KR20120052170A - 리니어 액츄에이터 - Google Patents

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KR20120052170A KR1020110118084A KR20110118084A KR20120052170A KR 20120052170 A KR20120052170 A KR 20120052170A KR 1020110118084 A KR1020110118084 A KR 1020110118084A KR 20110118084 A KR20110118084 A KR 20110118084A KR 20120052170 A KR20120052170 A KR 20120052170A
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

리니어 액츄에이터(10)는 가이드 레일(12)과, 가이드 레일(12)에 대향해서 배치된 슬라이드 테이블(14)의 상대 위치를 변위시킨다. 가이드 레일(12)의 양단측에는 슬라이드 테이블(14)을 향해서 돌출부(20a, 20b)가 변위 방향을 따라 돌출형성된다. 슬라이드 테이블(14)은 강구(24)가 끼워지고, 가이드 레일(12)의 양단측의 돌출부(20a, 20b)의 사이에 배치된다. 가이드 레일(12)의 양단측의 돌출부(20a, 20b)와 슬라이드 테이블(14)에는 강구(24)를 전동가능하게 지지하는 가이드홈(22, 22)과 가이드홈(30, 30)이 형성된다. 영구자석(26a, 26b)의 자기흡인력에 의해 가이드홈(22, 22) 및 가이드홈(30, 30)이 강구(24)에 압력을 인가한다.

Description

리니어 액츄에이터{LINEAR ACTUATOR}
본 발명은 제 1 부재와, 상기 제 1 부재에 대향해서 배치된 제 2 부재의 상대 위치를 변위시키는 리니어 액츄에이터에 있어서 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 채터링/백래쉬를 방지하는 리니어 액츄에이터에 관한 것이다.
가이드 레일과, 상기 가이드 레일에 대향해서 배치된 슬라이드 테이블의 상대 위치를 변위시키는 리니어 액츄에이터가 알려져 있다. 가이드 레일과 슬라이드 테이블의 변위를 가능하게 하기 위해서 하기에 도시된 일본 특허 공개 제2010-161926호 공보에 나타나 있는 바와 같이 가이드 레일과 슬라이드 테이블이 고정되는 가동자 사이에, 예를 들면 구상(spherical shape)의 전동체(rolling body)가 끼워져 있다. 이 전동체는 가이드 레일과 가동자 사이에 형성된 2열의 안내 홈(전동홈)에 의해 전동체가 전동(rolling movement)하도록 지지되어 있다. 상기 안내 홈은 고딕 아치 구조에 의해 전동체를 전동가능하게 지지하고 있다.
여기서, 가이드 레일(제 1 부재)과 가동자(제 2 부재)의 채터링/백래쉬를 방지하기 위해서 전동체의 전동홈으로의 접촉 직경(전동체가 전동홈에 수납되었을 때의 전동체의 직경)보다 전동체의 직경을 예를 들면 수㎛ 정도 크게 함으로써 전동체에 예압을 인가하고 있다. 전동체의 직경보다 전동체의 전동홈으로의 접촉 직경을 작게 하기 위해서는 (1) 가이드 레일 및 가동자의 전동홈 형상을 조정하거나 (2) 사용하는 가이드 레일과 가동자의 조합을 변경하거나 (3) 접촉 직경보다 큰 전동체를 사용하는 것 등이 있다.
그러나, 상기 (1)의 방법에서는 수㎛의 높은 가공 정밀도가 요구되고, 상기 (2)의 방법에서는 수㎛의 높은 조합 정밀도가 요구되고, 상기 (3)의 방법에서는 전동체의 선정이 어렵다는 문제가 있다. 또한 2열의 고딕 아치 구조의 전동홈에서 전동체를 지지하는 경우에는 고정밀도로 전동홈을 가공할 필요가 있고, 또한 전동체의 차동 미끄러짐이 발생해서 마찰력이 커지는 결점이 있다.
또한 지지 방향이 서로 직각이 되고, 2방향의 하중을 지탱하는 서큘러(circular) 구조의 전동홈을 사용하는 경우에는 고딕 아치 구조보다 차동 미끄러짐이 작아지는 이점은 있지만 전동홈을 4열 필요로 하기 때문에 구조가 복잡해져서 소형화가 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 앞서 논의된 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서 간이한 구조로 제 1 부재와 제 2 부재의 채터링/백래쉬를 방지함과 아울러 전동체의 차동 미끄러짐을 억제하고 소형화를 도모하는 리니어 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 제 1 부재와, 상기 제 1 부재에 대향해서 배치된 제 2 부재의 상대 위치를 변위시키는 리니어 액츄에이터로서, 상기 제 1 부재의 양단측에는 상기 제 2 부재를 향해서 돌출부가 변위 방향을 따라 돌출형성되고, 상기 제 2 부재는 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 상대 위치를 변위가능하게 하는 전동체를 끼워서 상기 제 1 부재의 양단측의 돌출부 사이에 배치되고, 상기 제 1 부재의 양단측의 상기 돌출부와 상기 제 2 부재에는 상기 전동체를 전동가능하게 지지하는 제 1 전동홈과 제 2 전동홈이 형성되고, 2개의 극을 가지고 쌍극성의 자장을 발생시키는 자석의 자기흡인력에 의해 상기 제 1 전동홈 및 상기 제 2 전동홈이 상기 전동체에 압력을 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 자석은 영구자석 또는 전자석일 수 있다.
상기 전동체의 직경은 상기 제 1 전동홈과 상기 제 2 전동홈 사이에 형성되는 공간보다 작을 수 있다.
상기 제 1 전동홈 및 상기 제 2 전동홈의 적어도 한쪽의 홈형상은 단일 곡률반경의 원호 형상일 수 있다.
상기 제 1 전동홈 및 상기 제 2 전동홈의 적어도 한쪽의 홈형상은 곡률반경을 가지는 복수의 원호로 형성될 수 있다.
상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재는 바람직하게는 자성체일 수 있다.
상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재 중 어느 한쪽에 코일이 배치되고, 상기 자석은 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재 중 상기 코일이 배치되어 있지 않은 측에 설치되어 있고, 상기 코일에 전류가 흐르게 함으로써 추진력을 발생시켜서 제 1 부재와 제 2 부재의 상대 위치를 변위시킬 수 있다.
상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재 중 한쪽에 실린더 본체가 부착될 수 있고, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재 중 한쪽에 상기 자석이 배치될 수 있다.
본원발명에 의하면, 제 1 부재의 양단측의 돌출부와 제 2 부재에는 전동체를 전동가능하게 지지하는 제 1 전동홈과 제 2 전동홈이 형성되어 있고, 자석의 자기흡인력에 의해 상기 제 1 전동홈 및 상기 제 2 전동홈이 상기 전동체에 압력을 인가하도록 했다. 따라서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 채터링/백래쉬를 방지할 수 있음과 아울러 상기 전동체의 차동 미끄러짐을 억제하고 소형화를 도모할 수 있다. 또한 고딕 아치 구조나 서큘러 구조에 비해서 상기 전동체, 상기 제 1 및 제 2 전동홈의 가공 정밀도, 및 조립 정밀도가 요구되지 않으므로 가공, 조립의 공수를 경감시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시형태가 예시적으로 도시된 도면과 관련된 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 제 1 실시예에 의한 리니어 액츄에이터의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리니어 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 4는 강구를 지지하는 가이드 레일의 가이드홈 및 슬라이드 테이블의 가이드홈을 도시한 도면이다.
도 5는 강구가 리니어 액츄에이터의 길이 방향으로 유지되는 범위와, 영구자석에 의해 발생하는 자기흡인력의 범위(사선으로 나타낸 영역)의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 6은 제 2 실시예에 의한 리니어 액츄에이터의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 리니어 액츄에이터의 상방으로부터 본 분해 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 리니어 액츄에이터를 하방으로부터 본 분해 사시도이다.
도 9는 도 6의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 10은 도 6의 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 11은 강구를 지지하는 슬라이드 테이블의 가이드홈 및 가이드 기능의 가이드홈을 도시한 도면이다.
도 12는 강구가 리니어 액츄에이터의 길이 방향으로 유지되는 범위와, 영구자석에 의해 발생하는 자기흡인력의 범위(사선으로 나타낸 영역)의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 13은 변형예1에 있어서의 가이드 레일의 가이드홈 및 슬라이드 테이블의 가이드홈의 일례를 도시한 도면이다.
도 14는 변형예3에서 사용되는 전자석의 일부 결절 사시도이다.
도 15(A)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로(magnetic path)를 형성한 경우의 영구자석의 S극이 슬라이드 테이블측에, N극이 가이드 레일측이 되도록 1개의 영구자석을 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 15(B)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 도 15(A)의 리니어 액츄에이터에 있어서 화살표(A) 방향을 따라 영구자석의 양측에 요크(yoke)가 제공된 리니어 액츄에이터를 나타내고,
도 15(C)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 2개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 15(D)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 4개의 영구자석을 교대로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 15(E)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 도 15(D)에 도시된 4개의 영구자석을 사용하는 대신에 자극이 화살표(A) 방향을 따라 서로 반전되도록 다극으로 착자된 1개의 영구자석을 사용한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 15(F)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 화살표(A) 방향으로 착자된 3개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치함과 아울러 각 영구자석의 양측에 요크를 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 15(G)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 영구자석을 화살표(A) 방향을 따라 할바크 배열(Halbach array) 형태로 배치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(A)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 영구자석의 S극이 슬라이드 테이블측에, N극이 가이드 레일측이 되도록 1개의 영구자석을 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(B)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 도 16(A)의 리니어 액츄에이터에 있어서 화살표(B) 방향을 따라 영구자석의 양측에 요크가 제공된 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(C)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 2개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(B) 방향을 따라 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(D)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 4개의 영구자석을 교대로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(B) 방향을 따라 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(E)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 도 16(D)에 도시된 4개의 영구자석을 사용하는 대신에 자극이 화살표(B) 방향을 따라 서로 반전되도록 다극으로 착자된 1개의 영구자석을 사용한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(F)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 화살표(B) 방향으로 착자된 3개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(B) 방향을 따라 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 설치함과 아울러 각 영구자석의 양측에 요크를 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 16(G)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 슬라이드 테이블의 가이드 레일측에 영구자석을 화살표(B) 방향을 따라 할바크 배열 형태로 배치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(A)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 영구자석의 S극이 슬라이드 테이블측에, N극이 가이드 레일측이 되도록 1개의 영구자석을 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(B)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 도 17(A)의 리니어 액츄에이터에 있어서 화살표(A) 방향을 따라 영구자석의 양측에 요크가 제공된 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(C)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 2개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(D)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 4개의 영구자석을 교대로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(E)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 도 17(D)에 도시된 4개의 영구자석을 사용하는 대신에 자극이 화살표(A) 방향을 따라 서로 반전되도록 다극으로 착자된 1개의 영구자석을 사용한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(F)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 화살표(A) 방향으로 착자된 3개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치함과 아울러 각 영구자석의 양측에 요크를 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 17(G)는 변형예4에 있어서의 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 영구자석을 화살표(A) 방향을 따라 할바크 배열 형태로 배치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(A)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 영구자석의 S극이 슬라이드 테이블측에, N극이 가이드 레일측이 되도록 1개의 영구자석을 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(B)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 도 18(A)의 리니어 액츄에이터에 있어서 화살표(B) 방향을 따라 영구자석의 양측에 요크가 제공된 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(C)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 2개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(B) 방향을 따라 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(D)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 상하 방향으로 착자된 4개의 영구자석을 교대로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(B) 방향을 따라 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(E)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 도 18(D)에 도시된 4개의 영구자석을 사용하는 대신에 자극이 화살표(B) 방향을 따라 서로 반전되도록 다극으로 착자된 1개의 영구자석을 사용한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(F)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 화살표(B) 방향으로 착자된 3개의 영구자석을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(B) 방향을 따라 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 설치함과 아울러 각 영구자석의 양측에 요크를 설치한 리니어 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 18(G)는 변형예4에 있어서의 리니어 액츄에이터의 폭방향[화살표(B) 방향]을 따라 자로를 형성한 경우의 가이드 레일의 슬라이드 테이블측에 영구자석을 화살표(B) 방향을 따라 할바크 배열 형태로 배치한 리니어 액츄에이터를 나타낸다.
본 발명에 의한 리니어 액츄에이터의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하면서 이하 상세하게 설명한다.
<제 1 실시예>
도 1은 제 1 실시예에 의한 리니어 액츄에이터(10)의 사시도이며, 도 2는 리니어 액츄에이터(10)의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 화살표 방향으로 본 단면도이다.
제 1 실시예에 의한 리니어 액츄에이터(10)는 가이드 레일(제 1 부재)(12)과, 가이드 레일(12)에 대향해서 설치된 슬라이드 테이블(제 2 부재)(14)을 구비하고 있다. 가이드 레일(12)은 단면 U자 형상을 갖고 있고, 가이드 레일(12)에는 슬라이드 테이블(14)과 대향하는 면에 코일(16)이 배치된다. 코일(16)은 절연막으로 피복된 전도성(conductive)의 와이어를 권회해서 수지수지로 이루어진 절연체(18)에 의해 몰드 성형된 도넛 형상 또는 공심(air core)의 코일이다. 코일(16)은 가이드 레일(12)의 상면 거의 중앙 부분에 배치된다.
가이드 레일(12)의 폭방향[화살표(B) 방향]의 양측부에는 그 베이스보다 슬라이드 테이블(14)을 향해서 돌출부(20a, 20b)가 돌출형성되고, 각 돌출부(20a, 20b)의 내측에는 화살표(A) 방향[슬라이드 테이블(14)의 슬라이드 방향]을 따라 가이드홈(제 1 전동홈)(22, 22)이 형성된다.
슬라이드 테이블(14)은 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)의 상대 위치를 변위가능하게 하는 복수의 강구(rigid ball)(전동체)(24)가 끼워져 있고, 가이드 레일(12)의 돌출부(20a, 20b)의 사이에 배치된다. 슬라이드 테이블(14)에는 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)과 대향하는 면에 2개의 영구자석(자석)(26a, 26b)이 배치된다. 상세하게는 슬라이드 테이블(14)의 폭방향[화살표(A) 방향과 직교하는 방향]의 중앙 부분에 오목부(28)가 형성되어 있고 영구자석(26a, 26b)은 상기 오목부(28)에 배치된다. 가이드 레일(12)에 배치된 코일(16)과 슬라이드 테이블(14)에 배치된 영구자석(26a, 26b)은 소정의 간격을 두고 배치된다. 슬라이드 테이블(14)의 폭방향 양단부의 중앙부에는 화살표(A) 방향을 따라 가이드홈(제 2 전동홈)(30, 30)이 형성된다. 이 가이드홈(22, 22)과 가이드홈(30, 30)에 의하여 강구(24)는 전동가능하게 지지된다.
슬라이드 테이블(14)에는 리턴 가이드(32)가 끼워맞춰지기 위한 오목부(34)가 형성되어 있다. 리턴 가이드(32)에는 강구(24)를 순환시키기 위한 홈(이하, 순환 경로라 함)(36)이 형성되어 있고 가이드홈(30, 30)의 단까지 전동된 강구(24)는 리턴 가이드(32)에 의해 순환 경로(36)에 전동된다. 즉, 리턴 가이드(32)는 강구(24)의 전동 방향을 180도 전환시킨다.
리니어 액츄에이터(10)에서는 가이드홈(22, 22)과 가이드홈(30, 30)이 대략 동일한 높이가 되도록 가이드 레일(12) 및 슬라이드 테이블(14)이 배치되고, 가이드홈(22, 22) 및 가이드홈(30, 30)에 의해 형성되는 스페이스(공간) 및 순환 경로(36)에 복수의 강구(24)가 리니어 가이드로서 수용된다. 각 강구(24)의 전동에 의한 안내 작용하에 슬라이드 테이블(14)은 가이드 레일(12)에 대하여 화살표(A) 방향으로 변위가능하게 된다. 슬라이드 테이블(14)에는 그 판 두께 방향을 따라 도면에 도시되지 않은 복수의 나사 구멍이 형성되어 있고 슬라이드 테이블(14)은 상기 나사 구멍에 나사 결합되는 도면에 도시되지 않은 나사에 의해 다른 부재를 고정가능하다.
각 영구자석(26a, 26b)의 크기는 코일(16)의 크기보다도 작게 설정되어 있다. 또한, 2개의 영구자석(26a, 26b)을 설치하도록 했지만 1개 또는 3개 이상의 영구자석을 설치할 수 있다.
가이드 레일(12) 및 슬라이드 테이블(14)은 자성체로 구성되어 있다. 강구(24) 및 리턴 가이드(32)는 자성체이어도 되고, 비자성체이어도 된다. 또한 자성체의 강구(제 1 전동체)(24)와, 비자성체(예를 들면 수지재)의 강구(제 2 전동체)(24)를 화살표(A) 방향을 따라 교대로 설치할 수 있다.
리니어 액츄에이터(10)에 있어서 슬라이드 테이블(14)이 복수의 강구(24)의 안내 작용하에 화살표(A) 방향으로 변위할 경우 강구(24)는 동한쪽향으로 회전하지만 인접형성된 각 강구(24) 상호간이 서로 접하는 면에서는 각 강구(24)는 서로 역방향으로 회전한다. 이에 따라, 각 강구(24)간에 고마찰저항이 발생하고, 강구(24)의 위치 어긋남이 발생하여 매끄러운 모양으로 슬라이드 테이블(14)을 변위시킬 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 자성체의 강구(24)와 비자성체의 강구(24)를 교대로 설치함으로써 인접하는 강구(24)간에서의 마찰저항을 억제하고, 슬라이드 테이블(14)을 매끄러운 모양으로 변위시킬 수 있다. 또한 각 강구(24)의 적어도 일부의 강구(24)를 자성체로 함으로써 슬라이드 테이블(14)과 돌출부(20a, 20b) 사이의 스페이스에 있어서의 누설 자속의 발생을 또한 억제할 수 있다.
가이드 레일(12)을 자성체로 구성한 것이므로 영구자석(26a, 26b)과 가이드 레일(12) 사이에 자기흡인력이 작용하고 슬라이드 테이블(14)에는 하방향의 힘이 가해진다. 또한, 본 제 1 실시예에서는 가이드 레일(12)이 있는 측을 하방측이라 하고 슬라이드 테이블(14)이 있는 측을 상방측이라 한다.
도 4는 강구(24)를 지지하는 가이드홈(22) 및 가이드홈(30)을 도시한 도면이다. 가이드홈(22) 및 가이드홈(30)은 강구(24)의 반경보다도 큰 곡률반경으로 이루어진 2개의 원호를 조합시킨 형상의 홈이다. 상세하게는 가이드홈(22)은 제 1 곡률반경의 원호로 형성된 제 1 곡면(40a)과 제 2 곡률반경의 원호로 형성된 제 2 곡면(40b)으로 구성되고 가이드홈(30)은 제 3 곡률반경의 원호로 형성된 제 1 곡면(42a)과 제 4 곡률반경의 원호로 형성된 제 2 곡면(42b)으로 구성된다.
가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a)과 가이드홈(22)의 제 2 곡면(40b)이 강구(24)에 접촉함으로써 강구(24)가 지지된다. 즉, 가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a)과 가이드홈(22)의 제 2 곡면(40b)에 의해 강구(24)가 지지된다. 가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a)과 강구(24)의 접촉점(a)과, 가이드홈(22)의 제 2 곡면(40b)과 강구(24)의 접촉점(b)을 연결하는 선(C)은 강구(24)의 중심을 지난다. 이 접촉점(a)과 접촉점(b)을 지나는 선(C)과, 강구(24)의 중심을 지나고, 가이드 레일(12) 및 슬라이드 테이블(14)의 폭방향으로 연장되는 평면(d)이 이루는 각(θ)은 90도 미만이 된다. 또한 이 선(C)과 평면(d)이 이루는 각(θ)이 소정의 각도가 되도록 가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a)과 가이드홈(22)의 제 2 곡면(40b)이 형성된다.
가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a)과 가이드홈(22)의 제 2 곡면(40b)에서는 강구(24)를 견고의 지지할 수 없지만, 상기한 바와 같이, 영구자석(26a, 26b)의 자기흡인력에 의해 슬라이드 테이블(14)에는 하방향의 힘이 인가되므로 가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a)과 가이드홈(22)의 제 1 곡면(40a)에 의해 경사 방향으로 강구(24)에 압력을 인가할 수 있다. 즉, 접촉점(a) 및 접촉점(b)의 2점에 의해 강구(24)에 압력이 인가된다. 따라서, 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 간단한 구조이어도 강구(24)를 견고하게 유지할 수 있고, 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)의 채터링/백래쉬를 방지할 수 있다.
이 선(C)과 평면(d)이 이루는 각(θ) 에 따라 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)의 폭방향의 채터링/백래쉬와, 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)의 상하 방향의 채터링/백래쉬를 방지하는 정밀도의 비율을 변경할 수 있다. 형성된 각(θ)이 45도인 경우에는 강구(24)에 인가되는 폭방향의 힘과 상하 방향의 힘이 동일하게 되기 때문에 폭방향의 채터링/백래쉬의 방지와 상하 방향의 채터링/백래쉬의 방지 정밀도가 동일하게 된다. 형성된 각(θ)이 45도보다 작아질수록 폭방향의 채터링/백래쉬 방지 정밀도는 좋아지지만 상하 방향의 채터링/백래쉬 방지 정밀도가 나빠진다. 또한 형성된 각(θ)이 45도보다 커질수록 상하 방향의 채터링/백래쉬 방지 정밀도는 좋아지지만 폭방향의 채터링/백래쉬 방지 정밀도는 나빠진다.
종래의 고딕 아치 방식에서는 강구(24)의 크기, 가이드홈(22) 및 가이드홈(30)의 형상, 크기 등을 수㎛로 조정, 선택 등 하지 않으면 안되었지만 그러한 고밀도의 조정을 하지 않아도 간이한 구조에서 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)의 채터링/백래쉬의 방지 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 접촉점(a) 및 접촉점(b)의 2점으로 강구(24)를 지지하므로 강구(24)의 차동 미끄러짐을 억제할 수 있다. 또한, 서큘러 방식과 같이 4열의 가이드홈을 형성할 필요가 없으므로 구조가 간단하게 되어 소형화를 도모할 수 있다.
도 5는 강구(24)가 리니어 액츄에이터(10)의 길이 방향으로 유지되는 범위와, 영구자석(26a, 26b)에 의해 발생하는 자기흡인력의 범위(사선으로 나타낸 영역)(44)의 관계를 나타낸 모식도이다. 제 1 실시예에 있어서는 강구(24)가 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)에 의해 리니어 액츄에이터(10)의 길이 방향으로 유지되는 범위는 영구자석(26a, 26b)에 의해 발생하는 자기흡인력의 범위(44)보다 짧다.
이어서, 제 1 실시예에 의한 리니어 액츄에이터(10)의 동작에 대해서 간단하게 설명한다. 리니어 액츄에이터(10)는 가이드 레일(12)에 대하여 슬라이드 테이블(14)의 상대 위치를 변위시키는 것이다. 상세하게는 코일(16)에 전류를 통전시켜서 영구자석(26a, 26b)에 의해 발생하는 자속과 코일을 흐르는 전류에 의해 코일(16)에 플레밍의 왼손 법칙에 의거한 화살표(A) 방향을 향하는 추진력(로렌츠 힘)이 발생한다. 이에 따라, 슬라이드 테이블(14)은 가이드 레일(12)에 대하여 화살표(A) 방향으로 위치가 변위한다. 또한, 슬라이드 테이블(14)의 변위 방향은 코일(16)에 통전되는 전류의 방향에 의해 변경된다. 따라서, 코일(16)로 통전되는 전류의 방향을 변경함으로써 슬라이드 테이블(14)은 가이드 레일(12) 상을 왕복 동작한다.
이와 같이, 제 1 실시예에서는 리니어 액츄에이터(10)에 있어서 영구자석(26a, 26b)의 자기흡인력을 이용하여 슬라이드 테이블(14)의 가이드홈(30, 30)의 상측의 제 1 곡면(42a)과 가이드 레일(12)의 가이드홈(22, 22)의 하측의 제 2 곡면(40b)에 의해 강구(24)를 비스듬히 가압할 수 있으므로 간이한 구조에서 가이드 레일(12)과 슬라이드 테이블(14)의 채터링/백래쉬를 방지할 수 있음과 아울러 강구(24)의 차동 미끄러짐을 억제하고 소형화를 도모할 수 있다. 고딕 아치 구조나 서큘러 구조에 비해서 강구(24), 가이드홈(22, 22), 및 가이드홈(30, 30)의 가공 정밀도, 및 조립 정밀도가 요구되지 않으므로 가공, 조립의 공수를 경감시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 실시예에서는 슬라이드 테이블(14)을 하방으로 가압하기 위해서 영구자석(26a, 26b)의 자기흡인력을 적극적으로 사용하도록 했다. 그러나, 영구자석(26a, 26b)은 별개로 영구자석을 설치하고 상기 영구자석의 자기흡인력을 적극적으로 사용할 수 있다. 이 경우에는 별개로 설치되는 영구자석에 의한 자속에 의해 슬라이드 테이블(14)의 이동 동작을 방해할 수 없는 위치에 상기 영구자석을 배치할 필요가 있다.
또한 상기 제 1 실시예에서는 가이드 레일(12)에 코일(16)을 설치하고 슬라이드 테이블(14)에 영구자석(26a, 26b)을 설치하도록 했지만 가이드 레일(12)에 영구자석(26a, 26b)을 설치하고 슬라이드 테이블(14)에 코일(16)을 배치할 수 있다. 이 경우이어도 영구자석(26a, 26b)의 자기흡인력에 의해 경사 방향으로 강구(24)에 대하여 압력을 인가할 수 있다.
<제 2 실시예>
도 6은 제 2 실시예에 의한 리니어 액츄에이터(100)의 사시도, 도 7은 리니어 액츄에이터(100)의 상방으로부터 본 분해 사시도, 도 8은 리니어 액츄에이터(100)를 하방으로부터 본 분해 사시도, 도 9는 도 6의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 화살표 방향으로 본 단면도, 도 10은 도 6의 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 화살표 방향으로 본 단면도이다.
제 2 실시예에 의한 리니어 액츄에이터(100)는 실린더 본체(102)와, 상기 실린더 본체(102)의 상부에 배치되어 길이 방향[화살표(C) 방향]을 따라 직선 모양으로 왕복 동작하는 슬라이드 테이블(제 1 부재)(104)과, 실린더 본체(102)와 슬라이드 테이블(104) 사이에 끼워져서 슬라이드 테이블(104)을 길이 방향[화살표(C) 방향]을 따라 안내하는 가이드 기구(제 2 부재)(106)와, 슬라이드 테이블(104)의 변위량을 조정가능한 스토퍼 기구(108)를 포함한다.
실린더 본체(102)는 단면 직사각형으로 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성된다. 실린더 본체(102)의 상면에는 오목부(110)가 형성되어 있다. 오목부(110)는 대략 원호상으로 오목하고 길이 방향을 따라 연장되어 있다. 가이드 기구(106)는 도면에 도시되지 않은 연결 볼트에 의해 실린더 본체(102)에 연결되어 있다.
또한 실린더 본체(102)의 일측면에는 압력 유체의 공급ㆍ배출되는 제 1 및 제 2 포트(유체출입 포트)(112, 114)가 상기 실린더 본체(102)의 길이 방향과 직교하도록 형성되고 한쌍의 관통 구멍(실린더 실)(116a, 116b)과 연통되어 있다(도 9 참조). 또한, 실린더 본체(102)의 타측면에는 길이 방향을 따라 2조의 센서 설치 홈(118)이 각각 형성되어 도면에 도시되지 않은 검출 센서가 장착된다.
한쌍의 관통 구멍(116a, 116b)은 실린더 본체(102)의 길이 방향[화살표(A)]을 따라 형성되어 있다. 한쪽의 관통 구멍(116a)과 한편의 관통 구멍(116b)은 소정 간격 이격되어 대략 평행하게 병설되어 있다. 관통 구멍(116a, 116b)에는 피스톤(120)과 상기 피스톤(120)에 연결된 피스톤 로드(122)를 포함하는 실린더 기구(124)가 각각 배치되어 있다.
이 실린더 기구(124)는 한쌍의 피스톤(120) 및 피스톤 로드(122)가 한쌍의 관통 구멍(116a, 116b)에 각각 내장됨으로써 구성된다. 또한 피스톤(120) 중 하나의 외주면에는 자석(126)이 장착된다. 또한, 자석(126)은 실린더 본체(102)에 있어서의 센서 설치 홈(118)측이 되는 한편의 피스톤(120)에만 설치된다. 상기 센서 설치 홈(118)에 장착되는 검출 센서(도시되지 않음)에 의해 상기 자석(126)으로부터의 자기가 검출됨으로써 상기 피스톤(120)의 축선 방향을 따른 변위 위치가 검출된다.
관통 구멍(116a, 116b)의 일단부는 캡(128)에 의해 폐쇄되고, 상기 관통 구멍(116a, 116b)의 타단부는 리테이닝링(130)이 끼워져서 유지되는 로드 홀더(132)에 의해 기밀하게 폐쇄된다.
관통 구멍(116b)은 관통 구멍(116a)과의 사이에 형성된 1쌍의 접속 통로(134a, 134b)를 통해 서로 연통되어 있다. 즉, 제 1 포트(112) 및 제 2 포트(114)에 공급된 압력 유체는 한쪽의 관통 구멍(116a)에 유입된 후 접속 통로(134a, 134b)를 통해서 한편의 관통 구멍(116b)에도 유입된다. 이 접속 통로(134a, 134b)는 관통 구멍(116a, 116b)의 연장 방향[화살표(C) 방향]과 직교하도록 형성되어 있다.
슬라이드 테이블(104)은 슬라이드 테이블 본체(136)와, 상기 슬라이드 테이블 본체(136)의 일단부에 연결되는 스토퍼 기구(108)와, 슬라이드 테이블 본체(136)의 타단부에 연결되는 엔드 플레이트(유지 부재)(138)를 구비하고 있다. 상기 엔드 플레이트(138)는 상기 슬라이드 테이블 본체(136)에 대하여 직교하도록 연결된다.
슬라이드 테이블 본체(136)는 길이 방향[화살표(C) 방향]을 따라 소정 두께로 연장되는 베이스부(140)와, 상기 베이스부(140)의 양측부로부터 직교하도록 하방으로[실린더 본체(102)를 향해서] 돌출된 한쌍의 돌출부(142a, 142b)로 이루어진다. 돌출부(142a, 142b)의 내면에는 강구(전동체)(144)가 안내되는 가이드홈(제 1 전동홈)(146, 146)이 화살표(C) 방향[슬라이드 테이블(104)의 슬라이드 방향]을 따라 형성된다.
베이스부(140)에는 그 일단부와 타단부 사이에 4개의 워크피스 유지용 구멍부(148)가 형성된다. 상기 워크피스 유지용 구멍부(148)는 서로 소정 간격 이격되어 배치된다. 예를 들면, 슬라이드 테이블(104)의 상부에 워크피스(도시되지 않음)를 적재해서 반송할 때 상기 워크피스는 워크피스 유지용 구멍부(148)를 통해 슬라이드 테이블(104)에 고정된다.
또한, 슬라이드 테이블 본체(136)의 일단부에는 스토퍼 기구(108)의 홀더부(150)를 고정하기 위한 볼트(152a)가 삽입 통과되는 한쌍의 볼트 구멍(154)이 형성됨과 아울러 타단부에는 엔드 플레이트(138)를 고정하기 위한 볼트(152b)가 삽입 통과되는 한쌍의 볼트 구멍(156)이 형성된다. 볼트 구멍(154, 156)은 모두 슬라이드 테이블 본체(136)의 연장 방향[화살표(C, D) 방향]과 직교 방향으로 슬라이드 테이블 본체(136)를 관통하고 있다. 스토퍼 기구(108)는 홀더부(150)에 대하여 나사결합되는 스톱퍼 볼트(158)와, 스톱퍼 볼트(158)의 진퇴 동작을 규제하는 록 너트(lock nut)(160)를 갖는다. 스토퍼 기구(108)는 실린더 본체(102)에 배치된 가이드 기구(106)를 향하도록 배치되어 있다.
엔드 플레이트(138)는 슬라이드 테이블 본체(136)의 타단부에 형성된 볼트 구멍(156)에 삽입 통과된 2개의 볼트(152b)에 의해 고정된다. 엔드 플레이트(138)는 실린더 본체(102)의 단면을 향하도록 배치됨과 아울러 1쌍의 로드 구멍(162a, 162b)에 삽입 통과된 피스톤 로드(122)의 단부가 각각 고정된다. 이에 따라, 엔드 플레이트(138)를 포함하는 슬라이드 테이블(104)이 피스톤 로드(122)와 함께 실린더 본체(102)의 길이 방향을 따라 변위하게 된다.
가이드 기구(106)는 폭방향[화살표(B) 방향]의 양단부에는 화살표(C) 방향을 따라 가이드홈(제 2 전동홈)(164, 164)이 형성되어 있다. 이 가이드홈(146, 146)과 가이드홈(164, 164)에 의하여 강구(144)는 전동가능하게 지지된다. 또한, 가이드 기구(106)에는 강구(144)를 순환시키기 위한 순환 경로(166)가 형성되어 있고 가이드홈(164)의 단까지 전동된 강구(144)는 순환 경로(166)에 의해 180도 전환해서 전동한다.
리니어 액츄에이터(100)에서는 가이드홈(146)과 가이드홈(164)이 대략 동일한 높이가 되도록 실린더 본체(102)에 연결된 가이드 기구(106)와 슬라이드 테이블(104)이 배치되고, 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)에 의해 형성되는 스페이스(공간) 및 순환 경로에 복수의 강구(144)가 리니어 가이드로서 수납된다. 각 강구(144)의 전동에 의한 안내 작용하에 슬라이드 테이블(104)은 실린더 본체(102)에 연결된 가이드 기구(106)에 대하여 화살표(C) 방향으로 변위가능하게 된다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드 기구(106)의 상면에는 영구자석(자석)(172a, 172b)이 배치되어 있다. 영구자석(172a, 172b)과 슬라이드 테이블(104) 사이에 자기흡인력이 작용하고, 슬라이드 테이블(104)에는 하방으로 힘이 가해진다. 또한, 본 제 2 실시예에서는 실린더 본체(102)가 있는 측을 하방측이라 하고 슬라이드 테이블(104)이 있는 측을 상방측이라 한다. 또한, 슬라이드 테이블(104) 및 가이드 기구(106)는 자성체로 구성된다. 또한, 가이드 기구(106)는 자성체를 포함하고 있으면 좋고, 상세하게는 자성체로 이루어진 부재와 비자성체로 이루어진 부재로 구성될 수 있다. 예를 들면 가이드 기구(106) 중 가이드홈(164, 164)의 부재는 수지로 형성되고, 그 이외의 부재는 자성체일 수 있다. 또한, 자성체의 강구(제 1 전동체)(144)와, 비자성체의 강구(제 2 전동체)(144)를 화살표(C) 방향을 따라 교대로 배치할 수 있다.
도 11은 강구(144)를 지지하는 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)을 도시한 도면이다. 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)은 강구(144)의 반경보다도 큰 곡률반경으로 이루어진 2개의 원호를 조합시킨 형상의 홈이다. 상세하게는, 가이드홈(146)은 제 1 곡률반경의 원호로 형성된 제 1 곡면(174a)과 제 2 곡률반경의 원호로 형성된 제 2 곡면(174b)으로 구성되고, 가이드홈(164)은 제 3 곡률반경의 원호로 형성된 제 1 곡면(176a)과 제 4 곡률반경의 원호로 형성된 제 2 곡면(176b)으로 구성된다.
가이드홈(146)의 제 1 곡면(174a)과 가이드홈(164)의 제 2 곡면(176b)이 강구(144)에 접촉함으로써 강구(144)가 지지된다. 가이드홈(146)의 제 1 곡면(174a)과 강구(144)의 접촉점(a)과 가이드홈(164)의 제 2 곡면(176b)과의 접촉점을 연결하는 선(C)은 강구(144)의 중심을 지난다. 이 접촉점(a)과 접촉점(b)을 지나는 선(C)과 강구(144)의 중심을 지나고 슬라이드 테이블(104)의 폭방향으로 연장되는 평면(d)이 이루는 각(θ)은 90도 미만이 된다. 이 선(C)과 평면(d)이 이루는 각이 소정의 각도가 되도록 가이드홈(146)의 제 1 곡면(174a)과 가이드홈(164)의 제 2 곡면(176b)이 형성된다.
가이드홈(146)의 제 1 곡면(174a)과 가이드홈(164)의 제 2 곡면(176b)에서는 강구(144)를 견고하게 지지할 수 없지만, 상기한 바와 같이, 영구자석(172a, 172b)의 자기흡인력에 의해 슬라이드 테이블(104)에는 하방향의 힘이 인가되므로 가이드홈(146)의 제 1 곡면(174a)과 가이드홈(164)의 제 2 곡면(176b)에 의해 경사 방향으로 강구(144)에 압력을 인가할 수 있다. 즉, 접촉점(a) 및 접촉점(b)에 의하여 강구(144)에 압력이 인가된다. 따라서, 도 11 에 도시된 바와 같은 간단한 구조이어도 강구(144)를 견고하게 유지할 수 있고 슬라이드 테이블(104)과 가이드 기구(106)의 채터링/백래쉬를 방지할 수 있다.
이 선(C)과 평면(d)이 이루는 각(θ)에 따라 슬라이드 테이블(104)과 가이드 기구(106)의 폭방향의 채터링/백래쉬와 슬라이드 테이블(104)과 가이드 기구(106)의 상하 방향의 채터링/백래쉬를 방지하는 정밀도의 비율을 변경할 수 있다.
도 12는 강구(144)가 리니어 액츄에이터(100)의 길이 방향으로 유지되는 범위와 영구자석(172a, 172b)에 의해 발생하는 자기흡인력의 범위(사선으로 나타낸 영역)(180)의 관계를 나타낸 모식도이다. 제 2 실시예에 있어서는 강구(144)가 슬라이드 테이블(104)과 가이드 기구(106)에 의하여 리니어 액츄에이터(100)의 길이 방향으로 유지되는 범위는 영구자석(172a, 172b)에 의해 발생하는 자기흡인력의 범위보다 길다.
이어서, 제 2 실시예에 의한 리니어 액츄에이터(100)의 동작에 대해서 간단하게 설명한다. 또한, 도 6 에 도시된 바와 같이, 슬라이드 테이블(104)을 구성하는 엔드 플레이트(138)가 실린더 본체(102)의 단면에 접촉한 상태를 초기위치로서 설명한다.
우선, 도면에 도시되지 않은 압력 유체 공급원으로부터 압력 유체를 제 1 포트(112)로 유입한다. 이 경우 제 2 포트(114)는 도면에 도시되지 않은 스위칭 밸브의 조작하에 대기 개방 상태로 둔다. 이 제 1 포트(112)에 공급된 압력 유체는 한쪽의 관통 구멍(116a)에 공급됨과 아울러 접속 통로(134b)를 통해서 한편의 관통 구멍(116b)에 공급되고, 피스톤(120)을 로드 홀더(132)측을 향해서 가압한다. 이에 따라, 피스톤(120)에 연결된 피스톤 로드(122)와 함께 슬라이드 테이블(104)은 피스톤(120)이 로드 홀더(132)에 접근하는 방향[엔드 플레이트(138)가 실린더 본체(102)와 이격되는 방향]으로 이동한다.
그리고, 슬라이드 테이블(104)의 일단부에 배치된 스톱퍼 볼트(158)의 단부가 가이드 기구(106)의 단면에 접촉함으로써 상기 슬라이드 테이블(104)의 변위가 정지된 변위 종단 위치가 된다. 이 스토퍼 기구(108)는 록 너트(160)를 풀어서 스톱퍼 볼트(158)의 진퇴 동작을 가능하게 한 후 홀더부(150)의 단면으로부터의 돌출량을 조정하고 록 너트(160)를 조임으로써 슬라이드 테이블(104)의 변위량을 조정하는 것이 가능하다.
한편, 변위 종단 위치로부터 슬라이드 테이블(104)을 상기와는 반대 방향으로 변위시킬 경우에는 제 1 포트(112)에 공급되어 있었던 압력 유체를 제 2 포트(114)에 대하여 공급함과 아울러 상기 제 1 포트(112)를 대기 개방 상태로 한다. 이에 따라 제 2 포트(114)로부터 한쌍의 관통 구멍(116a, 116b)에 공급된 압력 유체에 의해 피스톤(120)이 로드 홀더(132)로부터 이격되는 방향[엔드 플레이트(138)가 실린더 본체(102)에 접근하는 방향]으로 변위하고 상기 피스톤(120)과 함께 피스톤 로드(122)가 끼워져서 슬라이드 테이블(104)이 변위한다. 그리고, 슬라이드 테이블(104)을 구성하는 엔드 플레이트(138)가 실린더 본체(102)의 단면에 접촉함으로써 초기위치로 복귀한다.
이와 같이, 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 마찬가지로, 리니어 액츄에이터(100)에 있어서 영구자석(172a, 172b)의 자기흡인력을 이용하여 슬라이드 테이블의 가이드홈(146, 146)의 상측의 제 1 곡면(174a)과 가이드 기구(106)의 가이드홈(164)의 하측의 제 2 곡면(176b)으로 강구(144)를 비스듬히 가압할 수 있으므로 간이한 구조로 슬라이드 테이블(104)과 가이드 기구(106)의 채터링/백래쉬를 방지할 수 있음과 아울러 강구(144)의 차동 미끄러짐을 억제하고 소형화를 도모할 수 있다. 고딕 아치 구조나 서큘러 구조에 비해서 강구(144), 가이드홈(146, 146), 가이드홈(164, 164)의 가공 정밀도, 및 조립 정밀도가 요구되지 않으므로 가공 조립의 공수를 경감시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 실시예에서는 가이드 기구(106)에 영구자석(172a, 172b)을 설치하도록 했지만 슬라이드 테이블(104)에 영구자석(172a, 172b)을 설치할 수 있다. 이 경우에는 슬라이드 테이블(104)의 가이드 기구(106)에 대향하는 영역에 영구자석(172a, 172b)을 설치한다. 이 경우이어도 영구자석(172a, 172b)의 자기흡인력에 의해 슬라이드 테이블(104)에는 하방향의 힘이 가해지므로 강구(144)를 경사 방향으로 가압할 수 있다.
<변형예>
또한, 상기 각 실시예는 하기와 같이 변형될 수 있다.
(변형예1) 상기 각 실시예에서는 2개의 원호를 조합시켜서 가이드홈(22) 및 가이드홈(30), 또는 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)을 형성했다. 그러나, 가이드홈(22) 및 가이드홈(30), 또는 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)은 단일 원호로 이루어질 수 있다. 이 경우에도 상기 제 1 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 영구자석(26a, 26b), 또는 영구자석(172a, 172b)의 자기흡인력에 의해 가이드홈(22) 및 가이드홈(30), 또는 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)은 강구(24, 144)를 비스듬히 가압할 수 있다. 또한, 단일 원호로 함으로써 홈의 구조가 간단해져서 공수를 경감시킬 수 있다. 이 경우 이 단일 원호는 강구(24, 144)의 반경보다도 큰 곡률반경으로 이루어진 원호이다. 도 13은 상기 제 1 실시예에 있어서의 가이드홈(22, 22) 및 가이드홈(30, 30)을 단일 원호로 이루어지는 홈으로 했을 경우의 예를 게시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 가이드홈(22) 및 가이드홈(30)을 단일 원호로 이루어지는 홈으로 했을 경우이어도 가이드홈(22) 및 가이드홈(30)은 강구를 비스듬히 가압 가능한 것으로 이해될 수 있다.
(변형예2) 상기 각 실시예에서는 2개의 원호를 조합시켜서 가이드홈(22) 및 가이드홈(30), 또는 가이드홈(146) 및 가이드홈(164)을 형성했다. 그러나, 가이드홈(30)의 제 2 곡면(42b) 및 가이드홈(22)의 제 1 곡면(40a), 또는 가이드홈(146)의 제 2 곡면(174b) 및 가이드홈(164)의 제 1 곡면(176a)은 강구(24, 144)의 가압에 사용할 수 없으므로 제 2 곡면(42b) 및 제 1 곡면(40a), 또는 제 2 곡면(174b) 및 제 1 곡면(176a)의 가공 정밀도를 낮게 할 수 있다. 즉, 제 2 곡면(42b) 및 제 1 곡면(40a), 또는 제 2 곡면(174b) 및 제 1 곡면(176a)의 표면은 거칠 수 있다. 이에 따라 공수를 경감시킬 수 있다.
(변형예3) 상기 각 실시예에 있어서는 영구자석(26a, 26b), 영구자석(172a, 172b)을 사용하도록 했지만 영구자석 대신에 전자석(자석)(200)을 사용할 수 있다. 본질적으로, 2개의 극을 가져서 쌍극성의 자장을 발생시키는 것(자석)이면 영구자석(26a, 26b, 172a, 172b)이어도 되고 전자석이어도 된다. 또한, 본 발명에 있어서 자석이라고 하는 개념에는 영구자석(26a, 26b, 172a, 172b), 전자석 중 어느쪽도 포함된다.
도 14는 본 변형예3에서 사용되는 전자석(200)의 일부 결절 사시도이다. 전자석(200)은 보빈 상의 이너 요크(inner yoke)(202)와, 상기 이너 요크(202)의 외주에 권회된 코일(204)과, 코일(204)의 외주를 둘러싸는 아웃터 요크(outer yoke)(206)로 이루어진다. 영구자석(26a, 26b, 172a, 172b) 대신에 전자석(200)을 사용함으로써 강구(24, 144)에 인가하는 압력, 즉 자기흡인력의 강도를 조정할 수 있다. 즉, 전자석(200)의 코일(204)에 통전되는 전류의 크기를 변경함으로써 자기흡인력의 강도가 변경되고 가이드홈(30)의 제 1 곡면(42a) 및 가이드홈(22)의 제 2 곡면(40b), 또는 가이드홈(146)의 제 1 곡면(174a) 및 가이드홈(164)의 제 2 곡면(176b)이 강구(24, 144)를 가압하는 힘을 변경할 수 있다.
또한, 본 변형예3에 있어서는 전자석(200)은 이너 요크(202) 및 아웃터 요크(206)를 갖도록 했다. 그러나, 전자석(200)은 이너 요크(202), 및/또는 아웃터 요크(206)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 전자석(200)은 이너 요크(202) 대신에 영구자석을 포함할 수 있다. 또한, 전자석(200)을 복수 사용할 수 있다.
(변형예4) 상기 제 1 실시예에 있어서는 2개의 영구자석(26a, 26b)[이하, 영구자석(26a, 26b)을 총칭해서 영구자석(26)이라고 함]을 이용하여 자기흡인력을 발생시키도록 했지만, 도 15?도 18에 도시된 바와 같이, 영구자석(26)의 수, 배치 등을 변경할 수 있다.
도 15(A)?도 15(G)는 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 리니어 액츄에이터(10)의 모식도이다. 도 15(A)는 영구자석(26)의 S극이 슬라이드 테이블(14)측에, N극이 가이드 레일(12)측이 되도록 1개의 영구자석(26)을 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 설치한 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 이 경우에는 도 15(A)에 도시된 바와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 15(B)에 있어서는 도 15(A)의 리니어 액츄에이터(10)에 있어서 화살표(A) 방향을 따라 영구자석(26)의 양측에 요크(210)가 제공된 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 이 경우도 도 15(A)와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 15(C)는 2개의 영구자석(26) 중 한쪽의 영구자석(26)의 S극, 및 한편의 영구자석(26)의 N극이 슬라이드 테이블(14)측이 되도록 상기 2개의 영구자석(26)을 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 설치한 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 즉, 상하 방향으로 착자된 2개의 영구자석(26)을 서로 극의 방향을 반전시켜서 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 설치했을 경우를 나타내고 있다. 2개의 영구자석(26)은 화살표(A) 방향을 따라 서로 접하도록 배치된다. 이 경우에는 도 15(C)에 도시된 바와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 15(D)는 상하 방향으로 착자된 4개의 영구자석(26)을 교대로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 설치한 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 도 15(D)에서는 인접한 영구자석(26)이 서로 접하도록 배치되어 있다. 이 경우에는 도 15(D)에 도시된 바와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 15(E)는, 도 15(D)에 도시된 바와 같이, 4개의 영구자석(26)을 사용하는 대신에 자극이 화살표(A) 방향을 따라 서로 반전되도록 다극으로 착자된 1개의 영구자석(26)을 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 설치한 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 이 경우도, 도 15(D)와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 15(F)는 화살표(A) 방향으로 착자된 3개의 영구자석(26)을 서로 극의 방향을 반전시켜서 화살표(A) 방향을 따라 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 설치한 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 도 15(F)에서는 각 영구자석(26)의 양측에 요크(210)가 제공되어 있다. 이 경우에는 도 15(F)에 도시된 바와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 15(G)는 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 상하 방향으로 착자된 영구자석(26)과 화살표(A) 방향으로 착자된 영구자석(26)을 화살표(A) 방향을 따라 교대로 배치시킴과 아울러 인접한 착자 방향이 같은 영구자석(26)의 극의 방향을 반전시킨 리니어 액츄에이터(10)를 나타낸다. 즉, 슬라이드 테이블(14)의 가이드 레일(12)측에 영구자석(26)을 할바크 배열 형태로 배치한 리니어 액츄에이터를 나타낸다. 이 경우에는 도 15(G)에 도시된 바와 같은 자속이 발생하고 자기흡인력이 발생한다.
도 16(A)?도 16(G)는 화살표(B) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 리니어 액츄에이터(10)의 모식도이다. 도 16(A)?도 16(G)의 영구자석(26)의 배치는 영구자석(26)의 배치 방향이 화살표(A) 방향이 아니라 화살표(B) 방향이라는 점을 제외하면 도 15(A)?도 15(G)와 같으므로 설명을 생략한다.
도 17(A)?도 17(G)는 화살표(A) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 리니어 액츄에이터(10)의 모식도이다. 도 17(A)?도 17(G)의 영구자석(26)의 배치는 영구자석(26)이 배치되는 장소가 슬라이드 테이블(14)이 아니라 가이드 레일(12)의 슬라이드 테이블(14)측이라는 점을 제외하면 도 15(A)?도 15(G)와 같으므로 설명을 생략한다.
도 18(A)?도 18(G)는 화살표(B) 방향을 따라 자로를 형성한 경우의 리니어 액츄에이터(10)의 모식도이다. 도 18(A)?도 18(G)의 영구자석(26)의 배치는 영구자석(26)이 배치되는 장소가 슬라이드 테이블(14)이 아니라 가이드 레일(12)의 슬라이드 테이블(14)측이라는 점을 제외하면 도 16(A)?도 16(G)와 같으므로 설명을 생략한다.
(변형예5) 상기 제 2 실시예에 있어서는 2개의 영구자석(172a, 172b)[이하, 영구자석(172a, 172b)을 총칭해서 영구자석(172)이라 함]을 이용하여 자기흡인력을 발생시키도록 했지만 상기 변형예4와 마찬가지로 영구자석의 수, 배치 등을 변경할 수 있다. 상기 변형예5의 리니어 액츄에이터(100)는 도 15?도 18의 리니어 액츄에이터(10)의 상하를 반전시켜[즉, 가이드 레일(12)을 상측, 슬라이드 테이블(14)을 하측으로 함] 가이드 레일(12)을 슬라이드 테이블(104)로 해서 도 15?도 18의 슬라이드 테이블(14)을 가이드 기구(106)로 한다.
(변형예6) 상기 각 실시예에서는 제 1 부재[가이드 레일(12), 슬라이드 테이블(104)], 및 제 2 부재[슬라이드 테이블(14), 가이드 기구(106)]를 모두 자성체로 했다. 그러나, 제 1 부재 및 제 2 부재 중 적어도 영구자석(26, 172)이 배치되지 않는 부재를 자성체로 할 수 있다. 즉, 제 1 부재에 영구자석(26, 172)이 배치되는 경우에는 적어도 제 2 부재를 자성체로 하고 제 2 부재의 영구자석(26, 172)이 배치되는 경우에는 적어도 제 1 부재를 자성체로 구성할 수 있다.
(변형예7) 상기 변형예1?변형예6을 임의로 조합시킨 형태일 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예를 사용하여 설명했지만 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예에 기재된 범위로 한정되지 않는다. 상기 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 더하는 것이 가능한 것이 당업자에 명확하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허청구범위의 기재로부터 명확하다.

Claims (8)

  1. 제 1 부재(12, 104)와, 상기 제 1 부재(12, 104)에 대향해서 배치된 제 2 부재(14, 106)의 상대 위치를 변위시키는 리니어 액츄에이터(10, 100)로서:
    상기 제 1 부재(12, 104)의 양단측에는 상기 제 2 부재(14, 106)를 향해서 돌출부(20a, 20b, 142a, 142b)가 변위 방향을 따라 돌출형성되고,
    상기 제 2 부재(14, 106)는 상기 제 1 부재(12, 104)와 상기 제 2 부재(14, 106)의 상대 위치를 변위가능하게 하는 전동체(24, 144)를 끼워서 상기 제 1 부재(12, 104)의 양단측의 돌출부(20a, 20b, 142a, 142b)의 사이에 배치되고,
    상기 제 1 부재(12, 104)의 양단측의 상기 돌출부(20a, 20b, 142a, 142b)와 상기 제 2 부재(14, 106)에는 상기 전동체(24, 144)를 전동가능하게 지지하는 제 1 전동홈(22, 146)과 제 2 전동홈(30, 164)이 형성되고,
    2개의 극을 가지고 쌍극성의 자장을 발생시키는 자석(26, 26a, 26b, 172, 172a, 172b, 200)의 자기흡인력에 의해 상기 제 1 전동홈(22, 146) 및 상기 제 2 전동홈(30, 164)이 상기 전동체(24, 144)에 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석(26, 26a, 26b, 172, 172a, 172b, 200)은 영구자석 (26, 26a, 26b, 172, 172a, 172b) 또는 전자석(200)인 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동체(24, 144)의 직경은 상기 제 1 전동홈(22, 146)과 상기 제 2 전동홈(30, 164) 사이에 형성되는 공간보다 작은 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전동홈(22, 146) 및 상기 제 2 전동홈(30, 164)의 적어도 한쪽의 홈형상은 단일 곡률반경의 원호 형상인 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전동홈(22, 146) 및 상기 제 2 전동홈(30, 164)의 적어도 한쪽의 홈형상은 곡률반경을 가지는 복수의 원호로 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재(12, 104) 및 상기 제 2 부재(14, 106)는 자성체인 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재(12) 및 상기 제 2 부재(14) 중 어느 한쪽에 코일(16)이 배치되고,
    상기 자석 (26, 26a, 26b, 200)은 상기 제 1 부재(12) 및 상기 제 2 부재(14) 중 상기 코일(16)이 배치되지 않은 측에 설치되어 있고,
    상기 코일(16)에 전류가 흐르게 함으로써 추진력을 발생시켜서 상기 제 1 부재(12)와 상기 제 2 부재(14)의 상대 위치를 변위시키는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재(104) 및 상기 제 2 부재(106) 중 한쪽에 실린더 본체(102)가 부착되고, 상기 제 1 부재(104) 및 상기 제 2 부재(106) 중 한쪽에 상기 자석 (172, 172a, 172b, 200)이 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터(10, 100).
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