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公開番号2025060697
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2024218907,2021571907
出願日2024-12-13,2020-06-03
発明の名称光学アクチュエータ
出願人フィッシャーグレゴリースコット,カルヴァリョパウロアルベルト,ザオジャンユエ,ニクズクリストファージュリアス
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F03G 7/00 20060101AFI20250403BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】直接作業させるための機械式移動を創出する光学アクチュエータを提供する。
【解決手段】フォトニックエネルギーによって動力が供給される本発明によるアクチュエータは、電磁放射線に露出されたときに第1の非変形状態から第2の変形状態に変形し且つ電磁放射線を除去したときに第1の非変形状態に戻り始める材料を含む本体を有する。アクチュエータは更に、本体に固定された定置要素と、少なくとも本体が第2の変形状態にあるときに定置要素に係合する移動要素を有する。移動要素の動作を生じさせるために、適用された電磁放射線に応答する変形可能な材料の変形は、定置要素と移動要素の間の摩擦によって、定置要素を介して移動要素に伝達される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
フォトニックエネルギーによって動力が供給されるアクチュエータであって、
電磁放射線に露出されたときに第１の非変形状態から第２の変形状態に変形し且つ電磁放射線を除去したときに第１の非変形状態に戻り始める材料を含む本体と、
前記本体に固定された定置要素と、
少なくとも前記本体が第２の変形状態にあるときに前記定置要素に係合する移動要素と、を有し、
前記移動要素の動作を生じさせるために、適用された電磁放射線に応答する変形可能な前記材料の変形は、前記定置要素と前記移動要素の間の摩擦によって、前記定置要素を介して前記移動要素に伝達される、アクチュエータ。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
変形可能な前記材料は、ランタンをドープしたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛（ＰＭＮ－ＰＴ）、ＢｉＦｅО
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、及びアゾベンゼンを含有した液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選択される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記変形は、前記本体の変形可能な前記材料の弾性的な体積寸法変化を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
更に、出力を発生させるように構成された電磁放射線源を有し、前記電磁放射線源は、光出力が前記本体の表面を放射するように配置される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
更に、前記電磁放射線源を変形可能な前記材料に光結合させる光学ガイドを有する、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記光学ガイドは、光ファイバである、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記電磁放射線源は、出力を発生させる光源である、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記光源は、光出力を合焦させるように構成された光整形光学デバイスを含む、請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記光整形光学デバイスは、光学レンズを含む、請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記光源は、パルス光出力を発生させるように構成される、請求項７に記載のアクチュエータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
〔政府の権利〕
本発明は、国立衛生研究所によって与えられたＮＣＩＧｒａｎｔ♯ＲＯＩＣＡ１６６３７９の下で、政府の支援を得てなされた。政府は、本発明の幾つかの権利を有する。
続きを表示（約 2,600 文字）【０００２】
光学アクチュエータが記載され、さらに詳細には、直接作業させるための機械式移動を創出する光学アクチュエータが記載される。
【背景技術】
【０００３】
アクチュエータの設計は、使用目的によって変化する。例えば、ＭＲＩ機械は、強い磁場を有し、ＭＲＩに適合可能なロボット工学は、成長分野である。ＭＲＩに適合可能な在来の非鉄圧電モータを作ることができるけれども、ＭＲＩセーフ（ＭＲＩ安全）ではない。在来の圧電アクチュエータの非鉄材料は、ＭＲＩのＢＯ磁場（外部静磁場）の均質性に影響を及ぼし、歪みを生じさせ、画質を低下させる。空気式及び液圧式アクチュエータを、金属構成要素なしで作ることができるけれども、正確さを低下させ、寸法を増大させることがある。
【発明の概要】
【０００４】
真空環境において、在来のモータを遠隔操作し且つそれに搭載型バッテリーによって動力を供給することができる。しかしながら、作動時間は、バッテリーの寿命に制限される。モータケーブルが真空シールを横切る特別なシールを形成することができるけれども、このことは、真空チャンバの設計に複雑さを追加し、故障原因を引き起こす。
【０００５】
爆発性の環境、例えば、航空機の燃料タンクでは、モータは、遮蔽され、即ち、火花発生のおそれを減少させた低電圧で作動されるのがよい。例えば、圧電モータは、アーク放電しない。
【０００６】
上述した理由で、電子機器又は金属構成要素を作動箇所のところで又はその近くで必要としない新規なアクチュエータの要望がある。アクチュエータは、ＭＲＩセーフであるべきであり、真空環境及び爆発性の環境でも使用可能であるべきである。理想的には、アクチュエータは、射出成型可能又は３Ｄ印刷可能である。
【０００７】
光学アクチュエータのより完全な理解のために、添付図面に示し且つ以下に説明する実施形態をこれから参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
光学作動フォトストリクティブアクチュエータの実施形態の斜視図である。
フォトストリクティブアクチュエータの別の実施形態の斜視図である。
図１及び図２に示すフォトストリクティブアクチュエータと一緒に使用される光源の概略的な側面図である。
圧電アクチュエータの実施形態の斜視図である。
図１及び図２に示すフォトストリクティブアクチュエータと一緒に使用される複数の光源の概略図である。
図１及び図２に示すフォトストリクティブアクチュエータと一緒に使用される複数移動可能な光源の概略的な側面図である。
振動又は音を供給するためのフォトストリクティブアクチュエータの実施形態の図である。
フォトストリクティブアクチュエータの別の実施形態の概略図である。
図８に示すアクチュエータの光発生器に供給されるパルス光出力の２つのパターンを示すグラフである。
４５０ｎｍの波長の紫外光に露出されたときに変形し且つ３６５ｎｍの波長の紫外光に露出されたときに非変形状態に戻るアゾベンゼンＬＣＰを示す図である。
フォトストリクティブアクチュエータの別の実施形態の概略図である。
図１１に示すアクチュエータの光発生器に供給されるパルス光出力の２つのパターンを示すグラフである。
回転モータの実施形態の概略図である。
２面駆動式リニアモータの実施形態の概略図である。
緩和状態の多指向性スタックモータの実施形態の概略図である。
活性化状態の多指向性スタックモータの実施形態の概略図である。
図１５ａ及び図１５ｂに示す多指向性スタックモータの照明表面上の光出力の概略図である。
図１５ａ及び図１５ｂに示す多指向性スタックモータに供給されるパルス光出力の４つのパターンを示すグラフである。
水面下の環境内で使用される装置の実施形態の概略図である。
真空環境内で使用される装置の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
幾つかの用語は、本明細書において便宜のためだけに使用され、限定として解釈されるべきではない。例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、「水平」、「鉛直」、「上向き」、「下向き」、「トップ」、「ボトム」等の語は、図に示した形態を記述するにすぎない。実際、構成要素は、いずれの方向に向けられてもよく、したがって、かかる用語を、それが特定されていなければ、変形例を包含するように理解すべきである。「内側」、「外側」の語はそれぞれ、コア及びその指定された部分の幾何学的中心に向かう方向及びそれから遠ざかる方向を参照する。用語は、特に上述した語、その派生語、及び同様の外来語を含む。
【００１０】
フォトストリクティブ(photostrictive又はphotorestrictive)アクチュエータ、即ち、光作動式機械アクチュエータは、光又はその他の電磁放射線に露出されたときに変形し且つかかる光等を除去したときにヒステリシス効果の下で完全ではないが実質的に最初の非変形状態に戻る材料を含む。変形可能な材料は、ランタンをドープしたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）の層であるのがよい。他の実施形態では、変形可能な材料は、光活性歪を有する別の材料であってもよく、かかる材料は、限定するわけではないが、マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛（ＰＭＮ－ＰＴ）、ＢｉＦｅО
3
、及びアゾベンゼンを含有した幾つかの液晶ポリマー（ＬＣＰ）を含む。単一の紫外線（ＵＶ）光源が、ＰＬＺＴ、ＰＭＮ－ＰＴ、及びＢｉＦｅО
3
を変形させる。材料に露出される光の供給持続時間を制御することにより、所望の変形を生じさせる。様々な種類の光源を使用することができ、かかる光源は、様々なスペクトル（中心波長及びそれと関連した半値全幅（ＦＷＨＭ）を含む）を含む。アクチュエータを制御するのに使用される光源又はその部分は、オンオフパルスであってもよいし、強度が変化可能に制御されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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