KR100541740B1

KR100541740B1 - 이송장치

Info

Publication number: KR100541740B1
Application number: KR1020040011086A
Authority: KR
Inventors: 이석원; 안병일; 김기현; 강동우; 권대갑; 김동민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2006-01-11
Also published as: JP4717466B2; US20050184618A1; US7508098B2; JP2005260219A; KR20050082594A

Abstract

본 발명은, 이송장치에 관한 것으로서, 권취된 코일을 갖는 코일조립체와, 상기 코일조립체를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 기동자석을 포함하는 적어도 4개의 미세구동유닛과; 상기 미세구동유닛들이 임의의 직선에 대해 대칭되게 한 쌍의 그룹으로 배치되도록 상기 적어도 4개의 코일조립체를 지지하는 코일지지부재와; 상기 각 코일조립체에 대응하여 상기 적어도 4쌍의 기동자석을 지지하는 자석지지부재와; 상기 코일지지부재 및 상기 자석지지부재 중 어느 하나에 대해 다른 하나의 이동을 조절하도록 상기 미세구동유닛들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 초정밀의 위치제어가 가능하도록 위치제어오차를 용이하게 줄일 수 있다.

Description

이송장치{TRANSFER APPARATUS}

도 1은 종래 이송장치의 사시도,

도 2는 도 1의 이송장치에 마련된 액추에이터의 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 이송장치의 사시도,

도 4는 도 3의 이송장치의 분해사시도,

도 5는 도 3의 이송장치에서 제1자석지지부재가 분리된 부분결합 사시도,

도 6은 도 5의 이송장지의 미세구동유닛의 Ⅵ-Ⅵ단면도,

도 7은 본 발명에 따른 이송장치의 조동구동유닛에 의한 작동사시도,

도 8은 본 발명에 따른 이송장치의 미세구동유닛에 의한 X축 및 Y축 방향의 작동평면도,

도 9는 본 발명에 따른 이송장치의 미세구동유닛에 의한 θ방향의 작동평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 이송장치 105 : 베이스

110 : 미세구동유닛 111 : 코일조립체

113 : 코일 115 : 코일지그

116 : 자석조립체 117 : 기동자석

119 : 요크 120 : 조동구동유닛

123 : 가동자 125 : 고정자

127 : 가이드부재 130 : 자석지지부재

131 : 기동자석지지부 133 : 제1에어베어링

135 : 관통부 140 : 코일지지부재

141 : 가이드슬라이딩부재 143 : 스톱퍼

145 : 제2에어베어링 147 : 제3에어베어링

본 발명은, 이송장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 초정밀 이송이 용이하도록 구조를 개선한 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로 초정밀 이송장치는 반도체의 웨이퍼 및 액정표시패널(LCD) 등의 정밀검사를 위한 스캐닝장치, 반도체 가공기 및 초정밀 가공기 등에 사용된다.

그리고, 이러한 이송장치는 주로 반도체의 웨이퍼 등을 지지하는 프레임과 같은 지지부재와, 지지부재와 결합되어 지지부재를 기준 플레이트에 대해 이동시키도록 구동하는 액추에이터와, 이러한 액추에이터를 정밀하게 제어하기 위한 제어부 등을 포함한다.

일반적으로 정밀구동에 이용되는 액추에이터는 전기모터나 압전소자 및 전자기유도의 원리를 이용한 것 등 다양하다. 그리고, 이러한 액추에이터들 중 전자기 유도의 원리를 이용한 정밀 액추에이터로는 VCM(voice coil motor)이라는 리니어모터를 이용한 것이 있다.

이러한 VCM은 스피커의 진동원리를 액추에이터에 적용한 것으로써, 영구자석이 자기장 중에 위치한 보이스 코일에 전류를 인가하면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 자기장과 전류의 직각 방향으로 힘이 발생하게 되는 원리를 이용한 것이다. 그리고, 이러한 VCM을 사용한 액추에이터는 기동코일형과 기동자석형으로 분류된다. 즉, 기동코일형은 자석의 상대적인 자력에 의해 코일이 이동하는 것이며, 기동자석형은 코일의 상대적인 자력에 의해 자석이 이동하는 것이다.

이러한 종래의 정밀 이송장치에 관한 기술이 한국특허 등록번호 제10-0407897호의 기동자석형 VCM을 이용한 정밀 액추에이터 스테이지장치에 개시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 종래의 정밀 이송장치인 스테이지장치(100)는, 중공축(12) 및 중공축(12)이 중심부위에 위치하는 코일(11)로 이루어진 플레이트(20) 안측의 관통부위에 양측이 노출되도록 고정 배치되는 기동유도유닛(10)과, 코일(11)이 자력에 기초하여 중공축(12)을 중심으로 직선구동 및 회전이 가능하도록 중공축(12)에 대칭되게 끼워지는 한 쌍의 요크(yoke)(32) 및 요크(32)에 각각 자기력으로 결합되어 코일(11)에 대해 서로 다른 극성으로 대면하는 기동자석(31)으로 이루어지는 기동유닛(30)으로 구성된다.

기동유도유닛(10)은 3개가 상호 60°의 각도로 삼각구도를 취하도록 플레이트(20)에 배치되며, 기동자석(31)은 영구자석으로 마련된다. 즉, 동일한 기동력을 갖는 3개의 VCM이 등각도를 이루며 플레이트(20)에 배치되어 있다.

이에, 종래 스테이지장치(100)는 기동유도유닛(10)의 코일(11)에 전류를 인가함으로써, 기동자석(31)을 코일(11)에 대해 구동시킬 수 있게 된다. 그리고, 스테이지장치(100)는 3개의 기동유도유닛(10)을 정삼각형 구도로 배치하며, 기동유도유닛(10)들에 각각 마련된 3개의 코일(11) 중 적어도 하나에 선택적으로 전류를 인가함으로써, 기동유닛(30)을 플레이트(20)에 대해 직선구동(X, Y방향) 및 회전(θ방향)시킬 수 있게 된다.

그러나, 종래의 스테이지장치는 3개의 기동유도유닛들을 등각도의 정삼각형 구도로 배치함으로써, 기동유닛의 각 방향(X방향 및 Y방향)에 따른 직선구동력에 차이가 발생하게 된다. 즉, 예를 들어 기동유닛의 X방향의 직선구동력은 F1, F2 및 F3의 X방향의 합력으로 나타나며, Y방향의 직선구동력은 F2 및 F3의 Y방향의 합력으로 나타나게 됨으로 X방향의 직선구동력이 Y방향의 직선구동력보다 크게 된다(도 1참조). 이에, 이러한 직선구동력의 차이에 의해 초정밀의 위치제어가 요구되는 때 위치제어오차를 줄이기 어려운 문제점이 있다.

그리고, 종래의 스테이지장치는 기동유닛을 일방향(X방향 또는 Y방향)으로 직선구동시킬 때 타방향(Y방향 또는 X방향)으로의 구동력이 야기된다. 즉, 기동유닛들을 X방향으로 구동시킬 때 기동유닛들 중 일부는 X방향뿐만 아니라 Y방향으로 동시에 구동되어 X방향과 다른 방향의 구동력을 야기시킴으로 초정밀의 위치제어가 요구되는 때 위치제어오차를 줄이기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 초정밀의 위치제어가 가능하도록 위치제어오차를 용이하게 줄일 수 있는 이송장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 이송장치에 있어서, 권선된 코일을 갖는 코일조립체와, 상기 코일조립체를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 기동자석을 포함하는 적어도 4개의 미세구동유닛과; 상기 미세구동유닛들이 임의의 직선에 대해 대칭되게 한 쌍의 그룹으로 배치되도록 상기 적어도 4개의 코일조립체를 지지하는 코일지지부재와; 상기 각 코일조립체에 대응하여 상기 적어도 4쌍의 기동자석을 지지하는 자석지지부재와; 상기 코일지지부재 및 상기 자석지지부재 중 어느 하나에 대해 다른 하나의 이동을 조절하도록 상기 미세구동유닛들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징을 하는 이송장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 각 그룹에 배치된 상기 코일조립체들 중 상기 기동자석에 대응하는 어느 하나의 상기 코일의 전류방향은 다른 상기 코일의 전류방향에 대해 직교하는 것이 바람직하다.

상기 자석지지부재에는 상기 자석지지부재가 소정의 베이스에 대해 이격되어 이동가능하도록 복수의 에어베어링이 마련되는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 자석지지부재가 상기 코일지지부재의 대해 상기 자석지지부재의 판면에서 3자유도로 이동하도록 상기 미세구동유닛들을 제어되는 것이 바람직하다.

상기 코일지지부재의 대해 상기 자석지지부재의 위치제어오차는 ±50nm(nano meter) 이내 인 것이 바람직하다.

상기 자석지지부재 및 상기 코일지지부재 중 적어도 하나를 상기 미세구동유닛 보다 더 큰 폭으로 이동가능하게 상기 자석지지부재 및 상기 코일지지부재 중 적어도 하나에 대해 결합된 조동구동유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 조동구동유닛은, 가동코일이 권취되어 상기 코일지지부재에 결합된 가동자와, 상기 가동자를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 자석을 갖는 고정자를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고정자를 지지하는 가이드부재와; 상기 코일지지부재에 대해 결합되며, 상기 코일지지부재와 일체로 상기 가이드부재를 따라 이동하게 상기 가이드부재에 대해 결합된 가이드슬라이딩부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가이드슬라이딩부재에는 상기 가이드슬라이딩부재가 상기 가이드부재에 대해 이격되어 이동하도록 복수의 에어베어링이 마련되는 것이 바람직하다.

상기 가이드슬라이딩부재 및 상기 자석지지부재 중 적어도 하나에 결합되어 상기 가이드슬라이딩부재 및 상기 자석지지부재의 이동 폭을 제한하는 스톱퍼가 마련되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이송장치(101)는 코일조립체(111) 및 코일조립체(111)를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 기동자석(117)을 포함하는 적어도 4개의 미세구동유닛(fine actuator)(110)과, 미세구동유닛(110)들이 임의의 직선에 대해 대칭되게 한 쌍의 그룹(A,B)으로 배치되도록 적어도 4개의 코일조립체(111)를 지지하는 코일지지부재(140)와, 각 코일조립체(111)에 대응하여 적어도 4쌍의 기동자석(117)을 지지하는 자석지지부재(130)와, 코일지지부재(140) 및 자석지지부재(130) 중 어느 하나에 대해 다른 하나의 이동을 조절하도록 미세구동유닛(110)들을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다. 그리고, 본 발명에 따른 이송장치(101)는 자석지지부재(130) 및 코일지지부재(140) 중 어느 하나를 미세구동유닛(110) 보다 더 큰 폭으로 이동가능하게 자석지지부재(130) 및 코일지지부재(140) 중 어느 하나에 대해 결합된 조동구동유닛(coarse actuator)(120)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

미세구동유닛(110)은 스피커의 진동원리를 이용한 VCM(voice coil motor)을 이용한 것이 있다. 즉, 스피커의 진동원리를 액추에이터에 적용한 것으로써, 한 쌍의 영구자석 사이의 자기장 중에 위치한 보이스 코일에 전류를 인가하면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 자기장과 전류의 직각 방향으로 힘이 발생하게 되는 원리를 이용한 것이다. 그리고, 미세구동유닛(110)은 4개로 마련되어 자석지지부재(130) 및 코일지지부재(140)와 결합되며, 자석지지부재(130)를 코일지지부재(140)에 대해 미세하게 정밀 구동시키는 것이 바람직하다. 즉, 미세구동유닛(110)들은 코일지지부재(140)에 대해 자석지지부재(130)를 위치제어오차가 ±50nm(nano meter)이내 되도록 정밀하게 구동되는 것이 바람직하다. 그러나, 미세구동유닛(110)은 코일지지부재(140)를 자석지지부재(130)에 대해 미세하게 정밀 구동시킬 수도 있음은 물론이다. 그리고, 미세구동유닛(110)은 4개로 마련되는 것이 바람직하나, 6개 이상의 짝수개로 마련될 수도 있음은 물론이다. 그리고, 미세구동유닛(110)은 후술할 조 동구동유닛(120)의 가동자(123)의 길이방향 축선과 같은 임의의 직선에 대해 대칭되도록 자석지지부재(130) 및 코일지지부재(140)의 양측에 각각 한 쌍씩 2개의 그룹(A,B)을 이루도록 마련된다.

코일조립체(111)는 코일지그(115)와, 코일지그(115) 내에 권취된 코일(113)을 갖는다. 그러나, 코일조립체(111)는 코일지그(115)없이 코어에 권선된 코일(113)로 마련될 수도 있음은 물론이다. 코일지그(115)는 내부가 비어있는"ㅁ"자 형상의 통으로 마련되며, 그 내부에 코일(113)이 권취되는 것이 바람직하다. 그리고, 코일지그(115)는 코일지지부재(140)에 스크루 등으로 결합되어 지지되는 것이 바람직하다. 그리고, 코일조립체(111)는 코일지지부재(140)의 양측에 각각 한 쌍으로 마련되는 것이 바람직하나, 미세구동유닛(110)의 개수에 따라 코일지지부재(140)의 양측에 각각 3개 이상으로 마련될 수도 있음은 물론이다. 그리고, 각 그룹(A 또는 B)에 배치된 코일조립체(111)들 중 어느 하나의 코일(113)에서 기동자석(117)에 대응하는 부분의 전류방향(C)은 나머지 코일조립체(111)의 코일(113)에서 기동자석(117)에 대응하는 부분의 전류방향(C)에 대해 직교하는 것이 바람직하다(도 5참조). 그리고, 각 그룹(A 또는 B)에 배치된 한 쌍의 코일조립체(111)들 중 하나는 기동자석(117)을 X방향으로 이동시키도록 기동자석(117)에 대응하여 코일(113)의 전류방향(C)을 배치하며, 다른 하나는 기동자석(117)을 Y방향으로 이동시키도록 기동자석(117)에 대응하여 코일(113)의 전류방향(C)을 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 기동자석(117)은 코일(113)의 전류방향(C)에 대해 직각방향으로 이동함으로 한 쌍의 코일조립체(111)들 중 하나의 코일(113)의 전류방향(C)은 Y방향 으로 배치되며, 다른 하나의 코일(113)의 전류방향(C)은 X방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 이에, 각 그룹(A 또는 B)에 각각 Y방향 및 X방향으로 배치된 한 쌍의 코일조립체(111)에 의해 기동자석(117)은 X방향 및 Y방향으로 이동하게 된다.

기동자석(117)은 요크(yoke)(119)에 의해 지지되어 자석지지부재(130)에 결합된다. 그리고, 기동자석(117) 및 요크(119)가 결합된 것을 자석조립체(116)라고 한다. 기동자석(117)은 각 코일지그(115)에 권취된 코일(113)에 대응하여 두 쌍으로 마련되는 것이 바람직하다. 즉, 각 코일조립체(111)의 양측에 각각 두개의 기동자석(117)이 요크(119)에 의해 지지된다. 그리고, 두개의 기동자석(117)에 대해 각 코일지그(115) 내에 권취된 코일(113)은 상호 반대의 전류방향(C)을 가지게 되므로 각 코일조립체(111)의 일측에 마련된 두개의 기동자석(117)은 상호 다른 극성을 가지며 이격 배치된다. 그리고, 각 코일(113)을 사이에 두고 마련된 한 쌍의 기동자석(117)도 역시 서로 다른 극성을 갖는다. 그리고, 기동자석(117)은 별도의 전원공급부가 필요하지 않은 영구자석으로 마련되는 것이 바람직하다. 이에, 한 쌍의 기동자석(117)에 의해 그 사이의 자속밀도를 균일하게 할 수 있다(도 5 및 도 6참조).

코일지지부재(140)는 사각의 판형상으로 마련되며, 후술할 조동구동유닛(120)의 가동자(123)의 길이방향 축선과 같은 임의의 직선에 대해 대칭되도록 양측에 각각 한 쌍 전술한 코일조립체(111)가 마련된다. 그리고, 코일조립체(111) 하부면에는 후술할 가동자(123)가 스크루 등에 의해 결합된다.

자석지지부재(130)는 사각의 판형상으로 마련된 제1자석지지부재(130a) 및 제1자석지지부재(130a)와 스크루에 의해 결합된 제2자석지지부재(130b)를 포함한다. 그리고, 자석지지부재(130)에는 자석지지부재(130)가 소정의 베이스(105)에 대해 이격되어 베이스(105)에 대해 이동가능하도록 복수의 제1에어베어링(133)이 마련되는 것이 바람직하다.

제1자석지지부재(130a)는 사각판 형상으로 마련되어 4쌍의 기동자석(117)들 중 일측의 기동자석(117)들과 결합된다. 즉, 제1자석지지부재(130a)는 4개의 코일조립체(111)에 대응하여 기동자석(117) 중 상측에 마련된 4개의 기동자석(117)과 요크(119)에 의해 결합된다(도 4참조). 그리고, 제1자석지지부재(130a)는 초정밀의 위치제어가 요구되는 반도체의 웨이퍼 및 액정표시패널(LCD) 등의 정밀검사를 위한 스캐닝장치, 반도체 가공기 및 초정밀 가공기 등에 사용되어 검사 또는 가공하고자 하는 웨이퍼 등을 지지하는 것이 바람직하다.

제2자석지지부재(130b)는 후술할 가이드슬라이딩부재(141)를 수용하도록 "U"자 형상으로 마련되어 4쌍의 기동자석(117)들 중 타측의 기동자석(117)들과 결합된다. 즉, 제2자석지지부재(130b)에는 4개의 코일조립체(111)에 대응하여 기동자석(117) 중 하측에 마련된 4개의 기동자석(117)들과 요크(119)에 의해 결합되도록 4개의 기동자석지지부(131)가 마련된다. 그리고, 제2자석지지부재(130b)의 하측에는 전술한 복수의 제1에어베어링(133)이 장착된다. 그리고, 제1자석지지부재(130a) 및 제2자석지지부재(130b)에는 자체의 무게를 줄이기 위해 다수의 관통부(135)가 마련된다. 즉, 자석지지부재(130)에 마련된 관통부(135)로 인해 자석지지부재(130)의 무게를 줄임으로써 미세구동유닛(110)의 더욱 용이하게 제어할 수 있게 된다.

기동자석지지부(131)는 하측에 마련된 기동자석(117) 및 코일조립체(111)를 수용할 수 있도록 제2자석지지부재(130b)의 양측면에 절취되어 형성된다. 그리고, 기동자석지지부(131)의 폭은 코일조립체(111)에 대해 기동자석(117)이 소정의 거리 이동가능하게 코일조립체(111)의 폭 보다 크게 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 코일조립체(111)에 대해 기동자석(117)의 최대이동거리가 대략 3~5mm 정도 이므로 기동자석지지부(131)의 폭은 코일조립체(111)의 폭 및 기동자석(117)의 최대이동거리의 합 보다 큰 것이 바람직하다.

제1에어베어링(133)은 압축공기를 베이스(105)면으로 분사하여 제2자석지지부재(130b)의 하측이 베이스(105)로부터 일정한 이격 상태를 유지시킨다. 이에, 제2자석지지부재(130b)는 제1에어베어링(133)에 의해 베이스(105)면과 마찰없이 베이스(105)를 따라 주행할 수 있게 된다.

제어부(미도시)는 미세구동유닛(110)들과 연결되어 코일지지부재(140)에 대해 자석지지부재(130)의 이동을 조절한다. 즉, 제어부(미도시)는 미세구동유닛(110)의 각 코일(113)과 연결되어 코일(113)에 공급되는 전류를 제어함으로써 기동자석(117)의 이동을 조절하게 되어 자석지지부재(130)의 이동을 조절하게 된다. 그리고, 제어부는 자석지지부재(130)가 코일지지부재(140)의 대해 자석지지부재(130)의 판면에서 3자유도(X,Y,θ)로 이동하도록 미세구동유닛(110)들을 제어하는 것이 바람직하다.

조동구동유닛(120)은 가동코일(미도시)이 권취되어 코일지지부재(140)에 결 합된 가동자(123)와, 가동자(123)를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 자석을 갖는 고정자(125)를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 조동구동유닛(120)은 한 쌍의 고정자(125)사이에 위치한 가동자(123)에 전류를 인가하면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 자기장과 전류의 직각 방향으로 힘이 발생하게 되는 원리를 이용한 것이다. 그리고, 고정자(125)는 영구자석인 것이 바람직하다. 그리고, 조동구동유닛(120)에는 고정자(125)를 지지하는 가이드부재(127)와, 코일지지부재(140)에 대해 결합되며 코일지지부재(140)와 일체로 가이드부재(127)를 따라 이동하게 가이드부재(127)에 대해 결합된 가이드슬라이딩부재(141)가 마련된다. 그리고, 조동구동유닛(120)은 일예로 고정자(125)에 대한 가동자(123)의 최대이동변위는 대략 500mm 정도이며, 가동자(123)의 위치제어오차가 대략 ±5㎛ 이내인 것이 바람직하다.

가동자(123)는 그 내측에 가동코일이 권취되어 한 쌍의 고정자(125) 사이에 마련된다. 그리고, 가동자(123)의 상측은 코일지지부재(140)의 하부면에 스크루 등에 의해 체결된다. 이에, 가동자(123)는 한 쌍의 고정자(125) 사이에 마련되어 전술한 제어부(미도시)에 의해 전류가 인가되면 고정자(125)의 길이방향으로 왕복이동가능하게 된다.

고정자(125)는 영구자석인 것이 바람직하나, 공급전원에 의해 자석이 되는 전자석일 수도 있음은 물론이다. 그리고, 고정자(125)는 가이드부재(127)에 결합되어 베이스(105) 등에 고정된다.

가이드부재(127)는 고정자(125)를 지지하도록 고정자(125)의 외측에 마련된 다. 그리고, 가이드부재(127)는 가이드슬라이딩부재(141)에 대해 결합되어 가이드슬라이딩부재(141)를 가이드하게 된다.

가이드슬라이딩부재(141)는 가이드부재(127)를 수용하도록 "U"자 형상으로 마련되는 것이 바람직하다. 그리고, 가이드슬라이딩부재(141)의 상측은 코일지지부재(140)와 스크루 등에 의해 결합된다. 그리고, 가이드슬라이딩부재(141)에는 가이드슬라이딩부재(141)가 가이드부재(127)에 대해 이격되어 무마찰로 이동하도록 복수의 제2에어베어링(145)이 마련되는 것이 바람직하다. 그리고, 가이드슬라이딩부재(141)의 하측에는 제2자석지지부재(130)에 마련된 제1에어베어링(133)과 같은 역할을 하는 제3에어베어링(147)이 다수개 마련되는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 및 제3에어베어링(145,147)은 제1에어베어링(133)과 유사함으로 자세한 설명을 생략한다. 그리고, 가이드슬라이딩부재(141) 및 자석지지부재(130) 중 적어도 하나에 결합되어 가이드슬라이딩부재(141) 및 자석지지부재(130)의 이동 폭을 제한하는 스톱퍼(143)가 마련되는 것이 바람직하다.

스톱퍼(143)는 가이드슬라이딩부재(141)에 복수개로 마련되어 가이드슬라이딩부재가 소정 범위 이상 이동되는 것을 방지하게 된다. 즉, 스톱퍼(143)는 조동구동유닛(120)에 의해 가이드슬라이딩부재(141)가 최대이동거리 이상 이동하는 것을 방지하도록 가이드부재(127)의 양단부에 마련된 도시되지 않은 스톱퍼지지대와 접촉하게 된다. 그리고, 스톱퍼(143)에는 스톱퍼지지대와 접촉시 충격을 흡수하기위해 댐퍼(damper)가 마련되는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의해 본 발명의 실시예에 따른 이송장치의 작동과정을 도 7 내지 도 9를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 7에 도시된 바와 같이, 조동구동유닛(120)에 의해 미세구동유닛(110)보다 긴 이동이 이루어지는 과정을 먼저 설명한다.

우선, 제어부가 조동구동유닛(120)의 가동자(123)에 전류를 인가시키면, 가동자(123)와 결합된 코일지지부재(140) 및 가이드슬라이딩부재(141)가 가이드부재(127)에 대해 이동하게 된다. 그리고, 조동구동유닛(120)에 전류가 인가될 때 미세구동유닛(110)의 코일(113)에도 전류가 인가되어, 코일지지부재(140)가 가동자(123)와 일체로 이동할 때 코일(113)에 인가된 전류에 의해 기동자석(117)들도 같이 이동하게 되어 자석지지부재(130)도 함께 이동하게 된다. 이에, 코일지지부재(140) 및 가이드슬라이딩부재(141)뿐만 아니라, 자석지지부재(130)도 함께 상대적으로 긴 이동이 가능하게 된다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 미세구동유닛(110)에 의해 미세 이동이 이루어지는 과정을 설명한다. 즉, 제어부가 미세구동유닛(110)의 코일(113)들에 전류를 인가시키면, 기동자석(117) 및 기동자석(117)을 지지하는 자석지지부재(130)가 코일조립체(111)와 결합된 코일지지부재(140)에 대해 이동하게 된다.

만약, 자석지지부재(130)를 코일지지부재(140)에 대해 X축 방향으로 이동시키려면, 제어부는 4개의 코일조립체(111) 중 기동자석(117)을 X축 방향으로 구동시키는 2개의 코일조립체(111)에 전류를 인가하면 된다. 그리고, 자석지지부재(130)를 코일지지부재(140)에 대해 Y축 방향으로 이동시키려면, 제어부는 4개의 코일조 립체(111) 중 기동자석(117)을 Y축 방향으로 구동시키는 2개의 코일조립체(111)에 전류를 인가하면 된다(도 8참조). 또한, 자석지지부재(130)를 코일지지부재(140)에 대해 X축 및 Y축 방향의 반대방향으로 이동시키려면, 제어부는 코일조립체(111)에 전류의 방향을 반대로 인가하면 된다.

이에, 4개의 미세구동유닛(110) 중 2개는 X축의 직선구동력을 발생하고, 나머지 2개는 Y축의 직선구동력을 발생하도록 사각형 구도로 배치됨으로써 X축 및 Y축 방향으로 동일한 직선구동력을 가지게 되어 더욱 정밀한 이동을 위해 위치제어오차를 용이하게 줄일 수 있다. 그리고, 자석지지부재(130)를 X축 방향 또는 Y축 방향으로 직선구동시킬 때 다른 방향(Y축 방향 또는 X축 방향)의 구동력을 발생시키지 않게 됨으로 초정밀의 위치제어가 가능하도록 위치제어오차를 용이하게 줄일 수 있다.

그리고, 자석지지부재(130)를 코일지지부재(140)에 대해 θ방향으로 이동시키려면, 제어부는 기동자석(117)들이 자석지지부재(130)의 중앙영역을 중심으로 θ방향으로 회전하도록 4개의 코일조립체(111)에 전류를 인가하면 된다(도 9참조). 그리고, 자석지지부재(130)를 θ방향의 반대방향으로 이동시키려면, θ방향으로 회전시키도록 인가된 전류를 방향을 바꿔주면 된다.

이에, 본 발명에 따른 이송장치는 적어도 4개의 미세구동유닛을 마련하며, 미세구동유닛들이 임의의 직선에 대해 대칭되게 한 쌍의 그룹을 이루도록 배치함으로써, X축 및 Y축 방향으로 동일한 직선구동력을 가지게 되며, 일방향의 직선구동시 타방향의 구동력을 발생시키지 않게 되어 초정밀의 위치제어가 가능하도록 위치 제어오차를 용이하게 줄일 수 있다. 그리고, 미세구동유닛과 결합된 조동구동유닛을 마련하여 미세구동유닛보다 더 긴 이동을 용이하게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 초정밀의 위치제어가 가능하도록 위치제어오차를 용이하게 줄일 수 있다.

그리고, 미세구동유닛과 결합된 조동구동유닛을 마련하여 미세구동유닛보다 더 긴 이동을 용이하게 할 수 있다.

Claims

이송장치에 있어서,

권선된 코일을 갖는 코일조립체와, 상기 코일조립체를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 기동자석을 포함하는 적어도 4개의 미세구동유닛과;

상기 미세구동유닛들이 임의의 직선에 대해 대칭되게 한 쌍의 그룹으로 배치되도록 상기 적어도 4개의 코일조립체를 지지하는 코일지지부재와;

상기 각 코일조립체에 대응하여 상기 적어도 4쌍의 기동자석을 지지하는 자석지지부재와;

상기 코일지지부재 및 상기 자석지지부재 중 어느 하나에 대해 다른 하나의 이동을 조절하도록 상기 미세구동유닛들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징을 하는 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 각 그룹에 배치된 상기 코일조립체들 중 상기 기동자석에 대응하는 어느 하나의 상기 코일의 전류방향은 다른 상기 코일의 전류방향에 대해 직교하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 자석지지부재에는 상기 자석지지부재가 소정의 베이스에 대해 이격되어 이동가능하도록 복수의 에어베어링이 마련되는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 자석지지부재가 상기 코일지지부재의 대해 상기 자석지지부재의 판면에서 3자유도로 이동하도록 상기 미세구동유닛들을 제어되는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 코일지지부재의 대해 상기 자석지지부재의 위치제어오차는 ±50nm(nano meter) 이내 인 것을 특징으로 하는 이송장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자석지지부재 및 상기 코일지지부재 중 적어도 하나를 상기 미세구동유닛 보다 더 큰 폭으로 이동가능하게 상기 자석지지부재 및 상기 코일지지부재 중 적어도 하나에 대해 결합된 조동구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제6항에 있어서,

상기 조동구동유닛은,

가동코일이 권취되어 상기 코일지지부재에 결합된 가동자와,

상기 가동자를 사이에 두고 서로 다른 극성을 가지며 상호 이격 배치된 한 쌍의 자석을 갖는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제7항에 있어서,

상기 고정자를 지지하는 가이드부재와;

상기 코일지지부재에 대해 결합되며, 상기 코일지지부재와 일체로 상기 가이드부재를 따라 이동하게 상기 가이드부재에 대해 결합된 가이드슬라이딩부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제8항에 있어서,

상기 가이드슬라이딩부재에는 상기 가이드슬라이딩부재가 상기 가이드부재에 대해 이격되어 이동하도록 복수의 에어베어링이 마련되는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제8항에 있어서,

상기 가이드슬라이딩부재 및 상기 자석지지부재 중 적어도 하나에 결합되어 상기 가이드슬라이딩부재 및 상기 자석지지부재의 이동 폭을 제한하는 스톱퍼가 마련되는 것을 특징으로 하는 이송장치.