JP3963750B2 - 曲面切削加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ面や、レンズ成形用金型におけるレンズ面成形用金型成形面などの曲面を切削加工により形成する場合に適した曲面切削加工方法に関するものである。また、切削加工により曲面が形成されたレンズおよびレンズ成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置などに用いられている対物レンズのレンズ面加工、あるいはその金型の成形面加工は、旋盤による倣い加工により行われている。旋盤加工に用いられているバイトは、その刃先が円弧形状をしており、所望のレンズ形状に倣って当該刃先を移動させるようにしている。また、レンズ面にブレーズ形状が付加されている場合には、円弧形状の刃先の角を可能な限り尖らせた形状のバイトを用いて、レンズ面およびブレーズの段差形状の切削を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
円弧状の刃先を備えたバイトを用いてレンズ面を切削する場合には、切削加工中において、レンズ素材の表面に当たっている刃先領域がレンズ形状に沿って移動する。このため、旋盤による切削に当たっては、バイトの刃先半径とレンズ形状とに基づいて形状補正を行うことが必要になる。
【０００４】
また、レンズ形状に応じて、円弧状の刃先における切削領域が移動するので、一般的に用いられている形状測定装置による測定結果をそのままフィードバックして補正データを作成することが困難である。
【０００５】
さらに、円弧状の刃先はレンズ素材の表面に対して点接触状態で押し付けられて切削動作を行うので、レンズ形状によっては円弧状の刃先において切削に用いられている領域に偏りが生じやすく、すなわち、円弧状の刃先における各部分の使用頻度に偏りが生じやすい。刃先の各部分の使用頻度に偏りが生ずると、使用頻度の高い部分が早く摩耗するので、摩耗にも偏りが生じ、バイトの寿命の低下を招いてしまう。
【０００６】
さらには、レンズ面にブレーズ部分を切削する場合には、部分的に円弧の曲率半径を可能な限り小さくした角を持つ円弧状の刃先を備えたバイトが使用されるが、レンズ面の切削時においては角に近い円弧状の刃先部分が主に使用される。このために、角および当該角に隣接した円弧状の刃先部分における摩耗の進行が早い。刃先の角および隣接部分の摩耗が増加すると、形成されたブレーズ段差の隅などにダレが生じた状態になり、精度良く段差を切削できなくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、バイト刃先の偏摩耗を防止することによりバイトの寿命低下を防止でき、切削時のバイドの位置決め制御も簡単に行うことができる曲面切削加工方法を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、素材の表面をバイトにより切削して所定の曲面となるように加工する曲面切削加工方法において、
前記バイトの刃先形状を両端に角を持つ平坦形状となるようにし、
このバイトの刃先稜線が前記曲面に引いた接線に対して平行になるように、当該バイトの刃先の姿勢を決め、
この姿勢に保持された前記バイトの刃先により、前記素材の表面に対して切り込みながら一定方向に送り動作を行って、バイト刃先の幅に対応する幅の帯状の切削加工面を前記素材の表面に形成し、
一つの帯状の前記切削加工面を形成する毎に、前記バイトの刃先を前記素材の表面から離し、当該切削加工面に対して、前記バイトの送り方向に直交する方向に向けて、前記バイト刃先の幅よりも少ない距離だけ当該バイト刃先を移動させ、当該切削加工面の隣接位置に新たな帯状の前記切削加工面を形成することを特徴としている。
【０００９】
本発明の曲面切削加工方法では、直線状のバイトの刃先全体が用いられて切削が行われる。よって、刃先形状が円弧状のもののように点接触状態で切削を行う場合とは異なり、刃先の摩耗が少なく、偏った摩耗も発生しないので、バイトの寿命を延ばすことができる。
【００１０】
また、加工対象の曲面形状に関係なくバイト刃先の全体が切削領域として使用されると共に、刃先稜線が曲線に引いた接線に平行となるように保持されるので、バイト刃先の位置制御などが簡単になる。例えば、バイト刃先を位置決め制御するために、当該バイト刃先の位置座標として刃先稜線の中心位置を採用すれば、形成された切削加工面の形状ずれを、そのままバイト刃先の位置決め制御用の位置座標（切り込み補正量）として取り込むことができる。
【００１１】
さらに、１回の切削工程によって形成された一つの切削加工面に対して、隣接位置に形成される新たな切削加工面を部分的に重なるように形成しているので、バイト刃先の両端側の部分が摩耗した場合においても、削り残りができることがなく、摩耗による切削加工誤差が増加してしまうことも防止できる。
【００１２】
ここで、回転対称の曲面を切削加工する場合には、旋盤削りを採用すればよい。すなわち、前記素材の表面を前記バイトによって旋削することにより、当該素材の表面に、同心状に複数の輪帯状の前記切削加工面を形成すればよい。
【００１３】
また、隣接する新たな帯状の前記切削加工面を形成する際には、前記バイトを、当該バイト刃先幅の１０％から５０％の範囲内の距離だけ移動させることが望ましい。この程度、重ね合わせた状態で切削加工を行えば、バイト刃先の摩耗に起因する削り残しや切削加工誤差の増加を確実に防止できる。
【００１４】
さらに、本発明の切削加工方法では、微視的には、平坦な前記切削加工面によって曲面を近似した状態の仕上面が得られる。しかしながら、加工対象の前記曲面の曲率半径がＲ、当該曲面の設計寸法に対する許容誤差がａである場合に、前記バイト刃先幅を、２√（２ａＲ−ａ2）以下にすれば、許容誤差範囲内の誤差で曲面形状を切削加工できる。勿論、この幅を狭くすればするほど、高精度の曲面を切削加工できる。
【００１５】
次に、本発明の曲面切削加工方法では、前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に段差部を形成することも可能である。
【００１６】
この場合、前記バイト刃先の前記角の角度は９０度とすることが望ましいが、バイトの製造容易性などの実用面を考慮すると９０度から１２０度までの範囲内の値なるようにすればよい。
【００１７】
本発明の方法では、両端に角のある平坦形状のバイト刃先を用いて曲面切削加工および段差部の切削を行っている。円弧状のバイト刃先の角を用いて段差部を切削する場合に比べて、バイト刃先の摩耗を低減でき、また、両端の角を利用することにより、いずれの向きの段差部も切削加工できる。
【００１８】
また、平坦形状のバイト刃先の角の曲率半径は非常に小さく、非常に鋭い形状となっており、円弧状のバイト刃先の角を用いる場合より非常に急峻な段差形状が得られる。
【００１９】
ここで、刃先の幅を１０μｍ以上とすると、製作しやすく、寿命および強度的にも好ましく、また、加工にも問題がないので実用的である。
【００２０】
また、刃先の幅をより狭くすれば、より微細な切削が可能になるが、製作上の問題および強度上の問題などを考慮すると、５μｍから１０μｍの範囲のものが実用的である。この程度の幅であれば、強度的には若干劣るものの、寿命の点では問題がないからである。
【００２１】
次に、本発明の曲面切削加工方法は、光ピックアップ装置の対物レンズなどのレンズ面の切削加工に用いるのに適している。
【００２２】
この場合、レンズ凸曲面あるいは凹曲面に同心状の段差部がついているレンズ面については、前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に前記段差部を形成することができる。
【００２３】
同様に、本発明の曲面切削加工方法は、レンズ成形用の金型におけるレンズ面成形用の金型成形面の切削加工に用いるのに適している。この場合においても、前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に、レンズ面に付ける段差部に対応する前記段差部を形成することができる。
【００２４】
また、本発明の曲面切削加工方法によって製作したレンズ成形用金型を用いて成形されたレンズは、段差部などが精度良く成形されたものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の方法を適用したレンズ金型におけるレンズ面を形成するための金型成形面の切削加工例を説明する。
【００２６】
（レンズ金型）
まず、図１を参照して、本例の切削加工により得られたレンズ金型について説明する。図１において、（ａ）はレンズ金型におけるレンズ面成形面を示す部分平面図であり、（ｂ）はその部分断面図であり、（ｃ）はそのレンズ面成形面の一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、（ｄ）は成形されるレンズの断面図である。
【００２７】
本例のレンズ金型１は、例えば光ピックアップの光学系を構成している対物レンズ、コリメートレンズ、センサレンズ等のレンズ５を成形するためのものであり、型本体２と、この型本体２の上面２１の中央に形成されたレンズ面成形面３１によって規定されるキャビティを備えている。レンズ面形成面３１によってレンズ５の一方のレンズ凸曲面６が形成される。
【００２８】
このレンズ面成形面３１は実質的には円弧状の凹曲面であるが、微視的には、その回転対称の中心である中心軸線Ｌに対して同心円状に形成された一定幅の輪帯状切削加工面３２（３２（１）、３２（２）・・・）によって規定されている。各輪帯状切削加工面３２は、その幅方向に切断して見た場合に、平坦な面となっている。従って、中心軸線Ｌを含む平面で切断した場合には、図１（ｃ）に示すように、目標とするレンズ曲面を規定している想像線で示す曲線Ｋを、多数の同一長さの直線３２ａからなる多角形で近似したものとなっている。
【００２９】
ここで、曲線Ｋに対する各輪帯状切削加工面３２の直線３２ａの最大誤差Ａは、当該レンズ曲線の設計寸法に対する最大許容誤差以内に設定されている。例えば、波長６５０ｎｍのレーザ光を用いる光ピックアップ装置のレンズの場合、許容誤差ａは一般に２０ｎｍ以下に設定される。輪帯状切削加工面３２の幅を後述のように狭くすることにより、直線３２ａの曲線Ｋに対する最大誤差を許容誤差以内の値に抑制することができ、従って、実用上支障のないレンズ面成形面３１を、複数の輪帯状切削加工面３２によって形成することができる。
【００３０】
（レンズ面成形面の切削加工方法）
図１、２を参照して、上記構成のレンズ金型１におけるレンズ面成形面３１の切削加工方法を説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、バイトの刃先形状を示す説明図およびレンズ面成形面の切削加工動作を示す説明図である。
【００３１】
まず、本例において使用するバイト４は、図２（ａ）に示すように、バイト送り方向４０の側から見た場合の刃先４１の形状が、両端に角４２、４３を持つ平坦形状とされている。詳細に説明すると、バイト切り込み方向４４に直交する方向に直線状に延びる一定幅の主切れ刃４５と、この主切れ刃４５の両端から左右に同一角度θで傾斜して延びる左右の副切れ刃４６、４７とを備えている。本例における角４２、４３の角度θは９０度から１２０度までの範囲内の値とされている。
【００３２】
次に、切削加工は旋盤加工により行う。不図示の旋盤に、加工対象の金型素材２０とバイト４を取り付け、回転軸にチャッキングした金型素材２０をその中心軸線Ｌを中心に回転させながら、バイト４の切り込みおよび送り動作を行って当該金型素材２０の表面に切削加工を施す。
【００３３】
ここで、図１（ｃ）を参照して説明すると、バイト４の刃先稜線、すなわち主切れ刃４５の中心を通るように、レンズ面成形面３１を規定している設計曲線Ｋに法線Ｖを引く。この法線Ｖが交差する曲線Ｋの位置に当該曲線の接線Ｔ（１）を引く。本例では、この接線Ｔ（1）の対して刃先稜線が平行になるように、バイト４の刃先４１の姿勢を決める。この姿勢を保持したままで、バイト４の刃先４１により、金型素材２０の表面に対して、曲線Ｋの法線Ｖの方向に切り込みを行う。金型素材２０はその中心軸線Ｌを中心に回転しているので、換言すると、バイトの刃先４１は円周方向に送られているので、１回の切れ込み動作によって、バイト刃先幅Ｗと同一幅の１本の輪帯状切削加工面３２（１）が形成される。図示の例では、レンズ面成形面３１における最も外周側の部分から切削を開始している。
【００３４】
１本の輪帯状切削加工面３２（１）を形成した後は、図２（ｂ）において矢印で示すように、バイト４の刃先４１を金型素材２０の表面から一旦離し、当該切削加工面３２（１）に対して、バイトの送り方向４０に直交する方向（本例では半径方向の内側）に向けて、バイト刃先４１の幅Ｗよりも少ない距離だけ当該バイト刃先４１を移動させる。移動量は、バイト刃先幅Ｗの１０％〜５０％の範囲内とすればよい。この後は、バイト刃先４１を金型素材２０の表面に押し付けて、すなわち切り込んで２本目の輪帯状切削加工面３２（２）を隣接部分に形成さる。
【００３５】
かかる切削動作を繰り返すことにより、図１に示すような同心状に形成された多数本の一定幅の輪帯状切削加工面３２が形成され、これらによって全体として凹曲面状のレンズ面成形面３１が形成される。
【００３６】
次に、図３に示すように、本例の切削加工方法では、レンズ設計曲線Ｋを同一長さの直線３２ａを結んで形成した多角形によって近似した断面形状の切削加工面になる。従って、曲線Ｋに直線３２ａが交差するように切り込みを行った場合に発生する曲線Ｋに対する最大誤差は、曲線Ｋに直線３２ａの両端が交わった場合、あるいは曲線Ｋに直線３２ａが接した場合に発生する。
【００３７】
すなわち、曲率半径Ｒのレンズ設計曲線Ｋに引いた接線Ｔに平行に刃先４１を押し当てて、刃先の幅方向の両端４２、４３がちょうど曲線Ｋに接する位置まで切り込んだ状態、あるいは、刃先４１が接線Ｔに一致するまで切り込んだ状態において、最大誤差Ａが発生する。従って、この最大誤差Ａが設計許容誤差ａ以内になるようにすればよい。このために、刃先幅Ｗを次式のように設定すればよい。
【００３８】
Ｗ＜２√（２ａＲ−ａ2）
例えば、光ピックアップ装置用のレンズにおいて、そのレンズ面の曲率半径Ｒが２ｍｍ、許容誤差ａが２０ｎｍの場合には、刃先４１の幅Ｗを１７μｍ以下にすればよい。また、レンズの曲率半径Ｒが２ｍｍ、許容誤差ａが１０ｎｍの場合には、刃先４１の幅Ｗを１２μｍ以下にすればよい。なお、刃先の幅は、１０μｍ以上とすると、製作しやすく、寿命および強度的にも好ましく、また、加工にも問題がないので実用的である。また、刃先の幅をより狭くすれば、より微細な切削が可能になるが、製作上の問題および強度上の問題などを考慮すると、５μｍから１０μｍの範囲のものが望ましい。この程度の幅であれば、強度的には若干劣るものの、寿命の点では問題がないからである。
【００３９】
このようにして刃先の幅を決めていくと、バイトの刃先の幅Ｗを５μｍとすれば、現状の光ピックアップ用レンズとして一般に使用されている曲率半径Ｒがミリメートルオーダのレンズであれば、本発明の切削加工方法によってレンズ面形状を切削加工できる。
【００４０】
（ブレーズ形状および段差形状の切削方法）
次に、本例のバイト４の刃先４１はその両端に角４２、４３がついているので、これらの用いて、ブレーズ付きレンズを成形するためのレンズ金型の切削加工も行うことができる。
【００４１】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、レンズ面成形面にブレーズ形状および段差形状を備えたレンズ金型を示す部分断面図、その段差部分の切削状態を示す説明図、別の段差部分の切削状態を示す説明図、および当該レンズ金型で成形されたレンズの断面図である。
【００４２】
これらの図に示すように、レンズ金型１Ａは、型本体２に形成されたレンズ面成形用凹部３を備え、レンズ面成形用凹部３の内周面には、外周側から内周側に段差部分３４とブレーズ部分３５が形成されている。段差部分３４は、平面部分３４ａの両端のうち、金型本体２を加工する時のワークの回転軸となる中心軸線Ｌに対して外側の端部３４ｂが立ち上がり、ブレーズ部分３５は、平面部分３５ｂの両端のうち、中心軸Ｌに対して内側の端部３５ｂが立ち上がっている。
【００４３】
これらの段差部分３４およびブレーズ部分３５を形成する際は、バイト４における主切れ刃４５により平面部分３４ａ、３５ａを切削し、角４３、４３を用いて端部３４ｂ、３５ｂを切削する。バイト４は、主切れ刃４５に対して、副切れ刃４６、４７が９０度から１２０度の角度で立ちあがっている。このため、バイト４をワークに押付けることで、副切れ刃４６、４７により段差部分３４およびブレーズ部分３５における端部３４ｂ、３５ｂの立ち上り形状を形成することができる。
【００４４】
また、バイト４の一方の角を用いて、段差部分３４における中心軸線Ｌに対して外側から立ち上がる端部３４ｂを形成し、他方の角を用いて、ブレーズ部分３５における中心軸線Ｌ側に立ち上がる端部３５ｂを形成することができる。従って、段差部分３４およびブレーズ部分３５の立ち上がりの方向が逆の場合でも、バイト４を付け替えること無く、加工が可能である。
【００４５】
（その他の実施の形態）
なお、上記の各例は、本発明の曲面切削加工方法を、光ピックアップ装置のレンズ金型１、１Ａにおけるレンズ面成形面の切削加工に適用したものである。しかしながら、本発明は、レンズ面を直接に切削加工する場合にも同様に適用可能である。また、レンズ以外の光学素子における曲面を切削加工する場合にも適用できる。さらには、光学素子以外の素材における曲面切削加工に対しても同様に適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の曲面加工方法では、バイト送り方向から見た場合のバイト刃先形状を両端に角が付いた平坦形状とし、加工対象の素材表面に対して、そこに形成すべき曲面の接線方向にバイト刃先稜線が平行となる状態で、当該バイドの刃先を押し当てて一定方向に送り動作を行い、これによって、一定幅の切削加工面を形成している。また、かかる切削加工面の隣接位置に一部重なった状態で新たな切削加工面を形成するという動作を繰り返すことにより、素材表面に一定幅の切削加工面によって近似された曲面を形成するようにしている。
【００４７】
従って、本発明の方法によれば、バイト刃先の全体により切削が行われるので、バイト刃先を有効に利用でき、また、円弧形状の刃先のように刃先に偏った摩耗が発生することがないので、バイト寿命を延ばすことができる。さらに、円弧状刃先のように切削位置が変動することが無いのでバイト刃先の位置決め制御も容易となり、形状誤差の補正制御も容易になる。
【００４８】
さらにまた、隣接して形成される切削加工面を相互に重なるように形成しているので、バイト刃先の摩耗に起因する削り残りの発生や、形状誤差の増加を防止あるいは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を適用した切削方法により切削加工されたレンズ金型におけるレンズ面成形面を示す部分平面図であり、（ｂ）はその部分断面図であり、（ｃ）はそのレンズ面成形面の一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、（ｄ）は当該レンズ金型によって成形されるレンズの断面図である。
【図２】図１に示すレンズ金型の切削加工に用いるバイト刃先形状を示す説明図、およびこのバイトを用いた切削加工動作を示す説明図である。
【図３】バイトの刃先の幅の決め方を示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明を適用した切削方法により切削加工されたレンズ金型におけるレンズ面形成面を示す部分断面図、（ｂ）はその段差部分の切削状態を示す説明図、（ｃ）は別の段差部分の切削状態を示す説明図であり、（ｄ）は当該レンズ金型で成形されたレンズの断面図である。
【符号の説明】
１ レンズ金型
２ 型本体
２０ 金型素材
２１ 上面
３１ レンズ面成形面
３２、３２（１）、３２（２） 一定幅の切削加工面
３２ａ 直線
４ バイト
４０ 送り方向
４１ 刃先
４２、４３ 角
４４ 切り込み方向
４５ 主切れ刃
４６、４７ 副切れ刃
５ レンズ
６ レンズ面
Ｌ レンズ面成形面の中心軸線
Ｋ レンズ設計曲線
Ｖ レンズ設計曲線に引いた法線
Ｔ、Ｔ（１）、Ｔ（２） レンズ設計曲線に引いた接線
Ａ 最大誤差
Ｗ バイトの刃先幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ面や、レンズ成形用金型におけるレンズ面成形用金型成形面などの曲面を切削加工により形成する場合に適した曲面切削加工方法に関するものである。また、切削加工により曲面が形成されたレンズおよびレンズ成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置などに用いられている対物レンズのレンズ面加工、あるいはその金型の成形面加工は、旋盤による倣い加工により行われている。旋盤加工に用いられているバイトは、その刃先が円弧形状をしており、所望のレンズ形状に倣って当該刃先を移動させるようにしている。また、レンズ面にブレーズ形状が付加されている場合には、円弧形状の刃先の角を可能な限り尖らせた形状のバイトを用いて、レンズ面およびブレーズの段差形状の切削を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
円弧状の刃先を備えたバイトを用いてレンズ面を切削する場合には、切削加工中において、レンズ素材の表面に当たっている刃先領域がレンズ形状に沿って移動する。このため、旋盤による切削に当たっては、バイトの刃先半径とレンズ形状とに基づいて形状補正を行うことが必要になる。
【０００４】
また、レンズ形状に応じて、円弧状の刃先における切削領域が移動するので、一般的に用いられている形状測定装置による測定結果をそのままフィードバックして補正データを作成することが困難である。
【０００５】
さらに、円弧状の刃先はレンズ素材の表面に対して点接触状態で押し付けられて切削動作を行うので、レンズ形状によっては円弧状の刃先において切削に用いられている領域に偏りが生じやすく、すなわち、円弧状の刃先における各部分の使用頻度に偏りが生じやすい。刃先の各部分の使用頻度に偏りが生ずると、使用頻度の高い部分が早く摩耗するので、摩耗にも偏りが生じ、バイトの寿命の低下を招いてしまう。
【０００６】
さらには、レンズ面にブレーズ部分を切削する場合には、部分的に円弧の曲率半径を可能な限り小さくした角を持つ円弧状の刃先を備えたバイトが使用されるが、レンズ面の切削時においては角に近い円弧状の刃先部分が主に使用される。このために、角および当該角に隣接した円弧状の刃先部分における摩耗の進行が早い。刃先の角および隣接部分の摩耗が増加すると、形成されたブレーズ段差の隅などにダレが生じた状態になり、精度良く段差を切削できなくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、バイト刃先の偏摩耗を防止することによりバイトの寿命低下を防止でき、切削時のバイドの位置決め制御も簡単に行うことができる曲面切削加工方法を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、素材の表面をバイトにより切削して所定の曲面となるように加工する曲面切削加工方法において、
前記バイトの刃先形状を両端に角を持つ平坦形状となるようにし、
このバイトの刃先稜線が前記曲面に引いた接線に対して平行になるように、当該バイトの刃先の姿勢を決め、
この姿勢に保持された前記バイトの刃先により、前記素材の表面に対して切り込みながら一定方向に送り動作を行って、バイト刃先の幅に対応する幅の帯状の切削加工面を前記素材の表面に形成し、
一つの帯状の前記切削加工面を形成する毎に、前記バイトの刃先を前記素材の表面から離し、当該切削加工面に対して、前記バイトの送り方向に直交する方向に向けて、前記バイト刃先の幅よりも少ない距離だけ当該バイト刃先を移動させ、当該切削加工面の隣接位置に新たな帯状の前記切削加工面を形成することを特徴としている。
【０００９】
本発明の曲面切削加工方法では、直線状のバイトの刃先全体が用いられて切削が行われる。よって、刃先形状が円弧状のもののように点接触状態で切削を行う場合とは異なり、刃先の摩耗が少なく、偏った摩耗も発生しないので、バイトの寿命を延ばすことができる。
【００１０】
また、加工対象の曲面形状に関係なくバイト刃先の全体が切削領域として使用されると共に、刃先稜線が曲線に引いた接線に平行となるように保持されるので、バイト刃先の位置制御などが簡単になる。例えば、バイト刃先を位置決め制御するために、当該バイト刃先の位置座標として刃先稜線の中心位置を採用すれば、形成された切削加工面の形状ずれを、そのままバイト刃先の位置決め制御用の位置座標（切り込み補正量）として取り込むことができる。
【００１１】
さらに、１回の切削工程によって形成された一つの切削加工面に対して、隣接位置に形成される新たな切削加工面を部分的に重なるように形成しているので、バイト刃先の両端側の部分が摩耗した場合においても、削り残りができることがなく、摩耗による切削加工誤差が増加してしまうことも防止できる。
【００１２】
ここで、回転対称の曲面を切削加工する場合には、旋盤削りを採用すればよい。すなわち、前記素材の表面を前記バイトによって旋削することにより、当該素材の表面に、同心状に複数の輪帯状の前記切削加工面を形成すればよい。
【００１３】
また、隣接する新たな帯状の前記切削加工面を形成する際には、前記バイトを、当該バイト刃先幅の１０％から５０％の範囲内の距離だけ移動させることが望ましい。この程度、重ね合わせた状態で切削加工を行えば、バイト刃先の摩耗に起因する削り残しや切削加工誤差の増加を確実に防止できる。
【００１４】
さらに、本発明の切削加工方法では、微視的には、平坦な前記切削加工面によって曲面を近似した状態の仕上面が得られる。しかしながら、加工対象の前記曲面の曲率半径がＲ、当該曲面の設計寸法に対する許容誤差がａである場合に、前記バイト刃先幅を、２√（２ａＲ−ａ2）以下にすれば、許容誤差範囲内の誤差で曲面形状を切削加工できる。勿論、この幅を狭くすればするほど、高精度の曲面を切削加工できる。
【００１５】
次に、本発明の曲面切削加工方法では、前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に段差部を形成することも可能である。
【００１６】
この場合、前記バイト刃先の前記角の角度は９０度とすることが望ましいが、バイトの製造容易性などの実用面を考慮すると９０度から１２０度までの範囲内の値なるようにすればよい。
【００１７】
本発明の方法では、両端に角のある平坦形状のバイト刃先を用いて曲面切削加工および段差部の切削を行っている。円弧状のバイト刃先の角を用いて段差部を切削する場合に比べて、バイト刃先の摩耗を低減でき、また、両端の角を利用することにより、いずれの向きの段差部も切削加工できる。
【００１８】
また、平坦形状のバイト刃先の角の曲率半径は非常に小さく、非常に鋭い形状となっており、円弧状のバイト刃先の角を用いる場合より非常に急峻な段差形状が得られる。
【００１９】
ここで、刃先の幅を１０μｍ以上とすると、製作しやすく、寿命および強度的にも好ましく、また、加工にも問題がないので実用的である。
【００２０】
また、刃先の幅をより狭くすれば、より微細な切削が可能になるが、製作上の問題および強度上の問題などを考慮すると、５μｍから１０μｍの範囲のものが実用的である。この程度の幅であれば、強度的には若干劣るものの、寿命の点では問題がないからである。
【００２１】
次に、本発明の曲面切削加工方法は、光ピックアップ装置の対物レンズなどのレンズ面の切削加工に用いるのに適している。
【００２２】
この場合、レンズ凸曲面あるいは凹曲面に同心状の段差部がついているレンズ面については、前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に前記段差部を形成することができる。
【００２３】
同様に、本発明の曲面切削加工方法は、レンズ成形用の金型におけるレンズ面成形用の金型成形面の切削加工に用いるのに適している。この場合においても、前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に、レンズ面に付ける段差部に対応する前記段差部を形成することができる。
【００２４】
また、本発明の曲面切削加工方法によって製作したレンズ成形用金型を用いて成形されたレンズは、段差部などが精度良く成形されたものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の方法を適用したレンズ金型におけるレンズ面を形成するための金型成形面の切削加工例を説明する。
【００２６】
（レンズ金型）
まず、図１を参照して、本例の切削加工により得られたレンズ金型について説明する。図１において、（ａ）はレンズ金型におけるレンズ面成形面を示す部分平面図であり、（ｂ）はその部分断面図であり、（ｃ）はそのレンズ面成形面の一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、（ｄ）は成形されるレンズの断面図である。
【００２７】
本例のレンズ金型１は、例えば光ピックアップの光学系を構成している対物レンズ、コリメートレンズ、センサレンズ等のレンズ５を成形するためのものであり、型本体２と、この型本体２の上面２１の中央に形成されたレンズ面成形面３１によって規定されるキャビティを備えている。レンズ面形成面３１によってレンズ５の一方のレンズ凸曲面６が形成される。
【００２８】
このレンズ面成形面３１は実質的には円弧状の凹曲面であるが、微視的には、その回転対称の中心である中心軸線Ｌに対して同心円状に形成された一定幅の輪帯状切削加工面３２（３２（１）、３２（２）・・・）によって規定されている。各輪帯状切削加工面３２は、その幅方向に切断して見た場合に、平坦な面となっている。従って、中心軸線Ｌを含む平面で切断した場合には、図１（ｃ）に示すように、目標とするレンズ曲面を規定している想像線で示す曲線Ｋを、多数の同一長さの直線３２ａからなる多角形で近似したものとなっている。
【００２９】
ここで、曲線Ｋに対する各輪帯状切削加工面３２の直線３２ａの最大誤差Ａは、当該レンズ曲線の設計寸法に対する最大許容誤差以内に設定されている。例えば、波長６５０ｎｍのレーザ光を用いる光ピックアップ装置のレンズの場合、許容誤差ａは一般に２０ｎｍ以下に設定される。輪帯状切削加工面３２の幅を後述のように狭くすることにより、直線３２ａの曲線Ｋに対する最大誤差を許容誤差以内の値に抑制することができ、従って、実用上支障のないレンズ面成形面３１を、複数の輪帯状切削加工面３２によって形成することができる。
【００３０】
（レンズ面成形面の切削加工方法）
図１、２を参照して、上記構成のレンズ金型１におけるレンズ面成形面３１の切削加工方法を説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、バイトの刃先形状を示す説明図およびレンズ面成形面の切削加工動作を示す説明図である。
【００３１】
まず、本例において使用するバイト４は、図２（ａ）に示すように、バイト送り方向４０の側から見た場合の刃先４１の形状が、両端に角４２、４３を持つ平坦形状とされている。詳細に説明すると、バイト切り込み方向４４に直交する方向に直線状に延びる一定幅の主切れ刃４５と、この主切れ刃４５の両端から左右に同一角度θで傾斜して延びる左右の副切れ刃４６、４７とを備えている。本例における角４２、４３の角度θは９０度から１２０度までの範囲内の値とされている。
【００３２】
次に、切削加工は旋盤加工により行う。不図示の旋盤に、加工対象の金型素材２０とバイト４を取り付け、回転軸にチャッキングした金型素材２０をその中心軸線Ｌを中心に回転させながら、バイト４の切り込みおよび送り動作を行って当該金型素材２０の表面に切削加工を施す。
【００３３】
ここで、図１（ｃ）を参照して説明すると、バイト４の刃先稜線、すなわち主切れ刃４５の中心を通るように、レンズ面成形面３１を規定している設計曲線Ｋに法線Ｖを引く。この法線Ｖが交差する曲線Ｋの位置に当該曲線の接線Ｔ（１）を引く。本例では、この接線Ｔ（1）の対して刃先稜線が平行になるように、バイト４の刃先４１の姿勢を決める。この姿勢を保持したままで、バイト４の刃先４１により、金型素材２０の表面に対して、曲線Ｋの法線Ｖの方向に切り込みを行う。金型素材２０はその中心軸線Ｌを中心に回転しているので、換言すると、バイトの刃先４１は円周方向に送られているので、１回の切れ込み動作によって、バイト刃先幅Ｗと同一幅の１本の輪帯状切削加工面３２（１）が形成される。図示の例では、レンズ面成形面３１における最も外周側の部分から切削を開始している。
【００３４】
１本の輪帯状切削加工面３２（１）を形成した後は、図２（ｂ）において矢印で示すように、バイト４の刃先４１を金型素材２０の表面から一旦離し、当該切削加工面３２（１）に対して、バイトの送り方向４０に直交する方向（本例では半径方向の内側）に向けて、バイト刃先４１の幅Ｗよりも少ない距離だけ当該バイト刃先４１を移動させる。移動量は、バイト刃先幅Ｗの１０％〜５０％の範囲内とすればよい。この後は、バイト刃先４１を金型素材２０の表面に押し付けて、すなわち切り込んで２本目の輪帯状切削加工面３２（２）を隣接部分に形成さる。
【００３５】
かかる切削動作を繰り返すことにより、図１に示すような同心状に形成された多数本の一定幅の輪帯状切削加工面３２が形成され、これらによって全体として凹曲面状のレンズ面成形面３１が形成される。
【００３６】
次に、図３に示すように、本例の切削加工方法では、レンズ設計曲線Ｋを同一長さの直線３２ａを結んで形成した多角形によって近似した断面形状の切削加工面になる。従って、曲線Ｋに直線３２ａが交差するように切り込みを行った場合に発生する曲線Ｋに対する最大誤差は、曲線Ｋに直線３２ａの両端が交わった場合、あるいは曲線Ｋに直線３２ａが接した場合に発生する。
【００３７】
すなわち、曲率半径Ｒのレンズ設計曲線Ｋに引いた接線Ｔに平行に刃先４１を押し当てて、刃先の幅方向の両端４２、４３がちょうど曲線Ｋに接する位置まで切り込んだ状態、あるいは、刃先４１が接線Ｔに一致するまで切り込んだ状態において、最大誤差Ａが発生する。従って、この最大誤差Ａが設計許容誤差ａ以内になるようにすればよい。このために、刃先幅Ｗを次式のように設定すればよい。
【００３８】
Ｗ＜２√（２ａＲ−ａ2）
例えば、光ピックアップ装置用のレンズにおいて、そのレンズ面の曲率半径Ｒが２ｍｍ、許容誤差ａが２０ｎｍの場合には、刃先４１の幅Ｗを１７μｍ以下にすればよい。また、レンズの曲率半径Ｒが２ｍｍ、許容誤差ａが１０ｎｍの場合には、刃先４１の幅Ｗを１２μｍ以下にすればよい。なお、刃先の幅は、１０μｍ以上とすると、製作しやすく、寿命および強度的にも好ましく、また、加工にも問題がないので実用的である。また、刃先の幅をより狭くすれば、より微細な切削が可能になるが、製作上の問題および強度上の問題などを考慮すると、５μｍから１０μｍの範囲のものが望ましい。この程度の幅であれば、強度的には若干劣るものの、寿命の点では問題がないからである。
【００３９】
このようにして刃先の幅を決めていくと、バイトの刃先の幅Ｗを５μｍとすれば、現状の光ピックアップ用レンズとして一般に使用されている曲率半径Ｒがミリメートルオーダのレンズであれば、本発明の切削加工方法によってレンズ面形状を切削加工できる。
【００４０】
（ブレーズ形状および段差形状の切削方法）
次に、本例のバイト４の刃先４１はその両端に角４２、４３がついているので、これらの用いて、ブレーズ付きレンズを成形するためのレンズ金型の切削加工も行うことができる。
【００４１】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、レンズ面成形面にブレーズ形状および段差形状を備えたレンズ金型を示す部分断面図、その段差部分の切削状態を示す説明図、別の段差部分の切削状態を示す説明図、および当該レンズ金型で成形されたレンズの断面図である。
【００４２】
これらの図に示すように、レンズ金型１Ａは、型本体２に形成されたレンズ面成形用凹部３を備え、レンズ面成形用凹部３の内周面には、外周側から内周側に段差部分３４とブレーズ部分３５が形成されている。段差部分３４は、平面部分３４ａの両端のうち、金型本体２を加工する時のワークの回転軸となる中心軸線Ｌに対して外側の端部３４ｂが立ち上がり、ブレーズ部分３５は、平面部分３５ｂの両端のうち、中心軸Ｌに対して内側の端部３５ｂが立ち上がっている。
【００４３】
これらの段差部分３４およびブレーズ部分３５を形成する際は、バイト４における主切れ刃４５により平面部分３４ａ、３５ａを切削し、角４３、４３を用いて端部３４ｂ、３５ｂを切削する。バイト４は、主切れ刃４５に対して、副切れ刃４６、４７が９０度から１２０度の角度で立ちあがっている。このため、バイト４をワークに押付けることで、副切れ刃４６、４７により段差部分３４およびブレーズ部分３５における端部３４ｂ、３５ｂの立ち上り形状を形成することができる。
【００４４】
また、バイト４の一方の角を用いて、段差部分３４における中心軸線Ｌに対して外側から立ち上がる端部３４ｂを形成し、他方の角を用いて、ブレーズ部分３５における中心軸線Ｌ側に立ち上がる端部３５ｂを形成することができる。従って、段差部分３４およびブレーズ部分３５の立ち上がりの方向が逆の場合でも、バイト４を付け替えること無く、加工が可能である。
【００４５】
（その他の実施の形態）
なお、上記の各例は、本発明の曲面切削加工方法を、光ピックアップ装置のレンズ金型１、１Ａにおけるレンズ面成形面の切削加工に適用したものである。しかしながら、本発明は、レンズ面を直接に切削加工する場合にも同様に適用可能である。また、レンズ以外の光学素子における曲面を切削加工する場合にも適用できる。さらには、光学素子以外の素材における曲面切削加工に対しても同様に適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の曲面加工方法では、バイト送り方向から見た場合のバイト刃先形状を両端に角が付いた平坦形状とし、加工対象の素材表面に対して、そこに形成すべき曲面の接線方向にバイト刃先稜線が平行となる状態で、当該バイドの刃先を押し当てて一定方向に送り動作を行い、これによって、一定幅の切削加工面を形成している。また、かかる切削加工面の隣接位置に一部重なった状態で新たな切削加工面を形成するという動作を繰り返すことにより、素材表面に一定幅の切削加工面によって近似された曲面を形成するようにしている。
【００４７】
従って、本発明の方法によれば、バイト刃先の全体により切削が行われるので、バイト刃先を有効に利用でき、また、円弧形状の刃先のように刃先に偏った摩耗が発生することがないので、バイト寿命を延ばすことができる。さらに、円弧状刃先のように切削位置が変動することが無いのでバイト刃先の位置決め制御も容易となり、形状誤差の補正制御も容易になる。
【００４８】
さらにまた、隣接して形成される切削加工面を相互に重なるように形成しているので、バイト刃先の摩耗に起因する削り残りの発生や、形状誤差の増加を防止あるいは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を適用した切削方法により切削加工されたレンズ金型におけるレンズ面成形面を示す部分平面図であり、（ｂ）はその部分断面図であり、（ｃ）はそのレンズ面成形面の一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、（ｄ）は当該レンズ金型によって成形されるレンズの断面図である。
【図２】図１に示すレンズ金型の切削加工に用いるバイト刃先形状を示す説明図、およびこのバイトを用いた切削加工動作を示す説明図である。
【図３】バイトの刃先の幅の決め方を示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明を適用した切削方法により切削加工されたレンズ金型におけるレンズ面形成面を示す部分断面図、（ｂ）はその段差部分の切削状態を示す説明図、（ｃ）は別の段差部分の切削状態を示す説明図であり、（ｄ）は当該レンズ金型で成形されたレンズの断面図である。
【符号の説明】
１ レンズ金型
２ 型本体
２０ 金型素材
２１ 上面
３１ レンズ面成形面
３２、３２（１）、３２（２） 一定幅の切削加工面
３２ａ 直線
４ バイト
４０ 送り方向
４１ 刃先
４２、４３ 角
４４ 切り込み方向
４５ 主切れ刃
４６、４７ 副切れ刃
５ レンズ
６ レンズ面
Ｌ レンズ面成形面の中心軸線
Ｋ レンズ設計曲線
Ｖ レンズ設計曲線に引いた法線
Ｔ、Ｔ（１）、Ｔ（２） レンズ設計曲線に引いた接線
Ａ 最大誤差
Ｗ バイトの刃先幅
Claims (17)
- 素材の表面をバイトにより切削して所定の曲面となるように加工する曲面切削加工方法において、
前記バイトを、その刃先形状が両端に角を持つ平坦形状のものとし、
このバイトの刃先稜線が前記曲面に引いた接線に対して平行になるように、当該バイトの刃先の姿勢を決め、
この姿勢に保持された前記バイトの刃先により、前記素材の表面に対して切り込みながら一定方向に送り動作を行って、バイト刃先の幅に対応する幅の帯状の切削加工面を前記素材の表面に形成し、
一つの帯状の前記切削加工面を形成する毎に、前記バイトの刃先を前記素材の表面から離し、当該切削加工面に対して、前記バイトの送り方向に直交する方向に向けて、前記バイト刃先の幅よりも少ない距離だけ当該バイト刃先を移動させ、当該切削加工面の隣接位置に新たな帯状の前記切削加工面を形成することを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１において、
前記素材の表面を前記バイトによって旋削することにより、当該素材の表面に、同心状に複数本の輪帯状の前記切削加工面を形成することを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１または２において、
隣接する新たな前記切削加工面を形成する際には、前記バイトを、当該バイト刃先幅の１０％から５０％の範囲内の距離だけ移動させることを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１、２または３において、
前記曲面の曲率半径がＲ、当該曲面の設計寸法に対する許容誤差がａである場合に、前記バイト刃先幅を、２√（２ａＲ−ａ2）以下にしたことを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に段差部を形成することを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項５において、
前記バイト刃先の前記角の角度を、９０度から１２０度までの範囲内の値としたことを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記素材はレンズ素材であり、
前記曲面は、レンズ凸曲面あるいは凹曲面であることを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項７において、
前記レンズ凸曲面あるいは凹曲面には同心状の段差部がついており、
前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に前記段差部を形成することを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項８において、
前記バイト刃先の前記角の角度を、９０度から１２０度までの範囲内の値としたことを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記素材はレンズ成形用金型素材であり、
前記曲面は、当該レンズ成形用金型素材におけるレンズ凸曲面あるいは凹曲面を成形するための金型成形面であることを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１０において、
前記金型成形面には、前記レンズ凸曲面あるいは凹曲面に同心状の段差部を一体成形するための同心状の段差部成形部が付いており、
前記バイト刃先の前記角を用いて前記素材の表面を切削することにより、当該表面に前記段差部を形成することを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１１において、
前記バイト刃先の前記角の角度を、９０度から１２０度までの範囲内の値としたことを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１ないし１２のうちのいずれかの項において、
前記バイトの刃先幅は、１０μｍ以上であることを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項１ないし１２のうちのいずれかの項において、
前記前記バイトの刃先幅は５μｍから１０μｍまでの範囲内の値であることを特徴とする曲面切削加工方法。 - 請求項７、８または９に記載の曲面切削加工方法によってレンズ凸曲面あるいは凹曲面が切削加工されていることを特徴とするレンズ。
- 請求項１０、１１または１２に記載の曲面切削加工方法によって金型成形面が切削加工されていることを特徴とするレンズ成形用金型。
- 請求項１６に記載のレンズ成形用金型によって成形されたレンズ。
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