(57)【要約】      （修正有）【課題】光学素子又は光学素子成形金型等の被加工物が有効部外に凹部を有する形状であっても、加工時間を長くすることなく、虹目のない外観品質の優れた被加工物を得ることのできる切削加工技術を提供する。【解決手段】シャンクの一端に固定されたチップ２の刃先先端で被加工物を切削加工するダイヤモンドバイト１において、チップ２の刃先稜部が、互いに異なる曲率半径ｒ４および曲率半径ｒ５を有する小円弧刃部４および大円弧刃部５で構成され、小円弧刃部４の曲率半径ｒ４の中心Ｓ、および大円弧刃部５の曲率半径ｒ５の中心Ｓは、当該小円弧刃部４および大円弧刃部５の接続点Ｑを通る軸線６に存在する構成とし、被加工物の有効部（凸部）の回りの凹部は小円弧刃部４で加工し、有効部は大円弧刃部５で加工することで、送り速度を小さくすることなく、同一のダイヤモンドバイト１で被加工物の凹部および凸部を連続して高精度に切削加工を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を切削加工する切削加工工具であって、
前記被加工物に接する刃先稜部の形状が、互いに異なる第１および第２曲率半径を有する第１および第２円弧を有し、前記第１および第２円弧の中心は、当該第１および第２円弧の接続部を通る直線上にあることを特徴とする切削加工工具。
【請求項２】
請求項１記載の切削加工工具において、
前記第１円弧の前記第１曲率半径は、前記第２円弧の前記第２曲率半径よりも小さく、前記第１曲率半径は、前記被加工物の凹部の最小半径よりも小さいことを特徴とする切削加工工具。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の切削加工工具において、
前記被加工物は光学素子または光学素子成形用金型であり、前記刃先稜部がダイヤモンドチップからなるダイヤモンドバイトであることを特徴とする切削加工工具。
【請求項４】
被加工物に接する刃先稜部の形状が、互いに異なる第１および第２曲率半径を有する第１および第２円弧を有し、前記第１および第２円弧の中心は、当該第１および第２円弧の接続部を通る直線上にある切削加工工具を準備する第１工程と、
前記刃先稜部を前記被加工物に当接させて切削加工を行う第２工程と、
を含むことを特徴とする切削加工方法。
【請求項５】
請求項４記載の切削加工方法において、
前記被加工物が、凸部を取り囲む凹部を有する回転対称の断面形状を有する場合、
前記第１工程では、前記切削加工工具において、前記第１円弧の前記第１曲率半径を前記第２円弧の前記第２曲率半径よりも小さく設定し、前記第１曲率半径を前記被加工物の前記凹部の最小半径よりも小さく設定し、
前記第２工程において、前記凹部の加工では前記刃先稜部の前記第１円弧を使用し、前記凸部の加工では前記刃先稜部の前記第２円弧を使用することを特徴とする切削加工方法。
【請求項６】
請求項５記載の切削加工方法において、
前記第２工程における前記凸部の加工では、前記刃先稜部の前記第２円弧の前記凸部に接する加工点が、前記第１円弧から遠ざかる方向に前記第２円弧の上を徐々に移動するように制御することを特徴とする切削加工方法。
【請求項７】
請求項４、請求項５または請求項６記載の切削加工方法において、
前記被加工物は光学素子または光学素子成形用金型であり、前記刃先稜部がダイヤモンドチップからなるダイヤモンドバイトであ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、切削加工技術に関し、たとえば、光学素子または光学素子成形用金型の精密な切削加工等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラスチックレンズの成形用金型の加工法としては、たとえば、非特許文献１に記載されているように、超精密切削が可能な、Ｎｉ（ニッケル）とＰ（リン）からなる無電解ニッケルメッキの層をダイヤモンドバイトによって光学鏡面に切削加工することが一般的である。
【０００３】
また、プラスチックの材料を用いて、直接、上述の加工方法により光学素子として製作することもある。
以上の加工方法においては、例えば加工対象物が球面形状や非球面形状のように回転軸対称形状の場合には、刃先輪郭精度の良いダイヤモンドバイトを用い、切り込み量を数マイクロメートル（μｍ）、送り速度を数ミリメートル（ｍｍ）毎分に設定した条件で切削加工を行うことで、算術平均粗さＲａが数ナノメートル（ｎｍ）の光学鏡面を得ることができる。
【０００４】
このように、切削加工された光学素子又は光学素子成形用金型の加工面には、切削工具によって創成された規則的な切削条痕が存在している。このような切削条痕が存在する加工面に白色光が入射すると、反射光は光の干渉により虹目と呼ばれる虹色の干渉色を呈し、光学素子の用途によっては製品機能上問題になることがある。
【０００５】
この虹目は、図７に示すように、切削条痕１０１の間隔Ｐに対する切削条痕の山と谷の距離（ＰＶ）の比が大きいほど、つまり切削条痕１０１の勾配が急であるほど、換言すれば加工面の粗さが大きいほど強く出現する。
【０００６】
バイト刃先の先端の曲率半径（いわゆるノーズＲ）をＲ（ｍｍ）、被加工物１０２の１回転当たりの送り速度をＦ（ｍｍ／ｒｅｖ）とした場合、理論面粗さＲｙ（ｍｍ）は次の式（１）で表すことができる。
【０００７】
Ｒｙ＝Ｆ２／８・Ｒ    ……（１）
つまり、虹目を低減するためには、切削条件における工具送り速度を小さくするか、使用するダイヤモンドバイトの先端の曲率半径を大きくとれば良い。
【０００８】
しかしながら、前者の対策では加工時間が長くなりバイト寿命も短くなる。また後者の対策では、図８に示すように、被加工物１０２が有効部１０３の外に凹部１０４を有する形状の場合には、凹部１０４の曲率半径より大きな曲率半径の先端を有するバイトでは加工できないといった技術的課題がある。
【０００９】
場合によっては、被加工物１０２の有効部１０３と凹部１０４の各々の加工工程で使用するバイトを切り換えることも考えられるが、段取り時間の増大はもちろん、有効部と有効部外とのつなぎ目１０５に、微小な段差ができてしまうことが容易に予測できる。
【００１０】
また、上述のような被加工物の形状に制約がない場合でも以下のような技術的課題がある。
すなわち、超精密切削加工を行う場合、バイトの先端の曲率半径の頂点と加工原点とを正確に（たとえば、数マイクロメートル以下の誤差で）一致させることが必要であり、通常はバイト先端を数１０倍以上に拡大した映像を観察しながら位置調整を行うが、バイト先端の曲率半径が大きいと、拡大表示された円弧はほぼ直線状に見えてしまい位置調整作業が非常に困難となってしまう。このため先端の曲率半径が１ミリメートル以下のバイトを使用するのが一般的となっている。
【非特許文献１】株式会社エヌ・ティー・エス、２００４年７月３０日発行「超精密加工と非球面加工」、２１９ページ、“４．１．３プラスチック用金型の加工”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、光学素子又は光学素子成形金型等の被加工物が有効部外に凹部を有する形状であっても、加工時間を長くすることなく、虹目のない外観品質の優れた被加工物を得ることが可能な切削加工技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点は、被加工物を切削加工する切削加工工具であって、
前記被加工物に接する刃先稜部の形状が、互いに異なる第１および第２曲率半径を有する第１および第２円弧を有し、前記第１および第２円弧の中心は、当該第１および第２円弧の接続部を通る直線上にある切削加工工具を提供する。
【００１３】
本発明の第２の観点は、被加工物に接する刃先稜部の形状が、互いに異なる第１および第２曲率半径を有する第１および第２円弧を有し、前記第１および第２円弧の中心は、当該第１および第２円弧の接続部を通る直線上にある切削加工工具を準備する第１工程と、
前記刃先稜部を前記被加工物に当接させて切削加工を行う第２工程と、
を含む切削加工方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学素子又は光学素子成形金型等の被加工物が有効部外に凹部を有する形状であっても、加工時間を長くすることなく、虹目のない外観品質の優れた被加工物を得ることが可能な切削加工技術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】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である切削加工工具の一部を取り出して例示する拡大平面図、図２は、本発明の一実施の形態である切削加工工具の構成例を示す平面図である。図３は、本実施の形態の切削加工工具の加工対象となる被加工物の一例を示す側面図である。
【００１６】
本実施の形態では、切削加工工具の一例としてダイヤモンドバイト１に適用した場合を説明する。
なお、図１および図２は、ともに、本実施の形態のダイヤモンドバイト１を、そのすくい面側から見た図である。
【００１７】
特に図示しないが、たとえば、ダイヤモンドバイト１のすくい角は０〜２０度、逃げ角は０〜２０度が適当である。チップ２は単結晶ダイヤモンド又は焼結ダイヤモンドからなり、シャンク３の一端にろう付け接合されている。
【００１８】
本実施の形態のダイヤモンドバイト１では、チップ２の先端の刃先稜部は小円弧刃部４（第１円弧）および大円弧刃部５（第２円弧）から形成されている。そして、図１に例示されるように、小円弧刃部４および大円弧刃部５の２つの円弧の各々の中心Ｖおよび中心Ｓは、小円弧刃部４および大円弧刃部５の２つの円弧の接続点Ｑ（第１および第２円弧の接続部）を通る軸線６（第１および第２円弧の接続部を通る直線）上に位置している。
【００１９】
本実施の形態の場合、小円弧刃部４の曲率半径ｒ４（第１曲率半径）は、被加工物７における凹部９の最小半径ｒ９より小さい値に設定する。
また大円弧刃部５の曲率半径ｒ５（第２曲率半径）は、被加工物７に求められる外観品質によって異なるが、少なくとも１ｍｍ以上の値に成形しておくのが良い。より好ましくは、たとえば３ｍｍ〜５０ｍｍの値にしておくのが良い。
【００２０】
図３に示すように、本実施の形態の被加工物７は、外径Ｄ０がφ１５ｍｍで、回転中心１０の中央部の有効部８の周囲を凹部９が取り囲んだ回転対称な形状を呈している。
そして、被加工物７の有効部８は、曲率半径ｒ８が、たとえば１０ｍｍの凸球面を呈し、有効部８の外側の凹部９は、最小半径ｒ９が、たとえば３ｍｍの形状を呈している。
【００２１】
これより、本実施の形態の場合、この被加工物７を加工するダイヤモンドバイト１のチップ２における先端形状は、小円弧刃部４の曲率半径ｒ４（＜最小半径ｒ９）が１ｍｍ、大円弧刃部５の曲率半径ｒ５（＞曲率半径ｒ４）が５ｍｍに設定された形状仕様のものを使用する。
【００２２】
また、本実施の形態のダイヤモンドバイト１は、被加工物７の回転中心１０に直交して直線送りされる軸（Ｘ軸）と、被加工物７の回転中心１０の方向に直線送りされる軸（Ｚ軸）と、Ｘ軸およびＺ軸の平面上で旋回する軸（Ｂ軸）との３つの制御軸を持つ、図示しない超精密加工機を使用して加工を行うものとする。
【００２３】
以下、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ等を参照して、本実施の形態のダイヤモンドバイト１の作用について説明する。
まず、ダイヤモンドバイト１の軸線６と、被加工物７の回転中心１０とが平行であるときのＢ軸座標を０に設定し、Ｂ軸の旋回中心と大円弧刃部５の中心Ｓが一致するように、ダイヤモンドバイト１の図示しない超精密加工機に対する固定位置を調節する。
【００２４】
バイト刃先（チップ２）を拡大表示して位置調整を行う場合には、チップ２の側面の稜線１１および稜線１２の二等分線であるダイヤモンドバイト１の軸線６と、被加工物７の回転中心１０とが平行であるときのＢ軸座標を０に設定した後、小円弧刃部４が観察できるようＢ軸座標を適当量旋回させ、小円弧刃部４の刃先をＢ軸の旋回中心を示す指標線１３と指標線１４の交点Ｕに一致させるようにバイトの位置調整を行う（図４Ａ参照）。
【００２５】
次に、Ｂ軸座標を０の位置に旋回させると、小円弧刃部４と大円弧刃部５の円弧の接続点Ｑと、Ｂ軸旋回中心を示す指標線１３および指標線１４の交点Ｕは一致した状態となっている（図４Ｂ参照）。
【００２６】
この後、大円弧刃部５の曲率半径ｒ５（ｍｍ）の値だけ、Ｚ方向にダイヤモンドバイト１の位置を移動すれば、Ｂ軸の旋回中心（Ｕ）と大円弧刃部５の中心Ｓが一致することになる（図４Ｃ参照）。
【００２７】
この図４Ａ〜図４Ｃまでの準備工程が第１工程である。
次に、上述のように準備されたダイヤモンドバイト１による被加工物７の加工方法の一例について図５を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、Ｂ軸座標を、被加工物７の有効部８と凹部９との接続点Ｔにおける法線と被加工物７の回転中心１０とのなす角度αの位置に旋回させる。
そしてＢ軸座標をαに固定したまま、被加工物７の凹部９を外周部から接続点Ｔに向かって、Ｘ・Ｚ軸の２軸制御にて切削加工する（第２工程）。
【００２９】
このときダイヤモンドバイト１の先端における加工点は、小円弧刃部４の円弧上を移動していき、被加工物７上の加工位置が接続点Ｔに達したとき、小円弧刃部４と大円弧刃部５の接続点Ｑとなる。
【００３０】
図５において、バイト位置（ａ）は加工開始時の被加工物７とダイヤモンドバイト１との位置関係を示し、バイト位置（ｂ）は、接続点Ｔでの位置関係を示す。
この後、有効部８の加工は、Ｘ・Ｚ・Ｂ軸の３軸制御にて切削加工を行う。この３軸制御による切削加工の間、ダイヤモンドバイト１の先端における加工点は、常に小円弧刃部４と大円弧刃部５の接続点Ｑで一定となるが、バイト位置（ｃ）のように主切れ刃は大円弧刃部５となっている。
【００３１】
そして、バイト位置（ｄ）のように、ダイヤモンドバイト１の先端における加工点が被加工物７の回転中心１０に達して、１サイクル分の加工が終了する。
以上のように、本実施の形態のダイヤモンドバイト１を用いて切削加工することで、有効部８の回りに凹部９を有するような被加工物７においても、１本のダイヤモンドバイト１で、有効部８および凹部９を連続して加工することができるため、ダイヤモンドバイト１の交換作業等に起因する無駄な時間が発生せず、加工効率が低下することがない。
【００３２】
また、被加工物７が、光学素子や光学素子用金型の場合、光学性能上重要となる有効部８は、大円弧刃部５の大きな曲率半径ｒ５の切れ刃で切削できるため、送り速度（Ｆ）を必要以上に小さくすることなく、すなわち加工所要時間を必要以上に増大させることなく、虹目のない良好な加工面を得ることができる。
【００３３】
また、加工精度に大きく影響するダイヤモンドバイト１の位置調整においても、小さなＲの切れ刃、すなわち小円弧刃部４の曲率半径ｒ４を観察しながら調整できるので、容易かつ正確に位置合せをすることができ、被加工物７を高精度に加工することができる。
【００３４】
従って、たとえばダイヤモンドバイト１を用いた切削加工にて製作される光学素子又は光学素子成形用金型の外観品質を向上させ、かつ加工効率を向上させることができる。
（実施の形態２）
図６は、本発明の他の実施の形態の作用の一例を示す概念図である。
【００３５】
この実施の形態２では、有効部８の加工において、チップ２の軸線６の角度を連続的に変化させる点が上述の実施の形態１と異なり、ダイヤモンドバイト１の構成は、上述の実施の形態１と同様である。
【００３６】
以下、本実施の形態２の作用を説明する。
本実施の形態２の場合、ダイヤモンドバイト１の位置調整方法および、被加工物７上の凹部９の加工方法は、上述の実施の形態１と同様であり、有効部８の加工方法が実施の形態１と異なる。
【００３７】
すなわち、実施の形態２においても、有効部８の加工は、Ｘ・Ｚ・Ｂ軸の３軸制御による切削加工を行うが、被加工物７上の加工点が、接続点Ｔから中心に向かって移動するのに従って、ダイヤモンドバイト１の先端における加工点が、大円弧刃部５の円弧上を外側（稜線１１の側）へ移動するように、上述の実施の形態１の３軸制御加工時のＢ軸座標に対して、徐々に増加する値を重畳していくように制御する。
【００３８】
このときのダイヤモンドバイト１の先端部の軌跡は図６のようになり、被加工物７上の加工点での法線１５に対するダイヤモンドバイト１の軸線６の角度は次第に増加していく。
【００３９】
本実施の形態２のように加工することで、有効部８の加工中は確実に大円弧刃部５の部分で切削ができることになる。また、大円弧刃部５の刃先での加工点が移動していくため、バイト刃先である大円弧刃部５の局所磨耗が抑えられ、ダイヤモンドバイト１の寿命が長くなる利点がある。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
（付記１）
光学素子又は光学素子成形用金型を鏡面に切削加工するダイヤモンドチップを有するダイヤモンドバイトであって、前記ダイヤモンドバイト先端の切刃稜部の形状が、２つの曲率半径からなる２つの円弧を有し、前記２つの円弧の中心は、前記２つの円弧の接続部を通る同一線上にあることを特徴とするダイヤモンドバイト。
（付記２）
付記１に記載のダイヤモンドバイトを用いて行う光学素子又は光学素子成形用金型の切削加工方法。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態である切削加工工具の一部を取り出して例示する拡大平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である切削加工工具の構成例を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である切削加工工具の加工対象となる被加工物の一例を示す側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施の形態である切削加工工具の設置方法の一例を説明する概念図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施の形態である切削加工工具の設置方法の一例を説明する概念図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施の形態である切削加工工具の設置方法の一例を説明する概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態である切削加工工具の加工中の移動軌跡の一例を説明する概念図である。
【図６】本発明の他の実施の形態である切削加工工具の加工中の移動軌跡の一例を説明する概念図である。
【図７】光学素子の切削加工で形成される切削条痕に起因する虹目の発生原理を説明する説明図である。
【図８】有効領域である凸部と、その回りの凹部が存在する被加工物における切削加工の技術的課題を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ダイヤモンドバイト
２  チップ
３  シャンク
４  小円弧刃部
５  大円弧刃部
６  軸線
７  被加工物
８  有効部
９  凹部
１０  回転中心
１１  稜線
１２  稜線
１３  指標線
１４  指標線
１５  法線
１０１  切削条痕
１０２  被加工物
１０３  有効部
１０４  凹部
１０５  つなぎ目
Ｄ０  被加工物７の外径
Ｑ  小円弧刃部４と大円弧刃部５の接続点
Ｖ  小円弧刃部４の中心
Ｓ  大円弧刃部５の中心
Ｔ  有効部８と凹部９の接続点
Ｕ  指標線１３と指標線１４の交点
ｒ４  小円弧刃部４の曲率半径
ｒ５  大円弧刃部５の曲率半径
ｒ８  有効部８の曲率半径
ｒ９  凹部９の最小半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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