加熱炉および加熱装置
【課題】ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供する。
【解決手段】ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、ワイヤが通過する第２通路が形成され、第２通路が第１通路の両端にそれぞれ連通するように加熱部と一体に設けられた２つのガイド部と、を備え、ガイド部は、２つのガイド部の開口の温度が張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成されていることを特徴とする加熱炉。
【解決手段】ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、ワイヤが通過する第２通路が形成され、第２通路が第１通路の両端にそれぞれ連通するように加熱部と一体に設けられた２つのガイド部と、を備え、ガイド部は、２つのガイド部の開口の温度が張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成されていることを特徴とする加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金からなるワイヤを加熱する加熱炉および加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ、以下ＳＭＡと記す。）からなるワイヤや箔等の伸縮を利用して駆動対象物を駆動させる駆動装置が知られている。このような駆動装置を製造する際には、ＳＭＡを架設した初期状態を検査するが、架設時の張力調整のばらつきや、ＳＭＡの取り付け状態に起因する張力変動等により、駆動装置内における駆動対象物の初期位置にばらつきが生じるといった問題点があった。
【０００３】
このような問題に対して、駆動対象物の初期位置を調整するために、調整機構を設けた駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１で提案されている調整を行っても、ＳＭＡの特性により初回の加熱、冷却による伸縮駆動時にＳＭＡの応力が変動し、駆動対象物の初期位置がずれるという問題がある。
【０００５】
ＳＭＡの特性について図１７を用いて説明する。図１７はＳＭＡの応力−歪み特性例を示すグラフである。図１７の横軸は歪み、縦軸は応力である。
【０００６】
例えば図１７の０点からＡ点まで応力を加えた後、応力を取り去ると図中矢印で示すようにＡ’点に達する。Ａ’点の歪みが残留歪みである。この状態から再びＳＭＡに応力を加えるとＡ’点からＡ点に向かってＳＭＡの歪みは増加する。ＳＭＡを一旦加熱してオーステナイト変態させると残留歪は消失するため、応力と歪の関係は再びグラフ上０Ａで示す関係となる。
【０００７】
一般に、ＳＭＡからなるワイヤ（以下、ＳＭＡワイヤと記す）を用いる駆動装置では、金属製の２つの端子にＳＭＡワイヤを固定する方法がとられる。この端子間に架設する際のＳＭＡワイヤに加える応力が一定であっても、残留歪みの有無により、結果的に応力差が生じる。例えば、端子間に架設する際のＳＭＡワイヤに加える応力の設計上の目標値をｂ１とする。残留歪みのないＳＭＡワイヤにｂ１の応力を加えた場合は図中の０点から直線上にあるＢ点に達するのに対し、例えば前述のようにＡ’点に示す残留歪みの残っているＳＭＡワイヤにｂ１の応力を加えた場合は図中のＡ’点から直線上にあるＣ’点に達する。
【０００８】
このように残留歪みの残っているＳＭＡワイヤにｂ１の応力を加えた状態で駆動装置の端子間にＳＭＡワイヤを固定した後、ＳＭＡワイヤを加熱してオーステナイト変態させると残留歪みは解消する。残留歪みが解消すると、ＳＭＡワイヤの長さは歪みがｃ２になる直線０Ａ上の点Ｃで均衡する。すなわち、ＳＭＡワイヤを加熱して残留歪みが解消されると応力はｃ１になり、ＳＭＡワイヤ架設時の応力ｂ１との応力差ｂ１−ｃ１が生じる。しかしながら、予めＳＭＡワイヤの残留歪みの量を測定することは困難であり、残留歪みの無いＳＭＡワイヤを選別したり、残留歪みの量に応じて応力差を補正することはできない。
【０００９】
このような問題を解決するため、被架設物にＳＭＡワイヤを架設した後、架設されたＳＭＡワイヤに通電してオーステナイト温度域まで加熱した後、所定の引張応力を与えながら駆動装置に固定することにより、ＳＭＡワイヤに対して生じる架設時の応力変動を解消する製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６０９９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示されている製造方法では、ＳＭＡワイヤを架設する工程と加熱する工程とを同じ環境で行うため、ＳＭＡワイヤ周辺の環境を管理することが難しく、環境温度や風の影響によりオーステナイト温度域まで加熱できないおそれがあった。また、部品毎に所定の長さのＳＭＡワイヤを架設した後、加熱、冷却と張力調整を行うため連続生産に適していない面があった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
１．一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、該ワイヤのマルテンサイト変態終了温度以下の環境に設置し、通過する該ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
を備え、
前記ガイド部は、
２つの前記ガイド部の開口の温度が前記張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成されていることを特徴とする加熱炉。
【００１４】
２．前記第１通路と前記第２通路とからなる前記加熱炉の内部空間は、２つの前記開口のみ外部環境に開放されていることを特徴とする前記１に記載の加熱炉。
【００１５】
３．前記ガイド部は円筒状であることを特徴とする前記１または２に記載の加熱炉。
【００１６】
４．前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積は、
前記加熱部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積より小さく、
前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向が水平になるように設置されていることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載の加熱炉。
【００１７】
５．前記１乃至４の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【００１８】
６．一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、通過する前記ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
前記ガイド部を冷却する冷却手段と、
を備えたことを特徴とする加熱炉。
【００１９】
７．前記冷却手段は、
前記ガイド部を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成され、前記ガイド部と前記ガイド部より熱容量の大きい固定部とを接続し、熱伝導により前記ガイド部を冷却するように構成されていることを特徴とする前記６に記載の加熱炉。
【００２０】
８．前記冷却手段は、
前記ガイド部に送風する送風手段であることを特徴とする前記６に記載の加熱炉。
【００２１】
９．前記冷却手段は、
前記ガイド部に取り付けられたラジエータであることを特徴とする前記６に記載の加熱炉。
【００２２】
１０．前記６乃至９の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【００２３】
１１．前記ガイド部の温度を検出するガイド部温度センサを有し、
前記制御回路は、
前記ガイド部温度センサの検出した温度に基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする前記１０に記載の加熱装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、加熱炉に、ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、ワイヤが通過する第２通路が形成され、第２通路が第１通路の両端とそれぞれ連通するように加熱部と一体に形成された２つのガイド部とを設け、２つのガイド部の開口の温度が所定の張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成している。したがって、ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１は本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１の一例を示すブロック図、図２は、ＳＭＡワイヤ２の温度−歪み特性の一例を示すグラフ、図３は本発明の第１の実施形態の加熱装置２０の第１例を説明する断面図、である。
【００２７】
最初に、図１を用いて製造システム１の全体を説明する。
【００２８】
製造システム１は、ストック制御ユニット１０と加熱装置２０、締結ユニット３０、搬送部３１、制御部１４などから構成される。
【００２９】
リール１１に巻き回されたＳＭＡワイヤ２は、一端が搬送締結ユニット３０の搬送パレット３２に搭載された架設対象物７０（図１には図示せず）に固定されており搬送パレット３２の移動に伴って紙面右方向にリール１１から引き出される。リール１１と搬送パレット３２の間、ＳＭＡワイヤ２はガイドローラ１４ａ、１３、１４ｂに沿って方向を変えて加熱装置２０に入り、加熱装置２０を出てからガイドローラ１４ｃで方向を変えて架設対象物７０と連結している。ＳＭＡワイヤ２には例えばＮｉＴｉ系の材料が用いられる。
【００３０】
ストック制御ユニット１０は、ＳＭＡワイヤ２が巻き回されたリール１１、リール１１の回転中心に回転軸が直結されたモータ１５、リール１１から引き出されたＳＭＡワイヤ２が掛けられたガイドローラ１４ａ、１３、１４ｂ、ガイドローラ１３を通るＳＭＡワイヤ２の張力を検知する張力センサ１２などから構成される。
【００３１】
制御部１４は、図示せぬＣＰＵ（中央処理装置）とＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭに読み出し、当該プログラムに従って製造システム１の各部を集中制御する。
【００３２】
制御部１４は、張力センサ１２が検知したガイドローラ１３に掛けられたＳＭＡワイヤ２の張力に応じてモータ１５の回転を制御する。制御部１４は、張力が目標値を上回るとその差分に応じてモータ１５をＳＭＡワイヤ２を送り出す方向に回転させ、目標値を下回ればその差分に応じてモータ１５を逆方向に回転させ張力が目標値になるように制御する。
【００３３】
図２は、ＳＭＡワイヤ２の温度−歪み特性の一例を示すグラフである。図２を用いて本実施形態で用いるＳＭＡワイヤ２の特性について説明する。
【００３４】
図２の横軸は温度、縦軸は歪みであり矢印で示す方向が収縮する方向である。
【００３５】
図中、ＡＳはオーステナイト変態開始温度、ＡＦはオーステナイト変態終了温度、ＭＳはマルテンサイト変態開始温度、ＭＦはマルテンサイト変態終了温度、Ｔｒは室温、Ｔｍは記憶温度である。ＳＭＡワイヤ２には一定の張力が与えられ、室温では所定量伸長しているものとする。ＳＭＡワイヤ２を加熱し、温度がオーステナイト変態開始温度以上になると図２に示すように急速に収縮する。オーステナイト変態終了温度以上になるとＳＭＡワイヤ２はオーステナイト相に変態し、残留歪みは除去される。
【００３６】
次に、ＳＭＡワイヤ２の温度をマルテンサイト変態開始温度以下にすると与えられている張力によって図２に示すように急速に伸長する。マルテンサイト変態終了温度以下になるとＳＭＡワイヤ２はマルテンサイト相に変態する。
【００３７】
ＳＭＡワイヤ２の線径は、細いほど熱容量が小さいため同じエネルギーでの温度上昇及び下降が早くなり、応答性が良くなる。また、ＳＭＡワイヤ２を架設した架設対象物７０が高温環境下でも動作するように、ＳＭＡワイヤ２にはオーステナイト変態開始温度、マルテンサイト変態終了温度が例えば６０℃以上の材料を用いる。このような材料ではオーステナイト変態終了温度は１００℃〜２００℃程度である。
【００３８】
次に、図３〜図６を用いて本発明の第１実施形態の加熱装置２０と加熱炉２３０を説明する。
【００３９】
図３は第１実施形態の加熱装置２０の第１例である。図３（ａ）は第１実施形態の第１例の加熱装置２０の側面図、図３（ｂ）は加熱装置２０のＡ−Ａ’面の断面図である。
【００４０】
加熱装置２０は、加熱炉２３０、ヒータ２１、加熱部温度センサ２２、制御回路２３などから構成される。
【００４１】
加熱炉２３０は、ヒータ１２１によって加熱される加熱部２４と、加熱部２４の壁面から突出した肉厚の薄い筒状のガイド部２５ａ、２５ｂからなる。加熱部２４には、通過するＳＭＡワイヤ２の一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路２２１が形成されている。ガイド部２５ａ、２５ｂは図３のように加熱部２４の壁面から突出するように設けられ、第１通路２２１の両端と連通する第２通路２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ形成されている。
【００４２】
本例では、第１通路２２１と第２通路２２０ａ、２２０ｂの直径φは同じであり、同じ太さの孔がガイド部２５ａからガイド部２５ｂまで貫通している。第１通路２２と第２通路２２０ａ、２２０ｂは、図３のように直線状であり、第１通路２２と第２通路２２０ａ、２２０ｂとからなる加熱炉２３０の内部空間は、開口２９ａ、開口２９ｂのみ大気側に開放されている。本実施形態ではＳＭＡワイヤ２は、開口２９ａから開口２９ｂに向けて第２通路２２０ａ、第１通路２２１、第２通路２２０ｂを通過するものとする。
【００４３】
加熱部２４は熱容量／表面積の比率が大きくなるように構成し、ガイド部２５ａ、２５ｂは熱容量／表面積の比率が小さくなるように構成することが好ましい。
【００４４】
なお、以降説明する実施形態では、加熱炉２３０を第２通路２２０ａ、２２０ｂの長手方向が水平になるように設置するものとする。また、加熱装置２０は、マルテンサイト変態終了温度以下の温度、例えば２５℃に温度調整された雰囲気下に設置されるものとする。
【００４５】
加熱部温度センサ２２は、図３（ｂ）に示すように加熱部２４の中心に位置する加熱中心２３５付近で、ヒータ１２１と対向する位置の第１通路２２１の温度を検知するように配置されている。制御回路２３は、加熱部温度センサ２２が検知した温度の情報に基づいて、加熱中心２３５の温度がオーステナイト変態終了温度以上になるようヒータ２２を制御する。ヒータ１２１は本発明の加熱手段である。
【００４６】
図中のφは通路２２０の開口２９ａ、開口２９ｂの直径であり、ｘ１は第２通路２２０ａの入口側の開口２９ａからＳＭＡワイヤ２がオーステナイト変態終了温度以上に加熱される加熱中心２３５までの距離である。ｘ２は加熱中心２３５から第２通路２２０ｂの出口側の開口２９ｂまでの距離である。開口２９ａ、２９ｂから第２通路２２０ａ、２２０ｂに空気が流れ込まないように、φはできるだけ小さくし、ｘ１、ｘ２はできるだけ大きくすることが望ましい。少なくともφ＜ｘ１、φ＜ｘ２にすると空気が流れ込まないようにすることが可能である。
【００４７】
ＳＭＡワイヤ２は、第２通路２２０ａから第１通路２２１に沿って進み、加熱中心２３５付近でオーステナイト変態終了温度以上に加熱される。すると、ＳＭＡワイヤ２のオーステナイト変態終了温度以上に加熱された部分はオーステナイト相に変態し、残留歪みが除去される。
【００４８】
本発明の加熱炉２３０では、このように環境温度や風の影響を受けることなくＳＭＡワイヤ２を確実にオーステナイト温度域まで加熱できる。
【００４９】
一方、ヒータ１２１によって加熱された加熱部２４は高温になり、加熱部２４によって温められた空気は、加熱炉２３０の周囲に鉛直方向に上昇する上昇気流を発生させる。加熱部２４の底面で温められた空気は、一部がガイド部２５ａ、２５ｂの底部に沿って移動し、開口２９ａ、開口２９ｂに近づこうとする。しかしながら、ガイド部２５ａ、２５ｂは少なくとも開口２９ａ、開口２９ｂの近傍が加熱部２４より細くなっているため、温められた空気は開口２９ａ、開口２９ｂに到達する前にガイド部２５ａ、２５ｂの途中で上昇し、開口２９ａ、開口２９ｂの温度に影響を及ぼさない。また、加熱部２４の側面で温められた空気はそのまま上昇するため開口２９ａ、開口２９ｂの温度に影響を及ぼさない。
【００５０】
このようにガイド部２５ａ、２５ｂを設けることにより、加熱部２４によって温められた空気による影響を受けることなく、開口２９ａ、開口２９ｂの温度をマルテンサイト変態終了温度以下にすることができる。したがって、ＳＭＡワイヤ２が開口２９ｂ付近で加熱部２４によって温められた空気により収縮し、張力が急激に変動するようなことがない。
【００５１】
加熱中心２３５付近でオーステナイト変態終了温度以上に加熱されたＳＭＡワイヤ２の部分は、第２通路２２０ｂに沿って進み、開口２９ｂから加熱炉２３の外部に出る。開口２９ｂの温度はマルテンサイト変態終了温度以下であり、加熱中心２３５でオーステナイト変態終了温度以上に加熱され残留歪みが除去されたＳＭＡワイヤ２の部分は、開口２９ｂを出るとマルテンサイト相に変態する。
【００５２】
本発明の加熱装置２０では、このようにＳＭＡワイヤ２を加熱する領域が小さいので、低消費電力化や製造システムの小型化が可能であり架設対象物７０に対する熱の影響もほとんど無い。また、ＳＭＡワイヤ２を架設対象物７０に架設してから加熱する方法では温度分布にムラが発生し、十分加熱されず残留歪みが残る可能性があるが、本発明では確実に残留歪みを除去できる。
【００５３】
図４は、第１実施形態の加熱装置２０の第２例の断面図である。
【００５４】
図３の第１例と本第２例との違いは液体２０４を用いてＳＭＡワイヤ２を加熱する点である。液体２０４には、水、フロリナート等の各種液体を用いることができるが、沸騰すると蒸気が通路２２０を通って開口部から噴出し、ＳＭＡワイヤ２を収縮させるおそれがあるためオーステナイト変態終了温度で沸騰しないものが好ましい。
【００５５】
第２例の加熱装置２０は、加熱炉２３０、ヒータ２１、加熱部温度センサ２２、制御回路２３、ベンチレータ２０２などから構成される。
【００５６】
ベンチレータ２０２は、オーステナイト変態終了温度と沸点が近い液体（例えば水）を使用する場合に発生する蒸気による圧力上昇を抑えるために設けられている。このようにベンチレータ２０２を設けると、外気の流入を防ぎつつ気圧だけを下げることが可能である。
【００５７】
本例の加熱部２４には、ガイド部２５ａ、２５ｂの第２通路２２０ａ、２２０ｂより大きな第１通路２２１が設けられ液体２０４が充填されている。加熱部温度センサ２２は、図４に示すように液体２０４の温度を検知するように配置されている。制御回路２３は、加熱部温度センサ２２が検知した温度の情報に基づいて、液体２０４の温度がオーステナイト変態終了温度以上になるようヒータ２２を制御する。
【００５８】
第２通路２２０ａ、２２０ｂは、図４のように直線状であり、第１通路２２１も含め加熱炉２３０の内部空間は、開口２９ａ、２９ｂのみが大気側に開放されている。プーリ２０５ｂの一部は液体２０４に浸漬している。
【００５９】
第１例と同様に、第２通路２２０ａ、２２０ｂに空気が流れ込まないように開口２９ａ、２９ｂの直径は、開口２９ａ、２９ｂから加熱中心２３５までの距離より小さくなっているので空気が流れ込んで加熱中心２３５の温度が変動することがない。
【００６０】
第２通路２２０ａを通ったＳＭＡワイヤ２は、プーリ２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃに沿って進み、液体２０４に一部が浸漬しオーステナイト変態温度以上に加熱される。すると、ＳＭＡワイヤ２のオーステナイト変態終了温度以上に加熱された部分はオーステナイト相に変態し、残留歪みが除去される。
【００６１】
前述したガイド部２５ａ、２５ｂの効果により開口２９ｂの温度はマルテンサイト変態終了温度以下であり、残留歪みが除去されたＳＭＡワイヤ２の部分は、開口２９ｂを出るとマルテンサイト相に変態する。
【００６２】
図５は、第１実施形態の加熱装置２０の第３例の断面図である。
【００６３】
図４の第２例と本第３例との違いはプーリ２０５ｂを加熱して、プーリ２０５ｂに接触するＳＭＡワイヤ２を加熱する点である。このようにすると、空気や液体を介してＳＭＡワイヤ２を加熱する場合と比べて加熱に要するエネルギーを少なくすることができる。
【００６４】
加熱部温度センサ２２は、プーリ２０５ｂの温度を検知するのではなく、図５のように第１通路２２１の温度を検知するように配置されている。制御回路２３は、加熱部温度センサ２２が検知した温度の情報と予め計測された温度補正情報に基づいて、プーリ２０５ｂの温度がオーステナイト変態終了温度以上になるようヒータ２２を制御する。
【００６５】
ガイド部２５ａ、２５ｂの構成と効果は第２例と同様であり説明を省略する。
【００６６】
図６は、第１実施形態の加熱装置２０の第４例である。図６は加熱装置２０の断面図である。
【００６７】
図５の第３例と本第４例との違いはＳＭＡワイヤ２に通電して加熱する点である。このようにすると、第３例よりさらに加熱に要するエネルギーを少なくすることができる。
【００６８】
プーリ２０５ｂは定電流回路２７０に接続され、プーリ２０５ａ、プーリ２０５ｃはそれぞれ接地されている。制御回路２３が定電流回路２７０を制御し、定電流回路２７０がプーリ２０５ｂに定電流を供給すると、プーリ２０５ｂに接触するＳＭＡワイヤ２の部分から、プーリ２０５ａ、プーリ２０５ｃにそれぞれ接触するＳＭＡワイヤ２の部分に定電流が流れ、オーステナイト変態終了温度以上に発熱する。定電流回路２７０は本発明の加熱手段である。
【００６９】
ガイド部２５ａ、２５ｂの構成と効果は第３例と同様であり説明を省略する。
【００７０】
次に、本発明の第２実施形態の加熱炉２３０を説明する。第２実施形態の加熱炉２３０の特徴はガイド部２５ａ、２５ｂを冷却する冷却手段を設けた点であり、図７〜図１０を用いて第２実施形態の加熱炉２３０を説明する。
【００７１】
図７は、第２実施形態の加熱炉２３０の第１例を説明するための説明図である。図７（ｂ）は加熱炉２３０の鉛直方向から見た平面図、図７（ａ）は加熱炉２３０の側面図である。図７（ｃ）は図７（ｂ）にＣ−Ｃ’で示す断面の断面図、図７（ｄ）は図７（ａ）にＤ−Ｄ’で示す断面の断面図、図７（ｅ）は図７（ｂ）にＥ−Ｅ’で示す断面の断面図、図７（ｆ）は図７（ｂ）にＦ−Ｆ’で示す断面の断面図である。
【００７２】
なお、これまでに説明した構成要素と同じ構成要素には同番号を付し説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では、ヒータ２１を加熱部２４の内部に埋め込み、第１通路２２１に近づけ効率良く加熱できるようにしている。加熱部２４と接する部分は第１実施形態と同様にガイド部２５ａ、２５ｂだけであり、熱はガイド部２５ａ、２５ｂ以外には伝導しないように構成されている。
【００７４】
一方、本実施形態では、ガイド部２５ａ、２５ｂに熱容量の大きい第２ガイド部２６が取り付けられており放熱効果を高めている。熱は図７（ｄ）に矢印で示すように、ガイド部２５から第２ガイド部２６に伝導し、さらに第２ガイド部２６に取り付けられた脚部２７に伝導する。脚部２７は熱容量の大きい固定台２４０に固定されており、脚部２７に伝導した熱は固定台２４０に放熱されるように構成されている。第２ガイド部２６と脚部２７は本発明の冷却手段である。
【００７５】
加熱部２４はヒータ２１により加熱され高温になっているため、加熱部２４の周辺の空気が温められ図７（ｃ）に示す矢印のように鉛直方向に上昇気流を発生する。本実施形態では第２ガイド部２６が加熱部２４を囲むように構成されており、加熱部２４の周囲はほとんど開放されているため、図７（ｃ）に示す矢印のように温められた空気は加熱部２４の側面に沿って鉛直方向に上昇し、開口２９ａ、２９ｂの温度に影響を及ぼさない。
【００７６】
また、ガイド部２５ａ、２５ｂの断面積Ｓは、加熱部２４の断面積Ｐより小さくなっているので、ガイド部２５ａ、２５ｂにより温められた空気も図７（ｅ）に示す矢印のようにガイド部２５ａ、２５ｂの側面に沿って鉛直方向に上昇し、開口２９ａ、２９ｂの温度に影響を及ぼさない。
【００７７】
なお、別法として加熱部２４の中心部以外を熱伝導率の低い材料で構成すると、設計の自由度を増すことができる。
【００７８】
図８は第２実施形態の加熱炉２３０の第２例である。
【００７９】
図８（ａ）は加熱炉２３０の側面図、図８（ｂ）は加熱炉２３０の正面図である。図８（ｃ）は熱伝導の経路を説明するための加熱炉２３０の側面図、図８（ｄ）は熱伝導の経路を説明するための加熱炉２３０の断面図である。
【００８０】
図８のようにガイド部２５ａ、２５ｂには脚部２７が取り付けられ、脚部２７は固定台２４０に固定されている。ヒータ２１で発生した熱は、図８（ｄ）の矢印に示すように加熱部２４からガイド部２５ａ、２５ｂと脚部２７に伝導し、固定台２４０に放熱される。脚部２７の熱伝導率がガイド部２５より高くなるように構成すると、図８（ｄ）の矢印のようにほとんどの熱が脚部２７から放熱され、ガイド部２５ａ、２５ｂの開口２９ａ、２９ｂ付近には伝導しない。
【００８１】
図９は第２実施形態の加熱炉２３０の第３例である。
【００８２】
図９（ａ）は加熱炉２３０の側面図、図９（ｂ）は加熱炉２３０の正面の断面図である。
【００８３】
図９のようにガイド部２５ａ、２５ｂにはラジエータ２８が取り付けられ、ラジエータ２８は固定台２４０に固定されている。ラジエータ２８の内部は冷媒が通るように管状になっており、図９（ａ）の矢印Ｉ方向から冷媒をラジエータ２８に注入すると矢印Ｏのように排出される。冷媒としては例えば水などを用いる。このように構成すると、放熱効率を最も高くすることができ、加熱装置２０を小型化できる。
【００８４】
図１０は第２実施形態の加熱炉２３０の第４例である。
【００８５】
図１０（ａ）は加熱炉２３０の側面図、図１０（ｂ）は加熱炉２３０の正面の断面図である。
【００８６】
図１０のようにガイド部２５ａ、２５ｂにはエアノズル２００と、エアノズル２００と対向する位置に吸引ノズル２０１がそれぞれ取り付けられている。エアノズル２００から空気をガイド部２５ａ、２５ｂに向けて噴出し、吸引ノズル２０１は空気を吸引して、ガイド部２５ａ、２５ｂの周りに空気の流れを作り空冷により放熱するように構成されている。なお、吸引ノズル２０１は埃が問題でなければ必ずしも設ける必要は無い。エアノズル２００は本発明の送風手段である。
【００８７】
なお、図７〜図１０では図面を簡略にするため加熱部温度センサ２２の図示を省略しているが、図３と同様にヒータ２１と対向する位置に設ければ良い。
【００８８】
次に、本発明の第３実施形態の加熱装置２０を説明する。図１１は第３実施形態の加熱装置２０である。第３実施形態の加熱装置２０と第２の実施形態の加熱装置２０との違いはガイド部２５ａの温度を検知するガイド部温度センサ２４２を設け、開口２９の温度を一定に制御する点である。
【００８９】
このようにすると、エアノズル２００と吸引ノズル２０１とを必要に応じて動作させれば良いので、エネルギー効率が良い。また、加熱装置２０の設置されている環境温度の変化にも対応することができる。
【００９０】
本実施形態は、第３実施形態の加熱炉２３０の第２例のように液体で冷却する場合にも適用可能である。
【００９１】
なお、本実施形態では開口２９ａ側にしかガイド部温度センサ２４２を設けていないが、加熱中心２３５に対してガイド部２５ａ、ガイド部２５ｂが対称でない場合は、開口２９ｂ側にもガイド部温度センサ２４２を設け、それぞれ独立して温度制御を行う必要がある。
【００９２】
加熱中心２３５の温度制御は目標温度が決まっており、なおかつ周囲が熱容量が大きく構成されているため温度変化は少なく、制御は簡単で単純なＯＮ／ＯＦＦ制御でも制御可能である。一方ガイド部２５ａ、ガイド部２５ｂは熱容量が小さく構成されているとはいえ放熱には時間遅れが生じる。このため温度制御の閾値をマルテンサイト変態終了温度未満に設定しておく必要がある。
【００９３】
次に、図１２を用いて本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１に用いられる搬送部３１の一例を説明する。図１２は搬送部３１の平面図である。
【００９４】
図１２では２つの搬送パレット３２ａ、３２ｂが搬送部３１に搭載されている例を図示している。搬送パレット３２ａ、３２ｂは同じ構成であり、各構成要素を必要に応じてａ、ｂを付けて区別する。
【００９５】
後に詳しく説明するように搬送パレット３２の移動方向は矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の順であり、搬送パレット３２はＦ１方向に所定の位置まで挿入された後、搬送部材３５によりＦ２方向に押されて紙面右側に移動し、Ｆ３方向に排出される。搬送部材３５は矢印Ｆ２方向または逆方向に移動可能であり搬送機構３６により駆動される。
【００９６】
搬送パレット３２の回転部３３に設けられたワーク収容部３４に架設対象物７０（図１２には図示せず）を搭載する。ウレタンローラ３７は、制御部１４の指令により回転する図示せぬ駆動源に連結され、図１２に示すように回転部３３ｂに当接して回転部３３ｂを回転させる。後に説明するように、回転部３３ｂの回転に伴って回転部３３ｂに搭載された架設対象物７０にＳＭＡワイヤが架設される。
【００９７】
図１３は架設対象物７０の一例の平面図、図１４は架設対象物７０の一例の側面図である。
【００９８】
最初に、架設対象物７０の一例として図１３、図１４に示すレンズユニットを説明する。
【００９９】
図１３、図１４に示す架設対象物７０は、レバー７６、ＳＭＡワイヤ２、端子７４、端子７５からなるレンズ駆動機構により、レンズ駆動枠７２を駆動するように構成されている。レンズ駆動枠７２にはレンズ７１が組み込まれている。なお、図１４に示すカバー８０、バイアスバネ７９、平行板バネ８１は図面を簡略にするため図１３には図示していない。
【０１００】
図１４（ａ）はレンズ駆動枠７２が初期位置にある状態の側面図、図１４（ｂ）はレンズ駆動枠７２が矢印Ｐ２方向に繰り出された状態の側面図である。
【０１０１】
図１３に示すようにレバー７６のＵ字状に２つに分かれた先端部分がレンズ駆動枠７２の突起部８２と突起部８３にそれぞれ当接している。図１４に示すように、レバー７６はベース部７３に設けられたヒンジ部７８を支点に図１４（ｂ）の矢印Ｐ１方向または逆方向に回動可能であり、図１４（ｂ）のように矢印Ｐ１方向にＳＭＡワイヤ２が収縮するとレバー７６の２つに分かれた先端部分は突起部８２と突起部８３とを矢印Ｐ２方向に押し上げるように構成されている。
【０１０２】
レンズ駆動枠７２は、矢印Ｐ２方向または逆方向に直進するように平行板バネ８１により図１４の紙面上下方向を保持され、バイアスバネ７９により矢印Ｐ２と逆方向に付勢されている。ＳＭＡワイヤ２は、図１３のように中央部がレバー７６のフック部７７に引っ掛けられ、両端が端子７４と端子７５に固定されている。
【０１０３】
レンズ駆動枠７２を駆動する手順を説明する。
【０１０４】
端子７４、端子７５の間に電圧を印加し、ＳＭＡワイヤ２に電流を流して加熱すると、ＳＭＡワイヤ２はオーステナイト変態して収縮し、レバー７６はヒンジ部７８を回転中心として矢印Ｐ１方向に回動する。すると、レバー７６の２つに分かれた先端部分は突起部８２と突起部８３とを矢印Ｐ２方向に押し上げ、図１４（ｂ）のようにレンズ駆動枠７２を矢印Ｐ２方向に移動させる。
【０１０５】
ＳＭＡワイヤ２に電流を流すのを止めると、ＳＭＡワイヤ２は自然冷却されマルテンサイト相に変態して矢印Ｐ１と逆方向に伸長し、レンズ駆動枠７２は初期位置に戻る。
【０１０６】
図１５は、製造システム１がＳＭＡワイヤを架設対象物７０に架設し固定する手順を説明するフローチャート、図１６は、ＳＭＡワイヤを架設対象物に架設し固定する手順毎の搬送部３１の動作を説明する説明図である。
【０１０７】
製造システム１によりＳＭＡワイヤを架設対象物７０に架設する手順の一例を図１５のフローチャートの順に図１６の説明図を参照しながら説明する。なお、図１６の説明図は、回転部３３に搭載された架設対象物７０の動きを説明するため、図１２の搬送部３１の平面図を簡略化して説明に必要な部分だけ図示している。
【０１０８】
以下のフローチャートの説明では、図１６（ａ）のように架設対象物７０ｂが搬送パレット３２ｂの回転部３３ｂに搭載された状態から説明する。
【０１０９】
図１６（ａ）の架設対象物７０ｂには、リール１１から引き出されたＳＭＡワイヤ２の一端が端子７４ｂに固定されている。ＳＭＡワイヤ２は、本発明の加熱装置２０を通過し、ＳＭＡワイヤ２はオーステナイト変態終了温度以上に加熱された後、マルテンサイト相まで冷却されて搬送部３１に供給されている。したがって搬送部３１に供給されているＳＭＡワイヤ２は、加熱装置２０で行われる上記加熱冷却工程で残留歪みが除去されている。
【０１１０】
Ｓ１：搬送パレット３２ｂを矢印Ｆ２方向に直進させるステップである。
【０１１１】
制御部１４は、搬送機構３６に指令し、搬送パレット３２ｂを図１６（ａ）の位置から図１６（ｂ）の位置に移動させる。本ステップでは、制御部１４は張力の制御目標値を、架設対象物７０に架設後のＳＭＡワイヤ２の応力目標値ｂ１未満のｂｘに設定し、張力センサ１２で検知した張力値に応じてモータ１５を制御している。
【０１１２】
本ステップでは搬送パレット３２ｂを矢印Ｆ２方向に直進させ、移動距離に応じたＳＭＡワイヤ２をリール１１から引き出すので負荷変動が大きく、搬送パレット３２ｂの移動速度を一定に制御することは難しい。そのため、ＳＭＡワイヤ２の張力も制御目標値から変動するが、ＳＭＡワイヤ２の張力が変動しても応力目標値ｂ１を越えないようにＳＭＡワイヤ２の制御目標値を応力目標値ｂ１よりも低いｂｘに設定する。このようにＳＭＡワイヤ２の張力の制御目標値をｂ１より低く設定することにより、何らかの誤差要因によってＳＭＡワイヤ２の張力がｂ１を越え残留歪みが発生することを防止できる。なお、ｂｘはｂ１に対して十分低い値が望ましい。
【０１１３】
Ｓ２：張力の制御目標値をｂ１に設定するステップである。
【０１１４】
制御部１４は、ＳＭＡワイヤ２の張力を制御する制御目標値を、架設対象物７０に架設後のＳＭＡワイヤ２の応力目標値ｂ１に設定し、張力センサ１２で検知した張力値に応じてモータ１５を制御する。ステップＳ３、Ｓ４の架設工程でＳＭＡワイヤ２を架設するに先立って、制御部１４は張力の制御目標値をｂ１に設定し、架設するＳＭＡワイヤ２の張力が応力目標値のｂ１になるように制御する。
【０１１５】
Ｓ３：搬送パレット３２ｂの回転部３３ｂを回転させるステップである。
【０１１６】
制御部１４は、ウレタンローラ３７の駆動源に指令し、ウレタンローラ３７を図７（ｃ）のように反時計方向に回転させ架設工程を開始する。ウレタンローラ３７は圧接している回転部３３ｂを時計方向に回転させる。図中Ｏは回転部３３ｂの回転中心であり、搭載された架設対象物７０ｂのフック部７７が回転軸上にある。回転部３３ｂを時計方向に回転させることにより、ＳＭＡワイヤ２をレバー７６ｂのフック部７７と端子７５ｂに架設する。制御部１４は、端子７５ｂに架設する位置まで所定の角度だけ回転部３３ｂを回転させるとウレタンローラ３７の駆動を停止する。
【０１１７】
本ステップでリール１１から引き出されるＳＭＡワイヤ２の長さは短く、ＳＭＡワイヤ２に外乱が加わっても制御部１４がＳＭＡワイヤ２の張力がｂ１を越えないように制御することは容易であり張力の変動幅は非常に少ない。
【０１１８】
Ｓ４：端子７５をカシメるステップである。
【０１１９】
前ステップでＳＭＡワイヤ２は端子７５ｂに設けられた溝部に入っている。また、端子７５ｂはポンチ４５ｂの直下に位置している。制御部１４は、モータ４３ｂを回転させてポンチ４５ｂを端子７５ｂに所定の荷重がかかるまで下降させた後、モータ４３ｂを逆回転させてポンチ４５ｂを上昇させる。本ステップで端子７５ｂにＳＭＡワイヤ２が固定され、架設工程が完了する。
【０１２０】
Ｓ５：張力の制御目標値をｂｘに設定するステップである。
【０１２１】
制御部１４は、張力の制御目標値をｂ１未満のｂｘに設定し、張力センサ１２で検知した張力値に応じてモータ１５を制御する。ステップＳ３、Ｓ４の架設工程が終了した後、制御部１４は張力の制御目標値をｂ１未満のｂｘに設定し、ＳＭＡワイヤ２の張力がｂｘになるように制御する。以降の工程ではステップＳ１と同様に、ＳＭＡワイヤ２の張力の制御目標値をｂ１より低くするので、何らかの誤差要因によりＳＭＡワイヤ２の張力がｂ１を越え残留歪みが発生することを防止できる。
【０１２２】
Ｓ６：搬送パレットを供給するステップである。
【０１２３】
新たな架設対象物７０ａが回転部３３ａに搭載された搬送パレット３２ａを、図示せぬ駆動手段により矢印Ｆ１方向に移動させ搬送部３１上の図１６（ｄ）の位置に停止させる。
【０１２４】
Ｓ７：端子７４をカシメるステップである。
【０１２５】
前ステップでＳＭＡワイヤ２は端子７４ａの溝部に入っている。また、端子７４ａはポンチ４５ａの直下に位置している。制御部１４は、モータ４３ｂを回転させてポンチ４５ａを端子７４ａに所定の荷重がかかるまで下降させた後、モータ４３ａを逆回転させてポンチ４５ａを上昇させる。本ステップで新たな架設対象物７０ａの端子７４ａにＳＭＡワイヤ２が固定される。
【０１２６】
Ｓ８：ＳＭＡワイヤ２を切断するステップである。
【０１２７】
ＳＭＡワイヤ２はカッタ４６の刃先の直下に位置している。制御部１４は、カッタ駆動機構４７に指令し、カッタ４６をＳＭＡワイヤ２に向けて下降させＳＭＡワイヤ２を切断する。
【０１２８】
Ｓ９：搬送パレットを排出するステップである。
【０１２９】
図７（ｅ）に示すように、架設済みの架設対象物７０ｂが回転部３３ｂに搭載された搬送パレット３２ｂを、図示せぬ駆動手段により矢印Ｆ３方向に移動させ搬送部３１から排出する。搬送パレット３２ｂを排出後は、新たな架設対象物７０ａが回転部３３ａに搭載された搬送パレット３２ａが残り、ステップＳ１に戻って同じ手順の架設工程を行う。
【０１３０】
フローチャートの説明は以上である。
【０１３１】
このように本例の製造システム１では、ＳＭＡワイヤ２を加熱装置２０で加熱、冷却を行って残留歪みを除去し、ＳＭＡワイヤ２の張力を架設後のＳＭＡワイヤ２の応力目標値ｂ１に制御しながら架設対象物７０に架設する。仮に、組立中にＳＭＡワイヤ２に加わる応力に変動があった場合でも、最大でも応力目標値のｂ１以下なら応力−歪み特性は図１１の斜線で示す範囲内で遷移し、残留歪みによる応力の誤差が生じることが無い。
【０１３２】
したがって、残留歪みのため駆動対象物の初期位置がずれたりすることが無い架設対象物７０を短時間で連続生産することができる。
【０１３３】
以上このように本発明によれば、ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１の一例を示すブロック図である。
【図２】ＳＭＡワイヤ２の温度−歪み特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第１例を説明する断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第２例を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第３例を説明する断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第４例を説明する断面図である。
【図７】第２実施形態の加熱炉２３０の第１例を説明するための説明図である。
【図８】第２実施形態の加熱炉２３０の第２例を説明するための説明図である。
【図９】第２実施形態の加熱炉２３０の第３例を説明するための説明図である。
【図１０】第２実施形態の加熱炉２３０の第４例を説明するための説明図である。
【図１１】第３実施形態の加熱装置２０を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１に用いられる搬送部３１の一例を説明する説明図である。
【図１３】設対象物７０の一例の平面図である。
【図１４】架設対象物７０の一例の側面図である。
【図１５】製造システム１がＳＭＡワイヤを架設対象物７０に架設し固定する手順を説明するフローチャートである。
【図１６】ＳＭＡワイヤを架設対象物に架設し固定する手順毎の搬送部３１の動作を説明する説明図である。
【図１７】ＳＭＡの応力−歪み特性例を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 製造システム
２ ＳＭＡワイヤ
１０ ストック制御ユニット
１１ リール
１２ 張力センサ
１３ ガイドローラ
１４ ガイドローラ
１５ モータ
１７ 制御部
２０ 加熱装置
２１ ヒータ
２２ 加熱部温度センサ
２３ 制御回路
２４ 加熱部
２５ ガイド部
２９ 開口
３０ 締結ユニット
３１ 搬送部
３２ 搬送パレット
３３ 回転部
３４ ワーク収容部
４３ モータ
４４ 荷重センサ
４５ ポンチ
４６ カッタ
７０ 架設対象物
７２ レンズ駆動枠
７４、７５ 端子
７６ レバー
７８ ヒンジ部
２０５ プーリ
２２０ 第２通路
２２１ 第１通路
２３０ 加熱炉
２３５ 加熱中心
２４０ 固定台
２７０ 定電流回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金からなるワイヤを加熱する加熱炉および加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ、以下ＳＭＡと記す。）からなるワイヤや箔等の伸縮を利用して駆動対象物を駆動させる駆動装置が知られている。このような駆動装置を製造する際には、ＳＭＡを架設した初期状態を検査するが、架設時の張力調整のばらつきや、ＳＭＡの取り付け状態に起因する張力変動等により、駆動装置内における駆動対象物の初期位置にばらつきが生じるといった問題点があった。
【０００３】
このような問題に対して、駆動対象物の初期位置を調整するために、調整機構を設けた駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１で提案されている調整を行っても、ＳＭＡの特性により初回の加熱、冷却による伸縮駆動時にＳＭＡの応力が変動し、駆動対象物の初期位置がずれるという問題がある。
【０００５】
ＳＭＡの特性について図１７を用いて説明する。図１７はＳＭＡの応力−歪み特性例を示すグラフである。図１７の横軸は歪み、縦軸は応力である。
【０００６】
例えば図１７の０点からＡ点まで応力を加えた後、応力を取り去ると図中矢印で示すようにＡ’点に達する。Ａ’点の歪みが残留歪みである。この状態から再びＳＭＡに応力を加えるとＡ’点からＡ点に向かってＳＭＡの歪みは増加する。ＳＭＡを一旦加熱してオーステナイト変態させると残留歪は消失するため、応力と歪の関係は再びグラフ上０Ａで示す関係となる。
【０００７】
一般に、ＳＭＡからなるワイヤ（以下、ＳＭＡワイヤと記す）を用いる駆動装置では、金属製の２つの端子にＳＭＡワイヤを固定する方法がとられる。この端子間に架設する際のＳＭＡワイヤに加える応力が一定であっても、残留歪みの有無により、結果的に応力差が生じる。例えば、端子間に架設する際のＳＭＡワイヤに加える応力の設計上の目標値をｂ１とする。残留歪みのないＳＭＡワイヤにｂ１の応力を加えた場合は図中の０点から直線上にあるＢ点に達するのに対し、例えば前述のようにＡ’点に示す残留歪みの残っているＳＭＡワイヤにｂ１の応力を加えた場合は図中のＡ’点から直線上にあるＣ’点に達する。
【０００８】
このように残留歪みの残っているＳＭＡワイヤにｂ１の応力を加えた状態で駆動装置の端子間にＳＭＡワイヤを固定した後、ＳＭＡワイヤを加熱してオーステナイト変態させると残留歪みは解消する。残留歪みが解消すると、ＳＭＡワイヤの長さは歪みがｃ２になる直線０Ａ上の点Ｃで均衡する。すなわち、ＳＭＡワイヤを加熱して残留歪みが解消されると応力はｃ１になり、ＳＭＡワイヤ架設時の応力ｂ１との応力差ｂ１−ｃ１が生じる。しかしながら、予めＳＭＡワイヤの残留歪みの量を測定することは困難であり、残留歪みの無いＳＭＡワイヤを選別したり、残留歪みの量に応じて応力差を補正することはできない。
【０００９】
このような問題を解決するため、被架設物にＳＭＡワイヤを架設した後、架設されたＳＭＡワイヤに通電してオーステナイト温度域まで加熱した後、所定の引張応力を与えながら駆動装置に固定することにより、ＳＭＡワイヤに対して生じる架設時の応力変動を解消する製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６０９９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示されている製造方法では、ＳＭＡワイヤを架設する工程と加熱する工程とを同じ環境で行うため、ＳＭＡワイヤ周辺の環境を管理することが難しく、環境温度や風の影響によりオーステナイト温度域まで加熱できないおそれがあった。また、部品毎に所定の長さのＳＭＡワイヤを架設した後、加熱、冷却と張力調整を行うため連続生産に適していない面があった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
１．一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、該ワイヤのマルテンサイト変態終了温度以下の環境に設置し、通過する該ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
を備え、
前記ガイド部は、
２つの前記ガイド部の開口の温度が前記張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成されていることを特徴とする加熱炉。
【００１４】
２．前記第１通路と前記第２通路とからなる前記加熱炉の内部空間は、２つの前記開口のみ外部環境に開放されていることを特徴とする前記１に記載の加熱炉。
【００１５】
３．前記ガイド部は円筒状であることを特徴とする前記１または２に記載の加熱炉。
【００１６】
４．前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積は、
前記加熱部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積より小さく、
前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向が水平になるように設置されていることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載の加熱炉。
【００１７】
５．前記１乃至４の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【００１８】
６．一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、通過する前記ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
前記ガイド部を冷却する冷却手段と、
を備えたことを特徴とする加熱炉。
【００１９】
７．前記冷却手段は、
前記ガイド部を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成され、前記ガイド部と前記ガイド部より熱容量の大きい固定部とを接続し、熱伝導により前記ガイド部を冷却するように構成されていることを特徴とする前記６に記載の加熱炉。
【００２０】
８．前記冷却手段は、
前記ガイド部に送風する送風手段であることを特徴とする前記６に記載の加熱炉。
【００２１】
９．前記冷却手段は、
前記ガイド部に取り付けられたラジエータであることを特徴とする前記６に記載の加熱炉。
【００２２】
１０．前記６乃至９の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【００２３】
１１．前記ガイド部の温度を検出するガイド部温度センサを有し、
前記制御回路は、
前記ガイド部温度センサの検出した温度に基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする前記１０に記載の加熱装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、加熱炉に、ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、ワイヤが通過する第２通路が形成され、第２通路が第１通路の両端とそれぞれ連通するように加熱部と一体に形成された２つのガイド部とを設け、２つのガイド部の開口の温度が所定の張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成している。したがって、ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１は本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１の一例を示すブロック図、図２は、ＳＭＡワイヤ２の温度−歪み特性の一例を示すグラフ、図３は本発明の第１の実施形態の加熱装置２０の第１例を説明する断面図、である。
【００２７】
最初に、図１を用いて製造システム１の全体を説明する。
【００２８】
製造システム１は、ストック制御ユニット１０と加熱装置２０、締結ユニット３０、搬送部３１、制御部１４などから構成される。
【００２９】
リール１１に巻き回されたＳＭＡワイヤ２は、一端が搬送締結ユニット３０の搬送パレット３２に搭載された架設対象物７０（図１には図示せず）に固定されており搬送パレット３２の移動に伴って紙面右方向にリール１１から引き出される。リール１１と搬送パレット３２の間、ＳＭＡワイヤ２はガイドローラ１４ａ、１３、１４ｂに沿って方向を変えて加熱装置２０に入り、加熱装置２０を出てからガイドローラ１４ｃで方向を変えて架設対象物７０と連結している。ＳＭＡワイヤ２には例えばＮｉＴｉ系の材料が用いられる。
【００３０】
ストック制御ユニット１０は、ＳＭＡワイヤ２が巻き回されたリール１１、リール１１の回転中心に回転軸が直結されたモータ１５、リール１１から引き出されたＳＭＡワイヤ２が掛けられたガイドローラ１４ａ、１３、１４ｂ、ガイドローラ１３を通るＳＭＡワイヤ２の張力を検知する張力センサ１２などから構成される。
【００３１】
制御部１４は、図示せぬＣＰＵ（中央処理装置）とＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭに読み出し、当該プログラムに従って製造システム１の各部を集中制御する。
【００３２】
制御部１４は、張力センサ１２が検知したガイドローラ１３に掛けられたＳＭＡワイヤ２の張力に応じてモータ１５の回転を制御する。制御部１４は、張力が目標値を上回るとその差分に応じてモータ１５をＳＭＡワイヤ２を送り出す方向に回転させ、目標値を下回ればその差分に応じてモータ１５を逆方向に回転させ張力が目標値になるように制御する。
【００３３】
図２は、ＳＭＡワイヤ２の温度−歪み特性の一例を示すグラフである。図２を用いて本実施形態で用いるＳＭＡワイヤ２の特性について説明する。
【００３４】
図２の横軸は温度、縦軸は歪みであり矢印で示す方向が収縮する方向である。
【００３５】
図中、ＡＳはオーステナイト変態開始温度、ＡＦはオーステナイト変態終了温度、ＭＳはマルテンサイト変態開始温度、ＭＦはマルテンサイト変態終了温度、Ｔｒは室温、Ｔｍは記憶温度である。ＳＭＡワイヤ２には一定の張力が与えられ、室温では所定量伸長しているものとする。ＳＭＡワイヤ２を加熱し、温度がオーステナイト変態開始温度以上になると図２に示すように急速に収縮する。オーステナイト変態終了温度以上になるとＳＭＡワイヤ２はオーステナイト相に変態し、残留歪みは除去される。
【００３６】
次に、ＳＭＡワイヤ２の温度をマルテンサイト変態開始温度以下にすると与えられている張力によって図２に示すように急速に伸長する。マルテンサイト変態終了温度以下になるとＳＭＡワイヤ２はマルテンサイト相に変態する。
【００３７】
ＳＭＡワイヤ２の線径は、細いほど熱容量が小さいため同じエネルギーでの温度上昇及び下降が早くなり、応答性が良くなる。また、ＳＭＡワイヤ２を架設した架設対象物７０が高温環境下でも動作するように、ＳＭＡワイヤ２にはオーステナイト変態開始温度、マルテンサイト変態終了温度が例えば６０℃以上の材料を用いる。このような材料ではオーステナイト変態終了温度は１００℃〜２００℃程度である。
【００３８】
次に、図３〜図６を用いて本発明の第１実施形態の加熱装置２０と加熱炉２３０を説明する。
【００３９】
図３は第１実施形態の加熱装置２０の第１例である。図３（ａ）は第１実施形態の第１例の加熱装置２０の側面図、図３（ｂ）は加熱装置２０のＡ−Ａ’面の断面図である。
【００４０】
加熱装置２０は、加熱炉２３０、ヒータ２１、加熱部温度センサ２２、制御回路２３などから構成される。
【００４１】
加熱炉２３０は、ヒータ１２１によって加熱される加熱部２４と、加熱部２４の壁面から突出した肉厚の薄い筒状のガイド部２５ａ、２５ｂからなる。加熱部２４には、通過するＳＭＡワイヤ２の一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路２２１が形成されている。ガイド部２５ａ、２５ｂは図３のように加熱部２４の壁面から突出するように設けられ、第１通路２２１の両端と連通する第２通路２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ形成されている。
【００４２】
本例では、第１通路２２１と第２通路２２０ａ、２２０ｂの直径φは同じであり、同じ太さの孔がガイド部２５ａからガイド部２５ｂまで貫通している。第１通路２２と第２通路２２０ａ、２２０ｂは、図３のように直線状であり、第１通路２２と第２通路２２０ａ、２２０ｂとからなる加熱炉２３０の内部空間は、開口２９ａ、開口２９ｂのみ大気側に開放されている。本実施形態ではＳＭＡワイヤ２は、開口２９ａから開口２９ｂに向けて第２通路２２０ａ、第１通路２２１、第２通路２２０ｂを通過するものとする。
【００４３】
加熱部２４は熱容量／表面積の比率が大きくなるように構成し、ガイド部２５ａ、２５ｂは熱容量／表面積の比率が小さくなるように構成することが好ましい。
【００４４】
なお、以降説明する実施形態では、加熱炉２３０を第２通路２２０ａ、２２０ｂの長手方向が水平になるように設置するものとする。また、加熱装置２０は、マルテンサイト変態終了温度以下の温度、例えば２５℃に温度調整された雰囲気下に設置されるものとする。
【００４５】
加熱部温度センサ２２は、図３（ｂ）に示すように加熱部２４の中心に位置する加熱中心２３５付近で、ヒータ１２１と対向する位置の第１通路２２１の温度を検知するように配置されている。制御回路２３は、加熱部温度センサ２２が検知した温度の情報に基づいて、加熱中心２３５の温度がオーステナイト変態終了温度以上になるようヒータ２２を制御する。ヒータ１２１は本発明の加熱手段である。
【００４６】
図中のφは通路２２０の開口２９ａ、開口２９ｂの直径であり、ｘ１は第２通路２２０ａの入口側の開口２９ａからＳＭＡワイヤ２がオーステナイト変態終了温度以上に加熱される加熱中心２３５までの距離である。ｘ２は加熱中心２３５から第２通路２２０ｂの出口側の開口２９ｂまでの距離である。開口２９ａ、２９ｂから第２通路２２０ａ、２２０ｂに空気が流れ込まないように、φはできるだけ小さくし、ｘ１、ｘ２はできるだけ大きくすることが望ましい。少なくともφ＜ｘ１、φ＜ｘ２にすると空気が流れ込まないようにすることが可能である。
【００４７】
ＳＭＡワイヤ２は、第２通路２２０ａから第１通路２２１に沿って進み、加熱中心２３５付近でオーステナイト変態終了温度以上に加熱される。すると、ＳＭＡワイヤ２のオーステナイト変態終了温度以上に加熱された部分はオーステナイト相に変態し、残留歪みが除去される。
【００４８】
本発明の加熱炉２３０では、このように環境温度や風の影響を受けることなくＳＭＡワイヤ２を確実にオーステナイト温度域まで加熱できる。
【００４９】
一方、ヒータ１２１によって加熱された加熱部２４は高温になり、加熱部２４によって温められた空気は、加熱炉２３０の周囲に鉛直方向に上昇する上昇気流を発生させる。加熱部２４の底面で温められた空気は、一部がガイド部２５ａ、２５ｂの底部に沿って移動し、開口２９ａ、開口２９ｂに近づこうとする。しかしながら、ガイド部２５ａ、２５ｂは少なくとも開口２９ａ、開口２９ｂの近傍が加熱部２４より細くなっているため、温められた空気は開口２９ａ、開口２９ｂに到達する前にガイド部２５ａ、２５ｂの途中で上昇し、開口２９ａ、開口２９ｂの温度に影響を及ぼさない。また、加熱部２４の側面で温められた空気はそのまま上昇するため開口２９ａ、開口２９ｂの温度に影響を及ぼさない。
【００５０】
このようにガイド部２５ａ、２５ｂを設けることにより、加熱部２４によって温められた空気による影響を受けることなく、開口２９ａ、開口２９ｂの温度をマルテンサイト変態終了温度以下にすることができる。したがって、ＳＭＡワイヤ２が開口２９ｂ付近で加熱部２４によって温められた空気により収縮し、張力が急激に変動するようなことがない。
【００５１】
加熱中心２３５付近でオーステナイト変態終了温度以上に加熱されたＳＭＡワイヤ２の部分は、第２通路２２０ｂに沿って進み、開口２９ｂから加熱炉２３の外部に出る。開口２９ｂの温度はマルテンサイト変態終了温度以下であり、加熱中心２３５でオーステナイト変態終了温度以上に加熱され残留歪みが除去されたＳＭＡワイヤ２の部分は、開口２９ｂを出るとマルテンサイト相に変態する。
【００５２】
本発明の加熱装置２０では、このようにＳＭＡワイヤ２を加熱する領域が小さいので、低消費電力化や製造システムの小型化が可能であり架設対象物７０に対する熱の影響もほとんど無い。また、ＳＭＡワイヤ２を架設対象物７０に架設してから加熱する方法では温度分布にムラが発生し、十分加熱されず残留歪みが残る可能性があるが、本発明では確実に残留歪みを除去できる。
【００５３】
図４は、第１実施形態の加熱装置２０の第２例の断面図である。
【００５４】
図３の第１例と本第２例との違いは液体２０４を用いてＳＭＡワイヤ２を加熱する点である。液体２０４には、水、フロリナート等の各種液体を用いることができるが、沸騰すると蒸気が通路２２０を通って開口部から噴出し、ＳＭＡワイヤ２を収縮させるおそれがあるためオーステナイト変態終了温度で沸騰しないものが好ましい。
【００５５】
第２例の加熱装置２０は、加熱炉２３０、ヒータ２１、加熱部温度センサ２２、制御回路２３、ベンチレータ２０２などから構成される。
【００５６】
ベンチレータ２０２は、オーステナイト変態終了温度と沸点が近い液体（例えば水）を使用する場合に発生する蒸気による圧力上昇を抑えるために設けられている。このようにベンチレータ２０２を設けると、外気の流入を防ぎつつ気圧だけを下げることが可能である。
【００５７】
本例の加熱部２４には、ガイド部２５ａ、２５ｂの第２通路２２０ａ、２２０ｂより大きな第１通路２２１が設けられ液体２０４が充填されている。加熱部温度センサ２２は、図４に示すように液体２０４の温度を検知するように配置されている。制御回路２３は、加熱部温度センサ２２が検知した温度の情報に基づいて、液体２０４の温度がオーステナイト変態終了温度以上になるようヒータ２２を制御する。
【００５８】
第２通路２２０ａ、２２０ｂは、図４のように直線状であり、第１通路２２１も含め加熱炉２３０の内部空間は、開口２９ａ、２９ｂのみが大気側に開放されている。プーリ２０５ｂの一部は液体２０４に浸漬している。
【００５９】
第１例と同様に、第２通路２２０ａ、２２０ｂに空気が流れ込まないように開口２９ａ、２９ｂの直径は、開口２９ａ、２９ｂから加熱中心２３５までの距離より小さくなっているので空気が流れ込んで加熱中心２３５の温度が変動することがない。
【００６０】
第２通路２２０ａを通ったＳＭＡワイヤ２は、プーリ２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃに沿って進み、液体２０４に一部が浸漬しオーステナイト変態温度以上に加熱される。すると、ＳＭＡワイヤ２のオーステナイト変態終了温度以上に加熱された部分はオーステナイト相に変態し、残留歪みが除去される。
【００６１】
前述したガイド部２５ａ、２５ｂの効果により開口２９ｂの温度はマルテンサイト変態終了温度以下であり、残留歪みが除去されたＳＭＡワイヤ２の部分は、開口２９ｂを出るとマルテンサイト相に変態する。
【００６２】
図５は、第１実施形態の加熱装置２０の第３例の断面図である。
【００６３】
図４の第２例と本第３例との違いはプーリ２０５ｂを加熱して、プーリ２０５ｂに接触するＳＭＡワイヤ２を加熱する点である。このようにすると、空気や液体を介してＳＭＡワイヤ２を加熱する場合と比べて加熱に要するエネルギーを少なくすることができる。
【００６４】
加熱部温度センサ２２は、プーリ２０５ｂの温度を検知するのではなく、図５のように第１通路２２１の温度を検知するように配置されている。制御回路２３は、加熱部温度センサ２２が検知した温度の情報と予め計測された温度補正情報に基づいて、プーリ２０５ｂの温度がオーステナイト変態終了温度以上になるようヒータ２２を制御する。
【００６５】
ガイド部２５ａ、２５ｂの構成と効果は第２例と同様であり説明を省略する。
【００６６】
図６は、第１実施形態の加熱装置２０の第４例である。図６は加熱装置２０の断面図である。
【００６７】
図５の第３例と本第４例との違いはＳＭＡワイヤ２に通電して加熱する点である。このようにすると、第３例よりさらに加熱に要するエネルギーを少なくすることができる。
【００６８】
プーリ２０５ｂは定電流回路２７０に接続され、プーリ２０５ａ、プーリ２０５ｃはそれぞれ接地されている。制御回路２３が定電流回路２７０を制御し、定電流回路２７０がプーリ２０５ｂに定電流を供給すると、プーリ２０５ｂに接触するＳＭＡワイヤ２の部分から、プーリ２０５ａ、プーリ２０５ｃにそれぞれ接触するＳＭＡワイヤ２の部分に定電流が流れ、オーステナイト変態終了温度以上に発熱する。定電流回路２７０は本発明の加熱手段である。
【００６９】
ガイド部２５ａ、２５ｂの構成と効果は第３例と同様であり説明を省略する。
【００７０】
次に、本発明の第２実施形態の加熱炉２３０を説明する。第２実施形態の加熱炉２３０の特徴はガイド部２５ａ、２５ｂを冷却する冷却手段を設けた点であり、図７〜図１０を用いて第２実施形態の加熱炉２３０を説明する。
【００７１】
図７は、第２実施形態の加熱炉２３０の第１例を説明するための説明図である。図７（ｂ）は加熱炉２３０の鉛直方向から見た平面図、図７（ａ）は加熱炉２３０の側面図である。図７（ｃ）は図７（ｂ）にＣ−Ｃ’で示す断面の断面図、図７（ｄ）は図７（ａ）にＤ−Ｄ’で示す断面の断面図、図７（ｅ）は図７（ｂ）にＥ−Ｅ’で示す断面の断面図、図７（ｆ）は図７（ｂ）にＦ−Ｆ’で示す断面の断面図である。
【００７２】
なお、これまでに説明した構成要素と同じ構成要素には同番号を付し説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では、ヒータ２１を加熱部２４の内部に埋め込み、第１通路２２１に近づけ効率良く加熱できるようにしている。加熱部２４と接する部分は第１実施形態と同様にガイド部２５ａ、２５ｂだけであり、熱はガイド部２５ａ、２５ｂ以外には伝導しないように構成されている。
【００７４】
一方、本実施形態では、ガイド部２５ａ、２５ｂに熱容量の大きい第２ガイド部２６が取り付けられており放熱効果を高めている。熱は図７（ｄ）に矢印で示すように、ガイド部２５から第２ガイド部２６に伝導し、さらに第２ガイド部２６に取り付けられた脚部２７に伝導する。脚部２７は熱容量の大きい固定台２４０に固定されており、脚部２７に伝導した熱は固定台２４０に放熱されるように構成されている。第２ガイド部２６と脚部２７は本発明の冷却手段である。
【００７５】
加熱部２４はヒータ２１により加熱され高温になっているため、加熱部２４の周辺の空気が温められ図７（ｃ）に示す矢印のように鉛直方向に上昇気流を発生する。本実施形態では第２ガイド部２６が加熱部２４を囲むように構成されており、加熱部２４の周囲はほとんど開放されているため、図７（ｃ）に示す矢印のように温められた空気は加熱部２４の側面に沿って鉛直方向に上昇し、開口２９ａ、２９ｂの温度に影響を及ぼさない。
【００７６】
また、ガイド部２５ａ、２５ｂの断面積Ｓは、加熱部２４の断面積Ｐより小さくなっているので、ガイド部２５ａ、２５ｂにより温められた空気も図７（ｅ）に示す矢印のようにガイド部２５ａ、２５ｂの側面に沿って鉛直方向に上昇し、開口２９ａ、２９ｂの温度に影響を及ぼさない。
【００７７】
なお、別法として加熱部２４の中心部以外を熱伝導率の低い材料で構成すると、設計の自由度を増すことができる。
【００７８】
図８は第２実施形態の加熱炉２３０の第２例である。
【００７９】
図８（ａ）は加熱炉２３０の側面図、図８（ｂ）は加熱炉２３０の正面図である。図８（ｃ）は熱伝導の経路を説明するための加熱炉２３０の側面図、図８（ｄ）は熱伝導の経路を説明するための加熱炉２３０の断面図である。
【００８０】
図８のようにガイド部２５ａ、２５ｂには脚部２７が取り付けられ、脚部２７は固定台２４０に固定されている。ヒータ２１で発生した熱は、図８（ｄ）の矢印に示すように加熱部２４からガイド部２５ａ、２５ｂと脚部２７に伝導し、固定台２４０に放熱される。脚部２７の熱伝導率がガイド部２５より高くなるように構成すると、図８（ｄ）の矢印のようにほとんどの熱が脚部２７から放熱され、ガイド部２５ａ、２５ｂの開口２９ａ、２９ｂ付近には伝導しない。
【００８１】
図９は第２実施形態の加熱炉２３０の第３例である。
【００８２】
図９（ａ）は加熱炉２３０の側面図、図９（ｂ）は加熱炉２３０の正面の断面図である。
【００８３】
図９のようにガイド部２５ａ、２５ｂにはラジエータ２８が取り付けられ、ラジエータ２８は固定台２４０に固定されている。ラジエータ２８の内部は冷媒が通るように管状になっており、図９（ａ）の矢印Ｉ方向から冷媒をラジエータ２８に注入すると矢印Ｏのように排出される。冷媒としては例えば水などを用いる。このように構成すると、放熱効率を最も高くすることができ、加熱装置２０を小型化できる。
【００８４】
図１０は第２実施形態の加熱炉２３０の第４例である。
【００８５】
図１０（ａ）は加熱炉２３０の側面図、図１０（ｂ）は加熱炉２３０の正面の断面図である。
【００８６】
図１０のようにガイド部２５ａ、２５ｂにはエアノズル２００と、エアノズル２００と対向する位置に吸引ノズル２０１がそれぞれ取り付けられている。エアノズル２００から空気をガイド部２５ａ、２５ｂに向けて噴出し、吸引ノズル２０１は空気を吸引して、ガイド部２５ａ、２５ｂの周りに空気の流れを作り空冷により放熱するように構成されている。なお、吸引ノズル２０１は埃が問題でなければ必ずしも設ける必要は無い。エアノズル２００は本発明の送風手段である。
【００８７】
なお、図７〜図１０では図面を簡略にするため加熱部温度センサ２２の図示を省略しているが、図３と同様にヒータ２１と対向する位置に設ければ良い。
【００８８】
次に、本発明の第３実施形態の加熱装置２０を説明する。図１１は第３実施形態の加熱装置２０である。第３実施形態の加熱装置２０と第２の実施形態の加熱装置２０との違いはガイド部２５ａの温度を検知するガイド部温度センサ２４２を設け、開口２９の温度を一定に制御する点である。
【００８９】
このようにすると、エアノズル２００と吸引ノズル２０１とを必要に応じて動作させれば良いので、エネルギー効率が良い。また、加熱装置２０の設置されている環境温度の変化にも対応することができる。
【００９０】
本実施形態は、第３実施形態の加熱炉２３０の第２例のように液体で冷却する場合にも適用可能である。
【００９１】
なお、本実施形態では開口２９ａ側にしかガイド部温度センサ２４２を設けていないが、加熱中心２３５に対してガイド部２５ａ、ガイド部２５ｂが対称でない場合は、開口２９ｂ側にもガイド部温度センサ２４２を設け、それぞれ独立して温度制御を行う必要がある。
【００９２】
加熱中心２３５の温度制御は目標温度が決まっており、なおかつ周囲が熱容量が大きく構成されているため温度変化は少なく、制御は簡単で単純なＯＮ／ＯＦＦ制御でも制御可能である。一方ガイド部２５ａ、ガイド部２５ｂは熱容量が小さく構成されているとはいえ放熱には時間遅れが生じる。このため温度制御の閾値をマルテンサイト変態終了温度未満に設定しておく必要がある。
【００９３】
次に、図１２を用いて本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１に用いられる搬送部３１の一例を説明する。図１２は搬送部３１の平面図である。
【００９４】
図１２では２つの搬送パレット３２ａ、３２ｂが搬送部３１に搭載されている例を図示している。搬送パレット３２ａ、３２ｂは同じ構成であり、各構成要素を必要に応じてａ、ｂを付けて区別する。
【００９５】
後に詳しく説明するように搬送パレット３２の移動方向は矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の順であり、搬送パレット３２はＦ１方向に所定の位置まで挿入された後、搬送部材３５によりＦ２方向に押されて紙面右側に移動し、Ｆ３方向に排出される。搬送部材３５は矢印Ｆ２方向または逆方向に移動可能であり搬送機構３６により駆動される。
【００９６】
搬送パレット３２の回転部３３に設けられたワーク収容部３４に架設対象物７０（図１２には図示せず）を搭載する。ウレタンローラ３７は、制御部１４の指令により回転する図示せぬ駆動源に連結され、図１２に示すように回転部３３ｂに当接して回転部３３ｂを回転させる。後に説明するように、回転部３３ｂの回転に伴って回転部３３ｂに搭載された架設対象物７０にＳＭＡワイヤが架設される。
【００９７】
図１３は架設対象物７０の一例の平面図、図１４は架設対象物７０の一例の側面図である。
【００９８】
最初に、架設対象物７０の一例として図１３、図１４に示すレンズユニットを説明する。
【００９９】
図１３、図１４に示す架設対象物７０は、レバー７６、ＳＭＡワイヤ２、端子７４、端子７５からなるレンズ駆動機構により、レンズ駆動枠７２を駆動するように構成されている。レンズ駆動枠７２にはレンズ７１が組み込まれている。なお、図１４に示すカバー８０、バイアスバネ７９、平行板バネ８１は図面を簡略にするため図１３には図示していない。
【０１００】
図１４（ａ）はレンズ駆動枠７２が初期位置にある状態の側面図、図１４（ｂ）はレンズ駆動枠７２が矢印Ｐ２方向に繰り出された状態の側面図である。
【０１０１】
図１３に示すようにレバー７６のＵ字状に２つに分かれた先端部分がレンズ駆動枠７２の突起部８２と突起部８３にそれぞれ当接している。図１４に示すように、レバー７６はベース部７３に設けられたヒンジ部７８を支点に図１４（ｂ）の矢印Ｐ１方向または逆方向に回動可能であり、図１４（ｂ）のように矢印Ｐ１方向にＳＭＡワイヤ２が収縮するとレバー７６の２つに分かれた先端部分は突起部８２と突起部８３とを矢印Ｐ２方向に押し上げるように構成されている。
【０１０２】
レンズ駆動枠７２は、矢印Ｐ２方向または逆方向に直進するように平行板バネ８１により図１４の紙面上下方向を保持され、バイアスバネ７９により矢印Ｐ２と逆方向に付勢されている。ＳＭＡワイヤ２は、図１３のように中央部がレバー７６のフック部７７に引っ掛けられ、両端が端子７４と端子７５に固定されている。
【０１０３】
レンズ駆動枠７２を駆動する手順を説明する。
【０１０４】
端子７４、端子７５の間に電圧を印加し、ＳＭＡワイヤ２に電流を流して加熱すると、ＳＭＡワイヤ２はオーステナイト変態して収縮し、レバー７６はヒンジ部７８を回転中心として矢印Ｐ１方向に回動する。すると、レバー７６の２つに分かれた先端部分は突起部８２と突起部８３とを矢印Ｐ２方向に押し上げ、図１４（ｂ）のようにレンズ駆動枠７２を矢印Ｐ２方向に移動させる。
【０１０５】
ＳＭＡワイヤ２に電流を流すのを止めると、ＳＭＡワイヤ２は自然冷却されマルテンサイト相に変態して矢印Ｐ１と逆方向に伸長し、レンズ駆動枠７２は初期位置に戻る。
【０１０６】
図１５は、製造システム１がＳＭＡワイヤを架設対象物７０に架設し固定する手順を説明するフローチャート、図１６は、ＳＭＡワイヤを架設対象物に架設し固定する手順毎の搬送部３１の動作を説明する説明図である。
【０１０７】
製造システム１によりＳＭＡワイヤを架設対象物７０に架設する手順の一例を図１５のフローチャートの順に図１６の説明図を参照しながら説明する。なお、図１６の説明図は、回転部３３に搭載された架設対象物７０の動きを説明するため、図１２の搬送部３１の平面図を簡略化して説明に必要な部分だけ図示している。
【０１０８】
以下のフローチャートの説明では、図１６（ａ）のように架設対象物７０ｂが搬送パレット３２ｂの回転部３３ｂに搭載された状態から説明する。
【０１０９】
図１６（ａ）の架設対象物７０ｂには、リール１１から引き出されたＳＭＡワイヤ２の一端が端子７４ｂに固定されている。ＳＭＡワイヤ２は、本発明の加熱装置２０を通過し、ＳＭＡワイヤ２はオーステナイト変態終了温度以上に加熱された後、マルテンサイト相まで冷却されて搬送部３１に供給されている。したがって搬送部３１に供給されているＳＭＡワイヤ２は、加熱装置２０で行われる上記加熱冷却工程で残留歪みが除去されている。
【０１１０】
Ｓ１：搬送パレット３２ｂを矢印Ｆ２方向に直進させるステップである。
【０１１１】
制御部１４は、搬送機構３６に指令し、搬送パレット３２ｂを図１６（ａ）の位置から図１６（ｂ）の位置に移動させる。本ステップでは、制御部１４は張力の制御目標値を、架設対象物７０に架設後のＳＭＡワイヤ２の応力目標値ｂ１未満のｂｘに設定し、張力センサ１２で検知した張力値に応じてモータ１５を制御している。
【０１１２】
本ステップでは搬送パレット３２ｂを矢印Ｆ２方向に直進させ、移動距離に応じたＳＭＡワイヤ２をリール１１から引き出すので負荷変動が大きく、搬送パレット３２ｂの移動速度を一定に制御することは難しい。そのため、ＳＭＡワイヤ２の張力も制御目標値から変動するが、ＳＭＡワイヤ２の張力が変動しても応力目標値ｂ１を越えないようにＳＭＡワイヤ２の制御目標値を応力目標値ｂ１よりも低いｂｘに設定する。このようにＳＭＡワイヤ２の張力の制御目標値をｂ１より低く設定することにより、何らかの誤差要因によってＳＭＡワイヤ２の張力がｂ１を越え残留歪みが発生することを防止できる。なお、ｂｘはｂ１に対して十分低い値が望ましい。
【０１１３】
Ｓ２：張力の制御目標値をｂ１に設定するステップである。
【０１１４】
制御部１４は、ＳＭＡワイヤ２の張力を制御する制御目標値を、架設対象物７０に架設後のＳＭＡワイヤ２の応力目標値ｂ１に設定し、張力センサ１２で検知した張力値に応じてモータ１５を制御する。ステップＳ３、Ｓ４の架設工程でＳＭＡワイヤ２を架設するに先立って、制御部１４は張力の制御目標値をｂ１に設定し、架設するＳＭＡワイヤ２の張力が応力目標値のｂ１になるように制御する。
【０１１５】
Ｓ３：搬送パレット３２ｂの回転部３３ｂを回転させるステップである。
【０１１６】
制御部１４は、ウレタンローラ３７の駆動源に指令し、ウレタンローラ３７を図７（ｃ）のように反時計方向に回転させ架設工程を開始する。ウレタンローラ３７は圧接している回転部３３ｂを時計方向に回転させる。図中Ｏは回転部３３ｂの回転中心であり、搭載された架設対象物７０ｂのフック部７７が回転軸上にある。回転部３３ｂを時計方向に回転させることにより、ＳＭＡワイヤ２をレバー７６ｂのフック部７７と端子７５ｂに架設する。制御部１４は、端子７５ｂに架設する位置まで所定の角度だけ回転部３３ｂを回転させるとウレタンローラ３７の駆動を停止する。
【０１１７】
本ステップでリール１１から引き出されるＳＭＡワイヤ２の長さは短く、ＳＭＡワイヤ２に外乱が加わっても制御部１４がＳＭＡワイヤ２の張力がｂ１を越えないように制御することは容易であり張力の変動幅は非常に少ない。
【０１１８】
Ｓ４：端子７５をカシメるステップである。
【０１１９】
前ステップでＳＭＡワイヤ２は端子７５ｂに設けられた溝部に入っている。また、端子７５ｂはポンチ４５ｂの直下に位置している。制御部１４は、モータ４３ｂを回転させてポンチ４５ｂを端子７５ｂに所定の荷重がかかるまで下降させた後、モータ４３ｂを逆回転させてポンチ４５ｂを上昇させる。本ステップで端子７５ｂにＳＭＡワイヤ２が固定され、架設工程が完了する。
【０１２０】
Ｓ５：張力の制御目標値をｂｘに設定するステップである。
【０１２１】
制御部１４は、張力の制御目標値をｂ１未満のｂｘに設定し、張力センサ１２で検知した張力値に応じてモータ１５を制御する。ステップＳ３、Ｓ４の架設工程が終了した後、制御部１４は張力の制御目標値をｂ１未満のｂｘに設定し、ＳＭＡワイヤ２の張力がｂｘになるように制御する。以降の工程ではステップＳ１と同様に、ＳＭＡワイヤ２の張力の制御目標値をｂ１より低くするので、何らかの誤差要因によりＳＭＡワイヤ２の張力がｂ１を越え残留歪みが発生することを防止できる。
【０１２２】
Ｓ６：搬送パレットを供給するステップである。
【０１２３】
新たな架設対象物７０ａが回転部３３ａに搭載された搬送パレット３２ａを、図示せぬ駆動手段により矢印Ｆ１方向に移動させ搬送部３１上の図１６（ｄ）の位置に停止させる。
【０１２４】
Ｓ７：端子７４をカシメるステップである。
【０１２５】
前ステップでＳＭＡワイヤ２は端子７４ａの溝部に入っている。また、端子７４ａはポンチ４５ａの直下に位置している。制御部１４は、モータ４３ｂを回転させてポンチ４５ａを端子７４ａに所定の荷重がかかるまで下降させた後、モータ４３ａを逆回転させてポンチ４５ａを上昇させる。本ステップで新たな架設対象物７０ａの端子７４ａにＳＭＡワイヤ２が固定される。
【０１２６】
Ｓ８：ＳＭＡワイヤ２を切断するステップである。
【０１２７】
ＳＭＡワイヤ２はカッタ４６の刃先の直下に位置している。制御部１４は、カッタ駆動機構４７に指令し、カッタ４６をＳＭＡワイヤ２に向けて下降させＳＭＡワイヤ２を切断する。
【０１２８】
Ｓ９：搬送パレットを排出するステップである。
【０１２９】
図７（ｅ）に示すように、架設済みの架設対象物７０ｂが回転部３３ｂに搭載された搬送パレット３２ｂを、図示せぬ駆動手段により矢印Ｆ３方向に移動させ搬送部３１から排出する。搬送パレット３２ｂを排出後は、新たな架設対象物７０ａが回転部３３ａに搭載された搬送パレット３２ａが残り、ステップＳ１に戻って同じ手順の架設工程を行う。
【０１３０】
フローチャートの説明は以上である。
【０１３１】
このように本例の製造システム１では、ＳＭＡワイヤ２を加熱装置２０で加熱、冷却を行って残留歪みを除去し、ＳＭＡワイヤ２の張力を架設後のＳＭＡワイヤ２の応力目標値ｂ１に制御しながら架設対象物７０に架設する。仮に、組立中にＳＭＡワイヤ２に加わる応力に変動があった場合でも、最大でも応力目標値のｂ１以下なら応力−歪み特性は図１１の斜線で示す範囲内で遷移し、残留歪みによる応力の誤差が生じることが無い。
【０１３２】
したがって、残留歪みのため駆動対象物の初期位置がずれたりすることが無い架設対象物７０を短時間で連続生産することができる。
【０１３３】
以上このように本発明によれば、ＳＭＡワイヤを連続して安定的に残留歪みを除去することができる加熱炉、加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１の一例を示すブロック図である。
【図２】ＳＭＡワイヤ２の温度−歪み特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第１例を説明する断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第２例を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第３例を説明する断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の加熱装置２０の第４例を説明する断面図である。
【図７】第２実施形態の加熱炉２３０の第１例を説明するための説明図である。
【図８】第２実施形態の加熱炉２３０の第２例を説明するための説明図である。
【図９】第２実施形態の加熱炉２３０の第３例を説明するための説明図である。
【図１０】第２実施形態の加熱炉２３０の第４例を説明するための説明図である。
【図１１】第３実施形態の加熱装置２０を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の加熱装置２０を用いた製造システム１に用いられる搬送部３１の一例を説明する説明図である。
【図１３】設対象物７０の一例の平面図である。
【図１４】架設対象物７０の一例の側面図である。
【図１５】製造システム１がＳＭＡワイヤを架設対象物７０に架設し固定する手順を説明するフローチャートである。
【図１６】ＳＭＡワイヤを架設対象物に架設し固定する手順毎の搬送部３１の動作を説明する説明図である。
【図１７】ＳＭＡの応力−歪み特性例を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 製造システム
２ ＳＭＡワイヤ
１０ ストック制御ユニット
１１ リール
１２ 張力センサ
１３ ガイドローラ
１４ ガイドローラ
１５ モータ
１７ 制御部
２０ 加熱装置
２１ ヒータ
２２ 加熱部温度センサ
２３ 制御回路
２４ 加熱部
２５ ガイド部
２９ 開口
３０ 締結ユニット
３１ 搬送部
３２ 搬送パレット
３３ 回転部
３４ ワーク収容部
４３ モータ
４４ 荷重センサ
４５ ポンチ
４６ カッタ
７０ 架設対象物
７２ レンズ駆動枠
７４、７５ 端子
７６ レバー
７８ ヒンジ部
２０５ プーリ
２２０ 第２通路
２２１ 第１通路
２３０ 加熱炉
２３５ 加熱中心
２４０ 固定台
２７０ 定電流回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、該ワイヤのマルテンサイト変態終了温度以下の環境に設置し、通過する該ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
を備え、
前記ガイド部は、
２つの前記ガイド部の開口の温度が前記張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成されていることを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
前記第１通路と前記第２通路とからなる前記加熱炉の内部空間は、２つの前記開口のみ外部環境に開放されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記ガイド部は円筒状であることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積は、
前記加熱部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積より小さく、
前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向が水平になるように設置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加熱炉。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、通過する前記ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
前記ガイド部を冷却する冷却手段と、
を備えたことを特徴とする加熱炉。
【請求項７】
前記冷却手段は、
前記ガイド部を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成され、前記ガイド部と前記ガイド部より熱容量の大きい固定部とを接続し、熱伝導により前記ガイド部を冷却するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉。
【請求項８】
前記冷却手段は、
前記ガイド部に送風する送風手段であることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉。
【請求項９】
前記冷却手段は、
前記ガイド部に取り付けられたラジエータであることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉。
【請求項１０】
請求項６乃至９の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項１１】
前記ガイド部の温度を検出するガイド部温度センサを有し、
前記制御回路は、
前記ガイド部温度センサの検出した温度に基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
【請求項１】
一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、該ワイヤのマルテンサイト変態終了温度以下の環境に設置し、通過する該ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
を備え、
前記ガイド部は、
２つの前記ガイド部の開口の温度が前記張力におけるマルテンサイト変態終了温度以下になるように構成されていることを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
前記第１通路と前記第２通路とからなる前記加熱炉の内部空間は、２つの前記開口のみ外部環境に開放されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記ガイド部は円筒状であることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積は、
前記加熱部の前記ワイヤの通過方向と直交する断面の断面積より小さく、
前記ガイド部の前記ワイヤの通過方向が水平になるように設置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加熱炉。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
一定の張力が与えられた形状記憶合金からなるワイヤが通過するように配設され、通過する前記ワイヤを加熱して残留歪みを除去する加熱炉であって、
前記ワイヤの一部をオーステナイト変態終了温度以上に加熱する第１通路が形成された加熱部と、
前記ワイヤが通過し前記第１通路の両端にそれぞれ連通する第２通路が形成されていて、前記加熱部の壁面から突出するように設けられた２つのガイド部と、
前記ガイド部を冷却する冷却手段と、
を備えたことを特徴とする加熱炉。
【請求項７】
前記冷却手段は、
前記ガイド部を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成され、前記ガイド部と前記ガイド部より熱容量の大きい固定部とを接続し、熱伝導により前記ガイド部を冷却するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉。
【請求項８】
前記冷却手段は、
前記ガイド部に送風する送風手段であることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉。
【請求項９】
前記冷却手段は、
前記ガイド部に取り付けられたラジエータであることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉。
【請求項１０】
請求項６乃至９の何れか１項に記載の加熱炉と、
前記加熱炉の加熱部を加熱する加熱手段と、
前記加熱部の温度を検出する加熱部温度センサと、
前記加熱部温度センサの検出した温度に基づいて前記加熱手段を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項１１】
前記ガイド部の温度を検出するガイド部温度センサを有し、
前記制御回路は、
前記ガイド部温度センサの検出した温度に基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−４７８００（Ｐ２０１０−４７８００Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１２６５２（Ｐ２００８−２１２６５２）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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