(57)【要約】 【課題】  形状記憶合金を駆動部材として、大きな仕事を行わせることができ、かつ、長時間運転させることができる駆動装置を提供すること。【解決手段】  駆動装置の駆動部材として形状記憶合金からなる中空のコイルばね１（２）を用い、これの加熱・冷却を交互に行う。中空で薄肉だから温度応答性がよく、単位時間あたりの変形回数を増やすことができるので、大きな仕事を行わせることができる。また、薄肉だから、コイルばね１（２）全体の温度を短時間に略均一にすることができ、温度差があることによって内部に無理な力学的作用が生じないから、寿命が長くなり、駆動装置を長時間運転させることができる。【選択図】 図１
2005248886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め所定形状が記憶された中空の形状記憶合金からなり、この形状記憶合金の変態温度よりも高い温度になると前記所定形状を回復する駆動部材と、
この駆動部材の温度が前記変態温度よりも低いときには、前記駆動部材の形状を前記所定形状とは異なる形状に変化させておく変形手段と、
前記駆動部材を前記変態温度よりも高い温度になるまで加熱する加熱手段と、
前記駆動部材を前記変態温度よりも低い温度になるまで冷却する冷却手段と、
前記駆動部材の形状が変化されるのに伴って運動される可動部材とを備え、
前記加熱手段および前記冷却手段は、前記駆動部材の加熱・冷却を交互に行うことによって前記駆動部材の形状を変化させ、前記可動部材を運動させることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、前記駆動部材は、管状の形状記憶合金から形成される中空のばねであり、前記可動部材は、前記ばねの一端に取り付けられることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、前記加熱手段は、前記変態温度よりも高い温度の高温流体を前記駆動部材に接触させることにより前記駆動部材の加熱を行い、前記冷却手段は、前記変態温度よりも低い温度の低温流体を前記駆動部材に接触させることにより前記駆動部材の冷却を行い、かつ、前記高温流体および前記低温流体のいずれか一方は、前記駆動部材の中空部へ流入されることによって前記駆動部材と接触され、前記高温流体および前記低温流体のいずれか他方は、前記駆動部材の外側を流されることによって前記駆動部材と接触されることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動装置が一対設けられ、
前記加熱手段が前記一方の駆動装置における前記一方の駆動部材を加熱しているときは、前記冷却手段が前記他方の駆動装置における前記他方の駆動部材を冷却し、
前記冷却手段が前記一方の駆動部材を冷却しているときは、前記加熱手段が前記他方の駆動部材を加熱し、
前記一方および他方の駆動装置における前記一方および他方の可動部材は、前記一方および他方の駆動部材の形状の変化に伴って往復運動され、
かつ、回転可能に設けられた回転体と、
前記一方の可動部材が行う往復運動のうち、一方向の運動を伝達して、前記回転体を一定回転方向に回転させる一方の運動伝達手段と、
前記他方の可動部材が行う往復運動のうち、前記一方向の運動を伝達して、前記回転体を前記一定回転方向に回転させる他方の運動伝達手段とを備えることを特徴とする回転動力発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の回転動力発生装置において、
前記一方および他方の駆動装置は、前記一方および他方の駆動部材として管状の形状記憶合金から形成される中空の一方および他方のばねと、この各ばねの一端に取り付けられる前記一方および他方の可動部材としての一方および他方のラックとを備え、
前記各ラックに噛合される一方および他方のピニオンと、この各ピニオンの回転軸としての一方および他方の駆動軸と、特定方向の回転のみを伝達する一方および他方の一方向クラッチを介して、前記各駆動軸と連結される一方および他方の従動軸と、この各従動軸を回転軸とし互いに噛合される一方および他方の従動ギアと、前記一方および他方の従動ギアのいずれか一方に噛合される前記回転体としての回転動力伝達ギアとが設けられ、
前記一方および他方の一方向クラッチは、互いに相反する方向の回転のみを伝達することを特徴とする回転動力発生装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回転動力発生装置において、前記一方および他方のピニオンに噛合される補助ギアが設けられることを特徴とする回転動力発生装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の回転動力発生装置と、
前記回転体の回転運動による回転動力から電気を発生させる発電ユニットとを備えることを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、回転動力発生装置、および、発電機に関する。詳しくは、形状記憶合金の加熱・冷却を交互に行うことによって形状記憶合金を連続的に変形させ、この形状記憶合金の変形に伴って可動部材を運動させることを特徴とする駆動装置、この駆動装置によって回転動力を発生させる回転動力発生装置、および、この回転動力発生装置で発生される回転動力によって発電を行う発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全および省エネルギーの観点から、１００℃以下の低品位エネルギーの有効利用が重要となってきている。そのため、これまで十分に活用されていない工場、清掃工場、燃料電池等からの排熱、地熱、温泉水、河川水、太陽熱、家庭用給湯設備において貯蔵される温水などを熱源とするエネルギー変換技術が、化石燃料の節約化およびこれに伴う炭酸ガス排出抑止策に有望であるとして、研究されている。その一例として、微小な温度差で強い回復力を示す形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ。以下、ＳＭＡと記載する。）を用いたエネルギー変換技術の研究が行われている。
ＳＭＡは、変形前の形状が記憶されることにより、外力で変形されても、変態温度よりも高い温度まで加熱されれば、記憶された形状に回復されることを特徴とする合金である。
【０００３】
ＳＭＡを用いたエネルギー変換は、ＳＭＡと、ＳＭＡを変形させるための変形手段と、ＳＭＡを変態温度よりも高い温度になるまで加熱する加熱手段と、ＳＭＡを変態温度よりも低い温度になるまで冷却する冷却手段と、ＳＭＡの形状が変化されるのに伴って運動され、外部に対して仕事を行う可動部材とによって行われる。
ＳＭＡは、予め所定形状が記憶されており、温度が変態温度よりも高くなると当該所定形状に回復する。変形手段は、ＳＭＡの温度が変態温度よりも低いときに、ＳＭＡの形状を前記所定形状とは異なる形状に変化させておくための手段である。
【０００４】
以上のような構成のもとで、加熱手段および冷却手段によって、ＳＭＡの加熱・冷却を交互に行う。ＳＭＡを加熱手段によって加熱すると、ＳＭＡの温度は変態温度よりも高くなるから、予め記憶された前記所定形状に回復される。その後、冷却手段によって冷却が行われ、ＳＭＡの温度が変態温度よりも低くなると、ＳＭＡは、変形手段によって、前記所定形状から変形される。そして、その後、再び加熱手段によって加熱が行われ、ＳＭＡは前記所定形状に回復される。
このように、ＳＭＡの加熱・冷却を交互に行うと、ＳＭＡは、記憶された所定形状と、変形手段によって変形された形状とを、交互にとる。そのため、ＳＭＡの形状は連続的に変動され、それに伴って可動部材が運動され、外部に対して仕事を行う。以上の過程を通じて、ＳＭＡの加熱または冷却を行うための熱エネルギーから、可動部材による力学的仕事を取り出すことができるから、ＳＭＡを用いることによってエネルギーの変換を行うことができる。
【０００５】
なお、ＳＭＡの変態温度は比較的低温に設定できるので、ＳＭＡの加熱には、これまで十分に活用されていない工場の排熱、温泉水、河川水等の熱を熱源として用いることができる。また、ＳＭＡの冷却には、常温の水や液体窒素などを用いることができる。
このため、この技術を用いれば、これまで無駄にしてきた工場排熱等の熱エネルギーを有効に無駄なく利用することができ、省エネルギー化に資することができるから、ＳＭＡを用いたエネルギー変換技術は、地球環境保全を考える上で非常に重要な技術であると言える。
【０００６】
従来、ＳＭＡを用いたエネルギー変換技術を利用した熱エンジン、発電機が知られている。熱エンジンには、例えば、オフセットクランク型エンジン、コイルタービン型エンジン、斜板型エンジン、フィールド型エンジンなどがある。
以下、ＳＭＡを用いたエネルギー変換技術を利用した発電機の一例として、非特許文献１に開示される発電機（発電システム）について説明する。
【０００７】
図６に、非特許文献１に開示される発電システム３００を示す。発電システム３００は、ＳＭＡを駆動素子とする一方および他方のＳＭＡエンジン３１０、３２０と、各ＳＭＡエンジンで発生される駆動力をもとに、貯蔵される油を移動させる一方および他方の変換器３３０、３４０と、油圧によって重錘を持ち上げてエネルギーを貯蔵する重錘式アキュムレータ３５０と、油圧によって発電を行う発電部３６０とを備える。
【０００８】
各ＳＭＡエンジン３１０、３２０は、固定ロッド３１１、３２１と、各固定ロッドと平行に形成され、かつ、各固定ロッドに対して図６中左右方向に移動可能に設けられた可動ロッド３１２、３２２と、各固定ロッドと各可動ロッドとの間に架け渡された複数の線状ＳＭＡ束３１３、３２３とを備える。
各線状ＳＭＡ束を構成する線状ＳＭＡは、直線形状に記憶処理されており、ＳＭＡの変態温度以上に加熱すると、当該直線形状に回復される。
【０００９】
各変換器３３０、３４０は、図６中左右方向を向いたシリンダ３３１、３４１と、各シリンダの内壁に当接されながら左右方向に移動可能に設けられたピストン３３２、３４２と、各ピストン３３２、３４２と各可動ロッド３１２、３２２とを連結するピストンロッド３３３、３４３とを備え、各可動ロッドの移動と、各ピストンの移動とが、連動される構成となっている。各シリンダ内には油が入っている。各シリンダの内部は、各ピストンによって左右の室３３４Ｌ、３３４Ｒ、および、３４４Ｌ、３４４Ｒに分割されており、この各室に油を流出入させるための孔３３５Ｌ、３３５Ｒ、および、３４５Ｌ、３４５Ｒが設けられている。孔３３５Ｌと、孔３４５Ｌとは油管Ｐ１によって、直接連通されており、この間で、自由に油の移動がなされる。また、孔３３５Ｒ、３４５Ｒは、４つの逆止め弁３７１、３７２、３７３、３７４を備える通油調整機構３７０に連結されている。
【００１０】
発電部３６０は、油圧モータ３６１と、変速機３６２と、発電機３６３とを備える。油の油圧によって油圧モータ３６１を回転させ、変速機３６２でその回転の変速を行い、変速された回転によって発電機３６３が発電を行う構成である。
【００１１】
以上のような構成の下で、各ＳＭＡエンジン３１０、３２０に、交互に加熱水、冷却水を流すことにより発電が行われる。ただし、ＳＭＡエンジン３１０に加熱水が流されているときは、ＳＭＡエンジン３２０に冷却水が流され、ＳＭＡエンジン３１０に冷却水が流されているときは、ＳＭＡエンジン３２０に加熱水が流されているものとする。
ＳＭＡエンジン３１０に加熱水が流されると、線状ＳＭＡ束３１３は変態温度以上に加熱され、直線形状に回復される。すると、可動ロッド３１２は右方向に移動され、ピストン３３２も右方向に移動される。ピストン３３２が右方向に移動されれば、シリンダ３３１内の左室３３４Ｌの容積が大きくなるから、その分だけ、孔３３５Ｌを通じて油が流入される。ここで、孔３３５Ｌから左室３３４Ｌ内に流入される油は、シリンダ３４１の左室３４４Ｌにおいて形成されている孔３４５Ｌから流出されたものである。そのため、シリンダ３４１の左室３４４Ｌ内に入っている油の量が少なくなり、油圧も下がる。そして、左室３４４Ｌにおける油圧の低下は、ピストン３４２に左右両側からかかる油圧のバランスを崩すことになるから、ピストン３４２は、再び油圧のバランスがとれるように、左方に移動される。すると、可動ロッド３２２も左方に移動され、ＳＭＡエンジン３２０における線状ＳＭＡ束３２３は撓んだ状態となる。なお、このとき、ＳＭＡエンジン３２０には冷却水が流されているから、線状ＳＭＡ束３２３は変態温度よりも低温であり、記憶された直線形状への強い回復力は生じていないから、線状ＳＭＡ束３２３は前記のように撓むことができる。
【００１２】
一方、ピストン３３２が右方に移動されることによって、シリンダ３３１内の右室３３４Ｒの容積が小さくなり、そこに入っていた油の一部は、孔３３５Ｒより流出される。この油は、通油調整機構３７０における逆止め弁３７３を通過され、重錘式アキュムレータ３５０、油圧モータ３６１、オイルタンク３８０を順次経由された後、通油調整機構３７０における逆止め弁３７１または３７２を通過される。そして、この油は、各シリンダの右室３３４Ｒ、３４４Ｒへ再充填されるか、または、そのまま逆止め弁３７３または３７４を通過されて、再び、重錘式アキュムレータ３５０、油圧モータ３６１へと送られる。
油圧モータ３６１は前記のように油が流されることによって回転されるから、発電機３６３は発電を行うことができる。
【００１３】
続いて、加熱水と冷却水とを切り替え、ＳＭＡエンジン３１０に冷却水を流し、ＳＭＡエンジン３２０に加熱水を流すこととすると、ＳＭＡエンジン３２０における線状ＳＭＡ束３２３が直線形状に回復され、それに伴って油圧モータ３６１に油が流され、発電がなされる。このときの油の流れについての説明は省略するが、その要点は前記の説明におけるものと略同じである。
【００１４】
この発電システム３００によれば、ＳＭＡエンジン３１０および３２０に、交互に加熱水、冷却水を流すことによって、油圧モータ３６１へ油を連続的に供給することができるから、連続的に発電を行うことが可能である。
【００１５】
【非特許文献１】燃料及燃焼 第６４巻 （１９９７） 第１号（第２１頁〜第２２頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、以上のような発電システム３００においては、以下の課題がある。
（１）発電システム３００は、各線状ＳＭＡ束３１３、３２３が変態温度以上に加熱されて、直線形状に回復されるときの回復力に基づいて発電を行うものである。そのため、当該システムにおいて発電量を増大させるためには、線状ＳＭＡの回復力を増大させればよい。そして、回復力を増大させるためには、線状ＳＭＡの線径を大きくすればよい。
ところが、線状ＳＭＡの線径を大きくすると、肉厚となり、比熱が増大するため、熱応答性が悪くなる。すると、線状ＳＭＡの変形を適切に行うためには、長時間の加熱、および、長時間の冷却が必要となる。そのため、線状ＳＭＡの変形のスピードは緩慢になり、単位時間あたりの変形回数が少なくなってしまう。
このように、線状ＳＭＡの線径を大きくして回復力を増大させ、発電量を増大させようとしても、線状ＳＭＡの単位時間あたりの変形回数が少なくなってしまうから、結局、飛躍的な発電量の増大は見込めない。
また、逆に、線状ＳＭＡの線径を小さくすることによって比熱を小さくすれば、熱応答性をよくすることができ、単位時間あたりの変形回数を増やすことができるが、線径が小さいと線状ＳＭＡの回復力が小さくなってしまうので、結局、発電量を飛躍的に増大させることはできない。
【００１７】
（２）また、線状ＳＭＡの線径を大きくすると、肉厚となり、その内部まで熱が通りにくくなる。そのため、加熱水によって線状ＳＭＡの加熱を行う場合、線状ＳＭＡの表面付近は十分に加熱され変態温度よりも高温となっている一方で、線状ＳＭＡの内部は十分に加熱されず変態温度よりも低温となっているという状態が生じてしまう。また、逆に、冷却水による冷却時には、表面付近が変態温度よりも低温となっている一方で、内部が変態温度よりも高温となっているという状態が生じてしまう。このような状態においては、線状ＳＭＡ中、変態温度よりも高温の部分には、記憶された形状に回復しようとする強い回復力が生じているが、変態温度よりも低温の部分には、回復力は生じていない。そして、回復力の生じている部分と、回復力の生じていない部分とは、お互いに無理な力学的作用を及ぼしあうこととなり、線状ＳＭＡ中に疲労が蓄積される。そのため、線状ＳＭＡは破壊されやすくなり、寿命が短くなってしまう。
線状ＳＭＡを用いた発電においては、線状ＳＭＡを繰り返し変形させ、長時間にわたって発電が持続されるのが好ましいから、寿命の短い線状ＳＭＡは発電に好適であるとはいいがたい。
【００１８】
本発明の目的は、ＳＭＡを駆動部材とする駆動装置であって、ＳＭＡの変形に伴って発生される力を強くさせるとともに、ＳＭＡの単位時間あたりの変形回数を増大させることによって、大きな力学的仕事を行わせることができ、かつ、ＳＭＡの寿命を長くすることによって、長時間作動させることができる駆動装置、この駆動装置によって回転動力を発生させる回転動力発生装置、および、この回転動力発生装置で発生される回転動力によって発電を行う発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の駆動装置は、予め所定形状が記憶された中空の形状記憶合金からなり、この形状記憶合金の変態温度よりも高い温度になると前記所定形状を回復する駆動部材と、この駆動部材の温度が前記変態温度よりも低いときには、前記駆動部材の形状を前記所定形状とは異なる形状に変化させておく変形手段と、前記駆動部材を前記変態温度よりも高い温度になるまで加熱する加熱手段と、前記駆動部材を前記変態温度よりも低い温度になるまで冷却する冷却手段と、前記駆動部材の形状が変化されるのに伴って運動される可動部材とを備え、前記加熱手段および前記冷却手段は、前記駆動部材の加熱・冷却を交互に行うことによって前記駆動部材の形状を変化させ、前記可動部材を運動させることを特徴とする。
【００２０】
この発明では、加熱手段および冷却手段によって、駆動部材の加熱・冷却を交互に行う。駆動部材を加熱手段によって加熱すると、駆動部材の温度は変態温度よりも高くなるから、駆動部材は、予め記憶された所定形状に回復される。その後、冷却手段によって駆動部材の冷却が行われ、駆動部材の温度が変態温度よりも低くなると、駆動部材の形状は、変形手段によって、前記所定形状とは異なる形状に変化される。そして、その後、再び加熱手段によって加熱が行われ、駆動部材は前記所定形状に回復される。なお、変形手段としては、例えば、駆動部材に負荷をかける等の手段がある。
このように、駆動部材の加熱・冷却を交互に行うと、駆動部材は、予め記憶された所定形状と、変形手段によって変形された状態の形状とを、交互にとる。そのため、駆動部材の形状は連続的に変化され、それに伴って可動部材が運動され、可動部材は外部に対して仕事を行うことができる。以上の過程を通じて、駆動部材の加熱または冷却を行うための熱エネルギーから、可動部材による仕事を取り出すことができるから、ＳＭＡ（形状記憶合金）を用いることによってエネルギーの変換を行うことができる。
【００２１】
なお、加熱とは、駆動部材を変態温度（Ｔｔとする）よりも高い温度（Ｔａとする）にするという意味であり、冷却とは、駆動部材の温度を変態温度よりも低い温度（Ｔｂとする）にするという意味である。ここで、Ｔａ＞Ｔｔ＞Ｔｂである。そして、本発明の加熱手段および冷却手段を構成するためには、この関係を満たすようにすれば十分である。加熱というと、気温（２５℃程度）等に比べて高温にする、というイメージがあるが、本発明においては、変態温度Ｔｔが低温（例えば−１０℃）であれば、加熱温度Ｔａも低温（例えばＴａ＝０℃＞Ｔｔ）でよい。同様に、変態温度Ｔｔが高温（例えば１００℃）であれば、冷却温度Ｔｂも高温（例えばＴｂ＝９０℃＜Ｔｔ）でよい。
また、本発明の駆動装置を作動させるためには、加熱温度Ｔａと冷却温度Ｔｂとの温度差が１０℃から２０℃程度あれば良い。そして、さらに温度差を大きくとれば、加熱・冷却にかかる各時間を短縮させることができるので、効率よくエネルギーの変換を行うことができる。
【００２２】
この発明によれば、駆動部材が中空であるので、中実である場合に比べて、薄肉で、比熱が小さく、熱応答性がよい。そのため、駆動部材の変形を適切に行うための加熱・冷却各時間を短縮させることができるから、駆動部材の変形スピードを速くし、単位時間あたりの変形回数を多くさせることができる。すると、単位時間あたりに可動部材が運動される量も多くなるから、可動部材は外部に対して大きな量の仕事をすることができる。
【００２３】
また、駆動部材の外形を大きくすれば、駆動部材の変形に伴って発生される力を増大させることができる。すると、可動部材が外部に対して作用する力も増大させることができるから、可動部材はより大きな量の仕事を行うことができる。
この場合において、駆動部材が中実であると、前記のように、厚肉となって駆動部材の比熱が増大し、熱応答性が悪くなる結果、駆動部材の単位時間あたりの変形回数が少なくなってしまっていたが、本発明では、前記のように、中空で、薄肉であるから、熱応答性が良く、このような問題は生じない。
そのため、本発明によれば、駆動部材の外形を大きくして、可動部材が外部に対して作用する力を増大させることができるとともに、駆動部材を中空にすることによって、単位時間あたりに駆動部材が変形される回数の減少を抑えることができるから、可動部材は、従来に比べて大きな量の仕事を行うことができる。従って、本発明の駆動装置を用いれば、大きなエネルギーを取り出すことができる。
【００２４】
また、本発明では、駆動部材が中空であるので、外壁と内壁との間の厚みを薄くすることによって、熱が駆動部材全体にすばやく伝導されるようにすることができる。そのため、加熱手段による加熱時には、駆動部全体が略均一に変態温度よりも高温となり、冷却手段による冷却時には、駆動部全体が略均一に変態温度よりも低温となっているようにすることができ、また、薄肉なのでこれを短時間で行うことができる。すると、従来のように、一つのＳＭＡ内において温度差が生じる結果、その一部においては記憶形状に回復するための強い回復力が生じており、その他の部分においては回復力が生じていない、という状態になることはない。従来においては、回復力が生じている部分と、生じていない部分とが一つのＳＭＡ内において生じ、それぞれの部分がお互いに無理な力学的作用を及ぼしあう結果、ＳＭＡ内に疲労が蓄積され、破壊されやすくなり、寿命が短くなってしまっていたが、本発明によれば、駆動部材全体を短時間に略均一の温度とすることができ、駆動部材内に前記のような無理な力学的作用は生じないから、駆動部材の寿命を長くすることができる。そのため、本発明の駆動装置は、長期間にわたって運転させることができる。
【００２５】
本発明では、前記駆動部材は、管状の形状記憶合金から形成される中空のばねであり、前記可動部材は、前記ばねの一端に取り付けられる構成が好ましい。
【００２６】
ばねを用いれば、可動部材を運動させるにあたって、ばねの弾性を利用することができる。ばねが可動部材に対して作用する弾性力は、ほとんどそのまま、可動部材が外部に対して作用する力となるので、可動部材は外部に対してより大きな量の仕事をすることができる。また、ばねの弾性によって、駆動部材としてのばねの変形スピードが速くなり、それに伴って、可動部材の運動されるスピードも速くなる結果、可動部材が単位時間あたりに運動される量が大きくなるので、可動部材は外部に対してより大きな量の仕事をすることができる。
また、ばねは変形に伴って大きく伸縮するから、可動部材の運動される量が大きくなり、外部に対して大きな量の仕事をすることができる。
なお、本発明におけるばねとしては、例えば、コイルばね、トーションばね、ジグザグばね、スタビライザなどを用いることができる。
【００２７】
また、本発明では、前記加熱手段は、前記変態温度よりも高い温度の高温流体を前記駆動部材に接触させることにより前記駆動部材の加熱を行い、前記冷却手段は、前記変態温度よりも低い温度の低温流体を前記駆動部材に接触させることにより前記駆動部材の冷却を行い、かつ、前記高温流体および前記低温流体のいずれか一方は、前記駆動部材の中空部へ流入されることによって前記駆動部材と接触され、前記高温流体および前記低温流体のいずれか他方は、前記駆動部材の外側を流されることによって前記駆動部材と接触される構成が好ましい。
【００２８】
従来、ＳＭＡからなる駆動部材の加熱・冷却を、高温流体および低温流体を駆動部材に接触させることによって行う形式の駆動装置が知られている。この駆動装置においては、高温流体、低温流体は、ともに、前記駆動部材の外側を流されるのが一般的である。高温流体および低温流体は、それぞれ専用のタンクに貯蔵されており、駆動部材の外側を流された各流体は、ポンプによってくみ上げられて、それぞれの専用タンクに戻され、再度駆動部材の加熱・冷却に用いられる。すなわち、各流体は、それぞれ別々の経路を循環されて繰り返し利用される。
高温流体、低温流体は、交互に駆動部材の外壁に接触される。駆動部材の外側には高温流体および低温流体のいずれか一方のみが交互に流され、双方が同時に流されるということはないから、理想的状況のもとでは、両者が混ざることはない。しかし、現実には、流体の一部は駆動部材の外壁に付着されるなどして残存されるから、そこへ、異なる温度の流体が流れてくると両者は混合されてしまう。以上のような形式の駆動装置においては、各流体が循環されて繰り返し利用されるから、高温流体と低温流体とが混合されることにより、それぞれのタンクに貯蔵される各流体間の温度差は次第に小さくなっていき、最終的には、駆動部材の形状を変化させることができなくなってしまい、可動部材の運動も停止されてしまう。
【００２９】
これに対して、この発明では、高温流体および低温流体のいずれか一方が駆動部材の中空部へ流入され、かつ、いずれか他方が駆動部材の外側を流されるので、各流体が駆動部材の外壁または内壁に付着されるなどして残存されたとしても、お互いに混合されることはない。
そのため、この発明によれば、各流体を循環させて繰り返し利用する場合にも、両流体は混合されず、両者の温度差はそのまま維持されるから、駆動部材の変形を長時間にわたって継続して行うことができ、可動部材の運動による仕事を長時間にわたって取り出すことができる。
【００３０】
本発明の駆動装置を用いれば、本発明の駆動装置が一対設けられ、前記加熱手段が前記一方の駆動装置における前記一方の駆動部材を加熱しているときは、前記冷却手段が前記他方の駆動装置における前記他方の駆動部材を冷却し、前記冷却手段が前記一方の駆動部材を冷却しているときは、前記加熱手段が前記他方の駆動部材を加熱し、前記一方および他方の駆動装置における前記一方および他方の可動部材は、前記一方および他方の駆動部材の形状の変化に伴って往復運動され、かつ、回転可能に設けられた回転体と、前記一方の可動部材が行う往復運動のうち、一方向の運動を伝達して、前記回転体を一定回転方向に回転させる一方の運動伝達手段と、前記他方の可動部材が行う往復運動のうち、前記一方向の運動を伝達して、前記回転体を前記一定回転方向に回転させる他方の運動伝達手段とを備えることを特徴とする回転動力発生装置を構成することができる。
【００３１】
以下、この回転動力発生装置の作用を説明する。
まず、加熱手段によって一方の駆動部材が加熱され、冷却手段によって他方の駆動部材が冷却されている場合について説明する。後述するように、一方の駆動部材は、加熱される前には冷却されており、また、他方の駆動部材は、冷却される前には加熱されている。そのため、一方の駆動部材の加熱および他方の駆動部材の冷却が開始される時点においては、一方の駆動部材は、冷却されている間に受けた変形手段による作用のため、所定の記憶形状とは異なる形状となっており、他方の駆動部材は、加熱された影響で所定の記憶形状となっている。
一方の駆動部材は、加熱されると、変形手段によって変化された形状から、所定の記憶形状へと回復しようとする。また、他方の駆動部材は、冷却されると、変形手段によって、所定の記憶形状から変形される。
【００３２】
このように、一方の駆動部材の変形の仕方と、他方の駆動部材の変形の仕方とは、正反対である。そのため、一方の可動部材の運動方向と、他方の可動部材の運動方向とは、常に逆向きである。今、一方の可動部材が前記一方向に運動されており、他方の可動部材が前記一方向とは逆向きに運動されていると仮定して以下の説明をする。このときは、一方の可動部材の前記一方向の運動が、一方の運動伝達手段によって回転体に伝達され、回転体は、前記一定回転方向に回転される。
【００３３】
続いて、加熱・冷却の間の切替が行われ、冷却手段によって一方の駆動部材が冷却され、加熱手段によって他方の駆動部材が加熱されるようになると、一方の駆動部材は、変形手段によって、所定の記憶形状から変形され、また、他方の駆動部材は、変形手段によって変化された形状から、所定の記憶形状へと回復しようとする。すると、今度は、一方の可動部材が前記一方向とは逆向きに運動され、他方の可動部材が前記一方向に運動されるようになる。このときは、他方の可動部材の前記一方向の運動が、他方の運動伝達手段によって回転体に伝達され、回転体は、前と同様、前記一定回転方向に回転される。
なお、以上の説明においては、回転動力発生装置を、動作停止状態から作動させる過程については、述べていないが、上記のように加熱・冷却を繰り返すことによって、回転動力発生装置を作動させることができるのは当然である。その過程における作用については詳しい説明を省略するが、以上の説明において述べた作用と略同じである。
【００３４】
本発明の回転動力発生装置は、本発明の駆動装置を備えているから、この駆動装置について以上に述べたような作用・効果を奏することができる。
また、本発明の回転動力発生装置によれば、回転体を常に一定回転方向に回転させ続けることができるので、一定回転方向の回転動力を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の回転動力発生装置では、前記一方および他方の駆動装置は、前記一方および他方の駆動部材として管状の形状記憶合金から形成される中空の一方および他方のばねと、この各ばねの一端に取り付けられる前記一方および他方の可動部材としての一方および他方のラックとを備え、前記各ラックに噛合される一方および他方のピニオンと、この各ピニオンの回転軸としての一方および他方の駆動軸と、特定方向の回転のみを伝達する一方および他方の一方向クラッチを介して、前記各駆動軸と連結される一方および他方の従動軸と、この各従動軸を回転軸とし互いに噛合される一方および他方の従動ギアと、前記一方および他方の従動ギアのいずれか一方に噛合される前記回転体としての回転動力伝達ギアとが設けられ、前記一方および他方の一方向クラッチは、互いに相反する方向の回転のみを伝達する構成が好ましい。
【００３６】
以下、この回転動力発生装置の作用を説明する。説明の便宜上、一方の一方向クラッチは、反時計回り方向（ある一定の方向から見た場合。以下同じ。）の回転のみを伝達し、他方の一方向クラッチは、時計回り方向の回転のみを伝達し、回転動力伝達ギアは、他方の従動ギアに噛合されるものと仮定する。この仮定以外の場合であっても、以下の説明はほとんどそのまま当てはまる。
【００３７】
まず、加熱手段によって一方のばねが加熱され、冷却手段によって他方のばねが冷却されている場合について説明する。後述するように、一方のばねは、加熱される前には冷却されており、また、他方のばねは、冷却される前には加熱されている。そのため、一方のばねの加熱および他方のばねの冷却が開始される時点においては、一方のばねは、冷却されている間に受けた一方の変形手段による作用のため、所定の記憶形状とは異なる形状となっており、他方のばねは、加熱された影響で所定の記憶形状となっている。
一方のばねは、加熱されると、一方の変形手段によって変形された形状から、所定の記憶形状へと回復しようとする。また、他方のばねは、冷却されると、他方の変形手段によって、所定の記憶形状から変形される。
このように、一方のばねの変形の仕方と、他方のばねの変形の仕方とは、正反対である。すなわち、一方のばねが伸張されるときには、他方のばねは収縮され、一方のばねが収縮されるときは、他方のばねは伸張される。そのため、各々のばねの一端に取り付けられる一方および他方のラックは、互いに逆方向に移動される。そして、これらの両ラックに噛合される一方および他方のピニオンは、同方向に回転される。この方向を時計回り方向と仮定して以下の説明を行う。一方の一方向クラッチは、反時計回り方向の回転のみを伝達するから、一方のピニオンにおける時計回り方向の回転は一方の従動ギアに伝達されない。他方の一方向クラッチは、時計回り方向の回転のみを伝達するから、他方のピニオンにおける時計回り方向の回転は、他方の従動ギアへと伝達される。他方の従動ギアには、一方の従動ギアと回転動力伝達ギアとが噛合されているから、この二つのギアは、反時計回り方向に回転される。回転動力伝達ギアは、この回転動力発生装置において発生される回転動力を外部に伝達するためのものであり、この場合は、反時計回り方向の回転動力が外部に伝達される。
なお、以上のように、他方のピニオン、他方の駆動軸、他方の一方向クラッチ、他方の従動軸、他方の従動ギアは、他方の可動部材としての他方のラックが行う往復運動のうち、一方向の運動を伝達して、回転体としての回転動力伝達ギアを、一定回転方向（以上では、反時計回り方向）に回転させる他方の運動伝達手段を構成している。
【００３８】
続いて、加熱・冷却の間の切替が行われ、冷却手段によって一方のばねが冷却され、加熱手段によって他方のばねが加熱されるようになると、一方のばねは、一方の変形手段によって、所定の記憶形状から変形され、また、他方のばねは、他方の変形手段によって変化された形状から、所定の記憶形状へと回復しようとする。そして、この場合も、一方のばねの変形の仕方と、他方のばねの変形の仕方とは、正反対である。すると、前記の場合と同様に、各々のばねの一端に取り付けられる一方および他方のラックは、互いに逆方向に移動される。なお、各々のラックが移動される方向は、前記の場合とは逆である。そのため、この両ラックに噛合される一方および他方のピニオンは、今度は前記の場合とは逆に、共に反時計回り方向に回転される。他方の一方向クラッチは、時計回り方向の回転のみを伝達するから、他方のピニオンにおける反時計回り方向の回転は他方の従動ギアに伝達されない。一方の一方向クラッチは、反時計回り方向の回転のみを伝達するから、一方のピニオンにおける反時計回り方向の回転は、一方の従動ギアへと伝達される。一方の従動ギアには、他方の従動ギアが噛合され、他方の従動ギアは時計回り方向に回転される。他方の従動ギアには回転動力伝達ギアが噛合されるから、回転動力伝達ギアは反時計回り方向に回転される。従って、この場合も、回転動力伝達ギアの回転方向は反時計回り方向である。
なお、以上のように、一方のピニオン、一方の駆動軸、一方の一方向クラッチ、一方の従動軸、一方の従動ギア、他方の従動ギアは、一方の可動部材としての一方のラックが行う往復運動のうち、一方向の運動を伝達して、回転体としての回転動力伝達ギアを、一定回転方向（以上では、反時計回り方向）に回転させる一方の運動伝達手段を構成している。
【００３９】
本発明の回転動力発生装置によれば、回転動力伝達ギアを一定方向（上記の説明においては、反時計回り方向）に回転させ続けることができるので、一定回転方向の回転動力を得ることができる。
【００４０】
また、本発明の回転動力発生装置では、前記一方および他方のピニオンに噛合される補助ギアが設けられる構成が好ましい。
【００４１】
この発明の補助ギアは、一方および他方の駆動装置における、変形手段の役割を果たすものである。以下、このことを説明する。
加熱手段によって一方のばねが加熱され、冷却手段によって他方のばねが冷却されているとき、一方のばねにおいては、所定の記憶形状に回復しようとする強い回復力が生じている。そして、一方のばねは、この強い回復力をもって記憶形状にまで回復されるとともに、一方のラックを移動させる。すると、一方のピニオンは、（前記の仮定によれば）時計回り方向に回転される。この回転は、補助ギアを介して、他方のピニオンへと伝達され、他方のピニオンは、時計回り方向に回転される。他方のピニオンの時計回り方向の回転は前記のように回転動力伝達ギアへと伝達されるが、それと同時に、他方のピニオンが回転されると、それに伴って他方のラックが移動される。そして、他方のラックが移動されると、他方のばねは変形される。なお、このとき、他方のばねは冷却され、変態温度より低い温度になっているから、記憶形状への強い回復力は生じておらず、前記のように変形されることができる。以上のように、補助ギアを設けることによって、一方のばねにおいて生じた強い回復力をもとに他方のばねを変形させることができる。そして、補助ギアは、他方のばねの温度が変態温度よりも低いときに、他方のばねの形状を所定の記憶形状とは異なる形状に変化させておく他方の変形手段の役割を果たす。
なお、本発明では、以上のように、一方のピニオン、補助ギア、他方のピニオン、他方の駆動軸、他方の一方向クラッチ、他方の従動軸、他方の従動ギアが、一方の可動部材としての一方のラックが行う往復運動のうち、一方向の運動を伝達して、回転体としての回転動力伝達ギアを、一定回転方向（以上では、反時計回り方向）に回転させる一方の運動伝達手段を構成している。
【００４２】
また、逆に、一方のばねが冷却され、他方のばねが加熱されているときには、補助ギアによって、他方のばねにおいて生じた強い回復力をもとに一方のばねを変形させることができる。そして、補助ギアは、一方のばねの温度が変態温度よりも低いときに、一方のばねの形状を所定の記憶形状とは異なる形状に変化させておく一方の変形手段の役割を果たす。
なお、このときは、他方のピニオン、補助ギア、一方のピニオン、一方の駆動軸、一方の一方向クラッチ、一方の従動軸、一方の従動ギア、他方の従動ギアが、他方の可動部材としての他方のラックが行う往復運動のうち、一方向の運動を伝達して、回転体としての回転動力伝達ギアを、一定回転方向（以上では、反時計回り方向）に回転させる他方の運動伝達手段を構成している。
【００４３】
従って本発明によれば、補助ギアが変形手段の役割を果たすので、変形手段として各ばねに錘を取り付けたり、余計な負荷をかけたりする必要が無い。そのため、変形手段を簡素な構成のものとすることができるから、回転動力発生装置も安価でコンパクトなものとすることができる。
【００４４】
また、本発明の回転動力発生装置を用いれば、本発明の回転動力発生装置と、前記回転体の回転運動による回転動力から電気を発生させる発電ユニットとを備えることを特徴とする発電機を構成することができる。
【００４５】
本発明の発電機によれば、本発明の回転動力発生装置において発生される大きな回転動力を用いて発電が行われるので、発電量を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施形態の発電機を図面に基づいて説明する。
図１に本実施形態の発電機において用いられる中空のコイルばね１（２）を示す。
このコイルばねは、形状記憶合金としてのニッケル・チタン・銅（Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ）合金からなり、管状（中空）のＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金を螺旋状にして形成されている。中空であるため、このコイルばねの内部に形成される中空部に流体を流すことができる。
【００４７】
図２および図３に、本実施形態の発電機におけるラック駆動機構を示す。
ラック駆動機構は、一方のコイルばね１と、他方のコイルばね２と、コイルばね１の一端に取り付けられる一方のラック１１と、コイルばね２の一端に取り付けられ、ラック１１と対向して設けられる他方のラック２１とを備える。コイルばね１およびコイルばね２は、図１に示される中空のコイルばねであり、収縮状態の形状（図２におけるコイルばね１の形状）が予め記憶されている。コイルばねを形成するＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の変態温度よりも高温にされると、各コイルばね１、２は、この記憶された収縮形状に回復される。なお、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の変態温度は、合金の組成を変えることによって、利用目的に照らして都合のよい値に設定することができる。コイルばね１、コイルばね２、ラック１１、および、ラック２１は、互いに平行に形成されている。
【００４８】
コイルばね１の両端は、温水流路１２Ａ、１２Ｂと連通され、温水槽３に貯蔵される高温流体としての温水をコイルばね１の中空部に流すことができるようになっている。また、同様に、コイルばね２の両端は、温水流路２２Ａ、２２Ｂと連通され、温水槽３に貯蔵される温水をコイルばね２の中空部に流すことができるようになっている。温水はＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の変態温度よりも高い温度とされ、各コイルばねを変態温度よりも高い温度になるまで加熱する加熱手段を構成している。なお、温水としては、例えば、家庭用給湯装置において貯蔵される湯を利用することができる。
【００４９】
コイルばね１は、両端が閉じられた円筒状容器１３の内部に格納されている。円筒状容器１３の両端面には、冷水流路１４Ａ、１４Ｂが連通され、冷水槽４に貯蔵される低温流体としての冷水を円筒状容器１３の内部に流すことができるようになっている。また、同様に、コイルばね２は、両端が閉じられた円筒状容器２３の内部に格納され、円筒状容器２３の両端面には冷水流路２４Ａ、２４Ｂが連通されているから、冷水槽４に貯蔵される冷水を円筒状容器２３の内部に流すことができるようになっている。円筒状容器１３、２３の内部を流される冷水は、コイルばね１、２の外側を流されることとなる。冷水はＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の変態温度よりも低い温度とされ、各コイルばねを変態温度よりも低い温度になるまで冷却する冷却手段を構成している。なお、冷水としては、例えば、家庭用の水道水を利用することができる。
【００５０】
なお、コイルばね１及び２は、地面に対して平行な姿勢で設置されるのが好ましい。
地面に対して垂直に設置してしまうと、温水、冷水ともに、自重で落下される結果、各コイルばねに接触されている時間が短くなってしまう。そのため、加熱、冷却が不十分となるか、あるいは、加熱、冷却それぞれにかかる時間が長くなり、生産性が悪くなってしまう。
【００５１】
各流路１２Ａ、１４Ａ、２２Ａ、２４Ａには、それぞれ、電磁弁１５、１６、２５、２６が設けられ、各流路の開閉を行う。
また、各流路１２Ｂ、１４Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂには、それぞれ、ポンプ１７、１８、２７、２８が設けられ、温水、冷水をそれぞれ温水槽３、冷水槽４へ汲み上げる役割を果たす。
【００５２】
次に、ラック駆動機構の作用について説明する。
ラックの駆動は、各電磁弁の開閉よって行われる。
まず、図２に示されるように、電磁弁１５、２６を開き、電磁弁１６、２５を閉じる。すると、コイルばね１の中空部には温水が流され、円筒状容器２３に格納されるコイルばね２の外側を冷水が流される（図中の太い実線は、電磁弁が開かれ、温水、冷水が流れていることを意味し、一点、二点鎖線は、電磁弁が閉じられ、温水、冷水が流れていないことを意味する。図３において同じ）。このとき、加熱手段としての温水は一方のコイルばね１を加熱しており、冷却手段としての冷水が他方のコイルばね２を冷却していることとなる。
コイルばね１は、温水によって変態温度より高い温度になるまで加熱され、予め記憶された収縮形状に回復される。後述するように、コイルばね１は、加熱される前は冷水によって冷却されており、伸張形状となっているから、加熱されることによってコイルばね１は収縮される方向に変形される。そして、コイルばね１の一端に固定されるラック１１は、図２中上方に移動される。
一方、コイルばね２は、冷水によって変態温度よりも低い温度になるまで冷却され、後述するように、補助ギア２２３（図４、５参照）の働きによって、伸張形状に変形される。コイルばね２は、冷却される前は温水によって加熱され、記憶された収縮形状となっているから、冷却されることによってコイルばね２は伸張される。そして、コイルばね２の一端に固定されるラック２１は、図２中下方に移動される。
【００５３】
以上の状態に引き続いて、各電磁弁の開閉を切り替えて、図３に示されるように、電磁弁１６、２５を開き、電磁弁１５、２６を閉じる。すると、円筒状容器１３に格納されるコイルばね１の外側を冷水が流され、コイルばね２の中空部には温水が流される。このとき、冷却手段としての冷水は一方のコイルばね１を冷却しており、加熱手段としての温水は他方のコイルばね２を加熱していることとなる。
コイルばね１は、冷水によって変態温度より低い温度になるまで冷却され、コイルばね２について前述したのと同様に、伸張形状へと変形される。前述したように、コイルばね１は、冷却される前は温水によって加熱されており、収縮形状となっている（図２参照）から、冷却されることによってコイルばね１は伸張される。そして、ラック１１は、図３中下方に移動される。
一方、コイルばね２は、温水によって変態温度よりも高い温度になるまで加熱され、予め記憶された収縮形状に回復される。前述したように、コイルばね２は、加熱される前は冷水によって冷却されており、伸張形状となっている（図２参照）から、加熱されることによってコイルばね２は収縮される。そして、ラック２１は、図３中上方に移動される。
【００５４】
以上の状態に引き続いて、各電磁弁の開閉の切替を行うと、各ラックは再び図２に示されるように運動される。このようにして各電磁弁の開閉の切替を繰り返し、各コイルばね１、２の加熱・冷却を交互に行えば、各ラック１１、２１は、図２に示される運動状態と、図３に示される運動状態とを交互にとり、往復運動を行う。
【００５５】
次に、本実施形態の発電機における発電機構を説明する。発電機構は、図２および図３に示されるラック駆動機構によって得られるラックの連続的な往復運動を回転動力に変換し、発電を行う機構である。
図４および図５に発電機構の図を示す。図４は、図２における各ラック１１、２１の運動状態に対応する図であり、図５は、図３における各ラック１１、２１の運動状態に対応する図である。
【００５６】
発電機構は、ラック１１に噛合される一方のピニオン１１１と、ピニオン１１１の回転軸としての一方の駆動軸１１２と、反時計回り方向の回転のみを伝達する一方の一方向クラッチ１１３を介して、駆動軸１１２と連結される一方の従動軸１１４と、従動軸１１４を回転軸とする一方の従動ギア１１５と、ラック２１に噛合される他方のピニオン２１１と、ピニオン２１１の回転軸としての他方の駆動軸２１２と、一方向クラッチ１１３とは逆に時計回り方向の回転のみを伝達する他方の一方向クラッチ２１３を介して、駆動軸２１２と連結される他方の従動軸２１４と、従動軸２１４を回転軸とし、一方の従動ギア１１５と噛合される他方の従動ギア２１５と、従動ギア２１５に噛合される回転動力伝達ギア２１６と、回転動力伝達ギア２１６と回転軸を同一とする第一増速プーリ２１７と、第二増速プーリ２１８と、第一増速プーリ２１７と第二増速プーリとの間に架け渡されるベルト２１９と、プーリ２２０Ａを備える発電回転体２２０と、第二増速プーリ２１８とプーリ２２０Ａとの間に架け渡されるベルト２２１と、発電回転体２２０の回転を平滑化させるために設けられるフライホイール２２２と、発電回転体２２０の回転によって発電を行う図示しない発電ユニットとを備える。また、ピニオン１１１およびピニオン２１１に噛合される補助ギア２２３が設けられる。
【００５７】
発電機構の作用を説明する。まず、図４（図２に対応）について説明する。
ラック１１は、コイルばね１が予め記憶された収縮形状に回復しようとする強い回復力によって、図４中上方に移動されているから、ピニオン１１１は時計回り方向に回転される。一方向クラッチ１１３は、反時計回り方向の回転のみを伝達するから、ピニオン１１１における時計回り方向の回転は従動ギア１１５に伝達されない。しかし、ピニオン１１１の回転動力は、補助ギア２２３を介して、ピニオン２１１へと伝達され、ピニオン２１１は、時計回り方向に回転される。ピニオン２１１が回転されることによって、ラック２１は図４中下方に移動され、ラック２１が取り付けられるコイルばね２は、図２において伸張形状へと変形される。その一方で、一方向クラッチ２１３は、時計回り方向の回転のみを伝達するから、ピニオン２１１における時計回り方向の回転は、従動ギア２１５へと伝達される。従動ギア２１５には、従動ギア１１５と回転動力伝達ギア２１６とが噛合されているから、この二つのギアは、反時計回り方向に回転される。回転動力伝達ギア２１６の回転は、第一増速プーリ２１７、第二増速プーリ２１８によって増速されて、発電回転体２２０へと伝達される。発電回転体２２０の回転方向は、図４に示されるように、反時計回り方向であり、この回転動力によって、発電ユニットが発電を行う。
なお、以上のように、ピニオン１１１、補助ギア２２３、ピニオン２１１、駆動軸２１２、一方向クラッチ２１３、従動軸２１４、従動ギア２１５は、一方の可動部材としてのラック１１が行う往復運動のうち、一方向（図４では上方向）の運動を伝達して、回転体としての回転動力伝達ギア２１６を、一定回転方向（図４では反時計回り方向）に回転させる一方の運動伝達手段を構成している。
【００５８】
以上に引き続いて、前記各電磁弁の開閉の切替が行われ、各コイルばね１、２における加熱・冷却が入れ替わると、図５（図３に対応）に示される状態になる。図５においては、コイルばね２が加熱され、予め記憶された収縮形状に回復しようとする強い回復力によって、ラック２１が上方に移動される。すると、ピニオン２１１は反時計回り方向に回転される。一方向クラッチ２１３は、時計回り方向の回転のみを伝達するから、ピニオン２１１における反時計回り方向の回転は従動ギア２１５に伝達されない。しかし、ピニオン２１１の回転動力は、補助ギア２２３を介して、ピニオン１１１へと伝達され、ピニオン１１１は、反時計回り方向に回転される。ピニオン１１１が回転されることによって、ラック１１は図５中下方に移動され、ラック１１が取り付けられるコイルばね１は、図３において伸張形状へと変形される。その一方で、一方向クラッチ１１３は、反時計回り方向の回転のみを伝達するから、ピニオン１１１における反時計回り方向の回転は、従動ギア１１５へと伝達される。従動ギア１１５には、従動ギア２１５が噛合され、従動ギア２１５は時計回り方向に回転される。従動ギア２１５には回転動力伝達ギア２１６が噛合されるから、回転動力伝達ギア２１６は反時計回り方向に回転される。従って、図５の場合も図４の場合と同じく、回転動力伝達ギア２１６の回転方向は反時計回り方向である。そのため、発電回転体２２０の回転方向は反時計回り方向のままである。そして、常に反時計回り方向の回転を維持することができるから、発電ユニットによる発電を持続して行うことができる。
なお、以上のように、ピニオン２１１、補助ギア２２３、ピニオン１１１、駆動軸１１２、一方向クラッチ１１３、従動軸１１４、従動ギア１１５、従動ギア２１５は、他方の可動部材としてのラック２１が行う往復運動のうち、一方向（図５では上方向）の運動を伝達して、回転体としての回転動力伝達ギア２１６を、一定回転方向（図５では反時計回り方向）に回転させる他方の運動伝達手段を構成している。
【００５９】
本実施形態によれば、以下の作用・効果がある。
（１）コイルばね１、２が中空、薄肉であるので、中実である場合に比べて、比熱が小さく、熱応答性がよい。そのため、各コイルばねの変形を適切に行うための加熱・冷却各時間を短縮させることができるから、各コイルばねの変形スピードを速くし、単位時間あたりの変形回数を多くすることができる。すると、単位時間あたりにラック１１、２１が運動する量も多くなり、発電回転体２２０の回転数が増大するから、発電量を増大させることができる。
【００６０】
（２）コイルばね１、２を形成する管状のＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の線径を大きくすることによって、ラック１１、２１に作用される力を増大させれば、結果的に発電回転体２２０が発電ユニットに対して作用する力を増大させることができるから、発電回転体２２０が発電ユニットに対してする力学的仕事が増大され、結局、発電量が増大される。
また、それとともに、各コイルばねを中空にすることによって熱応答性を良くし、単位時間あたりに各コイルばねが変形される回数の減少を抑えることができるから、発電回転体２２０の回転数も落ちず、発電量が減少してしまうおそれがない。
そのため、本実施形態の発電機を用いれば、大きな発電量を得ることができる。
【００６１】
（３）コイルばね１、２は中空であるので、外壁と内壁との間の厚みを薄くすることによって、熱が各コイルばね全体にすばやく伝導されるようにすることができる。そのため、温水による加熱時には、各コイルばね全体が変態温度よりも高温となり、冷水による冷却時には、各コイルばね全体が変態温度よりも低温となっているようにすることができる。すると、従来のように、一つのＳＭＡ内において温度差が生じる結果、その一部においては記憶形状に回復するための強い回復力が生じており、その他の部分においては回復力が生じていない、という状態にはなることはない。従来においては、回復力が生じている部分と、生じていない部分とが一つのＳＭＡ内において生じ、それぞれの部分がお互いに無理な力学的作用を及ぼしあう結果、ＳＭＡ内に疲労が蓄積され、破壊されやすくなり、寿命が短くなってしまっていたが、本実施形態によれば、各コイルばね全体を短時間に略均一の温度とすることができ、各コイルばね内に前記のような無理な力学的作用は生じないから、各コイルばねの寿命を長くすることができる。そのため、本実施形態の発電機は、長期間にわたって持続して運転させることが可能である。
【００６２】
（４）コイルばね１、２を用いれば、ラック１１、２１を往復運動させるにあたって、各コイルばねの弾性を利用することができる。各コイルばねが各ラックに作用する弾性力は、ほとんどそのまま、発電回転体２２０が発電ユニットに作用する力となるので、弾性力を利用することによって発電量を増大させることができる。
また、各コイルばねの弾性によって、各コイルばねの変形スピードが速くなり、それに伴って、各ラックの運動するスピードも速くなる結果、発電回転体２２０の回転数が増大されるので、発電量が増大される。
また、各コイルばねは、変形に伴って大きく伸縮できるから、各ラックは大きく運動され、発電回転体２２０の回転数が増大されるので、発電量が増大される。
【００６３】
（５）温水は各コイルばね１、２の中空部へ流され、冷水は各コイルばねの外側を流されるので、温水または冷水が各コイルばねの外壁または内壁に付着されたまま残存されたとしても、両者はお互いに混合されることはない。
本実施形態では、温水、冷水各々を循環させて繰り返し利用しているが、両者は混合されず、両者の温度差はそのまま維持される。そのため、各コイルばねの変形を長時間にわたって継続して行うことができるから、発電も持続して行うことができる。
【００６４】
（６）補助ギア２２３が設けられることによって、一方のコイルばね１を加熱することによって生じる強い回復力をもとに他方のコイルばね２を伸張変形させることができる。一方のコイルばね１の加熱時には、他方のコイルばね２は冷却されているから、補助ギア２２３は、他方のコイルばね２の温度が変態温度よりも低いときに、他方のコイルばね２の形状を所定の記憶形状とは異なる形状に変化させておく他方の変形手段の役割を果たす。また、逆に、一方のコイルばね１が冷却され、他方のコイルばね２が加熱されているときには、補助ギア２２３によって、他方のコイルばね２において生じた強い回復力をもとに一方のコイルばね１を伸張変形させることができる。そして、補助ギア２２３は、一方のコイルばね１の温度が変態温度よりも低いときに、一方のコイルばね１の形状を所定の記憶形状とは異なる形状に変化させておく一方の変形手段の役割を果たす。従って本実施形態によれば、補助ギア２２３が変形手段の役割を果たすので、変形手段として各コイルばねに錘を取り付けたり、余計な負荷をかけたりする必要が無い。そのため、変形手段を簡素な構成のものとすることができるから、発電機も安価でコンパクトなものとすることができる。
【００６５】
（７）コイルばね１、２は中空だから、中実である場合に比べて軽い。そのため、発電機を軽量化することができる。また、中空である分、材料の節約になる。
【００６６】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、駆動部材として中空のコイルばね１、２を用いていたが、本発明では、ＳＭＡからなる中空のジグザグばねでもよいし、直線形状に記憶された中空の線状ＳＭＡであってもよい。
その他、本発明の駆動装置において駆動部材として用いることができるものとしては、例えば、渦巻きばね、ぜんまい、竹の子ばね、板ばね、トーションバー（棒ばね）、皿ばね、まくらばね、輪ばね、ベルト、ワイヤーなどがあり、これらを中空にして利用すればよい。
【００６７】
前記実施形態は、ＳＭＡを利用した発電機についてのものであったが、本発明の駆動装置は、従来知られている様々な種類の熱エンジンにも利用することができる。例えば、オフセットクランク型エンジン、コイルタービン型エンジン、斜板型エンジン、フィールド型エンジンである。これらは全て、ＳＭＡの加熱・冷却を交互に行うことによって、ＳＭＡを連続的に変形させ、そこから駆動力を取り出すものである。本発明の駆動装置をこれらの熱エンジンに利用して、ＳＭＡを中空にすれば、前述した種々の作用・効果を奏することができ、大きな駆動力を取り出すことができる。また、以上に例示した型の熱エンジン以外であっても、ＳＭＡの加熱・冷却を交互に行って、ＳＭＡを変形させる形式のエンジンであれば、ＳＭＡを中空にすることによって本発明を利用することができる。
【００６８】
前記実施形態では、ＳＭＡとしてＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金を用いていたが、本発明では、目的に応じて任意のＳＭＡを利用することができ、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金であってもよい。
【００６９】
前記実施形態では、一つの変態温度を有する形状記憶合金を用いていたが、本発明では、複数の変態温度を有する形状記憶合金を用いてもよい。
例えば、高温側の変態温度Ｔｈと、低温側の変態温度Ｔｌとを有するＳＭＡによって駆動部材を構成してもよい。温度がＴｈより高くなると回復される記憶形状Ｓｈと、温度がＴｌより低くなると回復される記憶形状Ｓｌとは、予め記憶されているものとする。Ｓｈと、Ｓｌとは、互いに異なる形状である。加熱手段は、駆動部材の温度がＴｈより高くなるまで加熱し、冷却手段は、駆動部材の温度がＴｌより低くなるまで冷却するようにしておく。
以上のような構成の下で加熱と冷却を交互に繰り返すと、駆動部材は、ＳｈとＳｌとの間で形状が連続的に変動され、それに伴う駆動力を取り出すことができる。
また、駆動部材は、温度が変態温度Ｔｈよりも高くなると所定形状Ｓｈを回復し、温度がＴｈおよびＴｌよりも低くなると、所定形状Ｓｈとは異なる形状Ｓｌに変化される。そのため、冷却手段によって駆動部材の温度をＴｌよりも低くすることは、駆動部材の温度が変態温度Ｔｈ（およびＴｌ）よりも低いときに、駆動部材の形状を所定形状Ｓｈとは異なる形状（Ｓｌ）に変化させておく変形手段を構成する。そのため、駆動部材に対して後付けの変形手段を設ける必要がないから、コンパクトな構成となる。
【００７０】
前記実施形態では、コイルばね１、２は、収縮形状が予め記憶されているものとしていたが、本発明では、伸縮形状が予め記憶されているものしてもよい。なお、このときの記憶形状としては、収縮形状とするのがよい。
【００７１】
前記実施形態では、コイルばね１、２の中空部には温水を、外側には冷水を流していたが、本発明では、温水と冷水とを入れ替えてもよい。また、コイルばね１の中空部には温水を、コイルばね２の中空部には冷水を流すものでもよい。
また、コイルばね１、２の外側には温水も冷水も流さず、中空部に温水、冷水を交互に流すような構成であってもよい。このような構成によると、各コイルばねを格納する円筒状容器１３、２３が不要になるから、コンパクトな構成とすることができる。
【００７２】
前記実施形態では、温水が加熱手段を構成し、冷水が冷却手段を構成していたが、本発明では、加熱・冷却手段としてはこれに限らず、適当な温度の油で加熱・冷却してもよいし、適当な温度の空気を吹きかけてもよいし、また、適当な温度の雰囲気中に適当な時間放置させてもよい。
また、例えば、各コイルばねの中空部に温水を流すことによって加熱を行い、その後、温水を流すのをやめ、各コイルばねが空冷されることによって冷却を行うような構成であってもよい。
【００７３】
前記実施形態では、温水、冷水を循環させるために計４つのポンプ１７、１８、２７、２８を設ける構成としていたが、本発明では、温水用のポンプ、冷水用のポンプを各々一個ずつ、計２個のポンプを設ける構成であってもよい。
【００７４】
前記実施形態では、ラック１１、２１は、互いに平行に、かつ、対向して設けられていたが、本発明では平行でなくてもよく、両ラックのなす角は何度であってもよい。例えば、両ラックが互いに垂直に形成されていても、各ピニオン１１１、２１１の回転の仕方は、両ラックが互いに平行に形成されている場合と全く同じである。
【００７５】
燃料電池、発電機、成形機、モータなどの種々の装置において使用された冷却用の流体（例えば、水、油）は、冷却に用いられた結果、温度が高くなっている。本発明では、使用され高温となった前記冷却用流体を高温流体として用いて、駆動部材の加熱を行わせ、本発明の駆動装置を作動させることができる。そして、この流体は、駆動装置で加熱に用いられたことにより、温度が低くなっているから、再びこの流体を前記各種装置の冷却に用いることができる。
このように、流体を循環させ、各種装置の冷却と、本発明の駆動装置の作動とを行わせれば、熱エネルギーを無駄にすることなく、最大限に有効利用することができる。
また、同様に、各種装置において加熱に使用され低温となった流体を、低温流体として用いて本発明の駆動装置を作動させることができ、その後、再び各種装置において加熱に利用することができるから、熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００７６】
前述したように、本発明の駆動装置を作動させるためには、１０℃から２０℃程度の小さい温度差があればよい。そのため、高温流体と低温流体との間に大きな温度差があれば、その温度差が本発明の駆動装置の作動に用いることができないように小さくなるまで、駆動装置の作動を行わせるために繰り返し利用することができる。そのため、本発明では、熱エネルギーを無駄なく有効利用することができる。例えば、前記実施形態の発電機においては、温水および冷水は、循環されることによって、コイルばね１、２を変形させるために繰り返し利用され、熱の有効利用が図られている。
本発明においては、前記実施形態のような構成のものでなくとも、高温流体、低温流体を流す各流路を備える本発明の駆動装置を複数用意して、前記各流路を互いに連結し、一本の高温流体流路および一本の低温流体流路を形成させることによって、熱の有効利用を図るような構成のものであってもよい。すなわち、まず、大きい温度差のある高温流体と低温流体とを第一の駆動装置に流して、これを作動させる。それに続いて、各流体を、前記高温流体流路、前記低温流体流路を通じて、第二、第三・・の駆動装置に流すことによって、これら各駆動装置を順次作動させていく。両流体の温度差は、各駆動装置を順次流されることによって徐々に小さくなっていく。そして、この温度差が本発明の駆動装置を作動させるために必要な温度差よりも小さくなるまで、両流体は各駆動装置の作動させるために繰り返し利用される。そのため、熱エネルギーを無駄なく有効に利用することができる。なお、各駆動装置における駆動部材を構成するＳＭＡの変態温度は、前記両流体の温度に対して駆動部材が適切に変形することができるように予め適当な値に設定されているものとする。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、発電機に利用できる他、エンジンの駆動装置などにも利用することができる。特に、従来十分に活用されてこなかった比較的低温の熱エネルギー（工場等の排熱、地熱、温泉水、河川水、太陽熱、給湯設備に貯蔵される温水等の熱エネルギー）を利用して、発電、エンジンの駆動等を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発電機において用いられる中空のコイルばねを示す図。
【図２】前記実施形態の発電機におけるラック駆動機構の一状態を示す図。
【図３】前記実施形態の発電機におけるラック駆動機構の他状態を示す図。
【図４】本実施形態の発電機における発電機構の一状態を示す図。
【図５】本実施形態の発電機における発電機構の他状態を示す図。
【図６】従来例としての発電システムを示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１、２…コイルばね
３…温水槽
４…冷水槽
１１、２１…ラック
１１１、２１１…ピニオン
１１３、２１３…一方向クラッチ
１１５、２１５…従動ギア
２１６…回転動力伝達ギア
２２０…発電回転体
２２３…補助ギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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