專利名稱：線繞工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造有結(jié)構(gòu)化表面的物品的領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明提供了用于制造具有一個或者多個結(jié)構(gòu)化表面的物品的工具、制造該工具的方法以及使用該工具來制造具有一個或者多個結(jié)構(gòu)化表面的物品的方法。
背景技術(shù)：
具有一個或者多個結(jié)構(gòu)化表面的物品發(fā)現(xiàn)有各種用途。可以提供上述物品作為薄膜，所述薄膜表現(xiàn)出例如增大的表面積的結(jié)構(gòu)，以用于提供機械緊固件、光學(xué)屬性等。當(dāng)這些薄膜被制造出來用作機械緊固件時，在其結(jié)構(gòu)化表面上發(fā)現(xiàn)的突起通常被稱為鉤。所述鉤可以形成為彎曲形狀，或者它們可以是基本豎直的桿，上述桿被變形為包括例如呈蘑菇形狀的頭部。
有時機械緊固件設(shè)計為使得能用兩個鉤帶將兩件物品緊固在一起，其采用的方式是將每個鉤帶粘到一個物品上然后相互配合這兩個鉤帶。這樣的機械緊固件顯示在美國專利3,192,589(Pearson)中，其將該緊固件稱為“陰陽同體的”，這是因為當(dāng)相互嚙合時它的有頭部的鍵同時具有陽性和陰性特征。通過模制從其突出整體的無頭部的鍵的基座，然后用加熱方法軟化鍵的尖端，能夠制造所述Pearson緊固件。
美國專利5,077,870(Melbye et al.)披露了一種通過將熔融材料壓入在移動的模具表面里形成的腔里而制造機械緊固件的鉤帶部分的方法。然后，由移動的模具表面形成的所述桿被加上蓋子，形成需要的緊固件。通過鉆孔在所述模具表面里形成所述腔。結(jié)果，所述腔在形狀上是圓柱形的，雖然在深度、直徑和腔之間的間距上能夠獲得一定精度，但是獲得這些是有一定困難的并且增加了成本。此外，對模具表面的損壞典型地要求廢棄整個模具。
美國專利5,792,411(Morris et al.)披露了一種通過激光加工模具表面制造的模制工具。然后，將熔融材料壓入在移動模制表面里的腔，以形成桿。然后，桿被加上蓋子，以形成需要的緊固件。因為通過激光切割形成了所述腔，所以腔的形狀是基于用于形成所述腔的激光束內(nèi)的能量分布。此外，由于用于構(gòu)建所述模具的材料、激光束的能量、光束內(nèi)的能量分布、光束聚焦等的變化性，難以精確控制所述腔的深度。
美國專利4,775,310(Fischer)和出版號為WO 97/46129(Lacey etal.)的PCT專利申請披露了用于制造鉤環(huán)類型機械緊固件的鉤帶的工具。所述工具通過具有水冷卻套管的中空圓鼓形成。一系列模具盤或者交替出現(xiàn)的模具盤和間隔板沿著圓鼓的長度方向疊壓在一起，從而在卷筒的表面上形成需要的模具腔。這些設(shè)計的缺點包括需要具有足夠的精度來制造模具盤的成本，以確保模具腔具有相同的深度、長度、間距等。由于制造困難而對上述盤的尺寸上的限制轉(zhuǎn)而能限制在使用所述工具的工藝中的流水線的速度。這個設(shè)計的其他的缺點包括所述模具腔的不均勻冷卻、由堆疊的盤生產(chǎn)的產(chǎn)品的不均勻性等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了工具輥和使用該工具輥以制造具有一個或者多個結(jié)構(gòu)化表面的物品的方法。上述工具輥包括外表面，所述外表面當(dāng)用于與具有合適粘性或者可成形性的材料接觸時能夠在物品上形成結(jié)構(gòu)化表面。因為所述工具被制造成為輥形狀，所以它們在連續(xù)制造過程中使用能夠很有利。可選擇的是，使用本發(fā)明的工具輥可以加工離散物品。
用“結(jié)構(gòu)化表面”來表示，物品的表面不同于平面或者其他光滑表面。例如，結(jié)構(gòu)化表面可以包括從其伸出的突起，例如與機械緊固件結(jié)合使用的桿。其他的可選擇的結(jié)構(gòu)化表面包括但不限于連續(xù)的槽或者脊、伸長結(jié)構(gòu)等等。
本發(fā)明的工具輥由圓柱形基輥構(gòu)成，并且繞有一根或者多根連續(xù)的螺旋型線。上述線在本質(zhì)上用于在工具輥形成結(jié)構(gòu)化表面，所述工具輥的結(jié)構(gòu)化表面與使用工具輥加工的物品上要形成的結(jié)構(gòu)化表面相反。在一個實施例中，繞在基輥周圍的至少一根線可以包括在其中形成的凹陷，當(dāng)圍繞基輥繞成螺旋線圈時，所述凹陷在工具輥的外表面上形成了模具腔。
根據(jù)本發(fā)明的工具輥的優(yōu)點包括能夠給模具腔提供特別小的切向橫截面面積。同時，在所述線的主側(cè)面里形成的凹陷的特征尺寸可不受例如所述線的厚度的限制，所述線包括了沖穿兩個主側(cè)面的中空。根據(jù)本發(fā)明由凹陷形成的模具腔可以形成為具有一定深度，所述深度可以延伸越過所述線的整個側(cè)表面。結(jié)果，使用具有特別高的縱橫比的工具輥可以形成突起。
通過在所述線和/或基輥上的泄放結(jié)構(gòu)，可以增強對這樣高的縱橫比的模具腔的填充。這些泄放結(jié)構(gòu)有助于在模制期間空氣從模具腔逸出。
根據(jù)本發(fā)明的工具輥的另一個優(yōu)點是模具腔可以設(shè)置在工具輥的外表面上時的密度。通過由凹陷形成模具腔，相對于通過沖穿線的兩個主側(cè)面的中空而形成的模具腔，所述線的結(jié)構(gòu)整體性得到了增強。這種增強的結(jié)構(gòu)整體性可以允許模具腔在工具輥上間隔較小。模具腔的較小的間隔轉(zhuǎn)化為使用工具輥制造的物品上可以形成的特征部分的密度增加。
根據(jù)本發(fā)明的工具輥的另一個優(yōu)點是在所述線的主側(cè)面里的一個或多個凹陷可以與通過線形成的中空結(jié)合以便形成組合模具腔，所述組合模具腔具有的形狀是單獨用中空或凹陷所不可能形成的。
工具輥的其他優(yōu)點包括但不限于如果工具輥的外表面受損壞或者磨損，能夠更換在基輥上的繞線。相對于使用例如堆疊的盤或者模具表面的直接鉆孔來制造工具輥的成本，所述工具輥也是較為便宜的。
另一個優(yōu)點是，通過改變繞在基輥周圍的一根或者多根線的厚度，能夠控制沿著所述輥的寬度方向在模具腔之間的間距。通過控制繞在基輥周圍、在一根或者多根線里的凹陷之間的間距，也能夠獨立地控制在上述圓圍附近的模具腔的間距。又一優(yōu)點是，通過控制所述一根或者多根線的輪廓或者橫截面形狀和形成在所述線里的凹陷的形狀，也能夠完成模具腔的一個或多個形狀的變化。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是，相對于基輥的熱量，繞在基輥的周圍的一根或者多根線的熱量相當(dāng)小。結(jié)果，能夠改善模具腔的熱量控制，這會導(dǎo)致使用工具輥生產(chǎn)的產(chǎn)品的均勻性得到相應(yīng)的改善。
如結(jié)合本發(fā)明中所使用的那樣，“模具腔”可以是否則是光滑或者平面形的表面里的任何間斷面，在模制期間可模制材料可以流入其中。在本發(fā)明的一些實施例中，雖然應(yīng)該理解模具腔不需要具有高縱橫比，但是工具輥可以包括具有如下面定義的高縱橫比的模具腔。
在一個方面，本發(fā)明提供了一種工具輥，該工具輥具有圓柱形基輥和第一線，所述第一線具有內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面。第一線的第一主側(cè)面包括形成在其中的多個凹陷，并且第一線在基輥周圍繞成螺旋線圈，使得內(nèi)緣接近基輥。在第一線的第一主側(cè)面里的所述多個凹陷形成了多個模具腔，每個模具腔包括在接近第一線的外緣的工具輥的外表面處的模具開口。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種工具輥，該工具輥包括圓柱形的基輥和第一線，所述第一線包括內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面。第一線的第一主側(cè)面包括形成在其中的多個凹陷，并且第一線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得內(nèi)緣接近基輥。在第一線的第一主側(cè)面里的所述多個凹陷形成了多個模具腔，每個模具腔包括在接近第一線的外緣的工具輥的外表面處的模具開口。所述工具輥也包括第二線，第二線具有內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面。第二線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得第二線的內(nèi)緣接近基輥，其中，第二線位于第一線的相鄰螺旋線圈之間。第二線的第一主側(cè)面包括形成在其中的泄放結(jié)構(gòu)和沒有泄放結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種工具輥，該工具輥包括圓柱形的基輥和第一線，所述第一線包括內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面。第一線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得內(nèi)緣接近基輥。第一線也包括形成在第一線的第一主側(cè)面里的多個凹陷和通過第一線的第一和第二主側(cè)面形成的多個中空，其中，每個中空都包括從其延伸的凹陷。具有從其延伸的凹陷的所述多個中空形成了多個組合模具腔，每個組合模具腔在接近第一線的外緣的工具輥的外表面處具有模具開口。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種工具輥，該工具輥包括圓柱形的基輥和第一線，所述第一線包括內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面，其中，第一線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得內(nèi)緣接近基輥。第一線也包括形成在第一線的第一主側(cè)面里的多個凹陷。工具輥還包括第二線，所述第二線具有內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面，其中，第二線繞在基輥的周圍，使得第二線位于第一線的相鄰螺旋線圈之間。第二線包括通過第二線的第一和第二主側(cè)面形成的多個中空。在第一線里的多個凹陷和在第二線里的多個中空形成了組合模具腔，其中，每個組合模具腔包括上述多個中空中的至少一個中空、上述多個凹陷中的至少一個凹陷以及接近第一和第二線的外緣的工具輥的外表面處的模具開口。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種在物品上形成結(jié)構(gòu)化表面的方法，所述方法包括提供一種根據(jù)本發(fā)明的工具輥；使可模制材料接觸工具輥的外表面，以使用工具輥的外表面形成結(jié)構(gòu)化表面；其中，可模制材料至少部分地充滿了所述模具腔或者組合模具腔中的至少一些腔；以及，從工具輥的外表面去除結(jié)構(gòu)化表面，其中所述結(jié)構(gòu)化表面包括對應(yīng)于所述多個模具腔或者組合模具腔的多個突起。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種物品，該物品包括基座表面、從基座表面突出的多個伸長脊以及從所述多個伸長脊的每個伸長脊突出的多個凸耳。
下面將結(jié)合本發(fā)明的說明性實施例，來描述本發(fā)明的這些和其他特點和優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明包括形成在其中的腔的一個工具輥的平面圖；圖1A是使用根據(jù)本發(fā)明的工具輥形成的結(jié)構(gòu)化表面的放大透視圖；圖1B是一件具有形成其上的突起的物品的顯微照片，其中所述突起在經(jīng)過成形后已經(jīng)被加上蓋子；圖2是圖1的工具輥的一部分表面的放大的剖開透視圖，其描繪了在其中形成的腔；圖3A是圖1的工具輥的表面的放大平面圖；圖3B是沿著線3B-3B獲得的圖3A的剖視圖；圖3C是沿著線3C-3C獲得的圖3A的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明包括在其中形成的腔的另一個工具輥的平面圖；
圖5是圖4的工具輥的一部分表面的放大的剖開透視圖，其描繪了在其中形成的腔；圖5A是另一個工具輥表面的平面圖，其中模腔由線中形成的、相互面對的兩個凹陷組合而成；圖6A-圖6E描繪了各種模具腔的形狀；圖7A是包括具有不同模具腔的周向區(qū)域的工具輥的平面圖；圖7B是包括具有不同模具腔的縱向區(qū)域的工具輥的平面圖；圖7C是包括標(biāo)志的工具輥的平面圖，在所述標(biāo)志的區(qū)域里具有不同的模具腔；圖8A-圖8D描繪了用于根據(jù)本發(fā)明的輥的不同線的剖面；圖9描繪了一種制造根據(jù)本發(fā)明的工具輥的方法；圖10描繪了一種使用本發(fā)明的工具輥制造高縱橫比的拓?fù)浔∧さ姆椒?；圖11是沿著圖10中的線11-11獲得的圖10的設(shè)備的剖視圖；圖12描繪了一種使用根據(jù)本發(fā)明的兩個工具輥制造高縱橫比的拓?fù)浔∧さ姆椒?，所述拓?fù)浔∧ぐㄔ谄鋬蓚€側(cè)面上的突起；圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一個線繞工具的平面圖，其包括由在同一線里的中空和凹陷形成的組合模具腔；圖14是圖13的線820的透視圖，其描繪了在其中形成的中空和凹陷；圖15是由圖13的組合模具腔形成的一個突起的透視圖；圖16是圖15的突起在加工之后的的側(cè)視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一個線繞工具的平面圖，其包括由在不同線里的中空和凹陷形成的組合模具腔；圖18是在圖17里沿著線18-18獲得的線920的剖視圖，描繪了在線920里的中空和相鄰線940a中的凹陷；圖19是沿著線19-19獲得的圖17的剖視圖，描繪了線940a的主側(cè)面和形成在其中的凹陷；圖20是由圖17的組合模具腔形成的一個突起的透視圖；圖21是圖20的突起在加工之后的側(cè)視圖；
圖22是根據(jù)本發(fā)明的一個物品的一部分的透視圖；圖23是能夠用于制造圖22的物品的一個工具輥的一部分的平面圖；圖24是沿著圖23中的線24-24獲得的圖23的工具輥的剖視圖；圖25描繪了在其外表面里形成有不連續(xù)的螺旋槽的工具輥；圖26是使用圖25的工具輥制造的物品的透視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了工具輥和使用該工具輥來制造具有一個或者多個結(jié)構(gòu)化的表面的物品的方法。工具輥包括外表面，當(dāng)結(jié)合合適的粘性或者可成形性的材料使用時，所述外表面能夠在物品上形成結(jié)構(gòu)化的表面。因為所述工具是以輥的形狀制造的，所以它們在連續(xù)制造過程中使用能夠很有利，以便形成例如薄膜、片材等。或者，使用本發(fā)明的工具輥也可以加工離散物品。
本發(fā)明的工具輥可以包括在它們外表面里的模具腔，當(dāng)結(jié)合合適的粘性或者可成形性的材料使用時所述模具腔能夠在薄膜的至少一個表面上形成突起或者一定結(jié)構(gòu)?？蛇x擇的是，能夠組合使用兩個這樣的輥，以形成兩個主側(cè)面都顯示出突起或者一定結(jié)構(gòu)的薄膜。
圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的工具輥10的一個說明性實施例，該工具輥包括通向工具輥10的外表面的模具腔30。圖2描繪了圖1的工具輥10的表面的放大局部剖視圖。工具輥10優(yōu)選地包括圓柱形基輥12，一根或者多根線在所述基輥12的周圍繞成螺旋線圈的形狀，以產(chǎn)生具有形成在其中的模具腔30的表面。
繞在基輥12的周圍的一根或者多根線可以通過任何合適的機構(gòu)保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，上述合適的機構(gòu)包括但不限于夾具、焊接、粘合劑等。這樣的技術(shù)在例如梳理輥的生產(chǎn)中是公知的，請參閱例如美國專利4,272,865(Schmolke)。
根據(jù)本發(fā)明制造的工具輥例如工具輥10可以使用的一個優(yōu)選應(yīng)用是在生產(chǎn)高縱橫比的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表面中。參考圖1A，描繪了使用工具輥10形成的一個說明性物品70，該物品70包括具有在其上形成的突起72的結(jié)構(gòu)化表面。所描繪的突起具有在物品70的表面74上的高度h’和最小寬度w’，所述寬度w’在通常與表面74的平面平行的平面I里測量。如果表面74具有一定的曲度，平面I優(yōu)選地的定向為在突起72的區(qū)域里與表面74相切。
突起72可以具有高縱橫比，根據(jù)本發(fā)明的工具輥在制造具有高縱橫比的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面中是特別有好處的。“高縱橫比”的意思是指，在接近表面74的突起72的基座處，突起的高度對最小寬度的比例(h’∶w’)是例如至少大約2∶1或者更高，更優(yōu)選地是大約3∶1或者更高，甚至更加優(yōu)選地是至少5∶1或者更高。除了如上面定義的高縱橫比之外或者用來代替上面定義的高縱橫比，在物品的主表面上的所述突起或者結(jié)構(gòu)高度h’優(yōu)選地是例如大約0.1毫米或者更大，更優(yōu)選地是大約0.2毫米或者更大，甚至更加優(yōu)選地是大約0.4毫米或者更大。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的一個典型物品的一部分的放大透視顯微照片?？梢蕴峁槠幕蛘弑∧ば螤畹乃鑫锲钒ㄍ黄?，所述突起已經(jīng)在用根據(jù)本發(fā)明的工具成形后加上蓋子。這樣的物品用作機械緊固件(例如蘑菇形或者鉤形機械緊固件)是非常有利的。如果所述物品被用作機械緊固件，所述突起一般被用作主干，但是使用這個術(shù)語并不是要意圖限制使用本發(fā)明制造的物品的使用范圍。
雖然通過工具輥和本發(fā)明的方法能夠制造出的物品在用作機械緊固件時是非常有利的，但是所述物品可以有各種其他用途，并且所述工具輥和根據(jù)本發(fā)明使用工具輥制造具有結(jié)構(gòu)化表面的物品的方法不應(yīng)該被限制在機械緊固件的領(lǐng)域內(nèi)。例如，根據(jù)本發(fā)明形成在物品的結(jié)構(gòu)化表面上的突起，通過例如增加薄膜的表面積在保持粘合劑或者其他涂層/材料方面提供了有益作用。由工具輥形成的結(jié)構(gòu)化表面對于裝飾目的也是有用的，如作為流動通道、減阻結(jié)構(gòu)、研磨敷層等一樣是有用的。
繞線的螺旋屬性被描繪在圖1中。優(yōu)選地，線圈被定向為相對于參考線成螺旋角α(alpha)，所述參考線垂直于圓柱形工具輥10的表面。因為繞線的螺旋屬性，所以它們越過所述輥10的表面從一端行進到相對端。螺旋角α優(yōu)選地是相當(dāng)小，例如大約是5度或者更小，但是也能夠使用較大的螺旋角。較小的螺旋角典型地會導(dǎo)致沿著工具輥10的縱軸11的模具腔之間的間距較小。可選擇地是，所述線可以在所述輥周圍繞成波浪形螺旋圖案，例如如在正在審查中的名稱為“TOOLING WITH HELICAL COILS FOR STRUCTURED SURFACEARTICLES”、在2001年12月18日申請的美國專利申請10/024,919中所描述的那樣。
使用圓柱形基輥12制造所描繪的工具輥10，包括凹陷26和隔離線40的連續(xù)線20繞在在所述圓柱形基輥12的周圍。結(jié)果，具有凹陷26和隔離線40的線20的交替螺旋線圈被設(shè)置在工具輥10的表面上。線20和40的外緣22和42從基輥12面向外分別繞起來，而線20的內(nèi)緣24和隔離線40的內(nèi)緣44被繞在基輥12的周圍。線20和隔離線40都可以優(yōu)選地具有和越過輥10的螺旋線圈的均勻行進相符合的矩形橫截面。
線20包括在線20的內(nèi)緣24和外緣22之間延伸的兩個主側(cè)面。雖然線20包括通常為平面的主側(cè)面，但是結(jié)合本發(fā)明使用的線的主側(cè)面可以采用任何合適的形狀。包括各種表面的線的一些例子可以參見圖8A一8D，其中所述各種表面一起形成了從線的內(nèi)緣到外緣延伸的主側(cè)面。
設(shè)置在線20的第一主側(cè)面21里的所描繪的凹陷26包括相對的側(cè)壁27a、27b和28以及底部29，如圖2所示。如本文中所使用的那樣，術(shù)語“凹陷”被定義為在表面上的變形，使得當(dāng)將具有形成在其中的凹陷的表面緊靠沒有凹陷的互補表面放置時，所述凹陷形成模具腔。例如，凹陷可以是通過轉(zhuǎn)移和/或移去材料而在所述表面上形成的中空或者表皮層(divot)，使得垂直于所述表面的結(jié)構(gòu)的厚度沿著所述表面發(fā)生變化。本發(fā)明的凹陷并不延伸通過所述線的相對主側(cè)面。
雖然如圖1中所示線20具有在線20的第一主側(cè)面21里形成的凹陷，但是本發(fā)明還可以包括在所述第一主側(cè)面21和第二相對主側(cè)面里都具有形成的凹陷的線20。
優(yōu)選地但并不要求這樣，每個凹陷26是具有相同的尺寸并且沿著線20的長度均勻隔開，以提供組合的模具腔30的均勻的間隔。此外優(yōu)選的是，線20的線圈的外緣22和隔離線40的外緣42等高，使得在完成的工具輥10里的模具腔30之間的區(qū)域是基本上平滑的，例如，在線20和40之間沒有重大的不連續(xù)。
可選擇的是，線20和40的外緣22和42可以分別位于在基輥12的表面上的不同高度處。具有不同高度的線20和40能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)傳給正在制造的物品的表面。所述結(jié)構(gòu)可以是伸長脊的形狀，該伸長脊可以給例如由模具腔和/或物品自身形成的較高突起提供加強作用。
線20包括了形成在其中的凹陷26，所述凹陷26當(dāng)如上所述繞在基輥12的周圍時提供了需要的模具腔30，所述線20優(yōu)選地可以使用具有通常為矩形橫截面的線或者帶制造。可以制造具有凹陷26的線20，或者可以首先制造具有基本均勻外形的線，然后通過合適的一種技術(shù)或者多種技術(shù)加工以形成在其中的凹陷26。上述合適的一種技術(shù)或者多種技術(shù)可以包括但不限于滾花、沖壓、壓紋、雕刻、傳統(tǒng)加工、激光加工、電子放電加工、水噴加工、蝕刻、光刻法等等。線20可以由任何合適的一種材料或者多種材料制造，但是，一些優(yōu)選的材料包括鋼，更優(yōu)選地是中一低碳鋼。
在圖1和2中描繪的模具腔30每個都包括了模具開口31，所述模具腔30具有沿著它們的深度從在工具輥10的表面處的開口到模具腔底部29的基本均勻的橫截面積。模具腔的底部29由模具腔26和圓柱形基輥12的外表面形成。圖3A是一些模具腔30的放大平面圖，圖3B和3C是分別沿著線3B-3B和3C-3C的模具腔30的剖視圖。所述模具腔30可以表現(xiàn)出沿著它們的深度d的通常直線性的切向橫截面積。切向的意思是指橫截面沿著輥10的切線獲得。直線性的意思是指，在切向橫截面里的模具腔30的形狀由基本為平面的側(cè)面形成。所描繪的腔30也定向為基本沿著輥10的半徑的方向，但是如下面所述的各種定向也是可能的。
模具腔30的側(cè)面27a、27b和28可以是平行的，或者它們可以形成為具有煙囪錐度，使得側(cè)面27a和27b在模具腔30的開口處比在模具腔30的底部處分離得更開，或者反之亦然。
除了控制在線的主側(cè)面里形成的凹陷的形狀外，本發(fā)明也提供了對進入線的主側(cè)面里的凹陷的深度的控制，使得可以調(diào)整形成的突起的寬度(例如圖1A中的寬度w’)。進入線20的主側(cè)面里的模具腔30的深度w請參看圖3A。
但是，在那些例子中，在模具腔具有不均勻的形狀的地方，例如所述腔形成的形狀為鉤形或者其他結(jié)構(gòu)，模具腔的“底部”被定義為模具腔的最接近圓柱形基輥的外表面的那部分。圖6C中描繪了這樣的模具腔的一個例子，其中模具腔230c具有底部229c，所述底部229c最接近圓柱形基輥212的外表面212c。此外，模具腔230c的深度dc也定義為模具腔230c的底部229c。因為模具腔230c從線220c的內(nèi)緣224c離開，所以模具腔230c具有區(qū)別于其底部229c的端部231c。
雖然以上描述的各種說明性的模具腔的底部由基輥形成，但是應(yīng)該理解，凹陷可以在基輥的表面上方終止，使得模具腔的底部形成在凹陷形成的表面內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明制造的工具輥相對于根據(jù)美國專利6,190,594 B1(Gorman)和美國專利申請10/024,919(2001年12月18日申請的、名稱為TOOLING WITH HELICAL COILS FOR STRUCTUREDSURFACE ARTICLES)的教導(dǎo)制造的工具輥的一個優(yōu)點是，通過使用形成在線的表面里的凹陷以限定模具腔，可以大大增加模具腔的密度。因為能夠提供較小的模具腔并且能將模具腔共同沿著線的長度方向隔開得更近，所以可以增加模具腔的密度。
根據(jù)本發(fā)明制造的工具輥可以包括每平方厘米至少50個凹陷或者更大的密度。優(yōu)選的是，工具輥10包括每平方厘米至少100個凹陷或者更大的密度。更優(yōu)選的是，工具輥10包括每平方厘米至少500個凹陷或者更大的密度。
在所述工具的表面處的模具腔的開口的尺寸相對于例如線的厚度可以相當(dāng)小。例如，模具腔開口的切向橫截面積可以是0.1平方厘米或者更小，在一些情況下可以是0.02平方厘米或者更小。
優(yōu)選的圓柱形基輥12精密成形以具有嚴(yán)密控制的偏斜。那個精密偏斜與在線20里嚴(yán)密控制的高度尺寸h的結(jié)合能夠給模具腔30提供從輥10的外表面測量的基本均勻的深度d。能控制的高度尺寸h的公差將基本是相當(dāng)小的，基輥12的偏斜能夠被嚴(yán)密控制，這引起對完成的工具輥10的總的嚴(yán)密的公差控制。
模具腔30的特征也可以是上面結(jié)合圖1A中的物品70上的突起72所述的縱橫比。模具腔30的縱橫比將根據(jù)模具腔的深度d相對于模具腔的最小寬度w來確定(見圖3A)，在這里最小寬度w在模具腔的開口處的與基輥12的表面相切的平面里測量。換言之，模具腔30的縱橫比是d∶w，在工具輥10用于制造具有高縱橫比拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面的物品的地方，優(yōu)選地上述比例d∶w是例如至少大約2∶1或者更高，更優(yōu)選地是至少大約3∶1或者更高，甚至更優(yōu)選地是至少大約5∶1或者更高。除了上面定義的縱橫比之外，或者用來代替上面定義的縱橫比，優(yōu)選地所述模具腔的深度d是例如大約0.1毫米或者更大，更優(yōu)選地是大約0.2毫米或者更大，甚至更優(yōu)選地是大約0.4毫米或者更大。
圖3B和3C描繪了本發(fā)明的另一個可選特征，即在輥10上的可選擇附加上的鍍層或者其他涂層50。所描繪的涂層50位于工具輥10的整個外表面上，即，在模具腔30之間的區(qū)域和在模具腔30的內(nèi)表面上?？蛇x擇的是，涂層可以僅位于輥10的外表面上，而在腔30的內(nèi)表面上沒有涂層。另一種可選擇的是，涂層50可以僅位于腔30里，而不在輥10的外表面上。再一種可選擇的是，第一涂層位于模具腔30里，而第二涂層位于工具輥10的外表面上。
雖然涂層50被描繪為同質(zhì)層，但是應(yīng)該理解的是，涂層50事實上可以是混合的或者應(yīng)用在連續(xù)的層里面的一種或者多種材料的組合。在涂層50里使用的一種材料或者多種材料可以根據(jù)需要的物理屬性而變化。一些可能需要的物理屬性包括但不限于增強的耐磨性、受控分離的性質(zhì)、受控表面粗糙度、相鄰繞線之間的結(jié)合等。一些優(yōu)選的材料可以是金屬鍍層，更具體的說是非電解鎳鍍層、鉻等。
圖4和5描繪了工具輥110的另一個說明性實施例，其包括通向工具輥110的外表面的模具腔130。工具輥110優(yōu)選地包括圓柱形基輥112，在所述圓柱形基輥112的周圍一根或者多根線繞成螺旋線圈的形狀，以產(chǎn)生具有多個形成在其中的模具腔130的表面。
如在圖5中最佳示出，工具輥110的表面可以用兩根線120和120’繞成，每根線都包括形成在其中的凹陷，當(dāng)繞在一起后，形成了模具腔130。在工具輥110和輥10之間的一個區(qū)別在于，輥110沒有具有基本均勻的橫截面的隔離線40，而是包括了兩根都包括有在其中形成有凹陷的線。工具輥110的設(shè)計的一個優(yōu)點是，能夠提供模具腔130的較高密度，即，減小在模具腔130之間的間距。
雖然所描繪的工具輥110優(yōu)選地設(shè)置為使用兩根線120和120’，但是應(yīng)該理解的是，工具輥110可以使用三根或者更多根線來生產(chǎn)。在另一個可選擇的方案中，工具輥110可以設(shè)置有單獨一根線，在這種情況下，附圖標(biāo)記120和120’將指代所述線的交替的繞組或者線圈。
圖5A所示是另一種工具輥的變化，該圖是一個工具輥表面的平面圖，在上述工具輥表面里模具腔330形成為在線320和340的兩個主側(cè)面里形成的凹陷326和346的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述凹陷326和346當(dāng)繞在基輥(未顯示)的周圍時彼此面對。雖然彼此面對的凹陷326和346被描繪為對稱的，但是應(yīng)該理解的是，用于形成組合模具腔330的凹陷可以是對稱的或者是不對稱的。通過提供由兩個或者多個凹陷形成的組合模具腔，可以給腔提供一定形狀和/或尺寸，否則通過僅僅一根線的側(cè)面里形成的凹陷是很難獲得所述形狀和/或尺寸。
圖6A-6F描繪了結(jié)合本發(fā)明使用的線里的凹陷的各種形狀，它們不同于上面所述的基本均勻的凹陷。根據(jù)本發(fā)明的工具輥的一個優(yōu)點是，凹陷可以形成為具有不同的形狀和/或方向，以提供也具有不同形狀和/或方向的模具腔。此外，使用本發(fā)明的線可包括多于一種凹陷形狀，使得可以生產(chǎn)出具有復(fù)雜的突起圖案的完成的薄膜。應(yīng)該理解的是，使用這些模具腔中的一些來生產(chǎn)具有需要的突起的完成的薄膜，將依賴于樹脂的選擇和工藝條件。
在圖6A里的模具腔230a具有變化的橫截面積，該橫截面積從腔230a的開口到底部229a增大。側(cè)壁227a和228a沿著那個方向發(fā)散。結(jié)果，腔230a具有的接近腔230a的底部229a的切向橫截面積大于在腔230a的開口處的切向橫截面積。
圖6B描繪了模具腔230b，在該模具腔230b中，側(cè)壁227b和228b給腔230b提供了變化的寬度，所述寬度在腔230b的開口和腔230b的底部229b之間在某點處達(dá)到最大值。在所描繪的腔230b里，寬度w”在所述腔230b的深度的中點附近達(dá)到最大值。如果形成腔230b的線的厚度在越過腔的深度時是恒定的，那么模具腔230b可以描述為在其開口處具有的切向橫截面積小于在低于其開口的某點處的腔230b的切向橫截面積。
圖6C描繪了在能夠設(shè)置在本發(fā)明的工具輥里的模具腔的形狀的另一種變化。所描繪的模具腔230c具有鉤形的曲線形狀。具有那種形狀的模具腔可以直接用在形成鉤帶，而不用再經(jīng)過其他大的加工。圖6D描繪了包括雙端部的鉤形形狀的模具腔230d，其也可以通過本發(fā)明的工具輥模制。
圖6E描繪了根據(jù)本發(fā)明的工具輥里供應(yīng)的模具腔的方向上的一種變化。模具腔230e形成為具有軸231e，所述軸231e相對于工具輥(未顯示)的半徑r定向為一個角度。
圖6F描繪了模具腔230f，在該模具腔230f里側(cè)壁227f和228f給腔230f提供了一個變化的寬度，所述寬度在腔230f的開口和腔230f的底部229f之間的某點減小。換言之，腔230f可以被描述為在其開口具有的切向橫截面積大于在其開口下面的某點處的腔230f的切向橫截面積；當(dāng)腔230f從線220f的外緣222f行進到內(nèi)緣224f時腔230f變窄。
本發(fā)明也可以包括形成在用于形成模具腔的一根或者多根線的表面里的泄放結(jié)構(gòu)。所述泄放結(jié)構(gòu)可以允許流體(例如空氣)較平穩(wěn)地從模具腔逸出，因此增強對模具腔的填充。當(dāng)模具腔具有較高的縱橫比而用別的方式很難完全充滿時，所述泄放結(jié)構(gòu)是特別有用的。
優(yōu)選的是，所述泄放結(jié)構(gòu)僅僅占用線的表面的一部分，使得接近工具輥的外表面設(shè)有邊緣區(qū)域。所述邊緣區(qū)域優(yōu)選地沒有所述泄放結(jié)構(gòu)，以阻止在加工期間由可模制材料對泄放結(jié)構(gòu)的不希望的填充。
此外，雖然所述泄放結(jié)構(gòu)在圖6F中被描繪成與形成模具腔230f的凹陷形成在相同的表面上，但是應(yīng)該理解的是，也可以將所述泄放結(jié)構(gòu)置于面對形成模具腔230f的凹陷的表面上。關(guān)于圖2，泄放結(jié)構(gòu)可以位于面對凹陷26的隔離線40的表面上。關(guān)于圖5，泄放結(jié)構(gòu)可以形成在線120和120’的、與形成模具腔130的凹陷所形成的側(cè)面相對的側(cè)面上。在另一個可選方案里，根據(jù)本發(fā)明的原理的泄放結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在用于限定模具腔的兩個表面上。
所述的形成在線220f的第一主側(cè)面221f里的泄放結(jié)構(gòu)225f是滾花圖案，所述滾花圖案實質(zhì)上限定了橫切模具腔230f的側(cè)壁227f和228f的通道226f。優(yōu)選地是，通道226f的尺寸使得大量可模制材料不能進入泄放結(jié)構(gòu)225f。泄放結(jié)構(gòu)225f可以優(yōu)選地延伸到線220f的內(nèi)緣224f，從而為流體提供排出模具腔230f的通路。
此外，優(yōu)選地是，泄放結(jié)構(gòu)225f并不延伸進入接近線220f的外緣222f的邊緣區(qū)域223f。通過在泄放結(jié)構(gòu)225f的外緣提供邊緣區(qū)域223f，通道226環(huán)形成可以用可模制材料填充的、具有在工具輥的外表面上的開口的腔。但是，在一些情況下，可以允許泄放結(jié)構(gòu)延伸到線220f的外緣222f，例如在任何因此形成的開口都太小以至于不能用可模制材料填充的地方，或者在任何這樣的填充都是可接受的地方。
除了(或者為了代替)形成在繞在基輥的周圍的一根或者多根線上的泄放結(jié)構(gòu)，在其周圍繞了所述一根或者多根線的工具輥的表面也可以包括泄放結(jié)構(gòu)，以在加工期間幫助將空氣或者其他流體從模具腔里去除?；伒谋砻嫔系男狗沤Y(jié)構(gòu)可以單獨使用(在所述線上沒有泄放結(jié)構(gòu))，在這里所述模具腔包括由基輥本身的外表面形成的底部，從而布置了與在基輥上的泄放結(jié)構(gòu)流體連通的模具腔。
圖6F的基輥212f的外表面214f被描繪為包括不規(guī)則的粗糙表面(通過蝕刻、噴砂等形成)形式的泄放結(jié)構(gòu)。表面214f的泄放結(jié)構(gòu)可以延伸通過基輥212f的整個表面214f，或者僅僅設(shè)置在選定的區(qū)域里。
由包括了形成在其外表面214f上的泄放結(jié)構(gòu)的基輥212f提供的另外一個的優(yōu)點是，這可以通過增加在線220f和基輥212f之間引起的摩擦力，幫助將線220f保持在圓柱形基輥212f的周圍的合適位置上。
可以使用本領(lǐng)域中公知的任何合適的技術(shù)形成關(guān)于本發(fā)明使用的泄放結(jié)構(gòu)(在所述線或者基輥上)，例如滾花、沖壓、壓紋、雕刻、傳統(tǒng)加工、激光加工、電子放電加工、水噴加工、蝕刻、光刻法等。此外，雖然所描繪的泄放結(jié)構(gòu)是滾花圖案和粗糙表面，但是根據(jù)本發(fā)明的泄放結(jié)構(gòu)可以由能夠為流體在兩個面對的表面之間移動提供路徑的任何合適結(jié)構(gòu)或者表面處理形成，例如通道、產(chǎn)生中空的支座、粗糙表面(通過蝕刻、噴砂等形成)以及其組合。
圖7A以平面圖描繪了工具輥310，所述工具輥310包括了其中的模具腔不相同的區(qū)域314和316。在一個例子中，區(qū)域314可以設(shè)置有模具腔，而區(qū)域316可以基本不設(shè)置模具腔。在另一個例子中，在不同區(qū)域314和316里的模具腔可以是不同的。在工具輥310上的區(qū)域314和316被描繪為具有基本統(tǒng)一的寬度，并優(yōu)選地也在輥310的圓周周圍延伸。
根據(jù)本發(fā)明的工具輥可以可選擇地包括其中的模具腔不相同的區(qū)域，所述不同是在于形狀不統(tǒng)一和/或沒有在輥310的圓周周圍延伸。一個這樣的變化描繪在圖7B中，在該圖中，區(qū)域314’定向為沿著工具輥310’的寬度方向，并由區(qū)域316’包圍在其任一側(cè)面上。照此，區(qū)域314’形成了沿著輥310’的縱向帶。
圖7C描繪了另一個工具輥310’，該輥310’也包括區(qū)域314’，區(qū)域314’或者沒有模具腔，或者具有在一些方面和在區(qū)域316’里的模具腔不同的模具腔。區(qū)域314’能夠采用任何形狀，例如如圖所示的標(biāo)志。制造工具輥310’的方法可以包括制造包括均勻分布在其整個表面上的統(tǒng)一形狀的模具腔的工具輥。在用統(tǒng)一模具腔制造工具輥310’之后，工具輥310’表面的一個或者多個部分(例如區(qū)域314’)可以被蒙上，同時其他一個部分或者多個部分(例如區(qū)域316’)被加工，以區(qū)分在區(qū)域314’內(nèi)的模具腔和在區(qū)域316’內(nèi)的模具腔。加工工具輥的一種方法可以包括，例如部分地或者全部地將在未蒙住的區(qū)域里的模具腔充滿。用于充滿的材料可包括焊料、塑料、蠟等。所使用的材料能夠被永久性地置于模具腔內(nèi)，或者它們可以被移去，以允許再次使用具有例如不同的標(biāo)志的工具輥。
圖8A-8D描繪了用于形成本發(fā)明的工具輥里的模具腔的線中的更多變化。所述橫截面是橫切于所述線的長度獲得的，在圖8A中，線420a設(shè)置有反L形的橫截面，同時隔離線440a安裝在鄰接的線420a之間形成的空間內(nèi)。
在圖8B里，線420b和440b具有配對輪廓。另外，線440b包括非平面的表面442b，所述表面442b在說明性實施例中是一個曲面。在線420b包括形成了需要的模具腔(未顯示)的凹陷的地方，增加線440b的外表面442b的曲度可以在由模具腔形成的每個突起的基座的兩個側(cè)面上產(chǎn)生相應(yīng)的圓角。那個圓角可以提高突起的強度，例如增加其抵抗彎曲的能力。另外，彎曲也可以在突起之間產(chǎn)生有脊結(jié)構(gòu)，這能夠給予薄膜或者物品額外的剛度。
在圖8C里的線420c和440c描繪了具有配對輪廓的線，其包括錐形的側(cè)面。圖8D描繪了具有嵌套輪廓的線420d和440d。
由于完成的工具輥在作為模制工具制造和使用期間承受多種壓力，使用如圖8A-8D中所示的包括配對或者嵌套輪廓的一根或者多根線，可以提高在基輥上的線圈的整體性。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以預(yù)想到線的輪廓的許多其他變化。
圖9描繪了一種用線520纏繞基輥的工藝，所述線520包括凹陷526和隔離線540，以提供包括模具腔530的工具輥510。應(yīng)該理解，如果需要，兩根以上的線可以繞在一起。
在制造根據(jù)本發(fā)明的工具輥的方法中，希望的是，在線520和540纏繞之后再加工工具輥510的外表面，以便在完成的工具輥510里提供改善的偏斜。
同樣希望的是，通過用碳酸氫鈉(烘焙蘇打)或者類似的材料吹噴所述輥，去除任何由例如線沖孔和/或線繞輥的加工所殘留的毛刺。也可以處理完成的工具輥510，以便在模具腔530內(nèi)和/或在模具腔530之間的工具輥510的外表面上提供需要的最終表面。例如，用化學(xué)蝕刻、沙噴、電鍍、涂層或者其他方式改變工具輥510的表面是合適的。
圖10描繪了一種工藝，在該工藝中根據(jù)本發(fā)明工具輥610能夠用于形成高縱橫比的薄膜?？赡Ｖ频牟牧?60能夠通過例如擠壓成形或者注模法施加到工具輥610的表面，以形成包括突起672的薄膜670，所述突起672是工具輥610里的模具腔的復(fù)制品。在優(yōu)選實施例中，當(dāng)材料660從工具輥610移去時，材料660對工具輥610的粘附力小于在材料660內(nèi)的粘附力。進一步優(yōu)選的是，材料660對工具輥的粘附力不超過用于形成工具輥610的一根或者多根線的抗拉強度。
基本上任何可模制的材料都可以結(jié)合本發(fā)明使用。優(yōu)選的是，可模制的材料是可定向的熱塑樹脂。能夠擠壓模制并應(yīng)該是有用的可定向的熱塑樹脂，包括例如對苯二甲酸亞乙酯這樣的聚酯、例如尼龍這樣的聚酰胺、苯乙烯-丙烯腈的聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的聚合物、例如聚丙烯這樣的聚烯烴以及塑化聚氯乙烯。一種優(yōu)選的熱塑樹脂是一種聚丙烯和聚乙烯的抗沖共聚物，其包括17.5％的聚乙烯并且具有的熔體流動指數(shù)是30，即能夠從Union Carbide，Danbury，Connecticut獲得的SRD7-587。熱塑樹脂也可以包含例如聚丙烯和聚乙烯的混合物這樣的混合物、例如聚丙烯和聚乙烯的共聚物這樣的共聚物或者作為多層或在交替區(qū)域中擠壓的混合擠壓物。例如可塑劑、填料、染料、抗氧化劑、脫模劑等這樣的添加劑也可以加入到可模制的材料中。
在一個優(yōu)選的工藝中，材料660通過擠壓提供到由工具輥610和支持輥680形成的輥隙中。支持輥680優(yōu)選地提供一些壓力，以便幫助將可模制材料660壓入工具輥610提供的模具腔630中(見圖11)。可選擇的是，支持輥680可以由任何能夠幫助模制材料進入工具輥610的模具腔中任何連續(xù)移動的表面代替。
工具輥610的內(nèi)部可以提供為真空狀態(tài)，以便幫助排去空氣，否則上述空氣可能阻礙將模具腔完全充滿。但是，在許多情況下，由于模具腔內(nèi)的空氣從用于制造工具輥610的線之間逸出，不可以提供真空狀態(tài)。換言之，該工藝可以在沒有真空的情況下執(zhí)行。
同樣希望，工具輥610和支持輥680中任一個或者兩個都提供一些熱量控制。根據(jù)工藝條件、可模制材料660的溫度、可模制材料660的性質(zhì)等，希望的是或者加熱輥610和680中的一個或者兩個，或者冷卻輥610和680中的一個或者兩個，或者加熱上述輥中的一個而冷卻另一個。
在將材料660壓入工具輥610里的模具腔內(nèi)并已經(jīng)充分冷卻，以形成具有能夠保持需要的一個形狀或者多個形狀的突起672的薄膜670之后，為了進一步的加工，薄膜670從工具輥610剝離，或者薄膜670能夠繞進輥里。例如，如果需要機械緊固帶，薄膜674可以被引導(dǎo)進入一個位置或者多個位置，以便改變突起、涂層粘合劑，并執(zhí)行例如在美國專利5,845,375(Miller et al.)、5,077,870(Melbye et al.)、公開號為WO 98/57565、WO 98/57564、WO 98/30381和WO 98/14086的PCT專利申請中所述的其他處理。
希望的是，將一種或者多種另外的材料引導(dǎo)進入由工具輥610和支持輥680形成的輥隙中，以便給薄膜670提供需要的另外的屬性。例如，可以將編織卷材或者非編織卷材引導(dǎo)進入所述輥隙中?？蛇x地，可以通過例如加熱、粘合劑、混合擠壓等將薄膜670疊壓到一個或者多個其他層上。
圖11是沿著圖10中線11-11獲得的圖10的裝置的剖視圖。工具輥610包括由可模制材料充滿的模具腔630，以在薄膜670上形成突起672。在圖11中也描繪出，在支持輥680上形成了兩個凸起結(jié)構(gòu)682。在所描繪的支持輥680上的凸起結(jié)構(gòu)682的一個優(yōu)點是，每個凸起結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生一條微小的線或者區(qū)域，所述薄膜670能夠沿著上述微小的線或者區(qū)域分開。但是，凸起結(jié)構(gòu)682是可選的，不需要結(jié)合本發(fā)明提供。
可以并入到支持輥680中的另一個可選的特點是，給輥680的表面增加一些結(jié)構(gòu)，以便增加其表面積。在支持輥680上增加的表面能夠增加在薄膜670上的表面積，因此提高設(shè)置在薄膜670的背面674上的粘合劑的粘附力。一個有用結(jié)構(gòu)的例子可以是比例為大約每英寸400條線(每厘米160條線)的直線棱柱的微小壓紋圖案。
圖12描繪了使用具有形成在其中的模具腔的線繞工具輥的另一種工藝。所描繪的工藝形成了具有突起772和突起772’的薄膜770，所述突起772從薄膜770的一個側(cè)面延伸，所述突起772’從薄膜770的相對側(cè)面延伸。兩個側(cè)面的薄膜770由相對的工具輥710和710’形成，上述兩個工具輥710和710’都包括形成在其中的模具腔。突起772和772’在尺寸、形狀、定向等方面可以具有相同的特征，或者也可以不同。
圖13和14描繪了結(jié)合本發(fā)明設(shè)置的工具輥的又一個實施例。圖13是由纏繞線820和840以螺旋圖案圍繞基輥表面形成的工具輥的一部分的平面圖。雖然工具輥可以包括不同的線820和840，但是可以僅僅提供一根單獨的線，在這種情況下，附圖標(biāo)記820和840指代所述線的交替的線圈或者繞組。此外，多于兩根的線可以繞在根據(jù)本發(fā)明的工具輥的周圍。
在所描繪的實施例中，線820包括多個中空890(但是在圖13里只描繪了一個這樣的中空)，所述中空890通過線的兩個主側(cè)面821和825而形成，所述中空890也占用了線820的外緣822的一部分。除了中空890，凹陷830a和830b也形成在線820的主側(cè)面821和825里。凹陷830a和830b通向中空890。中空890和凹陷830a和830b可以一起。提供組合模具腔，其具有形狀不能用單獨中空或者僅僅用凹陷獲得。
使用線820和840形成的工具輥將包括形成在其中的多個組合模具腔。此外，應(yīng)該理解的是，如果希望例如組合模具腔不限于由中空結(jié)合兩個凹陷所形成的結(jié)構(gòu)，每個中空890可設(shè)為結(jié)合僅僅一個凹陷或者多于兩個凹陷。
圖15是可使用圖13和14里描繪的組合模具腔形成的突起872的透視圖。突起872包括從物品870的表面874突出來的主干871。主干871主要通過形成在線820里的中空890形成。一對凸耳873和875從主干871延伸出來。凸耳873和875主要通過如上所述的線820里的凹陷830a和830b形成。
在一些情況下，突起872呈現(xiàn)如圖15中所示的形成的形狀可能是有用的。但是，在其他情況下，從其原始形成的形狀改變突起872的形狀是有利的。圖16中描繪了一個這樣的修改，其中突起872被描繪為從物品870的表面874延伸。主干871基本保持不變，但是凸耳873和875已經(jīng)被改變，使得它們不再相對于由表面874確定的局部平面垂直豎立。相反地，凸耳873和875已經(jīng)被加工，使得它們相對于由表面874確定的局部平面水平延伸。在這種構(gòu)造中，突起872作為例如機械緊固件是有用的，其中凸耳873和875充當(dāng)能與互補結(jié)構(gòu)(例如環(huán)結(jié)構(gòu))接合的鉤?？梢杂糜趯崿F(xiàn)這種變化的工藝的例子包括例如應(yīng)用加熱或者應(yīng)用加熱和機械壓力。
圖17-19描繪了包括由線里的中空和凹陷形成的組合模具腔的工具輥的另一實施例。圖17所描繪的結(jié)構(gòu)包括線920和940，所述線920和940可以是相同的或者不同的，如關(guān)于圖13的上面所述。線920包括多個中空990，所述中空990通過線的兩個主側(cè)面921和925形成(但是在圖17的視圖中僅描繪了一個這樣的中空)。圖19中描繪了線940a的一個主側(cè)面的視圖，其描繪出形成的凹陷從外緣942延伸到內(nèi)緣944(所述邊繞在基輥的表面上，圖中未顯示基輥)?？蛇x地，凹陷930a可以不從線940a的外緣942延伸到線940a的內(nèi)緣944。
圖13的結(jié)構(gòu)的一個變化是，線940包括形成在其各自的主側(cè)面里的凹陷930a和930b，使得凹陷930a和930b面對線920的主側(cè)面。這不同于圖13和14中所示的結(jié)構(gòu)，在圖13和14中，中空890和凹陷830和830b都形成在線820里，且線840具有通常為平面的側(cè)面(但是它們可以包括如本文中所述的泄放結(jié)構(gòu))。
優(yōu)選的是，如圖17中所示，凹陷930a和930b橫切中空990，使得凹陷930a和930b形成了組合模具腔，所述組合模具腔包括由在線920里的中空990和在線940里的凹陷930a和930b限定的體積。此外，盡管在圖17中只描繪了一個組合模具腔，但是應(yīng)該理解的是，使用線920和940制造的工具輥將包括散布在輥的表面上的多個組合模具腔。
圖20是突起972的透視圖，所述突起972可以使用在圖17和18中描繪的組合模具腔形成。突起972包括從物品970的表面974突出來的主干971。主干971主要通過在線920里形成的中空990形成。一對肋條973和975沿著主干971的相對側(cè)面延伸，并延伸通過主干971的高度。肋條973和975主要通過如上所述的在線940a和940b里的凹陷930a和930b形成。
在一些情況下，突起972呈現(xiàn)出它們在圖20中形成的形狀是有用的。例如，肋條973和974能增強突起972的剛度或者結(jié)構(gòu)完整性。但是，在其他情況下，從其原始形成的形狀改變突起972的形狀是有利的。圖21中描繪了一種這樣的改變，其中突起972的主干971基本保持不變，但是延伸通過主干971的肋條973和975已經(jīng)被改變，使得它們不再相對于由表面974確定的局部平面垂直豎立。相反地，肋條973和975已經(jīng)被加工了，使得它們相對于由表面974確定的局部平面水平延伸。在這種構(gòu)造中，突起972作為例如機械緊固件是有用的，其中肋條973和975的所述部分從主干971延伸，充當(dāng)能與互補結(jié)構(gòu)(例如環(huán)結(jié)構(gòu))接合的鉤。能夠用于實現(xiàn)這種變化的工藝的例子包括例如應(yīng)用加熱或者應(yīng)用加熱和機械壓力。
圖22是本發(fā)明的另一個物品1070的透視圖，該物品包括從物品1070的表面1074延伸的脊1071形成的突起。每個脊1071都包括從其上突出的多個凸耳1073。在一些情況下，凸耳1073呈現(xiàn)出它們在圖22中所示形成的形狀是有用的。但是，在其他情況下，對凸耳1073的形狀進行如關(guān)于例如圖16和21所描繪和說明的改變是有利的。每個突起的脊1071可以優(yōu)選地具有一定長度(沿著1011方向)，該長度與物品1070的長度沿著1011方向共同延伸?？蛇x地，每個突起的脊1071具有的長度比物品1070的長度短。每個脊1071沿著1011方向的長度優(yōu)選地可以比其寬度(從1011方向的橫向測量)大，例如，優(yōu)選地是脊1071的長度是基座1071的寬度的至少兩倍或者更多倍。此外，優(yōu)選的是，沿著共同的方向例如圖22中的1011方向，伸長脊1071可以彼此對齊。
圖23是工具輥1010的一部分的平面圖，圖24是沿著圖23里的線24-24獲得的工具輥1010的放大的剖視圖。工具輥1010可以用于制造例如在圖22中描繪的物品。工具輥1010由線1020和1040形成，線1020和1040螺旋地繞在基輥1012的周圍。線1020具有外緣1022，外緣1022具有在基輥1012上方的高度，該高度小于線1040的外緣1042的高度，產(chǎn)生了在其上的線1040的線圈之間形成了槽的工具輥1010。在線1040的線圈之間形成的槽提供了模具腔，在該模具腔里當(dāng)工具輥1010接觸到可模制材料時能夠形成物品1070的脊1071。雖然已經(jīng)披露的線1020和1040具有通常矩形的輪廓，但是它們能夠交替地設(shè)置有不同的形狀，在這種情況下物品1070的脊1071也將形成和圖22中描繪的不同的形狀。
同樣如圖23和24所示，凹陷1030形成在線1020里。凹陷1030用可模制材料充滿以形成在圖22中所示的脊1071上的凸耳1073。雖然示出的凹陷1030只在線1020里，但是應(yīng)該理解，凹陷可以設(shè)置在或者線1020里，或者線1040里，或者在線1020和線1040里都有。雖然在圖23和24中沒有示出，但是線1020和1040中的一個或者兩個可以優(yōu)選地包括如本文中所述的泄放結(jié)構(gòu)。
雖然由繞在工具輥1010的周圍的線1020和1040形成的槽在輥1010的圓周周圍可以是連續(xù)的，但是它們也可以是不連續(xù)的。圖25描繪了包括槽1190的工具輥1110，所述槽1190在工具輥1110的周圍延伸一定長度，但是并不形成一個連續(xù)的螺旋形槽。伸長槽1190能夠例如由其中形成有中空的線形成，所述線如上述的圖13和14所示。但是，在工具輥1110里使用的線里的中空典型地在所述線的上述長度上延伸更長的長度。
這些伸長中空的尺寸可以是統(tǒng)一的，并且在工具輥里被均勻地隔開，或者它們的尺寸可以是不統(tǒng)一的，并且被不均勻地隔開。工具輥1110描繪了具有不統(tǒng)一的尺寸和間隔中空的線，當(dāng)繞在基輥的周圍時，所述線形成了具有不統(tǒng)一的尺寸和間隔的槽1190。
由例如工具輥1110的工具輥生產(chǎn)的物品將包括如圖26里所示的伸長脊1171。所述脊1171優(yōu)選地包括在其上形成的突起(未顯示)，例如結(jié)合圖15、20和22所描繪的那些突起。因為在工具輥1110里的槽1190具有不統(tǒng)一的尺寸和間隔，所以在物品1170上的伸長脊1171也具有不統(tǒng)一的尺寸和間隔。
本說明書中引用的所有專利、專利申請和出版物都被整體參引，如同每份文獻(xiàn)被單獨參引一樣。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的各種改變和變化將是顯而易見的，并且應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)被不適當(dāng)?shù)叵拗朴诒菊f明書中所闡述的說明性實施例。
權(quán)利要求
1.一種工具輥，包括圓柱形基輥；以及第一線，所述第一線包括內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面，其中，第一主側(cè)面包括形成在其中的多個凹陷，其中，第一線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得內(nèi)緣接近基輥，其中，在第一線的第一主側(cè)面里的多個凹陷形成多個模具腔，每個模具腔包括在接近第一線的外緣的工具輥的外表面處的模具開口。
2.如權(quán)利要求1所述的工具輥，其中，工具輥還包括通過第一線的第一和第二主側(cè)面形成的多個中空，其中，每個中空包括從其中延伸的凹陷，其中，具有從其中延伸的凹陷的多個中空形成了多個組合模具腔，每個組合模具腔包括在接近第一線的外緣的工具輥的外表處的模具開口。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的工具輥，還包括繞在基輥的周圍的第二線，其中，第二線位于第一線的相鄰螺旋線圈之間。
4.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線包括外緣，并且其中第二線的外緣與第一線的外緣等高。
5.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線包括外緣，并且其中第一線的外緣基輥在基輥上方具有一定高度，該高度小于在基輥上方的第二線的外緣的高度，由此螺旋形槽形成在工具輥的外表面上。
6.如權(quán)利要求5所述的工具輥，其中，螺旋形槽在工具輥的外表面周圍并沿著工具輥的外表面是基本連續(xù)的。
7.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線包括位于第二線的內(nèi)緣和外緣之間的第一和第二主側(cè)面，其中，第二線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得第二線的內(nèi)緣接近基輥，其中，第二線的第一和第二主側(cè)面基本沒有凹陷。
8.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線包括內(nèi)緣、外緣和位于其間的第一和第二主側(cè)面，其中，第二線包括通過第二線的第一和第二主側(cè)面形成的多個中空；其中，所述多個模具腔包括多個組合模具腔，其中，所述多個組合模具腔中的每個組合模具腔包括所述多個中空中的至少一個中空、所述多個凹陷中的至少一個凹陷，其中，模具開口位于接近第一和第二線的外緣的工具輥的外表面處。
9.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線包括位于第二線的內(nèi)緣和外緣之間的第一和第二主側(cè)面，其中，第二線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得第二線的內(nèi)緣接近基輥，其中，第二線的第一主側(cè)面包括形成在其中的多個凹陷。
10.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線的第一主側(cè)面面對第一線的第一主側(cè)面。
11.如權(quán)利要求3所述的工具輥，其中，第二線包括位于第二線的內(nèi)緣和外緣之間的第一和第二主側(cè)面，其中，第二線在基輥的周圍繞成螺旋線圈，使得第二線的內(nèi)緣接近基輥，其中，第二線的第一主側(cè)面包括形成在其中的泄放結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的工具輥，其中，第二線的第一主側(cè)面包括沒有所述泄放結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域。
13.如權(quán)利要求11所述的工具輥，其中，所述泄放結(jié)構(gòu)包括形成在第二線的第一主側(cè)面里的滾花圖案。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的工具輥，其中，所述多個模具腔中的模具腔包括當(dāng)從模具開口向基輥移動時基本恒定的切向橫截面積。
15.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的工具輥，其中，所述多個模具腔中的模具腔包括當(dāng)從模具開口向基輥移動時變小的切向橫截面積。
16.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的工具輥，其中，所述多個模具腔中的模具腔包括接近模具腔的底部的切向橫截面積，該橫截面積大于在模具腔的模具開口處的切向橫截面積。
17.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的工具輥，其中，所述多個模具腔中的模具腔包括模具腔的開口處的切向橫截面積，該橫截面積小于在模具腔的模具開口和底部之間的某點處的模具腔的切向橫截面積。
18.如權(quán)利要求1-17中任一項所述的工具輥，其中，所述多個凹陷中的凹陷從第一線的內(nèi)緣延伸到第一線的外緣，越過第一線的第一主側(cè)面，其中，由所述凹陷形成的所述多個模具腔中的每個模具腔包括接近圓柱形基輥的主基座開口。
19.如權(quán)利要求1-18中任一項所述的工具輥，還包括泄放結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形成在第一線的第一主側(cè)面里。
20.如權(quán)利要求19所述的工具輥，其中，第一線的第一主側(cè)面包括沒有泄放結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域。
21.如權(quán)利要求19-20中任一項所述的工具輥，其中，所述泄放結(jié)構(gòu)包括形成在第一線的第一主側(cè)面里的滾花圖案。
22.如權(quán)利要求19-21中任一項所述的工具輥，還包括泄放結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形成在第一線的第二主側(cè)面里。
23.如權(quán)利要求22所述的工具輥，其中，第一線的第二主側(cè)面包括沒有泄放結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域。
24.如權(quán)利要求22-23中任一項所述的工具輥，其中，在第一線的第二主側(cè)面里的泄放結(jié)構(gòu)包括形成在第一線的第二主側(cè)面里的滾花圖案。
25.如權(quán)利要求1-24中任一項所述的工具輥，其中，基輥包括形成在基輥的外表面里的泄放結(jié)構(gòu)，其中第一線位于所述泄放結(jié)構(gòu)的上面。
26.如權(quán)利要求25所述的工具輥，其中，在基輥的外表面里形成的泄放結(jié)構(gòu)包括滾花圖案。
27.如權(quán)利要求1-26中任一項所述的工具輥，其中，工具輥的外表面的至少一個區(qū)域里基本沒有模具腔。
28.一種在物品上形成結(jié)構(gòu)化表面的方法，所述方法包括提供如權(quán)利要求1-9中任一項所述的工具輥；使可模制材料接觸到工具輥的外表面，以使用工具輥的外表面形成結(jié)構(gòu)化表面，其中，可模制材料至少部分地充滿所述模具腔中的至少一些模具腔；以及將結(jié)構(gòu)化表面從工具輥的外表面上移去，其中，結(jié)構(gòu)化表面包括對應(yīng)于所述多個模具腔的多個突起。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在第一線的第一主側(cè)面里形成泄放結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)可模制材料至少部分地充滿所述模具腔中的至少一些模具腔時，在所述模具腔中的至少一些模具腔里的至少一些空氣經(jīng)過所述泄放結(jié)構(gòu)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，第一線的第一主側(cè)面包括沒有泄放結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，工具輥包括繞在基輥的周圍的第二線，其中，第二線位于第一線的相鄰的螺旋線圈之間，并且其中，工具輥還包括形成在第一線和第二線之間的泄放結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)可模制材料至少部分地充滿所述模具腔中的至少一些模具腔時，在所述模具腔中的至少一些模具腔里的至少一些空氣經(jīng)過所述泄放結(jié)構(gòu)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述工具輥包括接近第一線的外緣的邊緣區(qū)域，其中，邊緣區(qū)域里沒有泄放結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求28-32中任一項所述的方法，其中，基輥包括形成在基輥的外表面里的泄放結(jié)構(gòu)，并且其中當(dāng)可模制材料至少部分地充滿所述模具腔中的至少一些模具腔時，在所述模具腔中的至少一些模具腔里的至少一些空氣經(jīng)過所述泄放結(jié)構(gòu)。
34.一種物品，包括基座表面；多個伸長脊，所述伸長脊從基座表面突出；以及多個凸耳，所述凸耳從所述多個伸長脊的每個伸長脊突出。
35.如權(quán)利要求34所述的物品，其中，所述多個伸長脊中的每個伸長脊沿著伸長脊延伸的方向與所述物品共同延伸。
36.如權(quán)利要求34-35中任一項所述的物品，其中，所述多個伸長脊沿著共同的方向?qū)R。
全文摘要
披露了工具輥和使用該工具輥制造具有一個或者多個結(jié)構(gòu)化表面的物品的方法。所述工具輥包括外表面，當(dāng)結(jié)合合適粘度或者可成形性的材料使用時，所述外表面能夠在物品上形成結(jié)構(gòu)化表面。因為所述工具制造出來是輥形的，所以它們在連續(xù)制造過程中使用將很有利?？蛇x擇的是，可以使用工具輥來加工離散物品。工具輥由圓柱形基輥(12)構(gòu)成，并用一根或者多根連續(xù)的線(20、40)以螺旋形纏繞。在本質(zhì)上，所述線(20、40)用于在工具輥上形成結(jié)構(gòu)化表面，該結(jié)構(gòu)化表面與在使用工具輥加工的物品上形成的結(jié)構(gòu)化表面互補。繞在基輥(12)的周圍的線(20、40)中的一根可以包括形成在其中的凹陷(26)，當(dāng)線在基輥的周圍繞成螺旋線圈時，在工具輥的外表面上形成了腔?？蛇x擇的是，一根或者多根繞線(20、40)的螺旋形狀可以用于形成例如一個或者多個螺旋槽這樣的連續(xù)的螺旋形結(jié)構(gòu)化表面。
文檔編號A44B18/00GK1787908SQ200480013123
公開日2006年6月14日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者邁克爾·R·戈爾曼, 羅伯特·D·肯普弗, 托馬斯·R·拉利貝爾特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司