JP3762248B2 - 回折光学素子用金型加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折光学素子の製造に用いる成形用の金型を研削加工によって製作するための回折光学素子用金型加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金、セラミックス等の硬質材料の金型素材に、各輪帯により斜面の傾斜角度の異なる回折面形状を創成する研削加工においては、シャープエッジを持つレジンボンドダイヤモンド砥石等を回転させながら、目標とする回折面形状に倣って並進させる研削方法が知られている。
【０００３】
図４は一従来例による回折光学素子用金型加工方法を説明するもので、円錐状に形状創成された加工面１０１ａを有するダイヤモンド砥石等の砥石１０１を軸Ｏ1 のまわりに回転させながら、軸Ｏ2 のまわりに回転する金型素材Ｗ0 の上面に切り込み、矢印Ｒ1 〜Ｒn で示す方向に所定の速度で砥石１０１を移動させることで、回折格子形状を研削・創成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法では、ダイヤモンド砥石等の砥石のエッジ部の摩耗が大きいため、回折面形状を正確に創成するのが難しく、また、良好な表面粗さを得ることも困難であるという未解決の課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、超硬合金、セラミックス等の硬質材料の金型素材に、所望の回折格子形状を良好な表面粗さで正確に創成することのできる回折光学素子用金型加工方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の回折光学素子用金型加工方法は、研削加工によって金型素材に回折格子形状を創成する工程を有し、前記回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、前記各斜面ごとに、該斜面の目標傾斜角度と同じ傾斜角度を有する斜面創成面を備えた総型の砥石によって研削することを特徴とする。
【０００９】
砥石の斜面創成面の創成と同時に、前記砥石の垂直面創成面の創成を行なうとよい。
【００１０】
砥石の斜面創成面の創成と垂直面創成面の創成を、２つの工具創成手段によって個別に行なうとよい。
【００１１】
【作用】
回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、前記各斜面ごとに目標傾斜角度と同じ傾斜角度を有する斜面創成面を備えた総型の砥石を用いて研削することで、回折格子形状の溝底部の形状や表面粗さを劣化させることなく正確で良好な溝形状創成を行なうことができる。
【００１３】
回折格子形状を創成する砥石に、その斜面創成面を創成するための工具斜面創成用の砥石や垂直面創成用の砥石を組み合わせて用いることにより、装置および制御の簡略化を促進できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は一実施の形態による回折光学素子用金型加工方法を示す。これは、例えば、格子高さが１０μｍ、同心円状で２０輪帯、最外周の輪帯半径が４ｍｍ、輪帯間隔は最外周が最も狭く５０μｍ、最内周が最も広く２００μｍである回折光学素子用金型を研削加工するためのものである（図３参照）。
【００１６】
加工に先だって、形状誤差１μｍ以下に格子加工面を平面形状に前加工することで、格子加工時の砥石の最大切り込み量を１５μｍ以下にした。
【００１７】
図１の装置において、円錐状に形状創成された斜面創成面１ａを有するダイヤモンド砥石等の砥石１を軸Ｏ1 のまわりに回転させながら、軸Ｏ2 のまわりに回転する金型素材Ｗ1 の上面に切り込み、軸Ｏ1 と平行に所定の速度で移動させることで、回折格子形状を研削・創成する。
【００１８】
例えば、砥石１として、粒径＃１５００のレジンボンドダイヤモンド砥石で外径φ８０ｍｍのものを用いて、回転軸Ｏ1 を中心に１０００ｒ．ｐ．ｍで回転させながら、回転軸Ｏ2 を中心に２０００ｒ．ｐ．ｍで回転する超硬合金製の金型素材Ｗ1 に所望量切り込み、回折格子形状を創成する。
【００１９】
砥石１の円錐状の加工面である斜面創成面１ａと平面状の加工面である垂直面創成面１ｂは、上記の回折格子形状を研削・創成する工程において、回折格子形状の各輪帯ごとに、以下のように目標傾斜角度に同時創成される。
【００２０】
工具創成手段である円筒形の斜面創成用砥石１１および垂直面創成用砥石１２（粒径＃５００のダイヤモンド砥石）により、金型加工中に砥石１の斜面創成面１ａと垂直面創成面１ｂをそれぞれ総型の砥石に研削・創成する。まず、工具斜面創成用の砥石である斜面創成用砥石１１の回転軸と砥石１の回転軸Ｏ1 の間の角度を回折格子形状の最外周部の輪帯の目標傾斜角度θ1 に等しくした状態で、斜面創成用砥石１１を１００００ｒ．ｐ．ｍで回転させるとともに、砥石１の斜面創成面１ａと平行に移動させながら斜面創成面１ａを加工する。同時に、垂直面創成用砥石１２を１００００ｒ．ｐ．ｍで回転させるとともに、砥石１の垂直面創成面１ｂと平行に移動させながら垂直面創成面１ｂを加工する。このようにして最外周部の格子溝形状に対応した砥石１の加工面形状が創成される。
【００２１】
上記のように形状創成される総型の砥石１の回転軸Ｏ1 と金型素材Ｗ1 の回転軸Ｏ2 が垂直な状態で砥石１を金型素材Ｗ1 に所望量の１４μｍ、型１回転あたり０．０５μｍの速度で切り込むことにより所望の回折格子形状が金型素材Ｗ1 に形成される。この時、砥石１の総型加工を行なう工具創成用砥石１１および１２は、前述の形状創成を行なっている状態で砥石１とともに移動する。一輪帯の回折格子を加工するごとに、斜面創成用砥石１１の回転軸と砥石１の回転軸Ｏ1 で作られる角度を、加工する回折格子形状の目標傾斜角度θn と等しくなるように変化させ、上記と同様の方法で砥石１の形状創成を行ない、同時に、第ｎ番目の回折格子輪帯を加工する。
【００２２】
それぞれの回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、各斜面ごとに目標傾斜角度に等しくなるような砥石の同時形状創成と金型素材Ｗ1 の溝加工を繰り返すことにより、所望の回折格子形状を金型素材Ｗ1 上に創成できる。
【００２３】
ここで、砥石１の総型加工を行なう工具創成用砥石１１および１２は、図２に示すように互いに干渉しない位置に配置されており、回折格子形状の１番目輪帯における砥石１の形状創成と金型素材Ｗ1 の溝加工から、第ｎ番目の輪帯における砥石１の形状創成と金型素材Ｗ1 の溝加工までの一連の加工は、加工機の停止もしくは金型素材Ｗ1 や砥石１等を取り外すことなく、回折面形状の創成完了まで連続して行なわれる。
【００２４】
上記の方法で回折格子形状を研削・創成した回折光学素子用金型と、図４の従来例によって加工された回折光学素子用金型を比較した実験の結果を末尾の表１に示す。
【００２５】
図４の装置において、砥石１０１は、粒径＃１５００のレジンボンドダイヤモンド砥石、外径φ８０ｍｍであり、回転軸Ｏ1 を中心に１０００ｒ．ｐ．ｍで回転しながら、回転軸Ｏ2 を中心に２０００ｒ．ｐ．ｍで回転する超硬合金製の金型素材Ｗ0 に所望量切り込むとともに、所望の形状に倣って矢印Ｒ1 〜Ｒn の方向に毎分０．２ｍｍの速度で移動して、回折格子形状を創成した。
【００２６】
表１に示した測定項目は、図５に示す斜面粗さ（Ａ）、溝底部はずれ量（Ｂ）、格子高さ（Ｃ）である。ここで、溝底部はずれ量（Ｂ）は、溝エッジ部の所望形状からはずれた部分の幅を示す。溝底部の形状は、砥石のエッジ部の損耗状態により、図５の（ａ）に示すような丸みを帯びた形状や、同図の（ｂ）に示すようなカギザキ状の形状になる。
【００２７】
表１から分かるように、本発明の加工方法では、各ピッチ（輪帯）毎に加工用砥石の形状創成をして砥石形状を金型素材に転写するいわゆる総形加工であるため、中心近傍、外周近傍に関係なく型に格子全面にわたってその斜面粗さ、形状精度に大きな差異は認められず良好な値を示した。
【００２８】
しかしながら、従来例の方法では、加工初期の外周近傍の格子溝の斜面粗さ、形状は良好であるが、中心部に近づくに従って斜面粗さ、形状が劣化した。従来例の方法では、砥石の先端で回折格子形状を創成するために大きな負荷がかかり摩耗が発生する。その結果、砥石のシャープエッジで加工される溝底部のエッジ形状が所望形状より大きくずれるとともに、格子高さ不足、斜面粗さ劣化も発生すると考えられる。
【００２９】
特に中心部の格子では、本発明の方法によれば、斜面粗さと、溝底部はずれ量、格子高さがそれぞれ１．０ｎｍ、３．２μｍ、９．９μｍであったが、従来の方法ではそれらの値が２．５ｎｍ、１０．５μｍ、８．９μｍであり、本発明の方法が格段にすぐれていることが分かる。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３２】
硬質材料の金型素材に、所望の回折格子形状を正確に良好な表面粗さで効率的に創成することができる。これによって、回折光学素子の低価格化と高品質化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による回折光学素子用金型加工方法を説明する図である。
【図２】図１の装置を図示右方向からみた図である。
【図３】一具体例による回折格子形状を説明する図である。
【図４】一従来例を説明する図である。
【図５】格子溝形状を拡大して説明する図である。
【符号の説明】
１ 砥石
１ａ 斜面創成面
１ｂ 垂直面創成面
１１ 斜面創成用砥石
１２ 垂直面創成用砥石
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折光学素子の製造に用いる成形用の金型を研削加工によって製作するための回折光学素子用金型加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金、セラミックス等の硬質材料の金型素材に、各輪帯により斜面の傾斜角度の異なる回折面形状を創成する研削加工においては、シャープエッジを持つレジンボンドダイヤモンド砥石等を回転させながら、目標とする回折面形状に倣って並進させる研削方法が知られている。
【０００３】
図４は一従来例による回折光学素子用金型加工方法を説明するもので、円錐状に形状創成された加工面１０１ａを有するダイヤモンド砥石等の砥石１０１を軸Ｏ1 のまわりに回転させながら、軸Ｏ2 のまわりに回転する金型素材Ｗ0 の上面に切り込み、矢印Ｒ1 〜Ｒn で示す方向に所定の速度で砥石１０１を移動させることで、回折格子形状を研削・創成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法では、ダイヤモンド砥石等の砥石のエッジ部の摩耗が大きいため、回折面形状を正確に創成するのが難しく、また、良好な表面粗さを得ることも困難であるという未解決の課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、超硬合金、セラミックス等の硬質材料の金型素材に、所望の回折格子形状を良好な表面粗さで正確に創成することのできる回折光学素子用金型加工方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の回折光学素子用金型加工方法は、研削加工によって金型素材に回折格子形状を創成する工程を有し、前記回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、前記各斜面ごとに、該斜面の目標傾斜角度と同じ傾斜角度を有する斜面創成面を備えた総型の砥石によって研削することを特徴とする。
【０００９】
砥石の斜面創成面の創成と同時に、前記砥石の垂直面創成面の創成を行なうとよい。
【００１０】
砥石の斜面創成面の創成と垂直面創成面の創成を、２つの工具創成手段によって個別に行なうとよい。
【００１１】
【作用】
回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、前記各斜面ごとに目標傾斜角度と同じ傾斜角度を有する斜面創成面を備えた総型の砥石を用いて研削することで、回折格子形状の溝底部の形状や表面粗さを劣化させることなく正確で良好な溝形状創成を行なうことができる。
【００１３】
回折格子形状を創成する砥石に、その斜面創成面を創成するための工具斜面創成用の砥石や垂直面創成用の砥石を組み合わせて用いることにより、装置および制御の簡略化を促進できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は一実施の形態による回折光学素子用金型加工方法を示す。これは、例えば、格子高さが１０μｍ、同心円状で２０輪帯、最外周の輪帯半径が４ｍｍ、輪帯間隔は最外周が最も狭く５０μｍ、最内周が最も広く２００μｍである回折光学素子用金型を研削加工するためのものである（図３参照）。
【００１６】
加工に先だって、形状誤差１μｍ以下に格子加工面を平面形状に前加工することで、格子加工時の砥石の最大切り込み量を１５μｍ以下にした。
【００１７】
図１の装置において、円錐状に形状創成された斜面創成面１ａを有するダイヤモンド砥石等の砥石１を軸Ｏ1 のまわりに回転させながら、軸Ｏ2 のまわりに回転する金型素材Ｗ1 の上面に切り込み、軸Ｏ1 と平行に所定の速度で移動させることで、回折格子形状を研削・創成する。
【００１８】
例えば、砥石１として、粒径＃１５００のレジンボンドダイヤモンド砥石で外径φ８０ｍｍのものを用いて、回転軸Ｏ1 を中心に１０００ｒ．ｐ．ｍで回転させながら、回転軸Ｏ2 を中心に２０００ｒ．ｐ．ｍで回転する超硬合金製の金型素材Ｗ1 に所望量切り込み、回折格子形状を創成する。
【００１９】
砥石１の円錐状の加工面である斜面創成面１ａと平面状の加工面である垂直面創成面１ｂは、上記の回折格子形状を研削・創成する工程において、回折格子形状の各輪帯ごとに、以下のように目標傾斜角度に同時創成される。
【００２０】
工具創成手段である円筒形の斜面創成用砥石１１および垂直面創成用砥石１２（粒径＃５００のダイヤモンド砥石）により、金型加工中に砥石１の斜面創成面１ａと垂直面創成面１ｂをそれぞれ総型の砥石に研削・創成する。まず、工具斜面創成用の砥石である斜面創成用砥石１１の回転軸と砥石１の回転軸Ｏ1 の間の角度を回折格子形状の最外周部の輪帯の目標傾斜角度θ1 に等しくした状態で、斜面創成用砥石１１を１００００ｒ．ｐ．ｍで回転させるとともに、砥石１の斜面創成面１ａと平行に移動させながら斜面創成面１ａを加工する。同時に、垂直面創成用砥石１２を１００００ｒ．ｐ．ｍで回転させるとともに、砥石１の垂直面創成面１ｂと平行に移動させながら垂直面創成面１ｂを加工する。このようにして最外周部の格子溝形状に対応した砥石１の加工面形状が創成される。
【００２１】
上記のように形状創成される総型の砥石１の回転軸Ｏ1 と金型素材Ｗ1 の回転軸Ｏ2 が垂直な状態で砥石１を金型素材Ｗ1 に所望量の１４μｍ、型１回転あたり０．０５μｍの速度で切り込むことにより所望の回折格子形状が金型素材Ｗ1 に形成される。この時、砥石１の総型加工を行なう工具創成用砥石１１および１２は、前述の形状創成を行なっている状態で砥石１とともに移動する。一輪帯の回折格子を加工するごとに、斜面創成用砥石１１の回転軸と砥石１の回転軸Ｏ1 で作られる角度を、加工する回折格子形状の目標傾斜角度θn と等しくなるように変化させ、上記と同様の方法で砥石１の形状創成を行ない、同時に、第ｎ番目の回折格子輪帯を加工する。
【００２２】
それぞれの回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、各斜面ごとに目標傾斜角度に等しくなるような砥石の同時形状創成と金型素材Ｗ1 の溝加工を繰り返すことにより、所望の回折格子形状を金型素材Ｗ1 上に創成できる。
【００２３】
ここで、砥石１の総型加工を行なう工具創成用砥石１１および１２は、図２に示すように互いに干渉しない位置に配置されており、回折格子形状の１番目輪帯における砥石１の形状創成と金型素材Ｗ1 の溝加工から、第ｎ番目の輪帯における砥石１の形状創成と金型素材Ｗ1 の溝加工までの一連の加工は、加工機の停止もしくは金型素材Ｗ1 や砥石１等を取り外すことなく、回折面形状の創成完了まで連続して行なわれる。
【００２４】
上記の方法で回折格子形状を研削・創成した回折光学素子用金型と、図４の従来例によって加工された回折光学素子用金型を比較した実験の結果を末尾の表１に示す。
【００２５】
図４の装置において、砥石１０１は、粒径＃１５００のレジンボンドダイヤモンド砥石、外径φ８０ｍｍであり、回転軸Ｏ1 を中心に１０００ｒ．ｐ．ｍで回転しながら、回転軸Ｏ2 を中心に２０００ｒ．ｐ．ｍで回転する超硬合金製の金型素材Ｗ0 に所望量切り込むとともに、所望の形状に倣って矢印Ｒ1 〜Ｒn の方向に毎分０．２ｍｍの速度で移動して、回折格子形状を創成した。
【００２６】
表１に示した測定項目は、図５に示す斜面粗さ（Ａ）、溝底部はずれ量（Ｂ）、格子高さ（Ｃ）である。ここで、溝底部はずれ量（Ｂ）は、溝エッジ部の所望形状からはずれた部分の幅を示す。溝底部の形状は、砥石のエッジ部の損耗状態により、図５の（ａ）に示すような丸みを帯びた形状や、同図の（ｂ）に示すようなカギザキ状の形状になる。
【００２７】
表１から分かるように、本発明の加工方法では、各ピッチ（輪帯）毎に加工用砥石の形状創成をして砥石形状を金型素材に転写するいわゆる総形加工であるため、中心近傍、外周近傍に関係なく型に格子全面にわたってその斜面粗さ、形状精度に大きな差異は認められず良好な値を示した。
【００２８】
しかしながら、従来例の方法では、加工初期の外周近傍の格子溝の斜面粗さ、形状は良好であるが、中心部に近づくに従って斜面粗さ、形状が劣化した。従来例の方法では、砥石の先端で回折格子形状を創成するために大きな負荷がかかり摩耗が発生する。その結果、砥石のシャープエッジで加工される溝底部のエッジ形状が所望形状より大きくずれるとともに、格子高さ不足、斜面粗さ劣化も発生すると考えられる。
【００２９】
特に中心部の格子では、本発明の方法によれば、斜面粗さと、溝底部はずれ量、格子高さがそれぞれ１．０ｎｍ、３．２μｍ、９．９μｍであったが、従来の方法ではそれらの値が２．５ｎｍ、１０．５μｍ、８．９μｍであり、本発明の方法が格段にすぐれていることが分かる。
【００３０】
【表１】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３２】
硬質材料の金型素材に、所望の回折格子形状を正確に良好な表面粗さで効率的に創成することができる。これによって、回折光学素子の低価格化と高品質化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による回折光学素子用金型加工方法を説明する図である。
【図２】図１の装置を図示右方向からみた図である。
【図３】一具体例による回折格子形状を説明する図である。
【図４】一従来例を説明する図である。
【図５】格子溝形状を拡大して説明する図である。
【符号の説明】
１ 砥石
１ａ 斜面創成面
１ｂ 垂直面創成面
１１ 斜面創成用砥石
１２ 垂直面創成用砥石
Claims (4)
- 研削加工によって金型素材に回折格子形状を創成する工程を有し、前記回折格子形状の各斜面は異なる目標傾斜角度を持ち、前記各斜面ごとに、該斜面の目標傾斜角度と同じ傾斜角度を有する斜面創成面を備えた総型の砥石によって研削することを特徴とする回折光学素子用金型加工方法。
- 砥石の斜面創成面の創成と同時に、前記砥石の垂直面創成面の創成を行なうことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子用金型加工方法。
- 砥石の斜面創成面の創成と垂直面創成面の創成を、２つの工具創成手段によって個別に行なうことを特徴とする請求項２に記載の回折光学素子用金型加工方法。
- 工具創成手段が、回折格子形状を創成する砥石とともに送り方向に移動することを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子用金型加工方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001125207A JP3762248B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 回折光学素子用金型加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001125207A JP3762248B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 回折光学素子用金型加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002321146A JP2002321146A (ja) | 2002-11-05 |
| JP3762248B2 true JP3762248B2 (ja) | 2006-04-05 |
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2001
- 2001-04-24 JP JP2001125207A patent/JP3762248B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002321146A (ja) | 2002-11-05 |
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