(57)【要約】  切削対象であるワークピースに沿って横移動することができるツールポストと、ツールチップとを備えているアクチュエータを有する切削ツールアセンブリ。アクチュエータは、ワークピース内にマイクロ構造を作製する際に用いるために、同時に２つの独立した速度でツールチップがワークピースの中までｘ方向に動作するのを変動制御する。
2009515722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削ツールアセンブリであって、
ツールポストと、
該ツールポストに取り付けるとともに、コントローラと電気通信するために構成されているアクチュエータと、
該アクチュエータに取り付けられるとともに、切削対象のワークピースに対して動作するように搭載されているツールチップと、を備え、
前記ワークピースを選択的に切削する際に使用するために、前記アクチュエータが、同時に２つの独立した速度で前記ワークピース内への前記ツールチップのｘ方向の動作を変動制御する、切削ツールアセンブリ。
【請求項２】
前記アクチュエータが、前記ツールチップに連結しているとともに、前記コントローラとの電気接続をもたらし、前記ツールチップの動作を制御する、一対の圧電スタックを含む、請求項１に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項３】
前記アクチュエータが、前記アクチュエータを冷却する目的で前記アクチュエータを通して流体を送るポートを含む、請求項１に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項４】
前記アクチュエータが、第１の速度で前記ツールチップのｘ方向の動作を制御するための第１の増幅器と、第１の速度から独立した第２の速度で前記ツールチップのｘ方向の動作を制御するための第２の増幅器とを含む、請求項１に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項５】
前記一対の圧電スタックとともに連結するためのパドルをさらに備えている、請求項２に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項６】
前記パドルがチタン材から成る、請求項５に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項７】
前記ツールポストが、前記アクチュエータを実質的に一定の速度で前記ワークピースに沿って横向きのｚ方向に移動させるように構成されている、請求項１に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項８】
前記アクチュエータが、前記ツールポスト上のポストに取り外し可能に取り付けるために構成されている、請求項１に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項９】
ワークピースを切削する方法であって、
ツールポストを用意することと、
前記ツールポストに取り付けられるとともに、コントローラと電気通信するために構成されているアクチュエータを用意することと、
前記切削対象のワークピースに対して動作するように前記アクチュエータ内にツールチップを置くことと、
前記ワークピースを選択的に切削する際に使用するために、同時に２つの独立した速度で前記ワークピース内への前記ツールチップのｘ方向の動作を変動制御するように前記アクチュエータを構成することと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータを構成する工程が、１対の圧電スタックを用いて前記ツールチップの動作を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
流体を用いて前記アクチュエータを冷却することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記アクチュエータを構成する工程が、第１の速度で前記ツールチップのｘ方向の動作を制御するための第１の増幅器を用いることと、第１の速度から独立した第２の速度で前記ツールチップのｘ方向の動作を制御するための第２の増幅器を用いることとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
パドルを用いて前記一対の圧電スタックとともに連結することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ツールポストを用意する工程が、実質的に一定の速度で前記アクチュエータを前記ワークピースに沿って横向きのｚ方向に動かすことを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ツールポスト上のポストに前記アクチュエータを取り外し可能に取り付けることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
切削ツールアセンブリであって、
切削対象のワークピースに沿って横方向に動作可能なツールポストと、
前記ツールポストに取り付けるとともに、コントローラと電気通信するために構成されているアクチュエータであって、圧電スタックを含むアクチュエータと、
前記アクチュエータ内の前記圧電スタックに取り付けられているとともに、前記切削対象のワークピースに対して動作するように搭載されているツールチップと、を備え、
前記ワークピース内にマイクロ構造を作製する目的で前記ワークピースを選択的に切削する際に使用するために、前記アクチュエータが、同時に２つの独立した速度で前記ワークピース内への前記ツールチップのｘ方向の動作を変動制御する、切削ツールアセンブリ。
【請求項１８】
前記アクチュエータが、前記アクチュエータを冷却する目的で前記アクチュエータを通して流体を送るポートを含む、請求項１７に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項１９】
前記アクチュエータが、前記ツールポスト上のポストに取り外し可能に取り付けるために構成されている、請求項１７に記載の切削ツールアセンブリ。
【請求項２０】
マイクロ構造物品を作製する方法であって、
加工済みワークピースを作製することが、
ツールポストを用意することと、
前記ツールポストに取り付けられるとともに、コントローラと電気通信するために構成されている前記アクチュエータを用意することと、
前記切削対象のワークピースに対して動作するように前記アクチュエータ内にツールチップを置くことと、
前記ワークピースを選択的に切削する際に使用するために、同時に２つの独立した速度で前記ワークピース内への前記ツールチップのｘ方向の動作を変動制御するように前記アクチュエータを構成することと、
ある物質が前記加工済みワークピースの表面に実質的に一致するように、前記物質を前記加工済みワークピースに適用することと、
前記物質を前記加工済みワークピースから取り外すことと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、「ワークピースの中まで及びワークピースに沿って横方向にｘ方向及びｚ方向の変動的かつ独立的な動作を見せるマイクロ構造作製用切削ツール（Cutting Tool Having Variable and Independent Movement in an X-Direction and a Z-Direction Into and Laterally Along a Work Piece for Making Microstructures）」という表題が付されたアラン・キャンベル（Alan Campbell）、デール・イーネス（Dale Ehnes）、及び、ダニエル・ワルツ（Daniel Wertz）の米国特許出願、「ワークピースに沿って横方向にｚ方向の変動的な運動を見せるマイクロ構造作製用切削ツール（Cutting Tool Having Variable Movement in a Z-Direction Laterally Along a Work Piece for Making Microstructures）」という表題が付されたデール・イーネス（Dale Ehnes）、アラン・キャンベル（Alan Campbell）、及び、ダニエル・ワルツ（Daniel Wertz）の米国特許出願、並びに、「ワークピースを横切る方向に、ｙ方向を軸とする変動回転を見せるマイクロ構造作製用切削ツール（Cutting Tool Having Variable Rotation About a Y-Direction Transversely Across a Work Piece for Making Microstructures）」という表題が付されたデール・イーネス（Dale Ehnes）、アラン・キャンベル（Alan Campbell）、及び、ダニエル・ワルツ（Daniel Wertz）の米国特許出願（いずれも２００５年１１月１５日申請）に関連するものある。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、マイクロ複製構造を作製する際に用いるマイクロ複製ツールのダイヤモンド機械切削に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
機械切削技法を用いて、マイクロ複製ツールなどの広範なワークピースを作製することができる。マイクロ複製ツールは、マイクロ複製構造を作製するための押出加工、射出加工、エンボス加工、鋳造加工などで広く用いられている。マイクロ複製構造には、光学フィルム、研磨フィルム、接着フィルム、自動的に噛み合う形状をしている機械的締結具、又は、寸法が比較的小さい、例えば寸法が約１０００マイクロン未満であるマイクロ複製機構を備えているいずれかの成形若しくは押出パーツを備えると思われる。
【０００４】
このマイクロ構造は、他のさまざまな方法によっても作製することができる。例えば、マスターツールから製造ツールに鋳造又は硬化加工することによって、マスターツールの構造を他の媒体、例えばポリマー物質のベルト又はウェブなどに移すことができ、続いて、この製造ツールを用いてマイクロ複製構造を作製する。電鋳法などの他の方法を用いて、マスターツールをコピーすることができる。導光フィルムを作製するための別の代替的な方法は、透明な物質を直接切断又は機械切削して適切な構造を形成させることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その他の技法としては、化学エッチング、ビードブラスト、又は、その他の確率的表面改質技法が挙げられる。ただし、これらの技法では典型的に、本発明の方法を用いた切削ツールによって実現する適切な光拡散特性を得るために求められる鋭敏かつ正確なマイクロ構造と機構の幅を形成させることができない。具体的に言うと、これらの方法では、化学エッチング、ビードブラスト、及び、その他の確率的表面改質技法に付き物である本質的な不正確さと非再現性が原因で、高精度の反復構造を作製できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の切削ツールアセンブリには、ツールポストと、ツールポストに取り付けるとともにコントローラと電気通信するために構成されているアクチュエータとを備える。アクチュエータに取り付けられるツールチップは、切削対象のワークピースに対して動作するように取り付けられている。このアクチュエータは、ツールチップが同時に２つの独立した速度でワークピースの中までｘ方向に動作するのを変動制御する。
【０００７】
第２の切削ツールアセンブリには、切削対象のワークピースに沿って横方向に動作可能なツールポストと、ツールポストに取り付けるとともにコントローラと電気通信するために構成されているアクチュエータを備え、このアクチュエータとしては圧電スタックが挙げられる。圧電スタックに取り付けられるツールチップは、切削対象のワークピースに対して動作するように取り付けられている。アクチュエータは、ワークピース内にマイクロ構造を作製する目的で、ツールチップが、同時に２つの独立した速度でワークピースの中までｘ方向に動作するのを変動制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
切削ツールシステム
公開済みＰＣＴ出願ＷＯ００／４８０３７号には一般的なダイヤモンド旋盤技法が記載されている。光学フィルム又はその他のフィルムを作製する方法で用いる装置としては、高速サーボツールを挙げることができる。ＷＯ００／４８０３７号に開示されているように、高速ツールサーボ（ＦＴＳ）はソリッドステート圧電（ＰＺＴ）デバイス（ＰＺＴスタックと呼ばれている）であり、このデバイスは、ＰＺＴスタックに取り付けられる切削ツールの位置を速やかに調整する。以下でさらに詳しく説明するとおり、ＦＴＳによって、切削ツールが座標系内の方向に高精度かつ高速で動作可能になる。
【０００９】
図１は、ワークピース内にマイクロ構造を作製するための切削ツールシステム１０の図である。マイクロ構造としては、物品の表面上にあるか、表面の中に湾入しているか、表面から突出しているいずれかのタイプ、形、及び、寸法の構造を挙げることができる。例えば、本明細書に記載されているアクチュエータとシステムを用いて作製するマイクロ構造のピッチは１０００ミクロン、１００ミクロン、１ミクロン、又さらには、２００ナノメートル（ｎｍ）前後という可視波長以下にすることができる。これらの寸法は、単に例示目的で提供しているものであり、本明細書に記載されているアクチュエータとシステムを用いて作製するマイクロ構造には、このシステムを用いて細工することができる範囲内のさまざまな寸法を持たせることができる。
【００１０】
システム１０はコンピュータ１２によって制御する。コンピュータ１２には例えば、アプリケーション１６を１つ以上格納するメモリ１４、情報の不揮発性記憶を行う２次記憶装置１８、情報又はコマンドを受信する入力デバイス２０、メモリ１６若しくは２次記憶装置１８に格納されているか、又は、別のソースから受信したアプリケーションを実行させるプロセッサ２２、情報の画像表示を出力するディスプレイデバイス２４、別の形式で情報を出力する出力デバイス２６（聴覚情報用のスピーカー、情報のハードコピー用プリンタなど）といったコンポーネントを備える。
【００１１】
ワークピース５４の切削は、ツールチップ４４によって行う。アクチュエータ３８がツールチップ４４の動作を制御し、駆動ユニット及びエンコーダ５６（コンピュータ１２によって制御する電動モータなど）によってワークピース５４を回転させる。この実施例では、ワークピース５４は、硬銅ロールなどのロール状のものとして図示されているが、平面状のものとして実現させるとともに、機械切削用として別の材料を用いることもできる。例えば、代わりにアルミニウム、ニッケル、鋼、又は、プラスチック（例えばアクリル）を用いてワークピースをもたらすことができる。用いられる特定の材料は、例えば特定の所望の用途（機械切削済みのワークピースを用いて作製するさまざまなフィルムなど）によって決まると思われる。アクチュエータ３８と、以下に示すアクチュエータとは、例えばステンレススチール、又は、その他の物質を用いて実現させることができる。
【００１２】
アクチュエータ３８は、取り外し可能な状態でツールポスト３６に連結しており、それに対してツールポスト３６はトラック３２の上に配置されている。ツールポスト３６とアクチュエータ３８は、矢印４０及び４２で示されているように、ｘ方向、ｚ方向の双方に動くようにトラック３２上で構成されている。コンピュータ１２は、１つ以上の増幅器３０を介して、ツールポスト３６及びアクチュエータ３８と電気接続している。コンピュータ１２は、コントローラとして機能する際には、アクチュエータ３８を介して、ワークピース５４の機械切削時に、ツールポスト３６のトラック３２に沿った動きとツールチップ４４の動きを制御する。アクチュエータに複数のＰＺＴスタックがある場合には、このスタックに取り付けられるツールチップの動きを独立して制御する際に使えるように、別個の増幅器を用いて各ＰＺＴスタックを独立して制御することができる。コンピュータ１２では、以下でさらに詳しく説明するとおり、ワークピース５４内にさまざまなマイクロ構造を機械切削するためにアクチュエータ３８に波形をもたらす目的で、ファンクションジェネレータ２８を用いることができる。
【００１３】
ワークピース５４の機械切削は、さまざまなコンポーネントの協調動作によって実現する。具体的に言うと、このシステムは、コンピュータ１２の制御下で、ワークピースのｃ方向の動作とツールチップ４４のｘ方向、ｙ方向、及び、ｚ方向のうちの１つ以上の方向（これらの座標については以下で説明する）の動作に沿って、ツールポスト３６の動作を介してアクチュエータ３８の動作を調整及び制御することができる。このシステムは典型的に、ツールポスト３６を一定の速度でｚ方向に動かすが、変動速度を用いてもよい。ツールポスト３６とツールチップ４４の動作は典型的に、ワークピース５４のｃ方向の動作（線５３によって示されているような回転運動）と一致している。これらの運動はすべて、例えば数値制御技法、又は、コンピュータ１２内のソフトウェア、ファームウェア、若しくは、これらの組み合わせの中に実装されている数値制御素子（ＮＣ）を用いて制御することができる。
【００１４】
ワークピース５４は、機械切削後、対応するマイクロ構造を備えているとともにさまざまな用途に使われるフィルムを作製する目的で用いることができる。これらのフィルムの例としては、光学フィルム、摩擦制御フィルム、及び、マイクロファスナー、又は、その他の機械的なマイクロ構造コンポーネントが挙げられる。これらのフィルムは典型的にコーティング加工を用いて作製し、このコーティング加工では、粘稠状態の物質をワークピースに塗布して、少なくとも部分的に硬化させてから取り外してよい。硬化済み物質から成るフィルムには実質的に、ワークピース内の構造と対照的な構造が備わることになる。例えば、ワークピースの湾入部は、得られるフィルムの突出部をもたらす。
【００１５】
冷却液４６を用いて、配線４８及び５０経由でツールポスト３６とアクチュエータ３８の温度を制御する。冷却液４６はツールポスト３６とアクチュエータ３８の中を循環するため、温度制御ユニット５２によって、冷却液４６の温度を実質的に一定に保つことができる。温度制御ユニット５２は、液体の温度制御を行ういずれかのデバイスによって実現させることができる。冷却液は、油脂製品、例えば低粘性油によって実現させることができる。温度制御ユニット５２と、冷却液４６用のリザーバには、冷却液をツールポスト３６とアクチュエータ３８の中に循環させるためのポンプを搭載することができ、また、このユニットとこのリサーバには典型的に、冷却液を実質的に一定の温度に保つために冷却液から熱を除去する冷蔵システムも搭載されている。流体を循環させるとともに流体の温度制御を行う冷蔵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。特定の実施形態では、ワークピース５４内で機械切削する物質の表面温度を実質的に一定に保つ目的で、冷却液をワークピース５４にも適用することができる。
【００１６】
図２は、システム１０のような切削ツールの座標系を示している図である。この座標系は、ワークピース６４に対するツールチップ６２の動作として示されている。ツールチップ６２はツールチップ４４と一致させてよく、また、ツールチップ６２は典型的にはキャリア６０に取り付けられ、キャリア６０はアクチュエータに取り付けられる。この代表的な実施形態では、座標系には、ｘ方向６６、ｙ方向６８、及び、ｚ方向７０が含まれている。ｘ方向６６は、ワークピース６４と実質的に垂直な方向の動作に対応している。ｙ方向６８は、ワークピース６４を横切る方向、例えばワークピース６４の回転面と実質的に平行な方向の動作に対応している。ｚ方向７０は、ワークピース６４に沿って横向きの方向、例えばワークピース６４の回転面と実質的に垂直な方向の動作に対応している。ワークピースの回転は、図１にも示したように、ｃ方向とみなす。ワークピースを平面状で実現させる場合には、ロール状の場合とは対照的に、ｙ方向とｚ方向は、ｘ方向と実質的に垂直方向を向いているワークピースに対して互いに直交する方向の動作に対応している。
【００１７】
システム１０は、高精度かつ高速の機械切削で用いることができる。このタイプの機械切削では、さまざまなパラメータ（コンポーネントとワークピース材の調整速度など）を明らかにしなければならない。この機械切削では典型的に、例えばワークピース材の熱安定度及び熱特性と併せて、機械切削対象である所定容量の金属の比エネルギーを考慮しなければならない。機械切削に関する切削パラメータは、「機械切削データハンドブック（Machining Data Handbook）」（米国議会図書館（Library of Congress）カタログカード番号６６−６６００５１、第２版（１９７２年））、エドワード・トレント（Edward Trent）及びポール・ライト（Paul Wright）著「金属切削（Metal Cutting）」（第４版、バターワース−ハイネマン（Butterworth-Heinemann）、ＩＳＢＮ０−７５０６−７０６９−Ｘ（２０００年））、チャン・ジン−ファ（Zhang Jin-Hua）著「精密切削の理論と技法（Theory and Technique of Precision Cutting）」（ペルガモンプレス（Pergamon Press）、ＩＳＢＮ０−０８−０３５８９１−８（１９９１年））、Ｍ．Ｋ．クルーガー（Krueger）ら著「研削性能を１０倍向上させる金属加工油及び砥石車の新技術（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／潤滑剤会議（Coolant／Lubricants for Metal Cutting and Grinding Conference）、米国イリノイ州シカゴ、２０００年６月７日）といった参考文献に記載されている。
【００１８】
ＰＺＴスタック、ツールチップキャリア、及び、ツールチップ
図３は、切削ツール内で用いる代表的なＰＺＴスタック７２の図である。ＰＺＴスタックは、ＰＺＴスタックに連結しているツールチップの動作をもたらす目的で用いるとともに、当該技術分野において既知のＰＺＴ効果に従って動作する。ＰＺＴ効果に従って、特定のタイプの物質に電界を印加すると、その物質がある１つの軸に沿って膨張するとともに、別の軸に沿って収縮する。ＰＺＴスタックには典型的に、ケーシング８４の中に封入されているとともにベースプレート８６の上に取り付けられている複数の物質７４、７６、及び、７８が含まれている。この代表的な実施形態における物質は、ＰＺＴ効果の影響を受けるセラミック物質によって実現されている。３つのディスク７４、７６、及び、７８は例示目的で示してあるに過ぎず、例えば特定の実施形態の要件に基づき、いずれの数のディスク又はその他の材料、並びに、いずれのタイプの形のディスク又はその他の材料も用いることができる。ポスト８８はディスクに固着しているとともに、ケーシング８４から突出している。ディスクは、いずれかのＰＺＴ材（例えばチタン酸バリウム又はチタン酸鉛を混合、圧縮、基材化、及び、焼結した物質など）によって実現させることができる。このようなＰＺＴ材の１つは、米国９４５４５カリフォルニア州ヘイワード、インダストリアル通り２６２４０のキネティックセラミクス社（Kinetic Ceramics, Inc.）から入手可能である。ディスクは例えば磁歪材によって実現させることもできる。
【００１９】
ディスク７４、７６、及び、７８への電気接続によって、線８０及び８２で示されているように、ポスト８８の動作をもたらす目的で、これらのディスクに電界を印加する。ＰＺＴ効果を背景に、及び、印加した電界のタイプに基づき、ポスト８８の正確かつ微小な動作、例えば数ミクロン以内の動作を実現させることができる。さらには、ポスト８８を備えているＰＺＴスタック７２の末端部は、ＰＺＴスタックの事前装備を行うためのベルビルワッシャと接するように取り付けることができる。ベルビルワッシャには多少の可撓性を備え、ポスト８８と、ポスト８８に取り付けられるツールチップの動作を可能にする。以下に記載されているアクチュエータ内の各ＰＺＴスタックにも、事前装備用のベルビルワッシャを組み込むことができ、又は、その代わりに、ＰＺＴスタックの事前装備用として、各ＰＺＴスタックに接するように取り付けられているいずれかのデバイスを組み込むことができる。
【００２０】
図４Ａ〜４Ｄは、代表的なツールチップキャリア９０の図であり、ツールチップキャリア９０は、以下で説明するとおり、アクチュエータによって制御するために、ＰＺＴスタックのポスト８８に取り付けることになると思われる。図４Ａはツールチップキャリア９０の斜視図である。図４Ｂはツールチップキャリア９０の正面図である。図４Ｃはツールチップキャリア９０の側面図である。図４Ｄはツールチップキャリア９０の上面図である。
【００２１】
図４Ａ〜４Ｄに示されているように、ツールチップキャリア９０には、平坦な背面９２、先細の前面９４、及び、傾斜状又は先細の側面を備えている突出面９８を備える。開口部９６は、ＰＺＴスタックのポストの上にツールチップキャリア９０を取り付けることができるようにする。先細面９８は、ワークピースを機械切削するツールチップを取り付ける際に用いると思われる。この代表的な実施形態では、ツールチップキャリア９０には、ＰＺＴスタックに取り付けた場合の接触表面積を増大させることによってツールチップキャリアの取り付け状態の安定性を向上させる平坦面を備えるとともに、ツールチップキャリアの質量を低減させる先細の前面を備えている。ツールチップキャリア９０は、接着剤、ろう付け、はんだ付け、ボルトなどの締結具を用いるか、又は、その他の方法で、ＰＺＴスタックのポスト８８に取り付けることになると思われる。
【００２２】
例えば特定の実施形態の要件に基づき、その他の構造のツールチップキャリアが可能である。「ツールチップキャリア」という用語には、ワークピースを機械切削するためのツールチップ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。ツールチップキャリア９０は、例えば、焼結炭化物、窒化ケイ素、炭化ケイ素、鋼、又は、チタンという材料のうちの１つ以上によって実現させることができる。ツールチップキャリア９０の材料は堅く、質量が小さいのが好ましい。
【００２３】
図５Ａ〜５Ｄは、代表的なツールチップ１００の図であり、ツールチップ１００は、接着剤、ろう付け、はんだ付けを用いるか、又は、その他の方法などによって、ツールチップキャリア９０の表面９８に固定することになると思われる。図５Ａはツールチップ１００の斜視図である。図５Ｂはツールチップ１００の正面図である。図５Ｃはツールチップ１００の底面図である。図５Ｄはツールチップ１００の側面図である。図５Ａ〜５Ｄに示されているように、ツールチップ１００には、側面１０４、先細かつ傾斜状の前面１０６、ツールチップキャリア９０の表面９８にツールチップ１００を固定するための底面１０２を備えている。ツールチップ１００の前部１０５は、アクチュエータの制御下でワークピースを機械切削する際に使用する。ツールチップ９０は、例えばダイヤモンドスラブによって実現させることができる。
【００２４】
デュアル式インラインＦＴＳアクチュエータ
図６Ａ〜６Ｅは、代表的なデュアル式インラインアクチュエータ１１０の図である。「デュアル式インラインアクチュエータ」という用語は、ワークピースの機械切削で用いるために、同時に２つの独立した速度でツールチップを実質的にｘ方向に動作させるいずれかのタイプのアクチュエータ又はその他のデバイスを指す。図６Ａはデュアル式インラインアクチュエータ１１０の上面断面図である。図６Ｂは、デュアル式インラインアクチュエータ１１０内におけるＰＺＴスタックの配置を示している側面断面図である。図６Ｃはデュアル式インラインアクチュエータ１１０の上面図である。図６Ｄはデュアル式インラインアクチュエータ１１０の側面図である。図６Ｅはデュアル式インラインアクチュエータ１１０の斜視図である。分かりやすくするために、図６Ｃ〜６Ｅではデュアル式インラインアクチュエータ１１０の詳細の一部が削除されている。
【００２５】
図６Ａ〜６Ｅに示されているように、デュアル式インラインアクチュエータ１１０には、第１のｘ方向ＰＺＴスタック１１６を保持することができる本体１１２を備えている。第２のｘ方向ＰＺＴスタック１１８は、パドル１３８を介してＰＺＴスタック１１６に取り付けられている。ＰＺＴスタック１１８及び１１６は、矢印１３４及び１３６で示されているように、同時に２つの独立した速度でツールチップをｘ方向に移動させる際に用いる目的で、ツールチップ１３２を備えているツールチップキャリア１１３に取り付けられる。ＰＺＴスタック１１８及び１１６は、図３に示した代表的なＰＺＴスタック７２によって実現させることができる。キャリア１３３上のツールチップ１３２は、図４Ａ〜４Ｄに示したツールチップキャリアと図５Ａ〜５Ｄに示したツールチップによって実現させることができる。本体１１２には、コンピュータ１２の制御下でワークピース５４を機械切削するためにボルトなどを介してツールポスト３６に本体１１２を取り付ける際に用いる目的で、２つの開口部１１４及び１１５を備えている。
【００２６】
ＰＺＴスタック１１６は、ツールチップ１３２の精密な制御動作に必要な安定性をもたらすために、本体１１２内にしっかり取り付けられている。ＰＺＴスタック１１６は、レール（レール１２０及び１２２など）によって本体１１２内に固定されており、ＰＺＴスタック１１８は、パドル１３８を介してＰＺＴスタック１１６に固定されている。ＰＺＴスタック１１６は、スライドさせることによって、レールとともにＰＺＴスタック１１８が取り付けられる状態で本体１１２から取り外せるのが好ましく、また、ボルト又はその他の締結具によって本体１１２内の所定の位置に固定することができる。ＰＺＴスタック１１６には電気接続部１２６が、ＰＺＴスタック１１８には電気接続部１３０を備えており、これらの接続部はコンピュータ１２から信号を受信するためのものである。リザーバ４６から冷却液（油など）を受領したり、冷却液をＰＺＴスタックの周りに循環させたり、油の温度制御を維持させるために油をリザーバ４６に戻したりする目的で、ＰＺＴスタック１１６のエンドキャップにポート１２４を備えているとともに、本体１１２にポート１２８を備えている。本体１１２には、冷却液をＰＺＴスタック１１８及び１１６の周りに導くための適切な流路を搭載することができ、また、冷却液は、温度制御ユニット５２内のポンプ又はその他のデバイスによって循環させることができる。
【００２７】
図６Ｂは、本体１１２内のＰＺＴスタック１１６の配置を示している側面断面図であり、ここでは、ＰＺＴスタック１１６のエンドキャップは示されていない。本体１１２では、ＰＺＴスタックを所定の位置にしっかり保持させる目的で、各開口部内に複数のレールを搭載することができる。例えば、本体１１２内に取り付けた場合に所定の位置にＰＺＴスタック１１８をしっかり保持させる目的で、ＰＺＴスタック１１８はレール１２０、１２２、１４０、及び、１４２に囲まれている。ＰＺＴスタック１１６に取り付けられるエンドキャップには、レール１２０、１２２、１４０、及び、１４２のうちの１つ以上にＰＺＴスタックを固定するためのボルト又はその他の締結具を収容することができ、また、冷却液をＰＺＴスタック１１８の周りに循環させる際に用いるために、エンドキャップによって、ＰＺＴスタック１１８を本体１１２内に密封できるようにすることができる。ＰＺＴスタック１１８には、ＰＺＴスタック１１６及び１１８の事前装備用に、ＰＺＴスタック１１８とツールチップキャリア１３２の間に配置されているベルビルワッシャを１つ以上搭載することができる。
【００２８】
図６Ｆは、本体１１２内に配置するのに備えて、ＰＺＴスタック１１６及び１１８を併せて取り付けているのを示している斜視図である。ＰＺＴスタック１１６はエンドキャップ１４４に取り付ける。パドル１３８はＰＺＴスタック１１６に固定し、ＰＺＴスタック１１８もパドル１３８に固定する。ＰＺＴスタックは、例えば接着剤を用いてパドル１３８に固定することができる。ＰＺＴスタック１１８はＰＺＴスタック１１６とともに動作するが、これらのスタックはそれぞれ、ｘ方向の動作について、独立して制御可能である。特定の実施形態では、ＰＺＴスタック１１６は長ＰＺＴスタック、ＰＺＴスタック１１８は短ＰＺＴスタックという。
【００２９】
図７Ａ〜７Ｄは、パドル１３８をさらに詳しく示したものである。図７Ａはパドル１３８の斜視図である。図７Ｂはパドル１３８の正面図である。図７Ｃ及び７Ｄはパドル１３８の側面図である。図７Ａ〜７Ｄに示されているように、パドル１３８には、ＰＺＴスタック１１６を固定するための背面を備えているリング部がある。リング部１５０の前面には、ＰＺＴスタック１１８を固定するための前面を備えている取り付け素子１５２がある。パドル１３８は、チタンから作製するのが好ましく、また、その代わりに別の物質から作製することもできる。例えば、パドル１３８はチタンの代わりにアルミニウムによって実現させることができる。パドル１３８を作製するための物質の要因としては、例えば物質の重量比強度を挙げることができる。図６Ｆに示されているように、接着剤、ろう付け、はんだ付けを用いるか、又は、その他の方法によって、アクチュエータ１１６及び１１８をパドル１３８に固定することができる。
【００３０】
図８は、デュアル式インラインアクチュエータを備えている切削ツールシステムを用いて作製することができるマイクロ構造を概念的に示している図である。図８に示されているように、物品１６０には、上面１６２と底面１６４を備えている。上面１６２には、線１６６で示されているようにマイクロ構造を備えており、これらのマイクロ構造は、上記アクチュエータを用いてワークピースを機械切削してから、そのワークピースを用いてコーティング技法を利用してフィルム又は物品を作製することによって作製することができる。
【００３１】
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、当業者であれば多くの修正を容易に理解できるとともに、本出願はあらゆる適合物又は変形物を網羅していることが分かるであろう。例えば、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、ツールポスト、アクチュエータ、及び、ツールチップ用のさまざまなタイプの材料、並びに、これらコンポーネントのさまざまなタイプの構造を用いてよい。本発明は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定される。
【００３２】
添付図面は本明細書に組み込まれるとともに、本明細書の一部を構成するものであり、説明部分とともに本発明の利点と原理を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ワークピース内にマイクロ構造を作製するための切削ツールシステムの図。
【図２】切削ツールの座標系を示している図。
【図３】切削ツール内で用いる代表的なＰＺＴスタックの図。
【図４Ａ】ツールチップキャリアの斜視図。
【図４Ｂ】ツールチップを保持するツールチップキャリアの正面図。
【図４Ｃ】ツールチップキャリアの側面図。
【図４Ｄ】ツールチップキャリアの上面図。
【図５Ａ】ツールチップの斜視図。
【図５Ｂ】ツールチップの正面図。
【図５Ｃ】ツールチップの底面図。
【図５Ｄ】ツールチップの側面図。
【図６Ａ】切削ツール内で用いるデュアル式インラインアクチュエータの上面断面図。
【図６Ｂ】デュアル式インラインアクチュエータ内におけるＰＺＴスタックの配置を示している側面断面図。
【図６Ｃ】デュアル式インラインアクチュエータの上面図。
【図６Ｄ】デュアル式インラインアクチュエータの側面図。
【図６Ｅ】デュアル式インラインアクチュエータの斜視図。
【図６Ｆ】デュアル式インラインアクチュエータに合わせて２つのＰＺＴスタックを取り付けているのを示している斜視図。
【図７Ａ】デュアル式インラインアクチュエータ内に長及び短ＰＺＴスタックを取り付けるためのパドルの斜視図。
【図７Ｂ】長及び短ＰＺＴスタックを取り付けるためのパドルの正面図。
【図７Ｃ】長及び短ＰＺＴスタックを取り付けるためのパドルの側面図。
【図７Ｄ】長及び短ＰＺＴスタックを取り付けるためのパドルの側面図。
【図８】デュアル式インラインアクチュエータを備えている切削ツールシステムを用いて作製することができるマイクロ構造を概念的に示している図。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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