KR101679242B1 - Ｍｒ 유체를 이용한 형상 변형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판 형상으로 이루어지고 가요성을 갖는 복수의 자성 부재; 상기 자성 부재의 측단에 감겨 있는 자기 유도 코일; 및 상기 자성 부재의 측단에서 상기 자기 유도 코일과 인접하게 구비되고, 상기 자기 유도 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유동학적 성질이 변화하여 상기 자성 부재를 일정한 형태로 유지하는 MR 유체를 포함하고, 상기 자기 유도 코일은 인접한 자성 부재의 측단들 간에 인력이 작용하도록 배열되어 인접한 자성 부재의 측단들이 임의의 형상으로 변형되도록 하는 것을 특징으로 하는 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치에 관한 것으로서, 다양한 형상으로 변형이 가능하고, 반응 시간이 매우 빠르며, 반응열이 발생하지 않는다.

Description

ＭＲ 유체를 이용한 형상 변형 장치{Form changing apparatus using magneto-reholigical fluids}

본 발명은 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하세는 다양한 형상으로 변형이 가능하고, 반응 시간이 매우 빠르며, 반응열이 발생하지 않는 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치에 관한 것이다.

형상 변형 장치는 기계, 건축, 전자, 화학 등의 다양한 분야에서 다양한 목적으로 사용되고 있다. 이러한 형상 변형 장치에는 오리가미(origami) 기법을 이용한 장치들이 있는데, 오리가미(origami)란 본래 종이 접기 예술을 뜻하는 일본 전통 단어로서, 종이 재질을 사용하는 3D 구조 설계를 의미한다.

오리가미 기법을 이용한 형상 변형 장치는 액츄에이터 설계 기술 분야의 많은 연구자에게 영감을 주어 왔다. 이러한 오리가미 기법을 이용한 형상 변형 장치를 설계하는데 사용되는 재료는 크게 두 가지로 분류된다.

첫 번째는 종이, 플라스틱, 수동 폴리머와 같은 수동형 재료이다. 이러한 수동형 재료를 이용한 수동 타입 오리가미는 접기가 불가능하고 펴거나 분리하는 것이 역시 불가능하며, 오직 굽힘만이 가능하다.

두 번째는 온도 민감형 능동 폴리머나 형상기업합금 등과 같은 능동형 재료이다. 이러한 능동형 재료를 이용한 능동 타입 오리가미는 우주 항공 및 생물 의학 연구 분야에서 많은 응용이 가능하다. 이러한 능동형 오리가미는 보통 온도에 반응하여 변형되는데, 그 반응 시간이 매우 느리다는 단점이 있다. 또한, 능동형 오리가미는 보통 변형시 반응 열이 생성된다. 따라서, 능동형 형상 변형 장치를 생물 의학 분야에서 사용하는 경우에는 생물학적 물질에 영향을 줄 수 있다는 문제가 있다.

선행기술문헌 1: 공개특허공보 제10-2014-0075656호

선행기술문헌 2: 공개특허공보 제10-2006-0054453호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 반응시간이 빠르고 반응 열이 생성되지 않는 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 가요성을 갖는 판상 부재; 상기 판상 부재의 측단들에 감겨 있는 자기 유도 코일; 및 상기 판상 부재의 측단들에서 상기 자기 유도 코일과 인접하게 구비되고, 상기 자기 유도 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유동학적 성질이 변화하여 상기 판상 부재를 임의의 형태로 변형시키는 MR 유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 판상 부재를 상기 자기 유도 코일에서 발생하는 자기장에 의해 자성을 갖는 자성 부재이며, 상기 자기 유도 코일은 인접한 상기 자성 부재의 측단들 간에 인력이 작용하도록 배열되어 상기 자성 부재가 임의의 형상으로 변형되도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자성 부재의 측단을 따라 상기 자기 유도 코일과 인접하게 튜브가 배열되고, 상기 MR 유체는 상기 튜브 내부에 충진되며, 상기 자기 유도 코일에 전류가 인가되면, 상기 튜브 내부의 MR 유체의 유동학적 성질이 변화되어 임의의 형상으로 변형된 자성 부재의 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게는, 상기 튜브는 원통형 밀폐 튜브 및 상기 밀폐 튜브와 연통되고 일측이 길이방향을 따라 개방된 반 원통형 개방 튜브로 이루어지고, 상기 자기 유도 코일에 전류가 인가되면, MR 유체가 상기 밀폐 튜브로부터 상기 개방 튜브 측으로 이동한 후 인접한 튜브의 MR 유체와 접합함으로써, 임의의 형상으로 변형된 자성 부재의 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자성 부재는 중심에 위치하는 다각형상의 중심 부재 및 상기 중심 부재의 각 면으로부터 외측으로 연장된 복수의 측면 부재들을 포함하고, 상기 자기 유도 코일 및 MR 유체는 상기 측면 부재의 측단에 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따는 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치는 다양한 형상으로 변형이 가능하고, 반응 시간이 매우 빠르며, 반응열이 발생하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치를 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치의 일부를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치의 작동 예를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 도 3의 A 부분을 확대 도시한 평면도,
도 5는 인접한 측면 부재의 튜브들 사이에서 MR 유체의 접합 상태를 개략적으로 나타낸 평면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치는 판상 부재(100), 판상 부재(100)에 구비된 자기 유도 코일(200) 및 각각의 판상 부재(100)에 구비되어 자기 유도 코일(200)에 의해 유동학적 성질이 변하는 MR 유체(300)를 포함한다.

판상 부재(100)는 가요성을 갖는 부재로서, 바람직하게는 자기 유도 코일(200)에서 발생하는 전기장에 의해 자성을 갖게 되도록 자성을 갖는 부재(100)일 수 있다.

여기서, 자성 부재(100)는 중심에 위치하는 4각형의 중심 부재(110) 및 중심 부재(110)의 각 면으로부터 외측으로 연장된 4개의 측면 부재들(120)을 포함한다. 그러나, 자성 부재(100)는 3각형, 5각형, 6각형 등의 어떠한 다각형상으로도 이루어질 수 있다. 또한, 자성 부재(100)는 다각형상이 아닌 다른 임의의 형상으로 이루어질 수도 있다.

자기 유도 코일(200)은 자성 부재(100)의 측단, 정확하게는 측면 부재(120)의 측단에 설정된 배열로 감겨 있다. 이와 같이 감겨 있는 자기 유도 코일(200)에 전류가 인가되면, 도 1에 도시된 것처럼 측면 부재(120)의 측단에는 극성이 부여된다. 여기서, 측면 부재들(120)의 측단에 구비된 자기 유도 코일(200)은 인접한 측면 부재들(120) 사이에 인력이 작용하도록 권선된다.

일반적으로 MR 유체(magneto-reholigical fluids), 즉 자기 유동 유체는 그 유동학적 성질(점성, 가소성, 탄성)이 자기장의 크기에 반응하여 가역적으로 변화할 수 있는 유체를 말하며, 자기장의 세기가 증가되면 항복 응력이 증가되어 외부의 운동에 저항할 수 있는 성질을 갖는다. 이러한 MR 유체는 우수한 제어 성능과 함께 각종 기계 시스템 설계의 단순화를 가져다줄 수 있어 조화 감쇄기, 진동 절연 시스템, 클러치, 브레이크, 마찰 장치, 및 로봇 팔 등 여러 기계 장치에 응용되고 있다. 본 발명에서, MR 유체(300)는 자성 부재(100)의 측단에서 자기 유도 코일(200)과 인접하게 구비된다. 이 MR 유체(300)는 자기 유도 코일(200)에 전류가 인가되어 자기장이 발생하면, 유동학적 성질이 변화되어 인력에 의해 임의의 형태로 변형된 자성 부재(100)의 형상을 일정하게 유지해준다.

이와 같은 본 발명의 구성에 따라, 자기 유도 코일(200)에 전류가 인가되면, 측면 부재들(120) 사이에 작용하는 인력에 의해 자성 부재(100)가 임의의 형상으로 변형되고, 이 상태에서 MR 유체(300)가 고체화되면서 강성이 증가되어, 변형된 자성 부재(100)의 형상을 일정하게 유지해준다.

따라서, 필요에 따라 자성 부재(100)의 구성(중심 부재(110)의 형상 및 측면 부재들(120)의 수)을 설계하고, 자기 유도 코일(200)에 인가되는 전류량을 제어함으로써, 원하는 형태의 변형 장치를 구현할 수 있다. 또한, 전류 인가에 따라 바로 자성 부재(100)의 변형이 이루어지므로 반응 시간이 매우 빠르고, 반응열이 발생하지 않는다.

바람직하게는, 자성 부재(100)의 측단들을 따라 자기 유도 코일(200)과 인접한 위치에 튜브(400)가 배열되고, 이 튜브(400)의 내부에는 MR 유체(300)가 충진된다.

여기서, 튜브(400)는 평상시에 MR 유체(300)를 수용하는 밀폐 튜브(410) 및 자기장 발생시 밀폐 튜브(410) 내부의 MR 유체(300)가 유입되는 개방 튜브(420)로 이루어진다. 밀폐 튜브(410)는 중심 부재(110) 측에 인접한 튜브(400)의 하부에 위치하는 원통형 용기이다. 그리고, 개방 튜브(420)는 밀폐 튜브(410)의 상부에 위치하고, 일측이 길이방향을 따라 개방된 반 원통형 용기이다.

이러한 구성에 의해, 자기 유도 코일(200)에 전류가 인가되면, 측면 부재들(120) 사이에 작용하는 인력에 의해 자성 부재(100)가 임의의 형상으로 변형되고, 이와 동시에 MR 유체(300)의 유동학적 성질이 변하여 밀폐 튜브(410) 내부의 MR 유체(300)가 개방 튜브(420) 측으로 밀려 올라오고, 개방 튜브(420) 측으로 밀려 올라온 MR 유체는 인접한 개방 튜브(420) 측의 MR 유체와 접합(도 5 참조)하여 자성 부재(100)의 변형 상태를 유지해준다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치는 설계 사양에 따라 다양한 형상으로 변형이 가능하고, 반응 시간이 매우 빠르며, 반응열이 발생하지 않는다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 자성 부재 110: 중심 부재
120: 측면 부재 200: 자기 유도 코일
300: MR 유체 400: 튜브
410: 밀폐 용기 420: 개방 용기

Claims (5)

1. 가요성을 갖는 판상 부재;
   상기 판상 부재의 측단들에 감겨 있는 자기 유도 코일; 및
   상기 판상 부재의 측단들에서 상기 자기 유도 코일과 인접하게 구비되고, 상기 자기 유도 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유동학적 성질이 변화하여 상기 판상 부재를 임의의 형태로 변형시키는 MR 유체를 포함하고,
   상기 판상 부재는 상기 자기 유도 코일에서 발생하는 자기장에 의해 자성을 갖는 자성 부재이며, 상기 자기 유도 코일은 인접한 상기 자성 부재의 측단들 간에 인력이 작용하도록 배열되어 상기 자성 부재가 임의의 형상으로 변형되도록 하고,
   상기 자성 부재의 측단을 따라 상기 자기 유도 코일과 인접하게 튜브가 배열되고, 상기 MR 유체는 상기 튜브 내부에 충진되며, 상기 튜브는 원통형 밀폐 튜브 및 상기 밀폐 튜브와 연통되고 일측이 길이방향을 따라 개방된 반 원통형 개방 튜브로 이루어지고,
   상기 자기 유도 코일에 전류가 인가되면, MR 유체가 상기 밀폐 튜브로부터 상기 개방 튜브 측으로 이동한 후 인접한 튜브의 MR 유체와 접합함으로써, 임의의 형상으로 변형된 자성 부재의 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 자성 부재는 중심에 위치하는 다각형상의 중심 부재 및 상기 중심 부재의 각 면으로부터 외측으로 연장된 복수의 측면 부재들을 포함하고, 상기 자기 유도 코일 및 MR 유체는 상기 측면 부재의 측단에 구비되는 것을 특징으로 하는 MR 유체를 이용한 형상 변형 장치.

Images