JPS6360316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、形状記憶金属駆動体に関し、詳しく
はチユーブ状孔に挿入されているチユーブインサ
ートに挿入するための形状記憶合金からできてい
る環状チユーブ状駆動体に関する。

［従来技術］ チユーブ型熱交換器において、第１流体は、第
２流体と熱交換しながら、熱交換チユーブ中を流
れる。チユーブの１本に欠陥が生じた場合、明ら
かに不満足な状況である漏れが生じる。この状況
において、流体がその中を流れないように欠陥チ
ユーブを閉塞する必要がよくあり、これによつて
漏れを防止し、欠陥状態を修正する。加えて、チ
ユーブの内側へライナーを供給する必要がよくあ
る。そのような欠陥が原子力発電所の蒸気発生チ
ユーブにおいて生じる場合、非常に深刻な状況が
発生する。そのような欠陥がこれらのチユーブに
おいて生じる場合、チユーブ中の冷媒がチユーブ
外の流体と混ざるだけでなく、放射能汚染問題も
発生する。チユーブ中の流体は一般に放射性であ
るので、流体がチユーブから漏れて周囲の流体を
汚染するのを防止することは明らかに非常に重要
である。傷ついたチユーブを閉塞するまたは覆う
ことによつて、この問題は解決し、汚染は防止さ
れる。

米国特許第4390042号に記載されているように、
機械的閉塞器具は熱交換器を閉塞するため通常用
いられる。しかし、本質的に、機械的器具は、機
械的装着および特に装着者の技量に依存する。よ
つて、機械的器具は完全に効果的であるとは限ら
ない。更に、機械的器具の装着および除去が難し
いことは頻繁にあり、この両方は深刻な問題を提
起する。

加えて、特にチユーブが運転状態にある場合、
チユーブ内面へライナーを供給することは難し
い。

米国特許第3900939号には、欠陥チユーブに挿
入するため小直径へ物理的に変形でき、次いでチ
ユーブ内にプラグを固定するためその初めの大直
径になることを特徴とする機械的記憶性質を持つ
た金属合金、即ち形状記憶合金から製造したチユ
ーブプラグを用いることが記載されている。しか
し、該特許は、チユーブを閉塞するための形状記
憶合金のみに関し、この目的において完全に効果
的であるとは限らず、厳しい除去の問題がある。

形状記憶加工可能な有機および金属材料はよく
知られている。そのような材料からできている物
品は初めの熱安定な形状から第２の熱不安定な形
状へ変形し得る。物品は、熱のみを適用した時
に、熱不安定な形状から初めの熱安定な形状へ戻
るまたは戻ろうとする（即ち、初めの形状を「記
憶している」）ので、形状記憶を有すると言われ
る。

金属合金において、形状記憶を有する能力は、
合金が温度変化によつてオーステナイト状態から
マルテンサイト状態へ可逆的に転移することの結
果である。加えて、合金は、マルテンサイト状態
においてよりオーステナイト状態においてかなり
強い。この転移は、熱弾性マルテンサイト転移と
呼ばれることがある。そのような合金からできて
いる物品（例えば、中空スリーブ）は、合金がオ
ーステナイト状態からマルテンサイト状態へ転移
する温度以下に冷却された場合、初めの形状から
新しい形状へ容易に変形できる。通常、この転移
が始まる温度はMsと呼ばれる。このように変形
された物品が、Asと呼ばれる、合金がオーステ
ナイトに戻り始める温度に加温される場合、変形
された物品はその初めの形状に戻り始める。

形状記憶合金には、近年、多くの用途が見い出
されている。例えば、米国特許第40350074198081
および4309807号ならびに英国特許第1553427、
1554431、1554432、1554433および1488393号に記
載されているパイプカツプリング、米国特許第
3740839号に記載されている電気コネクタ、米国
特許第4205293号に記載されているスイツチ、な
らびに英国特許第1548964号に記載されている締
め付け器具が挙げられる。

従つて、ロボツトによつて装着を操作できる好
都合、経済的かつ効果的な手法で、チユーブ内面
にライナーを供給する方法、およびチユーブを閉
塞する方法を開発することが望まれている。前記
のことを達成するため、改良された除去可能な構
造物を開発することも望まれている。

［発明の構成］ 本発明は、チユーブ状孔中のチユーブインサー
トに挿入するための、マルテンサイト状態および
オーステナイト状態を有する形状記憶合金の環状
チユーブ状駆動体に関する。駆動体は、挿入され
る場合にチユーブ状孔の内壁に向かつて外方向に
チユーブインサートを移動するようにチユーブイ
ンサートに外方向圧力を及ぼすことができるよう
にマルテンサイト状態における形状を有し、オー
ステナイト状態にある場合に、インサートとチユ
ーブ状孔壁の間の圧力を増加できる。

本発明は、熱交換器におけるチユーブ状孔を閉
塞またはライニングするのに特に適している。そ
のような用途において、閉塞またはライニングさ
れるチユーブ状孔は、１本の冷却器チユーブ自体
の孔、あるいはコンデンサチユーブがそこから伸
びているチユーブブロツク中のチユーブ状孔、即
ち、立体的ブロツク中のチユーブ状孔であつてよ
い。

駆動体はマルテンサイト状態においてテーパー
先端を有し、チユーブインサートは内孔を有し、
駆動体のテーパー先端はインサートの内径より小
さい外径を有し、駆動体の後端はインサートの内
径より大きい外径を有する。

本発明によれば、駆動体は、マルテンサイト状
態において挿入によつて変形され、オーステナイ
ト状態へ転移する場合に非変形形状へ回復でき
る。

本発明は、チユーブ状孔の内表面に係合する外
表面を有する環状チユーブインサート、ならびに
マルテンサイト状態およびオーステナイト状態を
有する形状記憶合金からできており、チユーブイ
ンサートの中にある環状チユーブ状駆動体を有し
てなる複合構造物をも包含する。マルテンサイト
状態において駆動体は、挿入される場合、チユー
ブインサートによつて変形されながら同時にイン
サートを外方向に拡張するようにインサートに外
方向圧力を及ぼし得るような形状を有する。オー
ステナイト状態において駆動体は、チユーブイン
サートとチユーブ状孔の間の圧力を増加するよう
にその非変形状態に回復できる。本発明の複合構
造物は、駆動体をマルテンサイト状態に戻し、駆
動体によりチユーブインサートにかかる圧力を低
減することによつて除去可能でもある。一態様に
おいて、チユーブインサートは、環状チユーブを
閉塞するため一末端で閉鎖しており、好ましくは
チユーブインサートの閉鎖末端でねじ山を有す
る。インサートの外表面は、チユーブ内表面と係
合する手段を有することが好ましい。

係合手段は、例えば、歯であつてよい。歯は、
例えば、チユーブインサートのまわりで周囲方向
に、またはインサートに沿つて長手方向に配置さ
れてよい。例えば、チユーブインサートが２本の
チユーブ状シヤフトを一体に接続するためトルク
カツプリングとして用いられる場合、歯が長手方
向に配置されていることは好ましい。

本発明は、複合チユーブ構造物を形成する方法
をも包含する。本発明の方法は、チユーブ状内表
面を有する環状チユーブ状孔を供給し；チユーブ
状孔の内表面と係合するための外表面および内孔
を有するチユーブインサートを挿入し；マルテン
サイト状態においてチユーブインサートへ外方向
圧力を及ぼし、オーステナイト状態においてチユ
ーブインサートとチユーブ状孔の内表面の間の圧
力を増加できる形状を有し、マルテンサイト状態
およびオーステナイト状態を有する形状記憶合金
からできている環状駆動体を供給し；マルテンサ
イト状態において駆動体を変形しながら同時に、
インサートに駆動体を挿入してチユーブインサー
トへ外方向圧力を及ぼし；その非変形状態へ駆動
体を回復させ、オーステナイト状態へ駆動体を転
移させることによつてチユーブ状孔の内表面とイ
ンサート外表面の間の圧力を増加させることを含
んで成る。チユーブ状孔は、チユーブを供給する
ことによつて与えられることが好ましい。駆動体
はチユーブ内表面にがつちり係合するように外方
向にインサートを移動する（即ち、圧力を増加す
る）ことができ、それとともにインサート外表面
は、駆動体をオーステナイト状態へ転移すること
によつてチユーブ内表面にがつちり係合するよう
に外方向に移動される。初めの移動は、駆動体挿
入によつて行われる。駆動体がオーステナイト状
態に転移する場合に、駆動体の付加的増加動きお
よび／または増加保持圧力を与えるように、挿入
前に駆動体を部分的に変形（予め圧縮）すること
も本発明の範囲内である。

添付図面を参照して本発明の態様を説明する
が、ここで： 第１図は、分離状態にあるチユーブインサート
および駆動体を示す部分断面図、 第２図および第３図は、組立状態にある第１図
の要素を示す部分断面図、 第４図は、第１〜３図の組立てた要素を分離す
る器具を示す部分断面図、 第５図は、別の態様の組立てた要素を示す部分
断面図である。

第１図において、チユーブ１０はチユーブシー
ト１１に接続している。チユーブ１０を閉塞する
こと、あるいはチユーブ１０の内面をライニング
することが望ましい。第１図の態様においてチユ
ーブインサート１２によるチユーブ１０の閉塞が
示されている。チユーブインサート１２は、先端
１３で閉鎖しており、後端１４で開放している。
更に、挿入および除去手段（例えば、棒２０）と
係合するため、閉鎖末端１３でねじ山１５が供給
されている。チユーブ１０およびチユーブインサ
ート１２は、特定使用環境に基づいた望ましいあ
らゆる材料から作られていてよい。一般に、例え
ば、チユーブ１０は熱交換器金属チユーブ（例え
ば、原子力発電所のチユーブ）、チユーブインサ
ート１２は金属インサートである。チユーブイン
サート１２はチユーブ１０と同じ材料であつてよ
く、あるいは要すれば異なつた材料であつてよ
い。例えば、チユーブ１０およびチユーブインサ
ート１２の両方は、例示する態様において同じ金
属または金属合金であつてよい。

チユーブ１０の内表面２１をチユーブインサー
ト１２の外表面に係合させようとしている。この
両者をがつちりと係合させるため、チユーブ１０
の内表面２１に突き刺し得る歯２３の如き手段を
チユーブインサート１２の外表面２２へ供給する
ことが好ましい（第２図および第３図参照。）。
種々のそのような手段、例えば、でこぼこのイン
サート表面、あるいは外表面２２へのランドおよ
び溝の単なる供給を用いることができる。あるい
は、表面２１と２２を係合させる他の手段は、グ
ルー、エポキシ、ならびに軟質材料および／また
は溶融性材料のオーバーレイを包含する。好まし
い態様において、チユーブ１０への挿入深さを限
定する手段が供給されている。この手段は、例え
ばチユーブ１０の外表面に係合するチユーブイン
サート１２の後端１４のフランジ２４である。

第１図に示すように、チユーブインサート１２
は、チユーブに容易かつ好都合に挿入できるよう
に、チユーブ１０の中にゆるく位置する。よつて
好ましい態様において、チユーブインサート１２
の外径はチユーブ１０の内径より少し小さい。第
１図に示すように、チユーブインサート１２の閉
鎖末端１３のねじ山１５に合致するねじ山３０を
有する棒２０を用いることによつてチユーブ１０
にインサート１２を挿入することが好ましい。同
様に、以下に述べるように、チユーブ１０からチ
ユーブインサート１２を除去するためにも、ねじ
山付の棒２０の如き手段を用いることができる。

環状チユーブ状駆動体３１は、マルテンサイト
状態およびオーステナイト状態を有する形状記憶
合金からできている。マルテンサイト状態におい
て、駆動体はチユーブインサート１２に挿入する
ため、テーパー先端３２を有することが好まし
い。好ましくは、駆動体３１のテーパー先端３２
は、チユーブインサート１２の内径より小さい外
径を有し、後端３３はチユーブインサート１２の
内径より大きい外径を有する。マルテンサイト状
態において上記の好ましい形状の駆動体は、チユ
ーブインサートへ挿入される時にチユーブインサ
ートへ外方向圧力を及ぼす。しかし、当然、他の
特定形状の駆動体を用いることができる。

オーステナイト状態において形状記憶合金駆動
体は、チユーブ１０の内表面とチユーブインサー
ト１２の間の圧力を増加でき、チユーブ１０の内
表面にがつちり係合するようにチユーブインサー
ト１２を外方向へ移動することができる。駆動体
は、マルテンサイト状態において変形され、オー
ステナイト状態に転移する場合に非変形形状に回
復できる。上記のように、形状記憶合金はマルテ
ンサイト状態においてよりオーステナイト状態に
おいてかなり強いことがわかつている。従つて、
本発明の一態様において、駆動体３１はマルテン
サイト状態でインサート１２に挿入され、接着力
を低くするためマルテンサイト応力歪み曲線の擬
弾性部分を用いる挿入時に圧搾する。マルテンサ
イト状態において駆動体を圧搾することによつ
て、低い挿入力でチユーブインサートの多量の変
形が生じ、よつてチユーブインサートの破損が防
止される。駆動体３１の後端３３がチユーブイン
サート１２の後端１４と同じ高さになる場合、チ
ユーブインサート１２は十分に装着されている。
駆動体がその転移温度以上に加熱される場合、駆
動体の降伏強度が増加し、これによりチユーブイ
ンサートの外表面とチユーブ内表面の間の圧力が
増加する。あるいは駆動体３１は、そのマルテン
サイト状態においてよりオーステナイト状態にお
いて少し大きな外径を有してよい。この態様にお
いて、プラグがその転移温度以上に加熱される場
合、駆動体は、第３図の矢印３４で示すように外
方向に拡張し、チユーブの内面とがつちり係合す
るようにチユーブインサートを移動する。

駆動体３１の装着は、駆動体３１の後端３３と
係合するあらゆる望ましい装着手段（例えば、第
１図に概略を示すような手段３５）によつて容易
に行える。同じ手段３５または要すれば別の手段
とともに棒２０をも容易に挿入でき、要すれば、
棒２０はそのような挿入手段と係合するためその
後端に位置するねじ山３６を有してよい。よつ
て、チユーブインサート１２中へ駆動体３１をた
やすく押しやることによつて容易に装着が行える
ことがわかる。駆動体３１をチユーブインサート
１２に挿入すると、インサートは外方向へ拡張
し、歯２３はチユーブ内壁と係合する。駆動体が
そのオーステナイト状態へ転移する場合、外方向
圧力は増加する。アツセンブリの除去を望む場
合、単に、駆動体３１をその転移温度以下に冷却
し（これにより、インサート１２とチユーブ１０
の間の圧力が減少する。）、同時または連続してチ
ユーブから駆動体およびインサートを引き出すこ
とが必要である。冷却した駆動体３１の除去によ
つて、チユーブインサートは非拡張寸法へ戻り、
容易に除去できる。そのような除去の態様の一例
は、棒２０がインサート１２の先端１３のねじ山
１５と係合している第４図に示されている。駆動
体除去手段４０には、駆動体３１のテーパー先端
３２と係合するため、先端フランジ４１が与えら
れている。第４図に示されているように、駆動体
除去手段４０は、棒２０と駆動体３１の間に単に
挿入され、望ましいあらゆる作動手段によつて矢
印４２の方向に動かされる。フランジ４１は先端
３２を把持し、駆動体はチユーブインサート１２
の除去以前または同時に除去される。チユーブイ
ンサート１２の除去がねじ山付の棒によつて行わ
れることは当然である。

第５図は、第１〜３図と同様に、駆動体５２に
よつてチユーブライナーまたはチユーブインサー
ト５１がチユーブ５０に供給されている本発明の
別の態様を示す。よつて、チユーブライナーまた
はチユーブインサート５１は、チユーブが閉塞さ
れないように閉鎖末端を有さない以外はチユーブ
インサート１２と同じである。当然、多くの用途
において、本発明に従つて容易かつ好都合に完成
したチユーブの内面を簡単にライニングすること
は望ましい。

あらゆる形状記憶合金を本発明の駆動体として
用いることができる。好ましい態様において、ニ
ツケル／チタニウム合金を用いる。要すれば、ニ
ツケル／チタニウム合金は、特に好ましい結果を
得るため１種またはそれ以上の少量の添加剤を含
有してよい。ニツケル／チタニウム合金は例え
ば、少量の銅、鉄または他の望ましい添加剤を含
有する。あるいは、銅を基本とする合金が形状記
憶挙動を示すように用いられてよい。例えば、上
記特許のあらゆる形状記憶合金が用いられてよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、分離状態にあるチユーブインサート
および駆動体を示す部分断面図、第２図および第
３図は、組立状態にある第１図の要素を示す部分
断面図、第４図は、第１〜３図の組立てた要素を
分離する器具を示す部分断面図、第５図は、別の
態様の組立てた要素を示す部分断面図である。 １０，５０……チユーブ、１１……チユーブシ
ート、１２，５１……チユーブインサート、１
３，３２……先端、１４，３３……後端、１５，
３０，３６……ねじ山、２０……棒、２１……内
表面、２２……外表面、２３……歯、２４，４１
……フランジ、３１，５２……駆動体、３５……
装着手段、４０……除去手段、４２……矢印方
向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チユーブ状孔にあるチユーブインサートに挿
   入するための、マルテンサイト状態およびオース
   テナイト状態を有する形状記憶合金の環状チユー
   ブ状駆動体であつて、 マルテンサイト状態で挿入される場合、変形さ
   れながら同時にインサートに外方向圧力を及ぼす
   ことができ、オーステナイト状態にある場合、イ
   ンサートとチユーブ状孔の間の圧力を増加するた
   めに非変形状態へ回復できるような形状を有する
   ことを特徴とする駆動体。 ２ マルテンサイト状態において、その中に挿入
   されるインサートの内径より小さい外径のテーパ
   先端を有する特許請求の範囲第１項記載の駆動
   体。 ３ 駆動体の後端は、その中に挿入されるインサ
   ートの内径より大きい外径を有する特許請求の範
   囲第２項記載の駆動体。 ４ 駆動体がマルテンサイト状態へ戻る場合に、
   インサートへの外方向圧力を減少でき、除去可能
   である特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記
   載の駆動体。 ５ チユーブ状孔に挿入するための、チユーブ状
   孔の内表面に係合する外表面を有する環状チユー
   ブインサート；およびマルテンサイト状態におい
   て挿入される場合、インサートによつて変形され
   ながら同時にインサートに外方向圧力を及ぼすこ
   とができ、オーステナイト状態にある場合、イン
   サートとチユーブ状孔の内表面の間の圧力を増加
   するために非変形状態へ回復できるような形状を
   有する、マルテンサイト状態およびオーステナイ
   ト状態を有する形状記憶合金からできている、チ
   ユーブインサートの中にある環状チユーブ状駆動
   体を有して成る複合構造物。 ６ インサートは、環状チユーブを閉塞するため
   一末端で閉鎖している特許請求の範囲第５項記載
   の複合構造物。 ７ インサートの閉鎖末端でねじ山を有する特許
   請求の範囲第６項記載の複合構造物。 ８ 駆動体がマルテンサイト状態へ戻る場合にイ
   ンサートへの外方向圧力を減少でき、除去可能で
   ある特許請求の範囲第６項または第７項に記載の
   複合構造物。 ９ インサートの外表面は、チユーブ状孔の内表
   面に係合するための手段を有する特許請求の範囲
   第５〜８項のいずれかに記載の複合構造物。 １０ 駆動体はマルテンサイト状態においてテー
   パー先端を有し、インサートは内孔を有し、駆動
   体のテーパー先端の外径はインサートの内径より
   小さい特許請求の範囲第５〜９項のいずれかに記
   載の複合構造物。 １１ 環状チユーブおよびインサートは同じ金属
   からできている特許請求の範囲第５〜１０項のい
   ずれかに記載の複合構造物。 １２ チユーブ状内表面を有する環状チユーブ状
   孔を供給し；チユーブ状孔の内表面と係合するた
   めの外表面および内孔を有するチユーブインサー
   トを挿入し；マルテンサイト状態においてチユー
   ブインサートへ外方向圧力を及ぼし、オーステナ
   イト状態においてチユーブインサートとチユーブ
   状孔の内表面の間の圧力を増加できる形状を有
   し、マルテンサイト状態およびオーステナイト状
   態を有する形状記憶合金からできている環状駆動
   体を供給し；マルテンサイト状態において駆動体
   を変形しながら同時に、インサートに駆動体を挿
   入してチユーブインサートへ外方向圧力を及ぼ
   し；その非変形状態へ駆動体を回復させ、オース
   テナイト状態へ駆動体を転移させることによつて
   チユーブ状孔の内表面とインサート外表面の間の
   圧力を増加させることを含んで成るチユーブ複合
   構造物を形成する方法。 １３ 駆動体は、インサートに挿入されるテーパ
   ー先端を有する特許請求の範囲第１２項記載の方
   法。 １４ 駆動体のテーパー先端はチユーブインサー
   ト内径より小さい外径を有し、駆動体の後端はチ
   ユーブインサート内径より大きい外径を有する特
   許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５ 駆動体はチユーブ内表面にがつちり係合す
   るように外方向にインサートを移動することがで
   き、インサート外表面は、駆動体をオーステナイ
   ト状態へ転移することによつてチユーブ内表面に
   がつちり係合するように外方向に移動される特許
   請求の範囲第１２〜１４項のいずれかに記載の方
   法。 １６ インサートは、環状チユーブを閉塞するた
   め一末端で閉鎖している特許請求の範囲第１２〜
   １５項のいずれかに記載の方法。 １７ チユーブインサートの閉鎖末端でねじ山を
   有し、ねじ山付の棒によつてチユーブ状孔にイン
   サートを挿入する特許請求の範囲第１６項記載の
   方法。