位置合せされた両面パターン化ウェブを製造する装置および方法
パターン化表面をウェブの両側にキャスティングする装置。この装置は第１のパターン化ロールと、第２のパターン化ロールと、第１および第２のパターン化ロールを回転する手段とを含み、これらのパターンは連続する動作において、ウェブの互いに反対側に転写される。このプロセス中、これらのパターンは、少なくとも１００ミクロン以内、好ましくは少なくとも２０ミクロン以内まで連続位置合せで維持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ウェブへの材料の連続キャスティングに関し、特に、ウェブの互いに反対側にキャスティングされたパターン間で高度に位置合せされた物品のキャスティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
新聞の印刷から高度な電子光学装置の製造まで多くの物品の製造において、少なくとも一時的に液体の形態にある材料を基材の互いに反対側に適用する必要がある。基材に適用される材料を所定のパターンで適用する場合がよくあり、例えば、印刷の場合には、インクは文字と絵のパターンで適用される。かかる場合には、基材の互いに反対側のパターン間の位置合せは少なくとも最低の要件であるのが一般的である。
【０００３】
基材が回路基板のような不連続な物品のときは、パターンの適用者は位置合せをする補助として通常は端部に頼る。しかしながら、基材がウェブで、位置合せを周期的に維持する際に基材の端部に頼るのが不可能なときは、問題は少しばかり難しくなる。更に、ウェブの場合でも、位置合せの要求が厳しくない、例えば、完璧な位置合せから１００ミクロンを超えてずれていても許容されるときは、当業者はその範囲まで材料の適用を制御することが分かっている。印刷業界には、かかる基準に適合可能な装置が豊富にある。
【０００４】
しかしながら、基材の互いに反対側にパターンを有する製品においては、パターン間のより正確な位置合せが必要とされるものがある。かかる場合、ウェブが連続動作していない場合は、材料をかかる基準に適用可能な装置が知られている。ウェブが連続動作している場合には、例えば、あるタイプのフレキシブル回路のように、パターニングロール１回転当たり完璧な位置合せの１００ミクロン、更に５ミクロン未満以内までパターニングロールをリセットすることが許容されるのであれば、いかに進めるかについてのガイドラインとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、輝度向上フィルムのような光学物品においては、基材の互いに反対側に適用された光学的に透明なポリマーのパターンは、ツール回転において任意の点で非常に小さな許容度を超えないほど、位置合せから外れない必要がある。これまで、パターンを、断続的ではなく、１００ミクロン以内の位置合せで連続的に保持するように、連続動作中のウェブの対向する側にいかにパターン化表面をキャスティングするかについて業界では着目されずにきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示内容の一態様は、以前可能だったパターン間のより精細な位置合せを保持しながら、ウェブの両側にパターン化表面をキャスティングする装置に関する。本装置は、ウェブにパターンを適用する第１のパターン化ロールと、第２のパターン化ロールとを含む。連続動作のまま、パターンがウェブの互いに反対側に転写されるような第１および第２のパターン化ロールを回転する手段も含み、これらのパターンは、約１００ミクロン以内の精度の連続位置合せで保持される。他の実施形態においては、５０ミクロン以内の位置合せ精度が達成可能であり、更に他の実施形態においては、１０ミクロン以内の位置合せ精度が可能である。
【０００７】
定義
本開示内容において、「位置合せ」とは、ウェブの端部および同じウェブの互いに反対側の他の構造に関して位置が設定された構造の配置のことを意味する。
【０００８】
本開示内容において、「ウェブ」とは、一方向の固定した寸法と、その方向に直交する方向の所定か不定の長さとを有するシートの材料のことを意味する。
【０００９】
本開示内容において、「連続位置合せ」とは、第１および第２のパターン化ロールの回転中常に、ロール上の構造体間の位置合せの程度が指定された限界値よりも小さいことを意味する。
【００１０】
本開示内容において、「微細複製化」または「微細複製」とは、構造化表面特徴部の個々の特徴部が製品毎に約１００マイクロメートル以下の変動で忠実に製造されるプロセスによる、微細構造表面の製造のことを意味する。
【００１１】
添付の図面のいくつかにおいては、同じ部品には同じ参照番号が付与されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
一般に、本開示内容の本発明は、側部同士の位置合せ精度が約１００ミクロン未満、好ましくは５０ミクロン未満、より好ましくは２５ミクロン未満、最も好ましくは５ミクロン未満で両側に微細複製化構造を製造するシステムおよび方法である。本システムは、概して、第１のパターニングアセンブリと第２のパターニングアセンブリとを含む。それぞれのアセンブリは、第１および第２の表面を有するウェブの各表面に微細複製化パターンを形成する。第１のパターンは、ウェブの第１の側に作成され、第２のパターンはウェブの第２の表面に形成される。
【００１３】
各パターニングアセンブリは、コーティングを適用する手段、パターニング部材および硬化部材を含む。一般的に、パターニングアセンブリは、パターン化ロールと、各ロールを保持し駆動する支持構造を含んでいる。第１のパターニングアセンブリのコーティング手段は、第１の硬化性コーティング材料をウェブの第１の表面に分配する。第２のパターニングアセンブリのコーティング手段は、第２の硬化性コーティング材料をウェブの第２の表面に分配する。第２の表面は第１の表面の反対側の面である。一般的に、第１および第２のコーティング材料は同じ組成である。
【００１４】
第１のコーティング材料をウェブに配置した後、ウェブを第１のパターン化部材に通し、パターンを第１のコーティング材料に作成する。次いで第１のコーティング材料を硬化または冷却して、第１のパターンを形成する。次に、第２のコーティング材料をウェブに配置した後、ウェブを第２のパターン化部材に通し、パターンを第２のコーティング材料に作成する。次いで第２のコーティング材料を硬化して、第２のパターンを形成する。一般的に、各パターン化部材は微細複製化ツールであり、各ツールは、一般的に、材料を硬化する専用の硬化部材を有している。しかしながら、第１と第２のパターン化材料の両方を硬化する単一の硬化部材を有するのも可能である。同様に、コーティングをパターン化ツールに配置するのも可能である。
【００１５】
システムはまた、連続動作のまま、パターンがウェブの互いに反対側に転写されるような第１および第２のパターン化ロールを回転する手段も含み、該パターンは、ウェブの対向する側に約１００ミクロンより小さい連続位置合せで保持される。
【００１６】
本発明の利点は、微細複製化構造を、互いに１００ミクロン以内、一般的に５０ミクロン以内、より一般的には２０ミクロン以内、最も一般的には５ミクロン以内に位置合せされた各側に微細複製化構造を保持しながら、ウェブの各側に連続的に形成された微細複製化構造を与えることにより、ウェブの各面に微細複製化構造を有するウェブを製造できるということである。
【００１７】
図１および図２に、本開示内容によるキャスティング装置１２０を含むシステム１１０の例示的実施形態を示す。図示したキャスティング装置１２０において、ウェブ１２２を主巻戻しスプール（図示せず）からキャスティング装置１２０に与える。ウェブ１２２の厳密な性質は、製造される製品に応じて広く変えることができる。しかしながら、キャスティング装置１２０を光学物品の製造に用いるときは、ウェブ１２２を通して硬化できるよう、通常、ウェブを半透明または透明とするのが便利である。ウェブ１２２を、様々なローラ１２６周囲からキャスティング装置１２０へ誘導する。
【００１８】
本発明にて可能な最良の結果を得るためには、ウェブ１２２の正確な張力制御が必要であり、そのためウェブ１２２を感知デバイス（図示せず）に誘導する。ライナウェブを用いてウェブ１２２を保護するのが望ましい場合には、一般的に、ライナウェブを巻戻しスプールで分離して、ライナウェブ巻上げスプール（図示せず）に誘導する。ウェブ１２２は、一般的に、アイドラロールを介して、精密な張力制御のためにダンサローラに誘導される。アイドラローラは、ウェブ１２２を、ニップローラ１５４と第１のコーティングヘッド１５６の間の位置に向ける。
【００１９】
図示した実施形態において、第１のコーティングヘッド１５６はダイコーティングヘッドである。しかしながら、他のコーティング方法を装置に適用することもでき、当業者であれば分かるであろう。次にウェブ１２２をニップロール１５４と第１のパターン化ロール１６０の間に通す。第１のパターン化ロール１６０は、パターン化表面１６２を有しており、ウェブ１２２をニップローラ１５４と第１のパターン化ロール１６０の間に通すときは、第１のコーティングヘッド１５６によりウェブ１２２に分配された材料がパターン化表面１６２のネガへと成形される。
【００２０】
ウェブ１２２を第１のパターン化ロール１６０と接触させながら、材料を第２のコーティングヘッド１６４からウェブ１２２の他の表面へ分配する。第１のコーティングヘッド１５６に関して上述したことに加えて、第２のコーティングヘッド１６４はまた、第２の押出し機（図示せず）と第２のコーティングダイ（図示せず）を含むダイコーティング配列でもある。ある実施形態において、第１のコーティングヘッド１５６により分配された材料は、ポリマー前駆体を含み、紫外線の適用により固体ポリマーへと硬化されることを意図された組成物である。
【００２１】
第２のコーティングヘッド１６４によりウェブ１２２に分配された材料は、第２のパターン化表面１７６を備えた第２のパターン化ロール１７４と接触させられる。上述したことに加えて、ある実施形態において、第２のコーティングヘッド１６４により分配された材料は、ポリマー前駆体を含み、紫外線の適用により固体ポリマーへと硬化されることを意図された組成物である。
【００２２】
この時点で、ウェブ１２２は両側に適用されたパターンを有している。剥離ロール１８２を存在させて、ウェブ１２２を第２のパターン化ロール１７４から取り外す補助としてもよい。一般的に、キャスティング装置に出し入れされるウェブ張力は略一定である。
【００２３】
次に両側に微細パターンを有するウェブ１２２を、様々なアイドラローラを介して巻上げスプール（図示せず）に誘導する。ウェブ１２２を保護するために介在フィルムが望ましい場合には、第２の巻戻しスプール（図示せず）から提供され、ウェブと介在フィルムは適切な張力で巻上げスプールで併せて巻かれる。
【００２４】
図１〜図３を参照すると、第１および第２のパターン化ロールが、それぞれ、第１および第２のモータアセンブリ２１０、２２０と結合されている。モータアセンブリ２１０、２２０は、フレーム２３０に直接か間接的に装着することにより支持される。モータアセンブリ２１０、２２０は、精密な装着配列を用いてフレームに結合される。図示した例証の実施形態において、第１のモータアセンブリ２１０はフレーム２３０に固定装着されている。ウェブ１２２をキャスティング装置１２０に通すときに定位置に配置される第２のモータアセンブリ２２０は、繰り返し位置付ける必要があるため、交差および機械方向の両方において可動である。可動のモータ配列２２０は、例えば、ロールのパターン間での切り替え時、繰り返しの正確な位置付けを補助するために、ライナスライド２２２に結合されているのが好ましい。第２のモータ配列２２０はまた、第２のパターン化ロール１７４の側部同士を第１のパターン化ロール１６０に配置するフレーム２３０の裏側に第２の装着配列２２５も含んでいる。第２の装着配列２２５は、交差機械方向に正確な配置ができるようライナスライド２２３を含んでいるのが好ましい。
【００２５】
図６に、モータ装着配置が図示されている。ツールまたはパターン化ロール６６２を駆動するモータ６３３は、機械フレーム６５０に装着され、継手６４０によりパターン化ローラ６６２の回転シャフト６０１に結合されている。モータ６６３は、一次エンコーダ６３０に結合されている。二次エンコーダ６５１は、ツールに結合されて、パターン化ロール６６２の正確な角度位置合せ制御を行う。一次６３０および二次６５１エンコーダは協働して、パターン化ロール６６２の制御を行って、第２のパターン化ロールとの位置合せを保つ。これについては後述する。
【００２６】
図示した例示的実施形態において、ツールローラ６６２の直径は、モータ６３３の直径よりも一般的に小さい。この配列に対応するために、２本のツールローラ６６２、７６２を図７に示すように併せることができるよう、２つのツールローラアセンブリ６１０、７１０を鏡像として据え付ける。図１を参照するとまた、第１のモータ配列が、フレームに固定して取り付けられており、第２のモータ配列は、可動の光学品質のライナスライドを用いて配置される。
【００２７】
シャフト共振は位置合せエラーの原因であるので、その減少または排除は、指定した限界内でのパターン位置の制御を可能とするため、重要である。通常のサイジングスケジュールが指定するより大きいモータ６３３とシャフト６５０の間の継手６４０を用いると、より可撓性の継手により生じるシャフト共振も減じる。ベアリングアセンブリ６６０は、様々な位置に配置されて、モータ配列の回転を支持する。
【００２８】
図４に、互いに反対側の表面に位置合せされた微細複製化構造を備えた両側ウェブ４２２を製造するキャスティング装置４２０の例示的実施形態を示す。アセンブリは、第１および第２のコーティング手段４５６、４６４と、ニップローラ４５４と、第１および第２のパターン化ロール４６０、４７４とを含む。ウェブ４２２を、第１のコーティング手段４５６、この例では第１の押出しダイ４５６に入れる。第１のダイ４５６は、第１の硬化性液体層コーティング４７０をウェブ４２２に分配する。第１のコーティング４７０を、ニップローラ４５４、一般的にはゴムカバーローラにより、第１のパターン化ローラ４６０に押し付ける。第１のパターン化ロール４６０上のままで、好適な波長光、一般的には紫外線の外部硬化源４８０、例えば、ランプを用いてコーティングを硬化する。
【００２９】
第２の硬化性液体層４８１を、第２の側部押出しダイ４６４を用いて、ウェブ４２２の対向する側にコーティングする。第２の層４８１を、第２のパターン化ツールローラ４７４に押し付けて、コーティングプロセスを第２のコーティング層４８１について繰り返す。２つのコーティングパターンの位置合せは、ツールローラ４６０、４７４を互いに正確な角度の関係に保つことにより行う。これについては後述する。
【００３０】
図５に、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４の一部の拡大図を示す。第１のパターン化ロール５６０は、微細複製化表面を形成する第１のパターン５６２を有する。第２のパターンロール５７４は、第２の微細複製化パターン５７６を有する。
【００３１】
図示した例示的実施形態において、第１および第２のパターン５６２、５７６は同じパターンであるが、パターンは異なっていてもよい。ウェブ５２２が第１のロール５６０を通るにつれて、第１の表面５２４の第１の硬化性液体（図示せず）が、第１のパターン化ロール５６０の第１の領域５２６に近い硬化光源５２５により硬化される。第１の微細複製化パターン化構造５９０は、液体が硬化した後、ウェブ５２２の第１の側５２４に形成される。第１のパターン化構造５９０は、第１のパターン化ロール５６０のパターン５６２のネガである。第１のパターン化構造５９０が形成された後、第２の硬化性液体５８１がウェブ５２２の第２の表面５２７に分配される。第２の液体５８１が早期に硬化されないことを確実にするために、第２の液体５８１は、一般的に、第２の液体５８１に当たらないよう第１の硬化光５２５を配置することにより、第１の硬化光５２５から隔離しておく。あるいは、遮蔽手段５９２を、第１の硬化光５２５と第２の液体５８１の間に配置することができる。同様に、硬化源は、ウェブを通して硬化するのが実際的ではない、または困難な場合には、各パターン化ロールの内側に配置することができる。
【００３２】
第１のパターン化構造５９０が形成された後、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４間のギャップ領域５７５に入るまでウェブ５２２を第１のロール５６０に沿って進める。第２の液体５８１は、第２のパターン化ロールの第２のパターン５７６と組み合わせられ、第２の微細複製化構造に成形され、第２の硬化光５３５により硬化される。ウェブ５２２が、第１と第２のパターン化ロール５６０、５７４の間にギャップ５７５を通過するにつれて、このときまでに実質的に硬化されウェブ５２２にボンドされた第１のパターン化構造５９０は、ギャップ５７５および第２のパターン化ローラ５７４周囲に移動し始めたウェブ５２２のずれを抑える。これが、ウェブに形成された第１と第２のパターン化構造間の位置合せエラーの原因としてのウェブの伸張およびずれを取り除く。
【００３３】
第２の液体５８１を第２のパターン化ロール５７４と接触させながら、第１のパターン化ロール５６０のウェブ５２２を支持することにより、ウェブ５２２の互いに反対側５２４、５２７に形成された第１と第２の微細複製化構造５９０、５９３の間の位置合せの程度は、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４の表面間の位置の関係を制御する関数となる。第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４周囲と、ロールにより形成されたギャップ５７５間のウェブのＳ−ラップは、張力の影響、ウェブ歪み変化、温度、ウェブのニップする機構により生じる微細スリップおよび側部位置制御を最小にする。一般的に、Ｓ−ラップは、１８０度のラップ角度について、ウェブ５２２の各ロールとの接触を維持する。ただし、ラップ角度は、特定の要件に応じてこれより大きくしたり小さくすることができる。
【００３４】
ウェブの対向する表面に形成されたパターン間の位置合せの程度を向上させるためには、各ロールの平均直径でのピッチの変化の度数を低くするのが好ましい。一般的に、パターン化ロールは同じ平均直径であるが、これは必要とはされない。当業者であれば、特定の用途に適切なロールを選択できる。
【００３５】
実施例１−両側微細複製化物品を製造する装置
ウェブの両面の微細複製化構造の特徴部サイズは互いの精密な位置合せが望ましいため、パターン化ロールは高度の精度で制御される必要がある。本明細書に記載した制限内の交差ウェブ位置合せは、後述するように、機械方向の位置合せを制御するのに用いる技術を適用することにより行うことができる。機械方向の位置合せの制御が必要であるため、両側微細複製化ウェブではこれまで実現されていなかった。例えば、約１０ミクロンの端部同士の特徴部の２５．４ｃｍ（１０インチ）周囲のパターン化ローラに配置するには、各ローラは、１回転当たり±３２アーク秒の回転制度内に維持しなければならない。ウェブがシステムを移動する速度が増大するにつれて、位置合せの制御はより難しくなる。
【００３６】
本出願人は、２．５ミクロン以内に位置合せされるウェブの互いに反対側の表面にパターン化特徴部を有するウェブを作成可能な２５．４ｃｍ（１０インチ）の円形パターン化ロールを有するシステムを構築し実証した。この開示内容を読み、ここに教示されている原理を適用すると、当業者であれば、他の微細複製化表面についても、この位置合せの程度が得られるかわかるであろう。
【００３７】
図８に、本出願人のシステムに用いるモータ配列８００の概略を示す。モータ配列には、一次エンコーダ８３０と駆動シャフト８２０を含むモータ８１０が含まれる。駆動シャフト８２０は、継手８２５によりパターン化ロール８６０の駆動シャフト８４０に結合されている。二次またはロードエンコーダ８５０は駆動シャフト８４０に結合されている。記載したモータ配列の２つのエンコーダを用いると、パターン化ロール８６０近くに測定装置（エンコーダ）８５０を配置することにより、パターン化ロールの位置をより正確に測定することができ、モータ配列８００が操作されるとき、トルク妨害の影響が減少または排除される。
【００３８】
図９に、図８のモータ配列の概略を制御コンポーネントに取り付けて示してある。図１〜図３に示す例示の装置において、同様のセットアップにより各モータ配列２１０および２２０を制御する。
【００３９】
モータ配列９００が、制御配列９６５と連通すると、パターン化ロール９６０の正確な制御が可能となる。制御配列９６５には、駆動モジュール９６６とプログラムモジュール９７５が含まれる。プログラムモジュール９７５は、ライン９７７、例えば、ＳＥＲＣＯＳファイバーネットワークを介して駆動モジュール９６６と連通する。プログラムモジュール９７５を用いて、設定点のようなパラメータを駆動モジュール９６６に入力する。駆動モジュール９６６は、入力４８０ボルト、３相出力９１５を受信してＤＣに整流して、出力接続部９７３を介して分配して、モータ９１０を制御する。モータエンコーダ９１２は位置信号を制御モジュール９６６に供給する。パターン化ロール９６０の二次エンコーダ９５０はまた、ライン９７１を介して駆動モジュール９６６に位置信号を戻す。駆動モジュール９６６は、エンコーダ信号を用いて、パターン化ロール９６０を正確に位置付ける。位置合せの程度を得るための制御設計の詳細については後述してある。
【００４０】
図示した例示的実施形態において、各パターン化ロールは、精密な制御配列により制御される。精密な制御配列は協働して、第１と第２のパターン化ロール間の位置合せを制御する。各駆動モジュールは、各モータアセンブリと連通して制御する。
【００４１】
本出願人のシステムで用いた、マスター／スレーブタイプおよび平行構成のような２軸を連係させるのに様々なオプションが利用可能である。
【００４２】
本出願人により構築され実証されたシステムの制御配列は以下のものを含む。各パターン化ロールを駆動するために、高性能の、高解像度サインエンコーダフィードバック（５１２サインサイクル×４０９６駆動補間＞＞１回転当たり２百万部）の低コギングトルクモータ、ボッシュ・レックスロス（Ｂｏｓｃｈ−Ｒｅｘｒｏｔｈ）（インドラマート（Ｉｎｄｒａｍａｔ））製型番ＭＤＨ０９０Ｂ−０３５−ＮＧ０−ＵＮを用いた。同じく、システムは、ボッシュ・レックスロス（Ｂｏｓｃｈ−Ｒｅｘｒｏｔｈ）（インドラマート（Ｉｎｄｒａｍａｔ））製型番ＭＤＨ０９０Ｂ−０３５−ＮＧ０−ＵＮを含んでいた。ただし、誘導モータのような他のタイプも用いることができる。各モータを、非常に剛性のベローズ継手、Ｒ／Ｗコーポレーションより入手可能な型番ＢＫ５−３００、により直接（歯車箱や減速装置なしで）結合した。他の継手設計を用いることもできるが、ベローズスタイルは、高回転精度を与えながら剛性を兼ね備えている。各継手は、代表的なメーカーの仕様により推奨されるものよりも実質的に大きな継手を選択するようなサイズとした。更に、継手とシャフトの間はゼロバックラッシュコレットまたは圧縮スタイルロッキングハブが好ましい。各ローラシャフトは、中空シャフトロードサイドエンコーダ、イリノイ州シャンバーグ（Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ，ＩＬ）のハイデンハイン社（Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ Ｃｏｒｐ．）より入手可能な型番ＲＯＮ２２５Ｃに取り付けた。エンコーダの選択は、一般的に３２アーク−秒の精度を超える、最高の精度および可能な解像度のものとする。本出願人の設計、１回転当たり１８０００サインサイクルを用いた。４０９６ビット解像駆動補間と組み合わせると、１回転当たり５千万部を超える解像度が得られ、精度より実質的に高い解像度を与えた。ロードサイドエンコーダの精度は＋／−２アーク−秒、分配単位の最大偏差は＋／−１アーク−秒であった。
【００４３】
各シャフトは、剛性を最大にして、最高の共鳴振動数が得られるよう、できる限り大きな直径とし、できる限り短く設計するのが好ましい。このことによる位置合せエラーを確実に最小にするために、各回転コンポーネントの正確な配列が望ましい。当業者であれば、回転コンポーネントの配列による位置合せエラーを減じるための様々なやり方が分かるであろう。
【００４４】
各軸の制御手順は次のようにして実現される。
【００４５】
図１１を参照すると、本出願人のシステムにおいて、同一の位置参照コマンドは、２ｍｓの更新速度でＳＥＲＣＯＳファイバーネットワークを通して各軸について同時に示されていた。各軸は、２５０マイクロ秒の間隔の位置ループ更新速度で、３次スプラインにより位置参照を補間している。一定速度によって、単純な一定の時間の時間間隔パスが得られるため、補間方法は重要ではない。四捨五入や数字表記エラーを排除するために、解像度は重要である。軸ロールオーバーにもまた対処しなければならない。現在のループ実行速度（６２マイクロ秒の間隔）で各軸の制御サイクルを同調させることが重要である。
【００４６】
上部パス１１５１は、コントロールのフィードフォワード部である。制御手順には、位置ループ１１１０、速度ループ１１２０および電流ループ１１３０が含まれる。位置参照１１１１は微分され、１回目は速度フィードフォワードターム１１５２を生成し、２回目は加速フィードフォワードターム１１５５を生成する。フィードフォワードパス１１５１は、ラインスピード変化およびダイナミック補正中の性能を補助する。
【００４７】
位置コマンド１１１１は、現在の位置１１１４から減算されて、エラー信号１１１６を生成する。エラー１１１６をプロポーショナルコントローラ１１１５に入れると、速度コマンド参照１１１７を生成する。速度フィードバック１１６７をコマンド１１１７から減算し、速度エラー信号１１２３を生成し、これをＰＩＤコントローラに入れる。速度フィードバック１１６７は、モータエンコーダ位置信号１１２６を微分することにより生成される。微分および数字解像限界のために、ローパスバッタワースフィルタ１１２４を入れて高周波数ノイズ成分をエラー信号１１２３から除去する。ナローストップバンド（ノッチ）フィルタ１１２９を、モータ−ローラ共鳴振動数の中心に入れる。これによって、実質的により高いゲインが速度コントローラ１１２０に入れられる。モータエンコーダの解像度が増大すると性能も改善される。コントロールダイヤグラムにおけるフィルタの正確な位置は重要でなく、フォワードまたはリバースパスのいずれかが許容される。ただし、同調パラメータは位置に応じて異なる。
【００４８】
ＰＩＤコントローラはまた位置ループにおいても使えるが、インテグレータの追加フェーズラグが安定化をより難しくさせている。電流ループは典型的なＰＩコントローラであり、ゲインはモータパラメータにより構築される。最高の帯域幅電流ループによって、最高の性能が得られる。また、最小のトルクリップルが望ましい。
【００４９】
外乱を最小にすることが、最高の位置合せ精度を得るために重要である。これには、前述した通り、モータ構造および電流ループ転流が含まれるが、機械的な外乱を最小にすることも重要である。ウェブスパンの出入りの際の非常に平滑な張力制御、均一なベアリングおよびシールドラッグ、ローラから剥離されるウェブからの最小の張力アップセット、均一なゴムニップローラが例示される。現在の構造では、硬化した構造体をツールから取り出すのを補助するツールロールに噛み合わされた第３の軸がプルロールとして提供される。
【００５０】
ウェブ材料は、微細複製化パターン化構造を作成することのできる任意の好適な材料とすることができる。ウェブ材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレートまたはポリカーボネートが例示される。ウェブはまた多層とすることもできる。液体は、パターン化構造が形成された側と反対の側で硬化源により硬化されるため、ウェブ材料は用いる硬化源に対して少なくとも部分的に半透明でなければならない。硬化エネルギー源としては、赤外線、紫外線、可視光線、マイクロ波またはｅ−ビームが例示される。当業者であれば、その他の硬化源を用いることができ、特定のウェブ材料／硬化源の組み合わせの選択は作成される特定の物品（位置合せされる微細複製化構造を有する）に応じて異なることが分かるであろう。
【００５１】
ウェブを通した液体の硬化の代わりに、金属ウェブまたは金属層を有するウェブ等硬化し難いウェブに有用な２成分反応硬化、例えば、エポキシを用いてもよい。硬化は、成分のインライン混合、またはパターン化ロールの一部に触媒をスプレーすることにより行うことができ、コーティングおよび触媒の接触時に液体を硬化して、微細複製化構造を形成する。
【００５２】
微細複製化構造が形成される液体は、一般的に、ＵＶ光により硬化可能なアクリレートのような光重合可能な材料である。当業者であれば、その他のコーティング材料、例えば重合可能な材料、を用いることができ、材料の選択は微細複製化構造に望ましい特定の特徴に応じて異なることが分かるであろう。同様に、用いられる特定の硬化方法は、当業者の技能と知識の範囲内である。硬化方法としては、反応性硬化、熱硬化または放射線硬化が例示される。
【００５３】
液体をウェブに分配および制御するのに有用なコーティング手段としては、例えば、シリンジやぜん動ポンプのような好適なポンプと結合させたダイまたはナイフコーティングが例示される。当業者であれば、その他のコーティング材料を用いることができ、特定の手段の選択は液体をウェブに分配する特定の特徴に応じて異なることが分かるであろう。
【００５４】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に限定されないものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明によるシステムを含むシステムの例証の実施形態の斜視図である。
【図２】本開示内容に従った図１のシステムの一部の拡大図である。
【図３】本開示内容に従った図１のシステムの他の斜視図である。
【図４】本開示内容によるキャスティング装置の例証の実施形態の概略図である。
【図５】本開示内容に従った図４のキャスティング装置の断面の拡大図である。
【図６】本開示内容によるロール装着配置の例証の実施形態の概略図である。
【図７】本開示内容による一対のパターン化ロールの装着配置の例証の実施形態の概略図である。
【図８】本開示内容によるモータとロール配置の一例の概略図である。
【図９】本開示内容によるロールの間の位置合せを制御する手段の一実施形態の概略図である。
【図１０】本開示内容によるロール制御配置の例証の実施形態の概略図である。
【図１１】本開示内容による位置合せを制御する方法および装置の例証の実施形態のブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ウェブへの材料の連続キャスティングに関し、特に、ウェブの互いに反対側にキャスティングされたパターン間で高度に位置合せされた物品のキャスティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
新聞の印刷から高度な電子光学装置の製造まで多くの物品の製造において、少なくとも一時的に液体の形態にある材料を基材の互いに反対側に適用する必要がある。基材に適用される材料を所定のパターンで適用する場合がよくあり、例えば、印刷の場合には、インクは文字と絵のパターンで適用される。かかる場合には、基材の互いに反対側のパターン間の位置合せは少なくとも最低の要件であるのが一般的である。
【０００３】
基材が回路基板のような不連続な物品のときは、パターンの適用者は位置合せをする補助として通常は端部に頼る。しかしながら、基材がウェブで、位置合せを周期的に維持する際に基材の端部に頼るのが不可能なときは、問題は少しばかり難しくなる。更に、ウェブの場合でも、位置合せの要求が厳しくない、例えば、完璧な位置合せから１００ミクロンを超えてずれていても許容されるときは、当業者はその範囲まで材料の適用を制御することが分かっている。印刷業界には、かかる基準に適合可能な装置が豊富にある。
【０００４】
しかしながら、基材の互いに反対側にパターンを有する製品においては、パターン間のより正確な位置合せが必要とされるものがある。かかる場合、ウェブが連続動作していない場合は、材料をかかる基準に適用可能な装置が知られている。ウェブが連続動作している場合には、例えば、あるタイプのフレキシブル回路のように、パターニングロール１回転当たり完璧な位置合せの１００ミクロン、更に５ミクロン未満以内までパターニングロールをリセットすることが許容されるのであれば、いかに進めるかについてのガイドラインとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、輝度向上フィルムのような光学物品においては、基材の互いに反対側に適用された光学的に透明なポリマーのパターンは、ツール回転において任意の点で非常に小さな許容度を超えないほど、位置合せから外れない必要がある。これまで、パターンを、断続的ではなく、１００ミクロン以内の位置合せで連続的に保持するように、連続動作中のウェブの対向する側にいかにパターン化表面をキャスティングするかについて業界では着目されずにきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示内容の一態様は、以前可能だったパターン間のより精細な位置合せを保持しながら、ウェブの両側にパターン化表面をキャスティングする装置に関する。本装置は、ウェブにパターンを適用する第１のパターン化ロールと、第２のパターン化ロールとを含む。連続動作のまま、パターンがウェブの互いに反対側に転写されるような第１および第２のパターン化ロールを回転する手段も含み、これらのパターンは、約１００ミクロン以内の精度の連続位置合せで保持される。他の実施形態においては、５０ミクロン以内の位置合せ精度が達成可能であり、更に他の実施形態においては、１０ミクロン以内の位置合せ精度が可能である。
【０００７】
定義
本開示内容において、「位置合せ」とは、ウェブの端部および同じウェブの互いに反対側の他の構造に関して位置が設定された構造の配置のことを意味する。
【０００８】
本開示内容において、「ウェブ」とは、一方向の固定した寸法と、その方向に直交する方向の所定か不定の長さとを有するシートの材料のことを意味する。
【０００９】
本開示内容において、「連続位置合せ」とは、第１および第２のパターン化ロールの回転中常に、ロール上の構造体間の位置合せの程度が指定された限界値よりも小さいことを意味する。
【００１０】
本開示内容において、「微細複製化」または「微細複製」とは、構造化表面特徴部の個々の特徴部が製品毎に約１００マイクロメートル以下の変動で忠実に製造されるプロセスによる、微細構造表面の製造のことを意味する。
【００１１】
添付の図面のいくつかにおいては、同じ部品には同じ参照番号が付与されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
一般に、本開示内容の本発明は、側部同士の位置合せ精度が約１００ミクロン未満、好ましくは５０ミクロン未満、より好ましくは２５ミクロン未満、最も好ましくは５ミクロン未満で両側に微細複製化構造を製造するシステムおよび方法である。本システムは、概して、第１のパターニングアセンブリと第２のパターニングアセンブリとを含む。それぞれのアセンブリは、第１および第２の表面を有するウェブの各表面に微細複製化パターンを形成する。第１のパターンは、ウェブの第１の側に作成され、第２のパターンはウェブの第２の表面に形成される。
【００１３】
各パターニングアセンブリは、コーティングを適用する手段、パターニング部材および硬化部材を含む。一般的に、パターニングアセンブリは、パターン化ロールと、各ロールを保持し駆動する支持構造を含んでいる。第１のパターニングアセンブリのコーティング手段は、第１の硬化性コーティング材料をウェブの第１の表面に分配する。第２のパターニングアセンブリのコーティング手段は、第２の硬化性コーティング材料をウェブの第２の表面に分配する。第２の表面は第１の表面の反対側の面である。一般的に、第１および第２のコーティング材料は同じ組成である。
【００１４】
第１のコーティング材料をウェブに配置した後、ウェブを第１のパターン化部材に通し、パターンを第１のコーティング材料に作成する。次いで第１のコーティング材料を硬化または冷却して、第１のパターンを形成する。次に、第２のコーティング材料をウェブに配置した後、ウェブを第２のパターン化部材に通し、パターンを第２のコーティング材料に作成する。次いで第２のコーティング材料を硬化して、第２のパターンを形成する。一般的に、各パターン化部材は微細複製化ツールであり、各ツールは、一般的に、材料を硬化する専用の硬化部材を有している。しかしながら、第１と第２のパターン化材料の両方を硬化する単一の硬化部材を有するのも可能である。同様に、コーティングをパターン化ツールに配置するのも可能である。
【００１５】
システムはまた、連続動作のまま、パターンがウェブの互いに反対側に転写されるような第１および第２のパターン化ロールを回転する手段も含み、該パターンは、ウェブの対向する側に約１００ミクロンより小さい連続位置合せで保持される。
【００１６】
本発明の利点は、微細複製化構造を、互いに１００ミクロン以内、一般的に５０ミクロン以内、より一般的には２０ミクロン以内、最も一般的には５ミクロン以内に位置合せされた各側に微細複製化構造を保持しながら、ウェブの各側に連続的に形成された微細複製化構造を与えることにより、ウェブの各面に微細複製化構造を有するウェブを製造できるということである。
【００１７】
図１および図２に、本開示内容によるキャスティング装置１２０を含むシステム１１０の例示的実施形態を示す。図示したキャスティング装置１２０において、ウェブ１２２を主巻戻しスプール（図示せず）からキャスティング装置１２０に与える。ウェブ１２２の厳密な性質は、製造される製品に応じて広く変えることができる。しかしながら、キャスティング装置１２０を光学物品の製造に用いるときは、ウェブ１２２を通して硬化できるよう、通常、ウェブを半透明または透明とするのが便利である。ウェブ１２２を、様々なローラ１２６周囲からキャスティング装置１２０へ誘導する。
【００１８】
本発明にて可能な最良の結果を得るためには、ウェブ１２２の正確な張力制御が必要であり、そのためウェブ１２２を感知デバイス（図示せず）に誘導する。ライナウェブを用いてウェブ１２２を保護するのが望ましい場合には、一般的に、ライナウェブを巻戻しスプールで分離して、ライナウェブ巻上げスプール（図示せず）に誘導する。ウェブ１２２は、一般的に、アイドラロールを介して、精密な張力制御のためにダンサローラに誘導される。アイドラローラは、ウェブ１２２を、ニップローラ１５４と第１のコーティングヘッド１５６の間の位置に向ける。
【００１９】
図示した実施形態において、第１のコーティングヘッド１５６はダイコーティングヘッドである。しかしながら、他のコーティング方法を装置に適用することもでき、当業者であれば分かるであろう。次にウェブ１２２をニップロール１５４と第１のパターン化ロール１６０の間に通す。第１のパターン化ロール１６０は、パターン化表面１６２を有しており、ウェブ１２２をニップローラ１５４と第１のパターン化ロール１６０の間に通すときは、第１のコーティングヘッド１５６によりウェブ１２２に分配された材料がパターン化表面１６２のネガへと成形される。
【００２０】
ウェブ１２２を第１のパターン化ロール１６０と接触させながら、材料を第２のコーティングヘッド１６４からウェブ１２２の他の表面へ分配する。第１のコーティングヘッド１５６に関して上述したことに加えて、第２のコーティングヘッド１６４はまた、第２の押出し機（図示せず）と第２のコーティングダイ（図示せず）を含むダイコーティング配列でもある。ある実施形態において、第１のコーティングヘッド１５６により分配された材料は、ポリマー前駆体を含み、紫外線の適用により固体ポリマーへと硬化されることを意図された組成物である。
【００２１】
第２のコーティングヘッド１６４によりウェブ１２２に分配された材料は、第２のパターン化表面１７６を備えた第２のパターン化ロール１７４と接触させられる。上述したことに加えて、ある実施形態において、第２のコーティングヘッド１６４により分配された材料は、ポリマー前駆体を含み、紫外線の適用により固体ポリマーへと硬化されることを意図された組成物である。
【００２２】
この時点で、ウェブ１２２は両側に適用されたパターンを有している。剥離ロール１８２を存在させて、ウェブ１２２を第２のパターン化ロール１７４から取り外す補助としてもよい。一般的に、キャスティング装置に出し入れされるウェブ張力は略一定である。
【００２３】
次に両側に微細パターンを有するウェブ１２２を、様々なアイドラローラを介して巻上げスプール（図示せず）に誘導する。ウェブ１２２を保護するために介在フィルムが望ましい場合には、第２の巻戻しスプール（図示せず）から提供され、ウェブと介在フィルムは適切な張力で巻上げスプールで併せて巻かれる。
【００２４】
図１〜図３を参照すると、第１および第２のパターン化ロールが、それぞれ、第１および第２のモータアセンブリ２１０、２２０と結合されている。モータアセンブリ２１０、２２０は、フレーム２３０に直接か間接的に装着することにより支持される。モータアセンブリ２１０、２２０は、精密な装着配列を用いてフレームに結合される。図示した例証の実施形態において、第１のモータアセンブリ２１０はフレーム２３０に固定装着されている。ウェブ１２２をキャスティング装置１２０に通すときに定位置に配置される第２のモータアセンブリ２２０は、繰り返し位置付ける必要があるため、交差および機械方向の両方において可動である。可動のモータ配列２２０は、例えば、ロールのパターン間での切り替え時、繰り返しの正確な位置付けを補助するために、ライナスライド２２２に結合されているのが好ましい。第２のモータ配列２２０はまた、第２のパターン化ロール１７４の側部同士を第１のパターン化ロール１６０に配置するフレーム２３０の裏側に第２の装着配列２２５も含んでいる。第２の装着配列２２５は、交差機械方向に正確な配置ができるようライナスライド２２３を含んでいるのが好ましい。
【００２５】
図６に、モータ装着配置が図示されている。ツールまたはパターン化ロール６６２を駆動するモータ６３３は、機械フレーム６５０に装着され、継手６４０によりパターン化ローラ６６２の回転シャフト６０１に結合されている。モータ６６３は、一次エンコーダ６３０に結合されている。二次エンコーダ６５１は、ツールに結合されて、パターン化ロール６６２の正確な角度位置合せ制御を行う。一次６３０および二次６５１エンコーダは協働して、パターン化ロール６６２の制御を行って、第２のパターン化ロールとの位置合せを保つ。これについては後述する。
【００２６】
図示した例示的実施形態において、ツールローラ６６２の直径は、モータ６３３の直径よりも一般的に小さい。この配列に対応するために、２本のツールローラ６６２、７６２を図７に示すように併せることができるよう、２つのツールローラアセンブリ６１０、７１０を鏡像として据え付ける。図１を参照するとまた、第１のモータ配列が、フレームに固定して取り付けられており、第２のモータ配列は、可動の光学品質のライナスライドを用いて配置される。
【００２７】
シャフト共振は位置合せエラーの原因であるので、その減少または排除は、指定した限界内でのパターン位置の制御を可能とするため、重要である。通常のサイジングスケジュールが指定するより大きいモータ６３３とシャフト６５０の間の継手６４０を用いると、より可撓性の継手により生じるシャフト共振も減じる。ベアリングアセンブリ６６０は、様々な位置に配置されて、モータ配列の回転を支持する。
【００２８】
図４に、互いに反対側の表面に位置合せされた微細複製化構造を備えた両側ウェブ４２２を製造するキャスティング装置４２０の例示的実施形態を示す。アセンブリは、第１および第２のコーティング手段４５６、４６４と、ニップローラ４５４と、第１および第２のパターン化ロール４６０、４７４とを含む。ウェブ４２２を、第１のコーティング手段４５６、この例では第１の押出しダイ４５６に入れる。第１のダイ４５６は、第１の硬化性液体層コーティング４７０をウェブ４２２に分配する。第１のコーティング４７０を、ニップローラ４５４、一般的にはゴムカバーローラにより、第１のパターン化ローラ４６０に押し付ける。第１のパターン化ロール４６０上のままで、好適な波長光、一般的には紫外線の外部硬化源４８０、例えば、ランプを用いてコーティングを硬化する。
【００２９】
第２の硬化性液体層４８１を、第２の側部押出しダイ４６４を用いて、ウェブ４２２の対向する側にコーティングする。第２の層４８１を、第２のパターン化ツールローラ４７４に押し付けて、コーティングプロセスを第２のコーティング層４８１について繰り返す。２つのコーティングパターンの位置合せは、ツールローラ４６０、４７４を互いに正確な角度の関係に保つことにより行う。これについては後述する。
【００３０】
図５に、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４の一部の拡大図を示す。第１のパターン化ロール５６０は、微細複製化表面を形成する第１のパターン５６２を有する。第２のパターンロール５７４は、第２の微細複製化パターン５７６を有する。
【００３１】
図示した例示的実施形態において、第１および第２のパターン５６２、５７６は同じパターンであるが、パターンは異なっていてもよい。ウェブ５２２が第１のロール５６０を通るにつれて、第１の表面５２４の第１の硬化性液体（図示せず）が、第１のパターン化ロール５６０の第１の領域５２６に近い硬化光源５２５により硬化される。第１の微細複製化パターン化構造５９０は、液体が硬化した後、ウェブ５２２の第１の側５２４に形成される。第１のパターン化構造５９０は、第１のパターン化ロール５６０のパターン５６２のネガである。第１のパターン化構造５９０が形成された後、第２の硬化性液体５８１がウェブ５２２の第２の表面５２７に分配される。第２の液体５８１が早期に硬化されないことを確実にするために、第２の液体５８１は、一般的に、第２の液体５８１に当たらないよう第１の硬化光５２５を配置することにより、第１の硬化光５２５から隔離しておく。あるいは、遮蔽手段５９２を、第１の硬化光５２５と第２の液体５８１の間に配置することができる。同様に、硬化源は、ウェブを通して硬化するのが実際的ではない、または困難な場合には、各パターン化ロールの内側に配置することができる。
【００３２】
第１のパターン化構造５９０が形成された後、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４間のギャップ領域５７５に入るまでウェブ５２２を第１のロール５６０に沿って進める。第２の液体５８１は、第２のパターン化ロールの第２のパターン５７６と組み合わせられ、第２の微細複製化構造に成形され、第２の硬化光５３５により硬化される。ウェブ５２２が、第１と第２のパターン化ロール５６０、５７４の間にギャップ５７５を通過するにつれて、このときまでに実質的に硬化されウェブ５２２にボンドされた第１のパターン化構造５９０は、ギャップ５７５および第２のパターン化ローラ５７４周囲に移動し始めたウェブ５２２のずれを抑える。これが、ウェブに形成された第１と第２のパターン化構造間の位置合せエラーの原因としてのウェブの伸張およびずれを取り除く。
【００３３】
第２の液体５８１を第２のパターン化ロール５７４と接触させながら、第１のパターン化ロール５６０のウェブ５２２を支持することにより、ウェブ５２２の互いに反対側５２４、５２７に形成された第１と第２の微細複製化構造５９０、５９３の間の位置合せの程度は、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４の表面間の位置の関係を制御する関数となる。第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４周囲と、ロールにより形成されたギャップ５７５間のウェブのＳ−ラップは、張力の影響、ウェブ歪み変化、温度、ウェブのニップする機構により生じる微細スリップおよび側部位置制御を最小にする。一般的に、Ｓ−ラップは、１８０度のラップ角度について、ウェブ５２２の各ロールとの接触を維持する。ただし、ラップ角度は、特定の要件に応じてこれより大きくしたり小さくすることができる。
【００３４】
ウェブの対向する表面に形成されたパターン間の位置合せの程度を向上させるためには、各ロールの平均直径でのピッチの変化の度数を低くするのが好ましい。一般的に、パターン化ロールは同じ平均直径であるが、これは必要とはされない。当業者であれば、特定の用途に適切なロールを選択できる。
【００３５】
実施例１−両側微細複製化物品を製造する装置
ウェブの両面の微細複製化構造の特徴部サイズは互いの精密な位置合せが望ましいため、パターン化ロールは高度の精度で制御される必要がある。本明細書に記載した制限内の交差ウェブ位置合せは、後述するように、機械方向の位置合せを制御するのに用いる技術を適用することにより行うことができる。機械方向の位置合せの制御が必要であるため、両側微細複製化ウェブではこれまで実現されていなかった。例えば、約１０ミクロンの端部同士の特徴部の２５．４ｃｍ（１０インチ）周囲のパターン化ローラに配置するには、各ローラは、１回転当たり±３２アーク秒の回転制度内に維持しなければならない。ウェブがシステムを移動する速度が増大するにつれて、位置合せの制御はより難しくなる。
【００３６】
本出願人は、２．５ミクロン以内に位置合せされるウェブの互いに反対側の表面にパターン化特徴部を有するウェブを作成可能な２５．４ｃｍ（１０インチ）の円形パターン化ロールを有するシステムを構築し実証した。この開示内容を読み、ここに教示されている原理を適用すると、当業者であれば、他の微細複製化表面についても、この位置合せの程度が得られるかわかるであろう。
【００３７】
図８に、本出願人のシステムに用いるモータ配列８００の概略を示す。モータ配列には、一次エンコーダ８３０と駆動シャフト８２０を含むモータ８１０が含まれる。駆動シャフト８２０は、継手８２５によりパターン化ロール８６０の駆動シャフト８４０に結合されている。二次またはロードエンコーダ８５０は駆動シャフト８４０に結合されている。記載したモータ配列の２つのエンコーダを用いると、パターン化ロール８６０近くに測定装置（エンコーダ）８５０を配置することにより、パターン化ロールの位置をより正確に測定することができ、モータ配列８００が操作されるとき、トルク妨害の影響が減少または排除される。
【００３８】
図９に、図８のモータ配列の概略を制御コンポーネントに取り付けて示してある。図１〜図３に示す例示の装置において、同様のセットアップにより各モータ配列２１０および２２０を制御する。
【００３９】
モータ配列９００が、制御配列９６５と連通すると、パターン化ロール９６０の正確な制御が可能となる。制御配列９６５には、駆動モジュール９６６とプログラムモジュール９７５が含まれる。プログラムモジュール９７５は、ライン９７７、例えば、ＳＥＲＣＯＳファイバーネットワークを介して駆動モジュール９６６と連通する。プログラムモジュール９７５を用いて、設定点のようなパラメータを駆動モジュール９６６に入力する。駆動モジュール９６６は、入力４８０ボルト、３相出力９１５を受信してＤＣに整流して、出力接続部９７３を介して分配して、モータ９１０を制御する。モータエンコーダ９１２は位置信号を制御モジュール９６６に供給する。パターン化ロール９６０の二次エンコーダ９５０はまた、ライン９７１を介して駆動モジュール９６６に位置信号を戻す。駆動モジュール９６６は、エンコーダ信号を用いて、パターン化ロール９６０を正確に位置付ける。位置合せの程度を得るための制御設計の詳細については後述してある。
【００４０】
図示した例示的実施形態において、各パターン化ロールは、精密な制御配列により制御される。精密な制御配列は協働して、第１と第２のパターン化ロール間の位置合せを制御する。各駆動モジュールは、各モータアセンブリと連通して制御する。
【００４１】
本出願人のシステムで用いた、マスター／スレーブタイプおよび平行構成のような２軸を連係させるのに様々なオプションが利用可能である。
【００４２】
本出願人により構築され実証されたシステムの制御配列は以下のものを含む。各パターン化ロールを駆動するために、高性能の、高解像度サインエンコーダフィードバック（５１２サインサイクル×４０９６駆動補間＞＞１回転当たり２百万部）の低コギングトルクモータ、ボッシュ・レックスロス（Ｂｏｓｃｈ−Ｒｅｘｒｏｔｈ）（インドラマート（Ｉｎｄｒａｍａｔ））製型番ＭＤＨ０９０Ｂ−０３５−ＮＧ０−ＵＮを用いた。同じく、システムは、ボッシュ・レックスロス（Ｂｏｓｃｈ−Ｒｅｘｒｏｔｈ）（インドラマート（Ｉｎｄｒａｍａｔ））製型番ＭＤＨ０９０Ｂ−０３５−ＮＧ０−ＵＮを含んでいた。ただし、誘導モータのような他のタイプも用いることができる。各モータを、非常に剛性のベローズ継手、Ｒ／Ｗコーポレーションより入手可能な型番ＢＫ５−３００、により直接（歯車箱や減速装置なしで）結合した。他の継手設計を用いることもできるが、ベローズスタイルは、高回転精度を与えながら剛性を兼ね備えている。各継手は、代表的なメーカーの仕様により推奨されるものよりも実質的に大きな継手を選択するようなサイズとした。更に、継手とシャフトの間はゼロバックラッシュコレットまたは圧縮スタイルロッキングハブが好ましい。各ローラシャフトは、中空シャフトロードサイドエンコーダ、イリノイ州シャンバーグ（Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ，ＩＬ）のハイデンハイン社（Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ Ｃｏｒｐ．）より入手可能な型番ＲＯＮ２２５Ｃに取り付けた。エンコーダの選択は、一般的に３２アーク−秒の精度を超える、最高の精度および可能な解像度のものとする。本出願人の設計、１回転当たり１８０００サインサイクルを用いた。４０９６ビット解像駆動補間と組み合わせると、１回転当たり５千万部を超える解像度が得られ、精度より実質的に高い解像度を与えた。ロードサイドエンコーダの精度は＋／−２アーク−秒、分配単位の最大偏差は＋／−１アーク−秒であった。
【００４３】
各シャフトは、剛性を最大にして、最高の共鳴振動数が得られるよう、できる限り大きな直径とし、できる限り短く設計するのが好ましい。このことによる位置合せエラーを確実に最小にするために、各回転コンポーネントの正確な配列が望ましい。当業者であれば、回転コンポーネントの配列による位置合せエラーを減じるための様々なやり方が分かるであろう。
【００４４】
各軸の制御手順は次のようにして実現される。
【００４５】
図１１を参照すると、本出願人のシステムにおいて、同一の位置参照コマンドは、２ｍｓの更新速度でＳＥＲＣＯＳファイバーネットワークを通して各軸について同時に示されていた。各軸は、２５０マイクロ秒の間隔の位置ループ更新速度で、３次スプラインにより位置参照を補間している。一定速度によって、単純な一定の時間の時間間隔パスが得られるため、補間方法は重要ではない。四捨五入や数字表記エラーを排除するために、解像度は重要である。軸ロールオーバーにもまた対処しなければならない。現在のループ実行速度（６２マイクロ秒の間隔）で各軸の制御サイクルを同調させることが重要である。
【００４６】
上部パス１１５１は、コントロールのフィードフォワード部である。制御手順には、位置ループ１１１０、速度ループ１１２０および電流ループ１１３０が含まれる。位置参照１１１１は微分され、１回目は速度フィードフォワードターム１１５２を生成し、２回目は加速フィードフォワードターム１１５５を生成する。フィードフォワードパス１１５１は、ラインスピード変化およびダイナミック補正中の性能を補助する。
【００４７】
位置コマンド１１１１は、現在の位置１１１４から減算されて、エラー信号１１１６を生成する。エラー１１１６をプロポーショナルコントローラ１１１５に入れると、速度コマンド参照１１１７を生成する。速度フィードバック１１６７をコマンド１１１７から減算し、速度エラー信号１１２３を生成し、これをＰＩＤコントローラに入れる。速度フィードバック１１６７は、モータエンコーダ位置信号１１２６を微分することにより生成される。微分および数字解像限界のために、ローパスバッタワースフィルタ１１２４を入れて高周波数ノイズ成分をエラー信号１１２３から除去する。ナローストップバンド（ノッチ）フィルタ１１２９を、モータ−ローラ共鳴振動数の中心に入れる。これによって、実質的により高いゲインが速度コントローラ１１２０に入れられる。モータエンコーダの解像度が増大すると性能も改善される。コントロールダイヤグラムにおけるフィルタの正確な位置は重要でなく、フォワードまたはリバースパスのいずれかが許容される。ただし、同調パラメータは位置に応じて異なる。
【００４８】
ＰＩＤコントローラはまた位置ループにおいても使えるが、インテグレータの追加フェーズラグが安定化をより難しくさせている。電流ループは典型的なＰＩコントローラであり、ゲインはモータパラメータにより構築される。最高の帯域幅電流ループによって、最高の性能が得られる。また、最小のトルクリップルが望ましい。
【００４９】
外乱を最小にすることが、最高の位置合せ精度を得るために重要である。これには、前述した通り、モータ構造および電流ループ転流が含まれるが、機械的な外乱を最小にすることも重要である。ウェブスパンの出入りの際の非常に平滑な張力制御、均一なベアリングおよびシールドラッグ、ローラから剥離されるウェブからの最小の張力アップセット、均一なゴムニップローラが例示される。現在の構造では、硬化した構造体をツールから取り出すのを補助するツールロールに噛み合わされた第３の軸がプルロールとして提供される。
【００５０】
ウェブ材料は、微細複製化パターン化構造を作成することのできる任意の好適な材料とすることができる。ウェブ材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレートまたはポリカーボネートが例示される。ウェブはまた多層とすることもできる。液体は、パターン化構造が形成された側と反対の側で硬化源により硬化されるため、ウェブ材料は用いる硬化源に対して少なくとも部分的に半透明でなければならない。硬化エネルギー源としては、赤外線、紫外線、可視光線、マイクロ波またはｅ−ビームが例示される。当業者であれば、その他の硬化源を用いることができ、特定のウェブ材料／硬化源の組み合わせの選択は作成される特定の物品（位置合せされる微細複製化構造を有する）に応じて異なることが分かるであろう。
【００５１】
ウェブを通した液体の硬化の代わりに、金属ウェブまたは金属層を有するウェブ等硬化し難いウェブに有用な２成分反応硬化、例えば、エポキシを用いてもよい。硬化は、成分のインライン混合、またはパターン化ロールの一部に触媒をスプレーすることにより行うことができ、コーティングおよび触媒の接触時に液体を硬化して、微細複製化構造を形成する。
【００５２】
微細複製化構造が形成される液体は、一般的に、ＵＶ光により硬化可能なアクリレートのような光重合可能な材料である。当業者であれば、その他のコーティング材料、例えば重合可能な材料、を用いることができ、材料の選択は微細複製化構造に望ましい特定の特徴に応じて異なることが分かるであろう。同様に、用いられる特定の硬化方法は、当業者の技能と知識の範囲内である。硬化方法としては、反応性硬化、熱硬化または放射線硬化が例示される。
【００５３】
液体をウェブに分配および制御するのに有用なコーティング手段としては、例えば、シリンジやぜん動ポンプのような好適なポンプと結合させたダイまたはナイフコーティングが例示される。当業者であれば、その他のコーティング材料を用いることができ、特定の手段の選択は液体をウェブに分配する特定の特徴に応じて異なることが分かるであろう。
【００５４】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に限定されないものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明によるシステムを含むシステムの例証の実施形態の斜視図である。
【図２】本開示内容に従った図１のシステムの一部の拡大図である。
【図３】本開示内容に従った図１のシステムの他の斜視図である。
【図４】本開示内容によるキャスティング装置の例証の実施形態の概略図である。
【図５】本開示内容に従った図４のキャスティング装置の断面の拡大図である。
【図６】本開示内容によるロール装着配置の例証の実施形態の概略図である。
【図７】本開示内容による一対のパターン化ロールの装着配置の例証の実施形態の概略図である。
【図８】本開示内容によるモータとロール配置の一例の概略図である。
【図９】本開示内容によるロールの間の位置合せを制御する手段の一実施形態の概略図である。
【図１０】本開示内容によるロール制御配置の例証の実施形態の概略図である。
【図１１】本開示内容による位置合せを制御する方法および装置の例証の実施形態のブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブの両側にパターン化された表面をキャスティングする装置であって、
第１のパターン化ロールと、
第２のパターン化ロールと、
前記第１および第２のパターン化ロールを回転する手段と、を含み、該手段は、前記第１および第２のパターン化ロールを連続動作させながら、前記第１および第２のパターン化ロールのパターンを前記ウェブの互いに反対側に転写させ、それにより前記パターンが前記ウェブの互いに反対側で１００ミクロン以内の精度で連続位置合せを維持される、装置。
【請求項２】
前記パターンが５０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パターンが２０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パターンが５ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ウェブが前記第１のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブ上にパターン化可能な材料を導入する第１のディスペンサを更に含み、前記ウェブが前記第２のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブ上にパターン化可能な材料を導入する第２のディスペンサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する第１のディスペンサを更に含み、前記第２のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する第２のディスペンサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１および第２のディスペンサが、固体ポリマーへと硬化可能なキャスティング可能なポリマー前駆体を分配するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２のパターン化ロールに近接する材料を熱に露出する手段を更に含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２のパターン化ロールに近接する材料を放射エネルギーに露出する手段を更に含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のパターン化ロールに近接する材料を放射エネルギーに露出する前記手段が、第１のパターン化ロール内に配置されており、前記第１のパターン化ロールが前記放射エネルギーを実質的に透過する部分を少なくとも有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記放射エネルギーが、赤外線、可視線および紫外線からなる群より選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各々がパターンを有する第１および第２のパターン化ロール間のウェブをパターニングして、前記第１および第２のパターン化ロールを連続動作させながら、前記第１および第２のパターン化ロールのパターンを前記ウェブの互いに反対側に転写し、それにより前記パターンが前記ウェブの互いに反対側で１００ミクロン以内の精度で連続位置合せを維持される、ウェブの両側にパターンを形成する方法。
【請求項１３】
前記パターンが５０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターンが２０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記パターンが５ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ウェブが前記第１のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブの片側にパターン化可能な材料を導入する工程、および、
前記ウェブが前記第２のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブの対向する側にパターン化可能な材料を導入する工程、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する工程、および、前記第２のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記材料の少なくとも１つが、固体ポリマーへと硬化可能なキャスティング可能なポリマー前駆体である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記材料の少なくとも１つを、前記第１および第２のパターン化ロールの少なくとも１つに接触させながら熱に露出する工程を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料の少なくとも１つを、前記第１および第２のパターン化ロールの少なくとも１つに接触させながら放射エネルギーに露出する工程を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記露出が、前記第１および第２のパターン化ロールのうち少なくとも１つの中に配置された源を用いて実行され、前記第１および第２のパターン化ロールの少なくとも１つが前記放射エネルギーを実質的に透過する部分を少なくとも有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記放射エネルギーが、赤外線、可視線および紫外線からなる群より選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項１】
ウェブの両側にパターン化された表面をキャスティングする装置であって、
第１のパターン化ロールと、
第２のパターン化ロールと、
前記第１および第２のパターン化ロールを回転する手段と、を含み、該手段は、前記第１および第２のパターン化ロールを連続動作させながら、前記第１および第２のパターン化ロールのパターンを前記ウェブの互いに反対側に転写させ、それにより前記パターンが前記ウェブの互いに反対側で１００ミクロン以内の精度で連続位置合せを維持される、装置。
【請求項２】
前記パターンが５０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パターンが２０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パターンが５ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ウェブが前記第１のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブ上にパターン化可能な材料を導入する第１のディスペンサを更に含み、前記ウェブが前記第２のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブ上にパターン化可能な材料を導入する第２のディスペンサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する第１のディスペンサを更に含み、前記第２のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する第２のディスペンサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１および第２のディスペンサが、固体ポリマーへと硬化可能なキャスティング可能なポリマー前駆体を分配するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２のパターン化ロールに近接する材料を熱に露出する手段を更に含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２のパターン化ロールに近接する材料を放射エネルギーに露出する手段を更に含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のパターン化ロールに近接する材料を放射エネルギーに露出する前記手段が、第１のパターン化ロール内に配置されており、前記第１のパターン化ロールが前記放射エネルギーを実質的に透過する部分を少なくとも有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記放射エネルギーが、赤外線、可視線および紫外線からなる群より選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各々がパターンを有する第１および第２のパターン化ロール間のウェブをパターニングして、前記第１および第２のパターン化ロールを連続動作させながら、前記第１および第２のパターン化ロールのパターンを前記ウェブの互いに反対側に転写し、それにより前記パターンが前記ウェブの互いに反対側で１００ミクロン以内の精度で連続位置合せを維持される、ウェブの両側にパターンを形成する方法。
【請求項１３】
前記パターンが５０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターンが２０ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記パターンが５ミクロン以内の位置合せ精度で前記ウェブの互いに反対側に転写される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ウェブが前記第１のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブの片側にパターン化可能な材料を導入する工程、および、
前記ウェブが前記第２のパターン化ロールに当接する前に前記ウェブの対向する側にパターン化可能な材料を導入する工程、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する工程、および、前記第２のパターン化ロール上にパターン化可能な材料を導入する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記材料の少なくとも１つが、固体ポリマーへと硬化可能なキャスティング可能なポリマー前駆体である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記材料の少なくとも１つを、前記第１および第２のパターン化ロールの少なくとも１つに接触させながら熱に露出する工程を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料の少なくとも１つを、前記第１および第２のパターン化ロールの少なくとも１つに接触させながら放射エネルギーに露出する工程を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記露出が、前記第１および第２のパターン化ロールのうち少なくとも１つの中に配置された源を用いて実行され、前記第１および第２のパターン化ロールの少なくとも１つが前記放射エネルギーを実質的に透過する部分を少なくとも有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記放射エネルギーが、赤外線、可視線および紫外線からなる群より選択される、請求項２１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００７−５０４９７３（Ｐ２００７−５０４９７３Ａ）
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２６０７０（Ｐ２００６−５２６０７０）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２３４１５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２５８３７
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２３４１５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２５８３７
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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