JPS638175B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は主成分としてパラジウムおよび銀から
なり、少量の不純物を含む渦電流式変位計（以後
単に変位計と呼ぶ）のセンサコイル用電気抵抗合
金に関するもので、その目的とするところは比電
気抵抗が比較的小さく、広い温度範囲において電
気抵抗の変化が少なく、かつ鍜造、線引、圧延あ
るいは巻線成形加工が容易な素材を得るにある。 この変位計は渦電流作用の現象を利用すること
によつて、そのインダクタンスの変化を応用した
もので、電気マイクロメーターの検出部に取付け
て高感度な微小距離、回転物体の偏位や形状、振
動体の変位や振動数、物体の形状および位置、金
属板の板厚や表面の疵の有無、塗装の厚さなどを
非接触でしかも非破壊的に手軽に計測できるた
め、生産工場における品質管理あるいは工程管理
における計測やマイクロコンピユーターと併用し
た自動制御には非常に有効であり、その需要が
年々増大してきている。 はじめにこの変位計の原理を第１図で簡単に説
明する。この図において１はブリツジ回路、２は
検波回路、３はリニアライザーおよびパワーアン
プ、４は高周波発振器、５はAGC、６はセンサ
コイルおよび７は被測定材である。まず高周波発
振器４からセンサコイル６に供給される数Ｋ〜数
MHzの電流Ｉによつて磁界Ｈが生ずる。従つて
センサコイル６から距離ｄだけ離れた金属板（電
気的に導体）などの被測定材７の表面には渦電流
I′が発生し、それによつて磁界Ｈと逆方向の反磁
界H′が生じセンサコイル６の有効インダクタン
スが減少するため、センサコイル６に流れる電流
の大きさと位相が変化するので、この変化量を１
〜３の電気回路による変換器を用いて求め、セン
サコイル６と被測定材７間のギヤツプが測定でき
る訳である。 従つて変位計に用いるセンサコイル材の電気特
性、使用環境性および安定性などは極めて重要で
ある。従来センサコイル材としては使用最高温度
120℃迄は銅線、400℃迄は銀線が一般に用いられ
てきたが、これらの材料はいずれも電気抵抗の温
度変化が非常に大きく変位計の温度変化による測
定誤差（フルスケールにて0.15％℃）の原因とな
るためスラスト変位等の正確な測定はできない状
態である。近年この欠点を改善したものとして精
密抵抗材料である銅―マンガン系合金のマンガニ
ン線を用いたものが市販されている。この合金は
比電気抵抗値が比較的大きい（約47μΩ―cm）た
めに、同調性の尖鋭度に劣る反面、常温付近にお
ける電気抵抗の温度係数が頗る小さいことから現
在ほとんどのセンサコイル材に使用されている。
しかしこの合金の大きな欠点としては第２図に示
してあるようにα―Mn相の析出あるいは規則格
子の生成による特性の温度に対するヒステリシス
が非常に大きいので昇温の度毎に異なつた出力を
示し、また経時変化が大きく不安定で高温型セン
サコイル材としては信頼性を損うばかりでなく耐
食性や耐酸化性も著しく劣るなど多くの障害があ
るので高温場所での使用には全く役にたたない。 センサコイル材としては銅―マンガン系合金の
他にも広い温度範囲において電気抵抗の化が小さ
い銅―ニツケル系合金も考えられるが、その電気
抵抗値が頗る大きい（約50μΩ―cm）欠点を有す
ることと耐食性や耐酸化性も劣るので常温用は勿
論のこと高温用センサとしては全く用いられてい
ない。 ところが近年鋼材の連続鋳造および熱間圧延に
おける板厚計測、疵や異物の確認および板面の平
滑度検査、また人工衛星積載用ロケツトのエンジ
ンケースおよび噴射ノズルの振動状態や異常発生
などを迅速的確に把握するため高温において高度
の安定性を要求する高温型センサコイル材の開発
が強く要望されるようになつた。 よつて本発明者らは幾多研究の結果パラジウム
―銀２元系において銀40.1〜43.9％を含む合金は
高温における電気抵抗の温度変化が非常に小さ
く、全率固溶体であるが故に高温において非常に
安定で経時変化がほどんと皆無、しかも1000℃の
高温でも空気中において耐食性や耐酸化性を損わ
ず、比電気抵抗の値がマンガニンのそれより小さ
く、かつ加工性に優れた他に類をみない合金であ
ることを見出した。 即ち本発明は重量比にてパラジウム56.1〜59.9
％および銀43.9〜40.1％から成に少量の不純物を
含み、−50〜600℃の温度範囲において電気抵抗の
温度係数が±10×10^-6／℃以下を有する電気抵抗
合金の製造方法に係り、比電気抵抗が比較的小さ
く（最高値は約43μΩ―cm）、ビツカース硬度も
100以下で非常に軟かく、かつ鍜造、線引、圧延
ならびに巻線成形加工が容易な電気抵抗合金とセ
ンサコイルならびにそれらの製造方法を提供する
ものであり、本発明合金はセンサコイルばかりで
なく標準抵抗器をはじめ精密計測機器などの電気
抵抗体の素材としても好適である。 本発明の合金を造るには、まずパラジウム56.1
〜59.9％および銀43.9〜40.1％の適量を空気中、
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、充分撹拌
し組成的に均一な溶融合金を得る。次にこれを適
当な形および大きさの鋳型に注入して健全な鋳塊
を得、さらにこれを常温において鍜造あるいは
種々の加工を施して適当な形状のもの、例えば棒
あるいは板となしそのまま使用するか、再結晶温
度約500〜1100℃で100時間以下２秒以上加熱して
焼鈍する。ついでこれをスエージング、線引圧延
あるいは潰しなどの方法によつて冷間加工し目的
の形状のもの、例えば細線あるいは薄板にする。
さらにこれら冷間加工状態の成品を均質かつ安定
化するために空気中好ましくは非酸化性雰囲気中
あるいは真空中で約500℃以上1100℃以下の再結
晶温度で少なくとも２秒以上100時間以下加熱保
持し、でき得れば内部応力を除くために徐冷を施
すことにより優れた電気抵抗合金が得られる。以
上のようにして得られた合金は非常に軟かいので
コイル状に巻線成形加工が容易であるが、高温型
センサコイルの小型化に対処するため合金素材の
電気的絶縁性が要求される。このため上記合金素
材表面に電着、蒸着あるいはスパツタリングなど
の適当な方法によりシリカ、アルミナあるいはマ
グネシア等の無機質絶縁体ないしはフツ化物やホ
ウ化物等の絶縁皮膜を塗布ないしはコーテング
し、必要ならばさらに再び上述の熱処理方法によ
り素材の内部応力を取り除けば電気抵抗合金自体
と同じ特性を有する優秀な高温型センサコイルの
製作が可能である。 次に本発明の実施例について述べる。 実施例 １ パラジウム57％および銀43％からなる合金（合
金番号：Ａ） 原料としては純度99.9％以上のパラジウムおよ
び99.95％以上の銀を用いた。試料を造るには原
料を全重量１Kgで高純度アルミナ坩堝に入れ、酸
化を防ぐため表面にArガスを吹きつけ高周波誘
導電気炉によつて溶かし、よく撹拌して均質な溶
融合金とした。次にこれを30mm角の鉄型に鋳込ん
だ。鋳込まれた鋳塊はフライス盤を用いて鋳塊側
面の研削を行つた。以上のようにして得られた角
材は高温で均質化処理を施した後さらに鍜造およ
び熱間圧延により直径10mmの丸棒とし、途中数回
の焼鈍を繰り返しながらスエージングおよび冷間
線引により直径0.23mmの細線とし、これより適当
な長さに切りとり電気抵抗および硬度の測定に用
いた。電気抵抗は−150〜800℃の温度範囲で測定
を行つた。試料の熱処理条件と対応した特性は第
１表および第２図のとおりである。

【表】 表中第１項および第２項は電気抵抗の温度係数
がそれぞれ−10×10^-6／℃〜＋10×10^-6／℃およ
び−20×10^-6／℃〜＋20×10^-6／℃の両直線で挾
まれた範囲内にある抵抗―温度曲線における下限
および上限の温度が示してある。 実施例 ２ パラジウム58％および銀42％からなる合金（合
金番号：Ｂ） 原料は実施例１と同じ純度のパラジウムおよび
銀を用いた。試料の製造方法は全重量５ｇを高純
度アルミナ坩堝に入れ、酸化を防ぐため表面に
Arガスを吹きつけ空気中でタンマン炉によつて
溶かし、よく撹拌して均質な溶融合金とした。次
にこれを内径2.6〜2.7mmの石英管に吸い上げ均質
化処理のため1000℃の温度で真空焼鈍を施し、つ
いでスエージングおよび冷間線引によつて直径
0.5mmの細線とした。これより適当な長さに切り
とり試料とした。この試料の熱処理条件と対応し
た特性は第２表および第２図のとおりである。

【表】 実施例 ３ パラジウム59.5％および銀40.5％からなる合金
（合金番号：Ｃ） 原料および製造方法は実施例２と同じである。
この試料の熱処理条件と対応した特性は第３表お
よび第２図のとおりである。

【表】 以上第１〜３表および第２図にみるように実施
例１〜３に用いた合金のいずれの場合にも温度に
対する電気抵抗の変化が少ない、特に合金番号Ａ
は−50〜730℃の広い温度範囲にわたつて電気抵
抗の変化が極めて少なく、しかも高い温度で処理
するほど小さい電気抵抗の温度係数を示す温度範
囲が広がり、この上硬度も著しく小さくなること
がわかる。またそれらの比電気抵抗の値はすべて
マンガニンの値より小さいことを示している。こ
のように単一の素材で−50〜730℃の広い温度範
囲にわたつて±10×10^-6／℃以下の小さい温度係
数、また小さい比電気抵抗および低い硬度を兼ね
備えた例は既知の合金には全くなく高温型センサ
コイル合金の要求特性を充分に満足していると云
える。 第３図には種々の銀量を含んだパラジウム―銀
合金について冷間加工した線材を900℃の真空中
で１時間加熱した後炉中冷却した場合の−50〜
400℃，−50〜600℃ならびに−50〜730℃における
電気抵抗の平均温度係数C_f（＝ΔR・／Ｒ・ΔT）
および常温における比電気抵抗ρが示してある。
図にみるようにC_fが±20×10^-6／℃以下の特性は
銀39.4〜44.5％（Ａ〜Ｄ）、またC_fが±10×10^-6／
℃以下の特性は銀40.1〜43.9％（Ｂ〜Ｃ）の組成
において得られることがわかる。 なお第４図には実施例１の合金番号Ａについて
種々の加熱温度で加熱した場合の加熱時間に対す
るビツカース硬度Hvが示してある。図にみるよ
うに加熱温度が高いほど硬度が速く減ずることが
わかる。すなわち加熱温度が350℃では100時間経
過してもHvが100以下にはならないが、500℃以
上の温度ではより短い約100時間位でHvが100以
下となる。また合金番号ＢおよびＣにおけるHv
の変化の様子は第４図とほぼ似た傾向を示し、そ
の値はいずれの場合も500℃以上で100時間以下の
熱処理でHv100以下の小さい値が得られた。 つぎに本発明の組成において銀を39.4〜44.5％
に限定した理由は各実施例、第２図および第３図
からも明らかなように−50〜730℃の温度範囲に
おける電気抵抗の温度係数が±20×10^-6／℃以下
の特性を示すが、組成がこの範囲をはずれると上
記の値より大きくなるため温度の広範囲にわたり
電気抵抗の変化の小さい合金として不適当となる
からである。 更に本発明合金において加熱温度を500〜1100
℃に限定した理由は、各実施例および第４図から
も明らかなように、−50〜730℃の温度範囲におけ
る電気抵抗の温度係数が±20×10^-6／℃以下で、
ビツカース硬度Hvも100以下の小さい値を示す
が、温度が500℃未満ではビツカース硬度が100を
超えるために巻線成形作業が困難となる。また
1100℃より高い温度の熱処理は合金成分中の銀が
揮発遊離し、合金線の支持物体や絶縁物質と反応
ないしは付着し電気的絶縁性を損つたり、合金線
同士が溶着したりするため不適当である。 なおまた本発明合金を上記の温度範囲で加熱し
た場合、加熱時間を下限の温度では100時間ない
しは上限の温度では２秒間以上に限定した理由
は、各実施例および第４図からも明らかなように
ビツカース硬度Hvが100以下に低下し内部応力を
十分に取り除くことができるが、処理温度に対応
した適当な処理時間でないとビツカース硬度が
100を超え巻線成形作業が困難なため熱処理時間
は処理温度に対応して適当な範囲を選定する必要
がある。 要するに、上述したように本発明合金は−50〜
730℃の広い温度範囲において電気抵抗の変化が
極めて小さく、安定性があり、硬度が小さく軟か
いため加工性および巻線成形加工が容易で、その
上さらに高温における耐食性、耐酸化性に優れた
特長を有しており、センサコイルばかりでなく標
準抵抗器をはじめ精密計測機器などの電気抵抗体
の素材としても好適である。 なお本発明合金は実施例および図面に掲げたよ
うな比較的純度の高いパラジウムおよび銀を用い
たが、これらの他に多少の不純物あるいは銅、金
等の１種あるいは２種について２重量％以下、ニ
ツケル、白金、ロジウム、イリジウム等の１種あ
るいは２種以上について１重量％以下を含んだ場
合でも、均質化処理および製造雰囲気を充分に考
慮して行えば、本発明合金の特には大した影響を
与えるものではない。 第５図は第１図に示した渦電流式変位計
（ECDT）の共振特性の概略図を示すものである。
第５図において、電気回路における同調性の尖鋭
度Ｑについて説明する。図中共振周波数ω₀近傍
における出力曲線がシヤープなほどＱが大きく、
第１図のセンサコイルと板との間のギヤツプｄを
高精度だ計測できる。すなわちＱの大小はECDT
の性能の内、出力感度または分解能を支配する要
因でもある。本発明合金の比電気抵抗値が精密抵
抗材料マンガニン（85.6Cu―12Mn―2Ni―
0.25Fe―0.15Si）より小さいため、本発明合金使
用のECDTのＱは120で第４表に比較したように
マンガニンを使用した比較例より約17％向上して
いるのがわかる。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は渦電流式変位計およびブロツクダイア
グラムの概略図、第２図は900℃の真空中で１時
間加熱後炉中冷却した本発明合金の合金番号Ａ，
ＢおよびＣと600℃の真空中で１時間加熱後炉中
冷却した既知のマンガニンの温度に対する電気抵
抗の変化を比較して示した特性曲線図、第３図は
900℃の真空中で１時間加熱後炉中冷却したパラ
ジウム―（35〜50％銀）合金について、銀の組成
に対する−50〜400℃、−50〜600℃ならびに−50
〜730℃における電気抵抗の平均温度係数ならび
に常温における比電気抵抗の値を示す特性曲線
図、第４図は合金番号Ａについて種々の加熱温度
で加熱した場合の加熱時間に対応するビツカース
硬度の変化を示した特性曲線図、第５図は第１図
に変位計の電気回路における尖鋭度Ｑと出力電圧
Ｖとの関係を示す同調特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量比にてパラジウム56.1〜59.9％および銀
   43.9〜40.1％から成り、少量の不純物を含む合金
   を熱間加工および冷間加工により線材あるいは薄
   板状などの所望の形状となし、この素材を空気
   中、非酸化性雰囲気中あるいは真空中において、
   再結晶温度500〜1100℃で100時間以下２秒以上加
   熱後、徐冷して内部応力を取除いた合金表面に、
   電着、蒸着ないしはスパツタリングなどの適当な
   方法により絶縁体を塗布ないしはコーテイングし
   た後、任意の形状に巻線成形加工を施した後、
   200〜500℃で短時間再加熱して歪取り処理を施
   し、−50℃〜600℃の温度範囲において、電気抵抗
   の温度係数が±10×10^-6／℃以下を有するセンサ
   コイルを得ることを特徴とする温度の広範囲にわ
   たり電気抵抗の変化の小さいセンサコイルの製造
   法。