(57)【要約】【課題】円筒形の加工物を機械加工するための装置を提供する。【解決手段】切削される加工物に沿って側方移動が可能な刃物台と、少なくとも１つの機械加工された工具先端及び場合により他の工具先端と、を有する刃物台上の軸部を有する切削工具アセンブリ。工具先端は、ナノスケールの機構を有するマクロスケールの機構を機械加工するために、加工物と接触する回折機構を有する。機械加工された加工物は、小型レンズを有する光学フィルムのような回折機構を有する物品を作製するのに使用し得る。【選択図】図１
2014128874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の加工物を機械加工するための装置であって、
機械加工される表面を有し、回転運動のために装着された、実質的に円筒形の加工物と、
前記加工物を回転させるために前記加工物に取り付けられた駆動装置と、
前記機械加工される加工物の表面と実質的に平行に動くようにトラックに装着された刃物台と、
工具先端を装着するための表面を有する、前記刃物台に固定された軸部と、
前記軸部の表面に装着され、少なくとも１つの回折機構を有する工具先端と、
コントローラーであって、前記駆動装置による前記加工物に相対的な前記工具先端の動きをコントロールするため、及び機械加工中、前記工具先端の回折機構が前記機械加工される加工物の表面と接触する、前記刃物台の前記機械加工される加工物の表面と平行な動きをコントロールするため、前記駆動装置及び前記刃物台に取り付けられたコントローラーと、を含む装置。
【請求項２】
前記工具先端の前記回折機構が溝を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記工具先端は、２つの切子面を有しており、前記切子面のそれぞれには少なくとも１つの回折機構がある、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記工具先端は、２つの切子面と、前記切子面に隣接する実質的に平坦な部分とを有し、前記平坦な部分に少なくとも１つの回折機構がある、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記工具先端を実質的に定速で前記加工物に沿ってｚ方向に動かすように前記刃物台が構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記加工物が、アルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、鋼、又はプラスチックのうちの１つから構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
円筒形の加工物を機械加工する方法であって、
駆動装置による回転運動のために装着され、機械加工される表面を有する、実質的に円筒形の加工物を提供する工程と、
前記機械加工される加工物の表面と実質的に平行に動くようにトラックに装着された刃物台を提供する工程と、
工具先端を装着するための表面を有する軸部を、前記刃物台に固定する工程と、
前記軸部の表面に少なくとも１つの回折機構を有する工具先端を装着する工程と、
前記駆動装置による前記加工物に相対的な前記工具先端の動きのコントロール、及び機械加工中、前記工具先端の回折機構が前記機械加工される加工物の表面と接触する、前記刃物台の前記機械加工される加工物の表面と平行な動きのコントロール、をする工程と、を含む方法。
【請求項８】
前記工具先端の前記回折機構が溝を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記工具先端は、２つの切子面を有しており、前記切子面のそれぞれには少なくとも１つの回折機構がある、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記工具先端は、２つの切子面と、前記切子面に隣接する実質的に平坦な部分とを有し、前記平坦な部分に少なくとも１つの回折機構がある、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記工具先端を実質的に定速で前記加工物に沿ってｚ方向に動かすように前記刃物台が構成される、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記加工物が、アルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、鋼、又はプラスチックのうちの１つから構成される、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
微細複製工具などの種々の加工物を作製するために機械加工技術を用いることができる。微細複製工具は、微細複製構造を作製するための押出成形プロセス、射出成形プロセス、エンボス加工プロセス、キャスティングプロセスなどで広く用いられている。微細複製構造には、光学フィルム、研磨フィルム、接着フィルム、自己噛合輪郭を備える機械的締結具、又は、比較的小さい寸法、例えば約１０００マイクロメートル未満の寸法の微細複製構造を有するいずれかの成形又は押出し部品などを含み得る。
【０００２】
ミクロ構造は、他の様々な方法によっても作製し得る。例えば、マスター工具から、キャスト及び硬化プロセスによってマスター工具の構造を高分子材料のベルト又はウェブのような他の媒体に転写して生産用工具を形成することが可能であり、更にこの生産用工具を使用して微細複製構造が作製される。マスター工具を複写するために、電鋳法のような他の方法を使用し得る。光配向フィルムを作製する他の代替的な方法は、透明材料を直接切削又は機械加工して適切な構造を形成するというものである。他の技術には、化学的エッチング、ビードブラスト、又は他の確率的表面修正技術が挙げられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明と一致する、加工物を機械加工するための装置は、実質的に円筒形の加工物（１つの特定の実施形態では、回転運動するように装着された加工物）と、加工物を回転させるように加工物に連結した駆動装置と、機械加工される加工物の表面と実質的に平行の動きのためにトラックに装着された刃物台と、を含む。刃物台に軸部が固定され、少なくとも１つの回折機構を有する工具先端が軸部によって刃物台に固定される。駆動装置及び刃物台に連結されたコントローラーが、駆動装置によって、工具先端の加工物に相対的な動きをコントロールし、機械加工している間、工具先端上の回折機構が加工物の表面と接触するように、刃物台の機械加工される加工物の表面に平行な動きをコントロールする。実質的に円筒形の加工物の代替として、回折機構を有する工具先端での機械加工は、実質的に平面的な加工物に行い得る。
【０００４】
あるいは、装置は、互いに隣接して定置され、同時に加工物を切削する複数の工具先端を包含し得る。複数の工具先端は、それぞれ任意に少なくとも１つの回折機構を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
添付図面は本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであって、この明細書の記載と共に本発明の利点と原理を説明する。図面中、
【図１】加工物内にミクロ構造を作製する切削工具システムの図。
【図２】切削工具における座標系を示す図。
【図３】切削工具に使用する代表的なＰＺＴスタックの図。
【図４Ａ】工具先端キャリアの斜視図。
【図４Ｂ】工具先端を保持する工具先端キャリアの正面図。
【図４Ｃ】工具先端キャリアの側面図。
【図４Ｄ】工具先端キャリアの平面図。
【図５Ａ】工具先端の斜視図。
【図５Ｂ】工具先端の正面図。
【図５Ｃ】工具先端の底面図。
【図５Ｄ】工具先端の側面図。
【図６Ａ】ＦＴＳ作動装置の上部断面図。
【図６Ｂ】作動装置におけるＰＺＴスタックの配置を示す正面断面図。
【図６Ｃ】作動装置の正面図。
【図６Ｄ】作動装置の背面図。
【図６Ｅ】作動装置の平面図。
【図６Ｆ】作動装置の側面図。
【図６Ｇ】作動装置の側面図。
【図６Ｈ】作動装置の斜視図。
【図７Ａ】加工物に入るテーパーイン角度及び加工物から出るテーパーアウト角度が実質的に等しい断続切削を示す図。
【図７Ｂ】加工物に入るテーパーイン角度が加工物から出るテーパーアウト角度より小さい断続切削を示す図。
【図７Ｃ】加工物に入るテーパーイン角度が加工物から出るテーパーアウト角度より大きい断続切削を示す図。
【図８】断続切削ＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す図。
【図９Ａ】機械加工された工具先端の斜視図。
【図９Ｂ】機械加工された工具先端の正面図。
【図９Ｃ】機械加工された工具先端の底面図。
【図９Ｄ】機械加工された工具先端の側面図。
【図１０Ａ】機械加工された及び機械加工されていない工具先端を有する複数先端工具の側面図。
【図１０Ｂ】複数の機械加工された工具先端を有する複数先端工具の側面図。
【図１１Ａ】それぞれ、少なくとも１つの機械加工された工具先端を備えるＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す側面図及び斜視図。
【図１１Ｂ】それぞれ、少なくとも１つの機械加工された工具先端を備えるＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す側面図及び斜視図。
【図１２Ａ】それぞれ、少なくとも１つの機械加工された工具先端を備える断続切削ＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す側面図及び斜視図。
【図１２Ｂ】それぞれ、少なくとも１つの機械加工された工具先端を備える断続切削ＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す側面図及び斜視図。
【図１３】両方の切子面に回折機構を備える工具先端の側面図。
【図１４】一方の切子面に回折機構を備える工具先端の側面図。
【図１５】ステップ高の変化を使用した回折機構を備える工具先端の側面図。
【図１６】９０°の切子面に沿って回折機構を備える工具先端の側面図。
【図１７】平坦な先端に沿って回折機構を備える工具先端の側面図。
【図１８】湾曲した先端に沿って回折機構を備える工具先端の側面図。
【図１９】ステップ状に形成された回折機構を備える工具先端の側面図。
【図２０】レンズ形状を有する回折機構を備える工具先端の側面図。
【図２１】湾曲した切子面に沿って回折機構を備える工具先端の側面図。
【図２２】複数の線状の切子面に沿って回折機構を備える工具先端の側面図。
【図２３Ａ】イオンミリング前の工具先端の側面図。
【図２３Ｂ】イオンミリングを使用して先端上の同一平面に回折機構を形成した後の図２３Ａの工具先端の側面図。
【図２４Ａ】イオンミリング前の工具先端の側面図。
【図２４Ｂ】イオンミリングを使用して先端上の異なる平面に回折機構を形成した後の図２４Ａの工具先端の側面図。
【図２５Ａ】非ＦＴＳ刃物台の第１斜視図。
【図２５Ｂ】非ＦＴＳ刃物台の第２斜視図。
【図２５Ｃ】非ＦＴＳ刃物台の平面図。
【図２６Ａ】工具先端を非ＦＴＳ刃物台に保持するための軸部の斜視図。
【図２６Ｂ】工具先端を保持する軸部の正面図。
【図２６Ｃ】工具先端を保持するための軸部の底面図。
【図２６Ｄ】工具先端を保持する軸部の側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
切削工具システム
一般のダイヤモンド旋盤技術は、ＰＣＴ国際公開特許出願ＷＯ００／４８０３７号に記載され、参照により全体が記載されているかのように本明細書に組み込まれる。種々の方法に使用される装置、及び光学フィルム又は他のフィルムを作製するための装置は、高速サーボ工具を備えることができる。ＰＣＴ国際公開特許出願ＷＯ００／４８０３７号に開示されているように、高速工具サーボ（ＦＴＳ）は、ソリッドステート圧電（ＰＺＴ）デバイスであって、ＰＺＴスタックと称され、ＰＺＴスタックに取り付けられる切削工具の位置を迅速に調節する。ＦＴＳは、更に以下に記載されるように、座標系内の方向に切削工具を非常に正確かつ高速で動くことを可能とする。
【０００７】
図１は、加工物内にミクロ構造を作製する切削工具システム１０の図である。微細構造には、任意の種類、形状、及び寸法の、物品の表面上、物品の表面内、又は物品の表面から突き出る、構造が含まれ得る。例えば、本明細書に記載のアクチュエータ及びシステムを使用して形成される微細構造は、１０００マイクロメートルピッチ、１００マイクロメートルピッチ、１マイクロメートルピッチ、又は更には２００ナノメートル付近のサブ光波長ピッチを有することができる。あるいは、他の実施形態において、ミクロ構造におけるピッチは、切削方法に関わらず１０００マイクロメートルを超えることができる。これらの寸法は例示することだけを目的とし、本明細書に記載の作動装置及びシステムを使用して作製されるミクロ構造は、システムを使用して加工可能な範囲内でいずれかの寸法を有することができる。
【０００８】
システム１０は、コンピュータ１２によって制御される。コンピュータ１２は、例えば構成要素として、１つ以上のアプリケーション１６を記憶するメモリ１４、情報の不揮発性記憶を提供する二次記憶装置１８、情報又はコマンドを受信するための入力装置２０、メモリ１４又は二次記憶装置１８内に記憶されるか、他の供給源から受信されるアプリケーションを実行するためのプロセッサ２２、情報の視覚的表示を出力するための表示装置２４、及び聴覚情報のためのスピーカー又は情報のハードコピーのためのプリンタのように他の形態で情報を出力するための出力装置２６を有する。
【０００９】
加工物５４の切削は工具先端４４によって実行される。作動装置３８は、コンピュータ１２によって制御される電動モータのような駆動装置及びエンコーダ５６によって、加工物５４が回転する際の工具先端４４の動きを制御する。本実施例においては、加工物５４はロール状に表わされるが、平面状で実行することも可能である。いずれかの機械加工可能な材料を使用することができ、例えば加工物は、アルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、鋼、又はプラスチック（例えば、アクリル）で実施することが可能である。使用される特定の材料は、例えば、機械加工された加工物を使用して作製される様々なフィルムのような特定の望ましい用途に応じて決めることができる。作動装置３８、及び以下に記載される作動装置は、例えばステンレス鋼、又は他の材料で実施することができる。
【００１０】
作動装置３８は、刃物台３６に取り外し可能に連結され、更に刃物台３６はトラック３２上に配置される。刃物台３６及び作動装置３８は、トラック３２上を矢印４０及び４２が示すｘ方向及びｚ方向の両方に動くように構成される。コンピュータ１２は、１つ以上の増幅器３０を介して刃物台３６及び作動装置３８と電気的に接続される。コントローラーとして機能する場合、コンピュータ１２は加工物５４を機械加工するために、作動装置３８を介して、トラック３２に沿った刃物台３６の動き及び工具先端４４の動きを制御する。作動装置が複数のＰＺＴスタックを有する場合、スタックに取り付けられる工具先端の動きを独立して制御するのに使用される各ＰＺＴスタックを独立して制御するために、個別に増幅器を使用することができる。コンピュータ１２は、以下で更に説明するように、加工物５４中に様々なミクロ構造を機械加工するために、作動装置３８に波形を提供する関数発生器２８を使用することができる。
【００１１】
加工物５４の機械加工は、様々な構成要素の動きを調整することで達成される。特に、コンピュータ１２の制御下において、システムは、刃物台３６の動きにより、ｃ方向５３での加工物の動き、並びにｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向（これらの座標は以下で説明される）のうちの１以上での工具先端４４の動きに伴った作動装置３８の動きを調整及び制御することができる。システムは、典型的に、刃物台３６をｚ方向に定速で動かすが、変速も使用してもよい。刃物台３６及び工具先端４４の動きは、典型的にｃ方向での加工物５４の動き（線５３で表されるような回転運動）と同期化されている。これらの全動きは、例えば、コンピュータ１２内のソフトウェア、ファームウェア、又は組み合わせで実行される数値制御技術又は数値制御装置（ＮＣ）を使用して制御できる。
【００１２】
加工物の切削は、連続的及び不連続的な切削運動を包含することができる。ロール状の加工物において、ヘリックス型切削（ねじ切りと称されることもある）又はロール周り若しくはロール付近で独立した軌道を切削に包含することができる。平面状の加工物において、らせん型切削又は加工物上若しくは加工物に対して独立した軌道を切削に含めることができる。Ｘ切削も使用することが可能であり、この場合は切削形式はほぼ直線であり、ダイヤモンド工具先端は加工物の内外を行き来できるが、刃物台の総体的運動は直線状である。切削には、これらの種類の運動の組み合わせを含め得る。
【００１３】
機械加工後の加工物５４は、様々な用途での使用に応じたミクロ構造を有するフィルムを作製するのに使用し得る。これらのフィルムの例としては、光学フィルム、摩擦抑制フィルム、及びミクロ締結具又は他の機械的ミクロ構造化構成要素が挙げられる。フィルムは、典型的には、粘稠な状態のポリマー材料を加工物に塗布するコーティング工程を使用して作製され、少なくとも部分的に硬化させた後に取り除かれる。硬化されたポリマー材料は、典型的には、加工物の構造と実質的に反対の構造を有する実質的に透明なフィルム用基材を形成する。例えば、加工物にくぼみがあれば、生じるフィルムには突出が生じる。機械加工後の加工物５４は、工具が有する構造に対応する別個の要素又はミクロ構造を有する他の物品の作製にも使用し得る。
【００１４】
冷却流体４６は、線４８及び５０を介して刃物台３６及び作動装置３８の温度を制御するのに使用される。温度制御装置５２は、刃物台３６及び作動装置３８を循環する冷却流体の温度を実質的に一定に維持し得る。温度制御装置５２は、流体の温度制御を提供するため、いずれかのデバイスで実施し得る。冷却流体は、例えば低粘度油のような油製品で実施し得る。温度制御装置５２及び冷却流体４６のリザーバは、刃物台３６及び作動装置３８中に流体を循環させるポンプを備え、典型的には、実質的に定温で維持するために流体からの熱を取り除く冷房システムも備える。流体を循環させ、温度制御を提供する冷却及びポンプシステムは当該技術分野において既知である。特定の実施形態において、加工物の機械加工される材料の表面温度を実質的に一定に維持するために、冷却流体を加工物５４に適用することも可能である。
【００１５】
図２は、システム１０のような切削工具における座標系を示す図である。座標系は、加工物６４に対する工具先端６２の動きとして示されている。工具先端６２は工具先端４４と一致してもよく、典型的には作動装置に取り付けられるキャリア６０に取り付けられる。この代表的な実施形態において、座標系は、ｘ方向６６、ｙ方向６８、及びｚ方向７０を包含する。ｘ方向６６は、加工物６４に対して実質的に垂直な方向への動きを指す。ｙ方向６８は、加工物６４の回転軸に対して実質的に垂直な方向のような、加工物６４を横切る方向での動きを指す。ｚ方向７０は、加工物６４の回転軸に対して実質的に平行な方向のような、加工物６４の横に沿った方向への運動を指す。加工物の回転は、図１及び２に示される矢印５３で表わされるようにｃ方向と呼ばれる。加工物が平面状に実施される場合、ロール状とは対照的にｙ方向及びｚ方向は、ｘ方向に対して実質的に垂直な方向で加工物を横切って互いに直交する方向での運動を指す。平面状の加工物には、例えば、回転ディスク又はいずれかの平面材料の他の構成が挙げられる。
【００１６】
システム１０は、高精度かつ高速の機械加工に使用し得る。この種類の機械加工では、構成要素と加工物材料の協調速度のような様々なパラメーターを考慮すべきである。典型的には、例えば、加工物材料の熱安定性及び特性とともに、機械加工すべき金属の所定体積の比エネルギーを考慮すべきである。機械加工に関する切削パラメーターは次の文献に記載されており、これらは全て参照より、全体が記載されているかのように本明細書に組み込まれる：マシーニング・データ・ハンドブック（Machining Data Handbook）、議会図書館目録（Library of Congress Catalog）カード番号６６−６００５１、第２版（１９７２）；エドワード・トレント（Edward Trent）及びポール・ライト（Paul Wright）、金属切削（Metal Cutting）、第４版、バターワース−ハイネマン（Butterworth-Heinemann）、ＩＳＢＮ  ０−７５０６−７０６９−Ｘ（２０００）；チャン・ジンワ（Zhang Jin-Hua）、精密切削の理論と技術（Theory and Technique of Precision Cutting）、ペルガモン・プレス（Pergamon Press）、ＩＳＢＮ  ０−０８−０３５８９１−８（１９９１）；並びにＭ．Ｋ．クルーガー（M. K.Krueger）ら、「金属加工流体及び研削砥石の新技術による研削性能の１０倍改良達成（New Technology in Metalworking Fluids and Grinding Wheels Achieves Tenfold Improvement in Grinding Performance）」、金属切削及び研削用冷却剤／潤滑剤学会（Coolant/Lubricants for Metal Cutting and Grinding Conference）、米国イリノイ州シカゴ、２０００年６月７日。
【００１７】
ＰＺＴスタック、工具先端キャリア、及び工具先端
図３は、切削工具に使用する代表的なＰＺＴスタック７２の図である。ＰＺＴスタックはそれと連結される工具先端の動きを提供するために使用され、当該技術分野において既知であるＰＺＴ効果に従って作動する。ＰＺＴ効果によると、特定の種類の材料に適用される電界によって、その材料は１つの軸に沿って膨張し、他の軸に沿って収縮する。ＰＺＴスタックは、典型的に、ケーシング８４に内包され、ベースプレート８６上に装着される複数の材料７４、７６、及び７８を備える。この代表的な実施形態において、材料は、ＰＺＴ効果の対象となるセラミック材料で実施される。例示のみを目的として、３つのディスク７４、７６、及び７８が示されているが、例えば特定の実施形態における要件に基づいて、いずれかの数のディスク又は他の材料、及びいずれかの種類の形状を使用することができる。ポスト８８はディスクに付着し、ケーシング８４から突出している。ディスクは、例えば、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、又はチタン酸鉛材料を混合、圧縮、主材料とし、焼結したようないずれかのＰＺＴ材料で実施し得る。ディスクは、例えば、磁歪材料で実施することもし得る。
【００１８】
線８０及び８２で表されるように、ディスク７４、７６、及び７８への電気的接続によって、ポスト８８が動くための電場をそれらへ提供する。ＰＺＴ効果によって及び適用される電場の種類に基づいて、数マイクロメートル以内の動きのようにポスト８８の正確かつ僅か動きを達成し得る。また、ポスト８８を有するＰＺＴスタック７２の末端部は、ＰＺＴスタックを予め搭載できる１つ以上のベルビルワッシャに装着することが可能である。ベルビルワッシャは、ポスト８８及びそれに取り付けられる工具先端を動かすために若干の可撓性を有する。
【００１９】
図４Ａ〜４Ｄは、代表的な工具先端キャリア９０の図であり、これは以下で説明するように、作動装置による制御のためにＰＺＴスタックのポスト８８に装着され得る。図４Ａは、工具先端キャリア９０の斜視図である。図４Ｂは、工具先端キャリア９０の正面図である。図４Ｃは、工具先端キャリア９０の側面図である。図４Ｄは、工具先端キャリア９０の平面図である。
【００２０】
図４Ａ〜４Ｄに示すように、工具先端キャリア９０は、平面裏面９２、テーパー状前面９４、及び角度が付けられるか又はテーパー化された側面を有する隆起表面９８を包含する。開口部９６は、工具先端キャリア９０をＰＺＴスタックのポスト上に装着をもたらす。テーパー状表面９８は、加工物の機械加工において工具先端の装着に使用され得る。この代表的な実施形態において、工具先端キャリア９０は、ＰＺＴスタックに装着される際により多くの表面積が接触することで装着の安定性を向上する平面を備え、質量を削減するためにテーパー状前面を備える。工具先端キャリア９０は、接着剤、ろう付け、はんだ付け、ボルトのような締結具を使用して、又は他の方法によってＰＺＴスタックのポスト８８に装着され得る。
【００２１】
例えば、特定の実施形態における必要性に応じて、工具先端キャリアの他の構成が可能である。用語「工具先端キャリア」は、ワークピースを機械加工するための工具先端を保持する目的で用いられる、いずれのタイプの構造体も含まれるものと意図している。工具先端キャリア９０は、例えば、以下の材料、焼結炭化物、窒化ケイ素、炭化ケイ素、鋼、チタン、ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンド材料、の１つ以上で実施し得る。工具先端キャリア９０における材料は、好ましくは剛性があり低質量である。
【００２２】
図５Ａ〜５Ｄは代表的な工具先端１００の図であり、これは、接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法などを使用して工具先端キャリア９０の表面９８に固定され得る。図５Ａは、工具先端１００の斜視図である。図５Ｂは、工具先端１００の正面図である。図５Ｃは、工具先端１００の底面図である。図５Ｄは、工具先端１００の側面図である。図５Ａ〜５Ｄに示すように、工具先端１００は側面１０４、テーパー状かつ角度が付けられた前面１０６、及び工具先端キャリア９０の表面９８に固定するための底面１０２を備える。工具先端１００の前側部分１０５は、作動装置の制御下で加工物を機械加工するのに使用される。工具先端１００は、例えばダイヤモンドスラブで実施され得る。
【００２３】
断続切削ＦＴＳ作動装置
断続切削ＦＴＳ作動装置は、切削中に工具チップが工作物と不連続に接触し、近接しないミクロ構造を作製するため、小型マイクロ構造の作製に使用し得る。これらの機構は、導光フィルム、ミクロ流体構造、セグメント化接着剤、研磨材物品、光学ディフューザー、高コントラスト光学スクリーン、光リダイレクトフィルム、抗反射構造、光混合構造、及び装飾フィルムを作製するのに使用し得る。
【００２４】
作動装置は他の利点を提供し得る。例えば、前述の機構は、肉眼で見えないほど小さく作製することが可能である。この種類の機構により、例えば、液晶ディスプレイにおいて光抽出機構を非表示とする拡散シートの必要性が低くなる。他の利点は、抽出機構を線状又は円状にし得ることである。線状の場合、それらを例えば従来の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）光源に使用することが可能である。円状の場合、機構は通常はＬＥＤが配置されるであろう場所に配置される点を中心とする円弧上に作製し得る。更に別の利点は、全ての機構が、連続的な溝の場合のように単線に沿って配置する必要がない、プログラミング及び構造レイアウトに関連する。光抽出機構の面密度は、機構に沿った間隔、機構に直交する間隔、及び深さを配置することによって、確定的に調整することが可能である。更には、光抽出角は、切削面の角度及び半角度を選択することで優先的になり得る。
【００２５】
機構の深さは、０〜３５マイクロメートル、例えば、より典型的には０〜１５マイクロメートルの範囲であり得る。ロール状の加工物において、いずれかの個々の機構の長さは、ｃ軸に沿って回転する加工物の毎分回転数（ＲＰＭ）、並びにＦＴＳの応答時間及びＦＴＳに入力される波形によって制御される。機構の長さは、例えば、１〜２００マイクロメートルに制御し得る。ヘリックス型切削において、溝（ピッチ）に対して直交する空隙も１〜１０００マイクロメートルにプログラムし得る。次に示すように、機構を作製する工具先端は材料にテーパーイン及び材料からテーパーアウトし、それによって構造が作り出され、その形状はＲＰＭ、ＦＴＳの応答時間及びＦＴＳに入力される波形、スピンドルエンコーダの分解能、並びにダイヤモンド工具先端の逃げ角（例えば、最大で４５℃）によって制御される。逃げ角は、工具先端のすくい角度を包含し得る。この機構は、種々の三次元形状、例えば対称形状、非対称形状、実質的に半球形状、プリズム形状、及び半楕円形状などを有し得る。
【００２６】
図６Ａ〜６Ｈは、断続切削微細複製システム及びプロセスを実行するのに使用する代表的な作動装置１１０の図である。用語「作動装置」は、工作物の機械加工に用いる、工具チップを実質的にｘ方向に動かす任意の種類の作動装置又は他の装置を指す。図６Ａは、作動装置１１０の上部断面図である。図６Ｂは、作動装置１１０におけるＰＺＴスタックの配置を示す正面断面図である。図６Ｃは、作動装置１１０の正面図である。図６Ｄは、作動装置１１０の背面図である。図６Ｅは、作動装置１１０の平面図である。図６Ｆ及び６Ｇは、作動装置１１０の側面図である。図６Ｈは、作動装置１１０の斜視図である。図６Ｃ〜６Ｈにおける作動装置１１０の細部の一部は、明確にするために取り除かれている。
【００２７】
図６Ａ〜６Ｈに示されるように、作動装置１１０は、ｘ方向のＰＺＴスタック１１８を保持することのできる本体１１２を包含する。ＰＺＴスタック１１８は、矢印１３８に示すようにｘ方向に工具先端を動かすのに使用する、工具先端１３５を有する工具先端キャリア１３６に取り付けられる。ＰＺＴスタック１１８は、図３に示すように、代表的なＰＺＴスタック７２で実施し得る。キャリア１３６上の工具先端１３５は、図４Ａ〜４Ｄに示される工具先端キャリア及び図５Ａ〜５Ｄに示される工具先端で実施し得る。本体１１２は、コンピュータ１２の制御下で加工物５４を機械加工するために、ボルトなどにより刃物台３６に取り外し可能に装着するのに使用する２つの開口部１１４及び１１５も備える。
【００２８】
ＰＺＴスタック１１８は、正確に制御された工具先端１３５の動きに必要とされる安定性のために、本体１１２内にしっかりと装着される。本実施例における工具先端１３５上のダイヤモンドは、垂直面に対して４５度オフセットのダイヤモンドであるが、他の種類のダイヤモンドを使用し得る。例えば、工具先端はＶ型（対称又は非対称）、円頭型、平型、又は曲面型の工具であり得る。不連続（非隣接）な機構は、ダイヤモンド旋盤で切削して線状又は円状にし得る。更に、機構は連続していないため、単一の線又は円に沿って配置される必要がない。それらは、擬似ランダム的に散在し得る。
【００２９】
ＰＺＴスタック１１８は、レール１２０及び１２２のようなレールによって本体１１２に固定される。ＰＺＴスタック１１８は、好ましくはレールに沿ってスライドさせることで本体１１２から取り外され、ボルト又は他の締結具によって本体１１２内の所定の場所に固定することが可能である。ＰＺＴスタック１１８は、コンピュータ１２から信号を受信する電気的接続１３０を備える。ＰＺＴスタック１１８のエンドキャップは、それの温度制御を維持するためにリザーバ４６からの油のような冷却流体を受け入れ、ＰＺＴスタック周囲に循環させ、ポート１３２を介して油をリザーバ４６に戻すためのポート１２８を備える。本体１１２は、冷却流体をＰＺＴスタック１１８の周囲に向ける適切なチャネルを包含し、冷却流体はポンプ又は他のデバイスによって温度制御装置５２内を循環し得る。
【００３０】
図６Ｂは、ＰＺＴスタック１１８のエンドキャップ（図示せず）を包含する本体１１２中のＰＺＴスタック１１８の配置を示す正面断面図である。本体１１２は、所定の位置での固定を保持するために、ＰＺＴスタックにおける各開口部に複数のレールを備え得る。例えば、ＰＺＴスタック１１８は、本体１１２中に装着される際、所定の場所での固定を保持するために、レール１２０、１２２、１４２及び１４４に囲まれている。ＰＺＴスタック１１８に取り付けられるエンドキャップは、レール１２０、１２２、１４２及び１４４のうちの１つ以上にＰＺＴスタックを固定するボルト又は他の締結具に適合することが可能であり、エンドキャップは、冷却流体を周囲に循環させるのに使用する本体１１２内にＰＺＴスタック１１８を封入し得る。ＰＺＴスタック１１８は、スタックと工具先端キャリア１３６を予め搭載するためにその間に配置する１つ以上のベルビルワッシャを包含し得る。
【００３１】
図７Ａ〜７Ｃは、上述の代表的な作動装置及びシステムを使用する加工物の断続切削機械加工を示す。特に、図７Ａ〜７Ｃは、工具先端の可変のテーパーイン角度及びテーパーアウト角度の使用を示し、その角度は、例えば、上記に特定されたパラメータを使用して、コントロールし得る。図７Ａ〜７Ｃは、それぞれ可変のテーパーイン角度及びテーパーアウト角度で切削される前後の加工物の例を示す。テーパーイン角度はλＩＮ、テーパーアウト角度はλＯＵＴと称される。用語「テーパーイン角度」「テーパーアウト角度」は、それぞれ、機械加工中に工具先端が加工物に挿入され、加工物から離れる角度を意味する。テーパーイン角度及びテーパーアウト角度は、加工物内を動くときの工具先端の角度に必ずしも対応せず、むしろ工具先端が加工物に接触し、離れる角度を指す。図７Ａ〜７Ｃにおいて、工具先端及び加工物は、例えば上述のシステム及び構成要素で実施し得る。
【００３２】
図７Ａは、加工物１５３に入るテーパーイン角度、及び加工物１５３から出るテーパーアウト角度が実質的に等しい断続切削１５０を示す図である。図７Ａに示されるように、加工物１５３に入る工具先端１５１のテーパーイン角度１５２は、テーパーアウト角度１５４と実質的に等しい。（λＩＮ≒λＯＵＴ）加工物１５３内に工具先端１５１が留まる時間によって、生じるミクロ構造の長さＬ（１５６）が決まる。実質的に等しいテーパーイン角度及びテーパーアウト角度を使用し、工具先端によって加工物から材料を取り除くことで実質的に対称なミクロ構造１５８が作製される。このプロセスは、距離Ｄ（１６２）によって隔てられるミクロ構造１６０のような付加的なミクロ構造を作製するために繰り返し得る。
【００３３】
図７Ｂは、加工物１６７に入るテーパーイン角度が加工物１６７から出るテーパーアウト角度より小さい断続切削を示す図である。図７Ｂに示されるように、加工物１６７に入る工具先端１６５のテーパーイン角度１６６は、テーパーアウト角度１６８より小さい。（λＩＮ＜λＯＵＴ）加工物１６７内に工具先端１６５が留まる時間によって、生じるミクロ構造の長さ１７０が決まる。テーパーアウト角度より小さいテーパーイン角度を使用し、工具先端によって加工物から材料を取り除くことで、例えばミクロ構造１７２のような非対称のミクロ構造が作製される。このプロセスは、距離１７６によって隔てられるミクロ構造１７４のような付加的なミクロ構造を作製するために繰り返し得る。
【００３４】
図７Ｃは、加工物１８１に入るテーパーイン角度が加工物１８１から出るテーパーアウト角度より大きい断続切削を示す図である。図７Ｃに示すように、工作物１８１に入る工具チップ１７９のテーパイン角度１８０は、テーパアウト角度１８２より大きい。（λＩＮ＞λＯＵＴ）加工物１８１内に工具先端１７９が留まる時間によって、生じるミクロ構造の長さ１８４が決まる。テーパーアウト角度より大きいテーパーイン角度を使用し、工具先端によって加工物から材料を取り除くことで、例えばミクロ構造１８６のように非対称のミクロ構造が作製される。このプロセスは、距離１９０によって隔てられるミクロ構造１８８のような付加的なミクロ構造を作製するために繰り返し得る。
【００３５】
図７Ａ〜７Ｃにおいて、テーパーイン角度及びテーパーアウト角度に対する破線（１５２、１５４、１６６、１６８、１８０、１８２）は、工具先端が加工物を出入りする角度の例を概念的に示すことを意図している。加工物を切削する間、工具先端は、例えば、線形経路、湾曲経路、線形及び湾曲運動の組み合わせを含む経路、又は特別な機能によって確定される経路等のいずれかの決まった種類の経路で動き得る。工具先端の経路は、加工物の切削を完了するための総時間などの切削パラメータを最適化するように選択され得る。
【００３６】
図８は、機械加工された加工物を作製するための断続切削ＦＴＳ作動装置を有し、この加工物を使用して構造化フィルムを作製する切削工具システムを使用して作製できるフィルム内のミクロ構造を概念的に示す図である。図８に示すように、物品２００は、上面２０２及び下面２０４を包含する。上面２０２は、構造２０６、２０８、及び２１０のような断続切削隆起ミクロ構造を含み、これらのミクロ構造は加工物を機械加工するために上述の作動装置及びシステムを使用して作製することが可能であり、更にコーティング技術を使用してこの加工物からフィルム又は物品を作製するのに使用される。本実施例において、各ミクロ構造は長さＬを有し、連続切削ミクロ構造は距離Ｄによって隔てられ、隣接したミクロ構造はピッチＰによって隔てられる。これらのパラメーターの実行における実施例は上述したとおりである。
【００３７】
機械加工された工具先端
図９Ａ〜９Ｄは、代表的な機械加工された工具先端２２０の図であり、これは、接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法を使用して、工具先端キャリア９０の表面９８に固定される。図９Ａは、工具先端２２０の斜視図である。図９Ｂは、工具先端２２０の正面図である。図９Ｃは、工具先端２２０の底面図である。図９Ｄは、工具先端２２０の側面図である。図９Ａ〜９Ｄに示されるように、工具先端２２０は、側面２２４、テーパー状かつ角度が付けられた前面２２６、及び工具先端キャリア９０の表面９８に固定するための底面２２２を包含する。工具先端２２０の前側部分２２５は、例えば上述のシステムを使用して作動装置の制御下で加工物を機械加工するために使用される。工具先端２２０は、前側部分２２５にミクロ構造（例えば、溝）２２１及び２２３も有するように機械加工され、ミクロ構造２２１及び２２３はまた加工物の機械加工に使用される。機械加工された工具先端のミクロ構造は、上記に特定される代表的な形状及び寸法の１つ以上を有し得る。
【００３８】
工具先端２２０は、例えばダイヤモンドスラブで実施し得る。ミクロ構造２２１及び２２３、並びに機械加工された工具先端の他のミクロ構造は、好ましくはイオンミリングによって作製され得る。工具先端にミクロ構造を作製するための他の技術には、微細放電加工、研削、研磨、切除、又は工具先端にスクラッチ若しくは機構を付与するその他の方法が挙げられる。あるいは、ダイヤモンドを従来のやり方で研磨し一緒に正確に固着させて、ミクロ構造機構を有するマクロ工具アセンブリを作製し得る。例示することだけを目的として工具先端の各側面にミクロ構造が１つだけ示されているが、工具先端は、任意の数のミクロ構造、並びに任意の形状、寸法及び配置のミクロ構造を有し得る。くぼみミクロ構造の代替として、機械加工された工具先端は、突起したミクロ構造、又は圧痕と突起のミクロ構造の組み合わせを有し得る。
【００３９】
加工物を機械加工するために、キャリア９０のような工具先端キャリアに１つを超える工具先端を装着することが可能である。それらの実施形態において、複数の工具先端は加工物を加工して、平行のミクロ構造の溝又は他の機構のようなミクロ構造を本質的に同時に加工物に作製する。図１０Ａは、機械加工された及び機械加工されていない工具先端を有する代表的な複数先端工具２３０の側面図である。用語「機械加工されていない」工具先端は、機械加工により作製された後、工具先端にミクロ構造を作製するのに使用される追加の機械加工を受けない工具先端を指す。複数先端工具２３０は、機械加工されていない工具先端２３４、及びミクロ構造２３８を有する機械加工された工具先端２３６を有する。工具先端２３４及び２３６は、工具先端キャリア９０の表面９８などの基部２３２に装着され、これらは例えば接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法を使用して装着され得る。工具先端２３４と２３６との間の距離２４０は、複数先端工具２３０で機械加工された対応するミクロ構造のピッチを決定し、工具先端２３６に対応するミクロ構造は、その中に機械加工された追加のミクロ構造を有する。
【００４０】
図１０Ｂは、複数の機械加工された工具先端を有する複数先端工具２４２の側面図である。複数先端工具２４２は、ミクロ構造２４８を有する機械加工された工具先端２４６、及びミクロ構造２５２を有する別の機械加工された工具先端２５０を有する。工具先端２４６及び２５０は、工具先端キャリア９０の表面９８などの基部２４４に装着され、これらは例えば接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法を使用して装着され得る。工具先端２４６と２５０との間の距離２５４は、複数先端工具２４２で機械加工された対応するミクロ構造のピッチを決定し、工具先端２４６及び２５０に対応するミクロ構造はそれぞれ、ミクロ構造２４８及び２５２にそれぞれ対応する工具先端２４６及び２５０内に機械加工された追加のミクロ構造を有する。
【００４１】
図１０Ａ及び１０Ｂには、例示することだけを目的として２つの工具先端のみが示されているが、複数先端工具は、任意の数の工具先端を有し得る。機械加工されたとき、複数の工具先端は、同一の又は異なるミクロ構造を有することができ、それら個々のミクロ構造は、上記に特定される代表的な形状及び寸法の１つ以上を有し得る。複数先端工具の工具先端間の距離（ピッチ２４０及び２５４）は、１０００マイクロメートルピッチ、１００マイクロメートルピッチ、１マイクロメートルピッチ、又は更に２００ｎｍ付近のサブ光波長ピッチを包含し得る。あるいは、他の実施形態において、複数先端工具の工具先端間のピッチは、１０００マイクロメートルを超えることが可能である。２つを超える工具先端を有する複数先端工具において、隣接した工具先端間のピッチは、同じものでも異ったものでもあり得る。これらの寸法は例示することだけを目的とし、本明細書に記載の作動装置及びシステムを使用して作製されるミクロ構造は、システムを使用して加工可能な範囲内でいずれかの寸法を有し得る。
【００４２】
加工物５４は、機械加工された任意の工具先端又は複数先端工具を使用して機械加工され得、機械加工された加工物を上述のようにフィルムを作製するために使用し得る。加工物は、例えば上述のシステム及びプロセスを使用して連続切削又は断続切削で機械加工し得る。図１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ、少なくとも１つの機械加工された工具先端を有するＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す、側面図及び斜視図である。図１１Ａ及び１１Ｂに示されるように、加工物２６０は、ミクロ構造２６２の中に、対応する機械加工された工具先端のミクロ構造によって生じる機械加工されたミクロ構造２６３及び２６４（例えば、隆起部）をその中に有する連続的に機械加工されたミクロ構造２６２（例えば、溝）を有する。
【００４３】
図１２Ａ及び１２Ｂは、それぞれ、少なくとも１つの機械加工された工具先端を有する断続切削ＦＴＳ作動装置を有する切削工具システムを使用して作製できるミクロ構造を概念的に示す、側面図及び斜視図である。図１２Ａ及び１２Ｂに示されるように、加工物２７０は、ミクロ構造２７２の中に、対応する機械加工された工具先端のミクロ構造によって生じる機械加工されたミクロ構造２７３及び２７４（例えば、隆起部）をその中に有する不連続的に（断続切削）機械加工されたミクロ構造２７２（例えば、別の機械加工された機構と接触していない機構）を有する。上述のように、また図７Ａ〜７Ｃに示されるように、１つ以上の機械加工された工具先端を使用する断続切削は、加工物に入る工具先端のテーパーイン角度及び加工物から出る工具先端のテーパーアウト角度を変化させ得る。
【００４４】
加工物２６０及び２７０は次に、上述のようにコーティング技術で使用して、加工物２６０及び２７０のミクロ構造に対応する反対のミクロ構造を有するフィルム又は他の物品を作製し得る。
【００４５】
回折機構を有する機械加工された工具先端
図１３〜２２は、回折機構を有する代表的な機械加工された工具先端の図であり、これらの工具先端は、接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法を使用して、工具先端キャリア９０の表面９８に固定される。図２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ、及び２４Ｂは、それらの中に回折機構を形成するために工具先端を製作する方法を示す図である。図１３〜２２の工具先端に示した機構は、一定の縮尺で示されているわけではない。むしろ、図１３〜２２に示した工具先端は、回折を提供する機構の形状及び配置の例を示すことを意図するものであり、機構は、例えば機構に所望される回折の量に応じて、任意の寸法及び間隔を有し得る。回折機構とは別に、図１３〜２２に示した工具先端は、例えば、２つの切子面、前面１０６、任意にテーパー状前側部分１０５を有する工具先端１００と同一の全体形状及び配置を有し得る。
【００４６】
幾つかの実施形態において、回折機構は、光の回折を引き起こすフィルム又は物品の機構を指し、あるいは、フィルム又は物品を作製するのに使用されるときにフィルム又は物品の回折機構を生じる工具の機構を指す。上記のように、回折機構を有するフィルム又は物品は、対応する回折機構を有する機械加工された工具から作製される。回折機構は、機械加工された工具から作製されるフィルム又は物品において、所望の量の回折を得るべく調整し得る。具体的には、回折機構の寸法及び形状は、回折機構間の間隔とともに、特定用途に所望される光の回折の量又は程度に関して設計することが可能である。例えば、機構間の間隔が減少するにつれて、機構は、光の回折を増大させる。それ故に、より遠く離れて離間した機構はより少ない回折を生じ、互いにより密接に離間した機構はより多くの回折を生じる。特定の実施形態において、例えば、溝などの回折機構は、１０マイクロメートル、５マイクロメートル、１マイクロメートルの範囲内で、あるいは、光の特定の波長付近の距離の範囲内で離間し得る。一実施形態において、回折機構は、実質的に三角形の断面形状及びそれらの間に６５０ｎｍの間隔を有する複数の機構を備える。例えば、一実施形態において、それぞれがおよそ６５０ｎｍ離間した２８個のかかる機構を包含する。
【００４７】
他の実施形態において、回折機構は、光学用途に関して記載の範囲内又は近似の寸法、及び疎水性、マイクロ流体毛管現象、摩擦抑制フィルム、ミクロ締結具のような非光学用途用のフィルム若しくは物品、又は他の機械的ミクロ構造化構成要素に使用される寸法を有する機構を指す。
【００４８】
特定の実施形態において、本明細書に記載されるように機械加工された工具から作製されるフィルムは、かかる工具から作製されたものであることを示す特定のサイン（signature）を有する。具体的には、幾つかの実施形態において、複数先端工具（例えば工具２３０及び２４２）は、工具（加工物５４）周囲の１つ以上のパスの連続切削に使用される。工具の先端により作製される回折機構又は溝間の距離（例えば、距離２４０及び２５４）は、工具基部（例えば基部２３２及び２４４）により先端が一定距離を隔てて保持されているため、実質的に一定である。工具は、リニアモーターによりｚ方向にほぼ定速で加工物の面に沿って動かされる。しかしながら、その速度は正確に一定ではなく、それは、リニアモーターが、サーボシステム内のノイズの故に公称速度を僅かに超える速度で工具を前後に僅かに動かせることがあるためである。こうした速度のばらつきは、溝間の距離のばらつきを生じ得る。ある特定用途における典型的なばらつきは、およそプラスマイナス０．２マイクロメートルであった。先に切削された機構に隣接する一定距離に工具先端を繰り返し位置合わせすることは、困難であり得、多くの用途に必要とされるものではない。したがって、この方法で切削された工具から作製されるフィルムは、複数先端工具上の先端間の距離（例えば距離２４０及び２５４）と一致する実質一定距離で繰り返す一連の回折機構又は溝を有するとともに、ｚ方向における工具の速度の僅かなばらつきから生じる一連の回折機構又は溝間のランダムに繰り返す可変距離を有する。
【００４９】
図１３〜２２、２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ、及び２４Ｂに示した工具は、例えば、ダイヤモンドスラブで実施し得る。工具先端上の回折機構は、好ましくはイオンミリングにより作製し得る。工具先端に回折機構を作製するための他の技術には、微細放電加工、研削、研磨、切除、又は工具先端にスクラッチ若しくは機構を付与するその他の方法が挙げられる。あるいは、ダイヤモンドを従来のやり方で研磨し一緒に正確に固着させて、回折機構を有するマクロ工具アセンブリを作製し得る。くぼみ回折機構の代替として、機械加工された工具先端は、突起した回折機構、又は圧痕と突起の回折機構の組み合わせを有し得る。
【００５０】
加工物５４は、図１３〜２２、２３Ｂ及び２４Ｂに示したいずれかの代表的な工具先端を使用して機械加工され得、機械加工された加工物を上記のようにフィルムを作製するために使用し得る。加工物は、例えば、加工物内に回折機構を機械加工するために、上述したシステム及びプロセスを使用して連続切削又は断続切削において機械加工され得る。次に、機械加工された加工物又は工具は、上記のように、対応する回折機構を有するフィルムを作製するために使用し得る。これらのフィルムは、特有の回折及び屈折光学パワーを有するように作製し得る。向上フィルムにおけるこれら特有の回折及び屈折光学形態の代表的な目的は、単に工具の先端上に半径を設けるよりも更に多くの用途で中央視域から光を移動させるために、より多くの選択肢を提供することである。
【００５１】
マスター工具は、上記のように、プランジ研削、又はイオンミリングされたダイヤモンドを用いたねじ切りを通して実現し得る。プランジ研削及びねじ切りについては、米国特許第７，１４０，８１２号及び同第６，７０７，６１１号に記載されており、これらは参考として本明細書に組み込まれる。これらの工具先端を用いて機械加工されたマスター工具から作製されたフィルムにおいて、フィルムの全ての溝に機構が存在している必要はない。例えば、多条ねじ又はプランジ研削は、従来のダイヤモンド及びイオンミリングされたダイヤモンドの両方を用いて切削された溝を交互配置するのに使用し得る。イオンミリングされた回折機構は、典型的な対称的プリズム角度（例えば９０°）の２つの切子面の片方のみに存在し得る。このような工具先端は、より細かい輝度プロファイルの光学的な調整を可能にする。イオンミリングされた回折機構は、ＢＥＦのような光学フィルムにおいて、より滑らかなカットオフ又は輝度プロファイルを容易にする。イオンミリングされた機構は、複数の工具先端が使用されるとき、光学フィルムに関する切削時間の低減を容易にし得る。
【００５２】
図１３は、両方の切子面上に回折機構３０２及び３０４を有する工具先端３００の側面図である。回折機構３０２及び３０４は、この例においてＶ字溝又は切欠きとして示される。回折機構間の格子間隔３０３は、価値又は重要性のある異なる特性を生み出すため一定又は多様であり得る。例えば、格子間隔を変化させることにより、一定の格子間隔と比較して、対応する光学フィルムにおける発散プロファイルを平滑化し得る。この間隔は、波長依存性に役立ち、色彩効果を改善し得る。イオンミリングされた格子の形状は、Ｖ字形である必要はないが、通常は負の抜き勾配（negativedraft angle）を避けるべきである。格子溝又は切欠きの幅及び深さは、一般に１マイクロメートル未満であるが、１マイクロメートルを超え得る。切欠き又は溝を生み出すために利用できる形状は非常に多く存在する。可視光線用途の場合、格子溝の間の距離３０３は、一般に０．５マイクロメートル〜１０マイクロメートル間隔の範囲であるが、設計目標を達成するため他の範囲が使用され得る。
【００５３】
それぞれが溝の横方向の幅１マイクロメートルを有する５マイクロメートル離間（距離３０３）した回折機構３０２及び３０４を有するこの設計を使用して、ダイヤモンド工具を製造した。この場合、回折溝は、フィルム試料において約３１°でカットオフする最高点を通る、屈折区域から離れた光の散乱を制御することが示された。ゴニオメータによる光度測定を使用して、このフィルムの回折機構が、輝度プロファイルを円滑に拡大することが示された。輝度プロファイルは、格子間隔をより大きくすること、及び溝又は機構の数を減らすことにより調整し得る。あるいは、プロファイルを微調整するために、格子間隔を小さくすること、及び溝又は機構の数を増やし得る。
【００５４】
図１４〜２２に関して後述するイオンミリングされたダイヤモンド形の例は、輝度プロファイルを調整するための他の実施形態を示している。
【００５５】
図１４は、一方の切子面に回折機構３０８を有し、他方の切子面３１０に機構を有さない工具先端３０６の側面図である。回折機構３０８は、Ｖ字溝又は切欠きを含み、一定の又は可変的な格子間隔を有し得る。
【００５６】
図１５は、ステップ高の変化３１３を使用した回折機構３１４を有する工具先端３１２の側面図であり、ステップ高の変化は複数機構の間で一定又は多様であり得る。
【００５７】
図１６は、９０°（３１８）の３１７と３１９との切子面に沿った回折機構３２０と３２２を備えた工具先端３１６の側面図である。回折機構３２０及び３２２は、設計の必要に応じて又は所望に応じて、先端付近又は（先端から離れた）谷部付近であり得る。また、回折機構３２０及び３２２は、９０°の切子面壁面に沿って適宜に位置付け得る。
【００５８】
図１７は、平坦な先端３２５に沿って回折機構３２４を有する工具先端３２３の側面図である。一実施例において、工具先端上の回折機構のこの種類の配置は、１マイクロメートル離間した１１個のＶ字溝（３２４）を有する幅１０マイクロメートル（３２５）を有するダイヤモンドから作製された。
【００５９】
図１８は、湾曲した先端３２７に沿って回折機構３２８を備える工具先端３２６の側面図である。
【００６０】
図１９は、例えば９０°の切子面に沿って高さ３３３を有するステップ状に形成された回折機構３３２を有する工具先端３３０の側面図である。
【００６１】
図２０は、工具先端の実質的に平坦な部分に沿ってレンズ形状を有する回折機構３３６を有する工具先端３３４の側面図である。
【００６２】
図２１は、切子面に沿って隣接した凹部分及び凸部分から形成される湾曲した切子面３４０に沿って回折機構を有する工具先端３３８の側面図である。
【００６３】
図２２は、切子面に沿って隣接した角度を成す平坦部分から形成される複数の線状切子面３４４に沿って回折機構を有する工具先端３４２の側面図である。
【００６４】
図２３Ａ及び２３Ｂは、回折機構を作製するために工具先端をイオンミリングする方法を示している。図２３Ａは、イオンミリング前の工具先端３５０の側面図である。工具先端３５０は、例えば、ダイヤモンドスラブで実施することができ、切子面３５２及び３５４、並びに平坦な先端３５６を有する。図２３Ｂは、イオンミリングを使用して先端上の同一平面に回折機構を形成した後の、工具先端３５０の側面図である。具体的には、平坦な先端３５６の中心点におけるイオンミリングは、実質的に同一平面３６４にある点を有する２つの回折機構３６０及び３６２を作製するために、谷部３５８を生み出す。
【００６５】
図２４Ａ及び２４Ｂは、回折機構を作製するために、工具先端をイオンミリングする別の方法を示している。図２４Ａは、イオンミリング前の工具先端３７０の側面図である。工具先端３７０は、例えば、ダイヤモンドスラブで実施することができ、切子面３７２及び３７４、並びに平坦な先端３７６を有する。図２４Ｂは、イオンミリングを使用して先端上の異なる平面に回折機構を形成した後の図２４Ａの工具先端の側面図である。具体的には、平坦な先端３７６の中心から外れた点におけるイオンミリングは、平面３８６に存する点を有する第１回折機構３８０と、平面３８６とは異なる平面３８４に存する点を有する第２回折機構３８２とを作製するために、谷部３７８を生み出す。図２３Ｂ及び２４Ｂに示した回折機構を作製するプロセスを繰り返して工具先端上に幾つかの回折機構を作製することができ、図２３Ｂ及び２４Ｂに示した機構は、一定の縮尺で示されているわけではなく、むしろ工具先端上の回折機構の作製プロセスを示すことを意図するものである。
【００６６】
フィルムなどの微細複製物品を作製するために上述のような回折機構を有する工具先端を使用することにより、多くの有利な又は望ましい機構を提供し得る。例えば、それらは、光の方向付け（light direction）、カットオフ角軟化（softening cutoff angles）、光ガイドに関する光の抽出（extraction of light for light guides）、又は断続切削レンズレット上のレインボー効果など既存の機構上の装飾効果に対する、光管理用途に使用し得る。更に、より大きなミクロ構造上の回折機構は、光を向け直すための追加の自由度を提供する。
【００６７】
上述した工具先端は、マクロスケール（１マイクロメートル以上の寸法）及びナノスケール（１マイクロメートル未満の寸法）で機構を作製するのに使用でき、機構は、連続又は断続切削方式で１つ以上の工具先端を使用して作製し得る。加えて、工具先端を使用した切削は、工具に入るｘ方向、ｙ方向、又はｚ方向、又はこれら方向の組み合わせにおいて達成し得る。例えば、機構は、複数の作動装置を有する工具先端を使用して切削し得る。工具を切削するために複数の作動装置を使用するシステムについては、米国特許出願第１１／２７４７２３号、同第１１／２７３８７５号、同第１１／２７３９８１号、及び同第１１／２７３８８４号（全て２００５年１１月１５日出願）に記載されており、これらは全て参考として本明細書に組み込まれる。あるいは、回折機構は、作動装置を使用せずに工具に切削することができ、これには、例えば、低周波サーボを使用して工具の表面において実質的に一定深さ又は非一定深さで保持される工具先端（１つ又は複数）を用いた連続切削が伴い得る。
【００６８】
回折工具先端を有する非ＦＴＳ機械加工
ＦＴＳ作動装置を使用した機械加工の代替として、工具先端が実質的に一定の奥行で加工物内に保持され、実質的にらせん模様の機構を機械加工するように加工物に沿って動かされる、非ＦＴＳ刃物台を使用して加工物を機械加工し得る。この実施形態では、工具先端は一つ以上の回折機構を有しており、その機構の少なくとも１つが、機械加工中に加工物と接触する。上述したように、この機械加工は、回折機構を有するマクロスケールの機構の作製を可能にする。機械加工された加工物は、次いで、対応する機構を有する光学フィルムなどのフィルムを作製するために使用され得る。
【００６９】
図２５Ａ〜２５Ｃは、代表的な非ＦＴＳ刃物台４００の図である。図２５Ａ及び２５Ｂは、刃物台４００の透視図である。図２５Ｃは、刃物台４００の平面図である。図２５Ａ〜２５Ｃに示されているように、刃物台４００は基部４０２と、基部４０２に取り付けられた垂直部４０４と、基部４０２と反対側の垂直部４０４の先端に取り付けられた上部４１０と、を含む。上部４１０は、ボルト又は他の締結具で垂直部４０４に固定するための開口部４１６及び４１８を含む。上部４１０にはブロック４１２があり、ブロック４１２はボルト又は他の締結具で上部４１０に固定するための開口部４２０及び４２２を有する。軸部４１４が機械加工する加工物５４のために工具先端を保持し、軸部４１４はブロック４１２と上部４１０との間の摩擦によって、しっかりと上部４１０に保持される。ブロック４１２を取り外し、再固定することによって、矢印４２４（図２５Ｃ参照）で示されているように、加工物５４への軸部４１４のｘ方向の位置を調整し得る。基部４０２は、開口部４０６及び４０８などの、ボルト又は他の締結具で刃物台４００をトラック３２に取り付けるための開口部を有する。あるいは、トラック３２と刃物台４００の基部４０２との間に、一つ以上の台又は構造物を取り付け得る。機械加工中、工具先端が加工物５４内に保持されているときに、加工物５４が基部４０２と接触しないように、刃物台４００は調節及び位置付けされる。トラック３２に取り付けられているとき、刃物台４００は加工物５４内に軸部４１４上に工具先端を保持することができ、加工物５４が駆動装置及びエンコーダ５６のコントロール下で回転されると同時に、刃物台４００をコンピュータ１２のコントロール下でトラック３２に沿ってｚ方向に動かすことによって、工具先端を加工物５４に沿って動かし得る。刃物台４００の構成要素は、例えばステンレススチール又は他の材料で実施し得る。
【００７０】
図２６Ａ〜２６Ｄは代表的な軸部４１４の図である。図２６Ａは軸部４１４の透視図である。図２６Ｂは軸部４１４の正面図である。図２６Ｃは軸部４１４の底面図である。図２６Ｄは軸部４１４の側面図である。図２６Ａ〜２６Ｄに示されるように、軸部４１４は、側面４３０と、前部４３４上のテーパー状かつ角度が付けられた前面４３２と、底面４３８と、テーパー状又は角度が付けられた側面を有する、工具先端を装着するための隆起表面４３６と、を含む。工具先端は、接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法を使用して軸部４１４の表面４３６に装着される。軸部４１４に装着された工具先端は、好ましくは、図１３〜２２に示されているような工具先端であり、加工物５４に回折機構を機械加工するために、上述された代表的な工具先端材料で実施される、回折機構を有する工具先端を含む。軸部４１４は、例えば、焼結炭化物、窒化ケイ素、炭化ケイ素、鋼、チタン、ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンド材料、の１つ以上の成分で実施し得る。
【００７１】
代表的な実施形態と関連させながら本発明を説明してきたが、多くの修正が当業者には容易に明白となり、本出願がいかなる適合物又は変形物をも対象とすることが意図されることが、分かるであろう。例えば、刃物台、軸部、及び工具先端部などの様々な種類の材料、並びにこれらの構成要素の構成が、本発明の範囲から逸脱することなく使用され得る。本発明は、特許請求の範囲及びその等価物にのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月5日(2014.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の加工物を機械加工するための装置であって、
機械加工される表面を有し、回転運動のために装着された、実質的に円筒形の加工物と、
前記加工物を回転させるために前記加工物に取り付けられた駆動装置と、
前記機械加工される加工物の表面と実質的に平行に動くようにトラックに装着された刃物台と、
工具先端を装着するための表面を有する、前記刃物台に固定された軸部と、
前記軸部の表面に装着され、複数の回折機構を有する工具先端と、
コントローラーであって、前記駆動装置による前記加工物に相対的な前記工具先端の動きをコントロールするため、及び機械加工中、前記工具先端の複数の回折機構が前記機械加工される加工物の表面と接触する、前記刃物台の前記機械加工される加工物の表面と平行な動きをコントロールするため、前記駆動装置及び前記刃物台に取り付けられたコントローラーと、
を含み、前記複数の回折機構の寸法及び形状、並びにこの複数の回折機構の間の間隔が、この機械加工された加工物から形成された光学フィルムに所望される光の回折の量もしくは程度に関して設計され、前記工具先端の前記回折機構が溝を含む装置。
【請求項２】
前記工具先端を実質的に定速で前記加工物に沿ってｚ方向に動かすように前記刃物台が構成される、請求項１記載の装置。
【外国語明細書】
2014128874000001.pdf