科學剪刀讓你輕鬆剪

-本文由日經BP社特別提供

照片中的是普通的辦公用品——剪刀「fitcutCURVE」。該剪刀可輕鬆剪斷原來難以剪切的、又厚又硬的物體、花草的莖，以及像布一樣柔軟且富有彈力的物體。其鋒利度達到原來的約3倍（意指僅需施力過往1/3即可剪斷一樣的物品）。

剪刀的鋒利度並不僅僅決定於刀鋒的銳利度，還有一點尤為重要，就是如何高效傳遞切斷力。比如說兩刃能夠從兩個方向合攏到基本同一直線上，由此剪切對象物。為了達到這一效果，裁剪剪刀和萬能剪刀通過增加鋼材厚度等手段來防止兩刃從同一直線上偏離出去。

不過，這種方法的成本較高，無法應用於低價位的辦公用品。因此，一種新的刀刃輪廓形狀被提了出來，該方案參考了菊石殼體的漩渦形狀，以及蜜蜂接近花朵時的飛行軌跡所展現的「對數螺線」。那麼，採用這種形狀時，鋒利度為何會提高呢？

普樂士將目光放在了剪切時兩刃形成的角度（刀刃開角）上。剪切對象在切斷時受到來自剪刀的力相對於刃面（向剪切對象按壓的面）可分為法線方向的力和切線方向的力。這兩股力的平衡會影響剪刀的鋒利度，而這一平衡是隨著刀刃的開角而變化的。正因如此，普樂士將著眼點放在了這一方面。

具體來說，當兩刃的開角較大時，與法線方向的力相比，切線方向的力更佔優勢。因此，剪切對象較硬的話，刀刃往往會在切線方向上打滑，容易使剪切對象從剪刀縫中滑掉（想像用單手握籃球的樣子即可明白，此時手必須要盡力張大，指尖力量很難向球體垂直傳遞，指尖會打滑，球容易滑掉）。

相反，當兩刃的開角較小時，法線方向的力更佔優勢。這時，如果剪切對象又厚又有彈力，那麼將刀刃向法線方向按壓的力就容易被吸收掉，從而難以切斷。原來的商用剪刀，其兩刃開角變化較大，無法使兩股力保持適當的平衡。

普樂士得出的結論是：當這兩股力量對切斷的貢獻率相同、即兩刃開角約30°時，剪刀的切斷效率較高。該公司在實際試製這種剪刀後，證實鋒利度得到提高，從而開發出了此次的剪刀產品。

普樂士新上市的、鋒利度達到原來3倍的商用剪刀「fitcutCURVE」。將刀刃根部到頭部的開角均固定在約30°。

將兩刃開角設定為約30°就能提高鋒利度的原因，在於可夾住剪切對象不使其溜掉，減少了能量損失。而且，新開發的剪刀將刀刃根部到頭部的開角均固定在約30°，即使在槓桿比較高的刀刃根部附近，剪切對象也可不溜掉地被切斷，能夠以更小的力來剪切。 

值得一提的是，使刀刃開角保持固定的設計參考的是對數螺線（註：也稱對角螺線，穿過中心點的任一直線和螺線相切角度為固定）。如圖2所示，提取了β為15°的左旋螺線，配上和其對稱的右旋螺線的一部分，以分別近似的狀態確定了兩刃的輪廓形狀。 

左旋的對數螺旋線（紅色實線）。在旋轉中心引出的半直線與螺旋線的交點上畫切線時，切線與半直線就會形成固定的β角。藍色實線是與紅色實線形成軸對稱的右旋對數螺旋線。