專利名稱：流體供給裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在電子零件、家電產品等領域的生產過程中，定量地排出并供給粘接劑、清潔焊錫、潤滑油、涂料、熱熔液、藥品、食品等各種液體的流體供給裝置。
液體排出裝置(分配器)歷來被廣泛用于各種領域，近年來隨著對電子零件的小形化和高密度記錄化的需求，要求對流體材料進行高精度地穩(wěn)定控制的技術。
例如在表面安裝(SMT)的領域，在安裝的高速化、微型化、高密度化、高質量化、無人化的趨勢中，分配器所面臨的問題歸納起來有以下幾點(1)涂敷量的高精度化(2)排出時間縮短(3)1次涂敷量的微量化在傳統(tǒng)的液體排出裝置中，廣泛地使用

圖12所示的空氣脈沖式分配器，例如，“自動化技術’93.25卷7號”等就介紹了這種技術。這種方式的分配器是把由恒壓源供給的定量的空氣以脈沖方式加給容器150(氣缸)內，并根據氣缸150內壓力的上升量從噴嘴151排出相應的一定量的流體。
目前還有一種取代上述空氣脈沖方式的分配器已實用化，這種分配器使用了通常稱為莫諾泵(Moyno Pomp)的旋轉容積型單軸偏心泵。由于莫諾泵作蛇似的運動，故又稱其為蛇形泵，例如在“配管技術’85.7月號”等就詳細介紹了這種技術。圖11是其構造示例。
100是主軸(驅動軸)，101是主軸軸承，102是蛇形泵的轉子，103是定子，104、105是萬向接頭，轉子102與連接桿106、該連接桿106與驅動軸100連接。轉子102為斷面呈正圓形的所謂陽螺旋，與此陽螺旋對應的作為陰螺旋的定子103的孔的斷面呈橢圓形。
轉子102嵌于所述定子103中，一旦在偏心軸中心里轉動轉子102，轉子102即在定子103的內部邊旋轉邊上下運動。于是，封入轉子102與定子103之間的流體便通過不間斷的無限的活塞運動而連續(xù)地從吸入端向排出端送出。
然而，這些方式的分配器存在以下的問題〔1〕空氣脈沖方式分配器的問題(1)排出壓力的波動引起的排出量的不均勻。
(2)水位差引起的排出量的不均勻。
(3)液體的粘度變化引起的排出量的變化。
上述(1)的現象明顯地表現在間歇短、排出時間短。為此，加了穩(wěn)定化電路等，以便使空氣脈沖的高度均勻化。
而發(fā)生上述(2)的問題的原因在于，氣缸內的空隙部152的容積因液體殘留量H而變化，故在供給一定量的高壓空氣時，空隙部152內的壓力變化程度會因為上述H而發(fā)生很大變化。如果液體殘留量降低，涂敷量會比最大值減少譬如50～60%。為此，采用每排出一次檢測一次液體殘留量H、并調整脈沖的時間幅度、以使排出量均勻化等方法。
上述(3)的問題發(fā)生在譬如含多量熔劑的材料隨時間而發(fā)生粘度變化的場合。解決的方法有，預先將粘度相對于時間軸的變化在計算機里編程序，并采用譬如調節(jié)脈沖幅度等的方法來修正粘度變化的影響。
上述的任何一種對策都使包括計算機在內的控制系統(tǒng)復雜化，而且難以應付不規(guī)則的環(huán)境條件(溫度等)的變化，不能從根本上解決問題。
〔2〕蛇形泵式分配器的問題
采用這種蛇形泵時，由于是將流體封入恒定容積的密封空間內加以輸送的容積型，故與上述的空氣脈沖方式的分配器相比，具有不易受粘度變化、泵排出端的負載變化等的影響的恒定流量特性。然而，這種在定子103內部、通過轉子102邊旋轉邊作往復直線運動來獲得泵作用的泵，其轉子102基本上是單臂支撐結構，且定子103還兼有作為支撐轉子102的軸承的功能。
因而，如果主軸100的轉速上升，或是由于泵的負載增大而使排出端的壓力上升，沒有充分的定位保持功能的轉子102的運動就容易變得不穩(wěn)定。結果就會發(fā)生轉子102與定子103間的間隙變動及內部的泄漏量不均，從而使流量精度惡化。另外定子103、轉子102的不均勻磨損所引起的流量特性的時效變化也是一個大問題。因而，由于是把蛇形泵作為分配器使用的，故當轉子小直徑化時，由于前述的問題，排出總流量的精度充其量是±10～20%。
而且，在為了適應分配器的超微少流量化(例如Q＝10-5cm3/sec以下)的要求而嘗試轉子細直徑化、譬如D＝0.5mmφ以下時，如果還采用原來那種定子與轉子間有金屬接觸的結構，則會發(fā)生因轉子強度低下而引起的彈性變形、滑動磨損、破損等，極難實現實用化。
為了解決上述問題，本發(fā)明的流體供給裝置采用具有以下特征的結構，即，由流體的吸入孔及排出孔、在轉子與收容該轉子的固定部件之間形成的流體輸送部、與所述轉子連接的軸、使該軸與所述固定部件之間作相對旋轉運動的旋轉促動器、作為其驅動電源的旋轉運動控制部、使所述軸與套筒之間作相對擺動運動的擺動促動器、及作為其驅動電源的擺動運動控制部構成。
作為本發(fā)明之對象的蛇形泵，為了使轉子在斷面呈橢圓形的定子內部作直線往復運動，使與該轉子連接的驅動端的主軸邊作偏心運動(擺動運動)，邊在該偏心軸中心作旋轉運動。圖1顯示了蛇形泵的工作原理，1是基礎圓，2是其內接圓。O1是所述內接圓2的中心，O2是轉子的偏心運動的中心，而3則是以O1為中心的主軸。一旦內接圓2以轉速ω/2在中心O2的周圍作擺動運動。于是蛇形泵的主軸3邊以轉速ω旋轉，邊在中心O2的周圍以偏心量ε作擺動運動。
另外，輸送流體的泵部分的轉子(圖1中未示。是圖2中的25)是以所述內接圓2的圓周為中心的正圓。該轉子裝于斷面呈橢圓形的定子(圖1中未示。是圖2中的26)內，作通過原點O2的直線運動。
在采用了本發(fā)明的流體供給裝置里，通過獨立的2個促動器使主軸3同時作擺動運動與旋轉運動。在旋轉促動器部，通過AC伺服馬達或脈沖馬達等作轉速ω的旋轉運動。而在擺動促動器部，則通過譬如在X軸、Y軸具有90°相位偏移的微型促動器正弦波驅動的組合作有規(guī)律的擺動運動。該擺動運動是以ω/2的轉速圍繞原點O2的周圍而作的繞圈運動。
當采用排出流量極小的微流量分配器時，蛇形泵的轉子直徑及擺動運動的偏心量(圖1的ε)可以取得極小。在這種場合，作為擺動促動器，可以采用譬如能得到0.1～0.5mm變位的磁力軸承、壓電促動器等。
對旋轉及擺動2個運動進行使其相互間保持固定相位差的同步控制。譬如以一個基準信號為基礎來決定擺動運動與旋轉運動的相位。由于這個同步控制，主軸3進行莫諾泵固有的復合運動。其結果，轉子與定子之間所形成的密封空間便順序從吸入端向排出端移動，起到連續(xù)的泵作用。
以下對附圖作簡要說明。
圖1顯示本發(fā)明之對象、即蛇形泵的驅動原理。
圖2為顯示本發(fā)明之第1實施例的正面剖視圖。
圖3為本發(fā)明之擺動運動控制部的方框圖。
圖4為顯示本發(fā)明整個控制電路的方框圖。
圖5為推力流體軸承。
圖6為顯示本發(fā)明第2實施例的正面剖視圖。
圖7為顯示本發(fā)明第3實施例的正面剖視圖。
圖8為顯示本發(fā)明第4實施例的正面剖視圖。
圖9為顯示圖7之徑向變位限制部的結構圖。
圖10為眾所周知的旋轉懸浮馬達的原理圖。
圖11為眾所周知的蛇形泵的正面剖視圖。
圖12為空氣脈沖式分配器的結構圖。
以下說明將本發(fā)明用于供給微流量液體的分配器時的實施例。
在圖2中，10是主軸，11是作為旋轉促動器的馬達的轉子，12是馬達的定子，13～19為固定部件，20、21是在固定部件13、14、15、16、17、18、19與主軸10之間形成的上部推力流體軸承及下部推力流體軸承，22是成凸緣形狀的密封部，23是吸入孔，24是在主軸10上形成的螺旋槽泵，25是蛇形泵的轉子，26是蛇形泵的定子，27是排出噴嘴。圖中只對蛇形泵的轉子25和定子26部分的振幅形狀作了略微夸張的描繪。28是作為擺動促動器的磁力軸承的轉子，29是磁力軸承的定子，30a、30b是檢測主軸10的半徑方向位置的X軸變位傳感器，30c(圖中未示)、30d(點劃線)是Y軸變位傳感器。
X軸變位傳感器30a、30b與Y軸變位傳感器30c、30d設置成互相垂直。設于附圖背面的所述Y軸傳感器30d用點劃線表示。用轉子28、定子29、X軸變位傳感器30a、30b、Y軸變位傳感器30c、30d構成決定主軸10的軸心O1的徑向位置、且構成使該軸心O1發(fā)生有規(guī)律的擺動運動的磁力軸承促動器31。另外，32是用于檢測主軸10的旋轉角與旋轉速度的編碼器的轉子，33是定子，設于主軸10與固定部件13之間。用轉子11、定子12、轉子32、定子33，構成根據編碼器的旋轉位置信息而使主軸10作有規(guī)律的旋轉運動的旋轉促動器35。
圖3是驅動磁力軸承促動器31的擺動運動控制部81的方框圖。在該擺動運動控制部81，以與旋轉運動同步的狀態(tài)驅動磁力軸承的各軸。圖中說明了磁力軸承的構成模型，所述定子29由X軸定子29a、29b及Y軸定子29c、29d構成。為了使主軸10作擺動運動，給予所述X軸定子、Y軸定子的驅動電路以帶有90°相位差的正弦波。
圖4是本實施例的整個控制電路的方框圖。
用旋轉信號發(fā)生器82輸出決定轉速和旋轉位置的頻率(脈沖列)。將該輸出的一方輸入至旋轉運動控制部83。在該旋轉運動控制部83制作驅動控制旋轉促動器35的信號。
而在擺動運動控制部81，將旋轉信號發(fā)生器82的脈沖列作1/2分頻，并輸送至磁力軸承促動器31的X軸及Y軸信號處理部(圖3)。而在圖4中，如按點劃線所示的那樣把來自編碼器的輸出反饋給擺動運動控制部，則能更準確地控制旋轉運動與擺動運動間的相位。在圖2中，所述推力流體軸承20、21是在凸緣面上形成通常稱為人字形(魚骨)淺槽32的眾所周知的動壓式軸承，圖5為其形狀的一個示例。在流體軸承20、21與固定部件之間封入了潤滑油33、34。由于淺槽32的泵作用，潤滑油33、34不會向外流出。
由于主軸10受到2個所述推力軸承20、21的支撐，故其軸向位置被限制，不會發(fā)生傾斜。從而，可以用磁力軸承促動器31的驅動力使主軸10在保持垂直的狀態(tài)下進行擺動運動。
成凸緣形狀的所述密封部22用于防止輸送的流體進入流體軸承部、磁力軸承部，凸緣與其軸方向的相對面之間的間隙設得非常小。
另外，螺旋槽泵24在實施例中是為了便于輸送流體流入蛇形泵而設的。
在使用萬向接頭的傳統(tǒng)式蛇形泵(圖11)中，如果在轉子102與定子103之間有間隙，則轉子102在該間隙的范圍內成浮動狀態(tài)。結果，內部的泄漏量受轉子102的不穩(wěn)定動作的影響而發(fā)生變動，導致流量精度降低。在采用了本發(fā)明的圖2的實施例中，轉子25的運動及其絕對位置受到上位的驅動端的主軸10的完全限制。因而，具有復雜的蛇形形狀的轉子25在運轉中可以保持與定子26間的非接觸狀態(tài)。處于一個運動周期的轉子25與定子26間的間隙因主軸10的運動軌跡是固定的，故在任何部位都經常保持固定的同步變化特性。從而，內部泄漏量給予排出流量的影響也是固定的，即使轉子25與定子26間的間隙略大，仍能獲得予測的均勻的排出流量。
采用本發(fā)明的泵時，在轉子25與主軸10之間不會發(fā)生如傳統(tǒng)的萬向接頭(圖11的104、105)那樣妨礙輸送流體的流動的情況。因此，即使為了實現微流量化而使蛇形泵小型化、并縮小其入口的開孔部分36，輸送流體仍可順利地流入蛇形泵內。
圖6是本發(fā)明的第2實施例，表示用5根軸控制的磁力軸承與馬達構成分配器的情況。
50為主軸，51是作為旋轉促動器的脈沖馬達的轉子，52是脈沖馬達的定子，53是固定套筒，54是吸入孔，55是在主軸50上形成的螺旋槽泵，56是蛇形泵的轉子，57是蛇形泵的定子，58是排出噴嘴。59是上部磁力軸承的轉子，60是定子，61是下部磁力軸承的轉子，62是定子，63是推力磁力軸承的轉子，64a、b是定子。另外，65、66、67分別是上部磁力軸承、下部磁力軸承、推力軸承的變位傳感器。
由于主軸50受徑向軸承和推力軸承2個軸承的支撐，故無論是處于運轉狀態(tài)還是靜止狀態(tài)，都可以保持完全非接觸的狀態(tài)。
圖7是本發(fā)明的第3應用例，表示用壓電元件作為擺動促動器的情況。
150是主軸，151是作為旋轉促動器的馬達的轉子，152是馬達的定子，153是擺動套筒，154是吸入孔，155是主軸150上形成的螺旋槽泵，156是蛇形泵的轉子，157是蛇形泵的定子，158是排出噴嘴。159是固定套筒，160a、160b是設于該固定套筒159和擺動套筒153之間的壓電促動器，161、162是在擺動套筒153內支撐主軸150的軸承。163、164是使擺動套筒153只能向徑向移動的導向部。
以上說明的是為得到擺動與旋轉的復合運動而使用2個獨立的促動器的本發(fā)明的應用例。
以下說明用1個促動器(馬達)構成非抵觸型蛇形泵的本發(fā)明的應用例。
關于同時兼?zhèn)淞舜帕S承與馬達2個功能的懸浮旋轉馬達的研究早已有之，例如，大石他在機械學會論文集(58卷556號，1992年)中所報告的。圖10顯示了上述的報告例。
200是由4極的永久磁鐵構成的轉子，201是由12極構成的定子，202、203是變位傳感器。理論上已證明，通過把永久磁鐵轉子與多極定子如此組合、并通過進行旋轉控制與懸浮控制而給予相位差不同的旋轉磁場，可以做到旋轉控制與懸浮控制互不干擾(詳細情況從略)。
眾所周知，旋轉懸浮馬達與傳統(tǒng)的磁力軸承同樣，需要有檢測轉子200的位置的變位傳感器和控制電路。
圖8是本發(fā)明的第4應用例，200是主軸，201是兼作旋轉促動器與擺動促動器的馬達的轉子，202是定子，203～210是固定部件，211是容納所述固定部件的外殼，212是吸入孔，213是在主軸200上形成的螺旋槽泵，214是蛇形泵的轉子，215是蛇形泵的定子，216是排出噴嘴，217是上部推力軸承，218是下部推力軸承，219是密封部，220是裝于主軸200上的徑向變位限制轉子，221是封入208與220縫隙間的潤滑油。另外，所述固定部件208還兼有徑向變位限制定子的功能。
本例著眼于以下①②。
①在用于微流量的分配器時，擺動運動的偏心量ε極小，可以是ε＝0.1～0.5mm。
②主軸的運動軌跡(內擺線曲線)固定。
在利用了上述①②的本實施例中，主軸200的徑向位置如圖9所示，受徑向變位限制定子208的限制。因而，利用旋轉懸浮馬達的原理，即使要賦于主軸200以旋轉與擺動的復合運動，也不必控制主軸200的軸向位置。只需如圖9所示的那樣，將所述徑向變位限制轉子220推至徑向變位限制定子208的內面即可。從而不但可實現控制系統(tǒng)的簡單化，而且可省略徑向變位傳感器。
不言而喻，本發(fā)明所用的磁力懸浮馬達也可采用步進馬達、哈拉克坦斯(ハラクタンス)馬達、感應馬達等。
采用了本發(fā)明的流體供給狀置除了繼續(xù)保持蛇形泵原有的無波動的連續(xù)流量特性、與轉速成正比例的恒定流量特性、及排出流量不易受溫度等環(huán)境條件和粘度變化等影響的特征外，還具有傳統(tǒng)的蛇形泵方式或空氣脈沖方式所難以實現的許多特征。即①可實現流量的超高精度。
②可實現超微流量化。
③可擴大流量控制范圍。
如把本發(fā)明用作表面安裝領域的分配器，便能在滿足安裝的高速化、微型化、高質量化等要求方面充分發(fā)揮其優(yōu)良素質，效果極好。
權利要求
1.一種流體供給裝置，其特征在于，由以下部分組成，即，由液體的吸入孔和排出孔、在轉子及容納該轉子的固定部件之間形成的液體輸送部、與所述轉子連接的軸、使該軸與所述固定部件之間作相對旋轉運動的旋轉促動器、作為其驅動電源的旋轉運動控制部、使所述軸與所述固定部件之間作相對擺動運動的擺動促動器、及作為其驅動電源的擺動運動控制部構成。
2.根據權利要求1所述的流體供給裝置，其特征在于，液體輸送部是單軸偏心螺旋泵。
3.根據權利要求1所述的流體供給裝置，其特征在于，用所述旋轉運動控制部與所述擺動運動控制部進行同步控制，以使旋轉運動與擺動運動合成，進行有規(guī)律的公轉運動。
4.根據權利要求3所述的流體供給裝置，其特征在于，擺動促動器是磁力軸承。
5.根據權利要求3所述的流體供給裝置，其特征在于，擺動促動器是壓電元件。
6.根據權利要求1所述的流體供給裝置，其特征在于，用同一個馬達使具有旋轉促動器與擺動促動器的各自的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及流體供給裝置，由液體的吸入孔、排出孔、在轉子及容納該轉子的固定部件間形成的液體輸送部、與轉子連接的軸、使該軸與所述固定部件間作相對旋轉運動的旋轉促動器、作為其驅動電源的旋轉運動控制部、使旋轉部件與固定部件間作相對擺動運動的擺動促動器、及作為其驅動電源的擺動運動控制部構成，本發(fā)明可用簡單的構造實現供給流量的超高精度化、超微流量化。具有無波動的連續(xù)流量特性及與環(huán)境條件無關的穩(wěn)定流量特性。
文檔編號F04C2/107GK1112903SQ9510312
公開日1995年12月6日 申請日期1995年3月20日 優(yōu)先權日1994年3月23日
發(fā)明者丸山照雄, 阿部良一, 池本義寬 申請人:松下電器產業(yè)株式會社