KR100680601B1 - 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위확대기구에 관한 것으로서, 상부에 적층형 압전작동기의 상, 하 작동과 동시에 하부에 구비되는 피스톤이 상, 하로 작동되는 기존의 변위확대장치 작동방식으로 작동하고, 유니모프형 압전작동기와 링형 압전작동기를 이용한 밸브의 온/오프에 의하여 상부 적층형 압전작동기의 작동방향에 의존하지 않고, 피스톤의 전진/후진 변위량을 조절할 수 있어 빠른 응답성을 갖으며, 이로 인해 사용자가 원하는 발생변위량과 발생력을 동시에 제공받을 수 있으며, 압전작동기에서 발생하는 미소 변위를 보다 큰 변위로 확대하거나, 보다 정밀한 위치 제거가 가능하여 다양한 분야에 활용이 가능한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 제공하기 위한 것으로, 그 기술적 구성은 변위확대기구에 있어서, 그 내부에 소정의 공간을 갖는 상부 하우징과, 그 내측 중심부 및 편향된 일측에 각각 형성되는 결합홈과, 상기 각 결합홈의 하부면에 관통형성되는 설치공과, 그 하부면 중심부 내측에 하측 피스톤을 갖되, 단부에 캡이 결합되는 원통형상의 돌출부와, 상기 돌출부의 내부와 상기 결합홈이 설치공에 의해 상호 연통되게 이루어지는 하부 하우징으로 구성되는 원통형상의 하우징; 상기 하우징의 결합홈에 각각 결합되되, 챔버와, 상기 챔버의 하부에 구비되는 피스톤과, 상기 피스톤의 하부에 구비되는 링형 압전작동기와, 상기 피스톤 및 링형 압전작동기의 중심부에 삽입되는 슬리브로 이루어지는 제1 밸브; 상기 하우징의 하측에 연결되는 원통형상체로서, 그 상, 하측에 체결부재로 설치되는 상, 하부 덮개와, 그 내부에 구비되는 밸브 지지대 의 상, 하측에 구비되되, 스티프너를 각각 갖는 한 쌍의 유니모프형 압전작동기와, 상기 유니모프형 압전작동기의 상, 하부면에 연결 니플로 연결되되, 상기 돌출부의 적소에 소정부분 인입되게 연설되는 상, 하단 연결 호스로 이루어지는 제2 밸브; 및 상기 제2 밸브에 연결되는 원통형상체로서, 그 내부에 소정 공간을 갖되, 하부에 캡이 구비되는 어큐물레이터; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

변위확대기구, 링형, 유니모프형, 하우징, 제1 밸브, 제2 밸브, 어큐물레이터, 압전작동기

Description

링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구{Magnification device using ring type and Unimorph type piezoelectric actuator}

도 1은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 나타내는 분해사시도,

도 2는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제1 밸브를 확대하여 나타내는 분해사시도,

도 4는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제1 밸브의 결합관계를 확대하여 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제2 밸브를 확대하여 나타내는 분해사시도,

도 6은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제2 밸브의 결합관계를 확대하여 나타내는 단면도,

도 7은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 피스톤 하강을 개략적으로 나타내는 흐름도,

도 8은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 피스톤 상승을 개략적으로 나타내는 흐름도,

도 9는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 이용한 작업 전체 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도.

** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 변위 확대 기구, 10 : 하우징,

10a : 상부 하우징, 10b : 하부 하우징,

11 : 결합홈, 12 : 설치공,

14 : 캡 15 : 하측 피스톤,

16 : 돌출부, 17, 17' : 플랜지부,

18 : 체결공, 19 : 다이아프램,

19a: 결합공 21 : 제1 피스톤,

21a : 상부 피스톤, 21b :제2 피스톤,

22 : 피스톤 암, 22' : 피스톤 암홀,

23 : 밸브 커버 23a : 주입공,

24 : 단턱, 30, 30' : 제1 밸브,

31a, 31'a : 챔버, 32, 32' : 피스톤,

33a, 33'a : 링형 압전작동기, 35, 35' : 슬리브,

35a, 35'a : 고무호스, 36 : 연결 호스,

50 : 제2 밸브, 50a : 상부 덮개,

50b : 하부 덮개, 51 : 밸브 지지대,

53, 53' : 스티프너,

54, 54' : 유니모프형 압전작동기,

55a : 상부 연결 니플, 55b : 하부 연결 니플,

55c : 연결 니플, 56a : 상부 연결 호스,

56b : 하부 연결 호스, 56c : 연결 호스,

70 : 어큐물레이터, 74 : 어큐물레이터 캡,

75 : 지지대.

본 발명은 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부에 적층형 압전작동기의 상, 하 작동과 동시에 하부에 구비되는 피스톤이 상, 하로 작동되는 기존의 변위확대장치 작동방식으로 작동하고, 유니모프형 압전작동기와 링형 압전작동기를 이용한 밸브의 온/오프에 의하여 상부 적층형 압전작동기의 작동방향에 의존하지 않고, 피스톤의 전진/후진 변위량을 조절할 수 있어 빠른 응답성을 갖으며, 이로 인해 사용자가 원하는 발생변위량과 발생력을 동시에 제공받을 수 있으며, 압전작동기에서 발생하는 미소 변위를 보 다 큰 변위로 확대하거나, 보다 정밀한 위치 제어가 가능하여 다양한 분야에 활용이 가능한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구에 관한 것이다.

일반적으로, 적층형 압전작동기는 얇은 두께를 갖는 압전작동기를 수십에서 수백개 적층한 후 전압을 인가하여 발생되는 변위를 이용하는 것으로 변위 정밀도가 마이크로 단위로 이루어짐으로써 매우 높고, 응답속도 또한 빠르며, 큰 힘을 낼 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 압전작동기는 발생되는 최대 변위량이 0.1 ㎛ 정도의 작은 값으로 이루어짐으로써 압전작동기의 변위량을 변위확대장치를 이용하여 증폭 또는 확대시켜야만 필요로 하는 변위량을 획득할 수 있다는 문제점이 있었다.

또한, 압전작동기는 작동 주파수가 매우 높기 때문에 변위확대장치의 구조가 간단하고, 내구성이 좋아야 공진 주파수를 고려하여 설계할 수 있다.

여기서, 기존에 제시된 변위확대장치는 지렛대식과 유압식으로 분류되나, 지렛대식은 기구학적으로 공진에 취약한 구조를 가지고 있고, 발생 변위가 비선형적인 단점을 갖고 있으며, 유압식은 유체 자체의 댐핑력에 의하여 공진 주파수에 강한 특성을 갖고 있고, 직경비에 의해 발생변위를 조절할 수 있으나, 발생력이 직경비에 반비례하여 작아지는 단점이 있다.

한편, 상술한 바와 같은 유압식으로 이루어지는 변위확대장치의 단점을 보완하기 위하여 솔레노이드 밸브를 이용하여 유압실린더의 상, 하부에 공급되는 유량을 조절하여 실린더의 운동 방향을 변화시킬 수 있는 간접구동형이 제안되었으나, 솔레노이드의 응답속도에 따른 한계로 인해 높은 주파수에서 작동이 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상부에 적층형 압전작동기의 상, 하 작동과 동시에 하부에 구비되는 피스톤이 상, 하로 작동되는 기존의 변위확대장치 작동방식으로 작동하고, 유니모프형 압전작동기와 링형 압전작동기를 이용한 밸브의 온/오프에 의하여 상부 적층형 압전작동기의 작동방향에 의존하지 않고, 피스톤의 전진/후진 변위량을 조절할 수 있어 빠른 응답성을 갖으며, 이로 인해 사용자가 원하는 발생변위량과 발생력을 동시에 제공받을 수 있으며, 압전작동기에서 발생하는 미소 변위를 보다 큰 변위로 확대하거나, 보다 정밀한 위치 제어가 가능하여 다양한 분야에 활용이 가능한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 변위확대기구에 있어서, 그 내부에 소정의 공간을 갖는 상부 하우징과, 그 내측 중심부 및 편향된 일측에 각각 형성되는 결합홈과, 상기 각 결합홈의 하부면에 관통형성되는 설치공과, 그 하부면 중심부 내측에 하측 피스톤을 갖되, 단부에 캡이 결합되는 원통형상의 돌출부와, 상기 돌출부의 내부와 상기 결합홈이 설치공에 의해 상호 연통되게 이루 어지는 하부 하우징으로 구성되는 원통형상의 하우징; 상기 하우징의 결합홈에 각각 결합되되, 챔버와, 상기 챔버의 하부에 구비되는 피스톤과, 상기 피스톤의 하부에 구비되는 링형 압전작동기와, 상기 피스톤 및 링형 압전작동기의 중심부에 삽입되는 슬리브로 이루어지는 제1 밸브; 상기 하우징의 하측에 연결되는 원통형상체로서, 그 상, 하측에 체결부재로 설치되는 상, 하부 덮개와, 그 내부에 구비되는 밸브 지지대의 상, 하측에 구비되되, 스티프너를 각각 갖는 한 쌍의 유니모프형 압전작동기와, 상기 유니모프형 압전작동기의 상, 하부면에 연결 니플로 연결되되, 상기 돌출부의 적소에 소정부분 인입되게 연설되는 상, 하단 연결 호스로 이루어지는 제2 밸브; 및 상기 제2 밸브에 연결되는 원통형상체로서, 그 내부에 소정 공간을 갖되, 하부에 캡이 구비되는 어큐물레이터; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상부 하우징과 하부 하우징의 단부 외주연에 플랜지부가 각각 형성되고, 상기 각 플랜지부에는 체결부재에 의하여 분리가능하게 결합되기 위하여 소정간격 이격되는 다수개의 체결공이 관통형성된다.

여기서, 상기 하부 하우징은 내주연 상측에 단턱이 형성된다.

한편, 상기 하우징은 상부 하우징 중심부에 구비되는 원통형상의 적층형 압전작동기와, 상기 적층형 압전작동기의 하부에 구비되는 제1 피스톤과, 상기 하부 하우징의 단턱에 안착되되, 그 중심부와 편향된 일측에 주입공이 각각 관통형성되는 판체형상의 밸브 커버를 포함하는 구성으로 이루어진다.

더불어, 상기 제1 피스톤은 원판체형상으로 형성되되, 그 하부면에 피스톤암 이 돌출형성되는 상부 피스톤과, 상기 상부 피스톤의 피스톤암이 결합되기 위하여 그 중심부에 피스톤암 홀이 관통형성되는 하부 피스톤으로 이루어진다.

한편, 상기 상부 피스톤과 하부 피스톤의 사이에 다이아프램이 개재되되, 상기 다이아프램의 중심부에 상기 상부 피스톤의 피스톤암이 결합되기 위한 결합공이 관통형성된다.

그리고, 상기 슬리브는 그 중심부에 중공이 형성되고, 상기 중공의 상부 및 하부에 고무 호스 및 연결 호스가 소정부분 인입되게 설치되되, 상기 고무 호스는 그 일측 단부가 상기 밸브 커버의 주입공에 삽입되고, 상기 연결 호스는 그 일측 단부가 상기 돌출부의 하단 적소에 연설된다.

한편, 상기 제2 밸브의 외주연에 연결 니플로 연결되되, 상기 어큐물레이터의 하부면에 소정부분 인입되게 연설되는 연결 호스가 더 포함된다.

더불어, 상기 어큐물레이터가 체결부재를 갖는 ㄴ자 형상의 지지대에 의하여 상기 하우징의 외주연 일측에 분리가능하게 연결된다.

바람직하게는, 상기 적층형 압전작동기에 의하여 발생되는 변위량과 상기 제1 피스톤의 면적을 곱하여 발생된 부피만큼의 유체가 제1 밸브로 유입된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 나타내는 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명 에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제1 밸브를 확대하여 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제1 밸브의 결합관계를 확대하여 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제2 밸브를 확대하여 나타내는 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 제2 밸브의 결합관계를 확대하여 나타내는 단면도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구(1)는 하우징(10)과 제1 밸브(30, 30')와 제2 밸브(50) 및 어큐물레이터(70)로 구성된다.

상기 하우징(10)은 그 내부에 소정의 공간을 갖는 상부 하우징(10a)과 그 내측 중심부 및 편향된 일측 적소에 원통형상의 결합홈(11)이 각각 형성되고, 상기 각 결합홈(11)의 하부면 중심에 소정직경을 갖는 설치공(12)이 각각 관통형성되며, 그 하부면 중심부 내측에 하측 피스톤(15)을 갖되, 단부에 캡(14)이 분리가능하게 결합되는 원통형상의 돌출부(16)가 돌출형성되고, 상기 돌출부(16)가 그 내부가 상기 결합홈(11)과 설치공(12)으로 상호 연통되게 이루어지는 하부 하우징(10b)로 구성된다.

여기서, 상기 상부 하우징(10a)과 하부 하우징(10b)이 상호 맞닿는 단부 외주연에 플랜지부(17, 17')가 각각 형성되고, 상기 각 플랜지부(17, 17')에는 체결부재(미도시)에 의하여 분리가능하게 결합되도록 소정간격 이격되어 다수개의 체결 공(18)이 각각 관통형성된다.

즉, 상기 상부 하우징(10a)과 하부 하우징(10b)이 맞닿는 단부 외주연에 원주방향으로 플랜지부(17, 17')가 각각 형성되고, 상기 상, 하부 하우징(10a, 10b)의 각 플랜지부(17, 17')에 소정간격 이격되는 체결공(18)이 다수개 관통형성되며, 상기 상, 하부 하우징(10a, 10b)의 각 플랜지부(17, 17')에 관통형성되는 체결공(18)에 체결을 위한 체결부재가 구비된다.

한편, 상기 하부 하우징(10b)의 내주연 상측에 그 중심방향으로 단턱이 돌출형성된다. 상기한 바와 같이, 상기 하부 하우징(10b)의 내주연에 형성되는 단턱에 후술하는 밸브 커버(23)가 안착된다.

여기서, 상기 하우징(10)의 상부 하우징(10a) 중심부에는 원통형상의 적층형 압전작동기(20)가 구비되고, 상기 적층형 압전작동기(20)의 하부에는 원판형상체로 형성되되, 그 하부면에 피스톤암(22)이 돌출형성되는 상부 피스톤(21a)과 상기 상부 피스톤(21a)과 대응되는 형상으로 형성되되, 상기 상부 피스톤(21a)의 피스톤암(22)이 결합되기 위하여 그 중심에 피스톤암(22)과 대응되는 직경을 갖는 피스톤암 홀(22')이 관통형성되는 하부 피스톤(21b)으로 이루어지는 제1 피스톤(21)이 구비된다.

그리고, 상기 제1 피스톤(21)의 하부 적소에 상기 하부 하우징(10b)의 단턱에 안착되되, 그 중심부와 편향된 일측 적소에 주입공(23a)이 각각 관통형성되는 판체형상의 밸브 커버(23)가 구비된다.

한편, 상기 상부 피스톤(21a)과 하부 피스톤(21b) 사이에는 합성수지재질의 다이아프램(19)이 개재되되, 상기 다이아프램(19)의 중심부에는 상기 상부 피스톤(21a)의 피스톤암(22)이 결합되기 위하여 상기 피스톤암(22)의 직경과 대응되는 직경을 갖는 결합공(19a)이 관통형성된다.

여기서, 상기 하우징(10)의 상부 하우징(10a) 중심부에 적층형 압전작동기(20)를 설치하여 상기 적층형 압전작동기(20)의 외측 공간을 제1 피스톤(21)의 상부 피스톤(21a) 및 하부 피스톤(21b)의 내경차이에 의하여 변위를 확대시킬 수 있는 유압 챔버(도번 미도시)로 구성한다.

한편, 상기 제1 피스톤(21)의 상부 피스톤(21a)은 적층형 압전작동기(20)의 하부에 부착되고, 상기 상부 피스톤(21a)과 하부 피스톤(21b) 사이에 다이아프램(19)이 개재되어 기밀을 유지하고, 적층형 압전작동기(20)에 의하여 발생되는 변위량과 상부 피스톤(21a)의 면적을 곱하여 발생된 부피만큼 유체를 제1 밸브(30, 30')로 유입시킨다.

여기서, 그 중심부와 편향된 일측에 주입구를 갖되, 상기 하부 하우징(10b)의 단턱에 구비되는 밸브 커버(23)는 상기 제1 피스톤(21)의 상부 피스톤(21a)과 하부 피스톤(21b) 사이에 개재되는 다이아프램(19)과 함께 유압 챔버 내부의 유체가 손실되는 것을 방지하고, 기밀을 유지시키는 역할을 수행한다.

상기 제1 밸브(30, 30')는 상기 하부 하우징(10b)의 각 결합홈(11)에 결합되되, 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 내에 설치되는 하측 피스톤(15)을 통하여 상기 유압 챔버로부터 공급되는 유체를 복수개의 유로를 통하여 하측 피스톤(15)의 상단과 하단에 공급되도록 한다.

이를 위하여 상기 제1 밸브(30, 30')는 하측 피스톤(15)의 상단과 하단으로 공급되는 유체를 조절하기 위하여 한 쌍으로 이루어진다.

여기서, 상기 제1 밸브(30, 30')는 챔버(31a, 31'a)와 상기 챔버(31a, 31'a)의 하부에 구비되는 피스톤(32, 32')과 상기 피스톤(32, 32')의 하부에 구비되는 링형 압전작동기(33a,33'a)와 상기 피스톤(32, 32') 및 링형 압전작동기(33a, 33'a)의 중심부에 삽입되는 슬리브(35, 35')로 이루어진다.

한편, 상기 슬리브(35, 35')는 그 중심부에 중공(도번 미도시)이 형성되고, 상기 중공의 상부 및 하부에 고무 호스(35a, 35'a) 및 연결 호스(36)가 소정부분 인입되게 설치되되, 상기 고무 호스(35a, 35'a)는 그 일측 단부가 상기 밸브 커버(23)의 주입공(23a)에 삽입되고, 상기 연결 호스(36)는 그 일측 단부가 상기 돌출부(16)의 하단 적소, 즉 돌출부(16) 내에 구비되는 하측 피스톤(15)의 하단에 연설된다.

여기서, 상기 고무 호스(35a, 35'a)는 챔버(31a, 31'a)와 상기 챔버(31a, 31'a)의 하측에 구비되는 피스톤(32, 32') 및 상기 피스톤(32, 32')의 하측에 구비되는 링형 압전작동기(33a, 33'a)의 내측에 구비되는 슬리브(35, 35')의 중심 상부에 소정부분 인입되게 설치됨으로써 상기 링형 압전작동기(33a, 33'a)에 의해 발생되는 변위량과 상기 피스톤(32, 32') 의 면적을 곱하여 발생된 부피만큼 챔버(31a, 31'a)가 그 내측으로 수축 또는 팽창되어 고무 호스(35a, 35'a)를 가압함으로써 상기 고무 호스(35a, 35'a)가 온/오프 되면서 그 내부를 유동하는 유체의 양이 조절된다.

상기한 바와 같이, 상기 링형 압전작동기(33a,33'a)에 의한 챔버(31a, 31'a)의 수축 또는 팽창에 따라 가압되는 고무 호스(35a, 35'a)로 유입되는 유체는 상기 슬리브(35)의 하부에 소정부분 인입되게 설치되는 연결 호스(36)를 통하여 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 내로 공급된다.

상기 제2 밸브(50)는 상기 하우징(10)의 적소에 구비되는 원통형상체로서, 하우징(10)의 하측에 연결되고, 그 상, 하측에 체결부재(도번 미도시)에 의하여 분리가능하게 이루어지는 상, 하부 덮개(50a, 50b)가 각각 설치되며, 내부에 밸브 지지대(51)가 구비되되, 상기 밸브 지지대(51)의 상, 하측에 스티프너(53, 53')를 갖는 유니모프형 압전작동기(54, 54')가 구비되되, 상기 유니모프형 압전작동기(54, 54')는 고리 모양으로 구성된다.

여기서, 상기 유니모프형 압전작동기(54, 54')의 상, 하부면에 연결 니플(55a, 55b)로 연결되는 상, 하단 연결 호스(56a, 56b)가 각각 구비되고, 상기 상, 하단 연결 호스(56a, 56b)는 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 상, 하단 적소에 소정부분 인입되게 설치된다.

상기한 바와 같이, 상기 하우징(10)의 하부 하우징(10b) 적소에 구비되되, 그 내부 상, 하부면에 유니모프형 압전작동기(54, 54')를 갖는 제2 밸브(50)에 의하여 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 내에 구비되는 하측 피스톤(15)과 상기 어큐물레이터(70) 사이에 유체의 공급이 조절되며, 상기 제2 밸브(50)와 제1 밸브(30, 30')를 이용한 온/오프에 의하여 상기 돌출부(16) 내에 구비되는 하측 피스톤(15)의 전진/후진에 따른 변위량을 조절하도록 이루어진다.

한편, 상기 유니모프형 압전작동기(54, 54')의 상, 하부면에 연결 니플(55a, 55b)로 연결되는 상, 하단 연결 호스(56a, 56b)는 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 상, 하단 적소에 연결되어 상기 제1 밸브(30, 30')를 통하여 유입되는 유체를 제2 밸브(50)로 공급한다.

여기서, 상기 연결 호스(56a, 56b)에 구비되는 각 연결 니플(55a, 55b)은 상, 하단 연결 호스(56a, 56b)를 통하여 유입되는 유체가 외부로 유출되는 것을 방지하는 기밀 및 밀봉의 역할을 담당한다.

한편, 상기 제1 밸브(30, 30')를 통하여 공급되는 유체를 조절하기 위한 유니모프형 압전작동기(54, 54')는 강성을 높이기 위하여 그에 대응되는 크기를 갖는 스티프너(53, 53')가 각각 구비되어 공급되는 유체를 조절하고, 상기 하부 하우징(10b)에 하측 피스톤(15)을 갖는 돌출부(16)의 상단과 하단으로부터 공급되는 각 유체를 조절한다.

이를 위하여 상기 제2 밸브(50) 내에 설치되는 유니모프형 압전작동기(54, 54')는 상, 하측에 상호 마주보게 각각 구비되되, 상기 각 유니모프형 압전작동기(54, 54')에는 스티프너(53, 53')가 각각 구비된다.

한편, 상기 제2 밸브(50)의 외주연에 연결 니플(55c)로 연결되되, 상기 어큐물레이터(70)의 하부면에 소정부분 인입되게 연설되는 연결 호스(56c)가 더 포함되어 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16)에서 각 연결 호스(56a, 56b)를 통하여 유입되는 유체가 제2 밸브(50)의 외주연에 연결되는 연결 니플(55c) 및 상기 연결 니플(55c)에 연결되는 연결 호스(56c)를 통하여 어큐물레이터(70)로 공급된다.

상기 어큐물레이터(70)는 원통형상체로서, 그 내부에 소정 공간을 갖되, 그 하부에 체결부재(도번 미도시)에 의하여 분리가능하게 결합되는 캡(74)이 구비된다.

여기서, 상기 어큐물레이터(70)는 상기 상부 하우징(10a)에 형성되는 유압 챔버로부터 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 내에 구비되는 하측 피스톤(15)의 상단 및 하단에 공급되는 유체를 저장하도록 이루어진다.

한편, 상기 어큐물레이터(70)는 체결부재(도번 미도시)를 갖는 ㄴ자 형상의 지지대(75)에 의하여 상기 하우징(10)의 외주연 일측에 분리가능하게 연결된다.

상기한 바와 같은 구조 및 형태로 이루어지는 상기 어큐물레이터(70)는 상기 제2 밸브(50)의 외주연에 구비되는 연결 니플(55c)과 연결 호스(56c)를 통하여 유체를 공급받고, 이를 저장한다.

이하, 본 발명에 의한 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구의 작동 과정을 도 7, 도 8, 도 9를 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 하부 하우징(10b)의 돌출부(16) 내에 구비되는 하측 피스톤(15)을 하강시킬 경우, 초기 상태에서 프로그램화된 컨트롤러(Controller)의 제어에 의하여 상기 하부 하우징(10b)에 구비되는 한 쌍의 제1 밸브(30, 30') 중 상기 돌출부(16)의 하측 피스톤(15) 하단에 연결되는 어느 한 제1 밸브(30)의 링형 압전작동기(33a)에 전압을 인가하여 링형 압전작동기(33a)를 팽창시켜 제1 밸브(30)를 차단한다.

그리고, 상기 제2 밸브(50)내에 상기 돌출부(16)의 하측 피스톤(15)의 하단과 하단 연결 호스(56b)로 연결되는 유니모프형 압전작동기(54')에 전압을 인가하여 하단 연결 호스(56b)를 개방하고, 하측 피스톤(15)의 상단과 상단 연결 호스(56a)로 연결되는 유니모프형 압전작동기(54)에 전압을 인가하여 상단 연결 호스(56a)를 폐쇄한다.

이러한 상태에서, 상기 적층형 압전작동기(20)에 전압을 인가하여 적층형 압전작동기(20)를 팽창시켜 유압 챔버 내부의 유체가 각 고무 호스(35a, 35'a) 중 하우징(10)의 중심부에 위치하는 고무 호스(35'a)를 통하여 하측 피스톤(15)의 상단에 유입된다.

이때, 상기 하측 피스톤(15)의 하단은 상단에 비해 상대적으로 압력이 낮아지고, 하측 피스톤(15)의 상단에 유입된 유체는 제2 밸브(50)의 유니모프형 압전작동기(54')로 작동되되, 상기 하측 피스톤(15)의 하단에 연결되는 하단 연결 호스(56b)를 통하여 유입된 후 상기 제2 밸브(50)의 외주연에 연결 니플(55c)로 연결되는 연결 호스(56c)를 통하여 어큐물레이터(70)로 유입된다.

여기서, 상기 어큐물레이터(70)로 유체가 유입될 경우, 상기 하측 피스톤(15)은 하강하게 된다.

그리고, 상기 하측 피스톤(15)의 하단과 연결 호스(36)로 연결되는 어느 한 제1 밸브(30)의 링형 압전작동기(33a)에 전압을 인가하여 상기 링형 압전작동기(33a)를 수축시켜 어느 한 제1 밸브(30)를 개방하고, 하측 피스톤(15)의 상단과 연결되는 다른 한 제1 밸브(30')의 링형 압전작동기(33'a)에 전압을 인가하여 링형 압전작동기(33'a)를 팽창시켜 다른 한 제1 밸브(30')를 폐쇄 및 차단한다.

더불어, 상기 하측 피스톤(15)의 하단에 하단 연결 호스(56b)로 연결되는 제2 밸브(50)의 유니모프형 압전작동기(54')에 전압을 인가하여 하단 연결호스(56b)를 폐쇄하여 제2 밸브(50)로 유입되는 유체의 공급을 차단하고, 하측 피스톤(15)의 상단과 상단 연결호스(56a)로 연결되는 유니모프 압전작동기(54)에 전압을 인가하여 상단 연결 호스(56a)를 개방한다.

이러한 상태에서 상기 적층형 압전작동기(20)에 전압을 인가하여 적층형 압전작동기(20)를 수축시키면 유압 챔버 내부의 압력이 낮아져 하측 피스톤(15)의 하단에 유입된 유체가 상기 고무 호스(35'a)를 통하여 유압 챔버에 유입되고, 하측 피스톤(15)의 하단은 압력이 낮아짐으로써 하측 피스톤(15)의 상단 압력이 상대적으로 높아져 어큐물레이터(70)로부터 하측 피스톤(15)의 상단으로 유체가 유입되면서 하측 피스톤(15)이 하강하게 된다.

이렇게 상기 하측 피스톤(15)과 어큐물에이터(70) 사이에 유체의 공급을 조절하는 유니모프형 압전작동기(54, 54')가 구비되어 유니모프형 압전작동기(54, 54') 및 링형 압전작동기(33a, 33'a)를 이용한 밸브의 온/오프에 의해 하측 피스톤(15)의 전진/후진 변위량을 조절함으로써 변위를 확대할 수 있다.

상기한 바와 같은 작동을 반복적으로 수행함으로써 상기 하측 피스톤(15)이 계속적으로 하강하게 된다.

한편, 상기 하우징(10)의 돌출부(16) 내에 구비되는 하측 피스톤(15)을 상승 시킬 경우, 초기 상태에서 프로그램화된 컨트롤러(Controller)의 제어에 의하여 상기 하부 하우징(10b)에 구비되는 한 쌍의 제1 밸브(30, 30') 중 하부 하우징(10b)의 중심부에 위치하는 어느 한 제1 밸브(30')의 링형 압전작동기(33'a)에 전압을 인가하여 링형 압전작동기(33'a)를 팽창시켜 어느 한 제1 밸브(30')를 차단한다.

그리고, 상기 제2 밸브(50)내에 상기 돌출부(16) 하측 피스톤(15)의 상단과 상단 연결 호스(56a)로 연결되는 유니모프형 압전작동기(54)에 전압을 인가하여 상단 연결 호스(56a)를 폐쇄하고, 하측 피스톤(15)의 하단과 하단 연결 호스(56b)로 연결되는 유니모프형 압전작동기(54')에 전압을 인가하여 하단 연결 호스(56b)를 개방한다.

이러한 상태에서, 상기 적층형 압전작동기(20)에 전압을 인가하여 적층형 압전작동기(20)를 팽창시켜 유압 챔버 내부의 유체가 고무 호스(35'a)를 통해 하측 피스톤(15)의 하단에 압력을 가한다.

이때, 상기 하측 피스톤(15)의 상단은 하단에 비하여 상대적으로 압력이 낮아지고, 하측 피스톤(15)의 상단에 유입된 유체는 제2 밸브(50)의 유니모프형 압전작동기(54)로 작동되되, 상기 하측 피스톤(15)의 상단에 연결되는 상단 연결 호스(56a)를 통하여 유입된 후 상기 제2 밸브(50)의 외주연에 연결 니플(55c)로 연결되는 연결 호스(56c)를 통하여 어큐물레이터(70)로 유입된다.

여기서, 상기 어큐물레이터(70)로 유체가 유입될 경우, 상기 하측 피스톤(15)은 상승하게 된다.

그리고, 상기 하측 피스톤(15)의 상단과 연결되는 어느 한 제1 밸브(30')의 링형 압전작동기(33'a)에 전압을 인가하여 링형 압전작동기(33'a)를 수축시켜 어느 한 제1 밸브(30')를 개방하고, 하측 피스톤(15)의 하단과 연결 호스(36)로 연결되는 다른 한 제1 밸브(30)의 링형 압전작동기(33a)에 전압을 인가하여 상기 링형 압전작동기(33a)를 팽창시켜 다른 한 제1 밸브(30)를 폐쇄 및 차단한다.

더불어, 상기 하측 피스톤(15)의 상단에 상단 연결 호스(56a)로 연결되는 제2 밸브(50)의 유니모프형 압전작동기(54)에 전압을 인가하여 상단 연결 호스(56a)를 폐쇄하여 제2 밸브(50)로 유입되는 유체의 공급을 차단하고, 하측 피스톤(15)의 하단과 하단 연결 호스(56b)로 연결된 유니모프형 압전작동기(54')에 전압을 인가하여 하단 연결 호스(56b)를 개방한다.

이러한 상태에서 상기 적층형 압전작동기(20)에 전압을 인가하여 적층형 압전작동기(20)를 수축시키면 유압 챔버 내부의 압력이 낮아져 하측 피스톤(15)의 상단에 유입된 유체가 상기 고무 호스(35'a)를 통하여 유압 챔버에 유입되고, 하측 피스톤(15)의 상단은 압력이 낮아짐으로써 하측 피스톤(15)의 하단 압력이 상대적으로 높아져 어큐물레이터(70)로부터 하측 피스톤(15)의 하단으로 유체가 유입되면서 하측 피스톤(15)이 상승하게 된다.

상기한 바와 같은 작동을 반복적으로 수행함으로써 상기 하측 피스톤(15)이 계속적으로 상승하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 상부에 적층형 압전작동기의 상, 하 작동과 동시에 하부에 구비되는 피스톤이 상, 하로 작동되는 기존의 변위확대장치 작동방식으로 작동하고, 유니모프형 압전작동기와 링형 압전작동기를 이용한 밸브의 온/오프에 의하여 상부 적층형 압전작동기의 작동방향에 의존하지 않고, 피스톤의 전진/후진 변위량을 조절할 수 있어 빠른 응답성을 갖으며, 이로 인해 사용자가 원하는 발생변위량과 발생력을 동시에 제공받을 수 있으며, 압전작동기에서 발생하는 미소 변위를 보다 큰 변위로 확대하거나, 보다 정밀한 위치 제어가 가능하여 다양한 분야에 활용이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (10)

1. 변위확대기구에 있어서,

   그 내부에 소정의 공간을 갖는 상부 하우징(10a)과, 그 내측 중심부 및 편향된 일측에 각각 형성되는 결합홈(11)과, 상기 각 결합홈(11)의 하부면에 관통형성되는 설치공(12)과, 그 하부면 중심부 내측에 하측 피스톤(15)을 갖되, 단부에 캡(14)이 결합되는 원통형상의 돌출부(16)와, 상기 돌출부(16)의 내부와 상기 결합홈(11)이 설치공(12)에 의해 상호 연통되게 이루어지는 하부 하우징(10b)로 구성되는 원통형상의 하우징(10);

   상기 하우징(10)의 결합홈(11)에 각각 결합되되, 챔버(31a, 31'a)와, 상기 챔버(31a, 31'a)의 하부에 구비되는 피스톤(32, 32')과, 상기 피스톤(32, 32')의 하부에 구비되는 링형 압전작동기(33a, 33'a)와, 상기 피스톤(32, 32') 및 링형 압전작동기(33a, 33'a)의 중심부에 삽입되는 슬리브(35, 35')로 이루어지는 제1 밸브(30, 30');

   상기 하우징(10)의 하측에 연결되는 원통형상체로서, 그 상, 하측에 체결부재로 설치되는 상, 하부 덮개(50a, 50b)와, 그 내부에 구비되는 밸브 지지대(51)의 상, 하측에 구비되되, 스티프너(53, 53')를 각각 갖는 한 쌍의 유니모프형 압전작동기(54, 54')와, 상기 유니모프형 압전작동기(54, 54')의 상, 하부면에 연결 니플(55a, 55b)로 연결되되, 상기 돌출부(16)의 적소에 소정부분 인입되게 연설되는 상, 하단 연결 호스(56a, 56b)로 이루어지는 제2 밸브(50); 및

   상기 제2 밸브(50)에 연결되는 원통형상체로서, 그 내부에 소정 공간을 갖되, 하부에 캡(74)이 구비되는 어큐물레이터(70);

   를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상부 하우징(10a)과 하부 하우징(10b)의 단부 외주연에 플랜지부(17, 17')가 각각 형성되고, 상기 각 플랜지부(17, 17')에는 체결부재에 의하여 분리가능하게 결합되기 위하여 소정간격 이격되는 다수개의 체결공(18)이 관통형성되는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하부 하우징(10b)은 내주연 상측에 단턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
4. 제1항에 있어서,

   상기 하우징(10)은 상부 하우징(10a) 중심부에 구비되는 원통형상의 적층형 압전작동기(20)와, 상기 적층형 압전작동기(20)의 하부에 구비되는 제1 피스톤(21)과, 상기 하부 하우징(10b)의 단턱에 안착되되, 그 중심부와 편향된 일측에 주입공(23a)이 각각 관통형성되는 판체형상의 밸브 커버(23)를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 피스톤(21)은 원판체형상으로 형성되되, 그 하부면에 피스톤암(22)이 돌출형성되는 상부 피스톤(21a)과, 상기 상부 피스톤(21a)의 피스톤암(22)이 결합되기 위하여 그 중심부에 피스톤암 홀(22')이 관통형성되는 하부 피스톤(21b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
6. 제5항에 있어서,

   상기 상부 피스톤(21a)과 하부 피스톤(21b)의 사이에 다이아프램(19)이 개재되되, 상기 다이아프램(19)의 중심부에 상기 상부 피스톤(21a)의 피스톤암(22)이 결합되기 위한 결합공(19a)이 관통형성되는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
7. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브(35, 35')는 그 중심부에 중공이 형성되고, 상기 중공의 상부 및 하부에 고무 호스(35a, 35'a) 및 연결 호스(36)가 소정부분 인입되게 설치되되, 상기 고무 호스(35a, 35'a)는 그 일측 단부가 상기 밸브 커버(23)의 주입공(23a)에 삽입되고, 상기 연결 호스(36)는 그 일측 단부가 상기 돌출부(16)의 하단 적소에 연설되는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제2 밸브(50)의 외주연에 연결 니플(55c)로 연결되되, 상기 어큐물레이터(70)의 하부면에 소정부분 인입되게 연설되는 연결 호스(56c)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
9. 제1항에 있어서,

   상기 어큐물레이터(70)가 체결부재를 갖는 ㄴ자 형상의 지지대(75)에 의하여 상기 하우징(10)의 외주연 일측에 분리가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.
10. 제1항에 있어서,

    상기 적층형 압전작동기(20)에 의하여 발생되는 변위량과 상기 제1 피스톤(21)의 면적을 곱하여 발생된 부피만큼의 유체가 제1 밸브(30, 30')로 유입되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 링형 및 유니모프형 압전작동기를 이용한 변위확대기구.

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