JPH0762506A - 超弾性ばねの製造方法 - Google Patents
超弾性ばねの製造方法Info
- Publication number
- JPH0762506A JPH0762506A JP22797293A JP22797293A JPH0762506A JP H0762506 A JPH0762506 A JP H0762506A JP 22797293 A JP22797293 A JP 22797293A JP 22797293 A JP22797293 A JP 22797293A JP H0762506 A JPH0762506 A JP H0762506A
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- Japan
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- spring
- superelastic
- elastic spring
- super elastic
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金ばねの、直線弾性域
が広いばねが得られるようにしたこと。 【構成】 Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金線材を、最終冷間加
工率が１０〜４５％として加工した後、ばねに成形し、
次いで２００〜４５０℃で熱処理を行うことを特徴とす
る超弾性ばねの製造方法。
が広いばねが得られるようにしたこと。 【構成】 Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金線材を、最終冷間加
工率が１０〜４５％として加工した後、ばねに成形し、
次いで２００〜４５０℃で熱処理を行うことを特徴とす
る超弾性ばねの製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超弾性ばねに関し、特に
直線弾性域が広いばねが得られる製造方法に係るもので
ある。
直線弾性域が広いばねが得られる製造方法に係るもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】通常のステンレス鋼線を用いたコイルば
ねを設計する場合は、設計応力が約４０ kgf／mm2 以
下、横弾性係数７０００ kgf／mm2 であるから、せん断
ひずみ量は０．７５％以下で使うことがよいとされてい
る。使用できるたわみ量は、コイル形状を工夫して設計
することにより、広くしていた。しかし、前述のよう
に、せん断ひずみ量は適正な使用をしようとすると、設
計に限界があった。
ねを設計する場合は、設計応力が約４０ kgf／mm2 以
下、横弾性係数７０００ kgf／mm2 であるから、せん断
ひずみ量は０．７５％以下で使うことがよいとされてい
る。使用できるたわみ量は、コイル形状を工夫して設計
することにより、広くしていた。しかし、前述のよう
に、せん断ひずみ量は適正な使用をしようとすると、設
計に限界があった。
【０００３】一方、原子％で１対１近傍のＮｉ−Ｔｉ合
金は、高温相の母相状態で立方晶構造をとり、これを冷
却するとマルテンサイト変態温度で変態して単斜晶構造
のマルテンサイト相となる。形状記憶効果を期待する場
合は、まさにこの変態による結晶構造の変化による、形
状回復現象を利用する。これに対して、これらの合金
は、マルテンサイト変態温度が使用環境温度以下である
場合に限って超弾性材料として、使用できる。すなわ
ち、母相状態で、外力が加わると、応力によって誘起マ
ルテンサイト変態が起こり、外力を取り去ると、熱的に
安定している母相に戻るためである。例えば線材の引張
り試験によって６〜８％の変形を加えても元に戻る弾性
現象である。この超弾性現象を利用したものに眼鏡フレ
ーム、歯列矯正ワイヤー等が実用化されている。
金は、高温相の母相状態で立方晶構造をとり、これを冷
却するとマルテンサイト変態温度で変態して単斜晶構造
のマルテンサイト相となる。形状記憶効果を期待する場
合は、まさにこの変態による結晶構造の変化による、形
状回復現象を利用する。これに対して、これらの合金
は、マルテンサイト変態温度が使用環境温度以下である
場合に限って超弾性材料として、使用できる。すなわ
ち、母相状態で、外力が加わると、応力によって誘起マ
ルテンサイト変態が起こり、外力を取り去ると、熱的に
安定している母相に戻るためである。例えば線材の引張
り試験によって６〜８％の変形を加えても元に戻る弾性
現象である。この超弾性現象を利用したものに眼鏡フレ
ーム、歯列矯正ワイヤー等が実用化されている。
【０００４】上記の超弾性Ｎｉ−Ｔｉ合金は、その特性
から当然ばね材として大きな期待が持たれている。超弾
性ばねは、本質的に非線形ばねであるため、非線形性を
活かした使用方法が考えられるが、通常のばねとは性質
が異なるため、加工方法、ばね形状の加工、熱処理方法
などが難しく、広いたわみ範囲を有し、直線弾性域の広
い超弾性ばねは得られなかった。
から当然ばね材として大きな期待が持たれている。超弾
性ばねは、本質的に非線形ばねであるため、非線形性を
活かした使用方法が考えられるが、通常のばねとは性質
が異なるため、加工方法、ばね形状の加工、熱処理方法
などが難しく、広いたわみ範囲を有し、直線弾性域の広
い超弾性ばねは得られなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
ついて検討の結果なされたもので、製造が容易で、かつ
広いたわみ範囲を有し、直線弾性が広い超弾性ばねが得
られる製造方法を開発したものである。
ついて検討の結果なされたもので、製造が容易で、かつ
広いたわみ範囲を有し、直線弾性が広い超弾性ばねが得
られる製造方法を開発したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はＮｉ−Ｔｉ系超
弾性合金線材を、最終冷間加工率が１０〜４５％として
加工した後、ばねに成形し、次いで２００〜４５０℃で
熱処理を行うことを特徴とする超弾性ばねの製造方法で
ある。
弾性合金線材を、最終冷間加工率が１０〜４５％として
加工した後、ばねに成形し、次いで２００〜４５０℃で
熱処理を行うことを特徴とする超弾性ばねの製造方法で
ある。
【０００７】
【作用】超弾性ばねは、図１の荷重−たわみ曲線図のよ
うに、大きく変形しても完全に元に戻ると言う意味にお
いて確かに弾性範囲が広い。しかし、変形していくと応
力誘起マルテンサイト変態によって、図１のように、ヒ
ステリシスが現れ、ばねとしてたわみを増やしても、荷
重は上昇しないし、かつ、除荷時にはばねにかかる荷重
値が、大きく低下してしまう。したがって、ばねとして
使用する上では、直線の弾性域が広い方が好ましい。
うに、大きく変形しても完全に元に戻ると言う意味にお
いて確かに弾性範囲が広い。しかし、変形していくと応
力誘起マルテンサイト変態によって、図１のように、ヒ
ステリシスが現れ、ばねとしてたわみを増やしても、荷
重は上昇しないし、かつ、除荷時にはばねにかかる荷重
値が、大きく低下してしまう。したがって、ばねとして
使用する上では、直線の弾性域が広い方が好ましい。
【０００８】本発明は、この直線の弾性域が広いばねが
得られるようにしたもので、最終冷間加工率を１０〜４
５％で加工し、その後ばね成形機によりスプリングバッ
クのないようにしてばねに成形し、その状態で２００〜
４５０℃の温度で熱処理を行うことにより上記の特性の
ばねを得るものである。最終冷間加工率が１０％未満で
は上記の特性が得られず、４５％を越えると加工が困難
となる。また熱処理温度は２００℃未満や４５０℃を越
えた場合は上記の特性が得られない。本発明の超弾性ば
ねは、その材料の断面形状が、丸線状でも、角でもよ
い。また、ばねの種類としては、コイルばね、ねじりば
ね、うずまきばね、さらばね、板ばねなど、ほとんどの
ばねに適用できる。また本発明におけるＮｉ−Ｔｉ系合
金線材は原子％でＮｉを５０．５〜５１．５、またはＮ
ｉを４９．５〜５１．５とＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｐ
ｄ、Ａｌのうち１種または２種以上を合計１％以下含み
残部ＴｉからなるＮｉ−Ｔｉ合金が適用できる。
得られるようにしたもので、最終冷間加工率を１０〜４
５％で加工し、その後ばね成形機によりスプリングバッ
クのないようにしてばねに成形し、その状態で２００〜
４５０℃の温度で熱処理を行うことにより上記の特性の
ばねを得るものである。最終冷間加工率が１０％未満で
は上記の特性が得られず、４５％を越えると加工が困難
となる。また熱処理温度は２００℃未満や４５０℃を越
えた場合は上記の特性が得られない。本発明の超弾性ば
ねは、その材料の断面形状が、丸線状でも、角でもよ
い。また、ばねの種類としては、コイルばね、ねじりば
ね、うずまきばね、さらばね、板ばねなど、ほとんどの
ばねに適用できる。また本発明におけるＮｉ−Ｔｉ系合
金線材は原子％でＮｉを５０．５〜５１．５、またはＮ
ｉを４９．５〜５１．５とＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｐ
ｄ、Ａｌのうち１種または２種以上を合計１％以下含み
残部ＴｉからなるＮｉ−Ｔｉ合金が適用できる。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。
ＮｉとＴｉを原子比で５１：４９の合金線を作製し、最
終の冷間加工率を５〜４０％と変化させて合金線を作製
した。この合金線を用いて、線径１．０mm、コイル外径
１０mm、巻数８巻の密着引っ張りコイルばね状に、ばね
成形機を使い、成形した。その状態で２００〜５００℃
で所定時間大気中で熱処理した。出来上がったコイルば
ねを、引張り試験機によって、荷重・たわみ曲線を測定
し、直線弾性域を決定した。ばねのたわみとせん断ひず
みの関係は、 γ＝（δｄ）／（πＮＤ2) γ：せん断ひずみ（％） δ：ばねのたわみ（mm） ｄ：材料の直径（mm） Ｎ：有効巻数 Ｄ：コイル平均径（mm） である。試験結果を表１に示した。
ＮｉとＴｉを原子比で５１：４９の合金線を作製し、最
終の冷間加工率を５〜４０％と変化させて合金線を作製
した。この合金線を用いて、線径１．０mm、コイル外径
１０mm、巻数８巻の密着引っ張りコイルばね状に、ばね
成形機を使い、成形した。その状態で２００〜５００℃
で所定時間大気中で熱処理した。出来上がったコイルば
ねを、引張り試験機によって、荷重・たわみ曲線を測定
し、直線弾性域を決定した。ばねのたわみとせん断ひず
みの関係は、 γ＝（δｄ）／（πＮＤ2) γ：せん断ひずみ（％） δ：ばねのたわみ（mm） ｄ：材料の直径（mm） Ｎ：有効巻数 Ｄ：コイル平均径（mm） である。試験結果を表１に示した。
【００１０】
【表１】
【００１１】表から明らかなように本発明に係るNo. ２
〜No．４は、直線弾性域の限界せん断ひずみが１．７〜
１．９％と大きく、直線の弾性域が広いことが判る。こ
れに対しNo．１は線材の加工率が低いため、またNo．５
は熱処理温度が高いため直線弾性域の限界せん断しずみ
が低い。
〜No．４は、直線弾性域の限界せん断ひずみが１．７〜
１．９％と大きく、直線の弾性域が広いことが判る。こ
れに対しNo．１は線材の加工率が低いため、またNo．５
は熱処理温度が高いため直線弾性域の限界せん断しずみ
が低い。
【００１２】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
直線弾性域が広い優れた超弾性ばねが得られるもので、
ばねの応用される範囲が広がるなど、工業上顕著な効果
を奏する。
直線弾性域が広い優れた超弾性ばねが得られるもので、
ばねの応用される範囲が広がるなど、工業上顕著な効果
を奏する。
【図１】超弾性ばねの荷重とたわみの関係を示す線図
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金線材を、最終冷
間加工率が１０〜４５％として加工した後、ばねに成形
し、次いで２００〜４５０℃で熱処理を行うことを特徴
とする超弾性ばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22797293A JPH0762506A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 超弾性ばねの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22797293A JPH0762506A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 超弾性ばねの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0762506A true JPH0762506A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=16869147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22797293A Pending JPH0762506A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 超弾性ばねの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762506A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10174688A (ja) * | 1996-12-18 | 1998-06-30 | Asahi Optical Co Ltd | 内視鏡用処置具の製造方法 |
| US6371463B1 (en) | 2000-04-21 | 2002-04-16 | Dpd, Inc. | Constant-force pseudoelastic springs and applications thereof |
| US6664702B2 (en) | 2000-12-11 | 2003-12-16 | Dpd, Inc. | Pseudoelastic springs with concentrated deformations and applications thereof |
| CN109351801A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-19 | 张冠华 | 一种具有弹热效应的镍钛合金螺旋弹簧的制备方法 |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP22797293A patent/JPH0762506A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10174688A (ja) * | 1996-12-18 | 1998-06-30 | Asahi Optical Co Ltd | 内視鏡用処置具の製造方法 |
| US6371463B1 (en) | 2000-04-21 | 2002-04-16 | Dpd, Inc. | Constant-force pseudoelastic springs and applications thereof |
| US6664702B2 (en) | 2000-12-11 | 2003-12-16 | Dpd, Inc. | Pseudoelastic springs with concentrated deformations and applications thereof |
| CN109351801A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-19 | 张冠华 | 一种具有弹热效应的镍钛合金螺旋弹簧的制备方法 |
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