JP5786832B2 - 金型の製造方法、切削工具、光学素子成形用の金型および光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、金型の製造方法、切削工具、光学素子成形用の金型および光学素子に関し、特に照明ユニットに用いる光学素子を成形するのに好適な金型の製造方法、それに用いる切削工具、光学素子成形用の金型およびそれにより成形される光学素子に関する。

光源を光透過性が高い素材から形成される導光板の側方に配置し、光源からの光を導光板の面方向に導光して、導光板の発光面に並設されるＬＥＤ等の光源に対して導光板の発光面から放出される光を散乱させるように構成する場合において、導光板の発光面と反対側面において多数の凸状部を形成して発光面の明るさが均一になるようにした面発光装置が実用化されている。しかるに、導光板は樹脂等から転写成形すると安価に製造できるが、かかる導光板を成形する金型には、鏡面と粗面とを形成しなくてはならない場合があり、そのような金型でも低コストで製造したいという要請がある。

特許文献１には、拡散部材の輝度を全面にわたって均一にするための導光部材の金型の製造方法が開示されている。特許文献１によれば、平滑面を有する金型素材に対して切削工具で順次切削加工して傾斜面を有する凹部を形成し、更にサンドブラスト法を含む粗面加工法により前記平滑面と前記凹部とを所定の粗さの粗面に加工し、研磨加工を含む鏡面加工法により前記平滑面のみを鏡面にして母型を形成し、この母型から電気鋳造法により前記凹部と前記平滑面を転写することで、導光部材の金型を形成できる。

特開平１０−１７２３２０号公報 特許第４８１３３９５号明細書

ところで、特許文献１の技術で導光部材を成形する場合、形状加工、粗面形成、鏡面加工を別工程で行うために工数がかかる。又、特許文献１による金型の凹部は母型から電鋳工程を経て転写形成されるため、形状精度が悪いにも関わらず転写工程に時間がかかりコストが増大する。

これに対し特許文献２には、レンズのフランジ部を形成する面にエンドミルによるカッターマークを断続的に並べて粗面を形成した金型が開示されている。特許文献２では、レンズのフランジ部の粗面を、エンドミル工具の先端で回転痕を付けることで形成しているため、特許文献１の技術に比べれば、短時間で粗面を形成できる。

しかしながら、レンズの光学面を転写する面などは、別な工具を用いて鏡面化を行っており、工具を交換する手間や別加工の時間がかかりコストが増大する。又、エンドミル工具の先端は工具の回転中心のため切削工具を得る為の周速が極端に小さく、これにより金型の素材にバリやむしれなどが発生すると、成形時に離型性を悪化させる原因となる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な工程であって処理時間も少ないにも関わらず、高精度な形状を形成できる金型の製造方法、それに用いる切削工具、光学素子成形用の金型およびそれにより成形される光学素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の金型の製造方法は、すくい面が、第１の縁部と、前記第１の縁部に対して交差する方向に延在する第２の縁部とを含む切削工具を用いて、光学素子成形用の金型の素材に溝を形成する金型の製造方法であって、
前記切削工具を回転させながら、前記金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記第１の縁部により前記溝の第１面を加工形成すると同時に、前記第２の縁部により前記溝の前記第１面とは異なる第２面を加工するようになっており、加工された前記第１面は鏡面であり、加工された前記前記第２面は粗面であって、前記第１面は底面であり、前記第２面は側面であることを特徴とする。

本発明によれば、前記切削工具を回転させながら、前記金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記第１の縁部により前記溝の第１面を加工形成すると同時に、前記第２の縁部により前記溝の第２面を加工するようになっているので、これにより例えば前記底面を鏡面に、前記側面を粗面に、同時に精度良く加工できるから、加工時間を大幅に短縮させて光学素子のコスト低減を図れる。又、金型の面に局所的に凸形状を形成することは、一般的に切削加工では加工量が多くなり、電鋳加工では時間がかかるのに対し、本発明によれば短時間で所望の凸形状を有する金型を直接的に加工できる。尚、本明細書中、「粗面」とは、例えば平均粗さＲａが１００ナノメートル以上のものをいい、「鏡面」とは、少なくとも粗面よりも粗度が低い面をいい、例えば平均粗さＲａが１０ナノメートル以下のものをいうが、特に粗面の平均粗さが０．１〜０．７mmであると好ましい。

請求項２に記載の金型の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記第１面は前記溝の底面と前記溝の一方の側面であり、前記第２面は前記一方の側面に対向する他方の側面であることを特徴とする。

請求項３に記載の金型の製造方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記金型の素材はフライカット方式により切削されることを特徴とする。

本発明は特にフライカット方式を適用するのが好ましい。特に、切削工具の側面に微小な凹凸を設けることで、フライカット加工時に切削部が工具回転中心から離れるため、切削に必要な十分な周速が得られ、より安定した加工面を得ることができる。そのため、任意の粗度への調整が容易で、所望の粗面粗さを得ることができる。

請求項４に記載の金型の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記溝の第２面には、綾目模様が形成されることを特徴とする。

前記切削工具を回転させながら、前記金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記切削工具の前記第２の縁部を用いて、前記溝の側面に綾目模様を描くことができるから、これにより適切な粗面を形成できる。

請求項５に記載の金型の製造方法は、請求項４に記載の発明において、前記切削工具の回転速度と送り速度の比を変化させることにより、前記綾目模様の形状を変化させて面粗度を異ならせることを特徴とする。

前記切削工具の回転速度に対して送り速度を遅くすると、前記綾目模様が密になるので、面粗度がより粗くなり、前記切削工具の回転速度に対して送り速度を速くすると、前記綾目模様が粗になるので、面粗度がより粗くなくなる。これにより容易に面粗度を異ならせることができる。

請求項６に記載の金型の製造方法は、請求項４または５に記載の発明において、前記金型の素材は並行して延在する複数の溝を有し、少なくとも２つの前記溝の加工時に、前記切削工具の回転速度と送り速度との比を変化させることにより、前記第２面の面粗度を異ならせたことを特徴とする。

加工された前記金型を用いて、複数の前記溝から転写形成された斜面を有する光学素子を成形したときに、光源に対して近い斜面と遠い斜面とで面粗度を変えることで、より高機能な光学素子を提供できる。

請求項７に記載の金型の製造方法は、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、１本の前記溝の加工時に、前記切削工具の回転速度と送り速度との比を変化させることにより、局所的に前記第２面の面粗度を異ならせたことを特徴とする。

加工された前記金型を用いて、前記溝から転写形成された斜面を有する光学素子を成形したときに、1つの斜面において光源に対して近い部位と遠い部位とで面粗度を変えることで、より高機能な光学素子を提供できる。

請求項８に記載の切削工具は、光学素子成形用の金型の素材に対して溝を形成するために、すくい面が、第１の縁部と、前記第１の縁部に対して交差する方向に延在する第２の縁部とを含む切削工具であって、
前記第１の縁部の形状は平滑であり、前記第２の縁部の形状は微小な凹凸を有し、
前記切削工具を回転させながら、光学素子成形用の金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記第１の縁部により前記溝の第１面を加工形成すると同時に、前記第２の縁部により前記溝の前記第１面とは異なる第２面を加工するようになっており、加工された前記底面は第１面であり、加工された前記第２面は粗面であって、前記第２の縁部は、前記第１の縁部を挟んで前記すくい面の両側に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、前記第１の縁部の形状は平滑であり、前記第２の縁部の形状は微小な凹凸を有しているので、前記切削工具を回転させながら、前記金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記第１の縁部により前記溝の第１面を加工形成すると同時に、前記第２の縁部により前記溝の第２面を加工したときに、前記第１面を鏡面に、前記第２面を粗面に、同時に精度良く加工できるから、光学素子成形用の金型の加工時間を大幅に短縮させて光学素子のコスト低減を図れる。

更に前記第２の縁部は、前記第１の縁部を挟んで前記すくい面の両側に設けられているので、これにより前記溝の底面の鏡面加工を確保しつつ、両側の側面を同時に粗面に加工できるから、光学素子成形用の金型の加工時間を更に短縮させて光学素子のコスト低減を図れる。

請求項９に記載の切削工具は、請求項８に記載の発明において、前記第２の縁部は、前記第１の縁部と交差していることを特徴とする。

これにより前記溝の一方の側面を粗面に、他方の側面を鏡面に同時に加工できるから、光学素子成形用の金型の加工時間を更に短縮させて光学素子のコスト低減を図れる。

請求項１０に記載の切削工具は、請求項８または９に記載の発明において、前記切削工具は単結晶ダイヤモンド製であることを特徴とする。

これにより、前記溝の底面を高精度に鏡面化できる。

請求項１３に記載の光学素子成形用の金型は、請求項１〜８のいずれかの金型の製造方法により製造された金型であって、底面が鏡面で、側面が粗面である溝を複数有することを特徴とする。

請求項１４に記載の光学素子成形用の金型は、請求項１〜８のいずれかの金型の製造方法により製造された金型であって、一方の側面が鏡面で、他方の側面が粗面である溝を複数有することを特徴とする。

請求項１５に記載の光学素子は、請求項１３または１４に記載の光学素子成形用の金型を用いて前記溝を転写成形された斜面を有することを特徴とする。

請求項１６に記載の光学素子は、請求項１５に記載の発明において、前記光学素子は光源に対向して配置され、複数の前記溝から転写成形された複数の前記斜面の面粗度は、前記光源から離れるにつれて小さくなっていることを特徴とする。

前記斜面が複数で並行している場合、光源に対して近い斜面と遠い斜面とで面粗度を変えることで、より高機能な光学素子を提供できる。

請求項１７に記載の光学素子は、請求項１５に記載の発明において、前記光学素子は複数の光源に対向して配置され、前記溝から転写成形された一つの前記斜面における面粗度は、前記光源から離れるにつれて小さくなっていることを特徴とする。

一つの前記斜面において、光源に対して近い斜面と遠い斜面とで面粗度を変えることで、より高機能な光学素子を提供できる。

本発明によれば、簡素な工程であって処理時間も少ないにも関わらず、高精度な形状を形成できる金型の製造方法、それに用いる切削工具、光学素子成形用の金型およびそれにより成形される光学素子を提供することができる。

本実施の形態の金型の製造方法を実施できる加工装置の一例であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の３軸超精密加工機の斜視図である。 （ａ）は、図１の３軸超精密加工機に取り付けられる切削工具の全体を示す図であり、（ｂ）は切削工具のすくい面ＳＰの拡大形状（Ａ）を示す図である。 切削工具Ｔ１により切削される金型の素材ＷＫの状態を示す図である。 （ａ）に、金型の素材ＷＫに形成された溝ＧＶの断面形状を示す概略図である。（ｂ）は、（ａ）に示す溝ＧＶの側面Ｓ２を、矢印IVB方向に見た図である。 本実施の形態の製造方法により製造された金型を用いて樹脂を成形する工程を示す図である。 照明ユニットの要部構成を示す説明図である。 照明スタンドの概要を示す概略説明図である。 （ａ）は、第２の実施の形態にかかる切削工具Ｔ２にて、金型の素材ＷＫを切削する状態を示す図であ利、（b）は、切削工具Ｔ２で切削加工された溝の断面形状を示す図である。 本実施の形態の切削工具Ｔ２により切削された金型を用いて成形された光学素子１を含む照明装置の一部断面図である。 （ａ）は変形例にかかる光学素子を示す側面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、矢印で示す位置の斜面をそれぞれ拡大して示す図である。 （ａ）は別な変形例にかかる光学素子を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印Ｂで示す部位の拡大図である。 可動側金型の加工態様の一例を示す図である。 拡散板の加工態様の一例を示す図である。

(第１の実施の形態)
以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の金型の製造方法を実施できる加工装置の一例であるＸ、Ｚ、Ｙ軸の３軸超精密加工機の斜視図である。図１において、ベースＢＳ上に、Ｘ方向に移動可能なＸ軸ステージＸＳと、それに直交するＺ方向に移動可能なＺ軸ステージＺＳが載置されている。Ｘ軸ステージＸＳ上には、Ｘ方向及びＺ方向に直交するＹ方向（高さ方向）に移動可能なＹ軸ステージＹＳが載置されており、Ｙ軸ステージＹＳは、回転部ＲＴを回転駆動する回転機構ＲＳを支持している。回転部ＲＴの周囲には、図２に示す切削工具Ｔ１がすくい面ＳＰを周方向に向けて取り付けられている。一方、Ｚ軸ステージＺＳ上には、金型の素材となる金型の素材ＷＫが取り付けられている。尚、Ｚ軸ステージＺＳ上に載置された金型の素材ＷＫの加工部を観察できる顕微鏡等の光学検出部ＯＳが、ベースＢＳ上に設けられている。

図２は、図１の３軸超精密加工機に取り付けられる切削工具を示す図である。図２（ａ）において、切削工具Ｔ１は、回転部ＲＴに取り付けられる支持部ＴＨと、すくい面ＳＰとを有している。すくい面ＳＰの形状は台形形状である。

図２（ｂ）に示すように、切削工具Ｔ１のすくい面ＳＰは、直線状の第１の縁部Ｅ１と、第１の縁部Ｅ１に対して交差する方向に延在する直線状の第２の縁部Ｅ２Ａ及びＥ２Ｂとにより輪郭付けられている。第１の縁部Ｅ１は平滑な形状となっている。一方、第２の縁部Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂは、微小な凹凸を有する形状となっている。このような微小の凹凸は砥石での研磨や、フェムト秒レーザやピコ秒レーザというようなエネルギー照射などによって形成でき、例えば高さ１μｍ以上の凸部が１０〜３０μｍのピッチで設けられていると好ましい。ここで、第１の縁部Ｅ１と第２の縁部Ｅ２Ａとの交差角θ１は、一例として１５０度であり、第１の縁部Ｅ１と第２の縁部Ｅ２Ｂとの交差角θ２は、一例として１２０度である。

図１の３軸超精密加工機を用いた金型の加工工程について説明する。図１において、回転部ＲＴに取り付けた切削工具Ｔ１を、金型の素材ＷＫの側方（図で奥側）における切削開始点に位置させる。金型の素材ＷＫの表面ＷＰには、Ｎｉ−Ｐメッキが施されているものとする。まず、Ｙ軸ステージＹＳの位置を調整し、回転機構ＲＳにより回転部ＲＴを（反時計回りに）回転させ、切削工具Ｔ１をその周方向に回転させる。かかる状態から、Ｘ軸ステージＸＳをＸ方向に（手前側に）移動させると、金型の素材ＷＫが、切削工具Ｔ１の回転軌跡内に相対移動し、すくい面ＳＰにより加工面（ここでは上面）ＷＰを回転軌跡に沿った円弧状に切削することができる。切削工具Ｔ１の回転速度に対して、Ｘ軸ステージＸＳの移動速度が遅ければ、円弧状の溝を連続する形で、断面を図３（ａ）に示す直線状の溝ＧＶを形成できる。Ｘ軸ステージＸＳが金型の素材ＷＫの全長以上の距離にわたって移動（走査）することで、最初の溝加工が終了する。

その後、Ｙ軸ステージＹＳにより切削工具Ｔ１をＹ軸方向に上昇させ、金型の素材ＷＫとの干渉を回避しつつ、Ｘ軸ステージＸＳを逆のＸ方向に移動させまた下降させて切削開始点に戻す。更にＺ軸ステージＺＳにより、切削工具Ｔ１の刃幅（図３参照）以下の所定量だけワークＷＳを相対移動させた後、再び切削工具Ｔ１を回転させながら、Ｘ軸ステージＸＳをＸ方向に移動させることで、隣接した平行な溝ＧＶの加工を行える。このようにして、溝加工が終了するごとに切削開始点に切削工具Ｔを戻し、その都度Ｙ軸ステージＹＳを微量移動させることで、複数の溝構造（図４（ｂ）参照）を形成することができる。

かかる加工方法は、フライカット加工と呼ばれる方法であるが、切削工具Ｔ１が回転走査しているために、周期的に金型の素材ＷＫから離れることから、摩擦熱による切削工具Ｔ１の温度上昇を抑え、その損耗を抑制することができる。又、切削工具Ｔ１が金型の素材ＷＫから周期的に離れるので、切削加工により生じた切れ粉を自然に除去することが可能となる。特に、回転する切削工具Ｔ１が金型の素材ＷＫの相対移動方向に切り込まれる、いわゆるダウンカットを行うことで切削加工面精度が向上するが、これとは逆のアップカットを行っても良い。

図４（ａ）に、金型の素材ＷＫに形成された溝ＧＶの断面形状を示す概略図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す溝ＧＶの側面Ｓ２を、矢印IVB方向に見た図である。図４で概略図示したように、第１面である溝ＧＶの底面ＢＴは、切削工具Ｔ１の第１の縁部Ｅ１で切削されるので鏡面加工される。一方、第２面である溝ＧＶの側面Ｓ１，Ｓ２は、切削工具Ｔ１の第２の縁部Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂで切削されるので粗面加工される。

特に、図４（ｂ）において、溝ＧＶの側面Ｓ２上を移動する、第２の縁部Ｅ２Ａの１つの凸部の軌跡ＴＲに着目すると、切削工具Ｔ１が回転すると共に、金型の素材ＷＫに対して相対移動することで、軌跡ＴＲは、側面Ｓ２の上縁の或る位置から入り、側面Ｓ２上で円弧を描いて別の位置から出るようになっている。従って、入ってくる軌跡ＴＲと出て行く軌跡ＴＲとが側面Ｓ２上で交差することで、１つの綾目模様が形成されることとなる。更に、第２の縁部Ｅ２Ａには複数の凸部があるので、これらが切削工具と共に円弧状に移動することで、図４（ｂ）の左側に示すような複数の綾目模様が重ねて形成されることとなる。ここで、回転部ＲＴの回転速度又はＸ軸ステージＸＳの送り速度を変えることで、綾目模様の形状を変えることができる。１つの溝ＧＶを形成する際にＹ軸方向に徐々に切削工具Ｔ１を追い込んでゆく加工態様の場合、追い込む毎に綾目模様は上書きされることになるが、最終の追い込み位置で形成された綾目模様が溝ＧＶの側面Ｓ１，Ｓ２に残ることになる。

光学素子の成形装置を説明する。図５において、１２１、１２３は可動側金型、１２２は固定側金型である。可動側金型１２３は、可動側金型１２１に対して移動方向が異なり、また先端が楔状となっていて、これにより光学素子の入射面を成形するものである。上述した溝ＧＶは、可動側金型１２１に形成されている。可動側金型１２１には、射出成形機１２３からの樹脂材料が型内に注入されるゲート１２１ａが設けられている。ゲート１２１ａからの樹脂の射出方向は、光学素子の溝と交差する方向としたが、溝に沿う方向としても良い。また、溝ＧＶは固定側金型に形成されていても良い。

不図示の金型温度調節機により、金型１２１、１２２、１２３を成形に適する温度まで加熱する。これにより、両金型１２１、１２２、１２３においてキャビティを形成する金型部分の表面やその近傍の温度を成形に適する温度状態とすることができる。

次に、図５（ａ）に示すように、可動側金型１２１を固定側金型１２２側に向けて前進させるとともに、可動側金型１２３を側方から接近させて型閉じを開始させる。その後、可動側金型１２１、１２３と固定側金型１２２とが必要な圧力で締め付けられる型締めが行われる。

次に、図５（ｂ）に示すように、不図示の射出装置を動作させて、型締めされた両金型１２１、１２２、１２３の間のキャビティ中に、光学用透明樹脂である溶融樹脂を、ゲート１２１ａを介して必要な圧力で注入する射出を行わせる。

溶融樹脂をキャビティ内に導入した後は、キャビティ中の溶融樹脂が放熱によって徐々に冷却されるので、かかる冷却にともなって溶融樹脂が固化し成形が完了するのを待つ。

次に、図５（ｃ）に示すように、可動側金型１２１、１２３を固定側金型１２２から離間させる型開きを行う。その後、成形品の突き出しが行われ、成形品である成形体１は離型される。以上により、光学素子１の成形が完了する。

本実施の形態の製造方法により製造された金型を用いて樹脂の成形を行うことで、断面が台形状の複数の山部であって、その斜面が粗面とされ、ランド部が鏡面化された表面を有する平行平板状の光学素子１を転写成形することができる。また、光学素子１の側面はＶ字状の入射面１３（図６参照）となる。このとき、図４（ａ）に示すように溝ＧＶの溝底ＢＴが鏡面化されているので、離型性を高めることができる。

本実施の形態にかかる金型により成形された光学素子の用途について説明する。図６は、かかる光学素子を導光板として用いてなり、面発光する照射面を備えた照明ユニットＵを示している。図７は、かかる照明ユニットＵを利用した照明スタンドＳＴを示している。照明スタンドＳＴは、台座部３１と支柱３２とを備え、該支柱３２の先端側に照明ユニットＵを装着し、該照明ユニットＵの面発光する第１主面１１を該照明面と略平行に設置して使用するようにしている。

図６において、照明ユニットＵは、例えば面発光する第１主面１１、および、この第１主面に対向する第２主面１２を備える導光板１と、該導光板１の入射面１３となる一つの側面部に配設される複数の発光素子２と、を備えて、発光素子２が射出する光を導光板１内で導光して第１主面１１から射出するものである。

導光板１は、紙面に垂直な方向を長手方向とする平板状であって、照射面である第１主面１１を露出するようにして、発光素子２と共にケース３に一体的に収容されて構成される。

発光素子２は、入射面１３の方向に照明光を射出する光源であればよく、例えば、線状の光源（冷陰極管）や入射面１３の長手方向に間隔をおいて配設する複数の点状光源（ＬＥＤ）を用いることができる。また、低消費電力で発光強度が高く、白色発光するＬＥＤを用いることが好ましい。そのために、本実施形態では白色ＬＥＤを用いることとした。そのために、発光素子２に代えてＬＥＤ２として以後説明する。ＬＥＤ２は、ケース３内に収容される基板２１の長手方向（紙面に垂直な方向）に略等間隔（例えば、約１５ｍｍピッチ）で複数配列されている。

ＬＥＤ２は、白色ＬＥＤであり、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤからの光に励起されて所定波長の励起光を発光する蛍光体（例えば、黄色蛍光体）を組み合わせて白色発光するものである。また、白色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤを組み合わせた高演色ＬＥＤを用いてもよい。高演色ＬＥＤを用いることにより、高い色再現性の必要な用途に好適な照明ユニットを実現することが可能である。

基板２１は、例えば、入射面１３の長手方向の全幅程度の長さとされ、この基板２１に複数のチップ型のＬＥＤ２を所定ピッチで搭載する。このように、基板２１は、長手方向に一体とされるが、複数の基板に分け、それぞれを電気的に接続する構成としてもよい。また、基板２１は、照明ユニット外部に配置される電源回路（不図示）とリード線により接続され、電気回路に設ける明るさ調整ボタンにより、ＬＥＤに流れる電流を調整することで、照明ユニットの明るさを調整可能である。

ＬＥＤ２から出射された光はＶ字断面の入射面１３から入射し、上方および下方に屈折した後に、導光板１内を導光される。すなわち、導光板１の下面（第１主面１１）と上面（第２主面）との間で光は全反射されながら導光され、全反射角から外れた光が、第１主面１１から出射されて面発光する構成とされる。

また、面発光する際に、本実施形態では、導光板１の照明光を射出する主面（第１主面１１）の向かう垂線方向とは異なる傾斜した方向に強い光を照射可能な照明ユニットＵとしている。

光路偏向手段１５は、金型１２１により転写成形された、入射面１３の長手方向に平行な略三角断面の複数のＶ溝から構成することができる。また、本実施形態では、第２主面１２に設ける複数のＶ溝からなる光路偏向手段１５を採用している。この構成であれば、光路偏向手段１５を、射出面に対向する反対側の第２主面１２に設けるので、照度分布の均一化を図ることができ、射出面位置での照度分布をより均一にできる。

また、光路偏向手段１５を構成するＶ溝は、入射面側の第１Ａ斜面Ｖ１Ａと該第１Ａ斜面Ｖ１Ａと共に前記Ｖ溝を形成する第２Ａ斜面Ｖ２Ａとを有しており、この第１Ａ斜面Ｖ１Ａと第２Ａ斜面Ｖ２Ａとの傾斜角度を変えることで、第１主面１１の垂線方向から所定角度偏向する照明光の最大強度光の方向を調整することができる。又、光路偏向手段１５を構成するＶ溝の斜面は、金型１２１の溝ＧＶの側面Ｓ１，Ｓ２により粗面加工を施されているので拡散効果が生じ、光の制御に好適である。

ここで、導光板１は、可視光を透過する透明な材料（例えば、屈折率が約１．５のＰＭＭＡ：アクリル）からなると好ましい。

ＬＥＤ２から出射された光束は、第１主面１１と第２主面１２との間を全反射しながら導光され、光路偏向手段１５により反射拡散され全反射角から外れた光束が、第１主面１１から照明光として射出される。ここで、第２主面１２の外側に反射板４を配置することで、光路偏向手段１５により偏向されて第２主面１２の外側に漏れ出した光を反射して再び導光板１内に戻すことができ、第１主面１１から射出する照明光の強度を大きくすることができ、高効率の照明ユニットＵを実現することができる。

反射板４は、その内面にミラー処理やミラーフィルムを貼付した樹脂板や、白色塗装の白色反射処理やミラー処理を施した反射面を有するアルミ板金などを用いることができる。また、導光板１を収容するケース３の内面を、例えば、アルミ製板金に白色塗装の白色反射処理やミラー処理を施した反射面として形成してもよく、反射フィルム（例えば、きもと社製のレフホワイト）を用いる構成としてもよい。

また、第１主面１１の外側に拡散板５を配置している。この構成であれば、光路偏向手段１５が離散的に配置される複数のＶ溝から構成されていても、射出面（第１主面１１）における照明光の照度ムラ（輝度ムラ）を低減して、均一で目に優しい高品位な照明ユニットＵを実現することが可能である。拡散板５は透光性を有する従来公知の樹脂拡散板や樹脂拡散フィルムを用いることができる。

本実施の形態によれば、図７において、照明スタンドＳＴを机上３０の奥に配置して、照明ユニットＵの射出面（第１主面１１）を机上面に対して平行に配設しても、最大強度照明光は観察者４０側に傾いているので、手元を十分明るく照明できる。

（第２の実施の形態）
図８（ａ）は、第２の実施の形態にかかる切削工具Ｔ２にて、金型の素材ＷＫを切削する状態を示す図である。本実施の形態にかかる切削工具Ｔ２は、上述した実施の形態と同様にすくい面ＳＰが、直線状の縁部Ｅ１と、縁部Ｅ１に対して交差する方向に延在する直線状の縁部Ｅ２Ａ及びＥ２Ｂとにより輪郭付けられているが、上述とは異なり縁部Ｅ１および縁部Ｅ２Ｂは平滑な形状となっている。一方、縁部Ｅ２Ａは、微小な凹凸を有する形状となっている。すなわち、本実施の形態では、縁部Ｅ１および縁部Ｅ２Ｂが第１の縁部を構成し、縁部Ｅ２Ａが第２の縁部を構成する。

図８（ｂ）で概略図示したように、第１面である溝ＧＶの底面ＢＴおよび一方の側面Ｓ２は、切削工具Ｔ１の縁部Ｅ１および縁部Ｅ２Ｂで切削されるので鏡面加工される。一方、第２面である溝ＧＶの側面Ｓ１は、切削工具Ｔ１の第２の縁部Ｅ２Ａで切削されるので粗面加工される。

図９は、本実施の形態の切削工具Ｔ２により切削された金型を用いて成形された光学素子１を含む照明装置の一部断面図である。図９において、導光板１の上面１２に形成されたＬＥＤ２に近い側の斜面Ｖ１Ａは、金型の側面Ｓ１により転写形成されて粗面となり、ＬＥＤ２から遠い側の斜面Ｖ２Ａは、金型の側面Ｓ２により転写形成されて鏡面となる。

入射面１３はＶ字溝状であり、導光板１の厚み方向中央を境界としてＬＥＤ２の外周側に近づくように傾いた第１偏向平面１３ａと第２偏向平面１３ｂとを有する、よって、ＬＥＤ２の上半部から出射された光は、第１偏向平面１３ａで屈折して上面１２に向かい、ＬＥＤ２の下半部から出射された光は、第２偏向平面１３ｂで屈折して下面１１に向かうようになっている。

ＬＥＤ２から入射面１３を介して入射した光は、導光板１の下面１１と上面１２との間で全反射しながら導光され、光取り出し手段１５としての斜面Ｖ１Ａに入射して全反射角から外れた光が、第１主面１１から出射されて面発光する構成とされる。本実施の形態によれば、斜面Ｖ１Ａを粗面としているので、反射光が拡散して、より高品位な照明を実現できる。一方、斜面Ｖ１Ａに対向する斜面Ｖ２Ａは鏡面であるので、斜面Ｖ２Ａに入射した光に不要な散乱が生じることを抑制し、より正確な配光制御を実現して、光の利用効率を高めることができる。

図１０は、上述した実施の形態の変形例を示す図である。たとえば図１に示す３軸超精密加工機において、回転部ＲＴの回転速度ＶｒとＸ軸ステージＸＳの送り速度Ｖｘの比（Ｖｘ／Ｖｒ）を変更することで、金型の素材ＷＫに形成される綾目模様の密度を変更できる。より具体的には、回転速度に対する送り速度の比（Ｖｘ／Ｖｒ）を小さくすると、綾目模様の密度が増大し面粗度が大きくなる。一方、回転速度に対する送り速度の比（Ｖｘ／Ｖｒ）を大きくすると、綾目模様の密度が減少し面粗度が小さくなる。

ここで、図１０（ａ）に示す光学素子において、ＬＥＤ２に近い位置の斜面Ｖ１Ａに入射する光の量は比較的多く、また光源による照度分布ムラが大きい。一方、ＬＥＤ２から遠ざかるにつれて斜面Ｖ１Ａに入射する光の量が減少し、また光源による照度分布ムラは小さくなる。そこで、本変形例においては、ＬＥＤ２に近い位置の斜面Ｖ１Ａについては、図１０（ｂ）に示すように、回転速度に対して送り速度を小さくして面粗度を大きくし、入射光の拡散度を高めて均一な照度を確保するようにしている。さらに、ＬＥＤ２から遠ざかるにつれて、回転速度に対する送り速度を漸次増大させて、徐々に面粗度を低めて入射光の拡散度を弱め、出射光量を増大させるようにしている。たとえば、図１０（ｂ）に示すＬＥＤ２に最も近い斜面Ｖ１Ａでは、面粗度をＲａ０．７ｍｍ程度とし、図１０（ｃ）に示すＬＥＤ２に最も遠い斜面Ｖ１Ａでは、面粗度をＲａ０．１ｍｍ程度とし、その間はＬＥＤ２からの距離に応じて面粗度が小さくなるようにするのが望ましい。なお、斜面Ｖ２Ａにも同様の加工を行うことができる。

図１１は、別な変形例を示す図である。図１１（ａ）に示すように、光学素子１を上面側から見たときに、斜面Ｖ１Ａへの入射光線において、所定間隔で並べられた複数のＬＥＤ２の正面方向が最も光強度が高くなる一方、ＬＥＤ２の間では、斜面Ｖ１Ａへの入射光線の強度が比較的低いので、ユーザーが光の強弱による粒状感を感じる恐れがある。そこで、図１１（ｂ）に示すように、同一の斜面Ｖ１Ａを加工する際に、ＬＥＤ２に近い位置の斜面Ｖ１Ａについては、回転速度に対して送り速度を小さくして面粗度を大きくする。さらに、ＬＥＤ２から遠ざかるにつれて、回転速度に対する送り速度を漸次増大させて、徐々に面粗度を高めるようにする。隣接するＬＥＤ２が近づいてきたら、回転速度に対して送り速度を小さくして面粗度を大きくするのである。このようにすることで、同一の斜面Ｖ１Ａ内でＬＥＤ２に近い位置では面粗度が大きく拡散度が高まり、ＬＥＤ２の間では面粗度が小さく拡散度が低くなるように加工でき、照度ムラを緩和できるのである。なお、斜面Ｖ２Ａにも同様の加工を行うことができる。

なお、図５に示す可動側金型１２３の一部を、本実施の形態にかかる加工方法にて加工することができる。より具体的には、図１２に示すようにして、可動側金型１２３の楔状の一方の面１２３ａに、切削工具Ｔ１の第２の縁部Ｅ２Ａを当てて、不図示の回転部により面１２３aの法線に平行な軸ＡＸ回りに回転させつつ、紙面垂直方向に移動させることで、図４に示すものと同様な綾目模様を形成できる。楔状の一方の面１２３ａの加工が完了すれば、切削工具Ｔ１を反転させて、同様に他方の面１２３ｂに綾目模様を加工できる。このように綾目加工を行った可動側金型１２３を用いて光学素子１を転写成形すると、入射面１３の面粗度が大きくなるので、複数のＬＥＤ２を用いた場合の粒状感を緩和させる効果がある。

さらに、図１３に示すように、拡散板５（図６参照）の表面を綾目加工とすることができる。より具体的には、拡散板５の表面５aに、切削工具Ｔ１の第２の縁部Ｅ２Ａを当てて、不図示の回転部により表面５aの法線に平行な軸ＡＸ回りに回転させつつ、表面５aに沿った方向に移動させることで、図４に示すものと同様な綾目模様を形成できる。これにより拡散板５の拡散効果をより高めることができる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。

１ 導光板
２ 発光素子
３ ケース
４ 反射板
５ 拡散板
１１ 第１主面
１２ 第２主面
１３ 入射面
１５ 光路偏向手段
２１ 基板
３０ 机上
３１ 台座部
３２ 支柱
４０ 観察者
ＢＴ 溝底
Ｅ１ 第１の縁部
Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ 第２の縁部
ＧＶ 溝
ＯＳ 光学検出部
ＲＳ 回転機構
ＲＴ 回転部
Ｓ１ 第１の斜面
Ｓ２ 第２の斜面
ＳＰ すくい面
ＳＴ 照明スタンド
Ｔ１ 切削工具
ＴＨ 支持部
Ｕ 照明ユニット
ＷＫ 金型の素材
ＷＰ 加工面
ＸＳ Ｘ軸ステージ
ＹＳ Ｙ軸ステージ
ＺＳ Ｚ軸ステージ

Claims (10)

1. すくい面が、第１の縁部と、前記第１の縁部に対して交差する方向に延在する第２の縁部とを含む切削工具を用いて、光学素子成形用の金型の素材に溝を形成する金型の製造方法であって、
   前記切削工具を回転させながら、前記金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記第１の縁部により前記溝の第１面を加工形成すると同時に、前記第２の縁部により前記溝の前記第１面とは異なる第２面を加工するようになっており、加工された前記第１面は鏡面であり、加工された前記第２面は粗面であって、前記第１面は底面であり、前記第２面は側面であることを特徴とする金型の製造方法。
2. 前記第１面は前記溝の底面と前記溝の一方の側面であり、前記第２面は前記一方の側面に対向する他方の側面であることを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
3. 前記金型の素材はフライカット方式により切削されることを特徴とする請求項１または２に記載の金型の製造方法。
4. 前記溝の第２面には、綾目模様が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金型の製造方法。
5. 前記切削工具の回転速度と送り速度の比を変化させることにより、前記綾目模様の形状を変化させて面粗度を異ならせることを特徴とする請求項４に記載の金型の製造方法。
6. 前記金型の素材は並行して延在する複数の溝を有し、少なくとも２つの前記溝の加工時に、前記切削工具の回転速度と送り速度との比を変化させることにより、前記第２面の面粗度を異ならせたことを特徴とする請求項４または５に記載の金型の製造方法。
7. １本の前記溝の加工時に、前記切削工具の回転速度と送り速度との比を変化させることにより、局所的に前記第２面の面粗度を異ならせたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の金型の製造方法。
8. 光学素子成形用の金型の素材に対して溝を形成するために、すくい面が、第１の縁部と、前記第１の縁部に対して交差する方向に延在する第２の縁部とを含む切削工具であって、
   前記第１の縁部の形状は平滑であり、前記第２の縁部の形状は微小な凹凸を有し、
   前記切削工具を回転させながら、光学素子成形用の金型の素材に対して前記溝方向に移動させることにより、前記第１の縁部により前記溝の第１面を加工形成すると同時に、前記第２の縁部により前記溝の前記第１面とは異なる第２面を加工するようになっており、加工された前記第１面は鏡面であり、加工された前記第２面は粗面であって、前記第２の縁部は、前記第１の縁部を挟んで前記すくい面の両側に設けられていることを特徴とする切削工具。
9. 前記第２の縁部は、前記第１の縁部と交差していることを特徴とする請求項８に記載の切削工具。
10. 前記切削工具は単結晶ダイヤモンド製であることを特徴とする請求項８または９に記載の切削工具。

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