JP2003311527A - 凹凸形状の切削加工方法及び切削加工装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── 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)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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。
14. 【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。