KR20150134749A - A flexure-based stack-type parallel stage for two axes driven by differential forces - Google Patents

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KR20150134749A
KR20150134749A KR1020140061943A KR20140061943A KR20150134749A KR 20150134749 A KR20150134749 A KR 20150134749A KR 1020140061943 A KR1020140061943 A KR 1020140061943A KR 20140061943 A KR20140061943 A KR 20140061943A KR 20150134749 A KR20150134749 A KR 20150134749A
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coupled
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upper stage
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최기봉
이재종
김기홍
임형준
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한국기계연구원
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Abstract

The present invention relates to a stack-type 2-axis parallel stage based on an elastic hinge driven by differential force. Two linear driving stages are stacked to cross each other to configure a parallel stage for 2-axis XY driving. Each linear driving stage has a 1-freedom active motion and a 1-freedom passive motion. These motions act perpendicularly to each other. Two driving mechanisms driven by a stack-type piezoelectric element are used for one active motion. The driving mechanisms are disposed at both ends of the linear driving stage to pull a central movement portion by antagonistic forces by each other, and movement portions of the upper and lower stages are coupled to form one body, thereby having a 2-freedom parallel mechanism in which there are finally only two active motions.

Description

차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지 {A flexure-based stack-type parallel stage for two axes driven by differential forces}[0001] The present invention relates to an elastic hinge-based two-axis parallel stage driven by a differential force,

본 발명은 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지에 관한 것으로서, 두 개의 선형 구동용 스테이지를 서로 교차 적층시켜 2축 XY 구동을 위한 병렬형 스테이지로 구성함으로써 원점이 중심에 있으며 2축 방향으로 이동부를 이동시킬 수 있는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지에 관한 것이다.
The present invention relates to an elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by a differential force, wherein two linear driving stages are cross-laminated to each other to form a parallel type stage for two-axis XY driving, The present invention relates to an elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by a differential force capable of moving a movable portion in an axial direction.

일반적으로 초정밀 위치결정기구는 압전소자 또는 전자기력을 이용해 물체를 탑재한 이동부에 힘을 가하여 인가된 힘이 원하는 방향으로 작동하도록 간단한 탄성체에 의한 스프링기구를 이용하여 운동을 안내하였다.In general, a super-precision positioning mechanism uses a piezoelectric element or electromagnetic force to apply a force to a moving part on which an object is mounted, and guides the motion using a spring mechanism by a simple elastic body so that the applied force works in a desired direction.

그런데 압전소자에 의해 구동되는 압전구동 스테이지의 원점은 중심에 위치하지 않도록 설계되어 있다. 이때, 원점이 스테이지의 중심에 있게 하기 위해서는 중앙에 배치된 이동부의 양측에 동일한 압전구동 메커니즘을 배치하여 여기에서 발생하는 힘의 차이인 즉 차분력에 의해 이동부를 구동시키는 방법이 제시되어 있다.However, the origin of the piezoelectric driving stage driven by the piezoelectric element is designed not to be located at the center. At this time, in order for the origin to be located at the center of the stage, the same piezoelectric driving mechanism is arranged on both sides of the moving part disposed at the center, and a method of driving the moving part by the difference of the force generated here,

이와 관련된 종래 기술로는 한국등록특허(10-1066846)인 "압전구동식 초정밀 스캐너 구동장치 및 그 구동방법"이 개시되어 있다.A related art related to this is disclosed in Korean Patent No. 10-1066846 entitled " Piezoelectric driving type ultra precise scanner driving device and driving method thereof ".

그러나 이는 1축 방향으로만 이동부를 구동시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 2축 구동 이상의 경우에는 아직 메커니즘이 개발되지 않은 상태이다.
However, this is configured to drive the moving part in only one axial direction, and in the case of two-axis driving or more, no mechanism has yet been developed.

KR 10-1066846 B1 (2011.09.16.)KR 10-1066846 B1 (September 16, 2011)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 두 개의 선형 구동용 스테이지를 서로 교차 적층시켜 2축 XY 구동을 위한 병렬형 스테이지로 구성함으로써 원점이 중심에 있으며 2축 방향으로 이동부를 이동시킬 수 있는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device having a structure in which two linear driving stages are cross- Axis parallel stage driven by a differential force capable of moving the movable portion in the axial direction.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지는, 베이스; 서로 이격되어 상기 베이스에 고정되는 한 쌍의 고정부, 상기 고정부들에 각각 결합되어 길이방향으로 구동력을 발생시키는 압전 구동부, 상기 압전 구동부들 사이에 배치되고 상기 압전 구동부들에 양측이 결합되어 길이방향으로 이동 가능한 몸체, 및 상기 몸체에 결합되어 폭방향으로 이동 가능한 이동부, 를 포함하는 하부 스테이지; 및 서로 이격되어 상기 베이스에 고정되는 한 쌍의 고정부, 상기 고정부들에 각각 결합되어 길이방향으로 구동력을 발생시키는 압전 구동부, 상기 압전 구동부들 사이에 배치되고 상기 압전 구동부들에 양측이 결합되어 길이방향으로 이동 가능한 몸체, 및 상기 몸체에 결합되어 폭방향으로 이동 가능한 이동부, 를 포함하는 상부 스테이지; 를 포함하여 이루어지며, 상기 하부 스테이지와 상부 스테이지는 상기 베이스의 평면상에서 서로 수직으로 배치되고, 상기 하부 스테이지의 이동부와 상부 스테이지의 이동부가 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by a differential force of the present invention, comprising: a base; A pair of fixed portions spaced apart from each other and fixed to the base, a piezoelectric driving portion coupled to the fixing portions to generate a driving force in the longitudinal direction, a piezoelectric driving portion disposed between the piezoelectric driving portions, And a moving part coupled to the body and movable in the width direction; And a pair of fixed portions spaced apart from each other and fixed to the base, a piezoelectric driving portion coupled to the fixing portions to generate a driving force in the longitudinal direction, and a piezoelectric driving portion disposed between the piezoelectric driving portions, An upper stage including a body movable in a direction and a moving part coupled to the body and movable in a width direction; Wherein the lower stage and the upper stage are vertically disposed on a plane of the base, and the moving part of the lower stage and the moving part of the upper stage are coupled to each other.

또한, 상기 하부 스테이지는 베이스와 이격되어 배치되며, 상기 상부 스테이지는 하부 스테이지의 상측에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.The lower stage may be spaced apart from the base, and the upper stage may be spaced apart from the upper stage.

또한, 상기 하부 스테이지 및 상부 스테이지는, 각각 상기 몸체들의 길이방향 양측과 고정부들이 폭방향으로 형성된 제1탄성힌지들에 의해 프레임과 결합되는 것을 특징으로 한다.The lower stage and the upper stage are coupled to the frame by first elastic hinges formed on both sides in the longitudinal direction of the bodies and the fixing parts in the width direction.

이때, 상기 프레임은 길이방향으로 형성되어 상기 고정부 및 몸체의 폭방향 양측에 한 쌍이 배치되는 것을 특징으로 한다.At this time, the frame is formed in the longitudinal direction, and a pair is arranged on both sides of the fixed portion and the width direction of the body.

또한, 상기 하부 스테이지 및 상부 스테이지는, 각각 상기 몸체가 길이방향으로 형성된 제2탄성힌지에 의해 이동부와 결합되는 것을 특징으로 한다.The lower stage and the upper stage are each coupled to the moving part by a second elastic hinge having the body formed in the longitudinal direction.

이때, 폭방향으로 형성된 한 쌍의 연결부가 상기 이동부의 길이방향 양측에 이격되어 배치되며, 상기 제2탄성힌지는 한 쌍으로 형성되어 하나의 제2탄성힌지에 의해 상기 몸체와 연결부가 연결되고 다른 하나의 제2탄성힌지에 의해 상기 연결부와 이동부가 연결되며, 상기 제2탄성힌지는 연결부의 폭방향 단부에 각각 배치되어 네 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 한다.At this time, a pair of connection portions formed in the width direction are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the moving portion, the second elastic hinges are formed as a pair, the body and the connection portion are connected by one second elastic hinge, The connecting portion and the moving portion are connected by a single second elastic hinge, and the second elastic hinge is disposed at each of the widthwise ends of the connecting portion to form four pairs.

또한, 상기 몸체의 폭방향 양측에 내측으로 돌출부가 형성되고 상기 이동부의 폭방향 양측에 외측으로 돌출부가 형성되어, 상기 제2탄성힌지들의 일단이 돌출부들에 결합되는 것을 특징으로 한다.
In addition, protrusions are formed on both sides in the width direction of the body, protrusions are formed on both sides in the width direction of the moving part, and one end of the second elastic hinges is coupled to the protrusions.

본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지는 2축 방향으로 이동부를 이동시킬 수 있으며, 압전 구동부들의 차분력에 의해 구동되어 이동부의 원점이 중심에 있도록 할 수 있는 장점이 있다.The elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by the differential force of the present invention can move the movable part in the biaxial direction and is driven by the differential force between the piezoelectric actuators, so that the origin of the movable part can be centered have.

또한, 두 개의 스테이지가 상하 적층형으로 형성됨으로써 컴팩트한 설계가 가능하여 구조상 또는 설치장소에 제약이 있는 경우에 제작 및 설치가 용이한 장점이 있다.
In addition, since the two stages are formed as the upper and lower stacked type, a compact design is possible, which is advantageous in that it can be easily manufactured and installed when there is a constraint on the structure or installation place.

도 1 및 도 2는 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하부 스테이지 및 상부 스테이지를 나타낸 상측 평면도.
도 5는 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지를 나타낸 정면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 압전 구동부의 작동전 및 작동후를 나타낸 평면 개략도.1 and 2 are an assembled perspective view and an exploded perspective view showing an elastic hinge-based laminate type biaxial parallel stage driven by a differential force of the present invention.
3 and 4 are top plan views of a lower stage and an upper stage according to the present invention;
5 is a front view of an elastic hinge-based laminate type biaxial parallel stage driven by a differential force of the present invention;
FIGS. 6 and 7 are schematic plan views showing the piezoelectric driver according to the present invention before and after operation;

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by the differential force of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하부 스테이지 및 상부 스테이지를 나타낸 상측 평면도이며, 도 5는 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지를 나타낸 정면도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 압전 구동부의 작동전 및 작동후를 나타낸 평면 개략도이다.1 and 2 are an assembled perspective view and an exploded perspective view showing an elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by a differential force of the present invention, and Figs. 3 and 4 are views showing a lower stage and an upper stage And FIG. 5 is a front view showing an elastic hinge-based laminate type biaxial parallel stage driven by a differential force according to the present invention, and FIGS. 6 and 7 are schematic plan views showing the piezoelectric driver before and after operation of the piezoelectric driver according to the present invention. to be.

도시된 바와 같이 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지(1000)는, 베이스(100); 서로 이격되어 상기 베이스(100)에 고정되는 한 쌍의 고정부(230), 상기 고정부(230)들에 각각 결합되어 길이방향으로 구동력을 발생시키는 압전 구동부(210), 상기 압전 구동부(210)들 사이에 배치되고 상기 압전 구동부(210)들에 양측이 결합되어 길이방향으로 이동 가능한 몸체(240), 및 상기 몸체(240)에 결합되어 폭방향으로 이동 가능한 이동부(250), 를 포함하는 하부 스테이지(200); 및 서로 이격되어 상기 베이스(100)에 고정되는 한 쌍의 고정부(330), 상기 고정부(330)들에 각각 결합되어 길이방향으로 구동력을 발생시키는 압전 구동부(310), 상기 압전 구동부(310)들 사이에 배치되고 상기 압전 구동부(310)들에 양측이 결합되어 길이방향으로 이동 가능한 몸체(340), 및 상기 몸체(340)에 결합되어 폭방향으로 이동 가능한 이동부(350), 를 포함하는 상부 스테이지(300); 를 포함하여 이루어지며, 상기 하부 스테이지(200)와 상부 스테이지(300)는 상기 베이스(100)의 평면상에서 서로 수직으로 배치되고, 상기 하부 스테이지(200)의 이동부(250)와 상부 스테이지(300)의 이동부(350)가 서로 결합되도록 구성된다.As shown in the figure, the elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage 1000 driven by the differential force of the present invention includes a base 100; A pair of fixed portions 230 spaced apart from each other and fixed to the base 100, a piezoelectric driving portion 210 coupled to the fixed portions 230 to generate driving force in the longitudinal direction, A body 240 disposed between the piezoelectric actuators 210 and coupled to both sides of the piezoelectric actuators 210 so as to be movable in the longitudinal direction and a moving unit 250 coupled to the body 240 and movable in the width direction, A lower stage 200; A pair of fixing parts 330 spaced apart from each other and fixed to the base 100, a piezoelectric driving part 310 coupled to the fixing parts 330 to generate driving force in the longitudinal direction, A body 340 disposed between the piezoelectric actuators 310 and coupled to both sides of the piezoelectric actuators 310 to move in the longitudinal direction and a moving unit 350 coupled to the body 340 and movable in the width direction An upper stage 300; And the lower stage 200 and the upper stage 300 are vertically disposed on the plane of the base 100 and the moving part 250 of the lower stage 200 and the upper stage 300 Are coupled to each other.

우선, 베이스(100)는 평판형으로 형성되어 하부 스테이지(200)의 고정부(230)들 및 상부 스테이지(300)의 고정부(330)들이 결합되어 고정되는 부분이다. 이때, 베이스(100)는 하부 스테이지(200) 및 상부 스테이지(300)와 접촉되지 않도록 내측이 상하로 관통된 개방부가 형성될 수 있다.The base 100 is formed in a flat plate shape and is a portion where the fixing portions 230 of the lower stage 200 and the fixing portions 330 of the upper stage 300 are coupled and fixed. At this time, the base 100 may be formed with an opening portion which is vertically penetrated inside so as not to contact the lower stage 200 and the upper stage 300.

하부 스테이지(200)는 길이방향으로 이격되어 배치된 한 쌍의 고정부(230) 사이에 압전 구동부(210), 몸체(240) 및 이동부(250)가 배치되며, 고정부(230)들에는 각각 내측방향에 압전 구동부(210)가 결합된다. 그리고 압전 구동부(210)들 사이에 몸체(240)가 배치되어 몸체(240)의 길이방향 양측이 압전 구동부(210)에 결합된다. 여기에서 압전 구동부(210)는 도 6 및 도 7과 같이 폭방향으로 미는 힘이 발생되는 압전 액추에이터(211)에 의해 연결된 연결 블록(212)들 및 탄성체인 연결 브릿지(213)에 의해 압전 액추에이터(211)가 작동되면 몸체(240)를 압전 구동부(210)쪽으로 잡아당기는 인력이 발생하도록 구성된다. 그리하여 몸체(240)의 양측에 연결된 압전 구동부(210)들에 의해 몸체(240)가 길이방향으로 이동될 수 있도록 구성된다. 또한, 몸체(240)는 내측이 비어있도록 형성되어 내측에 이동부(250)가 배치되며, 이동부(250)는 몸체(240)에 결합되어 폭 방향으로 이동 가능하도록 구성된다. 이때, 이동부(250)는 몸체(240)에 결합되어 압전 구동부(210)의 작동에 의해 몸체(240)와 이동부(250)가 함께 길이방향으로 이동될 수 있으며, 몸체(240)는 폭방향으로 이동될 수 없도록 구성되어 폭방향의 이동이 고정된 상태에서 이동부(250)는 외력에 의해 폭방향으로 이동될 수 있다.The lower stage 200 is provided with a piezoelectric driving part 210, a body 240 and a moving part 250 between a pair of fixed parts 230 spaced apart from each other in the longitudinal direction, And the piezoelectric driver 210 is coupled to each inner side. A body 240 is disposed between the piezoelectric actuators 210 so that both longitudinal sides of the body 240 are coupled to the piezoelectric actuators 210. 6 and 7, the piezoelectric actuators 210 are connected to the piezoelectric actuators 211 by the connecting blocks 212 connected by the piezoelectric actuators 211 generating the pressing force in the width direction and the connecting bridge 213, 211 is actuated, a force to pull the body 240 toward the piezoelectric driver 210 is generated. Thus, the body 240 can be moved in the longitudinal direction by the piezoelectric actuators 210 connected to both sides of the body 240. The body 240 is formed to be hollow inside and the moving unit 250 is disposed inside and the moving unit 250 is coupled to the body 240 to be movable in the width direction. At this time, the moving part 250 is coupled to the body 240, and the body 240 and the moving part 250 can be moved together in the longitudinal direction by the operation of the piezoelectric driving part 210, The moving part 250 can be moved in the width direction by an external force in a state in which the movement in the width direction is fixed.

그리고 이와 같이 구성된 하부 스테이지(200)는 길이방향 양단에 배치된 고정부(230)가 베이스(100)에 결합되어 고정된다. 이때, 하부 스테이지(200)의 길이방향이 X축 방향과 나란하도록 베이스(100)에 결합된다.The lower stage 200 thus configured is fixedly coupled to the base 100 by fixing portions 230 disposed at both ends in the longitudinal direction. At this time, the lower stage 200 is coupled to the base 100 such that the longitudinal direction of the lower stage 200 is parallel to the X axis direction.

상부 스테이지(300)는 상기한 하부 스테이지(200)와 작동 구조가 동일하게 형성될 수 있으며, 상부 스테이지(300)의 이동부(350)와 하부 스테이지(200)의 이동부(250)가 체결수단 등으로 결합될 수 있도록 결합되는 부분만 일부 다르게 형성될 수 있다. 보다 상세하게는 상부 스테이지(300)는 길이방향으로 이격되어 배치된 한 쌍의 고정부(330) 사이에 압전 구동부(310), 몸체(340) 및 이동부(350)가 배치되며, 고정부(330)들에는 각각 내측방향에 압전 구동부(310)가 결합된다. 그리고 압전 구동부(310)들 사이에 몸체(340)가 배치되어 몸체(340)의 길이방향 양측이 압전 구동부(310)에 결합된다. 여기에서 압전 구동부(310)는 폭방향으로 미는 힘이 발생되는 압전 액추에이터(311)에 의해 연결된 연결 블록(312)들 및 탄성체인 연결 브릿지(313)에 의해 압전 액추에이터(311)가 작동되면 몸체(340)를 압전 구동부(310)쪽으로 잡아당기는 인력이 발생하도록 구성된다. 그리하여 몸체(340)의 양측에 연결된 압전 구동부(310)들에 의해 몸체(340)가 길이방향으로 이동될 수 있도록 구성된다. 또한, 몸체(340)는 내측이 비어있도록 형성되어 내측에 이동부(350)가 배치되며, 이동부(350)는 몸체(340)에 결합되어 폭 방향으로 이동 가능하도록 구성된다. 이때, 이동부(350)는 몸체(340)에 결합되어 압전 구동부(310)의 작동에 의해 몸체(340)와 이동부(350)가 함께 길이방향으로 이동될 수 있으며, 몸체(340)는 폭방향으로 이동될 수 없도록 구성되어 폭방향의 이동이 고정된 상태에서 이동부(350)는 외력에 의해 폭방향으로 이동될 수 있다.The upper stage 300 and the lower stage 200 may have the same operation structure and the moving part 350 of the upper stage 300 and the moving part 250 of the lower stage 200 may be coupled to each other by the fastening means Or the like, may be formed to be different from each other. More specifically, the upper stage 300 is provided with a piezoelectric driving part 310, a body 340 and a moving part 350 between a pair of fixed parts 330 spaced apart in the longitudinal direction, 330 are coupled to the piezoelectric driver 310 in the inner direction. A body 340 is disposed between the piezoelectric actuators 310 so that both longitudinal sides of the body 340 are coupled to the piezoelectric actuators 310. Here, when the piezoelectric actuator 311 is operated by the connecting blocks 312 connected by the piezoelectric actuator 311 generating the pushing force in the width direction and the connecting bridge 313 serving as the elastic body, 340 to the piezoelectric driver 310 side. Thus, the body 340 can be moved in the longitudinal direction by the piezoelectric actuators 310 connected to both sides of the body 340. The body 340 is formed to be hollow inside and the moving unit 350 is disposed inside and the moving unit 350 is coupled to the body 340 to be movable in the width direction. At this time, the moving part 350 is coupled to the body 340, and the body 340 and the moving part 350 can be moved together in the longitudinal direction by the operation of the piezoelectric driving part 310, The moving part 350 can be moved in the width direction by an external force in a state in which the movement in the width direction is fixed.

그리고 이와 같이 구성된 상부 스테이지(300)는 길이방향 양단에 배치된 고정부(330)가 베이스(100)에 결합되어 고정된다. 이때, 상부 스테이지(300)의 길이방향이 Y축 방향과 나란하도록 베이스(100)에 결합된다.In the upper stage 300 configured as described above, the fixing portions 330 disposed at both ends in the longitudinal direction are coupled and fixed to the base 100. At this time, the upper stage 300 is coupled to the base 100 such that the longitudinal direction of the upper stage 300 is parallel to the Y axis direction.

여기에서 하부 스테이지(200)와 상부 스테이지(300)는 베이스(100)의 평면상에서 서로 수직으로 배치된다. 즉, 하부 스테이지(200)는 길이방향이 X축 방향과 나란하도록 베이스(100)의 상측에 결합되고, 상부 스테이지(300)는 길이방향이 Y축 방향과 나란하도록 하부 스테이지(200)의 상측에 배치되어 베이스(100)에 결합된다. 이때, 베이스(100)는 Y축 방향 양측 상면에 돌출부(110)가 형성되어 상부 스테이지(300)의 고정부(330)가 결합될 수 있다.Here, the lower stage 200 and the upper stage 300 are disposed perpendicular to each other on the plane of the base 100. That is, the lower stage 200 is coupled to the upper side of the base 100 such that the longitudinal direction thereof is parallel to the X axis direction, and the upper stage 300 is coupled to the upper stage 200 on the upper side of the lower stage 200 And is coupled to the base 100. At this time, protrusions 110 are formed on the upper surfaces of both sides of the base 100 in the Y axis direction so that the fixing portions 330 of the upper stage 300 can be coupled.

또한, 하부 스테이지(200)의 이동부(250)와 상부 스테이지(300)의 이동부(350)가 서로 결합되도록 구성된다.The moving part 250 of the lower stage 200 and the moving part 350 of the upper stage 300 are coupled to each other.

그리하여 하부 스테이지(200)의 이동부(250)는 압전 구동부(210)들의 인력의 차이인 차분력에 의해 원점이 중심에 있는 상태에서 이동부(250)가 X축 방향으로 이동될 수 있으며, 상부 스테이지(300)의 이동부(350)는 압전 구동부(310)들의 인력의 차이인 차분력에 의해 원점이 중심에 있는 상태에서 이동부(350)가 Y축 방향으로 이동될 수 있다.Accordingly, the moving part 250 of the lower stage 200 can be moved in the X-axis direction in a state where the origin is at the center by the differential force, which is a difference in attraction force of the piezoelectric driving parts 210, The moving part 350 of the stage 300 can be moved in the Y axis direction in a state where the origin is at the center by the differential force which is the difference of attraction force of the piezoelectric driving parts 310. [

이때, 하부 스테이지(200)의 이동부(250)와 상부 스테이지(300)의 이동부(350)가 결합되어 있는 상태이므로, 하부 스테이지(200)의 압전 구동부(210)들의 작동에 의해 하부 스테이지(200)의 이동부(250)가 X축 방향으로 이동되면 이에 결합된 상부 스테이지(300)의 이동부(350)는 X축 방향으로 함께 이동될 수 있으며, 마찬가지로 상부 스테이지(300)의 압전 구동부(310)들의 작동에 의해 상부 스테이지(300)의 이동부(350)가 Y축 방향으로 이동되면 이에 결합된 하부 스테이지(200)의 이동부(250)는 Y축 방향으로 함께 이동될 수 있다.At this time, since the moving part 250 of the lower stage 200 and the moving part 350 of the upper stage 300 are coupled to each other, operation of the piezoelectric driving parts 210 of the lower stage 200 causes the lower stage 200 The moving part 350 of the upper stage 300 coupled to the moving part 250 of the upper stage 300 can be moved together in the X axis direction, When the moving part 350 of the upper stage 300 is moved in the Y axis direction by the operation of the lower stage 200, the moving part 250 of the lower stage 200 coupled thereto can be moved together in the Y axis direction.

그리하여 하부 스테이지(200)와 상부 스테이지(300)가 수직인 방향으로 배치되어 이동부(250,350)들이 결합됨으로써, 2축 XY 방향으로 이동부가 이동될 수 있다.Thus, the lower stage 200 and the upper stage 300 are disposed in the vertical direction, and the moving units 250 and 350 are coupled to move the moving unit in the two-axis X and Y directions.

이와 같이 본 발명의 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지는 2축 방향으로 이동부를 이동시킬 수 있으며, 압전 구동부들의 차분력에 의해 구동되어 이동부의 원점이 중심에 있도록 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 두 개의 스테이지가 상하 적층형으로 형성됨으로써 컴팩트한 설계가 가능하여 구조상 또는 설치장소에 제약이 있는 경우에 제작 및 설치가 용이한 장점이 있다.As described above, the elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage driven by the differential force of the present invention can move the movable part in the biaxial direction and can be driven by the differential force between the piezoelectric actuators, There are advantages. In addition, since the two stages are formed as the upper and lower stacked type, a compact design is possible, which is advantageous in that it can be easily manufactured and installed when there is a constraint on the structure or installation place.

또한, 상기 하부 스테이지(200)는 베이스(100)와 이격되어 배치되며, 상기 상부 스테이지(300)는 하부 스테이지(200)의 상측에 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 베이스(100)에 하부 스테이지(200)의 고정부(230) 및 상부 스테이지(300)의 고정부(330)만 결합되어 고정되고 나머지 부분은 서로 이격되어 배치됨으로써, 하부 스테이지(200) 및 상부 스테이지(300)의 압전 구동부(210), 몸체(240,340) 및 이동부(250,350)들이 서로 접촉되지 않고 원활하게 구동 및 이동될 수 있다.The lower stage 200 may be spaced apart from the base 100 and the upper stage 300 may be spaced apart from the upper stage 200. That is, only the fixed portion 230 of the lower stage 200 and the fixed portion 330 of the upper stage 300 are fixedly coupled to the base 100 and the remaining portions are spaced apart from each other, The piezoelectric driving part 210, the bodies 240 and 340, and the moving parts 250 and 350 of the upper stage 300 can be smoothly driven and moved without being in contact with each other.

또한, 상기 하부 스테이지(200) 및 상부 스테이지(300)는, 각각 상기 몸체(240,340)들의 길이방향 양측과 고정부(230,330)들이 폭방향으로 형성된 제1탄성힌지(221,321)들에 의해 프레임(220,320)과 결합될 수 있다.The lower stage 200 and the upper stage 300 are fixed to the frames 220 and 320 by the first elastic hinges 221 and 321 having both longitudinal sides of the bodies 240 and 340 and the fixing parts 230 and 330 formed in the width direction, ). ≪ / RTI >

즉, 하부 스테이지(200)를 일례로 설명하면, 하부 스테이지(200)는 프레임(220) 및 다수개의 제1탄성힌지(221)를 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 프레임(220)은 한 쌍이 길이방향으로 나란하게 이격되어 몸체(240)의 바깥쪽에 배치되어, 프레임(220)의 길이방향 양단과 고정부(230)가 폭방향으로 형성된 제1탄성힌지(221)에 의해 결합되어 연결되며, 몸체(240)의 길이방향 양단의 돌출된 부분과 프레임(220)이 폭방향으로 형성된 제1탄성힌지(221)에 의해 결합되어 연결된다. 그리하여 압전 구동부(210)의 작동에 의해 몸체(240)가 길이방향으로 이동되었다가 압전 구동부(210)의 작동되지 않으면 제1탄성힌지(221)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀될 수 있다. 이때, 하부 스테이지(200)의 몸체(240)의 폭에 비해 길이방향 양단에 돌출된 돌출부의 폭이 좁게 형성되고 고정부(230)의 폭도 몸체(240)보다 작게 형성됨으로써 제1탄성힌지(221)의 길이가 길게 형성될 수 있어, 압전 구동부(210)를 통해 몸체(240)로 전달되는 힘이 작더라도 원활하게 몸체가 이동될 수 있다. 그리고 상부 스테이지(300)도 하부 스테이지(200)와 동일한 구조로 형성되어 압전 구동부(310)의 작동이 멈추면 원래의 위치로 몸체(340)가 복귀될 수 있다.For example, the lower stage 200 may include a frame 220 and a plurality of first elastic hinges 221. In this case, the frame 220 may have a pair of lengths And both ends in the longitudinal direction of the frame 220 and the fixing portion 230 are coupled and connected by a first elastic hinge 221 formed in the width direction, And the frame 220 is coupled and coupled by a first elastic hinge 221 formed in the width direction. When the body 240 is moved in the longitudinal direction by the operation of the piezoelectric driving part 210 and the piezoelectric driving part 210 is not operated, it can be returned to its original position by the elastic force of the first elastic hinge 221. The width of the protrusions protruding from both ends in the longitudinal direction of the lower stage 200 is narrower than the width of the body 240 of the lower stage 200. The width of the fixing portion 230 is smaller than that of the body 240, The body can be smoothly moved even if the force transmitted to the body 240 through the piezoelectric driving part 210 is small. The upper stage 300 is formed in the same structure as the lower stage 200, so that the body 340 can be returned to its original position when the operation of the piezoelectric driving unit 310 is stopped.

이때, 상기 프레임(220,320)은 길이방향으로 형성되어 상기 고정부(230,330) 및 몸체(240,340)의 폭방향 양측에 한 쌍이 배치될 수 있다. 즉, 한 쌍으로 나란하게 배치된 프레임(220,320)에 제1탄성힌지(221,321)로 연결된 압전 구동부(210,310) 및 몸체(240,340)가 Z축 방향으로 견고하게 지지될 수 있어, 압전 구동부(210,310) 및 몸체(240,340)가 XY축 방향으로 원활하게 작동 및 이동될 수 있다. 여기에서 제1탄성힌지(221,321)는 Z축(상하)방향의 평면으로 형성된 판형 탄성체가 될 수 있다.At this time, the frames 220 and 320 may be formed in the longitudinal direction, and a pair of the frames 220 and 320 may be disposed on both sides of the fixing portions 230 and 330 and the bodies 240 and 340 in the width direction. That is, the piezoelectric actuators 210 and 310 and the bodies 240 and 340 connected to the frames 220 and 320 arranged in parallel by the first elastic hinges 221 and 321 can be firmly supported in the Z axis direction, And the bodies 240 and 340 can be smoothly operated and moved in the XY-axis direction. Here, the first elastic hinges 221 and 321 may be plate-shaped elastic bodies formed in a plane in the Z-axis (up and down) direction.

또한, 상기 하부 스테이지(200) 및 상부 스테이지(300)는, 각각 상기 몸체(240,340)가 길이방향으로 형성된 제2탄성힌지(241,341)에 의해 이동부(250,350)와 결합될 수 있다. 이 역시 하부 스테이지(200)를 일례로 설명하면, 길이방향으로 형성된 제2탄성힌지(241)의 일측이 몸체(240)에 결합되고 타측이 이동부(250)에 결합되어 이동부(250)가 Z축 방향으로 지지될 수 있으며, 이동부(250)는 제2탄성힌지(241)에 의해 지지된 상태에서 폭방향으로 외력이 가해지면 폭방향으로 이동되었다가 외력이 없어지면 원래의 위치로 복귀할 수 있다. 마찬가지로 상부 스테이지(300)도 하부 스테이지(200)와 동일한 구조로 형성될 수 있다.The lower stage 200 and the upper stage 300 can be coupled to the moving parts 250 and 350 by the second elastic hinges 241 and 341 having the bodies 240 and 340 formed in the lengthwise direction, respectively. One side of the second elastic hinge 241 formed in the longitudinal direction is coupled to the body 240 and the other side is coupled to the moving unit 250 to move the moving unit 250 The movable portion 250 is moved in the width direction when an external force is applied in the width direction while being supported by the second elastic hinge 241. If the external force is lost, the movable portion 250 is returned to its original position . Similarly, the upper stage 300 may have the same structure as the lower stage 200.

이때, 폭방향으로 형성된 한 쌍의 연결부(242,342)가 상기 이동부(250,350)의 길이방향 양측에 이격되어 배치되며, 상기 제2탄성힌지(241,341)는 한 쌍으로 형성되어 하나의 제2탄성힌지(241,341)에 의해 상기 몸체(240,340)와 연결부(242,342)가 연결되고 다른 하나의 제2탄성힌지(241,341)에 의해 상기 연결부(242,342)와 이동부(250,350)가 연결되며, 상기 제2탄성힌지(241,341)는 연결부(242,342)의 폭방향 단부에 각각 배치되어 네 쌍으로 형성될 수 있다.At this time, a pair of connection portions 242 and 342 formed in the width direction are disposed on both sides in the longitudinal direction of the moving parts 250 and 350, and the second elastic hinges 241 and 341 are formed as a pair, The connecting portions 242 and 342 are connected to the bodies 240 and 340 by the first elastic hinges 241 and 341 and the connecting portions 242 and 342 are connected to the moving portions 250 and 350 by the second elastic hinges 241 and 341, (241, 341) may be respectively disposed at the widthwise ends of the connecting portions (242, 342) and formed into four pairs.

이 역시 하부 스테이지(200)를 일례로 설명하면 우선 이동부(250)의 길이방향 양측에 이격되어 한 쌍이 나란하게 연결부(242)가 배치되고, 몸체(240)와 연결부(242)가 하나의 제2탄성힌지(242)에 의해 연결되고 연결부(242)와 이동부(250)가 다른 하나나의 제2탄성힌지(242)에 의해 연결되며, 각각의 연결부(242)의 폭방향 양단에 한 쌍의 제2탄성힌지(242)가 배치되어 네 쌍이 구성되는 것이다. 그리하여 이동부(250)에 폭방향으로 작은 외력이 가해지더라도 이동부(250)가 폭방향으로 이동되기 용이할 수 있다. 마찬가지로 상부 스테이지(300)도 하부 스테이지(200)와 동일한 구조로 형성될 수 있다.The lower stage 200 may include a connecting portion 242 that is spaced apart from both sides of the moving portion 250 in the longitudinal direction and a body 240 and a connecting portion 242, Two resilient hinges 242 and the connecting portion 242 and the moving portion 250 are connected to each other by the second elastic hinge 242 and a pair of And the second elastic hinges 242 are arranged to form four pairs. Thus, even if a small external force is applied to the moving part 250 in the width direction, the moving part 250 can be easily moved in the width direction. Similarly, the upper stage 300 may have the same structure as the lower stage 200.

또한, 상기 몸체(240,340)의 폭방향 양측에 내측으로 돌출부가 형성되고 상기 이동부(250,350)의 폭방향 양측에 외측으로 돌출부가 형성되어, 상기 제2탄성힌지(241,341)들의 일단이 돌출부들에 결합될 수 있다. 즉, 돌출부들에 의해 제2탄성힌지(241,341)들의 길이를 길게 형성할 수 있어, 이동부(250,350)들이 외력에 의해 폭방향으로 보다 용이하게 이동될 수 있다.In addition, protrusions are formed on both sides in the width direction of the bodies 240 and 340, and protrusions are formed on both sides in the width direction of the moving parts 250 and 350, and one end of the second elastic hinges 241 and 341 protrudes Can be combined. That is, the lengths of the second elastic hinges 241 and 341 can be made longer by the protrusions, and the moving parts 250 and 350 can be moved more easily in the width direction by the external force.

여기에서 이동부(250,350)에 작용하는 폭방향 외력은 하부 스테이지(200) 또는 상부 스테이지(300)의 압전 구동부(210,310)들의 작동에 의해 작용되는 힘이다. 그리고 여기에서 하부 스테이지(200) 및 상부 스테이지(300)는 압전 액추에이터(211,311)를 제외한 나머지 부분이 와이어 컷팅 등을 통해 단일체로 형성될 수도 있다.Here, the lateral external force acting on the moving parts 250, 350 is a force applied by the operation of the piezoelectric driving parts 210, 310 of the lower stage 200 or the upper stage 300. Here, the lower stage 200 and the upper stage 300 may be formed as a single body except for the piezoelectric actuators 211 and 311 through wire cutting or the like.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

1000 : 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지
100 : 베이스 110 : 돌출부
200 : 하부 스테이지
210 : 압전 구동부 211 : 압전 액추에이터
212 : 연결 블록 213 : 연결 브릿지
220 : 프레임 221 : 제1탄성힌지
230 : 고정부
240 : 몸체 241 : 제2탄성힌지
242 : 연결부 250 : 이동부
300 : 상부 스테이지
310 : 압전 구동부 311 : 압전 액추에이터
312 : 연결 블록 313 : 연결 브릿지
320 : 프레임 321 : 제1탄성힌지
330 : 고정부
340 : 몸체 341 : 제2탄성힌지
342 : 연결부 350 : 이동부1000: Elastic hinge-based laminated type 2-axis parallel stage driven by differential force
100: Base 110: Projection
200: lower stage
210: Piezoelectric actuator 211: Piezoelectric actuator
212: connection block 213: connection bridge
220: frame 221: first elastic hinge
230:
240: body 241: second elastic hinge
242: connection part 250: moving part
300: upper stage
310: Piezoelectric actuator 311: Piezoelectric actuator
312: connection block 313: connection bridge
320: frame 321: first elastic hinge
330:
340: body 341: second elastic hinge
342: connection part 350: moving part

Claims (7)

베이스;
서로 이격되어 상기 베이스에 고정되는 한 쌍의 고정부, 상기 고정부들에 각각 결합되어 길이방향으로 구동력을 발생시키는 압전 구동부, 상기 압전 구동부들 사이에 배치되고 상기 압전 구동부들에 양측이 결합되어 길이방향으로 이동 가능한 몸체, 및 상기 몸체에 결합되어 폭방향으로 이동 가능한 이동부, 를 포함하는 하부 스테이지; 및
서로 이격되어 상기 베이스에 고정되는 한 쌍의 고정부, 상기 고정부들에 각각 결합되어 길이방향으로 구동력을 발생시키는 압전 구동부, 상기 압전 구동부들 사이에 배치되고 상기 압전 구동부들에 양측이 결합되어 길이방향으로 이동 가능한 몸체, 및 상기 몸체에 결합되어 폭방향으로 이동 가능한 이동부, 를 포함하는 상부 스테이지; 를 포함하여 이루어지며,
상기 하부 스테이지와 상부 스테이지는 상기 베이스의 평면상에서 서로 수직으로 배치되고, 상기 하부 스테이지의 이동부와 상부 스테이지의 이동부가 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.
Base;
A pair of fixed portions spaced apart from each other and fixed to the base, a piezoelectric driving portion coupled to the fixing portions to generate a driving force in the longitudinal direction, a piezoelectric driving portion disposed between the piezoelectric driving portions, And a moving part coupled to the body and movable in the width direction; And
A pair of fixed portions spaced apart from each other and fixed to the base, a piezoelectric driving portion coupled to the fixing portions to generate a driving force in the longitudinal direction, a piezoelectric driving portion disposed between the piezoelectric driving portions, And a moving part coupled to the body and movable in the width direction; And,
Wherein the lower stage and the upper stage are vertically disposed on the plane of the base, and the moving part of the lower stage and the moving part of the upper stage are coupled to each other. The elastic hinge- stage.
제1항에 있어서,
상기 하부 스테이지는 베이스와 이격되어 배치되며, 상기 상부 스테이지는 하부 스테이지의 상측에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.
The method according to claim 1,
Wherein the lower stage is spaced apart from the base, and the upper stage is spaced apart from the upper stage. The elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage is driven by differential force.
제1항에 있어서,
상기 하부 스테이지 및 상부 스테이지는, 각각 상기 몸체들의 길이방향 양측과 고정부들이 폭방향으로 형성된 제1탄성힌지들에 의해 프레임과 결합되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.
The method according to claim 1,
Characterized in that the lower stage and the upper stage are coupled to the frame by first elastic hinges formed on both sides in the longitudinal direction of the bodies and the fixing portions in the width direction, respectively. The elastic hinge- Parallel stage.
제3항에 있어서,
상기 프레임은 길이방향으로 형성되어 상기 고정부 및 몸체의 폭방향 양측에 한 쌍이 배치되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.
The method of claim 3,
Wherein the frame is formed in a longitudinal direction and a pair is disposed on both sides of the fixed portion and the width direction of the body, and is driven by a differential force.
제1항에 있어서,
상기 하부 스테이지 및 상부 스테이지는, 각각 상기 몸체가 길이방향으로 형성된 제2탄성힌지에 의해 이동부와 결합되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.
The method according to claim 1,
Wherein the lower stage and the upper stage are coupled to the moving part by a second elastic hinge having the body formed in the longitudinal direction, respectively, wherein the lower stage and the upper stage are driven by differential forces.
제5항에 있어서,
폭방향으로 형성된 한 쌍의 연결부가 상기 이동부의 길이방향 양측에 이격되어 배치되며, 상기 제2탄성힌지는 한 쌍으로 형성되어 하나의 제2탄성힌지에 의해 상기 몸체와 연결부가 연결되고 다른 하나의 제2탄성힌지에 의해 상기 연결부와 이동부가 연결되며, 상기 제2탄성힌지는 연결부의 폭방향 단부에 각각 배치되어 네 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.
6. The method of claim 5,
A pair of connection portions formed in the width direction are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the moving portion, the second elastic hinges are formed as a pair, the body and the connection portion are connected by one second elastic hinge, Wherein the connecting portion and the moving portion are connected by a second elastic hinge, and the second elastic hinge is formed in four pairs at the widthwise ends of the connecting portion. The elastic hinge- Parallel stage.
제6항에 있어서,
상기 몸체의 폭방향 양측에 내측으로 돌출부가 형성되고 상기 이동부의 폭방향 양측에 외측으로 돌출부가 형성되어,
상기 제2탄성힌지들의 일단이 돌출부들에 결합되는 것을 특징으로 하는 차분력에 의해 구동되는 탄성힌지 기반 적층형 2축 병렬 스테이지.The method according to claim 6,
Wherein protruding portions are formed on both sides in the width direction of the body and protruding portions are formed on both sides in the width direction of the moving portion,
And one end of the second elastic hinges is coupled to the protrusions. The elastic hinge-based laminated type biaxial parallel stage is driven by differential force.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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