專利名稱：使用具有衍射特征的一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工刀頭的切削工具的制作方法
使用具有衍射特征的一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工刀頭的切削工具
背景技術(shù)：
加工技術(shù)可用于形成多種多樣的工件，例如微復(fù)制工具。微復(fù)制工具常常用于擠 出工藝、注模工藝、壓印工藝、造模工藝等，以形成微復(fù)制結(jié)構(gòu)物。微復(fù)制結(jié)構(gòu)物可以具有光 學(xué)膜、研磨劑膜、粘合劑膜、具有自嚙合型材的機(jī)械緊固件、或具有尺寸相對(duì)較小(例如尺 寸小于大約1000微米)的微復(fù)制結(jié)構(gòu)物的任何模制或擠出部件。也可通過各種其它方法制備該微結(jié)構(gòu)。例如，可通過澆鑄和固化工藝將母模的結(jié) 構(gòu)從母模轉(zhuǎn)印到其它介質(zhì)(例如聚合物材料的帶材或幅材)上，以形成生產(chǎn)工具；然后使用 此生產(chǎn)工具制備微復(fù)制結(jié)構(gòu)物。可使用其它方法(例如電鑄)復(fù)制該母模。制備導(dǎo)光薄膜 的另一種交替的方法是直接切削或加工透明材料，以形成適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。其它技術(shù)包括化學(xué) 蝕刻、噴丸處理或其它隨機(jī)表面改性技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
符合本發(fā)明的加工工件的設(shè)備包括大致圓柱形的工件，其在一個(gè)具體實(shí)施例中 被安裝，以用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)器，其連接到工件以用于旋轉(zhuǎn)該工件；以及刀架，其安裝在 軌道上，以用于基本上平行于待加工工件表面的移動(dòng)。刀柄固定在刀架上，并且具有至少一 個(gè)衍射特征的刀頭通過刀柄固定到刀架。連接到驅(qū)動(dòng)器和刀架的控制器通過驅(qū)動(dòng)器控制刀 頭相對(duì)于工件的移動(dòng)，并控制刀架平行于待加工工件表面的移動(dòng)，使得在加工期間刀頭上 的衍射特征接觸工件表面。作為大致圓柱形的工件的替代形式，用具有衍射特征的刀頭進(jìn) 行的加工可在大致平面的工件上進(jìn)行?；蛘撸撗b置也可包括彼此緊鄰并同時(shí)切削工件的多個(gè)刀頭。多個(gè)刀頭各可任選 地具有至少一個(gè)衍射特征。


附圖包含在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，并且它們結(jié)合具體實(shí)施方式
闡 明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和原理。在附圖中，圖1為用于在工件中制備微結(jié)構(gòu)的切削工具系統(tǒng)的示意圖
圖2為示出用于切削工具的坐標(biāo)系的示意圖3為用于切削工具中的示例性PZT疊堆的示意圖4A為刀頭座的透視圖4B為用于固定刀頭的刀頭座的前視圖4C為刀頭座的側(cè)視圖4D為刀頭座的俯視圖5A為刀頭的透視圖5B為刀頭的前視圖5C為刀頭的仰視圖5D為刀頭的側(cè)視圖6A為FTS致動(dòng)器的俯視剖面圖。圖6B為示出致動(dòng)器中的PZT疊堆的設(shè)置的前視剖面圖；圖6C為致動(dòng)器的前視圖；圖6D為致動(dòng)器的后視圖；圖6E為致動(dòng)器的俯視圖；圖6F和圖6G為致動(dòng)器的側(cè)視圖；圖6H為致動(dòng)器的透視圖；圖7A為示出進(jìn)入工件中的入錐角和離開工件的出錐角基本上相等的斷續(xù)切削的 示意圖；圖7B為示出進(jìn)入工件中的入錐角小于離開工件的出錐角的斷續(xù)切削的示意圖；圖7C為示出進(jìn)入工件中的入錐角大于離開工件的出錐角的斷續(xù)切削的示意圖；圖8為概念性地示出可利用具有斷續(xù)切削FTS致動(dòng)器的切削工具系統(tǒng)制成的微結(jié) 構(gòu)的示意圖；圖9A為機(jī)加工刀頭的透視圖；圖9B為機(jī)加工刀頭的前視圖；圖9C為機(jī)加工刀頭的仰視圖；圖9D為機(jī)加工刀頭的側(cè)視圖；圖IOA為具有機(jī)加工刀頭和未機(jī)加工刀頭的多刀頭刀具的側(cè)視圖；圖IOB為具有多個(gè)機(jī)加工刀頭的多刀頭刀具的側(cè)視圖；圖IlA和圖IlB分別為側(cè)視圖和透視圖，該圖概念性地示出可利用具有帶至少一 個(gè)機(jī)加工刀頭的FTS致動(dòng)器的切削工具系統(tǒng)制成的微結(jié)構(gòu)；圖12A和圖12B分別為側(cè)視圖和透視圖，該圖概念性地示出可利用具有帶至少一 個(gè)機(jī)加工刀頭的斷續(xù)切削FTS致動(dòng)器的切削工具系統(tǒng)制成的微結(jié)構(gòu)；圖13為在兩個(gè)小平面上都具有衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖14為在一個(gè)小平面上具有衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖15為具有利用階梯高度變化的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖16為具有沿著90°小平面?zhèn)鹊难苌涮卣鞯牡额^的側(cè)視圖；圖17為具有沿著平坦頂端的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖18為具有沿著彎曲頂端的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖19為具有以階梯形式形成的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖20為具有透鏡形狀衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖21為具有沿著彎曲小平面的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖22為具有沿著多個(gè)線性小平面的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖23A為刀頭在離子銑削前的側(cè)視圖；圖23B為圖23A的刀頭在利用離子銑削在頂端上的相同平面內(nèi)形成衍射特征后的 側(cè)視圖；圖24A為刀頭在離子銑削前的側(cè)視圖；圖24B為圖24A的刀頭在利用離子銑削在頂端上的不同平面內(nèi)形成衍射特征后的 側(cè)視4
圖25A為非FTS刀架的第一透視圖；圖25B為非FTS刀架的第二透視圖；圖25C為非FTS刀架的俯視圖；圖26A為用于將刀頭在非FTS刀架上固定的刀柄的透視圖；圖26B為用于固定刀頭的刀柄的前視圖；圖26C為用于固定刀頭的刀柄的仰視圖；以及圖26D為用于固定刀頭的刀柄的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式切削工具系統(tǒng)普通金剛石車削技術(shù)在PCT已公布的專利申請(qǐng)WO 00/48037中有所描述，該專利 申請(qǐng)全文以引用方式并入本文中。在這些方法中使用并用于制備光學(xué)膜或其它膜的設(shè)備可 包括快速伺服刀具。如在WO 00/48037中所公開的，快速伺服刀具(FTS)為被稱為PZT疊 堆的固態(tài)壓電(PZT)裝置，它快速調(diào)整附接到PZT疊堆的切削工具的位置。如下面詳細(xì)描 述的，F(xiàn)TS允許切削工具能夠在坐標(biāo)系內(nèi)的方向進(jìn)行高度精確以及高速的移動(dòng)。圖1為在工件中制備微結(jié)構(gòu)的切削工具系統(tǒng)10的示意圖；微結(jié)構(gòu)可包括位于制品 表面上、表面內(nèi)或從制品表面凸起的任何類型、形狀以及尺寸的結(jié)構(gòu)。例如，使用本說明書 描述的致動(dòng)器和系統(tǒng)形成的微結(jié)構(gòu)可具有1000微米間距、100微米間距、1微米間距或甚至 約200納米(nm)的亞光學(xué)波長間距?；蛘?，在其它實(shí)施例中，微結(jié)構(gòu)的間距可大于1000微 米，而不論如何進(jìn)行切削。提供這些尺寸僅為了進(jìn)行示意性的說明，使用本說明書描述的致 動(dòng)器和系統(tǒng)制成的微結(jié)構(gòu)可具有能夠使用該系統(tǒng)加工的范圍內(nèi)的任何尺寸。系統(tǒng)10由計(jì)算機(jī)12控制。計(jì)算機(jī)12具有(例如)以下部件存儲(chǔ)器14，其存儲(chǔ) 一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序16 ；第二存儲(chǔ)器18，其提供非易失性信息存儲(chǔ)；輸入裝置20，其用于接 收信息或命令；處理器22，其用于執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14或第二存儲(chǔ)器18中或來自另一個(gè) 來源的應(yīng)用程序；顯示裝置24，其用于輸出視頻信息；以及輸出裝置26，其用于以其它形式 輸出信息，例如用于音頻信息的揚(yáng)聲器或用于信息的硬拷貝的打印機(jī)。利用刀頭44對(duì)工件54進(jìn)行切削加工。當(dāng)工件54由驅(qū)動(dòng)器和編碼器56(例如由 計(jì)算機(jī)12控制的電機(jī))旋轉(zhuǎn)時(shí)，致動(dòng)器38控制刀頭44的移動(dòng)。在本實(shí)例中，工件54為卷 筒形式，然而，也可以平面形式實(shí)現(xiàn)?？墒褂萌魏慰杉庸さ牟牧希焕?，可由鋁、鎳、銅、黃銅、 鋼或塑料(如丙烯酸樹脂)制成工件。例如，使用的具體材料可以取決于所需的具體應(yīng)用， 例如使用機(jī)加工工件制成各種膜。致動(dòng)器38和下文所述的致動(dòng)器可由(例如)不銹鋼或 其它材料制成。致動(dòng)器38可拆卸地連接到刀架36，該刀架繼而位于軌道32上。刀架36和致動(dòng)器 38被構(gòu)造在軌道32上，以在箭頭40和42所示X方向和Z方向兩者移動(dòng)。計(jì)算機(jī)12通過 一個(gè)或多個(gè)放大器30與刀架36和致動(dòng)器38電連接。當(dāng)用作控制器時(shí)，計(jì)算機(jī)12通過致 動(dòng)器38控制刀架36沿著軌道32的移動(dòng)以及刀頭44的移動(dòng)，以用于加工工件54。如果致 動(dòng)器具有多個(gè)PZT疊堆，則其可利用單獨(dú)的放大器來獨(dú)立地控制每一個(gè)PZT疊堆，以用于獨(dú) 立地控制附接到疊堆上的刀頭的移動(dòng)。如下面更詳細(xì)說明的，計(jì)算機(jī)12可利用函數(shù)發(fā)生器 28，以便向致動(dòng)器38提供波形，以便加工工件54中的各種微結(jié)構(gòu)。
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通過各種部件的協(xié)調(diào)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件54的加工。特別地，在計(jì)算機(jī)12的控制下，該 系統(tǒng)可通過刀架36的移動(dòng)協(xié)調(diào)并控制致動(dòng)器38的移動(dòng)，連同協(xié)調(diào)并控制工件在C方向53 的移動(dòng)以及刀頭44在X方向、Y方向和Z方向中的一者或多者的移動(dòng)，這些坐標(biāo)將在下面說 明。該系統(tǒng)通常使刀架36在Z方向上以恒速移動(dòng)，但也可以使刀架36以變速移動(dòng)。通常刀 架36和刀頭44的移動(dòng)與工件54在C方向的移動(dòng)(如線條53表示的旋轉(zhuǎn)移動(dòng))同步。可 利用(例如計(jì)算機(jī)12中的軟件、硬件或其組合中執(zhí)行的數(shù)字控制技術(shù)或數(shù)字控制器(NC)) 控制所有這些移動(dòng)。工件的切削可包括連續(xù)和不連續(xù)的切削運(yùn)動(dòng)。對(duì)于卷筒形式的工件，切削可包括 圍繞卷筒或其附近的螺旋型或各個(gè)圓型的切削(有時(shí)稱為螺紋切削)。對(duì)于平面形式的工 件，切削可包括在工件上或其附近的螺旋型或各個(gè)圓型的切削。也可采用X切削，該切削涉 及幾乎直的切削格式，其中金剛石刀頭可以橫向進(jìn)出工件，但刀架的總體運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)。 切削也可包括這些運(yùn)動(dòng)類型的組合。工件54加工完后可用于制備在多種應(yīng)用中使用的具有相應(yīng)微結(jié)構(gòu)的膜。這些膜 的實(shí)例包括光學(xué)膜、摩擦控制膜以及微型緊固件或其它機(jī)械微結(jié)構(gòu)化的部件。通常使用涂 覆工藝制備膜，在涂覆工藝中，粘稠狀態(tài)的聚合物材料被涂布到工件，允許其至少部分地被 固化，然后被移除。固化的聚合物材料通常形成基本上透明的基底以用于該膜，該基底具有 與工件中的結(jié)構(gòu)基本上相背的結(jié)構(gòu)。例如，工件中的壓痕在所得膜中導(dǎo)致凸起。工件54經(jīng) 加工之后也可用于制備具有與切削工具中的那些相對(duì)應(yīng)的不連續(xù)部件或微結(jié)構(gòu)的其它制
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ΡΠ O冷卻液46用來通過線48和50控制刀架36和致動(dòng)器38的溫度。溫度控制單元 52可使冷卻液循環(huán)穿過刀架36和致動(dòng)器38時(shí)保持基本上恒定的溫度。溫度控制單元52 可采用用于控制流體溫度的任何裝置實(shí)現(xiàn)。冷卻液可采用油品實(shí)現(xiàn)，例如低粘度油。溫度 控制單元52和冷卻液貯液器46可包括使流體循環(huán)穿過刀架36和致動(dòng)器38的泵，并且為 了使流體保持在基本上恒定的溫度，通常也包括從流體移除熱量的冷卻系統(tǒng)。使流體循環(huán) 并提供流體溫度控制的冷卻系統(tǒng)和泵系統(tǒng)在本領(lǐng)域是已知的。在某些實(shí)施例中，為了使工 件中要加工的材料的表面保持在基本上恒定的溫度，也可將冷卻液涂敷到工件54。圖2為示出用于切削工具(例如系統(tǒng)10)的坐標(biāo)系的示意圖。所示坐標(biāo)系為刀 頭62相對(duì)于工件64移動(dòng)的坐標(biāo)系。刀頭62可以與刀頭44相對(duì)應(yīng)，并通常附接到刀頭座 60 (該刀頭座附接到致動(dòng)器)。在該示例性實(shí)施例中，坐標(biāo)系包括X方向66、Y方向68和Z 方向70。X方向66是指在基本上垂直于工件64的方向的移動(dòng)。Y方向68是指在整個(gè)工件 64上橫向的方向(例如在基本上垂直于工件64的旋轉(zhuǎn)軸的方向)的移動(dòng)。Z方向70是指 在橫向地沿著工件64的方向(例如在基本上平行于工件64的旋轉(zhuǎn)軸的方向)的移動(dòng)。工 件的旋轉(zhuǎn)方向稱為C方向(用圖1和圖2所示的箭頭53表示)。當(dāng)工件以與卷筒形式相對(duì) 的平面形式實(shí)現(xiàn)時(shí)，則Y方向和Z方向是指在基本上垂直于X方向在整個(gè)工件上的互相正 交的方向的移動(dòng)。平面形式的工件可包括(例如)旋轉(zhuǎn)盤或平面材料的任何其它構(gòu)造。系統(tǒng)10可用于高精度的高速加工。這一類型的加工必須考慮多種參數(shù)，例如部 件的調(diào)節(jié)的速度和工件材料。例如，通常必須連同工件材料的熱穩(wěn)定性和特性考慮用于給 定體積的待加工金屬的比能量。與加工有關(guān)的切削參數(shù)在下列參考文獻(xiàn)中有所描述，這些 參考文獻(xiàn)如完全示出的那樣均以引用方式并入本文Machining Data Handbook, Library
6of CongressCatalog Card No. 66-60051，Second Edition (1972)(《加工數(shù)據(jù)手冊(cè)》，美 國國會(huì)圖書館目錄卡號(hào) 66-60051，第二版(1972 年))；EdwardTrent and Paul Wright, Metal Cutting, Fourth Edition, Bu11erworth-Heinemann, ISBN 0-7506-7069-X(2000) (Edward Trent 和 Paul Wright,《金屬切肖lj》，第四版，Butterworth-Heinemann，ISBN 0-7506-7069-X (2000 年))；Zhang Jin-Hua, Theory and Technique ofPrecision Cutting, Pergamon Press, ISBN 0-08-035891-8 (1991) (Zhang Jin-Hua，《精密切肖lj 理 論與技術(shù)》，Pergamon 出版社，ISBN 0-08-035891-8 (1991 年))；以及 M. K. Krueger et al. , NewTechnology in Metalworking Fluids and Grinding Wheels AchievesTenfold Improvement in Grinding Performance, Coolant/Lubricantsfor Metal Cutting and Grinding Conference, Chicago, Illinois, U. S. A. , June 7, 2000 (M. K. Krueger 等人，《利 用金屬加工液和砂輪的新技術(shù)可獲得十倍改進(jìn)的磨削性能》，金屬切削和磨削用冷卻劑/潤 滑劑會(huì)議(Chicago, Illinois, U. S. Α.)，2000 年 6 月 7 日)。PZT疊堆、刀頭座和刀頭圖3為用于切削工具的示例性PZT疊堆72的示意圖。PZT疊堆用于使與其相連的 刀頭移動(dòng)和根據(jù)PZT效應(yīng)運(yùn)行，這在本領(lǐng)域是已知的。根據(jù)PZT效應(yīng)，施加到某類材料的電 場將使其沿著一條軸線伸展，并沿著另一條軸線收縮。PZT疊堆通常包括封閉在殼體84內(nèi) 并安裝在基板86上的多種材料74、76和78。該示例性實(shí)施例中的材料采用受到PZT效應(yīng) 影響的陶瓷材料實(shí)現(xiàn)。僅為了進(jìn)行示意性的說明而示出三個(gè)盤狀物74、76和78，例如可根 據(jù)具體實(shí)施例的需要使用任何數(shù)目的盤狀物或其它材料、以及任何類型的形狀的材料。柱 88連接到盤狀物上并從殼體84突出。盤狀物可采用任何PZT材料實(shí)現(xiàn)，例如為混合、壓制、 摻雜和燒結(jié)的鈦酸鋇、鋯酸鉛或鈦酸鉛材料。例如，盤狀物也可利用磁致伸縮材料實(shí)現(xiàn)。與盤狀物74、76和78的電連接(用線80和82表示)為其提供電場，以便得到柱 88的移動(dòng)。由于PZT效應(yīng)，并基于所施加的電場類型，可實(shí)現(xiàn)柱88的精確小量的移動(dòng)，例如 若干微米內(nèi)的移動(dòng)。另外，具有柱88的PZT疊堆72的末端可緊靠一個(gè)或多個(gè)貝氏墊圈安 裝，該墊圈提供PZT疊堆的預(yù)加載荷。貝氏墊圈具有某些柔韌性，使得柱88及附接到該柱 的刀頭移動(dòng)。圖4A-4D為示例性刀頭座90的視圖，如下文所述，該刀頭座應(yīng)當(dāng)安裝到PZT疊堆 的柱88，以用于由致動(dòng)器控制。圖4Α為刀頭座90的透視圖。圖4Β為刀頭座90的前視圖。 圖4C為刀頭座90的側(cè)視圖。圖4D為刀頭座90的俯視圖。如圖4A-4D所示，刀頭座90包括平坦的背表面92、錐形的前表面94和具有傾斜或 錐形側(cè)的凸出表面98。小孔96用于將刀頭座90安裝到PZT疊堆的柱上。錐形表面98用 于安裝用于加工工件的刀頭。在該示例性實(shí)施例中，刀頭座90包括平表面，以在安裝到PZT 疊堆時(shí)，通過提供更大的接觸表面積而提高其安裝穩(wěn)定性；并且該刀頭座包括錐形的前表 面，以減輕其質(zhì)量。利用粘合劑、硬釬焊、焊接、緊固件(例如螺栓)或其它方法將刀頭座90 安裝到PZT疊堆的柱88。例如，根據(jù)具體實(shí)施例的要求，可以使用其它的刀頭座構(gòu)型。術(shù)語“刀頭座”旨在 包括用于固定用于加工工件的刀頭的任何類型的結(jié)構(gòu)?？梢圆捎?例如下列材料中的一種 或多種實(shí)現(xiàn)刀頭座90 燒結(jié)碳化物、氮化硅、碳化硅、鋼、鈦、金剛石或人造金剛石材料。用 于刀頭座90的材料優(yōu)選為剛性輕質(zhì)材料。
圖5A-5D為示例性刀頭100的視圖，通過使用例如粘合劑、硬釬焊、焊接或其它方 式將該刀頭固定到刀頭座90的表面98。圖5A為刀頭100的透視圖。圖5B為刀頭100的 前視圖。圖5C為刀頭100的仰視圖。圖5D為刀頭100的側(cè)視圖。如圖5A-5D所示，刀頭 100包括側(cè)104、錐形和成角度的前表面106以及用于將刀頭固定到刀頭座90的表面98的 底部表面102。刀頭100的前部105用來在致動(dòng)器控制下加工工件。刀頭100可采用(例 如)金剛石塊實(shí)現(xiàn)。斷續(xù)切削FTS致動(dòng)器
由于刀頭在切削過程中不連續(xù)地接觸工件，從而形成不相鄰的微結(jié)構(gòu)，因此斷續(xù) 切削FTS致動(dòng)器可用來制備較小的微結(jié)構(gòu)。可利用這些特征來制備膜光導(dǎo)、微流體結(jié)構(gòu)、片 段粘合劑、磨料制品、光學(xué)擴(kuò)散片、高對(duì)比度光學(xué)屏幕、光偏轉(zhuǎn)膜、抗反射結(jié)構(gòu)、光混合結(jié)構(gòu) 和裝飾膜。該致動(dòng)器可提供其它優(yōu)點(diǎn)。例如，可將特征制成小到肉眼不可見。這類特征(例 如)減少了利用擴(kuò)散片隱藏液晶顯示器中的光提取特征的需要。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可將光提取 特征制成線性的或圓形的。在線性情況下，它們可與(例如)常規(guī)冷陰極熒光燈(CCFL)光 源一起使用。在圓形情況下，可以將光提取特征在圓弧上制成，使中心點(diǎn)位于LED正常情況 下所處的位置處。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)涉及編程和結(jié)構(gòu)布局，在這些布局中沒必要將所有特征沿著 像連續(xù)凹槽那樣的單條線布置。通過布置沿著特征的間距、正交于特征的間距以及深度，可 確定性地調(diào)整光提取特征的面密度。此外，通過選擇切削小平面的角度和半角，可以獲得優(yōu) 選的光提取角度。特征的深度可以在(例如)0至35微米的范圍內(nèi)，更通常在0至15微米的范圍內(nèi)。 對(duì)于卷筒式工件，任何單個(gè)特征的長度均受沿著C軸旋轉(zhuǎn)的工件的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)以及 FTS的響應(yīng)時(shí)間和輸入FTS的波形的控制。特征長度可控制在(例如)從1至200微米。 對(duì)于螺旋型切削，正交于凹槽的間距也可編程為從1至1000微米。如圖所示，制備特征的 刀頭將沿入錐角和出錐角對(duì)材料進(jìn)行切削，從而形成結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的形狀受下列因素控制 RPM、FTS的響應(yīng)時(shí)間和輸入FTS的波形、主軸編碼器的分辨率以及金剛石刀頭的間隙角(例 如最大45度)。間隙角可包括刀頭的刀面角。特征可具有多種多樣的三維形狀，例如為對(duì) 稱、非對(duì)稱、大致半球狀、棱柱和半橢球體。圖6A-6H為用于實(shí)現(xiàn)斷續(xù)切削微復(fù)制系統(tǒng)和方法的示例性致動(dòng)器110的視圖。術(shù) 語“致動(dòng)器”是指使刀頭基本上以X方向移動(dòng)以用于加工工件的任何類型的致動(dòng)器或其它 裝置。圖6A為致動(dòng)器110的俯視剖面圖。圖6B為示出致動(dòng)器110中的PZT疊堆位置的前 視剖面圖。圖6C為致動(dòng)器110的前視圖。圖6D為致動(dòng)器110的后視圖。圖6E為致動(dòng)器 110的俯視圖。圖6F和圖6G為致動(dòng)器110的側(cè)視圖。圖6H為致動(dòng)器110的透視圖。為清 楚起見，圖6C-6H中移除了致動(dòng)器110的某些細(xì)節(jié)。如圖6A-6H所示，致動(dòng)器110包括能夠固定X方向PZT疊堆118的主體112。PZT 疊堆118附接到具有刀頭135的刀頭座136，用于使刀頭在箭頭138所示的X方向移動(dòng)。PZT 疊堆118可采用圖3所示的示例性PZT疊堆72。刀頭座136上的刀頭135可采用圖4A-4D 所示的刀頭座和圖5A-5D所示的刀頭實(shí)現(xiàn)。主體112也包括兩個(gè)小孔114和115，用于將主 體可拆卸地(例如通過螺栓)安裝到刀架36，以用于在計(jì)算機(jī)12控制下加工工件54。PZT疊堆118固定地安裝在主體112中，以保證精確控制刀頭135的移動(dòng)所需的穩(wěn)
8定性。在本實(shí)例中，刀頭135上的金剛石為偏移垂直小平面45度的金剛石，但可以采用其 它類型的金剛石。例如，刀頭可為V形(對(duì)稱或非對(duì)稱)、圓頭、平的或彎曲小平面的工具。 由于不連續(xù)(不相鄰)特征在金剛石車削機(jī)上切削，因而它們可為線性的或圓形的。此外， 由于這些特征是不連續(xù)的，因而甚至不需要沿著單個(gè)線條或圓設(shè)置。這些特征可以偽隨機(jī)散置。PZT疊堆118通過導(dǎo)軌(例如導(dǎo)軌120和122)固定在主體112中。PZT疊堆118 可優(yōu)選地通過沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)而從主體112移除，并可利用螺栓或其它緊固件在主體112中 固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩ZT疊堆118包括電連接130，用于從計(jì)算機(jī)12接收信號(hào)。PZT疊堆 118的端蓋包括口 128，用于接納來自貯液器46的冷卻液(例如油)，使冷卻液圍繞PZT疊 堆循環(huán)，并將冷卻液經(jīng)口 132送回貯液器46，以用于保持其溫度控制。主體112可包括合適 的通道以圍繞PZT疊堆118導(dǎo)向冷卻液，可用溫度控制單元52中的泵或其它裝置使冷卻液 循環(huán)。圖6B為示出PZT疊堆118在主體112中的位置的前視剖面圖，其中未示出PZT疊 堆118的端蓋。主體112在每一個(gè)孔中均可包括用于PZT疊堆的多根導(dǎo)軌，這些導(dǎo)軌用于將 PZT疊堆固定地保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。例如，PZT疊堆118由導(dǎo)軌120、122、142和144圍繞， 以便在安裝在主體112中時(shí)將其固定地保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩８浇拥絇ZT疊堆118的端蓋可 容納螺栓或其它緊固件，以將PZT疊堆固定到導(dǎo)軌120、122、142和144中的一者或多者上， 并且端蓋也可為主體112中的PZT疊堆118提供密封，以用于在其周圍循環(huán)冷卻液。PZT疊 堆118可包括一個(gè)或多個(gè)貝氏墊圈，該墊圈設(shè)置在疊堆和刀頭座136之間，以用于PZT疊堆 的預(yù)加載荷。圖7A-7C示出使用上述示例性致動(dòng)器和系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行斷續(xù)切削加工的情形。特 別地，圖7A-7C示出刀頭的可變?nèi)脲F角和出錐角的使用，利用(例如)上述參數(shù)可控制這些 角度。圖7A-7C中的每一個(gè)示出以不同入錐角和出錐角切削工件前后的實(shí)例。入錐角稱為 λ入，出錐角稱為λ 。術(shù)語“入錐角”和“出錐角”分別意指在加工期間刀頭進(jìn)入工件和離 開工件的角度。入錐角和出錐角不一定對(duì)應(yīng)于刀頭移動(dòng)穿過工件時(shí)的角度；相反，二者是指 刀頭接觸和離開工件的角度。在圖7A-7C中，刀頭和工件可采用(例如)上述系統(tǒng)和部件 實(shí)現(xiàn)。圖7Α為示出以基本上相等的入錐角和出錐角進(jìn)入和離開工件153的斷續(xù)切削150 的示意圖。如圖7Α所示，刀頭151進(jìn)入工件153的入錐角152基本上等于出錐角154(λ χ ^ λ )。刀頭151進(jìn)入工件153的持續(xù)時(shí)間決定了所得微結(jié)構(gòu)的長度L(156)。使用基本 上相等的入錐角和出錐角會(huì)導(dǎo)致通過用刀頭從工件上移除材料而形成基本上對(duì)稱的微結(jié) 構(gòu)158。該過程可重復(fù)進(jìn)行，以制備由距離D(162)隔開的額外的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)160。圖7B為示出進(jìn)入工件167的入錐角小于離開工件167的出錐角的斷續(xù)切削的示 意圖。如圖7B所示，刀頭165進(jìn)入工件167的入錐角166小于出錐角168(λ入< λ出)。 刀頭165在工件167內(nèi)的停留時(shí)間決定了所得微結(jié)構(gòu)的長度170。使用小于出錐角的入錐 角會(huì)導(dǎo)致通過用刀頭從工件上移除材料而形成非對(duì)稱的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)172。該過程可 重復(fù)進(jìn)行，以制備由距離176隔開的額外的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)174。圖7C為示出進(jìn)入工件中181的入錐角大于離開工件181的出錐角的斷續(xù)切削的 示意圖。如圖7C所示，刀頭179進(jìn)入工件181的入錐角180大于出錐角182(λ λ> λ出)。
9刀頭179在工件181內(nèi)的停留時(shí)間決定了所得微結(jié)構(gòu)的長度184。使用大于出錐角的入錐 角會(huì)導(dǎo)致通過用刀頭從工件上移除材料而形成非對(duì)稱的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)186。該過程可 重復(fù)進(jìn)行，以制備由距離190隔開的額外的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)188。在圖7A-7C中，入錐角和出錐角的虛線(152、154、166、168、180和182)旨在概念 性地示出刀頭進(jìn)入和離開工件的角度的實(shí)例。在切削工件時(shí)，刀頭可在任何具體類型的通 道中移動(dòng)，例如，線性通道、曲線通道、包括線性運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)的組合的通道或由具體函 數(shù)限定的通道?？蛇x擇刀頭的通道，以優(yōu)化切削參數(shù)，例如完成工件切削所需的總時(shí)間。圖8為概念性地示出膜中的微結(jié)構(gòu)的示意圖，該膜中的微結(jié)構(gòu)可按如下方式制 備使用具有斷續(xù)切削FTS致動(dòng)器的切削工具系統(tǒng)以制備加工的工件，然后使用該工件制 備結(jié)構(gòu)化的膜。如圖8所示，制品200包括頂部表面202和底部表面204。頂部表面202包 括斷續(xù)切削的凸出微結(jié)構(gòu)(例如結(jié)構(gòu)206、208和210)，這些微結(jié)構(gòu)可按如下方式制備使 用上述致動(dòng)器和系統(tǒng)加工工件，然后使用該工件和涂布技術(shù)制備膜或制品。在本實(shí)例中，每 一個(gè)微結(jié)構(gòu)都具有長度L，順序切削的微結(jié)構(gòu)由距離D隔開，相鄰微結(jié)構(gòu)則由間距P隔開。 實(shí)施這些參數(shù)的實(shí)例見上文。機(jī)加工刀頭圖9A-9D為示例性機(jī)加工刀頭220的視圖，通過使用(例如)粘合劑、硬釬焊、焊接 或其它方式將這些刀頭固定到刀頭座90的表面98。圖9A為刀頭220的透視圖。圖9B為 刀頭220的前視圖。圖9C為刀頭220的仰視圖。圖9D為刀頭220的側(cè)視圖。如圖9A-9D 所示，刀頭220包括側(cè)224、錐形和成角度的前表面226以及用于將刀頭固定到刀頭座90的 表面98的底部表面222。刀頭220的前部225用來在致動(dòng)器控制下(例如通過使用上述系 統(tǒng))加工工件。刀頭220經(jīng)過加工，使其前部225上也具有微結(jié)構(gòu)(如凹槽)221和223，微 結(jié)構(gòu)221和223也用來加工工件。機(jī)加工刀頭中的微結(jié)構(gòu)可具有上述示例性形狀和尺寸中 的一者或多者。刀頭220可采用(例如)金剛石塊實(shí)現(xiàn)。微結(jié)構(gòu)221和223以及機(jī)加工刀頭上的 其它微結(jié)構(gòu)優(yōu)選地可通過離子銑削制備。在刀頭上制備微結(jié)構(gòu)的其它技術(shù)包括微細(xì)電火花 加工、磨削、研磨、刻蝕或?qū)澓刍蛱卣髻x予到刀頭中的其它方法?；蛘?，可以傳統(tǒng)方式研磨 金剛石，然后再精確地粘合在一起，以制備具有微結(jié)構(gòu)化的特征的大工具組件。僅為了進(jìn)行 示意性的說明，刀頭的每一個(gè)側(cè)僅示出一個(gè)微結(jié)構(gòu)；刀頭可具有任何形狀、尺寸和構(gòu)型的任 何數(shù)量的微結(jié)構(gòu)。作為壓痕微結(jié)構(gòu)的替代形式，機(jī)加工刀頭可具有凸出微結(jié)構(gòu)或具有壓痕 微結(jié)構(gòu)和凸出微結(jié)構(gòu)的組合?？梢詫⒉恢挂粋€(gè)刀頭安裝到刀頭座(例如刀頭座90)，以用于加工工件。在這些實(shí) 施例中，多個(gè)刀頭加工一個(gè)工件，以在工件中基本上同時(shí)地制備微結(jié)構(gòu)，例如平行的微結(jié)構(gòu) 化的凹槽或其它特征。圖IOA為具有機(jī)加工刀頭和未機(jī)加工刀頭的示例性多刀頭刀具230 的側(cè)視圖。術(shù)語“未機(jī)加工”刀頭是指通過加工形成之后未經(jīng)額外加工的刀頭，其中額外加 工可用來在刀頭中制備微結(jié)構(gòu)。多刀頭刀具230具有未機(jī)加工刀頭234和具有微結(jié)構(gòu)238 的機(jī)加工刀頭236。刀頭234和236安裝到基座232 (例如刀頭座90的表面98)，并且可利 用(例如)粘合劑、硬釬焊、焊接或其它方式進(jìn)行安裝。刀頭234和236之間的距離240決 定了用具有與刀頭236相對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)的多刀頭刀具230加工的對(duì)應(yīng)微結(jié)構(gòu)的間距，其中 刀頭236內(nèi)具有機(jī)加工的額外的微結(jié)構(gòu)。
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圖IOB為具有多個(gè)機(jī)加工刀頭的多刀頭刀具242的側(cè)視圖。多刀頭刀具242具 有帶微結(jié)構(gòu)248的機(jī)加工刀頭246和帶微結(jié)構(gòu)252的另一個(gè)機(jī)加工刀頭250。刀頭246和 250安裝到基座244 (例如刀頭座90的表面98)，并且可利用(例如)粘合劑、硬釬焊、焊接 或其它方式進(jìn)行安裝。刀頭246和250之間的距離254決定了用具有與刀頭246和250相 對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)的多刀頭刀具242加工的對(duì)應(yīng)微結(jié)構(gòu)的間距，其中每一個(gè)刀頭246和250內(nèi) 均具有機(jī)加工的額外的微結(jié)構(gòu)，二者的微結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)于微結(jié)構(gòu)248和252。僅為了進(jìn)行示意性的說明，在圖IOA和IOB中僅示出兩個(gè)刀頭；多刀頭刀具可具有 任何數(shù)量的刀頭。多個(gè)刀頭經(jīng)加工后可具有相同或不同的微結(jié)構(gòu)，并且這些微結(jié)構(gòu)可以單 獨(dú)具有上述示例性形狀和尺寸中的一者或多者。多刀頭刀具中刀頭之間的距離(間距240 和254)可包括1000微米間距、100微米間距、1微米間距或甚至約200nm的亞光學(xué)波長間 距?；蛘?，在其它實(shí)施例中，多刀頭刀具中刀頭之間的間距可大于1000微米。在具有不止 兩個(gè)刀頭的多刀頭刀具中，相鄰刀頭之間的間距可相同或不同。提供這些尺寸僅為了進(jìn)行 示意性的說明，使用本說明書描述的致動(dòng)器和系統(tǒng)制成的微結(jié)構(gòu)可具有能夠使用該系統(tǒng)加 工的范圍內(nèi)的任何尺寸。工件54可用任何機(jī)加工刀頭或多刀頭刀具進(jìn)行加工，然后可使用機(jī)加工工件制 備上述膜。例如，可利用上述系統(tǒng)和方法以連續(xù)切削或斷續(xù)切削的方式加工工件。圖IlA 和圖IlB分別為側(cè)視圖和透視圖，該圖概念性地示出可利用具有帶至少一個(gè)機(jī)加工刀頭的 FTS致動(dòng)器的切削工具系統(tǒng)制成的微結(jié)構(gòu)。如圖IlA和圖IlB所示，工件260具有連續(xù)加工 的微結(jié)構(gòu)262(如凹槽)，該微結(jié)構(gòu)內(nèi)具有由對(duì)應(yīng)的機(jī)加工刀頭中的微結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的機(jī)加工 微結(jié)構(gòu)263和264 (如脊)。圖12A和圖12B分別為側(cè)視圖和透視圖，該圖概念性地示出可利用具有帶至少一 個(gè)機(jī)加工刀頭的斷續(xù)切削FTS致動(dòng)器的切削工具系統(tǒng)制成的微結(jié)構(gòu)。如圖12A和圖12B所 示，工件270具有不連續(xù)的(斷續(xù)切削)機(jī)加工微結(jié)構(gòu)272 (例如不與其它機(jī)加工特征鄰接 的特征)，該微結(jié)構(gòu)內(nèi)具有由對(duì)應(yīng)的機(jī)加工刀頭中的微結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的機(jī)加工微結(jié)構(gòu)273和 274(如脊)。如上文所述以及圖7A-7C所示，利用一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工刀頭進(jìn)行的斷續(xù)切削 可改變刀頭進(jìn)入和離開工件的入錐角和出錐角。然后可將工件260和270用于上述涂布技術(shù)中，以制備膜或其它制品，這些膜或其 它制品具有與工件260和270中的對(duì)應(yīng)微結(jié)構(gòu)相背的微結(jié)構(gòu)。具有衍射特征的機(jī)加工刀頭圖13-22為具有衍射特征的示例性機(jī)加工刀頭的視圖，這些刀頭可通過使用(例 如)粘合劑、硬釬焊、焊接或其它方式固定到刀頭座90的表面98。圖23A、圖23B、圖24A和 圖24B為示出制備刀頭以在其中形成衍射特征的方法的示意圖。圖13-22所示刀頭上的特 征并未按比例示出。相反，圖13-22所示刀頭旨在示出產(chǎn)生衍射的特征的形狀和構(gòu)型的實(shí) 例，這些特征可具有任何尺寸和間距，具體取決于(例如)希望從這些特征獲得的衍射量。 除了衍射特征之外，圖13-22所示刀頭可具有(例如)與刀頭100相同的一般形狀和構(gòu)型， 其具有兩個(gè)小平面，即前表面106，任選具有錐形的前部105。在一些實(shí)施例中，衍射特征是指膜或制品中引起光衍射的特征或指切削工具中的 特征，當(dāng)將切削工具用于制備膜或制品時(shí)，會(huì)在膜或制品中產(chǎn)生衍射特征。如上所述，具有 衍射特征的膜或制品用具有對(duì)應(yīng)衍射特征的機(jī)加工工具制成。衍射特征可調(diào)成，以在用機(jī)加工工具制成的膜或制品中獲得所需的衍射量。特別地，衍射特征的尺寸和形狀連同衍射 特征之間的間距可經(jīng)過設(shè)計(jì)，以得到具體應(yīng)用所需的光衍射量或程度。例如，當(dāng)衍射特征之 間的間距減小時(shí)，衍射特征引起光的衍射量增加。因此，間距較大的衍射特征引起較少的 衍射，而間距較小的衍射特征則會(huì)一起引起較多的衍射。在某些實(shí)施例中，例如，衍射特征 (例如凹槽)可間隔10微米、5微米、1微米或在接近特定光波長的距離內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例 中，衍射特征包括多個(gè)特征，這些特征具有大致為三角形的橫截面形狀，并且它們之間具有 650nm的間距。例如，一個(gè)實(shí)施例包括28個(gè)這樣的特征，每一個(gè)特征之間間隔大約650nm。在其它實(shí)施例中，衍射特征是指尺寸在光學(xué)應(yīng)用所述的范圍內(nèi)或該范圍附近的特 征，以及用于非光學(xué)應(yīng)用的膜或制品時(shí)的特征，例如疏水性、微流體毛細(xì)作用、摩擦控制膜、 微緊固件或其它機(jī)械的微結(jié)構(gòu)化的部件。在某些實(shí)施例中，用按照本說明書所述加工的工具制成的膜將具有特定的標(biāo)記， 表明它們由這些工具制成。特別地，在一些實(shí)施例中，多刀頭刀具(如工具230和242)用 于在切削工具(工件54)周圍連續(xù)切削一個(gè)或多個(gè)通道。由于刀頭被切削工具基座(如基 座232和244)保持在恒定的間距，因此由切削工具上的刀頭制成的衍射特征或凹槽之間的 距離(如距離240和254)也基本上是恒定的。在線性馬達(dá)的作用下，切削工具在Z方向上 以大致恒定的速度沿著工件表面移動(dòng)。然而，由于伺服系統(tǒng)中的噪聲，線性馬達(dá)偶爾會(huì)使切 削工具以略高于標(biāo)稱速度的速度略微向后或向前移動(dòng)，因此切削工具的移動(dòng)速度并非嚴(yán)格 保持不變。速度上的這些變化會(huì)導(dǎo)致凹槽之間的間距存在偶然變化。在一個(gè)特定應(yīng)用中， 通常的變化為大約正負(fù)0. 2微米。對(duì)于許多應(yīng)用，反復(fù)對(duì)準(zhǔn)刀頭，使其與之前切削的相鄰特 征保持不變的距離可能是困難的并且是不需要的。因此，用按這種方式切削的切削工具制 成的膜將具有一組重復(fù)的衍射特征或凹槽，這些衍射特征或凹槽具有與多刀頭刀具上的刀 頭間距相對(duì)應(yīng)的基本上恒定的距離(例如距離240和254)，并且該膜在衍射特征或凹槽的 組之間存在隨機(jī)重復(fù)的可變距離，該可變距離是由切削工具在Z方向上的速度的微小變化 引起的。圖13-22、圖23A、圖23B、圖24A和圖24B中所示的切削工具可采用(例如)金剛 石塊實(shí)現(xiàn)。刀頭上的衍射特征可優(yōu)選地通過離子銑削制成。在刀頭上制備衍射特征的其它 技術(shù)包括微細(xì)電火花加工、磨削、研磨、刻蝕或?qū)澓刍蛱卣髻x予到刀頭中的其它方法?；?者，可以傳統(tǒng)方式研磨金剛石，然后再精確地粘合在一起，以制備具有衍射特征的大工具組 件。作為壓痕衍射特征的替代形式，機(jī)加工刀頭可具有凸出的衍射特征或具有壓痕衍射特 征和凸出衍射特征的組合特征。工件54可使用圖13-22、圖23B和圖24B所示的任何示例性刀頭進(jìn)行加工，加工后 的工件可用來制備上述膜。可利用(例如)上述系統(tǒng)和方法以連續(xù)切削或斷續(xù)切削方式加 工工件，以將衍射特征加工到工件中。然后，可用機(jī)加工工件或切削工具制備上述具有對(duì)應(yīng) 衍射特征的膜。這些膜可制成具有獨(dú)特的衍射和折射光學(xué)功率。這些在增強(qiáng)膜中的獨(dú)特的 衍射和折射光學(xué)形式的示例性目的是為從中央視區(qū)移開光線提供更多的選擇，比僅僅在刀 頭上設(shè)置一個(gè)半徑具有更大的靈活性。利用上述離子銑削金剛石通過橫向進(jìn)給或螺紋切削可得到母模。橫向進(jìn)給和螺紋 切削在美國專利No. 7，140，812和6，707，611中有所描述，這些專利以引用方式并入本文 中。在使用由這些刀頭加工的母模制成的膜中，不一定在薄膜的每個(gè)凹槽上都存在特征。例
12如，可利用多頭螺紋或橫向進(jìn)給切削將用常規(guī)金剛石和離子銑削金剛石切削的凹槽交錯(cuò)。 離子銑削衍射特征可僅存在于通常對(duì)稱棱鏡角(例如90° )的兩個(gè)小平面中的一個(gè)上。這 類刀頭允許更細(xì)微地光學(xué)調(diào)諧亮度分布。離子銑削衍射特征方便在光學(xué)膜(例如BEF)中 產(chǎn)生更平滑的截止特性或亮度分布。離子銑削特征也方便縮短使用多個(gè)刀頭時(shí)的光學(xué)膜切 削時(shí)間。圖13為在兩個(gè)小平面上都具有衍射特征302和304的刀頭300的側(cè)視圖。在本實(shí) 例中，所示衍射特征302和304為V形凹槽或切口。衍射特征之間的光柵間距303可為恒 定或變化的，以產(chǎn)生重要的或所關(guān)注的不同性質(zhì)。例如，與恒定的光柵間距相比，通過改變 光柵間距，可使對(duì)應(yīng)光學(xué)膜中的發(fā)散分布更平滑。該間距也可有助于波長相關(guān)和改善色彩 效應(yīng)。離子銑削光柵的形狀不一定是V形，但通常應(yīng)避免負(fù)的脫模角。光柵凹槽或切口的 寬度和深度通常小于一微米，但也可大于一微米。可采用許多形狀來制備切口或凹槽。對(duì) 于可見光應(yīng)用，光柵凹槽之間的距離303通常在0. 5微米至10微米間距范圍內(nèi)，但也可以 使用其它范圍來達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。使用此設(shè)計(jì)制備金剛石切削工具其中衍射特征302和304相隔5微米(距離 303)，并且每一個(gè)衍射特征都具有在整個(gè)凹槽上的1微米寬度。在這種情況下，所示衍射凹 槽使光線遠(yuǎn)離折射區(qū)發(fā)生受控散射，并在膜樣品內(nèi)約31°處透射量最大。利用測角計(jì)進(jìn)行 的光度測量結(jié)果顯示，該膜的衍射特征平滑地加寬了亮度分布。通過增大光柵間距和減少 凹槽或特征的數(shù)量，可以調(diào)諧亮度分布。或者，通過減小光柵間距和增加凹槽或特征的數(shù) 量，也可微調(diào)亮度分布。離子銑削金剛石形式的實(shí)例(下文結(jié)合圖14-22所述)示出調(diào)諧亮度分布的其它 實(shí)施例。圖14為刀頭306的側(cè)視圖，該刀頭在一個(gè)小平面上具有衍射特征308，在另一個(gè)小 平面310上無衍射特征。衍射特征308可以包括V形凹槽或切口并具有恒定或變化的光柵 間距。圖15為刀頭312的側(cè)視圖，該刀頭具有使用階梯高度變化313的衍射特征314，各 特征之間的階梯高度變化可以是恒定或變化的。圖16為刀頭316的側(cè)視圖，該刀頭具有沿著90° (318)小平面?zhèn)?17和319的衍 射特征320和322。根據(jù)設(shè)計(jì)情況或需要，衍射特征320和322可以靠近頂端或靠近凹部 (遠(yuǎn)離頂端)。另外，衍射特征320和322可沿著90°小平面壁隨意分布。圖17為具有沿著平坦頂端325的衍射特征324的刀頭323的側(cè)視圖。在一個(gè)實(shí) 例中，刀頭上這類構(gòu)造的衍射特征采用具有10微米的寬度(325)和11個(gè)間隔1微米的V 形凹槽(324)的金剛石制成。圖18為具有沿著彎曲頂端327的衍射特征328的刀頭326的側(cè)視圖。圖19為刀頭330的側(cè)視圖，該刀頭具有沿著(例如)90°小平面的以階梯形式形 成的衍射特征332，階梯具有高度333。圖20為刀頭334的側(cè)視圖，該刀頭具有沿著刀頭上基本平坦部分布置的透鏡形狀 衍射特征336。圖21為刀頭338的側(cè)視圖，該刀頭具有沿著彎曲小平面340的衍射特征，彎曲小 平面340由沿著小平面的相鄰的凹面部分和凸面部分形成。
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圖22為刀頭342的側(cè)視圖，該刀頭具有沿著多個(gè)線性小平面344的衍射特征，線 性小平面344由沿著小平面的成角度的相鄰平坦部分形成。圖23A和圖23B示出通過離子銑削刀頭形成衍射特征的方法。圖23A為刀頭350 在離子銑削前的側(cè)視圖。刀頭350可采用(例如)金剛石塊實(shí)現(xiàn)，并具有小平面352和354 以及平坦頂端356。圖23B為刀頭350通過離子銑削在頂端上的相同平面內(nèi)形成衍射特征 后的側(cè)視圖。特別地，在平坦頂端356中心點(diǎn)處進(jìn)行離子銑削產(chǎn)生凹部358，從而形成兩個(gè) 衍射特征360和362，它們的頂點(diǎn)位于基本上相同的平面364內(nèi)。圖24A和圖24B示出通過離子銑削刀頭形成衍射特征的另一種方法。圖24A為刀 頭370在離子銑削前的側(cè)視圖。刀頭370可采用(例如)金剛石塊實(shí)現(xiàn)，并具有小平面372 和374以及平坦頂端376。圖24B為圖24A的刀頭通過離子銑削在頂端上的不同平面內(nèi)形 成衍射特征后的側(cè)視圖。特別地，在平坦頂端376偏心點(diǎn)處進(jìn)行離子銑削產(chǎn)生凹部378，從 而形成頂點(diǎn)位于平面386內(nèi)的第一衍射特征380，以及頂點(diǎn)位于不同于平面386的平面384 內(nèi)的第二衍射特征382。圖23B和圖24B所示衍射特征的制備過程可重復(fù)進(jìn)行，以在刀頭上 制備若干個(gè)衍射特征，圖23B和圖24B所示的衍射特征并未按比例示出；相反，所示特征旨 在說明用于在刀頭上制備衍射特征的方法。利用具有上述衍射特征的刀頭制備微復(fù)制制品(例如膜)，可提供許多有利或理 想的特征。例如，可將它們用于光管理應(yīng)用，進(jìn)行光導(dǎo)向、軟化截光角、為光導(dǎo)裝置提取光或 在現(xiàn)有特征上產(chǎn)生裝飾效應(yīng)，例如在斷續(xù)切削小透鏡上產(chǎn)生彩虹效應(yīng)。另外，在較大微結(jié)構(gòu) 上的衍射特征可以為光的偏轉(zhuǎn)提供額外的自由度。上述刀頭可用來制備宏觀尺度(1微米以及以上尺寸)和納米尺度(1微米以下尺 寸)的特征，并且這些特征可使用一個(gè)或多個(gè)刀頭以連續(xù)或斷續(xù)切削方式制備。此外，可使 用這些刀頭沿工具內(nèi)的X方向、Y方向、Z方向或這些方向的組合進(jìn)行切削。例如，可用具 有多個(gè)致動(dòng)器的刀頭切削特征。利用多個(gè)致動(dòng)器對(duì)工具進(jìn)行切削的系統(tǒng)在美國專利申請(qǐng) No. 11/274723、No. 11/273875、No. 11/273981 和 No. 11/273884 中有所描述，所有這些專利 申請(qǐng)均于2005年11月15日提交，并且均以引用方式并入本文中?；蛘?，可以在不使用致 動(dòng)器的情況下在工具內(nèi)切削衍射特征，這涉及使用(例如)低頻伺服系統(tǒng)通過刀頭在工具 表面內(nèi)進(jìn)行深度基本保持不變或可變的連續(xù)切削。用衍射刀頭進(jìn)行非FTS加工作為用FTS致動(dòng)器加工的一種替代形式，可以用非FTS刀架加工工件，其中刀頭以 基本上恒定的深度進(jìn)入工件并沿著工件移動(dòng)，從而加工出大致呈螺旋圖案的特征。在該實(shí) 施例中，刀頭具有一個(gè)或多個(gè)衍射特征，并且在加工工件的過程中，這些特征中的至少一個(gè) 與工件接觸。如上所述，這種加工可以形成具有衍射特征的宏觀尺度特征。然后，可以用加 工的工件制備具有對(duì)應(yīng)特征的膜，例如光學(xué)膜。圖25A-25C為示例性非FTS刀架400的視圖。圖25A和圖25B為刀架400的透 視圖。圖25C為刀架400的俯視圖。如圖25A-25C所示，刀架400包括基座402、附接到基 座402上的垂直部分404以及附接到垂直部分404與基座402相對(duì)的一端的頂部410。頂 部410包括小孔416和418，用于通過螺栓或其它緊固件將頂部固定到垂直部分404。塊體 412位于頂部410上并具有小孔420和422，用于通過螺栓或其它緊固件將塊體固定到頂部 410。刀柄414用來固定刀頭以用于加工工件54，刀柄414通過塊體412和頂部410之間的摩擦力牢牢固定在頂部410上。通過移除和重新固定塊體412，可以調(diào)節(jié)刀柄414進(jìn)入工件 54中的X方向的位置，如箭頭424所示(參見圖25C)?；?02具有小孔(例如小孔406 和408)，用于通過螺栓或其它緊固件將刀架400附接到軌道32?；蛘?，可以在軌道32和刀 架400的基座402之間附接一個(gè)或多個(gè)其它柱子或結(jié)構(gòu)。在加工期間，刀架400被構(gòu)造和 設(shè)置為，使得當(dāng)?shù)额^進(jìn)入工件54中時(shí)，工件54不會(huì)接觸基座402。當(dāng)附接到軌道32時(shí)，刀 架400可以將刀柄414上的刀頭壓入工件54中，并且在驅(qū)動(dòng)器和編碼器56控制下旋轉(zhuǎn)工 件54的同時(shí)，可以在計(jì)算機(jī)12控制下使刀架400在Z方向上沿著軌道32移動(dòng)，從而使刀 頭沿著工件54移動(dòng)。刀架400的部件可以采用(例如)不銹鋼或其它材料實(shí)現(xiàn)。圖26A-26D為示例性刀柄414的視圖。圖26A為刀柄414的透視圖。圖26B為刀 柄414的前視圖。圖26C為刀柄414的仰視圖。圖26D為刀柄414的側(cè)視圖。如圖26A-26D 所示，刀柄414包括側(cè)430、位于前部434上的錐形和成角度的前表面432、底部表面438以 及用于安裝刀頭并具有傾斜或錐形側(cè)的凸出表面436。刀頭可通過使用粘合劑、硬釬焊、焊 接或其它方式安裝到刀柄414的表面436。固定到刀柄414的刀頭優(yōu)選地包括具有衍射特 征(例如圖13-22所示的刀頭)并采用上述示例性刀頭材料的刀頭，以用于在工件54內(nèi)加 工衍射特征。刀柄414可以采用(例如)下列材料中的一種或多種燒結(jié)碳化物、氮化硅、 碳化硅、鋼、鈦、金剛石或人造金剛石材料。雖然已結(jié)合示例性實(shí)施例描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，許 多修改形式都是顯而易見的，本專利申請(qǐng)旨在涵蓋其任何修改或變化。例如，在不脫離本發(fā) 明范圍的情況下，刀架、刀柄和刀頭可以使用各種類型的材料和這些部件中的構(gòu)型。本發(fā)明 應(yīng)當(dāng)僅受限于其權(quán)利要求書及其等同物。
權(quán)利要求
一種用于加工圓柱形工件的設(shè)備，包括大致圓柱形的工件，其被安裝以用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)并具有待加工表面；驅(qū)動(dòng)器，其被連接到所述工件以用于旋轉(zhuǎn)所述工件；刀架，其被安裝在軌道上以用于基本上平行于所述工件的所述待加工表面移動(dòng)；刀柄，其被固定在所述刀架上并具有用于安裝刀頭的表面；刀頭，其具有至少一個(gè)衍射特征并被安裝在所述刀柄的所述表面上；和控制器，其被連接到所述驅(qū)動(dòng)器和所述刀架以用于通過所述驅(qū)動(dòng)器控制所述刀頭相對(duì)于所述工件的移動(dòng)并用于控制所述刀架平行于所述工件的所述待加工表面的移動(dòng)，其中在所述加工期間所述刀頭上的所述衍射特征接觸所述工件的所述待加工表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述刀頭中的所述衍射特征包括凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述刀頭具有兩個(gè)小平面，在所述小平面中的每 一個(gè)上具有至少一個(gè)衍射特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述刀頭具有兩個(gè)小平面和基本平坦部分，所述 基本平坦部分鄰近所述小平面，在所述基本平坦部分上具有至少一個(gè)衍射特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述刀架被構(gòu)造為使所述刀頭在沿著所述工件的 Z方向上以基本上恒定的速度移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述工件由下列材料中的一種制成招；鎳；銅； 黃銅；鋼；或塑料。
7.一種用于加工圓柱形工件的方法，包括提供大致圓柱形的工件，所述大致圓柱形的工件被安裝以用于通過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移 動(dòng)并具有待加工表面；提供刀架，所述刀架被安裝在軌道上以用于基本上平行于所述工件的所述待加工表面 移動(dòng)；將刀柄固定在所述刀架上，所述刀柄具有用于安裝刀頭的表面； 將具有至少一個(gè)衍射特征的刀頭安裝在所述刀柄的所述表面上；以及 通過所述驅(qū)動(dòng)器控制所述刀頭相對(duì)于所述工件的移動(dòng)，并控制所述刀架平行于所述工 件的所述待加工表面的移動(dòng)，其中在所述加工期間所述刀頭上的所述衍射特征接觸所述工 件的所述待加工表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述刀頭中的所述衍射特征包括凹槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述刀頭具有兩個(gè)小平面，在所述小平面中的每 一個(gè)上具有至少一個(gè)衍射特征。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述刀頭具有兩個(gè)小平面和基本平坦部分，所述 基本平坦部分鄰近所述小平面，在所述基本平坦部分上具有至少一個(gè)衍射特征。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述刀架被構(gòu)造為使所述刀頭在沿著所述工件 的Z方向上以基本上恒定的速度移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述工件由下列材料中的一種制成招；鎳；銅； 黃銅；鋼；或塑料。全文摘要
本發(fā)明公開了切削工具組件，該切削工具組件具有刀架和刀架上的刀柄，刀架能夠沿著待切削工件橫向移動(dòng)，刀柄固定至少一個(gè)機(jī)加工刀頭并可能固定其它刀頭。刀頭具有接觸工件的衍射特征，以便加工具有納米尺度特征的宏觀尺度特征。機(jī)加工工件可用于制備具有衍射特征的制品，例如具有小透鏡的光學(xué)膜。
文檔編號(hào)B26D3/00GK101909833SQ200880123087
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者杰弗里·E·克萊門茨, 馬克·E·加迪納, 馬克·R·杜普雷 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司