JPS5948314B2 - 固相ヒ−トエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、形状記憶合金を利用した同相ヒートエンジン
に関する。

従来の一般的なヒートエンジンにおいては、気体または
液体の作動物質を利用して、熱エネルギを力学的エイ・
ルギヘ変換しでいたため、構造が複雑になり、ある程度
具−ヒの小型化および軽量化は不可能であるという欠点
があった。

また、従来、形状記憶合金を利用した固相ヒーＩ・エン
ジンも幾つか提案されているが、構造が複雑であったり
、形状記憶合金を流体によって加熱するため、制御が困
難であったりする等の欠点があった。

本発明は、前記従来の欠点を解消するためになされたも
ので、構造が極めて簡単で、小型化および軽量化が容Ｖ
であり、かつ形状記憶合金を、最も制御が容易な直接通
電力Ｈ熱によって駆動することができる固相ヒーＩ・エ
ンジンを提供することを目的とする。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図から８図までは本発明の一実施例を示し、エンジ
ン本体１には、図示しない軸受けを介して金属製の回転
軸２が回転可能に支持されでおり、この回転軸２の外周
側には、電気絶縁材料からなる絶縁筒３が、該回転軸２
ど一体的（二回転するように嵌着されている。

前記絶縁筒３には、４つの駆動部４． ５． ６． ７
が該絶縁筒３の長平方向に配設されている。

前記駆動部４，７は、第３図および４図によく示される
ように、それぞれ６対のＴ ｉ −Ｎ Ｉ合金等の線状
の形状記憶合金８と、形状記憶合金ではない金属からな
るキック部材９と、引張りコイルばねからなる形状記憶
合金付勢ばね１０とによって構成されている。

前記各村の形状記憶合金８は、所定の形状記憶処理によ
って真直な状態を記憶させられており、かつその一端部
を絶縁筒３の外周に等角度間隔で固着されている。

なお、後述するような動作によりこのエンジンが駆動さ
れたとき、回転軸２の回転が円滑になるようにするため
、各駆動部４〜７相互間において、形状記憶合金８の取
付位置の位相は少しずつずらされている。

前記各キック部材９は、板状で略り字状に折り曲げられ
でお・す、かつ先端部の周縁は円弧状とされている。

そして、これらのキック部材９はその後端部を各村の形
状記憶合金８の他端部に固着されている。

前記各ばね１０は、キック部材９と絶縁筒３の外周との
間に介装されており、キック部材９を絶縁筒３に近接さ
せる方向、言い換えれば、各形状記憶合金８をより大き
く湾曲させる方向に付勢している。

第４図に示されるように、前記絶縁筒３の外周面のうち
の駆動部５と６との間の部分には、スリップリング１１
が取り付けられており、このスリラフ刃ング１１には、
各村の形状記憶合金８のうちの一方のものの絶縁筒３側
の端部が導線１２（第４図にのみ図示）を介して共通に
電気的に接続されている。

前記絶縁筒３の図上左端部の外周面には、駆動部４，５
の形状記憶合金８の対の総数（１２対）と同数の第一の
回転側接点１３が周方向に等間隔に配設されており、こ
れらの回転側接点１３は、駆動部４．５の各村の形状記
憶合金８のうちの、導線１２に接続されていない側の合
金の絶縁筒３例の端部に導線１４（第４図にのみ図示）
を介してそれぞれ接続されている。

同様にして、前記絶縁筒３の図上右端部の外周面には、
駆動部６，７の形状記憶合金８の対の総数（１２対）と
同数の第二の回転側接点１５が周方向に等間隔に配設さ
れており、これらの回転側接点１５は、駆動部６，７の
各村の形状記憶合金８のうちの、導線１２に接続されて
いない側の合金の絶縁筒３例の端部に導線１６（第４図
にのみ図示）を介してそれぞれ電気的に接続されている
。

なお、各回転側接点１３と１５とは互いに位相をずらさ
れている。

また、第１図および２図に示されるように、前記本体１
の左端部には、絶縁筒３の左端部に貫通された状態で、
環状の固定側接点支持部材１７が取り付けられている。

この固定側接点支持部材１７には、第５図に示されるよ
うに、導電性の第一の固定側接点１８が取り付けられて
おり、該固定側接点１８の先端部は、絶縁筒３の回転と
ともに各第−の回転側接点１３に順次接触されるように
なっている。

また、前記本体１の中央部には、絶縁筒３の中央部に貫
通された状態で、環状の共通接点支持部材１９が取り付
けられている。

この共通接点支持部材１９には、第６図に示されるよう
に、共通接点２０が取り付けられてお・す、該共通接点
２０の先端部はスリップリング１１に摺接されている。

また、前記本体１の右端部には、絶縁筒３の右端部に貫
通された状態で、環状の固定側接点支持部材２１が取り
付けられている。

この固定側接点支持部材２１には、第二の固定側接点（
図示せず）が取り付けられており、該第二の固定側接点
の先端部は、絶縁筒３の回転とともに各第二の回転側接
点１５に順次摺接されるようになっている。

前記第一の固定側接点１８および前記第二の固定側接点
は電源（図示せず）の一方の出力端子に接続され、共通
接点２０は前記電源の他方の出力端子に接続されている
。

前記本体１には、被キック部材支持材２２が取り付けら
れてお・す、この支持材２２には、板状の材料からなる
４個の被キック部材２３が、回転軸２の軸線と平行な軸
線を中心として回動可能に支持されている。

ただし、前記被キック部材２３の回動可能な範囲は、下
方から水平位置までのみであり、それ以上、Ｌ方には回
動できないようにされている。

前記各被キック部材２３と本体１との間には、被キック
部材付勢ばね２４が介装されてお・す、このばね２４は
被キック部材２３を水平位置に向かつて付勢している。

次に、本実施例の動作を説明する。

第７図は、本発明に対する理解を容易にするために、一
対の形状記憶合金８のみを取り出して、該合金８および
回転軸２の動きを示したものである。

いま仮に、第７図の形状記憶合金８が駆動部４または５
に属するものであるとすれば、回転軸２が同図ａの回転
角度に至ると、第一の回転側接点１３のうちの、同図に
示されている形状記憶合金８に導線１４を介して接続さ
れでいる接点に第一の固定側接点１８が接触される。

このため、前記電源から、第一の固定側接点１８、接点
１３、導線１４、第７図の形状記憶合金８の対のうちの
一方、キック部材９、前記形状記憶合金８の対のうちの
他方、導線１２、スリップリング１１お゛よび共通接点
２０を経由する導電路に電流が流れる。

すると、前記形状記憶合金８は、ジュール熱により発熱
し、ある温度以上になると、記憶している真直ぐな形状
に復帰［７ようとして第７図すのようにばね１０に抗し
で伸び始める。

そして、第７図の形状記憶合金８が前記すの状態からさ
らに伸びると、ばね２４により水平位置に偏倚されてい
る被キック部材の下面にＣのようにキック部材９が当り
、被キック部材２３を斜め上方に向かって押圧する。

すると、その反力により回転軸２は絶縁筒３とともにｄ
のように時計方向に回転される。

そして、第７図の形状記憶合金８が伸びきった状態にな
る角度まで回転軸２が回転されると、第一の固定側接点
１８は第７図の形状記憶合金８が接続されている第一の
回転側接点１３から離間する。

したがって、第７図の形状記憶合金８に対する通電が停
止され、該合金８は冷却するとともに、ばね１０の力に
より再び大きく湾曲される。

他方、前記のように第一の固定側接点１３力へ第７図の
形状記憶合金８に接続されている第一の回転側接点１３
から離間することとなる回転角度より若干前に、今度は
駆動部６または７の一対の形状記憶合金８が第７図ａど
同じ状態になり、この形状記憶合金８の対に接続される
第二の回転側接点１５に前記第二の固定側接点が接触さ
れる。

これにより、この対の形状記憶合金８も前記第７図の形
状記憶合金８の対と同様の動作を行い、回転軸２を時計
方向に回転させる。

続いて、前記第二の回転側接点１５から前記第二の固定
側接点が離間する回転角度より若干前に、再び駆動部４
または５の一対の形状記憶合金８が第７図ａの状態どな
り、以後、前述の第７図の動作を行う。

以下、同様にして第一の固定側接点１８と前記第二の固
定側接点とが各回転側接点１３．１５に順次接触され、
各駆動部４〜７の形状記憶合金８の対に順次通電がなさ
れることにより、各駆動部４〜７の形状記憶合金８が順
次、キック部材９を介して対応する被キック部材２３を
押圧し、これにより回転軸２は時計方向に連続的に回転
される。

なお、形状記憶合金８の動作誤差等により、キック部材
９が対応する被キック部材２３の側方を通過して該被キ
ック部材２３の下方に至る前に、前記記憶合金８が伸び
てしまい、前部キック部材９が前記被キック部材２３の
上面に当ってしまうことがある。

このような場合、仮に被キック部材２３が本体１に対し
固定されているとすると、キック部材９が被キック部材
２３の−Ｌ面に引っ掛かって、回転軸２が停止してしま
う。

しかるに、このエンジンでは、キック部材９が下方には
回転可能なので、上述のような事態が生じた場合には、
被キック部材２３がばね２４に抗して（ばね２４の力は
比較的に弱く設定される）第８図のように下方に回動し
、キック部材９を該被キック部材２３のＦ方に逃がすの
で、回転軸２が停止しでしまうことがない。

そして、キック部材９が被キック部材２３の下方に逃げ
た後は、被キック部材２３はばね２４の力により水平位
置に復帰するので、以後の動作に支障を生じることもな
い。

なお、本発明においては、前記実施例のようなキック部
材９を設けず、形状記憶合金に直接、被キック部を押圧
させてもよい。

ただし、前記実施例のようなキック部材９を設ければ、
形状記憶合金が形状復帰しようとして伸びる際の力を、
回転軸２を回転させるトルクに効率良く変換することが
できる。

また、形状記憶合金は必ずしも前記実施例のよう（ニ一
対ずつ組み合わせず、１本ずつ単独に動作させてもよい
。

しかし、各形状記憶合金の形状記憶特性にばらつきがあ
ると、回転軸の回転の円滑性に悪影響を与える虞れがあ
るが、前記実施例のように形状記憶合金を一対ずつ組み
合わせてこれらの形状記憶合金が同時に動作を行うよう
にすれば、前記特性のばらつきによる悪影響を低減する
ことができる。

また、本発明による形状記憶合金としては、前記Ｔ ｉ
−Ｎ ｉ合金の他にＣｕ−Ｚｎ、 Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ
、 Ｃｕ−Ｚｎ−Ｇａ、 Ｃｕ−Ｚｎ−８ｎ、 Ｃｕ−
Ｚｎ−３ｉ、 Ｃｕ −Ａｌ−Ｎｉ、 Ｃｕ−Ａｕ−Ｚ
ｎ、 Ａｕ−Ｃｄ、 Ａｇ−Ｃｄ、 Ｎ１−Ｔｉ−Ｘ（
Ｘは第三元素）、Ｎ ｉ −Ａ Ｉ、Ｆｅ−Ｐｔ等の種
々の形状記憶合金が使用可能なことも言うまでもない。

以上のように本発明による固相ヒートエンジンは、 （イ）構造が簡単で、小型化および軽量化が容易である
。

（ロ）形状記憶合金を直接通電により加熱するので、制
御が非常に容易である。

という優れた効果を得られるものである。

。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による同相ヒートエンジンの一実施例を
示す平面図、第２図は前記実施例を示す正面図、第３図
は第１図のｌｌｌ−ｌ１１線における１新面図（固定側
接点支持部材１７等は省略している）、第４図は前記実
施例における回転軸および該回転軸に取り付けられた部
品を示す斜視図、第５図は第１図の■−■線における断
面図、第６図は第１図の■−■線における１新面図、第
７図お・よび８図は前記実施例の動作を示す動作説明図
である。 １・・・・・・本体、２・・・・・・回転軸、８・・・
・・・形状記憶合金、９・・・・・・キック部材、１０
・・・・・・形状記憶合金付勢ばね、１２・・・・・・
導線、１３・・・・・・第一の回転側接点、１４・・・
・・・導線、１５・・・・・・第二の回転側接点、１６
・・・・・・導線、１８・・・・・・第一 の固定側接
点、２３・・・・・・被キック部材、２４・・・・・・
被キック部材付勢ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 本体と、この本体に回転可能に支持された回転軸と
   、前記本体に一定範囲においで回動可能に支持された被
   キック部材と、この被キック部材を該被キック部材の回
   動限界位置に向かつて付勢する被キック部材付勢ばねと
   、前記本体に取り付はられるとともに、電源に接続され
   た固定側接点と、前記回転軸に周方向に沿って設けられ
   、前記回転軸が回転されると前記固定側接点に順次接触
   される複数の回転側接点と、前記回転軸に一端部を取り
   付けられるとともに、それぞれ各前記回転側接点に電気
   的に接続され／；−複数の形状記憶合金と、前記回転軸
   と前記形状記憶合金との間に介装され、前記形状記憶合
   金を記憶形状から変形させる方向に付勢する形状記憶合
   金付勢ばねとを有してなり、前記固定側接点が前記回転
   側接点の１つに接触されると、これらの互いに接触され
   た固定側および回転側接点を介しで、前記複数の形状記
   憶合金のうちの対応するものに前記電源から通電がなさ
   れ、該形状記憶合金は加熱されて前記記憶形状に復帰し
   ようとして、該形状記憶合金の他端部にて直接、または
   該他端部に取り付けられたキック部材を介して、前記被
   キック部材を前記被キック部材付勢ばねに抗しない方向
   に押すことを特徴とする同相ヒートエンジン。