JP2006297513A - 溝付き形成体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明では、溝の斜面を良好な面粗度で形成できるとともに、溝の斜面の角度の変更を容易に行うことができる溝付き形成体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 まず、ワークWを回転させ、その外周面4にチップ11を当てることによって、チップ11の外縁形状に対応した所定角αの溝5Aを形成する。その後は、チップ11の高さ位置を変えることで、チップ11をワークWに対して相対的に傾けて、前記溝5Aよりも大きな角度α’となる溝5Bを形成する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、旋削加工によって溝が形成される溝付き形成体の製造方法に関する。
一般に、凸曲面または凹曲面にその周方向に沿った溝が形成されているシリンドリカルレンズや、液晶ディスプレイのバックライト装置に使用されるプリズムシートを形成するために、金型内に設置される溝付きの入れ子プレートといった、所定の溝が複数形成される溝付き形成体がある。このような溝付き形成体、例えば前記入れ子プレートの製造方法としては、従来、シート状のワークを略円柱状の冶具に巻き付けたものを回転させ、そのワークの外周面にチップを当てることで、その周方向に沿った略V字状(チップの外縁形状)の溝を略平行に複数形成する方法が知られている(特許文献1参照)。
特開2001−315001号公報
ところで、前記したような溝付き形成体の製造方法においては、通常各溝の斜面の角度は同じ角度で形成されるが、近年、各溝の斜面の角度を任意に変更して形成させることが望まれていた。そして、このような課題に対する対策としては、以下のような2つの方法で形成することが考えられていた。
第1の方法としては、図7(a)および(b)に示すように、すくい面C11の先が尖った幅狭のチップC1を用いる方法がある。この方法では、チップC1の先端で仮想的な溝Di’の斜面をなぞることによって、図7(c)に示すように、各溝Diの斜面の角度を任意に変更して形成することが可能となっている。
第2の方法としては、図8(a)に示すように、すくい面C21の先端角度α(図8(b)参照)がある程度大きめのチップC2を、そのすくい面C21の基端部がワークWに近づくように、先端を中心として傾けることによって、溝Diの斜面の角度を任意に変更して形成する方法がある。この方法では、図8(b)および(c)に示すように、チップC2を傾けることで、所定位置(例えばチップC2の先端位置)における溝Diの断面形状がチップC2の先端部形状をその位置に投影させた形状で形成されるので、溝Diの斜面の角度を任意に変更して形成することが可能となっている。
しかしながら、前記した第1の方法では、チップC1の尖った先端で、溝Diの斜面を形成するため、良好な面粗度が得られないといった問題があった。また、前記した第2の方法では、チップC2の側縁で溝Diを削るため良好な面粗度が得られるが、チップC2をその先端を中心にして傾けるためには、チップC2を回動自在に支持する冶具の回動中心と、チップC2の先端とを正確に合わせる必要があり、その位置合わせの作業が煩雑となる問題があった。特に、回折素子を形成する場合には、100nm以下の誤差となるように冶具の回動中心とチップC2の先端を合わせなければならなかったので、事実上不可能であった。
そこで、本発明では、溝の斜面を良好な面粗度で形成できるとともに、溝の斜面の角度の変更を容易に行うことができる溝付き形成体の製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明は、ワークを回転させ、その外周面または内周面にチップを当てることによって、前記チップの外縁形状に対応した溝が形成される溝付き形成体の製造方法であって、前記チップのすくい面の向きを変えずに、前記すくい面に直交する方向において前記チップの位置をずらすことで、前記チップの外縁形状の角度とは異なる角度の溝を形成することを特徴とする。
ここで、「ワーク」とは、製造時に外周面または内周面を有するものを意味し、例えば円柱状のもの、円筒状のもの、所定の有底円筒状の穴を有するもの、トーラス状(樽型)のもの、円柱状の冶具に巻き付けられるシート状のものなどを意味する。また、「すくい面に直交する方向においてチップの位置をずらす」とは、例えば回転軸とすくい面とが略同一平面内にある場合を正規位置とした場合において、その正規位置からすくい面がその直交方向においてオフセットするように、正規位置とは違う位置にチップを位置させることを意味し、例えばすくい面が水平面に対して斜めに固定されている場合に、上下方向においてチップの位置を変えることも含む。
本発明によれば、すくい面の向きを変えずに、すくい面の直交方向にチップの位置をずらすことで、チップのワークに対する傾きが正規位置のとき(例えば、回転軸とすくい面が略同一平面内にあるとき)の傾きとは異なる角度となり、これによりチップの外縁形状の角度とは異なる角度の溝が形成されることとなる。また、前記した溝は、チップの外縁によって削られるので、その斜面の面粗度は良好に形成される。
また、前記溝付き形成体は、少なくとも2つの溝を有し、前記2つの溝のうち一方の溝を形成する工程から他方の溝を形成する工程に移る際に、前記チップのすくい面の向きを変えずに、前記すくい面に直交する方向に前記チップを動かすことで、前記一方の溝と前記他方の溝をそれぞれ異なる角度で形成してもよい。ここで、「すくい面に直交する方向にチップを動かす」とは、すくい面がその直交方向においてオフセットする(位置がずれる)ように、チップを動かすことを意味し、例えばすくい面が水平面に対して斜めに固定されている場合に、チップを上下に動かすことも含む。
これによれば、例えば円柱状のワークを回転させ、その外周面にチップを当てることで、まず、所定の角度の斜面を有する溝が形成される。次に、チップをそのすくい面に直交した方向で移動させ、その位置を変化させると、ワークの周方向におけるチップの位置が変わることとなり、これによりチップのワークに対する傾きが元の位置のときの傾きとは異なる角度となる。そのため、その後、このようにワークに対して相対的に傾いた状態となるチップを再びワークの外周面に当てることで、その溝の斜面を、最初に形成した溝の斜面とは異なる角度に形成することができる。また、前記した各溝は、チップの外縁によって削られるので、その斜面の面粗度は良好に形成される。
本発明によれば、チップの外縁で溝の斜面を形成できるので、溝の斜面を良好な面粗度で形成できる。また、溝の斜面の角度を変える際には、チップの角度を変えることなく、すくい面に直交した方向においてチップの位置を変えるだけで済むので、溝の斜面の角度の変更を容易に行うことができる。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は本実施形態で使用する施削装置を示す斜視図であり、図2はチップを示す拡大斜視図である。また、図3は溝付き形成体の製造方法を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、図3(a)のA−A断面図(b)と、図3(a)のB−B断面図(c)であり、図4はワークとチップの実際の大きさの関係を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、側面側から見た状態を示す側面図(b)である。
図1に示すように、施削装置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とを主に備えている。以下、各部の詳細について述べる。なお、図1におけるワークWとチップ11は、便宜上、実際の寸法とは異なる大きさの関係で描かれているが、実際のワークWとチップ11の大きさの関係は、図4のような関係となっている。
〔ツール部〕
ツール部Saは、チップ11を有するバイト10で主に構成され、このバイト10は図示せぬ基台に着脱自在に固定されている。
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。
チップ11は、図2に示すように、ワークWに押し当てられる先端側が先細となる形状に形成されている。なお、チップ11の先端形状11g(通称、先端R、または単にRとも呼ばれる。)は、エッヂで、若しくは限りなく小さな半径で形成されるとともに、所定の角度αで形成されている。
さらに、チップ11の構成について説明すると、チップ11の一面はワークWを主に切削するためのすくい面11aとなっている。また、チップ11の先端側には、ワークWとの干渉を避けるための第1逃げ面11bおよび第2逃げ面11cが前記先端形状11gと連続するように形成されている。
また、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がシャンク13のチップ保持部13a(図1参照)に着脱自在に取り付けられるようになっている。なお、チップ11をシャンク13に固定する方法は、前記したボルトによる方法に限らず、例えばロウ付けによる方法などでもよい。また、チップ11はそのすくい面11aが上方を向くようにしてシャンク13に固定されており、これにより、すくい面11aがワークWの回転方向に対して略直交するようになっている(図3(a)参照)。
図1に示すように、シャンク13は、略逆L字形を呈するアームであり、その一端部側にチップ11を保持するためのチップ保持部13aが形成されている。また、シャンク13の他端部側は、図示せぬ基台に着脱自在に固定されている。
〔ヘッド部〕
ヘッド部Sbは、ワークWとチップ11との三次元方向の相対位置を変化させるための移動ステージ31と、ワークWを回転させるためのチャック32とを主に備えている。
移動ステージ31は、図示せぬ前後移動機構、左右移動機構、上下移動機構を備えることで、ツール部Saに対して前後、左右および上下の三方向に移動自在となっている。つまり、図1の座標軸に示すように、ヘッド部Sbの主軸線に平行な前後方向のZ軸と、このZ軸に直交する左右方向のX軸および上下方向の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、円柱状のワークWが取り付けられる部分であり、例えば真空チャックまたは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によってワークWを保持している。また、このチャック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ともに、図示しない駆動モータなどによって所定速度で回転するようになっている。ここで、このチャック32の回転速度は、比較的大きい一般的な回転速度となっている。
また、ワークWは、溝付き形成体(例えば樹脂材を圧延して所定形状に形成する際に使用するローラ状の型)の素材となるものである。すなわち、ワークWの外周面4には、図3(a)〜(c)に示すように、その周方向に沿った複数の溝5が形成されるようになっている。なお、各溝5は、後記するようにそれぞれ異なる角度で形成されるようになっている。
次に、前記施削装置Sによる溝付き形成体の製造方法について説明する。
図1に示すように、まず、チャック32を回転駆動させることによって、ワークWを回転させるとともに、移動ステージ31でワークWを移動させることによって、図3(a)に実線で示すように、ワークWの中心に対して略水平となる第1加工位置P1(詳しくは、ワークWより少し離した位置)にチップ11の先端を合わせる。なお、前記したように移動ステージ31によってワークWを移動させることで、このワークWに対してチップ11が相対的に移動するのだが、以下の説明では、便宜上、移動ステージ31によるワークWの移動の説明を省略し、チップ11のワークWに対する相対的な動きのみに着目して説明することとする。
前記したようにチップ11を第1加工位置P1に位置させた後は、チップ11をワークWの外周面4に所定量食い込ませることで、図3(b)に示すように、チップ11の先端部の側縁によってワークWが削られて、チップ11の外縁形状に対応した溝5A(2つの斜面のなす角がαとなる溝)が形成されることとなる。その後は、一旦チップ11をワークWから離してから、図3(a)における下方向(すくい面11aに略直交する方向)および手前方向にチップ11を移動させてから、次の第2加工位置P2(詳しくは、ワークWより少し離した位置)までチップ11を移動させる。
ここで、各加工位置P1,P2におけるワークWとすくい面11aとのなす角、詳しくは、ワークWの接線TL1,TL2とすくい面11aとのなす角θ1,θ2は、θ1よりもθ2の方が小さくなるようになっている。そのため、第2加工位置P2において、チップ11はその基端部がワークWに近づくように傾けられた状態となり、これにより、図3(c)に示すように、ワークWの径方向に沿った断面において、第1加工位置P1で加工した溝5Aよりも大きい角度α’となる溝5Bが形成されることとなる。
なお、図3では、説明の便宜上、ワークWやチップ11の大きさを実際の関係とは異なるように表現しているが、これらの大きさの関係は、図4(a)および(b)に示すようになっている。そして、この図4(a)および(b)に示すように、各溝5の加工ごとにチップ11の高さ位置を徐々にずらしていくことによって、高い方から順に溝5(5A,5B,・・・)の角度が徐々に大きくなるように形成されることとなる。ここで、チップ11の高さ位置は、チップ11のすくい面11aの裏側の角部(図2参照)がワークWと干渉しないように、ワークWの下半分の範囲で設定するのが望ましい。
また、溝5の角度は、以下の式によって簡単に求められるようになっている。
Figure 2006297513
〔β:溝の角度、R:ワークの半径、Y:チップの高さ(ワークWの中心からの上下方向の距離)、D:溝の深さ、α:チップ先端の角度〕
これによれば、チップ11の角度αに応じた溝5の角度βを簡単に決定することができる。
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
チップ11の先端の外縁で溝5の斜面を形成できるので、溝5の斜面を良好な面粗度で形成できる。また、溝5の斜面の角度を変える際には、チップ11の角度を変えることなく、チップ11の高さ位置を変えるだけで済むので、溝5の斜面の角度の変更を容易に行うことができる。
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、ヘッド部Sb側に3軸方向に移動可能な移動ステージ31を設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ヘッド部Sb側を固定とし、ツール部Sa側に3軸方向(前後、左右、上下)に移動可能な移動ステージを設ける構造や、ヘッド部Sb側に1軸方向(例えば、前後)に移動可能な移動ステージを設けるとともに、ツール部Sa側に2軸方向に移動可能な移動ステージ(例えば、左右、上下)を設ける構造などを採用してもよい。
前記実施形態では、ワークWの外周面に沿った複数の溝5を加工する場合に、本発明を適用したが、これとは逆に、図5に示すように、円筒状のワークW’の内周面に、チップ11をその高さ位置をずらしながら当てていくことで、その内周面に角度の異なる複数の溝を形成するようにしてもよい。なお、この場合は、チップ11の高さ位置は、チップ11のすくい面11aの裏側の角部(図2参照)がワークW’と干渉しないように、ワークW’の上半分の範囲で設定するのが望ましい。
前記実施形態では、1つのワークWに角度の異なる複数の溝を形成したが、本発明はこれに限定されず、例えば所定の角度の溝を1つのワークに1つだけ形成した後に、このワークを交換し、違う角度の溝を違うワークに1つだけ形成させる場合にも適用できる。
前記実施形態では、チップ11の両側縁を利用して溝5を形成したが、本発明はこれに限定されず、図6(b)に示すように、チップ11をすくい面11aの面内において傾けることで、チップ11の片方の側縁のみで溝5’を形成するようにしてもよい。これによれば、溝5’の一方の面がワークWの軸と直交するように形成され、他方の面が斜面状に形成されることとなるが、この場合であっても、図6(a)および(c)に示すように、斜面状に形成される側の面の角度を、チップ11の高さ位置を変えることで簡単に変化させることができる。
前記実施形態では、溝付き形成体として、その外周面に溝を有するローラ状の型を例示したが、本発明はこれに限定されず、シート状のプリズムシートを形成するための溝付きの入れ子プレートや、溝付きのシリンドリカルレンズなどといった、加工時において外周面または内周面に溝が形成されるものであればどのようなものであってもよい。
本実施形態で使用する施削装置を示す斜視図である。 チップを示す拡大斜視図である。 溝付き形成体の製造方法を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、図3(a)のA−A断面図(b)と、図3(a)のB−B断面図(c)である。 ワークとチップの実際の大きさの関係を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、側面側から見た状態を示す側面図(b)である。 円筒状のワークの内周面に角度の異なる溝を形成する方法を示す正面図である。 他の実施形態を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、図6(a)のC−C断面図(b)と、図6(a)のD−D断面図(c)である。 従来の製造方法のうち第1の方法を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、チップによる加工前の状態を示す断面図(b)と、加工後の状態を示す断面図(c)である。 従来の製造方法のうち第2の方法を示す図であり、ワークを端面側から見た状態を示す正面図(a)と、所定角αの溝を形成した状態を示す断面図(b)と、所定角αよりも大きな溝を形成した状態を示す断面図(c)である。
符号の説明
4 外周面
5 溝
5A 溝
5B 溝
10 バイト
11 チップ
11a すくい面
11b 第1逃げ面
11c 第2逃げ面
11g 先端形状
P1 第1加工位置
P2 第2加工位置
S 施削装置
W ワーク

Claims (2)

  1. ワークを回転させ、その外周面または内周面にチップを当てることによって、前記チップの外縁形状に対応した溝が形成される溝付き形成体の製造方法であって、
    前記チップのすくい面の向きを変えずに、前記すくい面に直交する方向において前記チップの位置をずらすことで、前記チップの外縁形状の角度とは異なる角度の溝を形成することを特徴とする溝付き形成体の製造方法。
  2. 前記溝付き形成体は、少なくとも2つの溝を有し、
    前記2つの溝のうち一方の溝を形成する工程から他方の溝を形成する工程に移る際に、
    前記チップのすくい面の向きを変えずに、前記すくい面に直交する方向に前記チップを動かすことで、前記一方の溝と前記他方の溝をそれぞれ異なる角度で形成することを特徴とする請求項1に記載の溝付き形成体の製造方法。
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