DE112017004705T5

DE112017004705T5 - Aktorvorrichtung

Info

Publication number: DE112017004705T5
Application number: DE112017004705.6T
Authority: DE
Inventors: Takuma Yamauchi; Eitaro Tanaka; Haruhiko Watanabe; Goro Ueda; Seiichiro Washino
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: US11025178B2; DE112017004705B4; JP6610596B2; JP2018050445A; US20190214924A1

Abstract

Eine Aktorvorrichtung (10) umfasst ein Aktorelement (41, 22), einen Antriebsgegenstand (30), eine Antriebsvorrichtung und eine Spannungsaufbringungseinrichtung (50). Das Aktorelement ist eingerichtet, um in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Energie auf das Aktorelement von einem Äußeren des Aktorelements verformt zu werden. Der Antriebsgegenstand ist an das Aktorelement gekoppelt. Die Antriebsvorrichtung ist eingerichtet, die Energie auf das Aktorelement aufzubringen und dadurch den Antriebsgegenstand in einer Verformungsrichtung des Aktorelements zu verlagern. Die Spannungsaufbringungseinrichtung ist eingerichtet, eine Spannung auf das Aktorelement aufzubringen, die eine Korrektur einer Spannungsänderung ermöglicht, die durch eine Dehnung und/oder Kontraktion des Aktorelements erzeugt wird, die durch natürliche Verformung des Aktorelements hervorgerufen wird.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beruht auf der am 20. September 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-183297 und der am 29. März 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-065134 , die hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Aktorvorrichtung, die ein Aktorelement als eine Leistungsquelle verwendet, während das Aktorelement eingerichtet ist, um in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Energie auf das Aktorelement von einem Äußeren durch eine elektrische Einrichtung, eine photonische Einrichtung, eine chemische Einrichtung, eine thermische Einrichtung, eine Absorptionseinrichtung oder andere Einrichtungen verformt zu werden.
Stand der Technik
Bisher ist als diese Art eines Aktorelements ein Aktorelement der Patentliteratur 1 bekannt. Das Aktorelement der Patentliteratur 1 hat eine Eigenschaft, dass das Aktorelement in Erwiderung auf eine Temperaturänderung, die durch ein elektrisches Erwärmen oder ein Erwärmen durch eine Weißlichtlampe verursacht wird, torsionsverformt oder gedehnt wird.
Zitierliste
Patent Literatur
Patentliteratur 1: JP2016-42783
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn das Aktorelement der Patentliteratur 1 durch ein natürliches Kühlen nach einem Erwärmen des Aktorelements gekühlt wird, wird das Aktorelement in einer entgegengesetzten Richtung verformt, die einer Verformungsrichtung des Aktorelements entgegengesetzt ist, das beim Erwärmen des Aktorelements verformt wird. Daher kann, wenn das Aktorelement der Patentliteratur 1 in einem Zustand erwärmt und gekühlt wird, in dem ein Antriebsgegenstand an das Aktorelement gekoppelt ist, der Antriebsgegenstand hin und her bewegt werden.
Dagegen kann in dem Fall des Aktorelements, das aus den in der Patentliteratur 1 angeführten Polymerfasern gefertigt ist, das Aktorelement durch Absorbieren von in der umgebenden Umwelt gegenwärtigen Wasser und/oder Öl aufquellen und dadurch eine Verformungseigenschaft, wie beispielsweise eine Torsionsverformungseigenschaft und eine Dehnungseigenschaft, des Aktorelements möglicherweise geändert werden. Auch in einem Fall, in dem das Aktorelement durch kontinuierliches Aufbringen einer konstanten Last auf das Aktorelement verformt wird, d.h. in einem Fall, in dem das Aktorelement eine Kriechverformung erduldet, kann die Verformungscharakteristik des Aktorelements geändert werden. Wenn das Aktorelement durch das Aufquellen, die Kriechverformung, die Wärmeausdehnung oder die Wärmeschrumpfung verformt wird, kann der Betrieb des Antriebsgegenstandes, der an das Aktorelement gekoppelt ist, geändert werden. Dadurch kann der Betrieb des Antriebsgegenstands möglicherweise instabil werden.
Der obige Sachverhalt ist nicht auf das aus Polymerfasern gefertigten Aktorelement begrenzt, sondern kommt bei verschiedenen Aktorvorrichtung häufig vor, die das Aktorelement als eine Antriebsquelle der Aktorvorrichtung verwenden, während das Aktorelement die Verformungseigenschaft hat, die durch die natürliche Verformung (zum Beispiel das Aufquellen, die Kriechverformung, die Wärmeausdehnung, Wärmeschrumpfung) geändert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Aktorvorrichtung bereitzustellen, die einen Betrieb eines Antriebsgegenstandes unter Umständen stabilisieren kann, unter denen eine natürliche Verformung an einem Aktorelement der Aktorvorrichtung wahrscheinlich auftritt.
Eine Aktorvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Aktorelement, einen Antriebsgegenstand, eine Antriebsvorrichtung und eine Spannungsaufbringungseinrichtung. Das Aktorelement ist eingerichtet, um in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Energie auf das Aktorelement von einem Äußeren des Aktorelements verformt zu werden. Der Antriebsgegenstand ist an das Aktorelement gekoppelt. Die Antriebsvorrichtung ist eingerichtet, die Energie auf das Aktorelement aufzubringen und dadurch den Antriebsgegenstand in einer Verformungsrichtung des Aktorelements zu verlagern. Die Spannungsaufbringungseinrichtung ist eingerichtet, eine Spannung auf das Aktorelement aufzubringen, was eine Korrektur einer Spannungsänderung ermöglicht, die durch eine Dehnung und/oder eine Kontraktion des Aktorelements erzeugt wird, die durch natürliche Verformung des Aktorelements hervorgerufen wird.
Mit dieser Konstruktion wird selbst unter den Umständen, unter denen das Aktorelement durch die natürliche Verformung wahrscheinlich gedehnt und/oder kontrahiert wird, eine Spannungsänderungen des Aktorelements durch die Spannung korrigiert, die von der Spannungsaufbringungseinrichtung auf das Aktorelement aufgebracht wird. Auf diese Weise wird die Dehnung und/oder die Kontraktion des Aktorelements, die durch die natürliche Verformung hervorgerufen wird, einen geringeren Einfluss auf den Betrieb des Antriebsgegenstandes haben, und dadurch kann der Betrieb des Antriebsgegenstandes stabilisiert werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Struktur der Aktorvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das ein Betriebsbeispiel der Aktorvorrichtung der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch zeigt.
5 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel eines korrigierenden Aktorelements der zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Struktur der Aktorvorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein korrigierendes Aktorelement einer Aktorvorrichtung einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung einer ersten Abwandlung der dritten Ausführungsform schematisch zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung einer zweiten Abwandlung der dritten Ausführungsform schematisch zeigt.
11 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform schematisch zeigt.
12 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung gemäß einer Abwandlung der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.
13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Mittelachse m1 eines ersten Aktorelements und Mittelachsen m10, m11 von Schraubenfedern in der Aktorvorrichtung der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.
14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Mittelachse m1 eines ersten Aktorelements und Mittelachsen m10-m12 von Schraubenfedern in der Aktorvorrichtung der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.
15 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Aktorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform schematisch zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Aktorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, werden dieselben Bezugszeichen denselben einzelnen Elementen in jeder Zeichnung so weit wie möglich zugeordnet, und redundante Erläuterungen dieser Elemente werden weggelassen.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ein erstes Aktorelement 21, ein zweites Aktorelement 22, einen Antriebsgegenstand 30, ein Fixierungselement 40 und eine Spannungsaufbringungsvorrichtung 50.
Das erste Aktorelement 21 und das zweite Aktorelement 22 sind in Reihe verbunden, während der Antriebsgegenstand 30 zwischen dem ersten Aktorelement 21 und dem zweiten Aktorelement 22 angeordnet ist. Jedes Aktorelement 21, 22 ist aus einem Element in einer Form eines Drahtes gefertigt, das entlang einer Achse m1 platziert ist. Jedes Aktorelement 21, 22 ist aus Polymerfasern gefertigt, wie zum Beispiel Polyamidfasern. Eine Metallbeschichtung, wie zum Beispiel eine Silberbeschichtung, ist an einer Fläche von jedem Aktorelement 21, 22 ausgebildet. Jedes Aktorelement 21, 22 kann durch ein Leiten eines elektrischen Stroms durch die Metallbeschichtung, die an der Fläche des Aktorelement 21, 22 ausgebildet ist, erwärmt werden. Jedes Aktorelement 21, 22 hat eine Eigenschaft, in Erwiderung auf ein Aufbringen von Wärmeenergie auf das Aktorelement 21, 22 durch ein Erwärmen um die Achse m1 torsionsverformbar zu sein.
Insbesondere ist, wie durch Zweipunkt-Strichlinien in der Zeichnung angezeigt ist, eine Ausrichtungsrichtung von Polyamidmolekülen, die einzelne Moleküle des ersten Aktorelements 21 sind, eine Spiralrichtung, die um die Achse m1 spiralförmig ist, während die Spiralrichtung bezüglich der Achse m1 um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist. Dadurch hat das erste Aktorelement 21 die nachfolgende Torsionsverformungseigenschaft. Insbesondere wird das erste Aktorelement 21 in eine erste Richtung R11 um die Achse m1 in Erwiderung auf ein Aufbringen der Wärmeenergie auf das erste Aktorelement 21 durch das Erwärmen torsionsverformt und wird in eine entgegengesetzte Richtung, die der ersten Richtung R11 entgegengesetzt ist, beim Kühlen des ersten Aktorelements 21 durch beispielsweise ein natürliches Kühlen torsionsverformt. Insbesondere ist die Verformungsrichtung des ersten Aktorelements 21 die erste Richtung R11.
Dagegen ist eine Ausrichtungsrichtung von Polyamidmolekülen, die einzelne Moleküle des zweiten Aktorelements 22 sind, eine Spiralrichtung, die um die Achse m1 spiralförmig ist, während die Spiralrichtung in eine entgegengesetzte Richtung, die der Ausrichtungsrichtung der Polyamidmoleküle des ersten Aktorelements 21 entgegengesetzt ist, bezüglich der Achse m1 um den vorbestimmten Winkel geneigt ist. Auf diese Weise wird das zweite Aktorelement 22 in eine zweite Richtung R12, die der ersten Richtung R11 entgegengesetzt ist, in Erwiderung auf das Aufbringen der Wärmeenergie auf das zweite Aktorelement 22 durch das Erwärmen torsionsverformt und wird in die entgegengesetzte Richtung, die der zweiten Richtung R12 entgegengesetzt ist, beim Kühlen des zweiten Aktorelements 22 durch beispielsweise das natürliche Kühlen torsionsverformt. Insbesondere ist die Verformungsrichtung des zweiten Aktorelements 22 die zweite Richtung R12. Eine Form eines Querschnitts des zweiten Aktorelements 22 und eine Länge des zweiten Aktorelements 22 sind dieselben wie eine Form eines Querschnitts des ersten Aktorelements 21 und eine Länge des ersten Aktorelements 21.
In den hier nachfolgend beschriebenen Zeichnungen wird soweit nicht anders angegeben ein Zeigen der Ausrichtungsrichtung jedes Aktorelements weggelassen.
Der Antriebsgegenstand 30 ist an ein Endteil 21a des ersten Aktorelements 21 gekoppelt. Deshalb wird, wenn das erste Aktorelement 21 in die erste Richtung R11 torsionsverformt wird, eine Rotationskraft auf den Antriebsgegenstand 30 in die erste Richtung R11 aufgebracht. Dadurch wird der Antriebsgegenstand 30 in die erste Richtung R11 rotationsverlagert.
Der Antriebsgegenstand 30 ist auch an ein Endteil 22a des zweiten Aktorelements 22 gekoppelt. Deshalb wird, wenn das zweite Aktorelement 22 in die zweite Richtung R12 torsionsverformt wird, eine Rotationskraft auf den Antriebsgegenstand 30 in die zweite Richtung R12 aufgebracht. Dadurch wird der Antriebsgegenstand 30 in die zweite Richtung R12 rotationsverlagert.
Eine Sensorvorrichtung 31 ist an dem Antriebsgegenstand 30 fixiert. Die Sensorvorrichtung 31 ist beispielsweise eine Vorrichtung, die eine erforderliche physikalische Größe erfasst, oder eine Bildaufnahmevorrichtung. Die Sensorvorrichtung 31 ist eingerichtet, um in die erste Richtung R11 und die zweite Richtung R12 zusammen mit dem Antriebsgegenstand 30 rotationsverlagert zu werden. Der Antriebsgegenstand 30 ist durch einen Stützmechanismus (nicht gezeigt) in einer Weise gestützt, die eine Rotation des Antriebsgegenstandes 30 um die Achse m1 ermöglicht.
Das Fixierungselement 40 ist beispielsweise ein Gehäuse der Aktorvorrichtung 10. Ein Endteil 22b des zweiten Aktorelements 22, das dem an den Antriebsgegenstand 30 gekoppelten Endteil 22a des zweiten Aktorelements 22 entgegengesetzt ist, ist an dem Fixierungselement 40 fixiert. Das Fixierungselement 40 hält das zweite Aktorelement 22.
Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 ist eine Vorrichtung, die eine Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 in Erwiderung auf ein Aufbringen der elektrischen Energie auf die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 aufbringt. Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 umfasst einen beweglichen Abschnitt 51. Ein Endteil 21b des ersten Aktorelements 21, der dem an den Antriebsgegenstand 30 gekoppelten Endteil 21a des ersten Aktorelements 21 entgegengesetzt ist, ist an den beweglichen Abschnitt 51 gekoppelt. Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 verlagert den beweglichen Abschnitt 51 in eine Richtung eines Pfeils A1 in Erwiderung auf das Aufbringen der elektrischen Energie auf die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50. Die Richtung des Pfeils A1 ist eine Richtung, die parallel zur Achse m1 und weg von dem Antriebsgegenstand 30 ist. Eine Spannung wird auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Richtung des Pfeils A1 aufgrund der Verlagerung des beweglichen Abschnitts 51 aufgebracht. Des Weiteren kann die Spannung, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird, durch Einstellen des Betrags der von der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 zugeführten elektrischen Energie eingestellt werden. Wie oben erörtert, ist die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 eingerichtet, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufzubringende Spannung elektrisch zu steuern. Beispielsweise kann ein elektromagnetischer Aktor, der den beweglichen Abschnitt 51 durch eine elektromagnetische Kraft verlagert, oder ein Elektromotor, der den beweglichen Abschnitt 51 durch Verwendung einer Rotationskraft von dessen Rotor verlagert, als die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 verwendet werden.
Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 hält das erste Aktorelement 21. Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 und das Fixierungselement 40 haben eine Funktion eines Haltens des Antriebsgegenstands 30 durch jedes Aktorelement 21, 22.
Als nächstes wird eine elektrische Struktur der Aktorvorrichtung 10 beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Aktorvorrichtung 10 des Weiteren eine erste Heizeinrichtung (erste Heizvorrichtung) 61, eine zweite Heizeinrichtung (zweite Heizvorrichtung) 62 und eine Steuerungseinrichtung 70.
Die erste Heizeinrichtung 61 führt der Metallbeschichtung des ersten Aktorelements 21 elektrischen Strom zu, sodass das erste Aktorelement 21 durch joulesche Wärme erwärmt wird. Auf diese Weise wird das erste Aktorelement 21 in die erste Richtung R11 torsionsverformt, und dadurch wird der Antriebsgegenstand 30 in die erste Richtung R11 rotationsverlagert. Wie oben erörtert, funktioniert die erste Heizeinrichtung 61 der vorliegenden Ausführungsform als eine Antriebsvorrichtung, die den Antriebsgegenstand 30 in der Verformungsrichtung des ersten Aktorelements 21 durch Aufbringen der Energie auf das erste Aktorelement 21 verlagert.
Die zweite Heizeinrichtung 62 führt der Metallbeschichtung des zweiten Aktorelements 22 den elektrischen Strom zu, sodass das zweite Aktorelement 22 durch joulesche Wärme erwärmt wird. Auf diese Weise wird das zweite Aktorelement 22 in die zweite Richtung R12 torsionsverformt, und dadurch wird der Antriebsgegenstand 30 in die zweite Richtung R12 rotationsverlagert. Wie oben erörtert, funktioniert die zweite Heizeinrichtung 62 der vorliegenden Ausführungsform als eine Antriebsvorrichtung, die den Antriebsgegenstand 30 in der Verformungsrichtung des zweiten Aktorelements 22 durch Aufbringen der Energie auf das zweite Aktorelement 22 verlagert.
Die Steuerungseinrichtung 70 führt einen Ausrichtungssteuerungsbetrieb aus, der die Ausrichtung des Antriebsgegenstands 30 in die erste Richtung R11 und die zweite Richtung R12 durch individuelles Erwärmen des ersten Aktorelements 21 und des zweiten Aktorelements 22 durch die erste Heizeinrichtung 61 und die zweite Heizeinrichtung 62 ändert. Die Steuerungseinrichtung 70 umfasst einen Mikrocomputer, der beispielsweise eine CPU, einen ROM und einen RAM umfasst und als eine Hauptkomponente der Steuerungseinrichtung 70 dient. Die CPU führt Berechnungsprozesse aus, die den Ausrichtungssteuerungsbetrieb des Antriebsgegenstands 30 betreffen. Der ROM speichert beispielsweise für den Ausrichtungssteuerungsbetrieb erforderliche Programme und Daten. Der RAM speichert vorübergehend die Berechnungsergebnisse der CPU.
Insbesondere erwärmt in einem Fall eines Verlagerns der Ausrichtung des Antriebsgegenstands 30 in die erste Richtung R11 die Steuerungseinrichtung 70 das erste Aktorelement 21 durch die erste Heizeinrichtung 61. Des Weiteren erwärmt in einem Fall eines Verlagerns der Ausrichtung des Antriebsgegenstands 30 in die zweite Richtung R12 die Steuerungseinrichtung 70 das zweite Aktorelement 22 durch die zweite Heizeinrichtung 62.
Des Weiteren steuert die Steuerungseinrichtung 70 die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50, um die Spannung auf die jeweiligen Aktorelemente 21, 22 aufzubringen. Insbesondere führt zu dem Zeitpunkt eines Beginns des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30, d.h. zu dem Zeitpunkt eines Beginns des Betriebs des Antriebsgegenstands 30, die Steuerungseinrichtung 70 der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 die elektrische Energie zu. Auf diese Weise wird die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 angetrieben und dadurch auf jedes Aktorelement 21, 22 eine vorbestimmte Spannung aufgebracht. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung 70 die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Beginns des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30 antreiben, d.h. unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Beginns des Betriebs des Antriebsgegenstands 30, um die vorbestimmte Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 aufzubringen. Die Steuerungseinheit 70 behält die Zufuhr der elektrischen Energie zu der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 während der Zeitspanne eines Ausführens des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30 bei, sodass die Steuerungseinrichtung 70 den Zustand beibehält, in dem die vorbestimmte Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird.
Des Weiteren stoppt die Steuerungseinrichtung 70 die Zufuhr der elektrischen Energie zu der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 zu dem Zeitpunkt eines Beendens des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30, d.h. der Zeitpunkt eines Beendens des Betriebs des Antriebsgegenstands 30, um die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachte Spannung zu lösen.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Unter Umständen, unter denen eine natürliche Verformung (zum Beispiel Aufquellen, Kriechverformung, Wärmeausdehnung) bei jedem Aktorelement 21, 22 wahrscheinlich auftritt, wenn jedes Aktorelement 21, 22 in eine Richtung B entlang der in 1 gezeigten Achse m1 gedehnt wird, kann das Aktorelement 21, 22 möglicherweise wie in 3 gezeigt durchgebogen werden. Nachfolgend wird die Richtung des Pfeils B auch als eine Dehnungsrichtung von jedem Aktorelement 21, 22 bezeichnet, dessen Dehnung durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen wird. Wenn jedes Aktorelement 21, 22 durch die natürliche Verformung gedehnt wird, wird eine Rotationskraft, die durch eine Torsionsverformung des Aktorelements 21, 22 erzeugt wird, wahrscheinlich nicht angemessen auf den Antriebsgegenstand 30 aufgebracht. Dies verursacht eine Instabilität des Betriebs des Antriebsgegenstands 30.
Bezüglich dieses Punkts, wird in der Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform selbst in dem Fall, in dem jedes Aktorelement 21, 22 durch die natürliche Verformung in der Axialrichtung der Achse m1 gedehnt wird, die Spannung von der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 auf das erste Aktorelement 21 und das zweite Aktorelement 22 in der Richtung des Pfeils A1 zu dem Zeitpunkt eines Beginns des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30 oder unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Beginns des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30 aufgebracht. Aufgrund dieser auf das erste Aktorelement 21 und das zweite Aktorelement 22 aufgebrachten Spannung, wird eine durch die Dehnung des ersten Aktorelements 21 und des zweiten Aktorelements 22, die durch die natürliche Verformung hervorgerufen wird, erzeugte Spannungsänderung korrigiert, sodass ein gedehnter Zustand des ersten Aktorelements 21 und des zweiten Aktorelements 22 zu einem in 1 gezeigten Zustand zurückkehren kann. Auf diese Weise wird die Rotationskraft, die durch die Torsionsverformung von jedem Aktorelement 21, 22 erzeugt wird, angemessen auf den Antriebsgegenstand 30 aufgebracht, sodass der Antriebsgegenstand 30 angemessen betrieben werden kann.
Die oben erörterte Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann die folgenden Wirkungen und Vorteile (1) bis (3) bereitstellen.

(1) Selbst unter den Umständen, unter denen jedes Aktorelement 21, 22 durch die natürliche Verformung in der Axialrichtung der Achse m1 wahrscheinlich gedehnt wird, wird eine Spannungsänderung, die durch die Dehnung von jedem Aktorelement 21, 22 erzeugt wird, die durch die natürliche Verformung hervorgerufen wird, durch die Spannung korrigiert, die von der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird. Auf diese Weise wird die durch die natürliche Verformung hervorgerufene Dehnung von jedem Aktorelement 21, 22 geringeren Einfluss auf den Betrieb des Antriebsgegenstands 30 haben, und dadurch kann der Betrieb des Antriebsgegenstands 30 stabilisiert werden.
(2) Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 bringt die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 zu dem Zeitpunkt eines Beginns des Betriebs des Antriebsgegenstands 30 oder unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Beginns des Betriebs des Antriebsgegenstands 30 auf. Des Weiteren löst die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachte Spannung zu dem Zeitpunkt eines Beendens des Betriebs des Antriebsgegenstands 30 oder unmittelbar nach dem Zeitpunkt eines Beendens des Betriebs des Antriebsgegenstands 30. Auf diese Weise wird eine Belastung, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird, während einer Zeitspanne reduziert, die von der Zeitspanne eines Betriebs des Antriebsgegenstands 30 verschieden ist. Somit kann eine zeitbezogene Verschlechterung der Aktorelemente 21, 22 begrenzt werden.
(3) Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 wird als eine Spannungsaufbringungseinrichtung verwendet, die eingerichtet ist, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachte Spannung elektrisch zu steuern. Deshalb kann der Betrag einer auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachten Spannung und eine Zeitabstimmung eines Aufbringens der Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 durch Steuern des Betrags von elektrischer Energie, die der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 zugeführt wird, und der Zeitabstimmung eines Zuführens der elektrischen Energie zu der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 frei eingestellt werden.

(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ein korrigierendes Aktorelement 23 anstelle der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50. Das korrigierende Aktorelement 23 ist aus einem Element in einer Form eines Drahtes gefertigt, das entlang der Achse m1 platziert ist. Ein Endteil 23a des korrigierenden Aktorelements 23 ist an das Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 gekoppelt. Der andere Endteil 23b des korrigierenden Aktorelements 23 ist an ein Fixierungselement 41 fixiert, zum Beispiel ein Gehäuse. Das Fixierungselement 41 hält das korrigierende Aktorelement 23. Die Fixierungselemente 40, 41 haben eine Funktion eines Haltens des Antriebsgegenstands 30 durch die jeweiligen Aktorelemente 21, 22 und das korrigierende Aktorelement 23.
Das korrigierende Aktorelement 23 ist aus einem Bündel von Polymerfasern gefertigt, wie zum Beispiel Polyamidfasern. Das korrigierende Aktorelement 23 ist mit dem ersten Aktorelement 21 in einem Stück einstückig ausgebildet. Alternativ kann das korrigierende Aktorelement 23 von dem ersten Aktorelement 21 getrennt ausgebildet sein. In diesem Fall ist das korrigierende Aktorelement 23 beispielsweise durch Bindung mit dem ersten Aktorelement 21 zusammengefügt.
Eine Metallbeschichtung, wie zum Beispiel eine Silberbeschichtung, ist an einer Fläche des korrigierenden Aktorelements 23 ausgebildet. Die Metallbeschichtung des korrigierenden Aktorelements 23 und die Metallbeschichtung des ersten Aktorelements 21 sind voneinander elektrisch isoliert. Der elektrische Strom kann durch eine von der Metallbeschichtung des korrigierenden Aktorelements 23 und der Metallbeschichtung des ersten Aktorelements 21 geleitet werden. Wenn der elektrische Strom durch die Metallbeschichtung geleitet wird, die an der Fläche des korrigierenden Aktorelements 23 ausgebildet ist, wird das korrigierende Aktorelement 23 erwärmt. Das korrigierende Aktorelement 23 hat eine Eigenschaft, dass das korrigierende Aktorelement 23 in der Richtung B entlang der Achse m1 in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Wärmeenergie auf das korrigierende Aktorelement 23 durch ein Erwärmen kontrahiert wird.
Insbesondere, wie in 5 gezeigt ist, ist das korrigierende Aktorelement 23 derart konstruiert, dass die Polymerfasern, die einzelne Moleküle mit einer Ausrichtungsrichtung haben, die festgelegt ist, um eine Spiralrichtung zu sein, spiralförmig um die Achse m1 gebunden sind. Die Polymerfasern des korrigierenden Aktorelements 23 haben eine Eigenschaft, dass die Polymerfasern kontrahiert werden, wenn die Polymerfasern erwärmt werden. Die Kontraktion der Polymerfasern hat die Kontraktion des gesamten korrigierenden Aktorelements 23 in der Richtung B entlang der Achse m1 zur Folge. Die Kontraktion des korrigierenden Aktorelements 23 in der Richtung B entlang der Achse m1 bringt eine Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Richtung des Pfeils A1 auf. Der Betrag einer Kontraktion des korrigierenden Aktorelements 23 kann durch Einstellen des Wärmebetrags des korrigierenden Aktorelements 23 eingestellt werden. Dadurch kann die Spannung, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird, eingestellt werden.
Als nächstes wird eine elektrische Struktur der Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in 6 gezeigt ist, umfasst die Aktorvorrichtung 10 des Weiteren eine dritte Heizeinrichtung 63. Die dritte Heizeinrichtung 63 führt der Metallbeschichtung des korrigierenden Aktorelements 23 elektrischen Strom zu, sodass das korrigierende Aktorelement 23 durch joulesche Wärme erwärmt wird. Auf diese Weise wird das korrigierende Aktorelement 23 kontrahiert, und dadurch wird auf jedes Aktorelement 21, 22 eine Spannung aufgebracht. Wie oben erörtert, funktioniert die dritte Heizeinrichtung 63 der vorliegenden Ausführungsform als eine korrigierende Antriebsvorrichtung, die die Energie auf das korrigierende Aktorelement 23 aufbringt.
Die Steuerungseinrichtung 70 bringt die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 durch Kontrahieren des korrigierenden Aktorelements 23 durch die dritte Heizeinrichtung 63 auf. Insbesondere erwärmt die Steuerungseinrichtung 70 das korrigierende Aktorelement 23 zu dem Zeitpunkt eines Beginns des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30, d.h. der Zeitpunkt eines Beginns des Betriebs des Antriebsgegenstands 30, und bringt dadurch die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 auf. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung 70 das korrigierende Aktorelement 23 unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Beginns des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30 erwärmen, d.h. unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Beginns des Betriebs des Antriebsgegenstands 30, und dadurch die vorbestimmte Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 aufbringen. Die Steuerungseinrichtung 70 behält das Erwärmen des korrigierenden Aktorelements 23 während der Zeitspanne eines Ausführens des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30 bei, sodass die Steuerungseinrichtung 70 den Zustand beibehält, in dem die vorbestimmte Spannung auf jedes Aktorelement 21,42 aufgebracht wird.
Des Weiteren stoppt die Steuerungseinrichtung 70 das Erwärmen des korrigierenden Aktorelements 23 zu dem Zeitpunkt eines Beendens des Ausrichtungssteuerungsbetriebs des Antriebsgegenstands 30, d.h. der Zeitpunkt eines Beendens des Betriebs des Antriebsgegenstands 30, um die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachte Spannung zu lösen.
Die oben erörterte Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann die Wirkung(en) und Vorteil(e) bereitstellen, die gleich oder ähnlich zu denen in den Abschnitten (1) und (2) angegebenen der erste Ausführungsform sind, und kann zusätzlich die Wirkung(en) und Vorteil(e) bereitstellen, die in dem folgenden Abschnitt (4) angegeben sind.
(4) Das korrigierende Aktorelement 23 und die dritte Heizeinrichtung 63 werden als die Spannungsaufbringungseinrichtung verwendet, die eingerichtet ist, um die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachte Spannung elektrisch zu steuern. Auf diese Weise kann der Betrag einer auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachten Spannung und eine Zeitabstimmung eines Aufbringens der Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 durch Steuern des Wärmebetrags des korrigierenden Aktorelements 23 und der Zeitabstimmung des Erwärmens des korrigierenden Aktorelements 23 frei eingestellt werden.
(Abwandlung)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der Aktorvorrichtung 10 der zweiten Ausführungsform beschrieben.
In der Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Abwandlung hat das korrigierende Aktorelement 23 eine in 7 gezeigte Struktur. Insbesondere ist das korrigierende Aktorelement 23 entlang der Achse m1 platziert. Wie durch eine Zweipunkt-Strichlinie in 7 angezeigt ist, ist die Ausrichtungsrichtung der Polyamidmoleküle, die die einzelnen Moleküle des korrigierenden Aktorelements 23 sind, eine Spiralrichtung, die um die Achse m1 spiralförmig ist. Ein Spiralwinkel der Ausrichtungsrichtung des korrigierenden Aktorelements 23 bezüglich der Achse m1 ist größer als ein Spiralwinkel der Ausrichtungsrichtung des ersten Aktorelements 21 bezüglich der Achse m1. Auf diese Weise wird, wenn die Polymerfasern des korrigierenden Aktorelements 23 durch das Erwärmen kontrahiert werden, das korrigierende Aktorelement 23 in der Axialrichtung der Achse m1 insgesamt kontrahiert. Die Spannung kann auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Richtung des Pfeils A1 durch die Kontraktion des korrigierenden Aktorelements 23 in der Axialrichtung der Achse m1 aufgebracht werden. Die Spannung in der Richtung des Pfeils A1 kann auf jedes Aktorelement 21, 22 durch die Kontraktion in der Axialrichtung der Achse m1 aufgebracht werden.
Selbst bei dem oben erörterten korrigierenden Aktorelement 23 können die Wirkung(en) und Vorteil(e), die gleich oder ähnlich zu denen in den obigen Abschnitten (1), (2) und (4) angegebenen der zweite Ausführungsform sind, erreicht werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der Aktorvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 8 gezeigt ist, umfasst die Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ein federndes Element 80 anstelle der Spannungsaufbringungsvorrichtung 50. Das federnde Element 80 ist zwischen dem ersten Aktorelement 21 und dem Fixierungselement 41, wie zum Beispiel das Gehäuse, in Reihe verbunden. Das federnde Element 80 ist durch eine Schraubenfeder ausgebildet, die einen Elastizitätsmodul hat, der niedriger als ein Elastizitätsmodul von jedem Aktorelement 21, 22 ist. Ein Endteil 80a des federnden Elements 80 ist an den Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 gekoppelt. Der andere Endteil 80b des federnden Elements 80 ist an dem Fixierungselement 41, wie zum Beispiel das Gehäuse, fixiert.
Das federnde Element 80 bringt eine Spannung im Voraus auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Dehnungsrichtung B des Aktorelements 21, 22 auf, die eine Richtung der Dehnung des Aktorelements 21, 22 ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen werden kann. Insbesondere bringt das federnde Element 80 eine Drängungskraft auf den Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 in der Richtung des Pfeils A1 auf. Diese Drängungskraft bringt eine Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Richtung des Pfeils B auf. Die Spannung, die von dem federnden Element 80 auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird, ist im Voraus durch zum Beispiel einen Versuch oder Versuche derart festgelegt, dass jedes Aktorelement 21, 22 durch diese Spannung um den Betrag gedehnt werden kann, der größer als ein Betrag einer Dehnung von jedem Aktorelement 21, 22 ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen werden kann.
Die oben erörterte Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann die Wirkung(en) und Vorteil(e) bereitstellen, die gleich oder ähnlich zu denen in dem Abschnitt (1) angegebenen der ersten Ausführungsform sind, und stellt zusätzlich die Wirkung(en) und Vorteil(e) bereit, die in den folgenden Abschnitten (5) und (6) angegeben werden.
(5) Das federnde Element 80 wird als die Spannungsaufbringungseinrichtung verwendet, die eingerichtet ist, um die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 aufzubringen. Das federnde Element 80 bringt die Spannung im Voraus auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Dehnungsrichtung B des Aktorelements 21, 22 auf, die die Richtung der Dehnung des Aktorelements 21, 22 ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen werden kann. Dadurch kann im Vergleich zu der Struktur, die die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 der ersten Ausführungsform verwendet, die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 unter Verwendung der einfacheren Struktur aufgebracht werden.
(6) Das federnde Element 80 bringt auf jedes Aktorelement 21, 22 die Spannung auf, die jedes Aktorelement 21, 22 um den Betrag dehnen kann, der größer als der Betrag einer Dehnung des Aktorelements 21, 22 ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss der Dehnung von jedem Aktorelement 21, 22, die durch die natürliche Verformung hervorgerufen wird, auf den Betrieb des Antriebsgegenstands 30 zuverlässiger zu begrenzen.
(Erste Abwandlung)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 einer ersten Abwandlung der dritten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der Aktorvorrichtung 10 der dritten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 9 gezeigt ist, sind das ersten Aktorelement 21 und das zweite Aktorelement 22 der vorliegenden Abwandlung parallel angeordnet, während die Achse m1 zwischen dem ersten Aktorelement 21 und dem zweiten Aktorelement 22 angeordnet ist. Das erste Aktorelement 21 ist entlang einer Achse m2 platziert. Das erste Aktorelement 21 wird in der Rotationsrichtung R21 um die Achse m2 in Erwiderung auf die Aufbringung der Wärmeenergie auf das erste Aktorelement 21 durch das Erwärmen torsionsverformt. Das zweite Aktorelement 22 ist entlang einer Achse m3 platziert. Das zweite Aktorelement 22 wird in einer Rotationsrichtung R22 um die Achse m3 in Erwiderung auf das Aufbringen der Wärmeenergie auf das zweite Aktorelement 22 durch das Erwärmen torsionsverformt.
Der eine Endteil 21a des ersten Aktorelements 21 und das eine Endteil 22b des zweiten Aktorelements 22 sind mit dem Antriebsgegenstand 30 gekoppelt. Der andere Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 und der andere Endteil 22a des zweiten Aktorelements 22 sind an dem Fixierungselement 41 fixiert. Mit dieser Struktur wird, wenn das erste Aktorelement 21 in der Rotationsrichtung R21 durch das Erwärmen torsionsverformt wird, eine Rotationskraft auf den Antriebsgegenstand 30 in der Rotationsrichtung R21 aufgebracht. Der Antriebsgegenstand 30 wird in die erste Richtung R11 durch die in der Rotationsrichtung R21 aufgebrachte Rotationskraft rotationsverlagert. Des Weiteren wird, wenn das zweite Aktorelement 22 in der Rotationsrichtung R22 durch das Erwärmen torsionsverformt wird, eine Rotationskraft auf den Antriebsgegenstand 30 in der Rotationsrichtung R22 aufgebracht. Der Antriebsgegenstand 30 wird in die zweite Richtung R12 durch die in der Rotationsrichtung R22 aufgebrachte Rotationskraft rotationsverlagert.
Der eine Endteil 80a des federnden Elements 80 ist mit einer Seitenfläche des Antriebsgegenstands 30 gekoppelt, die einer Seitenfläche des Antriebsgegenstands 30 entgegengesetzt ist, an die jedes Aktorelement 21, 22 gekoppelt ist. Der andere Endteil 80b des federnden Elements 80 ist an dem Fixierungselement 40 fixiert. Das federnde Element 80 bringt eine Spannung im Voraus auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Dehnungsrichtung B des Aktorelements 21, 22 auf, die eine Richtung der Dehnung des Aktorelements 21, 22 ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen werden kann. Insbesondere bringt das federnde Element 80 die Drängungskraft auf den Antriebsgegenstand 30 in eine Richtung eines Pfeils A2 auf. Diese Drängungskraft bringt die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 in der Richtung des Pfeils A2 auf.
Die Aktorvorrichtung 10 mit der oben beschriebenen Struktur kann die Wirkung(en) und Vorteil(e) erreichen, die gleich oder ähnlich zu denen der dritten Ausführungsform sind.
(Zweite Abwandlung)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 einer zweiten Abwandlung der dritten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der Aktorvorrichtung 10 der dritten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 10 gezeigt ist, ist in der Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Abwandlung das federnde Element 80 zwischen dem erste Aktorelement 21 und dem Antriebsgegenstand 30 platziert. Sogar mit dieser Struktur können die Wirkung(en) und Vorteil(e), die gleich oder ähnlich zu denen der dritte Ausführungsform sind, erreicht werden.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der Aktorvorrichtung 10 der dritten Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Achse m1 auch als eine Mittelachse m1 des ersten Aktorelements 21 und eine Mittelachse m1 des zweiten Aktorelements 22 bezeichnet.
Wie in 11 gezeigt ist, umfasst die Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform: einen erste Spannungsaufbringungsmechanismus 100, der an dem Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 vorgesehen ist; und einen zweiten Spannungsaufbringungsmechanismus 110, der an dem Endteil 22b des zweiten Aktorelements 22 anstelle des federnden Elements 80 vorgesehen ist.
Der erste Spannungsaufbringungsmechanismus 100 bringt die Spannung auf das erste Aktorelement 21 in der Richtung des Pfeils A1 auf. Insbesondere umfasst der erste Spannungsaufbringungsmechanismus 100 einen Fixierungsteil 101, ein Gehäuse 102 und eine Schraubenfeder 103.
Der Fixierungsteil 101 ist an dem Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 durch beispielsweise Bindung fixiert. Der Fixierungsteil 101 ist in einer Flanschform geformt und steht von einer Außenumfangsfläche des Endteils 21b des ersten Aktorelements 21 in einer Radialrichtung der Achse m1 vor.
Das Gehäuse 102 ist mit der Achse m1 koaxial und ist in einer röhrenförmigen Form mit einem Boden geformt. Der Fixierungsteil 101 ist in einem Inneren des Gehäuses 102 verschiebbar aufgenommen. Das Gehäuse 102 hat einen Bodenteil 102a an einem Endteil des Gehäuses 102, der dem Antriebsgegenstand 30 entgegengesetzt ist. Ein Durchgangsloch 102b, dass eine Mittelachse hat, die mit der Achse m1 übereinstimmt, ist an dem Bodenteil 102a ausgebildet. Der Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 erstreckt sich in ein Inneres des Gehäuses 102 durch das Durchgangsloch 102b und ist an dem Fixierungsteil 101 fixiert. Ein entgegengesetzter Endteil des Gehäuses 102, der dem Endteil des Gehäuses 102 mit dem Bodenteil 102a entgegengesetzt ist, ist an dem Fixierungselement 41 fixiert. Ein Innendurchmesser des Durchgangslochs 102b ist größer als ein Außendurchmesser des ersten Aktorelements 21. Deshalb ist es weniger wahrscheinlich, dass zwischen dem ersten Aktorelement 21 und dem Gehäuse 102 eine Reibungskraft erzeugt wird, wenn das erste Aktorelement 21 in der Richtung B gedehnt oder kontrahiert wird.
Die Schraubenfeder 103 ist derart platziert, dass der Endteil 21b des ersten Aktorelements 21 in einem Inneren der Schraubenfeder 103 aufgenommen ist. Die Schraubenfeder 103 ist an der radial äußeren Seite des Endteils 21b des ersten Aktorelements 21 derart platziert, dass die Mittelachse der Schraubenfeder 103 mit der Mittelachse m1 des ersten Aktorelements 21 übereinstimmt. Die Schraubenfeder 103 ist in einem zusammengedrückten Zustand an einer Stelle zwischen dem Fixierungsteil 101 und dem Bodenteil 102a des Gehäuses 102 platziert, sodass die Schraubenfeder 103 eine federnde Kraft auf den Fixierungsteil 101 in der Richtung des Pfeils A1 aufbringt. Auf diese Weise wird eine Spannung auf das erste Aktorelement 21 in der Richtung des Pfeils A1 aufgebracht.
Ein Endteil der Schraubenfeder 103 ist in eine vertiefte Nut 101a eingesetzt, die an dem Fixierungsteil 101 ausgebildet ist. Der andere Endteil der Schraubenfeder 103 ist in eine vertiefte Nut 102c eingesetzt, die an dem Gehäuse 102 ausgebildet ist. Da die zwei Endteile der Schraubenfeder 103 jeweils in die Nuten 101a, 102c eingesetzt sind, wird ein Außenumfangsabschnitt der Schraubenfeder 103 am Platz gehalten. Auf diese Weise wird ein Spalt zwischen einem Innenumfangsabschnitt der Schraubenfeder 103 und einem Außenumfangsabschnitt des ersten Aktorelements 21 ausgebildet und wird ein Spalt zwischen einem Außenumfangsabschnitt der Schraubenfeder 103 und einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 102 ausgebildet. Weil diese Spalte vorhanden sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass zu dem Zeitpunkt eines federnden Verformens der Schraubenfeder 103 eine Reibungskraft zwischen der Schraubenfeder 103 und dem ersten Aktorelement 21 erzeugt wird, und ist es auch weniger wahrscheinlich, dass eine Reibungskraft zwischen der Schraubenfeder 103 und dem Gehäuse 102 erzeugt wird.
Der zweite Spannungsaufbringungsmechanismus 110 bringt die Spannung auf das zweite Aktorelement 22 in der Richtung des Pfeils A2 auf, die der Richtung des Pfeils A1 entgegengesetzt ist. Ähnlich dem ersten Spannungsaufbringungsmechanismus 100 umfasst der zweite Spannungsaufbringungsmechanismus 110 ein Fixierungsteil 111, ein Gehäuse 112 und eine Schraubenfeder 113. Die Strukturen und die Funktionen dieser Elemente sind dieselben wie die Strukturen und die Funktionen der entsprechenden Elemente des ersten Spannungsaufbringungsmechanismus 100, sodass die ausführliche Beschreibung dieser Strukturen und der Funktionen dieser Elemente weggelassen wird.
Die oben erörterte Aktorvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann die Wirkung(en) und Vorteil(e) bereitstellen, die gleich oder ähnlich zu denen in dem Abschnitt (1) angegebenen der ersten Ausführungsform sind, und stellen zusätzlich die in den folgenden Abschnitten (7) bis (9) angegebenen Wirkung(en) und Vorteil(e) bereit.
(7) Jede der Schraubenfedern 103, 113 wird als die Spannungsaufbringungseinrichtung verwendet, die die Spannung auf das entsprechende der Aktorelemente 21, 22 aufbringt. Die Schraubenfeder 103, 113 bringt die Spannung im Voraus auf das entsprechende Aktorelement 21, 22 in der Dehnungsrichtung B des Aktorelements 21, 22 auf, die die Richtung der Dehnung des Aktorelements 21, 22 ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements 21, 22 hervorgerufen werden kann. Dadurch kann im Vergleich zu der Struktur, die die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 der ersten Ausführungsform verwendet, die Spannung auf jedes Aktorelement 21, 22 durch Verwendung der einfacheren Struktur aufgebracht werden.
(8) Die Schraubenfeder 103 ist an der radial äußeren Seite des ersten Aktorelements 21 platziert. Des Weiteren ist die Schraubenfeder 113 an der radial äußeren Seite des zweiten Aktorelements 22 platziert. Dadurch ist es im Vergleich zu einem Fall, in dem die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 an dem Endteil von jedem der Aktorelemente 21, 22 wie in der erste Ausführungsform vorgesehen ist, möglich, eine Vergrößerung der Aktorvorrichtung 10 in der Axialrichtung der Achse m1 zu vermeiden.
(9) Jede der Schraubenfedern 103, 113 nimmt das entsprechende der Aktorelemente 21, 22 im Inneren der Schraubenfeder 103, 113 auf. Auf diese Weise ist es möglich, eine Vergrößerung der Aktorvorrichtung 10 in der Radialrichtung der Achse m1 zu vermeiden.
(Abwandlung)
Als nächstes wird eine Aktorvorrichtung 10 einer Abwandlung der vierten Ausführungsform beschrieben. Nachfolgend werden hauptsächlich Unterschiede bezüglich der Aktorvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 12 gezeigt ist, umfasst der erste Spannungsaufbringungsmechanismus 100 der vorliegenden Abwandlung zwei Schraubenfedern 104a, 104b. Die Schraubenfedern 104a, 104b sind an der radial äußeren Seite des Endteils 21b des ersten Aktorelements 21 derart platziert, dass eine Mittelachse m10, m11 von jeder der Schraubenfedern 104a, 104b von der Mittelachse m1 des Aktorelements 21 verlagert ist. Genauer gesagt sind, wie in 13 gezeigt ist, die Mittelachsen m10, m11 der zwei Schraubenfedern 104a, 104b eine nach der anderen in gleichen Winkelabständen entlang eines Kreises C, der an der Mittelachse m1 des ersten Aktorelements 21 zentriert ist, angeordnet. Auf diese Weise kann die Spannung auf das erste Aktorelement 21 in der Richtung des Pfeils A1 ohne Erzeugen eines Moments an dem ersten Aktorelement 21 aufgebracht werden.
Wie in 12 gezeigt ist, ist ein Endteil der Schraubenfeder 104a an einen Vorsprung 101b gepasst, der an dem Fixierungsteil 101 ausgebildet ist. Des Weiteren ist der andere Endteil der Schraubenfeder 104a an einem an dem Gehäuse 102 ausgebildeten Vorsprung 102b gepasst. Wenn die zwei Endteile der Schraubenfeder 104a an die Vorsprünge 101b, 102b gepasst sind, wird ein Innenumfangsabschnitt der Schraubenfeder 104a am Platz gehalten. Auf gleiche Weise wird ein Innenumfangsabschnitt der Schraubenfeder 104b durch einen an dem Fixierungsteil 101 ausgebildeten Vorsprung 101c und einem an dem Gehäuse 102 ausgebildeten Vorsprung 102e am Platz gehalten. Auf diese Weise ist zwischen dem Innenumfangsabschnitt von jeder der Schraubenfedern 104a, 104b und dem Außenumfangsabschnitt des ersten Aktorelements 21 ein Spalt ausgebildet und ist zwischen dem Außenumfangsabschnitt von jeder der Schraubenfedern 104a, 104b und dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 102 ein Spalt ausgebildet. Da diese Spalte vorhanden sind, ist es weniger wahrscheinlich, das zu dem Zeitpunkt eines federnden Verformens der Schraubenfedern 104a, 104b eine Reibungskraft zwischen der Schraubenfeder 104a, 104b und dem ersten Aktorelement 21 erzeugt wird, und ist es auch weniger wahrscheinlich, dass zwischen der Schraubenfeder 104a, 104b und dem Gehäuse 102 eine Reibungskraft erzeugt wird.
Wie in 12 gezeigt ist, umfasst ähnlich dem ersten Spannungsaufbringungsmechanismus 100 der zweite Spannungsaufbringungsmechanismus 110 zwei Schraubenfedern 114a, 114b. Die Strukturen dieser Schraubenfedern 114a, 114b sind dieselben wie die Strukturen der Schraubenfedern 104a, 104b des ersten Spannungsaufbringungsmechanismus 100 wodurch eine ausführliche Beschreibung der Schraubenfedern 114a, 114b weggelassen wird.
Die oben erörterte Aktorvorrichtung 10 kann die Wirkung(en) und Vorteil(e) bereitstellen, die in den Abschnitten (7) und (8) hinsichtlich der Aktorvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform angegeben sind. Des Weiteren kann im Vergleich zu der Aktorvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform die Spannung, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebracht wird, durch den Betrag erhöht werden, der der Erhöhung der Anzahl der Schraubenfedern entspricht.
Die Anzahl der Schraubenfedern, die an der radial äußeren Seite von jedem Aktorelement 21, 22 platziert sind, sind nicht auf zwei begrenzt und können auf eine angemessene Anzahl geändert werden. Zum Beispiel sind in einem Fall, in dem drei Schraubenfedern an der radial äußeren Seite des ersten Aktorelements 21 wie in 14 gezeigt platziert sind, Mittelachsen m10-12 der drei Schraubenfedern eine nach der anderen in gleichen Winkelabständen entlang eines gemeinsamen Kreises C angeordnet, der an der Mittelachse m1 des ersten Aktorelements 21 zentriert ist.
(Andere Ausführungsformen)
Die obigen jeweiligen Ausführungsformen können in der folgenden Weise abgewandelt werden.
Die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 der ersten Ausführungsform kann den Betrag einer auf die Aktorelemente 21, 22 aufgebrachten Spannung derart einstellen, dass der Betrag der auf das Aktorelement 21, 22 aufgebrachten Spannung konstant wird. Beispielsweise in einem Fall, in dem jedes der Aktorelemente 21, 22 eine Eigenschaft hat, dass das Aktorelement 21, 22 in der in 1 gezeigten Richtung B in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Wärme auf das Aktorelement 21, 22 ausgedehnt wird, verlagert die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 den beweglichen Abschnitt 51 in der Richtung A1, um einen konstanten Betrag einer auf das Aktorelement 21, 22 aufgebrachten Spannung beizubehalten, wenn das Aktorelement 21 thermisch ausgedehnt wird. Im Gegensatz verlagert in einem Fall, in dem jedes der Aktorelemente 21, 22 eine Eigenschaft hat, dass das Aktorelement 21, 22 in der Richtung B in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Wärme auf das Aktorelement 21, 22 kontrahiert wird, die Spannungsaufbringungsvorrichtung 50 den beweglichen Abschnitt 51 in die entgegengesetzte Richtung, die der Richtung A1 entgegengesetzt ist, um einen konstanten Betrag einer auf das Aktorelement 21, 22 aufgebrachten Spannung beizubehalten, wenn das Aktorelement 21 thermisch kontrahiert wird. Auf diese Weise kann selbst in dem Fall, in dem die Aktorelemente 21, 22 die Eigenschaft haben, thermisch ausgedehnt oder thermisch kontrahiert zu werden, die Spannungsänderung des Aktorelements 21, 22 korrigiert werden. Hier sollte beachtet werden, dass eine Struktur, die gleich der obigen Struktur ist, an der Aktorvorrichtung 10 der zweiten Ausführungsform implementiert werden kann.
Das federnde Element 80 der dritten Ausführungsform ist nicht auf die Schraubenfeder begrenzt. Eine spiralförmige Torsionsfeder, eine Flachfeder oder irgendein anderes geeignetes federndes Element kann als das federnde Element 80 der dritten Ausführungsform verwendet werden. Auch die Anzahl des federnden Elements 80 ist nicht auf eins begrenzt. Insbesondere kann eine Vielzahl von federnden Elementen 80 verwendet werden.
In der Aktorvorrichtung 10 der dritten Ausführungsform kann, selbst falls jedes der Aktorelemente 21, 22 eine Eigenschaft hat, dass das Aktorelement 21, 22 in der Richtung B durch die thermische Kontraktion kontrahiert wird, die auf jedes Aktorelement 21, 22 aufgebrachte Belastung durch Verformung des federnden Elements 80 in der Richtung B gemildert werden, solange das federnde Element 80 mit dem Endteil 21b des Aktorelements 21 verbunden ist. Somit kann die Haltbarkeit der Aktorelemente 21, 22 vorteilhaft verbessert werden.
In der Aktorvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform kann die Anzahl der Schraubenfedern und die Stelle der Schraubenfedern angemessen geändert werden. Beispielsweise kann in der Aktorvorrichtung 10 der Abwandlung der vierten Ausführungsform nur eine der Schraubenfedern 104a, 104b an der radial äußeren Seite des ersten Aktorelements 21 platziert werden, und nur eine der Schraubenfedern 114a, 114b kann an der radial äußeren Seite des zweiten Aktorelements 22 platziert werden. Des Weiteren kann, wie in 15 gezeigt ist, die Anordnung der Schraubenfeder der in 11 gezeigten Aktorvorrichtung 10 und die Anordnung der Schraubenfedern der in 12 gezeigten Aktorvorrichtung 10 kombiniert werden.
In der Aktorvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform kann nur einer von dem ersten Spannungsaufbringungsmechanismus 100 und dem zweiten Spannungsaufbringungsmechanismus 110 vorgesehen sein.
In der Aktorvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform kann anstelle von jeder der Schraubenfedern 103, 104a, 104b, 113, 114a, 114b eine andere Art eines federnden Elements, wie zum Beispiel eine Drahtgeflecht-Feder, verwendet werden.
Der Innenumfangsabschnitt der Schraubenfeder 103 der in 11 gezeigten vierten Ausführungsform kann durch den Fixierungsteil 101 und das Gehäuse 102 positioniert werden. Dies ist gleichermaßen auf die Schraubenfeder 113 anwendbar. Des Weiteren kann der Außenumfangsabschnitt von jeder der Schraubenfedern 104a, 104b der in 12 gezeigten Abwandlung der vierten Ausführungsform durch den Fixierungsteil 101 und das Gehäuse 102 positioniert werden. Dies ist gleichermaßen auf die Schraubenfedern 114a, 114b anwendbar.
Das Verfahren eines Erwärmens eines jeden Aktorelements 21-23 ist nicht auf das Verfahren eines Aufbringens des elektrischen Stroms auf die Metallbeschichtung begrenzt, die an der Fläche des Aktorelements 21-23 ausgebildet ist, und ein anderes angemessenes Verfahren kann verwendet werden, um jedes der Aktorelemente 21-23 zu erwärmen. Beispielsweise kann eine Spule um eine Außenumfangsfläche von jedem Aktorelement 21-23 gewickelt werden und das Aktorelement 21-23 kann durch Aufbringen des elektrischen Stroms auf die Spule erwärmt werden. Alternativ kann eine wärmeerzeugende Heizeinrichtung verwendet werden, um jedes Aktorelement 21-23 zu erwärmen.
Jedes Aktorelement 21, 22 ist nicht auf das Element begrenzt, das in Erwiderung auf das Aufbringen der Energie torsionsverformt wird. Alternativ kann ein Element verwendet werden, dass in der Längsrichtung in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Energie linearer verlagert wird. Beispielsweise kann ein Aktorelement, das in einer Richtung parallel zu der Achse m1 in Erwiderung auf ein Erwärmen ausdehnbar ist und in der Richtung parallel zu der Achse m1 in Erwiderung auf ein Kühlen kontrahierbar ist, als jedes Aktorelement 21, 22 verwendet werden.
Der Werkstoff von jedem Aktorelement 21-23 ist nicht auf die Polymerfasern begrenzt. Alternativ zu den Polymerfasern kann ein anderer angemessener Werkstoff verwendet werden, der in Erwiderung auf eine Eingabe einer Energie von einem Äußeren durch eine elektrische Einrichtung, eine optische Einrichtung, eine chemische Einrichtung, eine thermische Einrichtung, eine Absorptionseinrichtung und andere Einrichtungen verformbar ist. Diese Art von Werkstoff kann beispielsweise eine Formgedächtnislegierung, ein dielektrisches Elastomer, ein magnetisches Gel oder ein elektrisch leitfähiges Polymer sein.
Jeder angemessene Werkstoff, der in Erwiderung auf die Energieeingabe von dem Äußeren verformbar ist, kann als der Werkstoff des korrigierenden Aktorelements 23 der Abwandlung der ersten Ausführungsform verwendet werden. Der Werkstoff des korrigierenden Aktorelements 23 kann gleich oder verschieden von dem Werkstoff des ersten Aktorelements 21 sein. In dem Fall, in dem der Werkstoff des korrigierenden Aktorelements 23 gleich dem Werkstoff des ersten Aktorelements 21 ist, kann das korrigierende Aktorelement 23 und das erste Aktorelement 21 in einem Stück zusammen ausgebildet sein.
Die Einrichtungen und/oder Funktionen, die durch die Steuerungseinrichtung 70 bereitgestellt werden, können durch eine Software, die in einer physischen Speichervorrichtung gespeichert ist, sowie einen Computer bereitgestellt werden, der die Software ausführt, oder alleine die Software, alleine die Hardware oder ihre Kombinationen. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Steuerungseinrichtung 70 durch einen elektronischen Schaltkreis implementiert wird, der die Hardware ist, dieser elektronische Schaltkreis durch einen digitalen Schaltkreis implementiert werden, der eine Vielzahl von Logik-Schaltkreise umfasst, oder einen analogen Schaltkreis.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bestimmten Beispiele begrenzt. Abwandlungen, die in angemessener Weise durch einen Fachmann in ihrer Ausgestaltung abgewandelt werden können, können auch in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung sein, solange sie das Merkmal/die Merkmale der vorliegenden Offenbarung haben. Die Elemente, die Anordnung der Elemente, die Bedingungen, die Formen und dergleichen von jedem vorstehend beschriebenen bestimmten Beispiel sind nicht notwendigerweise auf diejenigen beschränkt, die beispielhaft beschrieben wurden, und können auf angemessene Weise geändert werden. Eine Kombination der entsprechenden Elemente, die in jeden der vorstehenden beschriebenen bestimmten Beispiele umfasst sind, kann auf angemessene Weise geändert werden, solange keine technische Inkonsistenz besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016183297 [0001]
JP 2017065134 [0001]
JP 2016042783 [0004]

Claims

Aktorvorrichtung, mit: einem Aktorelement (21, 22), das eingerichtet ist, um in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Energie auf das Aktorelement von einem Äußeren des Aktorelements verformt zu werden; einem Antriebsgegenstand (30), der an das Aktorelement gekoppelt ist; einer Antriebsvorrichtung (61, 62), die eingerichtet ist, die Energie auf das Aktorelement aufzubringen und dadurch den Antriebsgegenstand in einer Verformungsrichtung des Aktorelements zu verlagern; und einer Spannungsaufbringungseinrichtung (23, 50, 63, 80, 103, 104a, 104b, 113, 114a, 114b), die eingerichtet ist, eine Spannung auf das Aktorelement aufzubringen, was eine Korrektur einer Spannungsänderung ermöglicht, die durch eine Dehnung und/oder eine Kontraktion des Aktorelements erzeugt wird, die durch natürliche Verformung des Aktorelements hervorgerufen wird.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Spannungsaufbringungseinrichtung (23, 50, 63) eingerichtet ist, die auf das Aktorelement aufzubringende Spannung elektrisch zu steuern; die Spannungsaufbringungseinrichtung eingerichtet ist, die Spannung auf das Aktorelement zu einem Zeitpunkt eines Betriebsbeginns des Antriebsgegenstandes oder unmittelbar vor dem Zeitpunkt eines Betriebsbeginns des Antriebsgegenstands aufzubringen; und die Spannungsaufbringungseinrichtung eingerichtet ist, die auf das Aktorelement aufgebrachte Spannung zu einem Zeitpunkt eines Beendens des Betriebs des Antriebsgegenstands oder unmittelbar nach dem Zeitpunkt eines Beendens des Betriebs des Antriebsgegenstands zu lösen.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung (50) ein elektromagnetischer Aktor oder ein Elektromotor ist.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung Folgendes umfasst: ein korrigierendes Aktorelement (23), das eingerichtet ist, die Spannung auf das Aktorelement aufzubringen, was die Korrektur der Spannungsänderung, die durch die Dehnung und/oder die Kontraktion des Aktorelements erzeugt wird, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements hervorgerufen wird, in Erwiderung auf ein Aufbringen einer Energie auf das korrigierende Aktorelement von einem Äußeren des korrigierenden Aktorelements ermöglicht, und eine korrigierende Antriebsvorrichtung (63), die eingerichtet ist, die Energie auf das korrigierende Aktorelement aufzubringen.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung ein federndes Element (80) ist, das eingerichtet ist, die Spannung im Voraus auf das Aktorelement in einer Dehnungsrichtung des Aktorelements aufzubringen, die eine Richtung der Dehnung des Aktorelements ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements hervorgerufen wird.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das federnde Element eingerichtet ist, die Spannung auf das Aktorelement aufzubringen, was eine Dehnung des Aktorelements um einen Betrag ermöglicht, der größer als ein Betrag einer Dehnung des Aktorelements ist, die durch die natürliche Verformung des Aktorelements hervorgerufen wird.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das federnde Element eines aus der Gruppe bestehend aus einer Schraubenfeder, einer spiralförmigen Torsionsfeder und einer Flachfeder ist.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung (103, 104a, 104b, 113, 114a, 114b) an einer radial äußeren Seite des Aktorelements vorgesehen ist.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung (104a, 104b, 113, 114a, 114b) eine aus einer Vielzahl von Spannungsaufbringungseinrichtungen ist, die entlang eines gemeinsamen Kreises angeordnet sind, der an einer Mittelachse des Aktorelements zentriert ist.
Aktorvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung (103, 113) das Aktorelement aufnimmt.
Aktorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Spannungsaufbringungseinrichtung eine Schraubenfeder ist.
Aktorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Aktorelement aus einer Polymerfaser gefertigt ist.