KR100568207B1 - 이송장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스(base) 면에 대한 에어베어링(air bearing)의 회전자유도를 보장하면서 케리어(carrier)를 평형상태로 이동시킬 수 있도록 한 이송장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이송장치는, 베이스(10) 상에 마련되는 에어베어링(20)과; 에어베어링(20)의 상측에 결합되며, 중앙영역에는 에어베어링(20)을 베이스(10) 면에 대해 자유롭게 회전 가능하게 하는 플렉쳐힌지(flexure hinge) 구조의 지지부(32)가 마련되어 있는 연결부재(30)와; 연결부재(30)의 지지부(32)에 지지되어, 베이스(10) 면에 대해 평형을 유지한 상태로 이동되는 케리어(carrier)(40)를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 케리어가 에어베어링의 유동에 전혀 영향을 받지 않음으로써 이송장치의 정밀도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
베이스, 에어베어링, 플렉쳐힌지, 지지부, 연결부재, 케리어

Description

이송장치 {TRANSPORTING APPARATUS}
도 1은 종래 이송장치의 결합구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 이송장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 이송장치의 결합구조를 도시한 분해사시도이고,
도 4는 도 3의 결합사시도이고,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 이송장치의 연결부재 구조를 도시한 정면도이고,
도 7의 (a),(b)는 본 발명에 따른 이송장치의 에어베어링 회전에 따른 연결부재의 동작상태를 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 베이스 20 : 에어베어링
22 : 안착부 23 : 간섭방지홈
30 : 연결부재 32 : 지지부
32a : 제1지지부 32b : 제2지지부
34 : 결합부 36 : 결합돌기
40 : 케리어 46 : 결합홀
50 : 스크류 60 : 액츄에이터
70 : 제1플렉쳐힌지 80 : 제2플렉쳐힌지
본 발명은 이송장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베이스(base) 면에 대한 에어베어링(air bearing)의 회전자유도를 유지하면서 케리어(carrier)를 평형상태로 이동시킬 수 있도록 한 이송장치에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 산업에 사용되는 기계는 대량생산 및 성능향상 등과 같은 소정의 목적을 달성하기 위해서 대용량화·소형경량화(미세화)·고속화를 위한 개발이 꾸준히 진행되고 있다. 특히, 반도체 웨이퍼/LCD 등의 정밀검사를 위한 장치에 있어서는 저발진(clean), 내구성 및 정밀도에 우수성이 요구됨에 따라 에어베어링(air bearing)의 도입이 점차 늘어나고 있는 추세이다.
에어베어링(air bearing)은 베이스 면과의 접촉이 없고, 점도가 낮으며, 높은 강성과 감쇠를 가짐으로써 높은 속도의 구동이 가능할 뿐 아니라 조용하고 부드러운 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 다른 종류의 베어링 보다 정밀도가 높으며, 오일(oil)을 사용하지 않음으로써 오염이 상대적으로 적다. 이러한 에어베어 링은 크게 메스프리로드(mass pre-load), 마그네트프리로드(magnet pre-load) 및 베큠프리로드(vacuum pre-load) 타입으로 구분되며, 특히 베큠프리로드(vacuum pre-load) 타입은 평면에 대한 이송이 용이할 뿐 아니라 정밀도가 우수하여 그 사용이 증가하고 있다.
종래의 정밀부품용 이송장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 에어베어링(1) 및 케리어(carrier)(2)가 연결부재(3)에 의해 상호 견고하게 연결되어 있는 구조를 지니고 있으며, 볼 형상의 연결부재(3) 하부는 리테이너(retainer)(4)를 통해 에어베어링(1)에 유동 가능하도록 구속됨과 아울러 그 상부는 체결용 너트(5)에 의해 케리어(2)와 체결된다.
에어베어링(1)은 공기압에 의해 베이스(6) 면으로부터 일정거리 부상된 상태로 이동되며, 특히 불규칙적인 베이스(6) 면 위를 이동할 경우에는 연결부재(3)가 에어베어링(1)의 회전자유도 및 정밀부품이 안착되는 케리어(2)의 평형상태를 보장하여야 이송장치의 정밀도 및 신뢰도에 문제가 발생되지 않는다. 그리고 체결용 너트(5)를 통해 케리어(2)의 높이를 조절할 수 있도록 되어 있다.
상기와 같은 구조의 이송장치는 메스프리로드(mass pre-load) 또는 마그네트프리로드(magnet pre-load) 타입의 에어베어링(1)을 사용할 경우에는, 연결부재(3)가 수직방향으로 항상 일정한 하중을 받기 때문에 리테이너(4)를 통한 연결부재(3)의 구속시 생기는 미세한 갭(gap)을 제거할 수 있다. 따라서, 에어베어링(1)이 불규칙적인 베이스(6) 면을 통과할 경우에도 연결부재(3)와의 유격이 발생되지 않아 케리어(2)의 평형상태를 유지하는 데 큰 문제가 없다.
그러나 베큠프리로드(vacuum pre-load) 타입의 에어베어링(1)은 메스프리로드(mass pre-load) 또는 마그네트프리로드(magnet pre-load) 타입과는 달리 공기의 배출 및 흡입에 의해 베이스(6) 면과의 이격거리를 일정하게 유지하는 구조이다. 따라서, 에어베어링(1)이 불규칙적인 베이스(6) 면을 통과할 경우에는 리테이너(4)를 통한 연결부재(3)의 구속시 생기는 미세한 갭(gap)으로 인해 연결부재(3) 및 에어베어링(1)의 결합부 간에 유격이 발생되고, 이는 결국 케리어(2)에 진동을 유발시켜 그 평형상태를 깨뜨림으로써 이송장치의 정밀도 및 신뢰도를 저하시키는 결과를 초래한다.
또한, 연결부재(3)의 구조적 특징으로 인해, 케리어(2)의 위치가 베이스(6) 면에 대해 상대적으로 높은 곳에 위치하게 되며, 이도 마찬가지로 이송장치의 정밀도 및 신뢰도를 저하시키는 하나의 요인으로 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 에어베어링의 유동에 관계없이 케리어를 항상 평형상태로 이동시킴과 아울러 베이스 면에 대한 케리어의 위치를 상대적으로 낮출 수 있는 이송장치를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 베이스(base) 면을 따라 이 동 가능하게 설치되는 이송장치에 있어서, 상기 베이스 상에 마련되는 에어베어링과; 상기 에어베어링의 상측에 결합되며, 중앙영역에는 상기 에어베어링을 상기 베이스 면에 대해 자유롭게 회전 가능하게 하는 플렉쳐힌지(flexure hinge) 구조의 지지부가 마련되어 있는 연결부재와; 상기 연결부재의 지지부에 지지되어, 상기 베이스 면에 대해 평형을 유지한 상태로 이동되는 케리어(carrier)를 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.
상기 연결부재의 지지부는 2중 플렉쳐힌지(flexure hinge) 구조를 가지고, 동일 평면상에 동심으로 배치되는 제1지지부 및 제2지지부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연결부재의 지지부 및 상기 케리어 중 어느 하나에는 결합돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합돌기와 대응 결합되는 결합홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 에어베어링에는 상기 연결부재가 안착되는 안착부가 마련되며, 상기 안착부에는 상기 에어베어링이 상기 연결부재의 지지부와 상호 간섭되지 않고 회전 동작할 수 있도록 간섭방지홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 에어베어링은 배큠프리로드 타입(vacuum pre-load type)인 것이 바람직하다.
상기 케리어와 연결되어, 상기 케리어를 이동시키는 액츄에이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 이송장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 이송장치의 결합구조를 도시한 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 결합사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 이송장치의 연결부재 구조를 도시한 정면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이송장치는 베이스(base)(10) 상에 마련되는 에어베어링(air bearing)(20)과; 에어베어링(20)의 상측에 결합되며, 중앙영역에는 에어베어링(20)을 베이스(10) 면에 대해 자유롭게 회전 가능하게 하는 플렉쳐힌지(flexure hinge) 구조의 지지부(32)가 마련되어 있는 연결부재(30)와; 연결부재(30)의 지지부(32)에 지지되어, 베이스(10) 면에 대해 평형을 유지한 상태로 이동되는 케리어(carrier)(40)를 포함하여 구성된다.
베이스(10) 상에는 이물질 또는 제작상의 결함 등으로 인해 불규칙한 면이 발생될 가능성이 충분히 있으며, 이러한 불규칙한 면이 케리어(40)에 영향을 미칠 경우에는 케리어(40)의 평형상태를 깨뜨려 이송장치의 정밀도 및 신뢰도를 저하시키는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 베이스(10) 상의 불규칙한 면이 케리어(40)에 영향을 미치지 않게 하는 것이 매우 중요하다.
에어베어링(20)은 일정의 압력으로 제공되는 공기를 이용하여 공기막을 형성함으로써 베이스(20) 면으로부터 일정거리 부상된 상태로 이동할 수 있는 구조를 가지며, 이러한 에어베어링(20)은 필요에 따라 공지된 형태의 것을 다양하게 적용 할 수 있지만 평면 상에서의 사용이 용이할 뿐 아니라 정밀도가 상대적으로 우수한 베큠프리로드(vacuum pre-load) 타입을 적용하는 것이 바람직하다.
베큠프리로드(vacuum pre-load) 타입의 에어베어링(20)은 메스프리로드(mass pre-load) 또는 마그네트프리로드(magnet pre-load) 타입과는 달리 공기배출 및 공기흡입을 동시에 하여 베이스(10) 면과의 이격거리를 일정하게 유지한 상태로 안정적으로 이동 가능하며, 이러한 베큠프리로드(vacuum pre-load) 타입의 에어베어링(20)은 공지된 기술의 일부이므로 그 구성 및 기능에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
에어베어링(20)은 일정의 압력으로 제공되는 공기를 골고루 분산·배출시킬 수 있도록 카본(carbon) 소재가 주로 사용되며, 그 바닥면에는 공기를 흡입할 수 있는 공기흡입구(21)가 형성되어 있다.
에어베어링(20)에는 연결부재(30)가 안착되는 안착부(22)가 마련되며, 안착부(22)의 중앙영역에는 에어베어링(20)이 연결부재(30)의 지지부(32)와 상호 간섭되지 않고 자유롭게 회전 동작할 수 있도록 간섭방지홈(23)이 형성되어 있다. 안착부(22)에는 스크류홀(24)이 형성되어 있으며, 안착부(22) 및 간섭방지홈(23)의 구조는 적용되는 연결부재(30)에 따라 적절하게 변경 가능하다.
연결부재(30)는 에어베어링(20)과 케리어(40)를 상호 연결시켜 아울러 에어베어링(20)의 회전자유도를 보장하면서 케리어(40)를 평형상태로 슬라이딩 이동시키는 역할을 수행한다. 즉, 외곽영역의 결합부(34)는 에어베어링(20)과 연동되도록 결합되며, 중앙영역에 형성되어 있는 지지부(32)는 케리어(40)와 연결되어 케리어(40)의 z축 움직임을 제한하는 동시에 에어베어링(20)이 불규칙한 베이스(10) 면 위를 이동할 때 x, y축에 대하여 α, β방향으로 회전자유도를 가질 수 있는 플렉쳐힌지(flexure hinge)구조를 지니고 있다.
연결부재(30)의 결합부(34)에는 에어베어링(20)의 스크류홀(24)과 대응되는 복수의 스크류홀(35)이 형성되어, 스크류(50) 등과 같은 결합수단을 통해 에어베어링(20)과 연결부재(30)를 견고히 결합시킬 수 있도록 되어 있다.
연결부재(30)의 지지부(32)는 2중 플렉쳐힌지(flexure hinge) 구조를 가지고 있으며, 그 구조는 필요에 따라 다양하게 변경 가능하나 구조를 단순화시킴과 아울러 베이스(10) 면에 대한 케리어(40)의 위치를 상대적으로 낮출 수 있도록 동일 평면상에 동심으로 배치되는 제1지지부(32a) 및 제2지지부(32b)를 포함하는 것이 바람직하다.
x축에 대한 회전방향 α대해서는 제1지지부(32a)와 제2지지부(32b)를 연결하는 대칭 구조의 제1플렉쳐힌지(70)에 의해 회전자유도를 보장하며, y축에 대한 회전방향 β에 대해서는 제2지지부(32b)와 결합부(34)를 연결하는 대칭 구조의 제2플렉쳐힌지(80)에 의해 회전자유도를 보장한다. 따라서, 케리어(40)를 지지하는 연결부재(30)의 제1지지부(32a)는 에어베어링(20)이 유동되더라도 전혀 움직이지 않아 케리어(40)의 평형상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
제1,2플렉쳐힌지(70,80)는 와이어커팅(wire cutting)에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
에어베어링(20)의 α,β방향의 회전자유도는 제1,2플렉쳐힌지(70,80)의 간격 을 조절함으로써 굽힘강성을 조절 가능하며, 또한 제1,2플렉쳐힌지(70,80)의 두께를 조절함으로써 z축에 대한 강성을 적절히 가능하여 에어베어링(20)의 상부에 위치하는 케리어(40)의 무게에 따른 설계를 할 수 있다.
연결부재(30)의 제1지지부(32a)에는 결합돌기(36)가 형성되고, 케리어(40)에는 결합돌기(36)와 대응되는 결합홀(46)이 형성되어, 상호 견고히 결합된다. 이는 일 실시예에 불과한 것으로 연결부재(30)의 제1지지부(32a) 및 케리어(40) 중 어느 하나에 결합돌기(36)가 형성되고, 다른 하나에 결합돌기(36)와 대응 결합되는 결합홀(46)이 형성되어 있는 구조를 가지면 된다. 그리고 연결부재(30)및 케리어(40)의 결합구조는 그 결합상태를 견고히 유지할 수 있는 범위 내에서 필요에 따라 다양하게 변경 가능하다.
케리어(40)는 반도체 웨이퍼/LCD 등과 같은 정밀부품을 이동시키는 역할을 수행하며, 아주 미세한 유동에 의해서도 검사에 따른 오류를 발생시킬 수 있으므로 그 평형상태를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
한편, 케리어(40)는 일측에 연결되는 액츄에이터(60)에 의해 이동되며, 액츄에이터(60)로는 실린더, 볼스크류 등과 같이 공지된 형태의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.
도 7의 (a),(b)는 본 발명에 따른 이송장치의 에어베어링 유동에 따른 작동상태를 도시한 단면도로서, 실제의 에어베어링 회전각은 아주 미세하나 도면에서는 조금 과장되게 표현하였다.
도 7a에서와 같이, 에어베어링(20)이 x축 방향을 기준으로 회전하는 경우에는, 에어베어링(20) 및 케리어(40)를 연결하는 연결부재(30)의 제1지지부(32a)는 평형상태를 그대로 유지하고, 제2지지부(32b) 및 결합부(34)가 에어베어링(20)과 연동되어 일정 각도로 회전된다. 그리고 도 7b에서와 같이, 에어베어링(20)이 y축 방향을 기준으로 회전하는 경우에는, 에어베어링(20) 및 케리어(40)를 연결하는 연결부재(30)의 제1지지부(32a) 및 제2지지부(32b)는 평형상태를 그대로 유지하고, 결합부(34)만 에어베어링(20)과 연동되어 일정각도로 회전된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 케리어(40)를 지지하는 제1지지부(32a)는 베이스(미도시) 면의 불규칙성으로 인한 에어베어링(20)의 유동에 관계없이 케리어(40)의 평형상태를 항상 일정하게 유지시킴으로써 이송장치의 정밀도 및 신뢰도를 한층 강화할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 케리어가 에어베어링의 유동에 전혀 영향을 받지 않음으로써 이송장치의 정밀도 및 신뢰도를 상대적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 베이스 면에 대한 케리어의 위치를 기존에 비해 낮출 수 있다는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 베이스 면을 따라 이동 가능하게 설치되는 이송장치에 있어서,
    상기 베이스 상에 마련되는 에어베어링과;
    상기 에어베어링의 상측에 결합되며, 중앙영역에는 상기 에어베어링을 상기 베이스 면에 대해 자유롭게 회전 가능하게 하는 2중 플렉쳐힌지(flexure hinge) 구조의 지지부가 마련되어 있는 연결부재와;
    상기 연결부재의 지지부에 지지되어, 상기 베이스 면에 대해 평형을 유지한 상태로 이동되는 케리어(carrier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재의 지지부는 동일 평면상에 동심으로 배치되는 제1지지부 및 제2지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연결부재의 지지부 및 상기 케리어 중 어느 하나에는 결합돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합돌기와 대응 결합되는 결합홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이송장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에어베어링에는 상기 연결부재가 안착되는 안착부가 마련되며,
    상기 안착부에는 상기 에어베어링이 상기 연결부재의 지지부와 상호 간섭되지 않고 회전 동작할 수 있도록 간섭방지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이송장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에어베어링은 배큠프리로드 타입(vacuum preload type)인 것을 특징으로 하는 이송장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케리어와 연결되어, 상기 케리어를 이동시키는 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
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