(57)【要約】  塑性変形に抵抗する導体が、電子信号を運ぶかまたは電力を運ぶケーブル、ケーブルアセンブリまたはデバイスのために提供される。伝導要素それ自体は、有益な機械的特性を有し、したがって塑性変形抵抗を伝導率と組み合わせる。一態様において、超弾性導体は、超弾性導体の変態温度が導体の有用な操作範囲外に設定されるように、形状記憶合金を使用して製造される。別の態様において、導体は、応力のない条件下で名目上マルテンサイト相にある形状記憶合金を使用して製造される。両態様において、導体の微細構造は、塑性変形を伴わないメカニズムを介して、外部から適用される歪み、曲げ、変形または他の外部の変位に適応することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶合金材料を含む超弾性導体であって、前記形状記憶合金材料が、５００ナノ・オーム・メートル未満の電気抵抗率を有し、および、データ信号を運ぶかもしくは電力を供給するようにまたは両方であるように構成されている、前記導体。
【請求項２】
約０Ｖから約１０Ｖまでの範囲の電圧および０から約２０ミリアンペア(milliamps)までの範囲の電流を有する直流電流または交流電流の波形を運ぶ、請求項１に記載の導体。
【請求項３】
ＤＣから約１０ＧＨｚまでの範囲の周波数を有する信号を送信することができる、請求項２に記載の導体。
【請求項４】
デジタル的にエンコード化された信号を運ぶことができる、請求項１に記載の導体。
【請求項５】
１００Ｖ以上の電圧を運ぶことができる、請求項１に記載の導体。
【請求項６】
約１０マイクロメートルから約１０，０００マイクロメートルまでの範囲の断面寸法を有する、請求項１に記載の導体。
【請求項７】
材料が、応力のないとき、実質的にオーステナイト相にある、請求項１に記載の導体。
【請求項８】
材料が、応力のないとき、実質的にオーステナイト相にあるが、全体的なもしくは局所的な曲げ、歪みまたは外部から適用される他の変形に付されるとき、実質的にマルテンサイト相へ変態し、および、該相変態を介してかかる外部から適用された変形に適応する、請求項１に記載の導体。
【請求項９】
形状記憶合金が、導体の意図された操作温度であるか、またはそれを下回る変態温度を有する、請求項１に記載の導体。
【請求項１０】
単一導体としての使用のために構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１１】
裸のワイヤとして構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１２】
実質的にまたは完全にワイヤの長さをカバーする電気絶縁コーティングが施された前記ワイヤとして構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１３】
オーディオ適用における使用のための１対の導体として構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１４】
遮蔽物の有無にかかわらず多重導体ケーブルの一部として構成されており、ここで各個々の導体が固体導体である、請求項１に記載の導体。
【請求項１５】
撚線ケーブルの一部として構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１６】
同軸ケーブルの一部として構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１７】
フラットリボンとして構成されている、請求項１に記載の導体。
【請求項１８】
形状記憶合金が、以下の合金：
【表１】
2016539488.tif 000004
からなる群から選択される、請求項１に記載の導体。
【請求項１９】
形状記憶合金が、多結晶性である、請求項１８に記載の導体。
【請求項２０】
形状記憶合金が、単結晶性である、請求項１８に記載の導体。
【請求項２１】
材料が、オリゴ結晶性である、請求項１８に記載の導体。
【請求項２２】
形状記憶合金を含む形状記憶合金導体であって、前記形状記憶合金が、応力のない条件下で実質的にマルテンサイト相にあり、ならびに、５００ナノ・オーム・メートル未満の電気抵抗率を有し、および、データ信号を運ぶかもしくは電力を供給するようにまたは両方であるように構成されている、前記形状記憶合金導体。
【請求項２３】
約０Ｖから約１０Ｖまでの範囲の電圧および０から約２０ミリアンペアまでの範囲の電流を有する直流電流または交流電流の波形を運ぶ、請求項２２に記載の導体。
【請求項２４】
ＤＣから約１０ＧＨｚまでの範囲の周波数を有する信号を送信することができる、請求項２３に記載の導体。
【請求項２５】
デジタル的にエンコード化された信号を運ぶことができる、請求項２２に記載の導体。
【請求項２６】
１００Ｖ以上の電圧を運ぶことができる、請求項２２に記載の導体。
【請求項２７】
約１０マイクロメートルから約１０，０００マイクロメートルまでの範囲の断面寸法を有する、請求項２２に記載の導体。
【請求項２８】
形状記憶合金が、導体の意図された操作温度であるか、またはそれを超える変態温度を有する、請求項２２に記載の導体。
【請求項２９】
単一導体としての使用のために構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３０】
裸のワイヤとして構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３１】
実質的にまたは完全にワイヤの長さをカバーする電気絶縁コーティングが施された前記ワイヤとして構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３２】
オーディオ適用における使用のための１対の導体として構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３３】
遮蔽物の有無にかかわらず多重導体ケーブルの一部として構成されており、ここで各個々の導体が固体導体である、請求項２２に記載の導体。
【請求項３４】
撚線ケーブルの一部として構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３５】
同軸ケーブルの一部として構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３６】
フラットリボンとして構成されている、請求項２２に記載の導体。
【請求項３７】
形状記憶合金が、以下の合金：
【表２】
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からなる群から選択される、請求項２２に記載の導体。
【請求項３８】
形状記憶合金が、多結晶性である、請求項３７に記載の導体。
【請求項３９】
形状記憶合金が、単結晶性である、請求項３７に記載の導体。
【請求項４０】
材料が、オリゴ結晶性である、請求項３７に記載の導体。
【請求項４１】
塑性変形に抵抗する導体を含む、信号を運ぶかまたは配電のケーブルアセンブリであって、導体が、超弾性状態にある、前記ケーブルアセンブリ。
【請求項４２】
約０Ｖから約１０Ｖまでの範囲の電圧および０から約２０ミリアンペアまでの範囲の電流を有する直流電流または交流電流の波形を運ぶ、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４３】
ＤＣから約１０ＧＨｚまでの範囲の周波数を有する信号を送信することができる、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４４】
デジタル的にエンコード化された信号を運ぶことができる、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４５】
１００Ｖ以上の電圧を運ぶことができる、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４６】
導体が、超弾性を介して塑性変形（オーステナイト相とマルテンサイト相との間の変態）に抵抗する、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４７】
導体が、マルテンサイト板の動きを介して塑性変形に抵抗する、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４８】
オーディオヘッドホン、イヤホン、または電気的にエンコード化されたオーディオ情報をヒトの耳へ運ぶ他の電磁気装置での使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４９】
電気的にエンコード化されたオーディオ情報を、該エンコード化されたオーディオ情報を音へ逆変換する電磁気システムへ送信するスピーカーワイヤまたは有線ケーブルとしての使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５０】
高振動の負荷がかかる環境における使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５１】
データ信号送信または配電を含む航空宇宙への適用としての使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５２】
データ信号の送信または配電のいずれかのための、弾道の反動または他の断続的な高振幅の衝撃負荷に付される兵器システムにおける使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５３】
データ信号の送信または配電のいずれかのための、自動車配線ハーネスアセンブリにおける使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５４】
データ信号の送信または配電のいずれかのための、油およびガスのアセンブリに使用される、ダウンホール計測のためのワイヤまたはケーブルアセンブリにおける使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５５】
データ信号の送信または配電のいずれかのための、コンピュータに対して内部のまたはコンピュータへ電力もしくはデータを提供する外部のケーブルのいずれかとして、コンピュータまたはコンピュータボードにおいて使用されるワイヤおよびケーブルアセンブリにおける使用のために構成されている、請求項４１のケーブルアセンブリ。
【請求項５６】
データ信号の送信または配電のいずれかのための、鉄道、通勤電車または他のレール適用のための配線または配電における使用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５７】
ケーブルアセンブリが使用されていないか、または応力のない状態にあるとき、形状記憶合金が、熱加工を使用して特定の形状または構成に戻るようにトレーニングされる適用のために構成されている、請求項４１に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項５８】
意図された使用温度とは異なる温度における変化に付されるとき、形状記憶合金が、形状を回復させるかまたは形状に復帰することが可能である適用のために構成されている、請求項４１のケーブルアセンブリ。
【請求項５９】
温度における変化が、超弾性導体の抵抗加熱を介して電気的に作動される、請求項５８に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項６０】
温度における変化が、環境温度における変化によってもたらされる、請求項５８に記載のケーブルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
導体および導体からなるケーブルは、しばしば、外部の機械的負荷および振動に付される。これらの振動および他の機械的または環境的に適用される荷重は、しばしば、導体またはケーブルアセンブリの長さにわたって全体的にまたは特定の領域で局所的に生じる歪み、変形、曲げまたは他の変位をもたらし得る。これらの大きな弾性または塑性変形は、導体または導体から構成されるケーブルアセンブリの機械的完全性を次々に損ない得る。導体およびケーブルにおける大きな弾性または塑性変形の具体例、ならびに、それらが起こし得る問題は、ねじれ、もつれ、極端な鋭い半径の永久曲げ(severe sharp radius permanent bend)をもたらす歪みの局所化、加工硬化をもたらす繰り返しの歪み作用、導体またはケーブルの疲労寿命あるいは破壊および破損を介するケーブルまたは導体の最終的な連続性の損失を含む。
【０００２】
形状記憶合金は、形状を変化させるそれらの能力のために一般的に使用される材料（例としてアクチュエータ）またはそれらの超弾性のための前記材料（眼鏡(eyeglass)フレーム、歯列矯正ブリッジワイヤ、携帯電話アンテナ）の類いである。ＳＭＡが可逆的相変態を介して大きな変形または歪みに適合することができるので、それらは、大きな柔軟性が必要とされる適用において、優れた材料である。したがって、ＳＭＡは、電気ケーブルの補強部材として使用されており、ここでＳＭＡ要素の役割は、ケーブルまたはワイヤをまっすぐに維持すること、あるいは、ワイヤもしくはケーブルアッセンブリの疲労性能または他の機械的特性を改善すること、である（US 8399769、US 6717056、US 5275885、US 7093416）。さらに、ＳＭＡワイヤは、超弾性ワイヤおよびケーブルとして広く使用されており、ここでワイヤまたはケーブルは、構造的または機能的な目的しか果たしておらず、アセンブリにおけるいずれの要素も、電気信号、データ信号、電磁信号または電力を伝導するものではない。かかるワイヤは、例えばＦｅ、ＣｕおよびＡｌなどの一般的な材料で作られたワイヤよりも大きな柔軟性を有し、したがって、より良好な疲労を提供し得、局所的な塑性変形に抵抗し得る。
【０００３】
今まで、ＳＭＡは、電気ケーブルまたはワイヤの構造的補強材として使用されていた。かかる適用において、ＳＭＡ要素は、全体としてのケーブルアセンブリのいくつかの機械的性質（例として疲労、ねじれに対する抵抗）を改善し、ケーブルの１つの場所から別の場所へ輸送されることが意図される、電磁信号、電力、データ信号または他のタイプの電気の導体ではない。ＳＭＡはまた、電気的に活性化されたアクチュエータとしても使用されていた。この役割において、電流は、マルテンサイトからオーステナイトへの相変態を誘発するための熱を発生させるという唯一の目的のために、ＳＭＡワイヤに流される；電気信号は、１つの場所から別の場所へ輸送されないが、ジュール加熱を介して熱を発生する間接的な手段として使用される。
【発明の概要】
【０００４】
発明の概要
本発明において、１以上のＳＭＡ要素（オーステナイト系またはマルテンサイト系のいずれか）は、データ信号、電磁波または電力の導電体として使用される。ＳＭＡワイヤは良好な導電体であり、それはまた、従来の導線およびケーブルと比較して秀でた機械的特性をも有するため、以前の伝導構造物の限界を克服する。
【０００５】
大きな弾性または塑性変形の有害な影響に対して抵抗する導体を含むか、またはそれからなる、導体およびケーブルまたはケーブルアセンブリを提供することが、本発明の目的である。良好な導体の特質を、大きな弾性変形または永久的な塑性変形の悪影響に抵抗する機械的特性と特異的に組み合わせる導体材料を提供することが、本発明のさらなる目的である。
【０００６】
本発明の実用的な意味合いは、損傷耐性があり、ケーブル疲労および早期破損に抵抗し、民生用電子機器適用のためのケーブルのよじれおよびもつれの不便さに抵抗し、ならびに、高度に性能重視のまたは安全性重視の適用に対して追加の安全域を提供する導体を含むかまたはそれからなる、導体およびケーブルまたはケーブルシステムの開発および展開である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図面の簡単な説明
【図１】図１は、ケーブルのよじれを示す。
【図２】図２は、疲労破損の例を示す。
【図３】図３は、ワイヤを伝導させる際に一般的に使用される金属９０についての、および超弾性形状記憶合金９１についての、典型的な応力歪み曲線を示す。歪みは、従来の弾性材料９０が、いずれの塑性永久変形をも蓄積する前に、０．１〜０．９％の歪みを達成し得ることを示す。形状記憶合金９１は、ほぼ１０倍に等しい歪みを達成することができ、完全に回復可能である１〜１０％の歪みまで超弾性的に伸長する。
【０００８】
【図４】図４は、一般の形状記憶合金についての模式的な相図を示す。オーステナイトは、４つの平行線の右手が安定であり、マルテンサイトは、前記線の左手が安定である。
【図５】図５は、裸の超弾性導体のための種々の形態因子を示す。１つの構成７１において、ワイヤは円形断面を有する。１つの構成７２において、ワイヤは、リボンに酷似の、フラットな断面を有する。１つの構成７３において、ワイヤは、楕円形の断面を有する。
【図６】図６は、数本の個別のワイヤ７５の束を示し、そこにおいてワイヤの少なくとも１つが超弾性導体であって、ワイヤロープまたは撚線ケーブル(stranded cable)７４を形成するために一緒に撚られる。
【０００９】
【図７】図７は、超弾性の伝導コア２９および絶縁層２８からなるケーブルの断面の例を示す。図の上部において、ワイヤはまっすぐである；図の中央部において、ワイヤは激しく変形させられている；および図の下部において、ワイヤは局所的に変形させられ、ねじれている。伝導ケーブルがオーステナイト相においてまっすぐな形状を取るようにプログラムされている場合、上図には力がない一方、他の２つのワイヤは、導体の相がオーステナイトである場合、まっすぐな形状に戻るための力を働かせる。導体がマルテンサイト系である場合、導体は柔軟であり、マルテンサイト板の再分配(martensite plate redistribution)を介して形状変化を取る。導体は、金属をオーステナイト相にするのに充分な熱または電気が付される場合にのみ、まっすぐな形状に戻るであろう。
【図８】図８は、２つの構成におけるイヤホンを示す。図面の左部において、イヤホンケーブルは、いかなる外力も見あたらず、もつれのない渦巻き状(roll)などのコンパクトな形状を取る。図面の右部において、ケーブルは使用されており、したがって、ジャック３７を電子装置へ、イヤホン３５を人の耳へ接続するために、伸ばされている。右側の図面において、イヤホンケーブル３６は、ケーブルを使用するとき、ヒトによって課せられる伸縮力に比べて小さい力を働かせる。右側のケーブルがいかなる外力をも欠いているとき、それは再び左側のケーブルの形状を取るであろう。
【図９】図９は、２９が本明細書中に記載されるとおりの超弾性導体である複合ケーブルの例を示し、他のケーブル３０は、超弾性導体であるかまたは異なる目的を果たす他のワイヤである。ケーブルアセンブリは、絶縁体３１によって一緒に保持され得る。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の詳細な説明
ケーブル破損は、導体、絶縁体、（もしあれば）絶縁シールド、（もしあれば）金属外側シールド、および、（絶縁体と区別できれば）最外部のケーブルジャケットを含むケーブルを作り上げる様々な要素のいずれか１以上の破損を含む、多様な方法で生じる。いくつかのケーブルでは、導体（単数または複数）が、単純に、外側保護シース(sheath)としてもまた果たす絶縁体によって直接囲まれている。他のケーブルでは、前に列挙された様々な層が存在し得る。ケーブルの各部分は、環境条件および負荷条件の組み合わせによって引き起こされる、それ自体の特定の破損のメカニズムを有することができるが、本発明の焦点は、伝導要素の永久的な塑性変形を防ぐことに合わせられるであろう。
【００１１】
図１に示されるように、大きな角度変形は、材料中の永久歪み(permanent set)またはねじれにつながり得る。ここで局所的な歪みは、金属伝導要素の降伏点を超え、したがって、永久変形が存在する。ケーブルが強制的にまっすぐにされるか、または、環境条件もしくは負荷条件に起因する逆の歪みまたは逆の曲げに付されるか、のいずれかの場合、疲労シナリオが起こり得る。かかるシナリオにおいて、ケーブルの交互の塑性変形は、外側絶縁体またはシースを絶縁する化合物の引き裂きおよび破裂、同様に金属導体の疲労破損をもたらし、それによって、ケーブルアセンブリ全体の致命的な破損をもたらす可能性がある。これは、図２に説明されている。
【００１２】
超弾性導体要素の使用を介して、かかる歪みの局所化を避けるのを役立たせることが本発明の目的である。超弾性要素は、図３に示されるような応力歪み曲線を有する。従来の金属においては、小さな弾性領域の後に、より大きな塑性領域が続く。この弾性歪みは、０．Ｘ％によって、模式的に図３に示されている。しかしながら、塑性領域は、永久的、不可逆的変形を表す。これは、ケーブルのよじれおよび最終的な疲労の一因となる。図３に示されるように、超弾性材料について、初期弾性領域は、その後に、大きな超弾性領域が続く。この超弾性領域は、材料中のいずれの永久歪みまたは永久的な塑性変形もなく、導体が局所的に著しい歪みを受けることを可能にさせ、それによってねじれを避けることを可能にする。曲げおよび局所的な歪みを逆転させる際、局所的な歪みが材料において達成可能な最大超弾性歪みを超えようとするときまでまたはそれを超えるときまで、ケーブルは再び、永久変形に抵抗することができる。これが、図３に示されるように、１０倍まで大きいかまたはＸ％であり得るので、永久的な塑性変形を受けることなく、局所的な歪みに適応し、およびそれによって、著しい程度によじれおよび局所的な疲労破損に抵抗するという導体の能力には著しい伸びがある。
【００１３】
形状記憶合金（ＳＭＡ）は、歪みエネルギーが動力学および形態学を支配するような形状変化を有する、一次の、固体状態の格子歪みの無拡散構造変化(first-order, lattice-distortive diffusionless structural change)であるマルテンサイト変態を表す材料の類いである。１９６０年代におけるそれらの発見以来、それらは広く研究されており、現在ワイヤ、シート、チューブおよびより複雑な形態因子の形態で市販されている。超弾性および／または形状記憶効果を表すいくつかの一般的な合金は、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａであるが、他のものも多く存在し、より多くの合金系もまた、将来的に発見されることが期待されている。これらの材料のうち最も商業的に成功した適用の中には、眼鏡(spectacle)フレーム、歯列矯正ブリッジワイヤ、様々なアクチュエータ、ブラジャーのアンダーワイヤ、携帯電話のアンテナ、医療用ステント、歯内治療用ヤスリ(endodontic file)、薬物送達マイクロポンプ等々である。商業適用の大部分は、二元系のＮｉ−ＴｉあるいはＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｈｆまたはその他などの元素からの合金追加物を持つＮｉ−Ｔｉのいずれかを使用する。本発明は、特定の合金系に限定されるものではない。むしろそれは、約５００ｎ−オーム−ｍより低い電気抵抗率を持ついずれのＳＭＡシステムにも適用する。表１は、本発明に従う柔軟な導体として使用され得る種々の合金系の非限定的なリストを提供する。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
ＳＭＡは、オーステナイトと呼ばれるより高い温度相と、マルテンサイトと呼ばれるより低い温度相との間の固体−固体の(solid-to-solid)可逆的相変態によって特徴付けられる。ほとんどのＳＭＡにおいて、オーステナイトは、体心立方（ｂｃｃ）の副格子を持つ超格子構造を表す。より高い温度のオーステナイトの格子は、より低い温度のマルテンサイトよりも高い結晶学的対称性を有するため、マルテンサイトには複数の対称関連変異体がある。例としてＣｕ−Ｚｎ−Ａｌを使用すると、オーステナイトは、マルテンサイトの１２の異なる変異体に変態し得る。しばしば、結晶の全体が、オーステナイトからマルテンサイトの単一の変異体に、ではなくむしろ、複雑な配置の種々の変異体に変態する。いくつかの条件下で、オーステナイトの結晶が、マルテンサイトが安定相である温度範囲に冷却されたときに、マルテンサイトは核生成および成長によって形成される；マルテンサイトは熱的に誘導される。等温条件にて機械的な力もまた相変態を誘発し、そのケースにおいて、マルテンサイトは、応力誘導性であると言われる。形状変化を引き起こす熱的または機械的刺激の適用は、形状記憶効果（ＳＭＥ）および超弾性（ＳＥ）それぞれに密接に関連している。
【００１６】
図４は、すべてのＳＭＡに適用し、ならびに、特性温度および応力を説明する模式的な相図を示す。オーステナイトは、図４の４つの平行線の右手が安定相であり、他方マルテンサイトは、４つの平行線の左手が安定相である。言い換えれば、この図は、マルテンサイトが、相対的により低い温度とより高い応力にて安定相である一方、オーステナイトは、相対的により高い温度とより低い応力にて安定であることを示している。変態温度Ａｆ、Ａｓ、ＭｓおよびＭｆ（それぞれオーステナイト終了、オーステナイト開始、マルテンサイト開始、マルテンサイト終了）の絶対位置は、合金組成を含むいくつかの因子に依存する。図４に示される結晶構造は模式的であるが；それらは、応力に付されるとき、マルテンサイト変異体が如何に第２のマルテンサイト変異体に変態し得るかを示している。矢印は、変態経路が反転させられたとき、結晶構造の変化が反転させられるかどうかを示し；マルテンサイト板を異なる板に変態させるためにマルテンサイト板に応力を適用した後、最初の板は、応力が緩和されたとき、一般的に回復させられない。
【００１７】
超弾性は、応力誘導相変態を説明するために使用される用語である。オーステナイトが安定相である一定の温度にて、マルテンサイト変態は、応力によって直ちに誘発される。この変態経路は、図４の縦の両方向矢印で示されている。外部応力が除去されると、マルテンサイトはオーステナイトに復帰し、巨視的変形が回復させられる。マルテンサイトを誘導する応力が、滑りの臨界応力を超えた場合、従前の塑性変形が生じることに留意されたい。したがって、超弾性は、Ａｆを上回る相対的に小さい温度範囲においてのみ可能である。同様に、熱変態に対しても、順方向および逆方向の両変態が徐々に生じる：順方向の変態は、マルテンサイト開始応力σＭｓにて開始し、より高いマルテンサイト終了応力σＭｆにて完了となる；逆方向の変態は、オーステナイト開始応力σＡｓにて開始し、オーステナイト終了ストレスσＡｆにて終了する。さらに、我々は、σＡｓ＜σＭｆおよびσＡｆ＜σＭｓであるため、完全な変態サイクルが常に履歴現象(hysteresis)を示すことは明らかであることに留意する。履歴現象は熱力学的不可逆性に関連し、オーステナイト／マルテンサイト境界面の移動に費やされた摩擦の仕事に起因する熱として散逸されたエネルギーを反映する。変態歪みは、約２から１０％まで変動し得、変態応力は、合金、温度、微細構造、歪み率、向き等々に応じて約２０から５００ＭＰａまで変化する。
【００１８】
１０％までになり得る変形が、純粋に相変態により適応させられること、および、非局在化の発生と移動を介する従来の可塑性が生じるとの予想が本質的にないことは注目に値する。したがって、ＳＭＡは、破損することなく、大きな歪みに適応することができ、それはまた繰り返しそのように行うこともできる；高歪みにおけるそれらの疲労性能は、標準の(regular)金属よりもはるかに大きい；材料は、局所的な塑性変形を回避することにより、疲労破損に抵抗する。さらに、超弾性材料は、変形に付されたとき、反発力を働かせ、この反発力は、変形されていない形状に材料を戻そうとする；材料は、ねじれに抵抗する。例えば、ねじれがまっすぐの超弾性ワイヤに導入されたとき、材料は、ねじれにて(at the kink)オーステナイトからマルテンサイトへ局所的に変態するが、応力がないときは、まっすぐな形状に戻る。
【００１９】
マルテンサイト系材料は、図４に（４つの平行線の左手に）図示されるマルテンサイト動態にあるＳＭＡを指す。変形に付されたときに、マルテンサイト系材料は、マルテンサイト板の再分配を介して変形するであろう。対称関係にあるマルテンサイト変異体がいくつか存在するため、これらは、形状変化に適応するように、互いの間でたやすく変態することができる。しかしながら、マルテンサイト系材料は、超弾性とは異なり、外部の機械的刺激が除去されても、その元の形状には戻らない。超弾性と同様に、マルテンサイト系ＳＭＡもまた、従来の塑性変形および損傷の蓄積を回避する。
【００２０】
マルテンサイト系およびオーステナイト系の両方のＳＭＡは、いくつかの所定の形状を取るようにトレーニングされ(trained)得る。例えば、マルテンサイト系材料は、形状を与えられ得る；それは、マルテンサイト変異体の再配列を介して異なる形状を取る能力を持って、上記のように動作するであろう;熱または電気に付されると、それは、オーステナイトに変態することによって所定の形状を取るであろう。例えば、材料は、オーステナイト形状がワイヤの円形スプール(spool)の形態になるように、および、変態温度が操作温度を上回るように、製造され熱処理される。使用の際、材料はマルテンサイトである；材料は、まっすぐな形状などのいずれか特定の形状に変形され、伸長されてもよい；巻き上げられた(spooled)構成を回復することが所望される場合、ワイヤをマイルドな熱(mild heat)および電気に付すことができる；温度が、ワイヤをオーステナイト動態へ持っていくとき（図４参照）、巻き上げられた円形形状が回復される。
【００２１】
超弾性導体は、円形断面を有していてもよいが、所望されるとおりに、フラットであっても楕円形であってもよいし、または、他の断面形状を有していてもよい。３つの断面が図５に示されているが、７１は円形断面を示し、７２はフラットリボン様の断面を示し、７３は楕円形の断面を持つワイヤを示す。ワイヤは、単一の裸のまたは絶縁されたワイヤであってもよいし、ケーブルまたはワイヤロープの一部であってもよい。図６は、これが如何になされ得るかについての例を説明する；いくつかの個別のワイヤ７５は、ここで少なくとも１つが超弾性導体であって、絶縁されているかまたは裸であるが、ケーブル７４を形成するために一緒に撚られている。これはさらに、疲労および強度などの機械的特性を向上させることができ、それは、ケーブルに、機能性、電力または帯域幅を追加し得る。
【００２２】
本発明のこの側面において、導線がオーステナイト系であるような操作温度範囲が、意図される。ワイヤは、指定の形状（例えば、まっすぐな、丸い、ねじれた）で供給されても、されなくてもよい。通常の操作モードにおいて、ワイヤは、引張、振動、ねじれ、曲げまたはその他などの極端な機械的刺激に付されても、付されなくてもよく、オーステナイト系ワイヤは、たやすく電流を伝導しても、しなくてもよい。振動、曲げ、引張、圧縮またはその他などの機械的入力に付されるとき、ワイヤは、マルテンサイトへ局所的に変態することによって、この歪みに適合することができる。例えば振動アセンブリにおいて、ワイヤの大部分は、歪み得および変態し得る；曲げられるかまたはねじられる場合、変態は局所的であり得る。両方のケースにおいて、従来の塑性変形は生じず、ワイヤは損傷されない。機械的刺激が停止すると（例えば、振動が停止するか、または、ねじれをもたらす力が除去される）、ワイヤはその元の所定の形状を回復するであろうし、マルテンサイトはオーステナイトへ逆変態する。これは、大きな歪みにて、もつれ、破壊および疲労破損を防ぐ。
【００２３】
達成され得る歪みは、局所的に２〜１０％のオーダーにある。回復力、換言すればねじれおよび変形に対する抵抗は、組成および温度および変態温度に応じて１０ＭＰａ〜８００ＭＰａの範囲内に調整され得る。図７は、絶縁体を持つワイヤのいくつかの構成を示す；ワイヤは、１つの好ましい形状で供給され、いずれの局所的または全体的な変形も、ワイヤによって反発力をもたらすであろう；ワイヤは、好ましい形状に戻る力を働かせる。
【００２４】
本発明のこの側面において、材料は、通常の操作条件下でマルテンサイト相にあるように製造されている。したがって、材料は、高度に柔軟であり、１０％までの高い歪みにより大きな形状変化に適応することができる。従来の信号または電力ワイヤに対するこれの利点は、それが、微細構造の損傷を蓄積することなく、はるかに高度な歪みに対して変形され得ることである；しかも、それは、繰り返しそのように行うことができる。さらに、所定の形状は、以下のやり方で回復され得る：マルテンサイト系ワイヤは、マルテンサイトがオーステナイトへ変態するように、直接加熱またはジュール加熱または他のメカニズムを介して加熱される；ワイヤは、オーステナイト形状がいくつかの公知の形態を採るようなやり方で製造されている。今、所望の形態にあるワイヤは、所望の形態を維持しながら、冷めてもとのマルテンサイトへ戻る（すなわち、オーステナイトからマルテンサイトへの熱変態が、マルテンサイト変異体の自己適合として知られる現象に起因する巨視的な形状変化をもたらさない）。材料は再びマルテンサイト系となり、適宜に使用され得る。図６は、絶縁体を持つワイヤのいくつかの構成を示す。ワイヤは、意図された操作範囲を上回る温度でしか到達されない１つの好ましい形状で供給される。ワイヤは、マルテンサイト変異体の再分配を介して局所的にまたは全体的に変形を受けてもよく、前記再分配は、復元力をもたらさず、従来の可塑性を含まない。復元力は、ワイヤによって、その温度が変態温度を上回って上昇させられるときにしか、働かない。
【００２５】
以下の例は、本発明が、柔軟ではあるがねじれのないケーブル、および、いくつかの特定の形状の記憶を持つ機能的なワイヤの両方として電磁信号の導体を作り出すために如何に使用され得るかを説明する。一端から他端へ電磁信号を輸送する導電体は、オーステナイト系超弾性合金から作られている。信号は、携帯電話、デジタル音楽プレーヤ、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ステレオ音楽システム、増幅器、ｍｐ３プレーヤまたはその他などの電子デバイスから輸送され得る。信号は、スピーカー、イヤホン、ヘッドホンまたは別の電子デバイスへ輸送され得る。ケーブルの長さは、短くても（例えば数センチメートル）、長くても（数百メートル）、中間の長さ（例えば、およそ１〜２メートル、約１メートル、約２メートルまたは約３メートル）であってもよい。ケーブルは、裸であっても、絶縁されていてもよい。導体は編まれていてもいなくてもよく、他の機能を持つ他のケーブルまたはロープとともに配置されてもよい。
【００２６】
導電体はオーステナイト系であり、したがって、操作温度にて好ましい形状を有する；この形状は、まっすぐであっても、円形であってもよく、ケーブルは、丸められ、コンパクトなまたは他のある機能を果たす、ある好ましい形状にされてもよい。ケーブルがオーステナイト系であるため、それは変形に抵抗するであろう；この抵抗力は、小さくまたは大きくプログラムされてもよい。本発明の一態様において、回復力は、変形が人によって容易に課せられるように、小さくてもよく、ワイヤは、小さな力により異なる形状を取るように伸長され得る。導電体は、いずれの外力なしに放置された場合、その所定の形状に戻る。
【００２７】
本発明の一態様において、ワイヤは、イヤホンまたはヘッドホンへ接続されてもよく、好ましい形状は、ポケット中またはディスペンサーデバイス中に良好に収まり、もつれがない、円形ロールなどのコンパクトな形状であってもよい。これは、図８に説明されており、ここで外部の機械的な力のない下で、ワイヤは所定の形状に巻き上がる。まっすぐにすることが困難な難しい形状にまでもつれてしまう代わりに、ワイヤは、使用されないとき、好ましい形状に戻る。使用される（例えば、ポケットの中に一端を、耳の中に他端を位置付けるように伸長される）とき、ワイヤはまっすぐであって、もつれる傾向がない。これは、図面中、図８の右側にて説明されており、ここでワイヤは伸ばされ、イヤホンは人の耳の中へ挿入され、プラグまたはコネクタは、電子デバイスのジャックまたはコネクタの中へ挿入されている。テーブルまたは他の表面の上などに外力なしに放置されているとき、ワイヤは、巻き上げられて、もつれのない構成へ戻る。
【００２８】
ワイヤは、裸であっても絶縁されていてもよく、それは、電気的、機能的、構造的またはその他であり得る相補的なまたは独立した機能を持つ複数の導線または他のワイヤを含有するシングルワイヤ(single-wire)またはケーブルの一部であってもよい。図９は、同様の相補的なまたは独立した機能を持つワイヤのより大きなアセンブリの一部であるワイヤの一例を示す。このアセンブリは、裸であっても、絶縁されていても、複合のまたはポリマーのマトリックス中に埋め込まれていてもよい。超弾性導体はさらに、織られまたは編まれて、２Ｄまたは３Ｄ構造にされてもよく、あるいは、それは、撚られまたはねじられて、らせん状の物にされ、ひいてはワイヤロープを形成してもよい。
【００２９】
本発明の形状記憶合金材料は、米国特許8282746によって定義されるとおり、多結晶性、単結晶性またはオリゴ結晶性のいずれかであり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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