JPH10166212A - 鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズ - Google Patents
鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズInfo
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- JPH10166212A JPH10166212A JP33107596A JP33107596A JPH10166212A JP H10166212 A JPH10166212 A JP H10166212A JP 33107596 A JP33107596 A JP 33107596A JP 33107596 A JP33107596 A JP 33107596A JP H10166212 A JPH10166212 A JP H10166212A
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- axis direction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸対称でない曲面形状を有する光学部品を成
形金型から得るために、高い面精度で均一な鏡面状態に
切削加工する。 【解決手段】 主軸１の軸芯から半径Ｒ離間した部位で
切削部が回転駆動される切削工具２をＺ軸方向に往復駆
動し、Ｙステージ１１でＹ軸方向に所定送りピッチで往
復駆動し、軸芯のラジアル方向に沿うＸ軸方向に往復駆
動し傾き制御を行うＸテーブル１２を備え、セットされ
た所定の母線形状を有するワークＷを所定粗さの鏡面に
切削加工するために３軸制御を行う。
形金型から得るために、高い面精度で均一な鏡面状態に
切削加工する。 【解決手段】 主軸１の軸芯から半径Ｒ離間した部位で
切削部が回転駆動される切削工具２をＺ軸方向に往復駆
動し、Ｙステージ１１でＹ軸方向に所定送りピッチで往
復駆動し、軸芯のラジアル方向に沿うＸ軸方向に往復駆
動し傾き制御を行うＸテーブル１２を備え、セットされ
た所定の母線形状を有するワークＷを所定粗さの鏡面に
切削加工するために３軸制御を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鏡面切削加工装
置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型
とプラスチックレンズに係り、例えば非球面レンズやト
ーリックレンズ等の光学部品であって、これらを所定樹
脂材料から射出樹脂成形するために用いられる成形金型
等の表面を高い面精度で鏡面状態に切削加工する技術に
関するものである。
置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型
とプラスチックレンズに係り、例えば非球面レンズやト
ーリックレンズ等の光学部品であって、これらを所定樹
脂材料から射出樹脂成形するために用いられる成形金型
等の表面を高い面精度で鏡面状態に切削加工する技術に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、レンズ等の光学部品であっ
て、その形状が軸対称であるものは球面、非球面形状を
問わず、図１０に示すような２軸制御の精密切削加工機
を用いて得られる成形金型を用いて射出成形できる。
て、その形状が軸対称であるものは球面、非球面形状を
問わず、図１０に示すような２軸制御の精密切削加工機
を用いて得られる成形金型を用いて射出成形できる。
【０００３】すなわち、図１０において、回転部４０１
の主軸と一体である加工台４０２に被加工物Ｗを保持固
定し、被加工物ＷをＺ軸回りに回転させながら、これを
図中の左方向のＺ軸方向へ移動させる一方で、半径Ｒの
円弧状の刃先４０３ａを有するダイヤモンドバイト４０
３をこのＺ軸に直交するＸ軸方向に送りつつ、軸対称の
曲面Ｗｂを切削加工することができる。
の主軸と一体である加工台４０２に被加工物Ｗを保持固
定し、被加工物ＷをＺ軸回りに回転させながら、これを
図中の左方向のＺ軸方向へ移動させる一方で、半径Ｒの
円弧状の刃先４０３ａを有するダイヤモンドバイト４０
３をこのＺ軸に直交するＸ軸方向に送りつつ、軸対称の
曲面Ｗｂを切削加工することができる。
【０００４】このように、被加工物Ｗの加工面Ｗｂが回
転軸に対して対称形状となる場合には、図１０に図示の
ような切削加工装置により高い面精度の曲面に加工する
ことができ、また鏡面に仕上げることもできる。
転軸に対して対称形状となる場合には、図１０に図示の
ような切削加工装置により高い面精度の曲面に加工する
ことができ、また鏡面に仕上げることもできる。
【０００５】一方、トーリックレンズやシリンドリカル
レンズ等のように軸対称でない曲面を有するものを射出
成形するための金型を得るためには、図１１に示すよう
なＸＹＺの３軸方向に位置制御されるＮＣ工作機械が使
用される。
レンズ等のように軸対称でない曲面を有するものを射出
成形するための金型を得るためには、図１１に示すよう
なＸＹＺの３軸方向に位置制御されるＮＣ工作機械が使
用される。
【０００６】このようなＮＣ工作機械において、主軸２
０１に高精度のボールエンドミル２０２を取り付け、こ
の主軸２０１を一定方向に回転させる。また、このエン
ドミルの回転軸（Ｘ軸）に直交するＺ軸方向に被加工物
であるワークＷを相対移動するとともに、主軸２０１を
図示のように旋回して、ワーク表面のＺ軸方向に沿う帯
状部分Ｗｂ−１を先ず切削加工し、次いで主軸２０１ま
たは被加工物ＷをＹ軸方向に所定のピッチΔＹ分移動し
て、同様に次の帯状部分Ｗｂ−２を切削加工する。
０１に高精度のボールエンドミル２０２を取り付け、こ
の主軸２０１を一定方向に回転させる。また、このエン
ドミルの回転軸（Ｘ軸）に直交するＺ軸方向に被加工物
であるワークＷを相対移動するとともに、主軸２０１を
図示のように旋回して、ワーク表面のＺ軸方向に沿う帯
状部分Ｗｂ−１を先ず切削加工し、次いで主軸２０１ま
たは被加工物ＷをＹ軸方向に所定のピッチΔＹ分移動し
て、同様に次の帯状部分Ｗｂ−２を切削加工する。
【０００７】以下同様の切削加工を繰り返し実行するす
ることで、ワークＷの表面Ｗｂの全体を所定の曲面形状
に加工している。
ることで、ワークＷの表面Ｗｂの全体を所定の曲面形状
に加工している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１１に
おいて述べたような従来の技術において、トーリックレ
ンズのように軸対象でない光学部品の金型を製作する場
合に、高い面精度で均一な鏡面状態の曲面を得ることは
非常に困難である。
おいて述べたような従来の技術において、トーリックレ
ンズのように軸対象でない光学部品の金型を製作する場
合に、高い面精度で均一な鏡面状態の曲面を得ることは
非常に困難である。
【０００９】その最大の理由として、３軸位置に制御さ
れるＮＣ工作機械の主軸にボールエンドミルを取り付け
てこれを回転させて切削加工するように構成されている
ために、ボールエンドミルの刃先の周速は回転中心では
ゼロとなり、従ってこの部分の切削性がゼロとなる。一
方、ボールエンドミルの径方向外方部位の周速は外周に
近くなる程大きくなり、その分切削性が増大することに
なる。
れるＮＣ工作機械の主軸にボールエンドミルを取り付け
てこれを回転させて切削加工するように構成されている
ために、ボールエンドミルの刃先の周速は回転中心では
ゼロとなり、従ってこの部分の切削性がゼロとなる。一
方、ボールエンドミルの径方向外方部位の周速は外周に
近くなる程大きくなり、その分切削性が増大することに
なる。
【００１０】このようにボールエンドミルの切削刃の位
置によって切削性が大きく変化すると、被加工物の表面
を均一な鏡面状態に加工することは到底できなくなるこ
とになる。
置によって切削性が大きく変化すると、被加工物の表面
を均一な鏡面状態に加工することは到底できなくなるこ
とになる。
【００１１】したがって、本発明はこのような問題点に
鑑みてなされたものであり、トーリックレンズのように
軸対称でない曲面形状を有する光学部品を成形金型から
得る場合に、高い面精度で均一な鏡面状態に切削加工す
ることができる鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及
び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズを
提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、トーリックレンズのように
軸対称でない曲面形状を有する光学部品を成形金型から
得る場合に、高い面精度で均一な鏡面状態に切削加工す
ることができる鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及
び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズを
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明は、主軸の軸芯から半径
Ｒ離間した部位で切削部が回転駆動される切削工具を前
記軸芯に沿うＺ軸方向に往復駆動するために基部に配設
される第１の駆動手段と、前記軸芯に直交するＹ軸方向
に所定送りピッチで往復駆動するために前記基部に配設
される第２の駆動手段と、前記軸芯のラジアル方向に沿
うＸ軸方向に往復駆動されるとともに、前記切削工具の
切削力による傾き制御を行うために前記第２の駆動手段
に搭載される第３の駆動手段とを備え、前記第３の駆動
手段にセットされた所定の母線形状を有する被切削加工
物を所定粗さの鏡面に切削加工するために３軸制御を行
う鏡面切削加工装置であって、前記被切削加工物を前記
Ｚ軸方向に沿って帯状に切削した後に、前記所定送りピ
ッチ分前記第２の駆動手段を移動後に、前記Ｚ軸方向に
沿うように帯状に切削加工する動作を、繰り返し行う制
御手段を具備することを特徴としている。
目的を達成するために、本発明は、主軸の軸芯から半径
Ｒ離間した部位で切削部が回転駆動される切削工具を前
記軸芯に沿うＺ軸方向に往復駆動するために基部に配設
される第１の駆動手段と、前記軸芯に直交するＹ軸方向
に所定送りピッチで往復駆動するために前記基部に配設
される第２の駆動手段と、前記軸芯のラジアル方向に沿
うＸ軸方向に往復駆動されるとともに、前記切削工具の
切削力による傾き制御を行うために前記第２の駆動手段
に搭載される第３の駆動手段とを備え、前記第３の駆動
手段にセットされた所定の母線形状を有する被切削加工
物を所定粗さの鏡面に切削加工するために３軸制御を行
う鏡面切削加工装置であって、前記被切削加工物を前記
Ｚ軸方向に沿って帯状に切削した後に、前記所定送りピ
ッチ分前記第２の駆動手段を移動後に、前記Ｚ軸方向に
沿うように帯状に切削加工する動作を、繰り返し行う制
御手段を具備することを特徴としている。
【００１３】また、鏡面切削加工方法は、主軸の軸芯か
ら半径Ｒ離間した部位で切削部が回転駆動される切削工
具を前記軸芯に沿うＺ軸方向に往復駆動し、前記軸芯に
直交するＹ軸方向に所定送りピッチで往復駆動し、前記
軸芯のラジアル方向に沿うＸ軸方向に往復駆動し、前記
切削工具の切削力による傾き制御を行い、所定の母線形
状を有する被切削加工物を所定粗さの鏡面に切削加工す
るために３軸制御を行い鏡面切削加工するための鏡面切
削加工方法であって、前記被切削加工物を前記Ｚ軸方向
に沿って帯状に切削した後に、前記所定送りピッチ分前
記第２の駆動手段を移動後に、前記Ｚ軸方向に沿うよう
に帯状に切削加工する動作を、繰り返し行うことを特徴
としている。
ら半径Ｒ離間した部位で切削部が回転駆動される切削工
具を前記軸芯に沿うＺ軸方向に往復駆動し、前記軸芯に
直交するＹ軸方向に所定送りピッチで往復駆動し、前記
軸芯のラジアル方向に沿うＸ軸方向に往復駆動し、前記
切削工具の切削力による傾き制御を行い、所定の母線形
状を有する被切削加工物を所定粗さの鏡面に切削加工す
るために３軸制御を行い鏡面切削加工するための鏡面切
削加工方法であって、前記被切削加工物を前記Ｚ軸方向
に沿って帯状に切削した後に、前記所定送りピッチ分前
記第２の駆動手段を移動後に、前記Ｚ軸方向に沿うよう
に帯状に切削加工する動作を、繰り返し行うことを特徴
としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施形態に
つき、添付図面を参照して説明する。
つき、添付図面を参照して説明する。
【００１５】先ず、図１（ａ）は鏡面切削加工装置の要
部を示した外観斜視図であって、レーザプリンタやレー
ザファクシミリ等の画像形成装置の光学系に用いるトー
リックレンズを樹脂成形するための金型を加工する様子
を示している。
部を示した外観斜視図であって、レーザプリンタやレー
ザファクシミリ等の画像形成装置の光学系に用いるトー
リックレンズを樹脂成形するための金型を加工する様子
を示している。
【００１６】図１（ａ）において、後述するように構成
される超精密ＮＣ工作機械Ｍの保持面であるＸＹステー
ジ１０の表面に被加工物のワークＷが固定されており、
この工作機械のＺ軸回りに回転する主軸１に、バイトで
ある単結晶のダイヤモンドカッター２を保持するための
バイトホルダ３が取り付けられている。
される超精密ＮＣ工作機械Ｍの保持面であるＸＹステー
ジ１０の表面に被加工物のワークＷが固定されており、
この工作機械のＺ軸回りに回転する主軸１に、バイトで
ある単結晶のダイヤモンドカッター２を保持するための
バイトホルダ３が取り付けられている。
【００１７】そして、この主軸１は第１の方向であるＺ
軸方向に往復移動するように構成されている。
軸方向に往復移動するように構成されている。
【００１８】一方、ＸＹステージ１０は、第２の方向で
あるＹ軸方向（水平方向）に往復移動するＹステージ１
１と、その上でＸ軸方向（垂直方向）に往復移動するＸ
ステージ１２とか構成されている。このＹステージ１１
のＹ方向の位置とＸステージ１２のＸ軸方向の位置制御
は、後述するようにそれぞれレーザ干渉計によってモニ
ターされ精密駆動できるように構成されており、ワーク
Ｗを第２の方向と、第３の方向に沿うように０．０１μ
ｍの誤差の範囲で極めて高精度に位置決めできるように
している。同様に、第３の方向についてもに０．０１μ
ｍの誤差の範囲で極めて高精度に位置決めできるように
している。
あるＹ軸方向（水平方向）に往復移動するＹステージ１
１と、その上でＸ軸方向（垂直方向）に往復移動するＸ
ステージ１２とか構成されている。このＹステージ１１
のＹ方向の位置とＸステージ１２のＸ軸方向の位置制御
は、後述するようにそれぞれレーザ干渉計によってモニ
ターされ精密駆動できるように構成されており、ワーク
Ｗを第２の方向と、第３の方向に沿うように０．０１μ
ｍの誤差の範囲で極めて高精度に位置決めできるように
している。同様に、第３の方向についてもに０．０１μ
ｍの誤差の範囲で極めて高精度に位置決めできるように
している。
【００１９】また、ダイヤモンドカッター２の刃先の形
状は、例えば、半径５ｍｍで形状誤差である真円度が
０．１μｍの円弧状であり、旋回半径は２５ｍｍに設定
されている。
状は、例えば、半径５ｍｍで形状誤差である真円度が
０．１μｍの円弧状であり、旋回半径は２５ｍｍに設定
されている。
【００２０】以上の構成において、ワークＷの表面は以
下のように切削される。まず、Ｙステージ１１を所定の
Ｙ位置に固定して主軸１をＺ軸回りにダウンカットまた
はアッパーカットする方向に回転させて、ワークＷをＺ
軸方向に横切って移動させ、同時に、後述する所定の加
工プログラムに従ってＸステージ１２をＸ軸方向に移動
させることで、ワークＷをダイヤモンドカッター２に対
して相対移動して、ワークＷの表面のＺ軸方向に沿う帯
状部分Ｗｂ−１を切削する。
下のように切削される。まず、Ｙステージ１１を所定の
Ｙ位置に固定して主軸１をＺ軸回りにダウンカットまた
はアッパーカットする方向に回転させて、ワークＷをＺ
軸方向に横切って移動させ、同時に、後述する所定の加
工プログラムに従ってＸステージ１２をＸ軸方向に移動
させることで、ワークＷをダイヤモンドカッター２に対
して相対移動して、ワークＷの表面のＺ軸方向に沿う帯
状部分Ｗｂ−１を切削する。
【００２１】この時、ワークＷを搭載しているＸステー
ジ１２はＺ軸回りの回転方向の傾き制御であるθ制御を
行っている。このために、Ｚ軸回りのモーメント剛性が
高くなっているので、ワークＷのＹ軸方向に沿ういかな
る位置を切削加工する場合でも、ワークＷにはダイヤモ
ンドカッター２の切削力によるＺ軸回りの傾き誤差が生
じないように構成されている。
ジ１２はＺ軸回りの回転方向の傾き制御であるθ制御を
行っている。このために、Ｚ軸回りのモーメント剛性が
高くなっているので、ワークＷのＹ軸方向に沿ういかな
る位置を切削加工する場合でも、ワークＷにはダイヤモ
ンドカッター２の切削力によるＺ軸回りの傾き誤差が生
じないように構成されている。
【００２２】ここで、ワークＷの形状はトーリックレン
ズの母型となるものであるから、帯状部分Ｗｂ−１の切
削面の傾斜は、Ｚ軸を含む垂直面に沿った断面が図１
（ｂ）に示すようにＸステージ１２の上下動によって形
成された円弧状となるようにピッチＰで送りつつ切削加
工する。
ズの母型となるものであるから、帯状部分Ｗｂ−１の切
削面の傾斜は、Ｚ軸を含む垂直面に沿った断面が図１
（ｂ）に示すようにＸステージ１２の上下動によって形
成された円弧状となるようにピッチＰで送りつつ切削加
工する。
【００２３】また、図１（ｃ）に示すようにＹ軸を含む
垂直面に沿った断面はダイヤモンドカッター２の旋回に
よって微細な幅の円弧状に切削されるので、極めて高い
面精度を有する帯状の鏡面がえられることになる。
垂直面に沿った断面はダイヤモンドカッター２の旋回に
よって微細な幅の円弧状に切削されるので、極めて高い
面精度を有する帯状の鏡面がえられることになる。
【００２４】この次に、Ｙステージ１１をＹ軸方向に後
述するように所定のピッチΔＹ分移動し、帯状部分Ｗｂ
−１と同様の方法でこれに隣接する帯状部分Ｗｂ−２を
切削する。この工程を図中の矢印方向に繰り返し実行す
ることでワークＷのＹ軸方向の全幅を所定の曲面に切削
加工する。以上が鏡面切削加工の基本動作となる。
述するように所定のピッチΔＹ分移動し、帯状部分Ｗｂ
−１と同様の方法でこれに隣接する帯状部分Ｗｂ−２を
切削する。この工程を図中の矢印方向に繰り返し実行す
ることでワークＷのＹ軸方向の全幅を所定の曲面に切削
加工する。以上が鏡面切削加工の基本動作となる。
【００２５】次に、図２は鏡面切削加工装置Ｍの外観斜
視図である。本図において、既に説明済みの構成には同
一符号を付して説明を割愛し、未説明部分について述べ
る。まず、図示の鏡面切削加工装置Ｍは、金型超精密切
削技術および射出成形技術を基盤としたプラスチックト
ーリックレンズ製造方法のために開発されたものであ
り、超精密切削技術に関しては、平面、球面、軸対称非
球面形状に対する切削加工については、従来からの長い
歴史による蓄積もあり技術的にも確立しているが、トー
リックレンズのような非軸対称でかつ非球面形状（自由
曲面）を創成する技術については、未だ確立されておら
ず、このような非球面形状を有するトーリックレンズの
金型の要請に応えるべく開発された。
視図である。本図において、既に説明済みの構成には同
一符号を付して説明を割愛し、未説明部分について述べ
る。まず、図示の鏡面切削加工装置Ｍは、金型超精密切
削技術および射出成形技術を基盤としたプラスチックト
ーリックレンズ製造方法のために開発されたものであ
り、超精密切削技術に関しては、平面、球面、軸対称非
球面形状に対する切削加工については、従来からの長い
歴史による蓄積もあり技術的にも確立しているが、トー
リックレンズのような非軸対称でかつ非球面形状（自由
曲面）を創成する技術については、未だ確立されておら
ず、このような非球面形状を有するトーリックレンズの
金型の要請に応えるべく開発された。
【００２６】さて、非球面トーリックレンズの金型とな
るワークＷを切削加工するために、装置Ｍは、基部１０
１上において空気静圧軸受からなる直交３軸のスライド
機構１０３、１０１と高精度主軸１を備えており、同時
３軸制御によって自由曲面形状を加工することができる
ように構成されており、軸受部分に自社開発の空気静圧
軸受を全面的に採用することで、微少領域まで線形な制
御特性を確保し、制御帯域の拡大を図るように構成され
ている。
るワークＷを切削加工するために、装置Ｍは、基部１０
１上において空気静圧軸受からなる直交３軸のスライド
機構１０３、１０１と高精度主軸１を備えており、同時
３軸制御によって自由曲面形状を加工することができる
ように構成されており、軸受部分に自社開発の空気静圧
軸受を全面的に採用することで、微少領域まで線形な制
御特性を確保し、制御帯域の拡大を図るように構成され
ている。
【００２７】この装置Ｍは、恒温チャンバ内に設置して
環境温度を一定に保ち、電装系および制御装置１０７、
１０９、１１０、１１１、１１２やエアツール１０８な
どのように熱源を持つものは恒温チャンバ外に配置され
ている。また、空気ばねと積層ゴムを利用した除振シス
テム１０２で床振動を低減している。
環境温度を一定に保ち、電装系および制御装置１０７、
１０９、１１０、１１１、１１２やエアツール１０８な
どのように熱源を持つものは恒温チャンバ外に配置され
ている。また、空気ばねと積層ゴムを利用した除振シス
テム１０２で床振動を低減している。
【００２８】次に、図３はＸＹステージ１０の正面図で
ある。本図において、Ｙステージ１１上に配設されるＸ
ステージ１２はガイド７１によりθ角度方向と第３の方
向であるＸ軸方向に移動できるように保持されるととも
に、駆動手段である第１のリニアモータ７３と第２のリ
ニアモータ７６とを左右に配置している。
ある。本図において、Ｙステージ１１上に配設されるＸ
ステージ１２はガイド７１によりθ角度方向と第３の方
向であるＸ軸方向に移動できるように保持されるととも
に、駆動手段である第１のリニアモータ７３と第２のリ
ニアモータ７６とを左右に配置している。
【００２９】またＹステージ１１上に配設されている位
置検出手段である第１のレーザ干渉計７５と第２のレー
ザ干渉計７８により検出されるターゲット７４、７７を
図示のように左右に配している。以上のように構成され
る２本のリニアモータと２軸のレーザ干渉計を使用して
フィードバック位置決め制御を行っている。
置検出手段である第１のレーザ干渉計７５と第２のレー
ザ干渉計７８により検出されるターゲット７４、７７を
図示のように左右に配している。以上のように構成され
る２本のリニアモータと２軸のレーザ干渉計を使用して
フィードバック位置決め制御を行っている。
【００３０】このフィードバック位置決め制御のための
ブロック図である図４において簡単に述べると、８−１
はＸ方向の位置決め位置を設定するための目標位置設定
器、８−２は目標位置信号、８−３は目標位置信号と検
出された位置信号から位置ずれを計算するための減算
器、８−４はＰＩＤ調整器に代表されるサーボ系ＬＯＯ
Ｐ１を安定させるための制御補償器１、８−１３は第３
図に示したＸステージ１２の構成におけるθ方向の目標
角度を設定するための目標角度設定器、８−１４は目標
角度信号、８−１５は目標角度信号と検出された角度信
号から角度ずれを計算するための減算器、８−１６はＰ
ＩＤ調整器に代表されるサーボ系ＬＯＯＰ２を安定させ
るための制御補償器２、８−５は８−４の制御補償器１
と８−１６の制御補償器２との出力信号を合成してＸス
テージ１２を駆動するための第１リニアモータへの推力
を計算するための加算器、８−１７は８−４の制御補償
器１と８−１６の制御補償器２との出力信号を合成して
Ｘステージ１２を駆動するための第２のリニアモータへ
の推力を計算するための減算器、８−６と８−１６は各
リニアモータを駆動するための電流増幅器、８−７と８
−１９はＸステージ１２に推力を与えるリニアモータ、
８−８はＸステージの可動部である移動体であり、８−
９と８−２０は移動体のＸ方向の位置を検出するための
レーザ干渉計等に代表される変位検出器、８−１０は８
−９の検出器１と８−２０の検出器２で検出された変位
信号を基に、検出器１と検出器２との間のｙ方向の中心
点でのＸ方向変位を計算するための加算器、８−２１は
検出器１と検出器２で検出したＸ方向の変位信号からθ
方向の角度を計算するための減算器、８−１１と８−２
２は８−１０の加算器と８−２１の減算器で計算して求
めた各信号を増幅するための増幅器、８−１２は８−１
０の加算器で計算されたＸ方向の変位信号で、ＬＯＯＰ
１のサーボ系のフィードバック信号、８−２３は８−２
１の減算器で計算された角度信号で、ＬＯＯＰ２のサー
ボ系のフィードバック信号である。
ブロック図である図４において簡単に述べると、８−１
はＸ方向の位置決め位置を設定するための目標位置設定
器、８−２は目標位置信号、８−３は目標位置信号と検
出された位置信号から位置ずれを計算するための減算
器、８−４はＰＩＤ調整器に代表されるサーボ系ＬＯＯ
Ｐ１を安定させるための制御補償器１、８−１３は第３
図に示したＸステージ１２の構成におけるθ方向の目標
角度を設定するための目標角度設定器、８−１４は目標
角度信号、８−１５は目標角度信号と検出された角度信
号から角度ずれを計算するための減算器、８−１６はＰ
ＩＤ調整器に代表されるサーボ系ＬＯＯＰ２を安定させ
るための制御補償器２、８−５は８−４の制御補償器１
と８−１６の制御補償器２との出力信号を合成してＸス
テージ１２を駆動するための第１リニアモータへの推力
を計算するための加算器、８−１７は８−４の制御補償
器１と８−１６の制御補償器２との出力信号を合成して
Ｘステージ１２を駆動するための第２のリニアモータへ
の推力を計算するための減算器、８−６と８−１６は各
リニアモータを駆動するための電流増幅器、８−７と８
−１９はＸステージ１２に推力を与えるリニアモータ、
８−８はＸステージの可動部である移動体であり、８−
９と８−２０は移動体のＸ方向の位置を検出するための
レーザ干渉計等に代表される変位検出器、８−１０は８
−９の検出器１と８−２０の検出器２で検出された変位
信号を基に、検出器１と検出器２との間のｙ方向の中心
点でのＸ方向変位を計算するための加算器、８−２１は
検出器１と検出器２で検出したＸ方向の変位信号からθ
方向の角度を計算するための減算器、８−１１と８−２
２は８−１０の加算器と８−２１の減算器で計算して求
めた各信号を増幅するための増幅器、８−１２は８−１
０の加算器で計算されたＸ方向の変位信号で、ＬＯＯＰ
１のサーボ系のフィードバック信号、８−２３は８−２
１の減算器で計算された角度信号で、ＬＯＯＰ２のサー
ボ系のフィードバック信号である。
【００３１】以上の構成において、８−１の目標位置設
定器と８−１３の目標角度設定器で設定された８−２の
目標位置信号と８−１４の目標角度信号は、８−９と８
−２０の検出器１、２で検出された後に、８−１０の加
算器と８−２１の減算器によって変位信号と角度信号に
変換されたフィードバック信号１とフィードバック信号
２と比較されて、８−３と８−１５の減算器で偏差量に
変換される。
定器と８−１３の目標角度設定器で設定された８−２の
目標位置信号と８−１４の目標角度信号は、８−９と８
−２０の検出器１、２で検出された後に、８−１０の加
算器と８−２１の減算器によって変位信号と角度信号に
変換されたフィードバック信号１とフィードバック信号
２と比較されて、８−３と８−１５の減算器で偏差量に
変換される。
【００３２】このようにして得られた各偏差量は８−４
の制御補償器１と８−１６の制御補償器２を介して、図
３の２本のリニアモータ７４、７７に推力を発生させ
て、偏差量がなくなるように移動体１２を駆動制御して
いる。この時、８−４の制御補償器１を介して出力され
るＸ方向の偏差信号と８−１６の制御補償２を介して出
力されるθ方向の角度偏差信号とで２本のリニアモータ
７４、７７を駆動制御するために、８−５の加算器と８
−１７の減算器とで２つの偏差信号を合体して、それぞ
れのリニアモータへの推力を形成している。
の制御補償器１と８−１６の制御補償器２を介して、図
３の２本のリニアモータ７４、７７に推力を発生させ
て、偏差量がなくなるように移動体１２を駆動制御して
いる。この時、８−４の制御補償器１を介して出力され
るＸ方向の偏差信号と８−１６の制御補償２を介して出
力されるθ方向の角度偏差信号とで２本のリニアモータ
７４、７７を駆動制御するために、８−５の加算器と８
−１７の減算器とで２つの偏差信号を合体して、それぞ
れのリニアモータへの推力を形成している。
【００３３】以上のように２本のリニアモータを２つの
サーボ系（ＬＯＯＰ１とＬＯＯＰ２）にて駆動すること
で図３のような構成のＸステージ１２におけるＸ方向と
θ方向の２方向の位置決め制御を同時に行なえるように
構成されている。
サーボ系（ＬＯＯＰ１とＬＯＯＰ２）にて駆動すること
で図３のような構成のＸステージ１２におけるＸ方向と
θ方向の２方向の位置決め制御を同時に行なえるように
構成されている。
【００３４】一方、上述のようにＺ軸回りに回転駆動さ
れる主軸１は静圧軸受によって支持されており、例えば
振れ量が０．０５μｍ以下の極めて高い回転精度で回転
するように構成されており、この主軸１のＺ軸方向に沿
う位置制御についても、かつまたＹ軸方向に沿う位置制
御に関しても夫々レーザ干渉計によってモニターされて
Ｘステージと略同様に高精度で制御されるように構成さ
れている。
れる主軸１は静圧軸受によって支持されており、例えば
振れ量が０．０５μｍ以下の極めて高い回転精度で回転
するように構成されており、この主軸１のＺ軸方向に沿
う位置制御についても、かつまたＹ軸方向に沿う位置制
御に関しても夫々レーザ干渉計によってモニターされて
Ｘステージと略同様に高精度で制御されるように構成さ
れている。
【００３５】さて、図５のワークＷの部分拡大正面図に
示すように、ワークＷの仕上げ加工前の破線図示の加工
面ＷＳを旋回半径Ｒのダイヤモンドカッター２で切削加
工するときに、Ｙステージ１１の送りピッチを図示のよ
うに△Ｙに設定すると、ワークＷの加工面からの高さ方
向に沿う表面粗さがδとなる加工面Ｗが得られることと
なる。そこで、より低い所望の表面粗さδを得るために
は、△Ｙをさらに少なく設定するようにすれば良い。こ
のとき、ワークＷの母線形状Ｘ＝ｆ（Ｙ）の１階、２階
微分をｆ1，ｆ2とし、ワークＷの加工面の曲率ρとした
ときに、以下の関係が成立するので、式（４）から△Ｙ
を求める。
示すように、ワークＷの仕上げ加工前の破線図示の加工
面ＷＳを旋回半径Ｒのダイヤモンドカッター２で切削加
工するときに、Ｙステージ１１の送りピッチを図示のよ
うに△Ｙに設定すると、ワークＷの加工面からの高さ方
向に沿う表面粗さがδとなる加工面Ｗが得られることと
なる。そこで、より低い所望の表面粗さδを得るために
は、△Ｙをさらに少なく設定するようにすれば良い。こ
のとき、ワークＷの母線形状Ｘ＝ｆ（Ｙ）の１階、２階
微分をｆ1，ｆ2とし、ワークＷの加工面の曲率ρとした
ときに、以下の関係が成立するので、式（４）から△Ｙ
を求める。
【００３６】
【数３】 また、図６は、上式（１）の説明図であって、帯状部分
Ｗｂ−１とＷｂ−２の夫々の接線Ｓ１、Ｓ２の交点まで
の高さ分を表面粗さδの高さ分から引くことで得られる
様子を示している。尚、トーリックの母型のワークＷの
Ｙ軸方向の位置が変わる都度、上式（１）〜（４）に基
づいてＹステージ１１のピッチ制御を行うようにするこ
とで、ワークＷの加工面のＹ軸方向の表面粗さを許容値
以下に仕上げることができる。
Ｗｂ−１とＷｂ−２の夫々の接線Ｓ１、Ｓ２の交点まで
の高さ分を表面粗さδの高さ分から引くことで得られる
様子を示している。尚、トーリックの母型のワークＷの
Ｙ軸方向の位置が変わる都度、上式（１）〜（４）に基
づいてＹステージ１１のピッチ制御を行うようにするこ
とで、ワークＷの加工面のＹ軸方向の表面粗さを許容値
以下に仕上げることができる。
【００３７】すなわち、ワークＷの加工面全体を高い面
精度の鏡面に切削加工でき、研磨工程を省くことができ
る。また、ワークＷの加工面をその起伏に沿って均一な
幅の帯状部分に分割し、Ｙステージ１１を１ピッチ送る
ごとに各帯状部分を間欠的に前進させるように構成して
も良い。この場合は、ワークＷの加工面の曲率に基づい
てＹステージ１１の送りピッチを制御する。
精度の鏡面に切削加工でき、研磨工程を省くことができ
る。また、ワークＷの加工面をその起伏に沿って均一な
幅の帯状部分に分割し、Ｙステージ１１を１ピッチ送る
ごとに各帯状部分を間欠的に前進させるように構成して
も良い。この場合は、ワークＷの加工面の曲率に基づい
てＹステージ１１の送りピッチを制御する。
【００３８】以上のように、超精密ＮＣ工作機械の水平
方向の主軸１にダイヤモンドカッター２を取り付けてこ
れを旋回させることで曲面加工を行なうものであるた
め、加工面の各帯状部分の幅全体を均一な切削速度で切
削し高い面精度に均一に鏡面加工することができる。ボ
ールエンドミルを用いた従来例のように刃先の周速が径
方向に変化して面精度がバラつくおそれがないため、極
めて高い面精度を必要とする光学部品の製作に好適であ
る。
方向の主軸１にダイヤモンドカッター２を取り付けてこ
れを旋回させることで曲面加工を行なうものであるた
め、加工面の各帯状部分の幅全体を均一な切削速度で切
削し高い面精度に均一に鏡面加工することができる。ボ
ールエンドミルを用いた従来例のように刃先の周速が径
方向に変化して面精度がバラつくおそれがないため、極
めて高い面精度を必要とする光学部品の製作に好適であ
る。
【００３９】また、図７はワークＷの部分拡大正面図で
あって、ワークＷの仕上げ加工前の破線図示の加工面Ｗ
Ｓを旋回半径Ｒのダイヤモンドカッター２で切削加工す
るときに、Ｙステージ１１の送りピッチを△Ｙnに設定
する様子を示している。
あって、ワークＷの仕上げ加工前の破線図示の加工面Ｗ
Ｓを旋回半径Ｒのダイヤモンドカッター２で切削加工す
るときに、Ｙステージ１１の送りピッチを△Ｙnに設定
する様子を示している。
【００４０】図示のように帯状加工面Ｗｂ−ｎの間の送
りピッチ△ｙnを表面に沿うように同じ間隔にすること
で、所望の表面粗さを得るようにしている。
りピッチ△ｙnを表面に沿うように同じ間隔にすること
で、所望の表面粗さを得るようにしている。
【００４１】また、図８はワークＷの部分拡大正面図で
あって、ワークＷの仕上げ加工前の破線図示の加工面Ｗ
Ｓを旋回半径Ｒのダイヤモンドカッター２で切削加工す
るときに、Ｙステージ１１の送りピッチを△Ｙnに設定
する様子を示している。
あって、ワークＷの仕上げ加工前の破線図示の加工面Ｗ
Ｓを旋回半径Ｒのダイヤモンドカッター２で切削加工す
るときに、Ｙステージ１１の送りピッチを△Ｙnに設定
する様子を示している。
【００４２】図示のように帯状加工面Ｗｂ−ｎの間の送
りピッチ△Ｙnを設定するときに、Ｙステージ移動方向
に沿うように平行に設定するときに、ワークＷの凸状形
状部と凹状形状部における所望の表面粗さが同じになる
ように送りピッチΔｙｎを設定する。
りピッチ△Ｙnを設定するときに、Ｙステージ移動方向
に沿うように平行に設定するときに、ワークＷの凸状形
状部と凹状形状部における所望の表面粗さが同じになる
ように送りピッチΔｙｎを設定する。
【００４３】以上説明の構成において、トーリックレン
ズの母型の曲面加工工程を図９のフローチャートに基づ
いて説明すると、まず、ステップＳ１でトーリックレン
ズの曲面形状データ（ｆｎ）を装置Ｍのデータ入力装置
から入力される。同様に、主軸回転半径他の必要データ
も入力される。
ズの母型の曲面加工工程を図９のフローチャートに基づ
いて説明すると、まず、ステップＳ１でトーリックレン
ズの曲面形状データ（ｆｎ）を装置Ｍのデータ入力装置
から入力される。同様に、主軸回転半径他の必要データ
も入力される。
【００４４】次に、ステップＳ２に進み、鏡面仕上げの
ための許容表面粗さδの入力が行われる。これに続き、
ステップＳ４において上記の式（１）〜（４）に基づい
てＹステージ１１の送りピッチΔＹであって、図７また
は図８のいづれかの方法に基づき設定されたΔｙを算出
する。
ための許容表面粗さδの入力が行われる。これに続き、
ステップＳ４において上記の式（１）〜（４）に基づい
てＹステージ１１の送りピッチΔＹであって、図７また
は図８のいづれかの方法に基づき設定されたΔｙを算出
する。
【００４５】また、切削工具２を設けた主軸１の回転方
向、回転速度及びＺ軸方向の移動量については予め設定
されており、ステップＳ４においてＸＹステージの制御
の切削加工プログラムが決定される。以上で実際の切削
加工の準備が整い、ステップＳ５において、ＸＹステー
ジのθ制御を行ないつつワークＷの加工面を切削し、ス
テップＳ６でワークの加工面全体が加工済みであること
を確認して加工サイクルを終了する。
向、回転速度及びＺ軸方向の移動量については予め設定
されており、ステップＳ４においてＸＹステージの制御
の切削加工プログラムが決定される。以上で実際の切削
加工の準備が整い、ステップＳ５において、ＸＹステー
ジのθ制御を行ないつつワークＷの加工面を切削し、ス
テップＳ６でワークの加工面全体が加工済みであること
を確認して加工サイクルを終了する。
【００４６】なお、本実施例においてはトーリックレン
ズの加工を行なうものであるため、加工面のＺ軸方向の
垂直面に沿ってとった断面が均一な曲率の円弧状である
が、加工中の被加工物のＸ軸方向の位置を制御すること
で、いかなる曲面でも切削できることは言うまでもな
い。
ズの加工を行なうものであるため、加工面のＺ軸方向の
垂直面に沿ってとった断面が均一な曲率の円弧状である
が、加工中の被加工物のＸ軸方向の位置を制御すること
で、いかなる曲面でも切削できることは言うまでもな
い。
【００４７】一般的にトーリックレンズとは、レーザ光
の走査方向と一致する主走査断面と、これに直交する副
走査断面において曲率が異なるレンズのことをいう。こ
のトーリックレンズに対する最近の要求から、主走査断
面形状を従来の球面から非球面化することで高精細化
に、また、従来のガラス材からプラスチック材へと材質
を変更することで低価格化に対応できる。
の走査方向と一致する主走査断面と、これに直交する副
走査断面において曲率が異なるレンズのことをいう。こ
のトーリックレンズに対する最近の要求から、主走査断
面形状を従来の球面から非球面化することで高精細化
に、また、従来のガラス材からプラスチック材へと材質
を変更することで低価格化に対応できる。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、トー
リックレンズのように軸対称でない曲面形状を有する光
学部品を成形金型から得る場合に、高い面精度で均一な
鏡面状態に切削加工することができる鏡面切削加工装
置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型
とプラスチックレンズを提供することができる。
リックレンズのように軸対称でない曲面形状を有する光
学部品を成形金型から得る場合に、高い面精度で均一な
鏡面状態に切削加工することができる鏡面切削加工装
置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型
とプラスチックレンズを提供することができる。
【００４９】
【図１】鏡面切削加工工程を説明する図であって、
（ａ）は切削加工中のワークＷと切削装置Ｍを示す外観
斜視図、（ｂ）と（ｃ）は、ぞれぞれ、加工中の被加工
物とダイヤモンドカッターおよびバイトホルダを異なる
断面で示す模式部分断面図である。
（ａ）は切削加工中のワークＷと切削装置Ｍを示す外観
斜視図、（ｂ）と（ｃ）は、ぞれぞれ、加工中の被加工
物とダイヤモンドカッターおよびバイトホルダを異なる
断面で示す模式部分断面図である。
【図２】全体構成を示す外観斜視図である。
【図３】切削力による傾きを制御する様子を示したＸス
テージの正面図である。
テージの正面図である。
【図４】フィードバック位置決め制御のためのブロック
図である。
図である。
【図５】ワークＷの拡大正面図である。
【図６】ワークＷの拡大正面図である。
【図７】被加工物のＸステージの構成図である。
【図８】ワークＷの拡大正面図である。
【図９】制御フローチャートである。
【図１０】従来の切削加工装置の模式図である。
【図１１】従来の別の切削加工装置の動作原理図であ
る。
る。
１ 主軸 ２ ダイヤモンドカッター ３ バイトホルダー １０ ＸＹステージ １１ Ｙステージ １２ Ｘステージ Ｗ ワーク
Claims (9)
- 【請求項１】 主軸の軸芯から半径Ｒ離間した部位で切
削部が回転駆動される切削工具を前記軸芯に沿うＺ軸方
向に往復駆動するために基部に配設される第１の駆動手
段と、 前記軸芯に直交するＹ軸方向に所定送りピッチで往復駆
動するために前記基部に配設される第２の駆動手段と、 前記軸芯のラジアル方向に沿うＸ軸方向に往復駆動され
るとともに、前記切削工具の切削力による傾き制御を行
うために前記第２の駆動手段に搭載される第３の駆動手
段とを備え、前記第３の駆動手段にセットされた所定の
母線形状を有する被切削加工物を所定粗さの鏡面に切削
加工するために３軸制御を行う鏡面切削加工装置であっ
て、 前記被切削加工物を前記Ｚ軸方向に沿って帯状に切削し
た後に、前記所定送りピッチ分前記第２の駆動手段を移
動後に、前記Ｚ軸方向に沿うように帯状に切削加工する
動作を、繰り返し行う制御手段を具備することを特徴と
する鏡面切削加工装置。 - 【請求項２】 前記第２の駆動手段による前記所定送り
ピッチΔＹを、 【数１】 ただしδ ：表面粗さ Ｒ ：切削工具の回転半径、 ｆ1，ｆ2：母線形状Ｘ＝ｆ（Ｙ）の１階、２階微分値 ρ ：ワークＷの加工面の曲率 から得ることを特徴とする請求項１に記載の鏡面切削加
工装置。 - 【請求項３】 前記所定送りピッチΔＹを前記被切削加
工物の加工表面に沿うように設定するか、またはＹ軸方
向に沿うように設定することを特徴とする請求項２に記
載の鏡面切削加工装置。 - 【請求項４】 前記切削工具が、形状誤差０．１μｍ以
下の円弧状の刃先を有する単結晶のダイヤモンドカッタ
ーであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１
項記載の鏡面切削加工装置。 - 【請求項５】 主軸の軸芯から半径Ｒ離間した部位で切
削部が回転駆動される切削工具を前記軸芯に沿うＺ軸方
向に往復駆動し、 前記軸芯に直交するＹ軸方向に所定送りピッチで往復駆
動し、 前記軸芯のラジアル方向に沿うＸ軸方向に往復駆動し、
前記切削工具の切削力による傾き制御を行い、所定の母
線形状を有する被切削加工物を所定粗さの鏡面に切削加
工するために３軸制御を行い鏡面切削加工するための鏡
面切削加工方法であって、 前記被切削加工物を前記Ｚ軸方向に沿って帯状に切削し
た後に、前記所定送りピッチ分前記第２の駆動手段を移
動後に、前記Ｚ軸方向に沿うように帯状に切削加工する
動作を、繰り返し行うことを特徴とする鏡面切削加工方
法。 - 【請求項６】 前記所定送りピッチΔＹを、 【数２】 ただしδ ：表面粗さ Ｒ ：切削工具の回転半径、 ｆ1，ｆ2：母線形状Ｘ＝ｆ（Ｙ）の１階、２階微分値 ρ ：ワークＷの加工面の曲率 から得ることを特徴とする請求項５に記載の鏡面切削加
工方法。 - 【請求項７】 前記所定送りピッチΔＹを前記被切削加
工物の加工表面に沿うように設定するか、またはＹ軸方
向に沿うように設定することを特徴とする請求項５に記
載の鏡面切削加工方法。 - 【請求項８】 請求項５乃至７に記載の方法により得ら
れた前記被切削加工物を射出成形用金型に用いることを
特徴とする射出成形用金型。 - 【請求項９】 請求項５乃至７に記載の方法により得ら
れた前記被切削加工物を射出成形用金型に用いて射出成
形されることを特徴とするプラスチックレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33107596A JPH10166212A (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33107596A JPH10166212A (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10166212A true JPH10166212A (ja) | 1998-06-23 |
Family
ID=18239578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33107596A Pending JPH10166212A (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 鏡面切削加工装置、鏡面切削加工方法及び該方法による射出成形用金型とプラスチックレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10166212A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004223700A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-08-12 | Konica Minolta Holdings Inc | 転写光学面の加工方法、加工機、光学素子成形用型及びダイアモンド工具 |
| JP2009050930A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-03-12 | Konica Minolta Opto Inc | 多軸加工機 |
| CN105598785A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-05-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种复合随机振动的小口径抛光装置 |
-
1996
- 1996-12-11 JP JP33107596A patent/JPH10166212A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004223700A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-08-12 | Konica Minolta Holdings Inc | 転写光学面の加工方法、加工機、光学素子成形用型及びダイアモンド工具 |
| JP4556383B2 (ja) * | 2002-11-29 | 2010-10-06 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 転写光学面の加工方法 |
| JP2009050930A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-03-12 | Konica Minolta Opto Inc | 多軸加工機 |
| CN105598785A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-05-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种复合随机振动的小口径抛光装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20040301 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040312 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040726 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |