JP2011083851A

JP2011083851A - 光学素子成形用金型の研磨方法

Info

Publication number: JP2011083851A
Application number: JP2009237845A
Authority: JP
Inventors: Yasuteru Ikui; 康照生井
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】熟練技術を必要とせず、より簡単に、品質も一定となる光学素子成形用金型の研磨方法の提供。
【解決手段】光学素子成形用金型１０を回転させながら、その成形面１０１にダイヤ製研磨粒子２０をブラストし、前記成形面１０１を鏡面状に研磨する研磨方法であって、前記ダイヤ製研磨粒子２０をブラストする直前における前記成形面１０１の平均面粗さを１５〜３０ｎｍとし、前記ダイヤ製研磨粒子２０は、０超１μｍ以下の単粒が０．２〜０．５ｍｍの大きさに凝集した凝集体であり、前記ダイヤ製研磨粒子２０のブラスト速度が１３００〜１８００ｍ／ｍｉｎであり、前記ダイヤ製研磨粒子２０のブラスト角度が２５〜３５度を保つようにブラストする、光学素子成形用金型の研磨方法。
【選択図】図２

Description

本発明は光学素子成形用金型の研磨方法に関する。

光学素子成形用金型は、母材の表面を切削し研磨することで成形面を形成し、得ることができる。
切削は、一般に、刃先輪郭精度の良いダイヤモンドバイトを用い、切り込み量を数マイクロメートル、送り速度を数ミリメートル毎分の条件で母材を加工する作業である。切削した後の母材表面には規則的な間隔の切削条痕が創成されるので、切削条痕を除去するにその表面を研磨する必要がある。この研磨は、従来、熟練技能者による手作業で行われてきた（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２５３２７２号公報

しかしながら研磨は、熟練技能者が行ったとしても手作業であるので歩留まりが悪く、かつ時間および労力が大きくなるためコスト高になり、さらに、手作業による加工のために品質にばらつきがでてしまうといった問題があった。また、近年、金型の成形面は大型化する傾向があるので、それら問題はより顕著になっている。

本発明者は鋭意検討し、特定面粗さを備える成形面に、特定粒径のダイヤ製研磨粒子を、特定のブラスト速度およびブラスト角度でブラストする研磨方法であれば、熟練技術を必要とせず、より簡単に、品質も一定にできることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は以下の（１）〜（３）である。
（１）光学素子成形用金型を回転させながら、その成形面にダイヤ製研磨粒子をブラストし、前記成形面を鏡面状に研磨する研磨方法であって、前記ダイヤ製研磨粒子をブラストする直前における前記成形面の平均面粗さを１５〜３０ｎｍとし、前記ダイヤ製研磨粒子は、０超１μｍ以下の単粒が０．２〜０．５ｍｍの大きさに凝集した凝集体であり、前記ダイヤ製研磨粒子のブラスト速度が１３００〜１８００ｍ／ｍｉｎであり、前記ダイヤ製研磨粒子のブラスト角度が２５〜３５度を保つようにブラストする、光学素子成形用金型の研磨方法。
（２）前記光学素子成形用金型の回転速度が５０〜１５０ｒｐｍである、上記（１）に記載の光学素子成形用金型の研磨方法。
（３）前記光学素子成形用金型の回転制御、前記ブラスト角度制御およびブラスト位置制御をＮＣ制御にて行う、上記（１）または（２）に記載の光学素子成形用金型の研磨方法。

本発明によれば、熟練技術を必要とせず、より簡単に、品質も一定となる光学素子成形用金型の研磨方法を提供することができる。この研磨方法は、金型の成形面が大きい場合であっても、これらの効果を奏することができる。

図１は、本発明の研磨方法において、回転している光学素子成形用金型の成形面にダイヤ製研磨粒子をブラストしている状態を示す概略斜視図である。図２は、図１における回転中心軸における断面を示す概略断面図である。

本発明について説明する。
本発明は、光学素子成形用金型を回転させながら、その成形面にダイヤ製研磨粒子をブラストし、前記成形面を鏡面状に研磨する研磨方法であって、前記ダイヤ製研磨粒子をブラストする直前における前記成形面の平均面粗さを１５〜３０ｎｍとし、前記ダイヤ製研磨粒子は、０超１μｍ以下の単粒が０．２〜０．５ｍｍの大きさに凝集した凝集体であり、前記ダイヤ製研磨粒子のブラスト速度が１３００〜１８００ｍ／ｍｉｎであり、前記ダイヤ製研磨粒子のブラスト角度が２５〜３５度を保つようにブラストする、光学素子成形用金型の研磨方法である。
このような研磨方法を、以下では「本発明の研磨方法」ともいう。

本発明の研磨方法では「成形面の平均面粗さ」、「ダイヤ製研磨粒子」、「ブラスト速度」および「ブラスト角度」の４つのファクターの全てについて、各々が所定の範囲内となるように調整して研磨する。これら４つのファクターの全てが特定の範囲内の場合に優れた効果を奏することを本発明者は見出した。

本発明の研磨方法では、初めに、ダイヤ製研磨粒子をブラストする直前における前記成形面の平均面粗さを１５〜３０ｎｍとする。この平均粗さは１８〜２７ｎｍであることが好ましく、２１〜２４ｎｍであることがさらに好ましい。

このような平均面粗さとする方法は特に限定されず、例えば従来公知の方法を適用することができる。例えば、刃先輪郭精度の良いダイヤモンドバイトを用い、切り込み量を数マイクロメートル、送り速度を数ミリメートル毎分の条件で金型用母材を切削し加工する方法が挙げられる。また、このような従来公知の切削方法で切削して得た面には、規則的な間隔の切削条痕が創成されるので、従来公知の方法でさらに研磨することで、上記範囲内の平均面粗さとすることもできる。
また、例えばプリフォーム等をプレス成形して光学素子を得る操作を行った後の光学素子成形用金型は、成形面が上記範囲内の平均面粗さを備えている場合があるので、これにダイヤ製研磨粒子をブラストしてもよい。プリフォーム等をプレス成形して光学素子を得る操作を行った後の光学素子成形用金型であって、成形面が上記範囲内の平均面粗さを備えていない場合は、従来公知の方法でその表面を研磨することで、上記範囲内の平均粗さとなるように調整することができる。

なお、本発明において平均面粗さは、レーザ干渉計を使用して測定して求めた値を意味するものとする。

次に、本発明の研磨方法では、光学素子成形用金型を回転させながら、その成形面にダイヤ製研磨粒子をブラストする。
このような操作について図１および図２を用いて説明する。
図１は、本発明の研磨方法において、回転している光学素子成形用金型の成形面にダイヤ製研磨粒子をブラストしている状態を示す概略斜視図である。また、図２は図１における回転軸の中心における断面を示す図（概略断面図）である。

図１および図２において、光学素子成形用金型１０（以下、単に「金型１０」と示す場合がある）は台座１２に固定されており、台座１２は回転軸１４を介してモーター１６の回転軸（図には表れていない）と連結されている。このような構成を備えるので、モーター１６を回転させることで金型１０を所望の回転速度で回転させることができる。
また、ペンシルブラスト装置２２からダイヤ製研磨粒子２０を所望の速度で吹き出し、回転させた状態の金型１０の成形面１０１に、所望の角度αでダイヤ製研磨粒子２０を吹き付け、ブラストすることができる。角度αについては後に詳細に説明する。

また、図１および図２に示す態様では、後述する接点Ｐが、図２における左右方向（水平方向）のＸ軸上における所望の位置にくるように、制御することができる。

また、図１および図２に示す態様では、光学素子成形用金型の回転制御、ブラスト角度制御およびブラスト位置制御をＮＣ制御にて行うことができる。ＮＣ制御、特にＣＮＣ制御をすることで、より簡単に、品質もより一定となる研磨を行うことができるので好ましい。ＮＣ制御について、後に詳細に説明する。

本発明の研磨方法では、図１および図２に示すように、金型１０を回転させながら、その成形面１０１にダイヤ製研磨粒子２０をブラストする。成形面１０１における外周側から内周側へ向かってダイヤ製研磨粒子２０をブラストすることが好ましい。

ダイヤ製研磨粒子２０は、０超１μｍ以下の単粒が０．２〜０．５ｍｍの大きさに凝集した凝集体である。このような大きさの凝集体を特定条件でブラストすると、より簡単に、品質も一定となる光学素子成形用金型を得ることができるからである。０超１μｍ以下の単粒が０．３〜０．４ｍｍの大きさに凝集した凝集体であることが好ましい。
ここで、凝集体は、０超１μｍの単粒のみが凝集したものを意味しない。主として０超１μｍの単粒が凝集したものを意味する。具体的には凝集体を構成する０超１μｍ以下の単粒は９０質量％以上であればよい。
なお、単粒および凝集体の粒径はレーザ回折散乱法によって測定して得た値を意味するものとする。

また、研磨粒子２０を１３００〜１８００ｍ／ｍｉｎのブラスト速度でブラストする。上記のような凝集体を特定の条件でブラストすると、より簡単に、品質も一定となる光学素子成形用金型を得ることができるからである。ブラスト速度は１４００〜１７００ｍ／ｍｉｎであることが好ましく、１５００〜１６００ｍ／ｍｉｎであることがより好ましい。
なお、本発明においてブラスト速度は、研磨粒子２０がブラスト装置（ペンシルブラスト装置２２）から噴き出す初速を意味するものとする。

また、研磨粒子２０のブラスト角度が２５〜３５度を保つようにブラストする。上記のような凝集体を特定の条件でブラストすると、より簡単に、品質も一定となる光学素子成形用金型を得ることができるからである。ブラスト角度は２７〜３３度であることが好ましく、２９〜３１度であることがより好ましく、３０度程度であることがさらに好ましい。
なお、本発明においてブラスト角度は、成形面１０１に向かってブラストされている（吹き付けられている）ダイヤ製研磨粒子２０の流れの中心線２０１と成形面１０１とがなす最も小さい角度α（≦９０°）を意味するものとする。

また、金型１０の回転速度を５０〜１５０ｒｐｍとしてブラストすることが好ましい。本発明の研磨方法ではこのような回転速度でブラストすると実用上好ましい品質のものが得られるが、８０〜１２０ｒｐｍの回転速度であることが特に好ましい。より簡単に、品質もより高位に安定している光学素子成形用金型を得ることができるからである。

また、本発明の研磨方法では、光学素子成形用金型の回転制御、ブラスト角度制御およびブラスト位置制御をＮＣ制御にて行うことが好ましい。これらがＮＣ制御されていて自動的に研磨を行うことができれば、熟練技術がない場合であっても、より簡単に、品質もより一定となる光学素子成形用金型を得ることができるからである。この研磨方法は、金型の成形面が大きい場合であっても、問題なく適用することができ、これらの効果を奏する。図１および図２に示す装置ではＮＣ制御されている。

ここで、光学素子成形用金型の回転制御とは、モーター１６による金型１０の回転速度を５０〜１５０ｒｐｍにおける所望の値にする制御を意味する。
また、ブラスト角度制御とは、前述のブラスト角度αを制御することを意味する。図１および図２に示す態様では、図２に示すように回転中心軸Ｓと水平面とがなす角度θ（≦９０°）を所望の値に調整することができ、これによってブラスト角度αを２５〜３５度の範囲内における所望の値に調整することができる。
また、ブラスト位置制御とは、中心線２０１と成形面１０１との接点ＰのＸ軸上の位置を所望の値に制御することを意味する。Ｘ軸とは図２における左右方向の水平な軸を意味する。また、図１および図２に示す装置では、角度θを保ったまま接点ＰをＸ軸上の所望の位置へＮＣ制御によって移動させることができる。

図１および図２に示した装置を用いて実際に光学素子成形用金型を研磨した。ダイヤ製研磨粒子としては、旭ダイヤモンド工業社製、ＳＰ-ＲＯ 1/2μを用いた。このダイヤ製研磨粒子は、０超１μｍ以下の単粒が０．２〜０．５ｍｍの大きさに凝集した凝集体である。
第１表に具体的な処理条件（研磨条件）を示す。なお、すべての実施例および比較例において、ダイヤ製研磨粒子をブラストする直前における成形面の平均面粗さは１５〜３０ｎｍであった。

このような実験により、本発明の範囲内となる処理条件の場合は良好な効果を奏することが確認できた。

１０光学素子成形用金型
１０１成形面
１２台座
１４回転軸
１６モーター
２０研磨粒子
２０１中心線
２２ペンシルブラスト装置
Ｐ接点
Ｓ回転中心軸

Claims

光学素子成形用金型を回転させながら、その成形面にダイヤ製研磨粒子をブラストし、前記成形面を鏡面状に研磨する研磨方法であって、
前記ダイヤ製研磨粒子をブラストする直前における前記成形面の平均面粗さを１５〜３０ｎｍとし、
前記ダイヤ製研磨粒子は、０超１μｍ以下の単粒が０．２〜０．５ｍｍの大きさに凝集した凝集体であり、
前記ダイヤ製研磨粒子のブラスト速度が１３００〜１８００ｍ／ｍｉｎであり、
前記ダイヤ製研磨粒子のブラスト角度が２５〜３５度を保つようにブラストする、光学素子成形用金型の研磨方法。
前記光学素子成形用金型の回転速度が５０〜１５０ｒｐｍである、請求項１に記載の光学素子成形用金型の研磨方法。
前記光学素子成形用金型の回転制御、前記ブラスト角度制御およびブラスト位置制御をＮＣ制御にて行う、請求項１または２に記載の光学素子成形用金型の研磨方法。