TWI715299B - 電磁衝印設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電磁衝印設備，包含工作平台、衝印元件、電磁裝置以及壓縮彈簧。工作平台用以承載工件。衝印元件耦合工作平台並具有第一位置及第二位置。衝印元件包含衝印桿及衝頭。衝頭位於衝印桿的一端並用以於第一位置衝印工件。電磁裝置耦合衝印元件的衝印桿。電磁裝置根據交流電產生磁力以推動衝印元件至第一位置，以使衝印元件衝印工件。壓縮彈簧耦合於衝印元件。壓縮彈簧根據壓縮彈簧的恢復力推動衝印元件至第二位置。其中，磁力大於壓縮彈簧的恢復力以使衝印元件於每一交流電的波形週期中衝印工件二次。

Description

電磁衝印設備

本發明關於一種電磁衝印設備，並且特別地，關於一種可利用電磁驅動的方式快速衝印以提高生產效率的電磁衝印設備。

在這個產品趨向微小化及自動化的社會中，產品精度及生產效率的要求也越來越高。進一步地，使得產品及零件中微結構的製程也需達到精密等級的需求。現今，衝印設備藉由衝印的方式所產生的微結構已大量應用於各種領域中(如：光電領域、航太領域、生醫領域等)。

在光電產業中，微結構可應用於OLED上的導光板及手機螢幕，有助於提升高度均勻性及像差校正。在航太產業中，微結構可應用於飛機外殼表面，以幫助飛機在低溫的環境下不容易結冰而導致意外發生。在生醫產業中，微結構可作為生物細胞培養用的微型容器。除此之外，微結構也可使材料表面擁有防生附著和防腐蝕，並且也廣泛應用在輪船、軍事裝備、電力及通訊等。

為了達到高精密且微型化的微結構，需透過精微衝印設備搭配單晶刀具逐點衝印工件而成。由於微結構的密度高，因此製作工時需較長且需不斷修正刀具路徑，才可到高精度微結構。此外，由於刀具長時間 衝印工件時，刀具有可能發生沾黏而導致衝印效果變差，進而降低產品品質並增加生產成本。

因此，有必要研發一種衝印設備，可有效地提高生產效率並且降低生產成本，以解決先前技術之問題。

有鑑於此，本發明提供一種電磁衝印設備，可透過電磁驅動快速衝印工件並可於線上修整衝印元件，以提高生產效率。

根據本發明之一具體實施例，電磁衝印設備包含工作平台、衝印元件、電磁裝置以及壓縮彈簧。工作平台用以承載一工件。衝印元件相對於工作平台而設置並且具有第一位置以及第二位置。衝印元件包含衝印桿以及衝頭。衝頭位於衝印桿的一端並且用以於第一位置衝印工件。電磁裝置耦合於衝印元件的衝印桿。電磁裝置根據交流電產生磁力以推動衝印元件至第一位置，以使衝印元件衝印工件。壓縮彈簧耦合於衝印元件。壓縮彈簧根據壓縮彈簧的恢復力推動衝印元件至第二位置。其中，磁力大於壓縮彈簧的恢復力以使衝印元件於每一交流電的波形週期中衝印工件二次。

其中，每一交流電的波形週期具有第一峰值區、第二峰值區以及位於第一峰值區與第二峰值區之間的基值區。電磁裝置根據第一峰值區及第二峰值區分別產生第一磁力及第二磁力以推動衝印元件至第一位置。衝印元件於基值區時被壓縮彈簧推動至第二位置。

進一步地，交流電的波形係為一弦波。

其中，電磁裝置進一步包含電磁元件以及電磁線圈。電磁元 件耦合衝印元件的衝印桿並且磁耦合電磁線圈。電磁線圈被施加交流電後產生磁力以吸引電磁元件，以使電磁元件推動衝印元件至第一位置。

其中，電磁衝印設備進一步包含限位塊耦合衝印元件，並且衝印元件進一步包含擋塊耦接於衝印桿。壓縮彈簧位於限位塊以及擋塊之間，並且壓縮彈簧的兩端分別接觸限位塊以及擋塊。壓縮彈簧根據壓縮彈簧的恢復力抵住並推動擋塊以將衝印元件移動至第二位置。

其中，電磁衝印設備進一步包含旋轉機構。旋轉機構包含馬達以及時規皮帶。時規皮帶耦合衝印桿以及馬達，並且馬達以一轉速驅動衝印元件旋轉。

進一步地，電磁衝印設備進一步包含限位元件，並且限位元件包含限位槽。限位槽耦合於衝印元件並用以限制衝印元件的運動方向。衝印桿藉由時規皮帶的拉力靠附於限位槽。

其中，電磁衝印設備進一步包含感測器以及控制器。感測器耦接衝印元件並且控制器連接感測器及馬達。感測器用以感測衝印元件的運動狀態並產生感測值，並且控制器根據感測值控制馬達以該轉速旋轉。

此外，電磁衝印設備進一步包含研磨機構可動地接觸衝印元件。研磨機構包含磨輪，並且控制器連接研磨機構。當衝印元件以該轉速旋轉時，控制器控制研磨機構移動以使研磨機構的磨輪接觸並修整衝印元件的衝頭。

其中，衝頭具有衝印部以及位於衝印部外緣的平整部。衝頭衝印工件時，衝印部衝印工件並且平整部靠附工件的表面。

綜上所述，本發明之電磁衝印設備可透過電磁裝置以及壓縮 彈簧使得衝印元件於一交流電波形週期衝印二次，並且可藉由旋轉機構以及限位元件控制衝印元件的衝印方向。此外，電磁衝印設備也可於線上修整衝頭，以提高生產效率並降低成本。

1‧‧‧電磁衝印設備

11‧‧‧工作平台

12‧‧‧衝印元件

121‧‧‧衝印桿

122‧‧‧衝頭

1221‧‧‧衝印部

1222‧‧‧平整部

123‧‧‧擋塊

13‧‧‧電磁裝置

131‧‧‧電磁元件

132‧‧‧電磁線圈

14‧‧‧壓縮彈簧

15‧‧‧限位塊

16‧‧‧旋轉機構

161‧‧‧馬達

162‧‧‧時規皮帶

163‧‧‧旋轉構件

17‧‧‧限位元件

171‧‧‧限位槽

18‧‧‧感測器

19‧‧‧控制器

10‧‧‧研磨機構

101‧‧‧磨輪

2‧‧‧工件

A1‧‧‧第一峰值區

A2‧‧‧第二峰值區

A3‧‧‧基值區

t‧‧‧時間

I‧‧‧電流

圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之電磁衝印設備的示意圖。

圖2係繪示圖1之電磁衝印設備中衝印元件於第一位置的示意圖。

圖3係繪示圖1之具體實施例之交流電的示意圖。

圖4係繪示圖2之電磁衝印設備於另一視角的爆炸圖。

圖5係繪示根據本發明之一具體實施例之電磁衝印設備的示意圖。

圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之衝頭的示意圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。

請參考圖1。圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之電磁衝印設備1的示意圖。在本具體實施例中，電磁衝印設備1包含工作平台11、衝印元件12以及電磁裝置13。工作平台11用以承載一工件2。衝印元件12相對於工作平台11而設置。衝印元件12包含衝印桿121以及衝頭122。衝頭122位於衝印桿121的一端並且衝頭122用以衝印工件2。電磁裝置13根據交流電 產生磁力以推動衝印元件12，以使衝印元件12衝印工件2。

於實務中，工件2可設置於工作平台11的一側表面上。衝印元件12設置於工作平台11的上方並且位於與工件2相同的一側。位於衝印桿121的一端的衝頭122面對工件2。電磁裝置13設置於衝印桿121上相對於衝頭122的另一端。因此，電磁衝印設備1的元件的排列順序為工作平台11、工件2、衝頭122、衝印桿121以及電磁裝置13。當電磁裝置13接收到一交流電時，電磁裝置13產生磁力以推動衝印桿121並且帶動衝頭122以使衝印元件12衝印工件2。

請參考圖1及圖2。圖2係繪示圖1之電磁衝印設備1中衝印元件12於第一位置的示意圖。在本具體實施例中，電磁衝印設備1的衝印元件12具有第一位置以及第二位置，並且衝印元件12位於第一位置時衝印工件2。於實務中，第一位置為衝印元件12的衝頭122接觸並衝印工件2的位置，而第二位置為衝印元件12的衝頭122脫離工件2的表面並且與工件2具有一距離的位置。當電磁裝置13接收到交流電後產生磁力時，電磁裝置13藉由磁力推動衝印元件12至第一位置以使衝印元件12衝印工件2。

如圖1所示，電磁裝置13進一步包含電磁元件131以及電磁線圈132。電磁元件131耦合衝印元件12的衝印桿121並且磁耦合電磁線圈132。電磁線圈132被施加交流電後產生磁力以吸引電磁元件131，以使電磁元件131推動衝印元件12至第一位置。於實務中，電磁元件131的材料可為導磁材料(如：鐵、鋼、鎳等)，而電磁線圈132的材料可為銅線。衝印元件12的衝印桿121可靠附並接觸於電磁元件131。進一步地，衝印桿121可穿過電磁線圈132接觸於電磁元件131。電磁線圈132可固定於電磁衝印設備1的 基板(圖未示)上，並且電磁元件131設置於電磁線圈132相對於衝頭122的另一側並且可相對於電磁線圈132移動。當電磁線圈132被施加交流電後，電磁線圈132產生磁力。此時，電磁元件131被電磁線圈132所產生的磁力吸引並且往電磁線圈132的方向移動。由於衝印元件12的衝印桿121接觸於電磁元件131，因此，當電磁元件131被磁力吸引並且往電磁線圈132的方向移動時，電磁元件131同時也會推動衝印桿121並且帶動衝印元件12至第一位置。請注意，電磁元件131以及電磁線圈132的材料不限於此。

在一具體實施例中，電磁裝置131可包含電磁固定件(圖未示)固定於基板上，並且電磁線圈132纏繞於電磁固定件的外表面。當電磁線圈132被施加交流電時，電磁固定件受到電磁線圈132感應而產生磁力並且藉由磁力吸引電磁元件131，進而使衝印元件12衝印工件2。在本具體實施例中，電磁元件131以及衝印元件12的運作以及功能與前述的具體實施例相同，於此不再贅述。

如圖2所示，電磁衝印設備1進一步包含壓縮彈簧14以及限位塊15，並且衝印元件12進一步包含擋塊123。壓縮彈簧14以及限位塊15耦接於衝印元件12，並且擋塊123耦接於衝印桿121。壓縮彈簧14位於限位塊15以及擋塊123之間，並且壓縮彈簧14的兩端分別接觸限位塊15以及擋塊123。壓縮彈簧14根據壓縮彈簧14的恢復力抵住並推動擋塊123以將衝印元件12移動至第二位置。於實務中，壓縮彈簧14可套設於衝印元件12的衝印桿121，並且壓縮彈簧14的內徑大於衝印桿121的直徑。限位塊15可套設於衝印元件12的衝印桿121。擋塊123可固定在衝印桿121上並且隨著衝印元件12的位置移動。在本具體實施例中，壓縮彈簧14設置於限位塊15上相對於 衝頭122的另一側，並且壓縮彈簧14的一端接觸限位塊15。擋塊123設置於壓縮彈簧14相對於限位塊15的另一側，並且壓縮彈簧14的另一端接觸擋塊123。因此，壓縮彈簧14可抵住限位塊15並且藉由壓縮彈簧14被壓縮後的恢復力推動擋塊123，進而帶動衝印元件12移動至第二位置。

請參考圖1、圖2及圖3。圖3係繪示圖1之具體實施例之交流電的示意圖。如圖3所示，前述的交流電包含複數個波形。每一個波形週期具有第一峰值區A1、第二峰值區A2以及位於第一峰值區A1與第二峰值區A2之間的基值區A3。電磁裝置13根據第一峰值區A1及第二峰值區A2分別產生第一磁力及第二磁力以推動衝印元件12至第一位置，並且衝印元件12於基值區時被壓縮彈簧14推動至第二位置。於實務中，交流電的波形可為弦波，但不限於此。圖3中的橫軸t為時間，並且縱軸I為電流值。第一峰值區A1及第二峰值區A2中數值的絕對值皆大於基值區A3中數值的絕對值。當交流電的波形分別位於第一峰值區A1及第二峰值區A2時，電磁裝置13所產生的第一磁力及第二磁力皆大於壓縮彈簧14的恢復力。因此，電磁裝置13的電磁元件131分別被第一磁力以及第二磁力吸引往電磁線圈132的方向移動並推動衝印元件12至第一位置，以使衝印元件12衝印工件2。當交流電的波形位於基值區A3時，電磁裝置13所產生的磁力小於壓縮彈簧14的恢復力。因此，壓縮彈簧14抵住限位塊15並且推動擋塊123往遠離工件2的方向移動至第二位置。

由於在每一個交流電的波形週期的排列方式為基值區A3、第一峰值區A1、基值區A3、第二峰值區A2以及基值區A3，因此，電磁裝置13所產生的磁力於每一個交流電的波形週期中會大於壓縮彈簧14的恢復力 2次，進一步地，衝印桿121被電磁元件131於每一個交流電的波形週期中推動至第一位置2次，即為衝印元件12於每一個交流電的波形週期中衝印工件2二次，以提高生產效率。

請參考圖2及圖4。圖4係繪示圖2之電磁衝印設備1於另一視角的示意圖。在本具體實施例中，電磁衝印設備1進一步包含旋轉機構16以及限位元件17。旋轉機構16包含馬達161以及時規皮帶162。時規皮帶162耦合衝印桿121以及馬達161，並且馬達161以一轉速驅動衝印元件12旋轉。限位元件17包含限位槽171。限位槽171耦合衝印元件12並用以限制衝印元件12的運動方向。於實務中，馬達161可固定於基板上，並且旋轉機構16可包含旋轉構件163連接馬達161。時規皮帶162可連接旋轉構件163以及衝印元件12的擋塊123。因此，當馬達161以一轉速旋轉時，馬達161帶動旋轉構件163旋轉，並且旋轉構件163藉由時規皮帶162對動擋塊123旋轉，進而使得衝印元件12旋轉。在一具體實施例中，旋轉構件163以及擋塊123皆為時規輪。限位元件17可設置於基板上並且接觸衝印元件12的衝印桿121的一側。此外，旋轉機構16的旋轉構件163可藉由時規皮帶162的拉力將擋塊123往限位元件17的方向移動，以使衝印元件12靠附於限位元件17的限位槽171。因此，限位元件17能夠確保衝印元件12於同一位置衝印工件2，進而提高產品的精度。

請參考圖5。圖5係繪示根據本發明之一具體實施例之電磁衝印設備1的示意圖。在本具體實施例中，電磁衝印設備1進一步包含感測器18、控制器19以及研磨機構10。感測器18耦接衝印元件12。控制器19連接感測器18、馬達161以及研磨機構10。研磨機構10可動地接觸衝印元件12並 且包含磨輪101。感測器18用以感測衝印元件12的運動狀態並產生感測值。控制器19根據感測值控制馬達161旋轉並且控制研磨機構10移動以使磨輪101接觸並修整衝印元件12的衝頭122。於實務中，感測器18可為阻抗感測器並設置於衝印元件12的衝印桿121上，而控制器19可為電腦。當衝印元件12接觸工件2時，感測器18可感測衝頭122及工件2之間的阻抗值。當衝頭122長時間衝印工件2而發生沾黏時，感測器18所感測到的阻抗值會增加。而當控制器19偵測到阻抗值大於阻抗閾值時，則控制器19開啟馬達161以使衝印元件12旋轉，並且控制器19可控制研磨機構10移動以使磨輪101接觸衝印元件12的衝頭122以修整衝頭122。因此，衝頭122可於線上進行修整研磨而不需拆卸以降低成本。

請參考圖6。圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之衝頭122的示意圖。如圖6所示，衝頭122具有衝印部1221以及位於衝印部外緣的平整部1222。當衝頭122衝印工件2時，衝印部1221衝印工件2並且平整部1222靠附於工件2的表面。於實務中，衝印部1221可凸出於平整部1222，並且平整部1222的面積大於衝印部1221的面積。當衝印元件12衝印工件2時，除了衝印部1221衝印模坑於工件2上之外，平整部1222同時也靠附於工件2的表面。因此，可消除位於衝印部1221外緣的毛邊，進而提高產品品質。請注意，衝頭122的衝印部1221的形狀不限於圖6中的圓弧形，衝印部1221的形狀可根據需求而設計。

而衝印部除了可凸出於平整部之外，也可凹陷於平整部。在一具體實施例中，工件包含自工件的表面延伸的凸起結構，衝頭的衝印部衝印工件的凸起結構，並且衝頭的平整部靠附於工件的表面。於實務中， 當衝頭衝印工件時，凹陷於平整部的衝印部衝印工件的凸起結構，並且多餘的工件材料被擠壓至工件的表面上。而平整部藉由靠附於工件的表面分散壓平多餘的材料以消除位於衝印部外緣的毛邊及材料，進而提高產品品質。

綜上所述，本發明之電磁衝印設備可透過電磁裝置以及壓縮彈簧使得衝印元件於一交流電波形週期衝印二次以提升生產效率，並且可藉由旋轉機構以及限位元件控制衝印元件的衝印方向以提升產品精度。此外，電磁衝印設備也可於線上修整衝頭，以降低成本並提高產品品質。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧電磁衝印設備

11‧‧‧工作平台

12‧‧‧衝印元件

121‧‧‧衝印桿

122‧‧‧衝頭

123‧‧‧擋塊

13‧‧‧電磁裝置

131‧‧‧電磁元件

132‧‧‧電磁線圈

14‧‧‧壓縮彈簧

15‧‧‧限位塊

16‧‧‧旋轉機構

161‧‧‧馬達

162‧‧‧時規皮帶

17‧‧‧限位元件

2‧‧‧工件

Claims (9)

1. 一種電磁衝印設備，包含有：一工作平台，用以承載一工件；一衝印元件，相對於該工作平台而設置並且具有一第一位置以及一第二位置，該衝印元件包含一衝印桿以及一衝頭，該衝頭位於該衝印桿的一端並且該衝頭用以於該第一位置衝印該工件；一電磁裝置，耦合於該衝印元件的該衝印桿，該電磁裝置根據一交流電產生一磁力以推動該衝印元件；以及一壓縮彈簧，耦合於該衝印元件，該壓縮彈簧於該電磁裝置以該磁力推動該衝印元件時被壓縮，並且壓縮後的該壓縮彈簧所產生的恢復力推動該衝印元件；其中，每一該交流電的波形週期具有一第一峰值區、一第二峰值區以及位於該第一峰值區與該第二峰值區之間的一基值區，該電磁裝置根據該第一峰值區及該第二峰值區分別產生一第一磁力及一第二磁力以推動該衝印元件至該第一位置，該衝印元件於該基值區時被該壓縮彈簧推動至該第二位置；該磁力大於該壓縮彈簧的恢復力以使該衝印元件於每一該交流電的波形週期中衝印該工件二次。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電磁衝印設備，其中該交流電的波形係為一弦波。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電磁衝印設備，其中該電磁裝置進一步包含一電磁元件以及一電磁線圈，該電磁元件耦合該衝印元件的該衝印桿並且磁耦合該電磁線圈，該電磁線圈被施加該交流電後產生該磁力以吸引該電磁元件，以使該電磁元件推動該衝印元件至該第一位 置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電磁衝印設備，進一步包含一限位塊耦合該衝印元件，並且該衝印元件進一步包含一擋塊耦接於該衝印桿，該壓縮彈簧位於該限位塊以及該擋塊之間，並且該壓縮彈簧的兩端分別接觸該限位塊以及該擋塊，該壓縮彈簧根據該壓縮彈簧的恢復力抵住並推動該擋塊以將衝印元件移動至該第二位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電磁衝印設備，進一步包含一旋轉機構，該旋轉機構包含一馬達以及一時規皮帶，該時規皮帶耦合該衝印桿以及該馬達，該馬達以一轉速驅動該衝印元件旋轉。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電磁衝印設備，進一步包含一限位元件，並且該限位元件包含一限位槽，該限位槽耦合於該衝印元件並用以限制該衝印元件的運動方向，該衝印桿藉由該時規皮帶的拉力靠附於該限位槽。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電磁衝印設備，進一步包含一感測器以及一控制器，該感測器耦接該衝印元件並且該控制器連接該感測器及該馬達，該感測器用以感測該衝印元件的運動狀態並產生一感測值，並且該控制器根據該感測值控制該馬達以該轉速旋轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電磁衝印設備，進一步包含一研磨機構可動地接觸該衝印元件，該研磨機構包含一磨輪，並且該控制器連接該研磨機構，當衝印元件以該轉速旋轉時，該控制器控制該研磨機構移動以使該研磨機構的該磨輪接觸並修整該衝印元件的該衝頭。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電磁衝印設備，其中該衝頭具有一衝印部以及位於該衝印部外緣的一平整部，當該衝頭衝印該工件時，該衝印部衝印該工件並且該平整 部靠附該工件的表面。

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