(57)【要約】  切削工具２３において、シャンク２３ｂは、セラミックス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、切れ刃を有するダイヤモンド製のチップであり、シャンク２３ｂの尖端部に活性金属法、ロウ付け等によって固定されている。シャンク２３ｂは、固定ネジ２５及びワッシャ２７によって、固定部２１ａに設けたスリット状溝２１ｆの下面に押し付けるように固定される。この際、ワッシャ２７は、緩衝部材として変形する環状部材であり、固定ネジ２５による締め付けの応力が局所的に集中しないようにしている。
2007114034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切れ刃を有するチップと、当該チップを保持するセラミック製のシャンクとを有する振動切削用の切削工具と、
前記切削工具の前記シャンクを支持するとともに前記切削工具に対して振動を伝達するための支持体と、
前記切削工具を前記支持体に締め付けて固定する締結部材と、
前記シャンクと前記締結部材のヘッド部との間に、前記シャンクの本体材料よりも硬度が小さく且つ前記締結部材の本体材料よりも硬度が小さい材料で形成された緩衝部材と、を備えることを特徴とする切削装置。
【請求項２】
前記締結部材は、雄ネジ状の螺合部材であり、前記緩衝部材は、環状部材であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の切削装置。
【請求項３】
前記緩衝部材は、前記締結部材の押圧部の形状に対応した形状をあらかじめ形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の切削装置。
【請求項４】
前記緩衝部材は、前記締結部材の押圧部の形状に対応する形状に変形可能であることを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の切削装置。
【請求項５】
前記緩衝部材は、表面において軟金属を含む材料で形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第４項のいずれか一項記載の切削装置。
【請求項６】
前記締結部材の本体材料の硬度は、前記支持体の硬度よりも小さいことを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第５項のいずれか一項記載の切削装置。
【請求項７】
前記緩衝部材を構成する軟金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第６項のいずれか一項記載の切削装置。
【請求項８】
前記緩衝部材は、ＨＶ３００以下のビッカース硬度を有していることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項のいずれか一項記載の切削装置。
【請求項９】
前記緩衝部材は、前記ヘッド部上あるいは前記シャンク上のコーティング層であることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第８項のいずれか一項記載の切削装置。
【請求項１０】
前記支持体は、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構成することを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第９項のいずれか一項記載の切削装置。
【請求項１１】
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の範囲第１０項に記載の切削装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１項から請求の範囲第１１項のいずれか一項記載の切削装置と、前記切削装置を動作させつつ変位させる駆動装置と、を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項１３】
請求の範囲第１項から請求の範囲第１１項のいずれか一項記載の切削装置を用いて加工創製された、光学素子の光学面を成形するための転写光学面を有することを特徴とする成形金型。
【請求項１４】
請求の範囲第１項から請求の範囲第１１項のいずれか一項記載の切削装置を用いて加工創製されることを特徴とする光学素子。
【請求項１５】
請求の範囲第１項から請求の範囲第１１項のいずれか一項記載の切削装置に振動を与えて切削することを特徴とする切削方法。
【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装置及び加工装置、並びに、これを用いて作製される成形金型及び光学素子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。【０００５】
以上の方法において、切削工具は、ダイヤモンド等で形成された切れ刃を有するチップを備え、このチップは、高速度鋼や超硬合金で形成されたシャンクにロウ付けされている。このような切削工具は、ボルト、ナット等の締結部材によって、シャンクを介して振動体としての支持体にネジ止めされている。【０００６】
しかし、上記のような切削工具は、シャンクが高速度鋼や超硬合金で形成されているので重く、折角与えた振動について振幅の減衰が生じてしまう可能性がある。【０００７】
ここで、切削工具のシャンクを軽量で丈夫なセラミックで形成することも考えられるが、セラミックは破壊靱性値が低く、十分な強度でシャンクをネジ締めしようとするとシャンクが破損する可能性がある。特に、シャンクに対するネジのあたり方が不均一であると、一カ所に応力が集中してシャンクが破損する可能性がある。
【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】
【０００８】
そこで、本発明は、振幅の減衰を低減しつつ、シャンクを破損することなく確実に固定することができる切削装置、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】
また、本発明は、上記切削装置を用いて高精度で作製される成形金型及び光学素子を提供することを目的とする。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る切削装置は、（ａ）切れ刃を有するチップと、当該チップを保持するセラミック製のシャンクとを有する振動切削用の切削工具と、（ｂ）切削工具のシャンクを支持するとともに切削工具に対して振動を伝達するための支持体と、（ｃ）切削工具を支持体に締め付けて固定する締結部材と、（ｄ）シャンクと締結部材のヘッド部との間に、シャンクの本体材料よりも硬度が小さく且つ締結部材の本体材料よりも硬度が小さい材料で形成された緩衝部材とを備える。
【００１１】
本発明に係る加工装置は、（ａ）上述の切削装置と、（ｂ）切削装置を動作させつつ変位させる駆動装置とを備える。本加工装置では、以上で説明した切削装置を駆動装置によって変位させるので、軽量かつ十分な強度で確実に固定された切削工具を備える切削装置によって高精度の加工を実現できる。
【００１２】
本発明に係る成形金型は、上述の切削装置を用いて加工創製された、光学素子の光学面を成形するための転写光学面を有する。この場合、凹面その他の各種転写光学面を有する金型を、高精度で加工することができる。
【００１３】
本発明に係る光学素子は、上述の切削装置を用いて加工創製されている。この場合、凸面その他の各種光学面を有する高精度の光学素子を直接的に得ることができる。
【００１４】
本発明に係る切削方法は、上述の切削装置に振動を与えて切削する切削方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施形態の振動切削ユニットの平面図、側面図、及び端面図である。
【図２】振動体組立体の平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、フランジ部の形状を説明する側面図及び端面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、切削工具の構造及び固定方法を説明する拡大側面図及び拡大断面図である。
【図５】図４に示す切削工具の固定方法の変形例を説明する拡大断面図である。
【図６】図４に示す切削工具の固定方法の変形例を説明する拡大断面図である。
【図７】図４に示す切削工具の固定方法の変形例を説明する拡大断面図である。
【図８】図４に示す切削工具の固定方法の変形例を説明する拡大断面図である。
【図９】図４に示す切削工具の固定方法の変形例を説明する拡大断面図である。
【図１０】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１１】図１０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１２】（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１３】図１２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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上記切削装置においては、シャンクの被押圧部と締結部材の押圧部との間に配置される緩衝部材が、セラミック製のシャンクの本体材料と締結部材の本体材料との双方よりも硬度の小さい材料を含んで形成されるので、締結部材によって破壊靱性値が比較的低いセラミック製のシャンクを支持体の所定位置に十分な強度で締め付けて確実に固定することができる。この際、緩衝部材が変形等してシャンクに局所的な応力が加わることを防止できるので、シャンクが割れる可能性を低減でき、切削工具の寿命を長くすることができる。つまり、締結部材の押圧部とシャンクの被押圧部とのそれぞれの表面にある微小な凹凸に沿うように、その間に入った緩衝部材が変形し、締結部材と緩衝部材、或いはシャンクと緩衝部材の接触面積が増加し切削工具を強固に固定することができる。【００１７】
本発明の具体的な態様では、上記切削装置において、締結部材が、雄ネジ状の螺合部材であり、緩衝部材が、ワッシャ状（板状）の環状部材である。この場合、雄ネジを支持体にねじ込むようにしてシャンクを固定することができ、押圧部である螺合部材のヘッド部の下面（締め付け側の座）と、被押圧部であるシャンクに設けた開口周辺（締め付けられる側の座）との間に緩衝部材を簡易に挟むことができる。【００１８】
本発明の別の態様では、緩衝部材が、締結部材の押圧部の形状に対応した形状をあらかじめ形成されている。この場合、緩衝部材が大きく変形することなく被押圧部と押圧部との間に保持された状態になる。【００１９】
本発明のさらに別の態様では、緩衝部材が、締結部材の押圧部の形状に対応する形状に変形可能である。この場合、緩衝部材が変形して被押圧部と押圧部との間に保持された状態になる。【００２０】
本発明のさらに別の態様では、緩衝部材が、表面において軟金属を含む材料で形成されている。この場合、緩衝部材が低応力で変形し易く、被押圧部と押圧部とに密着し易くなるので、シャンクを支持体に強固に固定することができる。【００２１】
本発明のさらに別の態様では、締結部材の本体材料の硬度が、支持体の硬度に比較して小さい。この場合、締結部材は、支持体よりも相対的に硬度が小さく、支持体に傷、変形その他のダメージを与えにくいので、締結部材の再利用をある程度確保しつつも支持体の寿命をさらに延ばすことができる。【００２２】
本発明のさらに別の態様では、緩衝部材を構成する軟金属が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む。【００２３】
本発明のさらに別の態様では、緩衝部材が、ＨＶ２００以下のビッカース硬度を有している。【００２４】
本発明のさらに別の態様では、緩衝部材が、締結部材のヘッド部上あるいはシャンク上のコーティング層である。【００２５】
本発明のさらに別の態様では、支持体が、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構成する。この場合、切削工具に対して撓み振動と軸方向振動とを付与することができ、切削工具を多様に振動させる振動切削が可能になる。【００２６】
本発明のさらに別の態様では、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】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る切削装置を図面を用いて説明する。図１（ａ）は、光学面や転写光学面を作製するための切削装置である振動切削ユニットの構造を説明する平面図であり、図１（ｂ）は、振動切削ユニットの側面図であり、図１（ｃ）は、振動切削ユニットの端面図である。また、図２は、図１の振動切削ユニットに組み込まれている振動体組立体の平面図である。【００２８】
図１（ａ）〜１（ｃ）に示すように、振動切削ユニット２０は、レンズ等の光学素子の光学面や、このような光学面を成形するための成形金型の転写光学面等を切削加工によって創製するためのツールである。この振動切削ユニット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。【００２９】
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先端の固定部２１ａに埋め込むように固定されている。つまり、切削用振動体８２或いは固定部２１ａは、切削工具２３を振動可能に支持するための支持体となっている。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の撓み振動に伴ってＹ軸方向に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２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する。【００３０】
切削用振動体８２は、線膨張係数の絶対値が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。さらに、あまり加工精度が要求されない用途では、切削用振動体８２を鉄、焼き入れ鋼、ステンレス、アルミニウム等で形成することもできる。【００３１】
切削用振動体８２の材料として好適なインバー材とは、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、これを切削用振動体８２の材料に用いることで、切削用振動体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。【００３２】
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、これを切削用振動体８２の材料に用いることで、切削用振動体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。【００３３】
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、これを切削用振動体８２の材料に用いることで、切削用振動体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。【００３４】
切削用振動体８２は、切削工具２３に振動を伝達する軸状の振動体本体８２ａと、振動体本体８２ａを支持する保持部材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。このうち、振動体本体８２ａは、Ｚ軸方向をそれ自身の軸方向とする部材である。この振動体本体８２ａは、図示の場合、節部分ＮＰ１（図２参照）の近傍で直径が変化する２段の円柱状の外形を有するが、所期の振動状態を確保し得るものであることを前提として、例えば四角形その他の多角形や楕円等の断面を有するものに置き換えることができる。振動体本体８２ａの側壁から±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に一体的に固定されており、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にしっかりと固定される。【００３５】
以上のようにケース部材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。【００３６】
なお、切削用振動体８２において、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、切削用振動体８２は、つなぎ目なく一体的に形成されたものである。切削用振動体８２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、切削用振動体８２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。なお、切削用振動体８２は、鋳造によって一体的に形成することもできる。さらに、切削用振動体８２は、振動体本体８２ａ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。【００３７】
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方向の縦波を与える。【００３８】
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方向或いはＹＺ面内の振動を与える。【００３９】
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。このカウンタバランス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。なお、カウンタバランス８５の材料としては、あまり加工精度が要求されない場合、超硬、鉄、焼き入れ鋼、ステンレス、アルミニウム等を用いることもできる。【００４０】
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円柱状の振動体本体８５ａと、振動体本体８５ａの節部分ＮＰ２を支持する保持部材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ＮＰ２と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ＮＰ２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にしっかりと固定されている。【００４１】
以上のようにケース部材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ＮＰ２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。【００４２】
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８５ｂ，８５ｃ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。【００４３】
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ＳＰとなっている。ケース部材８６の側壁部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。【００４４】
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８６ｈ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。開口Ｈ１に接続された給気パイプ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。【００４５】
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。【００４６】
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スリット状溝に連通しており、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９５ａ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。【００４７】
図３（ａ）及び３（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。【００４８】
図からも明らかなように、ツール部２１先端に設けた固定部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。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特開２００５−３０５５５５号公報に記載されたような、先端形状を半円、剣先等に適宜変更するここともできる。【００４９】
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。【００５０】
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とを含むトルクスネジである。雄ネジ部２５ｂを不図示のワッシャを介して固定穴２１ｇに差し込んだ状態で、雄ネジ部２５ｂのヘッド部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及びワッシャとスリット状溝２１ｆの下面との間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。【００５１】
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。【００５２】
図４（ａ）及び４（ｂ）は、切削工具２３の構造及びその固定方法を説明する拡大側面図及び拡大断面図である。【００５３】
切削工具２３において、シャンク２３ｂは、セラミックス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、切れ刃を有するダイヤモンド製のチップであり、シャンク２３ｂの尖端部に活性金属法、ロウ付け等によって固定されている。シャンク２３ｂの根元部分２３ｅは、固定ネジ２５及びワッシャ２７によって、図３に示す固定部２１ａに設けたスリット状溝２１ｆの下面に対して押し付けるよう締め付けられて固定される。この際、ワッシャ２７は、緩衝部材として変形する環状部材であり、固定ネジ２５による締め付けの応力が局所的に集中しないようにしている。ワッシャ２７は、固定ネジ２５による締め付け前は、図４（ａ）に示すように平坦な円板の中央をくりぬいた環状の部材であるが、固定ネジ２５による締め付け後は、図４（ｂ）に示すように截頭円錐の側面に対応する立体的な部材になっている。つまり、ワッシャ２７は、固定ネジ２５のヘッド部２５ａ下面に設けた押圧部である座面ＳＳ１と、開口２３ｈの上部の周辺に形成された被押圧部である座面ＳＳ２との間に挟まれて、両座面ＳＳ１，ＳＳ２に適合するように変形している。なお、ワッシャ２７は、当初から截頭円錐の側面形状とすることができる。また、シャンク２３ｂの根元部分２３ｅとスリット状溝２１ｆの下面は、お互い平滑面であり、異物を除去して密着した状態に組まれる。【００５４】
なお、切削工具２３の加工用チップ２３ｃにおいて、先端のすくい面Ｓ１は、例えば６０°程度の開き角θ（図３（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２３ｃ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。以上説明した加工用チップ２３ｃの形状は、例示であり、特開２００５−３０５５５５号公報に記載されたような、より鋭利な剣先バイト、
半月バイト等の先端形状をもったチップの使用が可能である。【００５５】
シャンク２３ｂの材料としては、軽量化や剛性確保の観点から、例えばアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア等のセラミック材料が候補としてあげられ、振動減衰を低減することができる。しかし、例えばジルコニアは密度が６であり、高速度鋼より２５％も軽いので、高い周波数での振動切削を実現するには効果があるが、重量の観点からは、それの２／３ほどの重さの他のアルミナ、窒化珪素等のセラミックがより好ましい。さらに、シャンク２３ｂは、熱変形を低減する観点から、線膨張係数が５×１０−６以下の材料で形成することが望ましい。これに該当するセラミック材料としては、窒化珪素、炭化珪素等がある。なお、以上の説明で用いた線膨張係数は、シャンク２３ｂが実際に使用される例えば０℃〜５０℃の温度における平均線膨張係数を指すものとする。さらに、シャンク２３ｂは、焼結体であるセラミック材料によって形成されており、どれもＨＶ１０００以上であり、炭化珪素で形成された場合、ＨＶ２２００となる。【００５６】
シャンク２３ｂの具体的な材料としては、例えば窒化珪素を主成分とする材料すなわち窒化珪素が５０重量％以上含まれる材料が望ましい。具体的には、市販されている窒化珪素セラミックやサイアロン等がこれに含まれる。これらは、密度が３．３程度であり、ヤング率が２７０〜３００ＧＰａであるので、従来タイプのシャンクの材料である高速度鋼と比較し、重量で１／２以下、ヤング率で１．３倍以上とできる。よって、窒化珪素を主成分とする材料でシャンク２３ｂを形成することで、１ｋＨｚ以上の高周波数の振動を容易に実現でき、撓みやビビリがなくかつ高効率な振動切削加工の実現にとって有利になる。【００５７】
加工用チップ２３ｃは、ダイヤモンドに限らず、切削の対象に応じて窒化ボロン（ＢＮ）等の材料によって形成される。加工用チップ２３ｃをセラミック材料からなるシャンク２３ｂに固定する場合、活性金属法と呼ばれる接合方法を用いる。活性金属法を用いた場合、銀ロウ付け等と比較すると、シャンク２３ｂに対してより強固に加工用チップ２３ｃを接合することができる。この方法では、シャンク２３ｂにおいて接合したい箇所に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ等の高温で活性な金属を含むロウ材の薄板を挟み込んで、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気として約１０００℃で数時間置くことにより、活性化した金属がセラミック材料に拡散して結合し、通常の濡れ性だけに頼るロウ付けよりも強固な結合が得られる。活性金属法としては、ロウ材の薄板を用いる方法に限らず、接合面にロウ材をスパッタや蒸着によって付着させたり、微粒子やアマルガム等のペーストを塗布させることもできる。【００５８】
固定ネジ２５は、金属材料を切削加工や転造加工等することによって形成れた螺合部材である。固定ネジ２５は、雄ネジ部２５ｂの部分の加工性を確保する観点から、あまり硬度の高い材料の使用は適さない。さらに、固定ネジ２５の締め付け強度を確保する観点で、固定ネジ２５は、破壊靱性値を大きくし、ヤング率を一定以上に確保する必要がある。また、シャンク２３ｂにダメージを与えない観点で、固定ネジ２５は、ある程度以下（例えばシャンク２３ｂ以下）の硬度であることが望ましい。つまり、固定ネジ２５は、硬度があまり大きくなり過ぎない必要がある。また、振動という観点では、支持体と同等またはそれより硬度が小さい材料で、振動切削用振動体８２と同等かそれ以上に振動し易い特性を持っている材質の固定ネジ２５を使用することが望ましい。そのような固定ネジ２５で締結することで固定ネジ２５での振動伝達のロスが少なくなり、切削用振動体８２や切削工具２３の先端部まで、振動エネルギーを伝達することができる。固定ネジ２５の材料として、ハイス等の高強度金属材料が好適に用いられる
ワッシャ２７は、シャンク２３ｂと固定ネジ２５とに挟まれて変形するという観点から、シャンク２３ｂや固定ネジ２５に比較して硬度を小さくする必要がある。具体的には、ワッシャ２７のビッカース硬度をＨＶ３００以下とする。さらに、ワッシャ２７は、変形に際して破損しないような変形しやすい材料、例えば軟金属で形成されることが望ましい。これにより、ワッシャ２７がシャンク２３ｂと固定ネジ２５とに挟まれて変形しやすくなり、シャンク２３ｂの局所に応力が集中することを防止できる。ワッシャ２７の具体的な材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属材料のいずれかを用いることができ、これらの金属材料を合金化したものの使用も可能である。また、ワッシャ２７の厚みとしては、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍが望ましい。【００５９】
次に、切削工具２３やツール部２１の具体的実施例について説明する。環状の緩衝部材であるワッシャ２７にはアルミニウムを、シャンク２３ｂには窒化珪素を、固定ネジ２５にはクロムモリブデン鋼を、切削用振動体８２或いは固定部２１ａである支持体にはハイスを用いた。ビッカース硬度は、アルミニウムがＨＶ１７０、窒化珪素がＨＶ１４００、クロムモリブデン鋼がＨＶ３５０、ハイスがＨＶ６４０である。ワッシャ２７の厚みは０．３ｍｍである。固定ネジ２５及びワッシャ２７を用いシャンク２３ｂを支持体に締結した。【００６０】
なお、従来のようにワッシャ２７を使用しない場合は、破壊靱性値の小さい窒化珪素シャンクをクロムモリブデン鋼の固定ネジで直接固定していた。すると、硬度は窒化珪素が圧倒的に高いにも関らず、破壊靭性値が小さいため、固定ネジとシャンクが接触する座面の凹凸により生じた接触点での局所的応力集中によって、シャンクが頻繁に破損していた。【００６１】
そこで、本実施例のように、硬度がＨＶ１７０であるアルミニウムをワッシャ２７として座面ＳＳ１，ＳＳ２間に介在させることで、座面ＳＳ１，ＳＳ２の凹凸をワッシャが変形することで減少させ、局所的応力集中が起こらないようにした。結果、従来の２．０倍のトルク２００ｃＮ・ｍで締結させることができ、切削用振動体８２である支持体にシャンク２３ｂを強固に固定することができた。【００６２】
図５は、図４等に示す切削工具２３の変形例及びその固定方法を説明する拡大側面図である。この切削工具２３の場合、シャンク１２３ｂの根元部分２３ｅに設けた開口１２３ｈの周辺に形成された座面ＳＳ２が平坦面になっており、これに対応して、固定ネジ１２５が皿ネジでなく平ネジになっている。つまり、固定ネジ１２５のヘッド部１２５ａ下面に設けた座面ＳＳ１も平坦面になっている。この場合、固定ネジ１２５の締め付けに際して用いられるワッシャ２７は、座面ＳＳ１と座面ＳＳ２との間に挟まれているが、当初から両座面ＳＳ１，ＳＳ２の形状に対応した形状となっている。ただし、固定ネジ１２５を締め付けることにより、軟金属で形成されたワッシャ２７の表面が変形し、ワッシャ２７の上下面に座面ＳＳ１，ＳＳ２が密着する。これにより、ワッシャ２７が固定ネジ１２５とシャンク１２３ｂとの間に挟まれて緩衝部材として機能し、固定ネジ１２５による締め付けの応力が局所的に集中することを防止できる。【００６３】
図６は、図４等に示す切削工具２３の別の変形例及びその固定方法を説明する拡大断面図である。この切削工具２３の場合、軟金属をコーティングされた固定ネジ２２５によって図３に示す固定部２１ａに固定される。つまり、固定ネジ２２５は、本体であるヘッド部２５ａの表面を軟金属でコーティングした層２２５ｄを付加したものとなっている。この場合、図４等に示すワッシャ２７は不要であり、ヘッド部２５ａの下面である座面ＳＳ１と、開口２３ｈの周辺である座面ＳＳ２との間にコーティング層２２５ｄが挟まれている。つまり、固定ネジ２２５の締め付けによって、コーティング層２２５ｄは、座面ＳＳ２に密着して局所的な応力集中を防止する。【００６４】
なお、軟金属のコーティングした層２２５ｄの形成には、電解メッキや無電解メッキ、スパッタ、蒸着などのＰＶＤのほか、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤなどの成膜技術を利用することができる。【００６５】
また、コーティング層２２５ｄは、固定ネジ２２５に形成するだけでなく、シャンク２３ｂ側に形成することもできる。つまり、固定ネジ２２５をコーティングしないで、開口２３ｈ及びその周辺をコーティングすることもできる。このような変形例においては、ワッシャを必ずしも緩衝部材として機能させる必要がなくなるとともに、ワッシャを省略することもできる。これらの場合には、メッキ層２２５ｄがシャンク２３ｂと固定ネジ２２５等の締結部材との間に配置された緩衝部材として機能する。【００６６】
ただし、シャンク２３ｂにコーティング層２２５ｄを形成し、固定ネジ２２５の締結を繰り返すと、コーティング層２２５ｄが破損し剥がれていくため、シャンク２３ｂの再コーティングが必要になる。その場合、加工用チップ２３ｃに触れてしまい、チップ刃先が破損しないように、細心の注意を払い作業をする必要があり、コーティング方法によっては、コーティングしたくない加工用チップ２３ｃまでコートしてしまう可能性がある。したがって、コーティングは固定ネジ２５側に施すのが望ましい。【００６７】
次に、切削工具２３やツール部２１の具体的実施例について説明する。シャンク２３ｂには窒化珪素を、固定ネジ２５にはクロムモリブデン鋼を、切削用振動体８２或いは固定部２１ａである支持体にはハイスを用いた。また、固定ネジ２５の座面ＳＳ１に無電解メッキで、銅コーティングを２００μｍ施した。ビッカース硬度は、窒化珪素がＨＶ１４００、クロムモリブデン鋼がＨＶ３５０、ハイスがＨＶ６４０、無電解銅メッキ層がＨＶ５０である。この場合は、固定ネジ座面ＳＳ１に緩衝部材の軟金属である銅をコーティングしてあるため、ワッシャ２７は不要である。前述実施例と同様にシャンク２３ｂを切削用振動体８２である支持体に締結したところ、同様の従来に比較して２．０倍のトルク２００ｃＮ・ｍで締結させることができ、振切削用動体８２にシャンクを強固に固定することができた。その後、固定ネジ２５を緩め、無電解銅メッキ面を観察すると、ネジ締結の際、座面同士が擦れることで発生した擦り跡が見られた。さらに、この固定ネジ２５を使用しシャンク２３ｂの着脱を繰り返したところ、５回目で１３０ｃＮ・ｍのトルクによってシャンク２３ｂが破損した。固定ネジ２５の座面ＳＳ１を観察したところ、一部コーティング層が剥がれ、下地である固定ネジ表面が見えた。そこで、実使用上は安全を見て、同じ固定ネジ２５は３回使用すると新しい固定ネジに交換することとした。【００６８】
図７は、図４等に示す切削工具２３の別の変形例及びその固定方法を説明する拡大断面図である。この場合、ワッシャ３２７が多層構造になっている。ワッシャ３２７は、本体層３２７ａと、表面層３２７ｂ，３２７ｃとを備える。ここで、表面層３２７ｂ，３２７ｃは、軟金属で形成されるが、本体層３２７ａはこれに比較して硬い金属材料等で形成することができる。図７に示すワッシャ３２７は、図４（ｂ）に示すシャンク２３ｂの根元部分２３ｅとヘッド部２５ａとの間に挟まれて両座面ＳＳ１，ＳＳ２に密着する。これにより、ワッシャ３２７が緩衝部材として機能し、固定ネジ２５による締め付けの応力が局所的に集中することを防止できる。なお、このようにワッシャ３２７が本体層３２７ａと表面層３２７ｂ，３２７ｃといった本体材料と表面材料等とに区分けされ、その表面材料等が緩衝部材として機能する場合には、その表面材料等を構成する部分が緩衝部材の硬度となっている。【００６９】
図８は、図４等に示す切削工具２３の別の変形例及びその固定方法を説明する拡大断面図である。この場合、シャンク４２３ｂの根元部分２３ｅの厚みが変化して開口２３ｈの上部ＵＰの直径が大きくなっている。図示の例では、シャンク４２３ｂの厚みが先端に向かって減少しているが、シャンク４２３ｂの厚みが先端に向かって増加する場合も、同様にシャンク４２３ｂを固定ネジ２５やワッシャ２７によって固定することができる。【００７０】
図９は、図４等に示す切削工具２３の別の変形例及びその固定方法を説明する拡大断面図である。この場合、固定ネジ５２５Ａを固定部２１ａに直接締め付けて固定するのではなく、固定ネジ５２５Ａと固定ナット５２５Ｂとによって、シャンク２３ｂの根元部分２３ｅを締め付けて固定部２１ａに固定する。この場合、固定ネジ５２５Ａと固定ナット５２５Ｂが締結部材として機能し、さらに、ワッシャ２７が固定ネジ５２５Ａとシャンク２３ｂの根元部分２３ｅとの間に挟まれて緩衝部材として機能し、固定ネジ１２５による締め付けの応力が局所的に集中することを防止できる。【００７１】
〔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１０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。【００７２】
図１０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。【００７３】
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。【００７４】
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。また、第２可動部３６は、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ができる。特に、第２可動部３６に対する振動切削ユニット２０の固定位置や角度等を適宜調節して、振動切削ユニット２０の先端点を鉛直旋回軸ＰＸ上に配置することにより、振動切削ユニット２０をその先端点のまわりに所望の角度だけ回転させることができる。【００７５】
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。【００７６】
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。この際、第２可動部３６によって、切削工具２３先端に対応する加工点を中心として、切削工具２３先端を鉛直旋回軸ＰＸのまわりに適宜回転させることができ、ワークＷの被加工点に対して切削工具２３先端を所望の姿勢（傾き）に設定することができる。【００７７】
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。【００７８】
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。【００７９】
図１１は、図１０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先端の固定部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、固定部２１ａは、図１０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１０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（図１０参照）。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。この際、第２ステージ３３を利用して、ツール部２１の切削工具２３の尖端をＹ軸方向に平行な旋回軸ＰＸのまわりに回転させることで、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に対して略垂直になるようにする。これにより、切削工具２３の刃先の加工点を加工中略１点に維持でき、加工点への効率良い振動伝達と刃先形状に依存しない高精度な振動切削が実現できるので、被加工面ＳＡの加工精度を高め、被加工面ＳＡをより滑らかなものとすることができる。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。【００８０】
〔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１２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１２（ａ）は、固定型すなわち第１金型２Ａの側方断面図であり、図１２（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１０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。【００８１】
図１３は、図１２（ａ）の金型２Ａと、図１２（ｂ）の金型２Ｂとを用いてプレス成形したレンズ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。【００８２】
以下、図４等に示す切削工具２３等を備える振動切削ユニット２０や、このような振動切削ユニット２０を組み込んだ図１０に示す加工装置１０を用いた具体的な加工実施例について説明する。【００８３】
窒化珪素製のシャンク２３ｂを使用し単結晶ダイヤモンド製の加工用チップ２３ｃを設けた切削工具２３を、楕円振動型の振動切削ユニット２０のツール部２１先端の固定部２１ａに、図４のように固定ネジ２５とアルミニウム製のワッシャ２７とを利用して締結した。ワッシャ２７の寸法は、内径４．３ｍｍ、外径９．０ｍｍ、厚み０．４ｍｍである。【００８４】
なお、従来は、窒化珪素製のシャンク２３ｂを固定する際にワッシャ２７を使用していなかったため、切削工具２３を強固に固定するために必要な１８０ｃＮ・ｍ程度のトルクで締結しようとすると、シャンク２３ｂが破損してしまっていた。【００８５】
そこで、本実施例では、前述のワッシャ２７を使い、１８０ｃＮ・ｍのトルクで切削工具２３を締結したところ、２０回の工具脱着の繰り返しによってもシャンク２３ｂが全く破損せず、切削工具２３を強固に固定することができた。ワッシャ２７の有無が加工面に及ぼす影響を検証するため、従来のようにワッシャ２７無しで切削工具２３を固定した場合と、本実施例のワッシャ２７有りで切削工具２３を固定した場合とで加工面の状態を比較した。結果については後述する。【００８６】
実際の加工では、図１０に示す加工装置１０すなわち超精密旋盤を用いて振動切削を行い、金型の製作を行った。図１０に示すとおり、台座３１上には、ワークＷをＺ軸方向に駆動するための第１ステージ３２と、振動切削ユニット２０をＸ軸方向に駆動するための第２ステージ３３とが取り付けられている。Ｚ軸用の第１ステージ３２には、ワークＷを回転駆動する第１可動部３５が取り付けられ、Ｘ軸用の第２ステージ３３には、振動切削ユニット２０を移動させる第２可動部３６が取り付けられている。振動切削ユニット２０のツール部２１先端は、その旋回軸ＰＸ上に固定されている。【００８７】
切削に使用する切削工具２３の加工用チップ２３ａは、先端のすくい面Ｓ１の開き角が６０°で、先端が円弧形状に構成されているＲバイトである。加工用チップ２３ａの先端に設けた切れ刃のすくい面Ｓ１先端の円弧半径は０．８ｍｍ、逃げ面の逃げ角度γは１０°であり、すくい面Ｓ１が切り込み点において成す角度は−１５°で、この時の切り込み量は２μｍである。本実施例の振動切削では、切削工具２３を軸方向及び撓み方向にそれぞれ振動させ、加工用チップ２３ａ先端の刃先軌跡は円運動もしくは楕円運動を行うものとした。その結果、すくい面Ｓ１ですくい上げるように切削できるため、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た。【００８８】
本実施例においては、切削工具２３の固定状態の違いによる加工面の差を簡単に比較するため、加工形状は平面とした。加工物すなわちワーク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。【００８９】
まず、従来の方法でワッシャ２７を使わずに切削工具２３を固定し楕円振動切削を行って、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ところ、平均表面粗さがＲａ７．３ｎｍとなった。また、加工後のワークＷ表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、加工面には、切削工具２３のビビリによる刃先痕が見られた。一方、上述した本実施例による方法で切削工具２３を固定し、楕円振動切削を行ったところ、平均表面粗さがＲａ３．４ｎｍに改善され良好な光学鏡面（転写光学面）が得られた。また、加工後のワークＷ表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、加工面に切削工具２３のビビリ模様は見られなかった。このことから、従来の工具固定方法では、シャンク２３ｂを破損させないように固定していたため、切削工具２３が強固には固定されておらず、本発明の手法を用いることで、切削工具２３を強固に固定することができ、加工面のビビリも無くすことができることが分かった。【００９０】
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、切削用振動体８２や軸方向振動子８３の全体的形状や寸法は、用途に応じて適宜変更することができる。また、切削用振動体８２等を支持するための保持部材８２ｂ，８２ｃの形状、配置、個数等は適宜変更することができる。【００９１】
また、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９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。【００９２】
また、振動体組立体１２０を構成する振動体８２は、上記実施形態のように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。【００９３】
また、以上の振動切削装置では、主に旋削について説明したが、図１に示す振動切削ユニット２０や加工装置１０をルーリング加工用に改変することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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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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【国際調査報告】
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