JPS5815768A - 形状記憶合金を用いた動力装置 - Google Patents

形状記憶合金を用いた動力装置

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JPS5815768A
JPS5815768A JP56114912A JP11491281A JPS5815768A JP S5815768 A JPS5815768 A JP S5815768A JP 56114912 A JP56114912 A JP 56114912A JP 11491281 A JP11491281 A JP 11491281A JP S5815768 A JPS5815768 A JP S5815768A
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memory alloy
strain
stress
engine
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JP56114912A
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Toru Okuda
徹 奥田
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度変化（こ対し元の状態に戻ろうとする特性
を有する形状記憶合金を活用した熱駆動エンジン等の動
力装置に関する。
近年、化石燃料の枯渇と共に、太陽エネルギーや地熱エ
ネルギー、或は工場温排水を利用し稀薄なエネルギーか
ら有効な機械的仕事に変換するための装置の開発が盛ん
である。そして、上述の稀薄なエネルギーを有効ｌこ活
用するためｌこ、温度変化に対し変態して元の形状状態
に戻る変態特性を有する形状記憶合金を利用した動力源
、いわゆる熱駆動エンジンが開発されつつある。前記形
状記憶合金は、その合金の組成番こより固有の変態温度
を有しており、応力が作用しない状態で上記変態温度以
下ではマルテンサイト相、前記変態温度以上では母相（
オーステナイト相）の状態で安定である。形状記憶され
るのは母相である。また変態温度以下では非常≦こ変形
しやすくなり、一方変態温度以上では非常に固くなって
、形状記憶処理された時の形状に戻る。こうい−た形状
記憶合金の特性を利用して動力源、いわゆる熱駆動エン
ジンが構成される。
従来の熱駆動エンジンの一例を第１図、第、２図に示す
。
まず第１図は、−個の径の異なるプーリ／１．２間に形
状記憶合金を溶接等の手段でループ状にしたワイヤーベ
ルト（又はコイルバネ等のベルト）３を掛は渡し、その
ベルト３の一方を加熱手段グにて加熱し他方を冷却手段
５にて冷却することによりプーリ／、−を同方向に回転
させるものである。仲介ギヤ♂はプーリ／、、、２に対
しそれぞれ同一軸上に設けられたギヤに、２を連結して
いる。
次に第２図は、仲介ギヤがなく、プーリ／、コに対しそ
れぞれ同一軸上にプーリタ、１０が設けられ、通常の材
料（熱変化に対し伸縮の少ない材料）からなるベルト／
／がプーリ２．１０に掛は渡されている。
以上のエンジンの作動状態において、上記形状記憶合金
を溶接等の手段でループ状にしたベルトは過熱・冷却の
領域を循環する。つまり熱的サイクルを経ることｌこよ
りプーリーに対する駆動力を発揮するものである。第３
図は従来のエンジンの作動状態での形状記憶合金材の駆
動サイクルを表わすグラフ図である。エンジンは第１図
の構造のものとする。第１図（こ示したＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
の各地点は第３図のＡ、Ｂ、Ｃ，ＤＧこ相当する。Ａは
プーリー−から加熱領域に入る地点、Ｂは加熱領域から
プーリー７番こ入る地点、Ｃはプーリー／から冷却領域
に入る地点、Ｄは冷却領域からプーリー−に入る地点で
ある。形状記憶合金ベルト３はＡでブーＩＪ−一を離れ
加熱領域に入る。そこで加熱され形状回復応力を発生し
その歪を減少する。
次にＢでプーリー／に沿って巻かれ方向転換した後Ｃで
プーリー／を離れ冷却領域に入る。この時形状記憶合金
ベルト３はその歪を増加する。次にＤでプーリー−に沿
って巻かれる。第３図において一定の応力付与（発生）
で歪の変化が発生する部分、即ちグラフの平坦な部分を
プラト一部という。形状記憶合金ベルト３は図の斜線で
示でれた面積だけ外部へ仕事をする。
上述した従来の熱駆動エンジンの寿命は多くとも７０４
〜／θ５回の駆動サイクルであり、それ以上では破断す
る。この破断の原因としては、応力誘起マルテンサイト
変態及び歪誘起マルテンサイト変態が挙げられる。
第３図ζこおいて高温側のプラト一部ではオーストナイ
ト相と応力誘起マルテンサイト相が共存しＡ点では応力
誘起マルテンサイト相が大部分を占める。そしてＡ点→
Ｂ点へ駆動サイクルが進むに従いオーステナイト相の占
める割合が増す。この経過において双晶変形に伴う双晶
界面の移動による内部歪及び不純物の影響による双晶界
面の整合性の乱れによる内部歪が発生する。この内部歪
は駆動サイクルの操り返しによって蓄積し逐にはクラッ
クに迄到る。又、低温側のプラト一部では冷却により生
じたマルテンサイト相と歪誘起のマルテンサイト相が共
存し、Ｄ点では歪誘起のマルテンサイト相が大部分を占
める。そしてＣ点→Ｄ点へ駆動サイクルが進むに従い歪
誘起のマルテンサイト相の占める割合が増す。この経過
においても双晶変形に伴う双晶界面の移動ｌこよる内部
歪及び不純物の影響による双晶界面の整合性の乱れｔこ
よる内部歪が発生する。そしてこの内部歪は駆動サイク
ルの操り返しによって蓄積し逐ことはクラックに迄到る
。
以上の様に高温側のプラト一部領域では応力誘起マルテ
ンサイト相が存在し、低温側のプラト一部領域では歪誘
起マルテンサイト相が存在する。
その高番こ駆動サイクルの進展につれ内部歪が徐々に蓄
積し最終的に破断に迄到った。
しかし、従来熱駆動エンジンは全て形状記憶合金のプラ
ト一部における大変形を利用し構成されており、従って
内部歪の発生による破断は避けることができないもので
あった。
本発明は以上の従来欠点を解消するものであり形状記憶
合金特有の疲労特性に着目し、従来全（試みられなか、
た形状記憶合金の歪領域を用いて動力装置を構成し、も
って長寿命化を達成することを目的とする。
以下、本発明に係わる熱駆動エンジンに関し図面を参照
しながら説明を行なう。
第３図に示す如く形状記憶合金は応力−歪曲線上におい
て、応力と歪の間に近似的な比例関係の成り立つ部分を
経て次により大きな外部応力の供給によ−てプラト一部
を形成する。この関係は高温側でも低温側でも存在する
。上記応カー歪間に近似的に成立する比例関係の比例係
数は温度ｌこより大きく変化し一般的に数７０℃の温度
上昇に対し比例定数は一倍から３倍に変化する。本発明
に係わる熱駆動エンジンは上記した応力と歪の間に近似
的に比例関係の成り立つ歪領域を用いてエンジンを構成
したものである。
第９図及び第５図は前記応力と歪の間に近似的な比例関
係が成立する歪領域を用いて構成した熱駆動エンジンの
駆動サイクルを示すグラフ図である。
次に第９図の駆動サイクルを使用してエンジンを構成し
た場合の実験結果を示す。形状記憶合金材料としてＴｉ
Ｎ＋を用いこれをコイルスプリング状にしたベルトによ
りエンジンを駆動した。但しエンジンの形成は第１図の
ものとした。そのエンジン構造において温水２０℃で加
熱し、冷水−０℃で冷却し、コイルスプリング状ベルト
を２５倍〜、３．５倍引張った状態で回転駆動した。
（この状態で歪領域は応力と歪の間（こ比例関係が成り
立つ領域にある。）その結果１０６　変態でも破断しな
かった。従来のプラト一部領域を利用したエンジン構造
として第１図のエンジン形式を用いて温水２０℃で加熱
し、冷水−０℃で冷却し、コイルスプリング状ベルトを
７倍〜７３倍引張った状態で回転駆動したところ（この
状態で歪領域はプラト一部内にある。）、この従来構造
では／ｊ００〜−７θ００変態で破断した。この様に本
発明を用いたエンジンの優位性は歴然としている。
ここで上記実施例ではエンジンのベルトの平均歪を低下
せしめて求める歪領域を得たが２個のプーリーの周速度
の比を適度な値に設定しても求める歪領域を得ることは
可能である。
第５図の駆動サイクルを使用してエンジンを構成した場
合も第９図の場合と同様エンジンの長寿命化が達成され
た。第５図の駆動サイクルを実現する為のエンジン形式
を第２図に示す。第２図のエンジンはＢａｎｋｓ　エン
ジンと呼ばれるドラム回転式エンジンであり、熱駆動エ
ンジンとしては既に公知なものである。同図（ａ）は正
面図、同図（ｂ）は平面図である。／コは出力回転軸、
／３は静止フランク、／４ｔは駆動ロッド、１５はニチ
ノールワイヤループ（形状記憶合金線）、／２は被駆動
リングのスパイダ、／Ｚは熱水、／♂は冷水、／２は駆
動リング１．２０は駆動開始点１．．２／は駆動終了点
である。同図のエンジン構造を用い、ニチノールワイヤ
ループ／、５の歪を小さくなせば第５図に示した駆動サ
イクルを経るようにすることができる。そして駆動サイ
クルが第５図の軌道と等しくなればニチノールワイヤル
ープの寿命は極めて長くなる。
以上説明した如く本発明昏こよれば形状記憶合金の駆動
サイクルを増大化することが可能となり動力装置として
の寿命を長期化できるものである。
従来の熱駆動エンジンでは形状記憶合金の疲労破壊が大
きな障壁となっていたが、本発明を用いればその問題点
に対する解消の為の大きな助けとなるもので、熱駆動エ
ンジンの実用性を増大化せしめるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図、第一図、第２図は従来の熱駆動エンジンの構造
を示す説明図、第３図は従来の熱駆動エンジンの駆動サ
イクルを示す特性グラフ図、第ダ図、第ｊ図は本発明番
こ係わる熱駆動エンジンの駆動サイクルを示す特性グラ
フ図を示す。 図中、　／、ａ２：プーリー、３：ワイヤーベルト、ｚ
、７：ギア、♂：仲介ギア、２．／θ：プーリー、／／
：通常のベルト。 代理人　弁理士　　福　士　愛　彦 Ｎ　　〜 １ “′４［４ 歪 ：ｉ５図 ｑ 聞　６　図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、　形状記憶合金の変態を反復的に行なわしめること
    によって回転等の動力を発生する装置において、該装置
    の少なくとも所定動作状態における形状記憶合金の歪が
    前記形状記憶合金の応力−歪特性曲線上のプラート部に
    至る以前の応力と歪の間に近似的に比例関係が成立する
    範囲内の殖をとるように制御する手段を備えたことを特
    徴とする形状記憶合金を用いた動力装置。
JP56114912A 1981-07-21 1981-07-21 形状記憶合金を用いた動力装置 Pending JPS5815768A (ja)

Priority Applications (1)

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JP56114912A JPS5815768A (ja) 1981-07-21 1981-07-21 形状記憶合金を用いた動力装置

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JPS5815768A true JPS5815768A (ja) 1983-01-29

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JP56114912A Pending JPS5815768A (ja) 1981-07-21 1981-07-21 形状記憶合金を用いた動力装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2789734A1 (fr) * 1999-01-25 2000-08-18 Paul Ducretet Moteur utilisant les proprietes d'un materiau a memoire de forme-element de reaction pour ce moteur

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2789734A1 (fr) * 1999-01-25 2000-08-18 Paul Ducretet Moteur utilisant les proprietes d'un materiau a memoire de forme-element de reaction pour ce moteur

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