JP5611462B2

JP5611462B2 - レーザービームの光経路距離が一定の、導光板レーザー加工装置

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Publication number: JP5611462B2
Application number: JP2013518261A
Authority: JP
Inventors: パク，ヘカン; イ，ホヨン
Original assignee: レーザーライティング
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: KR100998484B1; CN103097942A; US20130153546A1; JP2013531562A; CN103097942B; WO2012005479A2; US9440309B2; WO2012005479A3

Description

本発明は、液晶表示装置用の導光板の加工に関するもので、より詳しくは、レーザーで導光板を加工する際に、光経路を一定に維持することにより、高品質な導光板を提供することができる導光板レーザー加工装置に関するものである。

液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）は、自発光性がないため、別の発光源が必要になる。このような発光源は、液晶パネルの後面に配置され、液晶パネルを透過し、光を照射するので、いわゆるバックライトユニット（ＢａｃｋＬｉｇｈｔＵｎｉｔ、ＢＬＵ）と呼ばれる。

バックライトユニットは、面光源として機能するのが理想的であるが、全面に亘って均一な輝度を有する面光源を実現することは技術的に難しいので、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）のような線光源又は点光源に類似な光源から照射される光を拡散させ、面光源に近い状態に調整する方式が用いられる。ここで、光の拡散のために重要な役割をするものが導光板（ＬｉｇｈｔＧｕｉｄｅＰｌａｔｅ、ＬＧＰ）である。

導光板は、通常、アクリル樹脂からなる板材であって、側面又は底面に配置された光源から照射される光が全面に向かって均一に拡散されるように、所定のパターンが形成されている。このパターンは、光を反射するか、又は屈折させることにより、所期の目的を達成することになるが、パターンの形態によって導光板の全面での輝度均一性が決まる。したがって、導光板のパターンは、ますます複雑で精密なものが求められており、表示装置の大面積化に伴ってパターン形成に要する時間を短縮することも至急の課題として浮き彫りになっている。

このような課題を解決するために、レーザービームを用いて、アクリル板材にパターンを形成する技術が開発されている。

図８は、従来技術により、レーザーで導光板にパターンを形成する導光板加工装置の一例を示した概略平面図で、韓国特許第４６０７９０号の一図面を示したものである。

従来技術に係る導光板加工装置は、相対的に固定されたＹ軸ガイドレール６２と、Ｙ軸ガイドレールに沿って移動するＸ軸ガイドレール６１と、Ｘ軸ガイドレールに固定された第１ミラー５８と、Ｘ軸ガイドレールに沿って移動する第２ミラー５９とを含む。このような構成で、レーザーシステム５３が第１ミラー５８に向かってレーザービームを照射すると、レーザービームは第１ミラー５８から第２ミラー５９に向かって反射され、第２ミラー５９で再反射されたレーザービームは第２ミラー５９の下方に位置する導光板４１に到達し、導光板４１に所定の導光パターン部４５が形成される。

導光板４１の全面に亘って導光パターン部４５を形成するために、Ｘ軸ガイドレール６１及びこれに固定された第１ミラー５８はＹ軸ガイドレール６２に沿って移動しなければならず、第２ミラー５９はＸ軸ガイドレール６１に沿って移動しなければならない。その反面、レーザーシステム５３と導光板４１は、相対的に固定された位置を維持するので、レーザーシステム５３から導光板４１に至るレーザービームの光経路は随時変化することになる。

このように、レーザービームの光経路が変わると、導光板４１に到達する際にレーザービームの断面直径が変化することになる。例えば、光経路が長くなれば、レーザービームが更に拡散するため、その断面直径もまた大きくなる。レーザービームの断面直径の変化は導光パターン部４５の大きさを変化させ、その一方、エネルギー密度の減少により導光パターン部４５の深さまでも変化することになる。結果的に、形成しようとしたパターンとは少し異なる大きさと深さを有するパターンが導光板上に形成されるので、加工済みの導光板の品質均一性が劣るという問題が生じる。

本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたもので、レーザービームの光経路を一定に維持することにより、導光板の全面に亘って均一なパターンを形成することができる導光板レーザー加工装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、簡単な構造と制御体系を有し、光経路を一定に維持することにより、製作過程だけでなくメンテナンスを容易にする導光板レーザー加工装置を提供することである。

本発明のその他の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面と係る以下の詳細な説明や好ましい実施例から、更に明らかになる。

上述した目的を達成するために、本発明に係る導光板レーザー加工装置は、フレームと、レーザービームを生成し、前記フレームに固定設置されたレーザー発振部と、前記フレーム上で直線往復移送され、前記レーザー発振部からレーザービームが伝達されると照射し、加工対象である導光板に所定のパターンを形成するためのレーザー照射部と、前記レーザー照射部とレーザー発振部との間で、前記レーザービームの伝達経路を形成するレーザー伝達部と、前記フレーム上で前記レーザー照射部の移送方向と交差する方向に直線往復移送され、前記加工対象である導光板を支持する移送定盤とを含み、前記レーザー伝達部は、前記レーザービームを反射する複数の反射鏡と、前記レーザー照射部が光経路距離を伸ばす方向に移送される際、前記光経路距離を減らす方向に移送される経路調整ブロックとを含み、前記複数の反射鏡のうち少なくとも１つは、前記経路調整ブロックに設けられたことを特徴とする。このように、レーザー照射部と経路調整ブロックとの相対的な移送により、レーザービームが進行する全光経路距離を一定に維持できる。

本発明に係る導光板レーザー加工装置は、前記レーザー伝達部の経路調整ブロックは、前記レーザー照射部と平行な直線上で逆方向に移送され、前記レーザービームの進行方向を０°とし、前記レーザー伝達部の複数の反射鏡は、前記フレームに設けられ、前記レーザー発振部から出射された前記レーザービームを−９０°方向に反射する第１反射鏡と、前記経路調整ブロックに設けられ、前記第１反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第２反射鏡と、前記経路調整ブロックに設けられ、前記第２反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第３反射鏡と、前記フレームに設けられ、前記第３反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第４反射鏡と、前記フレームに設けられ、前記第４反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第５反射鏡と、前記レーザー照射部に設けられ、前記第５反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第６反射鏡とを含み、前記第１反射鏡、第２反射鏡、第３反射鏡、第４反射鏡及び第５反射鏡は、同一の１つの平面内で前記レーザービームを反射し、前記第６反射鏡は、前記平面と垂直な平面に前記レーザービームを反射することにより、具体化することが好ましい。

更に、本発明に係る導光板レーザー加工装置は、前記レーザー伝達部の経路調整ブロックは、前記レーザー照射部と同一直線上で同一方向に移送され、前記レーザービームの進行方向を０°とし、前記レーザー伝達部の複数の反射鏡は、前記フレームに設けられ、前記レーザー発振部から出射されたレーザービームを＋９０°方向に反射する第１反射鏡と、前記経路調整ブロックに設けられ、前記第１反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第２反射鏡と、前記経路調整ブロックに設けられ、前記第２反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第３反射鏡と、前記レーザー照射部に設けられ、前記第３反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第４反射鏡とを含み、前記第１反射鏡、第２反射鏡及び第３反射鏡は、同一の１つの平面内で前記レーザービームを反射し、前記第４反射鏡は、前記平面と垂直な平面に前記レーザービームを反射することにより、具体化することができる。

更に、本発明に係る導光板レーザー加工装置は、前記レーザー伝達部の経路調整ブロックは、前記レーザー照射部と直角である直線上で移送され、前記レーザービームの進行方向を０°とし、前記レーザー伝達部の複数の反射鏡は、前記経路調整ブロックに設けられ、前記レーザー発振部からのレーザービームを−９０°方向に反射する第１反射鏡と、前記経路調整ブロックに設けられ、前記第１反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第２反射鏡と、前記フレームに設けられ、前記第２反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第３反射鏡と、前記レーザー照射部に設けられ、前記第３反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第４反射鏡とを含み、前記第１反射鏡、第２反射鏡及び第３反射鏡は、同一の１つの平面内で前記レーザービームを反射し、前記第４反射鏡は、前記平面と垂直な平面に前記レーザービームを反射することにより、具体化することができる。

本発明に係る導光板レーザー加工装置において、前記経路調整ブロックの移送速度は、前記レーザー照射部の移送速度の１／２であることが好ましい。

更に、本発明に係る導光板レーザー加工装置において、前記レーザー照射部及び経路調整ブロックは、それぞれベルト駆動、ボールスクリュー駆動、ラック・アンド・ピニオン駆動及びリニアモータによる駆動のうち選択された１つの駆動方式により移送されることが好ましい。

更に、本発明に係る導光板レーザー加工装置において、前記レーザー照射部及び経路調整ブロックは、それぞれ一対のプーリーの間にかけられたタイミングベルトに固定されていることにより移送されることが好ましく、更には、前記レーザー照射部が固定された駆動側ベルトは、第１プーリーと第２プーリーとの間にかけられており、前記経路調整ブロックが固定された従動側ベルトは、第３プーリーと第４プーリーとの間にかけられており、前記第１プーリーは、駆動モータによって回転駆動され、前記第２プーリー及び第３プーリーは、一体回転し、前記第２プーリーの直径が前記第３プーリーの直径の２倍であり、前記第３プーリーと第４プーリーとの間の距離は、前記第１プーリーと第２プーリーとの間の距離の１／２以上であり、前記レーザー照射部と前記経路調整ブロックは、駆動側ベルトの緊張側及び従動側ベルトの緊張側にそれぞれ固定されるか、又は駆動側ベルトの弛緩側及び従動側ベルトの弛緩側にそれぞれ固定されていることが更に好ましい。

本発明によると、レーザー照射部が移動しても、レーザー発振部からの光経路は一定に維持されることが可能で、その結果、導光板の全面に亘って均一で正確なパターンを形成することが可能になる。

また、レーザーの光経路を調整するための経路調整ブロックは、レーザー照射部に連動して直線往復移送されるので、簡単な駆動系統及び制御系統だけで、光経路を一定に維持することが可能である。したがって、本発明に係る導光板レーザー加工装置を製作することはもちろん、メンテナンスのための労力、時間及びコストを著しく低減することができる。

本発明に係る導光板レーザー加工装置の第１実施例の平面図図１の実施例の正面図図１の実施例の左側面図図１の実施例の平面詳細図図１の実施例の光経路の変化を説明する概略平面図本発明に係る導光板レーザー加工装置の第２実施例の光経路の変化を説明する概略平面図本発明に係る導光板レーザー加工装置の第３実施例の光経路の変化を説明する概略平面図従来技術に係る導光板加工装置の一例を示した概略平面図

以下では、添付図面を参照して本発明に係る導光板レーザー加工装置の好ましい実施例を詳しく説明する。

図１は本発明に係る導光板レーザー加工装置の第１実施例の平面図で、図２は図１の実施例の正面図で、図３は図１の実施例の左側面図で、図４は図１の実施例の平面詳細図である。

フレーム１０は、他の構成を支持するためのものであって、その形態や材質、構造は、通常の技術により必要に応じて具現することができる。

レーザー発振部５０は、レーザービームを生成して外部に出射させ、このレーザービームが結局レーザー照射部３００に到達し、アクリル板のような加工対象に照射されることにより、所定の光学パターンをアクリル板に形成し、その結果、アクリル板を導光板として製造することができるようになる。レーザー発振部５０は、フレーム１０に対して固定設置されている。

レーザー照射部３００は、レーザー発振部５０から出射されたレーザービームが伝達されると、アクリル板などに照射する。アクリル板の板面全体に亘ってレーザービームが照射できるように、レーザー照射部３００はフレーム１０に対して一方向に直線往復移送されるように設けられる。一方、加工対象であるアクリル板は、レーザー照射部３００の移送方向と実質的に直角となる方向に移送され、これで、アクリル板の全面に亘ってパターンを形成することができるようになる。したがって、加工対象であるアクリル板を支持する移送定盤４０は、フレーム１０に対して直線往復移送されるように設けられる。

このように、フレーム１０に対して固定設置されたレーザー発振部５０から、フレーム１０に対して直線往復移送されるレーザー照射部３００に至るまで、レーザービームをスムーズに伝達するために、レーザー伝達部が備えられるが、レーザー伝達部は、複数の反射鏡１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０と経路調整ブロック２００とを含む。

図１ないし図４に示した例において、反射鏡１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０は全６つ備えられるが、それらは第１反射鏡１１０ないし第６反射鏡１６０である。また、経路調整ブロック２００は、レーザー照射部３００とほぼ平行な線に沿って直線往復移送されるように設けられ、第２反射鏡１２０及び第３反射鏡１３０が経路調整ブロック２００に設けられている。第６反射鏡１６０はレーザー照射部３００に設けられており、残りの第１反射鏡１１０、第４反射鏡１４０、第５反射鏡１５０はフレーム１０上に設けられている。

これらの反射鏡１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０の間の配置関係から、レーザー発振部５０からレーザー照射部３００に至るまでのレーザービームの全光経路を、図４に示した平面詳細図の図面方向を基準として詳しく見ると、まず、レーザー発振部５０は、フレーム１０の左上段に配置され、図面基準の下方に向かってレーザービームを出射し、第１反射鏡１１０は、レーザー発振部５０の前方に位置し、レーザービームを直角に反射する。レーザービームが第１反射鏡１１０に入射する際の進行方向を０°とすると、第１反射鏡１１０は、レーザービームを−９０°方向に転換して進行させるものである。ここでは、数値の前につく（−）符号は反時計回りへの方向転換を意味し、（＋）符号は時計回りへの方向転換を意味する。

第１反射鏡１１０で−９０°進行方向が変更されたレーザービームは、第２反射鏡１２０に到達し、第２反射鏡１２０はレーザービームの進行方向を＋９０°変更し、第３反射鏡１３０に向かって進行させる。第３反射鏡１３０は更にレーザービームの進行方向を＋９０°変更し、第４反射鏡１４０に向かって進行させ、第４反射鏡１４０はレーザービームの進路を−９０°方向転換し、第５反射鏡１５０に向かって進行させ、第５反射鏡１５０もレーザービームの進路を−９０°方向転換し、第６反射鏡１６０に向かって進行させ、第６反射鏡１６０はレーザービームの進路を鉛直下方に変更し、加工対象であるアクリル板に向かって進行させる。上述した第１反射鏡１１０から第５反射鏡１５０に至るまで、各反射鏡でレーザービームを１つの同一平面内で反射させるが、第６反射鏡１６０は、この平面と垂直な平面にレーザービームを進行させる。すなわち、図４において、第１反射鏡１１０ないし第５反射鏡１５０によるレーザービームの反射は全て、図面のような平面上で行われるが、第６反射鏡１６０での反射は、図面を上から下に突き抜けて進行する方向といえる。これは、第６反射鏡１６０での反射はレーザービームを最終的に加工対象に誘導するためのものである反面、第１反射鏡１１０ないし第５反射鏡１５０での反射はレーザービームの光経路距離を調整するためのものであるからである。

以上から、第１反射鏡１１０ないし第５反射鏡１５０による各反射の角度を足した値は、（−９０°）＋（＋９０°）＋（＋９０°）＋（−９０°）＋（−９０°）＝（−９０°）であって、これはレーザー発振部５０のレーザービームの出射方向を基準の０°とし、レーザー照射部３００に入射するレーザービームは−９０°方向、すなわち左側直角方向に進行していることを意味する。したがって、レーザー発振部５０が他の位置に配置される場合には、角度の合計の値と反射鏡の数を変える。例えば、レーザー発振部５０が図４の図面方向を基準として、レーザー照射部３００の移送経路と平行で、その上方に位置した地点で、左側方向にレーザーを出射する場合、第１反射鏡１１０の上方に位置し、このレーザービームを−９０°方向転換して第１反射鏡１１０に向かって進行させる追加の反射鏡が必要であり、各反射鏡での方向転換角度の合計は−１８０°（この値は結果的には＋１８０°と同じ値であるが、方向転換の過程を考慮して、符号を付記する）になる。

このような構成において、レーザー照射部３００が図４の図面方向を基準として、右側に移送されると、第５反射鏡１５０と第６反射鏡１６０との間の距離が離れることになるが、この際、経路調整ブロック２００が図面を基準として、左側に移送されると、第１反射鏡１１０と第２反射鏡１２０との間の距離及び第３反射鏡１３０と第４反射鏡１４０との間の距離が縮まることになる。したがって、レーザー照射部３００が任意の速度で移送する間、経路調整ブロック２００をその逆方向に１／２の速度で移送させると、第１反射鏡１１０ないし第６反射鏡１６０を経る全光経路距離を一定に維持することができる。このことから、経路調整ブロック２００が移送可能な全範囲は、レーザー照射部３００が移送される全距離の最小１／２以上あれば十分であることが分かる。

経路調整ブロック２００とレーザー照射部４００の移送速度の間の関係を図５を参照して見ると、図５（ａ）の状態で、レーザー照射部３００が右側に２ｌの距離だけ移送され、図５（ｂ）のような位置に移動すると、その間、経路調整ブロック２００は左側にｌの距離だけ移送され、図５（ｂ）のような位置に移動するようになる。すると、図５で点線で示したレーザービームが通過する全光経路距離は、図５（ａ）の状態か（ｂ）の状態かにかかわらず一定の値で維持される。

以上のようなレーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００の各移送速度の間の比率は、レーザービームの全光経路上に経路調整ブロック２００が１つのみ配置された場合に成立するものである。本発明の作動原理を理解すると、レーザービームの光経路上に経路調整ブロックが２つ以上設置されることも可能であることが分かる。例えば、レーザービームの光経路上に経路調整ブロックが２つ配置された場合、各経路調整ブロックの移送速度は、レーザー照射部の移送速度の１／４になれば十分である。より一般化すると、複数の経路調整ブロックが光経路上に配置された場合、各経路調整ブロックの移送速度を合わせた値がレーザー照射部の移送速度の１／２であれば良い。

このように、本発明に係る導光板レーザー加工装置で光経路距離を一定に維持できるのは、レーザー照射部３００が光経路を伸ばす方向に移送される際、光経路上に配置されている経路調整ブロック２００を光経路を減らす方向に移送させ、逆に、レーザー照射部３００が光経路を減らす方向に移送される際には、経路調整ブロック２００を光経路が伸びる方向に移送させるためである。したがって、このような作動原理に従うと、図１ないし図４に示された第１実施例と異なる構造でも本発明の目的を達成することが可能になる。例えば、以下に説明するような第２実施例及び第３実施例もまた、これまで説明した第１実施例と作動原理が同一である。

図６及び図７は、それぞれ本発明に係る導光板レーザー加工装置の第２実施例及び第３実施例の平面図であって、図５に対して、反射鏡の数や配置、また経路調整ブロック２００の配置が異なる例を示している。

図６に示された第２実施例では、反射鏡が合計４つ用いられている。また、経路調整ブロック２００Ａは、レーザー照射部３００と同じ直線上で、互いに同一方向に直線往復移送される。すなわち、経路調整ブロック２００Ａは、レーザー照射部３００の移送経路を延長した延長線上で移送されるものである。

第１反射鏡１１０Ａは、レーザー発振部５０から出射されたレーザービームを＋９０°方向転換し、第２反射鏡１２０Ａに向かって進行させる。第２反射鏡１２０Ａと第３反射鏡１３０Ａは、それぞれ経路調整ブロック２００Ａに設けられており、それぞれレーザービームを−９０°方向転換させ、第４反射鏡１４０Ａは、レーザー照射部３００に設けられており、第３反射鏡１３０Ａからレーザービームが伝達されると、方向転換し、鉛直下方へアクリル板に向かって照射する。

このような例では、反射鏡の数を４つに減らすことができるが、経路調整ブロック２００Ａの移送のための空間が追加的に必要になるため、正面から見て、導光板レーザー加工装置の全幅が上述した第１実施例より最小１．５倍広くなる。本実施例でも各反射鏡での方向転換値の合計は−９０°になり、これはやはりレーザー発振部５０とレーザー照射部３００の相対的な位置関係が上述した第１実施例と同一だからである。

第１実施例とは異なり、レーザー照射部３００と経路調整ブロック２００Ａが同じ方向に移送されるが、レーザー照射部３００が２ｌだけ移送される間、経路調整ブロック２００Ａがｌだけ移送されることは第１実施例と同一である。

図７に示された第３実施例もまた反射鏡が合計４つ用いられており、経路調整ブロック２００は、レーザー発振部５０の前方で、図面方向を基準として、上下方向に往復移送される。

第１反射鏡１１０Ｂ及び第２反射鏡１２０Ｂは、経路調整ブロック２００Ｂに設けられ、レーザー発振部５０から出射されたレーザービームをそれぞれ−９０°方向転換し、フレーム１０に固定された第３反射鏡１３０Ｂに進行させる。第３反射鏡１３０Ｂは、レーザービームの進行方向を＋９０°転換し、レーザー照射部３００に設けられた第４反射鏡１４０Ｂに向かって進行させる。第４反射鏡１４０Ｂは、第３反射鏡１３０Ｂから伝達されたレーザービームを＋９０°方向転換し、鉛直下方に位置したアクリル板に到達させる。

このような例でも反射鏡の数を４つに減らすことができるが、やはり経路調整ブロック２００の移送のための空間が追加的に必要になるため、平面上から見て、導光板レーザー加工装置の縦長さが上述した第１実施例より長くなる。本実施例でも各反射鏡での方向転換値の合計は同様に−９０°になり、これはやはりレーザー発振部５０とレーザー照射部３００の相対的な位置関係が上述した第１及び第２実施例と同一なためである。レーザー照射部３００と経路調整ブロック２００Ｂの移送速度の比も上述した実施例と同様である。

ひいては、一つ一つ例示はしていないが、経路調整ブロック２００が、図４の図面方向を基準として、図面に垂直な方向に沿って移送されるようにする構成も可能である。

この他にも、以上の第１実施例ないし第３実施例において、第１反射鏡１１０、１１０Ａ、１１０Ｂを取り除き、その位置にレーザー発振部５０を直接設置する変形も可能である。また、上述した第１実施例に係る説明のように、レーザー発振器の位置により反射鏡を追加する変形も可能である。ただし、第３実施例では、第１反射鏡が経路調整ブロック上に位置しているため、第１反射鏡を取り除いてレーザー発振器をその位置に設置すると、レーザー発振器が移送されることになるが、レーザー発振器の重量による慣性力の増加、必要な駆動力の上昇、振動の増大などを考慮すると、反射鏡が移送される場合に比べてメリットは多くない。

いずれの実施例でも、レーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００、２００Ａ、２００Ｂの移送のための機構的構成として、ベルト駆動、ボールスクリュー駆動、ラック・アンド・ピニオン駆動又はリニアモータを用いた駆動を利用することができる。ベルト駆動の場合、レーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００、２００Ａ、２００Ｂがそれぞれベルトに固定されている状態で、ベルトに噛み合っているプーリーをモータによって回転させる方式で直線往復移送させることができる。ボールスクリュー駆動を利用する場合にも、ナットにレーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００、２００Ａ、２００Ｂをそれぞれ固定させ、モータによってねじ軸を回転させる方式で直線往復移送を実現することができる。ラック・アンド・ピニオン駆動の場合、ラックにレーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００、２００Ａ、２００Ｂをそれぞれ固定させ、モータによってラックに噛み合っているピニオンを回転させる方式で直線往復移送が可能になる。リニアモータによる駆動は、リニアモータの移動子にレーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００、２００Ａ、２００Ｂを固定させると良い。

各方式は、固有の長所や短所がある。例えば、ボールスクリュー駆動は、精密な移送制御が可能であるが、移送速度が遅く、往復移送の際にバックラッシュ（ｂａｃｋｌａｓｈ）により振動や騒音が発生することがある。ラック・アンド・ピニオン駆動は、動いているラックを水平に支持しなければならないという難点があり、ピニオンとの間でまたバックラッシュが問題になる。ボールスクリュー駆動やラック・アンド・ピニオン駆動、またベルト駆動が回転型モータで簡単且つ安価に構成できることに比べ、リニアモータによる駆動はコストがよりかかるが、ベルト及びプーリー又はラック及びピニオン又はボールスクリューのような機構的構成を省略することができる。ただし、２台のリニアモータがレーザー照射部３００と経路調整ブロック２００、２００Ａ、２００Ｂをそれぞれ移送させるように構成する場合、両者の移送速度の比を２：１で正確に制御するためには、精密な制御装置が必要である。

これらの方式に比べ、ベルト駆動は、簡単な構成でも正確な移送制御が可能である特徴があるところ、以下で更に図４を参照し、ベルト駆動方式について詳しく説明する。

フレーム１０の上面には二対のレール、すなわち第１レール２０及び第２レール３０が互いに平行に配置されている。図４の図面方向を基準として、下方に位置する第１レール２０にはレーザー照射部３００が載せられ、レールの方向に沿ってスライド可能に設けられる。経路調整ブロック２００は、上方の第２レール３０に載せられ、同様にレールの方向に沿ってスライド可能に設けられる。これらの第１レール２０及び第２レール３０は、それぞれレーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００が直線往復移送される間、揺れることなく安定的に移送されるように支持する役割をする。

第１レール２０の両端には、第１プーリー４１０及び第２プーリー４２０が設けられており、これらの第１プーリー４１０及び第２プーリー４２０にベルト５１０がかけられている。以下で説明するが、このベルト５１０は駆動モータ４００により直接に駆動されるので、駆動側ベルト５１０と言える。

同じ方式で、第２レール３０の両端には、第３プーリー４３０及び第４プーリー４４０が設けられており、これらの第３プーリー４３０及び第４プーリー４４０には別のベルト５２０がかけられている。このベルト５２０は駆動側ベルト５１０から駆動力が伝達されるので、従動側ベルト５２０と言える。

第１プーリー４１０は、駆動モータ４００によって回転されるので駆動プーリーであり、残りの第２プーリー４２０、第３プーリー４３０及び第４プーリー４４０は、直接に回転駆動力を受けることはないのでアイドルプーリーと言える。第１プーリー４１０が回転駆動されると、駆動側ベルト５１０によって第２プーリー４２０も共に回転することになる。この際、第３プーリー４３０は、第２プーリー４２０と機械的に連動されるように設けられているが、各プーリーの回転軸がギアなどによって噛み合うようにすることもできるものの、最もシンプルな形態は、第３プーリー４３０と第２プーリー４２０が回転軸を共有するものである。この場合、第３プーリー４３０と第２プーリー４２０は共に回転し、第３プーリー４３０は、従動側ベルト５２０に対して駆動プーリーとして機能することになる。これで、従動側ベルト５２０によって第４プーリー４４０まで回転する構成が完成する。

レーザー照射部３００は駆動側ベルト５１０に固定され、経路調整ブロック２００は従動側ベルト５２０に固定される。駆動側ベルト５１０と従動側ベルト５２０は回転方向が同一であるが、レーザー照射部３００と経路調整ブロック２００は互いに逆方向に移送されなければならないので、措置が必要である。このために、レーザー照射部３００は駆動側ベルト５１０の上側に、経路調整ブロック２００は従動側ベルト５２０の下側にそれぞれ固定されている。これは、駆動側ベルト５１０と従動側ベルト５２０がそれぞれ水平な回転軸上で回転するプーリーによって駆動されるからこそ可能な区別基準であるが、より一般的には、ベルトが駆動プーリーに巻き込まれていく部分を緊張側、ベルトが駆動プーリーから解放されてくる部分を弛緩側と呼ぶと、例えば、レーザー照射部３００は駆動側ベルト５１０の緊張側に、経路調整ブロック２００は従動側ベルト５２０の緊張側にそれぞれ固定されなければならならず、その逆も可能なことになる。ここで、従動側ベルト５２０の場合、第３プーリー４３０を駆動プーリーとして、緊張側及び弛緩側を区別可能であることは自明である。

一方、第２プーリー４２０と第３プーリー４３０が回転軸を共有する状態で、第２プーリー４２０の直径が第３プーリー４３０の直径の２倍になるようにすると、駆動側ベルト５１０の移送速度が従動側ベルト５２０の移送速度の２倍となる。これは、レーザー照射部３００の移送距離はそのままレーザービームの全光経路距離に反映されるが、経路調整ブロック２００の移送距離はその２倍が反映されるためである。すなわち、同一時間でレーザー照射部３００が一方向に１ｍ移送された場合、経路調整ブロック２００が逆方向に０．５ｍ移送されると、レーザービームが経由する全光経路距離を一定に維持することができる。一方、同じ原理により、経路調整ブロック２００が移送され得る距離、すなわち、第３プーリー４３０と第４プーリー４４０との間の距離は、レーザー照射部３００が移送され得る距離、すなわち、第１プーリー４１０と第２プーリー４２０との間の距離の１／２以上であれば十分である。

このように、駆動側ベルトと従動側ベルトとの間の駆動力の伝達のために、一対のプーリーに回転軸を共有させる構成は、第１実施例だけでなく、第２実施例でも同様に適用することができる。すなわち、図６に示された第２実施例において、レーザー照射部３００が固定されたベルトと経路調整ブロック２００Ａが固定されたベルトとの間に１つの回転軸が配置されており、この回転軸に２つのプーリーが設けられ、それぞれレーザー照射部３００側のベルトと経路調整ブロック２００Ａ側のベルトに噛み合わせるようにすることができる。この際、２つのプーリーの直径の比も第１実施例と同様に２：１であり、レーザー照射部３００及び経路調整ブロック２００Ａが同じ方向に移送されるように、それぞれのベルトの緊張側に、又は逆に２つともそれぞれのベルトの弛緩側に固定されるようにすることも同様である。第３実施例の場合には、レーザー照射部３００が固定されたベルトと経路調整ブロック２００Ｂが設けられたベルトとの互いに隣接した一対のプーリーは互いの回転軸が直交するので、ベベルギアのような連動手段を別に備えなければならない。

以上のように、本発明に係る導光板レーザー加工装置は、ベルト駆動により光経路距離を一定に維持することができるので、リニアモータのような高価な装置や複雑な制御器具がなくても駆動側ベルト５１０に固定されたレーザー照射部３００と従動側ベルト５２０に固定された経路調整ブロック２００の移送速度の比を正確に２：１に維持し、光経路距離を一定に維持することが可能である。また、同一容量の駆動モータでもボールスクリューより非常に速い移送速度を確保することができる。

以上で、レーザー照射部３００や経路調整ブロック２００の正確な位置制御のために、駆動側ベルト５１０や従動側ベルト５２０は全部タイミングベルトであることが好ましく、この場合、各プーリーもまた外周面に歯が形成されたタイミングプーリーでなければならず、第２プーリー４２０の直径が第３プーリー４３０の直径の２倍ということは、第２プーリー４２０の歯数が第３プーリー４３０の歯数の２倍になることを意味する。

レーザービームの断面直径を調整したり、一点に集中させるために、必要に応じて、レーザービームが進行する光経路上に光学レンズを配置することができる。光学レンズは、レーザー出射部５０から第１反射鏡１１０に進入する前、又はレーザー照射部３００の第６反射鏡１６０（第２実施例及び第３実施例では第４反射鏡１４０Ａ、１４０Ｂ）から加工対象に進入する前に配置することが好ましく、その数は必要に応じて調節することができる。また、光学レンズ６０は、単一レンズであっても良いが、凸レンズと凹レンズの組合せからなるレンズ群でも良い。各実施例において、光学レンズ６０は、図２に示されたように、第６反射鏡１６０以後で加工対象であるアクリル板に進入する前、すなわち、レーザー照射部３００に設けられている。

上述で説明され、図面に示された本発明の一実施例は、本発明の技術的思想を限定するものとして解釈されてはならない。本発明の保護範囲は、請求の範囲に記載した事項によってのみ制限され、本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を様々な形態で改良変更することが可能である。したがって、このような改良及び変更は、通常の知識を有する者に自明なものである限り、本発明の保護範囲に属する。

Claims

フレームと、
レーザービームを生成し、前記フレームに固定設置されたレーザー発振部と、
前記フレーム上で直線往復移送され、前記レーザー発振部からレーザービームが伝達されると照射し、加工対象である導光板に所定のパターンを形成するためのレーザー照射部と、
前記レーザー照射部とレーザー発振部との間で、前記レーザービームの伝達経路を形成するレーザー伝達部と、
前記フレーム上で前記レーザー照射部の移送方向と交差する方向に直線往復移送され、前記加工対象である導光板を支持する移送定盤とを含み、
前記レーザー伝達部は、前記レーザービームを反射する複数の反射鏡と、前記レーザー照射部が光経路距離を伸ばす方向に移送される際、前記光経路距離を減らす方向に移送される経路調整ブロックとを含み、前記複数の反射鏡のうち少なくとも１つは、前記経路調整ブロックに設けられ、
前記レーザー伝達部の経路調整ブロックは、前記レーザー照射部の移送方向と平行な直線上で前記レーザー照射部の移送方向と逆方向に移送され、
前記レーザービームの進行方向を０°とし、前記レーザー伝達部の複数の反射鏡は、
前記フレームに設けられ、前記レーザー発振部から出射された前記レーザービームを−９０°方向に反射する第１反射鏡と、
前記経路調整ブロックに設けられ、前記第１反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第２反射鏡と、
前記経路調整ブロックに設けられ、前記第２反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第３反射鏡と、
前記フレームに設けられ、前記第３反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第４反射鏡と、
前記フレームに設けられ、前記第４反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第５反射鏡と、
前記レーザー照射部に設けられ、前記第５反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第６反射鏡とを含み、
前記第１反射鏡、第２反射鏡、第３反射鏡、第４反射鏡及び第５反射鏡は、同一の１つの平面内で前記レーザービームを反射し、前記第６反射鏡は、前記平面と垂直な平面に前記レーザービームを反射し、
前記レーザー照射部及び経路調整ブロックは、それぞれ一対のプーリーの間にかけられたタイミングベルトに固定されていることにより移送され、
前記レーザー照射部が固定された駆動側ベルトは、第１プーリーと第２プーリーとの間にかけられており、
前記経路調整ブロックが固定された従動側ベルトは、第３プーリーと第４プーリーとの間にかけられており、
前記第１プーリーは、駆動モータによって回転駆動され、
前記第２プーリー及び第３プーリーは、一体回転し、前記第２プーリーの直径が前記第３プーリーの直径の２倍であり、
前記第３プーリーと第４プーリーとの間の距離は、前記第１プーリーと第２プーリーとの間の距離の１／２以上であり、
前記レーザー照射部と前記経路調整ブロックは、駆動側ベルトの緊張側及び従動側ベルトの緊張側にそれぞれ固定されるか、又は駆動側ベルトの弛緩側及び従動側ベルトの弛緩側にそれぞれ固定されたことを特徴とする導光板レーザー加工装置。
フレームと、
レーザービームを生成し、前記フレームに固定設置されたレーザー発振部と、
前記フレーム上で直線往復移送され、前記レーザー発振部からレーザービームが伝達されると照射し、加工対象である導光板に所定のパターンを形成するためのレーザー照射部と、
前記レーザー照射部とレーザー発振部との間で、前記レーザービームの伝達経路を形成するレーザー伝達部と、
前記フレーム上で前記レーザー照射部の移送方向と交差する方向に直線往復移送され、前記加工対象である導光板を支持する移送定盤とを含み、
前記レーザー伝達部は、前記レーザービームを反射する複数の反射鏡と、前記レーザー照射部が光経路距離を伸ばす方向に移送される際、前記光経路距離を減らす方向に移送される経路調整ブロックとを含み、前記複数の反射鏡のうち少なくとも１つは、前記経路調整ブロックに設けられ、
前記レーザー伝達部の経路調整ブロックは、前記レーザー照射部の移送方向と同一直線上で前記レーザー照射部の移送方向と同一方向に移送され、
前記レーザービームの進行方向を０°とし、前記レーザー伝達部の複数の反射鏡は、
前記フレームに設けられ、前記レーザー発振部から出射されたレーザービームを＋９０°方向に反射する第１反射鏡と、
前記経路調整ブロックに設けられ、前記第１反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第２反射鏡と、
前記経路調整ブロックに設けられ、前記第２反射鏡からのレーザービームを−９０°方向に反射する第３反射鏡と、
前記レーザー照射部に設けられ、前記第３反射鏡からのレーザービームを＋９０°方向に反射する第４反射鏡とを含み、
前記第１反射鏡、第２反射鏡及び第３反射鏡は、同一の１つの平面内で前記レーザービームを反射し、前記第４反射鏡は、前記平面と垂直な平面に前記レーザービームを反射し、
前記レーザー照射部及び経路調整ブロックは、それぞれ一対のプーリーの間にかけられたタイミングベルトに固定されていることにより移送され、
前記レーザー照射部が固定された駆動側ベルトは、第１プーリーと第２プーリーとの間にかけられており、
前記経路調整ブロックが固定された従動側ベルトは、第３プーリーと第４プーリーとの間にかけられており、
前記第１プーリーは、駆動モータによって回転駆動され、
前記第２プーリー及び第３プーリーは、一体回転し、前記第２プーリーの直径が前記第３プーリーの直径の２倍であり、
前記第３プーリーと第４プーリーとの間の距離は、前記第１プーリーと第２プーリーとの間の距離の１／２以上であり、
前記レーザー照射部と前記経路調整ブロックは、駆動側ベルトの緊張側及び従動側ベルトの緊張側にそれぞれ固定されるか、又は駆動側ベルトの弛緩側及び従動側ベルトの弛緩側にそれぞれ固定されたことを特徴とする導光板レーザー加工装置。