号数	ばね論文集 68 号（ 2023 年）
ページ数	pp.21-27
種類	論文
論文名	板状Cu-Al-Mn 形状記憶合金素子の座屈特性に及ぼす繰返し座屈変形の影響
Title	Effect of repeated buckling deformation on buckling characteristics of tapeshaped Cu-Al-Mn shape memory alloy element
著者	川原京也1) ，土井祐樹1) ，長　弘基3) ，佐々木卓実3)
Author	Kyoya KAWAHARA1), Yuki DOI1), Hiroki CHO3), Takumi SASAKI3)
抄録	超弾性特性を示す形状記憶合金(SMA)素子は、座屈変形時に負の剛性を示し、また除荷時に形状記憶特性により形状が回復する。つまり形状記憶合金を座屈させることで負の剛性領域を連続的に利用できる。そのためSMA素子と正ばねを組み合わせることで準ゼロ剛性の構造とすることで、パッシブ除振が可能な機構を製作することが可能である。そこで板状Ti-Ni SMA素子を用いた除振装置を考案・製作し、振動特性を測定したところ、試作した除振装置は優れた除振特性を示すことを確認した。しかしながら、Ti-Ni合金の除振特性は環境温度に強く依存するため、試作した除振装置の使用可能温度幅は非常に狭いという問題点があった。そこで本研究では、Ti-Ni SMAよりも温度依存性の低いCu-Al-Mn SMAに着目し、座屈特性や疲労特性を調査し、除振材料としての評価を行った。実験結果から、Cu-Al-Mn SMAはTi-Ni SMAと比べて座屈特性の温度依存性が小さく、応力ヒステリシスも小さいため、広い環境温度において、良好な除振特性を有する可能性が見出された。しかし、Cu-Al-Mn SMAは数万回の座屈変形で急激に反力が減少し、その後すぐに破断に至る傾向にあることも分かった。これは、座屈変形により引張応力が加わった部分で、粒界破壊を生じることが原因であると考えられる。
Abstract	The shape memory alloy（SMA）element that shows superelastic behavior exbibits negative stiffness during post-buckling deformation．Buckling deformation recover during unloading due to the shape memory effect. Thus, the negative stiffness region can be used continuously by the buckling of the shape memory alloy. The continuous availability of a negative stiffness region makes it possible to fabricate a passive vibration isolation mechanism with a quasi-zero stiffness structure composed of the combination of SMA elements and regular spring. Therefore, we devised and fabricated the passive vibration isolator using tape-shaped Ti-Ni SMA elements, and this isolator shows the excellent vibration characteristic. However, the physical properties of the Ti-Ni alloy strongly depend on the environmental temperature, which makes the operating temperature range of this vibration isolator very narrow. In this study, we focused on Cu-Al-Mn SMA with lower temperature dependence than Ti-Ni SMA and investigated their buckling characteristics and fatigue characteristics to evaluate their performance as vibration isolators. From the experimental results, it is considered that Cu-Al-Mn SMA exhibits favorable vibration-isolation properties over a wide environmental temperature range because of its smaller temperature dependence of buckling property and smaller stress hysteresis compared to Ti-Ni SMA. However, Cu-Al-Mn SMA has tendency of rapid decrease in reaction force after tens of thousands of cycles of buckling deformation fracturing shortly thereafter. This fracture was caused by intergranular fracture at the position where tensile stress is applied due to buckling deformation.
著者の所属	1)北九州市立大学大学院 2)北九州市立大学
Belonging	1)The University of Kitakyushu , Graduate School 2)The University of Kitakyushu
Key Words	Shape memory alloy, Cu-Al-Mn alloy, Buckling characteristics, Fatigue characteristics