KR102278223B1

KR102278223B1 - 액추에이터

Info

Publication number: KR102278223B1
Application number: KR1020200016791A
Authority: KR
Inventors: 김용대
Original assignee: 경일대학교산학협력단
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-07-15

Abstract

본 발명에서 제안하는 액추에이터는, 선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성되는 액추에이팅 바; 상기 액추에이팅 바의 일 단에 고정되는 제1 변위 전달부; 상기 액추에이팅 바의 타 단에 고정되며, 상기 액추에이팅 바의 길이 변화에 따라 상기 제1 변위 전달부에 가까워지거나 상기 제1 변위 전달부로부터 멀어지는 제2 변위 전달부; 일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 변위 증폭 로드; 일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 변위 증폭 로드; 및 상기 제1 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제2 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 연결부를 포함하고, 상기 제1 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제2 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길다.

Description

액추에이터{ACTUATOR}

본 발명은 모핑 가능한 액추에이터 및 이를 구비하는 가변 구조물에 관한 것이다.

기존의 항공기는 날개 후단의 플랩(flap)을 움직여 자세를 제어한다. 플랩은 주로 모터를 이용하거나 유/공압 구동장치를 이용하여 구동하도록 구성된다. 그런데 모터를 이용한 구동 시스템의 경우 에너지 저장체인 배터리 뿐만 아니라 구동력을 증폭시키기 위한 기어, 링크, 스크류 등의 감속 기구가 반드시 필요하기 때문에 시스템이 매우 복잡해지고, 시스템이 차지하는 크기도 크며 무게도 무겁다. 그리고 유/공압 구동시스템도 에너지 저장체인 유/공압 탱크뿐만 아니라 압축기, 밸브, 센서, 배관 등을 포함하므로, 모터 구동장치보다 더욱 복잡하고 크기도 크며 무게도 무겁다.

이러한 구동장치는 중대형 항공기와 같이 크기가 큰 시스템에는 적용이 가능하나, 초소형 무인 항공기와 같이 공간이나 무게 제약이 있는 소형 시스템에는 탑재 자체가 어렵다는 한계가 있다. 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해서는 모터나 유/공압 구동장치를 사용하지 않는 인공 근육형 액추에이터를 적용한 모핑 구조물이 사용되어야 한다.

모핑(morphing)이란 환경 적응 또는 목적에 따라 형상을 임의로 변화시킬 수 있는 능력을 의미한다. 활공하던 물수리가 먹이 사냥을 위해 날개를 오므려 급강하는 것과 같이 모핑은 자연계에서 흔히 볼 수 있는 현상이다.

최근 미국을 중심으로 상황에 따라 다양한 비행 능력을 보여주는 새의 움직임을 이용하여 가변 형상 항공기 혹은 모핑 항공기 구조(MAS: morphing aircraft structure)에 대한 많은 연구가 수행되어 왔다. 모핑 항공기 구조에 해당하는 모핑 날개는 새의 경우처럼 임무나 목적에 적합하도록 날개의 형상을 바꾸거나, 기존의 조종면(control surface)을 대신하여 기동을 위한 조종력을 얻도록 날개를 변형시키는 구조를 말한다. 모핑 날개를 가진 비행체는 단일 비행체로 다중임무 비행을 가능하게 하고, 기존의 조종면으로는 가능하지 않은 혁신적인 기동을 가능하게 해줄 수 있다.

특히 모핑 날개와 같은 모핑 구조물을 비행체의 기체나 날개에 적용할 경우 연료 효율이 증대되기 때문에 기존 항공기에 비해 혁신적인 설계가 가능하다는 장점이 있다.

인공 근육형 액추에이터는 모터나 유/공압을 사용하지 않는 액추에이터로 인간의 근육처럼 자극을 인가함에 따라 구조체 자체가 수축 또는 이완을 하는 액추에이터를 일컫는다. 인공 근육형 액추에이터는 모터 구동장치나 유/공압 구동장치보다 시스템이 단순하며 구조체 자체가 수축/이완 운동을 하므로 추가적인 구조물이나 동력전달을 위한 장치 등을 필요로 하지 않아 크기가 작고 및 무게가 가볍다는 장점이 있다.

모핑 구조물을 자동차에 적용한다고 가정할 경우 항력을 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 차체를 작게 변형시켜 좁은 공간에서 주차를 용이하게 하는 가능성을 실현할 수 있다. 또한, 주차 시 차체를 박스형으로 변환시키고, 고속 주행 시 차체를 유선형으로 변경시키기 위한 모핑 구조물도 적용될 수 있다.

그러나 아직까지 모핑 구조물은 등록특허공보 제10-1271485호(2013.05.30.)에 개시된 항공기 모핑 날개와 같이 항공분야에서만 주로 적용이 되고 있다.

본 발명은 기존의 모터 적용 구동 장치나, 유/공압 구동 장치 등이 무게, 크기, 시스템의 복잡성 등의 한계로 소형 항공기나 자동차에 적용할 수 없는 문제를 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 자극을 인가함에 따라 구조체의 형상이 변형되는 인공 근육형 대면적/경량 액추에이터를 제공하기 위한 것이다. 특히 본 발명은 이종 재료를 단순한 모양으로 가공한 후 특정 형상으로 조립함으로써 매우 손쉽게 액추에이터의 구동 변위를 증폭시킬 수 있는 새로운 매커니즘을 제안하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 단위 액추에이터를 여러 개 배열함으로써 손 쉽게 대면적 액추에이터로 크기를 확대시킬 수 있으며, 경량 재료로 주재료를 사용함으로써 면적 대비 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 가변 구조물을 제시하기 위한 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액추에이터는, 선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성되는 액추에이팅 바; 상기 액추에이팅 바의 일 단에 고정되는 제1 변위 전달부; 상기 액추에이팅 바의 타 단에 고정되며, 상기 액추에이팅 바의 길이 변화에 따라 상기 제1 변위 전달부에 가까워지거나 상기 제1 변위 전달부로부터 멀어지는 제2 변위 전달부; 일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 변위 증폭 로드; 일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 변위 증폭 로드; 및 상기 제1 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제2 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 연결부를 포함하고, 상기 제1 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제2 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길다.

상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 가까워지거나 멀어짐에 따라 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 연결부에 대해 상대 회전하여, 상기 연결부를 중심으로 하는 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드 사이의 각도가 변화된다.

상기 연결부는 제1 연결부에 해당하고, 상기 액추에이터는 제2 연결부, 제3 변위 증폭 로드 및 제4 변위 증폭 로드를 더 포함하며, 상기 제3 변위 증폭 로드의 일단은 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되고, 상기 제3 변위 증폭 로드의 타단은 상기 제2 연결부에 상대 회전 가능하게 연결되며, 상기 제4 변위 증폭 로드의 일단은 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되고, 상기 제4 변위 증폭 로드의 타단은 상기 제2 연결부에 상대 회전 가능하게 연결되며, 상기 제3 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제4 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길다.

상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 가까워지거나 멀어짐에 따라 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 제1 연결부에 대해 상대 회전하고 상기 제3 변위 증폭 로드와 상기 제4 변위 증폭 로드가 상기 제2 연결부에 대해 상대 회전하여, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이의 거리가 변화된다.

상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 변위 전달부, 상기 제1 연결부, 상기 제2 연결부, 상기 제1 변위 증폭 로드, 상기 제2 변위 증폭 로드, 상기 제3 변위 증폭 로드 및 상기 제4 변위 증폭 로드는 마름모 형상을 이루도록 배치되고, 상기 마름모의 네 꼭지점에 상기 제1 연결부, 상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 연결부 및 상기 제2 변위 전달부가 반시계 방향을 따라 순차적으로 배치되고, 상기 마름모의 네 모서리에 상기 제1 변위 증폭 로드, 상기 제3 변위 증폭 로드, 상기 제4 변위 증폭 로드 및 상기 제2 변위 증폭 로드가 반시계 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 제1 연결부를 중심으로 둔각을 형성하도록 배치되고, 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제3 변위 증폭 로드는 상기 제1 변위 전달부를 중심으로 예각을 형성하도록 배치되며, 상기 액추에이팅 바의 길이가 늘어남에 따라 상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 멀어지면, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 서로 가까워지는 방향으로 움직인다.

상기 제1 변위 전달부는 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 제1 변위 증폭 로드의 일단과 상기 제3 변위 증폭 로드의 일단은 상기 제1 변위 전달부의 연장 방향을 기준으로 서로 이격된 위치에서 상기 제1 변위 전달부에 연결되고, 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제3 변위 증폭 로드는 각각 상기 제1 변위 전달부와 예각을 이루도록 배치되며, 상기 액추에이팅 바의 길이가 늘어남에 따라 상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 멀어지면, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 서로 멀어지는 방향으로 움직인다.

상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부는 상기 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 액추에이팅 바의 길이 변형 전 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이의 거리는 상기 일 방향에서 상기 제1 변위 전달부의 길이 또는 상기 제2 변위 전달부의 길이보다 짧다.

상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 제1 연결부를 중심으로 180°보다 큰 각도를 형성하도록 배치된다.

상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 변위 전달부, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 각각 다수의 관통홀을 갖는 두 플레이트로 구성되고, 상기 제1 변위 증폭 로드, 상기 제2 변위 증폭 로드, 상기 제3 변위 증폭 로드 및 상기 제4 변위 증폭 로드 각각의 일단과 타단은 상기 두 플레이트의 사이에 배치되며, 상기 제1 변위 증폭 로드 내지 상기 제4 변위 증폭 로드의 일단과 타단에는 각각 상기 관통홀과 중첩되는 위치에 홀이 형성된다.

또한 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가변 구조물은, 액추에이터; 적층 구조를 이루도록 상기 액추에이터의 상측과 하측에 각각 배치되며, 열적 또는 전기적 자극을 상기 액추에이터에 인가하도록 형성되는 자극 인가 모듈; 및 적층 구조를 이루도록 상기 자극 인가 모듈을 기준으로 상기 액추에이터의 반대쪽에 각각 배치되며, 상기 자극 인가 모듈을 보호하도록 형성되는 패널을 포함하며, 상기 액추에이터는, 선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성되는 액추에이팅 바; 상기 액추에이팅 바의 일 단에 고정되는 제1 변위 전달부; 상기 액추에이팅 바의 타 단에 고정되며, 상기 액추에이팅 바의 길이 변화에 따라 상기 제1 변위 전달부에 가까워지거나 상기 제1 변위 전달부로부터 멀어지는 제2 변위 전달부; 일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 변위 증폭 로드; 일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 변위 증폭 로드; 및 상기 제1 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제2 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 연결부를 포함하고, 상기 제1 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제2 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길다.

본 발명의 대면적 액추에이터는 모터나 유/공압 구동 장치 등을 필요로 하지 않고, 열적, 물리적, 전기적 자극에 의해 작동한다. 따라서 본 발명의 대면적 액추에이터는 무게가 가볍고, 시스템이 단순하여 대형 항공기는 물론이고, 소형 항공기나 자동차 등에도 적용될 수 있다.

본 발명에 의하면 다수의 단위 액추에이터를 배열하여 대면적 액추에이터를 구현하므로, 일부 단위 액추에이터에서 고장이 발생했을 경우 대면적 액추에이터 전체를 수리하거나 교체할 필요없이 고장이 발생한 단위 액추에이터만을 교체하면 되므로 수리 범위, 비용, 시간 등이 절감될 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 제1 실시예의 대면적 액추에이터를 보인 사시도다.
도 2a는 제1 실시예의 대면적 액추에이터를 구성하는 단위 액추에이터가 변형되기 전을 보인 사시도다.
도 2b는 도 2a의 단위 액추에이터가 변형된 후를 보인 사시도다.
도 3은 도 2a의 단위 액추에이터를 분해한 분해 사시도다.
도 4는 도 2a의 단위 액추에이터를 간략화한 개념도다.
도 5는 도 4에 도시된 바 AB의 위치 변화를 도시한 개념도다.
도 6은 액추에이팅 바의 변위 대비 변위 증폭 로드의 작동 변위의 비를 이론적으로 계산하여 도시한 그래프다.
도 7은 제1 실시예의 단위 액추에이터에서 액추에이팅 바를 나일론-6(Nylon-6)으로 제작하고 변위 증폭 로드를 인바(Invar)로 제작하였을 경우, 도 4의 θ에 따른 축방향 길이 변화의 비를 이론적으로 계산하여 온도 변화 별로 나타낸 그래프다.
도 8 본 발명에서 제안하는 제2 실시예의 대면적 액추에이터를 보인 사시도다.
도 9a는 제2 실시예의 대면적 액추에이터를 구성하는 단위 액추에이터가 변형되기 전을 보인 사시도다.
도 9b는 도 9a의 단위 액추에이터가 변형된 후를 보인 사시도다.
도 10은 도 9a의 단위 액추에이터를 분해한 분해 사시도다.
도 11은 대면적 액추에이터를 포함하는 가변 구조물의 예를 보인 개념도다.
도 12는 자동차에 적용될 수 있는 가변 구조물의 예를 보인 개념도다.

이하, 본 발명에 관련된 액추에이터와 이를 구비하는 가변 구조물에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 제1 실시예의 대면적 액추에이터(1000)를 보인 사시도다.

도 2a는 제1 실시예의 대면적 액추에이터(1000)를 구성하는 단위 액추에이터(100)가 변형되기 전을 보인 사시도다.

도 2b는 도 2a의 단위 액추에이터(100)가 변형된 후를 보인 사시도다.

도 3은 도 2a의 단위 액추에이터(100)를 분해한 분해 사시도다.

대면적 액추에이터(1000)는 다수의 단위 액추에이터(100)를 서로 연결되도록 배열하여 구성될 수 있다. 희망하는 면적에 따라 단위 액추에이터(100)의 수를 설계하고 배열하면, 다양한 크기의 대면적 액추에이터(1000)가 구현될 수 있다.

단위 액추에이터(100)의 구조에 대하여 설명하면, 단위 액추에이터(100)는 액추에이팅 바(111, 112), 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b), 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134) 및 연결부(141a, 141b)(142a, 142b)를 포함한다.

액추에이팅 바(111, 112)는 선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성된다. 액추에이팅 바(111, 112)는 그 명칭에서 알 수 있듯이 일 방향을 따라 연장되는 바 형상을 갖는다. 액추에이팅 바(111, 112)는 단위 액추에이터(100)의 전면과 후면(혹은 상면과 하면, 혹은 좌측면과 우측면)에 하나씩 배치될 수 있다.

액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 선형적으로 변화하기 위해서는 액추에이팅 바(111, 112)에 자극이 인가되어야 한다. 여기서 자극이란 열적, 전기적, 그 외 기타 물리적 변화를 가리키며, 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화는 액추에이팅 바(111, 112)의 연장 방향을 따라 일어난다.

예컨대, 액추에이팅 바(111, 112)는 나일론(Nylon) 또는 PEEK와 같이 열팽창 계수가 매우 크고 기계적 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수 있다. 액추에이팅 바(111, 112)의 열팽창 계수가 크면, 외부에서 가해지는 열에 의해 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 선형적으로 늘어날 수 있다. 이에 반해 후술하게 될 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)는 액추에이팅 바(111, 112)에 비해 열팽창 계수가 작은 물질로 제작되며, 예를 들어 Invar와 같이 열팽창 계수가 0에 가까운 물질로 제작될 수 있다.

다른 예로, 액추에이팅 바(111, 112) 압전 물질로 형성될 수 있다. 압전 물질이란 전기가 인가되었을 때 길이가 수축되거나 확장되는 특성을 가지는 물질이다. 압전 물질은 작동력이 크고 주파수 대역이 매우 높다는 장점을 가지나, 작동 변위가 매우 작은 단점도 있다. 이 경우 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)는 전기에 영향을 받지 않는 물질로 제작되어야 한다.

또 다른 예로, 액추에이팅 바(111, 112)에 솔레노이드가 적용될 수 있다. 솔레노이드는 전류를 에너지로 하여 역학 운동을 일으키는 전기 역학 장치다. 솔레노이드의 가장 간단한 형태로는 코일을 감싸고 있는 철 구조물과 코일 내부에서 움직이는 원주형 심봉이 있다. 솔레노이드를 액추에이팅 바(111, 112)에 적용할 경우 액추에이팅 바(111, 112)에 전기가 인가되면 그 길이가 증가하거나 감소하게 된다.

여기서는 열적, 전기적 자극을 인가하여 액추에이팅 바(111, 112)의 길이를 변화시키는 구성에 대하여 설명하였으나, 본 발명에서 액추에이팅 바(111, 112)의 길이를 변화시키는 구성을 어느 하나로 특별히 제한하는 것은 아니며, 액추에이팅 바(111, 112)의 길이를 변화시킬 수 있는 어떠한 구성도 가능하다.

변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)는 제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b)를 포함한다. 제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 형상은 동일하고, 다만 위치만 차이가 있다.

제1 변위 전달부(121a, 121b)는 액추에이팅 바(111, 112)의 일 단에 고정된다. 제2 변위 전달부(122a, 122b)는 액추에이팅 바(111, 112)의 타 단에 고정된다. 여기서 액추에이팅 바(111, 112)의 일 단과 타 단이란, 액추에이팅 바(111, 112)의 선형적인 길이 변화가 일어나는 방향에서의 일 단과 타 단을 가리킨다.

제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b)가 액추에이팅 바(111, 112)에 고정되어 있으므로, 제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b)는 상기 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화에 따라 서로 가까워지거나 서로로부터 멀어지게 된다.

변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)는 다수의 관통홀(121a1, 121a2, 121a3, 121a4)(121b1, 121b2, 121b3, 121b4)(122a1, 122a2, 122a3, 122a4)(122b1, 122b2, 122b3, 122b4)을 갖는 플레이트로 구성될 수 있다. 예컨대 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)는 사각형 플레이트 또는 꼭지점 부분이 둥근 사각형 플레이트로 구성될 수 있다. 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)의 중심을 기준으로 플레이트를 사분면으로 구획한다면, 플레이트에 형성되는 다수의 관통홀(121a1, 121a2, 121a3, 121a4)(121b1, 121b2, 121b3, 121b4)(122a1, 122a2, 122a3, 122a4)(122b1, 122b2, 122b3, 122b4)은 각 사분면마다 하나씩 형성된다.

액추에이팅 바(111, 112)의 양 단에는 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)의 관통홀(121a1, 121a2, 121a3, 121a4)(121b1, 121b2, 121b3, 121b4)(122a1, 122a2, 122a3, 122a4)(122b1, 122b2, 122b3, 122b4)과 중첩되는 위치에 홀(111a1, 111a2, 111b1, 111b2)(112a1, 112a2, 112b1, 112b2)이 형성된다. 도면을 참조하면 액추에이팅 바(111, 112)에는 일 단과 타단에 각각 홀(111a1, 111a2, 111b1, 111b2)(112a1, 112a2, 112b1, 112b2)이 두 개씩 형성된다.

액추에이팅 바(111, 112)의 일 단에 형성되는 두 홀(111a1, 111a2)(112a1, 112a2)은 각각 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 1사분면에 형성되는 관통홀(121a1, 121b1), 그리고 4사분면에 형성되는 관통홀(121a4, 121b4)과 중첩되도록 배치된다. 액추에이팅 바(111, 112)의 타 단에 형성되는 두 홀(111b1, 111b2)(112b1, 112b2)은 각각 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 2사분면에 형성되는 관통홀(122a2, 122b2), 그리고 3사분면에 형성되는 관통홀(122a4, 122b4)과 중첩되도록 배치된다.

임의의 연결 부재(미도시)가 전면측 액추에이팅 바(111)와 후면측 액추에이팅 바(112)를 사이에 두고 액추에이팅 바(111, 112)의 홀(111a1, 111a2, 111b1, 111b2)(112a1, 112a2, 112b1, 112b2)과 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)의 관통홀(121a1, 121b1)(121a4, 121b4)(122a2, 122b2)(122a4, 122b4)을 통해 서로 결합되면, 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)가 액추에이팅 바(111, 112)에 고정된다.

제1 변위 전달부(121a, 121b)의 나머지 관통홀(121a2, 121a3)(121b2, 121b3)과 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 나머지 관통홀(122a1, 122a4)(122b1, 122b4)은 대면적 액추에이터(1000)를 구현하기 위해 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 방향에서 다른 단위 액추에이터의 액추에이팅 바와의 결합에 이용된다. 예컨대 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 2사분면에 형성되는 관통홀(121a2, 121b2)과 3사분면에 형성되는 관통홀(121b2, 121b3)은 다른 단위 액추에이터의 액추에이팅 바에 형성되는 두 홀과 중첩된다. 그리고 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 1사분면에 형성되는 관통홀(122a1, 122b1)과 4사분면에 형성되는 관통홀(122a4, 122b4)은 또 다른 단위 액추에이터의 액추에이팅 바에 형성되는 두 홀과 중첩된다.

이 경우 인접한 단위 액추에이터끼리는 제1 변위 전달부(121a, 121b) 또는 제2 변위 전달부(122a, 122b)를 서로 공유한다.

한편, 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)는 제1 변위 증폭 로드(131), 제2 변위 증폭 로드(132), 제3 변위 증폭 로드(133) 및 제4 변위 증폭 로드(134)를 포함한다. 각 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)는 그 명칭에서 알 수 있듯이 일 방향으로 연장되는 로드(rod) 형상을 갖는다. 각 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)의 일 단은 앞서 설명된 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)에 연결되고, 각 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)의 타 단은 후술하게 될 연결부(141a, 141b)(142a, 142b)에 연결된다. 각 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)의 일 단에는 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)의 관통홀(121a1, 121a4)(121b1, 121b4)(122a2, 122b2)(122a3, 122b3)과 중첩되는 위치에 홀(131a, 132a, 133a, 134a)이 형성된다. 또한 각 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)의 타 단에는 후술하게 될 연결부(141a, 141b)(142a, 142b)의 관통홀(141a4, 141a4)(141b3, 141b4)(142a1, 142a2)(142b1, 142b2)과 중첩되는 위치에 홀(131b, 132b, 133b, 134b)이 형성된다.

제1 변위 증폭 로드(131)의 일 단은 제1 변위 전달부(121a, 121b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제1 변위 증폭 로드(131)의 일 단에 형성되는 홀(131a)은 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 1사분면에 형성되는 관통홀(121a1, 121b1)과 중첩된다.

제1 변위 증폭 로드(131)의 타 단은 후술하게 될 제1 연결부(141a, 141b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제1 변위 증폭 로드(131)의 타 단에 형성되는 홀(131b)은 제1 연결부(141a, 141b)의 3사분면에 형성되는 관통홀(141a3, 141b3)과 중첩된다.

제2 변위 증폭 로드(132)의 일 단은 제2 변위 전달부(122a, 122b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제2 변위 증폭 로드(132)의 일 단에 형성되는 홀(132a)은 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 2사분면에 형성되는 관통홀(122a2, 122b2)과 중첩된다.

제2 변위 증폭 로드(132)의 타 단은 후술하게 될 제1 연결부(141a, 141b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제2 변위 증폭 로드(132)의 타 단에 형성되는 홀(132b)은 제1 연결부(141a, 141b)의 4사분면에 형성되는 관통홀(141a4, 141b4)과 중첩된다.

제3 변위 증폭 로드(133)의 일 단은 제1 변위 전달부(121a, 121b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제3 변위 증폭 로드(133)의 일 단에 형성되는 홀(133a)은 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 4사분면에 형성되는 관통홀(121a4, 121b4)과 중첩된다.

제3 변위 증폭 로드(133)의 타 단은 후술하게 될 제2 연결부(142a, 142b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제3 변위 증폭 로드(133)의 타 단에 형성되는 홀(133b)은 제2 연결부(142a, 142b)의 2사분면에 형성되는 관통홀(142a2, 142b2)과 중첩된다.

제4 변위 증폭 로드(134)의 일 단은 제2 변위 전달부(122a, 122b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제4 변위 증폭 로드(134)의 일 단에 형성되는 홀(134a)은 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 3사분면에 형성되는 관통홀(122a3, 122b3)과 중첩된다.

제4 변위 증폭 로드(134)의 타 단은 후술하게 될 제2 연결부(142a, 142b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제4 변위 증폭 로드(134)의 타 단에 형성되는 홀(134b)은 제2 연결부(142a, 142b)의 1사분면에 형성되는 관통홀(142a1, 142b1)과 중첩된다.

제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b)는 다수의 관통홀을 갖는 두 플레이트(121a, 121b)(122a, 122b)로 구성된다. 제1 변위 증폭 로드(131)의 일 단과 제3 변위 증폭 로드(133)의 일 단은 두 플레이트(121a)(121b)의 사이에 배치된다. 제2 변위 증폭 로드(132)의 일 단과 제4 변위 증폭 로드(134)의 일 단도 두 플레이트(122a, 122b)의 사이에 배치된다. 따라서 제1 변위 전달부(121a, 121b)가 배치되는 위치를 기준으로 한다면, 후면측 액추에이팅 바(112), 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 두 플레이트 중 하나(121b), 제1 변위 증폭 로드(131)와 제3 변위 증폭 로드(133), 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 두 플레이트 중 다른 하나(121a), 그리고 전면측 액추에이팅 바(111)가 순차적으로 적층된 구조로 이해될 수 있다. 이러한 적층 구조는 제2 변위 전달부(122a, 122b)가 배치되는 위치에서도 마찬가지다.

제1 연결부(141a, 141b)는 제1 변위 증폭 로드(131)의 타 단과 제2 변위 증폭 로드(132)의 타단에 각각 상대 회전 가능하게 연결된다. 제2 연결부(142a, 142b)는 제3 변위 증폭 로드(133)의 타 단과 제4 변위 증폭 로드(134)의 타 단에 각각 상대 회전 가능하게 연결된다. 제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b)는 실질적으로 제1 변위 전달부(121a, 121b)나 제2 변위 전달부(122a, 122b)와 마찬가지로 두 플레이트(141a, 141b)(142a, 142b)로 구성될 수 있다.

제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b)는 제1 변위 전달부(121a, 121b)나 제2 변위 전달부(122a, 122b)와 마찬가지로 대면적 액추에이터(1000)의 구현을 위한 단위 액추에이터(100)끼리의 결합에 이용된다. 제1 연결부(141a, 141b)에 형성되는 1사분면의 관통홀(141a1, 141b1)과 2사분면의 관통홀(141a2)(141b2)은 인접한 다른 단위 액추에이터의 제3 변위 증폭 로드나 제4 변위 증폭 로드와의 결합에 이용된다. 마찬가지로 제2 연결부(142a, 142b)에 형성되는 3사분면의 관통홀(142a3, 142b3)과 4사분면의 관통홀(142a4, 142b4)은 인접한 또 다른 단위 액추에이터의 제1 변위 증폭 로드나 제2 변위 증폭 로드와의 결합에 이용된다.

이 경우 인접한 단위 액추에이터(100)끼리는 제1 연결부(141a, 141b) 또는 제2 연결부(142a, 142b)를 서로 공유한다.

제1 실시예의 대면적 액추에이터(1000)는 수축형 액추에이터에 해당한다. 이를테면 액추에이팅 바(111, 112)에 자극이 인가됨에 따라 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 어느 한 방향에서 길어지면, 다른 방향에서는 수축이 일어난다는 것을 의미한다. 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 길어지는 방향은 액추에이팅 바(111, 112)의 연장 방향에 해당한다. 그리고 수축이 일어나는 방향은 제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b)를 잇는 방향에 해당한다.

제1 실시예의 대면적 액추에이터(1000)를 구성하는 단위 액추에이터(100)는 마름모 형상 또는 다이아몬드 형상을 이룬다. 이를테면 제1 변위 전달부(121a, 121b), 제2 변위 전달부(122a, 122b), 제1 연결부(141a, 141b), 제2 연결부(142a, 142b), 제1 변위 증폭 로드(131), 제2 변위 증폭 로드(132), 제3 변위 증폭 로드(133) 및 제4 변위 증폭 로드(134)는 마름모 형상을 이루도록 배치된다.

구체적으로 마름모의 네 꼭지점에 제1 연결부(141a, 141b), 제1 변위 전달부(121a, 121b), 제2 연결부(142a, 142b), 제2 변위 전달부(122a, 122b)가 반시계 방향을 따라 순차적으로 배치된다. 그리고 마름모의 네 모서리에 제1 변위 증폭 로드(131), 제3 변위 증폭 로드(133), 제4 변위 증폭 로드(134) 및 제2 변위 증폭 로드(132)가 반시계 방향을 따라 순차적으로 배치된다.

제1 변위 증폭 로드(131)와 제2 변위 증폭 로드(132)는 제1 연결부(141a, 141b)를 중심으로 둔각을 형성하도록 배치된다. 여기서 둔각이란 마름모 내측의 각도를 의미하며, 180°보다는 작은 각도다.

마찬가지로 제3 변위 증폭 로드(133)와 제4 변위 증폭 로드(134)는 제2 연결부(142a, 142b)를 중심으로 둔각을 형성하도록 배치된다. 여기서 둔각도 마름모 내측의 각도를 의미하며, 180°보다는 작은 각도다.

제1 변위 증폭 로드(131)와 제3 변위 증폭 로드(133)는 제1 변위 전달부(121a, 121b)를 중심으로 예각을 형성하도록 배치된다. 여기서 예각이란 마름모 내측의 각도를 의미한다.

제2 변위 증폭 로드(132)와 제4 변위 증폭 로드(134)는 제2 변위 전달부(122a, 122b)를 중심으로 예각을 형성하도록 배치된다. 여기서의 예각도 마름모 내측의 각도를 의미한다.

제1 변위 증폭 로드(131)의 길이와 제2 변위 증폭 로드(132)의 길이의 합은 액추에이팅 바(111, 112)의 길이보다 길다. 마찬가지로 제3 변위 증폭 로드(133)의 길이와 제4 변위 증폭 로드(134)의 길이의 합도 액추에이팅 바(111, 112)의 길이보다 길다.

이에 따라 액추에이팅 바(111, 112)에 자극이 인가되어 제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b) 사이의 거리가 가까워지거나 멀어지면 제1 변위 증폭 로드(131), 제2 변위 증폭 로드(132), 제3 변위 증폭 로드(133) 및 제4 변위 증폭 로드(134)는 변위 전달부(121a, 121b)(122a, 122b)와 연결부(141a, 141b)(142a, 142b)에 대해 상대 회전하게 된다. 제1 변위 전달부(121a, 121b)를 중심으로 하는 제1 변위 증폭 로드(131)와 제3 변위 증폭 로드(133) 사이의 각도, 제2 변위 전달부(122a, 122b)를 중심하는 하는 제2 변위 증폭 로드(132)와 제4 변위 증폭 로드(134) 사이의 각도, 제1 연결부(141a, 141b)를 중심으로 하는 제1 변위 증폭 로드(131)와 제2 변위 증폭 로드(132) 사이의 각도, 제2 연결부(142a, 142b)를 중심으로 하는 제3 변위 증폭 로드(133)와 제4 변위 증폭 로드(134) 사이의 각도가 모두 변화하게 되고, 제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b) 사이의 거리도 변화된다.

예컨대 액추에이팅 바(111, 112)가 큰 열팽창 계수를 갖는 물질로 이루어졌다고 가정하고, 상기 액추에이팅 바(111, 112)에 열이 가해지면, 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 늘어나게 되며, 제1 변위 전달부(121a, 121b)와 제2 변위 전달부(122a, 122b) 사이의 거리는 멀어진다. 제1 변위 전달부(121a, 121b)를 중심으로 하는 제1 변위 증폭 로드(131)와 제3 변위 증폭 로드(133) 사이의 각도, 제2 변위 전달부(122a, 122b)를 중심으로 하는 제2 변위 증폭 로드(132)와 제4 변위 증폭 로드(134) 사이의 각도는 작아진다. 그리고 제1 연결부(141a, 141b)를 중심으로 하는 제1 변위 증폭 로드(131)와 제2 변위 증폭 로드(132) 사이의 각도, 제2 연결부(142a, 142b)를 중심으로 하는 제3 변위 증폭 로드(133)와 제4 변위 증폭 로드(134) 사이의 각도는 커진다.

이에 따라 제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b) 사이의 거리는 가까워진다. 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 증가함에 따라 액추에이팅 바(111, 112)의 연장 방향에 교차 내지 직교하는 방향에서는 단위 액추에이터(100)와 대면적 액추에이터(1000)에서 면적 수축이 발생하는 것이다. 변위 증폭률은 마름모의 내측 각도에 따라 결정된다.

다음으로는 대면적 액추에이터(1000)의 변위 증폭에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하여 이론적으로 설명한다.

도 4는 도 2a의 단위 액추에이터(100)를 간략화한 개념도다. 도 5는 도 4에 도시된 바 AB의 위치 변화를 도시한 개념도다.

도 4 내지 도 5에서 A는 제1 변위 전달부(121a, 121b)의 1사분면에 형성되는 관통홀(121a1, 121b1)에 해당하고, B는 제1 연결부(141a, 141b)의 3사분면에 형성되는 관통홀(141a3, 141b3)에 해당한다. 도 5에서 C는 제1 연결부(141a, 141b)의 4사분면에 형성되는 관통홀(141a4, 141b4)에 해당한다. 그리고 바 AB(혹은 라인 AB)는 제1 변위 증폭 로드(131)에 해당한다.

도 4와 도 5에서 θ는 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변형 전 상태에서 액추에이팅 바(111, 112)와 제1 변위 증폭 로드(131) 사이의 각도를 의미하며, 위 각도의 중심은 A에 해당한다.

도 4와 도 5에서 l은 제1 변위 증폭 로드(131)의 일 단과 타 단에 형성되는 두 홀(131a, 131b) 간의 거리를 대각선으로 하는 가상의 직사각형에서 길이가 긴 변의 길이이며, l = AB·cos(θ)를 만족한다. 또한, h는 위 직사각형에서 길이가 짧은 변의 길이이며, h = AB·sin(θ)를 만족한다.

도 4에서 L은 액추에이팅 바(111, 112)의 변형 전 길이를 가리킨다. H는 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변형 전 제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b) 사이의 거리에 해당한다. 그리고 Hs는 제2 변위 전달부(122a, 122b)의 2사분면에 형성되는 관통홀(122a2, 122b2)과 3사분면에 형성되는 관통홀(122a3, 122b3) 간의 거리에 해당하며, 이 거리는 제2 변위 증폭 로드(132)의 일 단에 형성되는 홀(132a)과 제4 변위 증폭 로드(134)의 일 단에 형성되는 홀(134a) 사이의 거리와 같다.

또한, 도 4에서 Extension은 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 늘어나는 방향을 가리킨다. Retraction은 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화에 따라 제1 연결부(141a, 141b)와 제2 연결부(142a, 142b) 사이의 거리가 가까워지는 방향을 가리키며, 이 방향은 대면적 액추에이터(1000)의 수축이 일어나는 방향에 해당한다.

한편, 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화는 도 5에서와 같이 표현될 수 있다. 도 5에서 X는 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화 방향을 가리킨다.

또한, 도 5에서 la는 제1 변위 증폭 로드(131)의 길이에 해당하고, 더욱 정확하게는 제1 변위 증폭 로드(131)의 일 단과 타 단에 형성되는 두 홀(131a, 131b) 간의 거리에 해당한다. la는 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화 전 AB 사이의 거리와 같다.

열적, 물리적, 전기적 자극 등에 의해 액추에이팅 바(111, 112)의 길이가 늘어남에 따라 A가 A'의 위치로 이동하게 되고, B는 B'의 위치로 이동하게 된다. 그러면, l은 Δl만큼 늘어나게 되고, h는 Δh만큼 짧아지게 된다. 그리고 θ는 제1 변위 증폭 로드(131)의 상대 회전에 의해 Δθ만큼 작아지게 된다.

이때 제1 변위 증폭 로드(131)의 상대 회전 각도 Δθ가 매우 작다고 가정한다면, A의 이동 거리 Δl과, B의 이동 거리 Δh의 비는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서 h= l·tan(θ)이므로, 수학식 1은 아래의 수학식 2와 같이 간단하게 표현될 수 있다.

수학식 2의 관계를 그래프로 표현하면 도 6과 같다. 도 6은 액추에이팅 바(111, 112)의 변위 대비 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)의 작동 변위의 비를 이론적으로 계산하여 도시한 그래프다.

도 6에서 그래프의 가로축은 θ(degree)를 가리키고, 세로축은 Δh/Δl(무차원)을 가리킨다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 θ가 작아질수록 Δh의 증폭비는 급격하게 증가하게 된다.

한편, la가 나타내는 제1 변위 증폭 로드(131)의 길이가 일정하다고 가정하면, Δh는 아래의 수학식 3으로 계산할 수 있다.

액추에이팅 바(111, 112)가 열적 자극에 의해 길이 변형을 일으키도록 형성된다면, Δl은 열적 자극에 의해 액추에이팅 바(111, 112)가 늘어난 길이에 해당하므로, 아래의 수학식 4를 이용하여 계산할 수 있다.

수학식 4에서 α와 ΔT는 각각 액추에이팅 바(111, 112)의 열팽창 계수와 온도 변화량을 가리킨다.

수학식 4를 수학식 3에 대입하고 정리하면 수학식 5와 같이 나타내어진다.

그리고 수학식 5는 다시 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.

수학식 6은 온도 변화량에 의존하는 값으로, 온도 변화량(ΔT)이 높을수록 그리고 θ가 작을수록 Δh가 증가한다는 것을 알 수 있다. 액추에이팅 바(111, 112)를 나일론 6(α=82x10⁶ ppm/℃)로 제작할 경우 수학식 6을 그래프로 표현하면 도 7과 같다.

도 7은 제1 실시예의 단위 액추에이터(100)에서 액추에이팅 바(111, 112)를 나일론-6(Nylon-6)으로 제작하고 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)를 인바(Invar)로 제작하였을 경우, 도 4의 θ에 따른 축방향 길이 변화의 비를 이론적으로 계산하여 온도 변화 별로 나타낸 그래프다.

도 7에 도시된 그래프의 가로축은 θ를 가리키고, 세로축은 Δh/h (%)를 가리킨다.

도 7에서도 온도 변화량(ΔT)이 높을수록 그리고 θ가 작을수록 Δh가 증가한다는 것을 알 수 있다. 또한, θ와 작동 온도 범위에 따라 초기 길이 대비 10% 이상 높은 작동 변위를 갖는 대면적 액추에이터(1000)를 구현할 수 있다는 점도 도 7에서 알 수 있다.

이상에서 설명된 제1 실시예의 대면적 액추에이터(1000)는 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화에 따라 면적의 축소가 발생하는 수축형 액추에이터에 해당한다. 이하에서는 액추에이팅 바(111, 112)의 길이 변화에 따라 면적의 증가가 발생하는 확장형 액추에이터에 대하여 설명한다.

도 8 본 발명에서 제안하는 제2 실시예의 대면적 액추에이터(2000)를 보인 사시도다.

도 9a는 제2 실시예의 대면적 액추에이터(2000)를 구성하는 단위 액추에이터(200)가 변형되기 전을 보인 사시도다.

도 9b는 도 9a의 단위 액추에이터(200)가 변형된 후를 보인 사시도다.

도 10은 도 9a의 단위 액추에이터(200)를 분해한 분해 사시도다.

확장형 대면적 액추에이터(2000)도 수축형 대면적 액추에이터(1000)와 마찬가지로 다수의 단위 액추에이터(200)를 서로 연결되도록 배열하여 구성될 수 있다. 희망하는 면적에 따라 단위 액추에이터(200)의 수를 설계하고 배열하면, 다양한 크기의 대면적 액추에이터(2000)가 구현될 수 있다.

단위 액추에이터(200)는 액추에이팅 바(211, 212), 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b), 변위 증폭 로드(231, 232, 233, 234) 및 연결부(241a, 241b)(242a, 242b)를 포함한다.

수축형 대면적 액추에이터(2000)의 액추에이팅 바(211, 212)는 앞서 설명된 확장형 대면적 액추에이터(1000)의 액추에이팅 바(111, 112)와 동일하므로, 이에 대한 설명은 앞의 설명으로 갈음한다.

변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)는 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제2 변위 전달부(222a, 222b)를 포함한다.

제1 변위 전달부(221a, 221b)는 액추에이팅 바(211, 212)의 일 단에 고정된다. 제2 변위 전달부(222a, 222b)는 액추에이팅 바(211, 212)의 타 단에 고정된다. 여기서 액추에이팅 바(211, 212)의 일 단과 타 단이란, 액추에이팅 바(211, 212)의 선형적인 길이 변화가 일어나는 방향에서의 일 단과 타 단을 가리킨다.

제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제2 변위 전달부(222a, 222b)가 액추에이팅 바(211, 212)에 고정되어 있으므로, 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제2 변위 전달부(222a, 222b)는 상기 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 변화에 따라 서로 가까워지거나 서로로부터 멀어지게 된다.

변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)는 다수의 관통홀을 갖는 플레이트로 구성될 수 있다. 예컨대 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)는 직사각형 플레이트 또는 꼭지점 부분이 둥근 직사각형 플레이트로 구성될 수 있다. 상기 직사각형 또는 꼭지점 부분이 둥근 직사각형의 가로와 세로 길이를 살펴보면, 가로 길이는 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 변형이 일어나는 방향에서의 길이에 해당하며, 세로 길이는 가로 길이에 직교하는 방향에서의 길이에 해당한다. 도면을 참조하면 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 변형이 일어나는 방향에서 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)의 가로 길이는, 그에 직교하는 세로 길이에 비해 절반 정도로 짧다.

각 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)를 좌측 부분과 우측 부분으로 구분한다면, 각 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)에 형성되는 관통홀(221a1, 221a2, 221a3, 221a4, 221a5, 221a6, 221a7, 221a8)(221b1, 221b2, 221b3, 221b4, 221b5, 221b6, 221b7, 221b8)(222a1, 222a2, 222a3, 222a4, 222a5, 222a6, 222a7, 222a8)(222b1, 222b2, 222b3, 222b4, 222b5, 222b6, 222b7, 222b8)은 좌측 부분에 네 개, 우측 부분에 네 개가 형성된다. 좌측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀(221a5, 221a6, 221a7, 221a8)(221b5, 221b6, 221b7, 221b8)(222a5, 222a6, 222a7, 222a8)(222b5, 222b6, 222b7, 222b8)은 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)의 세로 방향을 따라 서로 이격된 위치에 일렬로 배열되며, 이러한 배열은 우측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀(221a1, 221a2, 221a3, 221a4)(221b1, 221b2, 221b3, 221b4)(222a1, 222a2, 222a3, 222a4)(222b1, 222b2, 222b3, 222b4)도 마찬가지다.

액추에이팅 바(211, 212)의 양 단에는 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)의 관통홀과 중첩되는 위치에 홀(211a1, 211a2)(212a1, 212a2)(211b1, 211b2)(212b1, 212b2)이 형성된다. 도면을 참조하면 액추에이팅 바(211, 212)에는 두 개의 홀이 일 단과 타단에 각각 형성된다.

액추에이팅 바(211, 212)의 일 단에 형성되는 두 홀(211a1, 211a2)(212a1, 212a2)은 제1 변위 전달부(221a, 221b)의 우측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 가운데 두 개의 관통홀(221a2, 221a3)(221b2, 221b3)과 중첩되도록 배치된다. 액추에이팅 바(211, 212)의 타 단에 형성되는 두 홀(211b1, 211b2)(212b1, 212b2)은 제2 변위 전달부(222a, 222b)의 좌측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 가운데 두 개의 관통홀(222a6, 222a7)(222b6, 222b7)과 중첩되도록 배치된다.

임의의 연결 부재가 전면측 액추에이팅 바(211)와 후면측 액추에이팅 바(212)를 사이에 두고 액추에이팅 바(211, 212)의 홀(211a1, 211a2)(212a1, 212a2)(211b1, 211b2)(212b1, 212b2)과 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)의 관통홀(221a2, 221a3)(221b2, 221b3)(222a6, 222a7)(222b6, 222b7)을 통해 서로 결합되면, 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)가 액추에이팅 바(211, 212)에 고정된다.

제1 변위 전달부(221a, 221b)의 좌측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 가운데 두 개의 관통홀(221a6, 221a7)(221b6, 221b7)과 제2 변위 전달부(222a, 222b)의 우측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 가운데 두 개의 관통홀(222a2, 222a3)(222b2, 222b3)은, 대면적 액추에이터(2000)를 구현하기 위해 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 방향에서 다른 단위 액추에이터의 액추에이팅 바와의 결합에 이용된다.

이 경우 인접한 단위 액추에이터(200)끼리는 제1 변위 전달부(221a, 221b) 또는 제2 변위 전달부(222a, 222b)를 서로 공유한다.

한편, 변위 증폭 로드(231, 232, 233, 234)는 제1 변위 증폭 로드(231), 제2 변위 증폭 로드(232), 제3 변위 증폭 로드(233) 및 제4 변위 증폭 로드(234)를 포함한다. 각 변위 증폭 로드(231, 232, 233, 234)는 그 명칭에서 알 수 있듯이 일 방향으로 연장되는 형상을 갖는다. 각 변위 증폭 로드(231, 232, 233, 234)의 형상은 제1 실시예에서 설명된 단위 액추에이터(100)의 변위 증폭 로드(131, 132, 133, 134)와 동일 내지 유사하다. 따라서 이에 대한 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

제1 변위 증폭 로드(231)의 일 단은 제1 변위 전달부(221a, 221b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제1 변위 증폭 로드(231)의 일 단에 형성되는 홀(231a)은 제1 변위 전달부(221a, 221b)의 우측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 제일 위에 형성되는 관통홀(221a1, 221b1)과 중첩된다. 여기서 제일 위라는 위치는 액추에이팅 바(211, 212)가 수평 방향을 향하도록 단위 액추에이터(200)를 세워 놓은 상태를 기준으로 한다.

제1 변위 증폭 로드(231)의 타 단은 후술하게 될 제1 연결부(241a, 241b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제1 변위 증폭 로드(231)의 타 단에 형성되는 홀(231b)은 제1 연결부(241a, 241b)에 형성되는 관통홀(241a1, 241b1)과 중첩된다.

제2 변위 증폭 로드(232)의 일 단은 제2 변위 전달부(222a, 222b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제2 변위 증폭 로드(232)의 일 단에 형성되는 홀(232a)은 제2 변위 전달부(222a, 222b)의 좌측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 제일 위에 형성되는 관통홀(222a5, 222b5)과 중첩된다. 마찬가지로 여기서 제일 위라는 위치는 액추에이팅 바(211, 212)가 수평 방향을 향하도록 단위 액추에이터(200)를 세워 놓은 상태를 기준으로 한다.

제2 변위 증폭 로드(232)의 타 단은 후술하게 될 제1 연결부(241a, 241b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제2 변위 증폭 로드(232)의 타 단에 형성되는 홀(232b)은 제1 연결부(241a, 241b)에 형성되는 관통홀(241a2, 241b2)과 중첩된다.

제3 변위 증폭 로드(233)의 일 단은 제1 변위 전달부(221a, 221b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제3 변위 증폭 로드(233)의 일 단에 형성되는 홀(233a)은 제1 변위 전달부(221a, 221b)의 우측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 제일 아래에 형성되는 관통홀(221a4, 221b4)과 중첩된다. 마찬가지로 여기서 제일 아래라는 위치는 액추에이팅 바(211, 212)가 수평 방향을 향하도록 단위 액추에이터(200)를 세워 놓은 상태를 기준으로 한다.

제3 변위 증폭 로드(233)의 타 단은 후술하게 될 제2 연결부(242a, 242b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제3 변위 증폭 로드(233)의 타 단에 형성되는 홀(233b)은 제2 연결부(242a, 242b)에 형성되는 관통홀(242a1, 242b1)과 중첩된다.

제4 변위 증폭 로드(234)의 일 단은 제2 변위 전달부(222a, 222b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제4 변위 증폭 로드(234)의 일 단에 형성되는 홀(234a)은 제2 변위 전달부(222a, 222b)의 좌측 부분에 형성되는 네 개의 관통홀 중 제일 아래에 형성되는 관통홀(222a8, 222b8)과 중첩된다. 마찬가지로 여기서 제일 아래라는 위치는 액추에이팅 바(211, 212)가 수평 방향을 향하도록 단위 액추에이터(200)를 세워 놓은 상태를 기준으로 한다.

제4 변위 증폭 로드(234)의 타 단은 후술하게 될 제2 연결부(242a, 242b)에 상대 회전 가능하게 연결된다. 제4 변위 증폭 로드(234)의 타 단에 형성되는 홀(234b)은 제2 연결부(242a, 242b)에 형성되는 관통홀(242a2, 242b2)과 중첩된다.

제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제2 변위 전달부(222a, 222b)는 다수의 관통홀을 갖는 두 플레이트(221a, 221b)(222a, 222b)로 구성된다. 제1 변위 증폭 로드(231)의 일 단과 제3 변위 증폭 로드(233)의 일 단은 두 플레이트(221a, 221b)의 사이에 배치된다. 제2 변위 증폭 로드(232)의 일 단과 제4 변위 증폭 로드(234)의 일 단도 두 플레이트(222a, 222b)의 사이에 배치된다.

따라서 제1 변위 전달부(221a, 221b)가 배치되는 위치를 기준으로 한다면, 후면측 액추에이팅 바(212), 제1 변위 전달부(221a, 221b)의 두 플레이트 중 하나(221b), 제1 변위 증폭 로드(231)와 제3 변위 증폭 로드(233), 제1 변위 전달부(221a, 221b)의 두 플레이트 중 다른 하나(221a), 그리고 전면측 액추에이팅 바(211)가 순차적으로 적층된 구조로 이해될 수 있다. 이러한 적층 구조는 제2 변위 전달부(222a, 222b)가 배치되는 위치에서도 마찬가지다.

연결부(241a, 241b)(242a, 242b)는 변위 증폭 로드(231, 232, 233, 234)의 타단과 연결된다. 제1 연결부(241a, 241b)는 제1 변위 증폭 로드(231)의 타 단과 제2 변위 증폭 로드(232)의 타단에 각각 상대 회전 가능하게 연결된다. 제2 연결부(242a, 242b)는 제3 변위 증폭 로드(233)의 타 단과 제4 변위 증폭 로드(234)의 타 단에 각각 상대 회전 가능하게 연결된다.

제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)는 제1 변위 전달부(221a, 221b)나 제2 변위 전달부(222a, 222b)와 마찬가지로 두 플레이트로 구성될 수 있으나, 그 형상은 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)의 형상과 다를 수 있다.

도면을 참조하면, 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)는 일 방향으로 연장되는 형상을 가지며, 연장되는 방향의 일 단에 두 개의 관통홀(241a1, 241a2)(241b1, 241b2)(242a1, 242a2)(242b1, 242b2)이 형성되고, 타단에도 두 개의 관통홀(241a3, 241a4)(241b3, 241b4)(242a3, 242a4)(242b3, 242b4)이 형성된다. 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)은 연장 방향을 따라 일정한 폭을 가질 수도 있으나, 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b) 각각의 일 단과 타 단 사이에서 상대적으로 작은 폭을 가질 수도 있다. 또한 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)에는 각각의 일 단과 타 단 사이에 관통홀이 연장 방향을 따라 형성될 수 있다.

제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)는 각각 서로 다른 단위 액추에이터와 공유되므로 방향에 대해 정의가 필요하다면, 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)가 동일한 단위 액추에이터(200)에 속하는 변위 증폭 로드(231, 232, 233, 234)에 연결되는 방향을 제1 연결부(241a, 241b)의 일단, 제2 연결부(242a, 242b)의 일단이라고 정의할 수 있다.

제1 연결부(241a, 241b)의 일 단에 형성되는 두 개의 관통홀(241a1, 241a2)(241b1, 241b2) 중 좌측의 관통홀(241a1)(241b1)은 제1 변위 증폭 로드(231)의 타단에 형성되는 홀(231b)과 중첩된다. 그리고 제1 연결부(241a, 241b)의 일 단에 형성되는 두 개의 관통홀(241a1, 241a2)(241b1, 241b2) 중 우측의 관통홀(241a2)(241b2)은 제2 변위 증폭 로드(232)의 타단에 형성되는 홀(232b)과 중첩된다.

제2 연결부(242a, 242b)의 일 단에 형성되는 두 개의 관통홀(242a1, 242a2)(242b1, 242b2) 중 좌측의 관통홀(242a1)(242b1)은 제3 변위 증폭 로드(233)의 타단에 형성되는 홀(233b)과 중첩된다. 그리고 제2 연결부(242a, 242b)의 일 단에 형성되는 두 개의 관통홀(242a1, 242a2)(242b1, 242b2) 중 우측의 관통홀(242a2)(242b2)은 제4 변위 증폭 로드(234)의 타단에 형성되는 홀(234b)과 중첩된다.

제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)는 다른 단위 액추에이터와의 연결을 위해 다른 단위 액추에이터와 공유된다. 제1 연결부(241a, 241b)의 타단에 형성되는 두 관통홀(241a3, 241a4)(241b3, 241b4)과 제2 연결부(242a, 242b)의 타단에 형성되는 두 관통홀(242a3, 242a4)(242b3, 242b4)은 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 변화 방향에 직교 내지 교차하는 방향에서 다른 단위 액추에이터와의 연결에 이용된다.

제2 실시예의 대면적 액추에이터(2000)는 확장형 액추에이터에 해당한다. 이를테면 액추에이팅 바(211, 212)에 자극이 인가됨에 따라 액추에이팅 바(211, 212)의 길이가 어느 한 방향에서 길어지면, 다른 방향에서는 수축이 일어난다는 것을 의미한다. 액추에이팅 바(211, 212)의 길이가 길어지는 방향은 액추에이팅 바(211, 212)의 연장 방향에 해당한다. 그리고 수축이 일어나는 방향은 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)를 잇는 방향에 해당한다.

제2 실시예의 대면적 액추에이터(2000)를 구성하는 단위 액추에이터(200)는 리본 형상 형상을 이룬다. 이를테면 제1 변위 전달부(221a, 221b), 제2 변위 전달부(222a, 222b), 제1 변위 증폭 로드(231), 제2 변위 증폭 로드(232), 제3 변위 증폭 로드(233) 및 제4 변위 증폭 로드(234)는 리본 형상을 이루도록 배치된다.

구체적으로 리본 형상의 여섯 모서리가 제1 변위 증폭 로드(231), 제1 변위 전달부(221a, 221b), 제3 변위 증폭 로드(233), 제4 변위 증폭 로드(234), 제2 변위 전달부(222a, 222b) 및 제2 변위 증폭 로드(232)의 반시계 방향을 따르는 순차적으로 배치에 의해 형성된다. 제1 연결부(241a, 241b)의 일 단과 제2 연결부(242a, 242b)의 일 단은 리본 형상의 중심에 배치되는 것으로 이해될 수 있다.

제1 변위 증폭 로드(231)와 제3 변위 증폭 로드(233)는 각각 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 예각을 이루도록 배치된다. 마찬가지로 제2 변위 증폭 로드(232)와 제4 변위 증폭 로드(234)는 각각 제2 변위 전달부(222a, 222b)와 예각을 이루도록 배치된다. 여기서 예각이란 리본 형상의 내측에서의 각도를 가리킨다.

또한, 제1 변위 증폭 로드(231)와 제2 변위 증폭 로드(232)는 제1 연결부(241a, 241b)의 일 단을 중심으로 둔각을 형성하도록 배치된다. 여기서 둔각이란 리본 형상에서 내측의 각도를 의미하며, 180°보다 큰 각도다.

마찬가지로 제3 변위 증폭 로드(233)와 제4 변위 증폭 로드(234)는 제2 연결부(242a, 242b)의 일 단을 중심으로 둔각을 형성하도록 배치된다. 여기서 둔각도 리본 형상에서 내측의 각도를 의미하며, 180°보다 큰 각도다.

제1 변위 증폭 로드(231)와 제3 변위 증폭 로드(233)의 길이는 동일하므로, 리본 형상의 좌측과 우측에는 각각 하나씩의 이등변 삼각형 형상이 형성되는 것으로 이해될 수 있다.

제1 변위 증폭 로드(231)의 길이와 제2 변위 증폭 로드(232)의 길이의 합은 액추에이팅 바(211, 212)의 길이보다 길다. 마찬가지로 제3 변위 증폭 로드(233)의 길이와 제4 변위 증폭 로드(234)의 길이의 합도 액추에이팅 바(211, 212)의 길이보다 길다.

이에 따라 액추에이팅 바(211, 212)에 자극이 인가되어 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제2 변위 전달부(222a, 222b) 사이의 거리가 가까워지거나 멀어지면 제1 변위 증폭 로드(231), 제2 변위 증폭 로드(232), 제3 변위 증폭 로드(233) 및 제4 변위 증폭 로드(234)는 변위 전달부(221a, 221b)(222a, 222b)와 연결부(241a, 241b)(242a, 242b)에 대해 상대 회전하게 된다. 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제1 변위 증폭 로드(231) 사이의 각도, 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제3 변위 증폭 로드(233) 사이의 각도, 제2 변위 전달부(222a, 222b)와 제2 변위 증폭 로드(232) 사이의 각도, 제2 변위 전달부(222a, 222b)와 제4 변위 증폭 로드(234) 사이의 각도가 모두 변화하게 되고, 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b) 사이의 거리도 변화된다.

예컨대 액추에이팅 바(211, 212)가 큰 열팽창 계수를 갖는 물질로 이루어졌다고 가정하고, 상기 액추에이팅 바(211, 212)에 열이 가해지면, 액추에이팅 바(211, 212)의 길이가 늘어나게 되며, 제1 변위 전달부(221a, 221b)와 제2 변위 전달부(222a, 222b) 사이의 거리는 멀어진다.

이에 따라 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b)는 서로 멀어지는 방향으로 움직인다. 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 변형 전 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b) 사이의 거리를 D라고 하고, 액추에이팅 바(211, 212)의 길이 변형 후 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b) 사이의 거리를 E라고 하고, 제1 연결부(241a, 241b) 또는 제2 연결부(242a, 242b)의 연장 방향에서 제1 변위 전달부(221a, 221b) 또는 제2 변위 전달부(222a, 222b)의 길이를 F라고 할 때, F는 D보다 크다. 그리고, D<E이므로, F-D>F-E의 관계가 성립한다. 액추에이팅 바(211, 212)가 최대로 늘어나면 제1 연결부(241a, 241b)와 제2 연결부(242a, 242b) 사이의 거리(E)는 제1 변위 전달부(221a, 221b) 또는 제2 변위 전달부(222a, 222b)의 길이(F)와 같아진다. 여기서의 길이 비교는 관통홀 또는 홀 간의 거리를 기준으로 한다.

액추에이팅 바(211, 212)의 길이가 증가함에 따라 액추에이팅 바(211, 212)의 연장 방향에 교차 내지 직교하는 방향에서는 단위 액추에이터(200)와 대면적 액추에이터(2000)에서 면적 확장이 발생하는 것이다. 변위 증폭률은 리본의 내측 각도에 따라 결정된다.

이하에서는 본 발명에서 제안하는 대면적 액추에이터(1000)를 포함하는 가변 구조물에 대하여 설명한다.

도 11은 대면적 액추에이터(1000)를 포함하는 가변 구조물(4)의 예를 보인 개념도다.

도 11에서는 대면적 액추에이터(1000)에 작동원을 제공하는 자극 인가 모듈(11, 21)(12, 22)과 상기 자극 인가 모듈(11, 21)(12, 22)을 보호하는 패널(31, 32)로 이루어진 가변 구조물(4)의 예를 보이고 있다.

자극 인가 모듈(11, 21)(12, 22)은 적층 구조를 이루도록 대면적 액추에이터(1000)의 상측과 하측에 각각 배치되며, 열적, 물리적, 전기적 자극을 대면적 액추에이터(1000)에 인가하도록 형성된다. 자극 인가 모듈(11, 21)(12, 22)은 예컨대 박막형 히터(11, 12)와 단열재(21, 22)로 이루어질 수 있으며, 박망형 히터는 대면적 액추에이터(1000)에 작동열을 제공하고, 박막형 히터(11, 12)는 단열재(21, 22)를 덮어 열 손실을 억제한다.

패널(31, 32)은 적층 구조를 이루도록 자극 인가 모듈(11, 21)(12, 22)을 기준으로 액추에이터(1000)의 반대쪽에 각각 배치된다. 패널(31, 32)은 자극 인가 모듈(11, 21)(12, 22)을 보호하기 위해 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 성질의 재질로 형성될 수 있다.

도 12는 자동차(1)에 적용될 수 있는 가변 구조물(2, 3, 4)의 예를 보인 개념도다.

대면적 액추에이터(1000, 2000)를 포함하는 가변 구조물(2, 3, 4)은 대면적 확장 또는 축소가 가능하므로 자동차(1)의 가변 루프와 보닛(2), 가변 범퍼(3), 가변 립(4) 등에 적용될 수 있다. 이 외에도 대면적 액추에이터(1000, 2000)를 포함하는 가변 구조물(2, 3, 4(은 초소형 무인 항공기용 가변 동체나 가변 날개에도 적용될 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 그러나 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성되는 액추에이팅 바;
상기 액추에이팅 바의 일 단에 고정되는 제1 변위 전달부;
상기 액추에이팅 바의 타 단에 고정되며, 상기 액추에이팅 바의 길이 변화에 따라 상기 제1 변위 전달부에 가까워지거나 상기 제1 변위 전달부로부터 멀어지는 제2 변위 전달부;
일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 변위 증폭 로드;
일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 변위 증폭 로드; 및
상기 제1 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제2 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 연결부를 포함하고,
상기 제1 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제2 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길고,
상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 변위 전달부 및 상기 연결부에는 상기 액추에이팅 바, 상기 제1 변위 증폭 로드, 또는 상기 제2 변위 증폭 로드와의 결합을 위한 복수의 관통홀이 형성되고,
상기 복수의 관통홀은 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과, 상기 액추에이팅 바에서 상대적으로 먼 위치에 형성되는 것으로 구분되고,
상기 액추에이팅 바의 일 단과 상기 제1 변위 증폭 로드는 상기 제1 변위 전달부에 형성되는 복수의 관통홀 중 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과 중첩되게 배치되어 상기 액추에이팅 바의 일 단과 상기 제1 변위 증폭 로드가 상기 제1 변위 전달부에 결합되고,
상기 액추에이팅 바의 타 단과 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 제2 변위 전달부에 형성되는 복수의 관통홀 중 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과 중첩되게 배치되어 상기 액추에이팅 바의 타 단과 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 제2 변위 전달부에 결합되며,
상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 연결부에 형성되는 복수의 관통홀 중 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과 중첩되게 배치되어 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 연결부에 연결되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 가까워지거나 멀어짐에 따라 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 연결부에 대해 상대 회전하여, 상기 연결부를 중심으로 하는 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드 사이의 각도가 변화되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 연결부는 제1 연결부에 해당하고,
상기 액추에이터는 제2 연결부, 제3 변위 증폭 로드 및 제4 변위 증폭 로드를 더 포함하며,
상기 제3 변위 증폭 로드의 일단은 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되고, 상기 제3 변위 증폭 로드의 타단은 상기 제2 연결부에 상대 회전 가능하게 연결되며,
상기 제4 변위 증폭 로드의 일단은 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되고, 상기 제4 변위 증폭 로드의 타단은 상기 제2 연결부에 상대 회전 가능하게 연결되며,
상기 제3 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제4 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제3항에 있어서,
상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 가까워지거나 멀어짐에 따라 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 제1 연결부에 대해 상대 회전하고 상기 제3 변위 증폭 로드와 상기 제4 변위 증폭 로드가 상기 제2 연결부에 대해 상대 회전하여, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이의 거리가 변화되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제3항에 있어서,
상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 변위 전달부, 상기 제1 연결부, 상기 제2 연결부, 상기 제1 변위 증폭 로드, 상기 제2 변위 증폭 로드, 상기 제3 변위 증폭 로드 및 상기 제4 변위 증폭 로드는 마름모 형상을 이루도록 배치되고,
상기 마름모의 네 꼭지점에 상기 제1 연결부, 상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 연결부 및 상기 제2 변위 전달부가 반시계 방향을 따라 순차적으로 배치되고,
상기 마름모의 네 모서리에 상기 제1 변위 증폭 로드, 상기 제3 변위 증폭 로드, 상기 제4 변위 증폭 로드 및 상기 제2 변위 증폭 로드가 반시계 방향을 따라 순차적으로 배치되며,
상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 제1 연결부를 중심으로 둔각을 형성하도록 배치되고,
상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제3 변위 증폭 로드는 상기 제1 변위 전달부를 중심으로 예각을 형성하도록 배치되며,
상기 액추에이팅 바의 길이가 늘어남에 따라 상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 멀어지면, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 서로 가까워지는 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성되는 액추에이팅 바;
상기 액추에이팅 바의 일 단에 고정되는 제1 변위 전달부;
상기 액추에이팅 바의 타 단에 고정되며, 상기 액추에이팅 바의 길이 변화에 따라 상기 제1 변위 전달부에 가까워지거나 상기 제1 변위 전달부로부터 멀어지는 제2 변위 전달부;
일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 변위 증폭 로드;
일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 변위 증폭 로드;
일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제3 변위 증폭 로드;
일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제4 변위 증폭 로드;
상기 제1 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제2 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 연결부; 및
상기 제3 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제4 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 연결부를 포함하며,
상기 제1 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제2 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길며,
상기 제3 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제4 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길고,
상기 제1 변위 전달부는 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고,
상기 제1 변위 증폭 로드의 일단과 상기 제3 변위 증폭 로드의 일단은 상기 제1 변위 전달부의 연장 방향을 기준으로 서로 이격된 위치에서 상기 제1 변위 전달부에 연결되고,
상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제3 변위 증폭 로드는 각각 상기 제1 변위 전달부와 예각을 이루도록 배치되며,
상기 액추에이팅 바의 길이가 늘어남에 따라 상기 제1 변위 전달부와 상기 제2 변위 전달부 사이의 거리가 멀어지면, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제6항에 있어서,
상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부는 상기 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고,
상기 액추에이팅 바의 길이 변형 전 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이의 거리는 상기 일 방향에서 상기 제1 변위 전달부의 길이 또는 상기 제2 변위 전달부의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제6항에 있어서,
상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 제1 연결부를 중심으로 180°보다 큰 각도를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 변위 전달부, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 각각 다수의 관통홀을 갖는 두 플레이트로 구성되고,
상기 제1 변위 증폭 로드, 상기 제2 변위 증폭 로드, 상기 제3 변위 증폭 로드 및 상기 제4 변위 증폭 로드 각각의 일단과 타단은 상기 두 플레이트의 사이에 배치되며,
상기 제1 변위 증폭 로드 내지 상기 제4 변위 증폭 로드의 일단과 타단에는 각각 상기 관통홀과 중첩되는 위치에 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
액추에이터;
적층 구조를 이루도록 상기 액추에이터의 상측과 하측에 각각 배치되며, 열적 또는 전기적 자극을 상기 액추에이터에 인가하도록 형성되는 자극 인가 모듈; 및
적층 구조를 이루도록 상기 자극 인가 모듈을 기준으로 상기 액추에이터의 반대쪽에 각각 배치되며, 상기 자극 인가 모듈을 보호하도록 형성되는 패널을 포함하며,
상기 액추에이터는,
선형적으로 길이 변화 가능하도록 형성되는 액추에이팅 바;
상기 액추에이팅 바의 일 단에 고정되는 제1 변위 전달부;
상기 액추에이팅 바의 타 단에 고정되며, 상기 액추에이팅 바의 길이 변화에 따라 상기 제1 변위 전달부에 가까워지거나 상기 제1 변위 전달부로부터 멀어지는 제2 변위 전달부;
일 단이 상기 제1 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 변위 증폭 로드;
일 단이 상기 제2 변위 전달부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제2 변위 증폭 로드; 및
상기 제1 변위 증폭 로드의 타단과 상기 제2 변위 증폭 로드의 타단에 상대 회전 가능하게 연결되는 연결부를 포함하고,
상기 제1 변위 증폭 로드의 길이와 상기 제2 변위 증폭 로드의 길이의 합은 상기 액추에이팅 바의 길이보다 길고,
상기 제1 변위 전달부, 상기 제2 변위 전달부, 상기 연결부에는 상기 액추에이팅 바, 상기 제1 변위 증폭 로드, 또는 상기 제2 변위 증폭 로드와의 결합을 위한 복수의 관통홀이 형성되고,
상기 복수의 관통홀은 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과, 상기 액추에이팅 바에서 상대적으로 먼 위치에 형성되는 것으로 구분되고,
상기 액추에이팅 바의 일 단과 상기 제1 변위 증폭 로드는 상기 제1 변위 전달부에 형성되는 복수의 관통홀 중 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과 중첩되게 배치되어 상기 액추에이팅 바의 일 단과 상기 제1 변위 증폭 로드가 상기 제1 변위 전달부에 결합되고,
상기 액추에이팅 바의 타 단과 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 제2 변위 전달부에 형성되는 복수의 관통홀 중 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과 중첩되게 배치되어 상기 액추에이팅 바의 타 단과 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 제2 변위 전달부에 결합되며,
상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드는 상기 연결부에 형성되는 복수의 관통홀 중 상기 액추에이팅 바에 상대적으로 가까운 위치에 형성되는 것과 중첩되게 배치되어 상기 제1 변위 증폭 로드와 상기 제2 변위 증폭 로드가 상기 연결부에 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 구조물.