KR20100136660A - 리니어 스테이지용 공기 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 스테이지에 사용되는 공기 베어링에 관한 것으로, 세라믹 재질의 몸체에 도넛 형태의 다공질 세라믹체가 다수 개 내재되되, 다공질 세라믹체의 중앙에는 원형 금속판을 설치하여, 공압이 다공질 세라믹체의 중앙으로 집중되는 형상을 방지할 뿐만 아니라, 이로 인해 다공질 세라믹체가 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있으며, 가공시 다공질 세라믹체의 중앙부가 마모되는 현상을 방지할 수 있도록 한 특징이 있다.
본 발명은 크게 다섯 부분으로 구성되는바, 직육면체 형태의 세라믹블록으로 구성되되, 상면 일측으로는 금속판(12, 22)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(11, 21)가 내재되고, 다공질 세라믹체(11, 21)가 형성된 측의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(13, 23)이 형성되며, 상면 타측으로는 다공질 세라믹체(11, 21)에 에어가 공급되는 통로인 에어공급공(14, 24)과, 좌·우측면판(30, 40)과 결합되도록 결합공(15, 25)이 형성된 좌측 및 우측 저면판(10, 20)과; 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 상면에 결합되는 직육면 형태의 세라믹블록 형태로 구성되되, 좌측면판(30)의 우측면과 우측면판(40)의 좌측면으로는 금속판(32, 42)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(31, 41)가 내재되고, 다공질 세라믹체(31, 41)가 형성된 측면의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(33, 43)이 형성되며, 상면과 하면으로는 에어가 이송되는 통로인 에어이송공(34, 44)이 형성되고, 좌측 및 우측 저면 판(10, 20)과 상면판(50)을 연결하여 결합되도록 결합공(35, 45)이 형성되며, 외측면으로는 에어주입공(36, 46)이 형성된 좌·우측면판(30, 40)과; 상기 좌·우측면판(30, 40)의 상면에 결합되는 세라믹 플레이트형태로 구성되되, 하면 양측으로는 금속판(52)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(51)가 내재되고, 다공질 세라믹체(51)가 형성된 하면의 몸체 중앙부 양단에는 단차 가공된 에어배출홈(53)이 형성되며, 좌·우측면판(30, 40)의 에어이송공(34, 44)과 연통되도록 에어공급공(54)이 형성되고, 상기 좌·우측면판(30, 40)과 결합되도록 결합공(55)이 형성된 상면판(50)으로 구성된 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 세라믹 재질의 좌측 및 우측 저면판과 좌·우측판 및 상면판에는 공히 도넛 형태의 다공질 세라믹체가 다수 개 내재되되, 다공질 세라믹체의 중앙에는 금속판을 설치하여, 공압이 다공질 세라믹체의 중앙으로 집중되는 형상을 방지할 뿐만 아니라, 이로 인해 다공질 세라믹체의 중앙부가 공압에 의해 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있어 공기 베어링의 작동 및 정밀도가 일층 향상되는 효과가 있다.
또한, 공기 베어링의 사용 시 기존의 공기 베어링과는 달리 다공질 세라믹체의 중앙부가 마모되는 현상이 방지되어 공기 베어링을 오랫동안 교체 없이 사용할 수 있어서 교체비용과 시간이 절감되는 또 다른 효과가 있다.
공기 베어링, 에어베어링, 리니어 스테이지, 다공질 세라믹

Description

리니어 스테이지용 공기 베어링 { The air bearing for linear stage }
본 발명은 공기 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 리니어 스테이지에 사용되는 공기 베어링에 관한 것으로, 세라믹 재질의 몸체에 도넛 형태의 다공질 세라믹체가 다수 개 내재되되, 다공질 세라믹체의 중앙에는 스틸을 설치하여, 공압이 다공질 세라믹체의 중앙으로 집중되는 형상을 방지할 뿐만 아니라, 이로 인해 다공질 세라믹체가 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있으며, 가공시 다공질 세라믹체가 마모되는 현상을 방지할 수 있도록 한 공기 베어링에 관한 것이다.
일반적으로 리니어 스테이지(linear stage)라 함은, 리니어 모터의 구동에 의한 반송 방식을 말하는 것으로, 근년에 주로 사용하고 있는 것은 자동차 공장의 세미 어셈블리 라인에서의 각종 부품을 라인에 공급, 가공과 조립 라인 상의 워크를 적재한 팔레트의 고속 이동정지, 전자 OA관계 기기의 생산 공장 안에서 각종 부품의 다른 생산 라인에 사용하고 있으며, 특히, 반도체 제조 공장 내에서 웨이퍼 반송에는 클린도가 높기 때문에 빈번하게 활용되고 있다.
최근에 들어서는 PDP, LCD 조립 검사 장비에 주로 사용되는바, 그 대표적인 형태를 살펴보면, 베어링과 리니어 모터, 리니어 엔코더 및 서보 제어기 등으로 구성되어 있으며, 이러한 슬라이더를 지지하며 안내하는 베어링은 직선 유니트의 정밀도와 연관된 핵심적인 요소기술로서 초정밀 직선 운동 유니트 구성품 중 중요한 역할을 하고 있다.
상기와 같은 일반적인 직선 운동 시스템의 지지 베어링으로는 볼이나 롤러 베어링이 많이 사용되었으나 볼과 롤러의 탄성 변형과 불 균일 등에 기인한 상하방향의 흔들림에 의하여 고정밀 위치 정밀도 구현에 한계가 있을 뿐만 아니라 기계적인 접촉에 의한 마찰력으로 인하여 급속 이송 시에 발생하는 진동 및 발열 등에 의해 시스템 성능이 현저하게 저하되는 문제점을 내포하고 있었다.
이를 개선하기 위해서 대상체의 고속 이송이 가능하고 높은 정밀도의 평면운동을 얻기 위하여 슬라이더와 안내면이 비접촉이 되도록 공기와 같은 윤활 유체를 사용하여 슬라이더를 지지하는 유체베어링의 개발이 진행되어 있으나 대부분의 유체베어링은 취성이 강하여 외력에 의해 쉽게 파손되는 문제점을 내포하고 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인이 선출하여 등록받은 국내 실용신안등록 제0425185호를 살펴보면, 리니어 스테이지 내부에 공기 베어링이 내설되어 있는바, 공기 베어링의 구조는 카본을 소성 시킨 다음, 이를 원판 또는 직사각 형태로 제작한 후 하우징에 일체로 에폭시 본딩 처리한 것을 리니어 스테이지에 적용하였다.
위와 같은 본 출원인이 개선한 종래의 리니어 스테이지용 공기 베어링은 내마모성과 내열성 및 강도 등이 우수하고, 높은 정밀도는 갖고 있지만, 장기간 사용 시 공기 베어링의 중앙으로 공압이 집중되는 현상이 발생하게 되고, 이로 인해 공기 베어링의 중앙이 부풀어오르는 문제점이 있었다.
또한, 공기 베어링의 중앙이 부풀어오름으로 인해, 가공 시 공기 베어링의 중앙이 닳는 또 다른 문제점을 내포하고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 크게 다섯 부분으로 구성되는바, 직육면 형태의 세라믹블록으로 구성되되, 상면 일측으로는 금속판(12, 22)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(11, 21)가 내재되고, 다공질 세라믹체(11, 21)가 형성된 측의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(13, 23)이 형성되며, 상면 타측으로는 다공질 세라믹체(11, 21)에 에어가 공급되는 통로인 에 어공급공(14, 24)과, 좌·우측면판(30, 40)과 결합되도록 결합공(15, 25)이 형성된 좌측 및 우측 저면판(10, 20)과; 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 상면에 결합되는 직육면 형태의 세라믹블록 형태로 구성되되, 좌측면판(30)의 우측면과 우측면판(40)의 좌측면으로는 금속판(32, 42)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(31, 41)가 내재되고, 다공질 세라믹체(31, 41)가 형성된 측면의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(33, 43)이 형성되며, 상면과 하면으로는 에어가 이송되는 통로인 에어이송공(34, 44)이 형성되고, 좌측 및 우측 저면판(10, 20)과 상면판(50)을 연결하여 결합되도록 결합공(35, 45)이 형성되며, 외측면으로는 에어주입공(36, 46)이 형성된 좌·우측면판(30, 40)과; 상기 좌·우측면판(30, 40)의 상면에 결합되는 세라믹 플레이트형태로 구성되되, 하면 양측으로는 금속판(52)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(51)가 내재되고, 다공질 세라믹체(51)가 형성된 하면의 몸체 중앙부 양단에는 단차 가공된 에어배출홈(53)이 형성되며, 좌·우측면판(30, 40)의 에어이송공(34, 44)과 연통되도록 에어공급공(54)이 형성되고, 상기 좌·우측면판(30, 40)과 결합되도록 결합공(55)이 형성된 상면판(50)으로 구성된 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 세라믹 재질의 좌측 및 우측 저면판과 좌·우측판 및 상면판에는 공히 도넛 형태의 다공질 세라믹체가 다수 개 내재되되, 다공질 세라믹체의 중앙에는 금속판을 설치하여, 공압이 다공질 세라믹체의 중앙으로 집중되는 형상을 방지할 뿐만 아니라, 이로 인해 다공질 세라믹체의 중앙부가 공압에 의해 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있어 공기 베어링의 작동 및 정밀도가 일층 향상되는 효과가 있다.
또한, 공기 베어링의 사용 시 기존의 공기 베어링과는 달리 다공질 세라믹체의 중앙부가 마모되는 현상이 방지되어 공기 베어링을 오랫동안 교체 없이 사용할 수 있어서 교체비용과 시간이 절감되는 또 다른 효과가 있다.
본 발명은 리니어 스테이지에 사용되는 공기 베어링에 관한 것으로, 세라믹 재질의 몸체에 도넛 형태의 다공질 세라믹체가 다수 개 내재되되, 다공질 세라믹체의 중앙에는 원형 금속판을 설치하여, 공압이 다공질 세라믹체의 중앙으로 집중되는 형상을 방지할 뿐만 아니라, 이로 인해 다공질 세라믹체가 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있으며, 가공시 다공질 세라믹체의 중앙부가 마모되는 현상을 방지할 수 있도록 한 특징이 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 분해 사시도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 단면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 상면판의 사시도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 본 발명은 크게 좌측 저면판(10)과 우측 저면판(20), 좌측면판(30), 우측면판(40) 및 상면판(50)으로 구성되며, 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 상부로 좌·우측면판(30, 40)이 결합되고, 좌·우측면판(30, 40)의 상부로 상면판(50)이 결합되는 대략적인 구성을 갖는다.
우선, 본 발명의 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 구성을 살펴보면, 좌측 저면판(10)과 우측 저면판(20)은 그 형태가 동일한 형태로 형성되는바, 본 발명의 최저부에 서로 마주 대응하는 형태로 설치된다.
좌측 및 우측 저면판(10, 20)은 높이보다 넓이가 넓은 직육면체 형태의 세라믹블록으로 구성되되, 상면 일측으로는 원형의 금속판(12, 22)이 내재된 다공질 세라믹체(11, 21)가 다수 개 삽설되는바, 다공질 세라믹체(11, 21)는 원형의 다공질 세라믹 재질로 구성되어 세라믹 블록과 동일한 높이가 되도록 내재된다.
한편, 다수개의 다공질 세라믹체(11, 21)가 형성된 쪽의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(13, 23)이 형성되어 있는바 이는 다공질 세라믹체(11, 21)로부터 배출된 에어가 몸체의 중앙에 머물지 않고 신속하게 배출되도록 하는 것으로, 이로 인해 더욱 원활하게 공기 베어링이 작동할 수 있도록 구성된다.
또한, 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 상면 타측으로는 다공질 세라믹체(11, 21)에 에어가 공급되는 통로인 에어공급공(14, 24)이 형성되어 있는바, 이는 후술하는 좌·우측면판(30, 40)의 에어이송공(34)과 연통되어 공급된 에어가 다공질 세라믹체(11, 21)로 공급되도록 하는 구성을 갖는다.
그리고 상기 에어공급공(14, 24)과 인접한 위치에는 후술하는 좌·우측면 판(30, 40)과 상면판(50)에 형성된 결합공(35, 45, 55)과 연통되도록 결합공(15, 25)이 다수 개 형성되어 있어서 별도의 결합부재(미도시)를 통해 일체로 결합된다.
한편, 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 상면에 결합되는 좌·우측면판(30, 40)의 구성을 살펴보면, 좌측면판(30)과 우측면판(40)은 그 형태가 동일한 형태로 형성되는바, 본 발명의 양측에 서로 마주 대응하는 형태로 설치된다.
좌·우측면판(30, 40)은 넓이보다 높이가 높은 직육면체 형태의 세라믹블록으로 구성되되, 좌측면판(30)의 우측면과 우측면판(40)의 좌측면으로는 금속판(32, 42)이 내재된 다공질 세라믹체(31, 41)가 다수 개 삽설되는바, 다공질 세라믹체(31, 41)는 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)에 형성된 다공질 세라믹체(11, 21)와 동일한 재질과 형태인 원형의 다공질 세라믹 재질로 구성되어 세라믹 블록과 동일한 높이가 되도록 내재된다.
그리고 다수개의 다공질 세라믹체(31, 41)가 형성된 쪽의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(33, 43)이 형성되어 있는바 이는 다공질 세라믹체(31, 41)로부터 배출된 에어가 몸체의 중앙에 머물지 않고 신속하게 배출되도록 하는 것으로, 이로 인해 더욱 원활하게 공기 베어링이 작동할 수 있도록 구성된다.
또한, 좌·우측면판(30, 40)의 상면으로는 다공질 세라믹체(31, 41)에 에어가 공급되는 통로인 에어공급공(34, 44)이 형성되어 있는바, 이는 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 에어공급공(14, 24)과 후술하는 상면판(50)의 에어공급공(54)과 연통되어 에어공급노즐(60)을 통해 공급된 에어가 다공질 세라믹체(31, 41)로 공급될 뿐만 아니라 좌측 및 우측 저면판(10, 20)과 상면판(50)으로 에어가 공급되도록 하는 구성을 갖는다.
상기 에어공급공(34, 44)과 인접한 위치에는 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 결합공(15, 25)과 상면판(50)의 결합공(55)과 연통되도록 결합공(35, 45)이 다수 개 형성되어 있어서 별도의 결합부재(미도시)를 통해 일체로 결합된다.
한편, 상기 좌·우측면판(30, 40)의 상면에 결합되는 상면판(50)의 구성을 살펴보면, 상면판(50)은 세라믹 플레이트 형태로 구성되되, 하면 양측으로는 금속판(52)이 내재된 다공질 세라믹체(51)가 다수 개 삽설되는바, 다공질 세라믹체(51)는 상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)에 형성된 다공질 세라믹체(11, 21)와 동일한 재질과 형태인 원형의 다공질 세라믹 재질로 구성되어 세라믹 블록과 동일한 높이가 되도록 내재된다.
그리고 다수개의 다공질 세라믹체(51)가 형성된 중앙부 사이에는 단차 가공된 에어배출홈(53)이 형성되어 있는바 이는 다공질 세라믹체(51)로부터 배출된 에어가 몸체의 중앙에 머물지 않고 신속하게 배출되도록 하는 것으로, 이로 인해 더욱 원활하게 공기 베어링이 작동할 수 있도록 구성된다.
또한, 상면판(50)의 저면 양측으로는 다공질 세라믹체(51)에 에어가 공급되는 통로인 에어공급공(54)이 형성되어 있는바, 이는 후술하는 좌·우측면판(30, 40)의 에어이송공(34)과 연통되어 공급된 에어가 다공질 세라믹체(51)로 공급되도록 하는 구성을 갖는다.
상기 에어공급공(54)과 인접한 위치에는 상기 좌·우측면판(30, 40)에 형성된 결합공(35, 45)과 연통되도록 결합공(55)이 다수 개 형성되어 있어서 별도의 결합부재(미도시)를 통해 일체로 결합된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 조립과정을 살펴보면, 좌측 저면판(10)의 결합공(15)과 좌측면판(30)의 결합공(35)이 연통되도록 맞추고, 우측 저면판(20)의 결합공(25)과 우측면판(40)의 결합공(45)이 연통되도록 맞춘 다음, 좌·우측면판(30, 40)의 결합공(35, 45)과 상면판(50)의 결합공(55)이 연통되도록 맞춘 후 결합부재로 결합하며, 좌측면판(30)과 우측면판(40)의 측면으로 에어공급노즐(60)을 결합함으로써 본 발명의 조립을 완료한다.
상기와 같이 조립된 본 발명의 에어공급노즐(60)로 에어를 공급하게 되면, 좌·우측면판(30, 40)의 내부에 형성된 에어이송공(34, 44)을 통해 다공질 세라믹체(31, 41)로 에어가 공급되며, 이와 동시에 에어이송공(34, 44)과 연통된 좌측 및 우측저면판(10, 20)의 에어이송홈(12, 24)으로 공급되어 좌측 및 우측저면판(10, 20)의 다공질 세라믹체(11, 21)로 공급되고, 또한, 에어이송공(34, 44)과 연통된 상면판(50)의 에어이송홈(54)으로 공급되어 상면판(50)의 다공질 세라믹체(11, 21)로 에어가 공급되도록 하는 구성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 단면도
도 4는 본 발명 상면판의 사시도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 좌측 저면판 20: 우측 저면판
30: 좌측면판 40: 우측면판
50: 상면판 60: 에어주입노즐
11, 21, 31, 41, 51: 다공질 세라믹체 12, 22, 32, 42, 52: 금속판
13, 23, 33, 43, 53: 에어배출홈 14, 24, 54: 에어공급공
34, 44: 에어이송공

Claims (2)

  1. 리니어 스테이지용 공기 베어링에 있어서,
    직육면 형태의 세라믹블록으로 구성되되, 상면 일측으로는 금속판(12, 22)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(11, 21)가 내재되며, 상면 타측으로는 다공질 세라믹체(11, 21)에 에어가 공급되는 통로인 에어공급공(14, 24)과, 좌·우측면판(30, 40)과 결합되도록 결합공(15, 25)이 형성된 좌측 및 우측 저면판(10, 20)과;
    상기 좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 상면에 결합되는 직육면 형태의 세라믹블록 형태로 구성되되, 좌측면판(30)의 우측면과 우측면판(40)의 좌측면으로는 금속판(32, 42)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(31, 41)가 내재되며, 상면과 하면으로는 에어가 이송되는 통로인 에어이송공(34, 44)이 형성되고, 좌측 및 우측 저면판(10, 20)과 상면판(50)을 연결하여 결합되도록 결합공(35, 45)이 형성되며, 외측면으로는 에어주입공(36, 46)이 형성된 좌·우측면판(30, 40)과;
    상기 좌·우측면판(30, 40)의 상면에 결합되는 세라믹 플레이트형태로 구성되되, 하면 양측으로는 금속판(52)이 내재된 원형의 다공질 세라믹체(51)가 내재되며, 좌·우측면판(30, 40)의 에어이송공(34, 44)과 연통되도록 에어공급공(54)이 형성되고, 상기 좌·우측면판(30, 40)과 결합되도록 결합공(55)이 형성된 상면판(50)으로 구성됨을 특징으로 하는 리니어 스테이지용 공기 베어링.
  2. 제 1항에 있어서,
    좌측 및 우측 저면판(10, 20)의 다공질 세라믹체(11, 21)가 형성된 측의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(13, 23)이 형성되고,
    좌·우측면판(30, 40)의 다공질 세라믹체(31, 41)가 형성된 측면의 몸체 중앙부에는 단차 가공된 에어배출홈(33, 43)이 형성되며,
    상면판(50)의 다공질 세라믹체(51)가 형성된 하면의 몸체 중앙부 양단에는 단차 가공된 에어배출홈(53)이 형성되어, 다공질 세라믹체(11, 21, 31, 41, 51)로부터 배출된 에어가 몸체의 중앙에 머물지 않고 신속하게 배출되도록 함을 특징으로 하는 리니어 스테이지용 공기 베어링.
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