KR20080107241A - 정압 안내 장치 - Google Patents

Abstract

자석에 의한 흡인력을 이용하는 정압 안내 장치에 있어서, 베어링 면적을 넓게 확보하는 것이다.

정압 안내 장치(10)는 안내대(12)와, 이동대(20)와, 이동대(20)에 부착된 부상량 센서(38)와 제어부(80)를 포함한다. 이동대(20)는 요크(30)와 전자석(32)을 포함하는 자기 흡인부가 매립되는 내측부와, 내측부의 측면과 상면을 덮고 있는 외각부를 갖는다. 내측부는 요크와 전자석(32)을 수납한 후에, 그 주위 등의 틈새 공간이 적당한 강도를 갖는 재료로 충전되고, 외각부와 일체화되어 이동면(22)이 일체로서 평탄화된다. 이동대(20)의 주위에는 포위홈(26)이 설치되고, 여기에 공급된 가압 유체가 안내대(12)를 향하여 분출된다.

정압 안내 장치, 안내대, 이동대, 요크, 평탄화, 가압 유체, 베어링 면적, 자기 흡인

Description

정압 안내 장치{STATIC PRESSURE GUIDE DEVICE}

본 발명은 정압 안내 장치에 관한 것으로서, 특히 일측대와 타측대 사이의 틈새에 가압 유체를 공급하고, 일측대와 타측대 사이를 소정의 부상 간격으로 유지하는 정압 안내 장치에 관한 것이다.

일측대와 타측대 사이의 틈새에 가압 유체를 공급하고, 일측대와 타측대 사이를 소정의 부상 간격으로 유지하는 기구는, 유체 베어링 기구 또는 정압 베어링 기구로 알려져 있다. 정압 베어링 기구를 이용함으로써 일측대와 타측대 사이에 유체로 유지된 틈새를 확보할 수 있고, 일측대와 타측대 사이가 고체 접촉이 아니라 유체를 통한 접촉이 된다. 이에 따라, 일측대와 타측대 사이의 마찰 저항을 대폭으로 저감할 수 있고, 특히 안내 장치 또는 이동 장치에 있어서 저구동력으로 안내 또는 이동 구동을 행하는 것이 가능해진다.

일측대와 타측대 사이의 틈새에 가압 유체를 흘림으로써 예컨대 일측대 또는 타측대의 중량과 유체의 정압이 균형을 이룬 곳에서 부상 틈새가 형성되는데, 그 상태에서는 베어링으로서 강성이 낮고, 부상 틈새가 변동되어 부상 틈새를 정밀하게 관리할 필요가 있는 정밀 안내 장치 또는 정밀 이동 장치에는 적합하지 않다. 따라서, 일측대와 타측대 사이를 흡인하는 수단을 설치하고, 흡인력을 최적화함으로써 고강성화하는 것이 행해진다.

예컨대 특허 문헌 1에는, 안내체에 대하여 가압 유체를 분출하여 이동체를 부상시키는 정압 베어링에 있어서, 자성체인 안내체를 마주보고 이동체에 일체화된 하우징에는 원판형의 자석을 둘러싸고 원환형의 다공체가 배치되는 구성이 개시되어 있다. 여기서는 다공체로부터 분출되는 가압 유체에 의해 이동체가 안내체에 대하여 이간하고, 자석에 의해 이동체가 안내체에 대하여 흡인된다.

또한, 특허 문헌 2에는 안내체에 대하여 가압 유체를 분출하여 이동체를 부상시키는 정압 베어링에 있어서, 이동체에는 도전성 재료 부분을 둘러싸고 가압 기체가 분출되는 환상홈이 배치되고, 안내체는 도전성 재료 부분에 흡착력을 발생시키는 정전 흡착 수단을 갖는 구성이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평 5-71536호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평 11-62965호 공보

특허 문헌 1, 2의 방법 이외에도 진공 흡착법에 의해 서로 부상하는 일측대와 타측대 사이를 흡인하는 방법이 알려져 있다. 이들 방법에 의하면, 일측대와 타측대 사이의 틈새에 가압 유체를 공급하는 한편, 자석에 의한 흡인력 또는 정전 흡착력으로 균형을 잡아 부상 틈새를 최적화하여 강성이 있는 것과 같이 제어할 수 있다.

그러나, 특허 문헌 1의 방법은 자석의 주변에 원환형의 다공체를 설치하여 다공체로부터 가압 유체를 분출시키므로, 자석의 부분이 베어링면으로 되지 않아 대향면 전체를 베어링면으로 이용할 수 없다. 마찬가지로, 진공 흡착법의 경우에도 진공 흡착공의 부분을 베어링면으로 이용할 수 없다. 베어링 면적이 적으면 유체 베어링으로서 강성이 불충분해진다. 이것을 방지하기 위해서는 베어링 면적을 크게 하게 되는데, 그를 위해서는 더 강력한 자석 또는 고진공을 필요로 하게 되어 베어링의 질량이 커지게 된다.

또한, 특허 문헌 2의 방법은 대향면 전체를 베어링면으로 이용할 수 있는 반면, 정전 흡착력은 틈새의 제곱으로 급격하게 작아져 원하는 흡착력을 얻으려면 대형의 정전 장치를 필요로 하게 되어 베어링의 질량이 커지게 된다.

본 발명의 목적은 자석에 의한 흡인력을 이용하면서 베어링 면적을 넓게 확보할 수 있는 정압 안내 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 정압 안내 장치는, 일측대와 타측대 사이의 틈새에 가압 유체를 공급하고, 일측대와 타측대 사이를 소정의 부상 간격으로 유지하는 정압 안내 장치로서, 일측대는, 타측대에 대향하는 일측 대향면에 설치되며, 분출되는 가압 유체를 환상으로 유도하는 포위홈과, 포위홈에 둘러싸이는 부분의 대 내부에 설치되며, 일측대와 타측대를 자기적으로 흡인하는 자기 흡인부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 일측 대향면은 포위홈의 부분을 제외하고 평탄한 하나의 평탄면인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 자기 흡인부는 일측대의 내부에 매립되어 배치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 검출하는 부상 간격 검출 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 타측대는, 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고, 자기 흡인부는 영구 자석을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 타측대는, 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고, 자기 흡인부는 전자석을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 검출하는 틈새 간격 검출 수단과, 전자석에 흘릴 전류를 제어하여, 일측대 와 타측대 사이의 틈새의 간격을 소정 부상 간격으로 제어하는 부상 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 타측대는 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고, 일측대는, 일측 대향면의 포위홈에 둘러싸이는 내측부가 비자성 재료로 구성되고, 포위홈이 설치되는 주위부를 포함하며, 비자성 재료의 내측부를 둘러싸는 외각부가 자성 재료로 구성되고, 자기 흡인부는 외각부에 자기적으로 결합되어 배치되는 영구 자석 또는 전자석을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 타측대는 내부에 매립된 구동 코일을 가지며, 구동 코일에 흘릴 전류를 제어하여 일측대와 타측대 사이의 상대적 이동을 제어하는 구동 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 정압 안내 장치에서, 일측대와 타측대 사이의 틈새에 공급되는 가압 유체는 가압 기체 또는 가압 액체인 것이 바람직하다.

상기 구성 중 적어도 하나에 의해 정압 안내 장치의 일측대의 일측 대향면에 가압 유체가 환상으로 유도되는 포위홈이 설치되고, 자기 흡인부가 포위홈에 둘러싸이는 부분의 대 내부에 설치된다. 이에 따라, 자기 흡인부가 설치되는 부분을 포함시키고 포위홈의 부분을 제외하여, 일측 대향면 전체를 베어링면으로 이용할 수 있으므로, 베어링 면적을 넓게 확보할 수 있다.

또한 정압 안내 장치에서, 일측 대향면은 포위홈의 부분을 제외하고 평탄한 하나의 평탄면이므로, 일측 대향면 전체를 베어링면으로 이용할 수 있다.

또한 정압 안내 장치에서, 자기 흡인부는 일측대의 내부에 매립되어 배치되므로, 일측 대향면을 일체화된 평탄면으로 하기가 용이해진다.

또한 정압 안내 장치에서, 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 검출하는 부상 간격 검출 수단을 구비하므로, 부상 간격을 정확하게 검출하고, 이것을 예컨대 가압 유체압 등의 제어에 이용하여 부상 간격을 제어하는 것이 가능해져 외관 상 무한 강성을 얻을 수 있다.

또한 정압 안내 장치에서, 타측대는 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고, 자기 흡인부는 영구 자석을 포함하므로, 영구 자석과 타측대의 흡인력과 가압 유체의 부상력이 균형을 이루게 함으로써 부상 간격을 소정 범위로 할 수 있다.

또한 정압 안내 장치에서, 타측대는 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고, 자기 흡인부는 전자석을 포함하므로, 전자석과 타측대의 흡인력과 가압 유체의 부상력이 균형을 이루게 함으로써 부상 간격을 소정 범위로 할 수 있다.

또한 정압 안내 장치에서, 부상 간격 검출 수단을 이용하여 전자석에 흘릴 전류를 제어하여 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 소정 부상 간격으로 제어함으로써 외관 상 무한한 강성을 얻을 수 있다.

또한 정압 안내 장치에서, 타측대는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고, 일측대는 포위홈에 둘러싸이는 내측부가 비자성 재료로 구성되고, 포위홈이 설치되는 주위부를 포함하고, 비자성 재료의 내측부를 둘러싸는 외각부가 자성 재료로 구성된다. 그리고 외각부에 자기적으로 결합되어 영구 자석 또는 전자석이 배치된다. 이 구성에 의하면, 일측대의 자성 재료의 부분이 요크로 작용하므로 구성이 간단해진다.

또한 정압 안내 장치에서, 타측대는 내부에 매립된 구동 코일을 가지며, 또한 구동 코일에 흘릴 전류를 제어하여 일측대와 타측대 사이의 상대적 이동을 제어한다. 일측대와 타측대 사이는 유체 베어링 기구에 의해 부상되어 있으므로 마찰을 적게 하여 일측대와 타측대 사이를 원활하게 이동시킬 수 있다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명에 따른 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서는 일측대를 이동대라 하고, 타측대를 안내대라 하고, 이동대의 측을 가압 유체의 공급측이라 하여, 이동대 측에 자기 흡인부를 설치하는 것으로 설명한다. 물론, 가능한 경우에는 이것을 안내대 측을 가압 유체의 공급측이라 하고, 또한 이동대 측에 자기 흡인부를 설치하도록 할 수도 있다.

또한 이하에서는, 이동대가 안내대에 대하여 안내대의 안내 평면 내에서 이동 가능으로 하고, 그 이동 구동 기구를 구비하는 것으로서 정압 안내 장치를 설명하는데, 안내대를 통형의 형상으로 하고, 그 통형의 형상 중에 원주형의 이동대가 배치되고, 이동대는 안내대의 통형의 축방향으로만 이동 가능으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 유체 베어링 기구는 지름 방향의 하중을 받는 소위 레이디얼 베어링으로 기능하게 된다.

또한 이하에서는, 이동대 상에 본딩 툴을 포함하는 본딩 헤드가 탑재되는 예를 설명하는데, 본딩 헤드 이외의 것이 탑재되는 것으로 할 수도 있다. 또한, 이하에서는 이동대의 내부에 배치되는 자기 흡인부로서 경우에 따라 요크와 전자석을 포함하는 구성, 또는 요크와 영구 자석을 사용하는 구성을 설명하나, 이는 예시로서 설명하기 쉬운 구성을 선택하기 위함이며, 물론 전자석의 구성을 영구 자석으로 할 수 있고, 영구 자석의 구성을 전자석으로 할 수도 있다. 또한, 이하에서 설명하는 재료, 치수 등은 설명을 위한 일례로서, 정압 안내 장치의 사양 등에 따라 적당히 변경이 가능하다.

<실시예 1>

도 1은 본딩 장치에 사용되는 정압 안내 장치(10)의 구성도이며, 여기서는 정압 안내 장치(10)를 구성하는 이동대(20)가 단면도로 도시되어 있다. 도 2는 정압 안내 장치(10)를 구성하는 이동대(20)의 바닥면측에서 본 바닥면도이다.

정압 안내 장치(10)는 이동대(20)와, 안내대(12)를 포함하는 기구부와, 기구부의 각 요소를 일체로 작동하도록 제어하는 제어부(80)로 구성된다. 제어부(80)는 컴퓨터와, 기구부와 컴퓨터 사이에 배치되어 접속되는 인터페이스부(50)를 갖는다. 인터페이스부(50)는 컴퓨터로부터의 커맨드에 따라 기구부의 각 요소를 작동시키기 위한 각종 센싱 회로, 각종 구동 회로, 각종 유체 제어 수단 등을 포함한다.

도 1에서는 컴퓨터의 요소로서 CPU(82), 입력부(84), 출력부(86), 기억 장치(88)가 도시되고, 인터페이스부(50)로서 부상량 센서 I/F(52), 유체 공급 I/F(54), 전자석 I/F(56), 이동 구동 I/F(58)가 도시되어 있다. 이들 요소는 서로 내부 버스로 접속되어 있다.

이하에서는 이동대(20)와 안내대(12)를 포함하는 기구부의 각 요소의 설명을 먼저 하고, 다음으로 제어부(80)의 내용을 설명한다.

정압 안내 장치(10)는 이동대(20)와 안내대(12) 사이의 틈새에 가압 유체를 공급하고, 이동대(20)와 안내대(12) 사이를 소정의 부상 간격으로 유지하는 기능을 갖는다. 이러한 기능은 유체 베어링 기능 또는 정압 베어링 기능이라 불린다. 또한, 부상 방향은 도 1에 도시한 Z 방향이다.

또한, 정압 안내 장치(10)는 안내대(12)의 안내 평면 내에서 이동대(20)를 임의의 위치로 이동시켜 위치 결정시키는 기능도 갖는다. 안내대(12)의 안내 평면, 즉 이동 평면은 도 1에 도시한 XY 평면이다. 이러한 정압 안내 장치(10)의 이동대(20) 상에는 도시하지 않은 본딩 툴을 포함하는 본딩 헤드가 탑재된다. 따라서, 정압 안내 장치(10)는 마찰력을 적게 하여 본딩 헤드를 XY 평면 내의 임의의 위치로 이동시켜 위치 결정시키는 기능을 갖는 장치이다.

정압 안내 장치(10)는 기구 부분으로서 안내대(12)와, 이동대(20)와, 또한 이동대(20)에 부착된 부상량 센서(38)를 포함한다. 안내대(12)는 제어부(80)의 유체 공급 I/F(54)를 통하여 가압 유체의 공급을 받고, 전자석 I/F(56)를 통하여 전자적 부상의 제어를 받으며, 이동 구동 I/F(58)에 의해 XY 평면 내에서 이동 구동된다. 부상량 센서(38)의 검출 데이터는 부상량 센서 I/F(52)를 통하여 제어부(80)로 전송되어 부상량의 제어에 이용된다.

안내대(12)는 이동대(20)를 정압 베어링 기구에 의해 지지하는 기능을 갖는 스테이지대이다. 따라서, 안내대(12)와 이동대(20)는 서로 대향하는 한 쌍의 대향면을 가지며, 그 한 쌍의 대향면 사이의 틈새에 가압 유체가 공급되어 정압 베어링이 형성되게 된다. 이와 같이 안내대(12)와 이동대(20)는 정압 베어링을 형성할 때 한 쌍으로 되어 있는 것이므로, 이 한 쌍을 일반적으로 일측대와 타측대라 할 수 있다. 예컨대, 이동대(20)를 이 한 쌍 중 일측대라 한다면, 안내대(12)는 이 한 쌍의 타측대에 해당하게 된다.

안내대(12)의 이동대(20)에 대한 대향면은 안내면(14)이다. 안내면(14)은 이동대(20)로부터 분출되는 가압 유체를 받아들이는 면이며, 그 의미에서 유체 받이면이다. 또한, 안내면(14)은 그 평면 내에서 이동대(20)의 평면 이동을 안내하는 기능도 가지고 있으므로, 그 의미에서 이동 안내면이기도 하다. 따라서, 안내면(14)은 정압 베어링 기구의 부상 틈새의 크기보다 작은 평탄도로 표면이 마감된다. 예컨대, 정압 베어링 기구의 부상 틈새를 약 10μm라 하면, 안내면(14)의 평탄도는 이동대(20)의 이동 범위의 전역에 걸쳐 요철, 구부러짐 등의 종합적인 평탄도가 수 μm 이내로 되는 것이 바람직하다.

이러한 안내대(12)로는 금속 자성 재료를 가공하고, 평탄면 마감을 행한 부재를 사용할 수 있다. 금속 자성 재료로는 예컨대, 공구강, 스테인리스강 중에서 자성체인 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속 자성 재료로 구성될 필요가 있는 것은 안내면(14)을 포함하는 표면 부분의 적당한 두께의 부분이다. 그 이외의 부분은 금속 자성 재료가 아니라도 적당한 기계적 강도를 갖는 재료로 구성할 수 있 다.

이동대(20)는 상기와 같이 안내대(12)와 한 쌍이 되어 정압 베어링 기구를 구성하는 것이다. 그리고, 이동대(20)는 안내대(12)의 안내면(14)에 대하여 분출되는 가압 유체를 환상으로 유도하는 포위홈(26)을 가지며, 또한 안내대(12)와 이동대(20)를 자기적으로 흡인하기 위한 요크(30)와 전자석(32)을 갖는다.

이동대(20)는 안내대(12)의 안내면(14)에 대향하는 면으로 이동면(22)을 갖는다. 이동면(22)은 안내면(14)과 마주보며 그 사이에 가압 유체가 공급되는 유체 틈새를 형성하는 기능을 갖는 면이며, 그 의미에서 유체 공급면이다. 또한, 이동면(22)은 도 1에서 도시한 XY 평면 내에서 이동할 때 안내면(14)에 의해 안내되는 면이기도 하며, 그 의미에서 이동면이라 불리는 것이다. 따라서, 이동면(22)은 안내면(14)과 마찬가지로 정압 베어링 기구의 부상 틈새의 크기보다 작은 평탄도로 표면이 마감되며, 상기와 같이 정압 베어링 기구의 부상 틈새가 약 10μm일 때에는 이동면(22)의 평탄도는 그 전체에 걸쳐 요철, 구부러짐 등의 종합적인 평탄도가 수 μm 이내가 되는 것이 바람직하다.

이동대(20)는, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 3개의 부분으로 나뉜다. 즉, 외각부(24)와, 내측부(28)와, 요크(30)와 전자석(32)을 포함하는 자기 흡인부이다.

외각부(24)는 이동면(22)에 개구되는 포위홈(26)이 설치되는 주위부와, 이동면(22)과 반대측의 부분, 즉 이동면(22)을 바닥면측이라 하였을 때 상면측의 부분인 상면부로 구성되는 부분이다. 바꾸어 말하면, 외각부(24)는 내측부(28)의 측면 과 상면을 덮고 있는 부분이다. 도 2에서는 좌상에서 우하를 향하여 그어진 사선으로 외각부(24)가 도시되어 있다.

포위홈(26)은 외각부(24)의 주위부이며, 이동면(22)에 형성된 균일한 폭과 깊이를 갖는 홈이다. 포위홈(26)의 바닥부에는 수 개소에 구멍(27)이 형성되고, 이들 구멍(27)은 이동대(20)의 내부에 설치되는 가압 유체 유로(29)에 접속된다. 가압 유체 유로(29)는 이동대(20)의 내부 관로이며, 이 중에 유체 공급 I/F(54)의 기능에 의해 가압 유체가 공급된다. 가압 유체 유로(29)에 공급된 가압 유체는 구멍(27)을 통하여 환상의 포위홈(26)에 유도되며, 포위홈(26)으로부터 안내대(12)의 안내면(14)을 향하여 분출되게 된다.

포위홈(26)은 외각부(24)의 주위에 환상으로 배치되는 것이면, 도 2와 다른 형상을 갖는 것일 수도 있다. 예컨대, 평면도에서 원환형으로 외각부(24)의 주위에 배치되는 홈, 타원 형상이며 외각부(24)의 주위에 배치되는 홈, 다각형 형상이며 외각부(24)의 주위에 배치되는 홈 등일 수도 있다. 또한, 외각부(24)의 내측부를 둘러싸는 것이면, 평면도에서 폐쇄된 형상의 홈이 아닐 수도 있다. 예컨대, 평면도에서 나선형 형상으로 배치되고, 양단부가 서로 접속되지 않은 홈일 수도 있다. 또한, 용도에 따라서는 외각부(24)의 주위를 전체에 걸쳐 둘러싸는 것이 아닐 수도, 일부에 홈이 배치되지 않는 주위 부분이 있을 수도 있다. 또한, 외각부(24)의 주위에서 환상으로 가압 기체를 분출하는 구성이면, 외각부(24)의 주위를 둘러싸도록 이산적으로 배치된 복수의 유체 분출 구멍일 수도 있다.

포위홈(26)은 가압 유체를 안내대(12)의 안내면(14)을 향하여 분출시키는 기 능을 갖는 것이다. 따라서, 유체의 흐름의 제어에서 사용되는 자성(自成) 조리개, 오리피스 조리개 등의 기능을 갖는 것으로 할 수 있다. 예컨대 도 1에서, 구멍(27)은 가압 유체 유로(29)로부터 포위홈(26)으로 가압 유체를 분출하는 것이며, 소위 자성 조리개, 또는 오리피스 조리개에 해당한다. 또한 상기 예에서, 이산적으로 배치된 복수의 유체 분출 구멍의 경우, 이들 복수의 구멍을 자성 조리개군 또는 오리피스 조리개군으로 할 수도 있다.

이러한 외각부(24)로는 적당한 강도를 갖는 비자성 재료를 가공하고, 평탄면 마감을 행한 부재를 사용할 수 있다. 적당한 강도를 갖는 비자성 재료로는 비자성 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 알루미늄, 비자성의 스테인리스강 등을 원하는 형상으로 가공한 것을 외각부(24)로 이용할 수 있다.

내측부(28)는 이동대(20)에서 외각부(24)에 둘러싸인 부분이다. 내측부(28)는 자기 흡인부인 요크(30)와 전자석(32)을 이동대(20)의 내부에 수납하는 수납 공간의 기능을 가지며, 또한 요크와 전자석(32)을 수납한 후에, 그 주위 등의 틈새 공간을 적당한 강도를 갖는 재료로 충전하고, 외각부(24)와 일체화하는 기능을 갖는다. 또한 도 1, 2에서, 충전물에 해당하는 곳에 빗금을 그어 도시하였다. 일체화에서 특히 중요한 것은, 외각부(24)와 내측부(28)의 경계에서 분리가 발생하지 않도록 접합이 행해질 것과, 이동면(22)에서 외각부(24)와 내측부(28)의 경계에 요철이 발생하지 않도록 하는 것이다. 이 요철의 한도는 상기와 같이 부상 틈새 이하일 것이 요구된다.

이러한 내측부(28)의 재료로는 그 내부에 자기 흡인부가 설치되므로 비자성 재료가 사용된다. 예컨대, 세라믹 재료, 수지 재료, 비자성 금속 재료 등을 사용할 수 있다. 수지 재료를 사용하는 경우에는, 자기 흡인부를 내측부(28)에 대응하는 수납 공간에 배치한 후, 적당한 수지 성형 기술에 의해 수납 공간에 수지 재료를 충전하고, 외각부(24)와 일체화 성형을 행할 수 있다. 예컨대, 외각부(24)의 내측에 적당한 요철을 마련하고, 일체화 성형 시의 접합 강도의 향상을 도모하는 것이 바람직하다. 일체화 성형 후에 외각부(24)와 내측부(28)를 표면 연삭 또는 표면 연마를 행하여 이동면(22)을 하나의 평탄면으로 마감한다.

이와 같이 하여 이동면(22)이 전체적으로 하나의 평탄면으로 마감되고, 포위홈(26)만이 오목부로서 이동면(22)의 주위부에 배치될 때, 포위홈(26)으로부터 안내면(14)을 향하여 분출된 가압 유체는 포위홈(26)으로 둘러싸인 내측 영역에서는 빠져나갈 곳이 없어 그 영역에서 일정 압력이 된다. 즉, 이동면(22)과 안내면(14)이 마주보는 틈새에서는 포위홈(26)으로 둘러싸인 내측 영역에도 가압 유체의 압력이 공급되어 이 내측 영역이 포위홈(26)이 배치되는 주위부와 함께 정압 베어링 기구의 베어링면이 된다. 이와 같이 이동면(22)을 전체적으로 하나의 평탄면으로 마감하여 이동면(22)의 주위부에 가압 유체가 유도되는 포위홈(26)을 배치함으로써 포위홈(26)의 부분을 제외한 이동면(22) 전체를 정압 베어링 기구의 베어링면으로 이용할 수 있다.

요크(30)와 전자석(32)은 자기 흡인부를 구성한다. 요크(30)는 전자석(32)에 자기적으로 결합되며, 단부가 이동대(20)의 이동면(22) 측을 향하는 자로 부품이고, 전자석(32)에 의해 생성된 자속을 이동면(22) 측으로 유도하고, 이동면(22) 에 대향하여 배치되는 안내대(12)와 자기 회로를 구성하는 기능을 갖는다. 이러한 요크(30)로는 자성 재료를 적당한 형상으로 성형한 것을 사용할 수 있다. 전자석(32)은 여자 코일과 필요에 따라 철심을 갖는 자속 생성 장치이다.

도 1에서, 부상량 센서(38)는 이동면(22)과 안내면(14) 사이의 틈새 간격의 크기를 검출하는 기능을 갖는 센서이다. 이러한 부상량 센서(38)로는 정전 용량형, 자기형, 광학형 등의 적당한 위치 센서 등을 사용할 수 있다. 검출된 틈새 간격의 데이터는 제어부(80)로 전송된다. 또한, 도 1에서는 이동대(20)와 안내대(12) 사이의 부상 간격을 검출하는 수단인 부상량 센서(38)는 하나가 도시되어 있으나, 이동대(20)의 크기, 요구 정밀도 등에 따라 복수의 부상량 센서(38)를 사용할 수 있다.

다음, 제어부(80)의 내용을 설명한다. 제어부(80)는 상기와 같이, CPU(82)와, 키보드, 스위치 등의 입력부(84), 디스플레이 등의 출력부(86), 프로그램 등을 기억하는 기억 장치(88)와 인터페이스부(50)를 포함하며, 이들 요소는 내부 버스로 서로 접속된다. 이러한 제어부(80)는 본딩 장치의 제어에 적합한 제어용 컴퓨터에 적당한 각종 인터페이스 기판을 접속한 제어 장치를 사용할 수 있다. 그리고, 기구부의 작동에 대하여 인터페이스부(50)를 통하여 제어하는 기능은 소프트웨어에 의해 실현할 수 있으며, 구체적으로는, 정압 안내 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 제어 기능의 일부를 하드웨어로 실현하도록 할 수도 있다.

인터페이스부(50)의 전자석 I/F(56)는 전자석(32)의 여자 코일에 전류를 흘리는 기능을 갖는 코일 구동 회로를 포함하여 구성된다. 구체적으로는, 적당한 전 류 증폭기 등으로 구성할 수 있다. 전자석 I/F(56)는 내부 버스를 통하여 CPU(82)에 접속되며, CPU(82)의 커맨드 하에서 작동한다.

전자석 I/F(56)에 의해 전자석(32)의 여자 코일에 전류가 흐르면 자속이 생성되고, 생성된 자속은 요크(30)에 의해 이동면(22) 측으로 유도된다. 그리고, 자속은 요크(30)의 일단측으로부터 자성 재료로 구성되는 안내대(12)로 유도되고, 전자석(32)의 여자 코일부로 되돌아간다. 이와 같이 하여 전자석(32)에 의해 생성된 자속은 요크(30)와 안내대(12)에 의해 형성되는 자기 회로를 흐른다. 이에 따라, 이동면(22)과 안내면(14) 사이의 틈새를 감소시키도록 자기 흡인력이 작용한다.

여기서, 이동면(22)과 안내면(14) 사이의 틈새에 공급되는 가압 유체의 유체압력은 이동면(22)과 안내면(14) 사이의 틈새를 넓히도록 작용하므로, 유체 압력과 자기 흡인력이 균형을 이루도록 함으로써 이동면(22)과 안내면(14) 사이의 틈새를 소정의 부상 간격으로 제어할 수 있다.

인터페이스부(50)의 유체 공급 I/F(54)는 이동대(20)의 가압 유체 유로(29)에 가압 유체를 공급하는 기능을 갖는 유체 제어 수단이다. 구체적으로는, 가압 유체원과 레귤레이터를 포함하여 구성된다. 레귤레이터는 가압 유체의 유체 압력 또는 유량 중 적어도 하나를 조정하는 기능을 갖는 유체 조정기이며, 예컨대 적당한 유체 제어 밸브를 사용할 수 있다. 유체 공급 I/F(54)는 내부 버스를 통하여 CPU(82)에 접속되며, CPU(82)의 커맨드 하에서 작동한다.

이동 구동 I/F(58)는 이동대(20)를 안내대(12)에 대하여 안내면(14)의 평면 내에서 임의의 위치로 이동 구동하고 위치 결정하는 기능을 갖는다. 구체적으로 는, 스테핑 모터 또는 리니어 모터 등의 액추에이터와 액추에이터 구동 회로 등으로 구성된다. 위치 검출 센서를 구비하도록 할 수도 있다. 이동 구동 I/F(58)는 내부 버스를 통하여 CPU(82)에 접속되며, CPU(82)의 커맨드 하에서 작동한다.

이와 같이 제어부(80)는 인터페이스부(50)를 통하여 정압 안내 장치(10)의 다른 요소의 작동을 전체적으로 제어하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 안내면(14)과 이동면(22) 사이의 틈새 간격을 소정의 부상 간격이 되도록 제어하는 부상 제어 기능을 갖는다. 또한, 이동대(20)를 XY 평면 내의 임의의 위치로 이동 구동하고 위치 결정하는 구동 제어 기능을 갖는다.

부상 제어 기능은 부상량 센서(38)의 검출 데이터에 따라 유체 공급 I/F(54)에서 가압 유체의 유체 압력 또는 유량 중 적어도 하나를 조정하고, 이에 따라 안내면(14)과 이동면(22) 사이의 틈새 간격이 전자석(32)의 자기 흡인력과 균형을 이루게 하여 소정의 부상 간격이 되도록 제어하는 기능이다. 예컨대, 부상량 센서(38)의 검출 데이터에 따르면 틈새 간격이 소정의 부상 간격보다 작은 경우, 즉 부상량이 부족할 때에는 유체 공급 I/F(54)에서 가압 유체의 유체 압력을 높게 한다. 또는, 유량을 증가시킨다. 반대로, 부상량 센서(38)의 검출 데이터에 따르면, 틈새 간격이 소정의 부상 간격보다 큰 경우, 즉 부상량이 과대할 때에는 유체 공급 I/F(54)에서 가압 유체의 유체 압력을 낮추거나 유량을 적게 한다.

이와 같이 부상량 센서(38)의 검출 데이터를 유체 공급 I/F(54)에서 유체 제어 밸브의 조정량에 피드백함으로써 안내면(14)과 이동면(22) 사이의 틈새 간격을 소정의 부상 간격으로 제어할 수 있다. 또는 미리 소정의 부상 간격으로부터의 틈 새 간격의 어긋남량에 대응하는 유체 제어 밸브의 조정량을 맵화 등으로 기억해 두고, 부상량 센서(38)의 검출 데이터에 따라 소정의 부상 간격으로부터의 틈새 간격의 어긋남량을 구하고, 맵 등을 참조하여 유체 공급 I/F(54)에서 유체 제어 밸브를 조정하도록 할 수 있다.

구동 제어 기능은 도시하지 않은 입력부로부터의 이동 위치 커맨드에 따라 이동 구동 I/F(58)에서 이동대(20)를 안내대(12)에 대하여 커맨드에 대응하는 위치로 이동 구동하는 기능이다. 구체적으로는, 이동 구동 I/F(58)에 포함되는 액추에이터에 대한 구동 회로에 공급되는 구동 신호에 의해 액추에이터를 작동시킴으로써 제어가 실행된다. 예컨대, 액추에이터가 X 방향의 이동 구동을 위한 X 스테핑 모터와 Y 방향의 이동 구동을 위한 Y 스테핑 모터로 구성될 때에는, 이동 위치 커맨드로부터 현재 위치부터 목표 위치 사이의 차이의 X좌표차와 Y좌표차를 산출한다. 그리고, 산출된 X좌표차에 대응하는 스테핑 펄스를 X 스테핑 모터에 공급하고, 산출된 Y좌표차에 대응하는 스테핑 펄스를 Y 스테핑 모터에 공급한다. 이와 같이 하여 액추에이터를 작동시킴으로써 이동대(20)를 원하는 위치로 이동시키는 제어를 행할 수 있다.

도 3은 이동대의 구성의 변형예를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1, 도 2와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하에서는 도 1, 도 2의 부호를 이용하여 설명한다. 상기 도 1, 도 2에서는 전자석(32)과 요크(30)가 이동대(20)의 외각부(24)에서 이동면(22) 측으로 개구되는 수납 공간에 수납되었다. 즉, 전자석(32)과 요크(30)가 수납 공간에 배치되고, 비자성 재 료로 그 수납 공간이 충전될 때까지 외각부(24)는 이동면(22) 측에 개구되어 있게 된다.

도 3의 이동대(21)는 외각부(25)가 비자성체로 구성되며, 여기서는 이동면(22) 측에는 전자석(32)과 요크(30)를 수납하기 위한 개구가 형성되지 않고, 이동면(22)과 반대측의 부분, 즉 이동면(22)을 바닥면측이라 하였을 때 상면측에 전자석(32)과 요크(30)를 수납하기 위한 개구가 형성된다.

도 3에서는 외각부(25)가 포위홈(26)을 제외하고, 이동면(22)을 일체의 평탄면으로 하여 구성되어 있다. 따라서, 도 1, 도 2의 구성에서는 외각부(24)에 내측부(28)의 재료를 충전하여 일체화한 후에, 이동면(22)을 평탄화하는 공정이 필요하였던 데 반해, 이 구성에서는 이동면(22)을 평탄화하는 공정은 외각부(25)의 형성일 때에만 필요하다. 즉, 전자석(32)과 요크(30)를 외각부(25)에 수납 배치하기 전에 이동면(22)은 평탄화되어 있다. 따라서, 이동면(22)의 평탄화를 용이하게 행할 수 있다.

<실시예 2>

상기한 도 1 등의 예에서는 이동대의 내부에 요크가 수납되고, 외각부는 비자성체로 구성되어 있다. 외각부를 자성체로 구성함으로써 자기 흡인부의 요크를 외각부에서 겸할 수 있다. 도 4는 그러한 정압 안내 장치(60)의 구성을 도시한 단면도이다. 이하에서는 도 1부터 도 3과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하에서는 도 1부터 도 3의 부호를 이용하여 설명한다.

또한, 도 1과 달리 전자석(32)이 생략되고, 후술하는 바와 같이 구동 코일(66)에 의해 이동대(70)가 이동 구동되므로, 제어부(90)에서는 인터페이스부(51)의 구성이 변경되어 있다. 즉, 인터페이스부(51)는 부상량 센서 I/F(52)와, 유체 공급 I/F(54)와, 코일 구동 I/F(92)를 포함하여 구성된다.

도 4의 정압 안내 장치(60)에서, 이동대(70)는 외각부(72)와 내측부(74)로 구성된다. 또한, 안내대(62)는 자성 재료로 구성되는 안내대 본체(64)와, 안내대 본체(64)의 상면측에 배치되는 구동 코일(66)을 포함한다. 구동 코일(66)은 비자성 재료에 매립되며, 그 상면측은 평탄화되고, 이 평탄화된 면이 안내면(15)이 된다. 즉, 안내대(62)는 자성 재료로 구성되는 안내대 본체(64)와, 구동 코일(66)을 매립한 비자성체층의 2체 구조로 되어 있다.

외각부(72)는 자성 재료로 구성된다. 그리고, 도 1과 마찬가지로 이동면(22) 측에 개구를 가지며, 그 개구의 부분이 충전되어 내측부(74)가 되는 것도 도 1과 동일하다. 또한 도 4에서, 충전물에 해당하는 곳에 빗금을 그어 도시하였다. 따라서, 외각부(72)와 내측부(74)의 일체화 및 이동면(22)의 일체적 평탄화에 대한 내용도 도 1과 관련하여 설명한 바와 동일하다. 이러한 외각부(72)의 재료로는 적당한 강도를 갖는 금속 자성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 공구강, 자성을 갖는 스테인리스강을 원하는 형상으로 가공한 것을 외각부(72)로 이용할 수 있다.

내측부(74)는 이동대(70)에서 외각부(72)에 둘러싸인 부분이다. 내측부(74)는 영구 자석(76)을 이동대(70)의 내부에 수납하는 수납 공간의 기능을 가지며, 또 한 영구 자석(76)을 수납한 후에 그 주위 등의 틈새 공간을 적당한 강도를 갖는 재료로 충전하고, 외각부(72)와 일체화시키는 기능을 갖는다. 이러한 내측부(74)의 재료로는 그 내부에 영구 자석(76)이 설치되므로 비자성 재료를 사용할 수 있다. 예컨대, 세라믹 재료, 수지 재료, 비자성 금속 재료 등을 사용할 수 있다.

영구 자석(76)은 자속을 생성하는 기능을 가지며, 자성 재료인 외각부(72)와 함께 자기 흡인부를 구성한다. 따라서, 영구 자석(76)은 외각부(72)와 자기적으로 결합되도록 배치된다.

여기서, 영구 자석(76)에 의해 생성된 자속은 요크로서 기능하는 외각부(72)에 의해 이동면(22) 측으로 유도된다. 그리고, 자속은 외각부(72)의 주위부의 일단측으로부터 자성 재료로 구성되는 안내대(62)로 유도되며, 영구 자석(76)으로 되돌아간다. 이와 같이 하여 영구 자석(76)에 의해 생성된 자속은 요크로서 기능하는 외각부(72)와 안내대(62)에 의해 형성되는 자기 회로를 흐른다. 이에 따라, 이동면(22)과 안내면(15) 사이의 틈새를 감소시키도록 자기 흡인력이 작용하게 된다.

안내대(62)는 상기와 같이, 자성 재료로 구성되는 안내대 본체(64)와, 구동 코일(66)을 매립한 비자성체층의 2체 구조를 갖는다. 구동 코일(66)은 이동대(70)의 외각부(72)의 주위부에 대응하는 위치와 외각부(72)의 중앙부에 대응하는 위치 사이에서 안내면(15)에 평행한 면 내에서 도선이 권회된 것이다. 그 권회 방향은 도 4에 도시한 바와 같이, 외각부(72)가 요크로서 기능하였을 때 이동대(70)와 안내대(62) 사이에 흐르는 자속과 구동 코일(66)의 도선에 흐르는 전류의 상호 작용으로 발생하는 구동력이 안내면(15)에 평행한 방향이 되도록 권회된다. 구동 코 일(66)은 코일 구동 I/F(92)에 접속된다.

여기서, 제어부(90)의 코일 구동 I/F(92)는 구동 코일(66)에 구동 전류를 공급하기 위한 코일 구동 회로를 포함하여 구성된다. 이러한 코일 구동 회로는 적당한 전류 증폭기 등으로 구성할 수 있다. 코일 구동 I/F(92)는 내부 버스를 통하여 CPU(82)에 접속되며, CPU(82)의 커맨드 하에서 작동한다.

이와 같이 구동 코일(66)은 외각부(72)가 요크로서 기능하였을 때 이동대(70)와 안내대(62) 사이에 흐르는 자속을 이용하여 이동대(70)를 안내대(62)에 대하여 안내면(15)에 평행한 평면 내로 이동 구동하는 기능을 갖는다. 바꾸어 말하면, 구동 코일(66)은 리니어 모터의 고정자에 해당하며, 요크의 기능을 갖는 외각부(72)가 리니어 모터의 가동자에 해당한다.

상기와 같이 안내대(62)에 구동 코일(66)을 매립하여 배치함으로써 이동대(70)와 안내대(62) 사이에 흐르는 자속을 이용하여 제어부(90)의 제어 하에서 코일 구동 I/F(92)에서 구동 코일(66)에 구동 전류를 흘려 이동대(70)를 임의의 위치로 이동 구동할 수 있다.

또한, 도 1에서 설명한 구성에서도 안내대(12)에 구동 코일을 매립하고, 요크(30)와 안내대(12) 사이에 흐르는 자속을 이용하여 이동대(20)를 안내대(12)에 대하여 이동 구동시킬 수 있다. 단, 도 1의 구성에서는 요크(30)가 내측부(28) 중에 배치되기 때문에, 이동대(20)의 중앙부에 가까운 곳에서 이동 구동력이 발생하게 된다. 이에 반해, 도 4의 구성에서는 외각부(72)가 요크의 기능을 가지고 있으므로, 이동대(70)의 주변부에서 이동 구동력을 발생시키므로 코일을 감을 스페이스 가 확보하기가 쉽다.

도 5는 이동대의 구성의 변형예를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하에서는 도 1부터 도 4의 부호를 이용하여 설명한다. 도 5의 예는 구동 코일(66)에 의한 이동 구동이 측벽(68)에 의해 제한되는 경우이다. 여기서는 이동대(71)의 외각부(73)의 측벽에도 가압 유체의 분출구(78)가 설치되며, 이에 따라 측벽(68)의 측벽면(69)과 이동대(71)의 측벽면(79) 사이의 틈새에 가압 유체가 공급된다. 이에 따라, 지면 수직 방향의 1축 가이드를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 정압 안내 장치의 구성을 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 이동대의 바닥면측에서 본 바닥면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 이동대의 변형예를 설명하는 도면이다.

도 4는 다른 실시 형태에 있어서, 정압 안내 장치의 구성을 도시한 단면도이다.

도 5는 다른 실시 형태에 있어서, 정압 안내 장치의 변형예를 설명하는 도면이다.

<부호의 설명>

10, 60…정압 안내 장치, 12, 62…안내대,

14, 15…안내면, 20, 21, 70, 71…이동대,

22…이동면, 24, 25, 72, 73…외각부,

26…포위홈, 27…구멍,

28, 74…내측부, 29…가압 유체 유로,

30…요크, 32…전자석,

38…부상량 센서, 50, 51…인터페이스부,

52…부상량 센서 I/F, 54…유체 공급 I/F,

56…전자석 I/F, 58…이동 구동 I/F,

64…안내대 본체, 66…구동 코일,

68…측벽, 69…측벽면,

76…영구 자석, 78…분출구,

79…측벽면, 80, 90…제어부,

82…CPU, 84…입력부,

86…출력부, 88…기억 장치,

92…코일구동I/F

Claims (10)

1. 일측대와 타측대 사이의 틈새에 가압 유체를 공급하고, 일측대와 타측대 사이를 소정의 부상 간격으로 유지하는 정압 안내 장치로서,

   일측대는,

   타측대에 대향하는 일측 대향면에 설치되며, 분출되는 가압 유체를 환상으로 유도하는 포위홈과,

   포위홈에 둘러싸이는 부분의 대 내부에 설치되며, 일측대와 타측대를 자기적으로 흡인하는 자기 흡인부를 갖는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 일측 대향면은 포위홈의 부분을 제외하고 평탄한 하나의 평탄면인 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 자기 흡인부는 일측대의 내부에 매립되어 배치되는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 검출하는 부상 간격 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 타측대는 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고,

   자기 흡인부는 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 타측대는 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고,

   자기 흡인부는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 검출하는 틈새 간격 검출 수단과,

   전자석에 흘릴 전류를 제어하여, 일측대와 타측대 사이의 틈새의 간격을 소정 부상 간격으로 제어하는 부상 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 타측대는 일측대에 대향하는 타측 대향면의 부분이 자성 재료로 구성되고,

   일측대는,

   일측 대향면의 포위홈에 둘러싸이는 내측부가 비자성 재료로 구성되고,

   포위홈이 설치되는 주위부를 포함하며, 비자성 재료의 내측부를 둘러싸는 외각부가 자성 재료로 구성되고,

   자기 흡인부는 외각부에 자기적으로 결합되어 배치되는 영구 자석 또는 전자 석을 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 타측대는 내부에 매립된 구동 코일을 가지며,

   구동 코일에 흘릴 전류를 제어하여 일측대와 타측대 사이의 상대적 이동을 제어하는 구동 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 일측대와 타측대 사이의 틈새에 공급되는 가압 유체는 가압 기체 또는 가압 액체인 것을 특징으로 하는 정압 안내 장치.

Images