KR101881456B1

KR101881456B1 - 패턴 가공 장치

Info

Publication number: KR101881456B1
Application number: KR1020160076811A
Authority: KR
Inventors: 유봉근; 도영수; 박민재; 이성훈
Original assignee: 주식회사 유테크; 주식회사 이엔지코리아
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2018-07-24
Also published as: KR20170142761A

Abstract

타각에 의해 금형 코어의 표면에 패턴을 형성하는 패턴 가공 장치가 개시된다. 개시된 패턴 가공 장치는, 금형 코어(mold core)를 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 지지하는 스테이지 유닛(stage unit), 금형 코어의 위에 배치되며, 금형 코어의 표면에 타각에 의한 패턴(pattern)을 형성하는 복수의 헤드 유닛(head unit), 및 복수의 헤드 유닛을 Y축과 직교하는 X축과 평행한 방향으로 개별적으로 이동시키는 X 방향 구동 유닛을 구비한다. 복수의 헤드 유닛이 동시에 금형 코어를 타각하여 패턴을 형성한다.

Description

패턴 가공 장치{Pattern engraving apparatus}

본 발명은 표면에 패턴(pattern)이 형성된 제품을 사출 성형하기 위한 금형에 상기 제품의 패턴에 대응되는 패턴을 타각하여 형성하는 패턴 가공 장치에 관한 것이다.

예컨대, LCD(liquid crystal display) 장치의 백라이트 유닛(back light unit)에 포함되는 도광판의 표면에는 광원에서 투사된 빛의 손실을 최소화하여 전면(前面)으로 골고루 분산시키면서 빛을 전방으로 진행시키기 위하여 특정한 광학 패턴(optical pattern)이 형성된다. 이렇게 표면에 특정 패턴이 형성된 제품을 사출 성형 방법으로 제조하기 위해서는, 금형 코어의 캐비티(cavity)를 한정하는 캐비티 형성면에 상기 특정 패턴에 대응되는 음각 패턴이 형성되어야 한다. 상기 음각 패턴은, 레이저(laser) 조사에 의하여, 또는 패턴 가공 장치를 이용한 타각 방법으로 형성될 수 있다.

상기 레이저 조사에 의해 금형 코어에 음각 패턴을 형성하는 방식은 가공 속도가 빠른 장점이 있으나, 형성되는 패턴 주변에 버르(burr)가 심하게 발생하여, 사출 성형된 제품의 품질이 저하된다. 즉, 의도한 패턴과 실제 제품 표면에 형성된 패턴 사이의 차이가 커서 패턴 재현성이 떨어진다.

반면, 타각에 의해 음각 패턴을 형성하는 방식은 공구의 크기, 형상에 따라 다양한 패턴 형성이 가능하고, 가공시 발생되는 버르(burr)의 크기가 레이저 조사에 의한 가공의 경우보다 현저히 작아서 패턴 재현성이 우수하며, 사출 성형된 제품의 품질이 향상되는 장점이 있으나 가공 작업의 속도가 느린 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1299974호

본 발명은 타각에 의해 금형 코어의 표면에 패턴을 형성하는 장치로서, 고품질의 패턴 형성이 가능하며, 작업 속도도 향상되는 패턴 가공 장치를 제공한다.

본 발명은, 금형 코어(mold core)를 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 지지하는 스테이지 유닛(stage unit), 상기 금형 코어의 위에 배치되며, 상기 금형 코어의 표면에 타각에 의한 패턴(pattern)을 형성하는 복수의 헤드 유닛(head unit), 및 상기 복수의 헤드 유닛을 Y축과 직교하는 X축과 평행한 방향으로 개별적으로 이동시키는 X 방향 구동 유닛을 구비하고, 상기 복수의 헤드 유닛이 동시에 상기 금형 코어를 타각하여 상기 패턴을 형성하는 패턴 가공 장치를 제공한다.

본 발명의 패턴 가공 장치는, 상기 복수의 헤드 유닛을 각각 Y축과 평행한 방향으로 이동시키는 Y방향 구동 유닛을 더 구비하고, 상기 Y방향 구동 유닛에 의한 이동은 상기 스테이지 유닛에 의한 이동에 비해 더 정밀할 수 있다.

상기 스테이지 유닛은, 상기 금형 코어를 지지하는 상측판과, Y축과 평행하게 이동 가능하며 상기 상측판 아래에 겹쳐지게 배치된 하측판과, 상기 상측판의 복수의 코너(corner) 부분을 관통하여 상기 하측판에 나사 체결된 복수의 높이 조정 핀과, 상기 상측판과 상기 하측판 사이에 개재되는 압축 스프링을 구비하고, 상기 높이 조정 핀이 회전하면 상기 하측판에 대해 상기 상측판의 코너 부분이 상승 또는 하강할 수 있다.

상기 금형 코어가 상기 상측판의 상측면에는 자력(磁力)에 의해 당겨지도록 상기 상측판에는 복수의 자석(magnet)이 삽입될 수 있다.

상기 복수의 헤드 유닛 중 적어도 하나는 상기 금형 코어 상측면 상의 복수의 지점의 높이를 측정하는 접촉식 높이 측정 프로브(probe)를 구비하고, 상기 복수의 지점의 높이가 서로 다르면 상기 금형 코어가 기울어진 것으로 인정될 수 있다.

상기 복수의 헤드 유닛 중 적어도 하나는 상기 금형 코어에 형성된 패턴을 확대하여 촬상하는 확대 카메라 모듈을 구비하고, 본 발명의 패턴 가공 장치는 상기 확대 카메라 모듈에 의해 촬상된 패턴의 이미지와, 미리 설정된 패턴의 이미지를 비교할 수 있게 보여주는 모니터(monitor)를 더 구비할 수 있다.

상기 복수의 헤드 유닛은 각각, 전기 에너지에 의해 신장과 수축을 반복하며 상하 방향으로 진동하는 압전 소자, 상기 압전 소자의 아래에 배치되어 상기 압전 소자가 진동함에 따라 함께 진동하는 것으로, MR 유체(magneto-rheological fluid)가 채워진 내부 공간이 마련된 진동 블록, 상측부가 진동 블록의 내부 공간에 배치되고, 하측부가 상기 진동 블록 아래로 돌출된 바이트 홀더(vite holder), 상기 바이트 홀더에 장착되는 것으로, 상기 금형 코어의 표면을 직접 타격하는 바이트(vite), 및 상기 바이트 홀더의 상측부에 권선된 것으로, 전기 에너지에 의해 자기장을 발생시키는 코일(coil)을 구비하고, 상기 코일에 의해 발생되는 자기장의 세기에 따라 상기 MR 유체의 점성이 변하여, 상기 바이트의 타격 압력과 상하 방향 진동 폭이 변경될 수 있다.

상기 복수의 헤드 유닛은 각각, 상기 바이트 홀더의 상측부를 상기 진동 블록의 내부 공간 내에서 아래로 편향시키는 힘을 발생시키는 것으로, 상기 바이트 홀더의 상측부에 고정된 제1 영구 자석과, 상기 내부 공간에서 상기 제1 영구 자석보다 위에 고정 배치되어 상기 제1 영구 자석과의 사이에 척력(斥力)을 발생시키는 제2 영구 자석을 더 구비할 수 있다.

본 발명의 패턴 가공 장치는, 복수의 헤드 유닛을 구비하여 금형 코어의 서로 다른 곳을 동시에 타각하면서 패턴을 형성하므로 작업 속도가 향상되고, 레이저 조사에 의해 형성된 패턴보다 고품질의 패턴을 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 헤드 유닛에 구비된 접촉식 높이 측정 프로브를 통해 금형 코어의 복수의 코너(corner) 부분의 높이를 측정하고, 그 결과를 통해 상기 금형 코어가 기울어진 것으로 인정되면 복수의 높이 조정 핀 중 적어도 하나를 적절한 각도로 회전시킴으로써 상기 금형 코어를 편평하게 조정할 수 있다. 따라서, 금형 코어의 모든 영역에서 바이트(vite)의 타각 압력이 일정하게 유지되어 패턴의 균일성이 향상된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금형 코어의 표면 중에서 타각 패턴이 필요 없는 부분에 시험적으로 패턴을 타각 형성하고, 헤드 유닛에 구비된 확대 카메라 모듈을 통해 상기 타각 패턴을 확대 촬상하고, 상기 촬상된 패턴의 이미지(image)와, 작업의 기준이 되는 미리 설정된 디폴트(default) 패턴의 이미지를 비교할 수 있다. 이 과정을 통하여 상기 촬상된 패턴의 이미지와 상기 디폴트 패턴의 이미지 간의 차이가 무시할 수 있는 정도이면 상기 시험 패턴 타각에 적용된 세팅(setting)을 그대로 적용하여 금형 코어의 표면 중에서 타각 패턴이 필요한 부분에 패턴 타각 작업을 진행할 수 있고, 상기 이미지 간의 차이가 무시할 수 없을 정도로 크면 패턴 타각에 적용된 세팅을 변경하여 다시 시험 패턴을 타각 형성할 수 있다. 따라서, 시행 착오 없이 원하는 형태, 배열, 및 크기의 패턴을 타각 형성할 수 있고, 패턴 불량으로 인한 금형 코어의 낭비를 예방할 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코일에 흐르는 전류의 세기를 변경하여 MR 유체(magneto-rheological fluid)의 점성을 변경시킴으로써 바이트의 타각 압력과 진동 폭을 조정한다. 따라서, 바이트 완충을 위해 스프링을 사용하는 경우와 달리 오랜 기간 반복 사용하더라도 피로 현상이 없어 바이트의 타각 압력과 진동 폭이 일정하게 유지되며, 타각으로 형성되는 패턴의 품질에 신뢰성이 유지된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 스테이지 유닛을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 제1 및 제2 헤드 유닛을 X축과 평행한 방향으로 왕복 구동하는 X축 방향 구동 유닛을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1의 제1 및 제2 헤드 유닛을 Y축과 평행한 방향으로 왕복 구동하는 제1 및 제2 Y축 방향 구동 유닛을 도시한 정면도이다.
도 6은 도 5의 제2 Y축 방향 구동 유닛을 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 제1 헤드 유닛 및 제2 헤드 유닛을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7의 IV 부분의 내부를 확대 도시한 종단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 패턴 가공 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 가공 장치의 사시도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 실시예에 다른 패턴 가공 장치(10)는, 책상 형상의 베이스 데스크(base desk)(11)와, 상기 베이스 데스크(11)에 지지된 테이블(table)(13)과, 스테이지 유닛(stage unit)(20)과, 제1 및 제2 헤드 유닛(80, 110)과, X방향 구동 유닛(48)(도 4 참조)과, 제1 및 제2 Y방향 구동 유닛(60, 70)(도 5 참조)과, 모니터(131)와, 콘트롤러(controller)(130)를 구비한다.

도 2는 도 1의 스테이지 유닛을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 스테이지 유닛(20)은 금형 코어(mold core)(1)를 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 지지하는 유닛이다. 스테이지 유닛(20)은 테이블(13)의 중앙 부분에서 Y축과 평행하게 연장된 볼 스크류(ball screw)(24)와, 볼 스크류(24)의 양 단부를 회전 가능하게 지지하며 테이블(13) 상측면에 고정된 한 쌍의 지지 브라켓(25, 26)과, 상기 볼 스크류(24)에 회전 동력을 제공하는 것으로, 상기 테이블(13) 상측면에 고정된 서보 모터(21)와, 상기 볼 스크류(24)에 체결되어 상기 볼 스크류(24)가 회전함에 따라 Y축 양(+)의 방향 또는 음(-)의 방향과 평행하게 이동하는 스크류 체결 블록(28)을 구비한다.

또한, 금형 코어(1)를 접촉 지지하는 상측판(37)과, 상기 상측판(37)의 아래에 겹쳐지게 배치된 하측판(30)과, 상측판(37)의 4곳의 코너(corner) 부분을 관통하여 하측판(30)에 나사 체결된 4개의 높이 조정 핀(pin)(40)을 구비한다. 상기 하측판(30)은 상기 스크류 체결 블록(28)에 고정된다. 따라서, 서보 모터(21)의 동력에 의해 볼 스크류(24)가 회전하면 그 회전 방향에 따라 하측판(30)과 이에 겹쳐진 상측판(37)이 Y축 양(+)의 방향 또는 음(-)의 방향과 평행하게 이동한다. Y축과 평행하게 연장된 한 쌍의 가이드 레일(guide rail)(29)은 상기 테이블(13) 상에 고정되고, 하측판(30)의 양 측 단부가 상기 한 쌍의 가이드 레일(29)에 슬라이딩(sliding) 가능하게 체결된다.

도 2에 도시되진 않았으나, 스테이지 유닛(20)은 상기 스크류 체결 블록(28)이 Y축 양(+)의 방향과 평행하게 이동할 때 그 이동 한계를 감지하는 센서와, 상기 스크류 체결 블록(28)이 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 이동할 때 그 이동 한계를 감지하는 센서를 더 구비한다. 상기 센서의 감지 신호는 콘트롤러(130)에 전달되고, 이에 따라 콘트롤러(130)는 서보 모터(21)를 정지시키는 제어 신호를 송신하여 스크류 체결 블록(28)의 이동을 정지시킴으로써 스테이지 유닛(20)의 손상이 예방된다.

상측판(37)의 상측면에는 금속 소재인 금형 코어(1)가 자력(磁力)에 의해 당겨져 상측판(37)에 고정되도록 복수의 자석(39)이 삽입 장착된다. 상기 복수의 자석(39)은 상측판(37)의 상측면에 고르게 분포된다. 상기 자석(39)은 영구 자석일 수도 있고, 전자석일 수도 있다.

금형 코어(1)가 정렬된 상태로 상측판(37)에 지지되고 이렇게 정렬된 상태가 패턴 타각 작업 도중에 흔들리지 않도록 상기 상측판(37)의 상측면에는 제1 및 제2 코어 정렬 블록(45, 46)이 고정 결합된다. 부연하면, 직사각형 형태의 금형 코어(1)를 상측판(37) 상에 올려 놓고, 상기 금형 코어(1)의 일 측면을 상기 제1 코어 정렬 블록(45)에 밀착시키고, 이에 더하여 상기 일 측면과 직교하는 다른 일 측면을 상기 제2 코어 정렬 블록(46)에 밀착시키면, 금형 코어(1)가 상측판(37) 상에서 패턴 타각에 적합한 정렬된 자세가 된다.

4개의 높이 조정 핀(40)은 각각, 상측판(37)을 관통하는 원기둥부(42)와, 상기 원기둥부(42)의 상단에 연결되며 상측판(37) 위로 노출된 헤드부(head portion)(41)와, 상기 하측판(30)을 관통하도록 상기 원기둥부(42)의 하단에서 아래로 연장되며 외주면에 수나사(male screw thread)가 형성된 수나사부(43)를 구비한다. 헤드부(41)는 작업자가 손으로 잡고 회전시킬 수 있도록 원기둥부(42)보다 큰 직경을 갖는다.

수나사부(43)가 관통하도록 하측판(30)에 형성된 관통공(32)의 내주면에는 상기 수나사부(43)의 수나사와 나사 체결되는 암나사(female screw thread)가 형성된다. 반면, 원기둥부(42)의 외주면은 수나사가 형성되지 않은 매끄러운 면이고, 상기 원기둥부(42)가 관통하도록 상측판(37)에 형성된 관통공(38)의 내주면도 이에 대응되는 매끄러운 면이다.

4개의 높이 조정 핀(40)에 하나씩 끼워진 4개의 압축 스프링(33)이 상측판(37)과 하측판(30) 사이에 개재된다. 구체적으로, 하측판(30)의 관통공(32)에는 상기 수나사부(43)의 직경보다 큰 내경을 갖는 스프링 삽입 홈부(31)가 형성되고, 상기 수나사부(43)에 끼워진 압축 스프링(33)이 상기 스프링 삽입 홈부(31)에 삽입 안착된다. 상기 높이 조정 핀(40)의 원기둥부(42)와 수나사부(43)의 경계 부분에는 와셔(washer)(35)가 개재된다. 상기 와셔(35)는 압축 스프링(33)의 탄성력에 의해 가압되어 상측판(37)을 위로 가압하며, 이에 따라 상측판(37) 코너 부분의 상측면은 상기 높이 조정 핀(40)의 헤드부(41)에 밀착된다.

하측판(30)의 4곳의 코너 부분은 Y축과 평행한 방향으로만 이동 가능하고, Z축과 평행한 방향으로는 이동할 수 없게 고정되어 있으므로, 작업자가 높이 조정 핀(40)이 하측판(30)에 대해 하강하도록 상기 헤드부(41)를 회전시키면, 상기 헤드부(41)가 밀착된 상측판(37)을 누르게 되므로, 상기 높이 조정 핀(40)이 관통하는 상측판(37)의 코너 부분은 하강한다. 이와 반대로, 작업자가 높이 조정 핀(40)이 하측판(30)에 대해 상승하도록 상기 헤드부(41)를 회전시키면, 상기 헤드부(41)가 상승한 만큼 압축 스프링(33)의 탄성력에 의해 상기 상측판(37)의 코너 부분이 상승한다. 작업자는 상기 4개의 높이 조정 핀(40)을 적절한 각도로 회전시켜 상측판(37)의 4곳의 코너 부분의 높이를 각각 조정함으로써, 상기 상측판(37) 상에 지지된 금형 코어(1)의 상측면을 기울어지지 않고 편평한 상태로 조정할 수 있다.

도 4는 도 1의 제1 및 제2 헤드 유닛을 X축과 평행한 방향으로 왕복 구동하는 X축 방향 구동 유닛을 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 테이블(13)의 위에는 X축과 평행하게 연장된 빔(beam)(16)이 구비되고, 상기 빔(16)의 양 단부는 상기 테이블(13)에서 상향 돌출된 한 쌍의 컬럼(column)(15)에 의해 지지된다. X방향 구동 유닛(48)은 상기 제1 및 제2 헤드 유닛(80, 110)을 Y축과 직교하는 X축과 평행한 방향으로 개별적으로 이동시키는 유닛이다.

X방향 구동 유닛(48)은 X축과 평행하게 연장된 X방향 샤프트(shaft)(50)와, X방향 샤프트(50)의 양 단부를 지지하며 상기 빔(16)의 하측면에 고정된 한 쌍의 지지 브라켓(49)와, 상기 X방향 샤프트(50)에 체결되어 상기 샤프트(50)의 길이 방향을 따라 X축 양(+)의 방향 및 음(-)의 방향과 평행하게 이동 가능한 제1 및 제2 X방향 리니어 모터(linear motor)(52, 56)와, 상기 제1 X방향 리니어 모터(52) 및 제2 X방향 리니어 모터(56)에 각각 고정 체결된 제1 X방향 지지판(53) 및 제2 X방향 지지판(57)을 구비한다. X축과 평행하게 연장된 한 쌍의 가이드 레일(51)은 상기 빔(16)의 하측면에 고정되고, 상기 제1 X방향 지지판(53) 및 제2 X방향 지지판(57)의 양 측 단부가 상기 한 쌍의 가이드 레일(51)에 슬라이딩(sliding) 가능하게 체결된다. 상기 제1 X방향 리니어 모터(52) 및 제2 X방향 리니어 모터(56)는 상기 X방향 샤프트(50)의 길이 방향으로 서로 반대 방향으로 이동할 수도 있고, 서로 다른 속도로 이동할 수도 있으며, 둘 중에 하나만 이동하고 다른 하나는 정지할 수도 있다.

상기 빔(16)의 하측면의 일 측 단부에 설치되는 제1 X방향 센서(55)는 제1 X방향 지지판(53)이 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동할 때 그 이동 한계를 감지하는 센서로서, 제1 X방향 지지판(53)에서 연장된 센서 독(sensor dog)(54)이 상기 제1 X방향 센서(55)에 겹쳐질 때 감지 신호를 발생한다. 상기 빔(16)의 하측면의 타 측 단부에 설치되는 제2 X방향 센서(59)는 제2 X방향 지지판(57)이 X축 양(+)의 방향과 평행하게 이동할 때 그 이동 한계를 감지하는 센서로서, 제2 X방향 지지판(57)에서 연장된 센서 독(sensor dog)(58)이 상기 제2 X방향 센서(59)에 겹쳐질 때 감지 신호를 발생한다. 상기 센서(55, 59)의 감지 신호는 콘트롤러(130)에 전달되고, 이에 따라 콘트롤러(130)는 대응되는 X방향 리니어 모터(52, 56)를 정지시키는 제어 신호를 송신함으로써 X방향 구동 유닛(48)의 손상이 예방된다. 한편, 도 4에 도시되진 않았으나 X방향 구동 유닛(48)은 제1 및 제2 X방향 리니어 모터(52, 56)의 X축과 평행한 방향의 위치를 정밀하게 측정하는 X방향 리니어 스케일(linear scale)을 더 구비한다.

도 5는 도 1의 제1 및 제2 헤드 유닛을 Y축과 평행한 방향으로 왕복 구동하는 제1 및 제2 Y축 방향 구동 유닛을 도시한 정면도이고, 도 6은 도 5의 제2 Y축 방향 구동 유닛을 도시한 사시도이다. 도 1, 도 5, 및 도 6을 함께 참조하면, 제1 Y방향 구동 유닛(60)은 제1 헤드 유닛(80)을 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 지지하는 유닛으로, 상기 X축 방향 구동 유닛(48)(도 4 참조)에 지지된다. 제2 Y방향 구동 유닛(70)은 제2 헤드 유닛(110)을 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 지지하는 유닛으로, 상기 X축 방향 구동 유닛(48)에 지지된다.

제1 및 제2 Y방향 구동 유닛(60, 70)은 각각, X방향 구동 유닛(48)(도 4 참조)의 제1 및 제2 X방향 지지판(53, 57)(도 4 참조)에 고정 체결되는 제1 및 제2 Y방향 고정판(61, 71)과, Y축과 평행하게 연장된 제1 및 제2 Y방향 샤프트(shaft)(63, 73)와, 제1 및 제2 Y방향 샤프트(63, 73)의 양 단부를 지지하며 상기 제1 및 제2 Y방향 고정판(61, 71)의 하측면에 각각 한 쌍씩 고정된 지지 브라켓(62, 72)과, 상기 제1 및 제2 Y방향 샤프트(63, 73)에 체결되어 상기 Y방향 샤프트(63, 73)의 길이 방향을 따라 Y축 양(+)의 방향 및 음(-)의 방향과 평행하게 이동 가능한 제1 및 제2 Y방향 리니어 모터(65, 75)와, 상기 제1 및 제2 Y방향 리니어 모터(65, 75)에 각각 고정 체결된 제1 및 제2 Y방향 이동판(66, 76)과, 상기 제1 및 제2 Y방향 이동판(66, 76)에 각각 고정 체결되며 제1 및 제2 헤드 유닛(80, 110)을 결합 지지하는 제1 및 제2 지지 브라켓(67, 77)을 구비한다.

Y축과 평행하게 연장된 한 쌍의 제1 Y방향 가이드 레일(64)과 제2 Y방향 가이드 레일(74)은 각각 상기 제1 Y방향 고정판(61) 및 제2 Y방향 고정판(71)의 하측면에 고정되고, 상기 제1 Y방향 이동판(66) 및 제2 Y방향 이동판(76)의 양 측 단부가 각각 상기 한 쌍의 제1 Y방향 가이드 레일(64)과 제2 Y방향 가이드 레일(74)에 슬라이딩(sliding) 가능하게 체결된다. 상기 제1 Y방향 리니어 모터(65) 및 제2 Y방향 리니어 모터(75)는 독립적으로 구동되므로, 서로 반대 방향으로 이동할 수도 있고, 서로 다른 속도로 이동할 수도 있으며, 둘 중에 하나만 이동하고 다른 하나는 정지할 수도 있다.

제1 Y방향 고정판(61)의 좌측 단부에서 연장된 센서 브라켓(68)의 말단에 고정 설치되는 한 쌍의 제1 Y방향 센서(69A)는 제1 Y방향 이동판(66)이 Y축 양(+)의 방향 및 음(-)의 방향과 평행하게 이동할 때 그 이동 한계를 감지하는 센서로서, Y축과 평행한 가상의 직선을 따라 이격되어 배치된다. 도 5에서는 한 쌍의 제1 Y방향 센서(69A)가 겹쳐져 하나처럼 보이지만 도 6의 한 쌍의 제2 Y방향 센서(79A)를 참조하면 한 쌍의 제1 Y방향 센서(69A)가 Y축과 평행한 가상의 직선을 따라 이격되어 배치된다는 의미를 이해할 수 있을 것이다. 제1 Y방향 이동판(66)에서 연장된 센서 독(sensor dog)(69B)이 상기 한 쌍의 제1 Y방향 센서(69A) 중 하나와 겹쳐질 때 겹쳐진 제1 Y방향 센서(69A)에서 감지 신호가 발생된다.

제2 Y방향 고정판(71)의 우측 단부에서 연장된 센서 브라켓(78)의 말단에 고정 설치되는 한 쌍의 제2 Y방향 센서(79A)는 제2 Y방향 이동판(76)이 Y축 양(+)의 방향 및 음(-)의 방향과 평행하게 이동할 때 그 이동 한계를 감지하는 센서로서, Y축과 평행한 가상의 직선을 따라 이격되어 배치된다. 제2 Y방향 이동판(76)에서 연장된 센서 독(sensor dog)(79B)이 상기 한 쌍의 제2 Y방향 센서(79A) 중 하나와 겹쳐질 때 겹쳐진 제2 Y방향 센서(79A)에서 감지 신호가 발생된다.

제1 및 제2 Y방향 센서(69A, 79A)에서 발신된 감지 신호는 콘트롤러(130)에 전달되고, 이에 따라 콘트롤러(130)는 대응되는 Y방향 리니어 모터(65, 75)를 정지시키는 제어 신호를 송신함으로써 제1 및 제2 Y방향 구동 유닛(60, 70)의 손상이 예방된다. 한편, 도 5 및 도 6에 도시되진 않았으나 제1 및 제2 Y방향 구동 유닛(60, 70)은 제1 및 제2 Y방향 리니어 모터(65, 75)의 Y축과 평행한 방향의 위치를 정밀하게 측정하는 제1 및 제2 Y방향 리니어 스케일(linear scale)을 더 구비한다.

상기 제1 및 제2 Y방향 구동 유닛(60, 70)에 의한 제1 및 제2 헤드 유닛(80, 110)의 Y축과 평행한 방향 이동은, 상기 스테이지 유닛(20)에 의한 금형 코어(1)(도 2 참조)의 Y축과 평행한 방향 이동에 비해 더 정밀하다. 따라서, 금형 코어(1)를 정지시킨 상태에서 Y축과 평행한 가상의 직선을 따라 같은 간격으로 이격된 복수의 패턴을 정밀하게 타각 형성하고, 금형 코어(1)는 Y축과 평행한 방향으로 큰 폭으로 이동하도록 함으로써 빠른 작업 속도로 정밀한 패턴을 타각 형성할 수 있다.

도 7 및 도 8은 도 1의 제1 헤드 유닛 및 제2 헤드 유닛을 도시한 사시도이고, 도 9는 도 7의 IV 부분의 내부를 확대 도시한 종단면도이다. 도 1, 도 7, 및 도 8을 함께 참조하면, 제1 헤드 유닛(80)과 제2 헤드 유닛(110)은 스테이지 유닛(20)에 지지된 금형 코어(1)의 위에 배치되며, 금형 코어(1)의 표면에 타각에 의한 패턴(pattern)을 형성하는 유닛이다. 제1 헤드 유닛(80)과 제2 헤드 유닛(110)은 공통적으로, 제1 Y방향 구동 유닛(60)(도 5 참조)의 제1 지지 브라켓(67)(도 5 참조) 및 제2 Y방향 구동 유닛(70)(도 5 참조)의 제2 지지 브라켓(77)(도 5 참조)에 고정 결합되는 브라켓 결합판(81, 111)과, 상기 브라켓 결합판(81, 111)에 승강 가능하게 결합된 승강판(82, 112)과, 승강판(82, 112)에 고정된 상단 지지 브라켓(92, 120)과 하단 지지 브라켓(93, 121)에 고정 지지된 타각 헤드를 구비한다.

상기 타각 헤드는 각각, 압전 소자(96, 123), 진동 블록(98, 125), 바이트 홀더(vite holder)(104, 127), 및 바이트(vite)(109, 129)를 구비한다. 도 7 내지 도 9를 함께 참조하면, 압전 소자(96, 123)는 상하 방향으로 연장되며, 상단 지지 브라켓(92, 120)에 그 상단이 삽입 지지된다. 압전 소자(96, 123)는 기계적 압력을 가하면 전압이 발생하고, 전압을 인가하면 기계적 변형이 발생하는 압전 현상을 이용한 소자이다. 상기 압전 소자(96, 123)에 전기 에너지, 구체적으로 소정 주파수의 전압이 인가되면 압전 소자(96, 123)의 하단부는 전압의 주파수에 대응되는 주기로 신장과 수축을 반복하며 상하 방향으로 진동한다.

진동 블록(98, 125)은 압전 소자(96, 123) 아래에 배치되어 압전 소자(96, 123)가 진동함에 따라 함께 진동한다. 진동 블록(98, 125)의 내부에는 MR 유체(magneto-rheological fluid)가 채워진 내부 공간이 마련된다. 진동 블록(98, 125)의 하단부는 하단 지지 브라켓(93, 121)에 끼워져 지지된다. 바이트 홀더(104, 127)는 상기 진동 블록(98, 125)에 대해 승강 가능하게 연결되고 하단 지지 브라켓(93, 121)을 관통하여 아래로 돌출된다. 바이트(109, 129)는 상기 금형 코어(1)의 표면을 직접 타격하는 것으로, 바이트 홀더(104, 127)에 장착된다.

패턴 타각 작업시에 제1 및 제2 헤드 유닛(80, 110)의 타각 헤드가 금형 코어(1)의 서로 다른 곳을 동시에 타각하면서 금형 코어(1) 표면에 패턴을 형성하게 되므로, 단수의 헤드 유닛으로 패턴 타각을 하는 경우보다 작업 속도가 향상되고, 레이저 조사에 의해 형성된 패턴보다 고품질의 패턴을 얻을 수 있다.

한편, 제1 및 제2 헤드 유닛(80, 110)에는 승강판(82, 112)의 승강 거리를 조정하기 위한 마이크로미터(micrometer)(84, 114)가 구비된다. 상기 마이크로미터(84, 114)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 승강판(82, 112)을 승강 이동시킴으로써 바이트(109, 129)의 높이를 금형 코어(1)에 타각이 가능한 높이로 조정할 수 있다.

이하에서는, 도 9를 참조하여 제1 헤드 유닛(80)의 타각 헤드를 보다 상세하게 설명한다. 한편, 제2 헤드 유닛(110)의 타각 헤드도 제1 헤드 유닛(80)의 타각 헤드와 동일한 구조를 가지므로 중복되는 설명은 생략한다. 도 9를 참조하면, 진동 블록(98)는 내부의 하측부에는 MR 유체가 채워진 내부 공간(100)이 마련된다. MR 유체는 낮은 투자율의 비전도성 용매에 높은 투자율을 갖는 미세 입자를 분산시킨 현탁액으로서, 자기장(magnetic field)이 없는 환경에서는 뉴턴 유체(Newtonian fluid)의 특성을 보이지만, 자기장이 있는 환경에서는 미세 입자들이 자기장 방향으로 배열되어 형성된 체인 구조에 의해 빙햄 유체(bingham fluid)와 유사한 특성을 보인다. 부연하면, 자기장 내에서 MR 유체는 겉보기 점도(apparent viscosity)가 점탄성 고체(viscoelastic solid)가 되는 정도까지 크게 증가하며, 항복 응력(yield stress)은 자기장 세기를 변경하여 정확하게 제어 가능하다.

압전 소자(96)의 하단부는 진동 블록(98)의 상단은 연결되므로 압전 소자(96) 하단부가 상하로 진동하면, 그 진동으로 인해 진동 블록(98)이 진동한다. 바이트 홀더(104)는 자신의 상측부가 진동 블록 내부 공간(100)에 배치되고, 하측부(105)가 진동 블록(98)과 하단 지지 브라켓(93)을 관통하여 아래로 돌출된다. 진동 블록(98)의 하단에는 상기 내부 공간(100)이 아래로 개방되도록 개구(開口)가 형성되고, 상기 바이트 홀더 하측부(105)가 상기 개구를 관통한다. 상기 진동 블록(98) 하단의 개구를 상기 내부 공간(100)에 채워진 MR 유체가 누출되지 않도록 상기 바이트 홀더 하측부(105)의 외주면이 상기 개구의 내주면(101)과 밀착되고 씰링(sealing) 처리된다. 하단 지지 브라켓(93)의 하측부에도 상기 진동 블록(98) 하단의 개구와 정렬되는 개구가 형성되고, 상기 바이트 홀더 하측부(105)가 상기 개구를 관통한다. 상기 하단 지지 브라켓(93) 하측부의 개구의 내주면(94)은 바이트 홀더 하측부(105)가 Z축과 평행한 방향으로만 승강 진동하도록 상기 바이트 홀더 하측부(105)를 안내한다.

상기 바이트 홀더(104)의 상측부는 자신의 하측부(105)의 외경(outer diameter)보다 더 큰 외경을 갖도록 확장된 디스크(disk) 형태의 플랜지부(flange portion)(106)와, 상기 플랜지부(106)의 상측에 상기 플랜지부(106)의 외경보다 작은 외경을 가지는 원통 형태의 코일 권선부(107)을 구비한다. 상기 바이트 홀더(104)가 상기 진동 블록(98)에 대해 상대적으로 하강하는 경우에 상기 진동 블록(98) 하단 개구 주변의 내측면(101)에 상기 플랜지부(106)가 걸리게 되므로, 바이트 홀더(104)의 상측부는 진동 블록 내부 공간(100)을 이탈하지 않는다.

진동 블록(98)에 대하여 바이트 홀더(104)가 상대적으로 상하 방향으로 이동할 때 상기 플랜지부(106)는 바이트 홀더(104)의 상하 방향 이동을 방해하는 항력(drag force)의 증가를 유발한다. 상기 진동 블록 내부 공간(100)은 상기 플랜지부(106)를 경계로 플랜지부 상부 공간과 플랜지부 하부 공간으로 구분된다.

진동 블록(98)에 대하여 바이트 홀더(104)가 상대적으로 상승하는 방향으로 진동하면, 상기 플랜지부 상부 공간이 축소되고 상기 플랜지부 하부 공간은 확장되며, 상기 플랜지부 상부 공간의 MR 유체가 상기 플랜지부 하부 공간으로 이동하게 된다. 반대로, 진동 블록(98)에 대하여 바이트 홀더(104)가 상대적으로 하강하는 방향으로 진동하면, 상기 플랜지부 상부 공간이 확장되고 상기 플랜지부 하부 공간은 축소되며, 상기 플랜지부 하부 공간의 MR 유체가 상기 플랜지부 상부 공간으로 이동하게 된다.

바이트 홀더(104)가 상하로 진동함에 따라, 이에 착탈 가능하게 장착된 바이트(109)가 금형 코어(1)(도 2 참조)의 표면을 직접 타격하여 음각(陰刻)의 패턴을 형성하게 된다.

코일(108)은 상기 코일 권선부(107)의 외주면에 권선된다. 코일(108)에 전기 에너지가 공급되면, 다시 말해 코일(108)에 전류가 흐르면 자기장이 발생되며, 자기장의 세기는 전류 세기를 조절하여 변경할 수 있다.

상기 내부 공간(100)에는 바이트 홀더(104)의 상측부를 상기 내부 공간(100) 내에서 아래로 편향시키는 힘을 발생시키는 편향력 수단이 구비된다. 상기 편향력 수단은, 바이트 홀더(104)의 코일 권선부(107)의 상측면에 고정된 제1 영구자석(102)과, 상기 내부 공간(100) 내에서 제1 영구 자석(102)보다 위에 고정 배치된 제2 영구 자석(103)을 구비한다. 제2 영구 자석(103)은 상기 내부 공간(100)을 한정하는 상부 내측면에 고정될 수 있다. 제1 영구자석(102)과 상기 제2 영구자석(103)은 서로 척력(斥力)이 발생하도록 N극과 S극이 배열된다. 상기 제1 영구자석(102)과 상기 제2 영구자석(103)은 각각 원반 형태의 영구자석일 수 있다.

압전 소자(96)에 전압이 인가되지 않은 경우에는, 상기 바이트 홀더(104)의 플랜지부(106)는 제1 영구자석(102)과 제2 영구자석(103) 사이의 밀어내는 자력에 의해 상기 내부 공간(100)을 한정하는 하부 내측면에 밀착되는 상태가 유지된다. 한편, 전압이 인가된 압전 소자(96)의 진동으로 진동 블록(98)이 진동하고, 그로 인해 바이트 홀더(104)의 플랜지부(106)가 상기 내부 공간(100) 내에서 상승하여 상기 내부 공간(100)의 상부 내측면에 가까워지는 경우에는, 제1 영구자석(102)과 제2 영구자석(103)이 가까워져 척력(斥力)이 강해지면서 바이트 홀더(104)는 진동 블록(98)에 대해 하강하는 방향으로 더욱 강하게 바이어스(bias)된다. 만약 제1 영구자석(102)과 제2 영구자석(103)이 없다면 진동 블록(98)이 진동할 때 상기 내부 공간(100)의 상부 내측면과 바이트 홀더(104)의 코일 권취부(107)가 충돌할 수도 있으나, 제1 영구자석(102)과 제2 영구자석(103)이 이러한 충돌을 방지한다.

상기 코일(108)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장의 세기에 따라 상기 내부 공간(100)에 채워진 MR 유체의 점성이 변하여, 바이트(109)의 타격 압력과 상하 방향 진동 폭이 변경된다. 부연하면, 상술한 바와 같이 압전 소자(96)가 상하로 진동하면 진동 블록(98)이 상하 방향으로 진동하게 된다. 이와 동시에 코일(108)에 전류가 인가되면 진동 블록 내부 공간(100)에 자기장이 형성되고, 상술한 MR 유체의 성질을 참조하여 알 수 있듯이 상기 자기장의 영향을 받아 MR 유체의 점성이 커지므로 진동 블록(98)에 대한 플랜지부(106)의 상대적인 상하 방향 운동이 방해된다. 코일(108)에 인가되는 전류의 크기가 커져 자기장의 세기가 커질수록 MR 유체의 점성은 더욱 커지고 진동 블록(98)에 대한 플랜지부(106)의 상대적인 상하 방향 운동은 더욱 제한된다.

결과적으로, 코일(108)에 인가되는 전류의 세기가 커질수록 진동 블록(98)의 상하 진동 폭과 진동 압력이 완충되지 않고 바이트 홀더(104) 및 바이트(109)에 그대로 전달되어 바이트(109)의 타각 압력과 진동 폭이 상대적으로 커지게 된다. 따라서, 금형 코어(1)의 표면 재질의 강성이 동등한 경우에는 코일(108)에 인가되는 전류의 세기가 클수록 타각 형성되는 패턴의 깊이 및 사이즈가 커진다. 또한, 상대적으로 금형 코어의 표면 재질이 강성인 경우에 전류 세기가 큰 전류를 코일(108)에 인가하여 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

반대로, 코일(108)에 인가되는 전류의 세기가 작아질수록 진동 블록(98)의 상하 진동 폭과 진동 압력이 완충되면서 바이트 홀더(104) 및 바이트(109)에 전달되어 바이트(109)의 타각 압력과 진동 폭이 상대적으로 작아지게 된다. 따라서, 금형 코어의 표면 재질의 강성이 동등한 경우에는 코일(108)에 인가되는 전류의 세기가 작을수록 타각 형성되는 패턴의 깊이 및 사이즈가 작아진다. 또한, 상대적으로 금형 코어의 표면 재질이 연성인 경우에 전류 세기가 작은 전류를 코일(108)에 인가하여 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

코일(108)에 흐르는 전류의 세기를 변경하여 MR 유체(magneto-rheological fluid)의 점성을 변경시킴으로써 바이트(109, 129)의 타각 압력과 진동 폭이 조정된다. 따라서, 바이트 완충을 위해 스프링을 사용하는 경우와 달리 오랜 기간 반복 사용하더라도 피로 현상이 없어 바이트의 타각 압력과 진동 폭이 일정하게 유지되며, 타각으로 형성되는 패턴의 품질에 신뢰성이 유지된다.

도 1, 도 2, 및 도 8을 함께 참조하면, 제2 헤드 유닛(110)은 금형 코어(1) 상측면 상의 임의의 지점의 높이를 측정하는 접촉식 높이 측정 프로브(probe)(115)를 더 구비한다. 상기 높이 측정 프로브(115)는 승강판(112)에 지지된 프로브 승강 구동기(118)의 구동력에 의해 승강한다. 프로브 승강 구동기(118)는 콘트롤러(130)에 의해 제어된다.

금형 코어(1) 상측면의 임의의 일 지점 위에 상기 높이 측정 프로브(115)가 위치한 상태에서 금형 코어(1) 상측면의 높이 측정 작업이 지시되면, 상기 높이 측정 프로브(115)가 하강하며, 상기 높이 측정 프로브(115) 하단의 접촉 팁(tip)(116)이 금형 코어(1) 상측면에 닿으면 상기 높이 측정 프로브(115)에서 감지 신호가 생성되고, 상기 높이 측정 프로브(115)는 원위치까지 다시 상승한다. 콘트롤러(130)는 상기 감지 신호를 수신하고, 높이 측정 프로브(115)의 원위치의 높이와, 그 하강 속도 및 하강한 시간으로부터 상기 금형 코어(1) 상측면의 일 지점의 높이를 계산한다.

상기한 금형 코어(1) 상측면의 높이 측정 방법을 금형 코어(1) 상측면의 복수의 서로 다른 지점, 예컨대, 4곳의 코너(corner) 부분에 적용하여 상측판(37)에 지지된 금형 코어(1)가 기울어졌는지 여부를 판정할 수 있다. 부연하면, 제2 헤드 유닛(110)을 금형 코어(1)의 4곳의 코너 부분 위로 순차적으로 이동시키면서 높이 측정 프로브(115)를 이용하여 4곳의 코너 부분의 높이를 측정하고, 상기 4곳의 높이 측정 결과가 허용 가능한 오차 범위 이내이면 금형 코어(1)의 상측면이 기울어지지 않고 편평한 것으로 판단할 수 있다.

그러나, 상기 4곳의 높이 측정 결과가 허용 가능한 오차 범위를 벗어나면 금형 코어(1)의 상측면이 기울어진 것으로 판단할 수 있으며, 이 경우에는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 높이 조정 핀(40)을 적절한 각도로 회전시켜 상측판(37)의 코너 부분의 높이를 조정함으로써 금형 코어(1) 상측면을 편평하게 조정할 수 있다. 한편, 작업자가 상기 금형 코어(1)의 높이 측정 결과를 쉽게 인지할 수 있도록, 패턴 가공 장치(10)에 구비되는 모니터(131)에 상기 금형 코어(1)의 높이 측정 결과가 표시될 수 있다.

제2 헤드 유닛(110)에 구비된 접촉식 높이 측정 프로브(115)를 이용하여 금형 코어(1)의 복수의 코너(corner) 부분의 높이를 측정하고, 그 결과를 통해 상기 금형 코어(1)가 기울어진 것으로 인정되면 복수의 높이 조정 핀(40) 중 적어도 하나를 적절한 각도로 회전시킴으로써 상기 금형 코어(1)를 편평하게 조정할 수 있다. 따라서, 금형 코어(1)의 모든 영역에서 바이트(vite)(109, 129)의 타각 압력이 일정하게 유지되어 패턴의 균일성이 향상된다.

도 1, 도 2, 및 도 7을 함께 참조하면, 제1 헤드 유닛(80)은 금형 코어(1)의 상측면에 타각 형성된 패턴을 확대하여 촬상하는 확대 카메라 모듈(module)(85)을 더 구비한다. 확대 카메라 모듈(85)은 상하 방향으로 연장된 경통(86)과, 경통(86) 내주면에 지지되며, 금형 코어(1) 상측면의 이미지(image)를 확대하는 적어도 하나의 렌즈(88)와, 경통(86)의 상단에 탑재되며 금형 코어(1) 상측면의 이미지를 촬상하는 카메라(camera)(87)와, 금형 코어(1) 상측면의 촬상되는 부분을 밝혀주는 조명(89)을 구비한다. 제1 헤드 유닛(80)에는 확대 카메라 모듈(85)의 승강 거리를 조정하기 위한 마이크로미터(90)가 더 구비된다. 상기 마이크로미터(90)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 확대 카메라 모듈(85)을 승강 이동시킴으로써 가능한 한 크고 선명한 패턴의 이미지가 카메라(87)에 의해 촬상된다.

상기 모니터(131)는 작업자가 상기 확대 카메라 모듈(85)에 의해 촬상된 패턴의 이미지와, 미리 설정된 패턴의 이미지를 비교할 수 있게 함께 또는 순차적으로 보여준다.

상기 확대 카메라 모듈(85)을 사용하여 본격적인 패턴 타각 작업에 앞서 테스트용 패턴을 타각하고 이를 검사함으로써 패턴 타각 작업의 시행 착오를 줄일 수 있고, 금형 코어의 낭비를 예방할 수 있다. 부연하면, 금형 코어(1)의 표면 중에서 타각 패턴이 필요 없는 부분에 시험적으로 테스트용 패턴을 타각 형성하고, 상기 확대 카메라 모듈(85)을 이용하여 상기 테스트용 타각 패턴을 확대 촬상하고, 상기 촬상된 테스트용 패턴의 이미지(image)와, 작업의 기준이 되는 미리 설정된 디폴트(default) 패턴의 이미지를 비교할 수 있다. 이 과정을 통하여 상기 촬상된 테스트용 패턴의 이미지와 상기 디폴트 패턴의 이미지 간의 차이가 무시할 수 있는 정도이면 상기 테스트용 패턴 타각에 적용된 세팅(setting)을 그대로 적용하여 금형 코어(1)의 표면 중에서 타각 패턴이 필요한 부분에 본격적인 패턴 타각 작업을 진행할 수 있다. 그러나, 상기 테스트용 패턴 이미지와 상기 디폴트 패턴 이미지 간의 차이가 무시할 수 없을 정도로 크면 패턴 타각에 적용된 세팅을 변경하여 다시 테스트용 패턴을 타각 형성할 수 있다. 따라서, 금형 코어(1) 비용이 추가되는 시행 착오 없이 원하는 형태, 배열, 및 크기의 패턴을 금형 코어(1)에 타각 형성할 수 있고, 패턴 불량으로 인한 금형 코어(1)의 낭비를 예방할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 9에 도시된 패턴 타각 장치(10)는 한 쌍의 헤드 유닛(80, 110)을 구비하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 3개 이상의 헤드 유닛을 구비할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 패턴 가공 장치 20: 스테이지 유닛
30: 하측판 37: 상측판
40: 높이 조정 핀 48: X방향 구동 유닛
60, 70: Y방향 구동 유닛 80, 110: 헤드 유닛

Claims

금형 코어(mold core)를 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 지지하는 스테이지 유닛(stage unit);
상기 금형 코어의 위에 배치되며, 상기 금형 코어의 표면에 각각 타각함에 의한 패턴(pattern)을 형성하는 제1, 2 헤드 유닛(head unit)을 구비하는 복수의 헤드 유닛; 및,
상기 제1, 2 헤드 유닛을 Y축과 직교하는 X축과 평행한 방향으로 개별적으로 이동시키는 X 방향 구동 유닛;을 구비하고,
상기 제1 헤드 유닛은, 타각된 형상을 촬상하는 확대카메라 모듈을 구비하고, 상기 금형 코어의 타각 패턴이 필요없는 부분 중에 테스트용 패턴 형성 부분이 존재하여, 상기 테스트용 패턴 형성 부분에 형성된 테스트용 타각 패턴을 확대 카메라 모듈이 촬영하도록 하고,
상기 제2 헤드 유닛은 높이 측정 프로브를 구비하고, 상기 금형 코어는 상기 스테이지 유닛의 상측판에 지지되고,
상기 상측판의 코너 부분을 개별적으로 승하강시키는 높이 조정 핀을 더 구비하며,
상기 제1, 2 헤드 유닛은 동시에 상기 금형 코어의 다른 부위를 타각할 수 있는 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 헤드 유닛을 각각 Y축과 평행한 방향으로 이동시키는 Y방향 구동 유닛;을 더 구비하고,
상기 Y방향 구동 유닛에 의한 이동은 상기 스테이지 유닛에 의한 이동에 비해 더 정밀한 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 스테이지 유닛은, 상기 금형 코어를 지지하는 상측판과, Y축과 평행하게 이동 가능하며 상기 상측판 아래에 겹쳐지게 배치된 하측판과, 상기 상측판의 복수의 코너(corner) 부분을 관통하여 상기 하측판에 나사 체결된 복수의 높이 조정 핀과, 상기 상측판과 상기 하측판 사이에 개재되는 압축 스프링을 구비하고,
상기 높이 조정 핀이 회전하면 상기 하측판에 대해 상기 상측판의 코너 부분이 상승 또는 하강하는 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.
제3 항에 있어서,
상기 금형 코어가 상기 상측판의 상측면에는 자력(磁力)에 의해 당겨지도록 상기 상측판에는 복수의 자석(magnet)이 삽입된 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.
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제1 항에 있어서,
상기 패턴 가공 장치는 상기 확대 카메라 모듈에 의해 촬상된 패턴의 이미지와, 미리 설정된 패턴의 이미지를 비교할 수 있게 보여주는 모니터(monitor);를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 헤드 유닛은 각각, 전기 에너지에 의해 신장과 수축을 반복하며 상하 방향으로 진동하는 압전 소자, 상기 압전 소자의 아래에 배치되어 상기 압전 소자가 진동함에 따라 함께 진동하는 것으로, MR 유체(magneto-rheological fluid)가 채워진 내부 공간이 마련된 진동 블록, 상측부가 진동 블록의 내부 공간에 배치되고, 하측부가 상기 진동 블록 아래로 돌출된 바이트 홀더(vite holder), 상기 바이트 홀더에 장착되는 것으로, 상기 금형 코어의 표면을 직접 타격하는 바이트(vite), 및 상기 바이트 홀더의 상측부에 권선된 것으로, 전기 에너지에 의해 자기장을 발생시키는 코일(coil)을 구비하고,
상기 코일에 의해 발생되는 자기장의 세기에 따라 상기 MR 유체의 점성이 변하여, 상기 바이트의 타격 압력과 상하 방향 진동 폭이 변경되는 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 헤드 유닛은 각각, 상기 바이트 홀더의 상측부를 상기 진동 블록의 내부 공간 내에서 아래로 편향시키는 힘을 발생시키는 것으로, 상기 바이트 홀더의 상측부에 고정된 제1 영구 자석과, 상기 내부 공간에서 상기 제1 영구 자석보다 위에 고정 배치되어 상기 제1 영구 자석과의 사이에 척력(斥力)을 발생시키는 제2 영구 자석을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 가공 장치.