JP2005212014A

JP2005212014A - 旋削装置

Info

Publication number: JP2005212014A
Application number: JP2004020554A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Kimura; 晋太郎木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】時間及びコストがかかることなく、ワークに小径の凹曲面を形成可能とする、簡単な構成の旋削装置を提供するを提供する。
【解決手段】回転するワークＷを非回転状態のバイト１０で切削し、ワークＷに小径の凹曲面を形成することで、小型レンズ用金型を製造する旋削装置Ｓであって、ワークＷとバイト１０の前逃げ面との間が大きくなるように、バイト１０を傾ける回転テーブル２１（傾斜手段）を備えたことを特徴とする旋削装置Ｓである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを回転させて切削する旋削装置に関する。

光通信のコネクタ用レンズ、ＣＣＤ（Charge-coupled device）のレンズ等、直径約０．１ｍｍ（φ０．１ｍｍ）程度の大きさの光学素子用の小型レンズは、一般に、鉄、鋼、炭素鋼等からなる金型を使用して製造されている。すなわち、直径が約０．１ｍｍの凹曲面が形成された金型を使用して、前記小型レンズは製造されている。

このような金型を製造する第１の方法としては、フライカット切削、ラスター加工とも称され、片刃の小径ボールエンドミルを回転させてワーク（型）を加工する方法が知られている。また、第２の方法としては、回転する砥石をワークに対して斜めに押し当てて、ワークを加工する方法が知られている。第３の方法としては、回転するワークを非回転状態のバイト（切削工具）に押し当てて、ワークを加工する方法（旋削方法）が知られている。第４の方法としては電鋳方法が知られている。

また、このような金型成形の技術に関連して、ダイヤモンド工具の円弧状の先端部の半径を所定範囲とし、折損のおそれを回避しつつ、高精度な成形面を型に形成可能とした「ダイヤモンド工具」が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−６２７０７号公報（段落番号００５５〜００６２、図３）

しかしながら、第１の方法では、ボールエンドミルは一般に単結晶のダイヤモンドからなり、さらにボールエンドミルの回転軸と円弧状の刃先の曲率中心とが一致しなければならず、ボールエンドミルの製作が困難であるため、ボールエンドミル自体が高価であり、その上長納期であるという問題があった。また、ボールエンドミルを繰り返して使用する場合には、その刃先を再研磨しなければならず手間がかかり、再研磨の回数は数回に限られ、この再研磨は非常に困難であった。
さらに、そもそもボールエンドミルによる加工は、ワークを断続的に複数回切削する断続切削である上、ワークに形成する凹曲面の形状に応じて、ボールエンドミルを断続的に走査しなければならなく、ワークに形成された凹曲面の平滑性が悪化し良好な光学面が得られにくいという問題があった。また、このように断続的に走査するため、加工に時間がかかる上、加工中にワークの温度が変化してしまい、形成した凹曲面が歪んでしまうおそれもあった。

また、第２の方法では、良好な光学面を得るためには目の細かい砥石を使用しなければならないが、目の細かい砥石を使用すると、加工量が微量になってしまい、加工時間が長くなるという問題があった。この加工時間の長時間化によって、第１の方法と同様にワークの温度が変化するおそれもあった。
さらにまた、このような小径の凹曲面を形成する場合、切削加工と研削加工では、凹曲面の面粗度、加工精度において、切削加工の方が優れており、研削加工において切削加工面以上の精度を期待するには困難であった。

さらに、第３の方法では、一般に、バイトの先端に切刃となるスローアウェイチップ（以下、チップと略称する）を装着したバイトが使用される。このチップには、図５（ａ）に示すように、チップ１１と回転するワークＷと摩擦を低減させるべく、すくい面１１ａの反対側に、第１前逃げ面１１ｂ、第２前逃げ面１１ｃ等が形成されている。そして、チップ１１は、固有の第１前逃げ角α１、第２前逃げ角β１、逃げ幅Ｌ１を有している。なお、図５（ａ）は、従来の旋削状況を拡大して示す拡大図であり、図５（ｂ）はさらに旋削が進行した図である。

したがって、このようなチップ１１では、図５（ｂ）に示すように、第１前逃げ面１１ｂと第２前逃げ面１１ｃの境目がワークＷに接触するため、深さが「Ｌ１×ｔａｎα１」以上の凹曲面を形成できないという問題があった。この問題を解決するには、第１前逃げ角α１を大きくしたり、逃げ幅Ｌ１を小さくすることが考えられるが、チップ１１の剛性が低下してしまうため不可能であった。因みに、単結晶ダイヤモンドからなるチップ１１であっても、剛性が低下するため、第１前逃げ角α１を２０°以上にすることは、一般になされていない。

さらにまた、第４の方法では、時間及びコストがかかる上に、電鋳の得率も１００％でないという問題があった。

そこで、本発明は、時間及びコストがかかることなく、ワークに小径の凹曲面を形成可能とする、簡単な構成の旋削装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として第１の発明は、回転するワークを非回転状態のバイトで切削し、前記ワークに小径の凹曲面を形成することで、小型レンズ用金型を製造する旋削装置であって、前記ワークと前記バイトの前逃げ面との間が大きくなるように、前記ワーク及び前記バイトの少なくとも一方を傾ける傾斜手段を備えたことを特徴とする旋削装置である。

このような旋削装置によれば、傾斜手段によって、ワーク及びバイトの少なくとも一方を、ワークとバイトの前逃げ面との間が大きくなるように傾けるため、旋削中にバイトの前逃げ面がワークに接触することなく、ワークを切削し、小径の凹曲面を形成して、小型レンズ用の金型を製造することができる。

第２の発明は、回転するワークを非回転状態のバイトで切削し、前記ワークに小径の凹曲面を形成することで、小型レンズ用金型を製造する旋削方法であって、前記ワークと前記バイトの前逃げ面との間が大きくなるように、前記ワーク及び前記バイトの少なくとも一方を傾ける第１工程と、回転するワークを前記バイトで切削する第２工程と、を有することを特徴とする旋削方法である。

このような旋削方法によれば、ワーク及びバイトの少なくとも一方を、ワークとバイトの前逃げ面との間が大きくなるように傾けるため（第１工程）、旋削中にバイトの前逃げ面がワークに接触することなく、ワークを切削することができる（第２工程）。

本発明によれば、時間及びコストがかかることなく、ワークに小径の凹曲面を形成可能とする、簡単な構成の旋削装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図４を適宜参照して説明する。
参照する図面において、図１は、本実施形態に係る旋削装置の全体斜視図である。図２は、図１に示すチップを拡大して示す斜視図である。図３は、図１に示す旋削装置による旋削状況を部分的に拡大して示す斜視図である。図４（ａ）は、本実施形態に係る旋削方法の旋削初期段階を示し、（ｂ）はさらに旋削が進行した段階を示す。

＜旋削装置の構成＞
図１に示すように、本実施形態に係る旋削装置Ｓは、バイト１０を有するツール部Ｓａと、円柱状のワークＷが取り付けられるヘッド部Ｓｂを備えて構成されており、ワークＷの端面Ｗａ（以下、ワーク端面という。旋削面、切削面ともいわれる）に凹曲面Ｗｂを形成し（図３参照）、例えば直径０．１ｍｍの小径レンズを製造するための小径レンズ用金型を製造する装置である。
以下、各部の詳細について述べる。

［ツール部］
ツール部Ｓａは、主として、チップ１１を有するバイト１０と、このバイト１０が着脱自在に取り付けられる回転テーブル２１（傾斜手段）を備えて構成されている。

（バイト）
バイト１０は、チップ１１と、このチップ１１が着脱自在に取り付けられるシャンク１３（チップホルダ、バイト本体とも言われる）とから主に構成されている。

本実施形態で使用するチップ１１は、一般の規格に準拠して製造された既製品である。チップ１１は、図２に示すように、外形が略船状を呈しており、ワークＷが押し当てられる先端側が先細になっている。また、チップ１１は、その先端に半円状の切刃を有している工具である。半円状の切刃の半径は、ワークＷに形成する凹曲面Ｗｂの大きさによって設定され、例えば、開口の直径が０．１ｍｍの凹曲面Ｗｂを形成するときには、半径０．０３〜０．０５ｍｍの半径の切刃を有するチップ１１が選択される。
なお、図２では形状をわかりやすく説明するため、チップ１１のすくい面１１ａが紙面上方となるように描いているが、本実施形態では図１に示すように、チップ１１は、すくい面１１ａが水平方向を向くように、シャンク１３に取り付けられる。

また、図２に示すように、チップ１１の上方にはすくい面１１ａが形成されており、チップ１１の先端側にはワークＷとの摩擦を避けるべく、第１前逃げ面１１ｂ及び第２前逃げ面１１ｃが段違いで形成されている。さらに、チップ１１の先端部の両側には、横逃げ面がそれぞれ形成されている。ここで、一般に第１前逃げ面１１ｂは、チップ１１の製作上、一般に、円錐周面の一部を呈する。

チップ１１のすくい角（Rake angle）は０に設定されている（図５（ａ）参照）。すなわち、チップ１１は、本実施形態における切削方向（ワークＷの回転方向）に直角な法線方向が、すくい面１１ａ上となるように、一般の規格に準拠して製造されたものである。ここで、本実施形態において、切削方向に直角な法線方向が、すくい面１１ａ上となるように、チップ１１を押し当てた場合を、正規に押し当てた場合とする。
さらに、正規に押し当てた場合における、前記ワークＷの回転方向（切削方向）と、チップ１１の第１前逃げ面１１ｂとの間に形成される第１前逃げ角（Relief angle）はα１であり、第２前逃げ角はβ１である（図４、図５参照）。
ただし、後記するように本実施形態では、ワークＷに対しチップ１１を傾けるため、ワークＷとチップ１１との間に形成される真のすくい角、真の逃げ角等は、前記した正規に押し当てた場合を想定するチップ１１に固有のすくい角（０）、第１前逃げ角（α１）から変化することになり、後記するように回転テーブル２１を所定角度にて回転させることによって、自由に設定可能となっている。

さらに、チップ１１の基端部には、ボルト孔１１ｈが穿設されており、図示しないボルトによって、チップ１１はシャンク１３に着脱自在に取り付けられる。ただし、シャンク１３へのチップ１１の取付方法は、前記ボルトに限られず、その他ロウ付け等であってもよい。

図１に戻って説明を続ける。シャンク１３は、本実施形態では略逆Ｌ字形を呈するアームであり、その一端部側でチップ１１を保持するチップ保持部（チップポケットとも称される）を有すると共に、シャンク１３の他端部側は回転テーブル２１に、ボルト等の取付手段によって着脱自在に取り付けられている。
また、シャンク１３は、一端部側に取り付けられたチップ１１の先端が、回転テーブル２１の回転軸線２１Ａ上となるように設定されている。これにより、回転テーブル２１を回転させても、チップ１１の先端位置は変動しないため、チップ１１とワークＷとの位置合わせが容易となっている。

（回転テーブル）
回転テーブル２１（傾斜手段）は、ベースとなる旋盤のベッド（図示しない）に回転自在に取り付けられている。したがって、回転テーブル２１を所定角度回転させることで、チップ１１の第１前逃げ面１１ｂとワークＷとの間に形成される角度（以下、これを真の第１前逃げ角という）を適宜変更可能となっている（図４（ａ）参照）。すなわち、この真の第１前逃げ角が大きくなるように、ワークＷに対してバイト１０を傾けることが可能である。

［ヘッド部］
ヘッド部Ｓｂは、ワークＷが取り付けられる部分であると共に、取り付けられたワークＷを回転させながら、ツール部Ｓａに対する相対位置を変化させ、回転するワークＷをチップ１１に押し当てて旋削するための部分であって、移動ステージ３１と、ワークＷを回転させるためのチャック３２を備えて構成されている。

移動ステージ３１は、例えば、前記旋盤のベッドに固定されたガイドレールにガイドされつつ、サーボ機構等を有するＮＣ等の移動ステージ制御装置（図示しない）によって、３次元方向に極めて精密に制御可能となっている。つまり、図１の座標軸に示すように、ヘッド部Ｓｂの主線軸に平行な前後方向のＺ軸と、このＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸とに、移動ステージ３１が移動自在となっている。

チャック３２は、ワークＷが取り付けられる部分であり、例えば図示しない複数のジョー（爪またはコレットとも言う）によって、ワークＷの外周面を把持することで、ワークＷを所定位置に保持可能となっている。また、減圧することでワークＷを吸い付けて、ワークＷを所定位置に保持する真空チャックを使用することもできる。さらに、チャック３２は、移動ステージ３１に回転自在に取り付けられていると共に、図示しない駆動モータ等によって所定速度で回転可能となっている。

＜旋削装置の動作及び旋削方法＞
続いて、旋削装置Ｓの動作と共に旋削方法について説明する。
本実施形態に係る旋削方法は、回転テーブル２１を回転させ、ワークＷと第１前逃げ面１１ｂとの間が大きくなるようにバイト１０を傾ける第１工程と、この傾けたバイト１０に回転するワークＷを押し当て、ワークＷを旋削する第２工程を有している。
以下、各工程について詳細に説明する。

（第１工程）
ワークＷをチップ１１に押し当てた場合を想定し、回転テーブル２１をθ回転させて、バイト１０を、円柱状のワークＷのワーク端面Ｗａに対してθ傾ける。さらに説明すると、チップ１１にワークＷが押し当てられたときに、第１前逃げ面１１ｂとワーク端面Ｗａとの間に形成される真の第１前逃げ角α２（図４（ａ）参照）は、チップ１１に固有の第１前逃げ角α１よりもθ大きくなる。また、第２前逃げ面１１ｃとワーク端面Ｗａとの間に形成される真の第２前逃げ角β２も、チップ１１に固有の第２前逃げ角β１よりθ大きくなる。
すなわち、回転テーブル２１をθ回転させることにより、すくい面１１ａとワーク端面Ｗａとの間の角度（すくい角）はθ小さくなる。

ここで、回転テーブル２１を回転させる角度は、チップ１１の逃げ幅Ｌ１、刃物角、ワークＷに形成する凹曲面Ｍの直径、深さ等に応じて適宜変更し、旋削中にチップ１１の第１前逃げ面１１ｂと第２逃げ角面１１ｃとの境目が、ワークＷに接触しないように設定する。また、チップ１１の先端は、回転テーブル２１の回転軸線２１Ａ上に配置しているため、回転テーブル２１を回転させても、チップ１１の先端位置がずれることはない。

回転テーブル２１の回転に並行して、チャック３２にワークＷを取り付ける。次いで、チャック３２に接続する駆動モータ（図示しない）を駆動させ、チャック３２及びワークＷを所定速度で回転させる。

（第２工程）
そして、ワークＷを回転させたまま、移動ステージ３１を例えばＮＣ等の移動ステージ制御装置（図示しない）によって、３次元方向に極めて精密に制御し、ワークＷをチップ１１に押し当てて旋削する。さらに、移動ステージ制御装置（図示しない）によって、移動ステージ３１を３次元方向に所定に制御することにより、ワークＷに所定の凹曲面Ｗｂを形成することができる。
すなわち、従来のボールエンドミルを使用し走査した場合のように、断続的な切削ではないため、凹曲面Ｗｂの表面粗さは小さくなる。また、ＮＣ等の移動ステージ制御装置で制御するため、加工時間も極めて早くなる。

ここで、この旋削において、チップ１１は第１前逃げ面１１ｂとワークＷのワーク端面Ｗａとの間が大きくなるように傾けられているため、従来のように、第１前逃げ面１１ｂと第２前逃げ面１１ｃの間の境目が、ワークＷに接触することもない。すなわち、チップ１１を傾けることによって、チップ１１の逃げ幅Ｌ１に基づく「Ｌ１×ｔａｎα１」以上の深さの凹曲面ＭをワークＷに形成することができる。
すなわち、既製のチップを使用し、コストをかけることなく、ワークＷに凹曲面Ｗｂを形成することができる。

このように本実施形態に係る旋削装置Ｓ及び旋削方法によれば、一般の規格に準拠したチップ１１を有するバイト１０を使用しつつ、ワークＷに小径の凹曲面を形成することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他に例えば以下のような適宜な変更が可能である。

前記した実施形態では、バイト１０を傾ける傾斜手段として回転テーブル２１を使用したが、バイト１０を傾ける方法はこれに限定されず、その他に例えば、シャンク１３を旋盤のベッド（図示しない）に回転自在に取り付けてもよい。
またその他、シャンク１３を２分割すると共に、この２分割したシャンクを回動自在に連結し、連結したシャンクを適宜屈曲させることでチップ１１を傾けてもよく、この場合はバイトが部分的に傾けられたことになるが、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

前記した実施形態では、バイト１０側を傾けるとしたが、本発明ではこれに限定されず、その他に例えば、移動ステージ３１を鉛直方向の軸（図１に示すＹ軸と平行な軸）周りに回動自在に構成し、ワークＷをバイト１０に対して傾けてもよいし、バイト１０及びワークＷの両方を相互に傾ける構成としてもよい。

前記した実施形態では、第１前逃げ面１１ｂと第２前逃げ面１１ｃを角度違いで有するチップ１１を例に挙げて説明したが、チップ１１の形状はこれに限定されず、その他に例えば第２前逃げ面１１ｃを有しないチップであってもよい。
また、前記した実施形態では、チップ１１とシャンク１３とを備えるバイト１０を例として説明したが、バイト構成はこれに限定されず、その他に例えばチップ及びシャンクが一体的に成形されたバイトであってもよい。さらに、バイト１０が取り付けられる刃物台を備えてもよい。

前記した実施形態では、すくい面１１ａが水平方向（すくい面１１ａが水平面と垂直）を向くようにチップ１１を回転テーブル２１に設置し、前記第１工程において、回転テーブル２１を回転させることで、チップ１１をワークＷに対して傾斜させるとしたが、チップ１１とワークＷと相対的に傾斜させる手段はこれに限定されず、その他に例えば、すくい面１１ａが回転テーブル２１と平行（つまり、すくい面１１ａが水平面と平行）となるようにチップ１１を設置し、移動ステージ３１を図１に示すＸ軸と平行な回動軸（水平方向に平行な軸）周りに回動可能に構成してもよい。このように構成した場合には、回転テーブル２１を回転させずに、移動ステージ３１を前記回動軸周りに、所定角度にて回動させることによって、ワークＷをチップ１１に対して傾斜させることができる。

本実施形態に係る旋削装置の全体構成図である。図１に示すチップの斜視図である。本実施形態に係る旋削装置による旋削状況を拡大して示す斜視図である。（ａ）、（ｂ）共に、本実施形態に係る旋削状況を拡大して示す拡大図であり、（ａ）はチップがワークに当接した旋削初期段階を示し、（ｂ）はさらに旋削が進行した段階を示す。（ａ）、（ｂ）共に、従来の旋削状況を拡大して示す拡大図であり、（ａ）はチップがワークに当接した旋削初期段階を示し、（ｂ）はさらに旋削が進行した段階を示す。

符号の説明

１０バイト
１１チップ
１１ａすくい面
１１ｂ第１前逃げ面
１１ｃ第２前逃げ面
１３シャンク
２１回転テーブル（傾斜手段）
Ｌ１逃げ幅
Ｓ旋削装置
Ｗワーク
α１第１前逃げ角
α２真の第１前逃げ角
β１第２前逃げ角
β２真の第２前逃げ角

Claims

回転するワークを非回転状態のバイトで切削し、前記ワークに小径の凹曲面を形成することで、小型レンズ用金型を製造する旋削装置であって、
前記ワークと前記バイトの前逃げ面との間が大きくなるように、前記ワーク及び前記バイトの少なくとも一方を傾ける傾斜手段を備えたことを特徴とする旋削装置。