JP2007244852A - 変形爪矯正具及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】矯正板16の一側端縁にカギツメ17が突出する変形爪矯正具15であり、Cu-Al-Mn系の形状記憶又は超弾性合金から作製されている。矯正板16には、形状回復能が爪幅方向で大きく、爪先方向で変形応力が高い形状記憶効果又は超弾性効果を呈する熱処理が施されている。矯正板16の形状復元力に由来する矯正力が変形爪20に与えられ、巻き爪,陥入爪等が治癒される。
【選択図】図2
Description
dσ/dT=-ΔS/ε (1)
クラジウス-クラペイロンの関係式は、変態歪み量εが同程度の場合、変態エントロピー変化Sの大きな形状記憶合金におけるマルテンサイト変態・逆変態誘起応力σの温度依存性が大きいことを意味する。したがって、形状記憶合金製の変形爪矯正具では、生活環境の温度変化によっても変形応力挙動が著しく変化するといえる。
結晶方位の表現法としては、結晶構造の単位結晶格子に関しx,y,z軸を定め(図1a)、それぞれを[100],[010],[001]方位と表記する方法が一般的である。これを基準に種々の方位が、たとえば[110],[111],[112]と表記される。形状記憶単結晶の場合、結晶方位により形状記憶効果及び超弾性効果による回復歪み量が決定される。
冷延板を出発材料とする場合、所定組成のCu-Al-Mn系合金を溶製した後、インゴットに鋳造し、熱間鍛造,冷間圧延等を経て薄板とし、(β+α)の二相組織となる500〜700℃で軟化焼鈍する。中間焼鈍温度を(β+α)二相域に設定することにより、大きな加工度の冷間加工を与えることができ、再結晶後に強配向性の{112}<110>集合組織が形成される。因みにβ単相域で中間焼鈍すると、十分な冷間加工度を与えられなくなるため、{112}<110>再結晶集合組織の形成が弱くなり、必要とする形状記憶効果,超弾性効果,変形抵抗の異方性が得られなくなる。
熱処理では、β単相となる温度範囲まで加熱(溶体化処理)し、結晶組織をβ単相に変態させ再結晶集合組織を形成させる。β単相域温度及び(β+α)二相域温度は合金組成により異なるが、一般にβ単相域温度は700〜900℃,(β+α)二相域温度は400〜850℃の範囲にある。β単相域温度での保持時間は0.1 分以上であれば良いが、15分を超える長時間保持は酸化等の悪影響が懸念されるので、好ましくは0.1〜15分に保持時間が設定される。
カギツメ37を形成した後、屈曲点36aを頂点として中間部をく字型に曲げ加工することにより矯正部36を形成する。く字型の開き角をθ(度)とすると、カギツメ方向は<110>方向になり爪幅方向はRD方向からTD方向に90-θ/2(度)回転した角度になる。Cu-Al-Mn合金の方位と変態歪量との関係(図5)は、集合組織が形成された状態でも同様に維持され、方位に応じ回復歪み量が変わる。図5の点線は、RDからTDまで圧延面内を回転させたときの方位を示している。
図5から判るように、RD方向からTD方向に0〜70度の範囲で回転させると回復歪み量が大きくなり、回復歪み量が大きいほど変形応力が小さくなるので、変形応力が爪幅方向で小さく爪先方向で大きくなる。したがって、く字型の開き角θを40度以上で180度未満の範囲に設定することが好ましく、更にはカギツメ37を指先と爪先21との間に安定的に挿し込むため40〜150度の範囲に設定することが好ましい。
次いで、冷延材を出発材料とする矯正具15と同様な形状記憶化又は超弾性化の熱処理で再結晶β相を{112}<110>を主とした方位に配向させると、爪幅方向に弾性復元力(矯正力)が大きく爪先方向に変形応力の大きな矯正具35が得られる。
冷延板のRD方向,TD方向それぞれに長手方向を揃えた幅:3mm,長さ:50mmの短冊状金属帯を放電加工で切り出した。そして、900℃×5分で溶体化処理した後、水焼入れし、次いで200℃×15分の時効処理を施した。
得られた短冊状金属帯は、RD方向,TD方向共に結晶粒がランダム配向しており、RD方向の応力-歪み曲線(図7a)とTD方向の応力-歪み曲線(図7b)との間に実質的な相違がみられなかった。そのため、RD方向に長手方向を揃えて矯正具母材10を切り出しても、矯正板16とカギツメ17の変形応力を変化させることができなかった。
測定結果から明らかなように、Ni-Ti合金帯では温度変化に応じた曲げ-撓み曲線の変動が大きく、昇温に伴って変形荷重,回復荷重が著しく高くなっている。他方、Cu-Al-Mn系合金の短冊状金属帯では、温度変化に対して変形荷重,変形回復荷重が緩慢に変動しており、苦痛を催す矯正力の急激な変化がないことが判る。
インゴットを熱間鍛造した後、600℃焼鈍,酸洗,70%の冷間圧延を経て板厚:0.2mmの冷延板を製造した。圧延板から幅:2.7mm,長さ:40mmの短冊状試験片を放電加工で切り出し、900℃×5分の溶体化処理後に焼き入れ、マルテンサイト変態温度の安定化のために150℃×15分の時効処理を施した。
20:変形爪 21:爪先
22:台座 23:押え 24:錘 25:ダイス 26:錘
N:爪片 M:短冊状金属帯
30:潰し線材 35:変形爪矯正具 36:矯正部 36a:屈曲点 37:カギツメ 38:折込み部 39:折曲げ部
Claims (6)
- 結晶方位が揃った実質的にβ単相からなる再結晶組織を有するCu-Al-Mn系形状記憶合金冷間加工材の加工方向を長手方向として切り出され、長手方向に関する形状記憶能が大きく幅方向に関する変形応力が高いほぼ短冊状の弾性金属片(10)を素材とし、
該弾性金属片(10)の長手方向を爪幅方向とする矯正板(16)の爪先側端縁又は矯正部(36)の爪幅方向両端に、変形爪(20)の爪先(21)に噛み合う複数のカギツメ(17,37)が設けられていることを特徴とする変形爪矯正具。 - Cu-Al-Mn系形状記憶合金冷延板から切り出されたほぼ短冊状の弾性金属片(10)を素材とし、
弾性金属片(10)の長手方向を爪幅方向とする矯正板(16)の爪先側端縁に、変形爪(20)の爪先(21)に噛み合う複数のカギツメ(17,37)が設けられており、
カギツメ(17)は、矯正板(16)の爪先側端縁から突出する複数の舌片(11)の折込み,折曲げで形成された折込み部(18),折曲げ部(19)の二重構造を備えている請求項1記載の変形爪矯正具。 - 複数のカギツメ(17)は、矯正板(16)の爪幅方向に関し等間隔,爪幅方向の中央近傍又は爪幅方向の両端近傍で爪先側端縁から突出している請求項2記載の変形爪矯正具。
- Cu-Al-Mn系形状記憶合金の潰し線材(30)を素材とし、
潰し線材(30)をほぼく字型に成形した矯正部(36)の両端にカギツメ(37)があり、
カギツメ(37)は、矯正部(36)の爪幅方向両端から延びる突出部の折込み,折曲げで形成された折込み部(38),折曲げ部(39)の二重構造を有する請求項1記載の変形爪矯正具。 - Cu-Al-Mn系形状記憶合金を冷間圧延後、焼鈍し、
圧延方向に長手方向を揃え、幅方向一端縁から舌片(11)が突出した短冊状の弾性金属片(10)を形状記憶合金冷延板から切り出し、
舌片(11)を折り返してカギツメ(17)を成形し、
形状記憶化又は超弾性化の熱処理で再結晶β相を{112}<110>を主とした方位に配向させることを特徴とする変形爪矯正具の製造方法。 - Cu-Al-Mn系形状記憶合金線材を冷間圧延で潰し線材(30)に加工し、
潰し線材(30)から切り出した素材の両端を折り返してカギツメ(37)を形成し、
カギツメ(37)の間にある矯正部(36)をく字型に成形した後、
形状記憶化又は超弾性化の熱処理で再結晶β相を{112}<110>を主とした方位に配向させることを特徴とする変形爪矯正具の製造方法。
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