入れ性のある炭素鋼の組成は、０．１〜１．５質量％、０．００１〜４質量％Ｃｒ、０．０１〜１．５質量％Ｍｎ、０．０１〜１．５質量％Ｓｉ、１質量％以下Ｎｉ、０．００１〜０．５質量％Ｎ，残部Ｆｅであり、
○ 焼入れ性のあるクロム鋼としては、０．１〜１．５質量％Ｃ、１０〜１６質量％Ｃｒ、０．００１〜１質量％Ｎｉ、０．００１〜１．５質量％Ｍｎ、０．０１〜１．５質量％Ｓｉ、３質量％以下Ｍｏ、０．００１〜０．５質量％Ｎ、残部Ｆｅであり、
○ 析出硬化性のある鋼の組成は、０．００１〜０．３質量％Ｃ、１０〜１６質量％Ｃｒ、４〜１４質量％Ｎｉ、０．１〜１．５質量％Ｔｉ、０．０１〜１．０質量％Ａｌ、０．０１〜６質量％Ｍｏ、０．００１〜４質量％Ｃｕ、０．００１〜０．３質量％Ｎ、０．０１〜１．５質量％Ｍｎ、０．０１〜１．５質量％Ｓｉ、残部Ｆｅである。
【００３５】
〔実施例１〕
本実施例で用いる下地材料の化学組成はサンドビック内部規格２０Ｃ２および１３Ｃ２６であり、実質的には下記の公称組成である。
【００３６】
サンドビック２０Ｃ２： １．０質量％Ｃ、１．４質量％Ｃｒ、０．３質量％Ｓｉ、０．３質量％Ｍｎ
サンドビック１３Ｃ２６： ０．７質量％Ｃ、１３質量％Ｃｒ、０．４質量％Ｓｉ、０．７質量％Ｍｎ
先ず、上記化学組成の下地材料を通常の冶金製鋼法により製造する。得られた鋼を熱間圧延により中間サイズにまで圧下した後、パス間の再結晶工程を多数回行なう冷間圧延により、最終厚さ０．２ｍｍ、最大幅４００ｍｍにする。得られたストリップ鋼を焼入れおよび焼き戻しして所要の機械強度レベルすなわち本発明による１２００ＭＰａ以上の強度レベルにする。次に、圧延および焼入れ時の残留油分を適切な方法で除去して下地材料の表面を清浄化する。その後、デコイリング設備で始まる連続プロセスラインで被覆処理を行う。連続多段ロールプロセスラインの最初の工程は、真空チャンバまたは入口真空ロックに続いてエッチチャンバがあり、その中でイオンエッチングを行なって下地材料表面の薄い酸化層を除去する。次に、ストリップはＥＢ蒸着チャンバ（１個または複数個）に入り、その中で酸化物の堆積を行う。本実施例の場合はＡｌ２Ｏ３を堆積する。通常、酸化物層は通常は厚さ０．１〜２５μｍに堆積させるが、用途によって望ましい厚さが決まる。本実施例では１個のＥＢ蒸着チャンバを用いて厚さ２μｍに堆積させる。ＥＢ蒸着後に、被膜付きストリップ材料は出口真空チャンバまたは出口真空ロックを通って、コイラに巻き取られる。もし必要ならば、この被膜付きストリップ材料に、例えばスリット加工およびエッジ処理を行って、最終用途に適した最終寸法とエッジ状態に仕上げる。ＥＢ蒸着を用いて連続被覆プロセスで、例えばナイフ用ブレードのエッジに沿って付加的な被膜を施せれば有利であるが、他のプロセスを用いても良い。仕上げブレードのエッジに沿って施す付加的な被膜は、ストリップ材料に施した被膜と同じタイプであることが望ましい。
【００３７】
本実施例で説明した最終製品すなわち被膜付き２０Ｃ２ストリップ材料および被膜付き１３Ｃ２６ストリップ材料は、ストリップ厚さが０．２ｍｍ、Ａｌ２Ｏ３の薄い被膜の厚さが２μｍであり、被膜層の密着性が非常に良好であるため、工業用ナイフの製造に特に適している。
【００３８】
図３に、上記の連続多段ロール電子ビーム蒸着プロセスを示す。この製造ラインの最初の部分はアンコイラ１３が真空チャンバ１４内に配置されており、その次はインライン・イオンエッチングチャンバ１５であり、次いで一連のＥＢ蒸着チャンバ１６があり、必要なＥＢ蒸着チャンバの個数は１個から１０個であり、これは多層構造の被膜の必要に応じて変わる。ＥＢ蒸着チャンバ１６はいずれもＥＢガン１７と蒸発用の水冷銅坩堝１８とを備えている。次いで、出口真空チャンバ１９の中にストリップ材料のリコイラ２０が配置されている。真空チャンバ１４および１９はそれぞれ入口真空ロックシステムおよび出口真空ロックシステムに置き換えることができる。その場合、アンコイラ１３およびコイラ２０は外部に配置される。
【００３９】
〔実施例２〕
本実施例で用いる下地材料の化学組成はサンドビック内部規格２０Ｃであり、実質的には下記の公称組成である。
【００４０】
サンドビック２０Ｃ： １．０質量％Ｃ、０．２質量％Ｃｒ、０．３質量％Ｓｉ、０．４質量％Ｍｎ
先ず、上記化学組成の下地材料を通常の冶金製鋼法により製造する。得られた鋼を熱間圧延により中間サイズにまで圧下した後、パス間の再結晶工程を多数回行なう冷間圧延により、最終厚さ０．４５ｍｍ、最大幅４００ｍｍにする。得られたストリップ鋼を焼入れおよび焼き戻しして所要の機械強度レベルすなわち本発明による１２００ＭＰａ以上の強度レベルにする。その後、ストリップをスリット加工して最終的なブレード用の幅のほぼ２倍の幅にする。スリット加工後のストリップのエッジを、例えばシェービング加工、研削、研磨によりエッジ処理し、所望のコーターブレード用に適した状態および形状に仕上げる。その後、実施例１と全く同様に被覆処理を行う（図３参照）。最終製品は図２に示した被膜付きストリップであり、被膜の材質および厚さは実施例１と同じである。この被膜付きストリップを中央部の切断線６に沿ってスリット加工して、２枚の被膜付きストリップにすると、個々のストリップは仕上げブレードに適した寸法および形状になっている。後は必要な最終長さに切断すれば完成である。
【００４１】
本実施例で説明した最終製品は、スリット加工とエッジ処理を済ませた被膜付きストリップ材料であり、ストリップ厚さが０．４５ｍｍ、スリット加工した最終幅が１００ｍｍで、非常に密着性の良い厚さ２μｍの薄いアルミニウム酸化物被膜を備えている。この製品を最終用途に応じて必要な長さに切断すれば、更に処理を施す必要なく用いることができる。個々の顧客の要望に応じて、更にエッジ処理やエッジへの被膜付加あるいは研磨などを行うこともできる。被膜付加は、ＥＢ蒸着を用いて連続被覆プロセスで、この仕上げブレードのエッジに沿って行なうことが望ましいが、他のプロセスを用いても良い。
【００４２】
被膜付き鋼製品の用途は緻密で耐摩耗性を持つ被膜が適した用途であり、例えば、鋏、剪定鋏、料理用具およびベーカリー用具、左官道具、こて類、医療用具、外科用ナイフ、ひげ剃りブレードやカッター、フラッパー・バルブ、打ち抜き型、鋸、および種々の一般用ナイフとしてスライサー、彫刻刀、パンナイフ、肉切り包丁、ミキサーブレード、狩猟および釣り用のナイフ、ポケットナイフなど、および工業用ナイフとして合成繊維、紙、プラスチックフィルム、織物、カーペットなどの切断用ナイフがある。
【００４３】
このように、本発明のストリップ材料は、ひげ剃り用のブレードやカッターのようなひげ剃り道具、および外科用薄刃ナイフのような医療用具にも適している。下地材料の厚さはこれらの用途では比較的薄く、通常は０．０１５〜０．７５ｍｍ、普通は０．０１５〜０．６ｍｍ、望ましくは０．０３〜０．４５ｍｍである。被膜の厚さもできるだけ薄くすることが望ましく、通常は０．１〜５μｍ、普通は０．１〜３μｍ、望ましくは０．１〜２μｍ、更に望ましくは０．１〜１μｍである。この場合、ストリップ材料の厚さに対する被膜の厚さは小さいことが望ましく、通常は０．０１％〜７％、望ましくは０．０１〜５％である。
【００４４】
この場合の一実施形態として、下地材料の硬化処理あるいは焼入れ・焼き戻し処理の前に被膜を施してもよい。この場合、硬質で緻密な被膜は、処理温度として最低でも４００℃以上、望ましくは８００℃以上、更に望ましくは９５０℃以上の温度で、本発明による引張強さすなわち１２００ＭＰａ以上の引張強さを得るために通常用いられる保持時間耐えなくてはならない。上記処理後に、薄層の性質は本発明による範囲に維持されていなくてはならず、すなわち被膜は密着性良好、硬質、緻密で耐摩耗性を備え、硬さが６００ＨＶ以上、通常は７００ＨＶ以上、望ましくは８００ＨＶ以上、より望ましくは９００ＨＶ以上である。
【００４５】
更に例示すれば、ひげ剃りブレード用のストリップ材料の典型的な寸法は、厚さが０．１５ｍｍ以下、通常は０．１０ｍｍ以下、ストリップ幅が４００ｍｍ程度であり、被膜厚さが５μｍ以下、通常は約１μｍ以下、あるいは更に薄い。
【００４６】
本発明によるストリップ材料は、種々の一般用および工業用のナイフおよび鋸用としても適している。この用途の場合には下地材料の厚さは比較的厚く、通常は０．１〜５ｍｍ、普通は０．２〜３ｍｍである。しかし被膜はできるだけ薄く、被膜総厚さが通常は０．１〜１０μｍ、普通は０．１〜５μｍ、望ましくは０．１〜３μｍ、更に望ましくは０．１〜２μｍである。この場合、ストリップ材料の厚さに対する被膜の厚さの比率は小さいことが望ましく、通常は０．００１％〜７％であり、望ましくは０．０１〜５％である。
【００４７】
この場合の一実施形態として、下地材料の硬化処理あるいは焼入れ・焼き戻し処理の前に被膜を施してもよい。この場合、硬質で緻密な被膜は、処理温度として最低でも４００℃以上、望ましくは８００℃以上、更に望ましくは９５０℃以上の温度で、本発明による引張強さすなわち１２００ＭＰａ以上の引張強さを得るために通常用いられる保持時間耐えなくてはならない。上記処理後に、薄層の性質は本発明による範囲に維持されていなくてはならず、すなわち被膜は密着性良好、硬質、緻密で耐摩耗性を備え、硬さが６００ＨＶ以上、通常は７００ＨＶ以上、望ましくは８００ＨＶ以上、より望ましくは９００ＨＶ以上である。
【００４８】
上述した実施例１、２は、同様の形でひげ剃りブレードおよび／または外科用薄ナイフおよび／または一般用および工業用のナイフおよび／または鋸に適用できる。そのために上記各実施例ではこれらの用途に適した被覆方法および下地材料を説明した。唯一の相違点は硬化処理または焼入れ・焼き戻し処理の順序であるが、これは上述したように被膜によって変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図1は、本発明の一つの実施形態による金属ストリップの横断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の第二の実施形態による金属ストリップの横断面模式図である。
【図３】図３は、本発明による被膜付き金属ストリップ材料を製造するための製造ラインの模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面または両面に緻密で硬質の耐摩耗性被膜を備えた被膜付き鋼ストリップにおいて、
上記被膜は上記鋼ストリップ下地の表面に直接形成されており、該被膜の厚さは全厚で２５μｍ以下、該ストリップの厚さに対する該被膜の厚さの比率は０．００１〜７％、該被膜の硬さは６００ＨＶ以上、該鋼ストリップ下地の引張強さは１２００ＭＰａ以上であることを特徴とする被膜付き鋼ストリップ。
【請求項２】
請求項１において、上記鋼ストリップ下地の厚さが０．０１５ｍｍ〜５．０ｍｍであることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項３】
請求項１または２において、上記鋼ストリップ下地が、焼入れ性を有する炭素鋼、焼入れ性を有するクロムステンレス鋼、析出硬化性ストリップ鋼のいずれかであることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記被膜が実質的にＡｌ２Ｏ３から成ることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記被膜がＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２および／またはＺｒＯ２との混合物から成り、主成分がＡｌ２Ｏ３であることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項６】
上記被膜が、上記被膜が実質的にクロムから成る金属被膜であることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項７】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記被膜が遷移金属炭化物または遷移金属窒化物、望ましくはＴｉＮ、ＴｉＣ、またはＣｒＮ、またはこれらの混合物から成ることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項において、上記ストリップ下地の厚さに対する上記被膜の厚さの比率が０．０１〜７％であることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項において、上記被膜が１０層までの多層構造を持つことを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１０】
請求項９において、個々の単独層が厚さ０．１〜１５μｍであることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１１】
請求項１０において、上記被膜が、個々の単独層がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２またはこれらの混合物のいずれかから成る多層構造を持ち、必要があればＴｉＮおよびＴｉＣのような窒化物または炭化物の層も組み合わせ、更に必要があればＣｒのような金属被膜とも組み合わせることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１２】
請求項１１において、上記被膜が厚さ２μｍ以下のニッケル層を少なくとも更に含み、該ニッケル層は上記鋼ストリップ下地には隣接していないことを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップの製造方法であって、ストリップ製造ラインに組み込んだ連続多段ロールプロセスにおいて、エッチチャンバをインラインで備えた電子ビーム蒸発法を用いて、２．５ｍ／分以上の速度で上記鋼ストリップを製造することを特徴とする鋼ストリップの製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップで作られていることを特徴とするひげ剃り用のブレードまたはカッターのようなひげ剃り道具。
【請求項１５】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップで作られていることを特徴とする一般用ナイフ、工業用ナイフ、外科用ナイフのようなナイフ。
【請求項１６】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップで作られていることを特徴とする手鋸、工業用鋸のような鋸。
【請求項１】
片面または両面に緻密で硬質の耐摩耗性被膜を備えた被膜付き鋼ストリップにおいて、
上記被膜は上記鋼ストリップ下地の表面に直接形成されており、該被膜の厚さは全厚で２５μｍ以下、該ストリップの厚さに対する該被膜の厚さの比率は０．００１〜７％、該被膜の硬さは６００ＨＶ以上、該鋼ストリップ下地の引張強さは１２００ＭＰａ以上であることを特徴とする被膜付き鋼ストリップ。
【請求項２】
請求項１において、上記鋼ストリップ下地の厚さが０．０１５ｍｍ〜５．０ｍｍであることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項３】
請求項１または２において、上記鋼ストリップ下地が、焼入れ性を有する炭素鋼、焼入れ性を有するクロムステンレス鋼、析出硬化性ストリップ鋼のいずれかであることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記被膜が実質的にＡｌ２Ｏ３から成ることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記被膜がＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２および／またはＺｒＯ２との混合物から成り、主成分がＡｌ２Ｏ３であることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項６】
上記被膜が、上記被膜が実質的にクロムから成る金属被膜であることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項７】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記被膜が遷移金属炭化物または遷移金属窒化物、望ましくはＴｉＮ、ＴｉＣ、またはＣｒＮ、またはこれらの混合物から成ることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項において、上記ストリップ下地の厚さに対する上記被膜の厚さの比率が０．０１〜７％であることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項において、上記被膜が１０層までの多層構造を持つことを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１０】
請求項９において、個々の単独層が厚さ０．１〜１５μｍであることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１１】
請求項１０において、上記被膜が、個々の単独層がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２またはこれらの混合物のいずれかから成る多層構造を持ち、必要があればＴｉＮおよびＴｉＣのような窒化物または炭化物の層も組み合わせ、更に必要があればＣｒのような金属被膜とも組み合わせることを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１２】
請求項１１において、上記被膜が厚さ２μｍ以下のニッケル層を少なくとも更に含み、該ニッケル層は上記鋼ストリップ下地には隣接していないことを特徴とする鋼ストリップ。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップの製造方法であって、ストリップ製造ラインに組み込んだ連続多段ロールプロセスにおいて、エッチチャンバをインラインで備えた電子ビーム蒸発法を用いて、２．５ｍ／分以上の速度で上記鋼ストリップを製造することを特徴とする鋼ストリップの製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップで作られていることを特徴とするひげ剃り用のブレードまたはカッターのようなひげ剃り道具。
【請求項１５】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップで作られていることを特徴とする一般用ナイフ、工業用ナイフ、外科用ナイフのようなナイフ。
【請求項１６】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の被膜付き鋼ストリップで作られていることを特徴とする手鋸、工業用鋸のような鋸。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５０２３６４（Ｐ２００７−５０２３６４Ａ）
【公表日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２３１５９（Ｐ２００６−５２３１５９）
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００４／００１１７２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１４８７７
【国際公開日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【出願人】（５０５２７７５２１）サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ (284)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００４／００１１７２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１４８７７
【国際公開日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【出願人】（５０５２７７５２１）サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ (284)
【Ｆターム（参考）】
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