JP7023624B2 - 微細加工装置、制御装置、原盤の製造方法、及び原盤用基材の微細加工方法 - Google Patents
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工具設置部と、
前記工具設置部に固定され、円柱形状または円筒形状の原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第1の工具と、
前記工具設置部に設けられ、前記原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第2の工具と、
前記第2の工具の設置位置を調整可能な工具調整部と、
前記第2の工具の変位を測定する変位測定部と、
前記原盤用基材の中心軸を中心に前記原盤用基材を回転させながら、前記工具設置部を前記原盤用基材に対して前記中心軸方向に相対移動させる基台駆動部と、
前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの相対距離を算出し、前記工具調整部を制御することで、前記相対距離を所定範囲内の値に維持する制御部と、
を備え、
前記相対距離は、前記第1の工具及び前記第2の工具の切込み方向の相対距離△xと、前記第1の工具及び前記第2の工具の配列方向の相対距離△zとを含み、
前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点は、前記原盤用基材の中心軸を通り、かつ前記切込み方向に平行な平面上に配置され、
前記制御部は、
前記相対距離△x及び前記相対距離△zを前記所定範囲内の値に維持するとともに、
前記原盤用基材の回転速度と、前記工具設置部の前記中心軸方向の移動速度とを制御することによって、前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点の前記原盤用基材の外周面に対する相対的な移動軌跡と前記中心軸とのなす角度θを調整することを特徴とする、微細加工装置が提供される。
微細加工ユニットを制御する制御装置であって、
前記微細加工ユニットは、
工具設置部と、
前記工具設置部に固定され、円柱形状または円筒形状の原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第1の工具と、
前記工具設置部に設けられ、前記原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第2の工具と、
前記第2の工具の設置位置を調整可能な工具調整部と、
前記第2の工具の変位を測定する変位測定部と、
前記原盤用基材の中心軸を中心に前記原盤用基材を回転させながら、前記工具設置部を前記原盤用基材に対して前記中心軸方向に相対移動させる基台駆動部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの相対距離を算出し、前記工具調整部を制御することで、前記相対距離を所定範囲内の値に維持する制御部を備え、
前記相対距離は、前記第1の工具及び前記第2の工具の切込み方向の相対距離△xと、前記第1の工具及び前記第2の工具の配列方向の相対距離△zとを含み、
前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点は、前記原盤用基材の中心軸を通り、かつ前記切込み方向に平行な平面上に配置され、
前記制御部は、
前記相対距離△x及び前記相対距離△zを前記所定範囲内の値に維持するとともに、
前記原盤用基材の回転速度と、前記工具設置部の前記中心軸方向の移動速度とを制御することによって、前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点の前記原盤用基材の外周面に対する相対的な移動軌跡と前記中心軸とのなす角度θを調整することを特徴とする、制御装置が提供される。
本発明の他の観点によれば、
工具設置部と、
前記工具設置部に設けられ、原盤用基材に微細凹部を形成可能な第1の工具と、
前記工具設置部に設けられ、前記原盤用基材に微細凹部を形成可能な第2の工具と、
前記第1の工具の設置位置を調整可能な第1の工具調整部と、
前記第1の工具の変位を測定する第1の変位測定部と、
前記第2の工具の設置位置を調整可能な第2の工具調整部と、
前記第2の工具の変位を測定する第2の変位測定部と、
前記工具設置部を前記原盤用基材に対して相対移動させる基台駆動部と、
前記第1の工具の変位に基づいて、前記第2の工具の作用点から前記第1の工具の作用点までの第1の相対距離を算出し、前記第1の工具調整部を制御し、前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの第2の相対距離を算出し、前記第2の工具調整部を制御することで、前記第1及び第2の相対距離を所定範囲内の値に維持する制御部と、を備えることを特徴とする、微細加工装置が提供される。
まず、図1~図3に基づいて、本実施形態に係る微細加工装置1の概要について説明する。微細加工装置1は、微細加工ユニット10及び制御装置60を備える。微細加工ユニット10は、第1の切削工具11及び第2の切削工具12と、工具設置部40とを備える。そして、微細加工ユニット10は、第1の切削工具11及び第2の切削工具12を用いて原盤用基材(ワーク)100を切削する。具体的には、加工ステージ50(基台駆動部)(図4参照)に微細加工ユニット10を取り付ける。ついで、加工ステージ50を駆動することで、微細加工ユニット10を切込み方向(x1軸正方向)に移動させる。これにより、第1の切削工具11及び第2の切削工具12の作用点11c、12cを原盤用基材100に押し当てる。ここで、作用点11c、12cは、第1の切削工具11及び第2の切削工具12の先端であり、原盤用基材100を切削する部分である。第1の切削工具11及び第2の切削工具12は、原盤用基材100の表面を切削することで、原盤用基材100の表面に微細凹部100aを形成する。
次に、図1~図9Cに基づいて、微細加工ユニット10の構成をより詳細に説明する。微細加工ユニット10は、第1の切削工具11、第2の切削工具12、工具収納ケース20、工具調整部30a、31a、変位測定器(変位測定部)30b、31b、及び工具設置部40を備える。
つぎに、図5及び図6に基づいて、微細加工ユニット10の変形例を説明する。図5に示す変形例では、第1の切削工具11も移動可能としたものである。すなわち、図5に示す変形例では、微細加工ユニット10は、図4に示す例に加えて、ケース21、工具調整部32a、33a、変位測定器32b、33bを備える。ケース21は、第1の切削工具11を収納する。ケース21は、工具設置部40に形成されたケース収納用凹部42内に設置される。
次に、図3に基づいて、制御装置60の構成について説明する。制御装置60は、工具調整部30a、31a、変位測定器30b、31bと通信ケーブル等で連結されており、これらの構成要素との間で情報のやりとりが可能となっている。また、制御装置は、微細加工ユニット10の位置をx1z1座標値として測定する変位測定器と通信ケーブル等で接続されており、当該変位測定器から情報を受信することが可能となっている。
つぎに、微細加工装置を用いた原盤の製造方法(言い換えれば、原盤用基材の切削方法)を図10に示すフローチャートに沿って説明する。作業者は、以下に説明する工程を行うことで、原盤を作製する。
x2B=x2A+(x1B-x1A) (1)
つぎに、本実施形態の実施例を説明する。実施例1では、直径250mm、長さ1000mmの円柱形状の原盤用基材100を準備した。材質はSUS304とした。ついで、原盤用基材100にニッケルリンめっき処理を施すことで原盤用基材100上に被覆層を形成した。さらに、被覆層を平坦化した。平坦化のための具体的な処理は上述したとおりである。
微細凹部100aの長さ方向と原盤用基材100の中心軸Aとのなす角度θを0°とした他は実施例1と同様の工程を行った。結果を表1にまとめて示す。
微細凹部100aの長さ方向と原盤用基材100の中心軸Aとのなす角度θを90°とした他は実施例1と同様の工程を行った。結果を表1にまとめて示す。
微細加工ユニット10を図5に示すものに変更した他は、実施例1と同様の工程を行った。結果を表1にまとめて示す。
作用点11c、12c間の高さHを10mmとした他は実施例1と同様の工程を行った。
第1の切削工具11を移動可能とし、第2の切削工具12を工具設置部40に固定するようにした他は、実施例1と同様の工程を行った。すなわち、この例では、微細加工ユニット10は、図4に示す第1の切削工具11と第2の切削工具12とを入れ替えた構造を有する。結果を表1にまとめて示す。
フィードバック制御(ステップS50に示す処理)を行わなかった他は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1にまとめて示す。
フィードバック制御(ステップS50に示す処理)を行わなかった他は実施例2と同様の処理を行った。結果を表1にまとめて示す。
フィードバック制御(ステップS50に示す処理)を行わなかった他は実施例3と同様の処理を行った。結果を表1にまとめて示す。
第1の切削工具11及び第2の切削工具12を工具設置部40に固定することとした他は、実施例1と同様の処理を行った。結果を表1にまとめて示す。
10 微細加工ユニット
11 第1の切削工具
11c 第1の切削工具の作用点
12 第2の切削工具
12c 第2の切削工具の作用点
30a、31a 工具調整部
30b、31b 変位測定器
40 工具設置部
100 原盤用基材
Claims (6)
- 工具設置部と、
前記工具設置部に固定され、円柱形状または円筒形状の原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第1の工具と、
前記工具設置部に設けられ、前記原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第2の工具と、
前記第2の工具の設置位置を調整可能な工具調整部と、
前記第2の工具の変位を測定する変位測定部と、
前記原盤用基材の中心軸を中心に前記原盤用基材を回転させながら、前記工具設置部を前記原盤用基材に対して前記中心軸方向に相対移動させる基台駆動部と、
前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの相対距離を算出し、前記工具調整部を制御することで、前記相対距離を所定範囲内の値に維持する制御部と、
を備え、
前記相対距離は、前記第1の工具及び前記第2の工具の切込み方向の相対距離△xと、前記第1の工具及び前記第2の工具の配列方向の相対距離△zとを含み、
前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点は、前記原盤用基材の中心軸を通り、かつ前記切込み方向に平行な平面上に配置され、
前記制御部は、
前記相対距離△x及び前記相対距離△zを前記所定範囲内の値に維持するとともに、
前記原盤用基材の回転速度と、前記工具設置部の前記中心軸方向の移動速度とを制御することによって、前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点の前記原盤用基材の外周面に対する相対的な移動軌跡と前記中心軸とのなす角度θを調整することを特徴とする、微細加工装置。 - 前記工具調整部は、ピエゾ素子を含むことを特徴とする、請求項1に記載の微細加工装置。
- 微細加工ユニットを制御する制御装置であって、
前記微細加工ユニットは、
工具設置部と、
前記工具設置部に固定され、円柱形状または円筒形状の原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第1の工具と、
前記工具設置部に設けられ、前記原盤用基材の外周面に螺旋状の微細凹部を形成可能な第2の工具と、
前記第2の工具の設置位置を調整可能な工具調整部と、
前記第2の工具の変位を測定する変位測定部と、
前記原盤用基材の中心軸を中心に前記原盤用基材を回転させながら、前記工具設置部を前記原盤用基材に対して前記中心軸方向に相対移動させる基台駆動部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの相対距離を算出し、前記工具調整部を制御することで、前記相対距離を所定範囲内の値に維持する制御部を備え、
前記相対距離は、前記第1の工具及び前記第2の工具の切込み方向の相対距離△xと、前記第1の工具及び前記第2の工具の配列方向の相対距離△zとを含み、
前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点は、前記原盤用基材の中心軸を通り、かつ前記切込み方向に平行な平面上に配置され、
前記制御部は、
前記相対距離△x及び前記相対距離△zを前記所定範囲内の値に維持するとともに、
前記原盤用基材の回転速度と、前記工具設置部の前記中心軸方向の移動速度とを制御することによって、前記第1の工具の作用点及び前記第2の工具の作用点の前記原盤用基材の外周面に対する相対的な移動軌跡と前記中心軸とのなす角度θを調整することを特徴とする、制御装置。 - 請求項1又は2に記載の微細加工装置を用いた原盤の製造方法であって、
前記第1の工具を前記工具設置部に固定する工程と、
前記第2の工具を前記工具設置部に設ける工程と、
前記工具設置部を前記原盤用基材に対向する位置に設置する工程と、
前記変位測定部を用いて前記第2の工具の変位を測定する工程と、
前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの相対距離を算出し、前記工具調整部を制御することで、前記相対距離を所定範囲内の値に維持する工程と、
前記第1の工具及び前記第2の工具を用いて前記原盤用基材に前記微細凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする、原盤の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の微細加工装置を用いた原盤用基材の微細加工方法であって、
前記第1の工具を前記工具設置部に固定する工程と、
前記第2の工具を前記工具設置部に設ける工程と、
前記工具設置部を前記原盤用基材に対向する位置に設置する工程と、
前記変位測定部を用いて前記第2の工具の変位を測定する工程と、
前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの相対距離を算出し、前記工具調整部を制御することで、前記相対距離を所定範囲内の値に維持する工程と、
前記第1の工具及び前記第2の工具を用いて前記原盤用基材に前記微細凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする、原盤用基材の微細加工方法。 - 工具設置部と、
前記工具設置部に設けられ、原盤用基材に微細凹部を形成可能な第1の工具と、
前記工具設置部に設けられ、前記原盤用基材に微細凹部を形成可能な第2の工具と、
前記第1の工具の設置位置を調整可能な第1の工具調整部と、
前記第1の工具の変位を測定する第1の変位測定部と、
前記第2の工具の設置位置を調整可能な第2の工具調整部と、
前記第2の工具の変位を測定する第2の変位測定部と、
前記工具設置部を前記原盤用基材に対して相対移動させる基台駆動部と、
前記第1の工具の変位に基づいて、前記第2の工具の作用点から前記第1の工具の作用点までの第1の相対距離を算出し、前記第1の工具調整部を制御し、前記第2の工具の変位に基づいて、前記第1の工具の作用点から前記第2の工具の作用点までの第2の相対距離を算出し、前記第2の工具調整部を制御することで、前記第1及び第2の相対距離を所定範囲内の値に維持する制御部と、を備えることを特徴とする、微細加工装置。
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