JPH06109049A

JPH06109049A - 超弾性バネ

Info

Publication number: JPH06109049A
Application number: JP28506692A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamauchi; 清山内; Hideo Takaara; 秀男高荒
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】形状記憶合金の基本特性を維持し、かつ耐久
性に優れた超弾性バネを得ること。【構成】形状記憶合金線を複合構造、即ち、より線、
編み線、織り線及び不織線の各構造を有する複合線とす
ることによって、形状記憶特性に優れ、かつ耐久性に富
む超弾性バネが得られ、更には複合線の一部を良導電物
質、例えばＣｕを用いることによって導電性に優れた超
弾性バネが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バネ材、特に形状記憶
合金製バネ材、とりわけ繰り返し使用を要するバネ材に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】形状記憶合金（ＴｉＮｉ合金、ＣｕＺｎ
Ａｌ合金・・・）は、マルテンサイト変態の逆変態に付随
して顕著な形状記憶効果を示すことがよく知られてい
る。又、逆変態の母相状態では、良好な超弾性を示すこ
ともよく知られている。とりわけ、Ｔｉ−Ｎｉ合金の冷
間加工材が比較的良好な超弾性を示し、更に冷間加工材
を４００℃〜５００℃の中温処理を行うことで、合金の
逆変態温度前後できわめて良好な形状記憶効果、及び超
弾性を示すこと、その変態温度が合金のＮｉ濃度に依存
すること等もよく知られている。

【０００３】形状記憶合金、特にＴｉ−Ｎｉ合金の超弾
性バネは、伸び歪で７％程度まで使用可能のため、ステ
ンレス線、ピアノ線等と異なり、コイル状とせずに、ば
ねとして使用できる利点を持っている。この直線バネ材
は、カテーテルガイドワイヤー、通信機器用アンテナ等
に実用化されている。又、変形に対するしなやかさ（定
応力での歪変化、及び定応力での歪解消）に富むことを
利用して、ブラジャーの芯金、コルセットの芯金、メガ
ネフレーム等にも変形防止のみならず、保型性を改善す
ることをメリツトに実用化されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ステンレス線、ピアノ
線等の通常のバネ材は、そのバネ限界値を越えて変形を
加えると、永久歪が入り、バネとしての作用がなくな
る。しかし、形状記憶合金の超弾性バネはそのバネ限界
値を越えても見かけ上の変形を受けるのみで、変形を開
放すると同時に、変形は解消される。超弾性バネは、バ
ネ限界値（伸び歪で１〜１．５％）以内の使用であれば
通常のバネ材同等の繰り返し寿命を持つ。しかし、この
バネの特徴は数％歪（Ｔｉ−Ｎｉ合金で最大７％）付加
が可能なことにある。この場合、歪４〜５％での繰り返
し使用寿命は、１０００回未満である。一方、使用部材
は、Ｔｉ−Ｎｉ合金の約φ１ｍｍ程度の線材、又は０．
７ｍｍ厚程度の潰し材が主として使われている。しか
し、これらは前記程度の耐久性しかなく、それ以上では
切損してしまう。又、使用部材の線径を小さくすれば、
同一曲率の曲げに対しては前記よりも耐久性は向上する
が、部材に求められる基本的バネ力に欠ける難点があ
る。又、線を多数本並べて使うことは収納スペースの問
題があり、多数本を束ねて使うことは、線が乱れるなど
の問題がある。更に、Ｔｉ−Ｎｉ合金超弾性バネを導電
部材として使用する検討も多い。例えば、リードスイッ
チ、ブレーカー、送受信用アンテナ等である。しかし、
Ｔｉ−Ｎｉ合金の導電性はきわめて低く、Ｃｕの１／１
０以下である。又、メッキ等で表面に導電性物質をコー
トしても、合金の脆化及び繰り返しによる剥離の二次的
難点が出てくる。そこで、本発明の技術的課題は、上記
欠点に鑑み、形状記憶合金の基本特性を維持し、かつ耐
久性に富む超弾性バネを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】これらの課題は、特許請
求の範囲の各請求項に記載の超弾性バネにより解決され
る。

【０００６】即ち本発明によれば、形状記憶合金製部材
であって、その部材が形状記憶合金製複合線（より線、
編み線、織り線、及び不織線）であることを特徴とする
超弾性バネが得られる。又、本発明によれば、形状記憶
合金製複合線の一部を良導電性物質としたことを特徴と
する超弾性バネが得られる。更に、形状記憶合金製複合
線が使用環境温度で超弾性を示すＴｉ−Ｎｉ系合金であ
ることを特徴とする超弾性バネ材が得られる。そして、
形状記憶合金製複合線の少なくともＴｉ−Ｎｉ合金を冷
間加工後、３００℃〜５００℃で熱処理したことを特徴
とする超弾性バネが得られる。

【０００７】

【作用】形状記憶合金製部材であって、該部材を形状記
憶合金製複合線とすることにより、耐久性を著しく向上
し、又更には、該複合線の一部に、用途、目的に応じて
電気伝導性に優れた、あるいは更に、機械的性質に特徴
を有する物質を選んで用いることにより、形状記憶合金
の基本特性を維持し、かつ耐久性に優れ、更には導電性
等にも優れた超弾性バネを得ることができる。

【０００８】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

【０００９】

【実施例１】高周波真空溶解法によって得たＴｉ−５
０．５ａｔ％Ｎｉ合金を熱間加工及び冷間加工によって
φ０．５ｍｍの冷間加工上がり線材とした。次に、得ら
れた線材を基にして種々の複合線とした。図１の（ａ），（ｂ）に示すように、形状記憶合金線
１の線材７本を束ね、より機によって１．５ｍｍφのよ
り線構造の複合線とした（試料Ｎｏ１）。更に、上記よ
り線構造の複合線をプレスして０．７ｍｍ厚の板状線材
とした（試料Ｎｏ２）。図２の（ａ），（ｂ）に示すように、形状記憶合金線
１の線材７本を編み機によって１．５ｍｍφの編み線構
造の複合線とした（試料Ｎｏ３）。更に、上記編み線構
造の複合線をプレスして０．７ｍｍ厚の板状線材とした
（試料Ｎｏ４）。図３の（ａ），（ｂ）に示すように、縦糸に形状記憶
合金線１の線材７本、横糸にフッ素樹脂２（テフロン）
を配し、織機によって０．７ｍｍ厚の織り線構造の複合
板状線材とした（試料Ｎｏ５）。図４の（ａ），（ｂ）に示すように、縦に形状記憶合
金線１の線材７本を配してテフロンシート２を挟み、
０．７ｍｍ厚の不織複合板状線材とした（試料Ｎｏ
６）。比較例としてφ１．５ｍｍ冷間加工上がり線材（試料Ｎ
ｏ７）、及び０．７ｍｍ厚潰し線材（試料Ｎｏ８）を準
備した。これらを４００℃×１０分の熱処理を行い、−
２０℃、２０℃及び６０℃で１０Ｒ曲げテストによる形
状回復性、更に２０℃１０Ｒ繰り返し曲げによる寿命試
験を行った。得られた結果を表１に示した。

【００１０】

【表１】

【００１１】表中の超弾性特性に示した○及び△は、そ
れぞれ以下の意味である。 ○＝曲げ解除後、自発的な形状回復を示した。即ち良好
な超弾性を示した。 △＝曲げ解除後、歪が残留した。即ち良好な超弾性を示
さなかった。比較例が良好な超弾性を示さないのは、比較例の線材が
本発明法で用いた線材よりも大きいため熱処理が充分で
ないことに依っている。及びで用いたテフロンは４
００℃で熱分解はほとんどせず、合金の機能を阻害する
ことはなかった。

【００１２】更に、２０℃で１０Ｒ曲げに要する力、即
ちバネ変形力を調べたが、本発明品はいずれも比較例Ｎ
ｏ７あるいはＮｏ８の約１／２を示し、概ね実用可能な
バネであることがわかった。

【００１３】

【実施例２】実施例１の形状記憶合金線を基に以下の複
合線をそれぞれ作製した。図１（ｃ），（ｄ）に示すように、φ０．５ｍｍＣｕ
線３を芯材、周囲を形状記憶合金線１として７本のより
線とした（試料Ｎｏ９）。図２（ｃ），（ｄ）に示すように、φ０．５ｍｍＣｕ
線３を芯材、周囲を形状記憶合金線１として７本の編み
線とした（試料Ｎｏ１０）。図３の（ｃ），（ｄ）に示すように、縦糸に線材７本
（中心にφ０．５ｍｍＣｕ線３、他を形状記憶合金線
１）、横糸にフッ素樹脂２（テフロン）を配し、織機に
よって０．７ｍｍ厚の織り複合板状線材とした（試料Ｎ
ｏ１１）。図４の（ｃ），（ｄ）に示すように、縦糸に線材７本
（中心にφ０．５ｍｍＣｕ線３、他を形状記憶合金線
１）を配し、テフロンシート２を挟み０．７ｍｍ厚の不
織複合板状線材とした（試料Ｎｏ１２）。これらの線材を実施例１同様の熱処理及び評価を行っ
た。更に、導電性を上げるためにのＣｕ線を２本及び
３本（形状記憶合金線５本及び４本）のより複合線材を
作製し（試料Ｎｏ１３及び１４）、併せて評価を行っ
た。導電性は単一のＣｕ線と比較している。これらの結
果を表２に示した。

【００１４】

【表２】

【００１５】超弾性特性の評価基準は実施例１同様であ
るが、試料Ｎｏ９ないしＮｏ１２は実施例１と同様の良
好な特性を示した。これはＣｕ線が合金の特性を阻害し
ない程度の力で変形することに依っているためである。
しかし、Ｎｏ１３及びＮｏ１４はＣｕ線の変形力が大き
くなるために若干の永久変形を残すようになった。

【００１６】このことは、複合線はその用途、目的に応
じて形状記憶合金の寸法形状と、組合わさるべき良導電
物質の種類（導電性、及び機械的性質からの選定・・・Ｃ
ｕ，Ｓｎ，Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｂｅ−Ｃｕ合金等）及び寸
法形状を選べば良いことを示している。繰り返し寿命は
いずれも２千回程度であるが、これは形状記憶合金線の
破断ではなく、Ｃｕ線の破断であった。これも前記同様
に組合せの選択で変えることができる。導電性の評価は
当然のことながらＣｕ単線と同等の結果を示した。

【００１７】

【実施例３】実施例１ののより複合線をそれぞれ６０
０℃までの温度で熱処理して、２０℃１０Ｒ曲げを行
い、超弾性特性、繰り返し寿命、及びバネ力を調べた。
それらの結果を表３に示した。

【００１８】

【表３】

【００１９】表３より明かなように、３００℃未満の熱
処理では良好な超弾性特性は得られない。又、５００℃
を越えると形状記憶効果が現れると同時にバネ力も低下
する。

【００２０】

【発明の効果】本実施例では、Ｔｉ−５０．５ａｔ％Ｎ
ｉ合金のみの例を示したが、本発明はＴｉＮｉ合金の実
用組成Ｎｉ：４８−５２ａｔ％（残Ｔｉ）が全て適用さ
れる。具体的には０℃以下の超弾性ではＮｉ５０．５ａ
ｔ％以上、２０℃程度では５０．３ａｔ％か、あるいは
それ以上の合金が良い。更に、Ｆｅ・Ｃｒ・Ｖ等、第３
元素を添加したＴｉＮｉＸ合金、銅基合金、及び鉄基合
金等全ての形状記憶合金に適用可能である。このように
本発明によれば、形状記憶合金の基本特性を維持し、形
状のバリエーションに富む超弾性バネを提供することが
できる。本実施例のより線、編み線、織り線及び不織線
は、それぞれ用途に応じて線径、組合わせ本数を変える
ことができる。又、組合せの一部を他の合金とすること
もできる。本実施例の織り線、不織線は、フッ素樹脂の
例のみを示したが、形状記憶合金線を加工上がりで使用
する場合、あるいは熱処理上がりを複合化する場合に
は、必ずしも樹脂に高温の耐熱性は必要とせず、ウレタ
ン、塩ビ系等の樹脂を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるより線の基本構成を示す説明図。
図１（ａ）は形状記憶合金線のみの場合の断面図。図１
（ｂ）は形状記憶合金線のみの場合の側面図。図１
（ｃ）はＣｕ線と組合わせた場合の断面図。図１（ｄ）
はＣｕ線と組合わせた場合の側面図。

【図２】本発明による編み線の基本構成を示す説明図。
図２（ａ）は形状記憶合金線のみの場合の断面図。図２
（ｂ）は形状記憶合金線のみの場合の側面図。図２
（ｃ）Ｃｕ線と組合わせた場合の断面図。図２（ｄ）は
Ｃｕ線と組合わせた場合の側面図。

【図３】本発明による織り線の基本構成を示す説明図。
図３（ａ）は形状記憶合金線とテフロンからなる場合の
断面図。図３（ｂ）は形状記憶合金線とテフロンからな
る場合の側面図。図３（ｃ）はＣｕ線と組合わせた場合
の断面図。図３（ｄ）はＣｕ線と組合わせた場合の側面
図。

【図４】本発明による不織線の基本特性を示す説明図。
図４（ａ）は形状記憶合金線とテフロンシートからなる
場合の断面図。図４（ｂ）は形状記憶合金線とテフロン
シートからなる場合の側面図。図４（ｃ）はＣｕ線と組
合わせた場合の断面図。図４（ｄ）はＣｕ線と組合わせ
た場合の側面図。

【符号の説明】

１形状記憶合金線２フッ素樹脂（テフロン又はテフロンシート）３Ｃｕ線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】形状記憶合金製部材であって、該部材が
形状記憶合金製複合線であることを特徴とする超弾性バ
ネ。
【請求項２】前記複合線が、より線構造であることを
特徴とする請求項１記載の超弾性バネ。
【請求項３】前記複合線が、編み線構造であることを
特徴とする請求項１記載の超弾性バネ。
【請求項４】前記複合線が、織り線構造であることを
特徴とする請求項１記載の超弾性バネ。
【請求項５】前記複合線が、不織線構造であることを
特徴とする請求項１記載の超弾性バネ。
【請求項６】前記複合線の一部を良導電物質としたこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超
弾性バネ。
【請求項７】前記形状記憶合金が使用環境温度で超弾
性を示すＴｉ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか１項に記載の超弾性バネ。
【請求項８】前記超弾性を示すＴｉ−Ｎｉ合金を冷間
加工後、３００℃〜５００℃で熱処理したことを特徴と
する請求項７記載の超弾性バネ。