KR101299985B1 - Actuator which is worked by a variable forming pistons that are made of a flexible sealing membrane - Google Patents
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Abstract
연질의 밀페막이 압력용기 내면에서 밀착 또는 박리되면서 마치 실린더 내의 피스톤처럼 가변 형태로 용기 내부를 왕복 운동하는 현상을 이용한 액추에이터가 기술된다.
본 발명은 일단에 안내공(11) 또는 안내커버(13)를 가지며 실린더 역할을 하는 압력용기(10)와 연질의 밀폐막(20)과 피스톤로드로 구성된 가변형 피스톤을 기본으로 구성되며 밀폐막(20)과 압력용기가 이루는 제1압력공간(A)은 외부의 제n압력공간(N)과 서로 다른 압력으로 설정되어 압력유체가 가해졌을 때 압력용기 내면에 박리된 상태에서 밀폐막(20)이 밀착되면서 그 자체로 또는 밀폐막과 연결된 피스톤로드(30)로 외부에 구동력을 전달한다.
밀폐막(20)은 가변형 피스톤의 구동방향으로 다수의 제1합성섬유(21)가 배열되어 탄성 변형되지 않는 넓이와 강도로 형성된다.
본 발명은 미끄럼 운동이 아닌 연질막의 밀착박리에 의해서 피스톤 구동이 이루어지므로 통상의 미끄럼 구동식 피스톤-실린더와 비교하여 극히 다양한 형태와 광범위한 크기를 갖는 압력용기를 실린더 역할로 사용할 수 있다. 가볍고 얇으며 유연한 밀폐막은 액추에이터 구동과정에서 밀착과 박리를 반복하며 구동거리와 구동속도를 한꺼번에 증가시키므로 통상의 피스톤이 구현할 수 없는 저마찰, 넓은 운동범위 및 고속의 구동속도를 발휘한다.An actuator using a phenomenon in which a soft sealing film adheres or detaches from an inner surface of a pressure vessel and reciprocates inside the container in a variable form as a piston in a cylinder is described.
The present invention is based on a variable piston consisting of a pressure vessel 10 having a guide hole 11 or a guide cover 13 at one end and a flexible sealing membrane 20 and a piston rod, which act as a cylinder, and a sealing membrane ( 20) and the first pressure space (A) formed by the pressure vessel is set to a different pressure from the external n-th pressure space (N) when the pressure fluid is applied to the sealing membrane 20 in the state peeled off the inner surface of the pressure vessel While being in close contact with the piston rod 30 itself or connected to the sealing membrane transmits a driving force to the outside.
The sealing membrane 20 is formed with a width and strength that is not elastically deformed by the plurality of first synthetic fibers 21 are arranged in the driving direction of the variable piston.
In the present invention, since the piston is driven by the close peeling of the soft membrane rather than the sliding motion, it is possible to use a pressure vessel having a wide variety of shapes and a wide range of sizes as a cylinder as compared with a conventional sliding-type piston-cylinder. The lightweight, thin and flexible sealing membrane repeats the adhesion and peeling during the actuator driving process, and increases the driving distance and the driving speed all at once, thus exhibiting a low friction, a wide range of motion, and a high driving speed that a conventional piston cannot realize.
Description
본 발명은 실린더와 피스톤을 이용하는 유공압 액추에이터 또는 유공압 댐퍼와 그 적용분야를 함께하는 기술로서, 압력용기 내외부의 압력차이에 의해 연질의 밀폐막이 압력용기 내면에서 밀착 또는 박리되면서 가변 이동방식으로 마치 실린더 내의 피스톤처럼 용기 내부를 왕복 운동하는 현상을 이용한 액추에이터에 관한 것이다.The present invention is a technology that together with the hydraulic actuator or the hydraulic pneumatic damper using the cylinder and the piston and its application field, the flexible sealing membrane is in close contact or peeling from the inner surface of the pressure vessel by the pressure difference inside and outside the pressure vessel in a variable movement method as if the piston in the cylinder Like the present invention relates to an actuator using the phenomenon of reciprocating inside the container.
유체의 압력을 기구적인 힘과 움직임으로 바꾸는 장치로는 통상적인 실린더와 피스톤의 결합체인 액추에이터가 있다. 또한 기구적 운동에 사용되는 탄성막 타입의 피스톤으로서 다이어프램 구동장치가 있다.An apparatus that converts the pressure of a fluid into mechanical force and movement is an actuator, which is a combination of a conventional cylinder and a piston. There is also a diaphragm drive device as an elastic membrane type piston used for mechanical motion.
약한 유체압력을 이용하는 공압 액추에이터는 자동문 개폐장치 등에 사용될 수 있다. 또한 강한 유체압력을 이용하는 유압 액추에이터는 굴삭기나 로봇의 관절구동에 사용될 수 있다.Pneumatic actuators using weak fluid pressures can be used in automatic door openers and the like. Hydraulic actuators using strong fluid pressure can also be used for joint driving of excavators and robots.
높은 기밀수준을 필요로 하지 않거나, 비교적 짧은 구동폭만이 요구되는 경우에는 고무튜브를 이용하는 벨로우즈나 탄성막의 짧은 변형을 이용하는 다이어프램 구동장치가 사용될 수 있다. 다이어프램 구동장치는 비교적 짧은 스트로크에서만 사용되는 경향이 있으나 자동차 브레이크의 진공 부스터나 변기의 수세밸브와 같이 구동동력이 되는 압력유체가 자기 역할을 다한 다음에 구동계 외부로 소산되어도 무방할 때 특히 유용하다.If a high tightness level is not required or only a relatively short drive width is required, a bellows using a rubber tube or a diaphragm drive using a short deformation of the elastic membrane may be used. Diaphragm drives tend to be used only in relatively short strokes, but they are especially useful when pressure-driven fluids, such as vacuum boosters in automobile brakes or flush valves in toilets, may dissipate outside the drive system after they have played their part.
본 발명이 주로 다루고 있는 단방향 또는 양방향 구동식 액추에이터는 통상의 피스톤 실린더 조합과 유사한 운동을 보여주면서도 다이어프램과 유사한 밀폐막 피스톤의 팽창과 축소변형을 극대화 시킨 것이다. 아래 소개한 선행기술문헌은 본 발명의 이해를 돕기 위해 소개하는 유공압피스톤과 밀폐형 다이어프램에 관한 것이며 이들 종래기술에서는 본 발명과 같이 연질의 밀폐막으로 된 가변형 피스톤이 압력용기 내에서 직접 밀착되거나 박리되고, 동시에 피스톤로드의 역할까지 일부분 수행하며 작동하는 구조는 찾아보기 어렵다.The unidirectional or bidirectional actuated actuators mainly dealt with by the present invention maximize the expansion and contraction deformation of the diaphragm-like hermetic piston while exhibiting similar movements as conventional piston cylinder combinations. The prior art document introduced below relates to a pneumatic piston and a hermetic diaphragm introduced to aid the understanding of the present invention. In these prior arts, a variable piston made of a soft hermetic membrane as in the present invention is directly adhered or peeled in a pressure vessel. At the same time, it is difficult to find a structure that performs partly as a piston rod.
선행기술문헌을 포함하여 탄성막의 팽창과 수축에 의한 운동형태를 따르는 다이어프램식 액추에이터는 큰 힘을 낼 수 없고 탄성막 스스로가 실린더와 피스톤 역할을 동시에 해야 하므로 구동범위를 늘릴수록 좌굴되거나 또는 중간부 수축의 위험이 높아지는 단점이 있다. 또한 주지하는 바와 같이 전형적인 미끄럼접촉에 의한 운동형태를 취하는 피스톤-실린터 액추에이터는 구조체의 총 중량과 부피에 비해 구동범위가 매우 좁고, 구동부가 압력유체의 누출을 막는 실링 기능까지 수행해야 하므로 마찰손실이 크다는 단점이 있다.Diaphragm actuators that follow the movement pattern by the expansion and contraction of the elastic membrane, including the prior art literature, cannot exert great force and the elastic membrane itself must act as a cylinder and a piston. There is a disadvantage that increases the risk. Also, as is well known, the piston-cylinder actuator, which has a typical sliding contact type, has a very narrow driving range compared to the total weight and volume of the structure, and the driving part must perform a sealing function to prevent leakage of the pressure fluid. This is a big disadvantage.
문헌 (1)은 공압을 이용한 전형적인 탄성막 액추에이터로서 압축기의 피스톤 역할을 하는 탄성막은 그 주변을 둘러싼 모든 부속장치의 부피와 무게를 고려하여 볼 때, 그리고 통상의 탄성막 변형한계를 살펴볼 때, 장비의 전체규모에 현저히 못 미치는 작은 압축용량을 지니고 있다. 마찬가지로 문헌(2)의 액추에이터 또한 문헌 (1)와 유사하게 구동에 필요한 공급압력 대비 극히 작은 크기의 왕복 스트로크(탄성구동범위) 만을 생성한다.Literature (1) describes a typical elastic membrane actuator using pneumatics. The elastic membrane acting as a piston of a compressor is considered in consideration of the volume and weight of all the accessories surrounding it, and the conventional elastic membrane deformation limits. It has a small compression capacity that is significantly less than the overall size of. Similarly, the actuator of document (2) also produces only a reciprocating stroke (elastic drive range) of extremely small magnitude relative to the supply pressure required for driving, similarly to document (1).
문헌 (3)은 전형적인 강체타입의 중공축 방식 피스톤과 실린더 조합으로 된 복동식 유압 액추에이터를 소개한 것으로 단동 실린더 형태에서 복동 구동을 구현한다는 점에서 일견 본 발명과 유사한 측면이 있으나 마찰면이 여전히 존재하고 피스톤의 왕복거리 또한 여전히 종래기술의 한계를 벗어나지 못한 것이다.Literature (3) introduces a double-acting hydraulic actuator, which is a combination of a typical rigid shaft-type piston and cylinder, which has a similar aspect to the present invention in terms of implementing double-acting drive in the form of a single-acting cylinder, but a friction surface still exists. And the reciprocating distance of the piston is also still within the limits of the prior art.
이렇듯 고체변형은 물론 유체변형에 까지 걸쳐서 종래의 유공압 액추에이터들은 공통적으로 원하는 일의 양이나 원하는 구동속도, 구동변위를 충족하기 위해서 지나치게 큰 부피와 무거운 중량 및 기밀유지와 마찰저감을 위한 노력을 동반할 수 밖에 없었다.As such, the conventional hydraulic actuators, in addition to solid deformation as well as fluid deformation, are commonly accompanied by excessive volume and heavy weight, airtightness, and effort to reduce friction to satisfy a desired amount of work, a desired driving speed, and a displacement. There was no choice but to.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 피스톤과 실린더 구조 및 그것을 이용하는 액추에이터를 구현하는 것으로서 구체적으로는 가벼운 중량과 넓은 작동범위를 가지면서도 고속의 구동속도를 발휘하고 또한 제작가공비가 적게 소요되는 혁신적인 유공압 액추에이터를 구현하는 것이다.The present invention implements an innovative piston and cylinder structure and an actuator using the same, which overcomes the limitations of the prior art as described above. Specifically, a light weight, a wide operating range, high speed drive speed, and a low manufacturing cost are required. Is to implement an innovative pneumatic actuator.
위와 같은 기술적 목표를 달성하기 위한 본 발명의 액추에이터(40)는 우선 실린더 역할을 하는 압력용기(10)와 그것에 접합되는 연질 밀폐막(20)과 밀폐막에 연결되는 피스톤로드(30)을 포함하는 가변형 피스톤을 핵심적인 구성으로 한다.The
본 발명이 통상의 다이어프램과 다른 가장 큰 차이점은, 다이어프램의 경우 탄성막 그 자체로 모든 압력을 견뎌야 하는 반면에 사실상 비탄성인 본 발명의 밀폐막(20)은 피스톤의 운동방향 외에 옆으로 팽창하는 힘은 압력용기(10)가 지탱해 준다는 점이다.The main difference between the present invention and the conventional diaphragm is that the diaphragm must withstand all pressures by the elastic membrane itself, while the
이는 곧 다이어프램과는 비교할 수 없이 얇고 넓으며 길쭉한 밀폐막을 말아서 가변형 피스톤으로 사용 가능하다는 의미이며 따라서 본 발명은 다양한 형태의 압력용기(10)와 결합되어 기존의 다이어프램과 비교할 수 없는 높은 압력차이를 견뎌낼 수 있고 또한 다이어프램과 비교할 수 없는 긴 구동행정(stroke)을 확보할 수 있다. 이것이 바로 본 발명이 종래의 모든 탄성막 타입 액추에이터와 차별화되는 핵심적인 특징이다.This means that it can be used as a variable piston by rolling a thin, wide and elongated closed membrane incomparable with a diaphragm. Therefore, the present invention is combined with various types of
본 발명의 주요한 구성요소 중 하나인 압력용기(10)는 통상의 실린더와 비교하여 내표면의 매끄러운 가공이 덜 필요하므로 상대적으로 다양한 재료로 구성될 수 있다. 통상의 금속이나 합성수지 재료를 포함하여, 그 성형방식이나 강도확보에 있어서 듀랄루민 같은 경합금이나 FRP 같은 강화프라스틱 등이 적합하고 특별히 경량화가 중요한 경우는 베릴륨 등과 같이 영률(Young? modulus)이 아주 높은 재료를 채택하는 것도 좋다.The
한편 압력용기보다 더욱 중요하게 고려되는 구성요소는 가변형 피스톤의 핵심적 기능을 담당하는 연질의 밀폐막(flexible sealing membrane)이다. 밀폐막은 얇고 유연하여 주름이 잘 잡히거나 잘 펴지는 것이 기본적으로 요구되며 또한 거의 완전한 기밀성이 보장되어야 한다. 다시 말해서 압력용기의 내벽면에 밀착되었다가 박리되는 작동과정을 무수히 반복하여도 그 강도와 기밀성이 충분히 유지되어야 한다.On the other hand, a more important component than a pressure vessel is a flexible sealing membrane which plays a key role in the variable piston. Sealing membranes are thin and flexible, so it is basically required to be well crimped or straightened and also to ensure almost complete airtightness. In other words, the strength and airtightness should be sufficiently maintained even if the operation process of closely adhering to the inner wall of the pressure vessel and peeling it is repeated.
이론적인 완전한 비탄성체는 없지만 본 발명에서 밀폐막(20)을 이루는 재질은 제품의 용도에 따라 주어진 부하범위 내에서 액추에이터(40)의 구동방향으로 탄성변위가 실질적으로 0에 가깝도록 매우 충분한 강도로 설계될 필요가 있다. 즉 본 발명에서 진정한 탄성변위라 함은 압력용기 내외부에 충전되는 압력유체(그것이 진공이거나 진공에 가까운 압력을 가진 유체라 하더라도) 팽창과 압축에 따른 부피변화, 다시 말해서 압력유체들이 갖는 유체압력차이에 따른 밀폐막(20)들의 이동이 마치 탄성변위로 일어나는 것처럼 보이는 것이지 밀폐막(20)이 그 자체로 늘어나는 것을 의미하지는 않는다.Although there is no theoretically perfect inelastic material, the material forming the
따라서 밀폐막(20)은 구동방향, 즉 피스톤의 운동방향으로 실질적으로 탄성 변형되지 않는 넓이와 강도로 형성되기 위하여 상기 구동방향으로 다수의 제1합성섬유(21)가 배열되어 구성된다.Therefore, the
여기서 제1합성섬유(21)의 종류는 최근 각광받고 있는 강화 고분자 섬유나 수퍼섬유로 불리우는 고강도 섬유들이 사용될 수 있다. 대표적인 고강도 섬유로는 타이어 코드나 방탄복 등에 사용되는 아라미드 섬유가 있고, 또한 무게가 철의 25%에 불과하지만 강도가 철의 10배에 이르는 탄소섬유 등이 사용될 수 있다.Here, the type of the first
또한 비중이 낮고 내마모성이 우수하여 로프나 낚시줄로 사용되는 고분자 폴리에틸렌 섬유나 상품명 Vectran으로 불리우는 폴리아리레이트 섬유, 또는 상품명 Zylon으로 불리우는 PBO섬유 등도 액추에이터의 용도와 사용등급에 따라 충분히 적용 가능하다. 이들 고강도 섬유들은 예컨대 본 발명에 따른 액추에이터 중에서 압력용기 내 압력작용 단면적이 100㎠~1000㎠의 비교적 소형이며 내외부의 압력차는 0.1~1.0 MPa 이하인 전형적인 실시예에 적용될 경우에 단 몇가닥~몇십가닥 만으로도 사실상 탄성변형량이 0에 가까울 정도로 충분한 강도를 확보할 수 있다. 다시 말해서 매우 가느다란 고강도 섬유를 고르게 펴서 밀폐막을 만들면 두께가 얇고, (구동방향과 수직한) 압력용기의 둘레방향으로는 잘 접히면서도 구동방향으로는 매우 질긴 밀폐막을 만들 수 있다.In addition, low specific gravity and excellent wear resistance, polymer polyethylene fiber used as a rope or fishing line, polyarylate fiber called Vectran, or PBO fiber called Zylon can be sufficiently applied according to the use and use grade of the actuator. These high-strength fibers, for example, in the actuator according to the present invention are relatively small in the pressure vessel cross-sectional area of 100 cm 2 ~ 1000 cm 2 and the internal and external pressure difference is 0.1 ~ 1.0 MPa or less when applied to a typical embodiment only a few strands to several strands In fact, it is possible to secure sufficient strength so that the elastic deformation amount is close to zero. In other words, even thinner, high-strength fibers can be spread evenly to form a thinner, thinner membrane that folds well in the circumferential direction of the pressure vessel (perpendicular to the driving direction) and is very tough in the driving direction.
예를 들어 Vectran섬유를 한 올 두께로 고르게 펴서 압력작용단면적 100㎠인 액추에이터를 만들 경우를 가정하고 최대 압력 및 탄성변형량을 실제 계산해 본다.For example, suppose that the Vectran fiber is spread evenly to one thickness to make an actuator with a pressure area of 100 cm2. The maximum pressure and elastic strain are calculated.
Vectran의 비중은 1.4g/㎤, 한 올이 5 denier이므로, 한 올의 직경=0.0224mm. Vectran의 최대 장력은 25gf/denier이므로 한 올의 최대 장력은 125gf이다. 단면적이 100㎠ 인 실린더의 내경은 11.28cm이고 원주는 35.45cm이므로 한 층으로 배열 시 15,826올이 소요된다.Vectran has a specific gravity of 1.4 g / cm 3 and one den of 5 denier, so the diameter of one of the balls is 0.0224 mm. The maximum tension of the vectran is 25 gf / denier, so the maximum tension of each roll is 125 gf. The inner diameter of a cylinder with a cross-section of 100cm2 is 11.28cm and the circumference is 35.45cm, so it takes 15,826ol when arranged in one layer.
상기 Vectran섬유 15,826올로 이루어진, 이 밀폐막의 최대 장력은 1.98 ton에 이르므로 실린더 내에 인가할 수 있는 최대 압력은 3.88 MPa이며 이는 대기압으로 환산하면 무려 38.3기압에 이른다.The maximum tension of the sealed membrane, consisting of 15,826 Vectran fibers, reaches 1.98 ton, so the maximum pressure that can be applied in the cylinder is 3.88 MPa, which is equivalent to 38.3 atmospheres.
이 때의 탄성변형량은 3.8%( 원래 섬유 길이보다 3.8% 늘어남 )이므로 만약 0.1 MPa을 인가한다면 탄성변형량은 0.098%로 거의 0에 가깝다.The elastic strain at this time is 3.8% (3.8% longer than the original fiber length), so if 0.1 MPa is applied, the elastic strain is 0.098%, which is almost zero.
참고로 Vectran섬유의 경우 최대 장력의 50%이내에서는 1년 이상 지속적으로 당겼을 때 늘어나는(creep) 양이 측정되지 않을 정도이며 위에서처럼 최대 장력의 2.6%로 사용 시에는 수십년을 사용해도 처짐(creep)은 발생하지 않는다.For the Vectran fiber, the amount of creep is not measured when it is continuously pulled for more than one year within 50% of the maximum tension, and when used at 2.6% of the maximum tension as described above, it may sag even after decades of use. creep) does not occur.
한편 밀폐막은 추가로 제2합성섬유(22)가 상기 제1합성섬유(21)가 배열된 방향과 수직하거나 비스듬하게 배열되어 구성될 필요가 있고 이때 상기 제2합성섬유가 배열된 방향으로는 필요에 따라 탄성변형 가능하도록 설정될 필요가 있다. 이때 제2합성섬유(22)는 제1합성섬유(21)와 달리 강도보다는 기밀성과 유연성의 확보가 용이한 섬유가 바람직하다. 밀폐막이 제2합성섬유가 배열된 방향, 또는 압력용기의 둘레방향으로 탄성변형되지 않는 섬유재질로 설계된다면 밀폐막의 둘레길이는 압력용기의 둘레방향 중 가장 긴 둘레길이로 설정될 필요가 있다.Meanwhile, the sealing membrane additionally needs to be configured such that the second
밀폐막의 기밀성과 내마모성을 결정짓는 제1합성섬유와 제2합성섬유의 결착은 통상적인 복합재료 접착용 합성수지(resin)가 적당하며 타이어코드를 결착시키는 고분자 수지와 같이 대부분의 온도범위에서 뛰어난 연성과 저마찰 특성을 유지하여야 하고 무수한 반복 사용에 있어서도 갈라짐이 발생하지 않아야 하며 다양한 사용환경에 노출될 수 있으므로 내열성과 내식성이 뛰어나야 한다.The binding of the first synthetic fiber and the second synthetic fiber, which determines the airtightness and abrasion resistance of the sealing membrane, is suitable for general composite resins for bonding composite materials and has excellent ductility at most temperature ranges such as polymer resins for binding tire cords. It should maintain low friction properties, cracks should not occur in numerous repeated use, and it should be excellent in heat resistance and corrosion resistance because it can be exposed to various usage environments.
본 발명은 통상의 원통형 실린더와 비교하여 극히 우수한 자유도를 갖는 다양한 형태와 광범위한 크기를 갖는 압력용기를 실린더 역할로 사용할 수 있다. 따라서 차량이나 선박, 항공기 등을 막론하고 적용되는 모든 기술분야에서 설계의 자유도와 설계품의 성능을 크게 향상시킨다.According to the present invention, pressure vessels having various shapes and a wide range of sizes having extremely superior degrees of freedom compared to conventional cylindrical cylinders can be used as a cylinder. Therefore, it greatly improves the freedom of design and the performance of the design in all applied technical fields regardless of vehicle, ship, aircraft, etc.
또한 본 발명은 구동체가 되는 밀폐막타입 가변형 피스톤이 압력용기의 내면(주로 내주면 또는 내측면)을 따라 초기 밀착되었다가 박리 변형되면서 움직이므로 실질적으로 접혔다가 펴지는 부분까지 피스톤 운동에 동참하게 된다. 따라서 대부분의 환경에서 종래의 피스톤 운동범위에 비해 최소 1.5~2배가 넘는 넓은 운동범위를 가지며 가볍고 얇으며 유연한 밀폐막의 특성상 종래의 피스톤이 따라올 수 없는 초고속의 구동속도가 강력한 구동력과 함께 발휘되며 밀착과 박리를 주된 작용으로 하므로 미끄럼마찰이 극도로 감소된다. 이는 통상의 강체실린더 및 강체피스톤 조합에 필요한 실링-구동부의 경면가공비용이나 구동면 양측의 열팽창률 일치를 위한 재료선정비용 등을 거의 100%에 가깝게 절약하게 만들어준다.In addition, in the present invention, since the closed membrane type variable piston serving as the driving body is initially in close contact with the inner surface (mainly the inner circumferential surface or the inner surface) of the pressure vessel and moves while being peeled and deformed, it participates in the piston movement to the portion that is substantially folded and unfolded. . Therefore, in most environments, it has a wide range of motion of at least 1.5 to 2 times that of the conventional piston range, and because of the light, thin and flexible sealing membrane, the ultra-high driving speed that the conventional piston cannot follow is shown with strong driving force and close contact. Slip friction is extremely reduced because the main action is the over peeling. This makes it possible to save nearly 100% of the mirror surface processing cost of the sealing-drive part required for the conventional rigid cylinder and the rigid piston combination, and the material selection cost for matching the thermal expansion coefficient of both driving surfaces.
덧붙여서 본 발명은 자유롭게 변형되는 밀폐막이 피스톤로드와 같은 역할을 수행할 수도 있으므로 반드시 용기의 중심축 선상에 피스톤로드를 배치하지 않아도 되는 장점이 있다. 이는 하나의 압력용기에 서로서로를 관통하는 여러 개의 밀폐막을 적층할 수 있어 인간형 로봇의 손가락 관절과 같은 다관절 운동 구현에 매우 유용하게 적용되는 효과가 있다.In addition, the present invention has the advantage that it is not necessary to arrange the piston rod on the central axis line of the vessel because the freely deformed sealing membrane may also play a role as the piston rod. This can be stacked several sealing membranes penetrating each other in one pressure vessel has the effect that is very useful to implement a multi-joint movement, such as the finger joints of the humanoid robot.
도 1은 본 발명의 가장 기초적인 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도
도 2는 본 발명의 가장 기초적인 실시예인 단동식 액추에이터 실시예를 개념적으로 도시한 단면도
도 3은 도 2a와 도 2b의 단동식 액추에이터를 발전시킨 좌우 양동식 액추에이터 실시예와 그 작동 메커니즘을 개념적으로 도시한 단면도
도 4는 도 2a와 도 2c의 단동식 액추에이터를 결합하여 발전시킨 양동식 액추에이터 실시예와 그 작동 메커니즘을 개념적으로 도시한 단면도
도 5는 본 발명을 단동 복합동축구동식 액추에이터로 발전시킨 실시예.1 is a perspective view and a cross-sectional view showing the most basic embodiment of the present invention
2 is a cross-sectional view conceptually illustrating a single acting actuator embodiment which is the most basic embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view conceptually illustrating a left-right double-acting actuator embodiment and an operation mechanism thereof in which the single-actuated actuators of FIGS. 2A and 2B are developed.
4 is a cross-sectional view conceptually illustrating a double acting actuator embodiment developed by combining the single acting actuators of FIGS. 2A and 2C and an operation mechanism thereof;
5 is an embodiment in which the present invention is developed into a single-acting compound coaxial drive actuator.
상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.
다만 아래의 실시예에서 특정 전문용어로 표현되는 구성요소들과 그 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.However, in the following embodiments, the components and the combination structure expressed in the specific terminology do not limit the technical idea that is included in the present invention.
도 1은 본 발명 액추에이터(40)를 가장 간단하고 기초적인 원통형 단동식 형태로 도시한 실시예이다.1 illustrates an embodiment of the
도 1a에 도시된 액추에이터(40)의 실시예를 살펴보면 일단이 안내커버(13)로 막혀 있는 압력용기(10)에 연질의 밀폐막(30)과 피스톤 로드(30)로 이루어진 가변형 피스톤이 안내커버 중심에 형성된 안내공(11)을 관통하여 구성된 전형적인 원통 실린더 형태의 액추에이터(40)임을 알 수 있다.Looking at the embodiment of the
도 1b에 도시된 단면도를 참조하면 도 1 실시예의 작동구조가 잘 이해된다.Referring to the cross section shown in FIG. 1B, the operating structure of the FIG. 1 embodiment is well understood.
우선 압력용기(10)에는 상기 피스톤로드(30)의 구동을 안내하는 안내공(11) 또는 상기 밀폐막(20)의 구동을 안내하는 안내커버(13)가 각각 필요에 따라 구성된다.First, the
그리고 압력유출입관(23)은 상기 밀폐막(20)의 내면 또는 외면에 부착된 연질관 형태로 상기 안내커버(13)를 관통하여 형성된다.In addition, the
필요에 따라 피스톤로드(30)를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있기 때문에 도면부호로 특정되지는 않았지만, 가변형 피스톤은 자신을 구성하는 적어도 일부의 밀폐막(20)이 압력용기(10)의 내면에 밀착 가능하도록 형성되며, 또한 밀폐막(20)은 압력용기(10) 외부로부터의 유체유입 또는 유체유출에 의하여 적어도 일부의 (압력용기 내면에) 밀착된 부분이 박리되면서 가변형 피스톤을 구동시킨다.Although it is not specified by the reference numeral because it may or may not include the
참고로 압력용기(10)는 반드시 원통형일 필요는 없고 비원통형으로 형성되어도 무방하다. 통상의 강체 피스톤과 실린더라면 응력집중이나 기밀성능 저하를 막기 위한 원통형 실린더가 가장 이상적인 설계겠지만 본 발명은 상술한 단점을 연질의 밀폐막(20)이 대부분 보완하여 주므로 반드시 원통형일 필요는 없다.For reference, the
그리고 가변형 피스톤은 밀폐막(20) 만으로 구성되거나, 또는 상기 밀폐막(20)에 부착되는 적어도 하나의 압력유출입관(23)을 더 포함하여 구성되거나, 또는 상기 밀폐막(20)에 연결되는 적어도 하나의 피스톤로드(30)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 가장 전형적인 형태는 하나의 밀폐막과 하나 이상의 피스톤로드로 구성되는 것이며 가장 특이한 형태는 다수의 밀폐막에 피스톤로드가 없는 형태이다. 즉 가변형 피스톤이 단순 수축작용만을 의도하고 설계된다면 필요에 따라 밀폐막을 늘여서 피스톤로드(30)를 대체할 수 있다는 뜻이다.And the variable piston is composed of only the sealing
또한 압력유출입관(23)은 도 1a, 1b에서 원판형의 안내커버(13)에 형성되어 있지만 도 2a를 참조하면 압력유출입관은 피스톤로드(30)의 축 중심을 관통하여 압력용기(10) 내부와 연결될 수도 있다. 다시 말해서 압력유출입관(23)은 밀폐막(20)과 상기 압력용기가 이루는 공간에 압력유체가 유출입되기 위한 본연의 기능, 다시 말해서 밀폐막(20)이 압력용기(10) 내측면에 반복적으로 밀착 박리되는 기능을 방해하지만 않는다면 안내커버나 피스톤로드, 또는 필요한 어느 곳에 설치된다 하더라도 본 발명의 기술적 사상을 훼손하지는 않는다.In addition, although the pressure inlet and
이때 박리된 밀폐막(20)의 일부분은 마치 피스톤 로드(Piston rod)와 같은 역할을 하며 도 1의 단순한 원통형 압력용기를 기준으로 할 때 밀착된 밀폐막이 박리된 부분(실린더의 길이)과 박리된 밀폐막이 피스톤 로드처럼 늘어난 부분(피스톤이 연장된 길이)을 합쳐 기존 피스톤의 2배 가량에 해당되는 구동변위가 얻어진다.At this time, a part of the peeled
한편 이 과정에서 밀폐막(20)은 상기 가변형 피스톤의 구동방향으로 탄성 변형되지 않는 넓이와 강도로 형성되되, 도 1b를 참조하면 상기 구동방향으로 다수의 제1합성섬유(21)가 배열되어 구성되며 상기 제1합성섬유(21)가 배열된 방향과 수직하거나 비스듬하게 제2합성섬유(22)가 배열되어 구성된다.Meanwhile, in this process, the sealing
앞서 기술한 바와 같이 제1합성섬유(21)는 매우 고강도로 설정되어 잡아당겼을 때 밀폐막이 그 자체로 늘어나지 않게 하며, 제1합성섬유(21)가 배열된 방향과 수직한 방향, 다시 말해 압력용기의 둘레방향으로 배열된 제2합성섬유(22)의 배열방향으로는 상대적으로 적은 힘이 가해지는 것을 감안하여 복귀 시에 압력용기 내면에 원활히 재밀착될 필요가 있도록 유연한 재질로 구성된다.As described above, the first
참고로 제2합성섬유는 유연한 재질로 구성되어야 할 필요는 있지만 반드시 탄성변형이 가능해야 할 필요는 없으며 비탄성 재료로 구성되어도 상관은 없다. 중요한 것은 박리 후 재 밀착시 접히지 않으면서 압력용기 내면에 신속하고 완벽하며 재 밀착되는 것이며 만약 비탄성 재질로 구성될 경우 압력용기 내면의 둘레나 직경이 변화하는 경우는 가장 큰 둘레나 직경에 맞추어 설계되거나 각 대응지점의 둘레나 직경에 맞추어 설계될 필요가 있다. 압력용기가 길이방향에 걸쳐서 단면적이나 둘레의 변화폭이 크다면 가장 큰 둘레길이에 맞추어 일률적으로 형성된 밀폐막은 아무래도 밀착시 접히는 부분이 많게 된다. 따라서 그러한 설계가 요구되는 부분에만 제2합성섬유 배열방향으로 탄성변형 가능하도록 구성하면 좋다.For reference, the second synthetic fiber needs to be made of a flexible material, but does not necessarily need to be elastically deformable, and may be made of an inelastic material. The important thing is to be fast, perfect and re-adherent to the inside of the pressure vessel without being folded when re-adhesive after peeling. It needs to be designed to fit the circumference or diameter of each corresponding point. If the pressure vessel has a large variation in cross-sectional area or circumference over the longitudinal direction, the sealing membrane uniformly formed in accordance with the largest circumference length will have many folded portions when in close contact. Therefore, it may be configured to be elastically deformable in the second synthetic fiber arrangement direction only in the portion where such a design is required.
이 부분은 상술한 과제 해결수단에서 언급된 수퍼 섬유들로 충분히 해결할 수 있으며 섬유배열을 결착하는 합성수지 또한 특수 고분자수지로 충분히 해결할 수 있다.This part can be sufficiently solved by the super fibers mentioned in the above-mentioned problem solving means, and the synthetic resin binding the fiber array can also be sufficiently solved by the special polymer resin.
도 2a는 본 발명의 가장 기초적인 실시예인 단동식 액추에이터를 개념적으로 도시한 단면도이며(도 1과 구조적으로 같다), 도 2b, 도 2c는 도 2a를 변형 설계한 단동식 액추에이터 실시예를 개념적으로 도시한 단면도이다.FIG. 2A is a cross-sectional view conceptually showing a single-acting actuator, which is the most basic embodiment of the present invention (structurally the same as FIG. 1), and FIGS. 2B and 2C conceptually illustrate a single-acting actuator embodiment modified from FIG. 2A. It is sectional drawing.
각각의 실시예 공히 제1압력공간(A)는 자신의 외부공간인 제n압력공간(N)과는 다른 압력, 구체적으로 높은 압력을 공급받을 때 밀폐막(20)은 박리상태에서 밀착상태로 전환되면서 피스톤로드(30)를 구동시킨다. 이후 도 3~5에서 추가 설명하겠지만 이 같은 압력공간의 개념은 3개, 4개의 공간으로 계속 확장될 수 있다.In each embodiment, when the first pressure space A is supplied with a pressure different from the nth pressure space N, which is its external space, specifically, a high pressure, the sealing
참고로 도 2a, 2b는 밀폐막이 접히는 구간이 없이 매끈하게 압력용기 내면에 밀착되거나 박리되는 것을 의도할 때 바람직한 설계이며 밀폐막의 내열성, 내마찰성이 요구되고 구동 반응성이 덜 요구될 때 적합하다. 반면 도 2c는 밀폐막의 내열성, 내마찰성이 덜 요구되고 구동 반응성이 더욱 요구될 때 적합하다. 이때 피스톤 로드(30)에 형성된 접시모양의 압력면은 통상의 피스톤과는 다른 개념으로 압력용기 내면과 전혀 마찰되지 않는 비교적 작은 크기로 설계된다.For reference, FIGS. 2A and 2B are preferred designs when the sealing membrane is smoothly adhered to or peeled off from the inner surface of the pressure vessel without a folding section, and is suitable when heat resistance and friction resistance of the sealing membrane are required and driving reactivity is required. On the other hand, Fig. 2C is suitable when less heat resistance and friction resistance of the sealing membrane are required and more driving responsiveness is required. At this time, the plate-shaped pressure surface formed in the
본 발명과 청구대상이 달라 도면상으로 도시되지는 않았지만, 도 2a 또는 도 2b의 단동식 액추에이터에 압력유출입관을 2개 구성하고 각각 흡입, 배출방향으로 일방향 구동되는 체크밸브를 달고 피스톤로드를 구동시킨다면 이는 액추에이터와 반대되는 개념인 압축기 또는 흡입기가 될 수 있다.Although the present invention and the subject matter are not shown in the drawings, two pressure inlet and outlet pipes are formed in the single-acting actuator of FIG. 2A or 2B, and the piston rod is driven with a check valve driven in one direction in the suction and discharge directions, respectively. If so, this could be a compressor or inhaler, as opposed to an actuator.
피스톤로드의 구동력으로 압력용기 내부의 유체를 압축시키거나 팽창시킨다면 압력유입관을 통해서 흡입된 유체가 밀폐막에 의해 압축되면서 압력유출관으로 토출될 수 있다. 이는 본 발명이 압력유체의 힘으로 피스톤로드를 구동시키는 액추에이터가 아니라 진공펌프나 공기압축펌프와 같은 유체펌프로 설계 변경되어 사용될 수도 있음을 의미한다.When the fluid inside the pressure vessel is compressed or expanded by the driving force of the piston rod, the fluid sucked through the pressure inlet tube may be discharged to the pressure outlet tube while being compressed by the sealing membrane. This means that the present invention can be used by changing the design of a fluid pump such as a vacuum pump or an air compression pump, not an actuator for driving the piston rod by the force of the pressure fluid.
도 3은 도 2a와 도 2b의 단동식 액추에이터를 발전시킨 좌우 양동식 액추에이터 실시예와 그 작동 메커니즘을 개념적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view conceptually illustrating a left-right double-acting actuator embodiment and an operating mechanism thereof in which the single-actuated actuators of FIGS. 2A and 2B are developed.
밀폐막(20)은 필요에 따라 두 개 이상 다수 개로 적층되어 배치될 수 있다. 즉 도면상으로는 가변형 피스톤과 압력용기(10)가 이루는 폐쇄된 공간을 제1압력공간(A)으로 표시하였고 압력용기 외부 공간을 제n압력공간(N)으로 표시하였지만, 밀폐막이 다수 개일때 압력공간은 제1압력공간(A), 제2압력공간(B), 제3압력공간(C)등으로 확장되며 가장 외부의 공간이 제n압력공간(N)으로 정의될 수 있다.Two or more sealing
제1내지 제n압력공간(A~N)들은 상기 압력용기(10) 내부에서 서로 같은 방향으로 팽창, 수축하거나 또는 서로 다른 방향으로 팽창, 수축한다. 이 같은 압력공간의 특성은 이후 설명할 도 4, 5 에서도 기본적으로 동일하게 정의될 수 있다.The first to nth pressure spaces A to N expand or contract in the same direction or expand or contract in different directions within the
도 3의 구성은 전형적인 왕복운동 액추에이터에 적용될 수 있다. 통상의 유공압 피스톤-실린더와 다른 점은 내주면 정밀가공이 필요 없어 매우 값싸고, 매우 가볍고 작게 만들 수 있다는 것이다. 또한 극히 빠른 왕복속도를 자랑한다. 이 같은 특성은 양(+)압이나 음(-)압의 공기가 지속적으로 생성되는 환경에서 빠르게 왕복동 운동을 하는 크랭크의 개수를 대폭 늘릴 수 있거나 또는 그 반대의 경우도 가능하다는 의미이다. 전자의 응용예는 소규모 공장에서 쓰이는 공압 해머가 될 수 있으며 후자의 경우에는 하나의 왕복동 크랭크에 도 3 액추에이터를 다수 개 연결하여 저렴하고 효율적인 공기압축기가 될 수 있다.The configuration of FIG. 3 can be applied to a typical reciprocating actuator. The difference from conventional pneumatic piston-cylinder is that it can be made very cheap, very light and small because there is no need for precision machining. It also boasts extremely fast reciprocating speeds. This characteristic means that the number of cranks that reciprocate rapidly can be significantly increased in the environment in which positive or negative air is continuously generated, or vice versa. The former application could be a pneumatic hammer used in small factories, and in the latter case it would be a cheap and efficient air compressor by connecting multiple actuators in FIG. 3 to one reciprocating crank.
한편 압력용기(10) 내에 밀폐막이 밀착가능한 부분의 총 길이를 L이라고 할 때 가변형 피스톤이 구동변위는 밀폐막의 박리부분까지 고려한다면 적어도 L의 2배가 넘을 것을 충분히 알 수 있다. 도 2,3의 경우에는 압력용기의 단면적이 일정하므로 가변형 피스톤의 구동스트로크는 통상의 강체피스톤 구동스트로크의 2배 가량이 된다.On the other hand, when the total length of the portion close to the sealing membrane in the
도 4는 도 2a의 단동 수축식 액추에이터와 도 2b의 단동 팽창식 액추에이터를 결합하여 발전시킨 양동 수축팽창식 액추에이터 실시예와 그 작동 메커니즘을 개념적으로 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view conceptually illustrating a bipolar contraction expansion actuator embodiment and an operation mechanism thereof developed by combining the single-acting contractive actuator of FIG. 2A and the single-acting inflatable actuator of FIG. 2B.
도 4는 전형적인 생체근육의 수축작용을 수행할 수 있을 뿐 아니라 그 반대로 생체근육이 수행할 수 없는 팽창작용까지 수행할 수 있다. 본 발명의 고유한 특징인 경량, 고속, 저가의 가공비는 그대로 보유하고 있다. 결국 도 4와 같은 경우는 새의 날개짓이나 곤충의 점프와 같은 소형-경량-고속의 운동체에 가장 이상적인 액추에이터가 된다. 빠르게 왕복을 반복하거나 급격히 폈다가 오무리는 동작을 가능케 하는 액추에이터를 가볍고 값싸며 많이 만들고 싶을 때, 간단한 복합재료 합성수지로 구성한 압력용기와 초박막 수퍼섬유로 구성된 밀폐막은 어떠한 금속가공 방식의 피스톤 실린더 조합보다도 월등한 성능을 발휘하며 장기간 운용 시에도 유공압의 누설이 없는 신뢰성을 발휘한다.4 can perform not only the contraction of the typical biological muscles but also vice versa. Light weight, high speed, and low cost of processing are inherent in the present invention. After all, the case shown in Figure 4 is the most ideal actuator for small-light-speed high-speed moving objects, such as bird wings and insect jumps. When you want to make an actuator that allows you to reciprocate quickly or squeeze quickly and lightly, and make a lot of light, cheap and expensive, the airtight membrane made of a simple composite synthetic resin and ultra thin super fiber is more than any combination of metal cylinder type piston cylinders. Outstanding performance and reliability without leakage of pneumatic pressure even in long term operation.
도 5는 본 발명을 단동 복합동축구동식 액추에이터로 발전시킨 실시예이며 본 발명의 액추에이터가 가장 혁신적으로 응용되는 탄성액츄에이터 실시예를 소개한 것이다.5 is an embodiment in which the present invention is developed into a single-acting coaxial drive actuator, and the actuator of the present invention introduces an embodiment of an elastic actuator in which the present invention is most innovatively applied.
압력용기(10)에 상기 밀폐막과 상기 압력용기가 이루는 공간에 압력유체가 유출입되기 위한 압력유출입관(23)이 연결되는 것은 같다. 좀 더 구체적으로 유연한 재질의 안내커버(13)는 동축으로 배열된 복수의 밀폐막들이 그대로 연장되어 그 자체로 피스톤로드와 같은 인장로프의 역할을 겸하도록 하는 데에 핵심적인 역할을 한다.The
압력용기(10)는 가변형 피스톤의 구동변위에 따라 상기 제1압력공간 또는 제n압력공간으로부터 받는 압력의 압력작용면적이 변화하도록 형성될 수 있으며 이때 상기 압력작용면적을 상기 변위방향으로 투영시킨 투영면적은 도 1에서와 같이 원형(또는 등방성의 정다각형의) 모양이거나 또는 도 5a 처럼 원통형이 아닌 어떠한 모양도 무난하게 적용될 수 있다.The
특정 구동변위에서의 구동력은 그 지점에서 압력유체의 작용면적에 따라 결정되므로 압력용기(10) 설계 시에 도 5b에서와 같이 일부 구동변위에서 압력증가(또는 감소)공간(12)을 두어 의도적으로 압력작용면적을 변화시키도록 설계한다면 가변형 피스톤의 변위에 따라 다양한 구동력을 얻을 수 있다.Since the driving force at a particular drive displacement is determined by the working area of the pressure fluid at that point, the design of the
한편 밀폐막은 압력용기(10) 내부에서 적어도 두 겹 이상으로 배열되며 서로 독립적으로 박리되거나 밀착되면서 변형된다.On the other hand, the sealing membrane is arranged in at least two layers or more inside the
따라서 의도적으로 설정된 간격을 두고 겹겹이 배열된 밀폐막 사이로 복수 개의 압력공간이 확보된다. 앞서 기술한 바와 같이 가변형 피스톤과 압력용기(10)가 이루는 폐쇄된 공간이 제1압력공간(A)이고 압력용기 외부 공간을 제n압력공간(N)이라면, 밀폐막이 3개 일때 압력공간은 제1압력공간(A), 제2압력공간(B), 제3압력공간(C)으로 확장되며 가장 외부의 공간인 제n압력공간(N)은 진공이 아닌 체액 등으로 채워진 압력공간일 수 있다.Therefore, a plurality of pressure spaces are secured between the sealing membranes arranged in layers at intentionally set intervals. As described above, if the closed space formed by the variable piston and the
물론 상기 압력용기(10)와 상기 밀폐막 사이 또는 상기 복수의 밀폐막들 사이에는 압력유체의 유출입을 수행하는 압력유출입관(23)을 더 포함하여 구성되므로 제1, 제2, 제3 압력공간으로는 압력유출입관(23)에 의해 서로 다른 압력의 유체가 유출입될 수 있다.Of course, since the
연질의 안내커버(13)와 가장 바깥쪽의 밀폐막(20)사이, 또는 밀폐막과 밀폐막 간에 관통된 틈새 사이로는 압력유체가 일부 누출될 수 있다. 그러나 근막 속으로 인대가 뚫고 지나가는 듯한 설계는 강체 바로 이루어진 피스톤로드로는 결코 구현할 수 없는 구성임을 감안하면 압력유체의 누출에 따른 단점보다는 밀폐막끼리 겹쳐진 상태로 각 밀폐막이 다른 밀폐막을 뚫고 관통하면서 운동할 수 있다는 장점이 더욱 크다. 예컨대 인간형 로봇을 설계할 때 피부 안쪽(압력용기의 바깥공간 전체)을 전부 압력유체로 채우고 약간의 누출은 피부 안쪽의 폐쇄계에서 재처리하여 압축펌프로 재공급하는 방식이 있을 수 있다. 이러한 설계경우에 관절과 근육(액추에이터)를 싸고 있는 외피의 기밀상태만 적절히 유지된다면 밀폐막과 밀폐막 사이, 연질의 안내커버와 밀폐막 사이의 압력유체 누출은 극소화되며 아주 고부하가 아닌 이상 액추에이터 본연의 구동력을 충분히 발휘할 수 있다.Some pressure fluid may leak between the
결국 안내커버(13) 또는 외부의 체액 등에 의해서 완전히 밀봉되지 않은 밀폐막의 기밀성이 어느 정도 보완된다면(압력유체의 누출이 구동력 획득효과에 비해 미미한 손실이라면) 본 발명의 액추에이터는 종래의 피스톤으로는 결코 시도할 수 없는 동축 배열식 피스톤을 구성할 수 있는 것이며 도 5c 및 도 5d에서 보는 바와 같이 새의 날개짓 동작을 완벽히 구현하거나 사람의 손가락과 유사한 동작을 수행할 수 있다. 이 과정은 마치 근막과 근막 사이에서 인접한 근육이 서로 접한 상태로 움직이며 그 사이로 통한 혈관을 통해 피를 공급받는 것과 유사하게 구현된다. 도 5와 같은 구성을 좀 더 발전시키면 이는 섬유 몇 가닥 ~ 몇십 가닥으로 만들어지는 초소형, 초박형의 밀폐막 구성으로 뱀의 몸체나 곤충의 다리와 같은 다관절 근육을 본 발명의 액추에이터(40)로서 구현할 수 있음을 의미한다.As a result, if the airtightness of the sealing membrane which is not completely sealed by the
이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 발명이 내포하고 있는 기술사상을 활용하여 필요에 따라 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 또는 간단 확장 사례를 구현할 수도 있겠으나, 그 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술사상의 범위에 자명하게 포함된다.In other words, those skilled in the art will recognize that the invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. For example, And the scope of the technical idea of the present invention expressed by the following claims is also included.
본 발명은 압력용기의 형태와 크기를 변형하여 각종 액추에이터에 적용될 수 있다.The present invention can be applied to various actuators by modifying the shape and size of the pressure vessel.
대표적으로 납작한 물체 예를 들어 초경량 항공기의 플랩 구동이나 익형변환 장치로 매우 적합하며 좁은 설계공간과 상대적으로 큰 힘이 요구되며 고도로 복잡한 중첩식의 다단 움직임을 필요로 하는 인체 삽입형 인조근육 또는 인간형 로봇의 관절 구동장치로 활용가능하다.Typical flat objects, such as flap drives or airfoils in ultralight aircraft, are ideal for implantable artificial muscles or humanoid robots that require narrow design space, relatively large forces, and require highly complex multi-stage movements. It can be used as a joint drive.
또한 소형경량의 유공압 동력원과 결합될 경우 날개짓 운동을 하는 새 형태의 초경량 항공기나 곤충 로봇에 매우 적합하다.It is also well suited for new types of ultra-lightweight aircraft or insect robots that make winged movements when combined with small, lightweight pneumatic power sources.
참고로 본 발명에서 권리로 청구되지는 않았으나 본 발명의 액추에이터를 설계변형하여 밀폐된 유체의 압축팽창에 이용한 탄성구조체를 구성할 경우 자동차의 코일스프링을 대체할 수 있고 천정에 매달아서 움직이는 전자장비나 수술기구의 행거로 유용하며, 접어서 운반 가능한 초경량의 트램펄린이나 인명구조용 매트로 활용가능하다.For reference, although not claimed as a right in the present invention, when the actuator of the present invention is designed and modified to form an elastic structure used for compressive expansion of a hermetic fluid, the coil spring of an automobile may be replaced, and the electronic device or the device may be suspended by a ceiling. It is useful as a hanger for surgical instruments and can be used as an ultra-lightweight trampoline or a lifesaving mat that can be folded and carried.
또한 본 발명의 고속운동 성능은 활과 투석기를 포함한 모든 종류의 저소음 발사체의 발사동력으로 매우 유용하게 활용될 수 있다.In addition, the high-speed motion performance of the present invention can be very useful as the firing power of all kinds of low noise projectiles, including bows and catapults.
10: 압력용기
11: 안내공
13: 안내커버
20: 밀폐막
21: 제1합성섬유
22: 제2합성섬유
23: 압력유출입관
30: 피스톤로드
40: 액추에이터
A: 제1압력공간 (B = 2, C = 3, D = 4, ..)
N: 제n압력공간10: pressure vessel
11: guide
13: Information cover
20: sealing film
21: first synthetic fiber
22: second synthetic fiber
23: pressure outflow pipe
30: piston rod
40: Actuator
A: first pressure space (B = 2, C = 3, D = 4, ..)
N: nth pressure space
Claims (11)
적어도 하나의 연질의 밀폐막(20)을 포함하여 구성되는 가변형 피스톤;과
상기 밀폐막(20)과 상기 압력용기가 이루는 공간에 압력유체가 유출입되기 위한 적어도 하나의 압력유출입관(23);을 포함하여 구성되고
상기 밀폐막은 상기 압력용기(10) 외부로부터의 유체 유출입에 의하여, 적어도 일부분이 상기 압력용기(10)의 내면에 밀착되거나 박리되고, 또한 적어도 일부의 박리된 부분이 상기 압력용기 내면에 밀착되면서 상기 가변형 피스톤을 구동시키도록 구성되며,
상기 가변형 피스톤은 상기 밀폐막(20) 만으로 구성되거나 또는 상기 밀폐막(20)에 연결되는 적어도 하나의 피스톤로드(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.Cylindrical or non-cylindrical pressure vessel 10 that serves as a cylinder; And
A variable piston including at least one soft sealing membrane 20; and
And at least one pressure inlet and outlet pipe 23 through which the pressure fluid flows in and out of the space formed by the sealing membrane 20 and the pressure vessel.
The sealing membrane is at least partially adhered to or peeled off from the outside of the pressure vessel 10 by contacting the inner surface of the pressure vessel 10, and at least a part of the peeled portion is brought into close contact with the inner surface of the pressure vessel. Configured to drive the variable piston,
The variable piston is an actuator, characterized in that it comprises at least one piston rod (30) consisting of only the sealing membrane (20) or connected to the sealing membrane (20).
상기 밀폐막(20)은 상기 가변형 피스톤의 구동방향으로 탄성 변형되지 않는 것을 특징으로 하는 액추에이터(40).The method of claim 3,
Actuator (40) is characterized in that the sealing membrane (20) is not elastically deformed in the driving direction of the variable piston.
상기 가변형 피스톤과 상기 압력용기(10)가 이루는 제1압력공간(A)은 자신의 외부공간인 제2압력공간 내지 제n압력공간(B~N)과 서로 다른 압력으로 설정되는 액추에이터(40).5. The method of claim 4,
The first pressure space A formed by the variable piston and the pressure vessel 10 has an actuator 40 set to a different pressure from the second pressure space n-th pressure spaces B to N, which are external spaces thereof. .
상기 제1내지 제n압력공간(A~N)들은 상기 압력용기(10) 내부에서 서로 같은 방향으로 팽창, 수축하거나 또는 서로 다른 방향으로 팽창, 수축하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터(40).The method of claim 5,
The first to n-th pressure space (A ~ N) is an actuator (40), characterized in that formed in the pressure vessel (10) in the same direction to expand or contract with each other, or to expand and contract in different directions.
상기 압력용기(10)는 상기 피스톤로드(30)의 구동을 안내하는 안내공(11) 또는 상기 밀폐막(20)의 구동을 안내하는 안내커버(13)를 더 포함하여 구성되는 액추에이터(40).The method according to claim 6,
The pressure vessel 10 further comprises a guide hole 11 for guiding the driving of the piston rod 30 or a guide cover 13 for guiding the driving of the sealing membrane 20. .
상기 가변형 피스톤은 상기 밀폐막(20)에 부착되는 적어도 하나의 압력유출입관(23)을 더 포함하여 구성되고,
상기 압력유출입관(23)은 상기 밀폐막(20)의 내면 또는 외면에 부착된 연질관 형태로 상기 안내커버(13)를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터(40).The method of claim 7, wherein
The variable piston further comprises at least one pressure outlet tube 23 attached to the sealing membrane 20,
The pressure outflow tube 23 is an actuator 40, characterized in that formed through the guide cover 13 in the form of a flexible tube attached to the inner surface or the outer surface of the sealing membrane (20).
상기 밀폐막(20)은 상기 구동방향으로 다수의 제1합성섬유(21)가 배열되어 구성되는 액추에이터(40).5. The method of claim 4,
The sealing membrane 20 is an actuator 40 is composed of a plurality of first synthetic fibers 21 are arranged in the driving direction.
상기 밀폐막(20)은 상기 제1합성섬유(21)가 배열된 방향과 수직하거나 비스듬하게 탄성 또는 비탄성의 제2합성섬유(22)가 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터(40).10. The method of claim 9,
The sealing membrane (20) is an actuator (40), characterized in that the elastic or inelastic second synthetic fibers 22 are arranged perpendicularly or obliquely to the direction in which the first synthetic fibers 21 are arranged.
상기 압력용기(10)는 상기 가변형 피스톤의 구동변위에 따라 상기 제1압력공간(A) 내지 상기 제n압력공간(N)으로부터 받는 압력의 압력작용면적이 변화하도록 형성되는 액추에이터(40).The method of claim 5,
The pressure vessel (10) is an actuator (40) is formed so that the pressure action area of the pressure received from the first pressure space (A) to the n-th pressure space (N) in accordance with the drive displacement of the variable piston.
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