一種玻璃薄片夾持機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用

翟利軍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究，山西 太原 030024）

一種玻璃薄片夾持機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用

翟利軍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究，山西 太原 030024）

通過(guò)對(duì)真空環(huán)境下玻璃薄片之間貼合工藝的研究，針對(duì)平面直壓式貼合方式，設(shè)計(jì)了彈簧升降機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的定位和夾緊，并且結(jié)合真空環(huán)境的特點(diǎn)，分析了機(jī)構(gòu)的原理和應(yīng)用前景。

貼合；夾持；彈簧；機(jī)構(gòu)

近幾年來(lái)，觸摸屏手機(jī)發(fā)展極為迅速，人們對(duì)觸摸屏使用的認(rèn)知已不滿足于手機(jī)這類小尺寸的終端，漸漸的衍生出平板電腦、超級(jí)本此類中大尺寸的產(chǎn)品，大大的方便和娛樂人們的工作和生活。

觸控產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)隨著科技的發(fā)展，也產(chǎn)生日新月異的變化。從最初的Apple公司提出的玻璃+玻璃的結(jié)構(gòu)，也就是iphone3、iphone4所廣泛使用的結(jié)構(gòu)，到如今iPad mini所用的玻璃+薄膜和iPhone5所用的In-Cell機(jī)構(gòu)，觸控屏正朝著大尺寸、低成本、輕薄化的方向快速發(fā)展。

不論是以上哪種觸控屏，最終都需要和液晶顯示模組LCM貼合在一起，形成完整的顯示觸摸屏?，F(xiàn)在觸摸屏貼合廠商廣泛使用的是一種叫做“全貼合”技術(shù)，即觸控屏和液晶顯示模組通過(guò)光學(xué)膠OCA連接在一起，大大的提高了觸摸屏的透光率，據(jù)有關(guān)研究報(bào)告，采用全貼合技術(shù)的反光可減少75%?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)外大部分設(shè)備基本都采用真空貼合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可以最大程度地降低貼合后氣泡的出現(xiàn)幾率。以手機(jī)顯示屏為例，最上層位觸控屏，業(yè)內(nèi)一般稱為TP，中間層是光學(xué)膠，即OCA，底層為顯示屏模組，一般稱為L(zhǎng)CM。本文所研究的觸控屏和顯示屏模組都是玻璃薄片構(gòu)成，厚度在0.5～2 mm之間，組織原理如圖1所示。

為了保證貼合的效果，要求貼合時(shí)的真空度較高，一般在50 Pa以下，同時(shí)為了保證效率，抽真空時(shí)間一般控制在5～8 s，需要配置大流量的真空泵，但這就造成抽氣時(shí)由于抽速較高，玻璃薄片會(huì)發(fā)生漂移，影響貼合。玻璃薄片在真空系統(tǒng)中如何固定是“全貼合”工藝中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。根據(jù)以往設(shè)計(jì)夾持機(jī)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)產(chǎn)品的需求，研制了一種可升降定位條夾緊機(jī)構(gòu)，解決了真空貼合工藝中玻璃薄片的夾持問(wèn)題，具有良好的可靠性和通用性。

圖1 觸摸屏結(jié)構(gòu)原理

1 薄片夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

升降定位條夾緊機(jī)構(gòu)工作原理：玻璃薄片通過(guò)彈簧夾緊條固定在平臺(tái)上，貼合時(shí)，上產(chǎn)品下降壓緊左右定位擋塊，兩者同時(shí)下降，貼合下產(chǎn)品，貼合完畢后，左右定位擋塊自動(dòng)上升。

設(shè)計(jì)的目標(biāo)是夾持機(jī)構(gòu)的可靠性和良好的調(diào)節(jié)性，通過(guò)控制彈簧壓緊力和升降導(dǎo)桿的導(dǎo)向精度，保證產(chǎn)品在真空貼合中的精度。

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是玻璃薄片的牢靠夾持，即使發(fā)生微小漂移，也可有效的控制，使它不影響貼附精度，保證兩片玻璃“全貼合”時(shí)能實(shí)現(xiàn)全接觸。

設(shè)計(jì)的的核心是彈性升降機(jī)構(gòu)和彈性?shī)A持機(jī)構(gòu)，兩者結(jié)合在一起，保證玻璃薄片在制具平臺(tái)上x、y、z向都受到約束力，能抵抗真空抽取時(shí)產(chǎn)生的抽力，機(jī)構(gòu)原理如圖2所示。

整個(gè)機(jī)構(gòu)主要包含的部件：1）左定位擋板；2）左定位升降板；3）右定位彈簧；4）右定位擋板；5）升降彈簧等。

為了保證x、y、z向的約束，采取的措施如下：

圖2 彈性升降機(jī)構(gòu)

（1）x向約束：采用的是一套彈性?shī)A持機(jī)構(gòu)，如圖2左定位擋塊是固定約束，右定位擋塊是活動(dòng)約束，在壓簧和導(dǎo)軌形成的平行力作用下將玻璃薄片牢固卡緊于左定位擋塊。壓簧彈性根據(jù)產(chǎn)品厚度、剛性的不同設(shè)定。設(shè)定彈性的機(jī)構(gòu)如圖3。

圖3 彈性?shī)A持機(jī)構(gòu)

右定位擋塊通過(guò)一根光軸和外螺紋套桿連接在一起，中間裝有x向約束壓簧，外螺紋套桿可左右旋動(dòng)，調(diào)節(jié)壓簧的壓緊量，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)品的壓緊力。

（2）y向約束：右定位擋塊采用高耐磨聚氨酯材質(zhì)，與玻璃邊緣接觸可產(chǎn)生很大摩擦力，使玻璃薄片不易產(chǎn)生y向運(yùn)動(dòng)，查相關(guān)手冊(cè)，選取聚氨酯硬度邵A90°，其機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良，高耐磨性，滑動(dòng)摩擦試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 聚氨酯耐磨性試驗(yàn)

良好的耐磨性能保證產(chǎn)品的夾持效果，減少更換頻率。

（3）z向約束：左、右定位擋塊安裝在一套升降板上，升降板在升降壓簧的作用下上下可調(diào)節(jié)，一般高于玻璃薄片1～2 mm，擋塊形成的夾緊力及聚氨酯摩擦力可克服真空抽力，即使玻璃薄片特殊易產(chǎn)生微小漂移，也不會(huì)超出我們?cè)O(shè)定的2 mm高度差，從而達(dá)到z向的可靠約束，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 z向約束

z向約束設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是升降彈簧，彈簧的選擇跟預(yù)加的負(fù)荷、工作的高度、工作行程等有關(guān)，查相關(guān)手冊(cè)，得彈簧的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見圖5所示。

圖5 彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)

可靠夾持性保持的同時(shí)，亦充分考慮了機(jī)構(gòu)的靈活性和調(diào)節(jié)的便宜性。首先，升降導(dǎo)桿配高精度直線軸承，輔以升降連桿，其中直線軸承選取日本進(jìn)口，升降導(dǎo)桿和直線軸承精磨配合，無(wú)間隙靈活運(yùn)動(dòng)，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)升降動(dòng)作的靈活性，升降連桿將左右兩側(cè)的升降板連接起來(lái)，既保證了運(yùn)動(dòng)的同步性，又提高了運(yùn)動(dòng)剛性。其次，右定位彈簧配精密導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)方式，保證了夾持力的平穩(wěn)輸出和平行作用在玻璃薄片邊緣，夾持力的平行很重要，能極大地提高夾持的效果?？傊?，精密的組裝和良好的配置，是玻璃薄片產(chǎn)品"全貼合"精度的保證。

2 設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和運(yùn)用

我們將此升降定位條夾緊機(jī)構(gòu)運(yùn)用于全貼合設(shè)備上，解決了產(chǎn)品固定的問(wèn)題，將生產(chǎn)良率由90%提升至95%以上，得到多家客戶的一致好評(píng)和高度贊揚(yáng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

升降定位條夾緊機(jī)構(gòu)是“全貼合”設(shè)備的關(guān)鍵部件，它面對(duì)的是觸摸屏手機(jī)這個(gè)極大的市場(chǎng)，解決的是客戶生產(chǎn)中出現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］祝燮權(quán).實(shí)用五金手冊(cè)［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［4］邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，1989.

A Research and Application of Sheet Glass Holding Mechanism

ZHAI Lijun
（The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China）

Through the research on the laminating process of sheet glass to sheet glass under the vacuum environment，aiming at the plane laminating，spring lifting mechanism design to product positioning and clamping，and combined with the characteristics of the vacuum environment，analyzes the principle and application prospects of mechanism.

Laminating；Holding；Spring；Mechanism

TP23

B

1004-4507（2015）12-0047-03

翟利軍（1980-），男，山西太原人，大學(xué)本科，工程師，畢業(yè)于太原理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化系，現(xiàn)從事電子專用設(shè)備的研制與開發(fā)。

2015-10-19