(57)【要約】【課題】単純な構成で長時間の加工においても、切り込み深さの変化を少なくできる高精度な微細表面加工を可能とする。【解決手段】被加工物６はＹ方向に移動するＹ軸ステージ３上に固定され、加工を行う工具５はＺ軸ステージ４に固定された工具ホルダに取り付けられる。また、被加工物６の上方に基準プレート１４の参照面１１を設置し、加えて工具５の後端部に参照面１１とのギャップを測定する変位検出センサ１２を設置する。加工機１の駆動によるモータ部や摺動部の発熱によって、加工する被加工物６と工具５との相対距離が変化するが、変位検出センサ１２により常に参照面１１を測定しながら加工する。これにより、ＮＣ制御器７により加工中のＺ軸方向の変化量を算出し、補正制御することで被加工物６を高精度に加工できる。【選択図】図１
2011240457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する切削加工装置において、
Ｘ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサと、前記被加工物の加工中に前記センサと前記基準平面との距離を演算し、生じた誤差を補正して、前記被加工物を加工する工具の切り込み深さを制御する機能を有した制御部とを、備えたことを特徴とする切削加工装置。
【請求項２】
少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する切削加工装置において、
Ｘ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサと、前記工具の切り込み方向の移動に加えＺ軸方向に微小移動させる手段と、前記被加工物の加工中に前記センサと前記基準平面との距離を演算し、生じた誤差を補正して、前記被加工物を加工する工具の切り込み深さを制御する機能を有した制御部とを、備えたことを特徴とする切削加工装置。
【請求項３】
前記Ｚ軸方向に設けたセンサの位置が、工具の刃先を通り切り込み方向となる軸と一致することを特徴とする請求項１または２記載の切削加工装置。
【請求項４】
少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する加工装置の切削加工方法であって、
前記加工装置のＸ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサにより、前記被加工物の加工中に生じた前記センサと前記基準平面との距離の誤差を制御部により演算し、前記誤差を補正して前記工具の切り込み深さを制御することを特徴とする切削加工方法。
【請求項５】
少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する加工装置の切削加工方法であって、
前記加工装置のＸ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサと、前記工具の切り込み方向の移動に加えＺ軸方向に微小移動させる手段により、前記被加工物の加工中に生じた前記センサと前記基準平面との距離の誤差を制御部により演算し、前記誤差を補正して前記工具の切り込み深さを制御することを特徴とする切削加工方法。
【請求項６】
前記Ｚ軸方向に設けたセンサの位置が、工具の刃先を通り切り込み方向となる軸と一致することを特徴とする請求項４または５記載の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象加工物の表面にナノメータからマイクロメータのオーダとなる高精度な微細加工をすることが可能な加工装置および加工方法に係るものであり、特に、複雑な形状を持つ微細プリズムアレイ形状などを広範囲に加工し、成型品を得るための金型加工を行う切削加工装置，切削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術において、高精度に微細な形状を加工するために工具刃先と被加工物との距離が近く、精密加工装置の設置される環境の温度変化や精密加工装置からの発熱などによって、工具刃先と被加工物との相対距離が変化する。そのような現象が生じると、切り込み深さが変化したり、加工物の形状精度が悪化する要因になる。そのような現象を回避するために恒温室内に精密加工装置を設置し、精密加工装置自体の温度を一定に保つように工夫されているのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、このような施策も万全ではなく、加工時のセッティングや段取りのために作業者が出入りするため、温度を完全に一定に保つことは容易にできない。また、このように一定温度に保つ恒温室を維持することは、コスト的に高価となる。そのため工業的に利用される恒温室の温度変化の管理オーダは±０．１度（℃）程度である。
【０００４】
一般的な精密加工装置の主要部材が、鋼，アルミニウム合金等の金属材料で構成し、摺動部に空気，油等を使用すると、工具刃先と被加工物の相対距離は、前述の温度管理レベルであれば容易に１マイクロメータ程度の変化が生じる。そのために長時間にわたって高精度に加工することは容易ではない。
【０００５】
また、前述の精密加工装置の工具刃先と被加工物の相対距離の安定化方法として、加工工具側方に変位検出器を設け、変位検出器と加工テーブル上に設置された参照面との相対距離を変位検出器により測定し、加工ヘッドと被加工物の加工面の相対距離も同等の変位があるものとして、加工ヘッドと加工面との相対距離を一定に保つように精密加工装置に反映させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１１は、特許文献１に記載された従来の加工機の実施例を示す斜視図である。図１１において、被加工物６を保持し水平方向に移動する加工テーブル１０を備えた加工機１には、加工テーブル１０上部に配置された被加工物６を加工するための工具５と、保持した工具５を垂直方向に移動して被加工物６と工具５の相対位置決め可能なＺ軸駆動機構９を有する加工ヘッド１３がある。
【０００７】
この加工ヘッド１３の近傍に、長さを持った変位測定を行う変位検出センサ１２によって、加工テーブル１０上に設けられた参照面１１との相対距離を測定する。測定された値を反映させてＮＣ制御器７がＺ軸駆動機構９により、工具５と被加工物６の相対距離を一定に保つように、加工開始前に位置決めを行う制御をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１１５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記の従来構成において加工する工具の位置補正は、加工点と測定点がＸ軸方向に離れている。そのためＹ軸回りの回転が生じた場合、測定点ではＺ軸方向の変位が計測される。変位検出センサが１つしかないためこの方法では、Ｙ軸回りの回転が生じたか、Ｚ軸方向の並進が生じたか区別がつかないため、変位検出センサの値に基づいて補正したとしても高精度に加工できるとは限らない。また、Ｙ軸回りの回転とＺ軸の並進を区別するために複数のセンサを配置して計測することも考えられるが、構成が複雑になり高価なシステムになるという問題がある。
【００１０】
同様に、前記の従来構成では被加工物から離れた点にセンサターゲット（参照面）を設置していることもあり、比較的大きなスペースが必要になる。そのために、被加工物の大きさに制約が生じたりする。加えて被加工物と同一平面上にセンサターゲットを設置しているため、加工時に必要となる切削液の供給に問題が生じやすい。具体的には、前述した実施例のように被加工物の隣にセンサターゲットを設置するとなると、超精密切削時において使用される切削液のミスト供給を行うと、センサターゲットやセンサの保護装置が必要となるという問題もある。
【００１１】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、比較的単純な構成で長時間に及ぶ加工においても、切り込み深さの変化することを非常に少なくすることできる高精度な微細表面加工が可能な切削加工装置，切削加工方法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】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した切削加工装置は、少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する切削加工装置において、Ｘ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサと、被加工物の加工中にセンサと基準平面との距離を演算し、生じた誤差を補正して、被加工物を加工する工具の切り込み深さを制御する機能を有した制御部とを、備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載した切削加工装置は、少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する切削加工装置において、Ｘ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサと、工具の切り込み方向の移動に加えＺ軸方向に微小移動させる手段と、被加工物の加工中にセンサと基準平面との距離を演算し、生じた誤差を補正して、被加工物を加工する工具の切り込み深さを制御する機能を有した制御部とを、備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載した発明は、請求項１，２の切削加工装置において、Ｚ軸方向に設けたセンサの位置が、工具の刃先を通り切り込み方向となる軸と一致することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載した切削加工方法は、少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する加工装置の切削加工方法であって、加工装置のＸ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサにより、被加工物の加工中に生じたセンサと基準平面との距離の誤差を制御部により演算し、誤差を補正して工具の切り込み深さを制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載した切削加工方法は、少なくとも直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸を有する加工装置の切削加工方法であって、加工装置のＸ−Ｙ軸面内で移動する被加工物の上方もしくは下方に設けた基準平面と、工具の切り込み方向となるＺ軸方向に設けたセンサと、工具の切り込み方向の移動に加えＺ軸方向に微小移動させる手段により、被加工物の加工中に生じたセンサと基準平面との距離の誤差を制御部により演算し、誤差を補正して工具の切り込み深さを制御することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載した発明は、請求項４，５の切削加工方法であって、Ｚ軸方向に設けたセンサの位置が、工具の刃先を通り切り込み方向となる軸と一致することを特徴とする。
【００１８】
前記の加工装置，加工方法によれば、高精度な加工ができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シンプルな構成で工具の切り込み方向となるＺ軸の誤差を容易に補正することが可能となり、この技術を金型加工等に用いることで、高精度な加工ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１における加工機の実施例を示す斜視図
【図２】本実施形態１における加工後の金型を示す斜視図
【図３】本実施形態１における基準プレート（参照面）の詳細構造を示す（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図
【図４】本実施形態１における加工機の加工動作を示す図
【図５】本実施形態１における変位検出センサの制御による作業手順を示す図
【図６】本発明の実施形態２における加工機の実施例を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分側面図
【図７】本発明の実施形態３における液晶ディスプレイの（ａ）は断面図、（ｂ）はプリズム構造を示す図
【図８】本実施形態３における加工機の実施例を示す斜視図
【図９】本実施形態３におけるアクチュエータユニットの（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は内部構造を示す断面図
【図１０】本実施形態３におけるプリズムアレイを加工する工具の移動動作を示す側面図
【図１１】従来の加工機の実施例を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における微細表面加工を行う加工機の実施例を示す斜視図である。ここで、前記従来例を示す図１１において説明した構成部材に対応し同等機能のものには同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１において、直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能な各ステージを有する超精密加工機（以下、加工機１という）を示す。本加工機１は、３軸ともエアー軸受となっており、ＮＣ制御器７により３軸のリニアモータを１ナノメータの分解能で駆動することのできる超精密加工機である。図１中には示してないが、加工機１本体は±０．５度（℃）以下に温度管理された恒温室に設置されている。本実施形態１では、１マイクロメータ以下の光学部品レベルの精度で加工する超精密加工を前提として話を進める。
【００２４】
被加工物６はＹ方向に移動可能なＹ軸ステージ３上に固定されている。被加工物６は、ベースとなる金属プレートの上にニッケル・リンめっき、または純銅の電気めっきを施し、そのめっき層のみを加工するか、被加工物全体をアルミニウム合金などで製作するとよい。加工を行うダイヤモンド刃の工具５は、図１中で上下方向に動作可能なＺ軸ステージ４に固定された工具ホルダの先端に取り付けられている。工具５は、図１の中では、Ｙ（＋）方向に駆動するとき加工できるように取り付けられている。
【００２５】
この状態で１直線状のＶ断面をした溝を、前加工面が残らないようなピッチ、および切り込み深さに調整し加工すると、図２に示すような形に加工できる。被加工物６の大きさや加工条件によっても異なるが、加工時間が１時間以上に及ぶと切り込み深さが１〜２マイクロメータ・レベルで変化し、設計した通りの加工ができない。なぜならば、工具５が摩耗によって寸法変化する値よりも、加工機１を駆動することによりモータ部や摺動部がわずかに発熱し、被加工物６と工具５との相対距離がわずかながらに変化する値の方が大きいためである。
【００２６】
そこで、図１に示す加工機１の構成の特徴として、被加工物６の上方に基準平面となる基準プレート１４の参照面１１を設置する。加えて工具５の後端部に参照面１１とのギャップを測定するように変位検出センサ１２を設置する。変位検出センサ１２の種類としてはどのような形式のものでも使用可能であるが、非接触のセンサを使用することが望ましい。なぜならば接触式のセンサを使用した場合、測定面となる参照面が摩耗して、精度悪化の原因になるからである。適切な非接触センサとしては、光センサや渦電流センサ、静電容量式センサが望ましい。本実施形態１の例では、小型で１ｎｍの分解能を有する静電容量センサを使用している。
【００２７】
この参照面１１は、被加工物６と連結する支柱１５に支えられるように設置することが望ましい。しかしながら、支柱１５が設置スペースや、動作部との干渉により被加工物６と連結できない場合は、設計上都合のよいところに設置してもよい。さらに支柱１５は、干渉がなければ複数設置してもよいことは言うまでもない。また支柱１５は、熱変形を最小にするため、低熱膨張材であるスーパインバ製とした。
【００２８】
また図１の構成では詳細に記載していないが、変位検出センサ１２は、増幅器（図示せず）を介して、ＮＣ制御器７に入力され、後述する切り込み量の補正等の演算や、ＮＣデータ値の変更も含めて演算される。後述する加工動作の中で詳細に説明するが、加工しながら変位検出センサ１２で上部にある参照面１１を同時に測定できるようになっている。すなわち、長時間加工する中で熱膨張等によって工具５と被加工物６の相対距離が変化したとしても、その変化量を計測する仕組みである。
【００２９】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す参照面の詳細な構成図を使って、参照面１１の構成および具体的に使うための調整方法を記す。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は参照面１１の一例を示す三面図である。参照面１１は高精度に加工されたミラー面であり、支柱１５に固定された天板１６に、３ヶ所で吊された構成になっている。３ヶ所に設置されたマイクロメータヘッド２１は、基準プレート１４の参照面１１をＺ軸方向の並進、Ｘ軸回りの回転、Ｙ軸回りの回転が調整できるように、バネ２２で接するように押し付けられた構造になっている。
【００３０】
参照面１１の基準プレート１４は低熱膨張材のゼロデュアーで製作し、参照面１１となる側の面を、平面度がλ／１０（λ＝６３３ｎｍ）の精度で加工し、アルミニウムを蒸着し、蒸着面の保護コートとしてガラスが極薄く蒸着してある。このように、高精度に加工された参照面１１のサイズは、加工面のサイズと同等か、もしくはそれ以上が望ましい。また前述した仕様は一例であり、必要に応じて変更してよいことは、言うまでもない。
【００３１】
次に、図３（ｂ），（ｃ）を使って参照面の調整方法の説明をする。図示しないが、図１に記載したように参照面１１の下方となる位置に、工具５の後端に取り付けた変位検出センサ１２を配置して、変位検出センサ１２が参照面１１を測定可能な位置にＺ軸を使って調整する。
【００３２】
次に、変位検出センサ１２のＺ軸方向の位置を定位置にした状態で、参照面１１上の任意の同一線上にない３点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ１）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ１）を測定するように、Ｘ軸，Ｙ軸を操作する。このとき３点の位置で、変位検出センサ１２の値が等しくなるようにマイクロメータヘッド２１を使って調整する。この操作は加工機１のＸ−Ｙ平面に、参照面１１を平行に合わせたことになる。
【００３３】
図４の加工機の加工動作を示す図を使って、各部の最適な配置について説明をする。図４はＹ−Ｚ面からみた加工機の動作を示し、被加工物６の加工範囲の真上に、参照面１１を設置しておく。また工具５と変位検出センサ１２の位置関係は、工具５刃先の真上に変位検出センサ１２を設置しておくと、アッベの誤差が最小の配置となるので最も望ましい。
【００３４】
次に、図４を使って加工動作の概要について説明する。図２の加工例のような一様な深さのＶ溝を形成する場合、はじめに被加工物６と工具５が干渉しない位置で、所定の切り込み深さｔ１となるよう設定をする。その位置で加工動作するように工具をＹ方向に所定の速度で動かして、被加工物６を貫通する位置で停止する。その後は戻り動作となるので、工具をわずかながら上げてスタート位置まで戻し、Ｘ方向に所定のピッチだけ移動させて、再度切り込み位置まで移動する動作を繰り返していけばよい。以上の動作は、ＮＣプログラムによって、自動的に動作することは説明するまでもない。
【００３５】
次に、変位検出センサ１２の動作を説明する。前述の加工動作に伴って、加工が開始された点では、変位検出センサ１２が参照面１１の下方に位置するようになる。その位置で参照面１１と変位検出センサ１２のギャップが適切に調整されていたならば、変位検出センサ１２からはある電圧値が出力される。加工機１のＸ−Ｙ平面と参照面１１が完全に平行に設置されていたならば、加工機１が動作することに伴う移動軸のピッチング等によるエラー動作や、参照面１１が完全平面からわずかながらにずれていることに伴う変位成分が、変位検出センサ１２から電圧のバラツキとして出力される。この値は超精密加工を行う加工機の場合、最大でも１００ナノメータ程度であり、本実施形態１の加工機１の場合、許容できると考えられる。また、加工時の戻り動作のときは、わずかながら上方に移動するため、変位検出センサ１２と参照面１１のギャップは狭くなるが、支障となることはない。
【００３６】
Ｚ軸方向の位置の不適切が原因で、変位検出センサ１２が参照面１１と干渉したり、逆に離れすぎたりして計測できない場合は、図３で説明したように参照面１１を、マイクロメータヘッド２１を使ってＺ軸方向に並進させて、計測できるように再設定すればよい。勿論、変位検出センサ１２の図示しない取り付け位置調整機構を使って、計測できる位置に合わせてもよい。
【００３７】
適切に設定された変位検出センサ１２の作用を、図１を参照しながら図５の作業手順を使って説明すると次のようになる。前述した事前準備として、加工機１のＸ−Ｙ平面と参照面１１の平行合わせと（Ｓ１）、所定の切り込み深さｔ１、および戻り位置での参照面１１と変位検出センサ１２間のギャップの設定（Ｓ２）を行う。
【００３８】
ＮＣプログラムに基づいて加工動作が始まると、加工中の変位検出センサ１２から、参照面１１とのギャップ（隙間）に基づいた電圧（初期値）が出力される。その電圧はＮＣ制御器７に入力され、図示しないＮＣ制御器７内のＡ／Ｄ変換器で変換されて、加工初期のギャップとしてメモリに保存される（Ｓ３）。その後加工動作時の変位検出センサ１２と参照面１１の間のギャップを所定のサイクルで計測し、その度にＮＣ制御器７内の初期ギャップの値と比較して（Ｓ４）、差異の値に応じて切り込み深さｔ１が自動的に変更される（Ｓ５）仕組みになっている。
【００３９】
具体的に、例えばそのギャップの値が小さくなった場合は、工具５と被加工物６が離れた、即ち切り込み深さｔ１が初期に比べて小さくなったことが考えられるので、実質的な切り込み深さを一定に保つように切り込み深さを制御している値を変更するように働く。
【００４０】
（実施形態２）
図６（ａ）は本発明の実施形態２における微細表面加工を行う加工機の実施例を示す斜視図、（ｂ）は部分側面図である。図６（ａ），（ｂ）においても、前記従来例の図１１および実施形態１の図１と同じ構成部材については同一の符号を用いて、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施形態２において図６（ａ），（ｂ）に示すように、参照面１１は被加工物６の下方に配置され、変位検出センサ１２は、参照面１１の下方より工具５と同軸上に配置されている。また、参照面１１は加工機１の有するＸ軸テーブルとＹ軸テーブルのなす平面と平行となるように構成されていることは言うまでもない。
【００４２】
係る構成であっても、実施形態１と同様に参照面１１と被加工物６の加工面と変位の変化を測定すると、実施形態１と同様に高精度に加工することができ、ＮＣ制御器７により加工中に連続して変化する加工状態の変化に追従した補正を行うことができ、広範囲に非連続な形状を有する光学素子などを高精度に加工することができる。
【００４３】
（実施形態３）
前述した実施形態１，２では、図２に示すような被加工物６に一直線状のＶ溝を加工することを対象にしていた。これに対して、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）のような点光源を使った液晶パネル用導光板金型の加工を例として、以下に説明する。
【００４４】
図７（ａ）は液晶ディスプレイの構成を示す断面図である。ＬＥＤ光源２７からでた光は、液晶パネル２５の裏側に設置された透明樹脂でできた導光板２６に導かれる。導光板２６の裏面には、プリズム構造２８として複数の微細プリズムアレイが構成されており、光がプリズム面に当たると全反射して上方に光路が折り曲げられる。図７（ｂ）に示すように、プリズムアレイ２９は複数の点光源（ＬＥＤ光源２７）に対応するために二次元的に配置され、長さ、角度、深さがそれぞれ異なる。光学設計によっても異なるが２インチパネルの例で、プリズムアレイ２９の数が２５万個にも及ぶものもある。この例のように二次元的に配置したプリズムアレイ２９の数が多くなると、金型の加工時間が１０日以上に及ぶ例もある。
【００４５】
図８は図７に示した二次元的に配列されたプリズムアレイ金型の加工機の例を示す斜視図である。また本加工機においても、基本となる構成は図１に示した構成と同様であるため、異なる点のみを説明する。本加工機１では、Ｙ軸ステージ３上に、Ｚ軸回りの回転動作をするＣ軸回転ステージ８を設け、被加工物（金型）６は、Ｃ軸回転ステージ上に設置する。この構成により二次元的に配列されたプリズムアレイが加工可能となる。
【００４６】
工具５は、後述するアクチュエータユニット３１に取り付けられている。このアクチュエータユニット３１は、アクチュエータ制御器３２によって制御される。本実施形態３では、変位検出センサ１２の値は、アクチュエータ制御器３２に入力されている。このような構成がなされている理由は、後述するように加工時間を短縮する目的でなされている。
【００４７】
参照面１１は、被加工物６から伸びた支柱１５によって支持されているので、被加工物６の回転に合わせて同様に回転する構成になっている。この構成で不都合が生じた場合、Ｙ軸ステージ３から直接支柱１５を介して、参照面１１を支える構成にしてもよいことは言うまでもない。この場合、被加工物６が回転しても、参照面１１が回転することはない。前述したように加工機１のＸ−Ｙ平面と、参照面１１が平行に調整されていれば、参照面１１が被加工物６とあわせて回転しなくても、精度への影響はないと考えられる。
【００４８】
次に、工具５を支持するアクチュエータユニット３１の構成について、図９（ａ），（ｂ）を使って説明する。図９（ａ）はアクチュエータユニット３１を取り巻く構成の部分斜視図である。アクチュエータユニット３１の先端に工具５、後端に参照面との変位量を計測する変位検出センサ１２が取り付けられている。また図９（ｂ）は、アクチュエータユニット３１の断面図であり、内部の構成部品がわかるようにしてある。圧電素子３３は先端で工具ホルダ３６と固定され、プリロード機構３５によって圧電素子にプリロードを掛けるようになっている。
【００４９】
圧電素子３３は図８で説明したアクチュエータ制御器３２で駆動され、実際の変位量は内部の工具位置変位検出センサ３４を介して、フィードバックが掛かる構成になっている。図９（ｂ）では描かなかったが、変位検出センサ１２は、アクチュエータユニット３１後端に取り付けられている。
【００５０】
図１０は本実施形態３のプリズムアレイを加工する工具の移動動作を示す側面図である。図１０を使って、実施形態１の図１で説明した加工動作と異なる点のみを説明する。なお、図１０では、アクチュエータユニット３１を制御するためのコントローラや加工機本体との制御を同期するためのシステム構成は図示していないが、これらを備えていることは言うまでもない。
【００５１】
まず、図８に示す加工機１のＺ軸ステージ４は、被加工物６の表面より５マイクロメータ上の位置で固定するように制御する。次に、被加工物６のプリズムアレイ２９は二次元的に配置されているので、加工機１のＸ軸ステージ２，Ｙ軸ステージ３，Ｃ軸回転ステージ８を使って位置決めを行う。
【００５２】
ある任意のプリズムアレイ２９の始点に位置決めされたとすると、アクチュエータユニット３１を制御して切り込み方向（Ｚ方向）に駆動し、プリズムアレイ２９の設計の切り込み深さに達すると同時に、Ｙ軸ステージ３を制御してプリズムアレイ２９の加工終点方向に移動する。
【００５３】
次に、プリズムアレイ２９の終点位置にＹ軸が達すると、アクチュエータユニット３１を制御して、工具５刃先が被加工物６の表面より５マイクロメータ上の位置となるように制御する。この動作をプリズムアレイ２９毎に繰り返して加工する。このように加工するのは、アクチュエータユニット３１を使用しなくとも加工可能であるが、プリズムアレイ２９の数が２５万個にも達するので、加工機１のＺ軸ステージ４を上下に制御するよりも加工時間を短くすることができる。
【００５４】
具体的には、１００ｍｓ動作が速くなると全体の加工時間では、７時間短縮することができる。アクチュエータユニット３１はＺ軸ステージ４を上下動させるよりも、はるかに小型，軽量であるため、より高速な工具５の上下動作が可能となる。
【００５５】
この実施形態３の場合も、加工時間とともに変位検出センサ１２と参照面１１のギャップ（隙間）が時間とともに変化する。そこで実施形態３においては、前述のギャップの変化分は、アクチュエータユニット３１の移動量に加算して制御する。アクチュエータ制御器３２は、加工機１の各軸の位置情報に基づいて制御していることは基より、変位検出センサ１２と参照面１１とのギャップ変化も補正制御することで、高精度な金型を、速く加工することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る切削加工装置，切削加工方法は、微細表面の加工中に連続して変化する加工状態に追従する切削加工の構成を有し、一般的なＮＣフライス盤等のベースマシンや精密な位置決めが必要な機器に用いられる可動ステージの基本構成としての用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  加工機
２  Ｘ軸ステージ
３  Ｙ軸ステージ
４  Ｚ軸ステージ
５  工具
６  被加工物
７  ＮＣ制御器
８  Ｃ軸回転ステージ
９  Ｚ軸駆動機構
１０  加工テーブル
１１  参照面
１２  変位検出センサ
１３  加工ヘッド
１４  基準プレート
１５  支柱
１６  天板
２１  マイクロメータヘッド
２２  バネ
２５  液晶パネル
２６  導光板
２７  ＬＥＤ光源
２８  プリズム構造
２９  プリズムアレイ
３１  アクチュエータユニット
３２  アクチュエータ制御器
３３  圧電素子
３４  工具位置変位検出センサ
３５  プリロード機構
３６  工具ホルダ
【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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【図１１】
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