JPH066774B2

JPH066774B2 - ストレインゲージ用合金およびその製造方法

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Publication number: JPH066774B2
Application number: JP19074189A
Authority: JP
Inventors: 量増本; 直司中村
Original assignee: DENKI JIKI ZAIRYO KENKYUSHO
Current assignee: DENKI JIKI ZAIRYO KENKYUSHO
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPH0243344A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃ
ｏ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる合金を主成分と
し、第１選択成分としてタングステン（Ｗ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の１種
又は２種以上と、第２選択成分として銅（Ｃｕ）、バナ
ジウム（Ｖ）、パラジウム（Ｐｄ）、錫（Ｓｎ）、アン
チモン（Ｓｂ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）の１種又
は２種以上と、第３選択成分としてマンガン（Ｍｎ）、
アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔ
ｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）の１種あるいは２種以
上との合計１〜25％の元素からなり、少量の不純物を含
むストレインゲージ用合金およびその製造方法に関する
もので、その目的とするところはゲージ率が大きく、ゲ
ージ率の組成に対する変化が小さく、他の諸特性に優
れ、かつ加工が容易なストレインゲージ用合金を提供す
るにある。

ストレインゲージは、一般に弾性歪によってゲージ細線
またはゲージ箔の電気抵抗が変化する現象を利用し、逆
に抵抗変化を測定することによって歪の量あるいは応力
を計測するもので、広く歪測定に用いられるばかりでな
く、近年は平衡型記録計等の工業機器の機械量−電気量
変換器要素、所謂、ストレインセンサとしても利用され
る。

ストレインゲージ材料に課せられる条件は、 1. ゲージ率が大きいこと 2. 対銅熱起電力が小さいこと 3. 比電気抵抗が大きいこと 4. 比電気抵抗の温度係数が小さいこと 5. 加工性がよく、機械的性質がよいこと 6. 安価なことなどに要約される。

ところで、ストレインゲージは、その構造が金属細線
（13〜25μｍ）または箔（３〜５μｍ）を格子状あるい
はロゼット状に配置してなり、またその使用法としては
前記ゲージを被測定物に接着剤で貼付し、被測定物に生
じた歪を、ゲージの抵抗変化から間接的に測定するもの
である。

ストレインゲージの感度はゲージ率Ｋによって決まり、
Ｋの値は一般に次の式で表される。

ここでＲはゲージ細線の全抵抗 δはゲージ細線のポアソン比 ρはゲージ細線の比電気抵抗はゲージ細線の全長この式でδは金属においてほぼ0.3であるから、ゲージ
率Ｋを大きくするためにはΔρ／ρ・（Δ／）^-1を
大きくしなければならない。すなわち、引張変形を与え
た時に、材料の長さ方向の電子構造が大幅に変化して、
ρが増すという性質を具備する必要がある。

さてストレインゲージは、近年マイクロコンピューター
の進歩に伴って、その応用領域がますます拡大して高感
度な圧力変換器やロードセルに多用されつつある。特に
ロードセルにおいては、商業面における料金秤の他にホ
ッパースケールやタンクスケールの力量計、圧延や押出
における圧力計、コンスタントフィーダや車両重量計や
クレーン過重計等の工業用秤に用いられ、マイクロコン
ピューターと共に部品の個数、重量あるいは圧力等の検
出と指示の他に、自動制御による工場管理において製品
の高品位安定化や歩留まりの向上ばかりでなく、省力お
よび省エネルギーの目的も担っている。

ところが自動制御技術において、計測機器の高精度およ
び高信頼性を得るためにはロードセルに用いられている
ストレインゲージ素子の特性が重要な決定要因となる。
第１表には、現在知られている主要なストレインゲージ
素子の材料について、そのゲージ率Ｋ、対銅熱起電力Ｅ
mf、比電気抵抗ρと比電気抵抗ρの温度係数Ｃfが示し
てある。

第１表のうちＣｕ−Ｎｉ系合金が従来最も多く用いられ
ている。この合金は比電気抵抗ρの温度係数Ｃfの小さ
い特長を有する反面、ゲージ率Ｋおよび比電気抵抗ρの
値も小さすぎ、また対銅熱起電力Ｅmfが大きいために、
ストレインゲージ用材料の特性としては十分とはいえな
い。また同一ロット内またはロット間における性能のば
らつきは５〜10％にも達し非常に不安定である。その他
の合金の特性についても一長一短があり、従来用いられ
てきたストレインゲージ材料の代替用としては、その特
性が十分とはいい難かった。

本発明者らは先にゲージ率Ｋが大きく、かつ他の諸特性
に優れたストレインゲージ用材料として、Ｆｅ−Ｃｒ−
Ｃｏ系合金が非常に有望であることを提案してきた（特
公昭45-13229）。しかし上記合金系はそのゲージ率Ｋが
組成に対して大きく変化する欠点、即ち組成に対するゲ
ージ率の変動が20％にも達するため、ばらつきの少ない
安定した製品を製造することは至難であった。

よって本発明者らは、ばらつきの少ない高性能なストレ
インゲージ用材料を得るために、ゲージ率Ｋが大きく、
組成に対するゲージ率の変化が少なく、他の諸特性も優
れ、そして鍛造や圧延、引抜きの如き加工性の良好なス
トレインゲージ用合金の開発およびその製造方法を得る
目的で研究を続け、上記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金の改良
を試みた結果、本発明の知見を得たものである。

本発明の特長とする所は下記の点にある。

第１発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
としてタングステン７％以下、モリブデン10％以下、ニ
オブ７％以下、タンタル10％以下の１種または２種以上
の合計１〜25％とからなり、ゲージ率が２以上を有する
ことを特徴とするストレインゲージ用合金。

第２発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
としてタングステン７％以下、モリブデン10％以下、ニ
オブ７％以下、タンタル10％以下の１種又は２種以上
と、第２選択成分として銅10％以下、バナジウム10％以
下、パラジウム20％以下、錫５％以下、アンチモン５％
以下およびジルコニウム７％以下の１種または２種以上
との合計１〜25％とからなり、ゲージ率が２以上を有す
ることを特徴とするストレインゲージ用合金。

第３発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
としてタングステン７％以下、モリブデン10％以下、ニ
オブ７％以下、タンタル10％以下の１種又は２種以上
と、第２選択成分として、マンガン10％以下、アルミニ
ウム５％以下、シリコン５％以下、チタン５％以下およ
びゲルマニウム４％以下の１種または２種以上との合計
１〜25％とからなり、ゲージ率が２以上を有することを
特徴とするストレインゲージ用合金。

第４発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
としてタングステン７％以下、モリブデン10％以下、ニ
オブ７％以下、タンタル10％以下の１種または２種以上
と、第２選択成分として、銅10％以下、バナジウム10％
以下、パラジウム20％以下、錫５％以下、アンチモン５
％以下およびジルコニウム７％以下の１種又は２種以上
と、第３選択成分として、マンガン10％以下、アルミニ
ウム５％以下、シリコン５％以下、チタン５％以下およ
びゲルマニウム４％以下の１種又は２種以上との合計１
〜25％と、ゲージ率が２以上を有することを特徴とする
ストレインゲージ用合金。

第５発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
として銅10％以下、バナジウム10％以下、パラジウム20
％以下、錫５％以下、アンチモン５％以下、ジルコニウ
ム７％以下の１種又は２種以上の合計１〜25％とからな
り、ゲージ率が２以上を有することを特徴とするストレ
インゲージ用合金。

第６発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
としてマンガン10％以下、アルミニウム５％以下、シリ
コン５％以下、チタン％以下およびゲルマニウム４％以
下の１種又は２種以上の合計１〜25％とからなり、ゲー
ジ率が２以上を有することを特徴とするストレインゲー
ジ用合金。

第７発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
として銅10％以下、バナジウム10％以下、パラジウム20
％以下、錫５％以下、アンチモン５％以下およびジルコ
ニウム７％以下の１種又は２種以上と、第２選択成分と
してマンガン10％以下、アルミニウム５％以下、シリコ
ン５％以下、チタン５％以下およびゲルマニウム４％以
下の合計１〜25％と、ゲージ率が２以上を有することを
特徴とするストレインゲージ用合金。

第８発明重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜40％、ニッケ
ル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、第１選択成分
としてタングステン７％以下、モリブデン10％以下、ニ
オブ７％以下、タンタル10％以下の１種又は２種以上
と、第２選択成分として銅10％以下、バナジウム10％以
下、パラジウム20％以下、錫５％以下、アンチモン５％
以下およびジルコニウム７％以下の１種又は２種以上
と、第３選択成分としてマンガン10％以下、アルミニウ
ム５％以下、シリコン５％以下、チタン５％以下および
ゲルマニウム４％以下の１種または２種以上との合計１
〜25％とからなる合金に、加工率１〜98％の冷間加工を
施し、さらにこれを400℃以下の温度で１分以上100時間
以下加熱することによりゲージ特性が安定で、ゲージ率
が２以上を有する合金を得ることを特徴とするストレイ
ンゲージ用合金の製造方法。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明合金を製造するには、上記合金組成になるように
まず主成分のＣｒ５〜20％、Ｃｏ17〜40％、Ｎｉ0.01〜
40％、残部Ｆｅと第１選択成分のＷ７％以下、Ｍｏ10％
以下、Ｎｂ７％以下、Ｔａ10％以下の１種又は２種以上
と、第２選択成分としてＣｕ10％以下、Ｖ10％以下、Ｐ
ｄ20％以下、Ｓｎ５％以下、Ｓｂ５％以下、Ｚｒ７％以
下の１種又は２種以上と、第３選択成分としてＭｎ10％
以下、Ａｌ５％以下、Ｓｉ５％以下、Ｔｉ５％以下およ
びＧｅ４％以下の１種または２種以上の合計１〜25％の
適当量を含有する合金を空気中、好ましくは非酸化性雰
囲気中あるいは真空中において適当な溶解炉を用いて溶
解した後、カルシウム合金、マグネシウム合金あるいは
その他の脱酸剤、脱硫剤を少量（１％以下）添加してで
きるだけ不純物を取り除き、十分に撹拌し、組成的に均
一な溶融合金を得る。

つぎにこれを適当な形および大きさの鋳型に注入して健
全な鋳魂を得、さらにこの鋳魂を高温あるいは常温にお
いて、鍛造、圧延あるいは引抜き等の方法によって、加
工率１％以上９８％以下の冷間加工を施し、目的の形状
のもの例えば直径0.06mmの線材あるいは厚さ0.02mmの箔
材を造り、この線材または箔材を上記の加工後そのま
ま、あるいは、水素中その他の適当な非酸化性ガス中も
しくは真空中で400℃以下の温度で１分以上100時間以下
加熱する熱処理を加えて目的の試料を得る。そして上記
方法により得られた合金試料について、ゲージ率Ｋ、対
銅熱起電力Ｅmf、非電気抵抗ρおよび非電気抵抗ρの温
度係数Ｃfを測定したところ、ゲージ率Ｋ：２〜5.7、対
銅起電力Ｅmf：±３μＶ／℃以下、比電気抵抗ρの値：
68〜90μΩ-cmおよび比電気抵抗ρの温度係数Ｃf：±10
×10^-4／℃以下の特性を有し、かつゲージ率Ｋの組成依
存性が極めて小さい特徴を有するストレインゲージ用合
金が得られる。

第１図はゲージ率Ｋにおよぼす冷間加工率の効果を調べ
たものである。図からわかるように、加工を加える前の
ゲージ率Ｋはいずれの合金試料の場合でも２以下である
が、加工処理を施すことによつてゲージ率は急激に増加
して、ほぼ一定値となる。そしてゲージ率Ｋが２以上を
示す加工率はいずれの合金試料の場合においても、１％
以上であることが明白である。したがって上記冷間加工
は緻密な加工組織を形成することにより、高いゲージ率
を得る効果があるが、特に加工率20％以上の加工を施し
た場合に著しい。また上記の冷間加工についで行われる
加熱処理（再結晶温度以下の200℃〜400℃の温度と時間
における熱処理）は加工による内部歪の一部を除去し、
ゲージ率およびその他の諸特性を安定化する効果があ
る。その場合加熱温度が高いほど、あるいは加熱時間が
長いほど効果が著しい。ここで加熱温度が高ければ加熱
時間はより短くてよく、また逆に加熱温度が低ければ加
熱時間はより長くしなければならないことは当然であ
る。

次に本発明合金の成分限定理由を述べる。

本発明合金の組成の主成分をＣｒ＝５〜20％、Ｃｏ＝17
〜40％、Ｎｉ＝0.01〜40％、および残部Ｆｅと限定した
理由は、第２図乃至第４図、各実施例、第４表および第
５表で明らかなように、その組成範囲のゲージ率Ｋは２
以上で、しかも優れたゲージ特性を示し、かつ加工性も
良好であるが、組成がこの範囲をはずれるとゲージ特性
は劣化し所期の特性は得られなくなるばかりでなく、加
工が困難となり、ストレインゲージ用合金として不適当
となるからである。

本発明において、第１選択成分として、タングステン７
％以下、モリブデン10％以下、ニオブ７％以下、タンタ
ル10％以下の１種又は２種以上の合計１〜25％と限定し
た理由は、各成分の上限以下ではゲージ率を高める均等
効果があるが、その上限を越えると所期の効果が達成で
きない。また第１選択成分の合計は１〜25％で、その上
限を越えるとゲージ率を高める効果が期待できなくな
る。また第１選択成分が１％以下でもゲージ率を高める
効果が達成できない。

次に本発明において、第２選択成分として、銅10％以
下、バナジウム10％以下、パラジウム20％以下、錫５％
以下、アンチモン５％以下およびジルコニウム７％以下
の１種又は２種以上を添加する理由は本発明合金のゲー
ジ率は少し下がるが電気特性（対銅熱起電力、比電気抵
抗、比電気抵抗の温度係数）の改善に効果があるからで
ある。

また本発明の合金において、第３選択成分として、マン
ガン10％以下、アルミニウム５％以下、シリコン５％以
下、チタン５％以下およびゲルマニウム４％以下の１種
又は２種以上を添加する理由はこれらの成分をその上限
以下で添加すると、ゲージ率は少し下るが加工性をよく
するためである。

次に本発明の実施例について述べる。

実施例１合金番号117（組成Ｆｅ＝32.8％，Ｃｒ＝14.0％，Ｃｏ
＝28.0％，Ｎｉ＝18.7％，Ｗ＝6.5％の合金の製造）原料としては99.97％純度の電解鉄、99.44％純度の金属
クロム、99.59％純度の電解コバルト、99.8％純度の電
解ニッケルおよび99.8％純度の電解タングステンを用い
た。試料を造るには原料を全重量100gでアルミナ坩堝に
入れ、酸化を防ぐため表面にアルゴンガスを吹きつけな
がら、空気中で高周波誘導電気炉を用いて溶かした。そ
の後よく撹拌して均質な溶融合金とした。つぎにその溶
融合金を内径10mm、高さ120mmの鉄型に鋳込み、得られ
た鋳魂を1000℃で鋳造して外径５mmの丸棒とした。さら
に1000℃で中間焼鈍した後、スエージングおよび冷間引
抜きにより直径0.5mmとし、再び1000℃で中間焼鈍をし
て冷間引抜きにより直径0.06mmの細線とし、長さ70cmの
細線とし、長さ70cmに切断して試料とした。この場合の
最終加工率（減面率）は98％である。これらの各種加工
は高温においても常温においても容易に行うことができ
た。この試料の加工および熱処理条件と対応した特性は
第２表のとおりである。

実施例２合金番号205（組成Ｆｅ＝30.4％，Ｃｒ＝8.7％，Ｃｏ＝
21.7％，Ｎｉ＝26.1％，Ｃｕ＝8.7％，Ｗ＝4.4％）の合
金の製造原料は実施例１と同じ純度の鉄、クロム、コバルト、ニ
ッケルおよびタングステンと99.97％純度の銅を用い
た。試料の製造方法は実施例１と同じである。試料に種
々な加工および熱処理を施して第３表に示すような特性
を得た。

なお本発明合金領域に属する代表的な合金は特性値を、
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ３元合金との比較で示すと第４表のと
おりである。

第２図は加工率98％で冷間引抜きして得たＦｅ−15％Ｃ
ｒ−０〜50％Ｃｏ比較合金（Ｎｉ＝０％）およびこの合
金に異なったＮｉ量を添加した（Ｆｅ−15％Ｃｒ−０〜
50％Ｃｏ）＋Ｎｉ系合金について外枠でＮｉ＋20〜＋60
％を組成パラメーターとした場合のゲージ率ＫとＣｏ量
との関係を示す曲線図である。

ここで図に示したＦｅ，Ｃｒ，ＣｏおよびＮｉそれぞれ
の組成はＮｉ添加量によって異なるので、次にそれらの
求め方を説明する。

合金組成は、Ｆｅ−15％Ｃｒ−０〜50％Ｃｏ系合金を10
0％として、これにＮｉを20％，30％，40％，50％ある
いは60％添加した合計量がそれぞれ120％，130％，140
％，150％あるいは160％とした。すなわち第２図の各曲
線の組成式は次のように書ける。

Ｎｉ＝＋20の曲線の場合では（Fe-15％Cr-０〜50％Co）＋20％Ni → 組成の合計120％Ｎｉ＝＋30％の曲線の場合では（Fe-15％Cr-０〜50％Co）＋30％Ni → 組成の合計130％Ｎｉ＝＋40％の曲線の場合では（Fe-15％Cr-０〜50％Co）＋40％Ni → 組成の合計140％Ｎｉ＝＋50％の曲線の場合では（Fe-15％Cr-０〜50％Co）＋50％Ni → 組成の合計150％Ｎｉ＝＋60の曲線の場合では（Fe-15％Cr-０〜50％Co）＋60％Ni → 組成の合計160％上述のように合金の合計量はＮｉの添加量によって異な
っていることがわかる。合金全体の合計量を100％に変
換する表示法は、上記組成式の各成分の組成量をＮｉを
添加した組成の合計量で割り、さらに100倍することに
よって得られる。

すなわち換算式はＶ＝（Ｖｏ／ＶT）×100％ ………(1) ここでＶは100％表示法における各元素の組成量、Ｖｏ
およびＶTはそれぞれＮｉ添加の組成式における各元素
の組成量および組成の合計量である。

例えば外枠でＮｉ＝＋20％の曲線の場合では、換算式
(1)を用いて（組成量／120）×100から Fe-12.5％Cr-０〜41.7％Co-16.7％Ni と表され、この合金の組成の合計量は100％となる。

すなわち、第２図ないし第４図においてＮｉ＝＋30％は
Ｎｉ＝23.1％、Ｎｉ＝＋40％はＮｉ＝28.6％、Ｎｉ＝＋
50％はＮｉ＝33.3％、Ｎｉ＝＋60はＮｉ＝37.5％とそれ
ぞれ換算できる。

さて第２図にみるようにＦｅ−15％Ｃｒ−Ｃｏ３元合金
のゲージ率ＫはＣｏ量の増加とともに減少するが、本発
明の基本合金である（Ｆｅ−15％Ｃｒ−０〜40％Ｃｏ）
＋Ｎｉ系合金の場合、Ｎｉを添加することによって低Ｃ
ｏ側におけるゲージ率Ｋは急激に減少する。そのためＣ
ｏ軸に対してゲージ率Ｋの極大を示す領域が出現する。
すなわちゲージ率Ｋが極大を示す部分においてはＣｏ量
40％以下に対して不変のゲージ率を有することを示して
いる。この極大はＮｉ添加量が増加するとともに漸次Ｃ
ｏ量の少ない側に移動し、それとともに極大の値も小さ
くなり、Ｎｉ＝＋60％の曲線においてはＣｏ量に関係な
くゲージ率が３以下となる。例えば、Ｎｉ＝＋20％（Ｎ
ｉ＝16.7％）の曲線についてみると、Ｃｏ27〜30％の範
囲におけるゲージ率Ｋは3.90〜3.91で、ほとんど一定値
とみなしてもよいほどで、Ｆｅ−15％Ｃｒ−Ｃｏ三元系
比較合金（Ｎｉ＝０％）の曲線には全くみられない大き
な特長である。

第３図は加工率98％で冷間引抜きして得た本発明の基本
合金Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｎｉ系合金の各試料について、
Ｃｒ15％一定量で、Ｃｏを25〜40％を組成パラメータと
した場合におけるゲージ率ＫとＮｉ量との関係を示す曲
線図である。

Ｎｉ量に対するゲージ率の変化は一般にＮｉ＋10〜＋15
％において極小、およびＮｉ＋20〜＋25％において極大
を示した後Ｎｉ量の増加とともに漸次減少する。そして
その変化の様子は、Ｃｏ０％の場合を除いて、Ｃｏ量に
はほとんど関係がないことが明らかである。第３図にお
いても、第２図と同様極小と極大を有する組成領域では
Ｋが不変を示すことがわかる。第３図より明らかなよう
に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金にＮｉを添加することによ
りゲージ率Ｋの組成依存性が少なくなりＫ＝３〜４の間
で安定となることがわかる。

第４図は上記第３図と同じ試料について、対銅熱起電力
Ｅmf、比電気抵抗ρおよび比電気抵抗ρの温度係数Ｃf
の特性を示してある。図にみるように対銅熱起電力Ｅmf
は組成に対して複雑に変化し、＋３〜−４μＶ／℃で、
従来のＣｕ−Ｎｉ系合金（第１表参照）の値に比べて非
常に小さいことがわかる。特に対銅熱起電力Ｅmfの極大
を示すＮｉ35％の組成においては約１μＶ／℃以下で、
合金組成を任意に選ぶことにより極めて小さい値を示す
ため、応用上直流電源を用いる装置においては安定した
性能を発揮できる。比電気抵抗ρはＣｏを含まないＦｅ
−15％Ｃｒ−Ｎｉ比較合金を除いた本発明合金ではＣｏ
量に関係なくＮｉ約15％において極小を示す。そしてそ
の値は68〜90μΩcmと大きい。比電気抵抗ρの温度係数
Ｃfはρの変化にほぼ対応しており、Ｎｉ15％において
極大を示す。Ｃfの値は最高＋10×10^-4／℃でＣｕ−Ｎ
ｉ系合金の＋20×10^-6／℃と比べるとはるかに大きい
が、±10×10^-4／℃以下の場合には補償回路を用いるこ
とによって相殺可能である。

第５図は加工率90％の冷間加工後におけるゲージ率Ｋの
加熱温度（歪取り熱処理温度）依存性を示すもので、冷
間加工後に400℃以下の歪取り熱処理を施すことはゲー
ジ率Ｋを２〜４に保持する上で極めて有効であるが、加
熱温度を400℃以上とし、加熱時間を長くするとゲージ
歪Ｋは下ることを示している。

第６図は本発明合金（合金番号117，205および224）と
比較合金No.７（Ｆｅ−15％Ｃｒ−35％Ｃｏ）のゲージ
率Ｋの加工率依存性を示すもので、加工率を１〜95％の
領域においてゲージ率Ｋ＝２〜4.2となることを示して
いる。本発明合金のゲージ率は比較合金に比べて加工率
の広い領域において変化しないことが大きな特徴であ
る。

以上の理由で冷間加工率は１〜98％と限定した。

第７図、第８図および第９図は本発明合金の冷間加工
（加工率90％）後におけるゲージ率Ｋの加熱時間依存性
を示すもので、１分ないし100時間、200〜500℃で熱処
理を行った結果は、100時間以上で加熱温度の高い程、
ゲージ率Ｋが低下する傾向にあり、400℃で100時間以下
でゲージ率Ｋ＝２以上の値を保持する限界温度と時間で
あることを示している。

第10図（Ａ）および（Ｂ）は、第２図のＮｉ＝16.7％
（Ｎｉ＝＋20％）の曲線において極大を示す本発明の基
本合金（Ｆｅ−15％Ｃｒ−30％Ｃｏ−16.7％Ｎｉ）のゲ
ージ率Ｋにおよぼす添加元素Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｖ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｇｅ又はＺｒの効果を示す。第10図（Ａ）において、Ｍ
ｏおよびＴａの曲線の場合、Ｍｏ＝０〜10およびＴａ＝
０〜７％のそれぞれの組成領域において、ゲージ率が本
発明の基本合金のそれよりも大きい値を示す。また同様
に第10図（Ｂ）においても、Ｗの曲線の場合、Ｗ＝０〜
９％の組成領域においてゲージ率が対称基合金のそれよ
りも大きい値を示す。またＮｂの曲線の場合、ゲージ率
はＮｂ量に対してほとんど変化しない。すなわちゲージ
率はＭｏ，Ｔａ，ＷおよびＮｂの添加によりゲージ率を
高めるか、あるいは大きな影響を与えないが、これら以
外のＣｕ，Ｖ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｔｉ，ＧｅおよびＺｒなどはゲージ率を若干低下させる
ことが明らかになった。

第11図は、ゲージ率以外の電気的特性（Ｂ）、すなわち
対銅熱起電力Ｅmf、比電気抵抗ρおよび比電気抵抗ρの
温度係数Ｃfについて、本発明の基本合金（Ｆｅ−15％
Ｃｒ−30％Ｃｏ＋20％Ｎｉ）への添加元素の効果を示
す。

対銅熱起電力Ｅmfおよび比電気抵抗ρは適量のＣｕ，Ｐ
ｄ，Ｖ，Ｓｎ，Ｓｂの添加により性能が向上し、比電気
抵抗ρの温度係数Ｃfは全て低下する。

以上のように本発明合金のゲージ特性は広い範囲の組成
に亘って優秀である。すなわち上記実施例１乃至実施例
２、第４表および第２図乃至第４図からもわかるよう
に、Ｃｒ５〜20％、Ｃｏ17〜40％、Ｎｉ0.01〜40％、お
よび残部ＦｅからなるＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｎｉ系４元合
金に第１選択成分であるＷ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａの１種又
は２種以上、第２選択成分としてＣｕ，Ｖ，Ｐｄ，Ｓ
ｎ，ＳｂおよびＺｒの１種又は２種以上と、第３選択成
分としてＭｎ，Ａｌ，Ｓｉ，ＴｉおよびＧｅの１種また
は２種以上の合計１〜25％を含有した合金の場合におい
ても、ゲージ特性は従来のＣｕ−Ｎｉ合金の特性につい
て先に示した各値、すなわちＫ＝2.04〜2.12、Ｅmf＝−
43μＶ／℃、ρ＝45〜49μΩ-cmおよびＣf＝±0.2×10
^-4／℃に比較して総合的評価を行うと全く遜色なく、極
めて優秀である。

本発明合金は特にゲージ率Ｋが大きく、かつＫの組成依
存性がほとんどないという従来比類をみない特長を有し
ているので、高感度高安定性を要求されているロードセ
ル用ストレインゲージとして非常に好適である。本発明
合金は加工状態かあるいは約400℃以下の低温度の熱処
理を施して使用するが、実施例にみられるように300℃
以下では諸特性は僅かの変化しか示さない。しかし400
℃以上では特性が急速に変化する。また本発明合金は常
温においてもまた高温においても鍛造、圧延、引抜き、
スエージング等の加工が容易で工業上大なる利益があ
る。

次に本発明合金においては、合金の組成をＣｒ５〜20
％、Ｃｏ17〜40％、Ｎｉ0.01〜40％および残部Ｆｅを主
成分とし、第１選択成分として添加する元素をＷ７％以
下、Ｍｏ10％以下、Ｎｂ７％以下、Ｔａ10％以下の１種
又は２種以上、第２選択成分としてＣｕ10％以下、Ｖ10
％以下、Ｐｄ20％以下、Ｓｎ５％以下、Ｓｂ５％以下、
Ｚｒ７％以下の１種又は２種以上、第３選択成分として
Ｍｎ10％以下、Ａｌ５％以下、Ｓｉ５％以下、Ｔｉ５％
以下およびＧｅ４％以下と限定した理由は、第２図乃至
第４図、各実施例および第４表で明らかなように、その
組成範囲のゲージ率Ｋは２以上で、優れたゲージ特性を
示し、かつ加工性も良好であるが、組成がこの範囲をは
ずれるとゲージ特性は劣化し所期の特性は得られなくな
るばかりでなく、加工が困難となり、ストレインゲージ
用合金として不適当となるからである。第５表に主成分
の組成と各種条件の関係を示す。

また第６表には、加工率１％以上におけるゲージ率
（Ａ）、比電気抵抗、電気抵抗の温度係数および対銅熱
起電力などを総括した電気特性（Ｂ）および加工性
（Ｃ）と添加元素または組成との関係を示す。表中に
は、特に改善されたものは◎、改善されたものは○、変
化しないものは−、悪化したものは△また特に悪化した
ものは×のそれぞれの記号で示した。

さらに基本合金であるＣｒ５〜20％、Ｃｏ17〜40％、Ｎ
ｉ0.01〜40％、および残部Ｆｅの組成範囲の合金はゲー
ジ率Ｋが２以上で、ゲージ率の組成依存性が極めて小さ
い特長を有し、その上加工性が良好であるが、これにさ
らに各種元素を添加すると、種々の特徴を発揮する。す
なわち第６表から、特に改善される評価（◎）だけを選
ぶと、項目Ａ（ゲージ率）において、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，
およびＴａの添加は、ゲージ率Ｋを改善する効果が特に
顕著である。また項目Ｂ（電気特性）において、Ｃｕ，
Ｖ，Ｐｄ，Ｓｎ，ＳｂおよびＺｒの添加は、ゲージ率Ｋ
以外のゲージ特性を特に改善に対する効果があり、項目
Ｃ（加工性）において、Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉおよび
Ｇｅの添加は鍛造加工および冷間引き抜き加工を良好に
する効果が特に顕著である。以上の結果を整理したのが
第７表である。すなわち第７表は、第６表の項目（Ａゲ
ージ率），（Ｂ電気特性）および（Ｃ加工性）の組み合
わせとそれぞれ項目中において改善の効果が特に顕著な
添加元素との関係を示したものである。

また本発明合金においては、冷間加工率（減面率）を１
％以上と限定した理由は第１図，第６図で明らかなよう
に、加工率１％以上のゲージ率Ｋは２以上の高い値を示
すが、これ以下の加工率ではゲージ率Ｋが小さいばかり
でなく、製造における加工率の制御が困難となるので、
ストレインゲージ用合金の製造方法として不適当となる
からである。

また本発明合金において冷間加工後の加熱温度を400℃
以下と限定した理由は、第２表乃至第４表、第５図から
も明らかなように、400℃以下ではゲージ率は僅かしか
変化しないが、400℃以上の温度で加熱を行うと比電気
抵抗の温度係数Ｃfが10×10^-4／℃の値を越えてしま
い、ストレインゲージの要求特性からはずれてしまうた
め、ストレインゲージ用合金の製造方法として不適当と
なるからである。

最後に本発明合金において、冷間加工後、さらに400℃
以下の温度で加熱を行う場合、加熱時間を１分以上100
時間以下と限定した理由は、第２表乃至第４表、第７〜
９図からも明らかなように、上記時間の範囲内で加熱処
理を行うとゲージ率はあまり変化しないばかりか、加工
歪が一部除去されるためゲージ率が安定し、そのため経
年変化の少ないストレインゲージ用合金を提供すること
が可能である。しかし、加熱時間を１分未満とする場合
はゲージ率の安定性が劣り、また100時間を超える場合
にはゲージ率が急速に劣化することによるため、ストレ
インゲージ用合金の製造方法として不適当となるからで
ある。

以上本発明によれば従来実用されているＮｉ−Ｃｕ系合
金あるいは公知のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金等に比較して
ゲージ率の組成に対するばらつきが皆無な材料を得るこ
とができるばかりでなく、かつ優れたゲージ特性と良好
な加工性を有する合金とその製造方法を提供することが
できる工業上大なる利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な本発明合金のゲージ率Ｋと冷間加工率
との関係を示す曲線図、第２図は98％冷間加工を施したＦｅ−15％Ｃｒ−Ｃｏ合
金と、異なった量のＮｉ（20，30，40，50あるいは60
％）を含む本発明の基本合金のゲージ率ＫとＣｏ量との
関係を示す曲線図、第３図は98％冷間加工を施したＦｅ−15％Ｃｒ−Ｎｉ合
金と、異なった量のCo（25，30，35あるいは40％）を含
む本発明の基本合金のゲージ率ＫとＮｉ量との関係を示
す曲線図、第４図は第３図において用いたものと同じ合金の対銅熱
起電力Ｅmf、比電気抵抗ρおよび比電気抵抗の温度係数
ＣfとＮｉ量との関係を示す特性図、第５図は本発明合金の冷間加工（加工率90％）後におけ
るゲージ率の加工温度依存性を示す特性図、第６図は本発明合金のゲージ率の加工率依存性を示す特
性図、第７図は本発明合金の冷間加工（加工率90％）後におけ
るゲージ率の加工時間依存性を示す特性図、第８図は本発明合金（合金番号205）の冷間加工（加工
率98％）後におけるゲージ率の加熱時間依存性を示す特
性図、第９図は本発明合金（合金番号117）の冷間加工（加工
率98％）後におけるゲージ率の加熱時間依存性を示す特
性図、第10図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の基本合金（Ｆｅ−
15％Ｃｒ−30％Ｃｏ−16.7％Ｎｉ）のゲージ率におよぼ
す添加元素の効果を示す特性図、第11図は本発明の基本合金（Ｆｅ−15％Ｃｒ−30％Ｃｏ
−16.7％Ｎｉ）の電気的特性におよぼす添加元素の効果
を示す特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｂ 7/18 Ｊ 9106−2ＦＧ０１Ｎ 27/20 Ｚ 7414−2Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分としてタングステン７％以下、モリブデン
10％以下、ニオブ７％以下、タンタル10％以下の１種ま
たは２種以上の合計１〜25％とからなり、ゲージ率が２
以上を有することを特徴とするストレインゲージ用合
金。
【請求項２】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分としてタングステン７％以下、モリブデン
10％以下、ニオブ７％以下、タンタル10％以下の１種又
は２種以上と、第２選択成分として銅10％以下、バナジ
ウム10％以下、パラジウム20％以下、錫５％以下、アン
チモン５％以下およびジルコニウム７％以下の１種また
は２種以上との合計１〜25％とからなり、ゲージ率が２
以上を有することを特徴とするストレインゲージ用合
金。
【請求項３】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分としてタングステン７％以下、モリブデン
10％以下、ニオブ７％以下、タンタル10％以下の１種又
は２種以上と、第２選択成分として、マンガン10％以
下、アルミニウム５％以下、シリコン５％以下、チタン
５％以下およびゲルマニウム４％以下の１種または２種
以上との合計１〜25％とからなり、ゲージ率が２以上を
有することを特徴とするストレインゲージ用合金。
【請求項４】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分としてタングステン７％以下、モリブデン
10％以下、ニオブ７％以下、タンタル10％以下の１種ま
たは２種以上と、第２選択成分として、銅10％以下、バ
ナジウム10％以下、パラジウム20％以下、錫５％以下、
アンチモン５％以下およびジルコニウム７％以下の１種
又は２種以上と、第３選択成分として、マンガン10％以
下、アルミニウム５％以下、シリコン５％以下、チタン
５％以下およびゲルマニウム４％以下の１種又は２種以
上との合計１〜25％と、ゲージ率が２以上を有すること
を特徴とするストレインゲージ用合金。
【請求項５】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分として銅10％以下、バナジウム10％以下、
パラジウム20％以下、錫５％以下、アンチモン５％以
下、ジルコニウム７％以下の１種又は２種以上の合計１
〜25％とからなり、ゲージ率が２以上を有することを特
徴とするストレインゲージ用合金。
【請求項６】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分としてマンガン10％以下、アルミニウム５
％以下、シリコン５％以下、チタン５％以下およびゲル
マニウム４％以下の１種又は２種以上の合計１〜25％と
からなり、ゲージ率が２以上を有することを特徴とする
ストレインゲージ用合金。
【請求項７】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分として銅10％以下、バナジウム10％以下、
パラジウム20％以下、錫５％以下、アンチモン５％以下
およびジルコニウム７％以下の１種又は２種以上と、第
２選択成分としてマンガン10％以下、アルミニウム５％
以下、シリコン５％以下、チタン５％以下およびゲルマ
ニウム４％以下の合計１〜25％とからなり、ゲージ率が
２以上を有することを特徴とするストレインゲージ用合
金。
【請求項８】重量比にてクロム５〜20％、コバルト17〜
40％、ニッケル0.01〜40％および残部鉄を主成分とし、
第１選択成分としてタングステン７％以下、モリブデン
10％以下、ニオブ７％以下、タンタル10％以下の１種又
は２種以上と、第２選択成分として銅10％以下、バナジ
ウム10％以下、パラジウム20％以下、錫５％以下、アン
チモン５％以下およびジルコニウム７％以下の１種又は
２種以上と、第３選択成分としてマンガン10％以下、ア
ルミニウム５％以下、シリコン５％以下、チタン５％以
下およびゲルマニウム４％以下の１種または２種以上と
の合計１〜25％とからなる合金に、加工率１〜98％の冷
間加工を施し、さらにこれを400℃以下の温度で１分以
上100時間以下加熱することによりゲージ特性が安定
で、ゲージ率が２以上を有する合金を得ることを特徴と
するストレインゲージ用合金の製造方法。