組合せ計量装置
【課題】低騒音で計測精度を向上させた組合せ計量装置を提供する。
【解決手段】
炭素０．００１〜０．１０重量％、シリコン０．１〜３．０重量％、マンガン５．０重量％未満、クロム２０．０重量％以下、アルミニウム０．００１〜０．１重量％、残部鉄を含んでなる鋼であって、積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）を２０以下の条件を満たす化学組成になるように溶製し、所定の熱処理条件、冷却条件及び冷間加工条件を満たす製造方法によってε―Ｍｓ相が５〜７０体積％とした「制振性及び耐食性に優れた鋼」を組合せ計量装置の機械振動が発生する部分に配する。
【解決手段】
炭素０．００１〜０．１０重量％、シリコン０．１〜３．０重量％、マンガン５．０重量％未満、クロム２０．０重量％以下、アルミニウム０．００１〜０．１重量％、残部鉄を含んでなる鋼であって、積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）を２０以下の条件を満たす化学組成になるように溶製し、所定の熱処理条件、冷却条件及び冷間加工条件を満たす製造方法によってε―Ｍｓ相が５〜７０体積％とした「制振性及び耐食性に優れた鋼」を組合せ計量装置の機械振動が発生する部分に配する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性に優れた鋼を配して、該機械的振動による騒音の発生を抑制し、かつ、計量精度を向上させた低騒音高精度「組合せ計量装置」に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、「組合せ計量装置」では、供給された個々の重量が異なる対象物を複数の貯留ホッパに分散投入し、続いて、貯留ホッパのそれぞれに投入された計量物を対応する計量ホッパに移行して計量するとともに、各計量ホッパでの計量値に基づいて、計量設定値に最も近く、かつ設定値を下回らない組合せを選択する。ここで、貯留ホッパや計量ホッパのように計量物を一時的に貯留するホッパ部の下部にゲート部を設け、ゲート部を解放することにより、ホッパ部に貯留された計量物を下方へ排出する。この時、ホッパの開閉によってホッパ部が振動して騒音を発生するという問題が生じる。
この対策として、特許文献１によると、ゲートをホッパ本体に対して片持ち状態にて取り付けることにより、ゲートの開閉する際に発生する振動を低減させることができ、振動に起因して生じる騒音を低減させる技術を開示している。
また、対象物の計量精度を維持する目的で、装置から発生する振動の影響を最小限に抑えるため振動の高周波部分のフィルタリング処理する方法が提示されている。
【０００３】
上記をはじめ、「組合せ計量装置」の騒音低減の対策として、貯留ホッパや計量ホッパ或いはゲート部の構造や機構を最適にする技術は多くの特許によって提案されている。
しかしながら、上記のような構造や機構の工夫のみでは、組合せ計量装置の各部分の接触・衝突による機械的振動の低減には限界があるので、構成材料を含めた抜本的な対策が求められている。また、この部分を樹脂にする方法も提案されているが、製造コストや機械的性質の点で工業的な製品とはなり難い。
即ち、「組合せ計量装置」用材料として、材料自体に振動吸収能があり、かつ、機械的性質及び価格の面からの要請を満足する材料が今までに想到され得なかったものである。
【０００４】
一方、金属系の制振性材料としては、鋳鉄、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等が知られている。
これらを「組合せ計量装置」用材料の観点から見れば、鋳鉄やＭｇ系合金は強度が低いという欠点がある。Ｍｎ−Ｃｕ系合金は所望の強度が得られないという欠点がある。
Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金は歪によって振動減衰能が低下するという欠点がある。
これらの材料は、振動減衰能は比較的優れているが、高価な元素を多く含んでいるため合金材料の価格上昇となり上記のような「組合せ計量装置」用途には不適である。
【０００５】
上記の問題を解決するために、例えば、特許文献２によれば、機械的強度が高く、振動減衰能を有する材料として、高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。この特許には、Ｃｒ重量パーセント９〜１５重量％、Ｍｎ重量パーセント１８〜２６重量％、残部鉄からなり、イプシロン・マルテンサイト相が４０体積％以上である高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。上記、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金は、組成的にステンレス鋼をベースとしたものである。従って、その機械的性質はステンレス鋼とほぼ同等であり、かつ、制振性に優れているので制振性の観点からは上記の問題点を解決する発明である。
【０００６】
しかしながら、特許文献２によって開示された技術では、マンガン重量パーセント１８〜２６重量％と開示されているが、この材料を溶製する場合、マンガン成分が蒸発し易いため添加するマンガン合金の歩留まりが悪く、かつ、マンガンは鋼の溶製時に用いられる耐火物の溶損を著しく増大させるという難点があるので、溶製コストが高くなるために上記の工業的用途が極めて制限されるという問題点がある。また、マンガン重量パーセントが１８〜２６重量％と高いので熱間又は冷間加工コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】
一方、本発明者らは、特許文献３に示すように、振動減衰能のある材料として、炭素重量パーセント０．０５重量％以下、マンガン重量パーセント１３〜１８重量％、クロム重量パーセント９〜１５重量％、ニッケル重量パーセント０．０１〜６．０重量％、アルミニウム重量パーセント０．０１〜０．０５重量％、窒素重量パーセント０．０１重量％以下、残部鉄からなる材料を冷間加工によって、マトリックスであるオーステナイト相（以下、「γ―相」という。）中にイプシロン・マルテンサイト相（以下、「ε―Ｍｓ相」という。）を１０体積％以上生成させることを特徴とする高強度高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金を提案している。
しかしながら、特許文献３においては、冷間加工による方法によって高強度高減衰能合金を推奨しているが、これは振動減衰能が安定して得られないことが判った。
【０００８】
特許文献３においては、ニッケル重量パーセント０．０１〜６．０重量％添加することによって、マンガン重量パーセント１３〜１８重量％とマンガン量を少なくすることができることが開示されている。この技術は、ニッケル添加によってマンガン成分を低くすることで製造コストを低減するための対策技術ではあるが、高価なニッケルを添加して冷間加工性を向上しようとするものであり、原料コストに立てば、むしろ、コストが嵩むこととなる技術であり、総合的製造コストの原理原則に立ち返って検討し直すことが必要である。
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討した結果、制振性に優れた鋼として、熱処理或いは冷間加工によってε―Ｍｓ相が生成し易い度合いを示す積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）（数式５、非特許文献１参照）（以下、「ＳＦＥ」という。）に着目し、マンガンの効果をシリコンの微量添加によって一部置換えることによってマンガン量の低減ができることを見出し、その効果を実証する知見を得て特許文献４として出願している。
【００１０】
組合せ計量装置は、被計量物が食品である場合が多い。従って、本発明に係る鋼板は、食品衛生法に準拠する耐食性試験に合格することが求められる。制振性を発現させるためには、鋼中のマンガン成分が重要な役割を示すが、一方では、マンガン成分は鋼の耐食性を劣化させるので、特に食品機械等に使用する場合には低く抑える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１２１５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−１２１６５１号公報
【特許文献３】特開２００７−３２１２４３号公報
【特許文献４】特開２０１０−０９０４７２号公報
【００１２】
【非特許文献】
【非特許文献】 Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ：Ｐｒｏｃ．Ｃｏｎｆ．Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌｓ，Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ，Ｓｅｐｔ．（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性優れた鋼を配して、該機械的振動による騒音を抑制するとともに計量精度を向上させる低騒音高精度「組合せ計量装置」を提供することを目的とする。また、食品衛生法に準拠した厳しい耐食性試験に合格する良好な耐食性を有し、かつ、良好な制振性を有する鋼を含んで構成される組合せ計量装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る低騒音高精度「組合せ計量装置」は、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性に優れた鋼を配して、該機械的振動による騒音を抑制するとともに計量精度を向上させることを特徴とする。そして、マンガン含有量を５．０重量パーセント未満にすることによって、食品機械に使用できるようにすることを特徴とする。
【００１５】
本願に係る発明は、「特許請求の範囲」の請求項１乃至６に記載した事項により特定される。
［特許請求の範囲］
［請求項１］
機械的振動が発生する部分が、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を含んで構成されることを特徴とする組合せ計量装置。
［請求項２］
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
炭素の重量パーセント［％Ｃ］が０．００１〜０．１０［％］、
シリコンの重量パーセント［％Ｓｉ］が０．０１〜３．０［％］、
マンガンの重量パーセント［％Ｍｎ］が５．０［％］未満、
クロムの重量パーセント［％Ｃｒ］が２０．０［％］以下、
アルミニウムの重量パーセント［％Ａｌ］が０．００１〜０．１０［％］、
残部が、鉄の重量パーセント［％Ｆｅ］及び不可避元素を含んで成り、
ニッケルの重量パーセントを［％Ｎｉ］としたときに、
数式１によって計算される積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）（ｍＪ／ｍ２）が、
数式２を満足する鋼であることを特徴とする、請求項１に記載した組合せ計量装置。
［数式１］
ＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）＝２５．７＋２×［％Ｎｉ］＋４１０×［％Ｃ］−０．９×［％Ｃｒ］−７７×［％Ｎ］−１３×［％Ｓｉ］−１．２×［％Ｍｎ］ （１）
［数式２］
−２０（ｍＪ／ｍ２）≦ ＳＦＥ ≦ ２０（ｍＪ／ｍ２） （２）
［請求項３］
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
Ｘ線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント［％ε―Ｍｓ相］が、数式３を満足する鋼であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式３］
５［体積％］ ≦ ［％ε―Ｍｓ相］ ≦ ７０［体積％］ （３）
［請求項４］
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数（η）が、数式４を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式４］
０．００５ ≦ η ≦ ０．１０ （４）
［請求項５］
請求項２に規定した組成の「制振性及び耐食性に優れた鋼」を、
第１工程として、９５０〜１２００℃で、１〜５時間、加熱する工程、
第２工程として、加工仕上がり温度７５０〜９５０℃で、熱間加工する工程、
第３工程として、７００〜１０５０℃で、１〜６０分間、熱処理する工程、
第４工程として、５００℃から２０℃までの温度領域を、１０〜５０（℃／秒）の冷却速度で急速冷却する工程、
及び、
第５工程として、必要に応じて、冷間加工率１〜３０％の冷間加工を施す工程
を含んで構成される製造方法により製造された鋼であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［請求項６］
「機械的振動が発生する部分」が、
ホッパ部、ゲート部、及び、シュート部からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した組合せ計量装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性優れた鋼を配して、騒音を抑制するとともに該機械的振動による計量精度の低減対策となり、かつ、食品衛生法に準拠した耐食性試験に合格する耐食性を有する、低騒音高精度「組合せ計量装置」を提供するので、産業上の貢献が大きい。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係わる低騒音高精度「組合せ計量装置」について具体的に説明する。
図１は、本発明に係わる低騒音高精度「組合せ計量装置」のホッパ部の模式図である。
【００１８】
本発明の請求項１記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を配することを主張している。
上記の「制振性及び耐食性に優れた鋼」は、機械的振動によって発生する騒音を効果的に抑制することができる。また、機械的振動に起因する計量精度の低下、或いは、計量値の特定に至る時間の遅延を改善することができる。
【００１９】
本発明の請求項２記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の内、シリコン重量パーセント０．０１〜３．０重量％、マンガン重量パーセント５．０重量％未満としている。
これは、良好な制振性発現能を持ちながら、微量のシリコンを添加することによってマンガン量を低く抑えることができることを示してしいる。
即ち、熱処理或いは冷間加工によってε―Ｍｓ相が生成し易い度合いを示す積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）（数式１）の関係式において、マンガンの項は−１．２×［％Ｍｎ］であり、シリコンの項は−１３×［％Ｓｉ］であることから、シリコンはマンガンの約十倍のＳＦＥの低減効果があることを示している。
即ち、ＳＦＥを２０ｍＪ／ｍ２以下に保持した上で、微量の０．０１〜３．０重量％のシリコン添加によってマンガン重量パーセントが５．０重量％未満と少なく抑えることによって、食品機械にも使用できる耐食性をもつようにするためである。
【００２０】
本発明の請求項２記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の内、
クロム重量パーセントを２０．０重量％以下としている。
これは、本発明の基本となるγ―相生成に関するものである。
図２に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｎｉ鋼の状態図を示した。
図２から明らかなように、クロム重量パーセントが２０．０重量％を超える領域ではオーステナイト相（γ―相）とフェライト相（α―相）の２相が生成するので、クロム重量パーセントを２０．０重量％以下、好ましくは、１５．０重量％以下とする。
クロム組成比の下限については、積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）（数式１）を２０ｍＪ／ｍ２以下とする条件を満たす範囲を設定することによって、クロムとマンガンの相乗効果によって効果的にγ―相を生成させる領域を広くとることができる。
ここで、特許文献３との比較で、ニッケルのγ―相生成の役割をマンガン及びクロムが効果的に果しているので、制振性発現の観点からは高価なニッケルは必ずしも必要なくなっている。
【００２１】
また、本発明の請求項２記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の内、
炭素重量パーセントを０．１０重量％以下とするのは、振動減衰能を発現するγ―相とε―Ｍｓ相間の相互作用に悪影響を及ぼす固溶元素、特に、炭素重量パーセントの上限を定めることによって振動減衰能の向上及び安定を計るためであり、炭素重量パーセントが０．１０重量％を越えると振動減衰能を示す損失係数（η）が低下しかつ不安定になるためである。
炭素と同様の影響を及ぼす窒素は、溶解製造時に大気中より０．０２０〜０．１００重量％程度不可避的に混入して振動減衰能を低下させるものであるが、アルミニウム重量パーセントを０・００１〜０．１０重量％以下とすることによって鋼中の窒素をＡｌＮの大きい介在物の形にすることによって制振性を阻害する作用をなくするためである。即ち、アルミニウム重量パーセントが０．００１重量％未満であると上記の鋼中窒素と結合するに必要なアルミニウム重量パーセントが不足する場合がり、０．１０重量％を越えると過剰のアルミニウムによって鋼材の表面や内部にＡｌ２Ｏ３系の欠陥が発生しやすくなる危険があるためである。
【００２２】
本発明の請求項３記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」のＸ線回折法によって測定されたε―Ｍｓ相の体積％が、５〜７０体積％であることを開示している。これは、本発明の基本的な制振発現の必要条件である金属組織、ε―Ｍｓ相の定量的表現であり、５体積％未満では制振性が不十分となるためであり、７０体積％を超えるとε―Ｍｓ相が相互に絡みあって逆に上記の制振性を低下させるためである。好ましくは、ε−Ｍｓ相体積％が１０〜４０体積％である。
【００２３】
本発明の請求項４記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の片持ち梁方式によって測定された制振性鋼の損失係数（η）が、
０．００５〜０．１０であることを開示しているが、これは制振性に優れた鋼としての基本的な条件である。
ここで、本発明になる鋼の振動減衰能は振動歪依存性が大きいので、損失係数（η）測定方法は、振動歪みを約１０−４以上にする必要があるため、これを可能にする方法として片持ち梁方式を選択した。
測定値においては、損失係数（η）が０．００５未満であると制振性に優れた鋼としての振動減衰機能が不十分となるためであり、０．１０を超えるための製造条件では鋼材の機械的性質が上記記載の用途に適さなくなるためである。
【００２４】
本発明の請求項５記載事項において、請求項２で規定される化学組成を有する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の製造方法に関して、
１〜５時間、９５０〜１２００℃に加熱する第１工程、
加工仕上がり温度７５０〜９５０℃にて熱間加工する第２工程、
７００〜９５０℃で、１〜６０分間熱処理する第３工程、
５００℃から２０℃までの温度領域を、１０〜５０（℃／秒）の冷却速度で急速冷却する第４工程、及び、
更に必要に応じて常温で冷間加工率１〜３０％の冷間加工を施す第５工程
を含んで構成される「制振性及び耐食性に優れた鋼」の製造方法を開示している。
ここで、重要な工程は、第３工程、第４工程及び第５工程である。
第３工程において、熱処理温度を７００〜９５０℃としたのは、７００℃未満の温度では冷間加工歪除去及びオーステナイト化が不十分であるために制振性発現が不十分となるためであり、９５０℃を超えるとオーステナイト結晶粒が粗大化して機械的性質が不良となるためである。
第４工程においては、γ―相からε―Ｍｓ相へ効果的に熱誘起ε―Ｍｓ相を生成させるため、５００℃から常温までの冷却速度が重要であり、これを１０〜５０℃／ｓｅｃとした。１０℃／ｓｅｃ未満の冷却速度では熱誘起ε―Ｍｓ相の生成が不十分となる為である。
第５工程においては、この鋼を更に１〜３０％の冷間加工を施すことによってε―Ｍｓ相の体積パーセントを増大させること又は冷間加工によって鋼の強度を上げる製造方法を開示している。これは、用途によって必要な制振性や機械的性質或いは硬さを得るために必要に応じて選択することができる。
ここで、冷間加工率を１〜３０％としたのは、３０％を超えると生成するε―Ｍｓ相の体積パーセントが５０体積％を超えるために逆に有効なε―Ｍｓ相の振動が阻害されるので制振性が低下するためである。
【００２５】
以下、本発明を実験例によって説明する。
【００２６】
［実験例１］
実験例１は、本発明の請求項１に関するものであり、本発明に係わる「制振性及び耐食性に優れた鋼」の騒音低減能の評価のための実験である。
図３は、「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して発生する騒音を模擬的に発生させる方法を示す。
即ち、実験例１では、本発明例として表２記載の本発明例１の材料及び比較例として市販炭素鋼を用いて、１０ｍｍ角×３００ｍｍ長さの角棒形状として、糸で吊るしてハンマーで軽く叩くことによって発生する振動を先端に貼付けた加速度センサで計測した。
表１にその結果を示す。比較例はＳＵＳ３０４である。各々、上段は自由減衰時間軸波形、下段は振動の共振周波数解析結果である。上記の方法によって発生する振動音の周波数解析によると、いずれの供試鋼とも２００〜２０００Ｈｚの比較的高い共振周波数の重畳したものである。
本発明に係る「制振性及び耐食性に優れた鋼」は、上記の共振周波数の帯域において良好な振動吸収能を発揮することが明らかになった。また、「組合せ計量装置」のホッパ部の騒音も同様の周波数帯域なので、本実験例によって本発明の有効性が実験室的に確認できた。
【００２７】
【表１】
【００２８】
［実験例２］
実験例２は、本発明の請求項２、３及び４に関するものであり、本発明に係る「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の特定に関する実験である。
実験例２として、表２に示す組成の鋼を溶製した。
ここで、表２に記載されていない元素について説明すると、窒素は、溶製時に不可避的に侵入するもので０．００８〜０．１００％の範囲とした。
リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）はいずれも０．０１％以下であった。
ニッケル（Ｎｉ）は、意図的には添加しなかった。
溶製した鋼を１０００℃で２時間加熱し、仕上げ温度８５０℃で熱間加工して１１ｍｍ厚の熱延板とした。これを、真空中にて８００℃、１時間の熱処理を行い常温の油中に急速冷却した。この時、５００℃から常温までの冷却速度は２０℃／秒であった。これを、さらに制振性を付与するために１０％の冷間圧延加工を施した。
この材料の積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）を数式１によって計算した。
鋼中のε―Ｍｓ相の体積％をＸ線回折法によって求め、更に片持ち梁方式によって損失係数（η）を測定した。この測定方法は一端をクランプで固定し振動部のサイズは、１ｍｍ厚ｘ５０ｍｍ幅×１００ｍｍ長であり固定部を３Ｇ（３×９８０ｍｍ／ｓｅｃ２）の加速度で衝撃を与え自由減衰時間及び振動周波数を測定して損失係数（η）を求めた。この時の振動歪は１０−４レベルであった。
耐食性評価は、ＪＩＳＺ２３７１に規定された塩水噴霧試験における発錆状況を観察し評点付して評価し、十分（○）、やや不十分（△）、不十分（×）の記号を付けた。表２における総合評価として、優良（◎ ）、良好（○ ）、やや不十分（△）及び不十分（×）の記号を付した。
【００２９】
【表２】
【００３０】
以下、表２について詳述する。
本発明例１〜６は、マンガンを本発明の推奨範囲内である、２．０、３．０及び、４．０重量％を添加した例である。
ここで、積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）に注目して、マンガン重量パーセントが低い分をシリコン重量パーセントを上げ、かつ、炭素重量パーセントをさげることによって、ＳＦＥ値は、２０ｍＪ／ｍ２以下であり、ε―Ｍｓ相体積％は、本発明範囲内であるので損失係数（η）、及び、冷間加工性は良好である。そして、マンガン重量パーセントが５．０重量パーセント未満なので、塩水噴霧試験結果は良好である。本発明例３，５、及び、６は、クロム重量パーセントが５．０重量パーセントと低いが、シリコンを多くしているので、ＳＦＥは２０ｍＪ／ｍ２以下なので、制振性及び耐食性は良好である。
次に、比較例Ａ〜Ｉは、既出願の特許（特願２０１０−１０２６５８）における発明例である。したがって、制振性、及び、冷間加工は良好であるが、耐食性がやや不十分であり、総合評価はやや不十分である。
比較例１及び２については、ＳＦＥ、ε―Ｍｓ相体積％及び損失係数（η）の指標からの判断では、良好（○）であるが、マンガン重量パーセントが２２．０及び１９．０重量％と高いために材料が硬く冷間加工性が不良のために量産に当たっては製造コストが高くなるので総合評価は不可（×）となるものであり、これは実験例３の項において詳述する。
比較例３は、シリコン無添加のためにマンガン重量パーセントが低い場合には、制振性が不良である。
比較例４は、シリコン量が過大のため、材料が硬く加工コストが高くなるので実生産ができない。
比較例５は、マンガン量が不足しているため制振性が不良である。
比較例６は、クロム量が過大のため、母相がγ−相とα−相の２相域となっているために、ε―Ｍｓ相の生成量が少ないので損失係数（η）が不十分である。
比較例７は、アルミニウムが不足しているため、固溶窒素のＡｌＮとしての固定が不十分なため、制振性が不十分である。
比較例８は、炭素量が過多であるので、制振性が不良である。
【００３１】
［実験例３］
実験例３は、本発明の請求項２に関して、本発明に係る制振性に優れた鋼のマンガン量を冷間加工性の観点から評価したものである。
表３は、実験例２の表２記載の本発明例１（Ｍｎ：１７％）、本発明例８（Ｍｎ：８％）、比較例２（Ｍｎ：２２％）及びＳＵＳ３０４（Ｍｎ：１％）のマンガン（Ｍｎ）含有量の異なる鋼について、試験圧延機（ワークロール径８５ｍｍφの４段圧延機）によって、２．０ｍｍから約０．０３ｍｍ厚までの冷間圧延における中間熱処理回数と熱処理が必要となるまでの冷間圧延率を測定したものである。
本発明例１又は８は、２．０ｍｍから約０．０３ｍｍまでに中間熱処理回数は３回であり、次の中間熱処理までの平均冷間圧延率は６３〜７０％である。
これに対して、比較例２（Ｍｎ：２２％）は、９回の中間熱処理が必要となり、次の中間熱処理までの平均冷間圧延率は、３５％である。これは、冷間加工のコストが実生産における圧延コストが過大となるために実用化が阻害されていることが明白に示されている。
実施例１及び８は、ＳＵＳ３０４と同等の冷間加工性であることが確認され、実生産可能との総合評価である。
【００３２】
【表３】
【００３３】
［実験例４］
実験例４は、本発明の請求項５に関するものである。
即ち、制振性を発現するε―Ｍｓ相を効果的に生成させることによって、良好な制振性と機械的性質を持つ鋼を得るための製造条件に関するもので、本発明の主要な要件を実証するものである。
表２に記載した本発明例１の材料を用いた。これを１０００℃で２時間加熱し、仕上げ温度８５０℃で熱間加工して３ｍｍ厚の熱延鋼板とした。これを、真空中で８００℃×１０分の熱処理を行った。これらを表４の処理条件で冷却或いは冷間加工を行った。表４に、これらの機械的性質及び損失係数（η）の測定結果を示す。
総合評価は、良好（○）及び不可（×）で表示した。
【００３４】
表４について詳細に説明する。
試験Ｎｏ．１−１〜１−５は、８００℃で熱処理後に油中に急速冷却した場合である。
試験Ｎｏ．２−１〜２−５は、８００℃で熱処理後に空冷した場合である。
油中に急冷した場合は、急冷によってε―Ｍｓ相が生成しているので、軽加工で優れた制振性と所望の機械的性質を得ることができる。
一方、空冷した場合は、冷間加工度を上げてゆくことによって制振性は付与されるが逆に延性が低下することになり、制振性と機械的性質を全て満足させる製造条件を見出し難い。
【００３５】
【表４】
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を配して、騒音を抑制するとともに該機械的振動による計量精度の低減対策とした低騒音高精度組合せ計量装置を提供するので、産業上の貢献が大きい。
本発明により、制振性にすぐれた鋼を製造するためには必須な元素であるマンガンの組成比を顕著に低減することが実現できることから、製造コストを顕著に低減することを可能としているので産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る「組合せ計量装置」のホッパ部分の拡大図
【図２】Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ鋼の状態図
【図３】機械振動音の発生模擬的試験方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性に優れた鋼を配して、該機械的振動による騒音の発生を抑制し、かつ、計量精度を向上させた低騒音高精度「組合せ計量装置」に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、「組合せ計量装置」では、供給された個々の重量が異なる対象物を複数の貯留ホッパに分散投入し、続いて、貯留ホッパのそれぞれに投入された計量物を対応する計量ホッパに移行して計量するとともに、各計量ホッパでの計量値に基づいて、計量設定値に最も近く、かつ設定値を下回らない組合せを選択する。ここで、貯留ホッパや計量ホッパのように計量物を一時的に貯留するホッパ部の下部にゲート部を設け、ゲート部を解放することにより、ホッパ部に貯留された計量物を下方へ排出する。この時、ホッパの開閉によってホッパ部が振動して騒音を発生するという問題が生じる。
この対策として、特許文献１によると、ゲートをホッパ本体に対して片持ち状態にて取り付けることにより、ゲートの開閉する際に発生する振動を低減させることができ、振動に起因して生じる騒音を低減させる技術を開示している。
また、対象物の計量精度を維持する目的で、装置から発生する振動の影響を最小限に抑えるため振動の高周波部分のフィルタリング処理する方法が提示されている。
【０００３】
上記をはじめ、「組合せ計量装置」の騒音低減の対策として、貯留ホッパや計量ホッパ或いはゲート部の構造や機構を最適にする技術は多くの特許によって提案されている。
しかしながら、上記のような構造や機構の工夫のみでは、組合せ計量装置の各部分の接触・衝突による機械的振動の低減には限界があるので、構成材料を含めた抜本的な対策が求められている。また、この部分を樹脂にする方法も提案されているが、製造コストや機械的性質の点で工業的な製品とはなり難い。
即ち、「組合せ計量装置」用材料として、材料自体に振動吸収能があり、かつ、機械的性質及び価格の面からの要請を満足する材料が今までに想到され得なかったものである。
【０００４】
一方、金属系の制振性材料としては、鋳鉄、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等が知られている。
これらを「組合せ計量装置」用材料の観点から見れば、鋳鉄やＭｇ系合金は強度が低いという欠点がある。Ｍｎ−Ｃｕ系合金は所望の強度が得られないという欠点がある。
Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金は歪によって振動減衰能が低下するという欠点がある。
これらの材料は、振動減衰能は比較的優れているが、高価な元素を多く含んでいるため合金材料の価格上昇となり上記のような「組合せ計量装置」用途には不適である。
【０００５】
上記の問題を解決するために、例えば、特許文献２によれば、機械的強度が高く、振動減衰能を有する材料として、高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。この特許には、Ｃｒ重量パーセント９〜１５重量％、Ｍｎ重量パーセント１８〜２６重量％、残部鉄からなり、イプシロン・マルテンサイト相が４０体積％以上である高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。上記、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金は、組成的にステンレス鋼をベースとしたものである。従って、その機械的性質はステンレス鋼とほぼ同等であり、かつ、制振性に優れているので制振性の観点からは上記の問題点を解決する発明である。
【０００６】
しかしながら、特許文献２によって開示された技術では、マンガン重量パーセント１８〜２６重量％と開示されているが、この材料を溶製する場合、マンガン成分が蒸発し易いため添加するマンガン合金の歩留まりが悪く、かつ、マンガンは鋼の溶製時に用いられる耐火物の溶損を著しく増大させるという難点があるので、溶製コストが高くなるために上記の工業的用途が極めて制限されるという問題点がある。また、マンガン重量パーセントが１８〜２６重量％と高いので熱間又は冷間加工コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】
一方、本発明者らは、特許文献３に示すように、振動減衰能のある材料として、炭素重量パーセント０．０５重量％以下、マンガン重量パーセント１３〜１８重量％、クロム重量パーセント９〜１５重量％、ニッケル重量パーセント０．０１〜６．０重量％、アルミニウム重量パーセント０．０１〜０．０５重量％、窒素重量パーセント０．０１重量％以下、残部鉄からなる材料を冷間加工によって、マトリックスであるオーステナイト相（以下、「γ―相」という。）中にイプシロン・マルテンサイト相（以下、「ε―Ｍｓ相」という。）を１０体積％以上生成させることを特徴とする高強度高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金を提案している。
しかしながら、特許文献３においては、冷間加工による方法によって高強度高減衰能合金を推奨しているが、これは振動減衰能が安定して得られないことが判った。
【０００８】
特許文献３においては、ニッケル重量パーセント０．０１〜６．０重量％添加することによって、マンガン重量パーセント１３〜１８重量％とマンガン量を少なくすることができることが開示されている。この技術は、ニッケル添加によってマンガン成分を低くすることで製造コストを低減するための対策技術ではあるが、高価なニッケルを添加して冷間加工性を向上しようとするものであり、原料コストに立てば、むしろ、コストが嵩むこととなる技術であり、総合的製造コストの原理原則に立ち返って検討し直すことが必要である。
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討した結果、制振性に優れた鋼として、熱処理或いは冷間加工によってε―Ｍｓ相が生成し易い度合いを示す積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）（数式５、非特許文献１参照）（以下、「ＳＦＥ」という。）に着目し、マンガンの効果をシリコンの微量添加によって一部置換えることによってマンガン量の低減ができることを見出し、その効果を実証する知見を得て特許文献４として出願している。
【００１０】
組合せ計量装置は、被計量物が食品である場合が多い。従って、本発明に係る鋼板は、食品衛生法に準拠する耐食性試験に合格することが求められる。制振性を発現させるためには、鋼中のマンガン成分が重要な役割を示すが、一方では、マンガン成分は鋼の耐食性を劣化させるので、特に食品機械等に使用する場合には低く抑える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１２１５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−１２１６５１号公報
【特許文献３】特開２００７−３２１２４３号公報
【特許文献４】特開２０１０−０９０４７２号公報
【００１２】
【非特許文献】
【非特許文献】 Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ：Ｐｒｏｃ．Ｃｏｎｆ．Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌｓ，Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ，Ｓｅｐｔ．（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性優れた鋼を配して、該機械的振動による騒音を抑制するとともに計量精度を向上させる低騒音高精度「組合せ計量装置」を提供することを目的とする。また、食品衛生法に準拠した厳しい耐食性試験に合格する良好な耐食性を有し、かつ、良好な制振性を有する鋼を含んで構成される組合せ計量装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る低騒音高精度「組合せ計量装置」は、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性に優れた鋼を配して、該機械的振動による騒音を抑制するとともに計量精度を向上させることを特徴とする。そして、マンガン含有量を５．０重量パーセント未満にすることによって、食品機械に使用できるようにすることを特徴とする。
【００１５】
本願に係る発明は、「特許請求の範囲」の請求項１乃至６に記載した事項により特定される。
［特許請求の範囲］
［請求項１］
機械的振動が発生する部分が、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を含んで構成されることを特徴とする組合せ計量装置。
［請求項２］
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
炭素の重量パーセント［％Ｃ］が０．００１〜０．１０［％］、
シリコンの重量パーセント［％Ｓｉ］が０．０１〜３．０［％］、
マンガンの重量パーセント［％Ｍｎ］が５．０［％］未満、
クロムの重量パーセント［％Ｃｒ］が２０．０［％］以下、
アルミニウムの重量パーセント［％Ａｌ］が０．００１〜０．１０［％］、
残部が、鉄の重量パーセント［％Ｆｅ］及び不可避元素を含んで成り、
ニッケルの重量パーセントを［％Ｎｉ］としたときに、
数式１によって計算される積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）（ｍＪ／ｍ２）が、
数式２を満足する鋼であることを特徴とする、請求項１に記載した組合せ計量装置。
［数式１］
ＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）＝２５．７＋２×［％Ｎｉ］＋４１０×［％Ｃ］−０．９×［％Ｃｒ］−７７×［％Ｎ］−１３×［％Ｓｉ］−１．２×［％Ｍｎ］ （１）
［数式２］
−２０（ｍＪ／ｍ２）≦ ＳＦＥ ≦ ２０（ｍＪ／ｍ２） （２）
［請求項３］
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
Ｘ線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント［％ε―Ｍｓ相］が、数式３を満足する鋼であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式３］
５［体積％］ ≦ ［％ε―Ｍｓ相］ ≦ ７０［体積％］ （３）
［請求項４］
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数（η）が、数式４を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式４］
０．００５ ≦ η ≦ ０．１０ （４）
［請求項５］
請求項２に規定した組成の「制振性及び耐食性に優れた鋼」を、
第１工程として、９５０〜１２００℃で、１〜５時間、加熱する工程、
第２工程として、加工仕上がり温度７５０〜９５０℃で、熱間加工する工程、
第３工程として、７００〜１０５０℃で、１〜６０分間、熱処理する工程、
第４工程として、５００℃から２０℃までの温度領域を、１０〜５０（℃／秒）の冷却速度で急速冷却する工程、
及び、
第５工程として、必要に応じて、冷間加工率１〜３０％の冷間加工を施す工程
を含んで構成される製造方法により製造された鋼であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［請求項６］
「機械的振動が発生する部分」が、
ホッパ部、ゲート部、及び、シュート部からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した組合せ計量装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、制振性優れた鋼を配して、騒音を抑制するとともに該機械的振動による計量精度の低減対策となり、かつ、食品衛生法に準拠した耐食性試験に合格する耐食性を有する、低騒音高精度「組合せ計量装置」を提供するので、産業上の貢献が大きい。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係わる低騒音高精度「組合せ計量装置」について具体的に説明する。
図１は、本発明に係わる低騒音高精度「組合せ計量装置」のホッパ部の模式図である。
【００１８】
本発明の請求項１記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を配することを主張している。
上記の「制振性及び耐食性に優れた鋼」は、機械的振動によって発生する騒音を効果的に抑制することができる。また、機械的振動に起因する計量精度の低下、或いは、計量値の特定に至る時間の遅延を改善することができる。
【００１９】
本発明の請求項２記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の内、シリコン重量パーセント０．０１〜３．０重量％、マンガン重量パーセント５．０重量％未満としている。
これは、良好な制振性発現能を持ちながら、微量のシリコンを添加することによってマンガン量を低く抑えることができることを示してしいる。
即ち、熱処理或いは冷間加工によってε―Ｍｓ相が生成し易い度合いを示す積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）（数式１）の関係式において、マンガンの項は−１．２×［％Ｍｎ］であり、シリコンの項は−１３×［％Ｓｉ］であることから、シリコンはマンガンの約十倍のＳＦＥの低減効果があることを示している。
即ち、ＳＦＥを２０ｍＪ／ｍ２以下に保持した上で、微量の０．０１〜３．０重量％のシリコン添加によってマンガン重量パーセントが５．０重量％未満と少なく抑えることによって、食品機械にも使用できる耐食性をもつようにするためである。
【００２０】
本発明の請求項２記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の内、
クロム重量パーセントを２０．０重量％以下としている。
これは、本発明の基本となるγ―相生成に関するものである。
図２に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｎｉ鋼の状態図を示した。
図２から明らかなように、クロム重量パーセントが２０．０重量％を超える領域ではオーステナイト相（γ―相）とフェライト相（α―相）の２相が生成するので、クロム重量パーセントを２０．０重量％以下、好ましくは、１５．０重量％以下とする。
クロム組成比の下限については、積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）（数式１）を２０ｍＪ／ｍ２以下とする条件を満たす範囲を設定することによって、クロムとマンガンの相乗効果によって効果的にγ―相を生成させる領域を広くとることができる。
ここで、特許文献３との比較で、ニッケルのγ―相生成の役割をマンガン及びクロムが効果的に果しているので、制振性発現の観点からは高価なニッケルは必ずしも必要なくなっている。
【００２１】
また、本発明の請求項２記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の内、
炭素重量パーセントを０．１０重量％以下とするのは、振動減衰能を発現するγ―相とε―Ｍｓ相間の相互作用に悪影響を及ぼす固溶元素、特に、炭素重量パーセントの上限を定めることによって振動減衰能の向上及び安定を計るためであり、炭素重量パーセントが０．１０重量％を越えると振動減衰能を示す損失係数（η）が低下しかつ不安定になるためである。
炭素と同様の影響を及ぼす窒素は、溶解製造時に大気中より０．０２０〜０．１００重量％程度不可避的に混入して振動減衰能を低下させるものであるが、アルミニウム重量パーセントを０・００１〜０．１０重量％以下とすることによって鋼中の窒素をＡｌＮの大きい介在物の形にすることによって制振性を阻害する作用をなくするためである。即ち、アルミニウム重量パーセントが０．００１重量％未満であると上記の鋼中窒素と結合するに必要なアルミニウム重量パーセントが不足する場合がり、０．１０重量％を越えると過剰のアルミニウムによって鋼材の表面や内部にＡｌ２Ｏ３系の欠陥が発生しやすくなる危険があるためである。
【００２２】
本発明の請求項３記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」のＸ線回折法によって測定されたε―Ｍｓ相の体積％が、５〜７０体積％であることを開示している。これは、本発明の基本的な制振発現の必要条件である金属組織、ε―Ｍｓ相の定量的表現であり、５体積％未満では制振性が不十分となるためであり、７０体積％を超えるとε―Ｍｓ相が相互に絡みあって逆に上記の制振性を低下させるためである。好ましくは、ε−Ｍｓ相体積％が１０〜４０体積％である。
【００２３】
本発明の請求項４記載事項において、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に配する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の片持ち梁方式によって測定された制振性鋼の損失係数（η）が、
０．００５〜０．１０であることを開示しているが、これは制振性に優れた鋼としての基本的な条件である。
ここで、本発明になる鋼の振動減衰能は振動歪依存性が大きいので、損失係数（η）測定方法は、振動歪みを約１０−４以上にする必要があるため、これを可能にする方法として片持ち梁方式を選択した。
測定値においては、損失係数（η）が０．００５未満であると制振性に優れた鋼としての振動減衰機能が不十分となるためであり、０．１０を超えるための製造条件では鋼材の機械的性質が上記記載の用途に適さなくなるためである。
【００２４】
本発明の請求項５記載事項において、請求項２で規定される化学組成を有する「制振性及び耐食性に優れた鋼」の製造方法に関して、
１〜５時間、９５０〜１２００℃に加熱する第１工程、
加工仕上がり温度７５０〜９５０℃にて熱間加工する第２工程、
７００〜９５０℃で、１〜６０分間熱処理する第３工程、
５００℃から２０℃までの温度領域を、１０〜５０（℃／秒）の冷却速度で急速冷却する第４工程、及び、
更に必要に応じて常温で冷間加工率１〜３０％の冷間加工を施す第５工程
を含んで構成される「制振性及び耐食性に優れた鋼」の製造方法を開示している。
ここで、重要な工程は、第３工程、第４工程及び第５工程である。
第３工程において、熱処理温度を７００〜９５０℃としたのは、７００℃未満の温度では冷間加工歪除去及びオーステナイト化が不十分であるために制振性発現が不十分となるためであり、９５０℃を超えるとオーステナイト結晶粒が粗大化して機械的性質が不良となるためである。
第４工程においては、γ―相からε―Ｍｓ相へ効果的に熱誘起ε―Ｍｓ相を生成させるため、５００℃から常温までの冷却速度が重要であり、これを１０〜５０℃／ｓｅｃとした。１０℃／ｓｅｃ未満の冷却速度では熱誘起ε―Ｍｓ相の生成が不十分となる為である。
第５工程においては、この鋼を更に１〜３０％の冷間加工を施すことによってε―Ｍｓ相の体積パーセントを増大させること又は冷間加工によって鋼の強度を上げる製造方法を開示している。これは、用途によって必要な制振性や機械的性質或いは硬さを得るために必要に応じて選択することができる。
ここで、冷間加工率を１〜３０％としたのは、３０％を超えると生成するε―Ｍｓ相の体積パーセントが５０体積％を超えるために逆に有効なε―Ｍｓ相の振動が阻害されるので制振性が低下するためである。
【００２５】
以下、本発明を実験例によって説明する。
【００２６】
［実験例１］
実験例１は、本発明の請求項１に関するものであり、本発明に係わる「制振性及び耐食性に優れた鋼」の騒音低減能の評価のための実験である。
図３は、「組合せ計量装置」において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して発生する騒音を模擬的に発生させる方法を示す。
即ち、実験例１では、本発明例として表２記載の本発明例１の材料及び比較例として市販炭素鋼を用いて、１０ｍｍ角×３００ｍｍ長さの角棒形状として、糸で吊るしてハンマーで軽く叩くことによって発生する振動を先端に貼付けた加速度センサで計測した。
表１にその結果を示す。比較例はＳＵＳ３０４である。各々、上段は自由減衰時間軸波形、下段は振動の共振周波数解析結果である。上記の方法によって発生する振動音の周波数解析によると、いずれの供試鋼とも２００〜２０００Ｈｚの比較的高い共振周波数の重畳したものである。
本発明に係る「制振性及び耐食性に優れた鋼」は、上記の共振周波数の帯域において良好な振動吸収能を発揮することが明らかになった。また、「組合せ計量装置」のホッパ部の騒音も同様の周波数帯域なので、本実験例によって本発明の有効性が実験室的に確認できた。
【００２７】
【表１】
【００２８】
［実験例２］
実験例２は、本発明の請求項２、３及び４に関するものであり、本発明に係る「制振性及び耐食性に優れた鋼」の化学組成の特定に関する実験である。
実験例２として、表２に示す組成の鋼を溶製した。
ここで、表２に記載されていない元素について説明すると、窒素は、溶製時に不可避的に侵入するもので０．００８〜０．１００％の範囲とした。
リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）はいずれも０．０１％以下であった。
ニッケル（Ｎｉ）は、意図的には添加しなかった。
溶製した鋼を１０００℃で２時間加熱し、仕上げ温度８５０℃で熱間加工して１１ｍｍ厚の熱延板とした。これを、真空中にて８００℃、１時間の熱処理を行い常温の油中に急速冷却した。この時、５００℃から常温までの冷却速度は２０℃／秒であった。これを、さらに制振性を付与するために１０％の冷間圧延加工を施した。
この材料の積層欠陥エネルギーＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）を数式１によって計算した。
鋼中のε―Ｍｓ相の体積％をＸ線回折法によって求め、更に片持ち梁方式によって損失係数（η）を測定した。この測定方法は一端をクランプで固定し振動部のサイズは、１ｍｍ厚ｘ５０ｍｍ幅×１００ｍｍ長であり固定部を３Ｇ（３×９８０ｍｍ／ｓｅｃ２）の加速度で衝撃を与え自由減衰時間及び振動周波数を測定して損失係数（η）を求めた。この時の振動歪は１０−４レベルであった。
耐食性評価は、ＪＩＳＺ２３７１に規定された塩水噴霧試験における発錆状況を観察し評点付して評価し、十分（○）、やや不十分（△）、不十分（×）の記号を付けた。表２における総合評価として、優良（◎ ）、良好（○ ）、やや不十分（△）及び不十分（×）の記号を付した。
【００２９】
【表２】
【００３０】
以下、表２について詳述する。
本発明例１〜６は、マンガンを本発明の推奨範囲内である、２．０、３．０及び、４．０重量％を添加した例である。
ここで、積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）に注目して、マンガン重量パーセントが低い分をシリコン重量パーセントを上げ、かつ、炭素重量パーセントをさげることによって、ＳＦＥ値は、２０ｍＪ／ｍ２以下であり、ε―Ｍｓ相体積％は、本発明範囲内であるので損失係数（η）、及び、冷間加工性は良好である。そして、マンガン重量パーセントが５．０重量パーセント未満なので、塩水噴霧試験結果は良好である。本発明例３，５、及び、６は、クロム重量パーセントが５．０重量パーセントと低いが、シリコンを多くしているので、ＳＦＥは２０ｍＪ／ｍ２以下なので、制振性及び耐食性は良好である。
次に、比較例Ａ〜Ｉは、既出願の特許（特願２０１０−１０２６５８）における発明例である。したがって、制振性、及び、冷間加工は良好であるが、耐食性がやや不十分であり、総合評価はやや不十分である。
比較例１及び２については、ＳＦＥ、ε―Ｍｓ相体積％及び損失係数（η）の指標からの判断では、良好（○）であるが、マンガン重量パーセントが２２．０及び１９．０重量％と高いために材料が硬く冷間加工性が不良のために量産に当たっては製造コストが高くなるので総合評価は不可（×）となるものであり、これは実験例３の項において詳述する。
比較例３は、シリコン無添加のためにマンガン重量パーセントが低い場合には、制振性が不良である。
比較例４は、シリコン量が過大のため、材料が硬く加工コストが高くなるので実生産ができない。
比較例５は、マンガン量が不足しているため制振性が不良である。
比較例６は、クロム量が過大のため、母相がγ−相とα−相の２相域となっているために、ε―Ｍｓ相の生成量が少ないので損失係数（η）が不十分である。
比較例７は、アルミニウムが不足しているため、固溶窒素のＡｌＮとしての固定が不十分なため、制振性が不十分である。
比較例８は、炭素量が過多であるので、制振性が不良である。
【００３１】
［実験例３］
実験例３は、本発明の請求項２に関して、本発明に係る制振性に優れた鋼のマンガン量を冷間加工性の観点から評価したものである。
表３は、実験例２の表２記載の本発明例１（Ｍｎ：１７％）、本発明例８（Ｍｎ：８％）、比較例２（Ｍｎ：２２％）及びＳＵＳ３０４（Ｍｎ：１％）のマンガン（Ｍｎ）含有量の異なる鋼について、試験圧延機（ワークロール径８５ｍｍφの４段圧延機）によって、２．０ｍｍから約０．０３ｍｍ厚までの冷間圧延における中間熱処理回数と熱処理が必要となるまでの冷間圧延率を測定したものである。
本発明例１又は８は、２．０ｍｍから約０．０３ｍｍまでに中間熱処理回数は３回であり、次の中間熱処理までの平均冷間圧延率は６３〜７０％である。
これに対して、比較例２（Ｍｎ：２２％）は、９回の中間熱処理が必要となり、次の中間熱処理までの平均冷間圧延率は、３５％である。これは、冷間加工のコストが実生産における圧延コストが過大となるために実用化が阻害されていることが明白に示されている。
実施例１及び８は、ＳＵＳ３０４と同等の冷間加工性であることが確認され、実生産可能との総合評価である。
【００３２】
【表３】
【００３３】
［実験例４］
実験例４は、本発明の請求項５に関するものである。
即ち、制振性を発現するε―Ｍｓ相を効果的に生成させることによって、良好な制振性と機械的性質を持つ鋼を得るための製造条件に関するもので、本発明の主要な要件を実証するものである。
表２に記載した本発明例１の材料を用いた。これを１０００℃で２時間加熱し、仕上げ温度８５０℃で熱間加工して３ｍｍ厚の熱延鋼板とした。これを、真空中で８００℃×１０分の熱処理を行った。これらを表４の処理条件で冷却或いは冷間加工を行った。表４に、これらの機械的性質及び損失係数（η）の測定結果を示す。
総合評価は、良好（○）及び不可（×）で表示した。
【００３４】
表４について詳細に説明する。
試験Ｎｏ．１−１〜１−５は、８００℃で熱処理後に油中に急速冷却した場合である。
試験Ｎｏ．２−１〜２−５は、８００℃で熱処理後に空冷した場合である。
油中に急冷した場合は、急冷によってε―Ｍｓ相が生成しているので、軽加工で優れた制振性と所望の機械的性質を得ることができる。
一方、空冷した場合は、冷間加工度を上げてゆくことによって制振性は付与されるが逆に延性が低下することになり、制振性と機械的性質を全て満足させる製造条件を見出し難い。
【００３５】
【表４】
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、個々の重量が異なる対象物を所定の重量となるように組合せる組合せ計量装置において、計量対象物とホッパ部との衝突やゲート部の開閉に起因して機械的振動が発生する部分に、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を配して、騒音を抑制するとともに該機械的振動による計量精度の低減対策とした低騒音高精度組合せ計量装置を提供するので、産業上の貢献が大きい。
本発明により、制振性にすぐれた鋼を製造するためには必須な元素であるマンガンの組成比を顕著に低減することが実現できることから、製造コストを顕著に低減することを可能としているので産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る「組合せ計量装置」のホッパ部分の拡大図
【図２】Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ鋼の状態図
【図３】機械振動音の発生模擬的試験方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的振動が発生する部分が、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を含んで構成されることを特徴とする組合せ計量装置。
【請求項２】
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
炭素の重量パーセント［％Ｃ］が０．００１〜０．１０［％］、
シリコンの重量パーセント［％Ｓｉ］が０．０１〜３．０［％］、
マンガンの重量パーセント［％Ｍｎ］が５．０未満［％］、
クロムの重量パーセント［％Ｃｒ］が２０．０［％］以下、
アルミニウムの重量パーセント［％Ａｌ］が０．００１〜０．１０［％］
残部が、鉄の重量パーセント［％Ｆｅ］及び不可避元素を含んで成り、
ニッケルの重量パーセントを［％Ｎｉ］としたときに、
数式１によって計算される積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）（ｍＪ／ｍ２）が、
数式２を満足する鋼であることを特徴とする、請求項１に記載した組合せ計量装置。
［数式１］
ＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）＝２５．７＋２×［％Ｎｉ］＋４１０×［％Ｃ］−０．９×［％Ｃｒ］−７７×［％Ｎ］−１３×［％Ｓｉ］−１．２×［％Ｍｎ］ （１）
［数式２］
−２０（ｍＪ／ｍ２）≦ＳＦＥ≦２０（ｍＪ／ｍ２） （２）
【請求項３】
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
Ｘ線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント［％ε―Ｍｓ相］が、数式３を満足する鋼であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式３］
５［体積％］ ≦ ［％ε―Ｍｓ相］ ≦ ７０［体積％］ （３）
【請求項４】
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数（η）が、数式４を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式４］
０．００５ ≦ η ≦ ０．１０ （４）
【請求項５】
請求項２に規定した組成の「制振性及び耐食性に優れた鋼」を、
第１工程として、９５０〜１２００℃で、１〜５時間、加熱する工程、
第２工程として、加工仕上がり温度７５０〜９５０℃で、熱間加工する工程、
第３工程として、７００〜１０５０℃で、１〜６０分間、熱処理する工程、
第４工程として、５００℃から２０℃までの温度領域を、１０〜５０（℃／秒）の冷却速度で急速冷却する工程、
及び、
第５工程として、必要に応じて、冷間加工率１〜３０％の冷間加工を施す工程
を含んで構成される製造方法により製造された鋼であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載した組合せ計量装置。
【請求項６】
「機械的振動が発生する部分」が、
ホッパ部、ゲート部、及び、シュート部からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した組合せ計量装置。
【請求項１】
機械的振動が発生する部分が、「制振性及び耐食性に優れた鋼」を含んで構成されることを特徴とする組合せ計量装置。
【請求項２】
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
炭素の重量パーセント［％Ｃ］が０．００１〜０．１０［％］、
シリコンの重量パーセント［％Ｓｉ］が０．０１〜３．０［％］、
マンガンの重量パーセント［％Ｍｎ］が５．０未満［％］、
クロムの重量パーセント［％Ｃｒ］が２０．０［％］以下、
アルミニウムの重量パーセント［％Ａｌ］が０．００１〜０．１０［％］
残部が、鉄の重量パーセント［％Ｆｅ］及び不可避元素を含んで成り、
ニッケルの重量パーセントを［％Ｎｉ］としたときに、
数式１によって計算される積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）（ｍＪ／ｍ２）が、
数式２を満足する鋼であることを特徴とする、請求項１に記載した組合せ計量装置。
［数式１］
ＳＦＥ（ｍＪ／ｍ２）＝２５．７＋２×［％Ｎｉ］＋４１０×［％Ｃ］−０．９×［％Ｃｒ］−７７×［％Ｎ］−１３×［％Ｓｉ］−１．２×［％Ｍｎ］ （１）
［数式２］
−２０（ｍＪ／ｍ２）≦ＳＦＥ≦２０（ｍＪ／ｍ２） （２）
【請求項３】
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
Ｘ線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント［％ε―Ｍｓ相］が、数式３を満足する鋼であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式３］
５［体積％］ ≦ ［％ε―Ｍｓ相］ ≦ ７０［体積％］ （３）
【請求項４】
「制振性及び耐食性に優れた鋼」が、
片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数（η）が、数式４を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した組合せ計量装置。
［数式４］
０．００５ ≦ η ≦ ０．１０ （４）
【請求項５】
請求項２に規定した組成の「制振性及び耐食性に優れた鋼」を、
第１工程として、９５０〜１２００℃で、１〜５時間、加熱する工程、
第２工程として、加工仕上がり温度７５０〜９５０℃で、熱間加工する工程、
第３工程として、７００〜１０５０℃で、１〜６０分間、熱処理する工程、
第４工程として、５００℃から２０℃までの温度領域を、１０〜５０（℃／秒）の冷却速度で急速冷却する工程、
及び、
第５工程として、必要に応じて、冷間加工率１〜３０％の冷間加工を施す工程
を含んで構成される製造方法により製造された鋼であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載した組合せ計量装置。
【請求項６】
「機械的振動が発生する部分」が、
ホッパ部、ゲート部、及び、シュート部からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した組合せ計量装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−３６１１５（Ｐ２０１３−３６１１５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１９８５（Ｐ２０１１−１８１９８５）
【出願日】平成２３年８月８日（２０１１．８．８）
【出願人】（５０６２２３６４６）有限会社ＴＫテクノコンサルティング (15)
【出願人】（５１０１０８３６４）有限会社ＭＴＳ (7)
【出願人】（０００１４８１６２）株式会社川島製作所 (90)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月８日（２０１１．８．８）
【出願人】（５０６２２３６４６）有限会社ＴＫテクノコンサルティング (15)
【出願人】（５１０１０８３６４）有限会社ＭＴＳ (7)
【出願人】（０００１４８１６２）株式会社川島製作所 (90)
【Ｆターム（参考）】
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