CN102545531A - 线性致动器 - Google Patents

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Abstract

线性致动器(10)用于使导轨(12)和与导轨(12)相对设置的滑动台(14)之间的相对位置移位。突起(20a、20b)被形成在导轨(12)的相反端侧上，突起(20a、20b)沿着移动的方向延伸并且向着滑动台(14)突出。滑动台(14)被设置在导轨(12)的相反端侧的突起(20a、20b)之间，硬球体(24)被插放到所述突起之间。用于可滚动地支撑所述球体(24)的导槽(22、22)和导槽(30、30)被设置在导轨(12)的相反端侧上和滑动台(14)上。导槽(22、22)和导槽(30、30)将由永磁体(26a、26b)的磁引力引起的压力作用于所述球体(24)上。

Description

线性致动器
技术领域
本发明涉及一种线性致动器，该线性致动器可以移动第一元件和与第一元件相对的第二元件之间的相对位置，同时防止第一元件和第二元件之间发生震动(chattering)/后冲(backlash)。
背景技术
已知一种线性致动器，在该线性致动器中，导轨和设置成面对导轨的滑动台之间的相对位置可以移位。如日本平开专利公报第2010-161926所揭示，为了使导轨和滑动台能够移位，例如，球形滚动体被插放到导轨和可移动元件之间，滑动台被粘附到该可移动元件。滚动体通过设置在导轨和可移动元件之间的两列导槽(滚动槽)被支撑，从而滚动运动。滚动体能够被导槽滚动地支撑，导槽被构成为尖拱形。
发明内容
为了防止导轨(第一元件)和可移动元件(第二元件)之间发生震动/后冲，通过使得滚动体的直径变得大于滚动槽中的滚动体的接触直径(即，滚动体被容纳在滚动槽中时滚动体的直径)，例如在几个微米的量级，预压缩作用于滚动体上。为了使得滚动槽中的滚动体的接触直径小于滚动体的直径，使用各种技术，例如(1)调节滚动槽的导轨和可移动元件的形状，(2)改变所使用的导轨和可移动元件的结合，和(3)利用初始时直径大于上述的接触直径的滚动体。
但是，利用以上技术，易于产生以下问题，采用技术(1)，需要在几个微米量级的高等级制造精度，采用技术(2)，需要在几个微米量级的高等级装配精度，采用技术(3)，难以选择合适的滚动体。另外，在将滚动体支撑在以两列尖拱形形式构造的滚动槽中的情况下，必须使得滚动槽以高精度被加工，另外，滚动体的差别滑动(differential slippage)会引起摩擦力的增大。
另外，在使用具有圆形构造的滚动槽的情况下，其中在滚动凹槽中，其的支撑方向被设置为呈直角以在两个方向上支撑负荷，虽然优势在于差别滑动能够变得小于上述的尖拱形构造的槽，但是由于需要四列滚动槽，所以总体构造会变得更复杂，并且难以实现线性致动器的小型化(尺寸减小)。
本发明考虑到上述的常规技术存在的问题，其发明的目的在于提供一种线性致动器，在该线性致动器中，借助于简单的构造，就能够防止第一构件和第二构件之间发生震动和后冲，能够抑制滚动体的差别滑动，并且能够便于使得线性致动器最小化。
为了实现以上目的，本发明提供一种线性致动器，该线性致动器用于使第一构件和与第一构件面对的第二构件之间的相对位置移位，其中突起被形成在第一构件的相反端侧上，该突起沿着移位的方向延伸并且向着第二构件突出，第二构件被设置在第一构件的相反端侧上的突起之间，能够使得第一构件和第二构件之间的相对位置移位的滚动体被插放到突起之间，用于可滚动地支撑滚动体的第一滚动槽和第二滚动槽被设置在第一构件和第二构件的相反端侧上的突起上，并且第一滚动槽和第二滚动槽将压力作用于滚动体上，该压力由具有两个级性的双极磁场的磁体的磁引力引起。
磁体可以是永磁体或者电磁体。
滚动体的直径优选地可以小于第一滚动槽和第二滚动槽之间形成的间隔。
第一滚动槽和第二滚动槽中的至少一个的槽的形状可以是具有不变的曲率半径的弓形形状。
第一滚动槽和第二滚动槽的至少一个的槽的形状可以是由多个弧组成，其每个弧具有自身的曲率半径。
第一构件和第二构件优选地可以是磁性体。
线圈可以被设置在第一构件和第二构件的任意一个上，并且磁体可以被设置在第一构件和第二构件中另一个没有设置线圈的构件上的一侧，使得通过在线圈中流动的电流产生推力，以使第一构件和第二构件之间的相对位置发生移位。
气缸主体可以被附接到第一构件和第二构件的其中一个上，并且磁体可以被设置在第一构件和第二构件的其中一个上。
根据本发明，滚动地支撑滚动体的第一滚动槽和第二滚动槽被设置在第一构件和第二构件的相反端侧的突起上，并且第一滚动槽和第二滚动槽将磁体的磁引力所产生的压力作用于滚动体上。因此，能够防止第一构件和第二构件之间发生震动/后冲，同时抑制滚动体的差别滑动并且可以减小线性致动器的尺寸。与尖拱形构造或者圆形构造相比，滚动体、第一和第二滚动槽不需要高等级的制造精度和装配精度，从而，能够减少加工和装配线性致动器的处理步骤。
通过下面的说明，并结合以示意性实例的方式显示的本发明的优选实施例的附图时，本发明的上述和其他的目的、特点和优点变得更加地清楚。
附图说明
图1是根据第一实施例的线性致动器的立体图；
图2是图1所示的线性致动器的分解立体图；
图3是在箭头的方向上和沿图1的线III-III看时的截面图；
图4是显示导轨的导槽和滑动台的导槽的视图，该两个导槽将球体支撑在两个导槽之间；
图5是显示球体被支撑在线性致动器的纵向方向上的范围与由永磁体产生的磁引力的范围(阴影所示的区域)之间的关系的示意图；
图6是根据第二实施例的线性致动器的立体图；
图7是从图6所示的线性致动器的上方看时的分解立体图；
图8是从图6所示的线性致动器的下方看时的分解立体图；
图9是在箭头的方向上和沿着图6的线IX-IX看时的分解立体图；
图10是在箭头的方向上和沿着图6的线X-X看时的截面图；
图11是显示导轨的导槽和滑动台的导槽的视图，该两个导槽之间有支撑球体；
图12是显示球体被支撑在线性致动器的纵向方向上的范围与由永磁体产生的磁引力的范围(阴影所示的区域)之间的关系的示意图；
图13是显示根据第一修改例的导轨的导槽和滑动台的导槽的实例；
图14是用于第三修改例中的电磁体的部分剖视立体图；
图15A是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且单个板状永磁体被设置在滑动台的面对导轨的一侧上，使得永磁体的S极面向滑动台并且永磁体的N极面向导轨；
图15B是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且轭铁被设置在永磁体的沿着图15A的线性致动器的箭头A的方向的相对侧上；
图15C是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且在竖直方向上被磁化的两个永磁体被设置为在滑动台的面对导轨的一侧上沿着箭头A的方向，使得其的极性的方向彼此相反；
图15D是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，在竖直方向上被磁化的四个永磁体被设置为在滑动台的面对导轨的一侧上沿着箭头A的方向，使得其的极性的方向彼此相反；
图15E是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且代替图15D的四个永磁体，使用被磁化成具有多个极的单个板状永磁体，并且其中其的各个磁极方向沿着箭头A的方向彼此相反；
图15F是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，以箭头A的方向被磁化的三个永磁体被设置在滑动台的面对导轨的一侧上沿着箭头A的方向，使得其的极性方向彼此相反，并且轭铁被设置在每个永磁体的相对侧上；
图15G是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且永磁体被设置为沿着箭头A的方向以Halbach阵列形式在滑动台的面对导轨的一侧上排列；
图16A是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且单个板状永磁体被设置在滑动台的面对导轨的一侧上，使得永磁体的S极面向滑动台并且永磁体的N极面向导轨；
图16B是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且轭铁被设置在永磁体的沿着图16A的线性致动器的箭头B的方向的相对侧上；
图16C是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且在竖直方向被磁化的两个永磁体沿着箭头B的方向被设置为在滑动台的面对导轨的一侧上，使得其的极性的方向彼此相反；
图16D是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，在竖直方向被磁化的四个永磁体沿着箭头B的方向被设置为在滑动台的面对导轨的一侧上，使得其的极性的方向彼此相反。
图16E是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且代替图16D的四个永磁体，使用被磁化成具有多个极的单个板状永磁体，并且其中其的各个磁极方向沿着箭头B的方向彼此相反；
图16F是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，在箭头B的方向被磁化的三个永磁体沿着箭头B的方向被设置在滑动台的面对导轨的一侧上，使得其的极性方向彼此相反，并且轭铁被设置在每个永磁体的相对侧上；
图16G是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且永磁体被设置为沿着箭头B的方向以Halbach阵列形式排列在滑动台的面对导轨的一侧上；
图17A是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且单个板状永磁体被设置在导轨的面对滑动台的一侧上，使得永磁体的S极面向滑动台并且永磁体的N极面向导轨；
图17B是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且轭铁被设置在永磁体的沿着图17A的线性致动器的箭头A的方向的相对侧上；
图17C是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且在竖直方向上被磁化的两个永磁体被设置为在导轨的面对滑动台的一侧上沿着箭头A的方向，使得其的极性的方向彼此相反；
图17D是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，在竖直方向上被磁化的四个永磁体沿着箭头A的方向被设置为在导轨的面对滑动台的一侧上，使得其的极性的方向彼此相反；
图17E是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且代替图17D的四个永磁体，使用被磁化成具有多个极的单个板状永磁体，并且其中其的各个磁极方向沿着箭头A的方向彼此相反；
图17F是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，在箭头A的方向上被磁化的三个永磁体沿着箭头A的方向被设置在导轨的面对滑动台的一侧上，使得其的极性方向彼此相反，并且轭铁被设置在每个永磁体的相对侧上；
图17G是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着箭头A的方向，并且永磁体沿着箭头A的方向以Halbach阵列形式排列被设置在导轨的面对滑动台的一侧上；
图18A根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且单个板状永磁体被设置在导轨的面对滑动台的一侧上，使得永磁体的S极面向滑动台并且永磁体的N极面向导轨；
图18B是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且轭铁被设置在永磁体的沿着图18A的线性致动器的箭头B的方向的相对侧上；
图18C是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且在竖直方向被磁化的两个永磁体沿着箭头B的方向被设置为在导轨的面对滑动台的一侧上，使得其的极性的方向彼此相反；
图18D是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，在竖直方向被磁化四个永磁体沿着箭头B的方向被设置为在导轨的面对滑动台的一侧上，使得其的极性的方向彼此相反；
图18E是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且代替图18D的四个永磁体，使用被磁化为具有多个极的单个板状永磁体，并且其中其的各个磁极方向沿着箭头B的方向彼此相反；
图18F是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，在箭头B的方向上被磁化的三个永磁体沿着箭头B的方向被设置在导轨的面对滑动台的一侧上，使得其的极性方向彼此相反，并且轭铁被设置在每个永磁体的相对侧上；
图18G是根据第四修改例的线性致动器的示意图，在该线性致动器中磁路被设置为沿着线性致动器的横向方向(箭头B的方向)，并且永磁体被设置为沿着箭头B的方向以Halbach阵列形式在导轨的面对滑动台的一侧上排列。
具体实施方式
参考附图，具体说明根据本发明的线性致动器的优选实施例。
<第一实施例>
图1是根据本发明的第一实施例的线性致动器10的立体图，图2是线性致动器10的分解立体图，并且图3是在箭头的方向上并且沿着图1的线III-III看时的截面图。
根据第一实施例的线性致动器10具有导轨(第一构件)12和设置成面对导轨12的滑动台(第二构件)14。导轨12是U型的横截面，面向滑动台14的线圈16被设置在导轨12上。线圈16是环形或者空心线圈，在该线圈16中缠绕着由绝缘膜覆盖的导线，并且线圈进一步由树脂制成的绝缘体18模制而成。线圈16被设置在导轨12的上表面的基本中心的位置上。
在导轨12的横向方向的相对侧上，突起20a、20b被形成为从导轨12的基部向滑动台14突出，在突起20a、20b的内侧上，形成导槽(第一滚动槽)22，22，该导槽21、22沿着箭头A的方向(或者沿着滑动台14滑动的方向)延伸。
滑动台14被设置在导轨12的突起20a、20b之间，多个硬球体(滚动体，以下简称为“球体”)被插放到突起20a、20b之间并且能够使导轨12和滑动台14之间的相对位置移位。两个永磁体(磁体)26a、26b被设置在滑动台14的表面上且面对导轨12。更具体地，凹部28被形成在滑动台14的横向方向(垂直于箭头A的方向)的基本中心的位置上，而且永磁体26a、26b被设置在凹部28中，设置在导轨12上的线圈16和设置在滑动台14上的永磁体26a、26b被设置成其之间具有预设的间隙或者间隔。导槽(第二滚动槽)30、30被形成为沿着箭头A的方向、在滑动台14的横向方向的两端的中心位置上。球体24由导槽22、22和导槽30、30可滚动地支撑。
其中适配返回导件(return guides)32的凹部34被设置在滑动台14上。凹槽(以下称为“循环通道”)36被形成在返回导件32中，以使得球体24经过该凹槽而循环，从而滚动到导槽30、30的端部的球体24通过返回导件32滚动到循环通道36内。换句话说，返回导件32的功能将球体24的滚动方向切换180度。
在线性致动器10中，导轨12和滑动台14被设置为使得导槽22、22和导槽30、30的高度定位为基本相同，多个球体21被容纳在循环通道36中且由导槽22、22和导槽30、30形成的空间(间隔)中作为线性引导件。在通过各个球体的滚动实现的引导作用下，滑动台14能够相对于导轨12在箭头A的方向移位。多个未图示的螺丝孔被形成在滑动台14中，沿着其的板厚度的方向，从而诸如工件等的另外的构件能够通过螺纹插入到螺丝孔内螺栓(未显示)被固定到滑动台14。
每个永磁体26a、26b的尺寸被设定为小于线圈16的尺寸。虽然在本实施例中，两个永磁体26a、26b被设置在滑动台14上，但是一个或者三个以上的永磁体可以被设置在滑动台14上。
导轨12和滑动台14由磁性材料制成。球体24和返回导件32可以由磁性或者非磁性的材料制成。另外，磁性球体(第一滚动体)24和非磁性(即，树脂材料)球体(第二滚动体)24可以被交替地设置在沿着箭头A的方向。
在线性致动器10中，在滑动台14在多个球体24的引导下在箭头A的方向上移动的情况下，虽然球体24通常在一致的方向上旋转，但是在彼此接触的相邻的球体24的表面上，各个球体24易于在彼此相反的方向上旋转。结果，各个球体24之间会产生摩擦阻力并发生球体24的定位滑动，导致滑动台14不能够顺畅地移动。因而，通过交替地设置磁性球体24和非磁性球体24，则会抑制相邻球体24的摩擦阻力，并且滑动台能够顺畅地移动。另外通过至少制造一些由磁性材料制成的球体24，能够抑制突起20a、20b和滑动台14之间的空间发生磁通量泄漏。
由于导轨12由磁体组成，所以磁引力在永磁体26a、26b和导轨12之间发生作用，从而指向下的力被作用在滑动台14上。根据第一实施例，导轨12的一侧被限定为下侧，而滑动台14的一侧被限定为上侧。
图4是显示导槽22和导槽30的视图，导槽22和导槽30将球体24支撑在导槽22和导槽30之间。由两条弧的组合形成的导槽22和导槽30组成凹槽，该凹槽的曲率半径大于每个球体24的半径。更具体地，导槽22由第一弯曲表面40a和第二弯曲表面40b构成，第一弯曲表面40a形成有具有第一曲率半径的弧，第二弯曲表面40b形成有具有第二曲率半径的弧，导槽30由第一弯曲表面42a和第二弯曲表面42b构成，第一弯曲表面42a形成有具有第三曲率半径的弧，第二弯曲表42b形成有具有第四曲率半径的弧。
球体24通过导槽30的第一弯曲表面42a和导槽32的第二弯曲表面40b抵靠球体24而被支撑。换句话说，球部24由导槽30的第一弯曲表面42a和导槽22的第二弯曲表面40b支撑。连接导槽30的第一弯曲表面42a与球体24之间的接触点a和导槽22的第二弯曲表面40b与球体24之间的接触点b的线c经过球体24的中心。经过接触点a和接触点b的线c与经过球体24的中心并且在导轨12和滑动台14的横向方向延伸的平面d之间形成的角度θ小于90度。另外，导槽30的第一弯曲表面42a和导槽22的第二弯曲表面40b被形成，使得线c和平面d形成的角度θ是预定值的角度。
球体24通常不能牢固地支撑在导槽30的第一弯曲表面42a和导槽22的第二弯曲表面40b，但是，如上所述，由于永磁体26a、26b的磁引力，压力在向下的方向上被作用在滑动台14上，因此，压力能够通过导槽30的第一弯曲表面42a和导槽22的第一弯曲表面40a在倾斜的方向上被作用于球体24上。换句话说，压力通过接触点a和接触点b的两点被作用于球体24上。因而，即使采用图4所示的简单构造，球体24能够被牢固地保持，并且能够防止导轨12和滑动台14之间发生震动/后冲。
防止在导轨12和滑动台14的横向方向上发生震动/后冲与防止在导轨12和滑动台14的竖直方向上发生震动/后冲的精度的比率能够对应于线c和平面d之间形成的θ而改变。如果形成的角度θ是45度，作用于横向方向和竖直方向上的力是相同的，因此，防止在横向方向和竖直方向上发生震动/后冲的精度是相同的。当形成的角度θ小于45度时，防止在横向方向发生震动/后冲的精度增大，但是防止在横向方向上发生震动/后冲的精度减小。另外，当形成的角度θ大于45度时，防止在纵向方向发生震动/后冲的精度增大，但是防止在横向方向上发生震动/后冲的精度减小。
采用现有技术的尖拱形构造，球体24的尺寸、导槽22和导槽30等的形状和尺寸需要以几个微米的量级被调节和选择，但是采用本实施例，即使不做这种高精度的调节，采用简单的构造，防止导轨12和滑动台14之间发生后冲和震动的精度能够增大。另外，因为球体24被支撑在由接触点a和接触点b组成的两个点上，所以能够抑制球体24的差别滑动，另外，由于不需要上述环形构造的四列导槽，所以能够简化线性致动器的构造并且能够减小其尺寸。
图5是展示球体24被支撑在线性致动器10的纵向方向上的范围和由永磁体26a、26b产生的磁引力的范围44(阴影所示的区域)。在第一实施例，球体24被导轨12和滑动台14支撑在线性致动器10的纵向方向上的范围小于由永磁体26a、26b产生的磁引力的范围44。
接着，简要地说明根据第一实施例的线性致动器的操作。线性致动器10用作使滑动台14相对于导轨12的相对位置移位。更具体地，电流激励线圈16，并且通过永磁体26a、26b产生的磁通量和流经线圈16的电流，基于佛来明左手定则，线圈16在箭头A的其中一个方向上产生推力(洛伦磁力)。正由于此，滑动台14相对于导轨12的位置在箭头A的方向上被移位。另外，通过改变激励线圈16的电流的方向，能够改变滑动台14的移动方向。因而，通过改变激励线圈16的电流的方向，滑动台14在导轨12上作往复移动。
以这种方式，根据第一实施例，在线性致动器10中，通过利用永磁体26a、26b的磁引力，经过滑动台14的导槽30、30的上侧第一弯曲表面42a和导轨12的导槽22、22的下侧第二弯曲表面40b，斜对的或者倾斜的压力能够被作用于球体24上，因此，采用简单的构造，能够防止导轨12和滑动台14之间的震动/后冲，同时能够抑制球体24发生差别滑动并且线性致动器10能够减小。与尖拱形构造或者圆形构造相比，不需要球体24、导槽22、22和导槽30、30的高制造精度和装配精度，因此，能够减少加工和装配线性致动器10的步骤。
而且，采用第一实施例，为了将压力向下作用于滑动台4上，使用正向的永磁体26a、26b的磁引力。但是，可以设置与永磁体26a、26b分开的另外的永磁体，并且同样使用正向的这种永磁体的磁引力。在这种情况下，有必要将分开设置的永磁体设置在不会影响由于分开设置的永磁体产生的磁通量所导致的滑动台14运动的位置上。
另外，根据第一实施例，线圈16被设置在导轨12上，永磁体26a、26b被设置在滑动台14上，但是永磁体26a、26b可以被设置在导轨12上，并且线圈16可以被设置在滑动台14上。同样在这种情况下，通过永磁体26a、26b的磁引力能够在倾斜地方向上作用于球体24上。
<第二实施例>
图6是根据第二实施例的线性致动器100的立体图，图7从线性致动器100的上方看时的分解立体图，图8是从线性致动器100的下方看时的分解立体图，图9是在箭头的方向上且沿着图6的线IX-IX看时的截面图，和图10是箭头的方向上并且沿着图6的线X-X看时的截面图。
根据第二实施例的线性致动器100包括气缸主体102；滑动台(第一构件)104，该滑动台104被设置在气缸主体102的上部分上并且沿着纵向方向(在箭头C的方向上)往复地线性移动；引导构件(第二构件)106，该引导构件106被插入在气缸主体102和滑动台104之间并且沿着纵向方向(在箭头C的方向上)引导滑动台104，并且止动器机构108，该止动器机构108能够调节滑动台104的位移量。
气缸主体102形成有矩形横截面，并且形成沿着纵向方向的预定长度。凹部110被形成在气缸主体102的上表面的基本中心的位置上。凹部110具有弓形的横截面，并且在纵向方向上延伸，引导机构106通过未显示的连接螺栓被连接到气缸主体102。
另外，在气缸主体102的一个侧表面上，用于供应和排出压力流体的第一和第二端口112、114(流体入口/出口端)被形成为垂直与气缸主体102的纵向方向，并且与一对通孔(气缸室)116、116b连通(见图9)。另外，在气缸主体102的另一侧表面上，两列传感器附接槽118被形成在纵向方向上，未显示的检测传感器被插入到传感器附接槽内。
两个通孔116a、116b被形成为沿着气缸主体102的纵向方向(在箭头A的方向上)。一个通孔116a和另一通孔116b平行地排列并且分开预定间隔。包括活塞120和连接到活塞120的活塞杆122的气缸机构124被设置在各个通孔116a、116b中。
气缸机构124由一对活塞120和分别在通孔116a、116b的活塞杆122组成。另外，磁体126被安装在其中一个活塞120的外周表面上，并且在气缸主体102的传感器附接槽118的一侧上。通过安装在传感器附接槽118中的检测传感器(未显示)来检测磁体126的磁性，从而检测活塞120在轴向方向上的移动位置。
通孔116a、116b的一个端部被罩128阻塞并且密封，而通孔116a、116b的另一端部被杆保持器132密封，该杆保持器132经由卡环130而被保持。
通孔116a和116b之间的相互连通通过形成在通孔116b和通孔116a之间的一对连接通道134a、134b建立。更具体地，供应到第一端口112和第二端口114的压力流体，在被导入其中一个通孔116b后，通过连接通道134a、134b被进一步导入另一通孔116b内。连接通道134a、134b被形成为垂直于通孔116a、116b延伸的方向(箭头C的方向)。
滑动台104具有滑动台主体136、连接到滑动台主体136的一个端部的止动器机构108，和连接到滑动台主体136的另一端部的端板(保持构件)138。端板138被垂直地连接到滑动台主体136。
滑动台主体136由沿着纵向方向(在箭头C的方向)延伸且具有预定厚度的基座构件140、和从基座构件140的两侧竖直向下(朝着气缸主体102)突出的一对突起142a、142b组成。在突起142a、142b的内表面上，用于引导硬球体(滚动体，以下简称为“球体”)144的导槽(第一滚动槽)146、146被形成为沿着箭头C的方向(在滑动台104的滑动方向上)。
四个工件保持孔148被形成在基座构件140的一个端部和另一个端部之间。工件保持孔148彼此分开预定距离。例如，当工件(未显示)被转载在滑动台104的上表面上并且被运送时，工件通过工件保持孔148被固定到滑动台104。
另外，一对螺栓孔154被形成在滑动台主体136的一个端部上，并且一对螺栓孔154被形成在滑动台主体136的另一个端部上，螺栓152a被插入穿过螺栓孔154中用于固定止动器机构108的保持器150，并且螺栓152b被插入穿过螺栓孔156中用于固定端板138。螺栓孔154、156都在垂直于滑动台主体136的延伸方向(箭头C和D的方向)上穿透滑动台主体136。止动器机构108包括螺纹接合到保持器150的止动器螺栓158，和调节止动器螺栓158的运动的前进和缩回的锁定螺母160。止动器机构108被设置成面向引导机构106，该引导机构106被设置在气缸主体102上。
端板138被两个螺栓150b固定，该螺栓152b被插入穿过形成在滑动台主体136的另一端部中的螺栓孔156。端板138被设置成面向气缸主体102的端表面，并且被固定到活塞杆122的端部，该活塞杆122被插入穿过一对杆孔162a、162b。正由于此，包含端板138的滑动台104能够与活塞杆122一起沿着气缸主体102的纵向方向移动。
导槽(第二滚动槽)164、164被形成在引导机构106在纵向方向(在箭头B的方向上)上的两个端部上并且沿着箭头C的方向。球体144被支撑从而能够通过导槽146、146和导槽164、164而滚动。另外，用于循环球体144的循环通道166被形成在引导机构106中，滚动到导槽164的端部的球体144通过循环通道166被转弯并且在180度的相反方向上滚动。
采用线性致动器100，连接到气缸主体102的引导机构106和滑动台104被设置成使得导槽146和导槽164被定位为具有基本相同的高度。多个球体144被容纳在循环通道中且由导槽146和导槽164形成的空间(间隔)中作为线性引导件。在通过各个球体的滚动而实现的引导作用下，滑动台104能够相对于引导机构106在箭头C的方向移位，该引导机构106被连接到气缸主体102。另外，如图7所示，永磁体(磁体)172a、172b被设置在引导机构106的上表面上。磁引力在永磁体172a、172b和滑动台104之间起作用，而指向下的力被施加在滑动台104上，根据第二实施例，气缸主体102的一侧被限定为下侧，而滑动台104的一侧被限定为上侧。另外，滑动台104和引导机构106由磁性材料制成。引导机构106可以简单地包括磁性材料，更具体地，可以由包括磁性和非磁性材料的材料制成。例如，在引导机构106中，形成导槽164、164的构件可以由树脂形成，而其他的构件可以由磁性材料形成。另外，磁性球(第一滚动体)和非磁性滚动体(第二滚动体)144可以被交替地设置成沿着箭头C的方向。
图11是显示导槽146和导槽164的视图，其中导槽146和导槽164将球体144支撑在导槽146和导槽164之间。由两条弧的组合形成的导槽146和导槽164组成凹槽，该凹槽的曲率半径大于每个球体144的半径。更具体地，导槽146由第一弯曲表面174a和第二弯曲表面174b构成，第一弯曲表面174a形成有具有第一曲率半径的弧，第二弯曲表面174b形成有具有第二曲率半径的弧，导槽164由第一弯曲表面176a和第二弯曲表面176b构成，第一弯曲表面176a形成有具有第三曲率半径的弧，第二弯曲表176b形成有具有第四曲率半径的弧。
球体144通过导槽146的第一弯曲表面174a和导槽164的第二弯曲表面176b抵靠球体144而被支撑。连接导槽146的第一弯曲表面174a与球体144之间的接触点a和导槽164的第二弯曲表面176b与球体144之间的接触点b的线c经过球体144的中心。经过接触点a和接触点b的线c与经过球体144的中心并且在滑动台104的横向方向延伸的平面d之间形成的角度θ小于90度。导槽146的第一弯曲表面174a和导槽164的第二弯曲表面146b被形成，使得线c和平面d形成的角度θ是预定值的角度。
球体144通常不能牢固地支撑在导槽146的第一弯曲表面174a和导槽164的第二弯曲表面176b，但是，如上所述，由于永磁体172a、172b的磁引力，力被向下作用在滑动台14上，因此，压力能够通过导槽146的第一弯曲表面174a和导槽164的第二弯曲表面176b被斜对地或者倾斜地作用于球体144上。换句话说，压力通过接触点a和接触点b的两点被作用于球体144上。因而，即使采用图11所示的简单构造，球体144能够被牢固地保持，并且能够防止滑动台104和引导机构106之间发生震动/后冲。
防止在滑动台104和引导机构106的横向方向上发生震动/后冲和防止在滑动台104和引导机构的竖直方向上发生震动/后冲的精度的比率能够对应于线c和平面d之间形成的θ而改变。
图12是显示球体144被支撑在线性致动器10的纵向方向上的范围和由永磁体172a、142b产生的磁引力的范围180(阴影所示的区域)。在第二实施例，球体144被滑动台104和引导机构106支撑在线性致动器10的纵向方向上的范围大于由永磁体172a、172b产生的磁引力的范围。
接着，简要地说明根据第二实施例的线性致动器100的操作。在以下的说明中，如图6所示，滑动台104的端板138抵靠气缸主体102的端表面的状态被认为是初始位置。
首先，未显示的压力流体供应源的压力流体被导入到第一端口112内。在这种情况下，第二端口114通过未显示的切换阀而处于通向大气的状态。供应到第一端口112的压力流体被供应到其中一个通孔116a，同时经过连接通道134b而被供应到另一个通孔116b，从而活塞120被向着杆保持器132按压。因而，连接到活塞120的活塞杆122和滑动台104在活塞120靠近杆保持器132的方向上(即，在端板138与气缸主体102分开的方向上)运动。
另外，通过设置在滑动台104的一个端部分上的止动螺栓158的端部抵靠引导机构106的端表面，滑动台104的位移停止并且滑动台104到达位移终端位置。止动器机构108能够通过放松锁定螺母160而调节滑动台104的位移量，并且止动器螺栓158能够前进和缩回之后，止动器机构108能够调节止动器螺栓158从保持器150的端表面突出的量，之后重新拧紧锁定螺母。
另一方面，在滑动台104在相反的方向上从位移终端位置移动的情况下，压力流体被供应到第二端口114而不是供应到第一端口112，同时第一端口114处于通向大气的状态。因而，通过将压力流体从第二端口供应到一对通孔116a、116b，活塞120在远离杆保持器132的方向上(在端板138靠近气缸主体102的方向上)移动，从而滑动台104通过活塞120和活塞杆122而移动。另外，通过组成滑动台102的端部138抵靠气缸主体102的端表面，恢复初始位置。
以这种方式，采用类似于第一实施例的第二实施例，，在线性致动器100中，利用永磁体172a、172b的磁引力，通过滑动台104的导槽146、146的上侧上的第一弯曲表面174a、和引导机构106的导槽164、164的下侧上的第二弯曲表面176b，压力能够被倾对地或者在倾斜的方向上作用于球体144，因此，采用简单的构造，能够防止滑动台104和引导机构106之间发生震动/后冲，同时抑制球体144的差别滑动，并且实现线性致动器100的尺寸减小。与尖拱形构造或者环形构造，不需要球体144、导槽146、146和导槽164、164的高制造精度和装配精度，因此，加工和装配线性致动器100的步骤能够被减少。
而且，采用第二实施例，永磁体172a、172b被设置在引导机构106上，但是，永磁体172a、172b还可以被设置在滑动台104上。在这种情况下，永磁体172a、172b被设置在滑动台104面对引导机构106的区域内。在这种情况下，由于通过永磁体172a、172b的磁引力指向下的力被作用于滑动台104，所以压力能够被倾斜地或者以倾斜的方式作用与球体144。
<修改例>
可以以下述方式修改上述每个实施例。
(第一修改例)在上述每个实施例中，导槽22和导槽30、或者导槽146和导槽164通过结合分别的两条弧而形成。但是，导槽22和导槽30、或者导槽146和导槽164也可以是由单独的一条弧构成。在这种情况下，与第一和第二实施例类似，由于永磁体26a、26b，或者永磁体172a、172b的磁引力，导槽22和导槽30、或者导槽146和导槽164能够斜对地或者以倾斜的方式将压力作用于球体24、144。另外，通过利用单独的一条弧可以简化凹槽的结构，从而能够减少构造凹槽所需的装配步骤的数量。在这种情况下，单独一条弧被限定为具有大于球体24、144的半径的曲率半径。图13显示了在第一实施例中的导槽22，22和导槽30，30是由单独一条弧构成的实例。如图13所示，即使导槽22和导槽30由单独一条弧组成，也应该理解导槽22和导槽30仍然能够斜对地或者以倾斜的方式将压力作用于球体24上。
(第二修改例)在上述每个实施例中，导槽22和导槽30、或者导槽146、和导槽164通过结合分别的两条弧而形成。但是，因为导槽30的第二弯曲表面42b和导槽22的第一弯曲表面40b，或者导槽146的第二弯曲表面174b和导槽164的第一弯曲表面176，自身不将压力作用于球体24、144上，所以第二弯曲表面42b和第一弯曲表面40a，或者第二弯曲表面174b和第一弯曲表面176a的制造精度能够相对较低。换句话说，第二弯曲表面42b和第一弯曲表面40a的表面，或者第二弯曲表面174b和第一弯曲表面176a的表面可以保持粗糙。因而，能够减少构造导槽所需的步骤的数量。
(第三修改例)在上述每个实施例中，虽然利用了永磁体26a、26b和永磁体172a、172b，代替这些永磁体，但也可以使用电磁体(磁体)200。必要地，只要使用能够产生具有两级的两级磁场的物质(磁体)200，可以使用永磁体26a、26b、172a、172b，或者电磁体。另外，在本实施例中，在概念上，术语“磁体”可以被认为是包括永磁体26a、26b、172a、172b以及永磁体的任意一种。
图14是根据第三实施例的所用的电磁体200的部分剖切立体图。电磁体200由具有线轴形状的内轭铁202、缠绕在内轭铁202的外圆周的线圈204、和围绕着线圈204的外圆周的外轭铁组成。通过使用这种电磁体200代替永磁体26a、26b、172a、172b，作用到球体24、144的压力的强度，或者换句话说，磁引力的强度能够被调节。更具体地，通过改变流经电磁体200的线圈204的电流的大小，磁引力的强度改变，因而来自导槽30的第一弯曲表面42a和导槽22的第二弯曲表面40b，或者来自导槽146的第一弯曲表面174a和导槽164的第二弯曲表面176b的压力能够被改变。
在第三修改例中，电磁体200包括内轭铁202和外轭铁206。但是，电磁体200可以不包括内轭铁202和/或外轭铁206.电磁体200可以包括永磁体，而不用内轭铁202。同样，可以使用多个电磁体200。
(第四实施例)在以上第一实施例中，虽然通过利用两个永磁体26a、26b(以下术语“永磁体26”被用作为集合术语，指的是永磁体26a和26b)产生磁引力，如图15至18，永磁体26的数量和设置可以以各种方式改变。
图15A至15G显示线性致动器10的示意图，在线性致动器10磁路被设置成沿着箭头A的方向。图15A显示线性致动器10，在该线性致动器10中单独一个板状永磁体26被设置在滑动台14的面对导轨12的一侧上，使得永磁体26的S极面向滑动台14并且永磁体26的N极面向导轨12。在这种情况下，如图15A所示，产生磁通量和磁引力。
图15B显示线性致动器10，在该线性致动器10中轭铁210被设置在永磁体26的沿着图15A的线性致动器10的箭头A的方向上的相对侧上。在这种情况下，类似于图15A，产生磁通量和磁引力。
图15C显示线性致动器10，在该线性致动器10中，两个永磁体26被设置在滑动台14的面对导轨12的一侧上，从而其中一个永磁体26的S极和另一个永磁体26的N极位于滑动台14的一侧上。换句话说，图15C显示情况为：两个永磁体26在竖直方向上被磁化，从而其的极性的方向彼此相反，并且永磁体26被设置在滑动台面对导轨12的一侧上。两个永磁体26沿着箭头A的方向彼此接触。在这种情况下，如图15C所示，产生磁通量和磁引力。
图15D显示线性致动器10，在该线性致动器10中，在竖直方向上被磁化的且其的极性方向彼此相反的四个永磁体26沿着箭头A的方向被设置在滑动台14面对导轨12的一侧上。图15D中，邻近的永磁体26被设置为彼此接触。在这种情况下，如图15D所示，产生磁通量和磁引力。
图15E显示线性致动器10，在该线性致动器10中，代替图15D所示的四个永磁体26，单独一个板状永磁体26被设置在滑动台14的面对导轨12的一侧上，并且板状永磁体26被磁化为具有多个磁极，其中各个磁极沿着箭头A的方向彼此相对。在这种情况下，与图15D所示的相同，产生磁通量和磁引力。
图15F显示线性致动器10，在该线性致动器10中，在箭头A的方向上被磁化的三个永磁体26被设置在沿着箭头A的方向上在滑动台14的面对导轨12的一侧上。在图15F中，轭铁210被设置在每个永磁体26的相反侧上。在这种情况下，如图15F所示，产生磁通量和磁引力。
图15G显示线性致动器10，在该线性致动器10中，磁性在竖直方向的永磁体26和磁性在水平方向的永磁体26沿着箭头A的方向被交替地设置在滑动台14的面对导轨12的一侧上，另外，其中具有相同的磁性方向的相邻的永磁体26的极性方向彼此相反。换句话说，所显示的线性致动器10中，永磁体26被设置成以Halbach阵列排列在滑动台14面对导轨12的一侧上。在这种情况下，如图15G所示，产生磁通量和磁引力。
图16A至16G是线性致动器10的示意图，在该线性致动器10中，磁道被设置成沿着箭头B的方向。除了永磁体26的设置方向是沿着箭头B的方向，而不是沿着箭头A的方向之外，图16A至16G所示的永磁体的配置与图15A至15G所示的基本相同，因此这里省略对其的进一步说明。
图17A至17G是线性致动器10的示意图，在该线性致动器10中，磁道被设置成沿着箭头A的方向。除了永磁体26的设置位置不是在滑动台14上而是在导轨12的面对滑动台14的一侧上之外，图17A至17G的永磁体26的配置与图15A至15G所示的基本相同，因此这里省略对其的进一步说明。
图18A至18G是线性致动器10的示意图，在该线性致动器10中，磁道被设置成沿着箭头B的方向。除了永磁体26的设置位置不是在滑动台14上而是在导轨12的面对滑动台14的一侧上之外，图18A至18G的永磁体26的配置与图16A至16G所示的基本相同，因此这里省略对其的进一步说明。
(第五修改例)在上述第二实施例中，虽然利用两个永磁体172a和172b(以下术语“永磁体172”被用作集合术语，指的是永磁体172a和永磁体172b)产生磁引力，但是类似于上述第四修改例，可以改变永磁体的数量和设置等。在根据第五实施例的线性致动器100中，图15至18的线性致动器10的竖直方向上的设置被颠倒(换句话说，导轨12在上侧，而滑动台14在下侧)，另外，导轨12成为滑动台104，图15至18的滑动台14成为引导机构106。
(第六修改例)在上述每个实施例中，第一构件(导轨12，滑动台104)和第二构件(滑动台14，引导机构106)两者都由磁性材料制成。但是，在第一构件和第二构件之中，至少没有设置有永磁体26、172的一个构件可以由磁性材料制成。更具体地，当永磁体26、172被设置在第一构件上时，至少第二构件可以由磁性材料制成，在永磁体26、172被设置在第二构件上时，至少第一构件可以由磁性材料制成。
(第七修改例)任意地结合上述第一至第六实施例的特征。
虽然以上具体说明了本发明的特定优选实施例，但是本发明的技术范围不限于上述实施例的公开范围。对上述实施例进行跟着那个改变和改进，对于所述领域的技术人员来说是显而易见的。应该理解，这些改变和改变都包含在本发明的技术范围内，并且不背离附加权利要求所述的本发明的范围。

Claims (8)

1.一种线性致动器(10、100)，所述线性致动器(10、100)用于移位第一构件(12、104)和第二构件(14、106)之间的相对位置，所述第二构件(14、106)与所述第一构件(12、104)相对设置，其特征在于，其中，
突起(20a、20b、142a、142b)被形成在所述第一构件(12、104)的相反端侧上，所述突起(20a、20b、142a、142b)沿着移位的方向延伸并且朝向所述第二构件(14、106)突出；
第二构件(14、106)设置在所述第一构件(12、104)的相反端侧上的所述突起(20a、20b、142a、142b)之间，使所述第一构件(12、104)和所述第二构件(14、106)之间的相对位置能够移位的滚动体(24、144)被插放到所述突起(20a、20b、142a、142b)之间；
用于可滚动地支撑所述滚动体(24、144)的第一滚动槽(22、46)和第二滚动槽(30、164)被设置在所述第一构件(12、104)和所述第二构件(14、106)的相反端侧上的所述突起(20a、20b、142a、142b)上；并且
所述第一滚动槽(22、146)和所述第二滚动槽(30、164)将压力施加于所述滚动体(24、144)上，该压力由产生具有两个极性的双极磁场的磁体(26、26a、26b、172a、172b、200)的磁引力产生。
2.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，所述磁体(26、26a、26b、172a、172b、200)是永磁体(26、26a、26b、172a、172b)或者电磁体(200)。
3.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，所述滚动体(24、144)的直径小于所述第一滚动槽(22、146)与所述第二滚动槽(30、164)之间形成的空间。
4.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，所述第一滚动槽(22、146)和所述第二滚动槽(30、164)中的至少一个的槽的形状是具有单一曲率半径的弓形形状。
5.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，所述第一滚动槽(22、146)和所述第二滚动槽(30、164)的至少一个的槽的形状由多个弧组成，该多个弧中的每个弧具有自身的曲率半径。
6.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，所述第一构件(12、104)和所述第二构件(14、106)是磁性体。
7.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，线圈(16)被设置在所述第一构件(12、104)和所述第二构件(14、106)的任意一个上；
所述磁体(26、26a、26b、200)被设置在所述第一构件(12)和所述第二构件(14)中没有设置所述线圈的另一个构件的一侧上；并且
通过在所述线圈(16)中流动的电流产生推力，从而使所述第一构件(12)与所述第二构件(14)之间的相对位置移位。
8.如权利要求1所述的线性致动器(10、100)，其特征在于，其中，气缸主体(102)被附接到所述第一构件(104)和所述第二构件(106)的其中一个上，并且所述磁体(172、172a、172b、200)被设置在所述第一构件(104)和所述第二构件(106)的其中一个上。
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