JPS61195944A - 三元系形状記憶合金ばね - 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、ニッケル、チタン及び銅の三元系合金による
形状記憶合金で成形され高い応答性機能を求められる部
品に使用して有効なばねに関するものである。

〔従来技術及び解決しようとする問題点〕形状記憶合金
とは、合金の置部状態のままで温度変化を受ける二とに
より相変態を起し結晶構造を変化させるもので、その合
金がもつ一定温度の変態点を境にして、高温に従って母
相構造に変態し、低温に従って結晶構造であるマルテン
サイトに変態するものである。

そしてこの合金を低温から次第に高温側へ加熱してゆく
と、マルテンサイト相から母相即ちオーステナイト相に
変態し、変態する所定温度に達したとき形状記憶効果を
発生し、これによってあらかじめ所定形状に記憶された
状態に戻る性質を有する合金を示すものである。

この様な性質を有する合金としては通常ニッケル・チタ
ンの二元合金が知られており、例えば特開昭５６−１０
５１７４号あるいは特開昭５６−１５０６８０号等のよ
うにばねに成形してアクチュエーターとして使用する例
示が開示されている。

しかし、上記の様なニッケル・チタン合金によるばねを
常時高温状態の雰囲気中で作動するときは長期間使用に
よる疲労強度に問題があり特に高温側の記憶温度例えば
８０℃程度以上になると疲労限界を起し従って発生力の
低下による作動不良を誘発することが起った。

また、変態点以下に降下したときばね自体に荷重が残置
しやすいという問題点も発生した。

従って、マルテンサイト変態点以下での自己収縮能力に
限界があり、いわゆる可逆形状記憶効果が著Ｌ／（小さ
いという問題点が認められた。

これらの問題点を解決するために穐々の新しい形状記憶
合金が開発されているが、例えば特開昭５７−７９１３
８号あるいは特開昭５８−１６４７４５号による三元系
形状記憶合金の開示もその一連である。

これら合金の開示によれば形状記憶合金の組成をニッケ
ル・チタン及び銅の三元合金としたもので、具体的組成
は前者においては第６図の状態図の様にニッケル４９，
７原子％、チタン４＆８原子ｅＩｂ及び銅１．５原子チ
にある頂点Ａ、　ニッケル４７．５原子％、ヂタンυ、
５原チチ及び銅５．　ｏ原子チにある頂点Ｂ、ニッケル
４７．５原子俤、チタン４３．５原子チ反び銅９、Ｏ原
子チにある頂点Ｃの領域内にあるものを求めており、後
者においては第７図の状態図の様に、ニッケル４２原子
％、チタン４９，５原子％、銅＆５原子チの頂点Ａ、ニ
ッケル３５．５原子％、チタン４９，５原子％、銅１５
原子チの頂点Ｂ、ニッケル４１原子％、チタン４４原子
％、銅１５原子チの頂点Ｃ。

ニッケル４４．２原子％、チタン４７．２原子％、銅＆
５原子チの頂点りの領域内にあるものをそれぞれ提示さ
れている。

そして、これらの領域内にある合金においては熱加工性
や機械加工性が良好ではあるが、今だ十分な自己収納能
力を得ることができず、また十分な可逆形状記憶効果を
得る二とができないものであった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み開発されたもので
あって、形状記憶合金の組成をニッケル４２原子％、チ
タン５２原子％、銅６原子チの第１頂点、ニッケル３７
原子％、チタン５２原子％、銅１１原子チの第２頂点、
ニッケル３４原子％、チタン５０原子％、銅１６原子チ
である第３頂点、ニッケル４４原子％、チタン５０原子
％、銅６原子チの第４頂点による四辺影領域内の三元系
合金により成形したばねとして構成したものである。

〔作　用〕

本発明によるニッケル・チタン赤銅三元系合金の形状記
憶合金によりばねを成形すれば、応答性がよく可逆形状
記憶効果の高い性質を保有するばねを得ることができる
。

〔実施例〕

以下、添付する図面を参考として本発明を詳述する。

本発明になる三元系形状記憶合金によって、加工される
ばねは既知の製造工程により製造される。

即ち、純チタン板材、ニッケルカーボニル及び電気銅を
下記組成表に表示した原子チの組成の三元合金に成るよ
うに計量し熔融加工する。

これによって得られたインゴットは圧延線材とし次いで
金型ダイスの強制引抜きにより所定径を有する細線材に
加工し巻線機により例えばコイル状に巻回する。

本実験に使用するため所定形状に加工したばねの条件は
、線径４　Ｍ　、平均コイル径１７．５閣、有効巻数１
５、総巻数５．５のコイルばねである。

即ち、形状記憶合金の三元組成について最も効果的な結
果を得る二とができるばねを製造する組成領域は第１図
中のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ点による四角形で示すもので、同一
領域を拡大して第２図として示し、本例に基づいて具体
的に説明すれば、ニッケル４２原子％、チタン５２原子
％、銅６原子チを有する頂点Ａ、ニッケル３７原子％、
チタン５２原子％、銅１１原子チを有する頂点Ｂ、ニッ
ケル３４原子％、チタン５０原子％、銅１６原子チを有
する頂点Ｃ，ニッケル４４原子％、チタン５０原子％、
銅６原子チを有する頂点りの領域内の三元合金を使用す
るもので、二の領域内の三元組成による合金でばねに成
形するものである。

前記形状記憶合金ばねの温度と一定荷重を与えた場合の
撓み量との関係図を第３図によって説明すれば、図示の
如く、５ＫＩｌの一定荷重で押圧した状態のもとて加熱
によって形状回復を誘起しマルテンサイト逆変態開始温
度ＡＳにより死荷重を増加する。

これによって、ばねは自然に伸長する。

次いで加熱温度を次第に降下させるとマルチンサイト変
態開始ＭＳを誘起し、急激に内部収縮能力を発生し、マ
ルテンサイト変態の完了時点Ｍｆにおいては死荷重即ち
一定荷重により形状記憶合金ばねを密着迄押圧加重する
ことになる。（参考として二元合金形状記憶合金ばねに
よる同一条件の結果を同図内の破線で示した。）よって
、本三元合金ばねの死荷重は二元合金による同一ばねと
比較して５寸法の差を発生する。

即ち５寸法の死荷重を更に保有していることとなる。

このことは第４図の圧力撓み量の関係図で更に明瞭とな
るが、具体的には図中の曲線Ａはニッケル・チタン二元
合金によるコイルばねなマルテンサイト変態点開始温度
ＭＳより４０℃以下の点における撓み量で、７１ｍの撓
み量を得るために１２に９を必要とするのに対し銅ｌＯ
原子チを含有した三元合金によるときは同−撓み量で５
．７　Ｋ４Ｌ／か必要としないばねとなる。

更に本領域内での三元形状記憶合金の特長的なことはト
レーニング効果即ち可逆形状記憶効果を発生することで
ある。

即ち、可逆形状記憶合金によるばねがマルテンサイト逆
変態終了Ａｆ以上の温度で当初記憶させた形状をもつの
が、マルテンサイト変態終了Ｍｆ以下では無負荷状態に
もかかわらず、当初記憶の形状が変化する二とである。

換言すれば、高温と低温時の二つの形状を記憶している
ことになり、この変化は加熱、冷却だけで可逆的に起こ
すことをいう。

第５図は、可逆形状記憶効果を示す説明図で、破線の）
で示す二元合金はその可逆形状記憶量が微量であるが、
銅含有量をｌＯ原子チ含む三元合金では記憶量をｌθ倍
近々増加させる二とができる。

従って、この様な作用が確認できることからも三元合金
形状記憶合金によるばねは大きい出力を保有しているこ
とが分る。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明による銅含有の形状記憶合金
コイルばねは、その合金組成をニッケル４２原子％、チ
タン５２原子％、銅６原子俤とする頂点、ニッケル３７
原子俤、チタン５２原子％、銅１１原子チとする頂点、
ニッケル３４原子％、チタン５０原子％、飼１６原子チ
とする頂点、ニッケル４４原子％、チタン５０原子％、
銅６原子チとする頂点の四角形内を領域とする三元系形
状記憶合金とすることによって、形状記憶量即ち、作動
上の撓み量を増大したばねを得ることができる。

また、本合金によれば、可逆形状記憶効果が大きいため
に形状記憶合金ばねの低温使用時でのより大きい作動能
力を保有するばねを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるばね材質の一般的な組成領域を四
角形で示した状態説明図、第２図は具体的組成領域を示
した状態説明図、第３図は、温度と撓み量との関係図、
第４図は撓み量と荷重との関係図、第５図は可逆形状記
憶効果の閥保間、第６図乃至第７図は従来技術のばねに
使用される三元形状記憶合金の組成領域を示す状態説明
図である。 代理人　弁理士　　斎　藤　義　雄 部ｔａ ｔｚ 第　２　図 Ｃｕｄ％ ｔ　　　　　承 鴇学　？

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ニツケル、チタン及び銅より成る三元系合金で成形さ
   れるコイルばねにおいて、ニツケル４２原子％、チタン
   ５２原子％、銅６原子％である第１頂点、ニッケル３７
   原子％、チタン５２原子％、銅１１原子％である第２頂
   点、ニツケル３４原子％、チタン５０原子％、銅１６原
   子％である第３頂点、ニツケル４４原子％、チタン５０
   原子％、銅６原子％である第４頂点を有する四辺形で定
   められる領域内にあるニツケル・チタン・銅合金により
   成形されたことを特徴とする三元系形状記憶合金ばね。