JPS6070153A - 形状記憶バネ - Google Patents

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】 本発明は、形状記憶合金を利用した形状記憶バネの改良
に関する。

Ｔｉ−Ｎｉ系合金に代表される形状記憶合金を利用して
、種々の温度感応部品が開発されつつある。　実用化の
テンポはめざましく、すでに窓の自動開閉装置とかヒー
トエンジンがつくられ、さらには歯や骨の矯正に用いる
医療治具にも及んでいる。

現在のところ、応用面の主役は、一方向または二方向の
形状記憶効果を利用するバネである。

しかし、この目的には既存の手段としてバイメタルがあ
り、それに代って形状記憶バネが使用されるためには、
ｒ＋−Ｎ＋金合金高価であるという問題を別にしても、
バネ特性をさらに向上させることが望ましい。

本発明者らは、バネの形状がコイルであっても板バネで
あっても、その特性は基本的には素材が中実であるか中
空であるかには左右されず、主として外郭寸法に依存す
ることに着目して本発明に−２− 至った。

本発明の形状記憶バネは、薄肉で中空の管状または板状
の形状記憶合金材料をバネ形状に成形し、記憶処理を施
してなる。

ここで、「薄肉」とは、そのバネに要求される機械的な
強度やバネとしての力をみたす範囲内の厚さを意味する
。　従来バネを形成していた中実の線または板の断面積
のうち、たとえば外郭から５０％の範囲を残して内部を
中空にした場合、その中空体の機械的強度の減少は、わ
ずかである。

従来と同じ機械的強度を得ようとする場合は、条件が許
すならば、薄肉で外郭寸法の大きい中空の管または板を
材料とすればよい。　従って、どの程度の肉厚を与えれ
ばよいかは、バネの寸法や要求されるバネ力に応じて、
それぞれ決定すべきである。

形状記憶合金は任意にえらべるが、４５％Ｔｉ−５５％
Ｎｉ系合金（Ａｆ変態点は６２℃）が一般的な材料であ
る。

薄肉で中空の管状または板状の形状記憶合金の−３− 材料からバネを成形するには、既知の技術に従えばよい
。　成形したバネは、これも常法に従って形状記憶処理
を施す。　上記したＴｉ−Ｊｌｉ系の形状記憶合金を用
いた場合は、たとえば４００〜ｂ 本発明の形状記憶バネは、従来この分野で知られている
技術を利用することができる。　たとえば、後記の実施
例に示すように、形状記憶処理により与えられた形状を
バイアスバネにより変形しておくこｉがその例である。

　また、バネ自体に電流を流して、発生するジュール熱
を利用して変態温度を超える温度に至らせることもでき
る。

本発明に従って形状記憶バネを薄肉で中空管状または板
状の形状記憶合金の材料で形成すれば、つぎに挙げるよ
うな多くの利益が得られる。

Ｏ使用材料が少なくなるから、コストが低下する。

０　熱容量が小さいため、環境温度の変化にバネの作動
が迅速に追従でき、温度感受性がすぐれている。　この
効果は、薄肉化による材料の絶−４一 対量の減少と、中空化による表面積の増大とがあいまっ
て、顕著にあられれる。

Ｏ中実のバネより軽量である。　これは、体内埋込みな
ど医療の分野での利用にとって有意義であるし、一般に
バネ作動の迅速化にも寄与する。

０　バネに直接通電してジュール熱で温度を高める場合
、抵抗値が高くなるから、所要電流を減らすことができ
るか、または同じ電流でより速く昇温させることができ
る。

え糺１上 ５５％Ｔｉ−４５％Ｎ＋合金を材料として、外径２，０
１１１１１．内径１．４１ｆｆｌ（従って肉厚０．３ｗ
＋ｍ）の細管と、同じ外径の中実細線とを製造した。

この材料のＡｆ変態点は６２℃である。　細管と細線を
ともに、巻径２５１ＲＩ１１のコイルバネに成形し、４
００℃、２時間の記憶処理を施した。

これらの形状記憶バネは、常温ではコイルの各ターンが
密着した形をしており、その内側にバイアスバネを組み
込むことにより、ピッチを３ｍｍに−５− 拡げた。

温度８０℃に保った熱湯と大気（約２２℃であった）と
に、上記のバネを交互に出し入れして、温度感受性を測
定した。　すなわち、バネを熱湯につけて完全に記憶形
状である密着に戻ったことを確認してから引き上げるヒ
ートサイクルを１０回くりかえし、所要時間をくりかえ
し数１０で割って、感応速痕とした。

結果はつぎのとおりであって、中空バネの温度感受性の
高さが証明された。

、　Ｓｅｃ　７回 中空バネ　０．５ 中実バネ　１．に の効果は、中空バネの方が熱容量が小さく、バネ全体の
昇温が速いことに加えて、相対的に軽量であることがも
たらしたものと考えられる。

１ｍ 実施例１で製作した、記憶処理し、バイアスバネをそな
えた形状記憶バネの両端にターミナルをつけ、２０℃の
環境下で通電した。　コイルバネ−６− 自体に発生するジュール熱を利用して記憶形状（密着）
に戻し、これを一定時間内に実現するために必要な電流
値を測定した。

また、完全に密着後、電流を切って自然冷却させ、バイ
アスバネの反発力で再びピッチ３ｍｍに回復するのに要
する平均の時間を測定した。

１」　（Ａｍ±飢と 中空バネ　１．５　７ 中実バネ　３．０　１０ 上記の結果は、同じバネ動作を行なわせるために必要な
電流量（中空：中実−１：２）がバネの電気抵抗の比（
中空：中実−１００：５１）に従って決定されることと
、放熱効果の差が回復時間の差となってあられれている
ことを示している。

中空バネが記憶形状に戻る時間は、電流値を増大すれば
、中実バネのそれより多くならない範囲でも短縮される
から、回復時間の差とあわせると、中空バネのバネ動作
の速さはめざましいものになる。

−７− ’Ｊ１７一

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　薄肉で中空の管状または板状の形状記憶合金材
   料をバネ形状に成形し、記憶処理を施してなる形状記憶
   バネ。
2. （２）　形状記憶合金が４５％Ｔｉ　−５５％Ｎｉ系合
   金であり、材料の変態温度が１１０℃以下である特許請
   求の範囲第１項の形状記憶バネ。
3. （３）　バネに直接通電しジュール熱を作動源とするた
   めの通電手段をそなえた特許請求の範囲第１項または第
   ２項の形状記憶バネ。
4. （４）　バイアスバネを付加した特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかの形状記憶バネ。 −１−