JPS60208440A - 熱感応装置 - Google Patents
熱感応装置Info
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- JPS60208440A JPS60208440A JP59064072A JP6407284A JPS60208440A JP S60208440 A JPS60208440 A JP S60208440A JP 59064072 A JP59064072 A JP 59064072A JP 6407284 A JP6407284 A JP 6407284A JP S60208440 A JPS60208440 A JP S60208440A
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- gold
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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
未発141Iは形状記憶合金を利用した熱感応装置に関
するものである。
するものである。
1忙来例の構成とその問題点
近年、形状記憶合金(以下、S M A (Shape
memory alloyの略)と呼ぶ)の1業的K1
、月1 (1’(究が盛んである。SMAとしては多く
のA、金か知られているが、現在、実用的にはCu Z
n A I j7金とN i T i jl金が使用
されている。
memory alloyの略)と呼ぶ)の1業的K1
、月1 (1’(究が盛んである。SMAとしては多く
のA、金か知られているが、現在、実用的にはCu Z
n A I j7金とN i T i jl金が使用
されている。
熱感応装置への応用を考えた場1’l、加熱時と冷却時
KSMAが11〕逆的に変形する一4方回+1動作を示
し、かつ、加熱時の変形温度と冷却時の変形浩、1度と
の差(いわゆるヒステリシス)か小く、さらに、加熱、
冷却のくり返しによるノを命劣化の少ないことが望まれ
る。N i T i i、’金−加熱時にのみ変形する
一方向動作のSMAであるが、合金のセI質」二、疲労
ノす命はCu合金に比へ極めて優れている。
KSMAが11〕逆的に変形する一4方回+1動作を示
し、かつ、加熱時の変形温度と冷却時の変形浩、1度と
の差(いわゆるヒステリシス)か小く、さらに、加熱、
冷却のくり返しによるノを命劣化の少ないことが望まれ
る。N i T i i、’金−加熱時にのみ変形する
一方向動作のSMAであるが、合金のセI質」二、疲労
ノす命はCu合金に比へ極めて優れている。
このため、α金中独では一力回i’L Ot作しか示さ
ないN1Tit″r分ヲ−4方向0J作VC使う−L天
かなされている。例えば、第1図に示すように、品温て
密着巻き伏兵に形状512憶処理したN i T i合
金線のコイルげね1をつくり、これに重鐘2を吊りFけ
る構成が知られている。形状記憶により形状変化を示す
温度(変庸温度)以下で1iNiTib金の+1賀とし
てす11性係数や降伏り力等の強度が低く、IR重鍾に
よりシS力、σダ起マルテンサイト変1占による翼形が
おこりNiTiα金コイルはね1rI′i伸びるか、こ
れ全加熱すると、大作温度で形状記憶効果により几の形
状に仄ろうとする大きな複フし力が発生し、NiTi島
金線のコイルばね1は縮み、重#!l!2は持ら上けら
れる。従−)で、y悪温度以−Fてid、’ N i
T i合金線のコイルばね1は伸び、変恵温度以1.で
は縮み、03作範囲りの一1方向動作とlる。
ないN1Tit″r分ヲ−4方向0J作VC使う−L天
かなされている。例えば、第1図に示すように、品温て
密着巻き伏兵に形状512憶処理したN i T i合
金線のコイルげね1をつくり、これに重鐘2を吊りFけ
る構成が知られている。形状記憶により形状変化を示す
温度(変庸温度)以下で1iNiTib金の+1賀とし
てす11性係数や降伏り力等の強度が低く、IR重鍾に
よりシS力、σダ起マルテンサイト変1占による翼形が
おこりNiTiα金コイルはね1rI′i伸びるか、こ
れ全加熱すると、大作温度で形状記憶効果により几の形
状に仄ろうとする大きな複フし力が発生し、NiTi島
金線のコイルばね1は縮み、重#!l!2は持ら上けら
れる。従−)で、y悪温度以−Fてid、’ N i
T i合金線のコイルばね1は伸び、変恵温度以1.で
は縮み、03作範囲りの一1方向動作とlる。
この中#ll[2のように形状記憶効果と逆の動き金さ
せる力を・・イー1′ス11:工屯といい5通常のばね
1料よりなるコイルはねの力に利用することも多い。
せる力を・・イー1′ス11:工屯といい5通常のばね
1料よりなるコイルはねの力に利用することも多い。
カカル、SMAK屯紳(・jIIlliK コイルげね
灼の対抗パイ−〕′ス11:I重金組Gせた一゛方向m
ノ作の熱感応装置、′’、1において、温1廷Tと友位
S(SMAの叶び)の関係は第21′X目・ζ示す如く
なり、加熱時の動作温度と冷却時のω1作温度とはずれ
て、いわゆるヒステリシス現象が生ずる6、従来のN
i T i f”、全使用の熱感応装置にありでは、ヒ
ステリシスの温度+1JΔTは10〜30 ’Cてあっ
た。また、くり返しにより動作温度が低下する問題があ
った。かかるヒステリシス中では精度よく温度制御した
り、物体を動かしたりする熱感応装置としての使用に〜
せず、また、くり返し寿命特性の良いN i T i
e:・金の工業的応用に対し、大きな妨げとなっていた
。
灼の対抗パイ−〕′ス11:I重金組Gせた一゛方向m
ノ作の熱感応装置、′’、1において、温1廷Tと友位
S(SMAの叶び)の関係は第21′X目・ζ示す如く
なり、加熱時の動作温度と冷却時のω1作温度とはずれ
て、いわゆるヒステリシス現象が生ずる6、従来のN
i T i f”、全使用の熱感応装置にありでは、ヒ
ステリシスの温度+1JΔTは10〜30 ’Cてあっ
た。また、くり返しにより動作温度が低下する問題があ
った。かかるヒステリシス中では精度よく温度制御した
り、物体を動かしたりする熱感応装置としての使用に〜
せず、また、くり返し寿命特性の良いN i T i
e:・金の工業的応用に対し、大きな妨げとなっていた
。
発明の目的
本発明はこのような問題を解決するもので、ヒステリシ
スIIJが極めて小さく、かつ、くり返し寿命特性の良
好な熱感応装置を得ることをにI的とする。
スIIJが極めて小さく、かつ、くり返し寿命特性の良
好な熱感応装置を得ることをにI的とする。
発明の構成
未発り1は、N I T l &金糸のSMAの二方向
動作について合金の変具と二方向Uノ作のヒステリシス
および寿命との関係を広範囲に検耐した結果なされたも
のであり、バイアス荷重を組合せた一゛、方向仙作が、
冷却時には合金の結晶構造が立方晶から菱面体晶へ変る
変禾による変位とし、加熱時には菱面体晶から立方晶へ
戻る変態による変位としたものである。
動作について合金の変具と二方向Uノ作のヒステリシス
および寿命との関係を広範囲に検耐した結果なされたも
のであり、バイアス荷重を組合せた一゛、方向仙作が、
冷却時には合金の結晶構造が立方晶から菱面体晶へ変る
変禾による変位とし、加熱時には菱面体晶から立方晶へ
戻る変態による変位としたものである。
この01作上の限定によって、二方向動作のヒステリシ
スを3C以1ことし、かつ、くり返し寿(+f+にυい
でdAIJ作11,1度のy化やへた9を極めて少くす
ることが1り能となる。
スを3C以1ことし、かつ、くり返し寿(+f+にυい
でdAIJ作11,1度のy化やへた9を極めて少くす
ることが1り能となる。
NiTi糸音金は変1島d111度以」の、;iIぎI
IIてはB2相と11fば7する)ン方晶であり、これ
を冷却してゆくと変11q W、iS度で直接にIll
、斜晶のマルテンサイト相(M相)になる場自と、一度
、菱面体晶の相をへ(lit 41品のマルテンサイト
相に7!i:る場^の二種類が知られている1、ここで
、菱面体晶は一般にR相と呼はれている。これらは、応
力がかけられていないh合について電気抵抗11111
定やX線回折で(11rかめられているが、応力がかけ
られた状庸の二方向dl〕4’lに関してはどのような
影響を1.1つかはり1らかeこされていない。そして
、冷却時に立方晶から菱1111G品にyる食1占はR
変1占、逆に、加熱時に菱面1ト品から會一方晶に変る
変態は逆R変店と呼ばれている。
IIてはB2相と11fば7する)ン方晶であり、これ
を冷却してゆくと変11q W、iS度で直接にIll
、斜晶のマルテンサイト相(M相)になる場自と、一度
、菱面体晶の相をへ(lit 41品のマルテンサイト
相に7!i:る場^の二種類が知られている1、ここで
、菱面体晶は一般にR相と呼はれている。これらは、応
力がかけられていないh合について電気抵抗11111
定やX線回折で(11rかめられているが、応力がかけ
られた状庸の二方向dl〕4’lに関してはどのような
影響を1.1つかはり1らかeこされていない。そして
、冷却時に立方晶から菱1111G品にyる食1占はR
変1占、逆に、加熱時に菱面1ト品から會一方晶に変る
変態は逆R変店と呼ばれている。
実施例の説り」
以F、不発uiJをその実施例により説明する。
、tlt: FtはN i T i fJ金、N i
T i Cu 合金およびNiTiFe合金で動作温度
(変@温度)が20〜40℃の6金組成ものを使用した
。(uJ作温度は6金組成の他、熱処理あるいけ・くイ
アス前重により影響される)。
T i Cu 合金およびNiTiFe合金で動作温度
(変@温度)が20〜40℃の6金組成ものを使用した
。(uJ作温度は6金組成の他、熱処理あるいけ・くイ
アス前重により影響される)。
以下でViNi T i u金を代表例として示す。
直径0.75J11の線材を素材とし、この線材をコイ
ル平均直径5.6朋の密着コイル状に巻き、形状記憶処
理を行った。形状記憶処理Vi450 ”C〜550°
Cの間で行った。
ル平均直径5.6朋の密着コイル状に巻き、形状記憶処
理を行った。形状記憶処理Vi450 ”C〜550°
Cの間で行った。
かかる、SMAコイルばねについて第1図の79412
411重を重錘とした方法て、種々のイ’d7重におい
て、加熱・冷却し、温度とSMAコイルばねのたわみの
開保全調べた。なお、バイアス荷重はせん断応力にたわ
みはせん断ひずみに換1うした。
411重を重錘とした方法て、種々のイ’d7重におい
て、加熱・冷却し、温度とSMAコイルばねのたわみの
開保全調べた。なお、バイアス荷重はせん断応力にたわ
みはせん断ひずみに換1うした。
第3図に代表的な動作ヒステリシス曲線と電気抵抗測定
との対応を示す。これは475°C,t!憶処理でバイ
アス荷重6に9/mrAO例である。この関係から、ω
ノ作ヒステリシス曲線上の特異点RMs、RMf、M
!l 、 RA s 、 RA fおよびAIは各々電
気抵抗曲線のM s’、M iI、Ms、As’、Al
1およびAIVC対応することがf4jL力した1゜電
気抵抗曲線の変化に1lJL ’(Vi応力がかか−)
でいない状庸での基1ノ的filf究にあ・いて次のこ
とが知らノ1でいる。
との対応を示す。これは475°C,t!憶処理でバイ
アス荷重6に9/mrAO例である。この関係から、ω
ノ作ヒステリシス曲線上の特異点RMs、RMf、M
!l 、 RA s 、 RA fおよびAIは各々電
気抵抗曲線のM s’、M iI、Ms、As’、Al
1およびAIVC対応することがf4jL力した1゜電
気抵抗曲線の変化に1lJL ’(Vi応力がかか−)
でいない状庸での基1ノ的filf究にあ・いて次のこ
とが知らノ1でいる。
冷却1隨には、M s’ Mf’てR貴意をおこし、電
気抵抗の商い領域がR柑の存イ1域、抵抗の低下する点
Msがマルテンサイト相へf床間始点であり、加熱時に
はAs’、A I’で逆R変古かおこり、Af点で高温
のB2相へ仄る。
気抵抗の商い領域がR柑の存イ1域、抵抗の低下する点
Msがマルテンサイト相へf床間始点であり、加熱時に
はAs’、A I’で逆R変古かおこり、Af点で高温
のB2相へ仄る。
このように、バイアス荷重全組合わせた動作ヒステリシ
ス曲線における特異点が音金変域と関係つけられること
が初めてりjらかになった。
ス曲線における特異点が音金変域と関係つけられること
が初めてりjらかになった。
各種記憶熱処理の試料についr、B2相、R相およびM
相のrf(Ef8を域を下すと第4図となる。RHlの
(f在するfirJ Mは最大τRのせん断心力に相当
するバイアス仕す重までである。そしてτRは形状記1
゜ω処理条(!1に影響され、その関係は第5図となる
1、すなわら、記憶処理温度か低いほどR柑は晶いバイ
アス荷重ても存在し、−か、記憶処理温度が525 C
iこえるとR相はほとんど存在しなくなる。
相のrf(Ef8を域を下すと第4図となる。RHlの
(f在するfirJ Mは最大τRのせん断心力に相当
するバイアス仕す重までである。そしてτRは形状記1
゜ω処理条(!1に影響され、その関係は第5図となる
1、すなわら、記憶処理温度か低いほどR柑は晶いバイ
アス荷重ても存在し、−か、記憶処理温度が525 C
iこえるとR相はほとんど存在しなくなる。
以上のように、N i T i fj金ココイルねにバ
イアス荷重を組みDわせた−1方向ω]作において、B
2相、R相およびM柑のせん断心カ一温度相図がI−J
jらかとなった。
イアス荷重を組みDわせた−1方向ω]作において、B
2相、R相およびM柑のせん断心カ一温度相図がI−J
jらかとなった。
そこて、二方向σσノ作特性と変内との関係を次に検討
した。本発明になる条件■はせん断心力がτR以下とな
るバイアス荷重を組合わせ、冷却最低温度(1−R相の
存在域として、R相−B2相の加熱・冷却くり返しをし
た場合、従来例である条件111″tせん断心力がrR
以下となるバイアス荷重?組Gわせ、冷却最低温度f
M s意思下つ捷りM(11が生1戊する領域として、
M用′X、R相−、B2相の加熱・冷却くり返しをした
場自、他の従来例である条件■はせん断心力が18以上
となるバイアス荷重を組合わせ、M 411= B 2
相の加熱・冷却くり返しをした場りである。
した。本発明になる条件■はせん断心力がτR以下とな
るバイアス荷重を組合わせ、冷却最低温度(1−R相の
存在域として、R相−B2相の加熱・冷却くり返しをし
た場合、従来例である条件111″tせん断心力がrR
以下となるバイアス荷重?組Gわせ、冷却最低温度f
M s意思下つ捷りM(11が生1戊する領域として、
M用′X、R相−、B2相の加熱・冷却くり返しをした
場自、他の従来例である条件■はせん断心力が18以上
となるバイアス荷重を組合わせ、M 411= B 2
相の加熱・冷却くり返しをした場りである。
この三条件での加熱・冷却くり返しによるヒステリシス
曲線の差を第6図に示す。条件■では極めて小さい3°
C以下のヒステリシスが得られた。
曲線の差を第6図に示す。条件■では極めて小さい3°
C以下のヒステリシスが得られた。
また、加熱・冷却くり返しによる動作温度の変化を第7
図に示す。条件1ては動作111(1度の変化が極めて
少なくなる。さらに、高温時(B2相)のせん断ひず与
1辻の変化(へたり)を第8図に示すが、この牛4性変
化も条件Iが最も小さい。
図に示す。条件1ては動作111(1度の変化が極めて
少なくなる。さらに、高温時(B2相)のせん断ひず与
1辻の変化(へたり)を第8図に示すが、この牛4性変
化も条件Iが最も小さい。
以、1の説1月て−N r T 10 *を例にと・)
たが、Ni T i Cu i’i金およびNiTiF
eα金においても全く同様の結果が得られた。
たが、Ni T i Cu i’i金およびNiTiF
eα金においても全く同様の結果が得られた。
木兄1Jllになる条件Iを得るためには、使用−14
のせん断心力と最低11n’r度が第4図のR相の饋M
、Vc<るようにすれば良い。この条件を満たすならは
NiTi糸り金の形状がコイルばねてあ、)でも単なる
線材てあっても、板イ4てあっても良い。捷た、記(ね
熱処理に関しても、音金糸によって温度は異なるか、R
(11の1irJ域が形成される熱処理条件とすれば良
い3、 発1月のをυ宋 木兄Ivlの熱感応装置i”+”は、使用せん断心力範
囲と使用最低温度を限定し、B2相とR相との間の貴店
のみ(L−01作として収り出すものであ′す、その結
果、ヒステリシスが極めて小さく、加熱 冷却くり返し
によるa]作温度の変化やへたりが極めて少なくなる。
のせん断心力と最低11n’r度が第4図のR相の饋M
、Vc<るようにすれば良い。この条件を満たすならは
NiTi糸り金の形状がコイルばねてあ、)でも単なる
線材てあっても、板イ4てあっても良い。捷た、記(ね
熱処理に関しても、音金糸によって温度は異なるか、R
(11の1irJ域が形成される熱処理条件とすれば良
い3、 発1月のをυ宋 木兄Ivlの熱感応装置i”+”は、使用せん断心力範
囲と使用最低温度を限定し、B2相とR相との間の貴店
のみ(L−01作として収り出すものであ′す、その結
果、ヒステリシスが極めて小さく、加熱 冷却くり返し
によるa]作温度の変化やへたりが極めて少なくなる。
このため、従来は精度上制御が困雉であった各種制御機
器、例えば、恒温槽の温度設定器、流体経路の感熱弁、
空調機の風向変更機構、高寿命全必彎とするロボソ]・
用アクチュエータ全はじめとする各種アクチュエータへ
の応用がIJIf肚となり、熱感応装置として優れた効
果を奏するものである。
器、例えば、恒温槽の温度設定器、流体経路の感熱弁、
空調機の風向変更機構、高寿命全必彎とするロボソ]・
用アクチュエータ全はじめとする各種アクチュエータへ
の応用がIJIf肚となり、熱感応装置として優れた効
果を奏するものである。
第1図は形状記憶す金とバイアス荷重を組合わせた二方
向動作熱感応装置の説明図、第2図−二方向動作熱感応
装置の動作を説明する温度と変位の関係図(ヒステリシ
ス曲線)、第3図は口方向Oノ作の実際のヒステリシス
曲線と電気抵抗変化との対応を示す関係図、第4図は二
方向動作における6金の相の正形1M (B 2相、R
相およびM相)のせん断心カ一温度相図、第5図ViR
相の存在する領域のせん断心力の最大値τRの記憶処理
温度依存性を示す図、第6図は本発明の効果を示すヒス
テリシス曲線の従来例との比較図、第7図は本発E月の
効果を示す動作湿度寿命特性図、第8図は不発り1の効
果を小すへたり寿命特性図である。 1・・・・・・形状記憶6金コイルばね、2・・・・・
・重錘((バイノ′スイli工i1j )、。 代理Nの氏と+ プr理[: 中 尾 敏 男 ほか1
名第1図 第。図 1膚(1C) 第4図 第5図 就億閂恒社/1 6図 7図 第8因 力P訟ン食却くり返し老(
向動作熱感応装置の説明図、第2図−二方向動作熱感応
装置の動作を説明する温度と変位の関係図(ヒステリシ
ス曲線)、第3図は口方向Oノ作の実際のヒステリシス
曲線と電気抵抗変化との対応を示す関係図、第4図は二
方向動作における6金の相の正形1M (B 2相、R
相およびM相)のせん断心カ一温度相図、第5図ViR
相の存在する領域のせん断心力の最大値τRの記憶処理
温度依存性を示す図、第6図は本発明の効果を示すヒス
テリシス曲線の従来例との比較図、第7図は本発E月の
効果を示す動作湿度寿命特性図、第8図は不発り1の効
果を小すへたり寿命特性図である。 1・・・・・・形状記憶6金コイルばね、2・・・・・
・重錘((バイノ′スイli工i1j )、。 代理Nの氏と+ プr理[: 中 尾 敏 男 ほか1
名第1図 第。図 1膚(1C) 第4図 第5図 就億閂恒社/1 6図 7図 第8因 力P訟ン食却くり返し老(
Claims (2)
- (1)NiTi系形状記憶合金にバイアス111f重全
組音わせて一方向動作の構成とし、その動11が、冷却
時にtま合金の結晶構造が立方晶(B2相)から菱面本
市(R相)へ変るy悪による変位とし、加熱時にけR相
からB2相へ仄る変1島による変位とした熱感応装置i
710 - (2)NiTi系形状記憶合金が、形状記憶効果を下す
NiTi合金、NiT1Cu1金もしくiJ:NiTi
Fe合金である特J「請彊直囲第1項記載の熱す心装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59064072A JPS60208440A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 熱感応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59064072A JPS60208440A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 熱感応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60208440A true JPS60208440A (ja) | 1985-10-21 |
Family
ID=13247519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59064072A Pending JPS60208440A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 熱感応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60208440A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009127081A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Nec Tokin Corp | 耐摩耗・耐エロージョン合金 |
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| JPS58151445A (ja) * | 1982-02-27 | 1983-09-08 | Tohoku Metal Ind Ltd | 可逆形状記憶効果を有するチタンニツケル合金およびその製造方法 |
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-
1984
- 1984-03-30 JP JP59064072A patent/JPS60208440A/ja active Pending
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| JPS6056038A (ja) * | 1983-09-08 | 1985-04-01 | Hitachi Metals Ltd | 形状記憶合金およびその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009127081A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Nec Tokin Corp | 耐摩耗・耐エロージョン合金 |
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