科学的視点から見る日本刀の「強靭さ」と「美しさ」

――刃文についても教えてください。
　図3の刀の刃文は「湾れ（のたれ）」といわれます。美術工芸品としての評価には、反り、刃文に加え、この写真ではよく見えませんが「鍛え肌（きたえはだ）」も重要です。さらに刃境には「沸（にえ）」や「匂（におい）」と呼ばれる焼入れ文様も見られます。これらは刀剣の重要な鑑賞要素になっていますが、すべて焼入れによる玉鋼の「相変態（そうへんたい）」に起因しています。

――焼入れによる「相変態」とは何ですか？
　鉄の結晶構造の変化を「鉄の相変態」といいます。焼入れでは、「火造り」（小槌で叩きながら日本刀の形状を打ち出していくこと）によって刀姿がほぼ決められた刀身に、「焼刃土（やきばつち）」が塗られます。刃になる部分には焼刃土を薄く、棟側には1mm程度に厚く焼刃土を塗ります。続いて「火床（ほど）」で800℃程度に刀身を一様に加熱し、「船」と呼ばれる水槽に一気に沈めて、急冷します。このとき、玉鋼の相変態によって反りと刃文が同時に生じます。

　図4は、冷却速度の違いによる鋼の相変態です。図面の縦軸は温度（℃）、横軸は鉄鋼中の含有炭素量（％）です。

　焼刃土が薄く塗られた刃部は急冷されて、鉄鋼では最も硬い「マルテンサイト」という鋼組織に変態し、焼刃土が厚く塗られた棟側と刀身内部は除冷されて「パーライト」と「フェライト」という、軟らかく延性や靭性が大きい結晶組織になります。したがって、刃の部分は硬くてよく切れ、刀身全体としては柔軟性がある「強靱で折れにくい日本刀」がつくられます。

　日本刀の強靭さについてのメカニズムは、拙著『日本刀の科学』（サイエンス・アイ新書）で詳しく解説していますが、刃側の部分は体積膨張が大きなマルテンサイト、棟側はそれに比べて体積膨張が小さいパーライトに変態する結果、刀身は湾曲変形します。すなわち、「日本刀の反りは、力学的バランスによって生まれた造形」といえるのです。

（了）