KR102563826B1 - 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치 - Google Patents

초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치로서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치는 스테이지 본체, 상기 본체의 상부에서 좌우 양측으로 이격 배치되며 상기 본체의 전후 방향으로 선형 이동하는 복수의 X축 유닛, 상기 복수의 X축 유닛 사이에서 교차 배치되며 상기 본체의 좌우 방향으로 선형 이동하는 복수의 Y축 유닛, 상기 복수의 X축 유닛과 상기 복수의 Y축 유닛 중 적어도 하나에 포함된 에어베어링에 에어를 공급하는 에어탱크, 및 상기 에어탱크에서 상기 에어베어링으로 공급되는 에어의 유량 및 압력을 제어하는 에어베어링 컨트롤박스를 포함한다.

Description

초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치{ULTRA PRECISION AIR BEARING LINEAR STAGE APPARATUS}
본 발명의 실시예는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에 관한 것이다.
최근 대형 Display 시장에서 OLED를 대체하기 위한 차세대 기술이 부상하고 있다. QNED는 미세한 LED(이를 'Nanorods'라 함)가 광원인 구조로 대형 OLED를 대체할 기술이다. OLED는 유기물이 발광하는 구조이기 때문에 수명과 번인 문제가 있지만, LED는 무기물이 발광하는 구조로 수명이 길고 소모 전력이 적다는 장점이 있다. QNED 구조는 QD-OLED와 유사한데, 크게 TFT, Emitting Layer, QD Layer, Color Filter 등으로 세분화할 수 있다. Emitting Layer는 Display 광원을 만드는 역할을 한다. 일 예로, QD-OLED는 OLED가 발광하고 QNED는 Nanorods가 발광한다.
한편, Nanorods는 잉크젯으로 증착한다. 이 때문에, 투자 비용이 적고 공정 환경도 유연한 장점이 있다.
다만, 잉크젯을 통해 분사된 Nanorods를 고르게 정렬하는 점에 기술적 어려움이 있다. 따라서, Nanorods 제조와 정밀하게 도포하는 기술의 개발이 필요하다. 현재 QD와 Nanorods 물질과 무기물 증착을 위한 잉크젯 기술의 개발이 요구되고 있다.
한편, 디스플레이 제조사에는 정밀 스테이지가 제공되고 있다. 그런데 기존의 정밀 스테이지 방식은 LM Guide Type으로 위치정밀도 ±1.0um와 평탄도 ±2.0um사양으로 이루어져 있었다. 최근 들어, 디스플레이 제조사의 요청에 따라 이보다 더 정밀한 Nanoroad Inkjet용 초정밀 스테이지의 개발이 요청되고 있다. 예를 들어, Nanoroad Inkjet용 초정밀 스테이지는 위치정밀도 ±0.5um와 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있어야 한다. 이와 같이, 초정밀 스테이지의 연구 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0712680호(2007.04.23. 공개일)
본 발명의 목적은 Nanoroad Inkjet용으로 이용 가능하도록 위치정밀도 ±0.5um와 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있는 초정밀 동작 구현이 가능한 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치는 스테이지 본체; 상기 본체의 상부에서 좌우 양측으로 이격 배치되며 상기 본체의 전후 방향으로 선형 이동하는 복수의 X축 유닛; 상기 복수의 X축 유닛 사이에서 교차 배치되며 상기 본체의 좌우 방향으로 선형 이동하는 복수의 Y축 유닛; 상기 복수의 X축 유닛과 상기 복수의 Y축 유닛 중 적어도 하나에 포함된 에어베어링에 에어를 공급하는 에어탱크; 및 상기 에어탱크에서 상기 에어베어링으로 공급되는 에어의 유량 및 압력을 제어하는 에어베어링 컨트롤박스;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 스테이지 본체는, 바닥 면에 안착되는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부로 소정 높이 이격 배치되며 상부가 수평을 이루도록 형성되는 본체 블록; 및 상기 베이스 프레임과 상기 본체 블록 사이에 설치되며, 상기 본체 블록을 소정 높이로 지지하는 지지부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 복수의 X축 유닛 각각은, 상기 본체의 전후 방향을 따라 길게 배치되도록, 상기 본체 블록의 상부에 고정되며, 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는 X축 석정반 가이드; 상기 X축 석정반 가이드의 상부 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 X축 석정반 가이드의 상부 면과 비접촉 대면 배치되는 제1 X축 오리피스 에어베어링; 및 상기 X축 석정반 가이드를 따라 비접촉 선형 이동하는 X축 리니어 구동부;를 포함한다.
바람직하게는 상기 복수의 X축 유닛 각각은, 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링의 양측 하단에서 동일 높이를 갖도록 하향 돌출되며, 상기 X축 석정반 가이드의 상부 양측 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 X축 석정반 가이드의 상부 양측 면과 비접촉 대면 배치되는 제2, 3 X축 오리피스 에어베어링;을 더 포함한다. 예를 들어, 제2, 3 X축 오리피스 에어베어링은 제1 X축 오리피스 에어베어링과 함께 형상으로 활주 면을 형성하여, 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있으며, 그 결과 이로써, 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다. 이에 더하여, 상기 복수의 X축 유닛 각각은, 상기 제2, 3 X축 오리피스 에어베어링의 하단과 대면 배치되도록, 상기 X축 석정반 가이드의 양측 면에 고정 결합되는 복수의 마그넷 가이드 유닛;을 더 포함한다. 복수의 마그넷 가이드 유닛은 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링의 예하중(Preload)용으로 이용될 수 있다. 이에 따라, 에어베어링의 성능 향상에 도움을 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 복수의 마그넷 가이드 유닛 중 어느 하나의 하단에 근접하도록 상기 X축 석정반 가이드의 일측에 제1 옵티컬 엔코더가 설치되고, 상기 복수의 마그넷 가이드 유닛 중 어느 하나의 하단으로부터 더 하향으로 돌출되도록 상기 X축 석정반 가이드의 측면과 대면하여 제1 리미트 센서가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 X축 리니어 구동부는, 상기 X축 석정반 가이드의 상부 면으로부터 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링이 위치하는 방향 반대 편으로 오목하게 마련된 제1 설치 홈에 수용되도록 설치되는 X축 리니어 모터; 및 상기 X축 리니어 모터의 적어도 일부를 감싸도록 상기 홈 내에 설치되는 X축 리니어 모터 마그넷;을 포함한다.
바람직하게는, 상기 X축 리니어 구동부는 높이 보다 폭 사이즈가 큰 상기 제1 설치 홈에 전체가 수용 가능한 형태로 X축 리니어 모터와 X축 리니어 모터 마그넷이 조립되어 수용 배치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해 질 수 있으며, 이로써, 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 복수의 Y축 유닛 각각은, 상기 본체의 좌우 방향을 따라 길게 배치되도록, 상기 복수의 Y축 유닛 사이를 연결하도록 배치되며, 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는 Y축 석정반 가이드; 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 면과 비접촉 대면 배치되는 제1 Y축 오리피스 에어베어링; 및 상기 Y축 석정반 가이드를 따라 비접촉 선형 이동하는 Y축 리니어 구동부;를 포함한다.
바람직하게는 상기 복수의 Y축 유닛 각각은, 상기 제1 Y축 오리피스 에어베어링의 양측 하단에서 동일 높이를 갖도록 하향 돌출되며, 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 양측 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 양측 면과 비접촉 대면 배치되는 제2, 3 Y축 오리피스 에어베어링; 및 상기 제1 Y축 오리피스 에어베어링과 상하로 높이 차를 두고 서로 평행을 이루어 형성되며, 상기 Y축 석정반 가이드의 하부 면과 비접촉 대면 배치되는 제4 Y축 오리피스 에어베어링;을 더 포함한다. 그리고 상기 제4 Y축 오리피스 에어베어링은, 상기 제2, 3 Y축 오리피스 에어베어링의 하단을 연결하여 형성될 수 있다. 이와 같이 구성됨에 따라, 제1, 2, 3, 4 Y축 오리피스 에어베어링은 ㅁ 형상으로 상기 Y축 석정반 가이드의 상, 하부 면 및 양 측면을 감싸는 형태로 결합됨에 따라, 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있으며, 그 결과 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 제2 Y축 오리피스 에어베어링의 내측에는 제2 설치 홈이 형성되고, 상기 제2 설치 홈을 통해 상기 Y축 석정반 가이드의 일측에 돌출된 제2 옵티컬 엔코더가 수용되고, 상기 제3 Y축 오리피스 에어베어링의 내측 중 상기 제2 설치 홈에 대응하는 위치에는 제3 설치 홈이 형성되고, 상기 제3 설치 홈을 통해 상기 Y축 리니어 구동부가 수용되며, 상기 Y축 리니어 구동부의 하측에 상기 Y축 석정반 가이드의 측면과 대면하여 제2 리미트 센서가 설치될 수 있다. 이러한 구조를 가짐에 따라, 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있으며, 그 결과 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 Y축 리니어 구동부는, 상기 제3 설치 홈을 통해 수용되도록 설치되는 Y축 리니어 모터; 및 상기 Y축 리니어 모터의 적어도 일부를 감싸도록 상기 제3 설치 홈 내에 설치되는 Y축 리니어 모터 마그넷;을 포함한다.
바람직하게는 상기 Y축 리니어 구동부는 폭 보다 높이가 큰 직사각형의 제3 설치 홈에 전체가 수용 가능한 형태로 Y축 리니어 모터와 Y축 리니어 모터 마그넷이 조립되어 수용 배치될 수 있다. 이에 따라, 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, 상기 에어베어링 컨트롤박스는, 상기 베이스 프레임과 상기 지지부의 일측에 위치하도록 결합되며, 상기 에어탱크는 상기 베이스 프레임과 상기 본체 블록 사이의 이격 공간 내에 위치하며, 상기 Y축 유닛의 상부에는 상부 프레임이 구비될 수 있다. 에어탱크는 설정 압력의 에어를 저장하고, 에어베어링 컨트롤박스의 제어 신호에 따라 에어를 에어베어링 측으로 공급하는 장치이다. 에어탱크는 일정한 부피를 가지므로, 상기 베이스 프레임과 상기 본체 블록 사이의 이격 공간 내에 위치함에 따라 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치의 불필요한 부피 증가를 방지하여 설치 공간의 제약을 줄일 수 있다.
에어베어링 컨트롤박스는, 공급되는 에어를 깨끗하게 필터링하는 크린 에어 필터, 에어의 유량을 조절하는 레귤레이터, 에어의 유량을 측정하는 유량 측정 센서, 에어의 압력을 측정하는 압력 측정 센서, 에어의 공급 방향을 제어하는 방향제어 밸브(예: 솔레노이드 밸브 등)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 에어베어링 컨트롤박스는 에어베어링에 공급되는 에어의 공급 압력 제어하는 기능, 에어베어링에 공급되는 에어의 공급 유량을 제어하는 에어베어링 에어 공급 유량 제어 기능, 에어베어링에 공급되는 에어의 유동을 On/Off 제어하는 기능, 크린에어 공급 기능, 및 에어의 유량 및 압력을 모니터링 하는 기능을 가질 수 있다.
본 발명인 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에 의하면, 위치정밀도 ±0.5um와 평탄도 ±5.0um 조건을 만족하는 초정밀 동작 구현이 가능하여 Nanoroad Inkjet용 초정밀 스테이지로 이용 가능한 장점이 있다. 예를 들어, 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치를 간략히 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치 중에서 제1, 2 X축유닛을 간략히 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치 중에서 제1, 2 Y축유닛을 간략히 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치 중에서 에어베어링 컨트롤박스를 간략히 도시한 부분 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치 중에서 에어탱크를 간략히 도시한 부분 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치를 간략히 도시한 전체 구성도이고, 도 2는 제1, 2 X축유닛을 간략히 도시한 개념도이며, 도 3은 제1, 2 Y축유닛을 간략히 도시한 개념도이다. 그리고 도 4 및 도 5는 에어베어링 컨트롤박스와 에어탱크를 간략히 도시한 부분 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)는 스테이지 본체(100), 복수의 X축 유닛(200), 복수의 Y축 유닛(400), 에어탱크(150), 및 에어베어링 컨트롤박스(140)를 포함한다.
스테이지 본체(100)는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)를 구성하는 메인 몸체를 말한다. 예를 들어, 스테이지 본체(100)는 베이스 프레임(110), 본체 블록(120), 및 지지부(130)를 포함한다.
베이스 프레임(110)는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)가 배치되는 위치의 위치하는 바닥 면에 안착되는 강성 프레임을 말한다.
본체 블록(120)는 베이스 프레임(110)의 상부로 소정 높이 이격 배치되며 상부가 수평을 이루도록 형성된다.
지지부(130)는 베이스 프레임(110)과 본체 블록(120) 사이에 설치되며 본체 블록(120)을 소정 높이로 지지하는 다수의 지지부재 및 완충부재를 포함하여 구성될 수 있다.
다만, 스테이지 본체(100)는 반드시 도 1에 도시된 형태에 한정되지 않으며, 이와 다른 형상을 갖도록 변형되어 실시되어도 무방하다.
복수의 X축 유닛(200)은 본체(100)의 상부에서 좌우 양측으로 이격 배치되며 본체(100)의 전후 방향으로 선형 이동하게 구성될 수 있다.
복수의 Y축 유닛(400)은 복수의 X축 유닛(200) 사이에서 교차 배치되며 본체(100)의 좌우 방향으로 선형 이동하게 구성될 수 있다.
에어탱크(150)는 복수의 X축 유닛(200)과 복수의 Y축 유닛(400) 중 적어도 하나에 포함된 에어베어링(220, 230, 240, 320, 330, 340, 350)에 에어를 공급하도록 에어를 저장한다.
에어베어링 컨트롤박스(140)는 에어탱크(150)에서 상기 에어베어링으로 공급되는 에어의 유량 및 압력을 제어한다.
예를 들어, 에어베어링 컨트롤박스(140)는 베이스 프레임(110)과 지지부(130)의 일측에 위치하도록 결합될 수 있다. 그리고 에어탱크(150)는 베이스 프레임(110)과 본체 블록(120) 사이의 이격 공간 내에 위치할 수 있다. 한편, Y축 유닛(400)의 상부에는 칼라잉크의 정밀도포를 위한 다수의 구성요소가 결합되는 상부 프레임(160)이 구비될 수 있다.
에어탱크(150)는 에어를 저장하며 에어베어링 컨트롤박스(140)의 제어 신호에 따라 에어를 에어베어링 측으로 공급한다. 에어탱크(150)는 설정된 양의 에어를 저장하기 위하여, 일정한 부피를 가진다. 따라서 에어탱크(150)는 베이스 프레임(110)과 본체 블록(120) 사이의 이격 공간, 즉 빈 공간 내에 위치시켜 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)의 전체적인 사이즈 증가를 방지하고 설치 공간의 제약을 줄일 수 있다(도 5 참조).
에어베어링 컨트롤박스(140)는 공급되는 에어를 깨끗하게 필터링하는 크린 에어 필터, 에어의 유량을 조절하는 레귤레이터, 에어의 유량을 측정하는 유량 측정 센서, 에어의 압력을 측정하는 압력 측정 센서, 에어의 공급 방향을 제어하는 방향제어 밸브(예: 솔레노이드 밸브 등)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 에어베어링 컨트롤박스(140)는 에어베어링에 공급되는 에어의 공급 압력 제어하는 기능, 에어베어링에 공급되는 에어의 공급 유량을 제어하는 에어베어링 에어 공급 유량 제어 기능, 에어베어링에 공급되는 에어의 유동을 On/Off 제어하는 기능, 크린에어 공급 기능, 및 에어의 유량 및 압력을 모니터링 하는 기능을 가질 수 있다(도 4 참조).
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)에서의 복수의 X축 유닛(200)과 복수의 Y축 유닛(400)의 세부 구성에 관하여 살펴보기로 한다.
X축 유닛(200)
도 2를 참조하면, 복수의 X축 유닛(200) 각각은, X축 석정반 가이드(210), 제1 X축 오리피스 에어베어링(220), 및 X축 리니어 구동부(260)를 포함한다.
X축 석정반 가이드(210)는 본체(100)의 전후 방향을 따라 길게 배치되도록, 상기 본체 블록(120)의 상부에 고정되며, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있다.
제1 X축 오리피스 에어베어링(220)은 상기 X축 석정반 가이드(210)의 상부 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 X축 석정반 가이드(210)의 상부 면과 비접촉 대면 배치될 수 있다.
X축 리니어 구동부(260)는 상기 X축 석정반 가이드(210)를 따라 비접촉 선형 이동하게 하는 구동수단을 말한다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)에서의 복수의 X축 유닛(200) 각각은 제2, 3 X축 오리피스 에어베어링(230, 240)을 더 포함한다.
제2, 3 X축 오리피스 에어베어링(230, 240)은 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링(220)의 양측 하단에서 동일 높이를 갖도록 하향 돌출된다.
제2, 3 X축 오리피스 에어베어링(230, 240)은 상기 X축 석정반 가이드(210)의 상부 양측 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 X축 석정반 가이드(210)의 상부 양측 면과 비접촉 대면 배치되는 오리피스 에어베어링을 말한다. 예를 들어, 제2, 3 X축 오리피스 에어베어링은 제1 X축 오리피스 에어베어링과 함께 형상으로 활주 면을 형성하여, 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있으며, 그 결과 이로써, 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
이에 더하여, 복수의 X축 유닛(200) 각각은 복수의 마그넷 가이드 유닛(251, 252)을 더 포함한다. 복수의 마그넷 가이드 유닛(251, 252)은 상기 제2, 3 X축 오리피스 에어베어링(230, 240)의 하단과 대면 배치되도록, 상기 X축 석정반 가이드(210)의 양측 면에 고정 결합되는 마그넷, 즉 자석을 이용한 가이드 유닛을 말한다. 복수의 마그넷 가이드 유닛(251, 252)은 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링(220)의 예하중(Preload)용으로 이용될 수 있다. 이에 따라, 에어베어링의 성능 향상에 도움을 줄 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)에서의 복수의 X축 유닛(200) 각각에는, 상기 복수의 마그넷 가이드 유닛(251, 252) 중 어느 하나의 하단에 근접하도록 상기 X축 석정반 가이드(210)의 일측에 제1 옵티컬 엔코더(270)가 설치될 수 있다. 그리고 복수의 마그넷 가이드 유닛(251, 252) 중 어느 하나의 하단으로부터 더 하향으로 돌출되도록 상기 X축 석정반 가이드(210)의 측면과 대면하여 제1 리미트 센서(280)가 설치되어 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
X축 리니어 구동부(260)는 X축 리니어 모터(261)와 X축 리니어 모터 마그넷(262)을 포함한다.
일 예로서, X축 리니어 모터(261)는 상기 X축 석정반 가이드(210)의 상부 면으로부터 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링(220)이 위치하는 방향 반대 편으로 오목하게 마련된 제1 설치 홈(263)에 수용되도록 설치될 수 있다. X축 리니어 모터 마그넷(262)은 상기 X축 리니어 모터(261)의 적어도 일부를 감싸도록 상기 제1 설치 홈(263) 내에 설치될 수 있다. 상기 X축 리니어 구동부(260)는 높이 보다 폭 사이즈가 큰 상기 홈(263)에 전체가 수용 가능한 형태로 X축 리니어 모터(261)와 X축 리니어 모터 마그넷(262)이 조립되어 수용 배치될 수 있다. 이와 같이 구성됨에 따라, 본 발명에 따르면 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해 질 수 있으며, 이로써, 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
Y축 유닛(400)
도 3을 참조하면, 복수의 Y축 유닛(400) 각각은, Y축 석정반 가이드(410), 제1 Y축 오리피스 에어베어링(420), 및 Y축 리니어 구동부(460)를 포함한다.
Y축 석정반 가이드(410)는 상기 본체(100)의 좌우 방향을 따라 길게 배치되도록, 상기 복수의 Y축 유닛(200) 사이를 연결하도록 배치되며, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있다.
제1 Y축 오리피스 에어베어링(420)은 상기 Y축 석정반 가이드(410)의 상부 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 Y축 석정반 가이드(210)의 상부 면과 비접촉 대면 배치되는 에어베어링을 말한다.
Y축 리니어 구동부(460)는 상기 Y축 석정반 가이드(410)를 따라 비접촉 선형 이동할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)에서의 복수의 Y축 유닛(400) 각각은 제2, 3 Y축 오리피스 에어베어링(430, 440)과 제4 Y축 오리피스 에어베어링(450)을 더 포함한다.
제2, 3 Y축 오리피스 에어베어링(430, 440)은 상기 제1 Y축 오리피스 에어베어링(420)의 양측 하단에서 동일 높이를 갖도록 하향 돌출되며, 상기 Y축 석정반 가이드(410)의 상부 양측 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 Y축 석정반 가이드(410)의 상부 양측 면과 비접촉 대면 배치되는 에어베어링을 말한다.
제4 Y축 오리피스 에어베어링(450)은 상기 제1 Y축 오리피스 에어베어링(420)과 상하로 높이 차를 두고 서로 평행을 이루어 형성되며, 상기 Y축 석정반 가이드(410)의 하부 면과 비접촉 대면 배치되는 에어베어링을 말한다. 제4 Y축 오리피스 에어베어링(450)은 제2, 3 Y축 오리피스 에어베어링(430, 440)의 하단을 연결하여 형성될 수 있다. 이와 같이 구성됨에 따라, 제1, 2, 3, 4 Y축 오리피스 에어베어링은 ㅁ 형상으로 상기 Y축 석정반 가이드의 상, 하부 면 및 양 측면을 감싸는 형태로 결합됨에 따라, 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있으며, 그 결과 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치(10)에서, Y축 유닛(400)은 제2 옵티컬 엔코더(470)와, 제2 리미트 센서(480)를 더 포함한다.
제2 Y축 오리피스 에어베어링(430)의 내측에는 제2 설치 홈(431)이 형성된다. 제2 옵티컬 엔코더(470)는 상기 Y축 석정반 가이드(210)의 일측에 돌출되는데 상기 제2 설치 홈(431)을 통해 수용될 수 있다. 제3 Y축 오리피스 에어베어링(440)의 내측 중 상기 제2 설치 홈(431)에 대응하는 위치에는 제3 설치 홈(441)이 형성된다. 제3 설치 홈(441)에는 Y축 리니어 구동부(460)가 수용될 수 있다. 그리고 제2 리미트 센서(480)는 Y축 리니어 구동부(460)의 하측에 위치하는데, 상기 Y축 석정반 가이드(410)의 측면과 대면하여 설치될 수 있다. 이러한 제2 옵티컬 엔코더(470), Y축 리니어 구동부(460), 제2 리미트 센서(480)의 위치 관계 및 배치 구조에 따라 높은 위치정밀도 ±0.5um 및 높은 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있도록 초정밀 동작의 구현이 가능해질 수 있으며, 그 결과 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치에서, Y축 리니어 구동부(460)는 Y축 리니어 모터(461)와 Y축 리니어 모터 마그넷(462)을 포함한다. Y축 리니어 모터(461)는 상기 제3 설치 홈(441)을 통해 수용되도록 설치될 수 있는데, Y축 방향으로 선형 이동하는데 필요한 구동력을 제공한다. Y축 리니어 모터 마그넷(462)은 Y축 리니어 모터(461)의 적어도 일부를 감싸는 형상으로 Y축 리니어 모터(461)에 장착되며, 제3 설치 홈(441) 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, Y축 리니어 구동부(460)는 폭 보다 높이가 큰 직사각형의 제3 설치 홈(441)에 전체가 수용 가능한 형태로 Y축 리니어 모터(461)와 Y축 리니어 모터 마그넷(462)이 조립 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 보다 안정적으로 Y축 방향 선형 이동에 필요한 구동력을 제공할 수 있으며 선형 스테이지 장치의 초정밀 동작의 구현을 가능하게 하여 위치정밀도 ±0.5um 및 평탄도 ±5.0um 조건을 만족시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 위치정밀도 ±0.5um와 평탄도 ±5.0um 조건을 만족하는 초정밀 동작 구현이 가능하여 Nanoroad Inkjet용 초정밀 스테이지로 이용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명인 초정밀 에어베어링 선형 스테이지를 이용하면 16K UHD에서 칼라잉크 정밀도포가 가능한 유리한 기술적 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
1: 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치
100: 스테이지 본체
110: 베이스 프레임
120: 베이스 블록
130: 지지부
140: 에어베어링 컨트롤박스
150: 에어탱크
160: 상부 프레임
200: X축 유닛
210: X축 석정반 가이드
220: 제1 X축 오리피스 에어베어링
230: 제2 X축 오리피스 에어베어링
240: 제3 X축 오리피스 에어베어링
251: 제1 마그넷 가이드 유닛
252: 제2 마그넷 가이드 유닛
260: X축 리니어 구동부
261: X축 리니어 모터
262: X축 리니어 모터 마그넷
263: 제1 설치 홈
270: 제1 옵티컬 엔코더
280: 제1 리미트 센서
400: Y축 유닛
410: Y축 석정반 가이드
420: 제1 Y축 오리피스 에어베어링
430: 제2 Y축 오리피스 에어베어링
431: 제2 설치 홈
440: 제3 Y축 오리피스 에어베어링
441: 제3 설치 홈
450: 제4 Y축 오리피스 에어베어링
460: Y축 리니어 구동부
461: Y축 리니어 모터
462: Y축 리니어 모터 마그넷
470: 제2 옵티컬 엔코더
480: 제2 리미트 센서

Claims (9)

  1. 스테이지 본체; 상기 본체의 상부에서 좌우 양측으로 이격 배치되며 상기 본체의 전후 방향으로 선형 이동하는 복수의 X축 유닛; 상기 복수의 X축 유닛 사이에서 교차 배치되며 상기 본체의 좌우 방향으로 선형 이동하는 복수의 Y축 유닛; 상기 복수의 X축 유닛과 상기 복수의 Y축 유닛 중 적어도 하나에 포함된 에어베어링에 에어를 공급하는 에어탱크; 및 상기 에어탱크에서 상기 에어베어링으로 공급되는 에어의 유량 및 압력을 제어하는 에어베어링 컨트롤박스;를 포함하고,
    상기 복수의 Y축 유닛 각각은, 상기 본체의 좌우 방향을 따라 길게 배치되는 Y축 석정반 가이드; 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 면을 활주 면으로 선형 이동하도록, 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 면과 비접촉 대면 배치되는 제1 Y축 오리피스 에어베어링; 및 상기 Y축 석정반 가이드를 따라 비접촉 선형 이동하는 Y축 리니어 구동부;를 포함하며,
    상기 복수의 Y축 유닛 각각은, 상기 제1 Y축 오리피스 에어베어링의 양측 하단에서 동일 높이를 갖도록 하향 돌출되며, 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 양측 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 Y축 석정반 가이드의 상부 양측 면과 비접촉 대면 배치되는 제2, 3 Y축 오리피스 에어베어링; 및 상기 제1 Y축 오리피스 에어베어링과 상하로 높이 차를 두고 서로 평행을 이루며 상기 Y축 석정반 가이드의 하부 면과 비접촉 대면 배치되는 제4 Y축 오리피스 에어베어링;을 더 포함하고,
    상기 Y축 석정반 가이드의 일측에 제2 옵티컬 엔코더가 구비되되, 상기 제2 Y축 오리피스 에어베어링의 내측에 형성된 제2 설치 홈을 통해 상기 제2 옵티컬 엔코더가 수용되며,
    상기 Y축 석정반 가이드의 타측에 상기 Y축 리니어 구동부가 구비되되, 상기 제3 Y축 오리피스 에어베어링의 내측 중 상기 제2 설치 홈에 대응하는 위치에 형성된 제3 설치 홈을 통해 상기 Y축 리니어 구동부가 수용되는
    초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지 본체는,
    바닥 면에 안착되는 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임의 상부로 소정 높이 이격 배치되며 상부가 수평을 이루도록 형성되는 본체 블록; 및
    상기 베이스 프레임과 상기 본체 블록 사이에 설치되며, 상기 본체 블록을 소정 높이로 지지하는 지지부;
    를 포함하는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 X축 유닛 각각은,
    상기 본체의 전후 방향을 따라 길게 배치되도록, 상기 본체 블록의 상부에 고정되며, 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는 X축 석정반 가이드;
    상기 X축 석정반 가이드의 상부 면을 활주 면으로 선형 이동 가능하도록, 상기 X축 석정반 가이드의 상부 면과 비접촉 대면 배치되는 제1 X축 오리피스 에어베어링; 및
    상기 X축 석정반 가이드를 따라 비접촉 선형 이동하는 X축 리니어 구동부;
    를 포함하는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 X축 유닛 각각은,
    상기 X축 석정반 가이드의 양측 면에 고정 결합되는 복수의 마그넷 가이드 유닛;
    을 더 포함하는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 X축 석정반 가이드의 일측에 제1 옵티컬 엔코더가 설치되고,
    상기 X축 석정반 가이드의 측면과 대면하여 제1 리미트 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는
    초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 X축 리니어 구동부는,
    상기 X축 석정반 가이드의 상부 면으로부터 상기 제1 X축 오리피스 에어베어링이 위치하는 방향 반대 편으로 오목하게 마련된 제1 설치 홈에 수용되도록 설치되는 X축 리니어 모터; 및
    상기 X축 리니어 모터의 적어도 일부를 감싸도록 상기 홈 내에 설치되는 X축 리니어 모터 마그넷;
    을 포함하는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 Y축 리니어 구동부는,
    Y축 리니어 모터; 및
    상기 Y축 리니어 모터의 적어도 일부를 감싸 배치되는 Y축 리니어 모터 마그넷;
    을 포함하는 초정밀 에어베어링 선형 스테이지 장치.
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