JPH01268835A - 超弾性合金材料及び超弾性素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加工性の優れた安価な超弾性バネ等に用いら
れる超弾性合金材料及び超弾性素子に関するものである
。

〔従来の技術〕

一般に、ＴｉＮｉ合金が熱弾性型マルテンサイト変態の
逆変態に付随して顕著な形状記憶効果、および擬弾性効
果を示すことはよく知られている。

ＴｉＮｉ合金をヒステリシスの小さな形状記憶バネとし
て用いる場合、冷間加工後４００〜５００℃で焼鈍し、
冷間の加工組織を残すことで中間相変態を利用すること
が知られている。また擬弾性バネについても同様な方法
が取られている。

これらは、家電用アクチュエーター、歯列矯正線、ガイ
ドワイヤー、ブラジャー等への実用化が進められている
が、いずれも体温（約３５℃）近傍で使用されるもので
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

形状記憶合金を用いて室温（約２０℃以下）とりわけ０
℃前後で作動するバネを得ようとする場合、ＴｌＮｉ２
元合金は５００〜５５０℃の温度で短時間処理（５〜１
０分間）を必要とする。この場合、処理時間が短いため
に、スプリング・バックを無視できず、成型性に難点を
有していた。

また、５００℃を越えた熱処理条件では、冷間加工で与
えられた加工組織が消えるために、ヒステリシスが大き
くなる難点を有している。

また０℃前後から擬弾性を示すバネは、４００〜４５０
℃で短時間（５〜１０分間）の処理によって得られる。

しかし前記と同様スプリングバックが大きくコイルバネ
の成型は困誼であった。

これらの難点を克服し、室温以下で作動する素子の製造
を可能にすることは、冷蔵庫、住宅用換気口、等のアク
チュエーター、自動車、衣料、医療等への擬弾性バネへ
の実用化にとって極めて重要なことである。

一方、このようなＴｉＮｉ合金は、加工性が悪いことが
よく知られている。このＴｉＮｉ合金は通常、熱間加工
によって直径的５〜１０１Ｗ＋にされた後、冷間加工に
よって所定の寸法に加工される。

ＴｉＮｉ合金線は、加工硬化が激しいため、繰り返しの
焼な孔を要する。このため、冷間加工に要する費用はＴ
ｉＮｉ合金線のコストの大部分を占めている。

本発明の技術的課題は、これらの問題を解決し、室温以
下での超弾性特性を保持し、且つ、冷間加工性を改善し
た超弾性合金材料及び超弾性素子を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、少くとも４４〜５０ａｔ％（５０は含
まず）のＮｉと残部ＴｉよりなるＴｉＮｉ合金であって
、上記Ｔｉを、０．５〜５ａｔ％の範囲内で、Ｆｅと置
換したことを特徴とする超弾性合金材料が得られる。

更に本発明によれば、上記した超弾性合金材料を冷間加
工後、３５０℃〜６００℃の範囲内の温度にて熱処理し
てなることを特徴とする超弾性素子が得られる。

本発明で、ＴｉＮｉ合金のＦｅ成分の置換量を０．５〜
５原子パーセント（ａｔ％）としたのは、０．５ａｔ％
未満ではＦｅ添加の効果が薄いためであり、５ａｔ％を
越えると顕著な超弾性が認められ難しくなることによっ
ている。

まなＮｉの下限を４４原子パーセント（ａｔ％）とした
のは、ＴｉＮｉ合金はＮｉが低下するととともに、変態
温度が上昇し、室温以下での超弾性が得難くなる。同様
なことはＴｉＮ１Ｆｅ合金に対しても云えるからである
。

熱処理温度を３５０〜６００℃としたのは、３５０℃未
満では、十分な超弾性特性は得られず、６００℃を越え
ると超弾性特性は得られるが、曲げ伸し等の変形の繰り
返しに弱くなることによるためである。

〔実施例〕

本発明の実施例について説明する。

第１表は、本発明の実施例に係るＴｉＮ１Ｆｅ超弾性合
金材料の加工特性及び超弾性素子の超弾性開始温度を示
している。

比較例として、Ｆｅを含有しないＴｉＮｉ超弾性合金材
料及び超弾性素子の測定結果を併記した。

この表において、冷間加工性の試験は、合金材料の試料
の１バスの加工率を２０％、３０％、４０％、５０％と
して行われている０表中の○印は３回バスしても３回と
も可、Δ印は３回バスすると１乃至２同町、Ｘ印は３回
バスすると３回とも不可を示す、０．５８ｔ％以上のＦ
ｅを含有している試料（２〜５及び７〜１０）は、１バ
スの加工率が５０％まて可能であった。これに対し′〔
、比較例に係る超弾性合金材料試料（１１〜１３）では
１バスの加工率が３０％程度が限度で、４０％以上にな
ると加工がやや難しいことが判明した。

ここで、やや難しいとは３回程度の加工性試験で１乃至
２回破断し、必すしも加工できないことはないが、実際
の作業において、破断しやすいことは必ずしも適当な加
工法とは言えない、そして安全性からの見地からは、Ｔ
ｉＮｉ合金材料について、加工率３０％以下に抑えられ
る。

また、表１の超弾性開始温度は、実施例に係るＴ　ｉ　
Ｎ　ｉ　Ｆ　ｅ超弾性合金材料を冷間加工後、４００゛
Ｃで３０分間熱処理、−２０℃〜５℃毎に温度を上げ各
温度での応力−ひずみ曲線より測定された。

比較例として、Ｆｅを含有しないＴｉＮｉ超弾性合金材
料の冷間加工後の超弾性開始温度の測定結果を併記した
。

この表より、Ｆｅ添加量の増加とともに超弾性を示す温
度は低下し、５ａｔ％添加した超弾性合金素子（試料４
及び９）は０℃以下であった。Ｆｅを７ａｔ％添加した
超弾性合金素子（試料５及び１０）は、超弾性特性は良
好でなかった。

尚、比較例（試料１１〜１３）は、室温以上の超弾性温
度を示した。

実施例に係る超弾性合金材料及び超弾性素子は次のよう
に製造された。

高周波真空溶解で第１表中に示した組成のＴｉＮ１Ｆｅ
合金をそれぞれ準備し、次に温度９００℃にて２時間の
均一化処理後熱間ハンマー、熱間ロール、続いて冷間伸
線により径２．ＯＢまで加工し、超弾性合金線型材料（
第１表中の試料１〜１０）を得た。

この超弾性合金材料を、冷間加工し、３５０℃〜６００
℃範囲内で熱処理を施すと、超弾性素子第１表中の超弾
性開始温度測定試料１〜１０が形成される。また比較例
に係る超弾性合金材料及び弾性素子も実施例と同様な方
法で製造された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、冷間加工性が優
れ、加工コストを大巾に削減でき、且つ、室温以下での
超弾性特性を保持する超弾性合金材料及び超弾性素子の
提供が可能となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも４４〜５０ａｔ％（５０は含まず）のＮｉ
   と残部ＴｉよりなるＴｉＮｉ合金であって、上記Ｔｉを
   、０．５〜５ａｔ％の範囲内で、Ｆｅと置換したことを
   特徴とする超弾性合金材料。 ２、第１の請求項記載の超弾性合金材料を冷間加工後、
   ３５０℃〜６００℃の範囲内の温度にて熱処理してなる
   ことを特徴とする超弾性素子。