JP3425935B2

JP3425935B2 - 強磁性形状記憶合金

Info

Publication number: JP3425935B2
Application number: JP2000290220A
Authority: JP
Inventors: 勝成及川; ウルフラルス; 清仁石田; 亮介貝沼; 文彦源島
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002129273A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、延性に優れ、強磁
性を有し、かつマルテンサイト変態を生じる強磁性形状
記憶合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械構造物を構成する部品のうち、変
形，移動あるいは応力を発生する機能性部品はアクチュ
エーターと呼ばれる。アクチュエーターの材料として
は、圧電材料，磁歪材料，電気粘性流体，形状記憶合金
等がある。いずれの材料も、アクチュエーターの機能は
結晶構造の相変態現象を伴って発現し、物理化学的特性
値や力学的エネルギーの変換作用が関わっている。

【０００３】アクチュエーター用材料のうち、形状記憶
合金は、冷却によるマルテンサイト変態と、加熱による
その逆変態機構を利用するものである。すなわち高温相
であるオーステナイト状態で形状を拘束して熱処理する
ことによって合金に形状を記憶させ、低温相であるマル
テンサイト状態で変形した後、加熱するとオーステナイ
トに戻る逆変態を生じて元の形状に戻るのである。

【０００４】一般に、冷却時の変態温度よりも加熱時の
変態温度の方が高く、その温度差を温度ヒステリシスと
いう。温度ヒステリシスが小さい場合を熱弾性マルテン
サイト変態といい、約５％にも及ぶ大きな形状回復歪が
得られる。しかし熱弾性マルテンサイト変態を利用する
形状記憶合金は、温度変化によって形状記憶効果を発現
させるのであるから加熱と冷却が必要であるが、冷却過
程は熱放散で律速されるため、形状記憶効果の応答速度
が遅い。したがって形状記憶効果を繰り返し発現させる
アクチュエーターには利用し難いという問題があった。

【０００５】そこで近年、新しいアクチュエーター用材
料として強磁性形状記憶合金が注目されている。強磁性
形状記憶合金は、温度変化ではなく、外的に磁気エネル
ギーを付加して、磁気誘起マルテンサイト変態を生じさ
せ、形状記憶効果の応答性を高めようとするものであ
る。あるいはマルテンサイト相状態で磁場を加えると、
双晶の移動で歪みを生じる。この歪みをアクチュエータ
ーとして応用しようとするものである。

【０００６】特開平11-269611 号公報には、鉄基磁性形
状記憶合金およびその製造方法が開示されている。この
技術は、Pd含有量が27〜32原子％のFe−Pd系合金、ある
いはPt含有量が23〜30原子％のFe−Pt系合金を基本とす
る鉄基磁性形状記憶合金に磁気エネルギーを付与して磁
気誘起マルテンサイト変態を発現させることによって、
形状記憶現象を発現させようとするものである。しかし
この技術では、材料の延性が低いので機械部品として複
雑かつ精密な形状を付与するのが困難であり、しかも原
料価格が高いため経済的にも不利であった。

【０００７】特開平5-311287号公報には、強磁性Cu系形
状記憶材料とその製造方法が開示されている。この技術
は、Cu−Al−Mn合金粉末体を加圧して固化成形した後、
焼結および加工して、形状記憶現象を電気的スイッチン
グ装置や温度感知センサーに利用しようとするものであ
る。しかしこの技術では、粉末材料を加圧成形して焼結
した後、加工するため機械部品として複雑かつ精密な形
状を付与するのが困難であった。

【０００８】米国特許5,958,154 号公報には、Ni−Mn−
Ga系合金のアクチュエーター用材料に磁場を付与して形
状記憶現象を発現させる技術が開示されている。しかし
この技術では、材料の延性が低いので機械部品として複
雑かつ精密な形状を付与するのが困難であり、しかも繰
り返し特性が悪いという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解消し、延性に優れ、強磁性を有し、かつマルテ
ンサイト変態を生じる強磁性形状記憶合金を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、Coを５〜70原
子％、Niを５〜70原子％、Alを５〜50原子％含有し、残
部が不可避的不純物からなる組成と、Ｂ２構造（いわゆ
るCeCl構造）のβ相からなる単相組織、または延性のあ
るｆｃｃ構造のγ相とＢ２構造のβ相からなる２相組織
とからなる強磁性形状記憶合金である。

【００１１】前記した発明においては、第１の好適態様
として、前記組成に加えて、Feを0.001〜30原子％およ
び／またはMnを 0.001〜30原子％含有することが好まし
い。また第２の好適態様として、前記組成に加えて、G
a、InおよびSiのうちの１種を 0.001〜５原子％または
２種以上を合計 0.001〜５原子％含有することが好まし
い。

【００１２】

【００１３】また第３の好適態様として、前記単相組織
が単結晶であることが好ましい。また第４の好適態様と
して、前記２相組織のγ相の体積分率が0.01〜80体積％
の範囲を満足することが好ましい。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】まず本発明の強磁性形状記憶合金
の組成について説明する。本発明の強磁性形状記憶合金
は、Coを５〜70原子％，Niを５〜70原子％，Alを５〜50
原子％含有し、残部が不可避的不純物からなる。さらに
Feを 0.001〜30原子％，Mnを 0.001〜30原子％，Gaを
0.001〜50原子％，Inを 0.001〜50原子％，Siを 0.001
〜50原子％，Ｂを0.0005〜0.01原子％，Mgを0.0005〜0.
01原子％，Ｃを0.0005〜0.01原子％，Ｐを0.0005〜0.01
原子％含有することが好ましい。また、Pt，Pd，Au，A
g，Nb，Ｖ，Ti，Cr，Zr，Cu，ＷおよびMoのうちの１種
を 0.001〜10原子％または２種以上を合計 0.001〜10原
子％含有することが好ましい。

【００１７】Coは、NiやAlとともに形状記憶特性および
磁気特性を向上させる元素である。しかし、Co含有量が
５原子％未満では強磁性を消失する。また、Co含有量が
70原子％を超えると形状記憶効果は発現しない。したが
って、Co含有量は５〜70原子％の範囲を満足する必要が
ある。Niは、CoやAlとともに形状記憶特性を向上させる
元素である。しかし、Ni含有量が５原子％未満またはNi
含有量が70原子％を超えると形状記憶効果は発現しな
い。したがって、Ni含有量は５〜70原子％の範囲を満足
する必要がある。

【００１８】Alは、CoやNiとともに形状記憶特性および
磁気特性を向上させる元素である。しかし、Al含有量が
５原子％未満またはAl含有量が50原子％を超えると形状
記憶効果は発現しない。したがって、Al含有量は５〜50
原子％の範囲を満足する必要がある。Feは、Ｂ２構造
（いわゆるCeCl構造）のβ相の存在領域を広げる元素で
あり、またＢ２構造のβ相を主とする基地組織がマルテ
ンサイト変態を生じる温度（以下、マルテンサイト変態
温度という）および磁気特性が常磁性から強磁性に転移
する温度（以下、キュリー温度という）を変化させる元
素である。しかし、Fe含有量が 0.001原子％未満ではＢ
２構造のβ相の存在領域を広げる効果が発揮されない。
また、Fe含有量が30原子％を超えるとＢ２構造のβ相の
存在領域を広げる効果が飽和する。したがって、Fe含有
量は 0.001〜30原子％の範囲を満足するのが好ましい。

【００１９】Mnは、Ｂ２構造のβ相の生成を促進する元
素であり、またマルテンサイト変態温度およびキュリー
温度を変化させる元素である。しかし、Mn含有量が 0.0
01原子％未満ではＢ２構造のβ相の存在領域を広げる効
果が発揮されない。また、Mn含有量が30原子％を超える
とＢ２構造のβ相の存在領域を広げる効果が飽和する。
したがって、Mn含有量は 0.001〜30原子％の範囲を満足
するのが好ましい。

【００２０】Gaは、InやSiとともに、マルテンサイト変
態温度およびキュリー温度を変化させる元素であり、In
とSiとの相乗効果によって、マルテンサイト変態温度お
よびキュリー温度を−200 〜 200℃の範囲で自在に制御
できる。しかし、Ga含有量が0.001原子％未満ではマル
テンサイト変態温度およびキュリー温度の制御効果が発
揮されない。また、Ga含有量が５原子％を超えてもマル
テンサイト変態温度およびキュリー温度の制御効果が発
揮されない。したがって、Ga含有量は 0.001〜５原子％
の範囲を満足するのが好ましい。

【００２１】Inは、GaやSiとともに、マルテンサイト変
態温度およびキュリー温度を変化させる元素であり、Ga
とSiとの相乗効果によって、マルテンサイト変態温度お
よびキュリー温度を−200 〜 200℃の範囲で自在に制御
できる。しかし、In含有量が0.001原子％未満ではマル
テンサイト変態温度およびキュリー温度の制御効果が発
揮されない。また、In含有量が５原子％を超えてもマル
テンサイト変態温度およびキュリー温度の制御効果が発
揮されない。したがって、In含有量は 0.001〜５原子％
の範囲を満足するのが好ましい。

【００２２】Siは、GaやInとともに、マルテンサイト変
態温度およびキュリー温度を変化させる元素であり、Ga
とInとの相乗効果によって、マルテンサイト変態温度お
よびキュリー温度を−200 〜 200℃の範囲で自在に制御
できる。しかし、Si含有量が0.001原子％未満ではマル
テンサイト変態温度およびキュリー温度の制御効果が発
揮されない。また、Si含有量が５原子％を超えてもマル
テンサイト変態温度およびキュリー温度の制御効果が発
揮されない。したがって、Si含有量は 0.001〜５原子％
の範囲を満足するのが好ましい。

【００２３】Ｂは、Mg，ＣやＰとともに、組織を微細化
し、材料の延性および形状記憶特性を向上させる元素で
ある。しかし、Ｂ含有量が0.0005原子％未満では組織の
微細化および材料の延性向上の効果が発揮されない。ま
た、Ｂ含有量が0.01原子％を超えると微細化および延性
向上の効果が飽和する。したがって、Ｂ含有量は0.0005
〜0.01原子％の範囲を満足するのが好ましい。

【００２４】Mgは、Ｂ，ＣやＰとともに、組織を微細化
し、材料の延性および形状記憶特性を向上させる元素で
ある。しかし、Mg含有量が0.0005原子％未満では組織の
微細化および延性向上の効果が発揮されない。また、Mg
含有量が0.01原子％を超えると微細化および延性向上の
効果が飽和する。したがって、Mg含有量は0.0005〜0.01
原子％の範囲を満足するのが好ましい。

【００２５】Ｃは、Ｂ，MgやＰとともに、組織を微細化
し、材料の延性および形状記憶特性を向上させる元素で
ある。しかし、Ｃ含有量が0.0005原子％未満では組織の
微細化および材料の延性向上の効果が発揮されない。ま
た、Ｃ含有量が0.01原子％を超えると微細化および延性
向上の効果が飽和する。したがって、Ｃ含有量は0.0005
〜0.01原子％の範囲を満足するのが好ましい。

【００２６】Ｐは、Ｂ，MgやＣとともに、組織を微細化
し、材料の延性および形状記憶特性を向上させる元素で
ある。しかし、Ｐ含有量が0.0005原子％未満では組織の
微細化および材料の延性向上の効果が発揮されない。ま
た、Ｐ含有量が0.01原子％を超えると微細化および延性
向上の効果が飽和する。したがって、Ｐ含有量は0.0005
〜0.01原子％の範囲を満足するのが好ましい。

【００２７】Pt，Pd，Au，Ag，Nb，Ｖ，Ti，Cr，Zr，C
u，ＷおよびMoは、いずれもマルテンサイト変態温度や
キュリー温度を変化させるだけでなく、組織を微細化
し、材料の延性を向上させる元素である。しかし、これ
らの元素が 0.001原子％未満では組織の微細化および材
料の延性向上の効果が発揮されない。また、これらの元
素が10原子％を超えると微細化および延性の向上効果が
飽和する。したがって、これらの元素を１種添加する場
合は、その含有量は 0.001〜10原子％の範囲を満足し、
２種以上添加する場合は、その含有量は合計 0.001〜10
原子％の範囲を満足するのが好ましい。

【００２８】次に本発明の強磁性形状記憶合金の組織に
ついて説明する。本発明の強磁性形状記憶合金は、Ｂ２
構造（いわゆるCeCl構造）のβ相からなる単相組織から
なるか、またはｆｃｃ構造のγ相とＢ２構造のβ相から
なる２相組織からなる。単相組織からなる場合は、単結
晶であっても良いし、あるいは多結晶であっても良い。
ただし単結晶の方が、形状記憶特性や磁気特性が優れて
いるので好ましい。本発明においては、単結晶を得る方
法は特定の方法に限定せず、チョクラルスキー法等の従
来から知られている方法を用いれば良い。

【００２９】２相組織は、単相組織に比べて延性，形状
記憶特性および磁気特性が著しく向上するので一層好ま
しい。ただしγ相の体積分率が0.01体積％未満では形状
記憶特性や磁気特性の向上効果が発揮されない。また、
γ相の体積分率が80体積％を超えると形状記憶特性や磁
気特性の向上効果が飽和する。したがって、γ相の体積
分率は0.01〜80体積％の範囲を満足するのが好ましい。

【００３０】本発明の強磁性形状記憶合金を製造する場
合は、溶湯を凝固させて 500〜1400℃で熱処理を行なっ
た後、焼入れを行なう。こうしてβ相とγ相との２相組
織が得られるので、その後、所定の形状に加工する際に
優れた延性を発揮するのである。焼入れした後、さらに
冷間圧延または熱間圧延を行なって板材とした後、所定
の形状に加工し、 500〜1400℃で再結晶熱処理を行なう
ことによって、形状記憶機能を付与されたＢ２構造のβ
相からなる単相組織の強磁性形状記憶合金が得られる。

【００３１】この単相組織の強磁性形状記憶合金を、さ
らに 500〜1400℃で熱処理してβ相の結晶粒界にγ相を
優先的に析出させることによって、形状記憶機能を付与
されたＢ２構造のβ相と延性に優れたｆｃｃ構造のγ相
からなる２相組織の強磁性形状記憶合金が得られる。次
に、本発明の強磁性形状記憶合金が一部の組成では、マ
ルテンサイト相では強磁性を有し、オーステナイト相で
は常磁性である。そのことを利用して、種々の機能を発
揮するアクチュエーターについて説明する。β相の組成
は、Al含有量が27〜32原子％、Ni含有量が35〜38原子％
であることが好ましい。

【００３２】本発明の強磁性形状記憶合金を用いたアク
チュエーターは、本発明の強磁性形状記憶合金からなる
部材（以下、形状記憶部材という）と、その形状記憶部
材がβ相で強磁性を有する状態にあるときに吸着する磁
石とを有する。つまり、形状記憶部材が、マルテンサイ
ト変態温度より低い温度（すなわちマルテンサイト相の
状態）のときに磁石に吸着され、マルテンサイト温度よ
り高い温度（すなわちオーステナイト相の状態）のとき
に磁石から離脱することによって機能を発揮する。

【００３３】たとえば図１に形状記憶部材１と磁石４と
を有するアクチュエーターの例を示す。図１(a) に示す
ような形状を記憶させた形状記憶部材１を、導線２の先
端に取り付ける。他方の導線３の先端には磁石４を装着
する。図１(a) の状態で形状記憶部材１の温度がマルテ
ンサイト変態温度より低下すると、形状記憶部材１は強
磁性を有するマルテンサイト相となり、磁石４に吸着さ
れる。図１(b) は、形状記憶部材１が磁石４に吸着され
た状態を示す。図１(b) の状態で導線２から３へ（ある
いは導線３から２へ）通電すると、形状記憶部材１の温
度が上昇する。形状記憶部材１の温度がマルテンサイト
変態温度より上昇すると、形状記憶部材１は常磁性のオ
ーステナイト相となり、磁石４から離脱する。こうして
温度の変化によって電流をオンオフできるスイッチとし
て機能する。

【００３４】なお図１には、マルテンサイト変態温度よ
り低い温度で電流を流し、高い温度で電流を遮断する例
について示したが、磁石４の配置を変更すれば、マルテ
ンサイト変態温度より低い温度で電流を遮断し、高い温
度で電流を流すことも可能である。磁石４は、強磁性を
有するマルテンサイト相となった形状記憶部材１を吸着
するものであるから、永久磁石あるいは電磁石、どちら
でも使用できる。

【００３５】また、形状記憶部材１と磁石４とを有する
アクチュエーターの他の例を図２に示す。図２(a) に示
すような形状を記憶させた形状記憶部材１と磁石４とを
配管５内に配設し、配管５内に流体６を流す。図２(a)
の状態で形状記憶部材１の温度がマルテンサイト変態温
度より低下すると、形状記憶部材１は強磁性を有するマ
ルテンサイト相となり、磁石４に吸着される。図２(b)
は、形状記憶部材１が磁石４に吸着された状態を示す。
図２(b) の状態で形状記憶部材１の温度がマルテンサイ
ト変態温度より上昇すると、形状記憶部材１は常磁性の
オーステナイト相となり、磁石４から離脱する。その結
果、形状記憶部材１は、図２(a) に示す状態になる。こ
うして温度の変化によって流体６を流したり遮断したり
できる弁として機能する。

【００３６】なお図２には、マルテンサイト変態温度よ
り高い温度で流体６を流し、低い温度で流体６を遮断す
る例について示したが、磁石４の配置を変更すれば、マ
ルテンサイト変態温度より高い温度で流体６を遮断し、
低い温度で流体６を流すことも可能である。磁石４は、
強磁性を有するマルテンサイト相となった形状記憶部材
１を吸着するものであるから、永久磁石あるいは電磁
石、どちらでも使用できる。ただし磁石４として永久磁
石を使用する場合は、流体６の温度変化によって流体６
を流したり遮断したりできる弁として機能する。磁石４
として電磁石を使用する場合は、流体６の温度が一定で
あっても、電磁石に電流を流して温度を変化させること
によって流体６を流したり遮断したりできる弁として機
能する。

【００３７】また弁として機能するアクチュエーターの
他の例を図５に示す。図５(a) に示すような形状を記憶
させた形状記憶部材１と磁石４とを配管５内に配設し、
配管５内に流体６を流す。形状記憶部材１には、図５
(c) に平面図を示すように、流通孔14が設けられている
が、図５(a) の状態では弁は閉じている。図５(a) の状
態で形状記憶部材１の温度がマルテンサイト変態温度よ
り低下すると、形状記憶部材１は強磁性を有するマルテ
ンサイト相となり、磁石４に吸着される。

【００３８】図５(b) は、形状記憶部材１が磁石４に吸
着された状態を示す。磁石４は支持棒13によって支持さ
れており、支持棒13の間隙を流体６が流通できるので、
図５(b) の状態では、形状記憶部材１に設けられた流通
孔14を通って流体６が流通できる。図５(b) の状態で形
状記憶部材１の温度がマルテンサイト変態温度より上昇
すると、形状記憶部材１は常磁性のオーステナイト相と
なり、磁石４から離脱する。その結果、形状記憶部材１
は図５(a) に示す状態になる。こうして温度の変化によ
って流体６を流したり遮断したりできる弁として機能す
る。

【００３９】なお図５には、マルテンサイト変態温度よ
り低い温度で流体６を流し、高い温度で流体６を遮断す
る例について示したが、磁石４の配置を変更すれば、マ
ルテンサイ変態温度より低い温度で流体６を遮断し、高
い温度で流体６を流すことも可能である。磁石４は、強
磁性を有するマルテンサイト相となった形状記憶部材１
を吸着するものであるから、永久磁石あるいは電磁石、
どちらでも使用できる。

【００４０】ただし磁石４として永久磁石を使用する場
合は、流体６の温度変化によって流体６を流したり遮断
したりできる弁として機能する。磁石４として電磁石を
使用する場合は、流体６の温度が一定であっても、電磁
石に電流を流して温度を変化させることによって流体６
を流したり遮断したりできる弁として機能する。図５
(c) には、形状記憶部材１に流通孔14を６ケ設ける例を
示したが、本発明においては、流通孔14の数は限定しな
い。流体６の性状（たとえば粘度等）に応じて適宜選択
すれば良い。

【００４１】また本発明の強磁性形状記憶合金を用いた
他のアクチュエーターは、形状記憶部材と、その形状記
憶部材の一部を加熱する加熱装置と、加熱装置によって
マルテンサイト変態温度以上に加熱された部分および加
熱されない部分（すなわちマルテンサイト変態温度より
低温部分）の境界部に生じる透磁率の変化によって形状
記憶部材に動力を付与する磁石を有する。つまり、強磁
性を有するマルテンサイト相の状態にある形状記憶部材
の一部を加熱して、加熱された部分の温度がマルテンサ
イト変態温度より高くなると、その加熱された部分は常
磁性のオーステナイト相となる。こうしてマルテンサイ
ト相とオーステナイト相との境界部の透磁率が変化した
部位に磁力を及ぼす位置に磁石を配設することによっ
て、形状記憶部材に動力を付与する動力源として機能す
る。

【００４２】なお加熱装置としてレーザービーム発信器
を使用すると加熱温度を精度よく制御でき、しかも限定
された領域を加熱できるので好ましい。たとえば図３に
示すように、リング状の形状記憶部材１を回転軸10の周
りを回転可能に配設し、形状記憶部材１の一部分に磁力
を及ぼす位置に磁石４を配設する。磁石４には加熱孔９
が設けられ、レーザービーム発信器７から発信されたレ
ーザービーム８が加熱孔９を通って形状記憶部材１を加
熱する。形状記憶部材１が加熱されてマルテンサイト変
態温度より高くなった部分は常磁性のオーステナイト相
であり、その他の部分は強磁性のマルテンサイト相であ
る。こうしてマルテンサイト相とオーステナイト相との
境界部に生じる透磁率の変化によって、形状記憶部材１
は磁石４から動力を付与され、回転軸10の周りを回転し
てモーターとして機能する。

【００４３】磁石４は、マルテンサイト変態温度以上に
加熱された部分（すなわち非磁性母相）とマルテンサイ
ト変態温度より低温部分（すなわち強磁性マルテンサイ
ト相）との境界部に生じる透磁率の変化によって形状記
憶部材１に動力を付与するものであるから、永久磁石あ
るいは電磁石、どちらでも使用できる。また本発明の他
のアクチュエーターは、透磁率および／または磁化率の
測定装置を配設する。その測定装置は、形状記憶部材の
温度変化や応力によるマルテンサイト変態あるいはその
逆変態が生じたときの透磁率や磁化率の変化を測定して
演算装置に伝達する。演算装置は、測定装置から伝達さ
れた測定値を入力信号として演算処理し、得られた結果
を出力信号として、その出力信号に応じて作動する装置
に伝達する。

【００４４】たとえば、組成を変えることによってマル
テンサイト変態温度を変化させた複数種類の形状記憶部
材を並設し、各形状記憶部材の透磁率を測定する。並設
された形状記憶部材のうち、温度変化や応力に誘起され
たマルテンサイト変態あるいはその逆変態によって一部
の形状記憶部材の透磁率が変化すると、その透磁率が変
化した形状記憶部材を識別して、該当する形状記憶部材
のマルテンサイト変態温度を表示する。こうして温度セ
ンサーあるいは歪センサーとして機能する。

【００４５】

【実施例】表１に示す成分の合金を溶製した後、凝固さ
せて、 500〜1400℃で熱処理を行ない、さらに焼入れお
よび冷間圧延を施した後、所定の大きさの板材を切り出
して 500〜1400℃で再結晶化熱処理を行ない、形状記憶
機能を付与された多結晶のβ相（Ｂ２構造）の強磁性形
状記憶合金を製造した。これを発明例１および発明例２
とする。

【００４６】発明例３および発明例４は、発明例１，発
明例２と同様の方法で多結晶のβ相を生成させた後、さ
らに歪み焼なましによって単結晶のβ相（Ｂ２構造）の
強磁性形状記憶合金を製造した例である。発明例５およ
び発明例６は、発明例１，発明例２と同様の方法で多結
晶のβ相を生成させた後、さらに 500〜1350℃で熱処理
してβ相の結晶粒界にγ相を析出させて、形状記憶機能
を付与されたＢ２構造のβ相と延性に優れたｆｃｃ構造
のγ相との２相組織の強磁性形状記憶合金を製造した例
である。発明例５のγ相の体積分率は10体積％であり、
発明例６のγ相の体積分率は40体積％であった。

【００４７】比較例１はCoの含有量が本発明の範囲を外
れる例であり、比較例２はNiの含有量が本発明の範囲を
外れる例であり、比較例３はAlの含有量が本発明の範囲
を外れる例である。比較例１は、発明例１，発明例２と
同様の方法で多結晶β相を生成させた。比較例２は、発
明例３，発明例４と同様の方法で単結晶β相を生成させ
た。比較例３は、発明例５，発明例６と同様の方法でγ
相とβ相との２相組織を生成させた。比較例３のγ相の
体積分率は90体積％であった。

【００４８】

【表１】

【００４９】発明例１〜６および比較例１〜３について
形状記憶特性および磁歪特性を調査した。また冷間圧延
率についても調査した。その結果を表２に示す。形状記
憶特性は、50mm×５mm×0.3mm の帯状の試験片を切り出
し、曲げ試験を行なって５％曲げ歪を加えたときの回復
率を測定した。磁歪特性は、単結晶β相である発明例３
〜４および比較例２については、図１に示すように、寸
法５mm×５mm×５mmの試験片を切り出し、（１１０）面
にストレンゲージ２を装着して、強さ30Ａ／ｍの磁界Ｈ
を［００１］方向に印加して、歪み量を測定した。β相
とγ相との２相組織である発明例５，６および比較例３
については、30mm×10mm×１mmの帯状の試験片を用い、
圧延方向に平行な向きに磁場を加えたときの圧延方向の
歪み量を測定した。

【００５０】なお形状記憶特性の回復率（％）は下記の
(1)式で算出される値であり、磁歪特性（％）は下記の
(2)式で算出される値であり、冷間圧延率（％）は下記
の (3)式で算出される値である。形状記憶特性の回復率（％）＝ 100×｛（ε_d−ε_r）／ε_d｝・・・ (1) ε_d：変形させた後の表面歪み ε_r：回復させた時の表面歪み磁歪特性（％）＝ 100×｛（Ｌ₂−Ｌ₁）／Ｌ₁｝・・・ (2) Ｌ₁：磁場印加前の長さ（mm）Ｌ₂：磁場印加後の長さ（mm）冷間圧延率（％）＝ 100×｛（ｔ₁−ｔ₂）／ｔ₁｝・・・ (3) ｔ₁：冷間圧延前の厚さ（mm）ｔ₂：冷間圧延後の厚さ（mm）

【００５１】

【表２】

【００５２】表２から明らかなように、発明例１〜６と
比較例１〜３を比べると、発明例の方が、形状記憶特性
の回復率，磁歪特性および冷間圧延率に優れた形状記憶
合金を得ることができた。また発明例１〜６のうち、単
結晶β相の単相組織（発明例３，４）やβ相とγ相との
２相組織（発明例５，６）にすることによって、多結晶
β相の単相組織（発明例１，２）に比べて、形状記憶特
性の回復率，磁歪特性および冷間圧延率が一層優れた強
磁性形状記憶合金を得ることができた。

【００５３】また、特に加工性能に優れた（すなわち冷
間圧延率の高い）発明例６や、形状記憶特性の回復率お
よび磁歪特性に優れた発明例５のように、添加元素の種
類と添加量を適切に選択することによって、目的や用途
に応じた性能を有する強磁性形状記憶合金を得ることが
可能である。

【００５４】

【発明の効果】本発明では、延性に優れ、強磁性を有
し、かつマルテンサイト変態を生じる強磁性形状記憶合
金を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強磁性形状記憶合金を用いたアクチュ
エーターの例を示す配置図であり、(a) は形状記憶部材
が磁石から離脱した状態を示す配置図、(b) は形状記憶
部材が磁石に吸着された状態を示す配置図である。

【図２】本発明の強磁性形状記憶合金を用いたアクチュ
エーターの他の例を示す断面図であり、(a) は形状記憶
部材が磁石から離脱した状態を示す断面図、(b) は形状
記憶部材が磁石に吸着された状態を示す断面図である。

【図３】本発明の強磁性形状記憶合金を用いたアクチュ
エーターの他の例を示す斜視図である。

【図４】試験片の方位と磁界の方向を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の強磁性形状記憶合金を用いたアクチュ
エーターの他の例を示す断面図であり、(a) は形状記憶
部材が磁石から離脱した状態を示す断面図、(b) は形状
記憶部材が磁石に吸着された状態を示す断面図、(c) は
形状記憶部材の平面図である。

【符号の説明】

１形状記憶部材２導線３導線４磁石５配管６流体７レーザービーム発振器８レーザービーム９加熱孔 10 回転軸 11 試験片 12 ストレンゲージ 13 支持棒 14 流通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラルスウルフ宮城県仙台市青葉区一番町１−15−41− 503 (72)発明者石田清仁宮城県仙台市青葉区上杉３−５−20 (72)発明者貝沼亮介宮城県名取市手倉田字堰根172−15 (72)発明者源島文彦宮城県仙台市青葉区国見３−11−８コーポかしの木102 (56)参考文献特開平３−219037（ＪＰ，Ａ) 特開平10−31166（ＪＰ，Ａ) 特開平４−163817（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−223137（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 5/00 - 45/10 H01F 1/00 - 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 Coを５〜70原子％、Niを５〜70原子％、
Alを５〜50原子％含有し、残部が不可避的不純物からな
る組成と、Ｂ２構造のβ相からなる単相組織またはγ相
とＢ２構造のβ相からなる２相組織とからなることを特
徴とする強磁性形状記憶合金。
【請求項２】前記組成に加えて、Feを 0.001〜30原子
％および／またはMnを 0.001〜30原子％含有することを
特徴とする請求項１に記載の強磁性形状記憶合金。
【請求項３】前記組成に加えて、Ga、InおよびSiのう
ちの１種を 0.001〜５原子％または２種以上を合計 0.0
01〜５原子％含有することを特徴とする請求項１または
２に記載の強磁性形状記憶合金。
【請求項４】前記単相組織が単結晶であることを特徴
とする請求項１、２または３に記載の強磁性形状記憶合
金。
【請求項５】前記２相組織のγ相の体積分率が0.01〜
80体積％の範囲を満足することを特徴とする請求項１、
２、３または４に記載の強磁性形状記憶合金。