JP5296550B2 - 断続切削高速工具サーボを使用する切削工具 - Google Patents

Description

機械加工技術は、微細複製工具のような幅広い工作物を作製するのに使用することができる。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。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、自己噛合輪郭を備える機械的留め具、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構造を備える任意の成形又は押出し部品などが含まれる。

ミクロ構造は、他の様々な方法によっても作製することができる。例えば、マスター工具から製造物工具を形成するキャスト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、さらにこの製造工具を使用して微細複製構造が作成される。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成する他の代替的な方法は、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というものである。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修正技術が挙げられる。

第１切削工具アセンブリは、ツールポスト及びこのツールポストに取り付けられ、コントローラと電気通信的に連結するように構成されている作動装置を備える。作動装置に取り付けられる工具チップは、切削すべき工作物に対して移動するように備え付けられる。作動装置は、工具チップを工作物内外へｘ方向に移動させ、この工具チップは切削中工作物と不連続に接触する。

第２切削工具アセンブリは、ツールポスト及びこのツールポストに取り付けられ、コントローラと電気通信的に連結するように設計されている作動装置を備える。作動装置に取り付けられる工具チップは、切削すべき工作物に対して移動するように備え付けられる。作動装置は、工具チップを工作物内外へｘ方向に移動させる。工具チップは、切削中に工作物と不連続に接触し、アセンブリは切削中に工具チップが工作物に入るテーパイン角度と工作物から工具チップから出るテーパアウト角度を変更することができる。

切削工具システム
一般的なダイヤモンド旋盤技術は、ＰＣＴ公開出願ＷＯ００／４８０３７号に記載されている。種々の方法に使用される装置、及び光学フィルム又は他のフィルムを作成するための装置は、高速サーボ工具を備えることができる。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る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、座標系内の方向に切削工具を非常に正確に且つ高速で移動することを可能とする。

図１は、工作物内にミクロ構造を作成する切削工具システム１０の図である。ミクロ構造には、任意の種類、形状、及び寸法の、物品の表面上、物品の表面へのインデント、又は物品の表面からの隆起が含まれる。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ミクロ構造は、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、ミクロ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成されるミクロ構造は、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。

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入力デバイス２０；メモリ１６又は二次記憶装置内に記憶されるか、他のソースから受信されるアプリケーションを実行する処理装置２２、情報の視覚的表示を出力する表示装置２４、及び聴覚情報におけるスピーカー又は情報のハードコピーにおけるプリンタのように他の形態で情報を出力する出力デバイス２６、を有する。

工作物５４の切削は工作チップ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、工作物５４が回転する際の工具チップ４４の運動を制御する。本実施例においては、工作物５４はロール状であるが、平面状で実行することも可能である。任意の機械加工可能な材料を使用することができ、例えば工作物は、アルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、又はプラスチック（例えばアクリル）で構成することが可能である。使用される特定の材料は、例えば、機械加工された工作物を使用して作成されつ様々なフィルムのような特定の望ましい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、又は他の材料で構成することができる。

作動装置３８は、ツールポスト３６に取り外し可能に連結され、さらにツールポスト３６はトラック３２上に配置される。ツールポスト３６及び作動装置３８は、トラック３２上を矢印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構成される。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は工作物５４を機械加工のために、作動装置３８を介して、トラック３２に沿ったツールポスト３６の移動及び工具チップ４４の移動を制御する。作動装置が複数のＰＺＴスタックを有する場合、スタックに取り付けられる工具チップの移動を独立して制御するのに使用される各ＰＺＴスタックを独立して制御するために、個別に増幅器を使用することができる。コンピュータ１２は、以下でさらに説明するように、工作物５４中に様々なミクロ構造を機械加工するために、作動装置３８に波形を提供する関数発生器２８を使用することができる。

工作物５４の機械加工は、様々な構成要素の運動を調整することで達成される。特に、コンピュータ１２の制御下において、システムは、ツールポスト３６の移動を介して、ｃ方向での工作物の移動並びに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つ以上での工具チップ４４の移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、ツールポスト３６をｚ方向に定速で移動させるが、変速も使用してよい。ツールポスト３６及び工具チップ４４の移動は、典型的にｃ方向での工作物５４の移動（線５３で表されるような回転運動）と同期化されている。これらの全移動は、例えば、ソフトウェア、ファームウェア、又はコンピュータ１内中の組み合わせで実行される数値制御技術又は数値制御装置（ＮＣ）を使用して制御できる。

工作物の切削は、連続的及び不連続的な切削運動を含むことができる。ロール状の工作物において、ヘリックス型切削（ねじ切りと称されることもある）又はロール周り若しくはロールに対して独立した軌道を切削に含めることができる。平面状の工作物において、らせん型切削又は工作物上若しくは工作物に対して独立した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、この場合は切削形式はほぼ直線であり、ダイヤモンド工具チップは工作物の内外を移動するが、ツールポストの総体的運動は直線状である。切削には、これらの種類の運動の組み合わせを含めることができる。

機械加工後の工作物５４は、様々な用途での使用に応じたミクロ構造を有するフィルムを作成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、及びミクロ締結具又は他の機械的ミクロ構造化構成要素が挙げられる。フィルムは、典型的には、粘稠な状態のポリマー材料を工作物に塗布するコーティング工程を使用して作成され、少なくとも部分的に硬化させた後に取り除かれる。硬化したポリマー材料から構成されるフィルムは、実質的に工作物と逆の構造を有する。例えば、工作物に圧痕があれば、生じるフィルムには突出が生じる。機械加工後の工作物５４は、工具が有する構造に対応する別個の要素又はミクロ構造を有する他の物品の作成にも使用することができる。

冷却流体４６は、線４８及び５０を介してツールポスト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、ツールポスト３６及び作動装置３８を循環する冷却流体の温度を実質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、任意のデバイスで実装できる。冷却流体は、例えば低粘度油のような油製品で構成することができる。温度制御装置５２及び冷却流体４６のリザーバは、ツールポスト３６及び作動装置３８中に流体を循環させるポンプを備え、典型的には、実質定温で維持するために流体からの熱を取り除く冷凍システムも備える。流体を循環させ、温度制御を提供する冷凍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、工作物の機械加工される材料の表面温度を実質一定に維持するために、冷却流体を工作物５４に適用することも可能である。

図２は、システム１０のような切削工具における座標系を示す図である。座標系は、工作物６４に対する工具チップ６２の移動として示されている。工具チップ６２は工具チップ４４と一致してよく、作動装置に取り付けられるキャリア６０に典型的に取り付けられる。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、工作物６４に対して実質的に垂直な方向への移動を指す。ｙ方向６８は、工作物６４の回転面に対して実質平行な方向のような、工作物６４を横切る方向への移動を指す。ｚ方向７０は、工作物６４の回転軸に対して実質平行な方向のような、工作物６４の横に沿った方向への運動を指す。工作物の回転は、図１にも示されるように、ｃ方向と称される。工作物が平面状に構成される際、ロール状とは対照的にｙ方向及びｚ方向は、ｘ方向に対して実質垂直な方向で工作物を互いに直交する方向での運動を指す。平面状の工作物には、例えば、回転ディスク又は任意の平面材料の他の構成が挙げられる。

システム１０は、高精度且つ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、構成要素と工作物材料の協調速度のような様々なパラメーターを考慮すべきである。典型的には、例えば、工作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考慮すべきである。機械加工に関する切削パラメーターは、以下の参考文献に記載されている。「機械加工データハンドブック（Machining Data Handbook）」（米国議会図書館カタログカード番号６６−６００５１（Library of Congress Catalog Card No. 66-60051）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）による「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）、ジャンジン−ホワン（Zhang Jin-Hua）による「精密切削の理論及び技術（Theory and Technique of Precision Cutting）」（ペルガモンプレス（Pergamon Press）ＩＳＢＮ０−０８−０３５８９１−８（１９９１年）、及びクルーガー（Krueger）他による「金属加工油における新技術及び１０倍の切削性能向上を達成する切削ホール（New Technology in Metalworking Fluids and Grinding Wheels Achieves Tenfold Improvement in Grinding Performance）」（金属切削及び研削におけるクーラント／潤滑剤協議会（Coolant/Lubricants for Metal Cutting and Grinding Conference）２０００年６月７日米国イリノイ州）。

ＰＺＴスタック、工具チップキャリア、及び工具チップ
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スタックは連結される工具チップ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、他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上に備え付けられる複数の材料７４、７６、及び７８を備える。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構成される。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における必要性に基づいて、任意数のディスク又は他の材料、若しくは任意の種類の形状を使用することができる。ポスト８８はディスクに付着し、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、圧縮、主材料とし、焼結したような任意のＰＺＴ材料で構成することができる。かかるＰＺＴ材料の１つは、米国カリフォルニア州ヘイワード（Hayward）（ＣＡ９４５４５）産業通り（Industrial Blvd.）２６２４０のキネティックセラミックス（Kinetic Ceramics）社から市販されている。ディスクは、例えば、磁歪材料で構成することもできる。

線８０及び８２で表されるように、ディスク７４、７６、及び７８への電気的接続によって、ポスト８８が移動するための電場が生成される。ＰＺＴ効果及び適用される電場の種類によって、数ミクロン以内の移動のようにポスト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、ＰＺＴスタックの予め搭載できる１つ以上のベルビルワッシャに備え付けることが可能である。ベルビルワッシャは、ポスト８８及びそれに取り付けられる工具チップを移動させるために若干の可撓性を有する。

図４Ａ〜４Ｄは、代表的な工具チップキャリア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に備え付けられ得る。図４Ａは、工具チップキャリア９０の斜視図である。図４Ｂは、工具チップキャリア９０の正面図である。図４Ｃは、工具チップキャリア９０の側面図である。図４Ｄは、工具チップキャリア９０の平面図である。

図４Ａ〜４Ｄに示すように、工具チップキャリア９０は、平面裏面９２、テーパー前面９４、及び角度が付けられるか又はテーパー化された側面を有する隆起表面９８を備える。開口部９６は、キャリア９０のＰＺＴスタックのポスト上への工具ツールの実装に対応する。テーパー表面９８は、工作物の機械加工において工具チップの実装に使用され得る。この代表的な実施形態において、工具チップキャリア９０は、ＰＺＴスタックに備え付けられる際により多くの表面積が接触することで備え付けの安定性を向上する平面を備え、質量を削減するためにテーパー状前面を備える。工具チップキャリア９０は、接着剤、ろう付け、はんだ付け、ボルトのような締結具、又は他の方法によってＰＺＴスタックのポスト８８に備え付けられ得る。

例えば、特定の実施形態における必要性に応じて、工具チップの他の構成が可能である。用語「工具チップキャリア」は、工作物を機械加工する工具チップを保持するのに使用する任意の種類の構造を含んでいる。工具チップキャリア９０は、例えば、以下の材料、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１つ以上で構成することができる。工具チップキャリア９０における材料は、剛性があり低質量であることが好ましい。

図５Ａ〜５Ｄは代表的な工具チップ１００の図であり、これは、接着剤、ろう付け、はんだ付け、又は他の方法などを使用して工具チップキャリア９０の表面９８に固定され得る。図５Ａは、工具チップ１００の斜視図である。図５Ｂは、工具チップ１００の正面図である。図５Ｃは、工具チップ１００の底面図である。図５Ｄは、工具チップ１００の側面図である。図５Ａから５Ｄに示すように、工具チップ１００は側面１０４、テーパー状且つ角度が付けられた前面１０６、及び工具チップキャリア９０の表面９８に固定するための底面１０２を備える。工具チップ１００の前側部分１０５は、作動装置の制御下で工作物を機械加工するのに使用される。工具チップ９０は、例えば、ダイヤモンドスラブで構成することができる。

断続切削ＦＴＳ作動装置
断続切削ＦＴＳ作動装置は、切削中に工具チップが工作物と不連続に接触し、近接しないミクロ構造を作製するため、小型マイクロ構造の作成に使用することができる。これらの形状は、導光フィルム、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成するのに使用することができる。

作動装置は他の利点を提供できる。例えば、上記の形状は、肉眼で見えないほど小さく作成することが可能である。この種類の形状により、例えば、液晶ディスプレイにおいて光抽出機能を非表示とする拡散シートの必要性が低くなる。光ガイド上におけるＢＥＦフィルムの交差によって、これらの小さな形状の結合によって、拡散層が不要になる。他の利点は、抽出形状を線状又は円状にできることである。線状の場合、抽出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、形状は通常はＬＥＤが配置されるであろう場所に配置される点を中心とする円弧上に作成することができる。全ての形状を連続的な溝と同様に単線に沿って配置する必要がない場合、さらにプログラミング及び構造レイアウトに関連する利点がある。光抽出機能の面密度は、形状に沿って間隔を配列し、形状に直交するように間隔を空け、深さによって確定的に調整することが可能である。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で優先することができる。

形状の深さは、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。ロール状の工作物において、任意の個別の形状の長さは、回転する工作物の毎分回転数によって管理される。形状の長さは、例えば、１〜２００ミクロンに管理することができる。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、形状を作成する工具チップは材料にテーパイン及びテーパアウトし、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、スピンドルエンコーダの分解能、及びダイヤモンド工具チップの逃げ角度（例えば、最大で４５℃）が決まる。逃げ角度は、工具チップのすくい角度を含んでもよい。形状は、例えば、左右対称、左右非対称、略半球状、プリズム型、及び略楕円体のような三次元形状の任意の型であってよい。

図６Ａ〜６Ｈは、断続切削微細構造システム及びプロセスを実行するのに使用する代表的な作動装置１１０の図である。用語「作動装置」は、工作物の機械加工に用いる、工具チップを実質的にｘ方向に移動させる任意の種類の作動装置又は他のデバイスを指す。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の詳細の一部は、明確にするために取り除かれている。

図６Ａ〜６Ｈに示すように、作動装置１１０は、ｘ方向にＰＺＴスタック１１８を保持することができる本体１１２を備える。ＰＺＴスタック１１８は、矢印１３８に示すように、ｘ方向に工具チップを移動するのに使用する工具チップ１３６を有する工具チップキャリアに取り付けられる。ＰＺＴスタック１１８は、図３に示すように、複数のＰＺＴスタック７２で実装することができる。キャリア１３６上の工具チップは、図４Ａ〜４Ｄに示される工具チップキャリア及び図５Ａ〜５Ｄに示される工具チップで構成することができる。本体１１２は、コンピュータ１２の制御下で工作物５４を機械加工するために、ボルトなどによりツールポスト３６に取り外し可能に備え付けるのに使用する２つの開口部１１４及び１１５も備える。

ＰＺＴスタック１１８は、工具チップ１３６を正確に制御して移動させるのに必要とされる安定性のため、本体１１２に強固に備え付けられる。本実施例において、工具チップ１３６上のダイヤモンドは、垂直面に対してダイヤモンドが４５度のオフセット型であるが、他の種類のダイヤモンドが使用され得る。例えば、工具チップはＶ型（対称又は非対称）、円頭型、平型、又は曲面型の工具であってよい。不連続（非隣接）な形状は、ダイヤモンド旋盤で切削して線状又は円状にすることができる。さらに形状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がない。特徴的形状は、擬似ランダム的に散在してよい。

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スライドさせることで本体から取り外され、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することが可能である。ＰＺＴスタック１１８は、コンピュータ１２から信号を受信する電気的接続１３０を備える。ＰＺＴスタック１１８のエンドキャップは、ポート１３２を介して、温度制御を維持するために、リザーバ４６からの油のような冷却流体を受け入れ、ＰＺＴスタック周囲に循環し、油をリザーバ４６に戻すためのポート１２８を備える。本体１１２は、冷却流体をＰＺＴスタック１１８の周囲に向ける適切なチャネルを備え、冷却流体はポンプ又は他のデバイスによって温度制御装置５２内を循環することが可能である。

図６Ｂは、ＰＺＴスタック１１８のエンドキャップ（図示せず）を備える本体１１２中のＰＺＴスタック１１８の配置を示す正面断面図である。本体１１２は、所定の位置での固定を保持するために、ＰＺＴスタックにおける各開口部に複数のレールを備えることができる。例えば、ＰＺＴスタック１１８は、本体１１２中に取り付けられる際、所定の場所での固定を保持するために、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適合することが可能であり、エンドキャップにまた、冷却流体に周囲を循環させるのに使用する本体１１２内にＰＺＴスタック１１８を封入することも可能である。ＰＺＴスタック１１８は、スタックと工具チップキャリア１３６を予め搭載するためにその間に配置する１つ以上のベルビルワッシャを備える。

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工作物の断続切削機械加工を示す。特に、図７Ａ〜７Ｃは、工具チップの可変テーパイン角度及び可変テーパアウト角度を使用を示し、これらの角度は、例えば上記に示すパラメーターを使用して制御することが可能である。図７Ａ〜７Ｃの各々は、変動するテーパイン角度及びテーパアウト角度で切削される前後の工作物の例を示している。テーパイン角度はλ_ＩＮ、テーパアウト角度はλ_ＯＵＴとしてある。用語「テーパイン角度」「テーパアウト角度」は、それぞれ、機械加工中に工具チップが工作物に挿入され、工作物から離れる角度を意味する。テーパイン角度及びテーパアウト角度は、工作物内を移動する工具チップの角度に必ずしも対応せず、むしろ工具チップが工作物に接触し、離れる角度を指す。図７Ａ〜７Ｃにおいて、工具チップ及び工作物は、例えば上述のシステム及び構成要素で構成することができる。

図７Ａは、工作物１５３の内外のテーパイン及びテーパ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に示すように、工作物１５３に入る工具チップ１５１のテーパイン角度１５２は、テーパアウト度角１５４（λ_ＩＮ≒λ_ＯＵＴ）と実質的に等しい。工作物１５３内に工具チップ１５１が留まる時間によって、生じるミクロ構造の長さＬ（１５６）が決まる。実質等しいテーパイン及びテーパアウト角度を使用し、工具チップによって工作物から材料を取り除くことで実質左右対称なミクロ構造が作製される。このプロセスは、距離Ｄ（１６２）によって分離されるミクロ構造１６０のような付加的なミクロ構造を作成するために繰り返すことが可能である。

図７Ｂは、工作物１６７の内外においてテーパイン角度がテーパアウト角度より小さい断続切削を示す図である。図７Ｂに示すように、工作物１６７に入る工具チップ１６５のテーパイン角度１６６は、テーパアウト角度１６８（λ_ＩＮ＜λ_ＯＵＴ）未満である。工作物１６７内に工具チップ１６５が留まる時間によって、生じるミクロ構造の長さ１７０が決まる。テーパアウト角度より小さいテーパイン角度を使用し、工具チップによって工作物から材料を取り除くことで、例えばミクロ構造１７２のような左右非対称のミクロ構造が作製される。このプロセスは、距離１７６によって分離されるミクロ構造１７４のような付加的なミクロ構造を作成するために繰り返すことが可能である。

図７Ｃは、工作物１８１の内外においてテーパイン角度がテーパアウト角度より大きい断続切削を示す図である。図７Ｃに示すように、工作物１８１に入る工具チップ１７９のテーパイン角度１８０は、テーパアウト角度１８２より大きい。工作物１８１内に工具チップ１７が留まる時間によって、生じるミクロ構造の長さ１８４が決まる。テーパアウト角度より大きいテーパイン角度を使用し、工具チップによって工作物から材料を取り除くことで、例えばミクロ構造１８６のように左右非対称のミクロ構造が作製される。このプロセスは、距離１９０によって分離されるミクロ構造１８８のような付加的なミクロ構造を作成するために繰り返すことが可能である。

図７Ａ〜７Ｃにおいて、テーパイン角度及びテーパアウト角度に対する破線（１５２、１５４、１６６、１６８、１８０、１８２）は、工具チップが工作物を出入りする角度の例を概念的に示すことを意図している。工作物を切削する間、工具チップは、例えば、線形経路、湾曲経路、線形及び湾曲運動の組み合わせを含む経路、又は特別な機能によって確定される経路等の任意決まった種類の経路を移動することができる。

図８は、機械加工された工作物を作成するための断続切削ＦＴＳ作動装置を有し、工作物が構造化フィルムを作成するために使用する切削工具システムを使用して作成できるミクロ構造を概念的に示す図である。図８に示すように、物品２００は、上面２０２及び下面２０４を備える。上面２０２は、構造２０６、２０８、及び２１０のような断続切削隆起ミクロ構造を備え、これらのミクロ構造は工作物を機械加工するために上述の作動装置及びシステムを使用して作成することが可能であり、さらにコーティング技術を使用してこの工作物からフィルム又は物品を作成するのに使用される。本実施形態において、各ミクロ構造は長さＬを有し、連続切削ミクロ構造は距離Ｄによって分離され、隣接したミクロ構造はピッチＰによって分離される。これらのパラメーターの実行における実施形態は上述したとおりである。

例示的な実施形態に関して記載されており、多くの変形が当業者にとって明らかであり、本出願はあらゆる調整又は変更を含み得ることを理解されたい。例えば、ツールポスト、作動装置、及び工具チップにおいて様々な種類の材料及びそれらの構成要素の配置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のみ限定される。

添付図面は本明細書の一部に組み込まれ、構成するものであって、該明細書の記載と共に本明細書の利点と原則を説明する。

工作物内にミクロ構造を作成する切削工具システムの図。 切削工具における座標系を示す図。 切削工具に使用する代表的なＰＺＴスタックの図。 工具チップキャリアの斜視図。 工具チップを保持する工具チップキャリアの正面図。 工具チップキャリアの側面図。 工具チップキャリアの平面図。 工具チップの斜視図。 工具チップの正面図。 工具チップの底面図。 工具チップの側面図。 断続切削ＦＴＳ作動装置の上部断面図。 作動装置におけるＰＺＴスタックの配置を示す正面断面図。 作動装置の正面図。 作動装置の背面図。 作動装置の平面図。 作動装置の側面図。 作動装置の側面図。 作動装置の斜視図。 工作物の内外のテーパイン及びテーパアウト角度が実質的に等しい断続切削を示す図。 工作物の内外においてテーパイン角度がテーパアウト角度より小さい断続切削を示す図。 工作物の内外においてテーパイン角度がテーパアウト角度より大きい断続切削を示す図。 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成することができるミクロ構造を概念的に示す図。

Claims (1)

1. 円柱状の工作物を機械加工するためのシステムであって、
   前記工作物を回転させる駆動装置と、
   トラック上に配置され、前記工作物の被加工面に実質平行に移動するように構成されたツールポストと、
   前記ツールポストに取り付けられた作動装置と、
   前記駆動装置及び前記作動装置に接続された制御装置と、を備え、
   前記作動装置は、
   開口部を有する本体と、
   前記本体の開口部内に固定されかつ予め搭載された圧電スタックと、
   前記圧電スタックに接続された工具チップキャリアと、
   前記工具チップキャリアに取り付けられた工具チップと、を有し、
   前記圧電スタックは、前記工作物の被加工面に実質垂直なｘ方向に前記工具チップを移動させ、
   前記制御装置は、前記駆動装置による前記工作物の前記工具チップに対する移動を制御するとともに、前記圧電スタックによる前記工具チップの移動を制御し、
   前記圧電スタックは加工中に、前記工具チップを前記工作物の被加工面の内外に移動させ、前記工作物の被加工面に不連続な形状を形成し、
   前記制御装置は、前記工作物の表面に対する前記工具チップの機械加工中の移動を、
   （１）前記工作物の表面内に入るときの前記工具チップのテーパイン角度が、前記工作物の表面から前記工具チップが離れるときのテーパアウト角度と実質等しくなる移動と、
   （２）前記工作物の表面内に入るときの前記工具チップのテーパイン角度が、前記工作物の表面から前記工具チップが離れるときのテーパアウト角度よりも小さくなる移動と、
   （３）前記工作物の表面内に入るときの前記工具チップのテーパイン角度が、前記工作物の表面から前記工具チップが離れるときのテーパアウト角度よりも大きくなる移動と、の間で変更可能に制御し、
   前記不連続な形状は、３５マイクロメートル以下の深さと、２００マイクロメートル以下の長さとを有するミクロ構造である、システム。

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