CN101541472B - 粗微移动装置 - Google Patents

Abstract

一种能够高精度地将移动体移动的粗微移动装置以及具有该装置的液体供给装置。第一和第二移动体(28，33)设置成可沿着引导件(26)移动。连接件(56)以相对可移动的方式连接所述第一和第二移动体。第一驱动机构(38)将所述第一移动体粗移第一行程。第二驱动机构(49)设置在所述第一移动体和第二移动体之间，并且相对所述第一移动体将所述第二移动体微移第二行程。所述第二驱动机构设置在所述第一和第二移动体其中之一上，并包括具有接触器(52)的致动器(50)。所述接触器具有第一接触面(52a)。所述第一和第二移动体中的另一个包括与所述接触器的所述第一接触面接触的第二接触面(53a)。所述第一接触面或第二接触面中的至少一个为球形。

Description

粗微移动装置

技术领域

本发明涉及一种通过大行程的粗移和小行程的微移将移动体精确地移动到预定位置的粗微移动装置，以及具有这种粗微移动装置的液体供给装置。

背景技术

一种液体供给装置包括具有供给头部的移动体，并且例如，将液体从供给头部供给到作为工件的基板上以形成具有预定图案的涂液部。在这种液体供给装置中，移动体必须总是设在从基板的表面恒定隔开预定距离的位置以形成均匀的涂液部。在现有技术中，例如，专利文献1提出了一种实现这种要求的粗微移动装置。

在现有技术的粗微移动装置中，两个轨道设置在基部上以可移动地支撑第一移动体和第二移动体。一进给螺杆设置在基部上。一螺母固定于第一移动体并与所述进给螺杆螺合。压电元件设置在第一移动体和第二移动体之间。并且，两个螺旋弹簧连接所述两个移动体。驱动马达使进给螺杆转动以大行程让第一移动体和第二移动体粗移动。在粗移动停止的状态下给压电元件施加电压使压电元件膨胀或收缩，使得所述第二移动体相对所述第一移动体以小行程微移。这种移动使得当将保持在第二移动体上的被移动部件定位在预定位置时，能够进行细微调整。

但是，现有技术的这种粗微移动装置中，例如，进给螺杆的低加工精度或低组装精度会从第一移动体经由压电元件影响到第二移动体。在这种情况下，即使保证了轨道的精度，也不能将第二移动体高精度地移动到所需的位置。在专利文献1的粗微移动装置中，没有措施解决该问题。因此，将第二移动体移动到所要位置的精度很低。

专利文献1：日本实用新型公开号5-66592。

发明内容

本发明的第一方面提供一种将移动体高精度地移动到所需位置的粗微移动装置。

本发明的另一个方面提供一种在工件上高精度地形成涂液部的液体供给装置。

本发明的第一方面是一种粗微移动装置。所述装置包括引导件。第一移动体和第二移动体可沿着所述引导件移动。连接件以相对可移动的方式连接所述第一移动体和所述第二移动体。第一驱动机构将所述第一移动体粗移第一行程。第二驱动机构设置在所述第一移动体和第二移动体之间，并且相对所述第一移动体将所述第二移动体微移第二行程。所述第二驱动机构包括设置在所述第一移动体和第二移动体其中之一上的致动器。所述致动器包括具有第一接触面的接触器。所述第一移动体和第二移动体中的另一个包括可与所述接触器的所述第一接触面接触的第二接触面。所述第一接触面和第二接触面中的至少一个为球形。至少两个第一被引导体彼此相向地设置在所述第一移动体上并且通过所述两个轨道引导。至少两个第二被引导体彼此相向地设置在所述第二移动体上并且通过所述两个轨道引导。所述装置还包括驱动所述第一驱动机构的马达。所述第一驱动机构包括：通过所述马达转动的进给螺杆；以及固定于所述第一移动体并与所述进给螺杆螺合的螺母，其中所述进给螺杆设置在所述两个轨道之间。所述粗微移动装置还包括：第一弹簧，所述第一弹簧连接成作用于所述螺母上，并且在沿着所述进给螺杆的轴向的一个方向偏压所述螺母。

附图说明

图1为示出具有第一实施例的粗微移动装置的液体供给装置的主视示意图；

图2为示出了图1的粗微移动装置的放大主视图；

图3为示出了图2的粗微移动装置的侧视图；

图4(a)为沿图2的线4-4的剖视放大图，图4(b)为示出图4(a)部分的放大剖视图；

图5(a)为沿图2的线5-5的剖视放大图，图5(b)为示出图5(a)部分的放大剖视图；

图6为沿图2的线6-6的剖视图；

图7为沿图2的线7-7的部分剖视图；

图8为第二实施例的粗微移动装置的部分剖视图；

图9为第三实施例的粗微移动装置的部分剖视图；

图10(a)为第四实施例的粗微移动装置的剖视图，图10(b)为示出图10(a)的部分的剖视放大图。

具体实施方式

第一实施例

现在参考图1-7，说明根据本发明的第一实施例的液体供给装置。液体供给装置例如是用于基板生产设备的液体供给装置。

如图1所示，液体供给装置包括底座11。工作台12设置在底座11上，并且诸如基板的工作件W通过真空吸附装置(未示出)可拆卸地安装到并保持在工作台12的上表面。门形台架13以横跨工作台12的状态被支撑在底座11上使得在Y轴方向(与图1的平面正交的方向)可移动。台架13包括由马达构成的Y轴致动器14。台架13通过Y轴致动器14在Y轴方向移动。

X轴鞍部15被台架13的水平支撑部13a支撑使得可以在X轴方向(图1所示的横向)移动。X轴鞍部15包括X轴致动器16。X轴鞍部15通过X轴致动器16在X轴方向移动。粗微移动装置17安装在X轴鞍部15的前表面。后述的第二移动体33以能够在Z轴方向(图1的上下方向)粗移动和微调整移动(微移动)的方式设置在粗微移动装置17的前部。粗移动指的是大约几十毫米的大行程(第一行程)的移动。微移动指的是大约几微米到几十微米的微行程(第二行程)的移动。

用于储存诸如密封材料之类液体的注射箱18、以及给注射箱18加温并将液体保持在软化状态的加热块19设置在粗微移动装置17的第二移动体33的前下表面。将液体从注射箱18供给到下方的工件W的供给头部20从注射箱18的下端突出。在粗微移动装置17将供给头部20从图1中实线所示的上方待机位置P1粗移动到虚线所示的下方供给位置P2之后，液体从供给头部20供给到工件W以在工件W上形成预定图案的涂液部Wa。

作为检测装置(检测器)的距离传感器21设置在粗微移动装置17的第二移动体33的下部。距离传感器21包括位于供给头部20一侧的发光部21a，以及位于供给头部20的另一侧的光接收部21b。在通过粗移动将供给头部20移动到供给位置P2的状态下，从距离传感器21的发光部21a向工件W发射出激光，并且由光接收部21b接收来自工件W的反射光。通过光的发射和接收检测出供给头部20(具体的，供给头部20的尖端)和工件W之间的距离。距离传感器21的检测结果输出到作为控制器的控制装置22。

根据预定的程序，控制装置22将致动信号提供给Y轴致动器14、X轴致动器16以及粗微移动装置17，以将供给头部20移动到与需要在工件W上形成的液体供给部对应的位置。具体的，控制装置22控制粗微移动装置17的致动，并且将供给头部20从待机位置P1粗移到供给位置P2。然后，控制装置22根据距离传感器21的检测结果，控制后述的、设置在粗微移动装置17内的微移致动器50的致动。致动器50的致动使供给头部20移动以在供给位置P2处进行微调整，这样供给头部20的尖端和工件W之间的距离是恒定的。然后控制装置22将液体从注射箱18供给到工件W。

现在详细说明粗微移动装置17的结构。

如图2和3所示，粗微移动装置17包括在上下方向呈细长形的底板25。如图4(a)和5(a)所示，左右安装壁部25a、25a在上下方向(Z轴方向)彼此互相平行地从基板25的前表面延伸。面向外的基准面25c、25c形成在两个安装壁部25a、25a的横向外侧面。作为引导部件的两个轨道26、26通过多个螺栓27安装到基准面25c、25c上。即，轨道26、26通过基准面25c、25c定位。如图4(b)和5(b)所示，各个轨道26具有与对应的基准面25c形成接触的、用作定位面26a的内侧面。

如图2至图4所示，基板25的前表面支撑板状第一移动体28，以便第一移动体28可以沿着两个轨道26、26在上下方向移动。具体地，如图(4a)所示，左和右支撑板29、29通过多个螺栓30安装在第一移动体28的后表面的左和右部分。至少一对第一被引导体31、31(图3所示为两对)通过多个互相面对的螺栓32安装在支撑板29、29的内侧面。各个被引导体31的内侧面(面向对应的被引导体31的表面)包括槽31a。各个被引导体31由槽31a内的对应的轨道26通过多个滚珠24引导。

如图2、3和5所示，第二移动体33被支撑在基板25的前表面并在第一移动体28的上方，以使之可以沿着两个轨道26、26在上下方向移动。具体地，如图5(a)所示，左右支撑板34、34通过多个螺栓35被安装在第二移动体33的后表面的左右部分。至少一对第二被引导体36、36(图3所示的两对)通过多个互相面对的螺栓37安装在支撑板34、34的内侧面。各个被引导体36的内侧面(各自相对面)包括槽36a。各个被引导体36由槽36a内的对应轨道26通过多个滚珠24，在第一移动体28的被引导体31的上方位置被引导。

如图3所示，第二移动体33的前面下部界定出遮住第一移动体28前侧的壁延伸部33a。注射箱18和加热块19被安装在第二移动体33的壁延伸部33a的前表面，并且距离传感器21被安装在壁延伸部33a的下端。

如图2和6所示，将第一移动体28在上下方向粗移的第一驱动机构38设置在基板25的前表面。具体地，在两个轨道26、26之间，支撑壁25b、25b与基板25前面中央部的上端和下端一体形成。如图6所示，进给螺杆39的两端由支撑壁25b、25b通过一对球轴承40被可转动地支撑。马达41通过托架42被安装在基板25的上端，并且马达轴41a通过联接器43与进给螺杆39的上端部联结。

与进给螺杆39螺合的螺母44通过螺母接收装置45固定至第一移动体28的后表面。钩销46从螺母接收装置45的后表面突出，并且钩板47安装在基板25的后上表面与钩销46对应。弹簧48(第一弹簧)被钩在钩销46和钩板47之间。弹簧48在进给螺杆39的轴线方向将螺母44向上偏压。

马达41使进给螺杆39以左右方向的任一方向转动，以利用螺母44沿着轨道26、26以向上或向下方向粗移第一移动体28。在这种状态下，因为螺母44通过弹簧48被向上偏压从而消除了进给螺杆39和螺母44之间的空回(backlash)。当马达41不工作时，因为螺母44通过弹簧48被向上偏压，防止了第一移动体28由于其自重而导致的自由坠落。

如图2、5和6所示，第二驱动机构49设置在第一移动体28和第二移动体33之间。当第一驱动机构38停止工作时，第二驱动机构49将第二移动体33相对第一移动体28微移，以微调第二移动体33的位置。

具体地，如图6所示，支撑台51将微移致动器50(后面简称为致动器50)的上端部支撑在第二移动体33的后中央部。致动器50由压电元件的组件形成，当施加电压时，该压电元件可以伸缩。大致为柱形的金属接触器52连接至在致动器50的下端的压电元件。接触器52具有界定出球形部52a(第一接触面)的下端或末端。球形部52a大致为半球形。金属垫片53嵌入第一移动体28的上端。该垫片53具有界定出接触面53a(第二接触面)的上表面，接触面53a可与接触器52的球形部52a接触。第二接触面53a是平面的。接触器52和垫片53所用的材料很硬并且具有较高的抗磨损性，诸如是铬钼钢。

如图2和7所示，两对钩销54、55从第一移动体28和第二移动体33的前表面的左右部分突出。钩销54设置在第一移动体28上，并且钩销55设置在第二移动体33上。即，钩销54、55设置成一个在另一个的上方。用作连接第一移动体28和第二移动体33的连接件的两个弹簧56、56(第二弹簧)被钩在钩销54和55之间。各个第二弹簧56、56都产生比偏压螺母44的第一弹簧48更强的偏压力。通过第二弹簧56、56将第一移动体28和第二移动体33朝彼此偏压。由于该偏压力，接触器52的球形部52a(也就是球面)以基本为点接触的状态与垫片53的接触面53a(也就是平面)接触。因此，第二弹簧56、56以相对可移动的方式连接第一移动体28和第二移动体33。当致动器50在这种状态下伸缩时，接触器52在轴向移动。因此，第二移动体33相对第一移动体28微移并且微调第二移动体33的位置。

现在说明具有粗微移动装置17的液体供给装置的操作。

在液体供给装置的操作过程中，诸如基板等的工件W被放置在工作台12上。然后，工件W由真空吸附装置(未示出)吸住并保持。在这种状态下，控制装置22将致动信号发送给Y轴致动器14和X轴致动器16，以分别在Y轴方向和X轴方向移动台架13和X轴鞍部15。这使粗微移动装置17的第二移动体33上的供给头部20移动到停机位置P1，在该位置供给头部20面向工件W上预定的涂液位置。

然后，控制装置22将致动信号发送给粗微移动装置中第一驱动机构38的马达41，以使进给螺杆39转动，并且利用螺母44将第一移动体28和第二移动体33向下粗移。该粗移以大行程将第二移动体33上的供给头部20从上方待机位置P1移动到下方供给位置P2。供给头部20在该供给位置P2处停止移动。

在这种状态下，距离传感器21检测供给头部20的尖端和工件W之间的距离。根据该检测，控制装置22将正电压或负电压施加给粗微移动装置17中第二驱动机构49的致动器50，以使致动器50的压电元件膨胀或收缩。由于该膨胀或收缩，第二移动体33以相对微小的行程相对第一移动体28移动。从而，供给头部20的位置得到细微调整，使得供给头部20的尖端和工件W之间的距离成为预定值。在这种状态下，液体被供给到工件W。

第一实施例的粗微移动装置17具有下述优点。

(1)设置在第二移动体33上的接触器52下端的球形部52a与设置在第一移动体28上的垫片53的接触面53a持续以点接触。因此，即使第一驱动机构38的进给螺杆39以偏心的方式旋转，或进给螺杆39的加工精度或组装精度很低，也不会通过致动器50对第二移动体33产生不利影响。

因此，基于基板25上安装壁部25a的基准面25c以及轨道26的定位面26a的精度，第二移动体33被高精度地微移至预定的位置。从而，供给头部20以正确的方向被精确地定位在供给位置P2，该位置以预定的距离从工件W的表面隔开。因此，当诸如密封材料的液体从供给头部20供给至工件W时，在工件W上精确形成所需图案的涂液部Wa。这样使工件W获得了很高的加工精度。

(2)如图4(a)、4(b)、5(a)和5(b)所示，在粗微移动装置17中，各个轨道26的定位面26a通过多个螺栓27安装在基板25的对应的基准面25c上。特别是，在第一实施例中，在各个轨道26内形成的螺栓插入孔26b和螺栓27之间形成有细微的间隙，利用该间隙预先将各个轨道26的安装位置和安装角度进行微调。从而，无需利用诸如隔片的独立部件，就能容易地确保轨道26、26的安装精度。这样第一移动体28和第二移动体33也获得了很高的移动精度。从而，可以以低负载在不产生振动并且在轨道26、26和第一、第二移动体28、33之间没有复杂化的情况下移动第一和第二移动体28和33。

(3)在粗微移动装置17中，引导第一和第二移动体28和33的轨道26、26固定至基板25的基准面25c、25c。基准面25c、25c为在横向方向面向外形成。从而，当在铣床或磨床的移动工作台上对基准面25c、25c精加工时，可以利用铣床或磨床的刀具的侧面对基准面25c、25c进行加工。因此，可以忽略当移动工作台进给时发生的振动，因而可以对基准面25c、25c进行高精度的精加工。从而，当安装轨道26、26时可以得到很高的精度。

(4)如图4(a)、4(b)、5(a)和5(b)所示，在粗微移动装置17中，两个支撑板29、29安装在第一移动体28的后表面的左右部分，并且两个支撑板34、34安装在第二移动体33的后表面的左右部分。两个被引导体31、31通过多个螺栓32彼此相向地安装在支撑板29、29的内侧面。以相同的方式，两个被引导体36、36通过多个螺栓37彼此相向地安装在支撑板34、34的内侧面。被引导体31和36各自被对应的槽31a和36a内对应的带有滚珠24的轨道26所引导。特别是，在第一实施例中，在支撑板29和34内形成的螺栓插入孔29a和34a与螺栓32和37之间分别形成细微的间隙。利用该间隙预先将支撑板29和34相对被引导体31和36的安装角度及位置进行微调。这样在各个轨道26的定位面26a与对应的被引导体31和36之间保持了令人满意的位置关系。因此，以轨道26、26的安装相同的方式，无需利用隔片等就能容易地对各个支撑板29和34的位置和倾斜角度进行调整。

(5)在粗微移动装置17中，弹簧48将第一驱动机构38的螺母44以进给螺杆39的轴向向上偏压。这样消除了进给螺杆39和螺母44之间螺合关系中的空回。

当马达41不工作时，第一移动体28被保持在适当的位置，并且第一移动体28不会因为其自身重量而自由下落。这防止了注射箱18的供给头部20击中工件W。

(6)在粗微移动装置17中，支撑板29和34被分别固定在第一和第二移动体28和33的后表面的左右位置。并且，与轨道26配合的被引导体31和36分别被固定在支撑板29和34的内侧。即，第一和第二移动体28和33整体形成为门形。这增加了第一和第二移动体28和33的刚性和强度。这样不仅有助于提高工件W的加工精度，也使得能够降低第一和第二移动体28和33的左右宽度(例如与图10所示的结构比较)。从而可以降低整个装置17的尺寸。

(7)粗微移动装置17包括检测供给头部的尖端和工件W之间距离的距离传感器21。控制装置22根据距离传感器21的检测来控制第二移动体33的微移。因此，根据距离传感器21检测的距离来移动包括供给头部20的第二移动体33。从而，即使工件W的表面变形了，工件W的表面和供给头部20的尖端之间的距离也一直保持恒定。这样形成的涂液部具有更高的精度。

第二实施例

现在主要说明本发明的第二实施例与第一实施例不同的部分。

如图8所示，在第二实施例中，垫片53嵌入在第一移动体28的上端，在垫片的上表面界定了凹状接触面53a。位于微移致动器50下端的接触器52的球形部52a与垫片53的接触面53a接触。

因此，第二实施例具有与第一实施例基本相同的优点。

尤其是，在第二实施例中，在保持基本点接触的状态下，可以增加接触器52的球形部52a与垫片53的接触面53a之间的接触面积。这提高了球形部52a和接触面53a的耐久性。

第三实施例

现在主要说明本发明的第三实施例与第一实施例不同的部分。

如图9所示，在第三实施例中，由硬质合金材料制成的球形体构成的接触器61通过紧固件62安装在微移致动器50的下端，使得与微移致动器50不可分并且可以在任意方向转动。接触器61具有以基本点接触状态与第一移动体28上的垫片53的接触面53a接触的外部下端(也就是球面)。

因此，第三实施例具有与第一实施例基本相同的优点。

尤其是在第三实施例中，因为接触器61旋转，降低了接触器61的磨损。另外，由于接触器61的转动，接触器61和垫片53的接触面53a的相对移动变得很顺利。这样以合适的方式吸收了接触器61和接触面53a之间微小的精度误差。

第四实施例

现在主要说明本发明的第四实施例与第一实施例不同的部分。

如图10(a)和10(b)所示，在第四实施例中，基板25具有界定有两个基准面25c、25c的前表面。两个轨道26、26通过多个螺栓27安装至基准面25c、25c。多个被引导体31和36以面向后的状态被直接安装至第一移动体28和第二移动体33的后表面。被引导体31和36相对轨道26的定位面26a被引导。

在第四实施例中，因为被引导体31、36在没有任何支撑板等的情况下被直接安装至第一移动体28和第二移动体33的后表面，与第一实施例相比，使用了更少的部件。从而，结构简单了并且减少了部件的数量。

变更例

上述实施例可以下述的方式进行变更并且具体化。

在上述实施例的粗微移动装置中，致动器50安装在第二移动体33上，并且位于致动器50的末端的接触器52与第一移动体28的垫片53接触。但是，致动器50可以设置在第一移动体28上，并且与致动器50末端的接触器52接触的垫片53可以设置在第二移动体33上。

在上述实施例的粗微移动装置中，位于致动器50末端的接触器52是球形的，并且垫片53是平面的。但是，位于致动器50的末端的接触器52可以为平面的，并且垫片53可以是球形的。

在上述实施例的粗微移动装置中，用于连接第一和第二移动体28和33的连接件不限于两个弹簧56、56，也可以为单个弹簧56。

在上述实施例的液体供给装置中，支撑工件W的工作台12固定于底座11上，并且台架13设置在底座11上使得可以在Y轴方向移动。但是，台架13可以固定于底座11，并且工作台12可以设置在底座11上使得可以在Y轴方向移动。

在上述实施例中，粗微移动装置17组装在液体供给装置中，并且供给头部20被移动到所需的位置。替代的，粗微移动装置17可以设置在与液体供给装置不同的装置中。例如，粗微移动装置17可以设置在激光切割机中。在这种情况下，激光射线机的激光射线发射头部设置在粗微移动装置17的第二移动体33上，并且通过粗微移动装置17控制激光射线发射头部的移动。

Claims (3)

1.一种粗微移动装置，包括：

包括两个平行轨道的引导件；

可沿着所述引导件移动的第一移动体和第二移动体；

连接件，所述连接件以相对可移动的方式连接所述第一移动体和所述第二移动体；

第一驱动机构，所述第一驱动机构将所述第一移动体粗移第一行程；

第二驱动机构，所述第二驱动机构设置在所述第一移动体和第二移动体之间，并且相对所述第一移动体将所述第二移动体微移第二行程，其中所述第二驱动机构包括设置在所述第一移动体和第二移动体其中之一上的致动器，所述致动器包括具有第一接触面的接触器，所述第一移动体和第二移动体中的另一个具有可与所述接触器的所述第一接触面接触的第二接触面，并且所述第一接触面和第二接触面中的至少一个为球形；

至少两个第一被引导体彼此相向地设置在所述第一移动体上并且通过所述两个轨道引导；

至少两个第二被引导体彼此相向地设置在所述第二移动体上并且通过所述两个轨道引导；以及

驱动所述第一驱动机构的马达；

其中所述第一驱动机构包括：

通过所述马达转动的进给螺杆；以及

固定于所述第一移动体并与所述进给螺杆螺合的螺母，其中所述进给螺杆设置在所述两个轨道之间，

所述粗微移动装置还包括：

第一弹簧，所述第一弹簧连接成作用于所述螺母上，并且在沿着所述进给螺杆的轴向的一个方向偏压所述螺母。

2.如权利要求1所述的粗微移动装置，还包括：

基部，所述两个轨道固定在所述基部上，所述基部包括所述两个轨道定位于其上的两个面朝外的基准面。

3.如权利要求1所述的粗微移动装置，其中所述连接件包括第二弹簧，并且所述第二弹簧具有比将所述螺母偏压的所述第一弹簧更强的偏压力。

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