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ISO 9001:2000
JSAQ1501
綾瀬事業部
 
ISO 14001:2004
JSAE1161
本社・本社工場
綾 瀬 工 場
N T 工 場 |
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| 形状記憶合金スプリング |
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形状記憶合金とは、適当な形状に加工し、熱処理を施すことにより、その形状を記憶させる
事が出来る合金です。
記憶処理された合金は、ある温度以下で力を加えて変形させたとしても、加熱をすれば元の
記憶させた形状に戻る不思議な特性を持ちます。
この様な特性を示す合金は数十種類ありますが、Ni-Ti系形状記憶合金が最も実用例が多
く一般的です。
Ni-Ti系形状記憶合金は、オーステナイト相とマルテンサイト相の間で大きく材料特性が
変化します。この温度領域を利用して形状記憶効果を得ています。
超弾性合金は、合金の成分が形状記憶合金とほとんど同じですが、通常の金属に比べ弾性
領域が広く、ゴムのように自由に変形させても、力を除去すれば元の形に戻る性質を持って
います。
実用例でみると、混合水栓、コーヒーメーカー等には「形状記憶合金」、眼鏡フレーム、携帯
用アンテナ等には「超弾性合金」が使われています。
 
形状記憶合金バネは、低温では柔らかく（弱く）、高温
では硬い（強い）特性が得られます。図１は形状記憶合金
バネの高さを一定に固定して、10℃⇒70℃まで加熱を
した時の温度と荷重（発生力）の関係を表しています。
この図から、10℃で約160gの発生力しかなかったバネ
が、70℃まで温度が上昇する事で約660gまでアップして
いることが分かります。 この温度変化による荷重差は
500gです。 ちなみに、このバネの重さは約1gです。
仮に、このバネに400gの重りを載せた場合、バネは40℃
以上で重りを持ち上げる事が出来ます。
これが形状記憶合金バネを使用する基本的な考え方に
なります。
この様に、形状記憶合金バネは、これ１つで温度センサー
とアクチュエータの両方の役割を持っています。
また、NiとTiの合金ですので、耐食性に優れ、通常のバネ用材料よりも比重が
小さい（軽い）特徴があります。
 
ここではごく一般的な使用方法をご紹介します。
一般的に実用化されている形状記憶合金バネは1方向性
と呼ばれ、 ①合金を低温で変形させた後、 ②加熱をすると
1回だけ元に戻る現象で、 ③再び低温にしても自力では
最初の①の形にはなりません。
従って、このままでは機能的に有用なアクチュエータとは
いえないので、図2に示すように、形状記憶合金バネと通常
のバネ材で出来たバイアスバネを互いに押し合うようにセット
したバイアス式2方向性アクチュエータとして使用します。
この様に組み合わせることで、形状記憶合金バネ及び軸は、
低温ではバイアスバネの力で右側に押されていますが、温度が上昇するにつれて、形状記憶
合金バネがバイアスバネの力よりも強くなり軸が左側へ移動します。
再び低温にするとバイアスバネが強くなり軸が右側へ移動します。 これにより2方向の動
きが可能になり、有用な温度センサー兼アクチュエータとして使用出来ます。
これは、引張バネを使用した場合でも原理は同じです。
実用例のほとんどがこの方式を使用しております。 |
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