JP3719610B2 - 形状記憶合金管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は,継目のない形状記憶合金管及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
形状記憶合金の応用は,ブラジャー,ガイドワイヤーなどの超弾性を利用したもの,及びコーヒーメーカー,喚気口などの感温アクチュエータとしての形状記憶効果を利用したものに大別できるが,いずれも,その機能性の改善が求められていた。また,新しい用途展開として,継手,ヒートパイプ,医療用カテーテル等への検討も勧められている。それらの中で,とりわけTi−Ni合金管は,実用の期待が高いものであった。
【0003】
従来,このTi−Ni合金管の製造方法としては,切削加工又は放電加工が主として行われ,一部溶接パイプの伸線加工による長尺化も検討され初めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,上記管を製造するに際して,形状記憶合金の機械加工性,特にドリルなどによる孔明け加工性は,加工発熱による径収縮,及び硬度変化等の為,極めて悪く,工具の早期損耗による作業性及びコストに大きな課題を残していた。
【0005】
また,パイプの長尺化を考えた場合,形状記憶合金に対するドリル加工での穿孔は,ドリル径の5〜10倍の長さが限度であり,放電加工によっても径の10〜20倍の長さが限度である。
【0006】
更に,医療用カテーテルへの用途を考えた場合,管の寸法は,径1〜2mmに対して500mm以上必要に応じて数メートルの長さが必要とされ,これらの加工では,全く対応ができないものであった。
【0007】
一方,最近溶接パイプを伸線加工によって,カテーテル等へ対応可能な細径長尺チューブの製造が検討されている。しかしながら,継ぎ目を有する管のため信頼性に欠ける難点を有していた。
【0008】
そこで,本発明の技術的課題は,継ぎ目の無い形状記憶合金管または形状記憶合金長尺管及びその製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば,予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり,継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が,0.125以下(0は含まず)であり,同一断面積の線材に対して2倍以上の曲げ降伏荷重を有することを特徴とする形状記憶合金管が得られる。
【0010】
また、本発明によれば、予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり,継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が,0.125以下(0は含まず)であり,同一断面積の線材に対して,2倍以上の回復力を有することを特徴とする形状記憶合金管が得られる。
【0015】
また、本発明によれば、前記形状記憶合金管の製造方法において,前記管素材を500℃以上の温度で伸線加工することを特徴とする形状記憶合金管の製造方法が得られる。
【0016】
また、本発明によれば、形状記憶合金からなる管素材の長手方向に往復回転する複数のロールと,前記ロールに接続されて、これらのロールの径加工度を調整するガイドと,前記管素材に貫入されたマンドレルとを用い,前記管素材と前記マンドレルとのうちの少くとも一つが独立して回転する延伸圧延工法で,当該加工される管素材の肉厚及び径を調整した継ぎ目のない長さ方向に連続した形状記憶合金管を得るとともに、前記管素材を500℃以上の温度で加工することを特徴とする形状記憶合金管の製造方法が得られる。
【0019】
尚,次に述べる本発明の実施例においては,示されてはいないが,本発明にかかる製造方法は,Ti−Ni合金,Ti−Ni−X合金(X=Fe,Co,Cr,V,等),Cu−Zn−Al(エル)合金,Cu−Ni−Al(エル)合金,Fe−Mn−Si合金,Fe−Ni−Cr合金,その他Cu基合金,Fe基合金等全ての形状記憶合金に適用可能である。
【0020】
【実施例】
以下,本発明の実施例について説明する。
【0021】
(実施例1)
高周波真空溶解法によって得たTi−50.5at%Ni合金を中実ビレットに加工した後,機械加工で外径15mm,内径11mmの筒体とした。次に延伸圧延機によって,外径3.0mm,内径2.6mmまで,加工を行った。この圧延機は,延伸圧延試料に対して,平行に配置された2乃至3ロールを持ち,試料に対して前後に往復と回転とを適当に調整し,且つこの試料の径加工度をロールの夫々の一端側を収容する内側にテーパ面を備えたガイドを配置し、ロールが長さ方向に相対移動することによって調整し,更に試料の円筒内芯にマンドレルが挿入され,試料若しくは試料とマンドレルとを夫々独立に回転させながら延伸圧延を行うように構成されている。試料の加工温度及び減面率を変えて芯金を挿入しないで伸線試験を行った結果を次の表1に示した。
【0022】
【表1】
【0023】
表1に示す減面率,肉厚減率は,次の数1式及び数2式で夫々示される。
【0024】
【数1】
【0025】
【数2】
【0026】
表1から明らかなように,試料No.1〜No.15は,いずれも肉の太りは認められない。室温での冷間加工では,減面率50%を越えると,破断して加工不可であったが,500℃以上の温度加工では,可能であった。
【0027】
次に,芯金としてピアノ線を挿入して,前記同様の試験をした結果を表2に示す。
【0028】
【表2】
【0029】
表2から明らかなように,試料No.16〜No.27の30%以上の減面率加工で顕著な肉厚減が認められ,更に500℃以上の温度加工では,試料No.16〜No.21で示すように肉厚減がより顕著であった。
【0030】
更に,これらの試料No.16〜No.29を400℃×30分の形状記憶処理を行った結果,合金がマルテンサイト変態温度以下,本発明の実施例1では,−10℃以下の温度で形状記憶効果を示し,また,合金が逆変態温度以上,本発明の実施例1では0℃以上で超弾性を示した。
【0031】
(実施例2)
21%Zn,6%Al(エル)残部CuからなるCu−Zn,Al(エル)合金を実施例1と同様に外径15mm,内径11mmの筒体とした。
【0032】
次に,これを延伸圧延を行い,外径3.0mm,内径2.6mmとした後,実施例1と同様の試験を行った。得られた結果を表3及び表4の試料No.30〜No.46に示した。下表3は,芯金を挿入しない芯線加工結果,表4は芯金(真鍮)を挿入して伸線加工を行った結果である。
【0033】
【表3】
【0034】
【表4】
【0035】
その後に,試料No.30〜No.46をβ相に溶体化処理し,水焼入れを行い,特性評価を行った。その結果,マルテンサイト変態温度以下では,形状記憶を示し,逆変態温度以上では超弾性を示した。
【0036】
(実施例3)
高周波真空溶解法によって得たTi−50.5at%Ni合金を中実ビレットに加工した後,機械加工で外径15mm,内径11mmの筒体とした。次に延伸圧延機によって加工を試みた。この圧延機は,延伸圧延試料に対して,平行に配置された2乃至3ロールを持ち,この試料に対して前後に往復と回転とを適当に調整し,且つこの試料の径加工度をロールに接続されたテーパ状のガイドによって調整し,更に試料の円筒内芯にマンドレルが挿入され,試料若しくは試料とマンドレルとを夫々独立に回転させながら延伸圧延を行うように構成されている。試料の加工温度及び減面率を変えて延伸圧延加工を行った結果を次の表5の試料No.51〜No.65に示した。
【0037】
【表5】
【0038】
試験は,外径15mm,内径11mmの筒体に対して,筒の断面積減少率(減面率)と,それに伴う筒の肉厚減少率(肉厚減少率)と加工温度の関係を表5に示した。尚,加工温度が500℃未満の場合,減面率は30%未満に揃えなければならなかった。この実験結果を基に,500℃以上の温度で,外径8.0mm,内径7.0mmの筒体に加工を行いその後,700℃焼鈍を減面率20%冷間加工毎に繰り返した。そして,最終冷間加工率30%の0.15mm肉厚のチューブとした。このチューブを,400℃×30分の形状記憶処理を行った結果,合金がマルテンサイト変態温度以下(本発明の実施例3では,−10℃以下)の温度で形状記憶効果を示し,また,合金が逆変態温度以上(本発明の実施例3では0℃以上)では,超弾性を示した。
【0039】
(実施例4)
実施例3の筒状試験体を用いて実施例3と同様の試験を行った。試験の条件及び結果は,次の表6に示されている。
【0040】
【表6】
【0041】
表6で示すように,減面率のみを変えた試料No.66〜No.71では,加工温度が600℃の場合,40%でも割れやクラック等は発生しなかった。
【0042】
しかし,室温加工では,30%が限度であった。また,肉厚を変えた試料No.72〜77では,室温加工の場合20%が限度であった。これを,400℃×300分の形状記憶処理を行った結果,合金がマルテンサイト変態温度以下,(より具体的に本発明の実施例4では,−10℃以下)の温度では,形状記憶効果を示し,また,合金が逆変態温度以上(より具体的に本発明の実施例4では0℃以上)では,超弾性を示した。
【0043】
(実施例5)
21%Zn,6%Al(エル)残部CuからなるCu−Zn−Al(エル)合金を実施例3と同様に,外径15mm,内径11mmの筒体とした。次に,これを850℃に加熱して,延伸圧延を行い,外径8.0mm,内径7.0mmの筒体とした後,850℃の焼鈍を繰り返し,最終冷間加工率15%の肉厚0.15mmのチューブとした。その後,β相に溶体化処理し,水焼き入れを行い,特性評価を行った。その結果,マルテンサイト温度以下では,形状記憶を示し,逆変態温度以上では,超弾性を示した。
【0044】
(実施例6)
Ti−50.5Ni(at%)合金を延伸圧延及び伸線加工によって,直径1.0mmの種々の肉厚チューブとした。その時の最終冷間加工は,直径1.20mmから直径1.0mmであった。その後,500℃×300分の熱処理を行い,曲げ試験を行った。また,比較例として,各肉厚チューブと同じ断面積を備えた同様の材料からなる線材についても、同様な断面減少率で加工し、その曲げ試験も同じ温度等の条件で併せて行った。その結果を下表7に示した。尚、回復力は屈曲状態から真っ直ぐな状態に回復するときに発生する力である。
【0045】
【表7】
【0046】
上記表7から,チューブは,その肉厚が小さくなる程,同一断面積の線材に比べて,変形荷重及び回復力は増加傾向を示すことが判明した。チューブに求められた形状記憶合金としての効果の一つは,超弾性におけるバネ荷重,形状記憶効果に於ける回復力の増大である。その効果が顕著に現れるのは,試料No.78及び79である。
【0047】
尚,本発明においては,圧延ロールが傾斜しているコールドビルガーミル,マンネスマンミル等の傾斜圧延機によっても,加工率を吟味すれば使用可能である。また,合金板を円筒にTIG溶接等によって接合した継ぎ目管においても,スエージング等で継ぎ目の強度をアップした後,本発明法を用いることも可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上,説明したように,本発明では,延伸圧延によって任意の形状の継ぎ目の無い管が得られるため,工業上有用な形状記憶合金管,特に,長尺管及びそれらの製造方法の提供が可能である。
Claims (4)
- 予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり,継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が,0.125以下(0は含まず)であり,同一断面積の線材に対して2倍以上の曲げ降伏荷重を有することを特徴とする形状記憶合金管。
- 予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり,継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が,0.125以下(0は含まず)であり,同一断面積の線材に対して,2倍以上の回復力を有することを特徴とする形状記憶合金管。
- 請求項1又は2記載の形状記憶合金管を製造する方法であって、形状記憶合金からなる管素材に芯金を挿入し,所望する線径近傍まで,該管素材の肉厚を薄くして伸線加工し、継ぎ目のない長さ方向に連続している形状を備えた形状記憶合金管を得ることを特徴とする形状記憶合金管の製造方法。
- 請求項3記載の形状記憶合金管の製造方法において,前記管素材を500℃以上の温度で伸線加工することを特徴とする形状記憶合金管の製造方法。
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