CN211492825U - 一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其包括出卷机构、第一导向辊、加热辊、定心模具辊、摆动压力辊组件、冷却装置、第二导向辊、第三导向辊、收卷机构、基带和聚合物材料。出卷辊机构与第一导向辊连接，加热辊位于第一导向辊的上方，第一导向辊与固定模具辊连接，摆动压力辊组件位于固定模具辊下方，可绕固定模具辊摆动，冷却装置位于固定模具辊后方，固定模具辊与第二导向辊连接，第二导向辊与第三辊连接，第三导向辊与收卷辊连接。本实用新型将固定的压力辊改进为摆动压力组件，弥补了固定辊只能加压于固定位置的缺点，很大程度提高了压印的精密度与压印的效率。

Description

一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置

技术领域

本实用新型涉及超声辅助卷对卷热辊压印的技术领域，特别是指一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置。

背景技术

纳米压印技术是一种新型的微纳加工技术，该技术通过机械转移的手段，达到了超高的分辨率，有望在未来取代传统光刻技术，成为微电子、材料领域的重要加工手段。普通热压印要求的环境较为苛刻，因此超声辅助压印技术逐渐融入纳米压印之中，但是传统平板热压印无法连续成模，导致其效率较为低下。卷对卷热辊压印成型技术通过结合了卷对卷的生产方式和平板热压印的生产方式，使待压印的热塑性聚合材料在模具辊和压力辊之间辊过并在压力下填充模腔，实现了微纳米热压印连续成型，很大程度地提高了压印的效率。

现阶段，大面积聚合物表面微纳米结构加工需求不断上升，而目前卷对卷热压印装置都为固定压力辊对模具辊进行热辊压，其缺点为聚合物材料无法完全填腔，且难以排除模腔内的空气，形成的织构不饱和度缺陷多。

公开号为CN 106113479 A的专利公布了一种聚合物表面微纳米结构卷对卷热辊压印成型方法。该装置使用了三个超声振动辊辅助压印，结构较为复杂，且压印辊与模具辊均为线接触，压印过程中不能保证聚合物完全填充，所形成的聚合物织构容易缺损，不饱和度缺陷多。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中聚合物织构容易缺损，不饱和度缺陷多的技术问题而提供一种能够使聚合物材料更为完整地充满微织构型腔，且不易产生缺损的超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其包括出卷机构、导向辊、加热辊、定心模具辊、摆动压力辊组件、冷却装置、收卷机构、基带、聚合物材料和压辊驱动装置，其中导向辊包括第一导线辊、第二导向辊及第三导向辊，出卷机构通过基带与第一导向辊连接，加热辊位于第一导向辊的上方，第一导向辊通过基带与定心模具辊连接，摆动压力辊组件设置在定心模具辊的下方，可绕定心模具辊的轴线摆动，冷却装置设置于定心模具辊的后方，定心模具辊通过基带与第二导向辊连接，第二导向辊通过基带与第三导向辊连接，第三导向辊通过基带与收卷机构连接；所述定心模具辊包括辊轴、支撑轴承，辊轴可绕支撑轴承转动，辊轴的圆柱面加工有微织构型腔；所述的摆动压力辊组件包括框型摆杆、压力辊、超声振动模块、调压模块和调心曲柄连杆机构，框型摆杆铰接于定心模具辊的轴线上，压力辊通过调压模块与框型摆杆相连接，调压模块可在框型摆杆滑动，调心曲柄连杆机构驱动框型摆杆摆动，超声振动模块位于框型摆杆内侧，超声振动模块的变幅杆作用于压力辊上。聚合物材料从出卷机构传送至第一导向辊与加热辊之间，通过加热辊加热后传送到定心模具辊与摆动压力辊组件间，压力辊往复摆动将聚合物材料填充于定心模具辊的微织构型腔，同时超声振动模块的变幅杆作用于压力辊辅助充型，通过冷却装置将成型的聚合物的织构冷却脱模后，经第二导向辊和第三导向辊传送到收卷机构。

进一步，所述的出卷机构包括出卷辊、出卷电机和出卷张力传感器，出卷电机控制出卷辊的转速，当聚合物材料从出卷辊送出，出卷辊的半径变小，出卷辊的速度越变越慢，出卷辊至第一导向辊间的聚合物材料产生张力，出卷张力传感器感受聚合物材料的张力并调节出卷电机的转速，保证出卷机构和第一导向辊同步转动。

进一步，所述调压模块包括弹簧及滑块，弹簧设置于压力辊的滑动轴承座与滑块之间，弹簧压缩可产生弹力，为压力辊提供压力。

进一步，所述调压模块还包括调压螺栓和紧固螺母，调压螺栓顶在滑块的下方，调压螺栓可通过锁进的程度来调节压力大小，紧固螺母固定住调压螺栓的位置。

进一步，所述调心曲柄连杆机构包括曲柄驱动组件、曲柄、滑块及摆杆，曲柄驱动组件驱动曲柄连续转动，曲柄通过滑块与摆杆联动。

进一步，所述曲柄驱动组件包括曲柄电机、曲柄滑座、滑座导轨、螺栓和螺母，曲柄滑座与曲柄电机连接，曲柄滑座可在滑座导轨上移动，螺栓和螺母固定曲柄滑座的位置，通过调节曲柄滑座的位置，可以实现压力辊往复摆动的角度变化。

进一步，所述收卷机构包括收卷辊、收卷电机和收卷张力传感器，收卷电机控制收卷辊的转动速度，当聚合物材料送入收卷辊后，收卷辊的半径增大，收卷辊的速度变快，第三导向辊至收卷辊间的聚合物材料产生张力，收卷张力传感器感受到加工后的聚合物材料的张力并调节收卷电机的转速。

进一步，所述压辊驱动装置包括同步带、同步带轮、压辊驱动电机，压辊驱动电机通过同步带与同步带轮控制第一导向辊、定心模具辊、第二导向辊和第三导向辊的同步转动。

采用上述结构后，本实用新型超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置与背景技术相比，它具有如下优点：

1.将多个固定压力辊对模具辊压印改进为可摆动的压力辊对定心模具辊进行压印，成功将背景技术中压力辊与模具辊由线接触改进为面接触。通过压力辊的往复摆动大幅度提高了聚合物材料的填充率，并有效地排除了聚合物内的空气，能够使聚合物材料更为完整地充满微织构型腔，且不易产生缺损，很大程度提高了压印的精密度与压印的效率。

2.本实用新型调压模块可以自由调节压力辊对定心模具辊的压力。

3.本实用新型的调心曲柄连杆机构通过曲柄电机驱动曲柄连续转动，曲柄通过滑块与摆杆联动，最终驱动框型摆杆摆动，实现压力辊的往复摆动。

4.本实用新型可通过调节曲柄滑座的位置来调节摆杆往复摆动的角度。

5.通过调节出卷电机，带轮电机，曲柄电机与收卷电机来调控压力辊往复摆动的次数。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，其显示往复摆动卷最大摆角位置。

图2为本实用新型的结构示意图，其显示往复摆动卷最小摆角位置。

图3为本实用新型往复摆动卷驱动装置的正视图。

图4为图1中A处的局部放大图，显示往复摆动卷的可调曲柄滑座局部视图。

图5为图1中B处的局部放大图，显示压力辊的调压装置局部视图。

图6为图1中C处的局部放大图，显示固定模具辊与聚合物织构分离的局部视图。

图7为图3的局部放大图，其显示框型摆杆铰支座局部视图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图7所示，本实用新型揭示了一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其包括出卷机构1、导向辊2、加热辊3、定心模具辊4、摆动压力辊组件5、冷却装置6、收卷机构7、基带8、聚合物材料9和压辊驱动装置10，其中导向辊2包括第一导线辊21、第二导向辊22及第三导向辊23，第一导向辊 21为前导线辊，第二及第三导向辊22、23为后导向辊。出卷机构1通过基带8 与第一导向辊21连接，加热辊3位于第一导向辊21的上方，第一导向辊21通过基带8与定心模具辊4连接，摆动压力辊组件5设置在定心模具辊4的下方，可绕定心模具辊4的轴线摆动，冷却装置6设置于定心模具辊4的后方，定心模具辊4通过基带8与第二导向辊22连接，第二导向辊22通过基带8与第三导向辊23连接，第三导向辊23通过基带8与收卷机构7连接。

所述的出卷机构1包括出卷辊11、出卷电机12和出卷张力传感器13，出卷电机12控制出卷辊11的转速，当聚合物材料9从出卷辊11送出，出卷辊11的半径变小，出卷辊11的速度越变越慢，出卷辊11至第一导向辊21间的聚合物材料9产生张力，出卷张力传感器13感受聚合物材料9的张力并调节出卷电机 12的转速，保证出卷机构1和第一导向辊21同步转动。

如图3及图6，所述定心模具辊4包括辊轴41、支撑轴承42，辊轴41可绕支撑轴承42转动，辊轴41的圆柱面411加工有微织构型腔412。

如图3及图7所示，所述摆动压力辊组件5包括框型摆杆51、压力辊52、超声振动模块53、调压模块54和调心曲柄连杆机构55。框型摆杆51铰接于定心模具辊4的轴线上，压力辊52通过调压模块54与框型摆杆51相连接，调压模块54可在框型摆杆51滑动，调心曲柄连杆机构55驱动框型摆杆51摆动，超声振动模块53位于框型摆杆51内侧，超声振动模块53的变幅杆531作用于压力辊52上。

如图5所示，本实施例中，所述的调压模块54包括弹簧541、滑块542、调压螺栓543和紧固螺母544。弹簧541设置于压力辊52的滑动轴承座521与滑块 542之间，弹簧541压缩可产生弹力，为压力辊52提供压力。调压螺栓543顶在滑块542的下方，调压螺栓543可通过锁进的程度来调节压力大小，紧固螺母544 固定住调压螺栓543的位置。

如图1、图2和图4所示，本实施例中，所述调心曲柄连杆机构55包括曲柄驱动组件551、曲柄552、滑块553、摆杆554，曲柄驱动组件551驱动曲柄552 连续转动，曲柄552通过滑块553与摆杆554联动；曲柄驱动组件551包括曲柄电机5511、曲柄滑座5512、滑座导轨5513、螺栓5514和螺母5515，曲柄滑座 5512与曲柄电机5511连接，曲柄滑座5512可在滑座导轨5513上移动，可滑动的行程为L，螺栓5514和螺母5515固定曲柄滑座5512的位置，通过调节曲柄滑座5512的位置，可以实现压力辊52往复摆动的角度变化，变化范围为(α1～～α 2)。

所述收卷机构7包括收卷辊71、收卷电机72和收卷张力传感器73，收卷电机72控制收卷辊71的转动速度，当聚合物材料9送入收卷辊71后，收卷辊71 的半径增大，收卷辊71的速度变快，第三导向辊23至收卷辊71间的聚合物材料9产生张力，收卷张力传感器73感受到加工后的聚合物材料9的张力并调节收卷电机72的转速。

所述压辊驱动装置10包括同步带101、同步带轮102、压辊驱动电机103，压辊驱动电机103通过同步带101与同步带轮102控制第一导向辊21、定心模具辊4、第二导向辊22和第三导向辊23的同步转动。

聚合物材料9从出卷机构1传送至第一导向辊21与加热辊3之间，通过加热辊3加热后传送到定心模具辊4与摆动压力辊组件5间，压力辊52往复摆动将聚合物材料9填充于定心模具辊4的微织构型腔412，同时超声振动模块53 的变幅杆531作用于压力辊52辅助充型，通过冷却装置6将成型的聚合物9的织构91冷却脱模后，经第二导向辊22和第三导向辊23传送到收卷机构7。同时，出卷机构1、第一导向辊21、加热辊3、定心模具辊4、第二导向辊22、后导向辊23及收卷机构7保持同步转动。

使用本实用新型所述超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置的压印方法，其包括以下步骤：

步骤一：将基带8从出卷辊11拉出，依次缠绕经过第一导向辊21、定心模具辊4、第二导向辊22、第三导向辊23后固定到收卷辊71,同时在基带8上放置聚合物材料9；

步骤二：通过调压螺栓543调节压力辊52对定心模具辊4的压力至合适大小，通过紧固螺母544固定调压螺栓543的位置。

步骤三：打开出卷电机12、压辊驱动电机103及收卷电机72，保持出卷机构1、第一导向辊21、加热辊3、定心模具辊4、第二导向辊22、第三导向辊23 及收卷机构7转动，基带8开始运动，压辊驱动装置10定速转动，通过出卷张力传感器13感受聚合物材料9的张力并调节出卷电机12的转速，收卷张力传感器73感受到加工后的聚合物材料9的张力并调节收卷电机72的转速，实现出卷机构1、第一导向辊21、加热辊3、定心模具辊4、第二导向辊22、第三导向辊 23及收卷机构7的同步转动；

步骤四：打开加热辊3和冷却装置6；

步骤五：通过移动曲柄滑座5512调节摆杆554往复摆动的角度,曲柄滑座 5512可在滑座导轨5513上移动，可滑动的行程为L，螺栓5514和螺母5515固定曲柄滑座5512的位置，通过调节曲柄滑座5512的位置，可以实现压力辊52 往复摆动的角度变化，变化范围为(α1～～α2)，图1为α1滚压角度曲柄滑座5512 的位置，图2为α2滚压角度曲柄滑座5512的位置。打开曲柄电机5511，曲柄电机5511驱动曲柄552连续转动，曲柄552通过滑块553与摆杆554联动，最终驱动框型摆杆51摆动，实现压力辊52的往复滚压对聚合物材料9的织构91 充型；

步骤六：打开超声振动模块53，超声振动模块53的变幅杆531振动作用于压力辊52，实现压力辊52振动对聚合物材料9的织构91辅助充型；

步骤七：将聚合物材料9从出卷辊11中送出，传送至第一导向辊21与加热辊3之间进行加热，加热辊3加热并施加压力使聚合物材料9贴合于基带8上；将已经贴合于基带8上的聚合物材料9传送至定心模具辊4与摆动压力辊组件5 之间，摆动压力辊组件5中的压力辊52来回摆动进行滚压，同时超声振动模块 53的变幅杆531发出振动波作用于压力辊52进行辅助充型；充型完成后通过后方的冷却装置6将聚合物材料9的织构9冷却并从微织构型腔412中分离，随后继续冷却，使织构91从基带8分离，最后经第二导向辊22及第三导向辊23传送到收卷机构7进行收卷；

步骤八：当完成一卷聚合物9滚压成型后，关闭出卷电机12、压辊驱动电机 103、曲柄电机5511、收卷电机92、超声振动模块53、冷却装置6、出卷张力传感器13和收卷张力传感器73，至此完成了一个完整的压印周期。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (8)

1.一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于，包括：出卷机构、导向辊、加热辊、定心模具辊、摆动压力辊组件、冷却装置、收卷机构、基带、聚合物材料和压辊驱动装置，其中导向辊包括第一导线辊、第二导向辊及第三导向辊，出卷机构通过基带与第一导向辊连接，加热辊位于第一导向辊的上方，第一导向辊通过基带与定心模具辊连接，摆动压力辊组件设置在定心模具辊的下方，可绕定心模具辊的轴线摆动，冷却装置设置于定心模具辊的后方，定心模具辊通过基带与第二导向辊连接，第二导向辊通过基带与第三导向辊连接，第三导向辊通过基带与收卷机构连接；所述定心模具辊包括辊轴、支撑轴承，辊轴可绕支撑轴承转动，辊轴的圆柱面加工有微织构型腔；所述的摆动压力辊组件包括框型摆杆、压力辊、超声振动模块、调压模块和调心曲柄连杆机构，框型摆杆铰接于定心模具辊的轴线上，压力辊通过调压模块与框型摆杆相连接，调压模块可在框型摆杆滑动，调心曲柄连杆机构驱动框型摆杆摆动，超声振动模块位于框型摆杆内侧，超声振动模块的变幅杆作用于压力辊上,聚合物材料从出卷机构传送至第一导向辊与加热辊之间，通过加热辊加热后传送到定心模具辊与摆动压力辊组件间，压力辊往复摆动将聚合物材料填充于定心模具辊的微织构型腔，同时超声振动模块的变幅杆作用于压力辊辅助充型，通过冷却装置将成型的聚合物的织构冷却脱模后，经第二导向辊和第三导向辊传送到收卷机构。

2.如权利要求1所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述的出卷机构包括出卷辊、出卷电机和出卷张力传感器，出卷电机控制出卷辊的转速，当聚合物材料从出卷辊送出，出卷辊的半径变小，出卷辊的速度越变越慢，出卷辊至第一导向辊间的聚合物材料产生张力，出卷张力传感器感受聚合物材料的张力并调节出卷电机的转速，保证出卷机构和第一导向辊同步转动。

3.如权利要求1所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述调压模块包括弹簧及滑块，弹簧设置于压力辊的滑动轴承座与滑块之间，弹簧压缩可产生弹力，为压力辊提供压力。

4.如权利要求3所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述调压模块还包括调压螺栓和紧固螺母，调压螺栓顶在滑块的下方，调压螺栓可通过锁进的程度来调节压力大小，紧固螺母固定住调压螺栓的位置。

5.如权利要求1所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述调心曲柄连杆机构包括曲柄驱动组件、曲柄、滑块及摆杆，曲柄驱动组件驱动曲柄连续转动，曲柄通过滑块与摆杆联动。

6.如权利要求5所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述曲柄驱动组件包括曲柄电机、曲柄滑座、滑座导轨、螺栓和螺母，曲柄滑座与曲柄电机连接，曲柄滑座可在滑座导轨上移动，螺栓和螺母固定曲柄滑座的位置，通过调节曲柄滑座的位置，可以实现压力辊往复摆动的角度变化。

7.如权利要求1所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述收卷机构包括收卷辊、收卷电机和收卷张力传感器，收卷电机控制收卷辊的转动速度，当聚合物材料送入收卷辊后，收卷辊的半径增大，收卷辊的速度变快，第三导向辊至收卷辊间的聚合物材料产生张力，收卷张力传感器感受到加工后的聚合物材料的张力并调节收卷电机的转速。

8.如权利要求1所述的一种超声辅助往复摆动卷对固定卷热辊压印装置，其特征在于：所述压辊驱动装置包括同步带、同步带轮、压辊驱动电机，压辊驱动电机通过同步带与同步带轮控制第一导向辊、定心模具辊、第二导向辊和第三导向辊的同步转动。

Images