KR101991462B1 - 직선형 리니어 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선형 리니어 액츄에이터에 관한 것으로, 소정거리 이격되어 형성되는 레일(500)이 양측에 구비되는 베이스부(100); 상기 베이스부(100)의 상측에 적층되어 상기 레일(500)을 따라 이동 가능하도록, 상기 레일(500)과 대응되는 형상으로 형성되는 레일블록(510)을 포함하는 이동부(200); 상기 베이스부(100) 중앙에 형성되는 복수개의 코일(300); 및 상기 이동부(200)의 중심에 형성되는 복수개의 자석(400);를 포함하여 구성되어, 구조가 간단하고 크기가 작고 유지 보수가 용이한 장점을 가지고 있다.

Description

직선형 리니어 액츄에이터{STRAIGHT TYPE LINEAR ACTUATOR}

본 발명은 직선형 리니어 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 코일 및 영구자석을 이용한 전자기력을 통해 대상물을 직접 이동 및 위치를 보정 시킬 수 있도록 구조가 간단하고 정밀하며 높이가 낮아 반도체 및 디스플레이 제조 장치 등 소형 정밀 부품의 생산라인에 사용되도록 개발된 장치에 관한 것이다.

일반적으로 정밀제품 생산라인에서는 각각 작업 공정별로 작업 대상물 투입 전에 카메라등 센서를 이용하여 대상물의 틀어진 위치를 보정해 주거나 특정 방향( XY축)으로 정밀하여 이동해 줘야 하는 공정이 필히 존재한다. 종래에는 대상물이 크고, 보정 또는 이동 정도가 떨러져도 문제가 없었으나 최근에는 작업 대상물의 크기가 점점 작아지고, 요구되는 정밀도가 정밀해야 되는 상황이다.

최근 전자기기의 발달로 이를 제조하는 전자기기 제조 장치도 더불어 발달했음에도 불구하고 XY축 보정 장치는 발달하지 못했다. 종래의 대표적인 방식은 한국등록특허 제10-1474696호(2014.12.18. 공고)(이하, 선행문헌이라고 함)이다.

구체적으로 상기 선행문헌의 XY축 보정 스테이지는 하부베이스와 상부베이스로 구성이 되는데, 하부베이스에 XY축 방향으로 이동 가능하게 하는 모든 구성품들(BALLSCREW, LM GUIDE, CROSS BRARING, COUPPLING, MOTOR)을 위치시키고 상부베이스를 덮는 구조로 되어 있다.

그러나, 선행문헌은 사각형 형태로 구동 부품들을 한 개층(하부베이스)에 위치 시키다보니 구조가 복잡하고, 외형 사이즈가 크고, 높이가 높고, 유지 보수가 복잡하고, 정도가 떨어진다. 특히, 제어를 하기가 매우 복합한 구조다. X방향 또는 Y방향으로 이동을 하려면 최소한 2개의 구동부가 제어적으로 동기운전을 해야만 하는 복합한 구조를 가지고 있다.

또한 종래에는 대상물의 XY축 이송에 표준 리니어모터를 이용하거나 BALLSCREW를 이용한 엑츄에이터들은 많으나 사이즈가 크고 높이가 높아 소형 부품의 제조 장치에 적합하지 못하다.

대한민국 등록특허 제1474696호

이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은 코일 및 영구자석을 이용한 전자기력을 통해 대상물을 직접 정밀하게 이동시킬 수 있도록 하여 구조가 간단하고, 사이즈가 작으며, 유지 보수가 용이하여 소형 정밀 부품의 생산에 사용되는 장치를 제공하고자 하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 직선형 리니어 액츄에이터에 관한 것으로, 소정거리 이격되어 형성되는 레일(500)이 양측에 구비되는 베이스부(100); 상기 베이스부(100)의 상측에 적층되어 상기 레일(500)을 따라 이동 가능하도록, 상기 레일(500)과 대응되는 형상으로 형성되는 레일블록(510)을 포함하는 이동부(200); 상기 베이스부(100)의 상면 중앙에 형성되는 복수개의 코일(300); 및 상기 이동부(200)의 하면 중앙에 형성되는 복수개의 자석(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스부(100)는 상기 복수개의 코일(300)이 일렬로 형성되는 기판(310); 및 상기 기판(310) 상의 일측에 형성되는 센서부(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동부(200)는 복수개의 자석(400)의 양 끝단에 각각 하나씩 설치되어, 코일(300)이 부착된 베이스부(100)와 자석(400)이 부착된 이동부(200) 사이에의 공간에 이물질 등의 유입을 방지하는 이물질유입방지부(210)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스부(100)는 상기 이동부가 이동할 때, 상기 이동부의 이동거리를 파악하여 위치 오차를 실시간 판별하여 보정 가능하도록 하는 리니어 엔코더를 포함하며, 상기 리니어 엔코더는 상기 이동부의 이동 거리와 대응되는 길이로 눈금이 형성되는 리니어엔코더 테입(220)과, 상기 리니어엔코더 테입(220)의 눈금을 측정하는 리니어엔코더 헤드(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기판(310)은 복수개의 코일(300)을 접착제 또는 에폭시를 이용하여 경화하여 고정시키며, 기판, 코일, 에폭시, 기판 또는 기판, 코일, 에폭시 순으로 적층되는 샌드위치 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동부(200)은 상기 이동부(200)의 하부에 설치되고, 상기 센서부(320)와 끝단에 형성된 자석과 연동되어, 상기 이동부(200)의 이동을 제한하는 센서도그(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 전자기력을 통해 대상물을 직접 이동시킬 수 있도록 코일 및 영구자석으로 구성되는 구조로 정밀 하며, 외형사이즈가 작으며 유지 보수가 용이하여 정밀한 얼라인 보정 등 작은 이송거리 필요 시 외형이 큰 불필요한 장치를 사용할 필요가 없어 낭비를 제거하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직선형 리니어 액츄에이터의 전체 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직선형 리니어 액츄에이터의 분해사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직선형 리니어 액츄에이터의 이동부의 밑부분을 나타낸 도면
도 4는 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직선형 리니어 액츄에이터의 단면도

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명은 직선형 리니어 액츄에이터에 관한 것으로, 베이스부(100), 이동부(200), 코일(300) 및 자석(400)을 포함하여 구성된다.

베이스부(100)는 상면에 레일(500)이 형성된다. 상기 레일(500)은 소정거리 이격되고, 상기 베이스부(100)의 상면 양측에 형성된다. 또한, 상기 베이스부(100)은 사각형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 베이스부(100)는 상기 이동부(200)가 이동할 때, 상기 이동부(200)의 이동거리를 파악하여 위치 오차를 실시간 판별하여 보정 가능하도록 하는 리니어 엔코더를 포함하여 구성된다. 상기 리니어 엔코더는 상기 이동부(200)의 이동 거리와 대응되는 길이로 눈금이 형성되는 리니어엔코더 테입(220)과, 상기 리니어엔코더 테입(220)의 눈금을 측정하는 리니어엔코더 헤드(110)로 이루어진다. 상기 이동부(200)가 이동할 때, 상기 리니어 엔코더는 상기 리니어엔코더 테입(220)의 눈금으로 발광하여 상기 이동부의 이동거리를 측정할 수 있다.

이동부(200)는 상기 베이스부(100)의 상측에 적층되어 형성되고, 상기 레일(500)을 따라 이동 가능하도록 형성된다. 즉, 상기 이동부(200)는 상기 레일(500)과 대응되는 형상으로 형성되는 레일블록(510)이 구비된다. 이러한, 상기 레일블록(510)은 상기 이동부(200)의 하면에 나사 결합되기도 한다.

또한, 상기 이동부(200)는 사각형상으로 형성될 수 있다.

코일(300)은 상기 베이스부(100)의 중앙에 이동 영역에 따라 복수개로 형성된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 코일(300)은 기판(310) 상에 복수개의 코일(300)이 일렬로 형성된다. 또한, 상기 기판(310)의 일측에는 센서부(320)가 형성된다. 상기 센서부(320)는 원점 센서, 리미트 센서 등일 수 있다.

또한, 상기 이동부(200)의 일측면에 돌출되어 설치된 2개의 센서도그(240)의 끝단면에 자석을 두어 상기 베이스부(100)의 기판(310) 내에 위치한 센서부(320)와 연계 동작하고, 상기 이동부(200)의 모터 구동용 자석(400)과 센서부(320)와의 구조상 간섭을 피할 수 있게 할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 이동부(200)가 직선 방향으로 이동될 때, 상기 베이스부(100)의 리미트센서는 상기 이동부(200)의 센서도그(240)의 위치를 감지하여 상기 이동부(200)의 이동을 제한한다. 이로 인해, 상기 이동부(200)가 상기 베이스부(100)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

또한, 상기 기판(310)은 상기 코일(300)로 외부의 전원을 공급하는 전원부(미도시)가 더 구비되기도 한다. 상기 전원부는 각각의 코일(300)과 연결되어, 외부의 전원을 공급한다.

또한, 상기 기판(310)은 PCB 기판일 수 있으며, 접착제를 이용하여 코일(300)을 접착시킬 수도 있으며, 상기 접착제는 경화제 및 에폭시와 같은 물질을 사용하기도 한다.

또한, 상기 기판(310)은 접착제를 이용하여 복수개의 코일(300)을 접착시킬 경우, 경화 과정에서 한쪽 방향으로 휘어질 수가 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 기판(310)은 접착제를 이용하여 코일(300)을 접착한 후, 또 다른 PCB 기판을 상기 코일(300) 위에 접착시킨 후 경화시키면 어느 한 쪽 방향으로 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 기판-코일-에폭시-기판 순으로 적층되는 구조로, 코일이 샌드위치되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 기판(310)은 상기 베이스부(100) 및 이동부(200)와 동일한 사각형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 코일(300) 및 자석(400)은 배치되는 방향이 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 2 및 도 3 에서 보는 바와 같이, 복수개의 코일(300)이 직선방향으로 일렬로 배치되면, 복수개의 자석(400)도 동일하게 직선방향으로 일렬로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 코일(300) 및 자석(400)은 동일하게 X축 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 복수개의 코일(300)이 X축 방향으로 일렬로 배치되면, 복수개의 자석(400)도 동일하게 X축 방향으로 일렬로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 복수개의 상기 자석(400)은 N극과 S극이 서로 교차되어 배치되도록 한다.

또한, 상기 기판(310)은 작업영역에 따라 그 길이가 증가 될 수 있으며, 이에 따라 복수개의 코일(300)의 수량도 증가될 수도 있다. 이때 레일(500) 또한 길어지며 이는 작업 영역 증가(STROKE)에 대응 함이다. 또한, 상기 복수개의 코일(300)은 작업영역에 따라 그 수량은 증가 될 수 있다. 3개가 한 쌍으로 그 배수로 증가되며, 그에 따른 상기 베이스부(100) 또한 길이가 비례로 증가될 수 있다.

도 3은 상기 이동부(200)의 하면을 나타낸 도면이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 자석(400)은 상기 이동부(200)의 중심에 복수개로 형성된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 자석(400)은 상기 이동부(200)의 하면에 복수개의 자석(400)이 일렬로 형성된다. 또한, 상기 자석(400)는 상기 이동부(200)의 하면에 형성되는 레일 블록(510) 사이에 구비되기도 한다. 또한, 상기 자석(400)는 영구자석일 수 있다. 상기 레일블록(510)은 상기 레일(500)을 따라 이동 가능하도록 형성된다. 이러한, 상기 레일블록(510)은 상기 이동부(200)와 레일블록체결나사에 의해 결합되기도 한다. 또한, 상기 이동부(200)는 복수개의 자석(400)이 일렬로 배치되어 형성된다. 이때, 상기 코일(300)과 자석(400)은 서로 최소한의 이격된 간격(약 0.3mm~1.0mm)으로 이동되도록 형성되어, 코일(300)과 자석(400)의 이격된 간격 사이로 나사와 같은 이물질 등이 들어가면 제품의 손상이 있을 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 이동부(200)는 복수개로 배치되는 자석(400)의 양 끝단에 각각 이물질유입방지부(210)가 더 형성되기도 한다. 상기 이물질유입방지부(210)는 금속인 물체(즉, 나사)가 달라 붙지 않은 소재로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스부(100) 및 이동부(200)는 스틸(Steel) 재질로 이루어 질 수도 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 코일(300)에 전류가 공급되면, 상기 코일(300)과 자석(400) 사이에 플럭스가 발생하게 된다. 이때, 플럭스는 코일(300)과 자석(400)의 바깥쪽 방향으로 형성될 수 있는데, 상기 베이스부(100) 및 이동부(200)를 스틸(Steel) 재료로 형성하게 되면, 상기 플럭스가 스틸 재료인 베이스부(100) 및 이동부(200)의 외부로 형성되지 않는다. 또한, 상기 베이스부(100) 및 이동부(200)는 스틸 재료에 대해 한정하는 것이 아니며, 플럭스의 형성을 외측방향으로 형성되는 것을 방지할 수 있는 재료 모두 사용할 수 있다.

이러한, 본 발명의 직선형 리니어 액츄에이터는 상기 이동부(200)의 상면에 대상물을 올려놓은(고정) 후, 외부의 전원으로부터 전원이 공급되면, 베이스부(100) 상의 코일(300)에 전류가 흐르게 된다.

상기 코일(300)에 전류가 흐르게 되면, 이동부(200)의 하면에 형성된 자석(400)과 상기 코일(300) 사이에 전자기력이 발생한다. 상기 전자기력에 의해 상기 이동부(200)가 레일을 따라 이동하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자에 의하여 다양한 변형이 이루어질수 있음은 물론이다.

10 : 장치 100 : 베이스부 110 : 리니어엔코더헤드
120 : 이동통로 200 : 이동부 210 : 이물질유입방지부
220 : 리니어엔코더테입 230 : 스토퍼 240 : 센서도그
300 : 코일 310 : 기판 320 : 센서부
400 : 자석 500 : 레일 510 : 레일블록

Claims (6)

1. 직선형 리니어 액츄에이터에 있어서,
   상기 직선형 리니어 액츄에이터는 베이스부(100)의 상면 양측으로 레일(500)이 형성되고, 상기 레일 사이에 베이스부 위에 코일(300)이 형성된 기판(310)을 위치시키며, 상기 기판(310)의 일측에 센서부(320)를 형성시키고,
   상기 기판(310)은 PCB 기판이며, 경화제 및 에폭시를 이용하여 코일(300)을 기판에 접착시키고, 접착제를 이용하여 코일(300)을 기판에 접착시킨 후, 또 다른 PCB 기판을 상기 코일(300) 위에 접착시킨 다음 경화시켜 휘어짐을 방지하며,
   상기 베이스부의 상측에 이동부(200)를 위치시키며, 이동부(200)의 하면에 형성되는 레일블록(510) 사이에 자석(400)을 구비하고, 상기 레일블록(510)은 이동부(200)가 레일(500)을 따라 이동 가능하도록 형성되며,
   상기 코일(300)과 자석(400) 사이는 0.3mm~1.0mm 간격으로 이격되어 베이스부(100) 위에서 이동부(200)가 슬라이딩되며,
   상기 이동부(200)의 이동을 감지하기 위하여 상기 베이스부(100) 내의 센서부(320) 끝단에 형성된 자석과 연동되는 센서부 감지용 전용 자석을 상기 이동부의 하부에 센서도그(240)를 설치하고,
   상기 베이스부(100) 및 이동부(200)는 코일(300) 및 자석(400)에서 발생되는 플럭스가 바깥쪽 방향으로 형성되지 않도록 스틸(steel) 재질로 형성하고,
   상기 이동부(200)의 양 끝단에는 금속물체가 달라붙지 않는 이물질유입방지부(210)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 소형 정밀부품 생산에 사용되는 직선형 리니어 액츄에이터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 베이스부(100)는 이동부(200)가 이동할 때, 상기 이동부의 이동거리를 파악하고 위치 오차를 실시간으로 판별하여 보정 가능하도록 하는 리니어 엔코더를 포함하여 구성되고,
   상기 리니어 엔코더는 이동부(200)의 이동 거리와 대응되는 길이로 눈금이 형성되는 리니어엔코더 테입(220)과, 상기 리니어엔코더 테입(220)의 눈금을 측정하는 리니어엔코더 헤드(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 정밀부품 생산에 사용되는 직선형 리니어 액츄에이터.
5. 삭제
6. 삭제

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