KR20180011717A - 전자 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

[과제] 가동 부재를 구동하는 응답성을 향상시킬 수 있는 전자 액추에이터를 제공한다.
[해결 수단] 변형량에 따른 탄성력을 소정의 방향으로 가하는 한 쌍의 판 스프링(51)과, 한 쌍의 판 스프링(51)에 의해 소정의 방향으로 이동 가능하도록 지지된 가동 부재(31)와, 소정의 방향에서 한 쌍의 판 스프링(51) 사이에서 작용시키는 전자력에 의해, 가동 부재(31)를 비접촉으로 소정의 방향으로 구동하는 구동부(70)를 구비하는 유로 전환 밸브(10).

Description

전자 액추에이터{ELECTROMAGNETIC ACTUATOR}
[관련출원의 상호참조]
본 출원은, 2016년 7월 25일에 출원된 일본 출원 번호 2016－145727호에 근거하며, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
[기술분야]
본 발명은, 전자력에 의해 가동 부재를 구동하는 전자 액추에이터에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 전자(電磁) 액추에이터로서, 코일에 전류를 흘려서 발생시킨 자력에 의해, 축(가동 부재)에 고정된 플런저를 이동시키는 전자 밸브가 있다(일본 공개특허공보 특개2016－53407호).
그런데, 일본 공개특허공보 특개2016－53407호에 기재된 전자 밸브는, 축이 2개의 베어링에 의해서, 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지 되어 있다. 이 때문에, 축과 베어링 사이에 마찰력이 발생하여, 축을 구동시키는 응답성이 저하하게 된다.
본 발명은, 이러한 실정에 입각하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은, 가동 부재를 구동하는 응답성을 향상시킬 수 있는 전자 액추에이터를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 제1 수단은, 변형량에 따른 탄성력이 소정의 방향으로 가해지는 한 쌍의 판 스프링과, 상기 한 쌍의 판 스프링에 의해 상기 소정의 방향으로 이동 가능하도록 지지된 가동 부재와, 상기 소정의 방향에서 상기 한 쌍의 판 스프링 사이에서 작용시키는 전자력에 의해, 상기 가동 부재를 비접촉으로 상기 소정의 방향으로 구동하는 구동부를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 한 쌍의 판 스프링에 의해, 판 스프링의 변형량에 따른 탄성력이 소정의 방향으로 가해진다. 가동 부재는, 한 쌍의 판 스프링에 의해 상기 소정의 방향으로 이동 가능하도록 지지 되어 있기 때문에, 가동 부재를 슬라이딩 하지 않고 이동 가능하도록 지지할 수 있다. 그리고, 구동부에 의해 작용 받는 전자력에 의해, 가동 부재가 비접촉으로 소정의 방향으로 구동된다. 그 결과, 가동 부재를 구동할 때에 마찰력이 발생하지 않고, 가동 부재를 구동하는 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 가동 부재는 한 쌍의 판 스프링에 의해 지지 되어 있고, 상기 소정의 방향에서 한 쌍의 판 스프링 사이에서 전자력을 작용시킬 수 있다. 이 때문에, 구동될 때에 가동 부재가 흔들리는 것을 억제할 수가 있다.
제2 수단은, 상기 가동 부재에 있어서, 상기 한 쌍의 판 스프링 사이에 위치하는 부분에 가동자(可動子)가 고정되어 있고, 상기 구동부는 상기 가동자에 상기 전자력을 작용시킨다.
상기 구성에 의하면, 가동 부재에 고정된 가동자에 전자력을 작용시킬 수 있다. 이 때문에, 전자력을 작용시킬 수 있는 가동자와, 가동 부재를 별개로 할 수 있고, 가동 부재의 설계의 자유도를 향상시킬 수가 있다.
제3의 수단은, 상기 가동 부재는, 소정의 면에서 상기 소정의 방향으로 소정의 길이로 개구하는 개구 유로가 형성된 밸브체이고, 상기 소정의 면에 대향하는 대향면에 개구하는 복수의 포트가, 상기 소정의 방향으로 상기 소정의 길이보다 짧은 간격으로 나란히 형성되며, 또한 상기 복수의 포트에 각각 접속된 접속 유로가 형성된 제1 본체를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 제1 본체에 형성된 접속 유로를 통해서, 각 접속 유로에 접속된 각 포트에 대해서 유체를 유출입 시킬 수 있다. 밸브체에는, 소정의 면에 있어서 소정의 방향으로 소정의 길이로 개구하는 개구 유로가 형성되어 있다. 제1 본체에는, 상기 소정의 면에 대향하는 대향면에 개구하는 복수의 포트가, 상기 소정의 방향으로 상기 소정의 길이보다 짧은 간격으로 나란히 형성되어 있다. 이 때문에, 구동부에 의해 밸브체를 상기 소정의 방향으로 구동함으로써, 복수의 포트가 밸브체의 개구 유로를 통해서 접속되는 상태, 즉 유체의 유로를 바꿀 수 있다.
제4의 수단은, 상기 한 쌍의 판 스프링이 고정된 제2 본체를 구비하고, 상기 제2 본체의 제1면은, 상기 제1 본체의 상기 대향면에 대향하고, 상기 밸브체의 상기 소정의 면과 상기 제2 본체의 상기 제1면은 동일 평면상에 위치하며, 상기 제1 본체의 상기 대향면과 상기 제2 본체의 상기 제1면의 사이에 소정의 두께의 심(shim)이 삽입된 상태로, 상기 제1 본체와 상기 제2 본체가 고정되어 있다.
밸브체의 소정의 면과 제1 본체의 대향면 사이에 소정의 틈새를 형성하면, 밸브체와 제1 본체가 스치지 않는 상태가 되고, 또한 밸브체의 소정의 면과 제1 본체의 대향면의 사이에서 누설되는 유체의 양을 조절할 수 있다.
이 점, 상기 구성에 의하면, 밸브체의 소정의 면과 제2 본체의 제1면은 동일한 평면상에 위치하고 있고, 제1 본체의 대향면과 제2 본체의 제1면 사이에 소정의 두께의 심이 삽입된 상태로, 제1 본체와 제2 본체가 고정되어 있다. 이 때문에, 밸브체의 소정의 면과 제1 본체의 대향면 사이에 심의 두께 분의 틈새를 용이하게 형성할 수 있다.
구체적으로는, 제5의 수단과 같이, 상기 판 스프링은 가장 면적이 큰 주면(主面)이 상기 소정의 방향에 수직이 되도록, 상기 제2 본체에 고정되어 있는 구성을 채용할 수가 있다. 이러한 구성에 의하면, 판 스프링은 밸브체의 소정의 면과 제1 본체의 대향면 사이의 틈새를 유지하도록 밸브체를 지지하고, 또한 소정의 방향을 따른 탄성력만을 밸브체에 작용시키는 구성을 용이하게 실현할 수 있다.
제6의 수단은, 상기 한 쌍의 판 스프링에 의해, 상기 밸브체의 양단부가 지지되어 있다.
상기 구성에 의하면, 한 쌍의 판 스프링에 의해 밸브체의 양단부가 지지 되어 있기 때문에, 밸브체 지지를 안정시키기 쉬워진다.
도 1은 유로 전환 밸브를 나타내는 사시 단면도.
도 2는 밸브 기구의 포트 주변을 나타내는 사시도.
도 3은 포트, 본체, 판 스프링, 자석 등을 나타내는 사시도.
도 4는 도 3으로부터 일방의 포트 및 제1 본체를 제거한 상태를 나타내는 사시도.
도 5는 유로 전환 밸브를 나타내는 사시 단면도.
도 6은 밸브 기구를 나타내는 사시 단면도.
도 7은 비여자(非勵磁) 상태의 밸브 기구를 나타내는 정면시 단면도.
도 8은 양의 방향의 여자(勵磁) 상태의 밸브 기구를 나타내는 정면시 단면도.
도 9는 음의 방향의 여자 상태의 밸브 기구를 나타내는 정면시 단면도.
도 10은 밸브 기구의 변경예를 나타내는 사시 단면도.
도 11은 구동 전류와 유량의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 12는 구동 전류와 유량의 관계의 변경예를 나타내는 그래프.
도 13은 구동 전류와 유량의 관계의 다른 변경예를 나타내는 그래프.
이하, 부하(용적)에 대해서 공기를 공급 및 배출하는 유로를 전환하는 유로 전환 밸브로 구현화한 일 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 내지 도 3에 나타내듯이, 유로 전환 밸브(10, 전자 액추에이터에 상당함)는 밸브 기구(20)와 구동부(70)를 구비하고 있다. 밸브 기구(20)와 구동부(70)란, 접속 부재(24)를 통해서 접속되어 있다. 구동부(70)는 밸브 기구(20)의 밸브체(31, 도 4 참조)를 구동한다.
밸브 기구(20)는 도 3 및 도 5에 나타내듯이, 하우징(21), 밸브체(31), 제1 본체(41A), 제2 본체(41B), 판 스프링(51), 덮개(27) 등을 구비한다. 하우징(21), 밸브체(31), 제1 본체(41A), 제2 본체(41B), 판 스프링(51), 덮개(27)는 비자성체로 형성되어 있다.
도 2는, 도 1의 유로 전환 밸브(10)로부터, 자석(74A, 75A) 이외의 구동부(70)를 제거한 상태를 나타낸다. 도 2에 나타내듯이, 하우징(21)은 사각 통 모양으로 형성되어 있다. 하우징(21)에는 가압된 공기(유체에 상당)를 공급하는 P0 포트(가압 포트), 부하에 대해서 공기를 공급 및 배출하는 A0 포트(출력 포트), 공기를 배출하는 R0 포트(배기 포트)가 마련되어 있다. P0 포트, A0 포트, R0 포트는, 비자성체에 의해 형성되어 있다. P0 포트, A0 포트, R0 포트에는, 각각 가압 유로, 출력 유로, 배기 유로가 접속되어 있다. 도 3에 나타내듯이, 가압 유로 및 배기 유로는 제1 본체(41A)에 접속되어 있다. 출력 유로는 하우징(21)의 내면에서 개구한다.
도 3은, 도 2의 밸브 기구(20)에서 하우징(21) 및 덮개(27)를 제거한 상태를 나타낸다. 도 4는, 도 3의 밸브 기구(20)에서, A0 포트와 일방의 P0 포트, R0 포트, 제1 본체(41A)를 제거한 상태를 나타낸다. 하우징(21)의 내부에는, 밸브체(31), 본체(41A, 41B), 판 스프링(51), 자석(74A, 74B, 75A, 75B) 등이 수용되어 있다. 본체(41A, 41B)는, 직육면체 모양(평판 모양)으로 형성되어 있다. 제1 본체(41A)는 하우징(21)에 고정되어 있다. 제2 본체(41B)는 제1 본체(41A)에 고정되어 있다. 밸브체(31)는 직육면체 모양(평판 모양)으로 형성되어 있다.
병렬로 배치된 제2 본체(41B) 사이에 밸브체(31)가 배치되어 있다. 제2 본체(41B)와 밸브체(31) 사이에는 틈새가 형성되어 있다. 즉, 제2 본체(41B)와 밸브체(31)는 비접촉 상태로 되어 있다.
밸브체(31)는, 판 스프링(51)을 통해서 제2 본체(41B)에 고정되어 있다. 자세하게는, 밸브체(31)의 길이방향의 양단부(36)에는 판 스프링(51)이 각각 설치되어 있다. 밸브체(31)의 길이방향(소정의 방향에 상당함)은 판 스프링(51)의 탄성 변형 방향이다. 판 스프링(51)은, 용수철강 등의 스프링성 재료에 의해, 직사각형 판 모양으로 형성되어 있다. 판 스프링(51)의 소정의 부분에는 슬릿(51a)이 형성되어 있다. 판 스프링(51)에 슬릿(51a)이 형성됨으로써, 판 스프링(51)은 구불구불한 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 판 스프링(51)의 두께는, 판 스프링(51)이 소정의 강성을 가지고, 판 스프링(51)이 소정의 탄성력을 발생하도록 설정되어 있다. 판 스프링(51)의 2개의 짧은 변 부분(51b)이 각각 제2 본체(41B)에 고정되어 있다. 판 스프링(51)은 가장 면적이 큰 주면(도 3, 도 4에서의 수직면)이 밸브체(31)의 길이방향에 수직이 되도록 제2 본체(41B)에 설치되어 있다. 이러한 구성에 따라서, 밸브체(31)(가동 부재에 상당함)는 한 쌍의 판 스프링(51)에 의해 밸브체(31)의 길이방향(소정의 방향에 상당)으로 이동 가능하도록 지지 된다.
밸브체(31)의 소정의 면(31a)과 제2 본체(41B)의 제1면(41b)은 동일 평면상에 위치하고 있다. 도 6에 나타내듯이, 밸브체(31)의 소정의 면(31a)에 제1 본체(41A)의 대향면(41a)이 대향하고 있다. 그리고, 제2 본체(41B)의 제1면(41b)은 제1 본체(41A)의 대향면(41a)에 대향하고 있다. 제2 본체(41B)의 제1면(41b)과 제1 본체(41A)의 대향면(41a) 사이에 소정의 두께의 심(46, 스페이서)이 나란히 2개 삽입된 상태에서, 제1 본체(41A)와 제2 본체(41B)가 고정되어 있다. 심(46)의 두께는 10㎛ 정도이다. 즉, 밸브체(31)의 소정의 면(31a)과 제1 본체(41A)의 대향면(41a) 사이에는, 심(46)의 두께에 상당하는 틈새(소정의 틈새)가 형성되어 있다. 이와 같이, 밸브체(31)에는, 다른 부재와 슬라이딩하는 부분이 존재하지 않는다. 또한, 심(46)의 수는 2개에 한정되지 않고, 1개이거나 3개 이상이어도 좋다.
도 6에 나타내듯이, 밸브체(31)의 소정의 면(31a)에는 밸브체(31)의 길이방향(소정의 방향)으로 소정의 길이(L1)로 개구하는 개구 유로(32)가 2개 형성되어 있다. 개구 유로(32)는 밸브체(31)를 소정의 면(31a)에 수직인 방향으로 관통하고, 장축의 길이가 소정의 길이(L1)의 긴 구멍이 된다. 또한, 개구 유로(32)가 밸브체(31)의 소정의 면(31a) 측에 각각 형성된 오목부로 되어, 밸브체(31)를 관통하지 않는 구성을 채용할 수도 있다.
각각의 제1 본체(41A)에는, 대향면(41a)으로 개구하는 P1b 포트, A1b 포트, R1b 포트(복수의 포트에 상당함)가 형성되어 있다. P1b 포트, A1b 포트, R1b 포트는, 밸브체(31)의 길이방향으로 소정의 길이(L1)보다 짧은 간격(L2)으로 나란히 형성되어 있다. 제1 본체(41A)에는, P1b 포트, A1b 포트, R1b 포트에 각각 접속된 접속 유로(42, 43, 44)가 형성되어 있다. 접속 유로(42, 43, 44)는, 각각 상기 가압 유로, 출력 유로, 배기 유로에 접속되어 있다. 또한, 접속 유로(43)는, 하우징(21) 내의 공간을 통해서 출력 유로에 접속되어 있다. 하우징(21) 내의 공간은, 실링 부재(47), 실링 부재(48)(도 3 참조)에 의해 밀봉되어 있다.
밸브체(31)의 소정의 면(31a) 및 본체(41)의 대향면(41a)은 소정의 평면도로 마무리되어 있다. 또한, 도 4에 나타내듯이, 판 스프링(51)은 소정의 면(31a)과 대향면(41a)이 소정의 평행도가 되도록 밸브체(31)를 지지하고 있다. 자세하게는, 밸브체(31)의 길이방향의 양단부(36)가 판 스프링(51)의 중앙을 관통해서 각각 고정되어 있다.
그리고, 판 스프링(51)은, 밸브체(31)의 길이방향(판 스프링(51)의 주면에 수직인 방향)으로의 밸브체(31)의 이동량에 따라서, 밸브체(31)에 탄성력을 가한다. 자세하게는, 판 스프링(51)은, 밸브체(31)의 길이방향으로의 밸브체(31)의 이동량, 즉 판 스프링(51)의 변형량에 비례한 탄성력을 밸브체(31)에 가한다.
그 다음, 도 1 및 도 5를 참조하여 구동부(70)의 구성을 설명한다. 구동부(70)는 코어(71(71a, 71b)), 코일(72), 자석(74A, 74B, 75A, 75B) 등을 구비하고 있다.
코어(71)는 상자성체 재료에 의해 「U」자 형상으로 형성되어 있다. 코어(71)에서의 「U」자 형상 바닥부(71a)의 외주에는 코일(72)이 장착되어 있다. 코어(71)에서의 「U」자 형상의 한 쌍의 직선부(71b)는 서로 평행이다.
한 쌍의 직선부(71b)에는, 자석(74A, 75A)과 자석(74B, 75B)이 각각 설치되어 있다. 자석(74A~75B)은 강자성체 재료에 의해 형성된 영구자석이다. 자석(74A~75B)은 직육면체 모양으로 형성되어 있다. 자석(74A, 75B)은 코어(71)의 직선부(71b) 측에 S극이 위치하고, 밸브체(31)(가동자(76)) 측에 N극이 위치하도록, 코어(71)의 직선부(71b)에 각각 장착되어 있다. 자석(74B, 75A)은, 코어(71)의 직선부(71b)측에 N극이 위치하고, 밸브체(31)(가동자(76)) 측에 S극이 위치하도록, 코어(71)의 직선부(71b)에 각각 설치되어 있다. 자석(74A)의 N극과 자석(74B)의 S극이 대향하고 있고, 자석(75A)의 S극과 자석(75B)의 N극이 대향하고 있다. 자석(74A, 74B)의 서로 대향하는 면은 평행하게 되어 있고, 자석(75A, 75B)이 서로 대향하는 면은 평행하게 되어 있다. 밸브체(31)의 길이방향(이하, 「소정의 방향」이라고 한다)에 있어서, 자석(74A)과 자석(75A)이 소정의 간격으로 배치되어 있고, 자석(74B)과 자석(75B)이 마찬가지로 소정의 간격으로 배치되어 있다.
자석(74A, 75A)과 자석(74B, 75B) 사이에는, 상기 하우징(21)의 일부분을 통해서 가동자(76)가 배치되어 있다. 하우징(21) 중에서, 자석(74A)과 자석(74B) 사이에 배치되는 부분, 및 자석(75A)과 자석(75B) 사이에 배치되는 부분은 자속을 쉽게 투과시킬 수 있도록 얇게 형성되어 있다. 가동자(76)는 상자성체 재료에 의해 사각 통 모양으로 형성되어 있다. 상기 소정의 방향에서의 가동자(76)의 폭(L3)은, 자석(74B(74A))의 접속 부재(24)측 단면과 자석(75B(75A))의 덮개(27)측 단면과의 간격(L4)보다 짧아지고 있다. 가동자(76)의 중공부에는 밸브체(31)가 삽입 통과되고 있다. 소정의 방향에 있어서, 밸브체(31)의 중앙에 가동자(76)가 고정되어 있다. 즉, 밸브체(31)에 있어서, 한 쌍의 판 스프링(51) 사이에 위치하는 부분에 가동자(76)가 고정되어 있다. 가동자(76)는 밸브체(31) 이외의 부재와는 접촉하지 않는다.
소정의 방향에 있어서, 가동자(76)는 자석(74A, 74B, 75A, 75B)의 자력에 의해서 자석(74A(74B))과 자석(75A(75B))의 중앙 위치(중립 위치)에 배치하고 있다. 이 상태로, 자연 상태의 한 쌍의 판 스프링(51)에 의해 지지된 밸브체(31)에 가동자(76)가 고정되어 있다. 즉, 구동부(70)에서 판 스프링(51)이 자연 상태에서 밸브체(31)를 지지하는 상태에서의 가동자(76)의 위치는, 밸브체(31, 가동자(76))를 소정의 방향으로 왕복 구동시키는 전자력을 작용시키지 않은 중립 위치로 설정되어 있다. 그리고, 구동부(70)는 소정의 방향에서 한 쌍의 판 스프링(51) 사이에 가동자(76)에 작용시키는 전자력에 의해, 밸브체(31)를 비접촉으로 소정의 방향으로 구동한다.
그 다음, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 구동부(70)에 의해 밸브체(31)의 길이방향(소정의 방향)으로 밸브체(31)를 왕복 구동하는 원리를 설명한다.
구동부(70)의 코일(72)에 전류를 흘리지 않은 비여자 상태에서는, 도 7에 나타내듯이, 자석(74A)의 N극으로부터 자석(74B)의 S극으로 향하는 자계, 및 자석(75B)의 N극으로부터 자석(74B)의 S극으로 향하는 자계가 발생한다. 이 상태에서는, 가동자(76)는 상기 소정의 방향에서 중립 위치에서 균형을 이루어 정지하고 있다. 이 상태에서는, 한 쌍의 판 스프링(51)은 자연 상태로 되어 있어서, 한 쌍의 판 스프링(51)으로부터 밸브체(31)로 힘이 작용하지 않는다. 또한, 이 상태에서는, 도 6에 나타내듯이, 제1 본체(41A)의 P1b 포트 및 R1b 포트는 밸브체(31)에 의해 닫혀져 있다.
구동부(70)의 코일(72)에 양의 방향의 전류를 흘린 양의 방향의 여자 상태에서는, 도 8에 화살표 H1로 나타내듯이, 코어(71)의 위쪽 직선부(71b)로부터 아래쪽 직선부(71b)로 향하는 코일 자계가 발생한다. 이 때문에, 자석(74A)의 N극으로부터 자석(74B)의 S극으로 향하는 자계와 코일 자계는 서로 약화시키고, 자석(75B)의 N극으로부터 자석(75A)의 S극으로 향하는 자계와 코일 자계는 서로 약화시킨다. 그 결과, 가동자(76)는 접속 부재(24)의 방향으로 끌어당기는 자력을 받는다. 그리고, 화살표 F1로 나타내듯이, 가동자(76)와 함께 밸브체(31)가 화살표 F1의 방향으로 이동한다. 이 때, 구동부(70)는 전자력에 의해 밸브체(31)를 비접촉으로 구동하고, 밸브체(31)는 본체(41A, 41B)와 비접촉으로 구동된다. 이에 대해서, 한 쌍의 판 스프링(51)은 밸브체(31)의 이동량에 비례한 항력을 밸브체(31)에 작용시킨다. 도 6에서 밸브체(31)가 접속 부재(24)의 방향으로 구동되면, 제1 본체(41A)의 A1b 포트와 P1b 포트가 밸브체(31)의 개구 유로(32)를 통해서 접속된다. 즉, 유로 전환 밸브(10)의 유로가 전환된다.
여기서, 각각의 제1 본체(41A)의 P1b 포트에 마찬가지로 가압한 공기를 유통시킨다. 이에 따라, 각각의 제1 본체(41A)의 P1b 포트로부터 밸브체(31)를 향해서 흐르는 공기에 의한 압력이 상쇄된다.
또한, 구동부(70)의 코일(72)에 음의 방향의 전류를 흘려보낸 음의 방향의 여자 상태에서는, 도 9에 화살표 H2로 나타내듯이, 코어(71)의 아래쪽 직선부(71b)로부터 위쪽 직선부(71b)로 향하는 코일 자계가 발생한다. 이 때문에, 자석(74A)의 N극으로부터 자석(74B)의 S극으로 향하는 자계와 코일 자계는 서로 강화시키고, 자석(75B)의 N극으로부터 자석(75A)의 S극을 향하는 자계와 코일 자계는 서로 강하게 한다. 그 결과, 가동자(76)는 덮개(27)의 방향으로 끌어당기는 자력을 받는다. 그리고, 화살표 F2로 나타내듯이, 가동자(76)와 함께 밸브체(31)가 화살표 F2의 방향으로 이동한다. 이 때, 구동부(70)는 전자력에 의해 밸브체(31)를 비접촉으로 구동하고, 밸브체(31)는 본체(41A, 41B)와 비접촉으로 구동된다. 이에 대해서, 한 쌍의 판 스프링(51)은 밸브체(31)의 이동량에 비례한 항력을 밸브체(31)에 작용시킨다. 도 6에서, 밸브체(31)가 덮개(27) 방향으로 구동되면, 제1 본체(41A)의 A1b 포트와 R1b 포트가 밸브체(31)의 개구 유로(32)를 통해서 접속된다. 즉, 유로 전환 밸브(10)의 유로가 교체된다.
이상, 상술한 본 실시 형태는, 이하의 이점을 가진다.
·한 쌍의 판 스프링(51)에 의해, 판 스프링(51)의 변형량에 따른 탄성력이 소정의 방향으로 가해진다. 밸브체(31)는 한 쌍의 판 스프링(51)에 의해 상기 소정의 방향으로 이동 가능하도록 지지 되기 때문에, 밸브체(31)를 비슬라이딩으로 이동 가능하도록 지지할 수 있다. 그리고, 구동부(70)에 의해 작용시킬 수 있는 전자력에 의해, 밸브체(31)가 비접촉으로 소정의 방향으로 구동된다. 그 결과, 밸브체(31)를 구동할 때에 마찰력이 발생하지 않고, 밸브체(31)를 구동하는 응답성을 향상시킬 수 있다. 또한, 밸브체(31)를 비슬라이딩으로 구동하기 때문에, 밸브체(31)에 마모가 발생하지 않고, 슬라이딩을 수반하는 일반적인 밸브체와 비교해서 반영구적으로 사용할 수 있다.
·밸브체(31)는 한 쌍의 판 스프링(51)에 의해 지지 되고 있고, 상기 소정의 방향에서 한 쌍의 판 스프링(51) 사이에 전자력을 작용시킨다. 이 때문에, 구동될 때에 밸브체(31)가 흔들리는 것을 억제할 수 있다.
·밸브체(31)에 고정된 가동자(76)에 전자력을 작용시킨다. 이 때문에, 전자력이 작용되는 가동자(76)와 밸브체(31)를 별개로 할 수 있고, 밸브체(31) 설계의 자유도를 향상시킬 수가 있다.
·제1 본체(41A)에 형성된 접속 유로를 통해서, 각 접속 유로에 접속된 각 포트에 대해서 유체를 유출입시킬 수 있다. 밸브체(31)에는, 소정의 면(31a)에서 소정의 방향으로 소정의 길이(L1)로 개구하는 개구 유로(32)가 형성되어 있다. 제1 본체(41A)에는, 상기 소정의 면(31a)에 대향하는 대향면(41a)으로 개구하는 복수의 포트가, 상기 소정의 방향으로 상기 소정의 길이(L1)보다 짧은 간격(L2)으로 나란히 형성되어 있다. 이 때문에, 구동부(70)에 의해 밸브체(31)를 상기 소정의 방향으로 구동함으로써, 복수의 포트가 밸브체(31)의 개구 유로(32)를 통해서 접속되는 상태, 즉 유체의 유로를 전환할 수 있다.
·밸브체(31)의 소정의 면(31a)과 제2 본체(41B)의 제1면(41b)은 동일 평면상에 위치하고 있고, 제1 본체(41A)의 대향면(41a)과 제2 본체(41B)의 제1면(41b) 사이에 소정의 두께의 심(46)이 삽입된 상태로, 제1 본체(41A)와 제2 본체(41B)가 고정되어 있다. 이 때문에, 밸브체(31)의 소정의 면(31a)과 제1 본체(41A)의 대향면(41a) 사이에 심(46)의 두께만큼의 틈새를 쉽게 형성할 수가 있다.
·판 스프링(51)은 가장 면적큰 큰 주면이 소정의 방향으로 수직이 되도록 제2 본체(41B)에 고정되어 있다. 이 때문에, 판 스프링(51)은 밸브체(31)의 소정의 면(31a)과 제1 본체(41A)의 대향면(41a) 사이의 틈새를 유지하도록 밸브체(31)를 지지하고, 또한 소정의 방향에 따른 탄성력만을 밸브체(31)에 작용시키는 구성을 용이하게 실현할 수 있다.
·한 쌍의 판 스프링(51)에 의해 밸브체(31)의 양단부(36)가 지지 되어 있기 때문에, 밸브체(31)의 지지를 쉽게 안정시킬 수 있다.
·구동부(70)에서, 판 스프링(51)이 자연 상태에서 밸브체(31)를 지지하는 상태에서의 밸브체(31, 가동자(76))의 위치는, 밸브체(31)를 소정의 방향으로 왕복 구동시키는 전자력을 작용시키지 않은 중립 위치로 설정되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 판 스프링(51)이 자연 상태에서 밸브체(31)를 지지하고, 또한 구동부(70)에 의해 전자력을 작용시키지 않는 상태에서, 밸브체(31)를 소정의 방향의 중립 위치로 유지할 수 있다. 이 때문에, 중립 위치를 기준으로 하여 가동자(76)에 작용시키는 전자력을 제어함으로써, 밸브체(31)를 쉽게 재현성 좋게 왕복 구동시킬 수 있다. 또한, 구동부(70)에 의해 전자력을 작용시키지 않은 상태에서의 유체의 유량을 일정하게 안정시킬 수 있다.
·밸브체(31)의 소정의 면(31a) 및 제1 본체(41A)의 대향면(41a)은, 소정의 평면도로 마무리되어 있다. 판 스프링(51)은, 소정의 면(31a)과 대향면(41a)이 소정의 평행도가 되도록 밸브체(31)를 지지하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 밸브체(31)의 소정의 면(31a) 및 본체(41)의 대향면(41a)의 평면도 및 평행도가 관리되고 있기 때문에, 소정의 면(31a)과 대향면(41a) 사이에 형성되는 소정의 틈새의 정밀도를 향상시킬 수가 있다.
·밸브체(31)의 소정의 면(31a)과 본체(41)의 대향면(41a) 사이에는 소정의 틈새가 형성되어 있기 때문에, P1b 포트가 개구 유로(32)에 접속되어 있지 않은 상태라도, P1b 포트로부터 밸브체(31)를 향해서 흐르는 공기가 소정의 틈새를 통해서 새어나가게 된다. 이 점, 소정의 틈새는 10㎛ 정도이기 때문에, 소정의 틈새를 통해서 새어나가는 공기의 양을 줄일 수가 있다.
·밸브체(31)를 사이에 두고 양측으로 제1 본체(41A)가 설치되어 있다. 그리고, 각각의 제1 본체(41A)에는 동일한 복수의 P1b 포트, A1b 포트, R1b 포트가 형성되어 있다. 이 때문에, 각각의 제1 본체(41A)의 P1b 포트, A1b 포트, R1b 포트에 같은 공기를 유통시킴에 따라, 각각의 제1 본체(41A)의 P1b 포트, A1b 포트로부터 밸브체(31)를 향해 흐르는 공기에 의한 압력을 상쇄할 수 있다. 따라서, P1b 포트, A1b 포트로부터 밸브체(31)를 향해서 흐르는 공기의 압력에 의해, 밸브체(31)가 P1b 포트, A1b 포트로부터 멀어지는 방향에 변위하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 판 스프링(51)에 요구되는 강성을 저하시킬 수 있고, 보다 얇은 판 스프링(51)을 채용할 수가 있다.
또한, 상기 각 실시 형태를 이하와 같이 변경해서 실시할 수도 있다.
·한 쌍의 판 스프링(51)이 밸브체(31) 양단부(36) 이외의 부분, 예를 들면 약간 중앙에 가까운 부분을 지지하는 구성을 채용할 수도 있다.
·심(46)의 두께는 10㎛ 정도에 한정되지 않고, 5~10㎛이거나, 10~15㎛이거나, 15~20㎛여도 좋다.
·구동부(70)에 있어서, 판 스프링(51)이 자연 상태에서 밸브체(31)를 지지하는 상태에서의 밸브체(31, 가동자(76))의 위치를, 밸브체(31)를 길이방향으로 왕복 구동시키는 전자력을 작용시키지 않는 중립 위치 이외에 설정할 수도 있다.
·밸브체(31)의 양단부(36)에 각각 설치된 판 스프링(51)의 탄성력이 서로 동일하지 않은 구성을 채용할 수도 있다.
·판 스프링(51)에서 가장 면적이 큰 주면이, 밸브체(31)의 길이방향에 수직이 아니고, 경사진 상태로 본체(41)에 설치되어 있는 구성을 채용할 수도 있다.
·도 10에 나타내듯이, 소정의 방향에서 2개의 개구 유로(32)의 서로 떨어진 끝단측끼리의 간격(L5)과, P1b 포트와 R1b 포트의 간격(L6)의 관계를 이하와 같이 변경할 수 있다. (1) L6≥L5. 이 경우는, 도 11에 나타내듯이, 전류 0 mA 부근에 불감대를 가지는 유로 전환 밸브(10)로 사용할 수 있고, 유체가 흐르기 시작하는 것을 안정화시킬 수 있다. (2) L6＜L5. 이 경우는, 도 12에 나타내듯이, 전류 0 mA 부근에 지속적 누설 유량을 가지는 유로 전환 밸브(10)로서 사용할 수 있고, 유체의 유량을 변경하는 응답성을 향상시킬 수 있다. (3) L6＜＜L5. 이 경우는, 도 13에 나타내듯이, 포트 P로부터 포트 A로 흘려보내는 유체와, 포트 R로부터 포트 A로 흘려보내는 유체를 혼합하는 혼합 밸브로 사용할 수 있다. 또한, 제1 본체(41A)에 형성되는 포트의 수는 3개로 한정하지 않고, 2개나 4개 이상이어도 좋다.
·구동부(70)는, 소정의 방향에서 한 쌍의 판 스프링(51) 사이에 작용시키는 전자력에 의해, 밸브체(31, 가동 부재)를 비접촉으로 소정의 방향으로 구동하는 것이면 좋고, 코일(72), 코어(71), 자석(74A~75B) 등의 구성을 임의로 변경할 수 있다.
·유로 전환 밸브(10)에 의해 유로를 전환하는 유체는 공기에 한정하지 않고, 공기 이외의 기체나, 액체를 채용할 수도 있다.
·가동자(76)와 밸브체(31)를 상자성체 재료에 의해, 일체로 형성할 수도 있다. 이 경우, 가동자 자체에 의해 밸브체(31, 가동 부재)가 구성되고, 가동자로 개구 유로(32)가 형성된다.
·밸브체(31)의 개구 유로(32)를 생략해서 단순한 가동 부재로 하고, 가동 부재를 길이방향(소정의 방향에 상당함)으로 연장하여, 왕복 구동되는 출력축으로 할 수도 있다. 그리고, 유체의 유로나 포트 등도 생략하여, 단순한 본체나 하우징으로 할 수도 있다. 즉, 유로 전환 밸브(10)에 한정하지 않고, 소정의 방향으로 구동되는 가동 부재를 구비하는 전자 액추에이터로 실현될 수도 있다. 이 경우라도, 가동 부재를 구동할 때에 마찰력이 발생하지 않고, 가동 부재를 구동하는 응답성을 향상시킬 수 있다.
10: 유로 전환 밸브(전자 액추에이터)
20: 밸브 기구
31: 밸브체(가동 부재)
31a: 소정의 면
32: 개구 유로
36: 단부
41A: 제1 본체
41B: 제2 본체
41a: 대향면
41b: 제1면
42: 접속 유로
43: 접속 유로
44: 접속 유로
46: 심
51: 판 스프링
70: 구동부
76: 가동자

Claims (7)

  1. 변형량에 따른 탄성력을 소정의 방향으로 가하는 한 쌍의 판 스프링과,
    상기 한 쌍의 판 스프링에 의해 상기 소정의 방향으로 이동 가능하도록 지지되는 가동 부재와,
    상기 소정의 방향에서 상기 한 쌍의 판 스프링 사이에서 작용시키는 전자력에 의해, 상기 가동 부재를 비접촉으로 상기 소정의 방향으로 구동하는 구동부
    를 구비하는 전자 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동 부재에 있어서, 상기 한 쌍의 판 스프링 사이에 위치하는 부분에 가동자가 고정되어 있고,
    상기 구동부는, 상기 가동자로 상기 전자력을 작용시키는 전자 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 소정의 면에서 상기 소정의 방향으로 소정의 길이로 개구하는 개구 유로가 형성된 밸브체이고,
    상기 소정의 면에 대향하는 대향면으로 개구하는 복수의 포트가, 상기 소정의 방향으로 상기 소정의 길이보다 짧은 간격으로 나란히 형성되고, 또한 상기 복수의 포트에 각각 접속된 접속 유로가 형성된 제1 본체를 구비하는 전자 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 판 스프링이 고정된 제2 본체를 구비하고,
    상기 제2 본체의 제1면은, 상기 제1 본체의 상기 대향면에 대향하고 있으며,
    상기 밸브체의 상기 소정의 면과 상기 제2 본체의 상기 제1면은 동일 평면상에 위치하고 있고,
    상기 제1 본체의 상기 대향면과 상기 제2 본체의 상기 제1면 사이에 소정의 두께의 심이 삽입된 상태로, 상기 제1 본체와 상기 제2 본체가 고정되어 있는 전자 액추에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판 스프링은, 가장 면적이 큰 주면이 상기 소정의 방향으로 수직이 되도록, 상기 제2 본체에 고정되어 있는 전자 액추에이터.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 판 스프링에 의해, 상기 밸브체의 양단부가 지지되어 있는 전자 액추에이터.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부에 있어서, 상기 판 스프링이 자연 상태로 상기 가동 부재를 지지하는 상태에서의 상기 가동 부재의 위치는, 상기 가동 부재를 상기 소정의 방향으로 왕복 구동시키는 전자력을 작용시키지 않는 중립 위치로 설정되어 있는 전자 액추에이터.
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