(57)【要約】【課題】  高い加工精度で多様な形状の被加工面を簡易に創製することができる振動切削装置及び切削加工方法を提供すること。【解決手段】  ワークＷの旋削加工が可能になり、ワークＷに対し回転軸ＲＡのまわりに回転対称な例えば被加工面ＳＡ（例えば、凹凸の球面、非球面等の曲面のほか、位相素子面等の段差面）を形成することができる。この際、第２ステージ３３を利用して、ツール部２１の切削工具２３の尖端をＹ軸方向に平行な旋回軸ＰＸのまわりに回転させることで、図５に示すように、切削工具２３先端の振動面ＯＳがワークＷに形成すべき被加工面ＳＡに対して略垂直になるようにする。 これにより、被加工面ＳＡの加工精度を高め、被加工面ＳＡをより滑らかなものとすることができる。【選択図】  図１
2006334688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具と、
前記切削工具を振動させるための振動源と、
先端部に前記切削工具を支持して、前記振動源からの振動を前記切削工具に伝達する振動体と、
前記振動体を支持して前記切削工具の加工点が旋回中心となるように変位させることができる工具駆動部を有する駆動装置と、
を備えることを特徴とする振動切削装置。
【請求項２】
前記工具駆動部は、被加工体の表面若しくは当該被加工体に形成すべき被加工面に対して、前記切削工具に設けた刃先の姿勢を調節することを特徴とする請求項１記載の振動切削装置。
【請求項３】
前記駆動装置は、被加工体を支持して所定の回転軸のまわりに回転させる被加工体駆動部を有することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の振動切削装置。
【請求項４】
前記駆動装置は、前記被加工体駆動部によって被加工体を回転させつつ、前記工具駆動部及び前記被加工体駆動部の少なくとも一方によって前記切削工具を被加工体の回転軸に対して相対的に移動させて、被加工体の旋削を行わせることを特徴とする請求項３記載の振動切削装置。
【請求項５】
前記駆動装置は、前記切削工具を被加工体の回転軸に対して少なくとも２次元的に相対移動させることを特徴とする請求項４記載の振動切削装置。
【請求項６】
前記切削工具は、ダイヤモンドの刃先を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の振動切削装置。
【請求項７】
前記切削工具の刃先は、剣先状の切れ刃形状を有することを特徴とする請求項請求項１から請求項５のいずれか一項記載の振動切削装置。
【請求項８】
前記切削工具の刃先は、半月形状の切れ刃形状を有することを特徴とする請求項請求項１から請求項５のいずれか一項記載の振動切削装置。
【請求項９】
前記切削工具の刃先は、円弧状の切れ刃形状を有することを特徴とする請求項請求項１から請求項６のいずれか一項記載の振動切削装置。
【請求項１０】
前記切削工具の加工点は、前記振動体の工具軸の延長上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項記載の振動切削装置。
【請求項１１】
振動源からの振動を振動体を介して当該振動体の先端部に支持した切削工具に伝達する切削加工方法であって、
前記振動体を支持して前記切削工具の加工点が旋回中心となるように変位させることを特徴とする切削加工方法。
【請求項１２】
前記切削工具を旋回させる際に、被加工体の表面若しくは当該被加工体に形成すべき被加工面に対して、前記切削工具に形成された刃先の姿勢を調節することを特徴とする請求項１１記載の切削加工方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０記載のいずれか一項記載の振動切削装置を用いて、加工創製された光学面を有することを特徴とする成形金型。
【請求項１４】
請求項１３記載の成形金型によって成形されたことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子用の成形金型その他を形成する材料、素材等の切削加工に好適に用いられる振動切削装置及び切削加工方法、並びに、これを用いて作製される成形金型及び光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド等の工具先端を振動させることで、難切削材料である超硬やガラス等の材料を切削加工する技術があり、振動切削と呼ばれている。これは、振動によって工具刃先が高速で微小切り込みを行い、かつ、この時に生成する切り屑を振動によって刃先が掬い出す効果によって、工具に対しても被削材料に対しても応力の少ない切削加工を実現するものである（例えば特許文献１、２、３、４等参照）。この振動切削加工により、通常の延性モード切削で必要とされる臨界切り込み量が数倍に向上し、難切削材料を高効率で切削加工することができる。
【０００３】
かかる振動切削加工において、加工効率を向上するには振動周波数を高めれば上述した効果が増加し、さらに周波数にほぼ比例して工具の送り速度も高められるので、通常は２０ｋＨｚ以上の高速な振動が使われる。また、この周波数では人間の可聴域を超えているので、振動子やそれにより励振される振動体が不快な音を生じないという利点もある。
【０００４】
このような高速振動を工具刃先に発生させる方法として、ピエゾ素子や超磁歪素子等によって工具を保持する部材を励振し、この部材を撓み振動や軸方向振動等で共振させることにより、定在波として安定振動させることが実用化されている。このような方法において、工具を保持する部材、すなわち振動体は、共振の節にあたるところで装置筐体や加工機の工具台等に連結された部材に固定されている。
【特許文献１】特開２０００−５２１０１号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８４０１号公報
【特許文献３】特開平９−３０９００１号公報
【特許文献４】特開２００２−１２６９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような振動切削工具をそのまま加工機に載せて切削を行う場合、被切削面すなわち被加工面に対する工具刃先の当たり方が、被加工面の形状によって変わることがある。例えば、工具刃先の軌跡が曲線であったり被加工面が曲面である場合には、工具刃先の加工領域が加工に伴って刃先稜線上を移動して、振動面が刃先の切り込み方向に対して垂直とならなくなるため、振動切削による効果が低下してしまうという問題があった。これは、切削加工における背分力の増加、切り屑の刃先すくい面による掻き出し効果の低下などをもたらし、被加工面に対しても刃先に対しても切削負荷を急激に増加させるという問題があった。
そのため、以上のように振動切削工具をそのまま加工機に載せる場合、被加工面の表面粗さが刃先の加工点の移動に伴って急激に劣化したり、刃先摩耗が進行して加工形状精度を低下させるなどの加工品位劣化の問題を生じ、振動切削工具においても寿命を短くし、場合によっては工具刃先が折損して加工が継続できないという深刻な問題を呈していた。
特に、加工面が光学面のような極めて高い形状精度と表面粗さを求められる用途では、前述したような振動切削に伴う工具刃先の加工点の移動は深刻であり、振動面が被加工面にほぼ垂直な例えば中央部の加工領域では形状精度も表面粗さも高い光学面が効率よく創製できていたものが、被加工面の周辺部の加工領域において工具刃先の加工点が移動して振動面に対して被加工面が４５°以上の角度を成すようになると、ほとんど振動切削の効果が無くなり、急激に光学面の形状精度と表面粗さとが劣化する。それと同時に、切削材料が硬脆性材料である場合は、振動面が被加工面に垂直にならないと臨界切り込み量（延性モード切削できる最大の切り込み量）が減少するので、工具摩耗が急激に進行し、かつ被加工面が光学面にならないことも生じる。
また、剣先バイトのように刃先が細く鋭い形状の切削工具を用いる場合はさらに上述の問題が顕著であり、当初は振動切削効果により加工負荷が少なく深い切り込みを与えて切削加工が問題なく進行していたものが、被加工面の周辺部に移動して振動面と被加工面との垂直関係が崩れると、被加工面の表面粗さが急激に劣化し、ついには刃先が折損することが頻発していた。つまり、回折溝などの微細構造を有する光学面を剣先バイトのような刃先で切削加工する場合、かかる光学面の全体的形状にも依存するが、微細構造を正確に形状創製することと、工具刃先を太く頑丈にすることとが両立しない。このことは、上述のように振動切削工具をそのまま加工機に載せる場合、致命的な問題となる。このような問題は、特に、振動面と被加工面との垂直関係が大きく崩れる、法線角度４５°以上の深い曲面上に微細構造を有する光学面すなわち被加工面の振動切削加工を行う際に大きな問題であった。
【０００６】
そこで、本発明は、多様な材料に対して迅速で効率的な切削を可能にするという振動切削の利点を損なうことなく、高い加工精度で多様な形状の被加工面を簡易に創製することができる振動切削装置及び切削加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上記振動切削装置を用いて高精度で作製される成形金型及び光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る振動切削装置は、（ａ）切削工具と、（ｂ）切削工具を振動させるための振動源と、（ｃ）先端部に切削工具を支持して、振動源からの振動を切削工具に伝達する振動体と、（ｄ）振動体を支持して切削工具の加工点が旋回中心となるように変位させることができる工具駆動部を有する駆動装置とを備える。ここで、「加工点が旋回中心となる」とは、切削工具の刃先のうち切り屑を生成する加工点が、旋回中心に対して一致または近接した状態を意味し、上記旋回に伴って加工点の刃先が方向を変えるだけで、かかる加工点の刃先が実質的に移動しないとみなせる範囲を意味する。具体的には、加工点が旋回中心から例えば１０μｍ程度以下の範囲内にある状態がこれに該当する。なお、切削工具を回転させる軸、すなわち旋回中心を通る旋回軸は、通常被加工体に形成すべき被加工面の接線方向に延びるものとする。
【０００９】
上記装置では、工具駆動部が振動体を支持して切削工具の加工点が旋回中心となるように変位させるので、例えば切削工具の振動面が被加工面に対して垂直となるように配置することができ、或いは切削工具の振動面が被加工面に対して所望の角となるように配置することができる。つまり、加工点における刃先の角度制御が簡易かつ精密なものとなり、多様な形状の被加工面を高い加工精度で創製することができる。
【００１０】
加工点が旋回中心となるように切削工具を取り付けて振動切削を行うと、例えば被加工面に対して加工点での刃先の向きを常に一定に維持しながら切削加工することができ、切削工具先端の振動面を加工中に被加工面に対して垂直に維持することができる。これにより、振動切削の特徴である、背分カの低下による加工能カの向上や切り屑排除の効率化が達成され、硬脆材料や難削材料の鏡面切削加工が可能となり、高い加工形状精度と加工表面粗さを得ることができ、しかも工具寿命を飛躍的に延ばすことができるようになる。なお、切削に際しての切削工具の送り方法は、刃先を一方向に繰り返し送るルーリング加工であってもよいし、被加工体を回転させて、主に回転対称形状を切削加工する旋削加工であってもよい。
【００１１】
本発明の具体的な態様では、上記振動切削装置において、工具駆動部が、被加工体の表面若しくは当該被加工体に形成すべき被加工面に対して、切削工具に設けた刃先の姿勢を調節する。この場合、刃先の姿勢調節によって、被加工体を効率良く切削することができ、被加工面の仕上げを所期の精度に高めることができる。
【００１２】
本発明の別の態様では、駆動装置が、被加工体を支持して所定の回転軸のまわりに回転させる被加工体駆動部を有する。この場合、被加工体を回転させてその姿勢を調節しつつ、被加工面に切削を施すことができる。
【００１３】
本発明の別の態様では、駆動装置が、被加工体駆動部によって被加工体を回転させつつ、工具駆動部及び被加工体駆動部の少なくとも一方によって切削工具を被加工体の回転軸に対して相対的に移動させて、被加工体の旋削を行わせる。この場合、回転している被加工体に対して切削工具を移動させるので、回転対称形状を効率良く創製することができる。かかる駆動装置を備える振動切削装置は、特に回転対称形状が多く加工形状や表面粗さに関して高い精度を要求される光学面形状の加工に適している。
【００１４】
本発明の別の態様では、駆動装置が、切削工具を被加工体の回転軸に対して少なくとも２次元的に相対移動させる。この場合、任意の回転対称形状の加工が可能になる。
【００１５】
本発明の別の態様では、切削工具がダイヤモンドの刃先を有する。ダイヤモンドの刃先による切削では、極めて高い形状精度と微小な表面粗さとを実現できるので、光学面の創製加工に非常に適している。特に、振動切削においては、切削応力が被加工体に対しても刃先に対しても著しく低減するので、深い切り込み量が得られ、ダイヤモンドの刃先の寿命も伸びるので、切削回数や工具取り替えの手間を減らして、光学面を効率良く創製加工することができる。
【００１６】
本発明の別の態様では、切削工具の刃先が剣先状の切れ刃形状を有する。この場合、被加工体の表面に回折溝等の微細な構造を創製加工することが容易になる。また、剣先状の刃先が加工点となるように振動切削することによって、加工中常に、振動面が加工点に対向する被加工面に垂直になるようにできるので、切削加工の背分力が低減され、工具刃先の摩耗や折損を防ぐ。また、被加工面の表面粗さや形状精度を高く加工できる。
【００１７】
本発明の別の態様では、切削工具の刃先が半月形状の切れ刃形状を有する。この場合、被加工面の表面に回折溝等の微細な構造を創製加工することが容易になる。また、被加工面が曲面である場合、円弧形状の刃先を利用して、表面粗さを剣先バイトよりも小さくでき、滑らかな光学面を創製できる。さらに、半月形状の刃先が加工点となるように振動切削することによって、加工中常に、振動面が加工点に対向する被加工面に垂直になるようにできるので、切削加工の背分力が低減され、工具刃先の摩耗や折損を防ぐ。また、被加工面の表面粗さや形状精度を高く加工できる。
【００１８】
本発明の別の態様では、切削工具の刃先が円弧状の切れ刃形状を有する。この場合、全体として円弧状の刃先を利用するので、被加工面の切削痕が滑らかになって表面粗さを低くすることができる。よって、光学面が創製される場合、鏡面性が増して、被加工光学面の品質を高めることができる。
【００１９】
本発明の別の態様では、切削工具の加工点が振動体の工具軸の延長上に配置される。ここで、工具軸は、切削工具の切込深さ方向に延び、振動体の横方向振動の中心となる。なお、切削工具の振動面が加工点で被加工面に対して例えば垂直となるように配置した場合、工具軸は、加工点に対向する被加工面の接平面に対して垂直に延びるものとなる。この場合、切削工具の刃先が工具軸の延長線上を中心として変位し、工具軸上において振動の対称性が良好になる。よって、被加工面がより滑らかに切削され、加工精度を向上させることができる。また、被加工面に対する切削工具や振動体の先端部の配置を把握し易く、振動切削装置による加工の作業性を高めることができる。
【００２０】
本発明に係る切削加工方法は、振動源からの振動を振動体を介して当該振動体の先端部に支持した切削工具に伝達する切削加工方法であって、振動体を支持して切削工具の加工点が旋回中心となるように変位させる。
【００２１】
上記方法では、振動体を支持して切削工具の加工点が旋回中心となるように変位させるので、例えば切削工具の振動面が被加工面に対して所望の角となるように配置することができ、加工点における刃先の角度制御が簡易かつ精密なものとなり、多様な形状の被加工面を高い加工精度で創製することができる。
【００２２】
本発明の具体的な態様では、上記切削加工方法において、切削工具を旋回させる際に、被加工体の表面若しくは当該被加工体に形成すべき被加工面に対して、切削工具に形成された刃先の姿勢を調節する。
【００２３】
本発明に係る成形金型は、上記振動切削装置を用いて、加工創製された光学面を有する。この場合、凹面その他の各種光学面を有する金型を、効率良く簡易に高精度で加工することができる。
【００２４】
本発明に係る光学素子は、上記成形金型によって成形される。この場合、高精度の金型によって高精度の光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る振動切削装置を図面を用いて説明する。図１は、レンズ等の光学素子を成形するための成形金型の光学面を加工する振動切削装置の構造を概念的に説明するブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、振動切削装置１０は、被加工体であるワークＷを切削加工するための振動切削ユニット２０と、振動切削ユニット２０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構３０と、ＮＣ駆動機構３０の動作を制御する駆動制御装置４０と、振動切削ユニット２０に所望の振動を与える振動子駆動装置５０と、振動切削ユニット２０に冷却用のガスを供給するガス供給装置６０と、装置全体の動作を統括的に制御する主制御装置７０とを備える。
【００２７】
振動切削ユニット２０は、Ｚ軸方向に延びるツール部２１先端に切削工具２３を埋め込んだ振動切削工具であり、この切削工具２３の高周波振動によってワークＷを効率良く切削する。振動切削ユニット２０の詳細については後述する。
【００２８】
ＮＣ駆動機構３０は、台座３１上に第１ステージ３２と第２ステージ３３とを載置した構造の駆動装置である。ここで、第１ステージ３２は、第１可動部３５を支持しており、この第１可動部３５は、チャック３７を介してワークＷを間接的に支持している。第１ステージ３２は、ワークＷを、例えばＺ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第１可動部３５は、ワークＷをＺ軸に平行な水平回転軸ＲＡのまわりに所望の速度で回転させることができる。一方、第２ステージ３３は、第２可動部３６を支持しており、この第２可動部３６は、振動切削ユニット２０を支持している。第２ステージ３３は、第２可動部３６及び振動切削ユニット２０を支持して、これらを例えばＸ軸方向やＹ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第２可動部３６は、振動切削ユニット２０を、Ｙ軸に平行な鉛直旋回軸ＰＸのまわりに所望の角度量だけ所望の速度で回転させることができる。特に、第２可動部３６に対する振動切削ユニット２０の固定位置や角度等を適宜調節して、振動切削ユニット２０の先端点を鉛直旋回軸ＰＸ上に配置することにより、振動切削ユニット２０をその先端点のまわりに所望の角度だけ回転させることができる。
【００２９】
なお、以上のＮＣ駆動機構３０において、第１ステージ３２と第１可動部３５とは、ワークＷを駆動する被加工体駆動部を構成し、第２ステージ３３と第２可動部３６とは、振動切削ユニット２０を駆動する工具駆動部を構成する。
【００３０】
駆動制御装置４０は、高精度の数値制御を可能にするものであり、ＮＣ駆動機構３０に内蔵されたモータや位置センサ等を主制御装置７０の制御下で駆動することによって、第１及び第２ステージ３２，３３や、第１及び第２可動部３５，３６を目的とする状態に適宜動作させる。例えば、第１及び第２ステージ３２，３３によって、振動切削ユニット２０のツール部２１先端に設けた切削工具２３先端の加工点を低速でＸＺ面に平行な面内に設定した所定の軌跡に沿ってワークＷに対して相対的に移動（送り動作）させつつ、第１可動部３５によって、ワークＷを水平回転軸ＲＡのまわりに高速で回転させることができる。結果的に、駆動制御装置４０の制御下で、ＮＣ駆動機構３０を高精度の旋盤として活用することができる。この際、第２可動部３６によって、切削工具２３先端に対応する加工点を中心として、切削工具２３先端を鉛直旋回軸ＰＸのまわりに適宜回転させることができ、ワークＷの被加工点に対して切削工具２３先端を所望の姿勢（傾き）に設定することができる。
【００３１】
振動子駆動装置５０は、振動切削ユニット２０に内蔵された振動源に電力を供給するためのものであり、内蔵する発振回路やＰＬＬ回路によって、ツール部２１先端を主制御装置７０の制御下で所望の振動数及び振幅で振動させることができる。なお、詳細は後述するが、ツール部２１先端は、軸（すなわち切り込み深さ方向に延びる工具軸）に垂直な撓み振動や軸に沿った軸方向振動が可能になっており、その２次元的な振動や３次元的な振動によってワークＷ表面にツール部２１先端すなわち切削工具２３を向けた微細で効率的な加工が可能になっている。
【００３２】
ガス供給装置６０は、振動切削ユニット２０を冷却するためのものであり、加圧された乾燥空気を供給するガス状流体源６１と、ガス状流体源６１からの加圧乾燥空気を通過させることによってその温度を調節する温度調整手段としての温度調節部６３と、温度調節部６３を通過した加圧乾燥空気の流量調節を行う流量調整手段としての流量調節部６５とを備える。ここで、ガス状流体源６１は、例えば熱的工程やデシケータ等を利用した乾燥機に空気を送り込むことによって空気を乾燥させ、コンプレッサで乾燥空気を所望の気圧まで昇圧させる。また、温度調節部６３は、図示を省略するが、例えば冷媒を周囲に循環させた流路と、この流路の途中に設けた温度センサとを有し、冷媒の温度や供給量の調節によって、流路に通した加圧乾燥空気を所望の温度に調節することができる。さらに、流量調節部６５は、例えばバルブやフローコントローラ（不図示）を有し、温度調節された加圧乾燥空気を振動切削ユニット２０に供給する際の流量を調節することができるようになっている。
【００３３】
図２は、振動切削ユニット２０の構造を説明する断面図である。振動切削ユニット２０は、切削工具２３と、振動体８２と、軸方向振動子８３と、撓み振動子８４と、カウンタバランス８５と、筐体８６とを備える。
【００３４】
ここで、切削工具２３は、振動体８２の先端側であるツール部２１の先端部２１ａに埋め込むように固定されている。切削工具２３は、後に詳述するが、先端２３ａがダイヤモンドチップの切刃になっており、共振状態とされた振動体８２の開放端として振動体８２とともに振動する。つまり、切削工具２３は、振動体８２の軸方向振動に伴ってＺ方向に変位する振動を生じ、振動体８２の撓み振動に伴ってＹ軸方向（或いはＸ軸方向）に変位する振動を生じる。結果的に、切削工具２３の先端は、例えば誇張して図示したような楕円軌道ＥＯを描いて高速変位する。
【００３５】
振動体８２は、線膨張係数が６×１０−６以下の材料によって形成されており、具体的には、窒化珪素、サイアロン、超硬、インバー材、ステンレスインバー材等が好適に用いられる。振動体８２は、先端側のツール部２１で外径が細くなっており、根元側で外径が太くなっている。振動体８２の側面の適当な箇所には、板状部分である第１固定フランジ８７が形成されており、振動体８２は、第１固定フランジ８７を介して筐体８６に例えばネジ９３で固定されている。なお、振動体８２は、軸方向振動子８３によって振動し、Ｚ方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。また、振動体８２は、撓み振動子８４によって振動し、Ｙ軸方向（或いはＸ軸方向）に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。ここで、第１固定フランジ８７の位置は、振動体８２にとって、軸方向振動と撓み振動とに共通の節となっており、第１固定フランジ８７を介して振動体８２を固定することにより、軸方向振動や撓み振動が妨げられることを防止できる。
【００３６】
図３は、第１固定フランジ８７の形状を例示する。図３（ａ）に示す第１固定フランジ８７は、完全な円板状の固定部材であり、外周部分が図２の筐体８６に固定されて筐体８６を封止しており、通気のない構造となっている。図３（ｂ）に示す第１固定フランジ８７は、複数の開口８７ａを有する固定部材であり、外周部分を図２の筐体８６に固定しても、筐体８６内外の通気がある程度確保できるようになっている。図３（ｃ）に示す第１固定フランジ８７は、例えば等角度で３方向に延びる支持部材８７ｂを有する固定部材であり、支持部材８７ｂ先端を図２の筐体８６に固定しても、筐体８６内外の十分な通気が確保できるようになっている。
【００３７】
図２に戻って、軸方向振動子８３は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）や超磁歪素子等で形成され振動体８２の根元側端面に接続される振動源であり、図示を省略するコネクタ等を介して図１の振動子駆動装置５０に接続されている。軸方向振動子８３は、振動子駆動装置５０からの駆動信号に基づいて動作し高周波で伸縮振動することによって振動体８２に縦波を与える。なお、軸方向振動子８３は、Ｚ方向に関しては変位可能になっているが、ＸＹ方向に関しては変位しないようになっている。
【００３８】
撓み振動子８４は、ピエゾ素子や超磁歪素子等で形成され振動体８２の根元側側面に接続される振動源であり、図示を省略するコネクタ等を介して図１の振動子駆動装置５０に接続されている。撓み振動子８４は、振動子駆動装置５０からの駆動信号に基づいて動作し、高周波で振動することによって振動体８２に横波すなわち図示の例ではＹ方向の振動を与える。
【００３９】
カウンタバランス８５は、軸方向振動子８３を挟んで振動体８２の反対側に接続される。カウンタバランス８５の側面の適当な箇所には、第２固定フランジ８８が形成されており、カウンタバランス８５は、第２固定フランジ８８を介して筐体８６に固定されている。第２固定フランジ８８の形状は、図３に示す第１固定フランジ８７と同様のものとなっている。なお、カウンタバランス８５は、軸方向振動子８３によって振動し、Ｚ方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。ここで、第２固定フランジ８８の位置は、カウンタバランス８５にとって、軸方向振動の節となっており、第２固定フランジ８８を介して固定することにより、振動体８２の軸方向振動が妨げられることを防止できる。なお、カウンタバランス８５も、振動体８２と同一の材料で形成されている。
【００４０】
筐体８６は、円柱状の内部空間を有する部材であり、第１及び第２固定フランジ８７，８８を介して振動体８２やカウンタバランス８５を支持固定する部分である。筐体８６の一端には、開口を塞ぐように上述の第１固定フランジ８７が取り付けられており、他端には、端面の開口に連結された給気パイプ９２が設けられている。この給気パイプ９２は、図１のガス供給装置６０に連結されており、所望の流量及び温度に設定された加圧乾燥空気が供給される。
【００４１】
以上の振動切削ユニット２０において、振動体８２と、軸方向振動子８３と、カウンタバランス８５とは、互いにロウ付けによって接合・固定されており、軸方向振動子８３の効率的な振動が可能になっている。また、振動体８２と、軸方向振動子８３と、カウンタバランス８５との軸心には、これらの接合面を横切るようにこれらを貫通する貫通孔９１が形成されており、給気パイプ９２からの加圧乾燥空気が流通する。つまり、貫通孔９１は、加圧乾燥空気を送り出す供給路であり、ガス供給装置６０や給気パイプ９２とともに、振動切削ユニット２０を内部から冷却するための冷却手段を構成する。貫通孔９１の先端部は、切削工具２３を差し込んで固定するための保持孔に兼用されており、貫通孔９１に導入された加圧乾燥空気を切削工具２３の周辺に供給できるようになっている。また、貫通孔９１の先端は、切削工具２３を固定した場合にも隙間を残しており、切削工具２３に隣接して形成された開口９１ａからは、加圧乾燥空気が高速で噴射され、切削工具２３先端の加工点を効率良く冷却することができるだけでなく、加工点やその周囲に付着する切り屑を気流によって確実に除去することができる。
【００４２】
図４（ａ）は、図２に示すツール部２１先端の側面図であり、図４（ｂ）は、ツール部２１先端の平面図である。
【００４３】
図からも明らかなように、ツール部２１に設けた先端部２１ａは、テーパ状の先細形状を有しており、切込み深さ方向に延びる工具軸ＡＸのまわりに回転対称な截頭円錐形状を有する。また、先端部２１ａの先端に保持された切削工具２３は、先端が三角で全体が板状のシャンク２３ｂと、シャンク２３ｂの尖端に固定された加工用チップ２３ｃとを備える。このうち、シャンク２３ｂは、超硬材料、セラミックス材料、ハイス鋼等によって形成されており、軽量でありながら撓みにくくなっている。また、加工用チップ２３ｃは、ダイヤモンド製のチップであり、シャンク２３ｂの先端にロウ付け等によって固定されている。切削工具２３自体は、先端部２１ａの端面２１ｄに埋め込むようにして固定されており、加工用チップ２３ｃの尖端は、工具軸ＡＸの延長上に配置されている。また、加工用チップ２３ｃやこれを支持するシャンク２３ｂは、先端部２１ａの側面形状を延長した円錐状の空間内に収まっている。ここで、先端部２１ａのテーパ角θは、１５°〜９０°の範囲となっており、好ましくは３０°〜９０°の範囲とする。テーパ角θが１５°以上の場合、先端部２１ａの曲げ強度等が確保され、特に３０°以上で十分な強度が確保される。また、テーパ角θが１５°以上の場合、先端部２１ａ近傍で振動モードが変化する傾向を抑制でき、切削工具２３による切削加工精度が、特に３０°以上で意図しない振動を回避して効果的に向上する傾向が生じる。一方、先端部２１ａのテーパ角θが９０°以下の場合、先端部２１ａがワークＷの被加工面ＳＡと干渉し難くなるので、加工形状の任意性が高まる。
【００４４】
切削工具２３すなわちシャンク２３ｂの固定部分２３ｅは、先端部２１ａの端面２１ｄから工具軸ＡＸに沿って穿設された孔２１ｆ内に挿入されており、ツール部２１の材料と同一の材料等で形成された２つの固定ネジ２５，２６によって、先端部２１ａに対して着脱可能にしっかりと固定されている。具体的には、先端部２１ａの上下側面間を貫通する固定穴２１ｈ，２１ｇに固定ネジ２５，２６を順次ねじ込んで固定する。これらの固定穴２１ｈ，２１ｇは、例えばＹ軸方向に延びており、両者の締付け方向は、工具軸ＡＸに直交する。両固定穴２１ｈ，２１ｇは、内径が異なっており、固定穴２１ｇの内径の方が固定穴２１ｈの内径よりも大きくなっている。両固定穴２１ｈ，２１ｇは、両固定ネジ２５，２６のネジ付けによって充填される。つまり、固定穴２１ｈ，２１ｇの位置には、深い凹部が残ったり高い凸部が形成されないようにしている。固定穴２１ｈにねじ込まれる一方の固定ネジ２５は、切削工具２３を固定するための締結部材であり、雄ネジ部２５ｂとヘッド部２５ａとを含むトルクスネジである。雄ネジ部２５ｂを固定穴２１ｇに差し込んだ状態でヘッド部２５ａを適当な工具でネジ回すことにより、雄ネジ部２５ｂが、固定部分２３ｅに形成された開口２３ｈを貫通して、固定穴２１ｇの奥に形成された固定穴２１ｈ内面の雌ネジと螺合する。この際、切削工具２３の固定部分２３ｅがヘッド部２５ａと孔２１ｆの内面とに挟まれて締付けられ、固定部分２３ｅが上面側から固定されるので、切削工具２３の分離が防止され切削工具２３の固定が確保される。固定穴２１ｇにねじ込まれる他方の固定ネジ２６は、先端部に直径が減少した突起部分を有するイモネジであり、固定ネジ２５の抜けを防止するための係止部材として機能する。この固定ネジ２６は、下端を固定穴２１ｇにあてがって上端を適当な工具でネジ回すことにより、固定穴２１ｇ内面の雌ネジと螺合して固定穴２１ｇにねじ込まれ固定穴２１ｇ内を充填する。こうしてねじ込まれた固定ネジ２６の突起部分により、固定ネジ２５が上端から締付けられ、固定ネジ２５の緩みが防止されるので、切削工具２３の固定がより確実なものとなり、切削工具２３の振動や緩みを低減することができる。
【００４５】
切削工具２３を振動体８２の先端部２１ａに固定するための固定ネジ２５，２６は、振動体８２と同様の線膨張係数を有する材料を用いることが望ましい。具体的には、その他の加工条件にも依存するが、振動体８２の線膨張係数の０．７５〜１．２５倍程度が実用的である。この場合、ツール部２１と固定ネジ２５，２６とが同様に膨張することになり、温度変化に拘らず切削工具２３を安定して確実に固定することができる。さらに、固定ネジ２５，２６の材料としては、加工の容易性等を考慮すると、シャンク２３ｂと同様に超硬材料の他、セラミックス材料、ハイス鋼等が適するが、窒化珪素、サイアロン、インバー材、ステンレスインバー材等を用いることもできる。また、固定ネジ２５，２６は、振動体８２の振動にノイズ等を与えない観点で、振動体８２の材料の比重と略等しい比重を有する材料で形成することが望ましい。具体的には、その他の加工条件にも依存するが、振動体８２の比重の０．７５〜１．２５倍程度が実用的である。一般的には、固定ネジ２５，２６と振動体８２とを同一材料で作製することになるが、固定ネジ２５，２６と振動体８２とを異なる材料で形成することもできる。
【００４６】
切削工具２３の固定部分２３ｅが挿入される孔２１ｆの内寸は、Ｙ軸方向の厚みに関して、切削工具２３の固定部分２３ｅの外寸より僅かに大きくなっている。また、孔２１ｆの内壁のうち切削工具２３の固定部分２３ｅを支持していない側には、貫通孔９１をそのまま延長した状態の半円柱状の溝２１ｋが形成されている。この溝２１ｋの端部は、貫通孔９１から送り出される加圧乾燥空気をツール部２１の先端部２１ａに吐出させるための開口９１ａとなっている。これにより、切削工具２３の上側側面を、先端部２１ａに埋め込まれて支持された固定部分２３ｅ側から直接的に無駄なく冷却することができる。また、ワークＷ上の加工点に近い開口９１ａから切削工具２３の先端に向けて加圧乾燥空気を射出させるので、ワークＷの温度上昇を抑え、加工精度を向上させることができる。また、溝２１ｋ内の気流断面は、貫通孔９１内の気流断面よりも小さくなっており、溝２１ｋの部分で加圧乾燥空気の流速を増加させることができる。この結果、ワークＷ上の加工点に十分な勢いの加圧乾燥空気を噴射することができるので、ワークＷを確実に冷却することができ、ワークＷの加工点やその近傍に付着する切り屑を迅速に除去することができ、切削工具２３による加工精度を高めることができる。
【００４７】
ツール部２１の先端部２１ａは、既に説明したように例えばＹＺ面内で高速振動する。また、ツール部２１の先端部２１ａは、図１のＮＣ駆動機構３０によって、被加工体であるワークＷに対し、例えばＸＺ面内で所定の軌跡を描いて徐々に移動する。つまり、ツール部２１の送り動作が行われる。また、被加工体であるワークＷは、図１のＮＣ駆動機構３０によって、Ｚ軸に平行な回転軸ＲＡのまわりに一定速度で回転する（図４参照）。これにより、ワークＷの旋削加工が可能になり、ワークＷに対し回転軸ＲＡのまわりに回転対称な例えば被加工面ＳＡ（例えば、凹凸の球面、非球面等の曲面のほか、位相素子面等の段差面）を形成することができる。この際、第２ステージ３３を利用して、ツール部２１の切削工具２３の尖端（つまり刃先２３ｒ）をＹ軸方向に平行な旋回軸ＰＸのまわりに回転させることで、図５に示すように、切削工具２３先端の振動面ＯＳがワークＷに形成すべき被加工面ＳＡに対して略垂直になるようにする。 これにより、被加工面ＳＡの加工精度を高め、被加工面ＳＡをより滑らかなものとすることができる。また、ワークＷの加工中、ツール部２１先端の開口９１ａから切削工具２３の先端に向けて加圧乾燥空気を高速で射出させるので、切削工具２３や被加工面ＳＡを効率良く冷却することができるだけでなく、切削工具２３や被加工面ＳＡの温度を加圧乾燥空気の温度と流量とによって一定範囲に収まるようにすることも可能である。この加圧乾燥空気は、ツール部２１の軸心を貫通する貫通孔９１を介して導入され、振動体８２、軸方向振動子８３、カウンタバランス８５等の内部を流れるので、振動体８２等の温度を加圧乾燥空気の温度と流量とによって調整することができる。このように、加圧乾燥空気の温度を調整することにより、振動体８２の温度を安定させることができるので、結果的に、その先端に保持された切削工具２３の刃先位置の温度ドリフトを低減することができ、高精度で再現性の高い切削加工面が得られる。
【００４８】
以上において、加圧乾燥空気によって振動子８３，８４や振動体８２を冷却しているが、乾燥空気は、安価で容易に入手・供給でき、かつ漏電等の原因となる水分が無いので、安全である。乾燥状態としては、相対湿度で１０％以下が、結露の危険を避けられるので好ましい。
【００４９】
ここで、本実施形態の振動切削装置において、切削工具２３の刃先２３ｒを旋回軸ＰＸのまわりに回転可能に支持し、被加工面ＳＡに垂直に振動面ＯＳや工具軸ＡＸを保持する理由について説明する。本実施形態の振動切削装置の場合、第２可動部３６によって、切削工具２３の刃先２３ｒが旋回軸ＰＸのまわりで任意の角度位置に回転するので、刃先２３ｒの加工領域を切削加工中に変化させることなく固定して延性モード切削加工を行うことができ、刃先２３ｒの切れ刃稜線の形状精度に影響を受けない加工が可能になる。これに対し、旧来型の旋削加工（旋回軸ＰＸを用いない加工）によって光学面を創製する場合には、旋削の進行と同時に刃先２３ｒの加工領域が刃先稜線上を移動するので、この範囲に刃先２３ｒを構成するダイヤモンドの摩耗し易かったり欠け易い結晶方位を含んでいると、容易にその部分で刃先２３ｒの摩耗が進行したり、チッピングが発生したりするおそれがある。前者のように摩耗が進行した場合、その部分で加工形状に摩耗分の形状誤差が発生し、後者のようにチッピングが発生した場合、その部分で脆性モード加工となり鏡面が得られなくなる。一方、本実施形態のように、旋回軸ＰＸのまわりに刃先２３ｒを適宜回転させる振動切削装置の場合、刃先２３ｒの加工領域を固定することができるので、使用するダイヤモンドの結晶方位も固定され、上記した形状誤差や加工面品位の劣化等を回避できる切削加工を実現できる。さらに、加工領域が固定されているので、その部分のダイヤモンドの結晶方位を摩耗の最も少ない結晶方位に固定して加工するならば、高い加工形状精度を容易に実現でき、しかも切削工具２３の加工用チップ２３ｃの摩耗による寿命を大幅に延ばすことができる。
【００５０】
図６は、切削工具２３の加工用チップ２３ｃによる加工状態を説明する拡大図である。加工用チップ２３ｃの刃先２３ｒは、円弧状のすくい面ＲＢを有しており、このすくい面ＲＢを上方（未加工面側）から見た状態が示されている。すくい面ＲＢは、直線状の第１の縁部ＲＢ１と、第１の縁部ＲＢ１と交わる方向に延在する第２の縁部ＲＢ２と、第１の縁部ＲＢ１と第２の縁部ＲＢ２とを結ぶ円弧及び／又は非円弧の第３の縁部ＲＢ３とで輪郭付けされる。第１の縁部ＲＢ１と第２の縁部ＲＢ２とが成す角度ｈは、３０°≦ｈ≦６０°とする。第３の縁部ＲＢ３は、円弧である場合には、その半径ｒは、０．００３ｍｍ≦ｒ≦５ｍｍとする。また、第３の縁部ＲＢ３が、非円弧曲線である場合には、その平方２乗誤差が最も小さくなる近似円弧半径ｒを、０．００３ｍｍ≦ｒ≦５ｍｍとする。
【００５１】
以上のように、刃先２３ｒが円弧状のすくい面ＲＢを有する切削工具２３をＲバイトと呼ぶが、これは刃先形状を円弧に創製する工程で、真円度を高精度に仕上げることが比較的容易であるという利点がある。したがって、このようなすくい面ＲＢを有するＲバイトを振動切削装置に組み込んで加工を行うと、高い刃先形状精度によって高精度な光学面を容易に効率よく得ることができる。なお、旧来型の旋削加工（旋回軸ＰＸを用いない加工）によって光学面を創製する場合には、切削加工の進行に伴い加工面の法線角が変化するに従って、加工領域（或いは加工点）が刃先２３ｒの円弧稜にそって移動するため、一度チッピングが発生すると延性モード切削が脆性加工になって切削抵抗力が増加しかつ不安定となることから、次々にチッピングを発生して刃先を破損し続け、結局チッピングを発生した以降の刃先２３ｒの円弧稜が全て破壊されて使えなくなってしまう。このように、Ｒバイトではチッピングにより破損する刃先稜の範囲が広くなることが多いため、チッピングを発生していない部分を選んで使用することが難しく、切削工具２３そのものが短期に寿命を終えてしまい、大変高価な切削加工となりやすい。一方、本実施形態のように、旋回軸ＰＸのまわりに刃先２３ｒを回転可能に支持し、被加工面ＳＡの工具軌跡方向の接線ＳＡ’に垂直に振動面ＯＳや工具軸ＡＸを保持するならば、チッピングを大幅に減らし、上記のような広域にわたる刃先２３ｒの破損を顕著に低減することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、被加工面ＳＡの創製に旋削加工を用いている。旋削加工は、一度切削工具２３の刃先２３ｒをワークＷに切り込むと、切り終わるまで連続的に加工が進行するので、切削工具２３にとって負荷の少ない加工方法である。したがって、Ｒバイトすなわち円弧状の刃先２３ｒを有する切削工具２３と組み合わせることによって、飛躍的に刃先２３ｒのチッピングを抑えることができ、切削工具２３の寿命を延ばすことができるとともに、高精度な光学面を形成でき鏡面を容易に安価に得ることができるようになる。また、振動切削装置自体も可動軸の構成が簡単になり、振動切削装置を低価格で製作することができるので、軸対称形状の光学素子用成形金型の加工を安価に実現できる。
【００５３】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る振動切削装置について説明する。第２実施形態の振動切削装置は、第１実施形態の振動切削装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００５４】
図７は、第２実施形態における切削工具２３の加工用チップ１２３ｃによる加工状態を説明する拡大図である。加工用チップ１２３ｃの刃先１２３ｒは、半月状のすくい面ＲＢを有しており、このすくい面ＲＢは、直線状の第１の縁部ＨＢ１と、第１の縁部ＨＢ１と交わる方向に延在する第２の縁部ＨＢ２と、第１の縁部ＨＢ１とは滑らかに結ばれ、かつ、第２の縁部ＨＢ２とは角度付けされた円弧及び／又は非円弧の第３の縁部ＨＢ３とにより輪郭づけられる。第１の縁部ＨＢ１と第２の縁部ＨＢ２とが成す角度ｆは、０゜＜ｆ＜９０゜とする。また、第３の縁部ＨＢ３は、円弧である場合には、その半径ｒを、０．１μｍ≦ｒ≦５ｍｍとする。第３の縁部ＨＢ３が、非円弧である場合には、端部同士を直線で結んだ距離をｇとしたとき、０．１μｍ≦ｇ≦５ｍｍとする。なお、第２の縁部ＨＢ２と第３の縁部ＨＢ３との間に、凸状である円弧もしくは直線からなる第４の縁部ＨＢ４を設けてもよい。また、第２の縁部ＨＢ２は、振動面ＯＳや被加工面ＳＡの工具軌跡方向の接線ＳＡ’に対して所定の傾き角を有するものとでき、この場合、被加工面ＳＡの段差加工部の角度を調整することができる。
【００５５】
以上のように、刃先１２３ｒが半月状のすくい面ＲＢを有する切削工具２３を半月バイトと呼ぶ。このような半月バイトを振動切削装置に組み込んで加工を行うと、単なる鏡面に限らず、従来刃先の折損により加工ができなかった微細形状（回折溝など）を有する成形用型を高精度に加工することが可能となる。半月バイトであれば、ワークＷの非球面部は、刃先１２３ｒのうち曲率のあるＲ部で加工することができ、滑らかな光学面を加工することができるので、それにより転写された光学素子の光学面における光線の散乱が少なくなる。また、ワークＷの段差や位相構造、回折構造などの微小構造部は、刃先１２３ｒのうち鋭い部分で加工することができ、回折効率の低下を少なくすることができる。半月バイトで加工された光学素子用成形金型を用いることで、ブレーズ状回折構造を転写成形できるため、環境変化に強く、設計の幅を広げ、複数の波長に対して良好に収差補正できるガラスやプラスチック製の光学素子が得られるようになる。
【００５６】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る振動切削装置について説明する。第２実施形態の振動切削装置は、第１実施形態の振動切削装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通している。
【００５７】
図８は、第３実施形態における切削工具２３の加工用チップ２２３ｃによる加工状態を説明する拡大図である。加工用チップ２２３ｃの刃先２２３ｒは、剣先形状のすくい面ＲＢを有しており、このすくい面ＲＢは、直線状の第１の縁部ＲＢ１と、第１の縁部ＲＢ１に交わる方向に延在する第２の縁部ＲＢ２と、第１の縁部ＲＢ１端と第２の縁部ＲＢ２端とを結ぶ第３の縁部ＲＢ３とから輪郭づけられる。第１の縁部ＲＢ１と第２の縁部ＲＢ２とが成す鋭角ａは、１０゜≦ａ≦４５゜とする。第３の縁部ＲＢ３が円弧である場合には、その半径ｒは、０．０５μｍ≦ｒ≦３μｍとする。第３の縁部ＲＢ３が非円弧である場合には、第３の縁部ＲＢ３の端部同士を直線で結んだ距離をｂとして、０．１μｍ≦ｂ≦５．０μｍとする。
【００５８】
以上のように、刃先２２３ｒが剣先状のすくい面ＲＢを有する切削工具２３を剣先バイトという。微細加工を行うのに好適な剣先バイトは、刃先２２３ｒの先端が鋭利に細く、折損し易い形状を有しているので、本実施形態の振動切削装置に好適に組み込まれる。つまり、旋回軸ＰＸのまわりに刃先２２３ｒを回転可能に支持し、被加工面ＳＡの工具軌跡方向の接線ＳＡ’に垂直に振動面ＯＳや工具軸ＡＸを保持するならば、振動切削による低背分力や臨界切り込み量の増加といった効果を最大限に発揮できるので、チッピングだけでなく刃先の折損を大幅に低減でき、単なる鏡面に限らず、従来加工が困難であった微細形状（回折溝など）を有する高硬度材料の光学素子用成形金型の光学面を高精度かつ容易に加工することができるようになる。その光学素子用成形金型を用いることで、光学ガラスやプラスチックの成形においても、回折構造や位相構造などの光学面上の微細構造部を転写成形できるため、環境変化に強く、設計の幅を広げ、複数の波長に対して良好に収差補正できるガラス製の光学素子が得られるようになる。
【００５９】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る成形金型について説明する。図９は、第１〜第３実施形態の振動切削ユニット２０を用いて作製した成形金型（光学素子用成型金型）を説明する図であり、図９（ａ）は、固定型すなわち第１金型２Ａの側方断面図であり、図９（ｂ）は、可動型すなわち第２金型２Ｂの側方断面図である。両金型２Ａ，２Ｂの光学面３ａ，３ｂは、図１〜図８に示す振動切削装置によって仕上げ加工されたものである。つまり、両金型２Ａ，２Ｂの母材（材料は例えば超硬）をワークＷとしてチャック３７に固定し、振動子駆動装置５０等を動作させて振動切削ユニット２０に定在波を形成しつつ切削工具２３を高速振動させる。これと並行して駆動制御装置４０を適宜動作させて、振動切削ユニット２０のツール部２１先端をワークＷに対して３次元的に任意に移動させる。これにより、金型２Ａ，２Ｂの光学面３ａ，３ｂを、球面や非球面に限らず、段差面、位相構造面、回折構造面とすることができる。
【００６０】
図１０は、図９（ａ）の金型２Ａと、図９（ｂ）の金型２Ｂとを用いてプレス成形したレンズＬの断面図である。図示していないが、金型２Ａ，２Ｂの光学面３ａ，３ｂが段差面、位相構造面、回折構造面等を有する場合、レンズＬの成形光学面も、段差面、位相構造面、回折構造面等を有するものとなる。さらに、レンズＬの材料は、プラスチックに限らず、ガラス等とすることができる。なお、レンズＬを第１〜第３実施形態の振動切削装置によって直接作製することもできる。
【００６１】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、振動切削ユニット２０において、加工用チップ２３ｃ，１２３ｃ，２２３ｃの先端形状は、図６〜図８に例示されるものに限らず、ワークＷに形成すべき被加工面ＳＡの形状等に応じて適宜変更することができる。
【００６２】
また、振動切削ユニット２０において、振動体８２や軸方向振動子８３の全体的形状や寸法は、用途に応じて適宜変更することができる。さらに、カウンタバランス８５から延びる第２固定フランジ８８を省略することもできる。また、振動体８２等の軸心に貫通孔９１を設けて加圧乾燥空気を流通させているが、加圧乾燥空気の供給方法は、図２に例示する給気パイプ９２に限らず様々な変形が可能であり、例えば筐体８６の側面から振動体８２の周囲に加圧乾燥空気を供給することもできる。また、振動切削ユニット２０があまり加熱されない場合、振動体８２の寸法変化を気にしなくても良くなるので、加圧乾燥空気の供給は不要である。また、図１のガス供給装置６０において、空気ではなく、オイルその他の潤滑要素等をミスト化した溶媒や粒子として添加したガス状流体や、窒素ガス等の不活性ガス等を用いることができる。
【００６３】
また、以上の振動切削装置では、主に旋削について説明したが、図１に示す振動切削装置をルーリング加工用に改変することもできる。ルーリング加工とは、切削工具２３を往復移動しながらその軌跡を重畳して、被加工面ＳＡを創製する加工方法である。特に、強曲率の凹面や複雑な加工形状でも、切削工具２３が加工面に干渉することなく、高精度に加工することができる。ルーリング加工では、切削工具２３の刃先２３ｒ、１２３ｒ，２２３ｒが回転運動をしないため、１回の切り始めから切り終わりまで切り込み量が同じであり、そのため最初の切り込む時点で刃先２３ｒ、１２３ｒ，２２３ｒに大きな切削抵抗力が働く。この加工方式では、通常切り始めのところで刃先２３ｒ、１２３ｒ，２２３ｒにチッピングを発生することが最も多く、高硬度材料についてはルーリング加工が採用されていない。しかし、本実施形態の振動切削装置、すなわち、旋回軸ＰＸのまわりに刃先２３ｒ、１２３ｒ，２２３ｒを回転可能に支持し、被加工面ＳＡの工具軌跡方向の接線ＳＡ’に垂直に振動面ＯＳや工具軸ＡＸを保持する振動切削装置の場合、高硬度材料であっても、ルーリング加工によってチッピングを抑制でき自由曲面形状が切削加工できる。しかも、従来の研削加工と比べ、工具形状、工具摩耗、工具の弾性変形も全く関係ないため、加工装置の運動精度を転写した高精度な加工形状と鏡面を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施形態の振動切削装置を説明するブロック図である。
【図２】図１の振動切削装置に組み込まれる振動切削ユニットの構造を説明する縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の振動切削ユニットに用いられる第１固定フランジの形状を例示する端面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、ツール部先端の側方断面図及び平面断面図である。
【図５】ツール部先端の移動および旋回を説明する平面図である。
【図６】加工用チップによる加工状態を説明する拡大図である。
【図７】第２実施形態における振動切削ユニットの構造の一部を説明するための拡大図であり、図６の変形例を示す。
【図８】第３実施形態における振動切削ユニットの構造の一部を説明するための拡大図であり、図６の変形例を示す。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る成形金型の側方断面図である。
【図１０】図９の成形金型によって形成されたレンズの側方断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…振動切削装置、  ２０…振動切削ユニット、  ２１…ツール部、  ２１ａ…先端部、  ２１ｄ…端面、  ２１ｆ…孔、  ２１ｋ…溝、  ２３…切削工具、  ２３ｂ…シャンク、  ２３ｃ…加工用チップ、  ２３ｅ…固定部分、  ２５…固定ネジ、  ２６…固定ネジ、  ３０…駆動機構、  ３２…第１ステージ、  ３３…第２ステージ、  ３５…第１可動部、  ３６…第２可動部、  ３７…チャック、  ４０…駆動制御装置、  ５０…振動子駆動装置、  ６０…ガス供給装置、  ６１…ガス状流体源、  ６３…温度調節部、  ６５…流量調節部、  ７０…主制御装置、  ８２…振動体、  ８３，８４…振動子、  ８５…カウンタバランス、  ８６…筐体、  ９１…貫通孔、  ９１ａ…開口、  ９２…給気パイプ、  ＡＸ…工具軸、  ＥＯ…楕円軌道、  ＲＡ…回転軸、  ＳＡ…被加工面、  Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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