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1 緒 言 日本刀は伝統工芸品として美術品の価値を有すると同 時に,戦いの歴史の中では優れた武器として使われてき た.中でも 15世紀頃から作刀されてきた刀や脇差は,高 い刃先強度と刀身の高いじん性を併せ持つ武器として非 常に優れている.1), 2)日本刀の強度とじん性の共存は,出 発材料である玉鋼から作製した「へし金」を低炭素鋼と 高炭素鋼に分けて積沸かして折り返し鍛錬した後,低炭 素鋼を高炭素鋼で包み込んで熱間鍛接 2)~ 4)する複合材料 化と,刀身表面の土置きで焼入時の冷却速度を制御 2), 5) して刃部をマルテンサイト変態させ,これら一連の作業に より高い刃先強度と表面層に圧縮残留応力を付与 2), 6), 7) することにより達成される.一方,バイクや自動車の車 軸や歯車等の鉄鋼部品は,浸炭や焼入等の熱処理により 高い表面強度と部品としての高じん性を両立させている. 中でも低炭素鋼を出発材料として用いる場合は,浸炭焼 入により表面層の炭素濃度勾配をマルテンサイト変態さ せ,表面層に硬化層と圧縮残留応力を付与 8)~ 10)するこ とにより達成され,工業製品である鉄鋼部品と独自の伝 統技術である日本刀には多くの類似点があるといえる. 日本刀の刃先強度と残留応力については,刀身表面や 断面の硬度分布 1), 11)や,刃先や地,鎬等の場所による 表面残留応力の違い,6), 7)弾塑性有限要素法解析による焼 入変形や残留応力の解析 2), 5)の他,断面組織構造 1), 12) や炭素濃度 1), 3), 4)等の多くの研究がなされているが, 個々の日本刀の刃先強度と表面残留応力を左右する,残 留応力場と硬度や炭素濃度を含む断面微構造との直接関 係については明らかになっていない. そこで本研究では,焼入,焼戻し後,鍛冶研ぎをした 脇差を切断して断面組織や硬度,炭素濃度を測定すると ともに,X線応力測定法により日本刀表層の残留応力を 測定し,日本刀の断面微構造と残留応力の直接関係につ いて検討した. 2 実 験 方 法 2・1 出発材料および日本刀 供試材は,Fig. 1に示す日本製鋼所の瑞泉鍛刀所で作 刀した脇差で,出発材料は日本美術刀剣保存協会頒布の 玉鋼である.図には,脇差の主な外観寸法と名称,1), 13) ならびに,実験に用いた 2つの小片 A, Bと切出し試験 片 Cを示す.なお,試験片の切出しは,ワイヤー放電加 工により行った. 日本刀表層の残留応力分布と断面微構造の関係 坂井田 喜 久 村 井 俊 之 吉 田 始 Relationship between Residual Stress Distribution near Blade Surface and Cross Sectional Microstructure of Japanese Sword