JPH07150314A - 二方向形状記憶効果を有するコイルバネの製造方法 - Google Patents
二方向形状記憶効果を有するコイルバネの製造方法Info
- Publication number
- JPH07150314A JPH07150314A JP32596793A JP32596793A JPH07150314A JP H07150314 A JPH07150314 A JP H07150314A JP 32596793 A JP32596793 A JP 32596793A JP 32596793 A JP32596793 A JP 32596793A JP H07150314 A JPH07150314 A JP H07150314A
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- Japan
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- coil spring
- shaped member
- bar
- pitch
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加熱時の自発的形状が密着状態で、冷却時の
自発的形状が等ピッチ状態の温度サイクルにおける可逆
的な二方向性形状記憶効果を有するらせんコイルバネの
製造方法を供する。 【構成】 時効処理時の拘束径を単相化処理時の拘束径
より小さくして単相化処理時には等ピッチで時効処理時
には密着状態で熱処理する。
自発的形状が等ピッチ状態の温度サイクルにおける可逆
的な二方向性形状記憶効果を有するらせんコイルバネの
製造方法を供する。 【構成】 時効処理時の拘束径を単相化処理時の拘束径
より小さくして単相化処理時には等ピッチで時効処理時
には密着状態で熱処理する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、形状記憶効果を有する
ＴｉＮｉ合金に関するもので、可逆形状記憶効果を有す
るコイルバネの製造方法に関するものである。
ＴｉＮｉ合金に関するもので、可逆形状記憶効果を有す
るコイルバネの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉＮｉ合金は熱弾性型マルテンサイト
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
が知られている。一般に形状記憶効果を示すほとんどの
合金は、その関連現象として、可逆形状記憶効果、超弾
性効果を示すといわれている。特に可逆形状記憶効果
は、変態点の上下にわたる温度サイクルに対して自発的
に外形変化を起こすので、形状変化が一過性のものに比
べてその応用範囲は極めて大きい。
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
が知られている。一般に形状記憶効果を示すほとんどの
合金は、その関連現象として、可逆形状記憶効果、超弾
性効果を示すといわれている。特に可逆形状記憶効果
は、変態点の上下にわたる温度サイクルに対して自発的
に外形変化を起こすので、形状変化が一過性のものに比
べてその応用範囲は極めて大きい。
【０００３】ＮｉＴｉ系形状記憶合金を用いたバネに可
逆形状記憶効果を付与する方法として、単相化処理後、
拘束下で時効処理をする方法があげられる。この方法に
よる製造方法としては、特開５９−１６２２６２号公報
「二方向形状記憶効果を有するバネの製造方法」に開示
されており、特定組成を有するＴｉＮｉ合金からなる線
材を、らせん状に巻き付けて単相化処理した後、同一半
径で異なるピッチに拘束して時効処理することにより、
可逆性を有する二方向形状記憶バネを製造することがで
きると提案されている。
逆形状記憶効果を付与する方法として、単相化処理後、
拘束下で時効処理をする方法があげられる。この方法に
よる製造方法としては、特開５９−１６２２６２号公報
「二方向形状記憶効果を有するバネの製造方法」に開示
されており、特定組成を有するＴｉＮｉ合金からなる線
材を、らせん状に巻き付けて単相化処理した後、同一半
径で異なるピッチに拘束して時効処理することにより、
可逆性を有する二方向形状記憶バネを製造することがで
きると提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の製造方法におい
ては、時効処理時の拘束形状が、そのまま自発的形状変
化とはならず、特に加熱時の自発的な形状変化について
は、単相化処理時の拘束形状から時効処理時の拘束形状
までの変化において、約４０％の変化量しか示さなかっ
た。このことから、時効処理時の拘束形状を密着状態に
設定しても、加熱時の自発的な形状変化においては、縮
んでも密着状態とはならず、ピッチ間隔のあいたコイル
バネしかできないという問題点があった。
ては、時効処理時の拘束形状が、そのまま自発的形状変
化とはならず、特に加熱時の自発的な形状変化について
は、単相化処理時の拘束形状から時効処理時の拘束形状
までの変化において、約４０％の変化量しか示さなかっ
た。このことから、時効処理時の拘束形状を密着状態に
設定しても、加熱時の自発的な形状変化においては、縮
んでも密着状態とはならず、ピッチ間隔のあいたコイル
バネしかできないという問題点があった。
【０００５】本発明は、この欠点を解決する目的で、加
熱時の自発的形状が密着状態に、冷却時の自発的形状が
伸びの状態になる、温度サイクルに対して可逆的な二方
向形状記憶コイルバネを提供するものである。
熱時の自発的形状が密着状態に、冷却時の自発的形状が
伸びの状態になる、温度サイクルに対して可逆的な二方
向形状記憶コイルバネを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に供される合金
は、原子パーセントでＮｉ５０.３〜５３.０残部Ｔｉよ
りなる合金で、ＴｉＮｉ金属間化合物のマルテンサイト
相と、Ｎｉ過剰の析出相（例えばＴｉＮｉ3など）との
複相組織を有し、かつ可逆形状記憶効果を有するチタン
ニッケル合金である。
は、原子パーセントでＮｉ５０.３〜５３.０残部Ｔｉよ
りなる合金で、ＴｉＮｉ金属間化合物のマルテンサイト
相と、Ｎｉ過剰の析出相（例えばＴｉＮｉ3など）との
複相組織を有し、かつ可逆形状記憶効果を有するチタン
ニッケル合金である。
【０００７】本発明による二方向形状記憶効果を有する
コイルバネの製造方法は、原子パーセントでＮｉ５０.
３〜５３.０残Ｔｉよりなる合金を、溶解により形成
し、加工によって線材あるいは条材を得たのち、等ピッ
チの間隔をあけた状態でらせん状に巻き付けて、機械的
拘束下で６００℃以上の熱処理を行い、ＴｉＮｉ単相の
等ピッチの伸びの状態のコイルバネを得る。その後、前
記等ピッチのコイルバネの径より小さい径で、ピッチ間
隔を密着状態にコイルバネを形成し、機械的拘束下で６
００℃以下の温度で時効処理を行い複相化することを特
徴とするもので、このことにより、加熱時に密着、冷却
時に伸びの形状となる温度サイクルにおける可逆的な二
方向形状記憶効果を有するコイルバネが提供できる。
コイルバネの製造方法は、原子パーセントでＮｉ５０.
３〜５３.０残Ｔｉよりなる合金を、溶解により形成
し、加工によって線材あるいは条材を得たのち、等ピッ
チの間隔をあけた状態でらせん状に巻き付けて、機械的
拘束下で６００℃以上の熱処理を行い、ＴｉＮｉ単相の
等ピッチの伸びの状態のコイルバネを得る。その後、前
記等ピッチのコイルバネの径より小さい径で、ピッチ間
隔を密着状態にコイルバネを形成し、機械的拘束下で６
００℃以下の温度で時効処理を行い複相化することを特
徴とするもので、このことにより、加熱時に密着、冷却
時に伸びの形状となる温度サイクルにおける可逆的な二
方向形状記憶効果を有するコイルバネが提供できる。
【０００８】
【実施例】図１に６００℃以上の熱処理時における等ピ
ッチらせんコイルバネとその拘束方法を示したが、実施
の一例に用いたものは、原子パーセントでＮｉ５１.０
残Ｔｉよりなる合金をφ１.０ｍｍまで加工した線をφ
１０ｍｍの棒状部材１１に２ｍｍの等ピッチの間隔で巻
き付けた。実際の熱処理時には合金が動かないように針
金で線材の端部を固定し、７００℃で１時間のＴｉＮｉ
単相化処理を施した。次に図２に示すように、図１のコ
イル１０を図１の棒状部材１１より細いφ８ｍｍの棒状
部材１３にピッチ間隔が密着状態となるコイル１２を得
るように巻き付け、線材の端部を固定して４００℃で４
８時間拘束時効処理を施した。その後、室温で棒状部材
より取り出し、図３に示すように、加熱および冷却をす
ると６０℃で、図１の棒状部材の径で図２の密着状態の
らせんコイルバネＡの形状を示し、３０℃で図１の等ピ
ッチらせんコイルバネＢの形状を示した。すなわち、加
熱（←）ではバネは縮みピッチ間隔が密着状態となり、
冷却（→）では逆に伸びに変化し、前記温度サイクルに
対してバネは可逆的に伸縮し、繰り返しのテストでもそ
の動きに変化は認められなかった。また、バネの径も図
１の棒状部材の径に等しく、図２に示す棒状部材の径に
影響されなかった。
ッチらせんコイルバネとその拘束方法を示したが、実施
の一例に用いたものは、原子パーセントでＮｉ５１.０
残Ｔｉよりなる合金をφ１.０ｍｍまで加工した線をφ
１０ｍｍの棒状部材１１に２ｍｍの等ピッチの間隔で巻
き付けた。実際の熱処理時には合金が動かないように針
金で線材の端部を固定し、７００℃で１時間のＴｉＮｉ
単相化処理を施した。次に図２に示すように、図１のコ
イル１０を図１の棒状部材１１より細いφ８ｍｍの棒状
部材１３にピッチ間隔が密着状態となるコイル１２を得
るように巻き付け、線材の端部を固定して４００℃で４
８時間拘束時効処理を施した。その後、室温で棒状部材
より取り出し、図３に示すように、加熱および冷却をす
ると６０℃で、図１の棒状部材の径で図２の密着状態の
らせんコイルバネＡの形状を示し、３０℃で図１の等ピ
ッチらせんコイルバネＢの形状を示した。すなわち、加
熱（←）ではバネは縮みピッチ間隔が密着状態となり、
冷却（→）では逆に伸びに変化し、前記温度サイクルに
対してバネは可逆的に伸縮し、繰り返しのテストでもそ
の動きに変化は認められなかった。また、バネの径も図
１の棒状部材の径に等しく、図２に示す棒状部材の径に
影響されなかった。
【０００９】このように、時効処理時の拘束径を単相化
処理時の拘束径より小さくすることで、加熱では縮んで
密着状態となり、冷却では伸び状態となる形状を決定す
ることができた。従来の、単相化処理時の拘束径と時効
処理時の拘束径とを同一らせん径にして、ピッチ間のみ
を変化させることによる処理方法では、加熱時の密着形
状を実現することは難しく、また、縮んでも密着状態は
実現できなかった。
処理時の拘束径より小さくすることで、加熱では縮んで
密着状態となり、冷却では伸び状態となる形状を決定す
ることができた。従来の、単相化処理時の拘束径と時効
処理時の拘束径とを同一らせん径にして、ピッチ間のみ
を変化させることによる処理方法では、加熱時の密着形
状を実現することは難しく、また、縮んでも密着状態は
実現できなかった。
【００１０】また、前記実施例では３０℃と６０℃の間
で可逆的にバネが伸縮したが、Ｎｉ濃度を任意に選び拘
束時効条件を選定することにより、可逆性を示す温度範
囲は任意に設定することができる。
で可逆的にバネが伸縮したが、Ｎｉ濃度を任意に選び拘
束時効条件を選定することにより、可逆性を示す温度範
囲は任意に設定することができる。
【００１１】上述の方法は、ＴｉＮｉ合金に限らず、時
効により、母相中間相変態の二段変態挙動を示す全ての
ＴｉＮｉ系合金に適用することができる。
効により、母相中間相変態の二段変態挙動を示す全ての
ＴｉＮｉ系合金に適用することができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ＴｉＮｉ系合金のコイ
ルバネにバイアス・バネを用いることなく可逆的な機能
を付与することができ、加熱時に密着、冷却時に伸びの
形状となる温度サイクルにおける可逆的な二方向性形状
記憶効果を有するコイルバネの提供が可能になった。こ
のことから、機能の簡素化が可能となり、温度センサ、
アクチュエータ等への形状記憶合金の応用範囲がひろが
った。
ルバネにバイアス・バネを用いることなく可逆的な機能
を付与することができ、加熱時に密着、冷却時に伸びの
形状となる温度サイクルにおける可逆的な二方向性形状
記憶効果を有するコイルバネの提供が可能になった。こ
のことから、機能の簡素化が可能となり、温度センサ、
アクチュエータ等への形状記憶合金の応用範囲がひろが
った。
【図１】本発明の６００℃以上の単相化処理のために、
ＴｉＮｉ合金線を棒状部材に等ピッチで巻き付けた状況
を示す説明図。
ＴｉＮｉ合金線を棒状部材に等ピッチで巻き付けた状況
を示す説明図。
【図２】６００℃以下の拘束時効処理時に、ＴｉＮｉ合
金線を棒状部材に密着巻きした状況を示す説明図。
金線を棒状部材に密着巻きした状況を示す説明図。
【図３】図１、図２の形状での熱処理後の加熱、冷却時
のコイルの形状（ピッチ）の変化を示す図。
のコイルの形状（ピッチ）の変化を示す図。
１０ コイル（単相化処理時） １１ 棒状部材（単相化処理時） １２ コイル（時効処理時） １３ 棒状部材（時効処理時） Ａ 密着状態のらせんコイルバネ Ｂ 等ピッチらせんコイルバネ
Claims (1)
- 【請求項１】 原子パーセントでＮｉ５０.３〜５３.０
残部Ｔｉよりなる合金から、熱間加工、冷間加工等で得
られた線材または条材を、ピッチ間隔をあけた状態で円
柱状の棒状部材にらせん状に巻きつけて、６００℃以上
の温度で熱処理をし、ＴｉＮｉ単相のピッチコイルバネ
を得、その後、前記円柱状の棒状部材よりも半径が小さ
い棒状部材にピッチ間を密着の状態にコイルバネを形成
し機械的拘束下で６００℃以下の温度で時効処理を施す
ことにより、自発的に加熱時の形状が密着、冷却時の形
状が伸びに変化する、温度サイクルに対して可逆的で繰
り返し使用可能な二方向形状記憶効果を有するコイルバ
ネの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32596793A JPH07150314A (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 二方向形状記憶効果を有するコイルバネの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32596793A JPH07150314A (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 二方向形状記憶効果を有するコイルバネの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07150314A true JPH07150314A (ja) | 1995-06-13 |
Family
ID=18182598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32596793A Pending JPH07150314A (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 二方向形状記憶効果を有するコイルバネの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07150314A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6739626B2 (en) * | 2001-05-07 | 2004-05-25 | Carl Manufacturing Co., Ltd. | Spiral coil and bookbinding device and bookbinding method using the same |
| JP2010150657A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-07-08 | Nihon Univ | コイル状形状記憶合金の成形方法、コイル状形状記憶合金、アクチュエータ、パワー・アシスト装置、肘のパワー・アシスト装置、及びリンク・アクチュエータ |
| CN102268622A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 一种利用双重约束退火制作双程记忆器件的方法 |
| CN111957966A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-20 | 东南大学 | 4d打印制备镍钛双程记忆变形部件及智能结构的方法 |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP32596793A patent/JPH07150314A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6739626B2 (en) * | 2001-05-07 | 2004-05-25 | Carl Manufacturing Co., Ltd. | Spiral coil and bookbinding device and bookbinding method using the same |
| JP2010150657A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-07-08 | Nihon Univ | コイル状形状記憶合金の成形方法、コイル状形状記憶合金、アクチュエータ、パワー・アシスト装置、肘のパワー・アシスト装置、及びリンク・アクチュエータ |
| CN102268622A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 一种利用双重约束退火制作双程记忆器件的方法 |
| CN111957966A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-20 | 东南大学 | 4d打印制备镍钛双程记忆变形部件及智能结构的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |