JP2007320022A - ロール加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロールの表面に、四角錐や三角錘の立体形状パターンを高精度に加工できるようにするロール加工方法を提供する。
【解決手段】高速で回転するロールに対してダイヤモンドバイト３６を半径方向に切り込ませロールの表面に周方向の溝６０を加工し、逐次ダイヤモンドバイト３６を軸方向に送りながら前記加工を繰り返し、一定のピッチで周方向の溝を加工し、次いで、ロールを周方向に割り出し、フライカッター３９をロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝６２を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで前記周方向の溝６０に交差する軸方向の溝６２を加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密ロール旋盤を用いてロールの外周面に凹凸パターンを加工するロール加工方法に関する。

ロールを加工する工作機械には、ロール研削盤やロール旋盤がある。ロール研削盤は、主軸台、心押台、往復台を備えており、往復台には研削砥石が設けられている。

従来、ロール研削盤では、ロールの外周面を砥石で研削する加工の他、外周面に溝を加工することが行われる。特許文献１には、溝を切削する切削鋸刃を有する溝加工装置を往復台に設けたロール研削盤が記載されている。

ロール旋盤は、ダイヤモンドバイトを取り付けた刃物台を往復台に設置した旋盤である。主軸台でロールを回転させ、往復台を前後方向（Ｘ軸）に送りながら周方向の溝を加工するのが基本的な使い方である。軸方向に溝を加工する場合は、主軸台（Ｃ軸）でロールを割り出しながら、往復台を左右方向（Ｚ軸）に高速移動させることにより、軸方向に溝を創生することができる。

近年、機械制御技術の進歩によって、旋盤による超精密加工が実現されている。これにより、旋盤でも光学レンズを成形する金型を加工できるようになってきている。例えば、本出願人は、フレネルレンズ成形用の金型を加工する立旋盤を提案している（特許文献２）。この立旋盤では、フレネルレンズ成形金型のＶ形レンズ溝を高精度に加工することができる。

ところで、液晶表示装置の普及により、液晶パネルのバックライトに使用されるレンズシートの需要が増大している。この種のレンズシートには、前述したフレネルレンズの他、レンチキュラーレンズシート、クロスレンチキュラーレンズシート、プリズムシートなどがある。

最近では、転写ロールを用いて、レンチキュラーレンズシート、クロスレンチキュラーレンズシート、プリズムシートを押出成形により成形することが検討されている。
特開２００３−９４２３９号公報 特開２００４−３５８６２４号公報

レンチキャラーレンズシート用の転写ロールの場合には、ロールの外周面に周方向の溝を一定のピッチで精密に加工すればよいので、ロール旋盤でも加工が可能である。

これに対して、クロスレンチキュラーレンズやプリズムシート用の転写ロールの場合には、四角錘、三角錐の形状パターンを加工しなければならず、ロール旋盤では対応ができなかった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、ロールの表面に、四角錐や三角錘の立体形状パターンを高精度に加工できるようにするロール加工方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、クロスレンチキュラーレンズシートや、プリズムシート製造用の転写ロールを加工できるようにしたロール加工方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、ロール旋盤を用いてロールの表面に規則的な配列の凹凸パターンを加工するロール加工方法であって、高速で回転するロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ前記ロールの表面に周方向の溝を加工し、逐次ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記加工を繰り返し、一定のピッチで周方向の溝を加工する工程と、ロールを周方向に割り出し、フライカッターをロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで前記周方向の溝に交差する軸方向の溝を加工する工程と、からなることを特徴とするものである。

また、本発明は、ロール旋盤を用いてロールの表面に規則的な配列の凹凸パターンを加工するロール加工方法であって、ロールを回転させ該ロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ、該ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記ロールの表面に螺旋状に延びる溝を加工する工程を繰り返し、一定のピッチで第１螺旋溝を加工する工程と、前記ロールを逆転させ、該ロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ、該ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記ロールの表面に前記第１螺旋溝と交差しながら逆方向の螺旋状に延びる溝を加工する工程を繰り返し、一定のピッチで第２螺旋溝を加工する工程と、ロールを周方向に割り出し、フライカッターをロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで前記第１螺旋溝および第２螺旋溝が交差する部分を通る軸方向の溝を加工する工程と、からなることを特徴とするものである。

本発明によれば、ロールに縦溝と横溝を縦横に加工し、あるいは、螺旋状の溝と横溝を組み合わせるといったロール加工により、クロスレンチキュラーレンズシート、プリズムシート成形用の転写ロール等、種々のレンズシート成形用の転写ロールなどの金型加工を容易に実現できる。

以下、本発明によるロール加工方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明によるロール加工方法を実施するための精密ロール旋盤を示す側面図で、図２は同精密ロール旋盤の平面図である。
図１および図２において、参照番号１０は、ベッドを示す。このベッド１０の上には、主軸台１２、心押台１４、往復台１６が配置されている。工作物はロール形状のワークＷであり、主軸台１２と心押台１４とで回転自在に支持されている。
主軸台１２は、ベッド１０の長手方向の一端部に配置されている。この主軸台１２は、本体部１７と、主軸１８と、この主軸１８の先端に取り付けられたチャック１９と、主軸１８を駆動するサーボモータ２０を含む。主軸１８は本体部１７に内蔵されている図示しない油静圧軸受により支持されている。チャック１９は、ワークＷの軸を把持し、主軸１９の回転をワークに伝達する。この主軸台１２では、サーボモータ２０は、ワークＷを高速で回転させるために主軸１８を駆動する。これに加えて、エンコーダ２２によりサーボモータ２０の回転量を検出し、サーボモータ２０の回転量を制御することにより、主軸台１２にはワークＷの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ軸）としての機能が付加されている。なお、主軸台１２の軸受には、油静圧軸受の他、空気軸受、ベアリング軸受であってもよい。

次に、心押台１４は、主軸台１２に対向してベッド１０上に配置されている。ベッド１０の上面には図示しない案内面が設けられ、心押台１４は移動可能に設置されている。心押台１４は、従来一般の心押軸の代わりに主軸２３を備えており、この主軸２３に取り付けたチャック２５でロールＷの軸を回転自在に支持する。このような心押台１４は、サーボモータを持たない点を除いて基本的な構成は主軸台１２と同様のものである。

次に、往復台１６について説明する。
往復台１６は、ロールＷの軸方向に移動可能にベッド１０上に設置されているサドル２６を含む。このサドル２６の上には、ロールＷの軸方向と直角の方向に移動可能にテーブル２８が設置されている。本実施形態の精密ロール旋盤では、サドル２６を送る軸がＺ軸で、サドル２６上でテーブル２８を送る軸がＸ軸である。そして、この精密ロール旋盤では、Ｘ軸、Ｚ軸の他、主軸台１２にはＣ軸、テーブル２８に設けられた刃物旋回台３０にはＢ軸が設けられており、合計４軸制御の工作機械である。

図３並びに図４は、刃物旋回台３０を示す。本実施形態による刃物旋回台３０は、旋回台本体３１と、天板３２とを含む。天板３２の上には、複数のバイトが取り付けられた刃物台３３と、フライカッタースピンドル装置３４が取り付けられている。

旋回台本体３１の内部には、刃物台３３の任意のバイトまたはフライカッタスピンドル装置３４のフライカッタを割り出すためのＢ軸を構成するビルトイン型のサーボモータが組み込まれている。天板３２を支持する軸はこのサーボモータに駆動され、天板３２は旋回することができる。

この天板３２の片側には、刃物台３３が取り付けられ、他方の片側に寄った位置にフライカッタスピンドル装置３４が配置されている。この場合、フライカッタスピンドル装置３４は、刃物台３３に固定されたブラケット４５によって支持されている。刃物台３３は略半円柱の刃物台で、周方向に所定の間隔でダイヤモンドバイト３６が配列されている。この実施形態では、ダイヤモンドバイト３６が３本、天板３２といっしょに刃物台３３を９０度ごとに旋回させることで割り出せるようになっているが、ダイヤモンドバイトを４本にして旋回６０度毎に割り出すようにするなど、種々の形態がある。ダイヤモンドバイト３６には、Ｖ形の溝を加工できる刃先の尖ったバイトが用いられている。刃物台３３の上面には、フライカッタースピンドル装置３４の重量とバランスさせるためのカウンタウェイト３７が設置されている。

次に、フライカッタースピンドル装置３４について説明する。このフライカッタースピンドル装置３４は、本体部３４ａと、サーボモータ３５と、フライカッター３９が取り付けられたカッターホルダ３８を含む。本体部３４ａの内部では、図示されないカッタースピンドルが空気軸受により支持されており、このカッタースピンドルはサーボモータ３５により直接駆動され、高速で回転する。カッタスピンドルの先端に取り付けられているカッターホルダ３８は、周速を大きくするため円板状のカッタホルダである。このカッターホルダ３８の外周部にはダイヤモンドバイトからなるフライカッター３９が１個保持されている。この場合、カッタスピンドル装置３４は、カッタースピンドルをＸ軸方向とＺ軸方向に共に直角な姿勢で支持し、フライカッター３９をＸ−Ｚ平面内で高速に回転させる。刃物台３３に取り付けられているダイヤモンドバイト３６の刃先は、フライカッター３９の回転するＸ−Ｚ平面と同じ平面内にある。

図３において、サドル２６の上面には、逆Ｖ形に案内面が形成されたＸ軸ガイドレール４０が延びており、このＸ軸ガイドレール４０には、リテーナにより保持された多数のコロが配列された有限型の転がり案内４１が設けられている。同様に、ベッド１０の上面には、逆Ｖ形に案内面が形成されたＺ軸ガイドレール４２が延び、このＺ軸ガイドレール４２には、有限型の転がり案内４３がもうけられている。

なお、サドル２６を送るＺ軸送り駆動装置と、刃物旋回台３０を搭載したテーブル２８を送るＸ軸送り駆動装置はともに、リニアモータから構成されている。図３において、参照番号４７は、Ｘ軸送り機構のリニアモータを構成する永久磁石列を示し、４８は、Ｚ軸ガイドレール４２と平行に延びる永久磁石列を示す。 次に、以上のように構成される精密ロール旋盤を用いて実施するロール加工方法について説明する。
図５は、ロールの表面に加工する凹凸パターンを示す図である。この図５に示すように、四角錐、いわゆる四角ピラミッドが縦横に配列した凹凸パターンである。

このような四角ピラミッドのパターンは、基本的に縦溝６０と横溝６２との組み合わせにより形成する。Ｖ形の縦溝６０を一定のピッチで連続して加工し、その後、縦溝６０に交差させるようにして、Ｖ形の横溝６２を一定のピッチで連続して加工することにより、ロール表面には四角ピラミッドが縦横に配列したパターンが形成される。

本実施形態のロール加工を実施する精密ロール旋盤は、四角ピラミッドのパターンを加工するために次のような機能をもっている。

刃物旋回台３０には、刃物台３３とフライカッタスピンドル装置３４とを設置してあるので、以下のように使い分けることにより、ロールＷに対して縦溝６０（周方向の溝）を切削できるのはもちろん、横溝６２（軸方向の溝）についても高精度の加工を行うことができる。

そこで、縦溝６０の加工について説明すると、縦溝６０の加工は、通常のロール旋盤での加工と同様にして行う。すなわち、図６（ａ）に示すように、刃物台３３のダイヤモンドバイト３６をＢ軸で割出す。また、主軸台１２のサーボモータ２０でロールＷを回転させる。そして、テーブル２８をＸ軸方向に送り、ダイヤモンドバイト３６でロールＷに切込み、縦溝６０を旋削することができる。以後、ダイヤモンドバイト３６をＺ軸方向にピッチ分だけ送り、同じようにしてＶ形の縦溝６０を連続して加工すればよい。

こうして縦溝６０を加工した後、刃物旋回台３３をＢ軸で旋回させ、フライカッタースピンドル装置３４を割り出す（図６（ｂ））。そして、主軸台１２のＣ軸でロールロールＷの横溝を加工すべき周方向の位置を割り出す。

フライカッタースピンドル装置３４を起動し、高速で回転させながらフライカッタ３９をＸ軸方向に切り込ませる。そして、往復台１６をＺ軸で送りながら横溝６２をフライカット法法により切削する。これにより、フライカッター３９は、断続的にロールＷを切削し、Ｖ形の横溝６２を創成していく。フライカッタースピンドル装置３４のフライカッター３９は高速で回転しているので、フライカッター３９には理想の切削速度（約３００ｍ／分）を与えることができる。以後、一定のピッチ間隔でロールの周方向の位置を割り出しながら、横溝６２の加工を連続して行う（図６（ｃ））。以上のようにして、Ｖ形の縦溝６０に交差させてＶ形の横溝６２を加工することにより、図５に示すような四角ピラミッドのパターンを加工することができる。なお、横溝６２の加工に関しては、従来のロール旋盤では切削速度が確保できず、高精度の加工面が得られないという問題があった。この問題に対しては、フライカッタースピンドル装置３４を利用して、理想の切削速度が得られるので、高精度の加工面を創成することが可能となる。

上記の実施形態では、縦溝６０を加工してから横溝６２を加工する工程の順序で説明したが、横溝６２を先に加工してから、縦溝６０を加工するようにしてもよいことはもちろんである。

以上のように四角ピラミッドの加工は図７に示すようなクロスレンチキュラーレンズの成形に使用する金型の加工に応用することができる。図８は、成形品であるクロスキュラーレンズの凹凸パターンの形状を示す。

クロスキュラーレンズシート製造用の金型を加工する場合は、図９に示すように、縦溝６０を加工するダイヤモンドバイト３６には刃先にＲのついた丸いものを用いる。横溝６２を加工するフライカッター３９についても、図１０に示すように、刃先にＲのついた丸いものを用いる。このような刃先形状のバイトを用いて、上述した加工方法にしたがって四角ピラミッドを加工することで、図７に示すような四角ピラミッドを曲面をもった形状に加工することができる。

次に、図１１は、本発明のロール加工方法により行う他の凹凸パターンを示す図である。この図１１に示す凹凸パターンは、三角錐、いわゆる三角ピラミッドが縦横に配列した凹凸パターンである。この実施形態では、三角ピラミッドの凹凸パターンをロール表面に加工することにより、プリズムシートの押出成形に用いる転写ロールを加工する。このような三角ピラミッドのパターンは、基本的に、互いに正逆反対方向に回りながら延びるＶ形の第１螺旋溝６４、第２螺旋溝６５とＶ形の横溝６２とを組み合わせて加工する。この実施例の場合、第１螺旋溝６４と第２螺旋溝６５の螺旋角は同じである。

そこで、第１螺旋溝６４の加工について説明すると、図１２（ａ）において、矢印Ａ方向にロールＷを回転させ、ダイヤモンドバイト３６をロールの軸方向に送りながら加工する。すなわち、刃物台３３のダイヤモンドバイト３６を割り出すとともに、主軸台１２のサーボモータ２０でロールＷを回転させる。そして、ダイヤモンドバイト３６でロールＷに切込み、往復台１６をＺ軸で送ることで第１螺旋溝６４を旋削することができる。以後、例えば、１６条の螺旋溝を加工するのであれば、ロールの円周方向を１６分割して設定した加工開始位置のうち、次の加工開始位置をＣ軸で割り出し、同じようにして第１螺旋溝６４を連続して加工すればよい。

次に、第２螺旋溝６５を加工するには、図１２（ｂ）において、矢印Ｂ方向にロールを逆転させ、第１螺旋溝６４のときと同様に、主軸台１２をＺ軸で送ることで、第１螺旋溝６４とは逆回りの第２螺旋溝６５を第１螺旋溝６４に交差するように加工することができる。

こうして、第１螺旋溝６４および第２螺旋溝６５を連続して加工した後、これら螺旋溝６４、６５が交差する部分を通るようにして横溝６２を一定のピッチで連続して加工すれば（図１２（ｃ））、ロール表面には図７に示すような三角ピラミッドが縦横に配列したパターンを加工することができる。横溝６２の加工は、上述した図６（ｂ）ように、フライカッタースピンドル装置３４を使って、理想の切削速度（約３００ｍ／分）を与えながら加工する点は四角ピラミッドの加工と同様であり、説明は省略する。

なお、三角ピラミッドの加工について、第１螺旋溝６４、第２螺旋溝６５を先に加工し、その後横溝６２を加工する順序で説明したが、工程の順序は、横溝６２を先に加工し、螺旋溝６４、６５を後で加工するようにしてもよい。

以上、本発明について、横溝の加工では、フライカッタースピンドル装置３４を活用した実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、高速で回転させる主軸を有する刃物旋回台を用い、この刃物旋回台でフライカット法を実施し、ロールに横溝を加工するようにしてもよい。

本発明のロール加工方法を実施するための精密ロール旋盤の側面図。 同精密ロール旋盤の平面図。 同精密ロール旋盤の備える刃物旋回台の斜視図。 同精密ロール旋盤の刃物旋回台の正面図。 本発明のロール加工方法により加工する四角ピラミッドの凹凸パターンを示す図。 四角ピラミッドを加工する順序の説明図。 本発明のロール加工方法の応用により加工するクロスキュラーレンズ成形用の金型表面の凹凸パターンを示す図。 図７の金型により成形されるクロスキュラーレンズの凹凸パターンを示す図。 図７の凹凸パターンを加工する場合の縦溝の加工を示す図。 図７の凹凸パターンを加工する場合の横溝の加工を示す図。 本発明のロール加工方法により加工する三角ピラミッドの凹凸パターンを示す図。 三角ピラミッドを加工する順序の説明図。

符号の説明

１０ ベッド
１２ 主軸台
１４ 心押台
１６ 往復台
１９ チャック
２０ サーボモータ
２６ サドル
２８ テーブル
３０ 刃物旋回台
３３ 刃物台
３４ フライカッタースピンドル装置
６０ 縦溝
６２ 横溝
６４ 第１螺旋溝
６５ 第２螺旋溝

Claims (8)

1. ロール旋盤を用いてロールの表面に規則的な配列の凹凸パターンを加工するロール加工方法であって、
   高速で回転するロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ前記ロールの表面に周方向の溝を加工し、逐次ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記加工を繰り返し、一定のピッチで周方向の溝を加工する工程と、
   ロールを周方向に割り出し、フライカッターをロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで前記周方向の溝に交差する軸方向の溝を加工する工程と、
   からなることを特徴とするロール加工方法。
2. ロール旋盤を用いてロールの表面に規則的な配列の凹凸パターンを加工するロール加工方法であって、
   ロールを周方向に割り出し、フライカッターをロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで軸方向の溝を加工する工程と、
   高速で回転するロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ前記ロールの表面に周方向の溝を加工し、逐次ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記加工を繰り返し、一定のピッチで前記軸方向の溝に交差する周方向の溝を加工する工程と、
   からなることを特徴とするロール加工方法。
3. 前記周方向の溝および軸方向の溝により四角錐が一定のピッチで連続する凹凸パターンをロール表面に加工することを特徴とする請求項１または２に記載のロール加工方法。
4. 前記凹凸パターンをクロスレンチキュラーレンズシート加工用の転写ロール表面に加工することを特徴とする請求項１または２に記載のロール加工方法。
5. ロール旋盤を用いてロールの表面に規則的な配列の凹凸パターンを加工するロール加工方法であって、
   ロールを回転させ該ロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ、該ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記ロールの表面に螺旋状に延びる溝を加工する工程を繰り返し、一定のピッチで第１螺旋溝を加工する工程と、
   前記ロールを逆転させ、該ロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ、該ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記ロールの表面に前記第１螺旋溝と交差しながら逆方向の螺旋状に延びる溝を加工する工程を繰り返し、一定のピッチで第２螺旋溝を加工する工程と、
   ロールを周方向に割り出し、フライカッターをロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで前記第１螺旋溝および第２螺旋溝が交差する部分を通る軸方向の溝を加工する工程と、
   からなることを特徴とするロール加工方法。
6. ロール旋盤を用いてロールの表面に規則的な配列の凹凸パターンを加工するロール加工方法であって、
   ロールを周方向に割り出し、フライカッターをロールの軸方向に送りながら該ロールの表面に軸方向に延びる溝を加工し、逐次ロールを割り出しながら前記加工を繰り返し一定のピッチで軸方向の溝を加工する工程と、
   ロールを回転させ該ロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ、該ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記ロールの表面に前記軸方向の溝と交差しながら螺旋状に延びる溝を加工する工程を繰り返し、一定のピッチで第１螺旋溝を加工する工程と、
   前記ロールを逆転させ、該ロールに対して前記ダイヤモンドバイトを半径方向に切り込ませ、該ダイヤモンドバイトを軸方向に送りながら前記ロールの表面に前記軸方向の溝および第１螺旋溝が交差する部分を通り逆方向の螺旋状に延びる溝を加工する工程を繰り返し、一定のピッチで第２螺旋溝を加工する工程と、
   からなることを特徴とするロール加工方法。
7. 前記螺旋状の溝および軸方向の溝により三角錐が一定のピッチで連続する凹凸パターンをロール表面に加工することを特徴とする請求項５または６に記載のロール加工方法。
8. 前記凹凸パターンをプリズムシート加工用の転写ロール表面に加工することを特徴とする請求項５または６に記載のロール加工方法。

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