CN103796834B - 将微接触印刷的压模施加至压印辊的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于促进将微接触印刷压模施加至辊的设备。所述设备优先地约束所述压模的六个自由度中的一些，然后将所述压模（或所述压模与形成其所抵靠的所述母板的组件）驱动成与所述印刷辊进行受控接触，以便将所述压模附接至所述辊的外表面上。

Description

将微接触印刷的压模施加至压印辊的方法和设备
背景技术
采用微接触印刷以在基板上产生金属化图案是已知的。由微接触印刷所形成的产品的独特特性中的一个为该工艺能够产生的复杂图案。具体而言，可在大的区域上制备具有高光透射(透光膜在用作触摸屏时显得透明)和相对高电导率的优点的线宽小于10微米的连续相交线图案。此小特征尺寸宽度连同线的低整体密度是通过用微接触印刷压模进行的极精细图案化而形成。
本发明涉及用于微接触印刷的压模至接纳表面上的安装，更具体地讲，涉及压模至辊上的安装。
发明内容
微接触印刷是通过印刷抗蚀刻自组装分子单层并且蚀刻在印刷单层外部的区域中的金属来图案化金属迹线的工艺。微接触印刷的元件中的一个为可挠性适型压模，其通常由具有用于印刷单层的微米级图案化线的聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。
通常，通过首先制造母板(通常通过光刻工艺)、浇注PDMS于该母板上且固化PDMS来制造微接触印刷压模。然后，必须将微接触印刷压模从母板移除并且施加至印刷工具，印刷工具常常为平面支承表面。然而，可将微接触印刷压模粘附至印刷辊以用于旋转式印刷。举例而言，可将微接触印刷压模从模具移除并且放置成与印刷辊接触。可旋转印刷辊以将微接触印刷压模施加至该辊，同时使用粘合剂层以将其固定。即使当小心地进行时，此步骤仍可在最终的印刷图案中产生失真。这些失真然后通过粘附剂层而锁定至微接触压模中，从而降低从经设计用于母板的图案所复制的图案的保真性。微接触图案的印刷将通过以受控制且可重复的方式将微接触印刷压模施加至印刷辊的途径来推进。
现已确定一种设备可用于促进将微接触印刷压模施加至辊。本发明的设备优先地约束压模的六个自由度中的一些，然后将压模(或压模与其被静态地模制所抵靠的母板的组件)驱动成与印刷工具(例如，印刷辊)进行受控接触，以便将压模粘附至该辊。
在一实施例中，本发明提供一种用于将微接触印刷压模施加至辊的设备，其包括：支承微接触印刷压模的上台板、下支承件和将上台板连接至下支承件的多个弯曲部；穿过上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中X轴和Z轴位于上台板的平面内，并且Z轴平行于辊的旋转轴线；提升构件，用于沿着Y轴相对于下支承件来平移上台板，以使微接触印刷压模与辊的外径接触；和至少一个线性运动构件，其位于下支承件与基部之间，从而在从上台板转移微接触印刷压模至辊时，允许下支承件沿着X轴的平移。
在另一个实施例中，本发明提供一种将微接触印刷压模施加至辊的方法，其包括：将微接触印刷压模支承在上台板上，该上台板具有穿过上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中X轴和Z轴位于上台板的平面内，并且Z轴平行于辊的旋转轴线；允许上台板沿着Y轴平移、上台板围绕X轴旋转、和下支承件沿着X轴平移；提供由在上台板与下支承件之间所选择的物理耦合所产生的刚度比，使得kX/kY和kZ/kY均大于3，并且kΦZ/kΦX和kΦY/kΦX均大于3；沿着Y轴提升上台板，以使微接触印刷压模触及辊；和旋转辊，同时沿着X轴平移下支承件，以将微接触印刷压模转移至辊。
在另一个实施例中，使用位置或力反馈的主动刚度控制来控制上台板的运动。因此，在一个实施例中，本发明涉及一种将微接触印刷压模施加至辊的方法，其包括：将微接触印刷压模支承在上台板上，该上台板具有穿过上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中X轴和Z轴位于上台板的平面内，并且Z轴平行于辊的旋转轴线；允许上台板沿着Y轴平移、上台板围绕X轴旋转、和下支承件沿着X轴平移；提供由经选择将上台板连接至下支承件的物理耦合和机械致动器所产生的运动控制；其中上台板受以下组中的至少一个控制：使用位置反馈沿着X轴的平移、使用力反馈沿着Y轴的平移、使用位置反馈沿着Z轴的平移、使用力反馈围绕X轴的旋转、使用位置反馈围绕Y轴的旋转、和使用位置反馈围绕Z轴的旋转组成；沿着Y轴提升上台板，以使微接触印刷压模触及辊；和旋转辊，同时沿着X轴平移下支承件，以将微接触印刷压模转移至辊。
如本文所使用，微接触印刷压模为具有能接纳印刷油墨(如硫醇溶液)的隆起结构的构件，其中隆起结构的接触表面的至少一个维度的宽度小于20、10或5微米。在许多实施例中，微接触印刷压模具有用以印刷电路图案的多根隆起的线，并且所述隆起的线和所得印刷迹线的宽度小于20、10或5微米。
如本文所使用，上、下、左、右和其他相对方向术语是出于方便读者的目的而使用，并不暗示此特定取向或位置为在使用中的设备所需要。
附图说明
在本发明实施例的描述中参照各种附图，其中所描述实施例的特征结构由附图标记指示，类似的附图标记指示类似的结构，其中：
图1为根据本发明的设备的部分的透视图，该设备邻近于设定为从设备接纳微接触印刷压模的印刷辊；
图2为微接触印刷压模相对于设备的下台板的允许运动和受约束运动的示意图；
图3为图1所描绘的设备的部分的端视图；
图4为用于将微接触印刷压模施加至印刷辊的设备的透视图；和
图5为用于将微接触印刷压模施加至辊的另一设备的透视图。
具体实施方式
现在参见图1、图3和图4，设备10示出邻近于印刷辊12。印刷辊12设置在安装座12a和12b内，并且围绕辊的旋转轴线18自由旋转。印刷辊可为死轴辊(deadshaftroll)、活轴辊(liveshaftroll)或由空气轴承支承的圆形套管，如于2011年6月30日提交的名称为“ApparatusandMethodforMicro-contactPrintingonIndefiniteLengthWebs(用于在不定长度的幅材上进行微接触印刷的设备和方法)”的共同待审的专利申请序列号61/503204所公开。
辊12随时准备接纳如图2所示的微接触印刷压模14。微接触印刷压模在施加至辊之前由上台板16支承。上台板可具有将微接触印刷压模支承在上台板的表面上所需要的任何形状或尺寸。在许多实施例中，上台板通常将是具有用于微接触印刷压模的基本上平坦的支承表面的正方形或矩形。出于论述的目的，将X、Y、Z笛卡尔(Cartesian)坐标系定位成使得其原点处于上台板16的质心(几何中心)，使得X轴和Z轴位于由上台板16界定的平面内，并且Z轴平行于辊的旋转轴线18。
设备10进一步包括支承滑架22的基部20，其中滑架22能够沿着X轴(纵向)进行平移运动。滑架22通过设置在用于上台板16的下支承件24与基部20之间的至少一个线性运动构件而连接至基部20。可使用本领域的技术人员已知的各种线性运动构件，例如在圆形导轨上的低摩擦或空气静力学轴衬，或在凸置导轨上的线性轴承。下支承件24可为用于支承上台板16的矩形框架、下台板或其他支承结构。
在一个具体实施例中，两个线性导轨26在使得每个导轨平行于X轴的情况下安装在基部20上，并且多个线性轴承28附接至下支承件24并且设置在导轨26上。例如，下支承件24可包括下台板30和分隔板32。线性轴承28附接至矩形分隔板32的每个拐角。分隔板32可用于改变微接触印刷压模14沿着Y轴相对于印刷辊12的起始高度以适应辊的直径和/或压模的总厚度的变化。
在一个实施例中，滑架22可包括上台板16、将上台板16连接至包括下台板30的下支承件24的多个弯曲部34或弯曲组件、分隔板32，和多个线性轴承28。如稍后将更详细地所论述，多个弯曲部34加强上台板相对于下支承件24的某些运动，同时仍允许上台板16沿着Y轴的平移和上台板围绕X轴的旋转。提供提升构件36(图3)以用于从各图所描绘的停靠位置沿着Y轴平移上台板16以使微接触印刷压模的上部表面以预定力触及辊的外径。在许多实用的实施例中，提升构件将为设有可调节空气压力的低摩擦气压缸，但也可使用其他机械手段(诸如，恒力弹簧)或机电手段(诸如，线性致动器)。例如，可使用闭环力控制致动器。通常，将调节提升构件，使得微接触印刷压模在其施加时以0.1-5pli或1.0–1.5pli的辊隙负载触及辊12。在施加期间，过低的辊隙负载可提供不可靠的粘附并且过高的辊隙负载可在压模中产生失真。
可提供诸如导螺杆、线性马达或液压缸的线性运动致动器以用于控制滑架22相对于基部20的X方向平移。或者，可使用印刷辊12的旋转(用手进行手动旋转或经由连接至辊的驱动器进行自动旋转)以平移滑架，同时将压模施加至辊，因为压模与辊进行表面接触。在一个实施例中，使用线性伺服马达38，其中伺服马达的电枢38a附接至分隔板32的底部并且伺服马达的定子38b附接至基部20。伺服马达控制器用于在滑架22沿着导轨26平移时控制滑架22的位移和速率。在某些实施例中，滑架22可以0.5mm/s至9mm/s(如1mm/s)的速度而平移，并且在微接触印刷压模至辊的转移期间辊可通过与压模的表面接触而驱动时，允许辊自由旋转。在其他实施例中，辊可驱动并且被动地平移滑架，或此两个元件均可主动驱动并且速率与预定速度匹配。
上台板16可在上台板的平面支承表面中进一步包括连接至真空源的一个或多个孔40和/或一个或多个凹槽41，真空源形成用于选择性地固定或释放仍驻留于用于形成压模14或压模14的组件的模具中的压模14或压模14的组件的真空吸头。在如于2011年6月30日提交的名称为“MethodforMaking,Inking,andMountingStampsforMicro-contactPrinting(用于微接触印刷的压膜进行制备、涂墨和安装的方法)”的共同待审的专利申请序列号61/503220所公开的一些实施例中，微接触印刷压模在施加至辊12期间支承于母板或子母板中。
如下文将更具体地描述，相对于下台板30，上台板16以一些方式受到刚性地约束，并且以其他方式较自由地移动。相对于下台板30，上台板16被刚性约束以免沿着X轴和Z轴的平移、被刚性约束以免围绕Y轴的旋转、被刚性约束以免围绕Z轴的旋转、相对自由地围绕X轴而旋转，并且相对自由地沿着Y轴平移。所允许的和受约束的运动由接合上台板16至下台板30的弯曲部的选择和布置所引起。
平移刚度定义为沿着轴线的所施加的力除以沿着同一轴线的线性位移的比率。平移刚度可以牛顿/米或磅力/英寸表示。例如，kX(沿着X轴的刚度)等于沿着X轴所施加的力除以上台板沿着X轴的位移。相似地，kY和kZ由外加力与沿着各自轴线的平移的比率确定。旋转刚度定义为围绕轴线的所施加的力矩除以围绕同一轴线的角旋转的比率。旋转刚度可以牛顿米/弧度或英寸磅/度表示。例如，kΦX(围绕X轴的旋转刚度)等于围绕X轴的所施加的力矩除以上台板围绕X轴的角旋转的比率。相似地，kΦY和kΦZ由所施加的力矩与围绕各自轴线的旋转的比率确定。
“被刚性约束”的轴线的刚性大于类似“自由”轴线的刚性。刚度比可定义为“被刚性约束”轴线的刚度(平移或旋转)除以“自由”轴线的刚度(平移或旋转)的比率。例如，kX/kY为被刚性约束的X轴平移与沿着Y轴的允许运动之间的刚度比。相似地，kΦZ/kΦX为围绕Z轴的被刚性约束的旋转与围绕X轴的允许旋转之间的刚度比。
在一些实施例中，对于被刚性约束的平移或旋转除以自由平移或旋转，刚度比可无穷大。例如，诸如空气轴承的极低摩擦装置可具有接近零或甚至为零的刚度值。在这些实施例中，被零除将指定无穷大值并且所得无穷大值将视为大于3、6、10、100、1000或10,000。在本发明的一些实施例中，kX/kY或kZ/kY大于3、6、10、100、1000或10,000并且kΦZ/kΦX或kΦY/kΦX大于3、6、10、100、1000或10,000。在本发明的一些实施例中，kX/kY和kZ/kY均小于100,000；1,000,000；或1,000,000,000并且kΦZ/kΦX和kΦY/kΦX均小于100,000；1,000,000；或1,000,000,000。通过选择上述值中任一个以创建一个值使刚度比中任一个的范围在本发明的范围内。例如，kZ/kY可为10至100,000。刚度值和刚度比可易于通过计算机模型化软件所使用的有限元分析技术进行计算。一种合适的程序为可得自宾夕法尼亚州匹兹堡的ANSYS公司(ANSYS,Inc.Canonsburg,PA.)。
在该设备中，自由运动并非完全无阻挡件。包括销轴(附接至上台板的螺杆)和可调节凸缘(垫圈和螺帽)的靠近上台板和下台板的每个拐角的可调节平移挡止件42a和42b以及在设备10的远侧面上的类似结构限制上台板沿着Y轴的最大行程，同时仍允许上台板围绕X轴旋转，因为下台板在Z方向上具有销轴所穿过的狭槽。包括销轴(附接至下台板的螺杆)的靠近上台板和下台板的每个拐角的可调节旋转阻挡件44a和44b以及在设备10的远侧面上的类似结构提供对上台板16围绕X轴的旋转的最大限制。
在使用中，自由运动具有有价值的功能。随着滑架22在辊12下方沿着X轴平移同时将压模施加至辊，上台板16围绕X轴旋转的自由度在压模14与辊12之间维持一致的接触线(力)。需要上台板16沿着Y轴平移而无撤销摩擦的自由度以在压模的上部表面与辊的外径之间维持和达到预定层合辊隙压力(施加至压模的力)。
现在参见图2，示出了压模14相对于设备10的下台板30的允许运动和受约束运动的示意图。允许“自由”运动呈实线，受约束“刚性”运动呈虚线。更具体而言，在滑架22与支承基部20(图4所示)之间允许压模14在辊12下方沿着X轴的平移运动，使得压模14可进行抵靠辊12的层合接触。但不允许压模14相对于上台板和下台板在X方向上的平移运动(运动线50)。真空吸头相对于上台板16来约束压模14并且上台板相对于下台板30被刚性约束以防止X方向运动。相似地，压模14在Z方向上的平移运动(运动线52)相对于上台板和下台板被刚性约束。真空吸头相对于上台板16来约束压模14并且上台板相对于下台板30被刚性约束以防止Z方向运动。然而，允许在Y方向上的平移运动(运动线54)，并且需要平移运动以维持和达到压模抵靠辊12的预定层合压力。上台板16围绕Y轴的旋转移动(运动线56)和围绕Z轴的旋转移动(运动线58)均相对于X轴旋转被刚性约束。然而，允许围绕X轴的旋转移动(运动线60)，并且需要旋转移动以随着滑架22在辊12下方沿着X轴平移而在压模14与辊12之间维持恒定接触线。
虽然上台板16与下支承件之间的各种机械连接可用于向上台板16提供相对于下台板的所需自由度和刚度比，但一个选择是利用包括薄矩形板的弯曲部。多个弯曲部34可用于将上台板连接至下支承件以实现所需运动。
在一个实施例中，上台板16可通过形成大致矩形构造的四个弯曲部而附接至诸如围绕上台板的外部矩形框架或内部下支承件块体的下支承件。所谓大致矩形是指四个单独的线(其中单线是与附接至上台板的每个弯曲部的末端相切而绘制)将相交于四个顶点中，从而形成正方形、矩形或平行四边形，即使弯曲部自身可能不触及、交叉或相交于拐角处。两个弯曲部布置成使得附接至上台板的一个末端平行于X轴，从而形成侧面弯曲部，其中一个弯曲部附接至上台板16的任一侧面(62a和62b)。两个弯曲部布置成使得附接至上台板的一个末端平行于Z轴，从而形成末端弯曲部，其中一个弯曲部附接至上台板的任一末端(64a和64b)。为了降低围绕X轴的旋转刚度，两个侧面弯曲部均长于末端弯曲部中的每一个。可通过移除图4中的下台板、移除每一对弯曲部中的下弯曲部并且附接上弯曲部至分隔板32来建构此实施例。仅沿着上台板16的侧面和末端的单弯曲部具有受限的Y轴平移和X轴旋转并且对于较大位移和较大旋转可发生不良应变加强。
为了提供更大的Y轴平移，可使用形成大致矩形构造的四个弯曲组件34。所谓大致矩形是指四个单独的线(其中单线是与附接至上台板的每个上弯曲部68的末端相切而绘制)将相交于四个顶点中，从而形成正方形、矩形或平行四边形，即使上弯曲部自身可能不触及、交叉或相交于拐角处。每个弯曲组件具有上弯曲部68、下弯曲部70和浮动互连构件72；每个上弯曲部的第一末端74附接至上台板16并且每个上弯曲部的第二末端76附接至浮动互连构件72中的一个，每个下弯曲部70的第一末端74附接至下支承件并且每个下弯曲部的第二末端76附接至浮动互连构件72中的一个。两个弯曲组件66布置成使得每个上弯曲部68的第一末端74平行于X轴，从而形成侧面弯曲组件，其中一个弯曲组件附接至上台板16的任一侧面(62a和62b)。两个弯曲组件布置成使得每个上弯曲部68的第一末端74平行于Z轴，从而形成末端弯曲组件，其中一个弯曲组件附接至上台板16的任一末端(64a和64b)。为了降低围绕X轴的旋转刚度，平行于X轴的侧面弯曲组件长于平行于Z轴的末端弯曲组件中的每一个。如所见，在提升压模以接触辊之前，每个上弯曲部68基本上平行于(在+/5度内)每个下弯曲部70。这并不是必要的，但在随着当提高或降低上台板时组件达到其最大位移而发生应变加强之前提供对称运动。
为了进一步加强结构，每个弯曲组件66可包括选择性地附接至任何或所有弯曲部的一个或多个加强板80。取决于所需加强的相对量，
所选的板可具有不同厚度或由不同材料制成。例如，设置在每个上弯曲部68的相对侧面上的一对加强板80和设置在每个下弯曲部70的相对侧面上的一对加强板80留下在上台板与加强板之间的第一间隙82和在浮动互连构件72与加强板之间的第二间隙84。还存在关于下弯曲部70至下台板30的对应第一间隙82和关于下弯曲部至浮动互连构件的对应第二间隙84。通常，降低间隙将会加强结构，但太小的间隙可尤其严重地限定上台板围绕X轴的旋转。在一个实施例中，侧面弯曲组件的第一间隙和第二间隙小于末端弯曲组件的第一间隙和第二间隙。
在具有如图4所示而布置的弯曲部的两个具体实施例中，表1中列出所使用弯曲部的以下维度和材料。
表1：弯曲部维度
实例1和实例2的所得刚度比是通过ANSYS有限元模型进行计算并且在表2中列出：
表2：刚度比
实例1 实例2
kX/kY 9,801 39,186
kZ/kY 430 558
kΦZ/kΦX 7.7 44
kΦY/kΦX 841 12,609
在本发明的其他实施例中，可由整体材料块体加工上台板、下台板和多个弯曲部。或者，可由材料块体加工一个或多个部件然后将其接合至其他部件。例如，可由第一材料块体加工上台板和一些弯曲部，可由第二材料块体加工下台板和剩余弯曲部，然后可通过合适紧固件使两个组件彼此连接。
在本发明的其他实施例中，可使用上台板与下支承件之间的不同物理耦合，该物理耦合对上台板和微接触压模提供所需运动和约束。例如，平行于Y轴的三个垂直精密圆杆可附接至下支承件，使得杆的轴线形成边三角形的顶点。三个空气轴衬可附接至中间构件，使得空气轴衬和中间构件可在三个垂直杆上沿着Y轴垂直平移。平行于X轴的第四精密圆杆可水平附接至中间构件。与X轴对准并且附接至上台板的第四空气轴衬可安装至第四杆上。因此，三个垂直空气轴衬允许上台板沿着Y轴平移并且水平空气轴衬允许上台板围绕X轴旋转，而上台板的其他平移和旋转受到约束。本领域的技术人员可在上台板与下支承件之间提供具有所需刚度比的其他物理耦合。
上述实施例提供“被动刚度”，因为结构刚度和所得计算刚度比的产生是由于接合上台板至下支承件的机械元件的尺寸、选择和布置。除了被动刚度以外，还可使用“主动刚度”，其中位置传感器、力传感器、线性致动器和机械部件的组合可用于经由使用力和/或位置反馈控制而以电子方式加强上台板以防止围绕各种轴线的旋转或平移。
现在参见图5，示出了主动刚度系统。上台板16是通过以大致矩形构造进行布置并且如关于图1、图3和图4的实施例所论述进行构造的四个弯曲组件34而接合至下台板30；然而，所有弯曲组件具有相同长度、加强板、第一间隙和第二间隙。因此，弯曲组件34抵抗在X方向和Z方向上的平移运动并且提供所需平移刚度比，但在X方向上不具有足够长度以抵抗围绕Z轴的旋转并且不提供所需旋转刚度比。
耦合至上台板的是三个位移线性致动器66A、66B和66C，例如由明尼苏达州钱哈森的Exlar公司(ExlarCorporation,Chanhassen,MN)制造的滚珠螺杆致动器。每个位移线性致动器具有与致动器的冲程成比例的内部位置传感器，该内部位置传感器向控制器提供位置反馈信号。在每个位移致动器的输出轴与上台板之间的是向控制器提供力反馈的力传感器86。为了提高准确度，可通过旋转耦合器88将力传感器附接至上台板，旋转耦合器88允许在上台板与力传感器之间的旋转而不允许在上台板与力传感器之间的平移。合适的旋转耦合器由在马萨诸塞州奥本有办事处的Physik仪器有限责任公司(PhysikInstrumenteGmbh)制造，其称为P-176.50/60挠性尖端。
两个位移线性致动器66A和66B设置在X轴的任一侧面至Z轴的一个侧面上，并且一个位移线性致动器66C沿着X轴设置在Z轴与其他两个位移线性致动器相对的侧面上。使用力和位置反馈和逻辑规则两者的控制器用于控制上台板沿着Y轴的位移和上台板围绕X轴的允许旋转。可通过由控制器使用反馈控制以实现上台板相对于下台板的必需运动和旋转刚度来同时求解以下方程。
1.-Y<DA和DB和DC<+Y
因为所有致动器的最小位移和最大位移(DA、DB、DC)限于所建立的下限与上限之间，所以在上限与下限之间限定沿着Y轴的上下运动。
2.FA+FB+FC＝常数
因为由致动器施加的各个力(FA、FB、FC)的总和必须为常数，所以当微接触印刷压模触及辊的外表面时设定最大力。用于使用力反馈来控制上台板沿着Y轴的平移的逻辑规定。
3.FA＝FB
因为所施加的力必须相等(FA＝FB)，所以允许围绕X轴的旋转，但每个致动器的位移可变化以对准与辊的外表面相切的上台板。用于使用力反馈来允许(控制)上台板围绕X轴的旋转的逻辑规定。
4.DC＝(DA+DB)/2
因为致动器A和B的平均位移(DA+DB)/2必须等于致动器C的位移C(DC)，所以防止围绕Z轴的旋转。用于使用位置反馈来防止(控制)围绕Z轴的旋转的逻辑规定。
虽然未示出，但应理解，下台板30可由平行于X轴的导轨支承，其中导轨设置在位移线性致动器之间，例如在致动器66A与致动器66C之间的第一导轨，和在致动器66C与致动器66B之间的第二导轨。另外，提供合适的基部(未示出)以在具有关于位移线性致动器的空隙的情况下支承导轨。下台板30可通过附接至下台板的线性轴承附接至导轨以用于上台板和下台板在导轨上沿着X轴的平移。
因此，具有负载和位移反馈两者的线性致动器与弯曲部的系统可用于将微接触印刷压模施加至辊。可通过适当地选择机械部件、致动器和其除了图5所示的特定实施例以外的布置来沿着任何轴线利用使用位置或力反馈的受控运动(线性或旋转)。
因此，本发明可涉及一种将微接触印刷压模施加至辊的方法，其包括：将微接触印刷压模支承在上台板上，该上台板具有穿过上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中X轴和Z轴位于上台板的平面内，并且Z轴平行于辊的旋转轴线；允许上台板沿着Y轴平移、上台板围绕X轴旋转、和下支承件沿着X轴平移；提供由经选择将上台板连接至下支承件的物理耦合和机械致动器所产生的运动控制；其中上台板受以下组中的至少一个控制：使用位置反馈沿着X轴的平移、使用力反馈沿着Y轴的平移、使用位置反馈沿着Z轴的平移、使用力反馈围绕X轴的旋转、使用位置反馈围绕Y轴的旋转、和使用位置反馈围绕Z轴的旋转组成；沿着Y轴提升上台板，以使微接触印刷压模触及辊；和旋转辊，同时沿着X轴平移下支承件，以将微接触印刷压模转移至辊。
在图5所示的实施例中，如将由控制器所利用的方程所论述，上台板是通过使用力反馈围绕X轴的旋转、使用位置反馈围绕Z轴的旋转、和使用力反馈沿着Y轴的平移来进行控制。
形成设备的材料并不至关重要。技术人员可易于基于预期负载、最大允许偏转和操作环境来选择材料。铝特别适于上台板、下台板、加强板、浮动互连构件和分隔板。弹簧钢适于弯曲部。不锈钢适于导轨和线性轴承。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下，更具体地讲，在不脱离所附权利要求书中所示出的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以实践本发明的其他修改形式和变型形式。应当理解，多种实施例的方面可以整体地或部分地与多种实施例的其他方面互换或结合。以上获得专利证书的专利申请中所有引用的参考文献、专利或专利申请的全文通过一致的方式以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本专利申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本发明而给定的前述说明不应理解为是对本发明的范围的限制，本发明的范围由权利要求书及其所有等同形式所限定。

Claims (21)

1.一种用于将微接触印刷压模施加至辊的设备，所述设备包括：
支承所述微接触印刷压模的上台板、下支承件和将所述上台板连接至所述下支承件的多个弯曲部，
穿过所述上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中所述X轴和所述Z轴位于所述上台板的平面内，并且所述Z轴平行于所述辊的旋转轴线；
提升构件，用于沿着所述Y轴相对于所述下支承件来平移所述上台板，以使所述微接触印刷压模与所述辊的外径接触；和
至少一个线性运动构件，位于所述下支承件与基部之间，从而在从所述上台板将所述微接触印刷压模转移至所述辊时，允许所述下支承件沿着所述X轴平移。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个弯曲部包括形成大致矩形构造的四个弯曲部，其中两个侧面弯曲部各自具有平行于所述X轴的附接至所述上台板的一端，并且两个末端弯曲部各自具有平行于所述Z轴的附接至所述上台板的一端；其中所述大致矩形是指与附接至所述上台板的每个弯曲部的末端相切而绘制的四个单独的线将相交于四个顶点中，从而形成正方形、矩形或平行四边形，即使弯曲部自身不触及、交叉或相交于拐角处。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述侧面弯曲部中的每一个长于所述末端弯曲部中的每一个。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个弯曲部包括形成大致矩形构造的四个弯曲组件；每个弯曲组件包括上弯曲部、下弯曲部和浮动互连构件；每个上弯曲部的第一末端附接至所述上台板，并且每个上弯曲部的第二末端附接至所述浮动互连构件中的一个，每个下弯曲部的第一末端附接至所述下支承件，并且每个下弯曲部的第二末端附接至所述浮动互连构件中的一个；其中所述大致矩形是指与附接至所述上台板的每个弯曲部的末端相切而绘制的四个单独的线将相交于四个顶点中，从而形成正方形、矩形或平行四边形，即使弯曲部自身不触及、交叉或相交于拐角处。
5.根据权利要求4所述的设备，其中两个弯曲组件设置成使得平行于所述X轴的每个上弯曲部的所述第一末端形成侧面弯曲组件，并且两个弯曲组件设置成使得平行于所述Z轴的每个上弯曲部的所述第一末端形成末端弯曲组件，并且其中所述侧面弯曲组件长于所述末端弯曲组件。
6.根据权利要求4所述的设备，其中在提升所述上台板之前，每个上弯曲部在5度内大致平行于每个下弯曲部。
7.根据权利要求5所述的设备，其中每个弯曲组件包括在所述上弯曲部上的至少一个加强板和在所述下弯曲部上的至少一个加强板，从而留下在所述上台板与所述上弯曲部上的所述加强板之间的第一间隙和在所述下支承件与所述下弯曲部上的所述加强板之间的第一间隙；以及在所述浮动互连构件与所述上弯曲部和下弯曲部上的所述加强板中的每一个之间的第二间隙，并且其中所述侧面弯曲组件的所述第一间隙和所述第二间隙小于所述末端弯曲组件的所述第一间隙和所述第二间隙。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述下支承件包括下台板，并且所述至少一个线性运动构件包括：安装在所述基部上的两个导轨，其中每个导轨平行于所述X轴；和多个线性轴承，所述多个线性轴承附接至所述下台板并且设置在所述导轨上。
9.根据权利要求8所述的设备，其中间隔块设置在所述下台板与所述多个线性轴承之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中线性运动致动器连接至所述下支承件。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述线性运动致动器包括线性伺服马达，所述线性伺服马达具有连接至所述基部的定子和连接至所述下支承件的电枢。
12.一种将微接触印刷压模施加至辊的方法，所述方法包括：
将所述微接触印刷压模支承在上台板上，所述上台板具有穿过所述上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中所述X轴和所述Z轴位于所述上台板的平面内，并且所述Z轴平行于所述辊的旋转轴线；
允许所述上台板沿着所述Y轴平移、所述上台板围绕所述X轴旋转、和下支承件沿着所述X轴平移；
提供由在所述上台板与所述下支承件之间所选择的物理耦合所产生的刚度比，使得kX/kY和kZ/kY均大于3，并且kΦZ/kΦX和kΦY/kΦX均大于3，其中所述刚度比是指被刚性约束的轴线的刚度除以自由轴线的刚度的比率，并且其中kX/kY为被刚性约束的X轴平移与沿着Y轴的允许运动之间的刚度比，kZ/kY为被刚性约束的Z轴平移与沿着Y轴的允许运动之间的刚度比，kΦZ/kΦX为围绕Z轴的被刚性约束的旋转与围绕X轴的允许旋转之间的刚度比，kΦY/kΦX为围绕Y轴的被刚性约束的旋转与围绕X轴的允许旋转之间的刚度比；
沿着所述Y轴提升所述上台板，以使所述微接触印刷压模触及所述辊；以及
旋转所述辊，同时沿着所述X轴平移所述下支承件，以将所述微接触印刷压模转移至所述辊。
13.根据权利要求12所述的方法，其中旋转所述辊包括使用连接至所述辊的驱动器。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中平移所述下支承件包括使用线性致动器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述线性致动器包括线性伺服马达。
16.根据权利要求12所述的方法，其中kX/kY和kZ/kY均大于10，并且kΦZ/kΦX和kΦY/kΦX均大于10。
17.根据权利要求12所述的方法，其中kX/kY和kZ/kY均大于100，并且kΦY/kΦX大于100。
18.根据权利要求12所述的方法，其中kX/kY大于10,000，kZ/kY大于100，并且kΦY/kΦX大于10,000。
19.一种将微接触印刷压模施加至辊的方法，所述方法包括：
将所述微接触印刷压模支承在上台板上，所述上台板具有穿过所述上台板的质心的X轴、Y轴和Z轴，其中所述X轴和所述Z轴位于所述上台板的平面内，并且所述Z轴平行于所述辊的旋转轴线；
允许所述上台板沿着所述Y轴平移、所述上台板围绕所述X轴旋转、和下支承件沿着所述X轴平移；
提供由经选择将所述上台板连接至所述下支承件的物理耦合和机械致动器所产生的运动控制；
其中所述上台板受以下组中的至少一个控制：使用位置反馈沿着所述X轴的平移、使用力反馈沿着所述Y轴的平移、使用位置反馈沿着所述Z轴的平移、使用力反馈围绕所述X轴的旋转、使用位置反馈围绕所述Y轴的旋转、和使用位置反馈围绕所述Z轴的旋转；
沿着所述Y轴提升所述上台板，以使所述微接触印刷压模触及所述辊；以及
旋转所述辊，同时沿着所述X轴平移所述下支承件，以将所述微接触印刷压模转移至所述辊。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述上台板通过多个弯曲部附接至所述下支承件，并且三个位移线性致动器附接至所述上台板；每个位移线性致动器具有位置传感器，并且测力传感器设置在所述位移线性致动器与所述上台板之间。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述上台板通过使用力反馈围绕所述X轴的旋转、使用位置反馈围绕所述Z轴的旋转、和使用力反馈沿着所述Y轴的平移进行控制。
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