KR102560764B1 - 스테이지장치, 및 스테이지제어장치 - Google Patents

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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

에어액추에이터를 이용하여 워크를 이동시키는 스테이지장치에 특화한 안전정지기구를 제안하고, 이와 같은 안전정지기구를 구비한 스테이지장치를 제공한다.
스테이지장치는, 가이드(122)와, 슬라이더(124)와, 유체를 챔버(152)에 공급하거나, 또는 챔버(152) 내의 유체를 배출하여 일방의 챔버(152) 내의 압력을 제어하는 정측 서보밸브(126P)와, 유체를 챔버(154)에 공급하거나, 또는 챔버(154) 내의 유체를 배출하여 챔버(154) 내의 압력을 제어하는 부측 서보밸브(126N)를 구비하고, 1세트의 차단밸브(170P, 170N)가 각각, 유체의 챔버(152)로의 공급유로 및 챔버(154)로의 공급유로에, 또는 유체의 챔버(152)로부터의 배출유로 및 챔버(154)로부터의 배출유로에 마련되며, 차단밸브(170P)가 정측 서보밸브(126P)와 직렬로 접속되고, 차단밸브(170N)가 부측 서보밸브(126N)와 직렬로 접속되어 있다.

Description

스테이지장치, 및 스테이지제어장치{Stage apparatus and Apparatus for controlling stage}
본 출원은 2020년 3월 31일에 출원된 일본 특허출원 제2020-064103호 및 2021년 02월 09일에 출원된 일본 특허출원 제2021-019209호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 스테이지장치, 및 스테이지제어장치에 관한 것이다.
종래, 에어액추에이터를 이용하여 구동하는 기기의 안전정지기구로서 다양한 기술이 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평10-159813호
본 발명은, 에어액추에이터를 이용하여 워크를 이동시키는 스테이지장치에 특화한 안전정지기구를 제안하고, 이와 같은 안전정지기구를 구비한 스테이지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양태는, 가이드와, 내부에 마련된 2개의 챔버 내의 압력변화에 의하여 가이드를 따라 이동하는 슬라이더와, 유체를 2개의 챔버 중 일방에 공급하거나, 또는 일방의 챔버 내의 유체를 배출하여 일방의 챔버 내의 압력을 제어하는 제1 압력제어밸브와, 유체를 2개의 챔버 중 타방에 공급하거나, 또는 타방의 챔버 내의 유체를 배출하여 타방의 챔버 내의 압력을 제어하는 제2 압력제어밸브를 구비하고, 1세트의(또는 한 쌍의) 차단밸브가 각각, 유체의 일방의 챔버로의 공급유로 및 타방의 챔버로의 공급유로에, 또는 유체의 일방의 챔버로부터의 배출유로 및 타방의 챔버로부터의 배출유로에 마련되며, 1세트의 차단밸브 중 일방이 제1 압력제어밸브와 직렬로 접속되고, 타방이 제2 압력제어밸브와 직렬로 접속되어 있다.
본 발명에 의하면, 안전기구를 구비한 스테이지장치를 제공할 수 있다.
도 1은 스테이지장치의 사시도이다.
도 2는 에어액추에이터의 개략단면도이다.
도 3은 서보밸브의 단면도이다.
도 4는 통상운전 시의 슬라이더의 속도, 슬라이더의 가속도, 및 서보챔버 내의 압력의 각각의 값의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 스테이지장치를 간략화한 구성도이다.
도 6은 도 5의 스테이지장치의 이상발생 시에 있어서의 슬라이더의 속도, 슬라이더의 가속도, 및 서보챔버 내의 압력의 각각의 값의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 스테이지장치를 간략화한 구성도이다.
도 8은 도 7의 스테이지장치의 이상발생 시에 있어서의 슬라이더의 속도, 슬라이더의 가속도, 및 서보챔버 내의 압력의 각각의 값의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 스테이지장치를 간략화한 구성도이다.
도 10은 도 9의 동 스테이지장치의 이상발생 시에 있어서의 슬라이더의 속도, 슬라이더의 가속도, 및 서보챔버 내의 압력의 각각의 값의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 스테이지장치를 간략화한 구성도이다.
도 12는 도 11의 스테이지장치의 이상발생 시에 있어서의 슬라이더의 속도, 슬라이더의 가속도, 및 서보챔버 내의 압력의 각각의 값의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 스테이지장치를 간략화한 구성도이다.
이하, 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등의 구성요소, 부재, 공정에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 중복된 설명은 적절히 생략한다. 또, 각 도면에 있어서의 부재의 치수는, 이해를 용이하게 하기 위하여 적절히 확대, 축소하여 나타난다. 또, 각 도면에 있어서 실시형태를 설명하는데 있어서 중요하지 않은 부재의 일부는 생략한다.
도 1은, 스테이지장치의 사시도이다. 스테이지장치(100)는, 주로 정반(定盤)(102), 제진(除振)대(104), 제진장치(106), 워크테이블(110), X축을 따라 뻗는 1개의 X축 에어액추에이터(120), 및 Y축을 따라 뻗는 2개의 Y축 에어액추에이터(130A, 130B)를 구비한다. 정반(102)은 제진대(104)에 의하여 지지되어 있다. X축 에어액추에이터(120) 및 Y축 에어액추에이터(130A, 130B)는 상면시(上面視)했을 때에 H형을 이룬다. 제진장치(106)는, X축 에어액추에이터(120)나 Y축 에어액추에이터(130A, 130B)의 운동에 기인하는 힘을 흡수하여, 정반(102)의 진동을 억제한다.
X축 에어액추에이터(120)는, 가이드(스퀘어샤프트)(122), 슬라이더(124), 및 서보밸브(도 1에는 도시하지 않음)를 갖는다. Y축 에어액추에이터(130A, 130B)는, 각각 가이드(132), 슬라이더(134), 및 서보밸브(136)를 갖는다. 가이드(122)의 양단은, 각각 Y축 에어액추에이터(130A), 및 Y축 에어액추에이터(130B)의 슬라이더(134)에 의하여 지지된다. 슬라이더(124)는, 가이드(122)를 따라 X축방향으로 이동한다. X축 에어액추에이터(120)는, 슬라이더(134)의 이동에 따라 Y축 에어액추에이터(130A, 130B)를 따라 Y축방향으로 이동한다. 이로써 스테이지장치(100)는, 워크테이블(110)을 슬라이더(124)와 함께 XY평면 내에서 이동시킨다. 워크테이블(110), X축 에어액추에이터(120), 및 Y축 에어액추에이터(130A, 130B)는, 케이싱(108)에 의하여 덮여 있고 진공환경 하에 놓여진다.
위치센서(140)는, 워크테이블(110)의 X축방향의 위치를 검출한다. 또 위치센서(142)는, 워크테이블(110)의 Y축방향의 위치를 검출한다.
도 2는, 에어액추에이터의 개략단면도이다. 구체적으로는 도 2는, 가이드(122)의 Y축방향 중앙에 있어서의 종단면을 개략적으로 나타낸다.
가이드(122)에는, 정압베어링이 마련되고, 슬라이더(124)는, 그 내주측의 각면(各面)에 마련된 에어베어링을 이용하여 가이드(122)에 대하여 부상하고 있다. 이로써 슬라이더(124)는, 가이드(122)에 대하여 X축방향으로 완전비접촉으로 이동 가능하게 지지된다. 다만, 도시는 생략하고 있지만, 워크테이블(110)(도 1 참조)은 슬라이더(124)의 +Z측의 면에 고정되어, 슬라이더(124)와 함께 X축을 따라 이동한다.
슬라이더(124)에는, 내부공간인 서보챔버(150)가 마련되고, 서보챔버(150)는, 가이드(122)에 고정된 수압플레이트(123)에 의하여, 정측 챔버(152)와 부측 챔버(154)로 구획된다.
X축 에어액추에이터(120)는, X축의 정측과 부측에 각각 배치된 정측 서보밸브(126P)(이 예에서는 제1 압력제어밸브에 상당), 및 부측 서보밸브(126N)(이 예에서는 제2 압력제어밸브에 상당)를 구비한다. 슬라이더(124)는, 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)에 의하여 구동된다. 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)는, 후술하는 스풀의 위치에 따라, 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)의 급배기량을 제어한다. 정측 서보밸브(126P)는, 정측 배관(128P)을 통하여 정측 챔버(152)와 연통한다. 부측 서보밸브(126N)는, 부측 배관(128N)을 통하여 부측 챔버(154)와 연통한다.
X축 에어액추에이터(120)는, 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)를 제어함으로써, 정측 챔버(152), 및 부측 챔버(154)에 차압을 발생시킨다. 이 차압에 의하여 가이드(122)에 대한 슬라이더(124)의 속도 및 가속도가 제어된다.
정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)는, 각각 정측 에어공급관(144P)(이 예에서는 제1 유체공급관에 상당), 및 부측 에어공급관(144N)(이 예에서는 제2 유체공급관에 상당)을 통하여 에어공급원으로서의 펌프(146)에 접속된다. 또, 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)는, 각각 정측 에어배출관(148P)(이 예에서는 제1 유체배출관에 상당), 및 부측 에어배출관(148N)(이 예에서는 제2 유체배출관에 상당)을 통하여 케이싱(108)(도 1 참조) 외부로 에어를 배출할 수 있도록 구성되어 있다. 펌프(146)로부터의 에어는, 정측 에어공급관(144P), 정측 서보밸브(126P), 및 정측 배관(128P)을 통하여 정측 챔버(152)에 공급된다. 따라서, 정측 에어공급관(144P), 정측 서보밸브(126P), 및 정측 배관(128P)이 정측의 에어의 공급유로를 구성한다. 또, 펌프(146)로부터의 에어는, 부측 에어공급관(144N), 부측 서보밸브(126N), 및 부측 배관(128N)을 통하여 부측 챔버(154)에 공급된다. 따라서, 부측 에어공급관(144N), 부측 서보밸브(126N), 및 부측 배관(128N)이 부측의 에어의 공급유로를 구성한다. 정측 챔버(152) 내의 에어는, 정측 배관(128P), 정측 서보밸브(126P), 및 정측 에어배출관(148P)을 통하여 외부로 배출된다. 따라서 정측 배관(128P), 정측 서보밸브(126P), 및 정측 에어배출관(148P)이 정측의 에어의 배출유로를 구성한다. 부측 챔버(154) 내의 에어는, 부측 배관(128N), 부측 서보밸브(126N), 및 부측 에어배출관(148N)을 통하여 외부로 배출된다. 따라서 부측 배관(128N), 부측 서보밸브(126N), 및 부측 에어배출관(148N)이 부측의 에어의 배출유로를 구성한다.
스테이지장치(100)는, 정측 서보밸브(126P), 및 부측 서보밸브(126N)를 제어하는 컨트롤러(200)를 구비한다.
도 3은, 서보밸브의 단면도이다. 다만, 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)는 동일한 구성을 갖기 때문에, "서보밸브(126)"라고 총칭하여 상세한 설명을 행한다. 또 서보밸브(126)의 구성에 관련되는 부재에 관해서도 "정측"과 "부측"의 용어, 및 "N"과 "P"의 부호를 생략한다.
도 3에 나타내는 바와 같이 서보밸브(126)는, 본체(160)와, 본체(160) 내에 배치된 스풀(162)과, 모터(164)와, 위치센서(166)를 구비한다. 서보밸브(126)는, 3개의 포트(168A, 168B, 168C)를 구비하는 삼방밸브이다. 서보밸브(126)는, 스풀(162)의 위치에 따라 3개의 포트 중 1개의 포트(168C)의 접속처를, 포트(168A), 또는 포트(168B)의 사이에서 전환한다. 스풀(162)은, 본체(160) 내부의 Z축을 따라 뻗는 유로에 배치되고, Z축을 따라 이동 가능하다. 스풀(162)의 위치는, 모터(164)의 구동량에 의하여 변화한다. 위치센서(166)는, 스풀(162)의 위치를 검출한다. 본체(160)의 일방의 측면에는, Z축을 따라 나열하는 2개의 포트(168A, 168B)가 마련되어 있고, +Z측에 있는 포트(168A)는 에어배출관(148)에 접속되며, -Z측에 있는 포트(168B)는 에어공급관(144)에 접속된다. 포트(168A)를 에어공급관(144)에 접속하고, 포트(168B)를 에어배출관(148)에 접속해도 된다. 본체(160)의 타방의 측면측에 있는 포트(168C)는 배관(128)에 접속된다. 위치센서(166)의 검출결과는, 컨트롤러(200)의 앰프유닛(AU)에 공급된다. 컨트롤러(200)는, 앰프유닛(AU)에서 취득한 검출결과에 근거하여 스풀(162)의 위치를 취득하고, 취득한 위치에 근거하여 모터(164)를 제어한다. 컨트롤러(200)가 모터(164)를 구동하여 스풀(162)의 위치를 제어함으로써, 펌프(146)(도 2 참조)로부터 공급된 에어가 서보밸브(126)를 통하여 서보챔버(150)에 공급되거나, 또는 서보챔버(150) 내의 에어가 서보밸브(126)를 통하여 배출된다. 도 3에서는 스풀(162)이 Z축을 따라 이동하도록 서보밸브(126)를 배치하고 있지만, 서보밸브(126)의 방향은 이 방향에 한정되지 않는다.
다음으로, 스테이지장치(100)의 통상운전 시의 동작에 대하여 설명한다. 도 4는, 통상운전 시의 슬라이더(124)의 속도 v, 슬라이더(124)의 가속도 α, 및 서보챔버(150) 내의 압력 P의 각각의 값의 경시변화를 나타낸다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키는 경우, 컨트롤러(200)는, 정측 서보밸브(126P)의 스풀(162)을 이동시켜 정측 에어배출관(148P)과 접속된 포트(168A)를 닫고, 정측 에어공급관(144P)과 접속된 포트(168B)를 연다. 이것과 동시에 컨트롤러(200)는, 부측 서보밸브(126N)의 스풀(162)을 이동시켜 부측 에어배출관(148N)과 접속된 포트(168A)를 열고, 부측 에어공급관(144N)과 접속된 포트(168B)를 닫는다. 이로써, 정측 챔버(152) 내에 에어가 공급되어 압력 P1이 상승하고, 부측 챔버(154)로부터 에어가 배출되어 압력 P2가 저하된다(시각 t0). 압력 P1과 압력 P2의 사이에 차압이 발생하면, 가속도 α가 증가되어, 슬라이더(124)가 가속된다(시각 t0~t1). 컨트롤러(200)는, 슬라이더(124)의 속도 v가 소정 속도 v1에 도달했을 때에 압력 P1 및 압력 P2의 차압이 0이 되도록, 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)를 제어한다(시각 t1~t2). 차압이 0이 되면 슬라이더(124)는 일정속도로 이동한다.
이어서 컨트롤러(200)는, 슬라이더(124)가 목표위치에 도달했을 때에 속도 v가 0이 되도록, 슬라이더(124)를 감속시킨다. 이 경우, 컨트롤러(200)는, 정측 서보밸브(126P)의 스풀(162)을 이동시켜 정측 에어배출관(148P)과 접속된 포트(168A)를 열고, 정측 에어공급관(144P)과 접속된 포트(168B)를 닫는다. 이것과 동시에 컨트롤러(200)는, 부측 서보밸브(126N)의 스풀(162)을 이동시켜 부측 에어배출관(148N)과 접속된 포트(168A)를 닫고, 부측 에어공급관(144N)과 접속된 포트(168B)를 연다. 이로써, 정측 챔버(152)로부터 에어가 배출되어 압력 P1이 저하되고, 부측 챔버(154)에 에어가 공급되어 압력 P2가 상승한다. 압력 P1과 압력 P2의 사이에 차압이 발생하면, 가속도 α가 감소되고, 슬라이더(124)가 감속된다(시각 t2). 컨트롤러(200)는, 슬라이더(124)가 목표위치에 도달했을 때에 차압을 0으로 함으로써 슬라이더(124)를 정지시킨다(시각 t3).
다음으로 스테이지장치(100)의 특징부분에 대하여 설명한다.
도 2로 되돌아와, 스테이지장치(100)는, 도면 중에 나타내는 위치(A1) 및 위치(A2), 위치(B1) 및 위치(B2), 또는 위치(C1) 및 위치(C2) 중 적어도 어느 하나의 개소에, 에어의 흐름을 차단하는 차단밸브 또는 배기밸브를 구비한다. 여기에서, 에어의 흐름을 차단한다란, 스테이지장치(100)의 통상운전 시의 에어의 흐름을 차단하여 정측 챔버(152)와 부측 챔버(154)의 차압을 작게 하는 것을 말한다. 보다 구체적으로는, 에어를 차단한다란, 슬라이더(124)를 구동시키기 위한 압력을 발생시키는 서보챔버(150)로의 에어의 공급을 차단하거나, 또는 서보챔버(150)로부터의 에어의 배출을 차단시키는 것을 말한다. 에어를 차단하기 위한 구체적인 수단으로서는, 공급경로를 닫는 수단, 배기경로를 차단하여 서보챔버(150) 내의 압력변화를 적게 하는 수단, 공급경로를 개방하여 서보챔버(150)에 에어가 도달하지 않도록 하는 수단을 포함한다.
도 5는, 스테이지장치를 간략화한 구성도이다. 보다 구체적으로는 도 5는, 도 2에 나타내는 위치(A1) 및 위치(A2)에 각각 차단밸브를 마련한 도이다. 스테이지장치(100)는, 정측 서보밸브(126P)와, 서보챔버(150)의 사이를 뻗는 정측 배관(128P) 내의 임의의 위치에 차단밸브(170P)(이 예에서는 제1 차단밸브에 상당)를 구비한다. 또 스테이지장치(100)는, 부측 서보밸브(126N)와, 서보챔버(150)의 사이를 뻗는 부측 배관(128N) 내의 임의의 위치에 차단밸브(170N)(이 예에서는 제2 차단밸브에 상당)를 구비한다. 차단밸브(170P)는, 정측 서보밸브(126P)와 직렬로 접속되고, 차단밸브(170N)는, 부측 서보밸브(126N)와 직렬로 접속된다. 차단밸브(170P, 170N)는, 에어가 쌍방향으로 흐르는 배관(128) 내에 마련되기 때문에, 쌍방향 차단밸브라고 칭할 수도 있다. 차단밸브(170P, 170N)는, 컨트롤러(200)에 의하여 제어된다. 컨트롤러(200)는, 이상검출부(200A)와, 밸브제어부(200B)를 구비한다. 이상검출부(200A)는, 슬라이더(124)의 이동에 관한 이상을 검출한다. 밸브제어부(200B)는, 정상운전 시에는 차단밸브(170P, 170N)를 연 상태로 유지하고, 이상발생 시에 차단밸브(170P, 170N)를 동시에 닫는다.
"이상"이란, 슬라이더(124)의 이동에 관계하는 이동기구에 대한 어떠한 이상을 말한다. 슬라이더(124)의 이동기구는, 정측 서보밸브(126P), 부측 서보밸브(126N), 슬라이더(124) 자체, 및 슬라이더(124)의 각 파라미터를 검출하는 센서류와 검출값을 통신하는 통신기기를 포함한다. 슬라이더(124)는, 워크테이블(110)과 함께 이동하기 때문에, 슬라이더(124)의 구동에 관한 부재는 워크테이블(110)의 이동기구이기도 하다.
이상의 예로서는, 정측 서보밸브(126P) 및 부측 서보밸브(126N)의 고장, 슬라이더(124) 자체의 기계적 고장, 슬라이더(124)의 제어계통의 고장이 있다. 사용자가 비상정지버튼을 누르는 등의 조작을 행한 경우도 컨트롤러(200)는 이상이 발생한 것이라고 판단한다.
예를 들면 서보밸브(126)의 스풀(162)(도 3 참조)이 모터(164)의 고장에 의하여, 또는 어떠한 이물이 끼워짐으로써 이동하지 않게 되는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 모터(164)에 공급하고 있는 구동전류와 위치센서(166)에 의하여 검출되는 스풀(162)의 위치의 변화가 일치하지 않게 된다.
예를 들면 슬라이더(124)에 기계적인 고장이 발생하면, 슬라이더(124)의 이동속도, 가속도, 또는 위치의 피드백값이 제어지령값으로부터 어긋나는 것을 생각할 수 있다. 슬라이더(124)에 마련된 속도센서나 위치센서(140, 142)가 고장난 경우, 또는 센서의 검출값을 컨트롤러(200)에 보내는 통신수단이 고장난 경우도 피드백값이 제어값으로부터 어긋나거나, 피드백값을 취득할 수 없게 되거나 한다. 슬라이더(124)의 위치를 판독하기 위한 인코더가 고장난 경우도 슬라이더(124)의 위치를 취득할 수 없게 된다.
예를 들면 슬라이더(124) 또는 슬라이더(124)의 구동에 관계하는 부재에 기계적인 고장이 발생하면, 슬라이더(124)가 설계상 상정되는 속도보다 빠른 속도로 이동하는 것을 생각할 수 있다. 또 실제로는 슬라이더(124)가 저속으로 이동하고 있음에도 불구하고, 속도센서의 고장에 의하여 속도센서의 검출값이 설계상 상정되는 속도보다 빨라지는 것을 생각할 수 있다.
컨트롤러(200)는, 워크테이블(110) 및 슬라이더(124)를 이동시키고 있을 때에 이상이 발생한 경우, 이하와 같은 제어를 실행한다.
도 5에 나타내는 스테이지장치(100)에 있어서 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있을 때에 슬라이더(124)의 속도가 임곗값을 초과하는 이상이 발생한 경우에 대하여 설명한다. 도 6은, 슬라이더(124)의 속도 v, 슬라이더(124)의 가속도 α, 및 서보챔버(150) 내의 압력 P의 각각의 값의 경시변화를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있는 동안(시각 t10~t11)은, 정측 서보밸브(126P)를 통하여 정측 챔버(152)에 에어가 공급되고, 부측 서보밸브(126N)를 통하여 부측 챔버(154)로부터 에어가 배출된다. 이로써, 정측 챔버(152)의 압력 P1(도 6에 있어서 실선으로 나타낸다)과 부측 챔버(154)의 압력 P2(도 6에 있어서 파선으로 나타낸다)의 차압은 일정하게 유지된다. 시각 t11에 있어서 슬라이더(124)의 속도 v가 임곗값 vt를 초과하는 이상이 발생하면, 컨트롤러(200)는 이상을 검지하여 차단밸브(170P, 170N)를 동시에 닫는다. 차단밸브(170P, 170N)가 닫히면 정측 챔버(152)로의 급기, 및 부측 챔버(154)로부터의 배기가 정지한다. 이로써, 정측 챔버(152) 내, 및 정측 배관(128P) 내의 에어의 양이 일정하게 유지된다. 또 이로써, 부측 챔버(154) 내, 및 부측 배관(128N) 내의 에어의 양도 일정하게 유지된다.
차단밸브(170P, 170N)가 닫혀도, 압력 P1과 압력 P2가 평형은 아니기 때문에 슬라이더(124)는 정측으로 계속 이동한다. 따라서, 정측 챔버(152)의 용적은 계속 증가하여, 정측 챔버(152)의 압력 P1이 저하된다. 이것과 동시에 부측 챔버(154)의 용적은 계속 감소하여, 부측 챔버(154)의 압력 P2가 증가한다. 따라서 압력 P1과 압력 P2의 차압은 작아지고, 슬라이더(124)의 가속도 α가 감소한다.
시각 t12에 있어서, 부측 챔버(154) 내의 압력 P2가 정측 챔버(152) 내의 압력 P1보다 커지면, 슬라이더(124)에는 슬라이더(124)를 부측으로 끌어들이는 힘이 작용한다. 이때 슬라이더(124)에 작용하는 힘은, 정측으로 이동하고 있는 슬라이더(124)에 대한 브레이크력이 된다. 이로써 시각 t12에 있어서 슬라이더(124)의 속도 v는 저하되기 시작한다.
시각 t12 이후, 압력 P2와 압력 P1의 차압은 다시 커져 가속도 α가 0에 가까워진다. 따라서 슬라이더(124)에 작용하는 브레이크력은 서서히 감쇠되어, 시각 t13에 있어서 차압이 0이 되었을 때에 가속도 α도 0이 된다. 다만, 도시한 예에서는 슬라이더(124)의 가속도 α가 감소한 후 한 번만 증가하는 경향을 나타내고 있지만, 가속도 α의 증감을 복수 회 반복하면서 감쇠하는 경우도 있을 수 있다.
이와 같이 차단밸브(170P, 170N)를 닫음으로써, 정측 챔버(152)와 정측 배관(128P) 내의 에어, 및 부측 챔버(154)와 부측 배관(128N) 내의 에어로 슬라이더(124)에 브레이크력이 작용된다.
상술한 바와 같이 컨트롤러(200)는, 정측 챔버(152)와 부측 챔버(154)의 차압을 이용하여 슬라이더(124)를 구동한다. 이와 같은 구동방식을 채용한 경우, 이상발생 시에 스테이지장치(100)의 전원을 껐다고 해도 슬라이더(124)는 즉시 정지하지 않고 관성력에 의하여 계속 이동한다. 스테이지장치(100)로의 에어의 공급을 정지한 경우도 동일하게 슬라이더(124)는 즉시 정지하지 않는다. 컨트롤러(200)는, 차단밸브(170P, 170N)를 닫아, 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154) 내로의 에어의 출입을 없게 하고, 압력 P1 및 압력 P2의 차압의 변화를 이용하여 슬라이더(124)에 브레이크력을 작용시킨다. 이로써, 슬라이더(124) 및 워크테이블(110)을 감속시켜, 다른 부재에 고속으로 충돌하는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 7에 나타내는 스테이지장치(100)에 있어서 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있을 때에 슬라이더(124)의 속도가 임곗값을 초과하는 이상이 발생한 경우에 대하여 설명한다. 도 7은, 스테이지장치를 간략화한 구성도이다. 도 8은, 슬라이더(124)의 속도 v, 슬라이더(124)의 가속도 α, 및 서보챔버(150) 내의 압력 P의 각각의 값의 경시변화를 나타낸다.
이 예에서는, 스테이지장치(100)는 도 2에 나타내는 위치(B1) 및 위치(B2)에 각각 차단밸브(180P)(이 예에서는 제1 차단밸브에 상당), 및 차단밸브(180N)(이 예에서는 제2 차단밸브에 상당)를 구비한다. 구체적으로는, 차단밸브(180P)는, 정측 에어배출관(148P) 내의 임의의 위치에 배치된다. 차단밸브(180N)는, 부측 서보밸브(126N)에 접속된 부측 에어배출관(148N) 내의 임의의 위치에 배치된다. 차단밸브(180P)는, 정측 서보밸브(126P)와 직렬로 접속되고 차단밸브(180N)는, 부측 서보밸브(126N)와 직렬로 접속된다. 차단밸브(180P, 180N)는, 에어가 배기되는 정측 에어배출관(148P) 및 부측 에어배출관(148N) 내에 마련되기 때문에, 배출관차단밸브라고 칭할 수도 있다. 차단밸브(180P, 180N)는, 컨트롤러(200)에 의하여 제어된다. 컨트롤러(200)는, 평상운전 시에는 차단밸브(180P, 180N)를 연 상태로 유지하고, 이상발생 시에 차단밸브(180P, 180N)를 동시에 닫는다. 이 예에서는 컨트롤러(200)는 이상검출부 및 밸브제어부를 포함하는 스테이지제어장치로서 기능한다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있는 동안(시각 t20~t21)은, 정측 서보밸브(126P)를 통하여 정측 챔버(152)에 에어가 공급되고, 부측 서보밸브(126N)를 통하여 부측 챔버(154)로부터 에어가 배출된다. 이로써, 정측 챔버(152)의 압력 P1(도 8에 있어서 실선으로 나타낸다)과 부측 챔버(154)의 압력 P2(도 8에 있어서 파선으로 나타낸다)의 차압은 일정하게 유지된다. 시각 t21에 있어서 슬라이더(124)의 속도 v가 임곗값 vt를 초과하는 이상이 발생하면, 컨트롤러(200)는 이상을 검지하여 차단밸브(180P, 180N)를 닫는다. 차단밸브(180P, 180N)가 닫히면 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)로부터의 배기가 정지한다. 이로써, 정측 챔버(152) 내, 및 차단밸브(180P)와 정측 챔버(152)의 사이의 정측 배관(128P) 내의 에어의 양이 감소하지 않게 된다. 또, 부측 챔버(154) 내, 및 차단밸브(180N)와 부측 챔버(154)의 사이의 부측 배관(128N) 내의 에어의 양도 감소하지 않게 된다.
차단밸브(180P, 180N)가 닫혀도 슬라이더(124)는 관성력에 의하여 정측으로 계속 이동한다. 따라서, 정측 챔버(152)의 용적은 계속 증가하여, 정측 챔버(152)의 압력 P1이 저하된다. 이것과 동시에 부측 챔버(154)의 용적은 계속 감소하고 또한 부측 챔버(154) 내로부터 에어가 배출되지 않기 때문에, 부측 챔버(154)의 압력 P2가 증가한다. 이로써, 정측 챔버(152) 내의 압력 P1과 부측 챔버(154) 내의 압력 P2의 차압은 작아져, 슬라이더(124)의 가속도 α가 감소한다.
시각 t22에 있어서, 부측 챔버(154) 내의 압력 P2가 정측 챔버(152) 내의 압력 P1보다 커지면, 슬라이더(124)에는 슬라이더(124)를 부측으로 끌어들이는 힘이 작용하기 때문에 슬라이더(124)에 브레이크력이 작용한다. 따라서 시각 t22에 있어서 슬라이더(124)의 속도 v는 저하되기 시작한다.
시각 t22 이후, 압력 P2와 압력 P1의 차압은 다시 커져 가속도 α가 0에 가까워진다. 따라서 슬라이더(124)에 작용하는 브레이크력은 서서히 감쇠하고, 시각 t23에 있어서 차압이 0이 되었을 때에 가속도 α도 0이 된다.
이와 같이 차단밸브(180P, 180N)를 닫음으로써, 정측 챔버(152)와 정측 배관(128P) 내의 에어, 및 부측 챔버(154)와 부측 배관(128N) 내의 에어로 슬라이더(124)에 브레이크력이 작용된다. 이로써, 워크테이블(110)이 다른 부재에 고속으로 충돌하는 것을 억제할 수 있다. 이 예는 특히, 정측 서보밸브(126P) 또는 부측 서보밸브(126N) 중 적어도 어느 일방이 배기 가능한 상태에 있는 경우에 유효하다.
도 9에 나타내는 스테이지장치(100)에 있어서 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있을 때에 슬라이더(124)의 속도 v가 임곗값 vt를 초과하는 이상이 발생한 경우에 대하여 설명한다. 도 9는, 스테이지장치를 간략화한 구성도이다. 도 10은, 슬라이더(124)의 속도 v, 슬라이더(124)의 가속도 α, 및 서보챔버(150) 내의 압력 P의 각각의 값의 경시변화를 나타낸다.
이 예에서는, 스테이지장치(100)는 도 2에 나타내는 위치(C1) 및 위치(C2)에 각각, 차단밸브(190P)(이 예에서는 제1 차단밸브에 상당), 및 차단밸브(190N)(이 예에서는 제2 차단밸브에 상당)를 구비한다. 차단밸브(190P)는, 정측 서보밸브(126P)에 접속된 정측 에어공급관(144P) 내의 임의의 위치에 배치된다. 차단밸브(190N)는, 부측 서보밸브(126N)에 접속된 부측 에어공급관(144N) 내의 임의의 위치에 배치된다. 차단밸브(190P)는, 정측 서보밸브(126P)와 직렬로 접속되고, 차단밸브(190N)는, 부측 서보밸브(126N)와 직렬로 접속된다. 차단밸브(190P, 190N)는, 에어를 공급하는 정측 에어공급관(144P) 및 부측 에어공급관(144N) 내에 마련되기 때문에, 공급관차단밸브라고 칭할 수도 있다. 차단밸브(190P, 190N)는, 컨트롤러(200)에 의하여 제어된다. 컨트롤러(200)는, 평상운전 시에는 차단밸브(190P, 190N)를 연 상태로 유지하고, 이상발생 시에 차단밸브(190P, 190N)를 동시에 닫는다. 이 예에서는 컨트롤러(200)는 이상검출부 및 밸브제어부를 포함하는 스테이지제어장치로서 기능한다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있는 동안(시각 t30~t31)은, 정측 서보밸브(126P)를 통하여 정측 챔버(152)에 에어가 공급되고, 부측 서보밸브(126N)를 통하여 부측 챔버(154)로부터 에어가 배출된다. 이로써, 정측 챔버(152)의 압력 P1(도 10에 있어서 실선으로 나타낸다)과 부측 챔버(154)의 압력 P2(도 10에 있어서 파선으로 나타낸다)의 차압은 일정하게 유지된다. 슬라이더(124)의 속도 v가 임곗값 vt를 초과하는 이상이 발생하면, 컨트롤러(200)는 이상을 검지하여 차단밸브(190P, 190N)를 닫는다. 시각 t31에 있어서 컨트롤러(200)에 의하여 차단밸브(190P, 190N)가 닫히면, 서보챔버(150) 내, 정측 서보밸브(126P) 내, 및 부측 서보밸브(126N) 내로의 에어의 공급이 차단된다. 이로써, 정측 챔버(152) 내, 및 차단밸브(190P)와 정측 챔버(152)의 사이의 정측 배관(128P) 내의 에어의 양은 증가하지 않게 된다. 또, 이것과 동시에 부측 챔버(154) 내, 및 차단밸브(190N)와 부측 챔버(154)의 사이의 부측 배관(128N) 내의 에어의 양도 증가하지 않게 된다.
차단밸브(190P, 190N)가 닫혀도 슬라이더(124)는 관성력에 의하여 정측으로 계속 이동한다. 이로써, 정측 챔버(152)의 용적은 계속 증가하여, 부측 챔버(154)의 용적은 계속 감소한다. 정측 챔버(152) 내에서는 용적증가, 및 정측 에어공급관(144P)로부터 에어가 공급되지 않는 것에 의한 압력저하가 발생한다. 이로써, 정측 챔버(152) 내의 압력 P1과 부측 챔버(154) 내의 압력 P2의 차압은 서서히 작아진다. 차단밸브(190P, 190N)가 마련되어 있지 않은 경우, 정측 챔버(152) 내의 압력은 거의 변동이 없어 변화하지 않기 때문에(선 PN 참조), 슬라이더(124)의 압력도 거의 변동이 없어 변화하지 않는다(선 αN 참조). 이것에 대하여 차단밸브(190P, 190N)를 마련한 경우, 정측 챔버(152) 내의 압력은, 차단밸브(190P, 190N)를 마련하지 않는 경우보다 저하된다. 따라서 가속도 α도 이와 같이 차단밸브(190P, 190N)를 마련하지 않는 경우보다 저하된다. 따라서 시각 t31에 있어서 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)의 압력이 동시에 저하되기 시작하면, 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)의 차압은 서서히 작아져, 시각 t32에 있어서 차압이 0이 된다. 이로써, 슬라이더(124)의 가속도 α가 0이 되고, 슬라이더(124)의 속도 v는 정속이 된다. 따라서, 슬라이더(124)의 가속을 억제하여, 워크테이블(110)이 다른 부재에 고속으로 충돌하는 것을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 에어의 유로 상에 차단밸브(170P, 170N, 180P, 180N, 190P, 190N)를 마련하여 이상발생 시에 에어의 흐름을 차단함으로써, 워크테이블(110)을 감속시키거나, 적어도 가속을 억제할 수 있다. 이로써, 스테이지장치(100)의 안전성을 높일 수 있다. 특히, 스테이지장치(100)와 같은 에어의 공급 및 배기에 의하여 슬라이더(124)를 구동하는 장치에서는, 장치에 대한 급전 또는 급기를 정지시켜도 장치가 정지하지 않는다. 따라서, 스테이지장치(100)에 차단밸브(170P, 170N, 180P, 180N, 190P, 190N)를 마련하여 슬라이더(124)에 브레이크력을 작용시키는 것은 특히 유익하다.
또, 스테이지장치(100)는, 정측의 차단밸브(170P, 180P, 190P), 및 부측의 차단밸브(170N, 180N, 190N)에 의하여, 동시에 유로를 차단한다. 이로써, 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)의 압력 P1, P2를 평형상태로 이행된다. 예를 들면 도 6에 나타내는 예에 있어서, 차단밸브(170P, 170N)를 닫는 타이밍을 어긋나게 하여, 부측의 차단밸브(170N)를 닫은 후 잠시 후에 정측의 차단밸브(170P)를 닫는다고 한다. 이 경우, 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)의 차압이 작아지는 시기가 늦거나, 또는 차압의 감소량이 적게 된다. 따라서, 슬라이더(124)에 브레이크력이 작용하는 타이밍이 늦거나, 또는 브레이크력이 작아져 버린다. 이것에 대하여 차단밸브(170P, 170N)를 동시에 닫으면, 브레이크력이 작용하는 타이밍이 빨라지고, 또한 브레이크력이 커진다. 다만, 여기에서 말하는 동시란, 전혀 오차가 없이 동시를 의미하는 것이 아닌, 다소의 시간차가 있어도 동시라고 간주된다.
또한 상술한 차단밸브(170P, 170N, 180P, 180N, 190P, 190N)에 더하여, 또는 이들 차단밸브(170P, 170N, 180P, 180N, 190P, 190N) 대신에 공급경로 상의 위치(A1, A2), 또는 위치(C1, C2)에 배기밸브 및 배기경로를 마련하여 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154)에 공급되는 에어의 흐름을 차단해도 된다.
도 11은, 스테이지장치를 간략화한 구성도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이 스테이지장치(100)는, 정측 배관(128P), 및 부측 배관(128N)에 배기밸브(200P, 200N)를 구비한다. 배기밸브(200P)는, 정측 서보밸브(126P)와 직렬로 마련되어 배기밸브(200N)는, 부측 서보밸브(126N)와 직렬로 마련된다. 배기밸브(200P, 200N)로부터 배기된 에어는, 배기경로를 통하여 케이싱(108)(도 1 참조)의 외부로 에어를 배출하는 것이 바람직하다. 배기밸브(200P, 200N)는, 컨트롤러(200)의 밸브제어부(200B)에 의하여 제어된다. 이상검출부(200A)에 의하여 이상이 검지되어 배기밸브(200P, 200N)를 열면, 정측 챔버(152) 내의 에어가 배기밸브(200P) 및 배기경로를 통하여 외부로 배기된다. 이것과 동시에 부측 챔버(154) 내의 에어가 배기밸브(200N) 및 배기경로를 통하여 외부로 배기된다.
도 12는, 도 11의 스테이지장치의 이상발생 시에 있어서의 슬라이더의 속도, 슬라이더의 가속도, 및 서보챔버 내의 압력의 각각의 값의 경시변화를 나타내는 그래프이다. 슬라이더(124)를 정측으로 이동시키고 있는 동안(시각 t40~t41)은, 정측 서보밸브(126P)를 통하여 정측 챔버(152)에 에어가 공급되고, 부측 서보밸브(126N)를 통하여 부측 챔버(154)로부터 에어가 배출된다. 이로써, 정측 챔버(152)의 압력 P1(도 12에 있어서 실선으로 나타낸다)과 부측 챔버(154)의 압력 P2(도 12에 있어서 파선으로 나타낸다)의 차압은 일정하게 유지된다. 슬라이더(124)의 속도 v가 임곗값 vt를 초과하는 이상이 발생하면, 컨트롤러(200)는 이상을 검지하여 배기밸브(200P, 200N)를 연다. 시각 t41에 있어서 컨트롤러(200)에 의하여 배기밸브(200P, 200N)가 열리면, 서보챔버(150) 내의 에어가 배기밸브(200P, 200N)로부터 배기된다. 이로써, 정측 챔버(152)와 부측 챔버(154)의 차압이 0이 되어, 슬라이더(124)의 가일층의 가속을 방지할 수 있다. 이 예에서는, 정측 서보밸브(126P), 및 부측 서보밸브(126N)의 상태에 관계없이 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154) 내의 에어를 배기할 수 있다. 따라서 이 예는, 정측 서보밸브(126P), 및 부측 서보밸브(126N)가 어떠한 이유에 의하여 고장난 경우에 특히 유효하다.
도 13은, 스테이지장치를 간략화한 구성도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이 스테이지장치(100)는, 정측 에어공급관(144P), 및 부측 에어공급관(144N)에 배기밸브(210P, 210N)를 구비한다. 배기밸브(210P, 210N)는, 케이싱(108)(도 1 참조)의 외부로 에어를 배출하는 것이 바람직하다. 배기밸브(200P, 200N)는, 컨트롤러(200)의 밸브제어부(200B)에 의하여 제어된다. 이상검출부(200A)에 의하여 이상이 검지되어 배기밸브(210P, 210N)를 열면, 펌프(146)로부터의 에어가 정측 에어공급관(144P)을 통하여 배기밸브(210P)로부터 배기되어, 정측 챔버(152)로의 에어의 공급이 차단된다. 이것과 동시에 펌프(146)로부터의 에어가 부측 에어공급관(144N)을 통하여 배기밸브(210N)로부터 배기되어, 부측 챔버(154)로의 에어의 공급이 차단된다. 이로써, 정측 챔버(152) 및 부측 챔버(154) 내의 압력, 슬라이더(124)의 속도, 및 슬라이더(124)의 가속도는, 도 12에 관련하여 설명한 바와 같은 거동을 나타낸다. 이로써, 슬라이더(124)의 가일층의 가속을 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 구성은 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.
상술한 차단밸브(170P, 170N, 180P, 180N, 190P, 190N), 및 배기밸브(200P, 200N, 210P, 210N)를 하나의 스테이지장치에 마련해도 된다.
100 스테이지장치
110 워크 테이블
122 가이드
124 슬라이더
126 서보밸브
144P 정측 에어공급관
144N 부측 에어공급관
144P 정측 에어공급관
144N 부측 에어공급관
150 서보챔버
152 정측 챔버
154 부측 챔버
170P, 170N, 180P, 180N, 190P, 190N 차단밸브
200P, 200N 배기밸브

Claims (10)

  1. 가이드와,
    내부에 마련된 2개의 챔버 내의 압력변화에 의하여 상기 가이드를 따라 이동하는 슬라이더와,
    유체를 상기 2개의 챔버 중 일방에 공급하거나, 또는 상기 일방의 챔버 내의 유체를 배출하여 상기 일방의 챔버 내의 압력을 제어하는 제1 압력제어밸브와,
    유체를 상기 2개의 챔버 중 타방에 공급하거나, 또는 상기 타방의 챔버 내의 유체를 배출하여 상기 타방의 챔버 내의 압력을 제어하는 제2 압력제어밸브와,
    내부의 압력변화에 의하여 이동하는 슬라이더의 이동시의 이상을 검출하는 이상검출부를 구비하고,
    1세트의 차단밸브가 각각, 유체의 상기 일방의 챔버로의 공급유로 및 상기 타방의 챔버로의 공급유로에, 또는 유체의 상기 일방의 챔버로부터의 배출유로 및 상기 타방의 챔버로부터의 배출유로에 마련되며, 상기 1세트의 차단밸브 중 일방이 상기 제1 압력제어밸브와 직렬로 접속되고, 타방이 상기 제2 압력제어밸브와 직렬로 접속되어 있고,
    상기 이상검출부에 의하여 이상이 검출되었을 때, 상기 1세트의 차단밸브를 동시에 닫는 것에 의해서, 상기 일방의 챔버 내 및 상기 타방의 챔버 내로의 에어의 공급을 차단함으로써, 상기 일방의 챔버 및 상기 타방의 챔버의 용적의 변화에 의해 슬라이더를 정지시키는 스테이지장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1세트의 차단밸브는, 상기 제1 압력제어밸브와 상기 일방의 챔버의 사이에 마련된 제1 차단밸브, 및 상기 제2 압력제어밸브와 상기 타방의 챔버의 사이에 마련된 제2 차단밸브를 포함하는, 스테이지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 1세트의 차단밸브는, 상기 제1 압력제어밸브에 유체를 공급하는 제1 유체공급관 내에 마련된 제1 차단밸브, 및 상기 제2 압력제어밸브에 유체를 공급하는 제2 유체공급관 내에 마련된 제2 차단밸브를 포함하는, 스테이지장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1세트의 차단밸브는, 상기 제1 압력제어밸브로부터 유체를 배출하는 유체배출관 내에 마련된 제1 차단밸브, 및 상기 제2 압력제어밸브로부터 유체를 배출하는 유체배출관 내에 마련된 제2 차단밸브를 포함하는, 스테이지장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이상검출부에 의하여 이상이 검출되었을 때에 상기 1세트의 차단밸브를 닫는 밸브제어부를 구비하는, 스테이지장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 1세트의 차단밸브가 각각, 유체의 상기 일방의 챔버로의 공급유로 및 상기 타방의 챔버로의 공급유로에 마련되고, 다른 1세트의 차단밸브가 각각, 유체의 상기 일방의 챔버로부터의 배출유로 및 상기 타방의 챔버로부터의 배출유로에 마련되어 있는, 스테이지장치.
  8. 가이드와,
    내부에 마련된 2개의 챔버 내의 압력변화에 의하여 상기 가이드를 따라 이동하는 슬라이더와,
    유체를 상기 2개의 챔버 중 일방에 공급하거나, 또는 상기 일방의 챔버 내의 유체를 배출하여 상기 일방의 챔버 내의 압력을 제어하는 제1 압력제어밸브와,
    유체를 상기 2개의 챔버 중 타방에 공급하거나, 또는 상기 타방의 챔버 내의 유체를 배출하여 상기 타방의 챔버 내의 압력을 제어하는 제2 압력제어밸브와,
    내부의 압력변화에 의하여 이동하는 슬라이더의 이동시의 이상을 검출하는 이상검출부를 구비하고,
    1세트의 배기밸브가 각각, 유체의 상기 일방의 챔버로의 공급유로 및 상기 타방의 챔버로의 공급유로에 마련되며, 상기 1세트의 배기밸브 중 일방이 상기 제1 압력제어밸브와 직렬로 접속되고, 타방이 상기 제2 압력제어밸브와 직렬로 접속되어 있고,
    상기 이상검출부에 의하여 이상이 검출되었을 때, 상기 1세트의 배기밸브를 동시에 여는 것에 의해서, 상기 일방의 챔버 내 및 상기 타방의 챔버 내로의 에어의 공급을 차단함으로써, 상기 일방의 챔버 및 상기 타방의 챔버의 용적의 변화에 의해 슬라이더를 정지시키는 스테이지장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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