(57)【要約】  切削される加工物に沿って側方移動が可能な刃物台並びに少なくとも１つの機械加工された工具先端及び場合によっては他の工具先端を有する作動装置を有する切削工具アセンブリ。作動装置は、連続的な又は不連続な微細構造を加工物中に作製するために、工具先端の加工物の中への及び加工物からのｘ方向の移動を制御する。機械加工された工具先端は、微細構造内に微細構造を提供する。機械加工された加工物は、非隣接の小型レンズを有するフィルムのような微細構造化物品の作製に使用することができる。
2009536586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃物台と、
前記刃物台に取り付けられ制御装置と電気的に通信するように構成された作動装置と、
前記作動装置に取り付けられ、切削される加工物に対して移動するように実装される、少なくとも１つの微細構造を有する工具先端であって、前記作動装置が前記工具先端を前記加工物の中に及び前記加工物からｘ方向に移動させる、前記工具先端と、を備え、
前記工具先端は、前記加工物の切削中に前記加工物と不連続に接触し、前記切削の少なくとも一部の間に、前記工具先端の前記微細構造が前記加工物と接触している、切削工具アセンブリ。
【請求項２】
前記工具先端の前記微細構造が溝を含む、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項３】
切削中に、前記加工物に入る前記工具先端のテーパーイン角度が、前記加工物から出る前記工具先端のテーパーアウト角度と実質的に等しい、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項４】
切削中に、前記加工物に入る前記工具先端のテーパーイン角度が、前記加工物から出る前記工具先端のテーパーアウト角度より小さい、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項５】
切削中に、前記加工物に入る前記工具先端のテーパーイン角度が、前記加工物から出る前記工具先端のテーパーアウト角度より大きい、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項６】
前記作動装置が、前記作動装置を冷却すべく前記作動装置内に流体を通すためのポートを含む、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項７】
前記工具先端に隣接して配置される少なくとも１つの追加の工具先端をさらに備え、前記加工物の前記切削の少なくとも一部の間に、前記工具先端及び前記追加の工具先端が同時に前記加工物に接触している、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項８】
前記追加の工具先端が少なくとも１つの微細構造を有し、前記切削の少なくとも一部の間に、前記追加の工具先端の前記微細構造が前記加工物と接触している、請求項７に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項９】
前記刃物台が、前記作動装置を実質的に定速で前記加工物に沿ってｚ方向に移動させるように構成された、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１０】
前記加工物が、材料としてアルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、鋼、又はプラスチックのうちの１つから成る、請求項１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１１】
刃物台と、
前記刃物台に取り付けられ制御装置と電気的に通信するように構成された作動装置と、
前記作動装置に取り付けられ、切削される加工物に対して移動するように実装される、少なくとも１つの微細構造を有する工具先端であって、前記作動装置が前記工具先端を前記加工物の中に及び前記加工物からｘ方向に移動させる、前記工具先端とを備える切削工具アセンブリであって、
前記工具先端は、前記加工物の切削中に前記加工物と連続に接触し、切削の少なくとも一部の間に、前記工具先端の前記微細構造が前記加工物と接触している、切削工具アセンブリ。
【請求項１２】
前記工具先端の前記微細構造が溝を含む、請求項１１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１３】
前記作動装置が、前記作動装置を冷却すべく前記作動装置内に流体を通すためのポートを含む、請求項１１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１４】
前記工具先端に隣接して配置される少なくとも１つの追加の工具先端をさらに備え、前記加工物の前記切削の少なくとも一部の間に、前記工具先端及び前記追加の工具先端が同時に前記加工物に接触している、請求項１１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１５】
前記追加の工具先端が少なくとも１つの微細構造を有し、前記切削の少なくとも一部の間に、前記追加の工具先端の前記微細構造が前記加工物と接触している、請求項１４に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１６】
前記刃物台が、前記作動装置を実質的に定速で前記加工物に沿ってｚ方向に移動させるように構成された、請求項１１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１７】
前記加工物が、材料としてアルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、鋼、又はプラスチックのうちの１つから成る、請求項１１に記載の切削工具アセンブリ。
【請求項１８】
刃物台を提供することと、
前記刃物台に取り付けられ制御装置と電気的に通信するように構成された作動装置を提供すること、
少なくとも１つの微細構造を有する工具先端を、切削される加工物に対して移動するための前記作動装置内に据えることと、
前記加工物を切削するために、前記工具先端が前記加工物の中に及び前記加工物からｘ方向に移動するように前記作動装置を構成し、切削の少なくとも一部の間に、前記工具先端の前記微細構造が前記加工物と接触しているように前記制御装置を介して前記作動装置に信号を提供することとを含む、加工物の切削方法。
【請求項１９】
切削中に、前記工具先端が前記加工物と連続して接触しているように維持することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
切削中に、前記工具先端が前記加工物と不連続に接触しているように維持し、切削中に、前記加工物に入る前記工具先端のテーパーイン角度及び前記加工物から出る前記工具先端のテーパーアウト角度を変化させることをさらに含む、請求項１８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に押出成形プロセス、射出成形プロセス、エンボス加工プロセス、鋳造プロセスなどで一般に用いられている。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、自己噛合輪郭を有する機械的締結具、又は比較的小さい寸法、例えば約１０００ミクロン未満の寸法の微細複製の特徴を有する任意の成形若しくは押出し部品などが含まれる。
【０００２】
微細構造は、様々な他の方法によっても作製することができる。例えば、マスター工具から製造工具を形成するための鋳造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することが可能であり、この製造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することができる。光配向フィルムを作製する別の代替的な方法は、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ことである。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改質技術が挙げられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明と一致する第１の切削工具アセンブリは、刃物台と、刃物台に取り付けられ制御装置と電気的に通信するように構成された作動装置とを含む。少なくとも１つの微細構造を有する工具先端は、作動装置に取り付けられ、切削される加工物に対して移動するように実装され、作動装置は工具先端を加工物の中に及び加工物からｘ方向に移動させる。工具先端は、加工物の切削中に加工物と不連続に接触し、切削の少なくとも一部の間に、工具先端の微細構造は加工物と接触している。
【０００４】
本発明と一致する第２の切削工具アセンブリは、刃物台と、刃物台に取り付けられ制御装置と電気的に通信するように構成された作動装置とを含む。少なくとも１つの微細構造を有する工具先端は、作動装置に取り付けられ、切削される加工物に対して移動するように実装され、作動装置は工具先端を加工物の中に及び加工物からｘ方向に移動させる。工具先端は、加工物の切削中に加工物と連続して接触し、切削の少なくとも一部の間に、工具先端の微細構造は加工物と接触している。
【０００５】
あるいは、第１及び第２のアセンブリは、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含んでもよい。複数の工具先端は、それぞれ任意に少なくとも１つの微細構造を有してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
切削工具システム
一般のダイヤモンド旋盤技術は、参照すること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ＰＣＴ国際公開特許出願ＷＯ００／４８０３７号に記載されている。種々の方法に使用され、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、高速サーボ工具を含むことができる。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）素子であって、ＰＺＴスタックと称され、ＰＺＴスタックに取り付けられた切削工具の位置を迅速に調節する。ＦＴＳは、さらに以下に記載されるように、座標系内の方向への切削工具の非常に正確且つ高速の移動を可能とする。
【０００７】
図１は、加工物内に微細構造を作製するための切削工具システム１０の図である。微細構造には、任意の種類、形状、及び寸法の、物品の表面上の構造、物品の表面への圧痕、又は物品の表面からの突起が含まれてよい。例えば、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微細構造は、１０００ミクロンピッチ、１００ミクロンピッチ、１ミクロンピッチ、又はさらには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、微細構造におけるピッチは、切削方法に関わらず１０００ミクロン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微細構造は、システムを使用して加工可能な範囲内で任意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装置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の運動を制御する。本実施例においては、加工物５４はロール状であるが、平面状で組み入れられることもできる。任意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）で組み入れられることができる。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れる用途によっ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、又は他の材料で組み入れられることができる。
【００１０】
作動装置３８は、刃物台３６に取り外し可能に連結され、さらに刃物台３６はトラック３２上に設置される。刃物台３６及び作動装置３８は、矢印４０及び４２が示すｘ方向及びｚ方向の双方に移動するように、トラック３２上に設定される。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。制御装置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、トラック３２に沿った刃物台３６の移動及び作動装置３８による工具先端４４の運動を制御する。作動装置が複数のＰＺＴスタックを有する場合、別個の増幅器を使用して、スタックに取り付けられた工具先端の運動を独立に制御するのに使用するために各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は、以下でさらに説明するように、加工物５４に様々な微細構造を機械加工するために作動装置３８に波形を提供するため、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、様々な構成要素の調整された動きにより達成される。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の移動により、ｃ方向５３での加工物の移動、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の運動に伴った作動装置３８の移動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方向に定速で移動させるが、変速も使用してよい。刃物台３６及び工具先端４４の移動は、典型的にｃ方向での加工物５４の移動（線５３で表されるような回転運動）と同期化される。これらの移動すべては、例えば、数値制御技術、又はコンピュータ１２におけるソフトウェア、ファームウェア、若しくは組み合わせに組み入れられる数値制御装置（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含み得る。ロール状の加工物には、ヘリックス型切削（ねじ切りと称されることもある）又はロール周辺若しくはロールの周囲の個々の軌道を切削に含めることができる。平面状の加工物には、らせん型切削又は加工物上若しくは加工物の周囲の個々の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、この場合はほぼ直線の切削形式を伴い、ダイヤモンド工具先端は加工物に出入りして横断するが、刃物台の総体的運動は直線状である。切削は、これらの種類の運動の組み合わせを含むことができる。
【００１３】
機械加工後の加工物５４は、様々な用途での使用に対応する微細構造を有するフィルムを作製するのに使用できる。これらのフィルムの例としては、光学フィルム、摩擦抑制フィルム、及び微細締結具又は他の機械的微細構造化要素が挙げられる。フィルムは、典型的には、粘稠状態の高分子材料を加工物に塗布するコーティング法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。硬化した高分子材料からできたフィルムは、実質的に加工物と反対の構造を有する。例えば、加工物の圧痕は、得られたフィルムに突起をもたらす。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微細構造を有する他の物品の作製にも使用することができる。
【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、冷却流体が刃物台３６及び作動装置３８を循環する際に冷却流体の温度を実質的に一定に維持することができる。温度制御装置５２は、流体の温度制御を提供するための任意の装置で組み入れられることができる。冷却流体は、例えば低粘度油のような油製品で組み入れられることができる。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に流体を循環させるポンプを含み、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却システムも含む。流体を循環させ、流体の温度制御を提供する冷却システム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のような切削工具の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の移動として示されている。工具先端６２は工具先端４４と一致してよく、作動装置に取り付けられたキャリア６０に通常取り付けられる。この代表的な実施形態において、座標系には、ｘ方向６６、ｙ方向６８、及びｚ方向７０が含まれる。ｘ方向６６は、加工物６４に対して実質的に垂直な方向での移動を指す。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を横切る方向での移動を指す。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に沿って横方向での移動を指す。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。加工物がロール状とは対照的に平面状に組み入れられる場合、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に加工物を横切って互いに直交する方向での移動を指す。平面状の加工物は、例えば、回転ディスク又は平面材料の任意の他の構成を含み得る。
【００１６】
システム１０は、高精度で高速の機械加工に使用することができる。この種類の機械加工では、構成要素と加工物材料の調整された速度など、様々なパラメーターを考慮すべきである。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通常考慮しなければならない。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、これらは全て参照すること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：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、それに連結された工具先端を移動させるのに使用され、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、別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上に実装される複数の材料７４、７６、及び７８を含む。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組み入れられる。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の条件に基づいて、任意の数のディスク又は他の材料、及び任意の種類のそれらの形状を使用することができる。ポスト８８はディスクに付着され、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した、圧縮した、主材料とした、及び焼結したような、任意のＰＺＴ材料で組み入れられることができる。ディスクは、例えば、磁歪材料で組み入れられることもできる。
【００１８】
線８０及び８２で表されるような、ディスク７４、７６、及び７８への電気的接続によって、ポスト８８を移動させるための電場がそれらに提供される。ＰＺＴ効果により、また適用される電場の種類に基づいて、数ミクロン以内の移動のような、ポスト８８の正確且つ僅かな移動を達成できる。また、ポスト８８を有するＰＺＴスタック７２の末端部は、１つ以上のベルビルワッシャに対して実装されることが可能であり、ＰＺＴスタックの事前装填を提供する。ベルビルワッシャは、ポスト８８及びそれに取り付けられた工具先端を移動させる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に実装される。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に示されるように、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状の側面を有する突起表面９８を含む。開口部９６は、ＰＺＴスタックのポスト上への工具先端キャリア９０の実装を提供する。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実装に使用される。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スタックに実装される際により大きい表面積が接触することでその実装の安定性を高める平面を含み、またその質量を低減するためにテーパー状前面を含む。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の使用により、又は他の方法で、ＰＺＴスタックのポスト８８に実装される。
【００２１】
例えば、特定の実施形態の条件に基づいて、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、加工物を機械加工するために工具先端を保持するのに使用する任意の種類の構造を含むことを意図する。工具先端キャリア９０は、例えば、焼結炭化物、窒化ケイ素、炭化ケイ素、鋼、チタン、ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンド材料のうちの１つ以上の材料で組み入れられ得る。工具先端キャリア９０のための材料は、剛性であり低質量であることが好ましい。
【００２２】
図５Ａ〜５Ｄは代表的な工具先端１００の図であり、これは、例えば接着剤、ろう付け、はんだ付けの使用により、又は他の方法で、工具先端キャリア９０の表面９８に固定される。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に示されるように、工具先端１００は、側面１０４、テーパー状且つ角度が付けられた前面１０６、及びそれを工具先端キャリア９０の表面９８に固定するための底面１０２を含む。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組み入れられる。
【００２３】
断続切削ＦＴＳ作動装置
断続切削ＦＴＳ作動装置は、切削中に工具先端が加工物と不連続に接触して、隣接しない微細構造を作製するので、小型微細構造の作製に使用することができる。これらの機構は、フィルム導光体、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、及び装飾フィルムを作製するのに使用することができる。
【００２４】
作動装置は、他の利点を提供できる。例えば、上記の機構は、肉眼で見えないほど小さく作製することが可能である。この種類の機構は、例えば、液晶ディスプレイにおいて光抽出機能を隠すディフューザーシートの必要性を低減させる。導光体上のＢＥＦ（輝度向上）フィルムの交差によって、これらの小さな機構と組み合わされてディフューザー層の必要性をなくす混合もまた引き起こされる。他の利点は、抽出機構を線状又は円状にできることである。線状の場合、抽出機構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位置する点を中心とする円弧上に作製することができる。さらに別の利点は、全ての機構が、連続的な溝と同様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、機構に沿った空隙、機構に対して直交する空隙、及び深さを設定することによって、確定的に調整できる。さらには、光抽出角は、切削面の角度及び半角度を選択することにより優先させることができる。
【００２５】
機構の深さは、０〜３５ミクロン、例えば、より典型的には０〜１５ミクロンの範囲であり得る。ロール状の加工物において、任意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、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ミクロンに制御されることができる。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ミクロンにプログラムすることができる。以下に示すように、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、ＲＰＭによって制御される形状、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℃）が決まる。逃げ角は、工具先端のすくい角を含み得る。機構は、例えば、対称、非対称、略半球状、プリズム型、及び半楕円体のような、任意の型の三次元形状であってよい。
【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ための代表的な作動装置１１０の図である。用語「作動装置」は、加工物の機械加工に用いるために、工具先端を実質的にｘ方向に移動させる、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部の詳細の一部は、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を保持することができる本体１１２を含む。ＰＺＴスタック１１８は、矢印１３８に示すようにｘ方向に工具先端を移動させるのに使用する、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で組み入れられることができる。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組み入れられることができる。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に取り外し可能に実装するのに使用する２つの開口部１１４及び１１５も含む。
【００２８】
ＰＺＴスタック１１８は、正確に制御された工具先端１３５の移動に必要とされる安定性のために、本体１１２内にしっかりと実装される。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てもよい。例えば、工具先端は、Ｖ字型（対称又は非対称）、円頭型、平面状、又は曲面状の工具であってよい。不連続（非隣接）な機構は、ダイヤモンド旋盤で切削されるので、線状又は円状にすることができる。さらに、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さえない。特徴的形状は、擬似ランダム的に散在してよい。
【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内に固定される。ＰＺＴスタック１１８は、好ましくはレールに沿って摺動させることで本体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されることができる。ＰＺＴスタック１１８は、コンピュータ１２から信号を受信するための電気的接続１３０を含む。ＰＺＴスタック１１８のエンドキャップは、リザーバ４６からの油などの冷却流体を受け入れるためのポート１２８を含み、その温度制御を維持するために、冷却流体を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。本体１１２は、冷却流体をＰＺＴスタック１１８の周囲に方向づける適切なチャネルを含み、冷却流体は、ポンプ又は温度制御装置５２内の他の装置によって循環できる。
【００３０】
図６Ｂは、ＰＺＴスタック１１８のエンドキャップが図示されていない、本体１１２内のＰＺＴスタック１１８の配置を示す正面断面図である。本体１１２は、ＰＺＴスタックを所定の場所にしっかりと保持するために、ＰＺＴスタックのための各開口部に複数のレールを含むことができる。例えば、ＰＺＴスタック１１８が本体１１２内に実装される際、所定の場所にしっかりと保持するために、ＰＺＴスタック１１８は、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対応でき、エンドキャップは、冷却流体にＰＺＴスタックの周囲を循環させるのに利用するために本体１１２内のＰＺＴスタック１１８の封止も提供することができる。ＰＺＴスタック１１８は、スタック及び工具先端キャリア１３６を予め装填するために、スタックと工具先端キャリア１３６との間に配置される１つ以上のベルビルワッシャを含むことができる。
【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、工具先端の可変テーパーイン角度及び可変テーパーアウト角度の使用を示し、これらの角は、例えば上記に特定されるパラメーターを使用して制御されることができる。図７Ａ〜７Ｃの各々は、さまざまな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している。テーパーイン角度はλイン、テーパーアウト角度はλアウトと称される。用語「テーパーイン角度」及び「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入る角度、及び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、加工物内を移動する際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する角度、及び加工物を離れる角度を指す。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組み入れられることができる。
【００３２】
図７Ａは、加工物１５３に入る、及び加工物１５３から出るテーパーイン角度及び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（λイン≒λアウト）。加工物１５３内に工具先端１５１が留まる時間によって、得られる微細構造の長さ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すると、工具先端によって加工物から材料が取り除かれることで、実質的に対称の微細構造が作製される。このプロセスは、距離Ｄ（１６２）だけ分離される、微細構造１６０のような追加の微細構造を作製するために繰り返されることができる。
【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（λイン＜λアウト）。加工物１６７内に工具先端１６５が留まる時間によって、得られる微細構造の長さ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すると、工具先端によって加工物から材料が取り除かれることで、非対称の微細構造、例えば微細構造１７２が作製される。このプロセスは、距離１７６だけ分離される、微細構造１７４のような追加の微細構造を作製するために繰り返されることができる。
【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に示されるように、加工物１８１に入る工具先端１７９のテーパーイン角度１８０は、テーパーアウト角度１８２より大きい（λイン＞λアウト）。加工物１８１内に工具先端１７が留まる時間によって、得られる微細構造の長さ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すると、工具先端によって加工物から材料が取り除かれることで、非対称の微細構造、例えば微細構造１８６が作製される。このプロセスは、距離１９０だけ分離される、微細構造１８８のような追加の微細構造を作製するために繰り返されることができる。
【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の破線（１５２、１５４、１６６、１６８、１８０、１８２）は、工具先端が加工物に入る及び加工物から出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、線状経路、曲線状経路、線状及び曲線状の運動の組み合わせを含む経路、又は特定の機能によって確定される経路などの、任意の特定の種類の経路を移動することができる。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ー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、その加工物を構造化フィルムを作製するために使用する切削工具システムを使用して作製できる微細構造を概念的に示す図である。図８に示されるように、物品２００は、上面２０２及び下面２０４を含む。上面２０２は、構造２０６、２０８、及び２１０のような断続切削された突起微細構造を含み、これらの微細構造は、加工物を機械加工するための上述の作動装置及びシステムを使用して作製でき、次にコーティング技術を使用してフィルム又は物品を作製するためにこの加工物が使用される。この例において、各微細構造は長さＬを有し、連続切削微細構造は距離Ｄだけ分離され、隣接した微細構造はピッチＰだけ分離される。これらのパラメーターの実行例は、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、はんだ付けの使用により、又は他の方法で、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、テーパー状且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を含む。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に微細構造（例えば、溝）２２１及び２２３も有するように機械加工され、微細構造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微細構造は、上記に特定される代表的な形状及び寸法の１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組み入れられることができる。微細構造２２１及び２２３、並びに機械加工された工具先端の他の微細構造は、好ましくはイオンミリングによって作製され得る。工具先端に微細構造を作製するための他の技術は、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を含む。あるいは、ダイヤモンドを従来のやり方で研磨し正確に固着させて、微細構造機構を有するマクロ工具アセンブリを作製してもよい。例示することだけを目的として工具先端の各側面に微細構造が１つだけ示されているが、工具先端は、任意の数の微細構造、並びにそれらの任意の形状、寸法及び配置を有することができる。圧痕微細構造の代替として、機械加工された工具先端は、突起した微細構造、又は圧痕と突起の微細構造の組み合わせを有することができる。
【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超過の工具先端を実装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、平行した微細構造の溝又は他の機構のような微細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。複数先端工具２３０は、機械加工されていない工具先端２３４、及び微細構造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に実装され、これらは例えば接着剤、ろう付け、はんだ付けの使用により、又は他の方法で実装され得る。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微細構造のピッチを決定し、工具先端２３６に対応する微細構造は、中に機械加工されたさらなる微細構造を有する。
【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、微細構造２４８を有する機械加工された工具先端２４６、及び微細構造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に実装され、これらは例えば接着剤、ろう付け、はんだ付けの使用により、又は他の方法で実装され得る。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微細構造のピッチを決定し、工具先端２４６及び２５０に対応する微細構造はそれぞれ、微細構造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さらなる微細構造を有する。
【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することができる。機械加工されたとき、複数の工具先端は、同一の又は異なる微細構造を有することができ、それら個々の微細構造は、上記に特定される代表的な形状及び寸法の１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ミクロンピッチ、１００ミクロンピッチ、１ミクロンピッチ、又はさらに２００ｎｍ付近のサブ光波長ピッチを含むことができる。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ミクロンを超えることが可能である。２超過の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、同じでも異なってもよい。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微細構造は、システムを使用して加工可能な範囲内で任意の寸法を有することができる。
【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用いて機械加工されることができ、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することができる。加工物は、例えば上述のシステム及びプロセスを用いて連続切削又は断続切削で機械加工することができる。図１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ、少なくとも１つの工具先端を有する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微細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、微細構造２６２の中に、対応する機械加工された工具先端の微細構造によって生じる機械加工された微細構造２６３及び２６４（例えば、隆起部）を有する連続的に機械加工された微細構造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微細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、微細構造２７２の中に、対応する機械加工された工具先端の微細構造によって生じる機械加工された微細構造２７３及び２７４（例えば、隆起部）を有する不連続的に（断続切削）機械加工された微細構造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以上の機械加工された工具先端を用いる断続切削は、加工物に入る及び加工物から出る工具先端のテーパーイン角度及びテーパーアウト角度を変化させることができる。
【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の微細構造に対応する反対の微細構造を有するフィルム又は他の物品を作製することができる。
【００４５】
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機械加工された工具先端を使用することにより、多くの利点又は望ましい機構を提供することができる。例えば、機械加工された工具先端は、光の方向付け（light direction）、カットオフ角軟化（softening cutoff angles）、疑似バルクウェッジ抽出（pseudo bulk wedge extraction）、又は断続切削小型レンズ上のレインボー効果など既存の機能上の装飾効果に対する、光管理用途において使用できる。さらに、より大きなマクロ構造上の微細構造は、光の方向を変えるためのさらなる自由度を提供する。
【００４６】
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、作動装置、及び工具先端において、様々な種類の材料及びそれらの構成要素の構成が、発明の範囲を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よってのみ限定されるべきである。
【００４７】
添付図面は本明細書の一部に組み込まれ、また本明細書の一部を構成するものであって、該明細書の記載とともに本発明の利点及び原則を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】加工物に微細構造を作製するための切削工具システムの図。
【図２】切削工具の座標系を示す図。
【図３】切削工具に使用するための代表的な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ための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】断続切削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、及び加工物から出るテーパーイン角度及び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微細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】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微細構造を概念的に示す側面図。
【図１１Ｂ】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微細構造を概念的に示す斜視図。
【図１２Ａ】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微細構造を概念的に示す側面図。
【図１２Ｂ】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微細構造を概念的に示す斜視図。
【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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【国際調査報告】
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