JP2015527853A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

接触表面を備える接触部材と基準部材とを含む運動生成装置。アクチュエータ部材が基準部材に取り付けられ、アクチュエータ部材は牽引表面を有し且つアクチュエータゾーンを含み、各アクチュエータゾーンは、アクチュエータゾーンの励磁状態に応じて接触表面との牽引表面の接触状態を変更させるために牽引表面の対応する部分を移動させるよう励磁可能である。アクチュエータゾーンの励磁状態を順次的に変更させるために、エネルギ源がアクチュエータゾーンに動作的に結合させられる。アクチュエータ部材は基準部材と出力部材との間のトルク伝導経路を提供する。

Description

（関連出願の参照）
この出願は２０１２年６月１９日に出願された米国仮出願第６１／６６１，８０２号の３５ＵＳＣ１１９（ｅ）の下の利益を主張する。

この出願はアクチュエータに関する。

高トルクアクチュエータを創り出すのは困難である。米国特許第６，１５５，２２０号は、非円形の形状に変形させられ且つそれらの間で各シャフト駆動トルクを移転するために、角度的に離間した場所にある噛合するリングギア又は円形部材と係合する可撓なスプラインを有するコンパクトなカム位相器を記載することを請求している。この特許は作動する実施態様を開示しているように思われるが、それは作動のためというよりもトルク移転のために別個の構成部品を使用し、ここに開示されるものと異なる他の相違を有する。

本発明は従来技術の問題を解決することを目的とする。

本発明は、１つの実施態様において、高いトルク移転能力を備える運動生成装置(motion producing device)を提供する。

ある実施態様において、接触表面を備える出力部材と、基準部材と、基準部材に取り付けられ、牽引表面を有し且つアクチュエータゾーンを含む、アクチュエータ部材と、アクチュエータゾーンの励磁状態を順次的に変更させるためにアクチュエータゾーンに動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、各アクチュエータゾーンは、アクチュエータゾーンの励磁状態に応じて接触表面との牽引表面の接触状態を変更させるために牽引表面の対応する部分を移動させるように励磁可能である、運動生成装置が開示される。

様々な実施態様では、以下の機能のうちの１つ又はそれよりも多くがあり得る。即ち、アクチュエータ部材は基準部材と出力部材との間にトルク伝導経路をもたらす。アクチュエータゾーンが励磁されるとき、牽引表面の対応する部分は接触表面と接触する。牽引表面は出力部材とアクチュエータ部材との間の圧縮の下で予荷重される。基準部材は前記軸と同心であり、アクチュエータゾーンは基準部材の周りで円周的に離間する。出力部材の接触表面及び牽引表面は、出力部材の回転を直線運動に変換するよう、協働する螺旋の形状をそれぞれ有する。アクチュエータ部材は軸方向に離間する第１のアクチュエータセグメントと第２のアクチュエータセグメントとを含む。第１のアクチュエータセグメント及び第２のアクチュエータセグメントは、軸方向にテーパ付けられた牽引表面を有する。それぞれの第１のアクチュエータセグメント及び第２のアクチュエータセグメントは反対にテーパ付けられる。出力部材は少なくとも部分的に球形であり、基準部材は出力部材の内側又は外側で回転するよう少なくとも部分的に球形である。出力部材及び基準部材はシャフト上で支持される。基準部材及び出力部材はそれぞれ円筒形であり、アクチュエータゾーンによって生成される力の下で互いに対して軸方向に移動可能である。強化屈曲部がアクチュエータ部材内に設けられ、アクチュエータ部材の周りに配置され、強化屈曲部は径方向に外向きに延び、アクチュエータ部材を通じて円周方向に傾斜させられる。強化屈曲部はそれぞれの内向きに凹状の表面及び内向きに凸状の表面によって円周方向に境界付けられる。アクチュエータ部材は膨張可能な又は収縮可能な或いは電流に応答して膨張可能な及び収縮可能な電気活性材料を含み、アクチュエータゾーンは電極を含む。電極は基準部材と出力部材との間の方向において分離される配列を含み得る。各アクチュエータゾーンは軸を有し、それぞれのアクチュエータゾーンのそれぞれの軸方向端部に閉込め部材を更に含む。エネルギ源は液圧源を含み、アクチュエータゾーンは中空の内部を有し、液圧源は線によって中空の内部を結合させられる。出力部材及び基準部材はそれぞれ線形である。

他の実施態様では、接触表面を備える出力部材と、基準部材と、基準部材に取り付けられるアクチュエーション部材と、アクチュエーション部材の空間的に分離される部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、励磁されるときに膨張可能である或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、出力部材の接触表面は、アクチュエータ部材の牽引表面と連続的に接触する、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面と回転の軸とを備える出力部材と、軸について同心の基準部材と、基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、作動部材は牽引表面を有し、牽引表面を接触表面に対して押し付け或いは牽引表面を接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、出力部材の接触表面及び牽引表面は、各々、出力部材の回転を直線運動に変換するよう、協働する螺旋の形状を有する、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面を備える出力部材と、基準部材と、基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材の空間的に分離される部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に係合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、牽引表面を接触表面に対して押し付けるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、膨張可能な又は収縮可能な材料は、電流に応答して膨張可能であり或いは収縮可能であるポリマであり、エネルギ源は膨張可能な又は収縮可能な材料と接触する電極を含む、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面と軸とを備える出力部材と、軸と同心の基準部材と、基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、牽引表面を接触表面に対して押し付けるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、アクチュエータ部材は、軸方向に離間する第１のアクチュエータセグメントと第２のアクチュエータセグメントとを含む、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面と軸とを有し且つ少なくとも部分的に球形である出力部材と、軸と同心であり且つ出力部材の内側又は外側で回転する少なくとも部分的に球形である基準部材と、基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、牽引表面を接触表面に対して押し付けるよう、励磁されるときに圧縮可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製される、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面と軸とを備える出力部材と、軸と同心の基準部材と、基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、牽引表面を前記接触表面に対して押し付けるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、基準部材及び出力部材は、各々、膨張可能な又は収縮可能な材料の膨張によって生成される力の下で互いに対して軸方向に移動可能である、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面と軸とを備える出力部材と、軸と同心の基準部材と、基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材内でアクチュエータ部材の周りに配置される強化屈曲部と、アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、牽引表面を接触表面に対して押し付けるよう、励磁されるときに膨張可能である或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、強化屈曲部は、径方向に外向きに延び、膨張可能な又は収縮可能な材料を通じて円周方向に傾斜させられる、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面を備える出力部材と、基準部材と、基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材とを含み、アクチュエータ部材は牽引表面を有し、牽引表面を前記接触表面に対して押し付けるよう、励磁されるときに前記膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、膨張可能な又は収縮可能な材料は、アクチュエータ部材内に配置される空間的に分離される膨張可能な又は収縮可能な部材を含み、各膨張可能な又は収縮可能な材料は、それぞれの軸方向端部に閉込め部材を有し、膨張可能な又は収縮可能な部材の順次的な励磁及び作動のために各膨張可能な又は収縮可能な部材に動作的に結合させられるエネルギ源を含む、運動生成装置が開示される。

他の実施態様では、接触表面を備え且つ線形である出力部材と、基準部材と、基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材と、アクチュエータ部材の空間的に分離される部分の順次的な励磁及び作動のためにアクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、アクチュエータ部材は、牽引表面を接触表面に対して押し付け或いは牽引表面を接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製される、運動生成装置が開示される。

本装置及び本方法のこれらの及び他の特徴は請求項に示される。請求項をここに参照として援用する。

次に、図面を参照して実施態様を記載する。図面中、同等の参照記号は一例として同等の要素を示す。

低プロファイルの運動生成装置の実施態様を示す図である。 図１の運動生成装置を示す簡略化された部分断面図である。 図１の運動生成装置を示す簡略化された部分断面図であり、印可される電圧パターンの実施例を示している。 図１の運動生成装置を示す簡略化された断面図である。 運動生成装置の実施態様を示す誇張された部分概略図であり、動作の運動移転原理を示している。 図５の概略図であり、外側ロータ接触表面の弧長を示している。 図５の概略図であり、弛緩状態における牽引リングの弧長を示している。 図１の運動生成装置を示す簡略化された断面図であり、電気回路の配列を示している。 二組の作動リング及び牽引リングを備える運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図である。 運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図であり、作動レース及び牽引リングは外側レースに機械的に固定されている。 運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図であり、内側リングは出力である。 運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図であり、作動リングの外径は外側リングとの接触表面である。 運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図であり、アクチュエータリングはテーパを備えて構成されている。 運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図であり、牽引リングと外側リングとの間に歯付きインターフェースを備える。 運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図であり、牽引リングと内側リングとの間に歯付きインターフェースを備える。 運動生成装置の球状実施態様を示す簡略化された断面図である。 図１６の球状実施態様を示す詳細図である。 運動生成装置の螺旋状／線形駆動装置を示す簡略化された断面図である。 運動生成装置の円筒形駆動装置の実施態様を示す簡略化された断面図である。 強化アクチュエータリング構造を備える運動生成装置の実施態様を示す簡略化された概略図である。 図２０の運動生成装置の実施態様を示す簡略化された部分断面図である。 非放射状の屈曲部を備える強化アクチュエータリングを備える運動生成装置の実施態様を示す簡略化された概略図である。 液圧的に作動させられる運動生成装置の実施態様を示す簡略化された断面図である。 側方プレートが取り外された図２３の実施態様を示す図である。 中央部材が取り外された図２４の実施態様を示す図である。 図２３の実施態様の側方プレートを示す図である。 液圧的に作動させられる運動生成装置の実施態様の液圧回路を示す概略図である。 運動生成装置の電気機械作動の実施態様を示す簡略化された断面図である。 側方プレートが取り外された図２８の実施態様を示す図である。 電気機械的作動の運動生成装置の実施態様の電気回路を示す概略図である。 作動順序の第１の段階における電極の多数の配列を備える運動生成装置の回転式実施態様を示す概略図である。 作動順序の第２の段階における図３０の実施態様を示す概略図である。 作動順序の第３の段階における図３０の実施態様を示す概略図である。 波の前方に追加的な励磁される電極を備える図３０の実施態様を示す概略図である。 運動生成装置の回転式実施態様を示す概略図であり、出力部材は波伝搬の反対方向において回転する。 波が伝搬するときの図３５の実施態様を示す図である。 波が反時計回りに更に伝搬するときの図３６Ａの実施態様を示す図である。 運動生成装置の回転式実施態様を示す概略図であり、動作原理を示している。 対向するテーパ付き外側レースを備える運動生成装置の液圧的又は空圧的に作動させられる実施態様を示す簡略化された概略図である。 図３８の実施態様を示す簡略化された断面図である。 アクチュエータの線形実施態様の簡略化された概略を示す等角図である。 部分的に断面にされたハウジングを備える図４０の実施態様を示す図である。 部分的に断面にされたハウジングを備える図３０の実施態様を示す断面図である。 二列の電極を備える直線アクチュエータの実施態様を示す図である。 直線アクチュエータの実施態様を示す図であり、アクチュエータ部材は励磁されてアクチュエータ部材の材料を収縮させ、牽引表面を接触表面から離れる方向に引っ張っている。

請求項によってカバーされるものから逸脱することなく、取るに足らない変更をここに記載する実施態様に行い得る。

リアクチュエータ(Reactuator)と呼ぶこともある本装置の実施態様は、電圧又は他の種類の電気若しくは電子信号によって励磁されるときに膨張し且つ／或いは収縮する何らかの材料の変形を用いて、材料のリングを円形の外側レースの内径（ＩＤ）に対して押し付け得る。この接触部がレースの周りの１つ又はそれよりも多くの位置で創り出されるとき、そして、接触部の前縁で膨張している材料の領域を励磁することによって並びに接触領域の後端で膨張している材料の領域を消磁することによって接触領域が円周的に移動させられるならば、接触領域を外側レースの周りの両方向において円形のパターンにおいて移動させ得る。各接点の間の牽引リングの非接触領域は、外側リングの接触表面に沿って測定される隣接する接触領域の中心間の弧距離よりも短い（牽引リングの外側表面に沿って測定される）周距離を有する。結果的に、接触領域が外側レースに沿って進行すると、外側レースは回転させられる。

全ての実施態様は、接触表面を備える出力部材と、基準部材と、基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材とを含む。アクチュエータ部材は、牽引表面を有し、アクチュエータゾーンを含む。各アクチュエータゾーンは、開示されるもののような様々な手段によって励磁されて、牽引表面の対応する部分を移動させ、アクチュエータゾーンの励磁状態に応じて接触表面との牽引表面の接触状態を変える。接触状態は接触していてよく、或いは接触していなくてもよい（休止又は収縮位置）。励磁は材料を膨張させ或いは収縮させ、よって、接触状態を変える。アクチュエータゾーンの励磁状態を順次的に変えるために、エネルギ源がアクチュエータゾーンに動作的に結合される。アクチュエータゾーンが順次的に励磁されると、波内の水分子が水を通じて移動するように、波によって引き起こされる材料中の粒子の円形経路又は楕円形経路の故に、波がアクチュエータ部材を移動させる。波は牽引表面に外側部材を移動させる。接触表面上の地点より下の材料又はチャンバが波の山の（進行中ではなく）形成中に励磁されると、アクチュエータ部材の移動は、その接触表面上の地点のほぼ径方向の（或いはリニアアクチュエータのためには表面に対して垂直の−或いは円形の）移動を引き起こす。

一部の実施態様において、アクチュエータ部材は、基準部材と出力部材との間にトルク伝導経路をもたらす。しかしながら、他の実施態様では、他の材料がトルク伝導経路内にあり得る。

一部の実施態様において、出力部材は軸を有し、円形である。他の実施態様では、それは線形、球形、又は円筒形である。基準部材は軸と同心であり得るし、さもなければ外側部材の形状に従う形状を有する。アクチュエータ部材を、内側又は外側、上又は下のいずれかで、基準部材の周りに或いは基準部材に沿って或いは基準部材に取り付け得る。アクチュエータ部材を、少なくとも部分的に、牽引表面を接触表面に押し付けるよう励磁されるときに膨張可能又は収縮可能な材料で作製し得る。アクチュエータ部材の円周的に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために、エネルギ源をアクチュエータ部材に動作的に結合させ得る。基準部材は出力部材の内側又は外側にあり得るが、牽引表面は常に基準部材と出力部材との間にある。実施態様に依存して、膨張可能又は収縮可能な材料は、牽引表面が接触表面から分離される位置から牽引表面が接触表面と接触する位置又は接触表面が牽引表面と連続的に接触し得る位置に、牽引表面を接触表面に押し付けるよう励磁されるときに膨張可能又は収縮可能である。励磁されるときに収縮する材料のために、アクチュエータ部材は初期的に外側部材と接触し、励磁されると外側部材との接触を失う。これは励磁されていないときにアクチュエータが常に接触し、次に、伝搬する波から離れる或いは伝搬する波中に減少させられた接触圧力を有する領域を励磁することによって回転出力を創り出すように作動することを可能にする。

実施態様に依存して、アクチュエータ部材は、例えば、液圧作動又は膨張可能な材料内の膨張可能なチャンバの圧縮可能な流体作動又は作動部材内の膨張可能なチャンバの電気機械的作動によって、材料の移動によって膨張する封止チャンバを有し得る。シリコンのような励磁されるときに多量の熱を生成しない材料の内側ライニングでチャンバを封止し得る。

ここで図１に示す１つの実施例は、ナイロン６６のような材料で作製される牽引リング１４によって形成される牽引表面を有する（しかしながら、多くの異なる種類のプラスチック及び／又は金属及び／又はセラミクス及び／又はポリアミド及び／又は他の種類の材料を用い得る）。別個のリング（図示せず）の代わりに（外側レースと接触する）アクチュエータ表面の外側の牽引塗膜も用い得る。図１に示すように、アクチュエータ部材は、内側基準リングと出力リングとの間のトルク伝導経路をもたらす。アクチュエータリングが所望のトルクをもたらす摩擦係数のような所望の特性を有するならば、塗膜及び／又は別個の牽引リングは不要であり得る。この牽引リングの他の所望の特性は、牽引リングと外側レースとの間の不適切な滑りを防止するのに十分なように回転の方向における剪断において僅かに変形する能力を含む。滑りが起こるときには、この材料又は塗膜又は材料の組み合わせが有意なeach又は摩耗を創り出さないことが好ましい。

ここに開示するアクチュエータは、電気反応性の材料によって加え得る高力並びにこれらの材料が反応して広範囲の出力速度と共に高いトルク出力をもたらす高速を活用する。それを極めて低プロファイル及び軽量の装置としても解釈し得る。低量の材料の材料の使用を可能にすることによって、一部の構成においては比較的安価な材料の使用を可能にすることによって、本装置の特定の構成は極めて費用効果的であるとも考えられる。

ここに開示するアクチュエータをその独自の軸受支持体としても用いることもでき、追加的な軸受の費用及び重量及び複雑さを減少させる。円周的に外側レースに沿う接触波形進行の速度と無関係に電圧（又は他の励磁信号）を増大させ或いは減少させることによって、出力速度の変化とは別個に、移転されるトルクの量を異ならせ得る。

図１は、本設計の実施態様の低プロファイルアクチュエータの例示的な実施態様を示している。アクチュエータは、アルミニウム製の外側出力レース又は部材１２（しかしながら、多くの他の材料も用い得る）、アルミニウム製の内側基準レース２２（しかしながら、多くの他の材料も用い得る）、内側レース２２に固定される、好ましくはポリマ製の電気反応性のアクチュエータリング又は部材１６（しかしながら、他の実施態様では他の電気反応性の材料も用い得る）、及びナイロン６６製の牽引リング１４（しかしながら、他の材料も用い得る）を使用し、牽引リング１４はアクチュエータリング１６の外側に固定され、アクチュエータリングが励磁される場所ではどこでも外側レース１２の内径と接触する。一部の電気反応性材料によって生成される高い膨張力の故に、並びにナイロン６６のような比較的高い可撓性の材料の故に、外側レース１４と牽引リング１４との間に多数の接触部をもたらし得る。これらの接触部の表面積は（例えば、極めて薄い線であるレース上のローラの接触部と比べて）極めて高くあり得る。よって、高い表面積及び高い接触圧力の組み合わせは、類似の大きさ及び重量の特定の従来的なアクチュエータシステムを超え得る出力トルクをもたらし或いはより低い費用オプションをもたらし得ると考えられる。

図２は、アクチュエータリング１６が１つ又はそれよりも多くの（好ましくは３つ又はそれよりも多くの）均等に離間したゾーン内で励磁されるときに牽引リング１４の外径（ＯＤ）と牽引接触する。牽引リング１４はアクチュエータリング１６に機械的に固定され且つ／或いは結合される。アクチュエータリング１６は内側レース２２に機械的に固定され且つ／或いは結合される。電極１８がアクチュエータリング１６と電気接触して、アクチュエータリングに亘る電荷を他の側にもたらす。牽引リング１４と外側レース１２との間の接点２０の各々の間には、非接触間隙２４がある。

１つの実施態様において、牽引リング１４は、弾性的に変形させられていないとき、３．９８インチの外径を有する。外側レース１２は、この例示的な実施態様において、４インチの内径を有し、（電気反応性の作動リングが励磁されないならば並びに／或いは中立位置にあるならば）、２つの直径の間に、０．０１インチの間隙を残すが、有意により大きい間隙又は有意により小さい間隙も用い得る。（１０フィート以上から１インチ以下に及ぶ或いはＭＥＭＳ製造技法を用いて顕微鏡的に小さい、この種類のアクチュエータのための有意により大きい及び有意により小さい直径も可能である。この例示的な実施態様において、電気反応性の作動リングの両方の軸側で好ましくは均等に離間した電極の１０組の（１つの「組」は、各側に１つある並びに／或いはこれらの電極（しかしながら、より小さい数又はより大きい数も用い得る）の間の電流によって荷電される領域の、２つの電極を指す）に電圧が印可されるとき、材料は径方向において膨張し、牽引リング１４の外径と外側レース１２の内径との間に接触表面２０の配列（アレイ）を創り出す。この例示的な実施態様では、牽引リングの両側に１００個の電極がある（しかしながら、異なる効果を伴って、より多い数の又はより少ない数の電極も用い得る）。アクチュエータリングの両側に１００個の電極を備えるならば、牽引リングと外側レースとの間に２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、６個以上、７個以上、８個以上、９個以上、１０個以上、１５個以上、２０個以上、２５個以上、３０個以上、３５個以上、４０個以上、４５個以上、又は５０個の接触部を有し、こららの接触部の各々の間に非接触間隙を備えることが可能である。この実施例において示すように、１００個の接触部を用いるならば、接触部の数よりも多い数の電極を用いることは、牽引リングと外側レースとの間の接触表面が、各接触部の前縁に沿って接触から非接触に漸進的に進行することを可能にする。それは各接触部の後縁が接触の状態から非接触に漸進的に進行することも可能にする。図３は、外側レースに沿って反時計回りに進行し、内側基準レースが固定されているならば、それが次に外側レースの時計周りの回転をもたらす、接触表面の実施例を示している。図３に示すように、電圧が「１」と印された電極１８に印可される。電圧は「０」と印された電極１８に印可されない。電圧は、「＜」と印された電極で、低又はゼロから増大された電圧に移動させられる。「＞」と印された電極は、電圧が励磁された状態からより低い又はゼロの電圧に減少させられることを示している。電圧はエネルギ源の励磁状態に対応する。接触領域の前縁２６で（図３では各接触部の左側で）より多くの電極及び電気反応性リングの部分を進行的に（順次的に）励磁するならば、外側リングは時計回り（矢印Ａ）に経典させられる。

図４は、運動生成装置(motion producing device)の実施態様の簡略化された実施例の断面図を示している。この断面図は、アクチュエータゾーンを定める外側レース又は部材１２、内側リング又は基準部材２２、牽引リング１４、アクチュエータリング又は部材１６、及び電極１８を含む、基本的な動作原理にとって必要な構成部品を例示しているが、追加的な好適な機能（図示せず）は、外側レースのための軸方向位置決め手段を含み得る。径方向及び／又は軸方向ローラ又は滑り軸受も用い得るが、アクチュエータの作動原理によってもたらされる有意な径方向荷重を伴い、追加的な軸受は多くの用途のために不要であると考えられる。

図５は、運動生成装置の実施態様の誇張した部分図であり、変形させられた牽引リング３０と出力レースとの間の４つの接触地点を示している。同様に示されているのは、弛緩した状態３２における同じ牽引リングの９０°区画であり、作動リングの励磁から何らの力もそれに作用していない。

弛緩状態及び変形状態の両方における牽引リングの９０°区画を今や参照すると、弛緩状態の内部弧長（３．０６インチ）及び変形状態の内部弧長（０．６２インチ＋２．４６インチ＝３．０６インチ）は等しい。両方の状態において、９０°牽引リング区画の各々の区画の内表面は、０．０６インチの弧長の５１個の等しい区画に分割される。

その弛緩状態において、牽引リングの外側表面を分割することは、５１個の区画をもたらし、各々の区画は０．０７５６８インチの弧長を備える。図５に示すように、牽引レースが出力レースの内径と接触するように、作動リングが４つの均等に離間した位置で励磁されるとき、接触領域間の区画は、０．０７５６８インチから０．０７１０３インチの圧縮された長さへの弧長における変化だけ図５に示すように（牽引リングが弛緩状態にあるときと比べて）圧縮された外側表面を示す。より重要なことには、運動移転原理のこの説明の目的のために、出力レースとの接触地点での牽引リング接触表面のより小さい半径区画は、（それが弛緩状態にあるときよりも）小さい半径への牽引リングの変形を必要とし、そにより、牽引リングの外側表面は、０．０９６７６インチの弧長への各接触区画の増大させられた長さだけ、ここに示すように細長くなければならない。

これは図６に示されており、そこでは、より引き締まった半径に変形される５１個の区画の各々は、０．０６インチの同じ根弧長と０．０９６７６の外側表面弧長とを有する。外側ロータ接触表面の９０度区画も５１個のセグメントに分割される。これらのセグメントの０．０７８４９インチは、（牽引リングが弛緩状態にあるとき、牽引リング接触表面セグメントの弧長よりも長いが）、牽引リング接触表面セグメントの０．０９６７６インチの弧長よりも短い。結果的に、牽引リング接触表面のより小さい半径の変形の進行は、１つの方向又は他の方向における各電極の活性化によって生成される励磁された「波」の進行によって定められるような牽引リング変形及び作動リングの回転方向に対して反対の方向において接触レースに沿って「転動」する。

（牽引リング接触表面が出力レースと接触する）牽引リング接触表面のこの伸長の結果、牽引リング接触表面は、それが弛緩状態にあるときよりもそれが出力レースと接触するときに、所与の根弧長のために（この例示において、根長(root arc length)は０．０６インチである）より大きい表面長(surface length)を有する。この効果は十分に有意であるので、接触表面が出力レースと接触するためにより小さい半径に変形させられるときの、牽引リングの接触表面の表面速度は、牽引リングの接触表面が弛緩状態にあるならば、並びに（例示的な目的のために仮定的に）牽引リングの接触表面が全ての方向において出力レース接触表面と同じ直径に減少させられ、外径の周りの全周に一貫した接触表面を備えるとするならば、牽引リングの接触表面が有するであろう根弧長のための表面長よりも大きい、根弧長のための表面長を有する。これは図７に示されており、そこでは、弛緩状態の牽引リングのセグメントが出力レースまで広げられ、その場合、牽引リング直径での弧距離は、０．０７８４９インチである。

図３中の湾曲した矢印は、時計回り方向におけるアクチュエータリングの隣接領域の励磁に由来するような（回転の外観を有する）接触表面進行の方向の実施例、結果として生じる牽引リング接触表面の接触表面の移動の反時計回りの相対的な方向の動作、及び結果として生じる出力リングの時計回りの相対的な動作を示している。

図５−７に示される全てのセグメント化は、厳密には様々な構成部品の表面長を例示するためであり、本開示の実際の物理的な装置の構造又は機能の一部ではない。実際の装置の変形は図５−７に示される例示よりもより一層それほど目立たない可能性が高い。原理を例示するために、これらは誇張された幾何で示されている。

図８に示されているのは、電圧及び／又は信号を電気反応性アクチュエータリング１６に供給し且つ電気反応性アクチュエータリング１６から供給するために用い得る多くの方法のうちの１つの実施例としての電気回路の配列の簡略図である。簡潔性のために、この実施例では、アクチュエータリングの１つの区画のみへの回路がここで示されている。この実施例において、単一の入力ワイヤの各々がアクチュエータリングの１つの側で１０個の均等に離間した電極１８に接続され、１０個の出力ワイヤの各々がこれらの入力電極の反対側で電極１８に接続されるように、これらの接続部４０又は４２の全ては、装置への１０個の入力ワイヤ４４（ここで１０という数字は一例として用いられているに過ぎず、より少ない入力及び／又は出力ワイヤ、より多い数の入力及び／又は出力ワイヤも用い得る）と、装置からの１０個の出力ワイヤ４６とに行くのが好ましい。図８に示されるように、１０組の入力ワイヤ及び出力ワイヤを用いるならば、１０番目毎の正電極は、共通回路４２を通じて装置への同じ入力ワイヤに接続されるのが好ましく、１０番目毎の負電極は、共通回路４０を通じて装置への同じ出力ワイヤに接続されるのが好ましい。

コンピュータ化されたコントローラがどの電極が励磁されているかを決定する。電極は（好ましくは、必ずしも必要ではないが、速度及び他の可変物に依存し得る所定の電圧増加及び減少機能に従って）順次的に単に励磁され且つ消磁されるので、この装置のための制御システムは比較的簡単であると考えられる。その最も簡単な形態において、制御アルゴリズムはフィードバックをコントローラに提供することを必要としない。電極の励磁及び消磁の速度及び／又は周波数は、出力の速度を増大させ或いは減少させる。増大された電圧が電極に供給されるならば、装置の最大トルク出力は増大する。この電圧の大きさをスイッチング周波数と無関係に制御し得る。

（接触領域の１つ又はそれよりも多くのために）極めて軽い接触又は最小の接触であるように或いは接触がないように接触部への電圧を制御することによって、例えば、ロボット継手の「後方駆動」が望ましいとき、アクチュエータ継手の自由な動きを可能にすることが可能である。１つの実施例は、人の形をしたロボットが滑らかで人間のような動作をもたらすことである。高いトルクの衝撃をアクチュエータ部材に並びにアクチュエータ部材を通じて適用することができ、よって、アクチュエータ部材はトルク伝導経路として作用し、次に、それが最大の所望の速度まで加速するや否や、アクチュエータが牽引リング／出力リングインターフェースの摩擦及び接触部への入力電圧によって決定されるような予荷重の量に依存する速度で減速するよう、アクチュエータへの電圧を構成部品が牽引リング上を単に滑動するところまで減少させ得る。

アクチュエータ材料は、電気活性ポリマ又は電気非活性トランスデューサであり得る。電気活性ポリマの実施例は、電気エラストマ（例えば、アクリル性又はシリコン）、電歪ポリマ（例えば、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）^２又はグラフトエラストマ）、電気化学機械的伝導ポリマ（例えば、ポリアニリン）、電気化学ポリマ／ゲル（例えば、高分子電解質）、又は圧電ポリマ（例えば、ＰＶＤＦ）を含む。電気非活性トランスデューサの実施例は、静電装置（例えば、統合力配列(integrated force array)）、電磁的（例えば、ボイスコイル、圧電的（例えば、セラミクス（ＰＺＴ）又は単一結晶（ＰＺＮ−ＰＴ））、形状記憶合金（例えば、ＴｉＮｉ）、形状記憶ポリマ、熱的（膨張）、磁歪（例えば、Terfenol-D、Etrema製品、及び天然筋（例えば、人間の骨格）を含む（Kornbluh, R. et al., 2002, Electroactive polyers: An emerging technology for MEMS, MEMS/MOEMS Components and Their Applications, Proc. Of SPIE Vol. 5344, pp.13-27から）。

電気活性材料は極めて速く作用し得るし、それらの一部はそれらが膨張するときに極めて高い力も生成し得る。これらの材料の欠点はそれらの多くが高い排除量(displacement)に亘って力を伝導し得ないことである。圧電セラミクスは、例えば、約１％〜２％の膨張比に概ね限定される。このアクチュエータは、それらに電圧が印可されるときに膨張し且つ／或いは収縮する、圧電及び／又はポリマ及び／又は他の電気反応性材料の高速及び高力を活用する。

電気反応性材料の電気特性に依存して、あるレベルの絶縁を各組の電極によって励磁されるアクチュエータリングの領域の間に設けることが必要であり得る。電極の各々の間で個別に分離された電気反応性の材料片を用いることが可能であるが、アクチュエータリングに対する回転剪断荷重は相当であり得、この理由のために一体形のアクチュエータリングの使用が望ましい。様々な効果をもたらすために、互いに正反対にないアクチュエータリングの両側にある接続電極のような他の変形を用い得る。

この基本的な動作原理を構成してアクチュエータ、モータ、又は他の回転装置にする極めて多くの方法がある。他の実施態様は、回転する内側リングを出力として備える外側リングに取り付けられるアクチュエータを含む（外側リングが固定又は「基準」リングである）。

図９は、出力リング又は部材５２のための軸方向安定性をもたらすような方向において構成される二組のアクチュエータリング又は部材５６と牽引リング又は部材１４とを備える運動生成装置の実施態様に従ったアクチュエータの簡略化された実施例の断面図である。アクチュエータ部材５６を軸方向に整列させるのを助けるために基準部材上の肩部（ショルダ）を用い得る。中央突起の両側に中心配置される肩部及びそれぞれの横方向突起の横方向肩部によって、アクチュエータ部材５６及びそのセグメント５６Ａ，５６Ｂも軸方向に制約される。この実施態様において、アクチュエータ部材は、軸方向に離間する第１のアクチュエータセグメント５６Ａと、第２のアクチュエータセグメント５６Ｂとを含む。牽引リング５４はアクチュエータリング５６に機械的に固定され且つ／或いは結合される。アクチュエータリング５６は内側レース６２に機械的に固定され且つ／或いは結合される。図９には電気接触部が示されていない。

内側リング及び外側リングへの付着物は、この開示における図面の一部には示されていない。ボルト締め、接着、溶接、及び他の構成部品との一体形として製造することを含む、基準部材及び出力部材を外部構成部品に接続する多くの方法がある。

図１０は、アクチュエータレース１６及び牽引リング１４が外側リング１２に機械的に固定され且つ／或いは結合される奔走値に従った回転式アクチュエータの実施態様の概略の断面図を示している。この例示的な実施態様において、内側リングは出力レースとしての機能を果たす。

図１１は、運動生成装置の例示的な実施態様の簡略化された断面図を示しており、内側リング２２は出力であり、アクチュエータリング１６の内径表面６４は内側リングとの接触表面としての機能を果たす。

図１２は、運動生成装置の例示的な実施態様の簡略化された断面図を示しており、外側リング２１２は出力であり、アクチュエータリング１６の外径表面６６は外側リングとの接触表面としての機能を果たす。

図１３は、外側リング６２及び内側リング７２を備える運動生成装置の例示的な実施態様の簡略された断面図を示しており、アクチュエータリング７６は、基準レースとの間の安定性をもたらすようテーパを備えて構成されている。よって、第１のアクチュエータセグメント及び第２のアクチュエータセグメントは軸方向にテーパが付けられた牽引表面を有し、この実施態様において、それぞれの第１のアクチュエータセグメント及び第２のアクチュエータセグメントは反対にテーパが付けられている。

運動生成装置の実施態様の効果的な動作を達成するために、アクチュエータリングを通じて内側リングへの牽引表面の間の直接的な接続がありながら、内側リングに対して回転する外側リングの結果として、アクチュエータリング及び／又は牽引リングが剪断において弾性的に変形することを可能にすることが必要である。牽引リング及び／又はアクチュエータリングのこの剪断変形が大きければ大きいほど、アクチュエータの効率はより低い。何故ならば、これらの構成部品を弾性的に変形するようになるエネルギは回復されず、各接触部の前縁及び／又は後縁で外側レースに対して牽引リングの滑りを引き起こし得る（或いは別個の牽引リング材料のない牽引表面が用いられる）からである。

（円周方向における）より長い接触表面がより高いトルク伝導容量を備える経路をもたらすが、より大きい剪断及びより大きい非効率をもたらす。この理由のために、システムが低トルクで動作しているときには、各接触部で可能な限り最短の接触リンクを伴う必要なトルクをもたらすために、各接触部でより少ない電極を励磁することが好ましい。より高いトルクが必要とされるときには、接触部の数を変更せずに、各接触部の幅を増大させ得る。

アクチュエータが休止しているときには、或いはアクチュエータが異なる効果のために作動中であるときでさえも、接触部（波の頂）の数を変更し得る。接触部の間のアクチュエータリングの剪断変位(shear displacement)を減少させるが、トルクを依然として最大限化することに関して、より大きい数の波がより良好であると考えられる。接触部が共により近接すればするほど、接触部中心の間の固定レース及び接触中心の間の牽引リングの周長に沿う円周方向の距離の長さに関して、各接触部の間により少ない差の長さがある。これは所与の波回転速度のために出力リングの回転速度を減少させる効果を有する。

圧電セラミクス又は他の超音波トランスデューサに適した材料が用いられるならば、アクチュエータ出力の回転位置及び／又は速度を決定するために、アクチュエータリングのこれらの異なる領域の作動中に生成される信号を分析することが可能であり得る。外側レース材料中の１つ又はそれよりも多くの変態(anomalies)が（好ましくは接触表面から径方向に外向きにどこかで）システム中に設計されるならば、接触表面を通じて外側レースに転送される超音波フィードバックを用いて、内側リングに対するこれらの変態の相対的な位置を感知することが可能であり得る。これらの超音波信号は変態から離れて反射し、信号を生成したアクチュエータリングの同じ区画又はその異なる区画によって読取り可能であり得る。

ここに記載したようなトルク及び運動を伝導するように構成される電気反応性材料と共に、追加的な超音波及び／又は他の種類のセンサを用い得る。（荷重されるときの高い摩擦係数のような、そして、一部の用途のためには、過剰トルクシナリオの間のような或いは作動される部材が自由に移動することが望ましいときのような、荷重が減少させられるときの及び／又は滑りが望ましいときの、最小摩耗及び非粘着滑りインターフェースのような）所望の牽引接触特性をもたらす材料又は所望の接触特性をもたらす電気反応性材料でアクチュエータリングを塗装し得るし、牽引リングなしで或いは牽引表面上の異なる材料の塗膜なしで用い得る。

純粋な牽引の代わりに、一部の用途では、アクチュエータ及び／又は牽引リングと他のレースとの間でギア付きインターフェースを用いるのが有益であり得る。

歯付き係合実施態様の実施例：図１４は、牽引リング８６（この場合には牽引に依存せず、好ましくは低摩擦表面である）と出力部材との間の歯付きインターフェース８０を用いる本発明の運動生成装置の実施態様を示している。この実施態様において、出力部材は出力リング８２であり、形状変更層は内側基準リング９２に取り付けられる。従来的なギヤ歯を用い得るが、従来的なローラ調和駆動装置において用いられるものにより類似する丸められたギア歯を用いるのが好ましい。この簡略化された断面図では、４つの膨張領域が互いに９０度で用いられる。内側歯付き部材が各接触ゾーンの間において外側歯付き部材から少なくとも１つの歯の差を有する限り、より多い又はより少ない数の膨張（収縮）領域（又はゾーン）を用い得る。

図１５は、牽引リング１０６と出力部材との間の歯付きインターフェース１１０を用いる類似の歯付きインターフェース実施態様を示しており、外側リング１０２に形状変更層１０４を備える。この実施態様において、出力部材は内側リング１１２である。

球形／半球形表面実施態様の実施例：図１６は、運動生成装置の球状実施態様の簡略化された概略的な断面を示しており、内側球１２０と、外側球１２２と、作動層１２４とを備える。

図１７は、作動入力１２６を提示する円の配列と部分的に分解される概略的な球状実施態様を示す、図１６中の窓の詳細を示している。これらは作動材料が形状をどのように変化させるかに依存する種類であり得る。ここに示す球状アクチュエータ１２４では、作動層材料が出力球に近づくために膨張するように作動層を変形させることによって、出力球との接触を創り出し得る。代替的に（そして、この開示中の他の実施態様に当て嵌まるように、作動層を出力部材に予荷重し且つ所望の接触地点を除きどこでも作動層を収縮させ得る）、異なる領域での材料の同時の膨張及び収縮は、材料がこの組合わせ作動方法を許容するならば、この開示中の装置のいずれかを作動させる好適な方法である。アクチュエータ部材が予荷重されるこの実施態様において、出力部材の接触表面は、アクチュエータ部材の牽引表面と連続的に接触し、作動後に収縮し得る。

螺旋状線形アクチュエータ実施態様の実施例：図１８は、（ここでは作動層接触表面と螺旋状シャフト接触表面との間に間隙を備える弛緩状態において示されている）運動生成装置の実施態様に従った（従来的なボールネジアクチュエータの代わりに用い得るような）断面で示されるハウジング／基準部材１３２を備える簡略化された概略的な螺旋状／線形駆動装置の実施態様を示している。この実施態様において、牽引表面及び出力部材の接触表面は、各々、出力部材の回転を線形運動に変換させるよう、協働する螺旋形状を有する。形状変更アクチュエーを変形させることによって、螺旋状シャフト１３２の円周の周りに１つ又はそれよりも多くの（好ましくは３つ又はそれよりも多くの）接触パッチを生成し、次に、これらの接触パッチをシャフトの表面に沿って接線方向に移動させることは、シャフトを回転させ、そして、螺旋状形状の結果、軸方向において移動させる。接触パッチは螺旋の軸と線平行であり得るし、且つ／或いはそららは螺旋の形状又は他の形状であり得る。接触パッチの動作は螺旋シャフトの軸に対して垂直な平面上で円形であり得るし、且つ／或いはそれに対する円形及び／又は線形（螺旋シャフトの軸と平行）の成分を有する螺旋運動及び／又は他の運動にあり得る。

接触パッチを螺旋シャフトの長手軸の中心と整列させられる或いは殆ど整列させられる方向において移動させることによって、基準部材に対する螺旋シャフトのより高速の動作を達成し得る。接触パッチを螺旋シャフトの長手軸に対して（接線方向に或いは部分的に接線方向に）円形の又は主として円形の方向において移動させることによって、螺旋形状の傾斜平面を活用して、シャフトの中心軸方向に沿うより高い線形力を達成し得る。このようにして、１つの移動部分のみを備えるバックラッシュのない高トルク機構を精密な制御で構築し得る。

円筒形アクチュエータ実施態様の実施例：図１９は、断面で示されるハウジング／基準部材１４２を備える簡略化された概略的な円筒形駆動装置の実施態様を示している。形状変更作動部材１４４を膨張させ、且つ１つ又はそれよりも多くの、好ましくは３つ又はそれよりも多くのパッチにおいて、形状変更作動部材にシリンダを膨張及び収縮させ、次に、線形及び／又は円形方向において励磁されるゾーンの位置を変更することによって、円筒形シャフト１４０を直線方向において及び／又は回転運動において移動させ得る。正方形、長方形、又は三角形のシャフトを用いることによって、線形運動を生成し得ると同時に、回転運動が起こらないことを保証する。無限の半径を備えるシリンダの一部が平面を形成し、次に、ここに開示する原理に従ってその平面内の線形部材を互いに並進させ得る。図示のように、パッチ又は励磁されるゾーンをグリッドとして形成し得る。

強化された作動部材の実施態様の実施例：図２０は、運動生成装置の簡略された例示的な実施態様を示しており、出力リング又は出力部材１５２と、内側リング又は基準部材１６２と、径方向コンプライアンス(compliance)及び接線方向剛性(rigidity)の増大のために設計されるアクチュエータリング又は部材強化構造とを備える。強化部材１５６は、強化部材の間のチャンバ又は屈曲部１５４(flexures)内の形状変更材料よりも高い引張及び／又は圧縮強度並びに／或いは引張及び／又は圧縮剛性を備える材料で作製されるのが好ましい。これは発明者によって着想される多くの異なる可能な構造の一例であり、ここに示す原理から利益を享受し、それにより、形状変更作動材料を励磁することによる強化部材の弾性変形は、引張又は圧縮応力というよりもむしろ、主として曲げ応力を強化部材に適用する。角度付けられる強化機能１５４の結果として、接触表面に対する接線方向の荷重が、一層多くの圧縮及び／又は引張応力を強化部材に適用する。強化屈曲部１５４は径方向に外向きに延び、膨張可能な材料１５６を通じて円周方向に傾斜する。

図２１に示されるように、強化部材チャンバ１５４は、１つ又はそれよりも多くの電極１５８及び／又は他の励磁機能／接続部を有し得る。強化部材チャンバ内の形状変更材料の全部又は一部を励磁することは、強化部材接触表面と出力部材接触表面との間の間隙を閉じる。弛緩位置において図２１に示される、径方向に膨張可能な強化部材１５６は、強化部材１６２に機械的に接続され且つ／或いは結合され、好ましくは、出力部材１５２との接触表面としての機能も果たす。

この構造において用い得る材料の非限定的な実施例は、アルミニウムの出力部材、アルミニウムの基準部材、ナイロンで作製される膨張可能な強化部材、及びシリコン電気活性材料で作製される強化部材チャンバ内の形状変更材料を含む。

この実施例において、電気活性材料が両側に非励磁を備えるゾーン内で励磁されるとき（１つ又はそれよりも多くの組の電極を励磁することによってこれを達成し得る）、電気活性材料は径方向において膨張し、強化部材接触表面が径方向に移動して出力部材の接触表面と接触するときに強化部材接触表面の半径を減少させる。

これは好適な構造と考えられる。何故ならば、それは形状変更材料が高い剪断応力強度又は剛性を示すことを必要としないからである。それは基準部材への強化部材及び作動形状変更材料の可撓な構成物の構造の極めて剛的で確実な取付けももたらす。

出力部材を内側レースとして備える出力部材上に径方向に膨張可能な強化部材及び膨張可能な（そして可能であれば収縮可能な）形状変更作動材料を用いてもこの実施態様を構成し得る。

渦巻き弧結合(spiral arc coupling)：液体内であれ或いは固体内であれ、いかなる波も表面を幾分円形又は楕円形の経路において進行させる。この円形の経路はリアクチュエータ(Reactuator)の運動伝導原理の１つであり、少なくとも一定の程度までそれが起こるのを可能にすることが好ましい。同時に、膨張可能な材料強化構造は、トルクが作動部材の外径の接触表面から内側基準部材に移転させることを可能にしなければならない。この結合部材構造は：
１．波が伝搬するときに、作動部材の外径が幾分円形又は楕円形の経路において進行することを可能にしなければならない。
２．トルクを作動部材の外側表面から基準部材に伝導させなければならない。

この結合の固有の特性は、波が伝搬するときに、それが接触表面上で或る地点の幾分円形又は楕円形の経路を引き起こし、（波が伝搬するときとは対照的に）波が形成されるときに、励磁される作動部材ゾーン（又は励磁される作動部材ゾーンの群）から径方向に外向きの並びにその中心付近の接触表面上の或る地点のほぼ径方向の動作を引き起こすことである。

図２２に示されるような非放射状の屈曲部１６４は、作動部材１５６の外側表面が外向きに移動するのを可能にする。それらは牽引接触表面インターフェースから内側基準部材１６２へのトルクの移転も可能にする。非放射状の直線的な屈曲部は、屈曲部の内側取付け地点の概ね周りで作動部材の外側表面の回転を引き起こす。これは理想的でない。何故ならば、それは１つのセル(cell)が励磁されるときに外側表面の自然な動作を径方向に外向きに可能にせず或いは波が伝搬するときに幾分円形又は幾分楕円形の運動において可能にしないからである。

図２２に示されるような弧形状を備える強化屈曲部を用いることによって、ＥＲ材料が励磁されるときにＥＲ材料によって或いはチャンバ材料の外部加圧によって（各チャンバの中心から概ね径方向に外向きに）全ての方向において生成される圧力は、それを収容するポケット／セル／チャンバの全ての内部表面に作用する。この実施例において、１つのチャンバが励磁され、点線は結果として得られる強化屈曲部の撓みを示している。チャンバ内の圧力は、（加圧される材料に対して凸状の）左側の屈曲部１６４が真っ直ぐになるときに、それに対する増大する機械的利点を有し、（加圧される材料に対して凹状の）右側の屈曲部１６６が撓むときに、それに対する減少する機械的利点を有する。結果的に、左側の凸状の屈曲部は（湾曲から直線への）より大きな変位を経験し、これは結合部(coupling)の最外側の材料に作用して、作動部材が内部圧力によって引き起こされる膨張力から径方向に外向きに移動するときに非放射状の屈曲部が作動部材の外径を回転させる傾向を相殺する。線形及び他の運動経路形状を含む開示される実施態様のいずれかと共に、この膨張可能な強化部材構造を様々な構成において用い得る。

本発明者は、この開示中の運動生成装置の異なる実施態様の実施例において示される異なる機能の変形を、様々な効果及び利益のためにこの開示中の他の実施態様の異なる機能の変形と組み合わせ得ることを予期する。

少なくとも一部の実施態様の最も有意な機能のうちの１つは、基準部材との基準部材の接触表面の間の直接的且つ非回転の接続である。本質的には、これは最小の可動部品を備える（特定の構成においては発電機としてさえも使用可能であり得る）（モータとして用い得る）アクチュエータを達成する。出力部材の回転又は他の種類の動作を達成するために必要とされる動作の残余は、基準部材接触表面の形状を変更することによって達成される。

ここに開示する１つの実施態様における運動生成装置は、高速作動形状変更材料を活用し、これらの材料を高い表面接触面積及び圧力を達成する方法と組み合わせて、簡単で費用効率的な装置から回転及び／又は他の種類の運動を生成する。

出力部材に対する接触経路の移動の速度を増大させることは、出力部材の速度を増大させる。電流（又は作動部材のために用いられる形状変更材料の種類に依存する作動エネルギ）を増大させることは、牽引及び出力トルクを増大させる。

（牽引のためにヤモリが用いるマイクロファイバ又はマイクロフィラメントのような）極めて細い毛のような高い表面接触材料の使用又は表面準備を一方又は両方の接触表面に用いて、牽引を増大させ且つ所要の圧縮力及び接触面積を減少させ得る。このアクチュエータは多くの極めて大きな用途のために並びにＭＥＭｓを含む多くの小さい用途のために理想的であると考えられる。

出力部材の統合的な軸受支持のために対向するテーパ付き壁で構成されるならば、非滑り接触を可能にするために、僅かに異なるテーパが剛的なリング及び可撓なリングに対して必要であり得る。

作動形状変更材料のための他の作動方法は、マトリクス状の電気ワイヤが２つ又はそれよりも多くの励磁されるワイヤが交差する場所に接続される、材料の臨界的な閾電圧を超え得る、マトリクス状の電気ワイヤを含むが、それらに限定されない。好適な材料又は塗膜はこの電圧より下の限定的な反応を有するので、球の表面上で或いは平坦な平面上で如何なる方向においても、或いはシリンダ内のロッドの回転及び／又は軸方向運動を生成するために、反応ゾーンを操作し得る。

運動生成装置の実施態様では、出力部材の接触表面に沿って１つ又はそれよりも多くの方向において移動させ得る出力部材に対する１つ又はそれよりも多くの接触地点を生成するために作動部材の部分を励磁し且つ／或いは消磁することによって出力表面から離れる方向に引っ張られ且つ／或いは出力表面と接触するように作製される得る接触表面の使用が開示されている。

反応性材料又は表面も、励磁されるときに出力部材の接触表面から離れる方向に引っ張られ或いは接触するように構成し得る。

運動生成装置の一部の実施態様は、電圧における変化のような入力信号、及び／又は化学的入力、及び／又は光信号入力、及び／又は熱信号入力、及び／又は気体圧力、及び／又は液圧、及び／又は１つ又はそれよりも多くのの接触パッチを出力部材の接触表面に沿って移動させるローラ及び／又は球及び／又はギアのような機械的手段に反応する、現時点で既知の或いは既存の或いは将来的に知られ或いは存在する任意の種類の材料又は構成を用い得る。

マイクロ又はミニチュアのためのｍｅｍｓ技法を用いて或いはナノ機械のためのｍｅｍｓ技法さえも用いて、この原理を用いるマイクロメカニクスを製造し得る。アクチュエータ部材上の可動ゾーンの位置及び励磁を制御するために、アクチュエータ部材上の位置で無線式に制御されるスイッチを用いる１つ又はそれよりも多くの有線又は無線方法を用い得る。

形状変更材料の作動に有用であり得る他の種類の材料は、実施態様に応じて、以下のもの、即ち、ナノ繊維圧電材料、膨張する且つ／或いは収縮するゲル、圧電材料、磁歪材料（磁場が収縮／膨張を引き起こす）、光歪（露光が収縮／膨張を引き起こす）、形状記憶合金、形状記憶ポリマ、電気化学機械ポリマ、電気活性ポリマ、電歪ポリマ、機械化学ポリマ／ゲル、膨張する且つ／或いは収縮するメタ材料、静電作動材料、未知の有能材料又は他の材料、気体及び／又は圧縮不能な流体圧力によって励磁される材料又は構成を含むが、それらに限定されない。

使用される材料並びに励磁パターン及び順序に依存して、出力レースは、一部の場合には、接触パッチの移動と同じ方向において進行し得る。

出力部材の被駆動表面と相互作用する牽引又は歯付き表面は基準部材に固定され、形状変化部材材料（及び牽引／歯付きリング材料）の弾性変形の故に形状変化（作用）層の変形を可能にする。

本装置は、圧電によって給電されるレバーアームの配列又は形状変化材料によって生成される径方向運動を増大させるよう空所を充填する反応性材料を備える接線方向に剛的な配列のような、誇張構造(exaggerating structure)を用い得る。

セグメント化された或いは部分的にセグメント化された作動部材が、隣接する領域のより少ない変形を伴う径方向膨張を可能にする。

基準から出力レースへのトルク又は力移転は径方向又は軸方向であり得るし、膨張可能なＥＲ材料が力移転の線に沿って配置される限り、ある角度にあり得るし、その膨張に起因する接触力、従って、牽引力を最小限化することが可能である。

基準部材の直径に対する出力部材の直径の比は、好ましくは、２：１未満であり、より好ましくは、１．５：１であり、より一層好ましくは、１．１：１である。

一部の実施態様において、牽引表面及び接触表面は（接触及び／又は僅かな予荷重圧縮の下で）常時１００％接触を有し且つ２つ又はそれよりも多くの進行するより高い圧縮ゾーンを有し得る。これの利点は停電のときにそれが自動ロックすることを含む。負（又は反対の）電荷で径方向に収縮し得る材料が用いられるならば、所望であれば、円周の全てを同時に収縮させることによって、リアクチュエータも自由回転し得る。ここでは、僅かに予荷重される（伸張させられる）変形可能な表面部材が好ましく、その場合、この表面は（もし内側レースに取り付けられるならば）給電されないときに１００％接触を達成するために休止時に外向きに伸張させられ、次に、２つ又はそれよりも多くの進行する領域において径方向に外向きに圧縮されて運動を引き起こし、次に、完全な円周の周りでＥＲ材料を収縮させることによって収縮させられる（収縮することが可能にされる）。

特定の請求項によってアクチュエータ部材に限定されない一部の実施態様は、内径と外径との間の接触表面を長くするよう表面又は表面下部材を１つ又はそれよりも多くの場所において丸くしない任意の種類の作動の結果として表面を圧縮すし或いは変形させる任意の手段を用い得る。

伸長のこの方法は、それが内側部材の外径で或いは内側部材の外径の表面下で外向きに押すように、材料を集めて変形させる磁性構成部品であり得る。外側部材の外径を変形させることによって同じことを達成し得る。

直線アクチュエータのためにも運動生成原理を用い得る。管の内側又は少なくとも２つの対向する表面。高い（又は調節可能な）接触力が達成可能であるように、接触表面又は表面下の完全な膨張を防止する２つの剛性の(rigid)又は半剛性の(semi-rigid)対向する部材が必要である。

図２３は、液圧的に又は空圧的に作動させられるバージョンのリアクチュエータの好適な実施態様を示している。液圧的、空圧的、又は電磁的、及び他の実施態様において、膨張可能な材料は、膨張させられ、伸長させられ、或いはある表面から離れる方向に或いはある表面に向かう方向に外向きに移動させられ得る材料、よって、例えば、チャンバの閉込め壁及びチャンバの周りのアクチュエータ部材の材料である必要があるだけであり、電気活性材料のような固有に膨張可能な材料である必要はない。液圧流体のために或いは液圧流体の代わりに、圧縮不能であれ圧縮可能であれ、様々な流体を用い得る。液圧又は空圧バージョンは、場合によっては出力部材の接触表面へ或いは出力部材の接触表面から、作動部材の牽引表面を押圧し或いは収縮させるために、加圧することによって膨張させることによって或いは減圧することによって収縮させることによって作動し得る。

中央部材１７０は、それが圧力又は力の下で変形するときに有意に圧縮しない、非限定的に０．４８以上のウレタンのような高いポアソン比を備える、非限定的に４０デュロメータのシリコン又はウレタンのような、低デュロメータの可撓な材料であるのが好ましい。側方プレート１７４は別個のセグメントとして示されているが、接続され得るし、金属又はプラスチックのような剛性の材料である。シール部材１７８は、高デュロメータで可撓な、しかしながら、好ましくは、非限定的に９０Ａシリコン又はウレタンのような圧縮可能でない、材料である。液圧流及び圧力がセル内で増大させられると、ウレタン中央部材１７０内の空洞１８０は外向きに膨張し、中央部材１７０インサートの外側表面はシール部材１７８の内側表面に対して膨張する。シール部材１７８は十分に高いデュロメータであるので、それは側方プレートが作動部材１７６に対して封止する場所で側方プレート１７４を越えて突き出ることから遮断される。作動部材１７６は外側リング１７２と内側リング１８２との間にある。シール部材１７８は所与のアクチュエータ部材セル膨張のために中央部材１７０よりも少ない変形を有するので、より高いデュロメータのウレタンはここではそれ程強く圧迫されない。

ウレタンを変形させるのに必要とされる電力とは別に、この構造は、ウレタンを「シール」するのが容易であり且つそれが液圧流体のための漏れのないシールとしても作用することを除き、セルが液圧流体で充填されたかのように、同じ圧力をアクチュエータ部材１７６に加え（そして、アクチュエータ部材と出力部材接触表面との間に同じ牽引をもたらす）。

このシステムの利点は、（絶えず変化するレバーアームを有する掘削機上のような）典型的な液圧アクチュエータと比べて運動の全範囲を通じて一貫したトルクを備える、極めて高いトルクの潜在性を含むことである。液圧又は液圧流体に晒される滑りシールもない。

図２４−２６は、順次的に分解される液圧駆動装置構造を示しており、先ず、図２４に示されるように、側方プレートが取り外され、次に、図２５に示されるように、中央部材が取り外される。図２６は、側方プレート組立体１７４を示しており、２つの半体の一体的な取付けは示されていない。

図２７を参照すると、モータ１９６、例えば、可変速電気又は液圧モータが、斜板ポンプ１９４を駆動させる。斜板ポンプ１９４の各ピストン２００が、液圧供給線１９２を通じて均等に離間したリアクチュエータセル１９０の配列を供給する。斜板プレートポンプ１９４は、好ましくは、ピストンの可変な変位量(displacement)を用いる。入口弁及び排出弁によって各セル１９０（或いは１つの入口及び出口弁が２つ又はそれよりも多くの等しく配列されたセルをアクチュエータの周りで駆動させるよう等しく配列されたセルの組）を制御し得るが、より効率的な駆動装置は流れ及び圧力を各組の等しく配列されたセルに供給する単一のピストンを備える液圧モータを用いる。このようにして、セルの最大加圧後の流体中のエネルギは、（モータとして）上死点後にポンプピストンを駆動させることによってある程度まで回復させられる。ポンプを駆動させ、セル作動速度、従って、リアクチュエータの出力速度を制御するために、電気モータを用い得る。システムの圧力は可変容積ポンプ(variable displacement pump)の排除量によって制御される。アクチュエータ出力の速度は、電気（又は他の）モータ入力によって制御される。熱交換器１８６を含む冷却回路１８４がセル１９０及び液圧供給線１９２と流体連絡し得る。各ピストン被駆動回路のために別個の冷却回路が必要とされる。逆止弁１８８によって或いは循環ポンプ１９８によって熱交換器１８６を通じて流体を循環させ得る。アクチュエータ構造が十分な熱交換をもたらすならば、冷却回路は不要である。

図２８は、リアクチュエータの電気機械的作動の簡略化された概略的な断面図である。図２８に示される実施態様では、中央部材２１０、非限定的に４０デュロメータのウレタンのような少量の低デュロメータの圧縮不能な可撓な材料を変位させるために、電磁石２１６が用いられる。小さいピストン及び大きい電磁石を用いることによって、発達させられる圧力は極めて高くあり得る。作動リング２０６と出力リング２０２の外径面との間の極めて小さい間隙２１８（或いは１００％接触実施態様における極めて薄い圧縮可能な及び／又は変形可能な部材）を用いるならば、小さい作動部材撓みの結果、ウレタンの極めて少量の排除は極めて高い牽引力をもたらし得る。作動リング２０６を基準リング２１２に機械的に接続し得る。

磁石は、セル圧力も最大であることが必要であるときに、磁力が最大であるように構成されるのが好ましい。これは、電磁コイル及び磁石又はインダクタンス部材の最弱位置及び最強位置の平均である出力トルクを有する電気モータと比べて、出力密度に関するこのシステムの特別な利点である。

（非限定的に９０デュロメータのウレタンのような）より高いデュロメータのシール部材２０８材料は、側方シール２０４及びピストンリングシール部材２０８を越えるより低いデュロメータのウレタン材料の押出しを防止する液圧作動実施態様と同様に、バックアップリングとして作用する。

液圧システムに対するこの作動方法の他の利点は、液圧流体の排除(elimination)、液圧ポンプ及び液圧線の排除である。磁石の極めて高い周波数の動作が可能であるはずである。ピストン駆動装置２１４内で永久磁石を用いることによって或いは電流を誘導させることによって、ピストンの退衝(backstroke)に対する跳返りエネルギ(rebound energy)の一部を取り戻すことさえも可能であり得る。

図２９は、部分的に分解されたリアクチュエータの電気機械作動の簡略化された概略的な断面図を示しており、低デュロメータのウレタン中央部材２１０を示し且つピストン変位がより大量のウレタンにどのように移転されるかを示している（より大量のウレタンは数ピースの異なるデュロメータ又は全てワンピースであり得るが、これはそれをどのように構成し得るかの好適な実施例である）。側壁部材２０４内で漸進的にフレアする（外に向かって開く）管の目的は、如何なる１つの地点でもウレタンの弾性限界を超えることなく、小さい直径のピストンの運動をより大量の低デュロメータのウレタンにに移転することである。それは（３つの地点での）小さい表面積に亘る比較的高速のウレタン排除量を（フレア区画の大きい端部での）より一層大きい断面積に亘るより一層低速のウレタン排除量に伝導する方法である。自己潤滑材料の使用を含むウレタンとフレア区画との間の何らかの種類の潤滑剤が好ましい。

図３０を参照すると、ポリマ又は弾性材料のような電気活性材料を活性化するためのエネルギ源が電気回路図において示されている。左側で、要素２２０はワイヤ対２２２によって継電器又は電力制御回路２２４に結合される（図１の実施態様において示されるような）電極又は（図２９において示されるような）コイルを備えるリアクチュエータセルである。各継電器２２４及びワイヤ対２２２は均等に離間する電極又はコイルの配列を励磁する。プログラムされたＣＰＵ又は結線回路で構成される単純なタイミングユニット２２６が電源２２８から各継電器２２４へのタイミング電力を制御して、配列を順次的に励磁する。

図３１−３４は、剛性の内側基準リング２４２と、剛性の外側出力部材２３２と、中心から異なる径方向距離に電極２３８の１つ又はそれよりも多くの配列を備える電気反応性作動リング２３４とを備える、回転式アクチュエータの簡略化された概略図を示しており、暗い電極は励磁された電極を示している。図３１−３４に示される実施態様において、出力部材は波伝搬と同じ方向において回転する。

作動順序：図３１は段階１（フェーズ１）を示しており、そこでは、暗い電極によって示されるように、２つ又はそれよりも多くの好ましくは均等に配列されたゾーンが励磁される（３つのゾーンが一例として図３１において示されているが、より少ない又はより多いゾーンを用い得る）。異なる種類の電気反応性材料は、電圧が印可される方向に沿って収縮し或いは膨張し得る。この実施例のために、電圧は電気反応性リング２３４の１つの軸方向側にある電極から反対の軸方向側（図示せず）にある同じ電極に印可される。図３１では、連続的な作動リングが径方向に外向きに膨張して外側レース２３２との接触を創り出すよう連続的な作動リングを軸方向に収縮させるために、各ゾーンにおける外側の配列の電極のうちの１つ又はそれよりも多くが励磁２４０される。

図３２は段階２（フェーズ２）を示しており、そこでは、内側配列の電極２３０の１つ又はそれよりも多くを外側の励磁される電極２４０に励磁することは、張力を波運動の方向において外側の励磁される電極２４０から内向きに増大させることによって、アクチュエータリング材料２３４を左に収縮させる。アクチュエータリング２３４と外側リング２３２との間の接触パッチは反時計回りに進行し、この実施例では、相対的な運動を基準レース２４２から外側レース２３２に伝導する。

図３３は段階３（フェーズ３）を示しており、そこでは、電極２３８は波の前縁で進行的に励磁され、外側レース２３２に対する接触圧力を達成するよう径方向の膨張を生成するパターンにおいて波の後縁に沿って消磁される。

図３４に示されるように、材料の特性に依存して、反時計回りの進行する波で波の前方に内側配列２３０で追加的な電極を励磁することによって、円周方向の張力を発現させ得る。

多くの他の組み合わせの電極励磁が可能であり、本発明者によって着想されている。電圧の方向において膨張する或いは励磁の極性に応じて膨張又は収縮する材料を励磁し得る。以下を達成する様々なパターンをこの装置の原理に。

接触圧力がこれらのゾーン内の外側レースに対して達成され或いは増大させられるよう、作動リングと出力レースとの間の径方向力が２つ又はそれよりも多くのゾーンを励磁することに起因する。

作動リングの内部応力は円周方向において増大させられ且つ／或いは減少させられて、アクチュエータの周りの波の山の進行を引き起こす。

図３５−３６は、剛性の内側基準リング２６２と、剛性の外側出力部材２５２と、中心から異なる径方向距離に２つ又はそれよりも多くの配列の電極２３８を備える電気反応性の作動リング２５４とを備える、回転式アクチュエータの簡略化された概略図を示している。図３５−３６に示される実施態様において、出力部材２５２は波伝搬の反対方向において回転する。

図３５を参照すると、電気反応性材料は固有の弾性を有する。材料が径方向に（或いは基準部材と出力部材との間の間隙を閉じるどんな方向においても）膨張するよう２つ又はそれよりも多くのゾーンを励磁することによって、隣接する電極の順次的な励磁によるこれらの波の進行は、波伝搬の反対方向における出力部材の相対的な移動を引き起こす。励磁されない領域は弾性的に変形し、励磁されるゾーン内の材料２５４の膨張を可能にする。径方向の矢印Ａは励磁される材料の膨張を示している。円周方向の矢印Ｂは励磁されない材料の弾性変形を示している。

図３６Ａ及び３６Ｂは、波が反時計回りに進行するときの時計回りの出力２５２の誇張された動作と共に、波の進行の例を示している。

図３７は、剛性の内側基準リング２８２と、剛性の回転出力を備える剛性の外側出力部材２７２と、中心から異なる径方向距離に２つ又はそれよりも多くの配列の電極２７８を備える電気反応性作動リング２７４とを備える、回転式アクチュエータの簡略化された概略図を示している。多くの用途において、低い回転弾性を備える剛性の回転出力を達成することが望ましい。これらの用途では、トルク移転の方向において円周方向として電気反応性材料を励磁することによって、高い剛性を達成し得る。このようにして、電気反応性ポリマのような比較的弾性的な電気活性材料が、出力部材に或いは出力部材を通じて適用されるトルクと比例する材料に対する円周方向張力を提供することによって、回転的に剛性の材料をシミュレートし得る。

異なる方向において電気反応性材料２７４の収縮又は膨張を引き起こすために電荷の極性をどのように用い得るかの一例として、正電荷及び負電荷が図３７に示されている。この非限定的な実施例において、アクチュエータリングの見える側にある正荷電される電極２８４は、アクチュエータリングの反対の（見えない）軸方向側にある負荷電される電極と共に、径方向における材料の対応する膨張を伴って電気反応性リング２８４の収縮を軸方向に引き起こし、これらのゾーン内の出力リング２８０に対する接触圧力を増大させる。

同時に、（矢印Ｃによって示される）出力部材に対するトルクの影響を相殺するために、適用されるトルクの反対方向において波の山に隣接する負荷電される電極２８６が励磁され、電気反応性材料２７４を円周方向に収縮させてトルク荷重の方向における出力接触の剛性(stiffness)を増大させる。

図２７に示される概略図は、原理を例示することを意図する。電極２７８の数はより少なくてもより多くてもよく、電極２７８を表面上のどこに配置してもよいし作動部材リング２７４内に埋設してもよい。リングは好ましくは１つの連続的なピースであるが、別個の区画、層、又はリングであり得る。図示されるような連続的なリングは、収縮力が１つ又はそれよりも多くの電極とアクチュエータ軸と軸方向に平行な同じ側又は反対の側にある他の１つ又はそれよりも多くの電極との間に向けられることを可能にし、或いは、軸に対して垂直な平面に沿う或いは実際にアクチュエータリングの１つの側から他の側に向かって通じる角度であるが、アクチュエータ軸と平行でない角度を有することを可能にする。同じ原理をここに示される直線アクチュエータのような非円形アクチュエータに適用し得る。

図３８及び３９は、対向するテーパ付き外側レース３０２を備える点を除き図２３に示される実施態様に従って作製された、液圧的又は空圧的に作動させられるバージョンのリアクチュエータを示している。シール部材３０８の外側表面は、外側レース３０２の対向するテーパ付き表面に従うＶ形状である。作動部材１７６は外側レース３０２の対向するテーパ付き表面及びシール部材３０８の外側表面に適合する。固定スタンド３００が基準部材３１２内に圧力嵌めされ、出力アーム３０４は出力リングと一体形（ワンピース）として製造される。

直線アクチュエータ３２０が図３０、４１及び４２に示されている。ハウジング３２２が通路を形成し、例えば、ハウジング３２２の対向側に結合させることによって、第１の直線アクチュエータ部材３２４と第２の直線アクチュエータ部材３２６とを固定する。それぞれの牽引部材３２８が直線アクチュエータ部材３２４，３２６に結合させられる。直線アクチュエータ部材３２４，３２６を電極３３０によって励磁される電気活性材料で或いはこの特許文書中に開示される他の励磁方法を用いて他の材料で作製し得る。直線出力部材３３２はハウジング３２２上に位置し得る。アクチュエータ部材３２４，３２６及びそれらの牽引表面３２８によって直線出力部材３３２を閉じ込め得る。ハウジング３２２内の直線出力部材３３２のために潤滑又は軸受を設け得る。ハウジング３２２は図４０に示されるようなアクチュエータ部材３２４，３２６を包み得る。図４３に示されるように、直線アクチュエータ３４０が二列の電極３３０Ａ及び３３０Ｂを有し得る。

図４４は、直線アクチュエータ３５０の実施態様を示しており、そこでは、アクチュエータ部材３５２は、例えば、電極３５４Ａ（励磁されている）及び電極３５４Ｂ（消磁されている）によって順次的に励磁され、アクチュエータ部材３５２の材料を収縮させ、牽引表面３５６を出力部材３５８の接触表面３６０から離れる方向に引っ張る。

請求項において、「含む」という用語はその内包的な意味において用いられており、存在している他の要素を排除しない。請求項の機能の前の不定冠詞は、存在している機能の１つよりも多くを排除しない。ここに記載する個々の機能の各１つを１つ又はそれよりも多くの実施態様に用い得る。ここに記載する個々の機能の各１つは、ここに記載されていることのみによって、請求項によって定められるように全ての実施態様にとって本質的であると解釈されてはならない。

Claims (59)

1. 接触表面を備える出力部材と、
   基準部材と、
   該基準部材に取り付けられ、牽引表面を有し且つアクチュエータゾーンを含む、アクチュエータ部材と、
   前記アクチュエータゾーンの励磁状態を順次的に変更させるために前記アクチュエータゾーンに動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
   各アクチュエータゾーンは、前記アクチュエータゾーンの励磁状態に応じて前記接触表面との前記牽引表面の接触状態を変更させるために前記牽引表面の対応する部分を移動させるように励磁可能であり、
   前記アクチュエータ部材は、前記基準部材と前記出力部材との間にトルク伝導経路をもたらす、
   運動生成装置。
2. アクチュエータゾーンが励磁されるとき、前記牽引表面の前記対応する部分は、前記接触表面と接触する、請求項１に記載の運動生成装置。
3. 前記牽引表面は、前記出力部材と前記アクチュエータ部材との間の圧縮の下で予荷重される、請求項１又は２に記載の運動生成装置。
4. 前記出力部材は軸を有し、前記基準部材は前記軸と同心であり、前記アクチュエータゾーンは前記基準部材の周りで円周的に離間する、請求項１、２又は３に記載の運動生成装置。
5. 前記出力部材の前記接触表面及び前記牽引表面は、各々、前記出力部材の回転を直線運動に変換するよう、協働する螺旋の形状を有する、請求項４に記載の運動生成装置。
6. 前記アクチュエータ部材は、軸方向に離間する第１のアクチュエータセグメントと、第２のアクチュエータセグメントとを含む、請求項４に記載の運動生成装置。
7. 前記第１のアクチュエータセグメント及び前記第２のアクチュエータセグメントは、軸方向にテーパ付けられた牽引表面を有する、請求項６に記載の運動生成装置。
8. 前記それぞれの第１のアクチュエータセグメント及び第２のアクチュエータセグメントは、反対にテーパ付けられる、請求項７に記載の運動生成装置。
9. 前記出力部材は、少なくとも部分的に球形であり、前記基準部材は、前記出力部材の内側又は外側で回転するよう、少なくとも部分的に球形である、請求項５に記載の運動生成装置。
10. 前記出力部材及び前記基準部材は、シャフトの上で支持される、請求項９に記載の運動生成装置。
11. 前記基準部材及び前記出力部材は、各々、円筒形であり、且つ前記アクチュエータゾーンによって生成される力の下で互いに対して軸方向に移動可能である、請求項５に記載の運動生成装置。
12. 前記アクチュエータ部材内の強化屈曲部を更に含み、該強化屈曲部は前記アクチュエータ部材の周りに配置され、前記強化屈曲部は径方向に外向きに延び、且つ前記アクチュエータ部材を通じて円周方向に傾斜させられる、請求項５に記載の運動生成装置。
13. 前記強化屈曲部は、それぞれの内向きに凹状の表面及び内向きに凸状の表面によって、円周方向に境界付けられる、請求項１３に記載の運動生成装置。
14. 前記基準部材、前記アクチュエータ部材、及び前記出力部材の各々は、線形である、請求項１、２又は３に記載の運動生成装置。
15. 前記アクチュエータ部材は、電流に応答して膨張可能である或いは収縮可能である電気活性材料を含み、前記アクチュエータゾーンは、電極を含む、請求項１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
16. 前記電極は、少なくとも第１の配列の電極と第２の配列の電極とを含み、前記第１の配列の電極は、前記第２の配列の電極よりも前記強化部材に近接して配置される、請求項１５に記載の運動生成装置。
17. 各アクチュエータゾーンは軸を有し、前記それぞれのアクチュエータゾーンのそれぞれの軸方向端部に閉込め部材を更に含む、請求項１乃至１６のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
18. 前記エネルギ源は液圧源を含み、前記アクチュエータゾーンは中空の内部を有し、前記液圧源は線によって前記中空の内部を結合させられる、請求項１７に記載の運動生成装置。
19. 前記閉込め部材は、電磁コイルを含む、請求項１７に記載の運動生成装置。
20. 前記電極は、少なくとも内側の配列の電極と外側の配列の電極とを含む、請求項４に記載の運動生成装置。
21. 前記基準部材は、前記出力部材の内側に配置される、請求項１乃至２０のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
22. 前記基準部材は、前記出力部材の外側に配置される、請求項１乃至２０のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
23. 前記接触表面及び前記牽引表面は、各々、ギア歯を含む、請求項１乃至２２のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
24. 前記ギア歯は丸められる、請求項２３に記載の運動生成装置。
25. 接触表面を備える出力部材と、
    基準部材と、
    該基準部材に取り付けられるアクチュエーション部材と、
    該アクチュエーション部材の空間的に分離される部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は牽引表面を有し、励磁されるときに膨張可能である或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記出力部材の前記接触表面は、前記アクチュエータ部材の前記牽引表面と連続的に接触する、
    運動生成装置。
26. 前記膨張可能な又は収縮可能な材料は、前記出力部材と前記アクチュエータ部材との間の圧縮の下で予荷重される、請求項２５に記載の運動生成装置。
27. 前記膨張可能な又は収縮可能な材料は、電流に応答して膨張可能又は収縮可能であるポリマであり、前記エネルギ源は、前記膨張可能な又は収縮可能な材料と接触する電極を含む、請求項２５又は２６に記載の運動生成装置。
28. 前記出力部材は軸を有し、前記基準部材は前記軸と同心であり、前記アクチュエータ部材の前記空間的に離間する部分は円周方向に離間する、請求項２５、２６又は２７に記載の運動生成装置。
29. 前記出力部材は回転軸を有し、前記出力部材の前記接触表面及び前記牽引表面は、前記出力部材の回転を直線運動に変換するよう、各々、対応する螺旋の形状を有する、請求項２８に記載の運動生成装置。
30. 前記アクチュエータ部材は、少なくとも２つのセグメントで形成される、請求項２８に記載の運動生成装置。
31. 接触表面と回転の軸とを備える出力部材と、
    前記軸について同心の基準部材と、
    該基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、
    該アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記作動部材は牽引表面を有し、該牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記出力部材の前記接触表面及び前記牽引表面は、各々、前記出力部材の回転を直線運動に変換するよう、協働する螺旋の形状を有する、
    運動生成装置。
32. 前記膨張可能な又は収縮可能な材料は、電流に応答指定膨張可能であり或いは収縮可能であるポリマであり、前記エネルギ源は、前記膨張可能な又は収縮可能な材料と接触する電源を含む、請求項３１に記載の運動生成装置。
33. 前記アクチュエータ部材は、軸方向に離間する少なくとも２つのセグメントで形成される、請求項３１又は３２に記載の運動生成装置。
34. 接触表面を備える出力部材と、
    基準部材と、
    該基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材と、
    前記アクチュエータ部材の空間的に分離される部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に係合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は牽引表面を有し、前記牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記膨張可能な又は収縮可能な材料は、電流に応答して膨張可能であり或いは収縮可能であるポリマであり、前記エネルギ源は、前記膨張可能な又は収縮可能な材料と接触する電極を含む、
    運動生成装置。
35. 前記出力部材は軸を有し、前記基準部材は前記軸と同心であり、前記アクチュエータ部材の前記空間的に分離される部分は円周方向に離間する、請求項３４に記載の運動生成装置。
36. 前記アクチュエータ部材は、軸方向に離間する少なくとも２つのセグメントで形成される、請求項３４に記載の運動生成装置。
37. 接触表面と軸とを備える出力部材と、
    前記軸と同心の基準部材と、
    該基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、
    該アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は牽引表面を有し、前記牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記アクチュエータ部材は、軸方向に離間する第１のアクチュエータセグメントと第２のアクチュエータセグメントとを含む、
    運動生成装置。
38. 前記第１のアクチュエータセグメント及び前記第２のアクチュエータセグメントは、軸方向にテーパが付けられた牽引表面を有する、請求項３７に記載の運動生成装置。
39. 前記それぞれの第１のアクチュエータセグメント及び第２のアクチュエータセグメントは、反対にテーパが付けられる、請求項３８に記載の運動生成装置。
40. 接触表面と軸とを有し且つ少なくとも部分的に球形である出力部材と、
    前記軸と同心であり且つ前記出力部材の内側又は外側で回転する少なくとも部分的に球形である基準部材と、
    該基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、
    該アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は牽引表面を有し、前記牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに圧縮可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製される、
    運動生成装置。
41. 前記出力部材及び前記基準部材は、シャフトの上で支持される、請求項４０に記載の運動生成装置。
42. 接触表面と軸とを備える出力部材と、
    前記軸と同心の基準部材と、
    該基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、
    該アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は牽引表面を有し、前記牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記基準部材及び前記出力部材は、各々、前記膨張可能な又は収縮可能な材料の膨張によって生成される力の下で互いに対して軸方向に移動可能である、
    運動生成装置。
43. 接触表面と軸とを備える出力部材と、
    前記軸と同心の基準部材と、
    該基準部材の周りに取り付けられるアクチュエータ部材と、
    該アクチュエータ部材内で該アクチュエータ部材の周りに配置される強化屈曲部と、
    前記アクチュエータ部材の円周方向に離間する部分の順次的な励磁及び作動のために前記アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は牽引表面を有し、前記牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能である或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記強化屈曲部は径方向に外向きに延び、前記膨張可能な又は収縮可能な材料を通じて円周方向に傾斜させられる、
    運動生成装置。
44. 前記強化屈曲部は、それぞれの内向きに凹状の表面及び凸状の表面によって円周方向に境界付けられる、請求項４３に記載の運動生成装置。
45. 接触表面を備える出力部材と、
    基準部材と、
    該基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材とを含み、該アクチュエータ部材は牽引表面を有し、該牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは該牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに前記膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製され、
    前記膨張可能な又は収縮可能な材料は、前記アクチュエータ部材内に配置される空間的に分離される膨張可能な又は収縮可能な部材を含み、各膨張可能な又は収縮可能な材料は、それぞれの軸方向端部に閉込め部材を有し、
    前記膨張可能な又は収縮可能な部材の順次的な励磁及び作動のために各膨張可能な又は収縮可能な部材に動作的に結合させられるエネルギ源を含む、
    運動生成装置。
46. 前記出力部材は軸を有し、前記基準部材は前記軸と同心であり、前記アクチュエータ部材の前記空間的に分離される膨張可能な又は収縮可能な材料は円周方向に離間する、請求項４５に記載の運動生成装置。
47. 前記エネルギ源は、液圧源を含み、前記膨張可能な又は収縮可能な部材は、中空の内部を有し、前記液圧源は、線によって前記中空の内部に結合させられる、請求項４５又は４６に記載の運動生成装置。
48. 前記閉込め部材は、電磁コイルを含む、請求項４５又は４６に記載の運動生成装置。
49. 前記電磁被駆動ピストンから強化部材表面に液圧又は圧力を伝導するよう配置される可撓な低圧縮性材料を更に含む、請求項４８に記載の運動生成装置。
50. 各電磁コイルと関連付けられるフレア付きピストンシリンダを更に含む、請求項４８又は４９に記載の運動生成装置。
51. シールを越える材料の押出しを防止するために全ての封止縁部により高いデュロメータの材料を更に含む、請求項４５乃至５０のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
52. 前記アクチュエータ部材は、前記基準部材と前記出力部材との間にトルク伝導経路を形成する、請求項４５乃至５１のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
53. 接触表面を備え且つ線形である出力部材と、
    基準部材と、
    該基準部材に取り付けられるアクチュエータ部材と、
    該アクチュエータ部材の空間的に分離される部分の順次的な励磁及び作動のために該アクチュエータ部材に動作的に結合させられるエネルギ源とを含み、
    前記アクチュエータ部材は、前記牽引表面を前記接触表面に対して押し付け或いは前記牽引表面を前記接触表面から引っ込めるよう、励磁されるときに膨張可能であり或いは収縮可能である膨張可能な又は収縮可能な材料で少なくとも部分的に作製される、
    運動生成装置。
54. 前記アクチュエータ部材は、加圧チャンバ内に注入される流体によって励磁される作動ゾーンを含む、請求項５３に記載の運動生成装置。
55. 前記基準部材は、前記出力部材の内側に配置される、請求項２５乃至５４のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
56. 前記基準部材は、前記出力部材の外側に配置される、請求項２５乃至５４のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
57. 前記接触表面及び前記牽引表面は、各々、ギア歯を含む、請求項２５乃至５４のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。
58. 前記ギア歯は丸められる、請求項５７に記載の運動生成装置。
59. 前記牽引表面は、前記アクチュエータ部材の膨張可能な材料と異なる材料で作製される、請求項１乃至５８のうちのいずれか１項に記載の運動生成装置。

Images