KR102511100B1 - 유체압 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

유체압 액추에이터가 제공된다. 유체압 액추에이터는 실린더, 상기 실린더의 내부에서 이동하는 피스톤, 상기 피스톤의 일단에 연결된 상태에서 상기 피스톤과 일체로 이동하는 로드, 상기 피스톤의 타단에 연결된 상태에서 상기 피스톤과 일체로 이동하는 샤프트, 상기 샤프트 측에 구비된 스케일을 상기 실린더 측에 구비된 판독 헤드에서 읽음으로써 상기 로드의 위치를 검출하는 위치 검출부, 상기 위치 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 실린더 내의 상기 피스톤을 낀 일측 압력 챔버에 공급되는 유체의 압력과, 타측의 압력 챔버에 공급되는 유체의 압력을 조정하여 상기 로드를 축 방향으로 이동시키는 압력 조절부, 및 상기 위치 검출부의 검출 결과에 따라 상기 로드를 소정 각도 범위에서 원주 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하되, 상기 스케일은 상기 샤프트의 외주면에 장착되는 동시에 상기 판독 헤드와 대향면이 평면이다.

Description

유체압 액추에이터{FLUID PRESSURE ACTUATOR}
본 발명은 유체압 액추에이터에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 칩의 다이 본딩 공정 및 마운팅 공정에서는, 반도체 칩을 지지하는 도구가 선단에 장착된 막대를 상하 방향으로 슬라이드(직진)시키는 유체압 액추에이터가 사용된다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조).
구체적으로, 유체 압 액추에이터로 공기로 차동하는 공기압 액추에이터를 이용하는 경우 실린더의 내부에 도입되는 공기의 압력을 조정하면서 로드(rod)에 연결된 피스톤이 실린더 내에서 축 방향으로 슬라이드 위치를 제어한다.
또한 공기압 액추에이터는 실린더 내의 압력 챔버로부터 실린더와 피스톤 사이의 틈새로 유입되는 공기에 의해 정압 공기 베어링(정압 유체 베어링)이 형성되어있다. 이것에 의해 피스톤이 실린더는 비접촉인 상태에서 축 방향으로 슬라이드 가능하도록 지지되어있다.
(특허 문헌 1)일본 특허공개공보 특개 2004-301138호 (특허 문헌 2)일본 특허공개공보 특개 2015-113868호
그런데, 상기 특허 문헌 1에 기재된 유체압 액추에이터는 서보 모터 등의 회전 구동원에서 기어를 통해 가이드 플랜지(guide flange)에 전달되는 구동력에 의해 로드를 가이드 플랜지와 일체로 회전 구동하는 구성으로 되어있다.
이 구성의 경우, 로드를 슬라이드시키는 메커니즘은 비접촉 구동되나, 로드를 회전시키는 메커니즘은 비접촉 구동이 되지 않기 때문에, 상술한 반도체 칩의 정확한 하중 제어와 위치 제어를 실시하는데 있어서 불리하게 된다.
한편, 상기 특허 문헌 2에 기재된 유체압 액추에이터는 로드와의 틈새를 흐르는 유체에 의해 압력을 발생시키는 동압 공기 베어링(동압 유체 베어링)에 의해 회전 모터에 의한 구동력을 비접촉으로 로드에 전달하는 것이 가능하다.
그러나 상술한 압력을 발생시키기 위한 틈새는, 로드의 회전 방향(원주 방향)의 위치를 제어할 때의 오차의 요인이 된다. 따라서 비접촉 구동되는 로드의 축 방향 및 원주 방향의 위치를 정밀하게 제어하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 하나의 측면은 이러한 종래의 사정을 감안하여 제안된 것이며, 비접촉 구동되는 로드의 축 방향 및 원주 방향의 위치 결정 제어를 정밀하게 하는 것이 가능한 유체압 액추에이터를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체압 액추에이터는 실린더, 상기 실린더의 내부에서 이동하는 피스톤, 상기 피스톤의 일단에 연결된 상태에서 상기 피스톤과 일체로 이동하는 로드, 상기 피스톤의 타단에 연결된 상태에서 상기 피스톤과 일체로 이동하는 샤프트, 상기 샤프트 측에 구비된 스케일을 상기 실린더 측에 구비된 판독 헤드에서 읽음으로써 상기 로드의 위치를 검출하는 위치 검출부, 상기 위치 검출부의 검출 결과에 따라, 상기 실린더 내의 상기 피스톤을 낀 일측 압력 챔버에 공급되는 유체의 압력과, 타측의 압력 챔버에 공급되는 유체의 압력을 조정하여 상기 로드를 축 방향으로 이동시키는 압력 조절부, 및 상기 위치 검출부의 검출 결과에 따라 상기 로드를 소정 각도 범위에서 원주 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하되, 상기 스케일은 상기 샤프트의 외주면에 장착되는 동시에 상기 판독 헤드와 대향면이 평면이다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 스케일은 상기 로드의 축 방향의 위치를 검출하는 직진 검출용 스케일과, 상기 로드의 원주 방향의 위치를 검출하는 회전 검출용 스케일이 일체화 된 구성을 포함하고, 상기 읽기 헤드는 상기 직진 검출용 스케일에 대응한 직진 검출용 판독 헤드와, 상기 회전 검출 용 스케일에 대응한 회전 검출용 판독 헤드를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 스케일은 상기 판독 헤드와 대향면에 상기 직진 검출용 스케일을 구성하는 패턴이 상기 로드의 축 방향과 직교하는 방향으로 나란히 배치되고, 상기 회전 검출용 스케일을 구성하는 패턴이 상기 로드의 축 방향과 평행한 방향으로 나란히 배치된 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 피스톤은 상기 실린더 사이의 틈새로 유입되는 유체에 의해 형성되는 정압 유체 베어링을 통해, 상기 실린더는 비접촉 상태에서 축 방향으로 이동 가능하게 지지될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 회전 구동부는 회전 모터, 상기 회전 모터에 의한 구동력을 상기 로드에 전달하는 구동 전달 기구, 및 상기 로드와의 틈새를 흐르는 유체에 의해 압력을 발생시키는 동압 유체 베어링을 포함하고, 상기 로드는 상기 동압 유체 베어링을 통해 비접촉 상태에서 원주 방향으로 회전 구동될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 유체는 공기일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압 액추에이터의 종단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A '위치의 공기압 액추에이터의 횡단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 스케일 판독 헤드와 대향하는 면을 확대한 도면이다.
도 4는 로드를 원점에서 소정의 각도만큼 회전시킨 경우를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 스케일의 다른 설치 구조를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체압 액추에이터로서, 예를 들어 도 1에 나타난 공기압 액추에이터(1)에 대하여 설명한다. 또한, 도 1은 공기압 액추에이터(1)의 종단면 구조를 나타내는 도면이다. 또한 이하에 나타난 도면에서는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, X 축 방향을 공기압 액추에이터(1)의 좌우 방향, Y 축 방향을 공기압 액추에이터(1)의 전후 방향, Z 축 방향을 공기압 액추에이터(1)의 상하 방향(축 방향)으로 각각 표시한다. 또한, Z 축 둘레를 공기압 액추에이터(1)의 회전 방향(원주 방향)으로 표시한다.
공기압 액추에이터(1)는 도 1과 같이 차동 유체로 공기(K)를 사용한 유체 압 액추에이터이며, 실린더(2)와, 실린더(2)의 내부에서 이동하는 피스톤(3)과, 피스톤(3)의 일단(하단) 측에 연결됨으로써 피스톤(3)과 일체로 이동하는 로드(4)와, 피스톤(3)의 타단(상단) 측에 연결 됨으로써 피스톤(3)과 일체로 이동하는 샤프트(5)를 포함한다.
또한, 본 실시예의 공기압 액추에이터(1)에서는, 로드(4)가 상하 방향(축 방향)에 있어 슬라이드(직진)하고, 한편, 로드(4)가 중심 축 방향(원주 방향)에 소정의 각도 범위에서 회전 운동하는 경우를 예시하고 있다.
실린더(2)는 원통형 실린더 하우징(6)을 포함할 수 있다. 실린더 하우징(6) 내부에는 단면 원형의 보어홀(bore hole)(7)이 축 방향을 따라 형성되어 있다. 보어홀(7)에는 피스톤(3)이 삽입되어 있다. 그리하여 실린더(2)의 내부는 피스톤(3)을 사이에 두고 로드(4)와 반대측(위쪽)에 위치하는 제1 압력 챔버(일측의 압력 챔버)(P1)와, 피스톤(3)을 사이에 두고 로드(4)측(아래쪽)에 위치하는 제2 압력 챔버(타측의 압력 챔버)(P2)로 분할되어 있다.
또한, 실린더 하우징(6)의 하단에는 로드(4)에 의해 관통되는 샤프트 홀(8)이 보어홀(7)에 연속하여 배치되어 있다. 한편, 실린더 하우징(6)의 상부에는, 샤프트(5)를 삽입하는 삽입구(9)가 보어홀(7)에 연속하여 배치되어 있다. 실린더 하우징(6) 측면에는 제1 압력 챔버(P1)에 공기(K)를 유통시키는 제1 포트(10)와 제 2 압력 챔버(P2)에 공기(K)를 유통시키는 제2 포트(11)가 연결되어 있다.
피스톤(3)은 상부 측에 위치하는 원통형의 제 1 피스톤 헤드(3a)와, 하부 측에 위치하는 원통형의 제2 피스톤 헤드(3b) 및 제1 피스톤 헤드(3a) 및 제2 피스톤 헤드(3b) 사이를 연결하는 원통형의 연결 로드(3c)를 포함한다.
실린더(2)와 피스톤(3) 사이에는, 보어홀(7)과 제1 피스톤 헤드(3a) 사이의 틈새로 유입되는 공기(K)에 의해 제1 정압 공기 베어링(정압 유체 베어링)(B1)과, 보어홀(7)과 제2 피스톤 헤드(3b) 사이의 틈새로 유입되는 공기(K)에 의해 제2 정압 공기 베어링(정압 유체 베어링)(B2)이 형성되어 있다.
피스톤(3)은 이러한 제1 및 제2 정압 공기 베어링(B1, B2)을 통해 실린더(2)와 비접촉 상태에서 상하 방향으로 슬라이드 가능하도록 지지되어 있다. 또한, 제1 및 제2 정압 공기 베어링(B1, B2)를 형성하기 위해서는 보어홀(7)과 제1 및 제2 피스톤 헤드(3a, 3b) 사이의 간격을 5 ~ 12μm 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 또한 연결 로드(3c)는 제1 및 제2 피스톤 헤드(3a, 3b)보다 작은 직경을 가질 수 있다.
로드(4)는 사각 기둥 형상(본 실시예에서는 단면 정사각형 형상)을 가지고, 제2 피스톤 헤드(3b)의 하단 중앙부에서 아래쪽으로 연장하여 배치되어 있다. 로드(4)는, 가이드 슬리브(12)를 통해 샤프트 홀(8)로부터 실린더(2)(실린더 하우징(6))의 외부(하방)로 돌출된 상태로 배치되어 있다.
가이드 슬리브(12)는 로드(4)에 의해 관통되는 중심 홀(12a)을 포함하고, 샤프트 홀(8) 내에 배치된 볼 베어링(13)을 통해 원주 방향으로 회전 가능하도록 지지되어 있다. 따라서 가이드 슬리브(12)의 외형은 단면 원형이며, 가이드 슬리브(12)의 중심 홀(12a)은 단면 정사각형 형상일 수 있다.
로드(4)는, 가이드 슬리브(12)의 중심 홀(12a)의 틈새를 흐르는 공기(K)에 의해 압력을 발생시키는 동압 공기 베어링(B3)에 의해 가이드 슬리브(12)는 비접촉 상태에서 상하 방향으로 슬라이드 가능하고, 또한, 원주 방향으로 회전 운동 가능하도록 지지되어 있다.
공기압 액추에이터(1)는 제1 압력 챔버(P1)에 공급되는 공기(K)의 압력과, 제2 압력 챔버(P2)로 공급되는 공기(K)의 압력을 조절하는 압력 조절부(14)를 포함한다. 압력 조절부(14)는, 제1 포트(10)를 통해 제1 압력 챔버(P1)에 정압 공기(K)를 공급하는 동시에 제2 포트(11)를 통해 제2 압력 챔버(P2)로 공급되는 공기(K)의 압력을 서보 밸브(미도시)로 조절하는 공압 회로를 포함할 수 있다.
또한, 압력 조절부(14)는 이러한 구성에 한정되지 않고, 예를 들어, 제1 압력 챔버(P1)에 공급되는 공기(K)의 압력과, 제2 압력 챔버(P2)로 공급되는 공기(K)의 압력을 서보 밸브로 각각 조절하는 구성이어도 좋다.
공기압 액추에이터(1)는 로드(4)를 소정 각도 범위에서 원주 방향으로 회전시키는 회전 구동부(15)를 포함한다. 회전 구동부(15)는 예를 들어 스테핑 모터 또는 서보 모터 등의 회전 모터(16)와, 회전 모터에 의한 구동력을 로드(4)에 전달하는 구동 전달기구(17)를 포함한다. 또한 구동 전달기구(17)는 회전 모터(16)의 회전축(16a)에 설치된 구동 풀리(18a)와, 가이드 슬리브 12의 하단 측의 외주부에 설치된 피동 풀리(18b)와, 구동 풀리(18a) 및 피동 풀리(18b) 사이에 감겨진 무단 벨트(19)를 갖고 있다.
회전 구동부(15)는 회전 모터(16)으로부터의 구동력(회전력)을 구동 풀리 (18a)에서 무단 벨트(19)를 통해 피동 풀리(18b)로 전달하면서, 가이드 슬리브(12)를 소정의 각도 범위에서 원주 방향으로 회전시킨다. 이로 인해 동압 공기 베어링(B3)을 통해 가이드 슬리브(12)와는 비접촉인 로드(4)를 가이드 슬리브(12)와 일체로 회전시킬 수 있다.
또한, 로드(4)를 회전시키는 각도 범위는 회전의 중심 위치를 원점 (0°)으로 하여 미소한 각도(예를 들어 ± 4 °, 보다 구체적으로는 ± 1 ° 정도) 이외에는 회전할 수 없도록 기계적으로 제한되어 있다.
또한, 회전 구동부(15)는 회전 모터(16)로써 중공형의 다이렉트 드라이브(direct drive) 모터를 사용할 수 있다. 이 경우 구동 전달기구(17)(구동 풀리(18a), 피동 풀리(18b) 및 무단 벨트(19))를 이용하지 않고, 로드(4)를 원주 방향으로 회전시킬 수 있다. 또한, 이 경우, 가이드 슬리브(12) 및 볼 베어링(13) 대신 다공질 조리개를 이용하여 동적 압력 공기 베어링(B3)를 형성하는 것 또한 가능하다.
샤프트(5)는 원기둥 형상을 포함하고, 제1 피스톤 헤드(3a)의 상단 중앙부에서 위쪽으로 연장하여 배치된다. 샤프트(5)는, 삽입구(9)의 안쪽에 삽입 된 상태로 배치되어 있다.
공기압 액추에이터(1)는 로드(4)의 위치를 검출하는 위치 검출부(20)를 포함한다. 위치 검출부(20)는 샤프트(5) 측에 배치된 스케일 (21)과 실린더(2)(실린더 하우징(6)) 측에 배치된 판독 헤드(22)를 포함한다.
스케일(21)은 도 2에 도시된 것과 같이 평판 부재를 포함하고, 판독 헤드 (22)와 대향면이 평면일 수 있다. 스케일(21)은 샤프트(5)의 외주면에 지그(미도시)를 통해 설치될 수 있다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 A-A' 에서의 공기압 액추에이터(1)의 횡단면 구조를 나타내는 도면이다.
스케일(21)은 도 3에 도시된 것과 같이, 로드(4)의 상하 방향의 위치를 검출하는 직진 검출용 스케일(21A)와, 로드(4)의 회전 방향의 위치를 검출하는 회전 검출용 스케일(21B)이 일체화된 구성을 포함한다. 또한, 도 3은 스케일(21)의 판독 헤드(22)와 대향면을 확대한 그림이다.
구체적으로, 스케일(21)은 판독 헤드(22)와 대향하는 면에 직진 검출용 스케일(21A)을 구성하는 패턴(p)가 로드(4)의 좌우 방향(축 방향과 직교하는 방향)으로 나란히 배치되고, 회전 검출용 스케일(21B)을 구성하는 패턴(p)이 로드(4)의 상하 방향(축 방향과 평행 방향)으로 나란히 배치된 구성을 포함한다. 즉, 스케일(21)의 판독 헤드(22)와 대향하는 면에는 눈금이 되는 복수의 사각 형상(본 실시예에서는 정사각형 형상)의 패턴(p)이 매트릭스 형태로 나란히 배치되어 있다.
판독 헤드(22)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 직진 검출용 스케일(21A)에 대응하는 직진 검출용 판독 헤드(22A)와 회전 검출용 스케일(21B)에 대응하는 회전 검출용 읽기 헤드(22B)를 포함한다. 이러한 직진 및 회전 검출용 판독 헤드(22A, 22B)는 실린더 하우징(6)의 스케일(21)과 간섭하지 않는 위치에 간격(T)을 두고 설치된다.
직진 검출용 판독 헤드(22A)는 로드(4)가 상하 방향으로 슬라이드 할 때 직진 검출용 스케일(21A)을 구성하는 패턴(p)을 읽음(계산하는)으로써, 로드(4)의 상하 방향의 위치를 검출한다. 한편, 회전 검출용 판독 헤드(22B)는 로드(4)가 원주 방향으로 회전할 때, 회전 검출용 스케일(21B)을 구성하는 패턴(p)을 읽음(계산)으로써, 로드(4)의 회전 방향의 위치를 검출한다.
또한, 판독 헤드(22)(직진 및 회전 검출용 판독 헤드(22A, 22B))은 검출에 광반사를 이용하는 광학 방식이어도 좋고, 자기를 이용하는 자기 방식이어도 좋다. 또한, 본 실시예의 판독 헤드(22)(직진 및 회전 검출용 판독 헤드(22A, 22B))에는 로드(4)의 상대 위치를 검출하는 증분(incremental) 방식을 채용하고 있다. 이 경우, 원점 복귀를 위한 원점 센서 및 리미트 센서(모두 미도시)가 배치되어 있다. 한편, 로드(4)의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트(absolute) 방식을 채용하는 것도 가능하다. 이 경우, 원점 복귀를 위한 원점 센서 및 리미트 센서를 생략할 수도 있다.
공기압 액추에이터(1)는 도 1에 도시된 것과 같이 외부로부터의 위치 지령 값과 하중 지령값, 및 위치 검출부(20)로부터 검출 신호 ΦDZ, ΦDθ에 기초하여 로드(4)의 상하 방향의 위치 결정 제어 및 하중 제어와, 로드(4)의 회전 방향의 위치 결정 제어를 수행하는 컨트롤러(제어부)(23)를 포함한다.
컨트롤러(23)는 직진 검출용 판독 헤드(22A)가 검출(계산)한 검출 신호 ΦDZ와, 외부로부터의 위치 지령값과의 차이가 없어지도록 압력 조절부(14)에 대하여 이동 지령을 출력한다. 이에 따라 컨트롤러(23)로부터의 이동 지령에 기초하여 압력 조절부(14)는 서보 밸브를 구동하면서 로드(4)의 상하 방향의 위치 결정 제어를 수행할 수 있다.
또한 컨트롤러(23)는 회전 검출용 판독 헤드(22B)가 검출(계산)한 검출 신호 ΦDθ와, 외부에서의 위치 지령값과의 차이가 없어지도록, 회전 구동부(15)에 대하여 회전 지령을 출력한다. 이에 따라 컨트롤러(23)로부터의 회전 지령에 기초하여 회전 구동부(15)가 회전 모터(16)를 구동하면서, 로드(4)의 회전 방향의 위치 결정 제어를 수행할 수 있다.
또한, 컨트롤러(23)는 로드(4)의 위치 결정 제어 후에 하중 제어를 수행하는 경우, 제1 압력 챔버(P1)와 제 2 압력 챔버(P2)의 압력 차에 의해 발생하는 하중과 외부로부터의 하중 지령값과의 차이가 없어 지도록, 압력 조절부(14)에 대하여 하중 지령을 출력한다. 이에 따라 컨트롤러(23)로부터의 하중 지령에 기초하여 압력 조절부(14)가 서보 밸브를 구동하면서, 반도체 칩을 유지하는 도구(미도시)가 선단에 설치된 로드(4)에 대하여 하중(힘)을 가하는 하중 제어를 수행할 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 공기압 액추에이터(1)는, 예를 들어 반도체 칩의 다이 본딩 공정 및 마운팅 공정 등으로 사용될 수 있다. 구체적으로는 반도체 제조 장치에 있어서 반도체 칩을 유지하는 도구가 선단에 설치된 로드(4)를 상하 방향으로 이동 가능한 범위에서 슬라이드(이동)시킨다. 또는 로드(4)를 필요한 각도 범위에서 회전시킨다. 따라서 반도체 칩을 리드 프레임이나 기판 등의 실장면에 실장할 수 있다.
그런데, 상술한 컨트롤러(23)에서 회전 지령에 기초하여 로드(4)를 원점으로부터 소정의 각도 θ만큼 회전시킨 경우를 도 4의 (a), (b)에 도시한다. 또한, 도 4 (a)는 가이드 슬리브(12) 내의 로드(4)가 원점에 위치할 때의 단면도이다. 도 4 (b)는 로드(4)가 가이드 슬리브(12)와 일체로 소정의 각도 θ로 회전했을 때의 단면도이다.
공기압 액추에이터(1)에서 로드(4)를 도 4(a)에 도시된 원점으로부터 도 4(b)에 도시된 소정의 각도 θ만큼 회전시켰을 때, 가이드 슬리브(12)(중심 홀(12a))와 로드(4) 사이의 간격(S)에 의해 각도 θ만큼 회전된 가이드 슬리브(12)에 대하여 로드(4)가 각도 δ만큼 어긋나 버리는 경우가 있다.
이에 대해, 본 실시예의 공기압 액추에이터(1)에서는 샤프트(5)에 설치된 회전 검출용 스케일(21B)(스케일(21))로부터 실제로 로드(4)가 회전한 각도(θ+δ)를 회전 검출용 판독 헤드(22B)(판독 헤드(22))에 의해 정확하게 판독(감지)하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예의 공기압 액추에이터(1)에서는 샤프트(5)에 설치된 직진 검출용 스케일(21A)(스케일 21)로부터 실제로 로드(4)가 슬라이드한 위치를 직진 검출용 판독 헤드(22A)(판독 헤드(22))에 의해 정확하게 판독(감지)하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공기압 액추에이터(1)는, 상술한 간격(S)에 의해 발생하는 오차를 고려하지 않고, 비접촉 구동되는 로드(4)의 상하 방향 및 회전 방향의 위치 결정 제어 및 하중 제어를 정밀하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기 압력 액추에이터(1)에서는, 상술한 스케일(21)의 판독 헤드(22)와 대향하는 면이 평면으로 되어 있다. 이 경우 직진 및 회전 검출용 스케일(21A, 21B)을 구성하는 패턴(p)를 통상의 노광 방법을 이용하여 저렴하게 형성 할 수 있다. 한편, 샤프트(5)의 내주면을 따라 만곡된 형상(곡면)을 갖는 스케일을 이용한 경우에는, 전동 노광 방법 등의 고가의 형성 방법이 필요하다. 이 경우 노광 각도를 작게 해도 스케일의 제조 비용의 증가를 야기하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기압 액추에이터(1)에서는, 상술한 평면 형상을 갖는 저렴한 스케일(21)이 샤프트(5)의 외주면에 설치되어 있다. 이 경우, 로드(4)를 회전시키는 각도 범위가 미소한 각도이기 때문에 샤프트(5)에 설치된 직진 및 회전 검출용 스케일(21A, 21B)(스케일(21))에서, 로드(4)가 슬라이드 및 회전 운동한 위치를 직진 및 회전 검출용 판독 헤드(22A, 22B)(판독 헤드(22))에 의해 정확하게 판독(검출)할 수 있다. 또한 저가의 스케일(21)을 이용하는 것에 의해, 공기압 액추에이터(1)의 제조 비용을 줄일 수 있다. 그 결과, 반도체 칩을 리드 프레임이나 기판 등의 실장면에 실장하는 비용도 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 상기 공기압 액추에이터(1)에서는 도 5에 도시된 것과 같이 샤프트(5)의 외주면 일부에 평탄부(5a)를 포함하고, 이 평탄부(5a)에 스케일(21)을 설치한 구성으로 하는 것 또한 가능하다. 또한, 도 5는 스케일(21)의 다른 설치 구조를 나타내는 사시도이다. 이 경우, 지그를 이용하지 않고 스케일(21)을 샤프트(5)의 외주면에 용이하게 설치할 수 있다.
또한, 상기 공기압 액추에이터(1)에서 직진 및 회전 검출용 스케일(21A, 21B)을 일체화한 스케일(21)을 이용하고 있지만, 직진 검출용 스케일(21A)와 회전 검출용 스케일(21B)와 별개로 하는 것도 가능하다. 이 경우 별개로 배치된 직진 검출용 스케일(21A)과 회전 검출용 스케일(21B)에 맞춰 직진 검출용 판독 헤드(22A)와 회전 검출용 판독 헤드(22B)를 각각 배치하면 된다.
또한, 상기 실시예에서는 차동 유체로써 공기(K)를 이용한 공기압 액추에이터(1)을 예시하고 있지만, 공기(K) 이외의 유체를 이용한 유체압 액추에이터에 대하여 본 발명을 폭넓게 적용할 수 있다. 또한 유체압 액추에이터의 용도에 대해서도 특별히 한정되는 것이 아니라, 상술한 반도체 제조 장치 이외에도 적용할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 공기압(유체압) 액추에이터 2: 실린더
3: 피스톤 4: 로드
5: 샤프트 6: 실린더 하우징
7: 보어 홀 8: 샤프트 홀
9: 삽입구 10, 11: 제1, 제2 포트
12: 가이드 슬리브 13: 볼 베어링
14: 압력 조절부 15: 회전 구동부
16: 회전 모터 17: 구동 전달 기구
18a: 구동 풀리 18b: 피동 풀리
19: 무단 벨트 20: 위치 검출부
21: 스케일 22: 판독 헤드
23: 컨트롤러

Claims (6)

  1. 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 이동하는 피스톤;
    상기 피스톤의 일단에 연결된 상태에서 상기 피스톤과 일체로 이동하는 로드;
    상기 피스톤의 타단에 연결된 상태에서 상기 피스톤과 일체로 이동하는 샤프트;
    상기 샤프트 측에 구비된 스케일을 상기 실린더 측에 구비된 판독 헤드에서 읽음으로써 상기 로드의 위치를 검출하는 위치 검출부;
    상기 위치 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 실린더 내의 상기 피스톤을 사이에 두는 일측 압력 챔버에 공급되는 유체의 압력과, 타측의 압력 챔버에 공급되는 유체의 압력을 조절하여 상기 로드를 축 방향으로 이동시키는 압력 조절부; 및
    상기 위치 검출부의 검출 결과에 따라 상기 로드를 소정 각도 범위에서 원주 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하되,
    상기 로드는 가이드 슬리브의 중심 홀을 관통하도록 설치되며, 상기 로드의 단면은 제1 사각형이고 상기 중심 홀의 단면이 제2 사각형이어서, 상기 중심 홀에 의해서 상기 로드의 회전 운동은 제한되고,
    상기 스케일은 상기 샤프트의 외주면의 일측에 장착되고, 상기 판독 헤드와 대향하는 면이 평면인 유체압 액추에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스케일은 상기 로드의 축 방향의 위치를 검출하는 직진 검출용 스케일과, 상기 로드의 원주 방향의 위치를 검출하는 회전 검출용 스케일이 일체화 된 구성을 포함하고,
    상기 판독 헤드는 상기 직진 검출용 스케일에 대응한 직진 검출용 판독 헤드와, 상기 회전 검출용 스케일에 대응한 회전 검출용 판독 헤드를 포함하는 유체 압 액추에이터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스케일은, 상기 판독 헤드와 대향면에, 상기 직진 검출용 스케일을 구성하는 패턴이 상기 로드의 축 방향과 직교하는 방향으로 나란히 배치되고, 상기 회전 검출용 스케일을 구성하는 패턴이 상기 로드의 축 방향과 평행한 방향으로 나란히 배치된 구성을 포함하는 유체압 액추에이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 실린더 사이의 틈새로 유입되는 유체에 의해 형성되는 정압 유체 베어링을 통해, 상기 실린더는 비접촉 상태에서 축 방향으로 이동 가능하게 지지되는 유체압 액추에이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 구동부는 회전 모터, 상기 회전 모터에 의한 구동력을 상기 로드에 전달하는 구동 전달 기구, 및 상기 로드와의 틈새를 흐르는 유체에 의해 압력을 발생시키는 동압 유체 베어링을 포함하고,
    상기 로드는 상기 동압 유체 베어링을 통해 비접촉 상태에서 원주 방향으로 회전 구동되는 유체압 액추에이터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유체는 공기인 유체압 액추에이터.
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