KR100541170B1 - A clamping apparatus and a determinating apparatus equipped with the same for driving position in perpendicular direction with tilting function - Google Patents

A clamping apparatus and a determinating apparatus equipped with the same for driving position in perpendicular direction with tilting function Download PDF

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KR100541170B1 KR1020040013869A KR20040013869A KR100541170B1 KR 100541170 B1 KR100541170 B1 KR 100541170B1 KR 1020040013869 A KR1020040013869 A KR 1020040013869A KR 20040013869 A KR20040013869 A KR 20040013869A KR 100541170 B1 KR100541170 B1 KR 100541170B1
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Abstract

연직방향의 병진(竝進) 및 틸트동작을 가능하게 함과 동시에 수평방향 혹은 하측방향의 가속도가 작용하여도 위치 이탈을 없애는 것을 가능하게 하는 클램프장치를 제공한다.Provided is a clamp device that enables translation and tilting operations in the vertical direction and at the same time eliminates the positional deviation even when the horizontal or downward acceleration is applied.

지지부재(107∼109) 위에 놓여지는 볼(13∼15)과, 이 볼의 받이부(16-1∼18-1)를 하부에 가지고 이 받이부를 상기 볼의 상부에 접촉시킨 클램프축(16∼18)과의 조합을 3세트 구비한다. 상기 클램프축은 상기 받이부와 거기서 상측으로 뻗는 축부(16-2∼18-2)로 이루어진다. 상기 지지부재측에는 상기 축부를 요동가능하게 상측으로 돌출시킨 상태로 상기 볼과 상기 클램프축의 조합을 유지하기 위한 홀더(104∼106)를 고정하고, 상기 받이부와 상기 홀더 사이에는 이 받이부를 하측으로 가세하기 위한 접시 스프링(101∼103)을 개재시킨다.Balls 13 to 15 placed on the support members 107 to 109, and the clamp shafts 16 having the receiving portions 16-1 to 18-1 of the balls at the lower portions and the receiving portions contacting the upper portions of the balls. Three sets of combination with -18) are provided. The clamp shaft consists of the receiving portion and shaft portions 16-2 to 18-2 extending upwardly therefrom. On the support member side, holders 104 to 106 for holding a combination of the ball and the clamp shaft are fixed in a state in which the shaft portion is protruding upwardly, and the receiving portion is lowered between the receiving portion and the holder. Disc springs 101 to 103 for adding are interposed.

클램프, 틸트, 가속도, 구동위치, 위치이탈Clamp, Tilt, Acceleration, Drive Position, Deviation

Description

클램프장치 및 이를 구비한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치{A clamping apparatus and a determinating apparatus equipped with the same for driving position in perpendicular direction with tilting function}A clamping apparatus and a determinating apparatus equipped with the same for driving position in perpendicular direction with tilting function}

도 1은, 본 발명에 의한 클램프장치를 구성하는 3세트의 클램프를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining three sets of clamps constituting the clamp device according to the present invention.

도 2는, 도 1의 각 세트의 클램프에 Z축 구동기구를 조합하여 연직방향 구동위치 결정장치를 구성하는 경우의 구조를 하나의 클램프에 대하여 나타낸 측면도이다.FIG. 2 is a side view showing the structure of one clamp in the case of forming a vertical drive positioning device by combining a Z-axis driving mechanism with each set of clamps of FIG.

도 3은, 도 2에 나타낸 클램프와 Z축 구동기구의 조합을 이용하여 연직방향 구동위치 결정장치를 구성하는 경우의 각 세트의 배치도를 나타낸 평면도이다.FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of each set in the case of constituting the vertical drive positioning device using the combination of the clamp and Z-axis drive mechanism shown in FIG. 2.

도 4는, 종래의 켈빈 클램프의 2개의 예를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining two examples of a conventional Kelvin clamp.

도 5는, 종래의 켈빈 클램프에 있어서 지지부재의 열팽창에 기한 이탈을 흡수하는 작용을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining the action of absorbing deviation due to thermal expansion of a support member in a conventional Kelvin clamp. FIG.

도 6은, 종래의 켈빈 클램프에 있어서 수평방향의 가속도, 하측방향의 가속도가 가해진 경우의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining a problem when the acceleration in the horizontal direction and the acceleration in the downward direction are applied in the conventional Kelvin clamp.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10, 11, 12 : 제1, 제2, 제3클램프10, 11, 12: 1st, 2nd, 3rd clamp

13∼15 : 볼13-15: ball

16∼18 : 클램프축16-18: clamp shaft

16-1, 17-1, 18-1 : 받이부16-1, 17-1, 18-1: receiving part

16-2, 17-2, 18-2 : 축부16-2, 17-2, 18-2: shaft part

40, 70, 80 : Z축 구동기구40, 70, 80: Z axis drive mechanism

50 : 베이스부재50: base member

50-1, 50-3, 61-2 : 가이드부재50-1, 50-3, 61-2: guide member

61 : 수평이동부재61: horizontal moving member

62 : 수직이동부재62: vertical moving member

61-1, 62-1, 62-2 : 슬라이드부재61-1, 62-1, 62-2: Slide member

63 : 모터63: motor

64 : 에어실린더64: air cylinder

65 : 볼나사기구65: ball screw mechanism

101, 102, 103 : 접시 스프링101, 102, 103: plate spring

104∼106 : 홀더104 to 106 holder

107, 108, 109 : 제1, 제2, 제3지지부재107, 108, 109: first, second, third support members

110 : 상측부재110: upper member

111, 112, 113 : 하측부재111, 112, 113: lower member

본 발명은, 연직방향, 즉 Z축방향의 구동기능과 경사, 즉 틸트기능을 가지는 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical direction drive positioning apparatus having a tilting function having a drive function and an inclination, that is, a tilt function in the vertical direction, that is, the Z axis direction.

위치결정 스테이지 등에 이용되는 Z축(연직)방향의 구동장치로서, 3개의 구동기구를 조합하여, 이들에 의하여 지지되는 피(被)지지체, 예컨대, 테이블 혹은 흡착반(吸着盤) 등에 대하여 상하방향의 병진(竝進)동작을 줄 수 있도록 한 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1).A drive device in the Z-axis (vertical) direction used for positioning stages and the like, wherein three drive mechanisms are combined to support a supported body supported by them, for example, a table or a suction board. It is proposed that it is possible to give a translational operation (for example, patent document 1).

이것은, 키네마틱 클램프(이른바 켈빈 클램프)를 이용한 것인데, 위치결정을 위한 장치로서, 어느 크기 이상의 수평 혹은 하측방향 가속도가 작용하면, 상부물체가 이탈할 가능성이 있다. This uses a kinematic clamp (so-called Kelvin clamp), which is a device for positioning, and if the horizontal or downward acceleration of a certain size or more acts, there is a possibility that the upper object is separated.

이하에, 이 사항을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.This will be described below with reference to FIGS. 4 to 6.

(1) 켈빈 클램프는, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 상부 테이블(20)의 하면에 축을 통하여 장착된 3개의 볼(22, 23, 24)이, 각각 하부 테이블(21)의 상면에 형성된 삼각추(또는 원추)형상의 오목부(25), 단면 V자형상인 V홈(26), 평면(27)과 접촉함으로써, 하부 테이블(21)의 면에 대하여 상부 테이블(20)의 면을 상대적으로 위치결정을 행할 수 있는 것이다. 그리고, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 3개의 볼 모두가 하부 테이블(21')의 상면에 형성된 3세트의 V홈(26')에 접촉하도록 구성되는 경우도 있다.(1) As shown in Fig. 4 (a), the Kelvin clamp has three balls 22, 23, and 24 mounted on the lower surface of the upper table 20 on the upper surface of the lower table 21, respectively. By contacting the formed triangular (or cone) recessed portion 25, the V-shaped V-shaped groove 26 and the plane 27, the surface of the upper table 20 is made relative to the surface of the lower table 21. Positioning can be done with. And as shown in FIG.4 (b), all three balls may be comprised so that it may contact three sets of V groove 26 'formed in the upper surface of the lower table 21'.

(2) 이와 같은 켈빈 클램프는, 도 4(a)의 것에서 말하면, V홈(26)의 축방향의 연장선 상에 오목부(25)의 삼각추 정점(頂点)이 위치하도록 구성되어 있다. 이 로써, 한쪽 면, 예컨대 볼이 고정되어 있는 쪽인 상부 테이블(20)이 열팽창(혹은 수축) 등으로 3개의 볼 간격이 벌어졌다(좁아졌다) 하여도, 혹은 하부 테이블(21)이 열팽창(혹은 수축)하여도, 도 5에 나타낸 바와 같이, 삼각추형상의 오목부(25)와 접하고 있는 볼(22)을 고정점으로 하여, V홈(26)에 접한 볼(23)은 V홈(26)의 축방향으로 이동하고, 평면과 접한 볼(24)은 삼각추형상의 오목부(25)와 V홈(26)의 상대위치관계로부터 정해지는 위치로 이동할 수 있다. 그리고, 도 4(b)의 경우에는, 3세트의 V홈(26')이 일점(一点)에서 교차하는 배치가 되어, 도 4(a)의 것과 동일 기능을 갖는다.(2) Such Kelvin clamp is comprised so that the triangular peak of the recessed part 25 may be located in the axial direction extension line of the V groove 26 in the thing of FIG. Thus, even if the upper table 20 on one side, for example, the side where the ball is fixed, is spaced (or narrowed) by three balls due to thermal expansion (or contraction) or the lower table 21 is thermally expanded (or 5, the ball 23 in contact with the V-groove 26 is a V-groove 26, with the ball 22 in contact with the triangular cone-shaped recess 25 as a fixed point. The ball 24 moving in the axial direction of and contacting the plane can move to a position determined from the relative positional relationship between the triangular cone-shaped recess 25 and the V-groove 26. In the case of Fig. 4B, three sets of V grooves 26 'are arranged to intersect at one point, and have the same function as that of Fig. 4A.

(3) 오목부, 홈을 마련한 면을 하부측으로 하고, 각 볼을 고정한 면을 상부측으로 하여, 각 클램프부분에 있어서 하부측이 상부측을 지지하고 있는 것으로 하고, 하부측에 수평가속도가 작용하였다고 한다. 이 경우, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, V홈(26)과 볼(23)에 의한 클램프부에서 지지하는 상부측 중량에 의한 마찰력 μㆍF1(단, μ는 마찰계수)의 작용에 의하여, 하부측에 작용하는 수평가속도가 작은 경우에는 상하 양측의 상대위치는 유지된다. 그러나, 하부측에 큰 수평가속도 α에 의한 수평력 F2가 작용하는 경우, 그 분력(分力) F2'(V홈(26)의 면방향을 따른 분력)가 마찰력 μㆍF1을 상회하면 상부측의 위치가 이탈하여 버린다. 혹은, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 전체가 하측으로 중력가속도를 넘는 가속도 α'로 이동하는 경우는, 상부측은 하부측에 뒤따를 수 없어서, 떨어져 버린다. 이 때문에, 보다 큰 마찰력을 주기 위하여 상하 양측을 스프링 등으로 연결하여 부가하중을 주고 있었 다.(3) It is assumed that the surface provided with the recess and the groove is the lower side, the surface fixing each ball is the upper side, and the lower side supports the upper side in each clamp portion, and the horizontal acceleration acts on the lower side. do. In this case, as shown in Fig. 6 (a), the action of the friction force μ · F 1 (where μ is the friction coefficient) by the weight of the upper side supported by the clamp portion by the V-groove 26 and the ball 23 is shown. Therefore, when the horizontal acceleration acting on the lower side is small, the relative positions of both the upper and lower sides are maintained. However, when the horizontal force F 2 is caused by the large horizontal acceleration α on the lower side, the component force F 2 ′ (the component force along the plane direction of the V-groove 26) exceeds the frictional force μ · F 1 . The position on the upper side is separated. Alternatively, as shown in Fig. 6 (b), when the whole moves to the acceleration α 'which exceeds the gravity acceleration downward, the upper side cannot follow the lower side and falls off. For this reason, in order to give a greater frictional force, the upper and lower sides were connected by a spring or the like to give additional load.

[특허문헌 1][Patent Document 1]

일본국 특허공개 평10-79344호(제2쪽, 도 9)Japanese Patent Laid-Open No. 10-79344 (Second page, Fig. 9)

그런데, Z축(연직)방향의 위치결정장치에서는, 3세트의 Z축 구동기구를 이용하여 상부측(예컨대 회전테이블)을 지지하고, Z축방향의 병진(竝進)동작에 더하여 경사(틸트)동작을 주는 것이 요구되는 경우가 있다. 이에 대하여, 상하 양측의 결합을 상술한 켈빈 클램프로 하면, 경사를 주는 틸트동작이 가능하게 된다. 그러나, 이들 3세트의 Z축이 수평방향의 위치결정 테이블(X-Y 테이블) 위에 설치되는 경우, 상기 (3)에 기술(記述)한 이유로 인하여 수평방향의 위치결정 테이블이 큰 가속도으로 이동하면, 상부측이 이탈하게 된다. 이를 막기 위하여 상하 양측을 스프링 등으로 연결한 경우, Z축 구동기구에 그만큼 하중이 가해지는 것이 되어서, Z축 구동기구의 용량증대가 필요하게 된다. 그리고, Z축방향의 구동량(스트로크)이 커지면 커질수록 스프링에 의한 하중이 증가한다.By the way, in the positioning device in the Z-axis (vertical) direction, three sets of Z-axis driving mechanisms are used to support the upper side (for example, a rotary table), and in addition to the translational motion in the Z-axis direction, the tilting (tilt) It may be required to give an action. On the other hand, when the upper and lower sides are combined with the above-described Kelvin clamp, the tilting operation to incline is possible. However, when these three sets of Z axes are provided on the horizontal positioning table (XY table), if the horizontal positioning table moves at a large acceleration for the reason described in (3) above, The side will leave. In order to prevent this, when the upper and lower sides are connected by a spring or the like, a load is applied to the Z-axis driving mechanism by that much, so that the capacity increase of the Z-axis driving mechanism is necessary. As the driving amount (stroke) in the Z-axis direction increases, the load by the spring increases.

그래서, 본 발명의 과제는, 키네마틱 클램프(이른바 켈빈 클램프)를 리지드화하여, 연직(Z축)방향의 병진 및 틸트동작을 가능하게 함과 동시에 수평방향 혹은 하측방향의 가속도가 작용하여도 위치 이탈을 없애는 것을 가능하게 하는 클램프장치를 제공하는 것에 있다.Therefore, the object of the present invention is to rigidize the kinematic clamp (so-called Kelvin clamp) to enable translation and tilting in the vertical (Z-axis) direction and at the same time acting in the horizontal or downward acceleration. It is an object of the present invention to provide a clamp device capable of eliminating departures.

본 발명의 다른 과제는, 상기 클램프장치를 구비한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a vertical drive positioning device having a tilting function including the clamp device.

본 발명에 의하면, 지지부재 위에 놓여지는 볼과, 이 볼의 받이부를 하부에 가지고 이 받이부를 상기 볼의 상부에 접촉시킨 클램프축과의 조합을 복수 세트 구비하고, 상기 클램프축은 상기 받이부와 거기서 상측으로 뻗는 축부로 이루어지고, 상기 지지부재측에는 상기 축부를 요동가능하게 상측으로 돌출시킨 상태로 상기 볼과 상기 클램프축의 조합을 유지하기 위한 홀더를 고정하고, 상기 받이부와 상기 홀더의 사이에는 이 받이부를 하측으로 가세하기 위한 스프링부재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 클램프장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a plurality of sets of combinations of a ball placed on a support member and a clamp shaft having a receiving portion of the ball in a lower portion and having the receiving portion in contact with an upper portion of the ball. It consists of a shaft portion extending upward, the support member side is fixed to the holder for holding the combination of the ball and the clamp shaft in a state in which the shaft portion protrudes upwardly so as to swing, and between the receiving portion and the holder There is provided a clamp device characterized by interposing a spring member for biasing the receiving portion downward.

본 발명에 의한 클램프장치에 있어서는, 상기 볼과 상기 클램프축의 조합이 3세트이고, 제1세트의 제1볼은 제1지지부재에 설치된 각추(角錐) 또는 원추(圓錐)에 의한 오목부에 수용되고, 제2세트의 제2볼은 제2지지부재에 미리 정해진 방향으로 뻗어 있도록 설치된 V홈에 수용되고, 제3세트의 제3볼은 제3지지부재의 평면 위에 놓여지는 것을 특징으로 한다.In the clamp device according to the present invention, the combination of the ball and the clamp shaft is three sets, and the first set of the first balls is accommodated in the recess by the pyramid or cone provided on the first support member. And the second set of second balls is accommodated in a V-groove provided to extend in a predetermined direction to the second support member, and the third set of third balls is placed on the plane of the third support member.

본 발명에 의한 클램프장치는 또한, 상기 볼과 상기 클램프축의 조합이 3세트이고, 제1세트의 제1볼은 제1지지부재에 설치된 제1 V홈에 수용되고, 제2세트의 제2볼은 제2지지부재에 설치된 제2 V홈에 수용되고, 제3세트의 제3볼은 제3지지부재에 설치된 제3 V홈에 수용되고, 상기 제1∼제3지지부재는 상기 제1∼제3 V홈의 연장선이 일점(一点)에서 교차하도록 구성되어도 좋다.In the clamp device according to the present invention, the combination of the ball and the clamp shaft is three sets, and the first set of first balls is accommodated in the first V groove provided in the first supporting member, and the second set of second balls is provided. Is housed in a second V groove provided in the second support member, the third set of third balls is received in a third V groove provided in the third support member, and the first through third support members are provided in the first through third grooves. The extension line of the 3rd V groove may be comprised so that it may cross | intersect at one point.

상기 클램프장치에 있어서는, 제1태양으로서, 상기 제1∼제3세트의 축부를 각각 동일 상부부재에 장착함과 동시에, 상기 제1∼제3지지부재를 각각 독립하여 상하이동 가능하게 구성함으로써, 상기 상부부재가 상하방향동작 및 틸트동작 가능한 클램프장치를 제공할 수 있다.In the clamp device, in the first aspect, the first to third sets of shaft portions are mounted on the same upper member, and the first to third supporting members are configured to be movable independently. The upper member may provide a clamp device capable of vertical operation and tilt operation.

상기 클램프장치에 있어서는 또한, 제2태양으로서, 상기 제1∼제3세트의 축부를 각각 동일 상부부재에 장착함과 동시에, 상기 제1∼제3지지부재를 하나의 공통된 지지부재로 구성한 클램프장치를 제공할 수 있다.In the clamp device, the clamp device further comprises, as a second aspect, the first to third sets of shaft portions respectively mounted on the same upper member, and the first to third support members are constituted by one common support member. Can be provided.

본 발명에 의하면 또한, 상기 제1태양에 의한 클램프장치를 구비한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치로서, 상기 제1∼제3지지부재를 상하이동시키는 제1∼제3구동기구를 베이스부재 위에 구비한 것을 특징으로 하는 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치가 제공된다.According to the present invention, there is also provided a tilting vertical drive positioning device having a clamping device according to the first aspect, comprising: a base for first to third driving mechanisms for moving the first to third supporting members to move; A vertical drive positioning device having a tilting function is provided on a member.

본 발명에 의한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치에 있어서는, 상기 제1∼제3구동기구로서 슬라이드 웨지 기구를 구비한 것이 제공된다.In the vertical drive positioning device having a tilting function according to the present invention, the first to third driving mechanisms are provided with slide wedge mechanisms.

<실시예><Example>

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 의한 클램프장치 및 이를 이용한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.1 to 3, a preferred embodiment of a clamp device and a vertical drive positioning device having a tilt function using the same according to the present invention will be described.

도 1은, 본 발명에 의한 클램프장치를 상술한 켈빈 클램프를 개량하여 실현하는 경우의 실시예를 나타내고 있다. 켈빈 클램프를 구성하는 3세트의 클램프 중, 도 1(a)는 삼각추 등의 각추에 의한 오목부(또는 원추에 의한 오목부이어도 좋다)(107a)와 이에 수용된 볼(13)에 의한 제1세트를 나타내고, 도 1(b)는 V홈(108a)과 이에 수용된 볼(14)에 의한 제2세트를 나타내고, 도 1(c)는 평면과 그 위에 놓여진 볼(15)에 의한 제3세트를 나타내고 있다. 볼이 놓여지는 부분의 구조 이외에는 제1∼제3세트는 모두 동일 구조이다.Fig. 1 shows an embodiment in which the clamp device according to the present invention is implemented by improving the above-described Kelvin clamp. Of the three sets of clamps constituting the Kelvin clamp, Fig. 1 (a) is a first set of recesses (or may be recesses by cones) 107a by a pyramid or the like, and a ball 13 accommodated therein. 1 (b) shows a second set by the V-groove 108a and the balls 14 housed therein, and FIG. 1 (c) shows the third set by the plane and the balls 15 placed thereon. It is shown. The first to third sets are all the same except for the structure of the part where the ball is placed.

도 1(a)에 나타낸 제1클램프(10)는, 상면에 원추(또는 각추)에 의한 오목부(이하, 오목부라고 약칭한다)(107a)가 형성된 제1지지부재(107)와, 오목부(107a)에 수용된 제1볼(13)과, 볼(13)의 받이부(16-1)를 하부에 가짐과 동시에 상측으로 뻗은 축부(16-2)를 가지며, 받이부(16-1)를 볼(13)의 상부에 접촉시킨 클램프축(16)과, 제1지지부재(107)에 고정되어 축부(16-2)를 요동가능하게 상측으로 돌출시킨 상태에서 볼(13)과 클램프축(16)의 조합을 유지하기 위한 홀더(104)와, 받이부(16-1)의 상측과 홀더(104)의 내면측 사이에 개재하여 받이부(16-1)를 하측으로 가세하기 위한 접시 스프링(101)을 포함한다.The first clamp 10 shown in Fig. 1 (a) has a first support member 107 having a concave portion (hereinafter referred to as a concave portion) 107a formed by a cone (or pyramid) on its upper surface, and a concave portion. It has the 1st ball 13 accommodated in the part 107a, and the receiving part 16-1 which has the receiving part 16-1 of the ball 13 at the bottom, and extends to the upper side, The receiving part 16-1 ) Is fixed to the clamp shaft 16 and the first support member 107 to contact the upper portion of the ball 13, and the ball 13 and the clamp in a state in which the shaft portion 16-2 protrudes upwardly to be able to swing. The holder 104 for holding the combination of the shafts 16 and the upper part of the receiving part 16-1 and the inner side of the holder 104 are interposed between the receiving part 16-1 and the lower part. A dish spring 101 is included.

도 1(b)에 나타낸 제2클램프(11)는, 상면에 V홈(108a)이 형성된 제2지지부재(108)와, V홈(108a)에 수용된 제2볼(14)과, 볼(14)의 받이부(17-1)를 하부에 가짐과 동시에 상측으로 뻗는 축부(17-2)를 가지며, 받이부(17-1)를 볼(14)의 상부에 접촉시킨 클램프축(17)과, 제2지지부재(108)에 고정되어 축부(17-2)를 요동가능하게 상측으로 돌출시킨 상태로 볼(14)과 클램프축(17)의 조합을 유지하기 위한 홀더(105)와, 받이부(17-1)의 상측과 홀더(105)의 내면측 사이에 개재하여 받이부(17-1)를 하측으로 가세하기 위한 접시 스프링(102)을 포함한다.The second clamp 11 shown in Fig. 1 (b) includes a second support member 108 having a V groove 108a formed thereon, a second ball 14 accommodated in the V groove 108a, and a ball ( The clamp shaft 17 which has the receiving part 17-1 of 14) at the bottom, and has the shaft part 17-2 which extends upwards, and has made the receiving part 17-1 contact the upper part of the ball 14. And a holder 105 fixed to the second support member 108 to hold the combination of the ball 14 and the clamp shaft 17 in a state in which the shaft portion 17-2 protrudes upwardly, A disc spring 102 for biasing the receiving portion 17-1 downward is provided between the upper portion of the receiving portion 17-1 and the inner surface side of the holder 105.

도 1(c)에 나타낸 제3클램프(12)는, 제3지지부재(109)와, 그 상면, 즉 평면 위에 놓여진 제3볼(15)과, 볼(15)의 받이부(18-1)를 하부에 가짐과 동시에 상측으로 뻗는 축부(18-2)를 가지며, 받이부(18-1)를 볼(15)의 상부에 접촉시킨 클램프축(18)과, 제3지지부재(109)에 고정되어 축부(18-2)를 요동가능하게 상측으 로 돌출시킨 상태로 볼(15)과 클램프축(18)의 조합을 유지하기 위한 홀더(106)와, 받이부(18-1)의 상측과 홀더(106)의 내면측 사이에 개재하여 받이부(18-1)를 하측으로 가세하기 위한 접시 스프링(103)을 포함한다.The third clamp 12 shown in Fig. 1 (c) has a third support member 109, an upper surface thereof, that is, a third ball 15 placed on a plane, and a receiving portion 18-1 of the ball 15. Clamp shaft 18 and the third support member 109 having a shaft portion (18-2) having a lower portion at the same time and extending upward, the receiving portion (18-1) in contact with the upper portion of the ball (15) Of the holder 106 and the receiving portion 18-1 to hold the combination of the ball 15 and the clamp shaft 18 in a state where the shaft portion 18-2 is protruded upwardly so as to be swingable. A dish spring 103 for biasing the receiving portion 18-1 downward is disposed between the upper side and the inner surface side of the holder 106.

받이부(16-1∼18-1)는, 모두 그 하면측에 각추 또는 원추에 의한 오목부를 형성하여 이 오목부에 볼(13∼15)을 수용하도록 되어 있다. 또한, 홀더(104∼106)는, 모두 그 상부측에, 축부(16-2∼18-2)를 요동가능하게 삽입관통 가능하게 하기 위하여, 축부(16-2∼18-2)의 직경보다 큰 개구(開口)를 가지는 판부재를 가지는 것으로 구성되어, 이 판부재가 접시 스프링을 받이부에 밀어붙이는 스프링누름구로서 기능하여, 홀더에 필요한 하중을 준다. 엄밀하게 말하면, 각 홀더에 상대운동을 줄 수 있도록 하기 위하여, 스프링누름구의 개구는 축부의 직경과 상대운동의 이동거리를 더한 것보다 크게 하여 틸트동작에 수반하는 상대이동을 허용하도록 구성된다. 또한, 접시 스프링은 요구되는 하중을 부여할 수 있는 것을 장착하여, 클램프축이 경사져도 스프링의 탄성한계를 넘지 않는 것을 사용한다.All of the receiving portions 16-1 to 18-1 form recesses formed by pyramids or cones on the lower surface side thereof to accommodate the balls 13-15. In addition, the holders 104 to 106 are all larger than the diameters of the shafts 16-2 to 18-2 in order to enable insertion of the shafts 16-2 to 18-2 in such a manner that the shafts 16-2 to 18-2 can oscillate. It consists of having a plate member which has a large opening, and this plate member functions as a spring presser which pushes a plate spring to a receiving part, and gives the holder the required load. Strictly speaking, in order to be able to give relative movement to each holder, the opening of the spring presser is configured to allow relative movement accompanying the tilting motion by making the diameter of the shaft portion and the moving distance of the relative movement larger. In addition, the disc spring is provided with a load capable of applying the required load, and the disc spring does not exceed the elastic limit of the spring even when the clamp shaft is inclined.

이상과 같은 3세트의 클램프를 하나의 클램프장치로서 사용하는 경우, 예컨대 축부(16-2∼18-2)를 피(被)클램프부재로서의 하나의 상부부재(110)에 장착한다. 한편, 지지부재(107∼109)에 대해서도 이들을 장착하는 하부부재(111, 112, 113)를 하나의 부재로 구성한다. 그리고, 제2클램프(11)에 있어서는 제2지지부재(108)에 형성된 V홈(108a)의 연장선이, 제1클램프(10)에 있어서의 제1지지부재(107)에 형성된 오목부(107a)의 정점(頂点)에 교차하도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다. 물론, 처음부터 지지부재(107∼109)를 하나의 부재로 구성하도록 하여도 좋다. 그리 고, 지지부재(107∼109)를 하나의 부재로 구성하고, 이 하나의 부재 상면에 제1∼제3 V홈을 이들이 일점(一点)에서 교차하도록 형성하면, 도 4(b)에 나타낸 것과 같은 기능을 가지는 클램프장치를 제공할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 어느 쪽이든, 이들 구성에 의한 클램프장치는, 제1∼제3클램프(10∼12)가 각각, 도 4(a)나 도 4(b)에 나타낸 것과 같은 기능을 가지면서, 하부측과 상부측이 리지드화된 구성이 됨으로써, 수평방향 혹은 하측방향의 가속도가 작용하여도 서로의 위치 이탈을 없애는 것이 가능하게 된다.In the case of using the above three sets of clamps as one clamp device, for example, the shaft portions 16-2 to 18-2 are attached to one upper member 110 as a clamping member. On the other hand, the lower members 111, 112, and 113 on which the support members 107 to 109 are mounted are constituted by one member. In the second clamp 11, an extension line of the V groove 108a formed in the second support member 108 is formed in the recess 107a formed in the first support member 107 in the first clamp 10. Needless to say, it is constructed so as to intersect the vertex of). Of course, the support members 107 to 109 may be configured as one member from the beginning. Then, when the supporting members 107 to 109 are constituted by one member, and the first to third V grooves are formed so as to intersect at one point on the upper surface of this one member, shown in Fig. 4B. Needless to say, it is possible to provide a clamp device having the same function. In either case, the clamp device according to these configurations has a lower side and an upper side, with the first to third clamps 10 to 12 having the same functions as shown in Figs. 4A and 4B, respectively. This rigidized configuration makes it possible to eliminate the positional deviation of each other even when the acceleration in the horizontal direction or the downward direction is applied.

한편, 도 1(a) 내지 도 1(c)에 나타낸 3세트의 클램프(10∼12)를 이용하여 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치를 구성하는 경우, 각 세트의 하부부재(111∼113)를 각각 Z축 구동기구로 독립하여 상하방향으로 구동가능하게 구성하면 좋다. On the other hand, when the vertical drive positioning device having a tilt function is constructed by using the three sets of clamps 10 to 12 shown in Figs. 113 may be configured to be driven independently in the vertical direction independently of the Z-axis driving mechanism.

Z축 구동기구에는, 예컨대 도 2에 나타낸 바와 같은 이른바 슬라이드 웨지 방식의 것을 사용할 수 있다. 도 2는, 제1클램프(10)에 Z축 구동기구(40)를 적용한 경우에 대하여 나타내고 있지만, 제2, 제3클램프(11, 12)의 어느 쪽에 있어서도 완전히 동일한 것이 사용된다.As a Z-axis drive mechanism, what is called a slide wedge system as shown in FIG. 2 can be used, for example. Although FIG. 2 has shown the case where the Z-axis drive mechanism 40 is applied to the 1st clamp 10, the same thing is used for both the 2nd and 3rd clamps 11 and 12 completely.

도 2에 있어서, Z축 구동기구(40)는, 베이스부재(50) 위에 있어서 수평방향으로 슬라이드 가능하게 되어서 상면측에 경사면을 가지는 수평이동블럭(61)과, 이 수평이동블럭(61)의 경사면에 대응하는 경사면을 하면측에 가져서 수평이동블럭(61)의 수평이동에 의하여 상하이동 가능하게 된 수직이동블럭(62)과, 수평이동블럭(61)을 이동시키기 위한 구동원으로서 작용하는 모터(63)와, 수평이동 블럭(61)에 대하여 수평방향으로 미는 힘을 작용시키는 에어실린더(64)를 포함한다.2, the Z-axis drive mechanism 40 is slidable in the horizontal direction on the base member 50, and has a horizontal movable block 61 having an inclined surface on the upper surface side, and the horizontal movable block 61. A vertical movement block 62 having an inclined surface corresponding to the inclined surface on the lower surface side and made movable by the horizontal movement of the horizontal movement block 61, and a motor serving as a driving source for moving the horizontal movement block 61 ( 63) and an air cylinder 64 for applying a force pushing in the horizontal direction with respect to the horizontal movement block 61.

수평이동블럭(61)은, 베이스부재(50) 위에 설치된 적어도 한 개의 수평방향의 가이드부재(50-1)를 슬라이드 가능한 슬라이드부재(61-1)를 하면측에 가진다. 수평이동블럭(61)은 또한, 경사면에 적어도 한 개의 가이드부재(61-2)가 설치되어 있다. 한편, 수직이동블럭(62)의 경사면에는, 가이드부재(61-2)를 슬라이드 가능한 슬라이드부재(61-1)가 설치되어 있다. 베이스부재(50) 위에는 또한, 수직이동블럭(62)의 배면에 대응하여 상하로 뻗도록 블럭체(50-2)가 설치되어서 이 블럭체(50-2)에 있어서의 수직이동블럭(62)측에는 상하방향으로 뻗어 있는 상하방향의 가이드부재(50-3)가 설치되어 있다. 그리고, 수직이동블럭(62)의 배면에는 가이드부재(50-3)를 슬라이드 가능한 슬라이드부재(62-2)가 설치되어 있다. 모터(63)의 출력축과 수평이동블럭(61)의 사이에는, 출력축의 회전운동을 수평방향의 운동으로 변환하기 위한 볼나사기구(65)가 설치되어 있다.The horizontal moving block 61 has at least one horizontal guide member 50-1 provided on the base member 50 on the lower surface side of the slide member 61-1. In the horizontal movable block 61, at least one guide member 61-2 is provided on the inclined surface. On the other hand, on the inclined surface of the vertical movable block 62, a slide member 61-1 capable of sliding the guide member 61-2 is provided. On the base member 50, a block body 50-2 is further provided so as to extend up and down corresponding to the rear surface of the vertical block 62, so that the vertical block 62 in the block 50-2 is provided. The side is provided with a vertical guide member 50-3 extending in the vertical direction. On the rear surface of the vertical movable block 62, a slide member 62-2 capable of sliding the guide member 50-3 is provided. Between the output shaft of the motor 63 and the horizontal movement block 61, a ball screw mechanism 65 for converting the rotational movement of the output shaft into the horizontal movement is provided.

이상과 같은 구조에 의하여, 모터(63)가 일방향으로 회전하면 이것이 수평방향의 운동으로 변환되어서 수평이동블럭(61)이 도 2 중 우측방향으로 수평이동하고, 그 결과, 수직이동블럭(62)은 상측으로 이동한다. 한편, 모터(63)가 반대방향으로 회전하면 이것이 수평방향의 운동으로 변환되어서 수평이동블럭(61)이 도 2 중 좌측방향으로 수평이동하고, 그 결과, 수직이동블럭(62)은 하측으로 이동한다.By the structure as described above, when the motor 63 rotates in one direction, it is converted into the movement in the horizontal direction, so that the horizontal moving block 61 horizontally moves in the right direction in FIG. 2, and as a result, the vertical moving block 62 Moves upwards. On the other hand, when the motor 63 rotates in the opposite direction, it is converted into a horizontal motion, so that the horizontal block 61 moves horizontally in the left direction in FIG. 2, and as a result, the vertical block 62 moves downward. do.

그리고, 에어실린더(64)를 사용하는 것은, 이하의 이유에 의한다. 상부부재(110) 및 경우에 따라서는 이에 올려지는 워크, 기타의 하중에 의하여 수 직이동블럭(62)에는 수직방향의 힘이 작용하고, 수평이동블럭(61)에는 그 수평방향성분이 작용한다. 이 수평방향성분을 모터(63)의 출력만으로 커버하기 위해서는 고(高)출력의 모터가 요구되므로, 상기 수평방향성분을 에어실린더(64)의 출력축(64-1)을 수평이동블럭(61)을 접촉시켜서 받음으로써 모터(63)의 출력을 작게 할 수 있도록 하고 있다. In addition, using the air cylinder 64 is based on the following reasons. The vertical force is applied to the vertically movable block 62 by the upper member 110 and, in some cases, a workpiece or other load placed thereon, and the horizontal component is acted on the horizontally movable block 61. In order to cover this horizontal component only with the output of the motor 63, a high output motor is required. Therefore, the horizontal component is used to move the output shaft 64-1 of the air cylinder 64 to the horizontal moving block 61. Is brought into contact so that the output of the motor 63 can be reduced.

어느 쪽이든, 상기와 같은 구조의 Z축 구동기구(40, 70, 80)를 조합된 3세트의 클램프(10∼12)가 도 3에 나타낸 바와 같이 베이스부재(50) 위에 배치된다. 물론, 이 경우에도 제2클램프(11)에 있어서는 제2지지부재(108)에 형성된 V홈(108a)의 연장선이, 제1클램프(10)에 있어서의 제1지지부재(107)에 형성된 오목부(107a)의 정점에 교차하도록 구성되는 것은 말할 필요도 없다. 한편, Z축 구동위치 결정장치를 도 4(b)에 나타낸 타입으로 하는 경우에는, 3세트의 클램프 모두를 도 1(b)에 나타내는 V홈(108a)을 가지는 것으로 하고, 각 클램프를 독립하여 상술한 Z축 구동기구에 의하여 구동하도록 구성된다. 물론, 이 경우에도 3세트의 클램프는 3개의 V홈의 연장선이 일점에서 교차하도록 배치된다. 어느 쪽이든, 3세트의 클램프(10∼12)에 있어서의 상부부재(110)는 동일 부재이고, 3세트의 클램프(10∼12)의 상하방향의 이동량을 동일하게 하면 병진동작이 되고, 이동량에 차이를 가지게 함으로써 틸트동작이 된다.In either case, three sets of clamps 10 to 12 in which the Z-axis drive mechanisms 40, 70 and 80 of the above structure are combined are arranged on the base member 50 as shown in FIG. Of course, in this case as well, in the second clamp 11, an extension line of the V-groove 108a formed in the second support member 108 is formed in the first support member 107 in the first clamp 10. It goes without saying that it is configured to intersect the vertex of the portion 107a. On the other hand, when the Z-axis drive positioning device is of the type shown in Fig. 4B, all three sets of clamps have V grooves 108a shown in Fig. 1B, and each clamp is independently It is comprised so that it may drive by the Z-axis drive mechanism mentioned above. Of course, even in this case, the three sets of clamps are arranged so that the extension lines of the three V grooves intersect at one point. Either way, the upper member 110 in the three sets of clamps 10 to 12 is the same member, and if the moving amount in the vertical direction of the three sets of clamps 10 to 12 is the same, the translational operation is performed. By making a difference, it becomes a tilting operation.

이상과 같이 하여, 키네마틱 클램프(이른바 켈빈 클램프)를 리지드화하여, Z축방향의 병진 및 틸트동작을 가능하게 함과 동시에 수평방향 혹은 하측방향의 가속도가 작용하여도 위치 이탈을 없앨 수 있는 틸트기능이 있는 Z축 구동위치 결정 장치를 제공할 수 있다. 상술한 Z축 구동기구는 일례에 지나지 않으며, 슬라이드 웨지 방식의 것에 한정되지 않고, 단순한 에어실린더 혹은 볼나사 등 주지의 구동기구로 실현되어도 좋다.As described above, the kinematic clamp (so-called Kelvin clamp) is rigidized to allow translation and tilting in the Z-axis direction, and the tilt can be eliminated even when the horizontal or downward acceleration is applied. It is possible to provide a Z-axis drive positioning device with a function. The above-described Z-axis drive mechanism is only an example, and is not limited to the slide wedge type, and may be realized by a known drive mechanism such as a simple air cylinder or a ball screw.

또한, 경우에 따라서는 상부측과 하부측의 위치관계를 상하 역(逆)으로 하는 것과 같은 구조로 하여도 좋다.In some cases, the structure may be such that the positional relationship between the upper side and the lower side is set upside down.

그리고, 상기과 같은 3축에 의한 연직방향 구동위치 결정장치를 X-Y 스테이지의 X축 테이블 혹은 Y축 테이블에 설치함으로써 X-Y-Z의 3축방향으로 이동가능한 스테이지장치를 구성할 수 있다. 이 경우, 베이스부재(50)가 X축 테이블 혹은 Y축 테이블이 된다. Then, the stage apparatus capable of moving in the three-axis direction of the X-Y-Z can be configured by providing the above-described three-direction vertical drive positioning device on the X-axis table or the Y-axis table of the X-Y stage. In this case, the base member 50 becomes an X-axis table or a Y-axis table.

본 발명에 의하면, 키네마틱 클램프(kinematic clamp), 이른바 켈빈 클램프에 있어서의 상부측과 하부측을 리지드화하여, Z축방향의 병진(竝進) 및 틸트동작을 가능하게 함과 동시에 수평방향 혹은 하측방향의 가속도가 작용하여도 위치 이탈을 없앨 수 있는 클램프장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, the upper side and the lower side of a kinematic clamp, a so-called Kelvin clamp, are rigidized to enable translation and tilting in the Z-axis direction and at the same time in a horizontal or It is possible to provide a clamp device capable of eliminating positional deviation even when the downward acceleration is applied.

본 발명에 의하면 또한, 상기 효과를 가지는 클램프장치를 구비한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is also possible to provide a vertical drive positioning device having a tilt function with a clamp device having the above effect.

Claims (7)

지지부재 위에 놓여지는 볼과, 이 볼의 받이부를 하부에 가지고 이 받이부를 상기 볼의 상부에 접촉시킨 클램프축과의 조합을 복수 세트 구비하고, 상기 클램프축은 상기 받이부와 거기서 상측으로 뻗는 축부로 이루어지고, 상기 지지부재측에는 상기 축부를 요동가능하게 상측으로 돌출시킨 상태로 상기 볼과 상기 클램프축의 조합을 유지하기 위한 홀더를 고정하고, 상기 받이부와 상기 홀더의 사이에는 이 받이부를 하측으로 가세하기 위한 스프링부재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 클램프장치.And a plurality of sets of a combination of a ball placed on the support member and a clamp shaft having a lower portion of the ball and having the lower portion contacted with the upper portion of the ball, wherein the clamp shaft is a shaft portion extending upwardly from the receiving portion. And a holder for holding the combination of the ball and the clamp shaft in a state in which the shaft portion is protruded upwardly on the support member side, and the receiving portion is biased downward between the receiving portion and the holder. A clamping device comprising a spring member for interposing. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 볼과 상기 클램프축의 조합이 3세트이고, 제1세트의 제1볼은 제1지지부재에 설치된 각추(角錐) 또는 원추(圓錐)에 의한 오목부에 수용되고, 제2세트의 제2볼은 제2지지부재에 미리 정해진 방향으로 뻗어 있도록 설치된 V홈에 수용되고, 제3세트의 제3볼은 제3지지부재의 평면 위에 놓여지는 것을 특징으로 하는 클래프장치.The combination of the ball and the clamp shaft is three sets, the first set of first balls is accommodated in a recess by a pyramid or cone provided in the first support member, and the second set of second balls. Is received in a V-groove installed to extend in a predetermined direction on the second support member, wherein the third set of third balls is placed on the plane of the third support member. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 볼과 상기 클램프축의 조합이 3세트이고, 제1세트의 제1볼은 제1지지부재에 설치된 제1 V홈에 수용되고, 제2세트의 제2볼은 제2지지부재에 설치된 제2 V 홈에 수용되고, 제3세트의 제3볼은 제3지지부재에 설치된 제3 V홈에 수용되고, 상기 제1∼제3지지부재는 상기 제1∼제3 V홈의 연장선이 일점(一点)에서 교차하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 클램프장치.The combination of the ball and the clamp shaft is three sets, the first set of first balls is housed in a first V-groove provided in the first support member, and the second set of second balls is provided in a second support member. It is accommodated in the V-groove, the third set of the third ball is accommodated in the third V-groove provided in the third support member, the first to the third support member has one point of extension of the first to third V-groove ( Clamp device, characterized in that configured to cross at one point. 제2항 또는 제3항에 있어서, The method according to claim 2 or 3, 상기 제1∼제3세트의 축부를 각각 동일 상부부재에 장착함과 동시에, 상기 제1∼제3지지부재를 각각 독립하여 상하이동 가능하게 구성함으로써, 상기 상부부재를 상하방향동작 및 틸트동작 가능하게 한 것을 특징으로 하는 클램프장치.By mounting the first to third sets of shaft portions to the same upper member, respectively, and by allowing the first to third supporting members to be movable independently, the upper member can be moved up and down and tilted. Clamp device characterized in that. 제2항 또는 제3항에 있어서, The method according to claim 2 or 3, 상기 제1∼제3세트의 축부를 각각 동일 상부부재에 장착함과 동시에, 상기 제1∼제3지지부재를 하나의 공통된 지지부재로 구성한 것을 특징으로 하는 클램프장치.And mounting the first to third sets of shaft portions on the same upper member, respectively, and the first to third supporting members as one common supporting member. 제4항에 기재된 클램프장치를 구비한 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치로서, 상기 제1∼제3지지부재를 상하이동시키는 제1∼제3구동기구를 베이스부재 위에 구비한 것을 특징으로 하는 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치.A vertical drive positioning device having a tilting function comprising the clamping device according to claim 4, characterized in that the first to third driving mechanisms for moving the first to third supporting members are moved on and off the base member. Vertical drive positioning device with tilt function. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제1∼제3구동기구로서 슬라이드 웨지 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 틸트기능이 있는 연직방향 구동위치 결정장치.And a slide wedge mechanism as said first to third drive mechanisms.
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