JPS60208440A - 熱感応装置 - Google Patents

熱感応装置

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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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JP
Japan
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phase
gold
temperature
alloy
niti
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Pending
Application number
JP59064072A
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English (en)
Inventor
Tsunehiko Todoroki
轟 恒彦
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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。

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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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(

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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
    。
JP59064072A 1984-03-30 1984-03-30 熱感応装置 Pending JPS60208440A (ja)

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