KR102523558B1 - 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지 - Google Patents

저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지 Download PDF

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Abstract

스텝 모터 등 매우 저렴한 이동 수단을 이용하여 비용이 크게 절감되며, 이에 의한 이동 방향의 오차를 안정적으로 제거하여 정밀한 이동이 가능하게 하고, 스텝 모터의 강한 구동력 및 빠른 속도의 장점을 이용할 수 있도록 하는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지는 베이스; 베이스에 설치되는 스텝 모터와, 모터의 회전력을 일 축의 양 방향 선형 운동으로 변형하기 위한 기어 모듈과, 스텝 모터의 구동에 의하여 일 축으로 선형 이동되는 이동력을 기어 모듈로부터 전달받아 선형 이동되는 이동 부재를 포함하는 이동 모듈; 이동 부재와 결합되면서 베이스 상부에 설치되어, 스텝 모터의 구동에 의하여 일 축으로 선형 이동되는 이동 스테이지; 및 이동 스테이지에 상부측 바디가 설치되며, 상부측 바디에 대해서 일 축으로 상대 이동 가능하도록 가이드 부재에 의하여 결합된 하부측 바디가 설치되고, 하부측 바디는 베이스에 설치되는 이동 가이드 모듈;을 포함하되, 기어 모듈은, 모터의 회전축으로부터 연장된 스크류; 스크류에 대응되는 암나사선이 형성되어 있어, 스크류의 회전에 따라서 일 축으로 선형 이동되는 이동체;를 포함하고, 이동 부재는, 이동체에 형성된 수용 홀; 수용 홀을 관통하여 삽입되며 일 단측이 이동 스테이지에 고정되는 삽입 볼트; 및 삽입 볼트를 수용하면서 일 단측이 수용 홀에, 다른 단측이 삽입 볼트의 볼트 헤드에 접촉되는 탄성 결합 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지{MICRO STAGE FOR PRECISION MOVEMENT USING LOW-COST MOVEMENT MODULE}
본 발명은, 광 모듈 또는 광 부품 등 정밀 이동 제어가 필요한 부품을 이동시키거나 부품이 결합되어 이동되도록 하는 초소형 이동 스테이지에 관한 것으로, 구체적으로는, 스텝 모터 등 매우 저렴한 이동 수단을 이용하여 비용이 크게 절감되며, 이에 의한 이동 방향의 오차를 안정적으로 제거하여 정밀한 이동이 가능하게 하고, 스텝 모터의 강한 구동력 및 빠른 속도의 장점을 이용할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
초소형 이동 스테이지는, 예를 들어 선형의 이동 스테이지를 포함한다. 이동 스테이지는 매우 정밀한 이동이 필요한 광 모듈에 고정되거나, 광 부품 등이 스테이지 상부에 올려져 이동되도록 하는데, 이러한 초소형의 이동 스테이지에 있어서는, 정밀한 축 방향의 이동이 결합되는 이동 대상의 정밀 이동이 필수적임에 따라서 이동 스테이지에 있어서도 필수적인 요소가 된다.
이러한 이동 스테이지는 기존의 기술에 있어서는 한국 등록특허 10-1333738호 등에 기재된 바와 같이, 대부분의 초소형 이동 스테이지에 있어서는 피에조 모터(Piezo Motor)를 이용하고 있다. 피에조 모터는 초소형으로 구현할 수 있는 동시에 선형 이동의 정밀성이 담보되어, 상기의 초소형 스테이지에 적용할 수 있는 장점이 있다.
그러나 피에조 모터는 예를 들어 약 200여만원의 비싼 단가 때문에 이를 이용한 초소형 이동 스테이지를 제작 시 단가가 지나치게 상승하는 문제가 있고, 모터의 특성 상 강한 출력과 빠른 응답이 불가능한 문제가 있다.
이러한 강한 출력과 빠른 이동 속도를 갖는 모터는 예를 들어 스텝 모터(Step Motor)가 있다. 스텝 모터 중 저렴한 모터는 그 가격이 약 80만원 정도로 상기의 피에조 모터에 비하여 매우 저렴하고, 출력이 강하고 이동 속도가 빠른 장점이 있다.
그러나 스텝 모터는 스크류 축과 이동되는 기어 모듈에 있어서 그 선형의 이동성이 완전히 정밀하게 담보되지 못하는 문제가 있다. 즉 스크류의 축과 기어의 이동 방향이 이루는 축이 일치하지 않아 슬립(Slip)이 발생할 수 있는 문제가 있다. 또한 가공 상의 오차로 인하여, 기어가 완전하게 맞물리지 않는 현상이 있어, 일 축으로 양 방향의 이동 방향의 전환 시 스크류 기어는 회전하나 이에 맞물려 회전력을 선형 이동력으로 변환해야 하는 암사사부의 이동체가 이동되지 않는 백래쉬(Backlash) 현상이 발행하여 정밀한 이동이 불가능한 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 구체적으로는 매우 저렴하고 강한 출력과 빠른 이동속도가 보장되는 스텝 모터를 사용하면서, 스텝 모터와 기어 모듈의 구조에서 발생할 수 있는 문제로서, 스크류의 축과 기어의 이동 방향이 이루는 축이 일치하지 않아 슬립(Slip)이 발생할 수 있는 문제 및 가공 상의 오차로 인하여, 기어가 완전하게 맞물리지 않는 현상이 있어, 일 축으로 양 방향의 이동 방향의 전환 시 스크류 기어는 회전하자 랙 기어가 이동되지 않는 백래쉬(Backlash) 현상을 해결할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지는 베이스; 상기 베이스에 설치되는 스텝 모터와, 모터의 회전력을 일 축의 양 방향 선형 운동으로 변형하기 위한 기어 모듈과, 상기 스텝 모터의 구동에 의하여 상기 일 축으로 선형 이동되는 이동력을 상기 기어 모듈로부터 전달받아 선형 이동되는 이동 부재를 포함하는 이동 모듈; 상기 이동 부재와 결합되면서 상기 베이스 상부에 설치되어, 상기 스텝 모터의 구동에 의하여 상기 일 축으로 선형 이동되는 이동 스테이지; 및 상기 이동 스테이지에 상부측 바디가 설치되며, 상기 상부측 바디에 대해서 상기 일 축으로 상대 이동 가능하도록 가이드 부재에 의하여 결합된 하부측 바디가 설치되고, 상기 하부측 바디는 상기 베이스에 설치되는 이동 가이드 모듈;을 포함하되, 상기 기어 모듈은, 상기 모터의 회전축으로부터 연장된 스크류; 상기 스크류에 대응되는 암나사선이 형성되어 있어, 스크류의 회전에 따라서 일 축으로 선형 이동되는 이동체;를 포함하고, 상기 이동 부재는, 상기 이동체에 형성된 수용 홀; 상기 수용 홀을 관통하여 삽입되며 일 단측이 상기 이동 스테이지에 고정되는 삽입 볼트; 및 상기 삽입 볼트를 수용하면서 일 단측이 상기 수용 홀에, 다른 단측이 상기 삽입 볼트의 볼트 헤드에 접촉되는 탄성 결합 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부재는, 상부측 바디 및 하부측 바디에 각각 형성된 가이드 홈 라인 및 상기 가이드 홈 라인에 삽입되어 상기 가이드 홈 라인을 따라서 일 축으로 상대 선형 이동되는 돌출부와, 상기 가이드 홈 라인 및 돌출부를 이동 가능하도록 연결하는 베어링부재를 포함하여 구성되는 것이 가능하다.
상기 이동 부재에 의하여, 상기 가이드 부재의 이동 방향의 축과 상기 이동체의 이동 방향의 축이 서로 평행하지 않더라도 상기 삽입 볼트가 상기 수용 홀 내부에서 상기 가이드 부재의 이동 방향의 축과 일치되도록 미세 이동되는 동시에 상기 탄성 결합 부재에 의하여 상기 이동체와 상기 이동 스테이지가 이동력이 전달되도록 고정됨에 따라, 상기 가이드 홈 라인 및 돌출부에 마찰력을 부여하지 않으면서 상기 이동 스테이지에 이동력을 부여하도록 하는 것이 가능하다.
상기 가이드 부재의 상부측 바디는 상기 이동 스테이지의 중앙 하면 측에 설치되며, 상기 이동 부재는 상기 이동 스테이지 및 베이스의 측면에 배치되는 것이 가능하다.
상기 베이스와 상기 이동 스테이지에 상기 일 축으로 어느 한 방향의 외력을 부여하는 탄성 오프셋 부재;를 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 탄성 오프셋 부재는, 일 단측이 상기 베이스에 고정되며, 다른 단측은 상기 이동 스테이지에 고정되는 압축 스프링으로서, 상기 탄성 오프셋 부재에 의하여, 상기 기어 모듈의 기어 간의 가공 오차에 의한 간극을 제거하여, 일 축의 양 방향 이동 전환 시의 기어 간의 가공 오차에 의한 백래쉬 현상을 방지하도록 하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 예를 들어 베이스에 설치된 스텝 모터의 스크류 기어에 의하여 이동되는 이동체와 이로부터 이동력을 전달받아 이동되는 이동 스테이지를 볼트로 결합 시, 스크류 기어의 축과 이동 스테이지와 베이스 사이의 이동을 가이드하는 이동 가이드 모듈 사이의 이동 축이 불일치 할 수 있는 환경 하에서 양 축의 서로 불일치하면서 고정 이동됨에 따라서 상대 변위가 늘어남에 따른 탈조 및 마찰에 의한 모터 스톱 현상을, 삽입 볼트와 수용 홀의 삽입 구조와 함께 탄성 결합 부재의 고정력 및 이동성 부여에 의하여 삽입 볼트가 수용 홀 안에서 일부 미세 이동이 가능하도록 결합함에 따라서 완전히 방지하게 된다.
또한, 상술한 백래쉬 현상의 경우, 상기의 탄성 오프셋 부재에 의하여 지속적으로 일 방향의 힘을 이동 스테이지와 베이스 사이에 가하여 주기 때문에 가공 오차가 미세하게 발생하더라도 이를 제거할 수 있는 효과가 있다.
이에 의하여, 매우 저렴한 스텝 모터 모듈, 즉 스텝 모터와 스크류 결합 구조를 갖는 기어 모듈의 제품을 이용하더라도 정밀한 이동이 가능하고, 동시에 스텝 모터의 장점을 활용할 수 있어, 초소형 스테이지의 품질을 향상시키는 동시에 단가를 저렴하게 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 각 구성요소의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 저면도.
도 4는 도 3의 A 영역의 확대도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 다른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 측단면도.
도 6은 도 5의 B영역의 내부 확대도.
이하에서는, 다양한 실시 예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
본 명세서에서 사용되는 "실시 예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 각 구성요소의 분리 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 저면도, 도 4는 도 3의 A 영역의 확대도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 다른 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지의 측단면도, 도 6은 도 5의 B영역의 내부 확대도이다. 한편 이하의 설명에 있어서, 도면에 기재된 사항은 본 발명의 각 구성의 기능을 설명하기 위하여 일부의 구성이 생략되거나, 과하게 확대 또는 축소되어 도시되어 있으나, 해당 도시 사항이 본 발명의 기술적 특징 및 권리범위를 한정하는 것은 아닌 것으로 이해됨이 당연할 것이다.
또한 이하의 설명에 있어서 하나의 기술적 특징 또는 발명을 구성하는 구성요소를 설명하기 위하여 다수의 도면이 동시에 참조되어 설명될 것이다.
상기의 도면들을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지(이하 '본 발명의 장치'라 한다.)는, 베이스(10), 이동 모듈(30), 이동 스테이지(10) 및 이동 가이드 모듈(11, 21)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도면들에 도시된 바와 같이 베이스(10)는 플레이트 형태의 고정 부재로서, 이동 스테이지(10)가 상대 이동할 수 있도록, 이동 모듈(30) 등이 설치되는 동시에 돌출부가 형성되어, 가이드 홈 라인을 따라서 이동 스테이지(20)가 베이스(10)를 기준으로 상대 선형 이동되도록 구성된다. 이때 가이드 홈 라인에 형성된 오목한 라인과 돌출부의 오목한 라인 에는 베어링부재가 배치됨으로써, 그 이동을 부드럽게 할 수 있다.
이동 모듈(30)은 스텝 모터(32) 및 기어 모듈(33, 34, 13)을 포함하여, 추가적으로 이동 부재(14, 40, 50)를 포함한다. 스텝 모터(32)는 펄스 형태의 전압에 의하여 일정 각도 회전함에 따라서 회전 각이 제어되며, 회전 각도는 입력 펄스의 신호의 수에 비례하고, 속도는 주파수에 비례한다. 이에 따라서 일정 회전 각만큼 축을 회전할 수 있다.
스텝 모터(32)는 전원 라인(31)을 통하여 전원을 공급받아 상기와 같은 회전력을 발생하게 되는데, 이때 그 회전력은 상술한 기어 모듈에 전달된다. 이때 기어 모듈은, 도면들에 도시된 바와 같이, 스크류(34)로서 스텝 모터(32)의 회전 케이스(33) 내부에 설치된 회전 축으로부터 연장되는 부재를 포함한다. 스크류(34)에는 도면들에 도시된 바와 같이 수나사선이 형성되어 있다.
기어 모듈에는 이동체(13)가 포함될 수 있다. 이동체(13)는 스크류(34)의 수나사선에 대응되는 암자사선이 형성되어 있어, 스크류(34)의 회전력을 상기의 일 축과 거의 평행한 선형 이동력으로 변환하여, 스크류(34)의 회전에 따라서 일 축으로 선형 이동되는 부재이다. 이동체(13)의 이동 방향을 제외한 일 면은 예를 들어 베이스(10)의 측면과 접촉되도록 하여 스크류(34)의 회전에 따라서 함께 회전하지 않고 그 회전력을 오롯이 전달받아 선형 이동되도록 구성될 수 있다.
이동 부재는 이동체(13)의 선형 이동력을 전달받아 함께 동일한 방향으로 선형 이동되는 부재를 의미한다. 이때 이동 부재에는 수용 홀(14), 삽입 볼트(40) 및 탄성 결합 부재(50)가 포함될 수 있다.
수용 홀(14)은 적어도 삽입 볼트(40)의 직경보다 커, 후술하는 바와 같이 삽입 볼트(40)가 미세하게 수용 홀(14)이 형성하는 공간 내에서 상술한 일 축의 선형 방향과 평행하지 않은 방향으로 이동될 수 있도록 구성된다.
한편, 삽입 볼트(40)는 수용 홀(14)을 관통하면서 이동체를 통과하도록 하여, 이동체에 완전하게 고정되지 않은 상태에서, 일 단측은 이동 스테이지(20)의 일 측면에 완전히 고정되도록 설치되는 부재이다. 또한 탄성 결합 부재(50)는 삽입 볼트(40)를 내부에 수용하면서, 일 단측은 수용 홀(14)에, 즉 이동체(13)에, 다른 단측은 삽입 볼트(40)의 볼트 헤드에 접촉하여 결합되도록 한다.
이 경우, 수용 홀(14)을 따라서 삽입 볼트(40)가 일부 일 축과 평행하지 않은 방향으로 이동될 수 있는데 있어서 본 발명의 핵심적인 목적이 달성된다. 이를 위해서 이동 가이드 모듈(11, 21)을 추가적으로 설명한다.
이동 가이드 모듈은 하부측 바디(11) 및 상부측 바디(21)를 포함하여 구성된다. 도 2 등에 도시된 바와 같이 예를 들어 상부측 바디(21)에는 오목한 가이드 홈 라인이 형성되어 있고 하부측 바디(11)는 가이드 홈 라인에 삽입될 수 있는 형태의 돌출부로 형성될 수 있다. 상부측 바디(21)는 이동 스테이지(20)에 고정되며, 하부측 바디(11)는 베이스(10)에 고정된다.
상술한 바와 같이 가이드 부재는 상술한 가이드 홈 라인 및 홈 라인에 삽입되어 가이드 홈 라인을 따라서 일 축으로 상대 선형 이동되는 돌출부와, 가이드 홈 라인 및 돌출부를 이동 가능하도록 연결하면서 마찰을 흡수하는 베어링부재를 포함할 수 있다.
이에 따라서 선형의 이동력이 부여되는 경우, 그 선형 이동에 대한 일 축으로의 이동 방향은 하부측 바디(11)와 상부측 바디(21)의 체결에 의하여 가이드될 것이다.
이러한 경우에 있어서 이동 부재의 상술한 구조적 특징에 의하여 본 발명의 핵심적인 목적이 달성된다. 즉 도 4에 도시된 바와 같이 가이드 부재의 이동 방향의 축(D2)과 상기 이동체의 이동 방향의 축(D1)이 서로 평행하지 않더라도 삽입 볼트(40)가 수용 홀(14)을 따라서 볼트 삽입되어 이동체(13)에 완전하게 고정되는 것이 아니라, 수용 홀(14) 내부에서 가이드 부재의 이동 방향의 축(D2)을 따라서 미세 이동되는 동시에 탄성 결합 부재(50)에 의하여 이동체(13)와 이동 스테이지(20)가 이동력이 전달되도록 고정됨에 따라, 가이드 부재의 이동 방향의 축과 일치되도록 미세 이동되는 동시에 가이드 홈 라인 및 돌출부에 마찰력을 부여하지 않으면서 이동 스테이지(20)에 이동력을 부여하도록 하는 것이 가능하게 되는 것이다. 이와 같은 구조에 의하여 탄성 결합 부재(50)는 도면들에 도시된 바와 같이 삽입 볼트(40)를 내부에 수용하는 압축 스프링으로 구현될 수 있다.
이는 상술한 바와 같이 수용 홀(14)에 삽입 볼트(40)가 완전히 고정되는 경우 상기의 D1 및 D2 축이 평행하지 않은 경우에, D1 축 방향의 이동력이 D2 축으로 선형 이동해야 하는 상부측 바디(21) 및 하부측 바디(11)에 가해져, 양 바디(11, 21)간에 탈조가 일어나거나, 마찰에 의하여 뻑뻑해짐에 따라서 인가되는 전원 출력에도 원하는 거리로 정밀하게 이동 스테이지(20)가 이동되지 않는 문제를 해결할 수 있는 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이 상기의 스텝 모터(30) 및 가이드 부재의 설치 구조 및 베이스(10)와 이동 스테이지(20) 간의 이동 구조에 따라서, 상부측 바디(21)는 이동 스테이지(20)의 중앙 하면 측에 설치되어 전체적인 이동 스테이지(20)의 일 축 방향으로의 선형 이동을 안정적으로 가이드하도록 구성됨이 바람직하다. 또한 스텝 모터(30)로부터의 간단한 기어 구조를 통한 이동력 부여를 위하여 상기의 이동 부재에 포함된 각 구성요소(14, 40, 50)은 도 1 및 2 등에 도시된 바와 같이 이동 스테이지(20) 및 베이스(10)의 측면에 배치되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 저렴한 기어 모듈을 포함하는 스텝 모터 제품의 구조에 있어서는 상기의 축 방향의 미세한 틀어짐 이외에, 기어 간의 가공 오차에 의한 문제가 발생될 수 있다.
즉 상술한 바를 도 6을 통해 설명하면, 가공 상의 오차로 인하여, 기어가 완전하게 맞물리지 않는 현상이 있어, 일 축으로 양 방향의 이동 방향의 전환 시 스크류(34)는 회전을 일부 하는 동안, 상술한 이동체(13)의 암나사선(F1)이 상기의 스크류(34)의 수나사선(M)에 완전히 맞물리지 않음에 따라서 이동체(13)가 수나사선과 암나사선이 완전히 맞물릴때까지 이동되지 않는 백래쉬(Backlash) 현상이 발행하여 정밀한 이동이 불가능한 문제가 있는 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 본 발명의 장치에는 베이스(10)와 이동 스테이지(20) 사이에 일 축으로 어느 한 방향의 외력을 부여하는 탄성 오프셋 부재(60)가 더 포함될 수 있다.
이때 탄성 오프셋 부재(60)는 도 3 등에 도시된 바와 같이 일 단측은 베이스의 접촉 영역(15)에 고정되고, 다른 단측은 이동 스테이지(20)의 접촉 영역(22)에 고정되도록 구현되며, 그 부재 특성은 압축 스프링으로 구현될 수 있다.
이에 따르면 본 발명의 또 다른 핵심적인 목적이 달성될 수 있다. 즉 도 6에 도시된 바와 같이 이동체(13)의 암나사선(F1)이 스크류(34)의 수나사선(M)와 완전히 맞물리지 않은 간격이 있는 경우 이에 일 방향의 외력을 발생하여, 암나사선(F2)이 이동으로 수나사선(M)과 맞물리도록 할 수 있는 것이다.
이에 따라서, 탄성 오프셋 부재(60)에 의하여, 기어 모듈의 기어, 즉 이동체(13)의 암나사선(F1)과 스크류(34)의 수나사선(M) 간의 가공 오차에 의한 간극을 제거하여, 일 축의 양 방향 이동 전환 시의 기어 간의 가공 오차에 의한 백래쉬 현상을 방지하도록 하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 축의 정밀한 정렬 및 기어 구조 간의 정밀한 가공이 이루어지지 않을 수 있는 매우 저렴한 스텝 모터 모듈, 즉 스텝 모터와 스크류 결합 구조를 갖는 기어 모듈의 제품을 이용하더라도 정밀한 이동이 가능하고, 동시에 스텝 모터의 장점을 활용할 수 있어, 초소형 스테이지의 품질을 향상시키는 동시에 단가를 저렴하게 공급할 수 있는 효과가 있는 것이다. 특히 정밀 이동이 가능하도록 하는 동시에, 강한 출력과 빠른 속도를 보장하여, 기존의 피에조 모터에 비하여 오히려 성능이 크게 향상된 이동 스테이지를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 베이스;
    상기 베이스에 설치되는 스텝 모터와, 모터의 회전력을 일 축의 양 방향 선형 운동으로 변형하기 위한 기어 모듈과, 상기 스텝 모터의 구동에 의하여 상기 일 축으로 선형 이동되는 이동력을 상기 기어 모듈로부터 전달받아 선형 이동되는 이동 부재를 포함하는 이동 모듈;
    상기 이동 부재와 결합되면서 상기 베이스 상부에 설치되어, 상기 스텝 모터의 구동에 의하여 상기 일 축으로 선형 이동되는 이동 스테이지; 및
    상기 이동 스테이지에 상부측 바디가 설치되며, 상기 상부측 바디에 대해서 상기 일 축으로 상대 이동 가능하도록 가이드 부재에 의하여 결합된 하부측 바디가 설치되고, 상기 하부측 바디는 상기 베이스에 설치되는 이동 가이드 모듈;을 포함하되,
    상기 기어 모듈은,
    상기 모터의 회전축으로부터 연장된 스크류;
    상기 스크류에 대응되는 암나사선이 형성되어 있어, 스크류의 회전에 따라서 일 축으로 선형 이동되는 이동체;를 포함하고,
    상기 이동 부재는,
    상기 이동체에 형성된 수용 홀;
    상기 수용 홀을 관통하여 삽입되며 일 단측이 상기 이동 스테이지에 고정되는 삽입 볼트; 및
    상기 삽입 볼트를 수용하면서 일 단측이 상기 수용 홀에, 다른 단측이 상기 삽입 볼트의 볼트 헤드에 접촉되는 탄성 결합 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 부재는,
    상부측 바디 및 하부측 바디에 각각 형성된 가이드 홈 라인 및 상기 가이드 홈 라인에 삽입되어 상기 가이드 홈 라인을 따라서 일 축으로 상대 선형 이동되는 돌출부와, 상기 가이드 홈 라인 및 돌출부를 이동 가능하도록 연결하는 베어링부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동 부재에 의하여,
    상기 가이드 부재의 이동 방향의 축과 상기 이동체의 이동 방향의 축이 서로 평행하지 않더라도 상기 삽입 볼트가 상기 수용 홀 내부에서 상기 가이드 부재의 이동 방향의 축과 일치되도록 미세 이동되는 동시에 상기 탄성 결합 부재에 의하여 상기 이동체와 상기 이동 스테이지가 이동력이 전달되도록 고정됨에 따라, 상기 가이드 홈 라인 및 돌출부에 마찰력을 부여하지 않으면서 상기 이동 스테이지에 이동력을 부여하도록 하는 것을 특징으로 하는 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 부재의 상부측 바디는 상기 이동 스테이지의 중앙 하면 측에 설치되며,
    상기 이동 부재는 상기 이동 스테이지 및 베이스의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 이동 스테이지에 상기 일 축으로 어느 한 방향의 외력을 부여하는 탄성 오프셋 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성 오프셋 부재는,
    일 단측이 상기 베이스에 고정되며, 다른 단측은 상기 이동 스테이지에 고정되는 압축 스프링으로서,
    상기 탄성 오프셋 부재에 의하여, 상기 기어 모듈의 기어 간의 가공 오차에 의한 간극을 제거하여, 일 축의 양 방향 이동 전환 시의 기어 간의 가공 오차에 의한 백래쉬 현상을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 저가형 이동 모듈을 이용한 정밀 이동용 마이크로 스테이지.
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