JP2001212709A - 金型加工方法およびこれによって製造される金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直線状の微細な凹凸が所定間隔で形成された
光学素子を成形するための良好な寸法精度を持つ金型を
迅速かつ低コストにて製造し得ない。 【解決手段】 直線状の微細な凹凸が所定間隔で形成さ
れた光学素子を成形するための金型２０１の加工方法で
あって、凹凸に対応した総型ダイヤモンドバイト３０７
を用い、凹凸の延在方向に沿った金型２０１の往復運動
とこの金型２０１の往復運動方向に対して直交する軸線
Ｈ回りの総型ダイヤモンドバイト３０７の回転運動とを
組み合わせたフライカットにより金型２０１の成形面２
０２を加工するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直線状の微細な凹
凸が所定間隔で形成された光学素子を成形するための金
型の製造方法および金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】直線状の微細な凹凸が所定間隔で形成さ
れた光学素子、例えば、光学式エンコーダのインデック
ススケールや回折格子などを大量生産する場合、樹脂を
用いた射出成形や圧縮成形あるいはレプリカ成形などに
より製造される。

【０００３】このような方法によって製造されたロータ
リタイプのインデックススケールを用いる光学式ロータ
リエンコーダの原理を図９に示す。すなわち、ＬＥＤ１
０１から出射した光束Ｌ₀を集光レンズ１０２によって
円盤状をなす透明なインデックススケール１０３を介し
て凹面鏡１０４の表面に集光させる。ＬＥＤ１１からの
光束Ｌ₀が通過するインデックススケール１０３の表面
には、それぞれＶ字形などの断面形状を有する直線状の
溝を所定間隔で放射状に刻設した回折部１０５が形成さ
れ、振幅型の回折格子として作用する。凹面鏡１０４に
よって反射した回折光Ｌ_Rが再びインデックススケール
１０３の回折部１０５に導かれると、ここで再回折干渉
像が形成されるため、この回折部１０５は従来の光学式
エンコーダにおけるインデックススケールと同等の機能
を果たすこととなる。また、凹面鏡１０４により反射し
てインデックススケール１０３を通過した光束Ｌ₀は、
回折部１０５のプリズム作用により集光レンズ１０２を
介して３つのフォトＩＣ１０６へと導かれ、インデック
ススケール１０３の回転角度を検出するための３相のア
ナログ信号を得ることができるようになっている。

【０００４】このようなインデックススケール１０３を
成形加工するための金型の成形面の平面形状を図１０に
示し、そのXI−XI矢視断面構造を図１１に破断状態で示
し、さらに図１０中の矢視XII部を図１２に拡大して示
し、その正面形状を図１３に示す。すなわち、円筒状を
なす成形駒２０１の一方の端面に形成された成形面２０
２には、インデックススケール１０３の回折部１０５の
形状を反転した形状、つまり稜部２０３が直線状をなす
二等辺三角形状の断面を持つ屋根部２０４が成形面２０
２の円周方向に沿って所定間隔で放射状に形成されてい
る。隣接する屋根部２０４の間には、底部２０５の幅が
狭まった台形断面の溝２０６が形成されており、従来は
この台形断面に対応したチップを持つ総型ダイヤモンド
バイトを用いて成形駒２０１の成形面２０２をシェーピ
ング、つまり立削りによって加工していた。

【０００５】なお、総型ダイヤモンドバイトのチップ
は、光学素子に形成された隣接する一対の溝の間に介在
する突起部の形状と対応した形状を持つものであり、溝
の形状に応じて変わるものであることに注意されたい。

【０００６】上述した成形駒２０１の成形面２０２を加
工するための従来の金型加工装置の外観を図１４に模式
的に示す。すなわち、成形面２０２と反対側の端面２０
７（図１１参照）に形成された雌ねじ孔２０８を利用し
て成形駒２０１をその軸線が割り出し回転台３０１の回
転軸線Ｃと同軸状をなすように取り付ける。割り出し回
転台３０１は、ベッド３０２に対して摺動自在に搭載さ
れたスライドテーブル３０３上に固定され、このスライ
ドテーブル３０３は図１４中、左右方向に往復駆動可能
となっている。一方、ベッド３０２と一体のコラム３０
４の上端部には、割り出し回転台３０１の回転軸線Ｃに
対して直交する鉛直方向に昇降可能なラム３０５を有す
るラムヘッド３０６が設けられており、ラム３０５の下
端には、上述したような総型ダイヤモンドバイト３０７
が成形駒２０１の成形面２０２側に突出するように取り
付けられる。

【０００７】ラム３０５の昇降動作によって、総型ダイ
ヤモンドバイト３０７のチップ３０８は、割り出し回転
台３０１の回転軸線Ｃと直交するように成形駒２０１の
成形面２０２の半径方向に往復動し、このラム３０５の
昇降動作による総型ダイヤモンドバイト３０７の切削送
りと、スライドテーブル３０３の往復動動作による切り
込み送りとを組み合わせ、立削りよって直線状をなす１
本の溝２０６を成形駒２０１の成形面２０２に形成した
後、割り出し回転台３０１を駆動して成形駒２０１を所
定量割り出し回転させ、次に加工すべき溝２０６を先の
手順と同様にして順次刻設して行く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】直線状の微細な凹凸が
所定間隔で形成された光学素子を成形するための金型を
製造する場合、図１４に示した従来の立削りによる方法
では、ラム３０５の上昇時にスライドテーブル３０３を
退避移動させる必要があるため、この間は加工が中断し
た状態となって加工能率の低下を招来する。

【０００９】また、切り込み送りに対応した分だけ総型
ダイヤモンドバイト３０７側へのスライドテーブル３０
３の前進量を１回毎に変えて行く必要があり、スライド
テーブル３０３の停止位置を順次変えて行くために複雑
な機構を組み込む必要があり、成形面２０２に形成され
る溝２０６の底部２０５のばらつきが比較的大きくなる
傾向を持つ。

【００１０】さらに、加工時においては総型ダイヤモン
ドバイト３０７がラム３０５と共に自由落下のような状
態で切削送り移動するため、成形面２０２に刻設される
溝２０６の直線精度を高めることが困難である。

【００１１】しかも、成形面２０２に対して１回の切り
込み量を大きく設定することができないため、１つの溝
２０６の加工に対するスライドテーブル３０３およびラ
ム３０５の反復駆動回数が嵩み、チップ３０８の摩耗や
チッピングなどが起こり易く、良好な成形面２０２を迅
速かつ低コストにて加工することが困難である。

【００１２】

【発明の目的】本発明の目的は、直線状の微細な凹凸が
所定間隔で形成された光学素子を成形するための良好な
寸法精度を持つ金型を迅速かつ低コストにて製造し得る
金型加工方法およびこれによって製造される金型を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
直線状の微細な凹凸が所定間隔で形成された光学素子を
成形するための金型の加工方法であって、前記凹凸に対
応した総型ダイヤモンドバイトを用い、前記凹凸の延在
方向に沿った前記金型の往復運動とこの金型の往復運動
方向に対して直交する軸線回りの前記総型ダイヤモンド
バイトの回転運動とを組み合わせたフライカットにより
前記金型の成形面を加工するようにしたことを特徴とす
るものである。

【００１４】本発明の第２の形態は、直線状の微細な凹
凸が所定間隔で形成された光学素子を成形するための金
型であって、前記凹凸に対応した成形面を具え、この成
形面は、前記凹凸に対応した総型ダイヤモンドバイトを
用いて前記凹凸の延在方向に沿った前記金型の往復運動
とこの金型の往復運動方向に対して直交する軸線回りの
前記総型ダイヤモンドバイトの回転運動とを組み合わせ
たフライカットにより加工されたものであることを特徴
とする。

【００１５】本発明によると、フライカットによって金
型の成形面に対する１回当たりの総型ダイヤモンドバイ
トの切り込み量が多くなり、また、切り込み深さも仕上
げ面に対応した深さに設定される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による金型加
工方法において、１つの凹凸に対してアップカットとダ
ウンカットとを交互に行うようにしてもよく、この場
合、アップカットが金型の往動時に行われ、ダウンカッ
トが金型の復動時に行われることが好ましい。また、総
型ダイヤモンドバイトによって加工される成形面の表面
あらさＲaが３０nm以下であってもよく、金型が純銅ま
たは銅系合金を主体として形成されているものであって
もよい。さらに、成形面が銅系めっき層または無電解ニ
ッケルめっき層で形成されていてもよく、この場合、銅
系めっき層がピロ燐酸銅またはシアン化銅で形成されて
いてもよい。

【００１７】なお、光学素子が放射状に配列する溝を形
成したロータリエンコーダスケールであり、金型はその
往復運動方向および総型ダイヤモンドバイトの回転軸線
に対して直交する軸線回りに割り出し回転可能であって
もよい。

【００１８】本発明の第２の形態による金型において、
成形面の表面あらさＲaが３０nm以下であってもよい。
また、金型が純銅または銅系合金を主体として形成され
ているものであってもよい。さらに、成形面が銅系めっ
き層または無電解ニッケルめっき層で形成されていても
よく、この場合、銅系めっき層がピロ燐酸銅またはシア
ン化銅で形成されていてもよい。

【００１９】

【実施例】本発明を図９に示したインデックススケール
１０３を製造するための図１０〜図１３に示した金型に
応用した実施例について、図１〜図８を参照しながら詳
細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、
これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求
の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の
技術にも応用することができる。

【００２０】本実施例における金型加工装置の側面形状
を図１に示し、その正面形状を図２に示す。すなわち、
コラム１１が一体的に設けられたベッド１２上には、ス
ライドテーブル１３が水平な前後方向（図１中、左右方
向）および左右方向（図２中、左右方向）にそれぞれ駆
動可能に設置されている。このスライドテーブル１３上
には、割り出し回転台１４がスライドテーブル１３の摺
動方向と直交する鉛直な軸線Ｃ回りに割り出し回転可能
に設置され、本実施例では１′以下の割り出し精度を有
する割り出し回転台１４の回転軸線Ｃと同軸状をなすよ
うに、成形駒２０１がスペーサ１５を介して割り出し回
転台１４に固定される。

【００２１】コラム１１の上端部には、主軸頭１６が突
設されており、この主軸頭１６には、割り出し回転台１
４の回転軸線Ｃおよびスライドテーブル１３の摺動方向
に対してそれぞれ直交する回転軸線Ｈ回りに駆動回転可
能な主軸１７が０.０５μm程度の回転精度を実現し得る
高精度な静圧気体軸受（図示せず）などを介して取り付
けられ、この主軸１７には総型ダイヤモンドバイト３０
７が固定される。

【００２２】本実施例における総型ダイヤモンドバイト
３０７の平面形状を図３に示し、その側面形状を図４に
示す。すなわち、この総型ダイヤモンドバイト３０７の
チップ（ダイヤモンド製）３０８は、図１３に示す成形
駒２０１の溝２０６に対応した形状を有し、屋根部２０
４を形成するための一対の斜面部３０９と底部２０５を
形成するための先端部３１０との角度公差は±１０′に
設定されている。また、この先端部３１０と主軸１７の
回転軸線とが１０′以下の平行度となるように、総型ダ
イヤモンドバイト３０７が主軸１７に取り付けられる。

【００２３】成形駒２０１は、銅系の材料、すなわち純
銅または銅系合金で形成するか、あるいは鋼製ブランク
の成形面２０２の部分をピロ燐酸銅またはシアン化銅な
どの銅系めっき層や無電解ニッケルめっき層で形成した
ものを使用することが好ましい。成形面２０２を銅系材
料で形成した場合には、その表面あらさＲaを比較的容
易に３０nm以下にすることができる。また、成形面２０
２を無電解ニッケルめっき層で形成した場合には、その
表面硬度がビッカース硬度で500〜600程度もあるため、
耐久性に優れた長寿命の成形駒２０１とすることができ
る。

【００２４】実際の加工に先立って、総型ダイヤモンド
バイト３０７の中心軸線Ｒを含む回転面（図３の紙面に
対して垂直な面）に対する割り出し回転台１４の回転軸
線Ｃの偏心量が２μm以下となるように、これらの位置
が調整される。また、成形面２０２に対する総型ダイヤ
モンドバイト３０７の切り込み量を設定するため、総型
ダイヤモンドバイト３０７の先端部３１０の最下点にお
ける位置と割り出し回転台１４との間隔を測定し、成形
駒２０１の高さに応じて適当な厚みのスペーサ１５を用
意し、このスペーサ１５を介して成形駒２０１を割り出
し回転台１４に固定する。

【００２５】上述したような条件にてすべてのセッティ
ングが終了したならば、主軸１７の駆動回転を開始し、
その回転の安定を待ってからスライドテーブル１３を図
５に示すように前方に送り移動させ、成形駒２０１の外
周側から内周側に向けて溝２０６の加工を開始する。こ
の場合、図６に示すように溝２０６がアップカットによ
って形成されることとなる。総型ダイヤモンドバイト３
０７が成形面２０２を通り抜けて１本の溝２０６の加工
を終えたならば、スライドテーブル１３の前進送りを止
め、割り出し回転台１４を溝２０６の１ピッチ分だけ割
り出し回転し、この状態から今度はスライドテーブル１
３を図７に示すように後方に送り移動させ、成形駒２０
１の内周側から外周側に向けて溝２０６の加工を再開す
る。この場合、図８に示すように溝２０６がダウンカッ
トによって形成されることとなる。総型ダイヤモンドバ
イト３０７が成形面２０２を通り抜けて２本目の溝２０
６の加工を終えたならば、スライドテーブル１３の後進
送りを止め、割り出し回転台１４を溝２０６の１ピッチ
分だけさらに割り出し回転し、この状態から上述した作
業を再開し、成形駒２０１の成形面２０２に溝２０６を
順次刻設して行く。

【００２６】このように、加工時におけるスライドテー
ブル１３の切削送り移動は、主軸１７の回転軸線Ｈと直
交する前後方向のみ行われ、スライドテーブル１３の左
右方向の移動は、成形駒２０１を割り出し回転台１４に
装着する際や、割り出し回転台１４と総型ダイヤモンド
バイト３０７との位置決めの際に行われ、実際の加工時
には固定したままとなる。つまり、溝２０６の刻設は総
型ダイヤモンドバイト３０７が取り付けられた主軸１７
の回転と、スライドテーブル１３の前後方向のみの切削
送りとによりなされるため、切り込み深さが一定である
ことと相俟って、その加工精度を高精度化させることが
できる。

【００２７】上述した実施例では、ロータリエンコーダ
スケールを成形するための成形駒２０１の成形面２０２
の加工について説明したが、円筒形状をなす加工対象物
の外周面にスプライン状の溝を刻設するような場合にも
本発明を応用することが可能であり、この場合には加工
対象物の回転軸線と主軸１７との間隔を調整することに
より上述したスペーサ１５が不要となり、加工対象物を
その回転軸線に沿って切削送りするだけでよい。また、
リニアエンコーダスケールを成形するための金型の成形
面を加工する場合には、この金型をスライドテーブル１
３上に直接取り付け、割り出し回転台１４の割り出し回
転に代えてスライドテーブル１３の左右方向の割り出し
を行えばよい。さらに、加工すべき溝の断面形状に応じ
て総型ダイヤモンドバイト３０７のチップ３０８の形状
を変更することにより、矩形あるいは半円形などの断面
形状を持つ溝に成形することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によると、凹凸の延在方向に沿っ
た金型の往復運動とこの金型の往復運動方向に対して直
交する軸線回りの総型ダイヤモンドバイトの回転運動と
を組み合わせたフライカットにより金型の成形面を加工
するようにしたので、１回の加工での切り込み量を多く
取ることができ、加工時間の短縮が可能となると共にチ
ップの耐久性を向上させることができる。また、金型の
成形面に対する総型ダイヤモンドバイトの切り込み深さ
を一定に保持することにより、寸法精度のばらつきの少
ない凹凸を加工することが可能である。

【００２９】１つの凹凸に対してアップカットとダウン
カットとを交互に行うようにした場合には、さらに加工
効率の向上に伴う迅速な加工が可能となる。

【００３０】総型ダイヤモンドバイトによって加工され
る成形面の表面あらさＲaが３０nm以下の場合には、良
好な光学面を得ることができる。

【００３１】金型を純銅または銅系合金を主体として形
成したり、あるいはその成形面をピロ燐酸銅またはシア
ン化銅などの銅系めっき層で形成した場合には、これを
製造する際に用いられるダイヤモンドバイトの摩耗を抑
制して成形面の表面あらさＲaを容易に３０nm以下にす
ることができる。

【００３２】成形面を表面硬度の高い無電解ニッケルめ
っき層で形成した場合には、金型の耐久性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図９に示したインデックススケールを成形加工
するための図１０〜図１３に示した金型を本発明方法に
よって製造し得る金型加工装置の一実施例の外観を模式
的に表す正面図である。

【図２】図１に示した金型加工装置の左側面図である。

【図３】図１および図２に示した金型加工装置で用いら
れる総型ダイヤモンドバイトの主要部を拡大した平面図
である。

【図４】図３に示した総型ダイヤモンドバイトの側面図
である。

【図５】図１および図２に示した金型加工装置を用いた
加工概念図であり、アップカットの場合を示している。

【図６】図５に示したアップカットの加工概念図であ
る。

【図７】図１および図２に示した金型加工装置を用いた
加工概念図であり、ダウンカットの場合を示している。

【図８】図７に示したダウンカットの加工概念図であ
る。

【図９】本発明の対象となった直線状の微細な凹凸が所
定間隔で形成された光学素子を有する光学式ロータリエ
ンコーダの概念図である。

【図１０】図９に示したインデックススケールを成形す
るための金型の平面図である。

【図１１】図１０中のXI−XI矢視断面図である。

【図１２】図１０中の矢視XII部の抽出拡大図である。

【図１３】図１２に示した金型の成形面の正面図であ
る。

【図１４】図１０〜図１３に示した金型を製造するため
の従来の金型加工装置の一例を模式的に表す概念図であ
る。

【符号の説明】

１１ コラム １２ ベッド １３ スライドテーブル １４ 割り出し回転台 １５ スペーサ １６ 主軸頭 １７ 主軸 ２０１ 成形駒 ２０２ 成形面 ２０３ 稜部 ２０４ 屋根部 ２０５ 底部 ２０６ 溝 ３０７ 総型ダイヤモンドバイト ３０８ チップ ３０９ 斜面部 ３１０ 先端部 Ｃ 割り出し回転台の回転軸線 Ｈ 主軸の回転軸線 Ｒ 総型ダイヤモンドバイトの中心軸線

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線状の微細な凹凸が所定間隔で形成さ
   れた光学素子を成形するための金型の加工方法であっ
   て、前記凹凸に対応した総型ダイヤモンドバイトを用
   い、前記凹凸の延在方向に沿った前記金型の往復運動と
   この金型の往復運動方向に対して直交する軸線回りの前
   記総型ダイヤモンドバイトの回転運動とを組み合わせた
   フライカットにより前記金型の成形面を加工するように
   したことを特徴とする金型加工方法。
2. 【請求項２】 前記凹凸に対してアップカットとダウン
   カットとを交互に行うようにしたことを特徴とする請求
   項１に記載の金型加工方法。
3. 【請求項３】 前記アップカットが前記金型の往動時に
   行われ、前記ダウンカットが前記金型の復動時に行われ
   ることを特徴とする請求項２に記載の金型加工方法。
4. 【請求項４】 前記総型ダイヤモンドバイトによって加
   工される前記成形面の表面あらさＲaが３０nm以下であ
   ることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記
   載の金型加工方法。
5. 【請求項５】 前記光学素子が放射状に配列する溝を形
   成したロータリエンコーダスケールであり、前記金型は
   その往復運動方向および前記総型ダイヤモンドバイトの
   回転軸線に対して直交する軸線回りに割り出し回転可能
   であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか
   に記載の金型加工方法。
6. 【請求項６】 直線状の微細な凹凸が所定間隔で形成さ
   れた光学素子を成形するための金型であって、前記凹凸
   に対応した成形面を具え、この成形面は、前記凹凸に対
   応した総型ダイヤモンドバイトを用いて前記凹凸の延在
   方向に沿った前記金型の往復運動とこの金型の往復運動
   方向に対して直交する軸線回りの前記総型ダイヤモンド
   バイトの回転運動とを組み合わせたフライカットにより
   加工されたものであることを特徴とする金型。
7. 【請求項７】 前記成形面の表面あらさＲaが３０nm以
   下であることを特徴とする請求項６に記載の金型。
8. 【請求項８】 前記金型が純銅または銅系合金を主体と
   して形成されていることを特長とする請求項６または請
   求項７に記載の金型。
9. 【請求項９】 前記成形面が銅系めっき層または無電解
   ニッケルめっき層で形成されていることを特徴とする請
   求項６から請求項８の何れかに記載の金型。
10. 【請求項１０】 前記銅系めっき層がピロ燐酸銅または
    シアン化銅で形成されていることを特徴とする請求項９
    に記載の金型。