JP2005305583A

JP2005305583A - 金型の指標加工方法及び金型の加工工具

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Publication number: JP2005305583A
Application number: JP2004124635A
Authority: JP
Inventors: Shunji Chiaki; 俊司千明
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】偏芯位置決めに対応するための指標を金型成形面との境界がシャープなエッジとなるように加工する加工方法及び加工工具を提供する。
【解決手段】光学素子を成形するための金型に対して指標加工を行う。先端部に工具回転時に略円錐形状となる開き角を有する切れ刃１２が設けられ、工具回転軸１０ａを切れ刃１２のスクイ面１４上に設定すると共に、切れ刃１３の開き角の頂点である先端をスクイ面１４上で且つ工具回転軸１０ａに対して垂直方向にシフトした位置とした加工工具を回転させ、金型の所定位置に指標を加工する。
【選択図】図５

Description

本発明は、レンズやプリズム等の光学素子に用いられる位置出し用の指標を光学面と一体成形するための金型を製作する指標加工方法及びその加工工具に関する。

レンズやプリズムの光学系においては、各面の位置関係（以下、偏芯）が高精度に要求されており、その偏芯を高精度化するためにレンズやプリズムに指標が設けられている。このような指標は、レンズやプリズムを成形する金型に加工される。

このような指標を金型に加工する場合、指標に対応した形状のダイヤモンドチップをポンチに固定し、このポンチを金型の成形面に所定の荷重で押し付け、金型の成形面を塑性変形することによって指標を形成している。

また、特開２００１−１６２４２９公報には、光学部品を成形するための金型に溝加工を行う溝加工方法が記載されている。この方法は、工具先端に角錐形状の切れ刃を有する加工工具を用いるものである。切れ刃は、角錐形状の稜線が加工工具の中心軸に対し、加工しようとする溝の開き角の１／２の角度をなすように形成されており、この切れ刃を有する加工工具を回転させながら金型に切り込んで溝を加工している。
特開２００１−１６２４２９公報

しかしながら、ポンチによる金型成形面への所定荷重での押し付けによる加工は、塑性変形であるため、金型成形面と指標との境界が盛上がっている。

また、特開２００１−１６２４２９公報に記載された加工方法では、回転工具による切削加工（除去加工）であることから、金型成形面と指標との境界の盛り上がりを回避することができる反面、角錐形状のエッジの切れ刃による加工であるため、切削時のスクイ面が角度の大きな負のスクイ面となり、切削本来のスクイ面の作用が損なわれる。このため、シャープなエッジの境界を加工することができないものとなっている。

一般に、指標を位置出しの基準とする場合、指標位置は加工された金型成形面と指標の境界の稜線を読み取ることから、金型成形面と指標との境界はシャープなエッジが必要であり、上記いずれの加工方法及び加工工具では、高精度な偏芯位置決めに用いられる指標の加工には対応できないものとなっている。

本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものであり、高精度な偏芯位置決めに対応できる高精度な指標形状を加工することが可能な金型の指標加工方法及び金型の加工工具を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光学素子を成形するための金型に対して指標加工を行う金型の指標加工方法において、先端部に工具回転時に略円錐形状となる開き角を有する切れ刃が設けられ、工具回転軸を前記切れ刃のスクイ面上に設定すると共に、切れ刃の開き角の頂点である先端をスクイ面上で且つ工具回転軸に対して垂直方向にシフトした位置とした加工工具を回転させ、前記金型の所定位置に指標を加工することを特徴とする。

請求項１記載の発明では、切れ刃の開き角の頂点である先端をスクイ面上で且つ工具回転軸に対して垂直方向にシフトした位置とするため、切れ刃先端の逃げ面での切削を回避することができると共に、スクイ面が切削に対し理想的な角度で指標を切削加工できる。このため、成形面と指標との境界がシャープなエッジとなり、高精度な指標位置検出を行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の金型の指標加工方法であって、前記工具回転軸に対する切れ刃の先端からの開き角は、一方の切れ刃角度が他方の切れ刃角度と異なることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、一方の切れ刃角度が他方の切れ刃角度と異なっているため、切削した面への切削の作用を回避することができ、成形面と指標との境界をシャープなエッジとすることができる。

請求項３記載の発明は、光学素子を成形するための金型に対して指標加工を行う金型の加工工具において、先端部に工具回転時に略円錐形状となる開き角を有する切れ刃を設け、工具回転軸を前記切れ刃のスクイ面上に設定すると共に、切れ刃の開き角の頂点である先端をスクイ面上で且つ工具回転軸に対して垂直方向にシフトした位置としたことを特徴とする。

請求項３記載の発明では、工具回転軸を切れ刃のスクイ面上に設定すると共に、切れ刃の開き角の頂点である先端をスクイ面上で且つ工具回転軸に対して垂直方向にシフトした位置としていることにより、スクイ面が切削に対し理想的な角度となって指標を切削加工でき、これにより、成形面と指標との境界がシャープなエッジとなり、高精度な指標位置検出を行うことができる。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の金型の加工工具であって、前記工具回転軸に対する切れ刃の先端からの開き角は、一方の切れ刃角度が他方の切れ刃角度と異なることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、一方の切れ刃角度が他方の切れ刃角度と異なっているため、切削した面への切削の作用を回避することができ、成形面と指標との境界をシャープなエッジとすることができる。

本発明の金型の指標加工方法によれば、切れ刃先端の逃げ面での切削を回避すると共にスイク面が切削に対し理想的な角度となって指標を切削加工できるため、成形面と指標との境界がシャープなエッジとなり、高精度な指標位置検出を行うことができる。

本発明の金型の加工工具によれば、切れ刃のスクイ面が切削に対し理想的な角度となって指標を切削加工できるため、成形面と指標との境界がシャープなエッジとなり、高精度な指標位置検出を行うことができる。

以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１を示し、図１は被加工物であるプリズム成形用金型１の斜視図、図２は正面図である。

プリズム成形用金型（成形用金型）１は、略四角柱形状の母材に厚膜の無電解ニッケルメッキを施すことにより形成されており、成形面２はダイヤモンドバイトにより鏡面加工が施されている。この成形面２における４隅位置３（３ａ〜３ｄ）に対し、加工工具であるダイヤモンド工具１０（図３参照）を回転させながら指標３１を切削加工する。

成形用金型１に対して指標を加工する加工機は、図３に示すように、超精密ＣＮＣ加工機が使用されることにより、サブミクロンの位置決め及び切り込みが可能となっている。この加工機はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向にそれぞれスライド可能なＸ軸テーブル４、Ｙ軸テーブル５、Ｚ軸テーブル６を有し、３軸方向へ移動制御しながら駆動運転される。

Ｘ軸テーブル４及びＺ軸テーブル６はベース７上における離れた位置に設置されており、Ｙ軸テーブル５はＸ軸テーブル４上に設置されている。Ｚ軸テーブル６上には主軸８が取り付けられ、この主軸８の先端に金型保持具９が取り付けられている。加工される成形用金型１は金型保持具９に固定されている。この実施の形態において、Ｚ軸は主軸８の軸８ａと平行な軸となっており、Ｘ軸は主軸８の軸８ａに対して垂直な軸、Ｙ軸はＺ軸とＸ軸によって形成される面に対して垂直な軸となっている。

ダイヤモンド工具１０は、Ｙ軸テーブル５に取り付けたスピンドル（切削スピンドル）１１に保持されることにより、成形用金型１と対向している。このダイヤモンド工具１０の回転中心軸（工具回転軸）１０ａは精密に回転する切削スピンドル１１の回転中心軸１１ａと同軸に取り付けられており、且つ切削スピンドル１１の回転中心軸１１ａの軸とＺ軸は平行となっている。

図４はダイヤモンド工具１０の斜視図、図５（ａ）は切れ刃１２の平面図、同図（ｂ）は切れ刃１２の側面図である。

ダイヤモンド工具１０はダイヤモンドからなる切削刃１２を先端部分に有している。切れ刃１２はダイヤモンド工具１０の回転中心軸（工具回転軸）１０ａと平行な軸１２ａ（この軸１２ａは、切れ刃１２の先端１３を通る軸となっている。）に対し、加工する指標の円錐形状の１／２の開き角度θａを有する切れ刃稜線１３ａと、前記１／２の開き角度θａより小さい開き角度θｂを有する切れ刃稜線１３ｂとによって構成されている。切れ刃１２の先端１３は、ダイヤモンド工具１０の回転中心軸１０ａに対し、回転する外周方向（回転中心軸１０ａに対して垂直方向）にわずか（１μｍ以下）にシフトし、且つ切れ刃１２のスクイ面１４は回転中心軸１０ａと一致するように取り付けられている。

次に、この実施の形態による指標加工を説明する。図６（ａ）は対象とする指標３１の正面図、同図（ｂ）は対象とする指標３１の断面図である。

成形用金型１の成形面２の光軸中心２ａとダイヤモンド工具１０の回転中心軸１０ａは一致するように位置決めされ、図示しないＣＮＣ制御装置により、Ｘ・Ｙ座標が求められている。ダイヤモンド工具１０の切れ刃１２が、所定の指標の開き角度θの１／２の開き角度θａを有する切れ刃稜線１３ａで切削するように回転することにより、指標３１は略円錐状（具体的には、円錐状の先端が欠けた形状）となる。

Ｘ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５により所定の指標加工位置３ａへ位置決めする。その後、Ｚ軸テーブル６を前進させて切れ刃１２を所定の深さ分、成形面２へ切り込みを行う。この操作を所定の指標の数（３ｂ〜３ｄ）だけ繰り返すことにより、成形面２へ偏芯基準となる指標３１を形成することができる。指標位置は加工された指標３１の円を数点測定し中心を求めることにより高精度に分かる。

このような実施の形態によれば、切れ刃１２のスクイ面１４が高精度に切削できる角度で作用し、且つ切れ刃１２の逃げ面での切削を回避できるため、真円な指標３１で且つ成形面２と指標３１との境界はシャープなエッジが得られる。従って、このエッジを基準に位置測定することにより、高精度な偏芯測定が可能となる。

なお、この実施の形態では、指標の位置決めをＸ軸テーブル４及びＹ軸テーブル５を用いて行っているが、主軸８を回転させて位置決めすることによりＸ軸テーブル４、Ｙ軸テーブル５のいずれかを位置決めし、これにより指標を形成することができる。また、被加工物としては、切削加工可能なものであれば、無電解ニッケルメッキに限らず、他の成形型や光学樹脂に使用する無酸素銅、リン青銅、真鍮、アクリル或いはミラーに使用するアルミニウムや合金に対しても適用することができる。さらに、切れ刃１２としては、ｃ−ＢＮ工具を用いることにより、ダイヤモンドと親和性の良好な鉄系材料に対しても高精度な指標を加工することができる。

（実施の形態２）
図７は実施の形態２によって加工される成形用金型１５の成形面１７の断面図であり、成形面１７は外周付近での曲率が小さくなる自由曲面により形成されている。加工機及び指標加工方法は実施の形態１と同様である。

この実施の形態に使用するダイヤモンド工具１０を図４及び図５により説明すると、ダイヤモンド工具１０はダイヤモンドからなる切れ刃１２を先端部分に有している。切れ刃１２はダイヤモンド工具１０の回転中心軸（工具回転軸）１０ａと平行な軸１２ａ（この軸１２ａは、切れ刃１２の先端１３を通る軸となっている。）に対し、加工する指標の円錐形状の１／２の開き角度θａを有する切れ刃稜線１３ａと、前記１／２の開き角度θａより小さい開き角度θｂを有する切れ刃稜線１３ｂとによって構成されている。切れ刃１２の先端１３は、ダイヤモンド工具１０の回転中心軸１０ａに対し、回転する外周方向に所定量シフトし、且つ切れ刃１２のスクイ面１４は回転中心軸１０ａと一致するように取り付けられている。

図８（ａ）は対象とする指標３２の正面図、図８（ｂ）は対象とする指標３２の断面図である。指標３２は、真円の稜線１９と、大径の円錐面１６とが頂点１８を中心にした同心円状となることにより形成される。

加工に際し、成形用金型１５の成形面１７の光軸中心１７ａと、ダイヤモンド工具１０の回転中心軸１０ａは一致するように位置決めされ、図示しないＣＮＣ制御装置によりＸ・Ｙ座標が求められている。

ダイヤモンド工具１０の切れ刃１２は、所定の指標の開き角度θの１／２の開き角度θａを有する切れ刃稜線１３ａにより円錐面１６ａを切削し、さらに切れ刃１２の先端１３の所定量シフトした数値の半径で切削刃１３ｂにより円錐面１６ｂを切削する。Ｘ軸テーブル４とＹ軸テーブル５により所定の指標加工位置へ位置決めする。その後、Ｚ軸テーブル６を前進させて切れ刃１２を所定の深さ分、成形面１７へ切り込みを行う。この操作を所定の指標数分繰り返すことにより、偏心基準となる微細な凸の円錐状の指標３２を成形用金型１５の成形面１７に加工することができる。

このような実施の形態では、指標３２の加工位置に曲率が形成されており、成形面１７と指標３２との境界が真円に切削できない場合でも、指標３２の中心における凸状の円錐の頂点または底面の真円な稜線１９により高精度な偏芯測定を行うことができる。

（実施の形態３）
この実施の形態では、加工機・ダイヤモンド工具及び切削方法は実施の形態１と同様となっているが、溝加工によって指標３３を形成するものである。指標３３はＸ方向の溝２１ａとＹ方向の溝２１ｂとが直交状に交差した十字状の溝からなり、図９に示すように、成形用金型２４の成形面２０における４隅部分に加工される。

この実施の形態では、実施の形態１と同様にダイヤモンド工具１０は成形面２０の基準となるＸ・Ｙ座標が求められている。ダイヤモンド工具１０の切れ刃１２は、所定の指標の開き角度θの１／２の開き角度θａを有する切れ刃稜線１３ａで切削するように回転することにより円錐状になる。Ｘ軸テーブル４とＹ軸テーブル５とにより所定の指標加工位置２１ａへ位置決めする。その後、Ｚ軸テーブル６を前進させて切れ刃１２を所定の深さ分、成形面２０へ切り込みを与える。この状態でＸ軸スライド４を移動させることにより、Ｘ軸方向の溝２２ａを加工する。

その後、Ｚ軸テーブルを後退させ、再び所定の位置へ位置決めし、その後、Ｚ軸テーブル６を前進させて切れ刃１２を所定の深さ分、成形面２０へ切り込みを行う。この状態でＹ軸スライド５を移動させることにより、Ｙ軸方向の溝２２ｂを加工する。

以上の操作を所定の指標数分（２１ｂ〜２１ｄ）繰り返すことにより、成形面２０へ偏芯基準となる溝状の指標３３を形成することができる。なお、指標位置は、加工された溝の成形面２０との２本の境界線（図１０における境界線２３ａ及び２３ｂ）の中心位置をＸ方向とＹ方向のそれぞれに求め、その交点から求めることができる。

この実施の形態によれば、切れ刃１２のスクイ面１４が高精度に切削できる角度で作用し、且つ切れ刃１２の逃げ面での切削を回避できるため、溝の境界はシャープなエッジとなる。このエッジを基準に位置測定することにより高精度な偏芯測定が可能となる。

なお、この実施の形態では、指標３３をＸ軸及びＹ軸の移動による切削で加工しているが、ＸＺ軸、ＹＺ軸の２軸同時加工を行うことにより、成形面２０の曲面に沿って加工することが可能となる。

本発明の実施の形態１における金型の斜視図である。実施の形態１の金型の成形面を示す正面図である。加工機を示す側面図である。実施の形態１の加工工具の斜視図である。（ａ）は実施の形態１の加工工具の平面図、（ｂ）は側面図である。（ａ）は実施の形態１で加工される指標の正面図、（ｂ）は断面図である。実施の形態２の金型の側面図である。（ａ）は実施の形態２で加工される指標の正面図、（ｂ）は断面図である。実施の形態３の金型の正面図である。実施の形態３で加工される指標の断面図である。

符号の説明

１、１５、２４成形用金型
２、１７、２０成形面
１０ダイヤモンド工具
１０ａ工具中心軸
１２切れ刃
１３切れ刃の先端
１３ａ，１３ｂ切れ刃の稜線
１４スクイ面

Claims

光学素子を成形するための金型に対して指標加工を行う金型の指標加工方法において、
先端部に工具回転時に略円錐形状となる開き角を有する切れ刃が設けられ、工具回転軸を前記切れ刃のスクイ面上に設定すると共に、切れ刃の開き角の頂点である先端をスクイ面上で且つ工具回転軸に対して垂直方向にシフトした位置とした加工工具を回転させ、前記金型の所定位置に指標を加工することを特徴とする金型の指標加工方法。
前記工具回転軸に対する切れ刃の先端からの開き角は、一方の切れ刃角度が他方の切れ刃角度と異なることを特徴とする請求項１に記載の金型の指標加工方法。
光学素子を成形するための金型に対して指標加工を行う金型の加工工具において、
先端部に工具回転時に略円錐形状となる開き角を有する切れ刃を設け、工具回転軸を前記切れ刃のスクイ面上に設定すると共に、切れ刃の開き角の頂点である先端をスクイ面上で且つ工具回転軸に対して垂直方向にシフトした位置としたことを特徴とする金型の加工工具。
前記工具回転軸に対する切れ刃の先端からの開き角は、一方の切れ刃角度が他方の切れ刃角度と異なることを特徴とする請求項３に記載の金型の加工工具。