JPH11179601A - 加工装置とその加工方法およびその加工方法による光学部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非球面レンズやマクロレンズアレイ用等の金
型や金型原盤で回転対称形状加工部を有する配列体の加
工方法と加工装置で、自動的に連続的に短時間で加工を
行う。 【解決手段】 所定ピッチで回転対称形状加工部が配列
したワーク１２を加工装置１の旋回する主軸７に取付
け、ワーク１２の前方から固定工具で切削加工する回転
対称形状加工部の配列体の加工方法と装置で、加工装置
１の主軸７の端面の中央部に所定方向へ移動自在なスラ
イドテーブル８を設け、それに、ワーク１２を取付けて
加工するようにしたので、ワーク１２の加工部が様々な
位置に分散していても、自動的に連続して短時間で精度
のよい加工を行うことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非球面レンズやマ
クロレンズアレイ用等の光学部品の金型や金型原盤の加
工装置と加工方法及びその加工方法によって加工された
光学部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学機器に広く用いられているプラスチ
ックレンズの製造法は、金型をマスターとしたレプリカ
の量産技術であるが、一般に、マスターとなる成形金型
の光学転写面は形状的に成形レンズ以上に高い精度が要
求されている。

【０００３】これらのプラスチックレンズやその金型
は、通常、回転対称非球面あるいは同心円状の溝列や螺
旋状の溝形状を有するものを被加工面の任意の位置に複
数配列して形成するものが多い。

【０００４】それらの加工方法は、ＮＣフライス盤を用
いて加工する方法と、ＮＣ旋盤を用いて加工する方法と
が行われている。

【０００５】ＮＣフライス盤を用いて加工する場合は、
ワークを移動テーブル上に固定し、ボールエンドミル等
の回転工具を回転させながら所定量をＺ軸方向へ送るの
と、移動テーブルをＸ軸かＹ軸のいずれかの方向へ所定
量送るのを同期させて所望の形状に加工する。

【０００６】また、ＮＣ旋盤を用いて加工する場合は、
複数配列している加工部のそれぞれの回転中心位置が加
工装置の主軸の位置と一致するように加工部の加工毎に
逐次調整して加工を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＮＣフライス盤を用いて加工する方法では、加工対象に
よる制約が多い。また、複数配列して形成する個々の形
状が非球面形状の場合、加工時間や加工精度はＮＣ旋盤
に比べて著しく劣る。

【０００８】例えば、回転工具であるエンドミルの製作
面上の制約から、ワークの加工部の口径０．１ｍｍ以下
で曲面の曲率半径が０．１ｍｍ以下の場合は加工するこ
とが極めて困難である。

【０００９】また、複数配列して形成する形状が同心円
状の溝列や螺旋状の溝パターンの場合、溝の断面形状の
幅が１０μｍ以下で深さが５μｍ以下の鋸刃形状の場
合、回転工具による切削加工の性格上から精度的に切削
加工で形成することは困難である。

【００１０】また、ＮＣ旋盤を用いて加工する場合は、
ワークの固定位置をそれぞれの所定の位置に手作業で移
動させて固定作業を行う必要があるため、パターンの配
列が数千個の光学部品の場合は、加工部が数千個になる
ためワークの移動や固定作業に要する時間は膨大になり
複雑な光学部品用の金型の製作には全く適しない。

【００１１】本発明はこれらの事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは回転対称形状加工部の配列
体を短時間で精度よく加工する方法と加工装置を提供す
ることに有る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、回転軸
を中心に回転する主軸と、この主軸の端部に設けられ、
前記回転軸に対して直交する２方向に移動して位置決め
可能な、被加工物を保持するスライドテーブルと、前記
被加工物に対して相対接離方向に移動可能な加工手段
と、を具備することを特徴とする加工装置にある。

【００１３】また本発明によれば、回転軸を有する主軸
の端部に設けられいる前記回転軸に対して直交する２方
向に移動するスライドテーブルに被加工物を保持させて
前記被加工物上の加工位置と前記回転軸とを位置決めす
る工程と、前記主軸を回転させ、加工工具を前期被加工
物に対して近接方向に送り、前記被加工物を加工する工
程と、必要に応じて、次に加工する加工位置と前記回転
軸とを前記スライドテーブルによって位置決めし、前記
加工工具によって前記被加工物を加工する工程と、を具
備することを特徴とする加工方法にある。

【００１４】また本発明によれば、請求項２記載の加工
方法によって加工された金型によって成形加工されたこ
とを特徴とする光学部品にある。

【００１５】また本発明によれば、前記光学部品は、複
数の光路屈折部から構成されていることを特徴とする光
学部品にある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の一例に
ついて図面を参照して説明する。

【００１７】例えば、加工部が複数配列しているワーク
をＮＣ旋盤を用いて加工する場合を図３を参照して説明
すると、ワーク１２に加工部２１〜２９がＸＹ方向に配
列されて、各加工部２１〜２９は回転中心２１ｃ〜２９
ｃに対して対称形状に加工する場合、加工部２１〜２９
毎に逐次加工部２１〜２９の回転中心２１ｃ〜２９ｃと
ＮＣ旋盤の主軸の回転中心との一致を調整する。

【００１８】つまり、一つの加工部２１〜２９の加工が
終了すると、ワークの固定を解除して、次に加工する加
工部２２〜２９の回転中心２１ｃ〜２９ｃがＮＣ旋盤の
主軸の回転中心に一致する位置にワーク１２を移動させ
た後、ワーク１２を旋盤の主軸端に再固定する。この作
業を繰り返すことで同一形状や異形状を任意の位置に配
列したものを加工することができる。

【００１９】図１は本発明の加工装置の概要を示す斜視
図で、図２は本発明の加工装置のスライドテーブル部の
詳細を示す斜視図である。また、図４（ａ）および図４
（ｂ）は本発明による加工装置へのワークの取付状態を
示す説明図である。

【００２０】すなわち、加工装置１が設置される床２の
上には、加工装置１と床２との間に防振ゴム３等の防振
構造が施されている。加工装置１の土台部分は十分な剛
性と振動に対する減衰性を有し図示しない制御部等が内
蔵されたベッド４である。このベッド４の上にはＺ軸方
向へ移動自在なＺ軸テーブル５が配設されている。

【００２１】このＺ軸テーブル５はベッド４に設けられ
た図示しないガイドレールに案内されて駆動源からの動
力によって、ボールねじを介してＺ軸方向へ所定量の送
りが精密に行われる構造を有している。

【００２２】Ｚ軸テーブル５の上には、図示しないモー
タ等から成る駆動系や動力伝達機構や軸受等が内蔵され
た主軸支持部６が立設されている。

【００２３】軸受は主軸７が良好な回転精度の他に、高
速回転が必要な場合は、発熱しにくく熱変形しにくい特
性が必要になるため静圧軸受を用いられる。この軸受に
支持されている主軸７は主軸支持部６の前方まで延出し
ている。主軸７は主軸支持部６の内部で図示しない駆動
系と歯車等で形成された動力伝達機構に係合し、かつ、
図示しないエンコーダが設けられて回転方向の原点位置
が正確に割り出される構造に形成されている。

【００２４】主軸支持部６から延出した主軸７の端面９
の回転中心部にはスライドテーブルとして直交テーブル
８が設けられている。この直交テーブル８は主軸に固着
された支持台３０の上に相互に直交方向へ移動自在な２
つのテーブル１０、１１で２層構造を形成している。

【００２５】すなわち、２層構造の１層目テーブル１０
は、支持台３０の直線案内溝ｇ１に係合し、支持台３０
に内蔵されたボールねじｓ１等で構成された直線送り機
構がエンコーダｅ１で制御された送りモータｍ１によっ
て作動すると、主軸７と直交する方向へ移動する構造に
形成されている。

【００２６】２層目テーブル１１は１層目テーブル１０
と直交方向でかつ主軸７と直交方向に移動自在で、１層
目テーブル１０に内蔵された直線案内溝ｇ２に係合し、
１層目テーブル１０と同様に１層目テーブル１０に内蔵
されたボールねじｓ２等で構成された直線送り機構がエ
ンコーダｅ２で制御された送りモータｍ２によって作動
すると、主軸７と直交する方向へ移動する構造に形成さ
れている。

【００２７】また、図３に示すように２層目テーブル１
１の表面中央部にはテーブル中心を中心とした対称位置
に、ワーク１２を所定位置で精密に固定保持するための
４本のねじ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが設けら
れている。

【００２８】さらに、この直交テーブル８は、主軸支持
部６の内部に設けたれている図示しない制御部によっ
て、２層の各テーブル１０、１１が原点位置に復帰した
ときに、２層目テーブル１１の中心（基準位置）が主軸
７の回転中心と一致するように設定されている。

【００２９】主軸７の対面側のＺ軸テーブル５の前方の
ベッド４の上には、Ｚ軸テーブル５と並行にＸ軸テーブ
ル１４が配設されている。このＸ軸テーブル１４はベッ
ド４に設けられた図示しない直線案内に係合してＸ軸方
向へボールねじ等で構成された直線送り機構で移動自在
な構造に形成されている。このＸ軸テーブル１４上には
切削工具１５を保持する刃物台１６が立設し、所定位置
に着脱自在に切削工具１５が取付けられている。この切
削工具１５は取付け固定した際に、切削工具１５の高さ
方向（Ｙ軸方向）の位置が主軸７の回転中心の高さ方向
の位置と一致するように設定されている。

【００３０】切削工具１５はダイヤモンドバイトで、刃
先のダイヤモンドチップの形状は、すくい角が０°（た
だし、被切削材により±１０°程度変えることがある）
で、逃げ角はダイヤモンドチップの研磨収率から５〜１
５°程度、ノーズ半径は０．０１〜１ｍｍ程度のものが
用いられている。

【００３１】これらの構成による作用を説明すると、ま
づ、予め所定位置に４つの位置決め固定用穴１８ａ、１
８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられている無酸素銅製のワ
ーク１２を、加工装置１の主軸７の端面９に設けたれた
直交テーブル８の２層目テーブル１１の表面に密接させ
て、２層目テーブルの４本のねじ穴１３ａ、１３ｂ、１
３ｃ、１３ｄにねじ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄで
固定する。

【００３２】この状態で、制御部からの指令でエンコー
ダからの信号を受け主軸７を原点位置に復帰させる。次
に、直交テーブル８の１層目テーブル１０と２層目テー
ブル１１を同様に制御部からの信号で原点に復帰させ
る。これにより、２層目テーブル１１に固定されたワー
ク１２の基準位置と加工装置１の主軸７の回転中心が一
致する。

【００３３】次に、このワーク１２の基準位置から予め
定められている、ワーク１２の最初の加工部の回転中心
と加工装置１の主軸７の回転中心が一致するように直交
テーブル８を所定量移動させる。

【００３４】この状態で、制御部からの切削指令信号に
より主軸７が１０００ｒｐｍ程度で回転する。そして、
加工部のプロファイルに応じて、Ｚ軸テーブル５とＸ軸
テーブル１４が同期してそれぞれ所定量送られてダイヤ
モンドバイトによる切削加工を行こない所望の形状を得
る。切削加工の際のダイヤモンドバイトは、通常、加工
するプロファイルの外周側から回転中心に向かって送ら
れて加工する。

【００３５】つまり、加工部の回転中心と主軸７の回転
中心とが一致した状態から加工プロファイルの外周部ま
でＸ軸テーブル１４によってダイヤモンドバイトが移動
後に、Ｚ軸テーブル５が加工切込み深さ分だけ送られて
れて切削加工を開始する。以後、加工プロファイルに応
じてＸ軸とＺ軸が同期して所定量送られ、加工部の回転
中心にダイヤモンドバイトが達すると加工が終了する。

【００３６】最初の加工部の加工が終了すると、主軸７
は回転を停止してエンコーダからの信号で原点位置に復
帰する。この状態で直交テーブル８は次の加工部の回転
中心と主軸７の回転中心が一致するように所定ピッチ移
動する。再び主軸７が回転して最初の加工部の加工と同
様に次の加工部の加工を行う。以下同様に順次各加工部
の加工が終了次第、主軸７が停止し直交テーブル８が所
定ピッチ移動後、主軸７が回転してし次の加工部を逐次
加工する。それにより、所望の回転対称形状加工部の配
列体を得ることが出来る。

【００３７】なお、上述の実施の形態では、スライドテ
ーブルに２層の直交テーブル８を用いたが、加工部の配
列が１列の場合は１層で１方向のみのスライドテーブル
でよい。

【００３８】また、上述の実施の形態では、ワーク１２
の最初の加工部の加工の際に、加工装置１の主軸７の回
転中心とワーク１２に基準位置とを合せた後に、最初の
加工部の回転中心と主軸７の回転中心とを一致させた後
に、加工するプロファイルの外周部にダイヤモンドバイ
トを移動させて加工したが、回転中心同士の一致を行わ
ず、主軸７の回転中心とワーク１２の基準位置とを合せ
た後に、直接、加工する外周部の座標位置にダイヤモン
ドバイトを移動させて加工してもよい。

【００３９】さらに、ワーク１２加工部の回転中心から
次の加工部の回転中心へピッチ送りを行ったが、加工プ
ロファイルの最初の位置（各加工部の外周位置）同士の
ピッチ送りでもよい。

【００４０】また、上記実施の形態では、ワーク１２の
加工部がＸ軸又はＹ軸方向への所定のピッチで配列して
いるため、１層目テーブル１０と２層目テーブル１１は
それぞれワーク１２の加工部の配列に応じて片方ずつ送
られたが、ワーク１２の加工部の配列によっては両テー
ブル１０、１１を所定量ずつ同時に送る場合があること
は言うまでもない。

【００４１】また、ワーク１２の材料として無酸素銅を
用いたが無電解ニッケルめっきやアルミ合金等も用いる
ことが出来る。

【００４２】このような構成の本発明の加工装置は、例
えば、フライアイレンズやマイクロアレイレンズなどの
複数の光路屈折部材が連結されて形成されている光学部
品をガラスや樹脂などで形成するときに用いる金型を製
造する場合に用いられる。

【００４３】例えば、図５（ａ）にフライアイレンズの
成型用の金型、図５（ｂ）にこの金型により成型される
フライアイレンズを示す。

【００４４】成型用の金型は、フライアイレンズ面を成
型する下型Ｘ１と、他方の曲面レンズ面を成型する上型
とで構成されている。

【００４５】図５（ｂ）で示すフライアイレンズＸは入
射する光のプロファイルを決定する大レンズ面ＸＡと入
射する光の各位置の指向性を乱して光の強度むらを改善
する小レンズ面ＸＢとを有している。

【００４６】このフライアイレンズＸはそれぞれのレン
ズ面が非球面である。このように非球面の上に更に非球
面体が設けられている構成の金型を製造すると、その断
面は図５（ａ）に示すように形成されるが、本発明を用
いてこのような複数配列された非球面構造の加工を行う
ことにより、従来の旋削に比べて加工速度が著しく向上
する。

【００４７】また、各レンズ面に対して相対的な誤差の
ばらつきも軽減されるため、高精度な光学部品の金型が
製造でき、この金型を用いて製造する光学部品の性能は
向上する。

【００４８】図６に示す光学系は、白色光源や色分離光
学系等を有する液晶プロジェクション装置の一部であ
り、液晶装置ＹＡに対して設けられたマイクロレンズに
関するものである。色分離光学系によりＲＧＢ各色に対
応して固有の入射角度が与えたれた光が、マイクロレン
ズアレイＹに入射すると、各入射角度に対応した焦点位
置に各色の光が結像する。

【００４９】この結像先に対応して液晶装置ＹＡのＲＧ
Ｂ各色に対応する各位置の画素ＹＢを配置し、各画素の
所定の信号を用いて制御することによって所定の画像を
得る。このようなマイクロレンズアレイＹのレンズ数は
液晶装置ＹＡが備える画素の１／３に達する。従って、
８００×６００個の画素を有する場合には１６万個の非
球面レンズを必要とすることになる。

【００５０】このようなレンズを作成する際には、本発
明は著しい効果を発揮し、従来の旋削に比して加工速度
が著しく向上する。

【００５１】また、各レンズ面に対して相対的な誤差の
ばらつきも軽減されるため、高精度な光学部品の金型が
製造でき、この金型を用いて製造する光学部品の性能は
向上する。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、所定ピッチで回転対称形状等
の加工部が配列したワークを加工装置の旋回する主軸に
取付け、ワークの前方から固定工具で切削加工する回転
対称形状加工部の配列体を加工する加工方法と装置で、
加工装置の主軸の端面の中央部に所定方向へ移動自在な
スライドテーブルを設け、それに、ワークを取付けて加
工するようにしたので、ワークの加工部が様々な位置に
分散していても、自動的に連続して精度のよい加工を行
うことが出来る。

【００５３】従って、複雑な形状が配列された光学部品
の金型等を容易に短時間で製作することが可能になっ
た。

【００５４】また、これらの金型を用いて部品の成形加
工をを行うため、精度の良い光学部品が迅速かつ大量に
得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す加工装置の斜
視図。

【図２】本発明の実施の形態の一例を示す加工装置のス
ライドテーブル部を示す斜視図。

【図３】（ａ）本発明に関する被加工物の加工部の配列
状態を説明する平面図。（ｂ）本発明に関する被加工物
の加工部の配列状態を説明する一部断面側面図。

【図４】（ａ）本発明に関する被加工物の加工部の配列
状態を説明する平面図。（ｂ）本発明に関する被加工物
の加工部の配列状態を説明する側面図。

【図５】（ａ）本発明の実施の形態の一例を示すフライ
アイレンズの金型の断面図。（ｂ）フライアレンズの平
面図。

【図６】フライアイレンズを液晶表示装置に用いた一例
を示す説明図。

【符号の説明】

１…加工装置、４…ベッド、５…Ｚ軸テーブル、６…主
軸支持部、７…主軸、８…直交テーブル、１０…１層目
テーブル、１１…２層目テーブル、１２…ワーク、１４
…Ｘ軸テーブル、１５…切削工具、１６…刃物台、２１
〜２９…加工部、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を中心に回転する主軸と、 この主軸の端部に設けられ、前記回転軸に対して直交す
   る２方向に移動して位置決め可能な、被加工物を保持す
   るスライドテーブルと、 前記被加工物に対して相対接離方向に移動可能な加工手
   段と、を具備することを特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】 回転軸を有する主軸の端部に設けられい
   る前記回転軸に対して直交する２方向に移動するスライ
   ドテーブルに被加工物を保持させて前記被加工物上の加
   工位置と前記回転軸とを位置決めする工程と、 前記主軸を回転させ、加工工具を前期被加工物に対して
   近接方向に送り、前記被加工物を加工する工程と、 必要に応じて、次に加工する加工位置と前記回転軸とを
   前記スライドテーブルによって位置決めし、前記加工工
   具によって前記被加工物を加工する工程と、を具備する
   ことを特徴とする加工方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の加工方法によって加工さ
   れた金型によって成形加工されたことを特徴とする光学
   部品。
4. 【請求項４】 前記光学部品は、複数の光路屈折部から
   構成されていることを特徴とする請求項３記載の光学部
   品。