KR20150101379A

KR20150101379A - 그리퍼 기구 및 이동 기구

Info

Publication number: KR20150101379A
Application number: KR1020150015052A
Authority: KR
Inventors: 도시로 히구치; 히로유키 나바에; 노리토시 나카니시
Original assignee: 도시로 히구치; 가부시키가이샤 도쿄 웰드; 히로유키 나바에
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-09-03
Also published as: CN104868687B; EP2913829B1; CN104868687A; JP2015162931A; EP2913829A1; TW201543789A; KR101702529B1; JP6241938B2; US9664243B2; TWI596869B; US20150240889A1

Abstract

본 발명은 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보할 수 있는 전자(電磁) 액추에이터를 이용한 그리퍼 기구 및 이동 기구를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 이동 기구(30)는 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에 배치된 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이의 중간 액추에이터(40)를 구비한다. 전자 액추에이터(21F, 21R)는 레일(35a, 35b)에 파지되는 그리퍼 기구로서 기능한다. 이 전자 액추에이터(21F, 21R)는 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)와, 변위 확대 기구(21A)에 설치된 코일(26a, 26b, 26c, 26d)을 구비하고 있다. 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 자성체에 자속을 생기게 하여, 변위 확대 기구(21A)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다.

Description

그리퍼 기구 및 이동 기구{GRIPPER MECHANISM AND MOVING MECHANISM}

본 특허 출원은, 2014년 2월 26일에 제출된 일본 출원인 일본국 특원2014-35778의 이익을 향수한다. 이 선출원에 있어서의 전체 개시 내용은, 인용함으로써 본 명세서의 일부가 된다.

본 발명은, 변위 확대 기구를 포함하는 전자(電磁) 액추에이터를 구비한 그리퍼 기구 및 이동 기구에 관한 것이며, 특히 넓은 범위의 변위에 걸쳐, 어떤 크기 이상의 충분한 추력을 확보할 수 있고, 전체를 소형화할 수 있는 전자 액추에이터를 구비한 그리퍼 기구 및 이동 기구에 관한 것이다.

종래부터, 전자 흡인력을 사용한 전자 액추에이터가 알려져 있다. 종래 기술에 의한 전자 액추에이터를 구성하는 전자 흡인력 발생 기구를 도 29의 (a), (b), (c)에 나타낸다. 도 29의 (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 방향으로 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)(코일)(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 29의 (b)는 도 29의 (a)의 화살표 A101 방향에서 본 도면이며, 도 29의 (c)는 도 29의 (a)의 화살표 B101 방향에서 본 도면이다. 또한, 도 29의 (b), (c)에서는, 권선(104)은 생략되어 있다. 도 29의 (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 30에 나타낸다. 도 30에 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 약간의 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 30을 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 30에서의 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 전술한 자기 회로의 자속을 감소시킨다. 그리고, 가동 철편(106)은 스프링(108)의 가압력에 의해 면(106s1)이 흡착면(102as, 102bs)으로부터 이간하여, 도 30에 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 사용하여 가동 철편(106)에 발생하는 변위는 x101이다.

이와 같은 전자 액추에이터(111)에는, 이하의 문제점이 있다. 도 30에서, 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 31에 일점 쇄선으로 나타낸다. 도 31로부터 분명한 바와 같이, 변위가 작은 경우에는 추력은 충분히 크지만, 변위가 커지면 추력은 급속하게 작아진다.

이 때문에, 도 30에 있어서의 간극의 길이(x101)(변위)가 큰 경우에는, 가동 철편(106)이 전자 흡인력 발생 기구(101)로부터 받는 흡인력 즉 추력이, 간극의 길이(x101)(변위)가 작은 경우에 비해 현저하게 저하한다. 도 30에서, 가동 철편(106)의 면(106s1)과 전자 흡인력 발생 기구(101)의 흡착면(102as, 102bs)이 가장 떨어진 개소에서는, 가동 철편(106)에 가해지는 추력은 매우 작다.

이와 같은 경우, 이 추력을 사용해서 어떠한 작용, 예를 들면 진동 발생을 실현하려고 하면, 그 진동력이 현저하게 저하한다. 즉 도 31에 나타내는 바와 같이 이와 같은 종래 기술에 의한 전자 액추에이터(111)에서, 충분히 큰 추력을 얻기 위해서는, 변위를 매우 작은 값으로 한정하지 않으면 안 되게 된다. 이를 개선하여, 큰 변위에 대한 추력을 충분히 크게 하기 위해서는, 도 30에 나타내는 전자 흡인력 발생 기구(101)의 권선(104)에 공급하는 전류를 크게 해야 하고, 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 않다. 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.

이렇게 종래부터, 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 액추에이터가 요구되고 있고, 또한 이러한 전자 액추에이터를 이용한 그리퍼 기구 및 이동 기구의 개발이 요구되고 있다.

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 있는 전자 액추에이터를 이용한 그리퍼 기구 및 이동 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 가이드에 설치된 전자 액추에이터를 구비하고, 상기 전자 액추에이터는 적어도 1개의 변위 확대점과 추력 발생부를 갖는 자성체를 포함하는 변위 확대 기구와, 자성체를 포함하는 변위 확대 기구에 설치되며, 자성체에 자속을 생기게 하는 코일을 구비하고, 상기 코일에 전류를 흘림으로써 상기 자성체에 자속을 생기게 하여, 추력 발생부로부터의 추력에 의해 상기 변위 확대점을 변위시켜, 이 변위 확대점을 가이드에 맞닿게 하거나 이간시키는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구이다.

본 발명은, 상기 전자 액추에이터는 적어도 2개의 변위 확대점을 갖고, 적어도 2개의 변위 확대점은 변위 확대 기구의 대향하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구이다.

본 발명은, 가이드는 적어도 내면을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 가이드의 내면 사이에 배치되며, 상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 내면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구이다.

본 발명은, 가이드는 적어도 1개의 가이드 봉을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 이 가이드 봉의 외면에 부착되며, 상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 가이드 봉 외면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구이다.

본 발명은, 가이드에 설치된 한 쌍의 전자 액추에이터와, 한 쌍의 전자 액추에이터에 고정되며, 가이드를 따라 신축(伸縮)하는 중간 액추에이터를 구비하고, 각 전자 액추에이터는, 적어도 1개의 변위 확대점과 추력 발생부를 갖는 자성체를 포함하는 변위 확대 기구와, 자성체를 포함하는 변위 확대 기구에 설치되며, 자성체에 자속을 생기게 하는 코일을 구비하고, 상기 코일에 전류를 흘림으로써 상기 자성체에 자속을 생기게 하여, 추력 발생부로부터의 추력에 의해 상기 변위 확대점을 변위시켜, 이 변위 확대점을 가이드에 맞닿게 하거나 이간시키는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

본 발명은, 상기 전자 액추에이터는 적어도 2개의 변위 확대점을 갖고, 적어도 2개의 변위 확대점은 변위 확대 기구의 대향하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

본 발명은, 가이드는 적어도 내면을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 가이드의 내면 사이에 배치되며, 상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 내면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

본 발명은, 가이드는 적어도 1개의 가이드 봉을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 이 가이드 봉의 외면에 부착되며, 상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 가이드 봉 외면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

본 발명은, 중간 액추에이터는 각 전자 액추에이터와 동일 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

본 발명은, 중간 액추에이터는 각 전자 액추에이터와 동일 구조를 갖고, 각 전자 액추에이터 및 중간 액추에이터의 변위 확대 기구는 동일 방향을 향하는 자세를 취하는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

본 발명은, 중간 액추에이터는 압전(壓電) 액추에이터 또는 자왜(磁歪) 액추에이터를 포함하는 미소 변위 액추에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 기구이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 변위의 증가에 대한 추력의 현저한 저하를 억제할 수 있고, 광범위에 걸쳐 변위해도 추력의 변동폭을 작게 할 수 있는 전자 액추에이터를 이용한 그리퍼 기구 및 이동 기구를 제공할 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 제 1 실시형태에 의한 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 5는, 도 4의 (a)의 영역 PO의 확대도.
도 6은, 도 4의 (a)의 확대도.
도 7은, 도 6의 영역 P1의 확대도.
도 8의 (a), (b), (c)는, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 9는, 도 8의 (a)의 영역 P21의 확대도.
도 10은, 도 8의 (a)의 영역 P22의 확대도.
도 11은, 도 8의 (a)의 확대도.
도 12는, 도 11의 영역 P21의 확대도.
도 13은, 도 11의 영역 P22의 확대도.
도 14는, 도 11에 있어서의 영역 Q의 확대도.
도 15는, 제 2 실시형태에 있어서의 변위와 추력의 관계를 나타낸 그래프.
도 16은, 제 2 실시형태에 있어서의 변위와 전류의 관계를 나타낸 그래프.
도 17의 (a), (b), (c)는 그리퍼 기구의 실시형태의 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 18은 전자 액추에이터의 형상을 나타내는 도면.
도 19는 이동 기구의 실시형태를 나타내는 도면.
도 20의 (a), (b)는 한 쌍의 레일 내에 배치된 이동 기구를 나타내는 도면.
도 21은 한 쌍의 레일 내에 배치된 이동 기구의 동작을 나타내는 도면.
도 22의 (a), (b)는 이동 기구의 작용을 나타내는 도면.
도 23은 실시예의 실험 결과를 나타내는 도면.
도 24는 실시예의 실험 결과를 나타내는 도면.
도 25의 (a), (b)는 그리퍼 기구 및 이동 기구의 실시형태를 나타내는 도면.
도 26의 (a), (b)는 그리퍼 기구 및 이동 기구의 실시형태를 나타내는 도면.
도 27의 (a), (b)는 그리퍼 기구의 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 28의 (a), (b)는 이동 기구의 작용을 나타내는 도면.
도 29의 (a), (b), (c)는, 종래 기술에 의한 전자 흡인력 발생 기구를 나타내는 도면.
도 30은, 종래 기술에 의한 전자 액추에이터를 나타내는 도면.
도 31은, 종래 기술에 의한 전자 액추에이터에 있어서의 변위와 추력의 관계를 나타낸 그래프.
도 32의 (a), (b), (c)는 그리퍼 기구의 실시형태를 나타내는 도면.
도 33의 (a), (b)는 그리퍼 기구의 실시형태를 나타내는 도면.

다음으로 본 발명에 의한 전자 액추에이터를 구비한 그리퍼 기구 및 이동 기구에 대해서 설명한다.

우선 본 발명에 의한 그리퍼 기구 및 이동 기구에 사용되는 전자 액추에이터에 대해서 설명한다.

<전자 액추에이터의 제 1 실시형태>

이하에, 도면을 참조해서 본 전자 액추에이터의 실시형태에 대해서 설명한다.

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

우선 본 발명의 기본 원리가 되는 자기 회로의 모델 및 그 변위 대 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 갖고, 이 자성체(Mc)는, 길이(Xg)의 간극(G)을 형성함과 함께 고리 형상으로 형성되어 있으며, 그 전체 길이는 Xm이다.

자성체(Mc)에는 도전체로 이루어지는 권선 수(N)의 권선(코일)이 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 의해, 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 감성체(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)와와 전류(I)를 사용하여

으로 나타낼 수 있는 것을 이용하고 있다.

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

여기에서,

즉

이라는 점에서,

가 된다. 따라서, 식(4)를 변형하여,

가 된다. 여기에, 자위차(F), 자기 저항(R)에 대해서,

이므로,

식(6)을 사용하여 식(5)를 변형해서,

이 된다. 이 자기 에너지의 변화분이, 외부에, 또는 외부로부터의 역학적인 작용이 된다. 이제, 도 1에 있어서의 간극(G)의 길이(Xg) 방향을 X 방향으로 해서, 이 X 방향만의 작용을 생각한다. X 방향으로 작용하는 힘 즉, 간극(G)의 양측의 면 사이에 작용하는 흡인력을 Fx로 하면, 역학적인 에너지(Ud)는,

이다. 따라서, 에너지 변화에 의해 생기는 힘은,

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

가 된다. 이것이, 간극(G)의 양측의 면 사이에 작용하는 흡인력 즉 추력이다. 식(9)에 식(6) 및 식(1)을 적용해서 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 사용한 변위 확대 기구를 도 1의 자기 회로에 부가하는 것을 생각한다. 즉 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 지점(支點)(FO)을 통해 변위(Xg)를 A배로 확대하여 X로 하는 것이다. 이를 식으로 나타내면, 변위(Xg)와 추력(Fx)의 관계를 나타내는 식(10)에 대해서, 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 3에 있어서의 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 상기 확대 및 감소를 고려해서, 식(10)을 변위 확대 후의 추력(FA)을 나타내는 식으로 다시 쓰면, 식(10)에서 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 사용해서, 전류(I)를 동일하게 했을 경우의 변위(Xg)와 추력(F_x 및 FA)의 관계를 비교한다.

전술한 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.

또, 도 3에 있어서의 일점 쇄선의 그래프는, 도 31에 나타낸 전자 액추에이터(111)에 있어서의 변위와 추력의 관계의 그래프와 동일한 형상이지만, 이는, 도 31에 나타내는 전자 액추에이터(111)에서는 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, 전술한 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 조합한 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 방향에서 본 도면, 도 4의 (c)는 도 4의 (a)의 B1 방향에서 본 도면이다. 또한 도 5는 도 4의 (a)의 영역 P0의 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 설치되며, 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.

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

다음으로 변위 확대 기구(1A)에 대해서 설명한다. 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 고리 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 설명한다. 흡인 철심(2a)의 일단(一端)에 지지 철심(3a)의 중점(中點)이 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) 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, 약간 볼록형으로 만곡(灣曲)하고 있다.

전술한 바와 같이 지지 철심(3a, 3b) 및 가동 철심(4a, 4b)에 의해, 고리 형상부(1B)가 구성되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이 흡인 철심(2a, 2b)의 대향하는 면은, 약간의 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 P0의 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. 권선(코일)(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 제 1 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 제 2 자기 회로가 형성되어, 제 1 자기 회로 및 제 2 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, 전술한 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 상태를, 도 6의 영역 P1의 확대도로서, 도 7에 나타낸다.

도 6에서 권선(6)에 전류가 흐르고 있지 않는 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 동일하다. 이 상태를, 도 7에서 실선으로 나타낸다.

다음으로, 전술한 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)과 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) 각각에 대해서, C1으로 나타내는 변위가 발생한다.

이 상태에서, 도 6에서의 권선(6)에 인가된 전압을 차단하면, 전술한 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 P1에도 실선과 파선에 의해 기재되어 있다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 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 없어, 변위 확대 기구(1A) 전체의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

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

도 6에 나타내는 영역 P1에서, 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 상태를, 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 순서로 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 순서로 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 4라는 4개의 그룹에 의해, 각각 동일한 변위 확대를 위한 링크 기구가 구성되어 있다.

즉, 변위 확대를 위한 링크 기구는 고리 형상으로 구성되어 있다. 이들 링크 기구를 구성하는 그룹 중, 그룹 1을 예로 들어 변위 확대를 위한 링크 기구의 작용에 대해서 설명을 행한다. 또, 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 사용하여 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 6에 있어서의 화살표 방향으로 생긴다. 다음으로, 링크 접속점(L11)으로부터 수평 방향 또한 가동 철심(4b)이 볼록형으로 만곡하고 있는 방향으로 연장된 직선(Le11)과, 링크 접속점(L12)으로부터 수직 방향으로 지지 철심(3a)측으로 연장된 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 상태를, 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 수직으로 작용점(L1) 방향으로 그은 직선을 S1로 하고, 직선(S1)과 바(B11), 즉 역점(E1)과 작용점(L1)을 잇는 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. 전술한 바와 같은 그룹 2, 3, 4의 위치 관계로부터, 그룹 2, 3, 4에 대해서도 동일한 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. 도 6에서, 변위 확대 기구(1A) 중, 작용점이 되는 링크 접속점(L1)과, 이 링크 접속점(L1)에 대향하는 링크 접속점(L15)이, 큰 변위를 생기게 하는 변위 확대 기구(1A)의 대향하는 한 쌍의 변위 확대점이 된다.

또, 변위 확대 기구(1A)의 변위 확대점은, 2개에 한정되지 않고, 3개, 4개 혹은 그 이상 설정되어도 된다.

이 경우, 이용하려는 넓은 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 없어, 기구 전체의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 변위 확대 기구(1A) 전체가 일체화된 구조이기 때문에, 예를 들면 금형을 사용하여 전체를 1개의 공정으로 제조할 수 있기 때문에, 제조가 용이하다.

<전자 액추에이터의 제 2 실시형태>

다음으로 도 8 내지 도 16에 의해 전자 액추에이터의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다.

여기에서, 도 8의 (a)는 전자 액추에이터를 나타내는 정면도이며, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 A2 방향에서 본 도면이고, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 B2 방향에서 본 도면이다. 또한 도 9는 도 8의 (a)의 영역 P21의 확대도이다. 또한 도 10은 도 8의 (a)의 영역 P22의 확대도이다.

도 8의 (a), (b), (c) 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터(21)는 후술하는 2개의 변위점(작용점)을 가지고 있다. 이와 같은 전자 액추에이터(21)는, 그 사이에 간극(25a, 25b)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 설치되며, 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 설명한다. 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 고리 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 설명한다. 흡인 철심(22a, 22c) 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) 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, 약간 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(薄部)(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.

전술한 바와 같이 지지 철심(23a, 23b) 및 가동 철심(24a, 24b)에 의해, 고리 형상부(21B)가 구성되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이 흡인 철심(22a, 22b 및 22c, 22d)의 대향하는 면은 약간의 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, P22의 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. 권선(코일)(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, 전술한 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 상태를, 도 11의 영역 P21, P22의 확대도로서, 도 12, 도 13에 나타낸다. 도 11에서 권선(26a, 26c)에 전류가 흐르고 있지 않는 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, 전술한 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) 각각에 대해서, C2에서 나타내는 변위가 발생한다.

이 상태에서, 도 11에 있어서의 권선(26a, 26c)에 인가된 전압을 차단하면, 공급되어 있던 전류가 소실되어 전술한 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, 면(22as)과 면(22bs) 사이의 거리는 x1이 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 동일하다.

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, P22에도 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 없어, 변위 확대 기구(21A) 전체의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

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

도 11에 나타내는 영역 P21에서, 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 상태를, 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 순서로 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 순서로 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 고리 형상으로 구성되어 있다. 이들 링크 기구를 구성하는 그룹 중, 그룹 1의 확대도, 즉 도 11에 있어서의 영역 Q의 확대도를 도 14에 나타내고, 도 11 및 도 14를 사용하여 그룹 1의 변위 확대를 위한 링크 기구의 작용에 대해서 설명한다. 또, 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 사용하여 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 14에 있어서의 Le21)과, 링크 접속점(L22)으로부터 수직 방향으로 지지 철심(23a)측으로 연장된 직선(도 14에 있어서의 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 방향으로 생긴다.

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

이 경우, 도 11에 있어서의 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 그은 직선을 S2로 하고, 직선(S2)과 바(B21), 즉 역점(E2)과 작용점(L2)을 잇는 직선이 이루는 각을 θ2로 하며, 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.

전술한 바와 같은 그룹 2, 3, 4의 위치 관계로부터, 그룹 2, 3, 4에 대해서도 동일한 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.

도 11에서, 변위 확대 기구(1A) 중, 작용점이 되는 동작점(L2y)과, 이 동작 점(L2y)에 대향하는 동작점(L2X)이 큰 변위를 생기게 하는 변위 확대 기구(1A)의 대향하는 한 쌍의 변위 확대점이 된다.

또, 변위 확대 기구(1A)의 변위 확대점은, 2개로 한정되지 않고, 3개, 4개 혹은 그 이상 설정되어 있어도 된다.

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, 제 1 실시형태에 있어서의 도 1의 전자 액추에이터(1)의 가동 철심(4a, 4b)에 비하면, 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) 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, 상기 도 3과 마찬가지로, 제 2 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 확대가 없는 경우이고, 실선이 변위 확대가 있는 경우이다. 일점 쇄선과 실선이 교차하는 변위인 250㎛보다 변위가 클 경우에는, 변위 확대가 있는 경우의 추력이 커지고, 250㎛보다 변위가 작을 경우에는, 그 반대가 된다.

그리고, 변위 확대가 있는 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, 제 2 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 확대가 없는 경우이고, 실선이 변위 확대가 있는 경우이다. 일점 쇄선과 실선이 교차하는 변위인 250㎛보다 변위가 클 경우에는, 변위 확대가 있는 경우의 전류가 작아지고, 250㎛보다 변위가 작을 경우에는, 그 반대가 된다. 이는, 전술한 바와 같이, 변위 확대가 있는 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.

<그리퍼 기구의 제 1 실시형태>

다음으로 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구에 대해서 설명한다.

여기에서 도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18은 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구의 제 1 실시형태를 나타내는 도면이다.

우선 도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 의해, 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구에 대해서 설명한다.

도 17의 (a), (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구는, 각각이 내면을 갖는 적어도 2개, 예를 들면 한 쌍의 레일(35a, 35b)을 갖는 반송용의 가늘고 긴 형상 가이드(35) 내에 배치되어 있으며, 이러한 그리퍼 기구는 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에 설치된 전자 액추에이터(21F, 21R)로 이루어진다. 또, 가늘고 긴 형상 가이드(35)를 내면을 갖는 파이프 형상으로 구성하고, 파이프 형상의 가이드(35) 내에 이동 기구(30)를 배치해도 된다.

다음으로 도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 의해 그리퍼 기구를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)에 대해서 설명한다.

도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 나타내는 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 도 8의 (a), (b), (c)~도 16에 나타내는 전자 액추에이터(21)와 대략 동일 구조를 갖는다.

도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 나타내는 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 도 8의 (a), (b), (c)~도 16에 나타내는 전자 액추에이터(21)와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 가짐과 함께 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)와, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 설치되며, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하는 4개의 코일(권선)(26a, 26b, 26c, 26d)을 구비하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서 간극(25a, 25c)의 길이를 짧게 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다.

또, 변위 확대 기구(21A)는, 전술한 바와 같이 1개의 변위 확대점을 갖고 있어도 되고, 2개 이상의 변위 확대점을 갖고 있어도 된다.

다음으로 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대 기구(21A)에 대해서 설명한다. 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 2면을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b)과, 각 지지 철심(23a, 23b)으로부터 내측으로 연장됨과 함께 간극(25c)을 형성하는 대향하는 2면을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22c, 22d)을 갖고 있다.

이 중, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)에, 각각 코일(26a, 26b, 26c, 26d)이 권부되어 있다.

그리고 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 벌린다(도 17의 (b) 참조). 또한 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치로 되돌린다(도 17의 (c) 참조).

이러한 구성으로 이루어지는 전자 액추에이터(21F, 21R)에 의해, 그리퍼 기구가 구성된다.

또한 도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 그리퍼 기구를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 각각의 변위 확대점(L2x, L2y)이 외측을 향하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 이 변위 확대점(L2x, L2y)이 바깥 쪽을 향해 변위한다.

도 17의 (a), (b), (c)에서, 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 바깥 쪽으로 확장해서 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 각 레일(35a, 35b)의 내면에 맞닿게 한다. 그리고 각 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 정지함으로써, 변위 확대점(L2x, L2y)을 끌어당겨 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 각 레일(35a, 35b)의 내면으로부터 이간시킬 수 있다.

<그리퍼 기구의 제 2 실시형태>

다음으로 도 32의 (a), (b), (c)에 의해 그리퍼 기구의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다.

도 32의 (a), (b), (c)에 나타내는 실시형태에서, 그리퍼 기구는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)를 구비하고 있다. 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 갖는 변위 확대 기구(21A)와, 변위 확대 기구(21A)에 설치된 코일(26a, 26b, 26c, 26d)을 갖는다.

코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서 간극(25a, 25c)의 길이를 짧게 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다.

다음으로 변위 확대 기구(21A)에 대해서 설명한다. 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 2면을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b)과, 각 지지 철심(23a, 23b)으로부터 내측으로 연장됨과 함께 간극(25c)을 형성하는 대향하는 2면을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22c, 22d)을 갖고 있다.

이 중, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)에, 각각 코일(26a, 26b, 26c, 26d)이 권부되어 있다. 또 변위 확대 기구(21A)의 한 쌍의 가동 철심(24a, 24b)은 미리 내측을 행해 약간 만곡하고 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁힌다. 또한 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치에까지 벌린다.

이렇게 도 32의 (a), (b), (c)에 나타내는 실시형태에서, 그리퍼 기구를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)의 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)은, 전류를 흘림으로써 내측으로 좁아지고, 전류를 감소시킴으로써 원래의 위치까지 복귀해서 확장된다.

이 때문에 도 32의 (a), (c)에서, 전류를 감소 내지는 정지시킴으로써 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 확장할 수 있다. 따라서, 레일(35a, 35b) 내에서 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시키는 경우는, 전류를 감소 내지는 정지시켜서 변위 확대점(L2x, L2y)을 확장시켜, 돌기부(50)가 레일(35a, 35b) 내면에 맞닿는다. 이 때문에 레일(35a, 35b) 내에서 안정적으로 저비용으로 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시킬 수 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이 를 변화시키고, 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁혀서 레일(35a, 35b)로부터 이간시킨다(도 32의 (b) 참조).

<그리퍼 기구의 제 3 실시형태>

다음으로 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구의 제 3 실시형태에 대해서 설명한다.

여기에서 도 27의 (a), (b)는 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구의 제 3 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 27의 (a), (b)에 의해, 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구에 대해서 설명한다.

도 27의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터를 사용한 그리퍼 기구는, 1개의 가이드 봉(37)을 갖는 반송용 가이드(35)의 외면에 부착되어 있으며, 이러한 그리퍼 기구는 가이드 봉(37)에 설치된 전자 액추에이터(21F, 21R)로 이루어진다.

다음으로 도 27의 (a), (b)에 의해 그리퍼 기구를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)에 대해서 설명한다.

도 27의 (a), (b)에 나타내는 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 가이드 봉(37)이 관통하는 개구(39)(도 26의 (a), (b) 참조)를 갖고, 가이드 봉(37)의 외면에 부착되어 있다. 또한 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 가짐과 함께 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)와, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 설치되며, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하는 4개의 코일(권선)(26a, 26b, 26c, 26d)을 구비하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서 간극(25a, 25c)의 길이를 짧게 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다(도 27의 (a), (b)).

다음으로 도 27의 (a), (b)에 의해, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대 기구(21A)에 대해서 설명한다. 변위 확대 기구(21A)는 탄성 부재로 이루어지는 한 쌍의 지지 철심(23a, 23b)과, 한 쌍의 지지 철심(23a, 23b)의 양측에 위치하는 대향하는 한 쌍의 가동 철심(24a, 24b)과, 한 쌍의 지지 철심(23a, 23b)에 대해서 90° 회전한 위치에 배치되며, 간극(25a)을 형성하는 대향하는 2면을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b)과, 간극(25c)을 형성하는 대향하는 2면을 포함하는 한 쌍의 흡인 철심(22c, 22d)을 갖고 있다.

그리고 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁힌다(도 27의 (a) 참조). 또 코일(26a, 26b)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치에까지 확장한다(도 27의 (a) 참조).

또, 도 27의 (a), (b)는 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)를 나타내고 있지만, 간극(25a)을 형성하는 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b) 및 간극(25c)을 형성하는 한 쌍의 흡인 철심(22c, 22d) 중, 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b)측에서 보고 있기 때문에 편의상 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b) 및 이들 흡인 철심(22a, 22b)에 권부된 코일(26a, 26b)만을 나타내고 있다.

또한 도 27의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 그리퍼 기구를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 각각의 변위 확대점(L2x, L2y)이 내측을 향하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 이 변위 확대점(L2x, L2y)이 안쪽을 향해 변위한다.

도 27의 (a), (b)에서, 그리퍼 기구의 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 안쪽으로 수축시켜 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37)의 외면에 맞닿게 한다. 그리고 각 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 정지함으로써, 변위 확대점(L2x, L2y)을 바깥 쪽으로 확장해서 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37)의 외면으로부터 이간시킬 수 있다.

<그리퍼 기구의 제 4 실시형태>

다음으로 도 33의 (a), (b)에 의해 그리퍼 기구의 제 4 실시형태에 대해서 설명한다.

도 33의 (a), (b)에 나타내는 실시형태에서, 그리퍼 기구는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)를 구비하고 있다. 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 갖는 변위 확대 기구(21A)와, 변위 확대 기구(21A)에 설치된 코일(26a, 26b, 26c, 26d)을 갖는다.

이 중, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)에, 각각 코일(26a, 26b, 26c, 26d)이 권부되어 있다. 또한 변위 확대 기구(21A)의 한 쌍의 가동 철심(24a, 24b)은 미리 외측을 향해 약간 만곡하고 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 벌린다. 또한 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치에까지 좁힌다.

이렇게 도 33의 (a), (b)에 나타내는 실시형태에서, 그리퍼 기구를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)의 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)은, 전류를 흘림으로써 외측으로 넓어지고, 전류를 감소시킴으로써 원래의 위치까지 복귀해서 좁아진다.

이 때문에 도 33의 (a)에서, 전류를 감소 내지는 정지시킴으로써 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁힐 수 있다. 따라서, 가이드 봉(37) 외면에 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시키는 경우는, 전류를 감소 내지는 정지시켜 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁혀서, 돌기부(51)가 가이드 봉(37) 외면에 맞닿는다. 이 때문에 가이드 봉(37)에 안정적으로 저비용으로 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시킬 수 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 벌려 가이드 봉(37) 외면으로부터 이간시킨다(도 33의 (b) 참조).

<이동 기구의 제 1 실시형태>

다음으로 이러한 구성으로 이루어지는 그리퍼 기구를 응용한 이동 기구에 대해서 설명한다.

도 17 내지 도 22에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터를 사용한 이동 기구(30)는, 각각이 내면을 갖는 적어도 2개, 예를 들면 한 쌍의 레일(35a, 35b)을 갖는 반송용의 가늘고 긴 형상 가이드(35) 내에 배치되어 있으며, 이러한 이동 기구(30)는 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에 설치된 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이에 배치되어, 이들 전자 액추에이터(21F, 21R)에 고정되며, 가이드(35)의 반송 방향을 따라 신축하는 중간 액추에이터(40)를 구비하고 있다. 또, 가늘고 긴 형상 가이드(35)를 내면을 갖는 파이프 형상으로 구성하고, 파이프 형상의 가이드(35) 내에 이동 기구(30)를 배치해도 된다.

이 중, 중간 액추에이터(40)는, 각 전자 액추에이터(21F, 21R)와 동일 구조를 갖고 있다. 또한 전자 액추에이터(21F)는 전방의 전자 액추에이터가 되고, 전자 액추에이터(21R)는 후방의 전자 액추에이터로 되어 있다.

다음으로 도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 의해 전자 액추에이터(21F, 21R)에 대해서 설명한다.

도 17의 (a), (b), (c) 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 가짐과 함께 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)와, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 설치되며, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하는 4개의 코일(권선)(26a, 26b, 26c, 26d)을 구비하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서 간극(25a, 25c)의 길이를 짧게 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다.

이 중, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)에, 각각 코일(26a, 26b, 26c, 26d)이권부되어 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 벌린다(도 17의 (b) 참조). 또한 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치로 되돌린다(도 17의 (c) 참조).

이러한 구성으로 이루어지는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 전자 액추에이터(21F, 21R)에 고정된 신축 가능한 중간 액추에이터(40)로부터 이동 기구(30)가 구성된다. 전술한 바와 같이 중간 액추에이터(40)는 전자 액추에이터(21F, 21R)와 동일 구조를 갖는다.

또한 도 19에 나타내는 바와 같이, 이동 기구(30)의 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 각각의 변위 확대점(L2x, L2y)이 외측을 향하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 이 변위 확대점(L2x, L2y)이 바깥 쪽을 향해 변위한다. 한편, 중간 액추에이터(40)는, 그 변위 확대점(L2x, L2y)이 인접하는 전자 액추에이터(21F, 21R)측을 향하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 변위 확대점(L2x, L2y)이 변위해서, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)을 넓힌다.

그런데 도 20의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 가이드(35)의 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에서, 이동 기구(30)의 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대 기구(21A)는 평탄 형상을 이루고 수평 방향을 향하는 자세를 취하여, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이에 설치된 중간 액추에이터(40)도 평탄 형상을 이루고 있지만, 수직 방향을 향하는 자세를 취하고 있다.

그러나, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 및 중간 액추에이터(40)의 변위 확대 기구(21A)의 자세는, 도 20의 (a), (b)에 나타내는 방향의 자세로 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 및 중간 액추에이터(40)는 모두 수평 방향을 향하는 자세를 취해도 된다.

도 20의 (a), (b)에서, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 바깥 쪽으로 확장해서 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 각 레일(35a, 35b)의 내면에 맞닿게 한다. 그리고 각 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 정지함으로써, 변위 확대점(L2x, L2y)을 끌어당겨 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 각 레일(35a, 35b)의 내면으로부터 이간시킬 수 있다.

또한 중간 액추에이터(40)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 중간 액추에이터의 변위점(L2x, L2y)을 확장해서 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)을 넓힌다.

한편, 중간 액추에이터(40)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 정지시켜 변위점(L2x, L2y)을 끌어당겨서, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)을 줄일 수 있다.

다음으로 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시형태의 작용에 대해서 도 21 및 도 22의 (a), (b)에 의해 설명한다.

도 21 및 도 22의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이에 설치된 중간 액추에이터(40)를 갖는 이동 기구(30)가, 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에 배치되어 있다.

우선 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)에 전류가 흐르고, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 확장하여서, 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내면에 맞닿고 있다. 이 때문에 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 모두 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내면에 파지되어 고정되어 있다(스텝 1).

이때 중간 액추에이터(40)에는 전류가 흐르고 있지 않아, 변위 확대점(L2x, L2y)은 수축하고 있다.

다음으로 전자 액추에이터(21F)에의 전류가 정지하고, 전자 액추에이터(21F)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 수축하여 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내면으로부터 멀어진다(스텝 2).

다음으로 중간 액추에이터(40)에 전류가 흘러 중간 액추에이터(40)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 확장하여, 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)이 넓어진다. 이에 따라, 전자 액추에이터(21F)가 도 22의 (a)에서 상방(上方)으로 전진한다(스텝 3).

다음으로 전자 액추에이터(21F)에 전류가 흐르고, 전자 액추에이터(21F)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 확장하여서 한 쌍의 레일(35a, 35b)에 맞닿는다(스텝 4).

다음으로 전자 액추에이터(21R)에의 전류가 정지하고, 전자 액추에이터(21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 수축하여서 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내면으로부터 멀어진다(스텝 5).

다음으로 중간 액추에이터(40)에의 전류가 정지하고, 중간 액추에이터(40)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 수축하여서, 전자 액추에이터(21R)가 전자 액추에이터(21F)측으로 전진한다. 이에 따라 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)이 좁아진다(스텝 6).

이렇게 해서 이동 기구(30)를 전체적으로 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에서 도 22의 (a)에서 상방으로 전진시킬 수 있다.

혹은 또한, 이동 기구(30)를 전체적으로 한 쌍의 레일(35a, 35b) 내에서 도 22의 (b)에서, 하방(下方)으로 후진시킬 수도 있다.

또, 이동 기구(30)의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 모두 한 쌍의 레일(35a, 35b)에 맞닿거나 이간하기 때문에, 한 쌍의 레일(35a, 35b)에 파지되는 그리퍼 기구로서 기능한다.

<이동 기구의 제 2 실시형태>

다음으로 도 25의 (a), (b)에 의해 이동 기구의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다.

도 25의 (a), (b)에 나타내는 제 2 실시형태에서, 이동 기구(30)는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간에 설치된 중간 액추에이터(40)를 구비하고 있다. 전자 액추에이터(21F, 21R) 및 중간 액추에이터(40)는, 모두 동일 구조를 가지며 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 갖는 변위 확대 기구(21A)와, 변위 확대 기구(21A)에 설치된 코일(26a, 26b, 26c, 26d)을 갖는다.

코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서 간극(25a, 25c)의 길이를 짧게 변화시켜서 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다.

이 중, 흡인 철심(22a, 22b, 22c, 22d)에, 각각 코일(26a, 26b, 26c, 26d)이권부되어 있다. 또한 변위 확대 기구(21A)의 한 쌍의 가동 철심(24a, 24b)은 미리 내측을 향해 약간 만곡하고 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하여, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜서 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁힌다. 또한 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치에까지 벌린다.

이렇게 도 25의 (a), (b)에 나타내는 실시형태에서, 이동 기구(30)를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R) 및 중간 액추에이터(40)의 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)은, 전류를 흘림으로써 내측으로 좁아지고, 전류를 감소시킴으로써 원래 위치까지 복귀해서 확장된다.

이 때문에 도 25의 (a), (b)에서, 전류를 감소 내지는 정지시킴으로써 전자 액추에이터(21F, 21R) 및 중간 액추에이터(40)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 확장할 수 있다. 따라서, 레일(35a, 35b) 내에서 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시키는 경우는, 전류를 감소 내지는 정지시켜서 변위 확대점(L2x, L2y)을 확장시켜, 돌기부(50)가 레일(35a, 35b) 내면에 맞닿는다. 이 때문에 레일(35a, 35b) 내에서 안정적으로 저비용으로 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시킬 수 있다.

또, 상기 실시형태에서, 중간 액추에이터(40)는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와 동일 구조를 갖는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않으며, 중간 액추에이터(40)를 압전 액추에이터로 구성해도 되고, 중간 액추에이터(40)를 자왜 액추에이터로 구성해도 되며, 또 다른 미소 변위 액추에이터로 구성해도 된다.

<이동 기구의 제 3 실시형태>

다음으로 도 26의 (a), (b), 도 27의 (a), (b) 및 도 28의 (a), (b)에 의해, 이동 기구의 제 3 실시형태에 대해서 설명한다.

도 26의 (a), (b), 도 27의 (a), (b) 및 도 28의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터를 사용한 이동 기구(30)는, 1개의 가이드 봉(37)을 갖는 반송용 가이드(35)의 외면에 부착되어 있으며, 이러한 이동 기구(30)는 가이드 봉(37)에 설치된 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이에 배치되고, 이 전자 액추에이터(21F, 21R)에 고정되어 가이드(35)의 반송 방향을 따라 신축하는 중간 액추에이터(40)를 구비하고 있다.

이 중, 전자 액추에이터(21F)는 전방의 전자 액추에이터가 되고, 전자 액추에이터(21R)는 후방의 전자 액추에이터로 되어 있다.

다음으로 도 26의 (a), (b) 및 도 27의 (a), (b)에 의해 전자 액추에이터(21F, 21R)에 대해서 설명한다.

도 26의 (a), (b) 및 도 27의 (a), (b)에 나타내는 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 가이드 봉(37)이 관통하는 개구(39)를 갖고, 가이드 봉(37)의 외면에 부착되어 있다. 또한 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 가짐과 함께 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)와, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 설치되며, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하는 4개의 코일(권선)(26a, 26b, 26c, 26d)을 구비하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 자성체로 이루어지는 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 해서 간극(25a, 25c)의 길이를 짧게 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 변위시킨다(도 27의 (a), (b)).

또, 변위 확대 기구(21A)는, 전술한 바와 같이 1개의 변위 확대점을 갖고 있어도 되며, 2개 이상의 변위 확대점을 갖고 있어도 된다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하여, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜서, 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁힌다(도 27의 (b) 참조). 또한 코일(26a, 26b)에의 전류를 감소시킴으로써, 변위 확대 기구(21A)의 탄성에 의한 복원력에 의해, 간극(25a, 25c)의 길이를 원래 상태로 되돌려, 변위 확대점(L2x, L2y)을 원래의 위치에까지 확장한다(도 27의 (a) 참조).

또, 도 27의 (a), (b)는 전자 액추에이터(21F, 21R)를 나타내고 있지만, 간극(25a)을 형성하는 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b) 및 간극(25c)을 형성하는 한 쌍의 흡인 철심(22c, 22d) 중, 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b)측에서 보고 있기 때문에 편의상 한 쌍의 흡인 철심(22a, 22b) 및 이들 흡인 철심(22a, 22b)에 권부된 코일(26a, 26b)만을 나타내고 있다.

또한, 중간 액추에이터(40)는, 도 17의 (a), (b), (c)에 나타내는 전자 액추에이터(21F, 21R)와 동일한 구조를 갖는다.

이러한 구성으로 이루어지는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 전자 액추에이터(21F, 21R)에 고정된 신축 가능한 중간 액추에이터(40)로부터 이동 기구(30)가 구성된다.

또한 도 27의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 이동 기구(30)의 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 각각의 변위 확대점(L2x, L2y)이 내측을 향하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 이 변위 확대점(L2x, L2y)이 안쪽을 향해 변위한다. 한편, 중간 액추에이터(40)는, 그 변위 확대점(L2x, L2y)이 인접하는 전자 액추에이터(21F, 21R)측을 향하고, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 변위 확대점(L2x, L2y)이 변위해서, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)을 넓힌다.

그런데 도 26의 (a), (b) 및 도 27의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 가이드 봉(37)의 외면에 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)가 부착되며, 중간 액추에이터(40)는 가이드 봉(37)의 바깥 쪽에서, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)에 고정되어 있다.

도 27의 (a), (b)에서, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 안쪽으로 수축시켜 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37)의 외면에 맞닿게 한다. 그리고 각 전자 액추에이터(21F, 21R)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 정지함으로써, 변위 확대점(L2x, L2y)을 바깥 쪽으로 확장해서 각 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37)의 외면으로부터 이간시킬 수 있다.

또한 중간 액추에이터(40)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써 중간 액추에이터의 변위점(L2x, L2y)을 확장해서 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)을 넓힐 수 있다.

한편, 중간 액추에이터(40)의 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에의 전류를 정지시켜 변위점(L2x, L2y)을 끌어당겨, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)을 줄일 수 있다.

다음으로 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시형태의 작용에 대해서 도 26의 (a), (b), 도 27의 (a), (b) 및 도 28의 (a), (b)에 의해 설명한다.

도 26의 (a), (b), 도 27의 (a), (b) 및 도 28의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이에 설치된 중간 액추에이터(40)를 갖는 이동 기구(30)가, 1개의 가이드 봉(37)에 부착되어 있다.

우선 도 27의 (b)에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)에 전류가 흘러, 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 수축하여, 가이드 봉(37)의 외면에 맞닿고 있다. 이 때문에 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)는 모두 가이드 봉(37)의 외면에 파지되어 고정되어 있다(스텝 1).

이 때 중간 액추에이터(40)에는 전류가 흐르고 있지 않아, 변위 확대점(L2x, L2y)은 수축하고 있다.

다음으로 도 27의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터(21F)에의 전류가 정지하여, 전자 액추에이터(21F)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 확장해서 가이드 봉(37) 외면으로부터 멀어진다(스텝 2).

다음으로 중간 액추에이터(40)에 전류가 흘러 중간 액추에이터(40)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 확장하여서, 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)이 넓어진다. 이에 따라, 전자 액추에이터(21F)가 도 28의 (a)에서 상방으로 전진한다(스텝 3).

다음으로 도 27의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전자 액추에이터(21F)에 전류가 흘러, 전자 액추에이터(21F)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 수축하여서 가이드 봉(37) 외면에 맞닿는다(스텝 4).

다음으로 도 27의 (a)에 나타내는 바와 같이 전자 액추에이터(21R)에 전류가 정지하여, 전자 액추에이터(21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 확장해서 가이드 봉(37) 외면으로부터 멀어진다(스텝 5).

다음으로 중간 액추에이터(40)에의 전류가 정지하여, 중간 액추에이터(40)의 변위 확대점(L2x, L2y)이 수축해서, 전자 액추에이터(21R)가 전자 액추에이터(21F)측으로 전진한다. 이에 따라 전자 액추에이터(21F, 21R) 간의 간극(32)이 좁아진다(스텝 6).

이렇게 해서 이동 기구(30)를 전체적으로 가이드 봉(37)을 따라 도 28의 (a)에서 상방으로 전진시킬 수 있다.

혹은 또한, 이동 기구(30)를 전체적으로 가이드 봉(37)을 따라 도 28의 (a)에서 하방으로 후진시킬 수도 있다.

또, 이동 기구(30)의 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 모두 가이드 봉(37)에 맞닿거나 이간하기 때문에, 가이드 봉(37)에 파지되는 그리퍼 기구로서 기능한다.

또한, 상기 실시형태에서, 전자 액추에이터(21F, 21R)에 전류를 흘림으로써 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37) 외면에 맞닿게 하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고 전자 액추에이터(21F, 21R)에 전류를 흘림으로써 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37) 외면으로부터 이간시키고, 전자 액추에이터(21F, 21R)에의 전류를 정지시킴으로써, 전자 액추에이터(21F, 21R)를 가이드 봉(37) 외면에 맞닿게 해도 된다.

또, 상기 실시형태에서, 중간 액추에이터(40)는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와 동일 구조를 갖는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고 중간 액추에이터(40)를 압전 액추에이터로 구성해도 되며, 중간 액추에이터(40)를 자왜 액추에이터로 구성해도 되고, 또 다른 미소 변위 액추에이터로 구성해도 된다.

<이동 기구의 제 4 실시형태>

다음으로 도 33의 (a), (b)에 의해 이동 기구의 제 4 실시형태에 대해서 설명한다.

도 33의 (a), (b)에 나타내는 이동 기구의 제 4 실시형태는, 도 26의 (a), (b), 도 27의 (a), (b) 및 도 28의 (a), (b)에 나타내는 이동 기구의 제 3 실시형태에서, 전자 액추에이터(21F, 21R)로서, 도 33의 (a), (b)에 나타내는 전자 액추에이터(21F, 21R)를 사용한 것이다.

도 33의 (a), (b)에 나타내는 실시형태에서, 이동 기구(30)는 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R)와, 한 쌍의 전자 액추에이터(21F, 21R) 사이에 설치된 중간 액추에이터(40)를 구비하고 있다. 전자 액추에이터(21F, 21R)는, 적어도 1개, 예를 들면 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)을 갖는 변위 확대 기구(21A)와, 변위 확대 기구(21A)에 설치된 코일(26a, 26b, 26c, 26d)을 갖는다.

이렇게 도 33의 (a), (b)에 나타내는 실시형태에서, 이동 기구(30)를 구성하는 전자 액추에이터(21F, 21R)의 2개의 변위 확대점(L2x, L2y)은, 전류를 흘림으로써 외측으로 넓어지고, 전류를 감소시킴으로써 원래 위치까지 복귀해서 좁아진다.

이 때문에 도 33의 (a)에서, 전류를 감소 내지는 정지시킴으로써 전자 액추에이터(21F, 21R)의 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁힐 수 있다. 따라서, 가이드 봉(37) 외면에 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시키는 경우는, 전류를 감소 내지는 정지시켜 변위 확대점(L2x, L2y)을 좁혀, 돌기부(51)가 가이드 봉(37) 외면에 맞닿는다. 이 때문에 가이드 봉(37)에 안정적으로 저비용으로 전자 액추에이터(21F, 21R)를 고정시킬 수 있다.

그리고 전자 액추에이터(21F, 21R)에서, 코일(26a, 26b, 26c, 26d)에 전류를 흘림으로써, 변위 확대 기구(21A)에 자속을 생기게 하여, 간극(25a, 25c)의 길이를 변화시켜, 변위 확대점(L2x, L2y)을 벌린다(도 33의 (b) 참조).

[실시예]

다음으로 본 발명의 구체적 실시예에 대해서 도 23 및 도 24에 의해 설명한다.

도 23 및 도 24에 의한 실시예는, 도 17 내지 도 22에 나타내는 그리퍼 기구 및 이동 기구에 대응하고 있다.

<이동 기구(30)의 구동 실험>

1. 시작기(試作機)

시작기는 변위 확대 기구에 SUS304, 포화 자속 밀도 등의 자기 특성의 높이로부터 코어 부분의 재질로서 전자 강판(신닛테츠제 50H270)을 채용하고 있고, 이것을 20매 적층(20×0.5㎜)한 것을 와이어 방전에 의해 가공함으로써 제작하고, 접착제를 사용해서 각 강판을 고정했다. 본 시작기에서는, 접속부에 두께 50㎛의 심(shim)을 끼워 고정함으로써, 갭 간격을 약 50㎛가 되도록 조절해서 조립을 행했다. 25회 감은 코일을 4개소 배치하고, 각각을 직렬로 배선하고 있다. 또, 변위 확대 기구의 형상은, 미리 Ansys를 사용한 유한 요소법 해석을 바탕으로 간극의 변화에 대한 한쪽의 출력 변위의 확대율이 약 4배가 되도록 설계를 행하고 있다. 동일 형상의 3개의 전자 액추에이터를 조합하여 인치웜(inchworm)형의 이동 기구를 구성했다.

2. 실험 방법

시작기를 SUS304제의 오목형의 레일(홈 폭 22.3㎜, 레일 길이 160㎜)에 설치해서, 구동 실험을 행했다. 또, 변위의 계측은 레이저 변위계(KEYENCE사제, LC2440)에 의해 인치웜형의 이동 기구의 후방의 면의 측정을 행하고, 인가 전류는 바이보라 전원(TAKASAGO제, BPS120-5)을 통해 Digital Signal Processer(DSpace사제, DS1104R&D Controller Boara)에 의해 도 22의 (a), (b)에 나타낸 시퀀스를 전류 제어에 의해 행했다. 또, 전자 액추에이터의 입력은, 폭 1.5A의 스텝 형상으로 하고, 각 스텝 간의 전환 시간 폭을 2, 5, 10, 50, 100ms로 해서 전후 양방향의 구동을 행했다.

3. 실험 결과

실험 결과를 도 23 및 도 24에 나타낸다. 제안한 원리에 의한 인치웜형 이동 기구의 동작이 가능함이 확인되었다. 이번 실험 범위에서는 스텝 간의 시간 폭을 증가시킬수록, 이동 속도가 증가하고 있고, 스텝 간의 시간 폭이 2ms(1사이클 12ms)일 때에 속도는 전진 방향에서 약 25㎜/s, 후진 방향에서 약 20㎜/s가 되었다. 또한, 어느 시간 폭에서나 1사이클당 이동량은 약, 스텝의 피치 폭 100ms일 때에 전방 방향에서 390㎛(도 23 참조), 후방 방향에서 270㎛였다(도 24 참조). 전진 방향과 후진 방향의 이동량의 차는, 제작 오차에 의한 것이다.

4. 정리

본 실시예에서는, 변위 확대 기구 일체형 액추에이터를 사용한 인치웜형 이동 기구를 제안하며, 구동 원리 및 제작한 시작기에 의한 구동 실험의 결과에 대해서 설명했다. 구동 실험에서는, 제안한 컨셉에 의한 이동 기구의 동작이 가능함을 확인하고, 이동 속도 25㎜/s를 달성했다.

1, 21, 21F, 21R: 전자 액추에이터
1A, 21A: 변위 확대 기구
2a, 2b, 22a, 22b, 22c, 22d: 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: 간극
6, 26a, 26b, 26c, 26d: 권선
30: 이동 기구
32: 간극
35: 가이드
35a, 35b: 레일
37: 가이드 봉
L2x, L2y: 변위 확대점

Claims

가이드에 설치된 전자(電磁) 액추에이터를 구비하고,
상기 전자 액추에이터는 적어도 1개의 변위 확대점과 추력 발생부를 갖는 자성체를 포함하는 변위 확대 기구와,
자성체를 포함하는 변위 확대 기구에 설치되며, 자성체에 자속(磁束)을 생기게 하는 코일을 구비하고,
상기 코일에 전류를 흘림으로써 상기 자성체에 자속을 생기게 하여, 추력 발생부로부터의 추력에 의해 상기 변위 확대점을 변위시켜, 이 변위 확대점을 가이드에 맞닿게 하거나 이간(離間)시키는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구.
제 1 항에 있어서,
상기 전자 액추에이터는 적어도 2개의 변위 확대점을 갖고, 적어도 2개의 변위 확대점은 변위 확대 기구의 대향하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
가이드는 적어도 내면을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 가이드의 내면 사이에 배치되며, 상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 내면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
가이드는 적어도 1개의 가이드 봉을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 이 가이드 봉의 외면에 부착되며,
상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 가이드 봉 외면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 기구.
가이드에 설치된 한 쌍의 전자 액추에이터와,
한 쌍의 전자 액추에이터에 고정되며, 가이드를 따라 신축(伸縮)하는 중간 액추에이터를 구비하고,
각 전자 액추에이터는, 적어도 1개의 변위 확대점과 추력 발생부를 갖는 자성체를 포함하는 변위 확대 기구와,
자성체를 포함하는 변위 확대 기구에 설치되며, 자성체에 자속을 생기게 하는 코일을 구비하고,
상기 코일에 전류를 흘림으로써 상기 자성체에 자속을 생기게 하여, 추력 발생부로부터의 추력에 의해 상기 변위 확대점을 변위시켜, 이 변위 확대점을 가이드에 맞닿게 하거나 이간시키는 것을 특징으로 하는 이동 기구.
제 5 항에 있어서,
상기 전자 액추에이터는 적어도 2개의 변위 확대점을 갖고, 적어도 2개의 변위 확대점은 변위 확대 기구의 대향하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 기구.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
가이드는 적어도 내면을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 가이드의 내면 사이에 배치되며, 상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 내면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 이동 기구.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
가이드는 적어도 1개의 가이드 봉을 갖고, 상기 전자 액추에이터는 이 가이드 봉의 외면에 부착되며,
상기 전자 액추에이터의 변위 확대점은 가이드 봉 외면에 대해서 맞닿거나 이간하는 것을 특징으로 하는 이동 기구.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
중간 액추에이터는 각 전자 액추에이터와 동일 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이동 기구.
제 7 항에 있어서,
중간 액추에이터는 각 전자 액추에이터와 동일 구조를 가지며, 각 전자 액추에이터 및 중간 액추에이터의 변위 확대 기구는, 동일 방향을 향하는 자세를 취하는 것을 특징으로 하는 이동 기구.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
중간 액추에이터는 압전(壓電) 액추에이터 또는 자왜(磁歪) 액추에이터를 포함하는 미소 변위 액추에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 기구.