JPWO2013089282A1 - 超精密複合加工装置における加工手段の判断方法および超精密複合加工装置 - Google Patents

Abstract

被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置（１００）において加工手段を判断する方法であって、超精密複合加工装置（１００）が、被加工材を粗削りするための電磁波加工手段（１０）、粗削りされた前記被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段（３０）、ならびに、電磁波加工手段（１０）および精密機械加工手段（３０）の使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定手段（５０）を有して成り、加工手段の判断においては、微細加工物の立体形状モデルの情報、微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工手段（１０）の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段（３０）の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段（１０）を用いるか或いは精密機械加工手段（３０）を用いるかの判断を行うことを特徴とする、方法。

Description

本発明は、超精密複合加工装置において加工手段を判断する方法および超精密複合加工装置に関する。より詳細には、本発明は、被加工材から超精密複合加工によって微細加工物を得るための超精密複合加工装置およびその装置の加工手段を判断する方法に関する。

一般工業分野においては、金属、木材またはプラスチックなどの素材を部分的に削り取って所望の形状を作り上げる工作機械加工が従前より行われている。例えば、旋削、フライス削り、平削りなどの切削加工を実施することによって所望の製品・部品を作り上げることができる。

複雑な製品・部品を大量生産する必要がある場合、成形用の金型などを機械加工によって製造し、その金型を用いて各種成形品を製造することが一般に行われている。特に近年では、電気および電子機器が、年々小型化および高性能化しており、それらに使用される部品などに対して小型化・高性能化が当然に求められている。従って、そのような小型化・高性能化に対応した各種部品・製品を成形するための金型に対しても、かかる小型化に見合った精度が求められている。

特開平９−２２５９４７号公報 特開２００１−７９８５４

しかしながら、近年の小型化に対応した金型製品を製造する場合、従来の機械加工を踏襲するだけでは十分に満足のいく対応ができているとはいえない。例えば、超硬材料や焼入れ鋼などの難削材を切削加工して金型製品を得る場合では、加工具の寿命は短く製造コストの増加が引き起こされるだけでなく、加工時間が長いものとなっていた。このことは、金型製品が小型化ないしは微細化すればするほど顕著となる。従って、現実的には、成形品の形状（即ち、型形状や目的となる商品形状）の変更を余儀なくされる。

切削加工具の種類を好適に選択することも考えられるものの、切削加工はあくまでも被削材との接触に起因して削り取るものであるので、工具の寿命が短いことには変わりがなく、また、加工に膨大な時間を要してしまう。レーザ加工などの非接触加工を行うことも考えられるが、レーザ加工は、被削材がレーザ光を吸収することに起因した発熱加工に基づくので、高精度な加工に向かない（特に、面粗さ精度・形状精度が要求される微細製品に対しては一般に使用できないと考えられている）。

ここで、切削加工に際しては複数の加工手段を順次用いることも考えられるが、加工すべき形状によっては、予め決められた加工順序を所定通り実施するだけでは効果的といえない場合が存在する。例えば、加工形状・加工箇所によっては、当初決められた前段の加工手段を実施せず、後段の加工手段を直接用いる方が加工時間の全体的な短縮が可能となる場合が考えられる。しかしながら、このような判断を人が介在して行うとなると煩雑である。加工データを予め作成することも考えられるが、種々の加工形状・加工箇所に依存し得る要素があるために同様に煩雑となり、データ作成に費やす時間は長くなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、小型製品（特に微細構造部を備えた微細製品）の製造にとって好適な加工装置における加工手段の判断方法を提供すると共に、かかる判断を行うことができる加工用データを有するシステムを備えた超精密複合加工装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明では、被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置において加工手段を判断する方法であって、
超精密複合加工装置が、
被加工材を粗削りするための電磁波加工手段（即ち、電磁波加工デバイス）；
粗削りされた被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段（即ち、精密機械加工デバイス）；ならびに
電磁波加工手段および精密機械加工手段の使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定手段（即ち、形状測定デバイス）
を有して成り、
加工手段の判断においては、
微細加工物の立体形状モデルの情報；
微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに
「電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータ」および「精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータ」
に基づいて電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行うことを特徴とする方法を提供する。

ある好適な態様では、被加工材の最終形状についての３次元ＣＡＤデータを用いて加工手段の判断の前処理を行っており、かかる前処理では、
被加工材の最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面を作成し、そのオフセット面が被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するか否かによって、電磁波加工手段を実施するか否かを判断する。

被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するオフセット面が存在する場合、その最表面よりも内側に位置するオフセット面と最表面レベルとで囲まれた領域を「暫定的な電磁波加工部」として抽出することが好ましい。

また、得られた「暫定的な電磁波加工部」については、その形状を、電磁波加工手段の加工可能形状データベースと比較することによって、電磁波加工手段を実施すべきか否かを判断することが好ましい。

更に、得られた「暫定的な電磁波加工部」の体積を算出し、その算出した体積について、電磁波加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づき必要とされる加工時間Ａを算出すると共に、精密機械加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づき必要とされる加工時間Ｂを算出したうえで、かかる加工時間Ａと加工時間Ｂとを比較して電磁波加工手段を実施すべきか否かを判断することが好ましい。尚、加工時間Ａと加工時間Ｂとの比較に際しては、電磁波加工手段から精密機械加工手段へと切替える際に要する段取り時間などの間接的な時間条件を考慮することが好ましい。

本発明に係る加工手段の判断方法では、上記の抽出および比較を順次行うことが好ましい。つまり、（ａ）暫定的な電磁波加工可能部の抽出、（ｂ）暫定的な電磁波加工部の形状と電磁波加工の加工可能形状データベースとの比較、および（ｃ）加工時間Ａと加工時間Ｂとの比較を順次行うことが好ましい。

尚、加工手段の判断方法の対象となる超精密複合加工装置についていえば、電磁波加工手段がレーザ加工手段であってよい。また、精密機械加工手段では、プレーナ加工具、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具から成る群から選択される切削加工具が取替え自在となっていてもよい。

更に、超精密複合加工装置は、形状測定手段で測定された被加工材の形状の情報に基づき、電磁波加工手段または精密機械加工手段を制御する手段（即ち、制御装置）を更に有して成るものであってもよい。

微細加工物の微細部寸法は、数十ｎｍ〜数ｍｍの範囲、即ち、約１０ｎｍ〜約１５ｍｍないしは約１０ｎｍ〜約３ｍｍ程度（例えば１０ｎｍ〜５００μｍもしくは５０ｎｍ〜１μｍ程度、あるいは場合によっては１ｎｍ〜１μｍ）となっている。そのような微細部寸法を有する微細加工物を例示すると、光学レンズ用金型または光学レンズを挙げることができる。

本発明では超精密複合加工装置も提供される。かかる超精密複合加工装置は、被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置であって、
被加工材を粗削りするための電磁波加工手段；
粗削りされた被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段；ならびに
電磁波加工手段および精密機械加工手段の使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定手段
を有して成り、また
超精密複合加工装置が、その超精密複合加工装置に用いる加工用データが格納された記憶部を備えたシステムを更に有して成り、
加工用データが、微細加工物の立体形状モデルの情報；微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行うための加工用データとなっていることを特徴とする。

ある好適な態様では、加工用データは、被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて、最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面が被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するか否かで電磁波加工手段を実施するか否かの判断を行う加工用データとなっている。

別のある好適な態様では、加工用データは、被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するオフセット面が存在する場合にその内側に位置するオフセット面と被加工材の最表面レベルとで囲まれた領域を暫定的な電磁波加工部とし、かかる暫定的な電磁波加工部における形状を電磁波加工手段の加工可能形状データベースと比較して電磁波加工手段を実施するか否かの判断を行う加工用データとなっている。

更に別のある好適な態様では、加工用データは、暫定的な電磁波加工部の体積を算出し、その算出した体積について、電磁波加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づいた加工時間Ａを算出すると共に、精密機械加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づいた加工時間Ｂを算出し、加工時間Ａと加工時間Ｂとを比較することで電磁波加工手段を実施するか否かの判断を行う加工用データとなっている。

まず、加工手段の判断方法が活用される超精密複合加工装置の効果についていえば、超硬材料や焼入れ鋼などの難削材から加工する場合であっても、短時間かつ高精度な条件で微細構造物を得ることができる。

具体的に述べると、一次加工として非接触な電磁波加工でもって被加工材の粗削りを行い（特にかかる粗削りで加工すべき大部分を除去加工する）、その後、適宜交換可能な切削加工具でもって二次加工として精密機械加工を行なうので、工具の寿命は長くなり、かつ、加工時間が大幅に減じられる。例えば、従来技術のように全て切削加工具を用いて難削材から微細構造物を製造する場合等の従来工法と比較すると、本発明では５０〜８０％程度製造時間を短縮することができる。また、そのように電磁波加工による粗削りで加工時間を大幅に短縮しつつも、機上測定を伴って適宜交換可能な加工具で精密機械加工を施すことに起因して面粗さ精度・形状精度などにつき高精度仕様を達成できる。従って、当初意図された成形品の形状（即ち、型形状、目的となる商品形状）を変更することなく金型製品などの小型化・微細化を好適に図ることができ、ひいては、電気および電子機器およびそれらに使用される各種部品の小型化・微細化に好適に対応できる。これは、製造プロセス自体が“障害”となることなく所望の小型微細品を設計できることを意味しており、更に高性能な小型電気・電子機器の設計・開発へとつながる。

そして、本発明の加工手段の判断方法（また、その判断を行うことができる加工用データが格納された記憶部を備えたシステムを有して成る超精密複合加工装置）では、加工形状・加工箇所に応じて「電磁波加工手段」と「精密機械加工手段」とを好適に使い分けることができ、加工時間を効果的に短縮することができる。つまり、前段として電磁波加工手段を用い、後段として精密機械加工手段を用いることをベースにしつつも、実際の加工形状・加工箇所に応じて適宜、後段の精密加工を直接実施することも可能となり、総加工時間を効果的に短縮することができる。これは、被加工材から目的形状作製までの所要時間がトータルとして短縮されることを意味している。

また、そもそも加工手段の使い分けでは人的判断を介しておらず、その観点でも効率的な加工を実現することができるといえる。つまり、本発明に従えば、実際の加工操作時や加工データ作成時における人的判断時間や人的作業時間などについて省略・短縮化を図ることが可能となる。

図１は、超精密複合加工装置の構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、超精密複合加工の特徴を説明するための模式図である。 図３は、微細構造物の微細部寸法を説明するための模式図および電顕写真図である。 図４は、算術平均粗さＲａの説明するための模式図である。 図５は、精密機械加工手段・精密機械加工の態様を模式的に示す斜視図である。 図６は、シェーパ加工具・シェーパ加工の態様を模式的に示す斜視図である。 図７は、フライカット加工具・フライカット加工の態様を模式的に示す斜視図である。 図８は、ダイヤモンドターニング加工具・ダイヤモンドターニング加工の態様を模式的に示す斜視図である。 図９は、マイクロミーリング加工具・マイクロミーリング加工の態様を模式的に示す斜視図である。 図１０は、振動切削の態様を模式的に示す斜視図である。 図１１（ａ）は形状測定手段の態様を模式的に示す斜視図であり、図１１（ｂ）は補正加工用データを構築する態様を示した図である。 図１２は、コンピュータにより構成された演算手段の態様を模式的に示す斜視図である。 図１３（ａ）は工具刃先の形状・位置などを測定する態様を模式的に示す斜視図であり、図１３（ｂ）は、形状測定手段が垂直方向に可動自在に設けられた態様を模式的に示す斜視図である。 図１４は、「被加工材を載置させるテーブルの少なくとも１軸の動作」と「精密機械加工手段および／または電磁波加工手段の少なくとも１軸の動作」とを同期制御する態様を模式的に示す斜視図である。 図１５は、被加工材に対するレーザ入射光の角度が調整可能となっている態様を模式的に示す斜視図である。 図１６は、回転方向、水平方向および／または垂直方向の軸に沿って被加工材が可動となる態様（図示する態様では最大６軸可動となる態様）を示す図である。 図１７は、レーザ照射の拡がり角や集束角に合わせて、レーザ照射および／または被加工材の向きを調整して被加工材の垂直面の加工を行う態様を模式的に示した斜視図である。 図１８は、「電磁波加工による粗削り工程」と「精密機械加工」とを並行して行う態様を模式的に示した斜視図および上面図である。 図１９は、本発明の対象範囲を示したフローである。 図２０は、「微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積」および「微細加工物の立体形状モデル」を概念的に示した図である。 図２１は、「電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータ」および「精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータ」を概念的に示した図である（図２１（ａ）：電磁波加工手段を用いた際の“除去加工の体積”と“除去加工時間”との相関関係データＡ、図２１（ｂ）：精密機械加工手段を用いた際の“除去加工の体積”と“除去加工時間”との相関関係データＢ、図２１（ｃ）：段取り時間などの付加的時間条件も加味した“除去加工の体積”と“除去加工時間”との相関関係データ）。 図２２は、オフセット面を作成する態様を模式的に示した図である。 図２３は、オフセット前の態様とオフセット面の態様とを示した図である（図２３（ａ）：オフセット面の一部が被加工材の最表面よりも内側に位置している態様、図２３（ｂ）オフセット面の全てが被加工材の最表面よりも内側に位置している態様、図２３（ｃ）：オフセット面の全てが被加工材の最表面よりも外側に位置している態様）。 図２４は、オフセット量と加工時間との関係を示したグラフ図である。 図２５は、「オフセット処理を通じた判断（暫定的な電磁波加工部の抽出）」、「電磁波加工可能な形状か否かの判断」および「電磁波加工必要量以上か否かの判断」を順次実施する際のフローである。 図２６（ａ）および（ｂ）は、“スポット径”および“コーナＲ”を説明するための模式図である。 本発明の超精密複合加工装置に用いられるシステムの構成を模式的に示した図である。 図２８は、研削加工具・研削加工の態様を模式的に示す斜視図である。 図２９は、実施例で製造した金型に関する説明図である（図２９（ａ）：ケースＡ、図２９（ｂ）：ケースＢ）。

以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

［超精密複合加工装置］
まず、本発明のベースとなる超精密複合加工装置の基本構成について説明する。尚、図面に示す各種の要素は、本発明の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比や外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。

超精密複合加工装置は、被加工材から微細加工物を製造するための装置である。図１に模式的に示すように、超精密複合加工装置１００は、
被加工材を粗削りするための電磁波加工手段１０；
粗削りされた被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段３０；および
電磁波加工手段１０および精密機械加工手段３０の使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定手段５０
を有して成る。

超精密複合加工装置は、粗削りするための電磁波加工手段１０と、その粗削りされた後の被加工材を「微細加工に好適な切削工具（特に、粗削りされた被加工材の微細加工にとって好適な切削工具）」でもって精密加工するための精密機械加工手段３０と、それら加工に際して被加工材の形状を測定するための形状測定手段５０と、を備えていることを特徴としている（図２を併せて参照のこと）。

本明細書において「超精密複合加工」という用語は、「電磁波」と「精密機械」との加工によって微細構造物（例えば図３に示すような微細部寸法ＬａまたはＬｂが数十ｎｍ〜数ｍｍの範囲、即ち、約１０ｎｍ〜約１５ｍｍないしは約１０ｎｍ〜約３ｍｍ程度、例えば１０ｎｍ〜５００μｍないしは５０ｎｍ〜１μｍ程度の数十ｎｍ〜数十μｍの範囲、あるいは場合によっては１ｎｍ〜１μｍの微細構造物）を得る態様に鑑みて使用している。従って、ここでいう「超精密」とは、微細部寸法ＬａまたはＬｂが上記のような数十ｎｍ〜数ｍｍの範囲にあるような細部にいたるまで正確に加工する態様を実質的に意味しており、また、「複合」とは「電磁波加工」と「精密機械加工」との２種類の加工を組み合わせた態様を実質的に指している。

このように超精密複合加工装置１００は、微細部寸法が数十ｎｍ〜数ｍｍの範囲、即ち、約１０ｎｍ〜約１５ｍｍないしは約１０ｎｍ〜約３ｍｍ程度（例えば１０ｎｍ〜５００μｍないしは５０ｎｍ〜１μｍ程度の数十ｎｍ〜数十μｍの範囲、あるいは場合によっては１ｎｍ〜１μｍ）の微細構造物の製造に対して特に適している。微細構造物が複雑な多面形状や曲面形状を有するものであってもかまわない。微細構造物（即ち、本発明の装置で製造できるもの）を例示すれば、被加工材が超硬材料、焼入れ鋼、非鉄（Ｂｓ、Ｃｕおよび／またはＡｌなど）、プリハードン鋼などの金属材料から成る場合、光学レンズ用金型（例えばマイクロレンズアレイ金型）、ガラスレンズ用金型、精密射出成形用金型、精密金属加工用金型などを挙げることができる。また、そのような金型から形成される製品を直接製造することもでき、光学レンズ（例えばマイクロアレイレンズ）、撥水板、ミラー、精密部品などを製造できる（かかる場合、被加工材がプラスチック、アルミ・鋼材などの金属材料、シリコン、ガラス、鉱物、多結晶ダイヤなどの材料から成り得る）。このように超精密複合加工装置は、被加工材の材質の点で特に制限なく、無機質（ガラス、金属など）あるいは有機質（ポリマーなど）の素材に対して超精密複合加工を施すことができる。

超精密複合加工装置１００の電磁波加工手段１０は、被加工材を粗削りするためのものである。ここでいう「粗削り」とは、被加工材の除去すべき部分を大まかに除去することを意味している。特に本発明では、被加工材の除去すべき部分の７０体積％〜９５体積％、好ましくは８０体積％〜９５体積％、更に好ましくは９０体積％〜９５体積％を除去することを実質的に意味している。

「電磁波加工手段」は、１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数の波または光を利用して被加工材を加熱除去する手段である。かかる「電磁波加工手段」としては、レーザ加工手段が好ましく、それゆえ、超精密複合加工装置１００はレーザを被加工材へと照射することができるレーザ発振器を備えていることが好ましい。電磁波加工手段１０がレーザ加工手段の場合、用いられるレーザの種類としては、固体レーザ、ファイバーレーザ、気体レーザなどが好ましい。

超精密複合加工装置１００の精密機械加工手段３０は、電磁波加工手段１０で粗削りされた被加工材を精密加工するためのものである。ここでいう「精密加工」とは、粗削りされた被加工材に対してｎｍオーダー（例えば１０ｎｍ〜５０００ｎｍあるいは５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度）の切削を施して所望の微細構造物を得る加工のことを実質的に意味している。特に好ましくは、かかる「精密加工」によって、表面粗さＲａが数ｎｍ〜数百ｎｍ（例えば２ｎｍ〜２００ｎｍ程度）となった微細構造物が得られることになる。尚、ここでいう「表面粗さＲａ」は、算術平均粗さのことをであって、図４に示すような粗さ曲線（本発明でいうと「微細構造物の表面の断面形状プロファイル」）から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分における平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計して得られる値を平均化したものを実質的に意味している。また、別の表面粗さの観点でいうと、Ｒｚが１００ｎｍ以下（即ち、Ｒｚ＝０〜１００ｎｍ）となった微細構造物が得られる態様をも包含している。

精密機械加工手段３０では、プレーナ加工具、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具から成る群から選択される切削加工具が取替え自在となっていることが好ましい（図５参照）。つまり、プレーナ加工、シェーパ加工、フライカット加工、ダイヤモンドターニング加工およびマイクロミーリング加工から成る群から選択される少なくとも１つの加工、好ましくは少なくとも２つの加工が実施できるように、それら加工のための工具が取外し可能に精密機械加工手段３０に設けられる。

特に好ましくは、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具から成る群から選択される切削加工具が取替え自在となっている。

精密機械加工手段３０は、図５に示すように、水平方向にスライド移動可能なスライド台３１、垂直軸可動モータ３２および加工ヘッド３３などから構成されているところ、プレーナ加工具、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具などが取換え自在に加工ヘッド３３に設けられる。かかる取り換え機構としては、各種加工具が螺子付けや嵌合によって加工ヘッド、送り機構、テーブルもしくは主軸などに取り付けられるものであってよく、あるいは、加工ヘッドなどに予め取り付けられた各種加工具が加工可能な状態へと選択的に移動・可動できるものであってもよい。

精密機械加工手段３０の各種加工具について詳述しておく。
・プレーナ加工具：いわゆる“プレーナ−加工”（平削り）を実施するための切削工具である。つまり、プレーナ加工具は、被加工材を削って平面を作り出すための切削工具である。典型的には、プレーナ加工具としてバイドを用い、被加工材が取り付けられたテーブルを水平方向に運動させつつ、バイトをテーブルの運動方向と直角方向に間欠的に送ることによって平面削りを実施できる。
・シェーパ加工具：いわゆる“シェーパ加工”（型削り・形削り）を実施するための切削工具である。つまり、シェーパ加工具３４は、被加工材を削って主に非平面部（例えば溝など）を作り出すための切削工具である（図６参照）。典型的には、シェーパ加工具としてバイドを用い、被加工材が取り付けられたテーブルをバイトの運動と直角方向に間欠的に送りつつ、往復運動するバイトを被加工材に接触させることによって型削り・形削りを実施できる。
・フライカット加工具：いわゆる“フライ加工”を実施するための切削工具である。典型的には、フライカット加工具３５として回転工具を用い、それを回転運動させつつ被加工材（特に位置固定された被加工材）に対して送ることによって被加工材の切削を行う（図７参照）。ちなみに、“フライカット加工”という用語は、“フライ加工”と実質的に同義であるものの、本発明における精密機械加工を前提とすると、切れ刃を１つだけ使用して行う加工態様をも包含している。
・ダイヤモンドターニング加工具：いわゆる“ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｔｕｒｎｉｎｇ）”または“超精密旋削加工”を実施するための切削工具である。典型的には、被加工材８１を回転運動させ、かかる被加工材８１とダイヤモンド工具３６とを接触させることによって、被加工材を回転中心形状に加工する（図８参照）。
・マイクロミーリング加工具：“ｍｉｃｒｏ−ｍｉｌｌｉｎｇ”などのミーリング加工を実施するための切削工具である。典型的には、マイクロミーリング加工具３７として小径の回転工具（例えばダイヤモンド回転工具）を用い、それを回転運動させつつ被加工材と接触させることによって刃先形状の転写や各種形状を形成する（図９参照）。

また、超精密複合加工装置１００では、精密機械加工手段３０が振動切削手段として更に機能するものであってよい。つまり、上述の切削加工具を振動に付すことができるようになっており、例えば、切削加工具が駆動圧電素子などに連結されている。振動切削では、“切削抵抗が減少する”／“構成刃先が付着しない”／“熱による歪みを抑えることができる”といった効果が奏される。振動切削としては、特に“超音波楕円振動切削”が好ましく、切削工具の刃先を楕円振動させることによって（図１０参照）、切削抵抗の大幅の低減、バリやびびり振動の抑制や切り屑厚さの低減を効果的に図ることができる。

超精密複合加工装置１００は形状測定手段５０を有して成る。かかる形状測定手段５０は、電磁波加工手段１０および精密機械加工手段３０の使用に際して被加工材の形状を機上測定するための手段である。ここでいう「形状測定」とは、加工前、加工中および加工後の少なくも１つの時点において被加工材の形状および／または位置を測定することを実質的に意味している。

形状測定手段としては、例えば“撮取手段”および“レーザ光を利用した検出器”などを挙げることができる。“撮取手段”を例示すれば、ＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、近赤外カメラ、中赤外カメラおよびＸ線カメラなどであり、“レーザ光を利用した検出器”を例示すれば、レーザマイクロスコープ（レーザ顕微鏡）、レーザ干渉計などであり、その他に白色干渉法を用いた計測方法などが挙げられる。また、“接触による計測手段”も好ましく用いられ、形状測定手段がプローブを用いた計測器（三次元測定器）などであってもよい（例えば、走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡であってよい）。

図１１（ａ）および図１に示すように、形状測定手段５０は、好ましくは“撮取手段５２”と“レーザ光を利用した検出器５４”との組合せを有している。かかる場合、撮取手段５２によって被加工材の位置を確認し、次いで、“レーザ光を利用した検出器５４”によって被加工材の形状（特に加工が施される部分の形状）を確認することが好ましい。

形状測定手段５０で測定された被加工材の形状および／または位置などの情報は、電磁波加工手段１０および精密機械加工手段３０へとフィードバックされ、所望の電磁波加工および／または精密機械加工の実施に利用される。それゆえ、超精密複合加工装置は、形状測定手段で測定された被加工材の形状の情報に基づき、電磁波加工手段または精密機械加工手段を制御する手段（例えば、後述の“演算手段”）を有して成る。これにつき例示すると、電磁波加工および／または精密機械加工の実施に際して、被加工材の形状および／または位置などが形状測定手段５０によってリアルタイムに測定され、測定されたデータが加工手段において利用される。例えば「形状測定手段によって測定されたデータ」と「微細加工物のモデルから得られる電磁波加工手段および／または精密機械加工手段の加工パスのデータ」とに基づいて補正加工用データを構築して、その補正加工用データに基づいて電磁波加工および／または精密機械加工を実施する（図１１（ｂ）参照）。超精密複合加工装置１００は、そのような補正加工用データを構築する演算手段を有していることが好ましい。

演算手段などの制御手段は、例えば図１２に示すように、コンピュータ９０により構成されたものであってよく、例えば少なくともＣＰＵおよび一次記憶装置部や二次記憶装置部などを備えたコンピュータにより構成されることが好ましい。かかるコンピュータの記憶装置部における「微細加工物のモデルから得られる電磁波加工手段および／または精密機械加工手段の加工パスのデータ」を、「形状測定手段によって測定されたデータ」と比較してその差分を算出することによって、補正加工用データを得ることができる（例えば、加工途中もしくは加工終了後に被加工材の形状を測定することで材料／変形量（誤差）の関係をデータベースとして蓄積してゆき、それによって、補正加工用データベースを自動構築してよい）。尚、演算手段においては、微細加工物のモデルおよび被加工材の形状などから、数値演算にて電磁波加工手段および／または精密機械加工手段の加工パス（特に複合加工用のパス）を自動生成できるものであってもよい。

尚、形状測定手段５０によって、被加工材の形状および／または位置のみならず、工具刃先３０ａの形状および／または位置などを測定してもよい（例えば図１３（ａ）参照）。かかる場合であっても、測定されたデータ・情報は電磁波加工手段１０および精密機械加工手段３０へとフィードバックされ、所望の電磁波加工および／または精密機械加工の実施に利用される。また、機上測定のため、図１３（ｂ）に示すように、形状測定手段５０を垂直方向に可動自在に設けてもよい。

超精密複合加工装置１００は、種々の態様で実現可能である。特に好ましい態様を例示する。

（同軸制御の態様）
かかる態様では、超精密複合加工装置が、被加工材を載置させるテーブルの少なくとも１軸の動作と、精密機械加工手段および／または電磁波加工手段の少なくとも１軸の動作とを同期制御するための制御部を更に有して成る。つまり、図１４に示されるように、被加工材を載置させるテーブル８５の少なくとも１つの方向の運動を制御すると共に、精密機械加工手段３０および／または電磁波加工手段１０の少なくとも１つの方向の運動を制御することができる制御部を更に有して成る。かかる制御部は、上記の演算手段に含まれていてよく、例えばコンピュータ９０（図１２参照）により構成されるものであってよい。このような制御部を超精密複合加工装置が有して成ることによって加工時間の更なる短縮を図ることができる。

（レーザ加工に関する可動自在な態様）
かかる態様では、図１５に示すように、被加工材８０を載置させるテーブル８５および／またはレーザ加工手段１５が可動自在となっており、被加工材８０に対するレーザ加工手段１５のレーザ入射光１５ａの角度が調整可能となっている。これにより、任意の形状の微細加工物をより好適に製造することができる。被加工材８０を載置させるテーブル８５の可動には、被加工材８０が例えば回転方向、水平方向および／または垂直方向などに動くことができるように（図１６参照）、各種可動機構（例えば、カム機構などを利用した可動機構）が備わっている。尚、テーブルが傾くように可動するものであってもよい。同様に、レーザ加工手段１５の可動には、そのレーザヘッドなどが例えば回転方向、水平方向および／または垂直方向などに動くことができるように各種可動機構が備わっていることが好ましい。ちなみに、レーザ照射の拡がり角α’や集束角αに合わせて、レーザ照射および／または被加工材の向きを調整すると、被加工材８０の垂直面８０ａ（または垂直面に近い面もしくはテーパ角の小さい面）の加工を行うことができるようになる（図１７参照）。

（複数種のレーザ加工手段の態様）
かかる態様では、レーザ加工手段として、レーザ波長がそれぞれ異なる複数のレーザ発振器を有して成る。つまり、超精密複合加工装置が、複数台のレーザ装置を搭載して成り、被加工材の材質に応じて最適なレーザ波長を選択できるようになっている。これによって、被加工材の材質の材料の自由度が増す。例えば、微細加工物としてマイクロレンズアレイ金型が製造される場合、波長が５００ｎｍ〜１１００ｎｍのレーザを発生するレーザ装置と、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍのレーザを発生するレーザ装置とが設けられていることが好ましい。また、微細加工物としてマイクロレンズアレイをガラスまたはプラスチックなどの材質の被加工材から直接的に製造する場合、波長が３００ｎｍ〜１１００ｎｍ且つパルス幅が数十ｐｓ〜数百ｆｓのレーザ装置が搭載されていてもよい。

（並行実施の態様）
“電磁波加工手段による粗削り”と“精密機械加工による精密加工”とを実質的に並行して実施してもよい。つまり、電磁波加工による粗削り工程と精密機械加工とを実質的に同時に行ってよい。より具体的には、図１８に示すように、被加工材８０の一部Ａに対して電磁波加工による粗削りを行うと共に、既に粗削りされた被加工材８０の他の一部Ｂに対しては精密機械加工を施してよい（図示するように、例えば、被加工材を載置テーブル８５を回転させることを通じて同時加工を行ってよい）。

［本発明の加工手段の判断方法］
本発明は、上記のような超精密複合加工装置１００に適した加工手段の判断方法に関する。具体的には、実際の加工形状・加工箇所に応じて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行う。本発明の対象となる範囲を図１９に示す。図１９から分かるように、本発明の加工方式の判断は、微細加工物を製造するに先立って行うものである。

具体的に詳述していく。本発明の方法では、微細加工物の立体形状モデルの情報、微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報、ならびに、「電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータ」および「精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータ」等に基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行う。

「微細加工物の立体形状モデルの情報」は、超精密複合加工装置を用いた加工によって得ようとする製品形状についての情報であり、目標とする形状の情報である。つまり、図２０に示されるような被加工材から除去加工して得られる最終形状の情報である。

「微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報」は、超精密複合加工装置の加工によって除去される被加工材体積の情報である。つまり、図２０に示すように“被加工材”から“製品形状（最終形状）”を得る際に部分的に除去されることになる被加工材体積の情報である。

「電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータ」は、電磁波加工手段の除去加工時間に関する相関関係データである。例えば、電磁波加工手段を用いた際の“除去加工の体積”と“除去加工時間”との相関関係データＡであってよい（図２１（ａ）参照）。同様にして、「精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータ」とは、精密機械加工手段の除去加工時間に関する相関関係データである。例えば、精密機械加工手段を用いた際の“除去加工の体積”と“除去加工時間”との相関関係データＢであってよい（図２１（ｂ）参照）。

本発明では、上記のような情報およびデータを用いて電磁波加工手段を用いるべきか或いは精密機械加工手段を用いるべきかの判断を行うことを特徴としている。かかる判断は、３次元ＣＡＤデータを用いることを通じて行うことが好ましい。換言すれば、被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて微細加工物製造の前処理としてオフセット処理を行うことが好ましい。

例えば、図２２に示されるように、被加工材の最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面を作成し、そのオフセット面が被加工材の最表面レベルよりも内側（被加工材の最表面内）に位置するか否かに応じて電磁波加工手段を用いるべきか否かを判断することが好ましい。つまり、最終製品の形状面に対して指定量Δｄのオフセットをかけたオフセット面を出し、そのオフセット面が「被加工材の最表面」よりも飛び出しているか否かで、電磁波加工できる部分を抽出する。ここでいう「オフセット」とは、コンピュータ処理（特に３次元ＣＡＤ）において表面を一定量の距離ずらす処理のことであり、例えば被加工材の最終形状の面をその面の法線方向に動かすような処理態様を意味している。実際の処理操作の観点でいうと、オフセット面は、例えば、ＳＩＭＥＮＳ社製のＣＡＤソフトＮＸを用いて、モデル上のサーフェスを選択し、ＣＡＤソフトに搭載されているオフセットサーフェスコマンドを実行することにより得ることができる。また、本明細書で用いる「被加工材の最表面レベルよりも内側に位置する」とは、除去加工する前の被加工材の面レベルに対して被加工材の領域側に位置する態様を意味しており、端的にいえば、被加工材の周囲の外側の領域ではなく、被加工材の内部に相当する領域に存在する態様を意味している（図２２（ｂ）参照）。

得られるオフセット面の形態としては、図２３（ａ）〜（ｃ）に示されるような３種類が考えられる。図２３（ａ）では、オフセット面の一部が被加工材の最表面レベルよりも内側に位置しているが、他の部分は被加工材の最表面レベルよりも外側に位置している。かかる場合、被加工材の最表面レベルよりも内側に位置する領域を“電磁波加工可能な領域”と判断する一方、被加工材の最表面レベルよりも外側に位置する領域は“電磁波加工不可能な領域”と判断する。より具体的には、「被加工材の最表面よりも内側に位置するオフセット面」と「被加工材の最表面レベル」とで囲まれた領域を“電磁波加工可能な領域”と暫定的に判断する一方、「被加工材の最表面よりも外側に位置するオフセット面」と「被加工材の最表面レベル」とで囲まれた領域を“電磁波加工不可能な領域”と判断する。次に図２３（ｂ）であるが、これはオフセット面の全てが被加工材の最表面レベルよりも内側に位置している。かかる場合、全ての領域が“電磁波加工可能な領域”と暫定的に判断する。そして、図２３（ｃ）では、オフセット面の全てが被加工材の最表面レベルよりも外側に位置している。かかる場合、全ての領域が“電磁波加工不可能な領域”と判断する。

上記のような判断は、オフセット処理を通じて、“除去される部分の被加工材厚さ”、即ち、除去体積量に応じて電磁波加工できる箇所か否かを判断していると考えることができる。また、オフセット量Δｄ自体は、用いられる電磁波加工条件などに関係し得るので、その点に鑑みれば、電磁波加工条件に鑑みつつ“除去される被加工材厚さ・量”に応じて電磁波加工手段を用いるべきか否かを判断しているともいえる（図２４参照）。

上記のようなオフセット処理を通じた判断に加えて、「電磁波加工可能な形状か否かの判断」および／または「電磁波加工必要量以上か否かの判断」を行うことが好ましい（図２５参照）。つまり、オフセット処理を通じて暫定的に抽出された「電磁波加工可能な領域」に対して更に判断を加えていく。

「電磁波加工可能な形状か否かの判断」では、電磁波加工手段に関する加工可能形状データベースに基づいた判断を行うことが好ましい。つまり、得られた「暫定的な電磁波加工部」について、その形状を、加工可能形状データベースと比較することによって、電磁波加工手段を実施するか否かを判断することが好ましい。例えば、図２６に示すように、いわゆる“スポット径”や“コーナＲ”などに鑑みた加工可能形状データベースと比較することによって、電磁波加工手段を実施するか否かを判断する。スポット径は、被加工材におけるレーザ光径に相当するものであるが、かかるスポット径よりも大きい被加工材領域を“電磁波加工可能”と判断する一方、スポット径よりも小さい被加工材領域を“電磁波加工不可能”と判断する（図２６（ａ）参照）。コーナＲについては、図２６（ｂ）に示すように、先細り形状の被加工材領域など、電磁波照射（例えばレーザ光照射）すると過大に除去加工されてしまうことになる形状領域に対しては“電磁波加工不可能”と判断する。

次に「電磁波加工必要量以上か否かの判断」においては、電磁波加工手段・精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいた判断を行うことが好ましい。つまり、抽出された「暫定的な電磁波加工部」の体積を算出し、その算出した体積について、「電磁波加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づき必要とされる加工時間Ａ」を算出すると共に（図２１（ａ）参照）、「精密機械加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づき必要とされる加工時間Ｂ」を算出したうえで（図２１（ｂ）参照）、かかる加工時間Ａと加工時間Ｂとを比較して電磁波加工手段を実施するか否かを判断することが好ましい。特にかかる判断では図２１（ｃ）に示すように、電磁波加工手段から精密機械加工手段へと切替える際に要する段取り時間等の付加的時間条件も考慮する。つまり、図２１（ｃ）に示すグラフにおいて、「暫定的な電磁波加工部」の体積」がＶｘよりも大きいと電磁波加工をした方がトータルで時間短縮を図ることができる一方、Ｖｘよりも小さいと、電磁波加工を実施せずに、精密機械加工を直接実施した方が時間短縮を図ることができる。これは、超精密複合加工装置が「粗削りのための電磁波加工手段」と「精密加工のための精密機械加工手段」との２つの手段を採用していることに起因しており、本発明では、かかる手段の切替え作業なども考慮して最適加工実施を行うことができる。

本発明の加工手段の判断方法は、上記のような「オフセット処理基づいた判断（暫定な電磁波加工部の抽出）」と「電磁波加工可能な形状か否かの判断」と「電磁波加工必要量以上か否かの判断」とを順次行うことが好ましい。つまり、以下の（ａ）〜（ｃ）を順次実施して電磁波加工手段を用いるべきか或いは精密機械加工手段を用いるべきかの判断を行うことが好ましい（図２５参照）。
（ａ）オフセット処理を行い、オフセット面が「被加工材の最表面」よりも飛び出しているか否かによって、電磁波加工できる部分が存在するか否かを判断する（暫定的な電磁波加工部の抽出）。
（ｂ）暫定的な電磁加工部の形状を「電磁波加工手段の加工可能形状データベース」と比較することによって、電磁波加工できるか否かを判断する。つまり、“形状”の観点から電磁波加工手段を用いるべきか否かを判断する。
（ｃ）手段の切替えに伴う段取り時間などを踏まえて電磁波加工手段の加工時間Ａと精密機械加工手段の加工時間Ｂとを比較し、電磁波加工すべき除去体積量か否かを判断する。つまり、“段取り時間などを考慮した除去体積に基づく所要加工時間”の観点から電磁波加工手段を用いるべきか否かを判断する。

ちなみに、本発明の加工判断方法の汎用性をより高めるべく、例えば上記（ｃ）などにおいては、被加工材の材質毎に調製された相関関係データを用いることが好ましい。つまり、被加工材の材料毎に加工手段毎の除去加工体積／加工時間の関係をデータベースとして所有しておくことが好ましく、これによって、被加工材の材質が変更になった場合でも好適に対応することが可能となる。

［本発明の超精密複合加工装置］
次に本発明の超精密複合加工装置について説明する。本発明に係る超精密複合加工装置は、
被加工材を粗削りするための電磁波加工手段；
粗削りされた被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段；ならびに
電磁波加工手段および精密機械加工手段の使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定手段
を有して成る。かかる「電磁波加工手段」、「精密機械加工手段」および「形状測定手段」については上述しているので重複を避けるために説明を省略する。

特に、本発明の超精密複合加工装置は、その超精密複合加工装置に用いる加工用データが格納された記憶部を備えたシステムを更に有していることを特徴としている。かかるシステムに含まれる加工用データは、微細加工物の立体形状モデルの情報、微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報、ならびに、電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行うための加工用データとなっている。

本発明の超精密複合加工装置におけるシステム３００は、図２７に示すように、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの一次記憶装置部や二次記憶装置部などから構成された記憶部３１０、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２０、入力装置３３０、表示装置３４０、出力装置３５０等を備え、これら各部がバス３６０を介して互いに接続されたコンピュータ形態を有している。

入力装置３３０は、各種指示信号の入力を行うためのキーボード、マウスまたはタッチパネル等のポインティングデバイスを備え、入力された各種指示信号はＣＰＵ３２０へと送信される。ＲＯＭは、ＣＰＵ３２０によって実行される各種プログラム（超精密複合加工を実施するための各種プログラム）を格納している。ＲＡＭは、ＲＯＭから読み出された上記各種プログラムを実行可能に展開して格納するとともに、プログラムの実行時に一時的に生成される各種データを一時格納する。ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭに格納された各種プログラムを実行することによって、システム３００を統括的に制御する。特にＣＰＵ３２０では、ＲＯＭに格納された超精密複合加工を実施するための各種プログラム（例えば、「電磁波加工手段」、「精密機械加工手段」、「形状測定手段」などの駆動に利用されるプログラム）が処理され得る。表示装置３４０は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等の表示装置（図示せず）を備え、ＣＰＵ３２０から送信される各種表示情報を表示する。

本発明におけるシステム３００では、ＲＯＭおよび／またはＲＡＭなどの記憶部３１０に「微細加工物の立体形状モデルの情報；微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行う加工用データ」が格納されている。そして、システム３００の実行時においてはＣＰＵによって加工用データが利用されることを通じて超精密複合加工装置プログラムが実行され、それによって、超精密複合加工装置１００の実施（具体的には、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの制御など）が行われる。

かかるシステム３００における記憶部３１０には、上述の“本発明の加工方式の判断”を行うことができる加工用データが格納されている。つまり、「微細加工物の立体形状モデルの情報；微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行うための加工用データ（図１９〜図２５参照）」が格納されている。

かかる加工用データは、上述の“本発明の加工方式の判断”に際して使用される加工用データであるので、以下の特徴を有し得る。
●被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて、その最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面が被加工材の最表面レベルよりも内側（被加工材の最表面内）に位置するか否かで電磁波加工手段を実施するか否かの判断を行う加工用データ（図２２、図２４および図２５参照）。
●被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するオフセット面が存在する場合にその内側に位置するオフセット面と最表面レベルとで囲まれた領域を暫定的な電磁波加工部とし、かかる暫定的な電磁波加工部における形状を電磁波加工手段の加工可能形状データベースと比較して電磁波加工手段を実施するか否かの判断を行う加工用データ（図２３、図２４および図２５参照）。
●暫定的な電磁波加工部の体積を算出し、その算出した体積について、電磁波加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づいた加工時間Ａを算出すると共に、精密機械加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づいた加工時間Ｂを算出し、加工時間Ａと加工時間Ｂとを比較することで電磁波加工手段を実施するか否かの判断を行うための加工用データ（図２１および図２５参照）。
●加工時間Ａと加工時間Ｂとの比較に際して、電磁波加工手段から精密機械加工手段への切替えに要する段取り時間を付加的に考慮する加工用データ（図２１および図２５参照）。
●（ａ）上記の暫定的な電磁波加工可能部の抽出、（ｂ）その暫定的な電磁波加工部の形状と加工可能形状データベースとの比較、および（ｃ）加工時間Ａと加工時間Ｂとの比較を順次行う加工用データ（図２５参照）。

本発明において“加工用データ”が格納される記憶部は、コンピュータ内に組み込まれたＲＯＭ／ＲＡＭなどに特に限定されるものでなく、リムーバブルディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク）などであってもよい。つまり、「微細加工物の立体形状モデルの情報；微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行う加工用データ」がリムーバブルディスクに格納されていてもよい。かかる場合、リムーバブルディスクに格納されている加工用データを、リムーバブルディスクドライブ（ＲＤＤ）などで読み取って、システム内のＲＯＭおよび／またはＲＡＭなどに格納されて使用され得る。また、“加工用データ”が格納される記憶部は、別の同様のコンピュータ装置に保存されているものであってもよい。つまり、「微細加工物の立体形状モデルの情報；微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工手段を用いるか或いは精密機械加工手段を用いるかの判断を行う加工用データ」が、超精密複合加工装置に直接的に用いられるのとは別のコンピュータ装置のＲＯＭなどに記憶されているものであってもよい。かかる場合、ＬＡＮ等の通信回路またはリムーバルディスクなどを介して別のコンピュータ装置から伝送された加工用データが、本発明におけるシステムで受信され又は読み取られ、それによって、かかるシステム内のＲＯＭおよび／またはＲＡＭなどに格納されて使用され得る。

尚、上述のような本発明は、次の態様を包含していることを確認的に述べておく：
第１態様：被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置において加工デバイスを判断する方法であって、
超精密複合加工装置が、
被加工材を粗削りするための電磁波加工デバイス；
粗削りされた被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工デバイス；ならびに
電磁波加工デバイスおよび精密機械加工デバイスの使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定デバイス
を有して成り、
加工デバイスの判断においては、
微細加工物の立体形状モデルの情報；
微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに
電磁波加工デバイスの除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工デバイスの除去加工時間に関するデータ
に基づいて、電磁波加工デバイスを用いるか或いは精密機械加工デバイスを用いるかの判断を行うことを特徴とする、方法。
第２態様：上記第１態様において、被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて加工デバイスの判断の前処理を行っており、かかる前処理では、
被加工材の最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面を作成し、
オフセット面が被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するか否かによって、電磁波加工デバイスを実施するか否かを判断する、
ことを特徴とする方法。
第３態様：上記第２態様において、被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するオフセット面が存在する場合、その内側に位置するオフセット面と被加工材の最表面レベルとで囲まれた領域を、暫定的な電磁波加工部とすることを特徴とする方法。
第４態様：上記第３態様において、暫定的な電磁波加工部における形状を、電磁波加工デバイスの加工可能形状データベースと比較し、それによって、電磁波加工デバイスを実施するか否かを判断することを特徴とする方法。
第５態様：上記第３態様または第４態様において、暫定的な電磁波加工部の体積を算出し、その算出した体積について、電磁波加工デバイスに関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づいた加工時間Ａを算出すると共に、精密機械加工デバイスに関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づいた加工時間Ｂを算出し、加工時間Ａと加工時間Ｂとを比較することによって、電磁波加工デバイスを実施するか否かを判断する、
ことを特徴とする方法。
第６態様：上記第５態様において、加工時間Ａと加工時間Ｂとの比較に際しては、電磁波加工デバイスから精密機械加工デバイスへの切替えに要する段取り時間を付加的に考慮することを特徴とする方法。
第７態様：上記第４態様に従属する上記第５態様において、（ａ）暫定的な電磁波加工可能部の抽出、（ｂ）暫定的な電磁波加工部の形状と加工可能形状データベースとの比較、および（ｃ）加工時間Ａと加工時間Ｂとの比較を順次行うことを特徴とする方法。
第８態様：上記第１態様〜第７態様のいずれかにおいて、超精密複合加工装置が、形状測定デバイスで測定された被加工材の形状の情報に基づき、電磁波加工デバイスまたは精密機械加工デバイスを制御する制御装置を更に有して成ることを特徴とする方法。
第９態様：上記第１態様〜第８態様のいずれかにおいて、精密機械加工デバイスでは、プレーナ加工具、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具から成る群から選択される切削加工具が取替え自在となっていることを特徴とする方法。
第１０態様：上記第１態様〜第９態様のいずれかにおいて、電磁波加工デバイスがレーザ加工デバイスであることを特徴とする方法。
第１１態様：上記第１態様〜第１０態様のいずれかにおいて、微細加工物の微細部寸法が１０ｎｍ〜１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする方法。
第１２態様：上記第１１態様において、微細加工物が光学レンズ用金型または光学レンズであることを特徴とする方法。
第１３態様：被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置であって、
被加工材を粗削りするための電磁波加工デバイス；
粗削りされた被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工デバイス；ならびに
電磁波加工デバイスおよび精密機械加工デバイスの使用に際して被加工材の形状を測定するための形状測定デバイス
を有して成り、
超精密複合加工装置が、その超精密複合加工装置に用いる加工用データが格納された記憶部を備えたシステムを更に有して成り、
加工用データが、微細加工物の立体形状モデルの情報；微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、電磁波加工デバイスの除去加工時間に関するデータおよび精密機械加工デバイスの除去加工時間に関するデータに基づいて、電磁波加工デバイスを用いるか或いは精密機械加工デバイスを用いるかの判断を行うための加工用データであることを特徴とする超精密複合加工装置。
第１４態様：上記第１３態様において、加工用データは、被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて、最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面が被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するか否かで電磁波加工デバイスを実施するかの判断を行う加工用データであることを特徴とする超精密複合加工装置。
第１５態様：上記第１４態様において、加工用データは、被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するオフセット面が存在する場合にその内側に位置するオフセット面と最表面レベルとで囲まれた領域を暫定的な電磁波加工部とし、暫定的な電磁波加工部における形状を電磁波加工デバイスの加工可能形状データベースと比較して電磁波加工デバイスを実施するかの判断を行う加工用データであることを特徴とする超精密複合加工装置。
第１６態様：上記第１４態様において、加工用データは、暫定的な電磁波加工部の体積を算出し、その算出した体積について、電磁波加工デバイスに関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づいた加工時間Ａを算出すると共に、精密機械加工デバイスに関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づいた加工時間Ｂを算出し、加工時間Ａと加工時間Ｂとを比較することで電磁波加工デバイスを実施するかの判断を行う加工用データであることを特徴とする超精密複合加工装置。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。

● 精密機械加工手段が、プレーナ加工具、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具から成る群から選択される切削加工具が取替え自在となっている態様を主として説明したが、必ずしもかかる態様に限定されない。例えば精密機械加工手段が、研削加工具に対しても更に取替え自在となっていてよい。つまり、上述の切削加工具に加えて又はそれに代えて研削加工具も取替えられるようになっていてもよい。研削加工具を用いることによって、更に高精度な精密機械加工が実現され得る。典型的には、研削加工具としては砥石を用い、回転運動させた砥石を被加工材に接触させることによって、被加工材の面を研削できる（図２８参照）。砥石に用いられ得る砥粒材料としては、例えば、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、アルミナおよび炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを挙げることができる。また、レジンボンド砥石、メタルボンド砥石やメタルレジン砥石などを用いてもよい。更にいえば、精密機械加工手段は、超音波加工用ホーン、超音波振動切削用工具、ポリシング加工用磨き工具またはマイクロドリルなどに対しても取替え自在となっているものであってもよい。

● 切削工具の切れ味の向上や、工具摩耗の低減などを目的として、潤滑作用を奏し得る切削油剤を工具の刃先に供給してもよい。切削油剤の種類としては特に制限はなく、常套の切削加工に用いる切削油剤を使用してよい。

最後に、本発明では、被加工材から微細加工物を製造するための超精密複合加工方法をベースにした加工工程の判断方法も提供され得ることを付言しておく。かかる方法は、
（ｉ）被加工材に対して電磁波加工を施して被加工材を粗削りする工程；および
（ｉｉ）粗削りされた被加工材に対して精密機械加工を施す工程
を含んで成り、
工程（ｉ）および工程（ｉｉ）の少なくとも一方の実施に際して被加工材の形状を測定し、加工工程の判断方法においては、
微細加工物の立体形状モデルの情報；
微細加工物の製造に際して被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに
「電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータ」および「精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータ」
に基づいて工程（ｉ）の電磁波加工（粗削り工程）を実施するか或いは工程（ｉｉ）の精密機械加工を実施するかの判断を行う。かかる方法についての効果およびその内容については、上記で既に説明した事項と同様のことが当てはまるので、重複を避けるために説明は省略する。

本発明の加工手段の判断方法の対象となる超精密複合加工装置における効果を確認するために以下の試験を実施した。

《ケースＡ》
従来技術の加工法（比較例１）および本発明の加工法（実施例１）を実施することによって、図２９（ａ）に示すようなフレネルレンズ金型を製造した。

（比較例１）
従来技術の加工法として、全ての加工を切削加工により行うことによって難削材からフレネルレンズ金型を製造した。概要を表１に示す。

表１の最右欄に示すように、従来技術の加工法では図２９（ａ）に示すフレネルレンズ金型を得るのに『８０時間』要した。

（実施例１）
本発明の実施例として、レーザ加工によって被加工材を粗削りし、その粗削りされた後の被加工材に微細機械加工を施すことによってフレネルレンズ金型を得た。加工概要を表２に示す。尚、実施例１では、形状測定手段としＣＣＤカメラによるレンズ配置の位置測定および、レーザ光を使用した光干渉による形状測定を実施した。また表面粗さ測定手段としては光干渉を使用した白色干渉測定により実施した。

表２の最右欄に示すように、本発明の加工法では図２９（ａ）に示すフレネルレンズ金型を得るのに『２１時間』要した。

このように同一のフレネルレンズ金型を得る場合、本発明は従来技術よりも製造時間を約７４％減じることができた（表３参照）。

《ケースＢ》
従来技術の加工法（比較例２）および本発明の加工法（実施例２）を実施することによって、図２９（ｂ）に示すような多眼レンズ金型を製造した。

（比較例１）
従来技術の加工法として、放電加工を施した後に切削加工を施すことによって難削材から多眼レンズ金型を製造した。概要を表４に示す。

上記の表４の最右欄に示すように、従来技術の加工法では図２９（ｂ）に示す多眼レンズ金型を得るのに『１５２時間』要した。

（実施例２）
本発明の実施例として、レーザ加工によって被加工材を粗削りし、その粗削りされた後の被加工材に微細機械加工を施すことによって多眼レンズ金型を得た。概要を表５に示す。尚、実施例２では、形状測定手段としてレーザ光を使用した光干渉による形状測定を実施した。また表面粗さ測定手段としては光干渉を使用した白色干渉測定により実施した。

上記表５の最右欄に示すように、本発明の加工法では図２９（ｂ）に示す多眼レンズ金型を得るのに『２８時間』要した。

このように同一の多眼レンズ金型を得る場合、本発明は従来技術よりも製造時間を約８２％減じることができた（表６参照）。

《総括》
ケースＡおよびケースＢから分かるように、本発明では、従来技術で難削材から微細構造物を製造する場合と比べて７０〜８０％製造時間を短縮することができる。従って、本発明は、微細構造物の製造にとって極めて有利な効果を奏するものであることが理解できるであろう。

本発明の実施により、被加工材から微細加工物を得ることができる。特に、本発明では「小型化・高性能化に対応した各種部品・製品を成形するための金型」を得ることができる。
関連出願の相互参照

本出願は、日本国特許出願第２０１１−２７３０８９号（出願日：２０１１年１２月１４日、発明の名称：「超精密複合加工装置における加工手段の判断方法」）に基づくパリ条約上の優先権を主張する。当該出願に開示された内容は全て、この引用により、本明細書に含まれるものとする。

１０ 電磁波加工手段
１５ レーザ加工手段
１５ａ レーザ入射光
３０ 精密機械加工手段
３０ａ 工具刃先
３１ スライド台、
３２ 垂直軸可動モータ
３３ 加工ヘッド
３４ シェーパ加工具
３５ フライカット加工具
３６ ダイヤモンドターニング加工具
３６ａ 真空チャック
３６ｂ エア・スピンドル
３６ｃ 誘導電動機
３６ｄ サーボモータ
３６ｅ 切削油剤タンク
３７ マイクロミーリング加工具
３８ 研削加工具
３８ａ 研削加工具（ダイヤモンド砥石）
３８ｂ ツルーイング砥石
５０ 形状測定手段
５２ 撮取手段／撮画手段（形状測定手段）
５４ レーザ光を利用した検出器（形状測定手段）
８０ 被加工材
８１ 粗削りされた被加工材
８２ 粗削り後に精密機械加工された被加工材（＝微細構造物）
８２ａ 微細構造物の微細部
８５ 被加工材を載置ためのテーブル
９０ 演算手段（例えばコンピュータ）
１００ 超精密複合加工装置
３００ 超精密複合加工装置におけるシステム
３１０ 記憶部
３２０ ＣＰＵ
３３０ 入力装置
３４０ 表示装置
３５０ 出力装置
３６０ バス

Claims (16)

1. 被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置において加工手段を判断する方法であって、
   前記超精密複合加工装置が、
   前記被加工材を粗削りするための電磁波加工手段；
   前記粗削りされた前記被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段；ならびに
   前記電磁波加工手段および前記精密機械加工手段の使用に際して前記被加工材の形状を測定するための形状測定手段
   を有して成り、
   前記加工手段の判断においては、
   前記微細加工物の立体形状モデルの情報；
   前記微細加工物の製造に際して前記被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに
   前記電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび前記精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータ
   に基づいて、前記電磁波加工手段を用いるか或いは前記精密機械加工手段を用いるかの判断を行うことを特徴とする、方法。
2. 前記被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて前記加工手段の判断の前処理を行っており、該前処理では、
   前記最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面を作成し、
   該オフセット面が前記被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するか否かによって、前記電磁波加工手段を実施するか否かを判断する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記被加工材の最表面レベルよりも内側に位置する前記オフセット面が存在する場合、該内側に位置する前記オフセット面と前記最表面レベルとで囲まれた領域を、暫定的な電磁波加工部とする、ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記暫定的な電磁波加工部における形状を、前記電磁波加工手段の加工可能形状データベースと比較し、それによって、前記電磁波加工手段を実施するか否かを判断することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記暫定的な電磁波加工部の体積を算出し、該算出した体積について、前記電磁波加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づいた加工時間Ａを算出すると共に、前記精密機械加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づいた加工時間Ｂを算出し、該加工時間Ａと該加工時間Ｂとを比較することによって、前記電磁波加工手段を実施するか否かを判断する、
   ことを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記加工時間Ａと前記加工時間Ｂとの比較に際しては、前記電磁波加工手段から前記精密機械加工手段への切替えに要する段取り時間を付加的に考慮することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. （ａ）前記暫定的な電磁波加工可能部の抽出、（ｂ）前記暫定的な電磁波加工部の形状と前記加工可能形状データベースとの比較、および（ｃ）前記加工時間Ａと前記加工時間Ｂとの比較を順次行うことを特徴とする、請求項４に従属する請求項５に記載の方法。
8. 前記超精密複合加工装置が、前記形状測定手段で測定された前記被加工材の形状の情報に基づき、前記電磁波加工手段または前記精密機械加工手段を制御する手段を更に有して成ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記精密機械加工手段では、プレーナ加工具、シェーパ加工具、フライカット加工具、ダイヤモンドターニング加工具およびマイクロミーリング加工具から成る群から選択される切削加工具が取替え自在となっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記電磁波加工手段がレーザ加工手段であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記微細加工物の微細部寸法が１０ｎｍ〜１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記微細加工物が光学レンズ用金型または光学レンズであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 被加工材から微細加工物を製造する超精密複合加工装置であって、
    前記被加工材を粗削りするための電磁波加工手段；
    前記粗削りされた前記被加工材に対して精密加工を施すための精密機械加工手段；ならびに
    前記電磁波加工手段および前記精密機械加工手段の使用に際して前記被加工材の形状を測定するための形状測定手段
    を有して成り、
    前記超精密複合加工装置が、該超精密複合加工装置に用いる加工用データが格納された記憶部を備えたシステムを更に有して成り、
    前記加工用データが、前記微細加工物の立体形状モデルの情報；前記微細加工物の製造に際して前記被加工材から除去される除去体積に関する情報；ならびに、前記電磁波加工手段の除去加工時間に関するデータおよび前記精密機械加工手段の除去加工時間に関するデータに基づいて、前記電磁波加工手段を用いるか或いは前記精密機械加工手段を用いるかの判断を行うための加工用データとなっていることを特徴とする、超精密複合加工装置。
14. 前記加工用データは、前記被加工材の最終形状の３次元ＣＡＤデータを用いて、前記最終形状の各面から指定量オフセットさせたオフセット面が前記被加工材の最表面レベルよりも内側に位置するか否かで前記電磁波加工手段を実施するかの判断を行う加工用データであることを特徴とする、請求項１３に記載の超精密複合加工装置。
15. 前記加工用データは、前記被加工材の最表面レベルよりも内側に位置する前記オフセット面が存在する場合に該内側に位置する前記オフセット面と前記最表面レベルとで囲まれた領域を暫定的な電磁波加工部とし、該暫定的な電磁波加工部における形状を前記電磁波加工手段の加工可能形状データベースと比較して前記電磁波加工手段を実施するかの判断を行う加工用データであることを特徴とする、請求項１４に記載の超精密複合加工装置。
16. 前記加工用データは、前記暫定的な電磁波加工部の体積を算出し、該算出した体積について、前記電磁波加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＡに基づいた加工時間Ａを算出すると共に、前記精密機械加工手段に関する除去体積と除去加工時間との相関関係データＢに基づいた加工時間Ｂを算出し、該加工時間Ａと該加工時間Ｂとを比較することで前記電磁波加工手段を実施するかの判断を行う加工用データであることを特徴とする、請求項１４に記載の超精密複合加工装置。