(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動切削用の切削工具を固定するための固定部と、当該固定部に固定された切削工具に対して撓み振動と軸方向振動とを伝達するための振動体本体を有し、前記振動体本体に形成される前記撓み振動に関する節のうち前記固定部に最も近い節が位置する最近節位置における前記振動体本体の軸方向に垂直な断面と、固定された前記切削工具の前記最近節位置に最も近い端部が位置する切削工具後端部位置における前記振動体本体の軸方向に垂直な断面との間の部分である支持基部領域における前記振動体本体の軸方向に垂直な断面形状について、前記振動体本体の所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さが、前記所定の撓み振動方向における長さよりも大きいことを特徴とする切削用振動体。
【請求項２】
前記所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さは、前記所定の撓み振動方向における長さの１．１倍以上で１０倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の切削用振動体。
【請求項３】
前記支持基部領域において、前記所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さと、前記所定の撓み振動方向における長さとの少なくとも一方が前記最近節位置から前記固定部側に向かって減少することを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の切削用振動体。
【請求項４】
前記支持基部領域における前記軸方向に垂直な断面形状の輪郭は、楕円であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の切削用振動体。
【請求項５】
前記支持基部領域における前記軸方向に垂直な断面形状の輪郭は、少なくとも１つの直線部分を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の切削用振動体。
【請求項６】
振動切削用の切削工具を固定するための固定部と、当該固定部に固定された切削工具に対して撓み振動と軸方向振動とを伝達するための振動体本体を有し、前記振動体本体の所定の撓み振動方向に沿った縦撓み振動の腹は、少なくとも前記固定部又はその近傍に形成され、前記所定の撓み振動方向に垂直な横撓み振動の腹は、前記固定部と当該固定部の近傍とを除いた部分に形成されることを特徴とする切削用振動体。
【請求項７】
前記振動体本体が振動する際の撓み振動又は軸方向振動に関する振動の節位置の少なくとも１つに対応する節部分に対して一体的に形成された保持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の切削用振動体。
【請求項８】
前記保持部材は前記節部分から前記振動体本体の所定の撓み振動方向に垂直な方向に延在することを特徴とする請求項７に記載の切削用振動体。
【請求項９】
前記振動体本体に振動を与えることによって当該振動体本体を介して前記切削工具を振動させる振動源をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の切削用振動体。
【請求項１０】
前記振動源は、前記振動体本体に軸方向振動を与える軸方向振動源を有し、当該軸方向振動源は、当該軸方向振動源による振動方向と前記振動体本体の前記軸方向とが５分以内の傾き角度誤差に設定されていることを特徴とする請求項９に記載の切削用振動体。
【請求項１１】
前記振動源は、前記振動体本体に撓み振動を与える撓み振動源を有し、当該撓み振動源は、当該撓み振動源による振動方向と前記振動体本体の前記所定の撓み振動方向とが５分以内の傾き角度誤差となるように取り付けられていることを特徴とする請求項９および１０のいずれか一項に記載の切削用振動体。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の切削用振動体と、前記切削用振動体を動作させつつ変位させる駆動装置と、を備える加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子用の成形金型その他を形成する際に好適に用いられる切削用振動体及び加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド等の切削工具先端を振動させることで、難切削材料である超硬やガラス等の材料を切削加工する技術があり、振動切削と呼ばれている。これは、振動によって切削工具刃先が高速で微小切り込みを行い、かつ、この時に生成する切り屑を振動によって刃先が掬い出す効果によって、切削工具に対しても被削材料に対しても応力の少ない切削加工を実現するものである（例えば特許文献１、２、３、４等参照）。この振動切削加工により、通常の延性モード切削で必要とされる臨界切り込み量が数倍に向上し、難切削材料を高効率で切削加工することができる。【０００３】
かかる振動切削加工において、加工効率を向上するには振動周波数を高めれば上述した効果が増加し、さらに周波数にほぼ比例して工具の送り速度も高められるので、通常は２０ｋＨｚ以上の高速な振動が使われる。また、この周波数では人間の可聴域を超えているので、振動子やそれにより励振される振動体が不快な音を生じないという利点もある。【０００４】
このような高速振動を切削工具刃先に発生させる方法として、ピエゾ素子や超磁歪素子等によって工具を保持する保持部材を励振し、この部材を撓み振動や軸方向振動等で共振させることにより、定在波として安定振動させることが実用化されている。このような方法において、切削工具を支持する振動体は、通常円形断面を有する円柱状の外形を有し、先端部分で細くなっている。【０００５】
しかし、上記のような円柱状の振動体を用いた場合、見込み角の小さな光学面については比較的精度良く加工できるものの、見込み角の大きな光学面を加工する際に、加工面の形状誤差が数μｍ程度に達して加工精度の向上が容易でない。なお、見込み角とは、振動体の軸や光軸に対する光学面の法線の傾斜角を意味する。【０００６】
以上のように加工精度の向上が容易でない理由としては、振動体が円形断面を有することに起因して、撓み振動に関する振動状態の制御が容易でなく、目的とする撓み振動方向に対して垂直な方向にも大きな撓み振動が発生していると考えられる。また、振動体が円形断面を有することに起因して、目的とする撓み振動方向に対して垂直な方向の撓み剛性が十分でなく、この方向に切削に伴う反力が加わった時に、振動体の先端部が比較的簡単に変位し、その結果工具刃先の切り込み量が変わり、加工精度が低下すると考えられる。
【特許文献１】特開２０００−５２１０１号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８４０１号公報
【特許文献３】特開平９−３０９００１号公報
【特許文献４】特開２００２−１２６９０１号公報
【発明の開示】
【０００７】
そこで、本発明は、見込み角の大きな光学面を加工する場合においても、高精度の切削加工を可能にする切削用振動体、及び、これを組み込んだ加工装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の切削用振動体は、振動切削用の切削工具を固定するための固定部を有し当該固定部に固定された切削工具に対して撓み振動と軸方向振動とを伝達するための振動体本体を備える。そして、本切削用振動体は、振動体本体に形成される撓み振動に関する節位置のうち固定部に最も近い節位置（以後、この節位置を最近節位置と呼ぶ）における振動体本体の軸方向に垂直な断面と、固定された前記切削工具の前記最近節位置に最も近い端部が位置する切削工具後端部位置における前記振動体本体の軸方向に垂直な断面との間の部分である支持基部領域における振動体本体の軸方向に垂直な断面との間の部分における振動体本体の軸方向に垂直な断面形状について、振動体本体の所定の撓み振動方向（以下、「縦方向」とも呼ぶ）に垂直な方向（以下、「横方向」とも呼ぶ）における長さ（以下、「第１幅」ともいう）を、所定の撓み振動方向における長さ（以下、「第２幅」ともいう）よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る第２の切削用振動体は、振動切削用の切削工具を固定するための固定部を有し当該固定部に固定された切削工具に対して撓み振動と軸方向振動とを伝達するための振動体本体を備える。そして、本切削用振動体では、振動体本体の所定の撓み振動方向に沿った縦撓み振動の腹が、少なくとも固定部又はその近傍に形成され、所定の撓み振動方向に垂直な横撓み振動の腹が、固定部と当該固定部の近傍とを除いた部分に形成されることを特徴とする。なお、以上において、共振周波数における波長の±１／１０以内を近傍と呼ぶものとする。共振周波数を数１０ｋＨｚ程度、振動体材料を金属とする一般的な場合では、共振波長は３０〜１００ｍｍ程度となるので、プラスマイナス３〜１０ｍｍがここでいう近傍の範囲となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の振動切削ユニットの平面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、振動体組立体の平面図、側面図、及び端面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、振動体本体の形状を説明する拡大断面図である。
【図４】軸方向振動子の取り付けを説明する側面図及び端面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、ツール部先端の端面図、及び平面図である。
【図６】切削工具の側面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、第１変形例である振動体組立体の平面図、側面図、及び端面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第２変形例である振動体組立体の平面図、側面図、及び端面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、第３変形例である振動体組立体の平面図、側面図、及び端面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、第４変形例である振動体組立体の平面図、側面図、及び端面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、第５変形例である振動体組立体の平面図、側面図、及び端面図である。
【図１２】第２実施形態の加工装置を説明するブロック図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、９に示す加工装置を用いたワークの加工を説明する拡大平面図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る成形用金型の側方断面図である。
【図１５】図１４の成形用金型によって形成されたレンズの側方断面図である。
【図１６】第１実施例等で用いた加工装置の構造を説明する図である。
【図１７】実施例の方法で振動切削加工を行った結果を説明するグラフである。
【図１８】比較例の方法で振動切削加工を行った結果を説明するグラフである。
【図１９】縦撓み振動用の撓み振動子を取り付ける方法を説明する部分拡大平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記切削用振動体では、最近節位置から切削工具後端部位置までの支持基部領域の部分における振動体本体の軸方向に垂直な断面形状について、振動体本体の所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さが、振動体本体の所定の撓み振動方向における長さよりも大きいので、所定の撓み振動方向に垂直な横方向に関する振動体本体の剛性を高めることができる。よって、切削工具による対象物の加工中に振動体本体に横方向の比較的大きな力が加わっても、固定部すなわち切削工具の先端位置を高精度で制御することができる。結果的に、高精度に制御された切削用振動体によって対象物を高精度で加工することができる。また、断面形状において所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さが所定の撓み振動方向における長さよりも大きいので、所定の撓み振動方向に沿った縦撓み振動と、所定の撓み振動方向に垂直な方向の横撓み振動とを異なる共振周波数に設定しやすい。これにより、縦撓み振動の腹を固定部すなわち切削工具の先端位置に設定しつつ、横撓み振動の腹を固定部すなわち切削工具の先端位置からずれた位置に設定することができる。結果的に、切削工具の先端位置における横撓み振動を抑えることができ、対象物の加工精度を高めることができる。【００１４】
本発明の具体的な態様では、上記振動切削体において、所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さが所定の撓み振動方向における長さの１．１倍以上で１０倍以下である。所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さを所定の撓み振動方向における長さの１．１倍以上とすることにより、振動体本体の横方向に関する剛性向上を実効あるものとすることができ、切削工具の先端位置における横撓み振動を実効的に抑えることができる。また、所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さを所定の撓み振動方向における長さの１０倍以下とすることにより、振動体本体の横方向のサイズが過剰に大きくなることを防止でき、振動体本体と加工の対象物とが必要以上に干渉することを防止できる。【００１５】
本発明の別の態様では、最近節位置における振動体本体の軸方向に垂直な断面と、切削工具後端部位置における振動体本体の軸方向に垂直な断面との間の部分において、所定の撓み振動方向に垂直な方向における長さと、所定の撓み振動方向における長さとの少なくとも一方が最近節位置から固定部側すなわち切削工具後端部位置に向かって減少する。この場合、固定部側における撓み振動の振幅を所望の程度に大きくすることができる。なお、固定部やこれを支持する切削工具後端部位置は通常振動体本体の先端に設けられており、固定部側は振動体本体の先端となる。また、振動体本体の上記部分が滑らかに先細りとなる場合、ノイズが少なく振動エネルギーの伝達ロスを抑えることができる。【００１６】
本発明のさらに別の態様では、振動体本体は、固定部側に向かって軸方向に垂直な断面形状の幅が段差状に減少する部分を有する。この場合、振動体本体の軸方向に沿った適所で段差状に細くなる部分を設けることができる。その際、縦撓み振動方向の断面を段差状に形成すると、細くなった部分から先端側すなわち固定部にかけて振幅を所望の程度に大きくすることができる。また、加工時に加工面と固定部付近が干渉してしまう場合は、横撓み振動方向の断面を段差状に形成することで、その干渉を回避することができる。【００１７】
本発明のさらに別の態様では、最近節位置における振動体本体の軸方向に垂直な断面と、切削工具後端部位置における振動体本体の軸方向に垂直な断面との間の部分における軸方向に垂直な断面形状の輪郭が楕円である。この場合、断面形状が滑らかで縦方向の側面と横方向の側面とが滑らかにつながるので、振動に関する特異点といったものが形成されにくく斜め方向等に異常な振動が生じにくい。【００１８】
本発明のさらに別の態様では、最近節位置における振動体本体の軸方向に垂直な断面と、切削工具後端部位置における振動体本体の軸方向に垂直な断面との間の部分における軸方向に垂直な断面形状の輪郭が少なくとも１つの直線部分を有する。この場合、振動体本体を作製が比較的容易な簡単な形状とすることができる。【００１９】
上記切削用振動体では、振動体本体の所定の撓み振動方向に沿った縦撓み振動の共振周波数と、所定の撓み振動方向に垂直な横撓み振動の共振周波数とが異なるので、縦撓み振動の腹を固定部すなわち切削工具の先端位置に設定した場合、横撓み振動の腹を固定部すなわち切削工具の先端位置からずれた位置に設定することができる。よって、切削工具の先端位置における横撓み振動による変位を抑えることができ、対象物の見込み角が大きな場合であっても、比較的高精度で対象物を加工することができる。なお、以上において、共振周波数が異なる範囲は、プラスマイナス５％以上をいう。この範囲であれば、ほとんど同期して振動することはないので、寄生振動を抑制する目的で好ましい。【００２０】
上記切削用振動体では、所定の撓み振動方向に垂直な横撓み振動の腹が、固定部又はその近傍を除いた部分に形成されるので、固定部すなわち切削工具の先端位置における横撓み振動による変位を抑えることができ、対象物の見込み角が大きな場合であっても、比較的高精度で加工することができる。【００２１】
本発明の具体的な態様では、上記第１〜第３の切削用振動体を含む上述の切削用振動体において、振動体本体が振動する際の撓み振動又は軸方向振動に関する振動の節位置の少なくとも１つに対応する節部分に対して一体的に形成された保持部材を、節部分を支持するためさらに備える。この場合、振動体本体の支持が安定し、振動体本体の振動も安定するので、振動体本体が制御できないモードで振動することを抑制でき、高度に制御された振動によって対象物を高精度で加工することができる。また、振動体本体に比較的大きな力が加わっても、振動体本体について支持位置の変化が生じ難いので、振動体本体の振動状態を維持し易く加工の一貫性や再現性を高めることができる。【００２２】
ここで、「一体的に形成される」とは、実質的につなぎ目なく固定されており、部材の面間が固着されている状態を意味し、振動体本体と保持部材とが必ずしも同一材料である必要はないものとする。なお、振動体本体と保持部材とが別材料である場合、振動体本体と保持部材との境界で組成が変化する状態に因らず上記の一体的形成に含まれる。また、「節部分」とは、振動の波長において、振動の節を含む規定の範囲のことで、その範囲は撓み振動面上で節を中心とした半径が波長の１/１０の円形の範囲である。【００２３】
なお「節」は、たとえば、振動体表面に接触子を当てて振動状態を検出する形式の検出器を用い、振動体が振動している状態で振動振幅を検出し、検出した振幅が最も小さくなる点を「節」とする。【００２４】
また、「節部分を支持する」とは、撓み振動面上において節部分と同一範囲または節部分内の一部範囲を支持することである。節部分より離れた箇所を支持すると、振幅を有する箇所を強制的に固定してしまい、発熱が大きくなり、振動効率が悪くなる。【００２５】
なお、撓み振動と軸方向振動が合成されて使用されている場合は、撓み振動の節と軸方向振動の節を上記保持部材の位置と一致させることが望ましい。【００２６】
本発明の別の態様では、上述の切削用振動体において、振動体本体に振動を与えることによって当該振動体本体を介して切削工具を振動させる振動源をさらに備える。この場合、振動源に電力等を供給することで振動体本体に必要な振動を生じさせることができる。【００２７】
本発明のさらに別の態様では、上述の切削用振動体において、前記振動源が前記振動体本体に軸方向振動を与える軸方向振動源を有し、当該軸方向振動源が、当該軸方向振動源による振動方向と前記振動体本体の前記軸方向とが５分以内の傾き角度誤差に設定されている。この場合、軸方向振動源からの振動が振動体本体に効率的に伝達されるだけでなく、軸方向振動子に起因する意図しない撓み振動が生じにくくなる。【００２８】
本発明のさらに別の態様では、上述の切削用振動体において、前記振動源が前記振動体本体に撓み振動を与える撓み振動源を有し、当該撓み振動源が、当該撓み振動源による振動方向と前記振動体本体の前記所定の撓み振動方向とが５分以内の傾き角度誤差となるように取り付けられている。この場合、撓み振動源による所定の撓み振動方向に沿った縦撓み振動に伴って、これに垂直な方向の横撓み振動まで誘発されることを防止できる。【００２９】
本発明に係る加工装置は、（ａ）上述の切削用振動体と、（ｂ）切削用振動体を動作させつつ変位させる駆動装置とを備える。【００３０】
上記加工装置では、以上で説明した切削用振動体を駆動装置によって変位させるので、振動体本体の振動状態を高精度で制御できる切削用振動体によって高精度の加工を実現できる。【００３３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る切削用振動体について図面を用いて説明する。図１は、レンズ等の光学素子を成形するための成形金型の転写光学面を加工する際に使用される振動切削ユニットの構造を説明する平面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１に示す振動切削ユニットに組み込まれている振動体組立体の端面図、平面図、及び側面図である。【００３４】
図１に示すように、振動切削ユニット２０は、切削工具２３と、切削用振動体８２と、軸方向振動子８３と、撓み振動子８４と、カウンタバランス８５と、ケース部材８６とを備える。なお、切削用振動体８２のほか、軸方向振動子８３、撓み振動子８４、及びカウンタバランス８５を含めた一組の部分は、振動体組立体１２０を構成するが、このような振動体組立体１２０は、外部からの駆動を受けて所期の状態で振動する集積型の切削用振動体と見ることができる。【００３５】
ここで、切削工具２３は、振動切削ユニット２０の切削用振動体８２の先端側であるツール部２１の先端に設けた固定部２１ａに埋め込むようにして固定されている。切削工具２３は、後に詳述するが、先端２３ａがダイヤモンドチップの切刃になっており、共振状態とされた切削用振動体８２の開放端として切削用振動体８２先端すなわち固定部２１ａとともに振動する。つまり、切削工具２３は、切削用振動体８２の軸方向振動に伴ってＺ方向に変位する振動を生じ、切削用振動体８２の縦撓み振動に伴ってＹ方向に沿った所定の撓み振動方向に（すなわち、ＹＺ面に平行な所定の撓み振動方向を含む面内で）変位する振動を生じる。結果的に、切削工具２３の先端２３ａは、楕円軌道ＥＯを描いて高速変位する。なお、図１では、分かりやすいようにＸＺ面にわずかに広がるように楕円軌道ＥＯを描いているが、先端２３ａが描く実際の楕円軌道ＥＯは、ＹＺ面に平行な面内に沿って存在しＸ軸方向に広がりを有しない。【００３６】
切削用振動体８２は、線膨張係数の絶対値が例えば２×１０−６以下の低線膨張材料によって一体的に形成された切削用振動体であり、具体的には、インバー材、スーパーインバー材、ステンレスインバー材等が材料として好適に用いられる。なお、切削用振動体８２の材料としては、６×１０−６程度の比較的大きな線膨張係数となるが、超硬を用いることもできる。【００３７】
ここで、インバー材とは、ＦｅとＮｉとを含む合金であって、３６原子％のＮｉを含む鉄合金であるが、通常線膨張係数が室温で１×１０−６以下である。ヤング率は、鋼材の約半分と低いが、これを振動体８２の材料に用いることで、振動体８２の熱膨縮が抑制され、先端に保持される切削工具２３の刃先位置の温度ドリフトを抑制できる。【００３８】
また、スーパーインバー材とは、ＦｅとＮｉとＣｏとを少なくとも含む合金であって、５原子％以上のＮｉと、５原子％以上のＣｏとをそれぞれ含む鉄合金であり、線膨張係数が室温で通常０．４×１０−６程度と、前述のインバーよりもさらに熱膨縮しにくい材料である。ヤング率は、鋼材の約半分と低いが、これを振動体８２の材料に用いることで、振動体８２の熱膨縮が抑制され、先端に保持される切削工具２３の刃先位置の温度ドリフトを抑制できる。【００３９】
また、ステンレスインバー材とは、５０原子％以上となる主成分がＦｅであって、５原子％以上を含む付随的材料がＣｏと、Ｃｒと、Ｎｉとの少なくとも１つである合金材料全てを指す。したがって、ここではコバール材もこのステンレスインバー材に含まれる。ステンレスインバー材は、通常線膨張係数が室温で１．３×１０−６以下である。なお、コバール材は、線膨張係数が室温で５×１０−６以下である。ステンレスインバー材のヤング率は、鋼材の約半分と低いが、これを振動体の材料に用いることで、振動体８２の熱膨縮が抑制され、先端に保持される切削工具２３の刃先位置の温度ドリフトを抑制できる。さらに、ステンレスインバー材は、インバー材よりも水分に対する耐性がずっと高く、加工冷却液等がかかっても錆びが発生しないという優れた特徴があるので、切削工具２３を保持固定する構造材料として適している。【００４０】
切削用振動体８２は、以上のような低線膨張材料で形成された部分として、切削工具２３に振動を伝達する棒状の振動体本体８２ａと、振動体本体８２ａを支持する棒状の保持部材８２ｂ，８２ｃと、保持部材８２ｂ，８２ｃの先端側に形成されたフランジ部８２ｅとを備える。【００４１】
振動体本体８２ａは、Ｚ軸方向をそれ自身の軸すなわち工具軸ＡＸとする棒状の部材である。この振動体本体８２ａは、図示の場合、節部分ＮＰ１の近傍で直径が変化する２段の棒状の外形を有する。つまり、振動体本体８２ａは、細い先端側の第１部分Ｐ１と、太い根元側の第２部分Ｐ２とを備え、各部分Ｐ１，Ｐ２は、その軸方向であるＺ軸方向に沿って一定幅に維持され、両部分Ｐ１，Ｐ２の境界に、先端の固定部２１ａに向かって断面の幅が段差状に減少する境界部分Ｐ３を有する。【００４２】
なお、第１部分Ｐ１のうち、節部分ＮＰ１よりも先端側の撓み振動に関する節部分ＮＰ２は、固定部２１ａに最も近い最近節位置となっており、固定部２１ａの根元側で固定部２１ａを支持する部分ＳＰは、第１部分Ｐ１の先端部である支持基部領域となっている。即ち、振動体本体８２ａに形成される撓み振動に関する節位置のうち、固定部２１ａに最も近い節位置である最近節位置における振動体本体８２ａの軸方向に垂直な断面と、固定された切削工具２３の前記最近節位置に最も近い端部が位置する切削工具後端部位置における振動体本体８２ａの軸方向に垂直な断面との間の部分が支持基部領域である。【００４３】
図３（ａ）は、振動体本体８２ａのうち節部分ＮＰ２におけるＡＡ矢視断面図であり、図３（ｂ）は、振動体本体８２ａのうち第２部分Ｐ２におけるＢＢ矢視断面図である。【００４４】
図３（ａ）からも明らかなように、振動体本体８２ａの先端側にあって固定部２１ａに最も近い最近節位置である節部分ＮＰ２の断面Ｓ１は、円や楕円を上下部分で切り欠いた形状（一対の直線部と一対の円弧部とを輪郭とする扁平な楕円形状）を有している。つまり、第１部分Ｐ１の断面Ｓ１の輪郭は、±Ｘ軸方向の両端を構成する曲線部ＣＰと、±Ｙ軸方向の両端を構成する直線部ＳＬＰとを有している。第１部分Ｐ１において、曲線部ＣＰは突起した曲面である左右側面を形成し、直線部ＳＬＰは平坦な上下側面を形成する。ここで、振動体本体８２ａの基準としての撓み振動方向（Ｙ軸に平行で縦振動軸である工具軸ＡＸと直交する方向）に垂直なＸ軸方向の長さに対応する第１幅Ｗ１は、上記撓み振動方向に沿ったＹ軸方向の長さに対応する第２幅Ｈ１よりも大きくなっている（図示の例では、Ｗ１＝１．２Ｈ１となっている。）。この場合、節部分ＮＰ２だけでなく、節部分ＮＰ２から先端側に設けた固定部２１ａの手前までの部分全体において、Ｗ１>Ｈ１の関係が成り立っている。このように、本実施形態の切削用振動体８２においては、節部分ＮＰ２から固定部２１ａの手前までの部分が有する断面Ｓ１について、横方向の第１幅Ｗ１が縦方向の第２幅Ｈ１よりも大きくなっているので、±Ｘ軸方向である横方向に関する振動体本体８２ａの剛性を高めることができる。よって、切削工具２３による対象物の加工中に振動体本体８２ａに比較的大きな力が加わっても、固定部２１ａすなわち切削工具２３の先端２３ａ位置を高精度で制御することができる。結果的に、高精度に制御された切削用振動体８２によって対象物を高精度で加工することができる。また、本実施形態の切削用振動体８２においては、上記のように横方向の第１幅Ｗ１が縦方向の第２幅Ｈ１よりも大きいので、撓み振動方向に沿ったＹ軸方向の縦撓み振動と、この撓み振動方向に垂直なＸ軸方向の横撓み振動とを異なる共振周波数に設定しやすい。これにより、縦撓み振動の腹を固定部２１ａすなわち切削工具２３の先端２３ａに設定しつつ、横撓み振動の腹を固定部２１ａすなわち切削工具２３の先端２３ａからずれた位置に設定することができる。結果的に、切削工具２３の先端２３ａにおける横撓み振動を抑えることができ、対象物の加工精度を高めることができる。【００４５】
なお、本実施形態の場合、保持部材８２ｂ，８２ｃから先端側の第１部分Ｐ１の全体で、Ｚ軸方向に垂直な断面Ｓ１に関して、Ｗ１>Ｈ１の関係が成り立っている。この場合も、振動体本体８２ａのＸ軸方向の剛性を高めつつ、Ｘ軸方向の横撓み振動が固定部２１ａで大きくならないようにすることができる。【００４６】
さらに、本実施形態のように、第１部分Ｐ１を比較的細長くすることにより、切削工具２３の先端２３ａを対象物に対して比較的自由に配置することができ、加工形状の任意性が高まる。【００４７】
なお、上記実施形態は例示であり、第１部分Ｐ１の断面Ｓ１の輪郭は、横方向の第１幅Ｗ１が縦方向の第２幅Ｈ１よりも大きい範囲で適宜変更することができる。ただし、横方向の第１幅Ｗ１は、縦方向の第２幅Ｈ１の１．１倍以上で１０倍以下とすることが望ましい。第１幅Ｗ１を第２幅Ｈ１の１．１倍以上とすることにより、振動体本体８２ａのＸ軸向の剛性向上を実効あるものとすることができ、切削工具２３の先端２３ａにおける横撓み振動を実効的に抑えることができる。また、第１幅Ｗ１を第２幅Ｈ１の１０倍以下とすることにより、振動体本体８２ａのＸ軸方向のサイズが過剰に大きくなることを防止でき、振動体本体８２ａと加工の対象物とが干渉することを防止できる。【００４８】
図３（ｂ）に示すように、振動体本体８２ａの根元側を構成する第２部分Ｐ２の断面Ｓ２も、第１部分Ｐ１と同様に、円や楕円を上下部分で切り欠いた形状を有している。つまり、第２部分Ｐ２の断面Ｓ２の輪郭は、±Ｘ軸方向の両端を構成する曲線部ＣＰと、±Ｙ軸方向の両端を構成する直線部ＳＬＰとを有している。そして、直線部ＳＬＰに対応する上下側面には、撓み振動子８４がそれぞれ取り付けられている。ここで、振動体本体８２ａの断面Ｓ２において、撓み振動方向に垂直なＸ軸方向の長さに対応する第１幅Ｗ２は、撓み振動方向に沿ったＹ軸方向の長さに対応する第２幅Ｈ２よりも大きくなっている。これにより、±Ｘ軸方向である横方向に関する振動体本体８２ａの剛性を高めることができ、かつ、撓み振動方向に沿ったＹ軸方向の縦撓み振動と、これに垂直なＸ軸方向の横撓み振動とを異なる共振周波数に設定しやすくなる。結果的に、切削工具２３の先端２３ａにおける横撓み振動を抑えることができ、固定部２１ａすなわち切削工具２３の先端２３ａの位置や振動状態を高精度で制御することができ、対象物の加工精度を高めることができる。【００４９】
図１及び図２に戻って、振動体本体８２ａの側壁から横方向すなわち±Ｘ方向に延びる２つの保持部材８２ｂ，８２ｃは、振動体本体８２ａをその動作を妨げないように節部分ＮＰ１で支持する。図示の場合、両保持部材８２ｂ，８２ｃは、それぞれ円柱状の外形を有するが、例えば四角柱その他の多角柱や楕円柱等の外形を有するものに置き換えることができる。各保持部材８２ｂ，８２ｃの根元側は、節部分ＮＰ１に一体的に形成されており、各保持部材８２ｂ，８２ｃの先端側は、これに直交して延在する四角形のフランジ部８２ｅを支持する。より詳細に説明すると、両保持部材８２ｂ，８２ｃは、振動体本体８２ａの節部分ＮＰ１をＸ方向に関して互いに対向する側面位置で支持しており、両保持部材８２ｂ，８２ｃの先端側に設けた各フランジ部８２ｅの端面は、ケース部材８６の内面に当接してケース部材８６に固定される。以上において、保持部材８２ｂ，８２ｃは、振動体本体８２ａの工具軸ＡＸを通って撓み振動方向に垂直なＸ軸方向に延びており、節部分ＮＰ１のＸ軸のまわりの回転すなわちここを振動の節とする縦撓み振動を許容するが、節部分ＮＰ１のＹ軸のまわりの回転すなわちここを振動の節とする横撓み振動を多少制限するようになっている。【００５０】
フランジ部８２ｅは、正方形の板状となっており、４隅の４箇所に貫通する雌ネジＦＳが形成されている。各雌ネジＦＳには、ケース部材８６の側壁部８６ａに対応して設けた孔ＴＨを介して、締結部材であるボルトネジ９１の先端がねじ込まれて固定される。これにより、フランジ部８２ｅの端面が側壁部８６ａの内面に当接した状態で確実に固定され、ケース部材８６に保持部材８２ｂ，８２ｃが精密に位置決めして固定される。つまり、振動体本体８２ａが、ケース部材８６内面から離間してケース部材８６中に精密に位置決めされ支持された状態で固定される。ここで、フランジ部８２ｅに設けた雌ネジＦＳとボルトネジ９１とは、保持部材８２ｂ，８２ｃの先端を固定するための締結手段となっている。なお、雌ネジＦＳやボルトネジ９１に形成するネジ溝やネジ山については、締付けのゆるみ防止等を考慮して、通常のネジ方向や逆のネジ方向のいずれかを選択して採用することができる。【００５１】
以上のような機構によってケース部材８６中に支持された切削用振動体８２は、後述する軸方向振動子８３によって振動し、Ｚ方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。また、切削用振動体８２は、撓み振動子８４によっても振動し、Ｙ軸方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。ここで、保持部材８２ｂ，８２ｃの根元側を固定した節部分ＮＰ１は、切削用振動体８２にとって軸方向振動と撓み振動とに共通の節となっており、保持部材８２ｂ，８２ｃによって軸方向振動や撓み振動が妨げられることを防止できる。【００５２】
なお、保持部材８２ｂ，８２ｃ及びフランジ部８２ｅと、振動体本体８２ａとは、一体的に形成されている。つまり、各保持部材８２ｂ，８２ｃの根元部分は、振動体本体８２ａの固定部分ＦＰにつなぎ目なく固定されている。このため、切削用振動体８２は、塊状の材料すなわち棒材の低線膨張材料等の切削によって形成されたものである。切削用振動体８２の作製に際しては、例えば、フライス盤等の切削装置による前加工と、保持部材８２ｂ，８２ｃやフランジ部８２ｅ等の外形をマシニングセンタ等の切削装置で目的とする形状に切削する仕上加工とを組み合わせて実施する。以上のように、振動体本体８２ａと保持部材８２ｂ，８２ｃとを一体的に切り出した場合、切削用振動体８２を同一材料によって十分な強度で製造することができる。これにより、切削用振動体８２を目的の状態で振動させることができるので、その強度を十分に高くすることができ、その保持剛性を極めて高くすることができる。この場合において、フランジ部８２ｅと保持部材８２ｂ，８２ｃとは、多少強度等の面で劣ることになるが、溶接によって固定することができる。なお、以上説明した切削加工に代えて、研削や放電加工といった機械加工法を用いて切削用振動体８２を作製することもできる。【００５３】
切削用振動体８２は、以上のような機械加工による切り出しではなく、鋳造によって一体的に形成することもできる。この場合、鋳造後の切削用振動体８２の各部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，フランジ部８２ｅの外形を精密に仕上加工する工程を設けることが望ましい。さらに、切削用振動体８２は、振動体本体８２ａ側面に形成した凹部やネジ穴に保持部材８２ｂ，８２ｃの根元側を嵌合させた後、両保持部材８２ｂ，８２ｃの根元側を溶接によって振動体本体８２ａに固定することもできる。さらに、振動体本体８２ａ側面に凹部やネジ穴を形成することなく、振動体本体８２ａの側面に両保持部材８２ｂ，８２ｃの根元側を溶接によって直接固定することもできる。【００５４】
軸方向振動子８３は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）や超磁歪素子等で形成され切削用振動体８２の根元側端面に接続される振動源すなわち軸方向振動源であり、図示を省略するコネクタ、ケーブル等を介して振動子駆動装置（後述）に接続されている。軸方向振動子８３は、振動子駆動装置からの駆動信号に基づいて動作し高周波で伸縮振動することによって切削用振動体８２にＺ方向の縦波すなわち軸方向振動を与える。【００５５】
図４は、切削用振動体８２に対する軸方向振動子８３の取付を説明する図である。軸方向振動子８３の振動方向は、振動体本体８２ａの軸方向振動の方向と一致している。ここで、振動体本体８２ａの軸方向振動は、振動体本体８２ａの工具軸ＡＸに沿って形成され、工具軸ＡＸは、振動体本体８２ａの形状に応じて定まる。すなわち、振動体本体８２ａは、第１及び第２部分Ｐ１，Ｐ２のいずれにおいても、工具軸ＡＸを挟んで±Ｘ方向に対称な形状を有し、工具軸ＡＸを挟んで±Ｙ方向に対称な形状を有する。よって、振動体本体８２ａは、その端面ＢＳにおいて工具軸ＡＸに沿った縦振動を与えた場合、工具軸ＡＸに沿って軸方向振動するが、振動体本体８２ａの工具軸ＡＸに対して角度αだけ傾いた方向に縦振動を与えた場合、工具軸ＡＸに沿った軸方向振動だけでなく、工具軸ＡＸに垂直であってＸＺ面内に沿った横撓み振動や、工具軸ＡＸに垂直であってＹＺ面内に沿った縦撓み振動が発生する可能性がある。このうち、ＸＺ面内に沿った横撓み振動については、切削工具２３の先端２３ａを望ましくない±Ｘ方向に振動させるので極力回避する必要があり、ＹＺ面内に沿った縦撓み振動についても、切削工具２３の先端２３ａに形成すべき縦撓み振動を乱したり妨げたりする可能性があるので、回避すべきである。このため、振動体本体８２ａの端面ＢＳを工具軸ＡＸに対して精密に垂直に仕上げ、軸方向振動子８３に一様な振動を与える。この場合、軸方向振動子８３によって振動体本体８２ａを工具軸ＡＸ方向のみに縦振動すなわち軸方向振動させることができる。図面に誇張して示したように、実際の軸方向振動子８３の振動方向ＯＤは、振動体本体８２ａの工具軸ＡＸに対して角度αだけ傾斜した状態になっている。この角度αは、取り付け角度誤差に相当するものであり、この角度αを小さくすることによって振動体本体８２ａに撓み振動が発生することを抑制できる。具体的な実施例では、取り付け角度誤差に相当する角度αを５分以内にすることで、振動体本体８２ａに軸方向振動子８３に起因する撓み振動が生じにくくなり、軸方向振動子８３からの振動が振動体本体８２ａに効率的に伝達される。【００５６】
撓み振動子８４は、ピエゾ素子や超磁歪素子等で形成され切削用振動体８２の根元側側面に接続される振動源すなわち撓み振動源であり、図示を省略するコネクタ、ケーブル等を介して振動子駆動装置（後述）に接続されている。撓み振動子８４は、振動子駆動装置からの駆動信号に基づいて動作し、高周波で振動することによって切削用振動体８２に横波すなわち図示の例ではＹ方向の撓み振動を与える。【００５７】
以下、図３（ｂ）を参照して、切削用振動体８２に対する撓み振動子８４の取付を説明する。撓み振動子８４の振動方向は、振動体本体８２ａの縦撓み振動の方向と一致している。ここで、振動体本体８２ａは、縦断面ＶＳを挟んで±Ｘ方向に対称な形状を有ており、振動体本体８２ａの縦撓み振動は、振動体本体８２ａの縦断面ＶＳに沿って形成される。よって、振動体本体８２ａは、その直線部ＳＬＰにおいて縦断面ＶＳに沿った撓み振動を与えた場合、縦断面ＶＳに沿って縦撓み振動するが、振動体本体８２ａの縦断面ＶＳに対して角度βだけ傾いた方向に撓み振動を与えた場合、縦断面ＶＳに沿った縦撓み振動だけでなく、縦断面ＶＳに垂直であってＸＺ面内に沿った横撓み振動等が発生する可能性がある。このような横撓み振動は、切削工具２３の先端２３ａを望ましくない±Ｘ方向に振動させるので極力回避する必要がある。このため、振動体本体８２ａの直線部ＳＬＰを縦断面ＶＳに対して精密に垂直に仕上げるとともに直線部ＳＬＰの中央になるように撓み振動子８４を配置して、撓み振動子８４に一様な振動を与える。この場合、撓み振動子８４によって振動体本体８２ａを縦断面ＶＳに沿った縦撓み振動させることができる。図面に誇張して示したように、実際の撓み振動子８４の振動面ＯＳは、振動体本体８２ａの縦断面ＶＳに対して角度βだけ傾斜した状態になっている。この角度βは、取り付け角度誤差に相当するものであるが、この角度βを小さくすることによって振動体本体８２ａに横撓み振動が発生することを抑制できる。【００５８】
なお、撓み振動子８４がある程度以上傾いて取り付けられている場合、縦断面ＶＳに沿った縦撓み振動に加え、それと交差する±Ｘ方向の横撓み振動も励起される。このような状態になると、所望の縦撓み振動とそれと交差する不要な横撓み振動とが重なり合い、これらの振動数が互いに異なる場合、振動面がゆらいでいるような複雑な曲線を形成し、安定した加工が実現できない。また、所望の縦撓み振動とそれと交差する不要な横撓み振動の振動数及び位相が一致していると、振動軌跡は傾いた直線を描くことになるので、切削工具２３の先端２３ａの左右で対象物の加工面に対する当たり方が変わり、切削工具２３を対称に切り込むように移動させても切削形状は対称とならない。また、縦撓み振動及び横撓み振動の振動数が一致しているが位相がずれている場合は、切削工具２３の先端２３ａがリサージュを描き、複雑な振動をするので、切削加工の再現性も無くなる。【００５９】
一方、本実施形態のように、撓み振動子８４の取り付け角度βを５分以内にすることで、振動体本体８２ａに対して撓み振動子８４に起因する横撓み振動を生じさせにくくしており、撓み振動子８４からの振動が振動体本体８２ａに効率的に伝達される。例えば所望の縦撓み振動の振幅が５μｍのとき、不要な横撓み振動の振幅が先端２３ａで８ｎｍ程度となり、光学面の高精度加工に必要な１０ｎｍ以下の振動軌跡誤差で楕円軌道ＥＯ等を描くことが可能となった。【００６０】
具体的な実施例では、撓み振動子８４の取り付け角度βが略ゼロになるように振動子と振動体を組み付け、実際に光学面加工を行ったところ、切削工具２３の先端２３ａ刃先に多少の磨耗はあったものの、左右対称な箇所で磨耗しており、光学面形状も左右対称形状で、形状補正加工を行うことで、狙い通りの光学面形状を得ることができた。つまり、撓み振動子８４の傾きが５分以下であると、光学面加工時の先端２３ａの偏磨耗が減少し、先端２３ａ刃先の切り込み量に応じた切削形状が効率よく創製され、要求精度を満たす光学面加工形状が得られた。一方、従来型の振動体組立体で撓み振動子８４の取り付け角度βを５分より大きくして実際に光学面加工を行ったところ、切削工具２３の先端２３ａの片側の刃先だけが大きく磨耗し、加工形状も先端２３ａの磨耗部により加工された箇所が出っ張った左右非対称の形状になっていた。【００６１】
カウンタバランス８５は、軸方向振動子８３を挟んで切削用振動体８２の反対側に固定される。カウンタバランス８５は、切削用振動体８２と同一の材料によって一体的に形成された切削用振動体であり、具体的には、インバー材、スーパーインバー材、ステンレスインバー材等の低線膨張材料が好適に用いられる。【００６２】
カウンタバランス８５は、軸方向振動子８３の一端に同軸で固定された柱状の振動体本体８５ａと、振動体本体８５ａの節部分ＮＰ３を支持する棒状の保持部材８５ｂ，８５ｃと、保持部材８５ｂ，８５ｃの先端側に形成されたフランジ部８５ｅとを備える。振動体本体８５ａの側壁から±Ｘ方向に延びる２つの保持部材８５ｂ，８５ｃは、図示の場合、それぞれ円柱状の外形を有するが、例えば四角柱その他の多角柱や楕円柱等の外形を有するものに置き換えることができる。各保持部材８５ｂ，８５ｃの根元側は、節部分ＮＰ３に一体的に形成されており、各保持部材８５ｂ，８５ｃの先端側は、これに直交して延在する四角形のフランジ部８５ｅを支持する。つまり、両保持部材８５ｂ，８５ｃは、振動体本体８５ａの節部分ＮＰ３をＸ方向に関して互いに対向する側面位置で支持しており、両保持部材８５ｂ，８５ｃの先端側に設けた各フランジ部８５ｅの端面は、ケース部材８６の内面に当接した状態で、ボルトネジ９１によってケース部材８６に固定されている。【００６３】
以上のような機構によってケース部材８６中に切削用振動体８２とともに支持されたカウンタバランス８５は、軸方向振動子８３によって振動し、Ｚ方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。ここで、保持部材８５ｂ，８５ｃの根元側を固定した節部分ＮＰ３は、カウンタバランス８５にとって軸方向振動と撓み振動とに共通の節となっており、保持部材８５ｂ，８５ｃによって軸方向振動や撓み振動が妨げられることを防止できる。【００６４】
なお、カウンタバランス８５において、保持部材８５ｂ，８５ｃ及びフランジ部８５ｅと、振動体本体８５ａとは、一体的に形成されている。つまり、カウンタバランス８５は、切削用振動体８２と同様につなぎ目なく一体的に形成されたものである。カウンタバランス８５は、例えば塊状の材料すなわち棒材の切削によって形成される。これにより、カウンタバランス８５を目的の状態で振動させることができ、その強度を十分に高くすることができ、その保持剛性を極めて高くすることができる。カウンタバランス８５は、鋳造によって一体的に形成することもできる。さらに、カウンタバランス８５は、振動体本体８５ａ側面に保持部材８２ｂ，８２ｃの根元側を溶接によって固定したものとすることもできる。【００６５】
ケース部材８６は、切削用振動体８２やカウンタバランス８５からなる振動体組立体１２０を内部に支持・固定する部分である。ケース部材８６は、振動切削ユニット２０を駆動するための加工装置（後述）に対して振動切削ユニット２０を固定するためのものである。このため、ケース部材８６の底部８６ｂには、加工装置に固定するための孔ＴＨが適所に形成されている。また、底部８６ｂと一体的に形成された一対の側壁部８６ａにも、切削用振動体８２やカウンタバランス８５から延びるフランジ部８２ｅ，８５ｅを固定するための孔ＴＨが適所に形成されている。これらの孔ＴＨを形成した部分は、切削用振動体８２やカウンタバランス８５を支持するための支持部ＳＴとなっている。ここで、ケース部材８６のうち側壁部８６ａと底部８６ｂとは、本体部分としてつなぎ目なく一体的に形成されている。このため、振動体組立体１２０をケース部材８６中に精密に位置決めして支持することができ、支持強度を高めることができるだけでなく、ケース部材８６の強度を十分に高くすることができ、その保持剛性を極めて高くすることができる。側壁部８６ａや底部８６ｂは、例えば切削用振動体８２と同一の材料（好適には低線膨張材料）で形成することができる。側壁部８６ａ及び底部８６ｂを一体化した本体部分は、例えば塊状の材料すなわち棒材の切削によって形成され、鋳造によって一体的に形成することもでき、複数の板材を溶接することによっても形成することができる。【００６６】
ケース部材８６の一方の端面には、後部端板８６ｆが気密に固定されており、ケース部材８６の他方の端面には、前部端板８６ｇが気密に固定されており、ケース部材８６上部には、天板（不図示）が気密に固定されている。後部端板８６ｆには、給気パイプ９６に連結される開口Ｈ１が形成されており、振動子８３，８４から延びるコネクタ、ケーブル等を通す開口Ｈ２も形成されている。給気パイプ９６は、ガス供給装置（後述）に連結されており、所望の流量及び温度に設定された加圧乾燥空気が供給される。一方、前部端板８６ｇには、振動切削ユニット２０のツール部２１を通すための開口Ｈ３が形成されている。【００６７】
以上の振動切削ユニット２０において、切削用振動体８２と、軸方向振動子８３と、カウンタバランス８５とは、例えばロウ付けによって接合・固定されており、軸方向振動子８３の効率的な振動が可能になっている。【００６８】
また、切削用振動体８２と、軸方向振動子８３と、カウンタバランス８５との軸心には、これらの接合面を横切るようにこれらを貫通する貫通孔９５が形成されており、給気パイプ９６からの加圧乾燥空気が流通する。つまり、貫通孔９５は、加圧乾燥空気を送り出す供給路であり、不図示のガス供給装置や給気パイプ９６とともに、振動切削ユニット２０を内部から冷却するための冷却手段を構成する。貫通孔９５の先端部は、切削工具２３を差し込んで固定するための保持溝に連通しており、貫通孔９５に導入された加圧乾燥空気を切削工具２３の周辺に供給できるようになっている。また、貫通孔９５の先端は、切削工具２３を固定した場合にも隙間を残しており、切削工具２３に隣接して形成された開口９１ａからは、加圧乾燥空気が高速で噴射され、切削工具２３先端の加工点を効率良く冷却することができるだけでなく、加工点やその周囲に付着する切り屑を気流によって確実に除去することができる。なお、給気パイプ９６からケース部材８６に導かれた加圧乾燥空気の一部は、振動体組立体１２０の周囲を通過しつつ振動体組立体１２０を外側から冷却して、開口Ｈ３の隙間からケース部材８６外部に吐出される。【００６９】
図５（ａ）及び５（ｂ）は、図１に示すツール部２１先端の側方断面図及び平面断面図である。また、図６は、ツール部２１先端に固定される切削工具２３の拡大側面図である。【００７０】
図からも明らかなように、ツール部２１に設けた固定部２１ａは、側面視において四角形状で平面視において三角形状のクサビ形状を有している。また、固定部２１ａに保持された切削工具２３は、平面視において先端が三角で全体が板状のシャンク２３ｂと、シャンク２３ｂの尖端部に固定された加工用チップ２３ｃとを備える。このうち、シャンク２３ｂは、例えば超硬材料、ハイス鋼等によって形成された支持部材であり、軽量でありながら撓みにくくなっている。また、加工用チップ２３ｃは、ダイヤモンド製のチップであり、シャンク２３ｂの尖端部にロウ付け等によって固定されている。切削工具２３自体は、固定部２１ａの端面２１ｄに埋め込むようにして固定されており、加工用チップ２３ｃの先端２３ａは、工具軸ＡＸの延長上に配置されている。また、加工用チップ２３ｃやこれを支持するシャンク２３ｂは、固定部２１ａのクサビ側面（左右側面）を延長した開き角θのクサビ状空間内に収まっている。ここで、固定部２１ａの開き角θは、例えば２０°〜９０°の範囲で選択され、加工目的の形状に合わせて先端形状を半円、剣先等に適宜変更するここともできる。【００７１】
切削工具２３すなわちシャンク２３ｂの根元部分２３ｅは、固定部２１ａの端面２１ｄから工具軸ＡＸに沿ってＸＺ面内で刻設された矩形断面のスリット状溝２１ｆ内に嵌合する状態で挿入されており、ツール部２１の材料と同一の材料等で形成された２つの固定ネジ２５，２６によって、固定部２１ａに対して着脱可能にしっかりと固定されている。具体的には、固定部２１ａの上下側面間を貫通する固定穴２１ｇ，２１ｈに固定ネジ２５，２６を順次ねじ込んで固定する。これらの固定穴２１ｇ，２１ｈは、Ｙ軸方向に延びており、両者の締付け方向は、工具軸ＡＸに直交する。両固定穴２１ｇ，２１ｈは、内径が異なっており、固定穴２１ｇの内径の方が固定穴２１ｈの内径よりも大きくなっている。両固定穴２１ｇ，２１ｈは、両固定ネジ２５，２６のネジ付けによって充填される。つまり、固定穴２１ｇ，２１ｈの位置には、深い凹部が残ったり高い凸部が形成されないようにしている。固定穴２１ｈにねじ込まれる一方の固定ネジ２５は、切削工具２３を固定するための締結部材であり、雄ネジ部２５ｂとヘッド部２５ａとを含むトルクス（登録商標）ネジである。雄ネジ部２５ｂを固定穴２１ｇに差し込んだ状態でヘッド部２５ａを適当な工具でネジ回すことにより、雄ネジ部２５ｂが、根元部分２３ｅに形成された開口２３ｈを貫通して、固定穴２１ｇの奥に形成された固定穴２１ｈ内面の雌ネジと螺合する。この際、切削工具２３の根元部分２３ｅがヘッド部２５ａとスリット状溝２１ｆの内面とに挟まれて締付けられ、根元部分２３ｅが主面側から固定されるので、切削工具２３の分離が防止され切削工具２３の固定が確保される。固定穴２１ｇにねじ込まれる他方の固定ネジ２６は、所謂イモネジであり、固定ネジ２５の抜けを防止するための係止部材として機能する。この固定ネジ２６は、下端を固定穴２１ｇにあてがって上端を適当な工具でネジ回すことにより、固定穴２１ｇ内面の雌ネジと螺合して固定穴２１ｇにねじ込まれ固定穴２１ｇ内を充填する。こうしてねじ込まれた固定ネジ２６により、固定ネジ２５が上端から締付けられ、固定ネジ２５の緩みが防止される。以上において、固定穴２１ｇ，２１ｈや固定ネジ２５，２６は、切削工具２３をツール部２１に固定するための固定手段となっている。
【００７２】
なお、図６に示すように、切削工具２３の加工用チップ２３ａにおいて、先端のすくい面Ｓ１は、例えば３０°程度の開き角（図５（ｂ参照））を有し、先端が円弧形状で構成されているＲバイトである。ここで、すくい面Ｓ１とは、切削工具２３における切削加工材料の切削に寄与する面をいう。すくい面Ｓ１の法線は、切削工具２３のＹＺ面に平行な縦撓み振動面と平行になっており、縦撓み振動を無駄なく正確に利用した振動切削が可能になっている。また、加工用チップ２３ａ先端に設けた切れ刃のすくい面Ｓ１先端の円弧半径は、例えば０．８ｍｍ程度で、逃げ面Ｓ２の逃げ角γは、例えば５°程度である。ここで、逃げ角γとは、逃げ面Ｓ２またはその延長線の切り込み点における接線と、切削点における加工面の接線が成す角度をいう。【００７３】
図７〜１１は、図２に示す振動体組立体１２０の変形例を説明する図である。このうち、図７（ａ）〜７（ｃ）は、それぞれ第１変形例の振動体組立体２２０を示す端面図、平面図、及び側面図である。この振動体組立体２２０は、切削用振動体２８２の根元側である第２部分Ｐ２のＺ軸に垂直な横断面が円形であり、これに対応して、軸方向振動子２８３及びカウンタバランス２８５のＺ軸に垂直な横断面もそれぞれ円形となっている。また、撓み振動子８４は、第２部分Ｐ２の湾曲した側面上に接着されている。切削用振動体２８２、軸方向振動子２８３及びカウンタバランス２８５は、形状の差異はあるが、図２に示す振動体組立体１２０の切削用振動体８２、軸方向振動子８３及びカウンタバランス８５と同様の構造及び機能を有するので、詳細な説明を省略する。【００７４】
この振動体組立体２２０においても、保持部材８２ｂ，８２ｃから先端側の第１部分Ｐ１のＺ軸に垂直な断面形状において、横方向（Ｘ軸方向）の第１幅が縦方向（Ｙ軸方向）の第２幅よりも大きくなっているので、振動体本体２８２ａのＸ軸方向の剛性を高めることができ、固定部２１ａでの横撓み振動を抑えることができる。結果的に、高精度に制御された振動体組立体２２０によって対象物を高精度で加工することができる。【００７５】
また、軸方向振動子２８３に設定されている振動方向は、Ｚ軸方向であり、振動体本体２８２ａの軸方向振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材２８２ａ，２８３の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体２２０を作製しており、振動体本体２８２ａにおいては、軸方向振動子２８３に起因する撓み振動が生じにくくなっている。【００７６】
さらに、一対の撓み振動子８４，８４によって設定される撓み振動方向は、ＹＺ面上にあって、振動体本体２８２ａの縦撓み振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材２８２ａ，８４の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体２２０を作製しており、本振動体本体２８２ａにおいても、撓み振動子８４に起因する横撓み振動が生じにくくなっている。【００７７】
図８（ａ）〜８（ｃ）は、それぞれ第２変形例の振動体組立体３２０を示す端面図、平面図、及び側面図である。この振動体組立体３２０は、切削用振動体３８２の第１及び第２部分Ｐ１，Ｐ２のＺ軸に垂直な横断面が楕円形であり、これに対応して、軸方向振動子３８３及びカウンタバランス３８５のＺ軸に垂直な横断面もそれぞれ楕円形となっている。また、撓み振動子８４は、第２部分Ｐ２の湾曲した側面上に接着されている。切削用振動体３８２、軸方向振動子３８３及びカウンタバランス３８５は、形状の差異はあるが、図２に示す振動体組立体１２０の切削用振動体８２、軸方向振動子８３及びカウンタバランス８５と同様の構造及び機能を有するので、詳細な説明を省略する。【００７８】
この振動体組立体３２０においても、保持部材８２ｂ，８２ｃから先端側の第１部分Ｐ１のＺ軸に垂直な断面形状において、横方向（Ｘ軸方向）の第１幅が縦方向（Ｙ軸方向）の第２幅よりも大きくなっているので、振動体本体３８２ａのＸ軸方向の剛性を高めることができ、固定部２１ａでの横撓み振動を抑えることができる。結果的に、高精度に制御された振動体組立体３２０によって対象物を高精度で加工することができる。【００７９】
また、軸方向振動子３８３に設定されている振動方向は、Ｚ軸方向であり、振動体本体３８２ａの軸方向振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材３８２ａ，３８３の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体３２０を作製しており、振動体本体３８２ａにおいては、軸方向振動子３８３に起因する撓み振動が生じにくくなっている。【００８０】
さらに、一対の撓み振動子８４，８４によって設定される撓み振動方向は、ＹＺ面上にあって、振動体本体３８２ａの縦撓み振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材３８２ａ，８４の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体３２０を作製しており、本振動体本体３８２ａにおいても、撓み振動子８４に起因する横撓み振動が生じにくくなっている。【００８１】
図９（ａ）〜９（ｃ）は、それぞれ第３変形例の振動体組立体４２０を示す端面図、平面図、及び側面図である。この振動体組立体４２０は、切削用振動体４８２の第１及び第２部分Ｐ１，Ｐ２のＺ軸に垂直な横断面が矩形であり、これに対応して、軸方向振動子４８３及びカウンタバランス４８５のＺ軸に垂直な横断面もそれぞれ矩形となっている。ここで、切削用振動体４８２の第１部分Ｐ１は、先細るテーパ状の外形を有し、第２部分Ｐ２の広い側の対向面上に撓み振動子８４が接着されている。切削用振動体４８２、軸方向振動子４８３及びカウンタバランス４８５は、形状の差異はあるが、図２に示す振動体組立体１２０の切削用振動体８２、軸方向振動子８３及びカウンタバランス８５と同様の構造及び機能を有するので、詳細な説明を省略する。【００８２】
以上において、切削用振動体４８２の第１部分Ｐ１を滑らかに先細るテーパ形状としているので、第１部分Ｐ１から固定部２１ａにノイズの少ない振動を少ないロスで伝えることができ、固定部２１ａを所望の状態で振動させやすくなる。【００８３】
なお、この振動体組立体４２０においても、保持部材８２ｂ，８２ｃから先端側の第１部分Ｐ１のＺ軸に垂直な断面形状において、横方向（Ｘ軸方向）の第１幅が縦方向（Ｙ軸方向）の第２幅よりも大きくなっているので、振動体本体４８２ａのＸ軸方向の剛性を高めることができ、固定部２１ａでの横撓み振動を抑えることができる。結果的に、高精度に制御された振動体組立体４２０によって対象物を高精度で加工することができる。【００８４】
また、軸方向振動子４８３に設定されている振動方向は、Ｚ軸方向であり、振動体本体４８２ａの軸方向振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材４８２ａ，４８３の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体４２０を作製しており、振動体本体４８２ａにおいては、軸方向振動子４８３に起因する撓み振動が生じにくくなっている。【００８５】
さらに、一対の撓み振動子８４，８４によって設定される撓み振動方向は、ＹＺ面上にあって、振動体本体４８２ａの縦撓み振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材４８２ａ，８４の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体４２０を作製しており、本振動体本体４８２ａにおいても、撓み振動子８４に起因する横撓み振動が生じにくくなっている。【００８６】
図１０（ａ）〜１０（ｃ）は、それぞれ第４変形例の振動体組立体５２０を示す端面図、平面図、及び側面図である。この振動体組立体５２０は、切削用振動体５８２の第１及び第２部分Ｐ１，Ｐ２のＺ軸に垂直な横断面が矩形であり、これに対応して、軸方向振動子５８３及びカウンタバランス５８５のＺ軸に垂直な横断面もそれぞれ矩形となっている。ここで、切削用振動体５８２の第１部分Ｐ１は、先細るとともに±Ｘ方向に関して外に膨らむテーパ状の外形を有し、第２部分Ｐ２の広い側の対向面上に撓み振動子８４が接着されている。切削用振動体５８２、軸方向振動子５８３及びカウンタバランス５８５は、形状の差異はあるが、図２に示す振動体組立体１２０の切削用振動体８２、軸方向振動子８３及びカウンタバランス８５と同様の構造及び機能を有するので、詳細な説明を省略する。【００８７】
以上において、切削用振動体４８２の第１部分Ｐ１を滑らかに先細るテーパ形状としているので、第１部分Ｐ１から固定部２１ａにノイズの少ない振動を少ないロスで伝えることができ、固定部２１ａを所望の状態で振動させやすくなる。さらに、第１部分Ｐ１が±Ｘ方向に関して外に膨らんでいるので、第１部分Ｐ１の±Ｘ方向に関する剛性を高めることができ、第１部分Ｐ１の±Ｘ方向と±Ｙ方向との振動状態の差をより大きくすることができる。【００８８】
なお、本振動体組立体５２０においても、保持部材８２ｂ，８２ｃから先端側の第１部分Ｐ１のＺ軸に垂直な断面形状において、横方向（Ｘ軸方向）の第１幅が縦方向（Ｙ軸方向）の第２幅よりも大きくなっているので、振動体本体５８２ａのＸ軸方向の剛性を高めることができ、固定部２１ａでの横撓み振動を抑えることができる。結果的に、高精度に制御された振動体組立体５２０によって対象物を高精度で加工することができる。【００８９】
また、軸方向振動子５８３に設定されている振動方向は、Ｚ軸方向であり、振動体本体５８２ａの軸方向振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材５８２ａ，５８３の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体５２０を作製しており、振動体本体５８２ａにおいては、軸方向振動子５８３に起因する撓み振動が生じにくくなっている。【００９０】
さらに、一対の撓み振動子８４，８４によって設定される撓み振動方向は、ＹＺ面上にあって、振動体本体５８２ａの縦撓み振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材５８２ａ，８４の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体５２０を作製しており、本振動体本体５８２ａにおいても、撓み振動子８４に起因する横撓み振動が生じにくくなっている。【００９１】
図１１（ａ）〜１１（ｃ）は、それぞれ第５変形例の振動体組立体６２０を示す端面図、平面図、及び側面図である。この振動体組立体６２０は、切削用振動体６８２の第１及び第２部分Ｐ１，Ｐ２のＺ軸に垂直な横断面が矩形であり、これに対応して、軸方向振動子６８３及びカウンタバランス６８５のＺ軸に垂直な横断面もそれぞれ矩形となっている。ここで、切削用振動体６８２の第１部分Ｐ１は、先細るとともに±Ｙ方向に関して内に窪んだテーパ状の外形を有し、第２部分Ｐ２の広い側の対向面上に撓み振動子８４が接着されている。切削用振動体６８２、軸方向振動子６８３及びカウンタバランス６８５は、形状の差異はあるが、図２に示す振動体組立体１２０の切削用振動体８２、軸方向振動子８３及びカウンタバランス８５と同様の構造及び機能を有するので、詳細な説明を省略する。【００９２】
以上において、切削用振動体４８２の第１部分Ｐ１を滑らかに先細るテーパ形状としているので、第１部分Ｐ１から固定部２１ａにノイズの少ない振動を少ないロスで伝えることができ、固定部２１ａを所望の状態で振動させやすくなる。さらに、第１部分Ｐ１が±Ｙ方向に関して内に窪んでいるので、第１部分Ｐ１の±Ｘ方向と±Ｙ方向との振動状態の差をより大きくすることができる。【００９３】
この振動体組立体６２０においても、保持部材８２ｂ，８２ｃから先端側の第１部分Ｐ１のＺ軸に垂直な断面形状において、横方向（Ｘ軸方向）の第１幅が縦方向（Ｙ軸方向）の第２幅よりも大きくなっているので、振動体本体６８２ａのＸ軸方向の剛性を高めることができ、固定部２１ａでの横撓み振動を抑えることができる。結果的に、高精度に制御された振動体組立体６２０によって対象物を高精度で加工することができる。【００９４】
また、軸方向振動子６８３に設定されている振動方向は、Ｚ軸方向であり、振動体本体６８２ａの軸方向振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材６８２ａ，６８３の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体５２０を作製しており、振動体本体６８２ａにおいては、軸方向振動子６８３に起因する撓み振動が生じにくくなっている。【００９５】
さらに、一対の撓み振動子８４，８４によって設定される撓み振動方向は、ＹＺ面上にあって、振動体本体６８２ａの縦撓み振動の方向と略一致している。具体的な実施例では、両部材６８２ａ，８４の取り付け角度誤差が５分以内になるように振動体組立体６２０を作製しており、本振動体本体６８２ａにおいても、撓み振動子８４に起因する横撓み振動が生じにくくなっている。【００９６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る加工装置を図面を用いて説明する。図１２は、レンズ等の光学素子を成形するための成形金型の光学面を加工する振動切削型の加工装置の構造を概念的に説明するブロック図である。【００９７】
図１２に示すように、加工装置１０は、被加工体であるワークＷを切削加工するための振動切削ユニット２０と、振動切削ユニット２０をワークＷに対して支持する駆動装置としてのＮＣ駆動機構３０と、ＮＣ駆動機構３０の動作を制御する駆動制御装置４０と、振動切削ユニット２０に所望の振動を与える振動子駆動装置５０と、振動切削ユニット２０に冷却用のガスを供給するガス供給装置６０と、装置全体の動作を統括的に制御する主制御装置７０とを備える。【００９８】
振動切削ユニット２０は、Ｚ軸方向に延びるツール部２１先端に切削工具２３を埋め込んだ振動切削工具であり、この切削工具２３の高周波振動によってワークＷを効率良く切削する。振動切削ユニット２０は、第１実施形態で説明した構造を有する。【００９９】
ＮＣ駆動機構３０は、台座３１上に第１ステージ３２と第２ステージ３３とを載置した構造の駆動装置である。ここで、第１ステージ３２は、第１可動部３５を支持しており、この第１可動部３５は、チャック３７を介してワークＷを間接的に支持している。第１ステージ３２は、ワークＷを、例えばＺ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第１可動部３５は、ワークＷをＺ軸に平行な水平回転軸ＲＡのまわりに所望の速度で回転させることができる。一方、第２ステージ３３は、第２可動部３６を支持しており、この第２可動部３６は、振動切削ユニット２０を支持している。第２ステージ３３は、第２可動部３６及び振動切削ユニット２０を支持して、これらを例えばＸ軸方向やＹ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。ここで、第２可動部３６は、必要であれば、振動切削ユニット２０をＹ軸に平行な鉛直旋回軸ＰＸのまわりに所望の角度量だけ所望の速度で回転させることもできる。【０１００】
なお、以上のＮＣ駆動機構３０において、第１ステージ３２と第１可動部３５とは、ワークＷを駆動する被加工体駆動部を構成し、第２ステージ３３と第２可動部３６とは、振動切削ユニット２０を駆動する工具駆動部を構成する。【０１０１】
駆動制御装置４０は、高精度の数値制御を可能にするものであり、ＮＣ駆動機構３０に内蔵されたモータや位置センサ等を主制御装置７０の制御下で駆動することによって、第１及び第２ステージ３２，３３や、第１及び第２可動部３５，３６を目的とする状態に適宜動作させる。例えば、第１及び第２ステージ３２，３３によって、振動切削ユニット２０のツール部２１先端に設けた切削工具２３先端の加工点を低速でＸＺ面に平行な面内に設定した所定の軌跡に沿ってワークＷに対して相対的に移動（送り動作）させつつ、第１可動部３５によって、ワークＷを水平回転軸ＲＡのまわりに高速で回転させることができる。結果的に、駆動制御装置４０の制御下で、ＮＣ駆動機構３０を高精度の旋盤として活用することができる。【０１０２】
振動子駆動装置５０は、振動切削ユニット２０に内蔵された振動源に電力を供給するためのものであり、内蔵する発振回路やＰＬＬ回路によって、ツール部２１先端を主制御装置７０の制御下で所望の振動数及び振幅で振動させることができる。なお、ツール部２１先端は、軸（すなわち切り込み深さ方向に延びる工具軸ＡＸ）に垂直な撓み振動や軸に沿った軸方向振動が可能になっており、その２次元的な振動や３次元的な振動によってワークＷ表面にツール部２１先端すなわち切削工具２３を向けた微細で効率的な加工が可能になっている。【０１０３】
ガス供給装置６０は、振動切削ユニット２０を冷却するためのものであり、加圧された乾燥空気を供給するガス状流体源６１と、ガス状流体源６１からの加圧乾燥空気を通過させることによってその温度を調節する温度調整手段としての温度調節部６３と、温度調節部６３を通過した加圧乾燥空気の流量調節を行う流量調整手段としての流量調節部６５とを備える。ここで、ガス状流体源６１は、例えば熱的工程やデシケータ等を利用した乾燥機に空気を送り込むことによって空気を乾燥させ、コンプレッサで乾燥空気を所望の気圧まで昇圧させる。また、温度調節部６３は、図示を省略するが、例えば冷媒を周囲に循環させた流路と、この流路の途中に設けた温度センサとを有し、冷媒の温度や供給量の調節によって、流路に通した加圧乾燥空気を所望の温度に調節することができる。さらに、流量調節部６５は、例えばバルブやフローコントローラ（不図示）を有し、温度調節された加圧乾燥空気を振動切削ユニット２０に供給する際の流量を調節することができるようになっている。【０１０４】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、図１２に示す加工装置１０を用いたワークＷの加工を説明する拡大平面図である。ツール部２１の固定部２１ａは、既に説明したように例えばＹＺ面内で高速振動する。また、ツール部２１の固定部２１ａは、図１２のＮＣ駆動機構３０によって、被加工体であるワークＷに対し、例えばＸＺ面内で所定の軌跡を描いて徐々に移動する。つまり、ツール部２１の送り動作が行われる。また、被加工体であるワークＷは、図１２のＮＣ駆動機構３０によって、Ｚ軸に平行な回転軸ＲＡのまわりに一定速度で回転する。これにより、ワークＷの旋削加工が可能になり、ワークＷに対し回転軸ＲＡのまわりに回転対称な例えば被加工面ＳＡ（例えば、凹凸の球面、非球面等の曲面のほか、位相素子面等の段差面）を形成することができる。【０１０５】
この際、第２ステージ３３に固定されたツール部２１の工具軸ＡＸをＺ軸方向に平行に保つと、切削工具２３先端の振動面（楕円軌道ＥＯ）がワークＷに形成すべき被加工面ＳＡに対して所謂見込み角で傾斜した状態となり、ツール部２１の固定部２１ａに±Ｘ方向の力が加わる。この場合、ツール部２１すなわち振動切削ユニット２０を構成する振動体組立体１２０〜６２０のＸ軸方向の剛性を高めているので、ツール部２１の固定部２１ａや切削工具２３の位置を高精度に制御することができ、対象物であるワークＷを高精度で加工することができる。また、ツール部２１すなわち振動切削ユニット２０を構成する振動体組立体１２０〜６２０のＸ軸方向の横撓み振動がほとんど生じないので、切削工具２３先端の振動状態を精密に制御することができ、対象物であるワークＷを高精度で加工することができる。【０１０６】
また、ワークＷの加工中、ツール部２１先端の開口９５ａから切削工具２３の先端に向けて加圧乾燥空気を高速で射出させるので、切削工具２３や被加工面ＳＡを効率良く冷却することができるだけでなく、切削工具２３や被加工面ＳＡの温度を加圧乾燥空気の温度と流量とによって一定範囲に収まるようにすることも可能である。この加圧乾燥空気は、ツール部２１の軸心を貫通する貫通孔９５を介して導入され、切削用振動体８２、軸方向振動子８３、カウンタバランス８５等の内部を流れるので、切削用振動体８２等の温度を加圧乾燥空気の温度と流量とによって調整することができる。このように、加圧乾燥空気の温度を調整することにより、切削用振動体８２の温度を安定させることができ、高精度で再現性の高い切削加工面が得られる。【０１０７】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る成形金型について説明する。図１４は、第１実施形態の振動切削ユニット２０を用いて作製した成形金型（光学素子用成型金型）を説明する図であり、図１４（ａ）は、固定型すなわち第１金型２Ａの側方断面図であり、図１４（ｂ）は、可動型すなわち第２金型２Ｂの側方断面図である。両金型２Ａ，２Ｂの光学面３ａ，３ｂは、図１２等に示す加工装置１０によって仕上げ加工されたものである。つまり、両金型２Ａ，２Ｂの母材（材料は例えば超硬）をワークＷとしてチャック３７に固定し、振動子駆動装置５０等を動作させて振動切削ユニット２０に定在波を形成しつつ切削工具２３を高速振動させる。これと並行して駆動制御装置４０を適宜動作させて、振動切削ユニット２０のツール部２１先端をワークＷに対して３次元的に任意に移動させる。これにより、金型２Ａ，２Ｂの転写光学面３ａ，３ｂを、球面や非球面に限らず、段差面、位相構造面、回折構造面とすることができる。【０１０８】
図１５は、図１４（ａ）の金型２Ａと、図１４（ｂ）の金型２Ｂとを用いてプレス成形した光学素子であるレンズＬの断面図である。図示していないが、金型２Ａ，２Ｂの光学面３ａ，３ｂが段差面、位相構造面、回折構造面等を有する場合、レンズＬの成形光学面も、段差面、位相構造面、回折構造面等を有するものとなる。さらに、レンズＬの材料は、プラスチックに限らず、ガラス等とすることができる。なお、レンズＬを第２実施形態の加工装置１０によって直接作製することもできる。【０１０９】
〔第１実施例〕
以下、上記実施形態の振動切削ユニット２０や加工装置１０を用いた具体的加工例と比較例とについて説明する。【０１１０】
具体的な実施例では、切削用振動体８２のＸ方向に沿った横撓み振動方向に関する厚みすなわち第１幅を３５ｍｍにし、切削用振動体８２のＹ方向に沿った縦撓み振動方向に関する厚みすなわち第２幅を２５ｍｍにした。つまり、切削用振動体８２の断面寸法を縦方向２５ｍｍ×横方向３５ｍｍとし、第２部分Ｐ２における断面寸法を縦方向１５ｍｍ×横方向２０ｍｍとし、横撓み振動方向の剛性を向上させた振動切削ユニット２０を用いて振動切削加工を行った。【０１１１】
上記の振動切削加工には、図１６に示すような、直交３軸の可動ステージを有する超精密加工機を用いた。図示のように、加工装置１１０は、被加工体であるワークＷを切削加工するための振動切削ユニット２０と、振動切削ユニット２０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構１３０とを備える。なお、図１２に示す第２実施形態で説明した駆動制御装置４０、振動子駆動装置５０、ガス供給装置６０、主制御装置７０等については図示を省略する。ＮＣ駆動機構１３０は、定盤である台座１３１上に第１ステージ１３２と第２ステージ１３３とを載置した構造の駆動装置である。ここで、第１ステージ１３２は、Ｙステージ１３６を支持しており、このＹステージ１３６は、アームブロックすなわちユニット取付部１３５を介して振動切削ユニット２０を鉛直に支持している。第１ステージ１３２及びＹステージ１３６は、振動切削ユニット２０の先端を、例えばＸ軸方向やＹ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。一方、第２ステージ１３３は、不図示のチャックを介してワークＷを支持している。第２ステージ１３３は、ワークＷを例えばＺ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。【０１１２】
振動切削ユニット２０において、切削に使用する切削工具２３の加工用チップ２３ａすなわちダイヤモンド工具は、先端のすくい面Ｓ１の開き角が６０°を有し、先端が円弧形状で構成されているＲバイトである。また、切れ刃のすくい面Ｓ１の先端円弧半径は、０．８ｍｍで、逃げ角γ＝１０°であり、すくい面Ｓ１が切り込み点においてなす角度はー１５°である。この時の加工用チップ２３ａによる切り込み量は２μｍである。本振動切削において、切削工具２３は、軸方向及び撓み方向のそれぞれに振動し、加工用チップ２３ａの刃先は、円運動もしくは楕円運動を行う。その結果、すくい面Ｓ１ですくい上げるように切削するため、振動切削ではない通常の加工に比べ、延性モード切削であっても切込量を数倍大きくとることができる。【０１１３】
被加工物であるワークＷの材料には、タンガロイ社製のマイクロアロイＦ（硬度ＨＶ＝１８５０）を用いた。光学面となる加工形状は、断面形状が非球面形状であり、それと直交方向には曲率を有しないシリンドリカル非球面形状（母線に沿った軸に垂直な方向の断面形状は、近似Ｒ凹が３．２ｍｍで、中心曲率半径が５．４ｍｍで、幅が４ｍｍで、母線に沿った軸方向の形状は、曲率半径が∞（無限）で、長さが１５ｍｍ）である。【０１１４】
以上のような実施例の方法で振動切削加工を行った結果、１回の加工で形状誤差が０．１２μｍＰＶ程度の光学面を得ることができた。さらに、この加工面に対して形状誤差補正加工を行うことで、要求精度である形状精度０．０４７μｍＰＶを達成することができた（図１７参照）。なお、図１７において横軸は加工面の中心からの距離を示し、縦軸は形状誤差を示す。【０１１５】
また、以上のような形状誤差補正加工を行った加工面を顕微鏡観察したところ、正常な切り込みを与えたときに現れるツールマークが観察され、延性モードで切削が進行したことが確認された。この加工面の表面粗さをＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００で測定したところ、３．５５ｎｍＲａとなり、金型として使用可能な転写光学面が得られていた。【０１１６】
さらに、別の実施例として、切削用振動体８２の横撓み振動方向に関する厚みすなわち第１幅を極端に厚く２００ｍｍにし、切削用振動体８２の断面寸法を縦方向２５ｍｍ、横方向２００ｍｍとし、横撓み振動方向の剛性を向上させた振動切削ユニット２０を用いて振動切削加工を行った。【０１１７】
前述の縦方向幅２５ｍｍ、横方向幅３５ｍｍの振動切削ユニット２０と同様の光学面加工を行ったところ、１回の加工で形状誤差が０．０８μｍＰＶ程度の良好な光学面を得ることができた。さらに、この加工によって得た加工面に対して形状誤差補正加工を行うことで、形状精度０．０４０μｍＰＶを達成することができた。また、以上のような形状誤差補正加工を行った加工面の表面粗さを上記測定器ＨＤ３３００で測定したところ、２．９０ｎｍＲａとなり、上記実施例よりも表面粗さが向上していた。【０１１８】
以下、比較例について説明する。従来使用していた振動切削ユニット２０は、切削用振動体８２のうち第２部分Ｐ２の断面形状がφ＝２５ｍｍの円形で、切削用振動体８２の先端に向かって、保持部材８２ｂ，８２ｃのところから円錐形になってφ＝１５ｍｍまで徐々に細くなっていき、その先の第１部分Ｐ１では、φ＝１５ｍｍの円形断面のまま先端まで続いている。なお、その他の条件は実施例と同様とした。【０１１９】
以上のような比較例の振動切削ユニット２０を用いて、シリンドリカル非球面形状の振動切削加工を行った。結果は、ワークＷを加工した金型の光学面は、加工面の中心から離れた位置すなわち加工用チップ２３ｃ先端の見込み角の大きくなる箇所の形状精度が１０μｍＰＶと悪く、光学面成形用型としては使えないものであった（図１８参照）。さらに、形状精度が悪い箇所を顕微鏡観察したところ、正常な切削が行われたときに観察されるツールマークは見られず、加工表面が砂目のようにざらざらしていた。【０１２０】
以上の結果を考察すると、比較例で得た金型の光学面のうち、加工用チップ２３ｃ先端における見込み角が小さくなる箇所で加工した光学面の面粗さや形状は良好であることから、比較例の振動切削ユニット２０において、軸振動方向の剛性と縦撓み振動方向の剛性とは十分であるが、横撓み振動方向の剛性が不足していたため、加工用チップ２３ｃの刃先が加工背分力で横方向（縦撓み振動面に垂直な方向）に押し戻されてしまい、設定した切込みが実現できなかったと考えられる。また、加工後の加工用チップ２３ｃを顕微鏡で観察したところ、形状精度の悪い箇所を加工していた刃先部が大きく磨耗しており、加工用チップ２３ｃが加工点で切り込を行わず加工面に擦りつけられたことを示していた。【０１２１】
以上をまとめると、実施例の振動切削ユニット２０のように、切削用振動体８２の横撓み振動方向の厚みを大きくし、その方向の剛性を高くしたことにより、振動切削に際して確実な切込を与えることができたと考えられ、本発明の効果があることが分かった。ただし、被加工物であるワークＷの光学面の見込み角にもよるが、横撓み振動方向の厚みをあまり大きくしすぎると、ワークＷと固定部２１ａやツール部２１とが加工時に干渉するため、本発明で規定する形状の範囲内で切削用振動体８２を製作することが望ましい。【０１２２】
〔第２実施例〕
本実施例では、先端部付近が一定の太さで構成されている従来の切削用振動体の剛性を向上させるために、撓み振動子８４から切削用振動体４８２先端の固定部２１ａ付近までにおいて、Ｘ方向すなわち横撓み振動方向の幅を縦撓み振動方向の幅より大きく維持しながら徐々に細くなっていくようなテーパ形状の切削用振動体４８２を製作した（具体的な形状は図９参照）。これにより、実施例の切削用振動体４８２では、撓み振動子８４に近い部分でも、前述した第１実施例の切削用振動体４８２の剛性をさらに向上させることができた。【０１２３】
ここで、比較のため、従来型の切削用振動体８２について説明する（便宜上、形状が近い図１を参照）。振動切削は、撓み振動子８４等で発生させた振動を切削用振動体８２に伝え、これによって生じる切削用振動体８２の共振を用いて、固定部２１ａさらには切削工具２３先端を振動させている。ここで、撓み振動の周波数は、振動する媒体が細いほうが低く、太いほうが高くなる。また、振動する媒体が細くなるほど振幅が大きくなる。そのため、従来の切削用振動体８２は、撓み振動子８４周辺よりも切削工具２３が取り付けてある切削用振動体８２の先端部の方が細くなっており、その形状の多くは、切削用振動体８２の中間部で段差状に細くなっている。そして、特に回転対称形状が旋盤等によって容易に作りやすいため、その段差状に細くなっている箇所から先端側の固定部２１ａまで縦方向も横方向も一定の太さで続く細い部分となっている。これらの形態の多くでは、段差から固定部２１ａまでの細い部分において、切削用振動体８２の曲げに対する剛性が、縦方向と横方向でほぼ同じであり、一方の剛性を向上させるような対策はとられていない。【０１２４】
以上説明した従来型の装置の精度向上を目的として、上記実施例の切削用振動体４８２すなわち振動切削ユニット４２０を用いて光学面加工を行った。加工形状は、第１実施形態と同様のシリンドリカル非球面である。被加工体であるワークＷの材料には、タンガロイ社製のマイクロアロイＦ（硬度ＨＶ＝１８５０）を用いた。切削加工後、ＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００を使用して光学面の表面粗さを測定した。結果は、平均表面粗さが２．９ｎｍＲａであり、良好な光学鏡面となった。また、加工形状誤差は、松下電器産業製の三次元形状測定器ＵＡ３Ｐで測定し、１回目の加工で０．１１μｍＰＶ程度となった。このような形状誤差を補正するような加工プロゲラムを作成し、補正加工を行ったところ、形状誤差０．４８μｍＰＶの良好な結果が得られた。【０１２５】
一方、従来型の切削用振動体によって同様の加工を試みた。しかし、従来型の切削用振動体の場合、横撓み振動方向の剛性不足によって刃先位置が変動してしまい、加工面の形状精度が５．２μｍＰＶと悪かった。【０１２６】
なお、上記実施例の切削用振動体４８２を変形した別の切削用振動体４８２も作成した。見込み角の大きな光学面の加工では、加工面周辺部において例えば見込み角が７０°近くになるが、そのような場合、切削工具や切削工具用の固定部付近が加工面に干渉する可能性がある。そのため、本変形例では、工具固定部付近が干渉しないように、工具固定部手前から先端に向かって切削用振動体４８２の先端に設けた固定部２１ａに設けた先端角が６０°になるように、切削用振動体４８２の先端部を平面視楔状に加工してある。振動試験を行った結果、切削用振動体４８２先端の重量が少し変わったことにより、上記のような先端加工を施していない振動子と比較すると、縦撓み振動と軸方向振動の位相とが１．３°程度ずれていたが、位相調整を行い、位相差を補正することができた。【０１２７】
この切削用振動体４８２を用いて光学面加工を行った。切削に使用する加工用チップ２３ａすなわちダイヤモンド工具は、先端すくい面Ｓ１の開き角が６０°で先端が円弧形状に形成されたＲバイトである。切れ刃のすくい面Ｓ１の先端円弧半径は０．８ｍｍで、逃げ角γ＝１０°であり、すくい面Ｓ１が切り込み点においてなす角度は−３５°である。この時の加工用チップ２３ａによる切り込み量は２μｍである。切削加工後、ＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００を使用して光学面の表面粗さを測定した。結果は、加工面の表面粗さが３．０ｎｍＲａであり、実用十分な光学鏡面が得られた。加工面の形状精度は、松下電器産業製の三次元形状測定器ＵＡ３Ｐで測定し、１回目の加工で０．１１μｍＰＶ程度の加工形状誤差となった。その形状誤差を補正するような加工プログラムを作成し、補正加工を行ったところ、形状誤差０．０４５μｍＰＶという結果が得られた。【０１２８】
〔第３実施例〕
振動エネルギーは、一般に切削用振動体における応力の集中する場所で大きく損失し、そのほとんどが熱に変換される。 また、その損失が大きな場合には、設計どおりの振幅が得られないばかりでなく、発生した熱による切削用振動体の膨張で共振周波数が変化したり、振動子である圧電素子に熱による過負荷がかかり、この圧電素子の劣化を招くこともある。そのため、鋭利なエッジをもつ切削用振動体８２，２８２等については、振動しにくい、つまり振動エネルギーのロスが大きい材料で切削用振動体８２，２８２を作製した場合、所期の振動が得られない場合が高い頻度で生じていた。【０１２９】
そこで、本実施例では、断面が楕円形状の切削用振動体３８２を作製した（具体的な形状は、図８参照）。このような楕円断面の切削用振動体３８２により、横撓み振動方向の厚みを縦撓み振動方向の厚みよりも大きくし、横撓み振動方向の剛性を維持しながら、応力が集中する鋭利なエッジをなくし、振動エネルギーのロスを減少させ得るものとした。【０１３０】
従来切削用振動体として用いているハイス鋼にくらべヤング率の小さいＳＵＳ３０４を用い、断面寸法が縦方向２０ｍｍ×横方向４０ｍｍの長方形状である比較例の切削用振動体を作製し、その振動状態を調べたところ、前述したような振動エネルギーのロスにより発熱し、また共振周波数も変化し、安定しなかった。しかし、同じＳＵＳ３０４を用いて短径２０ｍｍ×長径４０ｍｍの同比率を持つ楕円形状断面の切削用振動体３８２を製作し、その振動状態を調べたところ、振動による発熱は通常の２℃未満にとどまり、共振周波数の変動も、設計仕様内の５％程度に収まった。【０１３１】
また、長方形状と楕円形状の中間形状である、φ４０ｍｍの円筒を、円筒中心軸と平行に２０ｍｍ幅で切断した形状、つまり断面形状が２円弧と２直線を結合した長円形状の切削用振動体を製作し、振動テストを実施した。その結果、振動による発熱は通常より少し大きい３．５℃くらいとなったが、共振周波数の変動も、上記実施例と同等の設計仕様内の５％程度に収まった。【０１３２】
そこで、断面が楕円形状の切削用振動体３８２を用いて光学面の超精密加工を実施した。 加工形状は、前述した第３実施形態同様、シリンドリカル非球面形状である。被加工体であるワークＷの材料には、タンガロイ社製のマイクロアロイＦ（硬度ＨＶ＝１８５０）を用いた。【０１３３】
加工後、ＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００を使用して光学面粗さを測定した。結果は、平均表面粗さが２．５ｎｍＲａであり、非常に良好な光学鏡面となった。また、加工形状精度は、松下電器産業製の三次元形状測定器ＵＡ３Ｐで測定し、１回目の加工で０．１０μｍＰＶ程度の加工形状誤差となった。その形状誤差を補正するような加工プログラムを作成し、補正加工を行ったところ、形状誤差０．４５μｍＰＶの良好な結果が得られた。【０１３４】
なお、楕円断面を有する切削用振動体３８２は、汎用フライス盤や汎用旋盤を用いて製作することは容易ではないが、それよりも高機能なマシニングセンタ等を使用することで容易に製作できる。【０１３５】
〔第４実施例〕
本実施例では、縦撓み振動と横撓み振動とに差を設けることによって従来型の切削用振動体の剛性を向上させる。縦撓み振動方向の厚みを２５ｍｍ、横撓み振動方向の厚みを４０ｍｍとした。一般に、共振周波数は、断面形状が細い方が低く、太いほうが高くなるので、実施例として、縦撓み振動方向の厚みを２５ｍｍとし、横撓み振動方向の厚みを４０ｍｍとした切削用振動体８２を製作した。【０１３６】
このとき、切削用振動体８２の軸方向振動と縦撓み振動と横撓み振動との３種類の振動の中で、横撓み振動についての振動の節位置を他の２つの振動に対して大きくずらした。つまり、振動周波数は、軸方向振動及び縦撓み振動に関して３６ｋＨｚで、横撓み振動に関して４１ｋＨｚであり、横撓み振動のみが他から大きくずれている。このような切削用振動体８２に切削工具２３を取り付け、その刃先先端での振動をレーザードップラー振動計で測定した。縦撓み振動及び軸方向振動の振動周波数は３６．５ｋＨｚとほぼ設計どおりであったが、横撓み振動の共振周波数は３９ｋＨｚとなり、設計した共振周波数と少し乖離が見られたが、縦撓み振動と横撓み振動の共振振動周波数が離れており、目的とする切削用振動体８２が得られた。【０１３７】
ここで、比較のため、従来型の切削用振動体８２について説明する（便宜上、形状が近い図１を参照）。従来型の切削用振動体８２は、段差で直径が減少するものの円筒形状を有しているので、縦撓み振動と横撓み振動の共振周波数がほぼ一致していた。そのため、見込み角が大きな箇所でワークＷを加工する際、加工時に振動を与えるべき方向が縦撓み振動方向であるにも関らず、刃先が縦撓み振動方向の共振周波数で加工物に接触することで、横撓み振動方向に力が加って横方向に刃先位置が大きく変位するとともに、比較的大きな横撓み振動が生じていた。結果として、ワークＷの加工面の形状精度は、見込み角の大きなところで悪く、６μｍＰＶ程度となった。また、切削工具２３刃先が加工面を擦るような加工となり、刃先が大きく磨耗し，加工面も砂目のように荒れていた。【０１３８】
以上説明した従来型の装置の精度向上を目的として、縦撓み振動と横撓み振動の振動周波数を故意にずらした上記実施例の切削用振動体８２すなわち振動切削ユニット２０を用いて光学面加工を行った。加工形状は、前述したシリンドリカル非球面である。被加工体であるワークＷの材料には、タンガロイ社製のマイクロアロイＦ（硬度ＨＶ＝１８５０）を用いた。切削に使用する加工用チップ２３ａすなわちダイヤモンド工具は、先端すくい面Ｓ１の開き角が６０°で先端が円弧形状に形成されたＲバイトである。切れ刃のすくい面Ｓ１の先端円弧半径は０．８ｍｍで、逃げ角γ＝５°であり、すくい面Ｓ１が切り込み点においてなす角度は−３５°である。この時の加工用チップ２３ａによる切り込み量は２μｍである。切削加工後、ＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００を使用して光学面の表面粗さを測定した。結果は、加工面の表面粗さが３．５ｎｍＲａであり、実用十分な光学鏡面が得られた。加工面の形状誤差は、松下電器産業製の三次元形状測定器ＵＡ３Ｐで測定し、１回目の加工で０．１３μｍＰＶ程度となった。その形状誤差を補正するような加工プログラムを作成し、補正加工を行ったところ、形状誤差０．０５μｍＰＶという結果が得られた。【０１３９】
〔第５実施例〕
本実施例では、切削用振動体８２の横撓み方向の共振の腹を、切削用振動体８２先端の固定部２１ａから大きく離れた位置に形成されるようにし、切削用振動体８２の固定部２１ａにおける横撓み振動の振幅が小さくなるようにした。旧来の手法では、切削用振動体８２の設計の際に、縦撓み振動と軸方向振動の共振周波数や振動の腹の位置をシミュレーションにより求める。そして、横撓み振動が発生しないものとして計算を行っていたが、本実施例では、横撓み振動方向にも同様の振動を与えて、振動状態を算出した。その際、縦撓み振動や軸方向振動と節の位置を一致させる必要がない。そして、縦撓み振動と軸方向振動の共振シミュレーションをした振動条件を、横撓み振動のみが発生するとしてシミュレーションで入力し、横撓み振動の節・腹の位置を確認した。このとき、切削用振動体８２先端の固定部２１ａ付近に振動の腹があった場合は、切削用振動体８２の形状を少し変更し、再度縦撓み振動と軸方向振動の共振シミュレーションを行い、その結果から再び横撓み振動のシミュレーションを行った。これらのシミュレーションを繰り返し、切削用振動体８２の形状を決定した。【０１４０】
上記のシミュレーション結果に基づいて切削用振動体８２を作製し、切削工具２３の刃先位置での横撓み振動方向の振幅をレーザードップラー振動計で測定したところ、振動振幅は８ｎｍ程度となり、光学面の超精密加工に要求される１０ｎｍ以下の刃先位置変動をほぼ満たすことができた。【０１４１】
さらに、図１２に示す加工装置１０（超精密加工機）に上記実施例の切削用振動体８２を備える振動切削ユニット２０を用いて旋削を実施した。なお、本実施例では、ブレーズ構造を加工することから、旋回軸に関する第２可動部３６を動作させず、水平回転軸ＲＡのまわりとＸＺの２軸とによる加工を行った。被加工体（被加工物）であるワークＷの材料には、バインダレスタングステン合金を使用した。目的とする光学面は、ブレーズ状の回折溝を有する形状であり、ブレーズ段差量が２μｍ程度である。切削に使用する加工用チップ２３ａすなわちダイヤモンド工具は、先端頂角が３０°に尖った剣先バイトである。切れ刃のすくい面Ｓ１の先端円弧半径は１．０μｍで、逃げ角γ＝５°であり、すくい面Ｓ１が切り込み点においてなす角度は−２５°である。この時の加工用チップ２３ａによる切り込み量は１μｍである。本振動切削において、切削工具２３すなわち加工用チップ２３ａは、軸方向及び縦撓み方向のそれぞれに振動し、切削工具２３の刃先は、円運動もしくは楕円運動を行う。その結果、すくい面Ｓ１ですくい上げるように切削するため、通常の振動切削ではない加工に比べ、延性モード切削であっても切込量を数倍大きくとることができる。また、本実施例のようにブレーズ構造を形成する際、見込み角が７０°といった大きな箇所を加工すると、軸振動方向と工具が接触する光学面との成す角も７０°くらいとなり、横撓み振動方向から振動切削の周波数と同じ周波数の外力を受けることとなる。しかしながら、本実施例の場合、切削用振動体８２の横撓み振動の腹の位置を、切削工具２３先端の近傍である切削用振動体８２の固定部２１ａから大きく外すことができる。 その結果、従来横撓み振動により光学面の見込み角が大きな箇所で刃先位置が変動してしまい、ワークＷに形成されるブレーズ形状が大きく崩れていたものが、ブレーズのエッジ部にダレやカエリのない狙い通りのブレーズを加工することができた。また、加工表面粗さもＳＥＭ観察において鏡面となり、目標とする設計形状通りのブレーズ形状を得ることができた。【０１４２】
〔第６実施例〕
本実施例では、切削用振動体８２の横撓み振動を積極的に減少させる手段として、振動切削ユニット２０を構成する振動体組立体１２０を製作する際、切削用振動体８２と、軸方向振動子８３や撓み振動子８４の取り付け誤差を５分以内としている。【０１４３】
軸方向振動子８３の取り付けに際しては、切削用振動体８２の根元側端面である軸方向振動子８３の取り付け面を研削により仕上げ、軸方向振動子８３側の取り付け面も同様に研削により仕上げることで、取り付け精度を向上させ、切削用振動体８２に設定している軸方向振動の方向と、切削用振動体８２に接合される軸方向振動子８３との振動方向の傾きを２分以内とした。次に、縦撓み振動用の撓み振動子８４を切削用振動体８２の側面に取り付ける際、切削用振動体８２に設定している縦振動方向と、撓み振動子８４によって与えられる縦撓み振動の振動方向とが傾かないようにするため、図１９に示すように、切削用振動体８２の側面に設けた取り付け面、すなわち撓み振動子８４の取り付け位置に予めマーキングＭＡ１をし、撓み振動子８４の上面において左右対称となる中心線上にもマーキングＭＡ２を施した。そして、マーキングＭＡ１，ＭＡ２同士の位置が一致するように、縦撓み振動用の撓み振動子８４を取り付け位置、つまり縦撓み振動の腹位置に取り付けた。【０１４４】
以上のようにして作製した振動体組立体１２０について、切削工具２３の刃先位置での横撓み振動方向の振幅をレーザードップラー振動計で測定したところ、振動振幅は１０ｎｍ程度となり、光学面の超精密加工に要求される１０ｎｍ以下の刃先位置変動を満たすものとなった。【０１４５】
さらに、本実施例の振動体組立体１２０を備える振動切削ユニット２０を組み込んだ図１２に示す加工装置１０（超精密加工機）等を用いて旋削を実施した。なお、本実施例では、実施例の効果を検証するため、旋回軸に関する第２可動部３６を動作させず、水平回転軸ＲＡのまわりとＸＺの２軸とによる加工を行った。被加工体（被加工物）であるワークＷの材料には、タンガロイ社のマイクロアロイＦ（ＨＶ１８５０）を使用した。目的とする光学面は、非球面光学面形状になっており、近似Ｒ凹が０．９ｍｍ程度で、中心曲率半径が１．３３ｍｍで、最大見込み角が６５°という小さく深い凹光学面である。【０１４６】
ワークＷにおいて、光学面となる面は、予め放電加工にて凹球面に加工し、さらに軸分解能が１００ｎｍ程度の汎用的な高精度研削加工機を用いて、近似球面形状から非球面形状への粗取り加工を行った。この粗取り研削加工では、電着砥石を使用し、形状補正を繰り返しながら、形状精度１μｍ程度まで短時間で追い込み、非球面形状に仕上げた。次に、本実施例の切削用振動体８２を備える図１２の加工装置１０（超精密加工機）を用いて切削仕上げ加工を行った。切削仕上げ加工に使用する加工用チップ２３ａすなわちダイヤモンド工具は、先端すくい面Ｓ１の開き角が３０°で先端が円弧形状に形成されたＲバイトである。切れ刃のすくい面Ｓ１の先端円弧半径は１．０ｍｍで、逃げ角γ＝５°であり、すくい面Ｓ１が切り込み点においてなす角度は−２５°である。この時の加工用チップ２３ａによる切り込み量は２μｍである。また、切削加工に際して、加工光学面を有するワークＷを取り付けた第１可動部３５による主軸すなわち水平回転軸ＲＡまわりの回転数は３４０ｒｐｍであり、送り速度は０．２ｍｍ／ｍｉｍであった。【０１４７】
切削加工後、ＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００を使用して光学面の表面粗さを測定した。結果は、加工面の表面粗さが３．２ｎｍＲａであり、実用十分な光学鏡面が得られた。加工面の形状誤差は、松下電器産業製の三次元形状測定器ＵＡ３Ｐで測定し、１回目の加工で１００ｎｍＰＶ程度となった。その形状誤差を補正するような加工プログラムを作成し、補正加工を行ったところ、形状誤差５０ｎｍＰＶという結果が得られた。従来このような高精度の加工形状は、旋回軸を用いて、加工用チップ２３ａ先端に対応する加工点の加工形状の法線方向と、振動体組立体１２０の軸振動方向すなわち工具軸ＡＸとをほぼ一致させるような、シングルポイントでの加工でしか実現できなかったが、本実施例により加工用チップ２３ａの刃先位置に関して横撓み振動方向の位置変動を抑えることができ、見込み角の大きな加工点でも設定どおりの切り込みを与えることができ、加工プログラムどおりの形状を創製することができた。また、このようにしてワークＷから得た光学素子用形成型金型を用いてガラスを成型した。これにより、環境変化に強く色収差補正が可能なガラス光学素子が得られた。【０１４８】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、振動切削ユニット２０において、固定部２１ａの形状や、切削工具２３の取付方法は適宜変更することができる。【０１４９】
また、上記実施形態では、一組の振動体８２，８５を４つの保持部材８２ｂ，８２ｃ，８５ｂ，８５ｃで支持しているが、一組の振動体８２，８５を２つの保持部材８２ｂ，８５ｂで支持することも可能である。さらに、いずれんかの振動体８２，８５に節部分が２箇所以上形成される場合、これらの節部分のいずれか１箇所以上に上記保持部材８２ｂ，８２ｃ，８５ｂ，８５ｃと同様の保持部材を設けてケース部材８６内に固定することができる。【０１５０】
また、振動切削ユニット２０において、振動切削ユニット２０があまり加熱されない場合、切削用振動体８２の寸法変化を気にしなくても良くなるので、加圧乾燥空気の供給は不要である。また、図１２のガス供給装置６０において、空気ではなく、オイルその他の潤滑要素等をミスト化した溶媒や粒子として添加したガス状流体や、窒素ガス等の不活性ガス等を用いることができる。【０１５１】
また、振動体組立体２０を構成する振動体８２〜６８２は、これまでの実施形態のように１つである必要はなく、また、このような振動体を励振する振動子は、複数または複数対あってもよい。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図１６】
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【図２】
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【図４】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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