(57)【要約】  本発明は、固体アクチュエータ駆動装置であって、軸（１；１°）と、該軸（１；１°）を回転可能に支承するための回転軸受け（２）と、駆動体（６；６°）と、該駆動体（６；６°）と軸（１；１°）とを互いに相対的に励起し、該軸（１；１°）を駆動体（６；６°）に対して相対的に回転させるための少なくとも２つのアクチュエータ（５．１，５．２）と、前記コンポーネントが取り付けられたベースエレメントとが設けられており、駆動体（６）が、駆動体開口（６．１）を備えて形成されており、軸（１）が、駆動体開口（６．１）内に少なくとも導入されているかまたは軸（１゜）が、中空軸として形成されており、駆動体（６°）の、リング状のまたはディスク状の周面を備えたエレメント（６．１゜）が、中空軸内に配置されている形式のものに関する。本発明によれば、駆動体（６）が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、軸（１；１°）が、回転軸受け（２）に配置されていて、固体アクチュエータ（５．１，５．２）によって軸（１；１°）の半径方向にベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されている。
2010504732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体アクチュエータ駆動装置であって、
−軸（１；１°）と、
−該軸（１；１°）を回転可能に支承するための回転軸受け（２）と、
−駆動体（６；６°）と、
−該駆動体（６；６°）と軸（１；１°）とを互いに相対的に励起し、該軸（１；１°）を駆動体（６；６°）に対して相対的に回転させるための少なくとも２つのアクチュエータ（５．１，５．２）と、
−前記コンポーネントが取り付けられたベースエレメントとが設けられており、
−駆動体（６）が、駆動体開口（６．１）を備えて形成されており、軸（１）が、駆動体開口（６．１）内に少なくとも導入されているか
−または軸（１゜）が、中空軸として形成されており、駆動体（６°）の、リング状のまたはディスク状の周面を備えたエレメント（６．１゜）が、中空軸内に配置されている形式のものにおいて、
−駆動体（６）が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、
−軸（１；１°）が、回転軸受け（２）に配置されていて、アクチュエータ（５．１，５．２）によって軸（１；１°）の軸線に対して垂直なレベルでベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されていることを特徴とする、固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項２】
固体アクチュエータ駆動装置であって、
−軸（１；１°）と、
−回転軸受け（２）と、
−駆動体（６；６°）と、
−該駆動体（６；６°）と軸（１；１°）とを互いに相対的に励起し、該軸（１；１°）を駆動体（６；６°）に対して相対的に回転させるための少なくとも２つのアクチュエータ（５．１，５．２）と、
−前記コンポーネントが取り付けられたベースエレメントとが設けられており、
−駆動体（６）が、駆動体開口（６．１）を備えて形成されており、軸（１）が、駆動体開口（６．１）内に少なくとも導入されているか
−または軸（１゜）が、中空軸として形成されており、駆動体（６°）の、リング状のまたはディスク状の周面を備えたエレメント（６．１゜）が、中空軸内に配置されている形式のものにおいて、
−駆動体（６）が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、
−アクチュエータ（５．１，５．２）および／またはアクチュエータ（５．１，５．２）に、特に同時回転可能に配置された軸（１゜）が、回転軸受け（２）に配置されていて、駆動体（６゜）に対して相対的に回転可能であり、
−軸（１゜）が、アクチュエータによって軸（１゜）の軸線に対して垂直なレベルでベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されていることを特徴とする、固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項３】
駆動体（６）が、ベースエレメントに固く取り付けられている、請求項１または２記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項４】
それぞれ１つの駆動体開口（６．１）を備えた２つの駆動体（６）が設けられており、軸（１；１°）が、両駆動体と協働するようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項５】
２つの駆動体（６）が、結合エレメント（４）を介して互いに結合されていて、該結合エレメント（４）を介してベースエレメントに取り付けられている、請求項４記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項６】
２つの回転軸受け（２）が設けられており、両回転軸受け（２）が、それぞれ少なくとも１つのアクチュエータ（５．１，５．２）を介して、それぞれ少なくとも１つの駆動体（６）に連結されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項７】
両回転軸受け（２）が、結合エレメント（４）を介して互いに結合されていて、該結合エレメント（４）を介してアクチュエータ（５．１，５．２）によって駆動体（６）に連結されている、請求項６記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項８】
アクチュエータ（５．１，５．２）にリニアに作用する負荷の検出によって、軸に作用するトルク（Ｍ）を測定するための検知装置が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項９】
軸（１）と、該軸によって駆動したいエレメントとの間に配置されたカップリング装置が設けられており、該カップリング装置が、軸と、駆動したいエレメントとの間で回転運動を伝達しかつ半径方向への軸（１）の運動を絶縁するために形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【請求項１０】
ベースエレメントが、当該駆動装置のハウジングまたはフレーム（７）であり、該ハウジングもしくは該フレームが、駆動体（６；６°）を上位の装置に固く結合している、請求項１から９までのいずれか１項記載の固体アクチュエータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体アクチュエータ駆動装置であって、軸と、該軸を回転可能に支承するための回転軸受けと、駆動体と、該駆動体と軸とを互いに相対的に励起し、該軸を駆動体に対して相対的に回転させるための少なくとも２つのアクチュエータと、前記コンポーネントが取り付けられたベースエレメントとが設けられており、駆動体が、駆動体開口を備えて形成されており、軸が、駆動体開口内に少なくとも導入されているかまたは軸が、中空軸として形成されており、駆動体の、リング状のまたはディスク状の周面を備えたエレメントが、中空軸内に配置されている形式のものに関する。
【０００２】
欧州特許第１０９８４２９号明細書に基づき、固体アクチュエータ駆動装置を備えた電気機械的なモータが公知である。第１の直径を備えた回転可能に支承された軸は、円筒状の孔の形の駆動体開口を備えた駆動体によって取り囲まれる。軸の軸表面は、第１の直径に比べてやや大きな第２の直径を有する駆動体開口の内面に対して転動することができる。この場合、軸の軸線と駆動体開口の中心の軸線とは互いに平行に方向付けられている。軸の転動運動ひいては回転は、駆動体の円形の変位運動によって生ぜしめられるかもしくは軸の軸線に対して平行な駆動体の軸線の円形の変位運動によって生ぜしめられる。駆動体開口の軸線と軸の軸線との間の円形の相対運動は、最も簡単な事例では、リニアアクチュエータの形の、特に互いに独立して運転可能な２つの電気機械的なアクチュエータによって発生させられる。両アクチュエータの作用方向、すなわち、使用される長さ変化の方向は、互いに直交方向に位置している。アクチュエータは、最も簡単な事例では、その作用方向が軸の軸線もしくは環状孔軸線に対して垂直な平面を展開するように配置されている。アクチュエータの適切な電気的な制御によって、一方のアクチュエータが励起され、これによって、時間を関数とした周波数および振幅のサイン状の変位が生ぜしめられ、他方のアクチュエータが励起され、これによって、時間を関数とした周波数および振幅のコサイン状の変位が生ぜしめられる。この場合、変位振幅は、駆動体開口と軸との間の直径差が確実に乗り越えられるようにするために、量に関して、第１の直径と第２の直径との直径差の半分を上回る。両リニアアクチュエータのリニア運動が互いに独立して重畳される限り、全体として、駆動体と軸とが互いに円形に変位させられ、回転可能に支承された軸が回転させられる。
【０００３】
軸にトルク負荷が加えられている場合には、駆動体と軸との間の力伝達が、前述した実施形態では、摩擦接続によって行われる。力伝達は歯列の導入によって改善することができる。この事例では、もはやスリップが生ぜしめられ得ないので、付加的に作動過程の極めて高い作動精度と再現可能性とが得られる。
【０００４】
図５には、著しく抽象化して公知先行技術による１つの実施形態の原理的な構造が示してある。この場合、駆動体開口と軸との間の力伝達は摩擦接続的にまたは形状接続的に行われてよい。
【０００５】
軸１は、半径方向に剛性的な２つの回転軸受け２、たとえば滑り軸受け、玉軸受けまたは針状ころ軸受けによって、それぞれ１つの軸受けホルダ３に回転可能に支承されている。両軸受けホルダ３は２つのブリッジエレメントを介して剛性的に結合される。各ブリッジエレメント４は、アクチュエータに対する支持体を提供している。以下、両アクチュエータ５．１，５．２を、軸線Ｚに対して垂直な第１の方向Ｘへの運動に用いられるＸアクチュエータおよび軸線Ｚに対して垂直なかつ第１の方向Ｘに対して垂直な第２の方向Ｙへの運動に用いられるＹアクチュエータと呼ぶ。両アクチュエータ５．１，５．２は支持体側で機械的に剛性的に所属のブリッジエレメント４に結合されている。実際のモータ構成では、機能エレメント、すなわち、軸受けホルダとブリッジエレメントとが、有利には１つまたはそれ以上の部材から成るモータハウジングの構成要素として形成される。したがって、モータホルダ（図示せず）、たとえばフレームまたは機台への一方のブリッジエレメントの、三角形によってシンボリックに示した機械的に剛性的な取付けを、意味に関して、モータハウジングもしくは支持エレメントへの固定と解釈することができる。アクチュエータ５．１，５．２はその駆動側の端部で、円筒状の孔の形の駆動体開口６．１を備えた駆動体６に機械的に剛性的に結合される。軸１は駆動体開口６．１を貫通しているかまたは駆動体開口６．１内に導入されている。
【０００６】
このような構成では、モータ運転中、モータハウジングが回転軸受け２および軸１と共に並進運動に対して静止していると見なされ、駆動体６が運動していると見なされる。
【０００７】
図５には、瞬間的な状況が示してある。この状況では、Ｙアクチュエータ５．２が丁度最大に変位させられており、駆動体６が、図面で見て、軸１に下方で接触している。したがって、左側の平面図では、隠して記入したＸアクチュエータが撓んだ状態で示してある。この図面は、原理を明示するために意識的に著しく誇張して示してある。実際にアクチュエータとして使用される固体アクチュエータには、アクチュエータ変位量ａがアクチュエータ長さの約１〜２／１０００しか達成しないことが当てはまる。約３０ｍｍの現在一般的なアクチュエータ長さの場合には、最大ａ＝６０μｍのアクチュエータ変位量が得られる。アクチュエータ変位量ａが駆動体開口６．１の第２の直径Ｄと軸１の軸直径ｄとの間の直径差を上回らなければならない、すなわち、ａ＞（Ｄ−ｄ）という必須の前提条件を考慮して、作用方向に対して垂直なアクチュエータ５．１，５．２の「撓み」が無視できる程度に僅かなままであることが明らかになる。
【０００８】
この構造の電気機械的なモータでは、駆動体６と軸１との間の形状接続的な力伝達を使用して、すでに最大２Ｎｍのトルクが軸１で検出・測定されている。この場合、負荷トルクは軸１から、特に形状接続的に駆動体６に伝達され、そこからアクチュエータを介してモータハウジングもしくはブリッジエレメントに到達し、最終的にモータホルダ７に導出される。軸１は回転可能に支承されてモータハウジングもしくは軸受けホルダに組み込まれているので、軸受け箇所では、原理に起因して、トルク伝達は行われ得ない。
【０００９】
したがって、作用するトルクＭの負荷が全てアクチュエータ５．１，５．２によって受け止められ、導出されなければならない。これによって、アクチュエータ５．１，５．２が著しく撓み負荷される。既知のかつ新規の多くのアクチュエータ材料、特に現在使用されているセラミックス製の圧電性の多層アクチュエータは機械的に脆弱性と見なされる。したがって、特に高いトルク負荷時には、アクチュエータ材料にまず亀裂形成が生ぜしめられ、のちに破折による故障すら生ぜしめられ得る。
【００１０】
撓み負荷によって、アクチュエータ材料の一部が引張負荷され、アクチュエータ材料の一部が圧縮負荷される。特に引張負荷は脆弱性のアクチュエータ材料、特に圧電セラミックス材料に対して著しく有害に作用する。これと異なり、圧縮負荷に対しては、この材料の高い強度および耐荷量が存在している。
【００１１】
このような問題点の第１の解決手段は、まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願第１０２００５０２２３５５号明細書に記載されているように、リニアアクチュエータを対を成して配置することにある。この場合、トルク負荷によって生ぜしめられるアクチュエータにおける機械的な応力の減少は、アクチュエータアッセンブリの面積慣性モーメントの増加によって達成される。
【００１２】
同じく相応の面積慣性モーメントの増加を使用する別の解決手段が、方形の横断面を備えた圧電性の多層アクチュエータによる圧電性の環状モータに用いられる、製造に即した駆動ユニットの構造として、まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願第１０２００６０３２９９３号明細書に記載されている。
【００１３】
別の解決手段は、アクチュエータに対する機械的な高い圧力プリロードの能率的な提供を扱っている。ただし、この場合、この圧力プリロードはアクチュエータの変位を決して妨げてはならないかまたは僅かしか妨げてはならない。提供される圧力プリロードは、運転中に生ぜしめられる重畳する機械的な引張負荷成分を凌駕し、これによって、全体として、考えられる全ての運転状態において、アクチュエータ材料に有害な引張負荷が生ぜしめられ得ないことが望ましい。このような解決手段は、圧電性の作動駆動装置に設けられたピエゾアクチュエータに製造に即して機械的に圧力プリロードをかけるためのプリロードシステムとして、まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願第１０２００６０３２９９５号明細書に記載され、圧電性の作動駆動装置に設けられたピエゾアクチュエータに製造に即して機械的な圧力プリロードをかけるための全周にわたって延びるばね線材として、まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願第１０２００６０３２９９６号明細書に記載される。
【００１４】
本発明の課題は、モータ軸に加えられるトルク負荷によって生ぜしめられる、特に機械的に脆弱性のアクチュエータの撓み負荷を減少させるかまたは完全に回避する固体アクチュエータ駆動装置の構成の提供にある。
【００１５】
この課題を解決するために本発明の第１の固体アクチュエータ駆動装置では、駆動体が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、軸が、回転軸受けに配置されていて、アクチュエータによって軸の軸線に対して垂直なレベルでベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されているようにした。
【００１６】
さらに、この課題を解決するために本発明の第２の固体アクチュエータ駆動装置では、駆動体が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、アクチュエータおよび／またはアクチュエータに、特に同時回転可能に配置された軸が、回転軸受けに配置されていて、駆動体に対して相対的に回転可能であり、軸が、アクチュエータによって軸の軸線に対して垂直なレベルでベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されているようにした。
【００１７】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、駆動体が、ベースエレメントに固く取り付けられている。
【００１８】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、それぞれ１つの駆動体開口を備えた２つの駆動体が設けられており、軸が、両駆動体と協働するようになっている。
【００１９】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、２つの駆動体が、結合エレメントを介して互いに結合されていて、該結合エレメントを介してベースエレメントに取り付けられている。
【００２０】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、２つの回転軸受けが設けられており、両回転軸受けが、それぞれ少なくとも１つのアクチュエータを介して、それぞれ少なくとも１つの駆動体に連結されている。
【００２１】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、両回転軸受けが、結合エレメントを介して互いに結合されていて、該結合エレメントを介してアクチュエータによって駆動体に連結されている。
【００２２】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、アクチュエータにリニアに作用する負荷の検出によって、軸に作用するトルクを測定するための検知装置が設けられている。
【００２３】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、軸と、該軸によって駆動したいエレメントとの間に配置されたカップリング装置が設けられており、該カップリング装置が、軸と、駆動したいエレメントとの間で回転運動を伝達しかつ半径方向への軸の運動を絶縁するために形成されている。
【００２４】
本発明の固体アクチュエータ駆動装置の有利な構成では、ベースエレメントが、当該駆動装置のハウジングまたはフレームであり、該ハウジングもしくは該フレームが、駆動体を上位の装置に固く結合している。
【００２５】
本発明は、軸に作用するトルク負荷が、駆動体またはモータハウジング、軸受けホルダ、ブリッジエレメント等に直接伝達され、そこからモータホルダ、たとえばフレームまたは機台に直接導出されることに基づいている。この場合、アクチュエータは、有利には適切に配置された回転支承部材によって、トルクを伝達する一連のエレメントに関与しない。
【００２６】
本発明によれば、軸と、この軸を半径方向に剛性的にかつ容易に回転可能に支承するための回転軸受けと、駆動体と、この駆動体と軸とを互いに相対的に励起し、この軸を駆動体に対して相対的に回転させるための少なくとも２つのアクチュエータと、これらのコンポーネントが取り付けられたベースエレメントとを備えた固体アクチュエータ駆動装置が有利となる。この場合、１つの実施態様によれば、駆動体が、駆動体開口を備えて形成されており、軸が、駆動体開口内に少なくとも導入されているかまたは、別の実施態様によれば、軸が、中空軸として形成されており、駆動体の、リング状のまたはディスク状の周面を備えたエレメントが、中空軸内に配置されている。この場合、駆動体はベースエレメントに対して相対的に不動に配置されている。軸は回転軸受けによって固体アクチュエータに対して相対的に容易に回転可能に配置されていて、この固体アクチュエータによって軸の軸線に対して垂直なレベルでベースエレメントに対して相対的に調節可能であるかもしくは軸の半径方向にかつ接線方向にベースエレメントに対して相対的に調節可能である。この場合、駆動する方向成分は軸の軸線に対して垂直なレベルに位置している。この場合、場合により、揺動運動が、たとえば軸によって駆動されるエレメントの定置の回転支承に基づき生ぜしめられ得る。
【００２７】
有利には、このような固体アクチュエータ駆動装置では、アクチュエータにトルク荷重が全く作用しないかまたは、場合により、もはや僅かなトルク荷重しか作用しない。このためには、半径方向への軸の、一目で不適切な軸振動もしくは横方向の運動が甘受される。しかし、詳しく考察してみると、軸の横方向の運動は、無視することができるかまたは補償することができる程度に僅かであることを確認することができる。重要な利点は、軸に作用しかつ公知先行技術ではアクチュエータに伝達されるトルク負荷によって生ぜしめられる、アクチュエータの一部における撓み荷重、特に撓み荷重に随伴した著しく有害な引張負荷が、アクチュエータが回転支承部材によって軸に対して相対的に軸におけるトルク負荷から絶縁されることによって、ここでは原理に起因して回避されることである。軸におけるトルク負荷は、アクチュエータが次第に過度に強く損傷されるかまたは完全に破壊されるように、もはやアクチュエータに作用し得ない。
【００２８】
さらに有利には、このような固体アクチュエータ駆動装置では、アクチュエータがベースエレメントに対して相対的に回転しないことが有利である。これによって、アクチュエータの電気的な接続が容易になる。
【００２９】
特に軸と、回転軸受けと、駆動体と、この駆動体と軸とを互いに相対的に励起し、この軸を駆動体に対して相対的に回転させるための少なくとも２つのアクチュエータと、これらのコンポーネントが取り付けられたベースエレメントとを備えた固体アクチュエータ駆動装置に基づく実施態様も有利となる。この場合、駆動体が、駆動体開口を備えて形成されており、軸が、駆動体開口内に少なくとも導入されているかまたは軸が、中空軸として形成されており、駆動体の、リング状のまたはディスク状の周面を備えたエレメントが、中空軸内に配置されており、この場合、駆動体が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、アクチュエータおよび／またはアクチュエータに、特に同時回転可能に配置された軸が、回転軸受けに配置されていて、駆動体に対して相対的に回転可能であり、軸が、アクチュエータによって軸の半径方向にベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されている。この変更された別の実施態様によれば、アクチュエータが、１つには、軸に、特に剛性的に結合され、もう１つには、ベースエレメントに対して相対的に回転可能に支承される。これによって、アクチュエータも同じくトルクなしとなるものの、軸と共に回転する。
【００３０】
種々異なる構成の一般的な基本思想は、１つまたは場合により複数の駆動体がベースエレメントに対して相対的に不動に配置されており、軸が、この軸の横方向の運動を甘受してベースエレメントに対して相対的に調節可能に配置されていることにある。
【００３１】
有利には、特にこのような固体アクチュエータ駆動装置では、駆動体がベースエレメントに固く固定されている。言い換えるならば、駆動体がベースエレメントに対して相対的に定置に配置されていて、有利かつ選択的には、別の剛性的なエレメントを介在して、このようなベースエレメントにねじ締結されているかまたは溶接されているかまたはその他の形式で固く固定されている。
【００３２】
それぞれ１つの駆動体開口を備えた２つの駆動体が有利である。この場合、軸は両駆動体と協働する。このようなアッセンブリでは、相応して、両駆動体または、場合により、さらに多くの駆動体が、ベースエレメントに対して相対的に不動に配置されている。有利には、このようなアッセンブリでは、軸の長手方向における互いに間隔を置いて配置された２つの箇所で所定の駆動力が軸に作用し、これによって、軸の、有利には傾倒なしの安定した駆動が行われる。
【００３３】
２つの駆動体は、有利には結合エレメントを介して互いに結合されていて、この結合エレメントを介してベースエレメントに取り付けられている。このような構成は、有利には、両駆動体の互いに相対的な不動の配置と同時に、共通のベースエレメントへの互いに平行な両駆動体の、間隔を置いて配置された固定可能性を提供する。
【００３４】
有利には、それぞれ少なくとも１つのアクチュエータを介して、それぞれ少なくとも１つの駆動体に連結された２つの回転軸受けが使用される。２つまたはそれ以上のこのような回転軸受けは、有利には、軸を傾倒なしに、互いに間隔を置いて配置された２つの回転軸受けによって案内する可能性を提供する。両回転軸受けは、有利には結合エレメントを介して互いに結合されていて、この結合エレメントを介してアクチュエータによって駆動体に連結されている。
【００３５】
有利には、このような固体アクチュエータ駆動装置では、アクチュエータにリニアに作用する負荷を検出することによって、軸に作用するトルクを測定するための検知装置が設けられている。アクチュエータへの直接的なトルク伝達が種々異なる実施態様によってまさに有利に回避されるとはいえ、にもかかわらず、驚くべきことに、軸に作用するトルクのトルク測定を実施することができる。これにより、たとえば制御装置が適切なアルゴリズムによって、アクチュエータにリニアに作用する負荷を検知することができる。このためには、場合によりアクチュエータに付与された制御電流または制御電圧が算出され、これにより、最終的にこのように測定された値によって、このようなトルクを推測することができる。したがって、検知装置は、有利にはアクチュエータと、制御のために提供された制御装置とによって置き換えられるかまたは、場合により、これに対して別個に提供された回路アッセンブリまたは制御アッセンブリによって置き換えられる。
【００３６】
有利には、このような固体アクチュエータ駆動装置では、カップリング装置が設けられている。このカップリング装置は、軸と、この軸によって駆動したいエレメントとの間に配置されている。この場合、カップリング装置は、軸と、駆動したいエレメントとの間で回転運動を伝達しかつ半径方向への軸の運動を絶縁するために形成されている。したがって、このようなカップリング装置によって、有利には、ベースエレメントに対して相対的な軸の横方向の運動が、軸によって駆動したいエレメントへの伝達時に切り離され、これによって、この駆動したいエレメントも同様にこのような横方向の運動を実施しない。簡単な形式では、カップリング装置が、たとえば自体公知のベローズクラッチによって置き換えられていてよい。
【００３７】
ベースエレメントは、特に駆動装置のハウジングまたはフレームである。この場合、このハウジングもしくはフレームは駆動体を上位の装置に固く結合する。
【００３８】
したがって、機能的には、固体アクチュエータ駆動装置の作用原理における電気機械的なモータが提供される。このモータでは、駆動エレメントにおけるトルク荷重が、軸もしくは中空軸を介して、ベースエレメントの形のモータ保持部材に直接伝達される。この場合、アクチュエータがトルクの伝達路に位置していないことが有利である。アクチュエータと少なくとも１つの回転支承部材との協働によって、有利には半径方向の力しか駆動軸もしくは駆動エレメントに伝達され得ない。有利には、軸と、駆動したいエレメントとの間での回転の伝達に対する駆動エレメント、すなわち、軸もしくは中空軸の横方向の運動の絶縁が、たとえばベローズクラッチを介して提案される。
【００３９】
多層状のＰＭＡ構造における固体アクチュエータのほかに、別の形式の固体アクチュエータ、たとえば磁気歪み式の固体アクチュエータ、電気歪み式の固体アクチュエータまたは電磁的に作用する固体アクチュエータを備えた構成も使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】固体アクチュエータを備えた第１の実施形態による有利な固体アクチュエータ駆動装置のコンポーネントの概略的な平面図および側方の断面図である。
【図２】固体アクチュエータを備えた第２の実施形態による有利な固体アクチュエータ駆動装置のコンポーネントの概略的な平面図および側方の断面図である。
【図３】固体アクチュエータを備えた第３の実施形態による有利な固体アクチュエータ駆動装置のコンポーネントの概略的な平面図および側方の断面図である。
【図４】固体アクチュエータを備えた第４の実施形態による有利な固体アクチュエータ駆動装置のコンポーネントの概略的な平面図および側方の断面図である。
【図５】固体アクチュエータを備えた公知先行技術の実施形態による有利な固体アクチュエータ駆動装置のコンポーネントの概略的な平面図および側方の断面図である。
【００４１】
１つの実施例を以下に図面につき詳しく説明する。種々異なる図面において同じ符号を使用する限り、それぞれ同じかまたは同様に作用するコンポーネントまたは機能を表している。これに相俟って、それぞれ別の図面に対する説明で相応の構成を示している。
【００４２】
図１から明らかであるように、例示した固体アクチュエータ駆動装置は多数の個別コンポーネントから成っている。この場合、図示のコンポーネントは、別のコンポーネントによって補足可能であるかもしくは同様に作用する別の構造のコンポーネントに交換可能である。
【００４３】
固体アクチュエータ駆動装置は、概略的にしか図示していないハウジングまたはフレーム７を有している。このハウジングまたはフレーム７は別のコンポーネントを収容しているかまたは支持している。ハウジング内には、軸受けアッセンブリによって軸１が配置されている。この場合、この軸１の軸線Ｚは軸方向にハウジングを越えて延びている。軸１を軸線Ｚを中心として軸回転させるためには、駆動装置が働く。
【００４４】
この駆動装置は、主として、有利には固体アクチュエータの形の、リニアに作用する、有利には２つまたはそれ以上のアクチュエータ５．１，５．２と、１つの駆動体６とを有している。さらに、駆動装置は、１つの軸受けホルダ３と、１つまたはそれ以上の回転軸受け２とを有している。
【００４５】
図示の実施形態では、軸受けホルダ３が、同時に結合エレメントを形成して、側方に開放されたＵ字形のエレメントから形成されている。この場合、軸受けホルダ３の互いに平行な両脚部は、軸線Ｚに対して半径方向に延びている。軸受けホルダ３には、両方の回転軸受け２が配置されている。これらの回転軸受け２を軸１が貫通している。したがって、主として、軸１が少なくとも１つの回転軸受け２で、有利には傾倒に対する安定化のために２つの回転軸受け２で、回転可能であるものの、その半径方向には不動に軸受けホルダ３に支承されている。
【００４６】
駆動体６は円形の駆動体開口６．１を有している。この駆動体開口６．１は、特に駆動体６を貫く貫通開口として形成されている。軸１は駆動体開口６．１を貫通しているかまたは少なくとも駆動体開口６．１内に導入されている。この場合、第１の直径ｄとしての軸１の外径は、第２の直径Ｄとしての駆動体開口６．１の内径よりも小さく寸法設定されている。両直径ｄ，Ｄの比は、アクチュエータ５．１，５．２の最大のアクチュエータ変位量ａが両直径の差よりも大きい、すなわち、ａ＞（Ｄ−ｄ）が当てはまるように設定されている。駆動体６は、軸１をアクチュエータ５．１，５．２によって駆動するために調節され、これによって、軸１の軸外壁が、有利には一貫して駆動体内壁に摩擦接触しており、これによって、アクチュエータ５．１，５．２による駆動体６の適切な制御によって、駆動体６が、軸１を軸回転させる運動にもたらされる。
【００４７】
アクチュエータ５．１，５．２を駆動するためには、固体アクチュエータ駆動装置が、組み込まれたコンポーネントまたは場合により固有の外部のコンポーネントとしての制御装置Ｃを有している。この制御装置Ｃは、慣用の形式で導体を介してアクチュエータ５．１，５．２に接続されており、これによって、このアクチュエータ５．１，５．２に構成に応じて電荷または電圧が印加され、これによって、アクチュエータ５．１，５．２が制御に相応して長手方向にリニアに伸長しかつ／または収縮する。
【００４８】
アクチュエータ５．１，５．２は、盲部材として駆動体６と軸受けホルダ３との間に配置されており、これによって、この軸受けホルダ３と回転軸受け２とを介して、軸１が駆動体６に対して相対的に擬円形の並進運動にもたらされる。言い換えるならば、軸１の軸線Ｚがアクチュエータ５．１，５．２の適切な制御によって駆動体開口軸線Ｚ＊を中心として回転する。この駆動体開口軸線Ｚ＊は軸線Ｚに対して平行に延びていて、駆動体開口６．１を通る中心軸線を形成している。しかし、知られている実施形態に対して、回転軸受け２を備えた軸受けホルダ３がフレーム７もしくはハウジングに固く結合されておらず、種々異なる実施形態では、駆動体６がフレーム７に固く結合されている。
【００４９】
まとめると、このように有利な固体アクチュエータ駆動装置の主要な構造は、駆動体６が固く取り付けられたフレーム７と、軸１を支承するための軸受けホルダ３を駆動体６に調節可能に取り付けるアクチュエータ５．１，５．２とから成っている。これによって、駆動体６が定置にフレーム７に配置されているのに対して、軸１は駆動体６ひいてはフレーム７に対して相対的に僅かな回転運動または振動運動を実施する。
【００５０】
駆動体６と軸受けホルダ３との間へのアクチュエータ５．１，５．２の配置は、有利には駆動体６と軸受けホルダ３とに対する固い結合によって行われる。この場合、有利には、アクチュエータ５．１，５．２が、軸受けホルダ３の、軸線Ｚに対して平行に延びる区分に位置固定されている。しかし、アクチュエータ５．１，５．２が、必ずしも固く固定されて駆動体６と軸受けホルダ３との間に配置されておらず、駆動体６と軸受けホルダ３との間に緩く挿入されている別の実施形態も可能である。このような配置事例は、たとえば２つよりも多くのアクチュエータ５．１，５．２が軸受けホルダ３と駆動体６との間に配置されており、これによって、回転軸受け２もしくは軸受けホルダ３に対して相対的な駆動体６の駆動のために、その都度アクチュエータ５．１，５．２の伸長運動しか使用されない場合に可能となる。
【００５１】
したがって、図１には、著しく抽象化して第１の実施形態の構造が示してある。この構造は、図４に示した公知先行技術と、主として、黒い三角形によってシンボリックに示した保持条件の変更の点でしか異なっていない。この場合、有利な駆動体６は静止していると見なすことができる。これに対して、たとえばモータハウジングとしてのベースエレメント７、軸受けホルダまたはブリッジエレメントは、回転軸受け２および軸１と共に、リニアアクチュエータとして形成されたアクチュエータ５．１，５．２によって駆動体６に対して相対的に運動させられる。
【００５２】
モータ軸として使用可能な軸１が静止しておらず、アクチュエータ５．１，５．２によってモータ軸線、すなわち、特に駆動体開口軸線Ｚ＊に対して平行に励起され、これによって、円形の変位運動が生ぜしめられることは煩わしいと感じられ得る。しかし、変位距離が、アクチュエータ変位量ａの極端な事例において、現在の使用事例で多くとも最大２００μｍであることが考慮される場合には、駆動したいエレメントからの軸１の振動絶縁のための簡単な手段によって、軸の変位運動の問題を容易に排除することができることが明確となる。このことは、たとえば横方向に軟性であるものの、ねじりに対して剛性的なベローズクラッチの形のカップリング装置によって簡単に可能となる。寸法が記載される限り、この寸法によって、これと異なる寸法を備えた可能な別の実施形態への制限は設けられない。
【００５３】
回転軸受け２は、この構造では、アクチュエータ５．１，５．２に、軸１に作用する負荷トルクＭが伝達され得ることを阻止している。したがって、アクチュエータの撓み負荷が確実にまたは少なくとも十分確実に回避される。
【００５４】
図２による別の実施形態では、図１による配置事例が変更されており、軸１が、ただ１つの駆動体６の駆動体開口６．１を貫通しておらず、互いに間隔を置いて配置された２つの駆動体６の駆動体開口６．１を貫通している。軸１の支承は、この実施形態では、ただ１つの回転軸受け２で行われる。この回転軸受け２は軸受けホルダ３内に配置されている。この軸受けホルダ３は、相応して、Ｕ字形のエレメントから形成されておらず、簡単な構成では、たとえば正方形のまたは円形のエレメントから形成されている。両駆動体６はブリッジエレメント４を介して互いに固く結合されており、これによって、両駆動体６は、共通の駆動体開口軸線Ｚ＊を中心とした同様の運動を実施する。軸受けホルダ３への駆動体６のカップリングは、やはりアクチュエータ５．１，５．２を介して行われる。この場合、このアクチュエータ５．１，５．２は、図示の実施形態では、軸受けホルダ３の外壁と、ブリッジエレメント４の、軸受けホルダ３の外壁に向かい合って位置する壁との間に配置されている。この実施形態では、駆動体６も同じく位置不動にフレーム７に結合されている。この場合、このフレーム７への結合は、たとえば結合エレメントとしてのブリッジエレメント４を介して行われる。
【００５５】
したがって、図２には、このように形成可能な電気機械的なモータの第２の実施形態が示してある。この場合、軸１は半径方向に剛性的であるものの、回転可能に１つの回転軸受け２によって軸受けホルダ３に支承されている。第１の直径ｄを備えた軸１は、第２の直径Ｄとしての僅かに大きな孔直径を備えた、たとえば環状孔として形成されたそれぞれ１つの駆動体開口６．１を備えた２つの駆動体６によって取り囲まれる。両駆動体６は、結合エレメント４としての、たとえば２つのブリッジエレメントによって機械的に剛性的に結合される。一方のブリッジエレメントは、Ｘアクチュエータとして軸線Ｚに対して横方向のＸ方向に作用しかつ配置されたアクチュエータ５．１に対する支持体を同時に提供しており、他方のブリッジエレメントは、ＹアクチュエータとしてＸ方向に対して横方向のかつ軸線Ｚに対して横方向のＹ方向に作用しかつ配置されたアクチュエータ５．２に対する支持体を提供している。
【００５６】
機能エレメント、すなわち、駆動体６とブリッジエレメントとは、１つまたはそれ以上の部材から成るモータハウジングの統合的な構成要素として形成されていてよい。駆動側の端部では、リニア型のアクチュエータ５．１，５．２が、有利には機械的に剛性的に軸受けホルダ３に結合されている。電気機械的に作用するアクチュエータ５．１，５．２の適切な制御によって、軸１が円形の変位運動の形で駆動体６に対して相対的に変位させられる。これによって、軸１の外径が駆動体開口６．１内で転動する。これによって、軸１が回転させられる。このためには、二倍の変位振幅に相当する最大のアクチュエータ変位量ａが、摩擦接続されたアッセンブリの事例において、両直径Ｄ，ｄの直径差を上回っていなければならない。駆動体６と軸１との間の力伝達は、この事例では、摩擦接続的に行われる。力伝達を改善しかつスリップを回避するためには、リングと、このリングに対応する軸区分との間に歯列が加工されてよい。
【００５７】
モータ保持部材へのモータの機械的な取付けは、この事例では、再び三角形によって一方の結合エレメントにシンボリックに示したように、モータハウジングを介して行われる。したがって、たとえばモータハウジングの形の固定エレメント７は、静止していると見なすことができる。これに対して相対的に軸１と軸受けホルダ３とは運動させられる。駆動したいエレメントへの軸１の連結は、振動絶縁のために、有利には横方向に軟性であるものの、ねじり剛性的なカップリングエレメント、たとえばベローズクラッチを介して行われる。
【００５８】
軸１に作用する負荷トルクは、摩擦接続または形状接続を介して駆動体６もしくは固定エレメント７に伝達され、そこから直接モータ保持部材に案内される。軸１と軸受けホルダ３との間の回転支承部材のおかげで、アクチュエータ５．１，５．２を介して、軸１からハウジングへのトルク伝達は行われ得ない。したがって、リニアに作用するアクチュエータ５．１，５．２が、軸１におけるトルク負荷によって撓み負荷されない。
【００５９】
この第２のモータ変化形態は、第１の変化形態に対する利点として、静止したモータハウジングを有している。運動させられる質量体は、第２の変化形態では、理想的には著しく僅かであり、したがって、モータ支承部材に対する振動励起も理想的には同じく僅かになる。
【００６０】
図３には、さらに変更された実施形態が示してある。この実施形態では、軸１°が中空軸として形成されているかまたはベル状に形成されている。軸１°の内部には、１つまたはそれ以上の駆動体６°が配置されている。このような駆動体６°は少なくとも１つのリング状のまたはディスク状のエレメント６．１°を有している。第１の直径ｄ°としてのエレメント６．１の直径は、第２の直径Ｄ°として働く軸１°の内径よりも僅かに小さく寸法設定されている。軸１°は再び２つまたはそれ以上のアクチュエータ５．１，５．２を介して駆動体６°に対して相対的に並進運動させられる。このためには、アクチュエータ５．１，５．２が、駆動体６°の、軸線Ｚに対して平行に延びる区分と、回転軸受け２を支承するための軸受けホルダ３との間に設置されている。特に３つまたはそれ以上のアクチュエータ５．１，５．２の配置事例では、固い結合が有利となるにもかかわらず、これらのアクチュエータ５．１，５．２が、有利には駆動体６°と軸受けホルダ３とに固く結合される必要はない。この配置事例では、回転軸受け２が、軸受けホルダ３を外面で取り囲んでガイドして、この軸受けホルダ３と、中空軸として形成された軸１°の内周面との間に装着されている。
【００６１】
主要なアスペクトとして、この実施形態では、駆動体６°が、アッセンブリ全体を支持するフレーム７に位置不動に結合されている。
【００６２】
したがって、この実施形態では、駆動体６°の内部に位置するアクチュエータ５．１，５．２を備えたモータ変化形態が提案される。このモータ変化形態では、駆動体６°の外面がベルハウジングを駆動する。このベルハウジングは軸１°に結合されているかもしくは自体中空軸を形成している。
【００６３】
これに基づく変化形態は、円筒状のベルハウジングもしくは軸１°の内部、すなわち、第２の直径Ｄとしてのベルハウジングもしくは軸１゜の内径の内部に位置する、リニアに作用する電気機械的なアクチュエータ５．１，５．２を備えて形成されている。このアクチュエータ５．１，５．２は、軸受け側で機械的に剛性的にステータ３に取り付けられている。このステータ３は、固有のコンポーネントまたは駆動体６°のリング状のまたはディスク状のエレメント６．１として形成されている。このように形成されたモータは、ステータで、三角形によってシンボリックに示したように、モータホルダ（図示せず）、たとえばフレーム７または機台に取り付けられる。ステータは少なくとも１つの円筒状のディスクを有しているものの、対称性理由から、有利には２つの円筒状のディスクを有している。両ディスクは、ここでは第１の直径ｄとして働きかつベルハウジングもしくは軸１°の内径よりもほんの僅かに小さく選択される外径を備えている。軸１°は回転軸受け２によって半径方向に剛性的であるもの、回転可能に軸受けホルダ３に支承される。電気機械的に作用するアクチュエータ５．１，５．２はその駆動側の端部で機械的に剛性的に軸受けホルダ３に結合される。リニアアクチュエータの適切な制御によって、軸１°が軸受けホルダ３と回転軸受け２と共に円形に変位させられ、これによって、直径Ｄを備えた軸１°の内面がステータディスクの円筒状の外面に対して転動し、これによって、回転させられる。
【００６４】
ベルハウジングの内径とステータディスクの外径との間の直径差は、摩擦接続的な力伝達時には、再び最大のアクチュエータ変位量ａ＞（Ｄ−ｄ）よりも僅かでなければならない。この場合、軸１°の内面とディスク外面との間の力伝達は摩擦接続的である。歯列の被着によって、力伝達の改善とスリップフリーの保証との既知の利点を備えた形状接続を達成することもできる。
【００６５】
このように形成されたモータの回転運動は、ベルハウジングもしくは軸１°に作用させられる。この軸１°の、回転に重畳された円形の変位運動は、振動絶縁のための慣用の手段、たとえばベルハウジングもしくは軸１°と、駆動したいエレメントとの間への横方向に軟性であるものの、ねじり剛性的なベローズクラッチの使用によって容易に抑圧することができる。
【００６６】
負荷トルクが軸１°に作用すると、この負荷トルクがステータディスクを介してモータ支承部材に伝達される。アクチュエータ５．１，５．２は回転軸受け２に基づきトルクなしのままであり、したがって、撓み負荷に決してさらされないかまたは過度に強い撓み負荷に決してさらされない。さらに、多数の別の変化形態が可能である。これらの変化形態は同一の基本構造に基づいている。したがって、たとえば軸を固体アクチュエータによってベースエレメントに対して相対的に軸の半径方向に調節可能にベースエレメントに取り付けることができ、さらに、駆動体を同じく直接ベースエレメントに取り付けることができる。このような事例では、結合エレメントが省略されるかもしくはベースエレメント自体が結合エレメントを形成している。
【００６７】
さらに、回転軸受けが固有のエレメントとして形成されている必要はなく、機能的に相応の構成、たとえばアクチュエータの保持部材または端区分によって形成されていてよい。
【００６８】
図４には、固体アクチュエータを備えた有利な固体アクチュエータ駆動装置のコンポーネントが概略的に平面図でかつ側方の断面図で第４の実施形態により示してある。この第４の実施形態はほぼ第３の実施形態に基づいている。違いは、軸１゜もアクチュエータ５．１，５．２も一緒にかつ互いに相対回動不能に回転軸受け２に配置されていることにある。したがって、軸１°もアクチュエータ５．１，５．２も駆動体２°に対して相対的に回転させられる。この事例では、制御装置へのアクチュエータの電流接続もしくは電圧接続が、たとえば誘導的にまたは摺動接点を介して行われる。
【００６９】
さらに別の実施形態によれば、軸と共に回転するアクチュエータの原理が、第１の実施例のコンセプトに転用されてもよい。原理的には、アクチュエータが第１の回転軸受けを介して軸に対して回転可能に支承されていて、第２の回転軸受けを介して駆動体に対して回転可能に支承されている転換すら可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１°  軸、  ２  回転軸受け、  ３  軸受けホルダ、  ４  ブリッジエレメント、  ５．１，５．２  アクチュエータ、  ６，６°  駆動体、  ６．１  駆動体開口、  ６．１°  エレメント、  ７  フレーム、  ａ  アクチュエータ変位量、  Ｃ  制御装置、  ｄ，ｄ°  第１の直径、  Ｄ，Ｄ°  第２の直径、  Ｍ  負荷トルク、  Ｚ  軸線、  Ｚ＊  駆動体開口軸線
【図１】
2010504732.tif 000003
【図２】
2010504732.tif 000004
【図３】
2010504732.tif 000005
【図４】
2010504732.tif 000006
【図５】
2010504732.tif 000007
【国際調査報告】
2010504732.tif 000008
2010504732.tif 000009
2010504732.tif 000010
2010504732.tif 000011
2010504732.tif 000012
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