JP2010023159A - V溝加工方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】機械精度に依存せずに、全体として四角ピラミッドの頂点が揃った高精度の加工を実現する。
【解決手段】バイトを第1の方向にワークに対して相対的に送り、ワークの表面に第1の方向に延びる第1V溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで第1V溝を加工し、バイトを第1V溝にそって移動させ、距離センサで第1V溝を走査し、第1V溝の溝底までの距離を測定し、第1方向にそった第1V溝の溝底のうねりを検出し、うねりの検出結果に基づいて、第2V溝の各加工位置におけるバイトの位置を補正しながら、バイトを前記第1の方向とは直交する第2の方向にワークに対して相対的に送り、ワークの表面に前記第2V溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで第2V溝を加工する。
【選択図】図4

Description

本発明は、V溝加工方法および装置に係り、例えば、レンチキュラーレンズシートや、クロスレンチキュラーレンズシート用成形金型の加工に応用されるV溝加工方法および装置に関する。
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の成形に用い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1)。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。
最近では、液晶パネルのバックライトに使用される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を押出成形により成形することが検討されている。
そこで、本出願人は、これらのレンズシートの押出成形に用いるロールを加工する精密ロール旋盤を提案している(特許文献2乃至6)。
ここで、図5は、クロスレンチキュラーレンズシートの成形に用いる金型の表面を示す。この図5に示されるように、金型の表面には、微細な四角ピラミッド(四角錐)が密に縦横に配列したパターンを形成している。このような四角ピラミッドを加工するには、ワークの表面に一定のピッチでV溝を縦横に創成することで、V溝の交差により図5のような四角ピラミッドのパターンを形成することができる。
特開2004−358624号公報 特願2006−130066号 特願2006−135560号 特願2006−156388号 特願2006−165144号 特願2006−166404号
しかしながら、V溝の創成により四角ピラミッドを形成する従来のV溝加工では、機械精度に依存する度合いが高く、機械の精度がそのまま四角ピラミッドの形状精度に反映されてしまうという問題がある。
すなわち、機械精度が悪いと、バイトでワークに切り込むV溝の谷の深さにバラツキが生じるので、四角ピラミッドの頂点が不揃いになり、精度の高いクロスレンチキュラーレンズの成形に不適当になってしまうという問題があった。
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、バイトで切り込むV溝の深さを測定し、そのデータを下にバイトの切込量を補正することにより、機械精度に依存せずに、全体として四角ピラミッドの頂点が揃った高精度の加工を実現することが可能なV溝加工方法および装置を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、互いに直交する方向にそれぞれバイトの位置を制御する制御軸を2軸有する加工機を用いて、前記ワークの表面に直交する第1V溝、第2V溝を縦横に加工することにより、4角錐が縦横に配列した凹凸パターンを前記ワークの表面に加工するV溝加工方法であって、前記バイトを第1の方向にワークに対して相対的に送り、前記ワークの表面に第1の方向に延びる第1V溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで前記第1V溝を加工する工程と、前記バイトを前記第1V溝にそって移動させ、該バイトの近くに配置した距離センサで前記第1V溝を走査し、前記第1V溝の溝底までの距離を測定し、第1方向にそった第1V溝の溝底のうねりを検出する工程と、前記うねりの検出結果に基づいて、前記第2V溝の各加工位置における前記バイトの位置を補正しながら、前記バイトを前記第1の方向とは直交する第2の方向にワークに対して相対的に送り、前記ワークの表面に前記第2V溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで前記第2V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、バイトの位置を制御する制御軸を少なくとも1軸有する加工機を用いて、前記ワークの表面にV溝を一方向に加工し、凹凸パターンを前記ワークの表面に加工するV溝加工方法であって、前記バイトの近くに配置した距離センサでワークの表面を一方向に走査し、ワークの表面までの距離を測定し、第1方向にそったワーク表面のうねりを検出する工程と、前記うねりの検出結果に基づいて、V溝の各加工位置における前記バイトの位置を補正しながら、前記バイトを前記一方向にワークに対して相対的に送り、前記ワークの表面にV溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで前記V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。
さらに、本発明は、ベッドと、前記ベッド上に設置され、ワークであるロールの一端をチャックで保持しながら該ロールに回転を与える主軸とともに、ワークの円周方向の割出しを行う割出し軸(C軸)を有する主軸台と、前記主軸台に対向して前記ベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台と、前記ロールの長手方向(Z軸)を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、ロールの長手方向と直角の方向(X軸)に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブルと、前記テーブル上に設置され、バイトが取り付けられた刃物台と、前記刃物台に配置され、前記ロールの表面までの距離を測定する距離センサと、前記ロールの長手方向に加工した第1V溝または前記ロールの周方向に加工した第2V溝を前記距離センサで走査して溝底までの距離を測定し、第1V溝または第2V溝の溝底のうねりを検出する手段と、測定したV溝とは直交するV溝を加工する時に、前記うねりの検出結果に基づいて、各加工位置における前記バイトのX軸上の位置を補正する手段と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、バイトで切り込むV溝の深さを測定し、そのデータを下にバイトの切込量を補正することにより、機械精度に依存せずに、全体として四角ピラミッドの頂点が揃った高精度の加工を実現できる。
以下、本発明によるV溝加工方法および装置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、図2は、本発明の一実施形態によるV溝加工方法を実施するロール旋盤を示す。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。ワークはロール形状のロール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、ロールWの軸を把持し、主軸18の回転をロールWに伝達する。
この主軸台12では、主軸18を駆動するサーボモータ20は、主軸18を直接駆動するビルトイン型のサーボモータとして構成されている。主軸18の回転量は、エンコーダ22により検出される。このエンコーダ22の検出信号をフィードバックして主軸18の位置制御および速度制御を行うことにより、主軸台12にはロールWの円周方向の割出しを行う割出し軸(C軸)としての機能と、主軸18を一定の回転数(数百回転まで)で連続回転させる機能が付加されている。
次に、図1、図2において、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24を備えており、この主軸24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の軸方向と直角な方向に移動可能にテーブル28が設置されている。
この精密ロール旋盤では、サドル26をロールWの軸方向に送る軸がZ軸で、このサドル26上でテーブル28をロールWの軸方向とは直角な方向に送る軸が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は、刃物旋回台30を示す。刃物旋回台30の上には、刃物台32が取り付けられている。この実施形態の場合、刃物台32は、刃物台本体33と、刃物台アタッチメント34とから構成されている。刃物台アタッチメント34は、刃物台本体33に対して着脱できる。
刃物台本体33には、周方向に所定の間隔でバイト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、刃物台32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36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。なお、この刃物台本体33に取り付けられているダイヤモンドバイト36の高さ位置(芯高)は、機上で測定して手動で調整可能となっている。
刃物台アタッチメント34は、フライカットスピンドル装置から構成されている。このフライカットスピンドル装置は、本体部34a、サーボモータ35及びフライカッタ39 ( フライカット用のバイト) が取り付けられたカッタホルダ38 を含んでいる。本体部34aの内部では、図示されないカッタスピンドルが空気軸受により支持されている。このカッタスピンドルは、サーボモータ35により高速で回転駆動される。
図3において、X軸によりダイヤモンドバイト36が移動する方向は、ロールWの半径方向、すなわち、ダイヤモンドバイト36の刃先がロールWの中心に向かって突き込む方向と平行な方向である。Z軸で移動する方向は、ロールWの長手方向である。
次に、図4において、参照番号50は、NC装置を示している。このNC装置50は、X軸、Z軸、B軸及びC軸を数値制御する。
X軸の場合、X軸サーボ機構54と、X軸位置検出器55とによって、位置制御ループが組まれ、NC装置50からの位置指令と、X軸位置検出器55からの位置フィードバックを比較し、ダイヤモンドバイト36の刃先の位置指令したX軸上の位置に一致するように、リニアモータ56が制御されるようになっている。また、NC装置50は、図示省略したB軸サーボ機構およびC軸サーボ機構、サドル26を移動させるリニアモータを含む同じく図示省略したZ軸サーボ機構に接続され、ロールの割出、刃物台32の割出を行うと共に、ダイヤモンドバイト36のZ軸上の位置決めを行うようになっている。
ここで、図5は、ロールW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、基本的に横溝60(軸方向のV溝)と縦溝62(軸方向のV溝)との組み合わせにより加工する。そして横溝60を一定のピッチで連続して加工し、その後、縦溝62に交差させるようにして、縦溝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。
図4において、NC装置52は、ロールWに四角ピラミッドを精密に加工するために、次のような特別な機能を備えている。
図4において、参照番号64は、ロールWの表面までの距離を測定する距離センサを示し、この距離センサ64は、刃物台32に配置されている。
この距離センサ64で、ロールWの長手方向に加工した横溝60または周方向に加工した縦溝62を走査して溝底までの距離を測定することができる。距離センサ64の出力は、A/D変換器65を介してNC装置52の演算装置66に取り込まれ、演算装置66は、横溝60または縦溝62の溝底のうねりを演算する。演算された溝底のうねりのデータは、記憶装置68に格納される。
先に加工するのが横溝60であれば、横溝60について、距離センサ64でロール全長に亘って走査し、横溝60の溝底のうねりが検出される。バイト位置補正部70は、縦溝62を加工する時に、横溝60のうねりの検出データを利用して、各縦溝62の加工位置において、X軸位置検出器55からの位置フィードバックを補正する。これにより、ダイヤモンドバイト36の刃先のX軸上の位置が補正されるようになっている。この補正の内容についてはさらに後述する。
なお、先に加工するのが縦溝62であれば、縦溝62にそって距離センサ64で走査し、溝底のうねりを全周に亘って走査し、横溝60を加工するときに、ダイヤモンドバイト36の刃先のX軸上の位置を補正することになる。
次に、以上のように構成される精密ロール旋盤を用いたV溝加工について説明する。
まず、横溝60をロールWの全周に以下のように加工する。図3において、刃物旋回台33は旋回し、フライカッタースピンドル装置34がB軸で割り出される。そして、ロールWで横溝60の加工を開始すべき周方向の位置がC軸で正確に割り出される。
フライカッタースピンドル装置34ではフライカッタ39として、図6に示すように、先端角度90°のV形ダイヤモンドバイトが用いられる。フライカッタースピンドル装置34が起動されると、円板上のカッタホルダ38が高速で回転し、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60をロールWの全長にわたってフライカット方法により加工する。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字形の横溝60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39は高速で旋回しているので、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、1本の横溝60を加工するごとに、逐次ロールWの周方向の切削開始位置をC軸で割り出しながら、横溝60の加工を連続して行う。なお、横溝60の加工は、フライカッター39で加工しなければならないということはなく、ダイヤモンドバイト36で通常の用法にしたがって加工できることはもちろんである。
こうして、横溝60をロールWの全面に加工したら、次に、距離センサ64で走査して、横溝60のうねりを測定する。
図7に示すように、刃物台32が旋回して、距離センサ64が割り出される。この実施形態では、図7では誇張して描かれているが、実際は横溝60は溝間のピッチが20〜100μmで加工されている。距離センサ64には、スポット径がピッチに対して十分小さなセンサ、例えば、レーザー変位センサが用いられ、レーザのスポットは横溝60の溝底まで到達することができる。
そして、往復台16をZ軸で送り、距離センサ64で横溝60を走査する。これにより、図8に曲線で示すように、横溝60の溝底のうねりを測定することができる。このように溝底にうねりが生じるのは、機械の精度の影響を受けて、Z軸方向の直線運動が真直にはならないためである。
次に、縦溝62の加工について説明する。まず、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を連続回転させる。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に切込むと、縦溝62をダイヤモンドバイトの刃先形状と同じV形の溝を創成することができる。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、同じようにして縦溝62を連続して加工すればよい。
本実施形態では、それぞれ縦溝62を加工するときに、上述した横溝60の溝底のうねりのデータを利用して、ダイヤモンドバイト36の位置を次のように補正している。
すなわち、図8において、縦溝62の加工位置ziにおける横溝60の溝底のうねりの誤差をΔiとする。
加工位置ziで縦溝62を加工するときに、仮に、補正を行わなかったとすると、うねりの誤差Δi分だけ、縦溝62を深く加工しすぎたり(誤差Δiがマイナスの場合)、浅く加工される(誤差Δiがプラス)ことになる。
これに対して、加工位置ziで縦溝62を加工するときに、次のように、フィードバックされるダイヤモンドバイト36のX軸上の検出位置xiを補正すると、縦溝62の深さを一定にすることができる。
図8に示すように、フィードバックされるダイヤモンドバイト36のX軸上の検出位置xに対して、うねりの誤差Δiを差し引く補正が行われる。この補正により、加工位置ziでのうねり誤差Δi(プラス)であるとすると、ここで縦溝62を加工するときには、指令値Xと、x−Δiが一致するまで加工されることになる。つまり、指令値XよりもΔiだけ深く加工される。
同様に、加工位置zjでのうねり誤差Δj(マイナス)であるとすると、縦溝62を加工するときには、指令値Xと、x−Δjが一致するまで加工されることになる。つまり、指令値XよりもΔjだけ浅く加工される。
このようにして、すべての縦溝62を加工すると、縦溝62の深さは一定になる。これを横溝60と縦溝62が交差する四角ピラミッドの頂点の高さHでみると、過不足なく加工されて、頂点が高さは一定になることがわかる。
以上のようにして、均一な形状の四角ピラミッドのパターンをロールWの表面に高精度に加工し、クロスキュラーレンズシートの成形にする金型を加工することができる。
なお、縦溝62を先に加工してから、縦溝62の溝底のうねりを測定し、横溝60を加工するときに同様の補正を行っても、同じように、均一な形状の四角ピラミッドのパターンをロールWの表面に高精度に加工することができる。
以上は、横溝60(縦溝62)のピッチが20〜100μmで、レーザ変位計のスポットが溝底まで届く場合であるが、ピッチが極端に狭い場合には、スポットが溝底まで届かない場合が想定される。その場合には、逆に、スポット径の大きなセンサ、例えば、静電容量型センサを代用し、スポット径の範囲に入る溝の深さの平均値をとって溝底のうねりを求めればよい。
また、上述の実施形態は、横溝60と縦溝62とを交差させて四角ピラミッドを加工する例であるが、本発明は、一方向にV形の横溝(縦溝)を加工し、レンチキュラーレンズシートやフレネルレンズシートの成形金型の加工に適用することも可能である。
この場合、最初にロールWの表面のうねりを測定しておき、その後、V溝を所定のピッチで加工するときに、各V溝の加工位置で、上述したダイヤモンドバイト36の位置補正を行えばよい。これにより、高精度の光学レンズシートを成形できる金型を加工できる。
さらに、上述の実施形態では、ワークをロールとして、ロール旋盤で加工する例を説明したが、本発明は、平らなワークの表面に縦横にV溝を加工し、四角ピラミッドのパターンを加工することにも適用することができる。その場合、加工機としては、縦横にV溝を加工できる平削り盤が用いられる。最初に横溝(縦溝)を一方向に加工してから、この横溝(縦溝)の溝底のうねりを測定し、その結果を利用してダイヤモンドバイトの位置補正を行いながら、縦溝(横溝)を所定のピッチで加工すればよい。
本発明によるV溝加工方法を実施するロール旋盤を示す正面図である。 同ロール旋盤を示す平面図である。 同ロール旋盤の刃物台を示す側面図である。 同ロール旋盤のX軸の制御ブロック図である。 本発明のV溝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の説明図である。 本発明のV溝加工方法による横溝加工の説明図である。 本発明のV溝加工方法による横溝の溝底のうねり測定の説明図である。 本発明のV溝加工方法による縦溝加工およびバイト位置の補正の説明図である。
符号の説明
10 ベッド
12 主軸台
14 心押台
16 往復台
26 サドル
28 テーブル
32 刃物台
34 刃物台アタッチメント
36 ダイヤモンドバイト
39 フライカッタ
50 NC装置
54 X軸サーボ機構
55 X軸位置検出器
60 横溝
62 縦溝
64 距離センサ

Claims (10)

  1. 互いに直交する方向にそれぞれバイトの位置を制御する制御軸を2軸有する加工機を用いて、前記ワークの表面に直交する第1V溝、第2V溝を縦横に加工することにより、4角錐が縦横に配列した凹凸パターンを前記ワークの表面に加工するV溝加工方法であって、
    前記バイトを第1の方向にワークに対して相対的に送り、前記ワークの表面に第1の方向に延びる第1V溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで前記第1V溝を加工する工程と、
    前記バイトを前記第1V溝にそって移動させ、該バイトの近くに配置した距離センサで前記第1V溝を走査し、前記第1V溝の溝底までの距離を測定し、第1方向にそった第1V溝の溝底のうねりを検出する工程と、
    前記うねりの検出結果に基づいて、前記第2V溝の各加工位置における前記バイトの位置を補正しながら、前記バイトを前記第1の方向とは直交する第2の方向にワークに対して相対的に送り、前記ワークの表面に前記第2V溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで前記第2V溝を加工する工程と、
    からなることを特徴とするV溝加工方法。
  2. 前記ワークはロールからなり、前記第1V溝は該ロールの軸方向に形成するV溝であり、前記第2V溝は該ロールの周方向に形成するV溝であることを特徴とする請求項1に記載のV溝加工方法。
  3. 前記ワークは、平らな平面をもつワークからなることを特徴とする請求項1に記載のV溝加工方法。
  4. 前記第1V溝、第2V溝は、溝間のピッチを20〜100μmの範囲で加工することを特徴とする請求項1に記載のV溝加工方法。
  5. 前記ワークの表面には、クロスレンチキュラーレンズシートを成形する凹凸パターンを加工することを特徴とする請求項1に記載のV溝加工方法。
  6. バイトの位置を制御する制御軸を少なくとも1軸有する加工機を用いて、前記ワークの表面にV溝を一方向に加工し、凹凸パターンを前記ワークの表面に加工するV溝加工方法であって、
    前記バイトの近くに配置した距離センサでワークの表面を一方向に走査し、ワークの表面までの距離を測定し、第1方向にそったワーク表面のうねりを検出する工程と、
    前記うねりの検出結果に基づいて、V溝の各加工位置における前記バイトの位置を補正しながら、前記バイトを前記一方向にワークに対して相対的に送り、前記ワークの表面にV溝を創成する加工を繰り返し、所定のピッチで前記V溝を加工する工程と、
    からなることを特徴とするV溝加工方法。
  7. 前記ワークの表面には、光学フィルムを成形する凹凸パターンを加工することを特徴とする請求項6に記載のV溝加工方法。
  8. ベッドと、
    前記ベッド上に設置され、ワークであるロールの一端をチャックで保持しながら該ロールに回転を与える主軸とともに、ワークの円周方向の割出しを行う割出し軸(C軸)を有する主軸台と、
    前記主軸台に対向して前記ベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台と、
    前記ロールの長手方向(Z軸)を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、
    ロールの長手方向と直角の方向(X軸)に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブルと、
    前記テーブル上に設置され、バイトが取り付けられた刃物台と、
    前記刃物台に配置され、前記ロールの表面までの距離を測定する距離センサと、
    前記ロールの長手方向に加工した第1V溝または前記ロールの周方向に加工した第2V溝を前記距離センサで走査して溝底までの距離を測定し、第1V溝または第2V溝の溝底のうねりを検出する手段と、
    測定したV溝とは直交するV溝を加工する時に、前記うねりの検出結果に基づいて、各加工位置における前記バイトのX軸上の位置を補正する手段と、
    を備えたことを特徴とするV溝加工装置。
  9. 前記距離センサは、単独のV溝の溝底に届く大きさのスポット径を有するレーザ変位計からなることを特徴とする請求項6に記載のV溝加工装置。
  10. 前記距離センサは、隣り合う複数のV溝にまたがる大きさのスポット径を有する静電容量型センサからなることを特徴とする請求項6に記載のV溝加工装置。
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