(57)【要約】  アクチュエータ装置が、少なくとも１つの固体アクチュエータ（１３０）と、固体アクチュエータ（１３０）に機械的に直列接続された液圧ユニット（１２０）とを有しており、液圧ユニット（１２０）は、作動液（１９５）で満たされた液圧容積を有している。緊締体を緊締する方法では、そのようなアクチュエータ装置を利用して、アクチュエータ装置の固体アクチュエータを、特に緊締体の運動量に応じて制御する。
2021504653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロック用に形成されたアクチュエータ装置であって、固体アクチュエータ（１３０）と、該固体アクチュエータ（１３０）に機械的に直列接続された液圧ユニット（１２０）とを備えており、該液圧ユニット（１２０）は、作動液（１９５）で満たされた液圧容積を有している、アクチュエータ装置。
【請求項２】
緊締および／または形状結合式の拘束の形態でロックするように形成された、請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記液圧ユニットによりロック可能なロック体（４０，４０’）、特に、前記液圧ユニット（１２０）を介して緊締可能な緊締体（４０）および／または前記液圧ユニット（１２０）を介して形状結合式に拘束可能な形状結合体（４０’）をさらに有している、請求項２記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記ロック体（４０，４０’）に力を加えかつ／または前記ロック体（４０，４０’）を駆動するように、特に前記ロック体（４０，４０’）に配置されて形成された、ばね部材（２０）および／または駆動部材を有している、請求項３記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記ばね部材（２０）および／または前記駆動部材は、圧力アキュムレータおよび／または磁石を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
当該アクチュエータ装置は、緊締体として形成された前記ロック体（４０）に摩擦結合式に係合するように形成された、少なくとも１つの緊締面（１００）を有しており、かつ／または、形状結合体として形成された前記ロック体（４０’）に形状結合式に係合するように形成された突出部（１００’）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
当該アクチュエータ装置（１０）は、前記緊締体（４０）の周面、好適には全周面を緊締するように形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記作動液（１９５）は、液体金属、特にガリウム、インジウム、スズおよび／または水銀、および／または共晶合金、および／または、２０℃、好適には０℃、理想的には−２０℃の温度での標準圧力において、かつ／または当該アクチュエータ装置の作動温度および作動圧において液状である作動液（１９５）であるか、またはこれらを含む、請求項１から７までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記液圧ユニット（１２０）は、動かされるべき部材（１００）、特に前記緊締体（４０）を緊締するように形成された緊締ジョーおよび／または前記形状結合体（４０’）を形状結合により拘束するように形成された形状結合部材に、前記固体アクチュエータ（１３０）を起点とする運動を、１とは異なる伝達比でもって伝達するように形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記液圧ユニット（１２０）は、少なくとも１つの駆動室（１４０）と、被動室（２３０）と、好適には前記駆動室（１４０）と前記被動室（２３０）とを接続する液圧導管（２３５）と、を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記液圧ユニット（１２０）は、前記駆動室（１４０）を部分的に画定し、前記固体アクチュエータ（１３０）により動かすことができる、少なくとも１つの駆動部材（１６０）を有しており、該駆動部材（１６０）の動きにより、前記駆動室（１４０）と前記被動室（２３０）との間に、特に前記被動室（２３０）から前記駆動室（１４０）内へ、作動液の流動を生じさせることができ、かつ／または前記被動室（２３０）の減圧を生じさせることができる、請求項１から１０までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記液圧ユニット（１２０）は追加的に、前記作動液（１９５）用の、好適には圧力が供給される蓄え室（２１０）を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】
圧力が供給される前記蓄え室（２１０）は、特に前記駆動室（１４０）に圧力を供給することにより前記被動室（２３０）に圧力が供給されるように形成されていると共に、液圧式に接続されている、請求項１から１２までのいずれか１項、少なくとも、前記蓄え室（２１０）に圧力が供給される請求項１０を引用する請求項１２記載のアクチュエータ装置。
【請求項１４】
前記固体アクチュエータ（１３０）は、圧電アクチュエータおよび／または積層圧電アクチュエータとしてまたはこれらを用いて形成されており、かつ／または、磁気ひずみアクチュエータまたは電歪アクチュエータおよび／または形状記憶アクチュエータであり、または、これらのアクチュエータを有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１５】
当該アクチュエータ装置は、少なくとも２つのロック体（４０，４０’）を有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１６】
前記ロック体（４０，４０’）の運動量および／または前記ロック体（４０，４０’）に加えられる力に応じて前記固体アクチュエータ（１３０）を制御するように構成された制御装置が設けられている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項記載のアクチュエータ装置を用いて緊締体（４０）を緊締する方法であって、特に該緊締体（４０）の運動量および／または力量および／または前記緊締体（４０）に加えられる力に応じて、固体アクチュエータ（１３０）を制御する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置ならびにロック体をロックしかつロック体をロック解除する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具またはその他の機器を使用する際には、多くの場合、工具または機器の可動部品の急なロックを実行する必要性が生じる。このような必要性は、例えば電動鋸のケースでは安全を考慮して生じることが多い。例えば、ユーザの手が鋸に接触した場合には、鋸を停止させねばならない。この場合は特に、例えば鋸身を遅延無くロックすることが重要である。なぜなら、ロック前の遅れに１ミリ秒が追加される毎に、大きな損傷が引き起こされる恐れがあるからである。したがって、このような用途には、数ミリ秒以内に工具または機器の可動部品のロックを可能にするアクチュエータ装置が必要とされている。
【０００３】
電気機械式に作動するアクチュエータ装置が知られている。このようなアクチュエータ装置は決まって１０ミリ秒を上回る起動時間を有しており、結果として極度に低速で作動する。
【０００４】
代替的に、化学的な爆発駆動装置を有するアクチュエータ装置が知られている。ただし、一方で、このようなアクチュエータ装置は、十分安全に操作することができない。他方では、このようなアクチュエータ装置は、制御または調整し難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明の課題は、可動のロック体のロックひいては拘束を十分迅速に管理して可能にするアクチュエータ装置を提供することにある。さらに、本発明の課題は、十分迅速にかつ確実に動作するように実施可能な、ロック体をロックする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のこの課題は、請求項１記載の特徴を有するアクチュエータ装置、ならびに請求項１７記載の特徴を有する、ロック体をロックする方法によって解決される。本発明の好適な改良は、対応する下位請求項、以下の説明および図面に記載されている。
【０００７】
本発明によるアクチュエータ装置は、ロック用に形成されており、固体アクチュエータと、固体アクチュエータに機械的に直列接続された液圧ユニットと、を有している。この場合、本発明によるアクチュエータ装置の液圧ユニットは、作動液で満たすことができ、好適には満たされている、液圧容積を有している。
【０００８】
液圧容積は、特に実質的に完全に作動液で満たされていてよい。好適には、作動液は液圧容積を、この作動液により液圧ユニットの異なる部材間（特に駆動部材と被動部材との間）での力および／または機械的な運動エネルギの伝達が可能になるまで満たすことが望ましい。
【０００９】
固体アクチュエータに液圧ユニットが「機械的に直列接続」されているという上記の特徴は、本発明に関連して、固体アクチュエータの一部の機械的な動きが液圧ユニットの対応する部分に伝達可能であるように、固体アクチュエータと液圧ユニットとが接続されていることを意味する。液圧ユニットは、特にこの液圧装置の対応する部分の動きを、特に外部の動かされるべき部材に伝達するように形成されており、この場合、このような伝達は一般に、特定の伝達比および／または複数の個別運動の積分に結びつけられていてよい。前記部材は、好適には緊締体の形態のロック体を緊締するための緊締面および／または形状結合体の形態のロック体をロックする、すなわち形状結合式に拘束するための突出部を有している。つまり、本発明の意味でのロックとは、好適には緊締を意味しており、この場合はアクチュエータ装置により、緊締体の形態のロック体を拘束することができる。代替的または追加的に、本発明の意味でのロックとは、形状結合式のロック、つまり係止を意味していてもよく、この場合、ロック体は液圧ユニットと、好適には特に追加的な部材とにより形状結合式に拘束可能であり、ひいては１つの形状結合体を形成している。適切には、形状結合体は凹部を有しており、前記部材は凹部に対応する突出部を有している。代替的に、やはり好適には、前記部材が凹部を有しており、形状結合体が凹部に対応する突出部を有している。前記部材は、液圧ユニットの構成部材であってよいか、または液圧ユニットに機械的に直列接続された追加的な、すなわち「外部の」部材であってもよい。好適には、この部材は本発明によるアクチュエータ装置の構成部材である。
【００１０】
有利には、本発明によるアクチュエータ装置に設けられているような固体アクチュエータは、高い機械的な固有振動数、ひいては短い作動時間と同時に高い作動力を有している。特に、このような固体アクチュエータの変位時間は、少なくとも２０マイクロ秒、好適には最大５０マイクロ秒および／または最大１００ミリ秒であってよい。さらに、本発明によるアクチュエータ装置に設けられた、直列接続された液圧ユニットにより、固体アクチュエータの変位を特に遅延無く、ほぼ損失無しで伝達することができ、その結果、アクチュエータ装置を用いて、固体アクチュエータの制御に基づくロック体のほぼ瞬時のロックを生じさせることができるようになっている。したがって、ロック体を、大幅な時間的な遅延無しで解放することができ、またはその動きを阻止することができる。つまり、本発明によるアクチュエータ装置を用いて、特に迅速に切替えることができる。適切には、本発明に基づきロック時間および／またはロック解除時間は、少なくとも５０マイクロ秒および／または最大１００ミリ秒であってよい。
【００１１】
有利には、本発明によるアクチュエータ装置は、非破壊式に使用可能である。よって、特に爆発駆動装置に比べ、本発明によるアクチュエータ装置は１回限りではなく、繰り返して使用することができる。本発明によるアクチュエータ装置は元の状態に戻すことができるようになっているため、アクチュエータ装置を再び使用することができる。さらに有利には、本発明によるアクチュエータ装置は、爆発駆動装置を省いたことにより、場合により存在する周辺装置に対する損傷無しで、ひいては特に安全に作動するように使用することができる。
【００１２】
本発明にしたがって設けられた液圧ユニットに基づき、本発明によるアクチュエータ装置はさらに、機械的に低摩耗に形成されている。
【００１３】
好適には、本発明によるアクチュエータ装置はさらに、アクチュエータ装置によりロック可能なロック体を有している。代替的には、必ずしも本発明によるアクチュエータ装置の一部ではないロック体がロックされてもよい。
【００１４】
本発明の好適な改良では、アクチュエータ装置は、ロック体に力を加えかつ／またはロック体を駆動するように、特にロック体に配置されて形成された、ばね部材および／または駆動部材を有している。このようにして、ロック体がロックされていない限りはロック体を加速させることができる大きな力を、ロック体に加えることができるようになっている。本発明によるロック装置では、または本発明によるロック装置を用いて、ロック体がロックされひいてはその動きを拘束されている場合には、本発明によるアクチュエータ装置では、または本発明によるアクチュエータ装置を用いて、ロック体の動きを迅速に導入しかつ／または阻止することができる。
【００１５】
便宜的に、本発明によるアクチュエータ装置では、ばね部材または駆動部材は、圧力アキュムレータおよび／または磁石および／またはばねを有している。圧力アキュムレータおよび／または磁石および／またはばねにより、ロック体に、有利には構造的に簡単に、大きな力を加えることができる。
【００１６】
適切には、本発明によるアクチュエータ装置は、特に緊締体の形態のロック体に摩擦結合式に係合するように形成された、少なくとも１つの緊締面を有している。本発明のこの改良では、ロック体は、ロック体の所定の運動方向に対して斜め方向、特に垂直方向に力を加えられることにより、その動きを容易に拘束されることができる。ロック体の動きがロック体の重心移動である必要はないことは自明である。基本的には、例えばロック体がロック体の重心運動を一切含まない、純然たる回転を行う場合に、ロック体の表面が液圧ユニットに対して可動でありかつロックにより拘束可能であることも、やはり十分かつ可能である。
【００１７】
本発明によるアクチュエータ装置は、緊締の形態でのロックの場合、好適には、緊締体の周面、好適には全周面を緊締するように形成されている。緊締体の周面を緊締することにより、大きな接触面を、緊締体の摩擦結合式の拘束に利用することができる。よって、本発明のこの改良では、緊締体に対する特に大きな緊締力が実現可能である。
【００１８】
好適には、ロック体は、形状結合用に場合により設けられる凹部および／または突出部は別として、筒状、特に円筒状の形状を有しており、適切には軸を形成している。代替的または追加的に、ロック体は、多角形の横断面を有している。便宜的には、緊締の形態でロックする場合のロック体において、つまり緊締体において、緊締面は、緊締体に対して全体的にまたは少なくとも部分的に対応する形状を有している。よって、この改良では、有利には緊締ブシュが実現されている。
【００１９】
この改良において実現される緊締ブシュを用いると、本発明に基づくアクチュエータ装置を用いて、数キロニュートンの緊締力を実現することができる。形状結合を用いてロックする場合も、同様の保持力を実現することができる。ただし、このような緊締力の切替えに必要とされるエネルギは、約１ジュールだけであるに過ぎない。したがって、本発明によるアクチュエータ装置を用いると、例えば特にボタン電池等の電池により供給される特に小さなエネルギによって、高い切替え力を制御することができる。本発明によるアクチュエータ装置は、特にアクチュエータ装置が緊締体を有している場合には、特に想定される用途に関して、電気式に作動可能な保持磁石と同様に使用することができる。
【００２０】
本発明の好適な改良では、本発明によるアクチュエータ装置において、作動液は液体金属であるか、または作動液には液体金属が含まれる。
【００２１】
液体金属とは、ここではアクチュエータ装置の所定の作動状態において液状の凝集状態を有する金属（つまり、金属元素または複数の金属元素の合金）を意味する。例えば、液体金属は、室温および液圧ユニットの作動圧では、液状で存在することができる。特に有利には、液体金属はさらに、室温または本発明によるアクチュエータ装置の作動温度より低い温度でも液状で存在することができるが、このことは本発明の機能に関して必ずしも必要ではない。
【００２２】
本発明によるアクチュエータ装置のこの改良の重要な利点は、液体金属が、従来の作動液に比べて大幅に低い圧縮率を有しているという点にある。これにより、機械的な損失が減少すると共に、本発明によるアクチュエータ装置の効率が、従来技術に比べて上がることになる。本発明によるアクチュエータ装置の別の利点は、液体金属の熱膨張係数が一般に、従来の作動液における熱膨張係数よりも大幅に小さいという点にある。これにより、温度の変動に起因する液圧ユニットの機械的な状態変化が有利に減らされる。液体金属の粘度および密度は、確かに典型的には従来の作動液よりも高い。しかし、これに結びついた欠点は、アクチュエータ装置の作動時の上記の利点を得るために受け入れることができる。特に、このようなアクチュエータ装置の液圧ユニット内の、典型的には比較的小さな液体容積において生じる作動液の粘度および／または密度の増大は、良好に許容することができる。
【００２３】
したがって、有利には、この改良において、本発明によるアクチュエータ装置は、概ね非圧縮性の作動液と、比較的小さな熱膨張係数とに基づき、機械的な製造誤差および熱膨張に対してとりわけ頑丈である。
【００２４】
小さな容積を有する液圧ユニットを形成することができること、ならびに作動液の低い圧縮率に基づき、本発明によるアクチュエータ装置は、この改良においてさらに、特に小さな固有振動数を有しており、したがって、１マイクロ秒を大幅に下回る起動時間が可能である。
【００２５】
作動液には、有利にはガリウムおよび／またはインジウムおよび／またはスズおよび／または水銀が含まれていてよい。このような金属は、有利には、金属合金において低い融点を実現するために適した成分である。特に有利には、作動液には、ガリウムも、インジウムも、スズも含まれている。それどころか、本発明の特に好適な改良では、作動液は、もっぱら上記３つの金属だけから成っている。特に、作動液は、専門家にガリンスタンの名称で知られている合金であってよい。ガリンスタンは、約６８．５重量パーセントのガリウム、約２１．５重量パーセントのインジウム、および約１０重量パーセントのスズを有する、共晶合金である。このような合金は、約−１９℃の極めて低い融点を有している。別の適当な低融点合金は、特にＮＹ州ユーティカの米国企業Ｉｎｄｉｕｍ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＩｎｄａｌｌｏｙ５１およびＩｎｄａｌｌｏｙ６０の名称で入手可能である。ガリウムを基礎とした別の適当な合金は、特に米国特許第５８０００６０号明細書および米国特許第７７２６９７２号明細書の各特許文献に記載された合金である。これらの合金には、特に好適な上記３つの金属の他に、例えば（特に約２〜１０重量パーセントの）亜鉛等の、別の金属の添加物も含まれていてよい。
【００２６】
説明した、ガリウムおよび／またはインジウムおよび／またはスズにより形成された合金は、毒性が低くひいては健康被害および環境被害に関して比較的心配がないという利点を有している。水銀も同様に、低融点合金に適した液体金属または適した合金成分ではあるが、毒性が強いという基本的な欠点を有している。ただし、原則として、アクチュエータ装置の液圧ユニットの液圧容積は、外部環境に対して極めて良好に気密にシールされていてよいので、水銀または水銀を含む合金の使用も原則として排除されておらず、特定の用途には同様に有利な場合がある。
【００２７】
一般に、作動液はその正確な組成に関係無く、共晶合金であってよい。このような合金は特に好適である。なぜなら、このような合金により、その個々の金属成分によって実現可能である融点よりも大幅に低い融点を実現することができるからである。
【００２８】
さらに一般に、作動液が２０℃、便宜的には０℃、特にそれどころか−１０℃、理想的には−２０℃の温度における標準圧力において液状であると、特に好適である。換言すると、この場合、液体金属は少なくとも上記の温度までは液状であり、それどころか場合によってはさらに低い温度でも液状である。このように低融点の液体金属は、本発明によるアクチュエータ装置の作動温度が上記温度を大幅に上回るとしても、上記用途のための作動液として、特に良好に適している。いずれにしろ、このように低い溶融温度では、本発明によるアクチュエータ装置の作動温度の選択が特に大幅に制限されることはない。アクチュエータ装置の作動に関しては一般に、作動温度が、使用される液体金属の溶融温度を辛うじて上回るだけでなく、大幅に上回っていると有利である。例えば、作動温度と溶融温度との間の間隔は、少なくとも１０℃であってよい。温度におけるこのような安全間隔は、特に作動液の粘度にも有利な影響を及ぼす。なぜならこの場合、粘度は融点のすぐ近くにおける粘度よりも低くなっているからである。代替的または追加的に、やはり好適には、作動液は、アクチュエータ装置の作動温度および作動圧において液状である。
【００２９】
本発明の好適な改良では、作動液の圧縮率は１０ＧＰａ超であり、例えば２０ＧＰａ〜６０ＧＰａである。このように高い圧縮率は、液体金属の使用により容易に達成することができ、結果として液圧ユニットにおける機械的な損失が低くなり、これに相応してアクチュエータ装置の効率が高くなる。
【００３０】
本発明の別の好適な改良では、作動液の熱膨張係数は、０．００１  １／Ｋ未満、特に０．０００１５  １／Ｋ未満である。このように低い熱膨張係数は、液体金属の使用により容易に達成することができ、結果としてアクチュエータ装置の作動時の温度変動が、液圧装置の個々の部材に小さな位置変化のみをもたらすに過ぎなくなる。
【００３１】
本発明の別の一般に好適な改良では、液体金属の粘度は０．５ｍｍ２／ｓ超であり、例えば１ｍｍ２／ｓ〜１００ｍｍ２／ｓである。このように高い粘度は、個々の導管部材間の漏れの減少ひいては所要の圧力勾配の維持に寄与する。
【００３２】
本発明の別の一般に好適な改良では、液体金属の密度は８ｇ／ｃｍ３未満であり、例えば５ｇ／ｃｍ３〜７ｇ／ｃｍ３である。このように低い密度は、液圧ユニットにおける損失の低下、ひいてはアクチュエータ装置の良好な効率に寄与する。
【００３３】
ここに挙げた、作動液としての液体金属に関する材料パラメータはそれぞれ、アクチュエータ装置の作動条件、つまり作動温度および作動圧にも当てはまることが望ましい。この場合、作動温度は特に室温であってよく、材料パラメータは、室温におけるパラメータとして設定されていてよい。
【００３４】
実質的に、好適に用いられる液体金属のために使用される液体容積に相当する液圧装置の液圧容積は一般に、好適には１０ミリリットル未満であってよい。このように小さな液体容積は一般に、液圧ユニットの作動時の作動液の機械的な損失（特に摩擦損失および圧縮損失）を最小限に抑えるために有利である。このことは一般に、従来の作動液にも当てはまる。ただし、上記の少ない液体量は、液体金属の有利な特性と組合せたとき、有利には損失および熱的な影響を最小限に減らすことに、より一層寄与する。
【００３５】
液圧ユニットの液圧容積、特に駆動室および被動室および液圧導管の隔壁は、特に有利には、好適に用いられる各液体金属と持続的に接触しても化学的に耐性がある材料からまたは材料を用いて形成されており、かつ／または材料によってコーティングされている。多くの金属は、液状のガリウムまたはガリウムを含む合金と比較的長時間接触した場合には、腐食しやすい。このような腐食から隔壁を防護するために、隔壁は、耐性がある材料から形成されていてよく、かつ／または、耐性がある防護層を備えていてよい。耐性がある適切な材料は、タンタル、タングステンまたはルテニウム等の耐熱金属である。しかしまた、十分な純度の鉄または鋼（特にＣａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｓｔｅｅｌ社によりＣｏｎｓｕｍｅｔの名称で販売される材料）、ニッケル、窒化チタン（ＴｉＮ）またはダイアモンド状のコーティングも、ガリウムを含む液体金属に対して高度の耐性を有している場合がある。
【００３６】
一般に好適には、液圧ユニットは、固体アクチュエータを起点とする運動を、１とは異なる伝達比でもって、動かされるべき部材、特に緊締用に形成された緊締ジョー、またはロック体を形状結合により拘束するように形成された、突出部および／または凹部を備えた形状結合部材に、伝達するように形成されている。この場合、「動かされるべき部材」は、必ずしも液圧ユニットの構成部材である必要はない。伝達比は、特に１未満に選択されていてよく、したがって、液圧ユニットの出口側（つまり特に動かされるべき部材と接続されている側またはこの部材を有している側）における機械的な行程が、液圧ユニットの入口側（つまり固体アクチュエータと接続されている側）における行程よりも大きくなっている。このようにして、本発明によるアクチュエータ装置に対し、単独の固体アクチュエータに対するよりも大きな行程を実現することができる。このようにして、多くのこのような固体アクチュエータに存在する小さな最大行程の欠点を、少なくとも部分的に解消することができる。
【００３７】
本発明によるアクチュエータ装置の好適な改良では、液圧ユニットは、少なくとも１つの駆動室と、被動室と、好適には駆動室と被動室とを接続する液圧導管と、を有している。代替的には、駆動室と被動室とは直接に、すなわち液圧導管が介在すること無しに、互いに接続され、相接して配置されていてもよい。この場合、室および場合により導管の内部空間は、液圧容積の少なくとも一部を形成している。ただしこの場合、液圧容積には追加的に、ここには記載されていないさらに別の構成部材、特にさらに別の室および／または導管も含まれることが排除されていないことが望ましい。追加的に、液圧容積は特に、容積の個々の構成部材間に１つまたは複数の弁を備えて形成されていてもよい。
【００３８】
このように形成された液圧ユニットを備えるアクチュエータ装置は、駆動室および被動室のそれぞれの構成に基づき、液圧ユニットの所定の伝達比を調整するために、特に良好に適している。つまり、特に固体アクチュエータの行程が小さな場合でも、液圧ユニットの被動室の領域において比較的大きな行程を実現することができる。換言すると、固体アクチュエータと液圧ユニットとの協働により、アクチュエータ装置のアクチュエータ装置運動をロックするために有利な伝達比を実現することができる。
【００３９】
駆動室は、特に対応して配置された駆動部材を有していてよく、かつ／または、被動室は、対応して配置された駆動部材を有していてよい。これらの駆動部材および被動部材は、特にピストン部材または同様に作用する、便宜的に固体アクチュエータと運動結合された部材であってよい。駆動室および被動室は、例えばシリンダまたはベローズとして形成されていてよい。
【００４０】
このような液圧ユニットにおいて所望される伝達比は、特に各駆動室および被動室の様々な形態および／または大きさにより調整可能であり、かつ／または、駆動部材および被動部材の様々な選択により調整可能である。
【００４１】
いずれにしろ、一般に好適なのは、液圧ユニットが、駆動室を部分的に画定し、固体アクチュエータにより動かすことができる、少なくとも１つの駆動部材を有している場合である。この場合は駆動部材の動きにより、駆動室と被動室との間に作動液の流動を生じさせることができる。液圧ユニットは追加的に、被動室を部分的に画定する、少なくとも１つの駆動部材を有していてもよく、この駆動部材もやはり、作動液の流動により動かすことができるようになっており、液圧ユニットの出口側で、特に外部の動かされるべき部材を動かすことができる。特に、固体アクチュエータにより、好適には上述したような駆動部材により、作動液を被動室から駆動室内へ移動させることができ、かつ／または被動室を減圧させることができる。このようにして、固体アクチュエータを制御することにより、被動室を減圧させることができる。特に、被動室の増圧により、ロック体をロックすることができ、被動室の減圧により、ロック体を解放することができる。よって、本発明のこの改良では、固体アクチュエータを変位させることにより、ロック体を解放することができる。
【００４２】
しかしまた一般に、運動用に１よりも大きな伝達比を実現することも可能でありかつ有利である。これは特に、被動側（つまりアクチュエータ装置の出口側）において特に大きな力を実現するために有利であってよい。このことは、固体アクチュエータが便宜上、固定された端部または極めて高い剛性を有する端部に対して作動するロックを用いた本発明の適用にとって重要である。
【００４３】
本発明によるアクチュエータ装置の液圧ユニットは、任意には追加的に、作動液用の蓄え室を有していてもよい。好適には、蓄え室には、特に蓄え室内に配置されたガス圧アキュムレータにより、かつ／または、蓄え室のフレキシブルな壁を介して力を加えられるばね、すなわちばね弾性的な部材により、圧力が供給されている。
【００４４】
好適には、本発明によるアクチュエータ装置では、蓄え室に圧力が供給されており、この場合、圧力が供給される蓄え室は、特に駆動室に圧力を供給することにより被動室に圧力が供給されるように形成されていると共に、液圧式に接続されている。このようにして、圧力を供給される蓄え室は、上述したように固体アクチュエータの制御を介して減圧することができる被動室に、圧力を供給することができる。よって、本発明のこの改良により、被動室に予荷重を加えることができるようになっており、圧力を供給された被動室により、ロック体が持続的にロック、例えば緊締または係止されることになり、この場合、必要に応じてロック体を、被動室の減圧に基づき解放することができる。理想的には、駆動室は、液圧シリンダにより実現されており、液圧シリンダ内では、液圧シリンダ内を通る液圧ピストンが、駆動室を画定している。好適には、液圧ピストンは、固体アクチュエータに面した側に駆動室を画定している。このようにして、固体アクチュエータの変位が、駆動室の液圧容積を有利に拡大することができるようになっており、被動室は、作動液が被動室から駆動室内へ流入することにより、減圧される。よって、この改良では、被動室内の減圧が実現可能であり、固体アクチュエータの変位により、ロック体を解放することができるようになっている。このようにして、通常の場合にはロック体をロックしかつ必要に応じて固体アクチュエータの制御に基づきロック体を解放する、いわゆる「常閉式」のアクチュエータ装置を実現することができる。適切には、駆動室は絞りを介して蓄え室に接続されており、駆動室の容積が変化すると、結果として被動室の容積も変化し、作動液が蓄え室から駆動室内に流入する量、または蓄え室内に逆流する量はさほどではない。むしろ、絞りを介して蓄え室を駆動室に接続することは、優先的に、駆動室ひいては被動室にも予荷重を加えた状態で圧力を供給するために役立つ。
【００４５】
本発明の特に好適な改良では、固体アクチュエータは、圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータは過去に、固体アクチュエータの特に有能な構成であることが判っている。圧電アクチュエータにより、特に精密な動きを実現することができる。圧電アクチュエータの主要な欠点、つまりその小さな機械的な行程は、説明したように、後続の液圧ユニットによって解消することができる。
【００４６】
特に好適には、アクチュエータ装置の圧電アクチュエータは、積層圧電アクチュエータとして形成されている。積層圧電アクチュエータは、従来技術から基本的に既知の、積層体として配置された複数の個別の圧電素子が直列接続されたものである。このような積層アクチュエータは、複数の圧電アクチュエータにより、単一の圧電素子を用いて実現可能であるよりも大きな運動振幅を実現するためにも、特に有利である。
【００４７】
ただし、本発明は、固体アクチュエータとして必ずしも圧電アクチュエータに限定されてはいない。例えば、圧電アクチュエータの既知の利点および欠点の多くは、別の形式の固体アクチュエータにも当てはまる。これらについても、比較的小さな行程を、後続の液圧ユニットによって増大することができる。本発明の好適な改良では、固体アクチュエータは、例えば磁気ひずみアクチュエータまたは電歪アクチュエータである。代替的に、固体アクチュエータは形状記憶アクチュエータであってもよい。
【００４８】
本発明の好適な改良では、アクチュエータ装置は、ロック体の運動量に応じて固体アクチュエータを制御するように構成された制御装置を有している。運動量は、便宜的にはロック体の位置および／または速度および／または加速度により形成されている。代替的または追加的にやはり好適には、ロック体に加えられる力が、運動量を代替する。
【００４９】
つまり、本発明に基づきアクチュエータ装置に設けられた液圧装置を用いて、ロック力をある程度デジタル式に、ロック体を最大ロック力でもってロックする状態および非ロック状態に関して調整することができるだけでなく、さらにあらゆる中間状態、すなわち、緊締の形態のロックの場合には最大緊締力でもって緊締する状態と非緊締状態との間のあらゆる状態に関しても調整することができる。
【００５０】
よって、緊締の形態でロックする場合には、特に可動の緊締体を制動する緊締力を調整することができる。特に便宜的には、１つの改良において本発明によるアクチュエータ装置は、固体アクチュエータを作動させ、これにより緊締体が緊締の解消に基づき加速された後で制動され、特に緊締体が場合により存在するストッパから跳ね返ることを回避することができるような制御装置を有している。
【００５１】
好適には、特に緊締体の速度値および／または加速度値および／または位置値等の運動量またはこれらから導出された値および／またはロック体に加えられた力がフィードバックに利用されることにより、制御装置は、被動室の充填の制御ひいては緊締体に対する制動力の調整を、フィードバックを用いて制御するように形成されている。特に、被動室の充填量および／または固体アクチュエータの変位量が、緊締体の制御値および速度および／または加速度および／または位置および／またはロック体に加えられた力が、案内値または調整値を形成することで、制御装置が緊締力を調整するように形成されている。好適には、この調整は、緊締装置が緊締体を解放し、ばね部材が緊締体を加速させた後に行われる。特に、制御装置は緊締体を制御して制動するか、または跳ね返りを阻止するように形成されている。
【００５２】
本発明による方法は、固体アクチュエータと、固体アクチュエータに機械的に直列接続された液圧ユニットと、から形成された本発明によるアクチュエータ装置を利用して、緊締体を緊締するために用いられる。この場合、液圧ユニットは、作動液で満たすことができるかまたは満たされている、液圧容積を有している。有利には、固体アクチュエータは、特に緊締体の運動量または力量に応じて制御される。
【００５３】
以下に、本発明を図示の実施例に基づきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】液圧ユニットを備えた本発明によるアクチュエータ装置の第１の実施例を概略的に示す原理図である。
【図２】液圧ユニットを備えた本発明によるアクチュエータ装置の第２の実施例を概略的に示す原理図である。
【図３】液圧ユニットを備えた本発明によるアクチュエータ装置の第３の実施例を概略的に示す原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１には、液圧ユニットを備えた本発明によるアクチュエータ装置の第１の実施例が、原理図で概略的に示されている。
【００５６】
図１に示すように、本発明によるアクチュエータ装置１０は、ばね部材２０、本発明では例えばコイルばねの形態の圧縮ばね、を有しており、ばね部材２０は、円筒形の軸４０の端面３０に配置されていて、軸４０の端面３０に、軸方向Ａに力を加える。軸４０の移動距離をアクチュエータ部材６０の移動距離に変換する変換ユニット７０が設けられていてもよく、図示の実施例では、１よりも大きな変換係数でもって変換する。すなわち、軸４０の運動は、変換係数の分だけ大きな、アクチュエータ部材６０の移動距離に変換される。図示の実施例では、変換ユニット７０は接触圧縮ばねを有している。しかしまた、別の実施例（図示せず）では、変換ユニット７０は別の形式で形成されていてもよい。
【００５７】
アクチュエータ部材６０は、機械的なストッパ８０に向かって可動である。変換ユニット７０により動かされるアクチュエータ部材６０とは異なり、機械的なストッパ８０は固定されている。アクチュエータ部材６０と機械的なストッパ８０とが互いに当接している場合、アクチュエータ装置１０は停止状態にある。アクチュエータ部材６０と機械的なストッパ８０とが互いに離れている場合、アクチュエータ装置１０は作動状態にある。アクチュエータ部材６０と機械的なストッパ８０とは、基本的に異なる形式で形成されていてよい。図示の実施例では、アクチュエータ部材６０と機械的なストッパ８０とは、プレートとして形成されている。ただし基本的に、アクチュエータ部材６０と機械的なストッパ８０とは別の形式で形成されていてもよい。
【００５８】
図１に示す状態では、アクチュエータ部材６０は機械的なストッパ８０から離れている。すなわち、アクチュエータ装置１０は作動状態にある。
【００５９】
ばね部材２０は、予荷重を加えられて軸方向Ａに圧縮されており、軸方向Ａでの軸４０のロックに基づくばね部材２０の弛緩が阻止されている。軸４０は、軸方向Ａにおいて緊締ジョー１００により固定されており、緊締ジョー１００は、半径方向において軸４０に力を加え、軸４０をその軸方向位置に、摩擦結合式に保持している。
【００６０】
緊締ジョー１００は、軸４０に加えられた力を中断することができると共に、軸を軸方向に解放することができるように形成されている。軸４０の解放に基づき、ばね部材２０が弛緩して、軸４０に軸方向Ａに力を加えることができるようになっている。ばね部材２０により軸４０に力が加えられることに基づき、軸４０は軸方向Ａに可動であり、これによりアクチュエータ６０が機械的なストッパ８０に接近し、アクチュエータ装置を停止させることができるようになっている。
【００６１】
緊締ジョー１００は、液圧ユニット１２０の一部であり、液圧ユニット１２０により緊締ジョー１００を、以下に説明するように制御して可動に操作することができるようになっている。
【００６２】
液圧ユニット１２０は、緊締ジョー１００と、緊締ジョー１００により緊締可能な軸４０と共に、超速減圧用の緊締装置を形成している。
【００６３】
図１に示すように、液圧ユニット１２０は、図示の実施例では圧電アクチュエータにより形成された固体アクチュエータ１３０を有している。
【００６４】
この固体アクチュエータ１３０は、図示の実施例ではピストンシリンダの形態の複動式の液圧シリンダ１５０の駆動室１４０を介して連結されている。これに関連して、連結されているとは、固体アクチュエータ１３０が液圧シリンダ１５０の駆動室１４０の画定部に接続されており、駆動室１４０はその容積を、固体アクチュエータ１３０の変位に基づき変化させることを意味する。図示の実施例では、ピストンシリンダの駆動室１４０は自体公知の形式で、ピストンシリンダ内でピストンシリンダの軸方向に移動可能な液圧ピストン１６０により容積を画定されており、固体アクチュエータ１３０は、液圧ピストン１６０と運動結合されており、例えば液圧ピストン１６０の一方の端面１６４に配置された取っ手１６６と形状結合式に結合されている。別の実施例（図示せず）では、ピストンシリンダに代えて、固体アクチュエータ１３０と運動結合された可動の端面を有する金属ベローズの形態の液圧シリンダ１５０が設けられている。
【００６５】
基本的に、液圧シリンダ１５０は別の形式で実現されていてもよい。本発明に基づき重要なのは特に、固体アクチュエータ１３０の動きにより、液圧式の駆動部の容積が変化するということである。
【００６６】
図示の実施例では、液圧ピストン１６０が２つの容積を分断している。液圧ピストン１６０の、固体アクチュエータ１３０に近い方の端面には、駆動室１４０の駆動容積が接触している、すなわち固体アクチュエータ１３０が液圧ピストン１６０に向かって変位すると、駆動室１４０の駆動容積の大きさは増大する。
【００６７】
液圧シリンダ１５０の別の容積１９０は、液圧ピストン１６０の、固体アクチュエータ１３０から遠い方の側に接触している。
【００６８】
液圧シリンダ１５０の駆動室１４０の駆動容積と別の容積１９０とは、作動液１９５で満たされている。基本的に作動液１９５は、水またはその他の液体により形成されていてよい。図示の実施例では、作動液１９５は液体金属、例えばガリンスタンにより形成されている。液体金属は、特に低い圧縮率および特に小さな熱膨張係数を有している。
【００６９】
別の容積１９０は、実地では常に存在する漏れを介して、駆動容積に接続されている。漏れは、図１では液圧ピストン１６０に並列接続された絞り２００により表されている。
【００７０】
別の容積１９０は、作動液１９５で満たされたリザーバ２１０に流体案内式に接続されている。リザーバ２１０には、圧力供給手段２２０により予荷重が加えられている。すなわち、所定の圧力、ここでは過剰圧力が加えられている。漏れに基づき、別の容積１９０のみならず、液圧ユニット１２０全体、すなわち特に駆動室１４０の駆動容積にも過剰圧力が加えられている。
【００７１】
圧力供給手段２２０は、図示の実施例ではリザーバ２１０内に位置するガス圧アキュムレータである。別の実施例（図示せず）では、圧力供給手段２２０は、リザーバ２１０が加圧されるようにリザーバのフレキシブルな壁に力を加えるばねにより、形成されていてもよい。
【００７２】
駆動室１４０は、流体導管２３５を介して流体案内式に被動室２３０に接続されており、被動室２３０内では、軸４０の緊締を実現するために圧力降下を実現することができる。
【００７３】
つまり、固体アクチュエータ１３０が飛躍的に、すなわち電圧パルスでもって制御されると、固体アクチュエータ１３０はｓ方向に変位して、液圧ピストン１６０の取っ手１６６を軸方向に駆動する。これにより、作動液１９５がリザーバ２１０内へ押し込まれる。圧力供給手段２２０は、作動液１９５に比べて低いばね剛性を有しているため、固体アクチュエータ１３０の小さな膨張に基づく圧力上昇は僅かである。ただし、液圧ピストン１６０の変位に基づき、液圧式の被動室２３０内の容積変更が行われる。
【００７４】
この場合、圧力降下は、作動液の相対的な体積変化と圧縮率との商に比例する。
【００７５】
この場合の相対的な体積変化とは、体積変化前の初期体積に対する体積の変化を意味する。
【００７６】
絶対体積変化は、図示の実施例では固体アクチュエータ１３０により設定されている。最大限の圧力降下を実現するために、液圧初期体積は大きな圧力降下用に最小限に保たれ、特に低い圧縮率を有する作動液１９５が選択されている。
【００７７】
ガリンスタン等の液体金属の熱膨張係数は、０．０００１２６  １／Ｋであり、グリセリンの１／５かつ水の１／２でしかない。これにより、被動室２３０内の圧力に対する、熱に起因する影響を少なくすることができる。
【００７８】
所定の圧力降下を実現するために、初期体積および圧縮率が小さいほど、固体アクチュエータ１３０により供給されるエネルギが必然的に少なくなる。
【００７９】
追加的に、最大限の圧力降下のためには図示の実施例におけるように、液圧式の駆動室を備えた固体アクチュエータ１３０が図１に示すように二重にまたは多重に設けられていてもよい。
【００８０】
液圧ユニット１２０の被動室２３０は、軸４０を、所定の軸方向区分に沿って全周にわたり包囲する、円筒形の管の形態を有している。被動室２３０は、周囲管２４０内に挿入されており、これにより外周面が固定されている。作動液１９５の流入に基づき、液圧ユニット１２０の被動室２３０の内径は減少可能であり、これにより被動室２３０は、流入する作動液１９５に応じて軸４０の全周にわたり、軸４０に摩擦結合式に当接することになる。
【００８１】
被動室２３０の表面の、軸４０に当接可能な部分が、本発明によるアクチュエータ装置１０の、上述した緊締ジョー１００を形成している。この緊締ジョー１００により、軸４０を摩擦結合式に固定することができる。すなわち、液圧系内の最初の初期圧力に基づき、軸４０に向かって緊締ジョー１００に力が加えられ、これにより、軸４０は初期状態では緊締されている。
【００８２】
必要に応じて、例えば本発明によるアクチュエータ装置１０を備えた系の危機的な状態では、軸４０が緊締ジョー１００から解放されて、これにより、ばね部材２０が弛緩可能になり、軸４０を軸方向Ａに加速させるようになっているべきである。ばね部材２０は、上述したように機械的な圧縮ばねとして形成されている。代替的には、機械的な圧縮ばねに代えて、圧縮ガスばねまたはその他のばね部材２０が設けられている。
【００８３】
危機的な状態の場合には、１つの固体アクチュエータ１３０、または、複数の固体アクチュエータ１３０が並列接続されている場合には複数の固体アクチュエータ１３０が制御されることによって、それまで緊締ジョー１００内で緊締されていた軸４０が解放され、被動室２３０内に圧力降下を生じさせる。これにより、緊締ジョー１００と軸４０との間の緊締を解除することができ、軸は、ばね部材２０に基づき加速することができる。このようにして、軸４０は特に小さな時間的な遅延を伴って可動である。
【００８４】
ばね部材２０に代えて、別の実施例（図示せず）では電気機械的な駆動装置が設けられていてもよいことは自明であり、この場合、駆動エネルギは例えばコンデンサ内に保管される。
【００８５】
本発明に基づきアクチュエータ装置１０に設けられた液圧装置１２０を用いて、軸４０を最大緊締力でもって緊締している状態と、軸４０を緊締していない状態とに対する緊締力を、ある程度デジタル式に調整することができるだけでなく、さらに、最大緊締力でもって緊締している状態と、緊締していない状態との間に位置する全ての状態を調整することができる。つまり、これにより、特に軸４０を軸方向Ａにおいて制動する緊締力を調整することができる。軸４０が緊締ジョー１００から解放された後に軸４０が制動され、しかも、固定された機械的なストッパ８０からの、アクチュエータ部材６０の跳ね返りを回避できるように固体アクチュエータ１３０を作動させる、制御装置（図示せず）が設けられている。制御装置は、軸４０の加速度値ならびに速度値および位置値がフィードバックに利用されることにより、被動室２３０に対する充填の制御ひいては緊締ジョー１００による軸４０に対する制動力の調整を、フィードバックを用いて制御するように形成されている。この場合、緊締力は被動室２３０に対する充填を介して調整され、軸４０はそのアクチュエータ部材６０が機械的なストッパ８０に当たると急制動されるようになっている。好適には、この調整は、緊締ジョー１００が軸４０を解放し、ばね部材２０が軸４０を加速させた後に初めて行われる。
【００８６】
図示の実施例では、アクチュエータ装置１０は、機械的なストッパ８０に向かって軸４０を加速させるように形成されている。基本的にアクチュエータ装置１０は、例えばばね部材２０を軸４０に適当に配置することにより、軸４０を機械的なストッパ８０から離すようにも形成されうる。
【００８７】
図２に示す、本発明によるアクチュエータ装置１０’の別の実施例は、図１に示した、本発明によるアクチュエータ装置１０の実施例に概ね一致するものである。
【００８８】
ただし、アクチュエータ装置１０’は、上述した実施例とは異なり、緊締ジョー１００により緊締可能な軸４０に代えて、ロック部材１００’により緊締可能な軸４０’を有している。このために軸４０’は、全周にわたり延在する狭窄部４２’を有しており、狭窄部４２’は、ロック部材１００’が係合可能な凹部を形成している。ロック部材１００’は、半径方向内側に向かって延在し、全周にわたり被動室２３０の内周面に配置された突出部として形成されており、これによりロック部材１００’は、半径方向において凹部４２’内に突入している。このために被動室２３０は、先行実施例に比べ、軸方向により短い寸法を有している。
【００８９】
このようにして、ロック部材１００’は被動室２３０が満たされることにより凹部４２’内へもたらされてよく、かつ被動室２３０が空になり圧力が低下することにより、凹部４２’から出されてよい。これに相応して、図２に示すこの実施例では、軸４０’をロック部材１００’により形状結合式に拘束することができるようになっている。
【００９０】
図３に示す、本発明によるアクチュエータ装置１０’’の実施例は、以下に説明する事情を除き、上述した、本発明によるアクチュエータ装置１０’の実施例に一致するものである。この場合、ロック部材１００’は追加的に、被動室２３０の内周面の動きに伝達比を与える伝達手段２７０を有しており、これにより、ロック部材１００’は直接に動かされるのではなく、伝達比に相応して伝達式に動かされるようになっている。
【００９１】
図１〜図３に示した各実施例の場合は、いわゆる「常閉式」のアクチュエータ装置である。すなわち、軸４０，４０’は、作動状態では持続的に拘束、つまりロックされている。軸４０，４０’は必要に応じて、例えば危機的な状態においてのみ解放され、ばね部材２０によって加速される。
【００９２】
基本的に、別の実施例（図示せず）におけるアクチュエータ装置は、軸が必要に応じて、一般に例外的な場合にのみ拘束される「常開式」のアクチュエータ装置として形成されていてもよい。
【図１】
2021504653.tif 000003
【図２】
2021504653.tif 000004
【図３】
2021504653.tif 000005
【国際調査報告】
2021504653.tif 000006
2021504653.tif 000007
2021504653.tif 000008
2021504653.tif 000009