JP2004042188A

JP2004042188A - 金型の加工方法

Info

Publication number: JP2004042188A
Application number: JP2002203114A
Authority: JP
Inventors: Teruo Saito; 斉藤　輝夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP3880474B2

Abstract

【課題】仕上げ加工面の面粗さを高精度に維持しながら、バイトの寿命を長くする。
【解決手段】フレネルレンズを成形する金型１の成形面を切削加工により加工するための金型の加工方法であって、荒加工用のダイヤモンドバイト２を用いて、成形面を構成するフレネル溝のフレネル面とライズ面とを荒加工する荒加工工程と、仕上げ加工用ダイヤモンドバイト３を用いて、フレネル面とライズ面とを中仕上げ加工及び仕上げ加工する仕上げ加工工程とを具備する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレネルレンズを成形する金型の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カメラのピント板やオーバーヘッドプロジェクター等にプラスチック製のフレネルレンズが使用されている。これらのフレネルレンズには、ポリカーボネート、アクリル等のプラスチック樹脂材料が使用されており、金型による射出成形又は圧縮成形法で大量に生産することができる。
【０００３】
このようなフレネルレンズの成形用金型の加工方法として、例えば、特開平１０−１６６２０２号公報に開示されている方法が知られている。この方法では、金型のフレネル面の面粗さを０．０１μｍに仕上げようとすると、ダイヤモンドバイトの先端Ｒが例えば５μｍの場合、理論面粗さで１回転当たり０．６３２μｍの送り速度でないと、面粗さが達成できない。しかも被切削物を回転させる主軸の回転誤差や、回転軸まわりの動バランス誤差や、機械の微小振動等で、実際の切削仕上がり面はもっと悪化する。また、ダイヤモンドバイト先端に５μｍのＲが付いていると、図６の２０に相当する角部が正確に切削できない。射出成形法では、型温、樹脂温、射出速度等によっても変化するが、角部の転写性はほぼ３μｍ程度となっており、それより小さいＲのダイヤモンドバイトでの加工が必要となる。
【０００４】
一方、特開平１０−１４２４０５号公報には、フレネル面とライズ面を別々に加工するとともに、フレネル面（図６にＡで示す面）、ライズ面（図６にＢで示す面）を１個のスパイラル溝として加工する方法が開示されている。
【０００５】
フレネル角（フレネル面の傾き角）θは、光軸中心からの半径をｒとすると、θ＝ｆ（ｒ）で与えられ、関数ｆは使用されるフレネルレンズによって異なる。従って切削しようとする工作機械の制御が複雑となる。すなわち、主軸の回転角とバイト先端の主軸中心からの半径及びバイトの傾き角を正確に制御しなければ加工できない。
【０００６】
さらにフレネル面の面粗さは約１０ｎｍと非常に平滑に切削する必要があるので、主軸は高速回転させながら加工する必要がある。これらを同時に満足させることは加工機にとって困難なことである。
【０００７】
また、一般的には図５のようにダイヤモンドバイトをフレネル面Ａと平行に予め傾けておき、バイトに切り込みを与える。そして、切り込みが終わった時点でダイヤモンドバイトの先端を中心として回転させ、ライズ面Ｂを削る方法が一般にとられている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の加工方法では一本のダイヤモンドバイトで荒取り、仕上げを行うため、バイトの寿命が短く、フレネル型一個に対してダイヤモンドバイト１本を必要としていた。さらに加工時間が１０〜２０時間と非常に長時間の加工を必要とする問題点があった。
【０００８】
したがって、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、仕上げ加工面の面粗さを高精度に維持しながら、バイトの寿命を長くすることである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、仕上げ加工面の面粗さを高精度に維持しながら、加工時間を短縮できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる金型の加工方法は、フレネルレンズを成形する金型の成形面を切削加工により加工するための金型の加工方法であって、荒加工用のダイヤモンドバイトを用いて、前記成形面を構成するフレネル溝のフレネル面とライズ面とを荒加工する荒加工工程と、仕上げ加工用ダイヤモンドバイトを用いて、前記フレネル面とライズ面とを中仕上げ加工及び仕上げ加工する仕上げ加工工程とを具備することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わる金型の加工方法において、前記仕上げ加工工程では、複数の前記フレネル溝のライズ面を一括して加工した後に、前記フレネル面を一括して加工することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態では、図１に示すように、バイトホルダー４の上に荒削りバイト２及び仕上げ削りバイト３を用意する。荒削りバイト２は、フレネル面及びライズ面にそれぞれ仕上げ代を残した状態で２次元形状に倣ってバイト先端を運動させる。
【００１４】
仕上げバイト３で加工するときは、バイト３の図中右側の面をライズ面と平行になるように、バイトを旋回させ各溝を加工する。
【００１５】
次にフレネル面を加工するときは、フレネル面にバイト３の左側の面が平行になるようにバイトを旋回させて加工をする。
【００１６】
以下図２を参照して、本実施形態の成形用型の加工方法について説明する。
【００１７】
図２は加工装置の全体構成を示し、１４は基台、１６は振動吸収装置で基台１４から上の部分全体が振動吸収装置１６によって支持されている。このことによって機械の設置場所の床が多少の振動をしていても機械装置に外部からの振動が伝達しにくくなり、より精密な機械の運動及び加工が実現可能となる。
【００１８】
１８Ａは側面フレーム、１８Ｂは上面フレーム、２０は平面台部である。２２は平面台部２０上を矢印Ｘ方向に摺動可能なＸ軸スライダー、２６は鉛直方向に伸びるＣ軸の回りに回転可能なＣ軸回転テーブルである。Ｃ軸回転テーブル２６の上にバイトホルダー４が固定されている。
【００１９】
Ｘ軸スライダー２２はＸ軸方向に移動制御するＸ軸リニアモーター２２Ａによって移動制御をうける。矢印Ｙ方向に移動可能なＹ軸スライダー２４はＹ軸リニアモーター２４Ａによって移動制御を受ける。従ってバイトホルダーはＸ，Ｙ方向の移動制御とＣ軸回りの回転制御を受けながら加工機の中で移動可能となっている。
【００２０】
２８は基台１４上に直立したＺ軸摺動面上を矢印Ｚ方向に移動可能なＺ軸スライダーであり、Ｚ軸リニアモーター２８ＡによりＺ軸方向に移動制御される。
【００２１】
１は被加工物であるフレネルレンズ成形用金型の駒を表しており、その後ろに機械の主軸がある（不図示）。主軸はＺ軸スライダー２８に載っているため、Ｚ軸の運動と同一の動きをし、軸心に対して高速で回転する。被加工物１は主軸にボルトで締結されており、主軸とともに高速で回転したとき動バランスが崩れないように、約０．０１μｍ以下にバランス調整が施されている。
【００２２】
図４は、Ｃ軸回転テーブル２６上に、バイトホルダー４及びダイヤモンドバイトからなる荒削りバイト２、仕上げ削りバイト３を取り付けた状態の平面図である。
【００２３】
荒削りバイト２と、仕上げ削りバイト３のＸ軸方向の距離Ｘ１は被加工物１の半径よりも大きくなるようにしておく。本実施形態の加工方法ではライズ面の角度を垂直面から６度傾けている。これは射出成形して成形品を金型から取り出す時の抜き勾配となっている。
【００２４】
仕上げ削りバイト３を取り付けるとき、仕上げ削りバイト３の図中右側の切刃はＹ軸と平行になるようにし、かつできるだけＣ軸回転テーブル２６の中心Ｏに近くなるように取り付ける。そして、仕上げバイト３の先端の位置とＣ軸回転テーブル２６の中心ＯとのずれをＸ方向をＸ０、Ｙ方向をＹ０として計測しておく。
【００２５】
また仕上げ削りバイト３の切れ刃角も正確に計測しておく。計測には、機械上に高倍率顕微鏡（約４６００倍）をセットし、Ｃ軸中心との位置関係はＣ軸回転テーブル２６を正確に１８０度回転することにより、計測できる。
【００２６】
荒取り用ダイヤモンドバイト２のＹ方向の位置Ｙ１はライズ面の角度が６度であるから、
Ｙ１＞Ｘ１＊ｔａｎ（６度）＋０．５
とする。これは仕上げ加工のとき、仕上げ削りバイト３の右側の切り刃をライズ面に平行にする目的でＣ回転テーブル２６を左に６度回転して加工するとき、荒削りバイト２と被加工物との干渉を避けるためである。
【００２７】
仕上げ削りバイト３の先端に対する荒削りバイト２の先端の位置を正確に測定し、このときの距離をＸ１，Ｙ１，Ｚ１とする。
【００２８】
仕上げ削りバイト３の先端を主軸中心に正確に位置決めし、かつ被加工物表面より一定の距離にする。
【００２９】
荒取り工程について図３を参照して説明する。
【００３０】
図３の実線は、フレネル面１１とライズ面１２の仕上がり形状を示している。破線が荒取り加工をする形状を示す。荒取り加工の形状は、フレネル面１１及びライズ面１２を被加工物の取り代が残る方向にそれぞれ３μｍ平行移動した線として求められる。即ち図３のＲはＲ＝３μｍとなっている。
【００３１】
このように各フレネル溝に対して荒取り形状を次々と決めることにより全体の荒取り形状を決められる。加工は外周から加工を開始して中心に至るまで行い、図１の荒削りバイト２の先端が図３の破線上を動くことによって行う。
【００３２】
カメラのピント板用フレネルレンズでは最大半径２１．５ｍｍとなっており、フレネルのピッチは０．０５ｍｍであるから、バイトの移動速度を毎秒０．０３ｍｍとしても約２０分弱で荒取り加工を終えることができる。
【００３３】
図４において仕上げ用ダイヤモンドバイト３の先端を前述したようにＣ軸の中心近くに取り付けるが、５μｍ程度までは比較的容易に取り付けることができる。その後、取り付けた位置を測定するのであるが、この測定はより高精度に測定することができる。顕微鏡観察と機械軸の移動によって　０．５μｍ以下の精度で確定できる。その位置誤差を図４でＸ０，Ｙ０とする。仕上げ削りバイト３をＣ軸を中心に左まわりの回転角を正にとり回転するものとする。回転角をαとするとダイヤモンドバイトの先端位置は、元の位置に対して
Ｘ＝Ｘ０＊ｓｉｎ（α）−Ｙ０＊ｃｏｓ（α）−Ｘ０
Ｙ＝Ｘ０＊ｃｏｓ（α）＋Ｙ０＊ｓｉｎ（α）−Ｙ０
だけ変化する。
【００３４】
従ってダイヤモンドバイトを傾けるときはいつも上記の変化分を補正して位置決めを行うものとする。
【００３５】
次に中仕上げ加工について説明する。
【００３６】
図３の一点鎖線で表した形状が中仕上げ形状を示している。このときの仕上げ代は０．５μｍとなっている。
【００３７】
図４の仕上げ削りバイト３の右側の切れ刃３１を図３のライズ面１２と平行になるようにＣ軸回転テーブル２６を回転させる。型の外周部から中心に向かって、ライズ面１２を破線形状から一点鎖線の形状まで次々と加工する。ライズ面の加工の次にフレネル面１１の加工をする。フレネル面１１は加工する半径によって面の角度が変化するので加工する位置によって、毎回図４の仕上げ削りバイト３の左側の切れ刃３２をフレネル面１１と平行になるようにＣ軸回転テーブル２６で仕上げ削りバイト３を旋回させてから切り込みを行う。
【００３８】
このようにして外周から中心までを加工すると中仕上げ加工を終える。
【００３９】
仕上げ加工は取り代が０となっていることが中仕上げ加工と変わっているが、切削方法は中仕上げ加工と同様の方法で加工を終えることが出きる。
【００４０】
以上説明したように、上記の実施形態によれば荒加工用ダイヤモンドバイトで荒加工をし、仕上げ加工用バイトで中仕上げ、及び仕上げ加工を行い、かつ取り代を非常に小さくすることにより、バイトの寿命が従来では１個の金型に対して一本のダイヤモンドバイトを必要としていたものを１本のダイヤモンドバイトで３個の金型を加工できるようになった。さらに仕上げ取り代を小さくしたため、フレネル型に有害なバリの発生が少なくきわめて優れた金型の加工を実現することができた。
【００４１】
また、フレネル面の角度は０度〜４５度で、ライズ面の角度が６度であり、フレネル加工用ダイヤモンドバイトの刃先角度はほぼ４０度であるから、従来の加工方法ではフレネルの一つの溝を加工するのにダイヤモンドバイトの旋回角度は１１度〜５６度必要であった。フレネルレンズの半径を２２ｍｍとし、ピッチを０．０５ｍｍとすると４４０回の旋回位置決めを必要とする。さらに荒取り、仕上げ加工をするとなるとその倍の回数の旋回位置決めを必要としその加工時間が長くなっていた。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、複数のフレネル溝について、フレネル面とライズ面をそれぞれ一括して加工することにより加工時間を約１時間とすることができた。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、仕上げ加工面の面粗さを高精度に維持しながら、バイトの寿命を長くすることが可能となる。
【００４４】
また、同時に、仕上げ加工面の面粗さを高精度に維持しながら、加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレネルレンズの成形用型の加工原理図である。
【図２】フレネルレンズの成形用型を加工するための加工機の全体図である。
【図３】フレネル型の加工取り代と加工ステップを示す図である。
【図４】加工機のＣ軸テーブルにダイヤモンドバイトを取り付けたときの位置関係を示す図である。
【図５】従来のフレネル型の加工方法を示す図である。
【図６】従来のフレネル型の加工方法を示す図である。
【符号の説明】
１　フレネルレンズ成形用金型の駒
２　荒削りバイト
３　仕上げ削りバイト
４　バイトホルダー
２６　Ｃ軸回転テーブル

Claims

フレネルレンズを成形する金型の成形面を切削加工により加工するための金型の加工方法であって、
荒加工用のダイヤモンドバイトを用いて、前記成形面を構成するフレネル溝のフレネル面とライズ面とを荒加工する荒加工工程と、
仕上げ加工用ダイヤモンドバイトを用いて、前記フレネル面とライズ面とを中仕上げ加工及び仕上げ加工する仕上げ加工工程とを具備することを特徴とする金型の加工方法。
前記仕上げ加工工程では、複数の前記フレネル溝のライズ面を一括して加工した後に、前記フレネル面を一括して加工することを特徴とする請求項１に記載の金型の加工方法。