[发明专利]机床用超长光栅尺逆辊压印成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及逆辊压印光刻技术，特别涉及一种制造机床用超长光栅尺的逆辊压印成型方法。该方法可以连续、高效、低成本制造超长光栅尺。

背景技术

精密光栅尺作为高档数控机床的位置检测元件对数控机床的精度有着至关重要的影响，是精密、超精密高档数控机床的关键基础性功能部件。

光栅尺的制造方法主要有刻划机刻划方法、光刻机光刻方法等。刻划机刻划方法制造光栅尺效率较低，并且对环境要求高，成本高，不能连续生产，且分辨率有限。光刻机光刻方法的分辨率比刻划机刻划方法高，同样存在上述缺点。目前，国际上多采用深紫外光刻技术实现高精度超长计量光栅制造，这种制造方法对于环境要求极其苛刻，导致制造成本较高且制造速度较低。

相比于上述制作工艺存在的局限性，纳米压印技术是一种可以制造大面积微纳米结构的并行制造技术，具有成本低，生产效率高的特点。由于纳米压印技术具备高分辨率、低成本、工艺简洁高效(避免光学曝光、显影、刻蚀等工序)等特征，在超大规模集成电路、(超)高精度光栅、磁存储器、光波导等具有微结构特征的器件成型方法上与传统微加工(光学光刻、机械刻划)工艺相比，具有巨大的技术和产业竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机床用超长光栅尺制造方法，该方法采取逆滚压印光刻技术，利用光栅模具的高精度回转运动，将光栅模具表面的微结构直接转移到光栅尺胚表面，通过高精度连续回转运动控制，实现超长高精度光栅尺的制造。该方法克服了传统光栅尺制造中环境条件依赖性高、制造效率低和成本高的缺点，实现了超长光栅尺的高速、低成本和连续制造。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

机床用超长光栅尺逆辊压印成型方法，该方法包括下述步骤：

1)光栅尺胚表面处理：选择金属带、陶瓷或玻璃作为光栅尺胚基材，对尺胚表面进行等离子气处理，增大尺胚表面能；

2)制作光栅模具：选择殷钢、Ni或者Cr作为光栅模具材料，采用激光刻蚀、机械刻划或电化学/化学腐蚀等微细加工方法制作表面有微结构的辊筒形光栅模具；

3)网纹辊表面滚胶：在网纹辊表面滚涂一层紫外光固化胶；

4)使用刮刀将网纹辊表面多余胶料刮去；

5)采用超声波雾化工艺，在光栅模具表面涂覆一层脱模剂；

6)将光栅模具与网纹辊相对转动，将网纹辊上的紫外光固化胶胶料转移并填充至光栅模具沿圆周线分布的光栅栅线凹槽内；

7)将光栅模具表面的紫外光固化胶进行UV弱固化；

8)将光栅模具与处理后光栅尺胚接触，并对接触面加压，光栅模具在电机动力下旋转，光栅尺胚随光栅模具做同步平面运动，将光栅模具表面的紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚上；

9)对转印后的光栅尺胚进行UV固化后，即完成光栅尺逆辊压印成型过程。

本发明的进一步特征在于：

所述光栅模具长为50mm～300mm；直径为Φ50mm～Φ500mm，表面均布栅线，栅线宽为100nm～500μm，栅线间距为100nm～500μm，栅线深＜100μm。

所述网纹辊的直径为Φ50mm～Φ500mm，线数为100～1400线/英寸，网纹辊转动圆周线速度需与光栅模具圆周线速度相同。

所述步骤7)、9)中光栅模具表面的紫外光固化胶进行UV弱固化、UV固化，UV弱固化、UV固化时间为0.1s～10s。

所述步骤8)中光栅模具通过支撑辊实现紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚基材表面，支撑辊通过气缸控制与光栅模具间的压应力；光栅尺胚基材与光栅模具做同步平面运动的同步速度为0.1～50m/min；光栅模具辊压压应力为10MPa～60MPa。

本发明采用逆辊压印技术，将光栅模具上弱固化定型后的紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚上，由于光栅模具是辊筒形结构，其回转运行即可连续不断地生产长光栅尺。此种方法对外部环境要求较低，仅需要对中央转印部分做高精度温度、湿度控制，并隔绝外部振动对其的干扰即可。因此设备总体成本较低，进而有效降低光栅尺成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明的示意图。

图2是图1A部模具局部放大图。

图3是模具填充UV固化胶及其固化过程示意图。

图中1为光栅尺胚；2为等离子气；3为光栅模具；4为UV灯；5为网纹辊；6为刮刀；7为UV灯；8为托辊；9为支撑辊。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施实例对本发明做进一步说明。