[發明專利]機床用超長光柵尺逆輥壓印成型方法

有效

• 申請號: 201110127212.2
• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN102169289A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 劉紅忠;李烜;史永勝;尹磊;馮龍;楊俊;丁玉成;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G01B11/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及逆輥壓印光刻技術，特別涉及一種制造機床用超長光柵尺的逆輥壓印成型方法。該方法可以連續、高效、低成本制造超長光柵尺。

背景技術

精密光柵尺作為高檔數控機床的位置檢測元件對數控機床的精度有著至關重要的影響，是精密、超精密高檔數控機床的關鍵基礎性功能部件。

光柵尺的制造方法主要有刻劃機刻劃方法、光刻機光刻方法等。刻劃機刻劃方法制造光柵尺效率較低，并且對環境要求高，成本高，不能連續生產，且分辨率有限。光刻機光刻方法的分辨率比刻劃機刻劃方法高，同樣存在上述缺點。目前，國際上多采用深紫外光刻技術實現高精度超長計量光柵制造，這種制造方法對于環境要求極其苛刻，導致制造成本較高且制造速度較低。

相比于上述制作工藝存在的局限性，納米壓印技術是一種可以制造大面積微納米結構的并行制造技術，具有成本低，生產效率高的特點。由于納米壓印技術具備高分辨率、低成本、工藝簡潔高效(避免光學曝光、顯影、刻蝕等工序)等特征，在超大規模集成電路、(超)高精度光柵、磁存儲器、光波導等具有微結構特征的器件成型方法上與傳統微加工(光學光刻、機械刻劃)工藝相比，具有巨大的技術和產業競爭力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機床用超長光柵尺制造方法，該方法采取逆滾壓印光刻技術，利用光柵模具的高精度回轉運動，將光柵模具表面的微結構直接轉移到光柵尺胚表面，通過高精度連續回轉運動控制，實現超長高精度光柵尺的制造。該方法克服了傳統光柵尺制造中環境條件依賴性高、制造效率低和成本高的缺點，實現了超長光柵尺的高速、低成本和連續制造。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

機床用超長光柵尺逆輥壓印成型方法，該方法包括下述步驟：

1)光柵尺胚表面處理：選擇金屬帶、陶瓷或玻璃作為光柵尺胚基材，對尺胚表面進行等離子氣處理，增大尺胚表面能；

2)制作光柵模具：選擇殷鋼、Ni或者Cr作為光柵模具材料，采用激光刻蝕、機械刻劃或電化學/化學腐蝕等微細加工方法制作表面有微結構的輥筒形光柵模具；

3)網紋輥表面滾膠：在網紋輥表面滾涂一層紫外光固化膠；

4)使用刮刀將網紋輥表面多余膠料刮去；

5)采用超聲波霧化工藝，在光柵模具表面涂覆一層脫模劑；

6)將光柵模具與網紋輥相對轉動，將網紋輥上的紫外光固化膠膠料轉移并填充至光柵模具沿圓周線分布的光柵柵線凹槽內；

7)將光柵模具表面的紫外光固化膠進行UV弱固化；

8)將光柵模具與處理后光柵尺胚接觸，并對接觸面加壓，光柵模具在電機動力下旋轉，光柵尺胚隨光柵模具做同步平面運動，將光柵模具表面的紫外光固化膠微結構轉移至光柵尺胚上；

9)對轉印后的光柵尺胚進行UV固化后，即完成光柵尺逆輥壓印成型過程。

本發明的進一步特征在于：

所述光柵模具長為50mm～300mm；直徑為Φ50mm～Φ500mm，表面均布柵線，柵線寬為100nm～500μm，柵線間距為100nm～500μm，柵線深＜100μm。

所述網紋輥的直徑為Φ50mm～Φ500mm，線數為100～1400線/英寸，網紋輥轉動圓周線速度需與光柵模具圓周線速度相同。

所述步驟7)、9)中光柵模具表面的紫外光固化膠進行UV弱固化、UV固化，UV弱固化、UV固化時間為0.1s～10s。

所述步驟8)中光柵模具通過支撐輥實現紫外光固化膠微結構轉移至光柵尺胚基材表面，支撐輥通過氣缸控制與光柵模具間的壓應力；光柵尺胚基材與光柵模具做同步平面運動的同步速度為0.1～50m/min；光柵模具輥壓壓應力為10MPa～60MPa。

本發明采用逆輥壓印技術，將光柵模具上弱固化定型后的紫外光固化膠微結構轉移至光柵尺胚上，由于光柵模具是輥筒形結構，其回轉運行即可連續不斷地生產長光柵尺。此種方法對外部環境要求較低，僅需要對中央轉印部分做高精度溫度、濕度控制，并隔絕外部振動對其的干擾即可。因此設備總體成本較低，進而有效降低光柵尺成本。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。

圖1是本發明的示意圖。

圖2是圖1A部模具局部放大圖。

圖3是模具填充UV固化膠及其固化過程示意圖。

圖中1為光柵尺胚；2為等離子氣；3為光柵模具；4為UV燈；5為網紋輥；6為刮刀；7為UV燈；8為托輥；9為支撐輥。

具體實施方式

下面通過附圖及具體實施實例對本發明做進一步說明。