(57)【要約】  スマート材料アクチュエータ装置は、スマート材料デバイス、補償器、可動支持部材、２つの機械的ウェブ、２つの作動アーム、及び第２ステージ組立体を有する。電位の印加はスマート材料デバイスを伸張させ、したがって作動アームを動かす。この動きは、弾性片が第２ステージ取付面をスマート材料デバイスに実質的に平行な方向に付勢することをもたらす。オプションの減衰組立体が、高速動作が望まれる場合に追加され得るとともに、オプションのバルブ組立体が、高速作動エアバルブ等、作動バルブが必要な場合に取り付けられ得る。
2014504135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スマート材料デバイス、補償器、可動支持部材、２つの機械的ウェブ、２つの作動アーム、及び第２ステージ組立体を有するアクチュエータ装置であって、
（ａ）前記機械的ウェブは、前記補償器に動作可能に取り付けられた第１の弾性部材及び前記可動支持部材に取り付けられた第２の弾性部材を有し、
（ｂ）前記可動支持部材は第１の取付面を有し、
（ｃ）前記スマート材料デバイスは前記第１の取付面と前記補償器との間に取付けられ、
（ｄ）前記作動アームは、一つの前記機械的ウェブに取り付けられた第１の作動アーム端部及び前記第２ステージ組立体に取付けられた反対側の第２の作動アーム端部を有し、
（ｅ）前記第２ステージ組立体は、前記第２の作動アーム端部１１６に取り付けられた第１の弾性片端部及び第２ステージ取付面に動作可能に接続された第２の弾性片端部を有する、弾性片を有し、
電位の印加が前記スマート材料デバイスを伸張させ、したがって、前記可動支持部材を前記補償器から離れるように付勢するとともに前記第１及び前記第２の弾性部材を曲げさせ、したがって、前記作動アームを動かすとともに前記弾性片が前記第２ステージ取付面を前記スマート材料デバイスに実質的に平行な方向に付勢することをもたらす、
アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記弾性片は、鋼、ばね鋼、カーボンファイバー、グラスファイバー、プラスチック、ステンレス鋼、及びアルミニウムから成るグループから選択され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３】
前記第２ステージ取付面は、カーボンファイバー、鋼、ばね鋼、グラスファイバー、プラスチック、ステンレス鋼、及びアルミニウムから成るグループから選択され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４】
前記補償器に取り付けられるとともに少なくとも１つの前記作動アームに移動可能に取り付けられる少なくとも１つの減衰装置１５０をさらに有し、
前記減衰装置は、前記作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５】
外側フレームをさらに有し、
前記外側フレームは、各前記作動アームのための内側減衰ストッパ及び外側減衰ストッパを有し、
前記外側減衰ストッパは前記作動アームが外側方向に過度に伸張することを防ぐように適合され、前記内側減衰ストッパは前記作動アームが内側方向に過度に伸張することを防ぐように適合される、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記弾性片は、前記第２ステージ取付面と一体である、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記第２の弾性片端部は、前記第２ステージ取付面に取り付けられる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記補償器に取り付けられるバルブ組立体であって、入口、出口、及び前記入口と前記出口との間にあるバルブを有するバルブ組立体、並びに前記バルブ及び前記第２ステージ取付面に動作可能に接続されるバルブステム、をさらに有し、
前記第２ステージ取付面の動作が前記バルブステムに前記バルブを動作させる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記バルブ組立体はエアバルブである、
請求項８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記補償器に取り付けられるとともに各前記作動アームに移動可能に取り付けられる２つの減衰装置をさらに有し、
前記減衰装置は２つの柔軟なストッパを有し、一つの前記柔軟なストッパは前記作動アームと前記補償器との間に配置される、
請求項９に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記第２の作動アーム端部の前記スマート材料デバイスに向かう動きが前記第２ステージ取付面を前記補償器から離れるように付勢するよう、前記弾性片は、前記第２の作動アーム端部から離れるように延びる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記第２の作動アーム端部の前記スマート材料デバイスに向かう動きが前記第２ステージ取付面を前記補償器に向かって付勢するように、前記弾性片が前記補償器に向かって延びる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】
前記作動アームは前記補償器に向かって延びる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１４】
前記作動アームは前記補償器から離れるように延びる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１５】
前記補償器は前記機械的ウェブと一体である、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１６】
前記補償器は前記機械的ウェブに機械的に取り付けられる、
請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年１２月９日出願の米国特許仮出願第６１／４２１，５０４号の利益を主張し、これはその全体が本願に援用される。
【０００２】
本発明は、高速で動作するように適合されるとともに作動アームの内側に向かう又は外側に向かう運動を第２ステージ中心部の直線運動に変換するように適合される第２ステージ組立体を組み込んでいるスマート材料アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
幾つかのスマート材料アクチュエータが技術分野で知られている。しかし、このようなアクチュエータは、所望の共振周波数より低いもの及び反響効果を含んでいるために高速動作に適していない。さらに、従来技術のスマート材料アクチュエータは、直接作動する（スマート材料デバイス自体が作動される構成要素を作動させることを意味する）、又は機械的に増幅される（機械的ウェブ又は他の機械的増幅手段が、スマート材料デバイスの自体の伸張より大きいようにストローク長さを増加させるように利用されることを意味する）。しかし、機械的な増幅が利用された場合、結果として得られる運動は、スマート材料デバイスの伸張の方向と同じ方向ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、機械的に増幅されるスマート材料アクチュエータ装置を提供することによってこれらの問題に対処し、実施形態は非常に高速での動作を可能にし、作動方向はスマート材料の伸張と実質的に平行である。このようなアクチュエータは、限定するものではないが、粒子が通過するときに欠陥のある粒子を検出するように適合されたセンサを持つ通路を材料の流れが通過する選別機を含む、様々な応用に好ましい。エアバルブが次に欠陥のある粒子が通過するときに流れから欠陥のある粒子を排出するように作動される。エアバルブを高速で作動される及び作動を停止されることを可能にすることは、通路を通るより大きいスループットを可能にする。したがって、本発明による、高速の、機械的に増幅されるスマート材料アクチュエータは、高速の動作及び作動方向がスマート材料自体と実質的に平行である便利な構成の両方を可能にするので、このような応用に良く適している。
【０００５】
本出願は、米国特許仮出願第６１／５５１，５３０号、  第６１／４５２，８５６号、第６１／５０４，１７４号、並びに、ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４１７２７、ＰＣＴ／ＵＳｌ０／０４１４６１、ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／４７９３１、ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／２５２９２、ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／２５２９９、米国特許出願第１３／２０３，７３７号、第１３／２０３，７２９号、第１３／２０３，７４３号及び第１３／２０３，３４５号、並びに米国特許第６，７１７，３３２号、６，５４８，９３８号、第６，７３７，７８８号、第６，８３６，０５６号、第６，８７９，０８７号、第６，７５９，７９０号、第７，１３２，７８１号、第７，１２６，２５９号、第６，９２４，５８６号、第６，８７０，３０５号、第６，９７５，０６１号、第７，５６４，１７１号、及び第７，３６８，８５６号、これらの全体を参照によって援用する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スマート材料デバイス、補償器、可動支持部材、２つの機械的ウェブ、２つの作動アーム、及び第２ステージ組立体を有するアクチュエータ装置を開示する。機械的ウェブは、補償器に動作可能に取り付けられた第１の弾性部材及び可動支持部材に取り付けられた第２の弾性部材を有する。可動支持部材は第１の取付面を有し、スマート材料デバイスは、第１の取付面と補償器との間に、オプションのスペーサを含めて、貼り付けられる。作動アームは、１つの機械的ウェブに取り付けられた第１の作動アーム端部及び第２ステージ組立体に取り付けられた反対側の第２の作動アーム端部を有する。第２ステージ組立体は、第２の作動アーム端部に取り付けられた第１の弾性片端部及び第２ステージ取付面に動作可能に接続された第２の弾性片端部を有する弾性片を有する。電位の印加はスマート材料デバイスを伸張させ、したがって可動支持部材を補償器から離れるように付勢するとともに第１及び第２の弾性部材を曲げさせ、したがって作動アームを動かす。この動きは、弾性片が第２ステージ取付面をスマート材料デバイスに実質的に平行な方向に付勢することをもたらす。オプションの減衰組立体が、高速動作が望まれる場合に追加され得るとともに、オプションのバルブ組立体が、作動バルブが必要な場合に取り付けられ得る。
【０００７】
本発明の他の特徴は添付の図面から明らかになるであろう。この図面は、本発明の装置の幾つかの好適な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の装置のアクチュエータ組立体の好適な実施形態の正面の、断面図である。
【図２】図２は、図１に示された実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、エアバルブ組立体を作動させるように適合された図１に示された実施形態の正面の、断面図である。
【図４】図４は、図１に示された実施形態に利用される減衰装置組立体の詳細断面図である。
【図５】図５は、減衰装置組立体が設置されない本発明のアクチュエータ組立体の振動を示すグラフである。
【図６】図６は、減衰装置組立体が設置された本発明のアクチュエータ組立体の振動を示すグラフである。
【図７】図７は、一体化された減衰装置を持つ外部ケース（断面で示される）を有するとともにエアバルブ組立体を動作させるように適合された本発明のアクチュエータ組立体の実施形態の正面図である。
【図８】図８は、図７に示された実施形態のアクチュエータ組立体とエアバルブ組立体との間の取り付けの詳細な、斜視図である。
【図９】図９は、逆向きの作動アーム、及び逆向きの一体の第２ステージ組立体を有し、減衰装置組立体を有さない、本発明によるアクチュエータ組立体の好適な実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下は、本発明の好適な実施形態を記載するが、この説明は、様々な他の変形形態が、全て本発明の範囲内で、他の人の心に容易に思いつくので、単に本発明の原理の説明と見なされるべきであり限定的であるとされるべきでないことが理解される。
【００１０】
説明される実施形態において、異なる実施形態は同じ又は同様の構成要素を有することが留意される。これは、交換可能な部品の使用を可能にすることによって製造及び修理コストを下げるとともに、より広い多様なアクチュエータ組立体の組立を可能にするので、望ましい。同じ構成要素が異なる実施形態での使用に提起している場合、同じ参照番号が使用される。例えば、限定されるものではないが、作動アーム１１４が、１００、４００及び５００を含む実施形態で使用され得る共通構成要素として示される。したがって、同じ番号は、それぞれの図に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要素が同様の構造を有するが、必ずしも共通の部品でない場合、プライム符号が使用される。例えば、限定されるものではないが、取付可能な補償器１０３は、一体の補償器１０３’と同じ機能を果たす。同様であるが、補償器１０３及び１０３’は、一方が取付け可能であり他方が一体化された構成要素の一部である点で区別できる。したがって、同じ要素の番号は、異なる変形形態を示すためにプライム表記とともに利用される。
【００１１】
本願では、以下の用語は以下の意味を有するものとする：
用語「適合される」は、適切に、サイズ設定される、形成される、構成される、寸法形成される、方向を合わせられる及び配置されることを意味するものとする。
【００１２】
用語「スマート材料デバイス」は、電位が印加されるときに伸張する又は機械的な力が加えられるときに電荷を発生させる材料を有するデバイスを意味するものとする。スマート材料デバイスは、限定されるものではないが、一緒に焼成されたセラミック圧電材料の交互層で形成されたデバイス（ＮＥＣから入手できるようないわゆる同時焼成多層セラミック圧電スタック）又は単結晶圧電材料から切断された１つ又は複数の材料の層で形成されたデバイスを含む。前述において、用語「圧電材料」はまた、時には電気的又は機械的特性を繁華させるために既知の圧電材料をドープすることによって作られる、いわゆる「スマート材料」を含む。
【００１３】
用語「機械的ウェブ」は、少なくとも２つの弾性部材を有し、作動アームに動きを伝えるように適合される構造を意味するものとする。動きは、弾性部材に曲がることを生じさせる力を加えることによって伝えられる。しかし、弾性部材の弾性の性質は、この力を取り除くと実質的にそれらの元の形状に戻ることを示す。弾性部材を形成するために使用され得る幅広い様々な材料があり、限定されるものではないが、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、カーボンファイバー、プラスチック及びグラスファイバーを含む。
【００１４】
「アクチュエータ」又は「スマート材料デバイス」とともに使用されるとき、用語「作動させること」は、アクチュエータ装置の少なくとも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だけスマート材料装置を伸張させるのに適切な、電位及び電流の印加を意味する。
【００１５】
用語「バルブステム」はバルブ機構を作動させることができる任意の構造を意味し、限定されるものではないが、ポペットバルブ又は任意のスプールに取り付けられた軸方向ロッド、ダイヤフラム或いはバルブ機構を作動させることができる同様の又は関連する構造を含む。本発明の文脈において、アクチュエータが力をバルブステムに加えるとき、作動されたバルブは開かれる及び／又は閉じられる。
【００１６】
本願の他の用語の定義及び意味は、以下の説明、図面、及び用語が使用される文脈から明らかになるであろう。
【００１７】
毎秒の動作が５００から５０００の範囲の速度を含む、高速での動作を可能にする、アクチュエータ、スマート材料又はその他の設計の仕事は、多数の課題を提示する。１つのこのような課題は、援用される参考文献にさらに記載されるように、アクチュエータが高い動作速度で共振し得ることである。第２の課題は、高速での作動がアクチュエータの可動構成要素を過度に伸張させ得る又は過度に戻らせ得る又は早期に疲労させ得ることである。
【００１８】
本発明の実施形態は、持続的な高速動作ができるスマート材料アクチュエータを提供することによってこれらの課題に対処し、好適な実施形態は高速エアバルブの動作に適している。アクチュエータ及びエアバルブの組合せは、空気圧が流れから欠陥品を排出するために使用されるとともに０から１２００の範囲の毎秒の噴出の動作速度を必要とする選別機の動作に適合される。しかし、当業者に理解されるように、高速で動作するように適合されるアクチュエータに関して無数の応用があり、本発明は本願に記載される特定の実施形態又は用途に限定されるものではない。
【００１９】
スマート材料アクチュエータの設計の仕事はまた、実現される動作の程度及び方向に関して課題を提示する。駆動力を提供するスマート材料の作用が増幅されない場合、限られたストロークのみが実現され得る。より長いストロークを必要とする応用のために、（援用される参考文献にも記載されるように）機械的な増幅が用いられ得る。しかし、このような設計は、スマート材料デバイスの動きに対して、直角の、又はゼロでない角度である動きを生じる傾向がある。スマート材料自体の伸張と同じ方向に増幅された動きを有することは時としてより便利である。
【００２０】
図面を参照すると、図１は本発明のアクチュエータ装置の実施形態の断面図を示し、図２は図１の実施形態の斜視図を実線の形態で示すが、スマート材料デバイス１０２は設置されていない。図示された実施形態では、アクチュエータ組立体１００は、作動アーム１１４に取り付けられた第２ステージ組立体１８０を有する。スマート材料デバイス１０２は、補償器１０３の中で、第１の取付面１０８とオプションのスペーサ１０６との間に位置する。スマート材料デバイス１０２は、第１の取付面１０８を通って便利に延びる電極１０４を有する。補償器１０３は、実質的に電位の印加時に、スマート材料デバイス１０２が伸張し、第１の取付面１０８を可動支持部材１０９に補償器１０３から離れて付勢するように、固定支持部材として働く。可動支持部材１０９が動くと、機械的ウェブ１１３の第１の弾性部材１１０及び第２の弾性部材１１１が曲がり、したがって作動アーム１１４を動かす。図示された実施形態では、第２の作動アーム端部１１６はスマート材料デバイス１０２に向かって動く。機械的ウェブ１１３は、援用される参考文献に詳述されるように、十分な強度及び弾性を持つステンレス鋼又は他の材料から適切に作られ得る。補償器１０３は、任意の適切な剛体材料（例えば、限定されるものではないが、カーボンファイバー、鋼、アルミニウム、又はステンレス鋼）で作られ得るとともに、図示されるように機械的な接続によって、又は１つの部品として形成されるように（図７参照）補償器１０３’を機械的なウェブ１１３と一体に作ることによって、第１の弾性部材１１０に動作可能に取り付けられ得る。しかし、高速動作が望まれる場合、作動アーム１１４は好ましくは、カーボンファイバー等軽量材料で作られるとともに、機械的ウェブ１１３に便利には小ねじであり得る機械的留め具１１２で取り付けられ得る。軽量作動アーム１１４は、援用される参考文献に詳述されるように、アクチュエータ装置１００の共振周波数を増加させるので、高速動作が必要とされる場合に好ましい。上述の選別機応用等、作動周波数が必ずしも一定でない応用では、共振周波数が最大の予想される作動周波数より高いことが望ましい。そうでなければ、共振効果が、第１の弾性部材１１０及び第２の弾性部材１１１の過度の曲げを、及び／又は他の有害な影響をもたらし、したがって組立体の動作寿命を制限する。カーボンファイバーは、強く且つ軽量の両方であるので作動アーム１１４に使用するのに便利な材料であり、したがって組立体の共振周波数を増加させるために役立つが、限定されるものではないが、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、グラスファイバー及びプラスチックを含む、他の材料もまた使用され得る。作動アーム１１４の重量はまた、援用される参考文献に記載されたもののように、中空又はＵ形状の設計の使用を通じて減少させられ得る。
【００２１】
作動アーム１１４は、第２ステージ組立体１８０に接続される。第２ステージ組立体１８０は、第２の作動アーム端部１１６の動きをスマート材料デバイス１０２の伸張方向に実質的に平行な実質的に直線の運動に変換する。第２ステージ組立体１８０は、好都合には、鋼、ばね鋼、カーボンファイバー、グラスファイバー、プラスチック、ステンレス鋼又はアルミニウムの片であり得る、弾性片１８２を有する。第１の弾性片端部１８１は、第２の作動アーム端部１１６に付く。これは、図面に示されるように第１の弾性片端部１８１を貫通するピン１８３の使用を含む、任意の様々な機械的又は接着性の接続を用いて実現され得る。
【００２２】
第２の弾性片端部１８５は、第２ステージ取付面１８４に動作可能に接続される。これもまた、図面に示されるように第２の弾性片端部１８５を貫通するピン１８７の使用を含む、任意の様々な機械的又は接着性の接続を用いて実現され得る。第２ステージ取付面１８４は、好都合には、カーボンファイバー、鋼、ばね鋼、グラスファイバー、プラスチック、ステンレス鋼又はアルミニウムで形成されたブロックであり得るとともに、作動されることになる装置に接続するための手段１８６を有する。図示されるように、手段１８６は、以下に詳述されるように、バルブステム（図示せず）を受けるのに適している孔である。当業者に容易に理解されるように、機械的な留め具又はクランプ、或いは接着剤の任意の適切な組合せを含む、他の手段もまた利用され得る。このように、作動アーム１１４が内側に動く場合、弾性片１８２は第２ステージ取付面１８４をスマート材料デバイス１０２と実質的に平行な方向に付勢する。作動アーム１１４が外側に戻る場合、弾性片１８２は第２ステージ取付面１８４をその元の位置に向かって戻るように付勢する。高速動作が必要とされる場合、第２ステージ取付面１８４もまた好ましくは、カーボンファイバー等軽量の材料で形成され、これは装置の共振周波数の増加に役立つ。
【００２３】
アクチュエータ組立体１００はさらに、減衰装置組立体１５０を有する。この減衰装置組立体１５０は図４に詳細に示される。減衰装置組立体１５０は、作動アーム１１４の過度な伸張を防ぐように働くとともに、ある状況において、アクチュエータ組立体に損傷を与え得る又は最大動作周波数を制限し得るリンギングを減衰する働きをするので、減衰装置組立体１５０は高速動作に好ましい。図４を参照すると、減衰装置組立体１５０は位置決めねじ１５２を有し、この位置決めねじ１５２は、外側の柔軟なストッパ１５４を通り抜け、作動アーム１１４を通り、作動アーム１１４と補償器１０３との間に位置される、内側の柔軟なストッパ１５６を通り、補償器１０３の中に入る。作動アーム１１４を通る通路は、減衰装置組立体１５０に関して作動アーム１１４の自由な運動を許容するように適合される一方、位置決めねじ１５２のヘッド及び外側の柔軟なストッパ１５４は、作動アーム１１４の過度な伸張に抵抗するように適合される。このように、減衰装置組立体１５０は、補償器１０３に（好ましくは、ねじ接続又は溶接接続を通じて）取り付けられ得るとともに作動アーム１１４に移動可能に取り付けられ得る。ストッパナット１５８は、内側の柔軟なストッパ１５６を位置決めする及び固定する、並びに位置決めねじ１５２を補償器１０３に固定する、両方の働きをする。ストッパナット１５８を互いに対して及び補償器１５３に対して締め付けることによって、位置決めねじ１５２の望まれない緩み及び締め付け並びに内側の柔軟なストッパ１５６の望まれない動きが最小化され得る。
【００２４】
動作中、作動アーム１１４は、内側の柔軟なストッパ１５６と外側の柔軟なストッパ１５４との間を動く。意図される動作の限界において、内側の柔軟なストッパ１５６及び外側の柔軟なストッパ１５４は作動アーム１１４によって衝撃を与えられ、好ましくはショックを吸収するようにたわむ。したがって、内側の柔軟なストッパ１５６及び外側の柔軟なストッパ１５４は、ブナゴム又は技術分野で知られている他の同様の材料等、コンプライアントであるが弾性の材料で都合よく形成される。その結果、作動アーム１１４は両方向の過度な伸張を妨げられ、その動作範囲の両端部における作動アーム１１４の衝突によって作られる振動は減衰される。
【００２５】
論じられたように、高速動作のために、高い共振周波数を持つアクチュエータ組立体１００を有することが望ましい。また、リンギングを減らすことも望ましい。作動アーム１１４が、スマート材料デバイス１０２の素早い伸張とともに素早く動いている、そして突然停止されるときの運動量の変化は、非常に急速になり得る。組立体の自然なバネの傾向は、戻る方向にバネ力を生じさせ得るので、往復する振動、並びに潜在的なオーバーシューティングを減衰させることを促進する。これは、一部には、作動アーム１１４の運動量が、スマート材料デバイス１０２がその伸張又は収縮限度に達するときに作動アーム１１４が直ちに停止できないというようなものであるためである。リンギングは、共振の近くで激化される。共振は物理的な装置の固有振動周波数で発生する。リンギングは、共振のように、望ましくない且つ潜在的に有害な振動を引き起こし得る。したがって、軽量の全体的な構造は、共振周波数を増加させ、減衰装置組立体１５０の使用はリンギングを減衰させる働きをする。
【００２６】
図５及び６は、リンギング挙動にある減衰装置組立体１５０の減衰効果を示す。図５は、減衰装置組立体１５０の無いアクチュエータ組立体の固有リンギング挙動を示し、図６は、減衰装置組立体１５０を持つアクチュエータ組立体の挙動を示す。図５の第１の開始点３０４で振動が開始された後、自然に減衰する振動が、通常予想されるように、発生することに留意されたい。しかし、図６の第２の開始点３２４で振動が開始される場合、減衰装置組立体１５０が利用されるとき、振動の、したがってリンギングの著しい減少がある。
【００２７】
減衰装置組立体１５０によって得られた減衰効果は、さらなる効果を有する。作動アーム１１４が内側の柔軟なストッパ１５６及び外側の柔軟なストッパ１５４と接触するようになる期間の間、全体的なシステムはより堅くなるとともにより高い共振周波数を有する。
【００２８】
当業者には、減衰装置組立体１５０が本発明の実施形態での使用に適した振動を減衰させる単に１つの手段であることが明らかであろう。他の手段も使用されることができ、限定されるものではないが、内側の柔軟なストッパ１５６及び外側の柔軟なストッパ１５４を平坦なエラストマ又はばねに置き換えることを含む。より複雑な成形品、並びに図７に示されるように、周囲のケースの停止手段の配置もまた使用され得る。
【００２９】
図７を参照すると、アクチュエータ組立体４００は、外側ケーシング４０２内に取り付けられることを除いてアクチュエータ組立体１００と基本的に同一である。外側ケーシング４０２は、限定されるものではないが、アルミニウム、鋼、プラスチック又はグラスファイバーを含む任意の適切な材料製であり得る。内側減衰ポスト２５６及び外側減衰ポスト２５４は、作動アーム１１４が所定の場所を越えて動くことが妨げられるように適合される。内側減衰ポスト２５６及び外側減衰ポスト２５４は、好都合には外側ケーシング４０２の一部として形成され得る又はそこに取り付けられ得る。内側減衰ポスト２５６及び外側減衰ポスト２５４を、ブナゴム、エラストマ、又は同様の柔軟な材料で取り囲むことは、それらが減衰装置組立体１５０の内側の柔軟なストッパ１５６及び外側の柔軟なストッパ１５４の動作と実質的に同様の方法で動作することを可能にする。外側ケーシング４０２は、それが動作される必要がある環境に応じて、クラムシェル構造に形成され得る又は開放されたままにされ得る。
【００３０】
図７にはさらに補償器１０３’が示される。補償器１０３’は、補償器１０３と同じ機能を果たすが、第１の弾性部材１１０に取り付けられる代わりに、機械的ウェブ１１３と一体に単一の構成要素として形成される。
【００３１】
図３は、エアバルブ組立体２００を操作するように適合された本発明のアクチュエータ組立体の実施形態を示す。本発明によるアクチュエータ装置はまた多くの他の目的も果たし得ることが理解され、エアバルブ組立体２００の図は単に１つの適切な応用の例示に過ぎない。多くの他の応用及び取り付け構造が、全て本発明の範囲内で、当業者には明らかになり得る。
【００３２】
エアバルブ組立体２００はバルブケーシング２０６を有する。このバルブケーシング２０６内には、バルブステム２０４に動作可能に取り付けられたバルブ２１２が取り付けられる。加圧された空気、或いは、任意の他の適切な加圧されたガス、蒸気又は流体はバルブ入口２０８に入る。バルブ２１２がバルブステム２０４によって持ち上げられるとき、加圧された空気、或いは他のガス、蒸気又は液体はバルブ出口２１０から放出される。図示されるように、バルブステム２０４は第２ステージ取付面１８４に動作可能に接続する。このような接続は、圧入、ねじ部品、溶接、接着剤、又は当業者に知られた任意の様々な接続手段の使用を通じて行われ得る。図８にさらに示される、取付ブラケット２０２は、バルブケーシング２０６を補償器１０３、１０３’に好ましくはねじ付き機械式留め具１９１を用いて取り付ける。取付ブラケット２０２をＵ形状に形成することは、弾性片１８２及び第２ステージ取付面１８４が自由に動くことを可能にする一方、エアバルブ組立体２００は補償器１０３、１０３’に固定して取り付けられたままになる。このように、アクチュエータ装置１００の作動は、バルブ２１２を適切な時間において開閉させる。加圧された空気が使用される場合、結果として空気の短時間の噴出が生じ得る。アクチュエータ組立体１００が動作することができる速度が速いほど、短い空気の噴出の継続時間が可能になる。
【００３３】
前述の記載及び援用される参考文献を踏まえると、本発明の実施形態が、異なる長さの作動アーム１１４、又は補償器１０３、１０３’から離れるように延びる作動アーム、又は、スマート材料デバイス１０２に実質的に平行でなく、且つ、代わりに、作動アーム１１４が補償器１０３、１０３’に向かって延びる実施形態では、スマート材料デバイス１０２の中心軸と作動アーム１１４との間の角度が０から９０度の範囲（０度の角度を含み、３０度と６０度との間が様々な応用に対して適している）になる、及び作動アーム１１４が補償器１０３、１０３’から離れるように延びる実施形態では、９０から１８０度の範囲（１８０度の角度を含み、１２０度と１５０度との間が様々な応用に対して適している）になるように適合されるとともに取り付けられるように適合される作動アーム、を含み得ることが当業者によって理解されるであろう。
【００３４】
第２ステージ組立体１８０、１８０’（図９に示される）はまた異なる長さであるとともに作動アーム１１４に対して異なる角度を有するように適合され得ることもさらに理解されるであろう。これは、ある角度で取り付けられるように適合された作動アーム１１４の使用を可能にするだけでなく、ストローク長さ及び力の調節も可能にする。望ましい構成の幾何学的配置に基づいて、第２の作動アーム端部１１６からさらに離れて延びるような角度に形成された第２ステージ組立体を持つアクチュエータ装置は、より大きい力を発生させるが、より短いストローク長さを持つことが予期され得る。同様に、第２の作動アーム端部１１６から遠く離れて延びないような角度に形成された第２ステージ組立体を持つアクチュエータ装置は、より大きいストローク長さを有するが、幾分減少した力を持つことが予期され得る。
【００３５】
適切な長さの作動アーム１１４により、第２ステージ組立体１８０、１８０’が、第２の作動アーム端部１１４から外側に又は第２の作動アーム端部１１４から内側に延びるように取り付けられ得ることがさらにまた理解されるであろう。第２ステージ組立体１８０、１８０’を反転させることによって、アクチュエータ装置の作動又は作動停止時の運動の方向は反転され得る。
【００３６】
図９を参照すると、本発明のアクチュエータ装置の実施形態が示され、アクチュエータ装置５００（スマート材料デバイス１０２が設置されずに示される）は、作動アーム１１４が１８０度の角度で補償器１０３’から離れて延びるように適合される。このような構成では、実質的にアクチュエータ装置５００の作動時、第２の作動アーム端部１１６は離れるように付勢される。第２ステージ組立体１８０’は、第２の作動アーム端部１１４から内側に延びるように取り付けられる。したがって、第２の作動アーム端部１１６が離れる場合、第２ステージ取付面１８４’は外側に動き、第２の作動アーム端部１１６が近づく場合、第２ステージ取付面１８４’は内側に動く。
【００３７】
第２ステージ組立体１８０’は、図示されたように、弾性片１８２’及び第２ステージ取付面１８４’が、機械的に取り付けられるのとは対照的に、一体である点で、第２ステージ組立体１８０と異なる。このような実施形態は、第２ステージ組立体１８０’を一片の材料（例えば、ばね鋼）から形成するとともに所望の角度結果となるように曲げを形成することによって製造され得る。このような実施形態は、機械的に取り付けられた第２ステージ取付面１８４を有する実施形態より、軽量且つ製造が容易の両方であり得る。
【００３８】
前述の記載を踏まえると、本発明の実施形態は、スマート材料デバイス１０２、補償器１０３、１０３’、可動支持部材１０９、２つの機械的ウェブ１１３、２つの作動アーム１１４、及び第２ステージ組立体１８０、１８０’を有し、（ａ）前述の機械的ウェブ１１３は、前述の補償器１０３、１０３’に動作可能に取り付けられた第１の弾性部材１１０及び前述の可動支持部材１０９に取り付けられた第２の弾性部材１１１を有し；（ｂ）前述の可動支持部材１０９は第１の取付面１０８を有し；（ｃ）前述のスマート材料デバイス１０２は前述の第１の取付面１０８と前述の補償器１０３、１０３’との間に貼り付けられ；（ｄ）前述の作動アーム１１４は、前述の機械的ウェブ１１３の一方に取付けられる又は一体にされる第１の作動アーム端部１１５及び前述の第２ステージ組立体１８０、１８０’に取付けられる反対側の第２の作動アーム端部１１６を有し；（ｅ）前述の第２ステージ組立体１８０、１８０’は、前述の第２の作動アーム端部１１６に取付けられた第１の弾性片端部１８１、１８１’及び第２ステージ取付面１８４、１８４’に動作可能に接続された第２の弾性片端部１８５、１８５’を有する弾性片１８２、１８２’を有し、電位の印加が前述のスマート材料デバイス１０２を伸張させることをもたらし、したがって、前述の可動支持部材１０９を前述の補償器１０３、１０３’から離れるように付勢するとともに前述の第１及び第２の弾性部材１１０、１１１を曲げさせ、したがって、前述の作動アーム１１４を動かすとともに前述の弾性片１８２、１８２’が前述の第２ステージ取付面１８４、１８４’を前述のスマート材料デバイス１０２に実質的に平行な方向に付勢することをもたらす、アクチュエータ装置１００を含むことが分かる。
【００３９】
このようなアクチュエータ装置の実施形態はまた、前述の弾性片１８２、１８２’が、鋼、ばね鋼、カーボンファイバー、グラスファイバー、プラスチック、ステンレス鋼、及びアルミニウムから成るグループから選択される材料で形成される場合、好都合である。
【００４０】
このようなアクチュエータ装置の実施形態はまた、前述の第２ステージ取付面１８４が、カーボンファイバー、鋼、ばね鋼、グラスファイバー、プラスチック、ステンレス鋼、及びアルミニウムから成るグループから選択される材料で形成される場合、好都合である。
【００４１】
このようなアクチュエータ装置のさらなる実施形態は、前述の補償器１０３、１０３’に取り付けられるとともに少なくとも１つの前述の作動アーム１１４に移動可能に取り付けられる少なくとも１つの減衰装置１５０を有することができ、この減衰装置１５０は、前述の作動アーム１１４と前述の補償器１０３、１０３’との間に柔軟なストッパ１５６を有する。
【００４２】
このようなアクチュエータ装置のさらなる実施形態は、外側フレーム４０２を有することができ、この外側フレーム４０２は、各前述の作動アーム１１４のための内側減衰ストッパ２５６及び外側減衰ストッパ２５４を有し、外側減衰ストッパ２５４は前述の作動アーム１１４が外側方向に過度に伸張することを防ぐように適合され、内側減衰ストッパ２５６は前述の作動アーム１１４が内側方向に過度に伸張することを防ぐように適合される。
【００４３】
このようなアクチュエータ装置の実施形態はまた、前述の弾性片１８２’が前述の第２ステージ取付面１８４’と一体である場合、又は前述の第２の弾性片端部１８５が前述の第２ステージ取付面１８４に取り付けられる場合、好都合である。
【００４４】
このようなアクチュエータ装置の実施形態はまた、前述の補償器１０３、１０３’に取り付けられ、入口２０８、出口２１０、及び入口２０８と出口２１０との間にあるバルブ２１２を有するバルブ組立体２００、並びに前述のバルブ２１２及び前述の第２ステージ取付面１８４、１８４’に動作可能に接続され、前述の第２ステージ取付面１８４、１８４’の動作がバルブステム２０４に前述のバルブ２１２を動作させる、バルブステム２０４をさらに有することによって作動バルブを形成するために使用され得る。特に、このような実施形態は、前述のバルブ組立体２００がエアバルブである場合に好都合である。
【００４５】
このようなアクチュエータ装置はさらに、前述の補償器１０３、１０３’に取り付けられるとともに各前述の作動アーム１１４に移動可能に取り付けられる２つの減衰装置１５０を有し、減衰装置１５０は２つの柔軟なストッパ１５４、１５６を有し、一つの柔軟なストッパ１５６は前述の作動アーム１１４と前述の補償器１０３、１０３’との間に配置される。
【００４６】
このような装置の実施形態はまた、前述の第２の作動アーム端部１１６の前述のスマート材料デバイス１０２に向かう動きが前述の第２ステージ取付面１８４、１８４’を前述の補償器１０３、１０３’から離れるように付勢するように、前述の弾性片１８２、１８２’が前述の第２の作動アーム端部１１６から離れるように延びる場合に好都合であり得る。代替実施形態は、前述の第２の作動アーム端部１１６の前述のスマート材料デバイス１０２に向かう動きが前述の第２ステージ取付面１８４、１８４’を前述の補償器１０３、１０３’に向かって付勢するように、前述の弾性片１８２、１８２’が前述の補償器１０３、１０３’に向かって延びる場合に、好都合であり得る。
【００４７】
幾つかの応用に関して、このような装置の実施形態は、前述の作動アーム１１４が前述の補償器１０３、１０３’に向かって延びる場合に、好都合であり得る。他の応用に関して、実施形態は、前述の作動アーム１１４が前述の補償器１０３、１０３’から離れるように延びる場合に、好都合であり得る。
【００４８】
このような装置の実施形態はまた、（ａ）前述のスマート材料デバイス１０２の中心を通る中心軸が前述の第１の取付面１０８の中心を通って延びる；（ｂ）作動アーム軸が、各前述の作動アームの第１の作動アーム端部１１５及び前述の作動アーム１１４の第２の作動アーム端部１１６を通って延びる；並びに（ｃ）前述のスメート材料デバイス１０２が駆動されていない場合、前述の中心軸及び各前述の作動アーム軸が実質的に平行である、場合に好都合である。
【００４９】
他の実施形態はまた、（ａ）前述のスマート材料デバイス１０２の中心を通る中心軸が前述の第１の取付面１０８の中心を通って延びる；（ｂ）作動アーム軸が、各前述の作動アーム１１４の第１の作動アーム端部１１５及び第２の作動アーム端部１１６を通って延びる；並びに（ｃ）前述の中心軸と各前述の作動アーム軸との間の角度が０度と８９度との間、又は３０度と６０度との間である、場合に好都合である。
【００５０】
さらに、熱補償及び交換可能な部品が必要とされない幾つかの実施形態は、前述の補償器１０３’が前述の機械的ウェブ１１３と一体である場合、好都合である。熱補償及び交換可能な部品が望ましい他の実施形態は、前述の補償器１０３’が前述の機械的ウェブ１１３に機械的に取り付けられる場合、好都合である。
【００５１】
本発明のアクチュエータ組立体及びエアバルブ組立体の好適な実施形態を前述しているが、多くの他の実施形態が当業者に容易に明らかになるであろう限り、本発明はこれらの実施形態に限定されてはならない。また、上述された及び図面に示された実施形態は本発明のある応用を明らかにするが、本発明の高速アクチュエータが様々な分野において多くの応用を有するので、本発明は記載された特定の応用に限定されないことが、当業者によって理解されるであろう。
【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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【国際調査報告】
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