JP3098587B2 - 直線作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
直線作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材の製造方法およびその製造装置Info
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Description
憶合金線材を用いる直線作動アクチュエーター用Ni−
Ti系形状記憶合金線材の製造方法に関する。
ターでは、記憶処理した後マルテンサイト変態温度以下
で変形させオーステナイト変態温度以上の加熱によって
作動するものである。一方、予め大きな歪を導入して回
復温度を上昇させる作り方がある。具体的には、直線状
に記憶させた一定長さの形状記憶合金線材の両端をつか
み、その記憶された線材のオーステナイト変態終了温度
以下に冷却し一定の伸び歪量まで変形を加える方法が知
られている。しかしながら従来の方法は、製造方法その
ものが一定長さをつかみ引っ張るため大量に製造する場
合つかみ部分が伸び予歪を持たないためムダとなるこ
と、また引張荷重が大きく必要な為(10%歪を加える
ために必要な応力約343MPa)掴み部分を強固に挟
み込む必要があり大きく重い物となり、また歩留りを上
げるため引っ張る線材長を長くすると線材を冷却するた
めの設備が大掛かりになってしまう欠点を有し、また量
産性が良くないなどの難点があった。
について検討の結果なされたもので従来方法に比べ廉価
な設備で安定かつ大量に予歪を与え加熱回復率および最
大回復応力を向上させた直線作動アクチュエーター用N
i−Ti系形状記憶合金線材を製造する方法を提供する
ことを目的とするものである。
〜51.5at%、残部TiからなるNi−Ti合金およ
び該Niまたは/およびTiの一部をFe、Co、C
u、Cr、V、Zr、Pd、Nbの1種または2種以上
の元素で合計3at%以下の範囲で置換したNi−Ti系
形状記憶合金線材を250℃以上の熱処理温度で直線状
に記憶させた後、その記憶された線材をオーステナイト
変態終了(Af点)温度以下に冷却しながら断面減少率
4〜15%の減面加工を行うことを特徴とする直線作動
アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材の製
造方法を請求項1とし、Ni49.5〜51.5at%、
残部TiからなるNi−Ti合金および該Niまたは/
およびTiの一部をFe、Co、Cu、Cr、V、Z
r、Pd、Nbの1種または2種以上の元素で合計3at
%以下の範囲で置換したNi−Ti系形状記憶合金線材
を250℃以上の熱処理温度で直線状に記憶させた後、
その記憶された線材をバックテンションをかけ、かつオ
ーステナイト変態終了(Af点)温度以下に冷却しなが
ら断面減少率4〜15%の減面加工を行うことを特徴と
する直線作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶
合金線材の製造方法を請求項2とする。請求項1の実施
には、線材とダイスと潤滑材を冷却するための冷却手段
を設けた冷却槽と、ダイスを固定し線材を引抜く巻取り
ドラムとからなる直線作動アクチュエーター用Ni−T
i系形状記憶合金線材の製造装置が有効であり、請求項
2の実施には、線材にバックテンションをかける機構
と、該機構と巻取りドラム間に、線材と減面加工治具と
潤滑剤を冷却するための冷却手段を設けた容器と、減面
加工治具を固定し線材を引抜く巻取りドラムとからなる
直線作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金
線材の製造装置が有効である。
およびNi−Ti系合金をAf点温度以下に保ちながら
減面加工を行うことにより加熱回復率および最大回復応
力を向上させた直線作動アクチュエーター用Ni−Ti
系形状記憶合金線材を得たものである。また上記の減面
加工を行うに際し、線材にバックテンションを付与する
ことにより加熱回復率をさらに向上せしめたものであ
る。
合金線材の組成を上記のように限定したのは以下の理由
による。Ni−TiのNiを49.5〜51.5at%残
部Tiとしたのは、NiおよびTiがこの範囲外では良
好な形状記憶合金特性を示さないからであり、また上記
のNiまたは/およびTiの一部をFe、Co、Cu、
Cr、V、Zr、Pd、Nbの1種または2種以上の元
素で合計3at%以下の範囲で置換した合金としたのは、
上記の元素で適量置換した合金は、形状記憶特性を阻害
することなく、強度、耐食性などを向上させる効果があ
るからであるが、その量が合計で3at%を越えると形状
記憶特性が低下し、また加工性が悪化する。また本発明
において記憶された線材をオーステナイト変態終了(A
f点)温度以下に冷却しなが4〜15%の減面加工を行
うのは、Af点(−20℃〜+100℃)以下の温度で
ないと加熱回復率が低下するからであり、断面減少率が
4%未満では残留歪により加熱回復率が低下し、15%
を越えると加工硬化の影響を受け加熱回復率が低下する
からである。そして上記の減面加工の際にバックテンシ
ョンをかけて減面加工を行うのは、バックテンションを
かけることにより、断面減少率が同じにも拘わらず加熱
回復率が大きくなるからである。
具体的に説明する。図1は、本発明の製造方法の工程を
示す図である。先ず、リールスタンド(1) に巻かれたN
i−Ti系形状記憶合金からなる線材(2) は、前後に張
力付加プーリー(3) が設けられた管状炉(4) に導かれ、
ここでA工程の走間張力付加直線熱処理を施される。こ
の熱処理温度は250℃以上、通常は600℃前後が好
ましい。このようにして直線状に記憶された線材は、プ
ーリー(5) により、水、シリコン、エタノールなどの熱
媒体(6) が入った冷却槽(7) に導入され、B工程の線材
をAf点(例えば−20℃から+100℃)以下の温度
に冷却する工程が行われる。なお(8) は冷却機である。
このようにAf点以下に冷却された線材は、続いて、A
f点以下に冷却されたシリコン油などの潤滑材(9) が入
ったダイスボックス(10)に設けられたダイス(11)によ
り、C工程の線材をAf点以下の温度に冷却しながら4
〜15%の減面加工を行い、その後巻取りドラム(12)に
より巻取られる。また線材にバックテンションをかける
場合は、上記のダイスの前方にバックテンション付加プ
ーリー(13)を設け、これにより所望のバックテンション
を付与することが可能である。このように本発明は線材
をAf点以下の温度で減面加工することにより、加熱回
復率を向上させ、さらに線材にバックテンションをかけ
ることによりさらに改善できるものである。なお、線材
の歪付与の方法として図示しないが、直線状に記憶させ
た形状記憶合金テープ材を一定間隔を持たせたロール2
基に挟み、その記憶された線材のオーステナイト変態終
了温度以下に冷却し一方のロール送り量に合わせ、他方
のロールの送り量を一定量遅らせることにより一定の伸
び歪量を形状記憶合金テープ材に加える方法も使用可能
である。また本発明の製造方法は、上記した線材、テー
プ材の他、板材、条材、管材などにも適用でき、同様の
効果を発揮するものである。
記憶合金線材2.25mmφを、600℃1時間の熱処理
条件にて600mmφのリング状に記憶処理したものを使
用した。この線材の示差走査熱量計にて測定した結果、
マルテンサイト変態開始温度(以下MS点と略す。)
は、11℃オーステナイト変態終了温度(以下Af点と
略す。)は、26℃であった。これを、図1に示す単頭
伸線機を用いて、ダイスボックス10内に各温度に冷却
した鉱油を潤滑材(9) として用い各断面減少率のダイス
(11)をセットして線材(2) とダイスを冷却、伸線速度9
m/min で伸線しサンプルを作製した。また、バックテ
ンションの影響を調べるためダイス(11)の前にバックテ
ンション付加プーリー(13)を取付け同条件にて伸線しサ
ンプルを作製した。 (断面減少率(%)=(1−(加工後の断面積/加工前
の断面積))*100) このサンプルを恒温槽付きインストロン型万能試験機に
て伸び歪3%回復長での定チャック間温度サイクル試験
を行い、最大回復応力、回復応力発生温度を測定した。
また、伸線サンプル長さを測定し、さらに約200℃に
加熱したのちの伸線サンプル長さを測定することにより
加熱前伸線サンプル長さを基準として加熱回復測定を行
った。断面減少率の加熱回復率への影響およびバックテ
ンションの影響について図2、断面減少率の最大回復応
力への影響を図3に示す。図2の加熱回復率について見
ると断面減少率7〜11%で回復率約6%を得られるこ
と。またバックテンションの有無によりバックテンショ
ンを加えた方がより大きい最大回復率を得ることが出来
ることが分かる。これは、同一断面減少率であっても伸
び方向の加熱回復率に寄与する伸び歪に分配される歪を
増加させる効果を持つものと思われる。また、断面減少
率6%以下では、加える断面減少率−弾性による回復
(約1.5%)−残留歪により加熱回復率は低下する。
断面減少率12%以上では、加工硬化の影響を受け加熱
回復率は低下する。この結果から明らかなように断面減
少率4〜15%とした理由は、断面減少率4%未満、ま
たは断面減少率が15%を越えると前記理由により加熱
回復率が3%未満となり実用性に乏しいことによる。図
3の最大回復応力についてみると断面減少率7〜11%
でほぼ最大回復応力約265MPaを得られることがわ
かった。さらに、断面減少加工時の温度の加熱回復率へ
の影響について図4に示す。図の通り線材のほぼMS点
を境として加熱回復率は除々に低下する。したがって製
造条件としては、出来るだけ室温に近いほど温度範囲が
広いほど作業が容易で設備費用も廉価にすむことより線
材のAf点が断面減少加工時の温度の加熱回復率を実用
上損なわない限度となることが明らかである。
の形状記憶合金線材2.25mmφを、600℃1時間の
熱処理条件にて600mmφのリング状に記憶処理したも
のを使用した。この線材の示差走査熱量計にて測定した
結果、マルテンサイト変態開始温度は、−30℃、オー
ステナイト変態終了温度は、+4℃であった。これを、
図1に示す単頭伸線機を用いて、ダイスボックス(10)内
に−20℃に冷却したシリコン油を潤滑材(9) として用
い断面減少率9%のダイス(11)をセットして線材(2) と
ダイスを冷却、伸線速度9m/min で伸線しサンプルを
作製した。また、バックテンションを加えるためダイス
(11)の前にバックテンション付加プーリー(13)を取付け
作製した。このサンプルを恒温槽付きインストロン型万
能試験機にて伸び歪3%回復長での定チャック間温度サ
イクル試験を行い、最大回復応力、回復応力発生温度を
測定した。また、伸線サンプル長さを測定し、さらに約
200℃に加熱したのちの伸線サンプル長さを測定する
ことにより加熱前伸線サンプルの長さを基準として加熱
回復率測定を行った。測定の結果、最大回復応力304
MPa、加熱回復率5.4%を得られた。このように、
Ni−Ti形状記憶合金線材のみならず、本発明は、N
i−Ti−Cr形状記憶合金線材に適応可能である事が
分かる。またこの事より、超弾性型マルテンサイト変態
を起こすNi−Ti系形状記憶合金線材に適応可能であ
る事が明らかである。なおダイスは穴ダイス、ローラー
ダイスに限らず減面加工が可能な治工具であればほかの
物でも可能で同様の効果が得られる。
価な設備によって連続して予歪を与えた直線作動アクチ
ュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材を製造しう
ることが可能であり、連続製造が可能なため廉価な直線
作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材
を提供できるものである。
を示す図。
テンションへの影響についての説明グラフ。
説明グラフ。
ての説明グラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 Ni49.5〜51.5at%、残部Ti
からなるNi−Ti合金および該Niまたは/およびT
iの一部をFe、Co、Cu、Cr、V、Zr、Pd、
Nbの1種または2種以上の元素で合計3at%以下の範
囲で置換したNi−Ti系形状記憶合金線材を250℃
以上の熱処理温度で直線状に記憶させた後、その記憶さ
れた線材をオーステナイト変態終了(Af点)温度以下
に冷却しながら断面減少率4〜15%の減面加工を行う
ことを特徴とする直線作動アクチュエーター用Ni−T
i系形状記憶合金線材の製造方法。 - 【請求項2】 Ni49.5〜51.5at%、残部Ti
からなるNi−Ti合金および該Niまたは/およびT
iの一部をFe、Co、Cu、Cr、V、Zr、Pd、
Nbの1種または2種以上の元素で合計3at%以下の範
囲で置換したNi−Ti系形状記憶合金線材を250℃
以上の熱処理温度で直線状に記憶させた後、その記憶さ
れた線材をバックテンションをかけ、かつオーステナイ
ト変態終了(Af点)温度以下に冷却しながら断面減少
率4〜15%の減面加工を行うことを特徴とする直線作
動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材の
製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP03302378A JP3098587B2 (ja) | 1991-10-22 | 1991-10-22 | 直線作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材の製造方法およびその製造装置 |
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JPH05117827A JPH05117827A (ja) | 1993-05-14 |
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JP03302378A Expired - Fee Related JP3098587B2 (ja) | 1991-10-22 | 1991-10-22 | 直線作動アクチュエーター用Ni−Ti系形状記憶合金線材の製造方法およびその製造装置 |
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