(57)【要約】【課題】  各種凹面の加工を容易にすることができ加工精度を高めることができる切削工具、加工装置等を提供することを目的とする。【解決手段】  シャンク２０は、加工用チップ３０を支持する支持部２１と、ホルダの先端に固定される固定部２３とを有する。先細部分２５の両側面２５ａ，２５ｂには、それぞれ凹部２５ｃが設けられている。ここで、これら側面２５ａ，２５ｂのうち支持部２１側の部分は、一定の開き角θ１を有しており、これら側面２５ａ，２５ｂのうち固定部２３側の部分は、一定の開き角θ２を有している。固定部２３側の開き角θ２を支持部２１側の開き角θ１をよりも大きくすることによって、両側面２５ａ，２５ｂの中央付近に屈曲部が形成され、これらの屈曲部の周辺が凹部２５ｃとなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用チップと、
前記加工用チップを支持する支持部と、ホルダの先端に固定される固定部とを有するとともに、前記支持部から前記固定部にかけて延在する先細部分の側面に凹部を設けたシャンクと
を備える切削工具。
【請求項２】
前記先細部分は、平坦な上下面と先細る側面とを有する板状体であり、前記固定部は、固定用の開口を備える請求項１記載の切削工具。
【請求項３】
前記先細部分は、前記支持部と、前記固定部のうち前記開口の中心から前記支持部側の部分とを含む請求項２記載の切削工具。
【請求項４】
前記支持部側面の開き角をθ１、前記固定部側面の開き角をθ２とした場合に、
θ１＜θ２＜９０°
の条件を満たす請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の切削工具。
【請求項５】
θ１＜θ２−１０°
の条件を満たす請求項４記載の切削工具。
【請求項６】
θ１＜θ２−２０°
の条件を満たす請求項４記載の切削工具。
【請求項７】
前記支持部の軸方向の長さをｘ、前記固定部の軸方向に関する前記開口の中心から前記支持部側の端部までの長さをｙ、前記固定部の前記開口の開口径をＤとした場合に、
Ｄ／２＜ｙ＜ｘ
の条件を満たす請求項２記載の切削工具。
【請求項８】
前記加工用チップは、ダイヤモンドで形成されている請求項１から請求項７のいずれか一項記載の切削工具。
【請求項９】
前記加工用チップは、高純度ｃＢＮで形成されている請求項１から請求項７のいずれか一項記載の切削工具。
【請求項１０】
前記シャンクは、超硬及び超硬合金のいずれかで形成されている請求項１から請求項９のいずれか一項記載の切削工具。
【請求項１１】
前記シャンクは、シリコンカーバイド、インバー材、ステンレスインバー材、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、鋼、及びジルコニアのいずれかで形成されている請求項１から請求項９のいずれか一項記載の切削工具。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の切削工具と、
前記切削工具を振動させるための振動源と、
先端部に前記切削工具を保持するとともに、前記振動源からの振動を前記切削工具に伝達する振動体と
を備える加工装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の切削工具と、
前記切削工具を駆動する駆動装置と
を備える加工装置。
【請求項１４】
前記駆動装置は、ターニング加工、ルーリング加工、フライカット加工、及びミーリング加工のいずれかを可能にする動作を行う請求項１３記載の加工装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の切削工具を用いて、加工創製された光学面を有する成形金型。
【請求項１６】
前記光学面は、球面、非球面、及び微細構造のいずれかであることを特徴とする請求項１５記載の成形金型。
【請求項１７】
請求項１５及び請求項１６のいずれか一項記載の成形金型によって成形された光学素子。
【請求項１８】
請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の切削工具を用いて加工創製された光学素子。
【請求項１９】
加工用チップを先端に固定するシャンクを備える切削工具を用いた切削加工方法であって、
前記加工用チップを支持する支持部からホルダ先端に固定される固定部にかけて延在する先細部分の側面に設けた凹部によって被加工体との干渉を回避するとともに、支持部の先端を固定部に近づけることによって固定部から刃先までの長さを短くすることを特徴とする切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド等の加工用チップを先端に設けた切削工具及びこれを組み込んだ加工装置、並びに、これを用いて作製される成形金型及び光学素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド等の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、工具に対しても被削材料に対しても応力の少ない高効率の切削加工を実現するものである（例えば特許文献１、２，３等参照）。
【０００３】
このような振動切削加工において、振動周波数を高めれば加工効率が増加し、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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような切削加工では、工具刃先である加工用チップやこれを支持するシャンクの形状が、先端を頂点とする三角形の平坦な部材となっており、深い凹面形状等の各種形状を有するレンズ成形用金型を加工する場合、加工点とは異なる位置で被加工物と加工用チップ等とが干渉してしまう問題がある。
【０００５】
ここで、加工用チップやシャンク先端の開き角を極力鋭角にして干渉を回避することが考えられるが、先端を単純に鋭角にした場合、シャンクが細長くなってしまう。この結果、シャンクの固定位置から加工用チップの刃先までの距離が長くなって、工具刃先の位置制御が困難になる。特に振動切削加工の場合、工具の重量が増加することや加工用チップの刃先までの距離が長くなることに起因して、工具刃先の振動の制御が困難になる。
【０００６】
そこで、本発明は、各種凹面の加工を容易にすることができ加工精度を高めることができる切削工具、加工装置、及び切削加工方法、並びに、これを用いて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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る切削工具は、（ａ）加工用チップと、（ｂ）加工用チップを支持する支持部と、ホルダの先端に固定される固定部とを有するとともに、支持部から固定部にかけて延在する先細部分の側面に凹部を設けたシャンクとを備える。なお、加工用チップとは、加工用の刃先を有する部材であり、シャンクとは、台金部を指す。また、ホルダとは、実際の加工に際してシャンクを支持する部材であり、かかるホルダの先端とは、シャンクの根元部分すなわち固定部が取り付けられる部分である。
【０００８】
上記切削工具では、シャンクに支持部から固定部にかけて延在する先細部分の側面に凹部を設けているので、加工用チップや支持部の開き角を小さくしても、シャンクの固定部のサイズを一定以上に保つことができ、シャンクのホルダ先端への取り付けを確実なものとできる。なお、加工用チップや支持部の開き角を小さくした場合、被加工体の面形状の深さ等にかかわらず、加工用チップを被加工面に当て易くなり、加工用チップの被加工面に対する角度や移動方向に関する自由度を高めることができる。また、上記切削工具では、シャンクの長さすなわち固定部から支持部先端までの距離を短くすることができ、工具刃先である加工用チップの振幅等を含む振動状態の制御が容易になるので、結果的に加工精度を高めることができる。
【０００９】
本発明の具体的な観点又は態様では、上記切削工具において、先細部分が平坦な上下面と先細る側面とを有する板状体であり、固定部が固定用の開口を備える。この場合、シャンクを構成する板状体の先細る側面において凹部としてくびれが形成され、シャンクの板状面に沿った姿勢の傾き、つまり被加工体に対する傾斜角の許容度が増大する。
【００１０】
本発明の別の態様では、先細部分が、支持部と、固定部のうち開口の中心から支持部側の部分とを含む。つまり、先細部分は、固定部の開口中心から先端までの範囲となっている。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、支持部側面の開き角をθ１、固定部側面の開き角をθ２とした場合に、
θ１＜θ２＜９０°      …  （１）
の条件を満たす。この場合、固定部側面の開き角θ２が支持部側面の開き角θ１よりも大きくなり、支持部や加工用チップを細くしつつ、固定部側面を大きくすることができる。一方で、固定部側面の開き角θ２が極端に大きくなって固定部が被加工体と干渉して加工を妨げることを防止できる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、
θ１＜θ２−１０°      …  （２）
の条件を満たす。この場合、支持部や加工用チップを十分に細くすることができ、加工形状の範囲を広げることができる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、
θ１＜θ２−２０°      …  （３）
の条件を満たす。この場合、支持部や加工用チップをさらに細くすることができ、加工形状の範囲をさらに広げることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、支持部の軸方向の長さをｘ、固定部の軸方向に関する開口の中心から支持部側の端部までの長さをｙ、固定部の開口径をＤとした場合に、
Ｄ／２＜ｙ＜ｘ      …  （４）
の条件を満たす。この場合、固定部の開口中心から支持部の先端までの実効距離Ｌ＝ｘ＋ｙを一定以上に確保しつつ、支持部の先端に向けての長さｘを大きくすることができ、支持部や加工用チップを細長くすることができる。これにより、支持部や固定部の強度を十分に維持できるとともに、支持部に異常な振動が発生することを防止できる。
【００１５】
本発明のさらに別の態様では、加工用チップが、ダイヤモンド及び高純度ｃＢＮのいずれかで形成されている。ダイヤモンドは、極めて高い形状精度と微小な表面粗さとを実現できるので、光学面の創製加工に非常に適している。特に、振動切削においては、切削応力が被加工体に対しても刃先に対しても著しく低減するので、深い切り込み量が得られ、ダイヤモンド等の刃先の寿命も伸びるので、切削回数や工具取り替えの手間を減らして、光学面を効率良く創製加工することができる。また、高純度ｃＢＮは、線膨張係数が極めて小さく、高精度の切削加工が可能になり、良好な熱伝導性によって温度上昇を抑える効果や、耐衝撃性によって破損等の弊害を防止する効果も期待される。なお、高純度ｃＢＮとは、ｃＢＮ以外に０．５重量％以下の結合材等を含むものを意味する。ダイヤモンドは、加工熱により炭素が酸化されて、この部分の均質性がくずれ脆くなるのが、工具摩耗の原因となると一般的に言われている。その点、高純度ｃＢＮは、熱に強く、被削材によっては、ダイヤモンドよりも高精度な加工面が得られる場合がある。
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、シャンクが、超硬及び超硬合金のいずれかで形成されている。この場合、シャンクの線膨張係数が極めて小さくなり、発熱による寸法変化を抑えることができ、高精度の切削加工が可能になる。また、超硬材料は、一般的にセラミック材料等に比較して割れにくいことから、加工用チップ支持用のシャンクの構造材料として高い信頼性を有する。
【００１７】
本発明のさらに別の態様では、シャンクが、シリコンカーバイド、インバー材、ステンレスインバー材、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、鋼、及びジルコニアのいずれかで形成されている。
【００１８】
また、本発明に係る加工装置は、（ａ）上述の切削工具と、（ｂ）切削工具を振動させるための振動源と、（ｃ）先端部に切削工具を保持するとともに、振動源からの振動を切削工具に伝達する振動体とを備える。この場合、上述の切削工具によって、高精度な振動切削加工が可能になる。つまり、加工用チップの被加工面に対する角度や移動方向に関する自由度を高めることによって各種形状の加工を容易にすることができ、振動状態の精密な制御によって加工精度を高めることができる。
【００１９】
また、本発明に係る別の加工装置は、（ａ）上述の切削工具と、（ｂ）切削工具を駆動する駆動装置とを備える。この場合、上述の切削工具によって、高精度な切削加工が可能になる。つまり、加工用チップの被加工面に対する角度や移動方向に関する自由度を高めることによって各種形状の加工を容易にすることができる。
【００２０】
本発明の具体的な観点又は態様では、上記加工装置において、駆動装置が、ターニング加工、ルーリング加工、フライカット加工、及びミーリング加工のいずれかを可能にする動作を行う。この場合、駆動装置によって切削工具の被加工体に対する相対位置を変更しつつ上記いずれかの加工を行うので、多様な形状を精密かつ迅速に形成することができる。
【００２１】
また、本発明に係る成形金型は、上記切削工具を用いて加工創製された光学面を有する。この場合、凹面等を含む各種光学面を有する金型を高精度で加工することができる。なお、光学面は、球面、非球面（シリンダー面、アナモフィック面を含む）、及び微細構造（回折構造や段差構造を含む）のいずれかである。この場合、凹面の光学面を有する金型を高精度で加工することができる。
【００２２】
また、本発明に係る成形金型は、上記成形金型によって成形される。この場合、高精度の金型によって高精度の光学素子を得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る切削加工方法は、加工用チップを先端に固定するシャンクを備える切削工具を用いた切削加工方法であって、加工用チップを支持する支持部からホルダ先端に固定される固定部にかけて延在する先細部分の側面に設けた凹部によって被加工体との干渉を回避するとともに、支持部の先端を固定部に近づけることによって固定部から刃先までの長さを短くする。固定部から刃先までの長さを短くした場合、特に、シャンクの剛性が向上し、振動切削において意図しない振動モードが発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る切削工具を図面を用いて説明する。図１（ａ）は、切削工具の平面図であり、図１（ｂ）は、切削工具の側面図である。
【００２５】
切削工具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ためのもので、先端が尖った三角で全体が板状のシャンク２０と、シャンク２０の尖端に固定された加工用チップ３０とを備える。このうち、シャンク２０は、超硬又は超硬合金によって形成されており、軽量でありながら撓みにくくなっている。シャンク２０は、超硬等に限らず、シリコンカーバイド、インバー材、ステンレスインバー材、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、鋼、ジルコニア等のいずれかによって形成することもできる。また、加工用チップ３０は、ダイヤモンド製のチップであり、シャンク２０の先端に活性金属法等によるロウ付けによって固定されている。加工用チップ３０は、高純度ｃＢＮ等によって形成することもできる。
【００２６】
なお、シャンク２０がシリコンカーバイド製の場合、材料の熱伝導率が高く、線膨張係数が小さいため、加工熱や環境温度変化による刃先位置の変化の影響が小さくなる。ただし、破壊じん性値が低いので、カケや割れに対する要求が厳しい用途では他の材料の使用が好ましくなる場合も生じる。また、シャンク２０がインバー材やステンレスインバー材である場合、これらの材料は製線膨張係数が小さいため、環境温度変化の影響を受けにくい。また、金属なので、シリコンカーバイドでは発生しやすいカケや割れが起こりにくい。ただし、ヤング率が鋼材の半分から１／３であるため、刃先に発生する切削抵抗によりシャンクがたわむ可能性がある。よって、刃先位置が精密で動きが許容されない用途では、他の材料の使用が好ましくなる場合も生じる。なお、この材料は、３００〜６００℃に変態点を有するので、ロウ付けの際に材料特性が変わる心配もあるので、使用温度の管理が重要となる。また、シャンク２０がアルミナ材製の場合において、アルミナ材はセラミックスの中では加工が容易な材料であり、材料費が安いこともメリットとして挙げられる。アルミナ材は、ヤング率は３８２Ｇｐａと高く、線膨張係数も高いので、チップのロウ付けの際に線膨張係数の違いから割れる可能性があるので、ロウ付けの条件や工程を厳格に管理する必要がある。また、シャンク２０が窒化珪素製の場合、その材料特性からセラミックの中でもっともシャンク材料として適していることが以下の表から分かる。特に窒化珪素は室温での線膨張係数が２．７×１０−６と低く、破壊じん性が低いので、割れにくく、ロウ付けも行いやすい。
【表１】
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また、シャンク２０をサイアロン製とすることができる。サイアロンは窒化珪素と同じような特性を有することから、シャンク材として適している。また、シャンク２０を鋼製とすることができる。鋼材は価格が安く加工がしやすい。また、鋼材はチップのロウ付けも行いやすい。ただし、鋼材については、熱膨縮特性と剛性があまりよくない。また、シャンク２０がジルコニア製の場合、破壊じん性値が高いので、カケや割れが生じにくい。しかし、線膨張係数が高く環境温度変化に弱い。ジルコニアは、鋼に比べて大きな違いはないが、使用環境・条件を厳密に管理することが望ましい。
【００２７】
一方、加工用チップ３０に高純度ｃＢＮを採用する場合において、高純度ｃＢＮは、ダイヤモンドに次ぐ硬さを有していてダイヤモンドよりも耐熱性が優れているので、加工点で発熱しやすい低熱伝導率材料（例えば、ガラスなど）を切削加工する時には、刃先寿命が長い。また、鉄系の材料を加工する場合においても、拡散磨耗が起こりにくいので、このような加工には優れている。ただし、上記材料以外のものであってダイヤモンドで加工出来る材料については、ダイヤモンドで加工するほうが、加工鏡面性・耐磨耗性が優れているので、被削材料にあわせて、チップ材料を選択し加工を行うのがベストである。
【００２８】
シャンク２０は、加工用チップ３０を支持する支持部２１と、ホルダ（不図示）の先端に固定される固定部２３とを有する。支持部２１は、加工用チップ３０と同様に頂角が鋭角の三角形で全体として平坦な外観を有し、固定部２３は、六角形で平坦な輪郭を有し中央に円形の開口２３ａを有する。シャンク２０において、支持部２１の中央から固定部２３にかけては、先細部分２５となっている。そして、この先細部分２５の両側面２５ａ，２５ｂには、それぞれ凹部２５ｃが設けられている。ここで、これら側面２５ａ，２５ｂのうち支持部２１側の部分は、一定の開き角θ１を有しており、これら側面２５ａ，２５ｂのうち固定部２３側の部分は、一定の開き角θ２を有している。さらに、両開き角θ１，θ２の間には、以下の関係
θ１＜θ２＜９０°      …  （１）
が成り立っており、固定部２３側の開き角θ２は、支持部２１側の開き角θ１よりも大きくなっているが、９０°未満となっている。このように、固定部２３側の開き角θ２を支持部２１側の開き角θ１をよりも大きくすることによって、両側面２５ａ，２５ｂの中央付近に屈曲部が形成され、これらの屈曲部の周辺が凹部２５ｃとなる。ここで、支持部２１側の開き角θ１は、固定部２３側の開き角θ２よりも小さくなっており、加工用チップ３０を尖った細長い形状とすることができる。加工用チップ３０を細長くした場合、被加工体である金型母材の凹部に工具刃先を挿入し易くなり、金型母材の凹部の加工の自由度が増す。一方、固定部２３側の開き角θ２は、支持部２１側の開き角θ１よりも大きくなっており、固定部２３を十分に大きなサイズとすることができる。これにより、支持部２１を徒に長くすることなく安定性して支持することができ、不図示のホルダの先端に固定する際に締付け用のネジを通すべき開口２３ａのサイズも一定以上に確保することができる。さらに、固定部２３側の開き角θ２は、これを鋭角とする９０°未満となっており、固定部２３が被加工体である金型母材と干渉する可能性を低減している。
【００２９】
シャンク２０の寸法については、金型母材に形成すべき凹部の深さに適合した範囲で、剛性を確保でき異常な振動が生じないものとする。具体的には、支持部２１の軸ＡＸ方向の長さｘと、固定部２３の軸ＡＸ方向に関する開口２３ａの中心から支持部２１側の端部までの長さｙとの間には、固定部の開口径をＤとした場合に、以下の関係
Ｄ／２＜ｙ＜ｘ      …  （４）
が成り立っており、固定部２３の支持部２１側の長さｙは、支持部２１の長さｘよりも小さくなっており、支持部２１の相対的なサイズが大きくなっている。これにより、固定部２３の開口２３ａ中心から支持部２１の先端までの実効長Ｌ＝ｘ＋ｙを一定以下に保持しつつ、支持部２１の先端に向けての長さｘを相対的に大きくすることができる。これにより、支持部２１や加工用チップ３０を細長くしつつも、支持部２１や固定部２３の強度を十分に高く維持できるとともに、支持部２１に異常な振動が発生することを防止できる。つまり、ｙ＜ｘとすることによって、深い凹面形状を高精度な面に仕上ることができる。一方、Ｄ／２＜ｙとしているので、シャンク２０の固定を十分な強度で行うことができ、加工の安定性・信頼性を高めることができる。なお、ｘの上限値は、経験的に、設計上６ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
図２〜４は、図１に例示する切削工具１０のうち主にシャンク２０の形状の変形例を説明する図である。図２（ａ）に示すシャンク１２０は、固定部１２３が半円形と長方形を組み合わせたドーム状となっており、側面２５ａ，２５ｂのうち固定部１２３側の部分における平均の開き角を固定部１２３の開き角θ２としている。また、図２（ｂ）に示すシャンク２２０は、固定部２２３が台形と長方形を組み合わせた６角形状となっている。ここで、側面２５ａ，２５ｂのうち固定部２２３側の部分における開き角θ２は、図１（ａ）に示すものと同様になっている。図３（ａ）に示すシャンク３２０は、固定部３２３が半円形と台形を組み合わせた形状となっており、側面２５ａ，２５ｂのうち固定部３２３側の部分における平均の開き角を固定部３２３の開き角θ２としている。図３（ｂ）に示すシャンク４２０は、固定部４２３が裾広がりの台形と通常の台形を組み合わせた形状となっており、側面２５ａ，２５ｂのうち固定部４２３側の部分における平均の開き角を固定部４２３の開き角θ２としている。図４（ａ）に示すシャンク５２０は、固定部５２３が円弧と直線の斜辺を有する台形状の２部分を組み合わせた形状となっており、一方の側面２５ａのうち固定部５２３側と、他方の側面２５ｂのうち固定部５２３側との成す平均の開き角を固定部５２３の開き角θ２としている。図４（ｂ）に示すシャンク６２０は、固定部５２３がほぼ円形となっており、側面２５ａ，２５ｂのうち固定部６２３側の部分における平均の開き角を固定部６２３の開き角θ２としている。
【００３１】
図５は、加工用チップ３０の先端部３０ａの拡大断面図である。加工用チップ３０の上面に設けたすくい面Ｓ１は平坦面となっており、端面の第１逃げ面Ｓ２は、すくい面Ｓ１に直角な面に対して微小な第１逃げ角α１をなし、第１逃げ面Ｓ２に隣接する第２逃げ面Ｓ３は、すくい面Ｓ１に直角な面に対して比較的大きな第２逃げ角α２をなす。なお、加工用チップ３０の先端部３０ａは、図１（ａ）に例示するような半円形に限らず、用途に応じて様々な形状とすることができる。例えば、図６（ａ）の平面図に例示するような、半月バイト状の先端部Ｐ１を有する加工用チップ１３０とすることができ、或いは、図６（ｂ）の平面図に例示するような剣先バイト状の先端部Ｐ２を有する加工用チップ２３０とすることができる。
【００３２】
図７は、切削ユニット４０の構造を説明する断面図である。切削ユニット４０は、切削工具１０と、ホルダ９１とを備える。ここで、切削工具１０は、図１等で説明したものであり、ホルダ９１の先端部９１ａに埋め込むように保持され、ネジ９２を利用した締結によって着脱可能に固定されている。切削工具１０は、先端部３０ａがダイヤモンドチップの切刃になっている。
【００３３】
ホルダ９１の一端には、端面の開口に連結された給気パイプ９４が設けられている。この給気パイプ９４は、ガス供給装置（不図示）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。
【００３４】
以上の切削ユニット４０において、ホルダ９１の軸心に貫通孔９５が形成されており、給気パイプ９４からの加圧乾燥空気が流通する。貫通孔９５の先端部は、切削工具１０を差し込んで固定するための保持孔に兼用されており、貫通孔９５に導入された加圧乾燥空気を切削工具１０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１０を固定した場合にも隙間を残しており、切削工具１０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１０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。
【００３５】
図８は、図７の切削ユニット４０を組み込んだ精密加工機である切削装置１００の構造を概念的に説明するブロック図である。
【００３６】
図示のように、切削装置１００は、被加工体であるワークＷを切削加工するための切削ユニット４０と、切削ユニット４０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構５０と、ＮＣ駆動機構５０の動作を制御する駆動制御装置６１と、切削ユニット４０に冷却用のガスを供給するガス供給装置６５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。
【００３７】
ＮＣ駆動機構５０は、定盤である台座５１上に第１ステージ５２と第２ステージ５３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５２は、回転駆動部５５を支持しており、この回転駆動部５５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５２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、回転駆動部５５は、ワークＷをＺ軸に平行な主軸すなわち回転軸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５３は、ユニット取付部５６を支持しており、このユニット取付部５６は、切削ユニット４０を支持している。第２ステージ５３は、ユニット取付部５６及び切削ユニット４０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。なお、以上のＮＣ駆動機構５０において、第１ステージ５２と回転駆動部５５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５３は、切削ユニット４０を駆動する工具駆動部を構成する。
【００３８】
駆動制御装置６１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５０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５２，５３や、回転駆動部５５又はユニット取付部５６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５２，５３によって、切削ユニット４０の端部に設けた切削工具１０の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、回転駆動部５５によって、ワークＷを回転軸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６１の制御下で、ＮＣ駆動機構５０を高精度のターニング加工用の旋盤として活用することができる。
【００３９】
ガス供給装置６５は、切削ユニット４０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６５ａと、ガス状流体源６５ａ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６５ｂと、温度調節部６５ｂ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６５ｃとを備える。ここで、ガス状流体源６５ａ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６５ｂ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６５ｃ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切削ユニット４０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。
【００４０】
図９は、上記の切削装置１００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９（ａ）は、固定型すなわち第１金型２Ａの側方断面図であり、図９（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８に示す切削装置１００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５７に固定し、駆動制御装置６１を適宜動作させて、切削ユニット４０のホルダ９１先端を回転するワークＷに対して２次元的に任意に移動させる。これにより、金型２Ａ，２Ｂの光学面３ａ，３ｂを、球面や非球面に限らず、段差面、位相構造面、回折構造面等とすることができる。
【００４１】
図１０は、図９（ａ）の金型２Ａと、図９（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を上記の切削装置１００によって直接作製することもできる。
【００４２】
〔第１実施例〕
以下、本発明者が行った具体的な実施例について説明する。本実施例において、図８の切削装置１００は、送り方向であるＸ、Ｚ軸の位置分解能が１ｎｍで、主軸である回転軸ＲＡと、Ｘ、Ｚ軸に沿った直行軸との剛性は、非常に高くなっている。被加工体であるワークＷは、日本タングステン製のタングステンカーバイト（以下ＷＣ）を用いた。ＷＣの硬度はＨＶ＝２５００と非常に高硬度な材料である。切削ユニット４０によって形成される、加工面形状は、軸対称凹面であり、ＳＲ（近似曲率半径）が１．２ｍｍ、最大見込み角（軸に対する加工面の傾斜角度が最大となる角度）が６２°という極めて小さく深い面を加工した。
【００４３】
ワークＷは、加工面形状を形成すべき箇所に、予め汎用加工機にて凹面を加工しておき、図８の切削装置１００で加工形状と表面粗さとを高精度に仕上げる仕上げ加工工程を行った。切削ユニット４０に固定された切削工具１０において、加工用チップ３０は、単結晶ダイヤモンドで形成されており、シャンク２０は、軽量化を図るため、窒化珪素を用いて活性金属法によって加工用チップ３０の単結晶ダイヤモンドと接合した。加工用チップ３０のすくい面Ｓ１は、半円形の輪郭を有し、その円弧半径は、０．８ｍｍであり、第１逃げ面Ｓ２の第１逃げ角α１は、１０°であった。ここで、支持部２１の開き角θ１を３０°とし、固定部２３の開き角θ２を６３°としている。また、切削工具１０において、止めネジ位置から工具刃先までの実効長Ｌは、８．５６ｍｍ（ｘ＝５．５ｍｍ、ｙ＝３．０６ｍｍ）で短くなっており、固定部２３の開口２３ａの直径（ネジ径）Ｄは、３ｍｍとした。図８の切削装置１００によるターニング加工に際しては、切削工具１０による切り込み量を０．３μｍとし、切削工具１０の送り速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎとし、主軸回転数を３４０ｒｐｍとした。
【００４４】
加工後のワークＷ表面すなわち加工面形状を高倍率の微分干渉顕微鏡（１００×）で観察すると、非常に良好な加工表面が得られていた（図１１（ａ）の写真参照。加工の痕跡である縦縞が見あたらない。観察されるのは斜めに延びる干渉縞だけである）。これをＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００で測定すると、平均表面粗さＲａ＝１．４９ｎｍの鏡面が得られた（図１２のグラフ参照。）。
【００４５】
従来型の切削工具、すなわちシャンク２０の側面２５ａ，２５ｂに凹部を有しない従来のバイト形状（単純三角形）であって、支持部２１に相当する部分が長くなっているものを用いて同様の加工を行った場合、図１１（ｂ）に示すとおり、ワークＷ表面は不均一で切削工具がびびつたような微細な縦縞の痕跡ができる。これは止めネジ位置と刃先までの距離である実効長が長い（１５ｍｍ以上となる）ために、高硬度なワークＷ表面物と工具刃先が接触し反発力が発生し、工具シャンク２０の剛性不足により、数ｎｍというレベルで工具が跳ね返されていると思われる。
【００４６】
今回の実験の中では、引き続き多種の工具形状を作成し、上記と同じ条件で加工を行い、図１３に示すような結果が得られた。同図のデータに示すように、θ２とθ１の差が多くたるほど良好な光学鏡面が得られている。この結果を考察するに、θ２とθ１の差が１５°以上で改善が見られ、２０°以上だと明らかに高精度な加工が可能になった。本実施例の切削工具１０において、ネジ止め位置から刃先先端位置までの長さＬが短くなり、加工抵抗による工具のたわみが抑えられ、刃先先端位置が安定すると推測される。
【００４７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る切削装置について説明する。第２実施形態の切削装置は、第１実施形態の切削装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４８】
図１４は、第２実施形態に係る加工装置である振動切削ユニット１４０の構造を説明する断面図である。振動切削ユニット１４０は、図１等に示す第１実施形態と同様の切削工具１０と、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、筐体８６とを備える。
【００４９】
ここで、切削工具１０は、振動体８２の先端側であるホルダ９１の先端部９１ａに固定され、図示したような楕円軌道ＥＯを描いて高速変位する。
【００５０】
振動体８２は、例えば線膨張係数が６×１０−６以下の材料によって形成されており、具体的には、窒化珪素、サイアロン、超硬、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。振動体８２は、先端側のツール部９１で外径が細くなっており、根元側で外径が太くなっている。振動体８２の側面の適当な箇所には、第１固定フランジ８７が形成されており、振動体８２は、第１固定フランジ８７を介して筐体８６に例えばネジ９３で固定されている。なお、振動体８２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。また、振動体８２は、撓み振動子８４によって振動し、Ｙ軸方向（或いはＸ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、第１固定フランジ８７の位置は、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、第１固定フランジ８７を介して振動体８２を固定することにより、軸方向振動や撓み振動が妨げられることを防止できる。
【００５１】
なお、第１固定フランジ８７の形状は、振動体８２と筐体８６との間を封止するドーナッツ板状に限らず、振動体８２と筐体８６との間を部分的に封止する単一又は複数の支持体からなるものとすることができる。
【００５２】
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等を介して不図示の振動子駆動装置に接続されている。軸方向振動子８３は、振動子駆動装置６３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振動体８２に縦波を与える。なお、軸方向振動子８３は、Ｚ方向に関しては変位可能になっているが、ＸＹ方向に関しては変位しないようになっている。
【００５３】
撓み振動子８４は、ピエゾ素子や超磁歪素子等で形成され振動体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等を介して不図示の振動子駆動装置に接続されている。撓み振動子８４は、上記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振動体８２に横波すなわち図示の例ではＹ方向の振動を与える。
【００５４】
カウンタバランス８５は、軸方向振動子８３を挟んで振動体８２の反対側に接続される。カウンタバランス８５の側面の適当な箇所には、第２固定フランジ８８が形成されており、カウンタバランス８５は、第２固定フランジ８８を介して筐体８６に固定されている。第２固定フランジ８８の形状は、第１固定フランジ８７と同様のものとなっている。なお、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、第２固定フランジ８８の位置は、カウンタバランス８５にとって、軸方向振動の節となっており、第２固定フランジ８８を介して固定することにより、振動体８２の軸方向振動が妨げられることを防止できる。なお、カウンタバランス８５も、振動体８２と同一の材料で形成されている。
【００５５】
筐体８６は、円柱状の内部空間を有する部材であり、第１及び第２固定フランジ８７，８８を介して振動体８２やカウンタバランス８５を支持固定する部分である。筐体８６の一端には、開口を塞ぐように上述の第１固定フランジ８７が取り付けられており、他端には、端面の開口に連結された給気パイプ９４が設けられている。この給気パイプ９４は、ガス供給装置（不図示）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。
【００５６】
以上の振動切削ユニット１４０において、振動体８２と、軸方向振動子８３と、カウンタバランス８５とは、互いに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。また、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９４からの加圧乾燥空気が流通する。貫通孔９５の先端部は、切削工具１０を差し込んで固定するための保持孔に兼用されており、貫通孔９５に導入された加圧乾燥空気を切削工具１０の周辺に供給できるようになっている。
【００５７】
図１５は、図７の振動切削ユニット１４０を組み込んだターニング加工用の振動切削装置２００の構造を概念的に説明するブロック図である。
【００５８】
図示のように、振動切削装置２００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１４０と、振動切削ユニット１４０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構１５０と、ＮＣ駆動機構１５０の動作を制御する駆動制御装置６１と、振動切削ユニット１４０に所望の振動を与える振動子駆動装置６３と、振動切削ユニット１４０に冷却用のガスを供給するガス供給装置６５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。駆動制御装置６１やガス供給装置６５については、第１実施形態において図８で説明したものと共通するので説明を省略する。
【００５９】
振動切削ユニット１４０は、図１４で説明したように−Ｚ軸方向の先端側に切削工具１０を埋め込んだ振動切削用の加工装置であり、この切削工具１０の高周波振動によってワークＷを効率良く切削する。
【００６０】
ＮＣ駆動機構１５０は、定盤である台座５１上に第１ステージ５２と第２ステージ５３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５２は、回転駆動部５５を支持しており、この回転駆動部５５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５２や回転駆動部５５は、図８に示す第１実施形態と同様のもであり、説明を省略する。一方、第２ステージ５３は、回転可動部１５６を支持しており、この回転可動部１５６は、振動切削ユニット１４０を支持している。第２ステージ５３は、回転可動部１５６及び振動切削ユニット１４０を支持して、これらを例えばＸ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、回転可動部１５６は、振動切削ユニット１４０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、回転可動部１５６に対する振動切削ユニット１４０の固定位置や角度等を適宜調節して、振動切削ユニット１４０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１４０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。
【００６１】
振動子駆動装置６３は、振動切削ユニット１４０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、振動切削ユニット１４０先端の切削工具１０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、図１４で説明したように、振動切削ユニット１４０のホルダ９１先端は、Ｚ軸方向（すなわち切り込み深さ方向に延びる工具軸ＡＸに沿った方向）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表面にホルダ９１先端すなわち切削工具１０先端を向けた微細で効率的な加工が可能になっている。
【００６２】
〔第２実施例〕
以下、第２実施例について説明する。本実施例において、図１５の振動切削装置２００は、送り方向であるＸ、Ｚ軸の位置分解能が１ｎｍで、主軸である回転軸ＲＡと、Ｘ、Ｚ軸に沿った直行軸と、鉛直旋回軸ＰＸとの剛性は、非常に高くなっている。被加工体であるワークＷは、Ｃｏ含有の超硬材料を用いた。振動切削ユニット４０によって形成される、加工面形状は、光学レンズで用いられる軸対称凹面であり、近似曲率半径が１．９ｍｍで、中心曲率半径が１．５ｍｍで、最大見込み角（加工面の傾斜角度が最大となる角度）が６５°という極めて小さく深い面を加工した。
【００６３】
ワークＷは、加工面形状を形成すべき箇所に、予め汎用加工機にて凹面を加工しておき、図１５の振動切削装置２００で加工形状と表面粗さとを高精度に仕上げる仕上げ加工工程を行った。振動切削ユニット１４０に固定された切削工具１０において、加工用チップ３０は、単結晶ダイヤモンドで形成されており、シャンク２０は、軽量化を図るため、窒化珪素を用いて活性金属法によって加工用チップ３０の単結晶ダイヤモンドと接合した。加工用チップ３０のすくい面Ｓ１は、半円形の輪郭を有し、その円弧半径は、０．８ｍｍであり、第１逃げ面Ｓ２の第１逃げ角α１は、１０°であった。ここで、支持部２１の開き角θ１を３０°とし、固定部２３の開き角θ２を６３°としている。また、切削工具１０において、止めネジ位置から工具刃先までの実効長Ｌ＝８．５６ｍｍ（ｘ＝５．５０ｍｍ、ｙ＝３．０６ｍｍ）で短くなっており、固定部２３の開口２３ａの直径（ネジ径）Ｄは、３ｍｍとした。
【００６４】
本実施例で行う振動切削は、高周波の振幅を刃先に伝えるため、加工用チップ３０やシャンク２０を軽くし、止めネジ位置から工具刃先までの実効長Ｌを短くするほうが、刃先の振幅が安定しコントロールしやすい実験結果がある。以上のことからも切削工具１０は振動切削に適していることが判る。図１５の振動切削装置２００によるターニング加工に際しては、周波数３９ｋＨｚで振動体８２を駆動し、切り込み方向（すなわちＺ軸方向）の振幅を３μｍ、切り込み方向と垂直な方向（すなわちＹ軸方向）の振幅を２μｍとした。また、切削工具１０による切り込み量を１μｍとし、切削工具１０の送り速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎとし、主軸回転数を３４０ｒｐｍとした。
【００６５】
加工後のワークＷ表面すなわち加工面形状を松下電器産業（株）３次元測定器ＵＡ３Ｐで測定すると、加工形状精度に相当するＰＶ値が１００ｎｍ以下で、ＷＹＫＯ社製の表面粗さ測定器ＨＤ３３００で表面荒さを測定すると、Ｒａ３．４ｎｍの良好な光学鏡面が得られた（図１６のグラフ参照。）。この加工精度の金型であれば、撮影系の光学面成形用レンズ金型として用いても、全く問題のないレベルのものである。
【００６６】
なお、切削工具１０による切り込み量を３μｍとした場合、切削工具１０にピッチングが発生してしまい、加工面形状も強い加工ツールマークが顕微鏡観察された。
【００６７】
以上の結果から、実施例の切削工具１０によれば、ネジ止め位置から刃先先端位置までの長さＬが短くなっており、加工用チップ３０やシャンク２０の軽量化が達成されることから、振動切削加工で要求される高精度加工の条件を充足していると考えられる。つまり、光学面を成形したレンズ用金型が短時間で高精度に加工される。なお、今回本実施例で加工したレンズ用金型を用いて、ガラスモールドレンズの成形を試みた。結果は、金型の高精度な形状どおりの高精度なガラスモールドレンズが得られた。
【００６８】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る切削装置について説明する。第３実施形態の切削装置は、第１実施形態の切削装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００６９】
図１７は、第３実施形態に係るルーリング加工用の切削装置３００の構造を概念的に説明するブロック図である。
【００７０】
図示のように、切削装置３００は、被加工体であるワークＷを切削加工するための切削ユニット４０と、切削ユニット４０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構２５０とを備える。なお、図８に示す第１実施形態で説明した駆動制御装置６１、ガス供給装置６５、主制御装置７０等については図示を省略する。
【００７１】
ＮＣ駆動機構２５０は、定盤である台座５１上に第１ステージ２５２と第２ステージ２５３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２５２は、Ｙステージ２５７を支持しており、このＹステージ２５７は、アームブロックすなわちユニット取付部２５６を介して切削ユニット４０を鉛直に支持している。第１ステージ５２及びＹステージ２５７は、ユニット取付部２５６すなわち切削ユニット４０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２５３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２５３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。
【００７２】
〔第３実施例〕
以下、第３実施例について説明する。本実施例において、図１７の振動切削装置３００は、送り方向であるＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置分解能が１ｎｍである。被加工体であるワークＷは、ＳＴＡＶＡＸ料を用いた。振動切削ユニット４０によって形成される、加工面形状は、Ｘ、Ｙ軸方向に個別の曲率を有するアナモフィク面であり、サイズは１０ｍｍ×１５ｍｍである。
【００７３】
ワークＷは、加工面形状を形成すべき箇所に、予め汎用加工機にて対応面を加工しておき、図１７の切削装置３００で仕上げ加工工程を行った。切削ユニット４０に固定された切削工具１０において、加工用チップ３０は、高純度ｃＢＮで形成されており、シャンク２０は、軽量化を図るため、超硬合金を用いてロウ付けによって加工用チップ３０の高純度ｃＢＮと接合した。加工用チップ３０のすくい面Ｓ１は、半円形の輪郭を有し、その円弧半径は、０．５ｍｍであり、第１逃げ面Ｓ２の第１逃げ角α１は、５°であった。ここで、支持部２１の開き角θ１を４０°とし、固定部２３の開き角θ２を６０°としている。また、切削工具１０において、止めネジ位置から工具刃先までの実効長Ｌ＝８．２６ｍｍ（ｘ＝５．２ｍｍ、ｙ＝３．０６ｍｍ）で短くなっており、固定部２３の開口２３ａの直径（ネジ径）Ｄは、４ｍｍとした。
【００７４】
図１７の切削装置３００によるルーリング加工に際しては、切削工具１０による切り込み量を１μｍとし、切削工具１０のＸ軸方向送り速度を１５０ｍｍ／ｍｉｎとし、Ｚ軸方向送りピッチを５μｍとした。
【００７５】
加工後のワークＷ表面を高倍率の顕微鏡で観察すると、非常に良好であり、加工表面粗さＲａ１０ｎｍ以下であった（図１８の写真参照。加工の痕跡である横縞が見あたらない。）。
【００７６】
従来型の切削工具、すなわちシャンク２０の側面２５ａ，２５ｂに凹部を有しない従来のバイト形状であって、支持部２１に相当する部分が長くなっているものを用いて同様の加工を行った場合、切削工具１０にピッチングが発生してしまい、まともに加工できない状態であった。
【００７７】
なお、図１９は、加工後の加工用チップ３０先端のすくい面Ｓ１を部分的に示す拡大平面図である。図からも明らかなように、加工用チップ３０先端に工具摩耗は生じているものの、ピッチングが生じておらず、摩耗量も３２μｍと従来の１／３程度であった。一方、従来型の切削工具の場合、シャンク２０等の剛性不足により、ピッチングや大量の工具摩耗が発生し、すくい面Ｓ１の円弧が研磨されて１００〜１８０μｍの平らな直線部分が形成される。
【００７８】
以上の結果をまとめると、本実施例の切削工具１０では、θ２とθ１の差が大きくネジ止め位置から刃先先端位置までの長さＬが短くなっており、加工抵抗による工具のたわみが抑えられ、刃先先端位置が安定すると推測できる。
【００７９】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る切削装置について説明する。第４実施形態の切削装置は、第３実施形態の切削装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第３実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００８０】
図２０は、第４実施形態に係るフライカット加工用の切削装置４００の構造を概念的に説明するブロック図である。
【００８１】
図示のように、切削装置４００は、被加工体であるワークＷを切削加工するための切削ユニット４０と、切削ユニット４０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構３５０とを備える。
【００８２】
ＮＣ駆動機構３５０は、定盤である台座５１上に第１ステージ２５２と第２ステージ２５３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２５２は、Ｙステージ２５７を支持しており、このＹステージ２５７は、回転駆動部３５５を介して切削ユニット４０をＺ軸に平行な回転軸ＲＡ１の周りに回転させる。第１ステージ５２及びＹステージ２５７は、回転駆動部３５５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２５３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２５３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。
【００８３】
本実施形態の切削工具１０でも、シャンク２０（図１参照）においてθ２とθ１の差が大きくネジ止め位置から刃先先端位置までの長さＬが短くなっており、加工抵抗による工具のたわみが抑えられ、刃先先端位置が安定する。
【００８４】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る切削装置について説明する。第５実施形態の切削装置は、第３実施形態の切削装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第３実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００８５】
図２１は、第５実施形態に係るミーリング加工用の切削装置５００の構造を概念的に説明するブロック図である。
【００８６】
図示のように、切削装置５００は、被加工体であるワークＷを切削加工するための切削ユニット４０と、切削ユニット４０をワークＷに対して支持するＮＣ駆動機構４５０とを備える。
【００８７】
ＮＣ駆動機構４５０は、定盤である台座５１上に第１ステージ２５２と第２ステージ２５３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２５２は、Ｙステージ２５７を支持しており、このＹステージ２５７は、回転駆動部４５５を介して切削ユニット４０をＹ軸に平行な回転軸ＲＡ２の周りに回転させる。第１ステージ５２及びＹステージ２５７は、回転駆動部４５５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２５３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２５３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。
【００８８】
本実施形態の切削工具１０でも、シャンク２０（図１参照）においてθ２とθ１の差が大きくネジ止め位置から刃先先端位置までの長さＬが短くなっており、加工抵抗による工具のたわみが抑えられ、刃先先端位置が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の切削工具の平面図であり、（ｂ）は、実施形態の切削工具の側面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、図１に例示する切削工具のうち主にシャンクの変形例をそれぞれ説明する図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、図１に例示する切削工具のうち主にシャンクの変形例をそれぞれ説明する図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、図１に例示する切削工具のうち主にシャンクの変形例をそれぞれ説明する図である。
【図５】加工用チップの先端部の拡大断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、加工用チップの変形例をそれぞれ示す平面図である。
【図７】図１の切削工具を取り付けた切削ユニットの構造を説明する断面図である。
【図８】第１実施形態の切削装置を説明するブロック図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、図８の切削装置によって形成される成形金型の側方断面図である。
【図１０】図９の成形金型によって形成されたレンズの側方断面図である。
【図１１】（ａ）は、実施例の加工装置を用いて加工した金型の加工面形状を顕微鏡観察した状態を説明する図であり、（ｂ）は、比較例の加工面形状を顕微鏡観察した状態を説明する図である。
【図１２】図１１（ａ）の加工面形状を表面粗さ測定器で測定した結果を示すグラフである。
【図１３】各種形状の切削工具を用いて切削を行った例を示す。
【図１４】第２実施形態に係る切削ユニットの構造を説明する断面図である。
【図１５】第２実施形態の切削装置を説明するブロック図である。
【図１６】実施例の加工装置を用いて加工した金型の加工面形状を表面粗さ測定器で測定した結果を示すグラフである。
【図１７】第３実施形態の切削装置を説明するブロック図である。
【図１８】実施例の加工装置を用いて加工した金型の加工面形状を顕微鏡観察した状態を説明する図である。
【図１９】加工後の加工用チップ先端のすくい面を部分的に示す拡大平面図である。
【図２０】第４実施形態の切削装置を説明するブロック図である。
【図２１】第５実施形態の切削装置を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０…切削工具、  ２０…シャンク、２１…支持部、  ２３…固定部、  ３０…加工用チップ、  ４０…切削ユニット、  ５０…駆動機構、  ５２…第１ステージ、  ５３…第２ステージ、  ６１…駆動制御装置、  ６５…ガス供給装置、  ７０…主制御装置、  Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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