JPS6029418A - ロ−ドセルの製造法 - Google Patents

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】 本発明はロードセルの製造方法、詳しくは、特定の成分
組成の鋳鋼圧延品を起歪体とし、これを同種の鋳鋼にて
鋳くるむことにより外枠体を形成し、しかるのち、一定
の溶体化処理、サブゼロ処理および時効処理を順次施す
ことからなる精度のすぐれたロードセルの製造法に関す
る。

トランクスケール、台はかり、その他の重量測定機器に
荷重センサーとして使用されるロードセルは、負荷する
荷重をそれに比例する電気信号に変換するもので、従来
は、ＳＮＣＭ４３９　（０，’４Ｃ−０，２５Ｓｉ　−
０，７５Ｍｎ−１，８Ｎｉ　−０，８Ｃｒ−０，２３Ｍ
ｏ　Ｆｅ）の鍜圧品を素材とし、機械加工によって所定
の形状に削り出すか、またはいくつかの鍛圧部品を準備
してそれをボルト締めにて組立てる方法により製作され
ている。しかし、削り出し方式では複雑な加工を必要と
し、コストが非常に高くつき、一方組立て方式では、製
作工程が煩瑣で、かつ形状の大型化、重量化を余儀なく
されるほか、使用中にボルト締付はトルクの緩みによる
精度の低下を生じる、などの欠点がある。

また、いづれの方法においても、製作可能な形状に制限
があり、最適な形状のロードセルを得ることは極めて困
難である。

上記の加工・組立法に代えて鋳造法を適用できれば、上
記問題は一挙に解消し、設計のバリエーションの拡大に
より、コスト・性能両面の改善が可能となるが１．ＳＮ
ＣＭ４８９などの従来の合金を使用する場合、銀圧品と
鋳造品とては、ロードセルとして必要な特性、ことに直
線性、ヒステリシス性、耐マイクロクリープ性等が著し
く異なり、鋳造品の特性は、鍜圧品に比し劣るのが一般
である。ちなみに、ＳＮＣＭ４３９の鍜圧品からなるロ
ードセルは約１／３ｏｏｏの精度を有するのに対し、同
じ合金の鋳造品のそれは、ゎずが１／１０００程度と、
殆んど実用に耐えないものである。

本発明は上記問題を解決したものである。

本発明のロードセル製造法は、（１）荷重センサー部で
ある起歪体と、これを支持固定する外枠体とが下記に規
定の成分組成を有するステンレス鋳鋼であり、（ｉｉ）
起歪体は該鋳鋼の圧延品であって外枠体は鋳鋼溶湯によ
る起歪体の鋳ぐるみによって形成され、（１１ｊ）鋳ぐ
るみにより起歪体と外枠体との結合体として構成された
ロードセルに、順次溶体化処理、サブゼロ処理および時
効処理の各熱処理を施すことからなる。

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明のロードセルを構成する起歪体および外枠体は、
Ｃ０，０２〜０．０６％、Ｓｉ　０．３〜１．５％、Ｍ
ｎ　０．３〜１．５％、Ｎｉ　５．０〜７．０％、Ｃｒ
１１．０〜１３．５％、ＭＯ１，５〜２．５％、Ｃｕ１
．５〜２５％、Ｎｂ　Ｏ，２〜０．４％、残部Ｆｅおよ
び不可避不純物からなる析出硬化型ステンレス鋳鋼てあ
り、熱処理さの組合せにより、負荷に耐える良好な耐衝
撃性、強度などを有し、かつ耐マイクロクリープ特性、
復元性、弾性限度などにすぐれるものである。その成分
限定理由は次のとおりである。

Ｃ：０．０２〜００６％ 硬度を高めるのに有用であるか、００２％に満たないと
効果が不足する。しかし、００６％をこえると、耐衝撃
性、加工性が悪化する。

Ｓｉ：０．３〜１．５％ 脱酸剤として添加されるが、０３％未満では脱酸効果が
不足し、一方１５％をこえると耐衝撃性、靭性が低下す
る。

Ｍｎ　：　０．３〜１．５　％ 脱酸・脱硫作用により鋼の清浄化に寄与するが、０３％
未満では効果が十分でなく、一方１．５％をこえると耐
衝撃性の低下を招く。

Ｎｉ：５．０〜７０％ 高い弾性限度、高い引張強度を得るために５．０％以上
を必要とする。含有量の増加とともにその効果も増すが
、コスト増大のみならず鋳造性の悪化を伴うので７０％
を上限とする。

Ｃｒ　：　１１．０〜１３．５％ 高弾性限度、高引張強度を確保するために、少くとも１
１．０％が必要である。ただし、あまり多くなると、マ
ルテンサイト組織の形成と高強度化が困難になり、かつ
コスト負担も増大するので、１３５％以下とする。

ｃｕ　：　１．５〜２．５％ Ｃｕ　リッチ層による析出硬化により弾性限度および引
張強度の向上をもたらす。１．５％未満ではその効果が
十分発揮されず、一方２５％をこえると耐衝撃性が低下
し、伸ひ、絞りが減じる。

ＭＯ：１５〜２５％ 弾性限度および引張強度を高める効果を有するが、１．
５％に満たないと効果が不足し、２．５％をこえると、
耐衝撃性が悪くなり、伸ひ、絞りが低下する。

Ｎｂ：０．２〜０．４％ 機械的諸性質、とくに弾性限度の改善に寄与する元素で
ある。しかし、０．２％未満では効果が十分でなく、一
方０．４％をこえると耐衝撃性の低下を招く。

上記鋳鋼は、通常の溶製技術により溶製され、Ｐ、Ｓ等
の不可避的不純物の混入を許容し、例えばＰは０．０３
％以下、Ｓは０．０３％以下の混入で本発明の趣旨が損
なわれることはない。

また、上記鋳鋼は、真空脱ガス溶解により、溶鋼中に残
留する脱酸・脱硫生成物などの非金属介在物の量を、例
えは約０．１６％程度に低減させ（大気溶解材では約０
．２８％前後）、その清浄度を高めることにより、後記
実施例にも示されるように、ロードセル性能は更に好ま
しいものとなる。

本発明によれば、上記鋳鋼からなる圧延材を用いて、例
えば第１図に示すような所要の形状を有する起歪体ｆ＋
）を製作し、これを被鋳ぐるみ材として所要形状の鋳型
内に装着し、上記成分組成の鋳鋼溶湯を鋳造して起歪体
の鋳ぐるみを行う。この鋳造により起歪体を支持固定す
るための、例えは第２図のような外枠体（２）が形成さ
れると同時に外枠体（２）と起歪体［１＋との強固な結
合体（ロードセル）が得られる。なお、圧延品から調製
される起歪体ｆ＋）は鋳ぐるみによる外枠との強固な結
合関係を形成するために、十分な鋳ぐるみ代（１１，１
１）を有する形状に調製されている。

上記鋳造により起歪体と外枠体との一体的な結合体とし
て形成されたロードセルは、材質組織の安定化のために
、溶体化処理、サブゼロ処理および時効処理の各熱処理
に順次付される。なお、溶体化処理に先立って、均質化
のために、温度１０５０〜１１５０°Ｃに加熱保持（例
えば２時間保持）後、炉冷（冷却速度約０６〜１．２°
Ｃ／分）する熱処理を施すことは好ましいことである。

上記溶体化処理は、温度９００〜１１００°Ｃにて行な
われる。保持時間は例えば２時間であり、加熱保持後は
油冷（約１５〜ｂ よい。組織は均一なγ相からフルテンサイ１−化する。

サブゼロ処理は、−１５０〜−２５０°Ｃに保持（例え
ば１時間）することにより行なわれ、残留オーステナイ
トのマルテンサイト化をみる。深冷保持後は空冷（約３
〜７°Ｃ／秒）すれはよい。

時効処理は、４００〜５５０°Ｃにて行なわれる。

保持時間は例えば４時間であり、処理後は空冷（約３〜
７°Ｃ／秒）すれはよい。

本発明は」二記のように溶体化処理と時効処理との間に
サブゼロ処理を付加したことを特徴の１つとする。この
一連の熱処理によって良好なロードセル性能が付与され
るのである。また、上記の熱処理過程においては、所望
に応じて適宜機械加工工程を付加することができる。ち
なみに、従来合金のＳＮＣＭ４３９の鋳造品では、熱処
理過程で加工を行うと、その後に大きな歪が生じ、また
歪を回避するためにすべての熱処理を終えたのちに加工
を実施しようとしても、硬くて加工性に乏しいため、実
際上加工を加えるこ七ができない。これに対し、本発明
では、加工が容易で、加工後の熱処理過程での歪も極め
て少いので、所望に応じた精度のよい形状・寸法に仕上
げることができる。

本発明の実施例について説明すると、第１表、（１〜３
）に示す成分組成の析出硬化型ステンレス鋳鋼圧延品か
らなる第１図のごとき起歪体（１）を準備し、これを同
種成分組成の鋳鋼溶湯で鋳ぐるみして外枠体を形成した
のち、所定の熱処理を施すとともに、適宜機械加工を加
えることにより第２図のようなボックス型ロードセルを
得た（実施例Ａ）。

起歪体ｆｌ＋および外枠体（２）の諸元寸法、並びに熱
処理条件は次のとおりである。

ｆ＋）起歪体（１） ａ（鋳ぐるみ部（１１）長さ）：３０ｍ＋１＋、ｂ　：
　３０ｍｍ。

Ｃ：３０ｍｍ、ｄ：８５ｍｍ、ｅ　：　６ｍｍ、　ｆ　
：　８ｍｍ０（２）外枠体（２） Ｌ：１４０＋＋＋ｍ、Ｗ：９０＋ｎｍＸ　Ｈ：７５ｍｍ
。

（３）熱処理条件 均質化処理（１１００°ＣＸ２時間・炉冷〕−・溶体化
処理Ｃ１１，００℃×２時間・油冷〕−サブセロ処理Ｃ
−１９０℃×１時間Φ空冷〕→時効処理〔４８０°ＣＸ
４時間・空冷〕。

更に、他の実施例として、真空脱カス溶解を施して溶製
されたステンレス鋳鋼（成分組成は上記（１〜３）と同
じ）の圧延品からなる起歪体を使用する以外は前記と同
一の製造条件にてロードセルを製作した（実施例Ｂ）。

」二配合実施例のロードセルの精度測定結果を第２表に
示す。また、上記で使用したステンレス鋳鋼の熱処理品
（但し、大気溶製材）の機械的性質を第３表に示す。

比較例として、上記第１表、（１）の析出硬化型ステン
レス鋳鋼を素材とし、熱処理においてザブゼロ処理を省
略した以外は前記実施例（イ）と同一条件でロードセル
を製作した（比較例Ｉ）。更に、他の比較例として、第
１表、（２）の成分組成を有するＳＮＣＭ４３９相当材
を使用し、鋳造により前記と同じ形状・寸法のロードセ
ルを得た（比較例■）ｃただし、鋳造後の熱処理は、Ｓ
ＮＣＭ４３９のＪＩＳ規定に準拠し、焼入れ（８７０℃
）・焼もどしく５８０°Ｃ）を行った。各比較例（Ｉ）
、（ＩＩ）のロードセル精度を第２表に、また熱処理材
の機械的性質を第３表に示す。

（以下余白） 前記第２表に示されるように、本発明方法により得られ
るロードセルの精度は約１７５０００以上と、従来合金
ＳＮＣ’Ｍ４３９の鋳造品精度（１／１０００）に比し
、はるかにすぐれている。この精度はＳＮＣＭ４３９の
鍜圧品からなるロードセルの精度（約１／３０００’）
をも凌ぐものである。また、実施例（Ｂ）のように、真
空脱ガス溶解により素材の精浄度を高めることにより、
さらに高精度のロードセルが得られることが判る。なお
、本発明の実施例と同じ成分組成の鋳鋼を素材とする場
合でも、熱処理においてサブゼロ処理が省略されたロー
ドセルの精度は、比較例（Ｉ）に示されるように約１／
８０００にとどまり、本発明品に及ばない。

また、第３表に示されるように、本発明によれば、強度
が高く、かつ耐衝撃性も良好であり、ロードセルとして
必要な機械的性質を付与される。

以上のように、本発明によれば従来品にまさるロードセ
ル性能が保証される。また、本発明は、鋳鋼圧延品の起
歪体を同種の鋳鋼で鋳ぐるみ、これを熱処理する工程か
らなるので、従来の鍜圧品を素材とする機械加工、また
は組立方式における前記問題が解決され、とくに加工々
数や加工代の低減に伴って製造コストは大幅に節減され
る。また設計の自由度が大きく、最適形状の設計、軽量
・コンパクト化など、大胆な形状設定も可能となり、か
つ熱処理過程での加工性も良好であるから、精度の良い
形状・寸法に仕上げることも容易である。

なお、本発明における析出硬化型ステンレス鋳鋼は腐食
抵抗にもすぐれ、かつ熱処理により良好な機械的性質、
ことに高強度を備えるので、耐食性を必要とする機械部
品、機械的強度が要求される構造用部材としても有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ＣＩ）は起歪体の形状例を示す平面図、〔■〕は
その正面図、第２図はロードセルの形状例を示す斜視図
である。 １：起歪体、２：外枠体。 代理人　弁理士　宮　崎　新八部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｆｌｌ　Ｃ０，０２〜０．０６　％、　Ｓユ　０．３〜
   １．５　％、Ｍｎ　０．８〜１．５％、Ｎｉ５．Ｏ〜７
   ．０％、Ｃｒ１１．０〜１３５％、Ｍｏ　１．５〜２．
   ５％、Ｃｕ　１．５〜２．５％、Ｎｂ、０．２〜０．４
   ％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋳鋼の圧延品
   よりなる起歪体を上記成分組成の鋳鋼にて鋳ぐるむこと
   により該起歪体と結合した外枠体を形成し、これを温度
   ９００〜１１００℃にて溶体化処理したのち、−１５０
   〜−２５０°Ｃでサブゼロ処理し、ついで４００〜５５
   ０°Ｃの時効処理に付することを特徴とするロードセル
   の製造法。