JPH02236032A - 形状記憶合金製トーションバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、回転式の窓や扉などの駆動装置等として、繰
り返し利用できる材料に形状記憶合金を用いたトーショ
ンバーに関するものである。

（従来の技術） トーションバーとは金属などの剛体からなる棒状部材の
弾性的なねじり変形を利用したスプリングのことであり
、自動車の懸架装置用スタビライザなどに広く用いられ
ている。

この剛体に形状記憶合金を用いると弾性変形顛域でのス
プリングとしての利用はもちろん可能であるが、更にそ
れを越えるような、普通の材料では塑性変形にあたるよ
うな角度までねじり変形を与えた後、任意の時期に加熱
して形状記憶合金の形状回復を起こさせ、その際のバー
の回転運動と発生トルクを利用するような使い方が可能
となる。

このような形状記憶合金製トーションバーの用途として
は、ある軸の回りに回転運動するもの、例えば回転式の
窓や扉などの駆動装置等が考えられる。

ところで、形状記憶合金製トーションバーのこのような
利用法はこれまで皆無であった。わずかに類似の利用法
として特開昭５９−７３３２５号公報記載のものがある
が、これは自動車の製造工程におけるトーションバース
プリングの取り付けが、スプリング力が強いために煩雑
な作業となり、またその組立精度を向上させるのに手間
がかかるという問題を抱えていることに対して、スプリ
ング部材を形状記憶合金で構成することによってトーシ
ョンバーの取り付けを容易にしようとしたものであった
。従って形状記憶合金製トーションバ一とは言っても本
来的には通常のスプリング的な使い方をするものであり
、窓や扉を形状記憶効果によるねじり変形の開放を利用
して繰り返し駆動するような概念は含まれていない。

形状記憶合金製トーションバーの発生トルクは、形状記
憶合金製棒状部材の直径に比例するので、窓や扉などの
ある程度の重量物を駆動するためには、用いる合金の量
を多くしなければならない。

このため、経済的な理由からはコストの安いＦｅＭｎ−
Ｓｉ合金などに代表される鉄系の形状記憶合金が適して
いると言える。

しかしながら、鉄系の形状記憶合金のような応力誘起マ
ルテンサイト変態とその逆変態を利用するタイプの形状
記憶合金では、トーションバーの形状回復時の発生トル
クを高めようとして、用いる棒状部材の直径を増加して
いくと、ある大きさ以上では急激に形状記憶効果が劣化
し形状記憶合金製トーションバーとして十分に機能しな
くなるという問題のあることが明らかとなった。

一方、用途によっては、Ｔｊ−Ｎｉ系やＣｕ系の形状記
憶合金などの採用も可能であるが、その場合でも、より
少ない使用量でより大きなトルクを発生させることが出
来るトーションバーが必要となる。

（発明が解決しようとする課題） このようにせっかく低コストの鉄系形状記憶合金を用い
てトーションハーを作成しても一本の棒状部材からなる
単式の形状記憶合金製トーションバーでは駆動出来る重
量に限界があり、産業上の利用範囲が狭められる。また
、直径を増大しても形状記憶効果の劣化しないＴｉ−Ｎ
ｉ系やＣｕ系などの形状記憶合金は非常に高価であり、
駆動装置用のトーションバー材料とした場合には、より
少ない使用量でより大きなトルクを発生させ得る工夫が
必要である。

このような状況に鑑みて本発明は、形状記憶合金の棒状
部材を用いて、経済的で、大きなトルクを発生すること
の出来るトーションバーの提供を意図したものである。

本発明の別の目的としては、コストの安い鉄系の形状記
憶合金を用いながら発生トルクに何らの上限も存在しな
い形状記憶合金製トーションバーと、Ｔｉ−Ｎｉ系やＣ
ｕ系などの形状記憶合金を用い、より少ない合金使用量
で、より大きなトルクを発生させ得る形状記憶合金製ト
ーションバーを提供するものである。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、形状記憶合金の棒状部材を複数本
並列に配置し、棒状部材の両端部を固定具に固定し、ね
じり軸を前記固定具の中心を結ぶ直線に一致させたこと
を特徴とする形状記憶合金製トーションバーである。

本発明で用いる形状記憶合金としては、Ｍｎ，　Ｓｉ等
を含む鉄系形状記憶合金をはじめ、Ｔｉ一旧系やＣｕ系
等の公知のものを用いることが出来る。

本発明の如く複式のトーションハーとすれば、鉄系の形
状記憶合金を用いた場合には、配列する棒状部材の本数
を増加させてい《ことによって、発生トルクの上限が実
質的に存在しなくなるとともに、安価な形状記憶合金製
トーションバーを得ることが出来る。

また、Ｔｉ−Ｎｉ系やＣｕ系などの形状記憶合金を用い
た場合には、一本の棒状部材を使ったトーションバーで
、棒状部材の直径を増大させて発生トルクを大きくする
方法に比べて、同じ効果をより少ない体積の増加、すな
わち、より少ない合金の使用量で効率よく実現出来る。

本発明で用いる棒状部材の断面形状は、円または正多角
形が効果の発現が均等で、扱い易いので最もよいが、極
端にいびつでなければ、楕円または多角形でもよい。棒
状部材の製造工程と固定具への取り付け易さを考慮すれ
ば、円または正多角形とすることが望ましい。

本発明に用いる鉄系形状記憶合金の棒状部材の直径は、
７ｍｍより大きいと形状記憶効果が著しく劣化するため
７ｍｍ以下が望ましい。尚、本発明で言う直径とは、丸
棒では直径を、正多角形断面を有する角棒では断面の外
接円の直径を指す。また楕円または多角形断面の棒状部
材の場合には、その断面を内包する円の直径を指すもの
とする。

第１図に本発明の複式トーションバーの一例の外観図を
示す。このように複式のトーションバーは、形状記憶合
金製棒状部材１と、トーションハーとして単一のねじり
軸を有するように端部を固定するだめの固定具２で構成
される。

ねじり変形は、固定具の中心を結ぶ直線をねじり軸とし
て与えられる。従って、棒状部材の固定は、トーション
バーがねじられた時に、固定具を介して棒状部材に変形
が伝播するような方法が望ましく、例えば固定具にあけ
た穴に棒状部材をはめ込み、それをろう付けする方法や
、側面からネジ止めする方法、更には焼きばめによる固
定などを用いることが出来る。

形状記憶合金製棒状部材の並列配置の方法としては、例
えば、第２図に固定具の棒状部材取り付け面の概略図（
ａ）および断面図（ｂ）で示すように、ねじり軸の軸上
位置３とそれを中心とする同心田上の位置４がある。そ
の際ねじり変形を円滑にするために、同心円上の配置は
ねじり軸に対して回転対称となるようにすることが望ま
しい。棒状部材同士の間隔は各々の棒材の変形に支障が
出なければどのようなものでもよいが、ねじり軸上ある
いはその他の部分への配置を意識的に止めて、形状記憶
合金を加熱するための発熱体などを組み込むスペースに
用いるような配置方法や、第３図のように丸棒や角棒を
稠密に配置する方法でもよい。

またトーションバーを構成する棒状部材の数は、使用目
的、すなわち必要な発生トルクに応じて適宜選定するこ
とが出来る。

（作用） 形状記憶合金製棒状部材を複数本並列に配置し、端部を
固定具に固定して、複式のトーションバーを作成する。

次に一端を固定端に固定し、他端を軸受けおよびねじり
用のアームに取り付ける。この位置を基準として、外力
を加えてバーをねじると、形状記憶合金が塑性的に変形
され、バーはねじられた状態に留まる。その後任意の時
期にバーを加熱することによって形状記憶合金の形状回
復を起こさせると、ハーは基準位置まで戻る。この時の
回転運動と発生トルクによって窓や扉などの駆動装置等
として用いることの出来るトーションバー機能が得られ
る。

（実施例） 実施例Ｉ Ｍｎ，　Ｓｉ．．Ｃｒをそれぞれ２８ｗｔ％、６ｗｔ％
、５ｗｔ％含み残部がＦｅからなる合金製で直径４　ｍ
ｍφ，長さ２００ｍｍの丸棒を用いて、複式のトーショ
ンバーと比較のために単式のトーションバーを作成し、
それらについて発生トルクを測定した。

端部の固定には第４図（ａ）に示したような固定具を用
い、棒状部材の固定位置は第４図ら）に示すようにねじ
り軸上と、ねじり軸を中心とする半径８ｍｍの円周上の
８箇所とし、その８箇所は、ねじり軸に対して８回対称
となるようにした。

形状記憶合金製棒状部材は固定具にあけた穴に組み込ん
だ後ろう付けによって固定した。

組み込む位置は、棒状部材が１本の時は第５図のように
ねじり軸上、２本の時は第６図のように円周上の２回対
称位置、４本の時は第７図のように円周上の４回対称位
置、そして８本の時は第８図のように円周上のすべての
位置とした。

このようにして作成したトーションバーを第９図に示す
ようなトーションバー試験治具に取り付けた。すなわち
一端を固定端５に固定し、他端を軸受け６を介してねじ
り用アーム７に取り付けた。

アームの取り付け方向は水平とし、この位置を基準位置
とした。次にアームを使ってトーシコンバーをねじり、
基準位置から下方に角度として３０度ねじった。アーム
の先端には分銅皿８が取り付けられており、形状記憶合
金部分を約２００゜Ｃに加熱し形状回復を起こさせ、ア
ームが完全に基準位置まで戻る時に持ち上げることの出
来る分銅の重さを測定することによってトーションバー
の発生トルクを求めた。なおトーションバーのねじり軸
と分銅皿を取り付けるアームの先端位置との間の距離は
１５０ｍｍであった。

その結果、各々のトーションバーの発生トルクは第１表
に示した通りとなり、トーションバーに用いる棒状部材
の数を増加していくことによって発生トルクが高くなっ
ていくことが明らかとなった。このことから、必要なト
ルクに見合った数の形状記憶合金製棒状部材を複数本並
列に配置することで任意の発生トルクを持ったトーショ
ンハーを作成出来ることが判る。

第１表　トーションバーの発生トルク 実施例２ ＭｎおよびＳｔを各々３２ｗｔ％および６ｗｔ％含有し
残部がＦｅからなる合金製で一辺が４．５Ｍの正方形断
面を有し、長さが２　０　０　ｍｍの角棒８本を端部固
定具に固定した複式トーションバーを作成し、発生トル
クを測定した。角棒の両端部５ｍｍについては切削加工
により直径４胴φの丸断面とし、固定具への固定にはチ
ャック側面からのネジ止めを用いた。各々の棒状部材の
配置位置は、第１０図のように側面を揃えた向きとし、
断面の中心とねじり軸の距離は１０ｍｍで、ねじり軸に
対する８回対称となるようにした。また形状記憶合金製
棒状部材を配置した内部には、加熱用のパイプヒーター
を挿入し、棒状部材の外側にはアルミニウム箔を巻いて
熱の放散を防いだ。

トルクの測定方法は実施例１と同様とした。その結果、
０．１７ｋｇｆ−ｍの発生トルクが得られ、同一サイズ
の角棒一本の場合の約３．２倍であった。

実施例３ Ｎｉを５５．４ｗｔ％含有し残部がＴｉよりなる合金で
、直径４　ｍｍφ，長さ２００ｍｍの丸棒と、直径８ｍ
ｍφ，長さ２００ｍｍの丸棒を作製し、単式のトーショ
ンバ一方式で棒状部材の直径を大きくして発生トルクを
高める方法と、複式のトーションバ一方式によって発生
トルクを高める方法の比較を行った。

端部の固定は、４　ｎ＋＋ｎφの丸棒については、実施
例１に用いたのと同じ固定具を用い、棒状部材が１本の
時は第５図のようにねじり軸上、４本の時は第７図のよ
うに円周上の４回対称位置に配置し、ろう付けによって
固定した。また、８ｍｍφの丸棒は、第１１図の固定具
にろう付けしてトーションパーとした。

これらの３つ、すなわち４　ｍｍφの丸棒１本からなる
トーションバー、４Ｍφの丸棒４本からなるトーション
バー、および、８揶φの丸棒１本からなるトーションバ
ーについて、実施例１と同様の方法によって発生トルク
を測定した。

その結果は第２表に示すようになり、１本の棒状部材か
らなる単式のトーションバ一方式で、使用量を４倍にす
る場合に比べ、複式のトーションバ一方式では、同じ使
用量の増加に対してより大きなトルクを発生させ得るこ
とが明らかとなった。

また、このことから、同程度の発生トルクを得るのに必
要な合金の使用量は少量でよいことも判る。

実施例４ ＡＩ，　Ｎｉ，　Ｍｎ，　　ＶおよびＴｉを各々１２ｗ
ｔ％，５−ｔ％，３ｉｌｌｔ％，ｌｗｔ％および０．５
誓ｔ％含有し、残部がＣｕからなる合金製で、直径３．
　５　ｍｍφ，長さ２００ｍｍの丸棒を６本端部固定具
に固定した複式のトーションバーを作成し、発生トルク
を測定した。丸棒は、ねじり軸のまわりの６回対称位置
に配置し、固定方法は、ろう付けとした。

トルクの測定方法は、実施例１と同様とした。

その結果０．　２　３　９ｋｇｆ−ｍの発生トルクが得
られ、同一サイズの丸棒の場合の約３．６倍であった。

（発明の効果） 本発明によれば、回転式の窓や扉などの駆動装置等とし
て繰り返し利用出来、発生トルクの設計が自在な形状記
憶合金製トーションバーを作ることが出来る。

また、用いる棒状部材の本数を適宜選択することによっ
て発生トルクを設計出来るので、様々な直径の棒状部材
を用意しなくてもよく、色々な発生トルクのトーション
バーを製造する際のコストを低く抑える効果も期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は複式トーションハーの外観図である。 第２図（ａ）は端部の固定具の棒状部材取り付け面であ
る。 第２図（ｂ）は第２図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であ
る。 第３図（ａ）は丸棒を稠密に配置した複式トーションハ
ー用の端部の固定具の棒状部材の取り付け面である。 第３図（ｂ）は第３図（ａ）の側面図である。 第４図（ａ）は実施例１に用いた端部の固定具の概略図
である。 第４図（ｂ）は実施例１に用いた端部の固定具の棒状部
材の取り付け面である。 第５図、第６図、第７図、第８図は実施例１に用いたト
ーションバーの端部の概略図である。 第９図はトーションハー試験治具の概略図である。 第１０図は実施例２に用いた端部の固定具と角状棒材の
投影である。 第１１図は実施例３に用いた８薗φの丸棒用の固定具で
ある。 １・・・形状記憶合金製棒状部材、２・・・端部の固定
具、３・・・ねじり軸上の取り付け位置、４・・・ねじ
り軸を中心とする同心田上の取り付け位置、５・・・固
定端、６・・・軸受け、７・・・ねじり用アーム、８・
・・分銅皿、９・・・角状棒材の投影。 ２４， 第２図 （ｄ） （ｂ） 第３ｋ （（１＞ （ｂ） 第４ｒｊＡ （α） Ｃｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　形状記憶合金製棒状部材を複数本並列に配置し、棒状
   部材の両端部を固定具に固定し、ねじり軸を前記固定具
   の中心を結ぶ直線に一致させたことを特徴とする形状記
   憶合金製トーションバー。