JPS621852A - 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〕 本発明は形状記憶合金素子に係り、特に基体表面に金属
や非金属またはそれらの合金を拡散させ、該基体に形状
回復部と該基体を変形させるためのバネ部をあわぜ持念
せることにより、加熱、冷却でくシ返しの動作を行なわ
せることができる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、形状記憶回復のた
めの加熱の組み合せによシ、母相状態で記憶した形状に
戻るという特異な性質金有することから、各種アクチュ
エータやスイッチ締め付は具などに利用されている。形
状記憶を回復させるための加熱法には、外部から熱を与
える方法や通電ヲ行なって形状記憶合金内にジュール熱
を発生させる方法が一般的である。

ところで、アクチュエータやスイッチなどに形状記憶合
金を用いる場合には、変形と形状回復をくフ返しできる
ことが必要であるが、大抵の形状記憶合金は一度形状回
ゆすると合金自身では再び変形状態に戻らず、＜フ返し
の動作ができない。

例えば、直ｉを記憶させた形状記憶合金線をマルテンサ
イト状態で曲げた後、加熱すると直線に形状回復するが
、これを冷却してマルテンサイト相に戻しても形状記憶
合金は直線の寸まである。形状記憶合金をアクチュエー
タやスイッチに利用する場合には、再びマルテンサイト
相状態で外部から力を与え１曲げてやる必要がある。通
常、外部からの力としては、コイル状にしたバイアスバ
ネや板状バネなどを利用している。特に形状記憶合金音
用いたバイメタルなどでは、形状記憶合金板とバイアス
バネとしてのバネ板材を圧延などにより圧接する方法が
検討されている。

しかしながら、コイルバネをバイアスバネにした場合に
は、その機構が複雑となシ、形状記憶合金を用いたアク
チュエータやスイッチの特徴のひとつであるコンパクト
性に対しては不利である。

また、圧接などにより得られたバイメタルの場合には、
形状記憶合金が難加工材であるため、圧接が十分でなく
、使用中に圧接面から剥離する欠点がある。

他方、これらの欠点を補うため、加工量や熱処理全調整
して２方向性や全方位性を示す形状記憶合金も作られて
いるが、これら形状記憶合金は合金が持つ形状回復ｚｌ
ｉｏｏ％活かし之ものではなく、また特性の制御も困難
であるばかりでなく、製造工程が厳密で複雑である。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、形状記憶合金表面に金属または非
金属全拡散させてバネ層を設けることによシ＜シ返しの
動作を可能とし、アクチュエータやスイッチなどの機構
を簡単にせしめるとともに、界面からの剥離をなくし信
頼性を高くした形状記憶合金素子全提供することにある
。

〔発明の概要〕

本発明は形状記憶合金基体表面に金属や非金属またはそ
れらの合金を拡散させ、該基体表面にバネ性を付与した
拡散層を設けることによｐ１形状回復と変形を加熱・冷
却のみでくシ返し動作させることを可能にし友形状記憶
合金素子である。さらには形成された拡散層が超弾性を
有する形状記憶合金素子である。

本発明の形状記憶合金素子は、第１図に示すように、形
状記憶合金基体１．の片面もしくは両面あるいは全面に
拡散法によフ拡散層２を設け、しかも形成された層２は
形状記憶合金を変形させるためのバネ性塘たけ超弾性を
有している。１該形状記憶合金素子を加熱すると形状回
復して記憶形状に戻るが、冷却すると層２のバネ力また
は超弾性が発する回復力によフ該素子は変形させられる
。該素子を再び加熱すると形状回復し、ひきつづき上記
サイクル全＜９返して行なわせることができる。

この場合、くり返しの動作を行なわせるためには、屑２
のバネ力または超弾性による回復力が層２以外の形状回
復部のマルテンサイト時の財力より大きく、かつ形状回
復力よりも小さい範囲にあることが必要である。即ち、
バネ力または超弾性による回復力が、形状回復部のマル
テンサイト時の財力より小さければ、形状記憶合金を変
形できない。

また、バネ力または超弾性による回復力が、形状回復部
の形状回復力よシも大きければ、形状記憶合金素子は形
状回復できない。

ここで表面の拡散層がバネ性金有する場合、その変形は
拡散層の弾性限内で行なわなければならないが、超弾性
の場合には、拡散層は塑性変形域まで変形が可能である
。

バネ性または超弾性を有する層２を形成するには、形状
記憶合金基体表面に金属や非金属またはそれらの合金を
被覆しｆｃ後高温で拡散処理するか、拡散させるべき金
属や非金属ま之はそれらの合金雰囲気中で反応させなり
、拡散させるなど、該基体表面に拡散層が形成されれば
いずれの方法でもよい。

また、金属や非金ａｔ念はそれらの合金全被覆するには
、メッキ、蒸着、スパッタ、溶射、化学的処理法などに
よシ行なう。さらに、所望する金属や非金属または合金
を含むガス中で表面処理するか、ガス中で直接形状記憶
合金基体表面に拡散処理させてもよい。

形成する拡散層の厚さは基体の厚さや直径および拡散層
のバネ特性、超弾性特性によっても異なるが、拡散処理
時間、処理温度形状回復特性などを考えると基体厚さや
直径の％以下とすることが望ましい。また基体表面に被
覆する場合、拡散処理後に残った被覆層が形状回復の動
きを限外する場合には、拡散処理後に被覆層を除去する
ことが望ましい。拡散処理温度は形状記憶合金、拡散さ
せる金属元素や非金属元素の種類、拡散層の厚さ（（よ
っても異なるが、望ましくは６００℃以上で行なうこと
がよい。この場合、拡散処理時の形状がバネ力によって
戻っ念ときの形状でるジ、素子にくり返し作動させるた
めにはひき続き形状記憶処理を行なう必要がある３この
記憶処理温度は、バネ特性をできるだけ損なわず、かつ
形状回復特性を十分発揮させるために、３５０〜５５０
℃とすることが望ましい。

形状記憶合金はく９返し用いることができればいずれの
合金でもよいが、耐久性、製造性を考えるとＮｉＴｉ系
形状配憶合金やＣｕ系形状記憶合金が望ましい、また拡
散させる元素は表面層がバネ性や超弾性上水すものなら
ばいずれの金属や非金属または合金でもよいが、バネ特
性や超弾性特性および製造性全力えるとＮ　ｌ　＋　Ｃ
ｕ　Ｌ　Ａ　Ｚ　ｒ　Ｆ　ｅ　ｒ　Ｔ　ｌ　＋　Ｚ　Ｌ
ｌ　ｌＣｒ、Ｃ，Ｎ、Ｓｉ　、Ｂ、Ｂｅなどの元素が望
ましい。特にＮ１Ｔｆ系形状記憶合金表面に超弾性を持
たせるためには拡散元素としてはＮｉが最もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来アクチェエータやスイッチヲ＜９
返し動作させるために必要であったバイアスバネが不要
になり、アクチュエータやスイッチのコンパクト化が可
能である。特にマイクロアクチュエータとして形状記憶
合金の薄膜を用いた場合には従来のようなコイルバネで
は、コンパクト化が計れないばかりでなく、コイルバネ
の重さが薄膜の重さより大きくなり、形状回復合金の回
復力を十分発揮することができなかった。しかし、本発
明忙よれば、バネは形状記憶合金基体と一体化した表面
層で得られることから、コンパクト化が可能であり、か
つ形状回復力を十分発揮させることができる。さらに、
従来の圧接法によシ作られ念バイメタルに比べ、拡散層
が母相と整合させることができるなめ、使用中での界面
からの剥離も避けられる。

〔発明の実施例〕

以下実施例をもって本発明を説明する。

（実施例１） 線径０３１のＮｉＴｉ形状記憶合金線表面に５１μｍＣ
ｕ金メッキ被覆した形状記憶合金素子をコイル状に加工
して、拘束状態で、１０　　Ｔｏｒｒ、９５０℃、６０
分の拡散処理ｆｃ施し冷却した。次いでコイルを伸ばし
拘束して１０−５Ｔｏｒｒ、４５　Ｑ９０１１０分の形
状記憶処理を施し冷却した。拘束を取り除いたところコ
イは収縮し、さらにコイルに直流電流を流し加熱したと
ころコイルは伸び、電流を切ったところ、冷却とともに
コイルは再び収縮した。

（実施例２） 板厚０．１　ｔｍのＮｉＴｉ形状紀憶合金板全面に厚さ
２μｍのＮｉ金メツキ被覆した形状記憶合金素子を平ら
に拘束して１Ｏ−５Ｔｏｒｒ、１０００℃、３０分の拡
散処理を施し冷却した３次いで板の一部を曲げて拘束し
、　　ＩＱ　　Ｔｏｒｒ、４５０°Ｃ２１０分間の形状
記憶処理を施し冷却した。拘束を取り除いたところ、曲
げは平たくなり、この状態で１００°Ｃの湯につけたと
ころ形状記憶合金素子は曲がり、さらに冷却したところ
再び平らになっ念。

以上述べ次ように５本発明の形状記憶合金素子はバネ性
と形状回復をあわせ持った素子であシ、形状記憶合金を
用いたアクチュエータ、スイッチ信条くの応途に活用で
き、工渠上すこぶる有用である。

４．１刃幅１早か究θ１３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）形状記憶合金基体表面上金属、非金属またはそれ
   らの合金の拡散層を形成し、該拡散層がマルテンサイト
   状態の形状記憶合金を塑性変形させるに必要な応力以上
   のバネ応力を有し、かつ形状記憶合金が形状回復すると
   きに発生する形状回復応力より小さいバネ応力を有する
   ことを特徴とする形状記憶合金素子。
2. （２）前記拡散層が超弾性を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の形状記憶合金素子。