(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を中心とする多数の曲面からなる輪帯を有し、隣接する輪帯の間を微細な段部で接続した輪帯レンズを成形するための成形用金型の輪帯成形面を、該輪帯成形面における上記各輪帯に対応する部分である各輪帯成形部より狭幅であり各輪帯成形部を加工する直線切削部と、上記輪帯成形面における上記各段部に対応する部分である各段部成形部を加工する第一直線辺部と、を有し、上記直線切削部の一端と第一直線辺部の間に形成される加工エッジ部の角度が上記輪帯成形部と上記段部成形部とのなす角度と一致するバイトを利用して加工する加工方法であって、
上記金型を光軸と一致する回転軸を中心に回転させるステップ；
上記バイトを、上記回転軸を通る平面上において輪帯形状に応じて金型に対して相対移動させるステップ；及び
上記直線切削部によって曲面からなる上記各輪帯成形部が加工されるように、上記バイトと金型とを上記加工エッジ部を中心に上記回転軸を通る平面内で相対回動させ、上記バイトの上記第一直線辺部が常に各輪帯成形部の法線方向を向くように上記バイトと上記金型の相対角度を制御するステップ；
とを同時に実行することを特徴とする輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工方法において、バイトを上記回転軸を通る平面上において輪帯形状に応じて金型に対して相対移動させるステップは、回転駆動される金型の径方向の相対移動と、輪帯形状に応じて、同金型の軸方向の相対移動との合成運動からなっている輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
【請求項３】
請求項２記載の加工方法において、バイトの径方向の相対移動速度は、金型の１回転当り１〜２μｍである輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の加工方法において、バイトの形状は、上記直線切削部と、該直線切削部の一端に接続された上記第一直線辺部と、上記直線切削部の他端に接続された第二直線辺部とを備え、直線切削部の長さをａ（μｍ）、第一直線辺部と第二直線辺部の角度をｂとしたとき、
２≦ａ≦４
４０゜≦ｂ≦５５゜
を満足している輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、回折レンズのような輪帯レンズの成形用金型を加工する方法、及びこれに用いるバイトに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
輪帯レンズとして、例えば、色収差を単レンズで補正できる回折レンズが知られている。この回折レンズは、少なくともその一面が、光軸から離れるに従ってレンズ厚が階段状に厚くなる方向に離散的にシフトする輪帯群を有するもので、各輪帯の間が波長オーダの階段状をなしている。各輪帯の間の境界部は、理論的、光学的には光軸を中心とする円筒面でよい（特開平６−２４２３７３号）が、金型による成形レンズとして成形するには、これを光軸を中心とする円錐面とする（特開平７−２９４７０７号）ことが好ましい。また、回折レンズの回折効率の向上には、表面粗さの向上と、輪帯と円錐面との段部の形状精度向上の二つの要素が関わっている。
【０００３】
図７、図８は、輪帯の境界面が円錐面からなる輪帯レンズを成形する成形用金型の従来の加工方法を示している。棒状をなす金型素材１０は、回転軸（成形されるレンズの光軸）１１を中心に回転駆動される。金型素材１０の輪帯成形面１２には、回転軸１１を含む平面内でバイト１３が接離移動する。すなわち、バイト１３は、金型素材１０が回転軸１１を中心に回転駆動されている状態において、粗加工が終了している輪帯成形面１２に対し、輪帯形状に応じて輪帯成形面１２に対して接離する軸方向（Ｘ方向）に移動制御され、同時に、輪帯成形面１２の外周側から中心に向けて径方向（Ｙ方向）の送りが与えられる。その結果、輪帯成形面１２には、中心円形部１２ｃ、その周囲の輪帯１２ａ、及び中心円形部１２ｃと輪帯１２ａの境界部及び各輪帯１２ａの境界部の円錐面１２ｂが形成される。
【０００４】
この従来の加工方法では、金型素材１０の回転中にバイト１３に径方向の送りが与えられるため、加工面は微細な螺旋状となり、これが加工面の表面粗さを決定する要因となる。図９に、従来の加工方法により形成された一つの輪帯１２ａを拡大した図を示す。図９より明らかなように、従来の加工方法では、バイト１３の先端部が回転軸１１に対して直交しているため、回転軸１１に対して垂直に近い加工面（輪体１２ａ）の表面粗さはそれ程大きくないが、回転軸から離れるに従って加工面の傾き（回転軸と直交する面からの傾き）が大きくなると、表面粗さＲmax が大きくなってしまう。加工面の表面粗さをより小さくするには、金型素材１０の回転速度に対して、バイトの送り速度を遅くする必要がある。
【０００５】
また、図１０に、従来の加工方法により形成された輪帯１２ａと円錐面１２ｂの段部を拡大した状態を示す。図１０では、便宜上、図７とは異なり、輪体形成面１２の外周側から回転軸１１側に向かって切削する図として描いている。破線は、理想的な段部の形状で、実線が従来の加工方法による段部の形状である。破線と実線との形状誤差は、成形回折レンズの回折効率の低下となって表われるが、従来の加工方法では、回転軸１１と直交する方向の形状誤差が生じる長さＬが大きく、金型素材のレンズ面を有効に使用できない。
【０００６】
そこで、輪帯を接続する微細な段部の形状をより正確に加工するためには、バイト１３の先端をできるだけ細くする必要がある。通常、単結晶ダイヤモンドからなるバイト１３は、このような要求に応えるため、バイト１３の先端の輪帯成形面１２と対向する直線切削部１３ａの幅ｓは、０．３μｍ前後と非常に狭く設定され、直線切削部１３ａの両端部に接続された第一直線辺部１３ｂと第二直線辺部１３ｃとの角度ｄは３０゜前後とされていた。しかし、このように先端が細いバイト１３は、破損しやすいという問題がある。破損しにくくするため、直線切削部１３ａの幅ｓを大きくすると、螺旋状の加工面に、直線切削部１３ａの形状が転写された不適当な形状が残るという別な問題が発生する。また、バイトの送り速度を遅くすると、加工時間が長くなる上、切削距離が長くなり、バイトの摩耗が早くなる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、従って、合成樹脂製で回折効率のよい輪帯レンズを成形するための成形用金型の輪帯成形面をより精密に加工することができる加工方法を得ることを目的とする。
また、本発明は、幅が広く角度の大きい破損しにくいバイトを使用しても、金型の輪帯成形面を精密に加工することができる加工方法を得ることを目的とする。
さらに、本発明は、本発明の加工方法に適したバイトを得ることを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、光軸を中心とする多数の曲面からなる輪帯を有し、隣接する輪帯の間を微細な段部で接続した輪帯レンズを成形するための成形用金型の輪帯成形面を、該輪帯成形面における上記各輪帯に対応する部分である各輪帯成形部より狭幅であり各輪帯成形部を加工する直線切削部と、上記輪帯成形面における上記各段部に対応する部分である各段部成形部を加工する第一直線辺部と、を有し、上記直線切削部の一端と第一直線辺部の間に形成される加工エッジ部の角度が上記輪帯成形部と上記段部成形部とのなす角度と一致するバイトを利用して加工する加工方法であって、上記金型を光軸と一致する回転軸を中心に回転させるステップ；上記バイトを、上記回転軸を通る平面上において輪帯形状に応じて金型に対して相対移動させるステップ；及び上記直線切削部によって曲面からなる上記各輪帯成形部が加工されるように、上記バイトと金型とを上記加工エッジ部を中心に上記回転軸を通る平面内で相対回動させ、上記バイトの上記第一直線辺部が常に各輪帯成形部の法線方向を向くように上記バイトと上記金型の相対角度を制御するステップ；とを同時に実行することを特徴としている。
このように、バイトに回転駆動される金型の軸方向と径方向の動きだけでなく、その先端の加工エッジ部を中心とする金型との相対回動を与えることにより、より精密な成形面の加工が可能となる。
【０００９】
バイトの径方向の相対移動速度は、金型の１回転当り１〜２μｍとすることが好ましい。本発明方法は、特に曲面からなる各輪帯成形部を高精度に加工するために有効である。
【００１０】
本発明方法によると、バイトの形状は、上記直線切削部と、該直線切削部の一端に接続された上記第一直線辺部と、上記直線切削部の他端に接続された第二直線辺部とを備え、直線切削部の長さをａ（μｍ）、第一直線辺部と第二直線辺部の角度をｂとしたとき、
２≦ａ≦４４
０゜≦ｂ≦５５゜
を満足する形状のバイトを用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１、図２は、本発明による金型の輪帯成形面の加工方法を概念的に示している。図７、図８の従来方法と同一の要素には同一の符号を付している。
従来の加工方法に比しての本発明方法の最大の特徴は、単結晶ダイヤモンドからなるバイト２０に、回転軸１１を通る平面において、金型素材１０の軸方向（Ｘ方向）と径方向（Ｙ方向）の送りを与えるだけでなく、バイト２０の先端の加工エッジ部２０ｘ（軸Ｚ）を中心とするθ方向の回転運動を与える点にある。このようにバイト２０に回転運動を与えると、輪帯成形面１２の輪帯１２ａに対して、バイト２０を常に一定の方向を向けることが可能となる。これはレンズ面形状を接平面で近似することになり、従来の回転軸に垂直な平面で加工した場合と比較し、バイト２０の直線切削部２０ａの場所による加工誤差が大きくならない。特に、バイト２０の径方向（Ｙ方向）の送り量よりバイト先端部の直線切削部２０ａの長さａを僅かに大きく設定すると、バイト切削部が有効に使われ、破損が少なくなると共に、加工誤差も大きくならず好ましい。
【００１２】
さらに、バイト２０として大型のものが使用可能となる。具体的には、図２に示すように、直線切削部２０ａの幅ａ（μｍ）を、
２≦ａ≦４
とし、直線切削部２０ａの一端と加工エッジ部２０ｘを形成する第一直線辺部２０ｂと、直線切削部２０ａの他端に接続された第二直線辺部２０ｃとのなす角度ｂを、
４０゜≦ｂ≦５５゜
とすることが可能となり、破損が生じにくい。
幅ａが２μｍ未満あるいは角度ｂが４０゜未満では、バイト２０の強度を十分高めることができない。また幅ａが４μｍを越えあるいは角度ｂが５５゜を越えると、輪帯成形面１２の形状及びバイト２０の回転角度によっては、バイト２０が、輪帯成形面１２の一部あるいは周囲と干渉するおそれがある。
【００１３】
バイト２０の加工エッジ部２０ｘ（軸Ｚ）を中心とする回転位置（角度）は、輪帯（輪帯成形部）１２ａと円錐面（段部成形部）１２ｂの形状に応じて設定される。具体的には例えば、バイト２０の第一直線辺部２０ｂが常時輪帯１２ａの法線方向を向くように、バイト２０の回転角度位置を制御すると、好ましい結果が得られる。
【００１４】
またバイト２０の加工エッジ部２０ｘの角度、つまり直線切削部２０ａと第一直線辺部２０ｂとのなす角度ｃは、輪帯１２ａと円錐面１２ｂのなす角度に設定することが好ましい。一つの輪帯１２ａの加工から次の（その内側の）輪帯１２ａの加工に移る際、バイト２０のＹ方向への送りを停止した状態において、バイト２０を第一直線辺部２０ｂと平行な方向に移動（輪帯成形面１２に対して後退）させることにより、円錐面１２ｂを正確に加工することができる。このような移動は、Ｘ方向とＹ方向の合成移動により得ることができる。なお、Ｙ方向への送り速度は、金型素材１０の１回転当り、１〜２μｍとする。１μｍ／rev.未満では、加工速度が遅く、２μｍを越えると、表面粗さが悪くなる。
【００１５】
図３、図４は、金型素材１０とバイト２０に以上のような動きを与える具体的な機構例を示している。図４は、バイト２０を図３のIV矢視方向から見た図である。機枠３１上には、Ｘ方向に移動可能なＸスライドテーブル３２と、紙面に垂直なＹ方向に移動可能なＹスライドテーブル３３が備えられている。Ｘスライドテーブル３２には、金型素材１０を加えるチャックを有する主軸スピンドル３４が備えられ、この主軸スピンドル３４は、回転軸１１を中心に金型素材１０を回転駆動する。
【００１６】
一方、Ｙスライドテーブル３３上には、Ｚ軸を中心に回動可能なロータリテーブル３５が備えられており、このロータリテーブル３５上には、バイト台３６が固定されている。バイト台３６は、バイト２０を、その加工エッジ部２０ｘを軸Ｚに一致させて保持する。
【００１７】
よってこの装置によれば、金型素材１０の輪帯成形面１２に形成すべき輪帯成形面形状に応じて、Ｘスライドテーブル３２、Ｙスライドテーブル３３、主軸スピンドル３４及びロータリテーブル３５をそれぞれ所定のタイミング（プログラム）で駆動することにより、図１、図２で説明した本発明方法を実現することができる。金型素材１０とバイト２０の間に与える運動は相対運動であり、動く側を図３の装置とは逆にしてもよいことは勿論である。
【００１８】
図５に、本発明の加工方法により形成された一つの輪帯１２ａを拡大した図を示す。本発明では、バイト２０に回転運動を与えているため、輪帯成形面１２の各輪帯１２ａの成形面に対して、バイト２０を任意の方向（例えば、バイト２０の第一直線辺部２０ｂが常に成形面に対して直交する方向）に向けることが可能となる。このため、図５に示すように、回転軸１１からの距離に関係なく表面粗さＲmax を小さくすることができる。また、図６に、本発明の加工方法により形成された輪帯１２ａと円錐面１２ｂの段部を拡大した図を示す。図６は図１０と対応しており、破線は理想的な段部形状、実線は本発明方法による段部形状を示している。回転軸１１と直交する方向の形状誤差が生じる長さＳは、図１０に示す従来例の長さＬより短く、このため、金型素材のレンズ面を有効に使用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、回折レンズのような輪帯レンズを成形品で作る場合の金型をより高精度にかつ輪帯レンズの回折効率の向上を図りながら製造することができ、さらに折損しにくい形状のバイトを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバイトで輪帯レンズ金型を加工している状態を示す、金型の縦断面図である。
【図２】図１のバイトの平面図である。
【図３】本発明によるバイトを用いた加工装置の正面図である。
【図４】図３の加工装置によるバイトの角度変化を説明する、図３のIV矢視平面図である。
【図５】本発明により形成された金型の輪帯の拡大図である。
【図６】本発明により形成された金型の輪帯と円錐面の段部の拡大図である。
【図７】従来のバイトで輪帯レンズ金型を加工している状態を示す、金型の縦断面図である。
【図８】図７の従来のバイトの平面図である。
【図９】従来の方法により形成された金型の輪帯の拡大図である。
【図１０】従来の方法により形成された金型の輪帯と円錐面の段部の拡大図である。
【符号の説明】
１０  棒状金型素材
１１  回転軸（光軸）
１２  輪帯成形面
１２ａ  輪帯
１２ｂ  円錐面
１２ｃ  中心円形部
２０  バイト
２０ａ  直線切削部
２０ｂ  第一直線辺部
２０ｃ  第二直線辺部
３１  機枠
３２  Ｘスライドテーブル
３３  Ｙスライドテーブル
３４  主軸スピンドル
３５  ロータリテーブル
３６  バイト台
【図１】
0004105278.tif 000002
【図２】
0004105278.tif 000003
【図３】
0004105278.tif 000004
【図４】
0004105278.tif 000005
【図５】
0004105278.tif 000006
【図６】
0004105278.tif 000007
【図７】
0004105278.tif 000008
【図８】
0004105278.tif 000009
【図９】
0004105278.tif 000010
【図１０】
0004105278.tif 000011