JP2002144105A - 曲面切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物の被加工面に変曲点があっても、ま
た変曲点が複数であっても、高精度な光学面を得る。 【解決手段】 ワーク曲面１ａに凸または凹の変曲点１
２を有するワーク１に対して、回転する工具８を相対的
に移動させつつワーク曲面１ａを切削加工する曲面切削
加工方法において、切削加工時のワーク１または工具
８、１０の移動時の送り速度を、ワーク曲面１ａの変曲
点１２を含む前後面と、前後面に続く連続面とで変化さ
せ、前後面で遅くして加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の光学機
能面や光学素子を成形するための成形用型の光学機能面
等のワーク曲面を切削によって加工する曲面切削加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワーク曲面、特にワーク（被加工物）の
軸非対称曲面の切削加工方法は、設計式および設計デー
タに基づいた座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ等）で加工されてお
り、このためワーク（被加工物）をＮＣ加工機に取付け
て加工している。この加工を行う従来の技術には、特開
平８−３３６７０１号公報に「表面加工方法」として開
示された技術（従来技術１）と、特開平５−２２０６４
９号公報に「トロイダル面の加工装置」として開示され
た技術（従来技術２）とがある。

【０００３】従来技術１に開示されている切削加工方法
では、図１５に示すように、超精密ＮＣ工作機械Ｍの保
持面であるＸＹステージ１１０上に、被加工物Ｗを保持
させる一方、超精密ＮＣ工作機械Ｍの回転主軸１０１
を、ＸＹステージ１１０の移動方向と直交するＺ軸方向
に往復移動可能とし、この回転主軸１０１に取り付けら
れたバイトホルダ１０３の外周に外向きに被加工物Ｗを
切削するためのバイトであるダイヤモンドカッター１０
２を取付けている。ＸＹステージ１１０は、Ｘステージ
１１２とＹステージ１１１とを重ねて構成されており、
Ｙステージ１１１は水平方向でのＹ軸方向に往復移動
し、また、Ｘステージ１１２はＹステージ１１１の上で
前記水平方向に対して垂直方向となるＸ軸方向に往復移
動するようになっている。よって、Ｘステージ１１２の
上に被加工物Ｗが保持される。また、回転主軸１０１
は、水平方向で、Ｙステージ１１２のＹ軸方向に対して
直交するＺ軸方向で往復移動するようになっている。

【０００４】ＸＹステージ１１０上の被加工物Ｗの切削
加工に際しては、回転主軸１０１の回転駆動によってダ
イヤモンドカッター１０２を旋回させるとともに、回転
主軸１０１をＺ軸方向に往動させ、かつＸＹステージ１
１０のうちのＸステージ１１２をＸ軸方向に移動させ
る。これにより被加工物Ｗの表面（加工面）に対してダ
イヤモンドカッター１０２の刃先により帯状の切削部分
を加工する。その後、ＸＹステージ１１０のうちのＹス
テージ１１１をＹ軸方向に１ピッチ分水平移動させ、こ
の後、ダイヤモンドカッター１０２をＺ軸方向に復動さ
せながら、被加工物Ｗの表面（加工面）を同様に切削す
る。このような切削の繰り返しによって、被加工物Ｗの
表面（加工面）に軸非対称曲面（被加工物Ｗが光学素子
の場合はトーリックレンズ）等を切削加工するものであ
る。

【０００５】従来技術２に開示されている切削加工方法
では、光学素子としてのレンズに軸非対称曲面としての
トロイダル面を加工するものであり、例えば、旋盤と同
様にバイトを取付ける水平な回転主軸と、この回転主軸
の軸線と直角をなす軸線を有する被加工物支持用の回転
テーブルとを具備した加工装置２３５を用いて実施す
る。具体的には、図１６に示すように、回転主軸２２４
の軸線Ｌ１に対して被加工物であるレンズの子線曲率半
径Ｒに相当する位置で、回転主軸２２４の端面にバイト
２３０を取付ける一方、回動テーブル２３８の軸線から
所定量だけ離れた位置で取付け治具２４０を介して被加
工物２３６を回動テーブル２３８の端面に取付け、この
状態で回転主軸２２４を介してバイト２３０を回転させ
て、被加工物２３６にバイト２３０の刃先を当てること
によって、被加工物２３６の表面に細い子線曲率半径を
有する曲面を形成する。つぎに、この状態で回転テーブ
ル２３８を回動させることにより、回転テーブル２３８
の軸線を中心とする子線曲率面の回転形状を被加工物２
３６の表面に形成することにより、この表面をトロイダ
ル面２４２とするものである。

【０００６】

【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。すなわち、従来技
術１においては、旋回するダイヤモンドカッターをＺ軸
方向に往動させて被加工面に帯状の切削部分を加工する
が、被加工面に凹または凸を有する場合には、凹または
凸の面頂部（被加工面の変曲点）において、Ｘステージ
のＸ軸方向の送りを下向きの送りから上向きの送り（凹
の場合）、または、上向きの送りから下向きの送り（凸
の場合）に切り換える必要がある。このように、一方の
送り（往動）から他方の送り（復動）に切り換える場合
には、Ｘステージの送りを司る送り機構においては、そ
の送り機構のバックラッシュあるいは送りモータの要因
により、被加工面の面頂部の部分のみの面精度が低下す
る。

【０００７】また、従来技術２においては、上記問題は
回避できるが、バイトを子線曲率半径で回転主軸の端面
に取付けて回転させて加工することから、子線曲率は円
弧状の曲率のみの形状にしか対応できない。このため、
加工できる被加工面の形状に限界がある。

【０００８】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、被
加工物の被加工面に変曲点があっても、また変曲点が複
数であっても、高精度な光学面を得ることができる曲面
切削加工方法を提供することである。

【０００９】

【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または２に係る発明は、ワーク曲面に凸ま
たは凹の変曲点を有するワークに対して、回転する工具
を相対的に移動させつつワーク曲面を切削加工する曲面
切削加工方法において、切削加工時の前記ワークまたは
工具の移動時の送り速度を、前記ワーク曲面の前記変曲
点を含む前後面と、該前後面に続く連続面とで変化さ
せ、前記前後面で遅くして加工する。

【００１０】請求項１または２に係る発明の曲面切削加
工方法では、切削加工時のワークまたは工具の移動時の
送り速度を、ワーク曲面の変曲点を含む前後面と、前後
面に続く連続面とで変化させ、前後面で遅くして加工す
ることにより、変曲点付近において、送り機構のバック
ラッシュまたは送りモータの要因に影響されずに加工す
る。

【００１１】請求項２に係る発明の曲面切削加工方法で
は、上記作用に加え、切削加工時のワークまたは工具の
移動時の送り速度を、ワーク曲面の変曲点のみで変化さ
せることにより、ワークまたは工具の送り速度を遅くす
る期間を短縮する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、具体的な実施の形態につい
て説明する。なお、本発明の実施の形態では、被加工物
として軸非対称曲面レンズの加工を例としているが、こ
れに限らず、他の曲面を有する光学素子や光学素子を成
形するための成形用型の光学機能面等のワーク曲面の加
工に適用することができるものである

【００１３】（実施の形態１）図１〜図１１は実施の形
態１を示し、図１は被加工物である軸非対称曲面レンズ
の外観斜視図、図２は軸非対称曲面レンズの正面図、図
３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、
図５は軸非対称曲面レンズを切削加工する加工機の構成
図、図６はダイヤモンド工具の斜視図、図７はダイヤモ
ンド工具の正面図、図８は軸非対称曲面レンズとダイヤ
モンド工具との作用を示す上面図、図９は図８の側面
図、図１０は軸非対称曲面レンズの被加工面に対するダ
イヤモンド工具の軌跡を示す説明図、図１１はダイヤモ
ンド工具の軌跡および加工順序を示す斜視図である。

【００１４】まず、被加工物であるワークとしての軸非
対称曲面レンズについて説明する。図１〜図４におい
て、軸非対称曲面レンズ１はその前面がワーク曲面とし
ての被加工面１ａとなっている。この軸非対称曲面レン
ズ１は、アクリル樹脂製で、長さが３０ｍｍ、幅が２０
ｍｍ、中心（長さ及び幅の中間点）の厚さが５ｍｍであ
り、その被加工面１ａである凹面を工具としてのダイヤ
モンド工具８（図６および図７参照）によって切削加工
される。

【００１５】つぎに、軸非対称曲面レンズ１の曲面切削
加工方法に用いる加工機について説明する。図５におい
て、加工機には、超精密ＣＮＣ加工機が使用されてい
る。この加工機は、加工機のベース５に対してＸ軸（紙
面に垂直方向）、Ｙ軸（紙面の上下方向）、Ｚ軸（紙面
の左右方向）の互いに直交する３軸方向にそれぞれスラ
イド可能なＸ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、Ｚ軸テー
ブル４を有し、３軸方向ヘ図示しない制御装置によって
移動制御されるようになっている。Ｘ軸テーブル２およ
びＹ軸テーブル３は、ベース５上の互いに離れた位置に
配設されており、Ｚ軸テーブル４はＸ軸テーブル２上に
配設されている。Ｙ軸テーブル３上には、Ｙ軸方向（上
方）に突出した主軸６が取付けられ、この主軸６のＸ軸
テーブル２側に対向する側面には、軸非対称曲面レンズ
１を保持するレンズ保持具７が取付けられている。加工
される軸非対称曲面レンズ１は、長さ方向をＸ軸方向と
平行にし、中心を主軸６の軸６ａと一致させて同軸とな
って、レンズ保持具７に固定されている。

【００１６】Ｚ軸は、レンズ保持具７を取付ける主軸６
の軸６ａと平行な軸となっており、Ｘ軸は主軸６の軸６
ａに対して垂直な軸、Ｙ軸はＺ軸とＸ軸とによって形成
される水平な面に対して垂直な軸となっている。Ｚ軸テ
ーブル４上には、Ｙ軸方向（上方）に突出した屈曲部を
有するスピンドル取付けアーム４Ａが取付けられ、スピ
ンドル取付けアーム４Ａの先端側には、切削スピンドル
９が取着されている。切削スピンドル９にダイヤモンド
工具８がその工具軸８ｂを保持されることにより、レン
ズ保持具７に固定された軸非対称曲面レンズ１と対向し
ている。このダイヤモンド工具８の回転中心軸線８ａ
は、精密に回転する切削スピンドル９の回転中心軸線９
ａと同軸に取付けられている。この回転中心軸線８ａ、
９ａとＹ軸とは、平行な状態として設定されている。

【００１７】図６および図７において、ダイヤモンド工
具８は、切削スピンドル９（図５参照）に保持される工
具軸８ｂと、工具軸８ｂの下端側の大径からなる刃取付
け部８ｃとを有し、刃取付け部８ｃの外周面には、ダイ
ヤモンドからなる切削刃１０を突設している。切削刃１
０は、所定の曲率半径Ｒ１を有した刃部１０ａをその縁
部に形成しており、ダイヤモンド工具８の回転中心軸線
８ａを中心として所定の工具半径Ｒ２（１５ｍｍ、直径
で３０ｍｍ）で回転する。切削刃１０は、その上面図を
図８に示すように、円錐形の一部を切り抜いた形状を
し、図７に示すように、その縁部である刃部１０ａは、
曲率半径Ｒ１の円弧と一致し、基部１０ｂは刃取付け部
８ｃ（図６参照）の厚みと一致して、刃取付け部８ｃに
固着されている。また、刃取付け部８ｃにおける切削刃
１０と対向する外周面には、ダイヤモンド工具８が回転
した場合における偏心を防止するためのバランサー１０
ｃが取付けられている。このバランサー１０ｃは、図９
に示すように、その高さｈ（突出量）が被加工物である
軸非対称曲面レンズ１の被加工面１ａに接触しないよう
に調整されている。また、このバランサー１０ｃは、１
ヶに限らず、等分に複数個配設してもよいし、又は、工
具軸８ｂの外周面に複数個配設してもよい。

【００１８】つぎに、加工機の制御装置に用いるＮＣプ
ログラムについて、図５を参照しながら説明する。図１
０は軸非対称曲面レンズ１の被加工面１ａに対するダイ
ヤモンド工具８に取付けた切削刃１０の加工ライン１１
の軌跡を示している。図１０に示すように、ダイヤモン
ド工具８の回転と、ダイヤモンド工具８を移動制御する
Ｘ軸テーブル２およびＺ軸テーブル４によるＸ軸方向お
よびＺ軸方向への移動によって得られるところの切削刃
１０の軌跡である加工ライン１１は、Ｚ軸方向におい
て、主軸６の軸６ａに対応する位置、すなわち軸非対称
曲面レンズ１の中心軸（この中心軸は被加工面１ａが凹
面であるから、凹の面頂部を通っている）と一致する位
置、すなわち変曲点１２（ラインでみると変曲点である
が、Ｙ方向（紙面に垂直の方向）にこの点を連続的にみ
ると変曲線ということができる）で往から復への動き
（面頂部に近づく送り（往動）から遠ざかる送り（復
動）の動き）をする。本実施の形態では、この変曲点１
２で、すなわち被加工面１ａの面頂部である変曲点１２
におけるダイヤモンド工具８のＺ軸方向への送り方向が
切り換わる位置で、被加工面１ａへの精度低下の影響を
与えないようにするために、図１０では、Ｘ軸方向およ
びＺ軸方向において、ダイヤモンド工具８の送り速度が
変化するようにＮＣプログラムを作成し、図示しない制
御装置に入力している。

【００１９】つぎに、上記構成の加工機を用いた、軸非
対称曲面レンズ１の曲面切削加工方法について、図５を
参照しながら説明する。図１０に示すように、回転する
ダイヤモンド工具８（回転数は例えば５０００ｒｐｍ）
を保持するスピンドル取付けアーム４Ａを、Ｚ軸テーブ
ル４を介してＺ軸方向に前進（往動）させながら、この
Ｚ軸テーブル４を載置するＸ軸テーブル２をＸ軸方向に
おけるマイナス方向へ移動（往動）させることにより、
ダイヤモンド工具８が加工ライン１１に沿って移動する
ようにし、このとき、Ｙ軸テーブル３は動かない（上下
動しない）ようにして、制御装置によって制御する。そ
の結果、ダイヤモンド工具８の切削刃１０によって、軸
非対称曲面レンズ１の凹状の被加工面１ａには、被加工
面１ａの一端１３ａ（Ｘ軸方向の座標位置（以下「Ｘ」
と略称する）：＋１５ｍｍ）から他端１３ｆ（Ｘ：−１
５ｍｍ）に向かった軸非対称曲面の一つの加工ラインが
切削される。この時、加工ライン１１は一端１３ａ
（Ｘ：＋１５ｍｍ）から変曲点１２（Ｘの中心（原点位
置に相当）：０）の手前の位置１３ｂ（Ｘ：＋３ｍｍ）
までは、所望の面精度が得られるように設定された初期
の送り速度３０ｍｍ／ｍｉｎで移動制御され、位置１３
ｂ（Ｘ：＋３ｍｍ）になった時点で送り速度を２５ｍｍ
／ｍｉｎに制御する。

【００２０】そこからＸ軸方向におけるマイナス方向に
０．５ｍｍ移動する毎に、送り速度を５ｍｍ／ｍｉｎず
つ徐々に遅くしていき、変曲点１２（Ｘ：０）直前の位
置１３ｃ（Ｘ：＋０．５ｍｍ）から変曲点１２（Ｘ：
０）直後の位置１３ｄ（Ｘ：−０．５ｍｍ）の間を面精
度劣化を与えない送り速度５ｍｍ／ｍｉｎで移動し、変
曲点１２付近において、Ｚ軸テーブル４を駆動するため
に内蔵された送り機構のバックラッシュや送りモータの
要因に影響されずに切削加工する。その後、変曲点１２
（Ｘ：０）直後の位置１３ｄ（Ｘ：−０．５ｍｍ）から
位置１３ｅ（Ｘ：−３ｍｍ）までＸ軸方向におけるマイ
ナス方向に０．５ｍｍ移動する毎に送り速度５ｍｍ／ｍ
ｉｎずつ速くしていき、それ以降は初期の送り速度３０
ｍｍ／ｍｉｎで加工される。なお、位置１３ｂと位置１
３ｅとは、変曲点１２（面頂部）に対して対称な位置で
ある。すなわち、凹の変曲点１２を有する被加工面１ａ
に対し、回転するダイヤモンド工具８の送り速度を、変
曲点１２を含む前後の１ｍｍの範囲内の前後面と、この
前後面に続く連続面の各２．５ｍｍの範囲と、さらに続
く連続面とでは変えており、変曲点付近と変曲点から最
も遠い部位とでは５倍以上である６倍の送り速度の変化
率で加工している。

【００２１】図１１は、本実施の形態による曲面切削加
工方法によって加工を行う際のダイヤモンド工具８に取
付けた切削刃１０の軌跡および加工順序を示している。
すなわち、図１０における加工ライン１１の１ラインを
加工した後に、Ｚ軸テーブル４を後退（例えば１ｍｍ）
させ、次いでＸ軸テーブル２を他端１３ｆ側から一端１
３ａに戻し、Ｚ軸テーブル４を前進（例えば１ｍｍ）さ
せ、Ｙ軸テーブル３を１ピッチ（０．０２ｍｍ）分だけ
下降して、次のラインの加工に備える。具体的には、図
１１に示すように、まず、被加工面１ａの下端側におい
て、加工開始ラインＬ１を上記送り速度制御をしつつ加
工し、この加工後に、ダイヤモンド工具８の切削刃１０
（図９参照）が被加工面１ａに当接しないようにするた
めに、被加工面１ａからダイヤモンド工具８を遠ざけた
状態にして、ダイヤモンド工具８を被加工面１ａの一端
１３ａ側（図１０参照）に復帰させ、つぎに、Ｙ軸テー
ブル３のＹ軸方向の下方側へ任意ピッチ（０．０２ｍ
ｍ）移動して、次のラインＬ２を上記送り速度制御を行
いつつ加工し、以下同様にしてラインＬ３を加工する。
このように、ラインＬ１からＬ２、Ｌ３・・・とＹ軸方
向に細分化した全てのラインの加工を終了することによ
り、軸非対称曲面レンズ１の被加工面１ａを形成するこ
とができる。

【００２２】本実施の形態によれば、軸非対称曲面レン
ズの被加工面に対して、ダイヤモンド工具の送り速度を
変曲点を含む前後面で遅くすることにより、変曲点付近
において、Ｚ軸テーブルを駆動するために内蔵された送
り機構のバックラッシュまたは送りモータの要因に影響
されないようにしたので、加工機の変曲点での被加工面
へ与える精度低下を回避でき、高精度な光学面を得るこ
とができる。また、変曲点近傍の６ｍｍ範囲内で送り速
度を遅くしたので、被加工面の全面に対し送り速度を遅
くする加工方法より加工時間の削減が可能となる。

【００２３】なお、本実施の形態では、軸非対称曲面レ
ンズの被加工面をＹ軸方向の下側に向けて移動すること
により、横方向（Ｘ軸方向）の加工ラインを、下側から
上側に向けて移動して被加工面を形成しているが、加工
ラインを上側から下側に向けて移動して被加工面を形成
するように、被加工面を上側に向けて移動して加工して
もよく、あるいはこれに限らず、縦方向に加工ラインを
設定し、横方向に移動させて加工しても良い。また、被
加工物の素材としては、切削可能なものであればアクリ
ル樹脂に限らず、他の光学樹脂でもよい。また、成形型
の成形面に使用する無電解ニッケルメッキでもよい。ま
た、光学素子であっても、金属製ミラーとして使用され
る無酸化銅、リン青銅、真鍮、アルミニウム、アルミニ
ウム合金であってもよい。さらに、切削工具の切削刃と
してｃ−ＢＮを用いると、ダイヤモンドと親和性が良く
て、ダイヤモンド工具での加工が難しい鉄系の材料に対
して、高精度の曲面加工を施すことができる。

【００２４】（実施の形態２）図１２〜図１４は実施の
形態２を示し、図１２は軸非対称曲面レンズの外観斜視
図、図１３は軸非対称曲面レンズの被加工面に対するダ
イヤモンド工具の軌跡を示す説明図、図１４はダイヤモ
ンド工具の軌跡および加工順序を示す斜視図である。本
実施の形態は、実施の形態１と加工機は同一であって、
被加工物である軸非対称曲面レンズのみが異なるため、
加工機に関する部位の説明は、実施の形態１の図を参照
して行う。

【００２５】まず、被加工物である軸非対称曲面レンズ
について説明する。図１２において、ワークとしての軸
非対称曲面レンズ１４はその前面がワーク曲面としての
被加工面１４ａとなっている。この軸非対称曲面レンズ
１４は、アクリル樹脂製で、長さが３０ｍｍ、幅が２０
ｍｍ、中心（長さ及び幅の中間点）の厚さが８ｍｍであ
り、その被加工面１４ａは長さ方向に凸と凹の曲面から
形成され、凸面の変曲点１５ａと、凹面の変曲点１５ｂ
とを含んでいる。即ち、軸非対称曲面レンズ１４は、凸
および凹の変曲点を有し、この凸および凹の変曲点を含
む前後面と、この前後面に続く連続面とで送り速度を変
化させるようにして切削加工する。

【００２６】つぎに、加工機の制御装置に用いるＮＣプ
ログラムについて、図５を参照しながら説明する。図１
３は、軸非対称曲面レンズ１４の被加工面１４ａに対す
るダイヤモンド工具８に取付けた切削刃１０の加工ライ
ン１６の軌跡を示している。図１３に示すように、加工
ライン１６は、Ｚ軸方向において被加工面１４ａの凸面
の変曲点１５ａ（図１２参照）すなわち第１変曲点１７
ｂ（Ｘ軸方向の座標位置（以下「Ｘ」と略称する）：＋
７．５ｍｍ）でＺ軸テーブル４を復（戻り方向）から往
（送り方向）の動き、ついで凹面の変曲点１５ｂすなわ
ち第２変曲点１７ｃ（Ｘ：−７．５ｍｍ）でＺ軸テーブ
ルを往（送り方向）から復（戻り方向）の動きをする。
ここで、実施の形態１と同様に、被加工面１４ａへの精
度低下の影響を与えないように、図１３では、Ｘ軸およ
びＺ軸方向において、ダイヤモンド工具８の送り速度が
変化するようにＮＣプログラムを作成し、図示しない制
御装置に入力している。なお、Ｘ軸方向の座標位置の中
心（原点位置に相当する）は、実施の形態１と同様に、
軸非対称曲面レンズ１４を保持するレンズ保持具７の軸
６ａ（図５参照）と一致し、この軸６ａは、軸非対称曲
面レンズ１４の中心（長さ及び幅の中間点）と一致する
ように、軸非対称曲面レンズ１４は、長さ方向をＸ軸方
向と平行にして、レンズ保持具７に取付けられている。

【００２７】つぎに、実施の形態１の構成の加工機と上
記ＮＣプログラムとを用いた軸非対称曲面レンズ１４の
曲面切削加工方法について、図５を参照しながら説明す
る。図１３に示すように、Ｚ軸方向でＺ軸テーブル４を
後退、前進および後退（往復動）させながら、同時にＸ
軸方向でＸ軸テーブル２を被加工面１４ａの一端１７ａ
に対してマイナス方向へ移動（往動）させることにより
回転するダイヤモンド工具８の切削刃１０が加工ライン
１６に沿って移動するようにし、このとき、Ｙ軸テーブ
ル３は動かない（上下動しない）ようにして、制御装置
によって制御する。その結果、ダイヤモンド工具８の切
削刃１０によって、軸非対称曲面レンズ１４の被加工面
１４ａの一端１７ａ（Ｘ：＋１５ｍｍ）から他端１７ｄ
（Ｘ：−１５ｍｍ）に向かった軸非対称曲面の一つの加
工ラインが切削される。

【００２８】この時、加工ライン１６は一端１７ａ
（Ｘ：＋１５ｍｍ）から第１変曲点１７ｂ（Ｘ：＋７．
５ｍｍ）の手前の位置（Ｘ：＋８ｍｍ）までは、初期の
送り速度３０ｍｍ／ｍｉｎで加工され、そこから第１変
曲点１７ｂ（Ｘ：＋７．５ｍｍ）を過ぎる位置（Ｘ：＋
７ｍｍ）までの間では、第１変曲点１７ｂ（Ｘ：＋７．
５ｍｍ）にて精度低下の発生しない送り速度５ｍｍ／ｍ
ｉｎまで遅くして加工が行われ、その後、この位置
（Ｘ：＋７ｍｍ）からの加工では、初期の送り速度３０
ｍｍ／ｍｉｎに達するように制御される。そしてそのま
ま初期の送り速度３０ｍｍ／ｍｉｎで第２変曲点１７ｃ
（Ｘ：−７．５ｍｍ）の手前の位置（Ｘ：−７ｍｍ）ま
で加工され、次いで第１変曲点１７ｂ（Ｘ：＋７．５ｍ
ｍ）と同様に、この位置（Ｘ：−７ｍｍ）から送り速度
を制御して送り速度５ｍｍ／ｍｉｎとして第２変曲点１
７ｃ（Ｘ：−７．５ｍｍ）を過ぎる位置（Ｘ：−８ｍ
ｍ）まで加工し、この位置（Ｘ：−８ｍｍ）になったと
ころから他端１７ｄ（Ｘ：−１５ｍｍ）まで送り速度３
０ｍｍ／ｍｉｎで加工される。

【００２９】図１４は、本実施の形態による曲面切削加
工方法によって加工を行う際のダイヤモンド工具８に取
付けた切削刃１０の軌跡および加工順序を示している。
すなわち、図１３における加工ライン１６の１ライン
（例えばＬ１）を加工した後に、Ｚ軸テーブル４を後退
（例えば１．５ｍｍ）させ、次いでＸ軸テーブル２を他
端１７ｄ側から一端１７ａ側に戻し、Ｚ軸テーブル４を
前進（例えば１．５ｍｍ）させ、Ｙ軸テーブル３を１ピ
ッチ（０．０１５ｍｍ）分だけ下降して、次のライン
（Ｌ２）の加工に備える。具体的には、図１４に示すよ
うに、まず、加工開始ラインＬ１に沿って、図１３に示
す被加工面１４ａの一端１７ａから凸面の変曲点１５ａ
に対応する第１変曲点１７ｂ、凹面の変曲点１５ｂに対
応する第２変曲点１７ｃおよび他端１７ｄに向かうにつ
れて、各変曲点１７ｂ、１７ｃの近傍で、Ｘ軸テーブル
２のＸ軸方向のマイナス側とＺ軸テーブル４のＺ軸方向
との上記送り速度制御を行いつつ加工し、この加工後
に、ダイヤモンド工具８を元に戻し、Ｙ軸テーブル３を
Ｙ軸方向の下方側へ任意ピッチ移動して、次のラインＬ
２を上記送り速度制御を行いつつ加工し、以下同様にし
てラインＬ３を加工する。このように、ラインＬ１から
Ｌ２、Ｌ３・・・とＹ軸方向に細分化した全てのライン
の加工を終了することにより、軸非対称曲面レンズ１４
の被加工面１４ａを形成することができる。

【００３０】本実施の形態によれば、Ｘ軸テーブルの移
動方向と同じ一方向の断面に、変曲点を２つ以上含む曲
面であっても、変曲点に合わせてＸ軸およびＺ軸テーブ
ルの送り速度を制御することにより、各変曲点付近にお
いて、Ｚ軸テーブルを駆動するために内蔵される送り機
構のバックラッシュまたは送りモータの要因に影響され
ないようにしたので、加工機の変曲点での被加工面へ与
える精度低下を回避でき、高精度な光学面を得ることが
できる。

【００３１】（実施の形態３）本実施の形態は、実施の
形態１の変形例であり、被加工物である軸非対称曲面レ
ンズと加工機とは実施の形態１と同一であって、曲面切
削加工方法のみが一部異なるものである。従って、軸非
対称曲面レンズと加工機とは、その部位を実施の形態１
の図５および図９〜図１１を参照しながら曲面切削加工
方法の実施の形態１と異なる部分の説明を行う。

【００３２】図９および図１０に示すように、Ｚ軸テー
ブル４（図５参照）を前進（往動）させながら、Ｘ軸を
マイナス方向に前進（往動）させることにより、ダイヤ
モンド工具８の切削刃１０が加工ライン１１に沿って移
動する。その結果、回転するダイヤモンド工具８の切削
刃１０によって、軸非対称曲面レンズ１の被加工面１ａ
の一端１３ａ（Ｘ軸方向の座標位置（以下「Ｘ」と略称
する）：＋１５ｍｍ）から他端１３ｆ（Ｘ：−１５ｍ
ｍ）に向かった軸非対称曲面の一つの加工ラインが切削
される。この時、加工ラインは一端１３ａ（Ｘ：＋１５
ｍｍ）から位置１３ｃ（Ｘ：＋０．５ｍｍ）までは、送
り速度３０ｍｍ／ｍｉｎで移動し、そこから送り速度を
３ｍｍ／ｍｉｎにして位置１３ｄ（Ｘ：−０．５ｍｍ）
までの間を移動し、それ以降は３０ｍｍ／ｍｉｎで加工
する。すなわち、凹面である被加工面１ａの面頂部とな
る変曲点１２（Ｘ：０）の前後面１ｍｍの範囲では、Ｘ
軸テーブル２の送り速度を３ｍｍ／ｍｉｎにし、この前
後面に続くそれぞれの連続面では、３０ｍｍ／ｍｉｎで
加工する。

【００３３】図１１は、実施の形態１と同様に、本実施
の形態における曲面切削加工方法によって加工を行う際
のダイヤモンド工具８に取付けた切削刃１０の軌跡およ
び加工順序を示している。まず、加工開始ラインＬ１を
上記送り速度制御を行いつつ加工し、つぎに、Ｙ軸テー
ブル３を介して被加工面１ａを下側へ任意ピッチ移動し
て、つぎの加工ラインＬ２を上記送り速度制御を行いつ
つ加工し、以下、同様にＬ３を加工する。このようにラ
インＬ１からＬ２、Ｌ３・・・とＹ軸方向に細分化した
全てのラインの加工を終了することにより、軸非対称曲
面レンズ１の被加工面１ａを形成することができる。

【００３４】本実施の形態によれば、軸非対称曲面レン
ズの被加工面に対して、ダイヤモンド工具の送り速度
を、軸非対称曲面レンズの変曲点の前後面のみで遅くす
ることにより、変曲点付近において、送り機構のバック
ラッシュまたは送りモータの要因に影響されないように
したので、変曲点の前後面での被加工面へ与える精度低
下を回避でき、高精度な光学面を得ることができる。ま
た、変曲点の前後面のみで送り速度を遅くしたので、実
施の形態１よりさらに加工時間の削減が可能となる。

【００３５】なお、上記各実施の形態では、ワーク曲面
の加工の際に、回転する工具側をＺ軸方向に後退すると
ともに、Ｘ軸方向に速度制御したが、これに限らず、回
転工具に対して、ワーク曲面を進退するとともにワーク
曲面をＸ軸方向に速度制御することができるものであ
る。すなわち、工具とワーク曲面とがＸ軸、Ｙ軸および
Ｚ軸方向に相対的に移動する速度制御であれば、各軸の
送りは工具側、ワーク側いずれを移動させてもよい。

【００３６】なおまた、各実施の形態では、変曲点の前
後の１ｍｍ幅で加工速度を遅くしたが、これに限らず、
変曲点前後の０．５ｍｍ幅あるいは変曲点のみで加工速
度を遅くしてもよい。

【００３７】なお、上述した具体的な実施の形態から、
つぎのような構成の技術的思想が導き出される。

【００３８】（付記） （１） 光学素子に用いられる軸非対称曲面の曲面切削
加工方法において、加工機の往復が発生するポイント、
すなわち変曲点にて送り速度を変化させ、光学素子の被
加工面を加工することを特徴とする曲面切削加工方法。

【００３９】付記（１）によれば、変曲点にて送り速度
を遅くする方向に変化させることにより、変曲点におい
て、送り機構のバックラッシュまたは送りモータの要因
に影響されないようにしたので、変曲点での被加工面に
与える精度低下を回避し、高精度な光学面を得ることが
できる。

【００４０】（２） 前記変曲点を中心にその前後で、
送り速度を徐々に変化させることを特徴とする付記
（１）記載の曲面切削加工方法。

【００４１】付記（２）によれば、付記（１）の効果に
加え、変曲点を中心にその前後で送り速度を徐々に変化
させたので、送り速度の変化が円滑になり、良好な光学
面を得るとともに、加工機に与える衝撃を緩和すること
ができる。

【００４２】（３） 前記変曲点のみで、送り速度を変
化させることを特徴とする付記（２）記載の曲面切削加
工方法。

【００４３】付記（３）によれば、付記（２）の効果に
加え、送り速度一定の場合の加工時間に対して、ほぼ同
等の加工時間で加工することができる。

【００４４】

【発明の効果】請求項１または２に係る発明によれば、
変曲点付近において、送り機構のバックラッシュまたは
送りモータの要因に影響されないようにしたので、被加
工物の被加工面に変曲点があっても、また変曲点が複数
であっても、変曲点での被加工面に与える精度低下を回
避し、高精度な光学面を得ることができる。

【００４５】請求項２に係る発明によれば、上記効果に
加え、ワークまたは工具の送り速度を遅くする期間を短
縮するようにしたので、送り速度一定の場合の加工時間
に対して、ほぼ同等の加工時間で加工することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の被加工物である軸非対称曲面レ
ンズの外観斜視図である。

【図２】実施の形態１の軸非対称曲面レンズの正面図で
ある。

【図３】実施の形態１の図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】実施の形態１の図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】実施の形態１の軸非対称曲面レンズを切削加工
する加工機の構成図である。

【図６】実施の形態１のダイヤモンド工具の斜視図であ
る。

【図７】実施の形態１のダイヤモンド工具の正面図であ
る。

【図８】実施の形態１の軸非対称曲面レンズとダイヤモ
ンド工具との作用を示す上面図である。

【図９】実施の形態１の図８の側面図である。

【図１０】実施の形態１の軸非対称曲面レンズの被加工
面に対するダイヤモンド工具の軌跡を示す説明図であ
る。

【図１１】実施の形態１のダイヤモンド工具の軌跡及び
加工順序を示す斜視図である。

【図１２】実施の形態２の軸非対称曲面レンズの外観斜
視図である。

【図１３】実施の形態２の軸非対称曲面レンズの被加工
面に対するダイヤモンド工具の軌跡を示す説明図であ
る。

【図１４】実施の形態２のダイヤモンド工具の軌跡及び
加工順序を示す斜視図である。

【図１５】従来技術１の表面加工方法を示す説明図であ
る。

【図１６】従来技術２のトロイダル面の加工装置の平面
図である。

【符号の説明】

１ 軸非対称曲面レンズ １ａ 被加工面 ８ ダイヤモンド工具 １０ 切削刃 １２ 変曲点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク曲面に凸または凹の変曲点を有す
   るワークに対して、回転する工具を相対的に移動させつ
   つワーク曲面を切削加工する曲面切削加工方法におい
   て、 切削加工時の前記ワークまたは工具の移動時の送り速度
   を、前記ワーク曲面の前記変曲点を含む前後面と、該前
   後面に続く連続面とで変化させ、前記前後面で遅くして
   加工することを特徴とする曲面切削加工方法。
2. 【請求項２】 前記送り速度を、前記ワーク曲面の変曲
   点のみで変化させることを特徴とする曲面切削加工方
   法。