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JOINT STRUCTURE OF SHAPE MEMORY ALLOY AND METHOD FOR FORMING JOINT STRUCTURE

Patent code P110003114
File No. V226P003
Posted date Jun 16, 2011
Application number P2003-031783
Publication number P2004-237349A
Patent number P3814723
Date of filing Feb 7, 2003
Date of publication of application Aug 26, 2004
Date of registration Jun 16, 2006
Inventor
  • (In Japanese)芳賀 洋一
  • (In Japanese)江刺 正喜
Applicant
  • (In Japanese)独立行政法人科学技術振興機構
Title JOINT STRUCTURE OF SHAPE MEMORY ALLOY AND METHOD FOR FORMING JOINT STRUCTURE
Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the joint structure of a shape memory alloy, which does not impair the characteristics of the shape memory alloy, causes no stress concentration, and enables electrical/mechanical joint easily.

SOLUTION: According to the joint structure 10 for joining a shape memory alloy coil 2 to an electrode 6, a copper thin film 4, which is formed on one end of the shape memory alloy coil 2 in a direction different from where shape restoring force acts, is made to come in contact electrically with the electrode 6, which is formed on a board 1, for example, as a pattern, directly, or indirectly via a eutectic solder 8, and the coil 2 and the electrode 6 are mechanically fixed together. The copper film 4 is not formed on the part of the coil 2 that is not covered with the eutectic solder 8.

Outline of related art and contending technology (In Japanese)
Ni-Ti合金は形状記憶と超弾性の両特性を併せ持つ機能性が早くから注目されているが、未だその特長を十分に活かした応用は見つかっておらず、アクチュエータとして産業的に成功した例はほとんどなく、現状ではNi-Ti合金の超弾性のみを使ったバネ材や構造材としての応用がほとんである。その利用が限られる理由の一つは、接合性の低さにあると考えられている(例えば、非特許文献1参照。)
【0003】
形状記憶合金は、加熱すると記憶された形状に戻る性質を有しているが、形状記憶合金の大きさが小さい場合、通常、形状記憶合金の加熱は、形状記憶合金に電流を直接流し、ジュール熱により加熱を行う。そのため、形状記憶合金と電極又は配線とを電気的に接続する必要がある。
また、形状記憶合金の通電加熱による変形のため電気的接続部に応力が働くことが多いので、電気的接続と機械的固定の両方が同時に必要になる。
形状記憶合金の形状記憶合金同士又は配線との機械的な固定、及び電気的接続の従来の方法は、主に溶接、機械的圧着、はんだ付け及び導電性接着剤などが挙げられる。
【0004】
形状記憶合金の溶接技術について、電子ビーム溶接及び熱間圧接ともいうべき細線の突き合わせ抵抗溶接の報告があり、圧接では形状記憶効果を失うことなく溶接できるとされているが(非特許文献2、第60頁「4.おわりに」を参照)、溶接箇所で形状記憶特性及び超弾性特性が失われる旨の指摘もされている(特許文献1の〔従来の技術〕欄の段落0002を参照)。
【0005】
機械的圧着については、形状記憶合金のコイルばねの端部を固定するための方法として、マイクロコイルとパイプを一体化する提案がある(例えば、特許文献2参照)。
また、はんだ付けでは、形状記憶合金表面に酸化チタンの層が形成されることにより良好な金属結合を形成できないこと、さらにこの解決方法として境界材料の付加的な層を形成して形状記憶合金と接合材料の両方を固着させることが指摘され、この境界材料を形成する方法として電気めっきを掲げているが、この方法でも形状記憶特性及び超弾性特性が失われると指摘されている(特許文献1の〔従来の技術〕欄の段落0004を参照)。
【0006】
このはんだ付けによるニチノール(ニッケル-チタン合金で形状記憶特性を有する)の接合方法では、ニチノールの表面から汚染物質を除去する為にフラックスを活性化温度まで加熱し、ニッケル含有境界表面の酸化を最小化し、このフラックスを冷却してフラックスの固体コーティングを形成後、このフラックスを除去して表面から汚染物質とチタンを除去し、ニッケル含有境界表面に、ニチノールの溶融温度以下のアニール温度を有する溶融ハンダ材料を配置し、他の金属をこの溶融ハンダ材料に接触させ、このハンダ材料を冷却して、ニチノールを他の金属に接合する提案がされている(特許文献1を参照)。
また、導電性接着剤については本発明者らの提案がある(例えば、特許文献3参照)。
【0007】
【非特許文献1】
本間 大、「バイオメタル解説:形状記憶合金アクチュエータとバイオメタル」、パンフレット、トキ・コーポレーション、2000年12月、p.9-10
【非特許文献2】
西川雅弘、「形状記憶合金の溶接技術」、日本金属学会会報、1985年、第24巻、第1号、p.56-60
【特許文献1】
特開平5-185216号公報(第1頁~第3頁、第1図)
【特許文献2】
特開2000-257611号公報(フロントページ、第1図)
【特許文献3】
特開平11-48171号公報(第8頁~第9頁、第4図~第8図)
Field of industrial application (In Japanese)
この発明は機能材料の電気的機械的接合に利用し、形状記憶合金の特性を損ねることがないとともに、応力集中がなく、容易に電気的機械的接合を同時に可能にするための形状記憶合金の接合構造形成方法に関するものである。
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
  難接合性を有する形状記憶合金の接合方法において、接合箇所を有する形状記憶合金の全体に接合膜を形成する第1工程と、接合箇所に形成した接合膜をはんだ付けする第2工程と、はんだ付けされた箇所以外の形状記憶合金に形成された接合膜を取り除く第3工程とを備え
上記形状記憶合金の接合箇所がコイル状に形成されていて、上記接合膜を介してコイル状の接合箇所をはんだ付けすることを特徴とする、形状記憶合金の接合構造形成方法。
【請求項2】
  前記形状記憶合金が、形状記憶合金コイル及び形状記憶合金ワイヤのいずれかであることを特徴とする、請求項1記載の形状記憶合金の接合構造形成方法。
Industrial division
  • Processing
  • Miscellaneous in the prime mover category
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2003031783thum.jpg
State of application right Right is in force
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