一種玻璃薄片夾持機構的研究和應用

翟利軍

（中國電子科技集團公司第二研究，山西 太原 030024）

一種玻璃薄片夾持機構的研究和應用

翟利軍

（中國電子科技集團公司第二研究，山西 太原 030024）

通過對真空環境下玻璃薄片之間貼合工藝的研究，針對平面直壓式貼合方式，設計了彈簧升降機構來進行產品的定位和夾緊，并且結合真空環境的特點，分析了機構的原理和應用前景。

貼合；夾持；彈簧；機構

近幾年來，觸摸屏手機發展極為迅速，人們對觸摸屏使用的認知已不滿足于手機這類小尺寸的終端，漸漸的衍生出平板電腦、超級本此類中大尺寸的產品，大大的方便和娛樂人們的工作和生活。

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

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。現在觸摸屏貼合廠商廣泛使用的是一種叫做“全貼合”技術，即觸控屏和液晶顯示模組通過光學膠OCA連接在一起，大大的提高了觸摸屏的透光率，據有關研究報告，采用全貼合技術的反光可減少75%。現國內外大部分設備基本都采用真空貼合來實現，這樣就可以最大程度地降低貼合后氣泡的出現幾率。以手機顯示屏為例，最上層位觸控屏，業內一般稱為TP，中間層是光學膠，即OCA，底層為顯示屏模組，一般稱為LCM。本文所研究的觸控屏和顯示屏模組都是玻璃薄片構成，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，要求貼合時的真空度較高，一般在50 Pa以下，同時為了保證效率，抽真空時間一般控制在5～8 s，需要配置大流量的真空泵，但這就造成抽氣時由于抽速較高，玻璃薄片會發生漂移，影響貼合。玻璃薄片在真空系統中如何固定是“全貼合”工藝中的重點，也是難點。根據以往設計夾持機構的經驗，同時結合生產產品的需求，研制了一種可升降定位條夾緊機構，解決了真空貼合工藝中玻璃薄片的夾持問題，具有良好的可靠性和通用性。

圖1 觸摸屏結構原理

1 薄片夾持機構的設計

升降定位條夾緊機構工作原理：玻璃薄片通過彈簧夾緊條固定在平臺上，貼合時，上產品下降壓緊左右定位擋塊，兩者同時下降，貼合下產品，貼合完畢后，左右定位擋塊自動上升。

設計的目標是夾持機構的可靠性和良好的調節性，通過控制彈簧壓緊力和升降導桿的導向精度，保證產品在真空貼合中的精度。

機構設計的關鍵是玻璃薄片的牢靠夾持，即使發生微小漂移，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”時能實現全接觸。

設計的的核心是彈性升降機構和彈性夾持機構，兩者結合在一起，保證玻璃薄片在制具平臺上x、y、z向都受到約束力，能抵抗真空抽取時產生的抽力，機構原理如圖2所示。

整個機構主要包含的部件：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 彈性升降機構

（1）x向約束：采用的是一套彈性夾持機構，如圖2左定位擋塊是固定約束，右定位擋塊是活動約束，在壓簧和導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。壓簧彈性根據產品厚度、剛性的不同設定。設定彈性的機構如圖3。

圖3 彈性夾持機構

右定位擋塊通過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，調節壓簧的壓緊量，從而調節產品的壓緊力。

（2）y向約束：右定位擋塊采用高耐磨聚氨酯材質，與玻璃邊緣接觸可產生很大摩擦力，使玻璃薄片不易產生y向運動，查相關手冊，選取聚氨酯硬度邵A90°，其機械強度優良，高耐磨性，滑動摩擦試驗結果如表1。

表1 聚氨酯耐磨性試驗

良好的耐磨性能保證產品的夾持效果，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節，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生微小漂移，也不會超出我們設定的2 mm高度差，從而達到z向的可靠約束，結構如圖4所示。

圖4 z向約束

z向約束設計的關鍵是升降彈簧，彈簧的選擇跟預加的負荷、工作的高度、工作行程等有關，查相關手冊，得彈簧的設計數據見圖5所示。

圖5 彈簧設計參數

可靠夾持性保持的同時，亦充分考慮了機構的靈活性和調節的便宜性。首先，升降導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口，升降導桿和直線軸承精磨配合，無間隙靈活運動，保證整個機構升降動作的靈活性，升降連桿將左右兩側的升降板連接起來，既保證了運動的同步性，又提高了運動剛性。其次，右定位彈簧配精密導軌的運動方式，保證了夾持力的平穩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。總之，精密的組裝和良好的配置，是玻璃薄片產品"全貼合"精度的保證。

2 設計的驗證和運用

我們將此升降定位條夾緊機構運用于全貼合設備上，解決了產品固定的問題，將生產良率由90%提升至95%以上，得到多家客戶的一致好評和高度贊揚。

3 結束語

升降定位條夾緊機構是“全貼合”設備的關鍵部件，它面對的是觸摸屏手機這個極大的市場，解決的是客戶生產中出現的現實問題，產生了較好的經濟效益和社會效益。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］祝燮權.實用五金手冊［M］.上海：上海科學技術出版社，2000.

［4］邱宣懷.機械設計［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，大學本科，工程師，畢業于太原理工大學機械設計及自動化系，現從事電子專用設備的研制與開發。

2015-10-19