一种玻璃薄片夹持机构的研究和应用

翟利军

（中国电子科技集团公司第二研究，山西 太原 030024）

一种玻璃薄片夹持机构的研究和应用

翟利军

（中国电子科技集团公司第二研究，山西 太原 030024）

通过对真空环境下玻璃薄片之间贴合工艺的研究，针对平面直压式贴合方式，设计了弹簧升降机构来进行产品的定位和夹紧，并且结合真空环境的特点，分析了机构的原理和应用前景。

贴合；夹持；弹簧；机构

近几年来，触摸屏手机发展极为迅速，人们对触摸屏使用的认知已不满足于手机这类小尺寸的终端，渐渐的衍生出平板电脑、超级本此类中大尺寸的产品，大大的方便和娱乐人们的工作和生活。

触控产品的结构随着科技的发展，也产生日新月异的变化。从最初的Apple公司提出的玻璃+玻璃的结构，也就是iphone3、iphone4所广泛使用的结构，到如今iPad mini所用的玻璃+薄膜和iPhone5所用的In-Cell机构，触控屏正朝着大尺寸、低成本、轻薄化的方向快速发展。

不论是以上哪种触控屏，最终都需要和液晶显示模组LCM贴合在一起，形成完整的显示触摸屏。现在触摸屏贴合厂商广泛使用的是一种叫做“全贴合”技术，即触控屏和液晶显示模组通过光学胶OCA连接在一起，大大的提高了触摸屏的透光率，据有关研究报告，采用全贴合技术的反光可减少75%。现国内外大部分设备基本都采用真空贴合来实现，这样就可以最大程度地降低贴合后气泡的出现几率。以手机显示屏为例，最上层位触控屏，业内一般称为TP，中间层是光学胶，即OCA，底层为显示屏模组，一般称为LCM。本文所研究的触控屏和显示屏模组都是玻璃薄片构成，厚度在0.5～2 mm之间，组织原理如图1所示。

为了保证贴合的效果，要求贴合时的真空度较高，一般在50 Pa以下，同时为了保证效率，抽真空时间一般控制在5～8 s，需要配置大流量的真空泵，但这就造成抽气时由于抽速较高，玻璃薄片会发生漂移，影响贴合。玻璃薄片在真空系统中如何固定是“全贴合”工艺中的重点，也是难点。根据以往设计夹持机构的经验，同时结合生产产品的需求，研制了一种可升降定位条夹紧机构，解决了真空贴合工艺中玻璃薄片的夹持问题，具有良好的可靠性和通用性。

图1 触摸屏结构原理

1 薄片夹持机构的设计

升降定位条夹紧机构工作原理：玻璃薄片通过弹簧夹紧条固定在平台上，贴合时，上产品下降压紧左右定位挡块，两者同时下降，贴合下产品，贴合完毕后，左右定位挡块自动上升。

设计的目标是夹持机构的可靠性和良好的调节性，通过控制弹簧压紧力和升降导杆的导向精度，保证产品在真空贴合中的精度。

机构设计的关键是玻璃薄片的牢靠夹持，即使发生微小漂移，也可有效的控制，使它不影响贴附精度，保证两片玻璃“全贴合”时能实现全接触。

设计的的核心是弹性升降机构和弹性夹持机构，两者结合在一起，保证玻璃薄片在制具平台上x、y、z向都受到约束力，能抵抗真空抽取时产生的抽力，机构原理如图2所示。

整个机构主要包含的部件：1）左定位挡板；2）左定位升降板；3）右定位弹簧；4）右定位挡板；5）升降弹簧等。

为了保证x、y、z向的约束，采取的措施如下：

图2 弹性升降机构

（1）x向约束：采用的是一套弹性夹持机构，如图2左定位挡块是固定约束，右定位挡块是活动约束，在压簧和导轨形成的平行力作用下将玻璃薄片牢固卡紧于左定位挡块。压簧弹性根据产品厚度、刚性的不同设定。设定弹性的机构如图3。

图3 弹性夹持机构

右定位挡块通过一根光轴和外螺纹套杆连接在一起，中间装有x向约束压簧，外螺纹套杆可左右旋动，调节压簧的压紧量，从而调节产品的压紧力。

（2）y向约束：右定位挡块采用高耐磨聚氨酯材质，与玻璃边缘接触可产生很大摩擦力，使玻璃薄片不易产生y向运动，查相关手册，选取聚氨酯硬度邵A90°，其机械强度优良，高耐磨性，滑动摩擦试验结果如表1。

表1 聚氨酯耐磨性试验

良好的耐磨性能保证产品的夹持效果，减少更换频率。

（3）z向约束：左、右定位挡块安装在一套升降板上，升降板在升降压簧的作用下上下可调节，一般高于玻璃薄片1～2 mm，挡块形成的夹紧力及聚氨酯摩擦力可克服真空抽力，即使玻璃薄片特殊易产生微小漂移，也不会超出我们设定的2 mm高度差，从而达到z向的可靠约束，结构如图4所示。

图4 z向约束

z向约束设计的关键是升降弹簧，弹簧的选择跟预加的负荷、工作的高度、工作行程等有关，查相关手册，得弹簧的设计数据见图5所示。

图5 弹簧设计参数

可靠夹持性保持的同时，亦充分考虑了机构的灵活性和调节的便宜性。首先，升降导杆配高精度直线轴承，辅以升降连杆，其中直线轴承选取日本进口，升降导杆和直线轴承精磨配合，无间隙灵活运动，保证整个机构升降动作的灵活性，升降连杆将左右两侧的升降板连接起来，既保证了运动的同步性，又提高了运动刚性。其次，右定位弹簧配精密导轨的运动方式，保证了夹持力的平稳输出和平行作用在玻璃薄片边缘，夹持力的平行很重要，能极大地提高夹持的效果。总之，精密的组装和良好的配置，是玻璃薄片产品"全贴合"精度的保证。

2 设计的验证和运用

我们将此升降定位条夹紧机构运用于全贴合设备上，解决了产品固定的问题，将生产良率由90%提升至95%以上，得到多家客户的一致好评和高度赞扬。

3 结束语

升降定位条夹紧机构是“全贴合”设备的关键部件，它面对的是触摸屏手机这个极大的市场，解决的是客户生产中出现的现实问题，产生了较好的经济效益和社会效益。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］祝燮权.实用五金手册［M］.上海：上海科学技术出版社，2000.

［4］邱宣怀.机械设计［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

翟利军（1980-），男，山西太原人，大学本科，工程师，毕业于太原理工大学机械设计及自动化系，现从事电子专用设备的研制与开发。

2015-10-19