KR20100066480A

KR20100066480A - 플라이 커팅 헤드, 시스템 및 방법, 그리고 그에 의해 제조된 공구 및 시트

Info

Publication number: KR20100066480A
Application number: KR1020107004839A
Authority: KR
Inventors: 알란 비 캠벨; 데일 엘 에네스; 다니엘 에스 워츠
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2010-06-17
Also published as: EP2185311A1; CN101801591A; WO2009020701A1; JP2010535639A; EP2185311B1; US9180524B2; JP5385273B2; US10413972B2; US20180185928A1; US9937561B2; US20160023278A1; EP2185311A4; KR101515249B1; US20090038450A1

Abstract

플라이 커팅 헤드, 특히 플라이 커팅 헤드에 의해 유지된 절삭 요소의 위치, 배향, 또는 위치와 배향 둘 모두를 제어하는 동적 제어가능 액추에이터를 포함하는 것이 개시된다. 소정 실시예에서, 액추에이터는 초당 수백 또는 수천 번 절삭 요소의 위치 또는 배향, 또는 둘 모두를 조정할 수 있어서, 절삭 요소에 의해 작업편의 표면에 형성된 특징부의 형상에 대한 정밀 제어를 가능하게 한다.

Description

플라이 커팅 헤드, 시스템 및 방법, 그리고 그에 의해 제조된 공구 및 시트{FLY-CUTTING HEAD, SYSTEM AND METHOD, AND TOOLING AND SHEETING PRODUCED THEREWITH}

작업편에 홈 또는 유사한 특징부를 형성하여 미세복제 공구를 형성하기 위해 사용되는 유형의 플라이 커팅 장치뿐만 아니라, 그러한 장치를 사용하기 위한 시스템 및 방법과, 그에 의해 제조된 미세복제 공구와, 그와 같이 제조된 미세복제 공구를 사용하여 제조된 시트가 개시된다.

광을 제어 및 지향시키는 선형 프리즘 또는 큐브-코너(cube-corner) 프리즘을 포함하는 중합체 광학 필름과 같은 정밀 가공 표면은 다양한 적용에 유용하다. 예를 들어, 큐브-코너 시트는 광을 그의 광원을 향해 다시 반사시키도록 구성될 수 있고, 이는 그 역반사성 시트를 도로 표지판 또는 차량 번호판에 유용하게 한다. 필름을 표면에 부착하는 미세구조화된 접착제 층을 갖는 필름의 다른 유형은 필름과 표면 사이에 에어 포켓이 더 적은 상태로 도포될 수 있어서, 이는 개선된 외관 및 성능을 가져온다.

그러한 필름을 제조하는 하나의 방법은 금속 롤에 조각을 하여 미세복제 공구를 형성하고, 그 다음에 그 공구를 사용하여 필름을 형성하는 것이다. 예를 들어, 폴리에스테르와 같은 용융 중합체가 미세복제 공구 상으로 압출되고 그 후에 제거될 수 있다. 그 후, 필름은 미세복제 공구 상의 패턴의 반대 구조를 나타내는 일 표면을 갖는다. 만약 그들 패턴이 적절하게 설계되면, 필름은 다른 무엇보다도 전술된 목적을 위해 사용될 수 있다.

미국 특허 제5,175,030호(루(Lu) 등)는 소정 적용에 성공적으로 사용되고 있는 선형 프리즘 또는 선형 홈을 개시한다. 그 특허는 또한 선형 홈 필름이 제조되는 미세복제 공구 또는 롤을 개시한다. 그러한 유형의 롤의 표면은 인접 개별 홈의 연속을 절삭하거나, 또는 더 통상적으로 그러한 표면에 단일 나선형 홈(통상적으로 "나사산 절삭부(thread cut)"로 언급됨)을 절삭함으로써 형성된다. 비록 그 방법으로 제조된 미세복제 공구는 상당히 정밀한 홈을 나타내지만, 공구를 제조하기 위해 상당한 시간이 요구된다. 예를 들어, 종래의 절삭 공구를 사용하여 강철 롤의 나사산 절삭은 수 주의 연속 작업이 소요될 수 있다. 만약 미세복제 공구가 필름을 제조하기 위해 정기적으로 사용된다면, 이는 새로운 미세복제 공구가 제조되기 전에 완전히 마모되거나 또는 달리 사용할 수 없게 될 수 있다. 결과적으로, 더 빠른 방법이 선형 홈 또는 다른 유사한 구조물을 갖는 미세복제 공구를 제조하기 위해 제안되고 있다.

하나의 공구-절삭 기술은 "플라이 커팅"이라 하는데, 이 기술에서 다이아몬드-팁 절삭 공구가 회전 가능한 허브 상에 장착된다. 미국 특허 출원 공개 제2004/0045419 A1호(브라이언(Bryan) 등)는 이러한 유형의 플라이 커팅 장치를 개시한다. 허브가 회전함에 따라, 절삭 공구는 주기적으로 롤의 표면을 절삭하여, 원의 호에 가까운 홈을 남긴다. 연속하는 아크는 홈의 길이방향과 횡(또는 측)방향 둘 모두에서 서로 겹칠 수 있고, 종단면에서 부채꼴의 외관을 갖는 홈을 형성한다. 이들 홈은 미세복제 공구를 사용하여 형성된 필름에 또는 필름 상에 대응하는 부채꼴의 구조물을 형성하며, 이는 필름의 원하는 특성에 따라 바람직할 수 있다.

이들 및 다른 종래의 공구-절삭 장치 및 방법에 비추어, 원하는 지형의 홈을 갖는 미세복제 공구의 고속 제조를 위해 제공되는 새로운 플라이 커팅 헤드, 시스템 및 방법을 제공하고, 그러한 공구를 사용하여 제조된 필름 또는 시트를 제공하는 것은 유리할 것이다.

본 발명은 몇몇의 상이한 태양 또는 실시예를 포함한다. 일 실시예는 공구 홀더의 위치 또는 배향, 또는 둘 모두를 변화시키는 동적 제어가능 액추에이터를 포함하는 플라이 커팅 헤드이다. 본 발명을 위해, "액추에이터"는 신호에 응답하여 운동을 생성하는 구동 요소를 포함한다. 공구 홀더는, 예를 들어 절삭 요소 또는 공구, 또는 피닝(peening) 요소, 또는 작업편으로부터 재료를 제거하거나 변형시키도록 구성된 임의의 다른 장치를 보유할 수 있다. 액추에이터는 축을 따라 공구 홀더(및 따라서 절삭 요소)의 위치를 또는 축에 대한 그의 배향을 변화시킬 수 있다. 액추에이터는 플라이 커팅 헤드의 회전 위치에 기초하여, 또는 작업편에 대한 절삭 요소의 위치에 기초하여 절삭 요소의 위치를 변화시킬 수 있다. 절삭 요소가 헤드의 회전축에 대해 반경방향으로 연장되는 실시예에서, 액추에이터는 헤드의 회전축에 대한 절삭 요소의 절삭 반경을 변화시킬 수 있다. 공구 홀더는 절삭 요소를 보유할 수 있기 때문에, 또는 그 자신이 절삭 요소를 포함할 수 있기 때문에, 위치 및/또는 배향되는 "절삭 요소"에 대한 언급은 임의의 관련 공구 홀더의 위치 및/또는 배향을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

액추에이터는 전기 신호에 응답하여 작동될 수 있는 고속 공구 서보(FTS)의 구성요소일 수 있다. 액추에이터는 절삭 요소의 위치를 랜덤 방식으로, 또는 (예를 들어, 반복되는 랜덤 프로파일에 따라) 의사-랜덤 방식으로, 또는 소정의 프로파일에 따라 변화시킬 수 있다. 소정의 프로파일은 절삭 요소가, 하나 이상의 축을 따르는 변이 또는 변이의 부존재와 같은, 소정의 원하는 특징 또는 특성을 갖는 특징부 또는 홈을 형성하게 할 수 있다. 작업편에 형성될 수 있는 유용한 특징부의 일 예는 통상적으로 "평탄한 바닥의 홈"으로 불리며, (직경이 홈의 깊이보다 실질적으로 큰 원통형 롤 상에 형성된 홈의 경우) 이는 실제로 평탄한 바닥은 아니지만, 롤에 대해 홈의 바닥에서 본질적으로 일정한 곡률 반경을 갖는 홈이어서, 그 롤 상에 형성된 시트 또는 다른 필름은 본질적으로 선형 피크를 나타낸다.

본 발명의 플라이 커팅 헤드는 헤드의 각방향 위치의 변화를 감지하는 인코더와 함께 사용될 수 있다. 인코더는 헤드의 각방향 위치를 나타내는 신호를 제어 시스템에 전송하도록 구성될 수 있다. 플라이 커팅 헤드는 또한 제어 시스템과 함께, 또는 인코더와 제어 시스템 둘 모두와 함께 사용될 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 인코더로부터 수신된 신호에 기초하여 신호를 하나 이상의 액추에이터에 보내 액추에이터를 제어할 수 있고, 그에 따라서 임의의 관련 절삭 요소를 제어할 수 있다. 액추에이터는 원하는 대로 매크로-위치 제어 또는 마이크로-위치 제어 또는 둘 모두를 실행할 수 있다.

예를 들어 플라이 커팅 헤드를 사용하여 작업편의 표면에 특징부를 형성하는 방법을 포함하여 다양한 방법이 또한 개시된다. 그 방법은 절삭 요소 및 액추에이터를 갖는 플라이 커팅 헤드를 제공하는 단계를 포함하고, 액추에이터는 헤드에 대한 절삭 요소의 위치 또는 배향을 제어한다. 방법은 또한 작업편에 대한 절삭 요소의 각방향 위치에 기초하여 헤드에 대한 절삭 요소의 위치 또는 배향을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 그 단계는 절삭 요소가 작업편에 본질적으로 평탄한 바닥의 홈을 형성하는 것을 가능하게 하는 방식으로 절삭 요소의 위치를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이는 또한 또는 그 대신에 절삭 요소가 작업편과 접촉하는 시간 중 적어도 일부 동안 절삭 요소의 유효 절삭 반경을 변화시키는 방식으로 절삭 요소의 위치를 제어하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 작업편은 회전축의 둘레를 회전하도록 구성되고, 플라이 커팅 헤드는 아래에 설명되는 바와 같이 그 회전축이 작업편의 회전축에 대해 소정 각도인 상태로 위치된다. 각도는 일부 실시예에서 작업편의 회전 속도에 기초하여 결정될 수 있어서, 작업편이 회전하고 있는 동안 작업편에 절삭된 특징부는 작업편의 회전을 고려하도록 설계된다.

마지막으로, 본 발명은, 그의 범주 내에, 전술된 방법에 의해 제조된 미세복제 공구 및 임의의 그러한 미세복제 공구를 사용하여 제조된 중합체 시트를 포함한다. 그러한 종류의 시트는, 예를 들어 컴퓨터 디스플레이와 같은 디스플레이에 사용될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 태양이 아래에 더 상세하게 설명된다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 플라이 커팅 시스템의 도면.
<도 2>
도 2는 플라이 커팅 헤드가 작업편의 회전축에 대해 소정 각도로 기울어진 본 발명에 따른 플라이 커팅 시스템의 도면.
<도 2a>
도 2a는 본 발명에 따른 플라이 커팅 헤드의 분해도.
<도 3>
도 3은 본 발명에 따른 액추에이터 상에 장착된 절삭 요소의 도면.
<도 4>
도 4는 액추에이터 상에 장착된 절삭 요소의 도면으로서, 절삭 요소 및 액추에이터의 위치가 제2 액추에이터에 의해 추가로 제어될 수 있는 도면.
<도 5>
도 5는 작업편에 홈을 형성하는 플라이 커팅 헤드 및 절삭 요소의 단면도.
<도 6>
도 6은 본 발명에 따라 작업편에 평탄한 바닥의 홈을 형성하는 플라이 커팅 헤드 및 절삭 요소의 단면도.
<도 7>
도 7은 둘 모두 본 발명에 따른 정렬된 개별 홈 및 종방향 연장 홈을 갖는 예시적인 미세복제 공구의 사시도.
<도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d>
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 본 발명에 따라 형성된 대표적인 홈 패턴의 평면도.
<도 9a>
도 9a는 작업편에 홈 또는 홈 세그먼트를 절삭하는 예리한 절삭 요소를 갖는 이상화된 플라이 커팅 헤드의 일부분의 단면도.
<도 9b>
도 9b는 작업편에 홈 또는 홈 세그먼트를 절삭하는 덜 예리한 또는 무딘 절삭 요소를 갖는 이상화된 플라이 커팅 헤드의 일부분의 단면도.

본 발명은 아래에 상세하게 설명되는 바와 같이 절삭 반경의 제어와 같은 소정의 동적 제어가능 특징을 갖는 플라이 커팅 헤드 또는 시스템과, 다른 장치, 시스템 및 방법을 포함하는 몇몇 실시예를 포함한다. 이들 장치, 시스템 및 방법은 또한 본 발명에 따른 미세복제 공구를 제조하는 데 유용하고, 다음으로, 이들 공구는 또한 본 발명에 따른 미세구조화된 중합체 시트와 같은 미세구조화된 표면을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

플라이 커팅은 전형적으로 회전 가능한 헤드 또는 허브의 주위에 위치된 생크 또는 공구 홀더 상에 장착된 또는 그에 포함된 다이아몬드와 같은 절삭 요소의 사용과 관련되고, 그에 따라 절삭 요소는 홈 또는 다른 특징부가 기계가공되는 작업편의 표면에 대해 위치된다. 플라이 커팅은 전형적으로 불연속 절삭 작업이고, 이는 각 절삭 요소가 소정의 시간 동안 작업편과 접촉한 후에는 소정의 시간 동안 작업편과 접촉하지 않으며, 접촉하지 않는 시간 동안 플라이 커팅 헤드는 절삭 요소가 다시 작업편과 접촉할 때까지 원의 나머지 부분을 통해 그 절삭 요소를 회전시키고 있음을 의미한다. 비록 플라이 커팅 작업이 전형적으로 불연속적이지만, 플라이 커터에 의해 작업편에 형성된 결과적인 홈 세그먼트 또는 다른 표면 특징부는 원하는 대로 연속적(예를 들어, 개별적이지만 연결된 절삭부의 연속에 의해 형성됨)이거나 불연속적(연결되지 않은 절삭부에 의해 형성됨)일 수 있다. 본 발명이 절삭 요소를 사용하는 플라이 커팅에 의해 작업편으로부터 재료를 제거하는 상황에서 가장 빈번하게 설명되지만, 본 발명은 또한 절삭 요소보다는 오히려 피닝 요소가 설치된 변형된 플라이 커팅 헤드를 사용하여 표면을 피닝하거나 또는 다르게 변형시키는 실시를 본 발명의 범주 안에 포함한다.

도 1은 작업편에 대해 위치된 플라이 커팅 헤드(12)를 포함하는 플라이 커팅 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 도 2a는, 비록 액추에이터 및 아래에 설명된 소정의 다른 특징이 도시되어 있지 않지만, 본 발명에 따른 플라이 커팅 헤드의 분해도이다. 작업편은, 외부층이 황동, 알루미늄, 니켈-인, 경동(hard copper) 또는 중합체와 같이 더 용이하게 세공되는 재료로 제조된, 스테인리스강과 같은 금속으로 제조된 롤(14)일 수 있다. 간명함을 위해, 작업편은 종종 본 설명에서 "롤"로 언급될 것이지만, 작업편은 시스템에 적합하게 순응하여 평탄하거나, 볼록하거나, 오목하거나, 복합 또는 다른 형상일 수 있다. 따라서, 본 설명에서 용어 "롤"은 임의의 적합한 형상의 작업편을 예시하는 것으로 의도된다. 작업편은 일 단부에 테스트 밴드(test band)를 포함할 수 있는데, 테스트 밴드 위에서 플라이 커팅 헤드는 헤드 및 작업편이 서로에 대해 적절하게 위치되고 동기화되는지를 결정하기 위해 시험 패턴을 절삭하도록 프로그래밍될 수 있다. 그 다음, 테스트 밴드에 형성된 특징부의 특성은 평가될 수 있고, 일단 플라이 커팅 헤드 및 작업편의 작업이 최적화되면, 실제 기계가공 작업은 작업편의 상이한 부분에서 수행될 수 있다. 테스트 밴드가 필요하지는 않지만, 시스템의 실제 성능이 시스템의 원하는 또는 이론상의 성능과 조화되게 하기 위해 어떠한 조정이 행해져야 할지를 결정하는 데 유용할 수 있다.

플라이 커팅 헤드는 도시된 실시예에서 절삭 요소(16)를 보유 또는 포함하는 적어도 하나의 공구 홀더(15)를 가지고 있다. 절삭 요소는 롤의 외부 표면에 하나 이상의 홈 또는 다른 특징부를 절삭하도록 선택된 적합한 공업용 다이아몬드, 또는 예리한 금속 포인트와 같은 다른 적합한 절삭 요소일 수 있다. 비록 절삭 요소에 의해 작업편에 형성된 형성물이 간편함을 위해 본 명세서에서 "홈" 또는 "홈 세그먼트"로 언급될 수 있지만, 그의 특성에 따라 골, 슬롯, 만입부, 부채꼴 또는 총칭적으로 "특징부"로도 또한 언급될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 좌표계를 플라이 커팅 헤드(12) 및 작업편(14)에 대해서 나타낼 수 있다. 이러한 좌표계는 임의로 나타내지고, 본 발명의 범주를 한정하기 위해서라기보다는 오히려 제공된 도면의 상황에서 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 제공된다. 좌표계는 절삭 요소의 팁에 대해서 도시되며, 상호 직교인 X, Y 및 Z축을 포함한다. X축은 롤(14)에 수직하고, 도시된 실시예에서 롤(14)의 중심축을 통과한다. Y축은 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 연장하고, 도시된 실시예에서 롤의 외부 표면에 대한 접선에 평행하거나 일치한다. Z축은 수평으로 연장하고 롤의 중심축에 평행하다. 도시된 실시예에서 작업편은 또한 회전축(C)을 갖고, 작업편은 그 축에 관하여 어느 한 방향으로 회전될 수 있다. 플라이 커팅 헤드(12)는 도 1의 Y축에 평행한 회전축(A)을 갖는다. 만약 작업편이 원통형이라기보다는 오히려 (플레이트 또는 디스크와 같이) 평탄하다면, 다양한 축의 전술한 표시에 있어서 대응하는 변형이 그 상황에서 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 이루어질 수 있다.

플라이 커팅 시스템(10)은 고정밀도, 고속 기계가공을 위해 사용될 수 있으며, 본 발명의 시스템의 개요가 먼저 제공될 것이고, 다양한 구성요소 및 그의 작동 및 사용에 대한 상세한 설명이 이어질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이 커팅 시스템(10)의 도면이다. 시스템(10)은 컴퓨터 또는 제어기(18)에 의해 제어되며, 컴퓨터 또는 제어기는 하나 이상의 애플리케이션을 저장하는 메모리, 정보의 비휘발성 저장을 위한 2차 기억 장치, 액추에이터 또는 다른 장치로 출력될 수 있는 파형 데이터 파일을 발생시키는 함수 발생기, 정보 또는 명령을 수신하는 입력 장치, 메모리 또는 2차 기억 장치에 저장된 또는 다른 공급원으로부터 받은 애플리케이션을 실행하는 프로세서, 정보의 시각적 디스플레이를 출력하는 디스플레이 장치, 또는 스피커나 프린터와 같이 정보를 다른 형태로 출력하는 출력 장치, 또는 전술한 것들 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함하거나 또는 그에 작동식으로 연결될 수 있다. 제어기는 케이블(20) 또는 적합한 무선 접속부를 사용하여 데이터 또는 신호를 교환할 수 있다.

작업편 - 도시된 실시예에서 롤(14) - 은 제어기에 의해 제어되고 제어기로부터의 명령 신호를 수신하는 모터에 의해 구동되는 스핀들 시스템 상에 고정 지지될 수 있다. 스핀들 시스템은 공기 또는 정압 베어링(hydrostatic bearing)과 같은 하나 이상의 베어링(22)을 포함할 수 있다. 간명함을 위해, 비록 베어링이 작업편에 관하여 임의의 적합한 위치에 배치 및 지지될 수 있지만, 베어링(22)은 도 1에서 롤의 일 단부에만 도시되고, 도 2에는 도시되어 있지 않다. 롤은 모터(24)에 의해 어느 한 방향으로 회전될 수 있거나, 또는 만약 작업편이 원통형이 아니거나 상이한 시스템을 사용하여 위치된다면, 제어기(18)에 의해 제공된 지시에 응답하여 위치될 수 있다. 예시적인 모터구동 스핀들 시스템은 상표명 "4R", 또는 상표명 "10R"(공기 베어링을 포함함)로 미국 미네소타주 홉킨스 소재의 프로페셔널 인스트루먼츠(Professional Instruments)로부터 입수 가능하고, 더 큰 작업편의 경우에는, 미국 코네티컷주 파밍턴 소재의 위트넌 매뉴팩처링 컴퍼니(Whitnon Manufacturing Company)의 위트넌 스핀들 디비전(Whitnon Spindle Division)으로부터의 오일 정압 스핀들 시스템이다. 스핀들 시스템은 바람직하게는 원하는 정밀도 내에서 스핀들 및 그에 따른 작업편의 위치를 감지하고, 그 정보를 제어기에 전송하여 제어기가 작업편 및 플라이 커팅 헤드를 아래에 기술되는 방법으로 동기화시키는 것을 가능하게 하도록 구성된 회전 인코더(26)를 또한 포함한다.

플라이 커팅 헤드는 바람직하게는, "x-테이블"로 언급될 수 있는 플라이 커팅 테이블(30) 상에 지지된다. x-테이블은 X, Y 및 Z축 중 적어도 하나를 따르는, 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이 X축과 Z축 둘 모두를 따르는, 더 바람직하게는, 연속하여 또는 바람직하게는 동시에 X, Y 및 Z축의 3개 전부를 따르는 운동이 작업편에 대해 플라이 커팅 헤드 및 절삭 요소(들)를 위치시키도록 구성된다. 당업계에 공지된 바와 같이, x-테이블은 하나 초과의 치수 또는 방향으로 본질적으로는 동시에 이동할 수 있어서, 절삭 팁의 위치가 제어기의 제어 하에서 3차원 공간에 용이하게 배치될 수 있다.

액추에이터(28)는 제어기(18)로부터의 신호를 수신하고, 그에 의해 절삭 요소(16)가 작업편에 절삭부 또는 홈과 같은 특징부를 생성하는 방식을 제어한다. 액추에이터(28)는 바람직하게는, 직접적으로 또는 카트리지(32)나 캐리어를 통해 간접적으로 플라이 커팅 헤드(12)에 제거 가능하게 연결된다. 비록 도 3에 도시된 액추에이터가 절삭 요소를 X축만을 따라서 연장시킬 것이지만, 절삭 요소를 임의의 축을 따라서 또는 (회전식으로) 임의의 축의 둘레에서 이동시킬 액추에이터가 제공될 수 있다. 도 4는 예를 들어 액추에이터(28)와는 상이한 축을 따라서 절삭 요소의 위치를 변화시키도록 구성된 제2 액추에이터(28')를 포함한다. 도 4에 도시된 장치는 액추에이터(28')가 공구 홀더를 (도면에서) 수직으로 이동시키도록 재배치되게 변형될 수 있어서, 절삭 공정 동안 공구 홀더 및 관련 절삭 요소의 측방향 운동이 가능하다.

다른 종래의 기계가공 기술이 본 발명의 시스템 및 그 구성요소와 관련하여 유용할 수 있다. 예를 들어, 냉각 유체가 절삭 요소, 플라이 커팅 헤드, 액추에이터 또는 다른 구성요소의 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 온도 제어 유닛은 냉각 유체가 순환됨에 따라 냉각 유체의 실질적으로 일정한 온도를 유지하기 위해 제공될 수 있다. 냉각 유체를 위한 온도 제어 유닛 및 저장조는 다양한 구성요소를 통해 또는 다양한 구성요소에 유체를 순환시키는 펌프를 포함할 수 있고, 또한 전형적으로 유체를 실질적으로 일정한 온도로 유지하기 위해 유체로부터 열을 제거하는 냉동 시스템을 포함한다. 유체를 순환시키고 유체의 온도 제어를 제공하는 냉동 및 펌프 시스템은 당업계에 공지되어 있다. 소정 실시예에서, 냉각 유체는 또한 작업편이 기계가공되는 동안 실질적으로 일정한 표면 온도를 유지하기 위해 작업편에 적용될 수 있다. 냉각 유체는 저점성 오일과 같은 오일 제품일 수 있다.

기계가공 공정의 다른 태양이 또한 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 롤은 건식-절삭되거나, 또는 오일이나 다른 처리 보조물을 사용하여 절삭될 수 있고; 고속 액추에이터는 냉각을 필요로 할 수 있으며; 깨끗하고 건조한 공기가 스핀들을 지지하는 것과 같은 임의의 공기 베어링과 함께 사용되어야 하며; 스핀들은 오일 냉각 재킷 등을 사용하여 냉각될 수 있다. 이러한 유형의 기계가공 시스템은 전형적으로 다양한 파라미터, 예를 들어 구성요소의 조화된 속도와 작업편 재료의 특성, 예를 들어 기계가공될 금속의 주어진 체적에 대한 비에너지(specific energy), 그리고 작업편 재료의 열적 안정성 및 특성을 고려하도록 구성된다. 마지막으로, 둘 모두의 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 국제 공개 WO 00/48037호에 기재된 유형의 소정의 다이아몬드 회전 구성요소 및 기술과, 미국 특허 출원 공개 제2004/0045419 A1호(브라이언 등)(본 발명의 양수인에게 양도됨)에 기재된 유형의 플라이 커팅 구성요소 및 기술은 또한 본 발명의 상황에 유용할 수 있다.

작업편의 기계가공은 바람직하게는 전술된 시스템의 다양한 구성요소의 조화된 운동에 의해 이루어진다. 본 발명에 따라 작업편 상의 소정의 위치에 홈 또는 다른 특징부를 제공하기 위해, 플라이 커팅 헤드에 의해 유지된 각 절삭 요소의 위치는 작업편의 위치와 조화 또는 동기화되어야 한다. 예를 들어, Z축에 평행한 홈 세그먼트의 정렬된 세트가 기계가공되는 동안 회전할 롤에 절삭되어야 하는 경우, 제어 시스템은 바람직하게는 연속하는 홈 세그먼트가 실제로 정렬되도록 롤에 대해 적절하게 플라이 커팅 헤드의 절삭 요소를 위치시킨다.

일 실시예에서, 이러한 동기화는 롤과 관련된 (각 인코더(angular encoder)와 같은) 위치 인코더 및 플라이 커팅 헤드와 관련된 다른 위치 인코더를 제공함으로써 행해질 수 있다. 적어도 두 유형의 인코더 - 증분형 및 절대형 - 가 현재 이용 가능하다. 증분형 인코더는 덜 비쌀 수 있고, 예를 들어, 만약 롤 또는 플라이 커팅 헤드의 알려진 위치를 나타내는 인덱스 신호와 함께 사용되면 절대형 인코더로서 효과적으로 기능을 할 것이다. 롤(또는 롤이 그 위에 장착된 스핀들)과 관련된 인코더(26)는 롤에 기계가공되는 특징부의 원하는 홈 피치 또는 다른 치수의 몇 분의 일 내에서 회전축을 따르는 롤의 위치를 감지하기에 충분한 해상도를 가져야 한다. 홈 피치는 하나의 홈의 중심으로부터 다음의 인접 홈의 중심까지의 거리, 또는 하나의 피크로부터 다음의 인접한 피크까지의 거리이며, 대응 치수는 통상 다른 표면 특징부에 대해 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 스핀들의 회전 위치, 플라이 커터 헤드의 회전 위치, 및 플라이 커터 플랫폼의 z축 위치는 모두 서로에 대해 조화 및 제어된다. 다른 실시예에서, 플라이 커터는 상대적으로 일정한 각속도로 작동될 수 있고, 스핀들의 회전 위치 및 플라이 커터 플랫폼의 z축 위치만이 제어된다. 또 다른 실시예에서, 롤의 회전 위치 및 플라이 커터 헤드의 대응 위치는 서로 조화되어(때때로 "전자적으로 연동되는" 것으로 언급됨), 이들 둘의 위치는 항상 동기화된다. 다른 동기화 방법이, 예를 들어 롤의 중심축에 대해 소정 각도로 롤에 홈 또는 다른 특징부를 절삭하기 위해 그 만큼 적절하게 사용될 수 있다. 다양한 구성요소의 위치 및 속도는, 예를 들어 제어기 내의 소프트웨어, 펌웨어 또는 이의 조합에서 구현되는 수치 제어 기술 또는 수치 제어기(NC)를 사용하여 제어될 수 있다.

작업편이 종축의 둘레를 회전하고 있는 원통형 롤인 경우에, 그 축에 평행한 홈 또는 연속하는 홈들을 절삭하도록 배열된 플라이 커팅 헤드는 결과적인 홈 또는 연속하는 홈들이 실제로 평행하도록 재배향될 필요가 있을 수 있다. 다시 말하면, 만약 절삭 요소가 롤이 고정 상태일 때 평행 홈을 롤에 절삭하려고 한다면, (만약 다른 파라미터는 일정하게 유지된다면) 롤이 절삭 동안 회전하도록 허용된다면 절삭 요소는 약간 만곡된 홈을 롤에 절삭할 것이다. 이러한 효과를 상쇄하는 하나의 방법은 절삭부의 단부에서 절삭 요소가 절삭부의 시작에서보다 롤의 회전 방향으로 더 멀도록 절삭 헤드를 기울이는 것이다. 절삭 요소는 단지 짧은 거리에 걸쳐서 롤과 접촉하기 때문에, 결과는 롤의 회전에도 불구하고 롤 표면의 평행 홈 세그먼트에 가까워질 수 있다. 비록 구현하는 데 비용이 많이 들 수 있지만, 예를 들어 롤이 회전할 때 롤을 따르도록 플라이 커팅 헤드가 롤의 중심축의 둘레를 회전하는 것을 가능하게 함으로써 동일 또는 유사한 목적을 달성하도록 시스템을 다른 방식으로 구성하는 것이 가능할 수 있다. 다른 실시예에서, Y방향의 절삭 요소의 위치를 변경하는 액추에이터가 절삭 요소의 위치를 (도시된 장치에서) 수직방향으로 변경하기 위해 사용될 수 있다.

도 2는 플라이 커팅 헤드가 Y축에 대해 각도(α)로 배열된 실시예를 도시하는데, 이는 플라이 커팅 헤드가 작업편의 종축에 대해 대략 45도 각도로 작업편에 특징부를 형성하는 것을 가능하게 한다. 각도(α)가 측정되는 좌표계는 임의적이고, 헤드가 배치될 수 있는 다른 위치 또는 배향을 제한하고자 하는 의도는 아니다. 각도(α)는 0도 내지 360도의 범위일 수 있다. 일반적으로, 플라이 커팅 헤드는 임의의 축에 대해 기울어지거나, 또는 임의의 축의 둘레에서 회전될 (또는 임의의 축에 대해 경사질) 수 있다.

본 발명의 특징이 임의의 적합한 플라이 커팅 헤드와 관련하여 제공될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 플라이 커팅 헤드(12)는 일 실시예에서 절삭 요소가 고정될 수 있는 카트리지(32)의 사용에 의하는 것을 비롯하여 절삭 요소가 헤드에 고정될 수 있는 위치를 포함한다. 헤드는 포트(108)를 포함할 수 있는 공기 베어링(114)을 추가로 포함하고, 헤드를 구동시키는 DC 모터와 같은 모터에 결합된다. 플라이 커팅 헤드와 관련된 회전 인코더는 헤드를 지지하는 회전 샤프트(112)의 회전 위치를 감지하는데, 이는, 본 명세서에 기재되는 바와 같이, 그 다음으로, 절삭 요소의 위치가 작업편에 대한 그의 회전 위치와 동기화되어 동적으로 제어될 수 있기 때문에 유용하다. 플라이 커팅 헤드의 다른 특징은 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 더 큰 직경의 플라이 커팅 헤드가 더 큰 절삭 반경으로 인해 더 작은 직경의 플라이 커팅 헤드에 의해 절삭된 홈보다 더 평탄한 바닥을 본래 갖는 홈을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

절삭 요소는 단일 또는 다결정 다이아몬드, 카바이드, 강철, 입방정질화붕소(cubic boron nitride, CBN), 또는 임의의 다른 적합한 재료일 수 있다. 적합한 다이아몬드 절삭 팁은 캐나다 퀘백주 소재의 케이앤와이 다이아몬드 컴퍼니(K&Y Diamond Company)로부터 입수 가능하다. 다이아몬드와 같은 절삭 요소의 기하학적 형상과, 절삭 요소를 위한 생크 또는 홀더의 디자인은 작업편에 대해 요구되는 표면 특징 및 효과를 생성하도록 특정될 수 있다. 전형적으로 교체 가능한 절삭 요소는, 예를 들어, 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2003/0223830호(브라이언 등)에 기재된 바와 같이 하나 초과의 절삭 팁 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 다이아몬드 절삭 요소는 거의 어떤 원하는 구성의 특징부를 형성할 절삭 요소를 생성하기 위해, 예를 들어 이온-밀링에 의한 것을 비롯하여, 서브마이크로미터의 규모로 밀링될 수 있다.

절삭 요소(16)는 바람직하게 절삭 요소 카트리지 또는 캐리어(32)에 의해 보유되고, 절삭 요소는 (단독으로, 또는 카트리지나 캐리어와 함께) 액추에이터를 사용하여 배치 또는 재배치된다. 비록 카트리지가 절삭 요소의 교체 및 정밀한 배치를 용이하게 하기 위해 본 발명의 소정 실시예에서 유용할 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 그러한 캐리어 없이 절삭 요소를 액추에이터 상에 직접 장착하는 것이 가능할 수 있다. 만약 사용된다면 캐리어는 다음의 재료, 즉 소결 카바이드, 질화규소, 탄화규소, 강철, 티타늄, 다이아몬드 또는 인조 다이아몬드 재료 중 하나 이상으로 제조될 수 있다. 절삭 요소 캐리어(32)용 재료는 바람직하게는 강성이고 질량이 낮다. 절삭 요소는 접착제, 블레이징, 솔더링 또는 다른 방법에 의해 절삭 요소 캐리어에 고정되거나, 또는 액추에이터에 직접 고정될 수 있다.

작업편을 절삭하기 전에, 절삭하는 동안에, 또는 절삭한 후에 플라이 커팅 헤드에 의해 유지되는 하나 이상의 절삭 요소의 위치나 배향, 또는 둘 모두를 제어하기 위해, 적어도 하나의 액추에이터(28)가 제공된다. 액추에이터는 절삭 요소의 위치 또는 배향의 변화를 이루는 임의의 장치일 수 있고, 고속 공구 서보(FTS)의 구성요소일 수 있다. 고속 공구 서보는 전형적으로 고체 상태 "압전"(PZT, piezoelectric) 장치(PZT 스택이라 함)를 포함하고, 이는 PZT 스택에 부착된 절삭 공구의 위치를 신속하게 조정할 수 있다. 서브나노미터 배치 해상도를 갖는 PZT 스택이 이용 가능하고, 이는 아주 신속하게 반응하며 백만 또는 심지어 수십억의 사이클 후에도 본질적으로 마모를 나타내지 않는다. 고속 공구 서보에 포함되는 것과 같은 액추에이터는, 액추에이터가 배치 불일치를 조정할 수 있게 하는 위치 센서와 함께 폐쇄 루프 작동에, 또는 위치 센서 없이 개방 루프 작동에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 액추에이터는 플라이 커팅 헤드와 절삭 요소의 사이에 위치되어 플라이 커팅 헤드에 대해 절삭 요소를 배치 또는 배향한다. 하나 초과의 액추에이터가 제공되고 각각의 절삭 요소와 관련되는 다른 실시예에서, 절삭 요소의 위치 또는 배향은 방향 또는 배향, 또는 둘 모두의 대응 개수로 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 하나의 액추에이터(28)는 X축을 따라서 절삭 요소의 위치를 변경하고, 제2 액추에이터(28')는 Z축을 따라서 절삭 요소의 위치를 변경한다.

유용한 것으로 제시되는 하나의 액추에이터는 장착을 용이하게 하기 위해 액추에이터를 통과하여 천공된 구멍을 선택적으로 갖는, 상표명 "D1CN10"으로 미국 캘리포니아주 헤이워드 소재의 키네틱 세라믹스 컴퍼니(Kinetic Ceramics Company)로부터 입수 가능한 것과 같은 PZT 액추에이터이다. 그러한 액추에이터는 전기 신호의 변화에 응답하여 길이를 변화시키고, 대략 9 마이크로미터의 최대 이동 거리 및 (공구 팁을 포함하여 시스템에 대해) 대략 25 ㎑ 또는 (피에조 자체에 대해) 90 ㎑의 공진 주파수를 갖는다. 운동이 증폭된 PZT 액추에이터는 또한 더 긴 이동 거리가 바람직할 때에 유용할 수 있으며, 보이스 코일 액추에이터 또는 자기 변형(magneto-strictive) 액추에이터(예를 들어 "테페놀-디(Terfenol-D)"로 명명된 재료를 사용하는 미국 아이오와주 에임즈 소재의 이트레마 프로덕츠 인크.(Etrema Products, Inc.)로부터 현재 입수 가능한 것), 또는 다른 압전 요소일 수 있다. 적용을 위해 선택된 특정 액추에이터(들)는 변위, 주파수 응답, 강성, 및 회전 또는 굽힘 운동과 같이 그 적용의 원하는 운동 요건에 좌우된다.

하나 초과의 절삭 요소가 플라이 커팅 헤드와 함께 사용되는 실시예에서, 절삭 요소 중 하나, 하나 초과, 또는 전부는 본 명세서에 기재된 바와 같이 액추에이터와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 고정 위치 절삭 요소 및 제2의 동적 제어가능 절삭 요소를 갖는 플라이 커팅 헤드를 사용하는 것이 유용할 수 있으며, 고정 위치 절삭 요소는 작업편으로부터 더 많은 양의 재료를 제거하는 경향이 있고, 동적 제어가능 절삭 요소는 고정 위치 절삭 요소에 의해 형성된 "예비 절삭부(pre-cut)" 내에 또는 근처에 특정한 특징부를 형성하는 경향이 있다. 대안적으로, 이러한 유형의 실시예에서, "고정 위치" 절삭 요소는 액추에이터에 의해 동적 제어가능한 것일 수 있지만, 동적 제어 특징은 사용되지 않는다. 다시 말하면, 액추에이터는 절삭 요소의 위치를 변화시킬 수 있지만, 제어 시스템은 단지 절삭 요소를 고정 위치에 보유한다. 또한, 절삭 요소는 절삭 요소가 작업편과 접촉하는 시간 동안 플라이 커팅 헤드에 대해 일정한 위치에 보유될 수 있고, 그 다음에 그의 위치 또는 배향 또는 둘 모두는 절삭 요소가 작업편과 접촉하지 않는 시간 동안 변화될 수 있다.

액추에이터는 하나 이상의 와이어, 광섬유 또는 다른 신호 전송 장치를 통해 하나 초과의 신호 또는 신호의 유형을 수신할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터는 공구 홀더의 위치 또는 배향을 변화시키기 위해 필요한 동력을 생성하기 위해 AC 또는 DC 전력을 받을 수 있다. 액추에이터는 또한 액추에이터에 의해 실현될 위치 또는 배향의 변화에 비례할 수 있는 구동 신호를 수신할 수 있다. 액추에이터는 그의 최초 상태, 위치 또는 배향으로 되돌아가는 것을 가능하게 하거나 이를 야기하는 영(zero) 볼트 신호와 같은 기준 신호를 수신할 수 있다. 마지막으로, 액추에이터 또는 관련 하드웨어는 예를 들어 공구 홀더 또는 절삭 요소의 위치 또는 상대 위치에 관한 정보를 제공하는 피드백 신호를 전송할 수 있어서, 공구 홀더 또는 절삭 요소의 위치 또는 배향의 후속 변화는 적절하게 구성될 수 있다. 기술된 유형의 신호 또는 다른 신호는 전용 와이어 또는 광섬유를 통해 전송될 수 있거나, 또는 적절한 곳에서 단일 와이어 또는 광섬유를 따라서 다중 송신될 수 있다. 전력 및 본 명세서에서 설명된 신호, 또는 임의의 다른 필요한 또는 유용한 신호의 전송은 또한 당업계에 알려져 있는 바와 같이 고정 구성요소로부터 회전 구성요소로 신호를 전송하기 위한 슬립 링 또는 다른 기구의 사용을 필요로 할 수 있다. 유용할 수 있는 하나의 슬립 링은 제품 번호 상품명 09014로 미국 캘리포니아주 사우스 이아이 몬테 소재의 패브리캐스트 인크.(Fabricast, Inc.)로부터 입수 가능하다. 전력 또는 신호, 또는 이 둘 모두를 전송하기 위한 다른 구성요소는 수은 접점 슬립 링, 광섬유 회전 조인트(FORJs) 및 무접점 자기 슬립 링을 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 액추에이터와 관련된 히스테리시스 효과의 존재를 보상하는 것에 관한 것이다. 용어 "히스테리시스 효과"는, 본 발명에 관하여 사용되는 바와 같이, 비록 시작점 및 종점이 본질적으로 동일하지만 액추에이터(와 그에 따른 공구 홀더 및 관련 절삭 요소 등)가 일 방향으로 이동하는 경로가 반대 방향으로 이동하는 경로와 동일하지 않을 수 있음을 의미한다. 만약 이러한 히스테리시스 효과가 보상되지 않는다면, 특징부의 실제 형상은 특징부의 예상된 형상과 일치하지 않을 것이고, 이는 바람직하지 않다.

설명된 유형의 시스템의 히스테리시스 효과를 극복하는 하나의 방법은 충전 제어 증폭기와 같은 변형된 신호 증폭기를 사용하여 전압 대신에 액추에이터로의 충전을 제어하는 것이다. 이는 히스테리시스 효과의 10배 내지 20배 감소로 귀착되는 것으로 믿어진다. 다른 방법은 광자 프로브를 포함하는 것과 같은 피드백 시스템을 사용하여 이동의 양 방향에서의 액추에이터(또는 공구 홀더 또는 절삭 요소)의 위치 또는 배향을 감지하고, 그 정보를 사용하여 액추에이터로의 신호 전송을 제어하여 히스테리시스 효과를 보상하는 것이다. 먼저의 이들 두 방법은 함께 사용될 수 있다. 제3의 방법은 알려진 히스테리시스 효과를 보상하기 위해 액추에이터로 지향된 신호의 파형을 구성하는 것이다. 예를 들어, 5 볼트 신호를 전송하여 액추에이터가 공구 홀더를 알려진 거리만큼 연장하게 하고, 0 볼트 신호를 전송하여 액추에이터가 (히스테리시스 효과로 인한 상이한 경로를 통해) 그의 원래의 위치로 되돌아오게 하는 대신에, 이들 신호는 "아웃바운드(outbound)" 및 "리턴(return)" 경로가 본질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 이 방법은 단일 보상 파형이 반복적으로 사용될 수 있기 때문에 동일한 특징부가 작업편에 반복적으로 형성되어야 하는 경우에 잘 작동하지만, 보상 파형이 각각의 연속하는 특징부에 대해 재생되어야 하기 때문에 연속하는 특징부가 상이한 경우에는 그렇게 잘 작동하지 않는 것으로 이해된다.

액추에이터로의 신호 또는 전력 전송 접속은 선(40, 42)으로 도시되고, 이는 전술된 바와 같이 예를 들어 와이어 또는 광섬유일 수 있으며, 그를 통하여 신호 또는 전력 또는 둘 모두가 제어기로부터 액추에이터(들)로 전송되고, 예를 들어 피드백 시스템의 경우 액추에이터로부터 제어기로 전송된다. PZT 효과로 인해 그리고 가해진 전기장의 유형에 기초하여, 절삭 요소(16)의 작고 정밀한 운동이 생성될 수 있다. 또한, 액추에이터(28)의 단부는 하나 이상의 벨리빌 와셔(Belleville washer)에 대항하여 장착될 수 있고, 이는 액추에이터의 프리로딩(preloading)을 위해 제공된다. 벨리빌 와셔는 액추에이터 및 그에 부착된 절삭 요소의 운동을 허용하는 약간의 가요성을 갖는다. 액추에이터가 다수의 PZT 스택을 갖는 경우, 이는 스택에 부착된 절삭 요소의 운동을 독립적으로 제어하는 데 사용하기 위해 각 PZT 스택을 독립적으로 제어하도록 개별 증폭기를 사용할 수 있다.

액추에이터(28)는 플라이 커팅 헤드(12)에 직접적으로, 또는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 카트리지(32)를 통해 간접적으로 단단히 장착된다. 단단한 연결은 절삭 요소(16)의 정밀 제어된 운동을 위해 필요한 안정성을 제공하기 위해 매우 바람직하다. 비록 수직방향 면을 갖는 오프셋 45도 다이아몬드 또는 다른 유형의 다이아몬드가 사용될 수 있지만, 이 예에서 절삭 요소(16) 상의 다이아몬드는 V-형상의 대칭 다이아몬드이다. 예를 들어, 절삭 요소는 오프셋 다이아몬드, 비대칭 V-형상의 다이아몬드, 또는 둥근 코의 평탄한 또는 만곡된 면 공구일 수 있다. 액추에이터는 저장조로부터 펌핑된 오일과 같은 냉각 유체를 수용하고, 이를 액추에이터 둘레에 순환시키고, 이를 저장조로 다시 보내기 위한 포트를 포함할 수 있다.

본 발명의 소정 실시예에서, 사용을 위해 선택된 액추에이터는 동적 제어가능 액추에이터이다. 용어 "동적 제어가능" 및 그 변형은 공구 홀더(및 임의의 관련 절삭 요소)의 위치 또는 배향이 플라이 커팅 헤드를 정지시키는 일 없이 조정되는 것을 가능하게 하는 본 발명의 특징을 말한다. 바람직한 실시예에서, 공구 홀더(및 임의의 관련 절삭 요소)의 위치 또는 배향, 또는 둘 모두는 절삭 요소가 작업편을 절삭하고 있는 시간 동안에 변화될 수 있거나, 또는 절삭 요소가 작업편을 절삭하고 있지 않는 시간 동안에 변화될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 동적 제어가능 플라이 커팅 헤드는 액추에이터가 예를 들어 X축을 따르는 절삭 요소의 유효 길이를 변화시키는 전기 신호와 같은 신호를 수신할 때 절삭 요소의 유효 절삭 경로를 조정할 수 있다. 대신에 또는 추가로, 동적 제어가능 플라이 커팅 헤드는 다른 축을 따라, 또는 하나 이상의 축의 둘레에 회전식으로, 또는 이들 중 하나 초과의 조합으로 절삭 요소(들)의 위치를 변화시킬 수 있다. 이는 예를 들어 플라이 커팅 헤드가 정지되어 있는 동안에 렌치 또는 다른 공구를 사용함으로써 절삭 프로파일을 변화시키는 헤드의 정적 조정만을 가능하게 하는 다른 커팅 헤드와 대조를 이룬다.

액추에이터는 한 세트의 컴퓨터 수치 제어(CNC) 신호가 액추에이터에 공급되어 액추에이터를 제어하는 개방 루프 제어 시스템 또는 절삭 요소의 위치가 회전 동안에 감지되고 위치 정보가 액추에이터를 제어하기 위해 사용되는 신호를 생성 또는 조정하기 위해 연속적으로 사용되는 폐쇄 루프 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 본 명세서에 기재된 유형의 액추에이터는 10 ㎑ 또는 심지어 50 ㎑ 이상의 속도로 (수신한 신호에 기초하여) 연속되는 지시를 실행할 수 있고, 따라서 매우 미세한 분해능을 나타내는 표면 특징부, 또는 과거에 플라이 커팅 시스템을 사용하여 용이하게 형성될 수 없었던 특징부를 제공하도록 절삭 경로의 증분식 조정이 이루어질 수 있다. 다른 한편으로, 액추에이터는 (절삭 팁의 위치 및 배향이 동적으로 제어되지 않는 고정 신호의 경우인) 0 Hz 또는 그 이상의 저속 신호를 실행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라이 커팅 헤드는 이 시스템과 함께 절삭의 제1 부분 동안 절삭 반경을 점진적으로 감소시키고 그 다음에 절삭의 제2 부분 동안 절삭 반경을 점진적으로 증가시킴으로써 도 6에 도시된 바와 같이 작업편에 대해 대략 일정한 곡률 반경을 가진 바닥을 갖는 홈 세그먼트를 작업편에 절삭할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 플라이 커팅 헤드는 절삭 요소의 절삭 반경을 조정하는 동적 제어가능 액추에이터를 포함한다. 도 5에서, 절삭 요소(16)의 위치는 플라이 커팅 헤드의 회전축에 대해 변하지 않고, 그에 따라서 절삭 요소는 만곡된 선(L)으로 표시된 절삭 경로를 가질 것이다. 도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 것에 대해 90도 각도로 작업편을 절삭하는 절삭 요소를 도시한 것임에 주의하라. 그러나, 동적 제어가능 액추에이터(28)가, 바람직하게는 작업편에 대한 절삭 요소의 위치의 함수로서 절삭 요소가 작업편을 절삭하고 있는 시간 동안 절삭 요소(16)의 위치를 변화시키기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 사용될 때, 절삭 요소는 제어가능한 소정의 절삭 경로를 따를 것이다. 하나의 바람직한 소정의 절삭 경로는 종래의 고정 반경 또는 비동적 조정가능 플라이 커팅 장치에 의해 절삭된 부채꼴 바닥의 홈 세그먼트와 대조적으로 도 6에 선(F)으로 도시된 바와 같이 실질적으로 선형인 또는 평탄한 바닥을 갖는 홈을 형성하는 것이다.

비록 지금까지는 제공된 예들 중 몇몇이 플라이 커팅 헤드 - "동적 반경 제어가능" 플라이 커팅이라 할 수 있는 것 - 의 X축을 따라 행해진 동적 조정에 관한 것이지만, 본 발명의 범주는 반경 제어로 한정되지 않는다. 플라이 커팅 헤드의 회전축에 대한 절삭 요소의 반경방향 위치를 조정하도록 액추에이터가 제공될 수 있는 것처럼, 다른 치수에서, Y 또는 Z축을 따라, 회전식으로 또는 이들의 조합으로 플라이 커팅 헤드에 대한 절삭 요소의 위치를 조정하도록 액추에이터가 제공될 수 있다. 예를 들어, 절삭 요소(들)의 Z축 제어는 규칙적이고 선형인 홈의 부존재 때문에 무아레 효과 (Moire' effects)를 덜 나타내는 경향의 시트를 제조하기에 적합한 공구를 제공할 수 있다. 절삭 요소의 회전 제어는, 예를 들어, 만약 절삭 요소가 대칭이 아니라면 작업편에 소정의 바람직한 특징부를 형성하는 방법으로서, 또는 만약 절삭 요소가 대칭이라면 공구 팁 상에 더 균일한 마모 패턴을 형성하는 방법으로서 유용할 수 있다.

시스템은 플라이 커팅 시스템과 함께 사용되는 몇몇 종래의 인코더의 경우와 마찬가지로 속도를 측정하기 위한 목적뿐만 아니라 위치를 측정하기 위해 사용되는 하나 이상의 인코더를 포함할 수 있다. 이는 작업편 및 플라이 커팅 헤드의 절삭 요소(들)의 위치를 동기화하는 것을 돕는다. 구체적으로, 인코더는 롤의 회전 위치, 헤드의 회전축에 대한 플라이 커팅 헤드의 위치, Z축과 같은 다른 축에 대한 플라이 커터 헤드의 위치, 및 플라이 커터를 롤에 대해 이동시키는 x-테이블의 위치를 결정하기 위해 제공될 수 있다.

본 발명의 소정 실시예에서 플라이 커팅 헤드와 관련하여 유용한 하나의 인코더는 상표명 "ERO-1382"(1024 라인 카운트)로 독일의 하이덴하인 컴퍼니(Heidenhain Company)로부터 입수 가능하고, 헤드의 각방향 위치를 측정하기 위해 플라이 커팅 헤드 상에 위치된다. 본 발명의 소정 실시예에서 작업편 또는 롤과 관련하여 유용한 인코더는 상표명 "레니쇼우 시그넘 알이에스엠(Renishaw Signum RESM)"( 직경 413 mm, 64,800 라인 카운트)으로 미국 일리노이주 호프만 이스테이츠 소재의 레니쇼우 인크.(Renishaw Inc.)로부터 입수 가능하다. 적용을 위해 선택된 특정 인코더(들)는 원하는 해상도, 플라이 커팅 헤드 또는 다른 구성요소의 최대 속도 및 최대 신호 속도에 좌우된다.

종래의 플라이 커팅 시스템의 경우와 마찬가지로 제어 시스템이 또한 제공되지만, 본 발명에 관해서 이는 또한 액추에이터(들)에 신호를 보내서 절삭 성능을 제어하거나, 또는 플라이 커팅 헤드 및/또는 작업편의 상대 위치를 나타내는 인코더 신호를 수신하거나, 또는 예를 들어 x-테이블과 관련된 모터에 신호를 보냄으로써 작업편에 대한 절삭 헤드의 위치를 동기화하거나, 또는 이들 중 하나 초과 또는 전부를 행한다. 하나의 유용한 제어 시스템은 입출력 회로 및 미국 캘리포니아주 채스워스 소재의 델타 타우 데이터 시스템즈(Delta Tau Data Systems)로부터 입수 가능한 PMAC 제어장치를 포함한다. 그러한 PMAC 제어장치는 예를 들어 플라이 커팅 헤드 및 롤의 운동 제어를 제공하기 위해 일축 또는 이축 PMAC2 제어기와 증폭기를 결합시킨다.

본 발명의 제어 시스템은 본 명세서에 기재된 결과를 제공하도록 알려진 방식으로 설계될 수 있는 소프트웨어 또는 펌웨어 또는 둘 모두를 사용한다. 구체적으로, 소프트웨어는 바람직하게는 조작자가 개별 홈 세그먼트 또는 다른 표면 특징부의 마이크로 수준의 형상과, 작업편 상의 홈 세그먼트 또는 다른 특징부의 매크로 수준의 패턴(랜덤, 의사 랜덤 또는 규칙적임) 둘 모두를 나타내는 파형 데이터 파일을 생성하는 것을 가능하게 한다. 그 다음, 이들 데이터 파일은 성능 및 바람직하게 작업편에 대한 절삭 요소의 동기화를 제어하기 위해 다양한 제어 시스템 구성요소에 전달된다.

다양한 구성요소의 운동을 프로그래밍하고 조화시키기 위해, 원하는 파라미터를 입력하여 데이터 파일을 생성하기 위해 소프트웨어가 전형적으로 사용되고, 그 후 파 발생 유닛은 필요시 데이터 파일을 구동 유닛(들), 액추에이터(들) 및 다른 구성요소로 전송되는 신호로 바꾼다. 예를 들어, 롤 속도는 대략 0.001 내지 대략 1000의 분당 회전수로 설정될 수 있고, 플라이 커팅 헤드 속도는 대략 1000 내지 대략 100,000의 분당 회전수로 설정될 수 있다. 대략 5000의 분당 회전수의 플라이 커팅 헤드 속도를 시험하였고, 이는 더 높은 속도가 미세복제 공구와 같은 완성된 작업편을 생성하기 위해 필요한 시간을 감소시키기 때문에 대체로 바람직하다.

작업편 표면에 절삭된 특징부의 깊이는 0 내지 150 마이크로미터, 바람직하게는 0 내지 35 마이크로미터, 더욱 더 바람직하게는 광학 필름용 미세복제 공구를 형성하기 위해 0 내지 15 마이크로미터의 범위일 수 있다. 이들 범위는 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 의도는 아니지만, 그러한 공구를 사용하여 제조된 중합체 시트에 소정의 광학 효과를 제공하기에 유용한 특징부의 스케일을 나타낼 수 있다. 롤 작업편의 경우, 더 높은 속도로 이동하는 롤에 긴 특징부를 형성하는 것이 더 어렵기 때문에, 임의의 개별 특징부의 길이는 롤이 그 종축 둘레로 회전하는 속도에 의해 영향을 받는다. 만약 절삭 요소가 작업편의 반대 방향으로 이동 중이라면, 절삭 요소가 작업편과 동일한 방향으로 이동 중인 경우보다 일반적으로 더 용이하게 더 긴 홈이 형성될 수 있다. 특징부는, 예를 들어 만약 본 발명의 플라이 커팅 헤드가 원통형 롤의 주연부 둘레에 나사산 절삭부에 가까운 특징부를 생성하기 위해 사용된다면 거의 어떠한 길이라도 가질 수 있다. 만약 개별 특징부가 요구된다면, 그의 길이는 예를 들어 약 1 마이크로미터 내지 수 밀리미터일 수 있으나, 이 범위가 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 의도는 아니다. 나사산 절삭의 경우, 인접 홈들 사이의 피치 또는 간격은 약 1 내지 약 1000 마이크로미터로 설정될 수 있다. 특징부는, 예를 들어 대칭, 비대칭, 프리즘형 및 반타원형 특징부와 같은 임의의 유형의 3차원 형상을 가질 수 있다. 작업편의 표면 상의 재료가 제거되는 대신에 만입되거나 또는 달리 변형되는 실시예에서, 변형은 공구 홀더에 의해 보유되는 공구의 특징을 변화시킴으로써 변화될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 동적 제어 작동 특징부가 소정의 특히 유익한 효과를 얻기 위해 작업편의 위치와 동기화된다. 즉, 절삭 요소의 위치에 관계없이 정해진 세트의 지시에 따라 동적 제어가능 액추에이터를 작동시키는 대신에, 절삭 요소의 위치는 롤의 위치와 동기화된다. 일 실시예에서, 롤의 회전 위치는 비선형인 홈 세그먼트를 롤에 형성하기 위해 소정의 범위 내에서 변하는 플라이 커팅 헤드의 Z축 위치와 조화(동기화)되고, 절삭 요소(들)의 X축 위치는 플라이 커팅 헤드의 회전 위치와 조화된다. 랜덤일 수 있거나, 의사 랜덤일 수 있거나 또는 미리 결정될 수 있는 절삭 요소의 위치의 X축 변화는 변화하는 깊이(및 가능하게는 또한 폭)를 갖는 홈 세그먼트를 형성할 수 있어서, 그에 의해 그 다음에 공구를 사용하여 제조된 중합체 시트 또는 다른 용품 상에 원하는 패턴을 형성할 공구를 제조할 수 있다. X축 변화는 통상 플라이 커팅 헤드의 회전 위치가 절삭 요소(들)를 작업편 또는 롤과 접촉하도록 배치할 때 중요하며, 절삭 요소(들)가 롤과 접촉하는 시간 동안 그 위치는 원하는 대로 제어 시스템 및 액추에이터(들)에 의해 변할 수 있다. 액추에이터는 예를 들어 상대적으로 긴 평탄한 바닥의 홈을 생성하도록 절삭 요소를 배치하게 지시될 수 있기 때문에, 이러한 유형의 절삭 시스템은 전체 롤이 짧은 시간에 절삭되는 것을 가능하게 하는 잠재력을 갖는다.

본 발명에 따른 미세복제 공구를 형성하기 위해, 원통형 롤과 같은 작업편은 원하는 표면 특징부를 제공하기 위해 밀링된다. 블랭크 롤(blank roll)은 구조 또는 패턴이 절삭될 외부층을 가질 수 있다. 그 층은 그에 절삭된 랜덤 또는 다른 패턴을 가진 후에 다음으로 패턴을 보호하거나, 필름의 정밀 형성 또는 그의 용이한 해제를 가능하게 하거나 또는 다른 유용한 기능을 수행하는 하나 이상의 추가층으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 크롬 또는 유사한 재료의 얇은 층이 공구에 적용될 수 있지만, 그러한 유형의 층은 공구의 예리한 에지를 "둥글게" 할 수 있고 그에 따라서 바람직하지 않을 수 있다. 임의의 기계가공 가능 재료가 사용될 수 있고, 예를 들어 작업편은 알루미늄, 니켈, 구리, 황동, 강철 또는 (아크릴과 같은) 플라스틱으로 제조될 수 있다. 사용될 특정 재료는 예를 들어 기계가공된 작업편을 사용하여 제조된 다양한 필름과 같은 특정의 원하는 적용에 좌우될 수 있다.

롤 및 플라이 커팅 헤드는 통상, 플라이 커팅 헤드의 절삭 요소(들)가 롤의 일측에서 롤과 접촉하도록 서로에 대해 배치된다. 롤은 전형적으로 원하는 회전 속도로 회전될 수 있는 스핀들 상에 장착되고, 플라이 커팅 헤드는 전술된 방식으로 롤에 대해 이동하도록 구성된다. 본 발명의 소정 실시예에서 절삭 요소는 절삭 요소를 X, Y, Z 방향으로, 회전식으로 또는 이의 임의의 조합으로 조정하는 동적 제어가능 액추에이터에 의해 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 플라이 커팅 헤드는 롤의 길이를 따라 본질적으로 연속적인 단일 홈을 절삭하는 동안 Z방향으로 이동하거나, 또는 롤이 고정되어 있는 동안이나 롤이 회전하는 동안 하나 이상의 다른 특징부를 형성하도록 구성된다. 만약 롤이 고정형이라면, 롤의 길이를 따른 단일 통과의 완료시, 롤은 인덱싱되고 그 과정은 반복되어 도 7의 예시적인 롤(14)에 도면부호 50으로 도시된 바와 같이 인접 홈 또는 다른 세트의 특징부를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 롤은 일정한 각속도로 회전되고, 플라이 커팅 헤드는 헤드는 롤의 주연부 둘레에서 롤 안으로 Z방향으로 연장하는 특징부 또는 홈 세그먼트를 절삭하는 동안 Z축을 따라서 본질적으로 동일한 위치에 유지된다. 절삭 요소의 위치가 상대적으로 정밀하게 제어될 수 있기 때문에, 롤의 제2 또는 후속 회전 동안 롤 표면에 절삭된 홈 또는 다른 특징부의 위치는, 도 7에 도면부호 55로 도시된 바와 같이, 선행 회전 동안 롤 표면에 절삭된 홈 또는 다른 특징부의 위치와 조화될 수 있다. 특징부(50, 55)는 편의를 위해 동일 롤 상에 도시되며, 비록 상이한 특징부가 도시된 바와 같이 임의의 주어진 작업편 상에 제공될 수 있지만, 통상 롤은 그 길이에 걸쳐 실질적으로 동일한 특징부를 가질 것이다.

절삭 요소는 마모를 겪고 마모는 롤에 절삭된 특징부의 특성의 미묘한 변화로 귀착될 것이기 때문에, 롤 또는 롤 상에 형성된 작업편의 면밀한 검사는 홈 세그먼트의 연속이 위에서 맨 먼저 설명된 바와 같이 롤의 Z축을 따라서 형성되었는지, 두 번째로 설명된 바와 같이 주연부를 따라서 형성되었는지를 나타낼 수 있다고 여겨진다. 다시 말하면, 위에서 맨 먼저 설명된 Z-축 절삭 방법을 사용하여, 절삭 요소(들)는 각각의 연속되는 홈이 절삭됨에 따라 마모될 것이어서, 최종 홈을 첫 번째 홈과 나란히 절삭하였을 때까지는, 마모된 절삭 요소에 의해 형성된 마지막 홈은 적어도 마이크로 스케일에서 마모되지 않은 또는 덜 마모된 절삭 요소에 의해 형성된 첫 번째 홈과 현저하게 상이하게 보일 수 있다. 이는 두 개의 인접한 홈 또는 다른 특징부들 사이의 차이 때문에 "가상 시임(virtual seam)"이라 할 수 있다. 작은 개별 홈 세그먼트가 롤의 주연부 둘레에 형성되는, 위에서 두 번째로 설명된 주연부 절삭 방법을 사용하여, 마모되지 않은 또는 덜 마모된 절삭 요소에 의해 형성된 특징부는 롤의 제1 단부에 있을 것이고, 마모된 절삭 요소에 의해 형성된 특징부는 롤의 제2 단부에 보일 것이다. "가상 시임"을 갖는 롤 및 전술된 "단부-대-단부" 마모 패턴을 갖는 롤뿐만 아니라, 이를 형성하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 시트 또는 다른 물건도 모두 본 발명의 범주 내에 있다.

본 발명에 따른 미세복제 공구는 유리하게는 대체로 평행한 홈이 공구의 종축에 평행하게 또는 수직하게 연장될뿐만 아니라 그 축에 대해 소정 각도로 연장되도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 롤의 회전축 또는 작업편의 주축에 대해 대략 45도 각도로 연장하는 선형 홈을 갖는 공구를 의미하는 "45 도" 공구가 대응 각도로 절삭된 홈 또는 다른 특징부를 갖는 시트를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 도 2는 플라이 커팅 헤드는 도 1에 도시된 것과 상이한 배치 시스템을 사용하여 위치되는 Y축에 대해 대략 45도의 각도(α)로 연장하는 홈을 갖는 공구의 생성을 도시한다. Y축과 Z축 둘 모두에 대해 소정 각도로 소정의 패턴의 홈 또는 특징부를 작업편에 형성하는 것은 Z축에 평행한 홈 또는 특징부를 형성하는 것보다 복잡하다. 이는 더 복잡한데, 그 이유는, 전술된 다른 실시예 중 일부의 경우와 마찬가지로, 플라이 커팅 헤드가 다음의 홈을 형성하기 위해 작업편의 각각의 회전에 대해 Z방향으로 고정된 거리를 단순히 전진하는 것이 아니기 때문이다. 그 대신에, 작업편의 각각의 회전에 대한 플라이 커팅 헤드의 Z방향 이동은 정렬된 홈 세그먼트가 요구되는 경우 작업편의 연속하는 회전시 후속 홈 세그먼트가 더 먼저의 홈 세그먼트와 정렬되도록 분석적으로 또는 실험적으로 결정되어야 한다. 예를 들어, 만약 각각이 이전의 세그먼트에 대해 Z방향으로 약간 전진되는 일련의 45 도 홈 세그먼트가 롤의 주연부 둘레에 형성되면, 롤의 완전한 회전 후에 제2 회전 동안 형성된 홈 세그먼트는 제1 회전 동안 형성된 홈 세그먼트에 평행할 것이지만, 반드시 단부-대-단부로 그와 정렬되지는 않는다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 롤의 완전한 회전 후에 제1 회전 동안 형성된 세그먼트와 단부-대-단부로 정렬시키기 위해 제2 회전 동안 형성된 홈 세그먼트가 조정되어야 하는 거리를 계산하는 것이다. 그 다음, 그 거리는 단일 회전 동안 형성된 홈 세그먼트의 개수로 나누어질 수 있고, 생성된 비율이 각각의 연속하는 홈 세그먼트 사이의 피치에 더해져, 작업편의 완전한 회전 후에 제2 회전 동안 형성된 홈 세그먼트는 제1 회전 동안 형성된 홈 세그먼트에 대해 원하는 거리만큼 효과적으로 전진한다. 동일한 과정이 연속하는 회전과 함께 사용될 수 있다.

작업편에 대해 임의의 각도로 배치된 선형 홈을 갖는, 또는 비선형 특징부 또는 심지어 서로 교차하는 특징부를 갖는 공구가 형성될 수 있다. 롤 또는 작업편 표면 상에 프리즘 또는 다른 미세구조물을 생성하도록 상이한 각도로 절삭된 평행 홈의 세트들을 포함하여 다른 각방향 배열이 또한 가능하다. 플라이 커팅 헤드는 도시된 축들 중 하나 이상에 대해 기울어질 수 있고, 또한 또는 대신에 축들 중 하나 이상의 둘레에서 회전될 수 있어서, 절삭 요소는 소정의 위치 및 배향에서 작업편을 타격한다. 예를 들어, 플라이 커팅 헤드는 도 1에 대해 X축의 둘레에서 90 도 회전될 수 있어서, 플라이 커팅 헤드는 Y축과 정렬되고, 그 후 예를 들어 45 도 각도로 Y축의 둘레에서 회전될 수 있어서 절삭 요소는 소정 방식으로 작업편을 타격한다.

본 발명에 따라 작업편에 절삭되는 표면 특징부는 매크로 스케일과 마이크로 스케일 둘 모두에 대해 제어될 수 있다. 표면 특징부 또는 미세구조물은 용품의 표면 상에 형성되거나 용품의 표면 내로 만입되거나 용품의 표면으로부터 돌출되는 임의의 유형, 형상 및 치수의 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 액추에이터 및 시스템을 사용하여 형성된 미세구조물은 1000 마이크로미터 피치, 100 마이크로미터 피치, 1 마이크로미터 피치, 또는 심지어 약 200 나노미터(nm)의 광파장 이하의 피치(sub-optical wavelength pitch)를 가질 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 미세구조물의 피치는 1000 마이크로미터 초과일 수 있다. 이들 치수는 단지 예시적인 목적으로 제공되며, 본 명세서에 기재된 액추에이터 및 시스템을 사용하여 제조된 특징부 또는 미세구조물은 시스템을 사용하여 세공되는 것이 가능한 범위 내에서 임의의 치수를 가질 수 있다.

큰 또는 "매크로" 스케일에 대해, 블랭크 롤 또는 다른 작업편에 절삭된 표면 특징부는 작업편의 길이, 폭에 걸쳐서 또는 작업편의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 예를 들어, 일련의 정렬된 홈 세그먼트가 롤에 절삭되어, 도 7에서 도면부호 55로 도시된 바와 같이, 평탄한 영역 또는 랜드 영역에 의해 분리되는 피크를 갖는 시트가 제조될 수 있는 미세복제 공구를 제공할 수 있다. 특징부는 작업편의 회전축(또는 대칭축)에 대해 소정 각도로, 예를 들어 그 축에 대해 45도 각도로 롤과 같은 작업편에 절삭될 수 있다. 다수의 특징부는 플라이 커팅 헤드의 연속하는 통과 시에 작업편에 절삭될 수 있거나, 또는 다수의 특징부는 (하나의 절삭 요소에 의해 절삭된 더 얕은 홈 및 다음의 계속되는 절삭 요소에 의해 절삭된 더 깊은 홈과 같이) 단일 통과 동안 각각의 절삭 요소의 연속하는 통과에 의해 작업편에 절삭될 수 있다.

마이크로 스케일에서, X축에서의 절삭 요소의 연속하는 운동이 랜덤하다는 것을 의미하는 "x-축 카오스(x-axis chaos)"라고 부르는 것을 갖는 개별 홈 세그먼트를 형성하도록 본 발명의 시스템 또는 플라이 커팅 헤드를 프로그래밍함으로써 소정의 이점이 얻어질 수 있다. "카오스"는 전형적으로 그의 이점으로 인해 의도적으로 도입된 랜덤 운동인 것으로 생각되는 반면, "채터(chatter) "는 전형적으로 바람직하지 않고 사용자가 감소 또는 제거하도록 노력하는 시스템에 의해 우발적으로 생성된 진동 운동인 것으로 생각된다.

어떤 홈 프로파일은 육안으로 보면 일정한 형상을 갖는 것으로 보일 수 있지만, 더 가까이 검사하면 이는 실제로 랜덤이거나, 의사 랜덤이거나 또는 미리 결정된 작은 스케일의 기하학적 변이를 구비하고 있을 수 있다. 예를 들어, 액추에이터에 보내진 지시 또는 신호는 매크로 스케일에서 평탄한 바닥의 홈을 제공하도록 절삭 요소의 반경방향 제어를 제공하는 방식으로 액추에이터를 제어할 수 있지만, 추가로 마이크로 스케일에서 어느 정도의 X축 카오스를 도입할 수 있다. 이는 이러한 방식으로 제조된 미세복제 공구 상에 제조된 광학 필름이 광을 방향전환 또는 확산시키거나, 결점을 감추거나, 또는 달리 이로운 방식으로 작동할 수 있기 때문에 유용할 수 있다.

다른 실시예에서, 개별 특징부 또는 홈의 "리드-인(lead-in)" 및 "리드-아웃(lead-out)" 부분(때때로 "테이퍼-인(taper-in)" 및 "테이퍼-아웃(taper-out)" 부분으로 언급됨)은 바람직한 전체 홈 또는 특징부 지형을 생성하도록 소정의 방식으로 설계될 수 있다. 테이퍼-인 및 테이퍼-아웃 각도는 각각 절삭 팁이 작업편에 들어가고 작업편을 떠나는 각도이다. 본 명세서에 기재된 액추에이터에 의해, 테이퍼-인 및 테이퍼-아웃 부분은 원하는 대로 더 가파르게, 더 얕게 또는 비선형으로 만들어질 수 있고, 심지어 하나의 특징부로부터 다음의 특징부까지 랜덤, 반랜덤 또는 소정의 방식 중 어느 하나로 변할 수 있다. 테이퍼-인 각도 및 테이퍼-아웃 각도는 특징부의 형성에 영향을 미친 다른 절삭 파라미터에 따라 이들 각도를 갖는 특징부를 구비한 작업편 상에 제조된 시트가 대략적으로 이들 각도를 나타내는 리지(ridge)를 갖게 한다.

본 발명을 사용하여 제조된 시트는, 예를 들어 부채꼴이 바람직하지 않거나 허용되지 않는 적용예에 유용한 평탄한 바닥의 홈을 포함할 수 있다. 만약 X축 카오스가 또한 세공 공정 동안 도입된다면, 시트의 피크는 광 확산, 결점 감춤, 침윤 방지(anti-wet-out) 및 다른 목적에 유용한 대응 프로파일을 가질 것이다.

일단 미세복제 공구가 형성되면, 이는 미세복제 시트, 필름 또는 다른 물체 상의 다른 표면 효과를 생성하기 위해 마스터(master)로서 사용될 수 있다. 시트는 공구 상에 중합체 재료의 주조 및 경화, 엠보싱, 압출, 압축 성형 및 사출 성형과 같은 방법에 의해 본 발명에 따라 제조된 공구를 사용하여 제조될 수 있다. 주조 및 경화가 일반적으로 바람직하며, 시트가 제조될 수 있는 재료는 폴리카르보네이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함한다. 시트는 배킹 층이 하나의 재료를 포함하고 홈 또는 다른 구조물이 다른 재료를 포함하도록 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 공구(마스터 공구)의 구조는 제조 공구를 형성하기 위해 주조 및 경화 공정에 의해 중합체 물질의 벨트 또는 웨브와 같이 다른 매체 상에 전사될 수 있다. 그 다음, 이러한 제조 공구는 본 명세서에 기재된 유형의 미세복제 용품을 만들기 위해 사용된다. 이는 결과로서 마스터 공구의 표면에 대응하는 표면을 갖는 용품을 생성한다. 전기 주조와 같은 다른 방법들이 또한 마스터 공구를 복제하기 위해 사용될 수 있다. 그 다음, 중간 공구라 할 수 있는 그 복제물은 미세복제 용품을 제조하기 위해 사용될 수 있다.

롤의 표면의 특징부와, 그에 따라서 그 롤을 사용하여 제조된 필름 또는 시트의 특징부는 육안으로는 볼 수 없을 만큼 작게 만들어질 수 있다. 롤과 생성된 시트 둘 모두의 표면 특징부는 주의 깊게 제어될 수 있기 때문에, 시트에 의해 투과, 반사 또는 굴절된 광의 성능 또한 제어될 수 있으며, 이는 당업계에 알려진 바와 같이 다양한 이로운 효과를 제공한다.

도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 본 발명에 따라 형성될 수 있는 홈 또는 특징부의 몇몇 대표적인 예시를 도시한다. 도 8a에 도시된 특징부는 일반적으로, 각각이 일련의 연속 선형 홈에 가까워지도록 이전의 홈과 정렬된, 작업편에 절삭된 개별 홈을 나타낸다. 도 8b에 도시된 특징부는, 일반적으로 홈이 정렬되지 않고 만약 홈들 사이에 어떠한 랜드 영역도 갖지 않는 것이 바람직하다면 홈의 종방향 또는 홈의 횡방향이나 측방향으로 서로 중첩될 수 있는, 작업편에 절삭된 개별 홈을 나타낸다. 도 8c에 도시된 특징부는 일반적으로, 하나 이상의 액추에이터가 X축을 따르는 변이와 같이 절삭 요소의 위치 또는 배향의 변이를 야기한, 작업편에 절삭된 개별 홈을 나타낸다. 마지막으로, 도 8d에 도시된 특징부는 일반적으로, 각각이 일련의 연속 선형 홈에 가까워지도록 이전의 홈과 정렬되고 홈이 작업편의 회전축에 대해 45도 각도로 연장하는, 작업편에 절삭된 개별 홈을 나타낸다. 이들 홈은 또한, 예를 들어 홈의 연속 바닥을 형성하기 위해 홈의 종방향으로, 또는 홈(들)의 측방향이나 횡방향으로 서로 중첩되도록 설계될 수 있다. 홈의 계획적인 또는 랜덤인 패턴이 본 발명의 교시와 일치하여 제공될 수 있다.

본 발명의 다양한 태양은 마치 작업편에 특징부가 이전에 형성되지 않은 듯이 기재되었지만, 본 발명은 작업편에 이전에 형성된 특징부를 변형, 보충 또는 보완하기 위해 사용될 수 있다. 특징부는 다른 밀링, 터닝, 또는 플라이 커팅 작업, 또는 현재 알려진 또는 후에 개발될 임의의 다른 표면 형성 또는 변형 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 작업편에는 때때로 그 표면 상에 매우 작은 피라미드가 형성되고, 이는 입사광을 반사할 수 있는 그러한 피라미드의 역(큐브 코너(cube corner))을 갖는 중합체 시트의 형성을 용이하게 할 수 있다. 그러한 피라미드는 플라이 커팅 장치의 3회 연속 통과에 의해 형성될 수 있고, 그 중 임의의 하나 이상은 본 발명의 태양을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기재된 플라이 커팅 작업에 이어서, 재료를 제거 또는 변형시키거나, 또는 표면 특징부를 다듬기 위해 추가의 커팅, 밀링 또는 다른 공정을 수행하는 것이 또한 유용할 수 있다.

원통형 작업편의 종축에 대해 소정 각도로 홈을 형성하는 능력은 공구의 종축에 평행 또는 수직한 본질적으로 선형인 홈을 포함하는 종래의 원통형 공구에 비해 이점이다. 이는 홈이 시트의 측부에 대해 45 도 각도에 있는 시트를 사용하기를 바라는 사용자가 종방향으로 또는 측방향으로 연장하는 홈을 갖는 시트의 더 큰 조각으로부터 그 시트를 소정 각도로 다이-절단하는 것을 통상 필요로 할 것이기 때문이다. 이는 시트의 더 큰 조각의 측부 근처에서 상당한 낭비를 가져올 수 있다. 본 발명에 의해, 시트의 측부에 대해 45 도 각도(또는 임의의 다른 선택된 각도)로 연장하는 홈을 갖는 시트가 공구 상에 직접 형성될 수 있는데, 시트가 사용을 위해 절단될 때 시트의 측부를 따르는 낭비가 최소가 된다.

광학 필름을 포함한 본 발명에 따른 시트는 다양한 적용에서 유용하다. 시트와 같은 미세복제 구조물은 역반사성 도로 표지판 및 차량 번호판, 보는 사람을 향한 광의 방출을 제어하는 휴대용 컴퓨터에서의 디스플레이와 같은 디스플레이, 다른 광학 필름, 연마 또는 마찰-제어 필름, 접착 필름, (예를 들어, 미국 특허 제5,360,270호에 개시된 바와 같은) 자가 정합 프로파일을 갖는 기계적 패스너, 또는 대략 1000 마이크로미터 미만의 치수와 같이 상대적으로 작은 치수의 미세복제 특징부를 갖는 임의의 성형된 또는 압출된 부품을 위해 사용되고 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 절삭 요소는 종래의 플라이 커팅 헤드의 경우와 마찬가지로 플라이 커팅 헤드로부터 반경방향으로 돌출할 필요가 없다. 그 대신에 또는 그에 더하여, 절삭 요소는 플라이 커팅 헤드의 회전축에 평행하게 또는 대체로 평행하게 연장할 수 있다. 절삭 요소는 전술된 방식으로 액추에이터에 의해 제어될 수 있고, 작업편의 표면에 소정의 패턴 또는 특징부를 절삭하기 위해 "면 커팅" 또는 "면 플라이 커팅"이라 하는 작업에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 절삭 요소는 종래의 플라이 커팅에서 통상 있는 경우인 간헐적 접촉이 아니라, 본질적으로 작업편과 연속 접촉한다.

본 발명은 이제까지 본 발명의 몇몇 실시예에 관하여 설명 및 도시되었다. 본 발명은 그들 실시예로 한정되지 않고, 다음의 특허청구범위 및 그 동등물의 표현에 의해서만 제한된다.

Claims

공구 홀더의 위치 또는 배향을 변화시키는 동적 제어가능 액추에이터를 포함하는 회전 가능한 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 헤드는 다수의 액추에이터를 포함하는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 적어도 하나의 축에 대한 공구 홀더의 위치만을 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 선형 축을 따르는 공구 홀더의 위치를 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 선형 축에 대한 공구 홀더의 배향을 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 플라이 커팅 헤드의 회전 위치에 기초하여 공구 홀더의 위치를 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 작업편에 대한 공구 홀더의 위치에 따라 공구 홀더의 위치를 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 공구 홀더는 절삭 요소를 헤드의 회전축에 관하여 반경방향으로 재배치하도록 구성된 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 헤드의 회전축에 대한 절삭 요소의 절삭 반경을 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 전기 신호에 응답하여 작동되는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 압전 스택을 포함하는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 피드백 시스템을 추가로 포함하는 고속 공구 서보의 구성요소인 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 제어기에 의해 전송된 신호에 따라 랜덤 방식으로 절삭 요소의 위치를 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 제어기에 의해 전송된 신호에 따라 반복 랜덤 프로파일에 따라 절삭 요소의 위치를 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 액추에이터는 제어기에 의해 전송된 신호에 따라 소정의 프로파일에 따라 절삭 요소의 위치를 변화시키는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 헤드의 각방향 위치의 변화를 감지하는 인코더가 조합된 플라이 커팅 헤드.
제16항에 있어서, 인코더는 헤드의 각방향 위치를 나타내는 신호를 제어 시스템에 전송하도록 구성된 플라이 커팅 헤드.
제1항 또는 제17항에 있어서, 제어 시스템이 조합된 플라이 커팅 헤드.
제18항에 있어서, 제어 시스템은 액추에이터에 신호를 보내 액추에이터를 제어하는 플라이 커팅 헤드.
제19항에 있어서, 제어 시스템은 신호를 액추에이터에 전송하여 매크로 위치 제어를 실행하는 플라이 커팅 헤드.
제20항에 있어서, 매크로 위치 제어는 절삭 요소가 작업편에 본질적으로 평탄한 바닥의 홈 세그먼트를 형성하도록 구성된 절삭 경로를 따르게 하는 플라이 커팅 헤드.
제19항에 있어서, 제어 시스템은 마이크로 위치 제어를 실행하는 신호를 액추에이터에 전송하는 플라이 커팅 헤드.
제22항에 있어서, 마이크로 위치 제어는 x-축 카오스를 포함하는 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 절삭 요소가 조합된 플라이 커팅 헤드.
제1항에 있어서, 적어도 2개의 절삭 요소가 조합된 플라이 커팅 헤드.
제25항에 있어서, 하나의 절삭 요소는 액추에이터에 의해 동적 제어되고, 제2 절삭 요소는 플라이 커팅 헤드에 대해 고정 위치에 보유되는 플라이 커팅 헤드.
제21항에 있어서, 절삭 요소는 헤드의 회전축에 대해 균일하게 이격된 플라이 커팅 헤드.
제1항에 따른 회전 가능한 플라이 커팅 헤드를 사용하여 작업편을 기계가공하는 방법으로서, 액추에이터에 신호를 전송하는 단계를 포함하고, 신호는 액추에이터와 관련된 히스테리시스 효과를 완화시키도록 구성되는 방법.
(a) 고정 지지체에 대해 회전하도록 구성된 제1항에 따른 플라이 커팅 헤드를 제공하는 단계와,
(b) (i) 적어도 하나의 액추에이터를 작동시키기 위한 전력 및 (ii) 액추에이터를 작동시키기 위한 제어 신호 중 적어도 하나를 고정 지지체로부터 플라이 커팅 헤드로 전송하는 단계를 포함하는 작업편을 기계가공하는 방법.
제29항에 있어서, 단계 (b)는 슬립 링의 사용을 포함하는 방법.
플라이 커팅 헤드를 사용하여 작업편의 표면에 특징부를 형성하는 방법으로서,
(a) 절삭 요소와 액추에이터를 갖는 플라이 커팅 헤드 - 액추에이터는 헤드에 대한 절삭 요소의 위치 또는 배향을 제어함 - 를 제공하는 단계와,
(b) 작업편에 대한 절삭 요소의 각방향 위치에 기초하여 헤드에 대한 절삭 요소의 위치 또는 배향을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 단계 (b)는 절삭 요소가 작업편의 중심에 대해 일정 반경의 바닥을 갖는 홈을 작업편에 형성하는 것을 가능하게 하는 방식으로 절삭 요소의 위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 단계 (b)는 절삭 요소가 작업편과 접촉하는 시간 중 적어도 일부 동안 절삭 요소의 유효 절삭 반경을 변화시키는 방식으로 절삭 요소의 위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 단계 (b)는 플라이 커팅 헤드의 회전축에 본질적으로 평행한 방향으로 절삭 요소의 위치를 변화시키는 방식으로 절삭 요소의 위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 작업편은 회전축의 둘레를 회전하도록 구성되고, 플라이 커팅 헤드는 그의 회전축이 작업편의 회전축에 대해 소정 각도인 상태로 배치된 방법.
제35항에 있어서, 각도는 대략 45도인 방법.
제35항에 있어서, 각도는 작업편의 회전 속도에 기초하여 결정되어, 작업편이 회전하는 동안 작업편에 절삭된 특징부는 대략 선형인 방법.
제31항, 제32항 또는 제37항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 제조된 미세복제 공구.
제38항의 방법에 의해 제조된 미세복제 공구를 사용하여 생성된 중합체 시트.
제39항에 있어서, 디스플레이와 조합된 중합체 시트.