JP6223814B2 - 形状記憶特性を有する金属製多孔体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る金属製多孔体1は、図1〜図3に示すように、形状記憶特性を有する形状記憶層4を外周に有する複合線2で巻き回され、その複合線同士2,2が接合されてなる多孔体である。そして、その多孔体の形状が形状記憶層4の変態点を境にして変化するように構成されている。この金属製多孔体1は、図1に示すように、全体としては管状になっている。
複合線2は、形状記憶特性を有している。その形状記憶特性は、図3に示すように、複合線2を構成する芯材3の外周に設けられている形状記憶層4によって生じている。ここで、形状記憶特性は、JIS H7001:2009「形状記憶合金用語」で定義されており、ある形状の合金を低温相(マルテンサイト)の状態で異なる形状に変形させても、高温で安定な相(オーステナイト)になる温度に加熱するとマルテンサイト逆変態が起こることで、変形前の形状に戻る現象(形状記憶効果とも言う)を示すという特性である。
金属製多孔体1は、図2に示すように、複合線2が一方向に傾斜し、軸の周りに所定のピッチで巻き付けられて形成された層11と、複合線2が前記一方向とは逆向きの方向に傾斜し、軸の周りに所定のピッチで巻き付けられて形成された層12とが、順次に積層されているとともに、複合線同士は接合されている。なお、図2は、金属製多孔体1を構成する複合線2によって形成された層を2層分(符号11の層と符号12の層)だけ示している。
本発明に係る金属製多孔体1の製造方法は、第1金属成分を含む金属線3’の外周に第1金属成分と化合して形状記憶層4を形成する第2金属成分を含む金属層4’が設けられた素線2’を準備する工程と、素線2’を一方向に傾斜させながら軸の周りに所定のピッチで巻き付ける第1サブ工程と素線2’を前記一方向とは逆向きの方向に傾斜させながら前記軸の周りに所定のピッチで巻き付ける第2サブ工程とを繰り返す巻き付け工程と、巻き付けた素線2’を加熱して、第1金属成分と第2金属成分とを拡散させた形状記憶層4を外周に有する複合線2を形成する工程と、複合線同士2,2を接合させる工程と、を有する。
素線2’の準備工程は、第1金属成分を含む金属線3’の外周に、金属層4’が設けられた素線2’を準備する工程である。金属層4’は、金属線3’が有する第1金属成分に化合して形状記憶層4を形成する第2金属成分を含んでいる。
巻き付け工程は、素線2’を一方向に傾斜させながら軸の周りに所定のピッチで巻き付ける第1サブ工程と、素線2’を前記一方向とは逆向きの方向に傾斜させながら前記軸の周りに所定のピッチで巻き付ける第2サブ工程とを繰り返す工程である。
複合線2の形成工程は、巻き付けた素線2’を加熱して、第1金属成分と第2金属成分とを拡散させた形状記憶層4を外周に有する複合線2を形成する工程である。素線2’を加熱するによって、金属線3’を構成するチタン成分と、金属層4’を構成するニッケル成分とが熱拡散して化合し、ニッケルチタン金属間化合物層が形成される。こうした複合線2は、ニッケルチタン金属間化合物層が有する変態点を境にして形状記憶特性を発揮することができる。
接合工程は、複合線同士2,2を接合させる工程である。焼結工程は、複合線2からなる管状の部材を巻き軸ごと炉に入れて焼結し、複合線同士を接合する。炉は、真空炉であってもよいし、酸化を防ぐための還元ガスを含む炉であってもよい。焼結は、800℃以上、1300℃以下の範囲内の温度で180分程度行われる。こうした焼結工程によって複合線同士は、拡散接合される。なお、この焼結工程は、次のスウェージング工程の前後の2回に分けて行ってもよい。
素線2’として、図6(A)に示すように、直径0.1mmのチタンからなる金属線3’の外周に、その金属線3’のチタン成分と化合して形状記憶層4であるニッケルチタン金属間化合物層を形成する厚さ12μmのニッケルめっきからなる金属層4’が設けられたものを圧延率40%で圧延して準備した。この素線2’を用いて金属製多孔体1を作製した。作製した金属製多孔体1は、内径が1.6mm、外径が2.5mm、全長が34.9mm、重量が0.27gである。また、金属製多孔体1は、嵩密度が2.61g/cm3、空隙率が67.2%である。また、巻き角度は、47.4°である。
実施例1と同様の素線2’を用い、実施例1と同様の方法で金属製多孔体1を作製し、形状記憶特性の発現を確認した。作製した金属製多孔体1は、内径が6.03mm、外径が8.28mm、全長が11.51mmで、重量が0.28gであった。なお、この金属製多孔体への熱処理は、900℃、8時間で行った。
2 複合線
2’ 素線
3 芯材
3’ 金属線
4 形状記憶層
4’ 金属層
5 接合部
11 複合線又はその複合線を一方向に傾斜させて中心軸の周りに巻いて形成された層
12 複合線又はその複合線を逆方向に傾斜させて中心軸の周りに巻いて形成された層
Claims (7)
- 形状記憶特性を有さない芯材と、前記芯材の外周に設けられた形状記憶特性を有する形状記憶層とで構成された複合線で巻き回され、当該複合線同士の接合部が焼結により接合されてなる多孔体であって、
前記複合線が一方向に傾斜し、軸の周りに所定のピッチで巻き付けられて形成された第1層と、前記複合線が前記一方向とは逆向きの方向に傾斜し、前記軸の周りに所定のピッチで巻き付けられて、前記第1層に接して形成された第2層とが順次積層されて成る金属製多孔体であって、
前記多孔体の形状が前記形状記憶層の変態点を境にして変化することを特徴とする金属製多孔体。 - 前記複合線は、チタン芯材の外周にニッケルチタン金属間化合物層を有している、請求項1に記載の金属製多孔体。
- 前記複合線の断面積Aと、前記複合線のうち前記形状記憶層の断面積Bとの比(B/A)が、0.3以上0.8以下の範囲内である、請求項1又は2に記載の金属製多孔体。
- 前記複合線が平角線である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属製多孔体。
- 形状記憶特性を有さない第1金属成分を含む金属線の外周に前記第1金属成分と化合して形状記憶層を形成する第2金属成分を含む金属層が設けられた素線を準備する工程と、
前記素線を一方向に傾斜させながら軸の周りに所定のピッチで巻き付ける第1サブ工程と前記素線を前記一方向とは逆向きの方向に傾斜させながら前記軸の周りに所定のピッチで巻き付ける第2サブ工程とを繰り返す巻き付け工程と、
前記巻き付けた素線を加熱して、前記第1金属成分と前記第2金属成分とを拡散させた形状記憶層を外周に有する複合線を形成する工程と、
前記複合線同士を接合させる工程と、を有することを特徴とする金属製多孔体の製造方法。 - 前記第1金属成分がチタンであり、前記第2金属成分がニッケルである、請求項5に記載の金属製多孔体の製造方法。
- 前記複合線の断面積Aと、前記複合線のうち前記形状記憶層の断面積Bとの比(B/A)が、0.3以上0.8以下の範囲内である、請求項5又は6に記載の金属製多孔体の製造方法。
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