JP4670249B2

JP4670249B2 - 加工装置、加工方法及びダイヤモンド工具

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Publication number: JP4670249B2
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Inventors: 裕之松田; 一啓和田; 秀細江
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Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2011-04-13
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Description

本発明は、加工装置、加工方法、及びダイヤモンド工具に関し、特に光学素子の成形用金型を加工するのに好適な加工装置、加工方法、及びダイヤモンド工具に関する。

従来より、例えば光ピックアップ装置用の対物レンズなどの高精度光学素子の成形用金型の光学転写面加工には、すくい面のノーズ半径が０．１〜１．５ｍｍ程度、頂角が４０〜６０°程度の単結晶ダイヤモンド製のＲバイトが使用されており、それにより光学転写面形状が例えば一般非球面方程式で表現される単一面で構成される場合には、超精密加工機を使用することにより切削加工のみで高精度な光学転写面を得ることが可能である。一方、より微細な形状構造を有する光学転写面を創成加工する際には、特許文献１に記載するように、さらに微細なノーズ半径を有するＲバイトが使用されている。
特開２００３−６２７０７号公報

特許文献１に記載する微細なノーズ半径を有するＲバイトを用いることで、より精密な光学転写面の創成が可能となった。ところが、近年における光ピックアップ装置の分野では、青紫色レーザなどを用いてより高密度な情報の記録及び／又は再生を行うことが望まれており、これに応じて、光ピックアップ装置に用いる光学素子の光学特性を向上させるべく、その光学転写面形状をより理想状態に近づけることが望ましい。ところが、上述したＲバイトでは、その構造上、精密な光学転写面を創成するには限界がある。その理由を説明する。

図１は、従来のＲバイトを用いて切削される光学素子の成形用金型の断面図であり、ここでは、その光学転写面に、回折レンズに代表される輪帯レンズを成形するための輪帯溝が切削により創成されるものとする。Ｒバイト３は、直線状の第１の縁部３ａと、直線状の第２の縁部３ｂと、第１の縁部３ａと第２の縁部３ｂとを連続的に連結する円弧状の第３の縁部３ｃと、から構成されるすくい面３ｄを有している。

被加工物である金型素材１は円柱形状であり、回転軸（成形用金型により成形される光学素子の光軸（成形用金型の光軸ともいう）に対応する）２を中心に回転駆動されている。金属素材１には、光学非球面に対応して予め母光学転写面１ａを形成しているものとする。この状態において、ダイヤモンド工具３に、輪帯形状に応じた光軸方向（Ｚ軸方向）の送り、及び金型素材１の外周側から中心部に向かう径方向（Ｘ軸方向）の送りを与えることで、金属素材１に切削加工を行う。その結果、金型素材１は、ダイヤモンド工具３により切削され、円筒面１ｂ、輪帯光学転写面１ｃ、及び、それら円筒面１ｂと輪帯光学転写面１ｃとを連結するＲ曲面１ｄとが形成される。

しかるに、設計上の光学素子は、円筒面１ｂと輪帯光学転写面１ｃとが直接連結された成形用金型から成形されるものとしているため、このような従来の加工手法により創成された成形用金型を用いると、光学素子の光学特性が設計値を満たさなくなる恐れがある。より具体的には、円筒面１ｂと輪帯光学転写面１ｃとを連結するＲ曲面１ｄは、Ｒバイト３のノーズ形状が転写されてしまうことにより形成されるものであり、回折溝のコーナ部の形状が設計形状と異なっているため、本来生じるはずの回折光の光路差が生じなくなってしまう。従って、光学素子の回折効率が低下するという問題がある。

また、円筒面１ｂと輪帯光学転写面１ｃとを連結するＲ曲面１ｄが存在するために、それにより転写形成された光学素子において、Ｒ曲面１ｄに対応する部分に入射した光束が、設計通りに出射せず散乱してしまうので、光学素子の透過率が減少することとなる。このような問題を回避するためには、Ｒバイトの先端をより鋭くする（例えば剣先バイトなど）ことが考えられるが、そうすると加工時の応力によりＲバイトの先端が折れやすくなるとともに、輪帯光学転写面１ｃの粗さが荒くなるという別な問題が生じる。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、例えば回折レンズに代表されるような光学素子の成形用金型の加工に好適であり、輪帯光学転写面の表面粗さを良好に保ちつつ回折溝コーナ部を鋭利に加工できることにより、高精度な加工面を形成できる加工装置、加工方法及び、それら加工装置又は加工方法に用いられるダイヤモンド工具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の加工装置は、ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部と、任意形状の第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成され前記第２の縁部端部に連続する二次曲線状の第３の縁部とを有するすくい面を具備し、前記すくい面の先端頂点が前記第３の縁部に位置するダイヤモンド工具と、前記ダイヤモンド工具を保持する保持部材と、前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させる移動手段と、を有し、前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間の形状は、前記切片を通るＸ軸に平行な直線に対して非線対称であるとともに、前記すくい面の先端頂点から前記第２の縁部端部までの前記第３の縁部の形状は、Ｘの増加に対してＹが増加する二次曲線状であり、前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第２の縁部端部の座標を（ｘ₂、ｙ₂）とすると、２ｙ＜ｙ₂、を満足し、
前記第１の縁部端部と前記第３の縁部の一端部とを連続する凸状である第４の縁部を備え、前記切片（０、ｙ）におけるｙは、長さにして０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴とする。

ここで、「すくい面全体」とは、すくい面上の全ての点を指す。また、「相対的に移動」とは、例えば、被加工部のみを移動させる形態でも良いし、ダイヤモンド工具のみを移動する形態でも良いし、両者とも移動させる形態でも良いものである。又、前記第３の縁部と前記第１の縁部とは互いに交差（所定の角度を形成するよう直接的に接続）していると好ましいが、例えば前記第３の縁部と前記第１の縁部を延長した場合における両者の交点から、前記第１の縁部に沿った方向に対して直交する方向において０．４μｍ未満の距離内にある縁部（第４の縁部ともいう）の形状は、どのような形状であっても良い。このような不定形状を有する場合に、より好ましくは０．２μｍ未満の範囲に収まっていることが望ましい。また、この不定形状の縁部はすくい面の先端頂点よりも突出しないことが特に望ましい。かかる不定形状の縁部が介在する場合、「前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部」は、両者を連結する不定形状縁部と接続する前記第１の縁部端部とし、「前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部」は、両者を連結する不定形状縁部と接続する前記第３の縁部端部とする。本明細書において、「すくい面の先端頂点」とは、すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内で、すくい面の直線状の第１の縁部をＸ軸として投影した際に、Ｙ軸に最も近い点をいう。このとき、すくい面の先端頂点は、Ｘ軸に垂線を下ろした際にその長さとして０μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であることが好ましい。更に、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であると、より好ましい。また更に、「直線状」、「円弧状」或いは「二次曲線状」の形状は、すくい面の縁部を０．１μｍ間隔でサンプル点として抽出し、これを回帰近似した場合、相関率が７０％以上かどうかで判断するものとする。また、それら「直線状」、「円弧状」或いは「二次曲線状」の形状と判断された際に、それぞれに最も適合する一本の直線、円弧、二次曲線を描き、それら仮想線より外れる起点を「縁部端部」とする。また、「任意形状」は直線状、二次曲線状や円弧状等の曲線状、又はそれらの結合された形状など、何れの形状でも良いことを意味する。

本発明の構成について、その具体例を図１１を参照して説明する。図１１は、本発明にかかるダイヤモンド工具のすくい面の輪郭を、ｘｙ座標の第１象限に投影した状態で示す図である。図１１のダイヤモンド工具１１３のすくい面１１３ｅの輪郭は、直線状の第１の縁部１１３ａと、任意の形状の第２の縁部１１３ｂと、第１の縁部１１３ａの端部Ｐ１１と第２の縁部１１３ｂの端部Ｐ１２との間に形成され第２の縁部１１３ｂの端部Ｐ１２に連続する二次曲線状の第３の縁部１１３ｃと、第１の縁部１１３ａの端部Ｐ１１と第３の縁部１１３ｃの端部Ｐ１３との間に形成された第４の縁部１１３ｄとからなる。

図１１において、第１の縁部１１３ａをＸ軸とするとともに、すくい面１１３ｅの先端頂点（ここでは端部Ｐ１３）をＹ軸の切片（０、ｙ）として、すくい面１１３ｅをＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、第１の縁部１１３ａの端部Ｐ１１と第２の縁部１１３ｂの端部Ｐ１２との間の形状は、切片Ｐ１３を通るＸ軸に平行な直線（点線で示す）に対して非線対称であるとともに、すくい面１１３ｅの先端頂点Ｐ１３から第２の縁部１１３ｃの端部Ｐ１２までの第３の縁部１１３ｃの形状は、Ｘの増加に対してＹが増加する二次曲線状である。

図１１においては、第１の縁部１１３ａの端部Ｐ１１と、第３の縁部１１３ｃの端部Ｐ１３との間に、任意形状の第４の縁部１１３ｄが形成された形状の例を示したが、この第４の縁部１１３ｄがなく、第３の縁部端部Ｐ１３が第１の縁部端部Ｐ１１に連続する形状であってもよい。第４の縁部１１３ｄを形成した場合のＹ軸の切片（０，ｙ）のｙは、距離にして０．４μｍ以下であることが好ましいが、このような第４の縁部を設けることは、高精度な切削加工を確保しつつも、例えば過酷な使用環境下においても、より折損の恐れを低下できるので好ましい。

本発明は、前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第２の縁部端部の座標を（ｘ₂、ｙ₂）とすると、２ｙ＜ｙ₂、を満足することを特徴とする。

請求項２に記載の加工装置は、請求項１に記載の発明において、前記第３の縁部の一端部が前記すくい面の先端頂点であることを特徴とする。

参考例としては、前記第３の縁部の一端部が前記第１の縁部端部と連続することもある。例えばｙ＝０の場合である。

参考例としては、前記すくい面の先端頂点が前記第１の縁部端部と一致することもある。例えばｙ＝０の場合である。

請求項３に記載の加工装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第３の縁部が凸状であることを特徴とする。

請求項４に記載の加工装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記二次曲線状が凸の円弧状であることを特徴とする。この場合凸とは、例えば図１１に示すように、すくい面１１３ｅの外側向きにふくらんだ形状をいうものとする。

請求項５に記載の加工装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第３の縁部及び前記第４の縁部が凸の円弧状であることを特徴とする。

参考例としては、ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部と、その第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成された円弧状の第３の縁部とを有するすくい面を具備したダイヤモンド工具と、前記ダイヤモンド工具を保持する保持部材と、前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させる移動手段と、を有し、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部における第１の接線と、前記第３の縁部側の前記第２の縁部端部における第２の接線とのなす角の２等分線に対して、前記第３の縁部は非線対称な形状であることもある。

参考例を図２、３を参照して説明する。図２は、本発明にかかるダイヤモンド工具の斜視図である。ダイヤモンド工具の切れ刃１３は、一部を示すシャンクＳに対してろう付けされており、切削されるべき型の回転方向に正対するすくい面１３ｄを有している。かかるすくい面１３ｄの先端部は、第１の縁部である縁部１３ａと第２の縁部である縁部１３ｂと、縁部１３ａ、１３ｂとを結ぶ第３の縁部１３ｃとを有する。

図３は、参考例にかかるダイヤモンド工具を用いて切削される光学素子の成形用金型の断面図であり、図１と同様に、その光学転写面に、回折レンズに代表される輪帯レンズを成形するための輪帯溝が切削により創成されるものとする。図３のダイヤモンド工具１３において、第１の縁部１３ａは直線状であり、第２の縁部１３ｂは大きな円弧状または直線状であり、円弧状の第３の縁部１３ｃと第１の縁部１３ａとは、互いに交差するように接続しているか微小な円弧状縁部等で接続している。

更に図３において、第１の縁部１３ａの端部Ｐ１における第１の接線Ｌ１（第１の縁部１３ａに重合）と、第２の縁部１３ｂの端部Ｐ２における第２の接線Ｌ２（第２の縁部１３ｂに概ね重合）となす角の２等分線Ｌ３に対して、第３の縁部１３ｃが非線対称な形状となっている。ダイヤモンド工具１３は、かかる構成であるため以下の作用効果を有する。

被加工物である金型素材１１は円柱形状であり、回転軸（成形用金型により成形される光学素子の光軸に対応する）１２を中心に回転駆動されている。金属素材１１には、光学非球面に対応して予め母光学転写面１１ａを形成しているものとする。この状態において、ダイヤモンド工具１３に、輪帯形状に応じた光軸方向（Ｚ軸方向）の送り、及び金型素材１１の外周側から中心部に向かう径方向（Ｘ軸方向）の送りを与えることで、金属素材１１に切削加工を行う。その結果、金型素材１１は、ダイヤモンド工具１３により切削され、円筒面１１ｂ、輪帯光学転写面１１ｃとが形成される。

図１と図３を対比すると明らかであるが、図３に示すダイヤモンド工具１３で金型素材１を切削加工すると、図１に示すＲ曲面１ｄが形成されないか、きわめて小さなＲ曲面（微小な円弧状縁部に対応）等となる。従って、ダイヤモンド工具１３を用いて創成した光学転写面を有する成形用型金型で成形した光学素子の光学特性をより向上させることができる。ここで、図１に示すＲ曲面１ｄを形成しないようにするため、ダイヤモンド工具の刃先が幅０．５μｍ程度の平面状の剣先工具で加工することもできる。この場合、工具折損が生じやすく、輪帯光学転写面部の表面粗さが劣化するという問題がある。これに対し、参考例の工具を用いれば、輪帯光学転写面１１ｃ部は円弧状の第３の縁部１３ｃで加工されるため、Ｒバイトで加工した場合と同等の表面粗さが得られ、また剣先バイトに比べ刃先断面積も大きくなるので折損しにくくなる。

より具体的な例を、図９と図１０に示す。図９は剣先バイトの工具で加工した場合の、図１０は参考例の工具で加工した場合の輪帯光学転写面１ｃ、１１ｃの加工面を示している。工具の送りピッチを共にＰとした場合、加工表面の凹凸の量は、剣先工具ではＰ／ｔａｎθとなり、参考例の工具ではＴＲ−√（ＴＲ²−（Ｐ／２）²）となる。θは剣先工具の頂角に相当し、ＴＲは第３の縁部の円弧半径に相当する。仮にＰ＝１μｍ、θ＝３０°、ＴＲ＝１．５μｍとした場合、凹凸量は剣先工具では１．７μｍ、参考例の工具では０．０８５μｍとなり、良好な表面粗さの面が得られることがわかる。つまり、参考例の工具を用いることにより、従来は不可能であった輪帯光学転写面の表面粗さを良好に保ちつつ、回折溝コーナを鋭利に加工することが可能となる。

参考例において、前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部から、前記２等分線に垂線をおろしたとき、前記垂線と前記２等分線の交点は、前記すくい面の外側に位置することもある。図３で説明すると、第１の縁部１３ａの端部Ｐ１から、２等分線Ｌ３に垂線Ｌ４をおろしたとき、垂線Ｌ４と２等分線Ｌ３の交点Ｐ３は、すくい面１３ｄの外側に位置する。

参考例は、ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部とその第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成された円弧状の第３の縁部とを有するすくい面を具備したダイヤモンド工具と、前記ダイヤモンド工具を保持する保持部材と、前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させる移動手段と、を有し、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部における第１の接線と、前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部における第３の接線とのなす角は９０度未満であることがある。図３を用いて説明すると、第３の縁部１３ｃ側の第１の縁部１３ａ端部における第１の接線Ｌ１と、第１の縁部１３ａ側の第３の縁部１３ｃ端部における第３の接線Ｌ５とのなす角αは９０度未満であるため、請求項１の発明に関連して説明したように円筒面１１ａ及び輪帯転写面１１ｃを良好に加工できる。

参考例において、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部における第１の接線と、前記第３の縁部側の前記第２の縁部端部における第２の接線とのなす角の２等分線に対して、前記第３の縁部は非線対称な形状であり、前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部から、前記２等分線に垂線をおろしたとき、前記垂線と前記２等分線の交点は、前記すくい面の外側に位置することがある。

請求項６に記載の加工装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の加工装置において、前記第３の縁部で被加工物の曲面（ここで、曲面とは勿論球面に限るものではなく、非球面等任意の曲面の場合を含むものである）形状を創成し、その曲面とつながる直線形状を、前記第１の縁部形状を転写することにより創成することを特徴とする。より具体的には、図３に示す位置まで送ったダイヤモンド工具１３を、図で上方（Ｚ軸プラス方向）及び左方（Ｘ軸マイナス方向）に送ることで、回折溝コーナ部の段差部に工具刃先形状を転写できるため鋭利なコーナを創成できる。

参考例において、前記第３の縁部で被加工物の曲面形状を創成し、その曲面とつながる直線形状を、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部を用いて創成することもある。より具体的には、図３に示す位置まで送ったダイヤモンド工具１３を、図で上方（Ｚ軸プラス方向）にのみ送ることで、回折溝コーナ部は、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部で加工されるため鋭利なコーナを創成できる。

請求項７に記載の加工装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の加工装置において、光学素子の成形用金型加工に用いられ、前記ダイヤモンド工具は、前記第１の縁部が、加工すべき光学素子の成形用金型の光軸と平行もしくは光軸に対して±１０度以内の角度に保持されることを特徴とする。

請求項８に記載の加工装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第２の縁部が直線状であることを特徴とする。

請求項９に記載の加工方法は、ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部と、任意形状の第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成され前記第２の縁部端部に連続する二次曲線状の第３の縁部とを有するすくい面を具備し、前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間の形状は、前記切片を通るＸ軸に平行な直線に対して非線対称であるとともに、前記すくい面の先端頂点から前記第２の縁部端部までの前記第３の縁部の形状は、Ｘの増加に対してＹが増加する二次曲線状であり、前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第２の縁部端部の座標を（ｘ₂、ｙ₂）とすると、２ｙ＜ｙ₂を満足し、前記第１の縁部端部と前記第３の縁部の一端部とを連続する凸状である第４の縁部を備え、前記切片（０、ｙ）におけるｙは、長さにして０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であり、前記すくい面の先端頂点が前記第３の縁部に位置するダイヤモンド工具を用いて加工する加工方法であって、前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。

本発明は、前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第２の縁部端部の座標を（ｘ₂、ｙ₂）とすると、２ｙ＜ｙ₂を満足することを特徴とする。

請求項１０に記載の加工方法は、請求項９に記載の発明において、前記第３の縁部の一端部が前記すくい面の先端頂点であることを特徴とする。

参考例は、前記第３の縁部の一端部が前記第１の縁部端部と連続することがある。

参考例は、前記すくい面の先端頂点が前記第１の縁部端部と一致することがある。

請求項１１に記載の加工方法は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記第３の縁部が凸状であることを特徴とする。

請求項１２に記載の加工方法は、請求項９乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記二次曲線状が凸の円弧状であることを特徴とする。

請求項１３に記載の加工方法は、請求項９乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記第３の縁部及び前記第４の縁部が凸の円弧状であることを特徴とする。

参考例は、ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部と、その第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成された円弧状の第３の縁部とを有するすくい面を具備し、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部における第１の接線と、前記第３の縁部側の前記第２の縁部端部における第２の接線とのなす角の２等分線に対して、前記第３の縁部は非線対称な形状であるダイヤモンド工具を用いて加工する加工方法であって、前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させることがある。

参考例において、前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部から、前記２等分線に垂線をおろしたとき、前記垂線と前記２等分線の交点は、前記すくい面の外側に位置することもある。

参考例は、ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部とその第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成された円弧状の第３の縁部とを有するすくい面を具備し、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部における第１の接線と、前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部における第３の接線とのなす角は９０度未満であるダイヤモンド工具を用いて加工する加工方法であって、前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させることもある。

参考例において、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部における第１の接線と、前記第３の縁部側の前記第２の縁部端部における第２の接線とのなす角の２等分線に対して、前記第３の縁部は非線対称な形状であり、前記第１の縁部側の前記第３の縁部端部から、前記２等分線に垂線をおろしたとき、前記垂線と前記２等分線の交点は、前記すくい面の外側に位置することもある。

請求項１４に記載の加工方法は、請求項９乃至１３のいずれかに記載の加工方法において、前記第３の縁部で被加工物の曲面形状を創成し、その曲面とつながる直線形状を、前記第１の縁部形状を転写することにより創成することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項６に記載の発明と同様である。

参考例において、前記第３の縁部で被加工物の曲面形状を創成し、その曲面とつながる直線形状を、前記第３の縁部側の前記第１の縁部端部を用いて創成することもある。

請求項１５に記載の加工方法は、請求項９乃至１４のいずれかに記載の加工方法において、光学素子の成形用金型加工に用いられ、前記ダイヤモンド工具は、前記第１の縁部が、加工すべき光学素子の成形用金型の光軸と平行もしくは光軸に対して±１０度以内の角度に保持されることを特徴とする。

請求項１６に記載の加工方法は、請求項９乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記第２の縁部が直線状であることを特徴とする。

請求項１７に記載のダイヤモンド工具は、請求項１乃至８のいずれかに記載の加工装置、又は請求項９乃至１６のいずれかに記載の加工方法に用いることを特徴とする。

ここで「光学素子」としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子光学素子（回折レンズ、回折プリズム、回折板、色収差補正素子）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）があげられるが、以上に限られることはない。

本発明によれば、例えば回折レンズに代表されるような光学素子の成形用金型の加工に好適であり、輪帯光学転写面の表面粗さを良好に保ちつつ回折溝コーナ部を鋭利に加工できることにより、高精度な加工面を形成できる加工装置、加工方法及びダイヤモンド工具を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる加工装置であるＸ、Ｚ軸超精密旋盤の斜視図である。以下に述べる実施の形態では、図２，３に示す形状のダイヤモンド工具が用いられるものとする。

図４において、定盤１１０に対してＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ１０５上に回転機構１０９が設置され、回転機構１０９の回転チャック１０９ａの回転軸線と、切削する金型素材１１の光学転写面中心軸１２を一致させて取り付けられている。一方、定盤１１０に対してＸ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ１０６上には、保持部材である工具取り付け部１０７が設置され、第１の縁部１３ａ（図３）を回転軸線に平行とするようダイヤモンド工具１３がここに保持されている。回転機構１０９により金型素材１１を回転させ、Ｘ軸ステージ１０６とＺ軸ステージ１０５とをＮＣプログラムにより制御し、被加工物である金型素材１１と、ダイヤモンド工具１３のすくい面とを相対的に移動させることにより、図３に示すようにして母光学転写面１１ａの加工を行う。本実施の形態では、回転機構１０９，Ｘ軸ステージ１０６、Ｚ軸ステージ１０５で移動手段を構成している。

（実施例１）
以下、本発明者らが行った実施例について説明する。図４に示すように、ダイヤモンド工具１３の直線状の第１の縁部（図では微小なため示されていない）を母光学転写面１１ａの中心軸に平行に取り付けた。ここで金型１１を毎分１０００回転で回転させ、Ｘ軸ステージとＺ軸ステージをＮＣプログラムにより制御し、ダイヤモンド工具１３の先端部を金型１１の外周側から中心部に向かって毎分０．２ｍｍの速度で移動させ、所望の回折光学転写面形状を加工した。その金型により形成される色収差補正素子の回折輪帯の輪帯数は９８、有効半径２．２ｍｍ、光学面母形状は平面である。

金型素材１１は、母材としてＨＰＭ５０（ブリハードン鋼）を使用し、切削面に対して非球面形状を粗取りした後、加工層として無電解メッキを約５０μｍの厚さで施した。金型素材１１の母光学転写面１１ａに要求される形状は、青紫色レーザを用いた光ピックアップ装置用のプラスチック対物レンズの色収差を補正する色収差補正素子の光学面に形成されるべき回折輪帯を作れるものである。

図５は、本実施例で用いたダイヤモンド工具の拡大図であり、切れ刃のすくい面先端部の走査型電子顕微鏡による観察像で、刃先先端からつながる円弧の半径は１．８μｍ、頂角は６０°である。さらに切れ刃は、天然単結晶ダイヤモンドである。

図６に、従来のＲバイト（刃先先端Ｒ１μｍ）を使用して加工した金型回折溝と、本発明のダイヤモンド工具を使用して加工した金型回折溝の、それぞれ走査型電子顕微鏡による断面図を示す。従来のＲバイトを使用して加工した金型回折溝のコーナ形状は、工具先端のノーズＲが転写され円弧形状となり、設計形状と異なる光学転写面半径方向の範囲は０．８μｍとなっている（図６（ａ））。一方、本発明のダイヤモンド工具を使用して加工した金型回折溝コーナ形状は、エッジ状となり設計形状と異なる光学転写面半径方向の範囲は０．１μｍとなり、より設計形状に近い形状に加工できた（図６（ｂ））。本発明のダイヤモンド工具を使用して加工した金型を用いて成形したプラスチック製の色収差補正素子の瞳透過率は、従来のＲバイトによる金型のそれと比較し、１３％の向上が確認された。

（実施例２）
実施例１と同様に回転させた金型光学転写面の加工において、使用するダイヤモンド工具として頂角３０°、刃先先端からつながる円弧の半径が１μｍ、直線状の稜線と円弧との接続角が６０°の工具を使用し、最外周における光軸とのなす角が３５°の非球面である光学転写面に回折溝を加工した。回折溝のピッチは１０μｍ、回折溝段差は１．５μｍである。１例として従来の工具先端刃先の円弧半径が１μｍのＲバイトで加工した場合の、回折溝コーナ部の設計形状と異なっている光学転写面半径方向の範囲が１．６μｍであったのに対し、本発明の工具では０．１μｍと、より小さく加工することができた。尚、以上の実施例においては、母光学転写面を粗加工した上で、ダイヤモンド工具を外周側から光軸側へと送って切削加工を行っているが、これに限らず、ダイヤモンド工具を光軸側から外周側へと送っても良い。さらにはダイヤモンド工具の切削前の素材形状にこだわらず、例えば母光学転写面を予め形成せず、直接ダイヤモンド工具で切削する加工や、ダイヤモンド工具の切削を繰り返し行う加工も可能である。

（実施例３）
図７は第２の実施の形態に関わる加工装置であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の超精密加工機の斜視図である。図７において定盤２１０に対してＺ軸方向に移動自在となっているＺ軸ステージ２０５上に、切削すべき金型素材１１’が固定されている。一方、定盤２１０に対してＸ軸方向に移動自在となっているＸ軸ステージ２０６上には、Ｙ軸方向に移動自在なＹ軸ステージ２０７が取り付けられ、更にＹ軸ステージ２０７には、保持部材である工具取り付け部２０８が設置され、工具取り付け部２０８はダイヤモンド工具１３を保持している。この状態でＸ軸ステージ２０６とＺ軸ステージ２０５とＹ軸ステージ２０７をＮＣプログラム制御し、金型素材１１’とダイヤモンド工具１３のすくい面１３ｄとを相対的に移動させることにより、金型光学転写面１１ａ’の加工を行うことができる。本実施の形態では、Ｘ軸ステージ２０６、Ｙ軸ステージ２０７，Ｚ軸ステージ２０５で移動手段を構成している。

ここで頂角６０°、刃先先端からつながる円弧半径１．８μｍのダイヤモンド工具を使用し、金型素材１１’に対して、すくい面１３ｄの法線方向に、ダイヤモンド工具１３を動かすことにより、平面形状の光学転写面１１ａ’上にＸ軸方向に直線状の回折溝を切削加工した。図６に示す例と同様に、金型回折溝コーナ形状は従来のＲバイトを使用して加工したものでは、設計形状と異なる光学転写面半径方向の範囲が０．８μｍであったのに対し、本発明の工具では０．１μｍとなり、より設計形状に近い形状に加工することができた。

（実施例４）
図８は第３の実施の形態に関わる加工装置であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の超精密加工機の斜視図である。図８においてＹ軸ステージ２０７に、支持部３０８を介して、Ｙ軸ステージ２０７の取り付け面に垂直な軸周りに回転する回転機構３０９を取り付け、その外周面にダイヤモンド工具１３を取り付けてある。従って、ダイヤモンド工具２３は、Ｙ軸ステージ２０７の取り付け面と平行な面に沿って軌跡を描くように回転する。回転機構３０９が保持部材を構成する。その他の構成は、図７に示す実施の形態と同様であるため、同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、本実施の形態では、回転機構３０９，Ｘ軸ステージ２０６、Ｙ軸ステージ２０７，Ｚ軸ステージ２０５で移動手段を構成している。

ここで頂角６０°、刃先先端からつながる円弧半径１．８μｍのダイヤモンド工具を使用し、金型素材１１’に対して、回転するダイヤモンド工具１３を接近させ、すくい面１３ｄの法線方向に、ダイヤモンド工具１３を動かすことにより、平面形状の光学転写面１１ａ’上にＸ軸方向に直線状の回折溝を切削加工した。図６に示す例と同様に、金型回折溝コーナ形状は従来のＲバイトを使用して加工したものでは、設計形状と異なる光学転写面半径方向の範囲が０．８μｍであったのに対し、本発明の工具では０．１μｍとなり、より設計形状に近い形状に加工することができた。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明の加工装置及び加工方法は、光学素子の成形用金型の加工以外にも用いることができる。また、本発明を用いて光学素子の成形用金型を創成する場合にも、対象とする光学転写面は、段差や溝等の他、接線が２本存在するような不連続な微細表面形状を有する光学転写面であっても良く、光学転写面全てを対象とすることができ、回折光学転写面に限定されないことはいうまでもない。

従来のＲバイトを用いて切削される光学素子の成形用金型の断面図であり、Ｒバイトと共に示されている。本発明のダイヤモンド工具の斜視図である。参考例のダイヤモンド工具を用いて切削される光学素子の成形用金型の断面図であり、かかるダイヤモンド工具と共に示されている。第１の実施の形態にかかる加工装置である超精密加工機の斜視図である。実施例に用いたダイヤモンド工具の顕微鏡写真である。従来のＲバイト（刃先先端Ｒ１μｍ）を使用して加工した金型回折溝と、本発明のダイヤモンド工具を使用して加工した金型回折溝の、それぞれ走査型電子顕微鏡写真である。第２の実施の形態にかかる加工装置である超精密加工機の斜視図である。第３の実施の形態にかかる加工装置である超精密加工機の斜視図である。剣先工具で加工した場合の輪帯光学転写面の加工面断面図である。本発明の工具で加工した場合の輪帯光学転写面の加工面断面図である。本発明にかかるダイヤモンド工具のすくい面の輪郭を、ｘｙ座標の第１象限に投影した状態で示す図である。

符号の説明

１１金型素材
１３、１１３ダイヤモンド工具
１１０，２１０定盤
１０５，２０５Ｚ軸ステージ
１０６、２０６Ｘ軸ステージ
１０７、２０８，３０８工具取り付け部
２０７Ｙ軸ステージ
１０９、３０９回転機構

Claims

ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部と、任意形状の第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成され前記第２の縁部端部に連続する二次曲線状の第３の縁部とを有するすくい面を具備し、前記すくい面の先端頂点が前記第３の縁部に位置するダイヤモンド工具と、
前記ダイヤモンド工具を保持する保持部材と、
前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させる移動手段と、を有し、
前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間の形状は、前記切片を通るＸ軸に平行な直線に対して非線対称であるとともに、前記すくい面の先端頂点から前記第２の縁部端部までの前記第３の縁部の形状は、Ｘの増加に対してＹが増加する二次曲線状であり、
前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第２の縁部端部の座標を（ｘ₂、ｙ₂）とすると、２ｙ＜ｙ₂、を満足し、
前記第１の縁部端部と前記第３の縁部の一端部とを連続する凸状である第４の縁部を備え、前記切片（０、ｙ）におけるｙは、長さにして０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴とする加工装置。
前記第３の縁部の一端部が前記すくい面の先端頂点であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
前記第３の縁部が凸状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
前記二次曲線状が凸の円弧状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の加工装置。
前記第３の縁部及び前記第４の縁部が凸の円弧状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加工装置。
前記第３の縁部で被加工物の曲面形状を創成し、その曲面とつながる直線形状を、前記第１の縁部形状を転写することにより創成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の加工装置。
光学素子の成形用金型加工に用いられ、前記ダイヤモンド工具は、前記第１の縁部が、加工すべき光学素子の成形用金型の光軸と平行もしくは光軸に対して±１０度以内の角度に保持されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の加工装置。
前記第２の縁部が直線状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の加工装置。
ダイヤモンドからなる切れ刃に、直線状の第１の縁部と、任意形状の第２の縁部と、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間に形成され前記第２の縁部端部に連続する二次曲線状の第３の縁部とを有するすくい面を具備し、
前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第１の縁部端部と前記第２の縁部端部との間の形状は、前記切片を通るＸ軸に平行な直線に対して非線対称であるとともに、前記すくい面の先端頂点から前記第２の縁部端部までの前記第３の縁部の形状は、Ｘの増加に対してＹが増加する二次曲線状であり、
前記第１の縁部をＸ軸とするとともに、前記すくい面の先端頂点をＹ軸の切片（０、ｙ）として、前記すくい面をＸ−Ｙ平面上の第１象限内に投影した際に、前記第２の縁部端部の座標を（ｘ₂、ｙ₂）とすると、２ｙ＜ｙ₂を満足し、
前記第１の縁部端部と前記第３の縁部の一端部とを連続する凸状である第４の縁部を備え、前記切片（０、ｙ）におけるｙは、長さにして０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であり、
前記すくい面の先端頂点が前記第３の縁部に位置するダイヤモンド工具を用いて加工する加工方法であって、
前記ダイヤモンド工具のすくい面全体と、被加工物の被加工部とを、前記すくい面と交差する方向に相対的に移動させることを特徴とする加工方法。
前記第３の縁部の一端部が前記すくい面の先端頂点であることを特徴とする請求項９に記載の加工方法。
前記第３の縁部が凸状であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の加工方法。
前記二次曲線状が凸の円弧状であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の加工方法。
前記第３の縁部及び前記第４の縁部が凸の円弧状であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の加工方法。
前記第３の縁部で被加工物の曲面形状を創成し、その曲面とつながる直線形状を、前記第１の縁部形状を転写することにより創成することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の加工方法。
光学素子の成形用金型加工に用いられ、前記ダイヤモンド工具は、前記第１の縁部が、加工すべき光学素子の成形用金型の光軸と平行もしくは光軸に対して±１０度以内の角度に保持されることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の加工方法。
前記第２の縁部が直線状であることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載の加工方法。
請求項１乃至８のいずれかに記載の加工装置、又は請求項９乃至１６のいずれかに記載の加工方法に用いることを特徴とするダイヤモンド工具。