专利名称：输送精确体积液体用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于重复输送精确体积的液体的装置，尤其涉及一种用于使用液压液体输送精确体积的液体的装置。
很多行业都要求把精确体积的液体输送到应用区。例如，把精确体积的感光性树脂合成物输送到硅片基体上，以便在该硅片上形成一层均匀厚度的感光性树脂层。输送精确体积的液体这一要求必须由一种能在长时间内重复输送同样体积的试样液体的装置来实现。
目前有种类繁多的输送液体用的装置。使用膜盒的装置不理想，因为膜盒的壁是顺从的。这样，被输送的液体的体积将随该液体的压力的变化而变化。
用压缩气体使机械件运动，再利用机械件例如薄膜输送液体的装置也不理想，因为气体是可压缩的，而且气体的体积取决于该气体所承受的压力。这样，被输送的液体的体积将随液体的压力变化而变化。
用电磁线圈使活塞或类似装置运动的装置也不理想，因为送达该电磁线圈的电力的正常的变化都会导致活塞冲程的长度的变化，这样就导致所输送的液体体积的变化。此外，除两个死点位置外，很难控制电磁线圈臂的其他伸出位置。
因此，需要一种能够用于重复输送精确体积的液体的装置。此外，还需要一种能在长时间内重复输送精确体积的液体的装置。
本发明提供一种用于输送精确体积的液体的装置。本装置包括一个驱动活塞进、出装有不可压缩液压液体的储液室用的线性致动步进马达。在一个实施例中，该储液室包括一个由随储液室内液压液体的运动而膨胀和收缩的柔性薄膜形成的壁。在该柔性薄膜膨胀时，液体试样从试样储液室被输送到该液体试样的使用点。在该柔性薄膜收缩时，被输送液体试样由另外的液体试样补充，进入储液室。两个储液室被柔性薄膜分开。一个储液室装液压液体，第二个储液室装试样液体。在第二个实施例中，这个柔性薄膜被取消，活塞直接作用于试样液体，因此，不再需要液压液体。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述
图1是本发明装置的一个实施例的侧剖视图。
图2是本发明装置的分解图，其中的部分零件为剖视。
图3是本发明中使用的线性致动器和活塞装置的分解图，其中的部分零件为剖视。
本发明提供一种通过运动活塞使不可压缩液压液体运动的装置。受到压力的液压液体引起一个柔性薄膜膨胀进入装有试样液体的试样液体储液室中。在该膨胀柔性薄膜所施压力的作用下，精确体积的试样液体从试样液体储液室被输送到使用点。
该活塞被安装在只能线性运动但不能转动的轴上。使该轴作线性运动同时又避免该轴转动的机构包括线性或转动式步进马达，也可以使用伺服马达代替，和一个带螺纹的轴，该轴定位在螺母或其它类似机构中。该螺母通过马达驱动可以转动并且包括防止轴转动的机构。
为方便起见，在以下所描述的本发明中，使用带螺纹的、定位于引起轴作线性运动同时又防止轴转动的可转动的螺母内的轴，并且用柔性薄膜把装液压液体的储液室与装试样液体的储液室分开。用于输送液压液体的活塞连接在一根螺纹轴上，该螺纹轴伸在螺母中，该螺母由一个马达驱动并与该螺纹轴通过螺纹配合。当马达开始转动后，该活塞线性进入或移出位于储液室中的液压液体，所述储液室带有一个由柔性薄膜构成的侧壁。
在优选实施例中，在运动的活塞和活塞壳之间安装密封装置，该密封装置包括弹性压迫密封装置，最好是被激励的弹性密封件，如Bal Seal Corporation of Califomia能提供的那种。该密封件最好是U型断面，与活塞接触的密封件的内半径被弹性压向活塞，以便保证与活塞表面的紧密接触。该弹性密封件和密封装置的其它部分一起防止液压液体从活塞周围分流或渗漏及空气夹杂进入该液压液体。该密封装置又使本发明中的装置能被长时间反复使用，输送同样精确体积的试样液体到使用点。作为选择，可以使用一个以上的这类密封件，比如沿活塞长度方向在不同的区段位置上安装两个或三个这类密封件。在推荐上述密封装置的同时，很显然对本领域的普通技术人员来说，也可以使用其它密封装置，例如但不限于沿活塞圆周固定的一个或多个O型圈，或一个或多个金属密封套，或金属或聚合物密封垫。所有这些密封装置都是在活塞和储液室侧壁之间起密封作用，防止液体从活塞渗漏，并避免空气夹杂。此外，如果需要，这些密封装置可以组合使用。
参考图1、图2和图3，本发明的装置10包括马达12，该马达12带有被安装在轴承11和轴承13上的可转动的内部螺母14。螺母14带有与轴20上的螺纹18相配合的螺纹16(图3)。马达12是步进马达，其作用是使螺母14沿顺时针和逆时针转动。电线圈15和磁体17绕着螺母14，当该电线圈被通电后，螺母14会沿顺时针或逆时针方向转动。轴20通过销钉24被固定到活塞22上。
活塞22包括与销钉28配合以防止活塞22转动的开口槽26。活塞22的转动也可以借助于定位于活塞外表面上的、与定位于活塞壳内壁上的销钉相配合的键道或其它公知的防止线性运动物体转动的机构得以阻止。活塞22的尺寸加工成在壳30内紧密配合。为防止液体从储液室32分流到马达12，通过带O型密封保护垫圈36的弹性压迫密封件38进行密封。密封件38的凸缘40是受到弹性压迫的，以便该凸缘在活塞22的整个表面都是紧密配合的。O型圈34将密封件38压向活塞壳46，其它与密封件38类似的密封件38可以围绕活塞22进行密封。
为实施使用本发明，在确保所有的可压缩气体被排走后将插塞44移离，从而使不可压缩液压液体充入储液室32。如图2所示，储液室32的一个侧壁是包括用靠O型圈50和板52固定在活塞壳46上的柔性薄膜48的结构形成的。板52可以通过任何一种传统的装置包括螺钉、螺栓或类似装置固定到壳46上。
传感机构可以被用来检测轴20的端点54的位置，该传感机构包括轴位传感器，如检测轴20的端点54的原来位置用的光传感器62，可以另外使用轴编码器64以检测轴20的位置。传感器62和编码器64可被安装在托架66上。
使用中，轴位传感器62检测轴20的端点54是否在原来位置上。随着确定端点54在原来位置，马达12被致动，以带动带螺纹的螺母14，使带螺纹的轴20和活塞22运动离开马达12到储液室32中的一个预定位置。销钉28被定位在活塞22上的槽26中，从而防止活塞22转动并允许活塞22作线性运动进入储液室32。活塞22排送液体并引起薄膜48膨胀到位置48a(图1)。被膨胀的薄膜增加储液室49内的压力，而且当阀51打开，阀55关闭时，储液室49中的试样液体通过导管53被输送到使用点(未显示)。当活塞22在储液室32内上升到预定高度后，马达12反转，改变螺母14的转动方向。该转动方向的改变引起轴20和活塞22朝马达12运动，离开储液室32。活塞离开储液室32的运动降低了储液室32内的压力，因此薄膜48定位如48b(图1)所示。当薄膜48被如此定位的时候，那么储液室49内的压力被降低。阀55被打开，阀51被关闭，这样与先前从储液室49排出的那部分的试样液体同样体积的试样液体可被重新输入储液室49。然后重复这一循环。
在本发明的第二个实施例中，是当试样液体的污染或本发明的装置退化不成问题时，去掉图1和图2中的装置的薄膜48的情况。在这个实施例中，仅仅有试样液体就足够了，不再需要液压液体。该试样液体的输送是靠活塞向试样液体中运动，对试样液体施加增加的压力实现的。试样液体的储液室的再填充是靠活塞运动离开试样液体导致的压力降低来实现的。
权利要求
1．用于重复输送精确体积的被输送的液体的装置，其特征在于，该装置包含充满不可压缩液体的储液室；定位在一个壳内的活塞；位于所述活塞和所述壳之间的为防止所述储液室内的液体从所述活塞或所述壳分流用的密封机构；引起连接到活塞上的、使所述活塞在所述的储液室里作线性运动的轴在二相反方向上进行线性运动同时又防止所述轴和所述活塞转动的机构；从所述被排送液体的带进、出口的储液室排出一定体积的被排送液体的机构。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引起线性运动用的机构是带螺纹的轴和带与所述有螺纹的轴相配合的螺纹、马达驱动的可转动螺母。
3．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防止所述活塞转动的机构可以是下列之一定位于所述活塞上的槽内的固定销钉或与定位于活塞壳的内壁上的键相配合的定位于活塞外表面上的键道。
4．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封装置包括沿所述活塞周边定位的弹性压迫密封件。
5．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳和所述被排送液体用的储液室是相连通的。
6．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壳和所述被排送的液体用的储液室用一个柔性薄膜相互隔开。
7．用于重复输送精确体积的试样液体的装置，其特征在于，包含充满不可压缩液体的储液室；由柔性薄膜构成的所述储液室的侧壁；位于所述活塞和所述壳之间的为防止所述储液室内的液体从所述活塞或所述壳分流用的密封机构；引起连接到活塞上的轴在二相反方向上的线性运动同时又防止所述轴和所述活塞转动的机构；所述的薄膜的膨胀程度取决于所述储液室内的所述活塞的位置。
8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述引起线性运动用的机构是带螺纹的轴和带与所述有螺纹的轴相配合的螺纹、马达驱动的可转动螺母。
9．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述防止所述活塞转动的机构可以是下列之一定位于所述活塞上的槽内的固定销钉，或与定位于活塞壳的内壁上的键相配合的定位于活塞外表面上的键道。
10．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述密封装置包括沿所述活塞周边定位的弹性压迫密封件。
11．如权利要求7、8、9或10中的任一项所述的装置，其特征在于，所述密封机构可以是下列之一沿所述活塞周边定位的一个或多个弹性压迫密封件、O型圈、密封套、密封保护垫圈或上述密封件的组合。
12．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述薄膜的表面定位在装有所述试样液体的一第二个储液室内，所述的第二个储液室有进、出口。
13．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述薄膜的表面定位在装有所述试样液体的一第二个储液室内，所述的第二个储液室有进、出口。
14．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述薄膜的表面定位在装有所述试样液体的一第二个储液室内，所述的第二个储液室有进、出口。
15．如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述薄膜的表面定位在装有所述试样液体的一第二个储液室内，所述的第二个储液室有进、出口。
16．用于重复输送精确体积的液体的装置，其特征在于，该装置包含充满不可压缩被输送液体的储液室；所述储液室带进、出口；定位于壳内的活塞；位于所述活塞和所述壳之间的为防止所述储液室内的液体从所述活塞或所述壳分流用的密封机构；引起连接到活塞上的轴在二相反方向上线性运动同时又防止所述轴和所述活塞转动的机构；所述被排送液体从所述储液室排出，排送的量取决于活塞在所述储液室内的位置。
17．如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述引起线性运动用的机构是带螺纹的轴和带与所述有螺纹的轴相配合的螺纹、马达驱动的可转动螺母。
18．如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述防止所述活塞转动的机构可以是下列之一定位于所述活塞的槽内的固定销钉，或定位于活塞外表面的键道和定位于活塞壳内表面上的键。
19．如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述密封装置包括沿所述活塞周边定位的一个或两个弹性压迫密封件。
20．如权利要求16、17、18或19中的任一项所述的装置，其特征在于，所述密封机构可以是下列之一沿所述活塞周边定位的一个或多个弹性压迫密封件、O型圈、密封套、密封保护垫圈或上述密封件的组合。
全文摘要
一种用于输送精确体积的试样液体的装置,其中活塞线性运动进入装有不可压缩液压液体的第一个储液室。该储液室包括一个由柔性薄膜形成的侧壁。该柔性薄膜把第一个储液室与装有试样液体的第二储液室分开。该柔性薄膜的膨胀程度和从第二个储液室排出的试样液体的量取决于活塞在第一个储液室中的位置。
文档编号G01F11/08GK1232925SQ9910567
公开日1999年10月27日 申请日期1999年4月21日 优先权日1998年4月21日
发明者伊拉吉·加什盖依, 格雷厄姆·伊考克, 乔治·L·贡内拉 申请人:米利波尔公司