JP2014193514A - 導光板加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】深さや平面形状が微妙に変化する三次元的で複雑な形状の溝を有する導光板を加工速度を犠牲にすることなく精度良く加工する。
【解決手段】導光板加工装置１は、ＸＹＺ方向移動及びＺ軸周りの回転が可能な加工ヘッド１０に取り付けた工具ホルダ２０にＳｉＣ単結晶製の切れ刃先端を有する切削チップＣを装着している。加工ヘッド１０にはレーザ変位センサ３０も取り付けられている。工具ホルダ２０には、２本のピエゾスタック５１，５２と変位拡大レバー６０が組み付けられ、チップホルダ６１は弾性リンク部材６５を介して変位拡大レバー６０の中央下部にフローティング支持される。加工データは、レーザ変位センサ３０の計測した表面状況を加味した上で、ピエゾスタック駆動制御データと加工ヘッド駆動制御データとに分配され、ピエゾストロークを併用して溝加工を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、合成樹脂製光学素材に三次元形状の微細溝を精密加工するための導光板加工装置に関するものである。

従来、液晶表示装置のバックライトやレンズなどに用いる合成樹脂製光学素材は、微細溝を形成した金型を用いた射出成形で製造されていた。金型を用いる方法は、バックライトやカメラレンズなどの量産品には適しているが、少量多品生産の要求される看板用導光板や特注レンズ等の製造には適さない。このため、合成樹脂性光学素材に対して微細溝を直接加工する装置が臨まれている。

この種の装置としては、エンドミル、平削りバイト、レーザー加工などを上げることができるが、溝形状の不均一、溝表面の低品質、低い意匠性、工具摩耗による不良などが原因となり、発光ムラや発光効率・発光輝度の低下を来したり、単純な発光パターンしか加工できないという問題があった。

特許文献１は、図１３（Ａ）に示す様に、圧電素子と皿ばねを用いた微小高速工具位置決め装置を介してダイヤモンド工具を設置し、工具送り装置のＺ軸の位置を固定したまま、Ｘ・Ｙ移動させ、微少高速工具位置決め装置と工具により垂直方向の微少加工を行うことにより、導光板等の複雑な溝や形状、さらに微細な溝や形状のための表面加工機を提案している。

また、特許文献２は、図１３（Ｂ）に示す様に、工具固定用ジグの板バネにひずみゲージを取りつけ、ワーク表面のうねりを加工圧力の変化に対応するひずみ量に変換し、回路で増幅、フィルタリングされたアナログ信号を制御用パソコンにフィードバックすることにより、加工工具軸方向圧力を一定に保つことでワーク表面から一定の深さのマイクロレンズアレイを形成する装置を提案している。

一方、特許文献３は、図１３（Ｃ）に示す様に、当接型の変位計で測定した表面形状データに基づいて円柱状工具と光学材料基板との相対位置を制御して切り込み量が一定になるように制御しながら溝を加工する装置を提案している。

特開２００６−１２３０８７（図２，図３） 特開２００１−２２５２４４（図１，図５） 特開平５−２００６１６（図１，図３）

特許文献１の装置は、Ｚ軸固定で圧電素子駆動による微細加工を行うことで表面のうねりに対応する修正を行うことができないことはないが、この場合、溝加工とうねり修正を別々に実行しなければならず、加工に時間がかかるという問題がある。

特許文献２の装置は、うねりによる加工圧力の変化をフィードバックすることで溝加工データを自動修正してうねりを考慮した深さの溝を形成することができるが、フィードバック制御を加えるための演算処理時間を十分に確保しないとかえって溝深さが不安定なものとなるおそれがある。このため、加工時間を早くすることは困難である。

これらに対し、特許文献３の装置は、最初に変位計でうねりを計測して切り込み量を決定するから溝を切削する際の刃物の移動速度を低下しなくてもよいが、意匠性の低い単調な溝加工になってしまうという問題がある。

加えて、特許文献１〜３の装置では、例えば平面形状に微妙な湾曲がある様な溝を形成する場合、当該微妙な湾曲に沿って加工ヘッドをＸＹ方向に移動させながら切削を行わねばならず、溝の長さがそれほど長くなる分けでないにもかかわらず加工速度を速めることができないという問題もある。

そこで、本発明は、深さや平面形状が微妙に変化する三次元的で複雑な形状の溝を加工速度を犠牲にすることなく精度良く加工できる導光板加工装置を提供することを第１の目的とし、併せて、光学材料基板表面にうねりがあっても、深さや平面形状が微妙に変化する三次元的で複雑な形状の溝を加工速度を犠牲にすることなく精度良く加工できる導光板加工装置を提供することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達するためになされた本発明の導光板加工装置は、ワークを載置するワークテーブルと、該ワークに溝を切削する切削チップを装着する加工ヘッドと、前記加工ヘッドを前記ワークテーブルの載置面に平行なＸＹ平面内で移動するＸＹ平面移動装置と、前記加工ヘッドをＺ軸方向に移動するＺ軸移動装置テーブルに備えられたＸ軸ガイドにガイドされてＸ軸方向へ移動するＸ軸ベースと、該Ｘ軸ベースに備えられたＹ軸ガイドにガイドされてＹ軸方向へ移動するＹ軸ベースと、該Ｙ軸ベースに備えられたＺ軸ガイドにガイドされてＺ軸方向へ移動するＺ軸ベースと、該Ｚ軸ベースに対してＺ軸周りに回転可能に取り付けられた加工ヘッドと、該加工ヘッドに取り付けられた工具ホルダと、該工具ホルダに取り付けられた切削チップとを備え、切削加工データに基づいて、前記Ｘ軸ベース、Ｙ軸ベース、Ｚ軸ベースの移動と前記加工ヘッドのＺ軸周りの回転とからなる加工ヘッド駆動制御を実行することにより、前記ワークに対して前記切削チップを所定角度で所定量食い込ませた状態で当該加工ヘッドを移動させて前記加工データに対応する溝を加工する制御装置とを備えた導光板加工装置であって、さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする。
（１）前記工具ホルダは、前記切削チップの両外側に位置し、当該切削チップを前記ワークに対して近接・離間する方向へとストローク動作させ得る複数本のピエゾスタックが各独立に駆動可能な状態で備えられていること。
（２）前記制御装置は、前記加工データを、前記ピエゾスタックによるストローク動作のストローク量を勘案して前記加工ヘッド駆動制御データとピエゾスタック駆動制御データとに分配する加工データ分配手段と、当該分配された加工ヘッド駆動制御データに従って前記加工ヘッドを駆動制御すると共に、前記ピエゾスタック制御データに従って前記ピエゾスタックを駆動制御するピエゾ併用加工動作制御手段とを備えていること。

本発明の導光板加工装置によれば、溝加工に際して、加工ヘッドのＺ軸移動量とピエゾスタックのＺ軸方向ストローク量とから加工データが示す溝深さを確保する結果、加工ヘッド単体のＺ軸移動では制御が困難な様な微妙な溝深さの変化にも対応することができる。また、溝の平面形状が微妙に湾曲している様な場合には、片側のピエゾスタックだけを駆動して切削チップの切り込み位置をずらすことにより、加工ヘッドを当該微妙な湾曲に沿ってＸＹ位置制御しなくても自然に溝を湾曲させることができる結果、加工ヘッドのＸＹ平面に対する移動速度を犠牲にすることなく微妙な湾曲形状の溝を形成することができる。
この結果、深さ・幅の変化する三次元的で複雑な形状の溝を加工速度を犠牲にすることなく精度良く加工することができる。なお、本発明の導光板加工装置におけるピエゾスタックによるストローク動作は、切削チップをワークから逃がしたり、ワークに接していない位置からワークに食い込ませるといった従来の圧電駆動方式の様な単独駆動で溝加工を行うものではなく、加工ヘッドの駆動量と足し合わせることにより、ピエゾスタックをロングストローク化しなくてもよく、ピエゾスタックの大型化といった問題も生じないという利点がある。

上記第２の目的をも達するためになされた本発明の導光板加工装置は、さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする。
（３）前記加工ヘッドには、レーザ変位センサが備えられていること。
（４）前記制御装置は、前記加工ヘッドをＸ軸方向及び軸ベースに移動させて走査動作を実行させる間に前記レーザ変位センサによってワーク表面状況を検出する走査検出動作実行手段と、当該ワーク表面状況を前記加工データに重ねた表面状況反映加工データを生成する表面状況反映加工データ生成手段とを備え、前記加工データ分配手段は、前記表面状況反映加工データを前記加工データとして前記加工ヘッド駆動制御データと前記ピエゾスタック駆動制御データとに分配する手段として構成されていること。

（３），（４）の構成をも備えた導光板加工装置によれば、走査検出動作実行手段によって加工ヘッドに備えたレーザ変位センサでワークの表面状況を検出し、表面状況反映加工データ生成手段でワークの表面状況を反映した表面状況反映加工データを生成し、この表面状況反映加工データを加工データとして加工ヘッド駆動制御データとピエゾスタック駆動制御データとに分配する。これにより、光学材料基板の様に表面にうねりが存在する材料であっても、深さや平面形状が微妙に変化する三次元的で複雑な形状の溝を、加工速度を犠牲にすることなく精度良く形成することができる。特に、加工ヘッドにレーザ変位センサを備えているので、走査検出動作から加工動作へと切り替えるときに加工ヘッドのＺ軸方向基準位置は変化しないから、Ｚ軸方向補正量としてワーク表面状況の検出を精度よく実行することができる。

これら本発明の導光板加工装置は、さらに、以下の構成をも備えるとよい。
（５）前記加工データ分配手段は、前記加工データが溝の深さを変化させる内容となっているときは、前記複数のピエゾスタックを共に駆動制御することで深さの変化に追従する傾向となるストローク動作を実行させる様に前記ピエゾスタック駆動制御データを生成し、当該ピエゾスタック駆動制御データを差し引いたＺ軸動作となる様に前記加工ヘッド駆動制御データを生成する手段として構成されていること。

また、これら本発明の導光板加工装置は、さらに、以下の構成をも備えるとよい。
（６）前記加工データ分配手段は、前記加工データが溝の平面形状を変化させる内容となっているときは、前記複数のピエゾスタックの内の片側を駆動制御することで前記切削チップの切り込み位置をずらして前記平面形状の湾曲変化に追従する傾向とさせるストローク動作を実行させる様に前記ピエゾスタック駆動制御データを生成し、当該ピエゾスタック駆動制御データを差し引いたＺ軸動作となる様に前記加工ヘッド駆動制御データを生成する手段として構成されていること。

（５）の構成を備えることにより、加工ヘッドのＺ軸移動量とピエゾスタックのＺ軸方向ストローク量とから加工データが示す溝深さを精度よく確保することができ、深さ精度の高い溝を高速に加工することができる。また、（６）の構成を備えることにより、加工ヘッドのＸＹ平面上での位置制御を複雑化することなく、ピエゾスタックの片側駆動による切削チップの切り込み位置をずらす作用により、平面形状の微妙な変化がある様な溝も精度よく高速に加工することができる。

これら本発明の導光板加工装置は、さらに、以下の構成をも備えるとよい。
（７）前記複数本のピエゾスタックの動作端は変位拡大レバーに当接され、前記切削チップは当該変位拡大レバーの中央部にフローティング支持されたチップホルダに装着され、当該チップホルダの外側面に逆Ｖ字状の上向きテーパ面が形成され、前記変位拡大レバーの下面に形成された逆Ｖ字状の下向きテーパ面との間に、弾性リンク部材を装着してあること。

（７）の構成をも備えることにより、片側駆動時のピエゾスタックのストローク動作を変位拡大レバーによるテコの作用で拡大でき、切り込み位置をある程度大きくずらすことができる。また、弾性リンク部材によって定位置への復帰も確実かつ迅速に行われる。これにより、ピエゾスタックの大型化を招くことなく微妙な深さ変化や微妙な湾曲を有する複雑な三次元形状溝の加工を可能にすることができる。

これら本発明の導光板加工装置は、さらに、以下の構成をも備えるとよい。
（８）前記切削チップは、切れ刃先端部をＳｉＣ単結晶としたこと。

切削チップの切れ刃先端部がＳｉＣ単結晶であるため、粒界が無く、切れ刃の稜線を１．７ｎｍ以下の非常に鋭利な刃先とすることができ、切削抵抗を低下できると共に、共有結合であり金属結合の被削材に対する化学反応が小さいため、理想的な切削加工が実現できる。この結果、加工不良がなく、長寿命で高能率な切削を実現することができる。

本発明によれば、深さや平面形状が微妙に変化する三次元的で複雑な形状の溝を有する導光板を加工速度を犠牲にすることなく精度良く加工することができる。

実施例１を示し、（Ａ）は導光板加工装置の斜視図、（Ｂ）は加工ヘッドの斜視図、（Ｃ）は工具ホルダの斜視図である。 実施例１の切削チップを示し、（Ａ）は切れ刃先端部の拡大図、（Ｂ）はその説明図、（Ｃ）は切削の様子を示す説明図である。 実施例１のデータ処理のイメージを示すブロック図である。 実施例１において溝深さを変化させた複雑形状の溝を切削する場合のデータ分配例を示す説明図である。 実施例１において断続的な三日月形状溝を切削する制御例の説明図である。 実施例２の導光板加工装置の斜視図である。 実施例２の導光板加工装置の平面図である。 実施例２の導光板加工装置の正面図である。 実施例２の導光板加工装置の側面図である。 実施例２の導光板加工装置における加工ヘッドの一部を示す斜視図である。 実施例２の導光板加工装置における加工ヘッドの本体部分を示す斜視図である。 実施例２の導光板加工装置における工具ホルダを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｄ）は断面図である。 従来技術の説明図である。

以下、本発明を実施するのに適したワークの端部加工装置の実施形態を実施例に基づいて説明する。

実施例１の導光板加工装置１は、図１に示す様に、ワークＷを載置するワークテーブルＴと、ワークＷに溝を切削する切削チップＣを装着する加工ヘッド１０とを備えている。ワークテーブルＴの側面にＸ軸ガイド１１，１１が備えられていて、門型のＸ軸ベース１２がＸ軸方向移動可能にガイドされている。このＸ軸ベース１２の前面側はＹ軸ガイド１３となっていて、Ｙ軸ベース１４がＹ軸方向移動可能にガイドされている。このＹ軸ベース１４にはＺ軸ガイド１５が備えられていて、Ｚ軸ベース１６がＺ軸方向移動可能にガイドされている。そして、加工ヘッド１０は、このＺ軸ベース１６に対してＺ軸周りに回転可能に支持された状態で取り付けられている。切削チップＣは、加工ヘッド１０に対して装着された工具ホルダ２０を介して取り付けられる。

工具ホルダ２０は、図１（Ｂ）に示す様に、加工ヘッド１０の水平プレート１７に形成した貫通孔１８に対して下方から挿入する様にして取り付けられる。水平プレート１７にはＸ方向前端側にＺ軸方向の距離測定ができる様にレーザ変位センサ３０が取り付けられている。また、水平プレート１７には、切削チップＣの近傍に吸い込み口を位置させた集塵ダクト４０も設置されている。

工具ホルダ２０は、図１（Ｃ）に示す様に、水平プレート１７の貫通孔１８に内嵌する軸筒部２１と、この軸筒部２１の途中に外側に張り出す様に形成されたリング状鍔部２２とを備え、軸筒部２１の下端面からＶ字状の下向きテーパ面を構成する下向き三角形状突部２３が突設されている。また、軸筒部２１の筒孔内に挿入される様にして２本のピエゾスタック５１，５２が装着され、これらピエゾスタック５１，５２の下端同士に両端上面を当接させる様にした変位拡大レバー６０が組み込まれている。この変位拡大レバー６０の中央下側に切削チップＣを着脱可能に装着するチップホルダ６１がフローティング支持されている。このチップホルダの外面には逆Ｖ字状の上向きテーパ面を構成する上向き三角形状突部６２が形成されている。そして、このチャックホルダ側の逆Ｖ字状テーパ面と変位拡大レバー６１の下面の逆Ｖ字状テーパ面６３との間に弾性リンク部材６５が装着されている。

切削チップＣは、ＳｉＣ単結晶で形成されている。この結果、図２（Ａ），（Ｂ）に示す様に、切れ刃の稜線を１．７ｎｍ以下とする様な非常に鋭利な刃先を備え、スクイ面及び逃げ面についても共に１．５ｎｍの平坦度を持ったものとなっている。そして、図２（Ｃ）に示す様に、刃先エッジ部が１ナノメートルレベルのシャープエッジとなることにより切削抵抗を低下できると共に、ＳｉＣ単結晶が共有結合であり被削材に対する化学反応が小さいため、切削面に変質が生じない状態での溝加工が可能となっている。

実施例１の導光板加工装置１の制御ブロック図を図３に示す。加工データはＸ，Ｙ，Ｚ方向及びＺ軸周りの位置指令として制御分配演算回路７０に入力される。制御分配演算回路７０では、この加工データが、ピエゾスタック５１，５２のストローク動作によるストローク量でカバーすべきピエゾスタック駆動制御データと、これを差し引いた加工ヘッド駆動制御データとに分配される。

このとき、加工データが溝の深さを変化させる内容となっているときは、２本のピエゾスタック５１，５２を共に駆動制御することで深さの変化に追従する傾向となるストローク動作を実行させる様に加工データにおける溝深さ変化の傾向に対応するピエゾスタック駆動制御データを生成し、当該ピエゾスタック駆動制御データを差し引いたＺ軸動作となる様に加工ヘッド駆動制御データを生成する（以下、「溝深さ追従データ作成処理」という。）。

また、加工データが溝の平面形状を微妙に変化させる内容となっているときは、２本のピエゾスタック５１，５２の内の片側を駆動制御することで平面形状の変化に追従する傾向となる様に切削チップＣの切り込み位置をずらしてやることで加工データにおける溝の平面形状変化の傾向に対応するピエゾスタック駆動制御データを生成し、当該ピエゾスタック駆動制御データを差し引いたＺ軸動作となる様に加工ヘッド駆動制御データを生成する（以下、「溝幅追従データ作成処理」という。）。

こうして生成された加工ヘッド駆動制御データは、加工ヘッド１０のＸ，Ｙ，Ｚ方向位置及びＺ軸周り回転角度の制御データとしてモータ駆動制御が行われ、ピエゾスタック駆動制御データはピエゾスタック５１，５２のオン／オフ制御のための制御データとして圧電素子駆動制御が行われる。このとき、モータのエンコーダ信号や圧電素子のストローク信号がフィードバックされて正確な位置制御が担保される構成となっている。

また、本実施例の導光板加工装置１においては、加工を実行する前に、加工ヘッド１０をワークの上方所定高さのＸＹ平面内で走査動作させ、その間に得られるレーザ変位センサ３０からの検出信号から、ワークの表面のうねり状況を記憶する動作を実行する。導光板用の合成樹脂光学素材基板の表面は完全な平坦面となっていないが、そのうねりは僅かである。この検出結果に伴うワーク表面状況データは、制御分配演算回路７０に対して入力され、加工データのＸＹ座標位置に対してＺ方向補正量として加えられる。このとき、うねりによって盛り上がっている箇所は盛り上がり量だけ加工データのＺ方向制御高さを上昇させ、逆にうねりによって窪んでいる箇所は窪み量だけ下降データのＺ方向制御高さを下降させる。これにより、ワーク表面から溝底までの深さが加工データとして補正される。この補正された加工データに基づいて、前述の「溝深さ追従データ作成処理」「溝幅追従データ作成処理」が実行される。

なお、図示の様にワーク表面状況の検出結果をピエゾスタック駆動制御データに対する補正データとしてピエゾスタック５１，５２に与える様にすることもできる。前述の様に、導光板とするための合成樹脂製光学素材基板の表面のうねりは僅かであるから、ピエゾスタック５１，５２の動作だけでこれをカバー可能な場合もあるからである。このとき、ピエゾスタック駆動制御データは、うねりによって盛り上がっている箇所はオフとし、うねりによって窪んでいる箇所はオンとする様に補正すればよい。そして、ピエゾスタック５１，５２のオン／オフの補正では溝深さ精度が十分でないときは、制御分配演算回路７０に修正要求を出して加工ヘッド駆動制御データを補正する。

次に、実施例１における溝加工イメージについて、加工データが溝の深さを変化させる内容となっているケースの制御例について図４に基づいて説明する。

図４（Ａ）は、表面が平坦な素材Ｗ１に対して、ピエゾスタックを駆動せずにＺ軸移動だけで溝を形成する場合を示している。ピエゾ駆動データＤｐ１はＯＦＦのままであり、Ｚ軸移動データＤｚ１は、基準線Ｌ０に対し、２箇所でマイナス方向に下がる内容となっている。

図４（Ｂ）は、同じく表面が平坦な素材Ｗ２に対して、ピエゾスタックを駆動しつつＺ軸移動を行って溝を形成する場合を示している。このため、溝が深くなるべき２箇所でピエゾ駆動データＤｐ２をＯＮにしてＺ軸移動量を一部ピエゾスタック駆動制御データに負担させることにより、Ｚ軸移動データＤｚ２は、基準線Ｌ０に対する上下動の少ない内容となっている。

図４（Ｃ）は、表面が中央部において上方に盛り上がる様にうねっている素材Ｗ３に対して、ピエゾスタックを駆動しつつＺ軸移動を行って溝を形成する場合を示している。レーザ変位センサ３０による表面計測データＤｈは、水平線ＨＬに対して中央が盛り上がっている状態を計測している。この表面計測データＤｈが加味し、溝深さが変わる前にピエゾスタックをＯＮにする様なピエゾ駆動データＤｐ３とすることで、Ｚ軸移動データＤｚ３は、基準線Ｌ０に対して表面計測結果Ｄｈと対応する様な緩やかに上昇し緩やかに下降する様なデータとなっている。

これら図４（Ａ）〜（Ｃ）のＺ軸移動データＤｚ１〜Ｄｚ３を比較すると、ピエゾスタック駆動を併用しない場合には、上下方向への移動が繰り返されるのに対し、ピエゾスタック駆動を併用する場合には、上下方向移動が少なくできたり、表面計測結果を基準線としてこれに沿う様なＺ軸方向移動となり、上下動の少ないデータで制御できることが分かる。これにより、ＸＹ方向の移動速度を制限することなく高速加工が可能となる。

次に、実施例１における溝加工イメージについて、加工データが溝の平面形状を微妙に変化させる内容となっているケースの制御例について図５に基づいて説明する。

図４で説明した制御例では、２本のピエゾスタック５１，５２を共にオンにする結果、切削チップＣは真下へとストロークする。これに対し、片方のピエゾスタックだけをオンにした場合には、図５（Ｂ），（Ｃ）に示す様に、切削チップＣは斜め下方に移動する。この結果、加工ヘッドを真っ直ぐ移動させていても切り込み位置がずれて溝形状を微妙に湾曲させることができる。従って、図５（Ｄ）に示す様に、真っ直ぐ、左曲がり、右曲がりの溝が断続的に並ぶ様な平面形状の溝も、加工ヘッドは直線移動させた状態でＺ軸方向移動とピエゾスタックの両側駆動、片側駆動の組み合わせによって形成することが可能となる。なお、ピエゾスタック５１，５２は共にＺ軸方向長さが同じであるから、図５（Ａ）に示す様に２本を同時に駆動する場合と、図５（Ｂ），（Ｃ）に示す様に１本のみを駆動する場合のＺ軸方向のストローク量はほぼ同じであるから、溝深さ制御については、図４で示した制御例と同じ様にすればよく、ピエゾストローク分だけ加工ヘッドのＺ軸移動量を差し引いてやるだけでよい。

なお、三日月形状の溝の幅も変化させる場合は、刃先がより深く入ることで溝幅が広がる作用を利用すればよく、図４（Ｂ）と図５の制御を重畳させた制御データとなる様に加工データを分配すればよく、さらに素材表面のうねりが計測されている場合には、図４（Ｃ）と図５の制御を重畳させた制御データとなる様に表面形状の変化を加味しつつ加工データを分配すればよい。

本実施例では、弾性リンク部材６５を介在させることで、フローティング支持によって斜め下方移動が可能となった切削チップＣを工具ホルダ２０に対して遊びのない状態で設置できる結果、上述の様な制御による精密な溝加工が可能となっているのも実施例１の特徴である。また、変位拡大レバー６０を備え、２本のピエゾスタック５１，５２を備え、逆Ｖ字状テーパ面６３，６２の間に弾性リンク部材６５を介在させていることによって、切り込み位置のずらし量を増大させているのも実施例１の特徴である。

実施例２の導光板加工装置１０１を、図６〜図１２に基づいて説明する。導光板加工装置１０１は、図６〜図９に示す様に、ワークテーブルＴの左右上面にＸ軸ガイド１１１，１１１が備えられていて、Ｘ軸ベース１１２がＸ軸方向移動可能にガイドされている。このＸ軸ベース１１２の前面側にはＹ軸ガイド１１３，１１３が備えられていて、Ｙ軸ベース１１４がＹ軸方向移動可能にガイドされている。このＹ軸ベース１１４の前面側にはＺ軸ガイド１１５，１１５が備えられていて、Ｚ軸ベース１１６がＺ軸方向移動可能にガイドされている。そして、加工ヘッド１１０は、このＺ軸ベース１１６に取り付けられている。

また、図１０に示す様に、Ｚ軸ベース１１６には、加工ヘッド１１０の背面プレート１１０ａが、エアシリンダ１１０ｂによって上方に引っ張られることで加工ヘッド１０と重量バランスの取れた状態で装着されている。この背面プレート１１０ａの下部前面に突設された保持部１１０ｃに対して、図１１に示す様な加工ヘッド本体１１０ｄが保持される。

加工ヘッド本体１１０ｄは、水平プレート１１７によって構成され、工具ホルダ１２０を装着する装着筒１１８が、水平プレート１１７に対してモータＭにより回転駆動されるギヤボックスＧを介してＺ軸周りの回転が可能な状態で取り付けられている。装着筒１１８を回転させることによって、切削チップＣの向きをＺ軸周りに変更することができる。これにより、Ｘ方向に溝を切ることもＹ方向に溝を切ることも、斜めに溝を切ることも、大きく湾曲した溝を切ることも可能となっている。

なお、この装着筒１１８の後方の水平プレート１１７の下面から垂直ブラケット１１９が突設され、その後側に設置されたレーザ変位センサ１３０により、ワークの表面のうねり状況を計測することが可能となっている。

工具ホルダ１２０は、図１２に示す様に、装着筒１１８に内嵌する軸筒部１２１と、この軸筒部１２１から外側に張り出す様に形成されたリング状鍔部１２２とを備えている。工具ホルダ１２０は、このリング状鍔部１２２を介して、装着筒１１８の底面にボルトで固定し、装着筒１１８と一体化される。これにより、工具ホルダ１２０は、Ｚ軸周りに回転させることが可能となっている。

軸筒部１２１の上側には、フレーム枠１５０が上方に延びる様に取り付けられている。このフレーム枠１５０には、左右２本のピエゾスタック１５１，１５２が装着筒１１８の軸方向に延びる様にネジ止め固定されている。ピエゾスタック１５１，１５２の下端には押圧ロッド１５１ａ，１５２ａが突設されていて、変位拡大レバー１６０の上面に当接されている。この変位拡大レバー１６０の下面中央にチップホルダ１６１が弾性リンク部材１６５を挟み付ける様にしてフローティング支持の状態で装着されている。弾性リンク部材１６５を挟み付けることで、変位拡大レバー１６０とチップホルダ１６１との取付上の遊びがない状態となる。

そして、チップホルダ１６１には、下側から切削チップＣを備えたバイト１７０が取り付けられる。この切削チップＣは、実施例１において説明した様に、切れ刃先端を鋭利なものとすると共に、ワークＷとの化学反応を生じ難い様に、ＳｉＣ単結晶のものが用いられている。

この実施例２の導光板加工装置１０１の駆動制御の方法は、実施例１と同様であって、加工ヘッド１１０のＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動と装着筒１１８のＺ軸周りの回転とに加えて、ピエゾスタック１５１，１５２によるＺ軸方向の出没動作並びに切り込み位置のずらし動作を併用する様に、加工データが分配される。また、加工開始前にはレーザ変位センサ１３０によるワーク表面状況の計測を行い、この計測結果を加味して加工データの分配を行う。

なお、符号１９１は集塵ダクト、符号１９２は制御盤、符号１９３は操作盤であり、制御盤１９２に装備された演算回路によって上述の加工データの分配処理や加工ヘッド１１０及びピエゾスタック１５１，１５２の駆動制御が実行される。また、操作盤１９３からの操作指令により、レーザ変位センサ１３０による走査動作や溝加工動作、加工すべき溝の選択等がなされる。

以上、本発明の実施例をいくつか説明したが、本発明はこれらの実施例に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内での種々なる変形実施が可能であることはいうまでもない。

看板等に用いる様なオーダーメイドの導光板の製造に利用することができる。

Ｃ・・・切削チップ、Ｔ・・・ワークテーブル、Ｗ・・・ワーク、１・・・導光板加工装置、１０・・・加工ヘッド、１１・・・Ｘ軸ガイド、１２・・・Ｘ軸ベース、１３・・・Ｙ軸ガイド、１４・・・Ｙ軸ベース、１５・・・Ｚ軸ガイド、１６・・・Ｚ軸ベース、１７・・・水平プレート、１８・・・貫通孔、２０・・・工具ホルダ、２１・・・軸筒部、２２・・・リング状鍔部、２３・・・下向き三角形状突部、３０・・・レーザ変位センサ、４０・・・集塵ダクト、５１，５２・・・ピエゾスタック、６０・・・変位拡大レバー、６１・・・チップホルダ、６２・・・上向き三角形状突部、６５・・・弾性リンク部材、７０・・・制御分配演算回路、１０１・・・導光板加工装置、１１０・・・加工ヘッド、１１０ａ・・・背面プレート、１１０ｂ・・・エアシリンダ、１１０ｃ・・・保持部、１１０ｄ・・・加工ヘッド本体、１１１・・・Ｘ軸ガイド、１１２・・・Ｘ軸ベース、１１３・・・Ｙ軸ガイド、１１４・・・Ｙ軸ベース、１１５・・・Ｚ軸ガイド、１１６・・・Ｚ軸ベース、１１７・・・水平プレート、１１８・・・装着筒、１１９・・・垂直ブラケット、１２０・・・工具ホルダ、１２１・・・軸筒部、１２２・・・リング状鍔部、１３０・・・レーザ変位センサ、１５０・・・フレーム枠、１５１，１５２・・・ピエゾスタック、１５１ａ，１５２ａ・・・押圧ロッド、１６０・・・変位拡大レバー、１６１・・・チップホルダ、１６５・・・弾性リンク部材、１７０・・・バイト、１９１・・・集塵ダクト、１９２・・・制御盤、１９３・・・操作盤。

Claims (6)

1. ワークを載置するワークテーブルと、該ワークに溝を切削する切削チップを装着する加工ヘッドと、前記加工ヘッドを前記ワークテーブルの載置面に平行なＸＹ平面内で移動するＸＹ平面移動装置と、前記加工ヘッドをＺ軸方向に移動するＺ軸移動装置テーブルに備えられたＸ軸ガイドにガイドされてＸ軸方向へ移動するＸ軸ベースと、該Ｘ軸ベースに備えられたＹ軸ガイドにガイドされてＹ軸方向へ移動するＹ軸ベースと、該Ｙ軸ベースに備えられたＺ軸ガイドにガイドされてＺ軸方向へ移動するＺ軸ベースと、該Ｚ軸ベースに対してＺ軸周りに回転可能に取り付けられた加工ヘッドと、該加工ヘッドに取り付けられた工具ホルダと、該工具ホルダに取り付けられた切削チップとを備え、切削加工データに基づいて、前記Ｘ軸ベース、Ｙ軸ベース、Ｚ軸ベースの移動と前記加工ヘッドのＺ軸周りの回転とからなる加工ヘッド駆動制御を実行することにより、前記ワークに対して前記切削チップを所定角度で所定量食い込ませた状態で当該加工ヘッドを移動させて前記加工データに対応する溝を加工する制御装置とを備えた導光板加工装置であって、さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする導光板加工装置。
   （１）前記工具ホルダは、前記切削チップの両外側に位置し、当該切削チップを前記ワークに対して近接・離間する方向へとストローク動作させ得る複数本のピエゾスタックが各独立に駆動可能な状態で備えられていること。
   （２）前記制御装置は、前記加工データを、前記ピエゾスタックによるストローク動作のストローク量を勘案して前記加工ヘッド駆動制御データとピエゾスタック駆動制御データとに分配する加工データ分配手段と、当該分配された加工ヘッド駆動制御データに従って前記加工ヘッドを駆動制御すると共に、前記ピエゾスタック制御データに従って前記ピエゾスタックを駆動制御するピエゾ併用加工動作制御手段とを備えていること。
2. さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１に記載の導光板加工装置。
   （３）前記加工ヘッドには、レーザ変位センサが備えられていること。
   （４）前記制御装置は、前記加工ヘッドをＸ軸方向及び軸ベースに移動させて走査動作を実行させる間に前記レーザ変位センサによってワーク表面状況を検出する走査検出動作実行手段と、当該ワーク表面状況を前記加工データに重ねた表面状況反映加工データを生成する表面状況反映加工データ生成手段とを備え、前記加工データ分配手段は、前記表面状況反映加工データを前記加工データとして前記加工ヘッド駆動制御データと前記ピエゾスタック駆動制御データとに分配する手段として構成されていること。
3. さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導光板加工装置。
   （５）前記加工データ分配手段は、前記加工データが溝の深さを変化させる内容となっているときは、前記複数のピエゾスタックを共に駆動制御することで深さの変化に追従する傾向となるストローク動作を実行させる様に前記ピエゾスタック駆動制御データを生成し、当該ピエゾスタック駆動制御データを差し引いたＺ軸動作となる様に前記加工ヘッド駆動制御データを生成する手段として構成されていること。
4. さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導光板加工装置。
   （６）前記加工データ分配手段は、前記加工データが溝の平面形状を変化させる内容となっているときは、前記複数のピエゾスタックの内の片側を駆動制御することで前記切削チップの切り込み位置をずらして前記平面形状の湾曲変化に追従する傾向とさせるストローク動作を実行させる様に前記ピエゾスタック駆動制御データを生成し、当該ピエゾスタック駆動制御データを差し引いたＺ軸動作となる様に前記加工ヘッド駆動制御データを生成する手段として構成されていること。
5. さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導光板加工装置。
   （７）前記複数本のピエゾスタックの動作端は変位拡大レバーに当接され、前記切削チップは当該変位拡大レバーの中央部にフローティング支持されたチップホルダに装着され、当該チップホルダの外側面に逆Ｖ字状の上向きテーパ面が形成され、前記変位拡大レバーの下面に形成された逆Ｖ字状の下向きテーパ面との間に、弾性リンク部材を装着してあること。
6. さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の導光板加工装置。
   （８）前記切削チップは、切れ刃先端部をＳｉＣ単結晶としたこと。