KR101558940B1 - 전자 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 변위 확대점을 가지는 전자 액추에이터(1)는, 간극(5)을 형성하는 2면(2as, 2bs)을 가짐과 함께 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(1A)와, 변위 확대 기구(1A)에 설치된 코일(6)을 구비하고 있다. 코일(6)에 전류를 흘림으로써 자성체에 자속을 생기게 하고, 2면(2as, 2bs)간에 흡인력을 생기게 한다. 이 2면(2as, 2bs)간의 흡인력에 의해, 변위 확대점을 변위시킨다.

Description

전자 액추에이터{ELECTROMAGNETIC ACTUATOR}

본 특허 출원은, 2013년 4월 8일에 제출된 일본 출원인 일본국 특원2013-80731의 이익을 향수한다. 이 선출원의 전체 개시 내용은, 인용에 의하여 본 명세서의 일부가 된다.

본 발명은 변위 확대 기구를 포함하는 전자 액추에이터에 관한 것이며, 특히 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보할 수 있고, 전체를 소형화할 수 있는 전자 액추에이터에 관한 것이다.

종래부터, 전자 흡인력을 이용한 전자 액추에이터가 알려져 있다. 종래 기술에 의한 전자 액추에이터를 구성하는 전자 흡인력 발생 기구를 도 20의 (a) (b) (c)에 나타낸다. 도 20의 (a)는 전자 흡인력 발생 기구(101)의 정면도이다. 전자 흡인력 발생 기구(101)는, 단면 형상이 대략 사각형이 되는 철 등의 자성체로 이루어지고, 동일 방향에 대략 평행하게 연장되는 한 쌍의 흡인 철심(102a, 102b)의 일단(一端)이 자력(磁力) 발생 철심(103)에 접속되어 「ㄷ자형」으로 형성되어 있다.

그리고, 자력 발생 철심(103)의 주위에는, 구리선 등의 도전성을 갖는 선재(線材)로 이루어지는 권선(卷線)(104)이 권회(卷回)되어 있다. 흡인 철심(102a, 102b)의 타단(他端)은 평면 형상을 이루는 흡착면(102as, 102bs)으로 되어 있다. 여기에서 도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 화살표 A101 방향 단면도이며, 도 20의 (c)는 도 20의 (a)의 화살표 B101 방향 단면도이다. 또한, 도 20의 (b), (c)에서는, 권선(104)은 생략되어 있다. 도 20의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 흡인 철심(102a, 102b)의 단면적과, 자력 발생 철심(103)의 단면적은 대략 동일하게 되어 있다.

이 전자 흡인력 발생 기구(101)를 이용한 전자 액추에이터(111)를 도 21에 나타낸다. 도 21에 나타내는 전자 액추에이터(111)에 있어서, 도시되지 않은 유지 기구에 의해, 전자 흡인력 발생 기구(101)의 흡착면(102as, 102bs)이 대략 수직이 되도록 유지되고, 이 전자 흡인력 발생 기구(101)의 흡착면(102as, 102bs)에 대향하는 위치에 근소한 간극(間隙)(105)만큼 이간(離間)하여 가동 철편(106)이 실선과 같이 배치되어 있다. 여기에서 가동 철편(106)의 일측(一側)의 면(106s1)과 흡착면(102as, 102bs) 사이의 간극(105)의 길이는 x101이다.

가동 철편(106)의 타측(他側)의 면(106s2)은 와이어(107a)에 의해 스프링(108)의 일단에 접속되고, 스프링(108)의 타단은 와이어(107b)를 통해 벽면(109)에 접속되어 있다. 가동 철편(106)의 면(106s1, 106s2)은 대략 수직으로 되어 있고, 전자 흡인력 발생 기구(101)의 흡착면(102as, 102bs)과, 이들에 대향하는 가동 철편(106)의 면(106s1)은 대략 평행이다.

다음으로 전자 액추에이터(111)의 작용에 대해서, 도 21을 사용하여 이하에 설명한다. 권선(104)에 전압을 인가하면 권선(104)에 전류가 공급되고, 자력 발생 철심(103)→흡인 철심(102a)→간극(105)→가동 철편(106)→간극(105)→흡인 철심(102b)→자력 발생 철심(103)과 같이 구성된 자기(磁氣) 회로에 자속이 발생하여 증가시킨다. 이 때문에, 흡착면(102as, 102bs)으로부터 간극(105)을 통해, 가동 철편(106)의 면(106s1)에 대한 흡인력을 일으킨다. 이때 가동 철편(106)은 스프링(108)이 연장되어 도 21에서의 파선과 같이 흡착면(102as, 102bs)측으로 변위하여, 면(106s1)은 흡착면(102as, 102bs)에 흡착된다. 여기에서 간극(105)의 길이는 대략 O이 된다.

이 경우, 가동 철편(106)은 도시하지 않은 안내 가이드, 혹은 평행 스프링에 의해 안내되고, 대략 수직의 자세를 유지하면서 이동한다. 이 때문에 가동 철편(106)의 이동 중, 가동 철편(106)의 면(106s1)과 전자 흡인력 발생 기구(101)의 흡착면(102as, 102bs)은 항상 평행을 유지할 수 있다.

다음으로, 권선(104)에 인가된 전압을 차단하면, 공급되어 있던 전류가 소실되어 상술한 자기 회로의 자속을 감소시킨다. 그리고, 가동 철편(106)은 스프링(108)의 가압력에 의해 면(106s1)이 흡착면(102as, 102bs)으로부터 이간하여, 도 21에 나타내는 실선의 위치, 즉 면(106s1)과 흡착면(102as, 102bs)과의 간극(105)의 길이가 x101이 되는 위치로 복귀한다. 이와 같이, 전자 흡인력 발생 기구(101)를 이용하여 가동 철편(106)에 발생하는 변위는 x101이다.

이와 같은 전자 액추에이터(111)에는, 이하의 문제점이 있다. 도 21에서, 권선(104)에 공급하는 전류를 일정하게 했을 때에, 변위(x101)의 값을 횡축에 취하고, 당해 변위를 발생시킬 때에 가동 철편(106)이 전자 흡인력 발생 기구(101)로부터 받는 흡인력 즉 추력을 종축에 취하고, 양자의 관계를 나타낸 그래프를 도 22에 일점 쇄선으로 나타낸다. 도 22로부터 분명한 바와 같이, 변위가 작을 경우에는 추력은 충분히 크지만, 변위가 커지면 추력은 급속하게 작아진다.

이 때문에, 도 21에서의 간극의 길이(x101)(변위)가 클 경우에는, 가동 철편(106)이 전자 흡인력 발생 기구(101)로부터 받는 흡인력 즉 추력이, 간극의 길이(x101)(변위)가 작을 경우에 비해 현저하게 저하한다. 도 21에서, 가동 철편(106)의 면(106s1)과 전자 흡인력 발생 기구(101)의 흡착면(102as, 102bs)이 가장 떨어진 장소에서는, 가동 철편(106)에 가해지는 추력은 극히 작다.

이와 같은 경우, 이 추력을 이용하여 어떠한 작용, 예를 들면 진동 발생을 실현하려고 하면, 그 진동력이 현저하게 저하한다. 즉 도 22에 나타내는 바와 같이 이와 같은 종래 기술에 의한 전자 액추에이터(111)에 있어서, 충분히 큰 추력을 얻기 위해서는, 변위를 극히 작은 값으로 한정하지 않으면 안 되게 된다. 이를 개선하여, 큰 변위에 대한 추력을 충분히 크게 하기 위해서는, 도 21에 나타내는 전자 흡인력 발생 기구(101)의 권선(104)에 공급하는 전류를 크게 하지 않으면 안 되고, 이 때문에 권선(104)의 전류 공급 회로를 구성하는 전자 부품으로서, 대전류 대응의 부품을 사용할 필요가 있다. 이는, 당해 회로의 비용 상승 혹은 대규모화를 초래하게 되어, 바람직하지 못하다. 또한, 전체가 일체화되어 있지 않기 때문에, 전자 흡인력 발생 기구(101), 가동 철편(106), 와이어(107a, 107b) 및 스프링(108) 등의 각 부를 개별적으로 제조하고 나서 접속하거나 배치하게 되어, 제조 공정이 번잡해진다.

본 발명은 이와 같은 점을 고려하여 이루어진 것이며, 변위의 증가에 대한 추력의 현저한 저하를 억제할 수 있고, 광범위에 걸쳐 변위해도 추력의 변동폭을 작게 할 수 있으며, 또한 전체적으로 소형화함으로써 제조를 용이하게 할 수 있는 전자 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 변위 확대점을 가지는 전자 액추에이터에 있어서 추력 발생부를 갖는 자성체를 포함하는 변위 확대 기구와, 자성체를 포함하는 변위 확대 기구에 설치되고, 자성체에 자속을 생기게 하는 코일을 구비하고, 코일에 전류를 흘림으로써 자성체에 자속을 생기게 하여 추력 발생부로부터의 추력에 의해 변위 확대점을 변위시키는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터이다.

본 발명은, 추력 발생부는, 간극을 형성하는 2면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터이다.

본 발명은, 변위 확대 기구는, 환(環) 형상 부분과, 환 형상 부분 내에 배치되고 그 사이에 간극을 형성하는 적어도 한 쌍의 변위 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터이다.

본 발명은, 환 형상 부분의 일부는 탄성 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터이다.

본 발명은, 코일은 한 쌍의 변위 부분 중 한쪽의 변위 부분에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터이다.

본 발명은, 환 형상 부분 내에 그 사이에 간극을 형성하는 두 쌍 이상의 변위 부분이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 변위의 증가에 대한 추력의 현저한 저하를 억제할 수 있고, 광범위에 걸쳐 변위해도 추력의 변동폭을 작게 할 수 있으며, 또한 장치 전체를 소형화할 수 있다.

도 1의 (a) (b)는, 자기 회로의 모델을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 자기 회로를 전기 회로로 치환한 도면.
도 3은 도 1의 자기 회로에 있어서의 변위와 추력의 관계를 나타낸 그래프.
도 4의 (a) (b) (c)는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 (a)의 영역(P0)의 확대도.
도 6은 도 4의 (a)의 확대도.
도 7은 도 6의 영역(P1)의 확대도.
도 8의 (a) (b) (c)는, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 9는 도 8의 (a)의 영역(P21)의 확대도.
도 10은 도 8의 (a)의 영역(P22)의 확대도.
도 11은 도 8의 (a)의 확대도.
도 12는 도 11의 영역(P21)의 확대도.
도 13은 도 11의 영역(P22)의 확대도.
도 14는 도 11에서의 영역(Q)의 확대도.
도 15는 제2 실시형태에 있어서의 변위와 추력의 관계를 나타낸 그래프.
도 16은 제2 실시형태에 있어서의 변위와 전류의 관계를 나타낸 그래프.
도 17은 제1 실시형태에 있어서의 변형예를 나타내는 도면.
도 18은 제2 실시형태에 있어서의 제1 변형예를 나타내는 도면.
도 19는 제2 실시형태에 있어서의 제2 변형예를 나타내는 도면.
도 20의 (a) (b) (c)는, 종래 기술에 의한 전자 흡인력 발생 기구를 나타내는 도면.
도 21은 종래 기술에 의한 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 22는 종래 기술에 의한 전자 액추에이터에 있어서의 변위와 추력의 관계를 나타낸 그래프.

제1 실시형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시형태를 나타내는 도면이다.

우선 본 발명의 기본 원리가 되는 자기 회로의 모델 및 그 변위쌍 추력의 특성에 대해서 설명한다.

도 1의 (a) (b)에 자기 회로의 모델을 나타낸다. 여기에서 도 1의 (a)는 자기 회로의 모델을 나타내는 도면이며, 도 1의 (b)는 자기 회로에 변위 확대 기구를 부가한 모델을 나타내는 도면이다. 자성체(Mc)는 단면적(Sm)을 가지고, 이 자성체(Mc)는, 길이(Xg)의 간극(G)을 형성함과 함께 환(環) 형상으로 형성되어 있고, 그 전체 길이는 Xm이다.

도시되어 있지 않지만, 자성체(Mc)에는 도전체로 이루어지는 권선이 권회되어 있고, 권선의 양단(兩端)에 전압(V)을 인가하면 권선에 전류(I)가 공급되어 자성체(Mc)가 자화(磁化)된다. 이 경우, 자성체(Mc)와 간극(G)에 의하여, 자기 회로(M0)가 구성된다. 도 1의 (a)의 자기 회로(M0)를 전기 회로로 치환한 도면을 도 2에 나타낸다. 이 전기 회로는, 자기 회로(M0)에 인가되는 자위차(F)에 자성체(Mc)의 자기 저항(Rm)과 간극(G)의 자기 저항(Rg)을 직렬로 접속한 형상이다.

직렬 접속된 자기 저항(Rm)과 자기 저항(Rg)의 합성 저항을 R로 하면, 자성체(Mc)의 투자율(透磁率)을 μ, 간극(G)의 투자율을 μ0(공기의 투자율)으로 하여,

이 된다. 이로부터, 자속(φ)은, 도 2에서 자위차(F)를 자기 저항(R)으로 나누어,

로 구해진다. 여기에, 식 (2)의 도출에 있어서, 자위차(F)는, 권선 수(N)와 전류(I)를 이용하여

으로 나타내는 것을 이용하고 있다.

다음으로, 도 1에서, 자기 회로(M0)의 작용에 의해, 간극(G)의 양측에 대향하는 면간에 작용하는 흡인력 즉 추력(Fg)을 구한다. 자성체(Mc)에 권회되는 권선은 인덕터로서 작용하므로, 그곳에 축적되는 자기 에너지(Um), 즉 전원이 하는 일을 구한다. 전원 전압을 V, 권선에 흐르는 전류를 I, 권선의 인덕턴스를 L로 하면,

여기에서,

즉

이기 때문에,

이 된다. 그러므로, 식 (4)를 변형하여,

가 된다. 여기에, 자위차(F), 자기 저항(R)에 대해서,

이기 때문에,

식 (6)을 이용하여 식 (5)를 변형하여,

이 된다. 이 자기 에너지의 변화분이, 외부에, 또는 외부로부터의 역학적인 일이 된다. 이제, 도 1에서의 간극(G)의 길이(Xg) 방향을 X 방향으로 하고, 이 X 방향만의 일을 생각한다. X 방향으로 작용하는 힘 즉, 간극(G)의 양측의 면간에 작용하는 흡인력을 Fx로 하면, 역학적인 에너지(Ud)는,

이다. 그러므로, 에너지 변화에 의해 생기는 힘은,

라고 쓸 수 있다. Ud의 변화는 Um의 변화에 의한 것이기 때문에, 식 (8)에서

가 된다. 이것이, 간극(G)의 양측의 면간에 작용하는 흡인력 즉 추력이다. 식 (9)에 식 (6) 및 식 (1)을 적용하여 변형하면,

단,

이다. 식 (10)은, 간극(G)의 길이, 즉 변위(Xg)와 추력(Fx)의 관계를 나타내고 있고, 추력(Fx)은 변위(Xg)의 2승에 반비례하고 있다. 여기에서, 본 발명의 기본 구성인 지레의 원리를 이용한 변위 확대 기구를 도 1의 자기 회로에 부가하는 것을 생각한다. 즉 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 지점(支点)(F0)을 통해 변위(Xg)를 A배로 확대하여 X로 하는 것이다. 이를 식으로 나타내면, 변위(Xg)와 추력(Fx)의 관계를 나타내는 식 (10)에 대하여, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 A배의 변위 확대(변위 확대율 A)를 행하게 된다. 변위 확대 후에 있어서의 식 (10)의 변위(Xg)는, A배로 확대된 변위(도 3에서의 변위(X))로 치환된다. 또한, 변위 확대 후에 있어서의 식 (10)의 추력(Fx)은, 변위 확대 전의 간극(G)의 길이(Xg)에 있어서의 추력의

로 감소한 추력으로 치환된다. 변위 확대 기구가 변위 및 추력에 부여하는 상기의 확대 및 감소를 고려하여, 식 (10)을 변위 확대 후의 추력(FA)을 나타내는 식으로 다시 쓰면, 식 (10)에 있어서 Xg를 A배로 확대된 후의 변위(X)라고 간주하여, 이를 변위 확대 전의 값으로 환산하기 위해

하고, 그 변위 확대 전의 변위에 있어서의 추력(Fx)을

하면 된다. 즉, 변위 확대 후의 힘(FA)은,

로 나타낼 수 있다.

여기에서, 식 (10) 및 식 (11)을 이용하여, 전류(I)를 동일하게 했을 경우의 변위(Xg)와 추력(F_x 및 FA)의 관계를 비교한다.

상술한 바와 같이, 식 (10)은 변위 확대를 행하지 않을 경우의 변위(Xg)와 추력(F_x)의 관계를 나타내고, 식 (11)은 변위 확대를 행했을 경우의 변위(Xg)와 추력(FA)의 관계를 나타내고 있다. 횡축에 변위를 취하고, 종축에 추력을 취하여, 식 (10) 및 식 (11)을 그래프로 한 것을 도 3에 나타낸다.

도 3에서, 일점 쇄선은 식 (10)을 나타내고, 실선은 식 (11)을 나타낸다. 변위가 있는 값 Xt 이상일 경우에는, 변위 확대를 행했을 때의 추력이 행하지 않을 경우의 추력보다 크고, 어떤 값 Xt 이하일 경우에는, 그 반대가 된다.

한편, 도 3에서의 일점 쇄선의 그래프는, 도 22에 나타낸 전자 액추에이터(111)에 있어서의 변위와 추력의 관계의 그래프와 마찬가지의 형상이지만, 이는, 도 22에 나타내는 전자 액추에이터(111)에 있어서는 변위 확대를 실시하고 있지 않기 때문이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 변위가 Xt보다 큰 범위에서는, 변위 확대를 행함으로써, 동일한 변위에 있어서의 추력이 커지고, 반대로, 변위가 Xt보다 작은 범위에서는, 변위 확대를 행함으로써, 동일한 변위에 있어서의 추력이 작아진다. 이는, 변위 확대를 행함으로써, Xt보다 큰 변위에 있어서의 급격한 힘의 저하를 억제하여, 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 추력의 변동폭을 작게 하고 있는 것과 다름없다. 또한, 이에 따라, 이용하려는 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보하는 것이 가능해진다.

즉, 상술한 바와 같이, 간극(G)의 길이, 즉 변위(Xg)와 추력(Fx)의 관계에서는, 추력(Fx)은 변위(Xg)의 2승에 반비례하고 있기 때문에, 전자 액추에이터에 대하여 변위 확대를 하지 않을 경우, 변위(Xg)가 작아지면, 추력(Fx)이 크게 증가하고, 변위(Xg)가 커지면 추력(Fx)이 극단적으로 감소한다.

본 실시형태에 있어서는, 전자 액추에이터에 대하여 A배로 변위 확대를 함으로써, 변위 확대를 하지 않을 경우에 비해 변위(Xg)는 A배가 되고, 추력(Fx)은 1/A배가 되므로, 추력(Fx)과 변위(Xg)의 관계는 도 3에 나타내는 바와 같이, 보다 평탄화되게 된다.

이상의 설명은, 전류(I)가 동일한 경우의 변위와 추력의 관계에 대한 것이다. 그런데, 전자력에 있어서는, 공급 전류와 추력은 단순 증가의 관계에 있다. 그 때문에, 변위가 Xt보다 클 때의 추력의 저하를 억제한다는 것, 즉 동일한 전류를 공급했을 때에, 보다 큰 추력을 실현할 수 있다는 것은, 변위가 Xt보다 클 때에, 보다 작은 전류의 공급에 의해 동일한 크기의 추력을 얻을 수 있다는 것이다.

이것은 어느 정도보다 큰 변위에 있어서의 추력을 얻을 때에, 전류 공급 회로를 구성하는 전자 부품으로서, 대전류 대응의 부품을 사용할 필요가 없어진다는 것이며, 당해 회로의 비용 상승 혹은 대규모화를 방지하는 것이 가능해진다.

다음으로 이상의 원리에 의거하여, 도 1의 자기 회로에 변위 확대 기구를 부가한 형태, 즉 변위 확대 기구를 조합시킨 본 발명에 의한 전자 액추에이터에 대해서, 도 4의 (a) (b) (c) 및 도 5에 의해 설명한다.

여기에서, 도 4의 (a)는 전자 액추에이터를 나타내는 정면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A1 방향 단면도, 도 4의 (c)는 도 4의 (a)의 B1 방향 단면도이다. 또한 도 5는 도 4의 (a)의 영역(P0)의 확대도이다.

도 4의 (a) (b) (c) 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터(1)는 후술하는 변위점(작용점)(L1)을 가지고 있다. 이와 같은 전자 액추에이터(1)는, 그 사이에 간극(5)을 형성하는 대향하는 2면(2as, 2bs)을 가짐과 함께, 사각형 단면을 가지는 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(1A)와, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(1A)에 설치되고 변위 확대 기구(1A)에 자속을 생기게 하는 코일(권선)(6)을 구비하고, 코일(6)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(1A)에 자속을 생기게 하여 2면(2as, 2bs)간의 간극(추력부)(5)의 길이(x1)를 변화시켜, 변위점(L1)을 변위시킨다.

한편, 변위 확대 기구(1A)가 사각형 단면을 가지는 자성체로 이루어지는 예를 나타냈지만, 이에 한정하지 않고 변위 확대 기구(1A)는 원형 단면을 가지고 있어도 되고, 오각형 단면을 가지고 있어도 되고, 또한 육각형 단면 혹은 다른 다각형 단면을 가지고 있어도 된다.

다음으로 변위 확대 기구(1A)에 대해서 기술한다. 변위 확대 기구(1A)는 탄성 부재로 이루어지는 한 쌍의 지지 철심(3a, 3b)과, 한 쌍의 지지 철심(3a, 3b)의 양측에 위치함과 함께 탄성 부재로 이루어지는 한 쌍의 가동 철심(4a, 4b)과, 각 지지 철심(3a, 3b)으로부터 내측으로 연장됨과 함께 간극(5)을 형성하는 대향하는 2면(2as, 2bs)을 포함하는 흡인 철심(2a, 2b)을 갖고 있다. 이 중, 지지 철심(3a, 3b)과 가동 철심(4a, 4b)에 의해 환 형상부(1B)가 구성되고, 흡인 철심(2a, 2b)은 한 쌍의 변위 부분(1C)이 된다.

다음으로 변위 확대 기구(1A)의 각 구성 부재의 관계를 더 기술한다. 흡인 철심(2a)의 일단에 지지 철심(3a)의 중점이 접속되어 「T자형」을 형성하고 있다. 마찬가지로 흡인 철심(2a)과 동일 형상의 흡인 철심(2b)의 일단에 지지 철심(3a)과 동일 형상의 지지 철심(3b)의 중점이 접속되어 「T자형」을 형성한다. 또한 흡인 철심(2a) 및, 흡인 철심(2b)의 각각의 타단의 면이 대향하고, 지지 철심(3a, 3b)의 양단에 가동 철심(4a, 4b)이 접속되어 있다.

이 경우, 가동 철심(4a, 4b)은, 모두 흡인 철심(2a, 2b)의 반대측, 즉 전자 액추에이터(1)의 외측을 향하여, 근소하게 볼록형으로 만곡(灣曲)하고 있다.

상술한 바와 같이 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)에 의해, 환 형상부(1B)가 구성되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면은, 근소한 간극(5)을 형성하는 2면(2as, 2bs)으로 되어 있고, 간극(5)의 길이는 x1로 되어 있다. 그리고, 흡인 철심(2a)의 주위에는, 구리선 등의 도전성을 갖는 선재로 이루어지는 권선(6)이 권부(卷付)되어 있다.

그런데, 도 4의 (b), (c)에서는, 권선(6)은 생략되어 있지만, 도 4의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 흡인 철심(2a, 2b)의 단면적과, 지지 철심(3a, 3b)의 단면적은 대략 동일하다. 또한, 가동 철심(4a, 4b)의 단면적은, 흡인 철심(2a, 2b)의 단면적의 대략 1/2이다. 또한, 도 4의 (a)의 영역(P0)의 확대도를 나타내는 도 5에서, 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as, 2bs)의 위치를 각각 2a1, 2b1로 하면, 면 2as와 2bs 사이에는, 2a1과 2b1의 거리가 x1이 되는 간극(5)이 형성되어 있다.

다음으로 이와 같은 구성으로 이루어지는 본 실시형태의 작용에 대해서, 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.

여기에서 도 6은 도 4의 (a)의 확대도이다. 코일(권선)(6)의 양단에 도시되지 않은 전압원을 접속하여 전압을 인가하면 권선(6)에 전류가 공급된다. 이 경우, 흡인 철심(2a)→지지 철심(3a)→가동 철심(4a)→지지 철심(3b)→흡인 철심(2b)→간극(5)→흡인 철심(2a)과 같이 자속이 지나가는 제1 자기 회로가 형성되고, 또한 흡인 철심(2a)→지지 철심(3a)→가동 철심(4b)→지지 철심(3b)→흡인 철심(2b)→간극(5)→흡인 철심(2a)과 같이 자속이 지나가는 제2 자기 회로가 형성되어, 제1 자기 회로 및 제2 자기 회로의 자속이 증가한다.

이와 같이, 변위 확대 기구(1A)는 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)에 의해 구성된 자속이 지나가는 자기 회로를 형성한다. 그리고, 상술한 자기 회로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 자성체로 이루어지는 흡인 철심(2a, 2b)의 면(2as, 2bs)에 의해 형성된 간극(5)을 포함한다. 이 때문에, 간극(추력부)(5)을 통해, 면(2as)과 면(2bs) 사이에 흡인력(추력)이 생긴다. 이때, 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b) 모두 탄성 부재로 이루어지기 때문에, 도 5에서 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs) 사이에 생기는 흡인력은, 면(2as)과 면(2bs)을 근접시킨다. 이 모양을, 도 6의 영역(P1)의 확대도로서, 도 7에 나타낸다.

도 6에서 권선(6)에 전류가 흐르지 않고 있는 상태에서는, 도 7에서, 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs)의 위치는 각각 2a1, 2b1이며, 그 사이의 거리는 x1이다. 이는, 도 5와 마찬가지이다. 이 상태를, 도 7에서 실선으로 나타낸다.

다음으로, 상술한 바와 같이 도 6에서 권선(6)에 전류가 흐르면, 도 7에서, 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs) 사이에 흡인력이 작용하여, 면(2as)와 면(2bs)의 위치는 각각 2a2, 2b2에 근접하고, 간극(5)은 작아진다. 이 상태에서, 면(2as)과 면(2bs) 사이의 거리는 x2이다. 이 상태를, 도 7에서 파선으로 나타낸다. 즉, 도 6에서 권선(6)에 전류가 흐르지 않는 상태에서 흐르는 상태로 변화됨으로써, 도 7에서, 면(2as)과 면(2bs)의 각각에 대해서, C1에서 나타내는 변위가 발생한다.

이 상태에서, 도 6에서의 권선(6)에 인가된 전압을 차단하면, 상술한 자기 회로의 자속은 감소한다. 이에 따라, 면(2as)과 면(2bs) 사이에 작용하고 있던 흡인력이 소실된다. 이때, 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)은 탄성 부재로 이루어지기 때문에, 도 7에서, 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs)의 위치는 각각 2a1, 2b1로 복귀한다.

이 경우, 복귀 후의 간극(5)은, 도 6에서 권선(6)에 전류가 흐르지 않는 상태, 즉 자속이 발생하지 않는 상태와 동일해져, 면(2as)과 면(2bs) 사이의 거리는 x1이 된다.

이상과 같이, 전자 액추에이터(1)에 있어서 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs)에 발생하는 변위는 각각 C1이 된다.

여기에서 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs)에 발생하는 각각의 변위(C1)에 대해서는, 도 6의 영역(P1)에도 실선과 파선에 의해 기재되어 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 권선(6)에 공급된 전류가 소실되어 자속이 소실되면, 변위 확대 기구(1A)를 구성하는 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)의 흡인 철심(2a, 2b)이 복귀한다. 이 때문에, 흡인 철심(2a, 2b)을 복귀시키기 위해 별개의 탄성체를 배치할 필요가 없고, 변위 확대 기구(1A) 전체의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

다음으로, 도 6을 사용하여, 상기의 변위(C1)를 확대하는 작용에 대해서 설명한다.

도 6에 나타내는 영역(P1)에 있어서, 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면(2as)과 면(2bs)에, 파선으로 나타내는 바와 같이 C1의 길이의 변위가 발생하지만, 이 변위는 흡인 철심(2a, 2b)의 타단에 생긴 것이다. 이 때문에, 흡인 철심(2a, 2b)의 일단에 중간점이 접속된 지지 철심(3a, 3b)에도, 동일 방향으로 C1의 길이의 변위를 일으킨다. 이 모양을, 지지 철심(3a)에 대해서도 흡인 철심(2a)과 마찬가지로 변위를 나타내는 파선 및 C1의 기재에 의해 표현하고 있다(도 6 참조). 이 지지 철심(3a)의 변위(C1)는, 지지 철심(3a) 및 그 양단에 접속된 가동 철심(4a, 4b)에 의해 확대된다. 여기에서, 지지 철심(3a)과 지지 철심(3b)은 상하 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 전체적으로, 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)에 의해 변위 확대를 위한 링크 기구가 구성되어 있다.

그 원리에 대해서, 도 6에서, 변위 확대 기구(1A)를 구성하는 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)에 링크 기구를 적용하여 설명한다. 링크 기구는, 지지 철심(3a)과 가동 철심(4b)의 접속점인 L11, 가동 철심(4b)의 중점인 L12, 가동 철심(4b)과 지지 철심(3b)의 접속점인 L13, 지지 철심(3b)과 가동 철심(4a)의 접속점인 L14, 가동 철심(4a)의 중점인 L15, 가동 철심(4a)과 지지 철심(3a)의 접속점인 L16의 6개의 링크 접속점을 가지고, 이들 링크 접속점(L11, L12, L13, L14, L15 및 L16)은 이 순으로 시계 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 각 링크 접속점(L11, L12, L13, L14, L15 및 L16)의 사이를 접속하는 바(B11, B12, B13, B14, B15, B16)가, 도 6에 나타내는 바와 같이, 역시 이 순으로 시계 방향으로 배치되어 있다. 이들 링크 접속점 및 바 중에서, 링크 접속점(L11, L12) 및, 양자를 접속하는 바(B11)에 의해 구성되는 그룹 1, 링크 접속점(L12, L13) 및 양자를 접속하는 바(B12)에 의해 구성되는 그룹 2, 링크 접속점(L14, L15) 및 양자를 접속하는 바(B14)에 의해 구성되는 그룹 3, 링크 접속점(L15, L16) 및 양자를 접속하는 바(B15)에 의해 구성되는 그룹 4와 같은 4개의 그룹에 의해, 각각 동일한 변위 확대를 위한 링크 기구가 구성되어 있다.

즉, 변위 확대를 위한 링크 기구는 환 형상으로 구성되어 있다. 이들 링크 기구를 구성하는 그룹 중, 그룹 1을 예로 들어 변위 확대를 위한 링크 기구의 작용 에 대해서 설명을 행한다. 한편, 그룹 2는 그룹 1과 상하 대칭 배치이며, 그룹 4 및 그룹 3은 각각 그룹 1 및 그룹 2와 좌우 대칭 배치이다. 그러므로, 여기에서는 그룹 1을 이용하여 작용의 설명을 행하고, 나머지 3개의 그룹의 작용은 완전히 동일하게 때문에, 그것들의 작용의 설명은 생략한다.

변위 확대를 위한 링크 기구는, 지레의 원리에 의해 작은 변위를 큰 변위로 확대하는 작용을 갖는다. 즉, 링크 기구에는, 지레의 3개의 요소인 역점(力点), 지점(支点), 작용점이 있다. 도 6에서, 상기 그룹 1에 속하는 링크 접속점(L11)은 역점(E1)으로서 작용한다. 즉, 권선(6)에 전류를 공급했을 때에 생기는 지지 철심(3a)의 변위(C1)에 의해, 링크 접속점(L11)에는 간극(5)을 향하는 변위(G11)가, 도 6에서의 화살표 방향으로 생긴다. 다음으로, 링크 접속점(L11)으로부터 수평 방향 또한 가동 철심(4b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향으로 연장한 직선(Le11)과, 링크 접속점(L12)으로부터 수직 방향으로 지지 철심(3a)측으로 연장한 직선(Le12)과의 교점을 F1로 하면, F1이 지점이 된다. 그리고, 링크 접속점(L12)이 작용점(L1)이 되고, 거기에는, 링크 접속점(L11) 즉 역점(E1)에 생긴 변위(G11)를 지레의 원리에 의해 확대된 변위(G12)가, 가동 철심(4b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향으로 생긴다.

여기에서 가동 철심(4b)의 중점은, 가동 철심(4b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향으로 길이(D1)만큼 변위한다. 이 모양을, 도 6의 가동 철심(4b)에, 지지 철심(3a)과 마찬가지로 변위를 나타내는 파선 및 D1로서 나타낸다.

이 경우, 길이(C1)와 길이(D1)의 비가 변위 확대율이다. 그 변위 확대율은, 이하와 같이 해서 구할 수 있다. 역점(E1)으로부터 수직에 작용점(L1) 방향으로 그은 직선을 S1로 하고, 직선(S1)과 바(B11), 즉 역점(E1)과 작용점(L1)을 그은 직선이 이루는 각을 θ1로 하고, 바(B11)의 길이를 11로 하면, 변위 확대율(A1)은, 지점(F1)으로부터 작용점(L1)까지의 길이와, 지점(F1)으로부터 역점(E1)까지의 길이의 비(比)이기 때문에,

가 된다. 상술한 바와 같은 그룹 2, 3, 4의 위치 관계로부터, 그룹 2, 3, 4에 대해서도 마찬가지의 설명이 성립된다. 여기에, 링크 접속점(L12) 즉 작용점(L1)은, 그룹 1과 그룹 2에 공통이기 때문에, 거기에 생기는 변위는, 그룹 1과 그룹 2의 양쪽의 변위 확대 기구에 의해 생기는 변위(D1)와 동일해진다.

가동 철심(4a)측의 링크(L15)에 대해서도 마찬가지이다.

이와 같이 본 실시형태에 의하면, 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 2면(2as, 2bs)간의 간극(5)의 길이를 변화시킴으로써, 이 간극(5)의 길이의 변화를 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)에 의해 확대시켜, 변화점(작용점)(L1)에서, 큰 변위를 생기게 할 수 있다.

이 경우, 이용하려는 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보할 수 있고, 또한 변위가 클 경우에도, 보다 작은 전류의 공급에 의해 충분히 큰 추력을 얻을 수 있다. 이에 따라, 전류 공급 회로를 구성하는 전자 부품으로서, 대전류 대응의 부품을 사용할 필요가 없어져, 당해 회로의 비용 상승 혹은 대규모화를 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 자기 회로의 자속을 감소시키면, 변위 확대 기구(1A)를 구성하는 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)의 탄성력에 의해, 흡인 철심(2a, 2b)을 복귀시키고 있다. 이 때문에, 흡인 철심(2a, 2b)의 복귀를 목적으로 한 탄성체를 별도 배치할 필요가 없고, 기구 전체의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 변위 확대 기구(1A) 전체가 일체화된 구조이기 때문에, 예를 들면 금형을 이용하여 전체를 1개의 공정으로 제조할 수 있기 때문에, 제조가 용이하다.

제2 실시형태

다음으로 도 8 내지 도 16에 의해 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다.

여기에서, 도 8의 (a)는 전자 액추에이터를 나타내는 정면도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 A2 방향 단면도이고, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 B2 방향 단면도이다. 또한 도 9는 도 8의 (a)의 영역(P21)의 확대도이다. 또한 도 10은 도 8의 (a)의 영역(P22)의 확대도이다.

도 8의 (a) (b) (c) 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터(21)는 후술하는 변위점(작용점)(L1)을 가지고 있다. 이와 같은 전자 액추에이터(21)는, 그 사이에 간극(25a, 25c)을 형성하는 대향하는 2면(22as, 22bs) 및 2면(22cs ,22ds)을 가짐과 함께, 사각형 단면을 가지는 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)와, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 설치되고 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하는 코일(권선)(26a, 26c)을 구비하고, 코일(26a, 26c)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하여 2면(22as, 22bs)간 및 2면(22cs, 22ds)간의 간극(25a, 25c)의 길이(x21, x22)를 변화시켜, 변위점을 변위시킨다.

다음으로 변위 확대 기구(21A)에 대해서 기술한다. 변위 확대 기구(21A)는 탄성 부재로 이루어지는 한 쌍의 지지 철심(23a, 23b)과, 한 쌍의 지지 철심(23a, 23b)의 양측에 위치하는 한 쌍의 가동 철심(24a, 24b)과, 각 지지 철심(23a, 23b)으로부터 내측으로 연장됨과 함께 간극(25a)을 형성하는 대향하는 2면(22as, 22bs)을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b)과, 각 지지 철심(23a, 23b)으로부터 내측으로 연장됨과 함께 간극(25c)을 형성하는 대향하는 2면(22cs, 22ds)을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22c, 22d)을 갖고 있다.

이 중, 지지 철심(23a, 23b)과 가동 철심(24a, 24b)에 의해 환 형상부(1B)가 구성되고, 2쌍의 흡인 철심(22a, 22b), 흡인 철심(22c, 22d)은 변위 부분(21C)을 구성한다.

다음으로 변위 확대 기구(21A)의 각 구성 부분의 관계를 더 기술한다. 흡인 철심(22a, 22c)의 각각의 일단에 지지 철심(23a)의 중간점이 접속되어 「II자형」을 형성하고 있다. 마찬가지로 흡인 철심(22a, 22c)과 동일 형상의 흡인 철심(22b, 22d)의 일단에 지지 철심(23a)과 동일 형상의 지지 철심(23b)의 중간점이 접속되어 「II자형」을 형성한다. 또한 흡인 철심(22a, 22c) 및 흡인 철심(22b, 22d)의 각각의 타단의 면이 각각 대향하고, 지지 철심(23a, 23b)의 양단에 가동 철심(24a, 24b)이 접속되어 있다.

이 경우, 가동 철심(24a, 24b)은, 각각이 모두 흡인 철심(22a, 22b 및 22c, 22d)의 반대측, 즉 전자 액추에이터(21)의 외측을 향하여, 근소하게 볼록형으로 만곡하고 있다.

그리고, 가동 철심(24a, 24b)은 모두 그 만곡 방향에 대하여 두껍게 형성되어 있는 부분과 얇게 형성되어 있는 부분을 교대로 접속한 형상을 갖고 있다. 가동 철심(24a)이 지지 철심(23a)에 접속되는 부분은 얇게 형성된 가동 철심 박부(24an1)이다. 그곳으로부터 가동 철심(24a)을 지지 철심(23b)을 향하여, 두껍게 형성된 가동 철심 후부(厚部)(24aw1)가 연결되고, 또한 가동 철심 후부(24aw1)에 지지 철심(23b)을 향하여 순차 가동 철심 박부(24an2), 가동 철심 후부(24aw2), 가동 철심 박부(24an3), 가동 철심 후부(24aw3), 가동 철심 박부(24an4)가 접속되고, 가동 철심 박부(24an4)는 지지 철심(23b)에 연결되어 있다.

마찬가지로, 가동 철심(24b)이 지지 철심(23a)에 접속되는 부분은 얇게 형성된 가동 철심 박부(24bn1)이다. 그곳으로부터 가동 철심(24b)을 지지 철심(23b)을 향하여, 두껍게 형성된 가동 철심 후부(24bw1)가 연결되고, 또한 가동 철심 후부(24bw1)에 지지 철심(23b)을 향하여 순차 가동 철심 박부(24bn2), 가동 철심 후부(24bw2), 가동 철심 박부(24bn3), 가동 철심 후부(24bw3), 가동 철심 박부(24bn4)가 연결되고, 가동 철심 박부(24bn4)는 지지 철심(23b)에 연결되어 있다.

상술한 바와 같이 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)에 의해, 환 형상부(21B)가 구성되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 흡인 철심(22a, 22b 및 22c, 22d)의 대향하는 면은 근소한 간극(25a, 25c)을 형성하는 면(22as, 22bs), 면(22cs, 22ds)으로 되어 있고, 간극(25a, 25c)의 길이는 모두 x21로 되어 있다. 그리고, 흡인 철심(22a, 22c)의 주위에는, 구리선 등의 도전성을 갖는 선재로 이루어지는 권선(26a, 26c)이 각각 권부되어 있다.

그런데 도 8의 (b), (c)에서는, 권선(26a, 26c)은 생략되어 있지만, 도 8의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)의 단면적과, 지지 철심(23a, 23b)의 단면적은 대략 동일하다. 또한, 도 8의 (a)의 영역(P21, P22)의 확대도를 각각 나타내는 도 9, 도 10에서, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as, 22bs)의 위치를 각각 22a1, 22b1로 하면, 면 22as와 22bs 사이에는, 22a1과 22b1의 거리가 x21이 되는 간극(25a)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 흡인 철심(22c, 22d)의 대향하는 면(22cs, 22ds)의 위치를 각각 22c1, 22d1로 하면, 면 22cs와 22ds 사이에는 22c1과 22d1의 거리가 x21이 되는 간극(25c)이 형성되어 있다.

다음으로 이와 같은 구성으로 이루어지는 본 실시형태의 작용에 대해서, 도 11 내지 도 13을 사용하여 설명한다.

여기에서 도 11은 도 8의 (a)의 확대도이다. 코일(권선)(26a, 26c)의 양단에 도시되지 않은 전압원을 각각 접속하여 전압을 인가하면, 권선(26a, 26c)에 전류가 공급된다. 이 경우, 흡인 철심(22a)→지지 철심(23a)→흡인 철심(22c)→간극(25c)→흡인 철심(22d)→지지 철심(23b)→흡인 철심(22b)→간극(25a)→흡인 철심(22a)과 같이 자속이 지나가는 자기 회로가 형성되어 자기 회로의 자속이 증가한다. 이와 같이, 변위 확대 기구(21A)는, 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)에 의해 구성된 자속이 지나가는 자기 회로가 구성되어 있다. 그리고, 상술한 자기 회로는, 도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이, 자성체로 이루어지는 흡인 철심(22a, 22b)의 면(22as, 22bs)에 의해 형성된 간극(추력부)(25a), 및 흡인 철심(22c, 22d)의 면(22cs, 22ds)에 의해 형성된 간극(추력부)(25c)을 포함한다. 이 때문에, 간극(25a)을 통해, 면(22as)과 면(22bs) 사이에 흡인력(추력)이 생김과 함께, 간극(25c)을 통해 면(22cs)과 면(22ds) 사이에 흡인력을 일으킨다. 이때, 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)이 모두 탄성 부재로 이루어지기 때문에, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과 면(22bs) 및 흡인 철심(22c, 22d)의 대향하는 면(22cs)과 면(22ds) 사이에 생기는 흡인력은, 면(22as)과 면(22bs) 및 면(22cs)과 면(22ds)을 근접시킨다.

이 모양을, 도 11의 영역(P21, P22)의 확대도로서, 도 12, 도 13에 나타낸다. 도 11에서 권선(26a, 26c)에 전류가 흐르지 않고 있는 상태에서는, 도 12에서, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과, 면(22bs)의 위치는 각각 22a1, 22b1이며, 그 사이의 거리는 x21이다. 이는, 도 9와 동일하다. 이 상태를, 도 12에서 실선으로 나타낸다.

다음으로, 상술한 바와 같이 도 11에서 권선(26a, 26c)에 전류가 흐르면, 도 12에서, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과 면(22bs) 사이에 흡인력이 작용하여, 면(22as)과 면(22bs)의 위치는 각각 22a2, 22b2에 근접하고, 간극(25a)은 작아진다. 이 상태에서, 면(22as)과 면(22bs) 사이의 거리는 x22이다. 이 상태를, 도 12에서 파선으로 나타낸다. 즉, 도 11에서 권선(26a, 26c)에 전류가 흐르지 않는 상태에서 흐르는 상태로 변화함으로써, 도 12에서, 면(22as)과 면(22bs)의 각각에 대해서, C2에서 나타내는 변위가 발생한다.

이 상태에서, 도 11에서의 권선(26a, 26c)에 인가된 전압을 차단하면, 공급되어 있던 전류가 소실되어 상술한 자기 회로의 자속을 감소시킨다. 이에 따라, 면(22as)과 면(22bs) 사이에 작용하고 있던 흡인력이 소실된다. 이때, 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)은 탄성 부재로 이루어지기 때문에, 도 12에서, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과 면(22bs)의 위치는 각각 22a1, 22b1로 복귀한다.

이 경우, 복귀 후의 간극(25a)은, 도 11에서 권선(26a, 26c)에 전류가 흐르지 않는 상태, 즉 자속이 발생하지 않는 상태와 동일해져, 도 12의 면(22as)과 면(22bs) 사이의 거리는 x21이 된다.

이상과 같이 전자 액추에이터(21)에 있어서, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과 면(22bs)에 발생하는 변위는 각각 C2가 된다. 또한, 도 13에 나타내는 흡인 철심(22c, 22d)의 간극(25c)에 변위(C2)를 일으키는 과정도, 도 12의 경우와 마찬가지이다. 이상에서 설명한, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과 면(22bs) 및 흡인 철심(22c, 22d)의 대향하는 면(22cs)과 면(22cs)에 발생하는 변위(C2)에 대해서는, 도 11의 영역(P21, P22)에도 실선과 파선에 의해 기재되어 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 권선(26a, 26c)에 공급된 전류가 소실되어 자속을 감소시키면, 변위 확대 기구(21A)를 구성하는 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)의 탄성력에 의해 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)이 복귀한다. 이 때문에, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)을 복귀시키기 위해 별개의 탄성체를 배치할 필요가 없고, 변위 확대 기구(21A) 전체의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

다음으로, 도 11을 사용하여, 상기의 변위(C2)를 확대하는 작용에 대해서 설명한다.

도 11에 나타내는 영역(P21)에 있어서, 흡인 철심(22a, 22b)의 대향하는 면(22as)과 면(22bs)에, 파선으로 나타내는 바와 같이 C2의 길이의 변위가 발생하지만, 이 변위는 흡인 철심(22a, 22b)의 타단에 생긴 것이다. 이 때문에, 흡인 철심(22a, 22b)의 일단에 중간점이 접속된 지지 철심(23a, 23b)에도, 동일 방향으로 C2의 길이의 변위를 일으킨다. 이 모양을, 지지 철심(23a)에 대해서도 흡인 철심(22a)과 마찬가지로 변위를 나타내는 파선 및 C2의 기재에 의해 표현하고 있다(도 11 참조). 이 지지 철심(23a)의 변위(C2)는, 지지 철심(23a) 및 그 양단에 접속된 가동 철심(24a, 24b)에 의해 확대된다. 여기에서, 지지 철심(23a)과 지지 철심(23b)은 상하 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 전체적으로, 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)에 의해 변위 확대를 위한 링크 기구가 구성되어 있다.

그 원리에 대해서, 도 11에서, 변위 확대 기구(21A)를 구성하는 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)에 링크 기구를 적용하여 설명한다. 링크 기구는, 지지 철심(23a)과 가동 철심 박부(24bn1)의 접속점인 L21, 가동 철심 박부(24bn2)의 대략 중점인 L22, 가동 철심 박부(24bn3)의 대략 중점인 L23, 가동 철심 박부(24bn4)와 지지 철심(23b)의 접속점인 L24, 지지 철심(23b)과 가동 철심 박부(24an4)의 접속점인 L25, 가동 철심 박부(24an3)의 대략 중점인 L26, 가동 철심 박부(24an2)의 대략 중점인 L27, 가동 철심 박부(24an1)와 지지 철심(23a)의 접속점인 L28의 8개의 링크 접속점을 가지고, 이들 링크 접속점(L21, L22, L23, L24, L25, L26, L27, L28)은 이 순으로 시계 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 각 링크 접속점(L21, L22, L23, L24, L25, L26, L27, L28)간을 접속하는 바(B21, B22, B23, B24, B25, B26, B27, B28)가, 도 11에 나타내는 바와 같이, 역시 이 순으로 시계 방향으로 배치되어 있다.

이들 링크 접속점 및 바 중에서, 링크 접속점(L21, L22) 및 양자를 접속하는 바(B21)에 의해 구성되는 그룹 1, 링크 접속점(L23, L24) 및 양자를 접속하는 바(B23)에 의해 구성되는 그룹 2, 링크 접속점(L25, L26) 및 양자를 접속하는 바(B25)에 의해 구성되는 그룹 3, 링크 접속점(L27, L28) 및 양자를 접속하는 바(B27)에 의해 구성되는 그룹 4라는 4개의 그룹에 의해, 각각 동일한 변위 확대를 위한 링크 기구가 구성되어 있다.

즉, 변위 확대를 위한 링크 기구는 환 형상으로 구성되어 있다. 이들 링크 기구를 구성하는 그룹 중, 그룹 1의 확대도, 즉 도 11에서의 영역(Q)의 확대도를 도 14에 나타내고, 도 11 및 도 14를 사용하여 그룹 1의 변위 확대를 위한 링크 기구의 작용에 대해서 설명한다. 한편, 그룹 2는 그룹 1과 상하 대칭 배치이며, 그룹 4 및 그룹 3은 각각 그룹 1 및 그룹 2와 좌우 대칭 배치이다. 그러므로, 여기에서는 그룹 1을 이용하여 작용의 설명을 행하고, 나머지 3개의 그룹의 작용은 완전히 동일하기 때문에, 그것들의 작용의 설명은 생략한다.

도 6의 경우와 마찬가지로, 도 11에서, 상기 그룹 1에 속하는 링크 접속점(L21)은 역점(E2)(도 14)으로서 작용한다. 즉, 권선(26a, 26b)에 전압을 인가했을 때에 생기는 지지 철심(23a)의 변위(C2)에 의해, 링크 접속점(L21)에는 간극(25c)을 향하는 변위(G21)가, 도 14에서의 화살표의 방향으로 생긴다. 다음으로, 도 11에서, 링크 접속점(L21)으로부터 수평 방향 또한 가동 철심(24b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향으로 연장된 직선(도 14에서의 Le21)과, 링크 접속점(L22)으로부터 수직 방향에 지지 철심(23a)측으로 연장한 직선(도 14에서의 Le22)과의 교점을 F2(도 14)로 하면, F2가 지점이 된다. 그리고, 링크 접속점(L22)이 작용점(L2)(도 14)이 되고, 거기에는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 링크 접속점(L21) 즉 역점(E2)에 생긴 변위(G21)를 지레의 원리에 의해 확대한 변위(G22)가, 도 11에서 가동 철심(24b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향에 생긴다.

여기에서 링크 접속점(L22)은, 도 11에서 가동 철심(24b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향으로 변위한다(도 11에서의 D2).

이 경우, 도 11에서의 길이(C2)와 길이(D2)의 비가 변위 확대율이다. 그 변위 확대율은, 이하와 같이 해서 구할 수 있다. 도 14에서, 역점(E2)으로부터 수직으로 작용점(L2) 방향으로 이은 직선을 S2로 하고, 직선(S2)과 바(B21), 즉 역점(E2)과 작용점(L2)을 그은 직선의 이루는 각을 θ2로 하고, 바(B21)의 길이를 l2로 하면, 변위 확대율(A2)은, 지점(F2)으로부터 작용점(L2)까지의 길이와, 지점(F2)으로부터 역점(E2)까지의 길이의 비이기 때문에,

이 된다.

상술한 바와 같은 그룹 2, 3, 4의 위치 관계로부터, 그룹 2, 3, 4에 대해서도 마찬가지의 설명이 성립된다.

여기에, 도 11에서, 그룹 1의 작용점인 링크 접속점(L22)과, 그룹 2의 작용점인 L23의 중점인 동작점(L2y)을 생각하면, 동작점(L2y)은 가동 철심(24b)의 중점이다. 그 때문에, 이 동작점(L2y)에, 링크(L22) 및 링크(L23)와 동일한 변위(D2)를 생성하게 된다. 가동 철심(24a)측의 링크 접속점(L26), 링크 접속점(L27), 가동 철심(24a)의 중점인 동작점(L2x)에 대해서도 마찬가지이다.

그런데, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가동 철심(24a, 24b)은 만곡 방향, 즉 변위하는 방향에 대하여, 두껍게 형성되어 있는 부분과 얇게 형성되어 있는 부분을 교대로 접속한 형상을 갖고 있다. 이 때문에, 제1 실시형태에 있어서의 도 1의 전자 액추에이터(1)의 가동 철심(4a, 4b)에 비교하면, 얇게 형성되어 있는 부분이 존재함으로써, 확대 후의 변위에 의해 용이하게 움직일 수 있다.

다른 한편, 가동 철심(24a, 24b)은 이와 같이 얇게 형성된 부분이 많은, 즉 단면적이 작은 부분이 많기 때문에, 가동 철심(24a, 24b)을 자속이 지나가는 자기 회로로서 생각했을 경우에는, 자기 저항이 커지게 되는 것도 생각된다.

이 경우에는 도 9에서, 간극(25a)의 양측에 대향하는 면(22as, 22bs)의 사이 및 도 10에서, 간극(25c)의 양측에 대향하는 면(22cs, 22ds) 사이에 충분한 흡인력을 일으킬 만큼의 자속을, 가동 철심(24a, 24b)을 포함하는 자기 회로만에 의해 발생시키는 것이 곤란해진다. 그것을 보충하기 위해, 단면적이 큰 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)을 포함하는 자기 회로를 구성하여, 상기의 면 사이에 충분한 흡인력을 일으킬 만큼의 자속량을 확보할 수 있다. 즉, 변위 확대 기구(21A)를 구성하는 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b) 중 일부인 지지 철심(23a, 23b)을, 주요한 자기 회로로서 사용한다.

여기에서, 상기의 도 3과 마찬가지로, 제2 실시형태에 있어서의 변위와 추력의 관계를 나타낸 그래프를 도 15에 나타낸다. 여기에서, 도 15에 나타내는 그래프는, 본 실시형태에 있어서의 일례를 나타내는 것이다. 동일한 전류를 공급한 조건 하에서, 일점 쇄선이 변위 확대 없음일 경우이고, 실선이 변위 확대 있음일 경우이다. 일점 쇄선과 실선이 교차하는 변위인 250㎛보다 변위가 클 경우에는, 변위 확대 있음일 경우의 추력이 커지고, 250㎛보다 변위가 작을 경우에는, 그 반대가 된다.

그리고, 변위 확대 있음일 경우에는, 넓은 범위의 변위에 있어서의 추력의 변동폭을 작게 하고 있어, 이용하고 싶은 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보하는 것이 가능해진다.

또한, 제2 실시형태에 있어서의 변위와 전류의 관계를 나타낸 그래프를 도 16에 나타낸다. 여기에서, 도 16에 나타내는 그래프는, 본 실시형태의 일례를 나타내는 것이다. 동일한 추력을 얻는 조건 하에서, 일점 쇄선이 변위 확대 없음일 경우이고, 실선이 변위 확대 있음일 경우이다. 일점 쇄선과 실선이 교차하는 변위인 250㎛보다 변위가 클 경우에는, 변위 확대 있음일 경우의 전류가 작아지고, 250㎛보다 변위가 작을 경우에는, 그 반대가 된다. 이는, 상술한 바와 같이, 변위 확대 있음일 경우에는, 어느 정도보다 큰 변위에 있어서의 추력을 얻을 때에, 전류 공급 회로를 구성하는 전자 부품으로서, 대전류 대응의 부품을 사용할 필요가 없어진다는 것이며, 당해 회로의 비용 상승 혹은 대규모화를 방지하는 것이 가능해지는 것을 의미한다.

본 발명의 변형예

다음으로 본 발명의 변형예에 대해서 설명한다.

상기 제1 실시형태의 설명에 있어서는, 도 4의 (a)의 흡인 철심(2a)의 주위에 권선(6)이 권회되어 있다고 했지만, 도 17과 같이, 권선(6)을 권회하는 위치는 흡인 철심(2b)의 주위여도 된다.

또한, 상기 제2 실시형태의 설명에 있어서는, 도 8의 (a)의 흡인 철심(22a, 22c)의 주위에 각각 권선(26a, 26c)이 권회되어 있다고 했지만, 도 18과 같이, 권선(26a, 26c)을 권회하는 위치는 각각 흡인 철심(22b, 22d)의 주위여도 된다. 혹은, 도 19와 같이, 지지 철심(23a)에 있어서의 흡인 철심 22a와 22c 사이의 부분의 주위와, 지지 철심(23b)에 있어서의 흡인 철심 22b와 22d 사이의 부분의 주위에, 각각 권선(26a) 및 권선(26c)을 권회해도 된다.

또한, 이상의 설명에 있어서는, 변위 확대 기구(1A, 21A)는 환 형상으로 형성되어 있지만, 변위 확대 기구(1A, 21A)의 형상은, 적어도 그 일부를 자속이 지나가는 자기 회로에 의해 구성되어 있으면, 반드시 환 형상이 아니어도 된다.

또한, 상기의 실시형태에 있어서는, 자기 회로는 자성체의 2면이 대향하는 간극을 갖는 예를 나타냈지만, 변위 확대 기구(1A, 21A)의 적어도 일부를 자속이 지나가는 자기 회로의 작용에 의해 추력을 발생하는 기구는, 자기 회로의 도중에 형성된 자성체의 2면이 대향하는 간극에 한정되는 것이 아니다.

1A, 21A: 변위 확대 기구
2a, 2b, 22a, 22b, 22c, 22d, 102a, 102b: 흡인 철심
3a, 3b, 23a, 23b: 지지 철심
4a, 4b, 24a, 24b: 가동 철심
24an1, 24an2, 24an3, 24an4: 가동 철심 박부
24bn1, 24bn2, 24bn3, 24bn4: 가동 철심 박부
24aw1, 24aw2, 24aw3: 가동 철심 후부
24bw1, 24bw2, 24bw3: 가동 철심 후부
5, 25a, 25c, 105: 간극
6, 26a, 26c, 104: 권선
101: 종래 기술에 의한 전자 흡인력 발생 기구
103: 자력 발생 철심
106: 가동 철편
107a, 107b: 와이어
108: 스프링
109: 벽면
111: 종래 기술에 의한 전자 액추에이터
Mo: 자기 회로
Mc: 자성체
G: 간극

Claims (6)

1. 변위 확대점을 가지는 전자 액추에이터에 있어서
   추력 발생부를 갖는 자성체를 포함하는 변위 확대 기구와,
   자성체를 포함하는 변위 확대 기구에 설치되고, 자성체에 자속을 생기게 하는 코일을 구비하고,
   코일에 전류를 흘림으로써 자성체에 자속을 생기게 하여 추력 발생부로부터의 추력에 의해 변위 확대점을 변위시키고,
   추력 발생부는, 간극(間隙)을 형성하는 2면으로 이루어지고,
   변위 확대 기구는, 자기회로를 구성하는 환(環) 형상 부분과, 환 형상 부분 내에 배치되고 그 사이에 간극을 형성하는 적어도 한 쌍의 변위 부분을 갖는
   것을 특징으로 하는 전자 액추에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   환 형상 부분의 일부는 탄성 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   코일은 한 쌍의 변위 부분 중 한쪽의 변위 부분에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   환 형상 부분 내에 그 사이에 간극을 형성하는 두 쌍 이상의 변위 부분이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 액추에이터.
   

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