JPH0313553A - 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 - Google Patents
二方向形状記憶コイルばねの製造方法Info
- Publication number
- JPH0313553A JPH0313553A JP14577289A JP14577289A JPH0313553A JP H0313553 A JPH0313553 A JP H0313553A JP 14577289 A JP14577289 A JP 14577289A JP 14577289 A JP14577289 A JP 14577289A JP H0313553 A JPH0313553 A JP H0313553A
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- Japan
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- coil spring
- spring
- shape memory
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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。
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、形状記憶合金からなり、自発形状変化量の大
きい二方向形状記憶コイルばねが得られる製造方法に関
するものである。
きい二方向形状記憶コイルばねが得られる製造方法に関
するものである。
形状記憶合金は産業分野に広く用いられており、その材
料形状は多種にわたるが、形状回復の際の変化量を大き
くできる形状という観点から効果的なコイルばねとして
一般に利用されている。
料形状は多種にわたるが、形状回復の際の変化量を大き
くできる形状という観点から効果的なコイルばねとして
一般に利用されている。
このコイルばねは第10図に示すように通常高温相であ
る母相の形状のみを記憶する一方向形状記憶のコイルば
ね(1)とバイアスばね(2)とを組合せて用いるもの
であるが、バイアスばねを必要とするため材料コストの
点や、アクチュエーター等の設計において、その寸法を
小型化できないなどの難点がある。
る母相の形状のみを記憶する一方向形状記憶のコイルば
ね(1)とバイアスばね(2)とを組合せて用いるもの
であるが、バイアスばねを必要とするため材料コストの
点や、アクチュエーター等の設計において、その寸法を
小型化できないなどの難点がある。
そこで高温相に加え、低温和であるマルテンサイト相の
形状も記憶する二方向形状記憶を利用したコイルばねが
開発され、上記の問題を解決する試みがなされた。この
二方向形状記憶コイルばねは、温度の上下に対して可逆
的に繰り返し変形動作するものであり、第11図に示す
ように(a)の低温において伸びているものがΦ)の高
温において縮み、また(C)の低温において伸び、(d
)の高温において縮む形状を可逆的に繰り返すものであ
る。また上記とは逆に低温で縮んでいるものが高温で伸
び、低温で縮み、さらに高温で伸びる形状を可逆的に繰
り返すものもある。
形状も記憶する二方向形状記憶を利用したコイルばねが
開発され、上記の問題を解決する試みがなされた。この
二方向形状記憶コイルばねは、温度の上下に対して可逆
的に繰り返し変形動作するものであり、第11図に示す
ように(a)の低温において伸びているものがΦ)の高
温において縮み、また(C)の低温において伸び、(d
)の高温において縮む形状を可逆的に繰り返すものであ
る。また上記とは逆に低温で縮んでいるものが高温で伸
び、低温で縮み、さらに高温で伸びる形状を可逆的に繰
り返すものもある。
これらの二方向形状記憶は、強度に変形したり拘束状態
で熱処理を行なうと現れることが知られている。
で熱処理を行なうと現れることが知られている。
しかしながらこのような方法では、二方向形状記憶コイ
ルばねの高温側と低温側の両方の形状を正確に記憶させ
ることおよび発生力や温度ヒステリシスの制御が困難で
あり、またコイルばねの場合、強加工を施すことが難し
く、高温側と低温側の形状の差である自発形状変化量が
小さいために適用範囲が狭く、産業上用いられることが
少なかった。特に高温で伸び、低温で縮む二方向形状記
憶効果の自発形状変化量が小さく問題とされていた。
ルばねの高温側と低温側の両方の形状を正確に記憶させ
ることおよび発生力や温度ヒステリシスの制御が困難で
あり、またコイルばねの場合、強加工を施すことが難し
く、高温側と低温側の形状の差である自発形状変化量が
小さいために適用範囲が狭く、産業上用いられることが
少なかった。特に高温で伸び、低温で縮む二方向形状記
憶効果の自発形状変化量が小さく問題とされていた。
本発明は上記の問題について検討の結果、比較的簡単な
方法により形状記憶コイルばねに自発形状変化量が大き
く、かつ記憶特性の優れた二方向形状記憶コイルばねが
得られる製造方法を開発したものである。
方法により形状記憶コイルばねに自発形状変化量が大き
く、かつ記憶特性の優れた二方向形状記憶コイルばねが
得られる製造方法を開発したものである。
〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、形
状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱処理を
行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方向に巻
替え、次いで該コイルばねに時効処理を施して、高温で
縮み低温で伸びる二方向のばね性を付与することを特徴
とする二方向形状記憶コイルばねの製造方法であり、ま
た形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱処
理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方向
に巻替え、次いで該コイルばねに時効処理を施した後、
さらに該コイルばねを軸方向に逆転する方向に再巻替え
を行ない、高温で伸び低温で縮む二方向のばね性を付与
することを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの製造
方法である。
状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱処理を
行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方向に巻
替え、次いで該コイルばねに時効処理を施して、高温で
縮み低温で伸びる二方向のばね性を付与することを特徴
とする二方向形状記憶コイルばねの製造方法であり、ま
た形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶熱処
理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する方向
に巻替え、次いで該コイルばねに時効処理を施した後、
さらに該コイルばねを軸方向に逆転する方向に再巻替え
を行ない、高温で伸び低温で縮む二方向のばね性を付与
することを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの製造
方法である。
すなわち本発明は、第1図に製造工程の概略を示すよう
に、先ずNi−Ti合金などの形状記憶合金線からなる
コイルばね(1)を図(a)に示すように例えば伸びた
状態にして所定の形状記憶熱処理を行なった後、このコ
イルばねを図(b)に示すように軸方向に対して逆転す
る方向に巻替えを行なって歪を与えるものである。この
巻替えを詳しく説明すると、第2図に示すように伸びた
状態のコイルばね(1)をそのまま心棒(3)に通し、
その一端を固定端子(4)により固定し、別の一端を心
棒(3′)の固定端子(4′)に固定し、心棒(3′)
を矢印方向に回転して心棒(3)のコイルばね(1)を
心棒(3′)に密着状態のコイルばね(1′)に巻替え
を行なうものである。この際コイルばね(1)は、第3
図(a)に示すように最初のコイルばねが布巻であれば
、巻替えによ′す(ロ)図のように左巻となり、コイル
の巻き畳み順序は(a)図の■の左端に位置するものが
巻替えによりら)図の■のように右端に位置するように
それぞれ逆転する。上記の巻き畳み順序を逆転させる巻
替えを行なうことにより、コイルばねに与えた歪量は、
第4図に示すように巻替え前のコイルばね(1)の自由
長(eo)と巻替え後のコイルばね(1′)の自由長(
ε1)とをプラスした大きい剪断歪量をコイルばねに加
えたことになる。この結果、高温で元の記憶形状に戻ろ
うとするので密着力の強い密着ばねが得られるものであ
る。
に、先ずNi−Ti合金などの形状記憶合金線からなる
コイルばね(1)を図(a)に示すように例えば伸びた
状態にして所定の形状記憶熱処理を行なった後、このコ
イルばねを図(b)に示すように軸方向に対して逆転す
る方向に巻替えを行なって歪を与えるものである。この
巻替えを詳しく説明すると、第2図に示すように伸びた
状態のコイルばね(1)をそのまま心棒(3)に通し、
その一端を固定端子(4)により固定し、別の一端を心
棒(3′)の固定端子(4′)に固定し、心棒(3′)
を矢印方向に回転して心棒(3)のコイルばね(1)を
心棒(3′)に密着状態のコイルばね(1′)に巻替え
を行なうものである。この際コイルばね(1)は、第3
図(a)に示すように最初のコイルばねが布巻であれば
、巻替えによ′す(ロ)図のように左巻となり、コイル
の巻き畳み順序は(a)図の■の左端に位置するものが
巻替えによりら)図の■のように右端に位置するように
それぞれ逆転する。上記の巻き畳み順序を逆転させる巻
替えを行なうことにより、コイルばねに与えた歪量は、
第4図に示すように巻替え前のコイルばね(1)の自由
長(eo)と巻替え後のコイルばね(1′)の自由長(
ε1)とをプラスした大きい剪断歪量をコイルばねに加
えたことになる。この結果、高温で元の記憶形状に戻ろ
うとするので密着力の強い密着ばねが得られるものであ
る。
さて、上記のように密着状態に巻替えたコイルばねは、
この後第1図(C)に示すように引張り加工を行なって
剪断歪を与えた状態で時効処理を施すものである。この
様子を詳しく説明すると第5図に示すように心棒(3)
にコイルばね(1)を巻付は一端を固定端子(4)によ
り固定してコイルばねの別の一端を矢印方向に引張って
剪断歪を与えた状態でコイルばねに時効処理を施すもの
である。この時効処理条件は、後述する実施例より明ら
かなように形状記憶合金のA1点(マルテンサイト逆変
態終了温度)でAf+20℃−Af+250”Cの温度
範囲で5分−2時間行なうことが望ましく、この温度お
よび時間未満では自発形状変化歪量の改善は望めず、ま
たこの温度および時間を越えても自発形状変化歪量は飽
和する。因みにN i 49.5at%、Ti50.5
at%のA1点は80℃である。
この後第1図(C)に示すように引張り加工を行なって
剪断歪を与えた状態で時効処理を施すものである。この
様子を詳しく説明すると第5図に示すように心棒(3)
にコイルばね(1)を巻付は一端を固定端子(4)によ
り固定してコイルばねの別の一端を矢印方向に引張って
剪断歪を与えた状態でコイルばねに時効処理を施すもの
である。この時効処理条件は、後述する実施例より明ら
かなように形状記憶合金のA1点(マルテンサイト逆変
態終了温度)でAf+20℃−Af+250”Cの温度
範囲で5分−2時間行なうことが望ましく、この温度お
よび時間未満では自発形状変化歪量の改善は望めず、ま
たこの温度および時間を越えても自発形状変化歪量は飽
和する。因みにN i 49.5at%、Ti50.5
at%のA1点は80℃である。
以上の工程を経て製造されたコイルばねは、第1図(ロ
)および(e)に示すように高温で縮み、低温で伸びる
二方向の可逆的な動作を自発形状変化歪量が1%程度と
極めて大きい範囲で繰返すことが可能である。
)および(e)に示すように高温で縮み、低温で伸びる
二方向の可逆的な動作を自発形状変化歪量が1%程度と
極めて大きい範囲で繰返すことが可能である。
また上記のコイルばねは、低温と高温の繰返しサイクル
においても、低温と高温の形状を正確に記憶しているこ
とがTl1mされている。
においても、低温と高温の形状を正確に記憶しているこ
とがTl1mされている。
なお上記の範囲で時効処理を適宜付与することにより自
発形状変化歪量を種々の値に設定したコイルばねが得ら
れる。
発形状変化歪量を種々の値に設定したコイルばねが得ら
れる。
次に上記の高温で縮むように成形された第1図(0のよ
うなコイルばねを(濁に示すように密着するように再度
巻替えを行なうことにより、(ハ)、(i)に示すよう
に高温で伸び低温で縮むコイルばねが得られる。すなわ
ち第6図に示すように伸びた状態のコイルばね(1)を
心棒(3)に通して一端を固定端子(4)により固定し
、別の一端を心棒(3′)の固定端子(4′)に固定し
心棒(3′)を矢印方向に回転して心棒(3)のコイル
ばね(1)を心棒(3′)に密着状態にしたコイルばね
(1′)に巻替えを行なうものである。この際のコイル
ばねは巻き畳み順序が前記の第3図に示したような逆転
したコイルばねが得られる。
うなコイルばねを(濁に示すように密着するように再度
巻替えを行なうことにより、(ハ)、(i)に示すよう
に高温で伸び低温で縮むコイルばねが得られる。すなわ
ち第6図に示すように伸びた状態のコイルばね(1)を
心棒(3)に通して一端を固定端子(4)により固定し
、別の一端を心棒(3′)の固定端子(4′)に固定し
心棒(3′)を矢印方向に回転して心棒(3)のコイル
ばね(1)を心棒(3′)に密着状態にしたコイルばね
(1′)に巻替えを行なうものである。この際のコイル
ばねは巻き畳み順序が前記の第3図に示したような逆転
したコイルばねが得られる。
このようにして得られた高温で伸び、低温で縮む二方向
ばねも、高温および低温においてそれぞれ正確な形状を
記憶させることができる。
ばねも、高温および低温においてそれぞれ正確な形状を
記憶させることができる。
しかして本発明において用いられる形状記憶合金線は、
N i −T iおよびNi−Ti系合金、或いはCu
−Zn−A/!、Cu−Zn−Au、Cu−An−Ni
などのCu系合金、その他公知の形状記憶合金が適用で
きる。このうち耐食性などの点からNi−TiおよびN
i−Ti合金系の線が特に好ましい。
N i −T iおよびNi−Ti系合金、或いはCu
−Zn−A/!、Cu−Zn−Au、Cu−An−Ni
などのCu系合金、その他公知の形状記憶合金が適用で
きる。このうち耐食性などの点からNi−TiおよびN
i−Ti合金系の線が特に好ましい。
またコイルばねと同様な形状、機能を有する各種のばね
にも適用が可能であり、線の形状も丸線、角線、異形線
など種々のものが適用できる。
にも適用が可能であり、線の形状も丸線、角線、異形線
など種々のものが適用できる。
以下に本発明の一実施例について説明する。
実施例I
Niが49.5at%、Tiが50.5at%の組成の
N i−T i合金線をD/d=9、ピッチ間隔III
Il、n=10として、第1図(a)に示す形状に成形
した後、この形状で450℃に1時間保持して形状記憶
熱処理を行なった。これを第1図へ)および第2図に示
すようにコイルばね(1)を心棒(3)に固定し、矢印
方向に回転させた同径の心棒(3′)にコイルばね(1
′)を巻替え、前記の第3図に示すように巻畳み順序が
逆転するような密着コイルばねを作製した0次いでこの
コイルばねを第1図(C)および詳しくは第5図に示す
ように、密着ばねのばね径を保ちながらコイルばねを引
張り、剪断歪を与えたまま時効処理を施して第1図(切
および(e)に示す高温で縮み、低温で伸びるコイルば
ねを作製した。
N i−T i合金線をD/d=9、ピッチ間隔III
Il、n=10として、第1図(a)に示す形状に成形
した後、この形状で450℃に1時間保持して形状記憶
熱処理を行なった。これを第1図へ)および第2図に示
すようにコイルばね(1)を心棒(3)に固定し、矢印
方向に回転させた同径の心棒(3′)にコイルばね(1
′)を巻替え、前記の第3図に示すように巻畳み順序が
逆転するような密着コイルばねを作製した0次いでこの
コイルばねを第1図(C)および詳しくは第5図に示す
ように、密着ばねのばね径を保ちながらコイルばねを引
張り、剪断歪を与えたまま時効処理を施して第1図(切
および(e)に示す高温で縮み、低温で伸びるコイルば
ねを作製した。
この時効処理条件と自発形状変化歪量の関係を第7図に
示す、この図から160℃で120分時効処理したもの
が最も自発形状変化歪量が大きく、400℃と温度の高
いものは低いことが判る。したがって前記の時効処理条
件の範囲であれば、自発形状変化歪量の大きいものが得
られることが明らかである。
示す、この図から160℃で120分時効処理したもの
が最も自発形状変化歪量が大きく、400℃と温度の高
いものは低いことが判る。したがって前記の時効処理条
件の範囲であれば、自発形状変化歪量の大きいものが得
られることが明らかである。
次に上記の時効処理を行なった後のコイルばねの95”
Cと20℃における自然長変化を測定した。
Cと20℃における自然長変化を測定した。
この結果を第8図に示す、この図から本発明によるもの
は高温と低温のばね長さの変化量すなわち自発形状変化
歪量が極めて大きく、しかも、高温と低温の繰返しサイ
クルにおいてもその形状を正確に記憶していることが認
められる。なお従来のものばばね長さの変化量が小さい
。
は高温と低温のばね長さの変化量すなわち自発形状変化
歪量が極めて大きく、しかも、高温と低温の繰返しサイ
クルにおいてもその形状を正確に記憶していることが認
められる。なお従来のものばばね長さの変化量が小さい
。
実施例2
実施例1において作製した第1図(f)に示すコイルば
ねを再度逆転巻替えを行なって(樽のような密着ばねを
作製した。このコイルばねは(5)および(1)に示す
ような高温で伸び、低温で縮、むものである。
ねを再度逆転巻替えを行なって(樽のような密着ばねを
作製した。このコイルばねは(5)および(1)に示す
ような高温で伸び、低温で縮、むものである。
すなわち第6図に示すように伸びた状態のコイルばね(
1)を心棒(3)を通して固定端子(4)によりその−
端を固定し、別の一端を心棒(3′)の固定端子(4′
)に固定し、心棒(3′)を矢印方向に回転して心棒(
3)のコイルばね(])を心棒(3′)に密着状態にし
たコイルばね(1′)を作製した。このコイルばねの9
5℃と20℃の自然長変化を測定した結果を第9図に示
す6図から明らかなように本発明によるコイルばねは、
ばね長さの変化量が従来のものに比べ著しく大きいこと
が判る。また高温と低温の繰返しサイクルにおいても、
その形状を正確に記憶していることがnLNされた。
1)を心棒(3)を通して固定端子(4)によりその−
端を固定し、別の一端を心棒(3′)の固定端子(4′
)に固定し、心棒(3′)を矢印方向に回転して心棒(
3)のコイルばね(])を心棒(3′)に密着状態にし
たコイルばね(1′)を作製した。このコイルばねの9
5℃と20℃の自然長変化を測定した結果を第9図に示
す6図から明らかなように本発明によるコイルばねは、
ばね長さの変化量が従来のものに比べ著しく大きいこと
が判る。また高温と低温の繰返しサイクルにおいても、
その形状を正確に記憶していることがnLNされた。
以上に説明したように本発明によれば比較的簡単な方法
により自発形状変化歪量が大きく、かつ高温と低温の繰
返しサイクルにおける形状を正確に記憶した二方向形状
記憶コイルばねが得られるもので工業上顕著な効果を奏
するものである。
により自発形状変化歪量が大きく、かつ高温と低温の繰
返しサイクルにおける形状を正確に記憶した二方向形状
記憶コイルばねが得られるもので工業上顕著な効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るこ方向形状記憶コイル
ばねの製造工程を示す概略図、第2図は本発明の製造工
程中のコイルばねの巻替え工程を示す側面図、第3図は
第2図の巻替え工程によるコイルばねの巻き畳み順序を
示す概略図、第4図はコイルばね巻替えによる剪断歪量
を表す説明図、第5図は本発明の製造工程中のコイルば
ね時効処理方法を示す側面図、第6図は本発明の製造工
程中のコイルばね再巻替え方法を示す側面図、第7図は
本発明の製造方法によるコイルばねの時効処理条件と自
発形状変化歪量の関係を示す線図、第8図および第9図
は本発明の製造方法によるコイルばねの温度サイクルと
ばね長さとの関係を示す線図、第10図は従来のバイア
スばねを用いた一方向形状記憶コイルばねの利用例を示
す図、第11図は二方向形状記憶コイルばねの動作を説
明する図である。 1.1′・・・コイルばね、 2・・・バイアスばね
、3.3′・・・心棒、 4.4′・・・固定端子。
ばねの製造工程を示す概略図、第2図は本発明の製造工
程中のコイルばねの巻替え工程を示す側面図、第3図は
第2図の巻替え工程によるコイルばねの巻き畳み順序を
示す概略図、第4図はコイルばね巻替えによる剪断歪量
を表す説明図、第5図は本発明の製造工程中のコイルば
ね時効処理方法を示す側面図、第6図は本発明の製造工
程中のコイルばね再巻替え方法を示す側面図、第7図は
本発明の製造方法によるコイルばねの時効処理条件と自
発形状変化歪量の関係を示す線図、第8図および第9図
は本発明の製造方法によるコイルばねの温度サイクルと
ばね長さとの関係を示す線図、第10図は従来のバイア
スばねを用いた一方向形状記憶コイルばねの利用例を示
す図、第11図は二方向形状記憶コイルばねの動作を説
明する図である。 1.1′・・・コイルばね、 2・・・バイアスばね
、3.3′・・・心棒、 4.4′・・・固定端子。
Claims (3)
- (1)形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶
熱処理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する
方向に巻替え、次いで該コイルばねに時効処理を施して
、高温で縮み低温で伸びる二方向のばね性を付与するこ
とを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの製造方法。 - (2)形状記憶合金線をコイルばねに成形し、形状記憶
熱処理を行なった後、該コイルばねを軸方向に逆転する
方向に巻替え、次いで該コイルばねに時効処理を施した
後、さらに該コイルばねを軸方向に逆転する方向に再巻
替えを行ない、高温で伸び低温で縮む二方向のばね性を
付与することを特徴とする二方向形状記憶コイルばねの
製造方法。 - (3)時効処理はAf点(マルテンサイト逆変態終了温
度)でAf+20℃〜Af+250℃の温度範囲で5分
〜2時間行なうことを特徴とする請求項1または2記載
の二方向形状記憶コイルばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14577289A JP2795465B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14577289A JP2795465B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0313553A true JPH0313553A (ja) | 1991-01-22 |
| JP2795465B2 JP2795465B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=15392812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14577289A Expired - Fee Related JP2795465B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 二方向形状記憶コイルばねの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2795465B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100922814B1 (ko) * | 2006-08-24 | 2009-10-21 | 한국과학기술연구원 | 영구 변형된 코일 스프링을 변형 전 형상으로 회복하는 방법 및 코일 엑츄에이터 |
-
1989
- 1989-06-08 JP JP14577289A patent/JP2795465B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100922814B1 (ko) * | 2006-08-24 | 2009-10-21 | 한국과학기술연구원 | 영구 변형된 코일 스프링을 변형 전 형상으로 회복하는 방법 및 코일 엑츄에이터 |
| KR100973986B1 (ko) * | 2006-08-24 | 2010-08-05 | 한국과학기술연구원 | 코일 스프링에 초장력을 부여하는 방법 |
| US8186060B2 (en) | 2006-08-24 | 2012-05-29 | Korea Institute Of Science And Technology | Method to provide initial tension for coil spring and its application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2795465B2 (ja) | 1998-09-10 |
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