JPH031459A

JPH031459A - 形状記憶合金を用いた配線用コネクター

Info

Publication number: JPH031459A
Application number: JP13537289A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamada; 寛之山田; Yoshitane Sakagami; 阪上　善胤; Shinichi Nagakubo; 真一長久保
Original assignee: Nippon Steel Corp; Murata Spring Co Ltd; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Nippon Steel Corp; Murata Spring Co Ltd
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1991-01-08

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）本発明は家庭電気製品をはじめ種々の屋内配線用コネク
ター、特に長期使用に伴う接触不良を防止し得る配線コ
ネクターに関するものである。

（従来の技術）家庭電気製品をはじめとする、屋内電気配線は簡略化さ
れる傾向にあり、近年では所謂連結端子が用いられてい
る。第１図（Ａ）はこの端子の概略説明図で、導電性を
有する端子台１と、導電線２が挿入されると、これを端
子台１に圧接する鎖錠バネ３より構成されている。

この端子には、導電線２から電流が流れたり、流れなか
ったりし、その度毎に、発熱・冷却の所謂ヒートサイク
ルを生じる。また、鎖錠バネ３は常に導電線２を押しつ
けているため、常時高応力下にある。

一般に金属材料は、クリープ・リラクセーション等の現
象により、長期間に徐々に変形が進行して行くが、上記
連結端子は変形し易い環境にあり、長期間の使用によっ
て接触圧力の低下現象が顕著になって来る。

そのため、この様な現象を防止すべく、実開昭５７−１
９０６７０号公報、特開昭６１−１４２６７３号公報、
特開昭６１−２００４７３号公報、特開昭６１−６１３
８１号公報。

特開昭６１−１２１２６９号公報、実開昭６２−１３７
５６５号公報等において、熱弾性型マルテンサイト変態
およびその逆変態を利用した形状記憶合金を、鎖錠バネ
や補助バネとして用いる方法が提案されている。

前記の提案は、何れも端子を流れる電流による発熱によ
り、形状記憶材料製のバネが形状回復することによって
、もとの接触圧力を維持しようとするものである。

ところで、これらの提案に用いられているチタン・ニッ
ケル合金、銅・アルミニウム・亜鉛合金等に代表される
形状記憶材料は、熱弾性型マルテンサイト相からなり、
このマルテンサイト相は逆変態時（マルテンサイトから
他の相への変態：形状回復時）に大きな応力を発生し、
強度・弾性係数ともに大きな数値となるが、マルテンサ
イト相の状態では非常に柔らかく、弾性係数も小さいた
め容易に変形する特性を持っている。また、熱弾性型マ
ルテンサイト相を有する形状記憶材料では、比較的高い
温度に応力を掛けた状態で長時間維持した場合、不完全
記憶状態といわれる現象が起こり、形状回復能力が低下
する。この傾向は６０°Ｃ以上で顕著になるといわれて
いる。さらに、これらの形状記憶材料を変態完了温度以
上の高温に長時間曝すと、いわゆる記憶のボケ現象を生
じ、新しい記憶状態に遷移してしまうことが知られてい
る。

形状記憶合金からなる圧接バネを用いたコネクターの接
続端子部を通る回路中を電流が流れている時は、発熱に
よって形状記憶合金温度が逆変態温度以上となって、形
状回復する結果鎖錠バネの接触圧力が回復することとな
るが、反対に、回路が開状態となって電流が流れなくな
ると、徐々に温度は降下し形状記憶合金は、マルテンサ
イト状態となる。しかし、この状態は先に述べたように
非常に変形し易い相であるため、反力によって微小な量
ではあるが、他の端子部材によって変形を受ける。この
とき受ける力は、反力の他に熱応力があり、また設定変
態温度は、コネクター常用温度よりも低い５０°Ｃ程度
であること、線膨張係数は例えば銅系合金とチタン・ニ
ッケル合金の場合、銅系合金の方が５割程大きいこと等
から長期使用時に変形を助長し易く、かつ形状記憶性能
が劣化し易い環境をつくり出してしまう。

すなわち、マルテンサイト状態では当該接続端子部の形
状ではバネ性はあまり期待できず、冷却過程での熱膨張
分だけ接触面積は減少している。

そのため、次に回路に通電されたときに、発熱量はその
前のサイクルに較べ大きくなる。その結果到達温度は先
に述べた性能劣化温度に近接ないしオーバーしてしまう
こととなり、このサイクルを長期にわたって繰り返すと
、極端な場合回路が不通となったり、コネクターを焼損
する事態となる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、熱弾性型形状記憶合金を圧接バネ材と
して用いた従来の配線用コネクターの前記の如き問題点
に鑑みて、このような問題点のない、長期使用によるも
接触不良を起こさない配線用コネクターを提供するにあ
る。

（課題を解決するための手段）本発明は応力誘起マルテンサイト変態及びその逆変態を
利用した形状記憶合金を配線用コネクターの接続端子部
のバネ材又は補助板に用いることによって前記の問題点
を排除し、長期使用に耐えるコネクターを提供しようと
するもので、その要旨は下記のとおりである。

（１）挿入された接続用電線を接続端子台に圧接するバ
ネを持つ圧接型の配線用コネクターにおいて、この圧接
バネが、温度上昇とともに接続端子台を押しつける方向
に形状回復する、応力誘起型マルテンサイト変態を利用
する形状記憶合金からなることを特徴とする形状記憶合
金を用いた配線用コネクター（２）バネ材として、圧延後に水平形状または曲率の大
きなコイル形状で焼鈍されたままの形状記憶合金製バネ
材料を用いたことを特徴とする前項１記載の形状記憶合
金を用いた配線用コネクター（３）バネ材として、水平
（直線）形状または曲率の大きな形状を記憶させた形状
記憶合金製バネ材料を用いたことを特徴とする前項１記
載の形状記憶合金を用いた配線用コネクター（４）圧接バネが形状記憶合金以外のバネ材料であり、
これに形状記憶合金からなるバネを補助として組み合わ
せたことを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の形
状記憶合金を用いた配線用コネクター。

以下、本発明の詳細な説明する。

（作用）形状記憶効果は、マルテンサイト変態に起因する現象で
、鉄・マンガン・シリコン系合金で、この現象が発見さ
れるまでは、熱弾性型マルテンサイトを生成する合金特
有のものと考えられていた。

すなわちその理由は、チタン・ニッケル合金や銅合金の
如き形状記憶合金では、熱弾性マルテンサイトが形状記
憶効果の発現に深く関与しており、一方、鉄及びその合
金ではマルテンサイト変態しても、熱弾性マルテンサイ
トにならないためである。

熱的なエネルギーによらずに力を加えることによっても
マルテンサイトを生成しうることは一般に知られている
が、熱弾性型のマンテンサイドを持つ合金では、この応
力により生じるマルテンサイトによって超弾性効果が得
られるため、熱弾性型マルテンサイトを持たない金属に
は形状記憶効果がないと思われていた。しかしながら、
熱弾性型マルテンサイトを持たない金属でも、マルテン
サイト変態及びその逆変態での結晶構造等の条件を適切
にすれば、応力によって生ずるマルテンサイト変態でも
形状記憶効果を発揮する。

本発明に用いる応力誘起マルテンサイト変態を利用した
形状記憶合金は、熱弾性型のそれに対し、次のような特
徴を有している。

（１）マルテンサイト相と逆変態の相とは、機械的性質
があまり変わらない。

（２）温度ヒステリシスが大きいためか、温度と形状回
復率とに正の相関関係があり、しかも逆変態開始温度以
下でも、部分的に形状回復する。

（３）弾性係数は、チタン・ニッケル合金のマルテンサ
イトの２．５倍と高い。

第２図に前記（２）の関係を示す。チタン・ニッケル合
金に較べ形状回復が、変態開始温度よりかなり低い温度
から始まっていることがわかる。

応力誘起型マルテンサイトのこのような特徴は形状記憶
合金の機能材料としての応用としては不利な条件と思わ
れているが、本発明のようなケースでは、むしろ有利に
作用する。

応力誘起型マルテンサイトが特に低い温度から高い温度
まで、幅広い回復温度域を持つことは前述の不完全記憶
による性能劣化にだいし、合金設計上高い変態温度を設
定出来るため、長期にわたって信転性を確保出来る。

（実施例）第１図（Ａ）　、　（Ｂ）に、本発明の実施例の概略説
明図を示す。

第１図（Ａ）は鎖錠バネそのものに形状記憶合金を使用
した例で、同図（Ｂ）は補助バネとして形状記憶合金を
使用した例である。図において１は導電性金属よりなる
端子台、２は導電線、３は形状記憶合金からなる鎖錠バ
ネ、４は形状記憶合金からなる補助バネ、５は通常のバ
ネ材料からなる鎖錠バネである。

本来設計時点で、明確な回路条件・雰囲気条件から合金
組成、端子寸法等を決定しなければならないが、本実施
例では、入手出来る既製形状記憶合金製品をベースとし
た。

表１に供試形状記憶材料の組成・変態温度等の特性を示
す。

変態温度は、成分組成を変えることによりコントロール
が可能であるが、本実施例ではヒートサイクルを加速し
て、短時間で性能変化をシミュレートするため、端子部
の雰囲気温度でコントロールすることとし、雰囲気温度
を最高１００°Ｃとした。

表１　特性値第１図（Ａ）に示される鎖錠バネ３は、常時導電線２に
接触しているため、見掛けの所要回復歪みは小さいが、
圧接力は回復歪み量に比例するため長期にわたって、コ
ネクターの性能を維持するためには、回復歪み量を大き
くすることが必要である。

第３図に、継ぎ手の引っ張り試験での、付与歪み一定と
した時、形として回復した歪みに対する引き抜き力の間
係を示す。

即ち、圧接力を大きくするためには、形状回復しなけれ
ばならない隙間を極力小さくし、付与歪みを大きくする
ことにより、圧接力に転化する回復歪みの量を大きくす
ることが必要である。

第１図（八）の鎖錠バネ３は、既製のコネクターをベー
スとしたため、表１の素材を板厚０．４ｍｍ。

０、５　ｒｕｌの二種類とし加工性を比較したが、０．
５　ｍｍの板厚では変形が大きくなり過ぎ回復率が低下
することとなるため０．４　ｃｍでテストを実施した。

第４図は、この材料の曲げ加工前後の硬さ変化を示した
ものである。曲げ加工による加工硬化によって、ビッカ
ース硬さで約２倍の値に達している。形状記憶合金は概
して弾性係数が小さく、バネ材料としては不向きな材料
であるが、ビッカース硬さで４００程度になると、これ
は通常のバネ材料と同等のものとなる。

この加工硬化による硬度上昇の特性を活かすためには、
加工後の形状記憶処理や歪み取りのための熱処理は実施
出来ない。そのため、本実施例では形状記憶材料の回復
形状を圧延ままの平板状、又は曲率が加工形状より遥か
に大きな巻取りコイル状のままとした。

即ち、本発明のような場合、回復形状は外側に開いて行
く方向で、導電性材料による端子台があるため、幾ら回
復率が大きくても回復形状は規制されてしまう。従って
、形状回復が平板になっても回復応力がこの端子台の機
械特性を越えない限り問題は生じない。

この様に、本実施例のように、形状記憶材料の回復形状
を圧延ままの平板状、又は曲率が加工形状より遥かに大
きな巻取りコイル状のままとした場合、従来に比べて大
幅なコスト低減が可能であり、またチタン・ニッケルの
ような非鉄系形状記憶合金でも、不完全記憶状態が生じ
ても形状回復歪みが大きいため、コネクター機能の劣化
は抑えられる。

テスト条件は、１００°Ｃまで、３分で昇温し、その後
２０分間冷却するというサイクルを５，５００サイクル
繰り返した。その後、形状記憶部材をコネクターから外
し、回復歪みを測定し、テスト前の回復歪みと比較した
が、特性の変化はなかった。

次に、実際にこのコネクターに電流を流し、既製品と同
じ温度条件で５．０００サイクル連続負荷テストを実施
したが、形状回復に必要な逆変態温度よりも低い温度で
も、十分必要な機能を満足していることが判った。これ
は素材の変態完了点が高いこととく再結晶温度が８５０
°Ｃ以上と高いので硬度を失っていないためと考えられ
る。

第１図（Ｂ）は、鎖錠バネが通常のバネ材料で作られた
場合の実施例で、鎖錠バネ５の内側に形状記憶合金製の
補助バネ４を挿入し、第１図（Ａ）と同様の機能をさせ
るものである。

この場合、既成のコネクターをベースにしているため、
補助バネの加工曲率は鎖錠バネに比べ小さくなる。ため
、回復歪みは第１図（Ａ）の場合に比べ大きくとれない
。即ち、曲げ加工部分の曲率を小さくし鋭角的な形状と
すると、加工部分が辷り変形を起こすため形状回復が不
十分となる。従って、第１図（Ｂ）では、第１図（Ａ）
の場合と同じように、平板または圧延コイル形状のまま
の形状記憶合金材料を図示の如く、円形に近い形の”お
むすびパ型にするのが最も良い結果が得られた。但し、
材料特性・鎖錠バネのバネ性等によっては、より鋭角的
な形状とすることも可能である。

（発明の効果）本発明によれば、長期間に亘って使用しても接触不良を
起こすことなく、コネクターとしての性能を十分に維持
することのできる配線コネクターを安価に提供し得ると
いう実用的効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、鎖錠バネを形状記憶合金製とした場合
の本発明実施例の概略説明図で、１は導電性金属よりな
る端子台、２は導電線、３は形状記憶合金からなる鎖錠
バネであり、図中の点線は、無負荷状態で形状回復させ
た時の回復形状を示す。第１図（Ｂ）は、通常のバネ材料を鎖錠バネとし、形状
記憶合金製の補助バネを配した本発明実施例の概略説明
図で、１は導電性金属よりなる端子台、２は導電線、４
は形状記憶合金からなる補助バネ、５は通常のバネ材料
からなる鎖錠バネであり、図中の点線は、無負荷状態で
形状回復させた時の回復形状を示す。第２図は応力誘起
型マルテンサイトの温度と回復歪み率との関係を示した
図、第３図は回復応力と形状回復歪みの関係を表した図
で、例えば２％の歪みを与えた場合１％を形状回復させ
ると残りの１％が回復応力として作用し、その力はトレ
ーニング前で約１　ｋｇｆ／−であることを示す。第４
図は曲げ加工によって硬さが増大しバネ性が向上するこ
とを示す図である。第１図（Ａ）第３図第２図形状回復歪と（％）う二度（Ｃ）内債１中ＩＷ外４１１１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）挿入された接続用電線を接続端子台に圧接するバ
ネを持つ圧接型の配線用コネクターにおいて、この圧接
バネが、温度上昇とともに接続端子台を押しつける方向
に形状回復する、応力誘起型マルテンサイト変態を利用
する形状記憶合金からなることを特徴とする形状記憶合
金を用いた配線用コネクター。
（２）バネ材として、圧延後に水平形状または曲率の大
きなコイル形状で焼鈍されたままの形状記憶合金製バネ
材料を用いたことを特徴とする請求項１記載の形状記憶
合金を用いた配線用コネクター。
（３）バネ材として、水平（直線）形状または曲率の大
きな形状を記憶させた形状記憶合金製バネ材料を用いた
ことを特徴とする請求項１記載の形状記憶合金を用いた
配線用コネクター。
（４）圧接バネが形状記憶合金以外のバネ材料であり、
これに形状記憶合金からなるバネを補助として組み合わ
せたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
形状記憶合金を用いた配線用コネクター。