JP5079496B2 - 微細構造を形成するための装置および方法 - Google Patents
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Description
最後に、本発明は、アクチュエータによって駆動可能で、駆動部によってワークピースに沿って直線方向に位置決め可能であり、アクチュエータによって前記直線方向に対して垂直な方向にワークピース表面に向かって移動可能な旋削工具を使用して、スピンドルにより回転可能なワークピースにパターン形成された表面を形成する方法に関する。
公知の方法および公知の装置は、旋削プロセスによってコンタクトレンズを製造するために使用される。このプロセスによれば、加工対象のコンタクトレンズ用の素材が、スピンドルに装着される。スピンドルによって回転駆動されるワークピースは、圧電駆動部により位置決めされる旋削工具によって加工可能である。旋削装置は、回動軸を中心とした回動運動のためにすえつけられたカラム状の旋回ヘッドを備えている。旋回ヘッド上には、キャリッジガイドが載置されている。キャリッジガイドは、旋回ヘッドの回動軸に対して直線方向および半径方向に工具キャリッジを案内する役割を果たす。好ましくは旋削ダイヤモンドの形態である旋削工具用の工具ホルダが、工具キャリッジ上に支持されている。旋回ヘッドの回動軸を中心とした旋削工具の高速送りのために、工具キャリッジは、モータ駆動部によってキャリッジガイドに沿って移動可能である。旋削工具の精密位置決めのために、2つの圧電並進手段で構成可能な圧電駆動部が設けられている。第1の圧電並進手段は、キャリッジガイドの方向の移動を可能とし、第2の圧電並進手段は、この第1の移動に対して垂直な方向の移動を許容するようになっている。圧電並進手段の位置決め移動は、スピンドル軸を中心としたスピンドルの回転角度に応答して制御される。
圧電駆動部を用いた旋削によって、非回転対称の表面を形成するための同様の装置が、例えば、下記特許文献2または下記特許文献3により公知になっている。
公知の装置および公知の方法により、ダイヤモンド工具を用いて微細構造表面の加工が可能ではあるが、この様な装置および方法は、不適切な動的特性のために非常に硬い金属材料の加工には適していない。この様な材料は、例えば、ホットプレスによるレンズの製造のための金型材料として必要とされる。問題の材料は、例えば、硬質合金である。多楕円体スポットライト(PESスポットライト)として公知のスポットライトに使用される照明目的のためのレンズの製造において、例えば、ホットプレス工程において、各レンズに転写される非常に特殊な微細構造をこの様な金型に付与する必要がある。微細構造は、スポットライトの所定の光度分布特性を満たすために製造されるレンズの微細光学部材として役立つ。
位置制御された加工は、公知の装置でも可能であるが、これは当然、各システムの第1の共振周波数から充分に離れている場合にのみ可能であり、これは、公知のシステムによる加工が最高でも約1,000Hzまでしか可能でないことを意味する。しかし、特に、前記の種類の非回転対称表面構造を形成しようとする場合、達成可能な切削速度は、前記の素材を適切な表面品質で適切に加工するには不充分である。
本発明の目的は、この様に完璧に達成される。
本発明に関連して用いられている「高速駆動部」という用語は、軸方向の高速制御移動が可能であるが、この方向に垂直な平面内での制御移動が不可能であり、後者の方向には非常に小さな力しか必要としない駆動部のことを言う。「高速」という用語は、これに関して、駆動部が特定の制御信号により駆動される際に、少なくとも500Hz以上の周波数で移動が可能なことを意味する。
この様な装置は、特に、微細構造表面または艶消し表面を有するPESスポットライト用のレンズのホットプレスのための金型の製造を可能とする。この様な装置は、鋳鉄または硬質合金を加工する際に、約60m/分の切削速度を達成可能である。これは、許容範囲の時間内に非回転対称表面の適切な加工を保証するのに充分である。この場合に使用するインサートは、従来のタイプのものでよい。
この構成の有利な更なる発展態様によれば、スプリング素子は、この目的のために、ホルダに固定された長手方向端部を有し、この方向を横断する方向に移動可能である板ばねとして構成されている。
あるいは、例えば、円板ばねの形態の、半径方向に対称なスプリング素子として構成することも可能であり、この場合、ラムは中心で連結される。
本発明によれば、工具は、ラムの第1の端部に固定され、ラムは、工具とは反対側の第2の端部において、高速駆動部に対して付勢されている。
これによって、所要の復元力が保証され、この復元力に抗して高速駆動部が作用する。
ラムは、ハウジング内に保持され、ハウジングおよびラムは、流体圧を付加可能な耐圧空間を形成しており、この空間は、圧電側においてラムに接続されている第1の隔壁と、工具側においてラムに接続されている第2の隔壁とによって、外方に向けて軸方向に密閉されており、第1の隔壁は、流体圧に曝される活性表面が第2の隔壁よりも大きい。
この様にして、単純で信頼性の高い方法で圧電駆動部に対する復元力を保証すると同時に、切削力ノイズにより起こり得る影響を低減可能である。
この実施形態の有利な更なる発展態様によれば、ハウジングは、焼結材料、好ましくは焼結金属で形成された少なくとも一つの減衰素子を備えている。この場合、減衰素子は、高開放孔隙率を有することが好ましい。
これらの特徴は、切削力ノイズの影響を低減する一助となる。
本発明の有利な更なる発展態様によれば、圧電駆動部の第1の端部、すなわちラムとは反対側の端部が、保持治具上に固定されており、第1の端部とは反対側の第2の端部が、補償素子を介してラムに連結されており、この補償素子は、ラム軸と圧電駆動部の長手軸との間の整合誤差を補償可能である。
この様にして、例えば、圧電駆動部とラムとの間の整合誤差によって、そして、切削力ノイズの結果として起こり得る半径方向の静的および動的な横断力の付加を殆ど排除することができる。
この様にして、システム全体の質量を更に低減することができ、必要に応じてジョイントを1つ節約することが可能となる。これは、システム全体の力学的の面で有利である。
本発明の更なる発展態様によれば、駆動部は、スピンドル軸に垂直な方向の送り運動を許容し、アクチュエータは、スピンドル軸の方向の工具の移動を許容する。
この様な構造は、例えば、PESスポットライト用レンズ製造のための金型に微細構造を形成するのに適している。
本発明の更なる実施形態によれば、駆動部は、スピンドル軸と平行方向の送り運動を許容し、アクチュエータは、この方向に対して垂直な方向の工具の移動を許容する。
この様な構成は、例えば、グリースの密着性向上の目的で、外側軸受面など、摩擦応力に曝される表面に微細構造を形成する場合に適しており、これによって、潤滑特性および焼付防止性能の明らかな向上が達成される。
これによって、工具の圧電送り運動により非回転対称表面構造を達成できる。
この様な座標変換によって、端面切削動作の場合に、アクチュエータの各作動値を決定することができる。
この実施形態の好適な更なる発展態様によれば、電子制御装置は、第1の方向の直線送り運動の位置増分の関数としてアンプに供給される作動信号を補間するための手段を備えている。
この方法に関連して、本発明の目的は、高速駆動部を備えたアクチュエータによってワークピース表面に向かう方向に移動可能であり、更なる駆動部によってワークピース表面に沿って前記方向に対して垂直な方向に直線的に位置決め可能であるアクチュエータ駆動工具を用いて、スピンドルにより回転されるワークピースにパターン形成された表面を形成する方法であって、前記工具は、ガイド手段を介して案内され、前記ガイド手段は、復元力の作用に抗して前記アクチュエータの移動方向に前記工具を送ることを可能とし、前記ガイド手段は、前記ガイド手段の送り方向に垂直な平面内において、少なくとも100N/μmの静剛性を有し、前記アクチュエータが、少なくとも1,500Hzの第1の共振周波数を有し、前記高速駆動部が、圧電駆動部であり、前記ガイド手段が、第1および第2のスプリング素子上に移動可能に支持されたラムを備え、前記スプリング素子が、前記ラムの半径方向に殆ど降伏せず、前記スプリング素子のばね力に抗してラム軸の方向に屈曲を許容し、前記工具が、前記ラムの第1の端部に固定され、前記ラムが、前記工具とは反対側の第2の端部において、前記高速駆動部に対して付勢されており、前記ラムが、流体圧またはばね圧によって、前記高速駆動部に対して付勢されており、前記ラムが、ハウジング内に保持され、前記ラムおよび前記ハウジングが、流体圧を付与可能な耐圧空間を形成しており、前記空間が、圧電側において前記ラムに接続されている第1の隔壁と、工具側において前記ラムに接続されている第2の隔壁とによって、外方に向けて軸方向に密閉されており、前記第1の隔壁は、前記流体圧に曝される活性表面が前記第2の隔壁よりも大きい方法により達成され、前記方法は、
(a) 加工対象のワークピースのために所望のパターンを準備する工程と、
(b) 工具の圧電制御送り運動に関して、ワークピースの回転角度およびワークピース表面に沿った工具の直線送り行程の関数として、垂直加工方向の作動位置を含むファイル(ルックアップテーブル、LUT)に、所望のパターンを変換する工程と、
(c) 所望のパターンの空間周波数分析を実行して、回転角度と、ワークピース表面に沿ったアクチュエータの直線送り運動と、切削速度との関数として、送り位置に関する信号の最大カットオフ周波数を決定する工程と、
(d) 所望のパターンの最大カットオフ周波数がアクチュエータの第1の共振周波数よりも低くなるように、ワークピースの旋削動作のための切削速度を設定する工程と、
(e) スピンドルと、ワークピース表面に沿ったアクチュエータの直線的な位置決めのための駆動部とを駆動し、切削速度と、回転角度と、ワークピース表面に沿ったアクチュエータの送り運動の長さとの関数としてのルックアップテーブルから引き出された作動値に基づいて、アクチュエータによりワークピース表面に対して工具を送ることによって、ワークピースにパターンを形成する工程と
を含む。
基本的に、本発明に係る方法は、アクチュエータ制御工具を使用した旋削動作によってワークピースに微細構造を形成する従来の装置と組み合わせた使用にも適している。しかし、本発明に係る方法は、本発明に係る装置と組み合わせて用いることが好ましい。
形成対象の所望の微細構造の空間周波数分析によって、例えば、鋭利な端部への移行の場合に発生する種類の超高周波数が含まれることが分かると、通常選択される切削速度は、明らかに低減され、システムの共振周波数から充分な間隔が維持される。この場合、上記の特徴により、この様な所望の微細構造の場合にも高切削速度を使用できる。最初に信号をフィルタ処理することによって、所望の微細構造が多少平滑化され、例えば、鋳鉄や硬質合金などの硬質材料を加工するために充分に高速な切削速度を使用できる。
この場合、ディープパスフィルタ、好ましくは二項フィルタによってフォールディングされた、ランダムチェック生成装置により生成されるドットパターンによって、ワークピースの所望のパターンを形成可能である。
あるいは、ランダム生成ドットパターンを生成して周波数空間に変換し、ローパスフィルタ処理して局所空間に再変換することによって、この様な所望のパターンを形成することができる。
本発明の方法によれば、スピンドル軸の方向にアクチュエータを好適に送り、第1の駆動部によって、この方向に対して垂直な方向にアクチュエータを位置決めすることができる。
あるいは、第1の駆動部によって、スピンドル軸に平行なz軸方向にアクチュエータを位置決めして、この方向に垂直な方向にワークピース表面に対してアクチュエータを送ることも可能である。
この実施形態の場合、ワークピースの微細構造形成は、長手方向の旋削動作に関しても可能である。
さらに、本発明に係る方法は、微細構造がワークピース表面に形成されるその他数々の目的に適している。これには、とりわけ、摩擦応力に曝される表面、特に摩擦軸受の表面へのパターンの形成が含まれる。
図1において、本発明に係る装置は、非常に概略的に示されており、参照番号10によって総体的に示されている。
本発明に係る装置10は、旋削装置であり、ワークピース16に対する工具32の高速圧電制御移動が可能なようにアクチュエータ30を付加的に備えている。装置10は、矢印28で示すように、スピンドル軸25を中心として回転駆動可能なスピンドル12を備えている。スピンドル12には、ワークピース16を固定するチャックの形態の治具14が装着されている。
旋削装置およびアクチュエータを制御するために、参照番号17で概略的に示す集中制御装置が設けられている。スピンドル12の角度位置は、エンコーダ31によって監視可能である。
図2、図3に総体的に参照番号30で示すアクチュエータは、基本的に、ハウジング上に受けられ、ガイド手段38を介して工具32に作用する圧電駆動部36を備えている。圧電駆動部36は、圧電駆動部の軸方向にのみ移動可能であるが、この方向に垂直な平面内で送り力を生成することはできない。ガイド手段38は、圧電駆動部36の軸方向の送り運動を工具32に直接伝達可能であること、およびアクチュエータ30全体が圧電軸に垂直な平面内で高剛性を呈することを保証する。
工具32自体は、例えば、治具42に装着されたインサートとして構成され、治具42は、ラム40の軸方向の外端部に(図示しないねじによって)装着され、第2のスプリング素子48への装着が交差スプリングス片によって同時に実現される。ラム40の反対側の端部は、2つの第1の交差スプリング素子44に強固に接続されている。これは、ねじ80により達成され、このねじは、2つの交差スプリング素子44の対応する中央凹部、中間スペーサ76、および中間ピース78を貫通し、ねじにより接続されるラム40の端部へと延びている。
この様に、この構成全体によりコンパクトなアクチュエータ30が提供され、圧電駆動部36は、空圧復元力に抗して軸方向に移動可能であり、この方向に垂直な平面内において高剛性を呈する。
図2aに、圧電駆動部36とラム40との間の接続の変更態様を示す。圧電駆動部36の長手軸37とラム軸41との間の潜在的な整合誤差を補償するために、圧電駆動部36とラム40との間に補償素子43がさらに設けられている。ただし、この場合、補償素子36は、圧電駆動部36の端部板39およびラム40に直接連結された狭窄部47として構成され、これによって、圧電駆動部36とラム40との間の直接的で横方向に柔軟な接続が実現される。
図4は、図2および図3に係るアクチュエータの測定された周波数応答特性および動作範囲を示す。この場合、40μmの最大の送りを有する圧電結晶を圧電駆動部36として用いた。0〜4,000Hzの周波数範囲において、1Vの振幅で圧電駆動部36を励起した。図4の上側の図は、励起電圧の関数としての行程を示す。工具32上に直接記録される振動計行程は、0〜約2250Hzで約2.5μm/Vの不変振幅(振幅が一定の)特性を示す。第1の共振周波数は、約2,400Hzである。
本発明に係るアクチュエータは、その非常に良好な動的特性のために、表面への微細構造の形成、特に、高切削速度が要求される硬質材料の機械加工に特に適している。例えば、構造振幅が5μmの場合、2.25kHzまでの送り周波数を実現可能である。より大きな送り振幅、すなわち極めて高い材料除去率に対しては、最大送り周波数は多少低くなる。従来の閉ループ制御を(ここで使用されている開ループ制御の代わりに)用いて力学的に更に改善する必要はないであろうが、この様な改善は、測定される位相応答特性に起因して、共振周波数を僅かに下回る周波数までは見込めない。
以下、図5〜図7を参照して、レンズの微細構造の形成のための正しい加工条件の選択についてより詳細に説明する。
PESスポットライト用レンズのホットプレスのための金型製造のために、前記装置を用いた。
この場合、所与の光度分布特性に適合するために、各レンズの選択された表面領域に、マイクロレンズの形態の微細構造を設けなければならない。この様な微細構造、または「艶消し」のレンズを多楕円体スポットライトに使用すると、特定の光度分布特性となる。金型に形成された表面の微細構造は、ホットプレスによるレンズの製造中にレンズ表面に転写される。
この様な構造は、二項フィルタでフォールディングされたランダム生成ドットパターンにより生成可能である。この様な構造を形成するために、図6に示すように、例えば801×801ピクセルの大きさの画像における個々のピクセルは、ランダムチェック発生装置によって、アドレス指定される。nピクセルの空間距離において、アドレス指定されたピクセルが存在しなかった場合(すなわち、その外接円内の隣接ピクセルのすべての中間調値が0である場合)、アドレス指定されたピクセルの中間調値は1に設定される。この様にして、ランダムチェック発生装置は、数十万サイクルを実行する。結果的に、中間調値1のランダムオーダーのピクセルを有する画像となり、隣接するピクセルの各対が、この制限値を下回ることはない。そして、画像は、二項フィルタによって2次元的にフォールディングされ、これは必要に応じて複数回行われる。例えて言えば、二項フィルタは、中心部の中間調値1の個々のピクセルに対して「適用」される。結果的に、図5のレンズ微細構造の形状を非常に効率よく模擬形成したランダム配列の「山」および「谷」を有する画像となる。この種類の二項フィルタはローパス特性を有するので、画像も全体的にローパス特性を有する。これは、アクチュエータを使用した形成に非常に良く適合する。
本発明によれば、振幅応答特性がアクチュエータの第1の共振周波数(図4では約2,400Hzとして示されている)でゼロまで降下するように、切削速度を選択する。したがって、アクチュエータの空間周波数特性がゼロ付近である約2,350kHzに降下しているので、選択された構造は、切削速度を50m/分に設定できる。したがって、図6に示すように、図5の空間構造に対応する、ランダムチェック発生装置により生成される所望の表面は、白色ノイズの振幅応答特性がローパスフィルタ処理により制限され、本発明のアクチュエータ30によって約50m/分の切削速度で好適に形成可能となる。これによって、さもなければ振動が発生するような高切削速度を要する硬質合金などの超硬質金属材料であっても、その加工が可能となる。
第一段階として、確率論的なレンズ微細構造が形成される(図5および図6を対照)。あるいは、変換された写真や記号など他の構造を撮像することも、もちろん可能である。
そして、これらの構造を極座標に変換する。
形成対象の所望の微細構造(図6を対照)の形状は、奇数の撮像ピクセル、例えば801×801ピクセルの正方形でなければならない。この正方形の構造に基づいて、端面切削動作の際に直径が801ピクセルの円形を加工することができる。画像の外輪郭においても正方ピクセルを得るためには、画像フォーマットは、PI(ピクセル精度)で除算される、スピンドル軸用のエンコーダの解像度に概ね対応しなければならない。深度として1バイト(=255の中間調レベル)を選択する場合、使用するエンコーダは、例えば2,500の増分を有する。例示として、255の中間調レベルは、その後、アクチュエータの深度送り運動に関して0〜10μmの深度に対応しなければならない。
形成対象の所望の微細構造は、極座標に変換され、2,500×401ピクセルを有するLUTに極座標画像G(c,n)として格納され、アクチュエータの作動値は1バイトの精度で与えられる。作動値Gは、この様に0〜255の値をとり、これは、0〜最大40μmのアクチュエータ偏位、または、より小さな範囲、例えば0〜10μmに対応する。
図9に示すように、スピンドル12の角度位置は、スピンドルCエンコーダによって検出され、エッジカウンタを介して記録され、デジタル値への変換の後、「スピンドル開始」初期値に基づいて「c値」として処理される。
同様に、アクチュエータの半径方向位置は、エンコーダYによって検出され、デジタル値への変換の後、エッジカウンタを介して処理される。
g=0におけるアンプ入力電圧Uminは、hminに対応し、g=255におけるアンプ入力電圧Umaxは、最大作動値hmaxに対応する。「全半径」という用語は、Rmax〜R0(すなわち外周半径から中心まで)の行程に関する半径方向パルスの数を言う。図9における「floor(y)]という用語は、数値が次に小さない偶数に丸められていることを示す。
このアルゴリズムは、半径方向に隣接する2つピクセルの補間を利用して、アクチュエータの送り運動のために、半径方向に1ピクセルずつアンプ入力電圧を平滑化する。極座標画像の右横の第1のボックスに示すように、アルゴリズムは、g=G(c,n+1)*(1―d)+G(c,n+2)*dで補間する。これより、アンプ入力電圧のデジタル値uは、u=Umin+g*(Umax−Umin)/255として得られる。この値は、アンプを制御するために、デジタル/アナログ変換器によってアナログの値に変換される。
一定の半径方向位置における作動値に対しては、補間の必要はなく、アクチュエータの機械システムは、充分に高い慣性を有し、円周方向に平滑化効果を提供する。
アクチュエータ30’は、その設計が、図2に関連して既に説明したアクチュエータと殆ど一致する。図2の実施形態とは対照的に、工具ホルダ42は、工具が正確に中心整合するように位置決めされる。これによって、軸からずらすこととなるような軸方向に垂直な力成分を回避できる。この様にして、切削力ノイズを更に低減する。
さらに、焼結板66と隔壁68または対向隔壁69との間には、約0.1mm〜1mm、好ましくは0.1mm〜0.5mmの小さな間隙73が形成され、この間隙には減衰媒体が充填されている。これは、例えば、空気、グリースまたはオイルとすることができる。
Claims (30)
- スピンドル(12)を有し、旋削工具を用いてワークピース(16)の表面にパターンを形成するための装置であって、
前記スピンドルが、その長手軸(25)を中心に回転駆動され、ワークピース(16)を固定するための治具を備えており、当該装置が、ワークピース表面に実質的に垂直な方向に旋削工具(32)を高速移動させる高速駆動部(36)を備えたアクチュエータ(30)を有し、前記アクチュエータ(30)が、第1の方向(x)に直線送り運動を生成する更なる駆動部(24)によって、加工対象のワークピース表面に沿って位置決め可能となっており、
前記高速駆動部(36)が、ガイド手段(38)を介して前記工具(32)に連結されており、前記ガイド手段が、復元力の作用に抗して前記高速駆動部(36)の軸方向に前記工具(32)を送ることを可能とし、
前記ガイド手段(38)が、前記ガイド手段(38)の送り方向に垂直な平面内において、少なくとも100N/μmの静剛性を有し、
前記アクチュエータ(30)が、少なくとも1,500Hzの第1の共振周波数(fR)を有し、
前記高速駆動部が、圧電駆動部であり、
前記ガイド手段(38)が、第1および第2のスプリング素子(44,48)上に移動可能に支持されたラム(40)を備え、前記スプリング素子(44,48)が、前記ラム(40)の半径方向に殆ど降伏せず、前記スプリング素子(44,48)のばね力に抗してラム軸(41)の方向に屈曲を許容し、
前記工具(32)が、前記ラム(40)の第1の端部に固定され、前記ラム(40)が、前記工具(32)とは反対側の第2の端部において、前記高速駆動部(36)に対して付勢されており、
前記ラム(40)が、流体圧またはばね圧によって、前記高速駆動部(36)に対して付勢されており、
前記ラム(40)が、ハウジング(64)内に保持され、前記ラム(40)および前記ハウジング(64)が、流体圧を付与可能な耐圧空間(72)を形成しており、前記空間(72)が、圧電側において前記ラム(40)に接続されている第1の隔壁(68)と、工具側において前記ラム(40)に接続されている第2の隔壁(70)とによって、外方に向けて軸方向に密閉されており、前記第1の隔壁(68)は、前記流体圧に曝される活性表面が前記第2の隔壁(70)よりも大きいことを特徴とする装置。 - 前記スプリング素子(44,48)が、ホルダ(45,46,49,50)に固定された長手方向端部を有し、この方向を横断する方向に移動可能である板ばねとして構成されていることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記スプリング素子(44,48)が、複数の隙間ゲージストリップで構成されており、前記複数の隙間ゲージストリップが、半径方向において前記ホルダ(45,46,49,50)と前記ラム(40)との間で、互いに交差するように配列されて固定されていることを特徴とする請求項2の装置。
- 前記スプリング素子が、半径方向に対称な円板として構成されていることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記隔壁(68,70)の少なくとも1つが、アルミニウムで構成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れかの装置。
- 前記ラム(40)とは反対側の前記圧電駆動部(36)の第1の端部が、保持治具(60)上に固定されており、前記第1の端部とは反対側の第2の端部が、補償素子(43,82)を介して前記ラム(40)に連結されており、前記補償素子が、前記ラム軸(41)と前記圧電駆動部(36)の長手軸(37)との間の整合誤差を補償可能であることを特徴とする請求項1〜5の何れかの装置。
- 前記圧電駆動部(36)の前記第2の端部が、凸面素子を介して、前記ラム(40)に対向配置されていることを特徴とする請求項6の装置。
- 前記圧電駆動部(36)の前記第2の端部が、狭窄部(47)を介して前記ラム(40)に連結されるカバープレート内で終端していることを特徴とする請求項6の装置。
- 前記ハウジング(64)が、焼結材料で形成された少なくとも1つの減衰素子(66)を備えていることを特徴とする請求項1ないし8の何れかの装置。
- 前記減衰素子(66)が、高開放孔隙率を有することを特徴とする請求項9の装置。
- 減衰媒体が充填された間隙(73)が、前記減衰素子(66)と、対向する前記隔壁(69)との間に形成されていることを特徴とする請求項9または10の装置。
- 前記間隙には、前記減衰媒体として空気、グリースまたはオイルが充填されていることを特徴とする請求項11の装置。
- 前記駆動部(24)が、前記スピンドル軸(25)に垂直な方向(x)の送り運動を許容し、前記アクチュエータ(30)が、前記スピンドル軸(25)の方向(z)の前記工具(32)の移動を許容することを特徴とする請求項1〜12の何れかの装置。
- 前記駆動部(20)が、前記スピンドル軸(25)と平行方向(z)の送り運動を許容し、前記アクチュエータ(30)が、この方向に対して垂直な方向(x、y)の前記工具(32)の移動を許容することを特徴とする請求項1〜10の何れかの装置。
- 前記アクチュエータ(30)の移動制御のための電子制御装置(17)が設けられており、前記電子制御装置が、前記ワークピース(16)の角度位置(c)および前記第1の方向(x)に沿う前記アクチュエータ(30)の位置(n)に応じて、前記ワークピース(16)に対する前記アクチュエータ(30)の相対移動を制御することを特徴とする請求項1〜14の何れかの装置。
- 前記制御装置(17)が、前記ワークピースに形成すべき特定のパターンを、極座標で定義される座標変換構造に変換するための手段を備えており、この手段が、前記角度位置(c)および前記ワークピース表面に沿った前記第1の方向(x)の直線的な送り(n)の関数として、前記アクチュエータ(30)に関する作動値(G(c,n))を含むことを特徴とする請求項15の装置。
- 前記制御装置(17)が、デカルト座標で定義される、前記ワークピース(16)に形成すべき特定のパターンを、極座標で定義される座標変換構造に変換するための手段を備えており、前記角度位置(c)および半径(n)を含む極座標(c,n)の関数として、作動値(G(c,n))を格納することを特徴とする請求項15または16の装置。
- 前記座標変換構造が、ルックアップテーブル(LUT)に格納可能であり、前記電子制御装置(17)が、前記アクチュエータ(30)を駆動する目的のためにアンプに供給する作動信号(h)を前記ルックアップテーブルから引き出すことを特徴とする請求項16または17の装置。
- 前記電子制御装置(17)が、前記第1の方向(x)の前記直線送り運動(n)の位置増分の関数として前記アンプに供給される前記作動信号を補間するための手段を備えていることを特徴とする請求項18の装置。
- 前記アクチュエータ(30)が、少なくとも2,000Hzの第1の共振周波数(fR)を有し、前記電子制御装置(17)は、上限カットオフ周波数(fG)が前記アクチュエータ(30)の前記共振周波数(fR)を下回るローパスフィルタ信号またはバンドパスフィルタ信号を、前記アクチュエータ(30)に供給するように設計されていることを特徴とする請求項15〜19の何れかの装置。
- 高速駆動部(36)によってパターン形成された表面を形成する目的のために旋削装置(10)上でワークピースを移動させるためのアクチュエータ(30)であって、
前記高速駆動部(36)が、ガイド手段(38)を介して旋削工具(32)に連結され、前記ガイド手段は、復元力の作用に抗して前記高速駆動部(36)の軸方向に前記工具(32)を送ることが可能であり、
前記ガイド手段(38)が、前記ガイド手段(38)の送り方向に垂直な平面内において、少なくとも100N/μmの静剛性を有し、
当該アクチュエータ(30)が、少なくとも1,500Hzの第1の共振周波数(fR)を有し、
前記高速駆動部が、圧電駆動部であり、
前記ガイド手段(38)が、第1および第2のスプリング素子(44,48)上に移動可能に支持されたラム(40)を備え、前記スプリング素子(44,48)が、前記ラム(40)の半径方向に殆ど降伏せず、前記スプリング素子(44,48)のばね力に抗してラム軸(41)の方向に屈曲を許容し、
前記工具(32)が、前記ラム(40)の第1の端部に固定され、前記ラム(40)が、前記工具(32)とは反対側の第2の端部において、前記高速駆動部(36)に対して付勢されており、
前記ラム(40)が、流体圧またはばね圧によって、前記高速駆動部(36)に対して付勢されており、
前記ラム(40)が、ハウジング(64)内に保持され、前記ラム(40)および前記ハウジング(64)が、流体圧を付与可能な耐圧空間(72)を形成しており、前記空間(72)が、圧電側において前記ラム(40)に接続されている第1の隔壁(68)と、工具側において前記ラム(40)に接続されている第2の隔壁(70)とによって、外方に向けて軸方向に密閉されており、前記第1の隔壁(68)は、前記流体圧に曝される活性表面が前記第2の隔壁(70)よりも大きいことを特徴とするアクチュエータ。 - 高速駆動部(36)を備えたアクチュエータ(30)によってワークピース表面に向かう方向(z)に移動可能であり、更なる駆動部(24)によって前記ワークピース表面に沿って前記方向に対して垂直な方向に直線的に位置決め可能である、前記アクチュエータ(30)により駆動される旋削工具(32)を用いて、スピンドル(12)により回転されるワークピース(16)にパターン形成された表面を形成する方法であって、前記工具(32)は、ガイド手段(38)を介して案内され、前記ガイド手段(38)は、復元力の作用に抗して前記アクチュエータ(30)の移動方向に前記工具(32)を送ることを可能とし、前記ガイド手段(38)は、前記ガイド手段(38)の送り方向に垂直な平面内において、少なくとも100N/μmの静剛性を有し、前記アクチュエータ(30)が、少なくとも1,500Hzの第1の共振周波数(fR)を有し、
前記高速駆動部が、圧電駆動部であり、
前記ガイド手段(38)が、第1および第2のスプリング素子(44,48)上に移動可能に支持されたラム(40)を備え、前記スプリング素子(44,48)が、前記ラム(40)の半径方向に殆ど降伏せず、前記スプリング素子(44,48)のばね力に抗してラム軸(41)の方向に屈曲を許容し、
前記工具(32)が、前記ラム(40)の第1の端部に固定され、前記ラム(40)が、前記工具(32)とは反対側の第2の端部において、前記高速駆動部(36)に対して付勢されており、
前記ラム(40)が、流体圧またはばね圧によって、前記高速駆動部(36)に対して付勢されており、
前記ラム(40)が、ハウジング(64)内に保持され、前記ラム(40)および前記ハウジング(64)が、流体圧を付与可能な耐圧空間(72)を形成しており、前記空間(72)が、圧電側において前記ラム(40)に接続されている第1の隔壁(68)と、工具側において前記ラム(40)に接続されている第2の隔壁(70)とによって、外方に向けて軸方向に密閉されており、前記第1の隔壁(68)は、前記流体圧に曝される活性表面が前記第2の隔壁(70)よりも大きく、
当該方法が、
(a) 加工対象のワークピース(16)のために所望のパターンを準備する工程と、
(b) 前記工具のアクチュエータ制御送り運動に関して、前記ワークピース(16)の回転角度(c)および前記ワークピース表面に沿った前記工具の直線送り行程(n)の関数として、垂直加工方向の作動位置G(c,n)を含むファイル(ルックアップテーブル、LUT)に、前記の所望のパターンを変換する工程と、
(c) 前記の所望のパターンの空間周波数分析を実行して、前記回転角度(c)と、前記ワークピース表面に沿った前記アクチュエータの前記直線送り運動(n)と、切削速度(v)との関数として、前記送り位置G(c,n)に関する信号の最大カットオフ周波数(fG)を決定する工程と、
(d) 前記の所望のパターンの前記最大カットオフ周波数(fG)が前記アクチュエータ(30)の前記第1の共振周波数(fR)よりも低く(fG<fR)なるように、前記ワークピース(16)の旋削動作のための前記切削速度(v)を設定する工程と、
(e) 前記スピンドル(12)と、前記ワークピース表面に沿った前記アクチュエータの直線的な位置決めのための駆動部(24)とを駆動し、前記切削速度(v)と、前記回転角度(c)と、前記ワークピース表面に沿った前記アクチュエータの前記送り運動(n)の長さとの関数としての前記ルックアップテーブルから引き出された作動値に基づいて、前記アクチュエータ(30)により前記ワークピース表面に対して前記工具(32)を送ることによって、前記ワークピース(16)にパターンを形成する工程と
を含む方法。 - 工程(d)に従って調整可能な前記切削速度が不充分である場合、前記アクチュエータの送り運動に関する信号が、ローパスフィルタ処理またはバンドパスフィルタ処理される請求項22の方法。
- ローパス制限された白色ノイズが前記空間周波数分析で得られるように、アルゴリズムを用いて、前記ワークピース(16)の所望のパターンを形成する請求項22または23の方法。
- ローパスフィルタによってフォールディングされたランダム生成ドットパターンによって、前記の所望のパターンを形成する請求項24の方法。
- 周波数空間に変換され、ローパスフィルタ処理されて局所空間に再変換されるランダム生成ドットパターンによって、前記の所望のパターンを形成する請求項22、23、24または25の方法。
- 前記スピンドルの軸(25)の方向(z)に前記アクチュエータ(30)を送り、前記の更なる駆動部(24)によって、この方向に対して垂直な方向(x)に前記アクチュエータを位置決め可能な請求項22〜26の何れかの方法。
- 前記の更なる駆動部によって、前記スピンドルの軸(25)に平行なz軸方向に前記アクチュエータ(30)を位置決めして、この方向に垂直な方向(x,y)に前記ワークピース表面に対して前記アクチュエータ(30)を送る請求項22〜26の何れかの方法。
- 光学素子にパターンを形成するための方法であって、この様な光学素子のためのプレス金型を製造するための請求項22〜28の何れかの方法。
- 摩擦負荷表面にパターンを形成するための請求項22〜28の何れかの方法。
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