(57)【要約】リニアステッピングモータ（１）は、長手方向の二つの正反対の方向に移動可能な一つのシャフト（２）と、このシャフトを交互に固定可能な二つのブロック装置（４，５）とを有する。これらのブロック装置（４，５）の間隔は、固体型アクチュエータ（８）の形の一つのリニアアクチュエータを用いて変更され、その際一方の方向にシャフト（２）を動かすために、ブロック装置（４，５）が互いに近づく方に動く時に、一方のブロック装置（４又は５）がシャフトを固定し、ブロック装置（４，５）が互いに離れる方に動く時に、他方のブロック装置（５又は４）がシャフトを固定する。この場合、各リニアアクチュエータに対して、一つの調整位置拡大装置（９）を配備しており、この調整位置拡大装置は、てこ比を変換する、少なくとも一つのてこ構造を有し、このてこ構造は、このリニアアクチュエータの調整距離を、これらのブロック装置（４，５）の間隔をより大きく変化させるように変換するものであり、その際各調整距離拡大装置（９）のすべての連結部（１０，１２，１６，１８）が固体型の連結部である。
2006503534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の二つの正反対の方向に移動可能な一つのシャフトと、このシャフトを交互に固定可能な二つのブロック装置とを有し、その際これらのブロック装置の間隔は、固体型アクチュエータの形の少なくとも一つのリニアアクチュエータを用いて変更され、これらの両方向の中の一方の方向にシャフトを動かすために、ブロック装置が互いに近づく方に動く時に、一方のブロック装置がシャフトを固定し、ブロック装置が互いに離れる方に動く時に、他方のブロック装置がシャフトを固定するリニアステッピングモータにおいて、  各リニアアクチュエータに対して、一つの調整位置拡大装置（９）を配備しており、この調整位置拡大装置は、てこ比を変換する、少なくとも一つのてこ構造を有し、このてこ構造は、このリニアアクチュエータの調整距離を、これらのブロック装置（４，５）の間隔をより大きく変化させるように変換するものであり、その際各調整距離拡大装置（９）のすべての連結部（１０，１２，１６，１８）が固体型の連結部であることを特徴とするリニアステッピングモータ。
【請求項２】
当該のブロック装置（４，５）の間隔（６）を変更する場合、位置を固定した基盤部に対して、一つのブロック装置（４又は５）の位置だけを変更することを特徴とする請求項１に記載のリニアステッピングモータ。
【請求項３】
当該のブロック装置（４，５）の間隔（６）を変更する場合、位置を固定した基盤部に対して、両方のブロック装置（４，５）の位置を正反対の方向に変更することを特徴とする請求項１に記載のリニアステッピングモータ。
【請求項４】
当該のブロック装置（４，５）の間隔（６）を変更するために、一つのリニアアクチュエータを配備していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のリニアステッピングモータ。
【請求項５】
当該のブロック装置（４，５）の間隔（６）を変更するために、各ブロック装置（４，５）に対して、一つのリニアアクチュエータを配備していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のリニアステッピングモータ。
【請求項６】
各ブロック装置（４，５）が、一つの固体型アクチュエータ（７）を備えていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のリニアステッピングモータ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一つに記載のリニアステッピングモータを有する、ガソリン及びディーゼルエンジンにおけるバルブ制御用の直結駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１の上位概念の特徴を持つリニアステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
長手方向の二つの正反対の方向に動く一つのシャフトと、このシャフトを交互に固定可能な二つのブロック装置とを有するリニアモータは、尺取虫の名称で知られている。そこでは、位置を固定された二つのブロック装置の間にあるシャフトには、圧電式の固体型アクチュエータの形式のリニアアクチュエータが統合されており、これを用いて、その動作に合わせて、シャフトの長さを周期的に変化させることができる。ここで、例えば、シャフトが固体型アクチュエータによって伸ばされて、前方に有るブロック装置の領域で解放されている時は、常に後方に有るブロック装置がシャフトを固定し、シャフトが固体型アクチュエータによって縮められて、後方に有るブロック装置の領域で解放されている時は、常に前方に有るブロック装置がシャフトを固定する場合、シャフトは、徐々に前方に動く。これらのブロック装置間での固定と解放の操作を逆にすると、シャフトは、後方に動く。この周知のリニアモーターのブロック装置も、高い振動数で駆動可能な圧電式の固体型アクチュエータをベースとしている。しかしながら、この周知のリニアモーターで達成可能なシャフトの長手方向への移動速度は、シャフトに統合された固体型アクチュエータを用いた、ブロック装置間におけるシャフトの長手方向の伸びが比較的小さいことによって制限されるので、低速でしかない。その上、各方向におけるシャフトの全移動距離は、ブロック装置の解放された状態での距離から、更にシャフトに統合した固体型アクチュエータの長さを差し引いた距離に制限される。従って、様々な用途には、この周知のリニアモータは適していない。
【０００３】
例えば、ガソリン及びディーゼルエンジンでの直接的なバルブ制御に対しては、バルブを操作するバルブリフターに対する作動速度が必要であり、その速度は、この尺取虫型で実現可能な速度よりも二桁大きい。
【０００４】
請求項１の上位概念の特徴を持つリニアステッピングモータは、例えば特許文献１により知られている。前述した尺取虫型と比べて、このシャフトの長さは一定である。そのため、このシャフトは、簡単な構造を有する。このシャフトには、駆動関係のものを配備する必要もない。更に、このシャフトが両方向に動く全体の距離は、このシャフト自身の長さ以外には、何らの制限を受けない。即ち、例えばストックから引き出される材料のような、擬似的に無限のシャフトを意味のあるものとして扱うこともできる。請求項１の上位概念の特徴を持つリニアモータでは、シャフトの長さの代わりに、ブロック装置相互の間隔を変化させている。しかし、請求項１の上位概念の特徴を持つ周知のリニアステッピングモータは、固体型アクチュエータの形式のリニアアクチュエータが比較的小さい調整距離しか持たず、その結果リニアステッピングモータのステップ移動距離に対してシャフトが動く距離がほんの僅かであるという欠点を有する。
【０００５】
特許文献２から、両方のブロック装置の各々がシャフトをそこで対向して固定するための固体型アクチュエータを有する、請求項１の上位概念の特徴を持つリニアモータが知られている。
【０００６】
例えば、特許文献３、４及び５から、てこ比を変換する、てこ構造を有する、固体型アクチュエータ用の調整距離拡大装置が知られており、このてこ構造は、各リニアアクチュエータの調整距離を変換するものである。このてこ構造の連結部は、特に固体型アクチュエータを正反対の方向に高い振動数で操作させた場合、非常に大きな問題が有る。
【０００７】
ガソリン及びディーゼルエンジンにおけるバルブ制御用の周知の直結駆動装置は、バルブリフターに配置されたアンカーを有し、このアンカーは、バルブの動く方向に対して弾力的に支持されている。バルブを開放位置と閉鎖位置に保持するために、それぞれこのアンカーに作用する電磁石が配備されている。これらの二つの位置間でのアンカーの移動は、それらの弾力的な支持体の復元力の作用のもとに行われている。そのため、この移動速度は、構成するばね・質量系の固有振動数に依存する。そのようなバルブ制御用の直結駆動装置は、多年に渡って開発されてきたにもかかわらず（非特許文献１）、これまで直列的に接続して変換することは行われていない。
【０００８】
バルブ制御用の油圧による直結駆動装置も考えられている。これに関しては、基本的に最後に述べた電磁石によるアプローチの場合よりも多くの数のバルブ動作パラメータを制御することができるが、油圧による直結駆動装置は、限定された動特性を有するものである。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１００４６１３７号明細書
【特許文献２】特開平２−２４１３７３号公報
【特許文献３】ドイツ特許公開第１９６４０１０８号明細書
【特許文献４】ドイツ特許出願公開第１００１３７５２号明細書
【特許文献５】ドイツ実用新案公開第２０１０６８３１号明細書
【非特許文献１】W. Salber et al.: Der elektromechanische Ventiltrieb - Systembaustein fuer zukuenftige Antriebskonzepte, Teil 1 und 2 in MTZ Motortechnik Zeitschrift 61 (2000) und 61 (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の課題は、シャフトが長手方向に動く際において、基本的により大きな速度を実現することが可能であり、その結果例えばガソリン及びディーゼルエンジンにおけるバルブ制御用の直結駆動装置として適した、最初に述べた種類のリニアモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の課題は、請求項１の特徴を持つリニアステッピングモータによって解決される。この新しいリニアステッピングモータの有利な実施構成は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
この高い振動数で駆動可能であることと内在する動作品質を有効利用するために、この新しいリニアステッピングモータの各リニアアクチュエータは、固体型アクチュエータを有する。この場合、各リニアアクチュエータには、リニアアクチュエータの調整距離をブロック装置の間隔における、より大きい変化に変換する調整距離拡大装置が配備されている。この調整位置拡大装置は、リニアステッピングモータの個々のステップの各々におけるシャフトの移動距離を著しく拡大するので、リニアモータのシャフトの移動速度における大きな飛躍を実現するものである。更に、各調整距離拡大装置は、てこ比を変換する、少なくとも一つのてこ構造を有する。有利には、調整距離拡大装置は、複数の順番に繋がったてこ構造を有し、それらの変換てこ比は、互いに増倍して行く。この調整距離拡大装置では、すべての連結部は、固体型の連結部である。この場合、この固体型連結部の弾力的な特性は、高い固有振動数を持つ高い固有剛性という意味において、高い動作振動数を実現するために有効活用することができる。これは、固有剛性を狙い通りに克服するために非常に大きな力を起こす位置に置かれた、例えば圧電又は磁気ひずみをベースとする固体型アクチュエータを使用した場合、特に申し分が無いものとなる。
【００１２】
この新しいリニアステッピングモータでは、ブロック装置の間隔を変化させる場合に、位置を固定された基盤部に対して、一つのブロック装置の位置だけを変える、即ち別のブロック装置は、位置を固定されているということが可能である。
【００１３】
しかし、ブロック装置の間隔を変化させる場合に、位置を固定された基盤部に対して、両方のブロック装置の位置を正反対の方向に変えるのが有利である。これによって、各ブロック装置の位置を同じように変えた際に、各ステップにおけるシャフトの移動距離をまさに二倍にすることができる。
【００１４】
ブロック装置の間隔を変えるために、一つのリニアアクチュエータを配備することができる。しかし、各ブロック装置に対して、一つのリニアアクチュエータを持たせることもできる。
【００１５】
この新しいリニアステッピングモータのブロック装置に、固体型アクチュエータを配備して、それを用いてシャフトを交互に固定させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下において、図面に描いた有利な実施例にもとづき、この発明に関して、更に説明、記述を行う。
【００１７】
図１に簡略化して描いたリニアステッピングモータ１は、一本のシャフト２を有し、このシャフトは、その縦軸３の方向に移動可能である。このシャフト２が移動可能であることは、二つのブロック装置４と５を用いて実現されており、それらの間隔６は、変えることができる。この間隔６を変えることができるのは、他方が位置を固定されている一方、これら二つのブロック装置の中の一つ４又は５だけが、他方に対して動かせることに基づくようにすることができる。しかし、位置を固定した基盤部に対して、両方のブロック装置４と５を互いに正反対の方向に移動可能とすることもできる。各々の場合において、ブロック装置４と５は、周期的に離れる方に動いたり、接近する方に動く一方、シャフト２は、両方のブロック装置４と５によって交互に固定される。例えば、ブロック装置４と５がそれぞれ接近する方に動いた際、即ち間隔６が縮まった際に、シャフトがブロック装置５によって開放されており、これに対して位置を動かすことが可能である一方、シャフト２がブロック装置４によって固定され、ブロック装置４と５がそれぞれ離れる方に動いた際、即ち間隔６が拡がった際に、シャフトがブロック装置４によって開放されている一方、シャフトがブロック装置５によって固定され、このようなブロック装置の接近と分離の動きが何度も繰り返された場合、シャフト２は、その縦軸３の方向に、図１で右の方に徐々に動いて行く。ブロック装置４と５の操作を逆にすると、シャフト２は、正反対の方向に、図１で左の方に徐々に動いて行く。ブロック装置４と５は、シャフト２を固定するために、それぞれ固体型アクチュエータ７を備えることができ、その際シャフト２は、固体型アクチュエータ７を駆動した際、しっかりと挟持される。この固体型アクチュエータ７は、特に圧電式又は磁気ひずみ式のアクチュエータとすることができる。
【００１８】
各々の場合において、ブロック装置４と５間の間隔６を変化させるために、固体型アクチュエータ８を配備している。図１のリニアステッピングモータ１の各ステップにおいて、シャフト２を相対的に大きな距離動かすことを目的として、この固体型アクチュエータ８の調整距離を拡大するために、図２に簡略化して描いた調整距離拡大装置９を配備している。この固体型アクチュエータ８は、連結部１０を介して、二つの２本アームの変換クランク１１と連結されており、これらの変換クランクは、それぞれスイベルピン１３を用いて連結部１２の周りを水平に旋回可能な形で軸支されており、その際スイベルピン１３の相互の間隔は、一定であり、連結部１０は、変換クランク１１の短い方のアーム１４の自由端に配置されている。この変換クランク１１の長い方のアーム１５は、連結部１６を介して、中継クランク１７と連結されており、この中継クランクは、別の連結部１８を介して、ここで示したブロック装置４と連結している。ブロック装置４を通って、シャフト２が延びている。固体型アクチュエータ８を縦方向に収縮させる形に駆動させた場合、連結部１０は、互いの方に動いて、変換クランク１１は、図２に破線で示した調整位置付近に移動する。これは、ブロック装置４の位置を図２の図面の面に対して垂直に動かすこととなり、その様子を、これから図３〜５にもとづき、より詳しく説明する。
【００１９】
図３は、初期の位置を示しており、中継クランク１７が直角に曲がった部材であり、その短い方のアーム１９は、初期の位置ではシャフト２の縦軸３に対して平行に延びており、その長い方のアーム２０は、図３では縦軸３に対して垂直の方向を向いているのが分かる。ここで、図２のアクチュエータ８を駆動して、連結部１０が互いに近づく方に、或いは連結部１６が互いに離れる方に動かした場合、図４に示した動作位置となる。中継クランク１７は、連結部１６上を拡がるように動く。それによって、連結部１８は、図４で上の方に動き、そのためブロック装置４を一緒に動かす。この反対に、図２で連結部１０を押し広げることに対応する、連結部１６を縮めた場合、連結部１８とブロック装置４は、図５で簡略化して図示されているとおり、下の方に動く。図２〜５による調整距離拡大装置９の調整距離の全体の変換比は、積ｂ／ａ＊ｄ／ｃと見積もることができ、ここで、ａは変換クランク１１の短い方のアーム１４の長さ、ｂは長い方のアーム１５の長さであり、一方ｃは、中継クランク１７の短い方のアーム１９の長さ、ｄは長い方のアーム２０の長さである。連結部１２で更に軸支されている変換クランク１１とは違って、中継クランク１７は、その端部だけで連結部を介して吊るされている。調整距離拡大装置９のすべての連結部１０，１２，１６及び１８は、固体型アクチュエータ８と同調した固有剛性を持つ固体型の連結部である。図１のリニアステッピングモータの場合、固体型アクチュエータ８は、二つのブロック装置４と５を同時に正反対の方向に動かすことができ、そのためには、中継クランク１７だけを、ブロック装置４と５の間をシャフト２の縦軸３に対して垂直に延びる対称面に対して鏡像関係となるように配置しなければならない。即ち、各ブロック装置４又は５に対して、それら専用の中継クランク１７のペアを配備しなければならない。しかし、例えば両方のブロック装置４と５に対して共通に、変換クランク１１を配備することができ、その場合単一のペアで足りることとなる。当然に、各ブロック装置４と５に対して、それら専用の変換クランク１１のペアを配備することも可能である。同様に、図１の間隔６の変化を実現するために、それぞれ専用の固体型アクチュエータ８を用いて、両方のブロック装置４と５を動かすことが可能である。
【００２０】
この新しいステッピングモータでは、各ステップにおけるシャフト２の移動距離は、固体型アクチュエータ８を駆動する力によって変えることができる。シャフト２の移動速度は、固体型アクチュエータ７と８を駆動する振動数によって変えることができる。シャフト２の全体の移動距離は、個々の移動ステップ数によって決定することができ、その場合任意の数をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】新しいリニアステッピングモータの基本的な構成。
【図２】新しいリニアステッピングモータにおけるブロック装置の間隔を変化させるためのリニアアクチュエータ用調整距離拡大装置の第一図。
【図３】図２の調整距離拡大装置の第一動作位置における図２に対する垂直図。
【図４】図２及び３の調整距離拡大装置の第二動作位置における図３に対応する図。
【図５】図２〜４の調整距離拡大装置の第三動作位置における図３及び４に対応する図。
【符号の説明】
【００２２】
１    リニアステッピングモータ
２    シャフト
３    縦軸
４，５    ブロック装置
６    間隔
７，８    固体型アクチュエータ
９    調整距離拡大装置
１０    連結部
１１    変換クランク
１２    連結部
１３    スイベルピン
１４，１５    アーム
１６    連結部
１７    中継クランク
１８    連結部
１９，２０    アーム
ａ    変換クランク１１の短い方のアーム１４の長さ
ｂ    変換クランク１１の長い方のアーム１５の長さ
ｃ    中継クランク１７の短い方のアーム１９の長さ
【図１】
2006503534.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2006503534.tif 000009
2006503534.tif 000010
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