KR100958787B1

KR100958787B1 - 스테이지 이송장치용 크로스빔

Info

Publication number: KR100958787B1
Application number: KR1020100018048A
Authority: KR
Inventors: 전영범; 전하성
Original assignee: 전영범; 전하성
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-05-18

Abstract

본 발명은 스테이지 이송장치에 사용되는 크로스빔에 관한 것으로, 그 내부에 중공부가 형성된 사각의 각봉 형상으로 압출되는 본체(10)와; 상기 본체(10)의 중공부(11) 내에 형성되며 내부에 대각선으로 8각형의 형상으로 연결되는 보강부(20)로 구성되며; 상기 보강부(20)의 한 변의 두께(t₁)는 본체(10)의 한 변의 두께(t₂)에 비해 상대적으로 얇게 형성된 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 상기과 같은 구성에 의해 크로스빔의 무게를 대폭 감소시킬 수 있어 이를 적용하는 스테이지 이송장치의 지지구조와 리니어 모터 등의 사용용량을 줄일 수 있으므로, 이에 따라 당업자가 스테이지 이송장치의 설계변경이 더욱 용이하며, 변경된 보강대의 구조를 통해 크로스빔의 처짐량과 비틀림량을 최소화할 수 있고, 분리 조립되는 크로스빔을 서로 연결하여 사용하는 경우에도 분리된 크로스빔을 쉽고도 견고하게 결합할 수 있다.

Description

스테이지 이송장치용 크로스빔{A CROSS BEAM USED FOR MOVING A STAGE}

본 발명은 LCD, PDP, FPD 등의 디스플레이 장치의 제조 또는 반도체 소자의 제조시에 사용되는 스테이지 이송장치용 크로스빔에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스테이지의 X, Y축 방향으로의 이송을 위해 설치되는 크로스빔의 중량을 경감시켜 자중에 의한 처짐을 감소시키고 아울러 구조적 건정성을 확보할 수 있는 스테이지 이송장치용 크로스빔에 관한 것이다.

PDP(Plasma display panel), LCD(Liquid crystal display), FPD(Flat panel display) 드으이 디스플레이 장치의 제조시 또는 반도체 소자의 제조시에 제품의 코팅, 박막형성, 커팅 등의 가공을 하거나, 제품의 결함을 검출하기 위해 스테이지 이송장치가 사용되고 있다.

이러한 스테이지 이송장치는 도 1a에 도시된 바와 같이 수평의 평판으로된 테이블(100)과, 상기 테이블(100)의 상부 양단에 설치되는 Y축 크로스빔과, 상기 Y축 크로스빔을 가로지르도록 설치되는 X축 크로스빔(110)을 포함하며, 이 X축 크로스빔에는 리니어가이드(111)가 설치되어 이 리니어가이드(111)를 따라 그 상부에 설치된 장착대(120)가 슬라이딩 이송된다.

이러한 구조의 스테이지 이송장치를 사용할 때에는 장착대(120)에 이송물을 설치 고정한 다음, 크로스빔에 의해 X, Y축으로 이송물을 이송시키면서 필요한 작업을 수행하게 되는데, 이때 고정 설치된 이송물의 하중과 크로스빔의 자중에 의해 크로스빔이 처지거나 비틀리는 등의 변형이 생기게 되고, 이 경우 공작물의 가공정밀도 또는 측정 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.

이러한 이유로 스테이지 이송장치에 있어서 크로스빔의 강도는 매우 중요하며, 이러한 처짐을 방지하기 위해 크로스빔의 강도를 높이게 되면 그 만큼 크로스빔의 자중이 증가하게 되고, 크로스빔의 자중이 증가하는 경우 이들 구동시키는 모터의 용량도 커져야 하는 등 스테이지 이송장치의 크기가 전반적으로 대형화되는 또 다른 문제가 생기므로 자중을 증가시키지 않고도 크로스빔의 강도를 높이는 것이 기술적으로 매우 중요한 과제이다.

상기와 같은 이유로 스테이지 이송장치에 사용되는 크로스빔은 일반적으로 그 자중을 감소시키기 위해 그 내부에 보강대가 설치된 중공 형상을 사용하고 있는데, 이러한 보강대는 그 형상에 따라 열십자형(+자형) 또는 크로스형(X자형), 원형 등의 형상이 사용되고 있다.

그러나 열십자형(+자형) 보강대는 크로스빔의 한 변의 중심(가운데)부분은 보강되지만 변의 모서리 부분은 상대적으로 약하며, 비틀림에 취약한 문제점이 잇으며, 크로스형의 보강대는 한 변과 다른 변이 만나는 모서리 부분이 보강되기 때문에 비틀림에는 강하지만 변의 중심 부분이 지지되지 않기 때문에 처짐에 다소 취약하다는 문제점이 있다.

한편, 근래에 이르러 LCD의 제조 등에 사용되는 유리기판의 크기가 커지면서 이를 가공 또는 검사하는 장비의 규모도 커지게 되고, 이 때문에 더욱 높은 강도의 크로스빔의 사용이 요구되며, 이에 따라 단면적이 큰 크로스빔을 제작하여 사용하고 있다.

그런데, 이러한 크로스빔은 일반적으로 알루미늄을 압출하여 제작하며, 이때 단면적이 큰 크로스빔은 단일의 금형에 의해 압출하여 제작하기가 극히 곤란하기 때문에 일반적으로 단면적의 크기가 작은 크로스빔을 제작하여 이들을 서로 연결하여 사용하게 된다.

이처럼 다수의 크로스빔을 서로 연결하여 사용하는 종래기술의 예로서 공개특허 제10-2008-0054233호(스테이지 이송장치의 크로스빔)가 개시되어 있다.

상기 문헌에 개시된 크로스빔은 도 1b에 도시된 바와 같이 열십자(+)형의 보강대(210)가 그 내부에 형성된 다수의 분할빔(200)과, 상기 분할빔들을 평해하게 면 접촉시킨 상태에서 상기 분할빔(200)을 서로 결합시키는 결합수단을 포함하며, 상기 결합수단에 의해 결합되는 상기 분할빔(200)의 개수를 적절히 조절함으로써 이송물의 중량에 따라 요구되는 크로스빔의 강도를 가지도록 한 것이다.

이때 크로스빔은 다수의 분할빔(200)을 서로 면접하도록 맞댄 다음, 이 맞댄 부분을 따라 용접에 의해 연결하여 사용하고 있다.

그러나 길이가 긴 크로스빔을 그 길이를 따라 균일하게 용접하는 데에는 상당한 어려움이 있을 뿐만 아니라 용접에 상당한 시간이 소요되어 비경제적일 뿐만 아니라, 또한 용접 과정에서 발생된 열에 의해 분할빔이 뒤틀리거나 하여 진직도가 저하되는 등의 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명은 스테이지 이송장치에 사용되는 크로스빔의 중량을 가볍게 하면서도 구조적으로 강건한 스테이지 이송장치용 크로스빔을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 2개의 크로스빔을 서로 조립하여 하나의 크로스빔을 형성할 때 용접하지 않고도 2개의 크로스빔을 서로 견고하게 고정할 수 있는 스테이지 이송장치용 크로스빔을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적에 따른 본 발명은 내부에 중공부가 형성된 사각의 각봉 형상으로 압출되는 본체와; 상기 본체의 중공부 내에 형성되며 내부의 각 변을 3등분 하여 서로 대각선으로 연결되는 보강대로 구성되되; 상기 보강대 한 변의 두께는 본체 한 변의 두께에 비해 얇게 형성된 것에 의해 달성되며, 이때 상기 보강대 한 변의 두께 대비 본체 한 변의 두께는 0.5 : 1 ~ 0.8 : 1로 실시될 수 있다.

본 발명에 의해 경량의 크로스빔을 사용할 수 있어 자중에 의한 처짐이 방지되며, 아울러 구조적으로 건전하고, 이에 의해 스테이지 이송장치의 크로스빔 지지구조와 이를 이송하는 이송용 리니어 모터 등의 크기가 작아도 되므로 스테이지 이송장치의 크기가 소형화되는 동시에 소요 전력을 줄일 수 있다.

또한 본 발명은 크로스빔 내의 보강대 구조가 크로스빔의 처짐과 비틀림에 대하여 힘을 고르게 분산하여 지지할 수 있으므로 크로스빔의 변형이 방지되며, 이에 의해 검사 대상 또는 작업대상에 대한 검사 정확도와 가공 정밀도가 향상된다.

이에 더하여 본 발명은 이송하중의 증가로 크로스빔의 강도를 보강하기 위해 단면적이 더욱 큰 크로스빔을 제조하는 경우에는 2개로 분리된 크로스빔의 양단에 형성된 결합턱을 이용해 양자를 결합할 수 있고, 상기 결합턱에는 테이퍼가 형성되어 체결된 2개의 크로스빔이 쉽게 분리되지 않고 고정되며, 결합턱 표면의 금속용 접착제를 통해, 접촉면이 접착 고정되어 결합력이 우수하다.

도 1a는 스테이지 이송장치의 예를 보인 사시도,
도 1b는 종래의 스테이지 이송장치용 크로스빔의 연결구조를 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 스테이지 이송장치용 크로스빔의 예를 보인 사시도,
도 3은 도 2의 측면도,
도 4(a, b)는 본 발명에 따른 크로스빔의 사용 예를 보인 사용상태도,
도 6은 본 발명에 따른 분리조립형 크로스빔의 예를 보인 사시도,
도 7은 도 6의 분리 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 분리조립형 크로스빔을 보인 측면도,
도 9는 본 발명에 따른 분리조립형 크로스빔의 결합턱을 보인 부분확대도,
도 10은 본 발명에 따른 분리조립형 크로스빔에 금속용 접착제를 사용한 예를 보인 부분확대도,
도 11은 본 발명에 따른 결합턱에 중공홀을 형성한 예를 보인 부분확대도이다.

이하에서는 본 발명의 구성을 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 스테이지 이송장치에 사용되는 크로스빔에 관한 것으로, 크로스빔의 중량을 줄이고, 이에 따른 처짐과 비틀림 등과 같은 변형이 커지는 것을 방지하기 위한 것으로, 본 발명은 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 내부에 중공부가 형성된 사각의 각봉 형상으로 압출되는 본체(10)와; 상기 본체(10)의 중공부(11) 내에 형성되며 내부의 각 변을 3등분하여 서로 대각선으로 연결되는 보강대(20)로 구성되며; 상기 보강대(20)의 두께(t₁)는 본체(10)의 두께(t₂)보다 얇게 형성된다.

본체(10)는 스테이지 이송장치의 규격에 맞춰 그 길이가 조정되고, 그 상부면과 일측면에 리니어가이드가 설치되며, 이 리니어가이드를 따라 슬라이딩 이송되는 장착대가 설치된다.

또한 그 내부에는 길이방향으로 양단이 연통되는 중공부(11)가 형성되는데, 이때 중공부(11)의 내부에는 한 변과 다른 변의 끝단이 서로 수직으로 만나는 모서리 부분에 비교적 큰 라운드(R)를 형성하여 모서리부분을 보강한다.

보강대(20)는 크로스빔에 가해지는 외부 하중과 자중에 의해 변형되는 것이최소화되도록 상기 본체(10)의 중공부(11)에 형성되는 것으로, 상기 보강대(20)는 본체(10)와 함께 일체로 압출에 의해 제조된다.

상기 보강대(20)는 일반적인 크로스형(X자형), 열십자형(+자형)이 아닌 도 3에서와 같이 중공부(11)의 수평수직 면을 각각 3등분하고, 등분된 하나의 폭(w)과 높이(h)를 서로 대각선으로 연결하여 본체(10)를 보강한다.

이렇게 한 면과 다른 면을 3등분하고, 이를 대각선으로 연결하여 내부면이 8개의 면을 갖는 8각형의 형태로 이루어지는데, 이렇게 균등하게 분할하여 보강대(20)를 형성하는 것이 크로스빔에 전체적인 부분이 보강되는 것으로 가장 바람직하나, 경우에 따라서는 집중적으로 하중을 받는 부분을 더욱 보강하기 위해 일측으로 상기 보강대(20)의 위치가 편중되어 설치될 수 있다.

또한 보강대(20)의 두께(t₁)는 본체(10)의 두께(t₂)에 비해 상대적으로 얇게 하여 크로스빔의 무게를 줄일 수 있는데, 이때 보강대(20)의 두께가 너무 얇으면 보강대(20)로서의 기능을 수행하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 무게가 증가되는데, 실험결과 보강대(20)의 두께는 본체(10)의 두께와 비교할 때 t₁ : t₂ = 0.5 : 1 ~ 0.8 : 1 범위로 실시하는 것이 가장 바람직하다는 것을 알게 되었다.

이와 같은 구조의 보강대(20)가 형성된 크로스빔은 도 4(a, b)에서와 같이 수직 또는 수평 방향으로 힘이 가해지면 본체(10) 내의 보강대(20)가 이를 지지하면서 변형률을 최소화시키는데, 가해지는 힘이 한 방면의 모서리와 가운데 등 다양한 부위로 압력이 가해지더라도, 이 힘을 고르게 분산시켜 지지하므로 크로스빔의 중량의 감소에 대비하여 처짐 및 비틀림과 같은 변형률이 크게 감소된다.

이하에서는 본 발명과 종래제품의 변형률을 비교하는 것으로 보강대(20)를 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

동일한 재질(알루미늄)과 길이(3,160mm) 및 단면적(240 x 300mm)을 갖는 본 발명의 크로스빔과 종래의 크로스빔을 각각 준비하되, 비교대상이 되는 종래의 크로스빔은 그 내부에 열십자(+)형의 보강대가 형성된 제품을 선정하고, 각 제품의 자중을 비교한 후, 도 5a, 도 5b에서와 같이 크로스빔의 양단의 사이로 동일한 하중을 가했을 때, 본 발명과 종래제품의 처짐량과 최대 응력을 비교하여 아래의 [표 1]에 나타내었다.

구분	자중(kgf)	하중(kgf)	처짐량(㎛)	최대응력(Mpa)
종래제품	259	235	31.4	2.07
본 발명	175.2	235	36.6	2.02

상기 [표1]에서와 같이 본 발명의 크로스빔은 종래제품에 비하여 상대적으로 무게가 매우 가볍고, 동일한 하중을 각각의 제품에 가해 처짐량을 비교해보면 본 발명은 종래제품에 비하여 처짐량이 크지만, 이는 감소된 자중 대비 증가된 처짐량은 극히 미비한 것으로 나타났으며, 최대응력 또한 자중 대비 차이가 크지 않은 것으로 나타났다.

이는 본 발명의 보강대(20) 구조가 종래의 열십자형 보강대에 비하여 처짐과 같은 변형을 방지하는 데에 더 월등한 성능을 발휘하는 구조라는 것을 나타내는데, 그 이유는 동일재질과 규격을 갖는 크로스빔 중에서 자중이 작은 크로스빔의 강도가 그만큼 약하고, 이에 따라 변형률이 큰 것이 자명한 것임에도 본 발명의 처짐량은 종래제품과 비교하여 큰 차이가 없으므로, 본 발명의 보강대(20)는 기존의 열십자형에 비하여 구조적으로 상당히 강건하다는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 본체(10)의 무게가 가벼우면서도 허용기준치 내의 처짐량과 응력을 갖는 크로스빔을 제조할 수 있으며, 이를 적용하는 스테이지 이송장치의 지지구조 및 리니어 모터 등의 사용용량과 소형화를 달성할 수 있다.

한편, 본 발명의 본체(10)를 단일 압출하여 제작하는 데에는 그 크기에 제한이 있고, 더욱이 근래에는 LCD 제조에 사용되는 유리기판의 크기가 커짐에 따라 크로스빔의 단면적도 이에 동반하여 더 커지고 있는데, 이에 따라 본 발명은 단면적이 큰 크로스빔을 제조함에 있어 본체를 2개로 분리 성형하고, 이를 서로 조립하여 하나의 크로스빔을 구성하는 조립형 크로스빔으로 실시될 수 있다.

이하에서는 상기 분리조립형 본체(10A, 10B)에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

분리조립형 본체(10A, 10B)는 2개로 개별 압출되어 서로 조립되는 것으로, 도 6과 내지 도 8에서와 같이 조립시 서로 맞닿는 면에 엇갈리게 형성된 결합턱(12, 13)에 의해 서로 끼움 조립되어 고정된다.

이때 본체(10A, 10B)가 마주하는 끝단(E)은 반대측 본체(10A, 10B)의 결합턱(12, 13)에 의해 삽입되어 양 끝단이 서로 엇갈리게 교차시켜 조립되는데, 이처럼 끝단이 엇갈리게 겹치는 부분에 의해 조립부위의 부족한 강도가 보강된다.

상기 결합턱(12, 13)은 도 9에서와 같이 그 끝단(E)으로 두께가 두꺼워지도록 테이퍼(A)가 형성하여 실시될 수 있는데, 이는 한 번 끼움 조립된 본체(10A, 10B)가 쉽게 분리되지 않고 견고하게 고정 유지되기 위한 용도이다.

양측 결합턱(12, 13)이 서로 접촉하는 측면에 테이퍼(A)를 형성하고 이를 수평으로 슬라이딩시켜 조립하면 간단하게 조립할 수 있으나, 본 발명의 크로스빔은 그 무게와 길이가 상당하고, 이에 따라 조립을 위해 상부에 놓이는 하나의 본체를 크레인으로 들고 이를 수평으로 이송하는 데에는 큰 어려움이 있다.

이에 따라 본 발명에서는 하부측 본체는 낮은 온도로 냉각시켜 수축되도록 하고, 상부측의 본체는 가열시켜 팽창시킨 후에 상부측 본체와 하부측 본체를 서로 결합시키면 쉽게 조립할 수 있으며, 결합 후 이들 상하부 본체의 온도가 상온에 이르게 되면 그 결합상태가 견고하게 된다.

한편, 상기와 같은 방법으로 분리조립형 본체(10A, 10B)를 조립하기에 앞서 도 10에서와 같이 각각의 끝단(E)과 결합턱(12, 13)의 표면에 금속용 접착제(B)를 도포하고, 이를 상기 방법으로 조립하면, 결합턱(12, 13)의 테이퍼(A)를 통한 고정과 접착제(B)를 통한 접착력이 함께 작용하여 더욱 견고하게 고정할 수 있는데, 이때 테이퍼(A)의 경사각은 0.5 ~ 5°로 실시됨이 바람직하다.

여기서 사용되는 접착제는 사용되는 크로스빔의 재질과, 규격에 따라서 극히 일반적으로 사용되는 한 종류를 선택하여 실시될 수 있는 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 테이퍼(A)를 형성하는 것 대신에 양측의 결합턱(12, 13)이 서로 견고하게 고정될 수 있도록 끼움될 수 있는 홈과 돌기의 구조 내지 별도의 고정부재를 포함한 형태로 변경 실시될 수 있는데, 이러한 예로 한쪽의 결합턱(12)에는 테이퍼(A)가 형성되고, 이와 마주하는 반대쪽 결합턱(13)에는 수직의 면으로 형성되어 양측의 결합턱(12, 13)이 결합되도록 실시될 수 있고, 다른 예로는 양측의 결합턱(12, 13)에 테이퍼(A)가 모두 형성되지만, 서로 결합될 때에 적정의 간격의 틈을 갖도록 하고, 이 틈에 별도의 충전물을 충전하여 고정되는 것으로 실시될 수 있다.

또한 상기 충전물 대신에 도 11에서와 같이 양측 결합턱(12, 13)이 연결되는 반원형 형태의 중공홀(H)이 형성되고, 이 중공홀(H)에 고정핀을 삽입하여 체결하거나 중공홀(H)로 충진물을 충진하여 고착시킴으로서 양측의 결합턱(12, 13)이 견고하게 고정되는 것으로 실시될 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 동일한 단면적과 길이를 갖는 크로스빔에 비하여 상대적으로 가볍고, 강도는 우수한 제품을 제공할 수 있고, 이를 적용하는 스테이지 이송장치를 더욱 자유롭게 설계할 수 있는 기술적 특징이 있다.

10: 본체 11: 중공부
12, 13: 결합턱 20: 보강부
A: 테이퍼 B: 접착제
E: 끝단 H: 중공홀
h: 높이 w: 폭
t₁: 보강부 한 변의 두께 t₂: 본체 한 변의 두께
R, R': 라운드

Claims

스테이지 이송장치에 사용되는 크로스빔에 있어서,
그 내부에 중공부가 형성된 사각의 각봉 형상으로 압출되는 본체(10)와;
상기 본체(10)의 중공부(11) 내에 형성되며 내부가 각각 대각선으로 연결되어 8각형의 형상인 보강부(20)로 구성되며;
상기 보강부(20)의 한 변의 두께(t₁)는 본체(10)의 한 변의 두께(t₂)에 비해 상대적으로 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 스테이지 이송장치용 크로스빔.
청구항 1에 있어서,
상기 보강부(20)의 한 변의 두께(t₁)와 본체(10) 한 변의 두께(t₂)의 비는 0.5 : 1 ~ 0.8 : 1인 것을 특징으로 하는 스테이지 이송장치용 크로스빔.
청구항 1에 있어서,
상기 본체(10)는 각각 별도로 제작되어 서로 조립되는 분리조립형 본체(10A, 10B)이고, 상기 분리조립형 본체(10A, 10B)의 조립시 서로 맞닿는 면에 엇갈리도록 결합턱(12, 13)이 형성된 것을 특징으로 하는 스테이지 이송장치용 크로스빔.
청구항 3에 있어서,
상기 분리조립형 본체(10A, 10B)의 결합턱(12, 13)은 서로 접촉하는 측면에 테이퍼(A)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 스테이지 이송장치용 크로스빔.
청구항 3에 있어서,
상기 분리조립형 본체(10A, 10B)는 결합턱(12, 13)에는 금속용 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 스테이지 이송장치용 크로스빔.
청구항 3에 있어서,
상기 결합턱(12, 13)은 한쪽 결합턱(12)에는 테이퍼(A)가 형성되고, 반대쪽 결합턱(13)에는 수직면이 형성되어 서로 조립되는 것을 특징으로 하는 스테이 이송장치용 크로스빔.
청구항 3에 있어서,
상기 결합턱(12, 13)은 서로 접촉하는 면에 중공홀(H)을 형성하고, 이 중공홀(H)에 체결핀 또는 충전물을 삽입하여 결합턱(12, 13)이 결합고정되는 것을 특징으로 하는 스테이지 이송장치용 크로스빔.