(57)【要約】【課題】形状記憶合金の変形に伴い発生する力と、熱磁気特性を有する材料の磁気特性変化との両者を好適に利用する。【解決手段】無端ベルト４に含まれる形状記憶材料に、予め記憶された形状への復元力を発生する変形温度と、常磁性から強磁性に変化する磁性変化温度とがほぼ等しい材料を用いる。温水供給器５（熱付与手段）による加熱、及び永久磁石７（磁力付与手段）による磁界が無端ベルト４に作用すると、無端ベルト４には予め記憶された形状への復元力と、常磁性から強磁性への磁性の変化とがほぼ等しい温度で生じる。形状記憶特性と熱磁気特性との両者を、加熱及び冷却の温度幅の比較的小さい運転サイクルによって同時に利用することができ、エネルギ効率及び回転速度の向上に寄与しうる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の変形温度を越える温度上昇に伴い予め記憶された形状への復元力を発生する形状記憶特性、及び所定の磁性変化温度を越える温度上昇に伴い常磁性から強磁性に変化する熱磁気特性を有する材料を含む無端ベルトと、
前記無端ベルトに対し作用可能に配置された熱付与手段及び磁力付与手段と、
を備え、
前記材料は、前記変形温度と前記磁性変化温度とがほぼ等しいことを特徴とする熱磁気エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の熱磁気エンジンであって、
前記磁力付与手段は、前記熱付与手段に対し前記無端ベルトの走行方向に関し隣接して配置されていることを特徴とする熱磁気エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱磁気エンジンであって、
前記磁力付与手段は、前記無端ベルトによって画成される領域の内側に配置されていることを特徴とする熱磁気エンジン。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱磁気エンジンであって、
前記無端ベルトは一対のプーリに巻回されており、
当該一対のプーリのうちの一方のプーリの近傍に前記熱付与手段が配置され、他方のプーリの近傍に前記磁力付与手段が配置されていることを特徴とする熱磁気エンジン。
【請求項５】
請求項４に記載の熱磁気エンジンであって、
前記磁力付与手段は前記他方のプーリの周面に沿って配置されていることを特徴とする熱磁気エンジン。
【請求項６】
請求項４に記載の熱磁気エンジンであって、
前記磁力付与手段は前記他方のプーリの周面の内側に環状に配置されていることを特徴とする熱磁気エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の磁性変化温度を越える温度上昇に伴い常磁性から強磁性に変化する熱磁気特性を有する材料を用いた熱磁気エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶された無端ベルトを一対のプーリに巻回してなる形状記憶合金エンジンが提案されている。特許文献１に記載の装置では、一方のプーリから回出する部位で、無端ベルトが記憶された形状である直線形状或いは逆Ｒ形状に復帰しようとする曲げモーメントが生じ、この曲げモーメントに基づいて回転力が発生する。
【０００３】
他方、温度に応じて磁性が変化する熱磁気特性を有する材料からなる回転体の近傍に、磁極を配置してなる熱磁気エンジンが提案されている。特許文献２に記載の装置では、いわゆるキュリー温度を越えるように回転体の一部を加熱することにより、飽和磁束密度の低い領域と高い領域とを生じさせ、両者の境界部近傍に配置された磁極の作用によって、回転力が発生する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６‐２０７４４１号公報
【特許文献２】特開平９‐２６８９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、形状記憶合金の復帰力と、熱磁気特性を有する材料の磁性変化の両者を同時に利用することができれば好都合である。しかし、形状記憶合金の変形温度に比べて、磁性変化が生じるキュリー温度は著しく高いため、両者の特性を利用するには運転サイクルにおける加熱及び冷却の温度幅を大きくしなければならず、実現性に乏しいという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、形状記憶合金の変形に伴い発生する力と、熱磁気特性を有する材料の磁気特性変化との両者を好適に利用できる熱磁気エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱磁気エンジンは、所定の変形温度を越える温度上昇に伴い予め記憶された形状への復元力を発生する形状記憶特性、及び所定の磁性変化温度を越える温度上昇に伴い常磁性から強磁性に変化する熱磁気特性を有する材料を含む無端ベルトと、前記無端ベルトに対し作用可能に配置された熱付与手段及び磁力付与手段と、を備え、前記材料は、前記変形温度と前記磁性変化温度とがほぼ等しいことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、無端ベルトに含まれる材料に、予め記憶された形状への復元力を発生する変形温度と、常磁性から強磁性に変化する磁性変化温度とがほぼ等しい材料を用いたので、熱付与手段による加熱、及び磁力付与手段による磁界が無端ベルトに作用すると、無端ベルトには予め記憶された形状への復元力と、常磁性から強磁性への磁性の変化とがほぼ等しい温度で生じる。したがって、形状記憶特性と熱磁気特性との両者を、加熱及び冷却の温度幅の比較的小さい運転サイクルによって同時に利用することができる。このことはエネルギ効率及び回転速度の向上に寄与しうる。
【０００９】
上述した特許文献２に記載の熱磁気エンジンでは、キュリー点を越えるように回転体の一部を加熱することにより、当該一部の熱磁気材料の飽和磁束密度を低下させ、それ以外の部分との飽和磁束密度の不均衡を利用して回転力を得るものであるが、一般にキュリー点は比較的高温であって、エネルギ効率や装置の耐久性を考慮すれば、より低い温度であることが望ましい。この点、図４に示されるように、従来公知の熱磁気材料（一点鎖線ａ）がキュリー点を越える温度上昇の際の強磁性から常磁性への変化（領域II）のみを有し、それよりも低温の領域では顕著な磁性変化がなかったのに対し、近年の研究により、特定の熱磁気材料では、実線ａで示されるように、キュリー点よりも低温の領域Ｉにおいて、温度上昇に伴って常磁性（マルテンサイト相、Ｍ相）から強磁性（オーステナイト相、Ａ相）への磁性変化が生じることが発見されている。本発明では、このような材料を用いることにより、動作温度を比較的低い値に設定することが可能になる。
【００１０】
本発明における磁力付与手段は、前記熱付与手段に対し前記無端ベルトの走行方向に隣接して配置されるのが好適である。この場合には、熱付与手段による加熱が進行し磁性が強まった状態の無端ベルトの部分に、磁力付与手段からの磁界が作用するため、磁界による回転力を好適に付与することができる。
【００１１】
本発明における磁力付与手段は、前記無端ベルトによって画成される領域の内側に配置されるのが好適である。この場合には、プーリから回出する部位の近傍で無端ベルトをプーリに引き付ける作用により、滑りを抑制することができる。
【００１２】
本発明では、無端ベルトは一対のプーリに巻回されており、当該一対のプーリのうちの一方のプーリの近傍に前記熱付与手段が配置され、他方のプーリの近傍に前記磁力付与手段が配置されるのが好適である。この場合には、熱付与手段による加熱が進行し磁性が強まった状態の無端ベルトの部分に、磁力付与手段からの磁界が作用するため、無端ベルトの滑りを好適に抑制することができる。
【００１３】
この場合には、磁力付与手段は、前記他方のプーリの周面に沿って配置されているのが好適であり、さらに、前記他方のプーリの周面の内側に環状に配置されているのが特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１ないし図３に示される第１実施形態の熱磁気エンジン１は、低温側プーリ２及び高温側プーリ３と、当該一対のプーリ２，３に巻回された無端ベルト４と、無端ベルト４に対し作用可能に配置された温水供給器５、冷水供給器６及び永久磁石７とを備えている。
【００１５】
低温側プーリ２は高温側プーリ３よりも大径である（ｒc＞ｒh）。低温側プーリ２の軸線は、高温側プーリ３の軸線と並行且つ鉛直上方に配置されている。低温側プーリ２は、支柱１１に固定された軸１２によって支持されており、且つ軸１２に設けられた軸受１３によって回転可能にされている。高温側プーリ３は、出力軸１４に固定されており、出力軸１４は支柱１１に設けられた軸受１５によって回転可能に支持されている。
【００１６】
無端ベルト４は、形状記憶材料を含有する。本実施形態で使用される形状記憶材料としては、予め記憶された形状への復元力と、常磁性（マルテンサイト相、Ｍ相）から強磁性（オーステナイト相、Ａ相）への磁性の変化とが、ほぼ等しい温度（例えば約３０°Ｃ）を越える温度上昇に伴って生じるもの、例えばＮｉ50Ｍｎ50-yＳｎyまたはＮｉ50Ｍｎ50-yＳｂyを用いるのが好適である。このような形状記憶材料は、所望の質量比で混合した粒子状の原材料をアルゴン雰囲気下で誘導加熱して溶融し、得られたインゴットをスライスし、真空中において１０００°Ｃで１日間均質化したのち水中で焼入れすることによって得ることができる。形状記憶材料の変形及び常磁性から強磁性への変態は可逆的であり、且つ所定のヒステリシスを有していてもよい。
【００１７】
本実施形態における無端ベルト４は、図３に示されるように、形状記憶材料の箔または単結晶からなる層４ｐとエラストマ層４ｑとを交互に積層してなり、且つ鋸刃状又はジグザグに変形されたリボン状をなしている。無端ベルト４は、その互いに隣り合う谷部同士の間隔であるピッチｐが、常温においては比較的大きい値をとる伸長状態となり、且つ変形温度（例えば３０°Ｃ）より高温の領域においては比較的小さい値をとる縮退状態になるように、予め形状記憶されている。
【００１８】
温水供給器５は、例えば車載のラジエータ（不図示）からのエンジン冷却水などの温水を、連続的又は断続的に無端ベルト４に向けて供給可能にされている。温水供給器５からの温水は、無端ベルト４のうち低温側プーリ２から高温側プーリ３に至る直線状の部分４ｈに供給される。
【００１９】
冷水供給器６は、例えば冷水タンク（不図示）からの冷水を連続的又は断続的に無端ベルト４に向けて供給可能にされている。冷水供給器６からの冷水は、上記温水よりも低温であって、無端ベルト４のうち高温側プーリ３から低温側プーリ２に至る部分４ｃに供給される。
【００２０】
永久磁石７は、高温側プーリ３の下方から、無端ベルト４のうち高温側プーリ３から低温側プーリ２に至る直線状の部分４ｃまでを覆うように、無端ベルト４の走行経路に沿ってその外側に配置されており、その磁界が無端ベルト４に作用可能にされている。永久磁石７は磁石台１６に固定され、また磁石台１６及び支柱１１は基台１７に固定されている。
【００２１】
以上の構成において、いま、温水供給器５からの温水が無端ベルト４の高温部分４ｈに供給され、かつ冷水供給器からの冷水が無端ベルト４の低温部分４ｃに供給されると、高温部分４ｈの少なくとも一部の温度がその含有する形状記憶材料の変形温度及び磁性変化温度を越えて上昇し、無端ベルトは予め記憶された縮退状態に変形すると共に、形状記憶材料の磁気的性質が常磁性（Ｍ相）から強磁性（Ａ相）に変化する。他方、低温部分４ｃの少なくとも一部の温度は、冷却によって変形温度及び磁性変化温度を下回って、伸長状態かつ常磁性（Ｍ相）に復帰する。
【００２２】
高温部分４ｈの縮退に伴い発生する力は、低温側プーリ２と高温側プーリ３とを対向方向に回転させる向きに作用するが、低温側プーリ２の半径ｒｃが高温側プーリ３の半径ｒｈよりも大であるため、低温側トルクＦｃが高温側トルクＦｈよりも大となり、無端ベルト４には図中Ｒ方向の回転力が生じる。また、高温部分４ｈの磁気的性質が強磁性、且つ低温部分４ｃが常磁性となるため、永久磁石７の吸引力により、無端ベルト４には同じく図中Ｒ方向の回転力が生じる。したがって、熱磁気エンジン１は温水及び冷水の供給が継続している間、図中Ｒ方向に回転することになる。
【００２３】
以上のとおり、第１実施形態では、無端ベルト４に含まれる形状記憶材料に、予め記憶された形状への復元力を発生する変形温度と、常磁性から強磁性に変化する磁性変化温度とがほぼ等しい材料を用いたので、温水供給器５（熱付与手段）による加熱、及び永久磁石７（磁力付与手段）による磁界が無端ベルト４に作用すると、無端ベルト４には予め記憶された形状への復元力と、常磁性から強磁性への磁性の変化とがほぼ等しい温度で生じる。したがって、形状記憶特性と熱磁気特性との両者を、加熱及び冷却の温度幅の比較的小さい運転サイクルによって同時に利用することができる。このことはエネルギ効率及び回転速度の向上に寄与しうる。
【００２４】
また本実施形態では、図４において実線ａで示されるように、キュリー点よりも低温の領域Ｉにおいて温度上昇に伴って常磁性（マルテンサイト相、Ｍ相）から強磁性（オーステナイト相、Ａ相）への磁性変化が生じる材料の性質を利用することによって、動作温度をキュリー点近傍の領域IIよりも比較的低い値に設定することが可能になる。このことはエネルギ効率及び装置の耐久性において有利である。
【００２５】
また本実施形態では、永久磁石７（磁力付与手段）は、温水供給器５（熱付与手段）に対し無端ベルト４の走行方向に隣接して配置されるので、温水供給器５による加熱が進行し磁性が強まった状態の無端ベルト４の部分に、永久磁石７からの磁界が作用する。したがって、磁界による回転力を好適に付与することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５ないし図９に示される第２実施形態の熱磁気エンジン１０１は、低温側プーリ１０２及び高温側プーリ１０３と、当該一対のプーリ１０２，１０３に巻回された無端ベルト１０４と、無端ベルト１０４に対し作用可能に配置された温水槽１０５とを備えている。
【００２７】
低温側プーリ１０２は高温側プーリ１０３よりも大径である（ｒc＞ｒh）。低温側プーリ１０２の軸線は、高温側プーリ１０３の軸線と平行且つその鉛直上方からシフトした位置に配置されている。低温側プーリ１０２は軸１１２に固定されており、軸１１２は支柱１１１（図６参照）に設けられた軸受１１３によって回転可能に支持されている。高温側プーリ１０３は、出力軸１１４に固定されており、出力軸１１４は支柱１１１に設けられた軸受１１５によって回転可能に支持されている。低温側プーリ１０３は中実であっても中空であってもよい。
【００２８】
無端ベルト１０４は、形状記憶材料を含有する。本実施形態で使用される形状記憶材料としては、第１実施形態における無端ベルト１０４と同様のものを用いるのが好適である。本実施形態における無端ベルト１０４は、例えば形状記憶材料の粒子１０４ｐをエラストマ中に分散させたもの（図７）、形状記憶材料の線状成形品１０４ｑを束ねてエラストマを含浸させたもの（図８）、あるいは形状記憶材料の箔からなる層１０４ｒとエラストマ層１０４ｓとを交互に積層したもの（図９）を採用することができるが、これらに限られない。無端ベルト１０４は、常温においては比較的柔軟（低ヤング率）であり、且つ変形温度（例えば３０°Ｃ）より高温の領域においては比較的硬質（高ヤング率）な直線状、あるいはプーリ１０２，１０３の弧状輪郭と逆向きの逆ｒ形状になるように、予め形状記憶されている。
【００２９】
温水槽１０５は、例えば車載のラジエータ（不図示）からのエンジン冷却水などの温水が連続的に供給されるように構成されている。温水槽１０５の温水の水位は高温側プーリ１０３の一部、特に無端ベルト１０４が高温側プーリ１０３から回出する部位１０３ａが浸されるように設定されている。
【００３０】
低温側プーリ１０２の周面に沿って、且つ周面の内側に、円筒形の永久磁石１０７が低温側プーリ１０２と一体的に配置されている。永久磁石１０７からの磁界は、無端ベルト１０４に対して作用可能となっている。
【００３１】
以上の構成において、いま、温水槽１０５内の温水からの熱が無端ベルト１０４に作用すると、無端ベルト１０４のうち温水に浸された高温部分１０４ｈの少なくとも一部の温度がその含有する形状記憶材料の変形温度及び磁性変化温度を越えて上昇し、予め記憶された直線形状又は逆ｒ形状に変形すると共に、形状記憶材料の磁気的性質が常磁性（Ｍ相）から強磁性（Ａ相）に変化する。他方、無端ベルト１０４のうちの残余の部分である低温部分の少なくとも一部の温度は、外気による冷却によって変形温度及び磁性変化温度を下回って、軟質かつ常磁性（Ｍ相）に復帰する。
【００３２】
高温部分１０４ｈの変形に伴う曲げモーメントは、無端ベルト１０４の下側直線部分１０４ｓを図中二点鎖線１０４ｓ’のように外側に膨出させるように作用するが、その際の無端ベルト１０４全体の張力は、直線形状または逆ｒ形状になろうとする無端ベルト１０４の部分がプーリ１０２，１０３の共通接線領域に位置する安定な姿勢に移行する方向に作用するため、無端ベルト１０４には図中Ｒ方向の回転力が生じる。また、高温部分４ｈの磁気的性質が強磁性、且つ残余の部分である低温部分が常磁性となるため、永久磁石１０７の吸引力により、無端ベルト１０４には同じく図中Ｒ方向の回転力が生じる。したがって、熱磁気エンジン１は温水の供給が継続している間、図中Ｒ方向に回転することになる。
【００３３】
以上のとおり、第２実施形態では、無端ベルト１０４に含まれる形状記憶材料に、予め記憶された形状への復元力を発生する変形温度と、常磁性から強磁性に変化する磁性変化温度とがほぼ等しい材料を用いたので、上記第１実施形態と同様に、形状記憶特性と熱磁気特性との両者を、加熱及び冷却の温度幅の比較的小さい運転サイクルによって同時に利用することができる。このことはエネルギ効率及び回転速度の向上に寄与しうる。
【００３４】
また本実施形態では、永久磁石１０７（磁力付与手段）は、温水槽１０５（熱付与手段）に対し無端ベルト１０４の走行方向に隣接して配置されるので、温水槽１０５による加熱が進行し磁性が強まった状態の無端ベルト１０４の部分に、永久磁石１０７からの磁界が作用する。したがって、磁界による回転力を好適に付与することができる。
【００３５】
また本実施形態では、永久磁石１０７（磁力付与手段）を、無端ベルト１０４によって画成される領域の内側に配置したので、磁力付与手段の設置スペースを抑制できると共に、高温側プーリ１０３から回出する部位１０３ａの近傍で無端ベルト１０４を高温側プーリ１０３に引き付ける作用により、滑りを抑制することができる。
【００３６】
また本実施形態では、一対のプーリ１０２，１０３のうち一方である高温側プーリ１０３の近傍に温水槽１０５（熱付与手段）が配置され、他方である低温側プーリ１０２の近傍に永久磁石１０７（磁力付与手段）が配置される。従って、無端ベルトが高温にされて磁性が強まった状態で低温側プーリ１０２に回入するため、無端ベルト１０４の滑りを好適に抑制することができる。
【００３７】
また本実施形態では、永久磁石１０７を低温側プーリ１０２の周面に沿って配置し、且つ低温側プーリ１０２の周面の内側に環状に配置したので、磁力付与手段の設置スペースを抑制できる。
【００３８】
さらに、第２実施形態における永久磁石１０７に代えて、もしくはこれに加えて、無端ベルト１０４の走行経路に沿うその内側であって、高温部分１０４ｈに隣接する固定位置に、永久磁石１１７（図５参照）を配置してもよい。この場合には永久磁石１１７の吸引力によりプーリ１０２への巻きかけ角を大きくすることができ、無端ベルト１０４の滑りを好適に抑制することができる。
【００３９】
また、図１０及び図１１に示される変形例の熱磁気エンジン１２１のように、低温側プーリ１０２の内部に内部鉄心１２７を設けると共に、低温側プーリ１０２の外周面に沿って無端ベルト１０４の軌道を覆うように、永久磁石１２８及び外部鉄心１２９からなる磁路形成器１３０を配置してもよい。この場合には、永久磁石１２８・外部鉄心１２９及び内部鉄心１２７を通じる磁路の形成が促進されるため、無端ベルト１０４に対して更に好適に磁力を付与することができる。
【００４０】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１２に示される第３実施形態の熱磁気エンジン２０１は、プーリ２０２と、当該のプーリ２０２に巻回された無端ベルト２０４と、無端ベルト２０４に対し作用可能に配置された温水槽２０５を備えている。
【００４１】
無端ベルト２０４は、上述した第１実施形態における無端ベルト４と同様の形状記憶材料を含み、且つ波状又はジグザグに屈曲された構造を有するが、多数の錘２０４ａが固定されている点でこれと異なる。無端ベルト２０４は、変形温度（例えば３０°Ｃ）より高温の領域においては縮退して錘２０４ａの間隔（ピッチ）が比較的小さい値ｐ１となるように、予め形状記憶されている。変形温度以下の常温においては無端ベルト２０４は伸長し、錘２０４ａのピッチは比較的大きい値ｐ２となる。錘２０４ａのピッチは同一温度において無端ベルト２０４の全体にわたり等間隔である。
【００４２】
プーリ２０２は、その全体が温水槽２０５の水面よりも高い位置に配置されている。プーリ２０２は出力軸２１２に固定されている。プーリ２０２の周面には、錘２０４ａが係合するための多数の凹部２０２ａが形成されており、凹部２０２ａは無端ベルト２０４が伸長した状態のピッチに対応する等角度間隔に配置されている。
【００４３】
温水槽２０５は、例えば車載のラジエータ（不図示）からのエンジン冷却水などの温水が連続的に供給されるように構成されている。温水は供給口２０５ａから温水層２０５に入り、排出口２０５ｂから排出される。温水槽２０５内には、高温側２０５ｈと低温側２０５ｃとを隔てるスペーサ２０５ｄ、及び無端ベルト２０４を案内する２つの筒状のガイド２０５ｅが配置されている。
【００４４】
高温側２０５ｈと低温側２０５ｃとの中間部である温水槽２０５の底部に、無端ベルト２０４がその中を通る螺旋状の冷却パイプ２０６、及び同じく無端ベルト２０４がその中を通る筒状の永久磁石２０７が配置されている。冷却パイプ２０６は、外部から冷水が供給されて無端ベルト２０４を変形温度及び磁性変化温度以下に冷却可能である。永久磁石２０７はその磁界が無端ベルト２０４に作用可能である。
【００４５】
以上の構成において、いま、温水槽２０５の温水からの熱が無端ベルト２０４に作用すると、無端ベルト２０４のうち高温側にある無端ベルト２０４の高温部分の少なくとも一部の温度がその含有する形状記憶材料の変形温度及び磁性変化温度を越えて上昇し、予め記憶された縮退形状に変形すると共に、形状記憶材料の磁気的性質が常磁性（Ｍ相）から強磁性（Ａ相）に変化する。他方、無端ベルト１０４のうちの残余の部分である低温部分の少なくとも一部の温度は、冷却パイプ２０６の冷却によって変形温度及び磁性変化温度を下回って、伸長状態かつ常磁性（Ｍ相）に復帰する。
【００４６】
高温部分の縮退に伴って、錘２０４ａのピッチがｐ２からｐ１に縮小すると、高温側２０５ｈに存在する錘２０４ａの個数が低温側２０５ｃに比して大きくなるため、錘２０４ａの自重によって、プーリ２０２には図中Ｒ方向の回転力が生じる。したがって、熱磁気エンジン２０１は温水の供給が継続している間、図中Ｒ方向に回転することになる。
【００４７】
以上のとおり、第３実施形態では、無端ベルト２０４に含まれる形状記憶材料に、予め記憶された形状への復元力を発生する変形温度と、常磁性から強磁性に変化する磁性変化温度とがほぼ等しい材料を用いたので、上記第１実施形態と同様に、形状記憶特性と熱磁気特性との両者を、加熱及び冷却の温度幅の比較的小さい運転サイクルによって同時に利用することができる。このことはエネルギ効率及び回転速度の向上に寄与しうる。
【００４８】
また本実施形態では、永久磁石２０７（磁力付与手段）は、無端ベルト２０４の走行方向に関して温水槽２０５の高温側２０５ｈ（熱付与手段）に対し無端ベルト１０４の走行方向に隣接して、冷却パイプ２０６とほぼ等しい位置に配置されるので、高温側２０５ｈによる加熱が進行し磁性が強まった状態の無端ベルト２０４の部分に、永久磁石２０７からの磁界が作用する。したがって、磁界による回転力を好適に付与することができる。
【００４９】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１３に示される第４実施形態の熱磁気エンジン３０１は、それぞれ回転可能に支持された第１プーリ３０２及び第２プーリ３０３と、当該一対のプーリ３０２，３０３に巻回された無端ベルト３０４と、無端ベルト３０４に対し作用可能に配置された温水槽３０５とを備えている。
【００５０】
第１プーリ３０２と第２プーリ３０３とは同径であり、且つ軸の高さ位置が互いに等しい。本実施形態では、形状記憶材料を含む無端ベルト３０４及びこれを巻回するプーリ３０２，３０３（半径ｒ０）とは別に、無端の伝達ベルト３２４及びこれを巻回する大径伝達プーリ３２２（半径ｒ１），小径伝達プーリ３２３（半径ｒ２）が用いられる。第１プーリ３０２には大径伝達プーリ３２２が、また第２プーリ３０３には小径伝達プーリ３２３がそれぞれ同軸に固定されている。第１プーリ３０２と第２プーリ３０３の軸受部の摩擦抵抗は互いに等しくされている。
【００５１】
第１プーリ３０２と第２プーリ３０３との下側に位置する無端ベルト３０４の下側直線部分３０４ｈは、温水槽３０５内の温水（不図示）に浸されている。他方、第１プーリ３０２と第２プーリ３０３との上側に位置する無端ベルト３０４の直線部分は、３個のアイドラプーリ４３２によって走行経路が下向きに湾曲され、冷水層３０６内の冷水（不図示）に浸されている。
【００５２】
無端ベルト３０４は、形状記憶材料を含有する。本実施形態で使用される形状記憶材料としては、第１実施形態における無端ベルト４と同様のものを用いるのが好適である。また、無端ベルト３０４の構造は、第２実施形態における無端ベルト１０４と同様とするのが好適である。無端ベルト３０４の上側直線部分の下側、及び下側直線部分の下側には、垂れ下がりを抑制するための支持板３０６，３０８が配置されている。
【００５３】
温水槽３０５は、例えば車載のラジエータ（不図示）からのエンジン冷却水などの温水が連続的に供給されるように構成されている。温水槽３０５の温水の水位はプーリ３０２，３０３の一部、特に無端ベルト３０４がプーリ３０２，３０３から回出する部位が浸されるように設定されている。
【００５４】
第１プーリ３０２の周面の上側を含む無端ベルト３０４の軌道に沿って、永久磁石３０７が配置されている。永久磁石３０７からの磁界は、無端ベルト３０４に対して作用可能となっている。
【００５５】
なお第４実施形態では、軸方向に互いに並列に配置された多数の無端ベルト３０４が用いられており、プーリ３０２，３０３はこれら多数の無端ベルト３０４が巻回されるように多条溝付プーリとなっている。またプーリ３０２，３０３のいずれか一方の軸（不図示）は出力軸とされている。
【００５６】
以上の構成において、いま、温水槽３０５の温水からの熱が無端ベルト３０４に作用すると、無端ベルト３０４のうち温水に浸された下側直線部分３０４ｈ（高温部分）の少なくとも一部の温度がその含有する形状記憶材料の変形温度及び磁性変化温度を越えて、予め記憶された直線形状又は逆ｒ形状に変形すると共に、形状記憶材料の磁気的性質が常磁性（Ｍ相）から強磁性（Ａ相）に変化する。他方、無端ベルト３０４のうちの残余の部分である低温部分の少なくとも一部の温度は、冷却によって変形温度及び磁性変化温度を下回って、軟質かつ常磁性（Ｍ相）に復帰する。
【００５７】
高温部分である下側直線部分３０４ｈの変形に伴う曲げモーメントは、下側直線部分３０４ｈを図中下側に膨出させるように作用し、その際の無端ベルト３０４全体の張力は、直線形状になろうとする無端ベルト３０４の部分がプーリ３０２，３０３の間の直線領域に位置する安定な姿勢に移行する方向に作用する。ここで、大径伝達プーリ３２２の半径ｒ１が、小径伝達プーリ３２３の半径ｒ２よりも大であるため、大径伝達プーリ３２２の抗力が相対的に大となり、無端ベルト３０４には図中Ｒ方向の回転力が生じる。また、高温となる下側直線部分３０４ｈの磁気的性質が強磁性、且つ残余の部分である低温部分が常磁性となるため、永久磁石３０７の吸引力により、無端ベルト３０４には同じく図中Ｒ方向の回転力が生じる。したがって、熱磁気エンジン３０１は温水の供給が継続している間、図中Ｒ方向に回転することになる。
【００５８】
以上のとおり、第４実施形態では、無端ベルト３０４に含まれる形状記憶材料に、予め記憶された形状への復元力を発生する変形温度と、常磁性から強磁性に変化する磁性変化温度とがほぼ等しい材料を用いたので、上記第１実施形態と同様に、形状記憶特性と熱磁気特性との両者を、加熱及び冷却の温度幅の比較的小さい運転サイクルによって同時に利用することができる。このことはエネルギ効率及び回転速度の向上に寄与しうる。
【００５９】
また本実施形態では、永久磁石３０７（磁力付与手段）は、温水槽３０５（熱付与手段）に対し無端ベルト３０４の走行方向に隣接して配置されるので、温水槽３０５による加熱が進行し磁性が強まった状態の無端ベルト３０４の部分に、永久磁石３０７からの磁界が作用する。したがって、磁界による回転力を好適に付与することができる。
【００６０】
なお、上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、形状記憶材料の変形温度及び熱磁気材料の磁性変化温度は互いに同一である場合に限らず、所定の誤差範囲内で一致すればよい。また、磁力付与手段としては永久磁石に代えて電磁石を用いてもよい。また熱付与手段としてはエンジン冷却水以外の熱源、例えばエンジンの排気管やオイルパンからの熱を用いてもよく、そのような変形も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態の熱磁気エンジンの概略構成を示す正面図である。
【図２】第１実施形態の断面を示す側面図である。
【図３】第１実施形態における無端ベルトを示す斜視図である。
【図４】第１実施形態に好適に用いられる材料の熱磁気特性を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の熱磁気エンジンの概略構成を示す正面図である。
【図６】第２実施形態の断面を示す側面図である。
【図７】第２実施形態における無端ベルトの構成例を示す断面図である。
【図８】第２実施形態における無端ベルトの別の構成例を示す断面図である。
【図９】第２実施形態における無端ベルトのまた別の構成例を示す断面図である。
【図１０】第２実施形態の変形例の要部を示す正面図である。
【図１１】第２実施形態の変形例の要部の断面を示す側面図である。
【図１２】第３実施形態の熱磁気エンジンの概略構成を示す正面図である。
【図１３】第４実施形態の熱磁気エンジンの概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１,１０１，１２１，２０１，３０１      熱磁気エンジン
２，１０２      低温側プーリ
３，１０３      高温側プーリ
４，１０４，２０４，３０４      無端ベルト
５      温水供給器
６      冷水供給器
７,１０７，１１７，１２８，２０７，３０７      永久磁石
１４，１１４，２１２      出力軸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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