CN1604839A - 用于具有结构表面的工件的带有螺旋线圈的工具 - Google Patents

Abstract

披露了工具辊和使用这些工具辊来制造具有一个或多个结构表面的方法。工具辊包括一外表面，该外表面在与具有适当粘度或可成形性的材料结合使用时可以在工件上形成一结构表面。因为这些工具辊制成为辊子形式，所以它们可以有利地用在连续制造工艺中。或者，可以采用工具辊来加工不连续的工件。这些工具辊由圆柱形基辊构成，并且以变化的波形螺旋图案缠绕有一根或多根连续的线。变化的螺旋图案导致在第一线和与基辊的纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。这些线大体上用来在工具辊上形成一结构表面，该结构表面是形成在采用工具辊加工出的工件上的结构表面的负象。缠绕在基辊上的一根或多根线可以包括多个形成在其中的孔隙，这些孔隙在缠绕在基辊上时在工具辊的外表面上形成多个模腔。或者，可以采用一根或多根线的螺旋图案来形成连续螺旋结构表面例如螺旋沟槽。

Description

用于具有结构表面的工件的带有螺旋线圈的工具

技术领域

本发明涉及制造具有结构表面的工件的领域。更具体地说，本发明提供一种用于制造具有一个或多个结构表面的具有波形螺旋线圈的工具以及采用该工具来制造具有一个或多个结构表面的工件的方法。

背景技术

具有一个或多个结构表面的工件用途广泛。这些工件可以例如为具有例如增加的表面积、用来形成机械紧固件的结构、光学性能等的薄膜。当制造出这些薄膜以便用作机械紧固件时，形成在结构表面上的凸起通常被称为钩。这些钩子可以形成为弯曲形状，或者它们可以为基本上竖直的杆，它们在随后的操作中变形以包括例如成蘑菇形状的头部。

机械紧固件有时如此设计，从而可以使用两条钩带来通过将每条带附着在其中一个工件上然后使这两条带相互接合来将两个工件紧固在一起。在US3192589(Pearson)中显示出这样一种机械紧固件，该文献将该紧固件称为“雌雄同体”，因为其有头的螺栓在相互啮合时具有凸形和凹形特征。可以通过模制出从中伸出有整体无头螺栓的基底然后将这些柱的顶端加热软化来制作出Pearson紧固件。

US5077870(Melbye等人)披露了一种通过将熔融材料挤压进形成在移动的模具表面中的空腔中来制造出机械紧固件的钩带部分的方法。然后将由运动的模具表面形成的杆包覆以形成所要求的紧固件。通过钻孔在模具表面中形成空腔。因此，这些空腔的形状为圆柱形，虽然在深度、直径和空腔之间的间距方面可以获得一定程度的精度，但是实现存在一定难度并且成本增加。另外，模具表面受损通常必须将整个模具废弃。

US5792411(Morris等人)披露了通过对模具表面进行激光加工而制成的模制工具。然后将熔融材料挤压进在运动模具表面中的空腔中以形成杆。然后将这些杆包覆以形成所要求的紧固件。因为这些空腔通过激光烧蚀形成，所以该空腔形状取决于在用来形成空腔的激光束内的能量分布。另外，由于用来构成模具的材料、激光束的功率、在光束内的能量分布、光束聚焦方面的多变性，所以难以实现在空腔深度上的精确控制。

US4775310(Fischer)和WO97/46129(Lacey等人)披露了用来制造用于钩环型机械紧固件的钩带的工具。这些工具由具有水冷套的中空滚筒形成。一系列模具盘或交替的模具盘和间隔板沿着滚筒的长度层压在一起以在辊子表面上形成所要求的模腔。这些设计的缺点在于，以足够的精度制造模具盘以确保这些模腔具有相同的深度、长度、间距等这样成本较高。由制造难度施加在这些盘上的尺寸限制反过来会限制采用这些工具进行加工中的线速度。这种设计的其它缺点包括模腔冷却不均、由层叠板生产出的产品存在不均匀性等。

发明内容

本发明提供工具辊以及采用这些工具辊制造具有一个或多个结构表面的方法。这些工具辊包括一外表面，该外表面在与具有适当粘度或可成形性的材料结合使用时能够在工件上形成一结构表面。因为这些工具制成为辊状，所以它们可以有利地用在连续制造过程中。或者，可以采用本发明的工具辊来加工不连续的工件。

“结构表面”指的是工件的表面不是平面或其它光滑表面。例如，该结构表面可以包括从中伸出的凸起例如与机械紧固件结合使用的杆部。其它可选的结构表面包括但不限于：连续的沟槽或脊部、细长的结构等。

本发明的工具辊由圆柱形基辊构成并且以波形螺旋图案缠绕有一根或多根连续线。这些线大体上用来在工具辊上形成一结构表面，该结构表面是形成在采用工具辊加工出的工件上的结构表面的负象。在一个实施方案中，缠绕在基辊上的至少一根线可以包括形成在其中的孔隙，这些孔隙在缠绕在基辊上时在工具辊的外表面上形成多个模腔。或者，可以使用一根或多根缠绕线来形成连续的结构表面例如连续的一个或多个沟槽。

由在本发明的工具辊中的线形成的波形螺旋线圈呈现出这样一种轮廓或形状，从而在与基辊纵向轴线相交的参考面和线之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。因此，虽然缠绕在基辊上的线在辊面上前进，但是它们波动以相对于参考面形成所要求的变化的间距。由线形成的波形螺旋图案可以由位于基辊的端部附近的缠绕表面形成。

该波形螺旋缠绕设计的优点例如为在工具辊在操作中偏压在其上的任意表面(例如，压送辊)上的磨损分布更加均匀。另一个潜在优点在于通过缠绕线来改变形成在工具辊中的任意模腔(相对于机器方向)的取向。由模腔形成在结构工件中的任意凸起然后可以改变其相对于机器方向的取向。在本发明的工具辊上的波形螺旋线圈的另一个潜在优点在于，可以抑制线圈相对于基辊的转动。

这些工具辊的其它优点包括但不限于，如果工具辊的外表面受损或磨损，则可以更换在基辊上的线圈。这些工具辊与采用层叠板制造工具辊或直接将模具表面钻孔的成本相比更便宜。

另一个优点在于，能够通过改变缠绕在基辊上的线厚度来控制沿着辊宽度在模腔之间的间距。模腔围绕着圆周面的间距也可以通过控制在缠绕在基辊上的线中的孔隙之间的间距来单独控制。另一个优点在于，通过控制线的轮廓或横截面形状和形成在该线中的孔隙的形状，也可以实现在模腔形状方面的变化。

本发明的还有一个优点在于，与基辊的热质量相比缠绕在基辊上的线的热质量相对较小。因此，可以改善在模腔上的热控制，这会导致在采用工具辊生产出的产品的均匀性方面得到相应改善。

如结合本发明所使用的一样，“模腔”可以是在光滑或平面中的任意不连续部分，可塑材料在模制过程中可以流进这些部分中。在本发明的一些实施方案中，工具辊可以包括如下面所限定的具有高高宽比的模腔，但是应该理解的是，模腔不必具有高高宽比。

在一个方面中，本发明提供一种工具辊，它包括：一圆柱形基辊，它具有沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；第一线，它具有多个形成在其中的第一孔隙，所述第一线以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中在所述第一线中的多个第一孔隙形成多个第一空腔，多个第一空腔中的每一个包括位于工具辊的外表面处的开口；其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。

在另一个方面中，本发明提供一种工具辊，它包括：一圆柱形基辊，它具有沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；第一线，它具有多个形成在其中的第一孔隙，所述第一线以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上；缠绕在基辊上的第二线，其中所述第二线位于第一线的相邻螺旋线圈之间，其中第二线和在第一线中的多个第一孔隙形成多个第一空腔，多个第一空腔中的每一个包括位于工具辊的外表面处的开口；并且其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。

在另一个方面中，本发明提供一种在工件上形成结构表面的方法，该方法包括：提供一种工具辊，它包括：一圆柱形基辊，它具有沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；第一线，它包括多个形成在其中的第一孔隙，所述第一线以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中在所述第一线中的多个第一孔隙形成多个第一空腔，多个第一空腔中的每一个包括位于工具辊的外表面处的开口，其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。该方法还包括：使可塑材料与工具辊的外表面接触以利用工具辊的外表面形成结构表面，所述可塑材料至少部分填充了至少一些第一空腔；并且将结构表面从工具辊的外表面中除去，其中该结构表面包括多个与多个第一空腔相对应的凸起。

在另一个方面中，本发明提供一种在工件上形成结构表面的方法，该方法包括：提供一种工具辊，它包括一圆柱形基辊，它具有沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；第一线，它以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次；第二线，它以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中所述第二线位于第一线的相邻螺旋线圈之间，并且其中第一和第二线的螺旋线圈沿着纵向轴线交替，并且其中第一线在基辊上方的高度小于第二线在基辊上方的高度，由此在工具辊的外表面上形成螺旋沟槽，该螺旋沟槽与第一线的形状相配。该方法还包括：使可塑材料与工具辊的外表面接触以利用工具辊的外表面在工件上形成结构表面，所述可塑材料至少部分填充了由第一和第二线形成的螺旋沟槽的至少一部分；并且将结构表面从工具辊中除去，其中该结构表面包括一系列脊。

下面将结合本发明的示例性实施方案对本发明的这些和其它特征和优点进行说明。

附图的简要说明

图1为根据本发明的一个工具辊的平面图。

图1A为图1的基辊12的一部分表面的放大图，显示出其上缠绕有线的表面上的一个表面纹路。

图2为图1的工具辊的一部分表面的放大图，显示了在其中形成的空腔。

图3为沿着在图2中的3-3线剖开的图2的工具辊的放大剖视图。

图4为图2的工具辊的一部分表面放大局部剖开透视图，显示出形成在其中的空腔。

图5为可以用在本发明的工具辊中的一个可选波形螺旋线圈轮廓的示意图。

图6为可以用在本发明的工具辊中的另一个可选波形螺旋线圈轮廓的示意图。

图7为采用根据本发明的工具辊形成的结构表面的放大透视图。

图8为根据本发明的另一个工具辊的一部分表面的放大平面图。

图9为沿着9-9线剖开的图8的剖视图。

图10为沿着10-10线剖开的图8的剖视图。

图11为根据本发明的另一个工具辊的一部分的平面图。

图12显示出根据本发明制造工具辊的一种方法。

图13显示出采用根据本发明的工具辊制造高高宽比拓扑薄膜的一种方法。

图14为沿着在图13中的14-14线剖开的图13的设备的剖视图。

图15显示出采用根据本发明的两个工具辊制造在两个侧面上包括凸起的高高宽比拓扑薄膜的一种方法。

图16为采用根据本发明的另一种工具辊的过程的放大局部剖视图。

图17为包括细长不连续螺旋模腔的另一种工具辊的平面图。

图18为采用图17的工具辊制造出的薄膜的透视图。

本发明示例性实施方案的详细说明

本发明提供工具辊和采用这些工具辊制造具有一个或多个结构表面的方法。这些工具辊包括一外表面，该外表面在与具有适当粘度或可成形性的材料结合使用时可以在工件上形成一结构表面。因为这些工具做成为辊子形式，所以它们可以很好地用在连续的制造过程中以形成例如薄膜、片材等。或者，可以采用本发明的工具辊来加工不连续的工件。

本发明的工具辊可以在其外表面中包括多个空腔，这些空腔在与具有适当粘度或可成形性的材料结合使用时可以在薄膜的至少一个表面上形成凸起或结构。或者，可以组合使用两个这样的辊子来形成其中两个主表面具有凸起或结构的薄膜。

图1-4显示出根据本发明的工具辊10的一个示例性实施方案。图1显示出圆柱形基辊12、第一端盖50和第二端盖60。第一端盖50位于圆柱形基辊12的第一端部附近。第二端盖60位于圆柱形基辊12的第二端部附近。圆柱形基辊12还限定了一纵向轴线13，工具辊10在使用期间绕着该轴线转动。

图2为具有缠绕在基辊12(在图2中未示出)上的线20和40的工具辊的一部分表面的放大视图。在图2中还显示出由线20和40形成的空腔30。图3为一部分工具辊10的剖视图，显示出基辊12、线20和40以及端盖50。图4为线20和40的透视图，显示出空腔在工具辊10的形成。

可以通过任何合适的机构包括但不限于夹具、焊接、粘合剂等使缠绕在基辊12上的线20和40保持不动。这些技术在制造梳理辊中是公知的。例如参见US4272865(Schmolke)。在一些情况中，端盖50和60也可以用作用来使线20和40在圆柱形基辊12上保持不动的一部分机构。另外，优选的是提供一种基辊12，它包括形成在其上缠绕有线的表面中的沟槽，并且这些沟槽有助于保持这些线缠绕在基辊12上的位置。

回到图1，第一端盖50优选围绕着圆柱形基辊12的圆周面延伸并且设有一线缠绕表面52，线可以以改进的螺旋线圈形式缠绕在该线缠绕表面上或者包绕在其上。线缠绕表面52面对着圆柱形基辊12的第二端部并且优选设有其上可以形成线的波形表面。可以采用许多其它结构或技术来代替线缠绕表面52来为线20和40的改进的螺旋线圈提供所要求的波形轮廓或形状。例如，可以采用一系列销或指状件来在缠绕在基辊12期间以所要求的波形轮廓支撑着线20和40。

如在这里所使用的一样，术语“波形”指的是线20(以及任意其它缠绕有线20的线)和延伸穿过与纵向轴线14相交的圆柱形基辊12的参考面(在图1中显示出参考面15的边缘)之间的变化的距离。在参考面15和线20之间的距离在围绕着基辊12的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次(本发明的圆柱形工具辊所指的距离除非另有规定将平行于圆柱形基辊12的纵向轴线14测量出)。因此由d1表示的距离在绕着基辊12的圆周面运动时增加和减小至少一次。这与普通的螺旋形图案不同之处在于，该距离在围绕着基辊12的圆周面沿着一个方向运动时将增加或减小，但是在沿着一个方向运动时不会都增加和减小。要理解的是，参考面15和线20之间的距离将沿着线20上的恒定位置测量(例如，在线20的侧面21和23之间)。

图2显示出具有缠绕在工具辊10上的线20和40的工具辊10的部分表面的放大部分。线20和40与端盖50的线缠绕表面52相配，从而线缠绕表面52的轮廓在线缠绕在圆柱形基辊12上时由每根线20和40再现。由于缠绕线20和40的螺旋特性，所以它们在基辊12的表面上从一个端部前进至辊12的相对端部。即使由线20和40形成的改进螺旋线圈在它们围绕着基辊12的圆周面前进时起伏波动，它们也仍然以螺旋的方式在基辊12的表面上前进。

线20包括多个形成在其中的孔隙，同时线40用作在由线20形成的线圈之间的间隔件。结果，在工具辊10表面上设置了交替的由线20形成的螺旋线圈和间隔线40。线20中的孔隙和间隔线40一起用来在工具辊10的表面中形成模腔30。优选但不是必要的是，这些模腔30具有相同的尺寸并且围绕着工具辊10等距离间隔。或者，模腔30的尺寸和/或间隔最好设有一定程度的不均匀性。

根据本发明制成的工具辊的一个潜在优点在于，模腔30其相对于例如工具辊10的纵向轴线的取向可以变化。例如，如图2所示模腔可以沿着不同方向倾斜。在其它工具辊中，模腔可以都设有相同的取向。

参照图3和4，线20的内缘24和间隔线40的内缘44缠绕在基辊12上，同时线20和40的外缘22和42分别从基辊12面向外缠绕。线20和间隔线40优选可以具有与螺旋线圈在辊10上均匀前进相配的矩形横截面。

设在线20中的孔隙26穿过线20的整个宽度形成，并且如图3和4所示一样包括相对的侧壁27和28以及底部29。优选的是，线20的线圈的外缘22与间隔线40的外缘42齐平，从而在加工好的工具辊10中的模腔30之间的区域基本上平滑，即在线20和40之间没有明显的不连续部分。

或者，线20和40的外缘22和42分别位于基辊12的表面上方的不同高度处。高度不同的线20和40会赋予所要制作的工件表面一种结构。该结构可以以细长脊的形式，从而可以给例如由模腔形成的更高凸起和/或工件自身提供加强。

包括形成在其中的孔隙从而如上所述在缠绕在基辊12上时形成所要求的模腔30的线20可以采用具有大体上为矩形横截面的线或条带制成。孔隙26优选形成穿过线20的厚度，从而每个孔隙只包括两个沿着线20的长度对准的侧面27和28以及一底部29。线20可以制造有孔隙26，或者可以首先制造出具有基本上均匀轮廓的线，然后通过任意适当的技术进行加工以在其中形成孔隙26。合适的技术包括但不限于：冲孔、冲压、普通机加工、激光机加工、电子放电机加工、喷水机加工、蚀刻等。对线进行冲孔以形成所要求的形状在例如梳理辊工业中是公知的。例如参见US4537096(Hollingsworth)。线20可以由任意合适的材料制成，但一些优选材料包括钢，更优选为中碳到低碳钢。

在另一个变型中，优选的是，线20和/或40的侧面中的一个或多个，即线20的表面21和23以及线40的表面41和43(参见图3)，设有某种表面纹路，从而所选的侧面不光滑。例如，这些侧面可以轧有滚花图案、研磨、冲有孔或者以其它方式破坏大体上平滑的表面。优选的是，任何这种表面纹路在线20的基本上整个侧面21和23延伸。该表面纹路可以通过改善在加工期间从空腔的除气来改善空腔30的填充。在图4中显示出合适的表面纹路的一个实施例，其中两个线20和40的侧面显示出包括滚花线图案。

现在参照图1A，也可以与本发明的工具辊结合的另一个可选特征为，其上缠绕有线的基辊12的表面还可以设有这样一种表面纹路，从而该基辊12的表面不光滑。基辊12的表面纹路还可以通过形成让陷入的空气能够从中逸出的额外通道来帮助填充这些空腔30。该表面纹路也可以降低在使用中缠绕线相对于基辊12的旋转偏移。合适的表面纹路的一个实施例可以是如在图1A的放大视图中所示一样形成在基辊12表面中的基本上平行的滚花线图案。

虽然在图1和2中所示的波形螺旋线圈轮廓是以在间距和幅度上均匀变化的轮廓形式，但是应该理解的是，可以采用在线和与纵向轴线14相交地延伸穿过圆柱形基辊12的参考面之间形成变化的距离的任意轮廓。在图5和6中显示出一些可选轮廓的实施例，但是所示的实施例没有穷举可以与本发明结合使用的所有潜在轮廓。

参照图1，第二端盖60优选还可以设有线缠绕表面62，该线缠绕表面62具有与在基辊12的相对端部上的线缠绕表面52的形状或轮廓互补的轮廓或形状。与线缠绕表面52类似，该线缠绕表面62其特征在于，其离参考面15的距离d₂围绕着基辊12的圆周面是变化的。如果第二线缠绕表面62与第一线缠绕表面52互补，则在两个线缠绕表面52和62之间的距离d是固定的或者围绕着基辊12的圆周面不变。

在图1和2中所示的波形轮廓其特征在于，在参考面15和线20之间的距离d₁围绕着基辊12的圆周面顺序增加和降低。这种图案可以被描绘成在围绕着基辊12的圆周面沿着一个方向运动时的一系列交替连续的波峰和波谷。由这些线形成的每一个线圈包括至少一个波峰和至少一个波谷。

虽然在图1和2中显示的波形螺旋线圈由通过线段连接的连续波峰和波谷形成，但是变化的螺旋线圈的轮廓和相应的线缠绕表面(如果设有)可以包括其它形状。例如，图5显示出在参考面和线120之间的距离d围绕着基辊的圆周面连续增加和减小的图案的另一个实施例。在图5中所示的图案可以表现为正弦曲线，但是所示的图案在幅度和频率方面是均匀的，要理解的是必要时其幅度和频率中的一个或两个可以具有不均匀性。

另外，应该理解的是，与本发明结合使用的波形螺旋线圈可以按照任意所要求的方式结合有直线段和/或曲线，从而实现离参考面的距离是变化的波形螺旋缠绕线。图6显示出一个示例性的轮廓，其中线220已经被卷曲或者经过其它方式的处理，从而沿着来自在图1、2和5所示的弯曲轮廓的方向提供更加明显的过渡部分。

其中可以使用根据本发明制成的工具辊例如工具辊10的一个优选用途为生产高高宽比拓扑结构表面。参照图7，该图显示出采用工具辊10形成的一个示例性工件70，它包括具有形成在其上的多个凸起72的结构表面。所示的凸起在工件70的表面74上方具有高度h′，并且具有在与表面74的平面大体上平行的平面I中测量出的最小宽度w′。如果表面74具有一些曲率，则该平面I优选在凸起72的区域中与表面74相切。

凸起72可以具有高高宽比，并且根据本发明的工具辊在制造具有高高宽比拓扑形态的结构表面中尤为有利。“高高宽比”指的是，凸起的高度与最小宽度(h′∶w′)的比值例如至少大约为0.5∶1或更高，更有选为1∶1或更高，甚至更有选至少大约为2∶1或更高。除了上述高高宽比之外，优选的是，在工件的主表面上方的凸起或结构高度h′例如大约为0.1mm或更大，更有选为0.2mm或更大，甚至更有选大约为0.4mm或更大。

在工件70以片材或薄膜形式提供的情况下，它可以有利地用来制造机械紧固件(例如，蘑菇形或钩形机械紧固件)。如果该工件70用作机械紧固件，则凸起72可以统称为杆，但是该术语的使用不是用来限制采用本发明制成的工件的使用范围。

虽然可以由本发明的工具辊和方法生产出的工件优选用作机械紧固件，但是这些工件可以有其它用途，根据本发明的工具辊和使用这些工具辊来制造具有结构表面的工件的方法不应局限于机械紧固件的领域。例如，形成在根据本发明的工件的结构表面上的凸起可以有利于通过例如增加薄膜的表面积来保持粘合剂或其它涂层/材料。由工具辊形成的结构表面也可以用于装饰目的，例如流动通道，减阻结构、摩擦衬底等。

在图2-4中所示的模腔30可以沿着其从位于工具辊10的表面处的开口到模腔底部29的深度具有基本上均匀的横截面面积。图8为一些类似模腔330的放大平面图，图9和10为模腔330分别沿着9-9线和10-10线剖开的剖视图。这些模腔330沿着其深度d具有大体上直线切向横截面。切向意味着该横截面是沿着工具辊310的切线取出的。直线意味着，模腔330在切向横截面中的形状由基本上为平面的侧面形成。

模腔330的侧面327和328平行或者它们可以形成一脱模角，从而侧面327和328在模腔330的开口处比在模腔330的底部处分开得更大，或者反之亦然。

本发明的工具辊的一个优点在于能够精确地控制模腔330的底部329在线320的底部或内表面324的高度h。模腔330的底部329通常将与模腔的端部相对应。

优选的圆柱形基辊312可以精确形成为具有严格控制的偏差。该精确偏差与在线320中的严格受控的高度尺寸h结合可以形成其从工具辊310的外表面测量出的深度d基本上均匀的模腔330。所能控制的高度尺寸h的公差通常相对较小，并且基辊312的偏差可以得到严格控制，从而导致在加工出的工具辊310中的整体严格公差控制。

图11显示出工具辊410的另一个示例性实施方案，它包括通向工具辊410的外表面的多个模腔430。工具辊410的表面可以设有两根线420和420′，每根线包括形成在其中的孔隙，并且在缠绕在一起时形成模腔430。工具辊410和工具辊10(参见图2)之间的一个差别在于，代替具有基本上均匀横截面的间隔线40，该工具辊410包括两根都包括形成在其中的孔隙的线。工具辊410的这个设计的一个优点是能够形成密度更高的模腔430，即降低了模腔430之间的间隔。

虽然优选采用两根线420和420′来形成所示的工具辊410，但是要理解的是，可以采用三根或更多根线来生产该工具辊410。在还有一个可选方案中，工具辊410可以设有单根线，在该情况中参考标号420和420′可以指代交替的线圈或由相同线形成的线圈。这个实施方案需要在线和基辊的尺寸上进行更严格的控制以防止形成在相邻线圈中的模腔430对准。因为这种控制难以实现，所以优选如上所述一样采用两根或多根不同的线。

在制造本发明的工具辊时可以使用的另一个特征是在缠绕之后在工具辊上加入一镀层或其它涂层。在例如US6190594(Gorman等人)中披露了这些涂层。在涂层中所采用的材料可以根据所要求的物理性能变化。可能需要的一些物理性能包括但不限于增强耐磨性、受控松开特性，受控表面粗糙度、在相邻线圈之间的粘接等。一些优选材料可以为金属镀层、更尤其为化学镀覆的镍镀层、铬等。

在缠绕线之后最好对工具辊的外表面进行机加工以使成品工具辊的偏差得到改善。机加工可以在如上所述一样加入任何镀层或其它涂层之前或之后进行。在优选的线包括形成在线的内缘上方的固定高度处的孔隙(如结合图2-4所述一样)的情况下，在缠绕之后对工具辊的外表面进行机加工可以改善模腔深度的均匀性。

还可以最好通过用碳酸氢钠(小苏打)或类似材料来喷吹该辊子以除去从例如线冲孔和/或缠绕辊的机加工留下的毛刺。还可以对成品工具辊进行加工以在模腔内和/或在位于模腔之间的工具辊外表面上形成所要求的表面光洁度。例如，最好研磨、化学蚀刻、喷砂、镀覆、涂覆或以其它方式改变工具辊的表面。

US6190594(Gorman等人)还提供了在与本发明结合使用的线中的孔隙的各种形状实施例，它们与上述基本上均匀的孔隙不同。根据本发明的工具辊的一个优点在于，孔隙可以形成有不同的形状和/或取向以提供也具有不同形状和/或取向的模腔。要理解的是，使用这些模腔中的一些来生产具有所要求的凸起的成品薄膜将依赖于树脂选择和工艺条件。

在另一个变型中，根据本发明的工具辊可以包括其中模腔与在US6190594(Gorman等人)中所述的不同的区域。在一个实施例中，一个或多个区域可以设有模腔，同时一个或多个其它区域可以基本上没有模腔。在另一个实施例中，在不同区域中的模腔可以是不同的。根据本发明的工具辊可以可选地包括其中具有不同模腔的区域，这些模腔不是一致地成形的和/或没有围绕着工具辊的圆周面延伸。

虽然上述的线包括基本上为矩形的横截面(与线的长度相交地获取)，但是优选采用具有如在US6190594(Gorman等人)中所述的其它横截面。

图12显示出一种用包括有孔隙526的线520和间隔线540缠绕基辊512以形成具有多个模腔530的工具辊510的工艺。要理解的是，必要时可以将两根以上的线缠绕在一起。最好设置一压模560，用来将缠绕线520和540周期地挤压在线缠绕表面550上，从而这些螺旋线圈采取了上述所要求的波形轮廓。压模560沿着方向563作用并且可以在任意所要求的时间间隔下使用。例如，最好可以在缠绕一个线圈的一小部分之后、在多个线圈之后或者在任意随机选择的时刻向线圈施加压力。另外，也可以采用除了挤压之外任意合适的手段来将这些线圈保持在所要求的形状中。例如，优选的是，在挤压期间周期性地点焊缠绕线，向缠绕线施加粘合剂等。

图13显示出这样一种工艺，其中可以采用根据本发明的工具辊610来形成高高宽比的拓扑薄膜。可以通过例如挤压模塑或铸塑成形来将可塑材料660施加到工具辊610的表面上以形成包括作为在工具辊610中的模腔的复制件的凸起672。在优选实施方案中，在从工具辊610脱离时材料660附着到工具辊610上的附着力小于材料660内的内聚力。还优选的是，材料660对工具辊的粘附力不超过用来形成工具辊610的线的拉伸强度。

本发明基本上可以采用任意可塑材料。优选的是，该可塑材料可以为热塑性树脂。可以挤压模塑并且应该可用的热塑性树脂包括聚酯例如聚(对苯二甲酸亚乙酯)、聚酰胺例如尼龙、聚(苯乙烯-丙烯腈)、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚烯烃例如聚丙烯和增塑聚氯乙稀。一种优选的热塑性树脂为其熔体流动指数为15的由聚丙烯和聚乙烯形成的中密度共聚物，它可以从Union Carbide，Danbury，Connecticut以7C05N购得。该热塑性树脂还可以包括共混物例如聚乙烯和聚丙烯共混物、共聚物例如聚丙烯-聚乙烯共聚物或共同挤出为多层或位于交替的区域中。还可以将添加剂例如增塑剂、填充剂、颜料、染料、抗氧化剂、脱模剂等加入到可塑材料中。

在一个优选工艺中，通过挤压将材料660提供进由工具辊610和支撑辊680形成的间隙中。支撑辊680优选提供一些压力以帮助将可塑材料660压进设在工具辊610中的模腔630中(参见图12)。或者，支撑辊680可以由任意连续运动的表面代替，它可以帮助将模制材料压进工具辊610中的模腔中。

可以给工具辊610的内部提供真空以帮助除气，否则这会妨碍将模腔完全填充。但是，在许多情况中，由于模腔内的空气在用来制造工具辊610的线之间逸出，所以可以不提供真空。换句话说，该工艺可以在没有真空的情况下进行。

还优选的是，在工具辊610和支撑辊680的任一个或两个中提供一些热控制。根据工艺条件、可塑材料660的温度、可塑材料660的特性等可以加热这些辊610和680中的一个或两个、冷却这些辊610和680中的一个或两个，或者加热其中一个辊并且冷却另一个辊。

在材料660在工具辊610中的模腔内受到挤压并且已经被充分冷却以形成具有可以保持所要求的形状的凸起672的薄膜670之后，将它从工具辊上剥去以便进行进一步加工，或者可以将该薄膜670缠绕成卷。例如，如果需要机械紧固带，则可以将薄膜674引导进用来改变凸起、涂覆粘合剂并且进行其它加工的工位中，其它加工如在例如US5845375(Miller等人)、US5077870(Melbye等人)、WO98/57565、WO98/57564、WO98/30381和WO98/14086中所述。

优选的是，可以将一种或多种附加材料导入进由工具辊610和支撑辊680形成的间隙中以给薄膜670提供所要求的额外特性。例如，可以将编织或无纺网引导进该间隙中。或者，可以通过例如加热、粘合剂、共挤出成形等将薄膜670层压到一个或多个附加层上。

图14为图13的设备沿着在图13中的14-14线剖开的剖视图。该工具辊610包括由可塑材料填充以在薄膜670上形成凸起672的模腔630。在图14中还显示出两个形成在支撑辊680上的凸起结构682。在所示支撑辊680上的凸起结构682的一个优点在于，每个凸起结构可以形成一弱化线或区域，可以沿着该弱化线或区域使薄膜670分开。但是凸起结构682是可选的，并且不是必须与本发明结合在一起。

可以结合进支撑辊680中的另一个可选特征是在辊680的表面上增加一些结构以加大其表面积。在支撑辊680上的表面积增加会加大在薄膜670上的表面积，从而提高了设在薄膜670的背面674上的粘合剂的粘合力。可用结构的一个实施例为以每英寸约400线的密度形成的线性棱微压花图案。

图15显示出采用具有形成在其中的模腔的线缠绕工具辊的另一种工艺。所示的工艺形成具有从其一个侧面延伸出的凸起772和从该薄膜770的相反侧面延伸出的凸起772′的薄膜770。通过两个相对的工具辊710和710′形成双面薄膜770，这两个工具辊都包括形成在其中的模腔。凸起772和772′可以在尺寸、形状、取向等方面具有相同的特性，或者它们可以是不同的。

图16为另一个工具辊810与支撑辊880的界面的放大剖视图。薄膜870位于两个辊810和880之间，并且该薄膜870的一个表面形成有一系列形成在其上的基本上连续的脊，这些脊基本上为在工具辊810上的结构的负象。

工具辊810由螺旋缠绕在基辊812上的线820和840形成。线840的轮廓高于另一根线820，从而导致其上在线圈840之间形成有沟槽的工具辊810。虽然线820和840被披露为具有大体上为矩形的轮廓，但是它们可以设有不同的形状，在该情况种薄膜870也可以形成有与在图14中所示的形状不同的形状。另外，要理解的是，在与图15所示的类似的工艺中可以使用两个工具辊来形成在薄膜的两个主侧面上具有结构或凸起的薄膜。

虽然由缠绕在图16的工具辊810上的线820和840形成的沟槽在辊810的圆周面上是连续的，但是它们也可以是不连续的。图17为包括有模腔830′的工具辊810′的平面图，这些模腔围绕工具辊810′延伸一定程度但是没有如上面参照图16所述一样形成为连续的螺旋沟槽。细长模腔830′可以由如上所述包括形成在其中的孔隙的线形成。但是在用在辊810′中的线中孔隙将在线的长度上延伸更长的距离。

这些细长孔隙可以如在上面的工具辊中所述一样具有均匀的尺寸和间隔，或者它们可以为非均匀的尺寸和非均匀的间隔。工具辊810′显示出具有非均匀尺寸和间隔的孔隙的线，该线在缠绕在基辊上时形成尺寸和间隔不均匀的模腔830′。

由辊例如工具辊810′生产出的薄膜将包括如在图18中所示的细长凸起872′。因为在辊810′中的模腔830′的尺寸和间隔是不均匀的，所以这些细长凸起872′的尺寸和间隔也是不均匀的。

在这里所引证的所有专利、专利申请和公开出版物其全文在这里被引用作为参考，就如单独地结合作为参考一样。在不脱离本发明的范围的情况下本领域普通技术人员可以对本发明作出各种改变和变化，但是应该理解的是，本发明并不仅仅局限于在这里所给出的示例性实施方案。

Claims (27)

1.一种工具辊，它包括：

一圆柱形基辊，它包括沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；

第一线，它包括多个形成在其中的第一孔隙，所述第一线以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中在所述第一线中的多个第一孔隙形成多个第一空腔，多个第一空腔中的每一个空腔包括位于工具辊的外表面处的开口；

其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。

2.如权利要求1所述的工具辊，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小两次或多次。

3.如权利要求1所述的工具辊，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以规则的图案顺序增加和减小。

4.如权利要求1所述的工具辊，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以不规则的图案顺序增加和减小。

5.如权利要求1所述的工具辊，其中所述第一线围绕着辊的圆周面形成正弦螺旋图案。

6.如权利要求1所述的工具辊，还包括缠绕在所述基辊上的第二线，其中所述第二线位于第一线的相邻螺旋线圈之间。

7.如权利要求6所述的工具辊，其中所述第二线包括两个相对的侧壁、面对着基辊的内缘和从基辊面向外的外缘，而且其中所述两个相对侧壁中的至少一个包括一表面纹路。

8.如权利要求1所述的工具辊，还包括位于基辊的第一端部附近的线缠绕表面，其中所述第一线与第一线缠绕表面的轮廓相配。

9.如权利要求1所述的工具辊，其中所述第一线包括两个相对侧壁、面对着所述基辊的内缘和从基辊面向外的外缘，而且其中两个相对侧壁中的至少一个包括一表面纹路。

10.一种工具辊，它包括：

一圆柱形基辊，它包括沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；

第一线，它包括多个形成在其中的第一孔隙，所述第一线以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上；

缠绕在基辊上的第二线，其中所述第二线位于第一线的相邻螺旋线圈之间，

其中第二线和在第一线中的多个第一孔隙形成多个第一空腔，多个第一空腔中的每一个空腔包括位于工具辊的外表面处的开口；

并且其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次。

11.如权利要求10所述的工具辊，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小两次或多次。

12.如权利要求10所述的工具辊，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以规则的图案顺序增加和减小。

13.如权利要求10所述的工具辊，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以不规则的图案顺序增加和减小。

14.如权利要求10所述的工具辊，其中所述第一线围绕着辊的圆周面形成正弦螺旋图案。

15.如权利要求10所述的工具辊，其中所述第一线包括两个相对侧壁、面对着所述基辊的内缘和从基辊面向外的外缘，而且其中两个相对侧壁中的至少一个包括一表面纹路。

16.如权利要求10所述的工具辊，其中所述第二线包括两个相对侧壁、面对着所述基辊的内缘和从基辊面向外的外缘，而且其中两个相对侧壁中的至少一个包括一表面纹路。

17.一种在工件上形成结构表面的方法，该方法包括：

提供一种工具辊，它包括：一圆柱形基辊，它包括沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；第一线，它包括多个形成在其中的第一孔隙，所述第一线以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中在所述第一线中的多个第一孔隙形成多个第一空腔，多个第一空腔中的每一个空腔包括位于工具辊的外表面处的开口，其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次；

使可塑材料与工具辊的外表面接触以利用工具辊的外表面形成结构表面，所述可塑材料至少部分地填充了至少一些第一空腔；并且

将结构表面从工具辊的外表面中除去，其中该结构表面包括与多个第一空腔相对应的多个凸起。

18.如权利要求17所述的方法，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小两次或多次。

19.如权利要求17所述的方法，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以规则的图案顺序增加和减小。

20.如权利要求17所述的方法，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以不规则的图案顺序增加和减小。

21.如权利要求17所述的方法，其中所述第一线围绕着辊的圆周面形成正弦螺旋图案。

22.一种在工件上形成结构表面的方法，该方法包括：

提供一种工具辊，它包括一圆柱形基辊，它包括沿着纵向轴线间隔开的第一和第二端部；第一线，它以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中在第一线和与基辊纵向轴线相交的参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小至少一次；第二线，它以螺旋线圈的形式缠绕在基辊上，其中所述第二线位于第一线的相邻螺旋线圈之间，并且其中第一和第二线的螺旋线圈沿着纵向轴线交替，并且其中第一线在基辊上方的高度小于第二线在基辊上方的高度，由此在工具辊的外表面上形成螺旋沟槽，该螺旋沟槽与第一线的形状相配；

使可塑材料与工具辊的外表面接触以利用工具辊的外表面在工件上形成结构表面，所述可塑材料至少部分地填充了由第一和第二线形成的螺旋沟槽的至少一部分；并且

将结构表面从工具辊除去，其中该结构表面包括一系列脊。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述螺旋沟槽围绕并沿着工具辊的外表面基本上是连续的。

24.如权利要求22所述的方法，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时顺序增加和减小两次或多次。

25.如权利要求22所述的方法，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以规则的图案顺序增加和减小。

26.如权利要求22所述的方法，其中在所述第一线和参考面之间的距离在围绕着基辊的圆周面沿着一个方向运动时以不规则的图案顺序增加和减小。

27.如权利要求22所述的方法，其中所述第一线围绕着辊的圆周面形成正弦螺旋图案。

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