KR101890219B1 - 액추에이터 - Google Patents

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KR101890219B1
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조정산
박상덕
박병윤
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 유압 또는 공압 실린더형 액추에이터에서 로드를 통한 누설을 방지하기 위한 것으로 기존의 실링 부재와 이를 구현하기 위한 로드의 표면조도에 상관없이 특히, 케이블(와이어)을 로드로 사용할 수 있는 액추에이터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해, 본 내부에 유체가 충진되며 전방 단부를 폐쇄하는 전방 커버가 형성된 실린더와, 상기 실린더 내부에서 상기 유체의 의해 변위되는 피스톤과, 상기 피스톤에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버에 고정되는 중공형 실링부재와, 상기 실링부재의 내부에 삽입되어 상기 피스톤에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버의 외부로 연장되는 작동부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 전술한 구성으로 인해 유체(f)의 실링은 이미 실링부재에 의해 확보되는 바, 작동부재는 실링부재의 내부에서 실링부재에 슬립되기만 하면 이동되는 작용을 하게 된다. 따라서, 로드 또는 케이블이 실링부재에 긴밀하게 밀착된 상태로 이동할 필요가 없게 되므로 종래기술에서와 같이 케이블이 실링부재와 긴밀하게 밀착된 상태에서 이동하는 경우에 비해 실링부재 마모 측면에서 대폭적으로 개선되며, 로드를 매끄럽고 정밀하게 가공하거나 케이블을 매끄럽고 단단하게 코팅하는 것이 필요하지 않는 장점을 가지게 된다.

Description

액추에이터{ACTUATOR}
본 발명은 액추에이터에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 충분한 회전동작을 확보하도록 필요한 작동거리를 확보하면서 누유가 발생하지 않는 유압 또는 공압 액추에이터에 대한 것이다.
회전 운동을 하는 관절은 모터와 감속기로 구성하거나 유압 또는 공압 액추에이터를 사용하며, 이때 유압을 사용하는 경우는 실린더 타입 액추에이터가 주로 0사용된다.
실린더 타입 액추에이터 경우 특히 유압을 사용하게 되면 부피 대비 출력비가 커서 큰 힘이나 다이내믹한 동작을 필요로 할 때 유리한 장점을 가진다.
실린더 타입 액추에이터에서는 도 11a 에서와 같이 피스톤(1001)의 로드(1002)가 왕복운동하는 경우에도 실린더(1003)의 내부에 채워진 유체(f)가 누유되지 않도록 실링부재(1004)가 로드(1002)에 대해 실링되도록 설치된다.
로드(1002)의 표면부가 실링부재(1004)와 지속적으로 마찰접촉하면서 왕복운동하게 되므로 마찰저감을 위해 로드(1004)의 표면은 매끄럽게 가공되어야 하므로 가공비가 증가하게 된다.
또한, 굴삭기 등에서 실린터 타입 액추에이터로 회전관절을 구성하는 경우 작동범위(구동각)의 한계가 존재하고 이를 해결하기 위해서는 복잡한 링크기구를 필요로 하는 단점이 존재하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 케이블 등을 이용하는 맥키벤 머슬(Mckibben muscle)방식의 텐던(tendon) 액추에이터가 일본특허공개 제2012-125847호에 개시되어 있다.
이러한 방식에서는 도 11b 에 도시된 바와 같이 본체부(3)에 2개의 제1,2인공 근육(2a,2b)이 병렬로 설치된다.
각 인공 근육 액추에이터(2a,2b)의 일측 단부에는 제1,2와이어(5a,5b)가 연결되고 타측 단부에는 각각 압축 공기를 공급하기 위한 공기 공급부(20a, 20b)가 마련되어 있다
제1,2와이어(5a,5b)는 풀리(4)에 감겨지고 풀리(4)에는 링크부(6)가 설치되어 있다.
텐던 액추에이터(2)에서는 제1,2 인공 근육(2a,2b)의 각각에 교대로 공기 공급부(20a, 20b)를 통해 압축공기를 공급하게 되면 이에 따라 제1,2와이어(5a,5b)가 이동함으로써 풀리(4)가 회전하여 링크부(6)가 회전하면서 관절운동을 하도록 구성된다.
그러나, 이러한 텐던 타입 액추에이터의 경우 제1,2 인공 근육(2a,2b)의 탄성 변형량이 크지 않아 액추에이터의 충분한 작동범위를 확보하지 못하는 단점이 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 도 10a의 기존 유압 또는 공압 액추에이터의 구성에서 로드(1002)를 케이블(1005)로 대체하여 사용하는 WC BRANHAM 사의 액추에이터가 공지되어 있다.
도 11c 에 도시된 바와 같이, 이러한 방식에서도 케이블(1005)와 실링부재(1004)사이에서 유체(f)의 누유 방지가 문제시되는 바, 이를 해결하기 위해 케이블(1005)에 표면에 내구성 및 누유를 방지하기 위한 코팅을 하여 사용하게 된다.
그러나, 이 경우에도 누유방지를 위해 케이블(1005)과 실링부재(1004)의 긴밀하게 접촉되는 상태를 유지하여야 하며, 긴밀하게 접촉된 상태에서 오랜 작동 등으로 케이블(1005)의 동작이 많아지게 되면 실링부재(1004)가 마찰로 인해 마모되어 누유가 발생하게 된다.
또한, 케이블(1005)이 풀리(1006)에 감기고 풀리는 작용을 하면서 풀리(1006)와의 접촉 및 마찰로 인하여 케이블(1005)의 표면에 도포된 코팅이 손상되어 실링부재(1004)와의 실링이 확보되지 못하여 누유가 발생하는 문제점이 존재하고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같이, 설치공간이 크지 않으면서 액추에이터 작동거리를 길게 하여 필요한 운동동작을 확보할 수 있으면서 누유없이 신뢰성 있게 작동할 수 있는 액추에이터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 액추에이터는 전술한 과제를 해결하기 위해,내부에 유체가 충진되며 전방 단부를 폐쇄하는 전방 커버(110)가 형성된 실린더(100)와, 상기 실린더(100) 내부에서 상기 유체에 의해 변위되는 피스톤(200)과, 상기 피스톤(200)에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버(110)에 고정되며 탄성을 가지는 소재로 이루어짐으로써 상기 피스톤(200)의 이동에 따라 탄성변형하는 실링부재(300)와, 상기 실링부재(300)의 내부에 삽입되어 상기 피스톤(200)에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버(110)의 외부로 연장되는 작동부재(400)를 포함하여 이루어지며, 상기 실링부재(300)는 내부가 중공형인 중공부(310)와, 상기 중공부(310)의 단부에서 상기 중공부(310)보다 더 큰 횡폭을 가지도록 형성되는 고정부(320)로 이루어지며, 상기 고정부(320) 중 하나가 상기 전방 커버(110)에 고정되고, 다른 하나는 피스톤(200)에 고정되며, 상기 작동부재(400)가 상기 중공부(310)의 내부로 삽입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터는, 상기 고정부(320) 중 하나는 상기 전방 커버(110)에 체결되는 제1체결 커버(130)에 의해 고정되고, 상기 고정부(320) 중 다른 하나는 상기 피스톤(200)에 체결되는 제2체결커버(220)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 액추에이터는, 상기 제1체결 커버(130)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제1작동부재 관통홈(131)이 형성되고, 상기 전방커버(110)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제1실링부재 삽입홈(111)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터는, 상기 피스톤(200)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제2작동부재 관통홈(201)이 형성되고, 상기 제2체결 커버(220)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제2실링부재 삽입홈(221)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터는, 상기 전방 커버(110)의 제1실링부재 삽입홈(111)의 둘레 및 상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 하나를 수용하기 위한 제1실링부재 수용홈(112)이 형성되며, 상기 피스톤(200)의 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레 및 상기 제2체결 커버(220)의 제2실링부재 삽입홈(221)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 다른 하나를 수용하기 위한 제2실링부재 수용홈(202)이 형성되고,상기 제1체결커버(130)는 상기 제1실링부재 수용홈(112)을 덮도록 상기 전방 커버(110)에 체결되며, 상기 제2체결 커버(220)는 상기 제2실링부재 수용홈(202)을 덮도록 상기 피스톤(200)에 체결되는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 액추에이터는, 상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레에 제1가이드부(133)가 형성되고, 상기 제1가이드부(133)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제1가이드부(133)의 내부에는 상기 제1작동부재 관통홈(131)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 액추에이터는, 상기 피스톤(200)의 상기 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레에 제2가이드부(205)가 형성되고, 상기 제2가이드부(205)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제2가이드부(205)의 내부에는 상기 제2작동부재 관통홈(201)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터는, 상기 전방 커버(110)는 상기 실린더(100)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터는, 상기 실링부재(300) 및 이 실링부재(300)에 삽입되는 작동부재(400)를 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터는, 상기 작동부재(400)는 로드 또는 케이블로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 한 쌍의 액추에이터(10)를 포함하여 형성되는 액추에이터 장치로서, 각각의 상기 액추에이터(10)는, 내부에 유체가 충진되며 전방 단부를 폐쇄하는 전방 커버(110)가 형성된 실린더(100)와, 상기 실린더(100) 내부에서 상기 유체에 의해 변위되는 피스톤(200)과, 상기 피스톤(200)에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버(110)에 고정되며 탄성을 가지는 소재로 이루어짐으로써 상기 피스톤(200)의 이동에 따라 탄성변형하는 실링부재(300)와, 일 단부가 상기 하나의 액추에이터(10)의 실링부재(300)의 내부에 삽입되어 피스톤(200)에 고정되고 타 단부가 상기 하나의 액추에이터(10)의 실린더(100)의 외부로 연장되어 풀리(500)에 감겨진 다음 다른 액추에이터(10)의 실링부재(300)의 내부로 삽입되어 피스톤(200)에 고정되는 가요적인 작동부재(400)를 포함하여 이루어지며, 상기 실링부재(300)는 내부가 중공형인 중공부(310)와, 상기 중공부(310)의 단부에서 상기 중공부(310)보다 더 큰 횡폭을 가지도록 형성되는 고정부(320)로 이루어지며, 상기 고정부(320) 중 하나가 상기 전방 커버(110)에 고정되고, 다른 하나는 피스톤(200)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 고정부(320) 중 하나는 상기 전방 커버(110)에 체결되는 제1체결 커버(130)에 의해 고정되고, 다른 하나는 상기 피스톤(200)에 체결되는 제2체결커버(220)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 제1체결 커버(130)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제1작동부재 관통홈(131)이 형성되고, 상기 전방커버(110)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제1실링부재 삽입홈(111)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 피스톤(200)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제2작동부재 관통홈(201)이 형성되고, 상기 제2체결 커버(220)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제2실링부재 삽입홈(221)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 전방 커버에는 제1실링부재 수용홈이 형성되고, 상기 제1실링부재 수용홈의 둘레에 상기 실링부재가 통과하기 위한 제1실링부재 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 전방 커버(110)의 제1실링부재 삽입홈(111)의 둘레 및 상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 하나를 수용하기 위한 제1실링부재 수용홈(112)이 형성되며, 상기 피스톤(200)의 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레 및 상기 제2체결 커버(220)의 제2실링부재 삽입홈(221)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 다른 하나를 수용하기 위한 제2실링부재 수용홈(202)이 형성되고, 상기 제1체결커버(130)는 상기 제1실링부재 수용홈(112)을 덮도록 상기 전방 커버(110)에 체결되며, 상기 제2체결 커버(220)는 상기 제2실링부재 수용홈(202)을 덮도록 상기 피스톤(200)에 체결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레에 제1가이드부(133)가 형성되고, 상기 제1가이드부(133)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제1가이드부(133)의 내부에는 상기 제1작동부재 관통홈(131)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 피스톤(200)의 상기 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레에 제2가이드부(205)가 형성되고, 상기 제2가이드부(205)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제2가이드부(205)의 내부에는 상기 제2작동부재 관통홈(201)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 전방 커버(110)는 상기 실린더(100)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 실링부재(300) 및 이 실링부재(300)에 삽입되는 작동부재(400)를 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터 장치는, 상기 작동부재(400)는 로드 또는 케이블로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액추에이터에서는 전술한 구성으로 인해 유체(f)의 실링은 이미 실링부재에 의해 확보되며, 작동부재는 실링부재의 내부에서 이동하기만 하면 되므로 유체나 공기의 누설이 완전히 차단되어 제품의 작동 신뢰성, 에너지 효율, 및 오염 측면에서 유리한 장점을 가진다.
또한, 작동부재가 실링부재에 긴밀하게 밀착된 상태로 이동할 필요가 없게 되므로 종래기술에서와 같이 작동부재가 실링부재와 긴밀하게 밀착된 상태에서 이동하는 경우에 비해 실링부재 마모 측면에서 대폭적으로 개선되는 장점을 가지게 된다.
특히, 본 발명에서는 액추에이터 작동 시에 실링부재와 작동부재가 양자간의 변위차이는 존재하지만 기본적으로 동일한 방향으로 이동하게 되므로 실링부재와 작동부재간의 상대마찰이 적어지게 되는 작용을 한다.
따라서, 실링부재는 고정된 상태에서 작동부재만이 이동하므로 상대적인 마찰이 증가되는 종래기술에 비해 실링부재의 마모 측면에서 더욱 더 개선된 효과를 가지게 된다.
또한, 종래기술에서와 같이 실링부재의 마모를 방지하여 누유를 방지하기 위해 작동부재에 코팅하는 공정이 불요하게 되어 제조공정이 단축되고 원가가 절감되는 효과를 가지게 된다.
본 발명의 액추에이터 장치는 로드를 사용하는 종래기술에서 로드 대신에 케이블을 채택함으로써 종래의 로드 타입 액추에이터를 활용하여 관절 운동을 확보하는 경우에 비해 장점을 가진다.
특히, 본 발명에서 작동부재로서 로드를 사용하는 경우에는 종래기술에서 로드를 사용하는 경우에 비해 로드의 표면을 덜 매끄럽고 정밀하게 가공하도 되므로 가공비가 절감되는 효과를 가지게 된다.
본 발명의 액추에이터는 작동부재로서 가요적인 케이블을 이용하면서 유압 액추에이터 형태로 형성될 수 있는 바, 탄성길이가 짧은 맥키벤 머슬 등을 사용하는 종래기술에 비해 작동거리가 증가되는 효과를 가지게 된다.
한편, 본 발명의 액추에이터는 종래기술에서와 같이 작동부재를 매끄럽고 단단하게 코팅할 필요가 없게 됨으로써 작동부재의 최소 굽힘 곡률을 줄일 수 있게 되고 이로 인해 구동을 위한 풀리의 지름을 감소할 수 있게 되어 관절장치의 전체적인 크기를 줄일 수 있는 효과를 가진다.
도 1 은 본 발명의 액추에이터의 분해사시도이다.
도 2 는 본 발명의 액추에이터가 결합된 상태를 도시하는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 액추에이터의 단면을 도시하는 도면이다.
도 4a, 4b 는 본 발명의 액추에이터에서 제2가이드부의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 액추에이터의 작동상태를 도시하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 액추에이터 장치의 분해사시도이다.
도 7 는 본 발명의 액추에이터 장치가 결합된 상태를 도시하는 도면이다.
도 8 는 본 발명의 액추에이터 장치에서 케이블이 복수 개로 형성된 경우를 도시하는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 액추에이터 장치의 단면도이다.
도 10 은 본 발명의 액추에이터 장치의 작동상태를 도시하는 도면이다.
도 11a, 11b , 11c는 종래기술을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 유압 액추에이터의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 1 은 본 발명의 액추에이터의 분해사시도이다. 도 2 는 본 발명의 액추에이터가 결합된 상태를 도시하는 도면이다. 도 3 은 본 발명의 액추에이터의 단면을 도시하는 도면이다.
본 발명의 액추에이터(10)는 실린더(100)와, 상기 실린더(100)의 내부에 설치되는 피스톤(200)과, 상기 피스톤(200) 및 실린더(100) 사이에 연결되는 실링부재(300)와, 상기 실링부재(300)의 내부로 삽입되는 작동부재(400)을 포함하여 이루어진다.
실린더(100)는 공지된 구성으로서 본 실시예에서는 외부는 직사각형 형상을 가지며 내부에는 실린더(100)의 내부를 관통하는 원통형상의 중공부(101)가 형성되고 전방 및 후방이 모두 개방된 형태를 가진다.
실린더(100) 내부의 중공부(101)에서 전방 커버(110)와 피스톤(200)의 사이에는 작업유체(f)가 충진되어 있다.
실린더(100)의 전방 단부에서 중공부(101)에는 전방 커버(110)의 단차(115)가 삽입된다.
상기 중공부(101)의 둘레에는 전방 커버(110)를 체결하기 위한 체결홈(103)이 형성되어 있다.
전방 커버(110)의 중앙에는 이 전방 커버(110)를 중심방향으로 관통하며 실링부재(300)가 삽입될 수 있는 형상과 크기를 가지는 제1실링부재 삽입홈(111)이 형성된다.
제1실링부재 삽입홈(111)의 둘레에는 실링부재(300)의 고정부(320)를 수용하기 위한 제1실링부재 수용홈(112)이 형성된다.
제1실링부재 수용홈(112)은 실링부재(300)의 고정부(320)단부를 수용할 수 있도록 이에 대응하는 형상 및 크기를 가지도록 형성되며, 상기 실링부재 수용홈(112)의 둘레에는 제1체결 커버(130)를 체결하기 위한 제1체결홈(113)이 형성되어 있다.
본 실시예에서 제1실링부재 수용홈(112)은 전방 커버(110)의 전면에 설치되나 이에 한정되는 것은 아니며 제1체결 커버(130)의 후면에 형성되거나 또는 전방 커버(110)의 전면 및 제1체결 커버(130)의 후면에 양방에 걸쳐 형성되는 것도 가능하다.
전방 커버(110)의 둘레에는 이 전방 커버(110)를 실린더(100)에 체결하기 위한 제2체결홈(114)이 형성되어 있다.
전방 커버(110)의 후단에는 실린더(100)의 전방 단부에서 중공부(101)의 내부로 삽입될 수 있도록 이에 대응하는 형상과 크기를 가지는 단차(115)가 형성되어 있다.
전방 커버(110)의 상부에는 실린더(100)의 내부로 작업유체(f)를 유입 및 유출시키기 위한 포트(116)가 형성되어 있으며, 이 포트(116)는 전방 커버(110)의 내부에 형성된 유로(117)를 통해 중공부(101)와 연통하도록 구성된다.
후방 커버(120)는 둘레에 형성된 체결공(121)을 체결부재(b)가 관통하여 실린더(100)의 후방 단부에 형성된 후방 체결홈(104)으로 삽입되어 실린더(100)의 후방에 체결된다.
본 실시예에서는 전방 커버(110)와 후방 커버(120)가 실린더(100)와는 별도로 구성되나 양자 중 어느 일방이나 양방이 실린더(100)와 일체로 형성되어도 무방하다.
전방 커버(110)의 전면에는 평판 형상의 제1체결 커버(130)가 체결된다.
제1체결커버(130)는 제1실링부재 수용홈(112)을 모두 덮도록 제1실링부재 수용홈(112)보다 더 큰 크기를 가지도록 형성된다.
제1체결 커버(130)의 중앙에는 작동부재(400)이 통과할 수 있도록 이에 대응하는 형상을 가지는 제1작동부재 관통홈(131)이 형성되어 있고, 상기 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레에는 커버 체결공(132)이 형성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 도 3b 에 도시된 바와 같이 제1체결커버(130)의 후면에서 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레에 제1가이드부(133)를 추가로 형성할 수 있다.
제1가이드부(133)는 외부는 상방으로 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되도록 형성되고, 제1가이드부(133)의 내부에는 제1작동부재 관통홈(131)이 연장되도록 형성된다.
본 실시예는 제1체결 커버(130)가 전방 커버(110)의 전면에 체결되는 경우에 대한 것이나 이에 한정되는 것은 아니며 전방 커버(110)의 후면에 형성되는 것도 가능하다.
피스톤(200)은 대략 원판형상이며 작동부재(400)이 관통하여 삽입되도록 제2작동부재 관통홈(201)이 형성된다.
피스톤(200)의 전방 단부에서 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레에는 실링부재(300)의 타측 단부를 수용하기 위해 이에 대응하는 형상을 가지는 제2실링부재 수용홈(202)이 형성된다.
제2실링부재 수용홈(202)의 둘레에는 제2체결 커버(220)를 고정하기 위한 제3체결홈(203)이 형성된다.
한편, 피스톤(200)의 중간에서 원주방향 둘레에는 오목홈(204)이 형성되고 이 오목홈(204)의 내부로 실링(210)이 삽입된다.
도 4a, 4b 는 본 발명의 액추에이터에서 제2가이드의 실시예를 도시하는 도면이다.
피스톤(200)의 전면에는 도 4a 에 도시된 바와 같이 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레에 제2가이드부(205)를 형성할 수 있다.
제2가이드부(205)는 제1가이드부(133)와 마찬가지로 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되도록 형성되고 내부는 제2작동부재 관통홈(205)이 연장되도록 형성된다.
본 발명에서는 제1가이드(133) 및 제2가이드(205)의 어느 일방만을 형성하거나 양방을 모두 형성할 수 있다.
피스톤(200)의 전면에는 제2체결 커버(220)가 체결된다.
제2체결 커버(220)는 본 실시예에서 피스톤(200)과 동일하거나 작은 외부 형상을 가지며 평판형상으로 형성되며 실링부재(300)가 관통하여 삽입되도록 이에 대응하는 형상 및 크기를 가지는 제2실링부재 삽입홈(221)이 형성되어 있다.
본 실시예에서 제2실링부재 수용홈(202)은 피스톤(200)의 전면에 형성되나 이에 한정되는 것은 아니며 도 4a 에 도시된 바와 같이 제2체결 커버(220)의 후면에 형성되거나 피스톤(200)의 전면 및 제2체결 커버(220)의 후면의 양방에 걸쳐 형성되는 것도 가능하다.
제2체결 커버(220)에서 제2실링부재 삽입홈(221)의 둘레에는 체결부재 관통공(222)이 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에서는 도 4b 에 도시된 바와 같이 제2체결 커버(220)가 피스톤(200)의 전면이 아니라 후면에 체결된다.
이러한 경우 제2실링부재 수용홈(202)이 피스톤(200)의 후방 단부에 형성되고, 제2가이드부(205)는 피스톤(200)이 아니라 제2체결 커버(220)의 전방에서 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되도록 형성되고 내부는 제2작동부재 관통홈(205)이 연장되도록 형성된다.
실링부재(300)는 본 실시예에서는 고무를 소재로 하고 있으나 탄성을 가지는 소재라면 다른 소재를 사용하는 것도 가능하다.
실링부재(300)는 작동부재(400)이 삽입될 수 있도록 내부가 빈 중공형상의 중공부(310)와, 상기 중공부(310)의 양 단부에 형성되며 상기 중공부(310)보다 더 큰 폭을 가지도록 형성되는 고정부(320)로 이루어진다.
중공부(310)의 횡폭은 작동부재(400)을 수용하면서 직접적으로 접촉하지 않도록 작동부재(400)의 횡폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
좀 더 구체적으로 중공부(310)의 횡폭은 실링부재(300)가 신장되는 경우 중공부(310)가 수축하여 횡폭이 감소하게 되므로 이를 고려하여 중공부(310)와 작동부재(400)이 과도하게 접촉하지 않도록 결정될 수 있다.
고정부(320)가 중공부(310)보다 더 큰 횡폭을 가지도록 형성됨으로써 실링부재(300)를 고정하는 작용을 하게 된다.
본 실시예에서 실링부재(300)의 중간부(310) 및 단부(320)는 횡방향에서 볼 때 원형형상을 가지도록 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 중공부(310)는 내부에 작동부재(400)이 삽입가능하게 형성되기만 하면 되고 고정부(320)는 중공부(310)보다 횡폭이 크게 형성되어 실링부재(300)를 고정할 수 있도록 형성되기만 하면 다른 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
작동부재(400)는 피스톤(200)의 동작에 의한 힘을 전달하기 위한 부재로서 강성체 형태의 로드나 가요적인 형태의 케이블 등을 사용하는 것이 가능하다.
케이블을 사용하는 경우 굽힘이나 방향 전환 등과 같이 움직임이 자유롭고(flexible), 내구성과 강도 향상을 이룰 수 있도록 가는 지름의 스틸와이어를 여러 가닥 합쳐 꼬아서 사용하거나 또는 카본 합사와 같은 섬유소재 등 다른 형태의 소재를 사용하는 것도 가능하다.
작동부재(400)의 일측 단부는 피스톤(200)의 단부에서 작동부재 고정부(401)에 의해 고정되며 타측 단부는 다른 장치에 연결된다.
작동부재 고정부(401)는 작동부재(400)이 피스톤(200)에서 빠지지 않게 하도록 매듭을 형성하거나 나사 형태로 형성되어 회전을 통해 작동부재(400)의 장력을 조절하는 형태로 형성되는 것도 가능하다.
작동부재(400)의 일측 단부는 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)을 통과하여 실링부재(300)의 내부로 삽입된 다음 피스톤(200)의 제2작동부재 관통홈(201)을 지나 최종적으로 작동부재 고정부(401)에 고정된다.
본 실시예에서 액추에이터(10)의 작동시 작동부재(400)은 실링부재(300)의 내면에서 슬립되어 이동하게 되므로 양자간의 마찰이 기본적으로 크지 않으나, 필요에 따라 실링부재(300)의 내부에 그리스 등의 윤활제를 도포하여 작동부재(400)과의 마찰을 감소시키는 것도 가능하다.
다음으로 이와 같이 형성된 액추에이터의 작용에 대해 설명한다. 도 5 는 본 발명의 액추에이터의 작동상태를 도시하는 도면이다.
먼저, 액추에이터(10)의 작동을 위해 포트(116)로 유체(f)를 공급하게 되면 피스톤(200)이 후방(도면에서 좌측)으로 이동하게 되어 작동부재(400)에 인장력이 발생하여 작동부재(400)도 좌측으로 이동하게 된다.
또한, 포트(116)를 통해 작동유체를 회수하게 되면 피스톤(200)은 다시 전방(도면에서 우측)으로 이동하게 되므로 작동부재(400)도 이에 따라 우측으로 이동하게 되면서 액추에이터로서의 작용을 하게 된다.
이때, 실링부재(300)의 양 고정부(320)는 각각 제1,2체결 커버(130,220)에 의해 밀봉되도록 고정되며, 중공부(310)는 유체의 내부에서 실링된 상태를 유지하면서 수축 및 신장작용을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 유체(f)의 실링은 이미 실링부재(300(에 의해 확보되는 바, 작동부재(400)은 실링부재(300)의 내부에서 실링부재(300)에 대해 슬립(slip)되기만 하면 이동되는 작용을 하게 된다.
따라서, 작동부재(400)이 실링부재(300)에 긴밀하게 밀착된 상태로 이동할 필요가 없게 되므로 종래기술에서와 같이 작동부재가 실링부재와 긴밀하게 밀착된 상태에서 이동하는 경우에 비해 실링부재 마모 측면에서 대폭적으로 개선되는 작용을 하게 되나.
특히, 본 발명에서는 액추에이터(10) 작동 시에 실링부재(300)와 작동부재(400)이 양자간의 변위차이는 존재하지만 기본적으로 동일한 방향으로 이동하게 되므로 실링부재(300)와 작동부재(400)간의 상대마찰이 적어지게 되는 작용을 한다.
따라서, 실링부재는 고정된 상태에서 작동부재만이 이동하므로 상대적인 마찰이 증가되는 종래기술에 비해 실링부재의 마모 측면에서 더욱 더 개선된 효과를 가지게 된다.
또한, 종래기술에서와 같이 실링부재의 마모를 방지하여 누유를 방지하기 위해 케이블에 코팅하는 공정이 불요하게 되어 제조공정이 단축되고 원가가 절감되는 효과를 가지게 된다.
한편, 본 발명에서는 제1체결 커버(130)의 후면에 제1가이드부(133)를 설치할 경우 작동부재(400)이 실링부재(300)의 내부에서 실링부재(300)와 일정한 거리를 두고 이격되게 하는 작용을 하게 된다.
또한, 제1가이드부(133)가 없을 경우, 제1체결 커버(130)가 전방 커버(110)에 체결되면서 제1체결 커버(130)의 후면은 실링부재(300)의 고정부(320)를 가압하게 되고 이때 경우에 따라 고정부(320)의 측면이 내측으로 변형되어 작동부재(400)과 접촉하는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 상태가 지속되면 실링부재(300)의 고정부(320)가 작동부재(400)과의 접촉으로 인해 마모되면서 전체적인 실링이 문제될 수 있는 바, 이러한 문제 발생을 방지하는 작용을 하게 된다.
게다가, 실링부재(300)가 신장되는 경우 양 단부에서의 고정부(320)는 고정된 제1실링부재 수용홈(112)에서 이탈되려는 작용을 하게 되는 바, 이때 제1가이드부(133)는 고정부(320)의 이탈을 방지하는 작용을 하게 된다.
전술한 작용효과는 피스톤(200)측에서도 동일하게 문제되는 바, 피스톤(200)측에도 동일하게 제2가이드부(205)를 형성하여 동일한 작용을 달성할 수 있게 되며, 특히 작동부재(400)을 실링부재(300)와 이격되는 하는 작용은 가이드부를 양 단부에 형성한 경우에 더욱 유리하게 된다.
다음으로 본 발명의 액추에이터를 이용한 액추에이터 장치에 대해 설명한다.
도 6 은 본 발명의 액추에이터 장치의 분해사시도이다. 도 7 는 본 발명의 액추에이터 장치가 결합된 상태를 도시하는 도면이다. 도 8 는 본 발명의 액추에이터 장치에서 작동부재가 복수 개로 형성된 경우를 도시하는 도면이다. 도 9 는 본 발명의 액추에이터 장치의 단면도이다.
전술한 실시예는 하나의 액추에이터(10)를 사용하는 경우에 대한 것이나 다른 실시예에서는 한 쌍의 액추에이터(10)를 풀리(500)를 통해 연결함으로써 관절 회동장치 등을 형성하는 액추에이터 장치에 대한 것이다.
본 발명의 액추에이터 장치(20)에서는 한 쌍의 액추에이터(10)와, 상기 액추에이터(10)의 작동부재(400)이 연결되는 풀리(500)와, 상기 풀리(500)에 연결된 링크부(600)로 이루어진다.
한 쌍의 액추에이터(10)는 양자가 동일하게 형성되며 다만, 작동부재(400)을 공유하면서 작동부재(400)의 일 단부는 하나의 액추에이터의 피스톤(200)에 고정되고 풀리(500)에 감기며 풀리(500)에 감겨진 작동부재(400)의 타 단부는 다른 액추에이터의 피스톤(200)에 고정되도록 형성된다.
액추에이터 장치(20)의 경우 작동부재(400)가 풀리(500)에 감겨져야 하므로 강성체 형태의 로드보다는 휘어질 수 있는 가요적인 형태의 케이블이 사용된다.
본 발명에서는 액추에이터 구동에 많은 힘이 요구되는 경우 도 8 에 도시된 바와 같이 중공부재(300) 및 이 중공부재(300)에 삽입되는 작동부재(400)을 복수 개로 형성하는 것도 가능하다.
이러한 경우 풀리(500)의 외주면에 형성된 풀리홈(501)도 동일한 개수로 복수개 형성한다.
즉, 액추에이터(10)는 기본적으로 피스톤(200)의 중앙에 하나의 중공부재(300) 및 하나의 작동부재(400)을 결합하여 힘을 발휘하도록 구성되나, 피스톤(200)의 횡 방향으로 간격을 두고 2개 이상의 중공부재(300) 및 작동부재(400)을 형성함으로써 큰 힘을 발휘하는 동시에 내구성 향상을 도모하는 것도 가능하다.
다음으로 이와 같이 형성된 액추에이터 장치의 작용에 대해 설명한다.
도 10 은 본 발명의 액추에이터 장치의 작동상태를 도시하는 도면이다.
본 발명에서 액추에이터(10)의 작용은 전술한 액추에이터의 작용과 동일하다.
다만, 본 발명의 액추에이터 장치(20)에서는 하나의 액추에이터(10)에는 유체를 공급하는 동시에 다른 액추에이터(10)에서는 유체를 회수함으로써 작동부재(400)이 일측 방향으로 이동하게 된다.
작동부재(400)의 일측방향 회전에 의해 풀리(500)는 회전운동을 하게 되며 이에 따라 풀리(500)에 고정된 링크부(600)는 관절운등을 하게 된다. 이러한 액추에이터 장치는 로봇의 관절운동 등에 여러 회전 운동을 구현하는 데 적합하다.
본 발명의 액추에이터 장치(20)는 로드를 사용하여 관절장치를 형성하는 종래기술에서 비해 복잡한 링크기구 없이 장치를 간단하게 하면서도 필요한 작동범위(구동각)를 충분히 확보할 수 있다는 점에서 장점을 가진다.
또한, 본 발명의 액추에이터는 기본적으로 작동부재를 이용하면서 유압 유압액추에이터 형태로 형성되는 바, 탄성길이가 짧은 맥키벤 머슬 등을 사용하는 종래기술에 비해 작동거리가 증가되는 작용을 하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 실린더 110 : 전방 커버
120 : 후방 커버 130 : 제1체결 커버
200 : 피스톤 210 : 실링

Claims (26)

  1. 내부에 유체가 충진되며 전방 단부를 폐쇄하는 전방 커버(110)가 형성된 실린더(100)와,
    상기 실린더(100) 내부에서 상기 유체에 의해 변위되는 피스톤(200)과,
    상기 피스톤(200)에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버(110)에 고정되며 탄성을 가지는 소재로 이루어짐으로써 상기 피스톤(200)의 이동에 따라 탄성변형하는 실링부재(300)와,
    상기 실링부재(300)의 내부에 삽입되어 상기 피스톤(200)에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버(110)의 외부로 연장되는 작동부재(400)를 포함하여 이루어지며,
    상기 실링부재(300)는 내부가 중공형인 중공부(310)와,
    상기 중공부(310)의 단부에서 상기 중공부(310)보다 더 큰 횡폭을 가지도록 형성되는 고정부(320)로 이루어지며,
    상기 고정부(320) 중 하나가 상기 전방 커버(110)에 고정되고, 다른 하나는 피스톤(200)에 고정되며,
    상기 작동부재(400)가 상기 중공부(310)의 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 고정부(320) 중 하나는 상기 전방 커버(110)에 체결되는 제1체결 커버(130)에 의해 고정되고,
    상기 고정부(320) 중 다른 하나는 상기 피스톤(200)에 체결되는 제2체결커버(220)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  5. 청구항 4 에 있어서,
    상기 제1체결 커버(130)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제1작동부재 관통홈(131)이 형성되고,
    상기 전방커버(110)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제1실링부재 삽입홈(111)이 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  6. 청구항 5 에 있어서,
    상기 피스톤(200)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제2작동부재 관통홈(201)이 형성되고,
    상기 제2체결 커버(220)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제2실링부재 삽입홈(221)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 전방 커버(110)의 제1실링부재 삽입홈(111)의 둘레 및 상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 하나를 수용하기 위한 제1실링부재 수용홈(112)이 형성되며,
    상기 피스톤(200)의 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레 및 상기 제2체결 커버(220)의 제2실링부재 삽입홈(221)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 다른 하나를 수용하기 위한 제2실링부재 수용홈(202)이 형성되고,
    상기 제1체결커버(130)는 상기 제1실링부재 수용홈(112)을 덮도록 상기 전방 커버(110)에 체결되며,
    상기 제2체결 커버(220)는 상기 제2실링부재 수용홈(202)을 덮도록 상기 피스톤(200)에 체결되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  8. 청구항 7 에 있어서,
    상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레에 제1가이드부(133)가 형성되고,
    상기 제1가이드부(133)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제1가이드부(133)의 내부에는 상기 제1작동부재 관통홈(131)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  9. 삭제
  10. 청구항 8 에 있어서,
    상기 피스톤(200)의 상기 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레에 제2가이드부(205)가 형성되고,
    상기 제2가이드부(205)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제2가이드부(205)의 내부에는 상기 제2작동부재 관통홈(201)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  11. 청구항 1 에 있어서,
    상기 전방 커버(110)는 상기 실린더(100)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  12. 청구항 1 에 있어서,
    상기 실링부재(300) 및 이 실링부재(300)에 삽입되는 작동부재(400)를 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  13. 청구항 1 에 있어서,
    상기 작동부재(400)는 로드 또는 케이블로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  14. 한 쌍의 액추에이터(10)를 포함하여 형성되는 액추에이터 장치로서,
    각각의 상기 액추에이터(10)는,
    내부에 유체가 충진되며 전방 단부를 폐쇄하는 전방 커버(110)가 형성된 실린더(100)와,
    상기 실린더(100) 내부에서 상기 유체에 의해 변위되는 피스톤(200)과,
    상기 피스톤(200)에 일 단부가 고정되고 타 단부가 상기 전방 커버(110)에 고정되며 탄성을 가지는 소재로 이루어짐으로써 상기 피스톤(200)의 이동에 따라 탄성변형하는 실링부재(300)와,
    일 단부가 상기 하나의 액추에이터(10)의 실링부재(300)의 내부에 삽입되어 피스톤(200)에 고정되고 타 단부가 상기 하나의 액추에이터(10)의 실린더(100)의 외부로 연장되어 풀리(500)에 감겨진 다음 다른 액추에이터(10)의 실링부재(300)의 내부로 삽입되어 피스톤(200)에 고정되는 가요적인 작동부재(400)를 포함하여 이루어지며,
    상기 실링부재(300)는 내부가 중공형인 중공부(310)와,
    상기 중공부(310)의 단부에서 상기 중공부(310)보다 더 큰 횡폭을 가지도록 형성되는 고정부(320)로 이루어지며,
    상기 고정부(320) 중 하나가 상기 전방 커버(110)에 고정되고, 다른 하나는 피스톤(200)에 고정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 14 에 있어서,
    상기 고정부(320) 중 하나는 상기 전방 커버(110)에 체결되는 제1체결 커버(130)에 의해 고정되고,
    다른 하나는 상기 피스톤(200)에 체결되는 제2체결커버(220)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  18. 청구항 17 에 있어서,
    상기 제1체결 커버(130)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제1작동부재 관통홈(131)이 형성되고,
    상기 전방커버(110)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제1실링부재 삽입홈(111)이 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  19. 청구항 18 에 있어서,
    상기 피스톤(200)에는 상기 작동부재(400)를 관통하여 삽입하기 위한 제2작동부재 관통홈(201)이 형성되고,
    상기 제2체결 커버(220)에는 상기 실링부재(300)가 삽입되도록 관통하는 제2실링부재 삽입홈(221)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  20. 청구항 19 에 있어서,
    상기 전방 커버(110)의 제1실링부재 삽입홈(111)의 둘레 및 상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 하나를 수용하기 위한 제1실링부재 수용홈(112)이 형성되며,
    상기 피스톤(200)의 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레 및 상기 제2체결 커버(220)의 제2실링부재 삽입홈(221)의 둘레의 어느 일방이나 양방에는 상기 고정부(320) 중 다른 하나를 수용하기 위한 제2실링부재 수용홈(202)이 형성되고,
    상기 제1체결커버(130)는 상기 제1실링부재 수용홈(112)을 덮도록 상기 전방 커버(110)에 체결되며,
    상기 제2체결 커버(220)는 상기 제2실링부재 수용홈(202)을 덮도록 상기 피스톤(200)에 체결되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  21. 청구항 19 에 있어서,
    상기 제1체결 커버(130)의 제1작동부재 관통홈(131)의 둘레에 제1가이드부(133)가 형성되고,
    상기 제1가이드부(133)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제1가이드부(133)의 내부에는 상기 제1작동부재 관통홈(131)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  22. 삭제
  23. 청구항 19 에 있어서,
    상기 피스톤(200)의 상기 제2작동부재 관통홈(201)의 둘레에 제2가이드부(205)가 형성되고,
    상기 제2가이드부(205)의 외부는 상방으로 갈수록 두께가 작아지도록 돌출되게 형성되고 상기 제2가이드부(205)의 내부에는 상기 제2작동부재 관통홈(201)이 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  24. 청구항 14 에 있어서,
    상기 전방 커버(110)는 상기 실린더(100)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  25. 청구항 14 에 있어서,
    상기 실링부재(300) 및 이 실링부재(300)에 삽입되는 작동부재(400)를 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  26. 청구항 14 에 있어서,
    상기 작동부재(400)는 로드 또는 케이블로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
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