(57)【要約】  【課題】  例えば光通信モジュールに用いる光学素子などを成形するための光学素子成形用金型を切削加工できる切削工具、加工方法、加工装置及びそれにより加工された光学素子成形用金型を提供する。  【解決手段】  切削工具Ｔが、鋭角αの角部を有するすくい面ＳＰを具備しているので、かかる鋭角の角部を、図１に示す光学素子成形用金型の第２の面Ｐ２１と第１の面Ｐ１２とのなす内角、第２の面Ｐ２２と第１の面Ｐ１３とのなす内角、及び第２の面Ｐ２３と第１の面Ｐ１４とのなす内角に合わせれば（図１の一点鎖線参照）、被切削物に対して走査することで、鋭角の内角γを有する微細階段状構造を切削加工することができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
すくい面が、直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、  前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、すくなくとも一部に直線部を含む、被切削物を切削可能な切削部と、を含む切削工具であって、
前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角である事を特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記第１の縁部と前記切削部とのなす角度は、７５度以上９０度未満であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記切削部の長さは１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記第１の縁部及び前記第２の縁部のすくなくとも一方には、前記第１切削部と共に被切削部を切削可能に処理された部分を有する事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具を用いて、被切削物をフライカット加工により加工することを特徴とする加工方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具を用いて、被切削物をシェービング加工により加工することを特徴とする加工方法。
【請求項７】
前記切削工具の前記第１縁部と前記第２縁部との間の距離は、前記切削部から前記切削工具の長さ方向に離れるに従って幅狭となるテーパー状に構成されており、そのテーパー角度θは０°＜θ≦０．５°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項６記載の加工方法。
【請求項８】
被切削物である光学素子成形用金型材料に微細な幅を有する溝を、切削工具を複数回走査することで形成する加工方法であって、
前記切削工具は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部に直線部を含む切削部とを含むと共に、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角に形成されたものであり、
前記複数回走査のうち、第１走査と、それに続く第２走査との間で走査方向に対して交差する方向に、前記切削部の幅よりも短いシフト量だけ前記切削工具と被加工物とを相対的にシフトさせることを特徴とする加工方法。
【請求項９】
前記シフト量は、前記第１の縁部の端部と前記第２の縁部の端部との間の距離の５〜３５％であることを特徴とする請求項８に記載の加工方法。
【請求項１０】
前記シフトは、切削加工しようとする前記第１の面に沿って行われることを特徴とする請求項８又は９に記載の加工方法。
【請求項１１】
前記シフトは、走査される前記切削工具における前記切削部の直線部が延在する方向に沿って行われることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の加工方法。
【請求項１２】
回転軸を中心に回転駆動する工具取り付け部と、前記工具取り付け部に取り付けられた切削工具とを有し、前記工具取り付け部の回転駆動による切削工具の回転走査により被加工物を加工する加工装置において、
前記切削工具は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部に直線部を含む切削部とを含むと共に、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角に形成したものであり、
前記切削工具は、すくい面が前記回転軸線を含む少なくとも一つの面に対して回転方向前方に傾いて取り付けられていることを特徴とする加工装置。
【請求項１３】
回転軸を中心に回転駆動する工具取り付け部と、前記工具取り付け部に取り付けられた切削工具とを有し、前記工具取り付け部の回転駆動による切削工具の回転走査により被加工物を加工する加工装置において、
前記切削工具は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部に直線部を含む切削部とを含むと共に、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角に形成したものであり、
前記切削工具は、すくい面が前記回転軸線を含む少なくとも一つの面と平行に取り付けられていることを特徴とする加工装置。
【請求項１４】
前記切削工具は、０°＜θ≦３０°の逃げ角θを有することを特徴とする請求項１３に記載の加工装置。
【請求項１５】
すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部が直線部で形成された切削部を含む切削部とを含み、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角である切削工具を、軸線を中心に回転走査させて被切削物の切削加工を行う加工方法であって、
前記切削工具を、前記回転軸線を含む任意の面と、前記すくい面とが所定角度傾いた状態で加工することを特徴とする加工方法。
【請求項１６】
前記切削工具は、０°＜θ≦３０°の逃げ角θを有することを特徴とする請求項１５に記載の加工方法。
【請求項１７】
光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具により切削されていることを特徴とする光学素子成型用金型。
【請求項１８】
光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項５〜１１のいずれかに記載の加工方法により加工して形成されることを特徴とする光学素子成型用金型。
【請求項１９】
光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項１２〜１４のいずれかに記載の加工装置により加工して形成されることを特徴とする光学素子成型用金型。
【請求項２０】
光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項１５又は１６に記載の加工方法により加工して形成されることを特徴とする光学素子成型用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具、加工方法、加工装置及び光学素子成形用金型に関し、特に微細形状を備えた光学素子成形用金型を加工するのに好適な切削工具及び加工方法、加工装置並びにそれにより形成された光学素子成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば光ピックアップ装置用の対物レンズなどの高精度光学素子の成形用金型の光学転写面加工には、すくい面のノーズ半径が０．１〜１．５ｍｍ程度、頂角が４０〜６０°程度の単結晶ダイヤモンド製のＲバイトが使用されており、それにより光学転写面形状が例えば一般非球面方程式で表現される単一面で構成される場合には、超精密加工機を使用することにより切削加工のみで高精度な光学転写面を得ることが可能である。一方、より微細な形状構造を有する光学転写面を創成加工する際には、特許文献１に記載するように、さらに微細なノーズ半径を有するＲバイトが使用されている。
【特許文献１】特開２００３−６２７０７号公報
【特許文献２】特開２００３−７５６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載する微細なノーズ半径を有するＲバイトを用いることで、より精密な光学転写面の創成が可能となった。ところで、近年発達した、波長の異なる光を用いた双方向伝送による光通信システムでは、光ファイバを介して光信号を送受する端末に、受光素子や発光素子やレンズ等からなる光学系を含む光通信モジュールを設けることが行われている。かかる光通信モジュールの光学系が回折構造による回折効果を利用して送信光と受信光とを分離し、発光素子からの送信光を光ファイバに結像させ、且つ光ファイバからの受信光を受光素子に受光させることができ、それにより小型化とコストダウンとを図ることができる。
【０００４】
このような光通信モジュールに用いられる光学素子の中には、微細な階段状構造を光学面に形成する事が必要とされているものがある。このような構造は、特に温度特性の低い、即ち温度による光学特性の変化が激しい光学素子、例えば樹脂材料で光学素子を構成した場合に、上記温度特性を補償するために採用される技術として必要とされている。かかる光学素子は、５μｍ以下の非常に微細な溝幅を階段状に複数形成するものもあり、階段を構成する面同士が鋭角で交差している事が必要となる。これは微細構造であるため、特許文献１に記載する微細なノーズ半径を有するＲバイトにて切削する事も考えられるが、係るバイトでは階段状に形成される溝の深さが深くなるほど、ノーズ半径に依存したテーパ角度で直線状に広がるすくい面の切削工具取り付け付近が被切削物と干渉するため、十分に鋭角な交差部を形成できないという問題、また円弧状の切削部で鋭角に交差した直線状の斜面を形成する構成であり、切削工具の加工のための移動が複雑になるといった問題がある。
【０００５】
また微細な形状を加工するものとして特許文献２の技術があり、当該文献には加工したい角度と同じ切れ刃角度となるような工具のすくい角・頂角を計算し、計算されたすくい角・頂角を有するように工具を作り込む技術が開示されているが、係る工具も先の特許文献１と同様、頂角に依存した広がりをもった切削工具が記載されているに過ぎず、上述したような微細な階段状形状に適した工具及びその加工方法については何ら述べられていない。またこのような階段状構造は、階段を構成する面の幅や深さが箇所によって異なるものが複数混在しているものがあり、このような階段状構造に対して如何に精度良く形成するかの対策は何ら講じられていない。
【０００６】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、例えば光通信モジュールに用いる光学素子などを成形するための光学素子成形用金型を切削加工できる切削工具、加工方法、加工装置及びそれにより加工された光学素子成形用金型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】
請求項１に記載の切削工具は、すくい面が、直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、  前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、すくなくとも一部に直線部を含む、被切削物を切削可能な切削部と、を含む切削工具であって、
前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角である事を特徴とする。
【０００８】
本発明の原理を図面を参照して説明する。例えば、光束が透過する光学面と、光学面同士を連結する連結面とからなる微細な階段状の回折構造を有する光学素子において、光学面が連結面に対して鋭角となっているものがある。そのような光学素子を成形する光学素子成形用金型は、光学素子の光学面を転写成形する面（第１の面という）と、連結面を転写成形する面（第２の面という）を有している。図１は、光学素子成形用金型の一例にかかる転写成形面を示す拡大断面図である。
【０００９】
図１においては、各々４段からなる微細階段状構造は、最も外方に位置する第１の面Ｐ１１と、２段目を形成する第１の面Ｐ１２と、３段目を形成する第１の面Ｐ１３と、底面を形成する第１の面Ｐ１４と、第１の面Ｐ１１，Ｐ１２とを連結する第２の面Ｐ２１と、第１の面Ｐ１２，Ｐ１３とを連結する第２の面Ｐ２２と、第１の面Ｐ１３，Ｐ１４とを連結する第２の面Ｐ２３と、第１の面Ｐ１４と，隣接する構造の第１の面Ｐ１１とを連結する第２の面Ｐ２４とを含み、これらの面はそれぞれ図１の紙面垂直方向に延在しており、それらの面により構成される微細階段状構造は、図１で左右方向に繰り返し形成されている。
【００１０】
ここで重要な特徴は、第２の面Ｐ２１と第１の面Ｐ１２とのなす内角γ、第２の面Ｐ２２と第１の面Ｐ１３とのなす内角γ、及び第２の面Ｐ２３と第１の面Ｐ１４とのなす内角γが、それぞれ鋭角であるという点である。従って、すくい面が矩形状のいわゆる平先バイトを切削工具として用いても、図１に示す光学素子成形用金型を切削加工することは困難である。
【００１１】
そこで、本発明者らは、図１に示す光学素子成形用金型を好適に切削加工できる切削工具を創案した。図２に、本発明にかかる切削工具の一例の斜視図を示し、図３に、かかる切削工具のすくい面形状を拡大して示す。本発明の切削工具について具体的に説明する。図３において、切削工具Ｔは、直線状の第１の縁部Ｅ１と、直線状の第２の縁部Ｅ２と、第１の縁部Ｅ１の端部Ｅ１ｐと第２の縁部Ｅ２の端部Ｅ２ｐとの間に形成され少なくとも一部に直線部を備えた切削部Ｅ３とを有するすくい面ＳＰを具備し、第１の縁部Ｅ１の端部Ｅ１ｐと第２の縁部Ｅ２の端部Ｅ２ｐとの距離（刃幅ともいう）Ｌは、１００μｍ以下であり、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αは鋭角であり、第２の縁部Ｅ２と切削部Ｅ３とのなす角度βは直角もしくは鈍角である。このように鋭角な交差点を持つ直線状の斜面に対応した直線状の部分を含む切削部Ｅ３であるため、切削工具Ｔの加工のための移動が簡単であり、また実加工面と切削面との誤差が生じた場合でも同じ直線部同士の調整のため、調整がしやすいといった効果がある。また、深さの深い溝（例えば図１でいうＰ１４のような面）であっても、切削部Ｅ３の幅と縁部Ｅ１，Ｅ２とは鋭角及び鈍角をもって形成されているため、ノーズ半径に依存したテーパ角度で広がるような構成と異なり、被切削されない被切削部分との干渉等の問題も生じにくいものとなる。
【００１２】
更に、図２に示すように、すくい面ＳＰは、逃げ面ＥＰに対して切削部Ｅ３を介して交差しており、このときすくい面ＳＰと逃げ面ＥＰとのなす角（逃げ角という）σは、０〜３０度、また加工面の粗さの観点から５〜１０度であるとより好ましい。
【００１３】
切削工具Ｔが、鋭角αの角部を有するすくい面ＳＰを具備しているので、かかる鋭角の角部を、図１に示す光学素子成形用金型の第２の面Ｐ２１と第１の面Ｐ１２とのなす内角γ、第２の面Ｐ２２と第１の面Ｐ１３とのなす内角γ、及び第２の面Ｐ２３と第１の面Ｐ１４とのなす内角γに合わせれば（即ちα＝γ：図１の一点鎖線参照）、被切削物に対して走査することで、図１に示す微細階段状構造を切削加工することができる。なお、図３に示すすくい面に対し、鏡像の関係にあるすくい面を含む切削工具も、本発明に含まれることはいうまでもない。
【００１４】
切削工具Ｔの刃幅Ｌ（本発明の第１切削部）は、加工したい最も狭い溝幅より狭くなければ、所望の微細階段状構造を加工できないが、加工したい最も狭い溝幅と同じ刃幅の切削工具を製作することは困難であるため、実際的には公差を考慮して、それより１〜２μｍ程度狭いと好ましい。特に、図１に示す微細階段状構造において、場所ごとに第１の面の幅が異なる場合があるが、かかる場合、最も狭い溝幅である第１の面より狭くする必要がある。しかし、刃幅Ｌが狭すぎると、工具剛性が低下し、加工面にビビリなどが発生し鏡面を得られなかったり、工具が折損したりする恐れがある。更に、刃幅Ｌが狭いと、比較的広い溝幅の第１の面を加工する際に、同じ面を何度も切削工具を移動させて加工する必要が生じ、加工効率が低下する。従って、切削工具Ｔの刃幅Ｌは、最も狭い溝幅より１〜２μｍ程度狭いと好ましい。なお刃幅Ｌは、被切削物を切削可能に十分な刃形成処理、例えば研磨加工やイオンビーム等の照射による処理が施されている。
【００１５】
なお、本発明において、前記切削部が単一の直線部のみからなり、かかる直線部が前記第１の縁部及び前記第２の縁部と交差していると好ましいが、前記切削部は少なくとも一端に、単一の直線部に接続する別な円弧状もしくは直線状の部位（円弧と直線の双方を有する部位を含む）を有していても良い（図３参照）。このような円弧状もしくは直線状の部位があると、微細階段状構造の形状精度は低下するが、その長さが短ければ、形状精度の低下を効果的に抑えることができる。なお、前記切削部と前記第１の縁部又は前記第２の縁部との間を別な円弧状もしくは直線状の部位で連結している場合、角度α、βは、切削部の直線部を延長した線（図３のＬ３）と、前記第１の縁部又は前記第２の縁部を延長した線（図３のＬ１，Ｌ２）とのなす角をいうものとする。なお切削加工の際は、上記刃幅Ｌにて被切削物を切削する事となるが、必ずしも当該部分のみでの切削には限定されず、第１の縁部又は第２の縁部に、刃幅Ｌと共に被切削物を切削可能に処理された部分を備え、これら２つの部分で併せて切削するものであっても良い。特に後述するシェービング加工による切削加工においては、切削工具が被切削物と当接する部分が全て切削される形となるため、短時間に効率よく加工するには、例えば図１のような微細階段状構造を切削加工する場合、最低限、最も深い溝に対応する深さ分（図１のＰ２４の長さ分）だけ切削方向に合わせて前記第１の縁部又は第２の縁部を処理しておく事により、先端部分の刃幅Ｌと併せて当該部分も用いて切削可能を行う事が可能となる。これにより、刃幅Ｌのみで切削する場合と比べて短時間に切削する事が可能となる。
【００１６】
「直線状」、「円弧状」の形状は、すくい面の縁部を０．１μｍ間隔でサンプル点として抽出し、これを回帰近似した場合、相関率が７０％以上かどうかで判断するものとする。また、それら「直線状」、「円弧状」の形状と判断された際に、それぞれに最も適合する一本の直線又は円弧からなる近似線を描き、その近似線より外れる起点を「縁部の端部」とする。なお、「直線部」は「直線状の部位」と同義であるものとする。
【００１７】
請求項２に記載の切削工具は、請求項１に記載の発明において、前記第１の縁部と前記切削部とのなす角度は、７５度以上９０度未満であることを特徴とする。前記第１の縁部と前記切削部とのなす角度をこのように設定すれば、例えば光通信モジュールに用いる光学素子を成形するための光学素子成形用金型を、切削加工するのに好適となる。
【００１８】
請求項３に記載の切削工具は、請求項１又は２に記載の発明において、前記切削部の長さは１００μｍ以下であることを特徴とするので、微細階段状構造を光学素子成型用金型材料上に加工形成することができる。
【００１９】
請求項４に記載の切削工具は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１の縁部及び前記第２の縁部のすくなくとも一方には、前記第１切削部と共に被切削部を切削可能に処理された部分を有する事を特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の加工方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具を用いて、被切削物をフライカット加工により加工することを特徴とする。
【００２１】
図４は、本発明の加工方法を実施できる加工装置の一例であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の超精密加工機の斜視図である。図４において、ベースＢＳ上に、Ｘ方向に移動可能なＸ軸ステージＸＳと、それに直交するＺ方向に移動可能なＺ軸ステージＺＳが載置されている。Ｘ軸ステージＸＳ上には、Ｘ方向及びＺ方向に直交するＹ方向（高さ方向）に移動可能なＹ軸ステージＹＳが載置されており、Ｙ軸ステージＹＳは、回転テーブルＲＴを回転駆動する回転機構ＲＳを支持している。回転テーブルＲＴの周囲には、図２に示す切削工具Ｔがすくい面ＳＰを周方向に向けて取り付けられている。一方、Ｚ軸ステージＺＳ上には、光学素子成形用金型の素材となるワークＷＫが取り付けられている。
【００２２】
本発明の加工方法について説明する。図４において、切削工具ＴをワークＷＫの側方（図で奥側）における切削開始点に位置させる。まず、Ｙ軸ステージＹＳの位置を調整し、回転機構ＲＳにより回転テーブルＲＴを回転させ、切削工具Ｔをその周方向に回転させる。かかる状態から、Ｘ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させると、ワークＷＫが、切削工具Ｔの回転軌跡内に相対移動し、それにより加工面（ここでは上面）ＷＰを回転軌跡に沿った円弧状に切削することができる。切削工具Ｔの回転速度に対して、Ｘ軸ステージＸＳの移動速度が遅ければ、円弧状の溝を連続する形で直線溝を形成できる。Ｘ軸ステージＸＳがワークＷＫの全長以上の距離にわたって移動することで、最初の溝加工が終了する。
【００２３】
その後、Ｙ軸ステージＹＳにより切削工具ＴをＹ軸方向に上昇させ、ワークＷＫとの干渉を回避しつつ、Ｘ軸ステージＸＳを逆のＸ方向に移動させまた下降させて切削開始点に戻す。更にＺ軸ステージＺＳにより、切削工具Ｔの刃幅（図３のＬ）以下の所定量だけワークＷＳを相対移動させ、且つＹ軸ステージＹＳにより、微小階段構造の内角γに応じた量だけ切削工具Ｔの位置を相対移動させた後、再び切削工具Ｔを回転させながら、Ｘ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させることで、次の溝加工を行える。このようにして、溝加工が終了するごとに切削開始点に切削工具Ｔを戻し、その都度Ｙ軸ステージＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを微量移動させることで、図１に示すごとき微小階段状構造を形成することができる。
【００２４】
かかる加工方法は、フライカット加工と呼ばれる方法であるが、切削工具Ｔが回転走査しているために、周期的にワークＷＫから離れることから、摩擦熱による切削工具Ｔの温度上昇を抑え、その損耗を抑制することができる。又、切削工具ＴがワークＷＫから周期的に離れるので、切削加工により生じた切れ粉を自然に除去することが可能となる。
【００２５】
なお、本発明による加工方法に用いる切削工具Ｔは、すくい面にバックテーパを有すると好ましい。第１の縁部E1と第２の縁部E2の間の距離Ｗが、切削部E３から切削工具の長さ方向（図の紙面縦方向：矢印Ｖ方向）に切削部E3から離れるに従って幅狭の形状となっている事をいう。この場合、バックテーパ角（テーパー角度ともいう）θは０°＜θ≦０．５°の範囲に設定される事が好ましい。なおバックテーパ角とは、第１の縁部E1と第２の縁部E2とが互いに並行な線に対しての成す角θをいう。この場合、幅狭の方向を正としている。
【００２６】
フライカット加工においては、切削工具Ｔを回転させるので、すくい面にバックテーパを有すると、工具回転軌跡が工具刃先先端（切削部Ｅ３）を投影したものとなるので、それにより形成される溝の側面を平行に加工できる。しかしながら、バックテーパ角を大きくしすぎると、刃先の剛性が低下し折損の恐れもあるので、０．５度以内とするのが良い。なおシェービング加工の場合にはそのような事がないため、出来るだけテーパは持たせない事が好ましい。
【００２７】
請求項６に記載の加工方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具を用いて、被切削物をシェービング加工により加工することを特徴とする。
【００２８】
図５は、本発明の加工方法を実施できる加工装置の一例であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の超精密加工機の斜視図である。図５において、ベースＢＳ上に、Ｘ方向に移動可能なＸ軸ステージＸＳと、それに直交するＺ方向に移動可能なＺ軸ステージＺＳが載置されている。Ｘ軸ステージＸＳ上には、Ｘ方向及びＺ方向に直交するＹ方向（高さ方向）に移動可能なＹ軸ステージＹＳが載置されており、Ｙ軸ステージＹＳは、図２に示す切削工具Ｔを下面に取り付けた保持部ＨＤを支持している。切削工具Ｔのすくい面ＳＰは、Ｘ方向に向いている。一方、Ｚ軸ステージＺＳ上には、光学素子成形用金型の素材となるワークＷＫが取り付けられている。
【００２９】
本発明の加工方法について説明する。図５において、切削工具ＴをワークＷＫの側方（図で奥側）における切削開始点に位置させる。Ｙ軸ステージＹＳの位置を調整し、かかる状態から、Ｘ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させると、切削工具ＴがワークＷＫに対して相対移動し、それにより加工面（ここでは上面）ＷＰを直線状に切削することができる。Ｘ軸ステージＸＳがワークＷＫの全長以上の距離にわたって移動することで、最初の溝加工が終了する。
【００３０】
その後、Ｙ軸ステージＹＳにより切削工具ＴをＹ軸方向に上昇させ、ワークＷＫとの干渉を回避しつつ、Ｘ軸ステージＸＳを逆のＸ方向に移動させまた下降させて切削開始点に戻す。更にＺ軸ステージＺＳにより、切削工具Ｔの刃幅（図３のＬ）以下の所定量だけワークＷＳを相対移動させ、且つＹ軸ステージＹＳにより、微小階段構造の内角γに応じた量だけ切削工具Ｔの位置を相対移動させた後、再びＸ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させることで、次の溝加工を行える。このようにして、溝加工が終了するごとに切削開始点に切削工具Ｔを戻し、その都度Ｙ軸ステージＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを微量移動させることで、図１に示すごとき微小階段状構造を形成することができる。
【００３１】
かかる加工方法は、ルーリングもしくはシェービング加工と呼ばれる方法であるが、切削工具Ｔが直線状に走査されるので、切削面の面粗度を向上させることができる。
【００３２】
ルーリング加工においては、切削工具Ｔは固定した状態でワークＷＫに対して走査するので、すくい面ＳＰの形状が、そのままワークＷＫに転写されることとなる。従って、第１の縁部Ｅ１と第２の縁部Ｅ２の平行度が悪いと、ワークＷＫに転写形成される溝の側面の形状精度が悪くなる。そこで、第１の縁部Ｅ１と第２の縁部Ｅ２の傾きは、±０．５度以内に抑えることが好ましい。
【００３３】
請求項７に記載の加工方法は、請求項６に記載の発明において、前記切削工具の前記第１縁部と前記第２縁部との間の距離は、前記切削部から前記切削工具の長さ方向に離れるに従って幅狭となるテーパー状に構成されており、そのテーパー角度θは０°＜θ≦０．５°の範囲に設定されていることを特徴とする。
【００３４】
図５に示す加工装置を参照して、本発明の別な加工方法について説明する。上述の加工方法と同様に、まず切削工具ＴをワークＷＫの側方（図で奥側）における切削開始点に位置させる。Ｙ軸ステージＹＳの位置を調整し、かかる状態から、Ｘ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させると共に、Ｚ軸ステージＺＳをＺ方向に移動させる。すると、切削工具ＴがワークＷＫに対して相対的に、Ｘ方向とＺ方向で規定される平面内を円弧状に移動するので、それにより加工面（ここでは上面）ＷＰに深さの等しい円弧溝を切削することができる。Ｘ軸ステージＸＳがワークＷＫの全長以上の距離にわたって移動することで、最初の溝加工が終了する。
【００３５】
その後、Ｙ軸ステージＹＳにより切削工具ＴをＹ軸方向に上昇させ、ワークＷＫとの干渉を回避しつつ、Ｘ軸ステージＸＳを逆のＸ方向及びＺ方向に移動させまた下降させて切削開始点に戻す。更にＺ軸ステージＺＳにより、切削工具Ｔの刃幅（図３のＬ）以下の所定量だけワークＷＳを相対移動させ、且つＹ軸ステージＹＳにより、微小階段構造の内角γに応じた量だけ切削工具Ｔの位置を相対移動させた後、再びＸ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させることで、次の溝加工を行える。このようにして、溝加工が終了するごとに切削開始点に切削工具Ｔを戻し、その都度Ｙ軸ステージＹＳ及びＺ軸ステージＺＳを微量移動させることで、図１で上方から見たときに円弧状に曲がった微小階段状構造を形成することができる。なお、ここでは説明上「円弧状」としているが、必ずしも一定半径の真円の円弧に限られず、放物線状や楕円弧等の曲線状の加工にも同様に可能である事は言うまでもない。
【００３６】
ところで、図３を参照して上述したように、切削工具Ｔのすくい面ＳＰは、非常に小さい面積を有しており、その刃幅Ｌは１００μｍ以下であるので、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３のなす刃先角αを、切削したい微小階段状構造の角部の内角γに精度良く合わせた状態で製作することが困難である。従って、切削工具Ｔによっては、刃先角α≠内角γなる状態で切削加工を行わなければならない場合もある。
【００３７】
図６は、刃先角α＜内角γなる切削工具を用いて、比較例の加工方法により切削加工した状態を示す微細階段状構造の拡大断面図である。ここで、１番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−１とし、２番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−２とし、３番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−３とする。切削工具ＴはワークＷＫに対して、刃幅ＬだけＺ方向に相対移動（シフト）し、且つＹ方向にＬ／（ｔａｎγ）だけ相対移動することによって、位置Ｔ−１から位置Ｔ−２、及び位置Ｔ−２から位置Ｔ−３へと変位する。
【００３８】
すると、図６に示すように、一点鎖線で示す内角γの理想的な面Ｐ１２に対して、刃先角αの切削工具Ｔを用いて切削加工された実際の加工面Ｐ１２’には、ハッチングで示すごときブレーズ状の段差が生じる。ここで、問題になるのは、理想的な面Ｐ１２と実際の加工面Ｐ１２’との最大誤差Δ１であり、これが大きすぎると、かかる加工面Ｐ１２’を有する光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形したときに、所望の光学特性を満たさない恐れがある。以下の本発明によれば、かかる課題を解決できる。
【００３９】
請求項８に記載の加工方法は、被切削物である光学素子成形用金型材料に微細な幅を有する溝を、切削工具を複数回走査することで形成する加工方法であって、
前記切削工具は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部に直線部を含む切削部とを含むと共に、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角に形成されたものであり、
前記複数回走査のうち、第１走査と、それに続く第２走査との間で走査方向に対して交差する方向に、前記切削部の幅よりも短いシフト量だけ前記切削工具と被加工物とを相対的にシフトさせることを特徴とする。
【００４０】
本発明の原理について説明する。図７は、刃先角α＜内角γなる切削工具を用いて、本発明の加工方法により切削加工した状態を示す微細階段状構造の拡大断面図である。ここで、１番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−１とし、２番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−２とし、３番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−３とし、４番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−４とし、５番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−５とする。即ち、切削工具Ｔを、ある走査終了後、次の走査開始前に所定方向にシフトすることを５回繰り返して、面Ｐ１２’を加工している。
【００４１】
ここで、切削工具ＴはワークＷＫに対して、シフト量（ここでは刃幅方向の量をいう）ＤだけＺ方向に相対移動し、且つＹ方向にＤ／（ｔａｎγ）だけ相対移動することによって、それぞれ位置Ｔ−１から位置Ｔ−２、位置Ｔ−２から位置Ｔ−３、位置Ｔ−３から位置Ｔ−４、位置Ｔ−４から位置Ｔ−５へと変位する。シフト量Ｄは、刃幅Ｌ（即ち第１の縁部の端部と前記第２の縁部の端部との間の距離）より短ければ足りるが、ゼロを超え０．５×Ｌ以下であると好ましく、更に０．０５×Ｌ以上、０．３５×Ｌ以下であるとより好ましい。
【００４２】
かかる場合、図７に示すように、一点鎖線で示す内角γの理想的な面Ｐ１２に対して、刃先角αの切削工具Ｔを用いて切削加工された実際の加工面Ｐ１２’には、ハッチングで示すごときブレーズ状の段差が生じるが、シフト量Ｄは刃幅Ｌより短いので、理想的な面Ｐ１２と実際の加工面Ｐ１２’との最大誤差Δ２は、図６に示す比較例における最大誤差Δ１より小さく（Δ１＜Δ２）なっている。従って、かかる加工面Ｐ１２’を有する光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形したときに、所望の光学特性を発揮することができる。
【００４３】
請求項９に記載の加工方法は、請求項８に記載の発明において、前記シフト量は、前記第１の縁部の端部と前記第２の縁部の端部との間の距離の５〜３５％であることを特徴とするので、表面粗さが良好な微細階段状構造を光学素子成型用金型材料上に加工形成することができる。
【００４４】
請求項１０に記載の加工方法は、請求項８又は９に記載の発明において、前記シフトは、切削加工しようとする前記第１の面に沿って行われることを特徴とする。これは、図７に示すように、切削工具Ｔを走査ごとにシフトしたときに、シフトされたすくい面ＳＰの切削部Ｅ３上の任意の点（例えば最も先端）を結ぶ直線が、第１の面（ここでは理想的な面Ｐ１２）に重なるか平行になることをいうものとする。
【００４５】
請求項１１に記載の加工方法は、請求項８〜１０のいずれかに記載の発明において、前記シフトは、走査される前記切削工具における前記切削部の直線部が延在する方向に沿って行われることを特徴とする。
【００４６】
本発明の原理について説明する。図８は、刃先角α＜内角γなる切削工具を用いて、本発明の加工方法により切削加工した状態を示す微細階段状構造の拡大断面図である。ここで、１番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−１とし、２番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−２とし、３番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−３とし、４番目の走査における切削工具Ｔの位置をＴ−４とする。即ち、切削工具Ｔを、ある走査終了後、次の走査開始前に所定方向にシフトすることを４回繰り返して、面Ｐ１２’を加工している。
【００４７】
ここで、切削工具ＴはワークＷＫに対して、シフト量Ｄ’だけＺ方向に相対移動し、且つＹ方向にＤ／（ｔａｎα）だけ相対移動することによって、それぞれ位置Ｔ−１から位置Ｔ−２、位置Ｔ−２から位置Ｔ−３、位置Ｔ−３から位置Ｔ−４へと変位する。シフト量Ｄ’は、刃幅Ｌ（即ち第１の縁部の端部と前記第２の縁部の端部との間の距離）より短ければ足りるが、ゼロを超え０．５×Ｌ以下であると好ましく、更に０．０５×Ｌ以上、０．３５×Ｌ以下であるとより好ましい。
【００４８】
かかる場合、図７に示すように、一点鎖線で示す内角γの理想的な面Ｐ１２に対して、刃先角αの切削工具Ｔを用いて切削加工された実際の加工面Ｐ１２’はズレているが、切削工具Ｔの切削部の直線部が延在する方向に伸びているために、図６又は７に示す加工面Ｐ１２’と異なり、ブレーズ状の段差が形成されることなく連続した平面となる。従って、かかる加工面Ｐ１２’を有する光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形したときに、所望の光学特性を発揮することができる。
【００４９】
請求項１２に記載の加工装置は、回転軸を中心に回転駆動する工具取り付け部と、前記工具取り付け部に取り付けられた切削工具とを有し、前記工具取り付け部の回転駆動による切削工具の回転走査により被加工物を加工する加工装置において、
前記切削工具は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部に直線部を含む切削部とを含むと共に、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角に形成したものであり、
前記切削工具は、すくい面が前記回転軸線を含む少なくとも一つの面に対して回転方向前方に傾いて取り付けられていることを特徴とする。
【００５０】
本発明の原理について説明する。本発明の加工方法で用いることができる切削工具は、一例として図２，３に示すごときすくい面を有しているものとする。図１７は、図４の加工機において、回転軸線方向に切削工具周辺を見た概略図であるが、切削工具と加工面とは離れた状態で示している。図１８は、切削工具Ｔの先端を拡大した模式図である。図１７において、回転テーブルＲＴの回転軸線Ｏが紙面垂直方向に延在しているものとする。回転軸線Ｏを含み、それから半径方向に延在する面ＦＰ（図１７で紙面垂直方向に延在）が、被加工物の加工面ＷＰに直交しているものとする。
【００５１】
ここで、点線で示すように、切削工具Ｔのすくい面を、回転軸線Ｏを含む面ＦＰと一致させた状態で回転テーブルＲＴに取り付けた場合、切削時に先端に付与された切削抵抗によって、切削工具Ｔは大きな剪断力を受ける。しかるに、切削工具Ｔが、例えば微細階段状構造を形成するために細長く形成されていると、その剪断力により折損しやすくなる。
【００５２】
これに対し、本発明の一例においては、図１７に実線で示すように、切削工具Ｔのすくい面を、回転軸線Ｏを含む面ＦＰに対して回転方向前方に角度θで傾けて、回転テーブルＲＴに取り付けるようにしているため、同じ切削工具Ｔを用いた場合でも折損等の不具合を抑制できる。その理由を以下に示す。
【００５３】
図１８において点線に示すように、切削工具Ｔのすくい面ＳＰが、回転軸線Ｏを含む面ＦＰに対して一致している場合、すくい面ＳＰは、加工面ＷＰに対してほぼ直角に接触するので、その法線と逆向きの方向に切削抵抗力Ｆを受けることとなる。これに対して、実線で示すように、切削工具Ｔのすくい面ＳＰが、回転軸線Ｏを含む面ＦＰに対して回転方向前方に傾いていると、切削抵抗力Ｆは、すくい面ＳＰの法線と逆向きの方向の分力Ｆｘと、すくい面ＳＰに沿った方向の分力Ｆｙとに分解される。切削工具Ｔの折損等を引き起こす力は、主にすくい面ＳＰの法線と逆向きの方向の力であるから、分力Ｆｘを小さく抑えることでかかる不具合を抑制できる。ここで、すくい面ＳＰの傾き角がθである場合、Ｆｘ＝Ｆ・ｃｏｓθ、Ｆｙ＝Ｆ・ｓｉｎθとなるため、０＜θ＜９０度の範囲ではＦｘ＜Ｆとなる。即ち、分力Ｆｘの値は切削抵抗力Ｆより小さくなるので、切削工具Ｔの折損等を抑制できることとなる。また、係る傾きを与える事により、切削角度の調整を行う事も可能となる。
【００５４】
請求項１３に記載の加工装置は、回転軸を中心に回転駆動する工具取り付け部と、前記工具取り付け部に取り付けられた切削工具とを有し、前記工具取り付け部の回転駆動による切削工具の回転走査により被加工物を加工する加工装置において、
前記切削工具は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部に直線部を含む切削部とを含むと共に、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角に形成したものであり、
前記切削工具は、すくい面が前記回転軸線を含む少なくとも一つの面と平行に取り付けられていることを特徴とする。
【００５５】
ここで、刃幅が狭い切削工具の場合、すくい面を精度良く仕上げることは困難である。しかしながら、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３との交差角αが微細階段状構造の内角γと異なっていると、それにより図１に示す光学素子用成形金型を形成したときに、かかる光学素子成形用金型で成形した光学素子の微細階段状構造が不適切となり、所望の光学特性を発揮できない恐れがある。本発明によれば、かかる問題を解消することができる。
【００５６】
図１３は、図４の加工機において、回転軸線方向に切削工具周辺を見た概略図であるが、切削工具と加工面とは離れた状態で示している。図１４は、切削工具Ｔの姿勢と加工面との状態を示しており、図１４（ａ）は回転軸線方向に見た図で、図１４（ｂ）は、図１３の矢印Ｂ方向（即ち回転方向前方）から見た図である。図１３において、回転テーブルＲＴの回転軸線Ｏが紙面垂直方向に延在しているものとする。回転軸線Ｏを含み、それから半径方向に延在する面ＦＰ（図１３で紙面垂直方向に延在）が、被加工物の加工面ＷＰに直交しているものとする。
【００５７】
ここで、すくい面ＳＰを面ＦＰに重ねるように、回転テーブルＲＴに切削工具（Ｔ−Ｒとする）を取り付けたとすると、切り込み量をゼロと仮定して、図１４（ａ）の点線で示すように、切削工具Ｔ−Ｒのすくい面ＳＰは、加工面ＷＰに対して接したときに回転軸方向に見て直交することとなる。このとき、図１４（ｂ）において、第１の縁部Ｅ１と加工面ＷＰとが直交するように切削工具Ｔ−Ｒをセッティングすると、切削部Ｅ３と加工面ＷＰになす角度は、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αに等しくなり、従って、所定の切り込み量を与えることで、加工面ＷＰには角度αで傾く面が切削形成されることとなる。しかしながら、加工される面が角度αと異なる場合に問題となる。
【００５８】
これに対し、本発明においては、回転テーブルと切削工具との取り付け位置を変更することで、かかる問題を解消している。例えば、切削工具を回転方向前方に位置させることを考える。この場合、重要なことは、回転軸線を含む面ＦＰに対して、切削工具のすくい面ＳＰを平行に取り付けることである。このようにして取り付けた切削工具Ｔ−Ｌによれば、切り込み量をゼロと仮定すると、図１４（ａ）の実線で示すように、すくい面ＳＰが加工面ＷＰに対して接したときに、すくい面ＳＰと加工面ＷＰとのなす角であるすくい角εが９０度未満となる。
【００５９】
このとき、図１４（ｂ）において、第１の縁部Ｅ１と加工面ＷＰとが直交するように切削工具Ｔ−Ｌをセッティングすると、すくい角εで傾いたすくい面ＳＰの形状が面ＦＰに投影されることとなり、切削部Ｅ３と加工面ＷＰになす角度（実効刃先角度という）α’は、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αより小さくなる。従って、所定の切り込み量を与えることで、加工面ＷＰには角度α’で傾く面が切削形成されることとなる。角度α’は、回転軸線を含む面ＦＰと、切削工具Ｔ−Ｒのすくい面ＳＰとの距離Ｅ（図１３）により決定されるので、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αに関わらず、即ち切削工具の精度に関わらず、切削工具Ｔ−Ｒの位置を微調整することで、任意の角度α’で加工面ＷＰを切削加工することができる。
【００６０】
同様な効果は、回転テーブルと切削工具との取り付け位置を、回転方向後方にしても得られる（図１３の切削工具Ｔ−Ｔ）。この場合、回転テーブルと切削工具との取り付け位置をいずれの方向にずらせても、（実効刃先角度α’）＜（第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度α）となるので、角度αは、加工したい面の角度より大きくなるようすくい面ＳＰの形状を作り込むことが望ましい。ただし、９０度未満のすくい角εになるようすくい面ＳＰを傾けると、刃先チッピングを減少させることができ、工具寿命が延びるので、回転テーブルと切削工具との取り付け位置は、回転方向前方（即ち工具Ｔ−Ｒ）であるのがよい。
【００６１】
請求項１４に記載の加工装置は、請求項１３に記載の発明において、前記切削工具は、０°＜θ≦３０°の逃げ角θを有することを特徴とする。
【００６２】
図１４を参照して、０度を超えた逃げ角σを与えることで、逃げ面と加工面との間のスキマを確保できるので、加工点への切削液供給が円滑に行われ、切り粉の排出効率が向上するから、加工面の傷つきを防止できる。又、逃げ角σが３０度以下であると、切削工具の刃厚が十分となって適切な剛性を確保できる。より好ましくは、逃げ角σは、５度以上１０度以下である。特に、回転テーブルと切削工具との取り付け位置を、回転方向前方とすれば、図１４（ａ）に示すように、切削時における逃げ面ＥＰと、加工面ＷＰとの実際の角度（実効逃げ角）σ’が、切削工具の逃げ角σより大きくなるので、更に加工点への切削液供給が円滑に行われ、切り粉の排出効率が向上するので、より効果的に加工面の傷つきを防止できる。
【００６３】
請求項１５に記載の加工方法は、すくい面が直線状の第１の縁部と、直線状の第２の縁部と、前記第１及び第２の縁部をそれぞれ連結し、少なくとも一部が直線部で形成された切削部を含む切削部とを含み、前記切削部と前記第１の縁部とのなす角は鋭角である一方、前記切削部と前記第２の縁部とのなす角は鈍角である切削工具を、軸線を中心に回転走査させて被切削物の切削加工を行う加工方法であって、
前記切削工具を、前記回転軸線を含む任意の面と、前記すくい面とが所定角度傾いた状態で加工することを特徴とする。
【００６４】
本発明の原理について説明する。本発明の加工方法で用いることができる切削工具も、一例として図２，３に示すごときすくい面を有しているとして、以下説明する。
【００６５】
図１５は、図４の加工機において、切削工具周辺を見た斜視図である。図１６は、図１５の矢印Ｃ方向（即ち半径方向）から切削工具を見た図である。図１５において、回転テーブルＲＴの回転軸線Ｏを含む面ＦＰが、それから半径方向に延在している。
【００６６】
上述したように、すくい面ＳＰを面ＦＰに重ねるように、回転テーブルＲＴに切削工具（Ｔ−Ｒとする）を取り付けたとすると、切り込み量をゼロと仮定して、図１４（ａ）の点線で示すように、切削工具Ｔ−Ｒのすくい面ＳＰは、加工面ＷＰに対して接したときに、回転軸線方向に見て直交することとなる。このとき、図１４（ｂ）において、第１の縁部Ｅ１と加工面ＷＰとが直交するように切削工具Ｔ−Ｒをセッティングすると、切削部Ｅ３と加工面ＷＰになす角度は、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αに等しくなり、従って、切り込み量を与えることで、加工面ＷＰには角度αで傾く面が切削形成されることとなる。しかしながら、加工される面が角度αと異なる場合に問題となる。
【００６７】
これに対し、本発明においては、切削工具にねじりを与えて取り付けることで、かかる問題を解消している。より具体的には、すくい面ＳＰに含まれ且つ回転軸線Ｏと直交する直交線Ｑ回りに、切削工具を回転させて回転テーブルＲＴに取り付けると、図１５，１６に実線で示す位置（工具Ｔ−Ｓとする）になるが、このとき、切削工具Ｔ−Ｓのすくい面ＳＰは面ＦＰに対して角度τで傾くこととなる。このように、すくい面ＳＰを面ＦＰに対して角度τで傾けると、図１４（ｂ）に示すように、角度τで傾いたすくい面ＳＰの形状が面ＦＰに投影されることとなり、切削部Ｅ３と加工面ＷＰになす角度（実効刃先角度）α”は、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αより大きくなる。従って、切り込み量を与えることで、加工面ＷＰには角度α”で傾く面が切削形成されることとなる。角度α”は、回転軸線を含む面ＦＰと、切削工具Ｔ−Ｓのすくい面ＳＰとの傾き角τにより決定されるので、第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度αに関わらず、即ち切削工具の精度に関わらず、切削工具Ｔ−Ｒの位置を微調整することで、任意の角度α”で加工面ＷＰを切削加工することができる。ただし、この場合、（実効刃先角度α”）＞（第１の縁部Ｅ１と切削部Ｅ３とのなす角度α）となるので、角度αは、加工したい面の角度より小さくなるようすくい面ＳＰの形状を作り込むことが望ましい。なお、すくい面ＳＰは、その背面よりも面積が大きいことが望ましい。
【００６８】
請求項１６に記載の加工方法は、請求項１５に記載の発明において、前記切削工具は、０°＜θ≦３０°の逃げ角θを有することを特徴とする。
【００６９】
請求項１７に記載の光学素子成形用金型は、光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具により切削されていることを特徴とする。
【００７０】
請求項１８に記載の光学素子成形用金型は、光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項５〜１１のいずれかに記載の加工方法により加工して形成されることを特徴とする。
【００７１】
請求項１９に記載の光学素子成形用金型は、光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項１２〜１４のいずれかに記載の加工装置により加工して形成されることを特徴とする。
【００７２】
い２０に記載の光学素子成形用金型は、光軸に対して交差する複数の第１の面と、前記第１の面同士を連結する第２の面とからなる微細階段状構造を有する光学素子成形用金型であって、前記微細階段状構造は請求項１５又は１６に記載の加工方法により加工して形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００７３】
本発明によれば、例えば光通信モジュールに用いる光学素子などを成形するための光学素子成形用金型を切削加工できる切削工具、加工方法、加工装置及びそれにより加工された光学素子成形用金型を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図９は、本実施の形態による切削工具及び加工方法により形成された光学素子成形用金型の断面図である。図９において、円筒状の下型ＬＭの上面には、非球面形状の転写光学面ＯＰ１が形成されている。一方、円筒状の上型（光学素子成形用金型）ＵＭの下面には、図２，３に示す切削工具Ｔを用いて、図４又は５に示す加工装置により形成した微細階段状構造（誇張して図示）ＭＳを含む転写光学面ＯＰ２が形成されている。
【００７５】
円管状の胴型ＢＭ内において、転写光学面ＯＰ１、ＯＰ２を向かい合わせるように、下型ＬＭと上型ＵＭとを突き合わせ、その内部空間内に不図示のゲートを介して溶融した樹脂を注入し、更に下型ＬＭと上型ＵＭとを近接する方向に加圧する。樹脂が冷却した後に、下型ＬＭと上型ＵＭとを離隔させて離型させることで、光学素子５を得ることができる。光学素子５には、微細階段状構造ＭＳに対応してエシュロン型の回折構造５ａが転写形成されている（図１１参照）。
【００７６】
図１０は、このようにして成形された光学素子５を用いてなる光通信モジュールの概略的断面図である。尚、エシュロン型の回折構造に関しては、理解しやすいように実際より誇張して描いている。
【００７７】
図１０において、円筒状のケース６内の中央に、樹脂製の光学素子５が配置されている。又、ケース６の図で右端には、中空円筒状の保持体３が取り付けられており、その内部に光ファイバ１が挿通されている。光ファイバ１は光通信システムに接続されることによって、別な端末との間で送受する光信号を伝播可能であり、その端面１ａにおいて受信光を照射し且つ発信光を入射する構成となっている。更に、ケース６の図で左端には、基板２が取り付けられており、基板２の内側面には、フォトダイオードからなる受光素子４と、発光素子ユニット７とが取り付けられている。発光素子ユニット７は、半導体レーザである発光素子７ａと、ガラス製のレンズ７ｂとを一体的に組み付けてなる。受光素子４と発光素子７ａとは、基板２の植設されたコネクタ８を介して、電気信号を伝達可能に外部の端末機器（不図示）に接続されるようになっている。
【００７８】
図１１（ａ）は、光学素子５を光ファイバ側から見た図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の光学素子５を光軸と垂直線とを含む面で切断して示す（矢視Ｂ−Ｂ）断面図である。光学素子５は、受光素子４と発光素子７ａ側に、非球面の光学面を有している。又、光学素子５は、光ファイバ１側の光学面に、エシュロン型の回折構造５ａを形成している。エシュロン型の回折構造５ａは、図１１（ｂ）に示すように、光学面上において水平方向に延在し周期的に繰り返す階段格子５ｂによって形成されている。１つの階段格子５ｂは、例えば段数が４であり、全体の高さＨを１５μｍ、全体の幅Ｗを３８μｍに設定できる。
【００７９】
図１０，１１の光通信モジュールを光信号の送受のための光双方向の光通信装置に適用した場合、発光素子７ａから所定の信号に基づき変調された例えば波長λ２＝１．３１μｍのレーザ光が出射され、レンズ７ｂを介して光学素子５に入射するが、このときエシュロン型の回折構造５ａは、波長λ２＝１．３１μｍについては回折効果を発揮しない（すなわち０次回折光の光量が最大となる）ような構成となっているため、点線で示すようにレーザ光は０次回折光として直進し、光ファイバ１の端面１ａに入射して、光ファイバ１を通して外部の端末機器へと送られる。
【００８０】
一方、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された例えば波長λ１＝１．４９μｍの光は、光学素子５の光学面に斜入射するが、エシュロン型の回折構造５ａが、波長λ１＝１．４９μｍについては、回折効果を発揮することで１次回折光の光量が最大となるような構成となっているため、入射光に対して実線で示すように角度付けされて回折構造５ａから発生した１次回折光は、受光素子４の受光面に結像し電気信号に変換されるようになっている。かかる電気信号に基づいて、送信された情報を取得することができる。なお、光通信モジュールは、全体としてケース６内に収容されて遮光状態で使用される。
【００８１】
本発明者らは、図２，３に示す切削工具Ｔを用いて、図４に示す加工装置を用いて、図６に示す加工方法又は図７に示す加工方法にて、図９に示す金型ＵＭを形成し、更に図９に示すようにして樹脂を成形して、光学素子を得た。図１２は、かかる光学素子の顕微鏡写真である。
【００８２】
図１２に示す光学素子において、最も高い面は、図７に示す本発明の加工方法により加工された金型の面を転写したものであり、それ以外の面は、図６に示す比較例にかかる加工方法により加工された金型の面を転写したものである。図１２から明らかであるが、比較例にかかる加工方法により加工された金型の面では、筋が残り、光学特性を良好に発揮できないことがわかる。一方、本発明の加工方法により加工された金型の面は筋もなく、平滑であることから、所望の光学特性を発揮できることが期待される。
【００８３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明の加工装置及び加工方法は、光学素子の成形用金型の加工以外にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】光学素子成形用金型の一例にかかる転写成形面を示す拡大断面図である。
【図２】本発明にかかる切削工具の一例の斜視図である。
【図３】本発明にかかる切削工具の一例のすくい面形状を拡大して示す図である。
【図４】本発明の加工方法を実施できる加工装置の一例であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の超精密加工機の斜視図である。
【図５】本発明の加工方法を実施できる加工装置の一例であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の超精密加工機の斜視図である。
【図６】刃先角α＜内角γなる切削工具を用いて、比較例の加工方法により切削加工した状態を示す微細階段状構造の拡大断面図である。
【図７】刃先角α＜内角γなる切削工具を用いて、本発明の加工方法により切削加工した状態を示す微細階段状構造の拡大断面図である。
【図８】刃先角α＜内角γなる切削工具を用いて、本発明の加工方法により切削加工した状態を示す微細階段状構造の拡大断面図である。
【図９】本実施の形態による切削工具及び加工方法により形成された光学素子成形用金型の断面図である。
【図１０】成形された光学素子５を用いてなる光通信モジュールの概略的断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、光学素子５を光ファイバ側から見た図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の光学素子５を光軸と垂直線とを含む面で切断して示す（矢視Ｂ−Ｂ）断面図である。
【図１２】光学素子の顕微鏡写真である。
【図１３】図４の加工機において、回転軸線方向に切削工具周辺を見た概略図である
【図１４】切削工具Ｔの姿勢と加工面との状態を示した図である。
【図１５】図４の加工機において、切削工具周辺を見た斜視図である。
【図１６】図１５の矢印Ｃ方向（即ち半径方向）から切削工具を見た図である。
【図１７】図４の加工機において、回転軸線方向に切削工具周辺を見た概略図である。
【図１８】切削工具Ｔの先端を拡大した模式図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 光ファイバ
１ａ 端面
２ 基板
３ 保持体
４ 受光素子
５ 光学素子
５ａ 回折構造
５ｂ 階段格子
６ ケース
７ 発光素子ユニット
７ａ 発光素子
７ｂ レンズ
８ コネクタ
ＢＭ 胴型
ＢＳ ベース
Ｅ１ 第１の縁部
Ｅ１ｐ 第１の縁部の端部
Ｅ２ 第２の縁部
Ｅ２ｐ 第２の縁部の端部
Ｅ３ 切削部
ＥＰ 逃げ面
ＨＤ 保持部
ＬＭ 下型
ＭＳ 微細階段状構造
ＯＰ１ 転写光学面
ＯＰ２ 転写光学面
Ｐ１１〜Ｐ１４ 第１の面
Ｐ２１〜Ｐ２４ 第２の面
ＲＳ 回転機構
ＲＴ 回転テーブル
ＳＰ すくい面
Ｔ 切削工具
ＵＭ 上型
ＷＫ ワーク
ＸＳ Ｘ軸ステージ
ＹＳ Ｙ軸ステージ
ＺＳ Ｚ軸ステージ
【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１２】
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