(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレスからなる高熱膨張層と、
キュリー点を有する感温磁性金属材からなり、前記高熱膨張層に貼り合わされた低熱膨張層とを備え、
前記キュリー点以上の高温領域と前記キュリー点未満の低温領域との両方の温度領域に渡って使用されるとともに、前記キュリー点以上の高温領域における使用温度の上限の温度は、５００℃以上であり、
前記キュリー点以上の高温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数は、前記高熱膨張層の熱膨張係数よりも小さい、高温用バイメタル。
【請求項２】
使用時において、前記キュリー点以上の高温領域における湾曲係数は、前記キュリー点未満の低温領域における湾曲係数よりも小さい、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項３】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材のキュリー点は、１００℃以上４００℃以下であるとともに、前記キュリー点以上の高温領域における使用温度の上限の温度は、５００℃以上７００℃以下である、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項４】
前記キュリー点以上の高温領域における使用温度の範囲は、前記キュリー点未満の低温領域における使用温度の範囲よりも大きい、請求項３に記載の高温用バイメタル。
【請求項５】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、Ｎｉ−Ｆｅ合金である、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項６】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、３２質量％以上４５質量％以下のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金である、請求項５に記載の高温用バイメタル。
【請求項７】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、前記Ｎｉ−Ｆｅ合金にＮｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つを添加することにより形成されている、請求項６に記載の高温用バイメタル。
【請求項８】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、前記Ｎｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上８質量％以下のＮｂを添加することにより形成されている、請求項７に記載の高温用バイメタル。
【請求項９】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、３６質量％のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金に６質量％のＮｂを添加することにより形成されている、請求項８に記載の高温用バイメタル。
【請求項１０】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、３６質量％のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金に２質量％のＮｂを添加することにより形成されている、請求項８に記載の高温用バイメタル。
【請求項１１】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、前記Ｎｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上１３質量％以下のＣｒを添加することにより形成されている、請求項７に記載の高温用バイメタル。
【請求項１２】
前記低熱膨張層の感温磁性金属材は、４０質量％のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金に１０質量％のＣｒを添加することにより形成されている、請求項１１に記載の高温用バイメタル。
【請求項１３】
前記低熱膨張層の厚みは、前記高熱膨張層の厚みよりも大きい、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項１４】
前記キュリー点以上の高温領域における使用温度の上限の温度まで温度が上昇することにより前記高熱膨張層および前記低熱膨張層が酸化される際の、酸化によって増加する前記高熱膨張層および前記低熱膨張層の合計の厚みは、前記高熱膨張層および前記低熱膨張層が酸化される前の前記高熱膨張層および前記低熱膨張層の合計の厚みの１％以下である、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項１５】
酸化によって増加する前記高熱膨張層および前記低熱膨張層の１平方センチメートル当たりの質量の増加量の合計は、１．５ｍｇ以下である、請求項１４に記載の高温用バイメタル。
【請求項１６】
前記キュリー点以上の高温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数は、前記キュリー点未満の低温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数よりも大きい、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項１７】
前記キュリー点以上の高温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数は、前記高熱膨張層の熱膨張係数の７０％以上１００％未満である、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項１８】
前記キュリー点以上の高温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数は、前記キュリー点未満の低温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数の２倍以上である、請求項１６に記載の高温用バイメタル。
【請求項１９】
前記キュリー点未満の低温領域における前記低熱膨張層の熱膨張係数は、前記高熱膨張層の熱膨張係数の５０％以下である、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項２０】
前記低熱膨張層の一方端部は固定されているとともに、前記低熱膨張層の他方端部近傍は、前記キュリー点以上の高温領域において、固定されたストッパ部材に接触するように構成されている、請求項１に記載の高温用バイメタル。
【請求項２１】
前記低熱膨張層の他方端部近傍は、前記キュリー点以上の高温領域で、かつ、前記キュリー点近傍の温度において、前記ストッパ部材に接触するように構成されている、請求項２０に記載の高温用バイメタル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高温用バイメタルに関し、特に、高熱膨張層と低熱膨張層とを備えた高温用バイメタルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高熱膨張層と低熱膨張層とを備えた高温用バイメタルが知られている（たとえば、特許文献１参照）。【０００３】
上記特許文献１には、１６質量％のＣｒと、５質量％のＡｌと、０．３質量％のＹと、Ｆｅとを含む１６Ｃｒ−５Ａｌ−０．３Ｙ−Ｆｅ合金からなる溶射層（高熱膨張層）と、一定の間隔を隔てて平行に配列された複数のＷ線（低熱膨張層）とを備えた、温度変化に応じて湾曲変形する高温用バイメタルが開示されている。この特許文献１の高温用バイメタルの複数のＷ線は、各々が溶射層の上面から内部に向かって同一の距離だけ離れた状態で、溶射層の内部の上面側に埋め込まれている。また、この特許文献１の高温用バイメタルは、１２００℃の最高許容温度（使用温度範囲の上限）を有するとともに、５〜６×１０−６／Ｋの湾曲係数を有する。なお、この特許文献１の高温用バイメタルは、使用温度範囲の全域において略一定の湾曲係数（５〜６×１０−６／Ｋ）を有していると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２５０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された高温用バイメタルでは、使用温度範囲の全域において略一定の湾曲係数（５〜６×１０−６／Ｋ）を有していると考えられる。ここで、バイメタルの使用態様として、最高許容温度（１２００℃）よりも小さい設定温度において、高温用バイメタルの湾曲変形を一定範囲に抑制するためのストッパ部材に高温用バイメタルが当接するように構成されている場合がある。この場合に、設定温度と最高許容温度との間の高温領域の温度範囲においては、ストッパ部材により高温用バイメタルの変形が阻害される。この際、上記特許文献１のような使用温度範囲の全域において略一定の湾曲係数を有する高温用バイメタルでは、低温領域および高温領域の全域に渡って大きな湾曲係数を有するため、高温用バイメタルの内部には熱応力が蓄積されやすい。したがって、常温から最高許容温度近傍まで温度を上昇させた後に、再度常温まで温度を低下（降温）させると、常温時の原点位置が大きく変化してしまうという問題点がある。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、常温に降温した際の原点位置の変化が大きくなるのを抑制することが可能な高温用バイメタルを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面による高温用バイメタルは、オーステナイト系ステンレスからなる高熱膨張層と、キュリー点を有する感温磁性金属材からなり、高熱膨張層に貼り合わされた低熱膨張層とを備え、キュリー点以上の高温領域とキュリー点未満の低温領域との両方の温度領域に渡って使用されるとともに、キュリー点以上の高温領域における使用温度の上限の温度は、５００℃以上であり、キュリー点以上の高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数は、高熱膨張層の熱膨張係数よりも小さい。
【０００８】
この発明の一の局面による高温用バイメタルでは、上記のように、低熱膨張層がキュリー点を有する感温磁性金属材からなるとともに、高温用バイメタルをキュリー点以上の高温領域とキュリー点未満の低温領域との両方の温度領域に渡って使用することによって、感温磁性金属材ではキュリー点以上の高温領域における熱膨張係数はキュリー点未満の低温領域における熱膨張係数よりも大きいので、高温領域における高熱膨張層の熱膨張係数と低熱膨張層の熱膨張係数との差を、低温領域における高熱膨張層の熱膨張係数と低熱膨張層の熱膨張係数との差よりも小さくすることができる。これにより、本発明の高温用バイメタルでは、低温領域における湾曲変形と比べて高温領域における湾曲変形が小さくなるので、キュリー点以上の高温領域における高温用バイメタルの湾曲変形の変位量をキュリー点未満の低温領域における高温用バイメタルの湾曲変形の変位量よりも小さくすることができる。このため、キュリー点以上の高温領域において高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのを抑制することができるので、高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されにくくすることができる。その結果、常温に降温した際の原点位置の変化が大きくなるのを抑制することが可能な高温用バイメタルを提供することができる。
【０００９】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、使用時において、キュリー点以上の高温領域における湾曲係数は、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数よりも小さい。このように構成すれば、キュリー点以上の高温領域における高温用バイメタルの湾曲変形は、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタルの湾曲変形よりも小さくなるので、キュリー点以上の高温領域において高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのを容易に抑制することができる。
【００１０】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材のキュリー点は、１００℃以上４００℃以下であるとともに、キュリー点以上の高温領域における使用温度の上限の温度は、５００℃以上７００℃以下である。このように構成すれば、１００℃以上４００℃以下に含まれる温度以上の温度範囲で熱膨張を小さくしたい場合に有用な高温用バイメタルを得ることができる。また、５００℃以上７００℃以下の温度範囲内に使用温度の上限の温度を有する高温用バイメタルを用いることによって、５００℃以上７００℃以下に含まれる温度まで用いることが可能な降温時の原点位置の変化が小さい高温用バイメタルを得ることができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、キュリー点以上の高温領域における使用温度の範囲は、キュリー点未満の低温領域における使用温度の範囲よりも大きい。このように構成すれば、キュリー点以上の高温領域における高温用バイメタルの変位量が小さい温度領域を、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタルの変位量が大きい温度領域よりも大きくすることができる。その結果、キュリー点以上の高温領域において高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのをより抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、Ｎｉ−Ｆｅ合金である。このように構成すれば、容易に、キュリー点を有する感温磁性金属材を得ることができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、３２質量％以上４５質量％以下のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金である。このように構成すれば、１００℃以上４００℃以下のキュリー点を有する高温用バイメタルを容易に得ることができる。
【００１４】
上記感温磁性金属材が３２質量％以上４５質量％以下のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金である高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＮｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つを添加することにより形成されている。このように構成すれば、１００℃以上４００℃以下のキュリー点を有する感温磁性金属材にさらに耐酸化性を付与した高温用バイメタルを得ることができる。
【００１５】
上記感温磁性金属材がＮｉ−Ｆｅ合金にＮｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つを添加することにより形成される高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、Ｎｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上８質量％以下のＮｂを添加することにより形成されている。このように構成すれば、Ｎｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上Ｎｂが添加されることによって、高温用バイメタルの使用温度の上限まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を感温磁性金属材に付与することができる。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金に８質量％より多くのＮｂが添加されることにより感温磁性金属材の強度が過度に大きくなることに起因して、感温磁性金属材の加工性が低下するのを抑制することができる。
【００１６】
上記感温磁性金属材がＮｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上８質量％以下のＮｂを添加することにより形成される高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、３６質量％のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金に６質量％のＮｂを添加することにより形成されている。このように構成すれば、高温用バイメタルの使用温度の上限まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を有するとともに、加工性の低下を抑制することが可能な感温磁性金属材からなる低熱膨張層を有する高温用バイメタルを得ることができる。
【００１７】
上記感温磁性金属材がＮｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上８質量％以下のＮｂを添加することにより形成される高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、３６質量％のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金に２質量％のＮｂを添加することにより形成されている。このように構成すれば、高温用バイメタルの使用温度の上限まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を有するとともに、加工性の低下を抑制することが可能な感温磁性金属材からなる低熱膨張層を有する高温用バイメタルを得ることができる。
【００１８】
上記感温磁性金属材がＮｉ−Ｆｅ合金にＮｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つを添加することにより形成される高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、Ｎｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上１３質量％以下のＣｒを添加することにより形成されている。このように構成すれば、Ｎｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上Ｃｒが添加されることによって、高温用バイメタルの使用温度の上限まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を感温磁性金属材に付与することができる。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金に１３質量％より多くのＣｒが添加されることに起因して、低熱膨張層の熱膨張係数が過度に大きくなるのを抑制することができる。
【００１９】
上記感温磁性金属材がＮｉ−Ｆｅ合金に２質量％以上１３質量％以下のＣｒを添加することにより形成される高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の感温磁性金属材は、４０質量％のＮｉを含むＮｉ−Ｆｅ合金に１０質量％のＣｒを添加することにより形成されている。このように構成すれば、高温用バイメタルの使用温度の上限まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を有するとともに、熱膨張係数が大きくなるのを抑制することが可能な感温磁性金属材からなる低熱膨張層を有する高温用バイメタルを得ることができる。
【００２０】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の厚みは、高熱膨張層の厚みよりも大きい。このように構成すれば、キュリー点未満の低温領域において大きな湾曲係数を有する高温用バイメタルを容易に得ることができる。
【００２１】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、キュリー点以上の高温領域における使用温度の上限の温度まで温度が上昇することにより高熱膨張層および低熱膨張層が酸化される際の、酸化によって増加する高熱膨張層および低熱膨張層の合計の厚みは、高熱膨張層および低熱膨張層が酸化される前の高熱膨張層および低熱膨張層の合計の厚みの１％以下である。このように構成すれば、酸化により高熱膨張層および低熱膨張層の合計の厚みが１％より大きく増加することに起因して、高温用バイメタルの性質（湾曲係数など）が実用上の問題が生じる程度までに変化するのを抑制することができる。
【００２２】
この場合、好ましくは、酸化によって増加する高熱膨張層および低熱膨張層の１平方センチメートル当たりの質量の増加量の合計は、１．５ｍｇ以下である。このように構成すれば、容易に、酸化により高熱膨張層および低熱膨張層の合計の厚みが１％より大きく増加したか否かを確認することができる。
【００２３】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、キュリー点以上の高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数は、キュリー点未満の低温領域における低熱膨張層の熱膨張係数よりも大きい。このように構成すれば、キュリー点以上の高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数がキュリー点未満の低温領域における低熱膨張層の熱膨張係数よりも大きいことによって、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタルの湾曲変形が小さくなるのを抑制することができる。
【００２４】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、キュリー点以上の高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数は、高熱膨張層の熱膨張係数の７０％以上１００％未満である。このように構成すれば、高温用バイメタルが高温領域で高熱膨張層側に変形するのを抑制することができるとともに、高熱膨張層の熱膨張係数と高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数とが大きく異なることに起因して、高温領域での高温用バイメタルの湾曲変形が大きくなるのを抑制することができる。
【００２５】
上記高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数が低温領域における低熱膨張層の熱膨張係数よりも大きい高温用バイメタルにおいて、好ましくは、キュリー点以上の高温領域における低熱膨張層の熱膨張係数は、キュリー点未満の低温領域における低熱膨張層の熱膨張係数の２倍以上である。このように構成すれば、キュリー点未満の低温領域において高温用バイメタルの湾曲変形が小さくなるのをより抑制することができる。
【００２６】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、キュリー点未満の低温領域における低熱膨張層の熱膨張係数は、高熱膨張層の熱膨張係数の５０％以下である。このように構成すれば、低温領域における高熱膨張層の熱膨張係数と低熱膨張層の熱膨張係数との差を大きくすることができるので、低温領域において高温用バイメタルをより大きく湾曲変形させることができる。
【００２７】
上記一の局面による高温用バイメタルにおいて、好ましくは、低熱膨張層の一方端部は固定されているとともに、低熱膨張層の他方端部近傍は、キュリー点以上の高温領域において、固定されたストッパ部材に接触するように構成されている。このように構成すれば、高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのが抑制されるキュリー点以上の高温領域で低熱膨張層がストッパ部材に接触するので、ストッパ部材に接触することに起因して生じる熱応力を高温用バイメタルの内部に蓄積しにくくさせることができる。
【００２８】
この場合、好ましくは、低熱膨張層の他方端部近傍は、キュリー点以上の高温領域で、かつ、キュリー点近傍の温度において、ストッパ部材に接触するように構成されている。このように構成すれば、キュリー点近傍の温度で低熱膨張層がストッパ部材に接触するので、ストッパ部材に接触することに起因して生じる熱応力が高温用バイメタルの内部に蓄積されにくい状態を、広い温度範囲に渡って利用可能に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１〜第３実施形態による初期状態の高温用バイメタルの状態を示した図である。
【図２】図１に示した状態から温度が上昇して設定温度に達した際の高温用バイメタルの状態を示した図である。
【図３】図２に示した状態から温度が上昇して最高許容温度に達した際の高温用バイメタルの状態を示した図である。
【図４】図３に示した状態から温度が低下して常温に戻った際の高温用バイメタルの状態を示した図である。
【図５】本発明の効果を確認するために行った変位量測定の初期状態を説明するための図である。
【図６】本発明の効果を確認するために行った変位量測定の湾曲変形状態を説明するための図である。
【図７】本発明の効果を確認するために用いた実施例１、２、３および比較例１のキュリー点および熱膨張係数をそれぞれ示した表である。
【図８】本発明の効果を確認するために行った変位量測定の結果を示したグラフである。
【図９】本発明の効果を確認するために行った変位量測定の結果を示した表である。
【図１０】本発明の効果を確認するために行った変位量測定から求めた湾曲係数を示した表である。
【図１１】本発明の効果を確認するために行った酸化増量測定の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による高温用バイメタル１の構造について説明する。
【００３２】
本発明の第１実施形態による高温用バイメタル１は、図１に示すように、板状の高熱膨張層２と、高熱膨張層２に貼り合わされた板状の低熱膨張層３との２層のクラッド材により構成されている。また、高温用バイメタル１は、約０．２ｍｍの厚みｔ１を有する。
【００３３】
また、高温用バイメタル１は、初期状態である常温Ｔ１（約２５℃）において、湾曲変形しないように構成されている。高温用バイメタル１の使用態様の一例として、第１実施形態では、高温用バイメタル１が所定の機器（図示せず）に使用される場合に、高温用バイメタル１の一方端が固定部４によって固定されている。さらに、高温用バイメタル１の他方端側で、かつ、低熱膨張層３の側には、高温用バイメタル１の一定以上の変形を抑制するためのストッパ５が高温用バイメタル１を使用する所定の機器に設けられている。このストッパ５は、高温用バイメタル１が所定の設定温度Ｔ２において湾曲変形した際に当接するように配置されている。なお、ストッパ５は、本発明の「ストッパ部材」の一例である。
【００３４】
また、第１実施形態では、高温用バイメタル１を使用することが可能な使用温度範囲の下限は約−７０℃であるとともに、使用温度範囲の上限（最高許容温度Ｔ３）は約７００℃である。なお、高温用バイメタル１の使用温度範囲の上限は、約５００℃以上であればよく、好ましくは、約５００℃以上約７００℃以下であるのがよい。
【００３５】
また、高熱膨張層２は、約１８質量％のＣｒと、約８質量％のＮｉと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される１８Ｃｒ−８Ｎｉ−Ｆｅ合金（ＳＵＳ３０４）からなる。ここで、Ｆｅは、ＳＵＳ３０４の基本成分であり、Ｃｒ、Ｎｉおよび不可避的不純物以外の残部を占める。また、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４は、オーステナイト系ステンレスであり、約１７．３×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有する。
【００３６】
ここで、第１実施形態では、低熱膨張層３は、約３６質量％のＮｉと、約６質量％のＮｂと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる。ここで、Ｆｅは、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の基本成分であり、Ｎｉ、Ｎｂおよび不可避的不純物以外の残部を占める。また、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金は、約２００℃のキュリー点を有する感温磁性金属材である。これにより、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金のキュリー点（約２００℃）は、高温用バイメタル１を使用することが可能な使用温度範囲である約−７０℃以上約７００℃以下に含まれる。これにより、第１実施形態の高温用バイメタル１は、キュリー点以上の高温領域とキュリー点未満の低温領域との両方の温度領域に渡って使用されるように構成されている。なお、「キュリー点」は、昇温時において感温磁性金属材が強磁性体から常磁性体に変化する際の温度を意味するとともに、降温時において感温磁性金属材が常磁性体から強磁性体に変化する際の温度を意味する。
【００３７】
また、高温用バイメタル１において、キュリー点（約２００℃）以上約７００℃以下の高温領域の使用温度範囲（約７００℃−約２００℃＝約５００℃）は、約−７０℃以上キュリー点（約２００℃）未満の低温領域の使用温度範囲（約２００℃−（約−７０℃）＝約２７０℃）よりも大きくなるように構成されている。
【００３８】
また、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金は、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において約４．１×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するとともに、キュリー点以上の高温領域において約１５．８×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するように構成されている。また、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金では、キュリー点未満の低温領域における熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）が、キュリー点以上の高温領域における熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。なお、高温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）は、低温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）の約３．９倍である。ここで、高温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数は、低温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数の約２倍以上であるのが好ましい。
【００３９】
これにより、高温領域における高熱膨張層２の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層３の熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）との差（約１．５×１０−６／Ｋ）は、低温領域における高熱膨張層２の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層３の熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）との差（約１３．２×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。
【００４０】
また、低温領域および高温領域の低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋおよび約１５．８×１０−６／Ｋ）は、共に、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。具体的には、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域の低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約２４％である。また、キュリー点以上の高温領域の低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約９１％である。なお、低温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数は、高熱膨張層２の熱膨張係数の約５０％以下であるのが好ましいとともに、高温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数は、高熱膨張層２の熱膨張係数の約７０％以上約１００％未満であるのが好ましい。
【００４１】
また、高温用バイメタル１では、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において約６．７×１０−６／Ｋの湾曲係数Ｋ１を有するとともに、キュリー点以上の高温領域において約３．３×１０−６／Ｋの湾曲係数Ｋ２を有する。ここで、湾曲係数Ｋ２（約３．３×１０−６／Ｋ）は、湾曲係数Ｋ１（約６．７×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。
【００４２】
また、図１に示すように、高温用バイメタル１の高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２と、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みｔ３とは、ｔ２：ｔ３＝約４７：約５３の関係を満たすように構成されている。すなわち、高温用バイメタル１の合計の厚みｔ１に対する低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みｔ３の割合が、約０．５３であることによって、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みｔ３は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２よりも大きくなるように構成されている。
【００４３】
また、キュリー点（約２００℃）以上の高温領域における使用温度の上限の温度（約７００℃）まで温度が上昇することにより高温用バイメタル１（高熱膨張層２および低熱膨張層３）が酸化される際の、酸化によって増加する高温用バイメタル１の質量（酸化増量）が１平方センチメートルあたり約１．５ｍｇ以下になるように構成されている。なお、酸化増量が１平方センチメートルあたり約１．５ｍｇ（許容値）よりも大きいと、酸化による高温用バイメタル１の厚みの増加分が約２μｍよりも大きくなり、酸化される前の高温用バイメタルの厚み（約０．２ｍｍ）の約１％を超える。これにより、酸化増量が１平方センチメートルあたり約１．５ｍｇよりも大きいと、高温用バイメタル１の性質（湾曲係数Ｋなど）が実用上の問題が生じる程度までに変化する。
【００４４】
次に、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による高温用バイメタル１の湾曲変形について説明する。
【００４５】
まず、図１に示すように、初期状態（常温Ｔ１（約２５℃））では、高温用バイメタル１は湾曲変形していない。その状態から温度が上昇させられた場合に、高温用バイメタル１は、低熱膨張層３の側に湾曲変形させられることによって、変位量Ｄ（図２参照）を生じる。そして、所定の設定温度Ｔ２に達した際に、図２に示すように、高温用バイメタル１の低熱膨張層３の側は、高温用バイメタル１を使用する所定の機器側に設けられたストッパ５に当接（接触）される。
【００４６】
なお、第１実施形態の高温用バイメタル１の使用態様においては、所定の設定温度Ｔ２は、高温用バイメタル１の低熱膨張層３のキュリー点（約２００℃）の近傍で、かつ、キュリー点よりも大きい温度である。
【００４７】
また、高温用バイメタル１の低熱膨張層３の側とストッパ５とが当接された状態から、さらに温度を上昇させると、所定の設定温度Ｔ２から最高許容温度Ｔ３（約７００℃）まで上昇させる間において、図３に示すように、高温用バイメタル１は、温度上昇によってより低熱膨張層３の側に湾曲変形させられようとする一方、ストッパ５によって所定の設定温度Ｔ２における湾曲変形よりも変形しないように制限される。このため、ストッパ５には、高温用バイメタル１から力が加えられるとともに、高温用バイメタル１には、ストッパ５から反作用の力が加えられる。この反作用の力が熱応力となって、高温用バイメタル１に蓄積される。
【００４８】
ここで、第１実施形態では、キュリー点（約２００℃）以上の高温領域における高温用バイメタル１の湾曲係数Ｋ２（約３．３×１０−６／Ｋ）は、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタル１の湾曲係数Ｋ１（約６．７×１０−６／Ｋ）よりも小さいので、キュリー点以上の高温領域における湾曲変形はキュリー点未満の低温領域における湾曲変形よりも小さい。これにより、ストッパ５に高温用バイメタル１から加えられる力は、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１のみを有する場合（キュリー点を有しておらず、湾曲係数Ｋが変化しない場合）に加えられる力と比べて小さくなる。
【００４９】
これにより、最高許容温度Ｔ３（約７００℃）から温度を低下させることにより再度常温Ｔ１（約２５℃）に戻す（降温する）と、図４に示すように、高温用バイメタル１の内部に蓄積された熱応力に起因する湾曲変形は、本発明の従来例の高温用バイメタルのようなキュリー点を有しておらず、湾曲係数Ｋが変化しない場合の湾曲変形（図４に２点鎖線で示す従来例）と比べて小さくなる。すなわち、第１実施形態の高温用バイメタル１は、本発明の従来例の高温用バイメタルと比べて、原点位置の変化が小さくなる。
【００５０】
次に、図１を参照して、本発明の第１実施形態による高温用バイメタル１の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、約１．５ｍｍの厚みを有する板状のＳＵＳ３０４と、約１．７ｍｍの厚みを有する板状の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金とを約６０．６％の圧下率によって冷間で圧接接合することにより、約１．３ｍｍの厚みを有する２層のクラッド材からなるバイメタルを形成する。そして、水素雰囲気中で、約１０５０℃で約３分間の拡散焼鈍を行う。これにより、バイメタルの高熱膨張層と低熱膨張層との接合強度を向上させることが可能である。その後、約１．３ｍｍの厚みを有するバイメタルを約０．２ｍｍの厚みｔ１（図１参照）になるまで冷間で圧延を行う。これにより、第１実施形態による高温用バイメタル１（図１参照）が形成される。
【００５２】
ここで、上記圧接接合および圧延においても、板状のＳＵＳ３０４の厚みと板状の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みとの比率は変化しない。これにより、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層２の厚みｔ２（図１参照）と、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層３の厚みｔ３（図１参照）とは、ｔ２：ｔ３＝約１．５：約１．７＝約４７：約５３の関係を満たす。
【００５３】
第１実施形態では、上記のように、低熱膨張層３がキュリー点（約２００℃）を有する３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなるとともに、高温用バイメタル１をキュリー点以上の高温領域（約２００℃以上約７００℃以下）とキュリー点未満の低温領域（約−７０℃以上約２００℃未満）との両方の温度領域に渡って使用することによって、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金ではキュリー点以上の高温領域における熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）はキュリー点未満の低温領域における熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）よりも大きいので、高温領域における高熱膨張層２の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層３の熱膨張係数との差（約１．５×１０−６／Ｋ）を、低温領域における高熱膨張層２の熱膨張係数と低熱膨張層３の熱膨張係数との差（約１３．２×１０−６／Ｋ）よりも小さくすることができる。これにより、第１実施形態の高温用バイメタル１では、低温領域における湾曲変形と比べて高温領域における湾曲変形が小さくなるので、キュリー点以上の高温領域における高温用バイメタル１の湾曲変形の変位量Ｄをキュリー点未満の低温領域における高温用バイメタル１の湾曲変形の変位量Ｄよりも小さくすることができる。このため、キュリー点近傍よりも高い温度領域を含む高温領域（Ｔ２からＴ３の領域）においてストッパ５により高温用バイメタル１の変形が制限されたとしても、高温用バイメタル１の内部に熱応力が蓄積されるのを抑制することができるので、内部に熱応力が蓄積されにくくすることができる。その結果、常温に降温した際の原点位置の変化が大きくなるのを抑制することが可能な高温用バイメタル１を提供することができる。また、約２００℃以上の温度範囲で熱膨張を小さくしたい場合に有用な高温用バイメタル１を得ることができるとともに、約７００℃まで用いることが可能な降温時の原点位置の変化が小さい高温用バイメタル１を容易に得ることができる。
【００５４】
また、第１実施形態では、上記のように、キュリー点（約２００℃）以上の高温領域における高温用バイメタル１の湾曲係数Ｋ２（約３．３×１０−６／Ｋ）が、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタル１の湾曲係数Ｋ１（約６．７×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成することによって、キュリー点以上の高温領域における高温用バイメタル１の湾曲変形は、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタル１の湾曲変形よりも小さくなるので、キュリー点以上の高温領域において高温用バイメタル１の内部に熱応力が蓄積されるのを容易に抑制することができる。
【００５５】
また、第１実施形態では、上記のように、キュリー点（約２００℃）以上約７００℃以下から構成される高温領域の使用温度範囲（約５００℃）を、約−７０℃以上キュリー点未満から構成される低温領域の使用温度範囲（約２７０℃）よりも大きくすることによって、キュリー点以上の高温領域における高温用バイメタル１の変位量Ｄが小さい温度領域を、キュリー点未満の低温領域における高温用バイメタル１の変位量Ｄが大きい温度領域よりも大きくすることができる。その結果、キュリー点以上の高温領域において高温用バイメタル１の内部に熱応力が蓄積されるのをより抑制することができる。
【００５６】
また、第１実施形態では、上記のように、低熱膨張層３を、約３６質量％のＮｉと、約６質量％のＮｂと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなるように構成することによって、約２００℃のキュリー点を有する感温磁性金属材を有する高温用バイメタル１を得ることができる。また、高温用バイメタル１の使用温度の上限（約７００℃）まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を有するとともに、加工性の低下を抑制することが可能な感温磁性金属材を有する高温用バイメタル１を得ることができる。
【００５７】
また、第１実施形態では、上記のように、低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みｔ３を、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２よりも大きくすることによって、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において大きな湾曲係数Ｋ１を有する高温用バイメタル１を容易に得ることができる。
【００５８】
また、第１実施形態では、上記のように、キュリー点（約２００℃）以上の高温領域における使用温度の上限の温度（約７００℃）まで温度が上昇することにより高温用バイメタル１（高熱膨張層２および低熱膨張層３）が酸化される際の、高温用バイメタル１の質量（酸化増量）が１平方センチメートルあたり約１．５ｍｇ以下になるように構成することによって、酸化によって増加する高温用バイメタル１の厚みが、高温用バイメタル１が酸化される前の高温用バイメタル１の合計の厚みｔ１（＝ｔ２＋ｔ３）の約１％以下になるように構成することができる。これにより、酸化により高温用バイメタル１の合計の厚みｔ１が約１％より大きく増加することに起因して、高温用バイメタル１の性質（湾曲係数Ｋ１およびＫ２など）が実用上の問題が生じる程度までに変化するのを抑制することができる。
【００５９】
また、第１実施形態では、上記のように、キュリー点（約２００℃）以上の高温領域の低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）を、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約９１％にすることによって、高温用バイメタル１が高温領域で高熱膨張層２側に変形するのを抑制することができるとともに、高熱膨張層２の熱膨張係数と高温領域における低熱膨張層３の熱膨張係数とが大きく異なることに起因して、高温領域での高温用バイメタル１の湾曲変形が大きくなるのを抑制することができる。
【００６０】
また、第１実施形態では、上記のように、高温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数（約１５．８×１０−６／Ｋ）を、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域の低熱膨張層３の熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）の約３．９倍にすることによって、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において高温用バイメタル１の湾曲変形が小さくなるのをより抑制することができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、低温領域の低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約４．１×１０−６／Ｋ）を、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約２４％にすることによって、低温領域における高熱膨張層２の熱膨張係数と低熱膨張層３の熱膨張係数との差を大きくすることができるので、低温領域において高温用バイメタル１をより大きく湾曲変形させることができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、上記のように、高温用バイメタル１の低熱膨張層３の側が高温用バイメタル１を使用する所定の機器側に設けられたストッパ５に当接（接触）する際の設定温度Ｔ２を、高温用バイメタル１の低熱膨張層３のキュリー点（約２００℃）の近傍で、かつ、キュリー点よりも大きい温度にすることによって、高温用バイメタル１の内部に熱応力が蓄積されるのが抑制されるキュリー点以上の高温領域で低熱膨張層３がストッパ部材５に接触するので、ストッパ部材５に接触することに起因して生じる熱応力を高温用バイメタル１の内部に蓄積しにくくさせることができる。さらに、キュリー点近傍の温度で低熱膨張層３がストッパ部材５に接触するので、ストッパ部材５に接触することに起因して生じる熱応力が高温用バイメタル１の内部に蓄積されにくい状態を、広い温度範囲に渡って利用可能に構成することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
次に、図１を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態による高温用バイメタル１０１では、上記第１実施形態と異なり、低熱膨張層１０３が４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる場合について説明する。
【００６４】
本発明の第２実施形態による高温用バイメタル１０１では、低熱膨張層１０３は、約４０質量％のＮｉと、約１０質量％のＣｒと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる。ここで、Ｆｅは、４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の基本成分であり、Ｎｉ、Ｃｒおよび不可避的不純物以外の残部を占める。また、低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金は、約２００℃のキュリー点を有する。これにより、低熱膨張層１０３の感温磁性金属材のキュリー点（約２００℃）は、高温用バイメタル１０１を使用することが可能な使用温度範囲である約−７０℃以上約７００℃以下に含まれる。また、高温用バイメタル１０１において、キュリー点（約２００℃）以上約７００℃以下から構成される高温領域の使用温度範囲（約５００℃）は、約−７０℃以上約２００℃未満から構成される低温領域の使用温度範囲（約２７０℃）よりも大きくなるように構成されている。
【００６５】
また、低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金は、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において約８．２×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するとともに、キュリー点以上の高温領域において約１６．８×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するように構成されている。また、低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金では、キュリー点未満の低温領域における熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋ）が、キュリー点以上の高温領域における熱膨張係数（約１６．８×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。なお、高温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約１６．８×１０−６／Ｋ）は、低温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋ）の約２倍である。
【００６６】
これにより、高温領域における高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約１６．８×１０−６／Ｋ）との差（約０．５×１０−６／Ｋ）は、低温領域における高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋ）との差（約９．１×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。
【００６７】
また、キュリー点（約２００℃）未満およびキュリー点以上の低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋおよび約１６．８×１０−６／Ｋ）は、共に、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。具体的には、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域の低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋ）は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約４７％である。また、キュリー点以上の高温領域の低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１６．８×１０−６／Ｋ）は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約９７％である。なお、低温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数は、高熱膨張層２の熱膨張係数の約５０％以下であるのが好ましいとともに、高温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数は、高熱膨張層２の熱膨張係数の約７０％以上約１００％未満であるのが好ましい。
【００６８】
また、高温用バイメタル１０１では、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において約２．３×１０−６／Ｋの湾曲係数Ｋ１を有するとともに、キュリー点以上の高温領域において約１．１×１０−６／Ｋの湾曲係数Ｋ２を有する。ここで、湾曲係数Ｋ２（約１．１×１０−６／Ｋ）は、湾曲係数Ｋ１（約２．３×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。
【００６９】
また、図１に示すように、高温用バイメタル１０１の高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２と、低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３とは、ｔ２：ｔ３＝約４５：約５５の関係を満たすように構成されている。すなわち、低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２よりも大きくなるように構成されている。なお、第２実施形態の高温用バイメタルの構成および湾曲変形は、上記第１実施形態と同様である。
【００７０】
次に、図１を参照して、本発明の第２実施形態による高温用バイメタル１０１の製造方法について説明する。
【００７１】
まず、約１．５ｍｍの厚みを有する板状のＳＵＳ３０４と、約１．８ｍｍの厚みを有する板状の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金とを約６０．６％の圧下率によって冷間で圧接接合することにより、約１．３ｍｍの厚みを有する２層のクラッド材からなるバイメタルを形成する。そして、水素雰囲気中で、約１０５０℃で約３分間の拡散焼鈍を行う。これにより、バイメタルの高熱膨張層と低熱膨張層との接合強度を向上させることが可能である。その後、約１．３ｍｍの厚みを有するバイメタルを約０．２ｍｍの厚みｔ１（図１参照）になるまで冷間で圧延を行う。これにより、第２実施形態による高温用バイメタル１０１（図１参照）が形成される。
【００７２】
ここで、上記圧接接合および圧延においても、板状のＳＵＳ３０４の厚みと板状の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みとの比率は変化しない。これにより、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層２の厚みｔ２（図１参照）と、４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層１０３の厚みｔ３（図１参照）とは、ｔ２：ｔ３＝約１．５：約１．８＝約４５：約５５の関係を満たす。すなわち、高温用バイメタル１０１の厚みｔ１に対する低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３の割合が、約０．５５であることによって、低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３は、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２よりも大きくなるように構成されている。
【００７３】
第２実施形態では、上記のように、低熱膨張層１０３を、約４０質量％のＮｉと、約１０質量％のＣｒと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなるように構成することによって、約２００℃のキュリー点を有する感温磁性金属材を有する高温用バイメタル１０１を得ることができる。また、高温用バイメタル１０１の使用温度の上限（約７００℃）まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を有するとともに、熱膨張係数が過度に大きくなるのを抑制することが可能な感温磁性金属材を有する高温用バイメタル１０１を得ることができる。
【００７４】
また、第２実施形態では、上記のように、キュリー点（約２００℃）以上の高温領域の低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１６．８×１０−６／Ｋ）を、高熱膨張層２のＳＵＳ３０４の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約９７％にすることによって、高温用バイメタル１０１が高温領域で高熱膨張層２側に変形するのを抑制することができるとともに、高熱膨張層２の熱膨張係数と高温領域における低熱膨張層１０３の熱膨張係数とが大きく異なることに起因して、高温領域での高温用バイメタル１０１の湾曲変形が大きくなるのを抑制することができる。
【００７５】
また、第２実施形態では、上記のように、高温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約１６．８×１０−６／Ｋ）を、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋ）の約２倍にすることによって、キュリー点（約２００℃）未満の低温領域において高温用バイメタル１０１の湾曲変形が小さくなるのをより抑制することができる。
【００７６】
また、第２実施形態では、上記のように、低温領域の低熱膨張層１０３の熱膨張係数（約８．２×１０−６／Ｋ）を、高熱膨張層２の熱膨張係数（約１７．３×１０−６／Ｋ）の約４７％にすることによって、低温領域における高熱膨張層２の熱膨張係数と低熱膨張層１０３の熱膨張係数との差を大きくすることができるので、低温領域において高温用バイメタル１０１をより大きく湾曲変形させることができる。なお、第２実施形態の高温用バイメタルのその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７７】
（第３実施形態）
次に、図１を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態による高温用バイメタル２０１では、上記第１実施形態と異なり、高熱膨張層２０２が１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金からなるとともに、低熱膨張層２０３が３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる場合について説明する。
【００７８】
本発明の第３実施形態による高温用バイメタル２０１では、高熱膨張層２０２は、約１２質量％のＣｒと、約１８質量％のＮｉと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる。ここで、Ｆｅは、１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金の基本成分であり、Ｎｉ、Ｃｒおよび不可避的不純物以外の残部を占める。また、高熱膨張層２０２の１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金は、オーステナイト系ステンレスであり、約１９．０×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有する。
【００７９】
ここで、第３実施形態では、低熱膨張層２０３は、約３６質量％のＮｉと、約２質量％のＮｂと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる。ここで、Ｆｅは、３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金の基本成分であり、Ｎｉ、Ｎｂおよび不可避的不純物以外の残部を占める。また、低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金は、約１７０℃のキュリー点を有する。これにより、低熱膨張層２０３の感温磁性金属材のキュリー点（約１７０℃）は、高温用バイメタル２０１を使用することが可能な使用温度範囲である約−７０℃以上約７００℃以下に含まれる。また、高温用バイメタル２０１において、キュリー点（約１７０℃）以上約７００℃以下から構成される高温領域の使用温度範囲（約５３０℃）は、約−７０℃以上約１７０℃未満から構成される低温領域の使用温度範囲（約２００℃）よりも大きくなるように構成されている。
【００８０】
また、低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金は、キュリー点（約１７０℃）未満の低温領域において約３．０×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するとともに、キュリー点以上の高温領域において約１５．７×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するように構成されている。また、低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金では、キュリー点未満の低温領域における熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋ）が、キュリー点以上の高温領域における熱膨張係数（約１５．７×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。なお、高温領域の低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約１５．７×１０−６／Ｋ）は、低温領域の低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋ）の約５．２倍である。
【００８１】
これにより、高温領域における高熱膨張層２０２の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約１５．７×１０−６／Ｋ）との差（約３．３×１０−６／Ｋ）は、低温領域における高熱膨張層２０２の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）と低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋ）との差（約１６．０×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。
【００８２】
また、キュリー点（約１７０℃）未満およびキュリー点以上の低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋおよび約１５．７×１０−６／Ｋ）は、共に、高熱膨張層２０２の１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。具体的には、キュリー点（約１７０℃）未満の低温領域の低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋ）は、高熱膨張層２０２の１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）の約１６％である。また、キュリー点以上の高温領域の低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１５．７×１０−６／Ｋ）は、高熱膨張層２０２の１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）の約８３％である。
【００８３】
また、高温用バイメタル２０１では、キュリー点（約１７０℃）未満の低温領域において約１１．９×１０−６／Ｋの湾曲係数Ｋ１を有するとともに、キュリー点以上の高温領域において約６．５×１０−６／Ｋの湾曲係数Ｋ２を有する。ここで、湾曲係数Ｋ２（約６．５×１０−６／Ｋ）は、湾曲係数Ｋ１（約１１．９×１０−６／Ｋ）よりも小さくなるように構成されている。なお、第３実施形態の高温用バイメタルの構成、湾曲変形および製造方法は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
第３実施形態では、上記のように、低熱膨張層２０３を、約３６質量％のＮｉと、約２質量％のＮｂと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなるように構成することによって、約１７０℃のキュリー点を有する感温磁性金属材を有する高温用バイメタル２０１を得ることができる。また、高温用バイメタル２０１の使用温度の上限（約７００℃）まで温度が上昇したとしても問題がない程度に十分な耐酸化性を有するとともに、加工性の低下を抑制することが可能な感温磁性金属材を有する高温用バイメタル２０１を得ることができる。
【００８５】
また、第３実施形態では、上記のように、キュリー点（約１７０℃）以上の高温領域の低熱膨張層２０３の３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１５．７×１０−６／Ｋ）を、高熱膨張層２０２の１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）の約８３％にすることによって、高温用バイメタル２０１が高温領域で高熱膨張層２０２側に変形するのを抑制することができるとともに、高熱膨張層２０２の熱膨張係数と高温領域における低熱膨張層２０３の熱膨張係数とが大きく異なることに起因して、高温領域での高温用バイメタル２０１の湾曲変形が大きくなるのを抑制することができる。
【００８６】
また、第３実施形態では、上記のように、高温領域の低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約１５．７×１０−６／Ｋ）を、キュリー点（約１７０℃）未満の低温領域の低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋ）の約５．２倍にすることによって、キュリー点（約１７０℃）未満の低温領域において高温用バイメタル２０１の湾曲変形が小さくなるのをより抑制することができる。
【００８７】
また、第３実施形態では、上記のように、低温領域の低熱膨張層２０３の熱膨張係数（約３．０×１０−６／Ｋ）を、高熱膨張層２０２の熱膨張係数（約１９．０×１０−６／Ｋ）の約１６％にすることによって、低温領域における高熱膨張層２０２の熱膨張係数と低熱膨張層２０３の熱膨張係数との差を大きくすることができるので、低温領域において高温用バイメタル２０１をより大きく湾曲変形させることができる。なお、第３実施形態の高温用バイメタルのその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８８】
［実施例］
次に、図１および図５〜図１０を参照して、上記第１〜第３実施形態による高温用バイメタル１（１０１、２０１）の効果を確認するために行った変位量測定および酸化増量測定について説明する。
【００８９】
以下に説明する変位量測定および酸化増量測定では、上記第１実施形態の高温用バイメタル１（図１参照）に対応する実施例１として、上記第１実施形態の高温用バイメタル１の製造方法によって作製された高温用バイメタルを用いた。具体的には、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層と、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにより構成された高温用バイメタル（ＳＵＳ３０４／３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金）を実施例１として用いた。また、実施例１の高温用バイメタルの厚みｔ１（図５参照）は、０．２ｍｍであるとともに、高熱膨張層のＳＵＳ３０４の厚みｔ２（図５参照）と、低熱膨張層の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みｔ３（図５参照）とは、ｔ２：ｔ３＝４７：５３（＝０．０９４ｍｍ：０．１０６ｍｍ）の関係を満たす。
【００９０】
また、上記第２実施形態の高温用バイメタル１０１（図１参照）に対応する実施例２として、上記第２実施形態の高温用バイメタル１０１の製造方法によって作製された高温用バイメタルを用いた。具体的には、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層と、４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにより構成された高温用バイメタル（ＳＵＳ３０４／４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金）を実施例２として用いた。また、実施例２の高温用バイメタルの厚みｔ１（図５参照）は、０．２ｍｍであるとともに、高熱膨張層のＳＵＳ３０４の厚みｔ２（図５参照）と、低熱膨張層の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３（図５参照）とは、ｔ２：ｔ３＝４５：５５（＝０．０９ｍｍ：０．１１ｍｍ）の関係を満たす。
【００９１】
また、上記第３実施形態の高温用バイメタル２０１（図１参照）に対応する実施例３として、上記第３実施形態の高温用バイメタル２０１の製造方法（第１実施形態の高温用バイメタル１の製造方法と同様）によって作製された高温用バイメタルを用いた。具体的には、１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる高熱膨張層と、３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにより構成された高温用バイメタル（１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金／３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金）を実施例３として用いた。
【００９２】
（変位量測定）
まず、変位量測定について説明する。この変位量測定では、図５に示すように、０．２ｍｍの厚みｔ１と、１５ｍｍの長さＬと、２ｍｍの幅（図示せず）とを有する高温用バイメタル３０１を用いて測定を行った。また、初期状態（常温Ｔ１（２５℃））では、高温用バイメタル３０１は湾曲変形しないように構成した。
【００９３】
また、変位量測定では、高温用バイメタル３０１の長さ方向の一方端を固定部３０４によって固定した。そして、初期状態から温度を最高７００℃まで上昇させることによって、図６に示すように、高温用バイメタル３０１を低熱膨張層３０３の側に湾曲変形させた。この際、温度Ｔ（℃）の変化に伴う高温用バイメタル３０１の湾曲変形による変位量Ｄ（ｍｍ）を測定した。また、測定した変位量Ｄと下記の式（１）とに基づいて、高温用バイメタル３０１の湾曲係数Ｋを算出した。
【００９４】
Ｋ＝（ｔ１）ΔＤ／Ｌ２ΔＴ・・・（１）
ここで、ｔ１は、高温用バイメタル３０１の厚み（図５参照）であり、ｔ１＝０．２ｍｍである。また、Ｌは、高温用バイメタル３０１の幅（図５参照）であり、Ｌ＝１５ｍｍである。また、ΔＤは、任意の第１温度における第１変位量と、第１温度とは異なる任意の第２温度における第２変位量との差である。また、ΔＴは、第１温度と第２温度との差である。
【００９５】
また、変位量測定では、上記した実施例１（ＳＵＳ３０４／３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金）、実施例２（ＳＵＳ３０４／４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金）および実施例３（１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金／３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金）を高温用バイメタル３０１としてそれぞれ用いた。一方、実施例１と比較するための比較例１として、高熱膨張層３０２がＳＵＳ３０４からなり、低熱膨張層３０３が１８質量％のＣｒと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される１８Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる高温用バイメタル３０１（ＳＵＳ３０４／１８Ｃｒ−Ｆｅ合金）を用いた。この比較例１の高温用バイメタル３０１の低熱膨張層３０３の１８Ｃｒ−Ｆｅ合金はキュリー点を有しない。また、比較例１の高温用バイメタル３０１の厚みｔ１は、０．２ｍｍであるとともに、比較例１の高温用バイメタル３０１の高熱膨張層３０２のＳＵＳ３０４の厚みｔ２（図５参照）と、低熱膨張層３０３の１８Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３（図５参照）とは、ｔ２：ｔ３＝５０：５０（＝０．１ｍｍ：０．１ｍｍ）の関係を満たす。また、実施例２と比較するための比較例２として、実施例２におけるキュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１と同じ湾曲係数Ｋを有するとともに、キュリー点を有さない（湾曲係数Ｋが変化しない）高温用バイメタルを仮定した。同様に、実施例３と比較するための比較例３として、実施例３におけるキュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１と同じ湾曲係数Ｋを有するとともに、キュリー点を有さない（湾曲係数Ｋが変化しない）高温用バイメタルを仮定した。
【００９６】
なお、湾曲係数Ｋを算出する際、実施例１〜３のようなキュリー点を有する試料の場合には、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１と、キュリー点以上の高温領域における湾曲係数Ｋ２とに分けてそれぞれ算出した。具体的には、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１は、常温Ｔ１（２５℃）における変位量Ｄ１（＝０）と１００℃における変位量Ｄ２とに基づいて算出した。つまり、上記式（１）において、ΔＴ＝７５（＝１００−２５）と、ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１（＝Ｄ２）とをそれぞれ代入するとともに、ｔ１＝０．２ｍｍと、Ｌ＝１５ｍｍとをそれぞれ代入することによって、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１を算出した。また、キュリー点以上の高温領域における湾曲係数Ｋ２は、２５０℃における変位量Ｄ３と３００℃における変位量Ｄ４とに基づいて算出した。つまり、上記式（１）において、ΔＴ＝５０（＝３００−２５０）と、ΔＤ＝Ｄ４−Ｄ３とをそれぞれ代入するとともに、ｔ１＝０．２ｍｍと、Ｌ＝１５ｍｍとをそれぞれ代入することによって、キュリー点以上の高温領域における湾曲係数Ｋ２を算出した。
【００９７】
また、湾曲係数Ｋを算出する際、比較例１のようなキュリー点を有さない試料の場合には、湾曲係数Ｋを、常温Ｔ１（２５℃）における変位量Ｄ１（＝０）と１００℃における変位量Ｄ２とに基づいて算出した。つまり、上記式（１）において、ΔＴ＝７５（＝１００−２５）と、ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１（＝Ｄ２）とをそれぞれ代入するとともに、ｔ１＝０．２ｍｍと、Ｌ＝１５ｍｍとをそれぞれ代入することによって、湾曲係数Ｋを算出した。
【００９８】
図７〜図１０に示した変位量測定の実験結果としては、実施例１に関しては、図７に示すキュリー点（２００℃）未満の低温領域では、図８に示すように、実施例１の高温用バイメタル３０１は、比較例１の高温用バイメタル３０１と略同様の湾曲変形をした。一方、キュリー点以上の高温領域では、実施例１の高温用バイメタル３０１は、比較例１の高温用バイメタル３０１と比べて湾曲変形の変位量Ｄは小さくなった。すなわち、キュリー点以上の高温領域では、実施例１の高温用バイメタル３０１の変位量Ｄのグラフの傾き（単位温度あたりの変位量）が、比較例１の高温用バイメタル３０１の変位量Ｄのグラフの傾き（単位温度あたりの変位量）よりも小さくなることが確認された。
【００９９】
これにより、実施例１の高温用バイメタル３０１の使用温度範囲の上限である７００℃において、実施例１の高温用バイメタル３０１の７００℃における湾曲変形の変位量Ｄとキュリー点である２００℃における湾曲変形の変位量Ｄとの差（高温領域における実施例１の変位量）Ｄ５は、比較例１の高温用バイメタル３０１の７００℃における湾曲変形の変位量Ｄと２００℃における湾曲変形の変位量Ｄとの差（高温領域における比較例１の変位量）Ｄ６と比べて、約３分の１になると推測される。これにより、実施例１の高温用バイメタル３０１は、キュリー点以上の高温領域において、比較例１の高温用バイメタル３０１よりも熱応力の増加を抑制することが可能であると考えられる。
【０１００】
また、実施例２に関しては、図７に示すキュリー点（２００℃）未満の低温領域では、図８に示すように、実施例２の高温用バイメタル３０１は、仮定的な比較例２の高温用バイメタルと同様の湾曲変形をした。一方、キュリー点以上の高温領域では、実施例２の高温用バイメタル３０１は、仮定的な比較例２の高温用バイメタルと比べて湾曲変形の変位量Ｄは小さくなった。すなわち、キュリー点以上の高温領域では、実施例２の高温用バイメタル３０１の変位量Ｄのグラフの傾き（単位温度あたりの変位量）が、仮定的な比較例２の高温用バイメタルの変位量Ｄのグラフの傾き（単位温度あたりの変位量）よりも小さくなることが確認された。
【０１０１】
これにより、実施例２の高温用バイメタル３０１の使用温度範囲の上限である７００℃において、実施例２の高温用バイメタル３０１の７００℃における湾曲変形の変位量Ｄとキュリー点である２００℃における湾曲変形の変位量Ｄとの差（高温領域における実施例２の変位量）Ｄ７は、仮定的な比較例２の高温用バイメタルの７００℃における湾曲変形の変位量Ｄと２００℃における湾曲変形の変位量Ｄとの差（高温領域における比較例２の変位量）Ｄ８と比べて、約６分の１になると推測される。これにより、実施例２の高温用バイメタル３０１は、キュリー点以上の高温領域において、仮定的な比較例２の高温用バイメタルよりも熱応力の増加を抑制することが可能であると考えられる。
【０１０２】
また、実施例３に関しては、図７に示すキュリー点（１７０℃）未満の低温領域では、図８に示すように、実施例３の高温用バイメタル３０１は、仮定的な比較例３の高温用バイメタルと同様の湾曲変形をした。一方、キュリー点以上の高温領域では、実施例３の高温用バイメタル３０１は、仮定的な比較例３の高温用バイメタルと比べて湾曲変形の変位量Ｄは小さくなった。すなわち、キュリー点以上の高温領域では、実施例３の高温用バイメタル３０１の変位量Ｄのグラフの傾き（単位温度あたりの変位量）が、仮定的な比較例３の高温用バイメタルの変位量Ｄのグラフの傾き（単位温度あたりの変位量）よりも小さくなることが確認された。これにより、実施例３の高温用バイメタル３０１は、キュリー点以上の高温領域において、仮定的な比較例３の高温用バイメタルよりも熱応力の増加を抑制することが可能であると考えられる。
【０１０３】
また、図９に示す所定の温度Ｔ（１００℃、２５０℃および３００℃）における変位量Ｄのデータを用いて、図１０に示す湾曲係数Ｋを算出した。これにより、実施例１における高温用バイメタル３０１では、キュリー点（２００℃）以上の高温領域における湾曲係数Ｋ２（３．３×１０−６／Ｋ）は、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１（６．７×１０−６／Ｋ）よりも小さいことが確認できた。また、実施例２における高温用バイメタル３０１では、キュリー点（２００℃）以上の高温領域における湾曲係数Ｋ２（１．１×１０−６／Ｋ）は、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１（２．３×１０−６／Ｋ）よりも小さいことが確認できた。また、実施例３における高温用バイメタル３０１では、キュリー点（１７０℃）以上の高温領域における湾曲係数Ｋ２（６．５×１０−６／Ｋ）は、キュリー点未満の低温領域における湾曲係数Ｋ１（１１．９×１０−６／Ｋ）よりも小さいことが確認できた。
【０１０４】
（酸化増量測定）
次に、酸化増量測定について説明する。この酸化増量測定では、０．２ｍｍの厚みと、１．０ｃｍの幅と、３．０ｃｍの長さとを有し、高熱膨張層と低熱膨張層とから構成されている高温用バイメタルを用いて測定を行った。また、酸化増量測定では、５００℃、６００℃および７００℃（最高許容温度）において、それぞれ、１５時間保持することによって熱処理をした際の、試料の熱処理後の質量をそれぞれ測定した。そして、酸化増量を下記の式（２）を用いて算出した。
【０１０５】
酸化増量＝（熱処理後の質量−熱処理前の質量）／（１．０ｃｍ×３．０ｃｍ）・・・（２）
また、酸化増量測定では、上記した変位量測定で用いた実施例１（ＳＵＳ３０４／３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金）、実施例２（ＳＵＳ３０４／４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金）および実施例３（１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金／３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金）と、上記した変位量測定において実施例１と比較するために用いた比較例１（ＳＵＳ３０４／１８Ｃｒ−Ｆｅ合金）とを高温用バイメタルとしてそれぞれ用いた。一方、比較例４として、高熱膨張層が２３質量％のＮｉと、５質量％のＭｎと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される２３Ｎｉ−５Ｍｎ−Ｆｅ合金からなり、低熱膨張層が３６質量％のＮｉと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される３６Ｎｉ−Ｆｅ合金からなるバイメタルを用いた。また、比較例５として、高熱膨張層が２０質量％のＮｉと、６質量％のＣｒと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される２０Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金からなり、低熱膨張層が３６Ｎｉ−Ｆｅ合金からなるバイメタルを用いた。また、比較例６として、高熱膨張層が２０Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金からなり、低熱膨張層が４２質量％のＮｉと、Ｆｅと、微量の不可避的不純物とから構成される４２Ｎｉ−Ｆｅ合金からなるバイメタルを用いた。
【０１０６】
なお、酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ（許容値）よりも大きいと、酸化による高温用バイメタルの厚みの増加分が２μｍよりも大きくなり、酸化される前の高温用バイメタルの合計の厚み（０．２ｍｍ）の１％を超える。これにより、酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇよりも大きいと、高温用バイメタルの性質（湾曲係数Ｋなど）が実用上の問題が生じる程度までに変化する。
【０１０７】
図１１に示した酸化増量測定の実験結果としては、５００℃および６００℃において熱処理を行った場合には、実施例１、２、３および比較例１の高温用バイメタルと比較例４〜６のバイメタルとにおいて、酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ以下となった。しかしながら、７００℃（最高許容温度）において熱処理を行った場合には、実施例１、２、３および比較例１の高温用バイメタルにおいて、酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ以下（実施例１：１．０３ｍｇ、実施例２：０．２６ｍｇ、実施例３：１．３８ｍｇ、比較例１：０．０７ｍｇ）となった一方、比較例４〜６のバイメタルにおいて、酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇより大きい値（比較例４：２．８３ｍｇ、比較例５：２．０１ｍｇ、比較例６：２．０９ｍｇ）となった。これにより、最高許容温度（７００℃）まで温度を上昇させると、実施例１、２、３および比較例１の高温用バイメタルでは、高温用バイメタルの性質（湾曲係数Ｋなど）が実用上の問題が生じる程度までには変化しない一方、比較例４〜６のバイメタルでは、高温用バイメタルの性質が実用上の問題が生じる程度までに変化すると考えられる。
【０１０８】
なお、実施例１の高温用バイメタルにおいて酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ以下となったのは、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層にＣｒが含有されるとともに、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層にＮｂが含有されることによって、高熱膨張層および低熱膨張層のそれぞれの耐酸化性が向上されたからであると考えられる。また、実施例２の高温用バイメタルにおいて酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ以下となったのは、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層と４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにそれぞれＣｒが含有されることによって、高熱膨張層および低熱膨張層のそれぞれの耐酸化性が向上されたからであると考えられる。また、実施例３の高温用バイメタルにおいて酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ以下となったのは、１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる高熱膨張層にＣｒが含有されるとともに、３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層にＮｂが含有されることによって、高熱膨張層および低熱膨張層のそれぞれの耐酸化性が向上されたからであると考えられる。
【０１０９】
なお、比較例１の高温用バイメタルにおいて酸化増量が１平方センチメートルあたり１．５ｍｇ以下（０．０７ｍｇ）となったのは、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層および１８Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層のそれぞれに含まれるＣｒによって、高熱膨張層および低熱膨張層のそれぞれの耐酸化性が向上されたためであると考えられる。
【０１１０】
上述した変位量測定および酸化増量測定の結果から、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層と、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにより構成された実施例１の高温用バイメタルは、キュリー点（２００℃）以上の高温領域において、キュリー点を有さない比較例１の高温用バイメタルよりも熱応力の増加を抑制することが可能であるとともに、最高許容温度（７００℃）まで温度を上昇させても、高温用バイメタルの性質（湾曲係数Ｋなど）が実用上の問題が生じる程度までには変化しないと考えられる。これにより、実施例１の高温用バイメタルは、キュリー点（２００℃）以上の高温領域において高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのを抑制することが可能であるとともに、高温用バイメタルの性質が実用上の問題が生じる程度までに変化するのを抑制することが可能であることが確認できた。
【０１１１】
また、ＳＵＳ３０４からなる高熱膨張層と、４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにより構成された実施例２の高温用バイメタルは、キュリー点（２００℃）以上の高温領域において、キュリー点を有さない比較例２の想定した高温用バイメタルよりも熱応力の増加を抑制することが可能であるとともに、最高許容温度（７００℃）まで温度を上昇させても、高温用バイメタルの性質（湾曲係数Ｋなど）が実用上の問題が生じる程度までには変化しないと考えられる。これにより、実施例２の高温用バイメタルは、キュリー点（２００℃）以上の高温領域において高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのを抑制することが可能であるとともに、高温用バイメタルの性質が実用上の問題が生じる程度までに変化するのを抑制することが可能であることが確認できた。
【０１１２】
また、１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる高熱膨張層と、３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる低熱膨張層とにより構成された実施例３の高温用バイメタルは、キュリー点（１７０℃）以上の高温領域において、キュリー点を有さない比較例３の想定した高温用バイメタルよりも熱応力の増加を抑制することが可能であるとともに、最高許容温度（７００℃）まで温度を上昇させても、高温用バイメタルの性質（湾曲係数Ｋなど）が実用上の問題が生じる程度までには変化しないと考えられる。これにより、実施例３の高温用バイメタルは、キュリー点（１７０℃）以上の高温領域において高温用バイメタルの内部に熱応力が蓄積されるのを抑制することが可能であるとともに、高温用バイメタルの性質が実用上の問題が生じる程度までに変化するのを抑制することが可能であることが確認できた。
【０１１３】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１１４】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、高熱膨張層２をＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−Ｆｅ合金）からなるように構成するとともに、上記第３実施形態では、高熱膨張層２０２を１２Ｃｒ−１８Ｎｉ−Ｆｅ合金からなるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、高熱膨張層はオーステナイト系ステンレスであれば特に限定されず、たとえばＳＵＳ３０５（（１７〜１９）Ｃｒ−（８〜１０．５）Ｎｉ−Ｆｅ合金）などであってもよい。
【０１１５】
また、上記第１実施形態では、低熱膨張層３が３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる例を示し、上記第２実施形態では、低熱膨張層１０３が４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる例を示すとともに、上記第３実施形態では、低熱膨張層２０３が３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる例を示したが、本発明はこれに限らず、低熱膨張層は感温磁性金属材であれば、特に限定されない。ここで、低熱膨張層の感温磁性金属材がＮｉを約３２質量％以上含有することにより、約１００℃以上のキュリー点を有することが可能である。また、低熱膨張層の感温磁性金属材がＮｉを約４５質量％以下含有することにより、約４００℃以下のキュリー点を有することが可能である。したがって、低熱膨張層の感温磁性金属材は約３２質量％以上約４５質量％以下のＮｉを含有するＮｉ−Ｆｅ合金からなるのが好ましい。
【０１１６】
また、上記第１実施形態では、低熱膨張層３が３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる例を示し、上記第２実施形態では、低熱膨張層１０３が４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる例を示すとともに、上記第３実施形態では、低熱膨張層２０３が３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる例を示したが、本発明はこれに限らず、低熱膨張層の感温磁性金属材が約３２質量％以上約４５質量％以下のＮｉを含有するＮｉ−Ｆｅ合金にＮｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つを添加したＮｉ−Ｆｅ合金からなるように構成してもよい。この際、低熱膨張層の感温磁性金属材において、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＡｌが添加される際には、Ａｌが約１質量％以上約５質量％以下の範囲で添加されるのが好ましい。その理由は以下のとおりである。Ｎｉ−Ｆｅ合金にＡｌが約１質量％以上添加されることによって、感温磁性金属材の耐酸化性を向上させることが可能である。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＡｌが約５質量％以下添加されることによって、感温磁性金属材の強度が過度に大きくなることに起因して、感温磁性金属材の加工性が低下するのを抑制することが可能である。
【０１１７】
また、低熱膨張層の感温磁性金属材において、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＳｉが添加される際には、Ｓｉが約１質量％以上約５質量％以下の範囲で添加されるのが好ましい。その理由は以下のとおりである。Ｎｉ−Ｆｅ合金にＳｉが約１質量％以上添加されることによって、感温磁性金属材の耐酸化性を向上させることが可能である。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＳｉが約５質量％以下添加されることによって、感温磁性金属材の強度が過度に大きくなることに起因して、感温磁性金属材の加工性が低下するのを抑制することが可能である。
【０１１８】
また、低熱膨張層の感温磁性金属材において、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＴｉが添加される際には、Ｔｉが約０．２質量％以上約１質量％以下の範囲で添加されるのが好ましい。その理由は以下のとおりである。Ｎｉ−Ｆｅ合金にＴｉが約０．２質量％以上添加されることによって、感温磁性金属材の耐酸化性を向上させることが可能である。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金にＴｉが約１質量％以下添加されることによって、感温磁性金属材の強度が過度に大きくなることに起因して、感温磁性金属材の加工性が低下するのを抑制することが可能である。
【０１１９】
また、上記第１実施形態では、低熱膨張層３が３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる例を示すとともに、上記第３実施形態では、低熱膨張層２０３が３６Ｎｉ−２Ｎｂ−Ｆｅ合金からなる例を示したが、本発明はこれに限らず、低熱膨張層の感温磁性金属材が約３２質量％以上約４５質量％以下のＮｉを含有するＮｉ−Ｆｅ合金にＮｂが約２質量％以上約８質量％以下の範囲で添加されたものからなるように構成してもよい。
【０１２０】
また、上記第２実施形態では、低熱膨張層１０３が４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金からなる例を示したが、本発明はこれに限らず、低熱膨張層の感温磁性金属材が約３２質量％以上約４５質量％以下のＮｉを含有するＮｉ−Ｆｅ合金にＣｒが約２質量％以上約１３質量％以下の範囲で添加されたものからなるように構成してもよい。
【０１２１】
また、上記第１実施形態では、高温用バイメタル１の合計の厚みｔ１に対する低熱膨張層３の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みｔ３の割合が、約０．５３である例を示したが、本発明はこれに限らず、高温用バイメタルの合計の厚みに対する低熱膨張層の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みの割合は、約０．４８以上約０．５８以下であってもよい。このように構成すれば、３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みの割合が約０．４８以上約０．５８以下である場合の湾曲係数Ｋ１およびＫ２の変動幅を、最適比率（約０．５３）である場合の湾曲係数Ｋ１およびＫ２の約３％以下に抑制することが可能である。なお、高温用バイメタルの合計の厚みに対する低熱膨張層の３６Ｎｉ−６Ｎｂ−Ｆｅ合金の厚みの割合は、約０．５０より大きい方が好ましい。
【０１２２】
また、上記第２実施形態では、高温用バイメタル１０１の合計の厚みｔ１に対する低熱膨張層１０３の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みｔ３の割合が、約０．５５である例を示したが、本発明はこれに限らず、高温用バイメタルの合計の厚みに対する低熱膨張層の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みの割合は、約０．５０以上約０．６０以下であってもよい。このように構成すれば、４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みの割合が約０．５０以上約０．６０以下である場合の湾曲係数Ｋ１およびＫ２の変動幅を、最適比率（約０．５５）である場合の湾曲係数Ｋ１およびＫ２の約３％以下に抑制することが可能である。なお、高温用バイメタルの合計の厚みに対する低熱膨張層の４０Ｎｉ−１０Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みの割合は、約０．５０より大きい方が好ましい。
【０１２３】
また、上記第１〜第３実施形態では、高温用バイメタル１（１０１、２０１）を使用することが可能な使用温度範囲の下限が約−７０℃である例を示したが、本発明はこれに限らず、高温用バイメタルを使用することが可能な使用温度範囲の下限は約−７０℃でなくてもよく、約−７０℃より高い温度または約−７０℃より低い温度であってもよい。
【０１２４】
また、上記第１〜第３実施形態では、高熱膨張層２（２０２）の厚みｔ２を、低熱膨張層３（１０３、２０３）の厚みｔ３よりも小さくした例を示したが、本発明はこれに限らず、高熱膨張層の厚みは、低熱膨張層の厚みと略同一でもよいし、低熱膨張層の厚みよりも大きくてもよい。
【０１２５】
また、上記第１〜第３実施形態では、高温用バイメタル１（１０１、２０１）が約０．２ｍｍの厚みｔ１を有する例を示したが、本発明はこれに限らず、高温用バイメタルの厚みは、約０．２ｍｍより大きくてもよいし、約０．２ｍｍ未満であってもよい。
【０１２６】
また、上記第１〜第３実施形態では、所定の設定温度Ｔ２が、高温用バイメタル１（１０１、２０１）の低熱膨張層３（１０３、２０３）のキュリー点（約２００℃、約１７０℃）の近傍で、かつ、キュリー点よりも大きい温度である例を示したが、本発明はこれに限らず、設定温度Ｔ２は、キュリー点の近傍でなくてもよいし、キュリー点以下の温度でもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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