(57)【要約】電磁アクチュエータ（１０）は、被駆動部材（２０）と、磁歪要素（２４、２６、２８）とを備え、磁歪要素はその内部に選択的に磁束をかけることにより作動または非作動としてその寸法を変化させる。被駆動部材（２０）は、適合した要素（２４、２６、２８）が、制御された方法で作動および非作動にされた際に、選択された方向に移動する。
2008532470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材に対して移動可能な第２部材と、
を備えた電磁アクチュエータであって、
前記第２部材は、磁歪材料製の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、
前記要素は、前記中央要素が前記第１端部要素と第２端部要素の間に位置するように互いに直列に配置され、
前記第２部材は、
前記第１端部要素および第２端部要素と前記第１部材との係合を強制する係合強制手段と、
前記第１端部要素および第２端部要素のそれぞれにそれらと前記第１部材との強制的係合を選択的、協働的に解放させ、一方、前記中央要素を長手方向に制御可能に膨張、収縮させ、これにより、前記第１部材の前記第２部材に対する移動を引き起こすように、制御された方法で、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素を選択的に磁歪作動させる磁歪作動手段と、
をさらに含むことを特徴とする、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記磁歪作動手段が、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素のそれぞれに付随し、前記要素を制御順序に従って磁歪作動させるために磁束を選択的に発生させる電気コイルを備え、これにより前記第２端部要素の位置が、前記中央要素の長手方向における磁歪による寸法変化によって実質的に決定されることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１および第２端部要素と前記第１部材との係合強制手段が、前記３つの要素を通じて長手方向に圧縮力をかけるように適合された予荷重装置と、前記第１および第２端部要素のそれぞれに付随する拘束装置とを備え、これにより前記第１および第２端部要素それぞれの前記第１部材に向かう膨張を発生させ、前記第１および第２端部要素のそれぞれと前記第１部材との係合を引き起こすことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１および第２端部要素それぞれの内部に磁束が発生した際に、前記第１および第２端部要素のそれぞれが、それらと第１部材との強制的係合を解放することを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１部材が終端の無い円の一部から構成され、これにより前記第２部材に対する前記第１部材の連続的な尺取虫式移動を達成することを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
第１部材と、
前記第１部材に対して移動可能な第２部材と、
を備えた電磁アクチュエータであって、
前記第２部材は、互いに直列に配置された磁歪材料製の第１端部要素、中央要素および第２端部要素であって、それらを貫通する前記第１部材を受け入れる通路を少なくとも部分的に画成する第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、
前記中央要素は、その磁歪作動が前記第１端部要素と第２端部要素の間の距離を変化させるように、前記第１端部要素と第２端部要素の間に配置され、
前記第１端部要素および第２端部要素は、それらの半径方向の膨張を拘束するそれぞれの拘束部材をそれらの周囲に有し、
前記第１端部要素および第２端部要素は、前記第１部材に対する締付け動作を作動させるように圧縮力により予荷重を与えられ、
前記締付け動作は、前記第１端部要素および第２端部要素の磁歪作動により解放可能であり、
前記第２部材は、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素を制御順序に従って制御可能に磁歪作動させるように適合された作動装置をさらに含むことを特徴とする、電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素が、磁歪性の第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒であって、それらを軸方向に貫通するように前記通路を画成する第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒から構成され、前記中央中空円筒が、前記圧縮力下において軸方向に移動可能となるように前記第１部材の外寸よりも大きな内寸を有することを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記拘束部材が、前記第１および第２中空円筒それぞれの外周にしっかり嵌合した一対の非磁性金属製拘束リングで構成されることを特徴とする請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１部材が剛体で湾曲していることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１部材が可撓性でかつ非伸縮性のケーブルから構成されることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第２部材が、前記中央要素、第１および第２端部要素を動作可能に支持する基本支持構造を備え、前記第１端部要素が前記基本支持構造に対して実質的に静止していることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第２部材が、前記３つの中空円筒を収容し前記第１部材が貫通できるような端部開口部を有するハウジングを備えることを特徴とする請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記作動装置が、前記ハウジング内部で前記中空円筒それぞれの周囲にあり、前記円筒それぞれの内部に選択的に磁束を発生させる電気コイルから構成されていることを特徴とする請求項１２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
前記第２部材が、磁束を導入するように、前記第１および第２端部中空円筒の外端と、前記中央中空円筒と前記第１および第２端部中空円筒のそれぞれとの間と、に電磁性金属ワッシャを備えることを特徴とする請求項１３記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第２部材が、前記ハウジングの内部でその一方の端部に位置し、前記予荷重を引き起こすバネを備え、前記第２端部中空円筒および前記中央中空円筒を通じて前記圧縮力をかけ、前記第１端部中空円筒をハウジングの他方の端部に押し付け、これにより前記第１および第２端部中空円筒を軸方向に圧縮して前記締付け動作を起こすことを特徴とする請求項１２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
第１部材と第２部材の間で移動を行う方法において、前記第２部材が磁歪材料製の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、これらは前記中央要素が第１端部要素と第２端部要素の間に位置するように互いに直列に配置されており、前記方法が、
（ａ）前記第１および第２端部要素が前記第１部材と係合するように、前記第１および第２端部要素の所定の表面を拘束しつつ前記要素を通じて予荷重圧縮力をかけるステップと、
（ｂ）前記第１および第２端部要素と前記第１部材との非係合とその後の再係合を交互に行うように、前記第１および第２端部要素それぞれの内部に磁束を間欠的に発生させるステップと、
（ｃ）前記中央要素が、前記圧縮力に逆らって膨張しその後前記圧縮力下で収縮することにより、前記第１および第２端部要素の一方が他方に対して往復移動するように、前記中央要素内に磁束を間欠的に発生させるステップと、
（ｄ）前記第１および第２端部要素の前記一方が、前記第１部材に係合し、前記中央要素が膨張した際には磁歪力によって一つの方向に、また前記中央要素が収縮した際には前記予荷重圧縮力によって反対の方向に、第１部材と共に他方に対して移動するように、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）のタイミングを制御するステップと、
を含むことを特徴とする、第１および第２部材間の移動方法。
【請求項１７】
前記第２部材を被駆動部材として使用するために、前記第１部材を静止構造物に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第１部材を被駆動部材として使用するために、前記第２部材を静止構造物に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｄ）が、
（１）前記第１端部要素と前記第１部材との係合を維持しつつ、前記第２端部要素を前記第１部材から非係合にするステップと、
（２）前記第２端部要素が、前記第２端部要素の第１の位置から、前記第１端部要素からさらに遠くに離れた前記第２端部要素の第２の位置に移動するように、前記中央要素を前記予荷重圧縮力に逆らって膨張させるステップと、
（３）前記第２端部要素の前記第２の位置において、前記第１端部要素を前記第１部材から非係合としつつ、前記第２端部要素を前記第１部材に再係合するステップと、
（４）前記第２端部要素が、係合した前記第１部材と共に前記予荷重圧縮力下において前記第２の位置から前記第１の位置に移動するように、前記中央要素を収縮させるステップと、
（５）前記第１端部要素を前記第１部材に再係合させるステップと、
（６）前記第１部材が前記第２部材に対して前記第２端部要素から前記第１端部要素に向かう方向に移動するように（１）から（５）のステップを繰り返すステップと、
によって実行されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｄ）が、
（１）前記第２端部要素と前記第１部材との係合を維持しつつ、前記第１端部要素を前記第１部材から非係合にするステップと、
（２）前記第２端部要素が、係合した第１部材と共に、前記第２端部要素の第１の位置から、前記第１端部要素からさらに遠くに離れた前記第２端部要素の第２の位置に移動するように、前記中央要素を前記予荷重圧縮力に逆らって膨張させるステップと、
（３）前記第２端部要素の前記第２の位置において、前記第１端部要素を前記第１部材と再係合しつつ、前記第２端部要素を前記第１部材から非係合にするステップと、
（４）前記第２端部要素が、前記予荷重圧縮力下において前記第２端部要素の前記第２の位置から前記第２端部要素の前記第１の位置に移動するように、前記中央要素を収縮させるステップと、
（５）前記第２端部要素を前記第１部材に再係合させるステップと、
（６）前記第１部材が前記第２部材に対して前記第１端部要素から前記第２端部要素に向かう方向に移動するように（１）から（５）のステップを繰り返すステップと、
によって実行されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクチュエータに関し、さらに詳しくは電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
尺取虫型の電磁リニアアクチュエータが知られており、それらに共通する方策はアクチュエータ電機子を、圧電式、電磁式または磁歪式電機子変換機を用い微少なステップで直接移動させることである。この様な変換機はナノメートルの増分で電機子を移動させることができ、またこれら変換機は膨張または収縮する材料の剛性を利用するめ、非常に大きな力を発揮することができる。例えば、尺取虫型電磁リニアアクチュエータは米国特許第５，０２７，０２７号（Ｏｒｂａｃｈら）、米国特許第３，９０２，０８５号（Ｂｉｚｚｉｇｏｔｔｉ）および米国特許第３，９０２，０８４号（Ｍａｙ，Ｊｒ．）に開示されている。これ等の先行技術文献に開示されたアクチュエータの性能効率は、それらの構造の制約のため限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電磁アクチュエータ分野には改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は電磁アクチュエータを提供することにある。
【０００５】
本発明の一つの態様によれば、第１部材と、第１部材に対して移動可能な第２部材と、を備えた電磁アクチュエータが提供される。第２部材は、磁歪材料製の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、これらの要素は、中央要素が第１端部要素と第２端部要素の間に位置するように互いに直列に配置されている。第２部材は、第１端部要素および第２端部要素と第１部材との係合を強制する係合強制手段と、第１端部要素および第２端部要素のそれぞれにそれらと第１部材との強制的係合を選択的、協働的に解放させ、一方、中央要素を長手方向に制御可能に膨張、収縮させ、これにより、第１部材の第２部材に対する移動を引き起こすように、制御された方法で、第１端部要素、中央要素および第２端部要素を選択的に磁歪作動させる磁歪作動手段と、をさらに含む。
【０００６】
本発明のもう一つの態様によれば、第１部材と、第１部材に対して移動可能な第２部材と、を備えた電磁アクチュエータが提供される。第２部材は、互いに直列に配置された磁歪材料製の第１端部要素、中央要素および第２端部要素であって、それらを貫通する第１部材を受け入れる通路を少なくとも部分的に画成する第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含む。中央要素は、その磁歪作動が第１端部要素と第２端部要素の間の距離を変化させるように、第１端部要素と第２端部要素の間に配置される。第１端部要素および第２端部要素は、それらの半径方向の膨張を拘束するそれぞれの拘束部材をそれらの周囲に有している。第１端部要素および第２端部要素は、第１部材に対する締付け動作を作動させるように予荷重を与えられ、この締付け動作は、第１端部要素および第２端部要素の磁歪作動により解放可能である。第２部材は、第１端部要素、中央要素および第２端部要素を制御順序に従って制御可能に磁歪作動させるように適合された作動装置をさらに含む。
【０００７】
本発明のさらにもう一つの態様によれば、第１部材と第２部材の間で移動を行う方法において、第２部材が磁歪材料製の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、これらは中央要素が第１端部要素と第２端部要素の間に位置するように互いに直列に配置されており、この方法は、（ａ）第１および第２端部要素が第１部材と係合するように、第１および第２端部要素の所定の表面を拘束しつつこれらの要素を通じて予荷重圧縮力をかけるステップと、（ｂ）第１および第２端部要素と第１部材との非係合、係合を交互に行うように、第１および第２端部要素それぞれの内部に磁束を間欠的に発生させるステップと、（ｃ）中央要素が、圧縮力に逆らって膨張しその後圧縮力下で収縮することにより、第１および第２端部要素の一方が他方に対して往復移動するように、中央要素内に磁束を間欠的に発生させるステップと、（ｄ）第１および第２端部要素の上記一方が、第１部材に係合し、中央要素が膨張した際には磁歪力によって一つの方向に、また中央要素が収縮した際には予荷重圧縮力によって反対の方向に、第１部材と共に他に対して移動するように、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）のタイミングを制御するステップと、を含む。
【０００８】
本発明の電磁アクチュエータは、動作制御の容易さに加え、非常に高い力の容量を有する点に利点がある。本装置の実施形態におけるリニアアクチュエータのストローク長は、被駆動部材の長さによってのみ制約される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、以下に示す発明の記述を参照することにより、より良く理解されるであろう。
【００１０】
以下、添付図面を参照する。
【００１１】
図１を参照すると、本発明の一実施例による電磁リニアアクチュエータは、全体が参照符号１０で示されており、基本構造を含み、この基本構造は好ましくは、２つの対向する端壁１６、１８間で軸方向に伸びる円筒壁１４を有するハウジング１２である。対向する端壁１６、１８のそれぞれは、細長い被駆動部材を受け入れる中央開口部（表示せず）をその中に画成し、この細長い被駆動部材は好ましくは、その内部を貫通する非磁性の鋼製ロッド２０であり、このロッド２０がハウジング１４に対しいずれの方向にも軸方向に移動可能となっている。ロッド２０は必ずしも剛体の鋼製ロッドである必要はなく、可撓性でかつ非伸縮性のケーブルの一部分でも、他の種類のものでも構わないが、この点については以下に詳述する。
【００１２】
駆動アッセンブリ２２はハウジング１２内部に動作可能に支持されており、磁歪材料製の中央要素、第１および第２端部要素、好ましくは中央中空円筒２４、第１および第２端部中空円筒２６、２８を含む。磁歪材料は、非常に大きな磁歪変形を有する化合物Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄであることが好ましい。プレストレスを受けた条件下において、磁歪材料に磁場をかけると大きな正の磁歪変形、すなわち材料の膨張変形が発生する。
【００１３】
第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒２６、２４、２８は直列に配置されており、各円筒はその内部を貫通するロッド２０を受け入れる内部通路（表示せず）を画成する。ワッシャ３０、３２、３４、３６が、第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれの外端、第１端部中空円筒２６と中央中空円筒２４の間、および中央中空円筒２４と第２端部中空円筒の間にそれぞれ設けられる。ワッシャ３０、３２、３４、３６は磁束を導く磁束透過性材料、好ましくは電磁鋼でできている。ハウジング１２内部には、磁束透過性材料、好ましくは電磁鋼でできた円筒３８があり、この円筒３８がその中にワッシャ３０〜３６と中空円筒２４〜２８を収容している。ワッシャ３０〜３６は、それらがロッド２０に対して軸方向に移動することができる内径と、ワッシャ３０〜３６が鋼製円筒３６と接触を保ちつつ鋼製円筒３８に対して軸方向に移動することができる外径を有しており、これにより第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒２６、２４、２８のそれぞれに、閉鎖された磁束導入回路を形成している。
【００１４】
第１および第２端部中空円筒２６、２８には拘束リング４０、４２が設けられており、これら拘束リングは第１および第２端部中空円筒２６、２８の外周にしっかり嵌合して、これら中空円筒の半径方向の膨張を拘束している。拘束リング４０、４２は非磁性金属、好ましくはチタンで作られている。
【００１５】
第１および第２励磁コイル４４、４６および主伸長コイル４８などの電磁回路が、鋼製円筒３８の内部で、第１および第２端部円筒２６、２８および中央中空円筒２４の周囲にそれぞれ設けられ、各円筒２６、２４、２８内部に磁束を発生させる。
【００１６】
例えば皿板バネ５０などの軸方向圧縮力をかける手段がワッシャ３６とハウジング１２の端壁１８との間に設けられており、駆動アッセンブリ２２全体をハウジング１２の端壁１６の方向に押し付け、これにより各円筒２６、２４、２８を通じて軸方向圧縮力をかけている。この軸方向圧縮力下において、中央中空円筒２４は内側および外側の両方向に向かって半径方向に膨張する。中央中空円筒２４の内部通路は、軸方向圧縮力によって生じる半径方向に膨張する条件下において、中央中空円筒２４がロッド２０対して軸方向に移動可能な特徴を維持するような直径を有している。第１および第２端部中空円筒２６、２８に軸方向圧縮力がかかった際、それらの半径方向外側に向う膨張は拘束リング４０、４２によってそれぞれ抑えられ、第１および第２端部中空円筒２６、２８が半径方向内側にのみ膨張するため、それらの内部通路の直径が減少する。第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれの内部通路は、バネ５０によって軸方向圧縮力がかけられた際、ロッド２０と第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれとの間に締付け動作が起こるよう適宜大きさが決められており、これにより、ロッド２０と第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれとの間における軸方向の相対的な移動が妨げられている。各コイル４４、４６に電流が流れると、各中空円筒２６、２８のＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ内に磁束が形成され、それらはバネ５０によってかけられた軸方向圧縮力に逆らい強制的に軸方向に膨張する。これに伴い各中空円筒２６、２８の直径の変化も起こり、それにより第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれの間の締付け動作が解放され、ロッド２０と第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれとの間における軸方向の相対的な移動が可能になる。
【００１７】
バネ５０によってかけられた軸方向圧縮力下において、第１端部中空円筒２６はハウジング１２の端壁１６により拘束されており、一方、第２端部中空円筒２８の第１端部中空円筒２６およびハウジング１２に対する軸方向の位置は可変である旨、留意されるべきである。第１および第２端部中空円筒２６、２８間の距離は、中央中空円筒２４の軸方向の寸法によって決められる。従って、主伸長コイル４８を付勢、消勢することにより、中央中空円筒２４を作動、非作動にすると、中央中空円筒２４はそれぞれ軸方向に膨張、収縮を起こし、第２端部中空円筒２８を往復移動させる。第１および第２端部中空円筒２６、２８のいずれがロッド２０に対する締付け動作を解放するよう作動するかによって、第２端部中空円筒２８はロッド２０を伴って、または伴わずに、移動する。第１および第２励磁コイル４４、４６それぞれおよび主伸長コイル４８の付勢、消勢のタイミングを適宜調節することで、ロッド２０のハウジング１２に対する両方向への尺取虫型移動を達成することができる。コイル４４、４６、４８それぞれの付勢、消勢のタイミングの適宜調節は、各コイル４４、４６、４８に導入される交流電流の周波数および位相を調整する制御装置５２によって行われる。
【００１８】
図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、電磁リニアアクチュエータ１０の動作順序が一例として示される。動作の第１ステップは、第１端部中空円筒２６と中央中空円筒２４の非作動状態を保ちつつ、第２端部中空円筒２８とロッド２０の間の締付け動作を解放するように、この円筒を作動させることである。従って、第１端部中空円筒２６はロッド２０を締付けており、中央中空円筒２４は矢印５４で示される軸方向圧縮力下における軸方向寸法を保っている。この際、第２端部中空円筒２８は軸方向圧縮力５４によって中央中空円筒２４の方向に押し付けられ、図２Ａの線５６に示す第１の位置（始点）に維持される。次のステップで、中央中空円筒２４が作動し軸方向に膨張する。中央円筒２４は第２端部中空円筒２８の方向にのみ膨張し、これを軸方向圧縮力５４に逆らって線５８で示す第２の位置に移動させるが、これは、中央中空円筒２４のもう一方の端部において、ハウジングの端壁１６に接する第１端部中空円筒２６により中央中空円筒２４の軸方向への膨張が拘束されているためである。第２端部中空円筒２８が第１の位置５６から第２の位置５８へ軸方向に移動する間、ロッド２０は移動する第２端部中空円筒２８によってではなく、静止した第１端部中空円筒２６によって締付けられており、このためロッド２０は静止したままである。第２端部中空円筒２８が第２の位置５８に到達すると、第２端部中空円筒２８は非作動となり、これによって図２Ｂに示すようにロッド２０を締付ける。
【００１９】
第１端部円筒２６のロッド２０に対する締付け動作を解放するように第１端部円筒２６が作動されると、中央円筒が非作動にされ、その軸方向寸法が図２Ａに示された長さに収縮する。このように軸方向圧縮力５４は第２端部中空円筒２８を図２Ｃに示される第１の位置５６に押し戻す。第２端部中空円筒２８が第２の位置５８から第１の位置５６へ軸方向に移動する間、ロッド２０と移動中の第２端部中空円筒２８の間の締付け動作のため、ロッド２０は第２端部中空円筒２８と共に、図２Ｃの矢印６０で示される左方向に移動する。その結果、被駆動部材としてのロッド２０は６０で示される方向への尺取虫動作の第１ステップを完了する。
【００２０】
ロッド２０を締付けるように第１端部中空円筒２６が非作動にされ、その後、図２Ａに示すように第２端部中空円筒２８が作動され、そのロッド２０に対する締付け動作を解放する。以降、矢印６０で示される方向へ尺取虫型動作によりロッド２０が連続的に移動するように制御された方法で、上記のステップが繰り返される。
【００２１】
この動作モードにおいて、ロッドは図１のバネ５０によってかけられる軸方向圧縮力５４によって移動される旨、留意されるべきである。適用される皿板バネ５０は、ロッド２０によってもたらされる軸方向荷重に打ち勝つように、最大数千ＰＳＩにおよぶ強力な圧縮力を及ぼす。
【００２２】
図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、電磁リニアアクチュエータ１０のもう一つの動作モードにおける動作順序が示される。図３Ａ〜図３Ｃの動作ステップは、図２Ａ〜図２Ｃに示す動作ステップと同様で、第１端部、中央および第２端部中空円筒２６、２４、２８それぞれを選択的に作動および非作動にすることで、中央中空円筒２４が、それにかけられた軸方向圧縮力５４と協働して第２端部中空円筒を往復移動させ、その一方、第１および第２円筒２６、２８それぞれは、ロッド２０が第２端部中空円筒２８と共に選択された方向に移動するように協働する。
【００２３】
しかしながら図２Ａ〜図２Ｃに示す動作ステップとは対照的に、中央中空円筒２４を作動してこれを軸方向に膨張させる前に、第１端部円筒２６のロッド２０に対する締付け動作を解放するように第１端部円筒２６が作動し、その間、第２端部中空円筒２８はその非作動状態を保ちつつロッド２０を締付けたままでいる。この締付け状態は、作動された中央中空円筒２４の膨張によって第２端部中空円筒２８が押された際、第２端部中空円筒２８と共に第２端部中空円筒２８の第１の位置５６から第２の位置５８へのロッド２０の移動を引き起こす。ロッド２０のこのような尺取虫動作の方向を図３Ｂ中の矢印６２で示すが、この方向は図２Ｃのロッド２０の尺取虫動作方向と反対である。非作動となった中央円筒２４が収縮し、第２端部中空円筒２８が軸方向圧縮力５４によって第２の位置５８から第１の位置５６に押し戻される際、静止した第１端部中空円筒２６は非作動となりロッド２０を締付け、移動する第２端部中空円筒２８が第２端部中空円筒２８のロッド２０に対する締付け動作を解放するように作動され、このことによってロッド２０のリニアアクチュエータ１０に対する位置が固定されて、ロッド２０は軸方向圧縮力５４による第２端部中空円筒と共に戻ることができなくなる。図３Ａ〜図３Ｃの動作ステップが、被駆動部材としてのロッド２０を６２の方向へ連続的な尺取虫動作で駆動するように繰り返される。この動作モードにおいてロッド２０は、軸方向圧縮力５４に逆らった中央中空円筒２４の磁歪力によって移動される。
【００２４】
ハウジング１２に代わってロッド２０が静止構造物に固定されている場合、アクチュエータ１０の動作においてハウジング１２がロッド２０に沿ったいずれの方向にも移動するようにできる旨、留意されるべきである。
【００２５】
十分な電流が供給されると、磁歪力は、軸方向圧縮力５４の予荷重と、ロッド２０によって軸方向に負荷される荷重とを克服するように、最大８０００ＰＳＩにまで到達することができる。第１および第２端部中空円筒２６、２８のそれぞれもまた、同様な締付け力を達成することができる。本リニアアクチュエータ１０のストローク長はロッド２０の長さによってのみ制限される。それでもなお、ロッド２０の尺取虫動作の各歩みは、中央円筒２４の軸方向における寸法変化によって決められる。ロッド２０の尺取虫動作をより効果的にするためには、中央円筒２４の軸方向寸法を、第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれの軸方向寸法より大幅に大きくすることが好ましい。この点は、その軸方向長さの半分のみが動作中のいずれかの方向への軸方向寸法変化に寄与するように、中央円筒がその中心部で静止構造に固定され、アクチュエータの性能を制限する従来技術に比べ有利な点である。また本発明の電磁リニアアクチュエータ１０は、第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒それぞれを毎秒数千回にわたり作動・非作動させることができるため、ハウジングに対してロッドを非常に細やか、かつ迅速に移動させることもできる。
【００２６】
上記の実施例において鋼製ロッドとして記述された被駆動部材は、鋼製ケーブルなど、可撓性でかつ非伸縮性のいずれの部材にも置き換えることができる旨、留意されるべきである。例えば、被駆動部材は巻上げ機のケーブルであっても良い。さらに別の代替的構成として、必要に応じ、被駆動部材を湾曲あるいは一様な円形にすることもできる。さらに、半径方向内側への絞り動作によって被駆動部材を把持することに制約されるのではなく、代わりに半径方向外側に膨張（好ましくは半径方向内側への移動を拘束）するようにアクチュエータを構成し、外側に位置する被駆動部材と外側方向に係合、そしてこれを把持することも可能である。すなわち、上述した棒状の被駆動部材の代わりに、中空のドラム状被駆動部材が膨張可能な磁歪要素を取り囲むように構成することができることを、当業者は理解するであろう。このような構造において、磁歪要素の把持動作は圧縮力ではなく、むしろ磁束によって作動する。したがって、圧縮力をかける手段および膨張拘束装置は不要となり、これに応じ動作ステップも変化する。
【００２７】
被駆動部材が静止構造物に取付けられている場合、磁歪要素を含む駆動部材を被駆動部材とすることができ、本発明の用途がさらに広範囲に広がることもまた留意されるべきである。
【００２８】
本発明の原理から逸脱することなく、本発明の上述した実施例にさらに改良を加えることは当業者にとって明白である。したがってこれまでの記述は例示を意図し、限定を意図したものではない。本発明はもっぱら添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例による電磁リニアアクチュエータの断面図。
【図２Ａ】図１の実施例における、一つの方向への動作順序を示す概略図。
【図２Ｂ】図１の実施例における、一つの方向への動作順序を示す概略図。
【図２Ｃ】図１の実施例における、一つの方向への動作順序を示す概略図。
【図３Ａ】図１の実施例における、反対の方向への動作順序を示す概略図。
【図３Ｂ】図１の実施例における、反対の方向への動作順序を示す概略図。
【図３Ｃ】図１の実施例における、反対の方向への動作順序を示す概略図。
【図１】
2008532470.tif 000003
【図２Ａ】
2008532470.tif 000004
【図２Ｂ】
2008532470.tif 000005
【図２Ｃ】
2008532470.tif 000006
【図３Ａ】
2008532470.tif 000007
【図３Ｂ】
2008532470.tif 000008
【図３Ｃ】
2008532470.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月3日(2007.1.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材に対して移動可能な第２部材と、
を備えた電磁アクチュエータであって、
前記第２部材は、磁歪性の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、
前記要素は、前記中央要素が前記第１端部要素と第２端部要素の間に位置するように互いに直列に配置され、
前記第２部材は、
前記第１端部要素および第２端部要素とによる前記第１部材との半径方向の係合を選択的に強制する係合強制手段であって、前記第１端部要素および第２端部要素を軸方向に圧縮する圧縮手段と、前記半径方向とは反対の方向への前記第１端部要素および第２端部要素それぞれの半径方向の膨張を拘束する拘束手段と、を含む係合強制手段と、
前記第１端部要素および第２端部要素のそれぞれと前記第１部材との強制的係合を交互に維持、解放し、一方、前記中央要素を長手方向に制御可能に膨張、収縮させ、これにより、前記第１部材の前記第２部材に対する移動を引き起こすように、制御された方法で、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素を磁歪作動させる磁歪作動手段と、
をさらに含むことを特徴とする、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記磁歪作動手段が、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素のそれぞれに付随し、前記要素を制御順序に従って磁歪作動させるために磁束を選択的に発生させる電気コイルを備え、これにより前記第２端部要素の位置が、前記中央要素の長手方向における磁歪による寸法変化によって実質的に決定されることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記圧縮手段が、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素を通じて長手方向に圧縮力をかけるように適合された予荷重装置を備え、前記拘束手段が、前記第１および第２端部要素のそれぞれに付随する拘束装置を備え、これにより前記第１および第２端部要素それぞれの前記第１部材に向かう膨張を発生させ、前記第１および第２端部要素のそれぞれと前記第１部材との係合を引き起こすことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１および第２端部要素それぞれの内部に磁束が発生した際に、前記第１および第２端部要素のそれぞれが、第１部材との強制的係合を解放することを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１部材が円から構成され、これにより前記第２部材に対する前記第１部材の連続的な並進が可能となることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
第１部材と、
前記第１部材に対して移動可能な第２部材と、
を備えた電磁アクチュエータであって、
前記第２部材は、互いに直列に配置された磁歪性の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、
前記第１端部要素および第２端部要素は、第１部材を把持係合するように構成され、
前記中央要素は、前記中央要素の磁歪作動が前記第１端部要素と第２端部要素の間の軸方向の距離を変化させるように、前記第１端部要素と第２端部要素の間に配置され、
前記第２部材は、半径方向への前記第１端部要素および第２端部要素それぞれの半径方向の膨張を拘束する拘束装置を含み、
前記第１端部要素および第２端部要素は、前記第１端部要素および第２端部要素に軸方向の圧縮力をかけるように構成された圧縮装置により予荷重を与えられ、
前記圧縮装置および拘束装置は、前記磁歪性の第１端部要素および第２端部要素を半径方向に変形させて、前記半径方向とは反対の方向へ前記第１部材に対するそれぞれの締付け動作を作動させるように協働し、
前記それぞれの締付け動作は、前記第１端部要素および第２端部要素それぞれの磁歪作動により解放可能であり、
前記第２部材は、前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素を制御順序に従って制御可能にそれぞれ磁歪作動させるように構成された作動装置をさらに含むことを特徴とする、電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素が、磁歪性の第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒であって、それらを軸方向に貫通するように前記通路を画成する第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒から構成され、前記中央中空円筒が、前記圧縮力下において軸方向に移動可能となるように前記第１部材の外寸よりも大きな内寸を有することを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記拘束装置が、前記第１および第２中空円筒それぞれの外周にしっかり嵌合した一対の非磁性金属製拘束リングで構成されることを特徴とする請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１部材が剛体で湾曲していることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１部材が可撓性でかつ非伸縮性であることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第２部材が、前記中央要素、第１および第２端部要素を動作可能に支持する基本支持構造を備え、前記第１端部要素が前記基本支持構造に対して実質的に静止していることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第２部材が、前記３つの中空円筒を収容し前記第１部材が貫通できるような端部開口部を有するハウジングを備えることを特徴とする請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記作動装置が、前記ハウジング内部で前記中空円筒それぞれの周囲にあり、前記円筒それぞれの内部に選択的に磁束を発生させる電気コイルから構成されていることを特徴とする請求項１２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
前記第２部材が、磁束を導入するように、前記第１および第２端部中空円筒の外端と、前記中央中空円筒と前記第１および第２端部中空円筒のそれぞれとの間と、に電磁性金属ワッシャを備えることを特徴とする請求項１３記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第２部材が、前記ハウジングの内部でその一方の端部に位置し、前記予荷重を引き起こすバネを備え、前記第２端部中空円筒および前記中央中空円筒を通じて前記圧縮力をかけ、前記第１端部中空円筒をハウジングの他方の端部に押し付け、これにより前記第１および第２端部中空円筒を軸方向に圧縮して前記締付け動作を起こすことを特徴とする請求項１２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
第１部材と第２部材の間で移動を行う方法において、前記第２部材が、互いに直列に配置された磁歪性の第１端部要素、中央要素および第２端部要素を含み、前記中央要素が第１端部要素と第２端部要素の間に位置しており、前記方法が、
（ａ）前記磁歪性の第１および第２端部要素それぞれの前記第１部材に向かう半径方向の膨張を強制させて前記第１および第２端部要素が前記第１部材と把持係合するように、前記第１部材から離れる半径方向への前記第１および第２端部要素の半径方向の増大を拘束しつつ前記第１端部要素、中央要素および第２端部要素に予荷重圧縮力をかけるステップと、
（ｂ）前記第１および第２端部要素と前記第１部材との非係合とその後の再把持係合を交互に行うように、前記第１および第２端部要素それぞれの内部に磁束を間欠的に循環させるステップと、
（ｃ）前記中央要素が、前記圧縮力に逆らって長手方向に膨張しその後前記圧縮力下で収縮することにより、前記第１および第２端部要素が他方に対して移動するように、前記中央要素内に磁束を間欠的に循環させるステップと、
（ｄ）前記第１および第２端部要素の前記一方が、前記第１部材に係合し、前記中央要素が膨張した際には磁歪力によって一つの方向に、また前記中央要素が収縮した際には前記予荷重圧縮力によって反対の方向に、第１部材と共に前記第１および第２端部要素の他方に対して移動するように、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）のタイミングを制御するステップと、
を含むことを特徴とする、第１および第２部材間の移動方法。
【請求項１７】
前記第２部材を被駆動部材として使用するために、前記第１部材を静止構造物に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第１部材を被駆動部材として使用するために、前記第２部材を静止構造物に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｄ）が、
（１）前記第１端部要素と前記第１部材との係合を維持しつつ、前記第２端部要素を前記第１部材から非係合にするステップと、
（２）前記第２端部要素が、前記第２端部要素の第１の位置から、前記第１端部要素からさらに遠くに離れた前記第２端部要素の第２の位置に移動するように、前記中央要素を前記予荷重圧縮力に逆らって膨張させるステップと、
（３）前記第２端部要素の前記第２の位置において、前記第１端部要素を前記第１部材から非係合としつつ、前記第２端部要素を前記第１部材に再係合するステップと、
（４）前記第２端部要素が、係合した前記第１部材と共に前記予荷重圧縮力下において前記第２の位置から前記第１の位置に移動するように、前記中央要素を収縮させるステップと、
（５）前記第１端部要素を前記第１部材に再係合させるステップと、
（６）前記第１部材が前記第２部材に対して前記第２端部要素から前記第１端部要素に向かう方向に移動するように（１）から（５）のステップを繰り返すステップと、
によって実行されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｄ）が、
（１）前記第２端部要素と前記第１部材との係合を維持しつつ、前記第１端部要素を前記第１部材から非係合にするステップと、
（２）前記第２端部要素が、係合した第１部材と共に、前記第２端部要素の第１の位置から、前記第１端部要素からさらに遠くに離れた前記第２端部要素の第２の位置に移動するように、前記中央要素を前記予荷重圧縮力に逆らって膨張させるステップと、
（３）前記第２端部要素の前記第２の位置において、前記第１端部要素を前記第１部材と再係合しつつ、前記第２端部要素を前記第１部材から非係合にするステップと、
（４）前記第２端部要素が、前記予荷重圧縮力下において前記第２端部要素の前記第２の位置から前記第２端部要素の前記第１の位置に移動するように、前記中央要素を収縮させるステップと、
（５）前記第２端部要素を前記第１部材に再係合させるステップと、
（６）前記第１部材が前記第２部材に対して前記第１端部要素から前記第２端部要素に向かう方向に移動するように（１）から（５）のステップを繰り返すステップと、
によって実行されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒２６、２４、２８は直列に配置されており、各円筒はその内部を貫通するロッド２０を受け入れる内部通路（表示せず）を画成する。ワッシャ３０、３２、３４、３６が、第１および第２端部中空円筒２６、２８それぞれの外端、第１端部中空円筒２６と中央中空円筒２４の間、および中央中空円筒２４と第２端部中空円筒の間にそれぞれ設けられる。ワッシャ３０、３２、３４、３６は磁束を導く磁束透過性材料、好ましくは電磁鋼でできている。ハウジング１２内部には、磁束透過性材料、好ましくは電磁鋼でできた円筒３８があり、この円筒３８がその中にワッシャ３０〜３６と中空円筒２４〜２８を収容している。ワッシャ３０〜３６は、それらがロッド２０に対して軸方向に移動することができる内径と、ワッシャ３０〜３６が鋼製円筒３８と接触を保ちつつ鋼製円筒３８に対して軸方向に移動することができる外径を有しており、これにより第１端部中空円筒、中央中空円筒および第２端部中空円筒２６、２４、２８のそれぞれに、閉鎖された磁束導入回路を形成している。
【国際調査報告】
2008532470.tif 000010
2008532470.tif 000011
2008532470.tif 000012