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日本刀を科学的に分析した場合

日本刀を科学的視野から研究されている方々が居られます。そう言った方の研究内容から、少しだけ利用させて頂き、「つぶやき」として書いてみます。これらは定例勉強会では学ばないであろうと思われますので。
最初のお断りとして、色んな資料からの摘出であり、私の理解が間違っていることがあるかも知れません。そのような点があれば是非ご遠慮なくご指摘なりご教示ください。

日本刀は、「折れず」「曲がらず」「良く切れる」のが特徴であると言われますが、それに「非常に錆びにくい」を追加いたします。
その四つの特徴を具現する技術は、平安の昔から科学的研究は全く無しで、経験により会得されたものです。
先ず、材料から説明しますと、日本刀の鉄は「和鉄」と言います。自動車用鋼板などは溶鉱炉を使った鉄で西欧の技術であるために「洋鉄」と言い分けています。和鉄は山砂鉄を使い、洋鉄は鉄鉱石を使っています。川砂鉄や海砂鉄を使わなかった理由は採取量にあり、山砂鉄が砂鉄の採取では一番効率が良いためです。次に砂鉄と鉄鉱石の比較です。鉄鉱石は塊(かたまり)ですので。小さな粒状の砂鉄より鉄分以外の不純物を多く含みます。溶解の温度は、鉄鉱石は1500℃以上で、コークスを使って行います。砂鉄は木炭を使いますが、1000℃前後が最高温度と言われています。溶解の目的は、不純物の無い鉄を作ることにあります。そして空気中にありますので酸化しており、酸素を除くことが重要な要素となります。つまり酸化の反対の還元を行うことです。木炭の還元力は低温で始まりますので、洋鉄よりも低温で還元が為されます。鉄は温度が高くなると結晶が膨らみます。「折れない」ためには結晶は小さい方が有利です。結晶が肥大すると脆くなります。
次が「折り返し鍛錬」です。加熱し槌で叩いて少し延ばし、それを折り曲げて、再度加熱し又延ばしてから折り曲げます。これを15回前後(刀工によって回数は異なるでしょう。)繰り返します。加熱した鉄を叩けば火花が散りますが、この火花の殆どは不純物です。鍛錬することにより更に不純物を除去します。10回折り返しますと鉄の層は1,024枚になり、15回ですと32,768枚になります。刀の重ね(厚さ)は平均的には1cm以下です。刀の皮鉄と芯鉄とは鍛錬の回数が異なる訳ですが、単純に5mmの厚さで15回鍛錬したものと計算すれば、1枚の鉄の層は約0.15ミクロンの薄さになります。これも折れない科学的根拠です。その次が焼き入れです。土置き(刀の表面に粘土を塗る)して加熱し一挙に水につけて冷却します。この際の加熱は800℃を超えてはいけません。鉄の結晶密度を高く保つためです。鉄は加熱しますと726℃で結晶構造が突然変化し密度が上がります。単位体積では鉄の原子が突然1.55倍になるためです。で、750~760℃あたりで今度は冷却し焼き入れをして、硬さを向上させます。特に刃部は平地や鎬地よりも硬くさせます。この工程で沸(にえ)と匂いが生まれます。匂い部の方が硬いマルテンサイトと言われる構造組織で、沸部はトルースタイトと呼ばれるマルテンサイト程は硬くない構造組織です。又、726℃で結晶密度が一番高くなった状態から冷却されていますので、少々密度が下がり→体積が膨張→反りが発生する、ことになります。焼き入れで硬くなりますので「折れない」性能が高まります。反りがありますので、物を切断する時に受ける反発力を、力学上から減少させるために、同じく「折れにくい」性能を高めます。

おっと、面白みの無い内容で、皆様飽きが来たようですね。
では、良く切れる科学的理由については、皆さんで考えてください。研ぎの技術もありますが、刀の断面形状に理由があります。
回答は次回の「つぶやき」で・・・・・・。
                     川辺
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コメント一覧

 川辺さん、いつもお世話になっております。いつも分りやすい解説有難うございます。私もいつか岡山に行って見たいと思っています。

川辺さん、ためになるお話しで非常におもしろいです。
錆びにくいというのは意外でした。

岡山、行ってみたいです。
いつか刀剣会で備前長船ツアーなんてあるといいですね。

最新の科学技術

 そういえば日立金属さんが、日本刀の技術を応用して開発した高性能冷間ダイス鋼というのが、特に過酷な高張力鋼板の加工に用いられるプレス金型に用いられ始めているそうです。日本の伝統技術が最新の科学技術にも生かされているんですね。

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