JP2006522494A

JP2006522494A - 機能材料アクチュエータ製品からの仕事を最適化する機器および方法

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Publication number: JP2006522494A
Application number: JP2006509709A
Authority: JP
Inventors: モーラー，ジェフ; ブーゲル，ジョーン; ソーンヒル，ケイス，エイ．; ウードショーン，マーク，ピー．
Original assignee: VIKING TECHNOLOGIES LC
Current assignee: VIKING TECHNOLOGIES LC
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2024-04-05
Also published as: US7368856B2; CA2521307A1; JP4791957B2; US7564171B2; US20050231077A1; CA2521307C; WO2004090999A1; CN1781196A; US20040263025A1; GB2416425A; DE112004000605T5; GB2416425B; GB0520040D0

Abstract

電気刺激型機能材料アクチュエータ製品から最大の仕事を得るために、このアクチュエータに予荷重を付与する機器および方法。機能材料アクチュエータに最適な予荷重が付与されると、仕事、動作周波数、ヒステリシス、再現性、および全体的な精度など、ある種の望ましい特徴が明らかになる。機械的なてこ作用を利用したアクチュエータ構造とともに使用すると、この機能材料アクチュエータを、その最大の潜在能力で使用することができる。この機械的なてこ作用を利用したアクチュエータは、機能材料アクチュエータによって得られる最大の仕事を基礎とすることができるので、力および全体システムの変位などのある種の属性を、システム効率を損なうことなく調整することができる。予荷重付与方法および最適な予荷重力の決定を開示する。機能材料アクチュエータの各タイプは、固有の仕事曲線を有する。アクチュエータアセンブリの設計では、最適化方法は、この固有の仕事曲線を用いて、特定の応用例の要件に関する設計を最適化する。この固有の仕事曲線を用いて、機能材料アクチュエータが最大の仕事を提供し得る位置を見つけ、それに従って最適な予荷重点が設定される。様々な機械的な予荷重付与技術が実現される。

Description

本発明は、一般にアクチュエータアセンブリに関し、より詳細には、機能材料アクチュエータを電気的に活動化させることに応答して移動可能な支持構造から得られる仕事を最適化することに関する。

本発明は、産業用を含めて広範な用途に開発中のアクチュエータ技術に基づくものである。このタイプのアクチュエータで使用する１つのコンポーネントは、電気刺激型機能材料アクチュエータである。これらの機能材料アクチュエータは、電気的に刺激されると形状が変化する。この形状変化は、主として１つの軸が変化するように設計し得る。この軸の寸法が変化するので、この変化は、主支持構造に一体化されたレバーによって拡大され、それによって、有用な大きさの変位が生じるアクチュエータが得られる。この変位は、グリッパ、リニアモータ、およびスピーカなどの民生用途などの汎用産業用途に有用である。現在、モータ、ソレノイド、およびボイスコイルなどの電子機械装置が使用されている。一般に、これらの装置は、多くの欠点を有する。すなわち、これらは、大型で重量があり、大量の電力を消費し、比例関係を保って働かない。

当業者には、様々なタイプの機能材料アクチュエータが知られている。これまで、機能材料アクチュエータは、２種類のやり方で使用されてきた。第１は、直接動作させるやり方であり、第２は、機械的なてこ作用を利用したシステムで使用されるものである。これらのシステムのほとんどは、何らかの機械的な予荷重を有する。この予荷重は概ね、機能材料アクチュエータを主構造内で収めるために利用されてきた。機能材料アクチュエータに加えられる予荷重による力がこのアクチュエータの性能に影響を及ぼし得ることは一般に認識されていない。

このような周知の装置では、機能材料アクチュエータが電気的に活動化されると、この装置の幾何形状が、主として所定の軸に沿って伸張する。この機能材料アクチュエータが非活動状態になると、この装置の幾何形状は、主として所定の軸に沿って収縮する。機能材料のこの伸張縮小を利用して、例えば、グリッパを開閉し、また、スピーカコーンを振動させるなど、機器を動作させることができる。

これまで、個々の機能材料アクチュエータのタイプには、この機能材料アクチュエータによる仕事が最適になる最適な予荷重および／またはその範囲があることは一般に認識されていなかった。この考察では、仕事は、入力エネルギーが比較的一定であると仮定して、力と変位の積と定義する。機能材料アクチュエータをその最大仕事領域内で使用すると、この機能材料アクチュエータの効率が最大になる。大型の機能アクチュエータについての最適な予荷重は１００ポンドよりも大きいことがあるので、予荷重力を生成するのに用いる方法が重要である。

機能材料は、一体型ヒンジを伴う主支持構造、ばね、およびこの主支持構造の周りの曲線経路内の少なくとも１つのアームの間に配設し得る。主支持構造に最適な予荷重力を組み込むように設計し、予荷重を調整することができる。最もよく知られている構成の機能材料アクチュエータでは、性能を最適化するために、異なるヒンジ軸位置、高予荷重力、および／または構造上の構成を選択する余地があまりない。これらの目標は、機能材料アクチュエータを大量に商品化するための安価な材料で実現するのが難しい組合せであった。

本発明では、機能材料アクチュエータの性能を最適化して、これまで不可能だった性能および柔軟性を実現する。本発明は、機械的なてこ作用を利用した機能材料アクチュエータの最適な予荷重を求める方法を提供する。好ましくは、機能材料アクチュエータは、剛体非撓み部分と、力を伝達する部材との間の定位置に収めることができる。これらは、一体型予荷重付与機構を備えた単一ブロック材料から機械加工されるが、これは単なる例であり、これに限定されるものではない。この機器は、剛体非撓み部分を有する支持体、この剛体部分から前方に延びる少なくとも１つのアーム部分、この支持構造に対して相対的に移動する旋回可能な各アーム上の少なくとも１つの表面、およびこの少なくとも１つのアームに関して動作可能に位置決めされた力を伝達する部材を含み得る。剛体非撓み部分は、この予荷重付与機構を支持し得る。アクチュエータは、この予荷重付与機構と、力を伝達する部材との間で動作可能に係合して、この力を伝達する部材が、固定経路に沿って移動するように駆動することができ、それによって、この少なくとも１つの旋回可能なアーム部分が、電気的な活動化に応答して旋回する。この構造の支持体、旋回可能なアーム、および力を伝達する部材は、可撓性ヒンジ部分と相互連結したモノリシック構造の剛体非撓み部分として設計することができ、それによって、この少なくとも１つのアームが残りの支持構造に対して相対的に移動し得る。意図しない屈曲により、この機構の実効寿命が短くなり、ヒンジ軸を介してこの少なくとも１つの旋回アームに伝達される力の大きさが小さくなることがある。力が小さくなると、旋回アームの変位および力が制限される。ヒンジ軸位置および対応する構造上の構成を選択することにより、特定の用途に用いる機器の性能およびサイズを最適化する実質的な能力が得られる。

この機能材料は、支持要素に装着されたときに、予荷重を付与することができる。例えば、この機能材料アクチュエータは、支持構造内で、一端を支持する調整可能なねじでクランプすることができ、それによって、最適な力で予荷重を付与し得る。調整可能なねじの構成は使い易く、調整能力を大きくし得る。予荷重力に応じて、許容可能なねじの構成を設計し得る。機能材料アクチュエータに対して適切に予荷重を付与することにより、作動時の力の伝達の効率を最大にするのに寄与することができ、かつ、機能材料アクチュエータを作動させる前に、機器の初期位置を微調整することができる。ある種の機能材料には最適な予荷重が付与される。すなわち、アクチュエータが行う仕事量は、その予荷重で最大になる。予荷重により、伸張縮小の全範囲の両端で、機能材料アクチュエータと機器の接触が維持されるようにすることもできる。予荷重を付与するのにねじ込み調整ねじを使用することにより、機能材料アクチュエータを両端のところで機器にしっかりと結合する接着剤その他の手段を必要とせずに組立を行うことができ、引張りまたは捩れの運動による機能材料アクチュエータの損傷の恐れがなくなる。ねじ込み調整ねじにより、支持体への組立中に、機能材料アクチュエータの寸法の変動を簡単に補償することができる。本発明により、機能材料アクチュエータがもたらす仕事が最適になり得るように予荷重が最適化され、かつ、機器に適したいくつかの予荷重付与機構が最適化される。

本発明を実施するために企図されている最良の形態の以下の説明を添付の図面と併せ読めば、当業者には本発明の他の応用例が明らかになるであろう。
本明細書の説明では、添付の図面を参照する。これらの図面では、同じ参照数字は、いくつかの図を通じて同じ部分を指す。

次に図１を参照すると、機能材料アクチュエータの変位−力のグラフが、電力が与えられた状態と与えられない状態で示されている。電力が与えられない状態の曲線では、この機能材料アクチュエータは、短絡され、すなわち電力が与えられない状態であった。この電力が与えられない状態の曲線の取得は、１０の力で開始され、１００の力で終了した。１０〜１００の力の間の様々な点で圧縮偏向を書き留めた。次いで、これらの点を、この系列を示す菱形で図１のグラフの線としてプロットした。電力が与えられた状態の曲線では、機能材料アクチュエータは、適切な作動電圧を送達する電源に接続された。この電力が与えられた状態の曲線の取得は、１０の力で開始され、１００の力で終了した。次いで、これらの点を、この系列を示す正方形で図１のグラフの線としてプロットした。このグラフから、電力が与えられた状態と与えられない状態の関数は直線でもなく、互いに平行な線でもないことがわかる。すなわち、所与の力における電力が与えられた状態と与えられない状態の間の変位の増分は、別の点における変位の増分よりも大きいこともあるし、小さいこともある。

次に図２を参照すると、図１のグラフから得られた変位の増分−力の積のグラフが示されている。このグラフは、４０で仕事のピーク値を示す。すなわち、力と変位の増分の積は４０で最大値になり、変位および力が最大になることを示している。
次に図３を参照すると、図１および図２と同じデータを使用した変位−力のグラフが示されている。図２を見た後では、仕事のピーク値は４０に位置することがわかっている。このグラフに直角三角形１０を重ね、ＡＢ、ＢＣ、ＣＡの３つの線分を形成する。ここで、線分ＣＡは最大変位であり、線分ＡＢは阻止力、線分ＢＣはアクチュエータの動作線である。この変位線分ＣＡは、図２に示す仕事のピーク値と合わさる。この点の付近で、機能材料アクチュエータを、好ましくは仕事のピーク値の少なくとも４０％以内に、より好ましくは仕事のピーク値の少なくとも２５％以内に、最も好ましくは仕事のピーク値の少なくとも１０％以内に、あるいは、ほぼ仕事のピーク値自体に最適に予荷重を付与し得る。この機能材料アクチュエータが４０単位に予荷重が付与される場合、最大変位は、線分ＣＡすなわち１３単位になる。この機能材料アクチュエータに電力が与えられ、予荷重が６０単位に増加すると、阻止力が得られ、阻止力に対する変位を示す線分は、線分ＡＢになる。この時点で、この機能材料アクチュエータは、その元の高さに戻る。抵抗がゼロのばねを作るのは不可能なので、線分ＣＡを得ることは不可能であり、そのため、実際の設計ルールが優先され、動作部分ＢＣ上の点を用いることができる。この点は、線分ＣＡと線分ＢＣの交点のところの、三角形１０の角に近くなるように最適化し得る。当業者なら、三角形１０を、図２でグラフ化された仕事のピーク値からわずかに上下に動かして、予荷重を微妙に最適化し得ることに留意されたい。アクチュエータを形成する材料および幾何形状は広範に及ぶので、材料と幾何形状の組合せによりそれぞれ異なる組のグラフが得られることがあり、そのため、各アクチュエータをその特定の応用例において評価することが必要とされることにも留意されたい。

次に図４を参照すると、予荷重付与機構の実際の実施形態が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、剛体捕捉ラチェットキャップ４０、およびラチェットの歯５０を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、ラチェットキャップ構造４０によって圧入され、それによって、ラチェットの歯５０と係合し、力を伝達する部材３０とラチェットキャップ構造４０の間に機能材料アクチュエータ２０が閉じ込められ、力を伝達する部材３０およびそのコンプライアントな構造からラチェットキャップ構造４０が受ける力の大きさによって機能材料アクチュエータ２０に予荷重が付与される。

次に図５ａを参照すると、本発明の第２実施形態が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、浮動プレート１００、背面保持プレート１２０、および固定手段１１０を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、２つの留め具１１０を備えた機能保持プレート１２０によって合わせて保持され、それによって、力を伝達する部材３０と浮動プレート１００との間で機能材料アクチュエータ２０が閉じ込められて、力を伝達する部材３０およびそのコンプライアントな構造と背面保持プレート１２０の関係によって、機能材料アクチュエータ２０に予荷重が付与される。

次に図５ｂを参照すると、浮動プレート１００の拡大図が示されている。２つの留め具１１０が係合しているので、背面保持プレート１２０は、力を伝達する部材３０に平行に移動しない。機能材料アクチュエータ２０は、位置合わせ不良をあまり許容しない。位置合わせが不良だと、組立中に機能材料アクチュエータ２０に不具合が生じることがある。浮動プレート１００は、これら２つの表面間の位置合わせ不良を許容するように設計される。これを実現するために、浮動プレート１００は、背面保持プレート１２０と点接触し、機能材料アクチュエータ２０とは平坦な表面で接触する。

次に図６ａを参照すると、本発明の第３実施形態が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、剛体背面プレート４０、下部カムブロック２００、上部カムブロック２２０、および調整可能なカム２１０を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、単一片設計のものであり、剛体背面支持体４０および力を伝達する部材３０を含む２つの主要な形状を有する。カムブロックアセンブリ２００、２１０、２２０を含む第２サブアセンブリは、調整可能なスペーサとして設計される。機能材料アクチュエータ２０は、カムブロックアセンブリ２００、２１０、２２０と力を伝達する部材３０の間に収められる。カムブロックアセンブリ２００、２１０、２２０は、剛体背面プレート４０によって支持される。調整可能なカム２１０が移動すると、調整可能なスペーサの寸法が変化し、それによって予荷重が増減する。

次に図６ｂを参照すると、本発明の図６ａのカムブロックアセンブリの分解図が示されている。下部カムブロック２００は、カム用ねじ２１０の軸受けとして働き、上部カムブロック２２０は、カム用ねじ２１０が作用し得る表面として働く。カム用ねじ２１０が回転すると、上部カムブロックが移動して全体寸法が変化し、調整可能なスペーサが得られる。
次に図７ａを参照すると、本発明の第４実施形態の切断図が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、中点付近で切断され、それによって内部形状が見えるように示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、剛体背面プレート４０、下部ウェッジ３００、上部ウェッジ３１０、および浮動プレート１００を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、単一片設計のものであり、剛体背面支持体４０および力を伝達する部材３０を含む２つの主要な形状を有する。ウェッジブロックアセンブリ３００、３１０を含む第２サブアセンブリは、調整可能なスペーサとして設計される。機能材料アクチュエータ２０は、浮動プレート１００と力を伝達する部材３０との間に収められる。ウェッジブロックアセンブリ３００、３１０は、剛体背面プレート４０によって支持される。ウェッジアセンブリ３００、３１０が相互に移動すると、調整可能なスペーサの寸法が変化し、それによって予荷重が増減する。機能材料アクチュエータ２０は、位置合わせ不良をあまり許容しない。位置合わせが不良だと、組立中に機能材料アクチュエータ２０に不具合が生じることがある。浮動プレート１００は、これら２つの表面間の位置合わせ不良を許容するように設計される。これを実現するために、浮動プレート１００は、上部ウェッジ３１０と点接触し、機能材料アクチュエータ２０とは平坦な表面で接触する。

次に図７ｂを参照すると、本発明の図７ａのウェッジブロックアセンブリ３００、３１０の拡大図が示されている。下部ウェッジブロック３００および上部ウェッジブロック３１０は、調整可能なスペーサとして働く。上部のウェッジ３１０および下部のウェッジ３００が合わさるように駆動されると、このスペーサの寸法が大きくなり、上部および下部のウェッジが互いに離れるように駆動されると、スペーサの寸法が小さくなる。これらのウェッジは、歯がかみ合った配置で定位置に保持される。このようにして、調整可能なスペーサが得られる。

次に図８を参照すると、本発明の第５実施形態の切断図が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、中点付近で切断され、それによって内部形状が見えるように示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、剛体背面支持体４０、リングスペーサ４１０、リング調整ねじ４００、および浮動プレート１００を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、単一片設計のものであり、剛体背面支持体４０および力を伝達する部材３０を含む２つの主要な形状を有する。第２サブアセンブリ４００である調整可能なリングスペーサアセンブリ４００、４１０は、調整可能なスペーサとして設計することができる。機能材料アクチュエータ２０は、浮動プレート１００と力を伝達する部材３０との間に収めることができる。調整可能なリングスペーサアセンブリ４００、４１０は、剛体背面支持体４０によって支持される。リング調整ねじ４００が回転すると、調整可能なスペーサの寸法が変化し、それによって予荷重が増減する。機能材料アクチュエータ２０は、位置合わせ不良をあまり許容しない。位置合わせが不良だと、組立中に機能材料アクチュエータ２０に不具合が生じることがある。浮動プレート１００は、これら２つの表面間の位置合わせ不良を許容するように設計される。これを実現するために、浮動プレート１００は、リングスペーサ４１０と点接触し、機能材料アクチュエータ２０とは平坦な表面で接触する。

次に図９を参照すると、本発明の第６実施形態の切断図が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、中点付近で切断され、それによって内部形状が見えるように示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、剛体背面支持体４０、下部半円形ウェッジ５２０、上部半円形ウェッジ５４０、中央ウェッジ５３０、ウェッジ調整ねじ５１０、ならびに上部および下部の軸受け５００、５５０を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、単一片設計のものであり、剛体背面支持体４０および力を伝達する部材３０を含む２つの主要な形状を有する。第２サブアセンブリである調整可能なウェッジアセンブリ５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０は、調整可能なスペーサとして設計することができる。機能材料アクチュエータ２０は、上部の軸受け５５０と力を伝達する部材３０との間に収めることができる。調整可能なウェッジアセンブリ５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０は、剛体背面支持体４０によって支持し得る。ウェッジ調整ねじ５１０が回転すると、調整可能なスペーサの寸法が変化し、それによって予荷重が増減する。軸受けブロック５００、５５０により、上部および下部の半円形ウェッジが回転する表面を提供することができる。下部半円形ウェッジ５２０及び上部半円形ウェッジ５４０は、中央ウェッジ５３０がウェッジ調整ねじ５１０の頭部に向かって引き込まれるときに、中央ウェッジ５３０との界面になり得る第２軸受け表面を有し、それによって、上部および下部の半円形ウェッジを相互に離れるように駆動して、上部および下部の軸受けブロックを駆動し、それによって、より大きな予荷重が生成される。中央ウェッジ５３０がウェッジ調整ねじ５１０の頭部から離れるように引き込まれると、上部および下部の半円形ウェッジは互いに向かって駆動され、それによって、上部および下部の軸受けブロックが駆動され、より小さな予荷重が生成される。

次に図１０を参照すると、本発明の第７実施形態が示されている。アクチュエータアセンブリ１０は、機能材料アクチュエータ２０、力を伝達する部材３０、剛体背面プレート４０、予荷重付与ねじ６００、および浮動プレート１００を含む。この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１０のコンプライアントな機構は、単一片設計のものであり、剛体背面支持体４０および力を伝達する部材３０を含む２つの主要な形状を有する。予荷重付与ねじ１００は、剛体背面プレート４０によって支持することができ、浮動プレート１００は、機能材料アクチュエータ２０と予荷重付与ねじ６００との間に位置決めし得る。予荷重付与ねじ６００は、ねじ込み式とすることができ、このねじが回転すると、このねじは調整可能なスペーサとして働得る。追加の力が機能材料アクチュエータ２０に加えられるように予荷重付与ねじ６００が回転すると、予荷重値は増加すなわち大きくなり、機能材料アクチュエータ２０から力が取り除かれるようにねじが回転すると、予荷重値は減少すなわち小さくなる。機能材料アクチュエータ２０は、位置合わせ不良をあまり許容しない。位置合わせが不良だと、組立中に機能材料アクチュエータ２０に不具合が生じることがある。浮動プレート１００は、これら２つの表面間の位置合わせ不良を許容するように設計される。これを実現するために、浮動プレート１００は、予荷重付与ねじ６００と点接触し、機能材料アクチュエータ２０とは平坦な表面で接触する。

現時点で最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる様々な改変形態および均等構成を包含することを意図していることを理解されたい。特許請求の範囲の範囲は、法の下で許されるあらゆる改変形態および均等構造を包含する最も広い解釈と一致するものとする。

機能材料アクチュエータの性能を示すグラフであり、電力が与えられた状態および電力が与えられない状態についての偏向と力の関係を示す。図１に示す値について、変位と阻止力の積と、力との関係を示すグラフである。所定の予圧における機能材料アクチュエータの性能を示すグラフである。本発明の一実施形態の斜視図である。本発明の別の実施形態の斜視図である。本発明による図５ａの詳細図である。本発明の別の実施形態の側面図である。本発明による図８ａの詳細図である。本発明の別の実施形態の斜視切断図である。本発明による図８ａの詳細図である。本発明の別の実施形態の斜視切断図である。本発明の別の実施形態の斜視切断図である。本発明の別の実施形態の側面図である。

Claims

剛体非撓み部分および移動可能な部分を画定する支持構造と、
該支持構造の前記移動可能な部分を、第１位置及び第２位置間で駆動する機能材料アクチュエータと、
十分な予荷重力で前記機能材料アクチュエータに予荷重を付与して、前記支持構造の仕事の出力を最適化する手段とを備え、
仕事の出力は、前記支持構造の寿命が無限の状態で変位と力の関数として定義されることを特徴とする機器。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、約６０％〜約９０％の間の効率に最適化することを特徴とする請求項１記載の機器。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、６０％よりも高い効率に最適化することを特徴とする請求項１記載の機器。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、約７５％〜約９０％の間の効率に最適化することを特徴とする請求項１記載の機器。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、７５％よりも高い効率に最適化される、請求項１に記載の機器。
前記予圧手段により、仕事の出力が、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、９０％よりも高い効率に最適化することを特徴とする請求項１記載の機器。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事の、力と変位の積と、力との関係の曲線によって決まるピーク荷重の２０％以内に最適化することを特徴とする請求項１記載の機器。
前記予荷重付与手段は、前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記機能材料アクチュエータとの間に配置されることを特徴とする請求項１記載の機器。
前記予荷重付与手段はさらに、
前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記機能材料アクチュエータの一端との間を延びる調整可能なねじ込みねじを備えることを特徴とする請求項８記載の機器。
前記予荷重付与手段はさらに、
前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記機能材料アクチュエータの一端との間に位置決めされた調整可能なウェッジを備えることを特徴とする請求項８記載の機器。
前記調整可能なウェッジはさらに、
第１の半円形ウェッジ部分、第２の相補的な半円形ウェッジ部分、中央ウェッジ部分、および調整ねじを備え、それによって、前記ねじの調整により、前記中央ウェッジ部分が、前記第１および第２の半円形ウェッジ部分に関して相互に近づくように、また離れるように移動し、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項１０記載の機器。
前記調整可能なウェッジはさらに、
前記支持構造の前記剛体非撓み曲部分と係合可能な第１長手方向ウェッジ部分および前記機能材料アクチュエータの一端と係合可能な第２長手方向ウェッジ部分を備え、前記第１ウェッジ部分は、横方向に延び、角度がついた鋸歯状表面を有し、前記第２ウェッジ部分は、前記第１ウェッジ部分と動作可能に連動して係合する、横方向に延び、角度がついた相補的鋸歯状表面を有し、それによって、一方のウェッジ部分が、他方のウェッジ部分に対して横方向に動くことにより、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項１０記載の機器。
前記調整可能なウェッジはさらに、
第１のカム表面部分、第２の相補的なカム表面部分、前記第１のカム表面部分と前記第２のカム表面部分との間に配置されたカム用ねじを備え、それによって、前記カム用ねじの調整により、前記カム表面部分が相互に移動し、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項１０記載の機器。
前記予荷重付与手段は、前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記支持構造の前記移動可能な部分との間に配置されることを特徴とする請求項８記載の機器。
さらに前記予荷重付与手段において、前記支持構造の前記剛体非撓み部分は、前記支持構造の少なくとも１つの剛体非撓みアームと動作可能に係合可能な分離可能かつ調整可能な剛体非撓みウェブを有し、それによって、前記少なくとも１つのアームに関して前記ウェブを調整することにより、前記ウェブと、前記支持構造の前記少なくとも１つのアームが、前記機能材料アクチュエータにかかる所定の予荷重でロック係合されることを特徴とする請求項１４記載の機器。
さらに前記予荷重付与手段において、前記ウェブは、第１の鋸歯状部分を有し、該第１の鋸歯状部分は、相互に動作可能に連動して係合するように前記少なくとも１つのアーム上に形成された第２の相補的な鋸歯状部分と係合可能であり、それによって、前記少なくとも１つのアームに対して前記ウェブが動くと、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項１５記載の機器。
さらに前記予荷重付与手段において、前記ウェブは、少なくとも１つの調整可能なねじを有し、該少なくとも１つの調整可能なねじは、相互に動作可能に連動して係合するように前記少なくとも１つのアーム上に形成された少なくとも１つの対応するねじ孔内で動作可能に係合可能であり、それによって、前記ねじを調整すると、前記少なくとも１つのアームに対してウェブが移動し、前記機能材料アクチュエータに予荷重が加えられることを特徴とする請求項１５記載の機器。
前記機能材料アクチュエータは、圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の機器。
支持構造の移動可能な部分を第１位置と第２位置との間で駆動する機能材料アクチュエータの予荷重を最適化する方法であって、
機能材料アクチュエータに電力が与えられている間および電力が与えられない間に加えられる力と、支持構造の偏向との関係を、所定の範囲の力にわたって測定するステップと、
力と変位の積と、力との関係を評価して、力と変位の積についてのピーク値を求めるステップと、
力と変位の積についての前記ピーク値の少なくとも４０％以内の値に前記機能材料アクチュエータに予荷重を付与するステップとを含むことを特徴とする方法。
前記予荷重付与ステップはさらに、力と変位の積についての前記ピーク値の少なくとも２５％以内の値に前記機能材料アクチュエータに予荷重を付与するステップを含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記予荷重付与テップはさらに、力と変位の積についての前記ピーク値の少なくとも１０％以内の値に前記機能材料アクチュエータに予荷重を付与するステップを含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記予荷重付与ステップはさらに、力と変位の積についての前記ピーク値に、前記機能材料アクチュエータに予荷重を付与するステップを含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
請求項１９の方法に従って製作された製品であって、
剛体非撓み部分および移動可能な部分を画定する支持構造と、
前記支持構造の前記移動可能な部分を、第１位置及び第２位置間で駆動する機能材料アクチュエータと、
十分な予荷重力で前記機能材料アクチュエータに予荷重を付与して、前記支持構造の仕事の出力を最適化する手段とをさらに備え、
仕事の出力は、前記支持構造の寿命が無限の状態で変位と力の関数として定義されることを特徴とする製品。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、約６０％〜約９０％の間の効率に最適化することを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、６０％よりも高い効率に最適化することを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、約７５％〜約９０％の間の効率に最適化することを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、７５％よりも高い効率に最適化することを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事を含めて、９０％よりも高い効率に最適化することを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段は、仕事の出力を、前記機能材料アクチュエータから入力される仕事の、力と変位の積と、力との関係の曲線によって決まるピーク荷重の２０％以内に最適化することを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段は、前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記機能材料アクチュエータとの間に配置されることを特徴とする請求項２３記載の製品。
前記予荷重付与手段はさらに、
前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記機能材料アクチュエータの一端との間を延びる調整可能なねじ込みねじを備えることを特徴とする請求項３０記載の製品。
前記予荷重付与手段はさらに、
前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記機能材料アクチュエータの一端との間に位置決めされた調整可能なウェッジを備えることを特徴とする請求項３０記載の製品。
前記調整可能なウェッジはさらに、
第１の半円形ウェッジ部分、第２の相補的な半円形ウェッジ部分、中央ウェッジ部分、および調整ねじを備え、それによって、前記ねじの調整により、前記中央ウェッジ部分が、前記第１および第２の半円形ウェッジ部分に関して相互に近づくように、また離れるように移動し、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項３２記載の製品。
前記調整可能なウェッジはさらに、
前記支持構造の前記剛体非撓み部分と係合可能な第１長手方向ウェッジ部分および前記機能材料アクチュエータの一端と係合可能な第２長手方向ウェッジ部分を備え、前記第１ウェッジ部分は、横方向に延び、角度がついた鋸歯状表面を有し、前記第２ウェッジ部分は、前記第１ウェッジ部分と動作可能に連動して係合する、横方向に延び、角度がついた相補的鋸歯状表面を有し、それによって、一方のウェッジ部分が、他方のウェッジ部分に対して横方向に動くことにより、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項３２記載の製品。
前記調整可能なウェッジはさらに、
第１のカム表面部分、第２の相補的なカム表面部分、前記第１のカム表面部分と前記第２のカム表面部分との間に配置されたカム用ねじを備え、それによって、前記カム用ねじの調整により、前記カム表面部分が相互に移動し、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項３２記載の製品。
前記予荷重付与手段は、前記支持構造の前記剛体非撓み部分と前記支持構造の前記移動可能な部分との間に配置されることを特徴とする請求項３０記載の製品。
さらに前記予荷重付与手段において、前記支持構造の前記剛体非撓み部分は、前記支持構造の少なくとも１つの剛体非撓みアームと動作可能に係合可能な分離可能かつ調整可能な剛体非屈撓みウェブを有し、それによって、前記少なくとも１つのアームに関して前記ウェブを調整することにより、前記ウェブと、前記支持構造の前記少なくとも１つのアームが、前記機能材料アクチュエータにかかる所定の予荷重でロック係合されることを特徴とする請求項３６記載の製品。
さらに前記予荷重付与手段において、前記ウェブは、第１の鋸歯状部分を有し、該第１の鋸歯状部分は、相互に動作可能に連動して係合するように前記少なくとも１つのアーム上に形成された第２の相補的な鋸歯状部分と係合可能であり、それによって、前記少なくとも１つのアームに対して前記ウェブが動くと、前記機能材料アクチュエータに加えられる予荷重の大きさが調整されることを特徴とする請求項３７記載の製品。
さらに前記予荷重付与手段において、前記ウェブは、少なくとも１つの調整可能なねじを有し、該少なくとも１つの調整可能なねじは、相互に動作可能に連動して係合するように前記少なくとも１つのアーム上に形成された少なくとも１つの対応するねじ孔内で動作可能に係合可能であり、それによって、前記ねじを調整すると、前記少なくとも１つのアームに対して前記ウェブが移動し、前記機能材料アクチュエータに予荷重が加えられることを特徴とする請求項３７記載の製品。
前記機能材料アクチュエータは、圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項２３記載の製品。