JPH1110401A - 輪帯レンズ成形用金型の加工方法及びそのバイト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回折レンズのような超微細な段差で接続され
た輪帯レンズを成形するための成形用金型の輪帯成形面
をより精密に加工できかつ輪帯レンズの回折効率の向上
を図れる加工方法を得る。 【構成】 単結晶ダイヤモンドからなるバイト２０に、
金型素材１０の回転軸１１を通る平面において、軸方向
（Ｘ方向）と径方向（Ｙ方向）の送りを与えるだけでな
く、その先端の加工エッジ部２０ｘ（軸Ｚ）を中心とす
るθ方向の回転運動を与える輪帯レンズ成形用金型の加
工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、回折レンズのような輪帯レンズ
の成形用金型を加工する方法、及びこれに用いるバイト
に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】輪帯レンズとして、例え
ば、色収差を単レンズで補正できる回折レンズが知られ
ている。この回折レンズは、少なくともその一面が、光
軸から離れるに従ってレンズ厚が階段状に厚くなる方向
に離散的にシフトする輪帯群を有するもので、各輪帯の
間が波長オーダの階段状をなしている。各輪帯の間の境
界部は、理論的、光学的には光軸を中心とする円筒面で
よい（特開平６−２４２３７３号）が、金型による成形
レンズとして成形するには、これを光軸を中心とする円
錐面とする（特開平７−２９４７０７号）ことが好まし
い。また、回折レンズの回折効率の向上には、表面粗さ
の向上と、輪帯と円錐面との段部の形状精度向上の二つ
の要素が関わっている。

【０００３】図７、図８は、輪帯の境界面が円錐面から
なる輪帯レンズを成形する成形用金型の従来の加工方法
を示している。棒状をなす金型素材１０は、回転軸（成
形されるレンズの光軸）１１を中心に回転駆動される。
金型素材１０の輪帯成形面１２には、回転軸１１を含む
平面内でバイト１３が接離移動する。すなわち、バイト
１３は、金型素材１０が回転軸１１を中心に回転駆動さ
れている状態において、粗加工が終了している輪帯成形
面１２に対し、輪帯形状に応じて輪帯成形面１２に対し
て接離する軸方向（Ｘ方向）に移動制御され、同時に、
輪帯成形面１２の外周側から中心に向けて径方向（Ｙ方
向）の送りが与えられる。その結果、輪帯成形面１２に
は、中心円形部１２ｃ、その周囲の輪帯１２ａ、及び中
心円形部１２ｃと輪帯１２ａの境界部及び各輪帯１２ａ
の境界部の円錐面１２ｂが形成される。

【０００４】この従来の加工方法では、金型素材１０の
回転中にバイト１３に径方向の送りが与えられるため、
加工面は微細な螺旋状となり、これが加工面の表面粗さ
を決定する要因となる。図９に、従来の加工方法により
形成された一つの輪帯１２ａを拡大した図を示す。図９
より明らかなように、従来の加工方法では、バイト１３
の先端部が回転軸１１に対して直交しているため、回転
軸１１に対して垂直に近い加工面（輪体１２ａ）の表面
粗さはそれ程大きくないが、回転軸から離れるに従って
加工面の傾き（回転軸と直交する面からの傾き）が大き
くなると、表面粗さＲ_max が大きくなってしまう。加工
面の表面粗さをより小さくするには、金型素材１０の回
転速度に対して、バイトの送り速度を遅くする必要があ
る。

【０００５】また、図１０に、従来の加工方法により形
成された輪帯１２ａと円錐面１２ｂの段部を拡大した状
態を示す。図１０では、便宜上、図７とは異なり、輪体
形成面１２の外周側から回転軸１１側に向かって切削す
る図として描いている。破線は、理想的な段部の形状
で、実線が従来の加工方法による段部の形状である。破
線と実線との形状誤差は、成形回折レンズの回折効率の
低下となって表われるが、従来の加工方法では、回転軸
１１と直交する方向の形状誤差が生じる長さＬが大き
く、金型素材のレンズ面を有効に使用できない。

【０００６】そこで、輪帯を接続する微細な段部の形状
をより正確に加工するためには、バイト１３の先端をで
きるだけ細くする必要がある。通常、単結晶ダイヤモン
ドからなるバイト１３は、このような要求に応えるた
め、バイト１３の先端の輪帯成形面１２と対向する直線
切削部１３ａの幅ｓは、０．３μｍ前後と非常に狭く設
定され、直線切削部１３ａの両端部に接続された第一直
線辺部１３ｂと第二直線辺部１３ｃとの角度ｄは３０゜
前後とされていた。しかし、このように先端が細いバイ
ト１３は、破損しやすいという問題がある。破損しにく
くするため、直線切削部１３ａの幅ｓを大きくすると、
螺旋状の加工面に、直線切削部１３ａの形状が転写され
た不適当な形状が残るという別な問題が発生する。ま
た、バイトの送り速度を遅くすると、加工時間が長くな
る上、切削距離が長くなり、バイトの摩耗が早くなる。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、従って、合成樹脂製で回折効
率のよい輪帯レンズを成形するための成形用金型の輪帯
成形面をより精密に加工することができる加工方法を得
ることを目的とする。また、本発明は、幅が広く角度の
大きい破損しにくいバイトを使用しても、金型の輪帯成
形面を精密に加工することができる加工方法を得ること
を目的とする。さらに、本発明は、本発明の加工方法に
適したバイトを得ることを目的とする。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、光軸を中心とする多数の輪帯
を有し、隣接する輪帯の間を微細な段部で接続した輪帯
レンズを成形するための成形用金型の加工方法であっ
て、金型を光軸と一致する回転軸を中心に回転させるス
テップ；金型の輪帯成形面を加工するバイトを、回転軸
を通る平面上において輪帯形状に応じて金型に対して相
対移動させるステップ；及びバイトと金型とを、輪帯形
状に応じて、その先端の加工エッジ部を中心に回転軸を
通る平面内で相対回動させるステップ；とを同時に実行
することを特徴としている。このように、バイトに回転
駆動される金型の軸方向と径方向の動きだけでなく、そ
の先端の加工エッジ部を中心とする金型との相対回動を
与えることにより、より精密な成形面の加工が可能とな
る。

【０００９】バイトの径方向の相対移動速度は、金型の
１回転当り１〜２μｍとすることが好ましい。本発明方
法は、特に曲面からなる各輪帯を高精度に加工するため
に有効である。バイトの加工エッジ部の角度は、輪帯
と、輪帯を接続する微細な段部とのなす角度と一致させ
ることが好ましい。またバイト角度は、輪帯成形面の各
輪帯の法線に対し、常にバイトが同一方向を向くように
制御することが好ましい。

【００１０】本発明方法によると、折損しにくい形状の
バイトを用いることができる。すなわち、金型の輪帯成
形面と向き合う直線切削部と、この直線切削部の一端と
加工エッジ部を形成する第一の直線辺部と、直線切削部
の他端に接続された第二の直線辺部とを備えたバイトに
おいて、直線切削部の長さをａ（μｍ）、第一の直線辺
部と第二の直線辺部の角度をｂとしたとき、 ２≦ａ≦４ ４０゜≦ｂ≦５５゜ を満足する形状のバイトを用いることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１、図２は、本発明による金型
の輪帯成形面の加工方法を概念的に示している。図７、
図８の従来方法と同一の要素には同一の符号を付してい
る。従来の加工方法に比しての本発明方法の最大の特徴
は、単結晶ダイヤモンドからなるバイト２０に、回転軸
１１を通る平面において、金型素材１０の軸方向（Ｘ方
向）と径方向（Ｙ方向）の送りを与えるだけでなく、バ
イト２０の先端の加工エッジ部２０ｘ（軸Ｚ）を中心と
するθ方向の回転運動を与える点にある。このようにバ
イト２０に回転運動を与えると、輪帯成形面１２の輪帯
１２ａに対して、バイト２０を常に一定の方向を向ける
ことが可能となる。これはレンズ面形状を接平面で近似
することになり、従来の回転軸に垂直な平面で加工した
場合と比較し、バイト２０の直線切削部２０ａの場所に
よる加工誤差が大きくならない。特に、バイト２０の径
方向（Ｙ方向）の送り量よりバイト先端部の直線切削部
２０ａの長さａを僅かに大きく設定すると、バイト切削
部が有効に使われ、破損が少なくなると共に、加工誤差
も大きくならず好ましい。

【００１２】さらに、バイト２０として大型のものが使
用可能となる。具体的には、図２に示すように、直線切
削部２０ａの幅ａ（μｍ）を、 ２≦ａ≦４ とし、直線切削部２０ａの一端と加工エッジ部２０ｘを
形成する第一直線辺部２０ｂと、直線切削部２０ａの他
端に接続された第二直線辺部２０ｃとのなす角度ｂを、 ４０゜≦ｂ≦５５゜ とすることが可能となり、破損が生じにくい。幅ａが２
μｍ未満あるいは角度ｂが４０゜未満では、バイト２０
の強度を十分高めることができない。また幅ａが４μｍ
を越えあるいは角度ｂが５５゜を越えると、輪帯成形面
１２の形状及びバイト２０の回転角度によっては、バイ
ト２０が、輪帯成形面１２の一部あるいは周囲と干渉す
るおそれがある。

【００１３】バイト２０の加工エッジ部２０ｘ（軸Ｚ）
を中心とする回転位置（角度）は、輪帯１２ａと円錐面
１２ｂの形状に応じて設定される。具体的には例えば、
バイト２０の第一直線辺部２０ｂが常時輪帯１２ａの法
線方向を向くように、バイト２０の回転角度位置を制御
すると、好ましい結果が得られる。

【００１４】またバイト２０の加工エッジ部２０ｘの角
度、つまり直線切削部２０ａと第一直線辺部２０ｂとの
なす角度ｃは、輪帯１２ａと円錐面１２ｂのなす角度に
設定することが好ましい。一つの輪帯１２ａの加工から
次の（その内側の）輪帯１２ａの加工に移る際、バイト
２０のＹ方向への送りを停止した状態において、バイト
２０を第一直線辺部２０ｂと平行な方向に移動（輪帯成
形面１２に対して後退）させることにより、円錐面１２
ｂを正確に加工することができる。このような移動は、
Ｘ方向とＹ方向の合成移動により得ることができる。な
お、Ｙ方向への送り速度は、金型素材１０の１回転当
り、１〜２μｍとする。１μｍ／rev.未満では、加工速
度が遅く、２μｍを越えると、表面粗さが悪くなる。

【００１５】図３、図４は、金型素材１０とバイト２０
に以上のような動きを与える具体的な機構例を示してい
る。図４は、バイト２０を図３のIV矢視方向から見た図
である。機枠３１上には、Ｘ方向に移動可能なＸスライ
ドテーブル３２と、紙面に垂直なＹ方向に移動可能なＹ
スライドテーブル３３が備えられている。Ｘスライドテ
ーブル３２には、金型素材１０を加えるチャックを有す
る主軸スピンドル３４が備えられ、この主軸スピンドル
３４は、回転軸１１を中心に金型素材１０を回転駆動す
る。

【００１６】一方、Ｙスライドテーブル３３上には、Ｚ
軸を中心に回動可能なロータリテーブル３５が備えられ
ており、このロータリテーブル３５上には、バイト台３
６が固定されている。バイト台３６は、バイト２０を、
その加工エッジ部２０ｘを軸Ｚに一致させて保持する。

【００１７】よってこの装置によれば、金型素材１０の
輪帯成形面１２に形成すべき輪帯成形面形状に応じて、
Ｘスライドテーブル３２、Ｙスライドテーブル３３、主
軸スピンドル３４及びロータリテーブル３５をそれぞれ
所定のタイミング（プログラム）で駆動することによ
り、図１、図２で説明した本発明方法を実現することが
できる。金型素材１０とバイト２０の間に与える運動は
相対運動であり、動く側を図３の装置とは逆にしてもよ
いことは勿論である。

【００１８】図５に、本発明の加工方法により形成され
た一つの輪帯１２ａを拡大した図を示す。本発明では、
バイト２０に回転運動を与えているため、輪帯成形面１
２の各輪帯１２ａの成形面に対して、バイト２０を任意
の方向（例えば、バイト２０の第一直線辺部２０ｂが常
に成形面に対して直交する方向）に向けることが可能と
なる。このため、図５に示すように、回転軸１１からの
距離に関係なく表面粗さＲ_max を小さくすることができ
る。また、図６に、本発明の加工方法により形成された
輪帯１２ａと円錐面１２ｂの段部を拡大した図を示す。
図６は図１０と対応しており、破線は理想的な段部形
状、実線は本発明方法による段部形状を示している。回
転軸１１と直交する方向の形状誤差が生じる長さＳは、
図１０に示す従来例の長さＬより短く、このため、金型
素材のレンズ面を有効に使用できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、回折レンズのような輪
帯レンズを成形品で作る場合の金型をより高精度にかつ
輪帯レンズの回折効率の向上を図りながら製造すること
ができ、さらに折損しにくい形状のバイトを用いること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバイトで輪帯レンズ金型を加工し
ている状態を示す、金型の縦断面図である。

【図２】図１のバイトの平面図である。

【図３】本発明によるバイトを用いた加工装置の正面図
である。

【図４】図３の加工装置によるバイトの角度変化を説明
する、図３のIV矢視平面図である。

【図５】本発明により形成された金型の輪帯の拡大図で
ある。

【図６】本発明により形成された金型の輪帯と円錐面の
段部の拡大図である。

【図７】従来のバイトで輪帯レンズ金型を加工している
状態を示す、金型の縦断面図である。

【図８】図７の従来のバイトの平面図である。

【図９】従来の方法により形成された金型の輪帯の拡大
図である。

【図１０】従来の方法により形成された金型の輪帯と円
錐面の段部の拡大図である。

【符号の説明】

１０ 棒状金型素材 １１ 回転軸（光軸） １２ 輪帯成形面 １２ａ 輪帯 １２ｂ 円錐面 １２ｃ 中心円形部 ２０ バイト ２０ａ 直線切削部 ２０ｂ 第一直線辺部 ２０ｃ 第二直線辺部 ３１ 機枠 ３２ Ｘスライドテーブル ３３ Ｙスライドテーブル ３４ 主軸スピンドル ３５ ロータリテーブル ３６ バイト台

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸を中心とする多数の輪帯を有し、隣
   接する輪帯の間を微細な段部で接続した輪帯レンズを成
   形するための成形用金型の加工方法であって、 上記金型を光軸と一致する回転軸を中心に回転させるス
   テップ；金型の輪帯成形面を加工するバイトを、上記回
   転軸を通る平面上において輪帯形状に応じて金型に対し
   て相対移動させるステップ；及び上記バイトと金型と
   を、輪帯形状に応じて、その先端の加工エッジ部を中心
   に上記回転軸を通る平面内で相対回動させるステップ；
   とを同時に実行することを特徴とする輪帯レンズ成形用
   金型の加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の加工方法において、バイ
   トを上記回転軸を通る平面上において輪帯形状に応じて
   金型に対して相対移動させるステップは、回転駆動され
   る金型の径方向の相対移動と、輪帯形状に応じて、同金
   型の軸方向の相対移動との合成運動からなっている輪帯
   レンズ成形用金型の加工方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の加工方法において、バイ
   トの径方向の相対移動速度は、金型の１回転当り１〜２
   μｍである輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の
   加工方法において、各輪帯は、曲面からなっている輪帯
   レンズ成形用金型の加工方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項記載の
   加工方法において、バイトの加工エッジ部の角度は、輪
   帯と、輪帯を接続する微細な段部とのなす角度と一致し
   ている輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項記載の
   加工方法において、バイトを、輪帯形状に応じて、その
   先端の加工エッジ部を中心に上記回転軸を通る平面内で
   金型に対して相対回動させるステップでは、輪帯成形面
   の各輪帯の法線に対し、常にバイトが同一方向を向くよ
   うにバイト角度を制御する輪帯レンズ成形用金型の加工
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項記載の
   加工方法において、バイトの形状は、金型の輪帯成形面
   と向き合う直線切削部と、この直線切削部の一端と加工
   エッジ部を形成する第一の直線辺部と、上記直線切削部
   の他端に接続された第二の直線辺部とを備え、直線切削
   部の長さをａ（μｍ）、第一の直線辺部と第二の直線辺
   部の角度をｂとしたとき、 ２≦ａ≦４ ４０゜≦ｂ≦５５゜ を満足している輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の加工方法において、金型
   の輪帯成形面の各輪帯の法線に対し、常にバイトの上記
   第一直線辺部が略直角をなすようにバイトと金型の相対
   角度が制御される輪帯レンズ成形用金型の加工方法。
9. 【請求項９】 回転駆動される金型素材を加工するバイ
   トに、該金型素材の回転軸を通る平面において、回転軸
   と平行な方向と、回転軸に直交する方向との送りを与え
   るだけでなく、その先端の加工エッジ部を中心とする回
   転運動を与えることを特徴とする輪帯レンズ成形用金型
   の加工方法。
10. 【請求項１０】 光軸を中心とする多数の輪帯を有し、
    隣接する輪帯の間を微細な段部で接続した輪帯レンズを
    成形するための成形用金型加工用のバイトであって、 金型の輪帯成形面を加工するとき、該金型の回転軸を通
    る平面上において輪帯形状に応じて金型に対して相対移
    動されるとともに、その先端の加工エッジ部を中心に上
    記回転軸を通る平面内で金型に対して相対回動され、 その平面形状は、金型の輪帯成形面と向き合う直線切削
    部と、この直線切削部の一端と加工エッジ部を形成する
    第一の直線辺部と、上記直線切削部の他端に接続された
    第二の直線辺部とを備え、 上記直線切削部の長さをａ（μｍ）、第一の直線辺部と
    第二の直線辺部の角度をｂとしたとき、 ２≦ａ≦４ ４０゜≦ｂ≦５５゜ を満足することを特徴とする輪帯レンズ成形用金型加工
    用バイト。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のバイトにおいて、バ
    イトの加工エッジ部の角度は、輪帯と、輪帯を接続する
    微細な段部とのなす角度に設定されている輪帯レンズ成
    形用金型加工用バイト。