(57)【要約】      （修正有）【課題】特に小径で高開口率の軸対称凹面形状の光学面形成部を有する軸対称な光学素子プレス成型用の成形型を、高精度に研削加工を施すことが可能な光学素子成型用金型の加工装置及び加工方法を提供する。【解決手段】凹面形状の光学面形成部分を有する被加工物４をその軸心周りに回転させるワークスピンドル２２と、回転テーブル２４と、回転テーブルに工具スピンドルを介して設けられている研削砥石６と、研削砥石を送る第１の移動テーブル２１と第２の移動テーブル２３および第３の移動テーブル２５とを有し、回転テーブルが研削砥石のワークスピンドルの回転軸心に対する傾斜角度を変えることが可能とされ、外方面形成部分と研削砥石のクリアランスを一定以上に保つように回転テーブルを連続的に変化させつつ、研削砥石を被加工物に対して相対移動させ、光学面形成部を形成する。【選択図】図１
2006297505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心に対して垂直な平面部と前記平面部から窪んだ凹状面部を有する軸対称の被加工物をその軸心周りに回転させるワークスピンドルと、前記被加工物に相対する位置に設けられた研削砥石保持部と、前記研削砥石保持部に工具スピンドルを介して取り付けられると共に前記工具スピンドルにより回転しながらその周縁部分によって前記被加工物に研削加工を施す研削砥石と、前記被加工物の径方向および軸心方向と上下方向に前記研削砥石を送る研削砥石送り手段とを有する装置であって、前記研削砥石保持部が前記研削砥石の回転軸心の角度を前記凹状面部に対して垂直な方向に変えることが可能とされることを特徴とする光学素子成型用金型の加工装置。
【請求項２】
軸心に対して垂直な平面部と前記平面部から窪んだ凹状面部とを有する軸対称の被加工物をその軸心周りに回転させた状態で、研削砥石に前記被加工物の径方向および軸心方向と上下方向に送りを付与し、前記研削砥石の周縁部分によって前記被加工物の表面に研削加工を施して研削加工物を形成する方法であって、前記凹状面部の加工位置および前記研削砥石と前記平面部の距離とに応じて、前記研削砥石の回転軸心を連続的に傾斜させて配置して、前記凹状面部に研削加工を施すことを特徴とする光学素子成型用金型の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子素材を加熱軟化して加圧成形を行う光学素子の成型用型に関し、特に小径で高開口率の軸対称凹面形状の光学部分を持つ光学素子プレス成型用型の研削加工を行う光学素子成型用金型の加工装置及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子プレス成形用の成形型として、加熱軟化された光学素子形成用の素材に押し当てることで、その表面形状をこの素材の表面に反転転写する成形型がある。
【０００３】
この成形型の一例として、図４に示すような中央部に凹曲面状に形成されている光学面形成部１と、この光学面形成部１から径方向外向きに広がって、かつ、光学面軸心に対して垂直に形成されている平面状の外方面形成部２とを有する軸対称な光学素子プレス成型用の成形型３が知られている。この成形型３を研削加工により形成する方法として、例えば、図５〜図６に示すようなものがある。
【０００４】
図５は、研削加工装置の斜視図を示し、図６は研削時の研削砥石３６の動作の正面図（図６（ａ））と、上面図（図６（ｂ））を示したものである。
【０００５】
図５に示すような研削加工装置３０は、被加工物４を保持し、その軸心周りに回転させるワークスピンドル３２と、被加工物４に対向して配置された移動テーブル３１により、直交する２方向（Ｘ，Ｚ方向）に移動可能とされ、移動テーブル３１上に配置され、被加工物４のワークスピンドル３２の回転軸心３２ａに対して傾斜して配置された傾斜台３４と、傾斜台３４上に配置された調整テーブル３５と、調整テーブル３５上に配置された工具スピンドル２６と、工具スピンドル２６に回転保持される円柱形状の研削砥石３６とによって構成されている。
【０００６】
上記構成の研削加工装置によって研削加工を施すときには、ワークスピンドル３２と工具スピンドル２６に保持された研削砥石３６を回転させ、図６に示すように、傾斜台の角度により研削砥石６の回転軸心３６ｃを被加工物４に対して所定の角度だけ傾斜させた研削砥石６を、その回転軸心３６ｃが被加工物４を、その回転軸心との接触点での径方向が垂直になるように配置し、研削砥石６を軌跡１０に沿って被加工物４の径方向外側から被研削物の回転中心５に向かって、移動テーブル３１をＮＣプログラム等により、作動させ、被研削物４に対する相対移動により光学面形成部１および外方面形成部２を有する被加工物４を形成している。なお、図中の３６ａは、研削砥石３６の周縁部分、７は、研削砥石６の回転方向、８は、被加工物４の回転方向を示している。
【０００７】
なお、図５〜図６に示したような、中央部に凹部を有する加工物を研削加工により形成する方法としては、例えば、特許文献１に記載された技術がある。
【特許文献１】特開平８−２２９７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図６に示したような、研削砥石３６の回転軸心３６ｃを被加工物４に対して所定の角度だけ傾斜させ、光学面形成部１を研削加工する形成方法では、図７に示すように、研削砥石３６の被加工物４に対する高さを一定値とする加工点を求めた軌跡９ｂに沿って、被加工物４に直交する移動ステージ３１により研削砥石３６を被加工物４に対して相対移動させて光学面形成部１を形成するため、光学面形成部１の高さの中心を通る断面形状の軌跡９ａよりも下方の軌跡９ｂを通り被加工物４の光学面形成部１を研削加工する。
【０００９】
そのため、例えば、光学面部１の高さの中心を通る断面形状の軌跡９ａの法線角度が５２〔°〕の凹状面部をもつ被加工物４の場合、図７（ａ）および、図７（ｂ）のグラフに示すように、光学面形成部１の外周付近において、研削砥石３６と光学面形成部１の接触位置の軌跡９ｂの法線角度１０ｂが、光学面形成部１の高さの中心を通る断面形状の軌跡９ａの法線角度１０ａに比べ、急傾斜となり、研削砥石３６に対する加工抵抗が研削砥石３６の側面方向にかかるようになり、研削加工中に研削砥石３６の滑りが生じ、被加工物４の光学面形成部１の形状精度、特に研削砥石３６と光学面形成部１の法線角度が急傾斜になる光学面形成部１の外周付近の形状精度が悪化するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、特に小径で高開口率の軸対称凹面形状の光学面形成部を有する軸対称な光学素子プレス成型用の成形型を、高精度に研削加工を施すことが可能な光学素子成型用金型の加工装置及び加工方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題を解決するために本発明は、軸心に対して垂直な平面部と前記平面部から窪んだ凹状面部を有する軸対称の被加工物をその軸心周りに回転させるワークスピンドルと、前記被加工物に相対する位置に設けられた研削砥石保持部と、前記研削砥石保持部に工具スピンドルを介して取り付けられると共に前記工具スピンドルにより回転しながらその周縁部分によって前記被加工物に研削加工を施す研削砥石と、前記被加工物の径方向および軸心方向と上下方向に前記研削砥石を送る研削砥石送り手段とを有する装置であって、前記研削砥石保持部が前記研削砥石の回転軸心の角度を前記凹状面部に対して垂直な方向に変えることが可能とされ、前記凹状面部の外周と前記研削砥石の砥石軸との距離が一定以上に保たれるように、前記研削砥石の前記ワークスピンドルの回転軸心に対する傾斜角度を前記凹状面部との相対位置に応じて連続的に回転させ、前記凹状面部に研削加工を施すものである。
【００１２】
上記のような構成によれば、凹状面部の外周付近では研削砥石の回転軸心の傾斜角度が従来技術よりも小さくなり、研削砥石と凹状面部の法線角度が低くなるため、研削砥石の側面方向にかかる抵抗が減少し、研削加工中の研削砥石の滑りの発生が抑えられ、凹状面部の形状精度を高精度に加工することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、研削砥石と凹状面部の法線角度を低く抑えられ、研削砥石の側面方向にかかる抵抗が減少し、研削加工中の研削砥石の滑りの発生が抑えられ、高精度な研削加工を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の研削加工装置２０およびそれを用いた研削加工物の形成方法を、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、研削加工装置２０の斜視図、図２は、研削砥石６の形状を示す図、図３は、光学面形成部１を研削加工中における研削砥石６の動作および回転軸心６ｃの変化を示す図である。
【００１５】
なお、図４〜図６において説明した物と同様の物には、同じ符号を付すことで、その詳細な説明を省略する。
【００１６】
研削加工装置２０は、図１に示すように、前後方向、左右方向（以下、Ｚ方向、Ｘ方向と記す）に移動可能な第１の移動テーブル２１と、この第１の移動テーブル２１上に固定され、一方側に円柱状でその端面が加工される被加工物４を保持するとともに、この日加工物４を、その回転軸２２ａ周りに回転させるワークスピンドル２２と、被加工物４に相対する位置にもうけられているとともにＸ方向に移動可能な第２の移動テーブル２３と、第２の移動テーブル２３上に固定され、後述する円形の回転テーブル２４をＺ方向およびＸ方向に垂直な方向である上下方向（以下、Ｙ方向と記す）に移動させることが可能な第３の移動テーブル２５と、第３の移動テーブル２５に固定されて、ワークスピンドル２２の回転軸２２ａと垂直な回転軸２８周りに回転可能な研削砥石保持部としての回転テーブル２４と、回転テーブル２４に取り付けられているとともに、回転テーブル２４とは逆側に工具スピンドル２６が取り付けられ、回転テーブル２４に対する工具スピンドル２６の位置を調整する位置決めテーブル２７と、この工具スピンドル２６に回転可能に保持されている研削砥石６とを有する。この回転テーブル２４は、研削砥石６の回転軸心６ｃのワークスピンドル２２に保持されている被加工物４の回転軸心２２ａに対する傾斜角度を変えることが可能とされている。
【００１７】
なお、被加工物４は、図４に示したものと同様で、軸心に対して垂直な平面部としての外方面形成部２と、中央部に凹状の光学面形成部１とを有する軸対称の部材である。また、例えば、第１の移動テーブル２１は、固定側部分２１ａと可動側部分２１ｂが、手動または自動で、図示しない送り機構により移動可能とされている。また、第２の移動テーブル２３も固定側部分２３ａと可動側部分２３ｂを有し、第３の移動テーブル２５も固定側部分２５ａと可動側部分２５ｂを有し、回転テーブル２４も固定側部分２４ａと可動側部分２４ｂを有し、位置決めテーブル２７も、上記のテーブルと同様、固定側部分２７ａと可動側部分２７ｂとを有する構成とされ、第１の移動テーブル２１と同様に、それぞれの可動側部分が固定側部分に対して移動可能とされている。本実施の形態に置いて、研削砥石送り手段は、第１の移動テーブル２１と、第２の移動テーブル２３および第３の移動テーブル２５のそれぞれが、適宜に移動することによって実現されるものであり、したがって、第１の移動テーブル２１と第２の移動テーブル２３および第３の移動テーブル２５により、被加工物４と研削砥石６との相対位置を変化させることで、研削砥石６に所望の送りを付与している。
【００１８】
また、図２に示すように、研削砥石６は、周縁部分６ａが鋭いエッジ状、すなわち直角形状に形成されている。なお、この研削砥石６としては、例えば、粒度が＃３０００のダイヤモンド砥粒をレジノイドボンドにて固めたレジンボンド砥石を用いている。
【００１９】
上記のような構成において、研削加工装置２０を作動させて、被加工物４に研削加工を施すには、まず、回転テーブル２４の回転軸２８からの研削砥石６および工具スピンドル２６の位置を、位置決めテーブル２７により、研削砥石６の周縁部分６ａが回転テーブル２４の回転軸心２８に位置するように調整する。そして、回転テーブル２４における可動側部分２４ａを回転させ、研削砥石６の回転軸心６ｃがＹ方向と平行になるように、つまり、工具スピンドル２６がＹ方向に下向きになるように調整する。
【００２０】
次に、被加工物４の回転軸となる回転軸２２ａの位置の高さと研削砥石６の周縁部分６ａの位置の高さとが一致するように、第３の移動テーブル２５により、研削砥石６の周縁部分６ａの位置の高さを調整する。
【００２１】
次に、被加工物４の回転軸となる回転軸２２ａのＸ方向の位置と研削砥石６の回転軸心６ｃのＸ方向の位置が一致するように、第２の移動テーブル２３を移動させ、研削砥石６の回転軸心６ｃのＸ方向の位置を調整する。
【００２２】
このようにして、各部の位置調整を終えると、工具スピンドル２６を作動させて研削砥石６を回転させて被加工物４における外方面形成部２に接触させ、被加工物４に対する研削砥石６の周縁部分６ａの相対位置を、ＮＣプログラム等に基づいて、第１の移動テーブル２１、第２の移動テーブル２３、第３の移動テーブル２５および回転テーブル２４により変化させつつ、被加工物４の研削加工を開始する。
【００２３】
詳細には、被加工物４の外方面形成部２に研削加工を施す工程のときには、研削砥石６の回転軸心６ｃが、図３（ａ）における実線Ａに示す状態のように、被加工物４における研削砥石６との接触点での外方面形成部２と平行になる状態で加工を開始する。
【００２４】
そして、図３（ｂ）に示すように、光学面形成部１に研削加工を施す工程に移行したのち、研削砥石６と光学面形成部１の接触点の位置を第１の移動テーブル２１、第２の移動テーブル２３および第３の移動テーブル２５による研削砥石６の被加工物４に対する相対移動により被加工物４の回転中心５の方向に移動させる。その際に、図３（ｂ）に示すように、研削砥石６の砥石軸外径６ｄと外方面形成部２との距離αが十分に離れている間は図３（ａ）における実線Ａに示す状態で、光学面形成部１に対して研削加工を施す。      
【００２５】
さらに、被加工物４の回転中心５に近づくにつれて、研削砥石６の砥石軸外径６ｄと外方面形成部２とが接触しないように、回転テーブル２４を作動させて、研削砥石６の回転軸心６ｃのＺ方向に対する傾斜角度２９を変化させる。すなわち、光学面形成部１に対して研削加工を施しつつ、研削砥石６の回転軸心６ｃが図３における仮想線Ｂの状態を経て、Ｃの状態になるまで連続的に傾斜させる。
【００２６】
これにより、光学面形成部１の外周付近における研削砥石６と光学面形成部１との接触点の法線角度を、図６に示すような、研削加工方法に比べ、低く抑えることができ、研削砥石の側面方向にかかる抵抗を減少させ、凹状面部の形状精度を高精度に加工することができる。
【００２７】
また、上記においては、図２に示すような形状の研削砥石６を使用したが、研削砥石６の形状が、従来技術のように、円柱形状のものを使用してもよい。その際には、被加工物４の外方面形成部２に研削加工を施す行程のときには、研削砥石６の砥石軸外径６ｄと外方面形成部２が接触しないように、研削砥石６の回転軸心６ｃを所定の角度、例えば、５〔°〕ワークスピンドル２２の回転軸心２２ａに対して、Ｚ方向に、傾斜した状態になるように、回転テーブル２４を回転させ、研削砥石６を傾斜させた状態から研削加工を開始する。
【００２８】
また、上記においては、研削砥石６がレジノイドボンド結合材により固められた砥石を用いたが、これに限らず、他の結合材、例えば、ビトリファイドボンド、メタルボンドを用いた研削砥石や、電着法により形成された研削砥石を使用してもよい。また、上記においては、研削砥石６の粒度を＃３０００としたが、上記の研削加工はその粒度に限定されるものではなく、所望の研削面荒さを得ることが可能な砥石粒度であればなんら問題ない。また、上記に置いては研削砥石６の周縁部分６ａの角度を６０〔°〕としたが、これに限らず、研削砥石６の下部において、光学面形成部１との干渉が発生しない前提であれば、角度に左右されるものではない。さらに、上記においては、研削砥石６の周縁部分６ａが鋭角状になったものを用いているが、周縁部分６ａに丸みが形成されているものでも問題ない。
【００２９】
更に、上記に置いては、ＮＣプログラムに研削砥石６の位置ズレ補正を加味したデータを作成する手段を設けてもよい。また、上記においては、被加工物４の径方向外側からの研削加工を実施したが、この方向に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、光学素子形成用の素材を加熱軟化して加圧成形をおこなう光学素子の成型用型に関し、特に小径で高開口率の軸対称凹面形状の光学面形成部を有する光学素子プレス成形用型の高精度な形成等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態の研削加工装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態に示した研削加工装置における研削砥石の形状を示す図
【図３】研削時における研削砥石の動作を示す図
【図４】成形型を示す斜視図（一部断面図）
【図５】従来の研削加工装置の一例を示す斜視図
【図６】従来の研削加工装置における研削砥石の動作を示す図
【図７】従来の研削加工装置に示した研削方法の光学面形成部と研削砥石の接触点の軌跡と断面形状の軌跡におけるそれぞれの法線角度を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１  光学面形成部
２  外方面形成部
４  被加工物
６  研削砥石
６ａ  周縁部分
６ｃ  回転軸心
６ｄ  砥石軸外径
２１  第１の移動テーブル
２２  ワークスピンドル
２３  第２の移動テーブル
２４  回転テーブル
２５  第３の移動テーブル
２６  工具スピンドル
【図１】
2006297505.tif 000003
【図２】
2006297505.tif 000004
【図３】
2006297505.tif 000005
【図４】
2006297505.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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