CN101992546B - 用于微结构复制的分区温控辊筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于微结构复制的分区温控辊筒，具有筒体和端盖，所述的用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，至少有一个区域的筒体内设置一个或一个以上用来对该区域筒体加热的筒体加热装置，不同区域的筒体表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体绕筒体中心线转动的筒体驱动机构，筒体加热装置相对筒体中心线无相对转动。本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒，使用它可以生产出形状精确的带微结构片材，且材料的冷却速度加快，缩短生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种热压辊筒，特别是一种用于微结构复制的分区温控辊筒。
背景技术
由微细制造技术的微细结构组件逐渐广泛运用于各种光电、微机电、光通讯等高科技产业的产品，透过高精度的模具与成形技术的配合及开发，便可大量复制具微细结构形状的产品，具有微结构表面产品一般采用具有精细结构的模具进行注塑成型，然而具有大尺寸及连续性的产品一般需要采用挤出压延法进行辊压复制成型。
微结构注塑为充分再现模具的精细结构，一般采用两种方法来实现，1、采取高速注射，减少原材料流动时间，降低原料冷却速度，保持料温。2、提高模具温度至原料的粘弹态，有利于结构的热转印，但由于冷却时间长，效率低，难以实现工业化。挤出压延法进行微结构辊压复制成型时，可采用提高微结构辊筒温度的方法或采用辊筒表面包覆低热传导的材料降低原料冷却速度。
美国专利US3544518号说明书中公开了在成型模具壁上涂覆一种热导率小的物质来提高模具表面的再现性。
美国专利US4919388号说明书中也公开了种金属膜，在模具型腔的壁面上覆一层表面凹凸状的隔热层。
中国专利CN1063379C也公开在注塑模具壁上涂覆一种隔热层进行提高模具面再现性的方法。
中国专利CN101231356A也公开了一种制造扩散板辊筒的制造方法，在辊筒表面包覆一层高分子材料来作为隔热层，提高表面结构的再现性。
以上技术大都采用在模具表面包覆热导系数小的隔热层来减少原料成型的冷却速度，来实现精细结构的复制，提高再现性，确保结构尺寸的准确性。采用聚合物涂层，缺点是带来模具或辊筒表面的硬度变小，制造工艺复杂，难度大，同时使用过程中磨损大，造成模具使用寿命短，必须频繁更换进行修复，成本很高。
热压辊筒是一种通过某种加热手段对其加热，进而其通过滚压的方式对加工产品进行加热、定型、压制的关键装置。当前，对热压辊进行加热的方式有三种：蒸汽加热、油加热和电加热。而目前常用的热压辊主要有两种结构：一种是热压辊内部为中空式，其内部放置内胆，通过在内胆内输入或喷淋蒸汽或油，或者采用电加热方式对内胆加热，通过内胆与热压辊外壁之间的热传导将热量传给外壁；另一种结构是热压辊中心有通孔，且在热压辊辊体周向设有夹层结构，夹层中存有导热介质，在热压辊中心通孔中输入蒸汽或油，或以电加热方式，通过热传导将热量传递给夹层中的导热介质，导热介质将热量传给辊体外壁，达到加热热压辊的目的。现有的这些热压辊筒整个圆周的温度都是恒定的，使用这种热压辊筒生产有微结构的片材时对微结构要求较高的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)扩散板时，辊筒温度较低时，比如为120℃左右，挤出机挤出的高温的熔融状态的材料，由于辊筒表面温度较低，造成熔体在接触辊筒的几分之一秒内变成凝胶状，相对坚固的状况，经辊筒压制时，材料变形量已不足，造成微结构形状复制不够深，结构尺寸不精确；如果热压辊温度足够，将辊筒温度增加到160～180℃左右时，熔体保持相对流动状况，能在压制时将结构尺寸复制完好，但是由于热压辊筒表面温度较高，熔体和金属材料之间产生粘附现象，产生粘辊现象，材料从辊筒上剥离会很困难，同时由于高温状态下材料塑性好，在剥离过程中材料容易变形，同样导致复制的形状不精确，影响产品性能。另外，热压辊筒表面温度高，延长了材料冷却成型时间，生产周期也相应延长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决现有热压辊筒不能复制出结构尺寸精确的表面微结构片材的技术问题。本发明提供了一种用于微结构复制的分区温控辊筒，使用它可以生产出结构尺寸精确的带微结构片材，且材料的冷却速度加快，缩短生产周期。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于微结构复制的分区温控辊筒，具有筒体和端盖，所述的用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，至少有一个区域的筒体内设置一个或一个以上用来对该区域筒体加热的筒体加热装置，不同区域的筒体表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体绕筒体中心线转动的筒体驱动机构，筒体加热装置相对筒体中心线无相对转动。
为用于微结构复制的分区温控辊筒筒体表面温度变化与产品工艺要求更匹配，所述的各区域的大小不相同。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒结构简单，用于微结构复制的分区温控辊筒的筒体转动平稳可靠，所述的筒体驱动机构包括设置在筒体中心的主轴，主轴上装有中心齿轮，端盖上装有行星齿轮轴，行星齿轮轴上装有行星齿轮，筒体内圆面有内齿圈，行星齿轮分别与中心齿轮和筒体的内齿圈啮合，所述的筒体加热装置为加热内筒，端盖与筒体间隙配合，加热内筒与筒体内壁间接触，行星齿轮轴与加热内筒固定连接，行星齿轮轴为空心轴，行星齿轮轴的内腔与加热内筒内腔相通，行星齿轮轴与端盖固定连接，导热介质由行星齿轮轴通入加热内筒。
为减小筒体与端盖间、行星齿轮轴与端盖间的摩擦阻力，所述的筒体端部有与端盖相配的台阶面，筒体端部的台阶面与端盖的端面间装有平面轴承；所述的行星齿轮轴与端盖间装有轴承。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体表面温度变化为连续平稳地过渡，避免温度波动，所述的加热内筒的横截面形状为扇形，加热内筒外弧面与筒体内表面相配合，行星齿轮通过轴承与行星齿轮轴固定连接。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体表面温度变化曲线更符合产品工艺要求，所述的筒体内各区域由隔热板分隔，隔热板包括套管和呈放射状插装在套管上的隔板，套管套装在主轴上，套管与主轴间装有轴承。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒结构更简单，筒体转动更平稳，所述的筒体驱动机构包括与端盖固定连接的链轮或齿轮，端盖与筒体固定连接，筒体中心穿设有主轴，主轴通过轴承与端盖固定连接，筒体加热装置固定安装在主轴上。
为更好的控制筒体表面温度，使筒体表面温度变化曲线更符合产品工艺要求，所述的筒体加热装置为电加热石英管。
为加大筒体表面温度变化范围，使筒体表面温度变化曲线更符合产品工艺要求，所述的主轴上还装有筒体冷却装置。
为使结构简单，易于实施，所述筒体冷却装置为内通循环冷却介质的冷却内筒。
本发明的有益效果是：本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒，使用它可以生产出形状精确的带微结构片材，且材料的冷却速度加快，缩短生产周期。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒第一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒第二个实施例的结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒第三个实施例的结构示意图。
图5是图4的B-B剖视图。
图6是本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒第四个实施例的结构示意图。
图中：1.筒体，1-1.内齿圈，1-2.套管，1-3.隔板，2.端盖，2-1.堵头，3.加热内筒，4.筒体驱动机构，4-1.主轴，4-2.行星齿轮，4-3.行星齿轮轴，4-4.行星齿轮，4-5.链轮或齿轮，5.电加热石英管，6.冷却内筒，6-1.进出风管。
具体实施方式
如图1所示的本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒的第一个实施例，具有筒体1和端盖2，端盖2与筒体1间隙配合，用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体1表面温度变化与产品工艺要求更匹配，所述的各区域的大小不相同。至少有一个区域的筒体1内设置一个或一个以上用来对该区域筒体加热的筒体加热装置，不同区域的筒体1表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体1绕筒体中心线转动的筒体驱动机构4，筒体加热装置相对筒体中心线无相对转动。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒结构简单，筒体1转动平稳可靠，筒体驱动机构4包括设置在筒体1中心的主轴4-1，主轴4-1上装有中心齿轮4-2，端盖2上装有行星齿轮轴4-3，行星齿轮轴4-3上装有行星齿轮4-4，行星齿轮轴4-3通过键与行星齿轮4-4固定连接，筒体1内圆面有内齿圈1-1，行星齿轮4-4分别与中心齿轮4-2和筒体1的内齿圈1-1啮合，筒体加热装置为加热内筒3，加热内筒3与筒体1内壁间接触，行星齿轮轴4-3与加热内筒3固定连接，行星齿轮轴为4-3空心轴，行星齿轮轴4-3的内腔与加热内筒3内腔相通，行星齿轮轴4-3与端盖2固定连接，导热介质由行星齿轮轴4-3通入加热内筒3。
主轴4-1转动时带动中心齿轮4-2转动，通过带动行星齿轮4-4转动使筒体1绕着筒体中心线转动，同时行星齿轮轴4-3和加热内筒3也跟着转动。
如图2图3所示的本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒的第二个实施例，具有筒体1和端盖2，端盖2与筒体1间隙配合，用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体1表面温度变化与产品工艺要求更匹配，所述的各区域的大小不相同。至少有一个区域的筒体1内设置一个或一个以上用来对该区域筒体加热的筒体加热装置，不同区域的筒体1表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体1绕筒体中心线转动的筒体驱动机构4，筒体加热装置相对筒体1中心线无相对转动。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒结构简单，用于微结构复制的分区温控辊筒的筒体1转动平稳可靠，筒体驱动机构4包括设置在筒体1中心的主轴4-1，主轴4-1上装有中心齿轮4-2，端盖2上固定安装有行星齿轮轴4-3，行星齿轮轴4-3上装有行星齿轮4-4，行星齿轮轴4-3通过轴承与行星齿轮4-4固定连接，筒体1内圆面有内齿圈1-1，行星齿轮4-4分别与中心齿轮4-2和筒体1的内齿圈1-1啮合，筒体加热装置为加热内筒3，加热内筒3与筒体1内壁间接触，行星齿轮轴4-3与加热内筒3固定连接，行星齿轮轴为4-3空心轴，行星齿轮轴4-3的内腔与加热内筒3内腔相通，行星齿轮轴4-3与端盖2固定连接，导热介质由行星齿轮轴4-3通入加热内筒3。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体1表面温度变化为连续平稳地过渡，避免温度波动，加热内筒3的横截面形状为扇形，加热内筒3外弧面与筒体1内表面相配合。
主轴4-1转动时带动中心齿轮4-2转动，通过带动行星齿轮4-4转动使筒体1绕着筒体中心线转动，因为行星齿轮轴4-3与行星齿轮4-4之间通过轴承固定连接，所以行星齿轮轴4-3和加热内筒3相对端盖2不转动。
如图4图5所示的本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒的第三个实施例，具有筒体1和端盖2，端盖2与筒体1间隙配合，用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体1表面温度变化与产品工艺要求更匹配，所述的各区域的大小不相同。至少有一个区域的筒体1内设置一个或一个以上用来对该区域筒体1加热的筒体加热装置，不同区域的筒体1表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体1绕筒体中心线转动的筒体驱动机构4，筒体加热装置相对筒体1中心线无相对转动。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒结构简单，用于微结构复制的分区温控辊筒的筒体1转动平稳可靠，筒体驱动机构4包括设置在筒体1中心的主轴4-1，主轴4-1上装有中心齿轮4-2，端盖2上装有行星齿轮轴4-3，行星齿轮轴4-3通过轴承与端盖2固定连接，行星齿轮轴4-3上装有行星齿轮4-4，行星齿轮轴4-3通过键与行星齿轮4-4固定连接，筒体1内圆面有内齿圈1-1，行星齿轮4-4分别与中心齿轮4-2和筒体1的内齿圈1-1啮合，筒体加热装置为加热内筒3，加热内筒3与筒体1内壁间接触，行星齿轮轴4-3与加热内筒3固定连接，行星齿轮轴为4-3空心轴，行星齿轮轴4-3的内腔与加热内筒3内腔相通，行星齿轮轴4-3与端盖2固定连接，导热介质由行星齿轮轴4-3通入加热内筒3。
为减小筒体1与端盖2间、行星齿轮轴4-3与端盖2间的摩擦阻力，筒体1端部有与端盖2相配的台阶面，筒体1端部的台阶面与端盖2的端面间装有平面轴承；行星齿轮轴4-3与端盖2间装有轴承。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体1表面温度变化为连续平稳地过渡，避免温度波动，加热内筒3的横截面形状为扇形，加热内筒3外弧面与筒体1内表面相配合，行星齿轮4-4通过轴承与行星齿轮轴4-3固定连接。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体1表面温度变化曲线更符合产品工艺要求，筒体1内各区域由隔热板分隔，隔热板包括套管1-2和呈放射状插装在套管1-2上的隔板1-3，套管1-2套装在主轴4-1上，套管1-2与主轴4-1间装有轴承。
主轴4-1转动时带动中心齿轮4-2转动，通过带动行星齿轮4-4转动使筒体1绕着筒体中心线转动，因为行星齿轮轴4-3通过轴承与端盖2固定连接，行星齿轮轴4-3通过键与行星齿轮4-4固定连接，所以行星齿轮轴4-3和加热内筒3也跟着转动。
如图6所示的本发明的用于微结构复制的分区温控辊筒的第四个实施例，具有筒体1和端盖2，端盖2与筒体1固定连接，用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，为使用于微结构复制的分区温控辊筒筒体表面温度变化与产品工艺要求更匹配，所述的各区域的大小不相同。至少有一个区域的筒体1内设置一个或一个以上用来对该区域筒体加热的筒体加热装置，不同区域的筒体1表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体1绕筒体中心线转动的筒体驱动机构4，筒体加热装置相对筒体1中心线无相对转动。
为使用于微结构复制的分区温控辊筒结构更简单，筒体1转动更平稳，筒体驱动机构4包括与端盖2固定连接的链轮或齿轮4-5，端盖2上设有多个用于装配的安装孔，安装孔上设有密封用堵头2-1，筒体1中心穿设有主轴4-1，主轴4-1上设有与筒体1内部连通的通孔，主轴4-1通过轴承与端盖2固定连接，筒体加热装置固定安装在主轴4-1上。
为更好的控制筒体1表面温度，使筒体1表面温度变化曲线更符合产品工艺要求，筒体加热装置为电加热石英管5。主轴4-1上的通孔中穿设有与筒体加热装置连接的电路。
为加大筒体1表面温度变化范围，使筒体1表面温度变化曲线更符合产品工艺要求，主轴4-1上还装有筒体冷却装置。为使结构简单，易于实施，筒体冷却装置为内通循环冷却介质的冷却内筒6，冷却内筒6内通入进出风管6-1。主轴4-1上的通孔内穿设有与筒体冷却装置连接的进出风管6-1。
通过链轮或齿轮4-5带动端盖2和与端盖2固定连接的筒体1转动，主轴4-1不转，实现筒体1与筒体加热装置间的相对转动。
Claims (10)
1.一种用于微结构复制的分区温控辊筒，具有筒体(1)和端盖(2)，其特征是：所述的用于微结构复制的分区温控辊筒圆周划分为二个或二个以上的区域，至少有一个区域的筒体(1)内设置一个或一个以上用来对该区域的筒体(1)加热的筒体加热装置，不同区域的筒体(1)的表面温度不同；所述的用于微结构复制的分区温控辊筒还具有一个驱动筒体(1)绕筒体中心线转动的筒体驱动机构(4)，筒体加热装置相对筒体(1)中心线无相对转动。
2.根据权利要求1所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的各区域的大小不相同。
3.根据权利要求1所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的筒体驱动机构(4)包括设置在筒体(1)中心的主轴(4-1)，主轴(4-1)上装有中心齿轮(4-2)，端盖(2)上装有行星齿轮轴(4-3)，行星齿轮轴(4-3)上装有行星齿轮(4-4)，筒体(1)内圆面有内齿圈(1-1)，行星齿轮(4-4)分别与中心齿轮(4-2)和筒体(1)的内齿圈(1-1)啮合，所述的筒体加热装置为加热内筒(3)，端盖(2)与筒体(1)间隙配合，加热内筒(3)与筒体(1)内壁间接触，行星齿轮轴(4-3)与加热内筒(3)固定连接，行星齿轮轴(4-3)为空心轴，行星齿轮轴(4-3)的内腔与加热内筒(3)内腔相通，行星齿轮轴(4-3)与端盖(2)固定连接，导热介质由行星齿轮轴(4-3)通入加热内筒(3)。
4.根据权利要求3所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的筒体(1)端部有与端盖(2)相配的台阶面，筒体(1)端部的台阶面与端盖(2)的端面间装有平面轴承；所述的行星齿轮轴(4-3)与端盖(2)间装有轴承。
5.根据权利要求3所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的加热内筒(3)的横截面形状为扇形，加热内筒(3)外弧面与筒体(1)内表面相配合，行星齿轮(4-4)通过轴承与行星齿轮轴(4-3)固定连接。
6.根据权利要求3所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的筒体(1)内各区域由隔热板分隔，隔热板包括套管(1-2)和呈放射状插装在套管(1-2)上的隔板(1-3)，套管(1-2)套装在主轴(4-1)上，套管(1-2)与主轴(4-1)间装有轴承。
7.根据权利要求1所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的筒体驱动机构(4)包括与端盖(2)固定连接的链轮或齿轮(4-5)，端盖(2)与筒体(1)固定连接，筒体(1)中心穿设有主轴(4-1)，主轴(4-1)通过轴承与端盖(2)固定连接，筒体加热装置固定安装在主轴(4-1)上。
8.根据权利要求7所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的筒体加热装置为电加热石英管(5)。
9.根据权利要求7所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述的主轴(4-1)上还装有筒体冷却装置。
10.根据权利要求9所述的用于微结构复制的分区温控辊筒，其特征在于：所述筒体冷却装置为内通循环冷却介质的冷却内筒(6)。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |