(57)【要約】      （修正有）【課題】水が液体から固体に変化する際の水の膨張を利用する独特な装置と方法を提供する。【解決手段】ワークピース４０の作業のための装置と方法は、氷結工程の間に容器内の水の膨張を利用することによって、容器の中空内部の断面積を少なくとも部分的に覆うように位置付けされるワークピース４０に対してピストン２８を駆動させる。先細りになった作業端部３６を有するピストン２８を用いることで、結果として生じる力がワークピースの小さな面積に集中して、作用点でワークピース４０内に曲げをもたらす。【選択図】図２
2013035062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの作業のための装置であって、
前記装置は、
１つの相から別の相に移行する際に膨張することが知られている物質の収容のための中空の内部空間を含む容器と、
前記中空の内部空間の各々の端部で中空の円筒の内部空間内に物質を包含する流体密封的な手法で、前記容器の中空の内部空間の前記端部を閉鎖するための閉鎖部材と、
前記中空の内部空間の軸に沿って容器の中空の内部空間の円筒部分内に摺動可能なピストンと、
前記ピストンと閉鎖部材の間の中空の内部空間内に物質を包含するために、中空空間の軸を取り囲む境界壁とピストンとの間の流体密封シールと、および、
前記容器の中空の内部空間の断面積にわたって、ワークピースの少なくとも一部を置く位置で、ワークピースを支持するために配されたワークピース支持機構を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
ワークピースの作業のための装置であって、
前記装置は、
１つの相から別の相に移行する際に膨張することが知られている物質を包含する中空の内部空間を含む容器と、
流体密封的な手法で前記容器の中空の内部空間の各々の端部を閉鎖するための閉鎖部材と、
前記容器の中空の内部空間の円筒部分内に摺動可能に配されたピストンと、
中空空間の軸を取り囲む境界壁と前記ピストンとの間の流体密封シールであって、それによって、前記流体密封シールと閉鎖部材の間の中空の内部空間内に物質を包含するためのものである流体密封シールと、および、
前記容器の中空の内部空間の断面積にわたって、ワークピースの少なくとも一部を置く位置で、ワークピースを支持するために配されたワークピース支持機構を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
ワークピース支持機構はワークピース通路を備え、該ワークピース通路は前記容器内に伸張するとともに、容器の中空内部内にワークピースの一部を置く位置にある通路でワークピースを収容するために、閉鎖部材から離れてその中空の内部空間を通ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ワークピース支持機構はワークピース通路をさらに備え、該ワークピース通路は、前記容器内に伸張するとともに、容器の中空内部内にワークピースの一部を置く位置にある通路でワークピースを収容するために、閉鎖部材の反対側のピストンで中空の内部空間を通ることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
ワークピース通路は円筒穴部を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
閉鎖部材は、中空の内部空間の各々の端部の選択的な開閉のために、容器に取り外し可能なように係合可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
閉鎖部材と容器は、嵌め合うようにねじ山が刻設されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
ピストンの作業端部はワークピースを動かすための非平面を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
ピストンの作業端部は少なくとも部分的に円錐形であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ピストンの作業端部はＶ字形であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
中空の内部空間の第２の端部を閉鎖するためのカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１２】
カバーは、容器に選択的に係合可能であるととともに選択的に取り外し可能であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ピストンは、中空の内部内で使用するために選択可能な複数の異なる形状のピストンの１つであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
各々のピストンは、それぞれ異なる角度で先細りになった先の尖った端部を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
物質は、固体に移行する際に膨張することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１６】
物質は水であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
ワークピースを動かす方法であって、
前記方法は、
（ａ）少なくとも１つの閉端部を有するとともに、１つの相から別の相に移行する際に膨張することが知られている物質を包含する中空の内部空間を含む容器を提供する工程と、
（ｂ）容器の中空の内部空間の断面積にわたってワークピースの少なくとも一部を支持する手法でワークピースを位置付ける工程と、および、
（ｃ）前記物質が中空の内部空間の閉端部と、中空の内部空間の円筒部分内に摺動可能に配されたピストンとの間で支持されている間に、ワークピース上での作業操作を行うためにワークピースに対してピストンを押しつけるべく、前記物質を一つの相から別の相に移行させる工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
工程（ｂ）は、前記容器内に伸張するとともに閉鎖部材の反対側のピストンの中空の内部空間を通るワークピース通路に、ワークピースを挿入する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｃ）は物質を凝固させる工程を含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｃ）は物質を冷却する工程を含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｃ）は物質を氷結する工程を含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２２】
物質が水であることを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
工程（ｃ）でワークピースに対してピストンを押しつける工程は、ワークピースで曲げを形成することを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
工程（ｃ）は、ワークピースに対してピストンの先細りになった端部を押しつける工程を含むことを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
先細りになった端部は円錐状に先細りになっていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
先細りになった端部は楔状であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、相変化の間の物質の膨張に由来する機械的作業に関し、特に、ワークピース上で作業操作を行なうために相変化による膨張を利用するための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
淡水を閉じた包み（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）のなかで冷やすと、氷が形成される（水から氷への相変化）につれ、内圧は増加する。結果として生じる圧力は氷点を摂氏０度以下に下げる。
【０００３】
水の微細構造の性質のため、水が凍って氷になると特定の重量の水の体積は増える。水が氷へと変形すると分子間の間隙が増える。この体積の増加は、十分に方向づけされるならば、機械的な作業として利用される。
【０００４】
氷結のエネルギーの一部を機械的な作業に変換することは可能である。この作業は、氷結時の体積の増加に起因する。熱エネルギーの力学的エネルギーへの変換の効率は、用いられるシステムの工学的な設計と構造に依存する。
【０００５】
様々な有用な目的のために水を氷結させるという膨張からエネルギーを利用するための従来のデバイスまたはシステムは、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、および、特許文献７、並びに、特許文献８と特許文献９、さらに、非特許文献１に開示されている。
【０００６】
出願人は、ワークピース上での曲げ操作および他の作業操作を実行するために、水が液体から固体に変化する際の水の膨張を利用する独特な装置と方法を展開することによって、この分野でのこれまでの労力にさらなる貢献をもたらした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２２１５１５７号
【特許文献２】米国特許第６３３２３１８号
【特許文献３】米国特許第４０７５８４５号
【特許文献４】米国特許第４２２０００６号
【特許文献５】米国特許第４２６４５５６号
【特許文献６】米国特許第５３７３９８３号
【特許文献７】米国特許第４１８６５５８号
【特許文献８】フランス特許第２６７６０９４号
【特許文献９】フランス特許第２８３３３１６号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｈａｂｅｅｂｕｌｌａｈ、Ｂ、Ｚａｋｉ、Ｇ．Ｍ．および、Ａｋｙｕｒｔ  Ｍ．による「Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ  ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  ｆｒｅｅｚｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｗｏｒｋ」（Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ, Ｖｏｌｕｍｅ ４４， Ｉｓｓｕｅ ２， Ｊａｎｕａｒｙ ２００３， ｐａｇｅｓ ２５１−２６５）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、ワークピースの作業のための装置が提供され、該装置は、１つの相から別の相に移行する際に膨張することが知られている物質の収容のための中空の内部空間を含む容器と、前記中空の内部空間の各々の端部で中空の円筒状の内部空間内に物質を包含する、流体密封的な手法で前記容器の中空の内部空間の前記端部を閉鎖するための閉鎖部材と、前記中空の内部空間の軸に沿って容器の中空の内部空間の円筒部分内に摺動可能なピストンと、ピストンと閉鎖部材の間の中空の内部空間内に物質を包含するために、中空空間の軸を取り囲む境界壁とピストンとの間の流体密封シールと、および、前記容器の中空の内部空間の断面積にわたって、ワークピースの少なくとも一部を置く位置で、ワークピースを支持するために配されたワークピース支持機構とを含む。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、ワークピースの作業のための装置が提供され、該装置は、１つの相から別の相に移行する際に膨張することが知られている物質を包含する中空の内部空間を含む容器と、流体密封的な手法で前記容器の中空の内部空間の各々の端部を閉鎖するための閉鎖部材と、前記容器の中空の内部空間の円筒部分内に摺動可能に配されたピストンと、中空空間の軸を取り囲む境界壁とピストンとの間の流体密封シールであって、それによって、前記流体密封シールと閉鎖部材の間の中空の内部空間内に物質を包含するためのものである流体密封シールと、および、前記容器の中空の内部空間の断面積にわたって、ワークピースの少なくとも一部を置く位置で、ワークピースを支持するために配されたワークピース支持機構を含む。
【００１１】
好ましくは、ワークピース支持機構はワークピース通路をさらに備え、該ワークピース通路は、前記容器内に伸張するとともに、閉鎖部材の反対側のピストンの容器の中空内部内にワークピースの一部を置く位置にある通路でワークピースを収容するために、閉鎖部材から離れてその中空の内部空間を通る。
【００１２】
好ましくは、ワークピース通路は円筒穴部を含む。
【００１３】
好ましくは、閉鎖部材は、中空の内部空間の各々の端部の選択的な開閉のために、容器に取り外し可能なように係合可能である。
【００１４】
好ましくは、閉鎖部材と容器は、嵌め合うように（ｍａｔｉｎｇｌｙ）ねじ山が刻設される。
【００１５】
好ましくは、ピストンの作業端部はワークピースを動かすための非平面を含む。
【００１６】
ピストンの作業端部は少なくとも部分的に円錐形であってもよい。あるいは、ピストンの作業端部はＶ字形であってもよい。
【００１７】
好ましくは、中空の内部空間の第２の端部を閉鎖するためのカバーが設けられる。
【００１８】
好ましくは、カバーは、容器に選択的に係合可能であるととともに選択的に取り外し可能である。
【００１９】
ピストンは、中空の内部内で使用するために選択可能な複数の異なる形状のピストンの１つであってもよく、その場合、各々のピストンは、それぞれ異なる角度で先細りになった先の尖った端部を好ましくは含む。
【００２０】
好ましくは、物質は、固体に移行する際に膨張するものである。
【００２１】
好ましくは、物質は水である。
【００２２】
本発明の第３の態様によれば、ワークピースを動かす方法が提供され、この方法は、
（ａ）少なくとも１つの閉端部を有するとともに、１つの相から別の相に移行する際に膨張することが知られている物質を包含する中空の内部空間を含む容器を提供する工程と、
（ｂ）容器の中空の内部空間の断面積にわたってワークピースの少なくとも一部を支持する手法でワークピースを位置付ける工程と、および、
（ｃ）前記物質が、中空の内部空間の閉端部と、中空の内部空間の円筒部分内に摺動可能に配されたピストンとの間で支持されている間に、ワークピース上での作業操作を行うためにワークピースに対してピストンを押しつけるべく、前記物質を、一つの相から別の相に移行させる工程を含む。
【００２３】
好ましくは、工程（ｃ）は物質を凝固させる工程を含む。
【００２４】
好ましくは、工程（ｃ）は物質を冷却する工程を含む。
【００２５】
好ましくは、工程（ｃ）は物質を氷結する工程を含む。
【００２６】
好ましくは、工程（ｃ）でワークピースに対してピストンを押しつける工程は、ワークピースで曲げを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
添付の図面において、本発明の典型的な実施形態が示される。
【００２８】
【図１】氷結工程中に水の膨張を用いて、棒状のまたはロッド状のワークピースを曲げるための本発明の装置の分解斜視図である。
【図２】ロッド状のワークピースを曲げることの準備ができている状態の図１のそのような装置の概略的な断面図である。
【図３】ロッド状のワークピースを曲げた後の仕上がった状態の図２の装置の概略的な断面図である。
【図４】本発明の試験装置によって曲げられた直径１２ｍｍのステンレススチールのロッドを示す。
【図５】本発明の試験装置によって曲げられた／壊された直径６ｍｍの銅製ロッドを示す。
【図６】本発明の試験装置に関連して得られた温度測定値のサンプルを示す。
【図７】図５の銅製ロッドを曲げるのに必要な機械作業を評価するための実験室環境で使用される材料試験デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、液体（水））から固体（氷）まで移行するＨ２Ｏの膨張を用いて、棒状またはロッド状で曲げ操作を行うための、本発明の装置（１０）の１つの実施形態の分解図を示す。
【００３０】
装置（１０）は、円筒の一方の端部から他方の端部まで長手方向に通る主要な円筒穴部（１４）を有する中空円筒（１２）と、その２つの端部の間の位置で円筒を直径方向に貫通するさらに小さな横の円筒穴部（１６）を特徴とする。円筒（１２）は、主要な円筒穴部（１４）の各々の端部で内部にねじ山が刻設される。
【００３１】
閉鎖部品（１８）は、円筒（１２）の主要な円筒穴部（１４）を閉鎖するために、それぞれの端部で円筒（１２）に選択的に係合可能である。閉鎖部品（１８）は、円筒の主要な穴部の直径を超える外径を有するプレート状の円筒キャップ部分（２０）と、キャップ部分（２０）からもう一方の側に正常に突出する小径の円筒のステムまたはシャフトの部分（２２）とを特徴としている。ステム部分（２２）は、円筒（１２）のそれぞれの端部で雌ねじ（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）と嵌めることが可能な刻設方法で外部にねじ山が刻設されている。閉鎖部材のＯリングシール（２４）は、ステムが突出する表面でキャップ部分（２０）に対して固定された位置で密封するようにステム部分（２２）の周囲に伸びるような大きさをしている。従って、閉鎖部材（１８）のステム（２２）は、ステム（２２）のキャップされた端部の位置でＯリングシール（２４）によって円筒の主要な穴部（１４）の各々の端部にまず螺入され、その後、さらに同じ螺入方向に回転することによって、円筒の端部とキャップ（２０）の表面との間でＯリング（２４）を圧縮するのに十分なほどしっかりと固定した点まで、中空の円筒（１２）の各々の環状の端部表面に向かってキャップ（２０）を動かす。円筒の端部と閉鎖部材のキャップおよびステムに対して密封されるため、Ｏリングはこうして閉鎖部材による主要な円筒穴部のそれぞれの端部の閉鎖時に流体密封シールを確保するように作用する。
【００３２】
カバー部品（２６）は、閉鎖部材（１８）の反対側に位置するように、かつ、同様に円筒の主要な穴部（１４）の第２の端部を閉鎖するように、円筒（１２）のもう一方の端部に選択的に係合可能である。示された実施形態では、カバー部品は閉鎖部材（１８）と同一であり、従って、主要な円筒穴部のそれぞれの端部における、円筒の雌ねじと、その外部にねじ山が刻設されたステムまたはシャフトとの結合を介して円筒に螺合する。示された実施形態では、カバー部品（２６）はそれぞれのＯリングを欠いているが、他の実施形態は円筒の両端にそのようなシールを含んでもよい。
【００３３】
ピストン（２８）は、円筒の主要な穴部に収容される際に円筒の長手軸に沿って摺動可能なように、円筒の主要な穴部（１４）の直径よりもわずかに小さな外径を有する。ピストンは、ピストンと円筒の周囲の壁との両方に対して各々が密閉するような大きさをしたそれぞれ一対のＯリング（３２）を収容するための一対の円周凹部を特色とする。示されたピストンは、閉鎖部材（１８）に面したその端部（３４）で水平であるが、カバー部品（２６）を向いている端部で先のとがった構造または先の鋭い構造をピストンに与えるように、対向端部（３６）に向かって円錐形にまたは錐台状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌｌｙ）に先細りになっている。
【００３４】
円筒（１２）の横穴部（１６）は、閉鎖部材（１８）とカバー（２６）の両方のステムから距離を置いて横穴部（１６）を配する円筒端部間の中間位置で、主要な長手方向の穴部（１４）を直径方向に貫通する。
【００３５】
装置の使用は、図２および３に関連してここに記載され、図において、装置は図１のカバー部品（２６）が欠けている点のみが異なる。
【００３６】
使用される装置を準備するために、まず、閉鎖部材（１８）は、一方の端部で閉じている中空の円筒内部を有する容器を形成するために、それぞれの端部で閉じられる主要な穴部（１４）を密封する手法で円筒に係合される。その後、容器は、この閉端部に立てて（すなわち、容器の底部を形成する閉鎖部材（１８）によって）据え付けられる。その後、液体水（３８）が、円筒の開かれた上端部を介して容器の中空の円筒内部に注がれ、円筒の横または十字の穴部（１６）が上昇するよりも下の位置まで円筒の主要な穴部を満たす。その後、ピストンの平らな底部または底部のシールが上面水位にまで達するまで、ピストン（２８）は、開いた上端部を介して円筒（１２）の主要な穴部に下がる。水位とピストンの高さ／長さの組み合わせによって、ピストンの先の鋭い端部（３６）が横の円筒穴部（１６）の底部に、または、該底部から少し離れて下方に置かれるように、円筒に事前に加えられる水の量が選択される。装置の準備は、円筒（１２）の横穴部（１６）に、金属棒またはロッドなどの長手方向のワークピース（４０）を挿入することによって完成し、その結果、棒またはロッドの中間部分が、図２に示されるように主要な長手方向の穴部（１４）を横切って直径方向には伸張する。
【００３７】
ワークピース（４０）で曲げ操作を行うために、液体水（３８）の冷却は氷結温度まで達成され、それによって、水の柱を徐々に氷の塊（４２）へと変える。液体から固体への相の移行の間に起こる水の膨張は、円筒の主要な穴部（１４）を取り囲む円筒壁と、主要な円筒穴部（１４）の低端部を閉鎖する閉鎖部材（１８）とによって与えられる圧迫によって、上向きの方向にのみ行われることが可能である。従って、水の膨張によってピストン（２８）を上向きに駆動させ、円筒の主要な穴部（１４）の中心軸でワークピース（４０）に対して、先の鋭い先端（３６）を上方に押し上げる。水／氷の膨張の力が先の鋭いピストン（３６）によってワークピース（４０）の小さな領域に集中すると、ワークピースは円筒の主要な穴部の中心で上方に曲げられる。水と冷凍温度のソースのみを必要とするだけなので、手動で曲げるには硬すぎる構造を有するワークピースは、従来の金属製の曲げ道具が欠けている場合でも、季節条件または気候条件あるいは（従来の冷凍装置のような）冷房装置が存在する場合に、所定の位置で曲げられることができる。
【００３８】
図１を再度参照すると、装置は、ワークピースの操作からの望ましい出力によって、装置の所有者または操作者が選択する複数の異なる形状のピストンを特色とする。例えば、図は第２のピストン（２８’）を示し、該ピストンは、同じ平らな底面と対の円周凹部とを有するが、さほど目立たない点または先端を定義するためにピストンの作業端部での短い先細り形状を特色としており、先がさらに鋭いピストン（２８）よりもワークピース内でもっと小さな曲げ角度をもたらす傾向がある。図１の装置は、膨張する水／氷による力を受けるなかピストンがワークピースを突き破った場合に、ピストンが円筒の上端部から出ないようにする安全装置として使用するために、水とピストンを加えた後に螺合するためのカバー部品（２６）を特色としている。示される実施形態では、カバー部品（２６）は、装置を駆動するために使用される水がピストンと周辺の円筒壁との間のシールによってカバーに達することができないので、Ｏリングシールを欠いている。
【００３９】
（試験装置）
本発明を試験するために、以下の主要部品からなる試験システムが構築された：
１−厚い壁の中空円筒：
選択された壁厚は高圧に耐えるために３０ｍｍであった。円筒はステンレススチールから作られた。円筒は、実験の経験に基づいた膨張によって必要な力を与えるのに十分な適切な量の水（１９０−１９６ｃｍ３）で満たされた。
２−外部の中空円筒の内部で上方および下方に移動することができる移動ピストン。この一部もステンレススチールで作られていた。この移動部分の上方部分には、試験ロッドに所望の機械的な作業（曲げ操作）を適用するために、円錐部分または楔部分の形状が与えられた。
３−水の漏出を防ぐゴム状Ｏリング。
４−内圧を測定するための外円筒の上部の応力ゲージ。したがって、内圧の変化は時間の関数として記録されるであろう。適切なデータ収集システムが使用された。
５−外円筒を閉じるためにねじ山が刻設されたカバー。カバーは水の漏出を防ぐためにゴム状リングを装備している。
６−外円筒を閉鎖するためにねじ山が刻設された土台。
７−丸形断面の試験ロッド。ロッドは外円筒の長手軸に垂直な位置で外円筒の上方部分に固定されることになっていた。ロッドは外円筒の壁の２つの穴部を通って固定された。試験装置のロッドの直径は１乃至１８ｍｍで変わってもよい。
８−外円筒の内部と外部の温度を測定するための熱電対。
【００４０】
システムはこのように図１に示されたような構造に一貫した試験装置を特徴とした。
【００４１】
冷凍装置はシステムを含めるために使用された。冷凍装置は水温を氷点に下げるために使用された。実験が制御不能になり、氷の量が期待値を超え、円錐または楔型のピストンが円筒から出て、それによって、人の怪我または物理的な損傷を引き起こしかねない場合に、安全措置が考慮された。
【００４２】
（実験）
上記の試験装置を用いて、異なる直径の金属ロッドについて実験が行われた。直径８、１０および１２ｍｍのステンレススチールロッドが試験され、結果として生じた曲がったロッドが図４に示される。同様に、銅製ロッドが試験され、その結果生じた曲がったロッドが図５に示された。工程を通して記録された温度のサンプルが図６に示される。図では、参照文字Ａは、ピストンと円筒の閉じた底部との間の位置で円筒の中空内部内の温度測定値を表示し、Ｂはワークピースと円筒の上端部との間の位置での円筒の内壁面で温度測定値を表示し、Ｃは円筒の外壁表面での温度測定値を表示し、および、Ｄは円筒の外で距離を置いた冷凍装置内の気温測定値を表示する。
【００４３】
（試験装置の機械効率）
１１ｍｍの曲げ半径の合計に達するために、０．５ｍｍ／分の速度で直径が６ｍｍの銅製ロッドを曲げるため、１７５ｇｍの量の水が使用されたと考えてみる。氷結温度は氷点下１°Ｃであることがわかった。したがって、消費された正味の熱エネルギーは、次のように計算することができる：
Ｑ＝Ｍｗ×Ｃｐ×ΔＴｏ
Ｑ＝（１７５ｇｍ）´（１ｃａｌ／ｇｍ−°Ｃ）´（１°Ｃ）＝１７５Ｃａｌ。
Ｑ：消費した熱。
Ｍｗ：水塊
Ｃｐ：水比熱（一定であると想定する）。
ΔＴｏ：摂氏０度以下の温度
【００４４】
実験室デバイス（材料試験デバイス）（図７）は、同様の銅製ロッドを曲げるのに必要な機械作業（Ｗｍ）を評価するために使用された。実験は、必要な作業が３２．６ジュールであることを明らかにした。
【００４５】
したがって、システム効率（ｈ）は次のように計算することができる：
ｈ＝Ｗｍ／Ｑ＝３２．６×１００／（１７５Ｃａｌ．×４．１８６ジュール／Ｃａｌ．）＝４．５％。
【００４６】
システム効率は低いが、その考え自体は、水量の増加に起因する機械作業が金属棒（例えば、直径８、１０および１２ｍｍのステンレススチール棒）を曲げる／破損するために用いられた場合に、試験装置の成功した操作に長所を見出す。
【００４７】
したがって、金属のワークピースを曲げるために従来必要とされる機器（機械道具）の重い機械的部品が利用可能でない場合、本発明は機械的な作業を行なうために利用されてもよい。この状況は郊外や開発途上領域で見られることがある。
【００４８】
（他の実施形態）
金属の棒またはロッドを曲げるのに役立つものとして先に記載されたが、当然のことながら、本発明は、他の作業操作または他のワークピース形状および材料のために利用されてもよい。例えば、所望の最終結果が、端部の１つに向かって各々曲がった材料の２つの部品である場合、最初は直線だった棒またはロッドを破損または破砕のポイントまで曲げて、別の２つの部品にするのが好ましい。別の実施例において、円筒状の十字形の穴部に挿入されるロッドまたは棒の代わりに、シート材料の部品が、へこみ／くぼみまたは貫通穴の形成のようなスタンピング型操作のために横溝に挿入されてもよい。
【００４９】
示された実施形態が、ピストンによってかけられる力に対してワークピースを支持するために、十字形の穴部の上部境界で円筒壁を使用する一方で、他の実施形態は、例えば、円筒の開放端で使用される主要な円筒穴部の断面積に少なくとも部分的に重なる位置でワークピースを支持するための他の配置を使用してもよい。同様に、試験装置が容器とピストンにステンレススチールを使用すると記載されている一方で、当然のことながら、他の金属、または、水の膨張の間にかけられる圧力に耐えるのに適した強度の他の非金属材料が代替的に用いられてもよい。
【００５０】
装置が作業物質として水を用いることが先に記載されているが、当然のことながら、相変化の間に膨張すると知られている他の物質が、ワークピースに対してピストンを押しつけるのと同じ手法で使用可能である。ほとんどの物質は液体よりも固体として高密度であるという点で水と異なり、したがって、装置の部品（円筒、閉鎖部材、ピストン、Ｏリング、または、他のシール、および、随意のカバー）が物質の溶解工程にわたって安定してかつ使用可能なままであるように、円筒内の作業物質が十分に低い溶解温度を有する場合に、装置は固体から液体への相変化の間（すなわち、溶解工程の間）に作業を行ってもよい。
【００５１】
ピストンが摺動可能に配された容器は円筒として記載され、かつ、円筒外部および円筒内部の穴部とともに記載されているが、当然のことながら、容器の外部の形状は装置の機能に損害を与えることなく変えられてもよく、ピストンによって移動する容器の内部空間の部分が、ピストンの滑らかな移動と、ピストンと周囲の壁との間の一貫した密封のために均一の直径でなければならない一方で、容器は容器の内部空間の閉じられた下端部から対向端部までずっと必ずしも均一の形状または直径である必要はない。示された実施携帯は、容器の下端部の取り外し可能な閉鎖部材を特徴としているが、その代わりに永久的に閉じられた下端部を特徴としてもよい。
【００５２】
前述の試験では、装置は、円筒内の水を氷結させるために必要な氷点下の温度を適用するために、冷凍装置内に配された。図６は、円筒からの熱損失が（水が装置の作業薬剤または作業物質として存在する）２つの円筒端部間の位置で最も大きくなるように、断熱材（４４）の塊にくぼみが作られる円筒の上端と下端の両方の端部を示す。このようにして、冷凍される空間の冷却効果は、作業物質に一層よく集中する。同様に、冷却される物質から遠ざけて配置された容器の絶縁部分は、さらに寒い気候の自然環境の外部条件下によって冷却効果が提供される場合に、適用されてもよい。当然のことながら、作業物質の状態を変化させるのに必要な熱効果は、適切な温度の制御された環境または自然環境に装置を浸水することまたは配置すること以外の方法によって達成されてもよい。例えば、装置は、容器の内部空間を冷却するために配置された専用の冷却システムを組み込んでもよい。
【００５３】
示された実施形態は、ワークピース支持機構として直径の十字形の穴部と、作業部材として円錐形に先細りしたピストンとを特徴としている。結果として、ピストンとワークピースとの間の接点は、ピストンが摺動する円筒穴部の中心の長手軸に集中している。その結果、ピストンは円筒穴部に中心を置いたまま留まる傾向があり、円筒壁に対するピストンの傾斜荷重または横荷重を最小化する。しかしながら、異なるピストン形状またはワークピース支持機構の異なる位置／配向を通じて、他の実施形態は、穴部の中心軸上のピストンとワークピースとの間の係合点の中心から外れてもよい。
【００５４】
本明細書に上記の如く記載された私の発明において、様々な変更を行うことができ、同じように、多くの明らかに多種多様な実施形態が、特許請求の範囲の範囲と精神を逸脱することなく、該精神と範囲内でなされることができるため、添付の明細書に包含されるすべての事は、単に例示目的でのみ解釈され、限定する意味では解釈されないことを理解されたい。
【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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【図７】
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