(57)【要約】【課題】隣接して照射するレーザ光による熱の影響がなく、研削または切削された成形部を高精度に仕上げ加工を行うことができる金型の加工方法を提供する。【解決手段】金型４に設けた成形部５上の一点２６にレーザ光９を照射しながら、前記金型４を一定時間回転させた後、前記レーザ光９の照射点を金型４の回転半径に沿って移動させることで、前記成形部５を仕上げ加工する加工方法であって、前記金型４の回転数をレーザ光９の照射点に応じて変化させることで、前記レーザ光９の加工量を制御した。【選択図】図２
2008238179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に設けた成形部上の一点にレーザ光を照射しながら、前記金型を一定時間回転させた後、前記レーザ光の照射点を金型の回転半径に沿って移動させることで、前記成形部を仕上げ加工する加工方法であって、前記金型の回転数をレーザ光の照射点に応じて変化させることで、前記レーザ光の加工量を制御して成形部を仕上げ加工する金型の加工方法。
【請求項２】
レーザ光は、超短パルスレーザ光である請求項１に記載の金型の加工方法。
【請求項３】
レーザ光の照射点を、金型の回転中心から周縁部へ向けて移動させる請求項２に記載の金型の加工方法。
【請求項４】
除振台と、この除振台上に、成形部を有する金型を保持するホルダーと、このホルダーを連続回転させる回転軸とを少なくとも有する多軸ステージと、前記成形部にレーザ光を照射するための、励起光源、発振器、ミラーやレンズなどの光学系とからなるレーザ光発生部とを備え、前記成形部上の一点にレーザ光を照射しながら、前記回転軸により金型を一定時間回転させた後、前記レーザ光の照射点を金型の回転半径に沿って移動させることで、前記成形部を仕上げ加工する金型の加工装置であって、前記金型の回転数をレーザ光の照射点に応じて変化させることで、このレーザ光の加工量を制御して前記成形部を仕上げ加工する金型の加工装置。
【請求項５】
レーザユニットは、超短パルスレーザ光の発生器である請求項４に記載の金型の加工装置。
【請求項６】
レーザ光の照射点を、金型の回転中心から周縁部へ向けて移動させる請求項５に記載の金型の加工装置。
【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、仕上げを作業者による手作業で行うため、どこで止めるのかの判断が難しく、過剰に行うことで形状精度を低下させてしまう課題があった。
【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本発明は、金型に設けた成形部上の一点にレーザ光を照射しながら、前記金型を一定時間回転させた後、前記レーザ光の照射点を金型の回転半径に沿って移動させることで、前記成形部を仕上げ加工する加工方法であって、前記金型の回転数をレーザ光の照射点に応じて変化させることで、前記レーザ光の加工量を制御するので、必要とする加工精度、あるいは各照射点での回転速度（周速）に応じてレーザ光による加工量を一定にすることができるので、高い精度で加工面の仕上げ加工を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る金型の加工方法とそれに用いる加工装置によれば、金型に設けた成形部上の一点にレーザ光を照射しながら金型を一定時間回転させた後、このレーザ光の照射点を金型の回転半径に沿って移動させることで、成形部の仕上げ加工を行う。このとき、回転半径におけるレーザ光の照射点に応じて金型の回転数を変化させることで、このレーザ光の加工量を制御するので、必要とする加工精度に応じて単位時間当たりの加工量を制御することができ、また、照射点による金型の回転速度（周速）の違いに起因する加工量の変動を常に一定とすることができるので、高い精度で金型の成形部を仕上げ加工することができる作用効果を奏する。
【０００９】
また、レーザ光として、ピコ秒またはフェムト秒などの超短パルスのレーザ光を用いること、さらにレーザ光を金型の回転中心から周縁部に向けて移動させることで、隣接するレーザ光の照射点による熱の影響を受けないので、より高い精度で金型の成形部を仕上げ加工することができる作用効果も同時に奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
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は超硬などの材料からなり、その天面部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。一対の上記金型４を両端が開放された円筒状のスリーブに挿入して、成形部５で硝材を挟持しながら加熱、押圧することで形状を硝材に転写する。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。
【００１２】
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第一の工程と、この第一の工程で加工した成形部５の表面を鏡面に仕上げる第二の工程である。第一の加工は、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などの工具を、金型と相対的に移動させながら当接させることにより、球面、非球面形状などの成形部５を加工する。
【００１３】
第二の工程は、第一の工程で成形部５の表面に残る凹凸を取り除き、鏡面に仕上げる。第一の工程では、工具の回転数や送りピッチの揺らぎなどにより、成形部５の表面には微小な凹凸が綾目などの幾何学模様で形成される。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。
【００１４】
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、除振台７上に金型４を保持して移動させる多軸ステージ８と、この金型４の成形部５にレーザ光９を照射するためのレーザ光発生部１０とを主に備えている。
【００１５】
レーザ光発生部１０は、ＬＤなどの励起光源１１から出射される励起光１２を、発振器１３、再生増幅器１４、パワー調整ユニット１５を介して一定のパルス幅を有するレーザ光９として外部へ送り出し、複数のミラー１６、１７で反射させることにより、その光路を多軸ステージ８に保持された金型４の成形部５へ導き、集光レンズ１８で集光して成形部５へ照射するものである。
【００１６】
発振器１３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１１からの励起光１２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９を発振させる。
【００１７】
さらにこの発振器１３からのレーザ光９を再生増幅器１４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９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１５で、一定の出力に調整されるものである。
【００１８】
金型４は、成形部５を露出させてホルダー１９により多軸ステージ８に保持、固定されている。多軸ステージ８は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の直交三軸２０と、直交三軸２０のうち二軸からなる水平面で回動する回動軸２１と、ホルダー１９を一定の回転数で回転させるエアスピンドル、高周波スピンドルなどからなる回転軸２２とを備えている。これら回転軸２２と回動軸２１とは互いに直交するように配置されており、この回動軸２１により、成形部５とレーザ光９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９を照射しながら、回転軸２２を連続的に一定時間回転させることで、この成形部５上に略円形の軌跡でレーザ光９の照射点を移動させて、仕上げ加工を行うものである。
【００１９】
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２３と、ホルダー１９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２４とを、レーザ光９の光路と並行に設けている。
【００２０】
上述した芯出し用カメラユニット２４、モニタ用カメラユニット２３、多軸ステージ８、発振器１３などは、入出力ポートを介して制御コントローラ２５に接続されている。成形部５上の一点にレーザ光９を照射しながら、金型４を一定時間回転させた後、多軸ステージ８を移動させることによりこのレーザ光９を金型４の回転半径に沿って一定のピッチで移動させる。そして再度一定時間回転させて、これらの工程を複数回繰り返すことにより成形部５の全面または一部を略円形に仕上げ加工する。このとき、制御コントローラ２５によりレーザ光９の照射点に応じて、回転軸２２の回転数を可変させることで、周速や要求される加工精度に応じて単位時間当たりの加工量を調節するものである。
【００２１】
上述した金型加工装置は、多軸ステージ８で成形部５に照射するレーザ光９の位置を調整するものであるが、光路を調整する複数のミラー１６、１７の一部を可動にすることにより、レーザ光９の位置を調整することも可能である。こうすることにより、多軸ステージ８を構成する際に、各軸の組込による累積誤差を低減して、高精度にレーザ光９の位置決めが可能である。
【００２２】
次に、図３を用いて上記金型加工装置を用いた加工方法の一実施の形態を説明する。
【００２３】
まず初めにレーザ光９のエネルギー分布を測定する。レーザ光９は、その光路を中心としたガウシアン分布でエネルギーが減少するため、実際に加工に寄与する有効径を予め決定しておく。
【００２４】
次に、金型４をホルダー１９に固定して、成形部５上の第一の点２６にレーザ光９を照射する。この第一の点２６では、レーザ光９が成形部５に略垂直で入射するように多軸ステージ８の回動軸２１で調整を行う。そして、レーザ光９を照射しながら回転軸２２により金型４を連続的に一定時間回転させることにより、成形部５上のレーザ光９の照射点を移動させることで、有効径の幅で略円形となる第一の仕上げ加工２７を行う。そして、多軸ステージ８を一定のピッチで移動させて、レーザ光９の照射点を金型４の回転半径に沿って第二の点２８に移動させた後、再び一定の時間回転させることで、第一の仕上げ加工２７に隣接した成形部５上に第二の仕上げ加工２９を行う。上記の工程を繰り返すことにより、成形部５の一部または全面に仕上げ加工を行うものである。
【００２５】
このとき、要求される加工精度、または金型４の回転速度（周速）の違いに応じて、レーザ光９の照射点毎に金型４の回転数を可変させて仕上げ加工を行う。具体的には、レーザ光９による加工量は、照射点に投入される熱量に比例するため、レーザ光９の投入エネルギーと、金型４の回転速度の積に加工量は比例する。そのため、レーザ光９の照射点毎に金型４の回転数を可変とすることで、要求される加工精度に応じて、単位時間当たりの加工量を調整するものである。
【００２６】
また、金型４を同一の回転数で回転させた場合、照射点（例えば２６、２８）毎に金型４の回転速度（周速）は異なるので、照射点毎に加工量が異なることになる。そのため、照射点毎に金型４の回転数を可変とすることで、加工量を照射点に依存せず、常に一定とすることができる。
【００２７】
また、金型４の回転数を低くすることで、レーザ光９の加工モードを、熱的な除去を主とすることができ、一方、回転数を高くすることで、アブレーションまたは熱処理を主として用いることができる。このように、金型４の回転数を可変とすることで、レーザ光９の加工モードを任意に変更することができる。
【００２８】
尚、レーザ光９の照射点を一定のピッチで金型４の回転半径に沿って移動させる場合、そのピッチは少なくともレーザ光９のスポット径以上とする。さらに、その移動方向は、矢印Ｂに示すごとく金型４の回転中心から周縁部に向けて移動させる。こうすることにより、隣接する仕上げ加工部からの熱の影響を受けることがなく、その結果、高い精度で成形部５を仕上げ加工することができる。
【００２９】
尚、上述した仕上げ加工を行う際、レーザ光９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９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９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９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】
本発明に係る金型の加工方法とそれに用いる加工装置によれば、金型に設けた成形部上の一点にレーザ光を照射しながら金型を一定時間回転させた後、このレーザ光の照射点を金型の回転半径に沿って移動させることで、成形部の仕上げ加工を行う。このとき、回転半径におけるレーザ光の照射点に応じて金型の回転数を変化させることで、このレーザ光の加工量を制御するので、必要とする加工精度に応じて単位時間当たりの加工量を制御することができ、また、照射点による金型の回転速度（周速）の違いに起因する加工量の変動を常に一定とすることができるので、高い精度で金型の成形部を仕上げ加工することができる作用効果を奏する。
【００３２】
また、レーザ光として、ピコ秒またはフェムト秒などの超短パルスのレーザ光を用いること、さらにレーザ光を金型の回転中心から周縁部に向けて移動させることで、隣接するレーザ光の照射点による熱の影響を受けないので、より高い精度で金型の成形部を仕上げ加工することができる作用効果も同時に奏するので、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、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】本発明の金型加工方法を説明する模式図
【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  除振台
８  多軸ステージ
９  レーザ光
１０  レーザ光発生部
１１  励起光源
１３  発振器
２６  第一の点
２７  第一の仕上げ加工
２８  第二の点
２９  第二の仕上げ加工
【図１】
2008238179.tif 000003
【図２】
2008238179.tif 000004
【図３】
2008238179.tif 000005
【図４】
2008238179.tif 000006