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

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。

〔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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