(57)【要約】  本発明は、電気機械的な作動駆動装置、特に圧電性のマイクロステップモータを開示している。マイクロステップモータは圧電性の２つの曲げ変換器を有していて、これらの曲げ変換器（１０）にはそれぞれ互いに平行に方向付けされていない作用方向が備え付けられている。曲げ変換器（１０）は駆動リング（２０）に作用し、その結果、軸（３０）が回転する。曲げ変換器（１０）はスライドクラッチ（４０）又はせん断フレキシブルな構造体（４０）を介して枢着されているので、移動運動中の曲げ変換器の相互の妨害は最小化されている。
2010504076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械的な作動駆動装置（１）、特に電気機械的なマイクロステップモータであって：
ａ．少なくとも２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）であって、それぞれ互いに平行に配向されていない作用方向（α，β）を有している少なくとも２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）、
ｂ．駆動リング（２０）内に回転可能に支承された軸（３０）であって、駆動リング（２０）が作用方向（α，β）における電気機械的な駆動エレメント（１０）の変位により、軸（３０）に直接伝達可能な移動運動へと励起可能であり、その結果、軸（３０）が駆動リング（２０）において転動し且つこれにより回転するように、駆動リング（２０）内に回転可能に支承された軸（３０）、また、
ｃ．少なくとも２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が、スライドクラッチ（４０）又はせん断フレキシブルな構造体（５０）を介して連結されているので、前記移動運動中に駆動エレメント（１０）の相互の妨害が最小限にされている、
という特徴ａ，ｂ，ｃを有していることを特徴とする、電気機械的な作動駆動装置。
【請求項２】
電気機械的な駆動エレメント（１０）が、曲げ変換器、好ましくは、圧電性の曲げ変換器である、請求項１記載の電気機械的な作動駆動装置。
【請求項３】
駆動エレメント（１０）が、一方の端部において駆動リング（２０）に又はケーシング（６０）に不動に取り付けられている一方で、他方の端部がスライドクラッチ（４０）又はせん断フレキシブルな構造体（５０）を介して、ケーシング（６０）又は駆動リング（２０）に適切に作用する、請求項１又は２記載の電気機械的な作動駆動装置。
【請求項４】
駆動リング（２０）が、各駆動エレメント（１０）の変位を受容するための突出部（２２）を有しており、作用する駆動エレメント（１０）における突出部（２２）の滑動が保証されているように、突出部（２２）及び作用する各駆動エレメント（１０）が他の駆動エレメント（１０）の作用方向（１２）に関連して配向されている、請求項３記載の電気機械的な作動駆動装置。
【請求項５】
駆動エレメント（１０）の各作用方向（α，β）が、駆動リング（２０）に対して半径方向に方向付けられている、請求項１から４までのいずれか一項記載の電気機械的な作動駆動装置。
【請求項６】
２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が、
ｄ１．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が作用方向（α，β）により張設された平面に位置しており、且つ中心点（Ｘ）を備えた駆動リング（２０）の内側の開口（２８）に対する２つの異なる接線方向平面に位置しており、その結果、駆動エレメント（１０）が中心点（Ｘ）を中心として回転対称的に配置されている場合、前記２つの異なる接線方向平面が、１８０°＜γ＜３６０°の範囲における、好ましくはγ＝２７０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は駆動エレメント（１０）が駆動リング（２０）の仮想直径（Ｄ）に沿って鏡面対称的に配置されている場合、前記２つの異なる接線方向平面が、０°＜γ＜１８０°の範囲における、好ましくはγ＝９０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は、
ｄ２．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が作用方向（α，β）により張設された平面の外側に位置しており、且つ駆動リング（２０）の内側の開口（２８）に対する前記２つの異なる接線方向平面に位置しているか、又は、
ｄ３．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）の一方の駆動エレメント（１０）が、作用方向（α，β）により張設された平面に位置しており、他方の駆動エレメント（１０）が作用方向（α，β）により張設された平面の外側に位置しており、２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）は駆動リング（２０）の内側の開口（２８）に対する前記２つの異なる接線方向平面に位置している、
ように配置されている、請求項１から５までのいずれか一項記載の電気機械的な作動駆動装置。
【請求項７】
電気機械的な作動駆動装置（１）、特に圧電性のマイクロステップモータであって：
ａ．電気的機械的な、好ましくは圧電性の２つの駆動エレメント（１０）であって、それぞれ長手方向軸線と、互いに平行に配向されていない作用方向（α，β）とを有している２つの電気機械的な駆動エレメント、
ｂ．駆動リング（２０）内に配置された軸（３０）であって、駆動リング（２０）が作用方向（α，β）における電気機械的な駆動エレメント（１０）の変位により、軸（３０）に直接伝達可能な移動運動に励起可能であるように、駆動リング（２０）内に配置された軸（３０）、また、
ｃ．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が、該２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）の端部において駆動リング（２０）及びケーシング（７０）に不動に結合されており、
ｄ．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が、
ｄ１．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が作用方向（α，β）により張設された平面に位置しており、且つ中心点（Ｘ）を備えた駆動リング（２０）の内側の開口（２８）に対する２つの異なる接線方向平面に位置しており、その結果、駆動エレメント（１０）が中心点（Ｘ）を中心として回転対称的に配置されている場合、前記２つの異なる接線方向平面が、１８０°＜γ＜３６０°の範囲における、好ましくはγ＝２７０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は駆動エレメント（１０）が駆動リング（２０）の仮想直径（Ｄ）に沿って鏡面対称的に配置されている場合、前記２つの異なる接線方向平面が、０°＜γ＜１８０°の範囲における、好ましくはγ＝９０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は、
ｄ２．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）が作用方向（α，β）により張設された平面の外側に位置しており、且つ駆動リング（２０）の内側の開口（２８）に対する前記２つの異なる接線方向平面に位置しているか、又は、
ｄ３．２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）の一方の駆動エレメント（１０）が、作用方向（α，β）により張設された平面に位置しており、他方の駆動エレメント（１０）が作用方向（α，β）により張設された平面の外側に位置しており、２つの電気機械的な駆動エレメント（１０）は駆動リング（２０）の内側の開口（２８）に対する前記２つの異なる接線方向平面に位置している、
ように配置されている、
という特徴ａ，ｂ，ｃ，ｄを有していることを特徴とする、電気機械的な作動駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械的な作動駆動装置、特に圧電性のステップモータに関する。
【０００２】
自動車のコックピットは、デザインと技術との最適な協働を実現しようと試みられている。ドライバの視界には種々異なる指示計器がある。これらの指示機器は種々異なる技術的な要求も、自動車の大量生産のための競争価格も備えていなければならない。この種の指示計器の一例が、ＳｉｅｍｅｎｓＶＤＯ社の「Ｍｅｓｓｗｅｒｋ  ２０００」である。
【０００３】
「Ｍｅｓｓｗｅｒｋ  ２０００」は一段式のウォームホイール伝動装置によって減速されるステップモータ駆動装置に基づく。４極性のステップモータは位相角度において９０°だけ互いに位相移動された正弦状の２つのコイル電流経過により時間の関数として制御される。位相移動のサインは回転方向を規定し、周波数はモータ軸の回転速度を規定する。正弦状の電流経過の３６０°の完全な一周期の枠内において、最大で１２８の介在段階が再現可能に調節できる。これらの介在段階の使用はマイクロステップ動作として記載される。
【０００４】
上記のステップモータを内蔵する完全な作動駆動装置「Ｍｅｓｓｗｅｒｋ  ２０００」は、１２の個別部分から成っている。ステップモータ自体は共通のステータ薄板と、永久磁石ロータとを備えた２つのコイルから構成される。構成部分コストに関して、コイルと永久磁石とは極めて重要である。材料コストの他にほぼ作動駆動装置の構成部品の数に対して比例して増大する製造コストも価格にとって重要である。
【０００５】
この高い材料コスト及び個別部分の数と共に増大する作動駆動装置のための製造手間は、作動駆動装置の大量製造に不都合に作用する。
【０００６】
従って本発明の技術的な問題は、大量製造にとって適切な、例えば自動車におけるコックピット計器の測定機構のための小型作動駆動装置を提供することである。
【０００７】
上記問題は、独立請求項１，７に記載の、電気機械式の作動駆動装置、特に圧電性のマイクロステップモータにより解決される。本発明の有利な構成及び改良形は、以下の記載、図面及び従属請求項から明らかになる。
【０００８】
電気機械式の作動駆動装置は以下の特徴を有している：つまり、電気機械的な、特に圧電性の少なくとも２つの駆動エレメントであって、それぞれ互いに平行に配向されていない作用方向を有している少なくとも２つの駆動エレメント、また、駆動リング内に回転可能に支承された軸であって、駆動リングが作用方向における圧電性の駆動エレメントの変向により、軸に直接伝達可能な移動運動に励起可能であるので、軸が駆動リングにおいて転動し且つこれにより回転するように、駆動リング内に回転可能に支承された軸、また、少なくとも２つの電気機械的な駆動エレメントがスライドクラッチ又はせん断フレキシブルな構造体を介して連結されていて、その結果、移動運動中の駆動エレメントの相互の妨害が最小化されている、という特徴を有している。
【０００９】
電気機械的な作動駆動装置又は回転式の作動駆動装置は、固体アクチュエータ、特にストリップ状の固体曲げアクチュエータによって、電気機械的なエネルギ変換体エレメントとして運転される。圧電性のセラミック材料に基づく、本発明では電子機械的な駆動エレメントと記されているこの種の曲げアクチュエータは、長年種々異なる形式の構成で産業において多面的に使用されている。曲げアクチュエータは小さな構造、僅かなエネルギ需要及び高い信頼性を特徴としている。従って、例えば圧電性の曲げアクチュエータは、少なくとも１０９サイクルの寿命を産業的な状況では示している。
【００１０】
電気機械的、有利には圧電性の少なくとも２つの駆動エレメントは、その運動方向が互いに分離されていて、その結果、駆動エレメントの運動が妨害されないか、又は無視できる程度に僅かにしか妨害されないように配置されている。この目的のために駆動エレメントは少なくとも一方の端部に、スライド滑子案内又はせん断柔軟で、押圧及び引張安定的なフレックス構造体（Ｆｌｅｘｓｔｒｕｋｔｕｒ）が取り付けられている。スライド滑子案内もしくはせん断柔軟で、押圧及び引張安定的なフレックス構造体は、駆動エレメントの自由又はほぼ自由な運動を、駆動リングに対して相対的に駆動エレメントの長手方向において可能にする一方で、フレックス構造体は別の方向、有利には駆動エレメントの長手方向軸線に対して垂直に、剛性又は運動不可能に取り付けられている。こうして駆動エレメントにより運動へと変換された電気的なエネルギは最適に駆動リングに伝達され、駆動エレメントの相互の妨害に基づく損失エネルギは発生しない。
【００１１】
本発明の構成によれば、作動駆動装置の複数の圧電性の駆動エレメントは、直角で平行又は任意に互いに配向されているそれぞれ長手方向を備えた曲げ変換器であり、その結果、作動駆動装置のスペース需要は予め与えられた空間に最適に適合可能である。言い換えると、２つの圧電性の駆動エレメントは、２つの電気機械的な駆動エレメントが作用方向により張設された平面、及び中心点を備えた駆動リングの内側の開口に対して２つの異なる接線方向平面に位置するように配置されているので、２つの異なる接線方向平面は、中心点を中心として駆動エレメントが回転対称的に配置されている場合、１８０°＜γ＜３６０°の範囲における、有利にはγ＝２７０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は２つの異なる接線方向平面は、駆動リングの仮想直径において駆動エレメントが鏡面対称的に配置されている場合、０°＜γ＜１８０°の範囲における、有利にはγ＝９０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は２つの圧電性の駆動エレメントが作用方向により張設された平面の外側、及び駆動リングの内側の開口に対する２つの異なる接線方向平面に位置しているか、又は２つの異なる駆動エレメントの一方の駆動エレメントが、作用方向により張設された平面に位置し、他方の駆動エレメントが、作用方向により張設された平面人の外側、及び２つの電気機械的な駆動エレメントは駆動リングの内側の開口に対して２つの異なる接線方向平面に位置する。
【００１２】
圧電性の曲げ変換器は以下の利点を有している：曲げ変換器は多様な構成で且つ僅かな構成容積で供給可能である。更に曲げ変換器は高い動力、僅かなエネルギ需要及び高い信頼性を特徴としている。他の利点は、曲げ変換器にも内在するセンサ特性が備え付けられているということにある。本発明の別の有利な構成において、ほぼストリップ状の曲げ変換器は、一方の端部において機械的に剛性に緊締されているか又は取り付けられている。有利には、この端部において曲げ変換器の電気的な接触接続が行われる。反対側の動かされる端部では、曲げ変換器の電気的な制御に応じて曲げ変換器の作用方向での変位が行われる。例えば指示計器のための小型作動駆動装置において使用したい曲げ変換器は、典型的には、曲げ変換器の動かされる端部が約０，２〜２ｍｍの範囲内での自由な変位を有しているように寸法設定される。更に曲げ変換器の自由に可動な端部の変位がブロックされる場合には、０，５〜２Ｎの範囲のブロッキング力が達成される。曲げ変換器のほぼ直線状の変位は、曲げ変換器の最大長手方向延在に対してそれぞれ横断的に行われる。従って、曲げ変換器の作用方向に対応する変位の方向は、曲げ変換器の長手方向軸線に対してほぼ直交している。２つの曲げ変換器の動かされる端部に連結された駆動リングを、曲げ変換器の個別運動の重畳により各任意のフラットな運動に変換するために、有利には、作動駆動装置の内側には、平行でないが、有利には互いに直交している作用方向を備えた、互いに独立して変位可能な少なくとも２つの曲げ変換器が必要である。運動平面又は作用平面はこの構成においては曲げ変換器の作用方向により張設される。曲げ変換器の作用方向が、曲げ変換器の長手方向軸線に対してほぼ直角に配向されているので、曲げ変換器の長手方向を互いに平行に、又は互いに直角に、又は互いに別の角度を成して方向付けられて配置されていることは有利である。こうして作動駆動装置は与えられた場所及び空間的な規制に適合可能であり、駆動リングへの運動の導入を損なうことはない。
【００１３】
駆動エレメントの上記取付けに対する補足において、駆動エレメントを一方の端部において駆動リング又はケーシングに不動に取り付けることは有利であり、これに対して、他方の端部はスライドクラッチ又はせん断フレキシブルな構造体を介して適切にケーシング又は駆動リングに作用する。駆動エレメントと駆動リングとの結合の別の構成において、駆動リングは各駆動エレメントの変位を受容するために突出部を有していて、これに対して、突出部及び別の駆動エレメントの作用方向に対してそれぞれ作用する各駆動エレメントは、作用する駆動エレメントでの突出部の滑動が保証されているように配向されている。
【００１４】
この構成によって、少なくとも２つの駆動エレメントの上記分離が実現される。このために補足的に、各駆動エレメントにおける駆動リングの案内も提供され、その結果、駆動リングに伝達される駆動エレメントの運動は制御可能であり、且つ損失無く伝達可能である。
【００１５】
本発明の更に別の構成によれば、電気機械的な作動駆動装置は、それぞれ長手方向軸線と、互いに平行に配向されていない作用方向とを有している２つの電気機械的な駆動エレメントと、駆動リングに配置された軸、つまり、駆動リングが作用方向における電気機械的な駆動エレメントの変位により、軸に直接伝達可能な移動運動へと励起可能であるように、駆動リング内に配置されている軸とを有している。その一方で、２つの電気機械的な駆動エレメントの端部は駆動リング及びケーシングに不動に結合されていて、２つの電気機械的な駆動エレメントは、作用方向により張設された平面、及び中心点を備えた駆動リングの内側の開口に対する２つの異なる接線方向平面に位置するように配置されていて、その結果、駆動エレメントが中心線を中心として回転対称的に配置されている場合、２つの異なる接線方向平面は、１８０°＜γ＜３６０°の範囲における、有利にはγ＝２７０°の角度γだけ互いにずらされて配置されているか、又は駆動エレメントが駆動リングの仮想直径において鏡面対称的に配置されている場合、２つの異なる接線方向平面は、０°＜γ＜１８０°の範囲における、有利にはγ＝９０°の角度γだけ互いにずらされて配置されている。又は、２つの電気機械的な駆動エレメントは作用方向により張設された平面の外側、及び駆動リングの内側の開口に対する２つの異なる接線方向平面に位置しているか、又は２つの電気機械的な駆動エレメントの一方の駆動エレメントが作用方向により張設された平面に位置していて、他方の駆動エレメントが作用方向により張設された平面の外側に位置していて、且つ２つの電気機械的な駆動エレメントは駆動リングの内側の開口に対する２つの異なる接線方向平面に位置している。
【００１６】
本発明の有利な実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′は作動駆動装置の３つの異なる構成を示した図である。
【図２】図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′は作動駆動装置の３つの別の構成を示した図である。
【図３】図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′は作動駆動装置の３つの更に別の有利な構成を示した図である。
【図４】図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′は作動駆動装置の３つの更に別の構成を示した図である。
【図５】図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′は作動駆動装置の３つの更に別の構成を示した図である。
【図６】図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′は作動駆動装置の３つの更に別の構成を示した図である。
【図７】図Ａ，Ａ′せん断フレキシブルな構造体を有する作動駆動装置の更に別の構成を示した図である。
【図８】ケーシングを備えた作動駆動装置の更に別の構成を示した図である。
【図９】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の構成を示した図である。
【図１０】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の別の構成を示した図である。
【図１１】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の更に別の構成を示した図である。
【図１２】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の更に別の構成を示した図である。
【図１３】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の更に別の構成を示した図である。
【図１４】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の更に別の構成を示した図である。
【図１５】作動駆動装置のせん断フレキシブルな構造体の更に別の構成を示した図である。
【００１８】
本発明により圧電性のステップモータ１が提示されている。ステップモータ１は曲げ変換器１０の適切な周期的な線形運動の重畳により、連続的で同形の回転を形成することができる。この目的のために、曲げ変換器１０が、曲げ変換器１０の作用方向α，βに沿って作用平面において移動可能であるようにフラットな駆動リング２０に連結されている。有利には、曲げ変換器１０は、その作用線もしくは作用方向α，βはほぼ９０°の角度で交差するように配置されている。駆動リング２０は規定の直径を備えた円筒状の孔２８を有している。理想的には孔軸線は作用平面に対して垂直に延在している。作用平面は曲げ変換器１０の作用方向α，βにより張設される。更に有利には、孔軸線は曲げ変換器１０の作用線α，βの交点Ｘを通る（図８参照）。これにより駆動リング２０は各所望の形式で、曲げ変換器１０の変位の領域における作用平面において移動できる。規定の内径を備えた円筒状の環状孔２８は、駆動リング２０の内径よりも僅かに小さな外径を備えた円筒状の軸３０を有している。有利には、軸３０はケーシング７０（図８参照）において環状孔２８の軸線に対して平行であり、軸３０の固有の円筒軸線を中心にして回転可能であるが、移動可能ではなく支承されている。２つの曲げ変換器１０を電気的に適切に制御することにより、駆動リング２０は、軸３０の外壁が駆動リング２０の環状孔２８の円筒状の内面において転動し、これにより回転させられるように円軌道上を移動することができる。駆動リング２０の内壁と軸３０とが常に接触しているように、必要不可欠な前提として、曲げ変換器１０の変位範囲が、駆動リング２０の環状孔と軸３０の外径との間の直径差異を越えなければならない。
【００１９】
圧電性の曲げ変換器１０はほぼ純粋に容量性の電気的な構成素子である。構成素子はその電気的な容量性により特徴付けられている。従って、構成素子の電気的な制御量である電荷及び電圧は互いに関連していて、厳密に言えば、２つの制御ヴァリエーションしか存在しない。電圧制御の場合には、動作電圧もしくは所定の時間的経過における電圧が印加され、収容された電荷が発生する。電荷制御の場合には、電荷量が入力され電圧が発生する。従って制御信号は予め規定された電圧関数又は電荷関数から成っていることになる。圧電性の曲げ変換器１０の変位は良好な近似において制御信号に対して直に比例する関係にあるので、駆動リング２０の円形の並進は、正弦波状の時間経過を備えた、互いに９０°の位相角度だけ位相をずらされた２つの制御関数を有する曲げ変換器１０の、電荷制御又は電圧制御された制御により形成可能である。位相シフトのサインを介して回転方向は規定でき、制御関数の周期により回転速度は規定される。
【００２０】
作動駆動装置１の上記構成により、いわば静力学的な動作が達成可能である。軸３０が駆動リング２０の内面を転動するので、このことは軸３０と駆動リング２０との僅かな磨耗に繋がり、また、軸３０の同形の回転運動はこの制御に基づき形成される。別の利点は、外部の伝動装置を使用せずに回転運動のための高い減速比を達成できることにある。このことは先行技術から公知の解決手段と比較して構成部材の数を減じる。駆動リング２０の内径をＤで示し、軸３０の外径をｄで示すと、減速因数が定式（Ｄ−ｄ）／ｄに基づいてもたらされる。減速比は軸３０の回転運動の良好な角度分析のためのベースを形成する。
【００２１】
極めて簡単な事例では、駆動リング２０から軸３０への力伝達は摩擦により行われる。この場合、軸３０に作用する、このように構成された作動駆動装置１の負荷トルクに関連してスリップが起こり、これにより作動駆動装置１の精度は減じられる。有利には、スリップは駆動リング２０の内面及び軸３０の外面に歯列を設けることにより減じられる。この場合、有利には駆動リング２０と軸３０とは少なくとも１つの歯の差異を有している。つまり、駆動リング２０の内面の歯列は、軸３０の外面よりも少なくとも１つ多く歯を有している。駆動リング２０と軸３０とが作動駆動装置１の内側で、歯列の係合が外れないように動作すると、作動駆動装置１は理想的にはスリップなしで作動する。
【００２２】
駆動リング２０と軸３０とのサイクロイド式の歯列が特に有利であるとみなされる。サイクロイド式の歯列において全ての歯のほぼ半数が係合し、これにより駆動リング２０と軸３０との間において高いトルクが伝達可能である。駆動リング２０の内面及び軸３０の外面に設けられている歯の数を介して、まず作動駆動装置１の減速比が規定されている。減速比は典型的には２０：１〜２００：１の範囲内にある。作動駆動装置１を単に１つの歯だけ更に作動させる、つまり軸３０を駆動リング２０により１つの歯だけ回転させるために、有利には、作動駆動装置１の制御する正弦信号の完全な一周期を完遂する必要がある。１つの歯だけの更なる作動のために制御信号の一サイクルを完遂しなければならないので、作動駆動装置１は高い精度及び高い繰返し精度を特徴とする。更に歯の数及び歯毎の制御信号の一サイクルの使用を介して、作動駆動装置１の高い角度分析が達成される。これに加えて制御装置１のマイクロステップ運動を保証するために、制御信号の一周期内に任意に補間できる。従って有利な構成による作動駆動装置１は、高い効果、高い減速比、駆動リング２０及び軸３０の歯列に基づく伝達可能な高いトルク、トルク伝達時のスリップフリー、軸３０の１つの歯の内側における回転角度の任意の補間（マイクロステップ動作）、僅かな駆動トルク変動（リプル）及び駆動リング２０並びに軸３０のための僅かな歯面負荷を提供するので、磨耗は同様に減じられる。
【００２３】
上記要求を満たすストリップ状の圧電性の曲げ変換器１０は、その作用方向α，βにおいて他の各空間方向より機械的に「柔軟に」挙動する。この特性は、駆動リング２０と曲げ変換器１０との連結時に注意されたい。曲げ変換器１０の取付け端部１２が定置のケーシング７０（図８参照）にて機械的に剛性に支承され、曲げ変換器１０の動かされる端部が可動な駆動リング２０に同様に機械的に剛性に連結されると、一方の曲げ変換器１０はその作用方向αにおいて、他方の曲げ変換器１０の比較的高い機械的な剛性に対してそれぞれ動作する。この構成は機能に関して既に制限されている。駆動リング２０に作用する複数の曲げ変換器１０の運動を適切に分離するために、曲げ変換器１０の運動はそれぞれスライドクラッチ（Ｓｃｈｉｅｂｅｋｕｐｐｌｕｎｇ）４０（図１〜３参照）又はせん断フレキシブルな構造体５０，６０（図５〜８参照）を介して駆動リング２０へと伝達される。曲げ変換器１０の運動の分離は、駆動リング２０が各曲げ変換器１０の各作用方向α，βに対して各曲げ変換器１０に機械的に剛性に連結されているということを特徴とする。更に曲げ変換器１０はその作用方向α，βにおいて相互に妨害しない、つまり曲げ変換器１０はそれぞれ別の曲げ変換器１０の作用方向α，βにおいて機械的に柔軟に挙動する。有利には、このことは、駆動リング２０上での曲げ変換器１０の、曲げ変換器１０の作用方向α，βに対して垂直な滑動により達成されるか、又はせん断フレキシブルな構造体５０，６０の、曲げ変換器１０の作用方向α，βに対して垂直な僅かなせん断剛性により達成される。更に分離は、せん断フレキシブルな構造体５０，６０が軸３０から駆動リング２０へと伝達される負荷トルクに対してねじり剛性的に挙動することを特徴とする。分離はスライドクラッチ４０又はせん断フレキシブルな構造体５０，６０が、駆動リング２０及び曲げ変換器１０の可動な端部の間に配置されていることにより達成される。せん断フレキシブルな構造体５０，６０とスライドクラッチ４０とを、曲げ変換器１０及びケーシング７０の間に配置する（図４，６参照）ことは、別の択一的な実施の形態である。この場合、曲げ変換器１０の可動な端部は、駆動リング２０に不動に取り付けられていてよい。種々異なる実施の形態を、以下に、図１〜８を参照して詳細に説明する。
【００２４】
せん断フレキシブルな構造体５０，６０とスライドクラッチ４０との更なる利点として、分離の他に、構造体５０，６０とスライドクラッチ４０とが、曲げ変換器１０の線形運動を軸３０の回転へと変換する効率を高めるということが挙げられる。更に構造体５０，６０とスライドクラッチ４０とが、作動駆動装置１の回転角度への制御関数の位相の変換の直線性を改良する。
【００２５】
添付の図面には、本発明の種々異なる実施の形態が示されている。種々異なる実施の形態では、電気機械的な作動駆動装置１の類似の構成部材はそれぞれ同じ符号で示してある。図１Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′には、本発明の第１の実施の形態が示されている。図１Ａには、電気機械的な作動駆動装置１の概略的な断面図が示されている。作動駆動装置１は少なくとも２つの駆動エレメント１０を有している。駆動エレメント１０はケーシング（図示せず）に点１２において機械的に剛性に取り付けられている。更に駆動エレメント１０は駆動リング２０に点１６において機械的に剛性に取り付けられている。機械的に剛性な取付け、もしくは駆動エレメント１０と駆動リング２０及びケーシングとの間の機械的に剛性な結合は、接着結合又は差込み結合により形成されている。同様に、駆動エレメント１０を適切な支承部においてケーシングに取り付けることも有利である。
【００２６】
駆動エレメント１０は一実施の形態によれば。圧電性の曲げ変換器により形成される。曲げ変換器１０はそれぞれ作用方向α，βを有している。作用方向α，βにおいて曲げ変換器１０は適切に電気的に制御される場合には変位する。変位は図１Ａの矢印α，βの２つの矢印方向において行うことができる。
【００２７】
変位は駆動リング２０に伝達され、その結果、軸３０は駆動される。軸３０は駆動リング２０の開口２８の内側に配置されていて、曲げ変換器１０の作用方向α，βに対して垂直に延在している。有利には曲げ変換器１０は、作用方向αと作用方向βとが空間において互いに直角をなしていて、駆動リング２０の中央において仮想交差点Ｘを形成するように配置されている。曲げ変換器１０の配置により、作用方向α，βは図１Ａの紙面に位置している作用平面を張設している。図１Ａ，Ｂに示されている実施の形態によれば、曲げ変換器１０は上記作用平面の内側に配置されている。駆動リング２０における開口２８に対して、曲げ変換器１０は異なる接線方向平面に位置している。接線方向平面は、駆動リング２０の内側の開口２８への仮想接線に対して平行に、図１Ａ，Ｂの紙面に対して垂直に延在している。
【００２８】
有利には、曲げ変換器１０の接線方向平面は図示の実施の形態においては、互いに直角に配向されていて、ここでは互いに０°ではない別の角度配向も考慮可能である。図１Ａに示された実施の形態によれば、曲げ変換器１０は接線方向平面において駆動リング２０の中心点Ｘを中心として回転対称的に配置されている。接線方向平面は時計回りとは反対に測定してγ＝２７０°だけ互いにずらされて配置されている。曲げ変換器１０が、１８０°＜γ＜３６０°の範囲において任意の角度γだけ互いにずらされて配置されている接線方向平面において、回転対称的に配置されていることも考慮可能である。
【００２９】
図１Ｂの実施の形態において、曲げ変換器１０は接線方向平面において、駆動リング２０の仮想直径Ｄに対して鏡面対称的に配置されている。駆動エレメント１０の鏡面対称的な配置における接線方向平面は、有利には、角度γ＝９０°だけ互いにずらされている。曲げ変換器１０を、０＜γ＜１８０°の範囲における任意の角度γにおいて互いにずらされて配置されている接線方向平面に配置することも有利である。
【００３０】
図１Ｃ及びＣ′には、作動駆動装置１の別の実施の形態が平面図及び側面図において示されている。ここでも同様に曲げ変換器１０は角度を持って互いにずらされた接線方向平面に配置されている。更に図示の実施の形態によれば複数の曲げ変換器１０は、作用方向α，βにより張設された作用平面の外側に配置されていて、有利には、曲げ変換器１０は互いに平行に且つ軸３０に対して平行に延在している。曲げ変換器１０を互いに平行でなく、軸３０に対して任意の角度を持って、各接線方向平面の内側に配置されていることも有利である。作動駆動装置１の更に別の実施の形態（図示せず）によれば、２つの曲げ変換器１０が異なる接線方向平面に配置されていて、その一方で、２つの曲げ変換器１０のうちの１つの曲げ変換器１０だけが作用平面の内側に配置されている。
【００３１】
作動駆動装置１の内側における曲げ変換器１０の上記空間的な種々異なる配置にもかかわらず、各曲げ変換器１０の作用方向α，βは駆動リング２０の半径方向に方向付けられている。この方向付けにより最適な力導入又は、各曲げ変換器１０の変位による駆動リング２０の最適なずれが可能になる。曲げ変換器１０の変位を介した駆動リング２０の最適な制御の他に、作動駆動装置１は曲げ変換器１０の異なる空間的な配向により、予め与えられた空間及び空間的な規制に最適に適合可能である。
【００３２】
図１の実施の形態に対して記載した、作動駆動装置１の曲げ変換器１０の空間的な配置の可能性は、同じように図２，３，４，５，６，７，８に記載した、作動駆動装置１の実施の形態にも当てはまる。曲げ変換器１０の空間的な配置の可能性は、図２，３，４，５，６，７，８の実施の形態のために再度繰り返すことはない。
【００３３】
図２Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′の実施の形態においては、曲げ変換器１０は駆動リング２０にスリップクラッチ（Ｒｕｔｓｃｈｋｕｐｐｌｕｎｇ）４０を介して連結されている。スリップクラッチ４０により２つの曲げ変換器１０の運動の互いの分離が可能になる。こうして一方の曲げ変換器１０は、他方の曲げ変換器１０の運動をそれぞれ制限する。なぜならば駆動リング２０は曲げ変換器１０の長手方向軸線に沿って移動することができ、剛性に取り付けられていないからである。
【００３４】
更に別の実施の形態によれば、スリップクラッチ４０は駆動リング２０に突出部２２を有している。突出部２２に曲げ変換器１０の対応する端部が押圧されて接触する。突出部２２への曲げ変換器１０の押圧は、有利には、ばね弾性的なエレメント８０を介して形成される。ばね弾性的なエレメント８０はそれぞれ作用方向α，βにおいて見て、駆動リング２０に作用する、曲げ変換器１０の端部に向かい合って配置されている。ばね弾性的なエレメント８０は、駆動リング２０に曲げ変換器１０を取り付けることなく、曲げ変換器１０の突出部２２又は一般的に駆動リング２０での接触を保証する。ばね弾性的なエレメント８０はリング外面において駆動リング２０に連結されている。ばね弾性的なエレメント８０はリングとは反対の側で、ケーシング（図示せず）７０に対して支持される。
【００３５】
突出部２２のない駆動リングを提供し、こうして曲げ変換器１０を駆動リング２０に直接作用させることも考慮可能である。突出部２２／駆動リング２０と曲げ変換器１０との間の摩擦を減じるために、突出部２２／駆動リング２０は接線方向で平坦に研磨された外面を有している。作動駆動装置１における曲げ変換器１０の空間的な方向付けに対して、図１の実施の形態に関連して説明されているのと同じ可能性が存在する。
【００３６】
図３Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′には、曲げ変換器１０が押圧及び引張をかけられて駆動リング２０に機械的に剛性に連結されている、作動駆動装置１の実施の形態が示されている。曲げ変換器１０のそれぞれ他方の側は、ケーシング（図示せず）の支承部１２に機械的に剛性に且つ不動に配置されている。駆動リング２０と曲げ変換器１０との押圧−引張連結のために駆動リング２０は、図２の突出部２２の代わりに、曲げ変換器１０の適切な作用点にそれぞれＵ字形の突出部２４を有している。Ｕ字形の突出部２４は曲げ変換器１０の可動な端部を、曲げ変換器１０の運動が作用方向α，βの両矢印方向において駆動リング２０に伝達可能であるように取囲み係合している。Ｕ字形の突出部２４は図３によれば、十分な遊びがそれぞれ駆動エレメント１０の長手方向において存在するように形成されている。従って、更に別の実施の形態によれば、Ｕ字形の突出部２４は、曲げ変換器１０を側方から取り囲むように係合しているので、Ｕ字形の突出部２４はそれぞれ曲げ変換器１０の長手方向においてみて開放しているか、もしくは曲げ変換器１０の長手方向において、突出部２４自体によりブロッキングされることなく移動可能である。
【００３７】
突出部２４をブリッジ状に形成し、その結果、曲げ変換器１０の可動な端部がブリッジ形状へと押し入ることができることも有利である。曲げ変換器１０の運動も同様に互いに分離される。なぜならばブリッジ状の突出部は曲げ変換器１０の長手方向において開放しているので、駆動リング２０は曲げ変換器１０の長手方向に対して平行に移動可能であるからである。
【００３８】
図３Ｃ，Ｃ′ではＵ字形の突出部２４が、曲げ変換器１０の長手方向において見て閉鎖されているように曲げ変換器１０の可動な端部を取囲み係合している。この配置により、曲げ変換器１０と駆動リング２０との押圧−引張連結、及び曲げ変換器１０の互いの運動の分離が実現される。
【００３９】
図４の実施の形態において、２つの曲げ変換器１０は駆動リング２０の環状の外面に対する接線方向において、ひいては駆動リング２０の開口に対する接線方向においても、それぞれ一方の側２６で、作動駆動装置１の駆動リング２０において不動且つ機械的に剛性に連結されている。有利には、連結部２６は接着結合又は差込み結合により形成されている。曲げ変換器１０のそれぞれ他方の側はスライドクラッチ４０に取り付けられている。図４Ａ，Ｂの実施の形態ではスライドクラッチ４０は、曲げ変換器１０が曲げ変換器１０の長手方向において移動可能であるが、他の全ての空間方向においてはケーシング（図示せず）の支承部において不動に支承されていることがもたらされる。図４Ｃ，Ｃ′の実施の形態は、スライドクラッチ４０の別の構成を示している。この実施の形態では、曲げ変換器１０はスライドクラッチ４０の内側において、スライドクラッチ４０の長手方向に対して横方向に移動可能に配置されていて、曲げ変換器１０は他の全空間方向において不動に配置されている。こうして複数の曲げ変換器１０の運動の分離が同様に達成され、その結果、曲げ変換器１０の運動は相互に妨害されない。有利には、図１〜３の既述の実施の形態との一致において、曲げ変換器１０は、作用方向αと作用方向βとが空間において互いに直角を成していて、駆動リング２０の中央において交差することが想定される。
【００４０】
図５Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′の実施の形態においては、２つの曲げ変換器１０がせん断フレキシブルな構造体５０が駆動リング２０に取り付けられている。せん断フレキシブルな構造体５０は、駆動リング２０との機械的に剛性又は圧力安定的な結合を曲げ変換器１０の作用方向α，βにおいて形成することを特徴とする。せん断フレキシブルな構造体５０は作用方向α，βに対して垂直に柔軟又はフレキシブルである。
【００４１】
せん断フレキシブルな構造体５０の上記特性に基づき、作用方向αにおける曲げ変換器１０の運動時には、第２の曲げ変換器１０に設けられているせん断フレキシブルな構造体５０は、作用方向βに対して垂直な駆動リングの運動を許容する。こうして２つの曲げ変換器１０の運動は分離される。
【００４２】
せん断フレキシブルな構造体５０は制限面又は取付け部５２，５４を介して曲げ変換器１０及び駆動リング２０に取り付けられている。曲げ変換器１０はまた駆動リング２０とは反対の側の曲げ変換器１０の端部１２において、ケーシング（図示せず）の支承部に不動に取り付けられている。この実施の形態では曲げ変換器１０の種々異なる空間的な配置が考慮可能でもあり、その結果、作動駆動装置１のスペース需要は予め与えられた空間に最適に適合される（図１の説明参照）。
【００４３】
図３及び図４の実施の形態において既に示されたように、有利には、スライドクラッチ４０は複数の曲げ変換器１０の運動の分離のために、曲げ変換器１０と駆動リング２０との間、及び曲げ変換器１０とケーシング（図示せず）又は曲げ変換器１０の他の不動な枢設部、もしくはリンク部（Ａｎｌｅｎｋｕｎｇ）の間に配置されている。従って、図６Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ′の実施の形態によれば、曲げ変換器１０と作動駆動装置１のケーシング（図示せず）との間にせん断フレキシブルな構造体５０を配置することも有利である。せん断フレキシブルな構造体５０は、例えば制限面５６を介して作動駆動装置１のケーシング（図示せず）に取り付けられている。制限面５２は曲げ変換器１０に対する、せん断フレキシブルな構造体５０の結合部を形成する。結合部５２，５６はとりわけ接着、クランプ留め、差込み等により製造できる。曲げ変換器１０のそれぞれ他の可動な端部は駆動リング２０に不動に連結されている。
【００４４】
作動駆動装置１の内側におけるせん断フレキシブルな構造体６０の別の実施の形態が図７に示されている。図７の実施の形態は図５の実施の形態とほぼ同じである。しかし図５及び図６には一般的に特別な機械的な特性を備えたブロックとしてせん断フレキシブルな構造体５０が示されている。上記ブロック５０の特別な特徴は、連結された曲げ変換器１０の作用方向α，βにおける機械的に高い剛性、及び駆動リング２０に連結された別の曲げ変換器の、作用方向α，βに対して垂直に配置された少なくとも１つの作用方向への機械的に柔軟な挙動である。図７にはせん断フレキシブルな構造体６０の構造がその形状に関して詳細に示されている。せん断フレキシブルな構造体６０は制限面６２，６４を介して駆動リング２０及び曲げ変換器１０に結合されている。図７の部分拡大図において判るように、せん断フレキシブルな構造体６０は肉薄部及び肉厚部から成る規定の構造を有している。この構造は押圧及び引張安定性ならびに剛性を連結された曲げ変換器１０の作用方向αに対して平行に形成する。更にせん断フレキシブルな構造体６０は、作動駆動装置１の２つの曲げ変換器１０の運動を分離するために矢印方向δの方向におけるフレキシビリティを保証する。
【００４５】
せん断フレキシブルな構造体６０の更に詳細な図が、図９〜１５において明らかになる。図９Ａにはせん断フレキシブルな構造体６０の簡単な概略図が示されている。構造体６０は互いに平行に配置された２つのロッドＳ１，Ｓ２を有している。有利には、これらのロッドＳ１，Ｓ２は接続された曲げ変換器１０の作用方向α，βに対して平行に配置されている。ロッドＳ１，Ｓ２はジョイントＧ１，Ｇ２を介して、曲げ変換器１０及び駆動リング２０のための水平に延在している連結面に結合されている。曲げ変換器１０の変位がロッドＳ１，Ｓ２に対して平行に伝達されると、せん断フレキシブルな構造体６０はロッドＳ１，Ｓ２の剛性に基づき形状安定的であり、曲げ変換器１０により製造された押圧及び引張をほぼ損失なしで伝達する。せん断力Ｆｘ＞０（図９Ｃ参照）が、例えば９０°だけずらされて配置された曲げ変換器１０の変位により作用すると、水平な連結面に対するロッドＳ１，Ｓ２の回動がジョイントＧ１，Ｇ２において行われる。
【００４６】
従って要約すると、せん断フレキシブルな構造体６０は以下の特性を有している。せん断フレキシブルな構造体６０は直接連結された曲げ変換器１０の作用方向αにおいて機械的に剛性である。更にせん断フレキシブルな構造体６０は簡単に製造可能である。択一的な製造は、曲げ変換器１０に対して、駆動リング２０をせん断フレキシブルな構造体６０と差込み結合部と一体に製造することにある。この択一的な製造は実施の形態に基づき、ポリエチレン、射出成形プラスチック、ＰＯＭ又は別の適切な材料から射出成形技術によって実施可能である。
【００４７】
図１０〜１５には、せん断フレキシブルな構造体６０の更に別の可能な実施の形態が示されている。上記したように、せん断フレキシブルな構造体６０の図示の実施の形態は、方向Ｘ，Ｙにおいて異なる機械的な剛性を特徴とする。これに基づき、力は大きな機械的な剛性を介して、端面Ｆ１のＹ方向において端面Ｆ３へと伝達可能である。端面Ｆ１，Ｆ３の間のトルクも伝達される。Ｘ方向における力だけは伝達されない。図８の実施の形態に示されているように、曲げ変換器１０は端面Ｆ１に連結され、駆動リング２０は端面Ｆ３に連結される。
【００４８】
図１０〜１５では、せん断フレキシブルな構造体６０が、符号Ａの正面図、及び符号Ａ′の側面図において示されている。特別な特徴として図１０〜１５の側面図には、胴部曲率半径Ｒを備えたせん断フレキシブルな構造体６０のくびれ部（Ｔａｉｌｌｉｅｒｕｎｇ）が示されている。この図面では胴部の極端な実施の形態も含んでいる。この実施の形態ではＲは無限大に向かっていて、ひいてはくびれ部はもはや存在しない。くびれ部曲率半径Ｒが小さくなるにつれてくびれ部は増大する。Ｙ方向における剛性とＸ方向における剛性との比率はパラメータＲにより調節できる。曲率半径Ｒが小さくなるにつれてＸ方向における剛性は減じられ、Ｙ方向における剛性は僅かにしか変化しない。図１０〜１５に示した対称性は、せん断フレキシブルな構造体６０の製造及び機能にとって有利であるが、この対称性は絶対的に必要ではない。
【００４９】
図１４のせん断フレキシブルな構造体６０の実施の形態において、回動ジョイントＦ４は駆動リング２０の側においてせん断フレキシブルな構造体６０に連結されているか、又は図１５の実施の形態においては曲げ変換器１０の側においてせん断フレキシブルな構造体６０に連結されている。せん断フレキシブルな構造体６０の両側に回動ジョイントを設けることも同様に有利である。回動ジョイントＦ４によって所定の点もしくは所定の線における所定の力は、せん断フレキシブルな構造体６０に導入される。連結された曲げ変換器１０の側にということは、図１５によれば、力が曲げ変換器１０の端部において減じられ、これにより曲げ変換器１０の活性な全ての長さが使用可能であることを意味する。有利には、図１４，１５の両実施の形態においても同様に、結合された曲げ変換器１０と駆動リング２０との間におけるトルクの分離は実現可能である。
【００５０】
図８に示した構成は作動駆動装置１の有利な実施の形態である。２つの圧電性の曲げ変換器１０は概略的に示されたケーシング７０の内側に配置されている。２つの曲げ変換器１０はそれぞれ作用方向α，βを有しており、その結果、曲げ変換器１０の変位及び力は、せん断フレキシブルな構造体６０を介して駆動リング２０に伝達可能である。曲げ変換器１０は、有利には、作用方向α，βが駆動リング２０の中央において９０°の角度を成して交差するように空間に配置されている。圧電性の曲げ変換器１０はそれぞれ一方の端部において支承体１２によりケーシング７０に不動に支承されている。曲げ変換器１０の他方の端部において上記せん断フレキシブルな構造体は、それぞれ制限面６２，６４を介して曲げ変換器１０と駆動リング２０とに不動に結合されている。この結合は溶接、はんだ付け、接着、差込み等の取付け形式により行われる。
【００５１】
せん断フレキシブルな構造体６０は所属の曲げ変換器１０の作用方向において機械的に剛性に挙動し、駆動リング２０に連結された他の曲げ変換器の作用方向において機械的に柔軟に挙動する。付加的に、せん断フレキシブルな構造体６０により軸３０から駆動リング２０に伝達される負荷トルクは曲げ変換器１０に伝達され、最終的にケーシング７０によって吸収される。軸３０はケーシング７０に回転可能に支承されている。軸３０が駆動リング２０の内面において転動できるように、駆動リング２０の内側の開口２８を通って軸３０は案内されている。有利には、駆動リング２０から軸３０への力伝達は、摩擦接続的に又は形状接続的に行われる。形状接続的な力伝達は、一実施の形態によれば、歯列、有利にはサイクロイド状の歯列により駆動リング２０及び軸３０において実現される。
【図１】
2010504076.tif 000003
【図２】
2010504076.tif 000004
【図３】
2010504076.tif 000005
【図４】
2010504076.tif 000006
【図５】
2010504076.tif 000007
【図６】
2010504076.tif 000008
【図７】
2010504076.tif 000009
【図８】
2010504076.tif 000010
【図９】
2010504076.tif 000011
【図１０】
2010504076.tif 000012
【図１１】
2010504076.tif 000013
【図１２】
2010504076.tif 000014
【図１３】
2010504076.tif 000015
【図１４】
2010504076.tif 000016
【図１５】
2010504076.tif 000017
【国際調査報告】
2010504076.tif 000018
2010504076.tif 000019
2010504076.tif 000020
2010504076.tif 000021
2010504076.tif 000022
2010504076.tif 000023