KR20090042902A - 제한 회전 모터 및 스캐너에 사용을 위하여 형상기억 물질을 채용한 거울 장착 구조물 및 방법 - Google Patents

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Abstract

제한 회전 모터 시스템에 사용되기 위한 거울 장착 어셈블리가 개시된다. 거울 장착 어셈블리는 형상 기억 물질로 이루어진 칼라와, 칼라에 의해 적용되는 반경방향 힘의 작용하에 제한 회전 모터의 테이퍼된 출력축과 결합하는 테이퍼된 베이스를 포함하는 장착 유닛을 포함한다.
Figure P1020097001005
제한 회전 모터, 거울 장착 어셈블리, 형상 기억 합금, 칼라, 테이퍼, 출력축, 스캐너

Description

제한 회전 모터 및 스캐너에 사용을 위하여 형상기억 물질을 채용한 거울 장착 구조물 및 방법{IMPROVED MIRROR MOUNTING STRUCTURES AND METHODS EMPLOYING SHAPE MEMORY MATERIALS FOR LIMITED ROTATION MOTORS AND SCANNERS}
본 발명은 검류계(galvanometer)와 같은 제한 회전 모터(limited rotation motor), 특히 스캐너에서 광선을 안내하기 위한 목적의 거울과 같은 광학 요소(optical element)를 구동하기 위하여 사용되는 제한 회전 모터에 관계한다.
본 출원은 2006. 06. 16일 출원된 미국 특허출원 제11/454,436호를 우선권으로 주장한다.
제한 회전 모터는 일반적으로 스텝퍼 모터(stepper motor) 및 정속도 모터(constant velocity motor)를 포함한다. 어떤 스테퍼 모터는 넓은 스캔 각도에서 고속 및 고사용률(high duty cycle) 톱니 스캐닝이 요구되는 응용에 매우 적합하다. 예를 들어, 미국 특허 제6,275,319호는 래스터(raster) 스캐닝용 광학 스캐닝 장치를 개시한다.
그러나, 특정한 용도를 위한 제한 회전 모터는 톱니 양식의 스텝 핑(stepping) 및 세틀링(settling) 대신에 두 지점 사이에서 정확하고 일정한 속도로 이동하는 로터(rotor)를 필요로 한다. 이러한 응용에서는 정속도에 이르는 시간이 가능한 짧고 도달된 속도의 오차가 가능한 작을 것이 요구된다. 정속도(constant velocity) 모터는 일반적으로 높은 토크 상수를 제공하며, 타코미터나 위치 센서와 같은 위치 변환기뿐만 아니라, 전형적으로 로터와 로터를 중심축 주위로 회전시키기 위한 구동 회로소자 및 입력 신호 및 피드백 신호에 대응하여 구동 회로소자에 의해 로터를 구동하기 위하여 변환기와 짝을 이루게 되는 피드백 회로를 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제5,424,632호는 통상적인 2-극(two-pole) 제한 회전 모터를 개시한다.
특정한 응용에서 바람직한 제한 회전 모터의 요건은, 거울과 같은 부하(load)의 각 위치(angular position)를 '각 A'에서 '각 B'로 변환시키는 것이 가능한 시스템이며, '각 A' 및 '각 B' 양자는 스캐너의 각 운동 범위 내에 있으며, 임의의 작은 오차 내에서 원하는 속도의 선형성을 유지하면서 임의의 정밀도와 임의의 짧은 시간 내에서 정의된다. 상기 시스템의 최소 응답시간 및 최소 속도 오차 양자는 시스템의 효율적인 작동 대역폭(operating bandwidth)에 의하여 지배된다.
이러한 제한 회전 모터는, 예를 들어 고속 표면 계측(metrology)과 같은 다양한 레이저 스캐닝에 사용될 수 있다. 추가적인 레이저 공정의 적용은 레이저 용접(예를 들어 고속 스팟 용접), 표면처리, 절삭, 천공, 마킹, 트리밍, 레이저 수선, 고감도 프로토타이핑, 다양한 물질에 미세 구조를 형성하거나 밀집한 나노 구 조를 형성하는 것을 포함한다.
이러한 시스템의 공정 속도는 거울 속도, X-Y 스테이지(stage) 속도, 물질 상호간섭 및 열시간상수, 작업되는 타겟 물질의 배치 및 영역, 소프트웨어의 성능 등의 어느 하나 이상에 의해 제한된다. 일반적으로, 거울 속도, 위치 정확성 및 세틀링 시간의 어느 하나 이상이 성능을 제한하는 요소인 경우에, 스캐닝 시스템 대역폭에서 어느 하나의 획기적인 개선은 즉각적인 생산량의 증대로 나타날 수 있다.
또한, 로터축 및 부하(load)의 관성에 역 영향을 미치지 않으며, 또는 부하에 대한 축의 결합에 역 영향을 미치지 않으며, 제한 회전 모터의 축을 위한 부하 장착 구조물(load mounting structure)를 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제한 회전 모터 축에 거울을 장착하는 경우, 어셈블리의 관성을 심하게 증대함이 없이 안정된 결합을 달성하는 것이 바람직하다. 제거 가능한 장착 구조를 제공하여 축상의 거울을 교체 가능하게 하는 것에 대한 필요성은 부착 강도와 관성 질량 사이의 관계에 대하여 추가적인 요청을 부과한다.
따라서, 개선된 제한 회전 모터 시스템에 대한 필요가 있으며, 특히 개선된 작동 대역폭을 제공하는 제한 회전 모터용 로터에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 제한 회전 모터 시스템에 사용되는 거울 장착 어셈블리를 제공한다. 거울 장착 어셈블리는 형상 기억 물질로 이루어진 칼라와, 칼라에 의한 반경방향 힘의 존재하에 제한 회전 모터의 테이퍼된 출력축과 결합하는 테이퍼된 베이스를 구비한 장착 유닛(mounting unit)을 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 칼라는 출력 축 내 개구부의 적어도 일부를 둘러싸며, 또 다른 구현예에 따르면, 칼라는 니켈과 티타늄을 포함하는 합금으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 광학 요소를 제한 회전 모터 축으로부터 제거하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 형상 기억 물질이 마르텐사이트 상태로 변화하도록 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라에 냉매 물질을 적용하는 단계와, 상기 칼라를 제한 회전 모터 축으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 방법은 칼라에 냉매 물질의 적용을 촉진하기 위하여 축 상에 있는 칼라에 칼라 제거 기구를 적용하는 단계를 포함한다.
광학 스캐닝의 적용(optical scanning applications)은, 전형적으로 거울이 모터의 축에 직접 또는 간접적으로 부착될 것을 요구한다. 예를 들어, 클램프(clamp)와 같은 부재가 거울을 축에 부착시킬뿐 아니라 거울을 지지하는 기능을 하기 위하여 채용된다. 거울 내 또는 거울 위에 설치되는 분리할 수 없는 크레들-클램프(cradle-and-clamp) 디자인이 또한 채용되었다. 어떤 경우에는, 축에 있는 횡단 슬롯이나 장착 구조물에 거울이 접합(cemented)되기도 한다.
제한 회전 모터 시스템에 있어서, 질량을 최소화하여 로터 및 부하 어셈블리의 관성을 최소화하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 출원인은 형상 기억 합금이 발명의 일정한 구현예에 따라서 관성에 역 영향을 미치지 않고 부하를 축에 효과적으로 제거 가능하게 고정하는 기구에 이용될 수 있는 것을 알아냈다. 니켈 티타늄 합금(1962년 Naval Ordnance Laboratory에 의해 발견된 이후 Nitinol 이라고 불리기도 함)과 같은 형상 기억 합금은 온도에 따라 형상 변화를 제공하는 것으로 알려졌다. 일반적으로 이러한 합금은 예를 들어, 니켈 티타늄, 니켈 티타늄 니오븀, 니켈 티타늄 철, 니켈 알루미늄, 인듐 티타늄, 구리 아연, 구리 주석, 구리 알루미늄 니켈, 금 카드뮴, 은 카드뮴, 철 백금, 망간 구리, 철 망간 실리콘 및 상기 합금의 추가적인 합금 및 조합을 포함할 수 있다. 형상 기억 합금은 통상적으로 마르텐사이트(martensite)(냉각) 상태에서 오스테나이트(austenite)(가열) 상태로 가열될 때 5%까지 사이즈가 변화된다. 비록 형상 기억 물질이 의료 장비, 전기 전도체, 패스너 및 축 장착 부재 등에 사용되고 제안되었으나, 이러한 물질들이 부착 강도(bond strength)와 관성(inertia)의 트레이드오프(tradeoff)가 이러한 패스너에 과도하게 의존하는 것으로 생각되는 제한 회전 모터에는 사용되지 않았다.
그러나, 출원인은 형상 기억 물질을 테이퍼된(tapered) 장착 구조물과 함께 사용하면 제한 회전 모터 시스템에서 개선된 대역폭을 제공하는 것을 인지하였다. 거울이 간편한 조립 및/또는 제거를 가능하게 하는 방법으로 부착되는 것이 일반적으로 바람직하다. 이것은 시스템의 조립 및 정렬을 용이하게 하며, 거울을 다른 사이즈의 크기나 다른 반사율 범위로 교체하거나, 손상된 거울을 원상태에서 교체하는데 필요하다. 또한, 장착 수단은 거울이 축에 장착되어 적어도 거울 표면에 수직한 방향으로 적절한 구조적 배열을 확보할 수 있도록 하여야 한다. 장착 수단 자체의 관성이 동적인 적용에서 시스템의 성능을 상쇄하지 않으면서, 정적 시스템의 충격 및 진동 환경에 비례하여 견고하여야 하는 것이 중요하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제한 회전 모터에 적용되는 거울 및 로터 어셈블리의 개략도이다.
도 2는 도 1의 거울 및 로터 어셈블리의 2-2 라인에서의 개략 측단면도이다.
도 3은 도 2 단면도의 예시적 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 도3과 유사한 측단면의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 거울 및 로터 어셈블리 일부 구성요소의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 거울 장착 구조물의 직경과 온도 관계의 예시적 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 제한 회전 모터 시스템에 대한 개략도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 구현예에 따른 제한 회전 모터 시스템 개략 측단면도이다.
도 10 및 도 11은 거울 및 로터 어셈블리에 사용되는 조립/해제 기구의 사시도이다.
도 1-3에 도시된 바와 같이, 티타늄 니켈 합금(Ti45%Ni55%)과 같은 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라(collar, 19) 및 테이퍼된 거울 장착 구조물(10)이 본 발명의 일 구현예에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어 칼라(19)는 Intrinsic Devices of San Fracisco, California에 의해 판매되는 Unilok®제품일 수 있다. 축(14)은 지지 베어링(17) 주위를 회전할 수 있다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 테이퍼된 장착 구조물은(10), 그 안에 거울이 납땜이나 기타 고정방법에 의해 부착되는 횡단 슬롯 및 로터 출력축(14) 내의 테이퍼된 개구부(16)에 수용될 수 있는 테이퍼된 베이스(tapered base)(18)를 포함한다. 도 3에서와 같이, 횡단 슬롯은 슬롯 요소(20,22)에 의해 형성된다. 형상 기억 물질로 이루어진 칼라(19)의 사용 및 구조물(10)의 테이퍼된 베이스(18)와 테이퍼된 개구부(16)의 테이퍼된 결합에 의한 조합은, 교체 가능하고 시스템에 관성을 거의 증가시키지 않고 확실하게 부착되며, 거울을 사이즈에 비례하여 지지하고, 입체적인 거울의 배열에 높은 정확성을 갖도록 하는 것을 장착 시스템에 제공한다.
도 4에서와 같이 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 장착 시스템은 형상 기억 물질의 칼라(23)와, 로터 출력축(34)의 테이퍼된 말단을 수용하는 테이퍼된 개구부를 그 베이스(38)에 포함하는 거울 장착 구조물(30)을 포함한다. 구조물(30)은 또한 그 안에 거울(32)이 납땜이나 기타 고정방법에 의해 부착되는 횡단 슬롯을 포함한다. 축(34)은 지지 베어링(21) 주위를 회전할 수 있다. 각 구현예에서, 커플링 유닛의 거울 말단은 직경(diameter)이며 따라서 거울을 지지하는 슬롯의 측면 길이 는 특정한 거울의 사이즈 및 디자인에 요구되는 지지 견고성에 비례하는 길이로 된다. 커플링 유닛의 거울 말단은 요구되는 거울의 지지 길이를 제공하는데 필요한 정도에 따라 원통 형상에서 타원형 또는 다른 형상으로 변형될 수 있다. 슬롯의 깊이도 적절하게 조절될 수 있다. 유닛은 외측에서 일정 각도로 테이퍼지고 특정한 구현예에서 모터 토크에 대하여 자가-로킹되는(self-locking) 길이를 가지며, 형상 기억 물질이 마르텐사이트 상태로 되면 칼라의 원주방향 힘에 의하여 더욱 고정된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 장착 유닛(29)의 베이스(35)는 A로 표시되는 테이퍼 각을 가진다. 테이퍼 각은, 예를들어 약 0.25°에서 약 5°, 바람직하게는 0.75° 에서 3.0°, 더욱 바람직하게는 1°에서 2°사이일 수 있다. 장착 유닛(29)은 축(25)의 테이퍼된 개구부(31) 내로 삽입된다. 형상 기억 합금 칼라(27)는 오스테나이트 상태에서 축(25)의 외경보다 큰 내경(33)을 갖는다. 칼라(27)가 마르텐사이트 상태에 있으면, 칼라의 내경(33)은 축(25)의 외경보다 약간 작다. 장착 유닛(30)은 특정 구현예에서 하나 또는 두개의 회전 스톱(rotation stop, 39)이 위치하는 작은 홀(15)을 한쪽 또는 양쪽 측면에 포함할 수 있다. 회전 스톱(39)은 구조물(29)을 관통하는 양 끝을 갖는 하나의 핀으로 형성되거나, 2개의 분리된 스톱으로 형성될 수 있다. 다른 구현예에서, 장착 유닛(29)은 거울 또는 다른 광학 소자와 일체로 형성될 수 있다. 테이퍼는 도5에서와 같이 선형적일 수 있으며, 또는 다른 구현예에서는 비 선형일 수 있다.
각각의 적용예에 따라 각각 상이한 테이퍼와 칼라 사이의 잠김(locking) 정 도가 요구될 수 있다. 예를 들어, 칼라를 상온으로 가열하기 이전인 광학 시스템의 조립 및 배열 중에는 거울면에 수직한 방향을 축의 각 위치에 따라 손으로 재 조정할 필요가 있을 수 있다. 이러한 적용은 상대적으로 커다란 테이퍼 각을 초래한다. 반대로, 우주선의 발사중과 같이 커다란 가속도를 견뎌야하는 광학 시스템의 적용에 있어서는, 상대적으로 작은 테이퍼 각이 사용될 수 있다.
테이퍼 각과 결합 길이는 자가 잠김 결합(self-locking fit)의 필요와 필요시 쉽게 분리할 수 있는 요구를 상호 보완하는 각과 길이의 범위에서 선정된다. 그러면 형상 기억 합금의 사이즈와 재질은 요구되는 부착 강도를 유지하는데 추가로 필요한 힘만을 제공하도록 선택될 수 있다. 바람직한 잠김 각도는 인치 당 0.03 에서 0.07 인치 사이(약 0.9°에서 약 2.1°사이)이다. 작은 테이퍼 말단(smaller-taper end) 범위의 테이퍼는 매우 타이트하게 결착되는 경향이 있으며, 위쪽 말단에서는 쉽게 이탈된다. 테이퍼가 매우 타이트하게 결착되어 칼라에 의해 적용된 적은 양의 힘에 의해 실질적으로 영구 고정되도록 테이퍼 각과 결합 길이를 디자인 하거나, 반대로, 매우 쉽게 이탈되고 따라서 커다란 토크가 전달되도록 형상 기억 칼라를 사용하여 함께 단단하게 고정하도록 테이퍼 각과 결합 길이를 디자인하는 것도 또한 본 발명의 범위 내이다.
어셈블리의 강성(stiffness)을 최대화하고 관성을 최소화하기 위하여, 출력측(output)을 지지하는 베어링의 내부에 플러그 및 리세스(recess)가 공간을 차지할 수 있다. 그러나, 유닛과 그와 짝이 되는 축 부분이 축의 중심선을 따라 어느 곳에 위치하는 것도 본 발명의 범위 내이다.
칼라의 내경은, 예를 들어 액체 질소를 칼라에 적용하여 형상 기억 물질이 마르텐사이트 상태로 들어가는 온도까지 칼라를 냉각시킴으로써 축으로부터 제거될 수 있다.
도 3의 구현예에서 축이나 포스트의 말단은 짝이 되는 테이퍼의 형상의 속이 빈 동심원의 리세스를 구비하며, 따라서 숫(male) 플러그 형태의 베이스가 리세스에 삽입되어 정위치로 강제되면, 테이퍼는 잠긴다. 이러한 결합은 동일 중심점 관점(in terms of concentricity), 기울어짐, 토크 전달성 및 사용중 헐거워지는 경향 등의 특성에서 최적의 성능을 갖는다. 장착물을 제거할 필요가 있으면, 칼라는 마르텐사이트 상태까지 냉각되며 출력축에서 빠져나온다. 이때 모터나 갈바노미터의 경우 플라이어 같은 기구가 플러그의 평탄부를 죄고, 테이퍼의 디자인과 장착물의 크기에 따라 수 파운드의 축방향 장력이 플라이어와 전방 베어링의 내측 링 사이에, 또는 장착 포스트(미 도시)의 경우 적절한 플랜지, 사이에 적용되어 테이퍼는 손상없이 배출된다.
도 6의 (90)으로 도시된 바와 같이, 칼라는 마르텐사이트 개시(Ms) 온도 이하로 냉각되면 개방되고, 마르텐사이트 종료(Mf) 온도로 냉각되면 최대 직경에 도달된다. 그러면 거울 장착 유닛의 테이퍼된 베이스는 출력축에 부착되어 있는 반면 칼라는 출력축의 말단 위로 미끄러지게 된다. 그리고 칼라는 상온으로의 가열이 허용되며, 오스테나이트(As) 개시 온도에서의 입력된 직경으로 직경이 감소하기 시작하며, 이어서 최소직경(따라서 최대의 반경방향 힘을 제공)및 오스테나이트 종료(As) 온도에 도달된다. 오스테나이트 개시 및 종료 온도는 예를 들어 40℃ 및 105℃, 마르텐사이트 개시 및 종료 온도는 예를 들어 -50℃ 및 -80℃ 일 수 있다. 칼라는 질소, CO₂또는 다른 냉매를 적용하여 냉각시킬 수 있다. 다른 구현예에서, 칼라는 절단되고 교체 될 수 있다. 온도와 칼라 내경 사이의 이력현상(hysteresis) 관계는 도6에 도시되었으며, 칼라에 손상없이 또는 잠김 상태에서 적용된 힘의 감소 없이 재현될 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 로터 축과 거울 장착 구조물을 포함하는 본 발명의 구현예에 따른 스캐너 어셈블리는, 전술한 바와 같이 외부 축(48)을 가지는 회전 로터와, 장착 유닛을 거울(44)과 같은 스캐닝 요소와 축상에 결합시키는 형상 기억 합금 칼라(41)를 구비한 스캐너 모터(40)를 포함한다. 스캐너 어셈블리는 또한 축의 위치를 모니터하기 위하여 로터의 한쪽 끝에 부착된 변환기(42)를 포함한다. 다른 구현예에서, 스캐닝 요소(44)와 위치 변환기(42)는 축의 동일한 한쪽 말단에서 로터에 부착될 수 있다. 시스템은 또한 모터의 속도 및/또는 위치를 제어하기 위하여 도시된 바와 같이 변환기(42)와 모터(40)에 연결된 피드백 제어 시스템(46)을 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 거울 장착 어셈블리는, 축(58)에 확보된(secured) 백아이언(52), 스테이터 코일(54) 및 자석(56)을 포함하는 시스템과 함께 사용될 수 있다. 축(58)은 베어링(64)을 통하여 하우징구조물(미도시)에 회전가능하게 장착되며, 테이퍼된 베이스를 가지는 장착 유닛을 축에 결합하기 위한 형상 기억 합금 칼라(51)를 포함한다. 거울(60)과 같은 스캐너 요소는 장착 유닛에 부착되며, 이에 의해 축에 결합된다. 위치 변환 기(62)는 축(58)의 다른 쪽 말단에 장착된다.
도9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 제한 회전 토크 모터 어셈블리는 전술한 바와 같이 축에 확보된 백아이언(72), 스테이터 코일(74)및 자석(76)을 포함할 수 있다. 거울(80)은 본 발명에 따른 테이퍼된 거울 장착 구조물 형상 기억 합금 칼라(71)를 통하여 축에 부착되며, 축은 베어링을 통하여 하우징 구조물( 미도시)에 회전가능하게 설치된다. 어셈블리(70)는 전술한 바와 같이 위치변환기를 추가로 포함할 수 있다
예를 들어, 이러한 제한 회전 모터는 인쇄회로(PCBs)에 바이어스(또는 홀)을 형성하기 위한 레이저 드릴링 시스템에 사용될 수 있다. 시스템은 PCB를 이송하기 위한 X-Y 스테이지(stage) 뿐만 아니라 갈바노미터에 기초한 한쌍의 X-Y 스캐너 및, 스캐너와 렌즈에 의해 커버되는 필드(field)내에서 회로기판 영역에 병행적인 공정(parallel processing)을 제공하는 스캔 렌즈를 포함할 수 있다. X-Y 스테이지는 전체를 커버하기 위하여 필요한 종과 열을 따라 회로기판을 이송시킨다. 회로기판을 일반적으로 스캔 필드보다 실질적으로 넓다.
본발명의 다른 구현예에 따르면, 이러한 제한 회전모터는 또한 다층-드릴링 (multi-layer drilling) 시스템에 사용될 수 있다. 작동은 목적물에 따라 빔(beam)의 상대적인 움직임이 없이 하나 또는 그 이상의 레이저펄스가 유효 스팟내에서 하나의 홀을 형성하는 홀펀칭(hole punching)(또는 충격 드릴링)을 포함하거나, 트리패닝(드링링 작업중 목적물과 빔 사이의 상대적 이동을 포함하는)을 포함할 수 있다. 트리패닝 동안에 스팟의 직경보다 실질적으로 큰 직경의 홀이 형성 된다. 기판은 기판의 상부 표면에서부터 기판의 노출된 하부 표면까지 바람직하게는 원형으로 트리패닝하는 다수의 레이저 펄스를 사용하여 레이저 천공되나, 타원이나 사각형과 같은 다른 트리패닝 팬턴이 사용될 수도 있다. 예를 들어 레이저 초점 스팟의 트리패닝 패턴 이동은, 빔 스팟이 원하는 경로의 중심에서 시작하여 점차적으로 경로의 외경방향으로 나선상으로 움직이는 것이다. 그 지점에서 빔은 특정한 경로에 필요하다고 정해진 횟수만큼 경로 중심을 궤도 운동하게 된다. 종료되면, 초점 스팟은 중앙으로 나선형으로 되돌아가 다음 명령을 기다린다. 트리패닝 속도의 예는 초당 3 mm 이다. 이러한 드릴링 응용에서, 지점과 지점 사이의 궤적에 관계없이 지점과 지점 사이의 빔의 위치를 빠른 세틀링 시간으로 제공하는 것이 때대로 유리하다.
전체적인 드릴링 시스템의 산출량은 필드내 필요한 홀의 개수, 홀사이즈, 스테이지 속도 등의 많은 인자에 의해 영향받는다. 시스템 대역폭의 개선은 기판 드릴링 시스템내에서 일반적으로 유용할 수 있으며, 이러한 개선은 트리패닝 또는 유사한 동작이 홀 형성을 위하여 사용되는 기판 드릴링 시스템에 특히 유익할 수 있다. 전술한 제한 회전 모터는 전자 패키지, 반도체기판, 및 유사한 공정제품의 기판 드릴링에 사용될 수 있다.
이러한 제한 회전모터는 레이저를 채용한 기판 마킹, 예를 들어 반도체 웨이퍼 및 이와 유사한 기판의 전면 또는 배면의 기판 마킹에 사용될 수 있다. 레이저(diode pumped solid state laser 와 같은)에 의해 형성된 마크는 전면이던지 배면이던지 간에 1D 또는 2D의 매트릭스로 형성될 수 있으며, 다양한 산업표준에 따 라서 형성될 수 있다. 이러한 시스템의 성능은 적어도 부분적으로, 마킹 속도, 밀도 및 품질에 따라 다를 수 있으며 제한 회전 모터 성능의 개선은 마킹속도, 밀도및 품질을 개선시킬 수 있다. 예를 들어 mm/sec로 측정된 전체 필드에 대한 마킹 속도는 레이저 재현율, 스팟 사이즈 및 시스템에 사용된 모터(즉, 저속 및 고속 스캔 디렉션 모터) 속도의 함수이다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 시스템은 예를 들어 전자 산업에서 트레이 위의 패키지 또는 장치의 마킹, 또는 다른 공정 제품의 마킹과 같은 고속마킹에 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 전술한 제한 회전 모터는 레이저 트리밍(trimming) 시스템에 적용될 수 있다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 구현예가 레이저 트리밍 시스템, 또는 기판의 미세가공(micromachining) 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 시스템은, 각각의 장치가 적어도 하나의 측정할 수 있는 특성(저항과 같은)을 가지는 장치(저항기 같은) 어레이의 고속, 정밀 미세가공 방법을 제공할 수 있다. 방법은 a)측정할 수 있는 특성의 수치를 변환하기 위하여 어레이에서 장치를 선택적으로 미세가공하는 단계: b)선택적으로 미세가공하는 단계를 중지하는 단계: c)선택적으로 미세가공하는 단계가 중지된 동안, 측정할 수 있는 특성의 수치를 변환하기 위하여 어레이에서 적어도 하나의 다른 장치를 선택적으로 미세가공하는 단계; 및 d)장치의 측정할 수 있듣 특성의 수치가 원하는 수치범위에 이를때까지 변환시키기 위하여 중지된 선택적으로 미세가공하는 단계를 다시 실행하는 단계를 포함한다. 선택적 미세가공 단계의 적어도 하나는, 장치에 대하여 제1 스캐닝 패턴에 따라 이동할 수 있도록 레이저빔을 생성하고 상대적으로 위치시키고, 제2 스캐닝 패턴을 제1 스캐닝 패턴과 겹치게 하며, 적어도 하나의 장치를 적어도 하나의 레이저펄스에 조사시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 미세가공 시스템은 음향광학편향기(acousto-optic deflector)를 사용하여 수행 는 빠른 스캔패턴을 제공할 수 있고, 전술한 제한 회전 모터를 사용하여 수행되는 제2 저속 스캔패턴에 겹치게 할 수 있다. 일반적으로 음향광학편향기의 접근 또는 퇴출 시간은 수십 마이크세컨드 정도이다. 특정한 구현예에서 개선된 모터속도는 직접적으로 개선된 트리밍 속도를 야기할 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 거울 및 다른 광학요소는 본 발명의 거울 장착시스템을 이용하여 제한 회전 모터축으로부터 손쉽게 장착되거나 제거될 수 있다. 예를 들어 도10 및 도11에서와 같이 제1 파트(102) 및 제2 파트(104)를 포함하는 기구(100)가 제한 회전 모터 축(107)으로부터 클램프 링(106)을 제거하기 위하여 채용될 수 있다. 기구(100)의 제1파트(102)는 상부 판넬(110)과 하부 판넬(112) 사이에 개구부(108)를 포함하며, 기구(100)의 제2 파트(104)는 상부 판넬(114)과 하부 판넬(116) 사이에 개구부를 포함한다. 제2 파트(104)가 제1 파트(102) 내에 수용되는 경우, 칼라(106) 주위에 둘러싸인 공동(enclosed cavity)이 형성된다. 이 공동은 선택적으로 액체 커플링을 포함할 수 있는 개구부(120)를 통하여 접근될 수 있다. 액체질소와 같은 냉매는 칼라(106)가 마르텐사이트 종료 상태로 냉각되도록 하기 위하여 사람이 직접적으로 칼라(106)에 접촉할 필요 없이 개 구부(120)내로 도입될 수 있다. 기구(100)는 또한 느슨해진 칼라(106)를 축(107)으로부터 제거되고 있는 동안에 붙잡는 역할을 할 수 있다.
이러한 칼라와 제거 기구의 사용은 원격위치에서 기구과 냉각 액체와 교체 칼라만이 필요하기 때문에, 원격필드 위치에서의 광학요소의 제거 및 교체를 매우 촉진시킨다.
당 업자는 본발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 개시된 구현예에 다양한 변형 및 수정이 만들어 질 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (29)

  1. 제한 회전 모터 시스템에 사용되는 거울 장착 어셈블리에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 형상 기억 물질로 이루어진 칼라와, 칼라에 의한 반경방향 힘의 존재하에 제한 회전 모터의 테이퍼된 출력축(output shaft)과 결합하는 테이퍼된 베이스를 구비한 장착 유닛을 포함하는 거울 장착 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칼라는 출력축 내의 테이퍼된 개구부의 적어도 일부를 둘러싸는 거울 장착 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 칼라는 니켈과 티타늄을 포함하는 합금으로 이루어지는 거울 장착 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 출력축의 암 말단(female end)과 결합하기 위한 테이퍼된 숫 플러그(male plug)인 거울 장착 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 출력축의 숫 말단(male end)과 결합하기 위한 테이퍼된 암 말단인 거울 장착 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 인치당 약 0.03 인치에서 인치당 약 0.07 인치 사이의 테이퍼 각을 가지는 거울 장착 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장착 유닛은 실리콘 카바이드, 티타늄 및 베릴륨의 어느 하나로 이루어지는 거울 장착 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 거울은 상기 장착 유닛에 거울을 수용하기 위한 수용수단을 통하여 상기 장착 유닛에 결합되는 거울 장착 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 거울은 장착 유닛과 일체로 형성되는 거울 장착 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 선형인 테이퍼를 가지는 거울 장착 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 스캐닝 시스템에 결합되는 거울 장착 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 레이저 드릴링 시스템에 제공되는 거울 장착 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 레이저 마킹 시스템에 제공되는 거울 장착 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 기판 가공 시스템에 제공되는 거울 장착 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 레이저 트리밍 시스템에 제공되는 거울 장착 어셈블리.
  16. 제한 회전 모터 시스템에 사용되는 거울 장착 어셈블리에 있어서, 상기 거울 장착 어셈블리는 거울을 수용하기 위한 수용수단과, 거울 장착 유닛을 출력축에 결합하기 위하여 출력축의 테이퍼된 말단과 짝을 이루는 테이퍼된 베이스와, 형상 기억 합금이 오스테나이트 상태에 있을때 테이퍼된 베이스를 출력축에 확실히 고정하 는 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라를 포함하는 거울 장착 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 칼라는 출력축 내의 테이퍼된 개구부의 적어도 일부를 둘러싸는 거울 장착 어셈블리.
  18. 제16항에 있어서, 상기 칼라는 니켈과 티타늄을 포함하는 합금으로 이루어지는 거울 장착 어셈블리.
  19. 제16항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 출력축의 암 말단(female end)과 결합하기 위한 테이퍼된 숫 플러그(male plug)인 거울 장착 어셈블리.
  20. 제16항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 인치당 약 0.03 인치에서 인치당 약 0.07 인치 사이의 테이퍼 각을 포함하는 거울 장착 어셈블리.
  21. 제16항에 있어서, 상기 장착 유닛은 실리콘 카바이드, 티타늄 및 베릴륨의 어느 하나로 이루어지는 거울 장착 어셈블리.
  22. 제16항에 있어서, 상기 테이퍼된 베이스는 선형인 테이퍼를 가지는 거울 장착 어셈블리.
  23. 제한 회전 모터 시스템에 사용되는 거울 장착 어셈블리에 있어서, 상기 거울 장착 유닛은 거울과, 제한 회전 모터의 출력축 내의 테이퍼된 개구부에 거울 장착 유닛을 결합하기 위한 테이퍼된 베이스와, 거울 장착 유닛의 테이퍼된 베이스와 출력축을 둘러싸는 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라를 포함하는 거울 장착 어셈블리.
  24. 제23항에 있어서, 상기 거울 장착 시스템은 광학 스캐너 시스템에 포함되는 거울 장착 어셈블리.
  25. 제한 회전 모터 시스템에 사용되는 거울 장착 어셈블리에 있어서, 상기 거울 장착 유닛은 거울과, 제한 회전 모터의 출력축 내의 테이퍼된 개구부에 거울 장착 유닛을 결합하기 위한 테이퍼된 베이스와, 거울 장착 유닛의 테이퍼된 베이스와 출력축을 둘러싸는 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라와, 제거하는 동안 냉매 물질이칼라에 적용되면서 칼라를 고정하기 위한 제거 기구를 포함하는 거울 장착 어셈블리.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제거 기구는 냉매 물질과 접촉될 수 있는 칼라의 적어도 일부 주위에 아직 공간이 형성된 칼라를 고정하기 위하여 밀착하는 분리가능한 부분을 포함하는 거울 장착 어셈블리.
  27. 광학 요소를 제한 회전 모터 축으로부터 제거하는 방법에 있어서, 상기 방법은 형상 기억 물질이 마르텐사이트 상태로 변화하도록 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라에 냉매 물질을 적용하는 단계와, 상기 칼라를 제한 회전 모터 축으로부터 제거하는 단계를 포함하는 광학 요소 제거 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 방법은 형상 기억 물질에 냉매 물질의 적용을 촉진하기 위하여 제거 기구를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 광학 요소 제거 방법.
  29. 광학 요소를 제한 회전 모터 축으로부터 제거하는 방법에 있어서, 상기 방법은 광학 요소를 제한 회전 모터 축에 결합하기 위한 패스너(fastener)로 형상 기억 합금으로 이루어진 칼라를 제공하는 단계와, 형상 기억 물질이 마르텐사이트 상태로 변화하여 제한 회전 모터 축으로부터 상기 칼라의 제거를 촉진하기 위하여 칼라에 적용될 수 있는 냉매 물질을 제공하는 단계를 포함하는 광학 요소 제거 방법.
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