TWI570517B - 用於施加一微接觸印刷用之印模至一壓印輥之方法與設備 - Google Patents

用於施加一微接觸印刷用之印模至一壓印輥之方法與設備 Download PDF

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Description

用於施加一微接觸印刷用之印模至一壓印輥之方法與設備
使用微接觸印刷以產生金屬化圖案於基板上為吾人所知。自微接觸印刷所創製之產品之獨特特性中的一者為該程序能夠產生之複雜圖案。具體言之，可遍及大區域製備具有高光透射(清晰膜在用作觸控式螢幕時顯得透明)及相對高電導率之優點的線寬小於10微米之連續相交線圖案。此小特徵大小寬度連同線之低總密度係藉由用微接觸印刷印模進行之極精細圖案化而創製。
本發明係關於用於微接觸印刷之印模至收納表面上之裝配，且更特定言之，係關於印模至輥上之裝配。
微接觸印刷為藉由印刷抗蝕刻自組裝分子單層且蝕刻在經印刷單層外部之區域中之金屬來圖案化金屬跡線的程序。微接觸印刷之元件中之一者為可撓性適型印模，其通常係由具有用以印刷單層之微米尺度經圖案化線之聚二甲基矽氧烷(PDMS)製成。
通常，藉由首先製造母板(通常藉由微影程序)、澆注PDMS於彼母板上且固化PDMS來製造微接觸印刷印模。接著，必須自母板移除微接觸印刷印模且施加微接觸印刷印模至印刷工具，印刷工具常常為平面支撐表面。然而，有可能黏附微接觸印刷印模至印刷輥以用於旋轉式印刷。舉例而言，可自模具移除微接觸印刷印模且將微接觸印刷印模置放成與印刷輥進行接觸。可旋轉印刷輥以施加微接觸 印刷印模至該輥，同時使用黏附劑層以固定微接觸印刷印模。即使當小心地進行此步驟時，此步驟仍可引入失真至最終經印刷圖案中。此等失真接著藉由黏附劑層而鎖定至微接觸印模中，從而縮減自經設計用於母板之圖案所複製之圖案的保真度。微接觸圖案之印刷將藉由以受控制且可重複之方式施加微接觸印刷印模至印刷輥的方式而推進。
現在已判定可使用一種用以促進微接觸印刷印模至輥之施加之設備。本發明之設備優先地約束印模之六個自由度中之一些，且接著將印模(或印模與其被靜態地模製所抵靠之母板之總成)驅動成與印刷工具(例如，印刷輥)進行受控制接觸，以便黏附印模至該輥。
在一實施例中，本發明提供一種用於施加一微接觸印刷印模至一輥之設備，該設備包含：支撐該微接觸印刷印模之一上部壓板、一下部支撐件及連接該上部壓板至該下部支撐件之複數個撓曲部；穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；一提昇構件，其用以沿著該Y軸相對於該下部支撐件來平移該上部壓板以使該微接觸印刷印模與該輥之一外徑接觸；及至少一線性運動構件，其位於該下部支撐件與一基底之間，從而在自該上部壓板轉移該微接觸印刷印模至該輥時允許該下部支撐件沿著該X軸之平移。
在另一實施例中，本發明提供一種施加一微接觸印刷印模至一輥之方法，該方法包含：支撐該微接觸印刷印模於 一上部壓板上，該上部壓板具有穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；允許該上部壓板沿著該Y軸之平移、該上部壓板圍繞該X軸之旋轉及下部支撐件沿著該X軸之平移；提供由在該上部壓板與該下部支撐件之間所選擇之物理耦接引起的剛度比，使得kX/kY及kZ/kY皆大於3且kΦZ/kΦX及kΦY/kΦX皆大於3；沿著該Y軸提昇該上部壓板以使該微接觸印刷印模觸碰該輥；及旋轉該輥，同時沿著該X軸平移該下部支撐件以轉移該微接觸印刷印模至該輥。
在另一實施例中，使用位置或力回饋之主動剛度控制用以控制該上部壓板之運動。因此，在一實施例中，本發明在於一種施加一微接觸印刷印模至一輥之方法，該方法包含：支撐該微接觸印刷印模於一上部壓板上，該上部壓板具有穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；允許該上部壓板沿著該Y軸之平移、該上部壓板圍繞該X軸之旋轉及下部支撐件沿著該X軸之平移；提供由經選擇連接該上部壓板至該下部支撐件之物理耦接及機械致動器引起的運動控制；其中該上部壓板受到由使用位置回饋沿著該X軸之平移、使用力回饋沿著該Y軸之平移、使用位置回饋沿著該Z軸之平移、使用力回饋圍繞該X軸之旋轉、使用位置回饋圍繞該Y軸之旋轉及使用位置回饋圍繞該Z軸之旋轉組成的群組中至少一 者控制；沿著該Y軸提昇該上部壓板以使該微接觸印刷印模觸碰該輥；及旋轉該輥，同時沿著該X軸平移該下部支撐件以轉移該微接觸印刷印模至該輥。
如本文所使用，微接觸印刷印模為具有能收納印刷墨水(諸如，硫醇溶液)之凸起特徵之構件，其中凸起特徵之接觸表面之至少一尺寸具有小於20微米、10微米或5微米之寬度。在許多實施例中，微接觸印刷印模具有用於印刷電路圖案之複數個凸起線，且凸起線及所得經印刷跡線之寬度小於20微米、10微米或5微米。
如本文所使用，上部、下部、左邊、右邊及其他相對方向術語係出於方便閱讀者之目的而使用且不暗示此特定定向或位置為在使用中之設備所需要。
在描述本發明之實施例時，參看各種圖，在該等圖中，所描繪實施例之特徵係以參考數字予以識別，其中類似參考數字指示類似結構。
現在參看圖1、圖3及圖4，設備10經說明為鄰近於印刷輥12。印刷輥12安置於裝配台12a及12b內，且圍繞該輥之旋轉軸線18自由地旋轉。印刷輥可為死軸件輥(dead shaft roll)、活軸件輥(live shaft roll)，或由空氣軸承支撐之圓形套筒，如2011年6月30日申請之名為「Apparatus and Method for Micro-contact Printing on Indefinite Length Webs」的同在申請中之專利申請案第61/503204號所揭示。
輥12準備收納如圖2所示之微接觸印刷印模14。該微接觸印刷印模在施加至該輥之前係由上部壓板16支撐。該上部壓板可具有支撐微接觸印刷印模於該上部壓板之表面上所需要的任何形狀或大小。在許多實施例中，上部壓板通常將為具有用於微接觸印刷印模之實質上平面支撐表面的正方形或矩形。出於論述目的，將X、Y、Z笛卡爾(Cartesian)座標系統定位成使得其原點處於上部壓板16之質心(幾何中心)，使得X軸及Z軸位於由上部壓板16界定之平面內且Z軸平行於輥之旋轉軸線18。
設備10進一步包括支撐托架22之基底20，其中托架22能夠沿著X軸(加工方向)進行平移運動。托架22係藉由位於用於上部壓板16之下部支撐件24與基底20之間的至少一線性運動構件而連接至基底20。可使用熟習此項技術者所知之各種線性運動構件，諸如，在圓形軌道上之低摩擦或空氣靜力學襯套，或在造型化軌道上之線性軸承。下部支撐件24可為用於支撐上部壓板16之矩形框架、下部壓板或其他支撐結構。
在一特定實施例中，兩個線性軌道26在使得每一軌道平行於X軸之情況下裝配於基底20上，且複數個線性軸承28附接至下部支撐件24且定位於軌道26上。舉例而言，下部支撐件24可包含下部壓板30及分隔板32。線性軸承28附接至矩形分隔板32之每一拐角。分隔板32可用以改變微接觸印刷印模14沿著Y軸相對於印刷輥12之起始高度以適應於該輥之直徑及/或該印模之總厚度的改變。
在一實施例中，托架22可包含上部壓板16、連接上部壓板16至包含下部壓板30之下部支撐件24的複數個撓曲部34或撓曲部總成、分隔塊體32，及複數個線性軸承28。如稍後將更詳細地所論述，複數個撓曲部34加強上部壓板相對於下部支撐件24之某些運動，同時仍允許上部壓板16沿著Y軸之平移及上部壓板圍繞X軸之旋轉。提昇構件36(圖3)經提供用於自該等圖所描繪之停置位置沿著Y軸平移上部壓板16以使微接觸印刷印模之上部表面以預定力觸碰輥之外徑。在許多方便實施例中，提昇構件將為經供應有可調整空氣壓力之低摩擦氣壓缸，但可使用其他機械手段(諸如，恆定力彈簧)或機電手段(諸如，線性致動器)。舉例而言，可使用閉合迴路力控制致動器。一般而言，將調整提昇構件，使得微接觸印刷印模在其被施加時以0.1 pli至5 pli或1.0 pli至1.5 pli之夾壓負荷而觸碰輥12。在施加期間，太低之夾壓負荷可提供不可靠之黏附且太高之夾壓負荷可引入失真至印模中。
諸如導螺桿、線性馬達或液壓缸之線性運動致動器可經提供用於控制托架22相對於基底20之X方向平移。或者，有可能使用印刷輥12之旋轉(用手進行手動地旋轉或經由連接至該輥之驅動器進行自動地旋轉)以平移托架，同時施加印模至該輥，此係因為該印模與該輥進行表面接觸。在一實施例中，使用線性伺服馬達38，其中該伺服馬達之電樞38a附接至分隔板32底部且該伺服馬達之定子38b附接至基底20。伺服馬達控制器用以在托架22沿著軌道26而平 移時控制托架22之位移及速率。在某些實施例中，托架22可以0.5 mm/s至9 mm/s(諸如，1 mm/s)之速度而平移，且可在微接觸印刷印模至輥之轉移期間輥受到與該印模之表面接觸的驅動時允許輥自由地旋轉。在其他實施例中，輥可受到驅動且被動地平移托架，或此兩個元件皆可受到主動地驅動且速率匹配於預定速度。
上部壓板16可在該上部壓板之平面支撐表面中進一步包含連接至一真空源之一或多個孔40及/或一或多個溝槽41，該真空源創製用於選擇性地固持或釋放仍駐留於用以形成印模14或印模14之總成之模具中的印模14或印模14之總成的真空夾盤。在如2011年6月30日申請之名為「Method for Making,Inking,and Mounting Stamps for Micro-contact Printing」的同在申請中之專利申請案第61/503220號所揭示的一些實施例中，微接觸印刷印模在施加至輥12期間被支撐於母板或次母板中。
如下文將更特定地所描述，相對於下部壓板30，上部壓板16以一些方式受到剛性地約束，且以其他方式較自由地移動。相對於下部壓板30，上部壓板16受到剛性地約束以免於沿著X軸及Z軸之平移、受到剛性地約束以免於圍繞Y軸之旋轉、受到剛性地約束以免於圍繞Z軸之旋轉、相對自由地圍繞X軸而旋轉，且相對自由地沿著Y軸而平移。經允許運動及受約束運動係由接合上部壓板16至下部壓板30之撓曲部之選擇及配置引起。
平移剛度經定義為沿著一軸線之外加力除以沿著彼同一 軸線之線性位移的比率。平移剛度可以牛頓/公尺或磅力/吋進行表達。舉例而言，kX(沿著X軸之剛度)等於沿著X軸所施加之力除以上部壓板沿著X軸之位移。相似地，kY及kZ係由外加力對沿著各別軸線之平移的比率判定。旋轉剛度經定義為圍繞一軸線之外加力矩除以圍繞彼同一軸線之角旋轉的比率。旋轉剛度可經表達為牛頓公尺/弧度或吋磅/度。舉例而言，kΦX(圍繞X軸之旋轉剛度)等於圍繞X軸之外加力矩除以上部壓板圍繞X軸之角旋轉的比率。相似地，kΦY及kΦZ係由外加力矩對圍繞各別軸線之旋轉的比率判定。
「受到剛性地約束」之軸線的剛性大於可比之「自由」軸線的剛性。剛度比可經定義為「受到剛性地約束」之軸線之剛度(平移或旋轉)除以「自由」軸線之剛度(平移或旋轉)的比率。舉例而言，kX/kY為受到剛性地約束之X軸平移與沿著Y軸之可允許運動之間的剛度比。相似地，kΦZ/kΦX為圍繞Z軸之受到剛性地約束之旋轉與圍繞X軸之可允許旋轉之間的剛度比。
在一些實施例中，對於受到剛性地約束之平移或旋轉除以自由平移或旋轉，剛度比可無窮。舉例而言，諸如空氣軸承之極低摩擦裝置可具有接近零或甚至為零之剛度值。在此等實施例中，被零除將被指派給無窮值且所得無窮值將被視為大於3、6、10、100、1000或10,000。在本發明之一些實施例中，kX/kY或kZ/kY大於3、6、10、100、1000或10,000且kΦZ/kΦX或kΦY/kΦX大於3、6、10、 100、1000或10,000。在本發明之一些實施例中，kX/kY及kZ/kY皆小於100,000、1,000,000或1,000,000,000且kΦZ/kΦX及kΦY/kΦX皆小於100,000、1,000,000或1,000,000,000。該等剛度比中任一者之範圍藉由選擇上述值中任一者以產生一個值而在本發明之範疇內。舉例而言，kZ/kY可為10至100,000。剛度值及剛度比可易於藉由電腦模型化軟體所使用之有限元素分析技術進行計算。一合適程式為購自PA之Canonsburg之ANSYS公司的ANSYS。
在該設備中，自由運動並不完全地無擋止件。包含銷釘(附接至上部壓板之螺桿)及可調整凸緣(墊圈及螺帽)的靠近上部壓板及下部壓板之每一拐角之可調整平移擋止件42a及42b以及在設備10之遠側面上之類似特徵限制上部壓板沿著Y軸之最大行程，同時仍允許上部壓板圍繞X軸之旋轉，此係因為下部壓板在Z方向上呈銷釘所穿過之狹槽形。包含銷釘(附接至下部壓板之螺桿)的靠近上部壓板及下部壓板之每一拐角之可調整旋轉擋止件44a及44b以及在設備10之遠側面上之類似特徵提供對上部壓板16圍繞X軸之旋轉的最大限制。
在使用中，自由運動具有有價值的功能。隨著托架22在輥12下方沿著X軸而平移同時施加印模14至該輥，上部壓板16圍繞X軸旋轉之自由在印模14與輥12之間維持一致接觸線(力)。需要上部壓板16沿著Y軸平移而無過度摩擦之自由以在印模之上部表面與輥之外徑之間維持及達成預定 層壓夾壓壓力(施加至印模之力)。
現在參看圖2，說明印模14相對於設備10之下部壓板30之經允許運動及受約束運動的示意圖。經允許「自由」運動呈實線，受約束「剛性」運動呈假想線。更具體言之，在托架22與支撐基底20(圖4所示)之間准許印模14在輥12下方沿著X軸之平移運動，使得印模14可進行抵靠輥12之層壓接觸。但不准許印模14相對於上部壓板及下部壓板在X方向上之平移運動(運動線50)。真空夾盤相對於上部壓板16來約束印模14且該上部壓板相對於下部壓板30受到剛性地約束以預防X方向運動。相似地，印模14在Z方向上之平移運動(運動線52)相對於上部壓板及下部壓板受到剛性地約束。真空夾盤相對於上部壓板16來約束印模14且該上部壓板相對於下部壓板30受到剛性地約束以預防Z方向運動。然而，准許在Y方向上之平移運動(運動線54)，且需要該平移運動以維持及達成印模抵靠輥12之預定層壓壓力。上部壓板16圍繞Y軸之旋轉移動(運動線56)及圍繞Z軸之旋轉移動(運動線58)皆相對於X軸旋轉受到剛性地約束。然而，准許圍繞X軸之旋轉移動(運動線60)，且需要該旋轉移動以隨著托架22在輥12下方沿著X軸平移而在印模14與輥12之間維持恆定接觸線。
雖然上部壓板16與下部支撐件之間的各種機械連接可用以向上部壓板16提供相對於下部壓板之所要自由度及剛度比，但一個選擇係利用包含薄矩形板之撓曲部。複數個撓曲部34可用以連接上部壓板至下部支撐件以達成所要運 動。
在一實施例中，上部壓板16可藉由形成大體上矩形組態之四個撓曲部而附接至諸如環繞該上部壓板之外部矩形框架或內部下部支撐件塊體的下部支撐件。大體上矩形意謂四個個別線(其中單一線係與附接至上部壓板之每一撓曲部之末端相切予以繪製)將相交於四個頂點中，從而形成正方形、矩形或平行四邊形，即使該等撓曲部自身可能不觸碰、交叉或相交於拐角處亦如此。兩個撓曲部經配置成使得一個末端平行於X軸而附接至上部壓板，從而形成側面撓曲部，其中一個撓曲部附接至上部壓板16之任一側面(62a及62b)。兩個撓曲部經配置成使得一個末端平行於Z軸而附接至上部壓板，從而形成末端撓曲部，其中一個撓曲部附接至上部壓板之任一末端(64a及64b)。為了縮減圍繞X軸之旋轉剛度，兩個側面撓曲部皆長於該等末端撓曲部中每一者。可藉由移除圖4中之下部壓板、移除每一對撓曲部中之下部撓曲部且附接上部撓曲部至分隔塊體32來建構此實施例。僅沿著上部壓板16之側面及末端之單撓曲部具有受限制Y軸平移及X軸旋轉且可經歷用於較大位移及較大旋轉之不良應變加強。
為了提供更多Y軸平移，可使用形成大體上矩形組態之四個撓曲部總成34。大體上矩形意謂四個個別線(其中單一線係與附接至上部壓板之每一上部撓曲部68之末端相切予以繪製)將相交於四個頂點中，從而形成正方形、矩形或平行四邊形，即使該等上部撓曲部自身可能不觸碰、交 叉或相交於拐角處亦如此。每一撓曲部總成具有一上部撓曲部68、一下部撓曲部70及一浮動互連構件72；每一上部撓曲部之第一末端74附接至上部壓板16且每一上部撓曲部之第二末端76附接至浮動互連構件72中之一者，每一下部撓曲部70之第一末端74附接至下部支撐件且每一下部撓曲部之第二末端76附接至浮動互連構件72中之一者。兩個撓曲部總成66經配置成使得每一上部撓曲部68之第一末端74平行於X軸，從而形成側面撓曲部總成，其中一個撓曲部總成附接至上部壓板16之任一側面(62a及62b)。兩個撓曲部總成經配置成使得每一上部撓曲部68之第一末端74平行於Z軸，從而形成末端撓曲部總成，其中一個撓曲部總成附接至上部壓板16之任一末端(64a及64b)。為了縮減圍繞X軸之旋轉剛度，平行於X軸之側面撓曲部總成長於平行於Z軸之末端撓曲部總成中每一者。如所見，在提昇印模以接觸輥之前，每一上部撓曲部68實質上平行於(在+/5度內)每一下部撓曲部70。此情形係不必要的，但在隨著當提昇或降低上部壓板時總成達到其最大位移而發生應變加強之前提供對稱運動。
為了進一步加強該結構，每一撓曲部總成66可包含選擇性地附接至任何或所有撓曲部之一或多個加強板80。取決於所要加強之相對量，該等選定板可具有不同厚度或由不同材料製成。舉例而言，位於每一上部撓曲部68之相對側面上之一對加強板80及位於每一下部撓曲部70之相對側面上之一對加強板80留下在上部壓板與該等加強板之間的第 一間隙82及在浮動互連構件72與該等加強板之間的第二間隙84。亦存在針對下部撓曲部70至下部壓板30之對應第一間隙82及針對該等下部撓曲部至浮動互連構件之對應第二間隙84。一般而言，縮減該等間隙將會加強該結構，但太小之間隙可尤其過度地限定上部壓板圍繞X軸之旋轉。在一實施例中，側面撓曲部總成之第一間隙及第二間隙小於末端撓曲部總成之第一間隙及第二間隙。
在具有如圖4所示而配置之撓曲部之兩個特定實施例中，表1中列出所使用撓曲部之以下尺寸及材料。
實例1及實例2之所得剛度比係藉由ANSYS有限元素模型進行計算且在表2中被列出：
在本發明之其他實施例中，可自整體材料塊體加工上部壓板、下部壓板及複數個撓曲部。或者，可自一材料塊體加工一或多個組件且接著將該一或多個組件接合至其他組件。舉例而言，可自第一材料塊體加工上部壓板及一些撓曲部，可自第二材料塊體加工下部壓板及剩餘撓曲部，且接著可藉由合適扣件而使兩個總成彼此連接。
在本發明之其他實施例中，可使用上部壓板與下部支撐件之間的不同物理耦接，該等物理耦接提供所要運動及約束至上部壓板及微接觸印模。舉例而言，平行於Y軸之三個垂直精密圓桿可附接至下部支撐件，使得該等桿之軸線形成等邊三角形之頂點。三個空氣襯套可附接至中間構件，使得空氣襯套及中間構件可在三個垂直桿上沿著Y軸垂直地平移。平行於X軸之第四精密圓桿可水平地附接至中間構件。與X軸對準且附接至上部壓板之第四空氣襯套可安裝至第四桿上。因此，三個垂直空氣襯套允許上部壓板沿著Y軸之平移且水平空氣襯套允許上部壓板圍繞X軸之旋轉，而上部壓板之其他平移及旋轉受到約束。熟習機械設計技術者可在上部壓板與下部支撐件之間提供具有所 要剛度比之其他物理耦接。
上述實施例提供「被動剛度」，此在於：結構剛度及所得計算剛度比係歸因於接合上部壓板至下部支撐件之機械組件之大小、選擇及配置而發生。除了被動剛度以外，亦可使用「主動剛度」，其中位置感測器、力感測器、線性致動器及機械組件之組合可用以經由使用力及/或位置回饋控制而電子地加強上部壓板以預防圍繞各種軸線之旋轉或平移。
現在參看圖5，說明主動剛度系統。上部壓板16係藉由以大體上矩形組態進行配置且如關於圖1、圖3及圖4之實施例所論述進行建構的四個撓曲部總成34而接合至下部壓板30；然而，所有撓曲部總成皆具有相同長度、加強板、第一間隙及第二間隙。結果，撓曲部總成34抵抗在X方向及Z方向上之平移運動且提供所要平移剛度比，但在X方向上不具有足夠長度以抵抗圍繞Z軸之旋轉且不提供所要旋轉剛度比。
耦接至上部壓板的是三個位移線性致動器66A、66B及66C，諸如，由MN之Chanhassen之Exlar Corporation製造的滾珠螺桿致動器。每一位移線性致動器具有與該致動器之衝程成比例之一內部位置感測器，該內部位置感測器提供一位置回饋信號至一控制器。在每一位移致動器之輸出軸件與上部壓板之間的是提供力回饋至控制器之力傳感器68。為了改良準確度，可藉由旋轉耦接器70附接力傳感器至上部壓板，旋轉耦接器70允許在上部壓板與力傳感器之 間的旋轉而不允許在上部壓板與力傳感器之間的平移。合適旋轉耦接器係由Physik Instrumente Gmbh(在Auburn有辦公室)製造，其為被稱為P-176.50/60 Flexible Tip之MA。
兩個位移線性致動器66A及66B位於X軸之任一側面至Z軸之一個側面上，且一個位移線性致動器66C沿著X軸而位於Z軸之與另外兩個位移線性致動器相對之側面上。使用力及位置回饋與邏輯規則兩者之控制器用以控制上部壓板沿著Y軸之位移及上部壓板圍繞X軸之可允許旋轉。以下方程式可由控制器使用回饋控制以達成上部壓板相對於下部壓板之必需運動及旋轉剛度而同時地解決。
1.-Y<D A 及D B 及D C <+Y
因為所有致動器之最小位移及最大位移(DA、DB、DC)限於所建立之下限與上限之間，所以在該上限與該下限之間限定沿著Y軸之上下運動。
2. F A +F B +F C =常數
因為由致動器施加之個別力(FA、FB、FC)之總和必須為常數，所以當微接觸印刷印模觸碰輥之外部表面時設定最大力。用於使用力回饋來控制上部壓板沿著Y軸之平移的邏輯規定。
3. F A =F B
因為外加力必須相等(FA=FB)，但每一致動器之位移可變化以對準與輥之外部表面相切的上部壓板，所以允許圍繞X軸之旋轉。用於使用力回饋來允許(控制)上部壓板圍繞X軸之旋轉的邏輯規定。
4. D C =(D A +D B )/2
因為致動器A及B之平均位移(DA+DB)/2必須等於致動器C之位移(DC)，所以防止圍繞Z軸之旋轉。用於使用位置回饋來防止(控制)圍繞Z軸之旋轉的邏輯規定。
雖然未圖示，但應理解，下部壓板30可由平行於X軸之軌道支撐，其中軌道位於位移線性致動器之間，諸如，在致動器66A與致動器66C之間的第一軌道，及在致動器66C與致動器66B之間的第二軌道。另外，合適基底(未圖示)經提供以在具有針對位移線性致動器之空隙的情況下支撐軌道。下部壓板30可藉由附接至該下部壓板之線性軸承而附接至軌道以用於該上部壓板及該下部壓板在軌道上沿著X軸之平移。
因此，具有負荷及位移回饋兩者之線性致動器與撓曲部之系統可用以施加微接觸印刷印模至輥。可藉由適當地選擇機械組件、致動器及其除了圖5所示之特定實施例以外之配置而沿著任何軸線利用使用位置或力回饋之受控制運動(線性或旋轉)。
因此，本發明可在於一種施加一微接觸印刷印模至一輥之方法，該方法包含：支撐該微接觸印刷印模於一上部壓板上，該上部壓板具有穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；允許該上部壓板沿著該Y軸之平移、該上部壓板圍繞該X軸之旋轉及下部支撐件沿著該X軸之平移；提供由經選擇連接該上部 壓板至該下部支撐件之物理耦接及機械致動器引起的運動控制；其中該上部壓板受到由使用位置回饋沿著該X軸之平移、使用力回饋沿著該Y軸之平移、使用位置回饋沿著該Z軸之平移、使用力回饋圍繞該X軸之旋轉、使用位置回饋圍繞該Y軸之旋轉及使用位置回饋圍繞該Z軸之旋轉組成的群組中至少一者控制；沿著該Y軸提昇該上部壓板以使該微接觸印刷印模觸碰該輥；及旋轉該輥，同時沿著該X軸平移該下部支撐件以轉移該微接觸印刷印模至該輥。
在圖5所示之實施例中，如將由控制器所利用之方程式所論述，上部壓板係以使用力回饋圍繞X軸之旋轉、以使用位置回饋圍繞Z軸之旋轉及以使用力回饋沿著Y軸之平移進行控制。
形成該設備之材料不太具決定性。熟習此項技術者可易於基於所欲負荷、最大可允許偏轉及操作環境來選擇該等材料。鋁特別適於上部壓板、下部壓板、加強板、浮動互連構件及分隔板。彈簧鋼適於撓曲部。不鏽鋼適於軌道及線性軸承。
在不脫離本發明之精神及範疇的情況下，一般熟習此項技術者可實踐對本發明之其他修改及變化，本發明之精神及範疇在附加申請專利範圍中得以更特定地闡述。應理解，各種實施例之態樣可被總體地或部分地互換或與各種實施例之其他態樣進行組合。用於專利證書之上述申請案中之所有所引用參照案、專利或專利申請案的全文皆係以 引用之方式一致地併入本文中。在所併入參照案之部分與本申請案之間存在不一致性或矛盾的情況下，先前描述中之資訊應起對照作用。在為了使一般熟習此項技術者能夠實踐所主張之揭示內容的情況下，先前描述不應被理解為限制本發明之範疇，本發明之範疇係由申請專利範圍及其所有等效者界定。
10‧‧‧設備
12‧‧‧印刷輥
12a‧‧‧裝配台
12b‧‧‧裝配台
14‧‧‧微接觸印刷印模
16‧‧‧上部壓板
18‧‧‧輥之旋轉軸線
20‧‧‧基底
22‧‧‧托架
24‧‧‧下部支撐件
26‧‧‧線性軌道
28‧‧‧線性軸承
30‧‧‧下部壓板
32‧‧‧分隔板/分隔塊體
34‧‧‧撓曲部/撓曲部總成
36‧‧‧提昇構件
38‧‧‧線性伺服馬達
38a‧‧‧電樞
38b‧‧‧定子
40‧‧‧孔
41‧‧‧溝槽
42a‧‧‧可調整平移擋止件
42b‧‧‧可調整平移擋止件
44a‧‧‧可調整旋轉擋止件
44b‧‧‧可調整旋轉擋止件
50‧‧‧運動線
52‧‧‧運動線
54‧‧‧運動線
56‧‧‧運動線
58‧‧‧運動線
60‧‧‧運動線
62a‧‧‧側面
62b‧‧‧側面
64a‧‧‧末端
64b‧‧‧末端
66A‧‧‧位移線性致動器
66B‧‧‧位移線性致動器
66C‧‧‧位移線性致動器
68‧‧‧上部撓曲部/力傳感器
70‧‧‧下部撓曲部/旋轉耦接器
72‧‧‧浮動互連構件
74‧‧‧第一末端
76‧‧‧第二末端
80‧‧‧加強板
82‧‧‧第一間隙
84‧‧‧第二間隙
圖1為根據本發明之設備之部分的透視圖，該設備鄰近於經設定成自該設備收納微接觸印刷印模之印刷輥；圖2為微接觸印刷印模相對於設備之下部壓板之經允許運動及受約束運動的示意圖；圖3為圖1所描繪之設備之部分的側視圖；圖4為用於施加微接觸印刷印模至印刷輥之設備的透視圖；及圖5為用於施加微接觸印刷印模至輥之另一設備的透視圖。
10‧‧‧設備
12‧‧‧印刷輥
12a‧‧‧裝配台
12b‧‧‧裝配台
16‧‧‧上部壓板
18‧‧‧輥之旋轉軸線
30‧‧‧下部壓板
32‧‧‧分隔板/分隔塊體
40‧‧‧孔
41‧‧‧溝槽
42a‧‧‧可調整平移擋止件
42b‧‧‧可調整平移擋止件
44a‧‧‧可調整旋轉擋止件
44b‧‧‧可調整旋轉擋止件
62a‧‧‧側面
62b‧‧‧側面
64a‧‧‧末端
64b‧‧‧末端

Claims (21)

  1. 一種用於施加一微接觸印刷印模至一輥之設備，該設備包含：支撐該微接觸印刷印模之一上部壓板、一下部支撐件及連接該上部壓板至該下部支撐件之複數個撓曲部；穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；一提昇構件，其用以沿著該Y軸相對於該下部支撐件來平移該上部壓板以使該微接觸印刷印模與該輥之一外徑接觸；及至少一線性運動構件，其位於該下部支撐件與一基底之間，從而在自該上部壓板轉移該微接觸印刷印模至該輥時允許該下部支撐件沿著該X軸之平移。
  2. 如請求項1之設備，其中該複數個撓曲部包含形成一大體上矩形組態之四個撓曲部，其中兩個側面撓曲部各自具有平行於該X軸之附接至該上部壓板之一個末端且兩個末端撓曲部各自具有平行於該Z軸之附接至該上部壓板之一個末端。
  3. 如請求項2之設備，其中該等側面撓曲部中每一者長於該等末端撓曲部中每一者。
  4. 如請求項1之設備，其中該複數個撓曲部包含形成一大體上矩形組態之四個撓曲部總成；每一撓曲部總成包含一上部撓曲部、一下部撓曲部及一浮動互連構件；每一 上部撓曲部之一第一末端附接至該上部壓板且每一上部撓曲部之一第二末端附接至該等浮動互連構件中之一者，每一下部撓曲部之一第一末端附接至該下部支撐件且每一下部撓曲部之一第二末端附接至該等浮動互連構件中之一者。
  5. 如請求項4之設備，其中兩個撓曲部總成經定位成使得每一上部撓曲部之該第一末端平行於該X軸而形成側面撓曲部總成且兩個撓曲部總成經定位成使得每一上部撓曲部之該第一末端平行於該Z軸而形成末端撓曲部總成，且其中該等側面撓曲部總成長於該等末端撓曲部總成。
  6. 如請求項4之設備，其中在提昇該上部壓板之前，每一上部撓曲部大體上平行於每一下部撓曲部。
  7. 如請求項5之設備，其中每一撓曲部總成包含在該上部撓曲部上之至少一加強板及在該下部撓曲部上之至少一加強板，從而留下在該上部壓板與該上部撓曲部上之該加強板之間的一第一間隙及在該下部支撐件與該下部撓曲部上之該加強板之間的一第一間隙；以及在該浮動互連構件與該上部撓曲部及該下部撓曲部上之該等加強板中每一者之間的一第二間隙，且其中該等側面撓曲部總成之該等第一間隙及該等第二間隙小於該等末端撓曲部總成之該等第一間隙及該等第二間隙。
  8. 如請求項1之設備，其中該下部支撐件包含一下部壓板，且該至少一線性運動構件包含：兩個軌道，其裝配 於該基底上，其中每一軌道平行於該X軸；及複數個線性軸承，其附接至該下部壓板且定位於該等軌道上。
  9. 如請求項8之設備，其中一分隔塊體定位於該下部壓板與該複數個線性軸承之間。
  10. 如請求項1至9中任一項之設備，其中一線性運動致動器連接至該下部支撐件。
  11. 如請求項10之設備，其中該線性運動致動器包含一線性伺服馬達，該線性伺服馬達具有連接至該基底之一定子及連接至該下部支撐件之一電樞。
  12. 一種施加一微接觸印刷印模至一輥之方法，其包含：支撐該微接觸印刷印模於一上部壓板上，該上部壓板具有穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；允許該上部壓板沿著該Y軸之平移、該上部壓板圍繞該X軸之旋轉及下部支撐件沿著該X軸之平移；提供由在該上部壓板與該下部支撐件之間所選擇之物理耦接引起的剛度比，使得一沿X軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kX/kY)及一沿Z軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kZ/kY)皆大於3且一沿Z軸旋轉剛度與沿X軸旋轉剛度之比率(kΦZ/kΦX)及一沿Y軸旋轉剛度與沿X軸旋轉剛度之比率(kΦY/kΦX)皆大於3；沿著該Y軸提昇該上部壓板以使該微接觸印刷印模觸碰該輥；及 旋轉該輥，同時沿著該X軸平移該下部支撐件以轉移該微接觸印刷印模至該輥。
  13. 如請求項12之方法，其中旋轉該輥包含使用連接至該輥之一驅動器。
  14. 如請求項12或13之方法，其中平移該下部支撐件包含使用一線性致動器。
  15. 如請求項14之方法，其中該線性致動器包含一線性伺服馬達。
  16. 如請求項12之方法，其中該沿X軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kX/kY)及該沿Z軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kZ/kY)皆大於10且該沿Z軸旋轉剛度與沿X軸旋轉剛度之比率(kΦZ/kΦX)及該沿Y軸旋轉剛度與沿X軸旋轉剛度之比率(kΦY/kΦX)皆大於10。
  17. 如請求項12之方法，其中該沿X軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kX/kY)及該沿Z軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kZ/kY)皆大於100且該沿Y軸旋轉剛度與沿X軸旋轉剛度之比率(kΦY/kΦX)大於100。
  18. 如請求項12之方法，其中該沿X軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kX/kY)大於10,000，該沿Z軸剛度與沿Y軸剛度之比率(kZ/kY)大於100，且該沿Y軸旋轉剛度與沿X軸旋轉剛度之比率(kΦY/kΦX)大於10,000。
  19. 一種施加一微接觸印刷印模至一輥之方法，其包含：支撐該微接觸印刷印模於一上部壓板上，該上部壓板具有穿過該上部壓板之一質心之一X軸、一Y軸及一Z 軸，其中該X軸及該Z軸位於該上部壓板之平面內且該Z軸平行於該輥之一旋轉軸線；允許該上部壓板沿著該Y軸之平移、該上部壓板圍繞該X軸之旋轉及下部支撐件沿著該X軸之平移；提供由經選擇連接該上部壓板至該下部支撐件之物理耦接及機械致動器引起的運動控制；其中該上部壓板受到由使用位置回饋沿著該X軸之平移、使用力回饋沿著該Y軸之平移、使用位置回饋沿著該Z軸之平移、使用力回饋圍繞該X軸之旋轉、使用位置回饋圍繞該Y軸之旋轉及使用位置回饋圍繞該Z軸之旋轉組成的群組中至少一者控制；沿著該Y軸提昇該上部壓板以使該微接觸印刷印模觸碰該輥；及旋轉該輥，同時沿著該X軸平移該下部支撐件以轉移該微接觸印刷印模至該輥。
  20. 如請求項19之方法，其中該上部壓板係藉由複數個撓曲部而附接至該下部支撐件且三個位移線性致動器附接至該上部壓板；每一位移線性致動器具有一位置感測器且一荷重計位於該位移線性致動器與該上部壓板之間。
  21. 如請求項19或20之方法，其中該上部壓板係以使用力回饋圍繞該X軸之旋轉、以使用位置回饋圍繞該Z軸之旋轉及以使用力回饋沿著該Y軸之平移進行控制。
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