JPH0411618B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば管の継手や締付け用部品、あ
るいはシール用部品として使用される形状記憶合
金を用いた筒状製品とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

形状記憶合金は例えばTiNi合金やCuZnAl合金
などであるが、これらはいずれも押出し、あるい
は引抜き等の塑性加工によつて管を作ることが困
難である。このため従来は、例えば管継手などに
用いる筒状の形状記憶合金製品を得る場合、次の
ような方法が行なわれている。

熱間鍛造等により丸棒を製作し、この丸棒を
バイトやドリルで切削加工することにより、筒
状とし、そののち形状記憶処理を行なう。

所定の変態点となるような組成の金属粉末を
用い、粉末治金法によつて筒状に成形したの
ち、形状記憶熱処理を行なう。

形状記憶合金製の薄板材を円筒状にフオーミ
ングしたのち、その突合わせ部分を溶接する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記の方法では、切削によるた
め高価な形状記憶合金の材料歩留りがきわめて悪
くなり、しかも加工に手間が掛るなどの問題があ
り、量産に向かない。

一方、の方法では材料組織が不均一になりや
すく、局部的な変態点のずれや結晶粒の粗大化、
不純物の混入、気孔の存在などによる形状記憶特
性の劣化が考えられる。また、TiNi合金などは、
冷間加工度が大きいほど形状記憶特性（形状回復
力、温度ヒステリシス）が優れるが、上記，
の方法では冷間加工をほとんど施すことができな
いため、形状記憶特性が劣る。そして，の方
法とも極薄肉円筒の成形が不可能に近い。

またの方法では、溶接に伴う品質と形状記憶
の劣化が問題であり、安定した製品が得られな
い。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による形状記憶合金を用いた筒状製品
は、形状記憶合金からなりかつ筒状に成形される
過程で、筒部が深絞りによつてその軸方向に圧延
されていることを特徴とするものである。この明
細書でいう「軸方向に圧延」とは、深絞り時に材
料が筒部の軸方向に引伸ばされつつ強加工が行な
われることをいう。筒状の形状記憶合金がこのよ
うな方向の強加工を受けることにより、深絞り方
向と直交する方向の形状記憶効果が大きくとれる
ような組織の異方性が得られる。なお本発明は、
有底カツプ状の筒状製品にも適用できるし、底を
切り落とした筒状製品にも適用できる。

また本発明方法は、形状記憶合金からなる板状
素材に深絞り加工を行なつてカツプ状の中間製品
を得、そののちこの中間製品の底を切り落として
筒状の製品とすることを特徴とする製造方法であ
る。なお、必要に応じて上記深絞り加工に続いて
軸方向にしごき加工が行なわれる。

〔作用〕

本発明によつて得られた形状記憶合金製の筒状
製品は、冷間で軸方向に強加工を受けているた
め、下記実施例中に詳述されるように、深絞り時
における圧延方向（深絞り方向）と直角な方向、
すなわち、製品の円周方向の形状記憶特性が優れ
ている。このため母相温度域で円周方向に大きな
締付け力が得られる。

（実施例） 一例として、CuZnAl合金を用いた形状記憶合
金製の円板状素材（ブランク）を用意する。この
板状素材を、第１図に図示されるようなダイス１
０とポンチ１１および皺押え１２を用いて、深絞
り加工を行なう。ポンチ１１は円柱または円筒状
をなしている。この深絞り加工によつて得られた
中間製品A′は、筒状に成形される過程で筒部の
軸方向に強加工を受け、底にあるカツプないしハ
ツト状となる。

以上の深絞り加工において、加工前の素材の直
径をＤ、ポンチ１１の外径をｄとした場合、１回
で絞り込める量すなわち限界絞り比Ｄ／ｄは約
2.0以下である。この深絞り加工は、後述するよ
うにダイス径を次第に小さくして複数回行なわれ
る。

所定の深絞り加工が行なわれたのち、しごき加
工が行なわれる。すなわち第２図に示されるよう
に、中間製品A′の筒部はダイス１５とポンチ１
６との間で軸方向にしごかれる。こうして中間製
品A′は軸方向に圧延され、径が小さくなりつつ
肉厚が減少する。しごき加工中は、中間製品
A′に皺が発生することを防止するために皺押え
１７が用いられる。

一例として、前記深絞り加工は第１から第４ま
での４段階の工程にわたつて行なわれ、しごき加
工は深絞り加工の終了後に、２段階にわたつて行
なわれる。

例えば素材の板厚ｔが0.5mmで外径Ｄが42mmの
場合、深絞り加工の第１〜第４工程では、ダイス
径が25mm→22mm→18.7mm→15.9mmと減少させられ
る。一方、しごき加工の第１〜第２工程では、ダ
イス径は15.8mm→15.6mmと変化させられる。この
場合、出来上がつたカツプ状の中間製品A′（第３
図）は、外径15.6mm、板厚0.23mm、軸方向の長さ
が66mmである。

以上のように、深絞り加工としごき加工を適宜
回数行なう場合、加工の繰返しにより縁割れが生
じる場合には、加工の間に中間焼鈍を実施する。
中間焼鈍は、例えば550℃の温度で20分間行なわ
れ、焼鈍によつて素材の加工硬化が除去される。

以上の工程を経てカツプ状に成形された中間製
品A′は、底ａが切り落とされることにより、第
４図に示されるような円筒状の製品Ａが得られ
る。そして所望の形状記憶熱処理が行なわれる。

製品Ａは、一例として第５図に示されるよう
に、管２０，２１を連結するための継手として使
用できる。この場合、製品Ａの内径は管２０，２
１の外径よりもやや小さい寸法に仕上げられ、か
つ形状記憶熱処理されている。そして連結に際
し、製品Ａをマルテンサイト温度まで冷却した状
態で拡管して挿入し、挿入後に母相温度に上昇さ
せればよい。

なお、上述した中間製品A′をスリツト加工な
どにより輪切りにして、複数個のリング（短筒
状）の製品Ａを得るようにしてもよい。こうした
リング状の製品Ａの場合には、例えばパイプの継
目のシール材として好適である。あるいは第６図
に示される使用例のように、管２０，２１を連結
する管継手２３をその外側から締付ける部品とし
て好適である。但し、これら以外の用途にも勿論
使用できる。また、必要に応じてリング状の製品
Ａの内面を様々な形状に加工してもよい。

上記方法により製作される形状記憶合金製の筒
状製品Ａは、冷間で軸方向に強加工を受ける。こ
のため、深絞り加工前に既に冷間圧延されている
板状素材は、深絞り加工されて筒状製品Ａとなる
加工率が増大し、特に深絞り時における圧延方向
（深絞り方向）と直交する方向の形状記憶特性が
向上する。すなわち円周方向の締付け力と形状回
復力が大きくなる。

第７図ないし第９図は、Ti含有率が49.4at％
TiNi合金を用いた形状記憶合金の引張り試験結
果を示す。この試料は、熱間圧延および冷間圧延
後の焼鈍材である。第７図は母相（オーステナイ
ト）温度におけるひずみと応力との関係を、圧延
方向と圧延方向に対し直角の方向とに分けて示し
ている。第８図はマルテンサイト温度（低温度
域）におけるひずみと応力の関係である。マルテ
ンサイト温度と母相温度における応力比較から形
状回復力（第９図）を見ると、圧延方向（第４図
において矢印f₁方向）に対して直交する方向のf₂
の形状記憶特性が最も優れている。すなわち、本
実施例のように深絞り時に軸方向に圧延された筒
状製品Ａにおいては、その円周方向の形状回復力
すなわち締付け力が最も増大する。

本実施例方法により製作された筒状製品Ａと、
従来の切削加工により製作された筒状製品の円周
方向の締結力を比較したところ、本実施例方法に
よれば深絞り加工としごき加工時の減面率にもよ
るが、従来と比較して約２倍ないし４倍の締結力
が得られることが判つた。そして、締付け力が増
大したことにより従来品に比べて薄肉化が可能と
なり、高価な形状記憶合金の使用量を減らすこと
ができる。

なお、本実施例以外の種類のCu系およびNiTi
系、その他の形状記憶合金についても各工程での
減面率および中間焼鈍等を適宜選定することによ
り、上記実施例と同等の筒状製品が得られ、その
締付け力についても実施例とほぼ同等の効果が得
られた。

なお、本発明の筒状製品は円筒に限らない。例
えば第１０図に示されるような異形断面であつて
もよい。また、第１１図に示される段付きパイプ
や、第１２図に示されるように管軸方向に肉厚の
変化する形状に加工されてもよい。

更に第１３図に示されるようなテーパ付きのパ
イプや、第１４図の如き屈曲したパイプであつて
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば特に円周方向の形状回復力が他
の方向よりも大きな、異方性をもつ筒状製品が得
られ、かつ締付力も従来品よりも大きくすること
ができ従つて管継手など円周方向の締付け力を利
用する用途にきわめて効果的である。しかも切削
によらないため、歩留りが高く、かつ加工に手数
が掛らないので量産に適する。そして板厚のきわ
めて薄い製品も容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は深絞り加工を説明するための略断面
図、第２図はしごき加工を説明するための略断面
図、第３図は中間製品の縦断面図、第４図は筒状
製品の縦断面図、第５図は筒状製品の使用状態を
示す側面図、第６図はリング状の筒状製品の使用
状態を示す側面図、第７図は母相温度でのひずみ
と応力の関係を示す図、第８図はマルテンサイト
温度でのひずみと応力の関係を示す図、第９図は
圧延方向と形状回復力の関係を示す図、第１０図
は本発明の他の実施例を示す筒状製品の横断面
図、第１１図ないし第１４図はそれぞれ本発明の
互いに異なる実施例を示す筒状製品の縦断面図で
ある。 Ａ……筒状製品、A′……中間製品。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 形状記憶合金からなりかつ筒状をなすととも
   に、筒状に成形される過程で筒部が深絞りによつ
   てその軸方向に圧延されていることを特徴とする
   形状記憶合金を用いた筒状製品。 ２ 形状記憶合金からなる板状素材に深絞り加工
   を行なつてカツプ状の中間製品を得、そののちこ
   の中間製品の底を切り落として筒状の製品とする
   ことを特徴とする形状記憶合金を用いた筒状製品
   の製造方法。 ３ 上記深絞り加工を限界絞り比2.0以下で行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   形状記憶合金を用いた筒状製品の製造方法。 ４ 上記深絞り加工に続いて軸方向のしごき加工
   を行なうようにし、これら深絞り加工としごき加
   工を適宜の回数行なうことによつて上記中間製品
   を得ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の形状記憶合金を用いた筒状製品の製造方法。 ５ 上記深絞り加工としごき加工を繰返す間に中
   間焼鈍を行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載の形状記憶合金を用いた筒状製品の製
   造方法。 ６ 上記中間製品を得たのち、更にこの中間製品
   を輪切りにすることによりリング状の製品を得る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の形
   状記憶合金を用いた筒状製品の製造方法。