TWI605956B - 凸型圖案的著色輔助裝置及其操作方法 - Google Patents

Description

凸型圖案的著色輔助裝置及其操作方法

本發明與一種著色輔助裝置及其操作方法有關，特別是與一種適合對一彈性環形物件上的凸型圖案進行著色的輔助裝置及其操作方法有關。

一般物品的表面都會印有圖案或文字，有些是平面圖案，有些是凸型圖案，有些則是凹型圖案。這些圖案一般是以網印或移印的方式來印製或著色。

網印是使用一具有許多通孔的網版，其通孔排列成網狀。印刷時利用一刮墨板擠壓網版上之油墨，使油墨從網版的通孔漏下而印在各種被印物上形成圖案。

移印是將所需印刷之圖案先利用照像製版之方法，把鋼版製成凹版，再經由特製矽膠印刷頭轉印於被印物上，並且可依產品之材質不同，調製專用之油墨，以使品質得到保證。移印之流程包括：1.由毛刷將油墨均勻覆蓋於鋼版上；2.由刮墨鋼刀將多餘油墨刮除；3.由印刷頭下降到鋼版將圖案內之油墨沾起；4.將印刷頭移動至對準被印物表面的預定位置，並將油墨蓋上形成圖案。

為了讓網印機或移印機的本體適應不同形狀或材質的被印物，需要針對被印物的形狀或材質開發不同的輔助治具、或是改良網印機或移印機的本體結構或其印刷頭的結構，以將被印物固定或定位、或將印刷頭與被印物對位，而達到精準著色的目的。例如，台灣專利公告M312427號「移印機之打印轉面機構」是針對球體被印物的定位輔助治具；台灣專利公告M310117號「印刷機之機體結構改良」是改良印刷機的本體結構，而非改良其輔助治具；台灣專利公告502701號「移網印機輸送盤定位裝置之改良」是改良移網印機的上的印刷頭與被印物承載座的結構，使兩者得以配合而增進被印物定位之準確性。

然而，若被印物是以矽膠製作的手環、手圈、手腕帶等彈性環形物件，因其材質是軟而具有彈性的，且其形狀為環狀，所以這些彈性環形物件只要稍為施力即可輕易改變其形狀。因此，彈性環形物件整體難以確實被固定，其表面的圖案也難以精準地定位，而造成著色時的困難。尤其是當彈性環形物件表面的圖案是凸型圖案或凹型圖案時，更加難以精準地著色。

因彈性環形物件已被廣泛地用來製作飾品，若能解決上述問題而開發出一可精準地對其表面的凸型圖案進行著色的技術，則此技術應有機會獲得商業上的成功。

本發明之一目的在於提供一種凸型圖案的著色輔助裝置及其操作方法，能確實有效地固定彈性環形物件及其表面之凸型圖案的位置，並且精準地對此凸型圖案的上表面進行著色。

為了達到上述目的，本發明提供一種凸型圖案的著色輔助裝置，包括一底板、一固定塊、一第一轉桿、一滑塊、一第二轉桿、一滑軌及一 電鑄金屬模板。固定塊、滑軌設置於底板上。第一轉桿裝設於固定塊上。滑塊位於固定塊之一側。第二轉桿裝設於滑塊上，且平行於第一轉桿，其中第一轉桿及第二轉桿用以供彈性環形物件套設於其上。滑軌位於滑塊下方，滑軌的延伸方向垂直於第二轉桿的延伸方向。滑塊可沿著滑軌移動而調整第一轉桿與第二轉桿之間距，進而選擇性地將彈性環形物件拉緊或放鬆。第一轉桿及第二轉桿之其一被轉動時，可使彈性環形物件旋轉而帶動凸型圖案平移。電鑄金屬模板具有一鏤空圖形，並且適合放置於彈性環形物件上方，其鏤空圖形用以對準凸型圖案。

在一實施例中，上述的著色輔助裝置更包括一支撐平台，固定於滑塊上，並且位於第一轉桿與第二轉桿之間，當第一轉桿及第二轉桿被彈性環形物件套入時，彈性環形物件同時環繞第一轉桿、支撐平台及第二轉桿。

在一實施例中，上述的著色輔助裝置更包括一背板及一第三轉桿，其中第三轉桿之一端可轉動地連接且垂直於背板之一表面，並且第三轉桿平行於第一轉桿及第二轉桿，電鑄金屬模板具有一側邊其固定於第三轉桿上。

在一實施例中，上述的著色輔助裝置更包括一氣壓缸及一線性傳動元件，其中線性傳動元件連接於滑塊與氣壓缸之間，當氣壓缸進氣時，氣壓缸驅動線性傳動元件，使線性傳動元件帶動滑塊遠離固定塊，而增加第一轉桿與第二轉桿的間距。

在一實施例中，上述的電鑄金屬模板的厚度達到300微米。

在一實施例中，上述的電鑄金屬模板的製程包括：提供一矽基材；蒸鍍一導電金屬層於矽基材上；塗佈一負光阻材料層於導電金屬層上；提供一光罩圖案於負光阻材料層上方；進行接觸式曝光使光罩圖案轉移至負光阻 材料層，而形成一負光阻圖案層；移除負光阻圖案層周圍的負光阻材料層，使導電金屬層裸露於負光阻圖案層周圍；進行一電鑄步驟，在負光阻圖案層的周圍形成一鎳金屬沉積層於導電金屬層上；去除負光阻圖案層；以及使鎳金屬沉積層脫離導電金屬層及其下方的矽基材，而形成電鑄金屬模板。

在上述的電鑄金屬模板的製程中，蒸鍍導電金屬層於矽基材上的步驟包括：蒸鍍一鎳金屬層於矽基材上；以及隨後再蒸鍍一銅金屬層在鎳金屬層上。

上述著色輔助裝置的操作方法包括：將彈性環形物件環繞於第一轉桿及第二轉桿，並將凸型圖案朝上；移動滑塊，以帶動支撐平台，並增加第一轉桿及第二轉桿之間距，而將彈性環形物件拉緊；將電鑄金屬模板覆蓋於凸型圖案上方；轉動第一轉桿或第二轉桿之其一，以移動凸型圖案至支撐平台上方，並使凸型圖案對齊鏤空圖形；以及從電鑄金屬模板上方提供一色料，使色料通過鏤空圖形來對凸型圖案上色。

在上述的操作方法中，從電鑄金屬模板上方提供色料的步驟包括：提供一移印機，其中移印機具有一印刷頭；以及移動印刷頭至電鑄金屬模板的上方來提供色料。

在上述的操作方法中，移動滑塊的步驟包括：開啟進氣閥使氣壓缸進氣，使氣壓缸驅動線性傳動元件，線性傳動元件帶動滑塊遠離固定塊。

本發明之凸型圖案的著色輔助裝置，能利用滑塊的移動，確實地將彈性環形物件及其凸型圖案固定在第一轉桿及第二轉桿之間。同時將電鑄金屬模板的鏤空圖形與凸型圖案精準地對位，以電鑄金屬模板遮蔽凸型圖案的邊緣，而避免讓色料沾到凸型圖案的側表面，故能精準地對凸型圖案的上表面 進行著色。

100‧‧‧著色輔助裝置

110‧‧‧底板

112‧‧‧背板

114‧‧‧第三轉桿

120‧‧‧固定塊

130‧‧‧第一轉桿

140‧‧‧滑塊

150‧‧‧第二轉桿

160‧‧‧支撐平台

170‧‧‧滑軌

180‧‧‧氣壓缸

182、184‧‧‧進氣閥

190‧‧‧線性傳動元件

200‧‧‧電鑄金屬模板

210‧‧‧鏤空圖形

300‧‧‧矽基材

310‧‧‧導電金屬層

311‧‧‧鎳金屬層

312‧‧‧銅金屬層

320‧‧‧負光阻材料層

322‧‧‧負光阻圖案層

330‧‧‧光罩

332‧‧‧光罩圖案

340‧‧‧鎳金屬沉積層

342‧‧‧鏤空圖形

400‧‧‧彈性環形物件

420‧‧‧凸型圖案

C₁‧‧‧第一轉桿的延伸方向

C₂‧‧‧第二轉桿的延伸方向

C₃‧‧‧第三轉桿的延伸方向

D₁‧‧‧滑塊與固定塊的間距

D₂‧‧‧第一轉桿及第二轉桿之間距

R₁‧‧‧第一轉桿的轉動方向

R₂‧‧‧第二轉桿的轉動方向

R₃‧‧‧第三轉桿的轉動方向

E‧‧‧滑軌的延伸方向

圖1為本發明之一實施例的凸型圖案的著色輔助裝置示意圖。

圖2A及圖2B為本發明之一實施例的凸型圖案的著色輔助裝置，其操作過程示意圖。

圖3為適用於本發明之一實施例的著色輔助裝置的電鑄金屬模板製程示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。

圖1為本發明之一實施例的凸型圖案的著色輔助裝置構造示意圖。著色輔助裝置100包括一底板110、一固定塊120、一第一轉桿130、一滑塊140、一第二轉桿150、一支撐平台160、一滑軌170、一氣壓缸180、一線性傳動元件190以及一電鑄金屬模板200。

固定塊120、滑軌170及氣壓缸180皆固定於底板110上。滑軌170連接於固定塊120與氣壓缸180之間。滑塊140設置於滑軌170上方且位於固定塊120之一側。滑塊140底部具有一凹槽用以容納滑軌170，藉此，滑塊140可沿滑軌170移動而調整第一轉桿130與第二轉桿150之間距，進而選擇性地將彈性環形物件400拉緊或放鬆。氣壓缸180與滑塊140之間是以線性傳動元件190做連接。氣壓缸180具有兩進氣閥182及184可連接管線至一空氣泵(未圖示)。

第一轉桿130的一端可轉動地裝設於固定塊120的一側壁上，垂直於此側壁而延伸向外，延伸方向C₁與轉動方向R₁如圖1的箭頭所示。第二轉桿150平行於第一轉桿130。第二轉桿150的一端可轉動地裝設於滑塊140的一側壁上，垂直於此側壁而延伸向外，延伸方向C₂與第一轉桿130的延伸方向C₁相同，其轉動方向R₂如圖1的箭頭所示。第一轉桿130與第二轉桿150的延伸方向C₁,C₂皆垂直於滑軌170的延伸方向E。支撐平台160固定於滑塊140上，並且位於第一轉桿130與第二轉桿150之間。因此，滑塊140移動時可同時帶動支撐平台160及第二轉桿150靠近或遠離第一轉桿130。

同時參照圖2A及圖2B，第一轉桿130及第二轉桿150可供一彈性環形物件400套設於其上。彈性環形物件400的表面具有一凸型圖案420。當第一轉桿130及第二轉桿150被彈性環形物件400套入時，彈性環形物件400同時環繞第一轉桿130、支撐平台160及第二轉桿150。當第一轉桿130及第二轉桿150之其一被轉動時，利用帶輪傳動的原理使得彈性環形物件400旋轉而帶動凸型圖案420橫向平移至一預定位置。電鑄金屬模板200具有一鏤空圖形210，適合放置於支撐平台160及彈性環形物件400的凸型圖案420上方，以其鏤空圖形210對準凸型圖案420。

此外，著色輔助裝置100還設有一背板112及一第三轉桿114。背板112設置於底板110上，與底板110相垂直，並位於固定塊120與滑塊140之背側。第三轉桿114平行於第一轉桿130及第二轉桿150。第三轉桿114之一端可轉動地連接且垂直於背板112之表面，另一端的延伸方向C₃與第一轉桿130及第二轉桿150的延伸方向C₁,C₂相同。第三轉桿114可供電鑄金屬模板200的一側邊固定於其上。

圖2A及圖2B說明了著色輔助裝置100的操作方法，其步驟包括：將彈性環形物件400環繞於第一轉桿130及第二轉桿150，並將凸型圖案420朝上。開啟進氣閥182及184而使氣壓缸180進氣，氣壓缸180驅動線性傳動元件190，使線性傳動元件190帶動滑塊140及其上的支撐平台160遠離固定塊120，在滑塊140與固定塊120的間距D₁增加的同時，也增加了第一轉桿130及第二轉桿150之間距D₂，而將彈性環形物件400拉緊。將電鑄金屬模板200覆蓋於凸型圖案420上方；轉動第一轉桿130或第二轉桿150之其一，以移動凸型圖案420至支撐平台160上方，並使凸型圖案420對齊鏤空圖形210，即可開始印刷作業。

以上實施例的著色輔助裝置100適於配合一移印機進行印刷作業。印刷時將移印機的一印刷頭移動至電鑄金屬模板200上方，從電鑄金屬模板200的上方提供色料，使色料通過鏤空圖形210來對凸型圖案420上色。印刷完畢後退開電鑄金屬模板200以及氣壓缸180，取下彈性環形物件400並檢查其印刷狀況。

圖3說明電鑄金屬模板200的製作流程。電鑄金屬模板200的鏤空圖形210尺寸的精度是影響著色品質的關鍵。而電鑄金屬模板200的製作方法則影響了鏤空圖形210尺寸的精度。本實施例以微機電的製程技術來製作電鑄金屬模板200，其製程的精度可至1μm，並製作出厚度1mm以下的電鑄金屬模板200，將其製作流程詳述如下：

步驟(a)前處理：提供一矽基材300，在進行光阻塗佈前，先將矽基材300清洗乾淨，避免矽基材300表面的髒污影響光阻塗佈的均勻度，再以高壓氮氣吹乾矽基材300表面水氣，並置於烤箱內烘烤，以除去矽基材300表面上殘留的水份。

步驟(b)蒸鍍導電金屬層310：在一實施例中，導電金屬層310是由一鎳金屬層311及一銅金屬層312所構成的。利用金屬之不透光性，透過電子束蒸鍍機，先在矽基材300上蒸鍍一層厚度約為100nm之鎳金屬層311，再進行第二次蒸鍍，在鎳金屬層311上蒸鍍一層厚度100nm之銅金屬層312，此舉在於先鍍鎳金屬層311會使得二次蒸鍍的銅金屬層312有較佳之附著力。此外在蒸鍍前必須將試片清洗乾淨，避免蒸鍍的導電金屬層310脫落。

步驟(c)旋塗光阻：將矽基材300置於旋轉塗佈機上，並設定旋塗光阻所需之參數，再倒入適量的光阻液於導電金屬層310中心，光阻將藉由離心力而均勻地佈滿矽基材300的導電金屬層310表面，其中光阻旋塗的厚度和旋塗機轉速的平方根成反比，且旋塗厚度與光阻黏滯係數成正比。在一實施例中，此步驟所採用的光阻是一負光阻材料層320。值得一提的是，負光阻材料的旋塗厚度大於正光阻材料，可使後續形成的電鑄金屬模板200的厚度達到300微米，若採用正光阻材料則可能使電鑄金屬模板200達不到理想的厚度。

步驟(d)軟烤：光阻旋轉塗佈於導電金屬層310表面後，接著放入烤箱內，依不同厚度的光阻調配烘烤的時間與溫度，主要是將光阻內的溶劑去除並固化光阻，增加光阻與導電金屬層表面的附著力，烤乾後將矽基材置於空氣中慢慢冷卻至室溫，方可接續進行後面的製程。

步驟(e)曝光：利用雙面對準曝光機，採接觸式進行曝光，曝光源為UV光；接觸式曝光是指光罩330與負光阻材料層320作直接接觸，使光罩圖案332能夠完整轉移至負光阻材料層320上而形成一負光阻圖案層322，且繞射效應最低，此方式可獲得高解析度的轉印效果。

步驟(f)顯影：將試片置入顯影液中，其目的是將曝光後定義的 負光阻圖案層322顯現於試片上。在顯影時，可控制參數為：顯影液濃度與溫度、顯影時間；本次製作以顯影時間作為主要操作變因，顯影參數需透過多次實驗才能找出最佳顯影時間，使形成的負光阻圖案層322更精準。經過顯影後，負光阻圖案層322周圍的負光阻材料層320被移除，使導電金屬層310裸露於負光阻圖案層322周圍。

步驟(g)電鑄鎳金屬：以氧化還原的方式將鎳金屬置於陰極(cathoed)，使電解液中電鑄的金屬離子還原，並外加電能使鎳金屬沉積於試片表面，待達到厚度300μm時取出；由於導電性的差異，鎳金屬會沉積於銅金屬層312上，而不會沉積在負光阻圖案層322上，換言之，在負光阻圖案層322的周圍形成一鎳金屬沉積層340於導電金屬層310上。此方法之優點在於精準的沉積出預期的厚度，其精度更可達5μm±2μm。

步驟(h)去光阻：此步驟之目的在使鎳金屬沉積層340形成一鏤空圖形342。利用有機溶液丙酮對光阻進行結構性的破壞，使負光阻圖案層322溶於有機溶液裡，以去除負光阻圖案層322，而達到圖案鏤空的狀態。

步驟(i)分離鎳金屬沉積層340：使鎳金屬沉積層340脫離導電金屬層310及其下方的矽基材300，例如：利用鎳金屬抗腐蝕之特性，以蝕刻的方式將底部之矽基材310與銅金屬312去除，保留的鎳金屬沉積層340即為電鑄金屬模板200。

綜上所述，本發明之凸型圖案的著色輔助裝置100，將彈性環形物件400套在第一轉桿130及第二轉桿150上，並利用滑塊140的移動來控制的第一轉桿130及第二轉桿150的間距，而能確實地固定彈性環形物件400及其表面之凸型圖案420的位置。由於凸型圖案420的位置可以確實固定，使電鑄金屬模 板200的鏤空圖形210與凸型圖案420更便於精準地對位，同時以電鑄金屬模板200遮蔽凸型圖案420的邊緣，而避免讓色料沾到凸型圖案420的側表面，故能精準地對凸型圖案420的上表面進行著色。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100‧‧‧著色輔助裝置

110‧‧‧底板

112‧‧‧背板

114‧‧‧第三轉桿

120‧‧‧固定塊

130‧‧‧第一轉桿

140‧‧‧滑塊

150‧‧‧第二轉桿

160‧‧‧支撐平台

170‧‧‧滑軌

180‧‧‧氣壓缸

182、184‧‧‧進氣閥

190‧‧‧線性傳動元件

200‧‧‧電鑄金屬模板

210‧‧‧鏤空圖形

C₁‧‧‧第一轉桿的延伸方向

C₂‧‧‧第二轉桿的延伸方向

C₃‧‧‧第三轉桿的延伸方向

D₁‧‧‧滑塊與固定塊的間距

R₁‧‧‧第一轉桿的轉動方向

R₂‧‧‧第二轉桿的轉動方向

R₃‧‧‧第三轉桿的轉動方向

E‧‧‧滑軌的延伸方向

Claims (10)

1. 一種凸型圖案的著色輔助裝置，可供一彈性環形物件套設於其上，其中該彈性環形物件的表面具有一凸型圖案，該裝置包括： 一底板； 一固定塊，設置於該底板上； 一第一轉桿，裝設於該固定塊上； 一滑塊，設置於該底板上且位於該固定塊之一側； 一第二轉桿，裝設於該滑塊上，且平行於該第一轉桿，其中該第一轉桿及該第二轉桿用以供該彈性環形物件套設於其上； 一滑軌，設置於該底板上且位於該滑塊下方，其中該滑軌的延伸方向垂直於該第二轉桿的延伸方向，該滑塊可沿著該滑軌移動而調整該第一轉桿與該第二轉桿之間距，進而選擇性地將該彈性環形物件拉緊或放鬆，並且該第一轉桿及該第二轉桿之其一被轉動時，可使該彈性環形物件旋轉而帶動該凸型圖案平移；以及 一電鑄金屬模板，具有一鏤空圖形，並且適合放置於該彈性環形物件上方，其中該鏤空圖形用以對準該凸型圖案。
2. 如申請專利範圍第1項所述的凸型圖案的著色輔助裝置，更包括一支撐平台，固定於該滑塊上，並且位於該第一轉桿與該第二轉桿之間，當該第一轉桿及該第二轉桿被該彈性環形物件套入時，該彈性環形物件同時環繞該第一轉桿、該支撐平台及該第二轉桿。
3. 如申請專利範圍第2項所述的凸型圖案的著色輔助裝置，更包括一背板及一第三轉桿，其中該第三轉桿之一端可轉動地連接且垂直於該背板之一表面，並且該第三轉桿平行於該第一轉桿及該第二轉桿，該電鑄金屬模板具有一側邊其固定於該第三轉桿上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的凸型圖案的著色輔助裝置，更包括一氣壓缸及一線性傳動元件，其中該線性傳動元件連接於該滑塊與該氣壓缸之間，當該氣壓缸進氣時，該氣壓缸驅動該線性傳動元件，使該線性傳動元件帶動該滑塊遠離該固定塊，而增加該第一轉桿與該第二轉桿的間距。
5. 如申請專利範圍第1項所述的凸型圖案的著色輔助裝置，其中該電鑄金屬模板的厚度達到300微米。
6. 如申請專利範圍第1項所述的凸型圖案的著色輔助裝置，其中該電鑄金屬模板的製程包括： 提供一矽基材； 蒸鍍一導電金屬層於該矽基材上； 塗佈一負光阻材料層於該導電金屬層上； 提供一光罩圖案於該負光阻材料層上方； 進行接觸式曝光使該光罩圖案轉移至該負光阻材料層，而形成一負光阻圖案層； 移除該負光阻圖案層周圍的該負光阻材料層，使該導電金屬層裸露於該負光阻圖案層周圍； 進行一電鑄步驟，在該負光阻圖案層的周圍形成一鎳金屬沉積層於該導電金屬層上； 去除該負光阻圖案層；以及 使該鎳金屬沉積層脫離該導電金屬層及其下方的該矽基材，而形成該電鑄金屬模板。
7. 如申請專利範圍第6項所述的凸型圖案的著色輔助裝置，其中該電鑄金屬模板的製程中，蒸鍍該導電金屬層於該矽基材上的步驟包括： 蒸鍍一鎳金屬層於該矽基材上；以及 隨後再蒸鍍一銅金屬層在該鎳金屬層上。
8. 一種凸型圖案的著色輔助裝置的操作方法，包括： 提供一如申請專利範圍第4項所述的凸型圖案的著色輔助裝置； 將該彈性環形物件環繞於該第一轉桿及該第二轉桿，並將該凸型圖案朝上； 移動該滑塊，以帶動該支撐平台，並增加該第一轉桿及該第二轉桿之間距，而將該彈性環形物件拉緊； 將該電鑄金屬模板覆蓋於該凸型圖案上方； 轉動該第一轉桿或該第二轉桿之其一，以移動該凸型圖案至該支撐平台上方，並使該凸型圖案對齊該鏤空圖形；以及 從該電鑄金屬模板上方提供一色料，使該色料通過該鏤空圖形來對該凸型圖案上色。
9. 如申請專利範圍第8項所述的凸型圖案的著色輔助裝置的操作方法，其中從該電鑄金屬模板上方提供該色料的步驟包括： 提供一移印機，其中該移印機具有一印刷頭；以及 移動該印刷頭至該電鑄金屬模板的上方來提供該色料。
10. 申請專利範圍第8項所述的凸型圖案的著色輔助裝置的操作方法，其中該氣壓缸具有一進氣閥，其中移動該滑塊的步驟包括： 開啟該進氣閥使該氣壓缸進氣，使該氣壓缸驅動該線性傳動元件，該線性傳動元件帶動該滑塊遠離該固定塊。