JP2003311527A - 凹凸形状の切削加工方法及び切削加工装置 - Google Patents
凹凸形状の切削加工方法及び切削加工装置Info
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- JP2003311527A JP2003311527A JP2002123607A JP2002123607A JP2003311527A JP 2003311527 A JP2003311527 A JP 2003311527A JP 2002123607 A JP2002123607 A JP 2002123607A JP 2002123607 A JP2002123607 A JP 2002123607A JP 2003311527 A JP2003311527 A JP 2003311527A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被加工材の表面に微細な凹凸形状を精度良く
かつ大面積に加工する加工方法と加工装置を提供する。 【解決手段】 速度一定駆動制御が可能である移動体に
被加工材を取り付けて移動体の駆動により一定方向に移
動させ、前記被加工材表面の垂直方向より微小でかつ高
速に変位可能な駆動源を有する駆動機構部に取り付けた
切削工具を往復運動させることにより被加工材の表面に
微細な凹凸形状を形成する。
かつ大面積に加工する加工方法と加工装置を提供する。 【解決手段】 速度一定駆動制御が可能である移動体に
被加工材を取り付けて移動体の駆動により一定方向に移
動させ、前記被加工材表面の垂直方向より微小でかつ高
速に変位可能な駆動源を有する駆動機構部に取り付けた
切削工具を往復運動させることにより被加工材の表面に
微細な凹凸形状を形成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は平板あるいはロール
状の表面に微細な凹凸形状を形成する切削加工方法およ
び切削加工装置に係り、特に微細な凹凸形状をパターン
転写して所望の成形品を得る転写用の金型材の切削技術
に関するものである。
状の表面に微細な凹凸形状を形成する切削加工方法およ
び切削加工装置に係り、特に微細な凹凸形状をパターン
転写して所望の成形品を得る転写用の金型材の切削技術
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】平板上の被加工材に微細な凹凸形状を得
る手法、例えば、マイクロレンズ等の光学部品の成形方
法としては特開平6−194502号公報に見られるよ
うな露光によるエッチングを行なうフォトリソグラフィ
方式(以下、フォトリソ方式という)がある。また、機
械的な工具を用いて被加工材を加工する方法としては特
開平9−327860号公報、特開平11−42649
号公報にみられる圧痕手法がある。また、印刷用のロー
ル状の金型を加工する方法として、電子彫刻法による切
削方法がある。圧痕手法は先端に所望の形状を有する圧
子を用い、被加工材の表面に圧子を押し付けて微細な凹
凸形状を得る加工手法である。また電子彫刻による切削
方法は高速で微小な往復移動を行う駆動部を用い、駆動
部先端の移動量を拡大する変位拡大機構部を備え、変位
拡大機構部の先端に微細な彫刻針を取り付け、この針の
往復移動を用いてロール状の表面に微細な凹凸形状を加
工する方法である。
る手法、例えば、マイクロレンズ等の光学部品の成形方
法としては特開平6−194502号公報に見られるよ
うな露光によるエッチングを行なうフォトリソグラフィ
方式(以下、フォトリソ方式という)がある。また、機
械的な工具を用いて被加工材を加工する方法としては特
開平9−327860号公報、特開平11−42649
号公報にみられる圧痕手法がある。また、印刷用のロー
ル状の金型を加工する方法として、電子彫刻法による切
削方法がある。圧痕手法は先端に所望の形状を有する圧
子を用い、被加工材の表面に圧子を押し付けて微細な凹
凸形状を得る加工手法である。また電子彫刻による切削
方法は高速で微小な往復移動を行う駆動部を用い、駆動
部先端の移動量を拡大する変位拡大機構部を備え、変位
拡大機構部の先端に微細な彫刻針を取り付け、この針の
往復移動を用いてロール状の表面に微細な凹凸形状を加
工する方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】フォトリソ法にて凹凸
形状を形成する場合、化学反応にて処理を進めるため凹
凸部の形状制御が難しい課題がある。特に、不規則ピッ
チにて球面状の凹凸形状が配置されるマイクロレンズア
レイの加工を行う際には、隣り合うマイクロレンズの大
きさが異なるため化学反応速度制御などに問題があり、
形状制御が難しく設計形状を得ることが困難である。
形状を形成する場合、化学反応にて処理を進めるため凹
凸部の形状制御が難しい課題がある。特に、不規則ピッ
チにて球面状の凹凸形状が配置されるマイクロレンズア
レイの加工を行う際には、隣り合うマイクロレンズの大
きさが異なるため化学反応速度制御などに問題があり、
形状制御が難しく設計形状を得ることが困難である。
【0004】図16は圧痕加工方式を説明するための圧
子と金型の斜視図である。図16に示す圧痕加工方式に
おいて、金型43に球面形状の圧痕加工部42を構成し
ようとする場合には設計形状と同じ球面である工具を入
手する必要がある。工具は通常ダイヤモンド圧子40が
用いられるが、ダイヤモンドは結晶方位に対して研磨加
工能率の異方性が存在するため工具を完全に球面に仕上
げることが難しく異方性を有する工具形状となる。特に
軸対称形状の非球面形状を所望の場合には形状輪郭を得
ることに困難を極める。また、工具形状の整いやすい超
硬材を用いることにより工具の入手は可能となるが多結
晶体からなる工具では結晶粒径が大きいので、先端の表
面粗さが悪くなるほか、数多くの圧痕を形成する際の耐
久性に欠点がある。また圧痕法では材料の塑性流動によ
り凹凸部の配列ピッチの粗密により隣接部にしわや形状
の崩れが発生する問題がある。
子と金型の斜視図である。図16に示す圧痕加工方式に
おいて、金型43に球面形状の圧痕加工部42を構成し
ようとする場合には設計形状と同じ球面である工具を入
手する必要がある。工具は通常ダイヤモンド圧子40が
用いられるが、ダイヤモンドは結晶方位に対して研磨加
工能率の異方性が存在するため工具を完全に球面に仕上
げることが難しく異方性を有する工具形状となる。特に
軸対称形状の非球面形状を所望の場合には形状輪郭を得
ることに困難を極める。また、工具形状の整いやすい超
硬材を用いることにより工具の入手は可能となるが多結
晶体からなる工具では結晶粒径が大きいので、先端の表
面粗さが悪くなるほか、数多くの圧痕を形成する際の耐
久性に欠点がある。また圧痕法では材料の塑性流動によ
り凹凸部の配列ピッチの粗密により隣接部にしわや形状
の崩れが発生する問題がある。
【0005】また、電子彫刻によるロール金型の加工に
おいては、そもそもの目的がロール表面にインク材が入
るだけの穴部が加工できればよいというものであるた
め、凹凸形状の断面方向に関しては特に形状制御する必
要性がない。そのためこの手法で凹凸部の断面方向の形
状制御を行うことは考慮されていない。変位拡大された
彫刻針を高速移動させることにより、被加工材を加工す
るため凹凸部の形状制御を行うことは困難である。また
不規則に配列された凹凸パターンを加工することは加工
原理上不可能である。
おいては、そもそもの目的がロール表面にインク材が入
るだけの穴部が加工できればよいというものであるた
め、凹凸形状の断面方向に関しては特に形状制御する必
要性がない。そのためこの手法で凹凸部の断面方向の形
状制御を行うことは考慮されていない。変位拡大された
彫刻針を高速移動させることにより、被加工材を加工す
るため凹凸部の形状制御を行うことは困難である。また
不規則に配列された凹凸パターンを加工することは加工
原理上不可能である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決し微細な凹凸形状を被加工材の表面に加工する上で
不規則配置された凹凸形状の加工も可能である高精度な
切削加工方法と加工装置を提供する。
解決し微細な凹凸形状を被加工材の表面に加工する上で
不規則配置された凹凸形状の加工も可能である高精度な
切削加工方法と加工装置を提供する。
【0007】本発明の目的を達成するために、第1の発
明では、切削加工方法は、被加工材を一定の速度で一定
方向に移動させるステップと、前記被加工材表面に対し
て略垂直な方向に取り付けられた切削工具の駆動部を波
形信号に応じて4μ程度以内で変位させて前記被加工材
の表面を切削するステップとを備える。
明では、切削加工方法は、被加工材を一定の速度で一定
方向に移動させるステップと、前記被加工材表面に対し
て略垂直な方向に取り付けられた切削工具の駆動部を波
形信号に応じて4μ程度以内で変位させて前記被加工材
の表面を切削するステップとを備える。
【0008】第2の発明では、切削加工方法は、速度を
一定に駆動制御することができる移動体に被加工材を取
り付けて該移動体の駆動により一定方向に移動させるス
テップと、前記被加工材表面の垂直方向に対し、機械駆
動に比べて微小でかつ高速に変位可能な駆動源を有する
駆動機構部に切削工具を取り付けるステップと、前記駆
動機構部の往復運動による前記切削工具の往復運動と前
記移動体の一方向の移動により前記被加工材の表面に凹
凸形状を形成するステップとを備える。
一定に駆動制御することができる移動体に被加工材を取
り付けて該移動体の駆動により一定方向に移動させるス
テップと、前記被加工材表面の垂直方向に対し、機械駆
動に比べて微小でかつ高速に変位可能な駆動源を有する
駆動機構部に切削工具を取り付けるステップと、前記駆
動機構部の往復運動による前記切削工具の往復運動と前
記移動体の一方向の移動により前記被加工材の表面に凹
凸形状を形成するステップとを備える。
【0009】第3の発明では、第2の発明において、前
記移動体はNC制御装置の加工テーブルであり、前記駆
動源は圧電素子で構成され、前記駆動機構部は前記駆動
源に波形信号を供給することによって往復運動され、テ
ーブル位置検出センサを用いて前記加工テーブルの移動
位置を検出して前記圧電素子の駆動タイミングを制御す
るステップを備える。
記移動体はNC制御装置の加工テーブルであり、前記駆
動源は圧電素子で構成され、前記駆動機構部は前記駆動
源に波形信号を供給することによって往復運動され、テ
ーブル位置検出センサを用いて前記加工テーブルの移動
位置を検出して前記圧電素子の駆動タイミングを制御す
るステップを備える。
【0010】第4の発明では、切削加工方法は、ロール
状の被加工材を回転機構によって一定速度で回転駆動す
るステップと、前記被加工材表面の半径方向に対して機
械駆動に比べて微小でかつ高速に変位可能な駆動源を有
する駆動機構部に切削工具を取り付けるステップと、前
記駆動機構部の往復運動による前記切削工具の往復運動
と前記回転機構の回転によって前記被加工材の表面に凹
凸形状を形成するステップとを備える。
状の被加工材を回転機構によって一定速度で回転駆動す
るステップと、前記被加工材表面の半径方向に対して機
械駆動に比べて微小でかつ高速に変位可能な駆動源を有
する駆動機構部に切削工具を取り付けるステップと、前
記駆動機構部の往復運動による前記切削工具の往復運動
と前記回転機構の回転によって前記被加工材の表面に凹
凸形状を形成するステップとを備える。
【0011】第5の発明では、第4の発明において、前
記駆動源は圧電素子で構成され、前記駆動機構部は前記
駆動源に波形信号を供給することによって往復運動さ
れ、前記被加工材の回転移動位置を検出する回転位置検
出センサを用いて前記駆動源である圧電素子の駆動タイ
ミングを制御するステップを備える。
記駆動源は圧電素子で構成され、前記駆動機構部は前記
駆動源に波形信号を供給することによって往復運動さ
れ、前記被加工材の回転移動位置を検出する回転位置検
出センサを用いて前記駆動源である圧電素子の駆動タイ
ミングを制御するステップを備える。
【0012】第6の発明では、第1、3または5の発明
において、前記波形信号は不等ピッチの波形信号であ
る。
において、前記波形信号は不等ピッチの波形信号であ
る。
【0013】第7の発明では、第1、3または5の発明
において、前記波形信号は位相やピッチが異なる複数の
波形信号であり、同じ加工路をそれぞれ異なる波形信号
で前記圧電素子を駆動して、前記被加工材を切削する。
において、前記波形信号は位相やピッチが異なる複数の
波形信号であり、同じ加工路をそれぞれ異なる波形信号
で前記圧電素子を駆動して、前記被加工材を切削する。
【0014】第8の発明では、第1乃至7の発明におい
て、被加工材を水平移動させる方向または回転移動させ
る方向と略直交する方向に微小往復運動させる他の駆動
源を設け、前記他の駆動源で前記駆動源を往復運動さ
せ、工具7の軌跡を変化させるステップを設ける。
て、被加工材を水平移動させる方向または回転移動させ
る方向と略直交する方向に微小往復運動させる他の駆動
源を設け、前記他の駆動源で前記駆動源を往復運動さ
せ、工具7の軌跡を変化させるステップを設ける。
【0015】第9の発明では、第2または4の発明にお
いて、前記駆動源に圧電素子を用い、前記圧電素子の駆
動制御に波形信号を用い、波形信号の形状の変化と発信
時間を速度一定で駆動する加工テーブル又は回転駆動部
の移動速度と対応させることにより、速度一定で移動ま
たは回転移動させる前記被加工材の任意の位置に微細凹
凸形状を形成する。
いて、前記駆動源に圧電素子を用い、前記圧電素子の駆
動制御に波形信号を用い、波形信号の形状の変化と発信
時間を速度一定で駆動する加工テーブル又は回転駆動部
の移動速度と対応させることにより、速度一定で移動ま
たは回転移動させる前記被加工材の任意の位置に微細凹
凸形状を形成する。
【0016】第10の発明では、第9の発明において、
前記微小変位駆動部の制御部に前記波形信号の形状と発
振時間を記憶する記憶装置を設け、速度一定に駆動する
前記加工テーブル又は前記回転駆動部の位置検出センサ
からの位置情報を元に前記制御部から制御信号を出力す
ることにより、前記被加工材の任意の位置に微細凹凸形
状パターンを繰り返し加工する。
前記微小変位駆動部の制御部に前記波形信号の形状と発
振時間を記憶する記憶装置を設け、速度一定に駆動する
前記加工テーブル又は前記回転駆動部の位置検出センサ
からの位置情報を元に前記制御部から制御信号を出力す
ることにより、前記被加工材の任意の位置に微細凹凸形
状パターンを繰り返し加工する。
【0017】第11の発明では、第1乃至10の何れか
に記載の発明において、前記切削工具はすくい角−5〜
3度、逃げ角20度以下のダイヤモンドバイトを用い、
被加工材の加工部表面に無酸素銅あるいは無電解ニッケ
ルメッキを施し、メッキ部を前記切削工具にて加工し微
細凹凸形状を得る。
に記載の発明において、前記切削工具はすくい角−5〜
3度、逃げ角20度以下のダイヤモンドバイトを用い、
被加工材の加工部表面に無酸素銅あるいは無電解ニッケ
ルメッキを施し、メッキ部を前記切削工具にて加工し微
細凹凸形状を得る。
【0018】第12の発明では、第11の発明におい
て、前記被加工材表面の水平方向あるいは接線方向と、
切削方向の前記ダイヤモンドバイトの逃げ角とのなす角
度が25度以下である。
て、前記被加工材表面の水平方向あるいは接線方向と、
切削方向の前記ダイヤモンドバイトの逃げ角とのなす角
度が25度以下である。
【0019】第13の発明では、切削加工装置は、被加
工材を取り付け水平方向に速度一定にNC制御可能な加
工テーブルと、前記加工テーブルに対して垂直方向に加
工ヘッドを移動可能な垂直駆動機構部と、加工ヘッドに
設けられ、切削工具を機械駆動に比べて微小変位で高速
に駆動できる微小変位駆動機構部と、前記加工テーブル
に設けられた位置検出用のセンサと、前記位置検出セン
サからの信号に連動して前記微小変位駆動機構部を波形
信号で制御する制御部とを具備する。
工材を取り付け水平方向に速度一定にNC制御可能な加
工テーブルと、前記加工テーブルに対して垂直方向に加
工ヘッドを移動可能な垂直駆動機構部と、加工ヘッドに
設けられ、切削工具を機械駆動に比べて微小変位で高速
に駆動できる微小変位駆動機構部と、前記加工テーブル
に設けられた位置検出用のセンサと、前記位置検出セン
サからの信号に連動して前記微小変位駆動機構部を波形
信号で制御する制御部とを具備する。
【0020】第14の発明では、切削加工装置は、ロー
ル状の被加工材を取り付け一定速度で回転駆動可能な回
転駆動部と、加工ヘッドをロール状の前記被加工材の中
心軸と平行な方向に移動可能な水平駆動機構部と、被加
工材の半径方向に加工ヘッドを移動可能な垂直駆動機構
部と、加工ヘッドに設けられ、切削工具を機械駆動に比
べて微小変位で高速に駆動できる微小変位駆動機構部
と、前記回転駆動部に設けられた回転位置検出用のセン
サと、前記位置検出センサからの信号及び前記回転駆動
部の動作に連動して前記微小変位駆動機構部を波形信号
で制御する制御部とを具備する。
ル状の被加工材を取り付け一定速度で回転駆動可能な回
転駆動部と、加工ヘッドをロール状の前記被加工材の中
心軸と平行な方向に移動可能な水平駆動機構部と、被加
工材の半径方向に加工ヘッドを移動可能な垂直駆動機構
部と、加工ヘッドに設けられ、切削工具を機械駆動に比
べて微小変位で高速に駆動できる微小変位駆動機構部
と、前記回転駆動部に設けられた回転位置検出用のセン
サと、前記位置検出センサからの信号及び前記回転駆動
部の動作に連動して前記微小変位駆動機構部を波形信号
で制御する制御部とを具備する。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例を用い、図を参照して説明する。
て、実施例を用い、図を参照して説明する。
【0022】図1は本発明による加工装置の一実施例を
示す正面図及び側面図であり、図1(a)は正面図、
(b)は側面図を示す。図において、加工装置1はCフ
レーム形のNC制御加工装置であり、2は加工装置フレ
ームであり、フレーム2にはX−Y両方向に直線移動自
在に設けられたX−Yテーブル3が設けられている。ま
たX−Yテーブル3の上方には、フレーム2に取り付け
られZ方向に直線移動自在に設けられたZ移動テーブル
4が配置されている。加工装置1のX−Yテーブル3と
Z移動テーブル4の移動はNC制御部6によって制御さ
れる。X−Yテーブル3上には被加工材である金型8が
載置されX−Yテーブル3の移動によりX−Y方向に移
動可能となっている。Z移動テーブル4の下部であり金
型8の上部には微小駆動ヘッド5が取り付けられてお
り、微小駆動ヘッド5の内部には圧電素子、ムービング
コイル、磁歪素子、超音波発信器等で構成された駆動部
12が設けられている。これらで構成された駆動部12
は機械式の駆動部と比べて微小で且つ高速に変位可能で
あるため、微小で且つ高速に変位可能な駆動部という。
また、微小とは4μ程度の移動をいう。微小駆動ヘッド
5の先端に取り付けられた工具7は駆動部12の駆動に
より、Z方向に変位分だけ直線移動できる。すなわち、
工具7はZ移動テーブル4と微小駆動ヘッド5の双方の
移動によりZ方向に直線移動可能となる。以下、圧電素
子を駆動部に使用した例を用いて説明する。また、X−
Yテーブル3にはターゲット10aが取り付けられ、フ
レーム2には検出センサ10bが取り付けられ、これら
ターゲット10aと検出センサ10bはテーブル位置検
出器10を構成する。テーブル位置検出器10によっ
て、X方向に移動するX−Yテーブル3のターゲット1
0aが検出センサ10bの検出範囲に位置した際に検出
信号を発する構成となっている。微小駆動ヘッド5の圧
電素子の駆動部12は微小変位制御部9によって移動制
御され、微小変位制御部9は検出センサ10bから発す
る検出信号を取り込んでいる。圧電素子の駆動部12へ
の駆動信号は検出センサ10bの検出信号に基づいて発
せられ、これによりX−Yテーブル3と微小駆動ヘッド
5を連動制御する。
示す正面図及び側面図であり、図1(a)は正面図、
(b)は側面図を示す。図において、加工装置1はCフ
レーム形のNC制御加工装置であり、2は加工装置フレ
ームであり、フレーム2にはX−Y両方向に直線移動自
在に設けられたX−Yテーブル3が設けられている。ま
たX−Yテーブル3の上方には、フレーム2に取り付け
られZ方向に直線移動自在に設けられたZ移動テーブル
4が配置されている。加工装置1のX−Yテーブル3と
Z移動テーブル4の移動はNC制御部6によって制御さ
れる。X−Yテーブル3上には被加工材である金型8が
載置されX−Yテーブル3の移動によりX−Y方向に移
動可能となっている。Z移動テーブル4の下部であり金
型8の上部には微小駆動ヘッド5が取り付けられてお
り、微小駆動ヘッド5の内部には圧電素子、ムービング
コイル、磁歪素子、超音波発信器等で構成された駆動部
12が設けられている。これらで構成された駆動部12
は機械式の駆動部と比べて微小で且つ高速に変位可能で
あるため、微小で且つ高速に変位可能な駆動部という。
また、微小とは4μ程度の移動をいう。微小駆動ヘッド
5の先端に取り付けられた工具7は駆動部12の駆動に
より、Z方向に変位分だけ直線移動できる。すなわち、
工具7はZ移動テーブル4と微小駆動ヘッド5の双方の
移動によりZ方向に直線移動可能となる。以下、圧電素
子を駆動部に使用した例を用いて説明する。また、X−
Yテーブル3にはターゲット10aが取り付けられ、フ
レーム2には検出センサ10bが取り付けられ、これら
ターゲット10aと検出センサ10bはテーブル位置検
出器10を構成する。テーブル位置検出器10によっ
て、X方向に移動するX−Yテーブル3のターゲット1
0aが検出センサ10bの検出範囲に位置した際に検出
信号を発する構成となっている。微小駆動ヘッド5の圧
電素子の駆動部12は微小変位制御部9によって移動制
御され、微小変位制御部9は検出センサ10bから発す
る検出信号を取り込んでいる。圧電素子の駆動部12へ
の駆動信号は検出センサ10bの検出信号に基づいて発
せられ、これによりX−Yテーブル3と微小駆動ヘッド
5を連動制御する。
【0023】次に図2を用いて、工具7と金型8の移動
方法について説明する。図2は金型と工具を相対的に移
動させることによって、金型の表面に微細凹凸形状であ
る凹曲面部を加工する際の加工手順を示す金型と工具の
一部側面断面図である。まず、図2(a)は金型と工具
とを加工開始位置に位置決めした時の金型と工具の図、
図2(b)は金型を矢印X方向に移動させ、金型表面上
に工具を位置させた場合の金型と工具の図、図2(c)
は金型のX方向移動と工具の微小変位移動により金型表
面に複数の凹曲面部が形成された場合の金型と工具の
図、図2(d)は金型が矢印X方向への移動が終了し、
金型表面に凹曲面部が形成された場合の図、図2(e)
は工具の微小変位移動は停止させ、金型8を開始位置ま
で移動させた場合の図である。
方法について説明する。図2は金型と工具を相対的に移
動させることによって、金型の表面に微細凹凸形状であ
る凹曲面部を加工する際の加工手順を示す金型と工具の
一部側面断面図である。まず、図2(a)は金型と工具
とを加工開始位置に位置決めした時の金型と工具の図、
図2(b)は金型を矢印X方向に移動させ、金型表面上
に工具を位置させた場合の金型と工具の図、図2(c)
は金型のX方向移動と工具の微小変位移動により金型表
面に複数の凹曲面部が形成された場合の金型と工具の
図、図2(d)は金型が矢印X方向への移動が終了し、
金型表面に凹曲面部が形成された場合の図、図2(e)
は工具の微小変位移動は停止させ、金型8を開始位置ま
で移動させた場合の図である。
【0024】図2(a)に示すように、金型8と工具7
とを加工開始位置に位置決めする。工具7の刃先先端位
置は金型8の表面部8aよりも所定量だけ上昇した位置
にする。次に図2(b)に示すように、金型8を矢印X
方向に移動させて、工具7を金型表面8a上部の切削加
工開始位置に位置決めする。この位置決めは、図2
(b)の位置までに金型8が移動した際に、検出センサ
10bがターゲット10aを検出し、検出センサ10b
から検出信号が発生するようにX−Yテーブル3に検出
センサ10bを設置しておく。これにより図2(b)の
状態でセンサ10bより検出信号が発せられ、検出信号
を微小変位制御部9が検知する。これにより、微小変位
制御部9から微小駆動ヘッド5に対して駆動信号が出力
されるので、図2(c)に示すごとく所定の工具7の微
小変位移動が開始される。金型8のX方向移動と工具7
の微小変位移動により金型表面8aに複数の凹曲面部2
1が形成される。金型8のX方向移動と工具7を微小変
位移動させることにより、図2(d)に示す凹曲面部2
1が金型表面8aに形成される。図2(d)の加工が終
わった段階で、工具7の微小変位移動は停止させ、金型
8を開始位置まで、-X方向の戻し移動を行う。以上の
動作を繰り返すことで金型表面8aに所望の凹凸形状を
加工することが可能となる。
とを加工開始位置に位置決めする。工具7の刃先先端位
置は金型8の表面部8aよりも所定量だけ上昇した位置
にする。次に図2(b)に示すように、金型8を矢印X
方向に移動させて、工具7を金型表面8a上部の切削加
工開始位置に位置決めする。この位置決めは、図2
(b)の位置までに金型8が移動した際に、検出センサ
10bがターゲット10aを検出し、検出センサ10b
から検出信号が発生するようにX−Yテーブル3に検出
センサ10bを設置しておく。これにより図2(b)の
状態でセンサ10bより検出信号が発せられ、検出信号
を微小変位制御部9が検知する。これにより、微小変位
制御部9から微小駆動ヘッド5に対して駆動信号が出力
されるので、図2(c)に示すごとく所定の工具7の微
小変位移動が開始される。金型8のX方向移動と工具7
の微小変位移動により金型表面8aに複数の凹曲面部2
1が形成される。金型8のX方向移動と工具7を微小変
位移動させることにより、図2(d)に示す凹曲面部2
1が金型表面8aに形成される。図2(d)の加工が終
わった段階で、工具7の微小変位移動は停止させ、金型
8を開始位置まで、-X方向の戻し移動を行う。以上の
動作を繰り返すことで金型表面8aに所望の凹凸形状を
加工することが可能となる。
【0025】微小変位制御部9から発せられる微小駆動
ヘッド5への駆動信号には波形信号を用い、X−Yテー
ブル3の移動速度に対応した波形信号を用いることによ
り所望の凹凸形状を得ることができる。図3は圧電素子
の駆動部に供給する信号波形図と凹曲面部が設けられた
金型の第1の実施例を示す断面図であり、図3(a)は
第1の信号波形図、図3(b)は第1の波形信号を用い
た金型の凹曲面部の加工状態を示す断面図、図3(c)
は第2の信号波形図、図3(d)は図3(b)の加工状
態から、第2の波形信号により更に、金型を加工した状
態を示す断面図である。金型8のX方向への移動と工具
7の微小変位移動により、金型8を切削加工する場合、
圧電素子の駆動信号として図3(a)に示す第1の波形
信号20aを用いると、図3(b)に示すように、金型
表面8aに凹曲面部21aを形成することができる。続
いて、X−Yテーブル3を加工開始位置まで移動させ、
圧電素子の駆動信号として図3(c)に示す第2の波形
信号20bを用いると、図3(d)に示すように、更
に、金型表面8aに凹曲面部21bが形成される。即ち
同じパスを異なる波形で圧電素子を駆動し、凹曲面部2
1a、21bを形成している。このように、波形信号2
0a,20bを用いることにより、図3(d)に示す用
に、凹曲面部21a、21bの凹凸形状が金型表面8a
に形成できる。
ヘッド5への駆動信号には波形信号を用い、X−Yテー
ブル3の移動速度に対応した波形信号を用いることによ
り所望の凹凸形状を得ることができる。図3は圧電素子
の駆動部に供給する信号波形図と凹曲面部が設けられた
金型の第1の実施例を示す断面図であり、図3(a)は
第1の信号波形図、図3(b)は第1の波形信号を用い
た金型の凹曲面部の加工状態を示す断面図、図3(c)
は第2の信号波形図、図3(d)は図3(b)の加工状
態から、第2の波形信号により更に、金型を加工した状
態を示す断面図である。金型8のX方向への移動と工具
7の微小変位移動により、金型8を切削加工する場合、
圧電素子の駆動信号として図3(a)に示す第1の波形
信号20aを用いると、図3(b)に示すように、金型
表面8aに凹曲面部21aを形成することができる。続
いて、X−Yテーブル3を加工開始位置まで移動させ、
圧電素子の駆動信号として図3(c)に示す第2の波形
信号20bを用いると、図3(d)に示すように、更
に、金型表面8aに凹曲面部21bが形成される。即ち
同じパスを異なる波形で圧電素子を駆動し、凹曲面部2
1a、21bを形成している。このように、波形信号2
0a,20bを用いることにより、図3(d)に示す用
に、凹曲面部21a、21bの凹凸形状が金型表面8a
に形成できる。
【0026】図4は圧電素子の駆動部に供給する信号波
形図と凹曲面部が設けられた金型の第2の実施例を示す
断面図であり、図4(a)は第3の波形信号を、図4
(b)は金型の断面図を、図4(c)は金型の上面図を
示す。図4(a)に示す不等ピッチの第3の波形信号2
0cを圧電素子の駆動部12に供給することによって、
図4(b)、(c)に示すように、不等ピッチの凹曲面
部21cを形成することができる。このように、1回の
金型8の一方向送りにおいて、不等ピッチの凹曲面部2
1cを形成する場合には、波形信号20cを用いる。
形図と凹曲面部が設けられた金型の第2の実施例を示す
断面図であり、図4(a)は第3の波形信号を、図4
(b)は金型の断面図を、図4(c)は金型の上面図を
示す。図4(a)に示す不等ピッチの第3の波形信号2
0cを圧電素子の駆動部12に供給することによって、
図4(b)、(c)に示すように、不等ピッチの凹曲面
部21cを形成することができる。このように、1回の
金型8の一方向送りにおいて、不等ピッチの凹曲面部2
1cを形成する場合には、波形信号20cを用いる。
【0027】また、図2(e)から図2(a)、(b)
の動作に移行する際に、X−Yテーブル3のY方向移動
を用いて金型8をY方向に移動して図2(c)から図2
(d)の加工を行うことを繰り返すことによって、図5
に示すような金型表面8aに複数の凹曲面部21を配置
した凹凸形状が形成できる。図5は本発明による加工方
法を用いて微細凹凸加工した金型の第3の実施例を示す
斜視図及びA−A断面図であり、図5(a)は斜視図
を、図5(b)はA−A断面図を示す。図5の金型8は
X方向に切削方向をとり、Y方向にピッチ割り出しし、
金型表面8aにX−Y方向に凹曲面部21を整列して配
置するように加工したものである。この場合Y方向のピ
ッチ送りtを一定に設定して1回のX方向移動の終了後
に次のX方向移動開始前の段階でY方向にtだけ移動さ
せることにより、A−A断面に示す凹曲面部21が金型
表面8aの広範囲な部分に形成することができる。この
時、微小駆動ヘッド部14の駆動信号には図3に示した
波形信号20aまたは20bを用いる。ここで波形信号
20aと波形信号20bを交互に使用することにより、
千鳥配置された凹曲面部21aを金型表面8aに形成で
きる。
の動作に移行する際に、X−Yテーブル3のY方向移動
を用いて金型8をY方向に移動して図2(c)から図2
(d)の加工を行うことを繰り返すことによって、図5
に示すような金型表面8aに複数の凹曲面部21を配置
した凹凸形状が形成できる。図5は本発明による加工方
法を用いて微細凹凸加工した金型の第3の実施例を示す
斜視図及びA−A断面図であり、図5(a)は斜視図
を、図5(b)はA−A断面図を示す。図5の金型8は
X方向に切削方向をとり、Y方向にピッチ割り出しし、
金型表面8aにX−Y方向に凹曲面部21を整列して配
置するように加工したものである。この場合Y方向のピ
ッチ送りtを一定に設定して1回のX方向移動の終了後
に次のX方向移動開始前の段階でY方向にtだけ移動さ
せることにより、A−A断面に示す凹曲面部21が金型
表面8aの広範囲な部分に形成することができる。この
時、微小駆動ヘッド部14の駆動信号には図3に示した
波形信号20aまたは20bを用いる。ここで波形信号
20aと波形信号20bを交互に使用することにより、
千鳥配置された凹曲面部21aを金型表面8aに形成で
きる。
【0028】図6は本発明による加工方法を用いて微細
凹凸加工した金型の第4の実施例を示す斜視図及びA−
A断面図であり、図6(a)は斜視図を、図6(b)は
A−A断面図を示す。図6の金型8は、X方向に切削方
向をとり、Y方向にピッチ割り出しし、金型表面8aの
X−Y方向に凹曲面部21を不規則配置して加工したも
のである。この場合Y方向のピッチ送りを一定でなく、
不規則に変化させることで凹曲面部21のY方向の配置
を図に示すように不規則に配置させることができる。ま
たX方向においては切削加工時に図4に示す波形信号を
用い、1回の切削毎に波形信号の形状を変えて加工す
る。これにより金型表面8aのX−Y方向に凹曲面部2
1を不規則配置した凹凸形状が形成できる。
凹凸加工した金型の第4の実施例を示す斜視図及びA−
A断面図であり、図6(a)は斜視図を、図6(b)は
A−A断面図を示す。図6の金型8は、X方向に切削方
向をとり、Y方向にピッチ割り出しし、金型表面8aの
X−Y方向に凹曲面部21を不規則配置して加工したも
のである。この場合Y方向のピッチ送りを一定でなく、
不規則に変化させることで凹曲面部21のY方向の配置
を図に示すように不規則に配置させることができる。ま
たX方向においては切削加工時に図4に示す波形信号を
用い、1回の切削毎に波形信号の形状を変えて加工す
る。これにより金型表面8aのX−Y方向に凹曲面部2
1を不規則配置した凹凸形状が形成できる。
【0029】ここで、X方向の切削加工時には図3
(a)〜(d)に示す加工手法において波形信号の開始
位置を1回の切削回数毎にずらした波形信号を用いるこ
とによってもX−Y方向に不規則配置した凹曲面部を形
成することが可能である。一例を図7を用いて説明す
る。図7は圧電素子の駆動部に供給する信号波形図と凹
曲面部が設けられた金型の第5の実施例を示す断面図で
あり、図7(a)は第1の信号波形図、図7(b)はは
第1の波形信号を用いた金型の凹曲面部の加工状態を示
す断面図、図7(c)は第2の信号波形図、図7(d)
は図7(b)の加工状態から、第2の波形信号により更
に、金型を加工した状態を示す断面図である。図7
(a)に示す第1の波形信号と図7(c)に示す第2の
波形信号の位相を不規則にずらすようにX方向の配置を
設定することによって、最初、図7(b)に示す凹曲面
部21aが得られ、更に、図7(d)に示すような凹曲
面部21a、21bが混在する凹凸形状が形成すること
ができる。更に、これとY方向の不規則ピッチ送りとを
組み合わせにより図6に示す凹凸形状が形成できる。
(a)〜(d)に示す加工手法において波形信号の開始
位置を1回の切削回数毎にずらした波形信号を用いるこ
とによってもX−Y方向に不規則配置した凹曲面部を形
成することが可能である。一例を図7を用いて説明す
る。図7は圧電素子の駆動部に供給する信号波形図と凹
曲面部が設けられた金型の第5の実施例を示す断面図で
あり、図7(a)は第1の信号波形図、図7(b)はは
第1の波形信号を用いた金型の凹曲面部の加工状態を示
す断面図、図7(c)は第2の信号波形図、図7(d)
は図7(b)の加工状態から、第2の波形信号により更
に、金型を加工した状態を示す断面図である。図7
(a)に示す第1の波形信号と図7(c)に示す第2の
波形信号の位相を不規則にずらすようにX方向の配置を
設定することによって、最初、図7(b)に示す凹曲面
部21aが得られ、更に、図7(d)に示すような凹曲
面部21a、21bが混在する凹凸形状が形成すること
ができる。更に、これとY方向の不規則ピッチ送りとを
組み合わせにより図6に示す凹凸形状が形成できる。
【0030】図8は本発明による微細凹凸形状を形成す
る際に用いる切削工具の正面図、切削工具および金型の
側面断面図であり、図8(a)は工具の正面図、図8
(b)は工具と金型の側面断面図である。本実施例では
ダイヤモンドバイトを用いた切削方式により凹曲面部を
形成する。図において工具7の先端部に、ダイヤモンド
チップ7aを備える。ダイヤモンドチップ7aの先端の
刃先輪郭7bは凹曲面部21を形成する際のY方向の断
面形状を有する。工具7を金型表面8aに対してZ方向
に微小変位移動させるとともに金型8をX方向に移動さ
せることによって刃先輪郭7aは金型表面8aに対して
移動軌跡22に示す移動をする。この移動により、金型
表面8aに凹曲面部21が形成される。
る際に用いる切削工具の正面図、切削工具および金型の
側面断面図であり、図8(a)は工具の正面図、図8
(b)は工具と金型の側面断面図である。本実施例では
ダイヤモンドバイトを用いた切削方式により凹曲面部を
形成する。図において工具7の先端部に、ダイヤモンド
チップ7aを備える。ダイヤモンドチップ7aの先端の
刃先輪郭7bは凹曲面部21を形成する際のY方向の断
面形状を有する。工具7を金型表面8aに対してZ方向
に微小変位移動させるとともに金型8をX方向に移動さ
せることによって刃先輪郭7aは金型表面8aに対して
移動軌跡22に示す移動をする。この移動により、金型
表面8aに凹曲面部21が形成される。
【0031】図9は金型表面に対する工具のすくい面の
関係を説明するための工具側面図および金型の断面図で
あり、図9(a)はダイヤモンドチップのすくい面を金
型表面に対して垂直に立てた状態の側面図、図9(b)
はダイヤモンドチップのすくい面を金型表面に対してθ
3だけ傾けた状態の側面図、図9(c)は凹曲面部の金
型表面との接線角度を示すための金型の断面図である。
今、図9(a)に示すように、工具7におけるダイヤモ
ンドチップ7aのすくい面7cを金型表面8aに対して
垂直に立てた場合のダイヤモンドチップ7aの逃げ面7
dと金型表面8aとがなす角度をθ2とする。これに対
して、図9(b)では工具7をさらにθ3だけ傾けた状
態を示している。また、図9(c)に示すように、凹曲
面部21が金型表面8aと交わる部分での接線角度θ1
とする。本実施例において、接線角度θ1は23度以下
に規定する。この値は、ダイヤモンドチップ7aのすく
い面7cと逃げ面7dとの関係によって定まるθ2より
規定される値である。以下その理由について述べる。
関係を説明するための工具側面図および金型の断面図で
あり、図9(a)はダイヤモンドチップのすくい面を金
型表面に対して垂直に立てた状態の側面図、図9(b)
はダイヤモンドチップのすくい面を金型表面に対してθ
3だけ傾けた状態の側面図、図9(c)は凹曲面部の金
型表面との接線角度を示すための金型の断面図である。
今、図9(a)に示すように、工具7におけるダイヤモ
ンドチップ7aのすくい面7cを金型表面8aに対して
垂直に立てた場合のダイヤモンドチップ7aの逃げ面7
dと金型表面8aとがなす角度をθ2とする。これに対
して、図9(b)では工具7をさらにθ3だけ傾けた状
態を示している。また、図9(c)に示すように、凹曲
面部21が金型表面8aと交わる部分での接線角度θ1
とする。本実施例において、接線角度θ1は23度以下
に規定する。この値は、ダイヤモンドチップ7aのすく
い面7cと逃げ面7dとの関係によって定まるθ2より
規定される値である。以下その理由について述べる。
【0032】ダイヤモンドチップ7aは材質の結晶方位
と工具としての寿命を考慮した場合、θ2を20度以下
とする必要である。また加工の際には図9(b)に示す
ように工具7を切削方向に回転させθ3分傾けて使用す
ることが可能である。しかし、θ3の大きさは切削加工
の加工条件からマイナス3度からプラス3度までが適正
な切削条件である。そのため、加工時の工具7は水平面
に対してθ2+θ3分だけ傾けることが可能となるが、
この角度が23度である。金型表面8aに対する傾きが
θ2+θ3以上の接線角度を要求される場合にはダイヤ
モンドチップ7aの逃げ面7dが接触して凹曲面部21
の形状を崩すため接線角度θ1は23度以下に規定す
る。
と工具としての寿命を考慮した場合、θ2を20度以下
とする必要である。また加工の際には図9(b)に示す
ように工具7を切削方向に回転させθ3分傾けて使用す
ることが可能である。しかし、θ3の大きさは切削加工
の加工条件からマイナス3度からプラス3度までが適正
な切削条件である。そのため、加工時の工具7は水平面
に対してθ2+θ3分だけ傾けることが可能となるが、
この角度が23度である。金型表面8aに対する傾きが
θ2+θ3以上の接線角度を要求される場合にはダイヤ
モンドチップ7aの逃げ面7dが接触して凹曲面部21
の形状を崩すため接線角度θ1は23度以下に規定す
る。
【0033】図10は本発明による加工装置の微小駆動
ヘッドの他の実施例を示す正面図及び側面図であり、図
10(a)は微小駆動ヘッドの正面図、図10(b)は
微小駆動ヘッドの側面図である。本実施例では、微小駆
動ヘッド部5の微小変位駆動部5は互いに直交する方向
に変位移動する2組の圧電素子駆動部が設けられる。図
10(a)に示すように、微小駆動ヘッド5aはX−Y
テーブル3の移動方向に対して垂直に駆動を行う第1の
圧電素子の駆動部12と、X−Yテーブル3のY方向と
平行に駆動を行う第2の圧電素子の駆動部13とを備え
る。第1の圧電素子の駆動部12を具備しZ方向に移動
する垂直駆動部はY方向に移動する第2の圧電素子の駆
動部13を具備する微小変位駆動部14に取り付けられ
ており、微小変位駆動部14の移動によって第1の圧電
素子の駆動部12と工具7とが一体となってY方向に移
動する。Y方向は切削加工時にピッチ割り出し方向とす
る。図10に示す微小駆動ヘッド5aを用いることによ
り、切削加工時に切削工具7をZおよびY方向に高速に
微小駆動させて加工を行うことができる。
ヘッドの他の実施例を示す正面図及び側面図であり、図
10(a)は微小駆動ヘッドの正面図、図10(b)は
微小駆動ヘッドの側面図である。本実施例では、微小駆
動ヘッド部5の微小変位駆動部5は互いに直交する方向
に変位移動する2組の圧電素子駆動部が設けられる。図
10(a)に示すように、微小駆動ヘッド5aはX−Y
テーブル3の移動方向に対して垂直に駆動を行う第1の
圧電素子の駆動部12と、X−Yテーブル3のY方向と
平行に駆動を行う第2の圧電素子の駆動部13とを備え
る。第1の圧電素子の駆動部12を具備しZ方向に移動
する垂直駆動部はY方向に移動する第2の圧電素子の駆
動部13を具備する微小変位駆動部14に取り付けられ
ており、微小変位駆動部14の移動によって第1の圧電
素子の駆動部12と工具7とが一体となってY方向に移
動する。Y方向は切削加工時にピッチ割り出し方向とす
る。図10に示す微小駆動ヘッド5aを用いることによ
り、切削加工時に切削工具7をZおよびY方向に高速に
微小駆動させて加工を行うことができる。
【0034】図11は図10に示す微小駆動ヘッドを用
いて凹曲面部が加工された金型の第6の実施例を示す斜
視図であり、図11(a)は凹曲面部を規則的に千鳥配
置させた金型の斜視図を示し、図11(b)凹曲面部を
不規則配置に配置させた金型の斜視図を示す。図11
(a)において微小駆動ヘッド5aによる切削工具7の
移動をZおよびY方向の両方向に移動させることによ
り、切削工具7の金型表面8aに対する工具軌跡を点線
23に示すように、線対称に移動させることができる。
また、図11(b)に示すように、工具軌跡24に示す
ように、工具7の軌跡を不規則に変化させることにより
不規則配置の凹曲面部21を形成することができる。こ
こで工具7の微小変位制御は加工装置に取り付けた検出
センサ10bからの検出信号を基準とし、波形信号によ
り金型8のX方向移動距離にあわせてZ、Y方向とも所
定の位置に工具が達するように制御する。これにより1
パスの切削により、異なるY方向位置に点在する数多く
の凹曲面部を加工できるため、加工能率が向上する。
いて凹曲面部が加工された金型の第6の実施例を示す斜
視図であり、図11(a)は凹曲面部を規則的に千鳥配
置させた金型の斜視図を示し、図11(b)凹曲面部を
不規則配置に配置させた金型の斜視図を示す。図11
(a)において微小駆動ヘッド5aによる切削工具7の
移動をZおよびY方向の両方向に移動させることによ
り、切削工具7の金型表面8aに対する工具軌跡を点線
23に示すように、線対称に移動させることができる。
また、図11(b)に示すように、工具軌跡24に示す
ように、工具7の軌跡を不規則に変化させることにより
不規則配置の凹曲面部21を形成することができる。こ
こで工具7の微小変位制御は加工装置に取り付けた検出
センサ10bからの検出信号を基準とし、波形信号によ
り金型8のX方向移動距離にあわせてZ、Y方向とも所
定の位置に工具が達するように制御する。これにより1
パスの切削により、異なるY方向位置に点在する数多く
の凹曲面部を加工できるため、加工能率が向上する。
【0035】本発明を用いて加工する金型8の材質とし
ては、ダイヤモンドバイトで加工可能である真鍮材、ア
ルミ材等を用いると好適であるが、特に、無酸素銅や無
電解ニッケルメッキを金型表面8aに施したものを加工
材として用いるとよい。表面にメッキを行う場合の金型
8の材質は特に指定はなく鉄系の材質でも良い。メッキ
部分に微細凹凸形状を形成することにより、所望の金型
を得ることができる。メッキ材を用いることにより、大
面積に渡って均質な被加工材を得ることができ、加工し
た形状の形状精度、面荒さのばらつきを低減することが
でき、良好な金型を得ることが可能となる。本実施例に
おける具体的な寸法は、金型材質として真鍮材を用い、
表面に無酸素銅を厚さ0.1mm施した。これを加工装
置のX−Yテーブル3上に固定した。加工はX方向に速
度一定にて移動を行い、微小駆動ヘッド5により工具7
を微小変位駆動させ加工を実施した。X方向の移動速度
は50〜4500mm/minとし、工具を所定のタイ
ミングで変位駆動させることにより微細凹凸形状を有す
る金型を得た。微小変位の大きさは0.001〜0.0
2mmである。
ては、ダイヤモンドバイトで加工可能である真鍮材、ア
ルミ材等を用いると好適であるが、特に、無酸素銅や無
電解ニッケルメッキを金型表面8aに施したものを加工
材として用いるとよい。表面にメッキを行う場合の金型
8の材質は特に指定はなく鉄系の材質でも良い。メッキ
部分に微細凹凸形状を形成することにより、所望の金型
を得ることができる。メッキ材を用いることにより、大
面積に渡って均質な被加工材を得ることができ、加工し
た形状の形状精度、面荒さのばらつきを低減することが
でき、良好な金型を得ることが可能となる。本実施例に
おける具体的な寸法は、金型材質として真鍮材を用い、
表面に無酸素銅を厚さ0.1mm施した。これを加工装
置のX−Yテーブル3上に固定した。加工はX方向に速
度一定にて移動を行い、微小駆動ヘッド5により工具7
を微小変位駆動させ加工を実施した。X方向の移動速度
は50〜4500mm/minとし、工具を所定のタイ
ミングで変位駆動させることにより微細凹凸形状を有す
る金型を得た。微小変位の大きさは0.001〜0.0
2mmである。
【0036】図12は本発明による加工装置の他の実施
例を示す正面図及び側面図であり、図12(a)は加工
装置の正面図、図12(b)は加工装置の側面図であ
る。また、図13は図12(b)のC−C断面図であ
る。図12、13において、図1と同じ構成要素には同
一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例では、
ロール金型を加工する加工装置の例を示す。加工装置1
aはX−Yテーブル3の上にはロール金型33の回転駆
動ユニット30を具備しており、回転駆動ユニット30
はX−Yテーブル3に固定されたフレーム35、フレー
ム35上に取り付けられた回転駆動用モータ31、回転
支持およびチャック部である金型支持部32により構成
され、金型支持部32によって、加工を行うロール金型
33を支持している。回転駆動ユニット30の制御はN
C制御部6によって行う。なお、ターゲット10aを検
出センサ10bで検出することによって、ロール金型3
3の位置決めを行っている。
例を示す正面図及び側面図であり、図12(a)は加工
装置の正面図、図12(b)は加工装置の側面図であ
る。また、図13は図12(b)のC−C断面図であ
る。図12、13において、図1と同じ構成要素には同
一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例では、
ロール金型を加工する加工装置の例を示す。加工装置1
aはX−Yテーブル3の上にはロール金型33の回転駆
動ユニット30を具備しており、回転駆動ユニット30
はX−Yテーブル3に固定されたフレーム35、フレー
ム35上に取り付けられた回転駆動用モータ31、回転
支持およびチャック部である金型支持部32により構成
され、金型支持部32によって、加工を行うロール金型
33を支持している。回転駆動ユニット30の制御はN
C制御部6によって行う。なお、ターゲット10aを検
出センサ10bで検出することによって、ロール金型3
3の位置決めを行っている。
【0037】次に、図12、図13に示した本加工装置
におけるロール金型33の加工方法を、図14を用いて
説明する。
におけるロール金型33の加工方法を、図14を用いて
説明する。
【0038】図14は加工装置の一部とロール金型の拡
大図であり、微小変位駆動ヘッド5とロール金型33を
説明のための図である。ロール金型33の円筒中心に対
してほぼ同位置に工具7のすくい面7cが位置するよう
に加工装置のX−Yテーブル3を位置決めする。この位
置でロール金型33を速度一定条件で回転駆動し、同時
に微小駆動ヘッド5により工具7のZ方向への微小駆動
を行うことによりロール金型33に微細凹凸部を形成す
ることができる。回転駆動ユニット30にはロール金型
33に固定されたターゲット10aをフレーム35に固
定された検出センサ10bで検出することによって、ロ
ール金型の回転位置を検出することができる。検出セン
サ10bからの信号をもとにロール金型33の回転位置
を検出することによって、所望の位置に凹凸部を形成す
ることができる。
大図であり、微小変位駆動ヘッド5とロール金型33を
説明のための図である。ロール金型33の円筒中心に対
してほぼ同位置に工具7のすくい面7cが位置するよう
に加工装置のX−Yテーブル3を位置決めする。この位
置でロール金型33を速度一定条件で回転駆動し、同時
に微小駆動ヘッド5により工具7のZ方向への微小駆動
を行うことによりロール金型33に微細凹凸部を形成す
ることができる。回転駆動ユニット30にはロール金型
33に固定されたターゲット10aをフレーム35に固
定された検出センサ10bで検出することによって、ロ
ール金型の回転位置を検出することができる。検出セン
サ10bからの信号をもとにロール金型33の回転位置
を検出することによって、所望の位置に凹凸部を形成す
ることができる。
【0039】図15は凹曲面部が形成されたロール金型
の一実施例を示す断面図および正面図であり、図15
(a)は凹曲面部形成時のロール金型の断面図、図15
(b)はその正面図である。図に示すように、ロール金
型33の回転移動と工具7の微小変位移動によって凹曲
面部34を形成している。加工装置のX−Yテーブル3
をY方向に移動することでロール金型33の軸方向に微
細凹凸形状を形成することができる。
の一実施例を示す断面図および正面図であり、図15
(a)は凹曲面部形成時のロール金型の断面図、図15
(b)はその正面図である。図に示すように、ロール金
型33の回転移動と工具7の微小変位移動によって凹曲
面部34を形成している。加工装置のX−Yテーブル3
をY方向に移動することでロール金型33の軸方向に微
細凹凸形状を形成することができる。
【0040】以上の実施例では加工装置にCフレーム式
の装置を用いて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、金型と工具とを相対的に移動可能な構成
であればよい。また、移動の方向もX,Yを限定するも
のではなく加工装置構成上で移動ストロークや金型、駆
動ユニットの設置状態により適時選択すればよい。
の装置を用いて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、金型と工具とを相対的に移動可能な構成
であればよい。また、移動の方向もX,Yを限定するも
のではなく加工装置構成上で移動ストロークや金型、駆
動ユニットの設置状態により適時選択すればよい。
【0041】以上述べたように、本発明によれば、被加
工材の表面に高精度な微細凹凸形状を大きな加工面積に
対して形成することできる。また、不規則配列のような
任意配置パターンの加工も可能であるため、本加工を用
いた金型から転写成形された製品についても設計形状に
極めて近い形状精度が得られる。そのため設計値に基づ
いた製品性能を有する、優れた成形部品が得られる。
工材の表面に高精度な微細凹凸形状を大きな加工面積に
対して形成することできる。また、不規則配列のような
任意配置パターンの加工も可能であるため、本加工を用
いた金型から転写成形された製品についても設計形状に
極めて近い形状精度が得られる。そのため設計値に基づ
いた製品性能を有する、優れた成形部品が得られる。
【0042】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
加工材の表面に高精度な微細凹凸形状を大きな加工面積
に対して形成することできる。また、本発明の加工方法
を用いた金型から転写成形された製品についても設計形
状に極めて近い形状精度が得られる。
加工材の表面に高精度な微細凹凸形状を大きな加工面積
に対して形成することできる。また、本発明の加工方法
を用いた金型から転写成形された製品についても設計形
状に極めて近い形状精度が得られる。
【図1】本発明による加工装置の一実施例を示す正面図
及び側面図である。
及び側面図である。
【図2】金型と工具を相対的に移動させることによっ
て、金型の表面に微細凹凸形状である凹曲面部を加工す
る際の加工手順を示す金型と工具の一部側面断面図であ
る。
て、金型の表面に微細凹凸形状である凹曲面部を加工す
る際の加工手順を示す金型と工具の一部側面断面図であ
る。
【図3】圧電素子の駆動部に供給する信号波形図と凹曲
面部が設けられた金型の第1の実施例を示す断面図であ
る。
面部が設けられた金型の第1の実施例を示す断面図であ
る。
【図4】圧電素子の駆動部に供給する信号波形図と凹曲
面部が設けられた金型の第2の実施例を示す断面図であ
る。
面部が設けられた金型の第2の実施例を示す断面図であ
る。
【図5】本発明による加工方法を用いて微細凹凸加工し
た金型の第3の実施例を示す斜視図及びA−A断面図で
ある。
た金型の第3の実施例を示す斜視図及びA−A断面図で
ある。
【図6】本発明による加工方法を用いて微細凹凸加工し
た金型の第4の実施例を示す斜視図及びA−A断面図で
ある。
た金型の第4の実施例を示す斜視図及びA−A断面図で
ある。
【図7】圧電素子の駆動部に供給する信号波形図と凹曲
面部が設けられた金型の第5の実施例を示す断面図であ
る。
面部が設けられた金型の第5の実施例を示す断面図であ
る。
【図8】本発明による微細凹凸形状を形成する際に用い
る切削工具の正面図、切削工具および金型の側面断面図
である。
る切削工具の正面図、切削工具および金型の側面断面図
である。
【図9】金型表面に対する工具のすくい面の関係を説明
するための工具側面図および金型の断面図である。
するための工具側面図および金型の断面図である。
【図10】本発明による加工装置の微小駆動ヘッドの他
の実施例を示す正面図及び側面図である。
の実施例を示す正面図及び側面図である。
【図11】図10に示す微小駆動ヘッドを用いて凹曲面
部が加工された金型の第6の実施例を示す斜視図であ
る。
部が加工された金型の第6の実施例を示す斜視図であ
る。
【図12】本発明による加工装置の他の実施例を示す正
面図及び側面図である。
面図及び側面図である。
【図13】図12(b)のC−C断面図である。
【図14】は加工装置の一部とロール金型の拡大図であ
る。
る。
【図15】凹曲面部が形成されたロール金型の一実施例
を示す断面図および正面図である。
を示す断面図および正面図である。
【図16】圧痕加工方式を説明するための圧子と金型の
斜視図である。
斜視図である。
1…加工装置、2…装置フレーム、3…X−Yテーブ
ル、4…Z移動テーブル、5…微小駆動ヘッド、6…N
C制御部、7…工具、7a…ダイヤモンドチップ、7b
…刃先輪郭、7c…すくい面、7d…逃げ面、8…金
型、9…微小駆動ヘッド制御部、10a…ターゲット、
10b…検出センサ、12…圧電素子の駆動部、13…
圧電素子の駆動部、14…微小駆動移動部、20…波形
信号、21…凹曲面部、22…刃先軌跡、30…回転駆
動ユニット、31…駆動用モータ、32…金型支持部、
33…ロール金型、34…凹曲面部、35…フレーム、
40…圧子、42…圧痕加工部、43…金型。
ル、4…Z移動テーブル、5…微小駆動ヘッド、6…N
C制御部、7…工具、7a…ダイヤモンドチップ、7b
…刃先輪郭、7c…すくい面、7d…逃げ面、8…金
型、9…微小駆動ヘッド制御部、10a…ターゲット、
10b…検出センサ、12…圧電素子の駆動部、13…
圧電素子の駆動部、14…微小駆動移動部、20…波形
信号、21…凹曲面部、22…刃先軌跡、30…回転駆
動ユニット、31…駆動用モータ、32…金型支持部、
33…ロール金型、34…凹曲面部、35…フレーム、
40…圧子、42…圧痕加工部、43…金型。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 前田 幸雄
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株
式会社日立製作所生産技術研究所内
(72)発明者 田谷 昌人
東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 日立
化成工業株式会社内
(72)発明者 太田 共久
東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 日立
化成工業株式会社内
Fターム(参考) 3C050 AB07 AC03
Claims (14)
- 【請求項1】被加工材を一定の速度で一定方向に移動さ
せるステップと、前記被加工材表面に対して略垂直な方
向に取り付けられた切削工具の駆動部を波形信号に応じ
て4μ程度以内で変位させて前記被加工材の表面を切削
するステップとを備えることを特徴とする切削加工方
法。 - 【請求項2】速度を一定に駆動制御することができる移
動体に被加工材を取り付けて該移動体の駆動により一定
方向に移動させるステップと、前記被加工材表面の垂直
方向に対し、機械駆動に比べて微小でかつ高速に変位可
能な駆動源を有する駆動機構部に切削工具を取り付ける
ステップと、前記駆動機構部の往復運動による前記切削
工具の往復運動と前記移動体の一方向の移動により前記
被加工材の表面に凹凸形状を形成するステップとを備え
ることを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項3】請求項2記載の切削加工方法において、前
記移動体はNC制御装置の加工テーブルであり、前記駆
動源は圧電素子で構成され、前記駆動機構部は前記駆動
源に波形信号を供給することによって往復運動され、テ
ーブル位置検出センサを用いて前記加工テーブルの移動
位置を検出して前記圧電素子の駆動タイミングを制御す
るステップを備えることを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項4】ロール状の被加工材を回転機構によって一
定速度で回転駆動するステップと、前記被加工材表面の
半径方向に対して機械駆動に比べて微小でかつ高速に変
位可能な駆動源を有する駆動機構部に切削工具を取り付
けるステップと、前記駆動機構部の往復運動による前記
切削工具の往復運動と前記回転機構の回転によって前記
被加工材の表面に凹凸形状を形成するステップとを備え
ることを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項5】請求項4記載の切削加工方法において、前
記駆動源は圧電素子で構成され、前記駆動機構部は前記
駆動源に波形信号を供給することによって往復運動さ
れ、前記被加工材の回転移動位置を検出する回転位置検
出センサを用いて前記駆動源である圧電素子の駆動タイ
ミングを制御するステップを備えることを特徴とする切
削加工方法。 - 【請求項6】請求項1、3または5記載の切削加工方法
において、前記波形信号は不等ピッチの波形信号である
ことを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項7】請求項1、3または5記載の切削加工方法
において、前記波形信号は位相やピッチが異なる複数の
波形信号であり、同じ加工路をそれぞれ異なる波形信号
で前記圧電素子を駆動して、前記被加工材を切削するこ
とを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項8】請求項1乃至7のいずれかに記載の切削加
工方法において、被加工材を水平移動させる方向または
回転移動させる方向と略直交する方向に微小往復運動さ
せる他の駆動源を設け、前記他の駆動源で前記駆動源を
往復運動させ、工具の軌跡を変化させるステップを設け
ることを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項9】請求項2または4記載の切削加工方法にお
いて、前記駆動源に圧電素子を用い、前記圧電素子の駆
動制御に波形信号を用い、波形信号の形状の変化と発信
時間を速度一定で駆動する加工テーブル又は回転駆動部
の移動速度と対応させることにより、速度一定で移動ま
たは回転移動させる前記被加工材の任意の位置に微細凹
凸形状を形成することを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項10】請求項9に記載の切削加工方法におい
て、前記微小変位駆動部の制御部に前記波形信号の形状
と発振時間を記憶する記憶装置を設け、速度一定に駆動
する前記加工テーブル又は前記回転駆動部の位置検出セ
ンサからの位置情報を元に前記制御部から制御信号を出
力することにより、前記被加工材の任意の位置に微細凹
凸形状パターンを繰り返し加工することを特徴とする切
削加工方法。 - 【請求項11】請求項1乃至10のいずれかに記載の切
削加工方法において、前記切削工具はすくい角−5〜3
度、逃げ角20度以下のダイヤモンドバイトを用い、被
加工材の加工部表面に無酸素銅あるいは無電解ニッケル
メッキを施し、メッキ部を前記切削工具にて加工し微細
凹凸形状を得ること特徴とする切削加工方法。 - 【請求項12】請求項11に記載の切削加工方法におい
て、前記被加工材表面の水平方向あるいは接線方向と、
切削方向の前記ダイヤモンドバイトの逃げ角とのなす角
度が25度以下であることを特徴とする切削加工方法。 - 【請求項13】被加工材を取り付け水平方向に速度一定
にNC制御可能な加工テーブルと、前記加工テーブルに
対して垂直方向に加工ヘッドを移動可能な垂直駆動機構
部と、加工ヘッドに設けられ、切削工具を機械駆動に比
べて微小変位で高速に駆動できる微小変位駆動機構部
と、前記加工テーブルに設けられた位置検出用のセンサ
と、前記位置検出センサからの信号に連動して前記微小
変位駆動機構部を波形信号で制御する制御部とを具備す
ることを特徴とする切削加工装置。 - 【請求項14】ロール状の被加工材を取り付け一定速度
で回転駆動可能な回転駆動部と、加工ヘッドをロール状
の前記被加工材の中心軸と平行な方向に移動可能な水平
駆動機構部と、被加工材の半径方向に加工ヘッドを移動
可能な垂直駆動機構部と、加工ヘッドに設けられ、切削
工具を機械駆動に比べて微小変位で高速に駆動できる微
小変位駆動機構部と、前記回転駆動部に設けられた回転
位置検出用のセンサと、前記位置検出センサからの信号
及び前記回転駆動部の動作に連動して前記微小変位駆動
機構部を波形信号で制御する制御部とを具備することを
特徴とする切削加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002123607A JP2003311527A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 凹凸形状の切削加工方法及び切削加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002123607A JP2003311527A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 凹凸形状の切削加工方法及び切削加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003311527A true JP2003311527A (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=29538849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002123607A Pending JP2003311527A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 凹凸形状の切削加工方法及び切削加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003311527A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004223700A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-08-12 | Konica Minolta Holdings Inc | 転写光学面の加工方法、加工機、光学素子成形用型及びダイアモンド工具 |
JP2006123087A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Nachi Fujikoshi Corp | 表面加工機 |
JP2006123085A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 微細表面形状切削加工装置及び微細切削加工方法 |
JP2007307696A (ja) * | 2006-04-19 | 2007-11-29 | Fanuc Ltd | 加工装置 |
US20090019979A1 (en) * | 2007-07-19 | 2009-01-22 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Microscopic geometry cutting device and microscopic geometry cutting method |
JP2009023043A (ja) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Toshiba Mach Co Ltd | 微細形状切削加工装置および微細形状切削加工方法。 |
JP2009078318A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Mach Co Ltd | 切削加工方法および切削加工装置 |
JP2020049646A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-04-02 | デクセリアルズ株式会社 | 微細加工装置、微細加工方法、転写型、及び転写物 |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002123607A patent/JP2003311527A/ja active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2006123085A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 微細表面形状切削加工装置及び微細切削加工方法 |
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KR101012964B1 (ko) * | 2007-07-19 | 2011-02-08 | 도시바 기카이 가부시키가이샤 | 미세 형상 절삭 가공 장치 및 미세 형상 절삭 가공 방법 |
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US8579563B2 (en) * | 2007-07-19 | 2013-11-12 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Microscopic geometry cutting device including an arrival time calculator |
US9687991B2 (en) | 2007-07-19 | 2017-06-27 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Microscopic geometry cutting device and microscopic geometry cutting method |
JP2009078318A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Mach Co Ltd | 切削加工方法および切削加工装置 |
JP2020049646A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-04-02 | デクセリアルズ株式会社 | 微細加工装置、微細加工方法、転写型、及び転写物 |
JP7337524B2 (ja) | 2018-09-21 | 2023-09-04 | デクセリアルズ株式会社 | 微細加工装置、微細加工方法、転写型、及び転写物 |
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