KR20060005724A - 자기 부상식 직선운동 가이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추력을 받아 직선운동을 안내하는 직선운동 가이드를 구성함에 있어서, 길이 방향으로 길고 단면이 반원이나 다각형인 홈이 형성되고, 홈의 안쪽 면에 영구자석(4)이 배열된 레일(11)과, 상기 레일의 홈과 맞물리는 돌출부(21)가 형성되고 상기 레일에 배열된 영구자석에 대향하는 영구자석(5)이 돌출부에 배열된 이송체(3)로 구성되어, 상기 레일과 상기 이송체에 배열된 자석들 사이의 척력과 이송체의 중력을 이용하여, 수평 방향의 위치와 수직 방향의 위치를 동시에 구속할 수 있는 자기 부상식 직선운동 가이드를 제공한다. 이러한 본 발명의 직선운동 가이드는 비접촉 방식으로 분진과 소음의 발생이 없고, 마찰력이 없어 추력의 효율을 향상시키는 효과가 있다.

비접촉, 자기부상, 직선운동 가이드

Description

자기 부상식 직선운동 가이드{Linear motion guide by magnetic levitation}

도 1은 본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드의 제 1 실시예를 나타내는 개략 사시도

도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 단면도

도 3 ~ 5는 본 발명의 제 1 실시예의 레일과 돌출부의 다른 구성을 나타내는 단면도

도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 자석 배열 방식의 다른 구성을 나타내는 개략 사시도

도 7은 본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드의 제 2 실시예를 나타내는 단면도

도 8은 본 발명의 제 2 실시예의 다른 구성을 나타내는 단면도

도 9는 본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드의 레일 간극을 이송체가 통과하는 모습을 나타내는 측면 투시도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 레일 21 : 돌출부

3 : 이송체 4,5 : 영구자석

6 : 롤러

본 발명은 추력을 받아 직선운동을 안내하는 직선운동 가이드에 관한 것으로서, 특히 자기부상 방법을 이용하여 레일과 이송체에 배열된 자석의 자기력과 이송체의 중력으로 수평 방향의 위치와 수직 방향의 위치를 동시에 구속할 수 있는 자기 부상식 직선운동 가이드에 관한 것이다.

종래의 직선운동 가이드로는 LM(Linear motion) 가이드가 주로 사용된다. 기존의 볼 베어링을 직선운동에 맞게 적용한 것으로 직진도와 정밀성이 높아 직선운동 가이드로 많이 사용되고 있다. 그런데, LM 가이드는 접촉 방식이므로 분진과 소음을 완벽히 차단할 수 없고 접촉에 의한 마찰력으로 인해 추력이 마찰력만큼 더 필요하게 된다. 더욱이 반도체나 평판 디스플레이 공정의 경우 진공 내에서 분진이 거의 없는 환경에서 공정이 진행되어야 하기 때문에 접촉 방식의 직선운동 가이드를 사용하기 어렵다.

이러한 문제점 때문에 반도체나 평판 디스플레이 공정에서는 기판 이송을 위해 종래에는 반송 로봇을 주로 사용하였다. 그런데, 반송 로봇 또한 대면적의 기판에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 대면적의 기판 이송에 로봇을 사용할 경우, 이 송 길이가 길어짐에 따라 로봇 팔이 쳐지지 않게 하기 위해서는 그 크기와 무게가 아주 커져야 하며, 대면적의 기판이 휘어지지 않게 고정하기 위한 기판 홀더를 함께 이송해야 할 경우에는 홀더의 무게까지 로봇 팔에 걸리게 되므로 로봇을 적용하는 것이 거의 불가능하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기 결점을 해소하기 위한 것으로서, 비접촉 방식으로 분진과 소음의 발생을 막고, 마찰력을 감소시켜 추력의 효율을 향상시킬 수 있는 직선운동 가이드를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명의 목적은, 길이 방향으로 길고 단면이 반원이나 다각형인 홈이 형성되고, 홈의 안쪽 면에 영구자석이 배열된 레일과, 상기 레일의 홈과 맞물리는 돌출부가 형성되고 상기 레일에 배열된 영구자석에 대향하는 자석이 돌출부에 배열된 이송체로 구성되어, 상기 레일과 상기 이송체에 배열된 자석들 사이의 척력과 이송체의 중력을 이용하여, 수평 방향의 위치와 수직 방향의 위치를 동시에 구속할 수 있는 자기 부상식 직선운동 가이드에 의해 달성된다.

본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드의 구성 및 실시예를 도면을 참고하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드는, 길이 방향으로 긴 홈과 홈에 맞 물리는 돌출부에 각기 배열된 자석들 사이의 반발력과 이송체의 질량에 의한 중력을 이용하여, 운동 방향으로는 자유로우나, 운동방향에 수직인 단면에서의 수직 방향과 수평 방향으로는 이송체의 위치를 구속하는 것을 기술상의 특징으로 한다.

도 1부터 도 6까지는 본 발명의 제 1 실시예가 되시되어 있는데, 도 1은 그 사시도이고, 도 2는 그 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예는 길이 방향으로 길고 단면이 삼각형인 홈이 형성되고 상기 홈에 영구자석(4)이 배열되는 레일(11)과, 상기 레일의 홈과 맞물리는 돌출부(21)가 형성되고 상기 돌출부에 레일에 배열된 자석(4)과 반대극으로 마주보도록 영구자석(5)이 배열되는 이송체(3)로 구성된다.

상기 영구자석(4,5)의 구성은 도 1에서와 같이 다수 개의 영구자석을 배열할 수도 있고, 도 6에서와 같이 하나의 긴 영구자석(41,51)을 이용할 수도 있다. 이 때 자석의 고정은 접착제를 이용하거나, 홈과 돌출부를 자석에 붙는 재질로 사용하여 자기력을 이용하거나, 별도의 고정을 위한 구조물을 이용할 수 있다. 또한 상기 홈과 돌출부 전체를 자석으로 구성하는 것도 가능하다.

이렇게 구성되는 본 발명의 제 1 실시예의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. 상기 레일과 돌출부에 각기 배열된 자석들 사이의 반발력은 자석 표면과 수직인 방향으로 작용하며, 이송체의 중력으로 아래 방향으로 작용한다. 이 힘들을 이송체의 운동방향과 수직인 면에서의 수직힘과 수평힘으로 분해하여 고려하면, 수평 방향으로는 두 열로 배열된 자석이 각기 오른쪽과 왼쪽방향으로 힘을 가하므로 반발력 사이에 평형을 이루게 되고, 수직방향으로는 두 열로 배열된 자석의 반발력의 합과 이송체의 중력이 평형을 이루게 된다. 이렇게 힘의 평형을 이룬 상태에서 이송체를 오른쪽, 혹은 왼쪽으로 약간 밀면 가까워지는 자석으로부터 받는 반발력이 세지게 되므로 이송체는 원래의 위치를 되돌아오게 된다. 또한 이 이송체를 아래 방향으로 밀면 자석에 의한 반발력에 의해, 위 방향으로 밀면 중력에 의해 원래의 위치로 되돌아오게 된다. 따라서 본 발명의 제 1 실시예의 이송체는 이송 방향과 수직인 평면 상에서 항상 같은 위치로 구속받게 되는 것이다. 이 때, 영구자석의 세기와 홈의 각도는 구속력을 최대화할 수 있는 방향으로 다양하게 조절 가능하다.

도 3 내지 도 4, 도 5은 본 발명의 제 1 실시예에 적용 가능한 홈과 돌출부의 단면을 도시한 것이다. 본 발명의 제 1 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 돌출부(111)가 형성된 레일과 홈(211)이 형성된 이송체로 구성될 수 있다. 또한 홈과 돌출부의 단면은 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 반원 혹은 사각형이 모두 가능하다. 특히, 도 4와 같이 사각형 모양으로 구성할 경우, 수평 방향과 수직 방향의 자석의 세기를 독립적으로 조절할 수 있다는 장점이 있다.

도 6과 도 7에는 본 발명의 제 2 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드는 도 7에 도시된 바와 같이, 레일(11)과 돌출부(21)로 이루어진 본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드의 제 1 실시예 두 개를 평행하게 연결하여 구성하는 것을 그 기술상의 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 제 2 실시예는 두 개의 직선운동 가이드를 이용하여 이송체(3)가 직선운동 가이드의 길이방향을 축으로 회전하는 것을 방지할 수 있으므로 더욱 효과적으로 직선운 동을 안내할 수 있다. 또한 상기 이송체에 대면적의 기판을 올려놓을 경우, 이송체의 상측과 하측에서 모두 기판 처리 공정이 가능하여 반도체나 평판 디스플레이 소자 제작 공정의 기판 이송장치로 적용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 다른 구성이 도시되어 있다. 본 발명의 제 2 실시예는, 두 개의 제 1 실시예를 평행하게 놓는 방법 뿐만 아니라, 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 실시예에서 한쪽 면이 빠진 형태인 레일(12a)과 돌출부(22a)를 좌우 대칭으로 배치하여 구성할 수 있다. 이러한 제 2 실시예는 한 열의 레일과 돌출부 만으로는 수평 방향의 위치를 구속할 수 없지만 도시된 바와 같이 두 열을 사용할 경우에는 수평 방향의 위치를 구속할 수 있다.

본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드에서 레일은 끊김이 없이 계속 이어지는 것이 이상적이다. 하지만 가공의 문제, 혹은 공정상의 한계로 인해 도 9에 도시된 바와 같이 레일이 중간에 끊길 수 있다. 이러한 경우 레일이 끊긴 부분에서 자석의 반발력이 약해지므로 이송체(3)의 뒤쪽이 들리는 문제가 생길 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이 별도의 롤러(6)를 설치하거나, 레일의 끝부분은 다른 부분보다 더 센 영구자석(42)을 사용하는 것이 좋다.

이상과 같은 본 발명의 자기 부상식 직선운동 가이드는 리니어 모터, 렉과 피니언 기어, 볼 스크류, 등과 같은 별도의 추력 발생장치와 연결하여 선형 이송장치를 구성할 수 있다. 특히 리니어 모터와 함께 구성할 경우 이송장치 전체를 비접 촉 방식으로 구성할 수 있는데, 이 때 리니어 모터에 전류를 공급하는 전선의 처리를 쉽게하기 위해, 리니어 모터의 구동 코일을 레일이 부착된 고정체에 설치하고 영구자석을 이송체에 설치하는 것이 좋다.

상기 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 일 예로써, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

이상과 같은 본 발명은 추력을 받아 직선운동을 안내하는 직선운동 가이드를 구성함에 있어서, 비접촉 방식의 자기 부상식 직선운동 가이드를 제공하여, 이송시 발생할 수 있는 분진과 소음을 없애고, 마찰력이 없어 추력의 효율을 향상시키는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 길이 방향으로 길고, 안쪽 면에 영구 자석이 배열된 홈이 형성된 레일과;

   상기 레일의 홈과 맞물리며, 레일에 배열된 자석에 대향하는 영구 자석이 배열된 돌출부가 형성된 이송체로 구성되어;

   하측에 위치한 상기 레일의 자석과 상측에 위치한 상기 이송체의 자석 사이의 척력을 이용하여, 수직 방향의 위치와 수평 방향의 위치를 동시에 구속하는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
2. 길이 방향으로 길고, 바깥 면에 영구 자석이 배열된 돌출부가 형성된 레일과;

   상기 레일의 돌출부와 맞물리며, 레일에 배열된 자석에 대향하는 영구 자석이 배열된 홈이 형성된 이송체로 구성되어;

   하측에 위치한 상기 레일의 자석과 상측에 위치한 상기 이송체의 자석 사이의 척력을 이용하여, 수직 방향의 위치와 수평 방향의 위치를 동시에 구속하는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
3. 상기 1항 내지 2항에 있어서,

   동일한 자기 부상식 직선운동 가이드 두 개를 평행하게 연결하여 구성함으로써, 상기 이송체가 길이 방향을 축으로 회전하는 것을 방지하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
4. 상기 1항과 2항 내지 3항에 있어서, 상기 돌출부와 상기 홈은,

   그 단면이 반원 형태이거나, 다각형 형태인 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
5. 상기 1항과 2항 내지 3항에 있어서,

   상기 영구자석이 길이 방향으로 긴 하나의 자석이거나, 상기 홈과 상기 돌출부 전체가 영구자석인 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
6. 상기 1항과 2항 내지 3항에 있어서,

   상기 레일과 돌출부에 영구자석의 일부 혹은 전부를 전자석으로 대치하는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
7. 상기 1항과 2항 내지 3항에 있어서,

   다수 개의 레일을 길이 방향으로 연결하여 긴 레일을 형성할 경우, 레일과 레일 사이의 영구자석이 없는 간극을 이송체가 지날 때 이송체가 기울어지지 않도록 하기 위하여, 각 레일의 양쪽 끝에는 다른 위치보다 자기력이 더 큰 영구자석을 설치하거나, 별도의 가이드 베어링을 설치하는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드
8. 상기 1항과 2항 내지 3항에 있어서,

   상기 홈과 돌출부의 쌍이 상하가 뒤집힌 구조로 이송체의 상부에 추가로 설치되어, 이송체의 수직 위치의 구속을 추가하는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 직선운동 가이드

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