JP3412888B2 - 超弾性皿ばねおよびその製造方法 - Google Patents
超弾性皿ばねおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はボルト等のねじを利用し
て部材を締結する際に使用する皿ばねに関し、緩みの生
じ難い、特に電気接続部の接続に好適な超弾性皿ばねに
係るものである。
て部材を締結する際に使用する皿ばねに関し、緩みの生
じ難い、特に電気接続部の接続に好適な超弾性皿ばねに
係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電線、銅バー等の導体の接続にボ
ルト等を用いて接続することが多く、この接続にはスプ
リングワッシャーや平ワッシャー等を用いボルトを締付
けて接続するものである。保守は、接続部にサーモラベ
ルを貼り付けておき、接続部の温度上昇による緩みを発
見して、ボルトの増締めをする方法が行われている。ま
た銅バーなどを用いる高層ビルなどの高圧大電力幹線の
電気工事は、ボルトにより導体を締め付け接続し、施工
組立後、一度使用電力量相当のテスト通電を行い、電力
幹線接続部に通電による発熱を経験させて、熱膨張等に
よる接続部材のヘタリによる電気接続部に生じるゆるみ
を予め生じさせ、後に、再度ボルトの増締めを行うこと
により施工工事の信頼性を向上させていた。増締め等の
作業は、通電状態では安全上出来ないため時間的制約が
あり、また多くの人手を要し、かつ経費もかかるため問
題になっていた。
ルト等を用いて接続することが多く、この接続にはスプ
リングワッシャーや平ワッシャー等を用いボルトを締付
けて接続するものである。保守は、接続部にサーモラベ
ルを貼り付けておき、接続部の温度上昇による緩みを発
見して、ボルトの増締めをする方法が行われている。ま
た銅バーなどを用いる高層ビルなどの高圧大電力幹線の
電気工事は、ボルトにより導体を締め付け接続し、施工
組立後、一度使用電力量相当のテスト通電を行い、電力
幹線接続部に通電による発熱を経験させて、熱膨張等に
よる接続部材のヘタリによる電気接続部に生じるゆるみ
を予め生じさせ、後に、再度ボルトの増締めを行うこと
により施工工事の信頼性を向上させていた。増締め等の
作業は、通電状態では安全上出来ないため時間的制約が
あり、また多くの人手を要し、かつ経費もかかるため問
題になっていた。
【０００３】これらの問題を除くため種々の改良提案が
なされている。例えば、実開昭５９−１２９１７０号に
端子装置がある。これは形状記憶合金製皿ばねを用いた
端子装置であり、正常温度時には、平形状、異常発熱時
には、皿形状に変形回復することによって接続端子面圧
を上げ異常発熱を、防止出来るとしている。しかし、効
果記述が定性的であり形状記憶皿ばねの材質、記憶処
理、荷重特性等の記述がなく具体的に効果が確認できな
い。また実開昭５８−１６８０７９号に、電気用端子の
緩みどめ装置がある。これは形状記憶合金製ばね座金、
波形座金を、Ｎｉ−Ｔｉ等の合金より作製し作動変態温
度以下で偏平に成形し、通電発熱により前記ばね形状を
回復させる力により電気端子にかかるばね力を増加さ
せ、緩み止め効果を持たせたものである。そして、本案
に使用する形状記憶合金は、一度通電加熱して形状回復
すると常温に温度が低下しても回復形状を維持し続け端
子接続部は強く緊張せしめられるとある。つまり形状記
憶効果としては、一方向性記憶効果を持ち作動温度ヒス
テリシスが大きいと言うものであるが、これまた具体的
な材質、記憶処理方法、効果の記述がなくその効果が確
認できない。
なされている。例えば、実開昭５９−１２９１７０号に
端子装置がある。これは形状記憶合金製皿ばねを用いた
端子装置であり、正常温度時には、平形状、異常発熱時
には、皿形状に変形回復することによって接続端子面圧
を上げ異常発熱を、防止出来るとしている。しかし、効
果記述が定性的であり形状記憶皿ばねの材質、記憶処
理、荷重特性等の記述がなく具体的に効果が確認できな
い。また実開昭５８−１６８０７９号に、電気用端子の
緩みどめ装置がある。これは形状記憶合金製ばね座金、
波形座金を、Ｎｉ−Ｔｉ等の合金より作製し作動変態温
度以下で偏平に成形し、通電発熱により前記ばね形状を
回復させる力により電気端子にかかるばね力を増加さ
せ、緩み止め効果を持たせたものである。そして、本案
に使用する形状記憶合金は、一度通電加熱して形状回復
すると常温に温度が低下しても回復形状を維持し続け端
子接続部は強く緊張せしめられるとある。つまり形状記
憶効果としては、一方向性記憶効果を持ち作動温度ヒス
テリシスが大きいと言うものであるが、これまた具体的
な材質、記憶処理方法、効果の記述がなくその効果が確
認できない。
【０００４】本来Ｎｉ−Ｔｉ合金の一方向性形状記憶効
果としての作動温度ヒステリシスは、通常行われる４０
０〜５５０℃の記憶熱処理を施したものでは、その作動
温度範囲が１０℃と狭い。例えば前記の銅バー等の接続
にＮｉ−Ｔｉ合金の形状記憶合金を用いた場合、通電に
よる加熱温度を控えめに４０℃とし、常温を２３℃とし
ても温度差は１７℃で、すでに前記の作動温度の１０℃
を越えており、形状回復力は生じない。すなわち形状記
憶合金を用いた電気用端子等の緩み防止は、端子等の発
熱による温度差が大きいため、合金の調整や、加工、熱
処理等の条件を整えても、その温度差に対応できる信頼
性のあるものを得ることは困難である。また用いられる
形状記憶合金は、通常一方向性であるため、温度が低下
した場合は接続部が緩むことがあり、結果的に増締めす
る必要がある等の問題があった。
果としての作動温度ヒステリシスは、通常行われる４０
０〜５５０℃の記憶熱処理を施したものでは、その作動
温度範囲が１０℃と狭い。例えば前記の銅バー等の接続
にＮｉ−Ｔｉ合金の形状記憶合金を用いた場合、通電に
よる加熱温度を控えめに４０℃とし、常温を２３℃とし
ても温度差は１７℃で、すでに前記の作動温度の１０℃
を越えており、形状回復力は生じない。すなわち形状記
憶合金を用いた電気用端子等の緩み防止は、端子等の発
熱による温度差が大きいため、合金の調整や、加工、熱
処理等の条件を整えても、その温度差に対応できる信頼
性のあるものを得ることは困難である。また用いられる
形状記憶合金は、通常一方向性であるため、温度が低下
した場合は接続部が緩むことがあり、結果的に増締めす
る必要がある等の問題があった。
【０００５】前記のような状況から、在来の鋼製皿ばね
よりも高い歪回復能力を有する超弾性合金を用いること
が考えられる。ここで形状記憶と超弾性効果について説
明すると、前述した形状記憶合金は、高温相の母相状態
で立方晶構造をとり、これを冷却するとマルテンサイト
変態温度で変態して単斜晶構造のマルテンサイト相とな
る。形状記憶効果は、この変態による結晶構造の変化に
よる形状回復現象を利用するものである。これに対し
て、超弾性合金は、マルテンサイト変態温度が使用環境
温度以下である場合に超弾性材料として使用できる。す
なわち、母相状態で、外力が加わると、応力によって誘
起マルテンサイト変態が起こり、外力を取り去ると母相
に戻るためである。例えば線材の引張り試験によって６
〜８％の変形を加えても元に戻る弾性現象である。しか
しこの超弾性合金を皿ばねとして例えば電気接続部等に
応用した場合には次に述べるような難点がある。すなわ
ち従来のＮｉ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金は、
良好な超弾性効果を発現する環境温度幅が約３０℃と狭
く、例えば２０〜５０℃であり、その範囲を外れると超
弾性効果が低下すること。また荷重を負荷した時と、除
荷した時に荷重差が生じる応力ヒステリシス現象が大き
いため、負荷した荷重の内、残留する荷重が少なくな
り、負荷時と除荷時の降伏荷重の割合は、負荷時の０．
２５程度と少なくなる。等の問題があり、例えば皿ばね
にした時電気接続部の部材のヘタリによるボルト締結軸
力の低下に対応できない難点がある。
よりも高い歪回復能力を有する超弾性合金を用いること
が考えられる。ここで形状記憶と超弾性効果について説
明すると、前述した形状記憶合金は、高温相の母相状態
で立方晶構造をとり、これを冷却するとマルテンサイト
変態温度で変態して単斜晶構造のマルテンサイト相とな
る。形状記憶効果は、この変態による結晶構造の変化に
よる形状回復現象を利用するものである。これに対し
て、超弾性合金は、マルテンサイト変態温度が使用環境
温度以下である場合に超弾性材料として使用できる。す
なわち、母相状態で、外力が加わると、応力によって誘
起マルテンサイト変態が起こり、外力を取り去ると母相
に戻るためである。例えば線材の引張り試験によって６
〜８％の変形を加えても元に戻る弾性現象である。しか
しこの超弾性合金を皿ばねとして例えば電気接続部等に
応用した場合には次に述べるような難点がある。すなわ
ち従来のＮｉ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金は、
良好な超弾性効果を発現する環境温度幅が約３０℃と狭
く、例えば２０〜５０℃であり、その範囲を外れると超
弾性効果が低下すること。また荷重を負荷した時と、除
荷した時に荷重差が生じる応力ヒステリシス現象が大き
いため、負荷した荷重の内、残留する荷重が少なくな
り、負荷時と除荷時の降伏荷重の割合は、負荷時の０．
２５程度と少なくなる。等の問題があり、例えば皿ばね
にした時電気接続部の部材のヘタリによるボルト締結軸
力の低下に対応できない難点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
ついて検討の結果、ボルトを使用し、部材を接続する場
合の締結軸力の低下に対応して、締結力を増加せしめ、
接続部に緩みの生じることがなく、したがって例えば電
気接続部等の部材の接続に好適な超弾性皿ばねを提供す
るものである。
ついて検討の結果、ボルトを使用し、部材を接続する場
合の締結軸力の低下に対応して、締結力を増加せしめ、
接続部に緩みの生じることがなく、したがって例えば電
気接続部等の部材の接続に好適な超弾性皿ばねを提供す
るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超弾性
皿ばねは、Ｎｉ５０．７〜５１．２ａｔ％残部Ｔｉから
なるＮｉ−Ｔｉ合金、または該合金のＮｉまたは／およ
びＴｉの一部をＶ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｂのいずれか
１種または２種以上を合計で０．０１〜５．０ａｔ％、
Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の範囲で置換してなる
Ｎｉ−Ｔｉ系合金を皿ばね寸法に加工し、さらに皿形状
Ｈ／ｈ＝０．１〜１．５（Ｈ＝皿ばね高さ、ｈ＝皿ばね
板厚み）の皿ばね形状に成形した後、超弾性効果を付与
せしめた材料であって、皿ばねの特性が常温でＸ軸にた
わみ、Ｙ軸に荷重をとるばね試験において、最大たわみ
量の７５％のたわみにおける負荷側の荷重Ｐ１と除荷側
の荷重Ｐ２との比が、Ｐ２／Ｐ１＝０．３５以上の特性
を有することを特徴とするものである。請求項２に記載
の超弾性皿ばねの製造方法は、Ｎｉ５０．７〜５１．２
ａｔ％残部ＴｉからなるＮｉ−Ｔｉ合金、または該合金
のＮｉまたは／およびＴｉの一部をＶ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｂのいずれか１種または２種以上を合計で０．０
１〜５．０ａｔ％、Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の
範囲で置換してなるＮｉ−Ｔｉ系合金を熱間加工後、最
終加工率を１５〜３０％として冷間加工を施して板と
し、次いで皿ばね寸法に加工し、さらに皿形状Ｈ／ｈ＝
０．１〜１．５（Ｈ＝皿ばね高さ、ｈ＝皿ばね板厚み）
の皿ばね形状に成形し、これに２６０〜３５０℃で０．
１〜４時間の熱処理を施して超弾性効果を付与すること
を特徴とするものである。
皿ばねは、Ｎｉ５０．７〜５１．２ａｔ％残部Ｔｉから
なるＮｉ−Ｔｉ合金、または該合金のＮｉまたは／およ
びＴｉの一部をＶ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｂのいずれか
１種または２種以上を合計で０．０１〜５．０ａｔ％、
Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の範囲で置換してなる
Ｎｉ−Ｔｉ系合金を皿ばね寸法に加工し、さらに皿形状
Ｈ／ｈ＝０．１〜１．５（Ｈ＝皿ばね高さ、ｈ＝皿ばね
板厚み）の皿ばね形状に成形した後、超弾性効果を付与
せしめた材料であって、皿ばねの特性が常温でＸ軸にた
わみ、Ｙ軸に荷重をとるばね試験において、最大たわみ
量の７５％のたわみにおける負荷側の荷重Ｐ１と除荷側
の荷重Ｐ２との比が、Ｐ２／Ｐ１＝０．３５以上の特性
を有することを特徴とするものである。請求項２に記載
の超弾性皿ばねの製造方法は、Ｎｉ５０．７〜５１．２
ａｔ％残部ＴｉからなるＮｉ−Ｔｉ合金、または該合金
のＮｉまたは／およびＴｉの一部をＶ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｂのいずれか１種または２種以上を合計で０．０
１〜５．０ａｔ％、Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の
範囲で置換してなるＮｉ−Ｔｉ系合金を熱間加工後、最
終加工率を１５〜３０％として冷間加工を施して板と
し、次いで皿ばね寸法に加工し、さらに皿形状Ｈ／ｈ＝
０．１〜１．５（Ｈ＝皿ばね高さ、ｈ＝皿ばね板厚み）
の皿ばね形状に成形し、これに２６０〜３５０℃で０．
１〜４時間の熱処理を施して超弾性効果を付与すること
を特徴とするものである。
【０００８】
【作用】本発明は前述したように、従来のＮｉ−Ｔｉ合
金およびＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金は、荷重を負荷した時
と除荷時に生じる応力−ヒステリシス現象が大きいこ
と、および良好な超弾性効果を発現する環境温度幅が約
３０℃と狭いことに着目し、これを改良するためになさ
れたもので、本発明の第１の目的としては、荷重を負荷
した時と除荷時に生じる応力−ヒステリシス現象を小さ
くし、例えば図１に示すように、常温において、Ｘ軸に
たわみ、Ｙ軸に荷重をとるばね試験において、最大たわ
み量の７５％のたわみにおける負荷側の荷重Ｐ1 、除荷
側の荷重Ｐ2 の比がＰ2 ／Ｐ1 ＝０．３５以上とするこ
とにより、ボルト等の締結軸力の低下に対応して、大き
なたわみ量と平坦な荷重特性を有する超弾性皿ばねと
し、接続部の緩みを防止できるようにしたものである。
また本発明第２の目的としては、超弾性効果を発現する
環境温度幅を広げ、温度感受性を向上させて、使用でき
る温度範囲を拡大し、寒冷地方から熱帯地方まで使用で
きると共に、たとえ接続部の温度が上昇しても、緩みを
防止できるようにしたものである。
金およびＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金は、荷重を負荷した時
と除荷時に生じる応力−ヒステリシス現象が大きいこ
と、および良好な超弾性効果を発現する環境温度幅が約
３０℃と狭いことに着目し、これを改良するためになさ
れたもので、本発明の第１の目的としては、荷重を負荷
した時と除荷時に生じる応力−ヒステリシス現象を小さ
くし、例えば図１に示すように、常温において、Ｘ軸に
たわみ、Ｙ軸に荷重をとるばね試験において、最大たわ
み量の７５％のたわみにおける負荷側の荷重Ｐ1 、除荷
側の荷重Ｐ2 の比がＰ2 ／Ｐ1 ＝０．３５以上とするこ
とにより、ボルト等の締結軸力の低下に対応して、大き
なたわみ量と平坦な荷重特性を有する超弾性皿ばねと
し、接続部の緩みを防止できるようにしたものである。
また本発明第２の目的としては、超弾性効果を発現する
環境温度幅を広げ、温度感受性を向上させて、使用でき
る温度範囲を拡大し、寒冷地方から熱帯地方まで使用で
きると共に、たとえ接続部の温度が上昇しても、緩みを
防止できるようにしたものである。
【０００９】前記の目的を達成するため、本発明の超弾
性皿ばねの材質を上記のように限定したのは以下の理由
による。Ｎｉ５０．７〜５１．２ａｔ％としたのは、Ｎ
ｉが５０．７ａｔ％より少ないと超弾性効果を示さず、
また５１．２ａｔ％を超えると加工性が低下する。上記
のＮｉまたは／およびＴｉの一部をＶ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を合計で０．０
１〜５．０ａｔ％、Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の
範囲で置換するのは、Ａｆ点（オーステナイト変態終了
温度）を下げる効果と、材料の加工性、強度、耐食性の
いずれかを改善するからで、この場合はＮｉを４９．５
ａｔ％（但しＣｕの場合は４０．０ａｔ％）まで下げる
ことができる。これらを具体的に例示すると、 Ｎｉ５１．０−Ｔｉ４９．０ （単位はａｔ％を示す。
以下同様） Ｎｉ５０．６−Ｔｉ４８．９−Ｖ０．５ Ｎｉ４９．８−Ｔｉ４８．２−Ｃｏ２．０ Ｎｉ４９．６−Ｔｉ４９．６−Ｆｅ０．８ Ｎｉ５０．５−Ｔｉ４９．１−Ｃｒ０．４ Ｎｉ４１．７−Ｔｉ５０．０−Ｃｕ８．０−Ｃｒ０．３ Ｎｉ４９．５−Ｔｉ４５．５−Ｎｂ５．０ 等で、本発明にはこれらの超弾性合金が適用できる。
性皿ばねの材質を上記のように限定したのは以下の理由
による。Ｎｉ５０．７〜５１．２ａｔ％としたのは、Ｎ
ｉが５０．７ａｔ％より少ないと超弾性効果を示さず、
また５１．２ａｔ％を超えると加工性が低下する。上記
のＮｉまたは／およびＴｉの一部をＶ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｂのいずれか１種または２種以上を合計で０．０
１〜５．０ａｔ％、Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の
範囲で置換するのは、Ａｆ点（オーステナイト変態終了
温度）を下げる効果と、材料の加工性、強度、耐食性の
いずれかを改善するからで、この場合はＮｉを４９．５
ａｔ％（但しＣｕの場合は４０．０ａｔ％）まで下げる
ことができる。これらを具体的に例示すると、 Ｎｉ５１．０−Ｔｉ４９．０ （単位はａｔ％を示す。
以下同様） Ｎｉ５０．６−Ｔｉ４８．９−Ｖ０．５ Ｎｉ４９．８−Ｔｉ４８．２−Ｃｏ２．０ Ｎｉ４９．６−Ｔｉ４９．６−Ｆｅ０．８ Ｎｉ５０．５−Ｔｉ４９．１−Ｃｒ０．４ Ｎｉ４１．７−Ｔｉ５０．０−Ｃｕ８．０−Ｃｒ０．３ Ｎｉ４９．５−Ｔｉ４５．５−Ｎｂ５．０ 等で、本発明にはこれらの超弾性合金が適用できる。
【００１０】また皿ばね形状を、Ｈ／ｈ＝０．１〜１．
５と限定したのは、ばね構造上１．５を超えるとバネ定
数が負となる点がたわみ途中で発生し、たわみ途中で動
作点が急変し荷重変動を起こすことを防ぐためである。
Ｈ／ｈ＝０．１を下限としたのは、Ｈ／ｈ＝０．１未満
では平座金と同じ形状となり皿ばねの機能を失うためで
ある。
５と限定したのは、ばね構造上１．５を超えるとバネ定
数が負となる点がたわみ途中で発生し、たわみ途中で動
作点が急変し荷重変動を起こすことを防ぐためである。
Ｈ／ｈ＝０．１を下限としたのは、Ｈ／ｈ＝０．１未満
では平座金と同じ形状となり皿ばねの機能を失うためで
ある。
【００１１】次にばね試験のたわみ量を、最大たわみ量
の７５％としたのは、最大たわみ付近では、平面形状と
なるので座面との接触により、ばね定数の急変が起こり
荷重が安定しないことによる。また、材料の回復可能な
超弾性効果の降伏域が歪で１．５〜５％であるため、ば
ね設計上、これを有効に使用すると最大たわみ量の７５
％が、材料の降伏域に相当する歪に入ることで実際的に
測定する上で判定が容易であることによる。
の７５％としたのは、最大たわみ付近では、平面形状と
なるので座面との接触により、ばね定数の急変が起こり
荷重が安定しないことによる。また、材料の回復可能な
超弾性効果の降伏域が歪で１．５〜５％であるため、ば
ね設計上、これを有効に使用すると最大たわみ量の７５
％が、材料の降伏域に相当する歪に入ることで実際的に
測定する上で判定が容易であることによる。
【００１２】本発明の超弾性皿ばねの製造方法として
は、前記したＮｉ−Ｔｉ合金およびＮｉ−Ｔｉ系合金の
鋳塊を通常の熱間加工した後、冷間加工と焼鈍の工程に
より最終的に冷間加工により所定の板厚に仕上げるもの
であるが、この最終冷間加工の加工率を１５〜３０％と
するものである。１５％未満の加工率では、超弾性効果
を付与する熱処理を施しても所期の超弾性効果が得られ
ず、また熱処理中に板厚が変動して、ばね形状が変化す
る不都合が生じる。また加工率が３０％を超えると圧延
加工中にコバ割れが生じるため加工が困難となる。
は、前記したＮｉ−Ｔｉ合金およびＮｉ−Ｔｉ系合金の
鋳塊を通常の熱間加工した後、冷間加工と焼鈍の工程に
より最終的に冷間加工により所定の板厚に仕上げるもの
であるが、この最終冷間加工の加工率を１５〜３０％と
するものである。１５％未満の加工率では、超弾性効果
を付与する熱処理を施しても所期の超弾性効果が得られ
ず、また熱処理中に板厚が変動して、ばね形状が変化す
る不都合が生じる。また加工率が３０％を超えると圧延
加工中にコバ割れが生じるため加工が困難となる。
【００１３】このようにして所望の板厚に加工された板
は、皿ばねの寸法にプレス加工、放電加工等により加工
され、次いで所定の皿ばね形状の型に詰め込み、成形
し、その状態を保持したまま２６０〜３５０℃の温度で
０．１〜４時間の熱処理を施して、超弾性効果を付与す
るものである。この熱処理条件は、前記したような使用
する環境において超弾性効果を発現する温度幅が狭くな
るか、或いは広くなるかの、前記の温度感受性に影響を
およぼす。また熱処理条件は、荷重を負荷した時と除荷
した時に生じる応力ヒステリシスに影響を与えるもので
ある。
は、皿ばねの寸法にプレス加工、放電加工等により加工
され、次いで所定の皿ばね形状の型に詰め込み、成形
し、その状態を保持したまま２６０〜３５０℃の温度で
０．１〜４時間の熱処理を施して、超弾性効果を付与す
るものである。この熱処理条件は、前記したような使用
する環境において超弾性効果を発現する温度幅が狭くな
るか、或いは広くなるかの、前記の温度感受性に影響を
およぼす。また熱処理条件は、荷重を負荷した時と除荷
した時に生じる応力ヒステリシスに影響を与えるもので
ある。
【００１４】この熱処理条件を２６０〜３５０℃で０．
１〜４時間としたのは、２６０℃未満では超弾性効果が
得られず、また３５０℃を超えると、超弾性効果を発現
する温度幅が狭くなると共に、最大たわみ量の７５％の
たわみにおける負荷側の荷重Ｐ1 、除荷側の荷重Ｐ2 の
比Ｐ2 ／Ｐ1 ＝０．３５以上とならないからである。ま
た熱処理時間は、０．１時間未満では超弾性効果が得ら
れず、４時間を超えると熱処理効果が飽和するからであ
る。
１〜４時間としたのは、２６０℃未満では超弾性効果が
得られず、また３５０℃を超えると、超弾性効果を発現
する温度幅が狭くなると共に、最大たわみ量の７５％の
たわみにおける負荷側の荷重Ｐ1 、除荷側の荷重Ｐ2 の
比Ｐ2 ／Ｐ1 ＝０．３５以上とならないからである。ま
た熱処理時間は、０．１時間未満では超弾性効果が得ら
れず、４時間を超えると熱処理効果が飽和するからであ
る。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。
(実施例１）
本例では、本発明に係る超弾性皿ばねと比較例および従
来の鋼製皿ばねのばね特性について試験した。皿ばね材
質として、Ｎｉ５０．８５ａｔ％、残部Ｔｉの合金を常
法により熱間加工後、最終加工率を２５％として冷間加
工して板厚２．３ｍｍの板に仕上げ、この板から、プレ
ス加工により図２に示すようなｄｉ＝１２ｍｍφ、ｄｏ
＝２１ｍｍφに打抜いたものと、皿状の型に詰め込み、
図３に示すような皿ばね形状に成形し、そのまま３００
℃で３０分間加熱して超弾性効果を付与する熱処理を行
い、皿ばね板厚ｈ＝２．３ｍｍ、皿ばね高さＨ＝１．１
ｍｍ、自由高さｌ＝３．４ｍｍの皿ばねとした。また比
較のため、前記と同様の組成と寸法のもので、最終冷間
加工率３０％と、５２０℃で３０分の通常の製法のもの
を作製した。
来の鋼製皿ばねのばね特性について試験した。皿ばね材
質として、Ｎｉ５０．８５ａｔ％、残部Ｔｉの合金を常
法により熱間加工後、最終加工率を２５％として冷間加
工して板厚２．３ｍｍの板に仕上げ、この板から、プレ
ス加工により図２に示すようなｄｉ＝１２ｍｍφ、ｄｏ
＝２１ｍｍφに打抜いたものと、皿状の型に詰め込み、
図３に示すような皿ばね形状に成形し、そのまま３００
℃で３０分間加熱して超弾性効果を付与する熱処理を行
い、皿ばね板厚ｈ＝２．３ｍｍ、皿ばね高さＨ＝１．１
ｍｍ、自由高さｌ＝３．４ｍｍの皿ばねとした。また比
較のため、前記と同様の組成と寸法のもので、最終冷間
加工率３０％と、５２０℃で３０分の通常の製法のもの
を作製した。
【００１６】これらの試料について、常温にて、Ｘ軸に
たわみ、Ｙ軸に荷重をとり、皿ばねに荷重をかけ、負荷
時と除荷時の応力−ヒステリシス曲線を求めて、図４に
示した。なお従来の鋼製皿ばねについても例示した。図
４から明らかなように、本発明に係る皿ばねの曲線Ａ
は、最大たわみ量の７５％のたわみにおける、負荷側の
荷重Ｐ1 が６４０ｋｇｆ、除荷側の荷重Ｐ2 が３４０ｋ
ｇｆで、Ｐ2 ／Ｐ1 ＝０．５とたわみ量が大きく良好な
ばね特性を示した。また負荷側と除荷側の曲線がなだら
かであり、平坦な荷重特性を示すことが確認された。こ
れに対して、通常の製法で作製した皿ばねの曲線ＢはＰ
2 ／Ｐ1 ＝０．２５で本発明皿ばねの１／２であった。
また従来の鋼製皿ばねは曲線Ｃに示すように、本発明皿
ばねの１／３のたわみ量であった。以上の結果から、ボ
ルト締結部の緩みが生じた場合でも高い軸力が保持でき
ること、および締結部のヘタリ量の軸力が無くなるまで
の余裕度が、鋼製皿ばねに比べ３倍あることが確認され
た。
たわみ、Ｙ軸に荷重をとり、皿ばねに荷重をかけ、負荷
時と除荷時の応力−ヒステリシス曲線を求めて、図４に
示した。なお従来の鋼製皿ばねについても例示した。図
４から明らかなように、本発明に係る皿ばねの曲線Ａ
は、最大たわみ量の７５％のたわみにおける、負荷側の
荷重Ｐ1 が６４０ｋｇｆ、除荷側の荷重Ｐ2 が３４０ｋ
ｇｆで、Ｐ2 ／Ｐ1 ＝０．５とたわみ量が大きく良好な
ばね特性を示した。また負荷側と除荷側の曲線がなだら
かであり、平坦な荷重特性を示すことが確認された。こ
れに対して、通常の製法で作製した皿ばねの曲線ＢはＰ
2 ／Ｐ1 ＝０．２５で本発明皿ばねの１／２であった。
また従来の鋼製皿ばねは曲線Ｃに示すように、本発明皿
ばねの１／３のたわみ量であった。以上の結果から、ボ
ルト締結部の緩みが生じた場合でも高い軸力が保持でき
ること、および締結部のヘタリ量の軸力が無くなるまで
の余裕度が、鋼製皿ばねに比べ３倍あることが確認され
た。
【００１７】（実施例２）本例では本発明に係る超弾性
皿ばねの合金組成、最終冷間加工率および熱処理条件を
変化させた場合のばね特性について試験した。皿ばね材
質としてＮｉ５０．７ａｔ％、Ｃｒ０．３ａｔ％、残部
Ｔｉの合金とし、最終冷間加工率を２０％とし、熱処理
を２７５℃で６０分とした他は実施例１と同様にして皿
ばねを作製した。皿ばね寸法はｈ＝２. ３ｍｍ、Ｈ＝
１．４ｍｍ、l＝３．７ｍｍである。この皿ばねについ
て、実施例１と同様にして、応力−ヒステリシス曲線を
求めた。その結果を図５に示した。図５から明らかなよ
うに、この試作皿ばねは、実施例１に比べて回復たわみ
でほぼ１．１倍量を持ち、かつ発生荷重の挙動が穏やか
で降伏相当部分が平坦であり、中央部の負荷側の荷重Ｐ
1 が８５０ｋｇｆに対して除荷時の荷重Ｐ2 が４００ｋ
ｇｆを示しており、Ｐ2 ／Ｐ1 ＝０．４７でヒステリシ
スが少ないことものが得られた。
皿ばねの合金組成、最終冷間加工率および熱処理条件を
変化させた場合のばね特性について試験した。皿ばね材
質としてＮｉ５０．７ａｔ％、Ｃｒ０．３ａｔ％、残部
Ｔｉの合金とし、最終冷間加工率を２０％とし、熱処理
を２７５℃で６０分とした他は実施例１と同様にして皿
ばねを作製した。皿ばね寸法はｈ＝２. ３ｍｍ、Ｈ＝
１．４ｍｍ、l＝３．７ｍｍである。この皿ばねについ
て、実施例１と同様にして、応力−ヒステリシス曲線を
求めた。その結果を図５に示した。図５から明らかなよ
うに、この試作皿ばねは、実施例１に比べて回復たわみ
でほぼ１．１倍量を持ち、かつ発生荷重の挙動が穏やか
で降伏相当部分が平坦であり、中央部の負荷側の荷重Ｐ
1 が８５０ｋｇｆに対して除荷時の荷重Ｐ2 が４００ｋ
ｇｆを示しており、Ｐ2 ／Ｐ1 ＝０．４７でヒステリシ
スが少ないことものが得られた。
【００１８】（実施例３）本例では本発明に係る超弾性
皿ばねの合金組成、最終冷間加工率および熱処理条件を
変化させた場合のばね特性について試験した。皿ばね材
質としてＮｉ５１．２ａｔ％、残部Ｔｉの合金とし、最
終冷間加工率を１７％とし、熱処理を３４０℃で６０分
とした他は実施例１と同様にして皿ばねを作製した。皿
ばね寸法はｈ＝２．３ｍｍ、Ｈ＝１．４ｍｍ、l＝３．
７ｍｍである。この皿ばねについて実施例１と同様にし
て、応力−ヒステリシス曲線を求めた。その結果を図６
に示した。図６から明らかなように、この試作皿ばね
は、実施例１に比べて回復たわみでほぼ同等量を持ち、
かつ発生荷重の挙動が穏やかで降伏相当部分が平坦であ
り中央部の負荷側の荷重Ｐ1 が８５０ｋｇｆに対して除
荷時の荷重Ｐ2 が３２０ｋｇｆを示しており、Ｐ2 ／Ｐ
1 ＝０．３８でヒステリシスが実施例１に比べやや落ち
るものの少ないものが得られた。
皿ばねの合金組成、最終冷間加工率および熱処理条件を
変化させた場合のばね特性について試験した。皿ばね材
質としてＮｉ５１．２ａｔ％、残部Ｔｉの合金とし、最
終冷間加工率を１７％とし、熱処理を３４０℃で６０分
とした他は実施例１と同様にして皿ばねを作製した。皿
ばね寸法はｈ＝２．３ｍｍ、Ｈ＝１．４ｍｍ、l＝３．
７ｍｍである。この皿ばねについて実施例１と同様にし
て、応力−ヒステリシス曲線を求めた。その結果を図６
に示した。図６から明らかなように、この試作皿ばね
は、実施例１に比べて回復たわみでほぼ同等量を持ち、
かつ発生荷重の挙動が穏やかで降伏相当部分が平坦であ
り中央部の負荷側の荷重Ｐ1 が８５０ｋｇｆに対して除
荷時の荷重Ｐ2 が３２０ｋｇｆを示しており、Ｐ2 ／Ｐ
1 ＝０．３８でヒステリシスが実施例１に比べやや落ち
るものの少ないものが得られた。
【００１９】（実施例４）本例では本発明に係る超弾性
皿ばねの熱処理条件と応力−ヒステリシスの温度感受性
（環境温度幅）について試験した。試料として、Ｎｉ５
０．８５ａｔ％、残部Ｔｉの合金の幅６ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍの条を表１に示す２７５〜５２５℃
の各条件で熱処理を施し、これを引張試験により、図７
ａ曲線に示すように、２６℃で４％の歪まで荷重をかけ
て負荷した後、除荷して応力−ヒステリシス曲線を求
め、４％の歪みのときを１とし、３％の歪みのときの荷
重の比を求めた。またｂ曲線のように３％の歪みを一定
とし、３％の歪のまま試験温度条件を０℃、２６℃、６
０℃と変えて、このときの発生荷重を測定し、前記の４
％歪みを１としてその比を求めた。その結果を表１に示
した。
皿ばねの熱処理条件と応力−ヒステリシスの温度感受性
（環境温度幅）について試験した。試料として、Ｎｉ５
０．８５ａｔ％、残部Ｔｉの合金の幅６ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍの条を表１に示す２７５〜５２５℃
の各条件で熱処理を施し、これを引張試験により、図７
ａ曲線に示すように、２６℃で４％の歪まで荷重をかけ
て負荷した後、除荷して応力−ヒステリシス曲線を求
め、４％の歪みのときを１とし、３％の歪みのときの荷
重の比を求めた。またｂ曲線のように３％の歪みを一定
とし、３％の歪のまま試験温度条件を０℃、２６℃、６
０℃と変えて、このときの発生荷重を測定し、前記の４
％歪みを１としてその比を求めた。その結果を表１に示
した。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１から明らかなように、本発明に係る試
料ａ〜ｄは試験温度２６℃（常温）における歪４％と、
３％の歪のときの荷重の比が０．３５〜０．５２と大き
い。また３％の歪一定とし、０℃、２６℃、６０℃と試
験温度を変えた場合も温度差による荷重の比の低下はあ
まり認められず、温度感受性が良いことを示した。これ
に対し試料ｅ、ｆは熱処理温度が高いため常温の荷重の
比および各温度差による荷重の比が大きく低下する。
料ａ〜ｄは試験温度２６℃（常温）における歪４％と、
３％の歪のときの荷重の比が０．３５〜０．５２と大き
い。また３％の歪一定とし、０℃、２６℃、６０℃と試
験温度を変えた場合も温度差による荷重の比の低下はあ
まり認められず、温度感受性が良いことを示した。これ
に対し試料ｅ、ｆは熱処理温度が高いため常温の荷重の
比および各温度差による荷重の比が大きく低下する。
【００２２】図８は、表１から試料ａと試料ｆをとり、
前記のように４％歪のときの発生荷重を１とし、３％ま
で除荷したとき、および３％の歪一定にして、試験温度
を変えた場合の荷重の比を示したものである。図８から
明らかなように本発明に係る試料ａは、０℃において
０．３６、２６℃で０．４９、６０℃で０．７１と、温
度差による荷重の低下が少なく、したがってばねを使用
する環境の温度幅が広くなり、寒冷地方から熱帯地方に
おける使用が可能となる他、電気接続部に使用して温度
上昇があったときも接続部の緩みを防止することができ
る。これに対して試料ｆの従来のものは、０℃、２６℃
においては０であり、温度幅が小さいことが判る。
前記のように４％歪のときの発生荷重を１とし、３％ま
で除荷したとき、および３％の歪一定にして、試験温度
を変えた場合の荷重の比を示したものである。図８から
明らかなように本発明に係る試料ａは、０℃において
０．３６、２６℃で０．４９、６０℃で０．７１と、温
度差による荷重の低下が少なく、したがってばねを使用
する環境の温度幅が広くなり、寒冷地方から熱帯地方に
おける使用が可能となる他、電気接続部に使用して温度
上昇があったときも接続部の緩みを防止することができ
る。これに対して試料ｆの従来のものは、０℃、２６℃
においては０であり、温度幅が小さいことが判る。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
従来の鋼製の皿ばねに比べ、約３倍のたわみ量と高い荷
重値で、接続部の軸力を保持でき、初期緩みも吸収する
ので増締めを必要とせず、かつ超弾性合金のもつ適度な
応力ヒステリシスが、接続部への振動等によるねじの緩
みに対しても、高い保持軸力をもって抵抗するので緩み
を生じることがなくなると共に、従来の超弾性合金より
も、使用できる環境温度幅を大きく広げたもので工業上
顕著な効果を奏するものである。
従来の鋼製の皿ばねに比べ、約３倍のたわみ量と高い荷
重値で、接続部の軸力を保持でき、初期緩みも吸収する
ので増締めを必要とせず、かつ超弾性合金のもつ適度な
応力ヒステリシスが、接続部への振動等によるねじの緩
みに対しても、高い保持軸力をもって抵抗するので緩み
を生じることがなくなると共に、従来の超弾性合金より
も、使用できる環境温度幅を大きく広げたもので工業上
顕著な効果を奏するものである。
【図１】本発明に係る超弾性皿ばねの応力−ヒステリシ
ス曲線図
ス曲線図
【図２】本発明の一実施例に係る超弾性皿ばねの打抜き
状態を示す断面図
状態を示す断面図
【図３】本発明の一実施例に係る超弾性皿ばねの断面図
【図４】本発明の一実施例に係る超弾性皿ばねの応力−
ヒステリシス曲線図
ヒステリシス曲線図
【図５】本発明の一実施例に係る他の例の超弾性皿ばね
の応力−ヒステリシス曲線図
の応力−ヒステリシス曲線図
【図６】本発明の一実施例に係るさらに他の例の超弾性
皿ばねの応力−ヒステリシス曲線図
皿ばねの応力−ヒステリシス曲線図
【図７】本発明の一実施例に係る超弾性試験手順を示す
線図
線図
【図８】本発明の一実施例に係る超弾性合金の応力−ヒ
ステリシスと温度感受性を示す線図
ステリシスと温度感受性を示す線図
Ｐ1 負荷側の荷重
Ｐ2 除荷側の荷重
ｄo 皿ばねの外径
ｄi 皿ばねの内径
ｈ 皿ばねの板厚さ
Ｈ 皿ばねの高さ
ｌ 皿ばねの自由高さ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 後藤 志郎
東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式
会社竹中工務店東京本店内
(72)発明者 相田 信一
東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式
会社竹中工務店東京本店内
(72)発明者 山下 武
東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式
会社竹中工務店東京本店内
(56)参考文献 特開 平１−93611（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−41640（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−268749（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−151129（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−332337（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−62431（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−217834（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16F 1/32
F16B 39/24
C22C 19/03
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｎｉ５０．７〜５１．２ａｔ％残部Ｔｉ
からなるＮｉ−Ｔｉ合金、または該合金のＮｉまたは／
およびＴｉの一部をＶ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｂのいず
れか１種または２種以上を合計で０．０１〜５．０ａｔ
％、Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の範囲で置換して
なるＮｉ−Ｔｉ系合金を皿ばね寸法に加工し、さらに皿
形状Ｈ／ｈ＝０．１〜１．５（Ｈ＝皿ばね高さ、ｈ＝皿
ばね板厚み）の皿ばね形状に成形した後、超弾性効果を
付与せしめた材料であって、皿ばねの特性が常温でＸ軸
にたわみ、Ｙ軸に荷重をとるばね試験において、最大た
わみ量の７５％のたわみにおける負荷側の荷重Ｐ１と除
荷側の荷重Ｐ２との比が、Ｐ２／Ｐ１＝０．３５以上の
特性を有することを特徴とする超弾性皿ばね。 - 【請求項２】 Ｎｉ５０．７〜５１．２ａｔ％残部Ｔｉ
からなるＮｉ−Ｔｉ合金、または該合金のＮｉまたは／
およびＴｉの一部をＶ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｂのいず
れか１種または２種以上を合計で０．０１〜５．０ａｔ
％、Ｃｕを０．０１〜１０．０ａｔ％の範囲で置換して
なるＮｉ−Ｔｉ系合金を熱間加工後、最終加工率を１５
〜３０％として冷間加工を施して板とし、次いで皿ばね
寸法に加工し、さらに皿形状Ｈ／ｈ＝０．１〜１．５
（Ｈ＝皿ばね高さ、ｈ＝皿ばね板厚み）の皿ばね形状に
成形し、これに２６０〜３５０℃で０．１〜４時間の熱
処理を施して超弾性効果を付与することを特徴とする超
弾性皿ばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32321293A JP3412888B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 超弾性皿ばねおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32321293A JP3412888B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 超弾性皿ばねおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07153514A JPH07153514A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3412888B2 true JP3412888B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=18152297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32321293A Expired - Fee Related JP3412888B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 超弾性皿ばねおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412888B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3895487B2 (ja) * | 1998-12-01 | 2007-03-22 | 株式会社ミツトヨ | 動電型ピックアップ |
| JP2001185296A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Yamaichi Electronics Co Ltd | 切替スイッチ付き同軸コネクタ |
| US7497653B2 (en) * | 2001-08-20 | 2009-03-03 | Maclean-Fogg Company | Locking fastener assembly |
| JP2004138189A (ja) * | 2002-10-18 | 2004-05-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ねじ締結方法及び鉄道用車輪、輪軸の製造方法並びに鉄道用車輪、輪軸 |
| JP7352272B2 (ja) * | 2018-03-08 | 2023-09-28 | 公立大学法人北九州市立大学 | 除振装置 |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP32321293A patent/JP3412888B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07153514A (ja) | 1995-06-16 |
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