JP2007268651A - 切削加工装置およびその方法と溝形状部材製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高アスペクト比の溝形状を切削加工しても，工具の劣化を抑制して工具の寿命を長くできる切削加工装置およびその方法と溝形状部材製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の切削加工装置１０は，ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工によりワークに溝形状を形成するものであって，加工点に切削液を供給する超音波振動ヘッド１３と，超音波振動ヘッド１３内の切削液に超音波振動を付加する超音波振動子１３ａと，超音波振動ヘッド１３から加工点に供給された切削液を回収して再び超音波振動ヘッド１３へ戻す温調機２１とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は，微細な切削加工を行うための切削加工装置およびその方法と溝形状部材製造方法に関する。さらに詳細には，ワークと工具とを相対的に移動させてワークに溝形状を形成する切削加工装置およびその方法と溝形状部材製造方法に関するものである。

従来より，光学素子用金型等を作成するために，切削加工によりワークに溝形状を形成することが行われている。特に，微細な溝形状を形成する場合には精密な工具が使用されるため，摩耗等による工具の劣化が厳しい状況にある。これに対し，工具の摩耗を防止するためには，切削熱を抑制し，潤滑性能を向上させることが望まれる。また，工具の欠損を防止するためには，切り屑を円滑に排出することが望まれる。そこで，工具の寿命をできるだけ長くするために，一般に加工点に切削液を供給している。切削液としては，例えば白灯油が用いられ，これをミストにして噴霧することが行われている。

一方，研削加工装置では，回転する研削砥石による工作物の研削点に向かって加工液を噴出するに際し，加工液に超音波振動を輻射することが提案されている（例えば，特許文献１参照。）。この文献に開示されているノズル装置では，そのケーシング内に超音波振動子が内蔵され，超音波振動エネルギーが重畳された加工液を噴出できるとされている。
特開２００４−３５１５９９号公報（図１）

しかしながら，前記した従来の白灯油ミストを切削液として使用した場合，切削液を加工面に留める力は表面張力のみであるため，細かい凹凸を有する加工面全体には切削液が到達しにくいという問題点があった。それに対して，例えば回折光学素子を成形するための金型の場合では，幅が１ｍｍ未満で，アスペクト比（深さ／幅）が高い溝を加工する必要がある。しかし，高アスペクト比となる溝形状，すなわち，溝の幅に比較して深さが大きい加工では，溝の最奥まで切削液が十分届いていない。そのため，工具の先端部の摩耗が十分には防止できないという問題点があった。

本発明は，前記した従来の加工方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，高アスペクト比の溝形状を切削加工しても，工具の劣化を抑制して工具の寿命を長くできる切削加工装置およびその方法と溝形状部材製造方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の切削加工装置は，ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工によりワークに溝形状を形成する切削加工装置であって，加工点に切削液を供給する供給ヘッドと，供給ヘッド内の切削液に超音波振動を付加する超音波振動子と，供給ヘッドから加工点に供給された切削液を回収して再び供給ヘッドへ戻す循環部とを有するものである。

本発明の切削加工装置によれば，ワークと工具を接触させつつ相対的に移動させて，ワークに溝形状を形成する。ここで，本発明では超音波振動子を有しているので，供給ヘッド内の切削液に超音波振動が付加される。そして，その超音波振動が付加された切削液が供給ヘッドによって加工点に供給される。従って，切削液の到達距離が伸びるとともに，切削液による洗浄効果が向上する。これにより，高アスペクト比の溝形状を切削加工しても，工具の劣化を抑制して工具の寿命を長くできる。さらに，本発明では，加工点に供給された切削液が，循環部によって回収され再び供給ヘッドへ戻されるので，切削液の使用量を抑えることができる。

また本発明は，ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工によりワークに溝形状を形成する切削加工方法であって，供給ヘッド内の切削液に超音波振動を付加し，供給ヘッドから加工点に，超音波振動が付加された切削液を供給し，供給ヘッドから加工点に供給された切削液を回収して再び供給ヘッドへ戻す切削加工方法にも及ぶ。

また本発明は，ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工により溝形状部材を製造する溝形状部材製造方法であって，供給ヘッド内の切削液に超音波振動を付加し，供給ヘッドから加工点に，超音波振動が付加された切削液を供給し，供給ヘッドから加工点に供給された切削液を回収して再び供給ヘッドへ戻す溝形状部材製造方法にも及ぶ。なお，この製造方法で製造された金型により成形された成形品も，この製造方法による製造物に含まれるものとする。

本発明の切削加工装置およびその方法と溝形状部材製造方法によれば，高アスペクト比の溝形状を切削加工しても，工具の劣化を抑制して工具の寿命を長くできる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，被工作物を回転させて溝形状を形成する切削加工装置に本発明を適用したものである。

本発明の切削加工装置１０は，図１に示すように，エアスピンドル１１，固定切削部１２，超音波振動ヘッド１３，超音波発振器１４を有し，切削液受け１５，切削液溜め１６とともに加工部屋２０内に配置されている。そして，加工部屋２０の外部に，切削液の温調と循環を行う温調機２１が備えられている。エアスピンドル１１には，被加工物Ｗが取り付けられる。

エアスピンドル１１は，被加工物Ｗを高速回転させるためのものである。ここでは，例えば１７０００ｒｐｍで回転させる。固定切削部１２は，微細加工用のダイヤモンド切削刃１７が取り付けられ，加工パターンに応じてその先端部を被加工物Ｗに向かって進退させる。この工具送り速度は，例えば０．０７ｍｍ／ｍｉｎ程度である。超音波振動ヘッド１３は，内部に超音波振動子１３ａを有している。超音波振動子１３ａは，超音波発振器１４に接続され，超音波振動ヘッド１３の内部の切削液に超音波振動を付加する。

切削液は，図１に示すように，超音波振動ヘッド１３，加工点，切削液受け１５，切削液溜め１６，温調機２１をこの順に循環される。そして，超音波振動ヘッド１３の内部で超音波振動子１３ａによって超音波振動が付加される。超音波振動が付加された切削液は，超音波振動ヘッド１３のノズル先端部から加工点へ向けて噴射される。これにより，超音波振動ヘッド１３は，超音波振動が付加された切削液を加工点に供給する。

切削液受け１５は，加工点の下方に配置され，加工点に供給された切削液を受けて周囲に飛び散るのを防ぐ。切削液受け１５で回収された切削液は，切削液溜め１６へと戻される。本形態では，切削液としては不燃性で親水性のもの（例えば，界面活性剤）を用いている。切削液は，加工点を潤滑するとともに，切削くず等を洗い流す。また，加工点に触れてその部分の被加工物Ｗの過熱を防止することにより，加工特性を安定させる。

また，温調機２１は，外部への放熱により切削液の温度を下げるとともに，切削液を図中矢印のように循環させる。さらに，内部にフィルタ等を有し，切削液に混入している切削くず等の固形物を取り除く。

本形態の切削加工装置１０によれば，超音波振動ヘッド１３によって，超音波振動を付加された切削液が加工点に供給される。切削液には超音波振動が付加されているので，ノズル先端部からの到達距離が長く，加工形状が細い溝形状であっても入り込むことができる。そして，加工点から熱を奪うことにより，切削液の温度が上昇する。温度上昇した切削液は，一旦切削液受け１５に受けられ，切削液溜め１６に溜められる。そして，温調機２１に吸い込まれて，温度が下げられるとともに切削くず等の固形物が取り除かれる。そして再び，超音波振動ヘッド１３へと供給され，加工点へ供給される。

本形態では，切削液に超音波振動が付加されることにより，物体への巻き付き効果・洗浄効果が向上している。従って，加工形状が高アスペクト比の溝形状であっても，その奥まで切削液を到達させることができる。そして，有効に切削くずを洗い流すことができる。例えば，アスペクト比（深さ／幅）が０．０７〜０．４の溝４２本を形成した加工例では，工具の摩耗小さく抑え，良好な加工精度を得られた。この例の加工時間は約３０分である。同様の加工を従来技術による白灯油ミストの噴霧によって行った場合では，工具先端に摩耗が顕著に発生した。従って，本形態では，工具の寿命の延命に効果があるといえる。

以上詳細に説明したように本形態の切削加工装置１０によれば，超音波振動ヘッド１３を有しているので，切削液に超音波振動が付加されて加工点に供給される。これにより，高アスペクト比に溝形状の奥にも切削液が届くので，工具の劣化を防止して工具寿命を長くできる。また，切削液に超音波振動が付加されているので洗浄効果が高いことから，時間当たりの切削液の供給量を抑えることができる。また，切削液を回収して温調機２１によって循環するので，切削液を使い捨てることが無く，切削液の使用量が少なくてすむ。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，光学素子成形用の金型を本発明の切削加工装置を使用して製造することもでき，製造された金型によって精密な光学素子を成形することができる。あるいは，光学素子そのものに切削加工する装置や方法に適用しても良い。

本形態に係る切削加工装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ 切削加工装置
１３ 超音波振動ヘッド
１３ａ 超音波振動子
２１ 温調機（循環部）

Claims (3)

1. ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工によりワークに溝形状を形成する切削加工装置において，
   加工点に切削液を供給する供給ヘッドと，
   前記供給ヘッド内の切削液に超音波振動を付加する超音波振動子と，
   前記供給ヘッドから加工点に供給された切削液を回収して再び前記供給ヘッドへ戻す循環部とを有することを特徴とする切削加工装置。
2. ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工によりワークに溝形状を形成する切削加工方法において，
   供給ヘッド内の切削液に超音波振動を付加し，
   前記供給ヘッドから加工点に，超音波振動が付加された切削液を供給し，
   前記供給ヘッドから加工点に供給された切削液を回収して再び前記供給ヘッドへ戻すことを特徴とする切削加工方法。
3. ワークと工具とを接触させつつ一方を他方に対して移動させて切削加工により溝形状部材を製造する溝形状部材製造方法において，
   供給ヘッド内の切削液に超音波振動を付加し，
   前記供給ヘッドから加工点に，超音波振動が付加された切削液を供給し，
   前記供給ヘッドから加工点に供給された切削液を回収して再び前記供給ヘッドへ戻すことを特徴とする溝形状部材製造方法。

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