KR20210040384A - 압전 구동부, 특히 차량 요소용 자동 액추에이터 요소로서 압전 구동부 - Google Patents
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Abstract
길이방향 연장부에 대하여 가역적으로 확장될 수 있고 서로 반대로 향하는 두 단부(32, 34)를 갖고 서로 반대로 향하는 두 개의 측면을 갖는 압전 액추에이터(22)가 압전 구동부에 제공된다. 전환 트랜스미션(70)이 압전 액추에이터(22)에 연결되어 압전 액추에이터(22)의 확장 및 이어지는 수축을 각각 압전 액추에이터(22)의 길이방향 연장부에 대하여 0도가 아닌 각도록 특히 90도의 각도로 향하는 운동으로 전환시킨다. 전환 트랜스미션(70)은 두 개의 수용 림(28, 30)을 갖는 탄성 클립(26)을 갖고, 수용 림은 서로 반대쪽에 배치되어 있고 서로 간격을 두고 이격되어 있으며, 수용 림 사이에서 연장하고 압전 액추에이터의 위치에 대하여 압전 액추에이터(22)의 반대측에 있는 적어도 하나의 섹션(50, 52)을 갖고, 또는 압전 액추에이터의 방향으로 휘어진 섹션(50, 52)을 갖는다. 압전 액추에이터(22)는 수용 림에 대하여 지지되고, 클립(26)의 연결 림(46, 48)은 압전 액추에이터(22)의 두 측면 중 하나의 측면에 배열되어 있다.
Description
본 발명은 압전 구동부로서 특히 차량 요소용 자동 액추에이터로서 사용하기 위한 그리고 조작 장치의 햅틱 피드백을 생성하는 압전 구동부에 관한 것이다.
압전 구동부는 다양한 애플리케이션으로 사용된다. 여기에서, 전기적으로 구동될 때 작용 방향으로 압전 요소의 길이 가변성이라는 이점을 얻을 수 있어서, 요소나 유닛이 이동하도록 기계적으로 여기시킬 수 있다. 자동차 산업에서의 애플리케이션은 압전 구동부를 사용하여 조작 장치의 햅틱 피드백을 생성하는 것이다. 이러한 조작 장치는 터치 스크린이나 터치 패드를 포함하며, 이는 유효한 수동 조작이 감지된 경우 일시적으로 또는 펄스 방식으로 기계적으로 여기된다. 이런식으로, 햅틱 피드백을 얻을 수 있고, 햅틱 피드백에 의해 조작자는 유효한 조작에 대하여 촉각 반응을 수신한다. 본 발명은 특히 트랜스미션을 갖는 압전 액추에이터에 관한 것이며, 이는 또한 전문 그룹에서 기계적인 증폭을 갖는 압전 액추에이터라고 부른다.
압전 액추에이터 또는 이러한 액추에이터의 압전식으로 작동하는 요소의 길이 가변성은 촉각적으로 인지하기에 충분히 크지만, 종종 각각의 애플리케이션 때문에 충분하지 않다. 길이 가변성을 늘리기 위해, 적층된 복수의 압전 요소들(이하 압전 요소라고 부름)을 포함하는 압전 액추에이터가 구현된다. 이러한 압전 액추에이터는 기계적으로 이동 전환 구조 또는 대응하는 전환 트랜스미션에 작용하며, 이를 통해 비교적 큰 힘에서 발생하는 작용 방향의 압전 액추에이터의 작은 길이변화가 대응하는 작은 힘을 갖는 큰 움직임으로 변환된다.
전환 트랜스미션을 갖는 압전 구동부에 대한 예들이 DE-U-20 2008 017 833, US-B-6 246 132, US-A-4 952 835, WO-A-2017/1762019, US-B-9 523 294, EP-A-3 056 977, WO-A-2014/164018, WO-A-2016/067831, US-B-6 465 936, WO-A-2014/096565, US-A-2016/0 027 263, DE-A-10 2016 116 763, JP-A-2008-287402, EP-A-1 035 015, DE-B-23 05 277, DE-C-42 14 220 및 DE-B-199 81 030에 설명되어 있다.
보통, 접착 기술을 사용하여 압전 액추에이터를 전환 구조와 연결시킨다. 대량 생산시, 이러한 것들은 큰 노력을 수반한다.
본 발명의 목적은 제조와 관련하여 기계적인 증폭이 향상된 그리고 에러에 대한 민감도가 향상된 압전 액추에이터를 갖는 압전 구동부를 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해,
압전 구동부, 특히 차량 요소용 자동 액추에이터로서, 예를 들어 조작 장치에서 햅틱 피드백을 생성하기 위한, 압전 구동부에 있어서,
- 압전 물질로 이루어진 압전 액추에이터로서, 두 단부 사이에 길이방향 연장부를 갖고, 상기 단부는 각각 서로 반대로 향하는 전방면을 갖고, 상기 길이방향 연장부는 상기 압전 액추에이터의 작용 방향을 한정하고, 상기 작용 방향을 따라 상기 압전 액추에이터가 확장(expand)하고 수축(contract)하는, 압전 액추에이터, 및
- 상기 압전 액추에이터의 작용 방향에서 발생하는 상기 압전 액추에이터의 확장 및 이어지는 수축을, 각각 상기 압전 액추에이터의 길이방향 연장부에 대하여 0도가 아닌 각도로 특히 90도의 각도로 향하는 운동으로 전환하도록, 상기 압전 액추에이터와 연결된 전환 트랜스미션을 구비하고,
- 상기 전환 트랜스미션은 탄성 브래킷 및/또는 탄성 물질을 포함하는 브래킷을 포함하고, 상기 브래킷은 반대편에 배열되어 이격된 두 개의 수용 레그와 상기 수용 레그 사이에서 연장하고 적어도 하나의 섹션을 갖는 연결 레그를 포함하고, 상기 적어도 하나의 섹션은 상기 압전 액추에이터의 위치에 대하여 멀어지는 방향으로 또는 다가가는 방향으로 아치형태로 휘어져 있고,
- 상기 압전 액추에이터는 두 단부에서 상기 수용 레그에 의해 접착 없이 접촉하는 상태로 수용되고, 상기 브래킷의 연결 레그는 상기 압전 액추에이터의 측면에 배열되어 있는, 압전 구동부가 제공된다.
본 발명의 구동부의 압전 액추에이터는 전기적으로 구동되는 경우 작용 방향에 대하여 가역적으로 확장될 수 있고, 서로 반대로 향하는 두 단부를 포함하고, 두 단부 사이에 하나 또는 복수의 압젼 요소들이 적층되어 있다. 압전 요소 또는 압전 요소들을 전기적으로 구동함으로써, 압전 액추에이터는 작용 방향을 따라 확장된다. 구동 압력이 비활성화되면, 압전 액추에이터는 탄성 때문에 다시 수축된다. 압전성 활성 물질로서 세라믹이 널리 알려져 있다. 그러나, 현재 여전히 연구중인 프린팅 가능한 압전성 폴리머를 사용할 수도 있다.
압전 액추에이터는 (이동) 전환 트랜스미션과 연결되어 있고, 이는 압전 액추에이터의 확장 및 이어지는 수축을 압전 액추에이터의 길이방향 연장부에 대하여 바람직하게는 90°로 향하는 그리고 압전 액추에이터의 길이가 변하는 방향에 직각으로 향하는 (반대) 이동으로 전환시킨다. 길이 변화 방향과 전환 트랜스미션의 이동 방향 사이의 90°가 아닌 각도, 즉, 90°와 0° 사이의 각도도 구조적으로 가능하다. 가장 간단한 경우로서, 전환 트랜스미션은 탄성을 갖도록 구성된 브래킷에 의해 구현된다. 브래킷의 탄성은 구조적인 수단을 통해서 또는 재료의 선택에 의해서 실현될 수 있다. 적어도 압전 액추에이터를 따라가는 섹션에서, 브래킷은 압전 액추에이터로부터 가변 거리로 연장된다. 브래킷은 반대편에 있으면서 이격된 두 개의 수용 레그를 포함하고, 레그 사이에 브래킷의 연결 레그가 연장된다. 따라서, 측면에서 보았을 때, 브래킷은 기본적으로 U 형상으로 되어 있다. 연결 레그에, 상술한 섹션이 위치하며, 브래킷의 수용레그 사이에서 연장되는 길이방향 축으로부터의 연결 레그의 간격은 변하며, 즉 증가하거나 번갈아가면서 감소하며, 이는 제1 간격값(압전 액추에이터의 길이방향 축으로부터의 간격)에서 시작한다.
압전 액추에이터는 전환 트랜스미션의 브래킷의 수용 레그들 사이에 클램핑되어 고정되어 있다. 여기에서, 압전 액추에이터는 양 단부에 의해 수용 레그와 접하거나 이에 의해 수용되어, 브래킷의 연결 레그는 압전 액추에이터의 옆에서 실질적으로 측면방향으로 연장되고, 압전 액추에이터로부터 이격되어 연장하며 특히 이격된 간격은 상술한 섹션에서 변한다. 만일, 전기적으로 구동되었을 때 압전 액추에이터가 작용 방향으로 확장되면, 그 결과 탄성 브래킷이 늘어나서, 압전 액추에이터로부터 상술한 (간격 변화) 섹션의 간격이 변하게 된다. 이러한 변화는 요소, 부품, 유닛 등등을 이동시키는데 사용된다.
압전 액추에이터의 단부를 둘러싸는 브래킷의 수용 레그(수용 요소를 포함할 수도 있음) 사이에 있는 브래킷의 연결 레그의 (간격 변화) 섹션의 형상은, 연결 섹션에 영향을 주는 이동 스트로크의 양(및 이동 방향)과, 이동 스트로크와 압전 액추에이터 길이방향 확장의 비율 크기를 결정한다. 이러한 상황에서, 예를 들어 어느 각도에서 (간격 변화) 섹션의 부분들이 압전 액추에이터의 길이방향 축에 대하여 연장되는지가 중요하다(예를 들어 섹션의 사다리꼴 또는 U형상 또는 원호형상의 코스).
본 발명에 따르면, 압전 액추에이터는 수용 레그에 접착식으로 연결되지 않는다. 그보다는, 압전 액추에이터는 바람직하게 수용 레그에 의해 실질적으로 형상맞춤(positive) 방식으로 수용되고, 수용 레그에 접하는데 접착에 의해 연결되는 것이 아니다. 이는 압전 액추에이터의 전방에 적용된다. 필요하면, 전방에 인접하는 압전 액추에이터의 외주면의 섹션이, 브래킷 또는 브래킷들의 수용 레그에 접한다. 예를 들어, 수용 레그는 대응하는 수용 리세스를 갖는 수용 요소를 포함할 수 있고, 수용 리세스에 압전 액추에이터의 단부가 삽입된다.
본 발명의 압전 액추에이터의 단부가 전환 트랜스미션의 수용 레그와 접착 없이 연결되기 때문에, 압전 액추에이터는 인장력에 대하여 보호되며, 이 인장력에 압전세라믹 물질이 일반적으로 매우 민감하게 반응한다. 만일 전기적으로 구동되지 않은 정지 위치에서 시작하여, 본 발명에 따라 구현된 압전 액추에이터가 갑자기 수축하면, 본 발명은 별다른 위험 없이 수축을 허용하게 될 것인데, 이는 수축과 관련하여 압전 액추에이터와 브래킷의 수용 레그 사이에 고정된 연결이 없기 때문이다. 또한, 이는 외부의 적절하지 않은 힘에 대하여 보호를 하게 되는데, 이 힘은 압전 액추에이터와 압전 요소를 당겨서 분리되도록 할 수 없는 힘이다.
바람직한 추가 실시예에서, 전환 트랜스미션은 브래킷의 다른 연결 레그의 맞은편에 있고 아치형 형상인 추가 연결 레그를 포함할 수 있고, 두 연결 레그는 서로 거의 대칭이다. 따라서, 추가 연결 레그는 수용 레그 사이의 연장부를 따라 적어도 하나의 섹션을 포함하며, 수용 레그 사이에서 연장하는 길이방향 축으로부터 추가 연결 레그의 간격은, 수용 레그 사이의 연장부를 따라 제3 간격값으로부터 제4 간격값까지, 처음에는 증가 - 또는 감소 - 한다. 본 발명의 이 실시예에서, 전환 트랜스미션은 압전 액추에이터의 반대편 측면들에 배치된 두 개의 연결 레그를 갖고, 각각의 레그는 적어도 하나의 섹션 내에 압전 액추에이터에 대하여 변하는 압전 액추에이터로부터의 간격을 갖는다. 따라서, 전환 트랜스미션은 압전 액추에이터 주위에서 연장하는 (프레임) 브래킷을 포함하고, 여기에 압전 액추에이터가 배치되어 있고, 그 단부는 프레임과 접하며, 즉 브래킷의 수용 레그와 접한다. 전환 트랜스미션은 수용 레그의 영역에 수용 요소를 포함할 수 있고, 수용 요소는 이에 맞춰지거나 수용된다. 그러나, 수용 레그 자체도, 예를 들어 모든 면의 주위에서 결합하는 수용 요소 상에 압전 액추에이터의 단부로서 형성될 수 있다.
본 발명의 상술한 개량사항에 따라 전환 트랜스미션의 브래킷의 두 연결 레그는 서로 대칭적으로 연장될 수 있는데 이 경우 압전 액추에이터의 중앙 길이방향 축은 대칭축을 형성하고, 상기 두 연결 레그는 서로 대칭적으로 연장되지 않을 수도 있다. 구조와 디자인에 따라, 그리고 간격 변화 섹션 내의 브래킷의 연결 레그 또는 연결 레그들의 경로에 따라, 방향 및 이동 스트로크가 정의되고, 이 방향 및 이동 스트로크로 압전 액추에이터의 길이 변화의 움직임이 전환된다.
본 발명의 적절한 추가 실시예에서, 타원, 렌즈 또는 타원체 형상을 갖는 브래킷이 형성되고, 수용 레그가 타원, 렌즈 또는 타원체의 장축의 단부에 배열되고, 길이방향 축으로부터의 간격을 변하게 하는 연결 레그의 섹션에 대하여 타원, 렌즈 또는 타원체 브래킷의 단축을 형성한다.
타원체, 렌즈, 또는 타원과 관련하여, 장축과 단축이 형성될 수 있다. 장축은 타원, 렌즈 또는 타원체 형상에 의해 정의되는 두 직경 중 더 긴 직경이다. 압전 액추에이터는 타원체 또는 타원 형상의 주축 또는 단축을 따라 연장되어 있다. 이에 대응하여, 두 브래킷의 길이 변화 섹션이 단축을 따라 또는 장축을 따라 놓여 있게 된다.
이미 상술한 것처럼, 브래킷의 두 수용 레그는 수용 요소를 포함할 수 있고, 수용 요소의 수용 리세스로 압전 액추에이터의 단부가 삽입된다. 수용 요소는 바람직하게 나사, 핀, 리벳 등등의 기계적인 고정 요소에 의해 브래킷의 수용 레그에 결합된다.
전환 트랜스미션의 제조에 있어서 주조 또는 밀링 작업이 필요하지 않으면 바람직하다. 이와 관련하여, 펀칭된, 절삭된, 레이저가공된 금속으로부터 전환 트랜스미션을 제작하는 것이 바람직하다. 여기에서, 바람직하게는 브래킷이 서로 반대로 향하는 두 단부를 갖는 금속 스트립 요소로서 구성되는 것이 적합하고, 이 요소는 측면에서 보았을 때 C 형상으로 휘어져 있고, 금속 스트립 요소의 길이방향에 위치하는 중간 섹션은 브래킷의 하나의 수용 레그를 형성하고, 금속 스트립 요소의 두 단부는 브래킷의 다른 수용 레그를 형성하고, 수용 요소가 브래킷의 수용 레그를 형성하는 금속 스트립 요소의 두 단부 사이에 배치된다. 두 개의 마주하는 러그가 중간 섹션의 측면에 배치되고, 같은 방향으로 각도를 형성하여 중간 섹션과 함께, 모든 측면에서 압전 액추에이터의 단부와 접하는 용기를 형성한다. 이 러그는 또한 금속 스트립 요소의 단부 중 하나에 제공될 수 있고, 러그는 같은 방향으로 각도를 형성한 후에 브래킷의 다른 수용 레그에서 압전 액추에이터의 다른 단부를 위한 용기를 형성한다.
이미 상술한 것처럼, 압전 액추에이터는 전환 트랜스미션 또는 브래킷에 클램핑되어 고정되어야만 하고, 이는 약간의 길이 변화에도 브래킷을 늘어나게 하기 위해서 이다. 이와 관련하여, 바람직하게, 브래킷은 두 수용 레그 중 하나에 배열된 텐션 요소를 갖고, 압전 액추에이터의 단부의 전방면에 받침을 형성하도록 그리고 연결 축의 코스의 방향으로 압전 액추에이터에 가해지는 압력을 정의하도록 수용 레그 상에 위치되어 고정될 수 있다.
바람직하게 텐션 요소는 조정 나사이며, 나사산 샤프트 단부가 압전 액추에이터의 전방 단부 중 하나에 작용하거나, 단부를 수용하는 수용 요소에 작용하며, 이는 압전 액추에이터에 대항하는 방향으로 이동/추진 시키기 위해서 이다.
상술한 것처럼, 전환 트랜스미션은 대응하여 휘어진 타원, 렌즈 또는 타원체 형상의 금속 스트립을 포함할 수 있다. 금속 스트립은 중간 섹션에 대하여 휘어져 있다. 이 중간 섹션은 압전 액추에이터의 단부를 위한 용기를 형성한다. 금속 스트립 요소의 자유 단부는 압전 액추에이터의 다른 단부를 위한 제2 용기를 형성하도록 휘어져 있다. 금속 스트립 요소의 두 단부는 서로 연결될 수 있고 나사에 의해 함께 고정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에에서, 이 나사는 또한 압전 액추에이터에 조임력(pretension)을 가하기 위해 상술한 조정 나사의 기능을 수행할 수도 있다.
아래에서는 두 실시예와 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명할 것이다. 구체적으로 도면은 다음과 같다:
도 1은 햅틱 피드백을 생성하여 손으로 터치하는 입력에 대한 촉각 반응을 제공하도록 압전 액추에이터에 의해 펄스방식으로 여기되는 터치 패드 또는 터치 스크린을 포함하는 차량 조작 유닛의 개략적인 정면도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 조작 유닛에서 사용될 수 있는 압전 구동부의 제1 실시예의 구성요소들을 나타내는 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 조작 유닛에서 사용될 수 있는 압전 구동부의 제2 실시예의 구성요소들을 나타내는 도면들이다.
도 1은 햅틱 피드백을 생성하여 손으로 터치하는 입력에 대한 촉각 반응을 제공하도록 압전 액추에이터에 의해 펄스방식으로 여기되는 터치 패드 또는 터치 스크린을 포함하는 차량 조작 유닛의 개략적인 정면도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 조작 유닛에서 사용될 수 있는 압전 구동부의 제1 실시예의 구성요소들을 나타내는 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 조작 유닛에서 사용될 수 있는 압전 구동부의 제2 실시예의 구성요소들을 나타내는 도면들이다.
도 1은 차량용 조작 유닛(10)의 정면도이며, 조작 요소(12)는 터치 스크린 또는 터치 패드로 구성되어 있고, 여기에서 펄스방식의 기계적인 여기(excitation)(햅틱 피드백)에 의해, 유효한 조작 명령이 입력되면 촉각반응으로 피드백이 이루어진다. 이를 위해, 조작 유닛(10)은 압전 구동부(14)를 포함하며, 압전 구동부는 예를 들어 조작 유닛(10)의 하우징(16)의 하우징벽(17)과 그 조작 요소(12) 사이에 배열되어 작용한다. 터치에 반응하는 입력 옵션을 제공하는 조작 요소(12)외에도, 조작 유닛(10)은 예를 들어 버튼(18) 및/또는 회전 조정기(20)와 같은 다른 조작 요소를 포함할 수 있다.
압전 구동부(14)의 제1 실시예가 도 2 내지 도 5에 도시되어 있다. 압전 구동부(14)에는 압전 액추에이터(22)가 제공되며, 압전 액추에이터는 개별 압전 요소(24)들의 스택을 포함한다. 명확하게 하기 위해 압전 요소(24)의 전기적인 접촉은 도면에 도시하지 않았다. 압전 구동부(14)는 금속 브래킷(26)을 더 포함하고, 금속 브래킷은 이 실시예에서 두 개의 수용 레그(28, 30)를 구비하며, 수용 레그에 의해서 압전 액추에이터(22)의 단부(32, 34)는 단부의 전방면(33, 35)에 의해 수용되고, 전방면(33, 35)은 서로 반대로 향하는 방식으로 배치되어 있다. 이를 위해, 수용 요소(36)는 제1 수용 레그(28)에 인접하며, 제1 수용 레그는 압전 액추에이터(22)의 각각의 단부(32)에 대하여 수용 리세스(38)를 포함하며, 이는 도 4에서 구체적으로 볼 수 있다. 다른 수용 레그(30)는 다른 수용 요소(40)로서 형성되어 있고, 다른 수용 요소는 또한 압전 액추에이터(22)의 다른 단부(34)의 수용 리세스(42)를 포함한다. 양 수용 요소(36, 40)는 나사(44)를 통해 브래킷(26)에 고정된다.
이 실시예에서, 두 연결 레그(46, 48)는 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30) 사이에서 연장되어 있고, 그 연결 레그(46)는 압전 액추에이터(22)의 한 쪽에 배치되어 있고, 다른 연결 레그(48)는 압전 액추에이터(22)의 반대편 측에서 이전에 언급한 제1 연결 레그(46)의 반대편에 배치되어 있다. 두 연결 레그(46, 48)의 특징은, 각각의 레그가 연결 섹션(50, 52)을 각각 갖고, 연결 섹션 내에서 각각의 연결 레그(46)가 압전 액추에이터(22)로부터 떨어져 있는 간격이 변하고, 즉 이 실시예에서는 간격이 증가하고 다시 감소힌다. 따라서, 각각의 연결 섹션(50)은 정점 영역(54, 56)을 포함하며, 다시 말하면 이 영역은 압전 액추에이터에서 가장 멀리 떨어져 있는 영역이다. 두 개의 연결 레그(46, 48)는 압전 액추에이터에서 보았을 때 압전 액추에이터(22)에 대하여 바깥쪽으로 튀어나오도록 연장되어 있는데, 반대방향으로도 튀어나올 수 있다. 나아가, 하나의 연결 레그는 볼록, 즉 압전 액추에이터(22)로부터 멀어지는 방향으로 튀어나와 있고, 반면 다른 연결 레그는 오목, 즉 압전 액추에이터(22) 쪽으로 튀어나와 있는 것이 가능하다.
정점 영역(54, 56) 내에서, 브래킷(26)은 한편으로는 조작 요소(12)에 고정되고 다른 한편으로는 하우징(16)에 고정되며, 이는 도 1에 도시되어 있다. 예를 들어 나사(57)를 이러한 목적에 이용할 수 있다.
전압이 압전 액추에이터(22)에 인가되면, 액추에이터는 길이방향으로, 즉 축(58)의 연장방향으로 확장된다. 그 결과, 연결 레그(46, 48)의 섹션(50, 52)은 압전 액추에이터(22) 쪽으로 움직인다. 따라서, 도 1에 도시된 애플리케이션과 같이, 조작 요소(12)는 화살표(60) 방향으로 이동되고, 전압이 압전 액추에이터(22)에 더 이상 인가되지 않을 때 다시 화살표(62) 방향으로 돌아온다. 이러한 프로세스 중에, 압전 액추에이터(22)는 우선 확장하고, 연결 레그(46, 48)는 서로를 향해 움직이고(도 1의 화살표(64, 65) 참고), 전압이 더 이상 인가되지 않을 때 서로 멀어지는 방향으로 움직인다. 따라서 연결 레그(46, 48)를 갖는 브래킷(26)은 이동 전환 트랜스미션(70)을 형성한다.
본 발명의 압전 구동부(14)의 구조가 갖는 장점은, 두 단부(32, 34)에서 압전 액추에이터(22)가 수용 리세스(38, 42) 내의 수용 요소(36, 40)와 접하면서 접착되지 않는 것이다. 압전 액추에이터(22)가 전기적으로 여기되지 않은 상태에서, 압전 액추에이터(22)의 단부(32, 34)는 수용 리세스(38, 42)의 바닥과 접촉하고, 압전 액추에이터(22)는 안착 위치에 있을 때 브래킷(26) 내에 클램핑된 상태가 유지되어야 한다. 이러한 목적은, 텐션 요소(66)에 의해 달성되며, 텐션 요소는 이 실시예에서 예를 들어 도 4에 도시된 텐션 나사(68)의 형태로 되어 있고, 텐션 나사는 샤프트 단부(71)에 의해 압전 액추에이터(22)의 단부들 중 하나(이 실시예에서는 단부(32))와 접한다.
브래킷(26)의 구조는 도 4 및 도 5에서 볼 수 있다. 간단한 방법으로, 브래킷(26)은 금속 스트립 요소(71)로 구성되고, 길이방향에서 보았을 때, 중간 섹션(74)은 제1 수용 레그(28)를 형성한다. 두 연결 레그(46, 48)에 대한 섹션(76, 78)은 중간 섹션(74)의 양쪽에 위치한다. 두 섹션(76, 78) 내에, 정점 영역(54, 56)에 대한 영역도 놓여 있다. 도 4 및 도 5에 대응하는 브래킷(26) 디자인이 갖는 장점은, 브래킷을 펀칭된 금속 부분으로 제작할 수 있다는 것이다. 따라서, 브래킷(26)을 제작함에 있어서 주조 작업이나 밀링 작업이 필요하지 않다.
특히 도 2 및 도 5를 참고하여 볼 수 있듯이, 브래킷(26)은 본질적으로 타원 또는 타원체 형상이다. 연결 레그(46) 내에, 연결 섹션(50)은 제1 간격값(도 5의 도면부호 80에서 연결 섹션(50)이 압전 액추에이터(22)로부터 떨어진 간격 참고)으로부터 시작하여 더 큰 제2 간격값(도 5의 도면부호 82에서 정점 영역(54, 56)이 압전 액추에이터(22)로부터 떨어진 간격 참고)까지 연장되고, 이는 각 연결 레그의 정점 영역(54, 56)의 영역 내에 있고, 거기로부터 더 작은 추가 간격값(다시 도 5를 참고하면 도면부호 84에서, 이 실시예에서 도면부호 80에서의 간격값과 동일한 간격)으로 감소하고, 이는 예를 들어 제1 간격값과 동일할 것이다. 따라서, 예를 들어, 양 연결 레그(46, 48)가 대응하도록 형상이 만들어지면 대칭구조의 브래킷(26)을 얻을 수 있는데, 이는 본 발명의 목적을 위하여 의무적인 사항이 아니다. 두 개의 연결 레그(46, 48)는 또한 서로에 대하여 대칭이 아니도록 형성될 수도 있다. 이와 같이, 연결 섹션(52)의 시작지점에서 연결 레그(48)의 간격(도 5에서 도면부호 81 참고)는 연결 섹션(50)의 간격값(80)과 동일하거나 다를 수 있다. 정점 영역(56) 내의 (제4) 간격값(83)(도 5에서 도면부호 83 참고)은 간격(82)과 동일하거나 다를 수 있다. 연결 섹션(52)의 간격값(85)은 연결 섹션(50)의 간격값(81)과 다를 수 있다.
도 6 내지 도 8에 본 발명의 압전 구동부(14')의 제2 실시예가 도시되어 있다. 압전 구동부(14')의 각각의 부분들이 구조나 기능에 있어서 도 2 및 도 5의 압전 구동부(14)의 요소들과 비슷한 한, 도 2 및 도 5와 동일한 도면부호로 도 6 내지 도 8에서 식별될 수 있다. 도 2 내지 도 5의 실시예서와 같이, 도 6 내지 도 8의 압전 구동부(14')의 브래킷(26)은 휘어진 금속 스트립 요소(72)로 디자인되어 있다. 그러나, 도 2 내지 도 5의 실시예에서, 수용 레그에는 별개의 수용 요소(36, 40)가 제공되는 반면, 이 수용 요소(36, 40)는 도 6 내지 도 8의 실시예에서 금속 스트립 요소(72)의 각각의 벤딩 러그를 사용하여 형성된다. 금속 스트립 요소(72)는 중간 섹션(74)에, 측면에 배열된 두 개의 벤딩 러그(86)를 갖는다. 두 개의 벤딩 레그(88)가 금속 스트립 요소(72)의 두 단부(90, 92) 중 하나에 추가로 형성된다. 이 실시예에서, 나아가, 도 7에 도시되어 있듯이 양 단부(90, 92)에 더 작은 벤딩 러그(94)가 배치되어 있다.
완전히 휘어진 상태, 따라서 금속 스트립 요소(72)의 최종 상태에서, 도 6 및 도 7에 따른 브래킷(26)의 형상을 갖는다. 도 8을 보면, 이 경우 각각의 벤딩 러그가 어떤 형상을 갖는지 명확히 알 수 있다. 추가적으로 금속 스트립 요소(72)의 두 단부(90, 92)는 각각 하나의 구멍(96)을 갖는다. 휘어진 상태에서, 두 구멍(96)은 도 8에 도시된 것처럼 서로 포개어져 있는 금속 스트립 요소의 두 단부(90, 92)에 의해 정렬된다. 텐션 나사(68)는 텐션 요소(66)로서 정렬된 구멍(96)을 통과하고, 텐션 요소는 예를 들어 수용 레그(30)의 내부에 안착하는 나사 너트(도시 안됨)와 나사 결합되거나, 텐션 나사(68)용 암 나사산 보어를 갖는 요소와 나사 결합된다.
결론적으로, 브래킷 또는 금속 스트립에는 굽힘 라인에(예를 들어 도 2 및 도 6 참고) 스탬핑이나 크림프가 제공되고, 힌지 방식으로 작용하고 따라서 필름 힌지와 같이 형성될 수 있다는 점에 주목하여야 한다.
10
조작 유닛
12 조작 요소
14 압전 구동부
14' 압전 구동부
16 하우징
17 하우징 벽
18 버튼
20 회전 조정기
22 압전 액추에이터
24 압전성 요소(압전 요소)
26 금속 브래킷
28 수용 레그
30 수용 레그
32 압전 액추에이터의 단부
33 압전 액추에이터의 전방
34 압전 액추에이터의 단부
35 압전 액추에이터의 전방
36 수용 요소
38 수용 리세스
40 수용 요소
42 수용 리세스
44 나사
46 연결 레그
48 연결 레그
50 연결 섹션
52 연결 섹션
54 정점 영역
56 정점 영역
57 나사
58 축
60 화살표
62 화살표
64 화살표
65 화살표
66 텐션 요소
68 텐션 나사
70 전환 트랜스미션
71 샤프트 단부
72 금속 스트립 요소
72' 금속 스트립 요소
74 중간 섹션
76 섹션
78 섹션
80 제1 간격값
81 제3 간격값
82 제2 간격값
83 제4 간격값
84 추가 간격
85 추가 간격
86 벤딩 러그
88 벤딩 러그
90 단부
92 단부
94 벤딩 러그
96 구멍
12 조작 요소
14 압전 구동부
14' 압전 구동부
16 하우징
17 하우징 벽
18 버튼
20 회전 조정기
22 압전 액추에이터
24 압전성 요소(압전 요소)
26 금속 브래킷
28 수용 레그
30 수용 레그
32 압전 액추에이터의 단부
33 압전 액추에이터의 전방
34 압전 액추에이터의 단부
35 압전 액추에이터의 전방
36 수용 요소
38 수용 리세스
40 수용 요소
42 수용 리세스
44 나사
46 연결 레그
48 연결 레그
50 연결 섹션
52 연결 섹션
54 정점 영역
56 정점 영역
57 나사
58 축
60 화살표
62 화살표
64 화살표
65 화살표
66 텐션 요소
68 텐션 나사
70 전환 트랜스미션
71 샤프트 단부
72 금속 스트립 요소
72' 금속 스트립 요소
74 중간 섹션
76 섹션
78 섹션
80 제1 간격값
81 제3 간격값
82 제2 간격값
83 제4 간격값
84 추가 간격
85 추가 간격
86 벤딩 러그
88 벤딩 러그
90 단부
92 단부
94 벤딩 러그
96 구멍
Claims (16)
- 압전 구동부, 특히 차량 요소용 자동 액추에이터로서 조작 장치에서 햅틱 피드백을 생성하기 위한, 압전 구동부에 있어서,
- 압전 물질로 이루어진 압전 액추에이터(22)로서, 두 단부(32, 34) 사이에 길이방향 연장부를 갖고, 상기 단부는 각각 서로 반대로 향하는 전방면(33, 35)을 갖고, 상기 길이방향 연장부는 상기 압전 액추에이터(22)의 작용 방향을 한정하고, 상기 작용 방향을 따라 상기 압전 액추에이터(22)가 확장하고 수축하는, 압전 액추에이터, 및
- 상기 압전 액추에이터(22)의 작용 방향에서 발생하는 상기 압전 액추에이터(22)의 확장과 후속하는 수축을 각각 상기 압전 액추에이터(22)의 길이방향 연장부에 대하여 0도가 아닌 각도, 특히 90도의 각도의 운동으로 전환하도록 상기 압전 액추에이터(22)와 연결된 전환 트랜스미션(70)을 구비하고,
- 상기 전환 트랜스미션(70)은 탄성 브래킷(26) 및/또는 탄성 물질을 포함하는 브래킷(26)을 포함하고, 상기 브래킷은 두 개의 마주하면서 이격된 수용 레그(28, 30)와 상기 수용 레그 사이에서 연장하고 적어도 하나의 섹션(50, 52)을 갖는 연결 레그(46, 48)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 섹션은 상기 압전 액추에이터(22)의 위치에 대하여 멀어지는 방향으로 또는 다가가는 방향으로 아치형태로 휘어져 있고,
- 상기 압전 액추에이터(22)는 두 단부(32, 34)에서 상기 수용 레그(28, 30)에 의해 접착 없이 접촉하는 상태로 수용되어, 상기 브래킷(26)의 연결 레그(46, 48)는 상기 압전 액추에이터(22)의 측면에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항에 있어서,
연결 레그(46, 48)의 간격은 제1 간격값(80)에서 시작하여 제2 간격값(82) 까지 상기 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30) 사이의 연장부를 따라 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제2항에 있어서,
연결 레그(46, 48)의 간격은 제2 간격값(82)에서 시작하여 특히 제1 간격값(80) 까지 상기 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30) 사이의 연장부를 따라 다시 감소 또는 증가하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전환 트랜스미션(70)은 상기 브래킷(26)의 다른 연결 레그(46, 48)의 반대편에 있고 아치형 구조로 되어 있는 추가 연결 레그(46, 48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제4항에 있어서,
두 개의 상기 레그(46, 48)는 서로에 대하여 본질적으로 대칭인 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 추가 연결 레그(46, 48)의 간격은 제3 간격값(80)에서 시작하여 제4 간격값(82) 까지 상기 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30) 사이의 연장부를 따라 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제6항에 있어서,
상기 수용 레그(28, 30) 사이에서 연장하는 상기 길이방향 축으로부터의 상기 브래킷(26)의 상기 추가 연결 레그(46, 48)의 간격은, 제4 간격값(83)에서 시작하여 제3 간격값(81) 까지 상기 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30) 사이의 연장부를 따라 다시 감소 또는 증가하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
두 개의 상기 연결 레그(46, 48)는 두 개의 상기 수용 레그(28, 30) 사이에서 연장하는 길이방향 축에 대하여 대칭이거나,
상기 제1 간격값(80)은 상기 제3 간격값(81)과 다르고, 상기 제2 간격값(82)이 적용되는 경우에는 상기 제2 간격값은 적용될 수 있는 상기 제4 간격값(83)과 다른 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브래킷(26)은 타원, 렌즈, 또는 타원체 형상으로 되어 있고,
상기 수용 레그(28, 30)는 상기 타원, 렌즈, 또는 타원체의 장축의 단부에 배열되어 있고, 타원, 렌즈 또는 타원체 형상의 상기 브래킷(26)의 단축은 상기 길이방향 축으로부터의 간격에 대하여 변하는 상기 연결 레그(46, 48)의 섹션(50, 52)의 영역에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30)는 서로 반대로 향하는 적어도 두 개의 측면에서 그리고 특히 모든 측면에서 상기 압전 액추에이터(22)의 단부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제10항에 있어서,
상기 수용 레그(28, 30) 중 적어도 하나 및 특히 상기 수용 레그(28, 30) 둘 다, 고정 수단에 의해 상기 수용 레그와 연결된 수용 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브래킷(26)은 두 개의 반대편 단부를 갖고 측면에서 보았을 때 C 형상으로 휘어져 있는 금속 스트립 요소(72, 72')로 구성되어 있고,
상기 금속 스트립 요소(72, 72')의 길이방향 연장부에 놓여 있는 중간 섹션(74)은 브래킷(26)의 하나의 수용 레그(28, 30)를 형성하고, 상기 금속 스트립 요소(72, 72')의 두 단부가 상기 브래킷의 제2 수용 레그(28, 30)을 형성하거나 상기 브래킷(26)의 수용 레그(28, 30)를 형성하는 수용 요소가 상기 금속 스트립 요소(72, 72')의 두 단부 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브래킷(26)은 상기 두 개의 수용 레그(28, 30) 중 하나에 배열되는 텐션 요소(66)를 포함하며, 상기 텐션 요소는 상기 압전 액추에이터(22)의 단부 중 하나의 전방면에 받침을 형성하고 상기 압전 액추에이터(22)의 축(58)의 연장부의 방향으로 상기 압전 액추에이터(22)에 공정 중에 인가되는 압력을 형성하도록 상기 브래킷(26)이 상기 수용 레그(28, 30)에 위치되어 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제13에 있어서,
상기 텐션 요소(66)는 조정 나사(68)이거나 조정 나사(68)에 의해 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정 나사(68)는 추가적으로 브래킷(26)의 모양으로 휘어진 금속 스트립 요소(72, 72')의 두 단부를 서로 연결시키고, 상기 단부는 서로 중첩되어 상기 브래킷(26)의 받침 레그를 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 액추에이터(22)는 압전 요소(24) 또는 상기 압전 액추에이터(22)의 작용 방향으로 적층된 복수의 압전 요소(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 구동부.
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