JPS6257832B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱エネルギー抽出装置（thermal
energy scavenger）、即ち熱エネルギーを機械的
エネルギーに変換するような熱エネルギー変換装
置に関し、一層詳しくは、熱弾性マルテンサイト
相変態に基づく形状記憶特性を示す材料で作られ
た複数の温度感知素子を用いて、それらの温度感
知素子がより高温に加熱されて無歪みとなる際に
返却されるエネルギーよりも少ないエネルギーが
冷たい状態において温度感知素子を歪ませる際に
必要とされるようになつた熱エネルギー変換装置
に関する。

近年、応力あるいは歪みに依存する熱弾性マル
テンサイト相変態に基づいて形状記憶特性を示す
合金からなる各種の材料が開発された。基本的に
は、これらの合金は所定の転移温度以上の相では
安定した形状を示し、その転移温度以下の温度に
おいてマルテンサイト相への変態を受ける。この
ような合金は転移温度以下でのマルテンサイト相
においては著しく低い有効係数を有し、このため
比較的低温時における該合金に歪みを与えるのに
要する応力の形のエネルギーは比較的小さい。こ
れに対し、該合金が転移温度以上の高温に到達し
たときには、該合金はその歪み除去の際に比較的
大きなエネルギーを提供しかつその元の形状に戻
る。このような形状記憶特性を示す合金の例とし
て、チタン−ニツケル、銅−アルミニウム−ニツ
ケル、銅−亜鉛、鉄−白金および金−カドミウム
などの合金がある。

多くの合金の形状記憶特性については、ジヤー
ナル・オブ・マテリアル・サイエンス（Journal
of Material Science）：1974年、第９巻、15〜
21頁、L.デライおよびR.V.クリシユナンに述べ
られており、またメタラジカル・トランザクシヨ
ンズ（Metallurgical Transactions）：1975年、
第6A巻、29頁、H.C.トングおよびC.M.ウエイマ
ンにも述べられている。

形状記憶特性を示す材料については、1965年３
月23日にウイリアムJ.バツチラーに許可された米
国特許第3174851号ならびに1971年１月26日にF.
E.ワングおよびウイリアムJ.バツチラーに許可さ
れた米国特許第3558369号に記述されている。

形状記憶特性を示す上述の材料を熱エネルギー
変換装置に利用する試みは従来から行われ、これ
らの材料がかかる用途に利用できることが明らか
にされた。このような熱エネルギー変換装置は形
状記憶特性を有する材料に歪みを与えてエネルギ
ーを抽出するものであるが、材料に歪みを与える
方法において該材料を十分に有効に利用していな
いものであり、また所定のスペースにおいて歪み
が与えられる材料の量を最大にするものではな
い。また、形状記憶特性を示す材料は、転移温度
以下の温度においては、転移温度以上の温度にお
いて歪ますことのできる範囲よりも一層大きな範
囲まで歪ますことができるものであり、従来の熱
エネルギー変換装置は、転移温度以下においても
転移温度以上においても材料に等しい歪みを与え
るようになつているものである。

本発明による熱エネルギー変換装置は、熱弾性
マルテンサイト相変態に基づく形状記憶特性を示
す材料で作られた少くとも１つの温度感知素子
と、第１の相において温度感知素子に応力を与え
て該素子を歪ませかつ第２の相において該素子の
歪み除去に応答するように該素子と作用するよう
になつた作用手段と、第２の相において温度感知
素子の歪みを制限するための応力制限手段とより
なり、このため温度感知素子の歪みが第２の相に
おいてよりも第１の相において大きくなつている
熱エネルギー変換装置である。

次に従来の同種の変換装置について簡単に説明
する。

1968年９月24日にウイリアムJ.バツチラーおよ
びデビツドM.ゴールドステインに許可された米
国特許第3403238号に開示された基本的な装置に
おいては、比較的低い温度において片もち式の曲
げあるいはよじりによりニツケル−チタン形状記
憶材料を応力下に置いて該材料を歪ませ、該材料
がより高温に到達した際に該材料の歪みが除かれ
て該材料が元の曲げられない形状あるいはよじら
れない状態に戻ることによつて生ずる増大エネル
ギーを抽出するようになつている。また、形状記
憶を示す材料で作られたロツドを使用するエネル
ギー変換装置についての試験も行われた。これら
のロツドは互いに平行でない回転デイスクの間に
延長し、その結果デイスクの同期回転運動は半回
転においてデイスクの外周へのロツドの対応取付
点の間の距離を増大させ、かつ他の半回転におい
てロツドの先端間の距離を減少させ、このため該
ロツドは低温において張力下に置くことによつて
歪まされかつ高温に加熱された際に元の長さに縮
小されることとなる。このような試験は、米国カ
リホルニア大学のローレンス・バークレー実験室
において行われ、その結果は1975年７月31日付の
ニチノール・エンジン・プロジエクト・テスト・
ベツド（Nitinol Engine Project Test Bed）と
題されるレポートNSF／Ｒ Ann／SE／AG−
550 FR75／２において報告された。そのプロジ
エククトに用いられた形状記憶材料は、米国オハ
イオ州トロント、チタニウム・コーポレイシヨ
ン・オブ・アメリカ、タイメツト・デイビジヨン
から入手した、ニツケル55.38％、鉄0.05％、窒
素0.004％およびチタン残量からなる組成を有す
る55−ニトナール（55−Nitonal）であつた。

1975年10月21日にリツヂウエイM.バンクスに
許可された米国特許第3913326号には、かかる材
料からなる別の熱エネルギー変換装置が開示され
ている。この装置に用いられた材料はワイヤ形式
になつていて、それは高温側においてＵ字形でか
つ低温側において直線状、またはほぼ直線状にさ
れている。1977年７月26日にピーターA.ホツチ
ステインに許可された米国特許第4037411号に
は、別の２つの熱エネルギー変換装置が開示され
ている。その装置の一方のものは片もち式に金属
ストリツプを曲げるものであり、他方のものは長
さに沿つて金属ストリツプをよじるものである。

しかしながら、上述したような従来の熱エネル
ギー変換装置の中には、以下に述べるように構成
された本発明の熱エネルギー変換装置のように金
属材料を最大限に使用するようなものは存在しな
い。本発明によれば、熱エネルギー変換装置は形
状記憶特性を示す材料で作られた素子に応力を加
えて、第１の相において該素子を歪ませるととも
に第２の相において該素子の歪み除去に応答する
ようになつており、また第２の相において該素子
の歪みを制限するための応力制御手段を具えて、
該素子の歪みが第２の相においてよりも第１の相
において一層大きくなるようにされているもので
ある。

本発明による熱エネルギー抽出装置は全体的に
符号１０でもつて示される。

熱エネルギー抽出装置１０は細長いワイヤ１２
の形式の複数の温度感知素子よりなり、ワイヤ１
２は円形断面と第１および第２端部とを有し、か
つ熱弾性マルテンサイト相変態に基づく形状記憶
特性を示す材料から作られる。このような材料と
しては、上述した材料のうちの任意のものを用い
ることができ、それは比較的低い温度において温
度感知素子にひずみを与えるためのエネルギーが
高温において形状記憶特性により元の無ひずみの
形状に戻る際に温度感知素子から取出すことがで
きるエネルギーよりも少くてすむような材料であ
る。

熱エネルギー抽出装置１０は、また、作用手段
即ちカム装置を包含し、このカム装置は軸線方向
に隔置された１対の第１および第２即ち上方およ
び下方カム１４および１６よりなる。カム１４お
よび１６はワイヤ１２に作用して、第１の相にお
いてワイヤ１２を歪ませるような応力を与え、か
つ第２の相においてワイヤ１２の歪み除去に応答
するようになつている。相変態はワイヤ１２が転
移温度以下の比較的低い温度と転移温度以上の比
較的高い温度との間で転移温度を通る際に生ず
る。第１の相はワイヤ１２が転移温度以下の比較
的低い温度にあるときに生じ、これに対し第２の
相は転移温度以上の比較的高い温度にあるときに
生ずる。カム１４および１６は中心軸線１８のま
わりに配置される。カム１４はその半径方向の周
囲に配置されかつ軸線方向に拡がつたカム面２０
を有し、カム１６はその半径方向の周囲に配置さ
れかつ軸線方向に拡がつたカム面２２を有する。

熱エネルギー変換装置１０は、また、全体的に
符号２４でもつて示したキヤリツジ手段を包含
し、このキヤリツジ手段はワイヤ１２を中心軸線
１８に対して平行関係に支持し、またワイヤ１２
を相互に平行関係に支持し、これによりワイヤ１
２は張力下に置かれてカム１４および１６と作用
するようになつている。即ち、キヤリツジ手段２
４はカム１４および１６との作用に応答するよう
にワイヤ１２を張力下に位置する。

全体的に符号２６でもつて示されたハウジング
２６により構成される支持手段が設けられ、ハウ
ジング２６は、カム１４および１６とキヤリツジ
手段２４との間に相対運動が行われるようにカム
１４および１６とキヤリツジ手段２４とを支持
し、これにより第２の相においてワイヤ１２のひ
ずみが除かれてワイヤ１２の長さが縮小した際に
エネルギーが抽出される。更に詳細には、カム１
４および１６はハウジング２６により構成された
支持手段に固着され、キヤリツジ手段２４は、ハ
ウジング２６により構成された支持手段によつ
て、中心軸線１８のまわりを回転するように回転
自在に支持される。カム１４および１６はハウジ
ング２６の内側壁２８に溶接により固着される。
カム１４はカム−軸受支持部材３０の一体的な部
分であり、カム１６はカム−軸受支持部材３２の
一体的な部分である。カム−軸受支持部材３０は
軸受組立体３４を支持し、またカム−軸受支持部
材３２は軸受組立体３６を支持する。軸受組立体
３４および３６はキヤリツジ手段２４を回転自在
に支持する。

キヤリツジ手段２４は、内側ハブ部分３８と外
側リム部分４０とを具えた上部回転ホイールを有
し、この両部分は周辺上に隔置されたスポーク４
２によつて相互に連結される。キヤリツジ手段２
４は、さらに、内側ハブ部分４４と外側リム部分
４６とを具えた下部回転ホイールを有し、この両
部分も周辺上に隔置されたスポーク４８によつて
相互に連結される。上部および下部回転ホイール
は中心軸線１８に沿つて軸線方向に互いに隔置さ
れる。上部回転ホイールは複数のボルト５２によ
りリング部材５０に連結され、リング部材５０は
上部回転ホイールを回転自在に支持するために軸
受組立体３４により支持される。下部回転ホイー
ルはボルト５６によりリング部材５４に連結さ
れ、リング部材５４は下部回転ホイールを回転自
在に支持するために軸受組立体３６により支持さ
れる。リング部材５４はシール５８が固着された
フランジを有する。また、各回転ホイールとカム
−軸受支持部材３０および３２のフランジとの間
にはシール組立体６０が配置される。

キヤリツジ手段２４は中心軸線１８のまわりの
円周上に配置された複数の独立したモジユール
（第４図に２個のみ示す）を包含する。各々のモ
ジユールは１群のワイヤ１２を支持し、各群のワ
イヤ１２はカム１４もしくは１６の一方と一致し
てかつ別のモジユールのワイヤ１２の群とは無関
係に作用する。各々のモジユールはカム１４もし
くは１６の一方と係合するようになつたカムフオ
ロワー組立体６２を包含する。また、各々のモジ
ユールは、各々のカムフオロワー組立体６２と各
モジユールの関連するワイヤ１２の群との間に配
置した油圧手段を包含し、これによりカム１４お
よび１６とその各群のワイヤ１２との間に作用力
が伝達されるようになつている。油圧手段はワイ
ヤ１２とカム１４および１６により構成された作
用手段との間に配置され、作用手段とワイヤとの
間の作用力は加圧下の流体を介して伝達される。
油圧手段は複数の独立の油圧パツケージを包含
し、各油圧パツケージはモジユールの１つに組合
わされる。各々のモジユールに組合わされた油圧
パツケージは、外側リム部分４０もしくは４６の
一方に配置された第１の油圧室６４と、外側のリ
ム部分４０もしくは４６の一方に位置された第２
の油圧室６８とを包含し、各々の第１の油圧室６
４と第２の油圧室６８にはそれぞれ第１のピスト
ン６６と第２のピストン７０とが配置されて、そ
れぞれ可膨張油圧容積７４および７６が形成され
る。第２の油圧室６８はプラグ７２により閉鎖さ
れる。第１の油圧室６４とピストン６６とによつ
て形成された可膨張油圧容積７４は、ピストン７
０、第２の油圧室６８および閉鎖プラグ７２によ
つて形成された可膨張油圧容積７６と油圧ライン
（図示されない）でもつて流体連通する。各々の
モジユールに組合わされた油圧パツケージはワイ
ヤ１２の一端部に配置され、このとき次の隣接モ
ジユールの油圧パツケージは該ワイヤ端部とは反
対側のモジユールに配置される。換言すれば、油
圧室６４および６８はリム部分４０および４６の
各々の円周上に交互に配置される。第１の油圧室
６４の各々は次の隣接油圧室と油圧的に対をな
す。ピストン６６は、第４図に示すように、１つ
のモジユールを形成する第１の群のワイヤ１２と
組合わされ、かつリム部分４０に閉鎖プラグ７２
によつて形成された隣接液圧室６８に油圧的に連
結される。しかしながら、第４図の左側部分のワ
イヤ１２の群についての同一の油圧パツケージは
下方リム部分４６に配置される。したがつて、隣
接モジユールに組合わされた油圧パツケージはワ
イヤ１２の反対側の端部に配置される。

同様に、カムフオロワー組立体６２もモジユー
ルからモジユールに交互に配置されているので、
交互のモジユールのカムフオロワ組立体６２は上
方のカムと作用し、他のモジユールの他のカムフ
オロワー組立体６２は下方のカム１６と作用す
る。換言すれば、カムフオロワー組立体６２の半
分は上側リム部分４０から半径方向に延長するの
に対し、他の半分のカムフオロワー組立体６２は
下側リム部分４６から半径方向内方に延長する。

各々のモジユールは、一方の回転ホイールのリ
ム部分４０もしくは４６に強固に連結された固定
板７８と、他方の回転ホイールのリム部分４０も
しくは４６に移動可能に取付けられた可動板８０
とを包含する。各々のモジユールは固定板７８と
可動板８０との間に延長した複数のワイヤ１２を
包含し、その端部はそれぞれの固定板７８および
可動板８０に連結される。固定板７８はボルト８
２およびナツト８４によつてリム部分４０および
４６に動かないように連結される。ボルト８２
は、第８図に符号８６として示すような固定板７
８の孔とリム部分４０もしくは４６とを通つて延
長して、固定板７８が連結されるようになつたリ
ム部分４０もしくは４６に対して固定位置に固定
板７８を固着する。

可動板８０は案内ピン８８の第１の端部に連結
される。案内ピン８８は、一方の回転ホイールの
リム部分４０もしくは４６を通つて、ナツト９０
が取付けられた第２の端部まで延長する。各々の
案内ピン８８は軸受材料９２のブツシユ内に摺動
自在に支持され、このため可動板８０は案内ピン
８８がブツシユ９２内を摺動するのに伴つて移動
することができる。

アーム９４、ブロツク９６およびねじ付フアス
ナー組立体９８とよりなる連結手段は、ワイヤ１
２のひずみ除去即ち長さの縮小に応答して油圧室
６４の容積７４に油圧を造成させるように案内ピ
ン８８の第２の端部とそれに組合わされた第１の
ピストン６６とを相互に連結する。

ピストン１００はその一端においてボルト１０
２によつて第２のピストン７０の各々に連結さ
れ、他端においてカムフオロワー組立体６２を構
成するローラを回転自在に支持するためのＵ字形
ヨーク１０４を具える。各々のカムフオロワー組
立体６２はカム１４および１６の軸線方向に拡が
つたカム面２０および２２の１つと転動するよう
に係合する。カムフオロワー組立体即ちローラ６
２はボルト１０５でもつてヨークにより支持され
る。カム１４および１６の両側に配置された案内
シールド１０６は、ボルト１０５のクランプ作用
により所定位置に保持される。案内シールド１０
６はカム１４および１６の向い合つた表面と係合
する。ピストンロツド１００は軸受スリーブ１０
７を通つて延長し、軸受スリーブ１０７はピスト
ンロツド１００を半径方向の運動ができるように
摺動可能に支持する。

第１のピストン６６の油圧力を受ける面積は、
第２のピストン７０よりも大きくなつている。ピ
ストン６６および７０は流体連通手段を介して相
互に流体連通する。というのは、可膨張油圧容積
７４が油圧ライン即ち配管を介して可膨張油圧容
積７６と流体連通しているからである。第１のピ
ストン６６は軸線方向に即ち中心軸線１８と平行
に移動するのに対し、第２のピストン７０は中心
軸線１８に関して半径方向に移動する。このため
ワイヤ１２は軸線方向に延長することができると
ともにカム１４および１６は半径方向に突出する
ことができ、その結果として装置全体が小型化さ
れる。

ハウジング２６によつて構成された支持手段
は、円周上の第１の部分に亘つて中心軸線１８の
まわりの円弧に沿つて延長する第１の区画室１０
８を形成し、かつ壁１１２により第２の区画室１
１０から分割されて別々となつている。第２の区
画室１１０はその円周上の他の隣接部分に亘つて
中心軸線１８のまわりの円弧に沿つて延長する。
区画室１０８は壁２８によつて付加的に形成さ
れ、壁２８は外側配置された部分１１４を有し、
ノズルスロツト即ち通路１１６は軸線方向に延長
しかつ各区画室からワイヤ１２に向つて壁１１４
を半径方向に貫通する。ハウジング２６は複数の
入口１１８を包含し、上方および下方の入口１１
８は各々の区画室１０８および１１０に組合わさ
れる。ハウジング２６は４つの半径方向に延長し
た壁１１２によつて４つの区画室に分割される。
区画室１０８もしくは１１０の２つは高温の流体
または低温の流体（例えば水）用とし、高温また
は低温の流体用の区画室１０８もしくは１１０は
直径上に向い合つている。また、ハウジング２６
は４つの出口１２０を包含し、各々の出口１２０
は区画室１０８もしくは１１０の一方と組合わさ
れる。さらに、ハウジング２６はキヤリツジ手段
２４のまわりに半径方向に配置された外側壁１１
７を包含し、流体用出口１２０は流体をハウジン
グ２６から排出するために外側壁１１７から半径
方向に延長する。第３図は第２図の３−３線に沿
う断面図であるが、出口１２０は第２図の断面線
である３−３線に沿つて図示されてはいない。し
かしながら、出口１２０は、３−３線が出口１２
０を切断した際の出口１２０の相対位置を示して
図面をわかり易くするため付加されている。した
がつて、高温の流体および低温の流体は区画室１
０８および１１０を通過して半径方向にワイヤ１
２を通り抜けて流れるので、ワイヤ１２が中心軸
線１８のまわりに回転するにつれ、ワイヤ１２は
加熱および冷却されることとなる。

熱エネルギー変換装置１０は、また、出力部材
１２６を回転させるために適当な軸受を介してハ
ウジング部分１２４に回転自在に支持された出力
シヤフト１２２を包含する。キヤリツジ手段２４
の回転運動を出力シヤフト１２２に伝達するため
の動力取出手段が設けられ、該手段は上記回転ホ
イールのハブ部分３８にスタツド１３０でもつて
ボルト締めされたベベルリングギア１２８と、出
力シヤフト１２２の一端に取付けられた噛合ベベ
ルピニオンギア１３１とよりなる。

熱エネルギー変換装置１０は、さらに、各々の
ワイヤ１２の歪みが第２の相におけるよりも第１
の相において大きくなるように、両相において
各々のワイヤ１２の歪みを制限するための応力制
限手段を包含する。第１の相はワイヤ１２が転移
温度以下の比較的低い温度にあるときに生じ、第
２の相はワイヤが転移温度以上の比較的高い温度
にあるときに生ずる。歪みは、ワイヤ１２が比較
的低い温度にあるときの第１の相における各々の
ワイヤ１２の伸びの百分率で表わされ、その歪み
は、ワイヤ１２が比較的高温にあるときの第２の
相における各々のワイヤ１２の歪み即ちその伸び
の百分率より大きい。作用手段に対して作用状態
下に置かれた各々のワイヤ１２に加えられる応力
は、比較的低温の第１の相において各々のワイヤ
が受ける応力よりも比較的高温の第２の相におけ
る方が大きい。応力制限手段は、比較的低温にお
けるワイヤ１２の歪み即ち伸びの百分率を比較的
高温における歪み即ち伸びの百分率より大きくさ
せることによつて、仕事を金属材即ちワイヤから
効果的に抽出することを可能にする。応力制限手
段は、作用手段を構成するカム１４および１６と
ワイヤ１２との間に配置されるので、カム１４お
よび１６は応力制限手段を介してワイヤ１２と作
用することとなる。詳しくは、応力制限手段は、
カム１４および１６とワイヤ１２との間でロスト
モーシヨン許容するようになつた複数のコイルば
ね１３２よりなる。一層詳しくは、各々のコイル
ばね１３２は、ワイヤ１２とキヤリツジ手段２４
の固定板および可動板８０との間で作用する。固
定板７８および可動板８０の各々はキヤリツジ手
段２４の一部であり、かつ複数の端ぐり孔１３４
を包含する。コイルばね１３２の１つは各々の端
ぐり孔１３４に配置される。また、キヤリツジ手
段の各々の固定板７８と可動板８０とは各々の端
ぐり孔１３４の底部に凹部１３６を有する。ワイ
ヤ１２とコイルばね１３２とを相互に連結するた
めに第１のプラグ１３８よりなる連結手段が設け
られる。プラグ１３８は各々のコイルバネ１３２
の頂部に配置されて保持され、ワイヤ１２はプラ
グ１３８を通つて延長してそれに対し保持され
る。詳しくは、プラグ１３８はそれを貫通する通
路を有し、該通路は一端に拡大キヤビテイ１４０
を具え、ワイヤ１２は該通路を通つて延長しかつ
拡大キヤビテイ１４０に配置された膨大頭部１４
２を有する。また、第２のプラグ１４４よりなる
アンカー手段が設けられ、これは凹部１３６に配
置され、ワイヤ１２は通路およびプラグ１４４を
通つて該通路端の拡大キヤビテイ１４０まで延長
し、ワイヤ１２はキヤビテイ１４６に配置された
拡大頭部１４８を有する。ワイヤ１２は頭部１４
２および１４８が同一であるという点で同一の先
端を有する。各々のコイルばね１３２はワイヤ１
２の２本について配設され、各々のアンカープラ
グ１４４はワイヤ１２に連結される。ワイヤ１２
は固定板７８と可動板８０との通路を通つて延長
し、さらにそれぞれのプラグ１３８および１４４
を通つて延長する。

アンカープラグ１４４は、ワイヤ１２の同一端
において隣接コイルばね１３２からワイヤ１２の
長手方向に隔置され、このためアンカープラグ１
４４は、第８図に最もよく示すように、ワイヤ１
２の長手方向軸線を横断する方向において２つの
隣接コイルばね１３２と重なり合う。換言すれ
ば、各々のコイルばね１３２の底部は少くとも１
つのアンカープラグ１４４と重なり、図示するよ
うに２つのアンカープラグ１４４と重なり合う。

応力制限手段を構成するコイルばね１３２は、
応力がワイヤ１２とカム１４および１６との間に
伝達される際に、ワイヤ１２の歪みを制限するた
めに各々のワイヤ１２の一端とキヤリツジ手段２
４の固定板７８および可動板８０との間だけに配
置される。換言すれば、コイルばね１３２はワイ
ヤ１２の半分の第１の端にのみ配置され、ワイヤ
１２の他の半分の反対端即ち第２の端にのみ配置
され、このためワイヤ１２が設けられる領域が縮
小される。別の表現によると、コイルばね１３２
は、ワイヤ１２の第１の端と第２の端とに交互に
配置される。

次に作用について説明する。ワイヤ１２が作ら
れる金属材料としては、転移温度が広範囲に亘つ
て変動するような合金を用いることができる。ワ
イヤ１２の金属材料の転移温度に従つて、その転
移温度以上の温度に加熱された水は入口１１８の
４つを介して熱エネルギー変換装置内に供給され
て直径上に向い合つた２対の区画室１０８もしく
は１１０を満たし、一方転移温度以下の冷たい水
は４つの入口１１８を介して供給されて、他の２
対の区画室１０８もしくは１１０を満たすことと
なる。冷たい水は直径上に向い合つた２対の入口
１１８に供給されるとともに温かい水はそれらの
入口から90゜隔てられかつ直径上に向い合つた２
対の入口１１８に供給されるので、冷たい水の区
画室１０８もしくは１１０と温かい水の区画室１
０８もしくは１１０とが存在することとなる。水
は室１０８，１１０を通つてノズルスロツト１１
６から各々のモジユールの各ワイヤ１２の群を半
径方向に流れて出口１２０から排出される。

ワイヤ１２は転移温度以下の比較的冷たい水を
受けると、ワイヤ１２は比較的柔くなつて該ワイ
ヤに応力を生じさせる力を受ける。ワイヤ１２が
比較的冷たい状態になるとともに、カムフオロワ
ー組立体６２はカムの高い点に向つて移動してピ
ストン７０を第７図に示した位置に押しやり、キ
ヤリツジ手段２４は第７図に示すように時計方向
に回転する。このような運動は、油圧容積７６を
縮小させて、油圧流体を関連するピストン６６の
下側に押しやり、油圧容積７４を増大させ、第４
図においてピストン６６を上方に移動させる。こ
のようなピストン６６の運動は案内ピン８８を介
して伝達されて、可動板８０は上方に移動させら
れ、このためワイヤ１２は伸長して、ワイヤ１２
に応力が加えられる。この応力により、ワイヤ１
２の長さの変化としての歪みが生じる。歪みは、
物理学上の式においては、ワイヤ１２の長さの変
化即ち伸びをワイヤ１２の最初の長さでもつて除
したものである。前述したように、比較的冷たい
状態にあるときのワイヤ１２の許容し得る歪み
は、温かい状態にあるときのワイヤ１２の許容し
得る歪みより大きい。

カムフオロワー組立体６２が高い点を通過しか
つカムがその下方に動き始めると、即ちローラ６
２が時計方向に動いて第７図の中ほどになると、
ワイヤ１２は区画室の１つからスロツト１１６を
介して流出する比較的温かい水を受ける。そのた
めワイヤ１２は転移温度以上の温度に加熱されて
縮小し、元の長さに戻る。その間に、可動板８０
は下方に動いてピストン６６を下方に移動させ、
このため油圧流体は次の隣接ピストンの油圧容積
７６に押しやられ、これによりピストンロツド１
００およびそれに組合わされたカムフオロワー組
立体６２がカム面に対して駆動され、この結果キ
ヤリツジ手段２４を回転させるための力のベクト
ルが生ずる。比較的温かい状態で収縮するワイヤ
１２からのエネルギーよりも比較的冷たい状態で
ワイヤ１２を伸長させるのに要するエネルギーが
少なく、このためワイヤ１２はその歪み除去にお
いて熱を機械的エネルギーに変換することとな
る。

冷たい水と温かい水の各々について２つの四分
円区画が用意されているので、ワイヤ１２は各回
転において歪みと歪み除去とを２度受けることに
なる。

ワイヤ１２を冷たい状態において歪ませる力が
比較的小さいので、ワイヤ１２が比較的冷たい状
態において歪みを受けて伸長されたときに、コイ
ルばね１３２はその圧縮が最小になるように選定
される。しかしながら、ワイヤ１２が転移温度以
上の比較的温かい状態に移行すると、ワイヤ１２
の有効弾性係数が比較的低い温度と比較的高い温
度との間において変化するので、ワイヤ１２の応
力はきわめて大きくなるのに、ワイヤ１２は温か
い状態において比較的小さな許容され得る歪みを
有することになる。コイルばね１３２は温かい状
態においてワイヤ１２の歪みを制限するための応
力制限手段として働く。というのは、コイルばね
１３２が、ワイヤ１２の応力が所定の限度を超過
するのを阻止するように圧縮されて、これにより
１２の許容歪みが超えることを防止しているから
である。

形状記憶特性を示す材料の歪みは種々の異なる
応力から生じ得るものであり、歪みを制限するた
めの応力制限手段（このため歪みは比較的温かい
状態におけるよりも比較的冷たい状態において一
層大きくなり得る。）は、必ずしもばねにする必
要はない。例えば、応力制限手段として、スリツ
プクラツチ、弾性材料もしくは別のロストモーシ
ヨン装置を用いることができ、このようなもの
は、比較的冷たい状態において（即ち、材料に加
えられる応力が一層大きな歪み、換言すれば、材
料の歪みが除去されて材料が仕事を行つていると
きの第２の相において材料に許容される歪み以上
の歪みを生じさせるようになつた相において）一
層大きな歪みを許容することによつて材料の最も
有効な利用を図ることができるものである。

異なる温度を提供するために用いられる流体は
液体とすることが望ましいが、１種または数種の
気体もしくは液体と気体との混合物としても差支
えない。

以上に説明した実施例の別の特徴としては、熱
エネルギー変換装置がそれを直径方向に通つて
（例えばカムの高い点を通つて）延長するような
平面に対し対称であり、したがつて、いずれかの
方向にも即ち一旦始動された方向に回転し得るこ
とがある。換言すれば、回転方向は、熱エネルギ
ー変換装置が始動のため最初に回転された方向に
依存する。

本発明の例示的な実施例について説明したが、
ここに使用した用語は単に説明のためのもので、
本発明の範囲はそれにより限定されるものではな
く、本発明の教示に従つて他にも各種の変形が可
能であり、それらの各種の変形もすべて本発明の
範囲に包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例を示す側面
図、第２図はほぼ第１図の２−２線に沿う上面
図、第３図はほぼ第２図の３−３線に沿つて切断
して示した断片的な断面図、第４図はほぼ第３図
の４−４線に沿つて切断して示した断片的な断面
図、第５図は一部を切欠いて断面により表わした
第２図と同様の上面図、第６図はほぼ第７図の６
−６線に沿つて切断して示した断片的な断面図、
第７図はほぼ第３図の７−７線に沿つて切断して
一部を切欠いて示した断面図、第８図はコイルを
取付ける板を示す断片的な拡大平面図、第９図は
可動板と固定板との間に延長した温度感知素子お
よびそれに組合わせた応力制限手段の一部を切欠
いて示した断片的な拡大断面図、第１０図は本発
明の好ましい実施例を示す斜視図である。 １０……熱エネルギー変換装置、１２……温度
感知素子即ちワイヤ、１４，１６……カム、１８
……中心軸線、２４……キヤリツジ手段、６２…
…カムフオロワー組立体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱弾性マルテンサイト相変態に基づく形状記
   憶特性を示す材料で作られた少くとも１つの温度
   感知素子１２と、第１の相において温度感知素子
   に応力を加えて歪ませかつ第２の相において該素
   子の歪みが除去されるのに応答するように該素子
   と作用するようになつた作用手段１４，１６，６
   ４，６６，６８，７０と、第２の相において温度
   感知素子の歪みを制限して第２の相におけるより
   も第１の相において該素子の歪みが一層大きくな
   るようにするための応力制限手段１３２とよりな
   る熱エネルギー変換装置。 ２ 温度感知素子が転移温度以下の比較的低い温
   度と転移温度以上の比較的高い温度との間に転移
   温度を通過する際に相転移が生じ、第１の相は温
   度感知素子が比較的低い温度にあるときに生じ、
   第２の相は温度感知素子が比較的高い温度にある
   ときに生じ、第１の相における温度感知素子の歪
   みは第２の相における温度感知素子の歪みよりも
   大きく、作用手段との作用に際して温度感知素子
   に加えられる応力が第１の相におけるよりも第２
   の相において一層大きくなつている特許請求の範
   囲第１項記載の熱エネルギー変換装置。 ３ 応力制限手段が作用手段と温度感知素子との
   間に配設され、このため該作用手段が応力制限手
   段を介して該素子と作用するようになつている特
   許請求の範囲第２項記載の熱エネルギー変換装
   置。 ４ 応力制限手段が作用手段と温度感知素子との
   間にロストモーシヨンを許容するようになつてい
   る特許請求の範囲第３項記載の熱エネルギー変換
   装置。 ５ 応力制限手段がばねを包含している特許請求
   の範囲第４項記載の熱エネルギー変換装置。 ６ 作用手段が温度感知素子が歪みを受けまた歪
   みを除去された際に該素子と作用するようになつ
   たカム装置と、第２の相における温度感知素子の
   歪み除去の間に該素子が該応力制限手段を介して
   該カム装置と作用する際にエネルギーを抽出する
   ために該素子と該カム装置との間で相対運動が行
   われるように該素子と該カム装置とを支持するよ
   うになつた支持手段とを包含している特許請求の
   範囲第４項記載の熱エネルギー変換装置。 ７ 温度感知素子を張力下に置いて作用手段と作
   用さるせように該素子を支持するためのキヤリツ
   ジ手段が設けられている特許請求の範囲第４項記
   載の熱エネルギー変換装置。 ８ 応力制限手段が温度感知素子とキヤリツジ手
   段との間で相互作用するようになつた弾性部材を
   包含し、このため作用手段によつて温度感知素子
   に加えられた応力が該弾性部材を介して伝達され
   るようになつている特許請求の範囲第７項記載の
   熱エネルギー変換装置。 ９ 温度感知素子がワイヤである特許請求の範囲
   第８項記載の熱エネルギー変換装置。 １０ 弾性部材がコイルばねであり、該コイルば
   ねがワイヤの一端のまわりで配設されかつ該ワイ
   ヤと作用し、このため該コイルばねが第２の相に
   おけるコイルばねの歪み除去の際に圧縮されるよ
   うになつている特許請求の範囲第９項記載の熱エ
   ネルギー変換装置。 １１ 複数のワイヤと複数のコイルばねとが設け
   られている特許請求の範囲第１０項記載の熱エネ
   ルギー変換装置。 １２ 作用手段が、ワイヤが歪みを受けまた歪み
   を除去された際に該ワイヤと作用するようになつ
   たカム装置と、該ワイヤの歪みが除去され長さが
   縮小されるとともに該ワイヤが第２の相において
   該カム装置と作用しているコイルばねを圧縮した
   際にエネルギーを抽出するためにキヤリツジ手段
   によつて支持された該ワイヤと該カム装置との間
   で相対的運動が行われるように該キヤリツジ手段
   とカム装置とを支持するための支持手段とを包含
   している特許請求の範囲第１１項記載の熱エネル
   ギー変換装置。 １３ 複数の温度感知素子が設けられ、各温度感
   知素子は応力制限手段を介して加えられた力によ
   つて張力を受けるようになつたワイヤよりなり、
   応力制限手段はばね手段よりなり、該ばね手段
   は、第１の相においてワイヤを伸ばしたときに実
   質的に変位しないで、第２の相において増大した
   応力に応答して変位するようにばね定数を有する
   ものであり、このためワイヤの応力が第２の相に
   おいて所定の限度を越えないようにされて、ワイ
   ヤの歪みが第２の相において許容値を超えないよ
   うにされている特許請求の範囲第２項記載の熱エ
   ネルギー変換装置。