专利名称：带状卷绕辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造具有结构化表面的制品的领域。更具体地讲，本 发明提供用于制造具有一个或多个结构化表面的制品的工具，制造该 工具的方法以及使用该工具制造具有一个或多个结构化表面的制品的 方法。
背景技术：
具有一个或多个结构化表面的制品发现有多种用途。制品可以提 供为呈现如增加的表面积、用于提供机械紧固件的结构、光学特性等 的膜。当制造这些膜用作机械紧固件时，在结构化表面上发现的凸起 通常称为钩。这些钩可以直接形成为例如弯曲形状的钩或它们可以形 成为钩前体，例如在顶部变形为例如蘑菇形状的大致竖直的杆。这种
机械紧固件在美国专利No. 3,192,589 (Pearson)中示出，该专利称他 们的紧固件为"雌雄同体的"，因为当互相啮合时盖柱螺栓(headed stud) 同时具有凸凹特性。Pearson的紧固件可以通过以下方法来制造模制 整个无盖柱螺栓从其中突起的基座，然后加热软化螺栓的顶端。
美国专利No. 5,077,870 (Melbye等人)公开了一种通过迫使熔融 材料进入在移动模具表面中形成的腔体来制造机械紧固件的钩带部分 的方法。然后将通过移动模具表面形成的杆封端以形成所需的紧固件。 腔体通过钻孔在模具表面中形成。因此，腔体在形状上为圆柱形的， 虽然可以获得深度、直径和腔体之间的间距方面的某些精度，但是其 获得伴随一些困难以及增加的成本。此外，对模具表面的损坏通常需 要丢弃整个模具。
美国专利No. 5,792,411 (Morris等人)公开了一种通过激光器加工模具表面制造的模制工具。然后迫使熔融材料进入在移动模具表面 中的腔体以形成杆。然后将杆封端以形成所需的紧固件。因为腔体通 过激光烧蚀形成，因此腔体形状根据用于形成腔体的激光束内的能量 分布形成。此外，由于在用于构造模具的材料中、激光束的能量、束 内能量的分布、束聚焦等的波动，难于获得在腔体深度方面的精确控 制。
美国专利No. 4,775,310 (Fischer)和PCT专利公开No. WO 97/46129 (Lacey等人)公开了一种用于制造用于钩环型机械紧固件的 钩带的工具。这种工具由具有水冷套的中空筒形成。 一系列模盘或交 替模盘和垫板沿着筒的长度层合在一起以在辊的表面上形成所需的模 腔。这些设计的缺点包括制造具有足够精度以确保模腔为相同的深度、 长度、间距等的模盘的成本。由制造困难强加到盘上的尺寸限制继而 会限制使用工具处理中的线速度。这种设计的其他缺点包括模腔的不 均一冷却、通过层叠板制备的产品中的不均匀性等。
美国专利6,902,389提出由以螺旋图案用一个或多个连续线材缠 绕的圆柱形基座辊(base roll)构成的工具辊。线材用于在工具辊上形 成结构化表面，该工具辊是将要在使用工具辊处理的制品上形成的结 构化表面的反面(negative)。在一个实施例中，绕基座辊巻绕的线材 的至少一个可以包括在其中形成的凹陷，当以螺旋线圈绕着基座辊巻 绕时，凹陷在工具辊的外表面上形成模腔。凹陷一般在线材侧面上形 成，使得形成模腔的凹陷的最后侧是围绕基座辊巻绕的相邻线材上的 相对侧。。89的辊和方法比模具盘更易于形成并且成本低，但是需要 巻绕长长度的承受张力的一个或多个线材。
发明内容
本发明提供工具辊和使用该工具辊制造具有一个或多个结构化表 面的制品的方法。工具辊包括当结合合适粘度或可成形性的材料使用 时可以在制品上形成结构化表面的外表面。因为以辊形式制造工具，
6所以它们可有利地用于连续的制造方法。或者，可以使用本发明的工 具辊处理离散的制品。
"结构化表面"是指偏离平面或其他平滑表面的制品表面。例如， 结构化表面可以包括从其延伸出来的凸起，例如结合机械紧固件使用 的杆。其他可供选择的结构化表面包括(但不限于)连续的凹槽或 脊、细长的结构等。
本发明的工具辊由可以为辊或滚筒的圆柱形基座构成，并且用一 个或多个连续的带以螺旋图案缠绕。带用于在工具辊上形成结构化表 面，其是将要使用工具辊加工的制品上形成的结构化表面的反面。在 一个实施例中，绕圆柱形基座巻绕的带的至少一个可以包括在其中形 成的离散的凹陷或孔，当以螺旋线圈绕着基座辊巻绕时，离散的凹陷 或孔在工具辊的外表面上形成模腔。
由根据本发明的凹陷或孔形成的模腔可以形成为具有可以从外表 面延伸穿过带厚度的全部或一部分的深度。模腔一般存在于带的外表 面内。
穿过带的模腔(例如，？L)的填充可以通过在带和/或基座辊上的
排出结构(bleed structure)加强。在模制期间那些排出结构有助于空 气从模腔中逸出。
根据本发明的工具辊的另一个优点是在带的主侧面中的一个或多 个孔或凹陷可以结合在带的相对主侧面上形成的孔或空隙，以形成具 有不可能单独为单一孔或凹陷的形状的复合模腔。
工具辊的其他优点包括(但不限于)，如果工具辊的外表面被损 坏或磨损的话，置换在圆柱形基座上的带巻绕的能力。与使用如层叠 板或直接钻孔模具表面制造工具辊的成本相比，这种工具辊还可以是相对低成本的。
而本发明的另一个优点为与圆柱形基座(尤其是圆柱形基座辊) 的热质相比，绕圆柱形基座缠绕的一个或多个带的相对小的热质。因 此，可以改善对于模腔的热控制，其可以导致使用工具辊制备的产品 的均匀度的对应改善。
如结合本发明使用的，"模腔"可以为表面中的任何不连续，而 该表面如果没有这种不连续就将会是平滑或者平的表面并且可模压材 料可以在模制处理期间流入其中。在本发明的一些实施例中，工具辊 可以包括具有如下限定的高纵横比的模腔，但是应当理解模腔不需要 具有高的纵横比。
在一个方面，本发明提供具有圆柱形基座和第一带的工具辊，第 一带具有内表面、外表面以及位于两者间的第一和第二主侧面。第一 带的外表面包括在其中形成的多个凹陷或孔，并且第一带以螺旋线圈 绕基座辊巻绕，使得内表面靠近基座辊。在第一带的外表面中的多个 凹陷或孔形成多个离散的模腔，每一个离散的模腔在第一带的外表面 处包括模具开口。
在另一个方面，本发明提供包括圆柱形基座和第一带的工具辊， 第一带具有内表面、外表面以及位于两者间的第一和第二主侧面。第
一带的外表面包括在其中形成的多个凹陷或孔，并且第一带以螺旋线 圈绕基座辊巻绕，使得内表面靠近圆柱形基座。在第一带的外表面中 的多个凹陷或孔形成多个离散的模腔，每一个离散的模腔在第一带的 外表面处包括模具开口。工具辊还包括具有内表面、外表面和位于两 者间的第一和第二主侧面的第二带或线材。第二带或线材以螺旋线圈 绕圆柱形基座巻绕，使得第二带或线材的内表面靠近圆柱形基座，其 中第二带或线材位于第一带的相邻螺旋线圈之间。第二带的侧面和/或 内表面可以包括在其中形成的排出结构以及没有排出结构的表面区
8(face zone)。
在另一个方面，本发明提供包括圆柱形基座和第一带的工具辊， 第一带具有内表面、外表面以及位于两者间的第一和第二主侧面。带
以螺旋线圈绕基座巻绕，使得内表面靠近基座。第一带还包括穿过带 的外表面至内表面形成的多个通孔，其中孔的每一个可以包括从其中 延伸出来的一个或多个凹陷。具有从其中延伸出来的凹陷的多个孔形 成多个复合模腔，每一个复合模腔在带的外表面处具有模具开口。
在另一个方面，本发明提供包括圆柱形基座和第一带的工具辊， 第一带具有内表面、外表面以及位于两者间的第一和第二主侧面。带
以螺旋线圈绕基座巻绕，使得内表面靠近基座。第一带还包括在第一 带的外表面中形成的多个凹陷和穿过带的外表面至内表面形成的多个 通孔，其中孔的每一个可以包括从其中延伸出来的一个或多个凹陷或
第二孔。多个凹陷和具有从其中延伸出来的凹陷的孔形成多个复合模 腔，复合模腔中的每一个在带的外表面处具有模具开口。
在另一个方面，本发明提供一种在制品上形成结构化表面的方法， 该方法包括提供根据本发明的工具辊，使用工具辊的外表面将可模压 材料接触工具辊的外表面以形成结构化表面，其中可模压材料至少部 分地填充模腔或复合模腔的至少一些；以及从工具辊的外表面移除结 构化表面，其中结构化表面包括与多个模腔或复合模腔相对应的多个 凸起。
图1是在工具辊上的螺旋缠绕带的透视图。
图2是具有孔的带的横截面图。
图3a是具有孔形式的模腔阵列的带的顶视图。
图3 b是具有凹陷形式的模腔阵列的带的顶视图。
图3c是具有孔阵列的带的顶视图，孔的阵列以对带的主轴成一角图3d是具有孔和凹陷的阵列的带的顶视图。
图3e是具有大孔和小孔阵列的带的顶视图。
图3f是细长凹陷散布在孔的阵列中的带的顶视图。
图4是较少腔体区域散布在孔的形式的模腔阵列中的带的顶视图。
图5是螺旋缠绕带的两个相邻部分的顶视图，示出对准每个部分
中的较少腔体区域以形成邻接的较少腔体区域。
图6是包含圆孔的螺旋缠绕带的两部分以及包含方形边缘凹口的 间隔线材的两部分的顶视图。
图7a-7e是示出可以通过使用多种设计的孔或凹陷提供的多种模 腔的透视图。
图8-10是示出可以用于本发明的带上的多种结构化表面的SEM 显微图。
图11-14是示出可以用于本发明的带上的多种结构化表面的附图。
具体实施例方式
本发明提供工具辊以及使用该工具辊制造具有一个或多个结构化 表面的方法。工具辊包括当结合合适粘度或可成形性的材料使用时可 以在制品上形成结构化表面的外表面。因为工具以辊形式制造，因此 它们可以有利地用于连续制造方法中以形成如膜、片等。或者，可以 使用本发明的工具辊处理离散制品，其可以用作压花辊等。
本发明的工具辊可以包括在它们的外表面中的模腔，当与合适粘 度或可形成性的材料结合使用时，模腔可以在膜的至少一个表面上形 成凸起或结构。凸起或结构可以为离散的或互连的。或者，两个这样 的辊可以结合使用以形成其中两个主表面均呈现凸起或结构的膜。
图1-3示出根据本发明的工具辊10的示例性实施例，其包括开向 工具辊10的外表面22表面11的离散模腔30。图2是图1的工具辊 10的带20的一个实施例的横截面图。工具辊IO优选地包括圆柱形基座辊12， 一个或多个带20以螺旋线圈的形式围绕圆柱形基座辊12缠
绕，以生成模腔30在其中形成的外表面22表面11。 一般来讲，带20 具有lmm至125mm或优选地6mm至25mm的宽度13。带20的宽度 应该足以在模具外表面表面11上形成所需的模腔，但不能太宽以至于 带20不能螺旋地绕着基座辊12巻绕。带20的宽度还可以通过带20 的宽度13与厚度16之比来表征。最小比率可以为2，更优选地为4， 最优选地为8。最大比率可以为1000，更优选地为500，最优选地为 100。带还可以通过0.003比0.1的带宽与辊直径之比(其充当用于绕 着辊巻绕带的相对力的量度)来表征。带20的厚度16 —般为O.lmm 到5.0mm。
围绕基座辊12缠绕的一个或多个带20可以通过任何合适的机构 (包括但不限于夹具、焊接、粘合剂等)保持在适当的位置。这种技
术在例如梳理辊的制造中是已知的。见例如美国专利No.4,272,865 (Schmolke)。在可供选择的实施例中，带可以绕圆柱形外壳或管缠
绕以形成然后可以在基座辊上滑动的套管。
一个优选的应用(其中可以使用根据本发明制造的工具辊(例如 工具辊10))为生产高纵横比拓扑结构化表面或凸起，优选地为具有 结构化表面或凸起的膜结构。凸起为它们从其中形成的模腔的反面， 并且一般为从离散模腔形成的离散凸起。凸起可以具有高的纵横比， 并且根据本发明的工具辊在制造具有高纵横比拓扑结构的结构化表面 时是尤其有利的。"高纵横比"是指凸起高度与在凸起的底部的最小
宽度(h':w')之比为如至少约2 : 1或更高，更优选地约3 : 1或更高， 并且甚至更优选地至少约4 : l或更高。这些比率还可以表示为在辊工 具的外表面处模腔的深度与其宽度之比(d':w')。除了或取代上述限定 的高纵横比，优选的是，在制品主表面上的凸起或结构高度h'(或模腔 深度)如为约0.1毫米或更大，更优选地约0.2毫米或更大，并且甚至 更优选地约0.4毫米或更大。虽然可以由工具辊和本发明的方法制备的制品用作机械紧固件是 有利的，但是制品可以发现多种其他用途，并且根据本发明的工具辊 和使用工具辊以制造具有结构化表面的制品的方法不应限于机械紧固 件领域。例如，根据本发明，在制品(例如膜)的结构化表面上形成 的凸起或结构可以在通过如增加膜的表面积保持粘合剂或其他涂层/材 料方面提供优点D由本发明工具辊形成的结构化表面还可以用于装饰 目的，如流动通道、减阻结构、磨料背衬等。可以布置在带上以便提 供用于多种用途的结构化制品的示例性可选的结构化表面在图8-12中 示出。
缠绕带的螺旋性质在图1中示出。线圈优选地以相对于垂直于圆 柱形工具辊10的表面的基准线的螺旋角度a (a)取向。因为缠绕带 20的螺旋性质，它们从一端至相对端横穿圆柱形工具10的表面。螺旋 角度一般由带20的宽度13 (其中带20靠着圆柱形辊工具10放平)结 合圆柱形工具10的直径决定。螺旋角度a ( a )可以为至少0.1度， 或者至少0.2度，或者至少0.4度。螺旋角度可以为8度的最大值，或 者4度的最大值，或者2度的最大值。可以设想其他(较大或较小) 的螺旋角度，但在保持带20与基座辊工具表面15的全接触时较大的 螺旋角度有时难以获得，并且可能需要更高的抗拉强度带材料。
示出的圆柱形工具IO使用具有外表面15的圆柱形基座辊12制造， 围绕外表面15布置有包括形成模腔30的凹陷32或孔31的连续带20。 通常在带的宽度13和/或长度维度中提供不止一个(例如，2或更多) 行孔或凹陷以允许工具辊10可容易地被制造。结果是具有凹陷32或 孔31的带20设置在工具辊10的表面15上。参见图1和2，带20的 内表面24绕基座辊12缠绕同时带20的外表面22从基座辊12表面15 向外巻绕。带20可以优选地具有与在整个基座辊10上螺旋线圈的进 一步累进相容的矩形横截面(如在图2中示出的)。
带20包括在带20的内表面24和外表面22之间延伸的两个主侧
12面。虽然带20包括基本平坦的主侧面21和25，结合本发明使用的带
的主侧面可以采用任何合适的形式，但当带20自身巻绕时相对侧优选
地彼此匹配或互为镜像。
如本文所用，术语"凹陷"限定为外表面22的表面中的变型，使得如果在其中形成凹陷的外表面22表面靠着没有凹陷的互补辊表面放置，凹陷可以形成连接的或非离散的模腔。凹陷还可以用于形成离散的模腔。例如，凹陷可以为通过放置和/或移除材料使得带的厚度变化的在外表面22表面11中形成的离散或连续的空隙或凹穴(divot)。在本发明的说明书中在此所用的凹陷除非连接至孔，否则一般不延伸穿到带的相对内表面24。在本发明的说明书中在此所用的"孔"是从带的外表面22延伸至带的内表面24的空隙通道，其可以从较大的凹陷延伸出或延伸至较大的凹陷和/或具有延伸入孔的一个或多个凹陷。孔一般形成离散模腔，但是可以具有不规则的或长方形形状，并且沿着带的长度或宽度延伸。
虽然在图3a和3b中示出离散的孔31或凹陷32形成在带20的外表面22上，本发明还可以包括孔或凹陷既在外表面22又在内表面24中形成的带20。如果孔或凹陷在内表面24上形成，则它们一般连接至在外表面22上形成的孔或凹陷，以使得形成连续的模腔30。孔31或凹陷32的每一个为相同尺寸并且沿着带20的长度均匀地间隔开以提供所得模腔30尺寸上和间距上的均匀度是优选的，但不是必须的。然而，还可以提供尺寸和/或间距上变化的孔或凹陷，如由在图3e中示出的大孔31a和小孔31b举例说明的。孔或凹陷可以具有任何所需的形状，例如圆形、方形或细长形(如在图3f中示出的细长凹陷63)。孔或凹陷(例如，腔体)特征还可以与凸起特征结合。在一个尤其可用的实施例中，细长凹陷可以邻近细长凸起特征(例如，脊)设置，其可以提供弱的区域，该弱的区域可以起到赋予形成的制品沿着由这些特征建立的线条撕裂的能力。模腔(孔、凹陷等)通常以包括多个离散模腔的阵列提供。在图
3a、 3b和3d的实施例中，离散模腔以规则阵列存在，该规则阵列沿着
带的主轴取向。在可供选择的实施例中，离散模腔的阵列可以与带的
主轴成一角度e (e)存在，如在图3c中示出的。在一个具体实施例
中，腔体模具阵列可以以角度e (p)排列，该角度在大小上与螺旋
角度a ( a )相同但取向相反，带以角度a (a)存在于工具辊上。两个角度将因此与存在于阵列中的模腔错开，该阵列对准工具辊10的主轴。结果是在最终产品中形成的特征(例如，杆、钩等)将存在于对准最终产品的主轴的阵列中。还可以在不规则或无规图案中而不是规则阵列中提供模腔。
一般来讲，带20的线圈的外表面22在整个辊工具上是均匀的，然而也可以在邻近带巻绕的第一主恻面21和第二主侧面24之间提供间隔线材或带39，如在图6中示出的。如果该间隔线材或带与带20高度相同，则完成的工具辊IO将为大致平滑的，S卩，在间隔线材和带20之间没有显著的不连续性。然而，间隔线材可以比带20更薄或更厚，以使得其以不同于带20的高度提供，这将结构赋予制造的制品表面。
那种结构可以为细长脊的形式，其可以向如类似凸起的较高脊提供增强层，或可以为成品中槽的形式的弱线形式。在一个具体实施例中，在图6中所示，间隔线材39可以具有位于其中的边缘凹口，当间隔线材靠着带20的边缘24巻绕时，边缘凹口提供模腔61。这种模腔可以与由带中的孔或凹陷提供的腔体的尺寸和形状不同，如在图6中示出的。
包括在其中形成的凹陷32或孔31的带20当围绕基座辊12巻绕时提供所需的模腔30。如上所讨论的，辊工具IO可以优选地使用具有大致矩形横截面的带或条制造。带20可以用凹陷32或孔31制造，或可以首先制造具有大致均匀外形的带，然后通过任何合适的一种或多种技术处理以在其中形成凹陷32或孔31。合适的一种或多种技术可以包括(但不限于)滚花、烫印、压花、雕刻、传统的加工、钻孔、激光加工、电子放电加工、水喷加工、蚀刻、光刻等。如在本领域中已知的，这些方法还可以用于形成其他结构化表面，例如在图8-14中举例说明的这些结构。带20可以由任何合适的一种或多种材料制造，但一些优选的材料包括钢，更优选地介质为低碳钢。
如此提供的离散模腔30可以具有沿着它们的深度从在工具辊10的表面22处的开口至在带的内表面24处的模腔底部的大致均匀的横截面积。模腔底部由模腔30和圆柱形基座辊12的外表面15形成。模腔30可以沿着它们的深度d呈现任何合适的横截面积。示出的离散模腔30还大致沿着辊10的半径取向，但如下讨论的多种取向也是可以的。
如果形成具有非均匀形状的离散模腔是所需的，例如，腔体以钩或其他结构的形状形成，如一般由最接近圆柱形基座辊的外表面的模
腔的部分限定的，模腔的"底部"具有如图7a中的模腔65示出的扩大截面64。可以例如通过例如形成给定横截面积的孔的技术的组合来形成这种模腔的扩大截面，这些给定横截面积的孔连接形成在带20的内表面24上的较大横截面积的凹陷。虽然多种示例性模腔的底部优选地通过基座辊形成，但应当理解凹陷可以在基座辊的表面上端接，使得模腔的底部在其中凹陷形成的表面中形成。几种示例性模腔的形状在图7b-7e中示出。
根据本发明制造的工具辊可以在辊工具的至少一部分上包括每cn^至少30个离散模腔或更多的密度。工具辊10每《112包括至少100个离散模腔或更多是优选的。工具辊10每cr^包括至少500个离散模腔或更多是更优选的。
在工具表面处的离散模腔开口的尺寸相对于例如带的厚度可以为相对小的。例如，离散模腔开口的切向横截面积可以为0.1cr^或更小，在某些情况下0.02cr^或更小，或在某些情况下0.01cn^或更小。优选的圆柱形基座辊12优选地为精确形成的，以具有紧密控制的
直径(例如，呈现0.03mm的最大直径变化)。与带20中的紧密控制的高度尺寸h (例如，厚度16)结合，这可以提供例如从辊IO的外表面测量的具有大致均匀深度d的模腔30。
模腔30还可以以纵横比表征。与模腔的最小宽度w相比，将根据深度d确定模腔30的纵横比，其中最小宽度w在模腔的开口处正切基座辊12表面的平面中测量。换句话讲，模腔30的纵横比为d:w，并且在工具辊IO将用于制造具有高纵横比拓扑结构的结构化表面的制品的情况下，优选的可以是比率d:w为例如至少约2: l或更高，更优选地至少约3 : 1或更高，并且甚至更优选地至少约4: 1或更高。除了或取代如上述限定的高纵横比，优选为模腔深度d为例如约O.l毫米或更大，优选地约0.2毫米或更大，并且甚至更优选地约0.4毫米或更大。
本发明的另一个可选的特征是在辊IO上加入电镀层或其他涂层。涂层可以位于工具辊10的整个外表面上，即，模腔30之间的区域以及模腔30的内表面上。或者，涂层可以仅位于辊10的外表面上，不在模腔30的内表面上。在另一个替代形式中，涂层可以仅位于模腔30中，不在辊10的外表面上。在还另一个替代形式中，第一涂层可以位于模腔30中并且第二涂层可以位于工具辊10的外表面上。
涂层可以为混合的或以连续层施加的一种或多种材料的组合。在涂层50中使用的一种或多种材料可以根据所需的物理特性变化。所需的一些物理特性包括(但不限于)增加的耐磨性、控制的剥离特性、
控制的表面粗糙度、在相邻的带巻绕之间的粘合等。 一些优选的材料可以为金属电镀层，更优选地化学镍电镀层、铬电镀层等。
虽然示出的工具辊10优选地使用一个带20提供，但应当理解工具辊IO可以使用两个或多个带或结合如此前讨论的薄的间隔线材的带来制备。
一个工具辊带的变型在图3a中示出，其提供一个带的顶视图，其中离散模腔30 (在这种情况下，孔31)在带的整个表面上延伸，没有不含模腔的区。另一个工具辊带的变型在图3b中示出，其中离散模腔30 (在这种情况下，凹陷32)在带的整个表面上延伸，没有不含模腔的区。
在可供选择的实施例中，图4的辊工具带具有沿着成形制品的纵向(或沿着辊工具的半径)延伸的不含模腔30的区域40，这个区域可以用于生成连接区、手指揭去部分(fingedifts)等。
另一个工具辊带的变型在图5中示出，其提供了螺旋巻绕带的两个相邻部分的顶视图。在这种情况下，两个带部分每个具有不含模腔的区域41，安排使得当螺旋缠绕时，两个较少腔体部分彼此邻近布置以提供在成形制品的横向取向的较少腔体部分。这种区域再次可以用于生成连接区、手指揭去部分等。这种特定构造为总体布置的示例性实施例，其中较少腔体区域提供为由包括腔体的连续区域围绕的不连续区域。在可供选择的实施例中，具有腔体的区域可以作为由连续较少腔体区域围绕的不连续区域存在。通过设计赋予带的结构或特征可以实现这种布置，使得当带螺旋缠绕时，具有不同结构(和/或没有结构)的多种区域结合以形成具有如期望的特征的期望的宏观图案的区域。
虽然在上述实施例中示出的凹陷和孔示出为对称和重复的图案，但应当理解用于形成模腔的凹陷和孔可以为对称的或不对称的、无规的或重复有序的或无序的或由单个孔或凹陷形成，或复合模腔可以由两个或多个凹陷和/或孔形成。
本发明还可以包括在用于形成模腔的一个或多个带的表面(一般
17来讲，带的内表面表面或基座辊工具12的外表面15)中形成的排出结
构(bleed structure)。排出结构可以使得流体(例如，空气)更易于 从模腔中逸出，从而增强腔体的填充。当模腔具有较高纵横比时，排 出结构可以是尤其有用的，否则模腔难以完全填充。
排出结构仅占据没有孔的带的表面的一部分是优选的，并且孔本 身优选的不含排出结构以抑制在加工期间通过可模压材料的排出结构 的不期望的填充。
除了 (或取代)在围绕基座辊巻绕的一个或多个带上形成的排出 结构， 一个或多个带围绕其巻绕的工具辊的表面还可以包括排出结构 以帮助空气或其他流体在处理期间从模腔中移除。可以单独使用在基 座辊表面上的排出结构(在带上没有排出结构)，其中模腔包括由基 座辊本身的外表面形成的底部，从而使得模腔与在基座辊上的排出结 构流体连通。在基座辊上的排出结构可以为无规粗糙表面(通过如蚀 刻、喷砂等形成)的形式。排出结构可以在基座辊的整个表面上延伸 或其可以仅在选择的区域中提供。
可以通过包括在其外表面上形成的排出结构的基座辊提供的另外 的优点为，其可以有助于通过增加在带和基座辊之间发生的摩擦力保 持带在正确位置围绕圆柱形基座辊。
结合本发明使用的排出结构(在带或基座辊上)可以使用本领域 已知的任何合适的技术形成，如，滚花、烫印、压花、雕刻、传统的 加工、激光加工、电子放电加工、水喷加工、蚀刻、光刻等。 一般来 讲，根据本发明的排出结构可以通过任何合适的结构或表面处理形成， 该任何合适的结构或表面处理可以为流体在两个相对表面之间流动提 供路径，例如，通道、产生空隙的支脚(standoff)、粗糙表面(通过 蚀刻、喷砂等形成)，以及它们的组合。在根据本发明的制造工具辊的方法中，可能期望的是，在巻绕带 之后加工工具辊的外表面以提供对完成的工具辊直径的改善控制。
通过用碳酸氢钠(小苏打)或相似的材料喷砂处理(blasting)辊
移除从例如带冲压和/或巻绕辊的加工中残余的任何毛刺也是期望的。 还可以处理完成的工具辊以在模腔内和/或模腔之间的工具辊的外表面 上提供所需的表面抛光。例如，可能期望的是，化学蚀刻、喷砂、镀 板、涂布或以其他方式改性工具辊的表面。
其中可以使用根据本发明的工具辊的一个方法为形成高纵横比拓 扑结构膜。可模压材料可以通过例如挤出或铸模施加到工具辊的表面 以生成包括凸起的膜，这些凸起为工具中模腔的复制品。在优选的实 施例中，在从工具辊中移除时材料对工具辊的粘附力小于材料内的内 聚力。材料对工具辊的粘合力不超过用于形成工具辊的一个或多个带 的拉伸强度为进一步优选的。
基本上任何可模压材料都可以与本发明结合使用。优选的是，可 模压材料为取向的热塑性树脂。可以挤出模制并且应该为可用的取向
热塑性树脂包括聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰胺，例如尼 龙；聚苯乙烯丙烯腈；聚丙烯腈丁二烯苯乙烯；聚烯烃，例如聚丙烯； 以及增塑的聚氯乙烯。 一个优选的热塑性树脂为包含17.5%聚乙烯并且 具有30的熔流指数的聚丙烯和聚乙烯的抗冲共聚物(impact copolymer)，以商品名SRD7-587得自康涅狄格州丹伯里的联合碳化 物公司(UnionCarbide, Danbury, Conn)。热塑性树脂还可以包括共混 物，包括聚乙烯和聚丙烯共混物；共聚物，例如聚丙烯聚乙烯共聚物； 或共挤出为多层或以交替区共挤出。添加剂(例如增塑剂、填充剂、 颜料、染料、抗氧化剂、隔离剂等)也可以掺入到可模压材料中。
在一个优选的方法中，材料通过挤出进入由工具辊和支撑辊形成 的辊隙提供，如在美国专利6,902,389中示出的，其内容全文以引用方
19式并入。支撑辊优选地提供一些压力以有助于迫使可模压材料进入在 工具辊中提供的模腔。作为另外一种选择，支撑辊可以被任何连续移 动的表面(其可以有助于迫使模具材料进入工具辊中的模腔)或被非 移动的表面(例如，刮粉刀)置换。
可以在工具辊的内部提供真空以有助于移除否则可能干扰模腔的 完全填充的空气。然而，在多种情况下，可以不提供真空，因为在模 腔内的空气在用于制造工具辊的带之间逸出。换句话讲，可以在不存 在真空的条件下进行处理。
在工具辊和支撑辊的一个或两者中提供一些热控制也是期望的。 根据处理条件、可模压材料的温度、可模压材料的特性等，可能期望 的是，加热辊的一个或两个，冷却辊的一个或两个，或加热一个辊并 冷却另一个辊。
在迫使材料进入工具辊中的模腔内并且已充分地冷却以形成具有 可以保持所需的一种或多种形状的凸起的膜之后，其从工具辊中除去 以用于进一步处理或膜可以巻绕进入辊。例如，如果机械紧固件带为 所需的，膜可以导向入一个或多个工位以改善凸起、涂布粘合剂并进
行其他处理，如在如美国专利No. 5,845,375 (Miller等人)、5,077,870
(Melbye等人)、PCT专利公开No. WO 98/57565、 WO 98/57564、 WO 98/30381和WO 98/14086中讨论的。
可能期望的是，将一种或多种附加的材料导入通过工具辊和支撑 辊形成的辊隙中，以向膜提供所需的额外特性。例如，可以将机织物 或非机织物导入辊隙。或者，膜可以通过如加热、粘合剂、共挤出等
层合到一个或多个另外的层。
可以结合到支撑辊的另一个可选的特征为将一些结构加入到辊的 表面以增加其表面积。在支撑辊上增加的表面积可以增加膜上的表面积，从而改善设置在膜的背面的任何粘合剂的粘合力。可用结构的一 个实例可以为每英寸约400线条(每厘米160线条)的比例的线性棱 柱的微压印图案。
本文引用的全部专利、专利公开和出版物全文以引用方式并入本 文，如单独地以引用方式并入一样。所有的数字假定用术语"约"修 饰。不脱离本发明的范围，本发明的多种修改和更改对于本领域中的 技术人员将是显而易见的，并且应当理解本发明并没有不当地限于本 文示出的示例性实施例。
权利要求
1.一种工具辊，包括圆柱形基座；第一带，所述第一带螺旋地绕所述圆柱形基座卷绕并附接到其上，所述第一带具有第一向外表面和第二向内表面以及两个侧面，所述第一带还具有宽度和厚度，其中所述带宽与所述带厚之比为至少2，所述第一向外表面在所述第一表面内具有多个凹陷或孔，所述第二向内表面面向所述圆柱形基座辊。
2. 根据权利要求l所述的辊工具，其中所述带的所述宽度与所述 厚度之比为小于1000。
3. 根据权利要求2所述的辊工具，其中所述带的所述宽度与所述 厚度之比为4至500。
4. 根据权利要求2所述的辊工具，其中所述带的所述宽度与所述 厚度之比为8至100。
5. 根据权利要求2所述的辊工具，其中所述带的所述宽度为l至 125mm。
6. 根据权利要求5所述的辊工具，其中所述带的所述宽度为6至 25mm。
7. 根据权利要求5所述的辊工具，其中所述带的所述厚度为0.1 至5mmc
8. 根据权利要求5所述的辊工具，其中所述带绕圆柱形辊缠绕。
9. 根据权利要求5所述的辊工具，其中所述带缠绕成使得线圈或 所述带以小于8度的螺旋角度取向。
10. 根据权利要求5所述的辊工具，其中所述带缠绕成使得线圈 或所述带以小于2度的螺旋角度取向。
11. 根据权利要求1所述的辊工具，其中所述带至少在所述带的 第一表面上具有离散的凹陷或孔，所述离散的凹陷或孔在所述带的第 一表面上形成离散的模腔。
12. 根据权利要求ll所述的辊工具，其中所述带在所述带的整个 宽度上具有一行以上的离散模腔。
13. 根据权利要求11所述的辊工具，其中所述带的离散模腔限定 高纵横比的凸起，并且深度与宽度(在所述带的外表面)之比大于2: 1。
14. 根据权利要求11所述的辊工具，其中所述带离散模腔限定高纵横比的凸起，并且深度与宽度(在所述带的外表面)之比大于3 : i。
15. 根据权利要求11所述的辊工具，其中所述带离散模腔限定高纵横比的凸起，并且深度与宽度(在所述带的外表面)之比大于4: i。
16. 根据权利要求13所述的辊工具，其中所述离散模腔的深度为 O.lmm或更大。
17. 根据权利要求13所述的辊工具，其中所述离散模腔的深度为 0.2mm或更大。
18. 根据权利要求13所述的辊工具，其中所述离散模腔的深度为,0.4mm或更大。
19. 根据权利要求1所述的辊工具，其中所述第一带被相邻的第 二间隔线材或带巻绕。
20. 根据权利要求19所述的辊工具，其中所述相邻的第二间隔线 材或带具有与所述第一带不同的厚度。
21. 根据权利要求ll所述的辊工具，其中所述离散模腔为总体上 不均匀的形状。
22. 根据权利要求21所述的辊工具，其中所述离散模腔具有机械 紧固钩的形状。
23. 根据权利要求21所述的辊工具，其中所述离散模腔在所述辊 工具的至少一部分上以每cr^至少30个离散模腔的密度提供。
24. 根据权利要求21所述的辊工具，其中所述离散模腔在所述辊 工具的至少一部分上以每ci^至少IOO个离散模腔的密度提供。
25. 根据权利要求21所述的辊工具，其中所述离散模腔在所述辊 工具的至少一部分上以每cr^至少500个离散模腔的密度提供。
全文摘要
本发明提供一种具有圆柱形基座和第一带的工具辊，所述第一带具有内表面、外表面以及位于两者间的第一和第二主侧面。所述第一带的外表面包括在其中形成的多个凹陷或孔，并且所述第一带以螺旋线圈绕所述基座辊卷绕使得所述内表面靠近所述基座辊。在所述第一带的所述外表面中的多个凹陷或孔形成多个离散的模腔，每一个所述离散的模腔包括在所述第一带的所述外表面处的模具开口。
文档编号B65H19/22GK101636338SQ200780047444
公开日2010年1月27日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年12月19日
发明者拜伦·M·杰克逊, 罗纳德·W·奥森, 蒂莫西·P·帕里瑟尤, 马克·S·贝伦斯 申请人:3M创新有限公司