JP3789672B2

JP3789672B2 - Grinding method

Info

Publication number: JP3789672B2
Application number: JP04089999A
Authority: JP
Inventors: 浩文鈴木; 俊郎樋口
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP2000237942A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削加工方法に係り、特に、ホログラフィー光学素子等のマイクロフレネルレンズの研削加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、以下に示すようなものがあった。
（１）山崎雄司、中村和人、橋本洋：フレネルレンズの内蔵ＬＥＤの開発，精密工学会誌，５９，４（１９９３）１２３．
（２）春原正明，梅谷誠，清水義之，白藤芳則：ホログラム非球面レンズを成形−ＤＶＤ・ＣＤ併用可能にした金型技術−，日経メカニカル，４５８，（１９９５）４０．
（３）山形豊，樋口俊郎，上田勝宣，高島譲，大野元治：精密切削によるブレーズ化された自由曲面回折格子の製作，１９９６年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，（１９９６）５３３．
（４）森田晋也，山形豊，樋口俊郎：ホログラム光学素子の切削条件に関する研究，１９９７年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集，（１９９７）２１．
（５）Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｓ．Ｋｏｄｅｒａ，Ｔ．Ｎａｋａｓｕｊｉ，Ｔ，ＯｈｔａａｎｄＫ．Ｓｙｏｊｉ：ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＧｒｉｎｄｉｎｇｏｆＡｓｐｈｅｒｉｃａｌＣＶＤ−ＳｉＣＭｏｌｄｉｎｇＤｉｅ，Ｉｎｔ．Ｊ．ＪＳＰＥ，３２，（１９９８）２５．
（６）鈴木浩文，小寺直，前川茂樹，森田訓子，桜井英一，田中克敏，武田弘，厨川常元，庄司克雄：マイクロ非球面の超精密研削に関する研究−斜軸研削法によるマイクロ非球面の鏡面研削の可能性検証−，精密工学会誌，６４，４（１９９８）５４１．
近年、ホログラフィー光学素子などのマイクロフレネルレンズのニーズが増大している。このようなフレネルレンズは、その利用目的上多数の不連続な曲面で構成されている微細な型を用いた成形法により量産加工しなければならない。
【０００３】
図１９は従来のガラス製フレネルレンズの成形工程の一例を示す図である。
【０００４】
まず、図１９（ａ）に示すように、下型５１と上型５２間にガラス材料５３をセットし、図１９（ｂ）に示すように、ガラス材料５３を加熱するとともに、上型５２でプレスする。次に、図１９（ｃ）に示すように、上型５２をアンロードする。なお、５４はフレネルレンズである。
【０００５】
一方、これまでは型の加工は微小な単結晶ダイヤモンドバイトによる切削加工が中心であり、型材としては、無酸素銅、黄銅、無電解Ｎｉなどの軟質金属に限られていた。その結果、レンズ材質は成形温度が低いプラスチックレンズが中心となっていた。しかし、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＤｉｓｃ）やＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）用などのデバイスでは、その性能の向上のため、ガラスレンズ化による光学特性および耐熱強度の向上が不可欠であり、このような微細な形状を有するセラミック型の超精密・微細加工技術の開発が必要である。
【０００６】
図２０はかかる従来のセラミック型の研削加工装置を示す斜視図、図２１はその研削加工装置による研削加工方法の説明図である。
【０００７】
これらの図において、１０１は砥石軸、１０２は研削砥石、１０３は主軸、１０４は工作物（フレネル形状の工作物）である。
【０００８】
この図に示すように、軸対称の円盤状の研削砥石１０２を用い、軸対称の工作物１０４上で接する研削砥石１０２の回転方向が工作物１０４の回転方向と直角に配置されている。
【０００９】
これらの図から明らかなように、これまでの軸対称非球面工作物の研削加工はＸ，Ｚ軸の同時２軸制御加工機により行われていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の研削加工装置では、不連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の光学部品（フレネルレンズ）を研削加工すると、図２０及び図２１に示すように、加工点における工作物１０４の回転方向と研削砥石１０２の回転方向が直交しており、研削砥石１０２の円弧形状が段差部に転写され、鋭利な段差で構成されるフレネル形状の精密加工は困難であるといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を除去し、複数の不連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品の不連続部分でも、シャープなエッジを精密に加工することができる研削加工方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕研削加工方法において、先端が尖った軸対称の円盤状の研削砥石と、軸対称の工作物の回転軸に対して前記研削砥石の砥石回転軸が直交し、さらに前記工作物上で接する前記研削砥石の回転方向が工作物の回転方向と平行となるように配置された状態で、前記研削砥石を工作物の半径方向及び回転軸方向に駆動させ、複数の不連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品を製造するようにしたものである。
【００１３】
〔２〕上記〔１〕記載の研削加工方法において、前記非球面形状の部品は硬質のフレネル形状の光学部品である。
【００１４】
〔３〕上記〔２〕記載の研削加工方法において、前記非球面形状の部品はガラス製マイクロフレネルレンズである。
【００１５】
〔４〕上記〔１〕記載の研削加工方法において、前記研削砥石の送り速度を制御可能にする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例を示す研削加工装置の要部斜視図、図２はその研削加工装置による研削加工方法の説明図である。
【００１８】
これらの図に示すように、砥石軸１を有し、先端２Ａが鋭利なナイフエッジ形状の研削砥石２を用い、研削点における工作物４の回転方向と研削砥石２の回転方向が平行関係にあるような砥石軌跡で研削する。なお、３は工作物４が装着される主軸である。
【００１９】
ここで、この実施例では、研削砥石２の回転軸であるＹ軸（縦軸）と、工作物４の回転軸であるＺ軸（横軸）の同時２軸制御による研削方法を用いた。
【００２０】
以下、詳細に説明する。
【００２１】
（１）研削砥石の位置決め
刃先が円弧形状になった研削砥石による軸対称非球面の切削加工では、次式に示すように、研削砥石の位置決めの基点となる円弧中心の座標を計算し、ＮＣ制御しながら加工を行う。
【００２２】
【数１】

【００２３】
ここで、（Ｙ_W，Ｚ_W）は工作物の座標、（Ｙ₀，Ｚ₀）は研削砥石の刃先円の中心座標であり、Ｒは研削砥石の刃先円の曲率半径、θは加工点における接線方向角である。
【００２４】
本発明の研削方法では、図１及び図２に示すように、先端２Ａが鋭利な研削砥石２でフレネル形状を創成するため、上記式（１）において、Ｒ＝０として計算した。
【００２５】
（２）送り速度制御
図３に示すように、軸対称の工作物４を回転させながら研削砥石２をＹ方向に送る場合、工作物４の半径方向位置をｒ（ｍｍ）、研削砥石２および工作物４の回転数を各々ω₁，ω₂（ｒｐｍ）とすると、研削砥石２の１回転当たりの工作物４の円周方向の送り量Ｆ_C（ｍｍ／ｍｉｎ）は次式で表される。
【００２６】
Ｆ_C＝２πｒ・ω₂／ω₁ …（２）
研削砥石送り速度をＦ_Y（ｍｍ／ｍｉｎ）とすると、工作物４の１回転当たりに研削砥石２が工作物４の半径方向に移動する距離Ｆ_r（ｍｍ／ｒｅｖ）は次式のように表せる。
【００２７】
Ｆ_r＝Ｆ_Y／ω₂ …（３）
次に、工作物４と接触可能領域における作用砥粒数をＮ，１砥粒による平均研削痕の長さをｌ_Wとすると、工作物４上の円周方向における砥粒引掻き痕のピッチＰは次式で表される。
【００２８】
Ｐ＝Ｆ_C・Ｆ_r／Ｎ・ｌ_W …（４）
上記式（２），式（３），式（４）より次式が得られる。
【００２９】
Ｐ＝２π・Ｆ_Y・ｒ／Ｎ・ｌ_W・ω₁ …（５）
ここで、砥粒切刃数Ｎは、研削砥石表面の作用砥粒密度δ（／ｍｍ²）、工作物と研削砥石の接触面積をＡ（ｍｍ²）とすると、次式で表される。
【００３０】
Ｎ＝δ・Ａ …（６）
ここで、δは研削砥石の硬度、集中度等により決定され、δとＡが加工中は一定とすると、Ｎも一定となる。
【００３１】
また、研削砥石の表面に突出した砥粒の刃先の平均頂角をθとし、砥粒の形状が転写されると仮定するならば、図４より工作物の表面粗さ（Ｒ_y）は次式のように表現できる。
【００３２】
Ｒ_y＝（Ｐ／２）ｃｏｔ（θ／２） …（７）
上記式（５）及び式（７）より次式が得られる。
【００３３】
Ｒ_y＝（π・Ｆ_Y・ｒ／Ｎ・ｌ_W・ω₁）ｃｏｔ（θ／２） …（８）
すなわち、この式から、従来のように砥石送り速度Ｆ_Yが固定されている場合、工作物４の表面粗さは工作物の半径方向位置に比例して悪化することがわかる。そこで、本発明の方法では、研削砥石２の送り速度Ｆ_Yを次式のように変化させた。
【００３４】
Ｆ_Y（ｒ）＝ｋ・Ｐ・Ｎ・ｌ_W・ω₁／２πｒ …（９）
ここで、ｋは比例定数である。
【００３５】
さらに、図３に示すように、研削砥石２が１回転する間に加工面上において加工点が移動する円周方向の長さＬ（ｒ）は次式のように表される。
【００３６】
Ｌ（ｒ）＝２πｒ・ω₂／ω₁ …（１０）
ここで、研削砥石２が１回転する間の工作物との干渉面積をＡ（ｒ）とすると、その間の工作物４の除去量Ｖ（ｒ）は次式のようになる。
【００３７】
Ｖ（ｒ）＝Ｌ（ｒ）・Ａ（ｒ） …（１１）
上記式（１０）及び式（１１）より次式が得られる。
【００３８】
Ｖ（ｒ）＝２πｒ・（ω₂／ω₁）・Ａ（ｒ） …（１２）
工作物４の形状が平面の場合、切込みをδとすると、次式の関係が成り立つ。
【００３９】
Ａ（ｒ）＝Ｆ_Y（ｒ）・δ …（１３）
上記式（１２）及び式（１３）より次式が得られる。
【００４０】
Ｖ（ｒ）＝２πｒ・（ω₂／ω₁）・Ｆ_Y（ｒ）・δ …（１４）
上記式（９）及び式（１４）より次式が得られる。
【００４１】
Ｖ（ｒ）＝ｋ・ω₂・δ・Ｐ・Ｎ・ｌ_W＝ｃｏｎｓｔ …（１５）
すなわち、この場合Ｖ（ｒ）が一定となるため、研削抵抗が工作物と研削砥石の干渉体積（除去速度）に比例するものと仮定すると、形状精度も向上することを意味する。
【００４２】
なお、半径方向位置ｒが小さい場合、Ｆ_Y（ｒ）の値は大きくなるが、本発明では、送り量Ｆ_Y（ｒ）／ω₁が大きくなりすぎないように上限を設けた、ここでは、上限値を０．４ｍｍ／ｍｉｎ（１．３μｍ／ｒｅｖ）に設定した。
【００４３】
（３）研削装置および研削システム
図５は本発明の実施例を示す研削加工装置の斜視図である。なお、上記した図１〜図４に示したと同様の部分には同じ番号を付してそれらの説明は省略する。
【００４４】
この図において、１１は主軸を回転させるモータ、１２は真空チャック、１３はジグ、１４はＸ−Ｚ軸案内テーブル、１５はＹ軸案内テーブル、１６は砥石軸１を回転させるモータ、１７はクーラントノズルである。
【００４５】
研削装置としては、図５に示すような、同時４軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｃ）制御加工機〔東芝機械（株）製ＵＬＧ１００Ａ（Ｈ３）〕を用いた。Ｚ軸案内テーブル上に主軸３が横向きに取り付けられ、自由曲面の加工が可能である。
【００４６】
ここで、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸テーブルは、Ｖ−Ｖ溝面にニードルを配置した転がり案内であり、位置決めは温度変化による変動を抑えるためにリニア（ガラス）スケールフィードバック制御により行い、その位置決め分解能は１ｎｍである。Ｘ−Ｚ軸案内テーブル１４上には、Ｙ軸案内テーブル１５が取り付けられ、そのＹ軸案内テーブル１５に高速回転の研削スピンドルを設置した。主軸３は最大回転数３０００ｒｐｍの空気静圧軸受であり、研削スピンドルは最大回転数４×１０⁴ｒｐｍの空気静圧軸受である。
【００４７】
軸対称の工作物４はジグ１３を介して真空チャック１２により主軸３に取り付けた。この際、電気マイクロメータにより計測しながら、±０．５μｍ以下の同軸度が得られるように調整した。さらに、主軸３および砥石軸１に設けられたネジ穴にバランス重りを取り付けて、主軸３および研削砥石２のアンバランスがそれぞれ０．１μｍおよび０．０１μｍ以下になるように調整した。同装置を用いて、Ｙ軸（縦軸）とＺ軸の同時２軸制御を行いながら試作を行った。なお、Ｘ軸とＣ軸は研削砥石２の原点調整時のみに用いた。
【００４８】
（４）ダイヤモンドホイール（砥石）およびそのツルーイング法
本発明の実施例では、図６に示すような、研削砥石２として円盤状のダイヤモンドホイール（砥石）を用いた。先端２Ａがθ（例えば、４５°）とナイフエッジ状に尖らせ、このホイール先端２Ａにより、微小な段差で構成されるフレネル形状を創成する。なお、図６において、φＬ₁は７０ｍｍ、Ｌ₂は３ｍｍ、Ｌ₃は３ｍｍ、φＬ₄は１０ｍｍである。研削加工のみで仕上げるために、また、工作物の形状誤差に影響を与える砥石磨耗を極力抑制するために、砥粒径＃１２００と比較的粗粒のレジノイドダイヤモンドホイール２Ｂを用いた。２Ｃはホイールのスチール台座である。
【００４９】
図７はダイヤモンドホイールのツルーイングの説明図であり、図７（ａ）は砥石側面のツルーイング概念図、図７（ｂ）は端砥石面のツルーイング概念図をそれぞれを示している。
【００５０】
ダイヤモンドホイール２のツルーイングは、これらの図に示すように、機上でツルア５を主軸３に取り付けて、ダイヤモンドホイール２の下面と上面（４５°テーパ部）をトラバースさせて行った。
【００５１】
ここで、ツルーイング条件を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
ツルア５には、ストレート形状の＃２００のレジノイドボンドダイヤモンドホイールを用いて湿式で行った。ツルア５はジグを介して真空チャックにより主軸３に取り付け、外周を電気マイクロメータにより測定しながら、１μｍ以下の同軸度が得られるように調整した。ホイール２のエッジ部（先端部）２Ａは鋭利に成形され、このエッジ部２Ａで研削を行った。
【００５４】
（５）研削条件
型材料としてはガラス成形を行うことを想定し、微粒子超硬合金ＷＣを用いた。ここでは、始めに平面形状の工作物の研削加工を行い、上記した（２）〔送り速度制御〕の効果を検討した。最後に、図８のフレネル形状の型を試作し、検証を行った。
【００５５】
本実施例では、図８に示すように、次式で表される軸対称のフレネル形状の型を試作した。
【００５６】
Ｚ（Ｙ）＝ｍｏｄ｛ｇ（Ｙ），ｂ｝ …（１６）
ここで、Ｙは工作物の半径方向の位置、Ｚは工作物の回転軸方向の位置、ｇ（Ｙ）は非球面関数（多項式）、ｂはフレネルレンズの溝の段差である。
【００５７】
また、ｇ（Ｙ）は一般の軸対称の非球面多項式関数と同様に次式で表される。
【００５８】
【数２】

【００５９】
ここで、Ｃ_V，Ｋ，Ｃ_i（ｉ＝ｎ）は非球面定数である。
【００６０】
また、ここでは、ｇ（Ｙ）を約５０ｍｍの近似曲率半径の非球面（有効径：約φ４ｍｍ）とし、段差ｂ≒０．００５ｍｍ（５μｍ）に設定した。ガラスプレスを行うことを前提にし、型材に微粒子超硬合金を用いた。
【００６１】
研削条件を表２に示す。
【００６２】
【表２】

【００６３】
仕上げ加工用の研削砥石としては＃１２００のレジノイドボンドダイヤモンドホイールを用いた。切り込みは２μｍとし、送り速度を０．０２５〜０．４ｍｍ／ｍｉｎと変化させた。
【００６４】
（６）平面研削
砥石送り速度制御による表面粗さと形状精度の改善の効果について検証する。以下では、工作物に平面形状の超硬合金を用いた場合の結果を示す。
【００６５】
（ａ）表面粗さ
表２に示した条件で平面研削したときの表面粗さの変化を図９に示す。非接触表面粗さ計（ＺＹＧＯ社製ＭａｘｉｎＮＴ）を用いて工作物の半径方向位置において測定したものである。評価面積は約１８０μｍ×１６０μｍであった。横軸は工作物の半径方向の位置で、縦軸はＰ−Ｖ値で最大高さＲ_yに相当する。○印は砥石送り速度を式（９）により、０．０２５〜０．４ｍｍ／ｍｉｎと変化させたもの、●印は砥石送り速度を０．２μｍ／ｍｉｎに固定したものである。砥石送り速度を制御することにより、表面粗さが改善され、均一化しているのがわかる。
【００６６】
（ｂ）形状精度
先端に２μｍのダイヤモンドスタイラスをもつ形状測定機〔松下電器（株）製ＵＡ３Ｐ〕により、同工作物を測定して得られた形状誤差曲線を図１０に示す。上の曲線ａが研削砥石の送り速度を一定としたもので、下の曲線ｂが式（９）により変化させたものである。送り速度が一定の場合、式（１４）より工作物の除去量Ｖ（ｒ）は外周部で大きく内周部で小さくなり、その結果、研削抵抗も変動し形状誤差が大きくなっている。一方、送り速度を式（１５）に従って制御する場合、Ｖ（ｒ）は外周部と内周部で一定となるため、その結果、研削抵抗が一定化し、形状誤差も小さくなっているものと考えられる。
【００６７】
（７）フレネル形状の研削実験
本発明の研削方法により、図８のフレネルレンズの成形型の超精密研削を行い、研削加工の可能性検証を行った。表１の条件でダイヤモンドホイールのツルーイングを行った後、表２の条件で図１１に示すように研削加工を行った。
【００６８】
（ａ）形状精度
上記実験において、１次加工を行った後に測定した断面形状を図１２に示す。形状誤差曲線は、表２の条件で３回切り込みを与えて研削した後に工作物を主軸から取り外し、先端の曲率半径２μｍ、頂角６０°のダイヤモンドスタイラスを備えた接触式形状測定装置〔松下電器（株）製ＵＡ３Ｐ〕により測定したものである。いずれの段差部においても設計形状通りに約５μｍの段差がある。
【００６９】
この結果を基に段差部近傍を除去して計算した目標形状との差、すなわち形状誤差曲線を図１３に示す。形状精度は約２．４１μｍＰ−Ｖであった。これは研削砥石の原点位置の誤差によるものである。
【００７０】
この測定結果を基にダイヤモンドホイールの原点位置をＹ方向に補正して研削加工を行い、同様の測定方法により得られた結果を図１４に示す。約０．１１μｍＰ−Ｖの形状精度が得られている。
【００７１】
また、非接触形状測定装置（三鷹光器（株）製ＮＨ−３）により測定した３次元形状を図１５に示す。比較的に鋭利なエッジが得られていることが分かる。
【００７２】
最後に、研削後のフレネル形状の段差部のみを上述の接触式形状測定装置により測定し、拡大して表示した断面曲線を図１６に示す。鋭利に見える段差部の横に約２５μｍの幅の形状誤差領域が存在している。これはダイヤモンドホイール先端が円弧形状になっているためであると考えられる。この形状誤差領域をさらに減少させるためには、ダイヤモンドホイールのツルーイング法を改善して先端の形状をさらに鋭利にする必要がある。
【００７３】
（ｂ）表面粗さ
この研削後の工作物の中心付近において測定した表面粗さを図１７に示す。非接触表面粗さ計（ＺＹＧＯ社製ＭａｘｉｎＮＴ）を用いて工作物の中心付近において測定したものである。評価面積は、約１８０μｍ×１６０μｍであった。約１０ｎｍＲ_yの表面粗さが得られ、高い鏡面性が得られている。
【００７４】
最後に、研削面のノマルスキー顕微鏡写真（図示なし）で見たところ、表面に非常に微細な砥粒引っかき痕が見られるが、延性モードの加工面が得られていることがわかる。加工点における研削砥石の回転方向が従来の非球面研削方式では工作物の回転方向に対して直交しているが、本発明の研削方法では工作物の回転方向に対して研削砥石は平行な位置関係にある。そのために表面粗さは従来法に比べ悪化しやすい傾向にあると考えられる。しかし、研削砥石の送り速度を工作物の半径位置に対応して変化させることにより、良好な表面粗さが得られることが明らかとなった。
【００７５】
以上の結果から、セラミックスなどの硬質ぜい性材料製のフレネル形状の加工において、本発明の研削法が有効であることが明らかとなった。
【００７６】
（８）結果
上記したように、多数の不連続な曲面で構成されている微細なフレネル形状の研削加工を実現し、ガラス製マイクロフレネルレンズを量産（プレス成形）するのを可能にするため、本発明では以下の特徴をもつ研削システムを開発した。
【００７７】
（ａ）空気静圧軸受け方式の縦型の砥石スピンドルと横型の主軸を備え、分解能１ｎｍのリニアスケールフィードバックシステムによる同時４軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）制御が可能である。
【００７８】
（ｂ）先端がナイフエッジ状で鋭利な円盤状の研削砥石をＹ軸（縦軸）とＺ軸（横軸）の同時２軸制御しながら駆動することにより、不連続な非球面形状の創成が可能である。
【００７９】
（ｃ）軸対称の非球面工作物において半径方向の位置に対応した研削砥石の送り速度制御が可能である。
【００８０】
以上の研削システムにより微粒子超硬合金製フレネル形状の研削を行い、研削加工の可能性について検討を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。
【００８１】
（１）送り速度を制御した場合、工作物の表面粗さは良好になり、全面において均一化し、形状精度も同様に良好になる。
【００８２】
（２）超硬合金製フレネル形状の型を試作した結果、約０．１μｍの形状精度と約１０ｎｍＲ_yの表面粗さが得られ、本発明の研削方法は、フレネル形状の研削に有効である。
【００８３】
また、図１において、鋭利なナイフエッジ形状の研削砥石を図１８のように駆動するようにしてもよい。すなわち、Ｙ、Ｚ軸のみならず、Ｘ軸も複合させてもよく、要はフレネル段差部の加工において砥石回転軸と工作物回転軸が平行となるようにすればよい。
【００８４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８６】
（Ａ）複数の不連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品の不連続部分でも、シャープなエッジを精密に加工することができる。
【００８７】
（Ｂ）送り速度を制御した場合、工作物の表面粗さは良好になり、全面において均一化し、形状精度も同様に良好になる。
【００８８】
超硬合金製フレネル形状の型を試作した結果、約０．１μｍの形状精度と約１０ｎｍＲ_yの表面粗さが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す研削加工装置を示す要部斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す研削加工装置を用いた研削加工方法の説明図である。
【図３】本発明の実施例を示す研削加工装置の研削砥石の送り速度制御方法の説明図である。
【図４】本発明の実施例を示す研削加工装置の研削砥石の送り速度と表面粗さプロファイルの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す研削加工装置の斜視図である。
【図６】本発明の実施例を示す研削加工装置の研削砥石の構成図である。
【図７】本発明の実施例を示すダイヤモンドホイールのツルーイングの説明図である。
【図８】本発明の実施例を示すフレネル形状の型の断面図である。
【図９】本発明の実施例を示す種々の径方向位置における平面状表面の表面粗さを示す図である。
【図１０】本発明の実施例を示す種々の径方向位置における平面状表面の表面粗さを示す図である。
【図１１】本発明の実施例を示す非球面研削装置の斜視図である。
【図１２】本発明の実施例を示す１次加工を行った後のフレネル表面の計測断面を示す図である。
【図１３】本発明の実施例を示す１次研削後の偏差プロファイルを示す図である。
【図１４】本発明の実施例を示す２次研削後の偏差プロファイルを示す図である。
【図１５】本発明の実施例を示すフレネル表面の３次元トポクラフィである。
【図１６】本発明の実施例を示すスタイラス装置（接触式形状測定装置）を用いて計測されたフレネルの深さプロファイルである。
【図１７】本発明の実施例による研削加工後の表面粗さプロファイルである。
【図１８】本発明における他の実施例を示す研削加工装置を示す要部斜視図である。
【図１９】従来のガラス製フレネルレンズの成形工程の一例を示す図である。
【図２０】従来の研削加工装置を示す斜視図である。
【図２１】従来の研削加工装置による研削加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１砥石軸
２鋭利なナイフエッジ形状の研削砥石
２Ａ先端
２Ｂダイヤモンドホイール
２Ｃホイールのスチール製台座
３主軸
４工作物
５ツルア
１１主軸を回転させるモータ
１２真空チャック
１３ジグ
１４Ｘ−Ｚ軸案内テーブル
１５Ｙ軸案内テーブル
１６砥石軸を回転させるモータ
１７クーラントノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grinding how, in particular, those concerning the grinding how the micro Fresnel lens, such as a holographic optical element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there have been the following technologies in such fields.
(1) Yuji Yamazaki, Kazuto Nakamura, Hiroshi Hashimoto: Development of LED with built-in Fresnel lens, Journal of Precision Engineering, 59, 4 (1993) 123.
(2) Masaaki Haruhara, Makoto Umeya, Yoshiyuki Shimizu, Yoshinori Shirafuji: Molding hologram aspherical lens-Mold technology that enables DVD / CD use together, Nikkei Mechanical, 458, (1995) 40.
(3) Yutaka Yamagata, Toshiro Higuchi, Katsunori Ueda, Joe Takashima, Motoharu Ohno: Producing a blazed free-form curved grating by precision cutting, Proceedings of the 1996 Annual Meeting of the Japan Society for Precision Engineering, (1996) 533 .
(4) Morita Junya, Yamagata Yutaka, Higuchi Toshiro: Study on cutting conditions of hologram optical elements, 1997 Precision Engineering Autumn Conference Annual Lecture Proceedings, (1997) 21.
(5) H. Suzuki, S .; Kodera, T .; Nakasuji, T, Ohta and K.K. Syoji: Precision Grinding of Amorphous CVD-SiC Molding Die, Int. J. et al. JSPE, 32, (1998) 25.
(6) Hirofumi Suzuki, Nao Kodera, Shigeki Maekawa, Kuniko Morita, Eiichi Sakurai, Katsutoshi Tanaka, Hiroshi Takeda, Tsunemoto Sasakawa, Katsuo Shoji: Research on ultra-precision grinding of micro-aspheric surfaces-Micro-aspheric surfaces by oblique axis grinding method Verification of the possibility of mirror grinding in Japan, Journal of Precision Engineering, 64, 4 (1998) 541.
In recent years, the need for micro Fresnel lenses such as holographic optical elements has increased. Such a Fresnel lens must be mass-produced by a molding method using a fine mold composed of a large number of discontinuous curved surfaces for the purpose of use.
[0003]
FIG. 19 is a diagram showing an example of a molding process of a conventional glass Fresnel lens.
[0004]
First, as shown in FIG. 19A, the glass material 53 is set between the lower mold 51 and the upper mold 52, and as shown in FIG. Press. Next, as shown in FIG. 19C, the upper mold 52 is unloaded. Reference numeral 54 denotes a Fresnel lens.
[0005]
On the other hand, until now, machining of molds has been centered on cutting with fine single crystal diamond tools, and the mold material has been limited to soft metals such as oxygen-free copper, brass, and electroless Ni. As a result, the lens material was mainly a plastic lens having a low molding temperature. However, in devices such as DVDs (Digital Video Discs) and CDs (Compact Discs), it is indispensable to improve the optical characteristics and heat-resistant strength by making glass lenses in order to improve the performance. It is necessary to develop ultra-precision and fine processing technology for ceramic molds.
[0006]
FIG. 20 is a perspective view showing such a conventional ceramic grinding apparatus, and FIG. 21 is an explanatory view of a grinding method by the grinding apparatus.
[0007]
In these figures, 101 is a grindstone shaft, 102 is a grinding wheel, 103 is a main shaft, and 104 is a workpiece (Fresnel-shaped workpiece).
[0008]
As shown in this figure, an axisymmetric disc-shaped grinding wheel 102 is used, and the rotation direction of the grinding wheel 102 contacting on the axisymmetric workpiece 104 is arranged perpendicular to the rotation direction of the workpiece 104.
[0009]
As is apparent from these drawings, grinding of an axially symmetric aspherical workpiece so far has been performed by a simultaneous biaxial control processing machine for the X and Z axes.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional grinding apparatus, when an axisymmetric aspherical optical component (Fresnel lens) composed of discontinuous curved surfaces is ground, a workpiece at the machining point is obtained as shown in FIGS. The rotation direction of 104 and the rotation direction of the grinding wheel 102 are orthogonal to each other, and the arc shape of the grinding wheel 102 is transferred to the stepped portion, so that it is difficult to precisely process the Fresnel shape including sharp steps. It was.
[0011]
The present invention is to eliminate the above problems, in the discontinuous portion of the component of the non-spherical shapes composed axisymmetric a plurality of discrete curved, grinding how that can be precisely machined sharp edge The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In the grinding method, an axisymmetric disc-shaped grinding wheel having a sharp tip and a rotation axis of the grinding wheel orthogonal to a rotation axis of the axisymmetric workpiece, and further on the workpiece The grinding wheel is driven in the radial direction and the rotation axis direction of the workpiece in a state where the rotation direction of the grinding wheel in contact is parallel to the rotation direction of the workpiece, and is configured by a plurality of discontinuous curved surfaces. Axisymmetric aspherical shaped parts are manufactured.
[0013]
[2] In the grinding method according to [1], the aspherical component is a hard Fresnel-shaped optical component.
[0014]
[3] In the grinding method according to [2], the aspherical part is a glass micro Fresnel lens.
[0015]
[4] In the grinding method according to [1], the feed speed of the grinding wheel can be controlled.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of a grinding method by the grinding apparatus.
[0018]
As shown in these figures, a grinding wheel 2 having a grinding wheel shaft 1 and a sharp edge 2A is used, and the rotational direction of the workpiece 4 and the rotational direction of the grinding wheel 2 at the grinding point are in a parallel relationship. Grind with a certain wheel trajectory. Reference numeral 3 denotes a spindle on which the workpiece 4 is mounted.
[0019]
Here, in this embodiment, a grinding method by simultaneous biaxial control of the Y axis (vertical axis) that is the rotation axis of the grinding wheel 2 and the Z axis (horizontal axis) that is the rotation axis of the workpiece 4 is used.
[0020]
This will be described in detail below.
[0021]
(1) Positioning of grinding wheel In axisymmetric aspherical cutting using a grinding wheel with a circular cutting edge, as shown in the following equation, the coordinates of the center of the arc serving as the base point for positioning the grinding wheel are calculated, and the NC Processing while controlling.
[0022]
[Expression 1]

[0023]
Here, (Y _W , Z _W ) are the coordinates of the workpiece, (Y ₀ , Z ₀ ) are the center coordinates of the cutting edge circle of the grinding wheel, R is the radius of curvature of the cutting edge circle of the grinding wheel, and θ is the machining point Is the tangential angle at.
[0024]
In the grinding method of the present invention, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, in order to create a Fresnel shape with the grinding wheel 2 having a sharp tip 2A, R = 0 was calculated in the above formula (1).
[0025]
(2) Feed Speed Control As shown in FIG. 3, when the grinding wheel 2 is fed in the Y direction while rotating the axisymmetric workpiece 4, the radial position of the workpiece 4 is r (mm), the grinding wheel 2 and When the rotational speed of the workpiece 4 is ω ₁ and ω ₂ (rpm), the feed amount F _C (mm / min) in the circumferential direction of the workpiece 4 per rotation of the grinding wheel 2 is expressed by the following equation. The
[0026]
F _C = 2πr · ω ₂ / ω ₁ (2)
Assuming that the grinding wheel feed speed is F _Y (mm / min), the distance F _r (mm / rev) by which the grinding wheel 2 moves in the radial direction of the workpiece 4 per rotation of the workpiece 4 is expressed by the following equation: I can express.
[0027]
F _r = F _Y / ω ₂ (3)
Next, assuming that the number of working abrasive grains in the contactable area with the workpiece 4 is N, and the length of the average grinding mark by one abrasive grain is l _W , the pitch P of the abrasive scratch marks in the circumferential direction on the workpiece 4 Is expressed by the following equation.
[0028]
P = F _C · F _r / N · l _W (4)
From the above equations (2), (3), and (4), the following equation is obtained.
[0029]
P = 2π · F _Y · r / N · l _W · ω ₁ (5)
Here, the number N of abrasive cutting edges is expressed by the following equation, where the working abrasive density δ (/ mm ² ) on the surface of the grinding wheel and the contact area between the workpiece and the grinding wheel are A (mm ² ).
[0030]
N = δ · A (6)
Here, δ is determined by the hardness, concentration, etc. of the grinding wheel. If δ and A are constant during processing, N is also constant.
[0031]
If it is assumed that the average apex angle of the cutting edge of the abrasive grain protruding on the surface of the grinding wheel is θ and the shape of the abrasive grain is transferred, the surface roughness (R _y ) of the workpiece is as follows from FIG. It can be expressed as an expression.
[0032]
R _y = (P / 2) cot (θ / 2) (7)
From the above equations (5) and (7), the following equation is obtained.
[0033]
R _y = (π · F _Y · r / N · l _W · ω ₁ ) cot (θ / 2) (8)
That is, from this equation, it can be seen that when the grindstone feed speed F _Y is fixed as in the prior art, the surface roughness of the workpiece 4 deteriorates in proportion to the radial position of the workpiece. Therefore, in the method of the present invention, the feed rate F _Y of the grinding wheel 2 is changed as follows.
[0034]
F _Y (r) = k · P · N · l _W · ω ₁ / 2πr (9)
Here, k is a proportionality constant.
[0035]
Further, as shown in FIG. 3, the circumferential length L (r) in which the machining point moves on the machining surface while the grinding wheel 2 rotates once is expressed by the following equation.
[0036]
L (r) = 2πr · ω ₂ / ω ₁ (10)
Here, if the interference area with the workpiece during one revolution of the grinding wheel 2 is A (r), the removal amount V (r) of the workpiece 4 during that time is expressed by the following equation.
[0037]
V (r) = L (r) · A (r) (11)
From the above formulas (10) and (11), the following formula is obtained.
[0038]
V (r) = 2πr · (ω ₂ / ω ₁ ) · A (r) (12)
When the shape of the workpiece 4 is a plane, the relationship of the following equation is established when the cut is δ.
[0039]
A (r) = F _Y (r) · δ (13)
From the above equations (12) and (13), the following equation is obtained.
[0040]
V (r) = 2πr · (ω ₂ / ω ₁ ) · F _Y (r) · δ (14)
From the above equations (9) and (14), the following equation is obtained.
[0041]
V (r) = k · ω ₂ · δ · P · N · l _W = const (15)
In other words, since V (r) is constant in this case, assuming that the grinding resistance is proportional to the interference volume (removal speed) between the workpiece and the grinding wheel, it means that the shape accuracy is also improved.
[0042]
When the radial position r is small, the value of F _Y (r) increases. However, in the present invention, an upper limit is set so that the feed amount F _Y (r) / ω ₁ does not become too large. The upper limit value was set to 0.4 mm / min (1.3 μm / rev).
[0043]
(3) Grinding apparatus and grinding system FIG. 5 is a perspective view of a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention. In addition, the same number is attached | subjected to the part similar to having shown in above-mentioned FIGS. 1-4, and those description is abbreviate | omitted.
[0044]
In this figure, 11 is a motor for rotating the spindle, 12 is a vacuum chuck, 13 is a jig, 14 is an X-Z axis guide table, 15 is a Y axis guide table, 16 is a motor for rotating the

grinding wheel shaft

1, and 17 is a coolant. Nozzle.
[0045]
As a grinding apparatus, a simultaneous 4-axis (X, Y, Z, C) controlled processing machine [ULG100A (H3) manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.] as shown in FIG. 5 was used. The main shaft 3 is mounted sideways on the Z-axis guide table, and free-form surface machining is possible.
[0046]
Here, the X, Y, and Z axis tables are rolling guides in which needles are arranged on the VV groove surface, and positioning is performed by linear (glass) scale feedback control in order to suppress fluctuations due to temperature changes. Is 1 nm. A Y-axis guide table 15 was mounted on the X-Z axis guide table 14, and a high-speed grinding spindle was installed on the Y-axis guide table 15. The main shaft 3 is an aerostatic bearing having a maximum rotation speed of 3000 rpm, and the grinding spindle is an aerostatic bearing having a maximum rotation speed of 4 × 10 ⁴ rpm.
[0047]
The axisymmetric workpiece 4 was attached to the main shaft 3 by a vacuum chuck 12 through a jig 13. At this time, while measuring with an electric micrometer, adjustment was made to obtain a coaxiality of ± 0.5 μm or less. Furthermore, the balance weight was attached to the screw hole provided in the main axis | shaft 3 and the grindstone axis | shaft 1, and it adjusted so that the unbalance of the main axis | shaft 3 and the grindstone 2 might be 0.1 micrometer and 0.01 micrometer or less, respectively. Using the same apparatus, a prototype was made while performing simultaneous biaxial control of the Y axis (vertical axis) and the Z axis. The X axis and C axis were used only when adjusting the origin of the grinding wheel 2.
[0048]
(4) Diamond wheel (grinding stone) and truing method thereof In the example of the present invention, a disk-shaped diamond wheel (grinding stone) was used as the grinding wheel 2 as shown in FIG. The tip 2A is sharpened in a knife edge shape with θ (for example, 45 °), and this wheel tip 2A creates a Fresnel shape composed of minute steps. In FIG. 6, φL ₁ is 70 mm, L ₂ is 3 mm, L ₃ is 3 mm, and φL ₄ is 10 mm. In order to finish only by grinding and to suppress grinding wheel wear that affects the shape error of the workpiece as much as possible, the abrasive grain diameter # 1200 and a relatively coarse resinoid diamond wheel 2B were used. 2C is a steel pedestal of the wheel.
[0049]
FIG. 7 is an explanatory view of truing of a diamond wheel, FIG. 7 (a) shows a truing conceptual diagram of a grindstone side surface, and FIG. 7 (b) shows a truing conceptual diagram of an end grindstone surface.
[0050]
As shown in these drawings, the truing of the diamond wheel 2 was performed by attaching the truer 5 to the main shaft 3 on the machine and traversing the lower surface and the upper surface (45 ° taper portion) of the diamond wheel 2.
[0051]
Here, the truing conditions are shown in Table 1.
[0052]
[Table 1]

[0053]
The truer 5 was wet using a straight shape # 200 resinoid bond diamond wheel. The truer 5 was attached to the main shaft 3 by a vacuum chuck through a jig, and adjusted so that a coaxial degree of 1 μm or less was obtained while measuring the outer periphery with an electric micrometer. The edge part (tip part) 2A of the wheel 2 was sharply formed, and the edge part 2A was ground.
[0054]
(5) Grinding conditions Assuming that glass forming is performed as a mold material, a fine particle cemented carbide WC was used. Here, a planar workpiece was ground first, and the effect of (2) [Feeding speed control] was examined. Finally, a Fresnel-shaped mold shown in FIG. 8 was prototyped and verified.
[0055]
In this example, as shown in FIG. 8, an axially symmetric Fresnel-shaped mold represented by the following formula was experimentally manufactured.
[0056]
Z (Y) = mod {g (Y), b} (16)
Here, Y is a position in the radial direction of the workpiece, Z is a position in the rotational axis direction of the workpiece, g (Y) is an aspheric function (polynomial), and b is a step in the groove of the Fresnel lens.
[0057]
In addition, g (Y) is expressed by the following equation similarly to a general axisymmetric aspheric polynomial function.
[0058]
[Expression 2]

[0059]
Here, C _V , K, C _i (i = n) are aspheric constants.
[0060]
Here, g (Y) is an aspherical surface (effective diameter: about φ4 mm) having an approximate curvature radius of about 50 mm, and the step b is set to 0.005 mm (5 μm). Based on the premise of performing a glass press, a fine particle cemented carbide was used as a mold material.
[0061]
Table 2 shows the grinding conditions.
[0062]
[Table 2]

[0063]
A # 1200 resinoid bond diamond wheel was used as a grinding wheel for finishing. The incision was 2 μm, and the feed rate was changed from 0.025 to 0.4 mm / min.
[0064]
(6) Surface grinding Verify the effect of surface roughness and shape accuracy improvement by grinding wheel feed rate control. Below, the result at the time of using a planar-shaped cemented carbide for a workpiece is shown.
[0065]
(A) Surface Roughness FIG. 9 shows changes in surface roughness when surface grinding is performed under the conditions shown in Table 2. It is measured at a radial position of the workpiece using a non-contact surface roughness meter (MaxinNT manufactured by ZYGO). The evaluation area was about 180 μm × 160 μm. The horizontal axis is the position in the radial direction of the workpiece, and the vertical axis is the PV value corresponding to the maximum height _Ry . A mark indicates that the grindstone feed speed is changed from 0.025 to 0.4 mm / min according to the equation (9), and a mark indicates that the grindstone feed speed is fixed to 0.2 μm / min. It can be seen that the surface roughness is improved and made uniform by controlling the grindstone feed rate.
[0066]
(B) Shape accuracy FIG. 10 shows a shape error curve obtained by measuring the workpiece using a shape measuring machine (UA3P manufactured by Matsushita Electric Co., Ltd.) having a 2 μm diamond stylus at the tip. The upper curve a is a constant feed speed of the grinding wheel, and the lower curve b is changed by the equation (9). When the feed rate is constant, the removal amount V (r) of the workpiece is larger at the outer peripheral portion and smaller at the inner peripheral portion according to the equation (14), and as a result, the grinding resistance is fluctuated and the shape error is increased. On the other hand, when the feed rate is controlled according to the equation (15), V (r) is constant at the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, so that it is considered that the grinding resistance is constant and the shape error is also small. It is done.
[0067]
(7) Fresnel Shape Grinding Experiment With the grinding method of the present invention, ultra-precision grinding of the mold of the Fresnel lens shown in FIG. 8 was performed to verify the possibility of grinding. After truing the diamond wheel under the conditions shown in Table 1, grinding was performed under the conditions shown in Table 2 as shown in FIG.
[0068]
(A) Shape accuracy FIG. 12 shows a cross-sectional shape measured after the primary processing in the experiment. The shape error curve is a contact-type shape measuring device equipped with a diamond stylus having a radius of curvature of 2 μm at the tip and a vertex angle of 60 ° [Matsushita Electric] Measured by UA3P, Inc.]. Each step has a step of about 5 μm as designed.
[0069]
FIG. 13 shows a difference from the target shape calculated by removing the vicinity of the stepped portion based on this result, that is, a shape error curve. The shape accuracy was about 2.41 μm P-V. This is due to an error in the origin position of the grinding wheel.
[0070]
Based on this measurement result, the origin position of the diamond wheel is corrected in the Y direction for grinding, and the result obtained by the same measurement method is shown in FIG. A shape accuracy of about 0.11 μm P-V is obtained.
[0071]
Moreover, the three-dimensional shape measured with the non-contact shape measuring apparatus (Mitaka Kogyo Co., Ltd. NH-3) is shown in FIG. It can be seen that a relatively sharp edge is obtained.
[0072]
Finally, only the Fresnel-shaped stepped portion after grinding is measured by the above-mentioned contact-type shape measuring device, and the enlarged cross-sectional curve is shown in FIG. A shape error region having a width of about 25 μm exists next to the stepped portion that looks sharp. This is probably because the tip of the diamond wheel has an arc shape. In order to further reduce this shape error region, it is necessary to improve the truing method of the diamond wheel to make the tip shape sharper.
[0073]
(B) Surface roughness FIG. 17 shows the surface roughness measured in the vicinity of the center of the workpiece after grinding. It is measured near the center of the workpiece using a non-contact surface roughness meter (MaxinNT manufactured by ZYGO). The evaluation area was about 180 μm × 160 μm. A surface roughness of about 10 nm R _y is obtained, and high specularity is obtained.
[0074]
Finally, when viewed with a Nomarski micrograph (not shown) of the ground surface, very fine abrasive scratches are seen on the surface, but it is understood that a processed surface in the ductile mode is obtained. In the conventional aspherical grinding method, the rotation direction of the grinding wheel at the processing point is orthogonal to the rotation direction of the workpiece, but in the grinding method of the present invention, the grinding wheel is positioned parallel to the rotation direction of the workpiece. There is a relationship. Therefore, it is considered that the surface roughness tends to be deteriorated as compared with the conventional method. However, it has become clear that good surface roughness can be obtained by changing the feed speed of the grinding wheel in accordance with the radial position of the workpiece.
[0075]
From the above results, it became clear that the grinding method of the present invention is effective in processing a Fresnel shape made of a hard brittle material such as ceramics.
[0076]
(8) Results As described above, in order to realize fine Fresnel-shaped grinding composed of a large number of discontinuous curved surfaces, and to enable mass production (press molding) of glass micro-Fresnel lenses, In the present invention, a grinding system having the following features has been developed.
[0077]
(A) A vertical grindstone spindle of an aerostatic bearing type and a horizontal main spindle are provided, and simultaneous four-axis (X, Y, Z, C) control by a linear scale feedback system with a resolution of 1 nm is possible.
[0078]
(B) Creation of a discontinuous aspheric shape by driving a sharp disc-shaped grinding wheel with a knife edge at the tip while simultaneously controlling the Y axis (vertical axis) and the Z axis (horizontal axis). Is possible.
[0079]
(C) It is possible to control the feed speed of the grinding wheel corresponding to the position in the radial direction in the axisymmetric aspherical workpiece.
[0080]
The above grinding system was used to grind the fine-grain cemented carbide Fresnel shape, and the possibility of grinding was examined. As a result, the following became clear.
[0081]
(1) When the feed rate is controlled, the surface roughness of the workpiece is good, uniform over the entire surface, and the shape accuracy is also good.
[0082]
(2) As a result of making a Fresnel mold made of cemented carbide, a shape accuracy of about 0.1 μm and a surface roughness of about 10 nmR _y are obtained, and the grinding method of the present invention is effective for grinding a Fresnel shape. .
[0083]
Further, in FIG. 1, a sharp knife-edge shaped grinding wheel may be driven as shown in FIG. That is, not only the Y and Z axes but also the X axis may be combined. In short, the grindstone rotation axis and the workpiece rotation axis need only be parallel in the processing of the Fresnel stepped portion.
[0084]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0085]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be achieved.
[0086]
(A) A sharp edge can be precisely processed even in a discontinuous portion of an axisymmetric aspherical part composed of a plurality of discontinuous curved surfaces.
[0087]
(B) When the feed rate is controlled, the surface roughness of the workpiece is good, uniform over the entire surface, and the shape accuracy is also good.
[0088]
As a result of trial manufacture of a cemented carbide Fresnel mold, a shape accuracy of about 0.1 μm and a surface roughness of about 10 nm R _y were obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an essential part showing a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a grinding method using a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a grinding wheel feed rate control method of a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the feed speed of the grinding wheel and the surface roughness profile of the grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a grinding wheel of a grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of truing of a diamond wheel showing an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a Fresnel shaped mold showing an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the surface roughness of a planar surface at various radial positions according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the surface roughness of a planar surface at various radial positions according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view of an aspheric grinding apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view showing a measurement cross section of the Fresnel surface after performing primary processing showing an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a deviation profile after primary grinding showing an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a deviation profile after secondary grinding showing an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a three-dimensional topography of a Fresnel surface showing an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a Fresnel depth profile measured using a stylus device (contact type shape measuring device) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a surface roughness profile after grinding according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a perspective view of a principal part showing a grinding apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing an example of a molding process of a conventional glass Fresnel lens.
FIG. 20 is a perspective view showing a conventional grinding apparatus.
FIG. 21 is an explanatory diagram of a grinding method using a conventional grinding apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Grinding wheel shaft 2 Grinding wheel with sharp knife edge shape 2A Tip 2B Diamond wheel 2C Steel base of wheel 3 Spindle 4 Work piece 5 Truer 11 Motor for rotating the spindle 12 Vacuum chuck 13 Jig 14 X-Z axis guide table 15 Y Shaft guide table 16 Motor that rotates the grinding wheel shaft 17 Coolant nozzle

Claims

先端が尖った軸対称の円盤状の研削砥石と、軸対称の工作物の回転軸に対して前記研削砥石の砥石回転軸が直交し、さらに前記工作物上で接する前記研削砥石の回転方向が工作物の回転方向と平行となるように配置された状態で、前記研削砥石を工作物の半径方向及び回転軸方向に駆動させ、複数の不連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品を製造することを特徴とする研削加工方法。 An axisymmetric disk-shaped grinding wheel having a sharp tip and a rotation axis of the grinding wheel that is orthogonal to the rotation axis of the axisymmetric workpiece and that is in contact with the workpiece on the workpiece. Axisymmetric aspherical shape composed of a plurality of discontinuous curved surfaces by driving the grinding wheel in the radial direction and the rotational axis direction of the workpiece in a state arranged parallel to the rotational direction of the workpiece. A grinding method characterized in that a part of the above is manufactured.

請求項１記載の研削加工方法において、前記非球面形状の部品は硬質のフレネル形状の光学部品である研削加工方法。 2. The grinding method according to claim 1, wherein the aspherical part is a hard Fresnel-shaped optical part.

請求項２記載の研削加工方法において、前記非球面形状の部品はガラス製マイクロフレネルレンズである研削加工方法。 3. The grinding method according to claim 2, wherein the aspherical part is a glass micro Fresnel lens.

請求項１記載の研削加工方法において、前記研削砥石の送り速度を制御可能にする研削加工方法。 The grinding method according to claim 1, wherein a feed rate of the grinding wheel is controllable.