(57)【要約】【課題】温度変化が生じた場合でもワークを高精度に加工できる加工装置及び加工方法を提供する。【解決手段】制御回路ＣＯＮＴは、記憶したＺ初期座標と、測定したＺ座標とを比較し、差があると判断した場合には、ステップＳ１０４で、記憶している＃Ｎ＝１番目のレンズ転写面ＷＫａの位置をその差の分だけ補正する。よって、温度変化により加工装置の各部に熱膨張が生じた場合でも、制御回路ＣＯＮＴが熱膨張分をキャンセルするように、レンズ転写面の加工位置を決定するので、環境温度変化にかかわらず深さが一定名レンズ転写面を形成できる。【選択図】図３
2015098062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークと工具とを相対移動させるステージ手段と、
前記ワークと前記工具との相対位置を検出する検出手段と、
前記ワークの加工位置を決定する演算手段と、を有し、
前記演算手段は、前記ワークの粗加工後に、前記検出手段により検出した前記相対位置に基づいて、前記ワークの加工位置を決定し、決定された前記加工位置に従い前記ワークが仕上げ加工されることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記検出手段は、接触式の位置センサであることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記工具を取り付けたホルダに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記工具を取り付けたステージに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記ワークを載置したステージに設けられた基準ブロックと、前記工具との相対位置を測定して、前記ワークと前記工具との相対位置とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工装置。
【請求項６】
前記ワークと前記基準ブロックとを接地させたことを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
【請求項７】
前記ワークを前記工具で加工することにより、基準面に対して同じ深さの加工面を複数形成し、前記検出手段は、前記加工面の深さ方向に沿って前記ワークと前記工具との相対位置を検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の加工装置。
【請求項８】
工具を用いてワークを粗加工する工程と、
前記ワークの粗加工後に、前記ワークと前記工具との相対位置を検出する工程と、
検出された前記相対位置に基づいて、前記ワークの加工位置を決定する工程と、
決定された前記加工位置に従い前記ワークを仕上げ加工する工程と、を有することを特徴とする加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置及び加工方法に関し、特に光学素子の成形型を加工するのに好適な加工装置及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、いわゆるカメラモジュールと称される撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等のコンパクトで薄型の電子機器である携帯端末に搭載されるようになり、これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。これらの撮像装置に使用される撮像素子としては、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用され、近年では、撮像素子の高画素化も進み、高解像、高性能化が図られている。
【０００３】
他方、これら撮像素子上に被写体像を形成するための撮像用のレンズとしては、低コスト化のために、安価に大量生産できる樹脂材料で形成されるレンズが用いられており、これにより加工性も良好で非球面形状をとることで高性能化の要求にも対応可能となっている。
【０００４】
ここで、多数のレンズを低コストで製造する方法としては、平行平面板に複数のレンズを形成したレンズアレイを製造し、該平行平面板を切断して複数のレンズをそれぞれ分離させることでレンズを量産する方法が知られている。例えば特許文献１では、上述した製法でレンズアレイを成形し、ダイシングしてレンズを個片化する技術が提案されている。又、ダイシングせずに複数のレンズを有する平行平面板を、そのまま光学機器に取り付けて用いる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９２６３８０号明細書
【特許文献２】特開２０１０−９９７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した製造方法においてレンズを成形する金型は、同一面に複数のレンズ転写面を並べて形成している。ここで、個片化したレンズの精度を高めるためには、複数のレンズ転写面の深さが高精度に一致するように切削加工する必要がある。しかるに、一般的な加工機を用いて素材から金型の加工を行うと、複数のレンズ転写面を切削加工していくうちに温度変化が生じ、加工機の構成要素に熱膨張が生じて、レンズ転写面を高精度に加工できない恐れがある。
【０００７】
これに対し特許文献２には、金型等の曲面加工時に、工作機械の熱変位により位置変化が発生して加工曲面の滑らかさを損なうことを抑制するために、工作機械の発熱源近傍に温度センサを取り付け、温度をモニタリングすることで熱変位量を予想して工具の位置を補正する技術が開示されている。
【０００８】
ところが、特許文献２に開示された技術の場合、工作機械の発熱源近傍に温度センサを設けるのみでは、工作機械における発熱や熱伝導を完全に把握することが困難な為、加工精度が低下するという問題がある。一方、温度センサを各所に設ければ，発熱や熱伝導を正確に把握しやすくなるものの、これに基づく各部の熱膨張の計算に時間がかかるとともにコストの増大も招くという問題がある。また、加工開始直後のように温度が上昇しつつある過渡状態においては、温度センサの検出した温度と、実際の熱膨張量とに差が生じる場合もあるが、このように温度と熱膨張の相関が取れない状況下での補正は、逆に加工精度を悪化させる恐れがある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストであり加工時間を大幅に延長することなく、温度変化が生じた場合でもワークを高精度に加工できる加工装置及び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】
【００１０】
請求項１に記載の加工装置は、
ワークと工具とを相対移動させるステージ手段と、
前記ワークと前記工具との相対位置を検出する検出手段と、
前記ワークの加工位置を決定する演算手段と、を有し、
前記演算手段は、前記ワークの粗加工後に、前記検出手段により検出した前記相対位置に基づいて、前記ワークの加工位置を決定し、決定された前記加工位置に従い前記ワークが仕上げ加工されることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、前記ワークを粗加工する際には、熱膨張を考慮することなく加工を行って短い加工時間を確保できる。一方、前記ワークを仕上げ加工する際は、前記演算手段が、前記ワークの粗加工後に、前記検出手段により検出した前記相対位置に基づいて、前記ワークの加工位置を決定するので、温度変化が生じる環境でも、決定された前記加工位置に従い前記ワークを安定して精度良く仕上げ加工することができる。
【００１２】
請求項２に記載の加工装置は、請求項１に記載の発明において、前記検出手段は、接触式の位置センサであることを特徴とする。
【００１３】
これにより安価な位置センサを用いつつ、前記ワークと前記工具との相対位置を高精度に検出することができる。但し、光などを用いた非接触式の位置センサを使用しても良い。
【００１４】
請求項３に記載の加工装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記検出手段は、前記工具を取り付けたホルダに設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の加工装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記検出手段は、前記工具を取り付けたステージに設けられていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、前記ワークと前記工具とが異なる部材に取り付けられていた場合に発生しうる誤差要因を排除できる。又、前記ワークを保持するステージに前記検出手段を設けて、前記ホルダとの相対位置を測定すれば、加工装置設計の自由度が高まる。
【００１７】
請求項５に記載の加工装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記検出手段は、前記ワークを載置したステージに設けられた基準ブロックと、前記工具との相対位置を測定して、前記ワークと前記工具との相対位置とすることを特徴とする。
【００１８】
前記検出手段により、前記ワークまでの位置を直接測定しても良いが、前記ワークには加工時の切り屑や切削油等が付着するため、その影響を排除することが困難な場合もある。そこで、前記ワークを載置したステージに基準ブロックを設け、前記検出手段が、前記基準ブロックと前記工具との相対位置を測定して、前記ワークと前記工具との相対位置とすることで、前記ワークの付着物の影響を回避して高精度な測定を行うことができる。尚、基準ブロックとしては、ワークと同じ形状及び素材から形成されていると、温度変化時の変形が同じになるので好ましい。基準ブロックが、ワークと異なる形状又は素材から形成されている場合には、実験やシミュレーションにより予め得られた補正係数を加味して、前記基準ブロックと前記工具との相対位置の測定値を補正し、前記ワークと前記工具との相対位置とするのが好ましい。
【００１９】
請求項６に記載の加工装置は、請求項５に記載の発明において、前記ワークと前記基準ブロックとを接地させたことを特徴とする。
【００２０】
前記ワークと前記基準ブロックとを接地させることで両者の温度条件が近づき或いは一致し、より高精度に前記ワークと前記工具との相対位置を求めることができる。又、前記ワークと前記基準ブロックとが離れた位置にある場合に生じうる、測定時と加工時の移動時間・移動距離が長くなることによる誤差要因を排除できる。
【００２１】
請求項７に記載の加工装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記ワークを前記工具で加工することにより、基準面に対して同じ深さの加工面を複数形成し、前記検出手段は、前記加工面の深さ方向に沿って前記ワークと前記工具との相対位置を検出することを特徴とする。
【００２２】
本発明を用いることで、基準面に対して同じ深さの加工面を複数精度良く形成できる。
【００２３】
請求項８に記載の加工方法は、
工具を用いてワークを粗加工する工程と、
前記ワークの粗加工後に、前記ワークと前記工具との相対位置を検出する工程と、
検出された前記相対位置に基づいて、前記ワークの加工位置を決定する工程と、
決定された前記加工位置に従い前記ワークを仕上げ加工する工程と、を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、前記ワークを粗加工する際には、熱膨張を考慮することなく加工を行って短い加工時間を確保できる。一方、前記ワークを仕上げ加工する際は、前記ワークの粗加工後に検出された前記相対位置に基づいて、前記ワークの加工位置を決定するので、温度変化が生じる環境でも、決定された前記加工位置に従い前記ワークを安定して精度良く仕上げ加工することができる。
【００２５】
「ワーク」とは、光学素子等を成形する金型の素材であると好ましいが、ガラスや樹脂など、直接加工することで光学素子を形成できるものであっても良い。前記検出手段が前記ワークと前記工具との相対位置を検出するタイミングは、前記ワークを粗加工した後であればいつでも良いが、前記ワークを粗加工した直後であると好ましい。又、前記ワークの仕上げ加工を繰り返し行う場合、仕上げ加工毎に前記ワークと前記工具との相対位置を検出しても良いし、複数回の仕上げ加工毎に前記ワークと前記工具との相対位置を検出しても良い。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、低コストであり加工時間を大幅に延長することなく、温度変化が生じた場合でもワークを高精度に加工できる加工装置及び加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の加工装置を示す斜視図である。
【図２】図１の加工装置の要部を簡略化して示す図である。
【図３】図１の加工装置を用いて行う加工方法を示すフローチャート図である。
【図４】変形例にかかる加工装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２９】
図１は、本実施の加工装置を示す斜視図である。図１において、定盤ＢＳ上に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に独立して移動するＸＹ軸ステージＸＹＳと、Ｚ軸ステージＺＳをＺ軸方向に移動するＺ軸駆動部ＺＤが取り付けられている。Ｚ軸ステージＺＳからは片持ち状に水平に延在するアームＡＭが取り付けられている。アームＡＭには、工具ＤＴを回転させるスピンドル装置ＳＤが，回転軸線ＲＸを垂直に配置するようにして保持されている。工具ＤＴは、スピンドル装置ＳＤの主軸の端面に、回転軸線ＲＸから半径方向に離れた位置に工具刃先がくるように取り付けられている。ＸＹ軸ステージＸＹＳとＺ軸ステージＺＳとでステージ手段を構成する。
【００３０】
ＸＹ軸ステージＸＹＳ上には、矩形板状のワークＷＫが配置されており、その近傍に基準ブロックＳＢが配置されている。尚、ワークＷＫと基準ブロックＳＢとは互いに接地させると好ましい。
【００３１】
アームＡＭには、接触式の位置センサＰＳが取り付けられている。検出手段である位置センサＰＳは、伸縮自在な検出ロッドＲＤを有する。検出ロッドＲＤは工具ＤＴと同じ素材から形成されると、より好ましい。アーム（ホルダ）ＡＭをＺ軸方向の基準位置（ホームポジション）に移動させたときに、検出ロッドＲＤの先端を基準ブロックＳＢの上面に当接させるようになっており、その際の検出ロッドＲＤの伸縮量で、アームＡＭと基準ブロックＳＢとの相対位置を検出することができる。演算手段である制御回路ＣＯＮＴは、ワークＷＫに加工するレンズ転写面ＷＫａの位置及び形状（３次元形状値）を記憶しており、更に位置センサＰＳからの検出信号を受信して演算を行うとともに、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを駆動する為の信号を送信するようになっている。
【００３２】
図２は、図１の加工装置の要部を簡略化して示す図である。図３は、図１の加工装置を用いて行う加工方法を示すフローチャート図である。加工前工程として、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳをホームポジションに移動させ、位置センサＰＳの検出ロッドＲＤの先端を基準ブロックＳＢに当接させて、ホームポジションにおける基準ブロックＳＢの上面のＺ初期座標を制御回路ＣＯＮＴが記憶する。
【００３３】
まず、図３のステップＳ１０１で、ワークＷＫにレンズ転写面ＷＫａを、例えば３列３行に粗加工する。より具体的には、スピンドル装置ＳＤにより工具ＤＴを回転させつつ、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを駆動させ、ワークＷＫの上面（基準面）に凹状のレンズ転写面ＷＫａを９つ切削する。尚、粗加工は仕上げ加工に対して、深さが所定値だけ浅くなるように加工される。ここで所定値とは、加工装置の各部に熱膨張が生じた状態で粗加工しても、仕上げ加工後の深さを超えない値であり、例えば３μｍである。
【００３４】
図３のステップＳ１０２でＮ＝１として、続くステップＳ１０３で、図２（ａ）に示すように、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳをホームポジションに移動させ、位置センサＰＳの検出ロッドＲＤの先端を基準ブロックＳＢの上面に当接させて、ホームポジションにおける基準ブロックＳＢの上面のＺ座標を測定する。このとき、加工装置の各部に熱膨張が発生していた場合、位置センサＰＳと基準ブロックＳＢとは、その間に重畳された伸縮量に従い相対変位する。そこで、制御回路ＣＯＮＴは、記憶したＺ初期座標と、測定したＺ座標とを比較し、差があると判断した場合には、ステップＳ１０４で、記憶している＃Ｎ＝１番目のレンズ転写面ＷＫａの位置をその差の分だけ補正する。具体的には、Ｚ初期座標と、測定したＺ座標とを比較して、アームＡＭと基準ブロックＳＢがＺ軸方向に距離αだけ遠ざかっていると判断すれば、その距離αだけ、記憶している＃Ｎ＝１番目のレンズ転写面ＷＫａがアームＡＭから遠ざかるように、＃Ｎ＝１番目のレンズ転写面ＷＫａの３次元形状値のＺ座標を補正する（工具ＤＴの加工パスに反映させる）。
【００３５】
更に、ステップＳ１０５で、図２（ｂ）に示すように、制御回路ＣＯＮＴは、＃Ｎ＝１番目の補正されたレンズ転写面ＷＫａの位置及び形状に基づいて、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを移動させつつ、＃Ｎ＝１番目のレンズ転写面ＷＫａの加工を行う。
【００３６】
ステップＳ１０６で、最後のレンズ転写面ＷＫａの加工が終わっていない場合、ステップＳ１０７でＮ＝Ｎ＋１とされ、ステップＳ１０３に戻り位置センサＰＳが同様な測定を行う。制御回路ＣＯＮＴは、記憶したＺ初期座標と、位置センサＰＳが測定したＺ座標とを比較し、差があると判断した場合には、ステップＳ１０４で、記憶している＃Ｎ＝２番目のレンズ転写面ＷＫａの位置をその差の分だけ補正する。
【００３７】
更に、ステップＳ１０５で、図２（ｂ）に示すように、制御回路ＣＯＮＴは、＃Ｎ＝２番目の補正されたレンズ転写面ＷＫａの位置及び形状に基づいて、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを移動させつつ、＃Ｎ＝２番目のレンズ転写面ＷＫａの加工を行う。よって、温度変化により加工装置の各部に熱膨張が生じた場合でも、１つのレンズ転写面ＷＫａの仕上げ加工毎に、制御回路ＣＯＮＴが熱膨張分をキャンセルするように、レンズ転写面の加工位置を決定するので、環境温度変化にかかわらず深さが一定のレンズ転写面を形成できる。
【００３８】
以上のようにして全てのレンズ転写面ＷＫａの仕上げ加工が完了すれば（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、金型の加工が終了する。この金型は、例えば特開2012-042553号公報に記載のレンズを成形するために用いることができる。
【００３９】
図４は変形例にかかる加工装置を示す図である。本変形例においては、加工前工程と、図３のステップＳ１０３で、図４（ａ）に示すように、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを基準位置（ホームポジション）に移動させ、位置センサＰＳの検出ロッドＲＤの先端をワークＷＫの上面に当接させて、ホームポジションにおける基準ブロックＳＢの上面のＺ座標を測定する。制御回路ＣＯＮＴは、記憶したＺ初期座標と、測定したＺ座標とを比較し、差があると判断した場合には、ステップＳ１０４で、記憶しているレンズ転写面ＷＫａの位置をその差の分だけ補正する。
【００４０】
更に、図３のステップＳ１０５で、図４（ｂ）に示すように、制御回路ＣＯＮＴは、補正したレンズ転写面ＷＫａの位置及び形状に基づいて、ＸＹ軸ステージＸＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを移動させつつ、レンズ転写面ＷＫａの加工を行う。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。
【００４１】
位置センサＰＳをＸＹ軸ステージＸＹＳに設け、基準ブロックＳＢをアームＡＭに設けても良い。或いは、基準ブロックを省略して、位置センサＰＳの検出ロッドＲＤをＸＹ軸ステージＸＹＳもしくはアームＡＭに当接させても良い。更に、上述した実施の形態では、レンズの転写面ＷＫａを仕上げ加工する度に、位置センサＰＳによる測定を行っているが、例えば偶数番目のレンズの転写面ＷＫａを仕上げ加工する度に、間欠的に位置センサＰＳによる測定を行って加工位置を補正してもよい。或いは、温度計を設けて温度変化量を検出したときに、温度変化量が基準値以下のときは、偶数番目のレンズの転写面ＷＫａを仕上げ加工する度に、位置センサＰＳによる測定を行い、温度変化量が基準値を超えたときは、全てのレンズの転写面ＷＫａを仕上げ加工する度に、位置センサＰＳによる測定を行うなど、条件より測定頻度を変えてもよい。
【００４２】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば検出手段を工具を取り付けたステージに設けることができる。
【符号の説明】
【００４３】
ＡＭ            アーム
ＢＳ            定盤
ＣＯＮＴ          制御回路
ＤＴ            工具
ＰＳ            位置センサ
ＲＤ            検出ロッド
ＲＸ            回転軸線
ＳＢ            基準ブロック
ＳＤ            スピンドル装置
ＷＫ            ワーク
ＷＫａ            レンズ転写面
ＸＹＳ            ＸＹ軸ステージ
ＺＤ            Ｚ軸駆動部
ＺＳ            Ｚ軸ステージ
【図１】
2015098062.tif 000003
【図２】
2015098062.tif 000004
【図３】
2015098062.tif 000005
【図４】
2015098062.tif 000006