(57)【要約】【課題】金型をホルダーから外すことなく、成形部の粗加工から仕上げ加工まで行うことができる金型の加工装置を提供する。【解決手段】除振台１１と、この除振台１１上に、金型４を保持するホルダー２０と、このホルダー２０に保持された前記金型４を、回転、回動、移動させるための複数の軸とを有した多軸ステージ１０と、前記金型４を研削または切削加工することで成形部５を粗加工する工具２８と、この工具２８を保持して回転または移動させる移動軸とを有する機械加工部７と、この粗加工した成形部５にレーザ光８を照射して仕上げ加工するためのレーザ光照射部９とを備えた加工装置であって、前記工具２８は、前記レーザ光８の光路に対して一定の角度で傾斜して設けられており、前記粗加工した後、機械加工部７の移動軸と多軸ステージ１０の軸で前記金型４と工具２８のいずれか一方を移動させて、前記成形部５にレーザ光８を照射して仕上げ加工を行う。【選択図】図２
2008200761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除振台と、この除振台上に、金型を保持するホルダーと、このホルダーに保持された前記金型を、回転、回動、移動させるための複数の軸とを有した多軸ステージと、前記金型を研削または切削加工することで成形部を粗加工する工具と、この工具を保持して回転または移動させる移動軸とを有する機械加工部と、この粗加工した成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工するためのレーザ光照射部とを備えた加工装置であって、前記工具は、前記レーザ光の光路に対して一定の角度で傾斜して設けられており、前記粗加工した後、機械加工部の移動軸と多軸ステージの軸で前記金型と工具のいずれか一方を移動させて、前記成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工を行う金型加工装置。
【請求項２】
多軸ステージは、ホルダーに保持された金型を回動させるための回動軸を有し、この回動軸により前記金型を回動させて、粗仕上げした前記金型の成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工を行う請求項１に記載の金型加工装置。
【請求項３】
最終仕上げは、金型の成形部上にレーザ光を照射しながらこの金型を間欠的に回動させることで、前記成形部上に円弧または略円形の軌跡で仕上げ加工を行う請求項２に記載の金型加工装置。
【請求項４】
最終仕上げは、金型の成形部上にレーザ光を照射しながらこの金型を一定時間回転させることで、前記成形部上に略円形の軌跡で仕上げ加工を行う請求項２に記載の金型加工装置。
【請求項５】
最終仕上げの加工量を、金型の回転速度で決定する請求項４に記載の金型加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズなどの光学部品を成形するために用いる金型の加工方法とそれに用いる加工装置に関するものであり、特に、研削または切削加工された加工面の最終仕上げに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などに搭載されている１００万画素以上のカメラモジュールには、低背化と高解像度を目的として、非球面のガラスレンズが用いられている。この非球面のガラスレンズは、光学設計された形状に基づいて加工された超硬などの金型で、球状の硝材を加熱しながら押圧することで形状を転写させて成形する。
【０００３】
そのため、用いられる金型には高い形状精度が要求され、通常は、図４に示すように、円筒状またはそろばん玉形状の砥石１を用いて加工を行い、成形部２を形成する。図４は、その加工の状態を説明するための模式図である。金型３と円筒状の砥石１とを互いに回転させながら、この砥石１を設計された形状の軌跡に沿って移動させることで成形部２を加工する。このとき成形部２の表面には、砥石１と金型３の相対運動による軌跡に沿って特定のパターンの凹凸が形成され、この凹凸が成形したレンズに転写されることで解像度の低下や収差の原因となる。この凹凸は非常に微小であり、そのため作業者が成形部２に研磨紙などを押圧して除去し、手作業で最終仕上げを行っていた。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−１００７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の方法では、一旦ホルダーから研削加工した金型を取り外して、最終仕上げを作業者による手作業で行うため、仕上げ加工する部位がばらつき、研削加工した形状精度を低下させる課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、形状精度を低下させることなく最終仕上げを行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、除振台と、この除振台上に、金型を保持するホルダーと、このホルダーに保持された前記金型を、回転、回動、移動させるための複数の軸とを有した多軸ステージと、前記金型を研削または切削加工することで成形部を粗加工する工具と、この工具を保持して回転または移動させる移動軸とを有する機械加工部と、この粗加工した成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工するためのレーザ光照射部とを備えた加工装置であって、前記工具は、前記レーザ光の光路に対して一定の角度で傾斜して設けられており、前記粗加工した後、機械加工部の移動軸と多軸ステージの軸で前記金型と工具のいずれか一方を移動させて、前記成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工を行うので、機械加工による粗加工から、レーザ光による仕上げ加工まで、金型をホルダーから取り外すことがなく、加工面の所定の箇所を確実に仕上げ加工することができる。
【０００８】
さらに、機械加工部とレーザ光照射部との移動を、機械加工部に設けた多軸ステージの回動軸で行うため、機械加工部とレーザ光照射部とを互いに干渉しないように配置することができるので、加工装置を小型化することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る金型加工装置によれば、除振台と、この除振台上に、金型を保持するホルダーと、このホルダーに保持された前記金型を、回転、回動、移動させるための複数の軸とを有した多軸ステージと、前記金型に研削または切削加工することで成形部を粗加工する工具と、この工具を保持して回転または移動させる移動軸とを有する機械加工部と、この粗加工した成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工するためのレーザ光照射部とを備えている。そして、機械加工部の工具を備え付ける軸は、レーザ光の光路に対して一定の角度で傾斜して設けられており、機械加工部で粗加工した後、多軸ステージの軸と機械加工部の軸で、金型と工具とを移動させて、金型の成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工を行うものである。このように、形状を加工する粗加工から、表面粗さを低減する仕上げ加工まで、金型をホルダーから取り外すことがないので、その結果、金型の成形部の所定の箇所を確実に仕上げ加工することができる作用効果を奏する。
【００１０】
さらに、レーザ光を成形部へ照射する際に、多軸ステージに設けた回動軸で金型を回動させることで、レーザ光の光路を成形部と合致させるので、機械加工部すなわち工具と、レーザ光照射部とを、互いに干渉しない位置に配置することができるので、加工装置を小型化することができる作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の金型加工装置を用いて加工する金型の一例を示している。図１（ａ）は、ガラスレンズなどのモールド成形に用いる金型４の外観斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−ＡＡ断面図である。この金型４の天面部４ａには、ガラスレンズを成形するための球面あるいは非球面の成形部５が形成されており、他方の底面部４ｂには天面部４ａと径の異なる鍔部６を設けている。上記金型４を一対用いて、成形部５で硝材を挟持しながら加熱、押圧することで成形部５の形状を硝材に転写してガラスレンズを成形するものである。凸レンズを成形する場合は、図１（ｂ）に示すように、凹形状の成形部５を形成し、また凹レンズを成形する場合は、凸形状の成形部５を形成する。
【００１３】
金型４に成形部５を形成する場合、以下に示す主に二つの工程を行う。主にレンズ形状を加工する粗加工と、この粗加工した成形部５の表面を鏡面に仕上げる仕上げ加工である。粗加工は、ダイヤモンドを整形したバイト、あるいは、微細なダイヤモンド粒を金属、セラミック、樹脂などで焼結した後に整形した固定砥石を用いて、これらバイトまたは固定砥石と、金型とを相対的に移動させながら当接することにより、球面、非球面形状などの成形部５を加工する。
【００１４】
仕上げ加工は、粗加工した成形部５の表面に残る凹凸を取り除き、主に表面粗さを低減して鏡面化する。粗加工では、加工装置の回転数や送りピッチの揺らぎなどにより、成形部５表面には微小な凹凸が形成される。この微小な凹凸が残った状態でガラスレンズの成形を行うと、レンズの表面にこの凹凸が転写されて、光が散乱、または異常屈折することで、解像度の低下や収差を生じる原因となる。そのため、特に１００万画素以上の高画素の撮像素子に用いられるレンズでは、この微小な凹凸を成形部５より取り除いて鏡面化する必要がある。本実施の形態は、この研削または切削された成形部５の表面に残存する微小な凹凸を取り除く加工方法とそれに用いる加工装置である。
【００１５】
図２は、本発明の一実施の形態における金型加工装置の外観斜視図を示している。本実施の形態における金型加工装置は、金型４に研削または切削加工を行って成形部５の形状を加工する機械加工部７と、この機械加工部７で加工された成形部５の表面にレーザ光８を照射して仕上げ加工するレーザ光照射部９と、金型４を保持してこれら機械加工部７とレーザ光照射部９との間を搬送する多軸ステージ１０とを備えている。レーザ光照射部９と多軸ステージ１０とは、除振台１１上にともに載置されている。
【００１６】
レーザ光照射部９は、ＬＤなどの励起光源１２から出射される励起光１３を、発振器１４、再生増幅器１５、パワー調整ユニット１６を介して一定のパルス幅を有するレーザ光８として外部へ送り出し、複数のミラー１７、１８で反射させることにより、その光路を多軸ステージ１０に保持された金型４の成形部５へ導き、集光レンズ１９で集光して成形部５へ照射するものである。
【００１７】
発振器１４は、ＹＬＦ（リチウム・イットリウム・フロライド：LiYF4）などの結晶に、励起光源１２からの励起光１３を照射することで発光させて、その発光光を半導体過飽和ミラーに照射することで、ピコ秒、フェムト秒などの超短パルスのレーザ光を発振させる。
【００１８】
さらにこの発振器１４からのレーザ光を再生増幅器１５に入射して、増幅または偏光を行った後、場合によりＳＨＧユニットなどでレーザ光の波長を第二高調波に変換する。そしてパワー調整ユニット１６で、一定の出力に調整されるものである。
【００１９】
金型４は、成形部５を露出させてホルダー２０により多軸ステージ１０に保持、固定されている。多軸ステージ１０は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の直交三軸２１と、直交三軸２１のうち二軸からなる水平面で回動する回動軸２２と、ホルダー２０を一定の回転数で回転または間欠的に回動させる回転軸２３とを備えている。これら回転軸２３と回動軸２２とは互いに直交するように配置されており、この回動軸２２により、成形部５とレーザ光８の光路との垂直度を調整する。そして成形部５上の一点にレーザ光８を照射しながら、回転軸２３を連続回転、または間欠的に回動させることで、この成形部５上に略円形の軌跡でレーザ光８の照射点を移動させて、仕上げ加工を行うものである。
【００２０】
尚、仕上げ加工の状態をモニタリングするためのモニタ用カメラユニット２４と、ホルダー２０に保持された金型４の回転中心を求めて、機械原点と補正するための芯出し用カメラユニット２５とを、レーザ光８の光路と並行に設けている。
【００２１】
機械加工部７は、エアスピンドルまたは高周波スピンドルなどからなる回転軸２６と、この回転軸２６を、互いに直交する三軸方向に移動させるためのリニアステージ２７を備えている。回転軸２６の先端には、ダイヤモンドを整形したバイトや、ダイヤモンドの微粒を金属や樹脂、セラミックなどで焼結した後整形した砥石からなる工具２８を備えている。これら機械加工部７、多軸ステージ１０、レーザ光照射部９、モニタ用カメラユニット２４、芯出し用カメラユニット２５などは、制御コントローラ２９に入出力ポートを介して接続されて相互に制御されている。
【００２２】
この工具２８により、成形部５を所望の形状に切削または研削加工するものである。本実施の形態では、図３の上面図に示すように、工具２８を保持して回転させる回転軸２６と、レーザ光８の光軸とを、略直交させて設けている。このように、成形部５の形状を加工する機械加工部７の回転軸２６と、レーザ光８の光軸とを一定の角度で傾斜させて配置することで、粗加工の後、工具２８に干渉することなく、成形部５にレーザ光８を照射することが可能となる。
【００２３】
次に本装置による金型の加工方法について説明する。
【００２４】
まず初めに、多軸ステージ１０の直交三軸２１と、機械加工部７のリニアステージ２７により、それぞれ、金型４、工具２８とを当接させる位置へ移動させる。このとき、多軸ステージ１０の回転軸２３と工具２８の回転軸２６とは、回動軸２２により一定の角度Ｂで傾斜させる。こうすることで、工具２８が局所的に磨耗することを防止することができる。
【００２５】
次に、工具２８および金型４をそれぞれ高速回転させながら当接させて、直交三軸２１により、金型４を球面、あるいは非球面などの加工する形状に沿って移動させることで、成形部５を形成する。このとき、成形部５の表面には、金型４および工具２８の相対移動による微小な凹凸は、綾目状に残ることとなる。
【００２６】
次に、機械加工部７による加工が終了した後、リニアステージ２７をｘ方向に移動させることで後退させる。そして、回動軸２２を一定の角度Ｃで回動させることにより、多軸ステージ１０の回転軸２３と、レーザ光８の光軸とを合致させる。こうすることで、機械加工した成形部５の表面にレーザ光８を照射することが可能となる。
【００２７】
また別の一例として、この一定の角度Ｃで回動させた位置、すなわち成形部５をレーザ光８の光路に合致させた位置で成形部を粗加工してもよい。この位置において、工具２８で成形部５を粗加工した後、リニアステージ２７でこの工具２８を後退させる。こうすることで、レーザ光８の光路上の工具２８を回避させて、成形部へレーザ光８を照射するものである。
【００２８】
最後に、成形部５上の一点に、レーザ光８を照射しながら、回転軸２３により金型４の成形部５を一定の時間で連続回転、または、一定のピッチで間欠的に回動させる。さらに、このレーザ光８を金型４の回転半径に沿って移動させながら上記の工程を繰り返すことで、成形部５の全面または一部に仕上げ加工を施すものである。
【００２９】
尚、上述した仕上げ加工を行う際、レーザ光８のパルス幅を数１０ピコ秒程度の超短パルスとした。このような超短パルスとすることで、隣接するレーザ光８による熱の影響をさらに低減させることができる。本実施の形態では、上記の超短パルスで、エネルギーを数ｍJとすることで、レーザ光８を照射した照射点にアブレーションを発生させて、微小な凹凸を除去した。
【００３０】
また、凹凸の凸部には、研削または切削加工により炭素が偏析しやすく、レーザ光８の照射条件により、凸部のみを除去することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る金型加工装置によれば、除振台と、この除振台上に、金型を保持するホルダーと、このホルダーに保持された前記金型を、回転、回動、移動させるための複数の軸とを有した多軸ステージと、前記金型に研削または切削加工することで成形部を粗加工する工具と、この工具を保持して回転または移動させる移動軸とを有する機械加工部と、この粗加工した成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工するためのレーザ光照射部とを備えている。そして、機械加工部の工具を備え付ける軸は、レーザ光の光路に対して一定の角度で傾斜して設けられており、機械加工部で粗加工した後、多軸ステージの軸と機械加工部の軸で、金型と工具とを移動させて、金型の成形部にレーザ光を照射して仕上げ加工を行うものである。このように、形状を加工する粗加工から、表面粗さを低減する仕上げ加工まで、金型をホルダーから取り外すことがないので、その結果、金型の成形部の所定の箇所を確実に仕上げ加工することができる作用効果を奏する。
【００３２】
さらに、レーザ光を成形部へ照射する際に、多軸ステージに設けた回動軸で金型を回動させることで、レーザ光の光路を成形部と合致させるので、機械加工部すなわち工具と、レーザ光照射部とを、互いに干渉しない位置に配置することができるので、加工装置を小型化することができる作用効果を奏するので、ガラスレンズなどの光学部品を成形するために用いる金型の加工方法とそれに用いる加工装置に関して、特に、研削または切削加工された加工面の最終仕上げに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）本発明の金型加工装置を用いて加工する金型の一例を説明する外観斜視図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−ＡＡ断面図
【図２】本発明の金型加工装置の一実施の形態を説明する全体斜視図
【図３】図２の上面図
【図４】従来の金型加工方法を説明する模式図
【符号の説明】
【００３４】
４  金型
５  成形部
７  機械加工部
８  レーザ光
９  レーザ光照射部
１０  多軸ステージ
２０  ホルダー
２８  工具
【図１】
2008200761.tif 000003
【図２】
2008200761.tif 000004
【図３】
2008200761.tif 000005
【図４】
2008200761.tif 000006