JPH06128709A - 形状記憶合金の加工熱処理方法および形状記憶合金部材 - Google Patents
形状記憶合金の加工熱処理方法および形状記憶合金部材Info
- Publication number
- JPH06128709A JPH06128709A JP27634792A JP27634792A JPH06128709A JP H06128709 A JPH06128709 A JP H06128709A JP 27634792 A JP27634792 A JP 27634792A JP 27634792 A JP27634792 A JP 27634792A JP H06128709 A JPH06128709 A JP H06128709A
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- Japan
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- shape memory
- shape
- memory alloy
- temperature
- heat treatment
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- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｎｉ：４５〜５０％(重量)、Ｃｕ：５〜１２
％、残部Ｔｉからなる形状記憶合金（ＮｉおよびＴｉの
一部は、５．０％までのＣｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｖ，
Ｐｄで置換してもよい）の部材に対し、形状記憶処理の
のち、拘束を加えた状態で変態温度（Ａｆ温度）を超え
る温度に加熱し拘束したまま冷却する拘束熱処理を施
す。 【効果】 マルテンサイト相温度での形状として、上記
拘束状態の形状が与えられる。 それにより、たとえば
コイルバネの形の形状記憶合金部材に、任意の自由長を
もたせることができる。
％、残部Ｔｉからなる形状記憶合金（ＮｉおよびＴｉの
一部は、５．０％までのＣｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｖ，
Ｐｄで置換してもよい）の部材に対し、形状記憶処理の
のち、拘束を加えた状態で変態温度（Ａｆ温度）を超え
る温度に加熱し拘束したまま冷却する拘束熱処理を施
す。 【効果】 マルテンサイト相温度での形状として、上記
拘束状態の形状が与えられる。 それにより、たとえば
コイルバネの形の形状記憶合金部材に、任意の自由長を
もたせることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＮｉＴｉＸ（Ｘ＝Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｖ，Ｐｄ）系の形状記憶
合金の加工熱処理方法、およびその方法によって処理さ
れた形状記憶合金部材に関する。
ｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｖ，Ｐｄ）系の形状記憶
合金の加工熱処理方法、およびその方法によって処理さ
れた形状記憶合金部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているように、形状記憶合金
はマルテンサイト相（低温）で柔軟であり母相(高温)で
固いという性質を示し、高温で記憶させた形状を憶えて
いて、マルテンサイト相で変形を与えても、合金組成に
より決定される変態温度（Ａｆ温度）以上に加熱する
と、記憶した元の形状に回復する。
はマルテンサイト相（低温）で柔軟であり母相(高温)で
固いという性質を示し、高温で記憶させた形状を憶えて
いて、マルテンサイト相で変形を与えても、合金組成に
より決定される変態温度（Ａｆ温度）以上に加熱する
と、記憶した元の形状に回復する。
【０００３】この性能を利用して温度センサーとしては
たらかせることもできるし、記憶した形状を回復すると
きの回復力を利用してアクチュエーターとして機能させ
ることもできる。 実用上重要な形状記憶合金はＮｉＴ
ｉ系およびＮｉＴｉＸ系である。 アクチュエーターと
しては、通常コイルバネの形態で使用されている。
たらかせることもできるし、記憶した形状を回復すると
きの回復力を利用してアクチュエーターとして機能させ
ることもできる。 実用上重要な形状記憶合金はＮｉＴ
ｉ系およびＮｉＴｉＸ系である。 アクチュエーターと
しては、通常コイルバネの形態で使用されている。
【０００４】ところが、従来既知の形状記憶合金でコイ
ルバネを製作した場合、高温であれ低温であれ変形を行
なったものが、必然的にスプリングバックを生じてしま
うため、所望の形状（たとえば変形後のコイル高さ）を
実現することが、著しく困難であった。
ルバネを製作した場合、高温であれ低温であれ変形を行
なったものが、必然的にスプリングバックを生じてしま
うため、所望の形状（たとえば変形後のコイル高さ）を
実現することが、著しく困難であった。
【０００５】また、元の形に戻るときに実現する変位の
相対的な大きさは、従来の形状記憶合金部材では、自ら
限界がある。 これは、回復力は小さくてよいが変位は
大きくとりたい、という用途に関しては不都合である。
相対的な大きさは、従来の形状記憶合金部材では、自ら
限界がある。 これは、回復力は小さくてよいが変位は
大きくとりたい、という用途に関しては不都合である。
【０００６】図１はこれらの関係を示したものであっ
て、コイルバネを第１段に示すようにセットして(長さ
ｌ0）これを加熱することにより形状記憶させたもの
を、第２段に示すように拘束して(長さｌ1）変形して
も、拘束力を解放すれば第３段に示すようにスプリング
バックが起り(長さｌ2）拘束状態の形状を与えることは
できないし、これをＡｆ温度以上に加熱して第４段のよ
うに記憶させた形状に戻しても、このコイルバネを用い
たアクチュエーターの作動距離は、ｌ0−ｌ2しかとれな
い。
て、コイルバネを第１段に示すようにセットして(長さ
ｌ0）これを加熱することにより形状記憶させたもの
を、第２段に示すように拘束して(長さｌ1）変形して
も、拘束力を解放すれば第３段に示すようにスプリング
バックが起り(長さｌ2）拘束状態の形状を与えることは
できないし、これをＡｆ温度以上に加熱して第４段のよ
うに記憶させた形状に戻しても、このコイルバネを用い
たアクチュエーターの作動距離は、ｌ0−ｌ2しかとれな
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、形状
記憶合金における上記のような問題を解消して、マルテ
ンサイト相(低温)において任意の形状を与えることので
きる形状記憶合金の熱処理加工方法を提供すること、ま
た、所望の形状に精度よく近づけた形状をもち、従って
回復量も精度よく設定できる形状記憶合金部材を提供す
ることにある。
記憶合金における上記のような問題を解消して、マルテ
ンサイト相(低温)において任意の形状を与えることので
きる形状記憶合金の熱処理加工方法を提供すること、ま
た、所望の形状に精度よく近づけた形状をもち、従って
回復量も精度よく設定できる形状記憶合金部材を提供す
ることにある。
【０００８】コイルバネという代表的な形状の部材を用
いたアクチュエーターに関していえば、作動距離を高精
度にするほか、相対的に大きい作動距離をもったアクチ
ュエーターを実現することも、本発明の目的に含まれ
る。
いたアクチュエーターに関していえば、作動距離を高精
度にするほか、相対的に大きい作動距離をもったアクチ
ュエーターを実現することも、本発明の目的に含まれ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の形状記憶合金の
加工熱処理方法は、Ｎｉ：４５〜５０％（重量％、以下
同じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残部Ｔｉからなる形状記憶
合金の部材に対し、４００〜６５０℃の温度に０．５〜
１２０分間加熱する形状記憶処理を施し、さらに部材に
拘束を加えた状態で変態温度を超える温度に加熱し拘束
したまま冷却する拘束熱処理を施すことによって、マル
テンサイト相温度での形状として拘束状態の形状を与え
ることを特徴とする。
加工熱処理方法は、Ｎｉ：４５〜５０％（重量％、以下
同じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残部Ｔｉからなる形状記憶
合金の部材に対し、４００〜６５０℃の温度に０．５〜
１２０分間加熱する形状記憶処理を施し、さらに部材に
拘束を加えた状態で変態温度を超える温度に加熱し拘束
したまま冷却する拘束熱処理を施すことによって、マル
テンサイト相温度での形状として拘束状態の形状を与え
ることを特徴とする。
【００１０】本発明の形状記憶合金部材は、Ｎｉ：４５
〜５０％（重量％、以下同じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残
部Ｔｉからなる形状記憶合金の部材であって、形状記憶
処理および拘束熱処理によって拘束状態の形状を与えら
れたことを特徴とする。
〜５０％（重量％、以下同じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残
部Ｔｉからなる形状記憶合金の部材であって、形状記憶
処理および拘束熱処理によって拘束状態の形状を与えら
れたことを特徴とする。
【００１１】形状記憶合金の組成としては、上記の成分
のうちＮｉおよび(または)Ｔｉの一部をＣｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｍｏ，ＶおよびＰｄの１種または２種以上０.１〜
５.０％で置換したものもまた、同様に使用できる。
上記Ｃｒ以下の諸元素による置換は、変態温度（Ａｆ
点）を低くする作用がある。
のうちＮｉおよび(または)Ｔｉの一部をＣｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｍｏ，ＶおよびＰｄの１種または２種以上０.１〜
５.０％で置換したものもまた、同様に使用できる。
上記Ｃｒ以下の諸元素による置換は、変態温度（Ａｆ
点）を低くする作用がある。
【００１２】
【作用】本発明で使用する形状記憶合金の合金組成その
ものは、既知である。 ＮｉＴｉＣｕ系合金において、
Ｎｉ：４５〜５０％は形状記憶性能を発揮させるために
不可欠である。
ものは、既知である。 ＮｉＴｉＣｕ系合金において、
Ｎｉ：４５〜５０％は形状記憶性能を発揮させるために
不可欠である。
【００１３】Ｃｕは５％以上加えないと、本発明で意図
する効果が得られない。 一方、１２％を超える存在
は、加工性を低下させてコイルバネなどの形をつくるこ
とを困難にする。
する効果が得られない。 一方、１２％を超える存在
は、加工性を低下させてコイルバネなどの形をつくるこ
とを困難にする。
【００１４】Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，ＶおよびＰｄ
は、変態温度低下の効果を明確に得るためには０．１％
以上の添加を要する。 しかし、変態温度を下げ過ぎる
と常用の温度領域で形状記憶特性を示さなくなるし、加
工性を保つ意味でも過大に加えない方がよいから、５．
０％の上限を設けた。
は、変態温度低下の効果を明確に得るためには０．１％
以上の添加を要する。 しかし、変態温度を下げ過ぎる
と常用の温度領域で形状記憶特性を示さなくなるし、加
工性を保つ意味でも過大に加えない方がよいから、５．
０％の上限を設けた。
【００１５】本発明に従って形状記憶処理に続く拘束熱
処理を行なうと、マルテンサイト相温度において任意の
形状を与えることができる。 この模様は図２に示すと
おりであって、第１段は図１のそれと同様の形状記憶処
理をあらわすが、第２段は本発明固有の拘束熱処理をあ
らわし、その結果として第３段に示すように、拘束から
解放した後のコイルバネは、拘束時の形状を保ってい
る。 これを変態温度以上に加熱したときの回復は、第
４段に示すとおりであるから、作動距離としてはＬ0−
Ｌ2（＞ｌ0−ｌ2）をとることができる。
処理を行なうと、マルテンサイト相温度において任意の
形状を与えることができる。 この模様は図２に示すと
おりであって、第１段は図１のそれと同様の形状記憶処
理をあらわすが、第２段は本発明固有の拘束熱処理をあ
らわし、その結果として第３段に示すように、拘束から
解放した後のコイルバネは、拘束時の形状を保ってい
る。 これを変態温度以上に加熱したときの回復は、第
４段に示すとおりであるから、作動距離としてはＬ0−
Ｌ2（＞ｌ0−ｌ2）をとることができる。
【００１６】
【実施例】Ｎｉ：４６．８％、Ｃｕ：８．３％、残部Ｔ
ｉからなる組成の形状記憶合金を用意し、径１．０mmに
伸線した。 これを内径１５．０mm、有効巻数７回のコ
イルに巻いた。 コイルの自由高は３０．０mmである。
ｉからなる組成の形状記憶合金を用意し、径１．０mmに
伸線した。 これを内径１５．０mm、有効巻数７回のコ
イルに巻いた。 コイルの自由高は３０．０mmである。
【００１７】このコイルを４４０℃×３０分間の加熱に
より、上記自由高３０．０mmに形状記憶させる処理を行
なった。
より、上記自由高３０．０mmに形状記憶させる処理を行
なった。
【００１８】続いて、コイルを高さ１０．０mmに圧縮し
た形で拘束し、９０℃×１分間の加熱と、拘束のまま常
温まで冷却する拘束熱処理を行なった。 拘束から解放
したとき、スプリングバックは実質上認められなかっ
た。
た形で拘束し、９０℃×１分間の加熱と、拘束のまま常
温まで冷却する拘束熱処理を行なった。 拘束から解放
したとき、スプリングバックは実質上認められなかっ
た。
【００１９】以上の処理をしたコイルバネについて、０
℃から９０℃に加熱し９０℃から０℃に戻る温度変化を
与え、コイルバネの発生力を測定した。 温度と発生力
の関係は、図３のグラフに示すとおりである。
℃から９０℃に加熱し９０℃から０℃に戻る温度変化を
与え、コイルバネの発生力を測定した。 温度と発生力
の関係は、図３のグラフに示すとおりである。
【００２０】
【発明の効果】本発明の熱処理加工法により、ＮｉＴｉ
Ｃｕ系形状記憶合金の部材に対し、マルテンサイト相に
おいて任意の形状を与えることができる。 従ってこの
熱処理加工方法により得られる本発明の形状記憶合金部
材は、コイルバネでいえば精度のよい自由長を有し、回
復量もまた精度よく設定できる。 アクチュエーターと
しては作動距離の精度が高く、小さな回復力で大きな作
動距離をもったものを製作することができる。
Ｃｕ系形状記憶合金の部材に対し、マルテンサイト相に
おいて任意の形状を与えることができる。 従ってこの
熱処理加工方法により得られる本発明の形状記憶合金部
材は、コイルバネでいえば精度のよい自由長を有し、回
復量もまた精度よく設定できる。 アクチュエーターと
しては作動距離の精度が高く、小さな回復力で大きな作
動距離をもったものを製作することができる。
【図１】 従来の形状記憶合金部材について、形状記憶
処理からマルテンサイト相における変形を経て高温にお
ける回復までを、コイルバネの長さで示した概念的な
図。
処理からマルテンサイト相における変形を経て高温にお
ける回復までを、コイルバネの長さで示した概念的な
図。
【図２】 本発明に従う形状記憶合金部材について、熱
処理加工の工程とコイルバネの長さとの関係を示した、
図１に対応する図。
処理加工の工程とコイルバネの長さとの関係を示した、
図１に対応する図。
【図３】 本発明の実施例において得た、コイルバネの
発生力−温度の関係を示すグラフ。
発生力−温度の関係を示すグラフ。
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｎｉ：４５〜５０％（重量％、以下同
じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残部Ｔｉからなる形状記憶合
金の部材に対し、４００〜６５０℃の温度に０．５〜１
２０分間加熱する形状記憶処理を施し、さらに部材に拘
束を加えた状態で変態温度を超える温度に加熱し拘束し
たまま冷却する拘束熱処理を施すことによって、マルテ
ンサイト相温度での形状として拘束状態の形状を与える
ことを特徴とする形状記憶合金の加工熱処理方法。 - 【請求項２】 Ｎｉ：４５〜５０％（重量％、以下同
じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残部Ｔｉからなる形状記憶合
金のＮｉおよび（または）Ｔｉの一部をＣｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｍｏ，ＶおよびＰｄの１種または２種以上０．１〜
５．０％で置換した合金の部材に対し、４００〜６５０
℃の温度に０．５〜１２０分間加熱する形状記憶処理を
施し、さらに部材に拘束を加えた状態で変態温度を超え
る温度に加熱し拘束したまま冷却する拘束熱処理を施す
ことによって、マルテンサイト相温度での形状として拘
束状態の形状を与えることを特徴とする形状記憶合金の
加工熱処理方法。 - 【請求項３】 Ｎｉ：４５〜５０％（重量％、以下同
じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残部Ｔｉからなる形状記憶合
金の部材であって、形状記憶処理および拘束熱処理によ
って拘束状態の形状を与えられたことを特徴とする形状
記憶合金部材。 - 【請求項４】 Ｎｉ：４５〜５０％（重量％、以下同
じ）、Ｃｕ：５〜１２％、残部Ｔｉからなる形状記憶合
金のＮｉおよび（または）Ｔｉの一部をＣｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｍｏ，ＶおよびＰｄの１種または２種以上０．１〜
５．０％で置換した合金の部材であって、形状記憶処理
および拘束熱処理によって拘束状態の形状を与えられた
ことを特徴とする形状記憶合金部材。 - 【請求項５】 コイルバネの形状を有する請求項３また
は４に記載の形状記憶合金部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27634792A JPH06128709A (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 形状記憶合金の加工熱処理方法および形状記憶合金部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27634792A JPH06128709A (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 形状記憶合金の加工熱処理方法および形状記憶合金部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128709A true JPH06128709A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=17568173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27634792A Pending JPH06128709A (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 形状記憶合金の加工熱処理方法および形状記憶合金部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06128709A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999042629A1 (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-26 | Boston Scientific Ltd. | Process for the improved ductility of nitinol |
| CN101982657A (zh) * | 2010-11-19 | 2011-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器 |
| CN102003363A (zh) * | 2010-11-19 | 2011-04-06 | 哈尔滨工业大学 | 增加作动力的方形套筒式形状记忆合金作动器 |
| CN102052271A (zh) * | 2010-11-19 | 2011-05-11 | 哈尔滨工业大学 | 圆形套筒式形状记忆合金作动器 |
-
1992
- 1992-10-14 JP JP27634792A patent/JPH06128709A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999042629A1 (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-26 | Boston Scientific Ltd. | Process for the improved ductility of nitinol |
| US6106642A (en) * | 1998-02-19 | 2000-08-22 | Boston Scientific Limited | Process for the improved ductility of nitinol |
| US6540849B2 (en) | 1998-02-19 | 2003-04-01 | Scimed Life Systems, Inc. | Process for the improved ductility of nitinol |
| CN101982657A (zh) * | 2010-11-19 | 2011-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器 |
| CN102003363A (zh) * | 2010-11-19 | 2011-04-06 | 哈尔滨工业大学 | 增加作动力的方形套筒式形状记忆合金作动器 |
| CN102052271A (zh) * | 2010-11-19 | 2011-05-11 | 哈尔滨工业大学 | 圆形套筒式形状记忆合金作动器 |
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