(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
析出硬化型ステンレス鋼を所定の形状に成形する工程において所定形状の少なくとも一部を冷間鍛造加工によって成形した後、再固溶化処理を行い、切削加工を施した後、さらに析出硬化処理を行うことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼製圧力センサ用ダイアフラムの製造方法。
【請求項２】
圧力センサ用ダイアフラムとなる開口部及び薄肉部を備えた中空成形体を製造するに際し、当該中空成形体の空洞部内面に前記鍛造加工を施すことを特徴とする請求項１記載の析出硬化型ステンレス鋼製圧力センサ用ダイアフラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、析出硬化型ステンレス鋼を用いた成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
析出硬化型ステンレス鋼は、機械的特性に優れ強度も高いことから各種の機械部品として使用されている。析出硬化型ステンレス鋼製の機械部品は、切削加工や鍛造加工などの方法で成形される。切削加工の場合には、析出硬化型ステンレス鋼の材料又はその予備成形体を切削加工により成形したあと、加熱により析出硬化させて成形体を得ている。また、鍛造加工の場合には、加工時に硬化も同時に起こるので、通常は析出硬化のための加熱を行わない。
【０００３】
一方、圧力センサに使用される周辺部が厚肉の金属製ダイアフラムとしては、バネ性に優れた析出硬化型ステンレス鋼からなるダイアフラムがよく用いられており、その析出硬化型ステンレス鋼製ダイアフラムは、通常、切削加工により製造されている。
【０００４】
また、圧力センサに対して測定精度の向上、小型・軽量化、コストダウンなどの要求が高まるにつれて、その主要部品であるダイアフラムにも加工精度の向上、設計の自由度（形状や大きさ等の自由度）、加工能率の向上などが従来にも増して求められるようになってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステンレス鋼はもともと難削性材料であり、切削の加工性が悪い。特に、小型の部品、形状の複雑な部品、或いは小口径の深穴を有する部品などの場合には、精度良く切削加工するのが難しく、設計の自由度も制限される。一方、鍛造の場合、比較的形状の自由度はあるが、鍛造中に硬化し、加工歪が生じる。このように、ステンレス鋼製の成形体を加工する場合には、切削時には加工性が悪く、鍛造時には加工歪が生じると言う欠点がある。これらの欠点は析出硬化型ステンレス鋼においても同様である。
【０００６】
例えば、析出硬化型ステンレス鋼からなる圧力センサ用ダイアフラムを従来のように切削加工で成形する場合には、その加工性の悪さから出来上がり形状のばらつきが大きい。また、穴形状の複雑なものや穴の内径が小さいものは設計上の制約を受けやすく、仮に加工できたとしても精度や加工能率が悪い。例えば、穴の内径が４ｍｍ程度の場合には１ｍｍ程度のチップ先端幅を有する切削工具を使用するが、穴の内径をより小さくしたい場合にはチップ先端幅も細くせざるを得ず、この場合、チップ先端の強度が問題となるため、穴の最小内径が制限されてしまう。一方、析出硬化型ステンレス鋼製の圧力センサ用ダイアフラムを鍛造加工によって成形しようとしても、上述のように加工歪が生じるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みて成し遂げられたものであり、その第一の目的は、析出硬化型ステンレス鋼を鍛造加工するに際して、加工歪を極めて少なくすることのできる方法を提供することにある。また、本発明の第二の目的は、析出硬化型ステンレス鋼を成形するに際して、加工精度、設計の自由度、加工能率等に優れると同時に加工歪を極めて少なくすることのできる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記各目的を達成するために、本発明においては、析出硬化型ステンレス鋼を所定の形状に成形する工程において所定形状の少なくとも一部を鍛造加工によって成形した後、再固溶化処理を行い、さらに析出硬化処理を行うことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼製成形体の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明においては、析出硬化型ステンレス鋼を鍛造加工によって成形するので、切削加工する場合と比べて、成形体の寸法精度が良く、形状や大きさ等の設計の自由度、及び加工能率にも優れている。また、鍛造加工によって生じた加工歪は、鍛造後に再固溶化処理を行うことによって解放される。このため、最終的に析出硬化して出来上がった析出硬化型ステンレス鋼製の成形体は、ほとんど加工歪を有していない。従って、本発明の方法によって得られる析出硬化型ステンレス鋼製の成形体は、加工性に優れると共に加工歪が極めて少ない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明をさらに詳しく説明する。本発明の方法では、先ず、成形体材料として析出硬化型ステンレス鋼を用意する。このステンレス鋼は、必要に応じて円板状、棒状、或いは目的とする所定形状にかなり近い形状などの各種形状に予備成形されていてもよい。ここで、析出硬化型ステンレス鋼としては、マルテンサイト系ステンレスを例示することができ、より具体的には、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１等を例示できる。本発明においては、この析出硬化型ステンレス鋼に、未硬化状態のうちに鍛造加工及びその他の追加的成形加工を施す。
【００１１】
上記の成形体材料を所定形状に成形する際には、所定形状のうちの少なくとも一部分を鍛造加工によって成形する。所定形状の全てを鍛造加工によって成形する必要はないが、切削等のような鍛造以外の加工法によっては成形困難な部分については、その大部分を鍛造加工で成形するのが好ましい。鍛造加工としては冷間鍛造や熱間鍛造などいずれの鍛造法を採用してもよいが、寸法精度をより良くする観点から冷間鍛造を行うのが好ましい。なお、鍛造加工以外の追加的成形は、再固溶化処理と析出硬化処理の間に行うことができる。
【００１２】
鍛造加工を施した中間成形体には、鍛造工程中の物理的衝撃によって部分的又は全体的に析出硬化を伴う加工硬化が起こっており、そのために加工歪が存在する。本発明においては、この加工歪を解放するために、中間成形体を加熱して再固溶化する。そして加工歪の解放された中間成形体を析出硬化させれば、加工歪のない析出硬化型ステンレス鋼製の成形体が出来上がる。析出硬化処理は、再固溶化後に冷却固化して一旦固溶体の状態に戻してから改めて行う。なお、本発明においては再固溶化後に冷却して固溶体の状態に戻し、その状態で追加的に切削等の成形加工を行った後に、析出硬化温度に再加熱する。
【００１３】
このようにして製造された析出硬化型ステンレス鋼製の成形体は、切削加工による場合と比べて寸法精度に優れており、また、鍛造加工によるものであるにもかかわらず加工歪が極めて少ない。本発明の製造方法によれば、加工の困難な形状や大きさの成形体であっても、精度良く、しかも能率良く製造することができる。本発明に係る圧力センサ用ダイアフラムのように開口部と薄肉部とを少なくとも１箇所ずつ備えた中空体についても、所望の形状或いは大きさのものを精度良く容易に製造することができる。
【００１４】
なお、本発明によって製造される析出硬化型ステンレス鋼製の成形体とは、析出硬化型ステンレス鋼からなる材料又は予備成形体の少なくとも一部分が鍛造加工により成形されているものを意味しており、成形体の完成品だけでなく中間成形体を含んでいる。例えば、鍛造加工された部分が所定形状に成形されている場合には、全体が所定形状を有していなくても上記成形体に該当する。
【００１５】
次に、上記方法を応用して製造された析出硬化型ステンレス鋼製の圧力センサ用ダイアフラム、及びその製造方法について説明する。
図１は、本発明の方法によって製造された圧力センサ用ダイアフラムの一例（１０１）であり、その縦断面図である。このダイアフラムは、ＳＵＳ６３０やＳＵＳ６３１等の析出硬化型ステンレス鋼からなり、有底円筒状を呈し、外周部にはツバ１、一端には開口部２、他端には薄肉の底部３（３ａ、３ｂ）が形成されている。底部の内面側は受圧面３ａであり、底部の外面側は歪ゲージの設置面３ｂとなる。受圧面３ａの中央には、受圧面３ａが受けた圧力を歪ゲージ設置面３ｂへ適切に伝達するための突起部４が形成されており、そのために、このダイアフラムの中心軸を通る縦断面はＥ字型となっている。なお、図１は文字「Ｅ」を９０°回転させた状態に相当する。このダイヤグラム１０１の内面形状は、受圧面中央に突起部４が存在し、また、内面の各コーナー部５が曲面処理されているので、非常に複雑な形状を呈している。
【００１６】
図２は、ダイアフラムの他の一例（１０２）である。このダイアフラム１０２は、前記ダイアフラム１０１と同様に、析出硬化型ステンレス鋼からなり、有底筒状を呈し、薄肉の底部を有しているが、空洞部分の内面形状が異なっており、小口径の深穴を呈している。
【００１７】
従って、これらのダイアフラム１０１及び１０２の内面形状を切削加工により高い精度で効率よく成形するのは困難である。
本発明においては、上記ダイアフラム１０１及び１０２を製造するために、析出硬化型ステンレス鋼を先ず用意する。この成形用材料は、通常、円柱形状に予備成形されている。次に、この成形用材料の空洞部分を冷間鍛造により成形し、ダイアフラムの内面形状を作る。なお、成形体の外面形状は、鍛造、切削等の任意の加工法で成形することができる。
【００１８】
次に、鍛造によって生じた加工歪を解放するために、中間成形体を加熱して再固溶化する。図３は、再固溶化熱処理における温度プロファイルの一例である。これは公知の技術であるが、通常は再固溶化温度を１０２０〜１０６０℃とし、加熱保持時間を３０分以上／２５ｍｍ厚とし、冷却速度を１℃／ｍｉｎ以上とする。再固溶化させた中間成形体は、急冷固化して固溶体の状態に一旦戻し、この例では外面形状を切削加工で成形し、それから再加熱して析出硬化させた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の成形方法によれば、仕上がり形状の精度や設計の自由度に優れ、加工歪が少なく、また機械特性や強度にも優れた析出硬化型ステンレス鋼製の成形体を、能率良く製造することができる。
【００２０】
また、本発明の成形方法によれば、仕上がり形状の精度や設計の自由度に優れたダイアフラムを能率良く製造できるので、圧力センサに利用した場合、感度の向上、特性の向上、製品安定性の向上、小型・軽量化、コストダウン等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法で得られた成形体（ダイアフラム）の一例の縦断面図である。
【図２】本発明の方法で得られた別の成形体（ダイアフラム）の縦断面図である。
【図３】本発明で行われる再固溶化熱処理における温度プロファイルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０１、１０２…成形体（ダイアフラム）
１…ツバ
２…開口部
３…底部
３ａ…受圧面
３ｂ…歪ゲージ設置面
４…突起部
５…コーナー部
【図１】
0003688063.tif 000002
【図２】
0003688063.tif 000003
【図３】
0003688063.tif 000004