JP2012525990A - 微細複製工具の製造方法 - Google Patents
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Abstract
パターンがピッチ間隔Pで隔てられる隣接する特徴部(52、53)を含む、ワークピース(50)にパターンを切削する方法。この方法は、ワークピース(50)に第1の特徴部(52)を作製するための第1の切削チップ(22)を有する第1の工具シャンク、及びワークピース(50)に第2の特徴部(53)を作製するための第2の切削チップ(23)を有する第2の工具シャンクを有する切削工具組立品(74)を提供する工程であって、第1の切削チップと第2の切削チップとの間の距離YがnPに等しく、nが1より大の奇整数である工程を含む。ワークピースは切削工具組立品(74)に対して回転し(C)、切削工具組立品は回転するワークピース(50)に対して横方向(B)に沿って進み、切削工具組立品(74)はワークピース(50)の各回転につき距離2Pを横方向に沿って進む。
Description
本開示は、ワークピース、例えば微細複製工具などを機械加工する方法に関する。本開示はまた、これらの工具から製造できる微細複製構造体、例えば導光フィルムなどに関する。
ダイヤモンド機械加工技術を用いて、様々なワークピース、例えばキャスティングベルト、キャスティングローラー、射出金型、押出成形工具又はエンボス加工工具などを含む微細複製工具を作製することができる。微細複製工具は、微細複製構造を有するパーツ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。約1000マイクロメートル未満の寸法を有する微細複製構造体には導光フィルム、研磨フィルム、接着フィルム、自己噛合外形を有する機械的締結具、又は任意の型成形された若しくは押出成形されたパーツが挙げられる。
切削工具組立品を使用して微小複製工具を作製する方法は、コストが高く、時間がかかる。米国特許出願公開第2004/0045419号(公開’419号、参考として本明細書に組み込まれる)は、多重の切削チップを有し、微細複製工具又はその他ワークピースを機械加工するのに用いることができる切削工具組立品について記載する。具体的には、多重の切削チップからなる切削工具組立品を用いて、組立品の1回の切削通過の間に、微細複製工具内に多重の溝、又はその他の特徴部を作製することができる。多重の切削チップを有する切削工具組立品は1回の切削通過で多重の特徴部を形成でき、このような工具は生産時間を削減することができ、及び/又は、単一の切削チップを有する切削工具組立品よりも複雑なパターンを素早く作製できる。例えば、切削工具組立品が2つのダイヤモンドを有する場合、微細複製工具に溝を切削するのに必要な通過回数を半分に削減できる。
切削チップは、微細複製工具に作製される溝又はその他の特徴部に相当するよう正確に形成される。切削チップは、チップが、微細複製工具に作製される溝の1つ以上のピッチ間隔に等しい距離で互いに間隔をおくように、取付け構造体に正確に配置される。
更に、異なるダイヤモンドチップは、微細複製工具に作製される様々な特徴部を画定することができる。この場合、ワークピース中に2つ以上の物理的に異なる特徴部を作製するのに2つの異なる切削工具組立品を用いる必要がない。このような技術は微細複製工具の品質を向上させ、微細複製工具の作製に伴う時間とコストを削減させ、結果として、最終的な微細複製物品の作製に伴うコストを効果的に削減させることができる。
公開‘419号は、多重の切削チップを有する切削工具組立品を使用した微細複製工具の効率的な製造に使用できるフライカッティング、プランジカッティング、及びスレッドカッティング技術について記載する。公開‘419号は、ワークピースの各回転につき、ワークピース内に作製される隣接構造間の単一のピッチ間隔(P)に等しい横方向距離を進む切削工具組立品を教示する(図12)。対照的に、本開示に記載されるフライカッティング、プランジカッティング、及びスレッドカッティング法では、ワークピースの各回転につき、切削チップを有する切削工具組立品が多重のピッチ間隔を進むことを必要とする。これにより、切削精度が向上し、ワークピースの機械加工を完了するのに必要な通過回数が減る。
例えば、切削工具組立品の切削チップがnP(nは奇整数)に等しい距離で間隔をおく場合、工具は2Pの距離を進むことができるため、1つの切削通過でワークピースを全面的に機械加工することができる(本明細書では単一スタート切削とも言う)。別の例として、切削チップ間の距離がnP(nは偶整数)に選択される場合、本開示に記載されるフライカッティング、プランジカッティング、及びスレッドカッティング法は、ワークピースの各回転につき、切削工具組立品が2(nP)の距離を進むことを必要とするため、2つの切削通過でワークピースを全面t奇に機械加工することができる(本明細書では2スタート切削と言う)。
したがって、本開示の提供によって、切削チップ間隔、チップ形状及び寸法、並びにワークピースの回転あたりの横方向進行を選択することにより、機械加工時間を更に削減し、溝及び複雑で様々な形状を有する他の構造体をより精密に成形することが容易にできる。
一実施形態では、本開示は、ワークピースにパターンを切削する方法であって、このパターンはピッチ間隔Pで隔てられた隣接する特徴部を有する方法に関する。この方法は、ワークピース内に第1の特徴部を作製するための第1の切削チップを有する第1の工具シャンクと、ワークピース内に第2の特徴部を作製するための第2の切削チップを有する第2の工具シャンクとを有する切削工具組立品を提供する工程であって、第1の切削チップと第2の切削チップとの間の距離YがnPに等しく、nは1を超える奇整数である工程を含む。ワークピースは切削工具組立品に対して回転し、切削工具組立品は回転するワークピースに対して横方向に沿って進み、切削工具組立品はワークピースの各回転につき2Pの距離を横方向に沿って進む。
別の実施形態では、本開示は、ワークピースにパターンを切削する方法であって、このパターンがピッチ間隔Pで隔てられて隣接する特徴部を有する、方法に関する。この方法は、ワークピース内に第1の特徴部を作製するための第1の切削チップを有する第1の工具シャンクと、ワークピース内に第2の特徴部を作製するための第2の切削チップを有する第2の工具シャンクとを有する切削工具組立品を提供することであり、ここで第1の切削チップと第2の切削チップとの間の距離YがnPに等しく、nは偶整数である。ワークピースは切削工具組立品に対して回転する。開始位置から始め、切削工具組立品は回転するワークピースに対して横方向に沿って進み、ここでその切削工具組立品は、ワークピースの各回転につき2Yの距離を横方向に沿って進む。切削工具組立品は開始位置に戻り、オフセット開始位置まで横方向に沿って距離Pを進み、オフセット開始位置から始め、切削工具組立品は回転するワークピースに対して横方向に沿って進み、切削工具組立品はワークピースの各回転につき2Yの距離を進む。
更に別の実施形態では、本開示は、ワークピースにパターンを切削する方法であって、このパターンが所望のピッチ間隔P及びPからの最大許容偏差Δで隔てられる隣接する特徴部を有する方法に関する。この方法は、ワークピース内に第1の特徴部を作製するための第1の切削チップを有する第1の工具シャンクと、ワークピース内に第2の特徴部を作製するための第2の切削チップを有する第2の工具シャンクとを有する切削工具組立品を提供することを含む。第1の切削チップと第2の切削チップとの間の距離Y=nPが成立し、nがε/Δより大の整数であり、εが第1の切削チップと第2の切削チップとの間に所望の間隔を得る際の精度である。第1の切削チップと第2の切削チップとの間の実際の距離がSに相当する場合、ワークピースは切削工具組立品に対して回転し、切削工具組立品は回転するワークピースに対して横方向に沿って進み、切削工具組立品はワークピースの各回転につき2P’の距離(P’=S/n)を横方向に沿って進む。
別の実施形態では、本開示は、第1の方向に沿って延びる線状微細構造の列のアレイを有する構造化主表面を有する導光フィルムに関する。アレイ内の各線状微細構造は、一定の高さを有する複数の第1の領域と、複数の第1の領域の一定の高さより大の最大高さを有する複数の第2の領域とを有し、n列離れた任意の2つの線状微細構造の第2の領域が、線状微細構造間における第2の領域の列(of the in between)に対してではなく互いが線形に位置合わせされており、nが2より大である。
別の実施形態では、本開示は、ワークピースにパターンを切削する方法に関する。この方法は複数の切削チップを有する切削工具組立品を提供することを含み、その切削チップは一定ではない高さを有し、切削チップ間の距離Pが一定ではなく、切削工具組立品の幅はYである。ワークピースは切削工具組立品に対して回転し、切削工具組立品は(and)回転するワークピースに対して横方向に沿って進み、切削工具組立品はワークピースの各回転につき距離Yを横方向に沿って進む。
本発明の1つ以上の実施形態の詳細を添付図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに請求項から明らかになる。
様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。本出願中の図は実物大ではない。
図1は、取付け構造体24を有する切削工具組立品20を示す。取り付け構造体24は、切削チップ28を有する第1の切削工具シャンク22、並びに切削チップ29を有する第2の切削工具シャンク23を有する。図1に示す切削工具組立品は2つの切削チップを有しているが、任意の数の切削工具シャンクを取付け構造体24に取り付けてよい。切削チップ28、29は、ワークピース中に所望の微細構造のパターンを作製するために同一の形状及び寸法を有してよく、又は異なる形状及び寸法を有してよい。本開示に記載するワークピースは、図1に示す工具50などの微細複製工具であるが、本方法はフライカッティング、プランジカッティング、及びスレッドカッティングのうちの少なくとも1つにより機械加工できる任意のワークピースに対して使用できる。図1において、微細複製工具50はキャスティングロールであるが、切削工具組立品20を使用して、キャスティングベルト、射出金型、押出成形又はエンボス加工工具などの他の微細複製工具、又は他のワークピースを作製することもできる。
切削工具組立品20は、切削工具組立品20を微細複製工具50に対して位置決めされる工作機械74に固定される。工作機械74は、切削工具組立品20を微細複製工具50に対して横方向(矢印A及びBで示される)に移動させる。同時に、微細複製工具50は、矢印Cで示す方向に軸の周りを回転する。工作機械74は、プランジカッティング、スレッドカッティング、フライカッティング、及び/又はこれらの組み合わせ技術(スレッドカッティング技術のみが本明細書で詳細に述べられる)を用いて回転する微細複製工具50に対して切削工具組立品20を接触させ、微細複製工具50の表面51に溝を切削することができる。切削チップ28、29が微細複製工具50を機械加工すると、対応する溝及び突出部のパターンがその表面51に形成される。更に、高速工具サーボ(図1に図示せず)を切削工具組立品20と工作機械74との間で任意に用いてよい。例えば、高速工具サーボは切削工具組立品20を振動させ、表面51に特定の微細構造を作製することができる。工具50に対して好適な材料をキャスト成形又は押出成形するとき、切削チップ28、29により工具50の表面51に形成された溝に相当する突出構造を有する微細構造化物品が形成される。
図2には多重のチップ切削工具組立品20をより詳細に示しており、例えば、切削高(H)、切削幅(W)、及びチップ角(θ)などの1つ以上の変数で各切削チップを説明できる。切削高(H)は、切削チップがワークピースを切削できる最大深さを規定し、切削深さと呼んでもよい。工具に対して物品がキャスト成形されるとき、切削深さは物品中の構造の高さ(基部から頂部まで)に相当する。切削幅(W)は、平均切削幅として規定するか、又は図2に示されているように、切削チップの最大切削幅として規定してよい。工具に対して物品がキャスト成形されるとき、切削幅は物品中の構造の基部における幅に相当する。例えば、高さ(H)及び/又は幅(W)は、約500マイクロメートル未満、約200マイクロメートル未満、約100マイクロメートル未満、約50マイクロメートル未満、約10マイクロメートル未満、約1.0マイクロメートル未満、又は約0.1マイクロメートル未満であるように形成することができる。
切削チップ28、29の寸法を規定するのに用いることができる別の数量は、アスペクト比、つまり高さ(H)と幅(W)の比である。アスペクト比は、約1:5超、約1:2超、約1:1超、約2:1超、又は約5:1超になるように規定してよい。
図2中の変数(Y)は、切削工具組立品20内で隣接する切削チップ28と29との間の公称距離を表し、ピッチ間隔(P)の整数(n)に関して本明細書で規定する。本開示において用語「ピッチ」(P)は、ワークピース内に作製される2つの隣接する特徴部、例えば、切削チップ28、29それぞれにより図1の微細複製工具50の表面51に作製された隣接する溝52、53の間の距離を指す。以下により詳細に示すように、本開示では、nは1以上の整数であると仮定され、つまり、切削工具組立品20中の切削チップ28、29が2つ以上のピッチ間隔Pで隔てられることを意味する。
典型的には、切削チップ28、29は、互いに対して10マイクロメートル未満、又は1マイクロメートル未満、又は更にはおよそ0.5マイクロメートルの許容誤差内で、取付け構造体24に位置決めできる。光学フィルム、接着フィルム、研磨フィルム、機械的締結具などの製造用の微細複製工具を効率よく作製するのに、このような精密な配置が要求される場合がある作製される微細複製工具の寸法に応じて、工具における隣接する特徴部のピッチ間隔Pは、約5000マイクロメートル未満、約1000マイクロメートル未満、約500マイクロメートル未満、約200マイクロメートル未満、約100マイクロメートル未満、約50マイクロメートル未満、約10マイクロメートル未満、約5マイクロメートル未満、約1マイクロメートル未満であってよく、チップ28、29の間隔の許容誤差はほぼ0.5マイクロメートルに達することができる。
いくつかの実施形態では、切削チップ28、29の1つは固定されてよく、切削チップ28、29が所望の間隔を有するまで他の切削チップを移動させてよい。例えば、図2を参照すると、シャンク22を取付け構造体24に固定し、切削チップ28を正確に配置し、次いで切削チップ29が所望の位置になるまで取付け構造体24内でシャンク23を動かしてよい。シャンク22、23を、例えば、タッピング、シミング、屈曲、又は分離位置決めステージにより、取付け構造体24内で動かしてよい。図2に示されない別の実施形態では、切削チップ28、29を単一のシャンク上に設けることができ、又は2つの切削チップを単結晶中にミリングしてよい。
例えば、集束イオンビーム加工プロセスで作製されたダイヤモンドチップは、上述の様々な高さ、幅、ピッチ、及び上述のアスペクト比を達成し得る。集束イオンビーム加工とは、ガリウムイオンなどのイオンをダイヤモンドに向けて加速して、ダイヤモンドの原子をミリング除去(アブレーションと呼ばれることもある)するためのプロセスを示している。ガリウムイオンを加速すると、ダイヤモンドから原子を原子1個ごとを基準にして除去することができる。ラッピング又はグラインディングなどのより低コストの技術もまた、単独で、又はイオンビームミリングと組み合わせて用いて、ダイヤモンドチップ及び/又は図2の切削チップ28、29の別の部分を形成してよい。ラッピングとは、固定されていない研磨剤を用いてダイヤモンドから物質を除去するプロセスを意味し、一方グラインディングとは、媒体又は基材に固定された研磨剤を用いてダイヤモンドから物質を除去するプロセスを意味する。
図3A及び図3Bを参照すると、切削工具組立品120は、工具シャンク122、123及び切削チップ128、129を有する工具取付け構造体124を有する。切削チップ128、129がワークピース150の表面151に噛合し、表面151に選択された深さの溝を機械加工するように、切削工具組立品120は矢印Dの方向に沿った位置に移動することができる。切削工具組立品120では、切削チップ128、129は1ピッチ距離P(すなわち式Y=nPでn=1、Y=P)の距離だけ離れており、これは切削工具組立品20中の切削チップ28、29間の距離Yが、ワークピース中の特徴部のピッチに等しい、すなわちY=Pであることを意味する。図3Cに示すように、ワークピース150の最初の旋回中に、第1の切削チップ128が第1の溝α1を切削し、第2の切削チップ129が第2の隣接する溝β1を切削するように、切削工具組立品120は方向Bに沿って横方向に移動する。溝α1及びβ1のトラフは距離Pだけ離れている。図3Dでは、ワークピース150の2回目の回転中に、第1の切削チップ128が溝α2を表面151に切削し、第2の切削チップ129が溝β2を切削するように、切削工具組立品120は方向Bに沿って横方向距離2P分再び移動する(図3E)。この場合も、溝α2及びβ2のトラフは距離Pだけ離れている。ワークピース150の3回目の回転中に、第1の切削チップ128が溝α3を表面151に切削し、第2の切削チップ129が溝β3を切削するように、切削工具組立品120は方向Bに沿って横方向距離2P分再び移動する(図3F)。この場合も、溝α3及びβ3のトラフは距離Pだけ離れている。151の所望の部分(又は実質的に全表面)が全体的に機械加工されるまで、切削工具組立品120の移動は、ワークピース150の1旋回あたり2Pずつ横方向に続く。
上記を考慮し、切削チップ128、129間の距離YがnP(nが奇整数の場合)に等しくなるよう選択される場合、工具はワークピースの各回転中2Pの距離で進み、ワークピース150の表面151を全体的に加工するのに必要な切削通過は1つのみである。
図3A〜3Fに示される方法は単一スタートプロセス又はワンパスプロセスと呼ばれ、本出願では、切削工具組立品が、ワークピースに対してその開始位置から横向き一方向のみに移動し、単一通過でワークピース表面の所望の部分を連続的に機械加工することを意味する。いくつかの実施形態では、実質的に全表面が単一経路で機械加工され、別の実施形態では、表面の部分的機械加工のみが必要とされる。
本出願では、多重スタート又は多重通過プロセスとは、切削工具組立品が第1の切削通過を実施してワークピースの第1の部分を機械加工し、第2の切削通過がワークピースの第2の部分を機械加工する切削方法を指す。
第1の切削通過では、切削工具組立品はワークピースに対して第1の開始位置から第1の横方向に沿って移動し、ワークピース表面の第1の部分を部分的に機械加工する。第1の切削通過の後、ワークピース表面は第1の溝パターンを有する。第1の切削通過が完了した後、切削工具組立品は第1の横方向とは逆方向の第2の横方向に、第2の開始位置まで移動する。この「折り返し」通過の間、切削工具組立品はワークピースを機械加工しない。第2の開始位置は、第1の開始位置と同じであっても、又は第1の開始位置とは異なっていてもよい。
切削工具組立品が第2の開始位置に配置された後、切削工具組立品はワークピースの第2の部分を機械加工するための第2の切削通過を行う。ワークピースの第2の部分は、第1の部分と同じであってもよく、又は第1の部分と異なっていてもよい。第2の開始位置から、切削工具組立品はワークピースが機械加工されるまで第1の横方向に沿って移動する。
例えば、多重スタートプロセスにおいて、いくつかの実施形態では、第2の開始位置は第1の開始位置と異なり、切削工具組立品はワークピースに、第1の切削通過で形成された第1の溝パターンとは異なる第2の溝パターンを形成する。
別の実施例では、多重通過プロセスにおいて、いくつかの実施形態では切削工具組立品は第1の位置と同じ第2の位置に戻る。これらの実施形態において、切削工具組立品は第1の切削通過で形成された第1の溝パターンをたどる。しかし、第2の切削通過において、切削工具組立品はワークピース内をより深く移動し、ワークピース表面から更に材料を除去することができる。第2の切削により、向上した特徴部忠実度をもたらすことができ(第1の切削通過でワークピース表面から除去される物質量が多すぎる場合、一部の構造に対しては破断又は変形が起こる場合がある)、及び/又は第1の切削通過で形成された溝に追加の構造的特徴部を追加することができる。
一般的には、単一スタートプロセスは、多重スタートプロセスよりも精密な溝及びピーク形成をもたらす。切削条件、例えば湿度、温度などは、多重の切削通過間で変更してよいが、これはワークピース中に機械加工される溝の精度に悪影響を及ぼす可能性がある。多重スタート切削はまた、切削工具組立品をワークピースに対して少なくとも1回再配置することを必要とし、これにより単一スタート法よりも精度の低い溝配置をもたらす場合がある。単一スタート切削はまた、多重スタート切削よりもとにかく早くて容易であり、工具費を最小限に抑えるのに好ましい。
図4A及び図4Bを参照すると、切削工具組立品220は、工具シャンク222、223及び切削チップ228、229を有する工具取付け構造体224を有する。切削チップ228、229がワークピース250の表面251内を切削するように切削工具組立品220は矢印Eの方向に移動する。切削工具組立品220では、切削チップ228、229は2ピッチP(すなわち式Y=nPでn=2、Y=2P)の距離だけ離れている。図4B(3B)に示すように、ワークピース250の第1の旋回中に、第1の切削チップ228がワークピース250中の第1の溝α1を切削し、第2の切削チップ229が第2の隣接する溝β1を切削するように、切削工具組立品220は開始点252から始めて方向Bに沿って横方向に移動する。溝α1及びβ1のトラフは距離2Pだけ離れている。ワークピース250の2回目の回転中に、切削工具組立品220は方向Bに沿って横方向距離4P分移動して表面251に次の一組の溝を切削し、第1の切削チップ228は溝α2を切削し、第2の切削チップ229は溝β2を切削する(図4C)。この場合も、溝α2及びβ2のトラフは距離2Pだけ離れている。ワークピース250の3回目の回転中に、切削工具組立品220は方向Bに沿って横方向距離4P分再び移動し、第1の切削チップ228は表面251に溝α3を切削し、第2の切削チップ229は溝β3を切削する(図4D)。溝α3及びβ3のトラフは距離2Pだけ離れている。切削工具組立品220が表面251の末端部(図4Dに図示せず)に到達するまで、切削工具組立品220の移動は、ワークピース250の1旋回あたり方向Bに沿って4Pずつ横方向に継続する。
図4Eを参照すると、その後切削工具組立品220は、元の切削開始点252から1ピッチPの距離分オフセットされる第2の切削開始点254まで、方向Aに沿って横方向に戻るように移動する。図4Fを参照すると、2回目のスタート後のワークピース250の1回目の回転中に、切削工具組立品220は矢印Fの方向に沿って表面251に向かって移動し、第1の切削チップ228は表面251に第1の溝α1’及び第2の切削チップ229は第2の溝β1’を切削し(the first cutting tip 228 cuts a groove α1’ in the surface 251 and the second cutting tip 229 cuts a groove β1’ in the surface 251)、各溝のトラフは距離2Pだけ離れている。更に、溝α1’のトラフが隣接する溝α1のトラフから距離P離れている。図4Gを参照すると、ワークピース250の2回目の回転中に、切削工具組立品220は距離4P分再び移動して第2の切削を行い、溝α2’及びβ2’を形成する。溝α2’及びβ2’のトラフは互いに距離2P離れており、それぞれ溝α2及びβ2から距離P離れている。図4Hに示すように、ワークピース250の3回目の回転中に、切削工具組立品220は距離4P分再び移動して第3の切削を行い、溝α3’及びβ3’を形成する。溝α3’及びβ3’のトラフは互いに距離2P離れており、それぞれ溝α3及びβ3から距離P離れている。この手順を表面251が全体的に機械加工されるまで継続する。
上記を考慮し、切削チップ228、229間の距離YがnP(nが偶整数の場合)に等しくなるよう選択される場合、切削工具組立品はワークピースの各回転中2nPの距離で進み、2スタート切削を用いてワークピース250の表面251を完全に加工することができる。
図5A及び図5Bを参照すると、切削工具組立品320は、工具シャンク322、323及び切削チップ328、329を有する工具取付け構造体324を有する。切削工具組立品320は、切削チップ328、329が回転するワークピース350の表面351内を切削するように、方向B(図1)に沿って横方向に、かつ矢印Gの方向に移動する。切削工具組立品320では、切削チップ328、329は、3ピッチP(すなわち式Y=nPでn=3、Y=3P)の距離だけ離れている。図5Bに示すように、ワークピース350の最初の旋回中に、第1の切削チップ328が第1の溝α1を切削し、第2の切削チップ329が第2の溝β1を切削する。溝α1及びβ1のトラフは距離3Pだけ離れている。ワークピース350の2回目の旋回中に、切削工具組立品320は方向Bに沿って横方向距離2P分移動して表面351に次の溝の一組を切削し、第1の切削チップ328は表面351に溝α2を切削し第2の切削チップ329は溝β2を切削する(図5C)。この場合も、溝α2及びβ2のトラフは距離3Pだけ離れている。ワークピース350の3回目の旋回中に、切削工具組立品320は方向Bに沿って横方向距離2P分再び移動し、第1の切削チップ328は表面351に溝α3を切削し、第2の切削チップ329は溝β3を切削する(図5D)。この場合も、溝α3及びβ3のトラフは距離3Pだけ離れている。ワークピース350の4回目の旋回中に、図5Eに示すように、切削工具組立品320(350)は方向Bに横方向距離2P分移動し、この間第1の切削チップ328は表面351に溝α4を切削し、第2の切削チップ329は表面351に溝β4を切削する。この場合も、溝α4及びβ4のトラフは距離3Pだけ離れている。切削工具組立品320の移動は、ワークピース350の1旋回あたり2Pずつ方向Bに沿って横方向に継続し、距離3Pだけ離れている溝α5及びβ5を形成し、やがて切削工具組立品320が表面351を完全に機械加工する。最後の切削を終了した後、ワークピース350を線360、361で切り取り、最終の完成した微細複製工具を形成できる。
単一スタート法を用いて隣接する溝間にピッチPを有する微細複製工具を作製するためには、2つの切削チップ及び切削チップ間隔Y=nP(nは1より大の奇整数)を有する切削工具組立品を選択することができる。切削工具組立品は、回転するワークピースの各旋回中、2Pの距離を進む必要がある。
上記ワークピースを微細複製工具として用い、例えば、光学フィルムなどの微細複製物品を製造することができる。光学フィルムがLCDなどの光学デバイスに隣接して配置される際に、好ましくない光学的影響(例えばモアレパターン、ウェットアウトなど)を引き起こさないように、光学フィルムには精密な構造を作製することが望ましい。光学フィルムに正確なパターン構造を作製するためには、精密な溝パターンを有する微細複製工具を用いて光学フィルムを製造することが重要である。ワークピースに非常に精密な溝パターン、すなわち溝間のピッチ(P)が精密に制御されたもの作製することが望ましい場合、微細複製工具の製造に用いられる切削工具組立品の2つの切削チップ間の距離Yも精密に制御されなくてはならない。例えば、ワークピース中の所望のパターンが、ピッチ間隔P及びPからの最大許容偏差±Δで隔てられて隣接する特徴部を含むと仮定する。2重チップの切削工具組立品がパターンの作製に用いられと仮定すると、第1切削チップと第2の切削チップとの間の距離Y=nPが設定される必要があり、ここでnがε/Δより大の整数であり、εが第1の切削チップと第2の切削チップとの間に所望の間隔を達成する際の精度である。第1の切削チップと第2の切削チップとの間の実際の距離がSである場合、ピッチPの溝を有するワークピースを作製するために、切削工具組立品は回転するワークピースに対して横方向に沿ってワークピースの各回転につき2P’の距離を進む必要があり、ここでP’=S/nである。
例えば、ワークピース中の所望のピッチ(P)が50μmであり、Pの最大変動(Δ)が±0.1μmであると仮定する。切削工具組立品の2つの切削チップ間の距離Y=nPの誤差εが10μmであると仮定する。したがって、nはε/Δ、より大、つまり10μm/0.1μm、すなわち100より大である必要がある。nが111であるとして選択した場合、2つの切削チップ実際の間隔Sは(111)(50μm)=5550μmである。Sは実質的に約5560μmであるため、実際のピッチP’は5560μm/111、つまり50.09μmに選択される必要がある。5560μmの切削チップ間隔により、切削工具組立品はワークピースの各回転につき横方向距離2P’分進み、ワークピース表面上に、同一の高さ、同一の底部幅、及び対称的側壁を有するプリズム状構造のアレイをもたらすであろう。
上述のフライカッティング、プランジカッティング、及びスレッドカッティング法は、微細複製工具の製造において大きな可動性を提供する。例えば、「ウェットアウト」は、導光フィルムの微細複製表面が別のフィルムの表面に接触する場合に光学ディスプレイで発生する可能性があり、表示面領域のいたるところで光の強度が変動する原因となる。ウェットアウト現象を低減するために、図6A〜Cに示すように、2重チップの切削工具組立品を用いてワークピース450の表面451に溝を切削することができる。切削工具組立品(図示せず)は、距離8P離れた2つの切削チップを有し、ワークピース450の最初の回転中に、第1の開始位置452からそれぞれ深さd1を有する溝α1及びβ1を切削する。ワークピース450の2回目の回転中に、切削工具組立品は2(8P)=16Pの距離を横方向に進み、同様にそれぞれ深さd1を有する溝α2及びβ2を切削する(図6Aには図示せず)。図6Bを参照すると、表面451の末端に到達するのに必要なn回この一連の操作を繰り返した後、切削工具組立品は第1の開始位置452から距離P分オフセットされた第2の開始位置454に戻る。ワークピース450の後続の1回目の回転中に、切削工具組立品はそれぞれ8P離れており、d2<d1の深さを有する溝α1’及びβ1’を切削する。ワークピース450の2回目の回転中に、切削工具組立品は2(8P)=16Pの距離を横方向に進み、同様にそれぞれ深さd2<d1を有する溝α2’及びβ2’を切削する(図6Bには図示せず)。図6Cを参照すると、表面451の末端に到達するのに必要なn回この一連の操作を繰り返した後、切削工具組立品は、第2の開始位置454から距離P分オフセットされた第3の開始位置456に戻る。ワークピース450の後続の1回目の回転中に、切削工具組立品は、それぞれ8P離れており、d2<d3<d1の深さを有する溝α1”及びβ1”を切削する。ワークピース450の2回目の回転中に、切削工具組立品は2(8P)=16Pの距離を横方向に進み、同様にそれぞれ深さd2<d3<d1を有する溝α2”及びβ2”を切削する(図6Cには図示せず)。続いて、切削工具組立品は溝α1”から距離P分オフセットされた第4の開始位置に戻り、表面451を完全に機械加工するのに必要なだけプロセスをn回継続してもよい。得られる微細複製工具はd2<d3<d1の変化する深さにおいて溝を有しており、この変化する深さを利用して、この微細複製工具から製造される光学フィルムを光学ディスプレイに使用する際のウェットアウト現象を低減することができる。
図7に示す別の例では、切削工具組立品520の一部は、工具シャンク522、523、及び525を有する工具取付け構造体524を有する。各工具シャンク522、523、525は、それぞれ切削チップ528、529、及び531を有する。切削チップ528、529はそれぞれ高さh1を有し、切削チップ528、529がワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd1を有する溝を作製する(図7Aに図示せず)。切削チップ528、529は丸形であり、ワークピースにおいて深さd1の各溝に丸形トラフを機械加工する。切削工具組立品520では、切削チップ528、529は、2ピッチP(すなわち式Y=nPでn=2、Y=2P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd1の丸形トラフ溝は距離2Pだけ離れる。切削チップ531はh1より低い高さh2を有し、切削チップ531がワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd2(h2)を有する溝を作製する。切削チップ531はとがっており、ワークピース内の深さd2の各溝にV形トラフを機械加工する。切削工具組立品520では、切削チップ531は、2ピッチP(すなわち式Y=nPでn=2、Y=2P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd2のV形トラフ溝も距離2Pだけ離れる。
使用中、切削工具組立品520は、ワークピースの各旋回につき2(2P)=4Pの距離を進み、得られる溝パターンは、それぞれが深さd2のV形溝で隔てられ、深さd1を有し距離2P離れている丸形トラフ溝を有する。V形溝も距離2Pだけ離れている。この溝パターンに相当する構造化パターンのリブを有する光学フィルムは、引掻きに対して優れた耐性を有する。
図7Bに示す更に別の例では、切削工具組立品620の一部は、工具シャンク622、623、及び625A〜Cを有する工具取付け構造体624を有する。各工具シャンク622、623、625A〜Cは、それぞれ切削チップ628、629、及び631A〜Cを有する。切削チップ628、629はそれぞれ高さh1を有し、切削チップ628、629がワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd1を有する溝を作製する(図7Bに図示せず)。切削チップ628、629は、差し渡しw1(d3)の平形チップを有し、ワークピース中に深さd1の各溝の底部幅がw1(d3)である平形トラフを機械加工する。切削工具組立品620では、切削チップ628、629は、4ピッチP(すなわち式Y=nPでn=4、Y=4P(Y 4P))の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd1の平形トラフ溝(rounded trough grooves)は距離4Pだけ離れる。切削チップ631A〜Cはh1より低い高さh2を有し、切削チップ631A〜Cがワークピースの表面に噛合する際に高さと同じ切削深さd2(h2)を有する溝を作製する。切削チップ631A〜Cはとがっており、ワークピースにおいて深さd2の各溝にV形トラフを機械加工する。切削工具組立品620では、切削チップ631A〜Cは、1ピッチP(すなわち式Y=nPでn=1、Y=P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd2のV形トラフ溝も距離Pだけ離れる。
使用中、切削工具組立品620はワークピースの各旋回につき2(4P)=8Pの距離を進み、得られる溝パターンは、それぞれが深さd2の3つのV形溝で隔てられ、深さd1を有し、距離4P離れている平形トラフ溝を有する。V形溝は距離Pだけ離れている。例えば、第1の光学フィルムが図7Bに示す切削工具組立品を用いて形成される場合、切削チップ628、629で作製されるリブ上に接着剤を塗布できる。次いで、同一又は類似の溝パターンを有する第2の光学フィルムを、第2の光学フィルムの溝の長手方向軸が第1の光学フィルムの溝の長手方向軸と直交する位置付けにして、第1の光学フィルムの上に貼合できる。続いて、得られる積層構造体を光学ディスプレイ装置に設置できる。
図8に示す更に別の例では、切削工具組立品720の一部は、工具シャンク722A〜B、723A〜B、及び725A〜Bを有する工具取付け構造体724を有する。各工具シャンク722A〜B、723A〜B、725A〜Bは、それぞれ切削チップ728A〜B、729A〜B、及び731A〜Bを備える。全ての切削チップは高さh1を有し、切削チップがワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd1を有する溝を作製する(図8に図示せず)。切削チップ728A〜Bは刃先角θ1を有し、切削チップ731A〜Bは刃先角θ2を有し、切削チップ729A〜Bは刃先角θ3を有し、θ1、θ2、及びθ3はそれぞれ異なっている。各切削チップは、ワークピース内に概してV形の溝を機械加工するが、各溝はわずかに異なる角度を有することになる。切削工具組立品720では、切削チップ728A〜B、729A〜B、及び731A〜Bは、3ピッチP(すなわち式Y=nPでn=3、Y=3P)の距離だけそれぞれ離れている。
使用中、単一スタート切削をもたらすため、切削工具組立品720はワークピースの各旋回につき2Pの距離を進み、得られる溝パターンは、それぞれP離れており、異なるV形刃先角を有する3つの溝のセットを有する。3つ目の溝ごとに同一の刃先角を有する。
図9に示す別の例では、切削工具組立品820の一部は、工具シャンク822、823を有する工具取付け構造体824を有する。各工具シャンク822、823は、それぞれ切削チップ828、829を有する。切削チップ828はそれぞれ高さh1を有し、切削チップ828がワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd1を有する溝を作製する(図9に図示せず)。切削チップ828はV形であり、ワークピースにおいて深さd1の各溝にV形トラフを機械加工する。切削工具組立品820(520)では、切削チップ828、829(528,529)は、2ピッチP(すなわち式Y=nPでn=2、Y=2P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd1のV形トラフ溝は距離2Pだけ離れる。切削チップ829はh1より低い高さh2を有し、切削チップ829がワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さh2を有する溝を作製する。切削チップ829は丸形であり、ワークピースにおいて深さd2の各溝に丸形トラフを機械加工する。切削工具組立品820では、切削チップ829も2ピッチP(すなわち式Y=nPでn=2、Y=2P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd2の丸形トラフ溝も距離2Pだけ離れる。
使用中、図9の切削工具組立品820は、ワークピースの各旋回につき2(2P)=4Pの距離を進み、得られる溝パターンは、それぞれが深さd2の丸形トラフ溝で隔てられ、深さd1を有し、距離2P離れているV形トラフ溝を有する。丸形トラフ溝も距離2Pだけ離れる。
図10に示す更に別の例では、切削工具組立品920の一部は、工具シャンク922、923、及び925A〜Cを有する工具取付け構造体924を備える。各工具シャンク922、923、925は、それぞれ切削チップ928、929、及び931A〜Cを有する。切削チップ928、929はそれぞれ高さh1を有し、切削チップ928、929がワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd1を有する溝を作製する(図10には示さず)。切削チップ928、929は、幅w1(d3)の平形チップを備え、ワークピース中に深さd1の各溝の底部幅がw1(d3)である平形トラフを機械加工する。切削工具組立品920では、切削チップ928、929は、4ピッチP(すなわち式Y=nPでn=4、Y=4P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd1の平形トラフ溝(rounded trough grooves)は距離4Pだけ離れる。切削チップ931A〜Cはh1より低い高さh2を有し、切削チップ931A〜Cがワークピースの表面に噛合するとき、高さと同じ切削深さd2(h2)を有する溝を作製する。切削チップ931A〜Cは丸形であり、ワークピースに於いて深さd2の各溝に丸形トラフを機械加工する。切削工具組立品920では、切削チップ931A〜Cは、1ピッチP(すなわち式Y=nPでn=1、Y=P)の距離だけ離れている。したがって、ワークピース中、深さd2の丸形トラフ溝も距離Pだけ離れる。
使用中、切削工具組立品920は、ワークピースの各旋回につき2(4P)=8Pの距離を進み、得られる溝パターンは、それぞれが深さd2の3つの丸形トラフ溝で隔てられ、深さd1を有し、距離4P離れている平形トラフ溝を有する。丸形トラフ溝は距離Pだけ離れる。この溝パターンに相当する構造化パターンのリブ要素及びレンチキュラ要素を有する光学フィルムは、光学ディスプレイ装置において隣接するフィルムへの優れた接着性を有する。
多重チップ切削工具組立品は、スレッドカッティング及びプランジカッティングと組み合わせても使用でき、所望の光学的効果を有する光学フィルムを作製できる、特有のパターン付き微細複製工具を提供する。例えば、図5B〜5Fに詳細を記載したように、図5Aに示される切削工具組立品320をスレッドカッティング手順で使用し、溝付きワークピースを機械加工すると仮定する。一実施形態では、ワークピースはキャスティングロールであってよく、キャスティングロールを使用してロール内の溝パターンに相当する***リブ状構造のアレイを有する光学フィルムを製造することができる。リブは実質的に一定の高さを有しており、このような光学フィルム100の例を図11Aに示す。
一方、キャスティングロールが図5Aの切削工具組立品320で機械加工されるが、工具320は高速工具サーボで振動されると仮定する。一実施形態では、得られる光学フィルムは、3P離れ、実質的に一定の高さの2つのV形溝でそれぞれ分離される、起伏のある(高さが変化する)溝の起伏のある対を含む、図11Bのフィルム102の様な外観を有するであろう。実質的に一定の高さの溝はそれぞれP離れている。
図11Cに示す更に別の実施形態では、この場合も、図5Aの切削工具組立品320でキャスティングロールを機械加工し、実質的に一定の高さh1の第1の領域107をそれぞれ有するリブアレイを有する、光学フィルム106を作製できると仮定する。しかし、選択された間隔(規則的、疑似規則的、又はランダムであり得る)で、切削工具組立品320はワークピース内に更に距離dだけ差し込まれ、各リブ上に、高さh2=h1+dを有する少なくとも1つの第2の領域108を形成する。切削工具組立品320上の切削チップは距離3P離れているため、全ての3番目のリブ上の第2の領域108は、線形に位置合わせされており、すなわち、例えばフィルム縁部などの基準点から実質的に同じ距離にある。しかし、3つ目のリブの各対間の2つのリブは、3つ目のリブ対上のリブと線形に位置合わせされていない第2の領域を有する(又は、3つ目のリブ対間のリブは、第2の領域を全く含まなくてもよい)。例えば図11Cでは、第2の領域108Aはフィルム縁部の基準点110から距離x1にあり、第2の領域108Bは基準点110から距離x2にあり、第2の領域108Cは基準点110から距離x3にあり、x1≠x2≠x3である。このような第2の領域の構成は、フィルムがディスプレイ装置で用いられるときフィルムの光学利得を実質的に保持しつつも、ウェットアウトを低減し、又は実質的に解消する。
多重の切削チップ1102、1104、1106、及び1108を有する別の切削工具組立品1100が図12Aに示される。切削チップ1104、1106、1108は高さh1を有し、一方切削チップ1102は高さh2>h1を有する。切削チップ1102はまた幅wの平形切削領域を有し、切削工具組立品の全幅はYである。
図12Bを参照すると、切削工具組立品1100による最初の切削通過は、基材1110内に、V形断面及び深さd1を有する3つの実質的に同一の溝β1、γ1、δ1を作製し、溝β1は切削チップ1104により切削され、溝γ1は切削チップ1106により切削され、溝δ1は切削チップ1108により切削される。切削工具組立品1100上の切削チップ1102は、幅w及び深さd2>d1の平形「床」を有する概ねV形溝α1を作製する。
図12Cを参照すると、2回目の切削通過において、切削工具組立品1100は切削工具組立品1100の全幅に等しい横方向距離Yを進む。2回目の切削通過において、切削チップ1102は既存の溝δ1内を切削し、深さd2を有する平形床状領域1112を追加する。得られる溝は元の溝α1及びδ1の両方の特徴部を有しており、2回目の切削通過で切削工具組立品1100上の第1の切削チップ1102及び最後の切削チップ1108の追加構造を有する複合溝を作製する。2回目の切削通過では、切削チップ1104、1106、及び1108はまた、それぞれ深さd1を有するV形溝β2、γ2、δ2も作製する。続く切削通過において切削工具組立品1100は再び横方向距離Yを進み、1つ目の溝α1を勘定に入れずに全ての3番目の溝δnに平形床状構造が追加される。
図13Aは、それぞれが異なる形状、幅、及び高さを有する6つの切削チップ1202、1204、1206、1208、1210、及び1212を有する切削工具組立品1200の断面図である。例えば、切削チップ(cutting tool )1204は高さh1を有し、一方切削チップ1206は高さh2>h1を有する。切削チップ1212は高さh3<h1<h2(h3<h1<h3)を有する。切削工具組立品1200の全ての切削チップのうち、切削チップ1206が最も広い全幅wを有する。切削工具組立品1200の全幅はYである。
図13Bは、ポッティング材料の顕微鏡写真であり、切削工具組立品1200を本明細書で記載したような多重スタート切削プロセスで用いたときに作製されるパターンを示す。1回目の切削通過において、切削チップ1202、1204、1206、1208、1210、及び1212は、それぞれ相当する溝1302、1304、1306、1308、1310、及び1312を作製する。2回目の切削通過において、切削工具1200は工具の幅全体に等しい距離Yを進み、切削チップ1202が溝1322を作製し、切削チップ1204が溝1324を作製し、切削チップ1206が溝1326を作製し、切削チップ1208が溝1328を作製し、切削チップ1210が溝1330を作製し、切削チップ1212が溝1332を作製する、第2の溝構成を作製する。この切削技術を用い、切削工具組立品(cutting tip)1200は全ての6番目の溝において特有の溝形状を形成する。
上記のように、本発明は、ディスプレイシステムに応用可能であり、バックライト方式ディスプレイ及び背面投射スクリーンなど、多重光管理フィルムを有するディスプレイ及びスクリーンにおける審美的欠陥を減じる上で特に有用であると考えられる。したがって、本発明は、上述の特定の実施例に限定されるとみなされるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において明確に記載された本発明の全ての態様を網羅すると理解されるべきである。本発明を適用可能な様々な改変、等価のプロセス、及び多くの構造が、本明細書を参照することで本発明が対象とする技術分野における当業者には直ちに明らかとなろう。特許請求の範囲は、そうした改変及び工夫を網羅することを目的としたものである。
Claims (6)
- ワークピースにパターンを切削する方法であって、該パターンがピッチ間隔Pで隔てられる隣接する特徴部を有し、該方法が、
該ワークピース内に第1の特徴部を作製するための第1の切削チップを有する第1の工具シャンクと、該ワークピース内に第2の特徴部を作製するための第2の切削チップを有する第2の工具シャンクと、を有する切削工具組立品を提供する工程であって、該第1の切削チップと該第2の切削チップとの間の距離YがnPに等しく、かつnが1を超える奇整数である工程と、
該切削工具組立品に対して該ワークピースを回転させる工程と、
該切削工具組立品を該回転するワークピースに対して横方向に沿って前進させる工程であって、該切削工具組立品が該ワークピースの各回転につき2Pの距離を該横方向に沿って進む工程と、を含む、方法。 - ワークピースにパターンを切削する方法であって、該パターンがピッチ間隔Pで隔てられる隣接する特徴部を有し、該方法が、
該ワークピース内に第1の特徴部を作製するための第1の切削チップを有する第1の工具シャンクと、該ワークピース内に第2の特徴部を作製するための第2の切削チップを有する第2の工具シャンクと、を有する切削工具組立品を提供する工程であって、該第1の切削チップと該第2の切削チップとの間の距離YがnPに等しく、かつnが偶整数である工程と、
該切削工具組立品に対して該ワークピースを回転させる工程と、
開始位置から始め、該切削工具組立品を該回転するワークピースに対して横方向に沿って前進させる工程であって、該切削工具組立品が該ワークピースの各回転につき2Yの距離を該横方向に沿って進む工程と、
該切削工具組立品が該開始位置に戻り、該切削工具組立品をオフセット開始位置まで該横方向に沿って距離Pを前進させる工程と、
該オフセット開始位置から始め、該切削工具組立品を該回転するワークピースに対して該横方向に沿って前進させる工程であって、該切削工具組立品が該ワークピースの各回転につき2Yの距離を進む工程と、を含む、方法。 - ワークピースにパターンを切削する方法であって、該パターンが所望のピッチ間隔P及びPからの最大許容偏差Δで隔てられた隣接する特徴部を有し、該方法が、
該ワークピース内に第1の特徴部を作製するための第1の切削チップを有する第1の工具シャンクと、該ワークピース内に第2の特徴部を作製するための第2の切削チップを有する第2の工具シャンクと、を有する切削工具組立品を提供する工程と、
該第1の切削チップと該第2の切削チップとの間に距離Y=nPの距離を設定する工程であって、nがε/Δより大の整数であり、εが該第1の切削チップと該第2の切削チップとの間に所望の間隔を得る際の精度である、工程と、
該第1の切削チップと該第2の切削チップとの間の実際の距離Sを測定する工程と、
該切削工具組立品に対して該ワークピースを回転させる工程と、
該切削工具組立品を該回転するワークピースに対して横方向に沿って前進させる工程であって、該切削工具組立品が、P’=S/nであるさいに該ワークピースの各回転につき2P’の距離を横方向に沿って進む工程と、を含む、方法。 - 導光フィルムであって、
第1の方向に沿って延在する線状微細構造の列のアレイを有する構造化主表面であって、
該アレイ内の各線状微細構造が、一定の高さを有する複数の第1の領域と、該複数の第1の領域の該一定の高さより大の最大高さを有する複数の第2の領域とを有し、
n列離れた任意の2つの線状微細構造の該第2の領域が、線状微細構造間の該第2の領域の列に対してではなく互いが線形に位置合わせされており、nが2より大である、主表面を有する、導光フィルム。 - 前記線状微細構造の少なくとも一部における前記第1の領域及び前記第2の領域が、同一の横方向断面形状を有する、請求項4に記載の導光フィルム。
- ワークピースにパターンを切削する方法であって、該方法が、
複数の切削チップを有する切削工具組立品であって、該切削チップが一定ではない高さを有し、該切削チップ間の距離Pが一定ではなく、かつ該切削工具組立品が幅Yを有する、切削工具組立品を提供する工程と、
該切削工具組立品に対してワークピースを回転させる工程と、
該切削工具組立品を該回転するワークピースに対して横方向に沿って前進させる工程であって、該切削工具組立品が該ワークピースの各回転につき距離Yを該横方向に沿って進む工程と、を含む、方法。
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