(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するフレネルレンズ基板またはフレネルレンズ成形型基板の正面に、ダイヤモンド切削工具の切刃を当て付け、所定の深さまで切り込み、鋸歯状溝を刻設して、フレネルレンズまたはフレネルレンズ成形型部材を得る光学部材の製造方法において、
前記フレネルレンズ基板またはフレネルレンズ成形型基板には、ダイヤモンド切削工具の前切刃の後端側から当接するように、予め略鋸歯状の捨て溝が刻設してあり、鋸歯状溝の斜面をダイヤモンド切削工具の前切刃で当て付け切削するとともに、鋸歯状溝の垂直面を切刃先端にて送り切削し、前記当て付け切削と前記送り切削とを少なくとも２回行うことを特徴とする光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレネルレンズまたはフレネルレンズ成形型部材を得る光学部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フレネルレンズまたはフレネルレンズ成形型部材といった光学部材の製造方法には、光学部品製作方法として特公平２−３４７２１号公報所載の技術が開示されている。この技術を図８〜図１１を用いて説明する。図８はダイヤモンド切削工具による被加工物の切削状況を示す斜視図、図９はダイヤモンド切削工具の要部拡大斜視図、図１０はダイヤモンド切削工具の移動軌跡を示す図、図１１はダイヤモンド切削工具の切刃先端における切削抵抗を示す図である。
【０００３】
図８において、被加工物１０１は、ＣＮＣ（Computer Numerical Control）旋盤のチャック（図示省略）に保持され、ＣＮＣ旋盤の回転軸心１１１の周りを矢印１０４の方向に回転する。被加工物１０１の端面１０１ａに正対する位置に、ダイヤモンド切削工具１０２が配置されている。ダイヤモンド切削工具１０２の切刃先端には、切削面品質向上のため、図９に示すように面取り１０３が設けてある。
【０００４】
フレネルレンズまたはその成形型部材を製造する場合、まず、円柱状の被加工物１０１をＣＮＣ旋盤のチャック（図示省略）に、その端面１０１ａとＣＮＣ旋盤の回転軸心１１１とが直交しかつ同軸となるように保持する。ついで、チャックが連結されている主軸（図示省略）を矢印１０４の方向に回転させ、図１０に示すように、ダイヤモンド切削工具１０２を鋸歯状溝１１５の斜面の延長線１１２上から、鋸歯状溝１１５の谷部に向かう矢印１１３の方向に所定の溝幅Ａかつ所定の溝深さＢとなるように、被加工物１０１に切り込む。このように、ダイヤモンド切削工具１０２の切刃を送ると、図１１に示すように、被加工物１０１の端面１０１ａに対する前切刃１０２ａの取付け角αは、所望の鋸歯形状の傾斜角Ｃよりも作用前切削角βだけ大きい鈍角となり、切刃先端のみを被加工物１０１に押し当てて切削していることとなる。この切り込みが終了すると、被加工物１０１の回転軸心１１１に平行な矢印１１４の方向にダイヤモンド切削工具１０２を移動し、被加工物１０１からダイヤモンド切削工具１０２を離脱させる。その結果、断面が直角三角形をなす円形の鋸歯状溝１１５が形成される。このような手順を繰り返すことにより、目的のフレネル形状を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術には、つぎのような問題点があった。まず、図９に示すように、ダイヤモンド切削工具１０２の切刃先端に面取り１０３を有するため、垂直面精度が向上する反面、図１１に示すように、鋸歯状溝１１５の谷部コーナーに面取り１０３による削り残し１１６が形成される。このため、光学素子として回折効率の低下を招き、ＤＶＤ（Digital Video Disk）用ピックアップ等の高い回折効率が求められる回折型光学素子には、このフレネルレンズまたはその成形型部材を用いることはできなかった。
【０００６】
また、図１０および図１１に示すように、ダイヤモンド切削工具１０２の切刃を矢印１１３の方向に送って鋸歯状溝１１５の斜面部分を切削するとき、切刃先端が被加工物１０１に食い込むことになるため、切り込みが深くなるに従って切削屑１１７が加工部分から排除されにくくなる。このため、切り込みが深くなるに従って切刃先端にかかる切削抵抗が大きくなり、切刃先端にチッピング（刃が欠けること）が生ずる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１または２に係る発明の課題は、鋸歯状溝の垂直面精度を維持しつつ、谷部コーナーを理想形状に仕上げ、設計性能により近い光学性能を具現できる光学部材の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、回転するフレネルレンズ基板またはフレネルレンズ成形型基板の正面に、ダイヤモンド切削工具の切刃を当て付け、所定の深さまで切り込み、鋸歯状溝を刻設して、フレネルレンズまたはフレネルレンズ成形型部材を得る光学部材の製造方法において、前記フレネルレンズ基板またはフレネルレンズ成形型基板には、ダイヤモンド切削工具の前切刃の後端側から当接するように、予め略鋸歯状の捨て溝が刻設してあり、鋸歯状溝の斜面をダイヤモンド切削工具の前切刃で当て付け切削するとともに、鋸歯状溝の垂直面を切刃先端にて送り切削し、前記当て付け切削と前記送り切削とを少なくとも２回行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る発明の作用では、鋸歯状溝の斜面をダイヤモンド切削工具の前切刃で当て付け切削するとともに、鋸歯状溝の垂直面を切刃先端にて送り切削し、前記当て付け切削と前記送り切削とを少なくとも２回行うことにより、初回の粗切削においては、切刃先端にかかる切削抵抗は増大せず、２回目以降の仕上げ切削においては、切削抵抗が低く抑えられ、被加工物の弾性変形を防止する。さらに、フレネルレンズ基板またはフレネルレンズ成形型基板には、ダイヤモンド切削工具の前切刃の後端側から当接するように、予め略鋸歯状の捨て溝が形成してあることにより、切刃先端にかかる切削抵抗が緩和される。
【００１０】
【発明の実施の形態１】
図１〜図４は発明の実施の形態１を示し、図１はダイヤモンド切削工具による被加工物の切削状況を示す斜視図、図２はダイヤモンド切削工具の切刃と被加工物との接触状況を示す図、図３はダイヤモンド切削工具の移動軌跡を示す図、図４はダイヤモンド切削工具の移動順位を示す図である。
【００１１】
図１において、例えば、フレネルレンズ基板たる透明なアクリル樹脂からなる円柱状の被加工物１は、ＣＮＣ旋盤のチャック（図示省略）に保持され、ＣＮＣ旋盤の回転軸心１１の周りを矢印４の方向に回転する。被加工物１の端面１ａに正対する位置に、ダイヤモンド切削工具２が配置されている。図２に示すように、ダイヤモンド切削工具２の切刃先端１８は、エッジに形成され、その幅は２００ｎｍ以下である。
【００１２】
フレネルレンズを製造する場合、まず、被加工物１をＣＮＣ旋盤のチャック（図示省略）に、その端面１ａとＣＮＣ旋盤の回転軸心１１とが直交しかつ同軸となるように保持する。また、図２に示すように、ダイヤモンド切削工具２の前切刃３０を、フレネルレンズの鋸歯状溝の斜面１５ａの傾斜角Ｃに合致させてセットする。ついで、チャックが連結されている主軸（図示省略）を矢印４の方向に回転させ（図１参照）、図３に示すようにダイヤモンド切削工具２を被加工物１の端面１ａに対して垂直な矢印２１の方向に所定の溝幅Ａかつ所定の溝深さＢとなるように送り込む。ダイヤモンド切削工具２を矢印２１の方向に送ることで、前切刃３０により斜面１５ａを当て付け切削し、同時に切刃先端１８により垂直面１５ｂを送り切削する。所定の溝深さＢまで到達すると、ダイヤモンド切削工具２の切刃先端１８がエッジになっているため、鋸歯状溝の谷部コーナー１７は２００ｎｍ以下に形成される。
【００１３】
そして、ダイヤモンド切削工具２の切刃先端１８が、所定深さＢまで到達したならば、矢印２２の方向にダイヤモンド切削工具２を移動させる。このダイヤモンド切削工具２の切刃先端１８により、垂直面１５ｂが再び切削加工される。つぎに、切り込み量は変化させずに、または０．１μｍ以下の極小の切り込み量を増加させて、上記工程をもう一度繰り返す。これにより、初回の切り込み時に切削抵抗が大きく、被加工物が弾性変形して切削が完全に行われず、切削が不十分であった部分を低切削抵抗にて仕上げ切削することにより、より完全な切削形状を形成することができる。つぎに、図３および図４に示すように、ダイヤモンド切削工具２を矢印２３の半径方向に溝幅Ａだけ送り、上記作業を繰り返す。同様にして所望の輪帯数だけ上記作業をさらに繰り返し、理想形状に近い鋸歯状溝を有するフレネルレンズを得る。
【００１４】
本発明の実施の形態１によれば、鋸歯状溝の垂直面精度を維持しつつ、谷部コーナーを理想形状に仕上げ、設計性能により近い光学性能を具現できるフレネルレンズを得ることができる。また、切削時の切刃の送り方向は、所望の垂直面に沿った方向としているため、切刃先端が被加工物に食い込むことがなく、切刃先端にかかる切削抵抗が大きくならないので、切刃先端にチッピングが殆ど発生することはない。
【００１５】
本発明の実施の形態１では、鋸歯状溝の加工を２回行っているが、必要に応じて３回以上にしてもよい。また、被加工物を透明なアクリル樹脂としたが、光学材料として用いられる他の合成樹脂であってもよい。さらに、本実施の形態の変形例として上記方法にて製造したフレネルレンズを母型とし、電鋳加工により母型のフレネル面を反転した成形型部材をキャビティとした成形型を用いて射出成形によりフレネルレンズを成形してもよい。さらに、他の変形例として被加工物に無酸化銅やステンレス等の金属からなるフレネルレンズ成形型基板を用い、金属製のフレネルレンズ成形型部材を直接製造してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態２】
図５は発明の実施の形態２を示し、ダイヤモンド切削工具の切刃と被加工物との接触状況を示す図である。本発明の実施の形態２は発明の実施の形態１と被加工物の形状が異なるのみなので、異なる部分のみ示し、他の構成は同一のため、同一部分の図と説明を省略する。
【００１７】
図５において、被加工物１Ａの端面１Ａａには、予め略鋸歯状の捨て溝１９が形成されている。捨て溝１９の斜面１９ａの傾斜角γは、所望の鋸歯状溝の傾斜角Ｃより鈍角に形成されており、ダイヤモンド切削工具２の前切刃３０が矢印２１の方向から被加工物１Ａに当接したとき、前切刃３０の後端側から接触するようになる。よって、切り込み始めの切削抵抗が切刃先端１８以外の前切刃３０に分散し、エッジである切刃先端１８の切削抵抗が緩和され、切刃先端のチッピングを完全に防止する。
【００１８】
本発明の実施の形態２によれば、発明の実施の形態１の効果に加え、ダイヤモンド切削工具の切刃先端の実施の形態１よりも切削抵抗が緩和されるので、発明の実施の形態１よりも刃先先端のチッピングの発生を防止でき、高価なダイヤモンド切削工具の寿命を延ばすことができる。
【００１９】
本発明の実施の形態２においても、発明の実施の形態１にて説明した変形例はそのまま適用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態３】
図６は発明の実施の形態３を示し、ダイヤモンド切削工具の移動順位を示す図である。本発明の実施の形態３は、発明の実施の形態１とダイヤモンド切削工具の移動順位のみが異なるので、異なる部分のみ示し、他の構成は同一のため、同一部分の図と説明を省略する。
【００２１】
本発明の実施の形態３の鋸歯状溝を切削する工程は、発明の実施の形態１では、一つの輪帯をなす鋸歯状溝を粗加工と仕上げ加工との２回にわたり連続して加工したのに対し、本発明の実施の形態３では、図６の矢印で示すように、全部の輪帯をなす鋸歯状溝を一度連続して粗加工した後、さらにもう一度、全部の輪帯をなす鋸歯状溝を連続して仕上げ加工するものである。なお、被加工物１に一つの鋸歯状溝をダイヤモンド切削工具２で形成する方法自体は発明の実施の形態１と同一のため、説明を省略する。
【００２２】
本発明の実施の形態３によれば、発明の実施の形態１の効果に加え、全輪帯数分の加工工程を繰り返して行うため、ＣＮＣ旋盤に用いる加工プログラムを短縮することができる。
【００２３】
本発明の実施の形態３においても、発明の実施の形態１にて説明した変形例はそのまま適用することができる。また、本発明の実施の形態３では、発明の実施の形態１と同様に、端面１ａが平面の被加工物１を用いているが、これに替えて、発明の実施の形態２で示した端面１Ａａに捨て溝１９を形成した被加工物１Ａを用いることもできる。
【００２４】
【発明の実施の形態４】
図７は発明の実施の形態４を示し、ダイヤモンド切削工具の切刃と被加工物との接触状況および加工原点のずれを示す図である。本発明の実施の形態４は、発明の実施の形態３と同様に粗加工と仕上げ加工との２回にわたって同一の加工プログラムを用いるが、粗加工時には、加工原点をずらして行う点が異なるのみである。従って、異なる部分のみ示し、他の構成は同一のため、同一部分の図と説明を省略する。
【００２５】
図７において、粗加工時では、ダイヤモンド切削工具２の切刃先端１８は、加工原点をずらすので、Ｘ軸を半径方向で中心から遠ざかる方向にΔＸ、Ｚ軸を切り込み方向で浅い方向にΔＺずらせて加工を行う。この加工原点の移動により、被加工物１の鋸歯状溝の垂直面２７に仕上げ代２４を残している。仕上加工時では、加工原点を本来の位置に戻し、本来の加工原点で低切削抵抗加工を行い、理想形状に近い鋸歯状溝を有するフレネルレンズを得る。
【００２６】
本発明の実施の形態４によれば、発明の実施の形態３の効果に加え、粗加工時に、加工原点をずらして鋸歯状溝の垂直面に仕上げ代を残すことにより、仕上げ加工による垂直面の精度を上げることができる。
【００２７】
本発明の実施の形態４においても、発明の実施の形態３にて説明した変形例はそのまま適用することができる。
【００２８】
なお、本発明は（１）、（２）に記載の発明を含むものである。
（１）  前記ダイヤモンド切削工具が所定の溝深さまで到達した後、前記ダイヤモンド切削工具を切り込み方向と逆方向に移動しつつ垂直面を切刃先端で再度仕上げ加工することを特徴とする請求項１または２記載の光学部材の製造方法。ダイヤモンド切削工具を切り込み方向と逆方向に移動しつつ垂直面を切刃先端で再度仕上げ加工することにより、請求項１または２の効果に加え、鋸歯状溝の垂直面精度をより向上させることができる。
【００２９】
（２）  前記ダイヤモンド切削工具の切刃先端がエッジであることを特徴とする請求項１または２記載の光学部材の製造方法。
ダイヤモンド切削工具の切刃先端をエッジとすることにより、請求項１または２の効果に加え、理想形状に近い鋸歯状溝谷部を形成することができ、高い回折効率を要求される回折型光学素子を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、初回の粗切削においては、切刃先端にかかる切削抵抗は増大せず、２回目以降の仕上げ切削においては、切削抵抗が低く抑えられ、被加工物の弾性変形を防止するので、切刃先端のチッピングが殆ど発生することはなく、鋸歯状溝の垂直面精度を維持しつつ、谷部コーナーを理想形状に仕上げ、設計性能により近い光学性能を具現できる光学部材を得ることができる。さらに、切刃先端にかかる切削抵抗が緩和されるので、切刃先端のチッピングを完全に防止し、高価なダイヤモンド切削工具の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態１のダイヤモンド切削工具による被加工物の切削状況を示す斜視図である。
【図２】発明の実施の形態１のダイヤモンド切削工具の切刃と被加工物との接触状況を示す図である。
【図３】発明の実施の形態１のダイヤモンド切削工具の移動軌跡を示す図である。
【図４】発明の実施の形態１のダイヤモンド切削工具の移動順位を示す図である。
【図５】発明の実施の形態２のダイヤモンド切削工具の切刃と被加工物との接触状況を示す図である。
【図６】発明の実施の形態３のダイヤモンド切削工具の移動順位を示す図である。
【図７】発明の実施の形態４のダイヤモンド切削工具の切刃と被加工物との接触状況および加工原点のずれを示す図である。
【図８】従来技術のダイヤモンド切削工具による被加工物の切削状況を示す斜視図である。
【図９】従来技術のダイヤモンド切削工具の要部拡大斜視図である。
【図１０】従来技術のダイヤモンド切削工具の移動軌跡を示す図である。
【図１１】従来技術のダイヤモンド切削工具の切刃先端における切削抵抗を示す図である。
【符号の説明】
１  被加工物
２  ダイヤモンド切削工具
１５ａ  鋸歯状溝の斜面
１５ｂ  鋸歯状溝の垂直面
１８  切刃先端
３０  前切刃
【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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