(57)【要約】  スマート材料デバイスによって駆動されるとともにアクチュエータ、エネルギ捕獲装置、またはセンサとしての使用に適したアクチュエータは、取り囲まれた補償器、ポッティング材料、移動可能な支持部材、２つの機械的ウェブ、および少なくとも１つの駆動アームを有し、適切な電位の印加はスマート材料デバイスの形状を変化させ、したがって機械的ウェブを屈曲させ、駆動アームの動きをもたらすように適合される。エネルギ捕獲デバイスまたはセンサとして、外部の動きは駆動アームに動きをもたらし、したがってスマート材料デバイスに回収可能な電気的エネルギまたは動きを示す電気信号を発生させる。
2013520157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スマート材料デバイス、取り囲まれた補償器、ポッティング材料、移動可能な支持部材、２つの機械的ウェブ、および少なくとも１つの駆動アームを有するアクチュエータ装置であって、
（ａ）前記補償器は第１の取付面を有し、
（ｂ）前記機械的ウェブは、前記補償器に取り付ける手段をさらに有する補償器取付面に取り付けられた第１のコンプライアント部材、および前記移動可能な支持部材に取り付けられた第２のコンプライアント部材を有し、
（ｃ）前記移動可能な支持部材は、前記第１の取付面に対向するとともに前記第１の取付面に実質的に平行である第２の取付面を有し、
（ｄ）前記駆動アームは、１つの前記機械的ウェブに取り付けられた第１の駆動アーム端部および反対側の第２の駆動アーム端部を有し、
（ｅ）前記スマート材料デバイスは、前記補償器内で、前記第１の取付面と前記取付面との間に取り付けられるとともに、前記ポッティング材料によって実質的に取り囲まれ、
電位の印加が、前記スマート材料デバイスを、実質的に前記スマート材料デバイスの角度変位無しに伸張させ、したがって前記移動可能な支持部材を前記第１の取付面から離れる方向に付勢するとともに前記コンプライアント部材を屈曲させ、したがって前記駆動アームを、前記第２の駆動アーム端部の動きが前記スマート材料デバイスの前記伸張より大きい距離に渡るように、動かす、
アクチュエータ装置。
【請求項２】
２つの前記駆動アームを有し、
（ａ）各前記駆動アームの前記第１の駆動アーム端部は１つの前記機械的ウェブに取り付けられ、
（ｂ）前記駆動アームは前記スマート材料デバイスの周りで間隔を開けられ、
（ｃ）前記機械的ウェブは、実質的に前記コンプライアント部材の屈曲によって、前記第２の駆動アーム端部が前記スマート材料デバイスに向かって動くように適合される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
（ａ）前記スマート材料デバイスの中心を通る中心軸は、前記第１の取付面および前記第２の取付面を通って延び、
（ｂ）前記各駆動アームに対して、駆動アーム軸が前記第１の駆動アーム端部および前記第２の駆動アーム端部を通って延び、
（ｃ）前記中心軸と各前記駆動アーム軸との間の角度が５０度以下である、
請求項２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
２つの前記駆動アームを有し、
（ａ）各前記駆動アームの前記第１の駆動アーム端部は１つの前記機械的ウェブに取り付けられ、
（ｂ）前記スマート材料デバイスの中心を通る中心軸は、前記第１の取付面および前記第２の取付面を通って延び、
（ｃ）前記各駆動アームに対して、駆動アーム軸が前記第１の駆動アーム端部および前記第２の駆動アーム端部を通って延び、
（ｄ）前記中心軸と前記駆動アーム軸との間の角度が９０度を超え、
（ｅ）前記機械的ウェブは、実質的に前記コンプライアント部材の屈曲によって前記第２の駆動アーム端部が離れるように適合される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記中心軸と各前記駆動アーム軸との間の角度が少なくとも１３０度であるとともに１８０度以下である、
請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記機械的ウェブの前記補償器取付面は、前記補償器取付面が連続するリングを形成するように接続される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記駆動アームは、前記機械的ウェブに取り外し式に取り付けられ、前記機械的ウェブは前記駆動アームを形成する材料とは異なる材料で形成される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
（ａ）前記補償器は補償器ネジ山を有し、
（ｂ）前記補償器に取り付ける手段は、前記補償器ネジ山に係合するように適合された前記補償器取付面を有し、
前記補償器は、前記補償器を前記補償器取付面に入れることによって、前記補償器取付面に取り付けられ得る、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
（ａ）前記ポッティング材料は少なくとも１つのピンを有し、
（ｂ）前記第２の取付面は、前記ピンを受け入れるように適合された少なくとも１つの受け口を有し、
（ｃ）前記第１の取付面は、前記スマート材料デバイスに実質的なねじり力を伝えることなしに前記補償器が前記スマート材料デバイスの周りを回転することを可能にするように適合されたスラストベアリングを有し、
前記スマート材料デバイスは、前記補償器の前記補償器取付面への締結中に、前記受け口での前記ピンの係合によって、実質的に所定の位置に保持される、
請求項８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
（ａ）前記ポッティング材料は少なくとも１つのピンを有し、
（ｂ）前記第２の取付面は、前記ピンを受け入れるように適合された少なくとも１つの受け口を有し、
（ｃ）前記第１の取付面は、前記スマート材料デバイスと前記補償器との間に、第１のスラストプレートおよび第２のスラストプレートを有し、
（ｄ）前記第１のスラストプレートおよび前記第２のスラストプレートは、前記スマート材料デバイスに実質的なねじり力を伝えることなしに前記補償器が前記スマート材料デバイスの周りを回転することを可能にするように適合され、
前記スマート材料デバイスは、前記補償器の前記補償器取付面への締結中に、前記受け口での前記ピンの係合によって、実質的に所定の位置に保持される、
請求項８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
（ａ）前記ポッティング材料は少なくとも１つのピンを有し、
（ｂ）前記第２の取付面は、前記ピンを受け入れるように適合された少なくとも１つの受け口を有し、
（ｃ）前記第１の取付面は、前記スマート材料デバイスと前記補償器との間に、スラストプレートを有し、
（ｄ）前記補償器は、前記スラストプレートに接するように適合された内側に延びる突起を有し、
（ｅ）前記スラストプレートおよび前記突起は、前記スマート材料デバイスに実質的なねじり力を伝えることなしに前記補償器が前記スマート材料デバイスの周りを回転することを可能にするように適合され、
前記スマート材料デバイスは、前記補償器の前記補償器取付面への締結中に、前記受け口での前記ピンの係合によって、実質的に所定の位置に保持される、
請求項８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの機械的締結具をさらに有し、
（ａ）前記補償器は、前記第１の取付面に近接する閉鎖端部および反対の開放端部を有し、
（ｂ）前記閉鎖端部は、前記機械的締結具を受け入れるように適合された少なくとも１つの孔を有し、
（ｃ）前記補償器に取り付ける手段は、前記機械的締結具を受けるように適合された前記補償器取付面上の少なくとも１つの受け口を有し、
前記補償器は、前記機械的締結具を前記孔を通って前記受け口に挿入することによって、前記補償器取付面に取り付けられ得る、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの機械的締結具をさらに有し、
（ａ）前記補償器は、前記第１の取付面に近接する閉鎖端部および反対の開放端部を有し、
（ｂ）前記補償器は、前記開放端部に近接する少なくとも１つの孔を有し、前記孔は前記機械的締結具を受け入れるように適合され、
（ｃ）前記補償器に取り付ける手段は、前記機械的締結具を受けるように適合された前記補償器取付面上の少なくとも１つの受け口を有し、
前記補償器は、前記機械的締結具を前記孔を通って前記受け口に挿入することによって、前記補償器取付面に取り付けられ得る、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１４】
（ａ）前記補償器は、前記第１の取付面に近接する閉鎖端部および反対の開放端部を有し、
（ｂ）前記補償器に取り付ける手段は、少なくとも１つのピンを有し、
（ｃ）前記補償器は、前記開放端部に近接する少なくとも１つのスロットを有し、前記スロットは前記ピンを受け入れるように適合され、
前記補償器は、前記ピンを前記スロットに掛けることによって前記補償器取付面に取り付けられ得る、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１５】
（ａ）前記補償器は、前記第１の取付面に近接する閉鎖端部および反対の開放端部を有し、
（ｂ）前記補償器は、前記開放端部に隣接するとともに前記補償器取付面の少なくとも１つの面に実質的に平行な接面を有し、
（ｃ）前記補償器に取り付ける手段は、前記接面を前記補償器取付面に接合する、少なくとも１つの溶接部を有し、
前記補償器は、前記補償器を前記補償器取付面に押し付け、前記接面を前記補償器取付面に溶接することによって、前記補償器取付面に取り付けられ得る、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１６】
（ａ）前記補償器および前記補償器取付面は、異なる熱膨張係数を有する材料であり、
（ｂ）前記スマート材料デバイスは、前記第１の取付面と前記第２の取付面との間で所定のレベルの予圧で圧縮され、
（ｃ）前記予圧をかけられたスマート材料デバイスは、第１の熱膨張係数を有し、
（ｄ）前記補償器および前記補償器取付面は、結合されたときに、前記補償器および前記補償器取付面が前記第１の熱膨張係数と実質的に等しい合成された熱膨張件数を有するように、適合される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１７】
前記補償器はさらに予圧ネジを有し、
前記第１の取付面はスラストプレートを有し、
前記予圧ネジは、前記予圧ネジを締めることによって前記スマート材料デバイスの圧縮が増加するとともに前記予圧ネジを緩めることによって前記スマート材料デバイスの圧縮が減少するように、前記スラストプレートに接するように適合される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１８】
前記補償器に取り付けられるとともに少なくとも１つの前記駆動アームに移動可能に取り付けられる少なくとも１つの緩衝装置をさらに有し、
前記緩衝装置は、前記駆動アームと前記補償器との間に柔軟なストッパを有する、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１９】
スマート材料デバイス、取り囲まれた補償器、ポッティング材料、移動可能な支持部材、２つの機械的ウェブ、および少なくとも１つの駆動アームを有するエネルギ捕獲装置であって、
（ａ）前記機械的ウェブは、前記補償器に取り付ける手段をさらに有する補償器取付面に取り付けられた第１のコンプライアント部材、および前記移動可能な支持部材に取り付けられた第２のコンプライアント部材を有し、
（ｂ）前記移動可能な支持部材は、前記第１の取付面に対向するとともに前記第１の取付面に実質的に平行である第２の取付面を有し、
（ｃ）前記駆動アームは、１つの前記機械的ウェブに取り付けられた第１の駆動アーム端部および動きの源に取り付けるように適合された反対側の第２の駆動アーム端部を有し、
（ｄ）前記スマート材料デバイスは、前記補償器内で、前記第１の取付面と前記取付面との間に取り付けられるとともに、前記ポッティング材料によって実質的に取り囲まれ、
実質的に前記動きの源の動きによって、前記駆動アームは前記コンプライアント部材を屈曲させ、したがって、前記移動可能な支持部材を動かし、したがって前記スマート材料デバイスに電気的エネルギを発生させることをもたらす、
エネルギ捕獲装置。
【請求項２０】
スマート材料デバイス、取り囲まれた補償器、ポッティング材料、移動可能な支持部材、２つの機械的ウェブ、および少なくとも１つの駆動アームを有するセンサであって、
（ａ）前記補償器は第１の取付面を有し、
（ｂ）前記機械的ウェブは、前記補償器に取り付ける手段をさらに有する補償器取付面に取り付けられた第１のコンプライアント部材、および前記移動可能な支持部材に取り付けられた第２のコンプライアント部材を有し、
（ｃ）前記移動可能な支持部材は、前記第１の取付面に対向するとともに前記第１の取付面に実質的に平行である第２の取付面を有し、
（ｄ）前記駆動アームは、１つの前記機械的ウェブに取り付けられた第１の駆動アーム端部および動きの源に取り付けるように適合された反対側の第２の駆動アーム端部を有し、
（ｅ）前記スマート材料デバイスは、前記第１の取付面と前記取付面との間に取り付けられるとともに、前記ポッティング材料によって実質的に取り囲まれ、
実質的に前記動きの源の動きによって、前記第１および第２のコンプライアント部材は屈曲し、したがって、前記移動可能な支持部材を動かし、したがって、前記スマート材料デバイスに前記動きの源の前記動きの程度を示す電気信号を発生させることをもたらす、
センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は参照によって本明細書に援用される米国特許仮出願第６１／３０５，３４５号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、２つまでの駆動アームおよび取り囲まれた補償器を有するアクチュエータに関し、このアクチュエータはピエゾまたは他のスマート材料デバイスによって駆動される。本発明によるアクチュエータは、アクチュエータ、エネルギ捕獲デバイス、またはセンサとしての使用に適し得る。
【背景技術】
【０００３】
スマート材料アクチュエータは技術分野において知られている。しかし、このようなアクチュエータは典型的には、ピエゾまたは他のスマート材料デバイスを囲む開いた補償器を有する。開いた補償器は、組立の容易さのために、望ましいと考えられてきた。しかし、このような構造の重大な欠点は、ピエゾまたは他のスマート材料デバイスが露出されたままになることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような欠点を、ピエゾまたは他のスマート材料デバイスが保護されたままであるとともに、組立が容易なままである２つまでのアームを持つアクチュエータを提供することによって克服する。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、高周波数で動作可能なアクチュエータ装置を提供することである。既知のスマート材料アクチュエータは、非常に後周波数の繰返される作動と停止で作動されるとき、動かなくなりやすい。このような故障の１つの理由は、高速動作中、特に共振周波数で動作するとき、駆動アームが過度に伸びる傾向があるということである。しかし、本発明のアクチュエータの特定の実施形態は、このような欠点を、駆動アームの重量を低減することおよび高速動作を妨げること無しにこのような過伸展を防ぐように適合された緩衝装置を提供することの両方によって克服するように設計される。その結果は非常に高周波数で作動することができるアクチュエータである。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、様々な角度で駆動アームで操作されることができるスマート材料アクチュエータを提供することである。変化する角度での駆動アームの使用を可能にすることは、アーム角度が異なる用途によって与えられる物理的な制約に適合するように選択され得るので、より高い柔軟性を可能にする。同時に、アーム角度の特定の範囲は、アクチュエータの動作出力に関して他のものより効率的な動作をもたらすことが開示される。したがって、複数のアーム角度で使用することができるアクチュエータ装置を提供することによって、アーム角度を調整することによって効率を最適化することが可能になる。
【０００７】
加えて、本発明は、共通部品が幾つかの形態のアクチュエータを組み立てるために利用され得るように、適合される。これは、共通部品が大量に製造され、したがって異なる用途に適合される広範囲の構成に組立てられ得るので、製造における柔軟性および効率を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、スマート材料デバイス、取り囲まれた補償器、ポッティング（ｐｏｔｔｉｎｇ）材料、移動可能な支持部材、２つの機械的ウェブ（ｗｅｂ）、および少なくとも１つの駆動アームを有するアクチュエータ装置を提供する。機械的ウェブは、取付手段によって補償器を受けるように適合された補償器取付面に取り付けられた第１のコンプライアント（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）部材を有する。機械的ウェブはさらに、移動可能な支持部材に取り付けられた第２のコンプライアント部材を有する。補償器は内面と一体または内面と接続する第１の取付面を有し、スマート材料デバイスは、補償器内に、少なくとも部分的にポッティング材料によって取り囲まれ、第１の取付面と移動可能な支持部材と一体または接続する第２の取付面との間に取り付けられる。第２の取付面は、作動中のスマート材料デバイスの角度偏向を減らすまたは排除するように、第１の取付面に対向するとともに第１の取付面に実質的に平行である。
【０００９】
２つまでの駆動アームは、１つの機械的ウェブに取り付けられる第１の駆動アーム端部および反対側の第２の駆動アーム端部を有する。電位の印加は、スマート材料デバイスを実質的に角度変位無しに伸張させる。この伸張は、移動可能な支持部材を第１の取付面から離れる方向に付勢するとともにコンプライアント部材を屈曲させ、したがって駆動アームを動かす。この運動は、第２の駆動アーム端部の動きがスマート材料デバイスの伸張より大きい距離に渡るようなものである。このようにして、機械的なウェブおよび駆動アームは、スマート材料デバイスの伸張の機械的な増幅器として働く。
【００１０】
本発明の実施形態は、駆動アームの動きがスマート材料デバイスを圧縮および解放し、したがって電流を発生させるエネルギ捕獲デバイスとして動作するように適合され得る。他の実施形態は、アームの動きによって生成される信号がアームの動きを検出するセンサとして使用されるように適合され得る。
【００１１】
本発明の他の目的および特徴は、本発明の装置の特定の好適な実施形態を示した、添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、補償器およびねじ式補償器アタッチメント内でスマート材料デバイスに対して０度の角度で形成された２つの駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示された実施形態の側部断面図である。
【図３】図３は、図１に示された実施形態の分解斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１−３に示された実施形態の機械的ウェブ、補償器取付面、および移動可能な支持部材の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２の取付面を示す、図１−３に示された実施形態の機械的ウェブ、補償器取付面、および移動可能な支持部材の第２の斜視図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１−３に示された実施形態での使用にも適した機械的ウェブ、補償器取付面、および移動可能な支持部材の代替実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２の取付面を示す、図５Ａに示された機械的ウェブ、補償器取付面、および移動可能な支持部材の第２の斜視図である。
【図６】図６は、補償器内でスマート材料デバイスに対して０度の角度で形成された２つの駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の斜視図であって、補償器は補償器取付表面に補償器の解放端部を通って挿入されるピンの形態の機械的締結具を用いて取り付けられる。
【図７】図７は、図６に示された実施形態の側部断面図である。
【図８】図８は、補償器内でスマート材料デバイスに対して０度の角度で形成された２つの駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の斜視図であって、補償器は補償器取付表面に補償器の閉鎖端部を通って挿入されるボルトの形態の機械的締結具を用いて取り付けられる。
【図９】図９は、図８に示された実施形態の側部断面図である。
【図１０】図１０は、補償器内でスマート材料デバイスに対して０度の角度で形成された２つの駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の斜視図であって、補償器は補償器取付表面に溶接を用いて取り付けられる。
【図１１】図１１は、図１０に示された実施形態の側部断面図である。
【図１２】図１２は、補償器内でスマート材料デバイスに対して０度の角度で形成された２つの駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の斜視図であって、補償器は補償器取付表面に補償器のスロットに掛かるように適合されたピンを用いて取り付けられる。
【図１３】図１３は、図１２に示された実施形態の側部断面図である。
【図１４】図１４は、予圧装置を含まず、回転無しの組立に適している本発明のアクチュエータでの使用に適した補償器の実施形態の詳細な側部断面図である。
【図１５】図１５は、予圧装置を含まず、第１の取付面の一部としてのスラストベアリングの取り込みによって回転を伴った組立に適している本発明のアクチュエータでの使用に適した補償器の実施形態の詳細な側部断面図である。
【図１６】図１６は、予圧装置を含まず、組立中に回転するように適合されたスラストプレートに係合するように適合された補償器の内部の延長部の取り込みによって回転を伴った組立に適している本発明のアクチュエータでの使用に適した補償器の実施形態の詳細な側部断面図である。
【図１７】図１７は、予圧装置を含まず、第２のスラストプレートと係合するように適合された円錐形の第１のスラストプレートの取り込みによって回転を伴った組立に適している本発明のアクチュエータでの使用に適した補償器の実施形態の詳細な側部断面図であり、第２のスラストプレートは同様に組立中に第１のスラストプレート上で回転するように適合される。
【図１８】図１８は、補償器内でスマート材料デバイスに対して０度の角度で形成された２つの取り外し式に取り付け可能な駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の詳細な側面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示された２つの取り外し式に取り付け可能な駆動アームを有するが、補償器内でスマート材料デバイスに対して１８０度の角度で形成された本発明のアクチュエータの実施形態の詳細な側面図である。
【図２０】図２０は、補償器内でスマート材料デバイスに対して約４５度の角度で形成された２つの取り外し式に取り付け可能な駆動アームを有する本発明のアクチュエータの実施形態の詳細な側面図である。
【図２１】図２１は、図２０に示された２つの取り外し式に取り付け可能な駆動アームを有するが、補償器内でスマート材料デバイスに対して１３５度の角度で形成された本発明のアクチュエータの実施形態の詳細な側面図である。
【図２２】図２２は、補償器内でスマート材料デバイスに対して約４５度の角度で形成された２つの取り外し式に取り付け可能な駆動アームを有し、各駆動アームが高速作動を支援するように適合された緩衝装置を有する、本発明のアクチュエータの実施形態の詳細な側面図である。
【図２３】図２３は、エネルギ捕獲装置またはセンサとして作動するように適合された本発明のアクチュエータの実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下は添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を記載するが、この記載は本発明の原理の単なる実例としてみなされ、限定的であるとみなされないことが理解されるべきであり、全て本発明の範囲内にある、多数の他の変形形態は、この詳細な説明内の開示に照らして他者が容易に想到するであろう。
【００１４】
本出願では、本発明の様々な実施形態が、（動きが電位の印加によって生成される）アクチュエータとして、（動きが電気的なエネルギに変換される）エネルギ捕獲装置として、或いは（駆動アームまたは補償器の位置の変化がこのような変化を示す電気的な信号に変換される）センサとして利用され得ることも理解されるであろう。したがって、本出願では、用語「アクチュエータ」は、本発明のスマート材料装置を駆動、エネルギ捕獲、または検知デバイスとしての特定の使用に限定することのない、本発明のスマート材料装置を言う。
【００１５】
説明された実施形態において、異なる実施形態は同じまたは類似の構成部品を有することも留意されたい。同じ構成部品が異なる実施形態においての使用に適する場合、同じ参照番号が使用される。例えば、限定するものではないが、駆動アーム１５０は、１００、３００、４００、５００、および６００を含む実施形態の中で使用され得る共通の構成部品として示されている。したがって、同じ番号が各組立体の図において使用される共通部品を示すために使用される。異なる実施形態における構成部品が類似した構造を有するが、必ずしも共通部品でない場合、最初の１桁が異なり、２桁と３桁が共通な、類似した番号が使用される。例えば、限定するものではないが、駆動アーム１５０および２５０は、本発明の装置の異なる実施形態での使用に適しているが、交換可能な部品である必要がない、類似の構造を持つ駆動アームの例である。さらに、同じ構成部品の変形が使用される場合、同じ構成部品の番号が各変形を示すためにプライムまたはダブルプライムとともに使用される。例えば、限定するものではないが、補償器１２０は、変形１２０（予圧ネジ１２８を持つ）およびそれぞれ予圧ネジ１２８は無いが、異なる端部構造を持つ変形１２０’および１２０’’を有する。最後に、軸がそこを通って延びる２点によって規定される軸を示すために文字がここで使用されることに留意されたい。αおよびβ等の記号は、本出願に記載された様々な実施形態での使用に適切な好ましい角度を示すためにこのような軸の間の角度を示すために使用される。
用語集
本出願では、以下の用語は以下の意味を有し得る。
【００１６】
用語「適合される」は、適切に、大きさを決められる、形成される、構成される、寸法決めされる、方向付けされるおよび配置されることを意味し得る。
【００１７】
用語「スマート材料デバイス」は、電位が印加されたときに伸張する、または力学的な力が加えられたときに電荷を発生させる圧電材料を有するデバイスを意味し得る。スマート材料デバイスは、限定するものではないが、互いに焼成されたセラミック圧電材料の交互層（ＮＥＣを含むサプライヤから入手できるような、いわゆる共焼成多層セラミック圧電素子スタック）から形成されたデバイス、または単結晶圧電材料から切り取られた材料の１つまたは複数の層から形成されたデバイスを含む。前述において、「圧電材料」はまた、時として、その電気的または機械的特性を変化させるために既知の圧電材料をドーピングすることによって作られるいわゆる「スマート材料」も含む。
【００１８】
用語「機械的ウェブ」は、少なくとも２つのコンプライアント部材を有するとともに動きを駆動アームに伝えるように適合された構造を意味し得る。
【００１９】
「アクチュエータ」または「スマート材料デバイス」と合わせて使われたときの用語「駆動」は、スマート材料デバイスに少なくとも１つの機械的ウェブのコンプライアント部材を曲げるのに十分な量伸張させるのに適した電位または電流の印加を意味する。
【００２０】
本出願の他の用語の定義および意味は、以下の説明、図面、および用語が使用される文脈から明らかであろう。
好適な実施形態の説明
図１−３は、少なくとも１つの、そしてこの場合２つの駆動アーム１５０を有する本発明のアクチュエータ組立体１００の実施形態の組み立てられた図および分解図を示す。アクチュエータ組立体１００は、スマート材料デバイス１６０、補償器１２０、ポッティング材料１２２、移動可能な支持部材１３０、２つの機械的ウェブ１４０、および２つの駆動アーム１５０を有する。１つの駆動アーム１５０のみが使用される実施形態も可能であり、その他は好ましくは実質的に同一である。
【００２１】
補償器１２０は、スマート材料デバイス１６０の一方の端部を受けるように適合された第１の取付面１２１を有する。第１の取付面１２１は、例えばくぼみ（図示せず）または突起（図示せず）の形態で、補償器１２０と一体になり得る、または補償器１２０とスマート材料デバイス１６０との間に位置する独立したスラストパッド１２１の形態であり得る。図示された実施形態では、スマート材料デバイス１６０は、両方の端部に導体（図示せず）を有するとみなされる。このようなスマート材料デバイス１６０が利用されるとき、第１の取付面１２１および補償器１２０は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼または不変鋼で作られることができ、したがって補償器１２０がスマート材料デバイス１６０のための電気的接地のための便利な接続ポイントとして作用することを可能にする。
【００２２】
スマート材料デバイス１６０は、圧電または他のスマート材料の積み重ねであり得る、または単一の圧電結晶であり得る。スマート材料デバイス１６０の主な特徴は、適切な電位の印加により、形状が変化する、特に、長さが増大するように伸張することである。使用されるサイズおよび特定のスマート材料は用途に応じて変化し得るが、ＮＥＣ−Ｔｏｋｉｎ（限定するものではないが、部品番号ＡＥ０７０７Ｄ４３Ｈ３３、およびＡＥ０５０５Ｄ４４を含む）、ＥＰＣＯＳ（限定するものではないが、部品番号ＬＮ０４／８５３４、ＬＮ０４／８６７１、ＬＮ０４／８６７２を含む)、Ｃｅｒａｍｔｅｃ、およびＫｙｏｃｅｒａを含む製造者からのスマート材料デバイスが本発明のアクチュエータの実施形態に適している。
【００２３】
スマート材料デバイス１６０は、第１の取付面１２１と移動可能な支持部材１３０との間に配置される。この移動可能な支持部材１３０は、第２の取付面１３１を有する。移動可能な支持部材１３０は、限定するものではないが、ステンレス鋼、鋼、アルミニウム、チタン、セラミクスまたは炭素繊維を含む様々な材料から作られ得る。導電材料が使用される場合、スマート材料デバイス１６０と移動可能な支持部材１３０との間に電極１６１および第１の絶縁体１６２を含むことが望ましい。電極１６１は、電極１６１が移動可能な支持部材１３０を貫通する所にさらなる絶縁を提供する第２の絶縁体１６３とともに、図示されたように、移動可能な支持部材１３０を好都合に貫通し得る。スマート材料デバイス１６０が電位の印加に応じて伸張するとともに収縮するので、第１の絶縁体１６２は、好都合には様々なものが当業者に知られているセラミック材料であり得る、剛体材料で作られることが望ましい。このように、スマート材料デバイス１６０の伸張および収縮は、第１の絶縁体１６２の圧縮および伸張に起因する損失がより少ない状態で移動可能な支持部材１３０により完全に伝えられる。移動可能な支持部材１３０はスマート材料デバイス１６０の伸張および収縮に基づいて動き得るので、厳しい精度が電極１６１と移動可能な支持部材１３０との間に用いられる場合、第２の絶縁体１６３は、移動可能な支持部材１３０が移動するときに摩擦および熱を低減するテフロン等の低摩擦材料を有し、同時に依然として電気的な絶縁を提供する。
【００２４】
前述のものは、陽および陰電極の１つの可能な配置のみを記載したものであり、多くの他の配置がスマート材料デバイス１６０の端子の位置に応じて可能であるとともに、限定するものではないが、グランドとして機能し得る一方、移動可能な支持部材１３０が電極１６１または絶縁体１６２、１６３の利点なしに陽極端子として機能するように、補償器１２０を絶縁すること、あるいは単に、スマート材料デバイス１６０の側部端子（図示せず）の間に、補償器１２０または移動可能な支持部材１３０を通って端子に通り抜ける、配線接続を提供することを含むことが当業者によって理解されるであろう。
【００２５】
上述のように、移動可能な支持部材１３０は第２の取付面１３１を有する。第２の取付面１３１は、第１の取付面１２１に対向するとともに第１の取付面１２１に実質的に平行である。これは、スマート材料デバイス１６０に著しい角度の力を発生させることなしに、スマート材料デバイス１６０が第１の取付面１２１と第２の取付面１３１との間で圧縮されることを可能にするので、望ましい。スマート材料デバイス１６０の角度運動を防ぐことは、スマート材料デバイス１６０の作動寿命を延ばすのに役立つことが発見されており、面１２１と１３１との間を実質的に平行な配置に保つことは角度偏向を防ぐのに役立ち得る。加えて、スマート材料デバイス１６０を予め圧縮するまたは「予圧する」ことは、スマート材料デバイス１６０、そしてアクチュエータ装置１００の効率を向上させるのに役立つことが発見されている。図２および３に示されるように、このような予圧を与える１つの手段は、貫通予圧ネジ１２８である。この予圧ネジ１２８は、第１の取付面１２１に係合する。予圧ネジ１２８を締めることは予圧を増加させる一方、予圧ネジ１２８を緩めることは予圧を減少させる。スマート材料デバイス１６０に予圧を与える代替手段は以下に説明される。
【００２６】
機械的ウェブ１４０および１４０’は図４Ａ、４Ｂおよび５Ａ、５Ｂにそれぞれ示される。機械的ウェブ１４０、１４０’は、補償器取付面１４４、１４４’に取り付けられた第１のコンプライアント部材１４１、１４１’を有する。補償器取付面１４４、１４４’はさらに、機械的ウェブ１４０、１４０’と補償器１２０を取り付けるための手段１４９、１４９’を有する。図示された実施形態の間の主な違いは、補償器取付面１４４が離れている一方、補償器取付面１４４’が連続リングを形成するように接続されることである。ここで、「リング」は、必ずしも円形の構造を意味するわけではない。その代わりに、好ましくは不規則形状ではない、単に連続的な閉じた構造を意味する。
【００２７】
図１−５Ｂに示された実施形態では、補償器１２０に取り付ける手段は、補償器１２０の適合するネジ山１２９に噛み合うように適合されたネジ山１４９、１４９’として示されている。さらに以下で説明される他の手段も使用され得る。機械的ウェブ１４０、１４０’はまた、駆動アーム１５０を取り外し式に取り付ける手段を好都合に有する。図示されたように、機械的な締結具１５３を受け入れるように適合されたネジ式の受口１５４、１５４’はこのような手段の１つの例である。他の例は、この説明に照らして当業者に明らかであろう。アームの取り外し式の取付を可能にすることは、共通の機械的ウェブ１４０、１４０’が異なるサイズ、長さ、重さおよび構造のアームとともに使用されることを可能にするので、望ましい。
【００２８】
第２のコンプライアント部材１４２、１４２’は、移動可能な支持部材１３０、１３０’に取り付けられる。移動可能な支持部材１３０、１３０’は、上述のように、第１の取付面１２１に対向するとともに第１の取付面１２１に実質的に平行である第２の取付面１３１、１３１’を有する。スマート材料デバイス１６０はしたがって、第１の取付面１２１と第２の取付面１３１、１３１’との間で、補償器１２０内に取り付けられ得る。スマート材料デバイス１６０は好ましくは、ポッティング材料１２２によって実質的に取り囲まれ、この例は当業者に知られている。ポッティング材料１２２はスマート材料デバイス１６０から分離されて示されているが、特定のサプライヤはポッティング材料１２２を含むように「予め埋め込んだ」適切なスマート材料デバイス１６０も提供している。必須ではないが、ポッティング材料１２２は実質的にスマート材料デバイス１６０と補償器１２０との間の空間を実質的に埋めることが好ましい。
【００２９】
さらに以下で述べるように、ある実施形態では、動作中の角度偏向が望ましくないという上述と同じ理由により、スマート材料デバイス１６０のねじれが妨げられることが好ましい。ねじれを妨げるための１つの便利な方法は、少なくとも１つの、好ましくは２つのピン１３５をポッティング材料１２２内に入れることである。第２の取付面１３１、１３１’の受け口１３４、１３４’はその結果組み立て中にピン１３５を受け入れるように適合され、したがって、スマート材料デバイス１６０のねじれまたは回転を妨げる。限定するものではないが、（ｉ）スマート材料デバイス１６０またはポッティング材料１２２と第２の取付面１３１、１３１’との間の接着剤（図示せず）、および（ｉｉ）ポッティング材料１２２と補償器１２０との間の接着剤を含む、ねじれを妨げる他の手段は、この記載に照らして当業者に明らかであろうとともに、使用されることもできる。
【００３０】
駆動アーム１５０は、機械的ウェブ１４０、１４０’に取り付けられる第１の駆動アーム端部１５１、および反対の第２の駆動アーム端部１５２を有する。駆動アーム１５０は、異なるサイズおよび材料のあるいは異なる角度を達成するように適合された（以下にさらに述べられる）駆動アーム１５０が同じ機械的ウェブ１４０、１４０’を用いて使用され得るように、取り外し可能に取り付けられるように適合されることが好ましい。取り外し式の取り付けのために駆動アーム１５０を適合させる１つの方法は、図示されたように受け口１５４、１５４’に係合するように適合された締結具１５３を提供することである。他の取り外し式の取り付け手段は、この記載に照らして当業者に明らかであるとともに使用されることもできる。
【００３１】
機械的ウェブ１４０、１４０’、コンプライアント部材１４１、１４１’、１４２、１４２’、移動可能な支持部材１３０、１３０’および補償器取付面１４４、１４４’は、好ましくは、単一の一体化されたユニットに形成される。適切な材料は、限定するものではないが、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、不変鋼、炭素繊維、および技術分野で知られたセラミクスを含む。
【００３２】
駆動アーム１５０はまた、アクチュエータ組立体１００が使用される用途に応じて、限定するものではないが、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、鋼、炭素繊維、プラスチックまたはセラミクスを含む材料で形成され得る。アクチュエータ組立体１００がより高い駆動および停止周波数を必要とする用途に適用されるとき、炭素繊維およびアルミニウム等の重量のより軽い材料が好ましいことに留意されたい。
【００３３】
作動中、適切な電位の印加は、スマート材料デバイス１６０を実質的に角度運動なしに伸張させ、したがって移動可能な支持部材１３０、１３０’を第１の取付面１２１から離れるように付勢し、そしてコンプライアント部材１４１、１４１’、１４２、１４２’を屈曲させる。駆動アーム１５０はしたがって、第２の駆動アーム端部１５２の動きがスマート材料デバイス１６０の伸張より大きい距離に渡るように動く。このように、アクチュエータ組立体１００は、電気的エネルギを機械的な運動に変換する、従来のアクチュエータとして動作する。さらに以下に述べる他の実施形態では、アクチュエータ組立体１００は、駆動アーム１５０を動きの源（図１−５Ｂには示されていない）に取り付けることによって、エネルギ捕獲器またはセンサとして機能し得る。動きの源（図１−５Ｂには示されていない）は駆動アーム１５０を移動させ、したがって、機械的ウェブ１４０、１４０’のコンプライアント部材１４１、１４１’、１４２、１４２’を屈曲させる。屈曲は、移動可能な支持部材１３０、１３０’がスマート材料デバイス１６０を圧縮または解放することを生じさせ、したがって、動作の程度を決定ために捕捉または使用され得る電気的な信号を発生させる。
【００３４】
図６−１３は、補償器の実施形態を補償器取付面の実施形態に取り付けるための異なる手段を有する本発明のアクチュエータの実施形態を示す。図６−７を参照すると、アクチュエータ組立体３００は、少なくとも１つ、好ましくは２つの機械的締結具３２９をさらに有する。補償器３２０は、取付面１２１に近接する閉鎖端部３１８、および補償器取付面３４４に近接する反対の開放端部３１９を有する。補償器３２０は、少なくとも１つ、好ましくは少なくとも４つの、開放端部３１９に近接する孔３１７を有する。機械的締結具３２９は孔３１７によって受け入れられるように適合される。図示された実施形態では、締結具３２９はピンである。図示されたように、補償器３２０に取り付ける手段は、補償器取付面３４４上に少なくとも１つの、好ましくは２つの受け口３４９を有する。受け口３４９は、機械的締結具３２９を受けるように適合される。このように、補償器３２０は、孔３１７を通って受け口３４９に、機械的締結具３２９を挿入することによって、およびピン３２９の場合は圧入することによって、補償器取付面３４４に取り付けられ得る。単一の機械的締結具３２９のみが望まれる場合、リップ（図示せず）等の別個の手段（図示せず）または他のタイプの締結具（図示せず）が補償器３２０の一方の側を固定するために使用され得る一方、機械的締結具３２９は他方を固定する。機械的ウェブ３４０、コンプライアント部材３４１、３４２、および移動可能な支持部材３３０は、その他の点では、前述の機械的ウェブ１４０、コンプライアント部材１４１、１４２、および移動可能な支持部材１３０と構造および動作が実質的に同一である。
【００３５】
図８−９を参照すると、アクチュエータ組立体４００は、少なくとも１つ、好ましくは２つの機械的締結具４２９をさらに有する。補償器４２０は、取付面１２１に近接する閉鎖端部４１８、および補償器取付面４４４に近接する反対の開放端部４１９を有する。閉鎖端部４１８は、機械的締結具４２９を受けるように適合された、少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの、孔４１７を有する。図示された実施形態では、機械的締結具４２９はボルトであるが、限定されるものではないが、ネジ、リベット、またはピンを含む他の締結具も使用され得る。図示されたように、補償器４２０に取り付ける手段は、補償器取付面４４４上に、少なくとも１つの、好ましくは２つの受け口４４９を有する。受け口４４９は、図示された実施形態の場合ネジ式に、機械的締結具４２９を受けるように適合される。このように、補償器４２０は、孔４１７を通って受け口４４９に機械的締結具４２９を挿入し、ネジ式の締結具の場合、締結によって、補償器取付面４４４に取り付けられ得る。単一の機械的締結具４２９のみが望まれる場合、リップ（図示せず）等の別個の手段（図示せず）または他のタイプの締結具（図示せず）が補償器４２０の一方の側を固定するために使用され得る一方、機械的締結具４２９は他方を固定する。機械的ウェブ４４０、コンプライアント部材４４１、４４２、および移動可能な支持部材４３０は、その他の点では、前述の機械的ウェブ１４０、コンプライアント部材１４１、１４２、および移動可能な支持部材１３０と構造および動作が実質的に同一である。
【００３６】
図１０−１１を参照すると、アクチュエータ組立体５００は補償器５２０を有する。この補償器５２０は、取付面１２１に近接する閉鎖端部５１８、および補償器取付面５４４に近接する反対の開放端部５１９を有する。補償器５２０は、開放端部５１９に隣接するとともに補償器取付面５４４の少なくとも１つの面に実質的に平行な接面５２９を有する。図示されたように、補償器５２０に取り付ける手段は、接面５２９を補償器取付面５４４に接合する、少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つの溶接部５４９を有する。このように、補償器５２０は、補償器５２０を補償器取付面５４４に押し付け、接面５２９を補償器取付面５４４に溶接することによって補償器取付面５４４に取り付けられ得る。単一の溶接部５４９のみが望まれる場合、リップ（図示せず）等の別個の手段（図示せず）または他のタイプの締結具（図示せず）が補償器５２０の一方の側を固定するために使用され得る一方、溶接部５４９は他方を固定する。機械的ウェブ５４０、コンプライアント部材５４１、５４２、および移動可能な支持部材５３０は、その他の点では、前述の機械的ウェブ１４０、コンプライアント部材１４１、１４２、および移動可能な支持部材１３０と構造および動作が実質的に同一である。
【００３７】
図１２−１３を参照すると、アクチュエータ組立体６００は補償器６２０を有する。この補償器６２０は、取付面１２１に近接する閉鎖端部６１８、および補償器取付面６４４に近接する反対の開放端部６１９を有する。開放端部６１９は、少なくとも１つの、好ましくは２つのスロット６２９を有し、補償器取付面６４４は、スロット６２９によって受け止められるように適合された、少なくとも１つの、好ましくは２つのピン６４９を有する。このように、補償器６２０は、ピン６４９をスロット６２９に掛ける（係合させる）ことによって補償器取付面６４４に取り付けられ得る。単一のピン６４９のみが望まれる場合、リップ（図示せず）等の別個の手段（図示せず）または他のタイプの締結具（図示せず）が補償器６２０の一方の側を固定するために使用され得る一方、ピン６４９は他方を固定する。機械的ウェブ６４０、コンプライアント部材６４１、６４２、および移動可能な支持部材６３０は、その他の点では、前述の機械的ウェブ１４０、コンプライアント部材１４１、１４２、および移動可能な支持部材１３０と構造および動作が実質的に同一である。
【００３８】
補償器１２０を補償器取付面１４４に取り付けるほかの手段も使用されることができ、限定するものではないが、補償器１２０上の適合する歯に噛み合うように適合された補償器取付面１４４上のラチェット歯（図示せず）、接着剤（図示せず）、エポキシ材（図示せず）、クランプ（図示せず）、フランジ（図示せず）、および技術分野で知られた様々な他の機械的締結具（図示せず）を含むこの記載に照らして当業者には明らかであろう。
【００３９】
述べられたように、アクチュエータ組立体１００の組み立て中にスマート材料デバイス１６０に予圧することが望ましい。予圧装置またはネジ１２８を介して予圧する１つの方法は既に記載されている。スマート材料デバイス１６０を予圧する代替手段は、補償器１２０が完全に取付られたときに、スマート材料デバイス１６０がさらなる調整なしに所定量予圧されるように、補償器１２０および補償器取付面１４４が適応されることである。このような予圧手段が使用されるとき、予圧装置１２８は必要とされない。したがって、補償器１２０、第１の取付面１２１、および移動可能な支持部材１３０をさらなる調整なしに与圧をかけるように適合することが可能である。
【００４０】
図１４は、このような構成に適した補償器４２０’を適合させる１つの方法を示す。示されたように、スラストプレート１２１は補償器４２０’に当接し、したがって組み立て中に補償器４２０’が固定されたときスマート材料デバイス１６０に必要な圧縮を加える。記載および図８および９の説明から明らかなように、補償器４２０が固定されたとき、ねじることは必要とされない。スマート材料デバイス１６０が実質的なねじり力にさらされることを防ぐことは望ましいので、これは重要である。予圧装置１２８が使われず、取り付けにねじれを必要としない場合、補償器４２０’において示された構成が使用され得る。
【００４１】
例えば、図１−５Ｂに示されたように補償器１２０を取付手段１４９、１４９’に入れる等、組み立て中にねじりが必要な実施形態では、組み立て中のスマート材料デバイス１６０のねじりを避けるほかの方法が採用されることが好ましく、幾つかの例が図１５−１７に示されている。図１５に示されるように、第１の取付面１２１は、実質的なねじり力をスマート材料デバイス１６０に伝えることなしに補償器１２０’が回転することを可能にするように適合されたスラストベアリング１２６を有し得る。このような構成が使用される場合、スマート材料デバイス１６０は、図１−５Ｂに示されるように補償器１２０’の補償器取付面１４４、１４４’への締結中の受け口１３４、１３４’内でのピン１３５の係合によって実質的に所定の位置に保持され得る。
【００４２】
あるいは、図１６に示されたように、補償器１２０”は、第１の取付面１２１、この場合はスラストプレートに接するように適合された内側に延びる突起１２７を有し得る。スラストプレート／第１の取付面１２１および突起１２７は、実質的なねじり力をスマート材料デバイス１６０に伝えることなしに補償器１２０”が回転することを可能にするように適合される。前述の実施形態と同様に、スマート材料デバイス１６０は好ましくは、締結中の受け口１３４、１３４’内でのピン１３５の係合によって実質的に所定の位置に保持される。
【００４３】
補償器１２０’、円錐スラストプレート１２５および第１の取付面／スラストプレート１２１を用いるさらなる代替形態が図１７に示される。図示されたように、第１の取付面／スラストプレート１２１および第２の円錐スラストプレート１２５は、スマート材料デバイス１６０と補償器１２０’との間に配置される。第１のスラストプレート１２１および第２のスラストプレート１２５は、実質的なねじり力をスマート材料デバイス１６０に伝えることなしに補償器１２０’が回転することを可能にするように適合される。スマート材料デバイス１６０は好ましくは、前述と同様に、締結中の受け口１３４内でのピン１３５の係合によって実質的に所定の位置に保持される。
【００４４】
好ましくは、スラストパッド１２１、１２５、スラストベアリング１２６、および補償器４２０’，１２０’および１２０”はそれぞれ導体であり、したがって、補償器４２０’，１２０’および１２０”がスマート材料デバイス１６０に電気的に接続されることを可能にする。そうでなければ、スマート材料デバイス１６０との電気的な接続を形成するほかの手段（図示せず）が使用されることができ、限定するものではないが、スラストパッド１２１、１２５、スラストベアリング１２６を通って延びるように適合された電極１６１と同様の電極（図字せず）を含む、あるいはスマート材料デバイス１６０の側部端子（図示せず）との配線接続を提供する。
【００４５】
駆動アームの角度はまた、異なる実施形態において変更され得る。図１８および１９は、駆動アーム１５０が機械的ウェブ１４０に前方を向く方向および後方を向く方向に取り付けられている実施形態を示す。相対角度を示すために、中心軸Ａは、（補償器１２０内の）スマート材料デバイス１６０の中心を貫通し、第１の取付面１２１（図１８−２１に示されていない）を通るとともに第２の取付面１３１（図１８−２１に示されていない）を通って延びるように示される。示されたように、中心軸Ａは、電極１６１の中心および補償器１２０の中心を通って延びる。各駆動アーム１５０に対して、駆動アーム軸Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが、第１の駆動アーム端部１５１および第２の駆動アーム端部１５２（図１８−２１に示されていない）を通って延びる。したがって、中心軸Ａと駆動アーム軸Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅそれぞれとの間の角度が計測されることができ、ここでは角度αとされ得る。好ましくは、それぞれの角度αは、与えられたアクチュエータ装置の全てのアームに関して実質的に同一であるが、これは厳密には要求されない。したがって、１つのこのような角度αのみが各実施形態に対して示される。示されたように、角度αは図１８において略０度であるとともに図１９において略１８０度である。
【００４６】
図２０および２１に示されたように、駆動アーム２５０は、限定するものではないが、第１の駆動アーム端部２５１を図示されたように適合することによって、様々な角度での取付に適合され得る。図２０に示された実施形態では、角度αは略４５度である。図２１に示されたように、角度αは略１３５度である。
【００４７】
前述から、角度αが９０度より小さいとき、機械的ウェブ１４０は、第２の駆動アーム端部１５２、２５２が実質的にスマート材料デバイス１６０の駆動と同時にスマート材料デバイス１６０および互いに向かって動くように適合されることが理解されるであろう。角度αが９０度より大きいとき、第２の駆動アーム端部１５２、２５２は実質的にスマート材料デバイス１６０の駆動と同時に離れて動く。しかし、特定の角度αが、しばしば駆動アーム１５０、２５０の長さに依存して、スマート材料デバイス１６０によって発生される仕事に関して、他のものよりより効率的に動作し得ることがここに開示されている。特に、０度と５０度との間、および１３０度と１８０度との間の角度αは、一般の構成において最も効率的になりやすい。最適な角度αの決定は、それらが特定の用途およびアクチュエータの構造に基づいて変化するので、実験的に行われ得る。
【００４８】
既に述べたように、本発明によるアクチュエータは、駆動および停止の周波数が高い高速作動に適合され得る。図２２を参照すると、アクチュエータ組立体２００は、補償器２２０に取り付けられるとともに、このような高速作動中に駆動アーム２５０の動作をいずれの方向にも制限するように作用することによって、性能を向上させるように適合された緩衝装置組立体２７０を有する。本出願では、用語緩衝装置組立体は、少なくとも１つの柔軟なストッパを有するとともに駆動アーム１５０または２５０それぞれの動きを制限するように適合された装置を示すように使用される。１つの好適な実施形態が図２２に示され、そこでは、ネジ式締結具２７６が駆動アーム２５０を通って延びるとともに補償器２２０に取り付けられるように適合される。この補償器２２０は好ましくは、ネジ式の受け口（図示せず）を有する。第１のロックナット２７５が作動中の締結具２７６の緩みを防ぐために補償器２２０に好都合にしっかり付けられる。柔軟なストッパ２７１および２７２は、締結具２７６上で駆動アーム２５０のいずれの側にもあるとともに、好都合には、Ｏリング、または第１および第２の柔軟なストッパ２７１および２７２が、好ましくはリンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ）をもたらす急な停止なしに駆動アーム２５０の過度の動きを妨げるように柔軟であるように適合された（限定されるものではないが、ウレタン、プラスチック、ゴム、あるいは様々な合成材料を含む）任意の材料であり得る。第３のロックナット２７３は第２の柔軟なストッパ２７２に配置するように位置決めされることができ、そして第２のロックナット２７４は作動中の第２の柔軟なストッパ２７２の意図しない再位置決めを防ぐように第３のロックナット２７３に対して締められ得る。第１の柔軟なストッパ２７１は、締結具２７６の頭または他の端部によって所定の場所に好都合に保持され得る。
【００４９】
図示された組立体２７０は、本発明のアクチュエータの実施形態への使用に適した緩衝装置の実施形態の１つにすぎないことが理解されるであろう。他の緩衝装置組立体（図示せず）もまた使用されることができ、それぞれ好ましくは、少なくとも１つ、好ましくは２つの柔軟なストッパを含み、それぞれ一方の方向の過度なアームの動きを制限するように適合される。適切な緩衝装置の代替実施形態はこの記載に照らして当業者に明らかであるとともに、本発明は図示された実施形態に限定されるようにみなされるべきではない。
【００５０】
本発明のアクチュエータのさらなる使用は、センサとしてまたはエネルギ捕獲装置としてである。図２３は、このような方法で動作するように適合されたアクチュエータ組立体１００を示す。下方駆動アーム１５０’は、動きの源７９０に取り付けるように適合される。多くのこのような取り付けが可能であるが、図示された実施形態は、機械的締結具７５３が駆動アーム１５０’を通るとともに動きの源７９０に延びる好適な方法を示す。動きの源７９０は、限定するものではないが、ポンプ、電気モータ、振動パイプ、エンジン、または振動するあるいは別の方法で動く任意の他の物体を含む、任意の好都合な振動源または動きの源であり得る。第２の駆動アーム端部１５２’がタブ、フラップ、フィン、または同様の突起(図示せず)を有するように適合される場合、動きの源は、その中に置かれたアクチュエータ組立体１００に対する、流体またはガスの乱れた流れにもなり得る。
【００５１】
このように使用されるときのアクチュエータ組立体１００の効率は、他方の第２の駆動アーム端部１５２’を壁またはブラケットまたは他の支持部等の剛体支持構造７８０に取り付けることによって、時には高められ得る。このように、動きの源７９０の運動は、支持構造７８０の支持によって補助されて、駆動アーム１５０’を互いに圧縮するまたは駆動アーム１５０’を離れて引っ張るように作用する。
【００５２】
アクチュエータ組立体１００がエネルギ捕獲装置として動かされるとき、実質的に動きの源７９０の運動と同時に、下方駆動アーム１５０’は、コンプライアント部材１４１、１４２を屈曲させ、したがって、移動可能な支持部材１３０を動かす。この運動は次に、スマート材料デバイス１６０に電気的エネルギを発生させることをもたらす。この電気的エネルギは次に、限定するものではないが、バッテリ（図示せず）または容量性装置（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）（図示せず）を充電するように適合された回路(図示せず)を含む、任意の好都合な電気的な負荷（図示せず）に捕獲されることができ、したがって、そうでなければ無駄になる機械的エネルギを有用な電気的エネルギに変換する。
【００５３】
アクチュエータ組立体１００がセンサとして動かされるとき、移動可能な支持部材１３０の動きは、スマート材料デバイス１６０に動きの源７９０の動きを示す電気的な信号を発生させる。この記載に照らして当業者に明らかであるように、電気的な信号は次に、動きの程度、並びに、ある場合には、その方向および速度を決定するように、一般に理解されるセンサ回路（図示せず）によって処理され得る。したがって、図２３に示された実施形態はまた、どのようにアクチュエータ組立体１００がセンサとして使用され得るかの例を提供する。この記載に照らして当業者に理解されるように、本発明の可能な検知の用途の範囲は実質的に無制限である。
【００５４】
最後に、本発明のアクチュエータのいずれの実施形態も、温度変化に起因する膨張および収縮を無くすようにさらに最適化され得ることがここに開示される。多くの場合、無負荷のスマート材料デバイス１６０は、低い、或いは負の熱膨張係数を有する。述べられたように、特定の用途において、スマート材料デバイス１６０が所定量の圧縮または予圧にさらされることが望ましい。予圧を与えることは、スマート材料デバイス１６０の熱膨張係数を上げる傾向がある。したがって、スマート材料デバイス１６０は、予圧された状態において第１の熱膨張係数を有するといわれ得る。
【００５５】
補償器１２０、１２０’、１２０”、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０および補償器取付面１４４、３４４、４４４、５４４、６４４はまた、それら自身の熱膨張係数にしたがって、温度変化に応じてそれぞれ膨張および収縮する。組み立てられた補償器／取付面ペアの合成熱膨張係数がスマート材料デバイス１６０の第１の熱膨張係数と異なる場合、温度変化は、駆動アームの駆動された状態および停止したときの両方に対して、駆動アーム１５０、１５０’、２５０の位置を変化させ得る。しかし、組み立てられた補償器／リングペアの合成熱膨張係数がスマート材料デバイス１６０の第１の熱膨張係数とバランスされる場合、駆動アーム１５０、１５０’、２５０は、温度が変化するときに、それらの意図した位置に留まる傾向がある。
【００５６】
この懸念に対処するために、適用可能な実施形態では、アクチュエータ組立体１００、２００、３００、４００、５００、６００、補償器１２０、１２０’、１２０”、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０および補償器取付面１４４、３４４、４４４、５４４、６４４は、異なる熱膨張係数を有する材料から形成され得る。補償器取付面１４４、３４４、４４４、５４４、６４４に適した１つのこのような材料は１７−４ステンレス鋼である一方、補償器１２０、１２０’、１２０”、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０に適した異なる熱膨張係数を有する材料は不変鋼である。補償器１２０、１２０’、１２０”、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０および補償器取付面１４４、３４４、４４４、５４４、６４４が異なる熱膨張係数を有する材料から選択される場合、それらは、結合されたとき、補償器／補償器取付面組立体の合成熱膨張係数が、決定された予圧におけるスマート材料デバイス１６０の第１の熱膨張係数と実質的に等しいように、（例えば、補償器取付面１４４、３４４、４４４、５４４、６４４の長さを増加させるとともに補償器１２０、１２０’、１２０”、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０の長さを減少させることによって）大きさを決められる。このように、温度が変化するとき、補償器／補償器取付面組立体の膨張または収縮は、温度条件に起因しているスマート材料デバイス１６０の膨張または収縮と実質的に一致する。この結果、実質的に不変のアーム位置が保たれるとともに動作効率が高められ得る。
【００５７】
本発明の他の変形形態および実施形態はこの明細書に照らして当業者に明らかであり、これらの全ては特許請求の範囲に記載されるように本発明の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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