WO2012124813A1 - 超精密複合加工装置および超精密複合加工方法 - Google Patents

超精密複合加工装置および超精密複合加工方法 Download PDF

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浦田　昇
奥川　公威
内野々　良幸
崇 進藤
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パナソニック株式会社
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    • B23Q39/02—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation the sub-assemblies being capable of being brought to act at a single operating station

Definitions

  • the present invention relates to an ultra-precise composite machining apparatus and an ultra-precise composite machining method. More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for obtaining a fine workpiece from a workpiece by ultra-precision complex machining.
  • machine tool processing is conventionally performed in which a material such as metal, wood, or plastic is partially scraped to create a desired shape.
  • a desired product / part can be created by performing a cutting process such as turning, milling or planing.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances. That is, the subject of this invention is providing the processing apparatus and processing method suitable for manufacture of a small product (especially fine product provided with the fine structure part).
  • an ultra-precise combined machining apparatus for producing a fine workpiece from a workpiece, Electromagnetic wave processing means for roughing the workpiece; Precision machining means for performing precision machining on rough-cut workpieces, selected from the group consisting of planar machining tools, shaper machining tools, fly-cut machining tools, diamond turning tools, and micro milling tools A precision machining means in which the cutting tool to be replaced is freely replaceable; and a shape measuring means for measuring the shape of the workpiece when using the electromagnetic wave machining means and the precision machining means.
  • the ultra-precise combined machining apparatus of the present invention has means for controlling the electromagnetic wave machining means or the precision machining means based on the shape information of the workpiece measured by the shape measuring means. It consists of
  • the fine part size of the fine workpiece is in the range of several tens nm to several mm, that is, about 10 nm to about 15 mm to about 10 nm to about 3 mm (for example, about 10 nm to 500 ⁇ m or 50 nm to 1 ⁇ m, or Depending on the case, it is 1 nm to 1 ⁇ m).
  • the fine processed product having such a fine part size include an optical lens mold or an optical lens.
  • the precision machining means may further function as a vibration cutting means.
  • the electromagnetic wave processing means is a laser processing means.
  • the table on which the workpiece is placed and / or the laser processing means is movable, and the angle of the laser incident light of the laser processing means relative to the workpiece can be adjusted.
  • the laser processing means preferably includes a plurality of laser oscillators having different laser wavelengths.
  • the ultra-precise combined machining apparatus has "data measured by the shape measuring means” and “machining path data of the electromagnetic wave machining means and / or precision machining means obtained from the model of the fine workpiece”. ”Based on the above, it further has a calculation means capable of constructing correction processing data.
  • the present invention also provides an ultra-precise composite machining method for producing a fine workpiece from a workpiece.
  • Such an ultra-precise composite processing method is: (I) a step of roughing the workpiece by subjecting the workpiece to electromagnetic waves; and (ii) selected from the group consisting of planar processing, shaper processing, fly cut processing, diamond turning processing, and micro milling processing. Comprising a step of performing precision machining on the rough-cut workpiece by performing cutting, It is characterized in that the shape of the workpiece is measured when performing at least one of step (i) and step (ii).
  • the shape of the workpiece is measured when performing at least one of the step (i) and the step (ii), and the step (i) or the step (ii) is performed based on the measurement result. To implement.
  • the size of the fine part of the manufactured fine workpiece is in the range of several tens of nm to several mm, that is, about 10 nm to about 15 mm or about 10 nm to about 3 mm (for example, about 10 nm to 500 ⁇ m or about 50 nm to 1 ⁇ m). Or 1 nm to 1 ⁇ m in some cases.
  • a mold for an optical lens or an optical lens is manufactured as a fine processed product having such a fine part size.
  • step (ii) of the ultra-precise combined machining method of the present invention in addition to cutting, grinding may be performed to perform precision machining on the workpiece.
  • step (ii) at least vibration cutting may be performed on the workpiece.
  • the operation of at least one axis of the table on which the workpiece is placed is synchronously controlled with the operation of at least one axis of the precision machining means and / or the electromagnetic wave processing means.
  • electromagnetic wave processing is performed by laser irradiation.
  • a microstructure can be obtained in a short time and with high accuracy even when machining from difficult-to-cut materials such as cemented carbide and hardened steel. Can do.
  • the present invention roughing of a workpiece is performed by non-contact electromagnetic wave processing as primary processing (particularly, most of the material to be processed by such roughing is removed), and then cutting that can be replaced as appropriate. Since precision machining is performed as a secondary process with a processing tool, the tool life is extended and the processing time is greatly reduced. For example, as compared with the conventional method such as the case where a fine structure is produced from a difficult-to-cut material using all cutting tools as in the prior art, the present invention can reduce the production time by about 50 to 80%. In addition, surface roughness accuracy and shape accuracy are reduced due to precision machining with a tool that can be replaced as appropriate along with on-machine measurement while greatly reducing machining time by roughing by electromagnetic wave machining. High precision specifications can be achieved.
  • the present invention it is possible to suitably achieve downsizing / miniaturization of mold products and the like without changing the originally intended shape of the molded product (that is, the shape of the product, the target product shape).
  • the originally intended shape of the molded product that is, the shape of the product, the target product shape.
  • miniaturization and miniaturization of electrical and electronic devices and various parts used in them This means that a desired small and fine product can be designed without the manufacturing process itself becoming an “impediment”, which leads to the design and development of a further high-performance small electric / electronic device.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the ultra-precise combined machining apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the features of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram and an electron micrograph for explaining the fine part size of the fine structure.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the arithmetic average roughness Ra.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a mode of precision machining means / precision machining.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a shaper processing tool / shaper processing mode.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a fly-cut processing tool / fly-cut processing mode.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the ultra-precise combined machining apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the features of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram and an electron micrograph for explaining the fine part size of the fine
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing an embodiment of a diamond turning processing tool / diamond turning processing.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing a mode of the micro milling tool / micro milling process.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing a mode of vibration cutting.
  • FIG. 11A is a perspective view schematically showing an aspect of the shape measuring means, and
  • FIG. 11B is a view showing an aspect for constructing correction processing data.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing an aspect of a calculation means configured by a computer.
  • FIG. 13A is a perspective view schematically showing an aspect for measuring the shape and position of the tool edge, and FIG. 13B schematically shows an aspect in which the shape measuring means is movably provided in the vertical direction.
  • FIG. 14 schematically shows a mode in which “the operation of at least one axis of the table on which the workpiece is placed” and “the operation of at least one axis of the precision machining means and / or the electromagnetic wave processing means” are synchronously controlled. It is a perspective view.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing an aspect in which the angle of the laser incident light with respect to the workpiece can be adjusted.
  • FIG. 16 is a diagram showing a mode in which the workpiece is movable along the axis in the rotation direction, the horizontal direction, and / or the vertical direction (in the illustrated mode, the maximum six-axis movable mode).
  • FIG. 17 is a perspective view schematically showing a mode in which the vertical surface of the workpiece is processed by adjusting the laser irradiation and / or the orientation of the workpiece in accordance with the spread angle and the focusing angle of the laser irradiation. is there.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically showing a grinding tool / grinding mode.
  • FIG. 19 is a perspective view and a top view schematically showing an aspect in which the “rough cutting step by electromagnetic wave machining in step (i)” and the “precision machining in step (ii)” are performed in parallel.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram relating to a mold manufactured in the example (FIG. 20 (a): Case A, FIG. 20 (b): Case B).
  • the apparatus of the present invention is an ultra-precise combined machining apparatus for producing a fine workpiece from a workpiece.
  • the ultra-precise combined machining apparatus 100 of the present invention includes: Electromagnetic wave processing means 10 for roughing a workpiece; A precision machining means 30 for carrying out precision machining on a rough-cut workpiece, comprising a group consisting of a planar processing tool, a shaper processing tool, a fly-cut processing tool, a diamond turning processing tool and a micro milling processing tool.
  • the ultra-precise combined machining apparatus of the present invention includes an electromagnetic wave machining means 10 for rough machining and a workpiece after the rough machining as “a cutting tool suitable for fine machining (particularly, fine machining of a rough-cut workpiece. It is characterized by comprising precision machining means 30 for precision machining with a suitable cutting tool) and shape measurement means 50 for measuring the shape of the workpiece during these machining ( (See also FIG. 2).
  • the term “ultra-precision composite processing” means that a fine structure (for example, a fine portion dimension La or Lb as shown in FIG. 3 has several tens of nanometers to several millimeters by processing with “electromagnetic wave” and “precision machine”. Range, ie, about 10 nm to about 15 mm or about 10 nm to about 3 mm, for example, a range of 10 nm to 500 ⁇ m or 50 nm to 1 ⁇ m, several tens of nm to several tens of ⁇ m, or in some cases, a fine structure of 1 nm to 1 ⁇ m) It is used in view of the aspect of obtaining.
  • the term “ultra-precision” as used herein substantially means a mode in which the fine part dimension La or Lb is precisely processed to the details as in the range of several tens of nanometers to several millimeters as described above. ing. “Composite” substantially refers to a mode in which two types of processing, “electromagnetic wave processing” and “precision machining”, are combined.
  • the ultra-precise combined machining apparatus 100 has a fine part size in the range of several tens of nanometers to several millimeters, that is, about 10 nm to about 15 mm to about 10 nm to about 3 mm (for example, 10 nm to 500 ⁇ m or 50 nm to 50 nm). It is particularly suitable for the production of a fine structure in the range of several tens of nm to several tens of ⁇ m, or about 1 ⁇ m to 1 ⁇ m in some cases.
  • the fine structure may have a complicated polyhedral shape or curved shape.
  • microstructures examples include workpieces made from metal materials such as cemented carbide, hardened steel, non-ferrous (such as Bs, Cu and / or Al) and pre-hardened steel.
  • metal materials such as cemented carbide, hardened steel, non-ferrous (such as Bs, Cu and / or Al) and pre-hardened steel.
  • an optical lens mold for example, a microlens array mold
  • a glass lens mold for example, a precision injection mold, or a precision metal working mold can be used.
  • a product formed from such a mold can be directly manufactured, and an optical lens (for example, a microarray lens), a water-repellent plate, a mirror, or a precision part can be manufactured (in such a case, the workpiece is plastic, It can consist of metallic materials such as aluminum steel, materials such as silicon, glass, minerals or polycrystalline diamond).
  • the ultra-precise composite machining apparatus of the present invention is not particularly limited in terms of the material of the workpiece, and can perform ultra-precise composite machining on inorganic (glass and / or metal) or organic (polymer) materials. Can be applied.
  • the electromagnetic wave processing means 10 of the ultra-precise combined machining apparatus 100 is for roughing a workpiece.
  • “rough cutting” means that a portion to be removed of the workpiece is roughly removed.
  • the present invention substantially removes 70 volume% to 95 volume%, preferably 80 volume% to 95 volume%, more preferably 90 volume% to 95 volume% of the portion to be removed of the workpiece. I mean.
  • Electromagnetic wave processing means is means for heating and removing a workpiece using waves or light having a frequency of 10 kHz to 500 kHz. Such “electromagnetic wave processing means” is preferably laser processing means. Therefore, it is preferable that the ultraprecision combined machining apparatus 100 includes a laser oscillator that can irradiate a workpiece with a laser.
  • the electromagnetic wave processing means 10 is a laser processing means, the type of laser used is preferably a solid laser, fiber laser or gas laser.
  • the precision machining means 30 of the ultra-precise combined machining apparatus 100 is for precisely machining a workpiece rough-cut by the electromagnetic wave machining means 10.
  • “Precision processing” as used herein substantially refers to processing for obtaining a desired fine structure by cutting a rough-cut workpiece on the order of nm (for example, about 10 nm to 5000 nm or about 50 nm to 1000 nm). It means to. Particularly preferably, by such “precision machining”, a fine structure having a surface roughness Ra of several nm to several hundred nm (for example, about 2 nm to 200 nm) is obtained.
  • a cutting tool selected from the group consisting of a planar processing tool, a shaper processing tool, a fly-cut processing tool, a diamond turning tool, and a micro milling tool is replaceable (see FIG. 5). That is, the tools for these processes are performed so that at least one process selected from the group consisting of a planar process, a shaper process, a fly-cut process, a diamond turning process, and a micro milling process can be performed, preferably at least two processes. It is provided in the precision machining means 30 so as to be removable.
  • a cutting tool selected from the group consisting of a shaper processing tool, a fly cutting processing tool, a diamond turning processing tool, and a micro milling processing tool is replaceable.
  • the precision machining means 30 is composed of a slide base 31, a vertical axis movable motor 32, a processing head 33, and the like that are slidable in the horizontal direction, a planar processing tool, a shaper processing tool, A fly-cut processing tool, a diamond turning processing tool, a micro milling processing tool, and the like are provided on the processing head 33 in a freely replaceable manner.
  • various processing tools may be attached to a processing head, a feed mechanism, a table, a main shaft, or the like by screwing or fitting, or various processing tools previously attached to the processing head or the like are processed. You may selectively move and move to a possible state.
  • Planar processing tool a cutting tool for performing so-called “planar processing” (planing).
  • the planar processing tool is a cutting tool for cutting a workpiece to create a flat surface.
  • shaper processing tool a cutting tool for performing so-called “shape processing” (shaping / shaping).
  • the shaper processing tool 34 is a cutting tool for mainly cutting non-planar portions (for example, grooves) by cutting a workpiece (see FIG. 6).
  • a tool is used as a shaper processing tool, and the table with the workpiece is intermittently fed in a direction perpendicular to the movement of the cutting tool, while the reciprocating tool is brought into contact with the workpiece. ⁇ Shaping can be performed.
  • Fly cutting tool a cutting tool for performing so-called “flying”.
  • a rotary tool is used as the fly-cut processing tool 35, and the workpiece is cut by sending it to the workpiece (particularly the workpiece whose position is fixed) while rotating it (see FIG. 7).
  • the term “fly cutting” is substantially synonymous with “flying”, but assuming precision machining as in the present invention, a processing mode that uses only one cutting edge is used. Is also included.
  • Diamond turning tool A cutting tool for carrying out so-called “SPDT (Single Point Diamond Turning)” or “ultra-precision turning”. Typically, the workpiece 81 is rotationally moved, and the workpiece 81 is brought into contact with the diamond tool 36 to process the workpiece into a rotational center shape (see FIG. 8).
  • Micro milling tool A cutting tool for carrying out milling such as “micro-milling”.
  • a small-diameter rotary tool for example, a diamond rotary tool
  • the blade tip shape is transferred or various shapes are formed by contacting the workpiece while rotating it (see FIG. 5). 9).
  • the precision machining means 30 may further function as a vibration cutting means. That is, the cutting tool described above can be subjected to vibration.
  • a cutting tool is connected to a drive piezoelectric element or the like.
  • effects such as “the cutting resistance is reduced” / “the component cutting edge does not adhere” / “the strain due to heat can be suppressed” are exhibited.
  • “ultrasonic elliptical vibration cutting” is particularly preferable, and the cutting edge of the cutting tool is subjected to elliptical vibration (see FIG. 10), thereby greatly reducing cutting resistance, suppressing burrs and chatter vibration, and chip thickness. Can be effectively reduced.
  • the ultra-precise combined machining apparatus 100 has a shape measuring means 50.
  • the shape measuring unit 50 is a unit for measuring the shape of the workpiece on the machine when the electromagnetic wave processing unit 10 and the precision machining unit 30 are used.
  • “Shape measurement” as used herein substantially means that the shape and / or position of a workpiece is measured at least one time before, during, and after machining.
  • Examples of the shape measuring means include “imaging means” and “detector using laser light”.
  • imaging means include CCD cameras, infrared cameras, near-infrared cameras, mid-infrared cameras, and X-ray cameras.
  • Examples of “detectors using laser light” include laser microscopes. (Laser microscope), a laser interferometer, etc. In addition, a measurement method using a white interferometry method, and the like can be given.
  • “Measuring means by contact” is also preferably used, and the shape measuring means may be a measuring instrument using a probe (three-dimensional measuring instrument) or the like (for example, scanning such as a scanning tunnel microscope or an atomic force microscope). Type probe microscope).
  • the shape measuring means 50 preferably has a combination of an “imaging means 52” and a “detector 54 using laser light”. In such a case, the position of the workpiece is confirmed by the imaging means 52, and then the shape of the workpiece (particularly the shape of the portion to be processed) is confirmed by the "detector 54 using laser light”. Is preferred.
  • the ultra-precise combined machining apparatus is a means for controlling the electromagnetic wave machining means and / or the precision machining means based on the information on the shape of the workpiece measured by the shape measurement means (for example, “calculation means” described later). ). For example, when performing electromagnetic wave machining and / or precision machining, the shape and / or position of the workpiece is measured in real time by the shape measuring means 50, and the measured data is used in the machining means.
  • the ultra-precise combined machining apparatus 100 preferably has a calculation means for constructing such correction machining data.
  • the computing means may be configured by a computer 90 as shown in FIG. 12, for example.
  • the computing means is constituted by a computer including at least a CPU and a primary storage device unit or a secondary storage device unit.
  • correction processing data for example, by measuring the shape of the workpiece during or after processing, the material / deformation (error) relationship is accumulated as a database.
  • the correction processing database may be automatically constructed).
  • the machining path (especially the path for complex machining) of the electromagnetic wave machining means and / or precision machining means can be automatically generated by numerical calculation from the model of the fine workpiece and the shape of the workpiece. It is preferable.
  • the shape measuring means 50 may measure not only the shape and / or position of the workpiece but also the shape and / or position of the tool cutting edge 30a (see, for example, FIG. 13A). Even in such a case, the measured data / information is fed back to the electromagnetic wave machining means 10 and the precision machining means 30 and used for performing desired electromagnetic wave machining and / or precision machining.
  • the shape measuring means 50 may be provided so as to be movable in the vertical direction.
  • the ultra-precise combined machining apparatus 100 of the present invention can be realized in various modes. Particularly preferred embodiments are illustrated.
  • the ultra-precise combined machining apparatus is configured to synchronously control the operation of at least one axis of the table on which the workpiece is placed and the operation of at least one axis of the precision machining means and / or the electromagnetic wave machining means. It further has a control part. That is, as shown in FIG. 14, the movement of at least one direction of the table 85 on which the workpiece is placed is controlled, and the movement of the precision machining means 30 and / or the electromagnetic wave machining means 10 in at least one direction. It further has a control part which can control.
  • Such a control unit may be included in the calculation means described above, and may be configured by, for example, a computer 90 (see FIG. 12). By having such a control unit in the ultra-precision combined machining apparatus, the machining time can be further shortened.
  • the table 85 and / or the laser processing means 15 on which the workpiece 80 is placed are movable, and the laser incident light 15a of the laser processing means 15 with respect to the workpiece 80 is obtained.
  • the angle can be adjusted.
  • various movable mechanisms for example, so that the workpiece 80 can move in, for example, the rotation direction, the horizontal direction, and / or the vertical direction
  • a movable mechanism using a cam mechanism or the like The table may be movable so as to tilt.
  • various moving mechanisms are provided so that the laser head or the like can move, for example, in the rotational direction, the horizontal direction and / or the vertical direction.
  • the laser processing means includes a plurality of laser oscillators having different laser wavelengths. That is, the ultra-precise combined machining apparatus is provided with a plurality of laser apparatuses, and an optimum laser wavelength can be selected according to the material of the workpiece. This increases the degree of freedom of the material of the workpiece. For example, when a microlens array mold is manufactured as a fine workpiece, a laser device that generates a laser having a wavelength of 500 nm to 1100 nm and a laser device that generates a laser having a wavelength of 200 nm to 400 nm are provided. Is preferred.
  • a laser device having a wavelength of 300 nm to 1100 nm and a pulse width of several tens of ps to several hundreds of fs is mounted. It may be.
  • the manufacturing method according to the present invention is an ultra-precise composite processing method for manufacturing a fine workpiece from a workpiece.
  • the ultra-precise composite processing method of the present invention is: (I) a step of roughing the workpiece by subjecting the workpiece to electromagnetic waves; and (ii) selected from the group consisting of planar processing, shaper processing, fly cut processing, diamond turning processing, and micro milling processing. Performing a cutting process, and performing a precision machining on the workpiece rough-cut in step (ii), The shape of the workpiece is measured when performing at least one of step (i) and step (ii).
  • a workpiece is first rough-cut by electromagnetic wave machining, and a fine-machined product is obtained by subjecting the rough-cut workpiece to micromachining. It is characterized by measuring the shape of the workpiece (see FIG. 2). Due to such characteristics, the life of the processing tool is increased, and the processing time is greatly reduced as a whole. For example, as compared with the case where a fine structure is produced from a difficult-to-cut material by cutting as in the prior art, in the present invention, it is about 50 to 80%, preferably about 60 to 80%, more preferably 70 to 80%. The manufacturing time can be shortened to some extent.
  • the number of tools required in the present invention can be reduced as compared with the case of manufacturing a fine structure from a difficult-to-cut material by cutting as in the prior art. Specifically, in the prior art, a large number of tools are required, for example, about 5 to 7 types, whereas in the method of the present invention, before the use of a cutting tool, rough machining is performed by electromagnetic wave machining. The number of tools finally required due to being removed may be, for example, about two to three types. That is, in the present invention, more efficient processing is realized.
  • ultra-precise composite processing is the same as for ultra-precise composite processing equipment, but the term “ultra-precision composite processing” means that a fine structure (particularly in the range of several tens of nanometers to several millimeters in the dimension of fine parts) by processing with “electromagnetic waves” and “precision machinery”. That is, a fine structure of about 10 nm to about 15 mm or about 10 nm to about 3 mm, for example, 10 nm to 500 ⁇ m or about 50 nm to 1 ⁇ m, several tens of nm to several tens ⁇ m, or 1 nm to 1 ⁇ m in some cases) is obtained. It is used in view of the aspect.
  • the term “ultra-precision” as used herein substantially means an aspect in which the fine part dimension is processed with an accurate dimension up to the details in the range of several tens of nanometers to several millimeters as described above.
  • the “composite” substantially means a mode in which two types of processing, “electromagnetic wave processing” and “precision machining”, are combined.
  • the ultraprecision composite processing method of the present invention has a fine part size in the range of several tens of nanometers to several millimeters, that is, about 10 nm to about 15 mm or about 10 nm to about 3 mm (for example, about 10 nm to 500 ⁇ m or about 50 nm to 1 ⁇ m). In the range of several tens of nanometers to several tens of micrometers, or in some cases 1 nm to 1 ⁇ m).
  • Such a fine structure may have a complicated polyhedral shape or curved shape.
  • microstructures examples include workpieces made of metal materials such as cemented carbide, hardened steel, non-ferrous (such as Bs, Cu and / or Al), and pre-hardened steel.
  • metal materials such as cemented carbide, hardened steel, non-ferrous (such as Bs, Cu and / or Al), and pre-hardened steel.
  • an optical lens mold for example, a microlens array mold
  • a glass lens mold for example, a precision injection mold, or a precision metal working mold can be used.
  • a product formed from such a mold can be directly manufactured, and an optical lens (for example, a microarray lens), a water repellent plate, a mirror, or a precision component can be manufactured (in such a case,
  • the workpiece can be made of plastic, metal materials such as aluminum and steel, silicon, glass, minerals, polycrystalline diamond, etc.)
  • the ultra-precise composite processing method of the present invention can produce a fine structure from the above-described workpiece, and the material of the workpiece is not particularly limited, and is inorganic (glass and / or metal).
  • ultra-precision composite processing can be performed on organic (such as polymer) materials.
  • step (i) is first performed. That is, the workpiece is roughened by applying electromagnetic wave processing to the workpiece. In such rough cutting, most of the portion of the workpiece to be removed is removed, for example, preferably 70 vol% to 95 vol%, more preferably 80 vol% to 95 vol% of the portion of the workpiece to be removed, More preferably, 90 volume% to 95 volume% is removed.
  • a laser In the electromagnetic wave processing, it is preferable to use a laser. That is, it is preferable to irradiate the workpiece with a laser to remove most of the portion of the workpiece to be removed.
  • the type of laser used is preferably a solid laser, a fiber laser, a gas laser, or the like.
  • the wavelength of the laser used is preferably selected according to the material of the workpiece.
  • a laser with a wavelength of 500 nm to 1100 nm is irradiated, or a laser with a wavelength of 200 nm to 400 nm is irradiated.
  • a microlens array is directly manufactured from a workpiece such as glass or plastic as a fine workpiece, a laser having a wavelength of 300 nm to 1100 nm and a pulse width of several tens of ps to several hundreds of fs is irradiated. It is preferable.
  • the table 85 on which the workpiece 80 is placed and / or the laser processing means 15 are moved so that the laser incident light 15 a of the laser processing means 15 on the workpiece 80 is irradiated.
  • the angle may be adjusted.
  • it is possible to more suitably manufacture a microfabricated product having an arbitrary shape for example, “cornering” can be efficiently performed).
  • the laser irradiation and / or the orientation of the workpiece is adjusted in accordance with the laser irradiation spread angle ⁇ ′ and the focusing angle ⁇ , the vertical surface 80a of the workpiece 80 (or a surface close to the vertical surface or a taper angle). Can be processed (see FIG. 17).
  • step (ii) is performed.
  • at least one type of cutting selected from the group consisting of planar processing, shaper processing, fly cut processing, diamond turning processing, and micro milling processing is performed, and precision machining is performed on the rough-cut workpiece. (See FIG. 5).
  • a desired fine structure is obtained by cutting the rough-cut workpiece on the order of nm, for example, about 10 nm to 5000 nm or about 50 nm to 1000 nm.
  • a fine structure having a surface roughness Ra of several nanometers to several hundred nanometers is obtained by precision machining in the step (ii).
  • the above-described planar processing tool, shaper processing tool, fly cutting processing tool, diamond turning processing tool and micro milling processing tool provided in a replaceable manner are used. These processing tools are as described above.
  • a preferred embodiment of the step (ii) is to perform at least one type of cutting selected from the group consisting of shaper processing, fly cutting processing, diamond turning processing, and micro milling processing.
  • step (ii) in addition to cutting, grinding may be performed to perform precision machining on the workpiece.
  • the workpiece may be precision machined using a grinding tool equipped with a grindstone or the like.
  • grinding can be performed on the surface of the workpiece 81 by bringing the grindstone tool 38 that has been rotated into contact with the workpiece 81.
  • At least vibration cutting may be performed on the workpiece. That is, precision machining may be performed with the cutting tool subjected to vibration. As a result, effects such as “the cutting resistance is reduced” / “the component cutting edge does not adhere” / “strain due to heat can be suppressed” are exhibited.
  • “ultrasonic elliptical vibration cutting” is preferably performed, and the cutting edge of the cutting tool is subjected to elliptical vibration to perform precision machining.
  • it is preferable to perform cutting by applying ultrasonic vibration having an amplitude of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m and a frequency of 90 to 150 kHz to the cutting edge of the cutting tool.
  • At least one axis operation of the table on which the workpiece is placed (for example, preferably a maximum of six axis operations in the rotational direction, horizontal direction and vertical direction) )
  • at least one axis operation of the precision machining means and / or the electromagnetic wave processing means (for example, preferably operations of up to six axes in the rotational direction, horizontal direction and vertical direction) are preferably controlled synchronously. That is, as shown in FIGS. 14 to 17, the movement of the table 85 on which the workpiece is placed is controlled in at least one direction, and the precision machining means 30 and / or the electromagnetic wave machining means 10 (15) is controlled. It is preferred to control movement in at least one direction. Thereby, the further shortening of processing time can be aimed at.
  • Step (i) and step (ii) may be performed substantially in parallel. That is, the “rough cutting step by electromagnetic wave machining in step (i)” and the “precision machining in step (ii)” may be performed substantially simultaneously. More specifically, as shown in FIG. 19, rough cutting by electromagnetic wave machining is performed on a part A of the workpiece 80, and another part B of the workpiece 80 that has already been rough-cut. Precision machining may be performed (as shown, for example, the workpiece may be processed simultaneously by rotating the mounting table 85).
  • the shape of the workpiece is measured when at least one of the rough machining step by electromagnetic wave machining in step (i) and the precision machining in step (ii) is performed.
  • the shape of the workpiece is measured when performing at least one of the “rough cutting process by electromagnetic wave machining in step (i)” and the “precision machining in step (ii)”, and the process is performed based on the measurement result.
  • (I) and / or step (ii) is performed.
  • the shape and / or position of the workpiece is measured at least one time before, during and after the processing.
  • the position and shape of the workpiece are grasped using, for example, a “photographing means such as a CCD camera” and a “detector using laser light”.
  • the information grasped here is fed back to the step (i) and / or the step (ii) and used for carrying out a desired roughing step and / or precision machining.
  • the step (i) and / or the step (ii) is performed, the position and shape of the workpiece are measured in real time, and the measured data is used for the roughing step and / or precision machining.
  • correction processing data is constructed based on “measured data” and “processing path data of electromagnetic wave processing means and / or precision machining means obtained from a model of a fine workpiece”, and the correction processing data A roughing process and / or precision machining is performed based on (see FIG. 11B).
  • the arithmetic means described in the above [Ultra-precision composite machining apparatus of the present invention] is preferably used.
  • the precision machining means can be replaced with a cutting tool selected from the group consisting of a planar processing tool, a shaper processing tool, a fly-cut processing tool, a diamond turning processing tool, and a micro milling processing tool.
  • a cutting tool selected from the group consisting of a planar processing tool, a shaper processing tool, a fly-cut processing tool, a diamond turning processing tool, and a micro milling processing tool.
  • the precision machining means may be further replaceable with respect to the grinding tool. That is, a grinding tool may be replaced in addition to or instead of the above-described cutting tool.
  • a grinding tool By using a grinding tool, higher precision precision machining can be realized.
  • a grindstone is used as the grinding tool, and the surface of the workpiece can be ground by bringing the grindstone that has been rotated into contact with the workpiece (see FIG. 18).
  • abrasive material examples include diamond, cubic boron nitride (cBN), alumina, and silicon carbide (SiC).
  • cBN cubic boron nitride
  • SiC silicon carbide
  • a resin bond grindstone, a metal bond grindstone, a metal resin grindstone, or the like may be used.
  • the precision machining means may be replaceable with an ultrasonic machining horn, an ultrasonic vibration cutting tool, a polishing polishing tool, a micro drill, or the like.
  • a cutting fluid that can exert a lubricating action may be supplied to the cutting edge of the tool.
  • a cutting fluid that can exert a lubricating action
  • Example 1 As an example of the present invention, a Fresnel lens mold was obtained by roughly cutting a workpiece by laser processing and subjecting the workpiece after the rough cutting to fine machining. The processing outline is shown in Table 2.
  • Example 1 the position measurement of the lens arrangement by a CCD camera as a shape measuring means and the shape measurement by light interference using a laser beam were performed. The surface roughness was measured by white interference measurement using light interference.
  • the processing method of the present invention required “21 hours” to obtain the Fresnel lens mold shown in FIG.
  • the present invention when obtaining the same Fresnel lens mold, the present invention was able to reduce the manufacturing time by about 74% compared to the prior art (see Table 3).
  • Example 2 As an example of the present invention, a multi-lens mold was obtained by roughly cutting a workpiece by laser processing and subjecting the workpiece after the rough cutting to fine machining. A summary is shown in Table 5.
  • shape measurement by optical interference using laser light as shape measurement means was performed. The surface roughness was measured by white interference measurement using light interference.
  • the processing method of the present invention required “28 hours” to obtain the multi-lens mold shown in FIG.
  • the present invention was able to reduce the manufacturing time by about 82% compared to the prior art (see Table 6).
  • a fine workpiece can be obtained from a workpiece.

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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であって、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精密機械加工手段；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；ならびに、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を有して成ることを特徴とする超精密複合加工装置。

Description

超精密複合加工装置および超精密複合加工方法
　本発明は、超精密複合加工装置および超精密複合加工方法に関する。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装置および方法に関する。
　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、フライス削りまたは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では、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）。
　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および加工方法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であって、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
を有して成ることを特徴とする超精密複合加工装置を提供する。
　特に好適な態様では、本発明の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ための手段を有して成る。
　ある好適な態様では、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。
　本発明の超精密複合加工装置では、精密機械加工手段が振動切削手段として更に機能するものであってもよい。
　別のある好適な態様では、電磁波加工手段がレーザ加工手段となっている。かかる場合、被加工材を載置させるテーブルおよび／またはレーザ加工手段が可動自在となっており、被加工材に対するレーザ加工手段のレーザ入射光の角度が調整可能となっていることが好ましい。また、レーザ加工手段としては、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ものが好ましい。
　更に別のある好適な態様では、超精密複合加工装置が「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することができる演算手段を更に有して成る。
　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も提供される。かかる超精密複合加工方法は、
　（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）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切削加工を行って、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することを特徴としている。
　かかる本発明の超精密複合加工方法では、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、その測定結果に基づいて工程（ｉ）または工程（ｉｉ）を実施する。
　ある好適な態様では、製造される微細加工物の微細部寸法が数十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。例えば、かかる微細部寸法を有する微細加工物として光学レンズ用金型または光学レンズを製造する。
　本発明の超精密複合加工方法の工程（ｉｉ）では、切削加工に加えて、研削加工を行って被加工材に精密機械加工を施してよい。また、工程（ｉｉ）では、被加工材に対して振動切削加工を少なくとも施してもよい。
　別のある好適な態様では、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。
　更に別のある好適な態様では、レーザ照射によって電磁波加工を行う。かかる場合、レーザ照射の拡がり角に合わせて、レーザ照射および／または被加工材の向きを調整し、被加工材における垂直面（又は垂直面に近い面）の加工を行うことが好ましい。
　本発明の超精密複合加工装置および超精密複合加工方法では、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、本発明では、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、本発明では、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。
図１は、本発明の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、本発明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、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１９は、「工程（ｉ）の電磁波加工による粗削り工程」と「工程（ｉｉ）の精密機械加工」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２０は、実施例で製造した金型に関する説明図である（図２０（ａ）：ケースＡ、図２０（ｂ）：ケースＢ）。
　以下にて、図面を参照しつつ本発明に係る「超精密複合加工装置」および「超精密複合加工方法」を詳細に説明する。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。
［本発明の超精密複合加工装置］
　本発明の装置は、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る。図１に模式的に示すように、本発明の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であって、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。
　本発明の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いる。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。
　このように本発明に係る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／もしくはＡｌなど）ならびに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または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、ミラーまたは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、鉱物または多結晶ダイヤなどの材料から成り得る）。このように本発明の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（ガラスおよび／もしくは金属など）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。
　本発明に係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い。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、ファイバーレーザまたは気体レーザなどが好ましい。
　本発明に係る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（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“プレーナー加工”（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、本発明のような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、本発明に係る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いる。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。
　本発明に係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）および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、電磁波加工手段および／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）。本発明に係る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い。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演算手段が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ることが好ましい。
　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。
　本発明の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。
（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。
［本発明の超精密複合加工方法］
　本発明に係る製造方法は、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である。具体的には、本発明の超精密複合加工方法は、
　（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）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切削加工を行って、工程（ｉｉ）で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の測定を行う。
　本発明の超精密複合加工方法は、まず電磁波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微細加工物を得ており、それら加工に際して被加工材の形状を測定することを特徴としている（図２参照）。かかる特徴に起因して、加工具の寿命は長くなり、かつ、加工時間が全体として大幅に減じられる。例えば、従来技術のように全て切削加工で難削材から微細構造物を製造する場合と比較すると、本発明では５０~８０％程度、好ましくは６０~８０％程度、より好ましくは７０~８０％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もって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。更には、例えば従来技術のように全て切削加工で難削材から微細構造物を製造する場合と比較すると、本発明では必要とされる工具数が減じられ得る。具体的には、従来技術では、必要とされる工具数が多く、例えば５~７種類程度であったのに対して、本発明の方法では、切削加工具の使用に先立って電磁波加工で粗取りされていることに起因して最終的に必要となる工具の数は例えば２~３種類程度で足り得る。つまり、本発明では、より効率的な加工が実現される。
　超精密複合加工装置と同様であるが、「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（特に微細部寸法が数十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）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」も、微細部寸法が上記のような数十ｎｍ~数ｍｍの範囲にある細部にいたるまで正確な寸法で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意味している。
　このように本発明の超精密複合加工方法は、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）の微細構造物を得るのに特に適している。かか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、本発明の方法で製造できるもの）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）ならびに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または精密金属加工用金型などを挙げることができる。また、本発明の方法では、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、ミラーまたは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）。このように本発明の超精密複合加工方法は、上記のような被加工材から微細構造物を製造できるものであり、被加工材の材質は特に制限なく、無機質（ガラスおよび／もしくは金属など）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。
　本発明の超精密複合加工方法では、まず、工程（ｉ）を実施する。つまり、被加工材に対して電磁波加工を施して被加工材の粗削りを行う。かかる粗削りでは、被加工材の除去すべき箇所の大部分を除去し、例えば被加工材の除去すべき部分の好ましくは７０体積％~９５体積％、より好ましくは８０体積％~９５体積％、更に好ましくは９０体積％~９５体積％を除去する。
　電磁波加工に際しては、レーザを利用することが好ましい。即ち、被加工材にレーザを照射して、被加工材の除去すべき箇所の大部分を除去することが好ましい。用いられるレーザの種類としては、固体レーザ、ファイバーレーザまたは気体レーザなどが好ましい。
　用いられるレーザの波長は、被加工材の材質に応じて波長を選択することが好ましい。例えば微細加工物としてマイクロレンズアレイ金型を金属材質の被加工材から製造する場合では、波長が５００ｎｍ~１１００ｎｍのレーザを照射したり、あるいは、波長が２００ｎｍ~４００ｎｍのレーザを照射したりすることが好ましい。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では、波長が３００ｎｍ~１１００ｎｍ且つパルス幅が数十ｐｓ~数百ｆｓのレーザを照射することが好ましい。
　尚、レーザ照射に際しては、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を動かして、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の角度を調整してよい。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（例えば“隅取り加工”を効率的に実施できる）。かかる場合、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（図１７参照）。
　工程（ｉ）に引き続いて工程（ｉｉ）を実施する。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種類の切削加工を行って、粗削りされた被加工材に対して精密機械加工を実施する（図５参照）。
　具体的には、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。特に好ましくは、工程（ｉｉ）の精密機械加工によって、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を得る。
　工程（ｉｉ）の切削加工では、上述した取替え自在に設けられるプレーナ加工具、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を使用する。これらの加工具については上述した通りである。
　工程（ｉｉ）の好ましい態様は、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種類の切削加工を行うことである。
　工程（ｉｉ）では、切削加工に加えて、研削加工を行って被加工材に精密機械加工を施してもよい。つまり、砥石などを備えた研削加工具を用いて被加工材を精密機械加工してよい。これにより更に高精度な加工を実現できる。例えば、図１８に示すように、回転運動させた砥石工具３８を被加工材８１に接触させることによって、被加工材８１の面に対して研削加工を実施できる。
　また、工程（ｉｉ）では、被加工材に対して振動切削加工を少なくとも施してもよい。つまり、切削加工具を振動に付した状態で精密機械加工を実施してよい。これにより、“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。図１０に示すように、例えば“超音波楕円振動切削”を実施するのが好ましく、切削工具の刃先を楕円振動させて精密機械加工を行う。かかる場合、例えば切削工具の刃先に振幅１μｍ~５０μｍのおよび周波数９０~１５０ｋＨｚの超音波振動を与えて切削加工を行うことが好ましい。このような超音波楕円振動切削を行うことによって、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。
　工程（ｉ）および工程（ｉｉ）の少なくとも一方の実施に際しては、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（例えば、好ましくは回転方向、水平方向および垂直方向の最大６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（例えば、好ましくは回転方向、水平方向および垂直方向の最大６軸の動作）とを同期制御することが好ましい。つまり、図１４~図１７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（１５）の少なくとも１つの方向の運動を制御することが好ましい。これにより、加工時間の更なる短縮を図ることができる。
　工程（ｉ）と工程（ｉｉ）とは実質的に並行して実施してもよい。つまり、「工程（ｉ）の電磁波加工による粗削り工程」と「工程（ｉｉ）の精密機械加工」とを実質的に同時に行ってよい。より具体的には、図１９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）。
　本発明の超精密複合加工方法では、工程（ｉ）の電磁波加工による粗削り工程および工程（ｉｉ）の精密機械加工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する。換言すれば、「工程（ｉ）のの電磁波加工による粗削り工程」および「工程（ｉｉ）の精密機械加工」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、その測定結果に基づいて工程（ｉ）および／または工程（ｉｉ）を実施する。具体的には、それらの加工前、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。
　好ましくは、例えば“ＣＣＤカメラなどの撮取手段”と“レーザ光を利用した検出器”とを用いて、被加工材の位置および形状を把握する。ここで把握された情報は工程（ｉ）および／または工程（ｉｉ）へとフィードバックされ、所望の粗削り工程および／または精密機械加工の実施に利用される。換言すれば、工程（ｉ）および／または工程（ｉｉ）の実施に際して、被加工材の位置や形状などをリアルタイムに測定し、測定したデータを粗削り工程および／または精密機械加工に利用する。例えば「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、その補正加工用データに基づいて粗削り工程および／または精密機械加工を実施する（図１１（ｂ）参照）。かかるフィードバック制御には、上記［本発明の超精密複合加工装置］で説明した演算手段が好適に利用される。
　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１８参照）。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。
本発明の効果を確認するために確認試験を実施した。
《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２０（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１の最右欄に示すように、従来技術の加工法では図２０（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
表２の最右欄に示すように、本発明の加工法では図２０（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）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
《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２０（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
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２０（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
上記表５の最右欄に示すように、本発明の加工法では図２０（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）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
《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２０１１−０５９４８６号（出願日：２０１１年０３月１７日、発明の名称：「超精密複合加工装置および超精密複合加工方法」）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

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であって、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精密機械加工手段；
    　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；ならびに
    　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；
    を有して成ることを特徴とする超精密複合加工装置。
  2. 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に記載の超精密複合加工装置。
  3. 前記精密機械加工手段が振動切削手段として更に機能することを特徴とする、請求項１または２に記載の超精密複合加工装置。
  4. 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１~３のいずれかに記載の超精密複合加工装置。
  5. 前記被加工材を載置させるテーブルおよび／または前記レーザ加工手段が可動自在となっており、前記被加工材に対する前記レーザ加工手段のレーザ入射光の角度が調整可能となっていることを特徴とする、請求項４に記載の超精密複合加工装置。
  6. 前記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ことを特徴とする、請求項４または５に記載の超精密複合加工装置。
  7. 前記形状測定手段によって測定されたデータと、前記微細加工物のモデルから得られる前記電磁波加工手段および／または前記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する演算手段を更に有して成ることを特徴とする、請求項１~６のいずれかに記載の超精密複合加工装置。
  8. 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２に従属する請求項３~７のいずれかに記載の超精密複合加工装置。
  9. 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であって、
    　（ｉ）前記被加工材に対して電磁波加工を施して前記被加工材を粗削りする工程；ならびに
    　（ｉｉ）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切削加工を行って、前記粗削りされた前記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、
    　前記工程（ｉ）および前記工程（ｉｉ）の少なくとも一方の実施に際して前記被加工材の形状を測定し、その測定結果に基づいて前記工程（ｉ）または前記工程（ｉｉ）を実施すること
    を特徴とする超精密複合加工方法。
  10. 製造される前記微細加工物における微細部寸法が１０ｎｍ~１５ｍｍの範囲となることを特徴とする、請求項９に記載の超精密複合加工方法。
  11. 前記工程（ｉｉ）では、前記切削加工に加えて、研削加工を行って前記被加工材に前記精密機械加工を施すことを特徴とする、請求項９または１０に記載の超精密複合加工方法。
  12. 前記工程（ｉｉ）では、前記被加工材に対して振動切削加工を少なくとも施すことを特徴とする、請求項９~１１のいずれかに記載の超精密複合加工方法。
  13. 前記工程（ｉ）では、前記被加工材に対してレーザを照射することによって前記電磁波加工を行うことを特徴とする、請求項９~１２のいずれかに記載の超精密複合加工方法。
  14. 前記レーザ照射の拡がり角に合わせて、前記レーザ照射および／または前記被加工材の向きを調整し、前記被加工材における垂直面の加工を行うことを特徴とする、請求項１３に記載の超精密複合加工方法。
  15. 前記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、前記精密機械加工手段および／または前記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ことを特徴とする、請求項９~１４のいずれかに記載の超精密複合加工方法。
  16. 前記微細加工物として光学レンズ用金型または光学レンズを製造することを特徴とする、請求項１０に従属する請求項１１~１５のいずれかに記載の超精密複合加工方法。
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