CN100498526C - 多铰链纳米压印压模倾斜校正机构 - Google Patents
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Abstract
多铰链纳米压印压模倾斜校正机构，由上连接套(1)、上铰链(2)、下铰链(3)、压模(5)和压模卡盘(4)组成，上连接套(1)与上铰链(2)的铰链座连接，下铰链(3)的铰链座与上铰链(2)的上中间框连接，下铰链(3)的下中间框与压模卡盘(4)连接，下压力通过上连接套、上下铰链和压模卡盘作用在压模上，压模(5)向下与基片压紧时，上下铰链产生微转动，自动调整压模(5)和基片(6)两者的不平行，由于x、y两方向倾斜校正旋转中心都位于压模的下表面中心，压模下压转动而带来横向移动很小，使纳米压印套准精度大幅提高，制作出复杂多层的纳米图形结构和器件。
Description
技术领域
本发明是一种多铰链纳米压印压模倾斜校正机构，属于微细加工制作纳米图形结构器件纳米压印装置设备技术领域。
背景技术
随着全球微细加工制作技术的进步，出现了操作简单、分辨率高、能大批量来制作纳米图形结构的压印新技术。该技术是由微接触印刷和毛细管微模压制的刻印技术发展起来的，是使用有纳米图形的有弹性的印章或铸模将自组装单分子膜印制到基片上，由于印章或铸模是有弹性的，在大面积基片上制作纳米图形时图形各部位的均匀性和重复性将出现较大的误差。目前在该刻印技术基础上进一步得到发展，出现了采用刚性压模的硬压印，即在基片的聚合物薄膜上压出纳米级图形。刚性压模压印包含加热压印和闪光压印。无论是那一种压印，在压模下压时压模的图形平面都必须与被压基片平面平行贴合。在已有的压印装置中，压模下压后压模的图形平面已能做到基本与被压基片平面平行，但存在一个问题，那就是在自动调整压模图形平面和被压基片平面平行时，需要有复杂化的结构，压模平面相对于基片平面横向产生了微小位移，使在下压前已套准了的图形，在压印后产生了偏离，因此存在着套压精度较低的缺点。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种多铰链纳米压印压模倾斜校正机构，既结构简单，又在压模下压后能自动调整压模图形平面和被压基片平面平行贴合，旋转力小，不会在压模下压中产生压模和基片的相对横向方向上微位移，提高纳米压印图形的套准精度。
本发明的技术解决方案是：多铰链纳米压印压模倾斜校正机构由上连接套、上铰链、下铰链、压模、压模卡盘和基片组成，上连接套的下端面与上铰链的铰链座连接，下铰链的铰链座与上铰链的上中间框连接，下铰链的下中间框与压模卡盘连接，压模装在压模卡盘内，基片位于压模的正下方，当下压力通过上连接套、上下铰链和压模卡盘作用在压模上，压模向下运动与基片靠近并压紧时，压模和基片在先接触处产生的力矩使一个或二个铰链产生微转动，自动调整压模和基片两者的不平行，直至压模和基片完全平行贴合接触与压紧。
所述本发明倾斜校正机构上铰链由左右两端铰链座、左后连杆、左前连杆、上中间框、右前连杆和右后连杆组成，它们互为一体，用同一种材料通过切削加工而成。左右两端铰链座通过上面作有的四螺孔与上连接套连接，上中间框通过四个凸缘上面作有的四孔和四销孔与下铰链的左右两端铰链座连接，四根连杆与两端铰链座及上中间框之间均通过薄板连接，薄板均由切削加工而成，构成了两边对称弹性柔性三连杆四铰链结构，其中左后连杆和右后连杆的中心线延长线相交点oy(后)与左前连杆和右前连杆的中心线延长线相交点oy(前)的连线oy(后)oy(前)和y轴平行，同时oy(后)oy(前)连线还通过压模下表面的中心，左后连杆与右后连杆之间为开通的方孔，右前连杆与右后连杆之间也为开通的方孔，使上中间框微转动更为平稳。
所述本发明倾斜校正机构下铰链由左右两端铰链座、左后连杆、左前连杆、下中间框、右前连杆和右后连杆组成，它们也互为一体，用同一种材料通过切削加工而成。下铰链通过其左右两端铰链座四孔和四销孔与上铰链上中间框四个凸缘的孔连接，并通过下中间框上四孔与压模卡盘连接。四根连杆与两端铰链座及下中间框之间均通过薄板连接，薄板厚度为0.1-5mm，构成了与上铰链相垂直方向的另一个两边对称弹性柔性三连杆四铰链结构，左前连杆和右前连杆的中心线延长线交点ox(前)与左后连杆和右后连杆的中心线延长线交点ox(后)的连线ox(前)ox(后)和x轴平行，该连线还通过压模下表面的中心，也与上面上铰链构成的两交点连线oy(后)oy(前)互相垂直，构成另一个方向的微旋转调整，同样左前连杆与左后连杆之间由开通的方孔隔开，右前连杆与右后连杆之间也由开通的方孔隔开，使下中间框绕ox(前)ox(后)轴线转动更平稳。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、该倾斜校正机构从结构上看，结构很简单，只有两个零件组成，因此价格相对低廉；
2、该机构从结构原理上分析，需要旋转力小，在下压后自动找正两个面平行的过程中，在作±Δα、±Δβ两个方向角度微旋转中，产生横向微位移很小，因为压模的旋转中心做到了位于压模下表面即图形面的中心，重复性也好；
3、应用该机构来校正纳米压印机下压中两平面的不平行，不产生横向平移的同时，还不会产生水平方向微旋转，有利于保持原有的对准精度，制作出复杂多层的纳米图形结构或器件；
4、由于多铰链倾斜校正机构是弹性柔性铰链，无旋转调整间隙。
附图说明
图1为本发明实施例多铰链纳米压印压模倾斜校正机构正剖面图；
图2为本发明实施例侧视图；
图3为本发明实施例上铰链结构放大三维图；
图4为本发明实施例下铰链结构放大三维图；
图5为本发明实施例上下铰链微旋转结构原理简图。
具体实施方式
如图1、2所示，是本发明实施例多铰链结构正视图和它的侧面剖视图，本发明由上连接套1、上铰链2、下铰链3、压模5、压模卡盘4和基片6组成，上连接套1的下端面与上铰链2的铰链座连接，下铰链3的铰链座与上铰链2的上中间框连接，下铰链3的下中间框与压模卡盘4连接，压模5装在压模卡盘4内，基片6位于压模5的正下方。当下压力通过上连接套1、上铰链2、下铰链3和压模卡盘4作用在压模5上，压模5向下运动与基片6靠近并压紧时，由于压模5和基片6不平行，压模5和基片6在先接触处产生的力矩使其中一个或二个铰链产生微转动，自动调整两者的不平行，直至压模5和基片6完全平行贴合接触，并以一定的压力和基片6压紧。
如图3所示，是本发明实施例上铰链2结构放大三维立体图，结合图2知该铰链包括左右两端铰链座201和208、左后连杆202、左前连杆203、上中间框204、右前连杆207和右后连杆210组成，它们互为一体，用同一种材料通过切削加工而成。左右两端铰链座201和208上作有四螺孔209，便于和上连接套1螺钉连接，上中间框204的上方作有四个凸缘，并在凸缘上共作了四孔205和四销孔206，使便于和下铰链3的左右两端铰链座连接，四根连杆分别与两端铰链座及上中间框204之间均由厚度b2很薄的薄板连接，b2＝0.1-5mm，这些厚度很薄的薄板是在对应上下方向上均加工切削去小圆柱留下中间厚度均为b2薄板而成的，这就构成了两边对称弹性柔性三连杆四铰链结构。左后连杆202的中心线与右后连杆210的中心线延长线相交于oy(后)，左前连杆203的中心线与右前连杆207的中心线延长线相交于oy(前)，当上中间框204的左右边受到转动力矩时，连杆两端薄板处产生变形，形成柔性铰链，上中间框204则会绕oy(后)oy(前)轴线转动，oy(后)oy(前)轴线与y轴平行，同时在结构上已使oy(后)oy(前)轴线通过压模5下表面的中心，左后连杆202与右后连杆203之间为开通的方孔，右前连杆207与右后连杆210之间也为开通的方孔，使上中间框204绕oy(后)oy(前)轴线转动更为平稳。
如图1、4所示，本发明实施例下铰链3结构放大三维立体图，铰链3包括左右两端铰链座301和304、左后连杆309、左前连杆310、下中间框308、右前连杆305和右后连杆306部分组成，它们也互为一体，用同一种材料通过切削加工而成。下铰链3通过其左右两端铰链座四孔302与四销孔303与上铰链2的上中间框上四个凸缘连接，并通过下中间框308上四孔307与压模卡盘4连接。与上铰链2相同原理，四根连杆分别与两端铰链座及下中间框308之间均由厚度b3很薄的薄板连接，b3＝0.1-5mm，这些厚度很薄的薄板是在对应上下方向上均加工切削去小圆柱留下中间厚度均为b3薄板而成，构成了与上铰链2相垂直方向的另一个两边对称弹性柔性三连杆四铰链结构，左前连杆310与右前连杆305的中心线延长线相交于ox(前)，左后连杆309与右后连杆306的中心线延长线相交于ox(后)，两交点的连线ox(前)ox(后)与上面上铰链2构成的两交点连线oy(后)oy(前)互相垂直，构成另一个方向的微旋转调整，当下中间框308的左右边受到转动力矩时，连杆两端薄板处产生变形，形成柔性铰链，下中间框308则会绕ox(前)ox(后)轴线转动，ox(前)ox(后)轴线与X轴平行，在结构上已使ox(前)ox(后)轴线通过压模5下表面的中心，同样左前连杆310与左后连杆309之间为开通的方孔，右前连杆305与右后连杆306之间也为开通的方孔，使下中间框308绕ox(前)ox(后)轴线转动更为平稳。综合上下铰链x和y两个方向的微旋转，使装在压模卡盘4内的压模5能绕x、y轴作任意±Δα、±Δβ角的微旋转调整，并且都绕oy(后)oy(前)轴和ox(前)ox(后)轴，即x、y轴转动。
如图5所示，本发明实施例上下铰链微旋转结构原理简图，铰链座7、11代表上下铰链的左右铰链座201、208、301和304，左右两边连杆9、10代表上下铰链结构的左右前后连杆202、203、207、210、310、309、305和306，中间连杆14代表上下铰链的上下中间框204和308，铰链8、12、13和15代表厚度很薄的柔性薄板即柔性铰链，在中间连杆14作±Δα(±Δβ)微旋转时，众所周知是绕过左右连杆9、10轴线延长线交点与纸面垂直的轴线oy(后)oy(前)(或ox(前)ox(后))微旋转的，在x(或y)方向偏离量为最小。
本发明实施例的上下两个柔性三连杆四铰链结构，都绕oy(后)oy(前)轴或ox(前)ox(后)轴，即x或y轴转动，并且都通过压模5下表面501的中心点，因此，由于下压微旋转调整而引起的压模5的水平移动为最小，同时不产生水平方向的旋转，十分有利压模和基片图形的精密套准。
Claims (4)
1、多铰链纳米压印压模倾斜校正机构，其特征在于：它由上连接套(1)、上铰链(2)、下铰链(3)、压模(5)、压模卡盘(4)和基片(6)组成，上连接套(1)的下端面与上铰链(2)的铰链座连接，下铰链(3)的铰链座与上铰链(2)的上中间框连接，下铰链(3)的下中间框与压模卡盘(4)连接，压模(5)装在压模卡盘(4)内，基片(6)位于压模(5)的正下方，当下压力通过上连接套(1)、上铰链(2)和压模卡盘(4)作用在压模(5)上，压模(5)向下运动与基片(6)靠近并压紧时，压模(5)和基片(6)在先接触处产生的力矩使一个或二个铰链产生微转动，自动调整压模(5)和基片(6)两者的不平行，直至压模(5)和基片(6)完全平行贴合接触与压紧。
2、根据权利要求1所述的倾斜校正机构，其特征在于：所述的上铰链(2)由左右两端铰链座(201、208)、左后连杆(202)、左前连杆(203)、上中间框(204)、右前连杆(207)和右后连杆(210)组成，它们互为一体，左右两端铰链座(201、208)通过上面作有的四螺孔(209)与上连接套(1)连接，上中间框(204)通过四个凸缘上面作有的四孔(205)和四销孔(206)与下铰链(3)的左右两端铰链座连接，四根连杆与两端铰链座及上中间框之间均通过薄板连接，构成了两边对称弹性柔性三连杆四铰链结构，其中左后连杆(202)和右后连杆(210)的中心线延长线相交点Oy(后)与左前连杆(203)和右前连杆(207)的中心线延长线相交点Oy(前)的连线Oy(后)Oy(前)和y轴平行，同时Oy(后)Oy(前)连线还通过压模(5)下表面(501)的中心，左后连杆(202)与右后连杆(203)之间为开通的方孔，右前连杆(207)与右后连杆(210)之间也为开通的方孔，使上中间框(204)微转动更为平稳。
3、根据权利要求1所述的倾斜校正机构，其特征还在于：所述的下铰链(3)由左右两端铰链座(301、304)、左后连杆(309)、左前连杆(310)、下中间框(308)、右前连杆(305)和右后连杆(306)组成，它们也互为一体，下铰链(3)通过其左右两端铰链座四孔(302)和四销孔(303)与上铰链(2)上中间框四个凸缘的孔连接，并通过下中间框(308)上四孔(307)与压模卡盘(4)连接，四根连杆与两端铰链座及下中间框之间均通过薄板连接，构成了与上铰链(2)相垂直方向的另一个两边对称弹性柔性三连杆四铰链结构，左前连杆(310)和右前连杆(305)的中心线延长线交点Ox(前)与左后连杆(309)和右后连杆(306)的中心线延长线交点Ox(后)的连线Ox(前)Ox(后)和x轴平行，该连线还通过压模(5)下表面(501)的中心，也与上面上铰链(2)构成的两交点连线Oy(后)Oy(前)互相垂直，构成另一个方向的微旋转调整，同样左前连杆(310)与左后连杆(309)之间由开通的方孔隔开，右前连杆(305)与右后连杆(306)之间也由开通的方孔隔开，使下中间框(308)绕Ox(前)Ox(后)轴线转动更平稳。
4、根据权利要求2或3所述的倾斜校正机构，其特征还在于：所述的薄板厚度(b2或b3)为0.1-5mm，并且薄板均由切削加工而成。
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