[发明专利]一种基于音圈电机的微接触印刷装置及其工作流程

说明书

技术领域

本发明涉及微接触印刷的技术领域，尤指一种基于音圈电机的微接触印刷装置及其工作流程。

背景技术

微接触印刷是一种使用带有凸纹图案的弹性印模在承印物表面形成图案结构的技术。给印模涂上用来形成图案的材料作为墨料，再将印模与承印物表面接触，达到转印图案的目的。此成型过程尺寸属于纳米等级，特别的在油墨转印过程中，印模与承印材料相互接触受力的大小、均匀性都会引起印模不同程度的形变，当形变量超出了允许范围，则会引起图文部分粘连、倒塌、弯曲，或者非图文部分塌陷等，若形变量不足，则会导致印刷图案不清晰、不连贯，造成油墨的不良转移。所以，在转印时，如何控制均匀施力，如何控制接触距离，是最为关键的课题，转印机构与驱动装置的配合就变得十分重要。以下是现有转印机构常用的驱动方式及装置：

（1）以伺服电机带动滚珠丝杠，将旋转运动转换为直线运动。由于此过程是以机构耦合驱动，运动过程中背隙造成的定位精度不佳、传动机构的能量损失以及机械时间常数的影响都会成为控制上的不确定因素，另外伺服电机具有扭矩波动的问题，也会造成不易控制的缺点。

（2）以气动或液压的方式驱动转印机构。此种驱动方式可以很容易控制印模与基底的接触力，但是此种转印机构的传动方式，会有时间上的迟滞，精度不高，并不适用于纳米级的制造工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于音圈电机的定位定力控制方式进行微接触印刷的装置及其工作流程，以实现高精度定位及均匀施力的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种基于音圈电机的微接触印刷装置，包括框架、驱动印模大行程移动的宏动驱动装置、承印平台、驱动承印平台微行程移动的微动调平驱动装置以及为印模上墨的供墨机构；所述宏动驱动装置的顶端固定在框架的顶部，其底端与印模连接；所述的承印平台用以固定承印材料，该承印平台安装在该微动调平驱动装置的上端；所述的供墨机构安装在框架上；所述微动调平驱动装置包括弹性元件、支撑柱、四个音圈电机以及至少两个倾角传感器，四个音圈电机包括X方向两个音圈电机与Y方向两个音圈电机；所述弹性元件的中部固定在支撑柱的上端，周边将音圈电机的线圈部分与承印平台底部连接起来，且其中部与周边之间弹性连接；该支撑柱下端与音圈电机的磁钢部分一同固定在所述框架的底部；所述倾角传感器安装在承印平台的上端。

所述的框架包括底座、安装在该底座上的若干立柱、固定在立柱顶端的顶盖以及固定在立柱上的固定板。

所述的宏动驱动装置包括伺服电机、滚珠丝杠以及移动架；该伺服电机固定于所述顶盖上，该滚珠丝杠两端通过轴承组分别固定于所述顶盖以及固定板上；所述的移动架包括相互连接的上顶板和下底板，该上顶板与所述滚珠丝杠的螺母固定连动，该下底板上设有用以装夹印模的装夹结构。

所述的上顶板以所述立柱为导向形成运动副。

所述上顶板与下底板之间通过若干导向杆连接固定，该导向杆以所述固定板为导向形成运动副。

所述微动调平驱动装置底部，即支撑柱下端与音圈电机的磁钢部分一同固定在一个二维运动平台上，该二维运动平台固定在所述框架的底部。

所述倾角传感器设置四个，且该四个倾角传感器与四个音圈电机错开均匀分布。

进一步包括光学组件，该光学组件位于印模的上方，其包括物镜、同轴光源、CCD相机、光电接收器以及信号处理及测量系统；该物镜由两个相同凸透镜以及分光镜组成。

所述的装夹结构为安装在所述下底板底部的卡槽以及固定在该卡槽上的印模托架，该印模托架内部设有一机加工腔，所述印模具有一与该机加工腔相配的凹槽。

所述承印平台包括承印托架，该承印托架内部装有真空吸盘，其表面还设有用以固定承印材料的凹槽。

所述的供墨机构包括墨盘及转角气缸，该墨盘安装在转角气缸上，该转角气缸固定在所述立柱上。

一种基于音圈电机的微接触印刷装置的工作流程，首先宏动驱动装置上移，对印模以及承印材料进行装夹；随后微动调平驱动装置中的音圈电机与倾角传感器配合进行承印平台的粗调平；然后宏动驱动装置下移，供墨机构对印模进行上墨；此后宏动驱动装置停止运动，微动调平驱动装置与光学组件共同完成承印平台的精调平；最后四个音圈电机同步运动，完成图案的接触与转移。

采用上述方案后，本发明具有如下优点：