(57)【要約】【課題】短時間の加工で均一な加工面を得られる光学部品またはその金型の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の光学部品またはその金型の製造方法は，工具を，その刃先を外側に向けて軸回りに回転させ，刃先が描く円の１箇所で被工作物の加工対象面を切削しつつ，工具と被工作物とを相対的にライン方向に所定の送り速度でライン移動させて１ラインの切削加工を行い，次いで工具と被工作物とを相対的にライン方向と交差するピッチ方向にピックフィード量だけ移動させて次の１ラインの切削加工を行うことによるものであって，工具回転数（Ｓ）を１００００（回転／分）以上とし，ライン方向の移動を１ラインごとに逆向きにして往復とも切削加工を行うものである。【選択図】図３
2007175803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を，その刃先を外側に向けて軸回りに回転させ，刃先が描く円の１箇所で被工作物の加工対象面を切削しつつ，工具と被工作物とを相対的にライン方向に所定の送り速度でライン移動させて１ラインの切削加工を行い，次いで工具と被工作物とを相対的にライン方向と交差するピッチ方向にピックフィード量だけ移動させて次の１ラインの切削加工を行うことによる光学部品またはその金型の製造方法において，
工具回転数（Ｓ）を１００００（回転／分）以上とし，
ライン方向の移動を１ラインごとに逆向きにして往復とも切削加工を行うことを特徴とする光学部品またはその金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学部品またはその金型の製造方法において，
送り速度（Ｆ，ｍｍ／分）と工具回転数（Ｓ，回転／分）との関係が，
Ｆ／Ｓ  ≦  ０．１ｍｍ／回転
となる条件で切削加工を行うことを特徴とする光学部品またはその金型の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光学部品またはその金型の製造方法において，
切削箇所で工具の刃先が被工作物を掻き取る移動の向きが，工具の回転中心に対する被工作物のライン移動による移動の向きと一致するダウンラインにおける工具の被工作物への切り込み量が，逆向きのアップラインにおける切り込み量より大きいことを特徴とする光学部品またはその金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，自由曲面を有する光学部品またはその光学部品の成形用金型を製造するための製造方法に関する。例えば，ｆθレンズやプロジェクションＴＶ用の自由曲面ミラーの成形用金型の製造方法に適したものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，プロジェクションＴＶ用の投影ミラー等では，その鏡面に自由曲面を有するものが使われるようになってきている。特に，リアプロジェクション（背面投影）テレビ等では，光学系をできるだけ薄くする必要性から，自由曲面ミラーが重要となっている。このような自由曲面を有する光学部品を成型するためには，まずその自由曲面を写した金型を製造することが必要となる。一般に，回転軸を有しない自由曲面を切削加工する場合には，図１に示すようなフライカット加工機が用いられる（例えば，特許文献１，特許文献２参照。）。
【０００３】
このようなフライカット加工機１は，定盤１１にＸ軸方向スライドテーブル１２とＺ軸方向スライドテーブル１３とが重ねて備え付けられている。また，Ｙ軸方向スライドテーブル１４には工具スピンドル１５が取り付けられている。工具スピンドル１５の先端部には工具１６が取り付けられている。各軸方向スライドテーブル１２，１３，１４は，それぞれの軸方向へ移動制御され，工具スピンドル１５は工具１６をその主軸回りに回転させるように回転制御される。
【０００４】
このフライカット加工機１によれば，Ｚ軸方向スライドテーブル１３の上に載置されたワーク２０は，Ｘ−Ｚ平面内において２軸制御される。また，工具１６は，所定の回転速度で回転されるとともに，Ｙ軸方向へ１軸制御される。これにより，工具１６とワーク２０とを相対的に３軸制御しつつ切削加工することができる。またこの他に，ワークのテーブルを１軸制御とし，工具のテーブルを２軸制御とした３軸制御の加工機もある。
【０００５】
このフライカット加工機１による切削では一般に，例えば特許文献１の図４に示されているように，工具１６の回転円周方向に工具１６とワーク２０とを相対的に移動させて１ラインの切削を行う。１ラインの切削が終了したら，一旦工具１６とワーク２０を離し，工具１６をその回転軸方向へ所定量移動させるとともに，ワーク２０を次のラインの開始位置に移動させる。そして再び，工具１６とワーク２０とを相対的に移動させて次の１ラインの切削を行う。すなわち，常に一方方向へ向かって片道のみの切削加工を行っている。これは，工具１６の回転方向とワーク２０の移動方向との関係を一定なものとして，加工面特性が均一となるようにするためである。
【特許文献１】特開２０００−９４２７０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，前記した従来の金型コア製造方法では，上記のように一方方向のみの加工を行っているため，単なる戻り移動のための余分な時間がかかる。そのため，全体としての加工時間が長くなり，生産性が悪いという問題点があった。さらには，加工時間が長いことから，加工中に雰囲気温度が変化しがちであり，そのためワークや装置に温度変化による微妙な変形が起きることがある。その場合には，加工面にうねりが発生するおそれがあるという問題点があった。しかしその一方で，往復加工を行うと往路と復路とで加工面特性が変化し，均一な加工面が得られないという問題点もあった。
【０００７】
本発明は，前記した従来の金型コア製造方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，短時間の加工で均一な加工面を得られる光学部品またはその金型の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の光学部品またはその金型の製造方法は，工具を，その刃先を外側に向けて軸回りに回転させ，刃先が描く円の１箇所で被工作物の加工対象面を切削しつつ，工具と被工作物とを相対的にライン方向に所定の送り速度でライン移動させて１ラインの切削加工を行い，次いで工具と被工作物とを相対的にライン方向と交差するピッチ方向にピックフィード量だけ移動させて次の１ラインの切削加工を行うことによる光学部品またはその金型の製造方法であって，工具回転数（Ｓ）を１００００（回転／分）以上とし，ライン方向の移動を１ラインごとに逆向きにして往復とも切削加工を行うものである。
【０００９】
本発明の光学部品またはその金型の製造方法によれば，工具と被工作物との相対的な移動方向であるライン方向の移動について，１ラインごとに逆向きにして往復とも切削加工を行うので，片道のみの切削に比較して，工具の位置を戻すための移動が不要となる。従って，加工に必要な時間が短くてすむ。さらに，工具回転数（Ｓ）を１００００（回転／分）以上としたので，このように往復加工をしても移動方向による切削状態の差が小さく，均一な加工面を得られる。従って，短時間の加工で均一な加工面を得られる光学部品またはその金型の製造方法となっている。ここで，本発明での方法としては，上記条件での切削による金型の製造方法，上記条件での切削による光学部品の直接製造，上記条件での切削による金型を用いた光学部品の製造を包含する。
【００１０】
さらに本発明では，送り速度（Ｆ，ｍｍ／分）と工具回転数（Ｓ，回転／分）との関係が，Ｆ／Ｓ  ≦  ０．１ｍｍ／回転となる条件で切削加工を行うことが望ましい。このようにすれば，工具回転数に対する送り速度の比が小さいので，工具の１回転による切削量がごく小さい。従って，移動方向による切削状態の差が小さいものとなる。
【００１１】
さらに本発明では，切削箇所で工具の刃先が被工作物を掻き取る移動の向きが，工具の回転中心に対する被工作物のライン移動による移動の向きと一致するダウンラインにおける工具の被工作物への切り込み量が，逆向きのアップラインにおける切り込み量より大きいことが望ましい。このようにすれば，移動方向による切削状態の差がより小さいものとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学部品またはその金型の製造方法によれば，短時間の加工で均一な加工面を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，自由曲面を有する光学部品の成形用金型の製造方法に本発明を適用したものである。
【００１４】
本形態で使用するフライカット加工機１は，図１に示すように，定盤１１には，Ｘ軸方向スライドテーブル１２とＺ軸方向スライドテーブル１３とが重ねて備え付けられている。また，Ｙ軸方向スライドテーブル１４には工具スピンドル１５が取り付けられている。工具スピンドル１５の先端部には工具１６が取り付けられている。各軸方向スライドテーブル１２，１３，１４は，それぞれの軸方向へ移動制御され，工具スピンドル１５は工具１６をその主軸回りに回転させるように回転制御される。このフライカット加工機１の基本的な構成は従来のものと同様である。
【００１５】
このフライカット加工機１によれば，Ｚ軸方向スライドテーブル１３の上に載置されたワーク２０は，Ｘ軸方向スライドテーブル１２とＺ軸方向スライドテーブル１３とによってＸ−Ｚ平面内における所定の位置に配置される。あるいは，ワーク２０が所定の速度で所定の方向へ移動するように制御することもできる。また，工具１６は，工具スピンドル１５によって所定の回転速度で回転されるとともに，Ｙ軸方向スライドテーブル１４によってＹ軸方向へ位置制御される。
【００１６】
本形態では，図１に示すように，工具１６を回転させながら，工具１６とワーク２０とを相対的に近づけて，ワーク２０を切削する。この図ではワーク２０の左奥側の面が切削面となっている。そして，工具１６に切削される状態のまま，ワーク２０をＸ−Ｚ面内で移動させる。例えば，図に矢印で示した方向に工具１６を回転させ，Ｘ軸方向スライドテーブル１２をおよそ図中右奥から左手前方向へ移動させつつ１ラインの切削を行う。このとき，必要とされる切削面形状に合わせて，同時にＺ軸方向スライドテーブル１３も制御される。
【００１７】
以下では，このＸ−Ｚ面内での移動を送り移動という。この送り移動の方向がライン方向に相当する。また，切削時のＸ−Ｚ面内でのワーク２０の移動速度（工具１６との相対速度）を送り速度Ｆと呼ぶ。また，工具１６のＹ軸方向の移動方向をピックフィード方向と呼ぶ。ピックフィード方向は一方向のみである。また，ピックフィード方向の１回の移動量をピックフィード量ｆと呼ぶ。
【００１８】
１ラインの切削が終了したら，そのまま工具１６をＹ軸方向へ所定量移動させる。そして，ワーク２０を逆方向へ移動させつつ次の１ラインの切削を行う。ここで，工具１６とワーク２０との接触面において，工具１６の回転による移動の向きとワーク２０の送り移動の向きとがほぼ同じ向きである場合をダウン方向，逆向きの場合をアップ方向への加工という。ダウン方向とアップ方向とでは工具１６のワーク２０への切り込み方が異なるため，厳密にはその切削特性は異なるものとなる。なお，従来は，ダウン方向の切削のみで加工を行っていた。
【００１９】
本形態の製造方法では，工具１６の回転数Ｓを１００００ｒｐｍ以上とする。さらに，送り速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）／工具回転数Ｓ（ｒｐｍ）＝０．１ｍｍ／ｒ以下となるように送り速度Ｆを制御する。すなわち，工具回転数Ｓ＝１００００ｒｐｍでは，送り速度Ｆは１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下とする。このようにすることにより，工具１６の１回転によってワーク２０の切削される長さがごく小さくなるので，送り方向による切削負荷の差がごく小さくなる。
【００２０】
ただし，工具１６の回転数Ｓが５００００ｒｐｍ以上であると，工具１６の回転軸の振れによる機械振動が発生しがちであり，加工精度が低下するため，加工後のワーク２０の表面粗さが理論上の表面粗さに比較して悪化する。このため，工具回転数Ｓは，Ｓ＝１００００〜５００００ｒｐｍの範囲内とすることが望ましい。
【００２１】
工具１６は，単結晶ダイヤモンド工具である。工具１６の刃先部は，図２に示すように，円弧形状に形成されている。この円弧形状の半径を工具ノーズ半径と呼ぶ。この図ではかなり大きく示しているが，実際にはその材料による制限から，工具１６としては，あまり大きなものを使用することはできない。大きい工具１６を得ることは，コストが大きくなるのみでなく非常に難しいからである。そのため，実質的に工具ノーズ半径ｒはｒ＝５〜２０ｍｍの範囲内とされる。
【００２２】
また，ピックフィード量ｆが０．０１ｍｍ以下であるとライン数が多くなりすぎ，加工時間が増加するので生産性が低下する。また，ピックフィード量ｆが０．０４ｍｍ以上であると，理論粗さを１０ｎｍ以内とするためには工具ノーズｒを２０ｍｍ以上とする必要があり，実際的ではない。このため，ピックフィード量ｆは，０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの範囲内とすることが望ましい。
【００２３】
さらに，本形態ではダウン方向とアップ方向とで切り込み量を変化させることで，さらに切断面を均一にできる。切り込み量とは工具刃先がワーク２０に食い込む深さのことであり，およそＺ軸方向のワーク２０と工具１６との距離に相当する。ここでは，ワーク２０に対して工具１６の切り込み量を，アップ方向ではダウン方向に比較してやや小さくなるように切削する。すなわち，アップ方向では１ラインの全範囲にわたり，ワーク２０と工具１６とのＺ軸方向の距離がやや大きくなるようにする。これは，切り込み量を同じ値として制御を行うと，切削した結果では，ダウン方向に比較してアップ方向では実際に切り込まれる量が大きくなる傾向があるからである。そこで，このように制御することにより，同じ回転数及び同じ送り速度で往復切削しても，その加工面の差はほとんどないものとできる。
【００２４】
なお，切り込み量を変化させる方法としては，Ｚ軸方向スライドテーブル１３の制御値を往路と復路とで変化させた切削プログラムをあらかじめ作成しておき，そのプログラムによって切削を行う方法がある。あるいは，Ｚ軸方向スライドテーブル１３にテーブルのフィードバックスケールを前後させることのできる機構を有している場合には，アップ方向への切削時には一時的に，そのフィードバックスケールのみを移動させることによっても制御できる。
【００２５】
これより，本形態の製造方法では，用いる各パラメータは以下のように設定される。
工具回転数（Ｓ）：１００００〜５００００回転／分
送り速度（Ｆ）：３００〜２０００ｍｍ／分
工具の刃先回転半径（Ｄ）：５〜１５ｍｍ
ピックフィード量（ｆ）：０．０１〜０．０４ｍｍ
工具の刃先ノーズ径（ｒ）：５〜２０ｍｍ
切り込み量：１〜２０μｍ
【００２６】
以上詳細に説明したように本形態の製造方法によれば，工具１６の回転数を大きくして，送り速度を小さくすることにより，送り方向を往復方向としてもその切削負荷の差はごく小さい。さらには，送り方向に応じて切り込み量を変化させれば，さらに切削負荷の差は小さくなる。すなわち，往復切削を行ってもその切削の特性はほとんど同じものとすることができる。従って，各部分の切削面をほぼ均一なものとできる。これにより，短時間の加工で均一な加工面を得られる金型の製造方法となっている。
【００２７】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，この金型で製造される光学部品としてはレンズでも良い。また，上記の形態では金型の製造方法としたが，同様の製造条件を用いて光学部品材料を直接切削することにより光学部品を製造する製造方法にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】フライカット加工機の概略構成を示す斜視図である。
【図２】フライカット加工機の概略構成を示す側面図である。
【図３】本形態の製造方法による送り方向を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  フライカット加工機
１６  工具
Ｓ  工具回転数
Ｆ  送り速度
【図１】
2007175803.tif 000003
【図２】
2007175803.tif 000004
【図３】
2007175803.tif 000005