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Vol.

February/2004■ 新商品紹介
液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバ AMG92P」
マシニング事業
油圧機器

Ultra Precision Groove Cutting Machine"Nano Groover AMG92P"〈キーワード〉液晶ディスプレイ・バックライトユニット・導光板
プレーナー加工・リニアフレネル・ヘール加工
油静圧ねじ

機械工具事業部／プレシジョン製造所／技術部

牧野 哲也

液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバ AMG 92P」

1. 液晶ディスプレイに

要 旨
最大画面サイズ36インチまでの液晶ディスプレイに薄型テレビの代表格である液晶ディスプレイの国対応するバックライト用光学素子金型加工機『ナノ内出荷台数は、年約30％の伸び率を示し、2005年グルーバ ＡＭＧ92Ｐ』を開発し、発売を開始した。には、従来のブラウン管方式のテレビを上回ると予代表的なバックライト用光学素子である導光板の想されている。

金型加工機には、超精密な微細溝を安定した精度成長期を迎えた液晶ディスプレイ市場では、各メーで効率良く加工できる性能が求められる。ＡＭＧ92

カーが技術開発を活発に行なっており、つぎに示す

Ｐは、油静圧ねじに代表される当社独自の静圧要プリズム式導光板の開発が重要課題である。

素により、超精密な微細溝加工の高精度化、高能率化に大きく貢献できる加工機である。

液晶ディスプレイには、図1に示すように、光源としてバックライトユニットが組み込まれており、導光板は、明るく均一に照らす役割を担うキーパーツである。
導光板の役割を図2に示す。1個のランプで画面全

ナノグルーバ とは、
9『ナノは、ナノメートル単位（1ｍの1/10 ）』体を均一に照らすことができる導光板は、携帯性と『グルーバは、 groove （溝を表わす）』

消費電力が重視されるノートパソコンやデスクトップであり、微細な溝を加工するという意味あいを込めた。

モニターに使用される場合が多い。
数十万〜数百万個の微小な突起を印刷やスタン

Abstract
We have developed Ultra Precision Groove
Cutting Machine, "Nano Groover AMG92P"
that supports the Liquid Crystal Display (LCD)
of 36 inches or smaller. The groove cuttingmachine for the Light guide plate that is thetypical optical device for the backlight LCD requires the efficient cutting of microscopic
grooves with stable precision. Our exclusivehydrostatic technology typical of hydrostaticpressure screw is used in AMP92P. The ultra
precision groove cutting machine performs thehigh-precision and high-efficient cutting of microscopic grooves.
"Nano Groover" means the machine that cut
microscopic grooves and is named after Nanometer (1/1000 of 1μm) and groove.

1※1

パ方式で形成していた従来のドット式導光板が、高※2輝度・高精細・省電力・薄型が期待できるプリズム式導光板に変わろうとしている。

《プリズム式導光板の特長》
・ 光の損失が少ない（省電力・高輝度）
・ 導光板を薄くできる（薄型化・軽量化）
・ 光学シートが削減できる（低価格化）

製品写真

液晶基板

バックライトユニット
プリズムシート
拡散シート

導光板
ランプ

反射板

図1. 液晶ディスプレイの構造（バックライトユニット）※3

プリズム溝を形成する際、総型のダイヤモンドバイ
トは、図3に示すように、導光板を使用せず、液晶の背を用いた金型の切削加工が行なわれる。形状精度面にランプを多数並べる直下型方式が多い。
しかし、は0.1μｍ程度、また、大画面化にともない金型の大省電力・コストダウンのため、ランプを減らす方向にあり、型化などが求められている。

画面の明暗ムラの解消に向けて、拡散板にも超精密

一方、20インチを上回るテレビ用の液晶ディスプレイな微細溝加工が必要になると予想される。

1本のランプで画像全体を均一に明るくする光学部品

導光板あり

導光板なし

ランプ
液晶

ドット、またはプリズムが形成されている面

導光板

導光板がないと、ランプから遠くなるほど画面が暗くなる

図2. 導光板の役割

液晶基板を通過した光（映像）

液晶基板
光学シート

ランプ

拡散板

反射板

図3. 大型テレビ用液晶ディスプレイの構造

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液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバ AMG 92P」

2. 開発の課題と装置の構成（1）開発の課題
大画面化にともない、加工機には金型サイズのまで 、 加工速度は300mm/minまで が限界

大型化と0.1μｍの超精密精度の確保を両立さであり、既存の加工機では市場ニーズを満たせせることが求められる。
また、加工能率はもとより、ないと判断した。現在、他社の加工機においても、室温変化などの外乱の影響を極力受けないこと十分な加工精度を満たすものは見あたらない。

や、加工時間の短縮が求められ、高速切削と高NACHIは、従来の AMG42P精度加工の両立が重要である。
しかし、従来の加え、新たな加工機 ＡＭＧ92Ｐ の開発に着手

超精密加工機は、 最大ワークサイズは10インチした。

Z軸
オプション
Y軸

フライカット用
工具スピンドル

A軸
ワーク
工具C軸

ワークC軸

X軸

図4.AMG92Pの構成

3Ａ軸：垂直面内で工具を旋回し、多種の溝断面形状に対応

工具Ｃ軸：水平面内で工具を旋回し、波型の溝や、同心円の溝を加工

ワークＣ軸：水平面内でワークを旋回し、同心円溝や、らせん溝を加工

AMG62P に（2）装置の構成（3）「油静圧ねじ」と「リニアモーター」

装置構成を図４に示す。門型構造を採用し、対高分解能が要求される軸には 油静圧ねじ 、称形になるように配慮した。また、工具の位置決

高速性が要求される軸には リニアモーター とめに重要なＹ軸とＺ軸は門の上部に配置するこ

いう、NACHI独自の構成で機械を構築している。とで、ワークサイズの大型化にともない移動距離（表１参照）が長くなるにもかかわらず、高い直進性と剛性を世界で唯一、NACHIのみが製作できる 油静確保した。

圧ねじ と油静圧スライドを組み合わせて、 完一方、Ｘ軸には高速性が要求される。加えて、加全非接触で摩擦ゼロ を実現している。位置決速・減速を繰り返して行なうため、慣性モーメントめ分解能は、他のいかなる方式にも勝る。の影響が少なくなるように配慮した。

ＡＭＧ92Ｐは、油静圧ねじとリニアモーターの特回転３軸を設け、溝の形状に自由度を与えた。

長を最大限に活かし、超高精度で、かつ高生産各軸の役割は頁3の下に示すとおり。

性を可能にした。
表1
リニアモーター 油静圧ねじ＋回転モーター
最小位置決め分解能○◎

外乱に対する強さ△◎

軌跡追従速度◎○

最高移動速度◎△油静圧軸受面拡大
油圧源
図5.油静圧送りねじの構造NACHI-BUSINESS news

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液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバ AMG 92P」

3. 特 長（1）超高精度の工具位置決め軸（3）油静圧スライドを採用

プリズム溝形状を高精度に加工するには、 極プリズム溝の真直度と平滑性を向上させるため、めて精度良く工具を位置決めすること が重要

スライド案内には直進性にすぐれ、かつ剛性のである。NACH I独自の油静圧ねじをＺ軸に採高い油静圧スライドを採用し、0.05μｍ以下の高用し、0.001μｍ＝1ｎｍ（ナノメートル）の制御を実現しいうねり精度を達成している。また、静圧軸受面ている。この方式は、他の方式に対して独自のを上下左右に配した全面拘束方式により、移動優位性をもっている。

中の動圧効果を相殺し、加工速度に影響され※5ない高精度加工を実現している。
（2）高い生産性
加工方式は、高速切削と高精度加工が両立で※4きるプレーナー方式とし、10m/min以上の高速切削を可能にするため、Ｘ軸の駆動にはリニアモーターを採 用している。その 結 果 、最 高 速 度12m/minを実現し、従来加工機に比べて、生5以上のように、機能と精度に対して最適な要素を産性を大幅に向上した。

組み合わせることで、高い生産性と高精度加工のニー

一方、Ｙ軸にもリニアモーターを採用し、Ｘ軸とのズに対応している。

輪郭制御における軌跡追従速度を高め、波形また、可動部を完全非接触構造とすることで、機械や同心円形状の溝加工の効率を大幅に向上の寿命は半永久的となり、オーバーホールを必要とせした。

ず、コストパフォーマンスの面で大きく貢献している。

4. 仕様のまとめ
最大ワークサイズ 800×800（mm） ［36インチ（16：9）39インチ（4：3）］
X軸
最大ストローク

Y軸

Z軸

A軸

ワークC軸

工具C軸

1000mm

850mm

100mm

無限回転

無限回転

無限回転

12000mm/min

1800mm/min

300mm/min

5rpm

5rpm

60rpm

最小設定単位0.1μm0.01μm

0.001μm

0.0001°0.0001°0.0001°

軸受方式

油静圧

油静圧

油静圧

空気静圧

空気静圧

油静圧

駆動方式

コアレスリニアモーター

ACサーボ

ACサーボ

ACサーボーーー

最高速度

真直度（垂直面内）

0.5μm/800mm

コアレスリニアモーター ACサーボ＋油静圧ねじ
0.5μm/800mm

0.5μm/100mm

A軸

バイトホルダー
工具ワーク

図6.工具まわりの外観（上面）

切削油回収口（側面）（正面）
図7.外形寸法（単位：mm）

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液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバ AMG 92P」

5. 応用加工の効果（15インチ用導光板金型の加工実例）
加工面
導光板金型

画面サイズ ：15インチ
材質：ニッケル合金

加工速度：10m／min

溝ピッチ：0.050mm

使用金具：ダイヤモンドバイト

全面に微細なプリズム面を加工した結果、均一な反射面が得られた。
図8aは、 ＮＡＣＨＩ マークが上方に反射さNACHIマークれている様子を示す。
実際の導光板では、ＮＡＣＨＩマークの代わりに光源から出た光を液晶パネルに向かって反射させる。

図8a.加工面撮影の概要

導光板金型

拡大観察
表面を拡大観察した結果、プリズ
ム面が平滑であり、溝の稜線に ばμmμm

り や かえり がなく良好な形状である。
測定：WYKO製
表面粗さ測定機

図8b.拡大観察例
7

加工精度
溝高さばらつきは50山範囲で0.11μmを達成

NACHI

ばらつき小
0.1μm
他社

他社製加工機との比較結果を図8cに示す。

ばらつき大

導光板の性能で重視される溝高さのばらつきは、他社（赤）の０．
２μｍ強に対して、NACHI（青）の結果は1

47 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
溝番号０．
１１μｍであり、ＡＭＧ９２Ｐの優位性が証明できる。

図8c.加工精度比較※6（リニアフレネル加工への応用）
リニアフレネルは、薄型で普通の凹・凸レンズと同じ役割をもたせることが可能なので、液晶バックライト面を加工する。Ａ面とＢ面を加工する際、相対位置決め精度の向上が重要となる。
ＡＭＧ92Ｐは、長時間加工でも熱変形の影響をの光学素子として適している。
図9a.bに示すように、溝ごとにプリズム形状が異受けにくい門型構造とした。全静圧構造を採用し、なるため、あらかじめ全てのＡ面を加工後、バイトの20山の高さのばらつきで約0.2μｍの精度を実現し角度を変え、Ｙ軸とＺ軸方向のずれ量を補正してＢている。

分割角度
いかに山の高さをそろえるか

A軸
A

B

Z軸方向のズレ

Y軸方向のズレ

図9a.リニアフレネル加工の例

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いかに指定のピッチどおりに溝を入れるか

図9b.リニアフレネル加工のイメージ（全体の一部）

8液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバ AMG 92P」

（ヘール加工への対応）
携帯電話やノートパソコン用の液晶ディスプレイは、溝のバリエーション（例）

軽量・コンパクト化の流れのなかで、小さな光源で、画面全体を均一な明るさで照らすことが求められている。 とくに、携帯電話はＬＥＤによる点光源が一般的で、導光板には図10に示すような扇形や波形模様が考案されている。このような形状の溝を連続的に加工するには、Ｘ軸とＹ軸の輪郭制御だけでは不可能で、溝の向きに合わせて、バイトの方向を制御するヘール加工が必須になる。
ＡＭＧ92Ｐは、最小分解能0.0001°で制御可能な工具Ｃ軸をオプションで選択でき、高精度なヘール加工にも対応できる。

バイト

加工溝曲線や折れ曲がり溝を加工するには、工具の向きと溝の向きを連続的に合わせる回転軸が必要

図10.ヘール加工への対応

96. AMGシリーズに3機種
ＡＭＧ92Ｐをはじめ、ＡＭＧシリーズに3機種を用意し、適用できる画面サイズ別に最適な機種を選択できる。
ＡＭＧ92Ｐ：36インチまでの大画面テレビ用として
導光板以外の光学素子にも対応
ＡＭＧ62Ｐ：パソコンモニターなどの中型液晶ディスプレイ用として、最大24インチまで対応
ＡＭＧ42Ｐ：携帯電話やＰＤＡ、ノートパソコン用として、最大16インチまで対応

いずれの機種も、油静圧ねじ・リニアモーター・油静圧スライドを採用。超精密で高能率な加工を実現し、機械的な精度劣化がなく、運用コストに大きく貢献できる。

用語解説※1 ドット式導光板
光がドットに当たることで、拡散反射が生じ、この位置に対応する面が明るくなることを利用している。

※6 リニアフレネル
図11に示すように、シリンドリカルレンズと同様の役割を持つレンズ。
シリンドリカルレンズ※2 プリズム式導光板
Ｖ断面のプリズム溝を利用して光を反射させる。狙った光学特性を与えやすい。
※3 総型のダイヤモンドバイト
あらかじめ溝の断面形状どおりに成型されているバイト。
※4 プレーナー方式
バイトを固定してワークを高速で移動。彫刻刃で溝を彫る様子に似ている。

リニアフレネルレンズ※5 動圧効果
スライドが動く時、速度とともに発生する圧力で浮上する現象。

図11.リニアフレネルの概要

参考文献
金井巨光：2003年度精密工学会秋季大会シンポジウム資料
超精密工作機械の位置決め機構の現状

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February / 2004

〈発行〉 2004年2月1日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213