(57)【要約】【課題】  被加工物と工具機構部を相対的に移動させて広い範囲での表面加工を高速で実現できる超音波加工装置の提供を目的とする。【解決手段】  本発明にかかる超音波加工装置は、被加工物を載置させる載置台と、該載置台上に載置された被加工物の表面を加工する櫛歯状の先端部を有した工具機構部と、発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達する超音波振動発生部と、前記被加工物及び前記工具機構部の少なくとも一方を前記被加工物の搬送方向に対して交差する方向に移動させる位置変動部とを有し、被加工物の搬送に伴って搬送方向に対して交差する方向にも超音波加工を施すことができ、正弦波パターンや鋸歯状パターンを透明樹脂板表面に効率良く形成できる。【選択図】  図１
2007038318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を載置させる載置台と、該載置台上に載置された被加工物の表面を加工する櫛歯状の先端部を有した工具機構部と、発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達する超音波振動発生部と、前記被加工物及び前記工具機構部の少なくとも一方を前記被加工物の搬送方向に対して交差する方向に移動させる位置変動部とを有することを特徴とする超音波加工装置。
【請求項２】
前記櫛歯状の先端部は、前記工具機構部の先端に一対平行するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波加工装置。
【請求項３】
前記被加工物上の前記櫛歯状の先端部の軌跡は波状となることを特徴とする請求項１記載の超音波加工装置。
【請求項４】
前記被加工物は透明樹脂板であることを特徴とする請求項１記載の超音波加工装置。
【請求項５】
前記被加工物は導光板であることを特徴とする請求項１記載の超音波加工装置。
【請求項６】
載置台上に被加工物を載置し、櫛歯状の先端部を有した工具機構部を該被加工物の表面に対峙させる工程と、
前記被加工物若しくは前記工具機構部を移動させながら発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達させて該被加工物の表面を加工する工程と
を有することを特徴とする超音波加工方法。
【請求項７】
前記櫛歯状の先端部は前記工具機構部の先端に一対平行するように設けられることを特徴とする請求項６記載の超音波加工方法。
【請求項８】
載置台上に透明樹脂板を載置し、櫛歯状の先端部を有した工具機構部を該透明樹脂板の表面に対峙させる工程と、
前記透明樹脂板若しくは前記工具機構部を移動させながら発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達させて該透明樹脂板の表面を加工する工程と
を有することを特徴とする導光板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発生させた超音波振動を工具機構部に伝達させて所要の加工を行う超音波加工装置と超音波加工方法に関し、特に被加工物と工具機構部を相対的に移動させて広い範囲での表面加工が可能な超音波加工装置と超音波加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学部品などの精密な部品製造における多数の加工工程の１つとして、被加工物を形成する素材に対し非直線的な加工を行う工程を必要とする場合がある。こうした微細加工においては、形状賦与性が高く、加工精度の高い超音波加工方法が多く用いられている。超音波加工法は、超音波振動工具をスラリー状の砥粒を介して加工物に押し付け、工具断面に対応する形状を加工物に写すものであり、シリコンウエハやセラミックス等のように一定の硬度を有する素材の精密加工にも採用される。
【０００３】
超音波加工装置は、通常、超音波発振器・振動子等からなる超音波発生部と、振動工具を加工物に案内し所定の圧力を加える加圧部から成っている。加工に際しては、加工物に対して最適な加工速度となる発振器の駆動振動数を選ぶとともに、最適な振動振幅となる加圧力を調整する。
【０００４】
このような超音波加工装置の一例として、加工テーブルの開口部に工具ホーンを配置し、この工具ホーンに超音波振動子からの振動を加えると共に、加工テーブルにＸ−Ｙ移動機構を設けるようにした装置も知られており（例えば、特許文献１参照。）、或いは昇降テーブル（送りテーブル）には、移動テーブル上に固定された基部フレームと、基部フレームにリニアガイドを介して昇降自在に設けられた昇降フレームとを設けた超音波穿孔装置なども知られており、送りテーブルはリニアガイドと低摺動型シリンダとを備え、該低摺動型シリンダの駆動によって、該リニアガイドに沿って、当該送りテーブルを工具に対して送り移動して、被加工物を削ることが可能な装置となっている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平10-024491号公報
【特許文献２】特開2004-001133号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、加工製品を大量に製造するためには、連続作業によって被加工物を処理していくことが望ましい。しかしながら、上述の各装置では、所要の２軸ないしは３軸の制御によって、所定に位置に工具を当てて局所的に樹脂などを溶融させることは可能であるが、比較的に広い面積に亘って加工を施す場合に時間がかかり、この加工時間の必要性から製品の製造コストの増加が問題とされている。特に、被加工物が液晶パネルに使用される導光板である場合には、液晶表示部のパネル側への反射効率を高くすることが求められており、大画面化への対応として広い面積への加工が必要であると共に、反射効率を高めるための精密な加工も条件とされる。
【０００７】
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、発生させた超音波振動を工具機構部に伝達させて所要の加工を行う超音波加工装置において、被加工物と工具機構部を相対的に移動させて広い範囲での表面加工を高速で実現できる超音波加工装置の提供を目的とする。
【０００８】
また、本発明は、このような装置を用いる超音波加工方法において、被加工物と工具機構部を相対的に移動させて広い範囲での表面加工を高速で実現する超音波加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の技術的な課題を解決するため、本発明の超音波加工装置は、被加工物を載置させる載置台と、該載置台上に載置された被加工物の表面を加工する櫛歯状の先端部を有した工具機構部と、発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達する超音波振動発生部と、前記被加工物及び前記工具機構部の少なくとも一方を前記被加工物の搬送方向に対して交差する方向に移動させる位置変動部とを有することを特徴とする。
【００１０】
本明細書において、櫛歯状の先端部とは、比較的に広い意味で定義付けられるものであり、特に２本以上の歯の部分が被加工物に対峙する構造のものであれば良く、限定されるものではないが好適な実施形態の一例によれば櫛歯状の先端部が工具機構部の先端に一対平行するように設けられているものであっても良い。
【００１１】
本発明の超音波加工装置においては、前記被加工物及び前記工具機構部の少なくとも一方を前記被加工物の搬送方向に対して交差する方向に移動させる位置変動部を有していることから、被加工物を搬送しながらその搬送方向に交差する方向に加工を進めることができる。ここで、被加工物の搬送とは、工具機構部側の機構が移動して相対的に載置台に固定された被加工物の加工位置が移動する場合も含まれるものとする。また超音波加工は、超音波による切削、研削、溶着、穿孔、刻印、加熱処理などの各種加工を含むものとする。本発明にかかる超音波加工装置においては、工具機構側の機構と載置台側の機構のどちらか一方又は双方が移動する形式であれば良く、例えば、載置台若しくは工具機構部に位置変動部が取り付けられる構造とすることが可能である。
【００１２】
このような超音波加工装置を用いて超音波加工を行う場合、連続的なパターンを被加工物の表面に形成することがあり、この場合には位置変動部を作動させながら、被加工物上の櫛歯状の先端部の軌跡は、一例として、波状にすることができる。本発明の超音波加工装置は、特に、被加工物は透明樹脂板とすることができ、好適な超音波加工の施された導光板を製造することができる。
【００１３】
また、本発明の超音波加工方法は、載置台上に被加工物を載置し、櫛歯状の先端部を有した工具機構部を該被加工物の表面に対峙させる工程と、前記被加工物若しくは前記工具機構部を移動させながら発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達させて該被加工物の表面を加工する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の導光板の製造方法は、載置台上に透明樹脂板を載置し、櫛歯状の先端部を有した工具機構部を該透明樹脂板の表面に対峙させる工程と、前記透明樹脂板若しくは前記工具機構部を移動させながら発生させた超音波振動を前記工具機構部に伝達させて該透明樹脂板の表面を加工する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波加工装置によれば、比較的に広い面積を有する板材などを超音波加工する際に、被加工物を搬送しながらその搬送方向に交差する方向に加工を進めることができることから、極めて高速に且つ連続的な処理を図ることができ、加工精度を保ちながら製造コストを低く抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態にかかる超音波加工装置および超音波加工方法について説明する。
【００１７】
図１は本実施形態の超音波加工装置の要部構成図であり、テーブル１８上に所要の厚みの透明アクリル板２０が固定されており、この透明アクリル板２０の表面に工具機構部の先端をなす櫛歯状先端部１１a、１１bが当接する形で溝の形成が行われている。
【００１８】
本実施形態の超音波加工装置は、その主たる構成要素として、被加工物としての透明アクリル板２０を載置させる載置台１８と、該載置台１８上に載置された透明アクリル板２０表面を加工する櫛歯状先端部１１a、１１bが設けられホーン１２とコーン１３とからなり伝達される超音波振動を増大させる工具機構部と、発振器１５からの電気信号を利用して発生させた超音波振動をホーン１２とコーン１３に伝達するための超音波振動発生部１４と、透明アクリル板２０を搬送すると共に透明アクリル板２０の搬送方向に対して交差する方向にも透明アクリル板２０を移動させる位置変動部１７とを有している。
【００１９】
まず、本実施形態の超音波加工装置に用いられる発振器１５は、通常電圧を変換して得られた１６〜２５ｋＨｚの高周波電気エネルギーを振動子に供給するための装置である。この発振器１５から出力された高周波信号は、工具機構部の最上部に位置する磁歪変換素子１４に供給され、超音波振動を発生させる。磁歪式の振動子に代えてピエゾ素子などの電歪式の振動子を用いることも可能である。
【００２０】
この振動子１４で発生した超音波振動はコーン１３に伝達され、このコーン１３で機械的振動の振幅が増大され、さらにホーン１２でコーン１３からの機械的な振幅がさらに拡大されると共に整合されて先端工具に伝達される。これらホーン１２やコーン１３は、例えばチタン合金やアルミニウム合金によって形成される。これらの合金は超音波振動の伝達に音響学的性質からも強度的性質からも好適なために広く用いられている。
【００２１】
工具機構部の先端には一対の櫛歯状先端部１１a、１１bが設けられている。これら櫛歯状先端部１１a、１１bとしては、一例としてWC-Co系合金、WC-TiC-Co系合金、 WC-TaC-Co系合金、WC-TiC-TaC-Co系合金などの超硬合金を用いることが可能であり、特に先端部だけを耐摩耗性に優れた超硬合金とすることができる。櫛歯状先端部１１a、１１bは、ホーン１２の先端側に並行に取り付けられており、櫛歯状の各歯が略垂直に透明アクリル板２０に対峙するように配設されている。櫛歯状先端部１１a、１１bの各歯の数は、特に限定されるものではないが、図２に示すように、例えば６本ずつの歯が出るような構造のものとすることができ、２本以上の数のうちから適宜設定される。また、本実施形態においては、一対の櫛歯状先端部１１a、１１bが透明アクリル板２０の搬送方向で離間するように設けられており、後述するように、アクリル板２０の面内方向でその搬送方向から垂直な方向に揺動させることで概ね正弦波の如き複数本のパターンが透明アクリル板２０の表面上に描かれることになり、例えば透明アクリル板２０の全面にパターンを形成する場合に好適である。
【００２２】
本実施形態において、被加工物である透明アクリル板２０は載置台１８上に、図示しない吸着孔と吸着パッドを用いて真空で吸着されるようになっており、このような吸着孔と吸着パッドの組は載置台１８に複数個設けることができる。
【００２３】
本実施形態の超音波加工装置では、工具機構部側の構成がｘ、ｙ、ｚ軸の３軸移動可能なように構成されており、さらに載置台１８の裏面に取り付けられた位置変動部１７により載置台１８自体がｙ軸方向に揺動可能な構成とされている。このため図２に示すように、工具機構部側の構成を−ｘ方向に移動させることで、載置台１８上に固定されている透明アクリル板２０は工具機構部側から見て相対的にｘ方向に移動する。この透明アクリル板２０の相対的な移動と同期するように載置台１８の裏面の位置変動部１７もｙ方向に振動し、その結果、図２に示すように、透明アクリル板２０には複数の櫛歯状先端部１１a、１１bによってそれぞれ正弦波が描かれ、透明アクリル板２０の表面には、それらの複数の正弦波が重なり合うようなパターンの表面模様２２が形成される。このような連続的な正弦波の重なり合ったパターンは、当該透明アクリル板２０を導光板として使用する場合に光の均一な散乱効果が容易に得られるものとなり、超音波の連続加工により、比較的に速度も速く加工できるものとされる。一対の櫛歯状先端部１１a、１１bが離間している距離が当該櫛歯状先端部１１a、１１bが描く正弦波の半波長とした場合には、ちょうど一対の櫛歯状先端部１１a、１１bが描く正弦波の交点がｘ軸上に直線的に並ぶことになり、位置変動部１７のｙ方向への振動により板面を十分に覆うようなパターンの形成も可能であり、さらにｙ方向への振幅を大きくすることで、ｙ方向で櫛歯状先端部１１a、１１bが描く正弦波が重なるようなパターンも得ることができる。
【００２４】
この正弦波のパターンは、詳しくは櫛歯状先端部１１a、１１bが透明アクリル板２０の表面に当接して超音波振動によって高温化して溶融して形成されたものである。櫛歯状先端部１１a、１１bの形状を変えることで、正弦波のパターンの線の太さなどを制御することも可能であり、工具機構部側をｚ軸方向に上下させて破線のようなパターンにすることも可能である。また、載置台２０の裏面の位置変動部１７を定速度で振動するように動作させれば、正弦波ではなく鋸歯状波の如きパターンの模様も形成することができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、工具機構部側の構成がｘ、ｙ、ｚ軸の３軸移動可能とされ、被加工物の搬送方向に交差する方向への位置変動をもたらす位置変動部１７が載置台２０に設けられる構成とされているが、載置台側をｘ、ｙ、ｚ軸の３軸移動可能とし、位置変動部が工具機構部側に設けられる構成であっても良い。また、位置変動部自体がｘ、ｙ、ｚ軸の１つの軸についての移動機構を兼用となる構成であっても良く、工具機構部側と載置台側でｘ、ｙ、ｚ軸の３軸を適宜分け合うような構造とすることも可能である。位置変動部の制御は、数値制御などの手法により精密に制御することが望ましく、効率良く透明アクリル板２０の全面に形成するために複数の工具機構部や複数の振動子などを並列に搭載した機構によってパターンを形成することも可能である。また、本実施形態では、櫛歯状先端部１１a、１１bは一対設けられているが、３つ或いはそれ以上の櫛歯状先端部が並列して設けられる構造や、櫛歯状先端部が千鳥状に並べられる構造などであっても良い。更に、本実施形態では、櫛歯状先端部１１a、１１bの各歯は同じ大きさや同じ間隔に並べられて形成されているが、櫛歯状先端部の各歯を異なるように形成したり、位置に応じて櫛歯状先端部の各歯の間隔が異なるようなものを用いても良い。
【００２６】
図３は本実施形態の超音波加工装置を用いて形成された導光板３１を示す斜視図である。この導光板３１には、その表面側に上述の如き超音波加工装置を用いて一対の櫛歯状先端部１１a、１１bが描く正弦波パターン３２が形成され、裏面側には当該導光板３１の側面より入射した光を表面側に導出させる四角錐状の凹部３３がマトリクス状に並んで形成されている。このような導光板３１を用いることで、側面から入射した光が裏面側に配列された凹部３３で効率良く正面側に反射させることができ、表面側に形成された正弦波パターン３２が各凹部３３からの光を全面的に且つ均一に散光させるプリズムシートの如き機能を発揮し得る。このため導光板３１は、液晶表示装置や看板、標識、および照明器具などの薄型発光部品などに使用して極めて有用である。
【００２７】
図４は他の先端部の例を示す斜視図である。本発明の超音波加工装置は櫛歯状の先端部を有しているが、櫛歯状に形成される先端部は図４のように尖塔部が配列されるものであっても良い。すなわち、図４に示すように、省略して示すホーン４１の円形の底部４２には、全部で８つの４角錐状の尖塔部４３が４個ずつ２列で形成されており、超音波加工を施す場合にはホーン４１から各尖塔部４３の先に振動が伝達されて所要の加工が行われる。このような個々の尖塔部４３が独立したような形状であっても、櫛歯状に形成される先端部が構成され、その結果、正弦波パターンや鋸歯状パターンが透明樹脂板表面に効率良く形成されることになり、液晶表示装置や看板、標識、および照明器具などの薄型発光部品などに使用して極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる超音波加工装置を示す要部側面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる超音波加工装置の加工状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる超音波加工装置により製造される導光板の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる超音波加工装置の先端部を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１a、１１b    櫛歯状先端部
１２  ホーン
１３  コーン
１４  振動子
１５  発振器
１７  位置変動部
１８  載置台
２０  透明アクリル板
３１  導光板
３２  パターン
３３  凹部
４１  ホーン
４３  尖塔部
【図１】
2007038318.tif 000003
【図２】
2007038318.tif 000004
【図３】
2007038318.tif 000005
【図４】
2007038318.tif 000006