金型の切削加工方法及び装置
【課題】 金型の成形面に、Ｒ値、面精度、ピッチ間等が高精度で均一な凹球面を切削加工で形成できるようにする。
【解決手段】 凹球面３の曲率半径１８よりも小さな曲率半径の切刃１６を有しているＲバイト１４における切刃１６の回転半径が凹球面３の曲率半径１８となるようにＲバイト１４を旋回させながら、凹球面３の中心断面を走査して金型１の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に凹球面３を形成する。
【解決手段】 凹球面３の曲率半径１８よりも小さな曲率半径の切刃１６を有しているＲバイト１４における切刃１６の回転半径が凹球面３の曲率半径１８となるようにＲバイト１４を旋回させながら、凹球面３の中心断面を走査して金型１の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に凹球面３を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削技術に関し、特に、多数の凹球形状で形成される、レンズアレイ用金型の作製に好適な、均一Ｒ値にて高精度に加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のレンズが配列されているレンズアレイ素子の成形に用いられる成形型を加工する方法として、（１）ポンチによる圧力転写による方法、（２）主軸の回転軸に直交する２方向に移動して位置決め可能なスライドテーブルを加工機主軸端面に取り付け、ワークの加工原点を任意に移動させながら主軸の回転軸に位置決めして加工することを繰り返すという方法、（３）三次元加工機を用いて工具を個々の凹球形状に沿って成形面の全面を走査させる方法、（４）個々の棒材の先端面に凹球形状を加工しておき、この棒材を複数本束ねて一体化して金型とする方法、等が提案されている。
【０００３】
また、この他にも、例えば特許文献１には、同一曲率半径の凹球面が複数配列している成形面を有する金型の加工方法が開示されている。この加工方法は、凹球面の曲率半径と同一曲率半径の切刃を持った先丸バイトを用い、この先丸バイトの切刃の曲率中心を通る軸線回りに当該先丸バイトを旋回し、フライカットにより金型の成形面に凹球面を切削加工し、先丸バイトの切刃の曲率中心と金型の成形面との相対位置をずらして凹球面を複数加工するようにしてレンズアレイ用の金型を得るというものである。
【特許文献１】特開平１１−１９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の（１）から（４）の各加工法には、下記のような問題点を各々有している。
上記（１）の方法では、ポンチに用いられる圧子の先端形状が理想的な球面とはなっておらず、実際には歪んでいる。
【０００５】
上記（２）の方法では、加工機主軸端面に取付けたスライドテーブルの位置決め精度がレンズアレイの各アレイ（球形状）のピッチ間隔の誤差を支配してしまう。また、加工時には加工機主軸を回転させるため、スライドテーブルの移動位置によっては主軸の回転バランスが崩れてしまい、加工面精度へ影響を及ぼすことがある。
【０００６】
上記（３）の方法では、個々の凹球形状に沿って成形面の全面を走査させるため、膨大な加工時間を要することとなる。
上記（４）の方法では、個々の棒材を必要個数加工するために膨大な加工時間を要することに加え、棒材を束ねて一体化するため、位置精度が低下し、また必要個数や棒材に大きさの制限を受けることになる。
【０００７】
このように、上述した各加工法は、形状精度、位置精度、加工時間について各々課題を抱えている。
また、上掲した特許文献１で開示されている記載されている加工法では、切刃の回転半径は所望の凹球形状のＲ値に調整することが可能である。しかしながら、切刃の曲率半径の調整は再研磨等で調整することしかできない。そのため、高精度な凹球形状を加工することは困難である。また、形状精度には切刃形状がそのまま転写することになるため、真円度の良好な高精度のバイトが必要になるが、このようなバイトは高価なものである。
【０００８】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、金型の成形面に、Ｒ値、面精度、ピッチ間等が高精度で均一な凹球面を切削加工で形成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様のひとつである金型の切削加工方法は、凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトにおける当該切刃の回転半径が当該凹球面の曲率半径となるように当該Ｒバイトを旋回させながら、当該凹球面の中心断面を走査して金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に当該凹球面を形成することを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１０】
なお、上述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該成形面と当該Ｒバイトとの相対位置を変更しながら当該切削加工を繰り返して当該凹球面を当該成形面に複数形成するようにしてもよい。
【００１１】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該Ｒバイトの旋回中心軸と、当該旋回中心軸に直交し当該Ｒバイトの曲率中心を通る軸との交点を中心として、当該Ｒバイトを回動させることにより当該中心断面の走査を行うようにしてもよい。
【００１２】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、当該凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御するようにしてもよい。
【００１３】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該凹球面の面形状に対し、当該Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の別の態様のひとつである金型の切削加工装置は、凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトと、当該切刃の回転半径が当該凹球面の曲率半径となるように当該Ｒバイトを旋回させるＲバイト旋回手段と、当該Ｒバイトで当該凹球面の中心断面の走査をさせる走査手段と、を有し、当該Ｒバイト旋回手段によって旋回しているＲバイトで当該走査をさせて金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に当該凹球面を形成する、ことを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１５】
なお、上述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該成形面と当該Ｒバイトとの相対位置を変更させる変更手段を更に有するように構成してもよい。
また、前述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該Ｒバイト旋回手段を、当該Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸に直交する軸を回転軸とする回転スピンドルとしてもよい。
【００１６】
なお、このとき、当該走査手段を、当該回転スピンドルが載置されている回転テーブルであって、当該Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸と回転スピンドルの回転軸との両者に直交する軸を中心に回転する当該回転テーブルとしてもよい。
【００１７】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、当該凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有するように構成してもよい。
【００１８】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該凹球面の面形状に対し、当該Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以上のようにすることにより、金型の成形面に、Ｒ値、面精度、ピッチ間等が高精度で均一な凹球面を切削加工で形成できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は被加工物であるレンズアレイ成形用の金型１の最終仕上がり形状を示す斜視図であり、図２は金型１の成形面２の正面図である。
金型１は母材であるＳＵＳ（ステンレス鋼）材に無電解ニッケルメッキを施したものである。成形面２には、本実施例における対象形状とする凹球面３が、Ｘ軸方向にはピッチ（間隔）ΔＸで３個ずつ、またＹ軸方向にはピッチΔＹで３列に、それぞれ並べられており、Ｘ軸方向３個×Ｙ軸方向３列の方形状に計９個配列されている。
【００２２】
図３は、金型１に凹球面３を加工する超精密加工機の構成を示す斜視図であり、図４は本実施例における金型１の加工の様子を示す図である。なお、図４は、図３に示した超精密加工機を上方から見たものである。
【００２３】
この加工機は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸の各方向にそれぞれスライドさせることのできるＸ軸テーブル４、Ｙ軸テーブル５、及びＺ軸テーブル６を有しており、３軸方向への移動制御を伴いながら運転することが可能なものである。なお、Ｘ軸テーブル４とＺ軸テーブル６とは加工機ベース１１上に重ねて配置されており、Ｙ軸テーブル５は、加工機ベース１１上のＸ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の傍らに配置されている。
【００２４】
また、この加工機は、主軸７を回転させるＣ軸モータ８と、工具回転スピンドル９を回動させるＢ軸回転テーブル１０とを有しており、上述の３軸を加えて計５軸の制御が可能である。但し、本実施形態において、Ｃ軸モータ８を回転させることはない。
【００２５】
金型１は、加工機ベース１１上に重ねて配置されているＸ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の上に設置されている主軸７へ固定される。ここで、Ｚ軸は主軸７の回転軸１２と平行な軸であり、Ｘ軸は当該回転軸１２に対して垂直な軸である。
【００２６】
工具回転スピンドル９は工具回転スピンドルホルダー１３に固定されており、工具回転スピンドルホルダー１３はＢ軸回転テーブル１０上に設置されている。このＢ軸回転テーブル１０は、加工機ベース１１上でＹ軸テーブル５の上に重ねて配置されている。ここで、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸との両者に対して垂直な軸であり、Ｂ軸回転テーブル１０の回転軸であるＢ軸回転軸中心２１はＹ軸に平行である。つまり、工具回転スピンドル９は、Ｂ軸回転テーブル１０を回動させることにより、Ｘ軸とＺ軸とにより張られる平面についての平行面上で回動可能である。
【００２７】
工具回転スピンドル９にはＲバイトホルダー１５を介してＲバイト１４が取り付けられている。Ｒバイト１４の切刃１６は凹球面３の所望の曲率半径より小さな曲率半径を有している。
【００２８】
工具回転スピンドル９の回転軸である工具回転スピンドル回転中心軸１７と切刃１６の先端との距離は、凹球面３の曲率半径１８にセッティングされる。従って、Ｒバイト旋回手段である工具回転スピンドル９を動作させると、工具回転スピンドル９は、Ｘ軸とＺ軸とにより張られる平面についての垂直面上で、切刃１６の回転半径が曲率半径１８となるようにＲバイト１４を旋回させる。ここで、工具回転スピンドル回転中心軸１７は、工具回転スピンドル９がＲバイト１４を旋回させたときのＲバイト１４の旋回中心軸に相当する。
【００２９】
また、工具回転スピンドル回転中心軸１７（すなわちＲバイト１４の旋回中心軸）と、工具回転スピンドル回転中心軸１７に直交し切刃１６の先端及び曲率中心２２を通る軸１９との交点２０が、Ｂ軸回転テーブル１０の回転軸中心２１を通るようにセッティングされる。ここで、回転軸中心２１は、交点２０において、軸１９と工具回転スピンドル回転中心軸１７との両者に直交する。従って、Ｂ軸回転テーブル１０を回動させると、Ｒバイト１４は、交点２０を中心として、Ｘ軸とＺ軸とにより張られる平面についての平行面上で回動する。
【００３０】
以下、本実施例における金型１の切削加工の流れを説明する。
図５及び図６は、金型１の成形面２を切削加工して凹球面３を形成している状態を示しており、図５は図３に示した超精密加工機の上方から見た図、図６は図３に示した超精密加工機の右横から見た図である。
【００３１】
まず、所望の凹球面３に対するＲバイト１４の位置決めを行う。具体的には、Ｘ軸方向については、凹球面３の加工原点２３とＢ軸回転テーブル１０の回転軸中心２１とを合わせ、Ｙ軸方向は加工原点２３と工具回転スピンドル９の工具回転スピンドル回転中心軸１７とを合わせる。なお、Ｚ軸方向の位置は、Ｒバイト１４の切刃１６による、成形面２の平面部からの切り込み深さ分を予め設定しておく。
【００３２】
この位置決めを行った状態で、工具回転スピンドル９でＲバイト１４を旋回させながら、交点２０を中心としてＢ軸回転テーブル１０を回動させる。すると、Ｒバイト１４は、凹球面３の中心断面の走査をすることになる。図５の（１）から（２）への遷移がこの走査の様子を表している。つまり、走査手段であるＢ軸回転テーブル１０によって凹球面３の中心断面の走査をＲバイト１４にさせることにより、金型１の成形面２がフライカット加工され、所望の位置に凹球面３が１つ形成される。
【００３３】
以降、変更手段であるＸ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５の位置を移動させて金型１に対するＲバイト１４の相対的なＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を所望量ずつ移動して変更し、同様の加工を行う。以上を繰り返すことにより成形面２に凹球面３が複数形成されて金型１が完成する。
【００３４】
次に本実施例の加工事例を説明する。
対象とする形状は図２に示す成形面２である。凹球面３の配列のピッチはΔＸ＝１ｍｍ、ΔＹ＝１ｍｍとし、凹球面３の曲率半径を１０ｍｍ（Ｒ１０）とする。このときに、Ｒバイト１４の切刃１６は、曲率半径がＲ５のものを使用した。
【００３５】
図７は、本加工事例における凹球面３の加工順を示す図である。同図に示す凹球面３−１を最初に加工した。
始めに、凹球面３−１の加工原点３−１ａに対するＸ、Ｙ、Ｚの各軸をそれぞれ位置決めし、Ｒバイト１４を旋回させながらＢ軸回転テーブル１０を回動させる。このとき、切刃１６の先端を、Ｂ軸回転軸中心２１を中心に半径１０ｍｍで回動させる。すると、切刃１６の軌跡は半径１０ｍｍの球形状となり、成形面２にＲ１０の凹球面３−１が形成された。
【００３６】
なお、Ｒバイト１４のセッティング誤差や加工状態等により、形成された凹球面３−１が設計のＲ値にならないことがある。その場合には、形成された凹球面３−１の形状精度を測定し、得られた測定結果をフィードバックする。本事例においては、凹球面３−１の測定したＲ値が９．９９ｍｍであった場合に、Ｒバイトホルダー１５において、回転スピンドル９の工具回転スピンドル回転中心軸１７から切刃１６先端までの距離を０．０１ｍｍ補正して、Ｒ値が１０ｍｍになるようにしてから、再度切削加工を行った。
【００３７】
こうして凹球面３−１が形成された後、凹球面３−２の形成を行う。そのために、Ｘ軸方向位置及びＹ軸方向位置を１ｍｍずつ移動して凹球面３−２の加工原点３−２ａにＲバイト１４を位置決めし、その上で凹球面３−１と同様の切削加工を行う。これにより、凹球面３−２が形成された。
【００３８】
以降、同様にして凹球面３を計９個形成することにより、レンズアレイ成形用の金型１を作製した。
以上のように、本実施例では、所望の凹球面の曲率半径より小さな曲率半径の切刃を用い、当該切刃の先端の回転半径が当該凹球面の曲率半径と同一にセッティングされた工具で凹球面の中心断面を走査して金型の成形面を切削するフライカット加工を行う。こうすることにより、当該成形面に形成される凹球面に良好な面粗さ、真球度、Ｒ値を得ることができ、また、成形面全体に渡って高精度で均一なＲをもつ凹球面を短い加工時間で得ることができる。しかも、この加工においては、超精密加工機の軸移動のみで位置決めされるので、各々の凹球面の間隔についても高精度である金型を作製することができる。
【００３９】
なお、本実施例の加工事例においては、一番目の凹球面３を加工した後に、その測定結果をフィードバックして補正加工を行ってから全ての凹球面３を加工したが、全ての凹球面３を加工してから補正を加え、その後に全てを再加工するというように、粗加工後の仕上げ加工という手順でも高精度の加工が可能である。
【００４０】
また、本実施例においては、被加工物として無電解ニッケルメッキを施した母材を用いたが、切削加工の可能な金型材料であれば本実施例に係る加工方法により金型を作製することが可能であり、更には、鉄系の材料に対する切削加工の可能なｃＢＮ（cubic Boron Nitride ：立方晶窒化ホウ素）工具を用いれば、このような材料であっても本実施例に係る加工方法により金型を作製することは可能である。
【００４１】
また、本実施例において、凹球面３の加工原点２３に対する位置決めを、超精密加工機が装備している、Ｃ軸モータ８の割り出し機能を利用して行うようにしてもよい。
【実施例２】
【００４２】
本実施例においても、図１及び図２に示したレンズアレイ成形用の金型１の作製を行う。ここで、金型１への凹球面３の加工には、図３に示した超精密加工機を本実施例においても使用する。
【００４３】
図８について説明する。同図は、本実施例における金型１の加工の様子を示す図であり、図３に示した超精密加工機を上方から見たものである。
工具回転スピンドル９にはＲバイトホルダー１５を介してＲバイト１４が取り付けられている。Ｒバイト１４の切刃１６は所望の凹球面３の曲率半径よりも小さな曲率半径を有している。
【００４４】
工具回転スピンドル９の工具回転スピンドル回転中心軸１７から切刃１６の先端までの距離は、凹球面３の曲率半径１８にセッティングされる。従って、工具回転スピンドル９を動作させることにより、切刃１６の先端の回転半径が曲率半径１８に相当する距離を保ちながら、Ｒバイト１４を旋回させる。このセッティングまでは実施例１と同様である。
【００４５】
次に、本実施例においては、切刃１６の曲率中心２２を通り工具回転スピンドル回転中心軸１７に対して垂直な軸１９と、Ｒバイト１４の切刃１６先端との交点２４が、Ｂ軸回転テーブル１０の回転軸中心２１を通るようにセッティングされる点が実施例１と異なっている。
【００４６】
以下、本実施例における金型１の切削加工の流れを説明する。
図９は、金型１の成形面２の凹球面３にＲバイト１４が作用している状態を示している。
【００４７】
まず、所望の凹球面３に対するＲバイト１４の位置決めを行うが、この位置決めの手順は実施例１におけるものと同様である。
次に、Ｒバイト１４が位置決めされた状態にて、工具回転スピンドル９でＲバイト１４を旋回させながら、Ｘ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の位置、並びにＢ軸回転テーブル１０の回転の数値制御（ＮＣ制御）を行う。この数値制御はＮＣプログラムの実行により行われ、Ｘ／Ｚ／Ｂの３軸に対する同時制御である。具体的には、Ｒバイト１４の切刃１６の先端と曲率中心２２とを通り工具回転スピンドル回転中心軸１７（すなわちＲバイト１４の旋回中心軸）に直交する軸１９が、所望の凹球面３の面形状（Ｒ形状）に対して常に法線方向になり、且つ切刃１６の先端が常に一点で加工面へ作用するように、Ｒバイト１４の成形面２に対する相対位置を制御する。この制御手段による制御により、Ｒバイト１４の切刃１６の軌跡が、所望の凹球面３に相当するＲ形状を描き、凹球面３の切削加工が行われる。
【００４８】
以降、Ｘ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５の位置を移動させて金型１に対するＲバイト１４の相対的なＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を所望量ずつ移動し、同様の加工を行う。以上を繰り返すことにより金型１を製作する。
【００４９】
以上のように、本実施例では、実施例１と同様、高精度の凹球面３を形成した金型１を作製することができる。更に、ＮＣプログラムによる数値制御を行うので、Ｒバイト１４の軌跡に自由度を付加することが可能となる。例えば、断面方向にて異なるＲ形状を有する凹球面３の形成、更には、非球面形状の凹球面３の形成にも柔軟に対応できるので、金型１を用いて形成する光学素子の機能や性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００５０】
本実施例においても、図１及び図２に示したレンズアレイ成形用の金型１の作製を行う。ここで、金型１への凹球面３の加工には、図３に示した超精密加工機を本実施例においても使用する。
【００５１】
以下、本実施例における金型１の切削加工の流れを説明する。
まず、所望の凹球面３に対するＲバイト１４の位置決めを行うが、この位置決めの手順は実施例１におけるものと同様である。
【００５２】
次に、Ｒバイト１４が位置決めされた状態にて、工具回転スピンドル９でＲバイト１４を旋回させながら、Ｘ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の位置の数値制御（ＮＣ制御）を行う。この数値制御はＮＣプログラムの実行により行われ、Ｘ／Ｚの２軸に対する同時制御である。この制御手段による制御をより具体的に説明すると、所望の凹球面３の面形状（Ｒ形状）に対し、Ｒバイト１４の切刃１６の曲率中心２２を基準として切刃１６の曲率半径分だけオフセットした軌跡にて移動するように予めＮＣプログラムされたＸ／Ｚの２軸同時制御により加工される。
【００５３】
以降、Ｘ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５の位置を移動させて金型１に対するＲバイト１４の相対的なＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を所望量ずつ移動し、同様の加工を行う。以上を繰り返すことにより金型１を製作する。
【００５４】
以上のように、本実施例では、工具のセッティングが容易であり、実施例１と同様、高精度の凹球面３を形成した金型１を作製することができる。更に、実施例２と同様、断面方向にて異なるＲ形状を有する凹球面３の形成に柔軟に対応でき、特に、シリンドリカル面の形成に関しては、高精度の加工が可能である。
【００５５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】被加工物であるレンズアレイ成形用の金型の最終仕上がり形状を示す斜視図である。
【図２】図１に示した金型の成形面の正面図である。
【図３】金型に凹球面を加工する超精密加工機の構成を示す斜視図である。
【図４】実施例１における金型の加工の様子を示す図である。
【図５】金型の成形面を切削加工して凹球面を形成している状態を示す図（その１）である。
【図６】金型の成形面を切削加工して凹球面を形成している状態を示す図（その２）である。
【図７】実施例１の加工事例における凹球面の加工順を示す図である。
【図８】実施例２における金型の加工の様子を示す図である。
【図９】実施例２において金型の成形面の凹球面にＲバイトが作用している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ レンズアレイ成形用金型
２ 成形面
３、３−１、３−２ 凹球面
３−１ａ、３−２ａ 加工原点
４ Ｘ軸テーブル
５ Ｙ軸テーブル
６ Ｚ軸テーブル
７ 主軸
８ Ｃ軸モータ
９ 工具回転スピンドル
１０ Ｂ軸回転テーブル
１１ 加工機ベース
１２ 主軸の回転軸
１３ 工具回転スピンドルホルダー
１４ Ｒバイト
１５ Ｒバイトホルダー
１６ 切刃
１７ 工具回転スピンドル回転中心軸
１８ 曲率半径
１９ 軸
２０ 交点
２１ 回転軸中心
２２ 曲率中心
２３ 加工原点
２４ 交点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削技術に関し、特に、多数の凹球形状で形成される、レンズアレイ用金型の作製に好適な、均一Ｒ値にて高精度に加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のレンズが配列されているレンズアレイ素子の成形に用いられる成形型を加工する方法として、（１）ポンチによる圧力転写による方法、（２）主軸の回転軸に直交する２方向に移動して位置決め可能なスライドテーブルを加工機主軸端面に取り付け、ワークの加工原点を任意に移動させながら主軸の回転軸に位置決めして加工することを繰り返すという方法、（３）三次元加工機を用いて工具を個々の凹球形状に沿って成形面の全面を走査させる方法、（４）個々の棒材の先端面に凹球形状を加工しておき、この棒材を複数本束ねて一体化して金型とする方法、等が提案されている。
【０００３】
また、この他にも、例えば特許文献１には、同一曲率半径の凹球面が複数配列している成形面を有する金型の加工方法が開示されている。この加工方法は、凹球面の曲率半径と同一曲率半径の切刃を持った先丸バイトを用い、この先丸バイトの切刃の曲率中心を通る軸線回りに当該先丸バイトを旋回し、フライカットにより金型の成形面に凹球面を切削加工し、先丸バイトの切刃の曲率中心と金型の成形面との相対位置をずらして凹球面を複数加工するようにしてレンズアレイ用の金型を得るというものである。
【特許文献１】特開平１１−１９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の（１）から（４）の各加工法には、下記のような問題点を各々有している。
上記（１）の方法では、ポンチに用いられる圧子の先端形状が理想的な球面とはなっておらず、実際には歪んでいる。
【０００５】
上記（２）の方法では、加工機主軸端面に取付けたスライドテーブルの位置決め精度がレンズアレイの各アレイ（球形状）のピッチ間隔の誤差を支配してしまう。また、加工時には加工機主軸を回転させるため、スライドテーブルの移動位置によっては主軸の回転バランスが崩れてしまい、加工面精度へ影響を及ぼすことがある。
【０００６】
上記（３）の方法では、個々の凹球形状に沿って成形面の全面を走査させるため、膨大な加工時間を要することとなる。
上記（４）の方法では、個々の棒材を必要個数加工するために膨大な加工時間を要することに加え、棒材を束ねて一体化するため、位置精度が低下し、また必要個数や棒材に大きさの制限を受けることになる。
【０００７】
このように、上述した各加工法は、形状精度、位置精度、加工時間について各々課題を抱えている。
また、上掲した特許文献１で開示されている記載されている加工法では、切刃の回転半径は所望の凹球形状のＲ値に調整することが可能である。しかしながら、切刃の曲率半径の調整は再研磨等で調整することしかできない。そのため、高精度な凹球形状を加工することは困難である。また、形状精度には切刃形状がそのまま転写することになるため、真円度の良好な高精度のバイトが必要になるが、このようなバイトは高価なものである。
【０００８】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、金型の成形面に、Ｒ値、面精度、ピッチ間等が高精度で均一な凹球面を切削加工で形成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様のひとつである金型の切削加工方法は、凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトにおける当該切刃の回転半径が当該凹球面の曲率半径となるように当該Ｒバイトを旋回させながら、当該凹球面の中心断面を走査して金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に当該凹球面を形成することを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１０】
なお、上述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該成形面と当該Ｒバイトとの相対位置を変更しながら当該切削加工を繰り返して当該凹球面を当該成形面に複数形成するようにしてもよい。
【００１１】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該Ｒバイトの旋回中心軸と、当該旋回中心軸に直交し当該Ｒバイトの曲率中心を通る軸との交点を中心として、当該Ｒバイトを回動させることにより当該中心断面の走査を行うようにしてもよい。
【００１２】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、当該凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御するようにしてもよい。
【００１３】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工方法において、当該凹球面の面形状に対し、当該Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の別の態様のひとつである金型の切削加工装置は、凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトと、当該切刃の回転半径が当該凹球面の曲率半径となるように当該Ｒバイトを旋回させるＲバイト旋回手段と、当該Ｒバイトで当該凹球面の中心断面の走査をさせる走査手段と、を有し、当該Ｒバイト旋回手段によって旋回しているＲバイトで当該走査をさせて金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に当該凹球面を形成する、ことを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１５】
なお、上述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該成形面と当該Ｒバイトとの相対位置を変更させる変更手段を更に有するように構成してもよい。
また、前述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該Ｒバイト旋回手段を、当該Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸に直交する軸を回転軸とする回転スピンドルとしてもよい。
【００１６】
なお、このとき、当該走査手段を、当該回転スピンドルが載置されている回転テーブルであって、当該Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸と回転スピンドルの回転軸との両者に直交する軸を中心に回転する当該回転テーブルとしてもよい。
【００１７】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、当該凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有するように構成してもよい。
【００１８】
また、前述した本発明に係る金型の切削加工装置において、当該凹球面の面形状に対し、当該Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの当該成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以上のようにすることにより、金型の成形面に、Ｒ値、面精度、ピッチ間等が高精度で均一な凹球面を切削加工で形成できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は被加工物であるレンズアレイ成形用の金型１の最終仕上がり形状を示す斜視図であり、図２は金型１の成形面２の正面図である。
金型１は母材であるＳＵＳ（ステンレス鋼）材に無電解ニッケルメッキを施したものである。成形面２には、本実施例における対象形状とする凹球面３が、Ｘ軸方向にはピッチ（間隔）ΔＸで３個ずつ、またＹ軸方向にはピッチΔＹで３列に、それぞれ並べられており、Ｘ軸方向３個×Ｙ軸方向３列の方形状に計９個配列されている。
【００２２】
図３は、金型１に凹球面３を加工する超精密加工機の構成を示す斜視図であり、図４は本実施例における金型１の加工の様子を示す図である。なお、図４は、図３に示した超精密加工機を上方から見たものである。
【００２３】
この加工機は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸の各方向にそれぞれスライドさせることのできるＸ軸テーブル４、Ｙ軸テーブル５、及びＺ軸テーブル６を有しており、３軸方向への移動制御を伴いながら運転することが可能なものである。なお、Ｘ軸テーブル４とＺ軸テーブル６とは加工機ベース１１上に重ねて配置されており、Ｙ軸テーブル５は、加工機ベース１１上のＸ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の傍らに配置されている。
【００２４】
また、この加工機は、主軸７を回転させるＣ軸モータ８と、工具回転スピンドル９を回動させるＢ軸回転テーブル１０とを有しており、上述の３軸を加えて計５軸の制御が可能である。但し、本実施形態において、Ｃ軸モータ８を回転させることはない。
【００２５】
金型１は、加工機ベース１１上に重ねて配置されているＸ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の上に設置されている主軸７へ固定される。ここで、Ｚ軸は主軸７の回転軸１２と平行な軸であり、Ｘ軸は当該回転軸１２に対して垂直な軸である。
【００２６】
工具回転スピンドル９は工具回転スピンドルホルダー１３に固定されており、工具回転スピンドルホルダー１３はＢ軸回転テーブル１０上に設置されている。このＢ軸回転テーブル１０は、加工機ベース１１上でＹ軸テーブル５の上に重ねて配置されている。ここで、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸との両者に対して垂直な軸であり、Ｂ軸回転テーブル１０の回転軸であるＢ軸回転軸中心２１はＹ軸に平行である。つまり、工具回転スピンドル９は、Ｂ軸回転テーブル１０を回動させることにより、Ｘ軸とＺ軸とにより張られる平面についての平行面上で回動可能である。
【００２７】
工具回転スピンドル９にはＲバイトホルダー１５を介してＲバイト１４が取り付けられている。Ｒバイト１４の切刃１６は凹球面３の所望の曲率半径より小さな曲率半径を有している。
【００２８】
工具回転スピンドル９の回転軸である工具回転スピンドル回転中心軸１７と切刃１６の先端との距離は、凹球面３の曲率半径１８にセッティングされる。従って、Ｒバイト旋回手段である工具回転スピンドル９を動作させると、工具回転スピンドル９は、Ｘ軸とＺ軸とにより張られる平面についての垂直面上で、切刃１６の回転半径が曲率半径１８となるようにＲバイト１４を旋回させる。ここで、工具回転スピンドル回転中心軸１７は、工具回転スピンドル９がＲバイト１４を旋回させたときのＲバイト１４の旋回中心軸に相当する。
【００２９】
また、工具回転スピンドル回転中心軸１７（すなわちＲバイト１４の旋回中心軸）と、工具回転スピンドル回転中心軸１７に直交し切刃１６の先端及び曲率中心２２を通る軸１９との交点２０が、Ｂ軸回転テーブル１０の回転軸中心２１を通るようにセッティングされる。ここで、回転軸中心２１は、交点２０において、軸１９と工具回転スピンドル回転中心軸１７との両者に直交する。従って、Ｂ軸回転テーブル１０を回動させると、Ｒバイト１４は、交点２０を中心として、Ｘ軸とＺ軸とにより張られる平面についての平行面上で回動する。
【００３０】
以下、本実施例における金型１の切削加工の流れを説明する。
図５及び図６は、金型１の成形面２を切削加工して凹球面３を形成している状態を示しており、図５は図３に示した超精密加工機の上方から見た図、図６は図３に示した超精密加工機の右横から見た図である。
【００３１】
まず、所望の凹球面３に対するＲバイト１４の位置決めを行う。具体的には、Ｘ軸方向については、凹球面３の加工原点２３とＢ軸回転テーブル１０の回転軸中心２１とを合わせ、Ｙ軸方向は加工原点２３と工具回転スピンドル９の工具回転スピンドル回転中心軸１７とを合わせる。なお、Ｚ軸方向の位置は、Ｒバイト１４の切刃１６による、成形面２の平面部からの切り込み深さ分を予め設定しておく。
【００３２】
この位置決めを行った状態で、工具回転スピンドル９でＲバイト１４を旋回させながら、交点２０を中心としてＢ軸回転テーブル１０を回動させる。すると、Ｒバイト１４は、凹球面３の中心断面の走査をすることになる。図５の（１）から（２）への遷移がこの走査の様子を表している。つまり、走査手段であるＢ軸回転テーブル１０によって凹球面３の中心断面の走査をＲバイト１４にさせることにより、金型１の成形面２がフライカット加工され、所望の位置に凹球面３が１つ形成される。
【００３３】
以降、変更手段であるＸ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５の位置を移動させて金型１に対するＲバイト１４の相対的なＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を所望量ずつ移動して変更し、同様の加工を行う。以上を繰り返すことにより成形面２に凹球面３が複数形成されて金型１が完成する。
【００３４】
次に本実施例の加工事例を説明する。
対象とする形状は図２に示す成形面２である。凹球面３の配列のピッチはΔＸ＝１ｍｍ、ΔＹ＝１ｍｍとし、凹球面３の曲率半径を１０ｍｍ（Ｒ１０）とする。このときに、Ｒバイト１４の切刃１６は、曲率半径がＲ５のものを使用した。
【００３５】
図７は、本加工事例における凹球面３の加工順を示す図である。同図に示す凹球面３−１を最初に加工した。
始めに、凹球面３−１の加工原点３−１ａに対するＸ、Ｙ、Ｚの各軸をそれぞれ位置決めし、Ｒバイト１４を旋回させながらＢ軸回転テーブル１０を回動させる。このとき、切刃１６の先端を、Ｂ軸回転軸中心２１を中心に半径１０ｍｍで回動させる。すると、切刃１６の軌跡は半径１０ｍｍの球形状となり、成形面２にＲ１０の凹球面３−１が形成された。
【００３６】
なお、Ｒバイト１４のセッティング誤差や加工状態等により、形成された凹球面３−１が設計のＲ値にならないことがある。その場合には、形成された凹球面３−１の形状精度を測定し、得られた測定結果をフィードバックする。本事例においては、凹球面３−１の測定したＲ値が９．９９ｍｍであった場合に、Ｒバイトホルダー１５において、回転スピンドル９の工具回転スピンドル回転中心軸１７から切刃１６先端までの距離を０．０１ｍｍ補正して、Ｒ値が１０ｍｍになるようにしてから、再度切削加工を行った。
【００３７】
こうして凹球面３−１が形成された後、凹球面３−２の形成を行う。そのために、Ｘ軸方向位置及びＹ軸方向位置を１ｍｍずつ移動して凹球面３−２の加工原点３−２ａにＲバイト１４を位置決めし、その上で凹球面３−１と同様の切削加工を行う。これにより、凹球面３−２が形成された。
【００３８】
以降、同様にして凹球面３を計９個形成することにより、レンズアレイ成形用の金型１を作製した。
以上のように、本実施例では、所望の凹球面の曲率半径より小さな曲率半径の切刃を用い、当該切刃の先端の回転半径が当該凹球面の曲率半径と同一にセッティングされた工具で凹球面の中心断面を走査して金型の成形面を切削するフライカット加工を行う。こうすることにより、当該成形面に形成される凹球面に良好な面粗さ、真球度、Ｒ値を得ることができ、また、成形面全体に渡って高精度で均一なＲをもつ凹球面を短い加工時間で得ることができる。しかも、この加工においては、超精密加工機の軸移動のみで位置決めされるので、各々の凹球面の間隔についても高精度である金型を作製することができる。
【００３９】
なお、本実施例の加工事例においては、一番目の凹球面３を加工した後に、その測定結果をフィードバックして補正加工を行ってから全ての凹球面３を加工したが、全ての凹球面３を加工してから補正を加え、その後に全てを再加工するというように、粗加工後の仕上げ加工という手順でも高精度の加工が可能である。
【００４０】
また、本実施例においては、被加工物として無電解ニッケルメッキを施した母材を用いたが、切削加工の可能な金型材料であれば本実施例に係る加工方法により金型を作製することが可能であり、更には、鉄系の材料に対する切削加工の可能なｃＢＮ（cubic Boron Nitride ：立方晶窒化ホウ素）工具を用いれば、このような材料であっても本実施例に係る加工方法により金型を作製することは可能である。
【００４１】
また、本実施例において、凹球面３の加工原点２３に対する位置決めを、超精密加工機が装備している、Ｃ軸モータ８の割り出し機能を利用して行うようにしてもよい。
【実施例２】
【００４２】
本実施例においても、図１及び図２に示したレンズアレイ成形用の金型１の作製を行う。ここで、金型１への凹球面３の加工には、図３に示した超精密加工機を本実施例においても使用する。
【００４３】
図８について説明する。同図は、本実施例における金型１の加工の様子を示す図であり、図３に示した超精密加工機を上方から見たものである。
工具回転スピンドル９にはＲバイトホルダー１５を介してＲバイト１４が取り付けられている。Ｒバイト１４の切刃１６は所望の凹球面３の曲率半径よりも小さな曲率半径を有している。
【００４４】
工具回転スピンドル９の工具回転スピンドル回転中心軸１７から切刃１６の先端までの距離は、凹球面３の曲率半径１８にセッティングされる。従って、工具回転スピンドル９を動作させることにより、切刃１６の先端の回転半径が曲率半径１８に相当する距離を保ちながら、Ｒバイト１４を旋回させる。このセッティングまでは実施例１と同様である。
【００４５】
次に、本実施例においては、切刃１６の曲率中心２２を通り工具回転スピンドル回転中心軸１７に対して垂直な軸１９と、Ｒバイト１４の切刃１６先端との交点２４が、Ｂ軸回転テーブル１０の回転軸中心２１を通るようにセッティングされる点が実施例１と異なっている。
【００４６】
以下、本実施例における金型１の切削加工の流れを説明する。
図９は、金型１の成形面２の凹球面３にＲバイト１４が作用している状態を示している。
【００４７】
まず、所望の凹球面３に対するＲバイト１４の位置決めを行うが、この位置決めの手順は実施例１におけるものと同様である。
次に、Ｒバイト１４が位置決めされた状態にて、工具回転スピンドル９でＲバイト１４を旋回させながら、Ｘ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の位置、並びにＢ軸回転テーブル１０の回転の数値制御（ＮＣ制御）を行う。この数値制御はＮＣプログラムの実行により行われ、Ｘ／Ｚ／Ｂの３軸に対する同時制御である。具体的には、Ｒバイト１４の切刃１６の先端と曲率中心２２とを通り工具回転スピンドル回転中心軸１７（すなわちＲバイト１４の旋回中心軸）に直交する軸１９が、所望の凹球面３の面形状（Ｒ形状）に対して常に法線方向になり、且つ切刃１６の先端が常に一点で加工面へ作用するように、Ｒバイト１４の成形面２に対する相対位置を制御する。この制御手段による制御により、Ｒバイト１４の切刃１６の軌跡が、所望の凹球面３に相当するＲ形状を描き、凹球面３の切削加工が行われる。
【００４８】
以降、Ｘ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５の位置を移動させて金型１に対するＲバイト１４の相対的なＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を所望量ずつ移動し、同様の加工を行う。以上を繰り返すことにより金型１を製作する。
【００４９】
以上のように、本実施例では、実施例１と同様、高精度の凹球面３を形成した金型１を作製することができる。更に、ＮＣプログラムによる数値制御を行うので、Ｒバイト１４の軌跡に自由度を付加することが可能となる。例えば、断面方向にて異なるＲ形状を有する凹球面３の形成、更には、非球面形状の凹球面３の形成にも柔軟に対応できるので、金型１を用いて形成する光学素子の機能や性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００５０】
本実施例においても、図１及び図２に示したレンズアレイ成形用の金型１の作製を行う。ここで、金型１への凹球面３の加工には、図３に示した超精密加工機を本実施例においても使用する。
【００５１】
以下、本実施例における金型１の切削加工の流れを説明する。
まず、所望の凹球面３に対するＲバイト１４の位置決めを行うが、この位置決めの手順は実施例１におけるものと同様である。
【００５２】
次に、Ｒバイト１４が位置決めされた状態にて、工具回転スピンドル９でＲバイト１４を旋回させながら、Ｘ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６の位置の数値制御（ＮＣ制御）を行う。この数値制御はＮＣプログラムの実行により行われ、Ｘ／Ｚの２軸に対する同時制御である。この制御手段による制御をより具体的に説明すると、所望の凹球面３の面形状（Ｒ形状）に対し、Ｒバイト１４の切刃１６の曲率中心２２を基準として切刃１６の曲率半径分だけオフセットした軌跡にて移動するように予めＮＣプログラムされたＸ／Ｚの２軸同時制御により加工される。
【００５３】
以降、Ｘ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５の位置を移動させて金型１に対するＲバイト１４の相対的なＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を所望量ずつ移動し、同様の加工を行う。以上を繰り返すことにより金型１を製作する。
【００５４】
以上のように、本実施例では、工具のセッティングが容易であり、実施例１と同様、高精度の凹球面３を形成した金型１を作製することができる。更に、実施例２と同様、断面方向にて異なるＲ形状を有する凹球面３の形成に柔軟に対応でき、特に、シリンドリカル面の形成に関しては、高精度の加工が可能である。
【００５５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】被加工物であるレンズアレイ成形用の金型の最終仕上がり形状を示す斜視図である。
【図２】図１に示した金型の成形面の正面図である。
【図３】金型に凹球面を加工する超精密加工機の構成を示す斜視図である。
【図４】実施例１における金型の加工の様子を示す図である。
【図５】金型の成形面を切削加工して凹球面を形成している状態を示す図（その１）である。
【図６】金型の成形面を切削加工して凹球面を形成している状態を示す図（その２）である。
【図７】実施例１の加工事例における凹球面の加工順を示す図である。
【図８】実施例２における金型の加工の様子を示す図である。
【図９】実施例２において金型の成形面の凹球面にＲバイトが作用している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ レンズアレイ成形用金型
２ 成形面
３、３−１、３−２ 凹球面
３−１ａ、３−２ａ 加工原点
４ Ｘ軸テーブル
５ Ｙ軸テーブル
６ Ｚ軸テーブル
７ 主軸
８ Ｃ軸モータ
９ 工具回転スピンドル
１０ Ｂ軸回転テーブル
１１ 加工機ベース
１２ 主軸の回転軸
１３ 工具回転スピンドルホルダー
１４ Ｒバイト
１５ Ｒバイトホルダー
１６ 切刃
１７ 工具回転スピンドル回転中心軸
１８ 曲率半径
１９ 軸
２０ 交点
２１ 回転軸中心
２２ 曲率中心
２３ 加工原点
２４ 交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトにおける当該切刃の回転半径が当該凹球面の曲率半径となるように当該Ｒバイトを旋回させながら、当該凹球面の中心断面を走査して金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に当該凹球面を形成することを特徴とする金型の切削加工方法。
【請求項２】
前記成形面と前記Ｒバイトとの相対位置を変更しながら前記切削加工を繰り返して前記凹球面を当該成形面に複数形成することを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項３】
前記Ｒバイトの旋回中心軸と、当該旋回中心軸に直交し当該Ｒバイトの曲率中心を通る軸との交点を中心として、当該Ｒバイトを回動させることにより前記中心断面の走査を行うことを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項４】
前記Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、前記凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項５】
前記凹球面の面形状に対し、前記Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項６】
凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトと、
前記切刃の回転半径が前記凹球面の曲率半径となるように前記Ｒバイトを旋回させるＲバイト旋回手段と、
前記Ｒバイトで前記凹球面の中心断面の走査をさせる走査手段と、
を有し、
前記Ｒバイト旋回手段によって旋回しているＲバイトで前記走査をさせて金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に前記凹球面を形成する、
ことを特徴とする金型の切削加工装置。
【請求項７】
前記成形面と前記Ｒバイトとの相対位置を変更させる変更手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項８】
前記Ｒバイト旋回手段は、前記Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸に直交する軸を回転軸とする回転スピンドルであることを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項９】
前記走査手段は、前記回転スピンドルが載置されている回転テーブルであって、前記Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸と回転スピンドルの回転軸との両者に直交する軸を中心に回転する当該回転テーブルであることを特徴とする請求項８に記載の金型の切削加工装置。
【請求項１０】
前記Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、前記凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項１１】
前記凹球面の面形状に対し、前記Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項１】
凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトにおける当該切刃の回転半径が当該凹球面の曲率半径となるように当該Ｒバイトを旋回させながら、当該凹球面の中心断面を走査して金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に当該凹球面を形成することを特徴とする金型の切削加工方法。
【請求項２】
前記成形面と前記Ｒバイトとの相対位置を変更しながら前記切削加工を繰り返して前記凹球面を当該成形面に複数形成することを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項３】
前記Ｒバイトの旋回中心軸と、当該旋回中心軸に直交し当該Ｒバイトの曲率中心を通る軸との交点を中心として、当該Ｒバイトを回動させることにより前記中心断面の走査を行うことを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項４】
前記Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、前記凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項５】
前記凹球面の面形状に対し、前記Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の金型の切削加工方法。
【請求項６】
凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の切刃を有しているＲバイトと、
前記切刃の回転半径が前記凹球面の曲率半径となるように前記Ｒバイトを旋回させるＲバイト旋回手段と、
前記Ｒバイトで前記凹球面の中心断面の走査をさせる走査手段と、
を有し、
前記Ｒバイト旋回手段によって旋回しているＲバイトで前記走査をさせて金型の成形面を切削するフライカット加工によって、当該成形面に前記凹球面を形成する、
ことを特徴とする金型の切削加工装置。
【請求項７】
前記成形面と前記Ｒバイトとの相対位置を変更させる変更手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項８】
前記Ｒバイト旋回手段は、前記Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸に直交する軸を回転軸とする回転スピンドルであることを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項９】
前記走査手段は、前記回転スピンドルが載置されている回転テーブルであって、前記Ｒバイトの切刃の先端及び曲率中心を通る軸と回転スピンドルの回転軸との両者に直交する軸を中心に回転する当該回転テーブルであることを特徴とする請求項８に記載の金型の切削加工装置。
【請求項１０】
前記Ｒバイトの切刃の先端と当該Ｒバイトの曲率中心とを通る軸であって当該Ｒバイトの旋回中心軸に直交する当該軸が、前記凹球面の面形状に対して常に法線方向になり、且つ当該切刃の先端が常に一点で加工面へ作用するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【請求項１１】
前記凹球面の面形状に対し、前記Ｒバイトの切刃の曲率中心を基準として当該Ｒバイトの曲率半径の分だけオフセットした軌跡にて移動するように、当該Ｒバイトの前記成形面に対する相対位置を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の金型の切削加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−９０４８９（Ｐ２００７−９０４８９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８３３４７（Ｐ２００５−２８３３４７）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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