JPH03183930A - 形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試験装置 - 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】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、形状記憶合金線材の熱サイクルに伴う材料特
性の変化を調査するのに利用される熟サイクル疲労試験
装置に係わり、さらに詳しくは、形状記憶合金線材への
直接通電加熱とヒートシンクを用いた強制冷却によって
迅速な特性評価を可能とする形状記憶合金用通電式熱サ
イクル疲労試験装置に関するものである。 （従来の技術） 形状記憶合金は、その形状記憶特性あるいは超弾性によ
って多くの分野でその応用が検討されており、熱感応型
素子、各種アクチュエータ、あるいはばね用線材として
利用されている。 このような形状記憶合金の性能評価の一環として、熱サ
イクルによって変形−形状回復を繰返した場合の材質特
性の変化を調査し、把握することは、形状記憶合金の研
究開発あるいは現場での品質管理上極めて重要なものと
考えられている。 （発明が解決しようとする課題） ところが、上記のような熱サイクルに伴う形状記憶合金
の材料特性変化の調査が極めて重要であるにもかかわら
ず、そのための熱サイクル疲労試験装置はこれまで実用
化されていないため、十分な材質評価ができていないの
が現状であって、形状記憶合金の熱サイクルに伴う材料
特性変化を簡便かつ迅速に評価することのできる熱サイ
クル疲労試験装置の実用化が形状記憶合金の研究開発。 品質管理、さらには形状記憶合金の材質を規格化するう
えでの課題となっていた。 （発明の目的） 本発明は、前述の課題を解決するためになされたもので
あって、その目的とするところは熱サイクルに伴う形状
記憶合金の材料特性の変化を簡便かつ迅速に測定・評価
することのできる形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労
試験装置を提供することにある。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係わる形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試
験装置は、形状記憶合金試料に種々の波形のパルス電流
を供給することによって当該形状記憶合金試料を加熱す
るパルス発生手段と、前記形状記憶合金試料に応力を負
荷する応力負荷手段と、前記形状記憶合金試料の変位量
を測定する変位検出手段と、前記形状記憶合金試料を強
制冷却するヒートシンクとを備えた構成としたものであ
り、熱サイクル疲労試験装置の上記構成を従来の課題を
解決するための手段としたことを特徴としている。 （作用） 本発明に係わる形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試
験装置は、形状記憶合金試料に種々の波形（振幅９周期
、パルス幅など）のパルス電流を供給するパルス発生手
段と、前記試料への応力負荷手段と、前記試料の変位検
出手段と、前記試料を強制冷却するヒートシンクとを備
えており、形状記憶合金試料に所定の波形を有するパル
ス電流を直接供給することによって、当該試料はパルス
電流の立上りと同時に急速に加熱されるとともに、電流
の消滅と同時にヒートシンクによって急速に冷却される
ようになっている。 したがって、当該熱サイクル疲労試験装置は、加熱によ
る試料の形状回復と、冷却および応力負荷手段による応
力負荷による試料の変形とを高サイクルで繰返し、形状
合金の熱サイクルに伴う材料特性の変化を簡便かつ迅速
に評価し得るものとなっている。 （実施例） 以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
。 第１図ないし第３図は、本発明に係わる形状記憶合金用
通電式熱サイクル疲労試験装置の一実施例を示す図であ
って、第１図は、その外観を示す図である。 図に示す形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試験装置
１は、はぼ正方形の基板２の四隅に立てた４木の支柱３
に支持された水平台４を備え、この水平台４の中央部下
面側には形状記憶合金試料５の上端側を固定する固定側
チャック６を着脱自在に取付けるようになっている。 一方、前記形状記憶合金試料５の下端側を固定する可動
側チャック７は、前記水平台４に固定された４個のガイ
ドシリンダ８を挿通して、図中上下方向に摺動自在な４
木の摺動ロッド９の下端に固定された十字形の可動支持
台１０の中央部に合成樹脂製の絶縁板１０ａを介して着
脱自在に取付けられている。そしてこの可動側チャック
７には、この実施例においてパルス発生手段であるＰＷ
Ｍ（Ｐｕｌｓｅ　　Ｗｉｄｔｈ　　Ｍｏｄｕｒａｔｉｏ
ｎ）方式によるパルス発振器１１（図示せず）の■側に
接続された圧着端子１１ａが取付けられると共に、前記
固定側チャック６にも圧着端子１１ｂ（水平台４の死角
内）が前記可動側チャック７と同様に取付けられており
、前記パルス発振器１１のｅ側に接続されて当該形状記
憶合金試料５に連続矩形パルス電流を出力し、当該試料
５を所定の周期で加熱するようになっている。 また、摺動ロッド９の上端側は載荷台１２が固定されて
いて、この載荷台１２の上に重錘１３を載置することに
よって前記形状記憶合金試料５に引張応力を付与するよ
うになっており、応力負荷手段を構成している。なお、
前記試料５に負荷する応力の増減は重錘１３を増減する
ことによって行うようになっている。 さらに、前記形状記憶合金試料５は、ヒートシツク１４
内に収容され、強制冷却によって冷却時間を短縮するよ
うになっており、前記ヒートシンク１４は、基板２に建
てられた２木のねじ棒１５と、その先端の２個のナラ）
１５ａによって取付けられた２枚の支持板１６によって
支持されていて、前記試料５の取付位置に応じて若干の
範囲で上下および左右方向に調整移動できるようになっ
ている。 また、前記載荷台１２の下の水平台４上には、変位検出
手段としてのポテンショメータ１７が設置してあり、水
平台４に対する載荷台１２の変位量を検出することによ
り前記形状記憶合金５の変位量を測定するようになって
いる。 なお、この実施例において前記ヒートシンク１４は、放
熱フィン１４ｂを備えた１対のアルミニウム製吸熱体１
４ａ、１４ａの相対向する面に、第２図に示すように、
半円状の溝をそれぞれ設け、この溝内にシリコーンゴム
１４ｃ。 １４ｃを介して石英管１４ｄを挟持し、当該石英管１４
ｄの中空部内にシリコーングリース１４ｅを介して形状
記憶合金試料５を収容した３層構造のもので、シリコー
ンゴム１４ｃと石英管１４ｄによって吸熱体１４ａと形
状記憶合金試料５との間の絶縁性を確保すると共に、シ
リコーングリース１４ｅによって前記石英管１４ｄ内で
の形状記憶合金試料５の動きを円滑なものとし、さらに
前記形状記憶合金試料５の熱がシリコーングリース１４
ｅ２石英管１４ｄ、シリコーンゴム１４ｃを経て速やか
に放熱体１４ａに伝導され、外部に放散される構造とな
っている。 前記形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試験装置１は
、第３図に示すように、マイクロコンピュータに接続し
て制御することにより、多様な試験モードで材料特性を
評価することができるようになっている。すなわち、マ
イクロコンピュータはＡ／Ｄ変換器を介してポテンショ
メータ１７に、Ｉ１０ユニットを介してパルス発振器１
１に接続されており、ポテンショメータ１７の出力であ
る形状記憶合金試料５の変位量は、Ａ／Ｄ変換器を介し
て前記マイクロコンピュータに取込まれてデータ解析や
変位量、変位中心値、入熱量などの制御に利用される。 このような構成の形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労
試験装置１を用いて形状記憶合金試料５の熱疲労特性を
調査するには、まず第１図に示す当該熱サイクル疲労試
験装置１から取外した固定側チャック６および可動側チ
ャック７のうちの一方に所定の長さに切断した形状記憶
合金試料５の一端を固定し、ねじｗｓ１５のナツト１５
ａを弛めて前記熱サイクル疲労試験装置１から支持板１
６と共に取外したヒートシンク１４のシリコーングリー
ス１４ｅを満たした石英管１４ｄ内に前記形状記憶合金
試料５を貫通させる。 次に、石英管１４ｄを貫通した前記試料５の他端に前記
固定側チャック６および可動側チャック７の他方を固定
し、重錘１３を取外した状態の熱サイクル疲労試験装置
１の水平台４の下面中央部に固定側チャック６を取付け
ると共に、ヒートシンク１４を２木のねじ棒１５に前記
支持板６を介してナラｌ−１５ａによって固定する。 続いて、可動側支持台１０を持ち上げ、当該可動側支持
台１０に可動側チャック７を取付けた後、試料５が前記
ヒートシンク１４の石英管１４ｄ内に接触することなく
直線状になるように前記ナツト１５ａを弛めてヒートシ
ンク１４の位置調整を行ない試料５のセツティングを終
ｒする。 次に、熱サイクル疲労試験に先出ち、前記試料用５の強
度に基づいて設定した重量の重錘１３を載荷台１２に載
置する。これによって、前記形状記憶合金５に引張応力
が加わり、試料５は伸び変形する。 この状態で、パルス発振器によって発生させたパルス電
流を端子１１ａ、ｌｌｂを経て当該形状記憶合金試料５
に供給することにより疲労試験を開始する。すなわち、
当該試料５の変態温度、線径、ヒートシンク１４の冷却
能力などに応じて予め設定した周期、振幅、デユーティ
比の矩形パルスを当該試料５に供給し、試料５にパルス
電流の通電が開始されると、前記試料５の温度が急速に
上昇し、試料５の温度が変態点以上に達すると、その形
状記憶効果によって、前記試料５は前記重錘１３による
引張応力に抗して、もとの長さに戻る。次いで、パルス
のピーク期間が終了し、試料５への通電が停止すると、
試料５は冷却されてその温度が低下し、変態点以下の温
度になると前記重錘１３による引張応力によって再び伸
び変形することになり、形状記憶合金試料５は、パルス
電流によって与えられる熱サイクルによってこのような
伸び一収縮を繰返す。この伸び、収縮による前記形状記
憶合金試料５の変位は、前記載荷台１２の下の水平台４
に設置されたたポテンショメータ１７によって検出され
、Ａ／Ｄ変換器を介してマイクロコンピュータに入力さ
れ、当該熱サイクル疲労試験装置１の制御データとして
利用される一方、データとして記憶されて、形状記憶合
金試料５の熱サイクル疲労特性の評価に利用されるよう
になっている。 このとき、前記形状記憶合金試料５は、ヒートシンク１
４によって強制冷却されているため、パルスのピーク電
流が消滅すると同時に急速に冷却され、きわめて短時間
の間で加熱−冷却を繰返すことができ、高サイクルの疲
労試験が可能となって、試験時間の大幅な短縮ができる
ようになっている。ちなみに、第２図に示した構造のヒ
ートシンク１４を使用した場合には、大気放冷の場合に
くらべて、熱サイクル周期を約１０分の１にできること
が確認されている。 なお、本発明において用いるヒートシンク１４の構造は
、石英管１４ｄを用いた前述の構造のみに限定される訳
ではなく、吸熱体と形状記憶合金試料との間の絶縁性と
良好な熱伝導性を備えた構造であればよい。 また前記実施例では、形状記憶合金試料５に引張応力を
負荷するタイプの熱サイクル疲労試験装置１を示したが
、ねじり応力や曲げ応力を負荷するようにすることもで
きる。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明に係わる形状記憶合金用通
電式熱サイクル疲労試験装置は、形状記１ 憶合金試料に種々の波形のパルス電流を供給することに
よって当該形状記憶合金試料を加熱するパルス発生手段
と、前記形状記憶合金試料に応力を負荷する応力負荷手
段と、前記形状記憶合金試料の変位量を測定する変位検
出手段と、前記形状記憶合金試料を強制冷却するヒート
シンクとを備えた構成としたものであるから、形状記憶
合金試料の熱サイクルに伴う特性変化を簡便しかも迅速
に測定・評価することができるという優れた効果を右す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる形状記憶合金用通電式熱サイク
ル疲労試験装置の一実施例を説明する斜視図、第２図は
第１図に示した形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試
験装置に用いたヒートシンクの構造を示す横断面図、第
３図は第１図に示した形状記憶合金用通電式熱サイクル
疲労試験装置を用いて形状記憶合金試料の熱サイクル疲
労特性を調査するための構成の一例を示すブロック図で
ある。 　２ １・・・形状記憶合金用通電式熱サイクル疲労試験装置
、 １１・・・パルス発振器（パルス発生手段）、１２・・
・載荷台（応力負荷手段）、 １３・・・重錘（応力負荷手段）、 １４・・・ヒートシンク、 １７・・・ポテンショメータ（変位検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）形状記憶合金試料に種々の波形のパルス電流を供
   給することによって当該形状記憶合金試料を加熱するパ
   ルス発生手段と、前記形状記憶合金試料に応力を負荷す
   る応力負荷手段と、前記形状記憶合金の変位量を測定す
   る変位検出手段と、前記形状記憶合金試料を強制冷却す
   るヒートシンクとを備えたことを特徴とする形状記憶合
   金用通電式熱サイクル疲労試験装置。