Brevet FR2009056A1 — publié le 19700130

Cette invention concerne des dispositifs de précision de déplacement micrométrique, et plus particulièrement, un dispositif de déplacement micrométrique pour de petits déplacements d'un objet. Il est nécessaire dans de nombreuses opérations de positionner de façon 5 précise un objet ou une pièce usiné en fonction d'un système de référence. Dans ce but on dispose de nombreux dispositifs micrométriques fournissant des mouvements précis et limités d'un objet par petits stades dans une direction donnée. La caractéristique de telles opérations est l'utilisation de tels dispositifs de positionnement pour le déplacement d'un microscope, et en rapport 10 avec des machines outils pour déplacer une pièce usinée par petites touches précises en position exacte, l'une par rapport à l'autre. Une autre application de tels dispositifs à déplacement microscopique d'intérêt particulier de l'invention est leur utilisation dans la fabrication de dispositifs semiconducteurs dans lesquels une pastille doit être disposée de façon précise 15 en fonction d'un masque pour un travail de reproduction, de configurations particulièrement quand un réseau d'un grand nombre de blocs semiconducteurs miniaturisés tels que des circuits intégrés doivent être fabriqués ensemble sur une simple pastille. On a utilisé dans ce but plusieurs dispositifs à déplacement microscopique pour effectuer de tels positionnements, comprenant 20 plusieurs dispositifs à micromètre, dispositifs à vis différentielle, et similaire. Cependant, tous ces dispositifs sont caractérisés par des étapes de déplacement ou d'avance microscopiques qui nécessitent des périodes relativement longues pour obtenir l'alignement final ou le positionnement d'un objet. Le dispositif à déplacement microscopique de l'invention comprend un nou-25 veau mécanisme à vis micrométrique qui comprend un plongeur fileté avec précision commandé en rotation monté indépendairment à l'intérieur d'un élément tambour relativement grossièrement fileté commandé en rotation opposée, tous les deux fonctionnant comme un dispositif du type vis différentielle. Le dispositif comprend une commande d'embrayage pour permettre au plongeur filété 30 avec précision de tourner conjointement avec l'élément tambour que l'on peut faire tourner à tout moment. Le débrayage permet d'utiliser le déplacement rapide du à l'élément tambour fileté grossièrement pour un positionnement préliminaire rapide, qui, quand suivi par l'engagement de l'embrayage avec le plongeur fileté avec précision, permet un positionnement lent et plus fin par 35 action différentielle entre le plongeur et le tambour. En conséquence, un objet de l'invention est de fournir un dispositif de déplacement micrométrique capable d'un mouvement linéaire précis et exact. Un autre objet de l'invention est de fournir un dispositif de déplacement micrométrique capable de transformer un mouvement de rotation en petits mouve-40 ments linéaires de déplacement précis et fin. 69 10793 2 2009056 Un autre objet de l'invention est de fournir un mécanisme de positionnement micrométrique ayant un montage à vis différentiel commandé et arrêté indépendamment dont l'un des dispositifs de vis peut être corrtnandé sélectivement seul pour un réglage rapide et grossier ou commandé conjointement avec un se-5 cond dispositif à vis pour un réglage relativement lent et fin. Un autre objet de l'invention est de fournir un nouveau dispositif à vis différentiel de positionnement micrométrique capable de transformer des mouvements circulaires en mouvements linéaire très petits. Encore un autre objet de l'invention est de fournir un mécanisme de posi- 10 tionnement micrométrique capable de transformer sélectivement un mouvement circulaire soit en un mouvement linéaire rapide et grossier, soit en mouvement très court de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence au dessin annexé a 15 ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci, et dans lequel: La figure 1 est une vue en perspective schématique d'une table X-Y à positionnement micrométrique pour un objet illustrant un dispositif micrométrique de l'invention; 20 Les figures 2 et 2A sont des vues en coupe d'un dispositif micrométrique de l'invention montré dans deux conditions opératoires; La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2j et La figure 4 est uns vue en coupe suivant l'axe 4-4 de la figure 2. 25 On montre dans la figure 1, une table de positionnement X-Y dans laquelle une pièce usinée 20 telle qu'une pastille semiconductrice, que l'on doit mettre en position exacte dans le plan de référence X-Y, par exemple, en position précise par rapport à un masque (non montré) utilisé habituellement dans la fabrication de circuit miniaturisé ou imprimé. La pièce à usiner 20, est mainte- 30 nue en place sur un assemblage de travail à étage 24, qui peut comprendre une plaque support 21 que l'on peut déplacer dans la direction X et;une plateforme 22 déplacable dans la direction Y. La table support 21 et la plateforme 22 peuvent être déplacées .dans les directions .X-et Y par le dispositif de déplacement micrométrique 23 montré de façon plus détaillée danp la figure 2. 35 L'utilisation combinée des dispositifs de positionnement micrométrique 23 est montrée seulement sous forme schématique car elle peut être facilement accomplis par tout moyen conventionnel connu dans l'art. Par exemple, l'assemblage de travail à étage peut être monté sur un support convenable ou bâti sur lequel les dispositifs de déplacement micrométrique peuvent aussi être 40 monté comme on le montre graphiquement en 25. 69 10793 3 2009056 Le dispositif de déplacement micrométrique 23 comprend un corps de support tubulaire 5 fourni avec un collier ou autre extension 26 pour montage convenable au bâti pincipal (non représenté) d'une machine de positionnement ou — mécanisme. Monté par filetage à l'intérieur du support tubulaire 5 au moyen 5 d'un filet relativement grossier 27 (48 filets par 25,4mm) se trouve un élément tambour 4 avec une gorge annulaire 28 définissant les épaulement 29 et 30 limitant le déplacement de l'élément tambour 4 par butée avec les broches butées 13 montées dans le corps du support 5 et se prolongeant dans la gorge 28 annulaire du tambour. 10 Montée autour du support tubulaire 5 se trouve une jupe 31 appartenant à un mandrin de contrôle 8 dont la partie tubulaire de tête agrandie, extérieurement molletée, facilite la rotation manuelle. On remarquera que l'élément tambour 4 se prolonge à travers l'alésage de la partie de tête du mandrin, et qu'il est conçu avec un bouchon de sécurité fileté ou un élément de ferme-15 ture 9 formé avec une protubérance intérieur 32 comprenant à son extrémité terminale un logement conique 33 formant un siège axial pour une butée à bille 12. Une coirmande d'embrayage 7 de forme de cuvette contenue à l'intérieur de l'élément tambour 4 comprenant dans sa partie borgne 35 un alésage 36 à 20 travers lequel est insérée la protubérance 32 du bouchon de fermeture 9 du tambour. Les parois intérieures de la partie ouverte de la commande d'embrayage 7 ont la forme d'un cone pour pouvoir en engagement de commande porter sur l'extrémité élargie 39 d'un manchon de commande 3 monté libre en rotation et en translation à l'intérieur de l'élément tambour 4 au moyen de nervures 25 périphériques 40 du manchon. La forme de la tite 39 du manchon est celle d'un tronc de cfine afin de permettre un engagement de commande à friction avec la configuration intérieure complémentaire de la commande d'embrayage 7. Pour éviter que la tête du manchon 39 et l'embrayage 7 ne patinent, on peut rendre les surfaces correspondantes suffisamment rugueuses pour augmenter la friction. 30 De plus, on peut augmenter encore l'engagement à friction entre ces unités en utilisant pour la fabrication de l'embrayage 7 des matériaux ayant un coefficient de friction plus élevé, comme par exemple, des phénoliques, des matériaux de revêtement de frein et les similaires. L'élément d'embrayage 7 est mis élastiquement en engagement opérationnel 35 avec la tête de manchon 39 au moyen d'un ressort de compression 41 montré entre l'extrémité borgne 35 de la commande d'embrayage 7 et le bouchon de fermeture 9 du tambour autour de la protubérance 32 de la cuvette. A son tour, le manchon de commande 3 est à l'opposé mis en engagement avec la commande d'embrayage 7 au moyen d'un ressort 42 interposé entre l'exlré-40 mité du support tubulaire 5 et une butée convenable 43, telle qu'en nylon et 69 10793 4 2009056 similaire, disposé à l'extrémité opposée 44 du manchon de commande 3. On effectue la commande de rotation continue pour l'élément tambour 4 au moyen des fentes longitudinales 45 montées pour un déplacement axial limité entre les broches de commande 10 quq sont fixées dans la partie protubéran-5 te du mandrin 8 et se prolongent en engagement fixe avec l'élément d'embrayage 7, sous forme d'insertion solide des broches de commande 10 à l'intérieur des logements 46 de l'embrayage 7 par vissage des broches de commande 10 à l'intérieur de la tête 47 du mandrin. Comme on peut le voir d'après le montage, le déplacement vers l'arrière du mandrin 8 permet un mouvement axial limité 10 des broches de commande 10 à l'intérieur des fentes 45 du tambour sans qu'elles s'en dégagent pour maintenir la rotation de l'élément tambour 4 durant la rotation simultanée du mandrin 8. Cela permet la transformation de la rotation en un mouvement linéaire relativement rapide grâce à la liaison par le filetage grossier entre l'élément tambour 4 et le support tubulaire 5. 15 Parallèlement, avec un déplacement vers l'arrière du mandrin 8, les bro ches de commande 10, entraînent l'élément d'embrayage 7 vers l'arrière pour le débrayer du fourreau 3. On évite que le fourreau 3 ne suive le mouvement vers l'arrière de la commande d'embrayage 7 au moyen d'un bouchon 6, dans le fourreau 3, qui reste en butée avec la butée à bille 12 de la cuvette 33 de 20 la protubérance 32. Ainsi, en évitant le mouvement vers l'arrière du fourreau 3, l'embrayage 7 peut être.désengagé du fourreau 3, par quoi on entraîne seulement l'élément tambour 4 par la rotation du mandrin 8. Ce débrayage de l'embrayage 7 du fourreau 3 est montré dans la figure 2A. Aussi, comme on peut le voir dans le dessin, l'élément foureau 3 sera maintenu dans une position 25 longitudinale fixée à l'intérieur de l'élément tambour 4 durant sa rotation, indépendamment de l'engagement ou du débrayage de l'élément embrayage 7 par rapport au fourreau 3. Montée par filetage à l'intérieur du fourreau 3 au moyen d'un filetage fin 2 ayant un pas différent, comme par exemple, 41,175 filets par 25,4mm 30 se trouve une sonde ou un plongeur 1 dont on empêche la rotation au moyen d'une rainure à clavette 51 dans laquelle circule une clavette fixée par vissage dans le support tubulaire 5. Dans la réalisation montrée, l'assemblage à clavette 14 comprend un plongeur 52 encastré dans un matériau convenable 53 ayant de préférence un coëffi-35 cient de friction faible, tel que du nylon, ou similaire, pour réduire la frict tion, lorsque l'assemblage de clavette 14 glisse dans la rainure 51. Ainsi, avec l'embrayage 7 en engagement avec le fourreau 3, la rotation du mandrin 8 entraînera la rotation simultanée de l'élément tambour 4 et du fourreau 3. La rotation de l'élément tambour 4 est transformée en un mouvement 40 linéaire. Réciproquement, la rotation de la sonde ou du plongeur 1 étant em- ÊAD OPttQtUAk 69 10793 5 2009056 péchés, la rotation du fourreau 3 est transformée en un mouvement linéaire de la sonde ou du plongsur 1. L'utilisation de pas différents dans le montage de l'élément tambour 4 et ds la sonde 1 entraîne un mouvement différentiel entre eux. Cependant, on doit comprendre que les deux filetages peuvent être 5 dirigés vers l'avant ou l'un peut être le pas inverse de l'autre. Par les propriétés de la construction ci-dessus décrite, le dispositif de positionnement micrométrique de l'invention, agit comme une vis différentielle pour des alignements précis durant l'engagement de l'embrayage 7 avec le fourreau 3, par quoi il peut fonctionner (avec les pas indiqués) de la même 10 façon qu'une vis à pas 1100 d'approximativement 2,54 microns par révolution. En débrayant l'élément d'embrayage 7 du fourreau 3, le positionneur peut fonctionner comme une vis d'un pas, par exemple d'environ 0,632 mm par révolution. De cette façon, l'opérateur peut passer d'un réglage fin à un réglage grossier en tirant simplement sur la tête du mandrin 47 et le maintenant dans la posl-15 tion tirée lorsqu'on fait tourner le mandrin 8. Après qu'un réglage préliminaire grossier ait été effectué, (comme le positionnement d'une pastille semi-conductrice et d'un masque avec une tolérance de - 0,254mm des centres), juste une demi révolution du dispositif de positionnement est nécessaire dans la position tirée pour mettre l'opérateur dans le domaine lui permettant d'utili-20 ser un réglage fin en relâchant principalement l'embrayage 7 en engagement avec le fourreau 3. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques principales de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y appor-25 ter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 10793 6 2009056 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de déplacement micrométrique caractérisé en ce qu'il comprend: - un support - un élément en forme de tambour tubulaire monté sur ce support et pouvant 5 se déplacer axiallement à une première vitesse par rapport à ce support - une sonde allongée montée dans ce tambour et pouvant se déplacer axiallement et indépendemment à l'intérieur de celui-ci - un premier moyen d'entraînement dépendant pouvant tourner à l'intérieur du tambour pour déplacer axiallement la sonde dans une direction opposée à 10 celle du tambour de telle manière que le mouvement axial de la sonde ait une vitesse différente de celle du tambour de façon à provoquer un mouvement différentiel entre eux. - un embrayage pour la connexion au premier moyen d'entraînement - un second moyen d'entraînement indépendant pour entraîner ensemble le 15 premier moyen d'entraînement et le tambour en vue d'effectuer le mouvement relatif axial entre le tambour et la sonde par le second moyen d'entraînement comprenant des moyens de commande pour connecter et déconnecter sélectivement l'embrayage du premier moyen d'entraînement 20 2.- Dispositif de déplacement micrométrique caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme à vis différentiel comprenant: - un logement tubulaire fileté intérieurement - un élément en forme de tambour fileté extérieurement engagé dans le filetage du logement tubulaire pour être déplacé en rotation et exlallement à 25 l'Intérieur de celui-ci - un plongeur allongé - un support fileté Intérieurement dans lequel est monté le plongeur pour communiquer un nouvement axial indépendant au plongeur dans le tambour - des moyens d'entraînement reliés en fonctionnement au tambour de façon 30 à être entraîné en rotation par celui-ci pour effectuer un mouvement axial du tambour par rapport au logement, - un embrayage pour connecter et déconnecter sélectivement les moyens d'entraînement avec le support de façon à mouvoir axiallement le plongeur en mouvement relatif simultané avec le tambour durant la connexion en fonctionne- 35 ment des moyens d'entraînement avec le support et maintenir les positions relatives du plongeur et du tambour fixes durant la rotation du tambour qaand les moyens d'entraînement sont déconnectés en fonctionnement du support 3.- Dispositif de déplacement micrométrique selon la revendication 2 carac 69 10793 7 2009056 térisé an ce que les mouvements axiaux du tambour et du plongeur sont en sens opposés et a des vitesses différentes de façon à retracter le plongeur dans le tambour durant la rotation simultanée du tambour et du support. 4.- Dispositif de déplacement micrométrique caractérisé en ce qu'il comprend: 5 - un logement tubulaire fileté intérieurement fermé à une extrémité et ouvert à l'autre extrémité, - un élément en forme de tambour monté vissé pour être déplacé axiallement et en rotation à l'intérieur du logement et s'étendant vers l'extérieur à l'extrémité ouverte de celui-ci, 10 - un mandrin tubulaire pouvant être mis en rotation ayant une jupe s'éten dant par dessus le logement - un fourreau filBté intérieurement monté à l'intérieur du tambour de façon à pouvoir glisser et tourner - des arrêts à l'extrémité étendue du tambour pour maintenir le fourreau 15 dans'une position axiale déterminée à l'intérieur du tambour - un plongeur monté vissé dans le mandrin et sortant de l'extrémité fermée du logement en pouvant coulisser - un guide sur le logement pour empêcher la cotation du plongeur et permettant le mouvement axial relatif ds celui-ci 20 - des moyens connectant en fonctionnement le mandrin au tambour pour faire tourner celui-ci dans son mouvement axial de déplacement relatif par rapport au logement et un embrayage pour connecter et déconnecter sélectivement les moyens d'entraînement au fourreau pour faire tourner le fourreau de façon à provoquer le mouvement axial conjoint du plongeur par rapport au tambour et 25 avec lui pendant la connexion en fonctionnement du moyen d'entraînement avec le fourreau et pour maintenir les positions axiales relatives du plongeur et du tanbour durant la rotation de ce dernier quand leB moyens d'entraînement sont déconnectés en fonctionnement du plongeur 5.- Dispositif de déplacement micrométrique selon la revendication 4 caracté-30 risé en ce que les mouvements axiaux du tambour et du plongeur sont dans des directions opposées et à des vitesses différentes de façon à rétracter le plongeur dans le tambour durant la rotation conjointe du tambour%et du fourreau 6.- Dispositif de déplacement micrométrique selon la revendication 4 caractérisé en ce que 35 - le tambour comprend des fentes s'étendant longitudinalement et le man drin pouvant être mis en rotation comprend des broches d'entraînement fixées au mandrin et se prdongeant au travers des fentes pour coopérer avec l'embra 69 10793 a 2009056 yage tandis que les fentes permettent au tambour un mouvement axial limité par rapport au mandrin autour des broches 7.- Dispositif de déplacement micrométrique selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'embrayage comprend un élément pouvant se déplacer axiale-5 ment adjacent à 1'extrémité étendue du tambour et adapté pour entraîner en engagement l'extrémité adjacente du fourreau et comprenant - une ouverture s'étendant axialement dans l'embrayage - une première fermeture pour l'extrémité adjacente du fourreau - une seconde fermeture pour l'extrémité étendue du tambour et comprenant 10 une extension se prolongeant à l'intérieur du tambour à travers l'ouverture de l'embrayage en direction de la première fermeture -des moyens de poussée montés dans le tambour entre l'extrémité fermée du logement et le fourreau pour pousser celui-ci vers l'embrayage de façon à l'engager en entraînement 15 - des second moyens de poussée dans le tambour entre la seconde fermeture et l'embrayage pour pousser ce dernier vers l'extrémité adjacente du fourreau de façon à l'engager en entraînement - et une butée à bille interposée entre l'extrémité de l'extension et la premièBe fermeture 20 S.- Dispositif de déplacement micrométrique selon la revendication 7 caractérisé en ce que les mouvements axiaux du tambour et du plongeur sont dans des directions opposées et a des vitesses différentes de façon à rétracter le plongeur dans le tambour durant la rotation conjointe du tambour et du fourreau. 25 9.- Dispositif de déplacement micrométrique caractérisé en ce qu'il comprend, - un support - un tambour tubulaire vissé dans le support pour se mouvoir axialement à l'intérieur de celui-ci sous l'action de la rotation du tambour - un fourreau fileté intérieurement pouvant tourner en rotation dans le 30 tambour suivant un exe fixe - un plongeur vissé dans le fourreau et adapté pour le déplacer axialement dans le fourreau sous l'action de la rotation dans et à l'opposé de la direction du tambour de façon à se rétracter dans ce dernier - des moyens connectés en fonctionnement entre le support et le plongeur 35 pour empêcher la rotation de ce dernier - des moyens d'entraînement connectés en fonctionnement au tambour pour le faire tourner dans le mouvement axial relatif par rapport au support - et un embrayage pour connecter et déconnecter sélectivement les moyens 69 10793 S 2009056 d'entraînement au fourreau pour le faire tourner pendant la connection avec Ibb moyens d'entraînement adaptés pour déplacer axialement le plongeur par rapport au fourreau et au tambour. 10j- Dispositif de déplacement micrométrique selon la revendication 9 caractérisé en ce que le tambour et le plongeur sont adaptés pour être déplacés axialement à des vitesses différentes pour effectuer un mouvement différentiel du dispositif.