JPH0776401B2

JPH0776401B2 - 超弾性合金材料及び超弾性素子

Info

Publication number: JPH0776401B2
Application number: JP63092668A
Authority: JP
Inventors: 清山内; 洋石川; 進一久保
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1988-04-16
Filing date: 1988-04-16
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH01268835A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、加工性の優れた安価な超弾性バネ等に用いら
れる超弾性合金材料及び超弾性素子に関するものであ
る。

〔従来の技術〕一般に、TiNi合金が熱弾性型マルテンサイト変態の逆変
態に付随して顕著な形状記憶効果、および擬弾性効果を
示すことはよく知られている。

TiNi合金をヒステリシスの小さな形状記憶バネとして用
いる場合、冷間加工後400〜500℃で焼鈍し、冷間の加工
組織を残すことで中間相変態を利用することが知られて
いる。また擬弾性バネについても同様な方法が取られて
いる。

これらは、家電様アクチュエーター、歯列矯正線、ガイ
ドワイヤー、ブラジャー等への実用化が進められている
が、いずれも体温（約35℃）近傍で使用されるものであ
った。

〔発明が解決しようとする課題〕

形状記憶合金を用いて室温（約20℃以下）とりわけ０℃
前後で作動するバネを得ようとする場合、TiNi2元合金
は500〜550℃の温度で短時間処理（５〜10分間）を必要
とする。この場合、処理時間が短いために、スプリング
・バックを無視できず、成型性に難点を有していた。ま
た、500℃を越えた熱処理条件では、冷間加工で与えら
れた加工組織が消えるために、ヒステリシスが大きくな
る難点を有している。

またＯ℃前後から擬弾性を示すバネは、400〜450℃で短
時間（５〜10分間）の処理によって得られる。しかし前
記と同様スプリングバックが大きくコイルバネの成型は
困難であった。

これらの難点を克服し、室温以下で作動する素子の製造
を可能にすることは、冷蔵庫、住宅用換気口、等のアク
チュエーター、自動車、衣料、医療等への擬弾性バネへ
の実用化にとって極めて重要なことである。

一方、このようなTiNi合金は、加工性が悪いことがよく
知られている。このTiNi合金は通常、熱間加工によって
直径約５〜10mmにされた後、冷間加工によって所定の寸
法に加工される。TiNi合金線は、加工硬化が激しいた
め、繰り返しの焼な孔を要する。このため、冷間加工に
要する費用はTiNi合金線のコストの大部分を占めてい
る。

本発明の技術的課題は、これらの問題を解決し、室温以
下での超弾性特性を保持し、且つ、冷間加工性を改善し
た超弾性合金材料及び超弾性素子を提供することにあ
る。

課題を解決するための手段〕本発明によれば、44〜50at％（50は含まず）のNiと残部
が実質的にTiとよりなるTiNi合金であって、上記Tiの一
部を、0.5〜5at％の範囲内で、Feと置換してなり,1パス
当り30％以上の冷間加工性を有することを特徴とする超
弾性合金材料が得られる。

更に本発明によれば、上記した超弾性合金材料を冷間加
工後、350℃〜600℃の範囲内の温度にて熱処理してなる
ことを特徴とする超弾性素子が得られる。

本発明で、TiNi合金のFe成分の置換量を0.5〜５原子パ
ーセント（at％）としたのは、0.5at％未満ではFe添加
の効果が薄いためであり、5at％を越えると顕著な超弾
性が認められ難しくなることによっている。

またNiの下限を44原子パーセント（at％）としたのは、
TiNi合金はNiが低下するとともに、変態温度が上昇し、
室温以下での超弾性が得難くなる。同様なことはTiNiFe
合金に対しても云えるからである。

熱処理温度を350〜600℃としたのは、350℃未満では、
十分な超弾性特性は得られず、600℃を越えると超弾性
特性は得られるが、曲げ伸し等の変形の繰り返しに弱く
なることによるためである。

〔実施例〕

本発明の実施例について説明する。

第１表は、本発明の実施例に係るTiNiFe超弾性合金材料
の加工特性及び超弾性素子の超弾性開始温度を示してい
る。

比較例として、Feを含有しないTiNi超弾性合金材料及び
超弾性素子の測定結果を併記した。

この表において、冷間加工性の試験は、合金材料の試料
の１パスの加工率を20％、30％、40％、50％として行わ
れている。表中の○印は３回パスしても３回とも可、Δ
印は３回パスすると１乃至２回可、×印は３回パスする
と３回とも不可を示す。0.5at％以上のFeを含有してい
る試料（２〜５及び７〜10）は、１パスの加工率が50％
まて可能であった。これに対して、比較例に係る超弾性
合金材料試料（11〜13）では１パスの加工率が30％程度
が限度で、40％以上になると加工がやや難しいことが判
明した。ここで、やや難しいとは３回程度の加工性試験
で１乃至２回破断し、必ずしも加工できないことはない
が、実際の作業において、破断しやすいことは必ずしも
適当な加工法とは言えない。そして安全性からの見地か
らは、TiNi合金材料について、加工率30％以下に抑えら
れる。

また、表１の超弾性開始温度は、実施例に係るTiNiFe超
弾性合金材料を冷間加工後、400℃で30分間熱処理、−2
0℃〜５℃毎に温度を上げ各温度での応力−ひずみ曲線
より測定された。

比較例として、Feを含有しないTiNi超弾性合金材料の冷
間加工後の超弾性開始温度の測定結果を併記した。

この表より、Fe添加量の増加とともに超弾性を示す温度
は低下し、5at％添加した超弾性合金素子（試料４及び
９）は０℃以下であった。一方，比較例であるFeを7at
％添加した超弾性合金素子（試料５及び10）は、超弾性
特性は良好でなかった。

尚、比較例（試料11〜13）は、室温以上の超弾性温度を
示した。

実施例に係る超弾性合金材料及び超弾性素子は次のよう
に製造された。

高周波真空溶解で第１表中に示した組成のTiNiFe合金を
それぞれ準備し、次に温度900℃にて２時間の均一化処
理後熱間ハンマー、熱間ロール、続いて冷間伸線により
径2.0mmまで加工し、超弾性合金線型材料（第１表中の
試料１〜10）を得た。

この超弾性合金材料を、冷間加工し、350℃〜600℃範囲
内で熱処理を施すと、超弾性素子第１表中の超弾性開始
温度測定試料１〜10が形成される。また比較例に係る超
弾性合金材料及び弾性素子も実施例と同様な方法で製造
された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、冷間加工性が優
れ、加工コストを大巾に削減でき、且つ、室温以下での
超弾性特性を保持する超弾性合金材料及び超弾性素子の
提供が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−177346（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−161746（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−59390（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】44〜50at％（50は含まず）のNiと残部が実
質的にTiとよりなるTiNi合金であって，上記Tiの一部
を,0.5〜5at％の範囲内で,Feと置換してなり,1パス当り
30％以上の冷間加工性を有することを特徴とする超弾性
材料。
【請求項２】請求項１記載の超弾性合金材料を冷間加工
後,350〜600℃の範囲内の温度にて熱処理してなること
を特徴とする超弾性素子。