JP2006218481A - 圧痕加工装置及び圧痕加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工速度を向上させた状態で、被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行う圧痕加工装置及び圧痕加工方法を提供すること。
【解決手段】検出用圧電素子２２を用いて検出された特定の圧痕位置における距離の情報（電圧値）及びその位置情報はメモリ３８１に格納される。補間演算部３８２では、特定の圧痕位置の電圧値を用いて、特定の圧痕位置間以外の圧痕位置における距離の情報（電圧値）を補間処理により求める。波形作成部３８３では、各圧痕位置において圧痕加工する際に必要となる電圧値に圧痕加工に対応する電圧値を付加して１回の圧痕加工に必要なストロークに対応する電圧波形を作成する。駆動制御部３８４は、圧痕位置における各ストロークに対応する電圧波形にしたがって駆動用圧電素子２１に電圧を印加する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被加工材に圧痕形状を付与する圧痕加工装置及び圧痕加工方法に関する。

例えば、表面に数μｍ〜数百μｍの微細な凹部又は凸部を多数形成した金属薄膜は、入射した光を効率的に反射させることができるので、液晶表示装置の反射膜として利用されている。このような反射膜は、微細な凹部又は凸部を形成したローラ状の母型を回転させて樹脂層上に押し付け、微細な凹部又は凸部が転写された樹脂層上に金属薄膜を積層して作られる。こうした微細な凹部又は凸部を形成したローラ状の母型を作製する際には、ローラ状の被加工材を回転させつつ、先端が尖った加工部材（圧子）を断続的にこの被加工材に押し付けて圧痕加工して、被加工材の表面にサブミクロンオーダーの制御がなされた微細な凹部又は凸部を形成する。

この被加工材は、例えば直径が１０ｍｍφで長さが２００ｍｍのような長尺体であり、このような形状の被加工材を作製すると、必ず表面にミクロンオーダーのうねりが生じる。サブミクロンオーダーの精度で凹部又は凸部を形成する際に、被加工材の表面にミクロンオーダーのうねりがあると、正確に被加工材に圧痕加工を施すことができない。したがって、本発明者は、被加工材にうねりがあったとしても正確に圧痕加工を施すために、被加工材の表面を検出した後に圧痕加工を施す発明をした（特許文献１）。

特開２００４−３４４９１６号公報

しかしながら、被加工材を、例えば液晶表示装置の反射膜を製造するための微細な凹部又は凸部を形成するマスター型として使用する場合には、被加工材に非常に多くの凹部又は凸部を形成する必要があり、この凹部又は凸部形成のための１回の圧痕加工毎に被加工材の表面を検出すると、被加工材全体の圧痕加工に非常に長時間を要してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、加工速度を向上させた状態で、被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行う圧痕加工装置及び圧痕加工方法を提供することを目的する。

本発明の圧痕加工装置は、被加工材に圧痕形状を付与する加工部材と、前記加工部材を前記被加工材に対して進退させる加工部材駆動手段と、前記加工部材が前記被加工材に接触したことを検出する検出手段と、を少なくとも具備し、前記加工部材駆動手段は、前記検出手段で検出された、特定の圧痕位置における前記加工部材と前記被加工材との間の距離を用いて補間処理を行って前記特定の圧痕位置以外の圧痕位置における前記距離を求める補間手段と、前記検出された距離及び前記求められた距離に基づいて前記被加工材に圧痕を付与するための前記加工部材の駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、すべての圧痕位置について表面位置検出を行わないで、特定の圧痕位置の情報から補間処理により全圧痕位置の制御量を求めるので、加工速度を向上させることができ、しかも被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行うことが可能となる。

本発明の圧痕加工装置においては、前記制御手段は、前記加工部材を前記被加工材近傍まで進める速度よりも前記被加工材に前記加工部材で圧痕加工する際の速度を遅くする制御を行うことが好ましい。

この構成によれば、加工部材の先端が被加工材の表面に接触する前の速度を速くし、接触直前もしくは接触直後からの速度を遅くすることにより、加工時間のさらなる短縮を図ることができると共に、加工部材の損傷を少なくすることができ、加工部材の寿命を長くすることができる。さらに、圧痕加工をゆっくり行うことにより、加工部材の形状を被加工材に正確に付与することができるので、その微細な凹凸を転写した製品は所望の特性を発揮することが可能となる。

本発明の圧痕加工装置においては、前記検出手段は圧電素子で構成されており、前記検出手段が前記加工部材に取り付けられていることが好ましい。

この構成によれば、検出手段が加工部材に設けられていることにより、加工部材の先端が被加工材の表面に接触したときに検出手段である圧電素子が電圧を発生するので、加工部材の先端が被加工材の表面に接触した時点を正確に検出することができる。

本発明の圧痕加工方法は、被加工材に圧痕形状を付与する加工部材を前記被加工材に対して進出させて、特定の圧痕位置において前記加工部材が前記被加工材に接触したことを検出する工程と、前記特定の圧痕位置における前記加工部材と前記被加工材との間の検出された距離を格納する工程と、前記距離を用いて補間処理を行って前記特定の圧痕位置以外の圧痕位置における前記距離を求める工程と、前記検出された距離及び前記求められた距離に基づいて前記被加工材に圧痕を付与するための前記加工部材の駆動を制御する工程と、を少なくとも具備することを特徴とする。

この方法によれば、すべての圧痕位置について表面位置検出を行わないで、特定の圧痕位置の情報から補間処理により全圧痕位置の制御量を求めるので、加工速度を向上させることができ、しかも被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行うことが可能となる。

本発明の圧痕加工方法においては、前記加工部材の駆動を制御する工程において、前記加工部材を前記被加工材近傍まで進める速度よりも前記被加工材に前記加工部材で圧痕加工する際の速度を遅くする制御を行うことが好ましい。

この方法によれば、加工部材の先端が被加工材の表面に接触する直前までの速度を速くし、接触直後の速度を遅くすることにより、加工時間のさらなる短縮を図ることができると共に、加工部材の損傷を少なくすることができ、加工部材の寿命を長くすることができる。さらに、圧痕加工をゆっくり行うことにより、加工部材の形状を被加工材に正確に付与することができるので、その微細な凹凸を転写した製品は所望の特性を発揮することが可能となる。

本発明の圧痕加工方法においては、前記検出手段として圧電素子を用い、前記検出手段を前記加工部材に取り付けた状態で、前記加工部材を前記被加工材に対して進出させて前記加工部材が前記被加工材に接触したときに前記加工部材と前記被加工材との間の距離を求めることが好ましい。

この方法によれば、検出手段が加工部材に設けられていることにより、加工部材の先端が被加工材の表面に接触したときに検出手段である圧電素子が電圧を発生するので、加工部材の先端が被加工材の表面に接触した時点を正確に検出することができる。

本発明の圧痕加工においては、被加工材に圧痕形状を付与する加工部材を被加工材に対して進出させて、特定の圧痕位置において加工部材が被加工材に接触したことを検出し、この特定の圧痕位置における加工部材と被加工材との間の距離を格納し、格納した距離を用いて補間処理を行って特定の圧痕位置以外の圧痕位置における距離を求め、格納した距離及び求められた距離に基づいて被加工材に圧痕を付与するための加工部材の駆動を制御するので、加工速度を向上させた状態で、被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置の概略構成を示す図である。圧痕加工装置１０は、被加工材９に加工を施す加工部１１と、この加工部１１を制御する制御部１２とを有する。

加工部１１においては、駆動ユニット１９を有する移動体１４を水平方向（図中Ｘ方向）に移動させる移動装置１５を有する。移動装置１５は水平方向に延在する案内軸１３を有しており、その案内軸１３には、案内軸１３の囲繞するように設けられた移動体１４が摺動可能に取り付けられている。この移動体１４に駆動ユニット１９を上下動させるためのステッピングモータ（あるいはサーボモータ）（図示せず）にて駆動される駆動部１８が取り付けられ、この駆動部１８上に駆動ユニット１９が取り付けられている。

駆動ユニット１９は、加工部材駆動手段である駆動用圧電素子２１と、被加工材９の表面を検出する検出用圧電素子２２と、被加工材９に圧痕形状を付与する加工部材２３とから主に構成される。すなわち、移動体１４に取り付けられたステッピングモータにて駆動される駆動部１８には、駆動用圧電素子２１が取り付けられており、この駆動用圧電素子２１は、電圧を印加することにより鉛直方向（図中Ｘ方向と直交する方向）に伸縮するようになっている。駆動用圧電素子２１の下面には、検出用圧電素子２２が取り付けられており、この検出用圧電素子２２も、電圧を印加することにより鉛直方向（図中Ｘ方向と直交する方向）に伸縮するようになっている。検出用圧電素子２２の下面には、加工部材２３が取り付けられている。このような構成において、駆動用圧電素子２１は、加工部材２３を被加工材９に対して進退させ、検出用圧電素子２２は、加工部材２３が被加工材９に接触したことを検出する。

駆動ユニット１９は、ステッピングモータ（あるいはサーボモータ）にて駆動される駆動部１８に取り付けられている。ステッピングモータは駆動ユニット１９を上下動させて、大まかな位置決めを行う（粗動位置決め装置）。移動体１４の一端には原点標識２５が形成されると共に、この原点標識２５を検出するＸ軸原点センサ２６が形成されている。この原点標識２５及びＸ軸原点センサ２６を用いることにより、移動体１４を移動装置１５の原点位置に戻すことができる。

移動装置１５の下方には、長尺体である被加工材９を保持する回転チャック１６を回転させる回転装置１７が配設されている。回転装置１７の回転チャック１６は被加工材９の一端を保持する。回転チャック１６に保持された被加工材９は、回転装置１７により図中θ方向に回転する。回転装置１７の一端には原点標識２７が設けられると共に、この原点標識２７を検出するθ軸原点センサ２８が設けられている。この原点標識２７及びθ軸原点センサ２８により、回転チャック１６を回転装置１７の原点位置に戻すことができる。もしくは、被加工材９の特定箇所につけたマークを、例えばＣＣＤカメラなどで認識し、原点センサとしても良い。

制御部１２は、圧痕加工装置１０全体を制御するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１と、信号変換装置、例えばデジタル−アナログ変換部（Ｄ／Ａ変換部）３２と、信号変換装置、例えばアナログ−デジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）３３を有するコントローラ４５と、移動装置１５を駆動する移動装置ドライバ３４と、回転装置１７を駆動する回転装置ドライバ３５と、圧電素子２１を駆動する圧電素子ドライバ３８と、駆動ユニット１９の概ねの位置を制御する粗動位置決め装置ドライバ３９とから主に構成されている。

Ｄ／Ａ変換部３２は、駆動用圧電素子２１に制御信号を送出する。Ａ／Ｄ変換部３３は、被加工材表面の検出用圧電素子２２から出力された検出信号をＤ／Ａ変換部３２にフィードバックする。移動装置ドライバ３４、回転装置ドライバ３５、及び粗動位置決め装置ドライバ３９は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１からの指示に応じて移動装置１５、回転装置１７、及びステッピングモータ（粗動位置決め装置）をそれぞれ制御する。なお、図１ではＰＣ３１からＤ／Ａ変換部３２、Ａ／Ｄ変換部３３を有するコントローラ４５、移動装置ドライバ３４、及び回転装置ドライバ３５、粗動位置決め装置ドライバ３９を制御する場合について示しているが、制御信号のやり取りを高速化するために、移動装置ドライバ３４及び回転装置ドライバ３５をマイクロコンピュータ付きの基板として一体に構成しても良い。

図２は、圧痕加工装置１０の駆動ユニット１９を示す拡大図である。加工部材２３を被加工材９に対して進退させる（本実施の形態においては加工部材２３を昇降させる）駆動用圧電素子２１は、電圧を付与するとピエゾ効果によりその長さが伸長する。すなわち、図２（ａ）に示す状態において、駆動用圧電素子２１に電圧を印加すると、その長さが伸びて、図２（ｂ）に示すように、加工部材２３が被加工材９に接触する。このような駆動用圧電素子２１は、例えば圧電材料で構成した薄い膜を多数積層して形成した積層型圧電素子であり、それぞれの膜に電圧を印加することにより、素子全体で、例えばフルストローク１０〜１００μｍ程度の伸縮を行う。

駆動ユニット１９において、駆動用圧電素子２１の下面には、接着剤のような接続部材４１を介して検出用圧電素子２２が取り付けられている。検出用圧電素子２２は、歪みが生じるとピエゾ効果により電圧が発生する。すなわち、加工部材２３が被加工材９に接触して検出用圧電素子２２が歪むと電圧が発生する。したがって、検出用圧電素子２２の電圧変化を監視することにより、加工部材２３が被加工材９の表面９ａに接したことを検出することができる。被加工材９の表面９ａが検出されると、それがトリガとなり、駆動用圧電素子２１の下降、すなわち伸長が停止する。このときに駆動用圧電素子２１に印加した電圧は、圧痕位置における加工部材２３と被加工材９との間の距離に対応するので、駆動ユニット１９の加工部材２３の高さ（距離）情報としてこの電圧値を格納する。

このような検出用圧電素子２２は、例えば圧電材料で構成した薄い膜を多数積層して形成した積層型圧電素子であり、素子全体として数十ｎｍ〜数百ｎｍの圧縮で微小電圧変化を観察することが可能である。

検出用圧電素子２２の下面には、例えばチャック治具又は接着剤などの接続部材４２を介して加工部材２３が取り付けられている。加工部材２３は、その先端２３ａの形状が被加工材９の表面９ａに形成される微細な凹部又は凸部に対応しており、加工部材２３全体はダイヤモンドや硬質な金属などで構成される。なお、加工部材２３の先端２３ａは、検出用圧電素子２２の軸上に位置することが好ましい。これにより、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接した瞬間を検出用圧電素子２２により確実に検出することが可能になる。

圧電素子２１に制御信号を送出するコントローラ４５は、図３に示すように、検出された電圧値を格納するメモリ４５１と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１内の波形作成部３１３で作成された電圧波形に基づいて圧電素子２１の駆動制御を行う駆動制御部４５２とを有する。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１は、コントローラ４５内メモリ４５１に格納された電圧値を格納するメモリ３１１と、格納された電圧値を用いて検出を行わない圧痕位置の電圧値を補間処理して求める補間演算部３１２と、格納された電圧値及び補間された電圧値を用いて圧痕位置での圧痕加工の際に圧電素子２１に与える電圧波形を作成する波形作成部３１３とを有する。また、このコントローラ４５内のメモリ４５１はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１内のメモリ３１１のみでもよい。このパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１は、検出用圧電素子２２を用いて検出された、特定の圧痕位置における加工部材２３と被加工材９との間の距離（電圧値）を格納し、その電圧値を用いて補間処理を行って特定の圧痕位置以外の圧痕位置における距離（電圧値）を求め、格納された電圧値及び求められた距離（電圧値）に基づいて被加工材９に圧痕を付与するための加工部材２３の駆動を制御する。

次に、上記構成を有する圧痕加工装置１０の動作について説明する。ここでは、図２（ａ）に示すように、被加工材９の表面９ａに深さｄ、例えば１μｍの微細な凹部又は凸部（ディンプル）４３を形成する場合について説明する。なお、被加工材９としては、例えば反射型液晶表示装置などに用いられる反射膜の表面加工に用いられる母型が挙げられる。この反射膜は、反射型液晶表示装置の画素よりも小さい、極めて微細な凹部又は凸部を表面に多数有するものである。

このような反射膜を形成する凹部又は凸部は、例えば幅が数百μｍ〜数μｍ程度であり、深さは数百ｎｍ〜数μｍ程度の断面略円形あるいは楕円形もしくは任意の２〜１０程度の局面の集合体であっても良く、その一部に平面を有するものであっても良い、微細な窪みである。このような凹部又は凸部を多数形成することによって、反射膜は入射した光を効率良く拡散あるいは集光することができる。被加工材９は、このような反射膜の製造において、反射膜に凹部又は凸部を与える樹脂膜を形成する際に、樹脂膜にこの被加工材９を押し当てて樹脂膜の表面に凹凸を形成するために用いられる。

本発明に係る圧痕加工方法においては、被加工材９に圧痕形状を付与する加工部材２３を被加工材９に対して進出させて、特定の圧痕位置において加工部材２３が被加工材９に接触したことを検出し、この特定の圧痕位置における加工部材２３と被加工材９との間の距離を格納し、格納した距離を用いて補間処理を行って特定の圧痕位置以外の圧痕位置における距離を求め、格納した距離及び求められた距離に基づいて被加工材９に圧痕を付与するための加工部材２３の駆動を制御する。

まず、被加工材９への圧痕加工を開始するにあたって、回転チャック１６に被加工材９を固定する。次いで、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１から圧痕加工が指示されると、移動装置１５は、Ｘ軸原点センサ２６が原点標識２５を検出するまで移動体１４を動かして、移動体１４を原点位置にセットする。また、回転装置１７は、θ軸原点センサ２８が原点標識２７を検出するまで回転チャック１６を回転させて、回転チャック１６を原点位置にセットする。なお、被加工材９としては、例えば円筒形の長尺の金属材などを用いる。

回転チャック１６に被加工材９がセットされた状態で、移動体１４及び回転チャック１６がそれぞれ原点位置に戻った後、図２（ａ）に示すように、粗動位置決め装置ドライバ３９をＰＣ３１もしくは手動で操作し、ステッピングモータ１８を動かして、駆動ユニット１９を被加工材９に向けて緩やかに降下させる。そして、図２（ｂ）に示すように、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接すると、検出用圧電素子２２は僅かに圧縮され、ピエゾ効果により電圧値が変化する。このようにして被加工材９の表面位置を検出し、ステッピングモータを停止する。その後、ステッピングモータ１８は駆動ユニット１９を上昇させ、加工部材２３の先端２３ａと被加工材９の表面９ａとの間にクリアランスを設ける。このクリアランスは、例えば数μｍ〜１０数μｍ程度である。

ここで、図４を用いて被加工材９の表面位置の検出について詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置における被加工材の表面位置検出及び圧痕加工の際の時間変化を示す図であり、（ａ）は駆動用圧電素子に印加する電圧（伸びに相当する）を示し、（ｂ）は検出用圧電素子に発生する電圧を示し、（ｃ）は加工部材と被加工材の表面との間のクリアランスを示し、（ｄ）は加工部材の変位を示す。まず、図２（ａ）に示す状態（図４のＡ状態）から駆動用圧電素子２１に電圧を印加していくと、ピエゾ効果により駆動用圧電素子２１は伸長する。そして、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触して図２（ｂ）に示す状態（図４のＢ状態）になると、検出用圧電素子２２は、その上面で駆動用圧電素子２１から下方向の力を受け、その下面で被加工材９からの反力を受ける。これにより、検出用圧電素子２２は、上下方向から力を受けて歪み、その歪みによるピエゾ効果で、図４（ｂ）に示すように、電圧が発生する。このように、検出用圧電素子２２が駆動用圧電素子２１と加工部材２３との間に設けられていることにより、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触したときに検出用圧電素子２２が電圧を発生するので、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触した時点を正確に検出することができる。

検出用圧電素子２２の電圧値の変化は、加工部材２３の先端２３ａの接地信号としてＡ／Ｄ変換部３３に出力される。Ａ／Ｄ変換部３３に検出用圧電素子２２から接地信号が入力されると、コントローラ４５は直ちにＤ／Ａ変換部３２に駆動用圧電素子２１の伸長の停止を要求する。これにより、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに僅かに接した後に駆動用圧電素子２１を停止することができる（図２（ｂ）、図４（ｂ））。このときに駆動用圧電素子２１に印加した電圧の値は、圧痕位置における加工部材２３の先端２３ａと被加工材９の表面９ａとの間の距離に対応する。この電圧値は、検出位置である特定の圧痕位置（図５の参照符号５０ａ〜５０ｃ）の位置情報（座標）と共に、コントローラ４５のメモリ４５１に格納される。

このような動作を図５に示すような特定の圧痕位置５０ａ〜５０ｃについて繰り返して被加工材９の軸方向及び周方向にわたって表面位置検出を行う。この場合、ＰＣ３１は、回転装置ドライバ３５により回転装置１７を制御して、回転チャック１６及びそれに取り付けられた加工部材９を図１のθ方向に所定のピッチで回転させる。そして、周方向にわたって表面位置検出を行った後に、移動装置ドライバ３４により移動装置１５を制御して、移動体１４をＸ方向に所定の間隔（特定の圧痕位置の間隔）で移動させて表面位置検出を行う。なお、表面位置検出する際の特定の圧痕位置の設定（数や間隔など）については、特に制限はなく、適宜変更することができる。

次いで、このようにメモリ４５１に格納した（検出された）特定の圧痕位置における距離の情報（電圧値）及びその位置情報はＰＣ３１内の補間演算部３１３に送られる。補間演算部３１３では、検出された特定の圧痕位置の電圧値を用いて、特定の圧痕位置以外の圧痕位置における距離の情報（電圧値）を補間処理により求める。補間方法としては、通常補間演算に用いられる３次元補間方法を用いることができる。圧痕位置の位置情報については、予め設定しておき、ＰＣ３１から適宜補間演算部３１３に送られる。これにより、被加工材９全体の圧痕位置について電圧値が求められる。この被加工材９全体の圧痕位置についての電圧値は波形作成部３１４に送られる。

波形作成部３１４では、各圧痕位置において圧痕加工する際に必要となる電圧値に凹部４３の深さｄに対応する電圧値を付加して１回の圧痕加工に必要なストロークに対応する電圧波形を作成する。すなわち、図６（ａ）に示すように、それぞれの圧痕位置において圧痕加工する際に必要となる電圧値Ｖ₁に、圧痕加工に対応する、すなわち凹部４３の深さｄに対応する電圧値Ｖ₂を付加して電圧値Ｖ₁＋Ｖ₂でストロークを決定する。凹部４３の深さｄを一定とするのであれば電圧値Ｖ₂はほぼ変わらないが、電圧値Ｖ₁は被加工材９のうねりに応じて変化する。このように、圧痕位置における各ストロークに対応する電圧波形は、駆動制御部４５２に送られる。ここでは、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触するまで加工部材２３を被加工材９に対して進める速度と、被加工材９に対して加工部材２３で圧痕加工する際（図４のＣ状態）の速度とが同じである。すなわち、図６（ａ）に示すように、駆動用圧電素子２１の伸び（電圧）の速度が１回の圧痕加工終了（図４のＤ状態）まで同じ（同一速度勾配Ｇ₁）である。

駆動制御部４５２は、圧痕位置における各ストロークに対応する電圧波形にしたがって圧電駆動ドライバ３８を介して駆動用圧電素子２１に電圧を印加する。これにより、被加工材９の圧痕位置に圧痕加工を施すことができる。このような動作を被加工材９の予め決められた圧痕位置に繰り返して行う。この場合、ＰＣ３１は、回転装置ドライバ３５により回転装置１７を制御して、回転チャック１６を図１のθ方向に所定のピッチで回転させる。そして、周方向にわたって圧痕加工を行った後に、移動装置ドライバ３４により移動装置１５を制御して、移動体１４をＸ方向に所定の間隔（特定の圧痕位置の間隔）で移動させて圧痕加工を行う。

なお、ＰＣ３１には、凹部４３を形成する際のＸ軸、θ軸それぞれの駆動ピッチや駆動速度、そのタイミングや回数などのパラメータをメモリしておき、コントローラ４５、移動装置ドライバ３４、及び回転装置ドライバ３５をそれぞれ同期させて駆動できるようにする。その他、圧痕加工装置については、特開２００４−３４４９１６号公報に開示されており、この内容はすべてここに含める。

このように、本実施の形態の圧痕加工においては、被加工材９に圧痕形状を付与する加工部材２３を被加工材９に対して進出させて、特定の圧痕位置において加工部材２３が被加工材９に接触したことを検出し、この特定の圧痕位置における加工部材２３と被加工材９との間の距離を格納し、格納した距離を用いて補間処理を行って特定の圧痕位置以外の圧痕位置における距離を求め、格納した距離及び求められた距離に基づいて被加工材９に圧痕を付与するための加工部材２３の駆動を制御するので、すべての圧痕位置について表面位置検出を行わないで、特定の圧痕位置の情報から補間処理により全圧痕位置の制御量を求めることができる。したがって、加工速度を向上させることができ、しかも被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行うことが可能となる。加工速度を向上させた状態で、被加工材の表面位置を正確に検出して圧痕加工を行うことが可能となる。

また、本実施の形態に係る圧痕加工によれば、直径が長手方向にわたって同じ被加工材だけでなく、一方の端部から他方の端部に向って拡径又は縮径する被加工材に対しても正確に圧痕加工を施すことができる。高低差が大きい領域を有する被加工材に圧痕加工を施す場合には、粗動位置決め装置を用いてある程度の昇降動作を行って、その後に圧電素子の伸長を用いることが望ましい。このように粗動位置決め装置を用いることにより、圧電素子のヒステリシスにおける直線部分で圧電素子の伸長制御を行うことができるので、正確に圧痕加工を行うことができる。また、ある程度の高さまで粗動位置決め装置を用いることにより、１回のストロークに要する時間を短縮することもできるので加工時間の短縮を図ることも可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、加工部材を被加工材近傍まで進める速度よりも被加工材に加工部材で圧痕加工する際の速度を遅くする制御を行う場合について説明する。圧痕加工装置の構成については、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、ＰＣ３１の波形作成部３１４において、図６（ｂ）に示すような電圧波形を作成する。図６（ｂ）に示すように、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触するまで加工部材２３を被加工材９に対して進める速度よりも、被加工材９に対して加工部材２３で圧痕加工する際（図４のＣ状態）の速度を遅くする。すなわち、図６（ｂ）に示すように、駆動用圧電素子２１の伸び（電圧）の速度は、加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触する直前まで速度勾配Ｇ₂であり、圧痕加工において速度勾配Ｇ₃である。このとき、速度勾配と速度勾配の切り替えタイミングは任意に設定できる。

このように加工部材２３の先端２３ａが被加工材９の表面９ａに接触する直前の速度を速くし、そこからの速度を遅くすることにより、加工時間のさらなる短縮を図ることができると共に、加工部材２３の損傷を少なくすることができ、加工部材２３の寿命を長くすることができる。さらに、圧痕加工をゆっくり行うことにより、加工部材２３の形状を被加工材９に正確に付与することができるので、その微細な凹凸を転写した反射膜は所望の反射特性を発揮することが可能となる。また、本実施の形態に係る圧痕加工においても、実施の形態１と同様な効果を発揮することができる。

上記実施の形態１，２においては、検出手段である検出用圧電素子２２が駆動用圧電素子２１に取り付けられている場合について説明されているが、本発明においては、図７に示すように、駆動ユニット１９において、圧痕加工する部材７０と検出手段７１とが離間して配置されていても良い。この場合には、検出手段としては光学式変位センサや静電容量式変位センサを用いることができる。この場合においては、加工部材７２の先端と検出手段７１の下面との間の距離αや、部材７０と検出手段７１との間の距離Ｌに起因するオフセットを検出値（距離）ｚに付加する必要がある。このオフセットは、事前測定などにより求めることが望ましい。

本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態１，２においては、各圧痕位置において圧痕加工する際に必要となる電圧値に圧痕加工に対応する電圧値を付加して１回の圧痕加工に必要なストロークに対応する電圧波形を作成する場合について説明しているが、本発明においては、補間演算部において、予め各圧痕位置において圧痕加工する際に必要となる電圧値に圧痕加工に対応する電圧値を付加して１回の圧痕加工に必要なストロークに対応する電圧値を求めておき、その電圧値に基づいて波形作成部で電圧波形を作成するようにしても良い。また、上記実施の形態１，２においては、加工部材２３の先端２３ａと被加工材９の表面９ａとの間の距離を電圧値に置き換えて演算した場合について説明しているが、本発明においては、加工部材２３の先端２３ａと被加工材９の表面９ａとの間の距離を求めて演算を行っても良い。また、上記実施の形態１，２において、距離とは、距離の実測値及びそれに相当する信号振幅を意味しており、制御において、距離の実測値で処理を行っても良く、距離に相当する信号振幅を用いて処理を行っても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置の駆動ユニットを示す拡大図である。 本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置の圧電素子ドライバの内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置における被加工材の表面位置検出及び圧痕加工の際の時間変化を示す図であり、（ａ）は駆動用圧電素子の伸びを示し、（ｂ）は検出用圧電素子に発生する電圧を示し、（ｃ）は加工部材と被加工材の表面との間のクリアランスを示し、（ｄ）は加工部材の変位を示す。 本発明の実施の形態に係る圧痕加工方法における特定の圧痕位置を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る圧痕加工における電圧波形を示す図であり、（ａ）は実施の形態１の圧痕加工を示し、（ｂ）は実施の形態２の圧痕加工を示す。 本発明の実施の形態に係る圧痕加工装置の駆動ユニットの他の例を示す図である。

符号の説明

９ 被加工材
１０ 圧痕加工装置
１１ 加工部
１２ 制御部
１３ 案内軸
１４ 移動体
１５ 移動装置
１６ 回転チャック
１７ 回転装置
１８ 駆動部
１９ 駆動ユニット
２１ 駆動用圧電素子
２２ 検出用圧電素子
２３ 加工部材
３４ 移動装置ドライバ
３５ 回転装置ドライバ
３８ 圧電素子ドライバ
３９ 粗動位置決め装置ドライバ
３１１，４５１ メモリ
３１２ 補間演算部
３１３ 波形作成部
４５２ 駆動制御部

Claims (6)

1. 被加工材に圧痕形状を付与する加工部材と、前記加工部材を前記被加工材に対して進退させる加工部材駆動手段と、前記加工部材が前記被加工材に接触したことを検出する検出手段と、を少なくとも具備し、前記加工部材駆動手段は、前記検出手段で検出された、特定の圧痕位置における前記加工部材と前記被加工材との間の距離を用いて補間処理を行って前記特定の圧痕位置以外の圧痕位置における距離を求める補間手段と、前記検出された距離及び前記補間処理にて求められた距離に基づいて前記被加工材に圧痕を付与するための前記加工部材の駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする圧痕加工装置。
2. 前記制御手段は、前記加工部材を前記被加工材近傍まで進める速度よりも前記被加工材に前記加工部材で圧痕加工する際の速度を遅くする制御を行うことを特徴とする請求項１記載の圧痕加工装置。
3. 前記検出手段は圧電素子で構成されており、前記検出手段が前記加工部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧痕加工装置。
4. 被加工材に圧痕形状を付与する加工部材を前記被加工材に対して進出させて、特定の圧痕位置において前記加工部材が前記被加工材に接触したことを検出する工程と、前記特定の圧痕位置における前記加工部材と前記被加工材との間の検出された距離を格納する工程と、前記距離を用いて補間処理を行って前記特定の圧痕位置以外の圧痕位置における前記距離を求める工程と、前記検出された距離及び前記求められた距離に基づいて前記被加工材に圧痕を付与するための前記加工部材の駆動を制御する工程と、を少なくとも具備することを特徴とする圧痕加工方法。
5. 前記加工部材の駆動を制御する工程において、前記加工部材を前記被加工材近傍まで進める速度よりも前記被加工材に前記加工部材で圧痕加工する際の速度を遅くする制御を行うことを特徴とする請求項４記載の圧痕加工方法。
6. 前記検出手段として圧電素子を用い、前記検出手段を前記加工部材に取り付けた状態で、前記加工部材を前記被加工材に対して進出させて前記加工部材が前記被加工材に接触したときに前記加工部材と前記被加工材との間の距離を求めることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の圧痕加工方法。

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