NACHITECHNICALREPORT
Machining

12B3

Vol.

Feb/2007■ 新商品・適用事例紹介
超精密高速送り非球面金型加工機「ナノアスファ ＡＳＰ01Ａ」
マシニング事業
油圧制御

Ultra-precision, High-speed Feed,
Aspheric Die Processing Machine"NANO ASPHER ASP01A"〈キーワード〉次世代ＤＶＤ・デジタルカメラ・カメラ付き携帯電話・ピックアップレンズ金型・機上計測

プレシジョン製造所／技術開発部

森 健治
Kenji Mori

超精密高速送り非球面金型加工機「ナノアスファ ＡＳＰ01Ａ」

要旨

1.次世代DVDの普及加速

超精密の非球面加工機「ナノアスファ ASP01A」

地上波デジタル放送が全国で開始され、薄型ディは、油静圧ねじ駆動による独自の制御機構の採用

スプレイの大型化がすすんでいる中、ハイビジョンななどにより、毎分1.5mとNACHIの従来製品に比べどの高画質・高音質番組を長時間録画するDVDレコーて5倍の高速送りを実現した。また、装置本体と周ダや、ハイビジョン画像を再生するパソコン・ゲーム機

辺機器の小型化によって同比70％省スペース化しが商品化されている。これらに搭載された次世代ており、設置面積当たりの生産性を向上した。

DVDピックアップレンズは、市場の急速な立ち上がり※1

次世代DVDや携帯電話用カメラ、デジタルカメラさまざまな光学レンズの金型加工用として商品など、化した。

Abstract
Nano Aspher（ASP01A）, an ultra-precision aspheric die processing machine, achieves thehigh-speed feeding of 1.5 m per minutes that is
the five-fold of the feeding speed of existing
Nachi products, with use of a unique control
mechanism called hydrostatic pressure control. In addition, the space is considerably reduced by 70% from the existing machines bymaking the main unit and its peripheral units
smaller. Therefore, the productivity per installation area is improved.
Nano Aspher（ASP01A）has been introduced
into the market as an aspheric die processing
machine with ultra precision and high-speed
feeding for various optical lenses used in thenext-generation DVD, cameras attached to cell
phones and digital cameras.

による需要増加が期待される。
デジタルカメラ、携帯電話用のレンズは、海外での生産が増大しており、レンズ金型の加工機市場の伸びが見込める。
このようなレンズ金型や光学素子部品業界では、製品の高精度・高機能化のニーズが高まってきており、さらなる高能率・高精度・コンパクトな超精密金型加工機が求められている。
NACHIは、非球面加工機として好評を得ている
ASP01の後継機として、デジタル家電業界で培ってきた技術をベースに、携帯電話用レンズや光ピックアップレンズなどの小径金型から、デジタルカメラ・ビデオカメラ用のレンズ金型までの、汎用金型量産機にあたる「ナノアスファASP01A」を開発・市場投入した。

図1 ナノアスファ ＡＳＰ01Ａ
1

2. 超精密加工を実現する機械要素
レンズ金型などは、サブミクロンオーダー以下の形

2）空気静圧スピンドル状精度が必要となる。このような超精密加工を実現

ワークスピンドル、工具スピンドルも高精密な加工する機械要素には、高剛性、高精度、繰り返し精度、には重要な機械要素である。空気静圧スピンドルは、長寿命（精度の劣化が少ない）などが要求される。

空気静圧軸受の技術をスピンドルに適用したものでこれらに対し、NACHIで自社開発した油静圧スライド・あり、平均化効果による高い回転精度と低摩擦、低静圧ねじ、空気静圧スピンドルを採用している。

発熱の特長がある。nmオーダーの回転精度と回転

1）油静圧スライド・静圧ねじ
ASP01Aのスライド構造を、図2に示す。油静圧ス※2中の熱変形を低く抑え、加工ワークの高い形状精度と加工安定性を可能にしている。空気静圧スピンドルの写真を、図4に示す。

テーブルと案内面の隙間に高圧の潤滑油ライドは、膜を生じさせテーブルを支える機構である。軸受全体を高圧の潤滑油膜で支えるので、摩擦が極めて低く、バックラッシュなどのガタがない。加えて、案内面の形状精度以上の高い真直度を実現でき、摩擦による摩耗の影響が全く無いため、高い精度を長期間維持できる。
油静圧ねじは、油静圧軸受の技術をねじに応用低摩擦、高精度、バックラッシュしたものであり、非接触、

図2

油静圧スライドレスの特長がある。静圧ねじは、油静圧で浮上し、摩擦による外乱がなく、モーターの回転運動を直線運動に1／10〜2／10の縮小率で変換する。モーター単体の性能以上に高い位置決め分解能を実現し、加工中の外乱に対して高い制御安定性を可能にしている。
ASP01Aでは、高分解能な位置検出スケールと相図3まって高い軌跡精度を実現している。静圧ねじの写

静圧ねじ

真を、図3に示す。

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図4

空気静圧スピンドル2超精密高速送り非球面金型加工機「ナノアスファ ＡＳＰ01Ａ」

3.高速送り・省スペースの非球面加工を実現
1）5倍の高速送り

A S P 0 1 Aでは、次 世 代 D V D用 非 球 面 加 工 機

作業の効率化と加工時間の短縮のため、高速処理・高分解能対応の自社開発パソコンNC制御装置PNC−XPを搭載し、高速送りと高精度軌跡を実ASP-Eで好評の高精度プローブユニットを搭載し、計測範囲±75度に対応している。
ＡＳＰ01Ａの機上計測装置に、NC制御で上下方向に移動する微調機構を設けた。ワークの計測前に、現した。
スライドの送り速度は、当社比5倍の1,500mm／

ワーク
上下方向の位置合わせ動作を行なうことで、minを実現し、加工時のもどり速度、段取り作業時の中心を正確に計測でき、小径ワークにおいても、の移動速度を向上し、移動時間を短縮した。

信頼性の高い計測ができる。

2）20倍のスケール分解能

4）進化したソフトウェア

高品位な加工面を実現するため、スライドの真直度

ASP01Ａに標準で付属する非球面形状解析ソフと制御分解能を高め、スライドの軌跡精度向上を図った。

トウェアには、形状解析機能に加えて、作業者をアシ

まず、油静圧スライドのロバスト設計を行ない、微ストする機能を付加しており、作業者の技量によらな※3い高い生産性を実現している。非球面形状解析ソ小領域での真直度を向上させた。
次に、制御系の処理速度の向上により高分解能

フトウェアの一例を、図5に示す。

スケール分解能、制御系の内部スケールを採用し、作業者の技量によっては、工具の中心合わせ誤処理精度が従来比20倍の0.035nmに向上した。こ差や工具の先端R設定誤差による形状誤差が加工れにより高い軌跡精度を可能とし、高品位な加工ワークに生じる。このソフトウェアは、形状誤差の解析面を実現できる。

結果から、形状誤差の発生原因である工具の中心

3）機上計測装置の高機能、段取り性向上機上計測装置では、機外計測を使用した際に時合わせ誤差や工具の先端Ｒ設定誤差を自動解析し、補正を加えたNCプログラムを自動生成することを可能とした。

間を要するワークの着脱作業、計測後のワーク再取り付け時のワーク振れ取り加工などの作業が不要になる。これにより、作業時間・加工時間が大幅に短縮でき、生産性の向上が図れる。

非球面用ソフトの起動
NCプログラムの転送

機上計測データの取り込み

ユーティリティの起動・ショートカットを使用しない操作性
・容易なプログラムの転送・機上計測データの取り込み（名前変更の機能付き）
図5
3

非球面管理ソフト

5）省スペース、段取り性・操作性の向上

周速一定加工法をオプションとして用意。ワーク

ASP01Aでは、機械本体・周辺機器のコンパクトの周速が一定となるようにワークスピンドルの回転化を図り、設置スペースを当社従来比70％の省スペー数・送り速度を、外周部で遅く、中心部で速くするスを実現し、設置面積あたりの生産性を向上させた。

ことで、加工面の表面性状をワーク全面で均一に従来機との比較を、図6に示す。

できる。また、従来のワークスピンドルの回転数、送全体カバーとして、作業領域がフルオープンとなり速度を一定にする加工法に比べて、周速一定る構造を採用し、ワーク着脱や工具の位置合わせ加工法は中央部での軸の送り速度を速くでき、加の作業性を向上した。機上計測装置やB軸テーブル、工時間を短縮した。

操作盤、バルブの配置を見直し、操作性を向上した。
これらにより、機械の小型化と操作性の両立を実現※4③回折形状金型用ソフトウェア
非球面形状に微小段差形状を付加することで回している。

折の効果をもたせたレンズ金型加工用のソフトウェ

6）多彩なオプション

アをオプションとして準備した。このレンズは、回折①高剛性工具スピンドルの効果により、異なる波長の光に対し、焦点位置高負荷研削加工に対応するモーター駆動高剛性を変化させる特性を持っている。

工具スピンドルをオプションとして搭載し、多様なワー

これにより、光学系の自由度が広がり、CDやDVD、ク材質の研削加工に対応できる。

BD、HD DVDなどの異なる規格のメディア間で②周速一定加工法

互換性のある光ピックアップ光学系や高機能なカワーク全面で加工条件が一定になるように、ワー

メラ用レンズ用の金型の加工が可能となる。

クスピンドルの回転数、送り速度をコントロールする、

ASP01A900

クリーンエア
研削液 静圧ユニット
ユニット ユニット
集塵機±0.05℃

静圧ユニット
±0.1℃

ASP01本体

ASP01A本体

作業者

作業者

1850

1600
2400

3425
図6
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1400

1510

3200

研削液ユニット

3200

ASP01
クリーンエアユニット

設置面積：70％
機械本体：80％

900

集塵機

ASP01とASP01A のレイアウト比較
4超精密高速送り非球面金型加工機「ナノアスファ ＡＳＰ01Ａ」

4. 加工実例
1）周速一定加工法
工具スピンドルを垂直配置したクロス研削で、周速一定加工法の加工実例を、図7、8に示す。ワーク全面で、工具とワークの相対速度が一定となり、加工面の表面性状が均一にできる。

0.100um−0.100um

図7周速一定・クロス研削加工

10.69mm

図810.93mm

顕微鏡写真と面粗さ2）回折形状金型
Ni-Pメッキ金型を単結晶ダイヤモンドで切削加工し、5.000（μｍ）

回折形状の加工事例を、図9、10に示す。光ピックアップレンズ金型を模擬し、8μｍの段差加工を実現した。

図95回折形状金型加工−5.000−9.2388−9.2284（ｍｍ）

図10

形状測定結果と顕微鏡写真

5. 主仕様とシリーズ
表1. ナノアスファ ASP01Aの主な仕様
項 目
加工ワーク

X軸テーブル

仕切削加工：最大Φ100［ｍｍ］
研削加工砥石軸垂直：最大Φ３０［ｍｍ］
研削加工砥石軸水平：最大Φ２０［ｍｍ］

駆動系

静圧スライド、静圧ねじ

ストローク

240［ｍｍ］

加工速度〜100［ｍｍ／min］

移動速度〜1500［ｍｍ／min］

スケール分解能Z軸テーブル

B軸テーブルワークスピンドル
機上計測装置

0.035［nｍ］
静圧スライド、静圧ねじ

駆動系
ストローク

150［ｍｍ］加工速度〜100［ｍｍ／min］

移動速度〜1500［ｍｍ／min］

スケール分解能0.035［nｍ］

軸受方式

油静圧軸受

回転数

10［rpｍ］

軸受方式

空気静圧軸受回転数

10〜2000［rpｍ］

計測方式

倣い方式
±75［度］

計測範囲

1600×1360×1610［ｍｍ］

機械本体

本体寸法（幅×奥行×高さ）

用

デジタルカメラピックアップレンズ、カメラ付き携帯電話、

約4500［kg］

本体重量
途

様サイズ

表2.ナノアスファシリーズ一覧型

式

ワークサイズASP−E（非球面）

φ20

ASP30（自由曲面）

φ150（切削）
300×50（自由曲面）

ASP30X（非球面・自由球面）

φ 30（研削）
φ140（切削）
200×50（自由曲面）

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用

途

次世代DVD金型

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ピックアップレンズ
デジタルカメラレーザープリンター用fθレンズ
直線回折格子金型
プロジェクター用 自由曲面ミラー金型

6

6. 次世代光学部品の量産加工に超精密の非球面加工機「ナノアスファ ASP01A」

これにより、デジタル情報化社会における光学部は、静圧スライド、静圧ねじ、パソコンNC、機上計測品の高精度化・量産性・高機能化のニーズに対応装置など、NACHI独自のテクノロジーを高次元で融した、次期標準機として貢献できると確信する。

合させ、高速・高精度・省スペースを実現した。
高速送りの実現で、加工時間を大幅に短縮し、次世代DVDの普及加速や、IT関連産業からのニーズに対応する非球面金型の加工機の製品ラインアップが拡充できた。

用語解説

関連記事

※1 次世代ＤＶＤ

1）薮谷 誠：超精密非球面加工機用機上計測システム
不二越技報Vol.54 No.1通巻116号P.91-95

次世代DVDは、デジタル放送の高画質の画像や音声を長時間録画できる規格の大記憶容量DVD。
波長の短い青色レーザー光や開口数の大きい深い形状レンズを採用し、記憶・再生用のスポット光を従来DVDの1／5のサイズにすることで、大記憶容量を実現できる。

※2 平均化効果
静圧軸受は、軸受隙間のエアー、油の圧力を介して浮上する機構であり、軸受全体で支持されている効果により、案内面の誤差は軸受面全体で平均した分しか影響を受けず、高い回転精度、真直度が得られる。この効果を平均化効果と呼んでいる。

2）牧野 哲也：液晶ディスプレイ光学素子金型加工機「ナノグルーバAMG92P」
NACHI-BUSINESS news Vol.2 B2、February／2004
3）水本 洋：近未来技術展望「超精密工作機械の位置決め技術について」
NACHI-BUSINESS news Vol.4 A1、August／2004
4）永井 久司：超精密表面仕上げ加工機「ナノフェーサNNF100P」
NACHI-BUSINESS news Vol.4 B2、August／2004
5）越後 敬介：次世代DVD用非球面加工機「ナノアスファASP-E」
NACHI-BUSINESS news Vol.7 B2、May／2005※3 ロバスト設計
油静圧スライドにおいて、案内面にきずなどがあると静圧軸受の圧力変動が発生し、スライド位置が変動し真直度に影響がある。これに対し、軸受部のバッドの形状を見直すことで、きずの影響の受けにくい軸受構造とした。

※4 回折形状金型
光が回折する性質を利用して焦点を結ぶ回折レンズ用の金型。レンズ面に波長の長さに応じた段差がある。CD、DVD、BD、HD DVDなどの異なる規格を一つのピックアップレンズでまかなうことができる。また、カメラレンズに、このレンズを用いることにより、レンズの枚数を減らすことが可能になる。

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Vol.12 B3February / 2007〈発行〉 2007年2月10日
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