(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり，継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が，０．１２５以下（０は含まず）であり，同一断面積の線材に対して２倍以上の曲げ降伏荷重を有することを特徴とする形状記憶合金管。
【請求項２】
予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり，継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が，０．１２５以下（０は含まず）であり，同一断面積の線材に対して，２倍以上の回復力を有することを特徴とする形状記憶合金管。
【請求項３】
請求項１又は２記載の形状記憶合金管を製造する方法であって、形状記憶合金からなる管素材に芯金を挿入し，所望する線径近傍まで，該管素材の肉厚を薄くして伸線加工し、継ぎ目のない長さ方向に連続している形状を備えた形状記憶合金管を得ることを特徴とする形状記憶合金管の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の形状記憶合金管の製造方法において，前記管素材を５００℃以上の温度で伸線加工することを特徴とする形状記憶合金管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，継目のない形状記憶合金管及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
形状記憶合金の応用は，ブラジャー，ガイドワイヤーなどの超弾性を利用したもの，及びコーヒーメーカー，喚気口などの感温アクチュエータとしての形状記憶効果を利用したものに大別できるが，いずれも，その機能性の改善が求められていた。また，新しい用途展開として，継手，ヒートパイプ，医療用カテーテル等への検討も勧められている。それらの中で，とりわけＴｉ−Ｎｉ合金管は，実用の期待が高いものであった。
【０００３】
従来，このＴｉ−Ｎｉ合金管の製造方法としては，切削加工又は放電加工が主として行われ，一部溶接パイプの伸線加工による長尺化も検討され初めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記管を製造するに際して，形状記憶合金の機械加工性，特にドリルなどによる孔明け加工性は，加工発熱による径収縮，及び硬度変化等の為，極めて悪く，工具の早期損耗による作業性及びコストに大きな課題を残していた。
【０００５】
また，パイプの長尺化を考えた場合，形状記憶合金に対するドリル加工での穿孔は，ドリル径の５〜１０倍の長さが限度であり，放電加工によっても径の１０〜２０倍の長さが限度である。
【０００６】
更に，医療用カテーテルへの用途を考えた場合，管の寸法は，径１〜２ｍｍに対して５００ｍｍ以上必要に応じて数メートルの長さが必要とされ，これらの加工では，全く対応ができないものであった。
【０００７】
一方，最近溶接パイプを伸線加工によって，カテーテル等へ対応可能な細径長尺チューブの製造が検討されている。しかしながら，継ぎ目を有する管のため信頼性に欠ける難点を有していた。
【０００８】
そこで，本発明の技術的課題は，継ぎ目の無い形状記憶合金管または形状記憶合金長尺管及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり，継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が，０．１２５以下（０は含まず）であり，同一断面積の線材に対して２倍以上の曲げ降伏荷重を有することを特徴とする形状記憶合金管が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、予め定められた長さの管形状を有する形状記憶合金からなり，継ぎ目が無く長さ方向に連続している形状記憶合金管であって、肉厚と管径との比の値が，０．１２５以下（０は含まず）であり，同一断面積の線材に対して，２倍以上の回復力を有することを特徴とする形状記憶合金管が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記形状記憶合金管の製造方法において，前記管素材を５００℃以上の温度で伸線加工することを特徴とする形状記憶合金管の製造方法が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、形状記憶合金からなる管素材の長手方向に往復回転する複数のロールと，前記ロールに接続されて、これらのロールの径加工度を調整するガイドと，前記管素材に貫入されたマンドレルとを用い，前記管素材と前記マンドレルとのうちの少くとも一つが独立して回転する延伸圧延工法で，当該加工される管素材の肉厚及び径を調整した継ぎ目のない長さ方向に連続した形状記憶合金管を得るとともに、前記管素材を５００℃以上の温度で加工することを特徴とする形状記憶合金管の製造方法が得られる。
【００１９】
尚，次に述べる本発明の実施例においては，示されてはいないが，本発明にかかる製造方法は，Ｔｉ−Ｎｉ合金，Ｔｉ−Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｖ，等），Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ（エル）合金，Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ（エル）合金，Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金，その他Ｃｕ基合金，Ｆｅ基合金等全ての形状記憶合金に適用可能である。
【００２０】
【実施例】
以下，本発明の実施例について説明する。
【００２１】
（実施例１）
高周波真空溶解法によって得たＴｉ−５０．５ａｔ％Ｎｉ合金を中実ビレットに加工した後，機械加工で外径１５ｍｍ，内径１１ｍｍの筒体とした。次に延伸圧延機によって，外径３．０ｍｍ，内径２．６ｍｍまで，加工を行った。この圧延機は，延伸圧延試料に対して，平行に配置された２乃至３ロールを持ち，試料に対して前後に往復と回転とを適当に調整し，且つこの試料の径加工度をロールの夫々の一端側を収容する内側にテーパ面を備えたガイドを配置し、ロールが長さ方向に相対移動することによって調整し，更に試料の円筒内芯にマンドレルが挿入され，試料若しくは試料とマンドレルとを夫々独立に回転させながら延伸圧延を行うように構成されている。試料の加工温度及び減面率を変えて芯金を挿入しないで伸線試験を行った結果を次の表１に示した。
【００２２】
【表１】
0003719610.tif 000002
【００２３】
表１に示す減面率，肉厚減率は，次の数１式及び数２式で夫々示される。
【００２４】
【数１】
0003719610.tif 000003
【００２５】
【数２】
0003719610.tif 000004
【００２６】
表１から明らかなように，試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５は，いずれも肉の太りは認められない。室温での冷間加工では，減面率５０％を越えると，破断して加工不可であったが，５００℃以上の温度加工では，可能であった。
【００２７】
次に，芯金としてピアノ線を挿入して，前記同様の試験をした結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
0003719610.tif 000005
【００２９】
表２から明らかなように，試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２７の３０％以上の減面率加工で顕著な肉厚減が認められ，更に５００℃以上の温度加工では，試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１で示すように肉厚減がより顕著であった。
【００３０】
更に，これらの試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２９を４００℃×３０分の形状記憶処理を行った結果，合金がマルテンサイト変態温度以下，本発明の実施例１では，−１０℃以下の温度で形状記憶効果を示し，また，合金が逆変態温度以上，本発明の実施例１では０℃以上で超弾性を示した。
【００３１】
（実施例２）
２１％Ｚｎ，６％Ａｌ（エル）残部ＣｕからなるＣｕ−Ｚｎ，Ａｌ（エル）合金を実施例１と同様に外径１５ｍｍ，内径１１ｍｍの筒体とした。
【００３２】
次に，これを延伸圧延を行い，外径３．０ｍｍ，内径２．６ｍｍとした後，実施例１と同様の試験を行った。得られた結果を表３及び表４の試料Ｎｏ．３０〜Ｎｏ．４６に示した。下表３は，芯金を挿入しない芯線加工結果，表４は芯金（真鍮）を挿入して伸線加工を行った結果である。
【００３３】
【表３】
0003719610.tif 000006
【００３４】
【表４】
0003719610.tif 000007
【００３５】
その後に，試料Ｎｏ．３０〜Ｎｏ．４６をβ相に溶体化処理し，水焼入れを行い，特性評価を行った。その結果，マルテンサイト変態温度以下では，形状記憶を示し，逆変態温度以上では超弾性を示した。
【００３６】
（実施例３）
高周波真空溶解法によって得たＴｉ−５０．５ａｔ％Ｎｉ合金を中実ビレットに加工した後，機械加工で外径１５ｍｍ，内径１１ｍｍの筒体とした。次に延伸圧延機によって加工を試みた。この圧延機は，延伸圧延試料に対して，平行に配置された２乃至３ロールを持ち，この試料に対して前後に往復と回転とを適当に調整し，且つこの試料の径加工度をロールに接続されたテーパ状のガイドによって調整し，更に試料の円筒内芯にマンドレルが挿入され，試料若しくは試料とマンドレルとを夫々独立に回転させながら延伸圧延を行うように構成されている。試料の加工温度及び減面率を変えて延伸圧延加工を行った結果を次の表５の試料Ｎｏ．５１〜Ｎｏ．６５に示した。
【００３７】
【表５】
0003719610.tif 000008
【００３８】
試験は，外径１５ｍｍ，内径１１ｍｍの筒体に対して，筒の断面積減少率（減面率）と，それに伴う筒の肉厚減少率（肉厚減少率）と加工温度の関係を表５に示した。尚，加工温度が５００℃未満の場合，減面率は３０％未満に揃えなければならなかった。この実験結果を基に，５００℃以上の温度で，外径８．０ｍｍ，内径７．０ｍｍの筒体に加工を行いその後，７００℃焼鈍を減面率２０％冷間加工毎に繰り返した。そして，最終冷間加工率３０％の０．１５ｍｍ肉厚のチューブとした。このチューブを，４００℃×３０分の形状記憶処理を行った結果，合金がマルテンサイト変態温度以下（本発明の実施例３では，−１０℃以下）の温度で形状記憶効果を示し，また，合金が逆変態温度以上（本発明の実施例３では０℃以上）では，超弾性を示した。
【００３９】
（実施例４）
実施例３の筒状試験体を用いて実施例３と同様の試験を行った。試験の条件及び結果は，次の表６に示されている。
【００４０】
【表６】
0003719610.tif 000009
【００４１】
表６で示すように，減面率のみを変えた試料Ｎｏ．６６〜Ｎｏ．７１では，加工温度が６００℃の場合，４０％でも割れやクラック等は発生しなかった。
【００４２】
しかし，室温加工では，３０％が限度であった。また，肉厚を変えた試料Ｎｏ．７２〜７７では，室温加工の場合２０％が限度であった。これを，４００℃×３００分の形状記憶処理を行った結果，合金がマルテンサイト変態温度以下，（より具体的に本発明の実施例４では，−１０℃以下）の温度では，形状記憶効果を示し，また，合金が逆変態温度以上（より具体的に本発明の実施例４では０℃以上）では，超弾性を示した。
【００４３】
（実施例５）
２１％Ｚｎ，６％Ａｌ（エル）残部ＣｕからなるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ（エル）合金を実施例３と同様に，外径１５ｍｍ，内径１１ｍｍの筒体とした。次に，これを８５０℃に加熱して，延伸圧延を行い，外径８．０ｍｍ，内径７．０ｍｍの筒体とした後，８５０℃の焼鈍を繰り返し，最終冷間加工率１５％の肉厚０．１５ｍｍのチューブとした。その後，β相に溶体化処理し，水焼き入れを行い，特性評価を行った。その結果，マルテンサイト温度以下では，形状記憶を示し，逆変態温度以上では，超弾性を示した。
【００４４】
（実施例６）
Ｔｉ−５０．５Ｎｉ（ａｔ％）合金を延伸圧延及び伸線加工によって，直径１．０ｍｍの種々の肉厚チューブとした。その時の最終冷間加工は，直径１．２０ｍｍから直径１．０ｍｍであった。その後，５００℃×３００分の熱処理を行い，曲げ試験を行った。また，比較例として，各肉厚チューブと同じ断面積を備えた同様の材料からなる線材についても、同様な断面減少率で加工し、その曲げ試験も同じ温度等の条件で併せて行った。その結果を下表７に示した。尚、回復力は屈曲状態から真っ直ぐな状態に回復するときに発生する力である。
【００４５】
【表７】
0003719610.tif 000010
【００４６】
上記表７から，チューブは，その肉厚が小さくなる程，同一断面積の線材に比べて，変形荷重及び回復力は増加傾向を示すことが判明した。チューブに求められた形状記憶合金としての効果の一つは，超弾性におけるバネ荷重，形状記憶効果に於ける回復力の増大である。その効果が顕著に現れるのは，試料Ｎｏ．７８及び７９である。
【００４７】
尚，本発明においては，圧延ロールが傾斜しているコールドビルガーミル，マンネスマンミル等の傾斜圧延機によっても，加工率を吟味すれば使用可能である。また，合金板を円筒にＴＩＧ溶接等によって接合した継ぎ目管においても，スエージング等で継ぎ目の強度をアップした後，本発明法を用いることも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上，説明したように，本発明では，延伸圧延によって任意の形状の継ぎ目の無い管が得られるため，工業上有用な形状記憶合金管，特に，長尺管及びそれらの製造方法の提供が可能である。