KR20050014719A

KR20050014719A - 평판재 단면의 절삭 가공 방법 및 절삭 가공 장치

Info

Publication number: KR20050014719A
Application number: KR1020040059763A
Authority: KR
Inventors: 와카노데루오
Original assignee: 테크노 다이-이치 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2005-02-07
Also published as: TWI244971B; KR100570484B1; TW200518915A; CN100374232C; CN1579688A; JP3726091B2; JP2005046943A

Abstract

본 발명은 용이하게 또한 매우 단시간에, 더구나 균질하고도 높은 정밀도로 평판재의 단면에 반복 형상의 미세 가공을 행할 수 있는 단면 절삭 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

피절삭 수지 성형판(24)의 두께 치수와 동등 이상의 날끝폭을 갖는 바이트(110)를 구비한 초음파 절삭 툴(112)을 클램퍼(36)와 클램프대(52, 80)로 유지시켜 고정된 수지 성형판의 피절삭 단면과 바이트가 대향하도록 절삭 공구대(106)에 의해서 유지하고, 초음파 절삭 툴의 초음파 진동자에 의해서 바이트를 수지 성형판의 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동시키면서 이송 기구에 의해 절삭 공구대를 이동시키고, 수지 성형판의 단면에 평면에서 보아 파형상의 미세 요철이 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성되도록 하였다.

Description

평판재 단면의 절삭 가공 방법 및 절삭 가공 장치{METHOD AND DEVICE FOR MACHINING AN END FACE OF PLATE MATERIAL}

본 발명은 플라스틱 등의 평판재의 단면을 절삭 가공하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 평판재의 단면을 절삭했을 때에 미세 요철을 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성할 수 있는 평판재 단면의 절삭 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치의 백라이트 유닛 중 하나로서 도 8에 분해 사시도로 도시한 바와 같은 엣지라이트형 면광원 장치가 이용되고 있다. 이 엣지라이트형 면광원 장치는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등에 의해서 형성된 도광판(1)의 측방에 그 하나의 단면과 대향하도록 냉음극관 등의 막대 형상 광원(2)을 배치하고, 도광판(1)의 한쪽의 면측(하면측)에 반사 시트(3)를 배치하는 동시에, 다른쪽의 면측(상면측)에 프리즘 시트(4) 및 확산 시트(5)를 적층하도록 각각 배치하고, 막대 형상 광원(2)의 배면측을 단면 형상이 거의 반원 형상을 이루는 리플렉터(6)로 둘러싼 구성을 구비하고 있다. 도광판(1)은 PMMA 등의 수지의 사출성형에 의해 편평한 쐐기 형상의 플라스틱 평판재를 제조하고, 그 평판재의 면적이 큰 쪽의 단면을 절삭하여, 입광 단면을 가공 형성함으로써 제작된다. 이러한 구성의 엣지라이트형 면광원 장치에서는, 막대 형상 광원(2)으로부터 출사되는 조명광이 리플렉터(6)에서의 반사광과 함께 도광판(1)의 단면으로부터 도광판(1)의 내부로 입사하고, 도 9에 측면도를 도시한 바와 같이 도광판(1)의 내부 및 각 시트(3, 4, 5)의 각각의 경계면에서 반사하여 굴절하면서 확산한다. 확산한 조명광은 확산 시트(5)의 표면에서 출사되고, 액정 표시 장치를 그 배면측에서 조사한다. 도 9 중, 부호 7, 8은 각각 도광판(1)에 형성된 반사 도트 및 프리즘 형성부이다.

이러한 엣지라이트형 면광원 장치에 있어서의 문제로서, 도광판(1)의 출광면 상에 있어서 광원측 단면으로부터 5 mm∼6 mm 정도의 영역(z)이 다른 영역보다 어두워지는, 「암대(暗帶)」라 불리는 휘도 얼룩의 발생이 있다. 이 발생 원인으로서는 막대 형상 광원(2)으로부터 출사되는 조명광이 도광판(1)의 입광 단면을 통과할 때에 입광 단면 근처 위치에서의 광 굴절 각도가 작아 광 확산이 발생하기 어려운 것을 들 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도광판이 되는 평판재의 단면을 매트 처리함으로써, 도광판(1)의 입광 단면에서의 광 확산을 촉진하는 것이 제안되어 있다. 이 매트 처리는 세라믹파우더 등을 이용한 블러스트 가공 등의 방법에 의해서 행해지고 있다.

또한, 평판재의 단면에 단면이 삼각형상을 이루는 돌기를 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성함으로써, 도광판(1)의 입광 단면에서의 광 확산을 촉진하는 것도 제안되어 있다(예컨대, 일본국 특허 출원 공개 평11-231320호 공보 참조).

평판재의 단면에 연속한 돌기를 형성하는 방법의 하나로서, 절삭 가공 방법이 있고, 예컨대 밀링 가공기에 초경 엔드밀을 부착하여, 극저속 이송으로 평판재의 단면을 절삭 가공한다고 하는 방법이 행해지고 있다. 또한, 절삭 가공 방법 이외의 방법으로서는 금형을 이용한 수지 성형 방법이 채용되고 있다.

그런데, 세라믹파우더 등을 이용한 블러스트 가공 등에 의한 매트 처리에서는, 그 조면의 정도에 따라서는 도광판의 출광면 전체의 휘도가 저하하여 버린다. 이 때문에, 어떤 연구 보고에 의하면 JIS BO031-1994에 규정되는 산술 평균 조도(Ra)로서 0.05 ㎛∼0.3 ㎛의 범위가 장려되고 있다. 그러나, 이 규정은 조도 곡선 중 기준 구간에서의 산곡(山谷)의 고저차를 산술 평균하고 있는 것에 지나지 않고, 기준 구간에서의 산곡이 일정한 고저차로 균등하게 분포하고 있는 것을 의미하는 것이 아니다. 따라서, 이 종류의 단면 처리 방법에 의해서는 동일한 휘도 밸런스를 재현하는 것, 바꾸어 말하면, 매트 처리 결과의 재현성을 높은 레벨로 확보하는 것이 어렵다. 이와 같이, 블러스트 가공 등에 의한 매트 처리 방법에 의해서는 도광판이 되는 평판재의 단면을 적절한 크기의 광 확산 형상을 갖는 조면에 균질하고도 효율적으로 가공하는 것이 곤란했다.

또한, 절삭 가공에 의해 평판재의 단면에 연속한 돌기를 형성하는 방법에 있어서는 일반적으로 엔드밀로서는 복수의 날을 가진 것이 이용되지만, 날의 연마 상태에 따라서는 엔드밀의 회전 중심으로부터 절삭면까지의 거리가 각 날마다 약간 다르기 때문에 가공면에 의도하지 않는 줄무늬 모양이 발생하는 경우가 있다. 한편, 단날의 엔드밀을 사용하는 경우는 날에 의한 가공 상태의 변동은 없지만, 날수가 적은만큼 가공에 시간이 걸린다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이 화살표 D로 도시하는 방향으로 엔드밀[그 궤적을 이점 쇄선(t)으로 도시한다]을 이동시키면서평판재(9a)의 단면을 절삭하여, 평판재(9a)의 단면에 연속한 산곡(9b)을 형성했을 때에 엔드밀의 이송에 관한 가공기 고유의 기계적인 습관 등에 의해 산곡(9b)의 피치(p)에 변동이 생기는 경우가 있다. 이와 같이, 종래의 절삭 가공에 의한 방법에 의해서도 도광판이 되는 평판재의 단면을 원하는 형상으로 균질하고도 효율적으로 가공하는 것이 곤란하였다.

한편, 금형을 이용한 수지 성형 방법에 관해서는 도광판(1)의 출광면과 대향하는 반사면에는 광 확산용의 다수의 반사 도트(7)가 형성되기 때문에 이 반사면에 대하여 거의 직각을 이루고 있는 입광 단면에도 광 확산용의 형상을 갖게 하고자 하면, 이 수지 성형에 이용되는 금형의 캐비티에 미세하지만 언더컷이 발생하여 버리게 된다. 이 때문에, 무리한 제거에 의한 이젝터 동작을 행하거나, 이 입광 단면을 형성하는 캐비티면이 사이드 슬라이더 형식인 금형을 이용하지 않을 수가 없게 되지만, 도광판의 제작에 사용되는 수지 재료인 PMMA재는 딱딱하여 깨지기 쉽고 또한 유동성이 우수한 수지 재료이기 때문에 미세 형상 부분이 결손하거나, 슬라이드하는 캐비티 부분의 간극에 수지가 유입되어 수지 버어를 발생시키거나 한다고 하는 새로운 문제를 야기하게 된다. 또한, 여기서 말하는 산곡 형상 혹은 파형상의 사이즈로서 높이가 수 ㎛이고, 피치가 10 ㎛∼20 ㎛인 것이 요구되기 때문에 수지 성형하는 경우에 이용되는 금형의 캐비티 부품의 가공에는 고도한 가공 기술 및 비싼 설비와 많은 가공 시간을 필요로 한다. 이 때문에, 금형이 비싸지고, 도광판의 제품 비용면에서도 문제가 된다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액정 표시 장치등에 사용되는 엣지라이트형 면광원 장치의 구성 요소의 하나인 도광판을 제작하는 경우 등에 있어서, 용이하게 또한 매우 단시간에, 더구나 균질하고도 높은 정밀도로 재현성 좋게, 플라스틱 등의 평판재의 단면에 반복 형상의 미세 가공을 할 수 있는 평판재 단면의 절삭 가공 방법을 제공하는 것, 및 그 방법을 적합하게 실시할 수 있는 평판재 단면의 절삭 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 일례를 도시하고, 평판재 단면의 절삭 가공 장치의 사시도로서 일부를 파단하여 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시한 단면 절삭 가공 장치의 평면도이다.

도 3은 도 2의 III-III 화살표의 단면도이다.

도 4는 도 3의 일부를 확대한 단면도이다.

도 5는 도 1 내지 도 4에 도시한 단면 절삭 가공 장치의 구성 요소 중 하나인 초음파 절삭 툴의 구성예를 도시하는 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 단면 절삭 가공 장치의 사용 방법에 있어서의 변형예에 관해서 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 평판재 단면의 절삭 가공 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 액정 표시 장치에 이용되는 엣지라이트형 면광원 장치의 구성예를 도시하는 분해 사시도이다.

도 9는 도 8에 도시한 엣지라이트형 면광원 장치에 있어서의 동작 및 종래의 문제점을 설명하기 위한 개략 측면도이다.

도 10은 종래의 절삭 가공 방법에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 단면 절삭 가공 장치

16: 베이스 플레이트

18: 워크 고정 유닛

20: 절삭 유닛

24: 평판형의 수지 성형판

26: 수지 성형판의 단면

28: 클램퍼 상하용 실린더

32, 94: 브래킷

34: 샤프트

36: 클램퍼

40: 긴 구멍

44: 집진 파이프

46: 집진기

48: 가공 지지대

52, 80: 클램프대

56: 제전기

58: 제전 에어 분출용 노즐

62: 매니폴드

64: 실린더

68: 가공 기준 플레이트

74, 96, 114: 슬라이드 베어링

76: 피절삭판 지지대

78: 전후 방향 위치 결정용 실린더

84, 90: 위치 결정용 접촉판

86: 좌우 방향(절삭 방향) 위치 결정용 실린더

92: 좌우 방향(절삭 방향) 위치 결정용 블록

98: 지지판

100, 126: 볼나사축

104: 서보 모터

106: 절삭 공구대

108: 제1 바이트

110: 제2 바이트

112: 초음파 절삭 툴

118: 초음파 진동자

124: 구동용 지지대

130: 스프링

138: 타이밍 풀리

136: 펄스 모터

140: 타이밍 벨트

청구항 1에 따른 발명은, 피절삭 평판재의 두께 치수와 동등하거나 그 이상인 날끝폭을 갖는 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면과 대향시켜, 바이트와 피절삭 평판재를 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따라 상대적으로 이동시키고, 피절삭 평판재의 피절삭 단면을 그 길이 방향을 따라서 절삭하는 평판재 단면의 절삭 가공 방법에 있어서, 상기 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동시키면서 바이트를 피절삭 평판재에 대하여 상대적으로 임의의 속도(예컨대, 진동 주파수는 날의 질량과 진폭에 의해 거의 일정해지며, 현상 37 KHz에서 사용하고 있지만, 해당 진동 주파수에 대하여 의존성이 있는 속도 등)로 이동시켜, 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 평면에서 보아 파형상의 미세 요철을 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 따른 발명은, 피절삭 평판재를 유지하는 평판재 유지 수단과, 피절삭 평판재의 두께 치수와 동등하거나 그 이상인 날끝폭을 가지고, 피절삭 평판재의 피절삭 단면을 그 길이 방향을 따라 절삭하는 바이트와, 이 바이트를 상기 평판재 유지 수단에 의해서 유지된 피절삭 평판재의 피절삭 단면과 대향하도록 유지하는 바이트 유지 수단과, 이 바이트 유지 수단에 의해 유지된 상기 바이트와 상기 평판재 유지 수단에 의해 유지된 피절삭 평판재를 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 이송 기구를 구비한 평판재 단면의 절삭 가공 장치에 있어서, 상기 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동시키는 바이트 진동 수단을 구비하고, 상기 바이트를 진동시키면서 상기 이송 기구에 의해서 피절삭 평판재에 대하여 상대적으로 이동시켜, 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 평면에서 보아 파형상의 미세 요철이 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 따른 발명은, 청구항 2에 기재한 절삭 가공 장치에 있어서, 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따른 방향으로 간격을 설치하여 제1 바이트와 제2 바이트를 병렬하여 배치하고, 상기 제1 바이트의 절단날을 상기 제2 바이트의 절단날보다 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 약간 후방에 배치하여, 상기 제2 바이트를 상기 바이트 진동 수단이 병설된 바이트로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 따른 발명은, 청구항 2 또는 청구항 3에 기재한 절삭 가공 장치에 있어서, 상기 바이트 진동 수단이 초음파 진동자인 것을 특징으로 한다.

청구항 1에 따른 발명의 평판재 단면의 절삭 가공 방법에 의하면, 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동시키면서 피절삭 단면의 길이 방향을 따라서 상대적으로 임의의 속도로 이동시키는 것에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이 바이트(160)의 절단날 선단은 피절삭 평판재를 평면에서 보았을때에 정현파(S)에 해당하는 궤적(T)을 그리면서 피절삭 평판재의 피절삭 단면을 그 길이 방향을 따라서 절삭해 간다[도 7 중 화살표 C가 바이트(160)의 이동 방향을 나타낸다]. 이 때문에, 피절삭 평판재의 피절삭 단면에는 평면에서 보아 바이트(160)의 진폭(a)에 대응한 높이(깊이)의 파형상의 미세 요철이 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 안정되어 형성되게 된다. 또한, 바이트(160)의 이동 속도를 그 진동수로 나눈 값이 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 형성되는 미세 요철의 피치(P)가 되기 때문에 바이트(160)의 이동 속도 및 진동수를 각각 일정하게 하는 것에 의해, 또한 미세 요철의 피치(P)를 도중에서 변화시키고 싶은 경우에는 바이트(160)의 이동 속도를 적절하게 변경함으로써 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 미세 요철을 원하는 대로 재현성 좋게 가공 형성하는 것이 가능해진다.

청구항 2에 따른 발명의 평판재 단면의 절삭 가공 장치에 있어서는, 바이트 유지 수단에 의해서 유지된 바이트가 평판재 유지 수단에 의해서 유지된 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 바이트 진동 수단에 의해 진동되면서, 이송 기구에 의해 바이트와 피절삭 평판재가 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따라서 상대적으로 이동된다. 이와 같이, 바이트가 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동하면서 피절삭 단면의 길이 방향을 따라서 상대적으로 이동함으로써, 상기한 바와 같이 하여 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 평면에서 보아 바이트의 진폭에 대응한 높이(깊이)의 파형상의 미세 요철이 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 안정되게 형성된다. 또한, 바이트의 이동 속도 및 진동수가 각각 일정해지도록 이송 기구 및 바이트 진동 수단을 각각 적정하게 제어함으로써, 또한, 미세 요철의 피치(P)를 도중에서 변화시키고 싶은 경우에는 바이트의 이동 속도를 적절하게 변경하도록 이송 기구를 제어함으로써 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 미세 요철을 원하는 대로 재현성 좋게 가공 형성하는 것이 가능해진다.

청구항 3에 따른 발명의 절삭 가공 장치에서는, 제1 바이트에 의해서 피절삭 평판재의 피절삭 단면이 평면형으로 절삭된 후, 제1 바이트에 의해서 절삭된 평탄면이 제2 바이트에 의해 계속하여 절삭되어, 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 미세 요철이 가공 형성된다.

청구항 4에 따른 발명의 절삭 가공 장치에서는, 초음파 진동자의 진폭이 증폭되어, 그 증폭된 진폭으로 바이트가 진동함으로써 증폭 후의 진폭에 대응한 높이(깊이)의 파형상의 미세 요철이 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성된다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내고, 도 1은 평판재 단면의 절삭 가공 장치의 사시도로서 일부를 파단하여 나타낸 도면이며, 도 2는 그 평면도이고, 도 3은 도 2의 III-III 화살표의 단면도이며, 도 4는 도 3의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다. 이 단면 절삭 가공 장치는, 예컨대 액정 표시 장치의 백라이트 유닛의 구성 부품인 도광판의 단면을 절삭 가공하기 위해서 사용된다.

이 단면 절삭 가공 장치(10)는 프레임(12)의 상면에 늘어뜨려 설치된 한 쌍의 지주판(14, 14)의 상단부에 베이스 플레이트(16)를 수평으로 고정 설치하고, 그베이스 플레이트(16)의 한쪽의 반쪽 부분에 워크 고정 유닛(18)을 배치하는 동시에, 그 다른쪽의 반쪽 부분에 절삭 유닛(20)을 배치하여 구성되어 있다. 그리고, 베이스 플레이트(16)의 아래쪽에 배치된 제어반(22)에 의해 절삭 유닛(20)의 구동을 제어하여, 워크 고정 유닛(18)에 고정된 평판형의 수지 성형판(24)의 단면(26)을 절삭 유닛(20)으로 절삭 가공한다.

워크 고정 유닛(18)은 도 3에 도시한 바와 같이 베이스 플레이트(16)의 거의 중앙의 바로 아래 위치에 프레임(12)의 상면에 고정 설치된 클램퍼 상하용 실린더(28)를 구비하고 있다. 이 실린더(28)의 피스톤(30)에는 그 상단부에 브래킷(32)이 장착되어 있다. 이 브래킷(32)의 양측에는 각각 샤프트(34)가 세워 설치되고, 이 좌우 한 쌍의 샤프트(34)의 상단부에 클램퍼(36)가 가로질러 있다. 또한, 샤프트(34)는 베이스 플레이트(16)에 고착된 부시(38)에 삽입 관통되어, 상하 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있다.

베이스 플레이트(16)의 거의 중앙에는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 잘라낸 부스러기를 낙하시키기 위한 긴 구멍(40)이 형성되어 있다. 이 베이스 플레이트(16)의 긴 구멍(40)의 아래측에는 수용 접시(42)가 배치되어 있고, 수용 접시(42)에 집진 파이프(44)의 일단이 접속되고, 집진 파이프(44)의 타단이 집진기(46)에 접속되어 있다. 한편, 베이스 플레이트(16)의 상면측에는 긴 구멍(40)의 한쪽 가장자리에 가공 지지대(48)가 고정 설치되어 있다. 이 가공 지지대(48)에는 도 4에 도시한 바와 같이 그 상부 가장자리에 형성된 단부(50)에 클램프대(52)가 고정 설치되어 있다. 또한, 클램퍼(36)에는 그 상단부에 고착된 브래킷(54)을 통해 제전기(56)가 부착되고, 제전기(56)에 제전 에어를 분출하는 노즐(58)이 연접되어 있다. 또한, 노즐(58)의 아래쪽에 배치되도록 클램퍼(36)에 부착된 에어블로우 공급관(60)에 접속된 매니폴드(62)가 클램퍼(36)에 장착되어 있다.

또한, 베이스 플레이트(16)의 상면에는 가공 지지대(48)에 인접하는 위치에 실린더(64)가 고정 설치되어 있다. 이 실린더(64)의 피스톤(66)의 상단부에는 가공 지지대(48)의 절삭 유닛(20)과 대향하는 전면을 따라서 상하 방향으로 미끄럼 이동하는 가공 기준 플레이트(68)와 일체 형성된 연접부(70)가 연결되어 있다. 그리고, 실린더(64)를 구동시킴으로써 그 피스톤(66)에 연결된 연접부(70)가 가공 지지대(48)의 측면 중앙에 형성된 오목부(72) 내에서 상하 방향으로 이동하고, 연접부(70)와 일체 형성된 가공 기준 플레이트(68)가 상하 방향으로 미끄럼 이동하도록 되어 있다. 또, 클램프대(52)는 절삭 유닛(20)과 대향하는 그 전면이 가공 기준 플레이트(68)와 간섭하지 않도록 조금 내측으로 들어간 위치에 고정되어 있다. 따라서, 가공 기준 플레이트(68)는 가공 지지대(48)의 절삭 유닛(20)과 대향하는 전면을 기준으로 하여 미끄럼 이동하게 된다. 또한, 가공 기준 플레이트(68)는 그 양측의 연접부(70)를 각각 지지하는 좌우 한 쌍의 슬라이드 베어링(74)을 통해 원활히 상하 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다.

가공 지지대(48)의 배면측의 후방에는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 피절삭판 지지대(76)가 배치되어 있고, 이 피절삭판 지지대(76) 위에 전후 방향 위치 결정용 실린더(78)가 고정 설치되어 있다. 또한, 피절삭판 지지대(76) 위에는 클램프대(80)가 고정 설치되어 있고, 이 클램프대(80)는 그 상면이 가공 지지대(48)의클램프대(52)의 상면과 동일 높이가 되도록 위치 조정되어 있다. 실린더(78)는 클램프대(80)를 관통하여 수평 방향으로 출납 가능한 피스톤(82)을 구비하고 있고, 피스톤(82)의 선단부에 위치 결정용 접촉판(84)이 고착되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(16) 위에는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 좌우 방향(절삭 방향) 위치 결정용 실린더(86)가 배치되어 있고, 이 실린더(86)의 피스톤(88)의 선단부에 위치 결정용 접촉판(90)이 고착되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(16) 위에는 실린더(86)의, 절삭 방향에 있어서의 반대측에 좌우 방향(절삭 방향) 위치 결정용 블록(92)이 배치되어 있다.

절삭 유닛(20)은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 베이스 플레이트(16)의 긴 구멍(40)을 사이로 하여 가공 지지대(48)와 대향하는 위치에 배치된 브래킷(94)을 구비하고 있다. 이 브래킷(94)은 단면 형상이 거의 L자형을 이루고, 그 하면측에 3조의 슬라이드 베어링(96)이 나란히 설치되어 있다. 또한, 브래킷(94)은 그 좌우 양측에 한 쌍의 지지판(98, 98)을 가지고, 그 한 쌍의 지지판(98, 98)에 볼나사축(100)의 양단부가 각각 회동 가능하게 지지되어 걸쳐져 있다. 이 볼나사축(100)은 커플링(102)을 통해 서보 모터(104)에 연결되어 있다. 또한, 볼나사축(100)에는 절삭 공구대(106)가 나사 결합하고 있고, 그 절삭 공구대(106)에 제1 바이트(108) 및 제2 바이트(110)가 선단부에 장착된 초음파 절삭 툴(112)이 유지되어 있다. 또한, 절삭 공구대(106)는 브래킷(94)의 내향면측에 슬라이드 베어링(114)을 통해 결합하고, 절삭 방향[볼나사축(100)에 따른 방향]으로 이동 가능하게 지지되어 있다.

초음파 절삭 툴(112)은 도 5에 사시도로 도시한 바와 같이 거의 원통형인 툴본체부(116), 이 툴 본체부(116)의 내부에 볼트 체결하여 고정된 란쥬반형 초음파 진동자(118), 이 초음파 진동자(118)의 선단부에 설치되고 바이트칩의 저면과 2개의 측면이 접촉되어 위치 결정되는 부착면을 구비한 바이트 부착부(120), 및 바이트 부착부(120)에 착탈 가능하게 장착되는 교환칩식의 제2 바이트(110)로 구성되어 있다. 이러한 구성을 구비한 초음파 절삭 툴(112)은 초음파 진동의 진동 방향(A)이 원통형 툴 본체부(116)의 축심선 방향과 일치한다. 그리고, 초음파 진동자(118)의 공진 작용에 의해 서브 ㎛의 진폭의 방향이 일정 방향으로 가지런해져 수 ㎛까지 진폭이 안정적으로 증폭되고, 그 증폭된 진폭에 대응한 높이(깊이)의 파형상의 미세 요철을 수지 성형판(24)의 단면(26)에 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 제2 바이트(110)를 교환칩식으로 했기 때문에 제2 바이트(110)의 부착 및 착탈이 용이하게 되어, 작업의 준비 시간을 짧게 할 수 있다. 또, 도 5 중 화살표 B는 초음파 절삭 툴(112)의 이동 방향을 나타낸다. 또한, 부호 122는 케이블 접속부이다.

제1 바이트(108)는, 예컨대 고속도강의 절단날에 의해 구성되고, 그 절단날은 제2 바이트(110)의 절단날보다도 수지 성형판(24)의 단면(26)에 대하여 약간 후방에 배치된다. 제2 바이트(110)의 절단날의 재료로서는 천연 다이아몬드, 인공 다이아몬드, 질화 재료(보라존) 등이 사용된다. 또한, 제1 바이트(108) 및 제2 바이트(110)의 각 날끝폭은 각각 수지 성형판(24)의 두께 치수와 동등하거나 그 이상의 치수가 되고, 한 번의 절삭에 의해 단면(26)의 두께 방향 전체를 연속적으로 절삭할 수 있게 되어 있다.

베이스 플레이트(16)의 상면측의 후단 가장자리 부근에는 도 2 내지 도 4에도시한 바와 같이 구동용 지지대(124)가 배치되어 있고, 이 구동용 지지대(124)의 좌우 양측에 한 쌍의 볼나사축(126)이 각각 베어링(128)을 통해 회동 가능하게 유지되어 있다. 이 한 쌍의 볼나사축(126)의 돌출한 각 선단부는 브래킷(94)에 각각 나사 결합하고 있고, 볼나사축(126)이 회동함으로써 브래킷(94)이 베이스 플레이트(16) 위를 전후 방향으로 왕복 이동하도록 되어 있다. 또한, 브래킷(94)과 구동용 지지대(124)는 좌우 한 쌍의 스프링(130, 130)에 의해서 연접되어 있고, 이들 스프링(130)에 의해서 서로 접근하는 방향으로 압박되고, 볼나사축(126)의 백래시의 발생이 방지되도록 되어 있다. 또한, 한 쌍의 볼나사축(126)의 구동용 지지대(124)로부터 돌출한 각 후단부에는 각각 타이밍 풀리(132)가 고착되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(16)의 하면측의 후단 가장자리 부근에 고정 설치된 브래킷(134)에 펄스 모터(136)가 장착되어 있고, 펄스 모터(136)의 회전축에 고착된 타이밍 풀리(138)와 한 쌍의 볼나사축(126)의 각 후단부에 고착된 타이밍 풀리(132, 132)와 타이밍 벨트(140)가 둘러쳐져 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이 베이스 플레이트(16)에는 가공 지지대(48)에 대향하는 전단면에 단면이 거의 L자형을 이루는 에어가이드(142)가 부착되어 있다. 또한, 절삭 공구대(106)에는 그 내향 단면에 비산 방지판(144)이 부착되어 있다. 이들 에어가이드(142) 및 비산 방지판(144)과 가공 기준 플레이트(68)에 의해서 구획된 영역 내에 수지 성형판(24)의 칩이 낙하하도록 되어 있다. 이 때문에, 칩이 외부로 비산하는 것이 방지되고, 수지 성형판(24)의 표면에 칩이 부착되어 수지 성형판(24)을 손상할 수 있다고 하는 것이 방지되도록 되어 있다. 또, 도 1 중 부호146은 조작 박스를 나타낸다.

다음에, 상기한 구성을 구비한 단면 절삭 가공 장치(10)의 사용 방법에 관해서 설명한다. 우선, 수지 성형판(24)의 단면(26)에 대한 절삭량 및 절삭 속도[바이트(108, 110)의 이동 속도]의 절삭 조건을 제어반(22)에 입력한다. 절삭 속도는 예컨대, 초음파 절삭 툴(112)의 공진 주파수가 37 kHz이었다고 하면, 가공하는 파형상의 미세 요철의 피치를 10 ㎛로 한 경우, 바이트(108, 110)의 이송량은 3700 Hz×0.01 mm = 370 mm/sec이 되기 때문에, 매초 370 mm로 설정한다. 그리고, 클램프대(52, 80) 위에 수지 성형판(24)을 얹어 놓고, 가공면인 그 단면(26)을 가공 기준 플레이트(68)에 부딪치게 한다. 계속해서, 전후 방향 위치 결정용 실린더(78)를 구동시키고, 그 피스톤(82)의 선단부에 고착된 위치 결정용 접촉판(84)으로 수지 성형판(24)을 눌러, 수지 성형판(24)의 단면(26)을 가공 기준 플레이트(68)에 압접시키는 동시에, 좌우 방향 위치 결정용 실린더(86)를 구동시키고, 그 피스톤(88)의 선단부에 고착된 위치 결정용 접촉판(90)으로 수지 성형판(24)을 눌러, 수지 성형판의 측방 단면을 위치 결정용 블록(92)에 압접시킨다. 계속해서, 클램퍼 상하용 실린더(28)를 구동시키고, 클램퍼(36)를 하강시켜 클램퍼(36)와 클램프대(52)로 수지 성형판(24)의 단면(26)의 가장자리 근방을 클램프한다. 다음에, 실린더(64)를 구동시키고, 가공 기준 플레이트(68)를 하강시킴으로써 수지 성형판(24)의 단면(26)을 노출시킨다.

수지 성형판(24)의 위치 결정 고정이 끝나면 펄스 모터(136)를 구동시키고, 타이밍 풀리(132, 138) 및 타이밍 벨트(140)를 통해 볼나사축(126, 126)을 회전시킴으로써 절삭 공구대(106)를 수지 성형판(24)의 단면(26)에 접근시키도록 이동시켜, 절삭 공구대(106)를 소정의 절삭 개시 위치에 위치 결정한다. 이 때, 스프링(130, 130)의 스프링력에 의해서 백래시가 제거된다. 이 때문에, 절삭 공구대(106)의 이송량을 예컨대 1 ㎛ 단위로 제어하여, 정확히 절삭 위치의 설정을 행할 수 있다.

다음에, 초음파 절삭 툴(112)을 작동시키는 동시에, 서보 모터(104)를 구동시키고, 커플링(102)을 통해 볼나사축(100)을 회전시키는 것에 의해 절삭 공구대(106)를 절삭 이송 방향으로 직선 이동시킨다. 이 동작에 의해 제1 바이트(108)에 의해서 수지 성형판(24)의 단면(26)이 평면형으로 절삭되는 동시에, 그 절삭된 평탄면이 초음파 절삭 툴(112)의 제2 바이트(110)에 의해 계속하여 절삭되어, 수지 성형판(24)의 단면(26)에 파형상의 미세 요철이 가공 형성된다. 이 때에 생긴 수지 성형판(24)의 칩은 제전기(56)에 연접된 노즐(58) 및 매니폴드(62)로부터 분출된 제전 에어에 의해서 하측으로 불어 날려져, 긴 구멍(40)을 통해 수용 접시(42) 내로 유입되고, 집진 파이프(44)를 통해 집진기(46)에 모아진다.

이 단면 절삭 가공 장치(10)에서는 볼나사축(100)을 회전시켜 절삭 공구대(106)를 미끄럼 이동시킨다. 이 때문에, 절삭 공구대(106)를 일정한 속도로 이동시키는 것이 용이하고, 또한, 초음파 절삭 툴(112)의 초음파 진동에 의한 절삭량도 공진 동작에 의해 안정적이기 때문에 마무리 정밀도가 균일하게 된다고 하는 이점이 있다.

절삭 공구대(106)가 소정의 위치까지 이동하면 펄스 모터(136)를 역회전 구동시킴으로써 절삭 공구대(106)를 수지 성형판(24)으로부터 멀리한다. 그리고, 서보 모터(104)를 역회전 구동시킴으로써 절삭 공구대(106)를 원래의 위치로 복귀시킨다.

수지 성형판(24)의 단면(26)의 절삭 가공이 종료하면 클램퍼 상하용 실린더(28)를 구동시키고, 클램퍼(36)를 상승시켜, 클램퍼(36)와 클램프대(52)에 의한 수지 성형판(24)의 클램프 상태를 해제한다. 그리고, 위치 결정용 실린더(78, 86)의 각 피스톤(82, 88)을 압출하여, 위치 결정용 접촉판(84, 90)을 수지 성형판(24)으로부터 간극을 두고 떨어뜨린 후에, 수지 성형판(24)을 클램프대(52, 80) 위에서 추출하고, 가공 작업을 종료한다.

또, 상기한 절삭 가공 조작에서는 바이트(108, 110)를 일정한 속도로 절삭 방향으로 보내도록 하고 있지만, 이하에 설명하는 것과 같은 경우에는 바이트(108, 110)를 일정 이송으로 하지 않는다.

액정 표시 장치의 암대 이외의 문제로서, 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이 도광판(150)에 인접하여 설치되는 냉음극관 등의 막대 형상 광원(152)의 전극부(154a, 154b)의 영향으로부터 액정 표시 장치의 유효 화면(156) 내에서의 전극부(154a, 154b) 근방의 코너부에 암부(158)가 나오기 쉽다고 하는 경향이 있다. 그 대책으로서, 도광판(150)의 단면에 절삭 가공되는 파형상의 미세 요철의 밀도를 막대 형상 광원(152)의 전극부(154a, 154b)의 근방 부근이 되는 영역에서 변화시키는 것이 생각된다. 즉, 도광판(150)의 단면의, 양단부의 소정 영역(Z1, Z2)에는 비교적 조밀한 상태로 파형상의 미세 요철이 형성되도록 그 영역(Z1, Z2)을 절삭 가공할 때의 바이트(108, 110)의 이동 속도를 느리게 하고, 그 이외의 영역(Z3)에는 비교적 성긴 상태로 파형상의 미세 요철이 형성되도록 그 영역(Z3)을 절삭 가공할 때의 바이트(108, 110)의 이동 속도를 빨리하도록 한다. 혹은, 도광판(150)의 단면 영역(Z1, Z2)을 절삭 가공할 때에, 도 6에 있어서 파선으로 도시한 바와 같이 바이트(108, 110)의 절삭 깊이(Y)(수십 ㎛ 단위)를 조정하여 단면에 경사를 주고, 그 이외의 영역(Z3)을 절삭 가공할 때는 절삭 기준 깊이를 일정하게 하여 초음파 절삭 툴(112)의 초음파 진동에 의해 단면에 미세 요철이 반복 형성되도록 이차원 직선 보완 제어를 행하는 것도 가능하다. 또, 상기한 이동 속도의 변경 및 절삭 깊이의 변경을 각각 동시에 제어하여 절삭 가공을 행하는 것도 가능하다.

또한, 비교적 소형의 액정 표시 장치에 있어서는 냉음극관 광원 대신에 LED를 직렬로 배치한 것을 광원으로서 사용하는 경우가 있다. 이 경우에는 광원의 휘도가 연속하지 않기 때문에 광원 전극부의 영향에 의한 암부 발생에 있어서의 경우와 같은 대책으로서, 도광판의 입광 단면의 광 확산 형상을 LED의 근방 위치와 LED 사이의 위치에서 다른 것으로 하는 것이 요구된다. 종래의 가공 방법에서는 이러한 요구에는 부응할 수 없었지만, 이 단면 절삭 가공 장치(10)를 사용하면 바이트(110)의 한 번의 이동 중에 있어서의 임의의 이동 위치 및 임의의 이동 속도를 미리 각각 설정하여 제어하는 것이 가능하기 때문에 도광판의 입광 단면에 있어서의 파형상의 미세 요철을 LED의 근방 위치와 LED 사이의 위치에서 다른 형상으로 가공하는 것도 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

또, 상기한 실시형태에서는 액정 표시 장치의 백라이트를 구성하고 있는 도광판의 단면의 절삭 가공에 관해서 설명했지만, 본 발명은 그와 같은 용도에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다른 용도의 가공, 예컨대 플라스틱 제조 광학 부품의 가공 등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

청구항 1에 따른 발명의 평판재 단면의 절삭 가공 방법에 의해, 또한 청구항 2에 따른 발명의 평판재 단면의 절삭 가공 장치를 사용하여 액정 표시 장치 등에 사용되는 엣지라이트형 면광원 장치의 구성 요소 중 하나인 도광판 등을 제작할 때는 용이하게 또한 매우 단시간에, 더구나 균질하고도 높은 정밀도로 재현성 좋게 플라스틱 등의 평판재의 단면에 파형상의 미세 요철을 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성할 수 있다. 그리고, 이 단면 절삭 가공 장치는 그 구성이 비교적 간단하기 때문에 장치에 드는 비용이 적고, 또한 가공 시간이 매우 단시간이기 때문에 도광판 등의 제조 비용을 현저히 낮추는 것이 가능해진다. 또한, 피절삭 평판재의 피절삭 단면을 절삭 가공하고 있는 도중에 바이트의 이동 속도를 적절하게 변경함으로써 피절삭 단면에 있어서의 임의의 영역에 대하여 미세 요철의 피치를 임의로 변화시키는 것도 가능하다.

청구항 3에 따른 발명의 단면 절삭 가공 장치에서는 제1 바이트에 의해서 평판재의 단면을 평면형으로 절삭한 후에, 제2 바이트에 의해서 단면에 파형상의 미세 요철을 절삭 가공하기 때문에 평판재의 단면에 파형상의 미세 요철을 보다 정확하게 형성할 수 있다.

청구항 4에 따른 발명의 단면 절삭 가공 장치에서는 원하는 높이(깊이)의 파형상의 미세 요철을 피절삭 평판재의 단면에 정확하게 형성할 수 있다.

Claims

피절삭 평판재의 두께 치수와 동등하거나 그 이상인 날끝폭을 갖는 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면과 대향시켜, 바이트와 피절삭 평판재를 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따라 상대적으로 이동시키고, 피절삭 평판재의 피절삭 단면을 그 길이 방향을 따라서 절삭하는 평판재 단면의 절삭 가공 방법에 있어서,

상기 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동시키면서, 바이트를 피절삭 평판재에 대하여 상대적으로 임의의 속도로 이동시켜, 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 평면에서 보아 파형상의 미세 요철을 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성하는 것을 특징으로 하는 평판재 단면의 절삭 가공 방법.
피절삭 평판재를 유지하는 평판재 유지 수단과,

피절삭 평판재의 두께 치수와 동등하거나 그 이상인 날끝폭을 갖고, 피절삭 평판재의 피절삭 단면을 그 길이 방향을 따라 절삭하는 바이트와,

이 바이트를 상기 평판재 유지 수단에 의해서 유지된 피절삭 평판재의 피절삭 단면과 대향하도록 유지하는 바이트 유지 수단과,

이 바이트 유지 수단에 의해 유지된 상기 바이트와 상기 평판재 유지 수단에 의해 유지된 피절삭 평판재를 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따라서상대적으로 이동시키는 이송 기구

를 구비한 평판재 단면의 절삭 가공 장치에 있어서,

상기 바이트를 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 직교하는 방향에서 진동시키는 바이트 진동 수단을 구비하고, 상기 바이트를 진동시키면서 상기 이송 기구에 의해 피절삭 평판재에 대하여 상대적으로 이동시켜, 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 평면에서 보아 파형상의 미세 요철이 피절삭 단면의 길이 방향에 있어서 반복 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 평판재 단면의 절삭 가공 장치.
제2항에 있어서, 피절삭 평판재의 피절삭 단면의 길이 방향을 따르는 방향으로 간격을 두어 제1 바이트와 제2 바이트를 병렬하여 배치하고, 상기 제1 바이트의 절단날을 상기 제2 바이트의 절단날보다 피절삭 평판재의 피절삭 단면에 대하여 약간 후방에 배치하여, 상기 제2 바이트를 상기 바이트 진동 수단이 병설된 바이트로 한 것인 평판재 단면의 절삭 가공 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 바이트 진동 수단은 초음파 진동자인 것인 평판재 단면의 절삭 가공 장치.