(57)【要約】  アクチュエータ（２）は、調整方向（１４）に調整運動を働かせるために調整要素（１２）に接続される圧電アクチュエータ要素（４）を備える。アクチュエータ要素（４）の偏向運動を伝達するために、ハウジング（６）が、そこに格納された可変形状のディスプレーサ（８）と共に形成される。動作中、アクチュエータ要素（４）の偏向運動がディスプレーサ（８）に伝達され、その結果、ディスプレーサが変形され、変形の結果として降伏運動を実施する。この場合、ハウジング（６）は、ディスプレーサ（８）のためのガイドを形成し、その結果、ディスプレーサ（８）の降伏運動は、調整方向（１４）に向けられる。調整要素（１２）もまたディスプレーサ（８）に接続され、その結果、ディスプレーサ（８）の降伏運動は、調整要素（１２）に伝達される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作されたとき調整運動を実施する調整要素（１２）を動作させるためのアクチュエータ（２）であって、アクチュエータ要素（４）の偏向運動を働かせるための少なくとも１つの電気的に作動可能な圧電アクチュエータ要素を備え、前記アクチュエータ要素（４）は、前記偏向運動を伝達するために前記調整要素（１２）に接続される、アクチュエータ（２）において、ハウジング（６）には、前記偏向運動を伝達するために可変形状のディスプレーサ（８）が格納され、前記アクチュエータ要素（４）は、動作中、前記偏向運動が前記ディスプレーサ（８）に伝達されるように配置され、その結果、変形の結果として、前記ディスプレーサが降伏運動を実施し、前記ハウジング（６）は、前記ハウジング（６）内での前記ディスプレーサ（８）の前記降伏運動が定義された調整方向（１４）に誘導されるように前記ディスプレーサ（８）のためのガイドとして形成され、前記調整要素（１２）は、前記ディスプレーサ（８）の前記降伏運動が前記調整要素（１２）に伝達され、前記調整方向（１４）に前記調整運動を働かせるように、前記ディスプレーサ（８）と動作可能に接続されることを特徴とするアクチュエータ（２）。
【請求項２】
前記ディスプレーサ（８）が可塑性または弾性である、請求項１に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項３】
可塑性または弾性である前記ディスプレーサ（８）が固体である、請求項２に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項４】
前記ディスプレーサ（８）がシリコーンまたはポリウレタンからなる、請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項５】
前記ディスプレーサ（８）が、３０〜５０の範囲内のショアＡ硬度を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項６】
前記ディスプレーサ（８）が、前記アクチュエータ要素の偏向状態において、非偏向状態より大きな硬度を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項７】
前記アクチュエータ要素（４）および前記ディスプレーサが共に前記ハウジング（６）内に配設される、請求項１から６のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項８】
前記アクチュエータ要素（４）が、前記ハウジング（６）の壁と前記ディスプレーサ（８）との間に配置される、請求項７に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項９】
前記ハウジング（６）の少なくともいくつかが圧電材料から形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１０】
前記アクチュエータ要素（４）は、その偏向運動の方向が前記調整方向（１４）と異なるように向けられる、請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記アクチュエータ要素の前記偏向運動の方向が前記調整方向（１４）に対して直交する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ディスプレーサ（８）が１０ｍｍ３から２５０ｍｍ３の範囲内の容積を占める、マイクロアクチュエータの形態にある請求項１から１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１３】
前記調整要素が１ｍｍ以下の調整変位（ΔＨ）を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１４】
前記ハウジング（６）が、前記調整方向（１４）に延びる管状の中空体として形成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１５】
前記調整要素（１２）が、前記ハウジング（６）内または前記ハウジング（６）上で案内される案内要素（２２）を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１６】
前記案内要素（２２）が、前記ハウジング（６）の内部でピストンのように案内される、請求項１５に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１７】
前記案内要素（２２）が前記ディスプレーサ（８）と直接接触し、前記中空体を封止する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１８】
前記ハウジング（６）が、終端要素（１０）によって閉じられる端面を有し、前記終端要素（１０）が、電気端子接点（２８）により前記アクチュエータ要素（４）に接続される、請求項１から１７のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項１９】
前記アクチュエータ要素（４）が、固定用端部によって前記終端要素（１０）に締結される、請求項１から１８のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項２０】
前記終端要素（１０）が、回路板を有し、または回路板から形成され、前記回路板上に、前記アクチュエータ要素（４）を作動するための制御電子回路（３０）が配置される、請求項１９に記載のアクチュエータ（２）。
【請求項２１】
前記調整要素（１２）が、点字ディスプレイのピン、弁の調整要素、電気切替え要素の一部、またはロック機構の一部である、請求項１から２０のいずれか一項に記載のアクチュエータ（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ要素の偏向運動を働かせるための電気的に作動可能な圧電アクチュエータ要素を備える、調整要素を動作させるためのアクチュエータに関し、アクチュエータ要素は、偏向運動を伝達するために調整要素に接続される。
【背景技術】
【０００２】
そのようなアクチュエータ要素は、広範な技術領域で使用されており、機械運動は、電気制御信号を用いてトリガされる。この場合、電気エネルギーが機械エネルギーに変換されるので、したがってアクチュエータ要素は電気機械アクチュエータ要素である。ここでは、アクチュエータ要素は、電気エネルギーを（運動の）機械エネルギーに変換する責任を担う。そのようなアクチュエータは、たとえば弁、リレー、ロック機構だけでなく点字ディスプレイで使用される。ピエゾセラミックアクチュエータ、特にいわゆる曲げトランスデューサは、電気的に作動可能なアクチュエータ要素として使用される。これらは、−たとえば電磁アクチュエータと比べて−特にコンパクトな構造を得ることを可能にし、したがってマイクロアクチュエータに特に適している。さらに、いわゆるピエゾスタックもまた、特に大きな偏向または大きな力を達成するためにしばしば使用される。
【０００３】
特に点字ディスプレイの場合、そのような曲げアクチュエータは、点字ディスプレイの個々のピンを適切に作動するために使用される。米国特許出願公開第２０１０／０３０４３４０号は、複数の圧電曲げトランスデューサを有する作動ユニットを備える点字ディスプレイを開示している。
【０００４】
より一般的には、ＤＥ３９１６５３９Ａｌは、エラストマーを圧力伝達媒体として使用する動きおよび圧力伝達のためのデバイスを開示している。このエラストマーは、未加硫ゴム製の予備成形された射出成形構成部品である。ゴムの質量が、アクチュエータおよびピストンによって加えられた力を位置ピストンに伝達する。この開示によれば、ガスまたは液体の代わりにエラストマーを使用するこの圧力伝達デバイスは、高い使用圧力およびより高い周期の使用ストロークで動作し、一方、確実な封止特性を保つことができる。
【０００５】
ＤＥ１９７５３７５４Ｃ１は、電圧を印加することによってその長さが変わる少なくとも１つのソリッドステート要素と、ソリッドステート要素の変位ストロークを増幅する伝達機構とを有する圧電アクチュエータを開示している。伝達機構は、ソリッドステート要素によってその分離が変わる２つの圧力プレートと、一端がハウジングに固定され他端がアクチュエータの出力要素に接続されたこれらのプレート間に及ぶジグザグ形状の運動連鎖要素とを有する。連鎖要素は、内側プレート表面と接触する、堅くリンクされ長手方向に変位可能な制御要素からなる。
【０００６】
モノモルフ、バイモルフ、またはマルチモルフ曲げトランスデューサが圧電アクチュエータとして使用される。これらは、通常、その一端で拘束され、その結果、電気的に作動されたとき、他端は偏向運動を実施し、それと共に調整要素が直接動作され、持ち上げ運動を働かせる。これは、通常、曲げトランスデューサの端部における離散的な点で、機械的な力の伝達を必要とする。
【０００７】
点字ディスプレイの場合特に、そのような曲げトランスデューサを生産する技術的な複雑さは、特に自動化された生産がある程度可能であるにすぎないために比較的高い。
【発明の概要】
【０００８】
この背景に照らして、本発明は、簡素化された、特に自動化された生産が可能になり、電気エネルギーから機械エネルギーへのエネルギー変換の可能な最も効率的な利用を含む、調整要素を作動するための小型電気機械アクチュエータを提供する目的に基づく。
【０００９】
この目的は、請求項１に定義されている本発明により、すなわち動作されたとき調整運動を実施する調整要素を動作させるためのアクチュエータによって達成される。アクチュエータは、アクチュエータ要素の偏向運動を働かせるための圧電アクチュエータ要素を備える。また、アクチュエータ要素は、偏向運動を伝達するために調整要素に接続される。この伝達は、伝達要素を用いて間接的に行われる。偏向運動の伝達のために、可変形状のディスプレーサが格納されるハウジングが提供される。この場合、アクチュエータ要素は、その偏向運動がディスプレーサに伝達され、その結果、その形状の可変性によりディスプレーサが降伏運動を実施するように配置される。さらに、ハウジングは、ディスプレーサを、その降伏運動が調整方向に誘導されるように行われるように案内するように設計される。したがって、ディスプレーサは、アクチュエータ要素の偏向運動によって変形され、それにより調整方向に降伏運動を実施する。調整運動を実施するために、最後に、調整要素はディスプレーサに接続され、その結果、ディスプレーサの降伏運動は、調整運動を働かせるように調整要素に伝達される。
【００１０】
少なくとも１つの圧電アクチュエータ要素、特に曲げトランスデューサが、アクチュエータ要素として使用される。モノモルフだけでなくバイモルフまたはマルチモルフ曲げトランスデューサもここで使用されてよい。曲げトランスデューサの代替として、複数の個々のピエゾ層がスタックのように互いに重ねられたピエゾスタックが使用される。
【００１１】
圧電材料、好ましくはいわゆるＰＺＴセラミック（鉛−ジルコン酸−チタン）が、ピエゾ素子に使用される。電気端子接点により制御電子回路に接続される作動電極は、通常、この圧電材料の個々の層の平坦な両側に適用される。この場合、圧電材料は、通常、単に薄い層として形成され、典型的にはキャリア層に適用される。モノモルフ構成の場合、圧電層が１つだけ適用される。バイモルフトランスデューサの場合、典型的には２つの圧電層が中央キャリアプレーンの両側に配置され、マルチモルフ構造の場合、複数の圧電層が、キャリアプレーンの片側または両側に形成される。そのような圧電アクチュエータ要素は、一般に、非常に小さいサイズの構成を可能にする。
【００１２】
ディスプレーサは、可変形状のディスプレーサ質量からなる、またはそのような質量を、たとえばディスプレーサ質量が可撓性のケーシング内に格納されるように備える物体である。したがって、ディスプレーサは、ディスプレーサ質量が含まれたケーシングによって形成される。ディスプレーサの本質的な特徴は、その形状の可逆の可変性であり、その結果としてもたらされる形状の変化によって偏向運動を調整要素に伝達することができる。アクチュエータ要素の作動（偏向）の完了後、ディスプレーサは、ハウジングによって予め決定されているその元の形態に戻る。この程度まで、ハウジングは、ある方法で、ディスプレーサのためのガイドを画定し、降伏運動の方向を予め決定する。
【００１３】
ここに記載のアクチュエータの場合特に重要なものは、ディスプレーサによりアクチュエータ要素の機械的な偏向運動を調整要素に伝達することである。したがって、アクチュエータ要素と調整要素の間に直接的な力の伝達はない。ハウジングとそこに格納されたディスプレーサとを有し、また変位可能に装着された調整要素を有する構成は、全体的に低コストで、また特に自動化して生産することができ、その結果、そのようなアクチュエータの簡素化された生産が可能になる。
【００１４】
さらに、アクチュエータ要素は、特に大きなエリアにわたってディスプレーサに作用し、その結果、従来のアクチュエータの場合のように離散的な点において荷重する代わりに、いまや一方で、アクチュエータ要素の均一な荷重が達成され、本発明のアクチュエータ要素がより耐久性のあるものになるという利点がある。他方、結果として可能な限り大きなエリアにわたる偏向運動の伝達が行われ、その結果、アクチュエータ要素の機械的な偏向運動の効率的な変換、したがって使用される電気エネルギーの非常に効率的な利用が行われる。特にこれは、特に小型のアクチュエータ要素を使用することができるという効果をももたらし、その結果、アクチュエータ全体をも小さいサイズで形成することができる。
【００１５】
ディスプレーサは、弾性（動詞として）または可塑性（動詞として）であり、特に固体として形成されることが好ましい。好ましくは、ディスプレーサは、この場合、プラスチックの（固体の）物体として形成される。たとえば、ディスプレーサは、特にプラスチック製の弾性体とすることができる。したがって、一般に、変形可能な固体材料、特にエラストマー材料、好ましくはエラストマープラスチックがディスプレーサのための材料として使用される。したがって、弾性材料が使用されるとき、ディスプレーサは、作動後、その弾性によりその元の状態に自動的に戻る。塑性変形可能な材料だけが使用される場合、ディスプレーサは、それに作用する外力の結果として元の状態に戻る。
【００１６】
好ましくは、ディスプレーサにはシリコーンまたはポリウレタン材料が使用される。さらに、他のプラスチックまたは他の材料、特に、たとえばゴムなど、同等の弾性特性を示す弾性材料が使用されてもよい。そのような材料、特にシリコーンは、特にその耐久性のために好適である。なぜなら、それらは、材料の構造的変化が起こることなしに頻繁な可逆の降伏およびそれらの元の状態への戻りに適しているからである。その結果、長い使用寿命が達成される。
【００１７】
ディスプレーサのために固体を使用する代替として、液体、特に粘性の液体を使用することができ、その粘度は、ハチミツの粘度にほぼ対応する１０４ｍＰａｓ以上であることが好ましい。この代替として、低粘度液を使用することができる。したがって、この粘性の質量は、ディスプレーサを形成し、または、−特に、たとえば水と同様の粘度を有する低粘度液の場合−、可撓性のケーシング内に格納され、それと共にディスプレーサを形成することが好ましい。この場合、ディスプレーサは、たとえばクッション、特にゲル状の質量で充填されたクッションのように形成される。粘性の質量が使用されるとき、ディスプレーサは、特に重力の結果として元の状態に戻る。
【００１８】
好ましくは、ディスプレーサ、−特に弾性／可塑性材料を有する構成の変形形態では−、３０〜５０の範囲内のＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ８６８およびＤＩＮ  ＩＳＯ７６１９−１によるショアＡ硬度を有する。これは、典型的な偏向力下でのディスプレーサの望ましい降伏運動、および曲げトランスデューサの調整変位を可能にする。たとえば、ゲル状の液体が使用されるとき、それらの値もまたこれらの数字未満にある。
【００１９】
ディスプレーサは、一般に、ハウジング内に格納される。すなわち、ディスプレーサは、ハウジングの壁に接する、またはすべての側部でアクチュエータ要素に接する。ハウジング内でのディスプレーサの降伏は、調整方向でのみ可能にされる。ハウジングは、調整方向にディスプレーサのための降伏または案内空間を提供する。この場合、調整方向では、ディスプレーサは、調整要素に直接接することが好都合である。
【００２０】
この構造により、アクチュエータ要素によるディスプレーサの変位の結果として、圧縮、すなわち体積減少もまた部分的に起こることが達成されることが特に有利である。したがって、ディスプレーサは、圧縮可能であることが好ましい。その結果、ディスプレーサは、アクチュエータ要素の偏向状態において、非偏向状態より大きな硬度を有する。これは、偏向状態において、定義された調整および保持力が、ディスプレーサにより調整要素に対して加えられるという効果を有する。次いで、この力は、前記調整要素からさらに伝達される。特に点字要素のための応用例の場合、調整および保持力は、１〜８Ｎの範囲内にある。他の応用例の場合、たとえば弁の場合、この力は、より高くてもよく、たとえば数１０Ｎである。
【００２１】
圧縮可能なディスプレーサの使用の代替として、非圧縮可能なディスプレーサを使用することができ、したがって、その場合、体積は一定のままであり、アクチュエータ要素によって変位される体積は、調整方向に１：１で降伏運動に偏向される。
【００２２】
好ましい構成では、少なくとも１つのアクチュエータ要素は、ハウジング内に配置される。したがって、アクチュエータ要素は、ディスプレーサと共にハウジング内に配置される。この場合、ディスプレーサは、特にアクチュエータ要素に対して完全な表面エリア接触する。好ましくは、アクチュエータ要素は、ディスプレーサに対して直接作用する。ディスプレーサとアクチュエータ要素の間のこの直接接触に対する代替として、弾性壁がこれらの２つの要素間に配置されてもよい。アクチュエータ要素をハウジングの内部空間内で一体化することには、アクチュエータ要素の偏向運動の効率的な利用を達成するという効果がある。原理上、アクチュエータ要素は、ハウジングがアクチュエータ要素の領域内に弾性壁を有する限り、ハウジングの外側に配置することもできる。
【００２３】
好ましい発展形態では、アクチュエータ要素は、この場合、ハウジングの壁とディスプレーサの間に配置される。したがって、アクチュエータ要素は、ディスプレーサのために、いわばハウジングの可動壁領域を形成し、中心の方向で外側からディスプレーサを変形させる。
【００２４】
これに対する代替として、ハウジングそれ自体の壁の少なくとも部分的な領域を、圧電材料から形成することができる。好ましくは、電極が取り付けられたいわゆるピエゾチューブが、アクチュエータ要素を形成するために提供され、ピエゾチューブは、ハウジングまたは少なくともその一部を形成する。この変形形態の場合、電極は、特にハウジングの内側および外側に取り付けられる。この場合、電極は、たとえば部分的に特にストリップ形態で、または完全な表面エリアにわたって内側または外側に適用される。作動したとき、ピエゾチューブ、およびそれに伴ってハウジング全体が収縮または伸長し、したがって、その結果、得られる体積の変化が、ディスプレーサの所望の変位をもたらす。
【００２５】
また、アクチュエータ要素は、その偏向運動の方向が調整方向と異なり、特にそれに対して直交する向きになるように向けられることが好ましい。具体的には、たとえば曲げトランスデューサとして形成されたアクチュエータ要素は、特にハウジングの長手方向によって画定される調整方向に延びる。その結果、偏向運動は、長手方向に対して実質的に直交して起こる。圧電アクチュエータ要素の有向の偏向運動の事実上どのような所望の偏向も、一般に、ディスプレーサによって容易に可能になる。これは、小さいサイズの所望の構成にとって有利である。
【００２６】
好都合な発展形態では、少なくとも２つのアクチュエータ要素が配置され、特にハウジングの両内壁において互いに対向して配置される。その結果、複雑な対策を提供する必要なしに効果が増す。原理上、２つよりも多いアクチュエータ要素が配置されてもよい。これらは、ハウジングの内壁にそれぞれ配置されることが好ましい。アクチュエータ要素の偏向運動の方向は可変形状のディスプレーサにより重要でないため、対向配置は、絶対に必要なものではない。
【００２７】
全体的に、アクチュエータは、可能な限り小さいサイズの応用例を実現することができるように、マイクロアクチュエータであることが好都合である。これを達成するために、少なくともアクチュエータ要素が偏向していない元の状態において、ディスプレーサは、１０ｍｍ３から２５０ｍｍ３の範囲内、特に２０ｍｍ３から５０ｍｍ３の範囲内の容積を占める。この場合、好ましくは、ハウジングは、２〜１０ｍｍ２の範囲内の（自由な内側）ベースエリアと、５〜１０ｍｍ２の高さとを有する。それに応じて、ハウジングは、これに対応するサイズを有する。ピエゾチューブが使用されるとき、ピエゾチューブは、たとえば約１．５〜２ｍｍの内径を有する。そのようなピエゾチューブの場合の壁厚は、通常、約０．５〜０．６ｍｍの範囲内である。
【００２８】
全体としてのアクチュエータは、数ミリメートル以下の調整要素の変位を調整するように、特に１ｍｍ以下の変位を調整するように設計されることが好都合である。したがって、ディスプレーサの降伏運動は、調整方向に約１ｍｍの小さい調整変位運動に変換される。
【００２９】
好ましくは、ハウジングは、１つの方向、特に調整方向に延びる管状の中空体として形成される。この場合、ハウジングは、必須ではないが固体壁を有することが好ましい。この場合、中空体の長手方向に対して直交する断面エリアは、多角形、特に矩形、特に方形であることが好都合である。あるいは、断面エリアは円形である。調整要素は、管状ハウジングの１つの端面に配置されることが好都合である。調整要素から反対側のチューブの端面は、閉じられていることが好ましい。
【００３０】
好ましくは、調整要素は、ハウジング内またはハウジング上で案内される案内要素を有する。好ましくは、案内要素は、ハウジング内で案内され、断面形状が中空体に適合されたピストンのように形成される。この適合された断面形状は、ここでは、好都合には同時に封止もまた案内要素によって達成され、その結果、いわばハウジングによって形成されるディスプレーサのための受け空間が案内要素によって１つの端面で閉じられるという効果を有する。この構成では、調整要素は、全体的に、特にプラスチックの別個の要素として形成され、非ポジティブ接続またはポジティブ接続なしに、ディスプレーサに緩く接続されるだけであることが好ましい。
【００３１】
これに対する代替として、調整要素は、たとえば接着によってディスプレーサにしっかり接続することができ、特に調整要素は、ディスプレーサの一部とすることができる。したがって、調整要素とディスプレーサは、一個片の構成部品である。
【００３２】
ハウジングは、調整要素から反対側の端面において、終端要素によって閉じられた端面を有することが好ましい。この場合、この終端要素もまた、電気端子接点を有し、それにより、アクチュエータ要素の電気接触が行われる。したがって、終端要素は、特に電気構成部品がおそらくは形成される絶縁材料、特にプラスチックのキャリアを形成する。これは、アクチュエータ要素の接触、すなわち電気供給および／または電気的作動が終端要素（だけ）により容易に行われるので、容易な装着を可能にする。したがって、装着中、両側が開いている単純なチューブ、その一方の側が終端要素によって閉じられている単純なチューブ、およびその他方の側が調整要素によって閉じられている単純なチューブを、ハウジングに使用することができる。
【００３３】
終端要素は、ハウジング内に挿入することだけを必要とする予め作製されたモジュールとしてのアクチュエータ要素と共に形成されることが好都合である。この場合、少なくとも１つのアクチュエータ要素は、終端要素に締結され、固定用端部によって接触がなされる。したがって、アクチュエータ要素は、特に垂直に（ハウジングの調整方向または長手方向に）突出する（曲げトランスデューサ）要素として終端要素に直接締結される。
【００３４】
これに対する代替として、アクチュエータ要素は、まずその固定用端部によってハウジング内で締結され、次いで電気接触が、終端要素の装着中に、たとえば好適なばね接点によって特に自動的に行われる。
【００３５】
特に好ましい構成では、終端要素は、回路板として形成され、または少なくともそのような回路板を有し、アクチュエータ要素を作動するための制御電子回路が回路板上に配置される。この場合、制御電子回路は、好ましくは制御信号を受信するための入力を有し、アクチュエータ要素を作動するために、これらの制御信号を適切に変換するように設計される。好ましくは、制御電子回路は、電力を回路板に供給するための外部端子をも有する。全体的に、この構成によって、個々の構成部品が予め作製されたモジュールとして提供され、容易に接合する必要があるだけなので、自動化された生産が、特に好都合なように可能になる。
【００３６】
特に好ましい構成では、調整要素は、点字ディスプレイのピンである。したがって、複数のそのようなアクチュエータが、好適な点字ハウジング内で共に接合され、点字ディスプレイを形成する。
【００３７】
これに対する代替として、調整要素は、弁の調整要素である。したがって、調整要素の調整運動は、弁の動作をもたらし、したがって弁の流れ断面を制御する。
【００３８】
他の代替では、調整要素は、電気切替え要素の一部である。この場合、調整要素は、接点を切り替えるためのオペレータとして働く。他の代替では、調整要素は、ロック機構の一部であることが好都合である。この場合、具体的には、調整要素は、ロックピンとして形成され、またはそのようなロックピンに対して直接作用する。
【００３９】
本発明の例示的な実施形態について、以下、単一の図に基づいてより詳細に述べる。これは、分解図の形で点字ディスプレイのためのマイクロアクチュエータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図に表されているマイクロアクチュエータ２は、少なくとも１つの圧電アクチュエータ要素４、この例示的な実施形態では２つの圧電アクチュエータ要素４を有し、これらの圧電アクチュエータ要素４は、装着された状態で、ハウジング６の内部にディスプレーサ８と共に配置される。この例示的な実施形態では、ハウジング６は、方形断面を有するチューブとして形成される。ハウジング６の１つの端面は、終端要素１０によって閉じられる。管状ハウジング６の反対側の端部には、この例示的な実施形態ではハウジング６の長手方向で変位可能にハウジング４内に装着される調整要素１２が配置される。この長手方向は、同時に調整方向１４を画定する。
【００４１】
アクチュエータ２のこれらの構成部品とは別に、案内穴１８を有する案内プレート１６もまた図に表されている。
【００４２】
点字ディスプレイのための使用に対応するように、調整要素１２は、組み立てられた状態で案内穴１８を通って延びる感知ピン２０を有する。この場合、感知ピン２０は、その足部において案内要素２２に接続される。
【００４３】
特に、調整要素１２は、特にプラスチックの一個片の構成部品として形成される。案内要素２２を用いて、調整要素１２は、ハウジング６内で案内される。案内要素２２は、ここでは、ハウジング６の内側断面輪郭に適合される断面輪郭と共に形成される。この例示的な実施形態では、これは方形の断面輪郭である。案内要素２２は、矩形プレートのように形成される。必要な公差遊びとは別に、案内要素２２の断面エリアは、ハウジング６の自由な内側断面エリアと同一である。
【００４４】
動作中、調整要素１２は、調整変位ΔＨだけ調整方向１４にオフセットさせることができる。この場合、この調整変位ΔＨは、より低いミリメートル範囲内、好ましくは２ｍｍ未満、特に約１ｍｍにある。この調整変位は、点字ディスプレイの機能にとって十分である。したがって、調整変位ΔＨは、人が点字ディスプレイ内に配置された複数のそのような感知ピン２０からそれぞれの位置（上昇位置または後退位置）を感じることを可能にするのに十分であるように寸法設定される。
【００４５】
調整方向１４における調整要素１２の全長は、数ミリメートル、たとえば４ｍｍから１０ｍｍの間の範囲内にすぎない。
【００４６】
この例示的な実施形態では、ディスプレーサ８は、好適な弾性プラスチック材料の完全な固体である。ここでは特にプラスチック材料としてシリコーンまたはポリウレタンが使用される。使用されるプラスチック材料は、ここでは３０から５０の間の範囲内のショアＡ硬度を有する。
【００４７】
装着された状態では、これらの２つの圧電アクチュエータ要素４は、ハウジング６の壁２４の対向する領域に配置される。この場合、アクチュエータ要素４は、それぞれ曲げトランスデューサとして形成され、プレートレットの形態にある細長い要素として調整方向１４に延びる。調整要素１２から離れたそれらの後端には、アクチュエータ要素４は、それぞれ固定用端部２６を有し、それによりアクチュエータ要素４は、終端要素１０に接続される。特に、アクチュエータ要素４はまた、終端要素１０に対してそれらの固定用端部２６により電気接続される。この目的で、終端要素１０は、対応する端子接点２８を有する。
【００４８】
アクチュエータ要素４は、たとえばモノモルフ曲げトランスデューサであり、または代替としてバイモルフ、トライモルフもしくはマルチモルフ曲げトランスデューサである。これらは、典型的には、わずか数１００μｍの範囲内の厚さを有する。動作中、適切な制御電圧が印加されたとき、アクチュエータ要素４の曲げが起こり、その結果、アクチュエータ要素４は、それぞれ偏向運動を実施する。これは、ハウジング６の中心の方向に、すなわち調整方向１４に対して実質的に直交して向けられる。
【００４９】
この場合、アクチュエータ要素４の長さは、少なくともほぼディスプレーサ８の長さに対応する。したがって、アクチュエータ要素４は、ディスプレーサ８に面するそれらの平坦な側部が、特に直接、ディスプレーサ８に接して、それらの長さ全体にわたって完全な表面エリア接触する。
【００５０】
この例示的な実施形態では、ディスプレーサ８は、調整方向１４に、たとえば５ｍｍから８ｍｍの範囲内の長さｌを有する。また、２ｍｍの範囲内の幅ｂを有する。したがって、方形ベースエリアの辺の長さは、約２ｍｍである。
【００５１】
この場合、ディスプレーサ８、アクチュエータ要素４、またハウジング６の寸法は、装着された状態でアクチュエータ要素４がそれらの一方の平坦な側部を壁２４に直接接した状態にあり、それらの他方の反対側の平坦な側部をディスプレーサ８に接した状態にあるように、全体的に互いに合致するようになされる。したがって、アクチュエータ要素４の偏向運動は、バックラッシュなしに直接ディスプレーサ８に伝達される。
【００５２】
管状ハウジングは、プラスチックハウジングであることが好ましい。これは、調整方向１４において、ディスプレーサ８の長さよりほぼ大きい長さを有する。この超過長さは、たとえば２ｍｍから４ｍｍの間の範囲内にある。一方で、この超過長さは、調整要素１２の案内要素２２を受け、案内するように働き、他方で、ディスプレーサ８のための降伏容積を提供するように働く。
【００５３】
最後に、好ましい構成では、終端要素１０は、回路板によって形成され、または回路板がやはり終端要素１０に一体化される。すでに述べた端子接点に加えて、制御電子回路３０がこの回路板上に配置される。任意選択で、制御電子回路３０の要素が、ハウジングの内側に面する側部に取り付けられ、または代替として、終端要素１０の外側に取り付けられる。
【００５４】
さらに、終端要素１０は、外部端子を有し、それにより、アクチュエータ要素４のための制御信号および／または供給電圧を受けることができる。
【００５５】
動作中、アクチュエータ要素４の作動は、端子接点２８により行われる。アクチュエータ要素４が作動したとき、アクチュエータ要素４は、それらの自由端において、曲げトランスデューサとしてのそれらの構造に対応するように偏向され、それぞれ固定用端部２６からそれらの全長にわたってディスプレーサ８に接して内向きに曲がる。その結果、アクチュエータ要素４の領域内で、ディスプレーサ８の圧縮が起こる。材料の弾性の選択により、全体的に、ディスプレーサ８は形状が可変である。したがって、アクチュエータ要素４によるプラスチック材料の変位は、ディスプレーサ８のいわば材料変位および降伏運動をもたらす。ハウジング６の結果として、定義された方向、すなわち調整方向１４だけが、ディスプレーサ８のこの降伏運動のために予め決定される。したがって、ディスプレーサは、調整方向１４にその長さを変化させる。長さのこの変化は、ディスプレーサ８上に直接ある調整要素１２に直接伝達される。これは、調整方向１４において調整要素１２の所望の調整運動をもたらす。
【００５６】
アクチュエータ要素４が戻るとき、アクチュエータ要素４は、壁２４にぴったり接するそれらの開始位置に戻る。弾性特性により、ディスプレーサ８もまた、元の状態に戻る、すなわちその長さを短縮する。次いで、調整要素１２は、自動的に再び後退位置に移動して戻る。これは、たとえば重力により自動的に行われる。これに対する代替として、案内要素２２がディスプレーサ８に接続され、その結果、調整要素１２は、ディスプレーサ８によって、後退した開始位置に再び能動的に移動して戻される。この目的のために、調整要素１２は、たとえばディスプレーサ８の前端面に接着される。
【００５７】
点字ディスプレイの場合、複数のそのようなマイクロアクチュエータ２が、行列状態で互いに並んで配置される。
【００５８】
点字ディスプレイにおけるここに記載の応用例とは別に、ここのアクチュエータ２は、他の技術エリアの応用例でも使用することができる。一方で、アクチュエータ２は、たとえば弁内で使用され、したがって調整要素１２は、流体のための流路を開閉するための弁の調整要素である。他の応用例では、アクチュエータ２は、電気切替え要素の場合に使用される。この場合、調整要素１２は、切替え要素の一部であり、たとえば切替え接点を動作させる。最後に、ロック機構におけるアクチュエータ２の使用もまた予期される。この場合、調整要素１２は、ロック要素として形成され、またはロック要素に対して作用する。
【００５９】
このアクチュエータの利点は、一方では、非常に小さなサイズの構成に見ることができる。さらに、曲げトランスデューサがディスプレーサに対して完全な表面エリア接触することには、曲げトランスデューサが非常に均一な荷重を受け、それにより長寿命が確保されるという効果がある。また、ここに記載の構造は、自動化して比較的容易に生産することができ、その結果、低い生産コストしかかからない。
【符号の説明】
【００６０】
２  アクチュエータ
４  アクチュエータ要素
６  ハウジング
８  ディスプレーサ
１０  終端要素
１２  調整要素
１４  調整方向
１６  案内プレート
１８  案内穴
２０  感知ピン
２２  案内要素
２４  壁
２６  固定用端部
２８  端子接点
３０  制御電子回路
ΔΗ  調整変位
ｌ  長さ
ｂ  幅
2018522528.tif 000003
【国際調査報告】
2018522528.tif 000004
2018522528.tif 000005