JPH0323379A - 形状記憶材の複合体 - 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〉 本発明は形状記憶材の複合体に係り、詳しくは複数の形
状記憶材を接合部材によって接合して構戚した形状記憶
材の複合体に関するものである。

〈従来の技術〉 現在、一定の温度条件のもとに所定の形状を記憶させ、
これを所望の形状に変形させた後、所定温度以上に再加
熱すると記憶形状を回復することが出来る形状記位合金
或いは形状記憶樹脂等（以下『記憶材ｊという）が開発
されている。

前記記憶材に対し形状を記憶させるプロセスは次の通り
である． 例えば記憶材が形状記憶合金である場合、形状記憶合金
を記憶すべき形状に拘束して該形状記憶合金を３００℃
〜６００℃の範囲に加熱する．前記温度範囲に於ける形
状記憶合金の金属組織はオーステナイト相（Ａ相）であ
り、このとき形状記憶合金の原子が拘束形状に応じた配
列状態となる．そして前記温度範囲から冷却することに
よって形状記憶合金の組織をマルテンサイト相（Ｍ相）
に変態させ、形状記憶合金の原子配列を固定することで
、所定の形状を記憶させる． Ｍ相に於ける形状記憶合金の横弾性係数Ｇ＋ｓはＡ相に
於ける横弾性係数Ｇａよりも小さいため、Ｍ相状態の形
状記位合金を変形させることは容易であり、且つＭ相か
らＡ相への変態の際に力を発生する． また記憶材が形状記憶樹脂である場合、該樹脂を約１２
０℃以上の温度で威形し４０℃以下の温度に冷却するこ
とによって、威形状態の分子配列を固定することで形状
を記憶させることが出来る．そして冷却状態にある形状
記憶樹脂を約６０℃〜７０℃の範囲に加熱して所望の形
状に変形させ、その後約６０℃〜８０℃に加熱すること
で記憶形状に回復させることが出来る． 上記の如く、記憶材を形状回復温度以下の低温域で所望
の或いは任意の形状に変形させても、形状回復温度以上
に加熱することによって該記憶材の記憶形状を回復させ
ることが出来る．上記記憶材としては通常線状或いは板
状の記憶材に比較的単純な形状、例えばバネ等の形状を
記憶させて用いている． く発明が解決しようとする課題〉 上記の如く、従来の技術に於いて記憶材に所定の形状を
記憶させようとする場合、記憶材全体を記憶すべき形状
に拘束することが必要となる．このため、記憶材の寸法
（長さ，太さ等〉が大きくなると該記憶材を拘束するた
めの手段が複雑となるという問題がある。

また一材の記憶材に対する形状記憶処理を一度に行って
いる．即ち、一材の記憶材を記憶すべき形状に拘束する
と共に、該記憶材の温度を記憶処理温度に上昇させ、そ
の後冷却して拘束した形状を記憶させている．このため
、形状回復温度以下の低温域に於いて所望の形状に変形
させた記憶材を形状回復温度以上に加熱すると、該記憶
材は同時に記憶形状を回復することとなる．従って、記
憶材を所定の順序を維持して経時的に記憶形状を回復さ
せ、この形状回復過程に於いて目的の仕事をさせるよう
な動作を得ることが困難である．本発明の目的は、容易
に＊９Ｉな動作を行わせることが出来る形状記憶材及び
所定の順序を維持して記憶形状を回復することが出来る
形状記憶材の複合体をＩ供することにある． 〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明に係る形状記憶材（形
状記憶合金．形状記惚樹脂等、以下ｒ記憶材１という）
の複合体は、複数の記恒材を接合部材を介して連続して
接合して構威されるものである． また他の複合体は、前記記憶材の複合体を異なった形状
を記憶させた複数の記憶材によって構威したものである
． また他の複合体は、前記各記憶材の複合体を異なった形
状回復温度を有する複数の記憶材によって構成したもの
である． 更に他の複合体は、前記各記憶材の複合体に於いて、記
憶材を形状記憶合金によって構成すると共に前記接合部
材を導電性材料によって構威したものである． く作用〉 上記手段によれば、複数の記憶材を接合部材によって接
合して連続した複合体としたので、目的の形状が複雑で
あっても、該形状を比較的単純な形状に分割し、これを
個々の記憶材に記憶させると共に接合部材によって接合
することで、容易に？３［Ｇｌｌな形状を記憶させるこ
とが出来る．即ち、記憶材の目的の回復形状が三次元的
な複雑形状、例えばコイルバネの如きものである場合、
コイルを半円形或いは１７４円形等に分割した形状を設
定し、且つ記惚材を設定した形状を製作するに必要な長
さに形威し、該記憶材を前記形状に拘束すると共に形状
記憶温度まで加熱し、更に冷却して半円或いは１７４円
の形状を記憶させた複数の記憶材を製作し、これ等を接
合部材を介して接合して一本のコイルバネを構成するこ
とが出来る．このように、記憶材全体の記憶形状が複雑
であっても、この形状を比較的単純な形状に分割して個
々の記憶材に記憶させることが出来るため、個々の記憶
材に対する拘束手段を簡単なものとすることが可能とな
る． 前記複数の記憶材に異なった形状を記憶させた場合には
、複合体に三次元的に複雑な形状を容易に記憶させるこ
と出来る・ 即ち、複合体に記憶させるべき形状が三次元的に複雑な
ものであっても、該形状を二次元的な且つ比較的単純な
複数形状に分割し、この形状を個々の記憶材に記憶させ
ると共に接合部材を介して接合することによって、複合
体に容易に複雑な形状を記憶させることが出来る． 前記複数の記憶材の形状回復温度を夫々異なった温度で
設定した場合には、これ等の記憶材を接合して構威した
複合体に対する加熱温度を制御することによって、該複
合体の形状回復動作を順次制御することが出来る． 即ち、ｎ個の記憶材を（ｎ−１）個の接合部材によって
接合した複合体に於いて、ｎ個の記憶材（ｎ１，　ｎｇ
〜ｎｎ）の形状回復温度をＦ＋　ｔｔ−ｔｎとした場合
、該複合体に対する加熱温度をｔ１〜ｔｎの範囲で順次
制御すれば、複合体を所定の順序で形状回復させること
が出来る．従って、ｎ個の記憶材を接合して構威した複
合体を経時的に形状回復させることか可能となる． このため、前記複合体を異なる形状回復温度を有すると
共に異なる形状を記憶させた記憶材を所定の順序で接合
して構成した場合、該複合体を常に一定の経路を通って
形状を回復することが出来る．また複合体に対する加熱
速度を制御することで、該複合体の形状回復速度を制御
することが出来る．更に、記憶形状を経時的に回復する
際に外部に対し所定の仕事を行うことが出来る。

また前記記憶材として形状記憶合金を用いると共に接合
部材を導電性材料によって構威した場合には、複数の記
憶材を接合した複合体にｉｌｌｔすることによって加熱
することが出来る．このとき、複合体に対する加熱温度
の制御は通’ｔ電圧及び通電時間を制御することによっ
て行うことが出来る．〈実施例〉 以下上記手段を適用した形状記憶材の複合体の一実施例
について図を用いて説明する．第１図（Ａ）　．　（Ｂ
）は複合体の説明図、第２図（Ａ），（Ｂ）は接合部材
の説明図である． 第１図（Ａ）に於いて、記憶材ｎ　（ｎ１〜ｎｉ）は線
状に形威された形状記憶合金を用いており、これ等複数
の記憶材ｎを接合部材ｍ　（−１〜一，）によって接合
することで、記憶材の複合体Ａを構威している． また同図（Ｂ）は平板状に形威された形状記憶合金から
なる複数の記憶材ｏ　（ｏ＋〜０３）を接合部材ｐ　（
ｐ＋．ｐｇ）によって接合することで、記憶材の複合体
Ｂを構威している． 接合部材ｍは第２図（Ａ）に示すように、内部に記憶材
ｎの外径と略等しい径を有する穴ｍａを形成したパイプ
状に形成されている。前記接合部材ｍの外径及び長さは
特に限定されるものではない．接合部材ｐは同図（Ｂ）
に示すように、ウェブ材ｐａの両端にフランジ材ｐｂを
有するＨ型状に形成されている．そして前記フランジ材
ｐｂの間の寸法が記憶材Ｏの厚さと略等しい寸法を持っ
て構威されている．また接合部材ｐの長さは、記憶材０
の幅寸法と等しい寸法を有することが好ましいが、必ず
しも一致した寸法であることは必要ない．前記記憶材ｎ
，ｏとしては、ニッヶルーチタン（Ｎｉ−Ｔｉ）系形状
記憶合金．ニッケルーチタンコバルト（Ｎｉ一丁ｉ−Ｃ
ｏ）系形状記憶合金，ｗ４一亜鉛一アルミニウム（Ｃｕ
　−　Ｚｎ　−　ＡＩ）系形状記憶合金等の形状記憶合
金を使用目的に応じて選択的に用いることが出来る。

ここで前記各形状記憶合金の性質を概略的に説明する． Ｎｉ　−Ｔｉ系形状記憶合金は形状回復温度範囲が比較
的高く、約３０℃〜１２０℃の範囲に設定されており、
横弾性係数も比較的高い値が得られる．Ｎｊ　−Ｔｉ　
−Ｃｏ系形状記憶合金は形状回復温度範囲がＮｉ−Ｔｉ
系形状記憶合金よりも低く、約−３０℃〜３０℃の範囲
に設定されており、横弾性係数はＮｉ　−Ｔｉ系形状記
憶合金よりも高い値が得られる．Ｃｕ　−　Ｚｎ　−　
Ａ　Ｉ系形状記憶合金は形状回復温度範囲が最も広く設
定されており、約−１００℃〜１００℃となっている．
然し、横弾性係数は各形状記憶合金の中では最も低く、
このため、駆動機構として用いるためには適当とはいえ
ない． 前記各形状記憶合金は線状或いは平板状に形或すること
が可能である．形状記憶合金を線状に形威した場合、そ
の断面形状は丸．多角形等種々の形状に形威することが
出来る。そして形状記憶合金純の断面形状を多角形に形
威した場合には、接合部材ｍに形威した穴ｍａの形状は
丸でも良く、また線の断面形状に応じた多角形であって
も良い．前記接合部材ｍ，ｐとしては、金属，ブラスチ
ンク，セラξソクス等の材料を最も適した方法、例えば
押出威形，射出成形等によってパイプ状或いはＨ型状に
成形することで、接合部材ｍ，　　ｐを形威することが
出来る． 前記接合部材ｍ，ｐによって記憶材ｎ，ｏを接合するに
は、例えば線状に形戒した記憶材ｎを接合部材ｍの穴ｍ
ａに圧入することで強固な接合状態を得ることが出来る
．また平板状に形威した記憶材０を接合部材ｐのフラン
ジ材ｐｂ間に圧入することで同様に強固な接合状態を得
ることが出来る． 前記接合部材ｍ，　　ｐに対する記憶材ｎ，　　ｏの接
合は、前記圧入以外には接合部材ｍ．ｐに記憶材ｎ，　
　Ｏを嵌合後「かしめ」る方法、或いは嵌合後接着剤を
用いて接着する方法等があり、何れの方法を採用しても
良い． 上記の如く構成した複合体Ａ．Ｂに於いて、各記憶材ｎ
，ｏには複合体Ａ，Ｈの目的に応じて同一の形状を記憶
させたり、或いは異なった形状を記憶させることが出来
る． 例えば第３図（Ａ）に示すように、所定の線径を持った
記憶材ｎ　（ｒ＋＋〜ｎｓ）に所望コイル径の半径とピ
ッチ角度とを有する半円形状を記憶させ、これ等の記憶
材ｎを接合部材ｍ（■．〜訃）を介して接合することで
同図（Ｂ）に示すような、記憶材ｎの複合体としてのコ
イルバネを構成することが出来る．この場合、個々の記
憶材ｎと接合部材ｍとは確実に固着していることが必要
である．上記コイルバネは形状回復温度以下の温度域に
ある場合、即ち記憶材ｎの組織がＭ相である場合、記憶
材ｎの横弾性係数Ｇ−が比較的小さいため該コイルバネ
に作用する荷重に応じて変形する．そして変形したコイ
ルバネを形状回復温度以上に加熱すると、記憶材ｎの組
織がＡ相に変態し、Ａ相に於ける横弾性係数ＧａがＧ一
よりも大きいため、コイルバネに作用する荷重に抗して
初期の形状を回復し、所望の動作をし得るものである． 第１図に示す複合体Ａは、第４図に示すように夫々異な
る形状を記位させた記憶材０１〜ｎ．を接合部材−１〜
園，によって接合して構威したものである．前記複合体
Ａを形状回復温度以下の温度域で第ｌ図に示すように直
線状に変形し、これを形状回復温度以上に加熱すると、
記憶材ｎ１〜ｎ，が夫々同時に形状を回復して、初期形
状である第５図（Ｅ）に示す形状を回復することが出来
る． このように、複数の記憶材ｎ，〜ｎｎに異なった形状を
記憶させると共にこれ等を接合部材１）＋〜−７，によ
って接合して構威した複合体では、目的の形状が三次元
的に複雑なものであっても容易に形威することが出来る
． 即ち、三次元的に複雑な形状であっても個々の部分に於
いては、比較的簡単な二次元形状及び該二次元形状と捩
じりの合成とに分割することが可能である．従って、記
憶材旧〜ｎｎに前記二次元形状或いは二次元形状と捩じ
りとの合成形状を記憶さ廿、これ等の記憶材ｎ１〜ｎｎ
を所定の配列状態にして接合部材一．〜鵬．−１によっ
て接合することで、所望の形状を形成することが出来る
． 前記形状記憶合金の形状回復温度は、化学或分，加工率
，形状記憶処理温度の相乗効果により所望の温度に設定
することが出来る． Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金ではＮｉ含有率が５４重景％
である場合、形状回復温度が約９０℃〜１００℃の範囲
に設定される．従って、形状記憶処理温度を適切に管理
することによって更に前記温度範囲内での形状回復温度
を設定することが出来る．即ち、記憶材の複合体Ａを構
成する個々の記憶材ｎｌ””ｎｎの材質を変更すること
、例えばＮｊ　−Ｔｆ系形状記憶合金とＮｉ　−Ｔｉ−
Ｃｏ系形状記憶合金を混合して用いること、及び前記各
形状記憶合金の合金配分を変更すること、更に形状記憶
処理温度を適切に管理することで、記憶材ｎ，〜ｎｎの
夫々の形状回復温度を異なった温度に設定することが出
来る．前記の如く形状回復温度の異なった複数の記憶材
ｎを接合して構威した複合体Ａにあっては、該複合体Ａ
に対する加熱温度を制御することによって、形状回復速
度及び形状回復過程を制御し得るものである． 次に、第ｌ図（Ａ）に示す複合体八を、夫々異なった形
状を記憶すると共に、異なった形状回復温度を有する記
憶材ｎ，〜ｎ．によって構威した場合について説明する
． 図に於いて、複合体八を構威する記憶材ｎ１〜ｎ．は、
形状回復温度が夫々異なる温度であるｔ１〜ｔ．として
設定されると共に、１，＜１．＜・・・・・・・・・〈
ｔ，，Ｌｓ””Ｌｂ，として設定されており、且つ夫々
第４図（Ａ）〜（Ｆ）に示すような形状が記憶されてい
る．そして前記記憶材０１〜ｎ４は第１図（Ａ）に示す
順序に配列され、接合部材■，〜謬，を介して一本の線
状に接合されている． 上記の如く構威した複合体Ａに対する加熱温度を制御す
ることによって、該複合体Ａを第５図（＾）？（Ｅ）に
示す順序に動作させることが出来る。

即ち、形状回復温度以下Ｏｌ以下）の温度域で第１図（
Ａ）に示すように直線状に変形させた複合体Ａを１．以
上ｔ■以下の温度に加熱すると、先ず第４図＜Ｃ＞　に
示すように略直角状の形状を記憶させた記憶材ｎ１が形
状を回復し、複合体Ａは第５図（Ａ）に示すように記憶
材ｎ，を関節として略９０度の曲がりを発生する．この
とき、他の記憶材０２〜ｎ．は形状回復温度に達しない
ため、記憶形状を回復すること無く第１図（Ａ）に示す
変形状態を維持している． 次に複合体Ａの瓜度を１）以上ｔ，以下の温度に加熱す
ると、第４図（Ｄ）に示すように緩やかな曲線状の形状
を記憶させた記憶材ｎ２が記憶形状を回復し、複合体Ａ
は第５図（Ｂ）に示すように変形する。

次いで複合体Ａの温度をｔ，以上Ｌ４以下の温度に加熱
すると、第４図（Ｅ）に示すように中心角約１２０度の
弧状の形状を記憶させた記憶材ｎ，が記憶形状を回復し
、複合体Ａは第５図（Ｃ）に示すように変形する． 更に、複合体Ａの温度を【４以上ｔ，以下の温度に加熱
すると、第４図（Ｆ）に示すように中心角約１８０度の
弧状の形状を記憶させた記憶材ｎ，が記憶形状を回復し
、複合体Ａは第５図（Ｄ）に示すように変形する．この
とき、記憶材ｎ，．ｎ４の記憶形状である弧状の中心位
置にビン或いは缶等があれば、記憶材ｎ３＋　０４によ
ってビン等を把持することが出来る． 更に、複合体Ａの温度が（，以上に上昇すると、第４図
（Ａ）　．　（Ｂ）に示すように略直角状の形状を対向
して記憶させた記憶材ｎｓ＋　１６が同時に記憶形状を
回復し、複合体Ａは第５図（Ｅ）に示すように該複合体
Ａを上方に移動させる方向に変形する。このとき、記憶
材ｎ３＋　ｎ４によってビン等を把持している場合には
、該ビン等を戟置面から上方に持ち上げることが出来る
． 上記の如く複合体Ａを異なった形状回復温度を有する複
数の記憶材ｎによって構成する場合、複合体Ａに対する
加熱は、雰囲気温度を制御することで行うことが可能で
あり、また図示しないＰＣＴサーξスタ或いはスペチア
素子等の加熱手段を複合体Ａに沿わせて配置することで
行うことが可能である．そして前記加熱手段によって複
合体八に対する加熱を制御することで、該複合体Ａの形
状を回復させると共に、形状回復速度等を制御すること
が出来る． 前述の各実施例に於いて、記憶材ｎとして主に形状記憶
合金を用いて説明したが、例えばポリノルボルネン，ス
チレン・ブタジェン共重合体，ポリウレタン等の形状記
憶樹脂を用いても同様にして複合体Ａ，Ｂを構威するこ
とが出来る．但し、前記各形状記憶樹脂を用いた複合体
Ａ，Ｂを駆動機構として用いる場合には、バイアスバネ
等が必要となる． 前記Ｎｉ−ＴＩ．　Ｎｉ　−Ｔｉ　−Ｃｏ系形状記憶合
金は通電によって発熱させることが可能である。

第６図は第１図（Ａ）に示す複合体Ａに通電して該複合
体Ａの温度を制御するための模式説明図である． 図に於いて、複合体Ａｊｒ：構成する記憶材ｎの両端に
位置する記憶材ｎ，及び記憶材ｎ，に、電源制御装置ｌ
Ｏによって制御される電源１ｌからの電線１２が接続さ
れている． また接合部材一、〜１）％は、例えばアル奥ニウム真鍮
．鉄系合金，或いは導電性セラミンクス等の導電性を有
する材料によって構成されている．従って、複合体Ａの
両端に電源１）からの電圧を印加すると、複合体Ａには
電圧に応じた電流１が流れ、該電流に応じて個々の記憶
材ｎ．〜ｎ，が発熱する．このときの記憶材ｎの抵抗値
をＲ　（Ｒ，〜れ）とすると、各記憶材ｎ１〜ｎ１での
発熱ＩＪは、Ｊ＝ｒ’−Ｒとなり、各記憶材旧〜ｎ．は
印加された電圧に比例して発熱する．即ち、ｔ源制ｇＪ
装置ＩＯによって電源ｌ１の電圧を制御することで、複
合体八の温度を制御することが出来る． 上記の如く、複合体Ａに通電すると共に通電電圧或いは
通電時間を制御して該複合体Ａの温度をＩＭＩすること
によって、複合体Ａを個々の記憶材ｎ，〜ｎ．の形状回
復温度の順序に従って形状回復させると共に、形状回復
速度を容易に制御することが出来る． く発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明に係る記憶材の複合
体は、複数の記憶材を接合部材を介して接合して連続し
た複合体としたので、目的の形状が複雑であっても、個
々の記憶材に記憶させるべき形状を単純化し、該形状を
容易に構威することが出来る．従って、個々の記憶材に
対する拘束手段を簡単なものとすることが出来る． 前記複数の記憶材に異なった形状を記憶させた場合には
、個々の記憶材に単純な形状を記憶させることで、複合
体に三次元的に複雑な形状を容易に記憶させること出来
る． 前記複数の記憶材の形状回復温度を夫々異なった温度で
設定した場合には、これ等の記憶材を接合して構威した
複合体に対する加熱温度を制御することによって、該複
合体の形状回復動作を順次制御することが出来る．また
この場合には、複合体が経時的に形状を回復する過程に
於いて、形状回復過程に応じた仕事を外部に取り出すこ
とが出来る． また前記記憶材として形状記憶合金を用いると共に接合
部材を導電性材料によって構成した場合には、複数の記
憶材を接合した複合体に通電することによって加熱する
ことが出来る．このとき、加熱温度の制御は通ｔ１ｔ圧
を制御することによって行うことが出来るため、複合体
の形状回復速度等を容易に制御することが出来る等の特
徴を有するものである．

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　，　（Ｂ）は複合体の説明図、第２図（
Ａ），（Ｂ）は接合部材の説明図、第３図（Ａ）は記憶
材に記憶させる形状の説明図、第３図（Ｂ）は複合体に
よってｍ威したコイルバネの説明図、第４図（Ａ）〜（
Ｐ）は個々の記憶材に記憶させる形状の説明図、第５図
（Ａ）〜（Ｅ）は複合体の動作説明図、第６図は複合体
に電圧を印加する装置の模式説明図である． Ａ，Ｂは復合体、ｎ，　ｎｌ〜ｎｎ，　　ｏ，　ｏ，−
ｏ！は記憶材、ｍ，　ｍ．〜ＩＩ，−＋　＋　　ｐ＋ρ
１〜ρ２は接合部材、１（ｌは電源制御装置、１）は電
源、１２は電線である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の形状記憶材を接合部材を介して連続して接
   合したことを特徴とした形状記憶材の複合体。
2. （２）前記複数の形状記憶材を異なった形状を記憶させ
   た形状記憶材によって構成したことを特徴とした請求項
   （１）記載の形状記憶材の複合体。
3. （３）前記複数の形状記憶材を異なった形状回復温度を
   有する形状記憶材によって構成したことを特徴とした請
   求項（１）又は（２）記載の形状記憶材の複合体。
4. （４）前記形状記憶材を形状記憶合金によって構成する
   と共に前記接合部材を導電性材料によって構成したこと
   を特徴とした請求項（１）乃至（３）何れかに記載の形
   状記憶材の複合体。