JP5221734B2 - 加工機 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物の加工対象範囲に無数の穴を形成する加工を行うための加工機に関する。

ディスプレイ装置を背後から照明するバックライトは面発光することが要求され、そのための部材として導光板が用いられている。導光板は、アクリル等の透明な板状体の面に微細な凹凸を多数、ドットパターン様に形成してなる。導光板の一端側に光源となる冷陰極管やＬＥＤを配し、光源から導光板の他端側に向けて光束を放射すると、導光板内部を伝搬する光が凹凸を介して拡散し、導光板の広範囲に拡がって均一に面発光する状態を得ることができる。

導光板に凹凸を成形するには、予め無数の穴（ディンプル）を穿ってある金型を使用することが考えられる（下記特許文献１を参照）。つまり、加熱した樹脂材料を金型に押し付けることで、樹脂製の導光板の面に金型の穴に対応した多数の突起を成形するのである。

導光板成形用の金型に多数の穴を穿つ加工は、レーザ加工機を用いて実施することができる。例えば、レーザ光軸の向きを自在に操作し得るガルバノスキャナ（下記特許文献２を参照）により、穴を穿つべき箇所にレーザビームを照射して金型を掘削し穴を形成する。

ガルバノスキャナが一度に加工を施すことのできる領域の大きさ、換言すればレーザビームの走査範囲は、金型の大きさひいては導光板の面積よりも小さいことが少なくない。そこで、ＸＹステージ等の移送装置に金型を支持させておき、金型における一部の領域に穴を穿つ加工を施した後、金型をガルバノスキャナに対して相対的に移動させ、未加工の領域をガルバノスキャナに臨ませるというように、レーザ加工と金型の移送とを繰り返し、以て金型の略全域に穴を穿ち設ける。

このような手法により金型を作製する場合、ある領域に形成した穴のパターンと、当該領域に隣接する領域に形成した穴のパターンとの間で、金型面に平行な方向に沿って微少な位置ずれを生ずることがある。さすれば、ある領域とこれに隣接する領域との境界が視覚的に露わとなり、その境界が突起を成形した導光板においても目立つこととなってしまい、面発光素子としての品質が損なわれる。

特開２００１−０５２５１９号公報 特開２００９−２９７７２６号公報

本発明は、被加工物の加工対象範囲に無数の穴を形成する加工において、被加工物の加工対象範囲に含まれるある領域とこれに隣接する領域との境界が肉眼で視認できる程度に露わとなる問題を回避しようとするものである。

本発明では、被加工物の加工対象範囲の一部をなす加工領域に対して多数の穴を形成する加工を行うことができる加工装置と、被加工物の加工対象範囲のある領域に前記加工がなされた後、被加工物を前記加工装置に対して相対的に移動させ、既に加工がなされた領域に隣接する未加工の領域を加工装置による新たな加工領域として位置づける移送装置と、前記加工装置が被加工物の加工対象範囲に形成する穴の配置位置を規定する情報を記憶する加工パターン記憶部と、前記加工パターン記憶部に記憶している情報により規定される個々の穴の位置に、各穴毎にランダムな位置補正量を加えて各穴毎の目標加工位置を決定し、その目標加工位置に穴を形成するよう加工装置に指令する制御部とを具備する加工機を構成した。

即ち、各穴を形成する位置を穴毎にランダムにばらつかせることで、ある領域に形成した穴のパターンと、当該領域に隣接する領域に形成した穴のパターンとの間の位置ずれを目立たなくさせるようにしたのである。

前記加工装置は、典型的には、前記制御部により指令された位置にレーザ光を照射するレーザ照射装置である。前記加工装置は、照射するレーザビームの光軸の向きを変化させるガルバノスキャナを備えたものとすることが好ましい。

本加工機は、金型となる被加工物の一面に加工対象範囲を設定し、当該加工対象範囲の全域に多数の穴を形成することで、導光板成形用の金型を作製する用途に特に好適となる。

本発明によれば、被加工物の加工対象範囲に無数の穴を形成する加工において、被加工物の加工対象範囲に含まれるある領域とこれに隣接する領域との境界が肉眼で視認できる程度に露わとなる問題を回避しようとするものである。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を示す斜視図。 同レーザ加工機のレーザ照射装置を示す斜視図。 同レーザ加工機のハードウェア資源構成を示す図。 同レーザ加工機の機能ブロック図。 同レーザ加工機により加工される導光板成形用金型を示す平面図。 同レーザ加工機により加工される導光板成形用金型を示す要部拡大平面図。 同レーザ加工機により加工された金型及びこれを使用して作製される導光板を示す要部拡大側断面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の加工機０は、被加工物たる導光板成形用の金型３を支持する設置台４と、設置台４に設置した金型３の上表面に向けてレーザビームＬを照射する加工装置たるレーザ照射装置１とを備え、金型３の任意の箇所に穴３２を穿つレーザ加工を施すことができるものである。

設置台４は、レーザ加工時に金型３を支持する。設置台４は、移送装置たるＸＹステージ２に支持させてある。ＸＹステージ２は、設置台４及び被加工物３をレーザ照射装置１に対してｘ軸方向及び／またはｙ軸方向に沿って相対的に変位させることができる。

図２に示すように、レーザ照射装置１は、レーザ発振器（図示しない）と、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを走査するガルバノスキャナ１１、１２と、そのレーザビームＬを集光する集光レンズ１３とを備え、ｘ軸方向及びｙ軸方向に拡張した一定の加工領域のうちの任意の箇所にレーザビームＬを照射することができる。

ガルバノスキャナ１１、１２は、レーザビームＬを反射するミラー１１２、１２２を、光軸操作機構たるサーボモータまたはステッピングモータ等１１１、１２１により回動させるものである。ミラー１１２、１２２の方向を変えることで、ビームＬの光軸を変位させることができる。本実施形態では、ビームＬの光軸をＸ軸方向に変化させるＸ軸ガルバノスキャナ１１と、ビームＬの光軸をＹ軸方向に変化させるＹ軸ガルバノスキャナ１２とを両備しており、設置台４の上面におけるビームＬの照射位置をｘ軸方向及びｙ軸方向の二次元に制御し得る。

集光レンズ１３は、例えばＦθレンズとする。

レーザ照射装置１が一度に加工を施すことのできる加工領域の大きさ、つまるところガルバノスキャナ１１、１２によるレーザビームの走査範囲は、金型３の加工対象範囲よりも狭小であることが普通である。金型３の加工対象範囲の全域に穴３２を形成するためには、ＸＹステージ２に金型３を支持させておき、金型３における一部の領域３０に複数の穴３２を穿つレーザ加工を施した後、金型３をガルバノスキャナ１１、１２に対して相対的に移動させ、未加工の領域３０をガルバノスキャナ１１、１２に臨ませるというように、レーザ加工と金型３の移送とを繰り返す必要がある。

ガルバノスキャナ１１、１２及びＸＹステージ２を制御する制御装置５は、図３に示すように、プロセッサ５ａ、メインメモリ５ｂ、補助記憶デバイス５ｃ、Ｉ／Ｏインタフェース５ｄ等を有し、これらがコントローラ５ｅ（システムコントローラやＩ／Ｏコントローラ等）によって制御されて連携動作するものである。補助記憶デバイス５ｃは、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、その他である。Ｉ／Ｏインタフェース５ｄは、サーボドライバ（サーボコントローラ）を含むことがある。

制御装置５が実行するべきプログラムは、補助記憶デバイス５ｃに記憶されており、プログラム実行の際に、メインメモリ５ｂに読み込まれ、プロセッサ５ａによって解読される。制御装置５は、プログラムに従い、図４に示す、加工パターン記憶部５１及び制御部５２としての機能を発揮する。

加工パターン記憶部５１は、レーザ照射装置１が金型３の加工対象範囲に形成する多数の穴３２の各々の配置位置を規定する情報を記憶する。加工パターン記憶部５１は、金型３の加工対象範囲のどの箇所にレーザビームＬを照射して穴３２を形成するかを規定するＣＡＤデータ等、または加工時にレーザビームＬを照射して穴３２を形成する複数点の（ｘ，ｙ）座標を、加工用位置データとして記憶する。

各穴３２は、金型３面上に設定される仮想的な格子の交点または格子目に位置することが基本である。図５に示しているように、穴３２の密度（複数の穴３２の集合であるドットパターンの密度、単位面積あたりの穴３２の数）は、金型３の一端側で最も疎であり、他端側に向かうにつれて徐々に密となる、ちょうどグラデーションのような様相を呈する。これは、金型３を使用して成形される導光板６の性質による。即ち、導光板６の一端側に光源が配置され、導光板６の一端側から入射した光束が他端側に向けて導光板６内部を伝搬することに基づき、光源に近いほど光束拡散用の突起を疎に設け、光源から遠ざかるほど突起を密に設ける必要があるためである。

制御部５２は、上記の加工用位置データで規定される照射位置にレーザビームＬを照射するべく、レーザ照射装置１を制御する。制御部５２は、加工用位置データを読み出し、各穴３２毎のレーザビームＬの照射位置座標（ｘ，ｙ）座標を知得する。かつ、各穴３２毎に、ランダムにｘ軸方向補正量Δｘ及びｙ軸方向補正量Δｙを決定する。Δｘ、Δｙはそれぞれ、ランダム関数や乱数表を基に演算される乱数または擬似乱数であり、正値または負値をとる。補正量Δｘの絶対値｜Δｘ｜は、隣り合う穴３２の間のｘ軸方向に沿った離間距離の１／２までとする。同様に、補正量Δｙの絶対値｜Δｙ｜は、隣り合う穴３２の間のｙ軸方向に沿った離間距離の１／２までとする。その上で、加工用位置データに規定された座標（ｘ，ｙ）にランダムな補正量Δｘ、Δｙを加味した座標（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）を穴３２を形成するべき目標加工位置として、当該座標（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）にレーザビームＬを照射するようガルバノスキャナ１１、１２に指令を与える。

図６に、加工用位置データで規定される照射位置３１と、現実に穴３２を穿つべくレーザビームＬを照射する照射位置３２との関係を例示している。既に述べた通り、加工用位置データで規定される照射位置３１は、金型３面上に設定される仮想的な格子の交点または格子目に位置している。これに対し、実際に形成される穴３２の位置は、仮想的な格子の交点または格子目からアトランダムに逸脱する。

因みに、金型３の上表面に照射されるレーザビームＬの実際の照射位置は、ガルバノスキャナ１１、１２の回転位置決め誤差の影響を受ける。加えて、集光レンズ１３による光学的な歪みも発生する。レーザビームＬの照射位置の誤差は、ガルバノスキャナ１１、１２の走査範囲の中央から距離が離れるに従って大きくなる傾向にある。図２中符号Ａに、その様子を模式的に示している。それ故、レーザビームＬを照射するに際しては、上述の誤差を取り除く必要がある。

制御装置５のメインメモリ５ｂまたは補助記憶デバイス５ｃには、予め誤差較正用の情報が格納されている。具体的には、目標照射位置（ｘ_T，ｙ_T）に対応する制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力したときに実際にレーザビームＬが照射された場所（ｘ_R，ｙ_R）を様々な目標照射位置（ｘ_T，ｙ_T）について観測し、目標照射位置（ｘ_T，ｙ_T）と実測照射位置（ｘ_R，ｙ_R）との誤差を基に決定した（誤差を打ち消すような）目標照射位置（ｘ_T，ｙ_T）毎の補正量（ｘ_e，ｙ_e）を、各目標照射位置（ｘ_T，ｙ_T）に関連付けて記憶保持している。

制御部５２は、穴３２を形成するべき目標加工位置の座標（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）をキーとして誤差較正用の情報を検索し、目標加工位置（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に関連付けられている補正量（ｘ_e，ｙ_e）を読み出す。目標加工位置（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に直結した補正量（ｘ_e，ｙ_e）が格納されていない場合には、目標加工位置に近い複数の座標に関連づけられた複数の補正量を読み出して、それらの補間により適当な補正量（ｘ_e，ｙ_e）を算定する。しかして、目標座標（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に補正量（ｘ_e，ｙ_e）を加味した座標（ｘ＋Δｘ＋ｘ_e，ｙ＋Δｙ＋ｙ_e）に対応する制御信号を、ガルバノスキャナ１１、１２に入力する。結果、本来の目標照射位置（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に正しくレーザビームＬが照射され、当該位置（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に穴３２を形成することができる。

さらに、制御部５２は、金型３の加工対象範囲の一部をなすある領域３０に対して複数の穴３２を形成するレーザ加工を実行した後、ＸＹステージ２に制御信号を入力して、金型３を支持する設置台４をｘ軸方向及び／またはｙ軸方向に移動させ、金型３における加工済の領域３０に隣接する未加工の領域３０をレーザ照射装置１による新たな加工領域として位置づける。そして、当該領域３０に対して、複数の穴３２を形成するレーザ加工を実行する。以降、レーザ加工と金型３の移送とを反復することで、金型３の加工対象範囲の全域に多数の穴３２を形成する。

本実施形態のレーザ加工機０を使用して作製された導光板成形用の金型３に、熱したアクリル等の透明性を有する樹脂材料を押し付けると、金型３に穿たれた穴３２に樹脂材料が入り込むことで、樹脂材料の表面に穴３２の配置及び形状に対応した無数の突起が成形され、導光板６としての完成を見る。導光板６の単位面積あたりの突起の個数は、光源が配置される導光板６の一端側において疎であり、一端側から他端側に向かうにつれて徐々に密となる。突起は、導光板６内に入射した光束を拡散させる働きを担う。導光板６の突起が形成された表面、またはその反対側の裏面には、導光板６内から導光板６外へと出射しようとする光束を反射する反射層（図示せず）を別途設ける。

本実施形態では、被加工物即ち金型３の加工対象範囲の一部をなす加工領域に対して多数の穴３２を形成する加工を行うことができる加工装置１と、被加工物３の加工対象範囲のある領域３０に前記加工がなされた後、被加工物３を前記加工装置１に対して相対的に移動させ、既に加工がなされた領域３０に隣接する未加工の領域３０を加工装置１による新たな加工領域として位置づける移送装置２と、前記加工装置１が被加工物３の加工対象範囲に形成する穴３２の配置位置３１を規定する情報を記憶する加工パターン記憶部５１と、前記加工パターン記憶部５１に記憶している情報により規定される個々の穴３２の位置３１に、各穴３２毎にランダムな位置補正量を加えて各穴３２毎の目標加工位置を決定し、その目標加工位置に穴３２を形成するよう加工装置１に指令する制御部５２とを具備する加工機０を構成した。

本実施形態によれば、加工パターン記憶部５１に記憶している穴３２の配置位置のパターンが規則的（例えば、金型３の上表面に設定される仮想的な格子の交点または格子目）であるにもかかわらず、実際に被加工物３に形成される各穴３２の位置は穴３２毎にランダムにばらつくようになる。従って、被加工物３の加工対象範囲のうちのある領域３０に形成した穴３２のパターンと、当該領域３０に隣接する領域３０に形成した穴３２のパターンとの間の位置ずれが目立たなくなるので、互いに隣接する加工領域３０間の境界が肉眼で視認できる程度に露わとなる問題を回避でき、最終的な製品である導光板６の品質を高く保つことが可能となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、金型３にレーザビームＬを照射して多数の穴３２を形成し、この金型３の穴３２により導光板６の表面に光拡散のための多数の突起を成形することとしていた。これに対し、導光板６の材料に直接にレーザビームＬを照射し、導光板６の表面に光拡散のための多数の穴３２を掘削形成することで、導光板６を作製しても構わない。

金型３その他の被加工物に穴３２を形成するための加工装置は、レーザ照射装置１には限定されない。ニードル等により被加工物に穴３２を穿つ態様の加工装置を採用することも考えられる。

被加工物は、導光板成形用の金型３または導光板に限定されないことは言うまでもない。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、導光板成形用の金型等を作製するための加工機として利用することができる。

０…加工機
１…加工装置（レーザ照射装置）
１１、１２…ガルバノスキャナ
２…移送装置
３…被加工物（金型）
３２…穴
５１…加工パターン記憶部
５２…制御部
６…導光板
Ｌ…レーザビーム

Claims (6)

1. 被加工物の加工対象範囲の一部をなす加工領域に対して多数の穴を形成する加工を行うことができる加工装置と、
   被加工物の加工対象範囲のある領域に前記加工がなされた後、被加工物を前記加工装置に対して相対的に移動させ、既に加工がなされた領域に隣接する未加工の領域を加工装置による新たな加工領域として位置づける移送装置と、
   前記加工装置が被加工物の加工対象範囲に形成する穴の配置位置を規定する情報を記憶する加工パターン記憶部と、
   前記加工パターン記憶部に記憶している情報により規定される個々の穴の位置に、各穴毎にランダムな位置補正量を加えて各穴毎の目標加工位置を決定し、その目標加工位置に穴を形成するよう加工装置に指令する制御部と
   を具備する加工機。
2. 前記加工装置が、前記制御部により指令された位置にレーザ光を照射するレーザ照射装置である請求項１記載の加工機。
3. 前記加工装置が、照射するレーザビームの光軸の向きを変化させるガルバノスキャナを備えている請求項２記載の加工機。
4. 金型となる被加工物の一面に加工対象範囲を設定し、当該加工対象範囲の全域に多数の穴を形成することで、導光板成形用の金型を作製するためのものである請求項１、２または３記載の加工機。
5. 請求項４記載の加工機を使用して作製される導光板成形用の金型。
6. 請求項４記載の加工機を使用して作製される導光板成形用の金型を用いて成形される導光板。