(57)【要約】【課題】トーリック形状を実用的な所要時間で効率的に切削加工する切削加工方法及びその装置を提供することにある。【解決手段】ある方向の曲率とそれと直交する方向の曲率が異なる形状であるトーリック形状のレンズ又はレンズアレイを成型するための金型を切削加工する切削加工において、切削用の回転刃物を取り付ける回転主軸２の移動及び位置決めを行うＺ軸方向リニアガイドと、被切削体を取り付けてＸＹ軸方向に移動及び位置決めを行うＸＹテーブルと、前記Ｚ軸方向リニアガイド及びＸＹテーブルを適宜に移動及び位置決め制御可能なＮＣ制御手段とを備え、前記回転主軸２に、回転刃物の回転主軸２中心を通る断面の曲率半径Ｒ1 と該回転刃物の回転面に沿った断面の曲率半径Ｒ2 とが互いに異なる回転刃物４が取り付けられている。【選択図】図２
2005334981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある方向の曲率とそれと直交する方向の曲率が異なる形状であるトーリック形状のレンズ又はレンズアレイを成型するための金型を切削加工する切削加工方法において、切削用の回転刃物の回転軸中心を通る断面の曲率半径と該回転刃物の回転面に沿った断面の曲率半径とが互いに異なる回転刃物を用いて切削することを特徴とするトーリック形状レンズ成型用金型の切削加工方法。
【請求項２】
ある方向の曲率とそれと直交する方向の曲率が異なる形状であるトーリック形状のレンズ又はレンズアレイを成型するための金型を切削加工する切削加工装置において、切削用の回転刃物を取り付ける回転主軸の移動及び位置決めを行うＺ軸方向リニアガイドと、被切削体を取り付けてＸＹ軸方向に移動及び位置決めを行うＸＹテーブルと、前記Ｚ軸方向リニアガイド及びＸＹテーブルを適宜に移動及び位置決め制御可能なＮＣ制御手段とを備え、前記回転主軸に回転刃物の回転軸中心を通る断面の曲率半径と該回転刃物の回転面に沿った断面の曲率半径とが互いに異なる回転刃物が取り付けられていることを特徴とするトーリック形状レンズ成型用金型の切削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ成型用の成型金型の切削加工方法及びその装置に関し、特に、回転非対称の凹形状切削加工であるトーリック形状のレンズ成型用金型の切削加工方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ＮＣフライス盤、マシニングセンターなどによる切削加工では、目的形状より小径のボールエンドミル等を用いて、金属製の被切削体（ワーク）の平坦な表面に対して、回転非対称の凹形状のトーリック形状になるように、回転刃物と被切削体の表面との相対的位置を、３次元数値データに基づいて等高線状にＮＣ機の数値制御により移動動作させることにより切削加工が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記小径の回転刃物による３次元数値制御による等高線状の切削加工にあっては、以下のような問題点があった。
【０００４】
その１つは切削加工に要する時間であり、一般に、鏡面が得られる最大の面粗さＲｍａｘ０．２（０．２μｍ）前後が得られるような等高線ピッチで加工するには、１形状当たりの３次元データは膨大な量になり、それに伴い切削加工に要する時間も長くなる。
【０００５】
この場合、例えば、レンズ形状をアレイ状に数千以上の単位で多数個成型する金型の切削加工は、その加工に要する時間が長く掛かり、実用的な所要時間において、その実現が困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、トーリック形状を実用的な所要時間で、効率的に切削加工する切削加工方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、ある方向の曲率とそれと直交する方向の曲率が異なる形状であるトーリック形状のレンズ又はレンズアレイを成型するための金型を切削加工する切削加工方法において、切削用の回転刃物の回転軸中心を通る断面の曲率半径と該回転刃物の回転面に沿った断面の曲率半径とが互いに異なる回転刃物を用いて切削することを特徴とするトーリック形状レンズ成型用金型の切削加工方法である。
【０００８】
本発明の請求項２に係る発明は、ある方向の曲率とそれと直交する方向の曲率が異なる形状であるトーリック形状のレンズ又はレンズアレイを成型するための金型を切削加工する切削加工装置において、切削用の回転刃物を取り付ける回転主軸の移動及び位置決めを行うＺ軸方向リニアガイドと、被切削体を取り付けてＸＹ軸方向に移動及び位置決めを行うＸＹテーブルと、前記Ｚ軸方向リニアガイド及びＸＹテーブルを適宜に移動及び位置決め制御可能なＮＣ制御手段とを備え、前記回転主軸に、回転刃物の回転軸中心を通る断面の曲率半径と該回転刃物の回転面に沿った断面の曲率半径とが互いに異なる回転刃物が取り付けられていることを特徴とするトーリック形状レンズ成型用金型の切削加工装置である。
【発明の効果】
【０００９】
被切削体を取り付けてＸ軸方向（被切削体の切削面に対する切削深さ方向）とＹ軸方向（被切削体の切削面に対する一次元方向）に移動動作するＸＹステージと、主軸と該主軸を回転動作させる回転機構とを有してＺ軸方向（被切削体の切削面に対する他の一次元方向）に移動動作するＺ軸方向リニアガイドとを有し、該ＸＹステージとＺ軸方向リニアガイドは、位置精度良くＣＮＣ制御されるものであり、目的の断面形状を有し、目的とする曲率半径を有する直径φを有する回転刃物を、主軸の刃物ホルダーを介して取り付け、該主軸を回転動作させて、被切削体を切削加工する切削加工方法及びその装置であり、本発明の加工方法及び装置を実施することにより、トーリック形状の切削面を有するトーリック形状レンズ成型用金型の金型切削加工における従来の切削加工時間を大幅に短縮することができ、実用的な切削加工の所要時間によるトーリック形状の金型切削加工方法及び切削加工装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の加工法及び加工装置を、図面に基づいて以下に詳細に説明すれば、図１は、本発明の方法及びその装置の一実施例を説明する全体斜視図であり、図２は、本発明における金型加工部（切削用の回転刃物と被切削体の切削面）の詳細図であり、（ａ）は、その側面図、（ｂ）は、それと直交する方向から見た正面図である。
【００１１】
本発明の加工装置は、図１に示すように、Ｚステージ６を有する主軸回転機構１と、該主軸回転機構１の主軸２に刃物ホルダー３を介して取り付けた回転刃物４と、被切削体５（ワーク）を取り付け固定するホルダー部を備えたＸＹステージ７とからなっている。
【００１２】
回転刃物４は、目的断面形状の刃が円周上に配されていて、その回転半径（回転直径φ／２）は、目的の曲率半径Ｒの値か又はそれ以下の値となっている。
【００１３】
刃物ホルダー３は、加工面に干渉しない形状であり、加工に耐える剛性で刃物を固定できるものとなっている。
【００１４】
被切削体５（ワーク）は、切削加工時にワーク５に加わる力に対する十分な強度を有していて、必要な加工精度を得るのに十分な剛性を有し、ＸＹステージ７上に、直接またはホルダーを介して取り付け固定できる機構（図示せず）で保持されている。
【００１５】
Ｚステージ６、及びＸＹステージ７は、目的の切削加工に対して、必要且つ十分な強度と剛性を有し、ＮＣ装置の制御による加工に対応できるようなものとなっている。
【００１６】
主軸回転機構１は、目的の加工条件を満たす刃物の回転周速度が得られるように、容易に回転速度が変更できる機構となっていて、また、目的の加工精度を達成できるよう十分な剛性、振動対策、発熱による熱膨張や歪み対策が施された機構となっている。
【００１７】
主軸回転機構１は、位置決めのための直線移動用のボールねじに直結され、Ｚ軸方向の直線移動動作を制御して位置決めするＮＣ装置に制御されて対応するサーボモータを備えており、また、切削加工に十分な剛性を有するＺ軸方向に直線移動可能なＺステージ（Ｚ軸方向リニアガイド６）を有しており、主軸２は回転数で回転を可変でき、主軸２の回転スピン精度（回転揺らぎ精度）は１μｍ以下となっている。
【００１８】
主軸２の先端部に一体的に設けた刃物ホルダー３には、コレットチャックを交換することにより、回転刃物４（ロータリーシャンク）を装着することができる。
【００１９】
被切削加工体５（ワーク）としては、表面を平坦化したアルミニウムやアルミニウム合金ブロック、あるいは鋼材などを用いることができる。
【００２０】
ＸＹステージ６は、主軸２の先端部の刃物ホルダー３に取り付けられた刃物ホルダー３の下方に配置されていて、Ｘ軸方向とＹ軸方向との直線移動動作を制御して位置決めするための各々直線移動用のボールねじに直結され、その直線移動動作を制御して位置決めするＮＣ装置に制御されて対応するサーボモータ（図示せず）と、切削加工に十分な剛性を有するＸ軸方向とＹ軸方向のそれぞれリニアガイドを有している。
【００２１】
そして、ＺステージのＺ軸方向の位置決め、及びＸＹステージ６のＸ軸、Ｙ軸方向の位置決めは、ＣＮＣ制御（コンピュータによるＮＣ制御）により、Ｇコードを介して行われる。
【００２２】
まず、図１、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、ＮＣ制御により、Ｚ軸方向リニアガイドとＸＹステージ６のＹ軸方向リニアガイドの移動位置の制御を行いながら、Ｙ軸方向（ワーク５の長辺方向）の切削送りピッチと、Ｚ軸方向（ワーク５の短辺方向）の切削送りピッチを設定して切削を行う。
【００２３】
また、主軸２には刃物ホルダー３を介して回転刃物４を取り付けて切削加工する際に、Ｙ軸方向（ワーク５の長辺方向）の切削曲率半径をＲとする場合には、回転直径２Ｒの回転刃物４を使用し、Ｚ軸方向（ワーク５の短辺方向）の切削曲率半径をＲとする場合には、回転直径２Ｒの回転刃物４を使用する。
【００２４】
そして、ＸＹステージ６のＸ軸方向リニアガイドの移動位置の制御を行いながら、Ｘ軸方向（ワーク５の切削深さ方向）の位置決めを行い、所定の主軸回転数にて、被切削加工体５の上面の平坦面に対してトーリック形状の金型加工を行う。
【００２５】
本発明のトーリック形状レンズ成型用金型の切削加工方法及びその装置は、目的とする切削断面形状として、例えば、回転軸の中心を通る断面形状が非球面形状に成型された回転刃物４の複数個の各々刃部４ａが、その回転刃物４の回転主軸２の回転円周に対して同心円状の同一円周上に配置された回転刃物４を用いるものである。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、この回転刃物４を、該刃物４の回転周面が被切削体５（ワーク）の平坦な表面（加工面）に対して垂直になるように配置して、適当な回転数で回転させながら、該被切削体５の加工面に垂直に押し付けることにより、回転軸の中心を通る断面形状が非球面形状に成型された回転刃物４の複数個の非球面形状の各々刃部４ａによって切削することにより、図２（ａ）に示すように、Ｚ軸方向に沿う切削断面形状面８が所定の曲率半径Ｒ1 であって、該回転刃物４の刃物回転面（回転軸と直交する方向の面）に沿う切削断面形状面９が部分円形状（曲率半径Ｒ2 ）を有する回転非対称（非球面形状）の凹形状切削面であるトーリック形状の切削面の切削加工を１工程で完結させるものである。
【００２７】
また、図２（ｂ）に示す回転刃物４の刃物回転面（回転軸と直交する方向の面）に沿う方向の切削断面形状面９として、例えば非球面形状を必要とし、その曲率半径Ｒ2 が刃物４の回転半径より大きな曲率半径を必要とするような場合には、任意の形状についてＮＣ制御による１次元数値制御によりＹ軸方向に、又は２次元数値制御によりＸ軸及びＹ軸方向に、主軸２（回転刃物４）とワーク５との相対位置を移動動作させることにより、同様に、１工程で、互いに垂直方向の断面形状が異なる非球面形状の曲率半径Ｒ1 、Ｒ2 の切削加工を行うことができる。
【００２８】
両加工法とも、刃物４とワーク５の加工面の関係は相対的なものであるので、主軸２の移動に依らなくても、適宜にワーク５の加工面の移動によっても同じ加工を提供できるも
のである。
【００２９】
この加工に用いる刃物４の刃先の材質は、加工対象の材質によっても異なるが、切削面に鏡面を得るためには、一般に単結晶ダイヤモンドバイト等が望ましい。
【００３０】
これにより、回転非対称（非球面形状）の凹形状切削面であるトーリック形状の切削面を、従来は目的形状に対して十分小さな半径を有する刃物４を用いて、膨大な３次元数値データにより長時間の切削加工により切削していたのを、本発明の切削加工方法及び装置により、１工程で短時間に切削加工できるようになると同時に、上記のトーリック形状の切削面のあるアレイ状の金型等を実用的な切削加工時間で切削できるようになる。
【実施例】
【００３１】
以下に本発明における具体的実施例について、図１、図２（ａ）〜（ｂ）に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
主軸回転機構１には、モータースピンドル型番アストロ−Ｅ６０４０（株式会社ＮＡＫＡＮＩＳＨＩ製）を採用した。
【００３３】
主軸回転機構１の主軸２は、２，０００〜４０，０００ｒｐｍの回転数で回転を可変でき、スピンドル精度が１μｍ以下のものを使用した。
【００３４】
主軸２の先端部に、一体的に設けた刃物ホルダー３には、コレットチャックを交換することにより、直径φが０．５ｍｍ〜φ６．０ｍｍの回転刃物４（ロータリーシャンク）を装着することができる。本実施例においては、回転刃物４として、外形１０ｍｍ、曲率半径１．５ｍｍ（回転刃物４の直径３ｍｍ）、シャンク径６ｍｍの柄付外丸フライス（三晃工具株式会社製）を用いた。
【００３５】
被切削加工体５（ワーク）としては、切削加工性を考慮して、７０００系アルミ合金ブロックを用いた。
【００３６】
Ｚステージ６のＺ軸、ＸＹステージ７のＸ軸、Ｙ軸の各々方向の位置決めは、ＣＮＣ制御（コンピュータによるＮＣ制御）によりＧコードを介して行った。
【００３７】
本実施例においては、図１、図２に示すように、ＮＣ制御により、Ｚ軸方向リニアガイドとＸＹステージ６のＹ軸方向リニアガイドの移動位置の制御を行いながら、Ｙ軸方向（ワーク５の長辺方向）の切削送りピッチを５ｍｍ、Ｚ軸方向（ワーク５の短辺方向）の切削送りピッチを２．５ｍｍにて、また、Ｙ軸方向（ワーク５の長辺方向）の切削曲率半径Ｒを５ｍｍ（使用する回転刃物の切削回転刃物４の直径は１０ｍｍ）、Ｚ軸方向（ワーク５の短辺方向）の切削曲率半径Ｒを１．５ｍｍ（使用する回転刃物の切削回転刃物４の直径は３ｍｍ）に設定して、ＸＹステージ６のＸ軸方向リニアガイドの移動位置の制御を行いながらＸ軸方向（ワーク５の切削深さ方向）の位置決めを行いながら、２０，０００ｒｐｍの主軸回転数で、被切削加工体５の上面の平坦面に対してトーリック形状の金型加工を行った。
【００３８】
本実施例では、適当な刃物送り速度になるようにＣＮＣ制御（コンピュータによるＮＣ制御）したところ、従来の加工時間の約４分の１の加工時間にて、トーリック形状の金型の切削加工ができ、従来の加工よりきわめて短い加工時間で得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明方法及びその装置を説明する全体斜視図。
【図２】（ａ）は本発明方法及びその装置による切削加工を説明する部分側面図、（ｂ）はその正面図。
【符号の説明】
【００４０】
１…主軸回転機構
２…主軸
３…刃物ホルダ
４…回転刃物
５…被切削体（ワーク）
６…Ｚ軸方向リニアガイド
７…ＸＹステージ
８…切削面
【図１】
2005334981.tif 000003
【図２】
2005334981.tif 000004