JPH11146664A - 電歪アクチュエータ - Google Patents

電歪アクチュエータ

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JPH11146664A
JPH11146664A JP10248438A JP24843898A JPH11146664A JP H11146664 A JPH11146664 A JP H11146664A JP 10248438 A JP10248438 A JP 10248438A JP 24843898 A JP24843898 A JP 24843898A JP H11146664 A JPH11146664 A JP H11146664A
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JP
Japan
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joint
frame part
actuator
adjusting element
frame
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10248438A
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English (en)
Inventor
Peter Jenker
ペーター・イエンカー
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Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、アクチュエータ
を、コンパクトなかつ負荷方向に剛性の高い構造及び同
時に高いエネルギー効果と長い寿命を有するように、構
成することである。 【解決手段】 電圧の印加の際に長さ可変の固体調
整要素と、調整要素のストローク運動を増幅し、可撓性
ジョイント個所を介して剛固に結合された枠部分から成
る伝動機構とを備えた電歪アクチュエータにおいて、ジ
ョイント個所１０はそれぞれ互いに平行な撓みジョイン
ト軸線を備えた上下に重なる複数の弾性的撓み要素１８
から成りかつ一方ではジョイント個所の全撓み要素に一
体的に互いに結合した枠部分１２. １又は１２. ２に接
続しており、ジョイント個所に接続している他の枠部分
１２. ３はジョイント個所の撓み要素とそれぞれ結合し
ている別々の複数の単一レバ１６に分割されていること
を特徴とする前記電歪アクチュエータ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲第
１項の上位概念による電歪アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許明細書第４９３７４８９号から
公知のこの種の電歪アクチュエータでは、伝動機構はピ
エゾ電気調整要素を取り囲む無垢の矩形枠から成り、そ
の枠部分は遊隙のない連結の理由から機械的ジョイント
による代わりに一体的に形成された板ばね状のジョイン
ト個所によって、菱形のジョイント多角形が生じるよう
に互いに結合されており、ジョイント多角形によってピ
エゾ電気調整要素の僅かな長さ変化がアクチュエータの
動力学的に何倍も大きな出力ストロークに変換される。
作用する高い引っ張り負荷を考慮して、撓み弾性的なジ
ョイント個所は、大きな引っ張り強度及び引っ張り剛性
及び相応した大きな横断面を有し、しかし同時に、撓み
運動から生じる外縁伸び及び撓みジョイントの撓み剛性
が横断面の増大と共に著しく増大し従って負荷の正しい
印加の際に撓みジョイントによって電気的復元力が発生
され、復元力は電気的に誘導される調整要素の長さ変化
に対抗作用しかつそれによって調整要素の有効ストロー
クを明らかに減少させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載された種類のアクチュエータを、アクチュエータ
がコンパクトなかつ負荷方向に剛性の高い構造及び同時
に高いエネルギー効果と長い寿命を有するように、構成
することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
おいて特徴づけられたアクチュエータによって解決され
る。本発明によれば、個々のジョイント個所の分割及び
ジョイント個所を介して結合された枠部分の各々１の複
数の別々の可撓要素又は単一レバへの分割によって、そ
の他は等しいパラメータで、即ちジョイント個所の特に
等しい全横断面積及び等しい引っ張り強度及び引っ張り
剛性の際に、アクチュエータの撓み剛性はジョイント範
囲で著しく、即ち選択された分割数の二乗で減少され、
それによって撓みジョイントに起因する弾性的復元力が
明らかに減少されかつアクチュエータの利用可能なスト
ロークが、以下のような追加的効果、即ち撓み角度に関
して撓みジョイントの外縁伸びが同様に減少されかつそ
れによってアクチュエータの寿命が著しく改良されると
いう効果をもって本質的に高められる。
【０００５】請求項２による好適な二分割によって、ジ
ョイント個所の撓み剛性は、それ以外では等しい寸法の
撓みジョイント連鎖に比して既に７５％かつ外縁伸びは
撓みジョイント領域で５０％だけ減少する。請求項３に
より好適であるように、二分割がジョイント八角形の形
に従って形成された伝動機構と組合わされる場合、ピエ
ゾ電気調整要素の側に位置しかつ伝動機構の出力部材を
形成する枠部分は一体的に形成されておりかつこれらの
間に位置する枠部分はそれぞれ２つの等しい長さの、互
いに平行に経過する単一レバに分割され、それによって
出力部材の強制的ではない平行案内が保証される。
【０００６】アクチュエータの撓みジョイントの撓み剛
性及び外縁伸びを更に減少させるために、請求項４によ
る本発明の特別に好適な構成において二分割の代わり
に、更に細かな分割が選択され、その際この場合に分割
された枠部分の単一レバは更に強制的ではない運動を考
慮して等しい長さに形成されかつ互いに平行に配設され
ている。
【０００７】製造及び精度の理由から、請求項５による
枠部分は単一レバ及び撓み要素を含めて、合理的な方法
で一体的に、例えばワイヤ侵食によって製造される。特
に動的調整機能のために、請求項６によれば、この観点
において非常に負荷に敏感な固体調整要素の外的引っ張
り負荷を回避するために、伝動機構に調整要素の押圧方
向に作用する予圧ばねを備えることが推奨される。これ
に対して選択的な、特に好適な本発明の構成によれば、
請求項７によるアクチュエータは機械的に直列に配設さ
れている、電気的に反対方向に制御される、それぞれ調
整要素及び伝動機構から成る２つのアクチュエータであ
って、両アクチュエータの伝動機構を出力側で互いに連
結している共通の被動部材を備えたものを有する。その
ようなアクチュエータは、熱的膨張が補償されかつ予圧
ばねが不要にされ、その際両アクチュエータの被動力が
加算され、一方アクチュエータの調整可能な作業ストロ
ークは等しく保持される。
【０００８】本発明を２つの実施例に基づいて、図面と
関連して詳しく説明する。図面は図式的な図である。
【０００９】
【実施例】図１に示す電歪アクチュエータ２は、パック
状に互いに整列されたピエゾ電気層４から構成される固
体調整要素６と調整要素６を取り囲む八角形枠の形の伝
動機構８とを有し、電歪アクチュエータは、撓み弾性ジ
ョイント１０を介して互いに結合された剛固な枠部分１
２と、出力側の枠部分１２. １にアクチュエータ６の縦
方向に対して横に作用し、調整要素６を予圧の下に押圧
方向に保持する湾曲ばね要素１４とから成る。出力側か
つ調整要素６の端と結合された枠部分１２.１及び１２.
２との間に位置する枠部分１２. ３は枠部分１２. １
と１８０°よりも幾分小さい鈍角を形成する。
【００１０】ピエゾ電気層４に電圧が印加されると、調
整要素６は縦方向に伸びかつ斜めに経過する枠部分１
２. ３は湾曲ばね要素１４の力に抗して調整要素６の縦
軸線に向かって傾倒しかつれぞれ出力側の枠部分１２.
１は互いに引寄られる。選択された伝動機構に基づいて
調整要素６の長さ変化よりも何倍か大きい、出力側の枠
部分１２. １の間のストローク運動は、上方の枠部分１
２. １で減少され、一方下方の枠部分１２. １は位置固
定に係止されている。ピエゾ電気層４が電流なしに保持
されると、調整要素６は再び出発長さに戻されかつ出力
部材１２. １は湾曲ばね要素１４の作用の下に、改めて
図示のストローク位置に戻される。その限りではアクチ
ュエータ２は従来の構造である。
【００１１】技術水準〔図２（ｂ）〕によれば、斜めに
経過する枠部分１２. ３は枠部分１２. １及び１２. ２
同様に一体的に無垢に形成されておりかつ撓みジョイン
ト個所１０は、所定の幅では引っ張り負荷の作用の下に
充分な引っ張り強度と引っ張り剛性を保証するために、
所定の横断面高さｓを有しなければならない単一の撓み
要素から成る。しかし同時に撓みジョイント１０の撓み
剛性、即ちジョイント１０により撓み運動に抗して発生
される復元力は横断面厚さｓの関数でありかつ横断面厚
さｓの三乗に相応して高められる。同様に所定の撓み角
度で生じる撓みジョイント１０の外縁伸びは横断面厚さ
ｓに依存してリニアーである。
【００１２】これに対して図１及び図２（ａ）に示すア
クチュエータ２では、撓み弾性ジョイント個所１０及び
枠部分１２. ３はそれぞれ複数分割、即ち図１によれば
二分割、図２（ａ）によれば三分割され、即ち枠部分１
２. ３は２つに又は３つに分割された、等しい長さの、
互いに平行に経過する単一レバ１６から成りかつ各撓み
ジョイント個所１０は引っ張り方向に経過する上下に編
成された２つ又は３つの撓み要素１８によって形成さ
れ、撓み要素はそれぞれ単一レバ１６の端と枠部分１
２. １又は１２. ２との間に配設されている。分割に基
づいて各ジョイント個所１０の撓み剛性は、図２（ｂ）
に対して不変のパラメータ、即ち等しい引っ張り強度及
び引っ張り剛性では、ファクタ１／ｎ2 だけ減少され、
その際ｎは分割数に相応する。従って撓みジョイント領
域１０における撓み剛性は、個々の撓み要素１８の横断
面厚さが図２（ｂ）による場合の半分だけである二分割
によって、分割された枠構造及びジョイント構造に比し
て２５％だけかつ個々の撓み要素１８の横断面厚さがｓ
／３に減少されているところでは三分割（図２（ａ）に
よって、等しい値のアクチュエータの１／９に低下して
いる。同様にジョイント個所１０に起因し、調整要素６
の電気的に誘導される長さ変化に対抗作用する復元力が
減少され、その結果アクチュエータ２の利用可能な作業
ストロークは本質的に増大する。追加的に撓み運動によ
ってジョイント領域１０に生じる撓み要素１８の外縁伸
びは横断面厚さの減少に基づいてファクタ１／ｎだけ減
少しかつそれによって撓みジョイント領域１０における
耐久限度は明らかに改良される。
【００１３】撓みジョイント１０の分割と組合されて、
隣接する枠部分１２. １又は１２.２と個々の撓み要素
１８を介してそれぞれ結合している別々の相応した数の
単一レバ１６への枠部分１２. ３の分割によって、伝動
機構８の強制的ではない運動が確保され、その結果調整
要素６の長さ変化に起因する出力部材１２. １のみのス
トローク運動に、撓み要素の撓み剛性から生じる復元力
が対抗作用する。図示の八角形伝動機構８では、分割さ
れた枠部分１２. ３の単一レバ１６は、それぞれ互いに
平行に向けられかつ等しい長さに形成されており、それ
によって図示の伝動機構８の強制的ではない運動に必要
な平行四辺形案内が生じる。
【００１４】製造及び精度上の理由から、全伝動機構８
は分割された枠部分１２. ３及び撓み要素１８を含めて
一体に、例えば金属ブロックからワイヤ腐食によって作
られることができる。第１実施例に相応する構成要素が
１００だけ大きい図中符号を付けられた、図３による実
施例では、アクチュエータは単一、２つの代わりに、タ
ンデム状に機械的に直列に配設された、それぞれ調整要
素１０６及び八角形伝動機構１０８によって形成された
アクチュエータ２０Ａ及び２０Ｂから成り、その際ジョ
イント領域１１０は更に複数分割されておりかつ枠部分
１１２. ３はそれぞれ複数分割された単一レバ１１６か
ら成る。両アクチュエータ２０の互いに反対方向に向け
られた出力部材１１２. １は金属湾曲枠２２を介して互
いに剛固に結合されており、一方互いに反対方向に向い
た枠部分１１２. ４は金属湾曲枠２２のスリット２４中
をリニアー移動可能な共通の被動部材２６上に作用す
る。
【００１５】ピエゾ電気調整要素１０６は、この構成で
は電気的に反対方向に制御され、即ちアクチュエータ２
０Ａ及び２０Ｂの両制御電圧の合計は、常に最大運転電
圧に相応する。被動部材２６における利用可能な被動力
は二倍になり、これに対して利用可能な作業ストローク
は図１による単一構成の場合と同様にある。図３による
アクチュエータ１０２は、熱膨張が補償されかつ予圧ば
ねが省略されるという利点を有する。零位置の調整のた
めに、調整要素１０６の縦方向に作用する調整装置（調
整ねじ２８及び押圧板３０）は伝動機構１０８と調整要
素１０６との間に配設されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、撓み要素と枠部分の二分割によるジョ
イント八角形の形に形成された伝動機構を備えた本発明
によるアクチュエータである。
【図２】図２は、図１のアクチュエータの部分であり、
（ａ）は、三分割による場合、（ｂ）は、技術水準によ
るアクチュエータの図２（ａ）に相応する図であり、し
かしその他においては図２（ａ）のものと等しい寸法の
撓みジョイントと分割されてない枠部分を備えたものを
表わす。
【図３】図３は、本発明の他の実施例によるタンデム構
造のアクチュエータである。
【符合の説明】
１０ ジョイント個所 １２. １ 枠部分 １２. ２ 枠部分 １２. ３ 枠部分 １６ 単一レバ １８ 撓み要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594080404 Ｅｐｐｌｅｓｔｒａｓｓｅ 225，70546 Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，ＢＲＤ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧の印加の際に長さ可変の固体調整要
    素と、調整要素のストローク運動を増幅し、可撓性ジョ
    イント個所を介して剛固に結合された枠部分から成る伝
    動機構とを備えた電歪アクチュエータにおいて、 ジョイント個所（１０）はそれぞれ互いに平行な撓みジ
    ョイント軸線を備えた上下に重なる複数の弾性的撓み要
    素（１８）から成りかつ一方ではジョイント個所の全撓
    み要素に一体的に互いに結合する枠部分（１２. １又は
    １２. ２）に接続しており、ジョイント個所に接続して
    いる他の枠部分（１２. ３）はジョイント個所の撓み要
    素とそれぞれ結合している別々の複数の単一レバ（１
    ６）に分割されていることを特徴とする前記電歪アクチ
    ュエータ。
  2. 【請求項２】 ジョイント個所（１０）及び分割された
    枠部分（１２. ３）がそれぞれ２つの撓み要素（１８）
    又は単一レバ（１６）から成る、請求項１記載の電歪ア
    クチュエータ。
  3. 【請求項３】 調整要素（６）と端側で連結しかつこれ
    に対して垂直に経過し、伝動機構（８）の出力部材を形
    成する枠部分（１２. １又は１２. ２）が一体的に形成
    されておりかつこれらの間に位置する枠部分（１２.
    ３）がそれぞれ２つの等しい長さで、互いに平行に経過
    する単一レバ（１６）に分割されている、請求項２記載
    の電歪アクチュエータ。
  4. 【請求項４】 ジョイント個所（１０）及び枠部分（１
    ２. ３）を二以上に分割する際にそれぞれ分割された枠
    部分の単一レバ（１６）は等しい長さに形成されかつ互
    いに平行に配設されている、請求項１記載の電歪アクチ
    ュエータ。
  5. 【請求項５】 枠部分（１２）が単一レバ（１６）及び
    可撓要素（１８）を含めて一体的に形成されている、請
    求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の電歪ア
    クチュエータ。
  6. 【請求項６】 伝動機構（８）が調整要素（６）の押圧
    方向に弾性的に予圧されている、請求項１から５までの
    うちのいずれか一項に記載の電歪アクチュエータ。
  7. 【請求項７】 ２つ機械的に直列に配設され、電気的に
    反対方向に制御され、それぞれ調整要素（１０６）と伝
    動機構（１０８）とから成るアクチュエータ（２０Ａ、
    ２０Ｂ）が、両アクチュエータの伝動機構を出力側で相
    互に連結している共通の被動部材（２６）を備えてい
    る、請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載の
    電歪アクチュエータ。
JP10248438A 1997-09-10 1998-09-02 電歪アクチュエータ Withdrawn JPH11146664A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE19739594A DE19739594C2 (de) 1997-09-10 1997-09-10 Elektrostriktiver Stellantrieb
DE19739594:5 1997-09-10

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JP10248438A Withdrawn JPH11146664A (ja) 1997-09-10 1998-09-02 電歪アクチュエータ

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US (1) US6294859B1 (ja)
EP (1) EP0902488B1 (ja)
JP (1) JPH11146664A (ja)
AT (1) ATE238611T1 (ja)
DE (2) DE19739594C2 (ja)

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