KR20230042696A - 자기유변 유체 밸브 및 가변형 제조 금형 - Google Patents

자기유변 유체 밸브 및 가변형 제조 금형 Download PDF

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KR20230042696A
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에릭 코튼
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쇼어라인 디자인 앤드 매뉴팩처링 엘엘씨
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Abstract

가변형 금형(variable mold)은 복수의 유압 핀 시스템들을 포함한다. 각각의 핀 시스템은 가압된 유체의 공급원과 유체 연통되는 밸브, 상기 밸브와 유체 연통되는 튜브, 및 상기 튜브에 결합된 핀(pin)을 포함한다. 상기 핀은 상기 밸브를 통한 상기 튜브로의 유체의 공급에 응답하여 상기 튜브로부터 변위되도록 구성된다. 각각의 핀의 길이방향 축은 서로 평행하고 2차원 어레이로 배열된다. 상기 가변형 금형은 상기 밸브들에 작동 가능하게 결합되어 각각의 핀의 변위를 제어할 수 있는 제어기를 포함한다. 상기 가변형 금형은 각각의 핀의 변위를 검출하도록 구성된 핀 변위 검출기를 더 포함할 수 있다. 상기 핀 변위 검출기는 상기 제어기에 작동 가능하게 결합된다. 상기 제어기는 상기 밸브에 대응되는 핀이 미리 결정된 거리만큼 연장된 것을 검출한 상기 핀 변위 검출기에 응답하여 각각의 밸브를 폐쇄할 수 있다.

Description

자기유변 유체 밸브 및 가변형 제조 금형
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2020년 6월 21일에 출원된 미국 가출원 63/041,967호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 통합된다.
이 개시는 일반적으로 가변형 금형(variable mold)에 관한 것으로, 특히 가변형 금형을 조절 및 구성하기 위해 자기유변(magnetorheological) 유체 및 자기유변 밸브를 사용하는 가변형 금형에 관한 것이다.
금형은 다양한 제조 공정에 사용된다. 금형 사용의 한 가지 단점은 제품의 작은 변화라도 새로운 금형을 만들어야 한다는 것이다. 이는 맞춤형 제조 또는 연구 및 개발과 같이 성형 제품이 자주 변경되는 애플리케이션들에서 상당한 시간과 비용을 초래한다. 여기에서 성형 물품의 많은 상이한 변형들을 테스트해야 할 필요가 있다.
가변형 금형이 이용 가능할 수 있지만, 종래의 가변형 금형은 이용 가능한 해상도(resolution)가 낮기 때문에 그 적용이 제한된다. 예를 들어, 종래의 가변형 금형은 큰 곡률 반경을 가진 대형 물품들만 생산할 수 있다. 또한, 종래의 가변형 금형의 낮은 해상도로 인해, 가변형 금형의 각각의 지점 사이의 표면을 매끄럽게 하기 위해 금형 위에 놓이는 보간층(interpolation layer)이 요구될 수 있다. 또한, 종래의 가변형 금형을 위한 제어 시스템은 복잡한 전기기계적 액추에이터, 서보(servo), 및/또는 스테핑 모터(stepping motor)를 요구할 수 있다.
따라서, 높은 해상도와 간단한 제어 메커니즘을 가지면서 보간층을 요구하지 않는 가변형 금형이 필요할 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 자기유변 유체와 함께 사용하기 위한 밸브에 관한 것이다. 상기 밸브는 길이 방향으로 연장되는 중공형 실린더(hollow cylinder)를 포함한다. 상기 중공형 실린더는 실린더 제1 단부, 실린더 제2 단부, 및 실린더 내부를 포함한다. 또한, 상기 밸브는 상기 실린더 내부에 제공된 중심 로드(center rod)를 포함한다. 상기 중심 로드는 로드 제1 단부와 로드 제2 단부를 포함한다.
상기 밸브는 길이 방향으로 상기 중심 로드 상에 제공되는 제1 스페이서 실린더, 및 길이 방향으로 제2 위치에서 상기 중심 로드 상에 제공되는 제2 스페이서 실린더를 가진다. 상기 밸브는 제1 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제1 흐름 구멍을 포함하는 제1 단부 플레이트, 및 제2 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제2 흐름 구멍을 포함하는 제2 단부 플레이트를 더 포함한다. 상기 제1 단부 플레이트는 상기 로드 제1 단부에 결합되고, 상기 제2 단부 플레이트는 상기 로드 제2 단부에 결합된다.
또한, 상기 밸브는 길이 방향으로 제3 위치에서 상기 중공형 실린더의 외부에 제공되는 와이어 코일(wire coil)을 포함한다. 상기 제3 위치는 제1 위치와 제2 위치 사이에 있다. 상기 제1 스페이서 실린더의 외경과 상기 제2 스페이서 실린더의 외경은 상기 중공형 실린더의 내경보다 작다.
다른 양태에서, 본 개시는 자기유변 유체 밸브(magnetorheological fluid valve)의 사용 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 자기유변 유체 밸브를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 밸브는 길이 방향으로 연장되는 중공형 실린더(hollow cylinder)를 포함한다. 상기 중공형 실린더는 실린더 제1 단부, 실린더 제2 단부, 및 실린더 내부를 포함한다. 또한, 상기 밸브는 상기 실린더 내부에 제공된 중심 로드(center rod)를 포함한다. 상기 중심 로드는 로드 제1 단부와 로드 제2 단부를 포함한다. 상기 밸브는 길이 방향으로 상기 중심 로드 상에 제공되는 제1 스페이서 실린더, 및 길이 방향으로 제2 위치에서 상기 중심 로드 상에 제공되는 제2 스페이서 실린더를 가진다. 상기 밸브는 제1 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제1 흐름 구멍을 포함하는 제1 단부 플레이트, 및 제2 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제2 흐름 구멍을 포함하는 제2 단부 플레이트를 더 포함한다. 상기 제1 단부 플레이트는 상기 로드 제1 단부에 결합되고, 상기 제2 단부 플레이트는 상기 로드 제2 단부에 결합된다. 또한, 상기 밸브는 길이 방향으로 제3 위치에서 상기 중공형 실린더의 외부에 제공되는 와이어 코일(wire coil)을 포함한다. 상기 제3 위치는 제1 위치와 제2 위치 사이에 있다. 상기 제1 스페이서 실린더의 외경과 상기 제2 스페이서 실린더의 외경은 상기 중공형 실린더의 내경보다 작다.
상기 방법은 자기유변 유체가 상기 제1 흐름 구멍을 통과하고, 상기 중공형 실린더를 통과하며, 상기 제2 흐름 구멍을 통해 빠져나오도록 자기유변 유체를 압력 하에서 상기 실린더 제1 단부에 공급하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 방법은 자기유변 유체의 점도를 증가시켜 자기유변 유체의 흐름을 중단시키기 위해 상기 와이어 코일을 통해 전류를 선택적으로 통과시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 가변형 금형(variable mold)에 관한 것이다. 상기 가변형 금형은 복수의 유압 핀 시스템들을 포함한다. 각각의 유압 핀 시스템은 가압 유체(pressurized fluid)의 공급원과 유체 연통되는 밸브, 상기 밸브와 유체 연통되는 튜브, 및 상기 튜브에 결합된 핀(pin)을 포함한다. 상기 핀은 상기 밸브를 통한 상기 튜브로의 유체의 공급에 응답하여 상기 튜브로부터 변위되도록 구성된다. 상기 복수의 유압 핀 시스템들의 각각의 핀의 길이방향 축은 서로 평행하고 2차원 어레이로 배열된다. 또한, 상기 가변형 금형은 상기 복수의 유압 핀 시스템들의 밸브들에 작동 가능하게 결합된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 복수의 유압 핀 시스템들의 각각의 핀의 변위를 제어하도록 구성된다.
첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 보다 구체적인 설명이 제공될 것이다. 이 도면들은 예시적인 실시예들을 도시하고 본 개시의 범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 하며, 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들의 사용을 통해 더 구체적이고 상세하게 기술되고 설명될 것이다:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 MR(자기유변: Magnetorheological) 유체 밸브의 사시도이며;
도 2는 예시적인 실시예에 따른 MR 유체 밸브의 단면도이며;
도 3은 예시적인 실시예에 따른 단부 플레이트의 사시도이며;
도 4는 예시적인 실시예에 따른 MR 유체 밸브의 확대 단면도이며;
도 4a는 예시적인 실시예에 따른, 자기력선들을 보여주는 MR 유체 밸브의 확대 단면도이며;
도 5는 예시적인 실시예에 따른 커플링들을 가지는 MR 유체 밸브의 단면도이며;
도 6은 예시적인 실시예에 따른 유압 핀 시스템의 개략적인 블록도이며;
도 7은 예시적인 실시예에 따른 핀 조립체의 단면도이며;
도 8은 도 7의 핀 조립체의 단면도로서, 예시적인 실시예에 따른 연장된 위치의 핀을 도시하며;
도 9는 예시적인 실시예에 따른 핀 조립체의 단면도이며;
도 10은 도 9의 핀 조립체의 단면도로서, 예시적인 실시예에 따른 연장된 위치의 핀을 도시하며;
도 11은 예시적인 실시예에 따른 가변형 금형의 개략적인 블록도이며;
도 12는 예시적인 실시예에 따른 매니폴드의 사시도이며;
도 13은 예시적인 실시예에 따른 가변형 금형의 사시도이며;
도 14는 예시적인 실시예에 따른 가변형 금형의 평면도이며;
도 15는 예시적인 실시예에 따른 MR 유체 밸브의 측면도이며;
도 16은 예시적인 실시예에 따른 가변형 금형의 사시도이며;
도 17은 예시적인 실시예에 따른 가변형 금형의 사시도이며;
도 18은 예시적인 실시예에 따른 매니폴드의 분해 사시도이며;
도 19는 FEMM(유한요소법 자기학) 데이터의 생성을 위한 분석 레이아웃을 보여주는 도표이며;
도 20은 FEMM 데이터의 생성을 위한 횡방향 분석 라인을 보여주는 도표이며;
도 21은 FEMM 데이터의 생성을 위한 축방향 분석 라인을 보여주는 도표이며;
도 22는 자기 차폐물이 없는 상태에서, 횡방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 23은 자기 차폐물이 없는 상태에서, 축방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 24는 0.002인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 횡방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 25는 0.002인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 축방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 26은 0.005인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 횡방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 27은 0.005인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 축방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 28은 0.010인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 횡방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 29는 0.010인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 축방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 30은 0.020인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 횡방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 31은 0.020인치의 자기 차폐물이 있는 상태에서, 축방향 분석 라인을 따른 자기장 강도를 보여주는 그래프이며;
도 32는 예시적인 실시예에 따른 핀 조립체의 단면도이다.
예시적인 실시예들의 다양한 특징들, 양태들, 및 이점들은 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이며, 도면들과 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타내 것이다. 설명된 다양한 특징들은 도면들에서 반드시 축척에 맞춰 그려지는 것은 아니며, 몇몇 실시예들과 관련된 특정 특징들은 강조되도록 그려진다.
여기에서 사용된 제목은 구성 목적만을 위한 것이며 개시 내용 또는 청구항들의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 공통된 유사한 요소들을 지정하기 위해, 가능한 경우, 참조 번호들이 사용되었다.
이제, 다양한 실시예들이 상세히 참조할 것이다. 각각의 예는 설명을 위해 제공되고 제한을 의미하지 않으며 모든 가능한 실시예들의 정의를 구성하지 않는다.
도 1-2 및 4는 자기유변(MR: magnetorheological) 유체 밸브(100)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 MR 유체 밸브(100)는 중공형 실린더(110), 중심 로드(center rod)(120)(도 2 및 도 4), 제1 스페이서 실린더(130)(도 2 및 도 4), 제2 스페이서 실린더(140)(도 2 및 도 4), 제1 단부 플레이트(150), 제2 단부 플레이트(160), 및 와이어 코일(170)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이. 예를 들어, 상기 중공형 실린더(110)는 길이 방향을 따라서, 즉, 길이방향 축(10)을 따라서 연장될 수 있다. 상기 중공형 실린더(100)는 실린더 벽(111)과, 상기 실린더 벽(111)에 의해 형성되는 실린더 내부(116)를 포함할 수 있다. 상기 중공형 실린더(100)는 실린더 제1 단부(112)와, 상기 실린더 제1 단부(112) 반대쪽에 있으며 길이방향 축(10)을 따라서 연장되는 실린더 제2 단부(114)를 더 포함할 수 있다.
상기 중심 로드(120)는 실린더 내부(116) 내에 포함될 수 있다. 상기 중심 로드(120)는 로드 제1 단부(122)와 로드 제2 단부(124)를 포함할 수 있다. 상기 중심 로드(120)는 고투자율(high permeability) 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 고투자율 재료는 철과 같은 강자성 재료일 수 있다.
상기 제1 스페이서 실린더(130)는 중심 로드(120) 둘레에 끼워질 수 있도록 치수적으로 구성된 스페이서 내경(D1)(도 4 참조)을 가지는 중공형일 수 있다. 상기 스페이서 내경(D1)은 제1 스페이서 실린더(130)가 마찰 결합 또는 접착제, 땜납, 용접, 압착(crimping), 압입(press fitting), 마찰 교반 용접(friction stir welding), 또는 중심 로드(120)와의 다른 적합한 결합 방법을 통해 중심 로드(120)에 축방향으로 고정된 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 스페이서 실린더(130)는 길이방향 축(10)을 따라서 제1 위치(132)(도 2 참조)에 위치할 수 있다.
상기 제2 스페이서 실린더(140)는 중심 로드(120) 둘레에 끼워질 수 있도록 크기가 정해진 내경(D1)(도 4 참조)을 가지는 중공형일 수 있다. 상기 제2 스페이서 실린더(140)는 길이방향 축(10)을 따라서 제2 위치(142)(도 2)에 위치할 수 있다. 상기 스페이서 내경(D1)은 제2 스페이서 실린더(140)가 마찰 결합 또는 접착제, 땜납, 용접, 압착(crimping), 압입(press fitting), 마찰 교반 용접(friction stir welding), 또는 중심 로드(120)와의 다른 적합한 결합 방법을 통해 중심 로드(120)에 축방향으로 고정된 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 위치(142)는 상기 제1 위치(132)와 상이할 수 있다.
상기 제1 스페이서 실린더(130)와 제2 스페이서 실린더(140)는 각각 스페이서 외경(D2)(도 4 참조)을 가질 수 있다. 상기 중공형 실린더(110)는 실린더 내경(D3)(도 4 참조)을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 스페이서 외경(D2)은 실린더 내경(D3)보다 작아서 제1 스페이서 실린더(130)와 중공형 실린더(110) 사이에 제1 채널(180)이 형성되고 제2 스페이서 실린더(140)와 중공형 실린더(110) 사이에 제2 채널(182)이 형성된다. 도 4에 상세하게 도시된 바와 같이, 길이방향 축(10)을 따라서 제1 위치(132)와 제2 위치(142) 사이의 축방향 위치에서 중심 로드(120)와 중공형 실린더(110) 사이에 내부 챔버(190)가 형성될 수 있다(도 2 참조). 상기 내부 챔버(190)의 직경은 제1 채널(180) 및 제2 채널(182)의 직경보다 더 클 수 있다.
도 3은 제1 단부 플레이트(150)의 예시적인 실시예를 보여준다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)는 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 여기에서 설명되는 제1 단부 플레이트(150)의 특징들은 제2 단부 플레이트(160)에도 적용될 수 있다. 그러나, 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)가 동일할 것이 요구되지는 않으며, 특정 애플리케이션에서 요구될 수 있는 바에 따라 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160) 사이에 차이가 있을 수 있다. 상기 제1 단부 플레이트(150)는 제1 로드 구멍(152)을 포함할 수 있다. 상기 제1 로드 구멍(152)은 중심 로드(120)의 단부를 수용하도록 치수적으로 구성될 수 있다. 상기 단부 플레이트들(150 또는 160)은 마찰 결합 또는 접착제, 땜납, 용접, 압착, 압입, 마찰 교반 용접, 또는 중심 로드와의 다른 적합한 결합 방법을 통해 중심 로드(120)에 부착된다. 상기 제1 단부 플레이트(150)는 제1 단부 플레이트(150)의 두께를 관통하여 연장되는 제1 흐름 구멍(flow hole)(154)을 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 단부 플레이트(150)는 복수의 제1 흐름 구멍들(154)을 포함할 수 있다. 상기 제1 흐름 구멍들(154)은 MR 유체가 제1 단부 플레이트(150)를 통해 실린더 내부(116)로 흐를 수 있도록 구성된다(도 2 참조). 예시적인 실시예에서, 상기 실린더 제1 단부(112)는 제1 단부 플레이트(150)의 표면과 접할 수 있고 상기 실린더 제2 단부(114)는 제2 단부 플레이트(160)의 표면과 접할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)는 접착제, 땜납, 용접, 압착, 압입, 마찰 교반 용접, 또는 다른 적합한 결합 방법을 통해 중공형 실린더(110)에 부착될 수 있다. 대체 가능한 예시적인 실시예에서, 상기 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)의 외경은 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)가 중공형 실린더(110) 내부에 수용될 수 있도록 치수적으로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)는 상술한 바와 같이 중공형 실린더에 결합될 수 있다. 대안으로서, 상기 제1 단부 플레이트(150)와 제2 단부 플레이트(160)는 중공형 실린더(110)와의 마찰 결합을 통해 중공형 실린더(110)에 대해 축방향으로 고정될 수 있다.
상기 와이어 코일(wire coil)(170)은 중공형 실린더(110)의 둘레를 원주방향으로 감싸는 와이어일 수 있다. 상기 와이어 코일(170)은 전류가 와이어 코일을 통과할 때 생성되는 자기장이 내부 챔버(190) 내부에서 길이방향 축(10)에 실질적으로 평행하도록 치수적으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 와이어 코일(170)에 의해 생성되는 자기장은 제1 채널(180)과 제2 채널(182) 내부에서 길이방향 축(10)에 수직인, 즉, MR 유체의 흐름 방향에 수직인 성분을 상당히 가질 수 있다. 도 4a는 자기력선들(600)과 함께 MR 유체 밸브(100)의 예시적인 실시예를 보여준다. 영역들(602)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 채널(180) 내의 자기장은 길이방향 축(10)에 수직인 상당한 성분을 가진다. 유사하게, 영역들(604)에서, 상기 제2 채널(182)의 자기장은 길이방향 축(10)에 수직인 상당한 성분을 가진다는 것을 알 수 있다. 도 4a에 도시된 자기력선들(600)은 예시적인 목적만을 위한 대략적인 근사치이며 MR 유체 밸브(100) 내부의 자기장의 방향의 정확한 표시를 의도하지 않는다는 것이 이해될 것이다.
자기장이 제1 채널(180)과 제2 채널(182)을 통과할 때, 길이방향 축(10)에 수직인 자기장의 성분이 MR 유체에 작용하여 MR 유체가 낮은 흐름 상태로 되도록 그 점도를 변화시킬 수 있다. MR 유체의 낮은 흐름 상태는, 제1 채널(180)과 제2 채널(182)의 작은 단면적과 결합하여, MR 유체를 MR 유체 밸브(100)를 통한 추가적인 MR 유체의 통과를 방지하는 플러그(plug)로 효과적으로 변환시킬 수 있다. 자기장의 제거는 MR 유체가 정상 흐름 상태로 되돌아가고 MR 유체 밸브(100)를 통한 흐름을 재개하도록 허용할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 커플링(192)과 제2 커플링(194)은 MR 유체 밸브(100)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제1 커플링(192)은 MR 유체 밸브(100)를 MR 유체 공급원과 유체 연통되는 제1 튜브(206)와 유체 연통되도록 할 수 있다. 상기 제2 커플링(194)은 MR 유체 밸브(100)를 여기에서 논의되는 바와 같이 핀 조립체(pin assembly)와 유체 연통되는 제2 튜브(208)와 유체 연통되도록 할 수 있다.
도 6은 유압 핀 시스템(hydraulic pin system)(200)의 예시적인 실시예를 도시한다. 상기 유압 핀 시스템은 압력 하에서 유체를 공급하도록 구성된 펌프(202)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유체는 여기에서 설명된 바와 같은 MR 유체일 수 있다. 상기 유압 핀 시스템(200)은 유체의 흐름을 조절하도록 구성된 밸브(203)를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 밸브(203)는 여기에서 설명된 바와 같은 MR 유체 밸브(100)일 수 있다. 상기 밸브(203)는 제1 튜브(206)를 통해 펌프(202)와 유체 연통될 수 있다. 상기 유압 핀 시스템은 핀 조립체(204)를 더 포함할 수 있다. 상기 핀 조립체(204)는 제2 튜브(208)를 통해 상기 밸브(203)와 유체 연통될 수 있다.
도 7-8은 상기 핀 조립체(204)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 핀 조립체는 핀 몸체(210)와 핀 튜브(212)를 포함할 수 있다. 상기 핀 몸체(210)는 핀 튜브(212)의 외부 둘레에 끼워지도록 치수적으로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 핀 튜브(212)는 도 6에 도시된 제2 튜브(208)와 동일한 구조일 수 있다. 대체 가능한 예시적인 실시예에서, 상기 핀 튜브(212)는 제2 튜브(208)와 상이한 구조일 수 있으며, 대신에 제2 튜브(208)와 유체 연통될 수 있다.
도 7은 후퇴 위치에 있는 핀 조립체(204)를 보여준다. 상기 핀 튜브(212) 내에 압력하에서 유체가 공급됨에 따라, 유체는, 도 8에 도시된 바와 같이, 핀 몸체(210)를 연장시킨다. 도 6의 밸브(203)가 유체 흐름을 중단시키기 위해 폐쇄된(즉, 활성화된) 때, 핀 몸체(210)는 연장된 위치에 유지된다. 도 6의 밸브(203)가 개방된(즉, 비활성화된) 때, 유체 흐름이 허용되어 핀 몸체(210)를 연장시키거나 후퇴시킨다.
도 9-10은 핀 조립체(220)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 핀 조립체(220)에서, 도 7-8의 핀 몸체(210)는 핀 샤프트(224)와 핀 헤드(222)로 대체된다. 상기 핀 샤프트(222)는 핀 튜브(212) 내부에 끼워지도록 치수적으로 구성될 수 있다. 도 9는 후퇴 위치에 있는 핀 조립체(220)를 보여준다. 상기 핀 튜브(212) 내에 압력하에서 유체가 공급됨에 따라, 유체는 핀 샤프트(224)와 핀 헤드(222)를 연장시킨다. 도 6의 밸브(203)가 유체 흐름을 중단시키기 위해 폐쇄된(즉, 활성화된) 때, 핀 샤프트(224)와 핀 헤드(222)는 연장된 위치에 유지된다. 도 6의 밸브(203)가 개방된(즉, 비활성화된) 때, 유체 흐름이 허용되어 핀 샤프트(224)와 핀 헤드(222)를 연장시키거나 후퇴시킨다.
도 32는 핀 조립체(230)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 핀 조립체(230)는 도 7-8의 핀 몸체(210)를 포함하지만, 핀 몸체(210)의 원위 단부(210a)에 또는 그 부근에 가열 요소(236)와 플러그(238) 중 적어도 하나를 포함하도록 수정된다. 튜브(212)에 대한 핀 몸체(210)의 이동은 도 7과 8에 도시된 구성에 대하여 위에서 설명된 바와 동일하다.
상기 가열 요소(236)는 전원에 전기적으로 연결될 수 있으며 가열 코일로 형성될 수 있다. 상기 가열 요소(236)는, 핀 몸체(210)를 형성하기 위한 성형 작업 중에 가열 요소를 매립하는 것을 포함하되 이에 제한 없이 다양한 방식으로 핀 몸체(210)에 연결될 수 있다. 상기 가열 요소(236)로부터 생성된 열은 원위 단부(210a)에 인접한 임의의 성형 가능한 재료를 경화시키는 것을 돕기 위해 핀 몸체(210)의 원위 단부(210a)에서 온도를 증가시키는 데 사용될 수 있다.
상기 플러그(238)는 핀 몸체(210)의 원위 단부(210a)에 있는 개구(opening)(210b)를 폐쇄하도록 구성된다. 상기 개구(210b)는 튜브(212)와 유체 연통된다. 상기 플러그(238)를 제거하는 것은, 예컨대 유체, 즉 자기유변 유체의 충전 또는 인출을 위해, 핀 몸체(210)와 튜브(212) 내부에 접근을 허용한다. 상기 플러그(238)는 도 32에 도시된 바와 같이 나사형 세트 스크루(thread set screw)일 수 있다. 도 32에 도시된 바와 같이, 상기 가열 요소(236)는 플러그(238)를 에워싸거나 둘러쌀 수 있다.
도 11은 가변형 금형(variable mold)(300)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 가변형 금형(300)은 펌프(310), 상기 펌프(310)와 유체 연통되는 매니폴드(320), 상기 매니폴드(320)와 유체 연통되는 복수의 유압 핀 시스템들(330), 상기 펌프와 복수의 유압 핀 시스템들에 작동 가능하게 결합된 제어기(340), 및 상기 제어기(340)에 작동 가능하게 결합된 핀 위치 검출기(350)를 포함할 수 있다. 상기 유압 핀 시스템들(330)은 총 N 개의 유압 핀 시스템들(N은 정수)을 포함할 수 있으며, 각각의 핀 시스템(330)의 길이방향 축은 실질적으로 평행하고 2차원 매트릭스로 배열된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 유압 핀 시스템(330)은 도 6을 참조하여 설명된 유압 핀 시스템(200)일 수 있지만, 펌프(310)가 가변형 금형(300)에 제공되기 때문에 펌프(202)는 가지지 않는다. 각각의 유압 핀 시스템(330)은 핀(332)(도 13 참조)을 포함할 수 있다.
상기 펌프(310)는 압력 하에서 유체를 매니폴드(320)에 공급할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 유체는 여기에서 설명된 바와 같은 MR 유체일 수 있다. 상기 매니폴드(320)는 압력 하에서 유체를 유압 핀 시스템들(330) 각각에 전달한다. 상기 핀 위치 검출기(350)는 유압 핀 시스템들(330)의 각각의 핀(332)이 연장된 때 그 연장 거리를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 핀 위치 검출기(150)는 각각의 핀(332)에 대한 레이저 빔의 비행 시간(time of flight)에 기초하여 연장 거리를 검출하도록 구성된 일련의 레이저들과 검출기들을 포함할 수 있다. 대안으로서, 상기 핀 위치 검출기(150)는 핀(332)의 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 카메라를 포함할 수 있다. 상기 제어기(340)는 핀 위치 검출기(150)의 카메라들의 알려진 위치에 기초하여 핀들(332)의 위치들을 사진측량으로 계산하기 위해 이 이미지들을 사용하도록 구성될 수 있다. 대체 가능한 실시예에서, 각각의 유압 핀 시스템(330)은 밸브를 통해 흐른 유체의 양을 검출하도록 구성된 유량 검출기를 포함할 수 있으며, 이 유량 검출기는 제어기(340)에 작동 가능하게 결합되고 각각의 핀(332)이 얼마나 멀리 연장되었는지를 결정하는 데 사용될 수 있다.
상기 제어기(340)는 유압 핀 시스템들(330) 각각의 밸브들에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제어기(340)는 원하는 형상을 생성하기 위해 가변형 금형(300)의 각각의 핀(332)의 요구되는 연장 거리를 설명하는 미리-프로그래밍된 파일을 저장하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기(340)는 핀 위치 검출기(350)를 통해 각각의 핀의 위치를 모니터링하고 상기 핀(332)이 미리 결정된 거리만큼 연장된 때 대응되는 밸브를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제어기(340)는 MR 유체 밸브(100)(예를 들어, 도 2 참조)의 와이어 코일(170)을 통해 전류를 흘려보냄으로써 대응되는 밸브를 폐쇄할 수 있다.
도 12는 상기 매니폴드(320)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 매니폴드(320)는 펌프(310)(도 11 참조)와 유체 연통하기 위한 입구 포트(322)를 포함할 수 있다. 상기 매니폴드는 상기 유압 핀 조립체들(330)(도 11 참조)의 각각과 유체 연통하기 위한 복수의 출구 포트들(324)을 더 포함할 수 있다.
도 13은 상기 가변형 금형(300)의 예시도를 보여준다. 예시적인 실시예에서, 상기 핀들(332) 각각은 육각형 형상(도 14 참조)을 가질 수 있으며, 상기 핀들(332) 각각 사이의 공간을 최소화하기 위해 허니콤(honeycomb) 패턴으로 배열될 수 있다. 도 13에 도시된 예시적인 실시예는 120개의 핀들(332)을 보여주지만, 도 13의 실시예는 오직 예시적인 것이고 가변형 금형(300)은 이 구성에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 상기 가변형 금형은 수만, 수십만 또는 그 이상의 핀들(332)을 포함하는 임의의 원하는 크기까지 구성될 수 있는 것으로 생각된다.
예시적인 실시예에서, 상기 자기 핀 조립체들(330)의 각각의 자기 코일(170) 주위에 자기 차폐물(magnetic shielding)이 제공될 수 있다. 상기 자기 차폐물은 제1 자기 코일(170)에 의해 생성된 자기장이 인접하거나 가까운 유압 핀 조립체(330) 내의 MR 유체와 간섭되는 것을 방지하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 상기 자기 차폐물은 철과 같은 고투자율 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 자기 차폐물은 MR 유체 밸브(100) 둘레에 끼워지는 금속 슬리브일 수 있다.
추가적으로, 예시적인 실시예에서, 각각의 자기 코일(170) 둘레에 열 차폐물 및/또는 단열재가 제공될 수 있다. 상기 열 차폐물은 활성화된 자기 코일로부터의 옴 가열(ohmic heating)에 의해 야기되는 열의 열 전달을 중단시키도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 MR 유체 밸브(100) 둘레에 냉각 시스템이 제공될 수 있다. 상기 냉각 시스템은 더 높은 전류와 자기 밀도를 허용하기 위해 옴 가열을 통해 자기 코일들로부터 발생된 열에 대항하는 데 도움이 될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 냉각 시스템은 내부에 MR 유체 밸브들이 배치된 유밀 챔버를 포함할 수 있으며, 유밀 챔버를 통해 냉각 유체를 능동적으로 펌핑할 수 있다. 대체 가능한 예시적인 실시예에서, 수동적 대류 냉각 시스템이 사용될 수 있다.
여기에서 설명된 적어도 예시적인 실시예는 MR 유체의 사용을 기술한다. 이 설명의 목적을 위해, MR 유체는 자기장에 노출될 때 겉보기 점도(apparent viscosity)가 증가하는 유체임을 이해할 것이다. 예시적인 실시예에서, 상기 MR 유체는 자기장에 노출될 때 점탄성(viscoelastic) 고체가 될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 MR 유체는 Lord Corporation에 의해 제조된 MRF-140BC 자기-유변 유체; Lord Corporation에 의해 제조된 MRF-140CG 자기-유변 유체; 또는 갈륨계 액체 금속일 수 있다. 그러나, 이러한 예들은 예시일 뿐이고 제한하는 것이 아니며, 다른 MR 유체들도 여기에서 설명된 구조와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
갈륨계 MR(GMR) 유체가 사용되는 예시적인 실시예에서, 유체 시스템(즉, 유체 저장소, 매니폴드(320), MR 유체 밸브들(100), 유체 공급 라인들)의 온도가 GMR 유체의 융점 위로 증가될 수 있다. 상기 제어기(도 11 참조)는 핀들(332)을 연장시키기 위해 GMR 유체가 매니폴드를 통해 MR 유체 밸브들(100) 내부로 흐르도록 상기 펌프를 제어할 수 있다. 상기 제어기(340)는 개개의 핀들(332)이 이들의 미리 결정된 연장 거리에 도달한 때 GMR 유체의 흐름을 중단시키기 위해 MR 유체 밸브들(100)을 선택적으로 제어할 수 있다. 모든 핀들(332)이 원하는 위치에 있을 때, MR 유체 밸브(100)의 주위 온도를 GMR 유체의 융점 아래까지 낮추기 위해 냉각 시스템(coolant system)이 사용될 수 있으며, 이에 의해 MR 유체 밸브들(100) 내부의 GMR을 응고시킬 수 있다. 그 다음에, 상기 자기 코일들(170)이 꺼질 수 있으며, MR 유체 밸브들(100)은 응고된 GMR 유체로 인해 폐쇄 위치에 유지될 것이다. 상기 핀들(332)을 재설정(reset)하기 위해, 상기 냉각 시스템은 MR 유체 밸브들(100)의 주위 온도를 GMR 유체 융점 위로 상승시키도록 제어될 수 있으며, GMR 유체는 부압을 적용함으로써 유압 핀 조립체들(330) 밖으로 펌핑될 수 있다. GMR 유체의 사용 및 냉각 시스템을 통한 온도 제어는 상기 가변형 금형(300)이 오토클레이브(autoclave) 압력(즉, 100psi 이상)을 가지는 환경 내에서 사용되도록 허용할 수 있다. 이는 상기 가변형 금형(300)이 예를 들어 항공우주 분야에서 부품들의 제조에 사용될 수 있도록 허용한다.
도 15는 MR 유체 밸브(400)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 MR 유체 밸브(400)는 MR 유체 밸브(100)의 대안일 수 있다. 상기 MR 유체 밸브(400)는 중공형 실린더(410)를 포함할 수 있다. 상기 중공형 실린더(410)의 내부는 제1 대직경 부분(411), 소직경 부분(414), 및 제2 대직경 부분(412)으로 분할될 수 있다. 자기 코일(416)은 소직경 부분(414) 둘레에 제공될 수 있다. 상기 자기 코일(416)에 전원이 공급된 때, 결과적인 자기장은 소직경 부분(414) 내부의 MR 유체의 점도를 증가시켜, MR 유체를 점탄성 유체로 변화시키고, 소직경 부분(414)을 통한 MR 유체의 흐름을 중단시킨다.
도 16-17은 작동 원리를 보여주기 위한 축척 모형의 가변형 금형(500)의 예시적인 실시예를 보여준다. MR 유체를 공급하기 위한 펌프를 모델링하기 위해 주사기(502)가 사용될 수 있다. 상기 주사기는 MR 유체를 유체 입구(516)를 통해 매니폴드(510)에 공급할 수 있다. 주사기(502)로부터의 압력 하에서, MR 유체는 챔버(520) 내에 제공된 MR 유체 밸브들(560)을 통해 흐를 수 있다. 각각의 개별 MR 유체 밸브(560)는 제어 커플링(540)(도 17 참조)으로부터 제어 라인(미도시)을 통해 전송되는 제어 신호를 통해 제어될 수 있다. 외부 케이블(미도시)은 상기 제어 커플링을 제어기에 작동 가능하게 결합할 수 있다. 상기 제어 밸브들(560)로부터, MR 유체는 핀들(530)을 연장시킬 수 있다. 상기 핀들(530)이 연장될 때 이 핀들을 기계적으로 지지하기 위해 프레임(532)이 제공될 수 있다.
도 16-17에서 더 볼 수 있는 바와 같이, 상기 가변형 금형(500)는 매니폴드 온도 유체 입구(512)와 매니폴드 온도 유체 출구(514)를 포함할 수 있으며, 이들은 온도 제어 유체를 매니폴드(510)를 통해 순환시키기 위해 사용된다. 상기 온도 제어 유체는 위에서 설명된 GMR 유체의 상태를 전이시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 상기 가변형 금형은 챔버 온도 유체 입구(522)와 챔버 온도 유체 출구(524)(도 16)를 포함할 수 있으며, 이들은 온도 제어 유체를 챔버(520)를 통해 순환시키기 위해 사용된다.
도 18은 매니폴드(510)의 예시적인 실시예를 보여준다. 상기 매니폴드(510)는 매니폴드 베이스 플레이트(570)와 유체 흐름 분할기(550)를 포함할 수 있다. 유체 입구(516)를 통해 매니폴드에 공급된 MR 유체는 내부 유로(572)로 흐를 것이다. 그런 다음, MR 유체는 유체 흐름 분할기 내에 제공된 복수의 밸브 유체 입구들(550) 각각을 통과할 것이다. 상기 밸브 유체 입구들(550) 각각은 MR 유체 밸브들(560) 중 하나와 유체 연통될 수 있다(도 16-17 참조).
도 19-31은 다양한 두께의 자기 차폐물을 사용하는 단일의 MR 유체 밸브(100)의 모델에 대한 유한요소법 자기학(FEMM: Finite Element Method Magnetics) 데이터를 예시하는 다양한 차트 및 다이어그램을 보여준다. 상기 데이터는 자기 코일(170)을 통한 2암페어의 DC의 전류를 가정하여 준비되었다. 자기 코일(170)은 FEMM 데이터의 목적을 위해 376개의 코일 권선들을 포함하였다. FEMM 데이터 생성에 고려된 MR 유체는 Lord Corporation에 의해 제조된 MRF-140CG였다.
도 19는 FEMM 데이터를 생성하기 위해 사용된 MR 유체 밸브의 분석 레이아웃(analysis layout)의 요약을 보여준다. 도 20은 횡방향 분석 라인을 따라 측정된 자기장 강도를 나타내는 그래프들에 대한 x-축을 도시한다. 도 21은 MR 유체 채널 중심의 축방향 분석 라인을 따라 측정된 자기장 강도를 나타내는 그래프들에 대한 x-축을 도시한다.
도 22-23은 자기 차폐물을 가지지 않은 MR 유체 밸브에 대한 자기장 강도를 보여준다. 도 22에 도시된 바와 같이, MR 유체 밸브의 기하학적 구조를 훨씬 넘어서 연장되는 상당한 자기장이 있으며, 이는 전체 가변형 금형 조립체의 인접한 MR 유체 밸브들의 작동과 간섭을 일으킬 수 있다.
도 24-31은 0.002인치의 두께로부터 0.02인치의 두께까지의 범위의 다양한 두께의 자기 차폐물에 대한 자기장 강도의 그래프를 도시한다. 도 24, 도 26, 도 28, 도 30에 도시된 바와 같이, 자기 차폐물은 MR 유체 밸브의 기하학적 구조의 외부의 자기장의 강도를 상당히 감소시킨다. 이는 인접한 MR 유체 밸브가 서로 간섭 없이 독립적으로 작동할 수 있게 한다.
본 개시는, 다양한 실시예들, 구성들 및 양태들에서, 여기에서 도시되고 설명된 구성요소들, 방법들, 공정들, 시스템들, 및/또는 장치들과, 이들의 다양한 실시예들, 하위 조합들, 및 이들의 하위 세트들을 포함한다. 본 개시는, 다양한 실시예들, 구성들 및 양태들에서, 예를 들어 당업계에 잘 알려지거나 이해될 수 있으며 여기에 도시되거나 및/또는 설명되지 않았지만 이 개시와 일치되는 구성요소들 또는 공정들의 실제 또는 선택적 사용 또는 포함을 고려한다.
본 개시의 실시예들은 수많은 다른 일반적인 목적 또는 특수한 목적의 컴퓨팅 시스템 환경 또는 구성과 함께 동작한다. 여기에서 설명된 시스템 및 방법과 함께 사용하기에 적합할 수 있는 컴퓨팅 시스템, 환경 및/또는 구성의 예들은 개인용 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 휴대용 또는 랩탑 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 시스템, 셋톱 박스, 프로그래밍 가능한 가전 제품, 네트워크 PC, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 위의 시스템들 또는 장치들 중 임의의 것을 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 개시의 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터 실행 가능 명령어의 일반적인 맥락에서 설명될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 과업을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형들을 구현하는 루틴, 프로그램, 개체, 구성요소, 데이터 구조 등을 포함할 수 있다. 여기에서 설명된 시스템들과 방법들은 통신 네트워크를 통해 연결된 원격 처리 장치에 의해 과업들이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서도 실행될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 메모리 저장 장치를 포함하는 로컬 및 원격 컴퓨터 저장 매체 모두에 위치할 수 있다. 프로그램과 모듈에 의해 수행되는 과업들은 도면들의 도움으로 아래에서 설명된다. 당업자는 예시적인 실시예들을 프로세서 실행 가능 명령어로서 구현할 수 있으며, 이는 본 개시에 따라 대응하는 컴퓨팅 환경에서 임의의 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.
"적어도 하나", "하나 이상", 및 "및/또는"이라는 어구는 접속사 및 이접적 접속사 둘 다로서 작용하는 개방형 표현이다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나"; "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"; "A, B 및 C 중 하나 이상"; "A, B, 또는 C 중 하나 이상"; 및 "A, B, 및/또는 C"라는 표현들 각각은 A 단독; B 단독; C 단독; A와 B 함께; A와 C 함께; B와 C 함께; 또는 A, B, C 함께를 의미한다.
본 명세서 및 이어지는 청구범위에서, 다음 의미들을 가지는 다수의 용어들을 참조될 것이다. "a"(또는 "an") 및 "the"라는 용어는 해당 엔티티 중 하나 이상을 의미하므로 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다. 이와 같이, 용어들 "a"(또는 "an"), "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 여기에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 또한, "일 실시예", "몇몇 실시예들", "실시예" 등에 대한 언급은 언급된 특징들을 포함하는 추가적인 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 사용되는 근사 언어는 관련된 기본 기능의 변경을 초래하지 않고 허용 가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "대략"과 같은 용어에 의해 수식되는 값은 특정된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 경우에 따라, 근사 언어는 값을 측정하는 도구의 정밀도에 대응될 수 있다. "제1", "제2", "상부", "하부" 등과 같은 용어는 한 요소를 다른 요소와 식별하는 데 사용되며 달리 지정되지 않는 한 요소의 특정 순서나 수를 나타내는 것은 아니다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "할 수 있는" 및 "할 수 있다"라는 용어는 일련의 상황 내에서 발생할 가능성; 특정 속성, 특성 또는 기능의 소유; 및/또는 한정 동사(qualified verb)와 관련된 능력, 성능 또는 가능성 중 하나 이상을 표현하여 다른 동사를 한정할 가능성을 나타낸다. 따라서, "할 수 있는" 및 "할 수 있다"의 사용은 수정된 용어가 표시된 용량, 기능 또는 용도에 명백히 적절하거나 가능하거나 적합함을 나타내지만, 일부 상황에서는 수정된 용어가 때때로 적절하지 않거나, 가능하지 않거나, 적합하지 않을 수 있음을 고려한다. 예를 들어, 몇몇 상황들에서, 사건 또는 용량이 예상될 수 있지만, 다른 상황에서는 사건 또는 용량이 발생할 수 없으며 - 이러한 구분은 "할 수 있는" 및 "할 수 있다"라는 용어로 표현된다.
청구범위에 사용되는 바와 같이, "포함하다"라는 단어 및 그의 문법적 변형은 또한 예를 들어 "본질적으로 구성되는" 및 "구성되는"과 같이 다양하고 상이한 정도의 문구에 논리적으로 대응되고 이 문구들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 필요한 경우, 범위가 제공되며, 이러한 범위들은 그 사이의 모든 하위 범위를 포함한다. 첨부된 청구범위는 이 개시가 특정 실시예들에서 특정 범위의 사용을 명확히 하는 경우를 제외하고 범위의 변화를 포함해야 할 것으로 예상된다.
여기에서 사용되는 용어 "결정하다", "계산하다", "컴퓨팅하다" 및 이들의 변형은 상호 교환적으로 사용되며 임의의 유형의 방법론, 프로세스, 수학적 연산 또는 기법을 포함한다.
본 개시는 예시 및 설명의 목적으로 제시된다. 본 개시는 여기에서 개시된 형태 또는 형태들로 제한되지 않는다. 본 개시의 상세한 설명에서, 예를 들어, 몇몇 예시적인 실시예들의 다양한 특징들은, 본 개시에서 모든 잠재적 실시예, 변형, 및 특징들의 조합의 설명을 포함하는 것은 실현 불가능함으로 인해, 이들 및 다른 고려된 실시예들, 구성들 및 양태들을 대표적으로 설명하기 위해 함께 그룹화된다. 따라서, 개시된 실시예들, 구성들 및 양태들의 특징들은 위에서 명시적으로 논의되지 않은 대체 가능한 실시예들, 구성들 및 양태들에서 조합될 수 있다. 예를 들어, 다음 청구범위에서 인용되는 특징들은 개시된 단일의 실시예, 구성, 또는 양태의 모든 특징들보다 적다. 따라서, 이하의 청구범위는 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구항은 본 개시의 별도의 실시예로서 그 자체로 독립된다.
과학 및 기술의 진보는, 청구범위가 이러한 변형을 반드시 배제하지는 않지만, 본 개시의 용어로 반드시 표현되지 않는 변형을 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 자기유변 유체(magnetorheological fluid)와 함께 사용하기 위한 밸브로서, 상기 밸브는:
    길이 방향으로 연장된 중공형 실린더(hollow cylinder)로서, 실린더 제1 단부, 실린더 제2 단부, 및 실린더 내부를 포함하는 중공형 실린더;
    상기 실린더 내부에 제공된 중심 로드(center rod)로서, 로드 제1 단부와 로드 제2 단부를 포함하는 중심 로드;
    길이 방향으로 상기 중심 로드 상에 제공되는 제1 스페이서 실린더;
    길이 방향으로 제2 위치에서 상기 중심 로드 상에 제공되는 제2 스페이서 실린더;
    상기 로드 제1 단부에 결합되는 제1 단부 플레이트로서, 상기 제1 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제1 흐름 구멍을 포함하는 제1 단부 플레이트;
    상기 로드 제2 단부에 결합되는 제2 단부 플레이트로서, 상기 제2 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제2 흐름 구멍을 포함하는 제2 단부 플레이트; 및
    길이 방향으로 제1 위치와 제2 위치 사이의 제3 위치에서 상기 중공형 실린더의 외부에 제공되는 와이어 코일(wire coil);을 포함하며,
    상기 제1 스페이서 실린더의 외경과 상기 제2 스페이서 실린더의 외경은 상기 중공형 실린더의 내경보다 작은, 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부 플레이트에는 제1 로드 구멍(rod hole)이 형성되고, 상기 제2 단부 플레이트에는 제2 로드 구멍이 형성되며, 상기 로드 제1 단부는 상기 제1 로드 구멍 내에 수용되고, 상기 로드 제2 단부는 상기 제2 로드 구멍 내에 수용되며,
    상기 제1 흐름 구멍은 상기 제1 로드 구멍과 연통되고 상기 제2 흐름 구멍은 상기 제2 로드 구멍과 연통되는, 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부 플레이트에는 제1 로드 구멍(rod hole) 및 상기 제1 로드 구멍과 연통되는 복수의 제1 흐름 구멍들이 형성되고,
    상기 제2 단부 플레이트에는 제2 로드 구멍 및 상기 제2 로드 구멍과 연통되는 복수의 제2 흐름 구멍들이 형성되며,
    상기 로드 제1 단부는 상기 제1 로드 구멍 내에 수용되고, 상기 로드 제2 단부는 상기 제2 로드 구멍 내에 수용되는, 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 흐름 구멍들의 제1 흐름 구멍들은 상기 제1 로드 구멍 둘레에서 서로 원주방향으로 이격되고, 상기 복수의 제2 흐름 구멍들의 제2 흐름 구멍들은 상기 제2 로드 구멍 둘레에서 서로 원주방향으로 이격되는, 밸브.
  5. 자기유변 유체 밸브(magnetorheological fluid valve)의 사용 방법으로서, 상기 방법은:
    자기유변 유체 밸브를 제공하는 단계로서, 상기 밸브는:
    길이 방향으로 연장된 중공형 실린더로서, 실린더 제1 단부, 실린더 제2 단부, 및 실린더 내부를 포함하는 중공형 실린더;
    상기 실린더 내부에 제공된 중심 로드(center rod)로서, 로드 제1 단부와 로드 제2 단부를 포함하는 중심 로드;
    길이 방향으로 상기 중심 로드 상에 제공되는 제1 스페이서 실린더;
    길이 방향으로 제2 위치에서 상기 중심 로드 상에 제공되는 제2 스페이서 실린더;
    상기 로드 제1 단부에 결합되는 제1 단부 플레이트로서, 상기 제1 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제1 흐름 구멍을 포함하는 제1 단부 플레이트;
    상기 로드 제2 단부에 결합되는 제2 단부 플레이트로서, 상기 제2 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제2 흐름 구멍을 포함하는 제2 단부 플레이트; 및
    길이 방향으로 제1 위치와 제2 위치 사이의 제3 위치에서 상기 중공형 실린더의 외부에 제공되는 와이어 코일(wire coil);을 포함하며,
    상기 제1 스페이서 실린더의 외경과 상기 제2 스페이서 실린더의 외경은 상기 중공형 실린더의 내경보다 작은, 자기유변 유체 밸브를 제공하는 단계;
    자기유변 유체가 상기 제1 흐름 구멍을 통과하고, 상기 중공형 실린더를 통과하며, 상기 제2 흐름 구멍을 통해 빠져나오도록 자기유변 유체를 압력 하에서 상기 실린더 제1 단부에 공급하는 단계; 및
    자기유변 유체의 점도를 증가시켜 자기유변 유체의 흐름을 중단시키기 위해 상기 와이어 코일을 통해 전류를 선택적으로 통과시키는 단계;를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브 내의 자기유변 유체를 응고시키기 위해 상기 밸브 주위의 온도를 자기유변 유체의 융점 아래로 낮추는 단계; 및
    유체가 응고된 때, 상기 와이어 코일을 통한 전류의 통과를 중단시키는 단계;를 더 포함하는 방법.
  7. 가변형 금형(variable mold)으로서:
    복수의 유압 핀 시스템들로서, 각각의 핀 시스템은:
    가압 유체(pressurized fluid)의 공급원과 유체 연통되는 밸브;
    상기 밸브와 유체 연통되는 튜브; 및
    상기 튜브에 결합된 핀(pin)을 포함하고,
    상기 핀은 상기 밸브를 통한 상기 튜브로의 유체의 공급에 응답하여 상기 튜브로부터 변위되도록 구성되며,
    각각의 핀의 길이방향 축은 서로 평행하고 2차원 어레이로 배열되는, 복수의 유압 핀 시스템들; 및
    상기 밸브들에 작동 가능하게 결합된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 복수의 유압 핀 시스템들의 각각의 핀의 변위를 제어하도록 구성되는, 제어기;를 포함하는, 가변형 금형.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 유압 핀 시스템들의 각각의 핀의 변위를 검출하도록 구성된 핀 변위 검출기를 더 포함하며, 상기 핀 변위 검출기는 상기 제어기에 작동 가능하게 결합되는, 가변형 금형.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 핀에 대해, 상기 제어기는 상기 핀의 검출된 변위에 응답하여 상기 핀에 대응되는 상기 밸브를 선택적으로 개방 또는 폐쇄함으로써 상기 핀의 변위를 조절하도록 구성되는, 가변형 금형.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 핀이 원하는 금형 형상에 대응되는 미리 결정된 거리만큼 변위된 것을 검출한 상기 핀 변위 검출기에 응답하여 대응되는 밸브를 폐쇄하도록 구성되는, 가변형 금형.
  11. 제7항에 있어서,
    각각의 핀은 상기 핀의 원위 단부에서 또는 그 부근에서 가열 요소에 결합되는, 가변형 금형.
  12. 제7항에 있어서,
    각각의 밸브는 자기 코일(magnetic coil)을 가지는 자기유변 밸브이고 상기 유체는 자기유변 유체인, 가변형 금형.
  13. 제12항에 있어서,
    각각의 자기 코일을 둘러싸는 단열재와 자기 차폐물(magnetic shielding) 중 적어도 하나를 더 포함하는, 가변형 금형.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 밸브 내의 자기유변 유체를 냉각시키도록 구성된 냉각 시스템을 더 포함하는, 가변형 금형.
  15. 제7항에 있어서,
    각각의 핀은 상기 튜브의 외부 둘레에 적어도 부분적으로 연장되는, 가변형 금형.
  16. 제7항에 있어서,
    각각의 핀은 상기 튜브의 내부에서 적어도 부분적으로 연장되는, 가변형 금형.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 가압 유체는 자기유변 유체이고;
    상기 밸브는:
    길이 방향으로 연장된 중공형 실린더(hollow cylinder)로서, 실린더 제1 단부, 실린더 제2 단부, 및 실린더 내부를 포함하는 중공형 실린더;
    상기 실린더 내부에 제공된 중심 로드(center rod)로서, 로드 제1 단부와 로드 제2 단부를 포함하는 중심 로드;
    길이 방향으로 상기 중심 로드 상에 제공되는 제1 스페이서 실린더;
    길이 방향으로 제2 위치에서 상기 중심 로드 상에 제공되는 제2 스페이서 실린더;
    상기 로드 제1 단부에 결합되는 제1 단부 플레이트로서, 상기 제1 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제1 흐름 구멍을 포함하는 제1 단부 플레이트;
    상기 로드 제2 단부에 결합되는 제2 단부 플레이트로서, 상기 제2 단부 플레이트의 두께를 관통하여 연장되는 제2 흐름 구멍을 포함하는 제2 단부 플레이트; 및
    길이 방향으로 제1 위치와 제2 위치 사이의 제3 위치에서 상기 중공형 실린더의 외부에 제공되는 와이어 코일(wire coil);을 포함하며,
    상기 제1 스페이서 실린더의 외경과 상기 제2 스페이서 실린더의 외경은 상기 중공형 실린더의 내경보다 작은, 가변형 금형.
  18. 제17항에 있어서,
    각각의 핀은 가열 요소에 결합되는, 가변형 금형.
  19. 제17항에 있어서,
    각각의 자기 코일을 둘러싸는 단열재와 자기 차폐물 중 적어도 하나를 더 포함하는, 가변형 금형.
  20. 제17항에 있어서,
    각각의 밸브 내의 자기유변 유체를 냉각시키도록 구성된 냉각 시스템을 더 포함하는, 가변형 금형.
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