KR20090082695A

KR20090082695A - 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지

Info

Publication number: KR20090082695A
Application number: KR1020080008606A
Authority: KR
Inventors: 최기봉; 이재종; 김기홍
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-31
Also published as: KR100947857B1

Abstract

본 발명은 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 선형탄성체가 연결되고, 이 선형탄성체에 자체구동이 가능한 이중복합변위구동부와 이중복합선형스프링부를 각각 대응되도록 설치하여 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부에 의해 종래 별도의 구동메카니즘이 생략될 수 있어 설치지역에 제한이 없고, 설치공간을 감소시킬 수 있어 설치비용이 감소되며, 자체구동이 가능하여 구성이 간단함에 따라 휴대 및 이동이 용이하고, 이중복합변위구동부의 이동방향 변위확대에 의해 기생오차를 최소화시켜 이동프레임을 직선운동시킴에 따라 초정밀 부품을 초정밀하게 이동시킬 수 있어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.

초정밀, 위치결정, 스테이지, 선형탄성체, 탄성힌지, 압전소자, 이중복합변위구동

Description

초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지{Linear 2 axes stage for ultraprecisin positioning}

본 발명은 초정밀 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 선형탄성체가 연결되고, 이 선형탄성체에 자체구동이 가능한 이중복합변위구동부와 이중복합선형스프링부를 각각 대응되도록 설치한다.

이와 같은, 스테이지는 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부에 의해 종래 별도의 구동메카니즘이 생략될 수 있어 설치지역에 제한이 없고, 설치공간을 감소시킬 수 있어 설치비용을 감소시킬 수 있다.

그리고 자체구동이 가능하여 구성이 간단함에 따라 휴대 및 이동이 용이하고, 이중복합변위구동부의 이동방향 변위확대에 의해 기생오차를 최소화시켜 이동프레임을 직선운동시킴에 따라 초정밀 부품을 초정밀하게 이동시킬 수 있어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지에 관한 것이다.

일반적으로, 나노 분해능을 갖는 초정밀 위치결정기구는 압전소자 또는 전자기력을 이용하여 물체를 탑재한 이동프레임에 힘을 인가하며, 인가된 힘이 원하는 방향으로만 작용하도록 간단한 탄성체에 의한 스프링기구를 이용하여 운동을 안내하였다.

그러나, 간단한 탄성체에 의한 스프링기구를 이용하여 이동프레임의 운동을 안내하는 경우에는 구동방향으로 이동프레임이 운동함에 따라 구동방향 이외의 방향으로 필요불가결하게 원하지 않는 기생오차가 발생하는 문제점이 있다.

도 1은 종래 1축 선형스프링을 도시한 도면이고, 도 2는 종래 2축 선형 안내기구를 도시한 도면이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 선형스프링(10)은 이동프레임(11)의 양변과 고정단 사이에 각각 한 쌍의 탄성체(12)가 설치된다.

이와 같은 선형스프링(10)은 이동프레임(11)에 힘을 인가시키게 되면, 이동프레임(11)의 양변에 설치된 각 탄성체(12)가 대칭적으로 동일하게 인장됨과 동시에 굽힘 변형된다.

그러나, 상기와 같은 선형스프링(10)은 기생오차를 감소시킬 수 있으나 탄성체(12)의 인장량이 제한되기 때문에 이동프레임(11)의 이동거리가 제한되는 문제점이 있다.

이런 문제점을 해소하기 위해, 도 2에서 도시한 바와 같이, 2축을 갖는 사중선형스프링(20)을 이용하여 인장량을 증가시키고, 기생오차를 감소시키고 있다.

사중선형스프링(20)은 이동프레임(21)의 각 변에 한 쌍의 탄성체(22)가 각각 구비되고, 이 탄성체(22)에는 복합스프링(23)이 연결되어 이동프레임(21)을 x축 또는 y축으로 이동시키게 된다.

복합스프링(23)은 이동부재(24)와 지지대(25) 및 제1, 2탄성체(26, 27)로 구성되며, 이동부재(24)는 이동프레임(21)에 연결된 한 쌍의 탄성체(22)와 연결되고, 지지대(25)는 이동부재(24)의 양측에 각각 위치된다.

제1탄성체(26)는 이동부재(24)와 지지대(25)를 연결시키고, 제2탄성체(27)는 지지대(25)를 고정단에 연결시키게 된다.

이는 이동부재(24)의 인장량을 증가시키기 위한 것으로, 제2탄성체(27)에 의해 지지대(25)가 인장되고, 지지대(25)와 연결된 제1탄성체(26)가 동시에 인장되어 이동부재(24)를 이동시킴으로, 인장량이 증가되는 것이다.

그러나, 상기의 사중선형스프링(20)은 별도의 구동메카니즘이 필요한 것으로, 이 구동메카니즘은 복합스프링(23)을 이동시켜 이동프레임(21)을 변위시켜야 되기 때문에, 별도의 비용이 증가하는 문제점이 있다.

그리고 구동메카니즘은 복합스프링(23)과 접촉하거나 인접한 곳에 위치되어야 함으로, 설치장소에 제약이 따르고, 구조가 복잡한 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 자체 구동이 가능한 이중복합변위구동부를 설치하여 별도의 구동메카니즘을 생략할 수 있고, 그에 따라 설치장소의 제약이 없어지며, 설치공간을 감소시킬 수 있어 설치비용을 감소시킬 수 있다.

그리고 이중복합변위구동부에 의해 자체구동이 가능하여 구성이 간단해 짐에 따라 휴대 및 이동이 용이하게 된다.

또한, 이중복합선형스프링부을 이중복합변위구동부에 대응되도록 이동프레임에 설치하여 기생오차를 최소화시켜 이동프레임을 직선운동시킴에 따라 초정밀 부품을 초정밀하게 이동시킬 수 있어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지를 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 이동프레임, 상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 선형탄성체, 상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 자체 인장 또는 수축되고, 이 인장력 또는 수축력을 증폭시켜 상기 이동프레임을 이동시키는 이중복합변위구동부, 및 상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되고, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동 되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 선형탄성체는 판스프링이다.

그리고, 상기 이중복합변위구동부는, 가되는 전원에 의해 길이방향으로 인장 또는 수축되는 변위플레이트, 기 변위플레이트의 길이방향 양단부에 각각 설치되는 입력플레이트, 기 입력플레이트의 일측에 일단이 연결된 두 개 이상의 제1변위탄성체, 상기 입력플레이트의 타측에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정된 두 개 이상의 제2변위탄성체, 및 상기 각 입력플레이트에 연결된 제1변위탄성체에 양단이 각각 연결되고, 일측단은 상기 선형탄성체에 연결되는 출력플레이트를 포함하여 이루어지고, 상기 변위플레이트의 인장 또는 수축에 의해 입력플레이트가 이동되며, 입력플레이트의 변위에 따라 제1변위탄성체에 연결된 출력플레이트가 변위되어 상기 선형탄성체를 통해 상기 이동프레임을 이동시킨다.

또한, 상기 제1변위탄성체는 상기 입력플레이트와 연결된 단부에서 출력플레이트와 연결된 단부로 갈수록 외측으로 경사지게 형성되고, 상기 제2변위탄성체는 고정된 타단으로 갈수록 외측으로 경사지게 설치된다.

그리고 상기 제1변위탄성체 및 제2변위탄성체는 판스프링이다.

또한, 상기 이중복합선형스프링부는, 상기 선형탄성체에 연결되어 상기 이동프레임 중심방향으로 직선이동되는 선형이동플레이트, 상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트, 상기 선형지지플레이트와 선형이동플레이트를 연결시키는 제1선형스프링, 및 상기 선형지지플레이트의 일측 양단부에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정되는 제2선형스프링을 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제1선형스프링과 제2선형스프링은 판스프링이다.

또한, 상기 이중복합변위구동부와 이중복합선형스프링부는 이동프레임의 마주보는 변에 설치되는 것을 한 세트로 상기 이동프레임에 적어도 두 세트 이상 구비된다.

그리고 상기 이동프레임과 이중복합선형스프링부 사이에 간격센서가 더 구비되어 이동프레임의 이동거리를 측정한다.

또한, 이동프레임, 상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 선형탄성체, 상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 자체 인장되고, 이 인장력을 증폭시켜 상기 이동프레임을 이동시키는 이중복합변위구동부, 및 상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되고, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 선형탄성체는 판스프링이다.

또한, 상기 이중복합변위구동부는, 인가되는 전원에 의해 길이방향으로 인장되는 변위플레이트, 상기 변위플레이트의 길이방향 양단부에 각각 설치되는 입력플레이트, 상기 입력플레이트의 일측에 일단이 연결된 두 개 이상의 제1변위탄성체, 상기 입력플레이트의 타측에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정된 두 개 이 상의 제2변위탄성체, 및 상기 각 입력플레이트에 연결된 제1변위탄성체에 양단이 각각 연결되고, 일측단은 상기 선형탄성체에 연결되는 출력플레이트를 포함하여 이루어지고, 상기 변위플레이트의 인장에 의해 입력플레이트가 이동되며, 입력플레이트의 변위에 따라 제1변위탄성체에 연결된 출력플레이트가 변위되어 상기 선형탄성체를 통해 상기 이동프레임을 이동시킨다.

그리고 상기 변위플레이트는 압전소자(피에조 스택)이다.

또한, 이동프레임, 상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 판스프링으로 이루어진 선형탄성체, 상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 변위플레이트가 인장 또는 수축되고, 이 인장력 또는 수축력이 입력플레이트를 이동시키며, 입력플레이트와 연결된 경사진 판스프링의 제1변위탄성체와 제2변위탄성체에 의해 상기 선형탄성체와 연결된 출력플레이트를 변위시킴에 따라 상기 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부, 및 상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되는 선형이동플레이트와 상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트 및 상기 선형지지플레이트와 연결된 판스프링의 제1선형스프링과 제2선형스프링을 갖으며, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어진다.

그리고 이동프레임, 상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 판스프링으로 이루어진 선형탄성체, 상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 압전소자(피에조 스택)인 변위플레이트가 인장되고, 이 인장력이 입력플레이트를 이동시키며, 입력플레이트와 연결된 경사진 판스프링의 제1변위탄성체와 제2변위탄성체에 의해 상기 선형탄성체와 연결된 출력플 레이트를 변위시킴에 따라 상기 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부, 및 상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되는 선형이동플레이트와 상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트 및 상기 선형지지플레이트와 연결된 판스프링의 제1선형스프링과 제2선형스프링을 갖으며, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지에 의하면, 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부에 의해 종래 별도의 구동메카니즘이 생략될 수 있어 설치지역에 제한이 없고, 설치공간을 감소시킬 수 있어 설치비용이 감소되며, 자체구동이 가능하여 구성이 간단함에 따라 휴대 및 이동이 용이하고, 이중복합변위구동부의 이동방향 변위확대에 의해 기생오차를 최소화시켜 이동프레임을 직선운동시킴에 따라 초정밀 부품을 초정밀하게 이동시킬 수 있어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합변위구동부를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합변위구동부는 작동상태를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합선형스프링부를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합선형스프링부의 작동상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 작동상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 초정밀 스테이지(100)는 이동프레임(110)과 선형탄성체(120), 이중복합변위구동부(130) 및 이중복합선형스프링부(140)로 구성되는 것으로, 이동프레임(110)은 초정밀 부품이 올려지게 된다.

그리고 선형탄성체(120)는 이동프레임(110)의 각 변에 구비되는 것으로, 두 개 이상씩 연결되어 이중복합변위구동부(130) 및 이중복합선형스프링부(140)에서 전달되는 힘에 의해 굽힘변형이 가능하게 형성된다.

이와 같은, 굽힘변형을 위해 선형탄성체(120)는 판스프링으로 이루어짐이 바람직하며, 탄성을 갖고 굽힘변형될 수 있는 물체라면 사용이 가능하다.

이중복합변위구동부(130)는 인가되는 전원에 의해 자체 인장 또는 수축되는 것으로, 이 인장 및 수축을 증폭시켜 이동프레임(110)을 변위시키게 된다.

또한, 이중복합변위구동부(130)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 변위플레이트(131)와 입력플레이트(132), 출력플레이트(133) 및 제1,2변위탄성체(134, 135)로 구성되며, 변위플레이트(131)는 인가되는 전원에 의해 수축 또는 인장된다.

입력플레이트(132)는 변위플레이트(131)의 양단부에 각각 설치되는 것으로, 변위플레이트(131)의 인장 및 수축에 따라 동일하게 이동된다.

그리고 출력플레이트(133)는 변위플레이트(131)의 일 측부에 위치되는 것으로, 이동프레임(110)에 연결된 선형탄성체(120)와 연결된다.

출력플레이트(133)는 변위플레이트(131)의 수축 또는 인장에 의해 이동된 입력플레이트(132)에 의해 변위플레이트(131)의 측방향으로 직선이동되는 것으로, 제1변위탄성체(134)에 의해 입력플레이트(132)와 연결된다.

제1변위탄성체(134)는 입력플레이트(132)와 출력플레이트(133) 사이에 두 개 이상 구비되는 것으로, 이는 입력플레이트(132)의 이동에 따라 출력플레이트(133)가 변위플레이트(131)의 측방향 이동중 틀어지는 것을 방지하게 된다.

다시 말해, 출력플레이트(133)가 변위플레이트(131)의 측방향을 따라 용이하게 직선이동 될 수 있도록 출력플레이트(133)의 양단부를 잡아주는 것으로, 기생오차를 최소화시키기 위한 것이다.

그리고 제2변위탄성체(135)는 입력플레이트(132)와 설치장소의 고정단에 연결되어 이중복합변위구동부(130)의 위치이탈을 방지하고, 입력플레이트(132)의 틀 어짐을 방지하게 된다.

이때, 제1변위탄성체(134)는 입력플레이트(132)와 연결된 단부에서 출력플레이트(133)와 연결된 단부로 갈수록 외측으로 경사지게 형성되고, 제2변위탄성체(135)는 고정된 타단으로 갈수록 외측으로 경사지게 설치된다.

이는, 변위플레이트(131)와 입력플레이트(132)의 변위 방향과 이 변위에 의해 출력플레이트(133)로의 힘 전달방향을 더욱 용이하게 하기 위한 것이다.

또한, 제1변위탄성체(134)와 제2변위탄성체(135)는 판스프링으로 이루어짐이 바람직하며, 탄성을 갖고 굽힘변형될 수 있는 물체라면 사용이 가능하다.

이중복합변위구동부(130)의 작동은 도 5에서 도시한 바와 같이, 인가되는 전원에 의해 변위플레이트(131)가 수축 또는 인장되고, 입력플레이트(132)가 변위된다.

이때, 입력플레이트(132)는 제2변위탄성체(135)에 의해 어느 한쪽으로 기울어지는 것이 방지되어 변위플레이트(131)와 입력플레이트(132)는 설치장소 고정단 쪽 또는 이동프레임(110) 쪽으로 이동시키게 된다.

그리고 입력플레이트(132)의 변위에 의해 제1변위탄성체(134)가 수축 또는 인장되면서 출력플레이트(133)는 변위플레이트(131)의 일측방향으로 이동시키게 된다.

다시 말해, 출력플레이트(133)는 수축 및 인장이 되지 않는 것으로, 입력플레이트(132)의 변위에 의한 제1변위탄성체(134)의 인장 및 수축에 의해 출력플레이트(133)가 변위플레이트(131)와 이동프레임(110) 방향으로 직선이동되는 것이다.

이러한 구조는 변위플레이트(131)의 수축 및 인장을 증폭시켜 출력플레이트(133)를 변위시킴에 따라 출력플레이트(133)와 연결된 선형탄성체(120)에 의해 이동프레임(110)을 변위시킬 수 있는 것이다.

이중복합선형스프링부(140)는 이중복합변위구동부(130)와 대응되도록 이중복합변위구동부(130)가 설치된 이동프레임(110)의 일 변과 마주보는 변에 설치된다.

이중복합선형스프링부(140)는 이중복합변위구동부(130)에 의해 변위되는 이동프레임(110)이 과도하게 변위되는 것을 방지하게되어 이동프레임(110)의 기생오차를 최소화시킬 수 있다.

도 6 및 도 7에서 도시한 바와같이, 이중복합선형스프링부(140)는 선형이동플레이트(141)와 선형지지플레이트(142) 및 제1,2선형스프링(143, 144)으로 구성되는 것으로, 선형이동플레이트(141)는 선형탄성체(120)와 연결되어 이동프레임(110) 중심방향 또는 그 반대방향으로 이동하게 된다.

선형지지플레이트(142)는 선형이동플레이트(141)의 양단부에 위치되는 것으로, 제1선형스프링(143)과 연결되어 선형이동플레이트(141)와 동일한 방향으로 이동하게 된다.

단, 선형지지플레이트(142)는 선형이동플레이트(141)의 이동거리보다 작게 이동되는 것으로, 이중복합변위구동부(130)에 의해 이동되는 이동프레임(110)을 따라 선형이동플레이트(141)가 이동되고, 이 선형이동플레이트(141)의 이동력이 제1선형스프링(143)에 의해 감소되어 선형지지플레이트(142)의 이동이 감소되는 것이다.

그리고 선형지지플레이트(142)는 제2선형스프링(144)에 의해 설치장소 고정단과 연결되어 있는 것으로, 제2선형스프링(144)에 의해 이동량이 감소된다.

다시 말해, 제2선형스프링(144)은 하나의 선형지지플레이트(142)에 적어도 두 개 이상 연결되는 것으로, 선형지지플레이트(142)의 일측 양단부에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소 고정단에 고정된다.

제2선형스프링(144)은 본 발명의 도면에서 제1선형스프링(143)이 설치된 동일한 방향인 제1선형스프링(143)의 외측에 설치되지만, 경우에 따라 제1선형스프링(143)이 연결되지 않은 선형지지플레이트(142)의 타측에 제2선형스프링(144)이 설치될 수도 있다.

이때, 제1선형스프링(143)과 제2선형스프링(144)은 판스프링으로 이루어짐이 바람직하며, 탄성을 갖고 굽힘변형될 수 있는 물체라면 사용이 가능하다.

도 8에 도시한 바와 같이, 초정밀 스테이지(100)는 이중복합변위구동부(130)와 이중복합선형스프링부(140)가 이동프레임(110)의 마주보는 변에 각각 설치되는 것으로, 이동프레임(110) 변의 개수에 따라 다수 개 설치되며, 본 발명에서는 2개의 축방향으로 이동되도록 각 두 개씩 설치된다.

이때, 이동프레임(110)은 짝수 개의 변으로 형성됨이 바람직하다.

그리고 도 9에서 도시한 바와 같이, 이동프레임(110)과 이중복합선형스프링부(140) 사이에 간격센서(150)가 더 구비되어 이동프레임(110)의 변위정도를 측정하게 된다.

간격센서(150)는 이동프레임(110)과 이중복합선형스프링부(140)의 간격변화 에 의해 이중복합변위구동부(130)의 구동량을 신속하게 제어할 수 있도록 하는 것으로, 변위가 극히 미세하거나 과도할 경우 이중복합변위구동부(130)을 작동을 자동으로 제어할 수 있도록 별도의 제어부(미 도시)를 구비함이 바람직하다.

상기 초정밀 스테이지(100)의 다른 실시 예로, 이동프레임(110)과 선형탄성체(120), 이중복합변위구동부(130) 및 이중복합선형스프링부(140)로 구성되는 것으로, 이동프레임(110)은 초정밀 부품이 올려지게 된다.

이중복합변위구동부(130)는 인가되는 전원에 의해 자체 인장되는 것으로, 이 인장을 증폭시켜 이동프레임(110)을 변위시키게 된다.

이때, 변위플레이트(131)는 압전소자(피에조 스택)로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 이중복합변위구동부(130)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 변위플레이트(131)와 입력플레이트(132), 출력플레이트(133) 및 제1,2변위탄성체(134, 135)로 구성되며, 변위플레이트(131)는 인가되는 전원에 의해 인장된다.

입력플레이트(132)는 변위플레이트(131)의 양단부에 각각 설치되는 것으로, 변위플레이트(131)의 인장에 따라 동일하게 이동된다.

출력플레이트(133)는 변위플레이트(131)의 인장에 의해 이동된 입력플레이트(132)에 의해 변위플레이트(131)의 측방향으로 직선이동되는 것으로, 제1변위탄성체(134)에 의해 입력플레이트(132)와 연결된다.

다시 말해, 출력플레이트(133)가 변위플레이트(131)의 측방향을 따라 용이하게 직선이동될 수 있도록 출력플레이트(133)의 양단부를 잡아주는 것으로, 기생오차를 최소화시키기 위한 것이다.

그리고 제2변위탄성체(135)는 입력플레이트(132)와 설치장소의 고정단에 연결되어 이중복합변위구동부(130)의 위치이탈을 방지하고, 입력플레이트(132)의 틀어짐을 방지하게 된다.

이중복합변위구동부(130)의 작동은 도 5에서 도시한 바와 같이, 인가되는 전원에 의해 변위플레이트(131)가 인장되고, 입력플레이트(132)가 변위된다.

그리고 입력플레이트(132)의 변위에 의해 제1변위탄성체(134)가 인장되면서 출력플레이트(133)는 변위플레이트(131)의 일측방향으로 이동시키게 된다.

다시 말해, 출력플레이트(133)는 인장이 되지 않는 것으로, 입력플레이트(132)의 변위에 의한 제1변위탄성체(134)의 인장에 의해 출력플레이트(133)가 변위플레이트(131)와 이동프레임(110) 방향으로 직선이동되는 것이다.

이러한 구조는 변위플레이트(131)의 인장을 증폭시켜 출력플레이트(133)를 변위시킴에 따라 출력플레이트(133)와 연결된 선형탄성체(120)에 의해 이동프레임(110)을 변위시킬 수 있는 것이다.

간격센서(150)는 이동프레임(110)과 이중복합선형스프링부(140)의 간격변화에 의해 이중복합변위구동부(130)의 구동량을 신속하게 제어할 수 있도록 하는 것으로, 변위가 극히 미세하거나 과도할 경우 이중복합변위구동부(130)을 작동을 자동으로 제어할 수 있도록 별도의 제어부(미 도시)를 구비함이 바람직하다.

도 1은 종래 1축 선형스프링을 도시한 도면이고,

도 2는 종래 2축 선형 안내기구를 도시한 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지를 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합변위구동부를 도시한 도면이며,

도 5는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합변위구동부는 작동상태를 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합선형스프링부를 도시한 도면이며,

도 7은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 이중복합선형스프링부의 작동상태를 도시한 도면이고,

도 8은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 작동상태를 도시한 도면이며,

도 9는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 초정밀 스테이지 110 : 이동프레임

120 : 선형탄성체 130 : 이중복합변위구동부

131 : 변위플레이트 132 : 입력플레이트

133 : 출력플레이트 134 : 제1변위탄성체

135 : 제2변위탄성체 140 : 이중복합선형스프링부

141 : 선형이동플레이트 142 : 선형지지플레이트

143 : 제1선형스프링 144 : 제2선형스프링

150 : 간격센서

Claims

이동프레임;

상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 선형탄성체;

상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 자체 인장 또는 수축되고, 이 인장력 또는 수축력을 증폭시켜 상기 이동프레임을 이동시키는 이중복합변위구동부; 및

상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되고, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어지는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제1항에 있어서,

상기 선형탄성체는 판스프링인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제1항에 있어서, 상기 이중복합변위구동부는,

인가되는 전원에 의해 길이방향으로 인장 또는 수축되는 변위플레이트;

상기 변위플레이트의 길이방향 양단부에 각각 설치되는 입력플레이트;

상기 입력플레이트의 일측에 일단이 연결된 두 개 이상의 제1변위탄성체;

상기 입력플레이트의 타측에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정된 두 개 이상의 제2변위탄성체; 및

상기 각 입력플레이트에 연결된 제1변위탄성체에 양단이 각각 연결되고, 일측단은 상기 선형탄성체에 연결되는 출력플레이트를 포함하여 이루어지고,

상기 변위플레이트의 인장 또는 수축에 의해 입력플레이트가 이동되며, 입력플레이트의 변위에 따라 제1변위탄성체에 연결된 출력플레이트가 변위되어 상기 선형탄성체를 통해 상기 이동프레임을 이동시키는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제3항에 있어서,

상기 제1변위탄성체는 상기 입력플레이트와 연결된 단부에서 출력플레이트와 연결된 단부로 갈수록 외측으로 경사지게 형성되고, 상기 제2변위탄성체는 고정된 타단으로 갈수록 외측으로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제3항에 있어서,

상기 제1변위탄성체 및 제2변위탄성체는 판스프링인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제1항에 있어서, 상기 이중복합선형스프링부는,

상기 선형탄성체에 연결되어 상기 이동프레임 중심방향으로 직선이동되는 선형이동플레이트;

상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트;

상기 선형지지플레이트와 선형이동플레이트를 연결시키는 제1선형스프링; 및

상기 선형지지플레이트의 일측 양단부에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정되는 제2선형스프링을 포함하여 이루어지는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제6항에 있어서,

상기 제1선형스프링과 제2선형스프링은 판스프링인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제1항에 있어서,

상기 이중복합변위구동부와 이중복합선형스프링부는 이동프레임의 마주보는 변에 설치되는 것을 한 세트로 상기 이동프레임에 적어도 두 세트 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제1항에 있어서,

상기 이동프레임과 이중복합선형스프링부 사이에 간격센서가 더 구비되어 이동프레임의 이동거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
이동프레임;

상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 선형탄성체;

상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 자체 인장되고, 이 인장력을 증폭시켜 상기 이동프레임을 이동시키는 이중복합변위구동부; 및

상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되고, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이 중복합선형스프링부를 포함하여 이루어지는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제10항에 있어서,

상기 선형탄성체는 판스프링인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제10항에 있어서, 상기 이중복합변위구동부는,

인가되는 전원에 의해 길이방향으로 인장되는 변위플레이트;

상기 변위플레이트의 길이방향 양단부에 각각 설치되는 입력플레이트;

상기 입력플레이트의 일측에 일단이 연결된 두 개 이상의 제1변위탄성체;

상기 입력플레이트의 타측에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정된 두 개 이상의 제2변위탄성체; 및

상기 각 입력플레이트에 연결된 제1변위탄성체에 양단이 각각 연결되고, 일측단은 상기 선형탄성체에 연결되는 출력플레이트를 포함하여 이루어지고,

상기 변위플레이트의 인장에 의해 입력플레이트가 이동되며, 입력플레이트의 변위에 따라 제1변위탄성체에 연결된 출력플레이트가 변위되어 상기 선형탄성체를 통해 상기 이동프레임을 이동시키는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제12항에 있어서,

상기 변위플레이트는 압전소자(피에조 스택)인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제12항에 있어서,

상기 제1변위탄성체는 상기 입력플레이트와 연결된 단부에서 출력플레이트와 연결된 단부로 갈수록 외측으로 경사지게 형성되고, 상기 제2변위탄성체는 고정된 타단으로 갈수록 외측으로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제12항에 있어서,

상기 제1변위탄성체 및 제2변위탄성체는 판스프링인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제10항에 있어서, 상기 이중복합선형스프링부는,

상기 선형탄성체에 연결되어 상기 이동프레임 중심방향으로 직선이동되는 선형이동플레이트;

상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트;

상기 선형지지플레이트와 선형이동플레이트를 연결시키는 제1선형스프링; 및

상기 선형지지플레이트의 일측 양단부에 일단이 연결되고, 타단이 설치장소에 고정되는 제2선형스프링을 포함하여 이루어지는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제16항에 있어서,

상기 제1선형스프링과 제2선형스프링은 판스프링인 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제10항에 있어서,

상기 이중복합변위구동부와 이중복합선형스프링부는 이동프레임의 마주보는 변에 설치되는 것을 한 세트로 상기 이동프레임에 적어도 두 세트 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
제10항에 있어서,

상기 이동프레임과 이중복합선형스프링부 사이에 간격센서가 더 구비되어 이동프레임의 이동거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
이동프레임;

상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 판스프링으로 이루어진 선형탄성체;

상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 변위플레이트가 인장 또는 수축되고, 이 인장력 또는 수축력이 입력플레이트를 이동시키며, 입력플레이트와 연결된 경사진 판스프링의 제1변위탄성체와 제2변위탄성체에 의해 상기 선형탄성체와 연결된 출력플레이트를 변위시킴에 따라 상기 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부; 및

상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되는 선형이동플레이트와 상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트 및 상기 선형지지플레이트와 연결된 판스프링의 제1선형스프링과 제2선형스프링을 갖으며, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이 동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어지는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.
이동프레임;

상기 이동프레임의 각 변에 두 개 이상씩 연결된 판스프링으로 이루어진 선형탄성체;

상기 이동프레임의 어느 한 변에 연결된 선형탄성체에 연결되어 인가되는 전원에 의해 압전소자(피에조 스택)인 변위플레이트가 인장되고, 이 인장력이 입력플레이트를 이동시키며, 입력플레이트와 연결된 경사진 판스프링의 제1변위탄성체와 제2변위탄성체에 의해 상기 선형탄성체와 연결된 출력플레이트를 변위시킴에 따라 상기 이동프레임을 변위시키는 이중복합변위구동부; 및

상기 이중복합변위구동부와 대향되는 상기 이동프레임의 타변에 위치되어 상기 선형탄성체와 연결되는 선형이동플레이트와 상기 선형이동플레이트의 양단부에 각각 위치되어 선형이동플레이트와 동일한 방향으로 이동되는 선형지지플레이트 및 상기 선형지지플레이트와 연결된 판스프링의 제1선형스프링과 제2선형스프링을 갖으며, 상기 이중복합변위구동부에 의해 이동되는 이동프레임을 따라 이동되면서 이동프레임의 좌우·상하 떨림을 방지하여 직선이동시키는 이중복합선형스프링부를 포함하여 이루어지는 초정밀 위치결정용 선형 2축 스테이지.