JP2002523259A - 硬質の基板上に光成形面構造体をコピーするための方法および装置 - Google Patents
硬質の基板上に光成形面構造体をコピーするための方法および装置Info
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Abstract
Description
光成形面構造体をコピーすることにより積層状光学的構成部材を製造するための
方法に関するものである。本発明は、さらに、上記方法を実行するための装置に
関する。
ーする方法は周知である。最終製品は、視野スクリーンおよびホモジェナイザを
含み、それぞれ、その少なくとも一つの表面上の光成形表面構造体を特徴とする
。これらの製品は、1)コーヒレントな光により、感光性媒体上に表面構造体を
発生するステップと、2)上記媒体を処理するステップと、3)表面構造体をエ
ポキシ内にコピーするステップにより作られる。処理の異なる段階で、感光性材
料は収縮するので、必要な光学的特性を持つ光学的製品を製造するには、順次製
造される少なくとも一つのサブマスタ、通常は、数個のサブマスタが必要になる
。最終段階においては、必要な表面構造体を含む、再使用可能なサブマスタが、
液体エポキシ層がコーティングされている基板に対して圧着される。その後で、
液体エポキシは硬化され、サブマスタが、基板/硬化エポキシ積層体から除去さ
れる。用途により、基板は、柔軟な薄いフィルムから作ることもできるし、また
はポリカーボネート、ガラスまたはアクリルのような、厚くて、比較的硬質な基
板から作ることもできる。本発明は、このタイプの硬質基板上への表面構造体の
コピーに関する。
されてきた。これらのプロセスは、両方とも、いくつかの欠点と不都合な点とを
持つ。
硬質で平らな面の上に載せられ、エポキシ層が上記基板上に塗布される。その後
で、層状構造体を形成するために、基板とサブマスタとの間にエポキシ層をサン
ドイッチ状に挟むために、基板の頂部上に柔軟なプラスチックのサブマスタが載
せられる。サブマスタは、基板に面しているその表面上に必要な表面構造体を含
む。その後で、ネオプレンでコーティングされたローラ、またはゴムでコーティ
ングされたローラが、手動で、層状構造体上の回転により圧着され、その結果、
層状構造体が、ローラと平らな表面との相互作用による線対面の接触により圧縮
される。この圧縮により、エポキシ層内の必要な表面構造体がコピーされる。そ
の後で、エポキシは、サブマスタによりカバーされた層状基板を形成するために
、紫外線(UV)の照射により硬化される。最後に、サブマスタは、層状基板か
ら手動で剥離される。
、この場合、通常の製造速度は、コピーされる表面構造体の複雑さにより異なる
が、1時間当り5〜10単位である。さらに、圧着プロセス中に、確実に均等な
圧力を加えるのは困難である。これは困ったことである。何故なら、圧力を均等
に掛けることができないと、完成品にバラツキが起こるからである。サブマスタ
を基板の上に置く前、および以降の圧着動作の前に、基板上にエポキシ層が均等
に塗布されないと、これらの問題が複合して起こることになる。
ために、ラミネータと呼ばれる機械を使用する。ラミネータは、第一および第二
のニップロールを備え、上記二つのロールの間に形成されたニップを通して、層
状構造体を引き出すために、上記第一および第二のニップロールは、反対方向に
駆動される。第一のニップロールは、直流モータ等により駆動され、第二のニッ
プロールは、第二のニップロール上の被駆動ギアと、第一のニップロール上の駆
動ギアとの間の係合接触により駆動される。層状構造体は、ニップの間を通して
引き出される時に圧縮される。その場合、オペレータは、1)エポキシを硬化さ
せ、層状構造体を形成するために、圧縮された層状構造体に紫外線を照射し、2
)手動プロセスと同じ方法で、層状構造体からサブマスタを手動で剥離する。
もよりよい品質の製品を生産しない。第一の理由は、層状構造体は、ニップ内で
、手動プロセスの時の線対面接触ではなく、線対線接触を起こし、層状構造体は
、オペレータがニップを通して構造体を供給すると、ニップロールの周囲で不規
則な運動をしたり、揺れ動いたりする傾向があるからである。そのため、圧力が
均等に加わらなくなる。第二の理由は、ニップロールの相互のギア係合の際のバ
ックラッシュにより、二つのニップロールの間に速度差が発生する傾向があるか
らである。このような速度差により、圧縮作業中に、圧着された層状構造体の二
つの面の間で、スリップが起こる場合がある。このスリップは、さらに、完成品
の品質を劣化させる。その上、圧縮プロセス中に、多くの場合、余分な液体エポ
キシが、層状構造体から絞り出されるので、サブマスタを基板から剥離する前に
拭き取らなければならない。この液体エポキシは、圧縮された層状構造体が紫外
線源に送られている間にサブマスタと基板との間に滲出して、それにより製品を
ダメにする。
ることができ、2)サブマスタと基板との間に少しのスリップしか起さないか、
または全然スリップを起こさないで両方を均等に圧着することにより、確実によ
い製品を作ることができる機械の開発が待望されている。 (発明の目的および概要)
自動的圧縮することによって、比較的硬質な基板の上に光成形面構造体を自動的
コピーする、高速で、信頼性の高い方法を提供することである。
外表面とテーブルとの間に形成されるニップ内に位置させることにより達成され
る。この場合、上記層状構造体は、1)テーブル上に支持されている比較的硬質
の基板と、2)テーブルに面するその表面上に光成形面構造体を持つサブマスタ
と、3)基板とサブマスタとの間に塗布されたエポキシ層とを含む。上記方法は
、また、エポキシ層の上に表面構造体をコピーするために、ニップ内で層状構造
体を自動的に圧縮するステップを含む。他のステップとしては、エポキシを硬化
するステップと、その表面上に光成形面構造体を持つ、基板/エポキシ積層を残
すために、基板からサブマスタを分離するステップとを含む。
テップ、エポキシ硬化ステップ、およびサブマスタ分離ステップも自動的に実行
することが好ましい。
進軸を中心にしてローラを回転するステップを含むことが好ましい。 本発明のもう一つの目的は、第一主な目的を満足させ、圧着作業中のサブマス
タと基板との間のスリップを防止する方法を提供することである。
等しくなるように、テーブルの運動とローラの運動とを相互に関連させることに
より達成される。この相関関係は、好適には、サブマスタが、ローラから順次剥
離され、層状構造体を形成するために、ニップ内の基板に圧着されるように、サ
ブマスタを通してのテーブルからローラへの駆動力の伝達を含むことが好ましい
。
前進ストローク中だけ回転するように、テーブルがローラを駆動するようにして
、テーブルが、前進ストロークおよび戻りストロークにより、往復運動を行うこ
とが好ましい。分離ステップは、順次に、1)積層からサブマスタを剥離し、2
)サブマスタをローラ上に元通り巻き付かせるために、テーブルの戻りストロー
クの間、巻き付け方向に回転するようにローラを駆動するステップを含む。
を比較的硬質な積層基板の表面上に自動的にコピーすることができるコピー装置
を提供することである。
よび駆動装置を含むコピー装置を供給することにより達成される。テーブルは、
通常、平らな支持面を持ち、少なくとも、通常、支持面の延長方向に平行に移動
することができる。圧縮ローラは、その間にニップを形成するために、支持面か
ら間隔をおいて設置されている外表面を持つ。ローラは、ローラに対して軸方向
に延びていて、テーブルに対して横方向に延びる支持軸上に装着される。ローラ
は、また、その外表面上に、ローラに面していないその表面上に、表面構造体を
持つサブマスタを収容するように構成されている。駆動装置は、テーブルがニッ
プの間を通って移動する際に、ローラの外表面の線速度が、テーブルの線速度に
ほぼ等しい回転速度でローラが回転するようにテーブルおよびローラを駆動する
。それにより、ニップ内で基板およびサブマスタが圧縮される。
ローラの上流に位置する、自動的に動作するエポキシ塗布装置、および圧縮ロー
ラの下流に位置する自動的に動作するエポキシ硬化装置を含むことが好ましい。
の間のスリップを防止するために、ローラ速度とテーブル速度とを相互に関連づ
けるコピー装置を提供することである。
マスタの第二の端部をテーブルに取り付けることができるように、テーブルと圧
縮ローラを配置することにより達成される。サブマスタは、ローラの外表面の周
囲に、少なくとも少し間隔をおいて巻き付けることができる。駆動装置は、好適
には、さらに、テーブルの戻りストローク中、ローラの外表面上にサブマスタを
再び巻き付けるために、ローラを駆動する再巻付け駆動デバイスを含むことが好
ましい。再巻付け駆動デバイスは、好適には、1)回転シリンダと、2)回転シ
リンダにより、回転できるように駆動されるピニオンと、3)ピニオンと係合し
ていて、ローラ駆動シャフト上に装着されている被駆動ギアを含むことが好まし
い。
見ればよりよく理解することができるだろう。しかし、本発明の好適な実施形態
を示す下記の説明は、例示としてのものであって、本発明を制限するものでない
ことを理解されたい。本発明の精神から逸脱することなしに、本発明の範囲内に
おいて、多くの変更を修正を行うことができる。そのような変更および修正は、
本発明の範囲内に含まれる。
の参照番号は、類似の部品を示す。 (好適な実施形態の詳細な説明) 1.概要 本発明は、比較的硬質な基板の積層面上に光成形面構造体をコピーするための
、簡単で、高速で、信頼性の高い方法および装置を提供する。より詳細に説明す
ると、層状構造体を形成するために、基板がテーブル上に装着され、エポキシ層
が基板とサブマスタとの間に塗布された後で、層状構造体は、テーブルと回転圧
縮ローラの外表面との間に形成されるニップの間で自動的圧縮され、それにより
、表面構造体をエポキシ層内にコピーする。その後で、エポキシは硬化され、そ
の表面上に光成形面構造体を持つ層状構造体を残こすために、サブマスタが基板
から分離される。好適には、サブマスタを圧縮ローラの周囲に巻き付け、ニップ
内で層状構造体を圧縮するためには、テーブルが直線的に往復運動している間に
圧縮ローラを回転させることが好ましい。サブマスタと基板との間のスリップを
防止するために、圧縮ローラの回転速度は、好適には、テーブルが運動した際に
、サブマスタを回転させる目的で、ローラを駆動する駆動ベルトとして、使用す
ることにより、圧縮動作中に、テーブルの並進速度と整合させることが好ましい
。好適には、コピー装置も、圧縮動作の後で自動的にエポキシを硬化し、その後
で、サブマスタを基板から分離することが好ましい。
示すように、コピー装置20は、上記第一節で説明したように動作することがで
きる。コピー装置20は、その上に、1)並進することができるテーブル24、
2)圧縮ローラ組立体26、3)圧縮ローラ組立体26の上流に位置するエポキ
シ塗布装置組立体28、および4)圧縮ローラ組立体26の下流に位置するエポ
キシ硬化装置30が装着されている、支持フレーム22を含む。支持フレーム2
2は、上部水平支持面32、複数の垂直支持体34、および複数の側部支持体3
6、および縦方向の支持体38を含む。すべての動力構造体は、好適には、コン
ピュータ40および手動制御装置42により制御するのが好ましい。すべての手
動制御装置42は、支持フレーム22に対して、内部に向かって、また外部に向
かって揺れ動くことができるアーム46上に装着されているコントロール・ボッ
クス44上に装着されていて、それにより、必要な場合には、コピー装置20の
側面にアクセスすることができる。図の実施形態の場合には、テーブル24は、
水平面上に位置していて、圧縮ローラ組立体26、エポキシ塗布装置組立体28
、およびエポキシ硬化装置30は、すべてテーブル24上に装着されている。今
後は、この好適な実施形態により説明を続けるが、テーブルは傾けて設置するこ
ともできるし、倒置することさえできるし、他の部材もそれに対応する角度に設
置することができる。
置28、圧縮ローラ組立体26、およびエポキシ硬化装置30を通して、これら
すべてのデバイスと整合状態で移動させることである。テーブル24は、その運
動を正確に制御することができる、並進可能な比較的平らな面を持つ任意の構造
体を備えることができる。図の実施形態の場合には、テーブル24は、支持フレ
ーム22の上部支持面32上に支持されている長方形のスラブを備える。テーブ
ル24は、水平の平らな頂部50を持つ。横方向に延びるクランプ52は、図1
1−図14に最もハッキリ示すように、サブマスタSUの第一の端部を収容する
ために、テーブル24の縦方向の後部端部に設置されている。
対向する、縦方向に延びるレール54により、それに沿って縦方向に運動するこ
とができるように支持面32上に装着されている。各レール54は、支持面32
上に装着されていて、その対向側面内に形成された溝60を持つほぼI形のバー
58を備える。一組の縦方向に間隔持つほぼ逆U字形のブロック62および64
が、テーブル24の各側面の底部にしっかりと固定されている。これらの各ブロ
ック62および64は、関連するレール54内の対応する溝60と、スライドで
きるように係合している、内側に向かって延びるフランジ66を有する。
うに駆動される。リニア駆動機構56は、正確に制御できる速度で、上部支持面
32に対して縦方向にテーブル24を駆動するために、テーブル24および上部
支持面32に接続していて、コンピュータ40、および/または手動制御装置4
2の制御の下で動作することができる、任意の構造体を備えることができる。好
適なリニア・アクチュエータは、可逆直流モータ68、回転ネジ70、およびネ
ジ山付きスリーブ72を備える回転ネジ・ドライブである。モータ68は、上部
支持面32の前端部に装着されていて、スリーブ72は、テーブル24の底面の
後端部に装着されている。ネジ70は、モータ68から、スリーブ72を通して
、遠端部のベアリング73まで延びる。ベアリング73は、回転できるように、
支持面32上にネジ70の後端部を支持している。モータに電力が供給されると
、スリーブ72内でネジ70を回転させ、それにより、スリーブ72を駆動し、
そのためテーブル24全体が、ネジ70に沿って縦方向に移動する。
よび2)再巻き付けデバイス76を含む。圧縮ローラ74は、その間にニップN
を形成するために、テーブル24の上に間隔をおいて設置されている。さらに、
圧縮ローラ74は、その外面の線速度が、テーブル24の線速度と少なくともほ
ぼ等しくなるように、ローラ74の回転速度とテーブル24の並進速度とを相互
に関連づける。図の好適な実施形態の場合には、この相関関係の一部は、以下に
詳細に説明するように、サブマスタSUにより、また再巻き付けデバイス76に
より、それぞれ達成される。
横方向の外側、支持面32の縦方向のほぼ中央に位置するフレーム組立体22の
上部支持面32上に装着している支持組立体78上に装着されている。支持組立
体78は、一組の側面支持プレート80、前部タイロッド82、および後部クロ
ス84を含む。支持プレート80は、テーブル24の側面上の位置から垂直に延
びて、テーブル24上のかなり離れ場所に位置する上端部のところで終っている
。支持プレート80は、タイロッド82によりその前端部に接続していて、クロ
ス・プレート84によりその後端部に接続している。両方とも、支持プレート8
0の上端部のところで、テーブル24を横切って横方向に延びる。
回転できる硬質の金属ドラム86と、2)ドラム86の外周期面の少なくとも一
部上に装着されている、比較的圧縮し易い材料でできている層88とを含む。ド
ラム86は、一組の支持シャフト90上に装着されている。各シャフト90は、
焼入れ鋼からできていて、ドラム86の各端部から軸方向に外側に向かって延び
る。柔軟な材料の層88は、好適には、65〜70デュロメータの硬度を持つシ
リコーンのような天然ゴムまたは合成ゴムから作ることが好ましい。クランプバ
ー92は、層88内のギャップに沿って、ドラム86の外周面に沿って軸方向に
延びる。クランプバー92は、サブマスタSUの第二の端部を、図9に最もハッ
キリ示すように、圧縮ローラ74に取り付けるために使用される。
アリング・ブロック94内に回転できるように支持されている。各ベアリング・
ブロック94は、図6−図8および図10に最もハッキリ示すように、関連支持
プレート80内に形成された案内スロット96内に、浮き上がった状態に支持さ
れる。より詳細に説明すると、各ベアリング・ブロック94は、設定を目的とし
、および/または圧縮動作中に層状構造体上に加わる圧力を調整するために、圧
縮ローラ74を垂直方向に調整することができるカウンタバランス装置により、
上および下からバイアスを掛けられる。これらの各カウンタバランス装置は、ス
プリング98およびリニア・アクチュエータ100を含む。スプリング98は、
支持プレート80の上を向いている表面からベアリング・ブロック94の下を向
いている表面に延びるように、案内スロット96内に配置されていて、それによ
り、ベアリング・ブロック94に上向きのバイアスを掛けている。すべてのスプ
リング98によるバイアス力全体は、好適には、圧縮ローラ74およびベアリン
グ・ブロック94の重量と、釣り合っていることが好ましい。各リニア・アクチ
ュエータ100は、コンピュータ40および/または手動制御装置42の制御の
下で、スプリング98の力に対抗して、関連ベアリング・ブロック94を下向き
に押し、それにより、コピー装置20の動作中に、層状構造体上に加わる圧縮力
を調整するために動作することができる任意のデバイスを備えることができる。
図の好適なリニア・アクチュエータ100は、1)垂直案内スロット96の頂部
上を延びるクロス・バー104上に装着されているシリンダ部分102、2)ベ
アリング・ブロック94に取り付けられているロッド106を含む復動空気圧シ
リンダを備える。
要な速度の相関関係を維持するために、サブマスタSUの張力に依存しながら、
テーブル24の戻りストロークの間、圧縮ローラ74上にサブマスタSUを巻き
戻すために、圧縮ローラ74を駆動して回転させることである。図の実施形態の
場合には、巻き付けデバイス76は、一組の空気圧で作動する回転空気アクチュ
エータ110の形をしていて、その中の一方は、圧縮ローラ組立体26の各端部
に位置する。各回転空気アクチュエータ110の出力は、動作できるようにピニ
オン112と係合している。ピニオン112は、関連ドラム支持シャフト90の
端部に固定されている被駆動ギア114と係合する。従って、コンピュータ40
および/または手動制御装置42の制御の下で、回転空気アクチュエータ110
が作動すると、ピニオン112を駆動して回転させ、それにより、ギア114お
よび圧縮ローラ74を駆動して回転させる。ピニオン112の一方は、設定等の
目的で、圧縮ローラを回転することができるように、ノブ116により手動で駆
動することができる。ピニオン112および関連回転空気アクチュエータ110
は、また1)ピニオン112が被駆動ギア114と係合している、図の動作位置
と、2)圧縮ローラ74を直接手動で回転することができるように、ピニオン1
12がギア114から離れている引っ込んだ位置との間を、図1、図2および図
8内の矢印118の方向に、シリンダ111により移動することができる。最後
に、オペレータが、クランプバー92にアクセスするために、図面に示す位置に
、圧縮ローラ74をロックすることができるように、被駆動ギア114の中の一
方に選択的にブレーキを掛けることができる。ブレーキは、好適には、1)支持
ブラケット122上に装着されているシリンダ、および2)ブレーキ・シュウ1
24に取り付けられているロッドを含む複動空気圧シリンダ120の形をしてい
ることが好ましい。ブレーキ・シュウ124は、シリンダ延長部上の関連被駆動
ギア114の歯と係合したり、離脱したり、また手動制御装置42の中の一つの
制御の下で引っ込むために、選択的に運動することができる。
に立つものである。何故なら、この装置は、全プロセスの自動化に貢献するから
である。エポキシ塗布装置28は、層状構造体がニップN内で圧縮される前に、
サブマスタSUと基板STとの間に、液体エポキシE、好適には、液体エポキシ
の均等な層を塗布することができる任意のデバイスを備えることができる。図の
好適な実施形態の場合には、エポキシ塗布装置28は、圧縮ローラ74のすぐ上
流の圧縮ローラ支持組立体78上に装着されている。図8および図10に最もハ
ッキリ示すように、図のエポキシ塗布装置28は、テーブル24を横切って延び
る、支持バー130上に装着されているスプレーバー132、および少なくとも
一つ、好適には、数個のエポキシ供給チューブ134を含む。スプレーバー13
2は、基板STの幅と同じ長さ、またはほぼ同じ長さの、その内部に形成された
、下向きの出口スリット(図示せず)を含む。スプレーバー132は、また、エ
ポキシを受け入れるためにその内部に形成された、複数の(図示の実施形態の場
合には三つの)入口オリフィスを含む。エポキシEは、コンピュータ40が指定
する流量で、供給チューブ134を通して、適当な供給源(図示せず)からこれ
らオリフィスに送られる。好適には、エポキシ塗布装置28が、コピー装置20
が動作していない場合、その動作位置から引っ込むことができるようにするため
に、支持バー130が、テーブル24に対して上下に運動することができるよう
に、複動空気圧シリンダのような、リニア・アクチュエータ136上に、支持バ
ー130の他方の端部を装着することが好ましい。
にエポキシを硬化させることができる任意のデバイスを備えることができる。大
部分のエポキシは、紫外線(UV)の照射により硬化する。それ故、好適な硬化
装置30は、紫外線硬化組立体を備える。図1−図7および図10について詳細
に説明すると、この組立体は、シャッター140、紫外線源142、および紫外
線源用の調整可能な支持構造体を含む。紫外線源142は、任意の標準紫外線ゼ
ネレータを備えることができるので、詳細な説明は省略する。紫外線源142は
、好適には、紫外線源142の上および周囲を覆うハウジング143内に収容す
ることが好ましい。
びる簡単な構造の金属プレートを備える。シャッター140は、コンピュータ4
0および/または手動制御装置42の制御の下で動作する複動空気圧シリンダ1
46によりプレート84に対して垂直に運動することができる。シリンダ146
は、シャッター140に接続しているロッド端部、および支持プレート84に固
定されているシリンダ端部を備える。シリンダ146が伸縮すると、シャッター
140は、1)シャッター140の底面が、テーブル24から上に向かってかな
り離れる、上昇した開位置から、2)ニップNの付近で、テーブル24の方向に
伝播する光を素子するために、シャッター140の底面が、テーブル24の近接
する下降した閉位置との間でシャッター140を上下に運動させる。
するチューブ24上の入射位置の方向に向けるように、紫外線源142の方向を
調整するように構成されている。入射点の位置および入射点に入射する光の輝度
は、支持構造体144を適当に調整して、紫外線源142の位置および方向を調
整することにより調整することができる。図4および図10について説明すると
、支持構造体114は、1)支持面32上のある位置において、テーブルを横切
って横方向に延びる、支持プレート150と、2)一組の垂直方向に延びる、横
方向に間隔を持つ垂直支持ベース152とを含む。支持プレート150は、図1
0に最もハッキリ示すように、一組のブラケット154により、カンチレバーの
ように、垂直支持ベース152上に装着されている。クロス・ブレース156は
、垂直支持バー152の間を延びていて、相互に横方向に間隔を持ち、クロス・
ブレース156から支持プレート150へ、前方および下方に延びる相互に横方
向に間隔を持つ一組の傾斜紫外線源マウント158を収容する。テーブル24に
光が入射する位置を変えるために、これらのマウント158の傾斜は、垂直支持
バー15に対して、クロス・ブレース156を上下に移動することにより調整す
ることができる。この調整は、垂直支持バー152上に、クロス・ブレース15
6を装着するための、装着孔部160の複数の垂直方向に間隔を持つ組の中の一
つを選択することにより行うことができる。紫外線源142は、U字形のスライ
ド・プレート162上に装着されていて、このプレート162は、紫外線源14
2をマウント158に沿ってスライドできるようにし、それにより、紫外線源1
42と入射点との間の間隔を変化させ、それにより、入射点での光の輝度を変化
させることができるようにする傾斜マウント158上にスライドできるように装
着されている。
れ、サブマスタSU上の表面構造体SSの、基板ST、および硬化エポキシE層
の上に形成された積層体上へのコピーを含む。
ト・シートから形成され、その表面上に形成された、必要な光成形面構造体SS
(図12−図14)を持つ再使用可能なサブマスタであることが好ましい。この
サブマスタSUは、任意の適当なプロセスにより作ることができる。例えば、完
成品が視野スクリーン、ホモジェナイザ等である通常の用途の場合には、サブマ
スタは、コーヒレントな光を使用して、感光媒体上に、表面構造体SSを形成し
、この媒体を処理し、一連のサブマスタ内に表面構造体をコピーすることにより
作成される。この場合、以降の各発生は、マスタの視野角より、幾分小さな視野
角を持つ。サブマスタ・コピー・プロセスは、必要な視野角を持つサブマスタS
Uが達成されるまで、必要なだけ反復して行われる。1998年3月31日付の
、サバント他の米国特許出願第09/052,586号が、この方法で、サブマ
スタを形成するプロセスを開示している。上記米国特許出願の主題は、引用によ
って本明細書の記載に援用する。基板STは、光学的用途に使用することができ
る比較的硬質の任意の構造体を含むことができる。例えば、基板は、ガラス、ア
クリルまたはポリエステルのようなポリカーボネート構造体を含むことができる
。エポキシEは、基板の上に積層し、その後で、紫外線照射により硬化すること
ができる任意の液体エポキシを含むことができる。
端部を圧縮ローラ74に取り付け、その後で、圧縮ローラ74のシリコーン層8
8の周りに、約180度巻き付け、その後で、クランプ52を使用して、サブマ
スタSUの他方の端部をテーブル24に取り付けることにより、動作用のコピー
装置20を作成する。サブマスタSUは、現在、図11に示す位置に位置してい
て、その場所で、テーブル24および圧縮ローラ74に取り付けられ、その場所
で、圧縮ローラ74の周囲に少し間隔をおいて巻き付けられる。圧縮ローラ74
のシリコーン層88が、約10インチの直径、約11.5インチの長さを持つ、
図の実施形態の場合には、圧縮ローラ74は、長さ約30インチ、幅約11.5
インチの、サブマスタSUを収容することができる。その後で、オペレータは、
図11に示すように、テーブル24の表面50の上に基板STのシートを置くこ
とにより設定作業を完了する。
ル24を駆動する目的で、モータ68にエネルギーを供給するための電流を供給
するために、コンピュータ40に適当なコマンドを入力することにより、コピー
手順をスタートさせることができる。テーブルの移動速度は、複雑さおよび/ま
たはコピーした表面構造体の視野角、およびエポキシEの硬化速度により用途毎
に異なる。テーブル24が移動すると、エポキシ塗布装置28を、その作業位置
に下降させるために、塗布シリンダ136が作動し、エポキシ塗布装置28は、
ニップNのすぐ上流のところの基板ST上にエポキシの均等な層を塗布する。ま
た、テーブル24が移動すると、図12の矢印180の方向に回転する目的で、
圧縮ローラ74を駆動するために、圧縮ローラ74からサブマスタSUが剥離さ
れる。被駆動ギア114が回転すると、矢印182で示す反対方向に回転させる
ために、ピニオン112が駆動される。この回転は、360度の全範囲にわたっ
て回転する回転アクチュエータ110の力で行われる。このようにして、サブマ
スタSUをローラ74用の駆動ベルトとして使用することにより、ローラの速度
は、自動的に、テーブルの速度と相互に関連し、その結果、ローラ74の外表面
の線速度は、ニップNを通るテーブル24の線速度に整合する。その結果、サブ
マスタSUと、基板ST、エポキシEおよびサブマスタSUからなる層状構造体
としての基板STとの間にスリップが起こらず、上記層状構造体はニップN内で
圧縮される。この圧縮中、圧縮ローラ74により層状構造体上に加わる圧力は、
通常、接触線において、直線1インチ当り20〜40ポンドであり、空気圧シリ
ンダ100を適当に作動することにより設定することができる。
動すると、コンピュータ40は、圧縮された層状構造体がニップNから出てきた
ほとんど直後に、層状構造体のエポキシEが紫外線の照射により硬化を始めるよ
うに、シャッター140を上に移動させるために、空気圧シリンダ146を作動
する。基板STにエポキシEを塗布し、圧縮ローラ74からサブマスタSUを剥
離し、圧縮された層状構造体を形成するために、エポキシE上にサブマスタSU
を圧着し、圧着された層状構造体内でエポキシEを硬化させるプロセスは、テー
ブル24の前方ストローク全体を通して継続して行われ、その点(図12)にお
いて、その内部において、サブマスタ上の光成形面構造体SSが、エポキシE上
にコピーされ、またエポキシの少なくとも一部が硬化する、平らな層状構造体を
作るために、ほとんど全サブマスタSUが基板ST上に圧着される。
184の方向に、テーブル24を駆動するために反転する。この運動中、層状構
造体は、エポキシEの硬化のプロセスを終了し、それにより基板/エポキシ積層
を、サブマスタSUによりカバーされている状態に維持するために、再び紫外線
により照射される。同時に、回転空気アクチュエータ110が、作動して、図1
3の矢印186および188の方向に、回転を行うために、圧着ローラ74およ
びピニオン112を駆動する。ローラが回転すると、基板/エポキシ積層体から
サブマスタSUが剥離され、圧着ローラ74にサブマスタSUが順次もう一度巻
き付けられる。テーブルの戻りストロークの終わりに、シャッター140が閉じ
、テーブル・モータ68、および回転空気アクチュエータ110への、動力の供
給が中断され、テーブル24およびローラ74は、図14に示す位置に停止する
。その後で、塗布シリンダ136は、その引っ込んだ位置に自動的に戻る。その
上に必要な光成形面構造体を持つ、基板/硬化したエポキシ積層体を含む光学的
製品は、オペレータが運び去ることができ、その後で、オペレータは、テーブル
24上に新しい基板STを設置し、コンピュータ40に、プロセスを反復して行
うように命令する。
トロークの際のテーブルの運動の停止までの全コピー・プロセスは、通常、20
秒以上掛からない。この時間内に、1時間当り100ユニットの速度で生産する
ことができる。この速度は、1時間当り5〜10ユニットの過去の生産速度と比
較すると劇的な改善である。さらに、結果として得られる製品の品質も、1)ニ
ップN内での線対面の均等な接触による層状構造体の均等な圧縮、および2)テ
ーブル24の速度と圧縮ローラ74の速度との間の相関関係によるサブマスタS
Uと基板STとの間のスリップの防止により改善される。
ことができる。これらの変更の範囲は、添付の特許請求の範囲を読めば理解する
ことができるだろう。
ある。
である。
。
ある。
ある。
ある。
ある。
Claims (29)
- 【請求項1】 光成形面構造体をコピーする方法であって、 (A)1)テーブル上に支持されている比較的硬質の基板と、2)前記テーブ
ルに面していて、その表面上に、前記光成形面構造体を持つサブマスタと、3)
前記基板と前記サブマスタとの間に塗布されたエポキシ層を含む層状構造体を、
圧縮ローラの外表面と前記テーブルとの間に形成されたニップ内に位置させるス
テップと、 (B)前記エポキシ層の上に前記表面構造体をコピーするために、前記ニップ
内で層状構造体を自動的に圧縮するステップと、 (C)前記エポキシ層を硬化するステップと、 (D)その表面上に前記表面構造体を持つ基板/エポキシ積層体を残すために
、前記基板から前記サブマスタを分離するステップとを含む方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記層状構造体の完成と圧縮
が同時に行われる方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の方法において、前記圧縮ステップが、前記ロ
ーラに対して、前記テーブルを並進させながら、前記ローラを非並進軸を中心に
して回転させるステップを含む方法。 - 【請求項4】 請求項3記載の方法において、さらに、前記圧縮ステップ中
に、前記ローラの前記外表面の線速度が、少なくとも前記テーブルの線速度にほ
ぼ等しくなるように、前記ローラの運動を前記テーブルの運動と相互に関連づけ
るステップを含む方法。 - 【請求項5】 請求項4記載の方法において、前記サブマスタが、柔軟なシ
ートを含み、前記サブマスタの一方の端部が前記ローラに取り付けられていて、
前記サブマスタの他方の端部が前記テーブルに取り付けられていて、前記の相互
に関連づけるステップが、前記層状構造体を形成するために、前記サブマスタが
前記ローラから順次離れ、前記ニップ内で前記基板に対して圧着されるように、
前記サブマスタを通して駆動力を前記テーブルから前記ローラに伝達するステッ
プを含む方法。 - 【請求項6】 請求項5記載の方法において、前記テーブルが、前進ストロ
ークおよび戻りストロークにより往復運動を行い、前記分離ステップが、順次、
1)前記積層体から前記サブマスタを剥離し、2)前記サブマスタを前記ローラ
上に元通りに巻き付かせるために、テーブルの戻りストローク中に、巻き付け方
向に回転するように前記ローラを駆動するステップを含む方法。 - 【請求項7】 請求項4記載の方法において、前記層状構造体を形成する際
の最初のステップが、前記圧縮ステップの直前に、前記基板上にエポキシを自動
的に塗布するステップを含み、前記塗布ステップが、前記ローラの上流のところ
で、前記テーブルから間隔をおいて位置しているエポキシ塗布装置により行われ
る方法。 - 【請求項8】 請求項1記載の方法において、前記硬化ステップが、前記層
状構造体に対して紫外線を照射するステップを含む方法。 - 【請求項9】 請求項1記載の方法において、前記硬化ステップが、前記層
状構造体の一部が、その他の部分が前記ニップ内で圧縮されている間に硬化され
るように圧縮ステップと平行して行われる方法。 - 【請求項10】 光成形面構造体をコピーする方法であって、 (A)テーブル上に比較的硬質な構造体を支持するステップと、 (B)その間にニップを形成するために、前記テーブルから間隔をおいて位置
する圧着ローラの外表面の周囲に、少なくとも少し離して、前記ローラに面して
いないその表面上に前記表面構造体を持つ比較的柔軟なサブマスタを巻き付ける
ステップと、 (C)前記サブマスタと前記基板との間にエポキシ層を塗布するステップと、 (D)前記ローラから前記サブマスタを剥離し、前記エポキシ層上に前記表面
構造体をコピーし、それにより、層状構造体を形成するために、前記ニップ内で
前記サブマスタ、前記エポキシ層、および前記基板を圧縮するステップであって
、前記圧縮ステップが、前記ローラの前記外表面の線速度が、前記テーブルの線
速度に少なくともほぼ等しくなる回転速度で、前記ローラを回転させながら、前
記ローラを越えて前記テーブルを駆動するステップを含むステップと、 (E)前記エポキシ層を硬化するステップと、 (F)その表面上に前記表面構造体を持つ基板/エポキシ積層体を残すように
、前記基板から前記サブマスタを分離するステップとを含む方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の方法において、前記サブマスタの一方の
端部が、前記ローラに取り付けられていて、前記サブマスタの他方の端部が、前
記テーブルに取り付けられていて、前記ローラを越えての前記テーブルの運動が
、前記ローラから前記基板を剥離し、前記ローラを回転するように駆動するため
に、前記基板に張力を加える方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の方法において、前記テーブルが、前進ス
トロークおよび戻りストロークにより往復運動を行い、前記テーブルが、前記前
進ストローク中だけ、前記ローラを駆動して、回転させ、前記分離ステップが、
順次、1)前記積層体から前記サブマスタを剥離し、2)前記サブマスタを前記
ローラ上に元通り巻き付かせるために、前記テーブルの戻りストローク中に、再
巻き付け方向に回転するように前記ローラを駆動するステップを含む方法。 - 【請求項13】 光成形面構造体をコピーする方法であって、 (A)テーブル上に比較的硬質な構造体を支持するステップと、 (B)比較的柔軟な再利用可能であって、その表面上に前記表面構造体を持つ
サブマスタの一方の端部を、圧縮ローラの、その間にニップを形成するために、
前記テーブルから間隔をおいて位置する外表面に取り付けるステップと、 (C)前記サブマスタを、前記サブマスタの前記表面が、前記テーブルに面し
ないように、前記ローラの前記外表面から少なくとも少し離して巻き付けるステ
ップと、 (D)前記サブマスタの他方の端部を前記ローラの下流の位置で前記テーブル
に取り付けるステップと、 (E)前記サブマスタと前記基板との間にエポキシ層を塗布するステップと、 (F)前記ローラから前記サブマスタを剥離し、前記エポキシ層上に前記表面
構造体をコピーし、それにより、層状構造体を形成するために、前記サブマスタ
、前記エポキシ層、および前記基板を前記ニップ内で圧縮するステップであって
、前記剥離および前記圧縮ステップが、前記サブマスタに張力を加えるために、
第一の方向に前記テーブルを駆動し、それにより、前記ローラの前記外表面の線
速度が、前記テーブルの線速度に少なくともほぼ等しくなる回転速度で、前記サ
ブマスタを前記ローラから剥離し、前記ローラを剥離する方向に駆動し、回転さ
せるステップを含むステップと、 (E)前記エポキシ層を硬化するステップと、 (F)その表面上に前記表面構造体を持つ基板/エポキシ積層体が残るように
、前記基板から前記サブマスタを分離するステップとを含む方法。 - 【請求項14】 請求項13記載の方法において、前記分離ステップが、前
記サブマスタを前記基板から剥離し、前記ローラ上に元通りに巻き付けるために
、前記ローラを再巻き付け方向に回転するように駆動しながら、第二の方向に、
前記ローラを越えて前記テーブルを駆動するステップを含む方法。 - 【請求項15】 光成形面構造体をコピーする方法であって、 (A)テーブル上に比較的硬質な基板を支持するステップと、 (B)比較的柔軟で再利用可能であって、その表面上に前記表面構造体を持つ
サブマスタの一方の端部を、圧縮ローラの、その間にニップを形成するために、
前記テーブルから上方に間隔をおいて位置する外表面に取り付けるステップと、 (C)前記サブマスタを、前記サブマスタの前記表面が、前記テーブルに面し
ないように、前記ローラの前記外表面から少なくとも少し離して巻き付けるステ
ップと、 (D)前記サブマスタの他方の端部を前記テーブルに取り付けるステップと、 (E)前記サブマスタに張力を加えるために、前記テーブルを、前記ローラの
下を第一の方向に移動するように駆動し、それにより、1)前記サブマスタを前
記ローラから分離し、前記ローラの前記外表面の線速度が、前記テーブルの線速
度に少なくともほぼ等しくなる回転速度で、分離方向に前記ローラを回転させる
ために駆動し、2)前記ニップ内で前記サブマスタと前記基板を圧縮するステッ
プと、 (F)駆動ステップの間に、前記圧縮ステップ後に、前記エポキシが、1)前
記基板と前記サブマスタとの間にサンドイッチ状に挟まれ、2)その表面上にコ
ピーされた前記表面構造体を持つように、前記ニップの上流に位置する上流テー
ブル上に配置されたエポキシ塗布装置から上流基板上にエポキシを塗布するステ
ップと、 (G)前記駆動ステップ中に、前記ローラの下流に位置する前記テーブル上に
配置された紫外線源により前記エポキシを硬化するステップと、 (H)前記サブマスタを前記基板から分離し、前記ローラ上に元通りに巻き付
け、それにより、その表面上に、前記表面構造体を持つ基板/エポキシ積層体が
残るよう、再巻き付け方向に回転するように前記ローラを駆動しながら、第二の
方向に、前記ローラを越えて前記テーブルを駆動するステップとを含む方法。 - 【請求項16】 比較的硬質の基板上に、光成形面構造体をコピーするため
のコピー装置であって、 (A)ほぼ平らな支持面を有し、前記支持面の延長方向と少なくともほぼ平行
に移動することができるテーブルと、 (B)その間にニップを形成するために、前記テーブルの前記支持面から間隔
を置いて位置する外表面を有し、前記ローラに対して軸方向に、前記テーブルに
対して横方向に延びる支持シャフト上に装着されていて、その外表面上に、前記
ローラに面していないその表面上に、前記表面構造体を持つサブマスタを収容す
るように構成されている圧縮ローラと、 (C)前記テーブルが前記ニップを通って移動する場合、前記ローラが、前記
ローラの前記外表面の線速度が、前記テーブルの前記支持面の線速度に少なくと
もほぼ等しくなる回転速度で回転し、それにより前記ニップ内で前記基板および
前記サブマスタが圧縮されるように前記テーブルおよび前記ローラを駆動する駆
動装置とを含むコピー装置。 - 【請求項17】 請求項16記載のコピー装置において、前記駆動装置が、
1)直線的に運動するように前記テーブルを駆動するモータと、2)前記テーブ
ルおよび前記ローラに接続していて、前記テーブルの並進運動を前記ローラの回
転運動に変換するカップリングとを備えるコピー装置。 - 【請求項18】 請求項17記載のコピー装置において、前記カップリング
が、1)前記サブマスタの第一の端部を前記ローラに取り付けることができ、前
記サブマスタが、前記ローラの外表面の周囲に少なくとも少し離して巻き付ける
ことができるようにする前記ローラ上のデバイスと、2)前記サブマスタの第二
の端部を前記テーブルに取り付けることができるようにする前記テーブル上のデ
バイスとを備えるコピー装置。 - 【請求項19】 請求項18記載のコピー装置において、前記モータが、前
進ストロークおよび戻りストロークにより前記テーブルを往復運動させ、前記駆
動装置が、さらに、前記テーブルの前記戻りストローク中に、前記ローラの前記
外表面上に、前記サブマスタを元通りに巻き付けるように前記ローラを駆動する
再巻き付け駆動デバイスを備えるコピー装置。 - 【請求項20】 請求項19記載のコピー装置において、前記再巻き付け駆
動デバイスが、1)回転シリンダ、2)前記回転シリンダにより回転するように
駆動されるピニオン、および3)前記ピニオンと係合していて、前記支持シャフ
ト上に装着されている被駆動ギアを備えるコピー装置。 - 【請求項21】 請求項16記載のコピー装置において、前記支持シャフト
が、前記テーブルの隣接する対向側面に位置する第一および第二のベアリング上
に支持されていて、さらに、前記各ベアリングに対して、1)前記ベアリングが
、前記テーブルから遠ざかるようにバイアスを掛けるカウンタバランス装置と、
2)前記ベアリングを前記テーブルの方向に押すために選択的に作動することが
できるリニア・アクチュエータとを備えるコピー装置。 - 【請求項22】 請求項16記載のコピー装置において、さらに、前記ロー
ラの上流のところで、前記テーブルから間隔をおいて位置していて、エポキシを
前記基板上に塗布するように構成されているエポキシ塗布装置を備えるコピー装
置。 - 【請求項23】 請求項22記載のコピー装置において、前記エポキシ塗布
装置が、1)前記テーブルを横切って延び、突出位置と引っ込み位置との間を移
動することができる支持体と、2)前記支持体上に装着されていて、エポキシ入
口とエポキシ出口とを持つスプレーバーと、3)前記スプレーバーの前記エポキ
シ入口に接続している少なくとも一つのエポキシ供給チューブを備えるコピー装
置。 - 【請求項24】 請求項16記載のコピー装置において、さらに、前記ロー
ラが回転するのを防止するために選択的に作動することができるブレーキを備え
るコピー装置。 - 【請求項25】 請求項18記載のコピー装置において、さらに、前記ロー
ラの下流のところで、前記テーブルから間隔をおいて位置するエポキシ硬化デバ
イスを備えるコピー装置。 - 【請求項26】 請求項25記載のコピー装置において、前記エポキシ硬化
デバイスが、紫外線源を備えるコピー装置。 - 【請求項27】 比較的硬質な基板上に光成形面構造体をコピーするための
コピー装置であって、 (A)上を向いているほぼ平らな支持面を有し、前記支持面に対して少なくと
もほぼ平行に移動することができるテーブルと、 (B)その間にニップを形成するために、前記支持面の上に間隔を置いて位置
する外表面を有し、前記ローラに対して軸方向に、前記テーブルに対して横方向
に延びる支持シャフト上に装着されていて、その外表面上に、サブマスタを収容
するように構成されている圧縮ローラと、 (C)前記テーブルおよび前記ローラを駆動し、 (1)前記支持面に対して縦方向に移動するように前記テーブルを駆動するモ
ータと、 (2)a)前記ローラに取り付けられている第一の端部を有し、b)前記テー
ブルに取り付けられている第二の端部を有し、c)前記ローラの前記外表面の周
囲から少し離れて巻き付けることができ、前記テーブルが、前記ニップを通って
移動する場合に、前記ローラの前記外表面の線速度が、前記テーブルの線速度に
少なくともほぼ等しくなる回転速度で、前記ローラが回転し、それにより、前記
ニップ内で前記基板と前記サブマスタが圧縮されるように、前記テーブルを前記
ローラと係合させるサブマスタとを含む駆動装置を備えるコピー装置。 - 【請求項28】 請求項27記載のコピー装置において、前記モータが、前
進ストロークおよび戻りストロークにより前記テーブルを往復運動させ、前記駆
動装置が、さらに、前記テーブルの前記戻りストローク中に、前記ローラの前記
外表面上に前記サブマスタを元通りに巻き付けるように前記ローラを駆動する再
巻き付け駆動デバイスを備えるコピー装置。 - 【請求項29】 比較的硬質な基板上に光成形面構造体をコピーするための
コピー装置であって、 (A)上を向いているほぼ平らな支持面を有し、前記支持面に対して少なくと
もほぼ平行に移動することができるテーブルと、 (B)その間にニップを形成するために、前記支持面の上に間隔を置いて位置
する外表面を有し、前記ローラに対して軸方向に、前記テーブルに対して横方向
に延びるローラ駆動シャフトにより自由に回転することができ、1)前記サブマ
スタの第一の端部が、前記ローラに取り付けられ、2)前記サブマスタが、前記
外表面の周囲に、少なくとも少し離れて巻き付き、3)前記サブマスタの第二の
端部が、前記ローラの下流のところで前記テーブルに取り付けられるように、そ
の前記外表面にサブマスタを収容するように構成されていて、その場合、前記サ
ブマスタが、前記ローラに面していないその表面上に前記表面構造体を持つ圧縮
ローラと、 (C)前記ローラの上流のところで、前記テーブルの上に間隔をおいて位置し
、前記基板上にエポキシ層を塗布するように構成されているエポキシ塗布装置と
、 (D)前記テーブルが、前記ニップを通って、第一の方向に移動した場合に、
前記ローラが、前記ローラの前記外表面の線速度が、前記テーブルの線速度に少
なくともほぼ等しくなる回転速度で、前記ローラが回転し、それにより、前記ニ
ップ内で前記エポキシ層と前記サブマスタが圧縮されるように、前記支持面に対
して縦方向に移動するように前記テーブルを往復駆動させるモータと、 (E)前記モータが、前記第一の方向とは反対の第二の方向に前記テーブルを
駆動した場合に、前記ローラの前記外表面上に前記サブマスタを元通りに巻き付
けるように前記ローラを駆動する回転シリンダと、 (F)前記ローラの下流のところで、前記テーブル上に間隔をおいて位置し、
エポキシを硬化するように構成されている紫外線源とを備えるコピー装置。
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