JPS6059048A

JPS6059048A - ひずみゲ−ジ特性に優れたＦｅ系合金材料

Info

Publication number: JPS6059048A
Application number: JP16872983A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; 健増本; Kazumitsu Shinohara; 篠原　和充; Akihisa Inoue; 明久井上; Takashi Naohara; 猶原　隆; Hiroyuki Tomioka; 弘之冨岡
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1983-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1985-04-05
Also published as: JPH0542499B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ひずみゲージ特性に優れたｌ’ｅ系合金祠料
材料するものである。

一般に知られているように、ひずのゲージは抵抗素子を
伸び縮みさせると、その抵抗値が増減するという原理に
基づいており、任意の構造物に対して、静的、動的ある
いは衝撃的な応力測定が可能であり、またゲージの構造
が非；θ°に簡単で、かつ小型化が可能なため、工業的
に各１！１１分野に用いられている。ひずみゲージ用Ｈ
料とし゛ζ必要な条件、ずなわぢひすみゲージ特性とし
てｔｘｔひずみ感度（ゲージファクター）が大きいこと
、（２）電気抵抗値が高いこと、（３）抵抗温度係数が
小さく、広い温度範囲にわたって一定であること、（４
）リード線材に対する熱起電力が小さいこと、（５）線
引き、圧延加工が容易であること、（６）耐食性がある
ごと。

（７）経年変化が極めて小ざいこと等があげられる。

現在、ひずみゲージとして用いられている利料の中でも
、ひずみの感度が６．０と大きい白金合金（Ｐｔ９０原
子％、　Ｉｒ１Ｏ原子％〉は、抵抗の温度係数が８００
Ｘ　１０’　Ｋ　’と大変大きい。同様にひずみ感度が
３．５〜３．６と大きいアイソ・エラスティック（Ｆｅ
５３原子％、　Ｎｉ３５原子％、　Ｃｒ９原子％、Ｍｎ
＋Ｍ。

３原子％）も、抵抗温度係数が４５０ｘ　１０−’　Ｋ
−’とかなり大きい。また、抵抗温度係数が±１０ｘｌ
Ｏ’に−１と小さいカル７（Ｎｉ６１原子％、　Ｃｒ２
１原子％。

６１＋Ｆｅ９原子％）はひずみ感度が２．４と小ざく。

同様にアドバンス（Ｃｕ５２原子％、　Ｎｉ４６原子％
、　Ｍｎ１原子％、　Ｆｅ０．６原子％）も、抵抗温度
係数は２０Ｘ　１０−Ｇ　Ｋ　’と小さいが、ひずみ感
度は２．０でしかない。しかも、アドバンスはさらに対
銅熱起電力が４３μＶ／にと極めて高いという欠点も有
している。

また、特殊用ひずみゲージとして、高温用及び極低温用
ひずみゲージがある。ｉ’ｂ　ａ！、に１１１１（える
抵抗体は温度係数が大きいのが通例で、常？７＋！ｔか
らの温度変化と、大きな抵抗温度係数により、極めて大
きな見掛けひずみを生し、その補正はかなり困難である
。また、ＪＪＩ在極細極低温用みゲージに使用されてい
るＮｉ−Ｃｒ合金及び安定化１・ａ−Ｃｒ−Ａ１合金系
の材料は温度変化によるひずみゲージ特性への影響が大
きいという欠点をイ１し゛（おり、ひずみゲージ材料と
しては不十分である。

このように、ひずみゲージ用＋１料としての必要条件を
大体満足している４４　Ｎ’４が一応実用に供されてい
るが、当業界ではさらにひずみ感度が大きく。

１１（杭の温度係数が小さく、！Ｊ−Ｆ線に対する熱起
電力が小さい等、ひずみゲージ特性をより向上させたひ
ずみゲージ用＋Ａ利の出現が待す望まれている。

そごで１本発明者ら番、１、これらの事情に渇み、ひず
みゲージ特性に優れたｌ’ｅ合金Ｈ料を提供することを
目的として鋭意！ｉ１Ｆ究した結果、特定の組成かうな
るＦｅ系合金を溶湯状態から急冷固化すると。

現用材に比べ、はるかにひすみゲージ特性に擾れた合金
材料が得られることを見い出し２本発明を完成した。

すなわち２本発明ばＣｒが１０〜４１原子％、　／ＩＩ
又はＳｉが７．５〜１７．５原子％で、残部が実質的に
Ｆｅからなるひずみゲージ特性に優れたＦｅ系系合金材
料ある。

本発明の合金材料について説明すると、　Ｃｒが１０〜
４１原子％で、八］又はＳｉが７．５〜１７．５原子％
必要で、好ましくは１２．５〜３２．５原子％、１０〜
１７．５原子％である。Ｃｒが１０原子％未満、　ＡＩ
又はＳｉが７．５原子％未満では、電気抵抗は低下し、
また１氏抗温度係数も大きくなり、しかも耐食性、耐疲
労性５機械的性能、耐酸化性も向上させることしまでき
ず。

ひずみゲージとしての必要な条件を満たすことができな
くなる。また、　Ｃｒが４１原子％より多い場合及び八
１又はＳｉが１７．５原子％より多い場合は、抵抗温度
係数も極端に増大し、ひずみゲージとしての特性は低下
する。

本発明の合金科料にＮｉ、　Ｃｏｔ　Ｎｂ、　ｉ’ａ、
　Ｌ　Ｍｎ、　Ｃｕ。

Ｇｅ、　Ｇａ、　１’ｉ、　Ｚｒ、　Ｉｆｆ、　Ｃａ、
　Ｃｅ、　Ｙ及びｉ’ｂからなる群より選ばれた１種又
は２棟以上の元素を４０原子％以下添加すると（ただし
、　Ｎｉは４０原子％以下。

Ｃｏ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｖ＋　Ｍｏ、　？Ｉｎ＋　Ｃ
ｕ＋　Ｇｅ及びＧａはそれぞれ１０原子％以下＋　ＴＩ
＋　Ｚｒ＋　Ｉｎ、　Ｃａ、　Ｃｅ、　Ｙ及びＴｈはそ
れぞれ１．０原子％以下である。）、電気抵抗及び抵抗
温度係数、耐食性等ひずみゲージに必要な特性を向上さ
せることができる。しかし、上記した添加元素量を超え
て添加すると、冷間加圧性が低下し、ｎｆ６＜なり、天
川にイハしなくなる。

また、上記総ての合金糸において１通常の工業材料中に
存在する程度の不純物１例えばＢ、Ｐ。

Ｃ，Ｓｎ、　Ｉｎ、　Ａｓ、　５ｂＷｐが少量含まれて
いても５本発明を達成するにはなんら支ＩＱをきたずも
のではない。

本発明の合金を製造するに番、１１．　＋ｉｉ」記合金
組成を用い、不活性ガス雰囲気中あるいは↓”工空中で
加熱溶融した後、急冷凝固させればよい。急冷凝固させ
る方法としては種々あるが１例えばｌ＋に、体急冷法の
内で片ロール法、双ｌ：Ｉ−ル法及び回転液中紡糸法が
特に有用である。片１コール法、双１コール法番コ冷却
速度１０！１〜１０６°Ｃ／ｓｅｃを有しており、薄帯
状材料を製造することができる。また２回転液中紡糸法
としては、特開昭５６−１６５０１６号公報に記載され
ているように５回転するトラム中に水膜を形成させ、こ
の水膜の中に溶融状態の金属を紡糸ノズルを通して噴出
し１円形断面を有する連続細線を得る方法があげられる
。この回転液中紡糸法において、特に均一な連続細線を
製造する場合には。

回転するトラムの周速度を噴出された溶融金属流の速度
よりも５〜３０％程度速くすることが望まれ。

また水膜と噴出された溶融金属流とのなす角度は２０℃
以上が好ましい。

本発明の合金材料は、冷間加工を連続して行うことがで
き２寸法精度及び機械的性質をより向上させることがで
きる。また５必要に応して焼なまし等の熱処理をも行う
ことができ、より−（−ひずみゲージ特性を安定化させ
ることができる。このような液体急冷法の高速化、工程
の単純さは２本発明の合金＋Ａ料を製造するに際し°乙
製造コストの低減、省エネルギーといった効果をももた
らず。

このように液体急冷法により１２）られた本発明の合金
材料は２従来の先に記したＮ１−ｆａｒ系合金及び１’
ｅ−Ｃｒ−ＡＩ系合金等と比較してさらに向上したひず
みゲージ特性を杓する。−例をあげるならば５１’ｅ６
５原子％、　Ｃｒ２０１ぶミ子％、へ１１５原子％から
なる１急冷凝固により得られた本発明のＩ’ｅ−Ｃｒ−
旧合金材料は、１５０．０μΩ・ｃｍと高い電気＋＋１
８．抗値を有し。

ひずみ感度は３．７と非常に高くなっている〔従来のア
ーマア１コイＤ　（Ｆｅ［ｉ２原子％、’　Ｃｒ２（ｌ
原子％、ΔＩＩ８原子％）は１．３〜３．０と低い。〕
。また２本発明のＦｅ６５原子％、　Ｃｒ２Ｏ原子％、
Δ１１．５原子％組成合金の対銅熱起１°ｎ力は−１，
２１μＶ／にとかなり小さく、ざらにひずみ率の変化が
ひずＩノ感度に与える影響も小さい。ひずみゲージとし
て市ル！な特性のひとつである抵抗１ｊｔ度係数も２　
Ｘ　ｔｏ−６ｙ、−＋と非常に小さく、それと比較して
アーマア１：ＪイＤば２５０Ｘ　１０−６　Ｋ−１とか
なり大きい。また、線引きやアーマアＩコイＤではやや
国対１な圧辻加！−も容易であり。

良好な耐食性も有している。特に１液体急冷法により得
られる薄帯状の合金４Ａ料は、厚ざが１０〜２０μｍで
、圧延により表裏両面を平和にしたあと士］ぢ抜き加工
が簡単にでき、また細線状材料は容易に線引きが可能で
、線径２５μｍ程度以下に加工することができ、ひずみ
ゲージ用材料を製造する上においても非常に好ましい。

また９本発明合金＋Ｊ料は、極低温及び高温におけるひ
すみゲージ特性にも非常に優れている。例えば上記Ｆｅ
６５原子％、　Ｃｒ２Ｏ原子％、　ＡＩ］５原子％組成
の合金において、電気抵抗は一１９６°Ｃでは、１５０
．５μΩ・ｃｍ、０℃では１５０．０μΩ・ｃｍ、　３
００°Ｃでは１５０．２μΩ−ｃｍ、　９００°Ｃでは
１５０．３／ＪΩ’ｃｍと極低温から高温に至るまで、
電気比抵抗値はほとんど変化せず、また電気比抵抗の温
度係数も一１９６℃〜０℃では、　１７Ｘ　１０−Ｇ　
Ｋ−１，０℃〜９００°Ｃでは。

２　Ｘ　１０’　Ｋ−１と広温度域にわたって一定で、
かつ小さな値であり３ＩＡ度変化からくるひずみによる
誤差も極端に小さい。また、温度変化によるひずみ感度
への影響は約±１％と極めて小さく、極低温域及び高？
ｌｊＬ域においても使用に供することが可可能な合金材
料である。

このように９本発明の合金材料はひずみケージ特性に優
れた祠料として、工業用材料に６用なものであり、広く
使用することができる。

次に１本発明を実施例により其体的に説明する。

実施例１〜Ｇ、比較例Ｉ〜８表１に示す各種組成よりなるｒｅ−Ｃｒ（八Ｉ、　Ｓｉ
）元素を、アルゴンガス雰囲気で溶副；シた後、アルゴ
ンガス噴出　１．５Ｊ／　ｃｌｌｌで、孔ｆｌＯ，３０
ｍｍφのルビー性ノズルより、　４０（１０ｒｐｍで回
転している直径２０ｃｍの鋼鉄１コ一ル表面に噴出して
厚さｌＯ〜２０μｒ１１（幅３　ｍｍ）の連続した薄帯
状（Ａト１を製造した。

これら薄帯状の合金相れ１について、ひずみデージ特性
として、四端子法での電気抵抗くμΩ・ｃｍ）０°Ｃか
ら９００　”ｃまでの温度範囲におりる電気抵抗温度係
数（Ｋ−１）、ひずの（・３度（ひずめ感度にはみをか
けない時のｌｉｆ抗体の電気抵抗、　ｄＲはひずみをか
けた時の電気抵抗の変化分１　εはひずみを表す。）、
対銅型起電力（μＶ／Ｋ）及び１８０°Ｃ密着曲げ性に
ついて測定した。

その結果を表−１に表す。

なお、比較のため、現在使用されている合金材料（比較
例１〜４）についても表−１に示す。

表１より明らかなごとく２本発明の合金材料は適正なＣ
ｒ及びＡＩ、　５ｔｉｉを有しているため、非常に小さ
い抵抗温度係数、大きなひずみ感度、がなり小さな対銅
熱起電力を有し、ひずみゲージ材料として非常に好まし
い特性を有している。また、比較例１〜４は、現在ひず
みゲージとして用いられている合金材料であるが、抵抗
温度計数が小さければ、ひずみ感度が小さく、対銅熱起
電力が大きいとか、それぞれのひずみゲージとして瀉・
要な条件がすべて満足されてはいない。比較例５〜８は
。

Ｃｒ及びＡＩ、　Ｓｔの含量が適正量外であるため、電
気抵抗も低く、特に抵抗温度係数は非常に大きく。

ひずみ感度は小さく、ひずみゲージ用合金材料としては
不満足なものであった。

代理人　児玉雄三手続ネ市正ニア１１：：（自発）昭和５９年２月）ｒ日１、事件の表示特願昭５８−１６８７２９号２、発明の名称ひずみゲージ特性に優れたｌ’ｃ系合金材料３、補正を
する者事件との関係　特許出願人４、代理人５、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の１ｌｉ１６、補正の内容（１）明細書第２頁第７行目の「抵抗の温度係数」を「
電気抵抗の温度係数」と訂正する。

（２）同書同頁第１１行目の１抵抗型度係数」を「電気
抵抗温度係数」と訂正する。

（３）同書同頁第１６行目の１抵抗型度係数」を「電気
抵抗温度係数」と訂正する。

（４）同書第３頁第３行目の「温度係数」を「電気抵抗
温度係数」と訂正する。

（５）同書同頁第４行目の「抵抗温度係数」を「電気抵
抗温度係数」と訂正する。

（６）同書同頁第１４行目の「抵抗の温度係数」を「電
気抵抗の温度係数」と訂正する。

（７）同書同頁第１９行目のｒＦｅ合金材料」を「Ｆｅ
系合金材料」と訂正する。

（８）同書第４頁第１３行目の「抵抗温度」を「電気抵
抗温度」と訂正する。

（９）同書同頁第１８行目の「抵抗」を「電気抵抗」と
訂正する。

αψ同書第５頁第１行目のｒＮｉ、　Ｃｏ、　Ｎｂ、　
Ｔａ、Ｖ。

Ｍｎ、　Ｃｕ、　ＪをｒＮｉ、　Ｃｏ＋　Ｎｂ、　Ｔａ
＋　Ｖ、　Ｍｏ、　Ｍｎ。

ＣｕＪと訂正する。

（１１）同書同頁第８１ｊ目の「抵抗温度係数」を「電
気抵抗温度係数」と訂正する。

（１２１同書同頁第１２行目の［合金糸１を「合金系」
と訂正する。

（１３同書同頁第１４行目の［Ｃ，Ｓ（＋＋　Ｉｎ、八
ｓ、ＳｂＪを「ｃ、Ｓ、　Ｓｎ、Ｉｎ、＾ｓ、　ＳｂＪ
と、ｌＪ正する。

（１４）同書同頁第９行目の「２０°Ｃ」を「２０°」
と訂正する。

ＯＳ１間害第７頁第４１ｊＬ１の「従来の先に記したＮ
ｉ−Ｃｒ系合金」を１先に記したような従来のＮｉ−Ｃ
ｒ系合金」と訂正する。

（１旬間書同頁第１７行口の「抵抗温度係数」を１電気
抵抗温度係数−１と訂正する。

（１７）同書同頁第１９〜２０行目の１１１：た、線引
やアーゼアイロンＤではやや困難な圧延加工も容易であ
り、」を［また、冷間線引きやアーマアロイＤでは、困
難な冷間圧延加工も容易であり５　」と訂正する。

（旧同書第８頁第３行目の「平和」を「平担」と訂正す
る。

（１９同書同頁第５行目の「線引き」を「冷間線引き」
と訂正する。

ｆｆ１ｌｌｌ同書同頁第１１行目の「電気抵抗」を「電
気抵抗値」と訂正する。

ｅυ同同書同頁第１行行目「電気比抵抗値」を「電気抵
抗値」と訂正する。

（イ）同書同頁第８１ｊ目の「電気比抵抗」を「電気抵
抗」と訂正する。

一同書同頁第１７行目の「わたって一定で５かっ」を「
わたって極めて」と訂正する。

（財）同書同頁第８１ｊ目の「約±１％」を「１％以下
」と訂正する。

四同書第９頁第１〜２行目の「供することが可可能な」
を１供することが可能な」と訂正する。

（イ）同書同頁第９行目の「アルゴンガス雰囲気」を［
アルゴンガス雰囲気中」と訂正する。

＠同書同頁第８１ｊ目の「噴出」を「噴出圧」と訂正す
る。

（ト）同書同頁、第１０〜１１行目の「ルビー性」を「
ルビー製」と訂正する。

（ト）同書第１Ｏ頁第２行目の「対銅電起力」を「対銅
熱起電力」と訂正する。

■同書第１１頁表−１の「電気１１Ｕ抗温度計数」を「
電気抵抗温度係数」と、Ｖｒ　＋Ｅする。

（２）同？″を第１２頁第３　ｔｊ目の「抵抗ｉ！ｌ！
１度係数」全係数気抵抗温度係数１とｆｉｌ正する。

Ｉ３ａ同書同ｎｍ　７　行にＩノ「抵抗？Ａ！１度５１
数」を「電気抵抗／Ｉｖ度係数」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（ｌｌｃｒが１０〜４１原子％で、　ＡＩ又はＳｉが７
．５〜１７．５原子％で、残部が実質的にＩ’ｅからな
るひずみゲージ特性に１憂れたＦｅ系合金ＪｒＡ料。