JPH0313552A - 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 - Google Patents
二方向形状記憶コイルばねの製造方法Info
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- JPH0313552A JPH0313552A JP14577189A JP14577189A JPH0313552A JP H0313552 A JPH0313552 A JP H0313552A JP 14577189 A JP14577189 A JP 14577189A JP 14577189 A JP14577189 A JP 14577189A JP H0313552 A JPH0313552 A JP H0313552A
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Landscapes
- Springs (AREA)
- Wire Processing (AREA)
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。
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、形状記憶合金からなり、自発形状変化量の大
きい二方向形状記憶コイルばねが得られる製造方法に関
するものである。
きい二方向形状記憶コイルばねが得られる製造方法に関
するものである。
形状記憶合金は産業分野に広く用いられており、その材
料形状は多種にわたるが、形状回復の際の変化量を大き
くできる形状という観点から効果的なコイルばねとして
一般に利用されている。
料形状は多種にわたるが、形状回復の際の変化量を大き
くできる形状という観点から効果的なコイルばねとして
一般に利用されている。
このコイルばねは第１０図に示すように通常高温相であ
る母相の形状のみを記憶する一方向形状記憶のコイルば
ね（１）とバイアスばね（２）とを組合せて用いるもの
であるが、バイアスばねを必要とするため材料コストの
点や、アクチュエーター等の設計において、その寸法を
小型化できないなどの難点がある。
る母相の形状のみを記憶する一方向形状記憶のコイルば
ね（１）とバイアスばね（２）とを組合せて用いるもの
であるが、バイアスばねを必要とするため材料コストの
点や、アクチュエーター等の設計において、その寸法を
小型化できないなどの難点がある。
そこで高温相に加え、低温和であるマルテンサイト相の
形状も記憶する二方向形状記憶を利用したコイルばねが
開発され、上記の問題を解決する試みがなされた。この
二方向形状記憶コイルばねは、温度の上下に対して可逆
的に繰り返し変形動作するものであり、第１１図に示す
ように（ａ）の低温において伸びているものが（ｂ）の
高温において縮み、また（Ｃ）の低温において伸び、（
ｄ）の高温において縮む形状を可逆的に繰り返すもので
ある。また上記とは逆に低温で縮んでいるものが高温で
伸び、低温で縮み、さらに高温で伸びる形状を可逆的に
繰り返すものもある。
形状も記憶する二方向形状記憶を利用したコイルばねが
開発され、上記の問題を解決する試みがなされた。この
二方向形状記憶コイルばねは、温度の上下に対して可逆
的に繰り返し変形動作するものであり、第１１図に示す
ように（ａ）の低温において伸びているものが（ｂ）の
高温において縮み、また（Ｃ）の低温において伸び、（
ｄ）の高温において縮む形状を可逆的に繰り返すもので
ある。また上記とは逆に低温で縮んでいるものが高温で
伸び、低温で縮み、さらに高温で伸びる形状を可逆的に
繰り返すものもある。
これらの二方向形状記憶は、強度に変形したり拘束状態
で熱処理を行なうと現れることが知られている。
で熱処理を行なうと現れることが知られている。
しかしながらこのような方法では、二方向形状記憶コイ
ルばねの高温側と低温側の両方の形状を正確に記憶させ
ることおよび発生力や温度ヒステリシスの制御が困難で
あり、またコイルばねの場合、強加工を施すことが難し
く、高温側と低温側の形状の差である自発形状変化量が
小さいために適用範囲が狭く、産業上用いられることが
少なかった。特に高温で伸び、低温で縮む二方向形状記
憶効果の自発形状変化量が小さく問題とされていた。
ルばねの高温側と低温側の両方の形状を正確に記憶させ
ることおよび発生力や温度ヒステリシスの制御が困難で
あり、またコイルばねの場合、強加工を施すことが難し
く、高温側と低温側の形状の差である自発形状変化量が
小さいために適用範囲が狭く、産業上用いられることが
少なかった。特に高温で伸び、低温で縮む二方向形状記
憶効果の自発形状変化量が小さく問題とされていた。
本発明は上記の問題について検討の結果、比較的簡単な
方法により形状記憶コイルばねに自発形状変化量が大き
く、かつ記憶特性の優れた二方向形状記憶コイルばねが
得られる製造方法を開発したものである。
方法により形状記憶コイルばねに自発形状変化量が大き
く、かつ記憶特性の優れた二方向形状記憶コイルばねが
得られる製造方法を開発したものである。
〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、形
状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱処理を
行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方向に巻
替え、次いで該コイルばねに引張り加工を施して、高温
で縮み低温で伸びる二方向のばね性を付与することを特
徴とする二方向形状記憶コイルばねの製造方法であり、
また形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱
処理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方
向に巻替え、次いで該コイルばねに引張り加工を施した
後、さらに該コイルばねを軸方向に逆転する方向に再巻
替えを行ない、高温で伸び低温で縮む二方向のばね性を
付与することを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの
製造方法である。
状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱処理を
行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方向に巻
替え、次いで該コイルばねに引張り加工を施して、高温
で縮み低温で伸びる二方向のばね性を付与することを特
徴とする二方向形状記憶コイルばねの製造方法であり、
また形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱
処理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方
向に巻替え、次いで該コイルばねに引張り加工を施した
後、さらに該コイルばねを軸方向に逆転する方向に再巻
替えを行ない、高温で伸び低温で縮む二方向のばね性を
付与することを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの
製造方法である。
すなわち本発明は、第１図に製造工程の概略を示すよう
に、先ずＮｉ−Ｔｉ合金などの形状記憶合金線からなる
コイルばね（１）を図（ａ）に示すように例えば伸びた
状態にして所定の形状記憶熱処理を行なった後、このコ
イルばねを図（ｂ）に示すように軸方向に対して逆転す
る方向に巻替えを行なって歪を与えるものである。この
巻替えを詳しく説明すると、第２図に示すように伸びた
状態のコイルばね（１）をそのまま心棒（３）に通し、
その一端を固定端子（４）により固定し、別の一端を心
棒（３′）の固定端子（４′）に固定し、心棒（３′）
を矢印方向に回転して心棒（３）のコイルばね（１）を
心棒（３′）に密着状態のコイルばね（１′）に巻替え
を行なうものである。この際コイルばね（１）は、第３
図（ａ）に示すように最初のコイルばねが布巻であれば
、巻替えによりへ）図のように左巻となり、コイルの巻
き畳み順序は（ａ）図の■の左端に位置するものが巻替
えにより（ｂ１図の■のように右端に位置するようにそ
れぞれ逆転する。上記の巻き畳み順序を逆転させる巻替
えを行なうことにより、コイルばねに与えた歪量は、第
４図に示すように巻替え前のコイルばね（１）の自由長
（ε。）と巻替え後のコイルばね（１′）の自由長（ε
１）とをプラスした大きい剪断歪量をコイルばねに加え
たことになる。この結果、高温で元の記憶形状に戻ろう
とするので密着力の強い密着ばねが得られるものである
。
に、先ずＮｉ−Ｔｉ合金などの形状記憶合金線からなる
コイルばね（１）を図（ａ）に示すように例えば伸びた
状態にして所定の形状記憶熱処理を行なった後、このコ
イルばねを図（ｂ）に示すように軸方向に対して逆転す
る方向に巻替えを行なって歪を与えるものである。この
巻替えを詳しく説明すると、第２図に示すように伸びた
状態のコイルばね（１）をそのまま心棒（３）に通し、
その一端を固定端子（４）により固定し、別の一端を心
棒（３′）の固定端子（４′）に固定し、心棒（３′）
を矢印方向に回転して心棒（３）のコイルばね（１）を
心棒（３′）に密着状態のコイルばね（１′）に巻替え
を行なうものである。この際コイルばね（１）は、第３
図（ａ）に示すように最初のコイルばねが布巻であれば
、巻替えによりへ）図のように左巻となり、コイルの巻
き畳み順序は（ａ）図の■の左端に位置するものが巻替
えにより（ｂ１図の■のように右端に位置するようにそ
れぞれ逆転する。上記の巻き畳み順序を逆転させる巻替
えを行なうことにより、コイルばねに与えた歪量は、第
４図に示すように巻替え前のコイルばね（１）の自由長
（ε。）と巻替え後のコイルばね（１′）の自由長（ε
１）とをプラスした大きい剪断歪量をコイルばねに加え
たことになる。この結果、高温で元の記憶形状に戻ろう
とするので密着力の強い密着ばねが得られるものである
。
さて、上記のように密着状態に巻替えたコイルばねは、
この後第１図（Ｃ）に示すようにさらに引張り加工を行
なって強加工を施すものである。この様子を詳しく説明
すると第５図に示すように心棒（３）にコイルばね（１
）を巻付は一端を固定端子（４）により固定してコイル
ばねの別の一端を矢印方向に引張ってコイルばねに強加
工を施すものである。このとき与えた剪断歪量と先の巻
替えにより与えた剪断歪量の和が、コイルばねに付与し
た剪断歪量であり、後述する実施例により明らかなよう
にこの歪量は７〜１２％の範囲に与えることが適当であ
る。
この後第１図（Ｃ）に示すようにさらに引張り加工を行
なって強加工を施すものである。この様子を詳しく説明
すると第５図に示すように心棒（３）にコイルばね（１
）を巻付は一端を固定端子（４）により固定してコイル
ばねの別の一端を矢印方向に引張ってコイルばねに強加
工を施すものである。このとき与えた剪断歪量と先の巻
替えにより与えた剪断歪量の和が、コイルばねに付与し
た剪断歪量であり、後述する実施例により明らかなよう
にこの歪量は７〜１２％の範囲に与えることが適当であ
る。
この剪断歪量を大きく付与すれば自発形状変化歪量は大
きくなるが１２％を越えた加工剪断歪量を与えても自発
形状変化量は飽和しかつコイルばねの形状が変わるため
である。また７％未満の加工剪断歪量では従来の加工剪
断歪と同じ程度で自発形状変化歪量の改善は望めない。
きくなるが１２％を越えた加工剪断歪量を与えても自発
形状変化量は飽和しかつコイルばねの形状が変わるため
である。また７％未満の加工剪断歪量では従来の加工剪
断歪と同じ程度で自発形状変化歪量の改善は望めない。
以上の工程を経て製造されたコイルばねは、第１図（ｄ
）および（ｅ）に示すように高温で縮み、低温で伸びる
二方向の可逆的な動作を自発形状変化歪量が２％程度と
極めて大きい範囲で繰返すことが可能である。
）および（ｅ）に示すように高温で縮み、低温で伸びる
二方向の可逆的な動作を自発形状変化歪量が２％程度と
極めて大きい範囲で繰返すことが可能である。
また上記の剪断歪量を付与したコイルばねは、低温と高
温の繰返しサイクルにおいても、低温と高温の形状を正
確に記憶していることが確認されている。
温の繰返しサイクルにおいても、低温と高温の形状を正
確に記憶していることが確認されている。
なお上記の歪量を７〜１２％の範囲で適宜付与すること
により自発形状変化歪量を種々の値に設定したコイルば
ねが得られる。
により自発形状変化歪量を種々の値に設定したコイルば
ねが得られる。
次に上記の高温で縮むように成形された第１図（ｆ）の
ようなコイルばねを（濁に示すように密着するように再
度巻替えを行なうことにより、（ロ）、（ｉ）に示すよ
うに高温で伸び低温で縮むコイルばねが得られる。すな
わち第６図に示すように伸びた状態のコイルばね（１）
を心棒（３）に通して一端を固定端子（４）により固定
し、別の一端を心棒（３′）の固定端子（４′）に固定
し心棒（３′）を矢印方向に回転して心棒（３）のコイ
ルばね（１）を心棒（３′）に密着状態にしたコイルば
ね（１′）に巻替えを行なうものである。この際のコイ
ルばねは巻き畳み順序が前記の第３図に示したような逆
転したコイルばねが得られる。
ようなコイルばねを（濁に示すように密着するように再
度巻替えを行なうことにより、（ロ）、（ｉ）に示すよ
うに高温で伸び低温で縮むコイルばねが得られる。すな
わち第６図に示すように伸びた状態のコイルばね（１）
を心棒（３）に通して一端を固定端子（４）により固定
し、別の一端を心棒（３′）の固定端子（４′）に固定
し心棒（３′）を矢印方向に回転して心棒（３）のコイ
ルばね（１）を心棒（３′）に密着状態にしたコイルば
ね（１′）に巻替えを行なうものである。この際のコイ
ルばねは巻き畳み順序が前記の第３図に示したような逆
転したコイルばねが得られる。
このようにして得られた高温で伸び、低温で縮む二方向
ばねも、高温および低温においてそれぞれ正確な形状を
記憶させることができる。
ばねも、高温および低温においてそれぞれ正確な形状を
記憶させることができる。
しかして本発明において用いられる形状記憶合金線は、
Ｎｉ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔｉ系合金、或いはＣｕ−Ｚｎ
−Ａｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｕ、Ｃｕ−Ａｌ２−Ｎｉなどの
Ｃｕ系合金、その他公知の形状記憶合金が適用できる。
Ｎｉ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔｉ系合金、或いはＣｕ−Ｚｎ
−Ａｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｕ、Ｃｕ−Ａｌ２−Ｎｉなどの
Ｃｕ系合金、その他公知の形状記憶合金が適用できる。
このうち耐食性などの点からＮｉ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔ
ｉ合金系の線が特に好ましい。
ｉ合金系の線が特に好ましい。
またコイルばねと同様な形状、機能を有する各種のばね
にも適用が可能であり、線の形状も丸線、角線、異形線
など種々のものが適用できる。
にも適用が可能であり、線の形状も丸線、角線、異形線
など種々のものが適用できる。
以下に本発明の一実施例について説明する。
実施例Ｉ
Ｎｉが４９．５ａｔ％、Ｔｉが５０．５ａＬ％の組成の
Ｎ ｉ −Ｔ ４合金線をＤ／ｄ−９、ピッチ間隔１ｍ
ｍ、ｎ−１０として、第１図（ａｌに示す形状に成形し
た後、この形状で４５０°Ｃに１時間保持して形状記憶
熱処理を行なった。これを第１図Ｑ））および第２図に
示すようにコイルばね（１）を心棒（３）に固定し、矢
印方向に回転させた同径の心棒（３′）にコイルばね（
１′）を巻替え、前記の第３図に示すように巻畳み順序
が逆転するような密着コイルばねを作製した０次いでこ
のコイルばねを第１図（Ｃ）および詳しくは第５図に示
すように、密着ばねのばね径を保ちながらコイルばねを
引張り加工を施して第１図（ｄ）および＜ｅ＞に示す高
温で縮み、低温で伸びるコイルばねを作製した０以上の
巻替え加工と引張り加工により与えた剪断歪量と自発形
状変化歪量の関係を第７図に示す、この図から加工剪断
歪量が７％付近より自発形状変化歪量が増加し、１２％
付近より飽和しばね形状が変化することが判る。
Ｎ ｉ −Ｔ ４合金線をＤ／ｄ−９、ピッチ間隔１ｍ
ｍ、ｎ−１０として、第１図（ａｌに示す形状に成形し
た後、この形状で４５０°Ｃに１時間保持して形状記憶
熱処理を行なった。これを第１図Ｑ））および第２図に
示すようにコイルばね（１）を心棒（３）に固定し、矢
印方向に回転させた同径の心棒（３′）にコイルばね（
１′）を巻替え、前記の第３図に示すように巻畳み順序
が逆転するような密着コイルばねを作製した０次いでこ
のコイルばねを第１図（Ｃ）および詳しくは第５図に示
すように、密着ばねのばね径を保ちながらコイルばねを
引張り加工を施して第１図（ｄ）および＜ｅ＞に示す高
温で縮み、低温で伸びるコイルばねを作製した０以上の
巻替え加工と引張り加工により与えた剪断歪量と自発形
状変化歪量の関係を第７図に示す、この図から加工剪断
歪量が７％付近より自発形状変化歪量が増加し、１２％
付近より飽和しばね形状が変化することが判る。
したがって歪量としては７〜１２％の範囲であれば、自
発形状変化歪量の大きいものが得られることが明らかで
ある。なお従来例は、巻替え前のコイルばねで７％の歪
しか与えることができず自発形状専科量も０．１％と小
さい。
発形状変化歪量の大きいものが得られることが明らかで
ある。なお従来例は、巻替え前のコイルばねで７％の歪
しか与えることができず自発形状専科量も０．１％と小
さい。
次に上記の試料のうち１０．３％加工を与えた後のコイ
ルばねの９５°Ｃと２０°Ｃにおける自然長変化を測定
した。この結果を第８図に示す、この図から本発明によ
るものは高温と低温のばね長さの変化量すなわち自発形
状変化歪量が極めて大きく、しかも、高温と低温の繰返
しサイクルにおいてもその形状を正確に記憶しているこ
とが認められる。
ルばねの９５°Ｃと２０°Ｃにおける自然長変化を測定
した。この結果を第８図に示す、この図から本発明によ
るものは高温と低温のばね長さの変化量すなわち自発形
状変化歪量が極めて大きく、しかも、高温と低温の繰返
しサイクルにおいてもその形状を正確に記憶しているこ
とが認められる。
なお従来のものばばね長さの変化量が小さい。
実施例２
実施例１において作製した第１図（ｆ）に示すコイルば
ねを再度逆転巻替えを行なって（濁のような密着ばねを
作製した。このコイルばねは（ｈ）および（ｉ）に示す
ような高温で伸び、低温で縮むものである。
ねを再度逆転巻替えを行なって（濁のような密着ばねを
作製した。このコイルばねは（ｈ）および（ｉ）に示す
ような高温で伸び、低温で縮むものである。
すなわち第６図に示すように伸びた状態のコイルばね（
１）を心棒（３）を通して固定端子（４）によりその−
端を固定し、別の一端を心棒（３′）の固定端子（４′
）に固定し、心棒（３′）を矢印方向に回転して心棒（
３）のコイルばね（１）を心棒（３′）に密着状態にし
たコイルばね（１′）を作製した。このコイルばねの９
５°Ｃと２０゛Ｃの自然長変化を測定した結果を第９図
に示す０図から明らかなように本発明によるコイルばね
は、ばね長さの変化量が従来のものに比べ著しく大きい
ことが判る。また高温と低温の繰返しサイクルにおいて
も、その形状を正確に記憶していることが確認された。
１）を心棒（３）を通して固定端子（４）によりその−
端を固定し、別の一端を心棒（３′）の固定端子（４′
）に固定し、心棒（３′）を矢印方向に回転して心棒（
３）のコイルばね（１）を心棒（３′）に密着状態にし
たコイルばね（１′）を作製した。このコイルばねの９
５°Ｃと２０゛Ｃの自然長変化を測定した結果を第９図
に示す０図から明らかなように本発明によるコイルばね
は、ばね長さの変化量が従来のものに比べ著しく大きい
ことが判る。また高温と低温の繰返しサイクルにおいて
も、その形状を正確に記憶していることが確認された。
以上に説明したように本発明によれば比較的筒車な方法
により自発形状変化歪量が大きく、かつ高温と低温の繰
返しサイクルにおける形状を正確に記憶した二方向形状
記憶コイルばねが得られるもので工業上顕著な効果を奏
するものである。
により自発形状変化歪量が大きく、かつ高温と低温の繰
返しサイクルにおける形状を正確に記憶した二方向形状
記憶コイルばねが得られるもので工業上顕著な効果を奏
するものである。
第１図は本発明の一実施例に係る二方向形状記憶コイル
ばねの製造工程を示す概略図、第２図は本発明の製造工
程中のコイルばねの巻替え工程を示す側面図、第３図は
第２図の巻替え工程によるコイルばねの巻き畳み順序を
示す概略図、第４図はコイルばね巻替えによる剪断歪量
を表す説明図、第５図は本発明の製造工程中のコイルば
ね引張り加工方法を示す側面図、第６図は本発明の製造
工程中のコイルばね再巻替え方法を示す側面図、第７図
は本発明の製造方法によるコイルばねの加工剪断歪量と
自発形状変化歪量の関係を示す線図、第８図および第９
図は本発明の製造方法によるコイルばねの温度サイクル
とばね長さとの関係を示す線図、第１０図は従来のバイ
アスばねを用いた一方向形状記憶コイルばねの利用例を
示す図、第１１図は二方向形状記憶コイルばねの動作を
説明する図である。 １．１′・・・コイルばね、 ２・・・バイアスばね、
３．３′・・・心棒、 ４．４′・・・固定端子。 形状記憶熱処理 逆転巻替え １コイルばね
ばねの製造工程を示す概略図、第２図は本発明の製造工
程中のコイルばねの巻替え工程を示す側面図、第３図は
第２図の巻替え工程によるコイルばねの巻き畳み順序を
示す概略図、第４図はコイルばね巻替えによる剪断歪量
を表す説明図、第５図は本発明の製造工程中のコイルば
ね引張り加工方法を示す側面図、第６図は本発明の製造
工程中のコイルばね再巻替え方法を示す側面図、第７図
は本発明の製造方法によるコイルばねの加工剪断歪量と
自発形状変化歪量の関係を示す線図、第８図および第９
図は本発明の製造方法によるコイルばねの温度サイクル
とばね長さとの関係を示す線図、第１０図は従来のバイ
アスばねを用いた一方向形状記憶コイルばねの利用例を
示す図、第１１図は二方向形状記憶コイルばねの動作を
説明する図である。 １．１′・・・コイルばね、 ２・・・バイアスばね、
３．３′・・・心棒、 ４．４′・・・固定端子。 形状記憶熱処理 逆転巻替え １コイルばね
Claims (3)
- （１）形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶
熱処理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する
方向に巻替え、次いで該コイルばねに引張り加工を施し
て、高温で縮み低温で伸びる二方向のばね性を付与する
ことを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの製造方法
。 - （２）形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶
熱処理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する
方向に巻替え、次いで該コイルばねに引張り加工を施し
た後、さらに該コイルばねを軸方向に逆転する方向に再
巻替えを行ない、高温で伸び低温で縮む二方向のばね性
を付与することを特徴とする二方向形状記憶コイルばね
の製造方法。 - （３）巻替えおよび引張り加工における剪断歪量を７〜
１２％の範囲としたことを特徴とする請求項１または２
記載の二方向形状記憶コイルばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14577189A JP2795464B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14577189A JP2795464B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0313552A true JPH0313552A (ja) | 1991-01-22 |
| JP2795464B2 JP2795464B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=15392787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14577189A Expired - Fee Related JP2795464B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2795464B2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-08 JP JP14577189A patent/JP2795464B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2795464B2 (ja) | 1998-09-10 |
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