JP4436018B2 - How to use metal materials that can generate heat - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱可能な金属材料、特に、発熱によるアクチュエータ機能を発現できる金属材料の使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、構造体材料は大きく変形させないことが設計の常識であり、可動部分は分割し、機械的に結合し、アクチュエータなどで機械的に動作させている。これに対して、本発明者らは、構造体材料の変形を積極的に起こさせてアクチュエータ機能を付与した材料、すなわちアクティブ材料の研究開発を進め、アクチュエータ機能をもつ積層複合材料を開発した(例えば、特開平10−138380号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らが開発したアクティブ材料であるCFRP/アルミニウム板積層体や連続SiC繊維/アルミニウム複合材料を加熱するための通電にはニクロム線、タングステン線、モリブデン線等の従来の一般的な通電加熱用線条よりも軽量な炭素繊維、SiC繊維などを用いている。
【0004】
本発明は、高価な炭素繊維やSiC繊維を用いず、金属繊維を用いてマトリックス金属との接合性に優れ、軽量かつ低コストで製造できる発熱可能な金属材料、さらには優れたアクチュエータ機能を発現できる金属材料の使用方法と製造方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Fe,Co,Ni等の鉄族金属やAlに比べて比抵抗が55μΩ・cm(20℃)と著しく大きく、かつ熱膨張係数が小さいTiを通電加熱用線条として利用し、このTi線条表面を酸化させて形成した酸化膜(TiO)を電気絶縁被膜として金属マトリックスに埋め込んでTi繊維複合金属材料とすることによりTiを加熱用線条とした金属材料のみからなる発熱可能な金属材料が得られることを見いだした。
【0006】
また、金属マトリックスより熱膨張係数が小さい連続繊維または不連続繊維をこの発熱可能な金属材料に埋め込めば、発熱にともなう金属マトリックスの熱膨張を規制することができ、これにより金属材料にアクチュエータ機能を付与できることを見いだした。
【0007】
ところで、本発明者は、先に、金属材料に絶縁金属繊維を埋め込んで該絶縁金属繊維をひずみセンサおよび温度センサとして機能させる手段を開発した(特開2001−188027号公報)。この手段は、絶縁金属繊維の一部を絶縁破壊するとその部分を接点とし、金属繊維とその周囲を包む金属材料マトリックスとの間で熱電対が形成されて温度測定ができるようになるとともに、絶縁破壊部を通って金属繊維とマトリックスとの間に電流を流して、マトリックスに加わるひずみによる絶縁金属繊維の伸縮を電気抵抗変化として検知することによって、金属系材料の温度変化とひずみ変化との同時測定を可能としたものである。
【0008】
そこで、上記のTi通電加熱用線条をこのひずみセンサおよび温度センサとしても機能するように利用すれば、発熱機能、アクチュエータ機能、ひずみセンサ機能および温度センサ機能を備えた、これまでにない多機能金属材料を提供することができる。
【0009】
すなわち、まず、表面を酸化してTiO2被膜を表面に形成したTi連続繊維(以下「TiO2/Ti繊維」と記載する)を他の絶縁処理をせずに該TiO2を電気絶縁被膜とした少なくとも1本の通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条と、該TiO 2 の一部を絶縁破壊するか、またはTiO 2 /Ti繊維の先端を絶縁破壊した少なくとも1本の測定用TiO 2 /Ti繊維線条とを、アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなる金属マトリックスに埋め込む。この際に、該通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条は、その両端部分を該金属マトリックスの外部に出し該TiO 2 を除去してターミナルとなるように、該測定用TiO 2 /Ti繊維線条は、該絶縁破壊部を該金属マトリックス内とし、かつ、その両端部分の少なくとも片方を該金属マトリックスの外部に出し該TiO 2 を除去してターミナルとなるように、埋め込む。
また、同時に、該金属マトリックスよりも熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を一方向直線状に埋め込んで接合させて複合化した板状金属材料を製造する。
該板状金属材料は、加熱温度により曲率が変化するので、該板状金属材料を、金属系構造材料または機械要素自体として用いて、該通電加熱用TiO2/Ti繊維にターミナルを介して通電してTiO 2 /Ti繊維を通電発熱体として金属系構造材料または機械要素に発熱による曲げ駆動力を印加してアクチュエータ機能を発現させるとともに、該測定用TiO2/Ti繊維のターミナルと金属マトリックスとを測定器に電気的に接続して、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタする。
【0010】
これにより、該絶縁破壊部を接点としてTiO 2 /Ti繊維と金属マトリックスとの間に形成される熱電対により該絶縁破壊部の温度を検知する検知回路が構成されるので、この検知回路を温度センサとして用いて、前記発熱による温度上昇を測定し、測定した温度と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることができる。
また、測定用TiO 2 /Ti繊維線条と金属マトリックスとの間に絶縁破壊部を通って流れる電流を測定し、該金属マトリックスに加わるひずみを電気抵抗変化として検知する検知回路が構成されるので、この検知回路をひずみセンサとして用いて、前記発熱による電気抵抗変化を測定し、測定した抵抗と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることができる。
【0011】
また、本発明において、前記発熱可能な金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなるマトリックスにU溝を設け、該U溝に該TiO2/Ti繊維をホットプレスまたは鋳ぐるみにより埋め込むとともに、一方向直線状にU溝を設け、該U溝に金属マトリックスより熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維をホットプレスまたは鋳ぐるみにより埋め込むことにより金属マトリックスと複合化することにより製造できる
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の金属材料の使用方法において、通電加熱用線条並びに温度及びひずみ測定用線条として用いるTi繊維の表面に形成させた酸化膜は薄くても優れた電気絶縁性を有し、金属マトリックスとの接合性も優れている。したがって、表面を酸化して絶縁性酸化被膜を形成したTi連続繊維(以下「TiO2/Ti繊維」と記載)は他の絶縁処理をせずに金属マトリックスに埋め込むだけでマトリックスと強固に接合されて該酸化被膜(TiO2)が電気絶縁層として機能する。
【0013】
TiO2/Ti繊維はチタン線を大気中で酸化させることにより容易に得られる。例えば、純チタン線を電気炉により大気中、温度873〜1173K、保持時間0.9〜7.2ksで酸化させることができる。その他、電解酸化などの被膜形成手段を用いてもよい。チタン線としてはチタン金属単体に限らず、Ti−6Al−4V合金その他のチタン合金線でもよい。
【0014】
金属マトリックス材料としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ニッケル、銅、鉄などの単体金属やそれらの合金材料、またはこれらの単体金属や合金を、炭化ケイ素、炭素、アルミナ、ボロン、ステンレス鋼などの繊維材料などで強化した繊維強化複合金属材料などが対象となる。
【0015】
金属マトリックスとして、アルミニウム、チタン、マグネシウムなどの単体金属およびそれらの合金等の軽量・高強度(高比強度)材料を用いる場台には、航空宇宙用、高速車両用構造・機械要素をはじめとする用途に適し、導電性に優れる銅または銅合金材料を用いる場合には電気接点など用途はさらに拡大する。
【0016】
発熱にともなう金属マトリックスの熱膨張を規制することにより金属材料にアクチュエータ機能を付与する(以下「アクティブ化」という)ための連続繊維または不連続繊維は金属マトリックスより熱膨張係数の小さいものであればその作用をするが、用途に応じて適宜選択する。例えば、低コストの場合は、鉄・鉄合金系繊維、軽量性の場合は、チタン・チタン合金系繊維、高比強度の場合は、炭素繊維、SiC繊維などのセラミックス系繊維を選択すればよい。
【0017】
本発明の使用方法に用いる金属材料を製造するには、板状の金属または合金マトリックスの表面にU溝を切削加工などにより設け、このU溝にTiO2/Ti繊維を挿入し、その上に板状の金属または合金マトリックスを重ね合わせホットプレスするとよい。この際に、通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条は、その両端部分をマトリックスの外部に出してターミナルとなるように挿入し、測定用TiO 2 /Ti繊維線条は、絶縁破壊部をマトリックス内にし、かつ、両端部分の少なくとも片方をマトリックスの外部に出してターミナルとなるように挿入する。適切な条件下でホットプレスにより金属マトリックス中に損傷なく埋込み可能である。ホットプレスの代わりに鋳ぐるみなどの鋳造方法を用いることもできる。
【0018】
また、アクティブ化のためには、TiO2/Ti繊維を埋め込むU溝の他に金属マトリックスより熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を埋め込むU溝を一方向直線状に複数本平行に設け、このU溝に該連続繊維または不連続繊維を挿入しておく。その結果、各連続繊維または不連続繊維と金属マトリックスとは一体化して板状となる。
【0019】
この板状体のTiO2/Ti繊維にターミナルを介して通電することによる自己発熱または環境温度変化により金属マトリックスは熱膨張するが、一方向直線状に配列された熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維の長さ方向には金属マトリックスの熱膨張が規制され、長さ方向と直角方向には規制されない。この結果、金属マトリックスに曲げ駆動力が印加され、金属材料の加熱温度により曲率が変化する板状のアクチュエータ材料が得られる。
【0020】
したがって、この金属材料を金属系構造材料、機械要素自体として用いて、TiO2/Ti繊維に通電することによる自己発熱または環境温度変化による熱変形で所望の形状に変化させることができる。よって、アクチュエータなどの部品の除去による金属系構造材料、機械要素の軽量化、結合部の除去による摩擦・摩耗の問題を解決できる。
【0021】
一方向直線状に配列された熱膨張係数の小さい連続繊維として通電加熱用線条として用いるTi繊維自体を用いることもできる。この場合、一本の繊維が通電加熱と金属マトリックスの熱膨張の規制の両方の機能を果たすことになる。
【0022】
さらに、金属マトリックスと接合されて複合された通電加熱用以外のTiO2/Ti繊維の少なくとも一本を測定用TiO 2 /Ti繊維として用いることにより通電加熱用TiO 2 /Ti繊維で加熱した金属材料のひずみおよび温度の検知回路を金属マトリックスとの間に構成することができる。この検知回路を構成するには、TiO2/Ti繊維の絶縁性酸化被膜の一部を絶縁破壊するか、またはTiO2/Ti繊維の先端を絶縁破壊し、該絶縁破壊部が金属マトリックス内の所定の位置になり、繊維の両端部分の少なくとも片方がマトリックス外に位置するようにTiO2/Ti繊維を金属マトリックスに埋め込んで金属マトリックスと接合させて複合化する。
【0023】
絶縁破壊するには、絶縁性酸化被膜の一部を、例えば、円周方向にカッターで切り込みを入れるか、またはTiO2/Ti繊維の先端部を切断するか、先端部から少しだけ剥離して酸化被膜に覆われていない金属を露出させればよい。また、酸化被膜を形成する前にマスキングを施し、酸化被膜形成後にマスキングを剥離しても良い。
【0024】
測定用TiO2/Ti繊維の金属マトリックス外に位置する部分をターミナルとし、ターミナル金属マトリックスとの間にひずみおよび温度の検知回路を構成するために測定器に金属マトリックスを接続するには、導電性金属テープの一部が金属マトリックス外に位置するように金属マトリックスと接合されて複合されていることが好ましい。また、金属材料の本体をクリップのようなもので直接挟みこむだけでもよい。
【0025】
これにより、TiO2/Ti繊維によって通電加熱が可能であると同時に構造材料、機械要素の変形を温度測定、抵抗測定によりモニタすることが可能である。よって、TiO2/Ti繊維は、発熱体として単独に機能するばかりでなく、温度センサ、ひずみセンサを同時に実現できる優れた多機能繊維であり、熱変形型アクティブ材料の発熱体・変形モニタ用センサとして極めて有用である。
【0026】
上記の通り、本発明の方法で使用するアクチェータ機能を持つ金属材料は、TiO2/Ti繊維に発熱機能の他に温度センサ機能、ひずみセンサ機能を付与することができ、金属系材料でありながら生物に近い機能を持つ。すなわち、熱膨張率の大きな金属は、筋肉に相当し、それより熱膨張率の小さい金属繊維あるいはセラミックス繊維は骨格に相当し、筋肉の膨張・収縮をさせるための刺激・エネルギーは加熱用TiO2/Ti繊維による加熱と筋肉自体の放熱性や使用環境による冷却により与えられ、金属材料の変形をモニタするための神経の役割も、測定用の同じTiO2/Ti繊維による熱起電力測定、抵抗変化測定によって果たすことができる。
【0027】
機能評価試験
(1)TiO2/Ti繊維の作製:φ0.15mmの純チタン線(純度99.5%)を電気炉により大気中、温度1073K、保持時間 1.8ksの酸化条件で酸化した。Ti繊維の表面に損傷のない良好なTiO2の絶縁性酸化被膜が形成された。TiO2の酸化被膜の厚さは2.5μmであった。
【0028】
(2)金属材料の作製:図1に示すように、厚さt=0.4mm、幅30mm、長さ30mmのアルミニウム板1に設けた深さ約0.18mmの2本のU溝2にそれぞれ通電加熱用TiO2/Ti繊維3、測定用TiO 2 /Ti繊維3'を挿入配列し、その上に厚さt=0.2mmのアルミニウム板を重ね合わせ、大気中、温度798K、圧力16.4MPa、時間1.8ksでホットプレスし、TiO2/Ti繊維複合金属材料を形成した。なお、1本の測定用TiO2/Ti繊維3'の中央部(両端から15mmの距離)Aの箇所に酸化被膜を除去して絶縁破壊した切欠き部を設けた。さらに、U溝2上の左端から10mmの距離まで熱起電力測定用に2本のアルミニウムテープ5を介在させた。
【0029】
(3)発熱機能の評価:通電加熱用TiO2/Ti繊維に通電したときの表面温度と時間との関係を調べた結果、通電開始直後に表面温度は急上昇し、その後ほぼ一定になることが分かった。電流値が0.9A以下では2.4ks後も表面温度はほぼ一定で、この通電加熱用TiO2/Ti繊維は複合化した金属材料を発熱させる通電加熱体として安定して機能した。
【0030】
(4)温度測定:金属材料から図2に示す厚さt=0.6mm、幅10mm、長さ30mmの試験片6を切り出し、その一端を加熱し他端を冷却することにより温度勾配を与えた。金属材料のマトリックスの外に延びたアルミニウムテープ5と測定用TiO2/Ti繊維3’を測定器7に接続し、埋込んだ測定用TiO2/Ti繊維の切欠き部A(試験片中央部)と金属マトリックスとの間に発生する熱起電力を測定し、予め求めた熱起電力特性から温度を算出した。また、試験片6の表面温度をK熱電対8で測定し、測定用TiO2/Ti繊維の切欠き部Aの直上の温度を求め、両者を比較した。
【0031】
(5)ひずみ測定:図3に示すように、金属材料から切り出した厚さt=0.6mm、幅10mm、長さ30mmの引張試験片の中央部の幅10mmをはずしてその両端にアルミニウムタブ9を取り付け、測定用TiO2/Ti繊維3’の電気抵抗をモニタしながら歪みゲージ10を用いて引張速度1×10-4mm/sで矢印←→方向に引張試験した。
【0032】
(6)発熱機能の評価:通電加熱用TiO2/Ti繊維を長さ110mmに切断し、両端10mmの酸化被膜を除去しターミナルとした。これに0.6〜1.2Aの電流を2.4ks通電し、この時の通電加熱用TiO2/Ti繊維中央部の表面温度をK熱電対8で測定した。
【0033】
(7)温度測定機能の評価:測定用TiO2/Ti繊維のアルミニウムに対する熱起電力を測定した結果、温度上昇とともに熱起電力が単調に増加し温度センサとして機能すること、および温度測定限界は700K付近であることが分かった。
【0034】
この特性を用い、アルミニウム板中に埋め込んだ測定用TiO2/Ti繊維の切欠き部Aの位置における熱起電力から温度を求めた結果は373Kであり、その直上における試験片の表面温度の測定結果の370Kとほぼ一致しており、測定用TiO2/Ti繊維は切欠き部Aの温度を正しく測定していることが分かった。
【0035】
(8)ひずみ測定機能の評価:測定用TiO2/Ti繊維を埋込んだアルミニウムの引張試験を行ったときの試験片7のひずみと測定用TiO2/Ti繊維の電気抵抗の関係を調べた結果、電気抵抗はひずみの増加に伴ってほぼ直線的に増加することがわかり、TiO2/Ti繊維はひずみセンサとして機能することが分かった。
【0036】
【実施例】
実施例1
アクティブ複合材料の作製:図4に示すように、厚さ0.2mmのアルミニウム板1に1mm間隔に深さ約0.18mmのU溝2を付け、4本のTiO2/Ti繊維3とアルミニウムに比べ熱膨張率の小さい直径140μmの3本のステンレス鋼線11を交互に挿入配列した。4本のTiO 2 /Ti繊維3のうち内側の1本は、周切欠き部をもつTiO 2 /Ti繊維とした。
【0037】
この上に厚さt=0.2mmのアルミニウム板4を重ね合わせ、機能評価試験と同じ条件でホットプレスして4本のTiO2/Ti繊維3とともに3本のステンレス鋼線11を埋め込んだ繊維複合金属材料を形成した。ホットプレス時の平らな状態から冷却されるにつれて曲げ変形し、室温で曲率の大きな金属材料が得られた。この金属材料から、図5に示す長さ30mm、幅8mmの試験片6を切り出し、外側2本のTiO2/Ti繊維を通電用としてそのターミナルを両側の銅箔12に接続し、その内側の1本の周切欠き部をもつ測定用TiO2/Ti繊維のターミナルとアルミニウムテープ5を測定器13に接続し熱起電力および電気抵抗測定用とした。
【0038】
まず、通電の電流値を0.2Aに設定し、通電開始0.3ks後から0.06ksの間に全ての測定(試験片の曲率、試験片の中央の表面温度、測定用TiO2/Ti繊維の電気抵抗、マトリックスに対する熱起電力)を行い、終了後に電流値を0.2A増加させ、測定を繰り返した。
【0039】
図6には、埋込んだ通電加熱用TiO2/Ti繊維に通電した時の金属材料の表面温度と曲率(m-1)との関係を示す。図6に示されるように、曲率は室温で最大であり、温度上昇とともに次第に減少し、約520Kで曲率0、すなわち平らに戻る。よって、通電加熱用TiO2/Ti繊維は金属材料に曲げ駆動力、すなわちアクチュエータ機能を印加するヒータとして機能することが分かる。
【0040】
図7には、金属材料に通電加熱用TiO 2 /Ti繊維で通電した時の測定用TiO2/Ti繊維による温度測定結果と熱電対による表面温度の測定結果の関係を示す。図7より、温度が500K付近まで上昇し、試験片はほぼ平らになるまで変形しているにもかかわらず、両者は良く一致しており、測定用TiO2/Ti繊維は試験片の変形時にも温度センサとしての機能を維持していることが分かる。
【0041】
さらに、金属材料の曲率の値はこの測定用TiO 2 /Ti繊維で測定された温度によりモニタ可能である。図8には、金属材料に通電加熱用TiO 2 /Ti繊維で通電した時の表面温度と埋込んだ測定用TiO2/Ti繊維の電気抵抗値との関係を示す。同図より、測定された温度上昇とともに電気抵抗値もほぼ直線的に増加することが分かる。この電気抵抗値の増加は金属材料の温度上昇と曲率変化によるひずみの増加の2つの要因によるものであるから、測定された温度により曲率の値のモニタが可能であるが、この電気抵抗値そのものを測定して金属材料の曲率の値のモニタに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、機能評価試験の金属材料のアルミニウム板とTiO2/Ti繊維の配置を示す斜視図である。
【図2】図2は、機能評価試験の金属材料から切り出した試験片を用いる温度測定方法を概念的に示す斜視図である
【図3】図3は、機能評価試験の金属材料から切り出した試験片を用いるひずみ測定方法を示す概念斜視図である。
【図4】図4は、実施例1の金属材料のアルミニウム板とTiO2/Ti繊維およびステンレス鋼繊維の配置を示す断面図である。
【図5】図5は、実施例1の金属材料から切り出した試験片を用いる熱起電力および電気抵抗測定方法を概念的に示す斜視図である。
【図6】図6は、実施例1の金属材料に通電した時の金属材料の表面温度と曲率との関係を示すグラフである。
【図7】図7は、実施例1の金属材料に通電した時の表面温度とTiO2/Ti繊維により得られた温度との関係を示すグラフである。
【図8】図8は、実施例1の金属材料に通電した時の表面温度と埋込みTiO2/Ti繊維の電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 アルミニウム板
2 U溝
3、3’TiO 2 /Ti繊維
4 アルミニウム板
5 アルミニウムテープ
6 試験片
7 測定器
8 K熱電対
9 アルミニウムタブ
10 歪ゲージ
11 ステンレス鋼線
12 銅箔
13 測定器
A 切欠き部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is heatable metallic materials, in particular, relates to the use how the metallic material capable of expressing actuator function due to heat generation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is a common sense of design that the structural material is not greatly deformed, and the movable part is divided, mechanically coupled, and mechanically operated by an actuator or the like. On the other hand, the present inventors proceeded with research and development of a material having an actuator function by actively causing deformation of a structural material, that is, an active material, and developed a laminated composite material having an actuator function ( For example, JP-A-10-138380.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional energization heating such as nichrome wire, tungsten wire, and molybdenum wire is used for energization to heat the CFRP / aluminum plate laminate and continuous SiC fiber / aluminum composite material, which are active materials developed by the present inventors. Carbon fiber, SiC fiber, etc. that are lighter than the wire rod are used.
[0004]
The present invention does not use expensive carbon fiber or SiC fiber, and has excellent bondability with matrix metal using metal fiber, and can produce heat-resistant metal material that can be manufactured at a light weight and low cost, and also exhibits excellent actuator function. An object is to provide a method for using and manufacturing a metal material that can be produced.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses Ti having a specific resistance as large as 55 μΩ · cm (20 ° C.) as compared with iron group metals such as Fe, Co, Ni, and Al, and a small thermal expansion coefficient, as a line for heating and heating. The oxide film (TiO) formed by oxidizing the surface of the Ti wire is embedded in a metal matrix as an electrically insulating coating to form a Ti fiber composite metal material, which can generate heat only from a metal material using Ti as a heating wire. We found that a new metal material can be obtained.
[0006]
Also, by embedding continuous or discontinuous fibers with a smaller coefficient of thermal expansion than that of the metal matrix in this heat-generating metal material, it is possible to regulate the thermal expansion of the metal matrix due to heat generation, thereby providing an actuator function for the metal material. I found that I could grant it.
[0007]
Incidentally, the present inventor has previously developed a device to function as a strain sensor and a temperature sensor said insulated metal fibers by embedding the insulating metal fibers to the metal material (JP 2001-188027). This means, a portion of the insulating metal fibers when dielectric breakdown that part and contacts, together with the thermocouple is formed so that it is the temperature measured between the metallic material matrix surrounding the periphery thereof and a metal fiber, insulating By passing an electric current between the metal fiber and the matrix through the fracture, and detecting the expansion and contraction of the insulating metal fiber due to the strain applied to the matrix as an electrical resistance change, the temperature change and strain change of the metal-based material can be detected simultaneously. Measurement is possible.
[0008]
Therefore, if the above-mentioned Ti heating wire is used so as to function also as a strain sensor and a temperature sensor, it has an unprecedented multifunctional function including a heat generation function, an actuator function, a strain sensor function and a temperature sensor function. A metallic material can be provided.
[0009]
That is, first, the TiO 2 and electrically insulating coating Ti continuous fibers forming the TiO 2 film on a surface by oxidizing the surface (hereinafter referred to as "TiO 2 / Ti fibers") without other insulated at least one current and heating TiO 2 / Ti fibers striatum of, dielectric breakdown of the part of the TiO 2 or TiO 2 / Ti fibers TiO for at least one measuring tip and dielectric breakdown of the 2 / Ti fiber filaments are embedded in a metal matrix made of aluminum or an aluminum alloy plate . At this time, vent conductive heating TiO 2 / Ti fibers striatum, the both end portions so that the terminal by removing the TiO 2 out to the outside of the metal matrix, said measuring TiO 2 / Ti fiber linear The strip is embedded so that the dielectric breakdown portion is in the metal matrix and at least one of both end portions thereof is taken out of the metal matrix and the TiO 2 is removed to form a terminal.
At the same time, a continuous metal or discontinuous fiber having a smaller coefficient of thermal expansion than that of the metal matrix is embedded and joined in a straight line in one direction to produce a composite metal sheet .
Plate-like metal material, since the curvature by the heating temperature is changed, the plate-like metal material, using a metallic structural materials, or machine element itself, through the terminal to TiO 2 / Ti textile the electrical heating current Then, the TiO 2 / Ti fiber is used as an energization heating element to apply a bending driving force due to heat generation to the metal-based structural material or machine element to develop an actuator function, and the measurement TiO 2 / Ti fiber terminal and the metal matrix the electrically connected to the measuring instrument, monitor the deformation of the metallic structural materials or mechanical elements.
[0010]
As a result, a detection circuit for detecting the temperature of the breakdown portion is configured by a thermocouple formed between the TiO 2 / Ti fiber and the metal matrix with the breakdown portion as a contact point. It can be used as a sensor to measure the temperature rise due to the heat generation and monitor the deformation of the metal-based structural material or machine element from the relationship between the measured temperature and the curvature.
In addition, since the current flowing through the dielectric breakdown portion is measured between the measurement TiO 2 / Ti fiber filament and the metal matrix, a detection circuit is configured to detect the strain applied to the metal matrix as a change in electrical resistance. Using this detection circuit as a strain sensor, the change in electrical resistance due to the heat generation can be measured, and the deformation of the metal-based structural material or machine element can be monitored from the relationship between the measured resistance and curvature.
[0011]
In the present invention , the metal material capable of generating heat is provided with a U groove in a matrix made of aluminum or an aluminum alloy plate, and the TiO 2 / Ti fiber is embedded in the U groove by hot pressing or casting, linearly provided U groove, can be prepared by conjugating the metal matrix by embedding into the U grooves small continuous fibers or discontinuous fibers having a thermal expansion coefficient than the metal matrix by hot pressing or casting-.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method of using the metal material of the present invention, the oxide film formed on the surface of the Ti fiber used as the current heating wire and the temperature and strain measurement wire is thin but has an excellent electrical insulating property, and is a metal matrix. It has excellent bondability. Therefore, Ti continuous fiber (hereinafter referred to as “TiO 2 / Ti fiber”) whose surface has been oxidized to form an insulating oxide film is firmly bonded to the matrix simply by being embedded in the metal matrix without any other insulation treatment. Thus, the oxide film (TiO 2 ) functions as an electrical insulating layer.
[0013]
TiO 2 / Ti fiber can be easily obtained by oxidizing a titanium wire in the atmosphere. For example, a pure titanium wire can be oxidized by an electric furnace in the atmosphere at a temperature of 873 to 1173 K and a holding time of 0.9 to 7.2 ks. In addition, film forming means such as electrolytic oxidation may be used. The titanium wire is not limited to a single titanium metal, but may be a Ti-6Al-4V alloy or other titanium alloy wires.
[0014]
Metal matrix materials include simple metals such as aluminum, magnesium, titanium, nickel, copper, and iron, and alloy materials thereof, or fibers of such simple metals and alloys such as silicon carbide, carbon, alumina, boron, and stainless steel. The target is fiber reinforced composite metal materials reinforced with materials.
[0015]
The platform that uses lightweight, high-strength (high specific strength) materials such as single metals such as aluminum, titanium and magnesium and their alloys as the metal matrix includes aerospace and high-speed vehicle structures and mechanical elements. When using a copper or copper alloy material that is suitable for use and excellent in electrical conductivity, uses such as electrical contacts are further expanded.
[0016]
Continuous fibers or discontinuous fibers for by regulating the thermal expansion of the metal matrix due to heating to impart actuator function metallic materials (hereinafter referred to as "activation") is as long as a small metal matrix by Rinetsu expansion coefficient However, it is appropriately selected depending on the application. For example, in the case of low cost, iron / iron alloy fiber, in the case of light weight, titanium / titanium alloy fiber, and in the case of high specific strength, ceramic fiber such as carbon fiber or SiC fiber may be selected. .
[0017]
To produce the metal material used in the method of use of the present invention, provided such as by cutting a U-shaped groove in the plate-shaped metal or alloy Matrix surface, insert the TiO 2 / Ti fibers to the U groove, on its A plate-like metal or alloy matrix may be laminated and hot pressed. At this time, the TiO 2 / Ti fiber filament for electric heating is inserted so that both end portions thereof are exposed to the outside of the matrix and become terminals, and the dielectric breakdown portion of the measurement TiO 2 / Ti fiber filament is arranged in the matrix. And insert at least one of both end portions out of the matrix so as to be a terminal. It can be embedded in a metal matrix without damage by hot pressing under appropriate conditions. Instead of hot pressing, a casting method such as casting can be used.
[0018]
In addition, for activation, in addition to the U groove for embedding TiO 2 / Ti fibers, a plurality of U grooves for embedding continuous fibers or discontinuous fibers having a smaller coefficient of thermal expansion than the metal matrix are provided in parallel in one direction. The continuous fiber or discontinuous fiber is inserted into the U groove. As a result, each continuous fiber or discontinuous fiber and the metal matrix are integrated into a plate shape.
[0019]
Although the metal matrix thermally expands due to self-heating or environmental temperature change caused by energizing the plate-like TiO 2 / Ti fiber through a terminal, continuous fibers having a small coefficient of thermal expansion arranged linearly in one direction or The thermal expansion of the metal matrix is restricted in the length direction of the discontinuous fibers, and is not restricted in the direction perpendicular to the length direction. As a result, a plate-like actuator material is obtained in which a bending driving force is applied to the metal matrix and the curvature changes depending on the heating temperature of the metal material.
[0020]
Therefore, this metal material can be used as a metal-based structural material and the machine element itself, and can be changed into a desired shape by self-heating by energizing the TiO 2 / Ti fiber or thermal deformation due to environmental temperature change. Therefore, it is possible to solve the problem of friction and wear due to the reduction of the weight of the metal-based structural material and mechanical elements by removing parts such as actuators and the removal of the joint.
[0021]
Ti fiber itself used as a filament for electric heating can also be used as a continuous fiber having a small coefficient of thermal expansion arranged linearly in one direction. In this case, a single fiber performs both functions of current heating and regulation of the thermal expansion of the metal matrix.
[0022]
Further, the metal material was heated at TiO 2 / Ti fibers energization heating by using a measuring TiO 2 / Ti fibers at least one of TiO 2 / Ti fibers other than for electrical heating complexed joined to the metal matrix A strain and temperature sensing circuit can be constructed between the metal matrix . To configure the detection circuit, or a portion of the insulating oxide film of TiO 2 / Ti fibers breakdown, or TiO 2 / Ti a tip of the fiber insulation breakdown, insulating destruction unit in the metal matrix The TiO 2 / Ti fiber is embedded in a metal matrix so as to be in a predetermined position and at least one of both end portions of the fiber is located outside the matrix, and bonded to the metal matrix to be combined.
[0023]
In order to break down, for example, a part of the insulating oxide film is cut with a cutter in the circumferential direction, or the tip of the TiO 2 / Ti fiber is cut or slightly peeled off from the tip. What is necessary is just to expose the metal which is not covered with an oxide film. Further, masking may be performed before forming the oxide film, and the masking may be peeled off after forming the oxide film.
[0024]
To connect the metal matrix to the measuring instrument in order to form a strain and temperature detection circuit between the terminal and the metal matrix, with the portion located outside the metal matrix of the measurement TiO 2 / Ti fiber as a terminal . It is preferable that the conductive metal tape is combined with the metal matrix so that a part of the conductive metal tape is located outside the metal matrix. Alternatively, the metal body may be directly sandwiched between clips.
[0025]
As a result, it is possible to carry out energization heating with the TiO 2 / Ti fiber, and at the same time, it is possible to monitor the deformation of the structural material and the machine element by temperature measurement and resistance measurement. Therefore, TiO 2 / Ti fiber not only functions independently as a heating element, but also is an excellent multifunctional fiber that can simultaneously realize a temperature sensor and a strain sensor. As extremely useful.
[0026]
As described above, the metal material having an actuator function used in the method of the present invention can impart a temperature sensor function and a strain sensor function to the TiO 2 / Ti fiber in addition to the heat generation function, while being a metal material. Has a function similar to a living thing. That is, a metal having a high coefficient of thermal expansion corresponds to a muscle, a metal fiber or ceramic fiber having a smaller coefficient of thermal expansion corresponds to a skeleton, and the stimulus / energy for expanding and contracting the muscle is TiO 2 for heating. Given by heating with Ti / Ti fiber and heat dissipation of muscle itself and cooling by use environment, the role of nerve to monitor the deformation of metal material is also the measurement of thermoelectromotive force with the same TiO 2 / Ti fiber for measurement, resistance Can be accomplished by change measurement.
[0027]
Functional evaluation test (1) Production of TiO 2 / Ti fiber: A pure titanium wire (purity: 99.5%) with a diameter of 0.15 mm was oxidized in an electric furnace in the atmosphere at a temperature of 1073 K and a holding time of 1.8 ks. A good TiO 2 insulating oxide film with no damage was formed on the surface of the Ti fiber. The thickness of the TiO 2 oxide film was 2.5 μm.
[0028]
(2) Production of metal material: As shown in FIG. 1, two U-grooves 2 having a depth of about 0.18 mm provided on an aluminum plate 1 having a thickness t = 0.4 mm, a width 30 mm, and a length 30 mm. each conduction heating TiO 2 / Ti fibers 3, insert arranged measuring TiO 2 / Ti fibers 3 ', overlay the aluminum plate having a thickness of t = 0.2 mm thereon, in air, the temperature 798K, pressure 16 Hot pressing was performed at 4 MPa for a time of 1.8 ks to form a TiO 2 / Ti fiber composite metal material. Incidentally, it provided one central portion (Distance 15mm from both ends) notch in which dielectric breakdown and removal of the oxide film on the portion of A of the measuring TiO 2 / Ti fibers 3 '. Further, two aluminum tapes 5 were interposed for thermoelectromotive force measurement up to a distance of 10 mm from the left end on the U groove 2.
[0029]
(3) Evaluation of heat generation function: As a result of investigating the relationship between the surface temperature and the time when the TiO 2 / Ti fiber for energization heating is energized, the surface temperature rapidly increases immediately after the energization is started, and then becomes almost constant. I understood. After 2.4ks the current value is 0.9A or less surface temperature substantially constant, the current heating TiO 2 / Ti fibers functioned stable as electrical heating element for heating the metallic material complexed.
[0030]
(4) Temperature measurement: A test piece 6 having a thickness t = 0.6 mm, a width 10 mm, and a length 30 mm shown in FIG. 2 is cut out from a metal material, and one end is heated and the other end is cooled to give a temperature gradient. It was. The aluminum tape 5 and the measurement TiO 2 / Ti fiber 3 ′ extending out of the matrix of the metal material are connected to the measuring device 7, and the embedded measurement TiO 2 / Ti fiber notch A (the center of the test piece) ) And the metal matrix were measured, and the temperature was calculated from the previously determined thermoelectromotive force characteristics. Further, the surface temperature of the specimen 6 was measured by a K thermocouple 8, it obtains a temperature just above the notch A of the measuring TiO 2 / Ti fibers were compared with each other.
[0031]
(5) Strain measurement: As shown in FIG. 3, the width 10 mm of the center part of the tensile test piece 6 having a thickness t = 0.6 mm, a width 10 mm, and a length 30 mm cut out from the metal material is removed, and aluminum is provided at both ends thereof. A tab 9 was attached, and a tensile test was performed in the direction of arrow ← → using a strain gauge 10 at a tensile speed of 1 × 10 −4 mm / s while monitoring the electrical resistance of the measurement TiO 2 / Ti fiber 3 ′ .
[0032]
(6) Evaluation of heat generation function: TiO 2 / Ti fiber for electric heating was cut into a length of 110 mm, and an oxide film at both ends 10 mm was removed to obtain a terminal. An electric current of 0.6 to 1.2 A was applied to this for 2.4 ks, and the surface temperature of the central portion of the TiO 2 / Ti fiber for current heating at this time was measured with a K thermocouple 8.
[0033]
(7) Evaluation of temperature measurement function: As a result of measuring the thermoelectromotive force for aluminum of the measurement TiO 2 / Ti fiber, the thermoelectromotive force monotonously increases as the temperature rises and functions as a temperature sensor, and the temperature measurement limit is It turned out to be around 700K.
[0034]
Using this characteristic, the temperature obtained from the thermoelectromotive force at the position of the notch A of the measurement TiO 2 / Ti fiber embedded in the aluminum plate was 373 K, and the surface temperature of the test piece immediately above it was measured. The result was almost in agreement with the result of 370 K, and it was found that the measurement TiO 2 / Ti fiber correctly measured the temperature of the notch A.
[0035]
(8) Evaluation of strain measuring function: The relationship between the strain of the test piece 7 and the electrical resistance of the measuring TiO 2 / Ti fiber when the tensile test of aluminum embedded with the measuring TiO 2 / Ti fiber was performed was examined. As a result, it was found that the electrical resistance increased almost linearly with increasing strain, and the TiO 2 / Ti fiber functioned as a strain sensor.
[0036]
【Example】
Example 1
Production of active composite material: As shown in FIG. 4, an aluminum plate 1 having a thickness of 0.2 mm is provided with U-grooves 2 having a depth of about 0.18 mm at intervals of 1 mm, four TiO 2 / Ti fibers 3 and aluminum. Three stainless steel wires 11 having a diameter of 140 μm, which has a smaller coefficient of thermal expansion than those, were alternately inserted and arranged. Of the four TiO 2 / Ti fibers 3, the inner one was a TiO 2 / Ti fiber having a circumferential notch .
[0037]
The upper superimposing an aluminum plate 4 with a thickness of t = 0.2 mm, the embedded hot pressing to four TiO 2 / Ti fibers 3 with three stainless steel wire 11 under the same conditions as functional evaluation test Fibers A composite metal material was formed. As it was cooled from the flat state during hot pressing, it bent and deformed, and a metal material having a large curvature at room temperature was obtained. This metallic material, length 30mm shown in FIG. 5, was cut out 6 of width 8 mm, and connect the terminals of TiO 2 / Ti fibers of the two outer for the energization on both sides of the copper foil 12, the inner A measuring TiO 2 / Ti fiber terminal having a single circumferential notch and an aluminum tape 5 were connected to a measuring device 13 to measure thermoelectromotive force and electrical resistance.
[0038]
First, the current value of energization was set to 0.2 A, and all measurements (curvature of the test piece , surface temperature at the center of the test piece, TiO 2 / Ti for measurement ) after 0.3 ks from the start of energization and 0.06 ks. The electrical resistance of the fiber and the thermoelectromotive force with respect to the matrix) were performed, and the current value was increased by 0.2 A after the completion, and the measurement was repeated.
[0039]
FIG. 6 shows the relationship between the surface temperature and the curvature (m −1 ) of the metal material when the embedded TiO 2 / Ti fiber for energization heating is energized. As shown in FIG. 6, the curvature is maximum at room temperature, gradually decreases with increasing temperature, and returns to zero, that is, flat at about 520K. Therefore, it can be seen that the TiO 2 / Ti fiber for electric heating functions as a heater for applying a bending driving force, that is, an actuator function to the metal material.
[0040]
FIG. 7 shows the relationship between the temperature measurement result with the measurement TiO 2 / Ti fiber and the measurement result of the surface temperature with the K thermocouple when the metal material is energized with the TiO 2 / Ti fiber for current heating . FIG. 7 shows that although the temperature rises to around 500K and the specimen is deformed until it is almost flat, the two are in good agreement, and the measurement TiO 2 / Ti fiber is not deformed when the specimen is deformed. It can also be seen that the function as a temperature sensor is maintained.
[0041]
Furthermore, the value of the curvature of the metal material can be monitored by the temperature measured with this measuring TiO 2 / Ti fiber . FIG. 8 shows the relationship between the surface temperature when a metal material is energized with TiO 2 / Ti fibers for current heating and the electrical resistance value of the embedded measurement TiO 2 / Ti fibers. It can be seen from the figure that the electric resistance value increases almost linearly with the measured temperature rise. The increase in the electrical resistance value is due to two factors, namely, the temperature rise of the metal material and the increase in strain due to the curvature change. Therefore, the curvature value can be monitored by the measured temperature, but the electrical resistance value itself. the available on the monitor of the value of the curvature of the metal material is also measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an arrangement of an aluminum plate and TiO 2 / Ti fiber of a metal material for a function evaluation test .
FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a temperature measurement method using a test piece cut out from a metal material for a function evaluation test . FIG. 3 is a cut out from a metal material for a function evaluation test . It is a conceptual perspective view which shows the distortion | strain measuring method using a test piece.
4 is a cross-sectional view showing an arrangement of an aluminum plate of metal material, TiO 2 / Ti fiber, and stainless steel fiber of Example 1. FIG.
5 is a perspective view conceptually showing a thermoelectromotive force and electric resistance measurement method using a test piece cut out from the metal material of Example 1. FIG.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the surface temperature and the curvature of the metal material when the metal material of Example 1 is energized.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface temperature when the metal material of Example 1 is energized and the temperature obtained with TiO 2 / Ti fibers.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the surface temperature when the metal material of Example 1 is energized and the electrical resistance value of the embedded TiO 2 / Ti fiber.
[Explanation of symbols]
1 Aluminum plate
2 U groove
3, 3'TiO 2 / Ti fiber
4 Aluminum plate
5 Aluminum tape
6 Test pieces
7 Measuring instrument
8K thermocouple
9 Aluminum tab
10 Strain gauge
11 Stainless steel wire
12 Copper foil
13 Measuring instrument
A Notch

Claims (3)

表面を酸化してTiO2被膜を表面に形成したTi連続繊維(以下「TiO2/Ti繊維」と記載する)を他の絶縁処理をせずに該TiO2を電気絶縁被膜とした少なくとも1本の通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条と、該TiO 2 の一部を絶縁破壊するか、またはTiO 2 /Ti繊維の先端を絶縁破壊した少なくとも1本の温度測定用TiO 2 /Ti繊維線条とを、
アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなる金属マトリックスに
該通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条は、その両端部分を該金属マトリックスの外部に出し該TiO 2 を除去してターミナルとして、該温度測定用TiO 2 /Ti繊維線条は、該絶縁破壊部を該金属マトリックス内とし、かつ、その両端部分の少なくとも片方を該金属マトリックスの外部に出し該TiO 2 を除去してターミナルとして、埋め込むとともに、
該金属マトリックスよりも熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を一方向直線状に埋め込んで接合させて複合化した加熱温度により曲率が変化する板状金属材料を、
金属系構造材料または機械要素自体として用いて、
通電加熱用TiO2/Ti繊維に該ターミナルを介して通電してTiO 2 /Ti繊維を通電発熱体として金属系構造材料または機械要素に発熱による曲げ駆動力を印加してアクチュエータ機能を発現させるとともに、
温度測定用TiO2/Ti繊維のターミナルと金属マトリックスとを測定器に電気的に接続して該絶縁破壊部を接点としてTiO 2 /Ti繊維と金属マトリックスとの間に形成される熱電対により該絶縁破壊部の温度を検知する検知回路を温度センサとして用いて、測定した温度と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることを特徴とする発熱可能な金属材料の使用方法。
At least one in which the TiO 2 and electrical insulating film without oxidizing the surface Ti continuous fibers forming the TiO 2 film on the surface (hereinafter referred to as "TiO 2 / Ti fibers") other insulated TiO 2 / Ti fiber wire for heating and heating , and at least one TiO 2 / Ti fiber wire for temperature measurement in which a part of the TiO 2 is dielectrically broken or the tip of the TiO 2 / Ti fiber is broken down And
To a metal matrix made of aluminum or aluminum alloy plate ,
The current heating TiO 2 / Ti fiber filaments have both ends exposed to the outside of the metal matrix to remove the TiO 2 as terminals, and the temperature measuring TiO 2 / Ti fiber filaments are the dielectric breakdown. A portion within the metal matrix, and at least one of both end portions thereof is taken out of the metal matrix to remove the TiO 2 and embedded as a terminal ,
A plate-like metal material whose curvature changes according to a heating temperature in which continuous fibers or discontinuous fibers having a thermal expansion coefficient smaller than that of the metal matrix are embedded and bonded together in a unidirectional linear form,
Used as metal-based structural material or machine element itself,
Energized through the terminal to the TiO 2 / Ti textile said electric heating metallic structural materials, or by applying a driving force bending due to heating in the machine element to express actuator function TiO 2 / Ti fibers as the energization heater in With
By a thermocouple formed between the TiO 2 / Ti fibers and metal matrix the insulating lesion as a contact electrically connects the terminals and the metal matrix of TiO 2 / Ti textile the temperature measurement instrument Using a detection circuit for detecting the temperature of the dielectric breakdown part as a temperature sensor , and monitoring the deformation of the metal-based structural material or machine element from the relationship between the measured temperature and curvature, a heat-generating metal material How to use.
表面を酸化してTiO 2 被膜を表面に形成したTi連続繊維(以下「TiO 2 /Ti繊維」と記載する)を他の絶縁処理をせずに該TiO 2 を電気絶縁被膜とした少なくとも1本の通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条と、該TiO 2 の一部を絶縁破壊するか、またはTiO 2 /Ti繊維の先端を絶縁破壊した少なくとも1本の電気抵抗測定用TiO 2 /Ti繊維線条とを、
アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなる金属マトリックスに、
該通電加熱用TiO 2 /Ti繊維線条は、その両端部分を該金属マトリックスの外部に出し該TiO 2 を除去してターミナルとして、該電気抵抗測定用TiO 2 /Ti繊維線条は、該絶縁破壊部を該金属マトリックス内とし、かつ、その両端部分の少なくとも片方を該金属マトリックスの外部に出し該TiO 2 を除去してターミナルとして、埋め込むとともに、
該金属マトリックスよりも熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を一方向直線状に埋め込んで接合させて複合化した加熱温度により曲率が変化する板状金属材料を、
金属系構造材料または機械要素自体として用いて、
該通電加熱用TiO 2 /Ti繊維にターミナルを介して通電してTiO 2 /Ti繊維を通電発熱体として金属系構造材料または機械要素に発熱による曲げ駆動力を印加してアクチュエータ機能を発現させるとともに、
該電気抵抗測定用TiO 2 /Ti繊維のターミナルと金属マトリックスとを測定器に電気的に接続して該絶縁破壊部を通って流れる電流を測定し、該金属マトリックスに加わるひずみを電気抵抗変化として検知する検知回路をひずみセンサとして用いて、測定した電気抵抗と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることを特徴とする発熱可能な金属材料の使用方法。
At least one Ti continuous fiber (hereinafter referred to as “TiO 2 / Ti fiber”) having a TiO 2 coating formed on the surface by oxidizing the surface and using the TiO 2 as an electrical insulating coating without any other insulation treatment. TiO 2 / Ti fiber filaments for current heating and at least one TiO 2 / Ti fiber for electric resistance measurement in which a part of the TiO 2 is dielectrically broken or the tip of the TiO 2 / Ti fiber is broken down The streak
To a metal matrix made of aluminum or aluminum alloy plate,
The electrically heated TiO 2 / Ti fiber filaments have both end portions taken out of the metal matrix to remove the TiO 2 as terminals, and the electrical resistance measurement TiO 2 / Ti fiber filaments are insulated from the insulation. The fracture portion is in the metal matrix, and at least one of both end portions is taken out of the metal matrix and the TiO 2 is removed and embedded as a terminal ,
A plate-like metal material whose curvature changes according to a heating temperature in which continuous fibers or discontinuous fibers having a thermal expansion coefficient smaller than that of the metal matrix are embedded and bonded together in a unidirectional linear form,
Used as metal-based structural material or machine element itself,
Vent collector to the heating TiO 2 / Ti fibers energized through a terminal with metallic structural materials, or by applying a driving force bending due to heating in the machine element to express actuator function TiO 2 / Ti fibers as the energization heater ,
The electrical resistance measurement TiO 2 / Ti fiber terminal and the metal matrix are electrically connected to a measuring instrument to measure the current flowing through the dielectric breakdown, and the strain applied to the metal matrix is defined as the change in electrical resistance. A method of using a metal material capable of generating heat, characterized by using a detection circuit for detection as a strain sensor and monitoring the deformation of the metal-based structural material or mechanical element from the relationship between measured electrical resistance and curvature.
該TiOTiO 22 /Ti繊維および該金属マトリックスより熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維は、該金属マトリックスに設けたU溝にホットプレスまたは鋳ぐるみにより埋め込まれていることを特徴とする請求項1または2記載の発熱可能な金属材料の使用方法。The continuous fiber or discontinuous fiber having a smaller coefficient of thermal expansion than the Ti / Ti fiber and the metal matrix is embedded in a U-groove provided in the metal matrix by hot pressing or casting. A method of using the heat-generating metal material as described.
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