(57)【要約】【課題】隣接して照射するレーザ光による熱の影響がなく、研削または切削された成形部を高精度に仕上げ加工を行うことができる金型の加工方法を提供する。【解決手段】金型４に設けた成形部５上の一点にレーザ光９を照射しながら前記金型４を一定回転数回転させた後、前記レーザ光９を一定量移動させ再び一定回転数回転させることを繰り返すことで前記成形部５の仕上げ加工を行う加工方法であって、前記レーザ光９の移動は、成形部５断面の稜線に沿って一定の間隔で順次移動させた。【選択図】図４
2009297745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に設けた成形部上の一点にレーザ光を照射しながら前記金型を一定回転数回転させた後、前記レーザ光を移動させ再び前記金型を一定回転数回転させることを繰り返すことで前記成形部の仕上げ加工を行う加工方法であって、前記レーザ光の移動は、成形部断面の稜線に沿って一定の間隔で順次移動させる金型の加工方法。
【請求項２】
金型は、間欠的に回動させる請求項１に記載の金型の加工方法。
【請求項３】
レーザ光は、成形部断面の稜線に対し略垂直方向より照射する請求項１または請求項２に記載の金型の加工方法。
【請求項４】
レーザ光は、超短パルスレーザ光である請求項１〜３のいずれかに記載の金型の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズなどの光学部品を成形するために用いる金型の加工方法とそれに用いる加工装置に関するものであり、特に、金型に設けられた研削または切削加工された成形部の最終仕上げに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などに搭載されている１００万画素以上のカメラモジュールには、低背化と高解像度を目的として、非球面のガラスレンズが用いられている。この非球面のガラスレンズは、光学設計された形状に基づいて加工された一対の金型で球状の硝材を挟持した後、加熱しながら押圧することで形状を転写させる。
【０００３】
そのため、用いられる金型には高い形状精度が要求され、通常は、図５に示すように、円筒状またはそろばん玉形状の砥石１を用いて加工を行い、成形部２を形成する。図５は、その加工の状態を説明するための模式図である。金型３と円筒状の砥石１とを互いに回転させながら、この砥石１または金型３を設計された形状の軌跡に沿って移動させることで成形部２を加工する。このとき成形部２の表面には、砥石１と金型３の相対運動による軌跡に沿って特定のパターンの凹凸が形成され、この凹凸が成形したレンズに転写されることで解像度の低下や収差の原因となる。この凹凸は非常に微小であり、そのため作業者が成形部２に研磨紙などを押圧して除去し、手作業で最終仕上げを行っていた。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−１００７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の方法では、最終仕上げを作業者による手作業で行うため、仕上げをどのくらいで止めるのかの判断が難しく、形状精度を低下させてしまう課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、形状を崩すことなく最終仕上げを行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、金型に設けた成形部上の一点にレーザ光を照射しながら前記金型を一定回転数回転させた後、前記レーザ光を移動させ再び前記金型を一定回転数回転させることを繰り返すことで前記成形部の仕上げ加工を行う加工方法であって、前記レーザ光の移動は、成形部断面の稜線に沿って一定の間隔で順次移動させるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る金型の加工方法によれば、レーザ光を回転半径ではなく、成形部断面の稜線に沿って一定間隔で移動させるので、急峻な形状の成形部であってもレーザ光による熱の集中が発生することがなく、その結果、高精度に成形部の仕上げ加工を行うことができる作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の金型加工方法を用いて加工する金型の一例を示している。図１（ａ）は、ガラスレンズなどのモールド成形に用いる金型４の外観斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−ＡＡ断面図である。この金型４は超硬などの材料からなり、その天面部４ａには、ガラスレンズを成形するための球面あるいは非球面の成形部５が形成されており、他方の底面部４ｂには天面部４ａと径の異なる鍔部６を設けている。一対の上記金型４を両端が開放された円筒状のスリーブに挿入して、成形部５で硝材を挟持しながら加熱、押圧することで形状を硝材に転写する。凸レンズを成形する場合は、図１（ｂ）に示すように、凹形状の成形部５を形成し、また凹レンズを成形する場合は、凸形状の成形部５を形成する。
【００１１】
金型４に成形部５を形成する場合、以下に示す主に二つの工程を行う。主にレンズ形状を加工する第一の工程と、この第一の工程で加工した成形部５の表面を鏡面に仕上げる第二の工程である。第一の工程は、ダイヤモンドを整形したバイト、あるいは、微細なダイヤモンド粒を金属、セラミック、樹脂などで焼結した後に整形した固定砥石などの工具を、金型と相対的に移動させながら当接させることにより、球面、非球面形状などの成形部５を加工する。
【００１２】
第二の工程は、第一の工程で成形部５の表面に残る凹凸を取り除き、鏡面に仕上げる。第一の工程では、工具の回転数や送りピッチの揺らぎなどにより、成形部５の表面には微小な凹凸が綾目などの幾何学模様で形成される。この微小な凹凸が残った状態でガラスレンズの成形を行うと、レンズの表面にこの凹凸が転写されて、光が散乱、または異常屈折することで、解像度の低下や収差を生じる原因となる。そのため、特に１００万画素以上の高画素の撮像素子に用いられるレンズでは、この微小な凹凸を成形部５より取り除いて鏡面化する必要がある。本実施の形態は、この研削または切削された成形部５の表面に残存する微小な凹凸を取り除き鏡面に仕上げる加工方法である。
【００１３】
図２は、本発明の一実施の形態における金型加工装置の外観斜視図を示している。本実施の形態における金型加工装置は、除振台７上に金型４を保持して移動させる多軸ステージ８と、この金型４の成形部５にレーザ光９を照射するためのレーザ光発生部１０とを主に備えている。
【００１４】
レーザ光発生部１０は、ＬＤなどの励起光源１１から出射される励起光１２を、発振器１３、再生増幅器１４、パワー調整ユニット１５を介して一定のパルス幅を有するレーザ光９として外部へ送り出し、複数のミラー１６、１７で反射させることにより、その光路を多軸ステージ８に保持された金型４の成形部５へ導き、集光レンズ１８で集光して成形部５へ照射するものである。
【００１５】
発振器１３は、ＹＬＦ（リチウム・イットリウム・フロライド：ＬｉＹＦ4）などの結晶に、励起光源１１からの励起光１２を照射することで発光させて、その光を半導体過飽和ミラーに照射することで、ピコ秒、フェムト秒などの超短パルスのレーザ光９を発振させる。
【００１６】
さらにこの発振器１３からのレーザ光９を再生増幅器１４に入射して、増幅または偏光を行った後、場合によりＳＨＧユニットなどで第二高調波に変換する。そしてパワー調整ユニット１５で、一定の出力に調整されるものである。
【００１７】
金型４は、成形部５を露出させてホルダー１９により多軸ステージ８に保持、固定されている。多軸ステージ８は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の直交三軸２０と、直交三軸２０のうち二軸からなる水平面で回動する回動軸２１と、ホルダー１９を一定の回転角で間欠的に回動させるステッピングモーターなどからなる回転軸２２とを備えている。これら回転軸２２と回動軸２１とは互いに直交するように配置されており、この回動軸２１により、成形部５とレーザ光９の光路との垂直度を調整する。そして成形部５上の一点にレーザ光９を照射しながら、回転軸２２を間欠的に回動させることで、この成形部５の表面に円弧あるいは略円形の軌跡でレーザ光９の照射点を所定間隔で移動させて、仕上げ加工を行うものである。
【００１８】
尚、仕上げ加工の状態をモニタリングするためのモニタ用カメラユニット２３と、ホルダー１９に保持された金型４の回転中心を求めて、機械原点に対して補正を行うための芯出し用カメラユニット２４とを、レーザ光９の光路と並行に設けている。
【００１９】
上述した芯出し用カメラユニット２４、モニタ用カメラユニット２３、多軸ステージ８、発振器１３などは、入出力ポートを介して制御コントローラ２５に接続され、一定の条件で金型４の成形部５を仕上げ加工するものである。この制御コントローラ２５には、乱数発生器２６を備えており、この乱数発生器２６の結果で任意の位置にレーザ光９を移動可能である。
【００２０】
上述した金型加工装置は、多軸ステージ８で成形部５に照射するレーザ光９の位置を調整するものであるが、光路を調整する複数のミラー１６、１７の一部を、例えばｙ軸方向に可動とすることにより、レーザ光９の位置を調整することも可能である。こうすることにより、多軸ステージ８を組込む際に、組立てによる累積誤差を低減して、高精度にレーザ光９の位置決めが可能である。
【００２１】
次に、図３を用いて加工方法の一実施の形態を説明する。
【００２２】
まず初めにレーザ光９のエネルギー分布を測定する。レーザ光９は、その光路を中心としたガウシアン分布でエネルギーが減少するため、実際に加工に寄与する有効径を予め決定しておく。
【００２３】
次に、金型４をホルダー１９に固定して、図３に示すように成形部５上の第一の点２７にレーザ光９を照射する。図３は、レーザ光９の光路上から金型４の天面部、すなわち成形部５を見たものである。この第一の点２７では、レーザ光９が成形部５に略垂直で入射するように多軸ステージ８の回動軸２１で調整を行う。そして、レーザ光９を照射しながら回転軸２２により金型４を一定のピッチで間欠的に回動させることにより、成形部５上のレーザ光９の照射点２８を所定の間隔で移動させる。このとき、金型４を略３６０度回動させることにより、成形部５の表面に、多数の照射点２８からなる略円形の軌跡で第一の仕上げ加工２９を行う。このとき、金型４を間欠的に回動させるピッチは、少なくともレーザ光９の有効径以上となるように設定する。こうすることで、隣り合う照射点２８からの熱の影響を受けず、高精度な仕上げ加工が可能となる。
【００２４】
次に、第一の仕上げ加工２９の終点３０から、この第一の仕上げ加工２９に隣接した新たな始点３１にレーザ光９を移動させた後、金型４を間欠的に回動させることで、上記同様に複数の照射点３２からなる第二の仕上げ加工３３を、第一の仕上げ加工２９に隣接して成形部５上に行う。これらの仕上げ加工を複数回繰り返すことにより、成形部５上に、一定の幅を有した略円形の軌跡で仕上げ加工を行う。
【００２５】
この第一の仕上げ加工２９から、第二の仕上げ加工３３を行う際に、第一の仕上げ加工の終点３０と、第二の仕上げ加工の始点３１とを一定の間隔で離して設ける。第一の仕上げ加工２９を終了した後、シャッターなどによりレーザ光９を遮蔽して、金型４の回転半径に沿って一定のピッチで移動させる。そして、金型４を一定の中心角で回動させることにより、第二の仕上げ加工の始点３１を決定する。この金型４を回動させる中心角を、上記の乱数発生器２６により決定するものである。
【００２６】
ここで重要なのが第一の仕上げ加工２９から第二の仕上げ加工３３へレーザ光９を移動させる移動量である。以下、レーザ光９の移動に関して図４を用いて説明する。
【００２７】
図４（ａ）は、金型４の一部断面図であり、図２に示した金型加工装置を用いて成形部５の仕上げ加工を説明する模式図である。矢印はレーザ光９を示し、このレーザ光９の照射点を黒丸で示している。レーザ光９は成形部５の上方より照射され、成形部５の照射点３４(第一の仕上げ加工２９に相当)に照射される。そして、回転軸２２（図２）により間欠的に回動させることで、一定の幅で同心円状に仕上げ加工を行った後、金型４を固定している直交三軸２０（図２）、回動軸２１（図２）により照射点３４を成形部５の略中心から外縁部に向けて一定の間隔で移動させることにより成形部５全体の仕上げ加工を行うものである。
【００２８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部拡大図であり、特にレーザ光９の照射部を拡大したものである。まずレーザ光９の照射方向であるが、球面、非球面を有する成形部５に対して、略垂直方向より照射する。具体的には、照射点３４に対してそれぞれ接線３５を求め、この接線３５に対して略垂直方向よりレーザ光９を照射するように、直交三軸２０および回動軸２１で制御する。そしてこれら照射点３４を隣接する照射点３６（第二の仕上げ加工３３に相当）へ移動させる間隔であるが、成形部５断面の稜線に沿って一定の間隔となるように、すなわち円弧３７と円弧３８が同一となるように制御するものである。こうすることにより、例えば成形部５の外縁部など形状変化の大きい箇所であっても、レーザ光９の熱を金型４全体に伝導させて冷却効率を上げることができ、その結果、隣接する照射点３４、３６の熱の影響を受けることなく確実にかつ安定して仕上げ加工を行うことができるものである。
【００２９】
さらに、互いに隣接して、複数の仕上げ加工を行う場合において、一つの仕上げ加工の終点と、次の仕上げ加工の始点とが、金型４の回転中心を通る同一線上にくることが無いので、隣接する仕上げ加工の照射点２８、３２による熱の影響を受けることがなく、成形部５の局所にレーザ光９の熱が集中しないので、高い精度で仕上げ加工を行うことができる。
【００３０】
上述した仕上げ加工を行う際、レーザ光９のパルス幅を数１０ピコ秒程度の超短パルスとした。このような超短パルスとすることで、隣接するレーザ光９の照射点２８、３２による熱の影響をさらに低減させることができる。本実施の形態では、上記の超短パルスで、エネルギーを数ｍJとすることで、レーザ光９を照射した照射点２８、３２にアブレーションを発生させて、微小な凹凸を除去した。また、凹凸の凸部には、研削または切削加工により炭素が偏析しやすく、レーザ光の照射条件により、凸部のみを除去することも可能である。
【００３１】
また、第一、第二の仕上げ加工２９、３３の始点をずらして、複数回同一円周上を回動させることで、照射点２８、３２間の加工量を補正することができる。
【００３２】
また、上記実施の形態は、成形部５上に一定の幅で略円形の仕上げ加工を行うものであるが、金型４を３６０度以下の一定の中心角で回動させることで、円弧状に仕上げ加工を行うこともできる。
【００３３】
また、上記実施の形態は回転軸２２を間欠的に回動させることで仕上げ加工を行っているが、複数のミラー１６、１７のうちの一つにより、レーザ光９を所定間隔で明滅させて円弧状、または略円形に移動させることで同様の仕上げ加工を行うことができる。
【００３４】
上記の実施の形態は、金型４を間欠的に回動させているが、連続回転させて一定回転数レーザ光９を成形部５に照射してもよい。金型４を連続回転させることにより、成形部５を連続的に仕上げ加工することができるとともに、回転によりレーザ光９の照射部をより早く冷却することができ、その結果、加工精度を高めることができる。
【００３５】
尚、金型加工装置に成形部５の形状測定装置を設け、その測定データを利用して予めレーザ光９の照射位置や移動間隔を設定してもよい。その場合、形状測定装置の測定データに対して多項式近似やスプライン近似などを用いて測定データ間を補完し、その補完した形状に対してレーザ光９の照射角度を設定する。このようにすることで、生産性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る金型の加工方法によれば、レーザ光を回転半径ではなく、成形部断面の稜線に沿って一定間隔で移動させるので、急峻な形状の成形部であってもレーザ光による熱の集中が発生することがなく、その結果、高精度に成形部の仕上げ加工を行うことができる作用効果を奏するので、特に、金型に設けられた研削または切削加工された成形部の最終仕上げに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）本発明の金型の加工方法を用いて加工する金型の一例を説明する外観斜視図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−ＡＡ断面図
【図２】金型加工装置の一実施の形態を説明する全体斜視図
【図３】本発明の金型加工方法の一実施の形態を説明する模式図
【図４】（ａ）本発明の金型加工方法の一実施の形態を説明する模式図、（ｂ）図４（ａ）の拡大図
【図５】従来の金型加工方法を説明する模式図
【符号の説明】
【００３８】
４  金型
５  成形部
９  レーザ光
２８  照射点
２９  第一の仕上げ加工
３２  照射点
３３  第二の仕上げ加工
３４  照射点
３６  照射点
【図１】
2009297745.tif 000003
【図２】
2009297745.tif 000004
【図３】
2009297745.tif 000005
【図４】
2009297745.tif 000006
【図５】
2009297745.tif 000007