JPS6115995A - 形状記憶合金素子 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はＮｉＴｉ系形状記憶合金表面に信号入出力用の
メッキ層を具備した形状記憶合金素子に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

形状記憶合金は形状記憶処理、変形、記憶回復のための
加熱または冷却の組み合せにより、母相状態で記憶した
形状に戻るという特異な性質を有することから、各種ア
クチュエータやスイッチなどに利用されている。特に加
熱により形状回復させる場合には、パルス的な通電加熱
により形状回復が制御できることから、各種アクチュエ
ータとしての用途が拡大しつつある。

ところで、通電加熱するためには、形状記憶合金の形状
回復させる部分両端に、通電加熱用の入出力端子を接続
させなければならないが、ＮｉＴｉ系形状記憶合金は、
表面に生成した酸化皮膜のために、はんだ付けなどによ
る入出力端子との接続はむずかしい。このため、従来は
接合用の治具を作製してネジ止めしたり、あるいは銅線
などの入力端子を形状記憶合金線の周囲に巻いて、はん
だを流して止めたりしているが、前者の方法では治具が
重くなり、形状回復するとき、その重さだけ能力を発揮
できなくなる。特に、アクチュエータとしてコンパクト
化する場合には相対的な治具重量が増し不利となる。ま
た後者の場合には、完全な密着は得られず、密着の悪い
部分では、長時間の使用中に形状記憶合金表面に酸化皮
膜が形成され、導通が不安定になったり、あるいは変形
と回復のくり返応力によって、はんだがはがれ、通電加
熱できなくなるなどの欠点があった。このように、従来
の方法では、形状記憶合金の特性を損うことなく、入出
力端子を接合することは困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は上述したような欠点を改良したもので、形状記
憶合金の通電加熱部分の両端に、形状記憶合金の比抵抗
より小さい比抵抗を有する金属メッキ層設け、該メッキ
層に信号入出力用端子を接続することにより、形状記憶
合金の特性を損うことなく接合部の密着性を向上させた
形状記憶合金素子を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は、通電加熱により形状回復させるＮｌＴｌ系形
状記憶合金素子表面の少なくとも２ケ所以上に、比抵抗
が該記憶合金の比抵抗より小さい金属のメッキ層を設け
、該メッキ層に信号入出力端子が接合されたことを特徴
とする形状記憶合金素子である。

つまり、本発明の形状記憶合金素子は、通電加熱により
形状回復させる場合ＮｉＴｉ系形状記憶合金の、形状回
復させたい部分の両端に、信号入出力端子を接続するた
めのメッキ層を設け、該メッキ層に入出力端子を接続さ
せたものである。

ここで、形状記憶合金表面に設けるメッキ層は、例えば
、通電加熱用の入力端子と出力端子用に、最低２ケ所に
必要である。またこの場合、メッキ層の金属の比抵抗が
形状記憶合金の比抵抗より小さいとしたのは次の理由に
よる。通電加熱により、形状記憶合金はその負荷電流と
抵抗に応じて発熱をして形状回復するが、入出力端子部
分も形状回復をすると該部分には応力を発生する。従っ
て、変形と形状回復をくり返して使うような形状記憶合
金素子の入出力端子部分ではくり返しの応力を受は端子
がはがれ、導通不良を生じたり、断線したりする。しか
し、メッキ層の金属の比抵抗を形状記憶合金の比抵抗よ
り小さくしておけば、電流はメッキ層に多く流れるため
、該部分の形状記憶合金の発熱は非メッキ部分より少な
く、従って、メッキ部分では形状回復を生じないか、あ
るいは形状回復量が少なく、発生応力も小さくなって、
端子との接合を維持できる。また、メッキ層な設けるこ
とにより、形状記憶合金の発熱は抑制されると同時にメ
ッキ層自身が放熱特性がよいため、該部分の発熱は小さ
く、はんだ付けなどの接続部分の発熱もｌ」・さくなり
、該部分の融触あるいは劣化が抑えられることにもなる
。なお本発明に用いるＮｉＴｉ系形状記憶合金としては
従来から知られたＮｌ　４０〜６０　ｗｔ％Ｔｉ　４０
〜６０　ｗｔ％のものを用いる事ができる。

またメッキ金属としては銅、ニッケル、金、銀、錫、ク
ロムなど比抵抗が形状記憶合金より小さいものならば、
いずれでもよい。また、これらの金属はＮｉＴｉ系形状
記憶合金より熱伝導性がよい。メッキ方法は無電解メッ
キ、電解メッキのいずれでもよいが、ＮｉＴｉ系合金は
水素を吸収しゃすいため、水素発生の少ない電解メッキ
が望ましい。また、メッキの厚さは、入出力端子の接合
が可能であれば、いくらでもよいが、安定して特性を得
るためには３μｍ以上とすることが望ましい。さらに、
メッキ層の面積は形状記憶合金素子の機能に応じて任意
に変化させ、例えば変位量を多くしたいようなロボット
用のアクチュエータに使用する場合には、できるだけ小
さい方が有利であるが、局部的に形状回復させたいよう
なスイッチなどでは、面積を大きくした方が有利である
。

入出力端子としては、例えば通電加熱用の入出力リード
線、形状回復部の抵抗測定用のリード線などであり、ま
た、メッキ層との接続方法ははんだ付け、銀ペーストス
ポット溶接、ろう付は圧接など、接続ができればいずれ
の方法でもよい。リード線としては銅、金、アルミニウ
ム、鉄、銀、スズ、ニッケルおよびその合金などメッキ
層と接続できればいずれの金属でもよい。また、形状記
憶合金の形状としては線、板、薄膜、棒など通電加熱に
より形状回復する形状ならばいずれでもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来困難であった入出力端子と形状記
憶合金との接合が密着よく、長期間安定して維持するこ
とができる。また、はんだ付けなどによる接合が可能の
ため、重量増も少なく、形状記憶合金の特徴を十分発揮
させながら小形化が可能となる。

さらに、メッキ層部分では形状回復が小さくなるか、生
じなくなるため、接合部でのくり返しの形状回復応力も
小さくなり、安定して使えるうえ、放熱性もよく、接合
部の劣化が少ない。

〔発明の実施例〕

（比較例１） 直径０．２ｍのＮｉＴｉ形状記憶合金線の表面酸化皮膜
を酸洗して除去した後直径０．１７１ｍの銅線パとはん
だ・付；けを試みたがはんだが着かなかった。

（比較例２） 直径０．２闘のＮｉ　Ｔｉ形状記憶合金線の表面酸化皮
膜を酸洗して除去した後直径０．１７１０１の銅線を長
さ５朋巾に巻きつけ上からはんだを流して固定した。そ
の後、変形と通電加熱による形状回復をくり返したとこ
ろ７回くり返したところではんだ部の固定がとれ、はん
だ部を移動できるようになった。

（実施例１） 直径０．２１１１、長さ３０ｃＩＬのＮｉＴｉ形状記憶
４合金線の表面酸化皮膜を酸洗して除去した後、ビＨ９
ン酸銅メッキ液中に浸漬し、電流０．１人の条件で約０
．２１１Ｊ１の銅メッキ層を設けた。その後直径０．１
７ｍｇ＋の銅線を銅メツキ上にはんだ付けしたところ、
銅線は完全に固着した。該形状記憶合金素子を変形した
後、銅線間に通電し形状回復したところ、１００回のく
り返しに対しても銅線とメッキ層およびメッキ層と形状
記憶合金線は固着したままであった。

（実施例２） 実施例１と同条件で作製したＮｉＴ＋形状記憶合金線１
７１ｆｆｉの両端１５１ｉ＋に銅メッキ層を残し、それ
以外の部分をエメリー線で研摩して銅メッキ層を除去し
た。次いて両端に直径０．１７ＩＩＩＩの銅線をはんだ
づけし、該合金線全体を半率半径２．５　ｙｕａの波形
とした後、リード線間に２．５Ｖの電圧を負荷したとこ
ろ、非銅メツキ部は約２秒で完全形状回復したが、メッ
キ部は全く形状回復しなかった。また電圧を５ｖにした
ところ、非メツキ部は赤熱状態になったが、メッキ部の
はんだは融解しなかった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＮｉＴｉ系形状記憶合金表面の少なくとも２ケ所以上に
   比抵抗が該記憶合金より小さい金属のメッキ層を有し、
   該メッキ層に信号入出力端子を接続した事を特徴とする
   形状記憶合金素子。