JP4566329B2

JP4566329B2 - バイト

Info

Publication number: JP4566329B2
Application number: JP2000133442A
Authority: JP
Inventors: 勉佐藤; 健二浦田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-05-02
Also published as: JP2001315003A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折レンズの成型用金型を加工するためのバイトに、関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光磁気ディスクの対物レンズや眼視光学系などの多くの分野に亘って回折レンズが応用されている。これら回折レンズは、光軸を共通の中心とする複数の輪帯（以下、輪帯群という）が形成された回折レンズ面を有し、波長フィルター機能や色収差補正機能などの特性を有する。
【０００３】
回折レンズ面に刻まれる輪帯群は、そのレンズ面において、光軸から離れる方向に沿って階段状に形成され、各輪帯の表面は、ベースとなるレンズ面が球面状であった場合には、夫々球面状に湾曲している。
【０００４】
このような輪帯群を備えた回折レンズにおいては、隣接する輪帯の間の境界部を光軸と平行な円柱面状に形成することが理論的に好ましいと、されている。しかし、回折レンズの回折レンズ面は金型を用いてモールド成型されるのが一般的であるので、レンズの素材を金型の隅々まで充填させるために、或いは、抜き勾配を設けることを目的として、当該境界部を光軸を中心軸とする円錐面状に形成しても良いことが知られている。
【０００５】
上述した回折レンズ面を成型するための金型としては、先端面に回折レンズ面の反転形状が粗加工された円柱形の金属が、用いられる。この円柱形の金属（以下、ワークという）は、旋盤上において加工される際、旋盤に備えられる主軸台の主軸スピンドルに、取り付けられる。旋盤の主軸台は、主軸スピンドルを回転駆動することができ、このワークは、輪帯の中心軸が主軸スピンドルの回転軸と同軸となるように、固定される。また、このワークを切削加工するために、金属切削用の刃物であるバイトが、用いられる。このバイトは、旋盤に備えられる往復台の最上部に設置された刃物台に、取り付けられる。旋盤の往復台は、バイトを水平方向に移動させることができ、このバイトを刃物台に取り付けるときには、その切っ先（エッジコーナ，ノーズとも言う）が主軸スピンドルの回転軸を含む水平面に沿って平行移動できるように、バイトの高さが調整される。
【０００６】
そして、ワークが加工される際、主軸台によってワークが回転駆動されるとともに、バイトを取り付けた往復台がコンピュータの自動制御又は作業者によって操作されることにより、ワークの先端面（切削対象面）上に形成される各輪帯面及び円錐面が、夫々できるだけ滑らかな面となるように、切削される。
【０００７】
従来より、このワークの切削対象面を加工するために、単結晶ダイヤモンドの材質からなるバイトが、用いられている。このバイトは、図６に示すように、全体として略三角柱状に、形成され、略楔形状のシャンク３０の先端に固着された状態で、使用される。
【０００８】
略三角柱状のバイト３１は、図８に示すように、略三角形の上面における２つ直線辺縁３２，３５がなす角度が約４０度から約５５度となるように、形成されている。その一方の直線辺縁３２は、直線状の刃先として鋭利に研がれることにより、主切れ刃（主刃，横切刃とも言う）を、構成している。ここで、もう一方の直線辺縁３５を、便宜上、「直線辺部」と称することにする。
【０００９】
この主切れ刃３２において上面３６に接する一側面３７は、主切れ刃３２がワークと接している時にワークに対して干渉することを防ぐために、上面３６に対して直角より若干鋭角な角度を有した状態で接することにより、主逃げ面を、構成している。なお、バイト３１の上面３６は、金属を切削した際に切りくずが削り出されていくすくい面を、構成している。
【００１０】
また、図７に示すように、このバイト３１のすくい面３６において、主切れ刃３２と直線辺部３５とがなす頂角が、すくい面３６及び主切れ刃３２に対して略直角な方向に、切り落とされている。その頂角が切り落とされることによってすくい面３６上に形成された直線辺縁３４は、約３μｍの長さを有し、直線状の刃先として鋭利に研がれることにより、副切れ刃（副刃，前切刃とも言う）を、構成している。
【００１１】
この副切れ刃３４においてすくい面３６に接する側面（切り落とされてできた平坦面）３８は、副切れ刃３４がワークと接している時にワークに対して干渉することを防ぐために、すくい面３６に対して直角より若干鋭角な角度を有した状態で接することにより、副逃げ面を、構成している。ここで、主切れ刃３２及び副切れ刃３４が接する頂角の先端３３が、バイト３１の「切っ先」である。
【００１２】
このような形状に形成されているバイト３１によって、輪帯面及び円錐面を備えた回折レンズ面の反転形状を工作物の先端面に切削する際には、回折レンズの回折効率を向上させるために、各輪帯の表面の粗さを低減することと境界部の形状の精度を高めることとが、要求される。
【００１３】
このような要求を満たすために本願出願人が先に出願した特願平１０−７５７０１号の「輪帯レンズ成形用金型の加工方法及びそのバイト」では、バイト３１の主副切れ刃３２，３４をワークの回転軸を含む水平面に沿って回転軸に近づく方向に平行移動させながらワークの切削対象面を加工する際に、回転軸から離れるほど回転軸に対して主切れ刃３２を傾かせながら各輪帯面及び円錐面を形成する方法が、示されている。
【００１４】
この方法によると、夫々球面の一部をなす輪帯の表面を副切れ刃３４によって削る場合、回転軸に対して輪帯面の法線が傾く角度に応じて、切っ先３３を通って水平面に垂直な軸周りにバイト３１を回転させることにより、直線状の短い刃先からなる副切れ刃３４を輪帯面の各接平面に対して常に平行となる向きに向けることができるので、各輪帯の表面の粗さをより小さくすることができると、されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６乃至図８に示すような従来のバイト３１は、主切れ刃３２と直線辺部３５とがなす角度を４０度以上の角度にした場合でも、その先端部分の副切れ刃３４の幅が約３μｍと細いために、輪帯面や円錐面を形成している途中で破損（いわゆるチッピング）が生じ易い。
【００１６】
然も、切削対象面の表面粗さを低減するために、送りピッチ（工作物が一回転する間にバイト３１が回転軸に向かって削り進む距離）を小さくする必要があり、且つ、副切れ刃３４の幅が極めて小さいことに因り、単位長さ当たりの刃先が受け持つ切削量がかなり多く、バイト３１の寿命が極端に短い。
【００１７】
また、主副切れ刃３２，３４の刃先を研いでバイト３１を再利用しようとしても、バイト３１のすくい面３６や主副逃げ面３７，３８等の多くの面を再研磨しなければならない。特に、副切れ刃３４は、その幅が大きすぎると輪帯の表面の粗さが大きくなり、その幅が小さすぎるとバイト３１の先端が欠け易くなるので、再研磨の度に主副両逃げ面３７，３８を必ず研磨して、副切れ刃３８の幅を毎回一定に保たなければならない。ところが、バイト３１は単結晶ダイヤモンドの材質からなるので、このような再研磨には、時間もコストも掛かってしまう。
【００１８】
そこで、本発明の課題は、従来よりも強い強度の先端部分を有し、送りピッチを大きく取っても加工対象としての輪帯面の表面粗さを増大させることなく、然も、摩耗した場合でも再研磨を容易に行うことができる回折レンズ金型加工用のバイトを、提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために構成された本発明であるバイトは、直線状の刃先からなる主切れ刃と前記主切れ刃に対して切っ先で接する弧状の刃先からなる副切れ刃とをすくい面の側縁に備え、前記切っ先における前記主切れ刃と前記副切れ刃とがなす角度が６０度以上９０度以下であるとともに、前記副切れ刃が凸状に湾曲していることを、特徴とする。
【００２０】
このように構成されると、球面状に湾曲する切削対象面を副切れ刃によって切削する際、副切れ刃の切っ先における接線が切削対象面の接平面と平行な状態に保たれた場合、副切れ刃の刃先は、この切削対象面に接した切っ先から離れる側に行くに従って切削対象面から徐々に離れる。このため、副切れ刃の幅を大きく形成しても、副切れ刃における切っ先から離れる側の刃先が、切っ先が接する箇所以外の切削対象面に対して、干渉することがない。
【００２１】
さらに、このように副切れ刃の幅を大きく形成することにより、副切れ刃を含むバイトの先端部分の強度が増すので、切削加工中にその先端部分が損傷しにくくなる。
【００２２】
また、湾曲状の副切れ刃は、広い区域に亘って球面状の切削対象面に、接することができるので、バイトによって切削対象面加工する際には、表面粗さを大きくすることなく、送りピッチを大きくすることができる。
【００２３】
そして、主副切れ刃が摩耗したときには、すくい面のみを研磨するだけで再研磨を完了することができる。各面を研磨する必要がないので、簡単に、且つ、短時間に再生することができる。
【００２４】
本発明によるバイトでは、切っ先において主切れ刃と副切れ刃とがなす角度が、９０度未満に形成されても良いし、９０度に形成されても良い。前者の場合には、６０度以上に形成されていることが好ましく、７５度以上に形成されていると、より望ましい。後者の場合には、切削対象面において隣接する輪帯の境界部には、輪帯面に対して９０度をなす円錐面が、形成される。
【００２５】
また、本発明によるバイトでは、副切れ刃の刃先の形状を弧状としても良いし、円弧状としても良い。後者の場合には、その曲率半径を約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍに設定することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバイトの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態によるバイト１の全体斜視図である。また、図２は、本例のバイト１における切っ先３を含む先端部分を拡大した平面図である。
【００２８】
本実施形態のバイト１は、金属を切削加工するための刃物である。また、このバイト１は、図１に示すように、全体として略三角柱状に形成されており、単結晶ダイヤモンドの材質からなる。
【００２９】
先ず、本例のバイトの各部分の形状及び構成について説明する。
【００３０】
略三角柱のバイト１は、略三角形の上面６における２つの直線辺縁２，５に挟まれた角度が約４０度から約５５度となるように、形成されている。その一方の直線辺縁２は、直線状の刃先として鋭利に研がれることにより、主切れ刃を構成している。ここで、もう一方の直線辺縁５を、便宜上、「直線辺部」と称することにする。
【００３１】
この主切れ刃２において上面６に接する一側面７は、主切れ刃２が切削対象物と接している時に切削対象物に対して干渉することを防ぐために、上面６に対して直角より若干鋭角な角度を有した状態で接することにより、主逃げ面を、構成している。なお、バイト１の上面６は、金属を切削した際に切りくずが削り出されていくすくい面を、構成している。
【００３２】
そして、略三角形のすくい面６において主切れ刃２と直線辺部５とがなす頂角が、すくい面６に対して略直角な方向に、且つ、主切れ刃２に対して直角に、切り落とされている。これにより、バイト１には、側面８が形成されている。但し、この側面８は、すくい面６に対して略垂直な中心軸を持つ円柱面の一部をなしている。
【００３３】
この円柱面状の側面８とすくい面６との稜線は、円弧状の辺縁４をなしている。円弧状の辺縁４は、図２に示すように、すくい面６上において主切れ刃２と接する交点（以下、「切っ先」という）３における円弧の接線（図示せず）が主切れ刃２に対して直角に交差するように、形成されており、切っ先３から離れる側に行くに従ってその接線から遠ざかるように、湾曲している。また、この辺縁４は、すくい面６上において、主切れ刃２に対して垂直な方向における長さが約０．１ｍｍとなるように、形成されている。そして、この辺縁４は、円弧状の刃先として鋭利に研がれることにより、副切れ刃を、構成している。
【００３４】
この副切れ刃４においてすくい面６に接する上記側面（切り落とされてできた円柱面）８は、副切れ刃４が切削対象物と接している時に切削対象物に対して干渉することを防ぐために、実際には、すくい面６に対して直角よりも若干鋭角な角度を有した状態で接している。これにより、この側面８は、副逃げ面を構成している。
【００３５】
図３は、バイト１をシャンク１０に取り付けた状態を示す斜視図である。また、図４は、本例のバイト１を実装する旋盤２０の概略構成を示す側面図である。
【００３６】
上述した形状からなるバイト１は、図３に示すように、略楔形状のシャンク１０の先端に固着された状態で、使用される。そして、バイト１は、図４に示すように、このシャンク１０を介して旋盤２０に取り付けらる。
【００３７】
旋盤２０は、主軸スピンドル２１ａを回転駆動する主軸台２１と，水平方向に移動可能な往復台２２とから、主に構成されている。往復台２２の最上部には、シャンク１０を取り付け固定するための刃物台２２ａが、備えられている。
【００３８】
そして、旋盤２０の主軸スピンドル２１ａには、切削対象物である円柱形の金属（以下、ワークという）１５が、固定される。このワーク１５は、その中心軸が主軸スピンドル２１ａの回転軸Ａｘと同軸となるように、取り付けられる。
【００３９】
また、本例のバイト１が、シャンク１０を介して刃物台２２ａに固定される。
シャンク１０を刃物台２２ａに取り付ける際には、往復台２２を水平方向にスライドさせたときに、主軸スピンドル２１ａの回転軸Ａｘを含む水平面（回転軸Ａｘに沿って紙面に垂直な平面）に沿って主副切れ刃２，４が平行移動するように、バイト１の高さが調整される。
【００４０】
図５は、ワーク１５の切削対象面がバイト１の先端部分によって加工されている状態を水平面に対して垂直な方向（図４の矢印ａ）から見たときの断面図を、示している。また、この図５においては、比較のために、二点差線にて従来のバイト３１を示し、図６乃至図８に示したものと同じ符号を付している。
【００４１】
この図５に示すように、ワーク１５の切削対象面（輪帯形成面１６）上には、光軸を共通の中心とする複数の輪帯を備えた回折レンズ面の反転形状、即ち、ワーク１５の中心軸（回転軸Ａｘ）を共通の中心とする複数の輪帯面１６ａと，各輪帯面１６ａ間に形成されるとともに夫々回転軸Ａｘを中心軸とした複数の円錐面１６ｂとが、予め粗加工されている。ここで、輪帯形成面１６に形成される回折レンズ面のベースとなるレンズ面は、球面に形成されているので、各輪帯面１６ａは、夫々球面の一部をなす湾曲面として形成されている。
【００４２】
そして、ワーク１５が加工される際、主軸台２１によってワーク１５が回転駆動されるとともに、バイト１を取り付けた往復台２２がコンピュータ制御によって自動的に操作されることにより、ワーク１５の輪帯形成面１６上に形成されている各輪帯面１６ａ及び円錐面１６ｂが、夫々滑らかな面となるように、切削される。
【００４３】
また、この旋盤２０の往復台２２には、バイト１を水平方向に縦横に平行移動させる機能の他に、切っ先３を通って水平面に垂直な回転軸（図示せず）を中心としてバイト１を回転させる機能が、備えられている。そして、バイト１の切っ先３を図５の矢印ｂに示すように移動させて輪帯形成面１６を加工する際には、球面の一部をなす輪帯面１６ａにおける切っ先３が接する箇所の法線方向に対して直線状の主切れ刃２が常に一致するように、バイト１が操作される。
【００４４】
このようにバイト１が操作されると、主切れ刃２が各輪帯面１６ａに対して必ず９０度を保ったまま円錐面１６ｂを加工するので、主切れ刃２によって滑らかな面に削られる円錐面１６ｂは、夫々隣接する輪帯面１６ａに対して垂直となる。また、球面の一部をなす輪帯面１６ａが円弧状の副切れ刃４によって削られるために、この輪帯面１６ａは、滑らかな湾曲面（球面）として加工される。
【００４５】
このとき、副切れ刃４における円弧が、回転軸から離れる方向に沿って湾曲する輪帯面１６ａの曲率半径と同程度の半径に、形成されていると、副切れ刃４は、より大きい区域に亘って輪帯面１６ａに接することができる。これにより、輪帯面１６ａをより滑らかな湾曲面状に加工することができ、表面粗さ（表面の凹凸の幅）を低減することができる。但し、副切れ刃４における円弧の半径は、どの輪帯面１６ａの曲率半径よりも若干小さく設定されている。このため、切っ先３が輪帯面１６ａに接した状態（表面を浚っている状態）では、副切れ刃４は、切っ先３から離れる側に行くに従って輪帯面１６ａから徐々に離れていく。従って、副切れ刃４における切っ先３から離れる側が、切っ先３及びその近傍が接する箇所以外の輪帯面１６ａに、干渉することがない。
【００４６】
一方、従来のバイト３１においても、輪帯面１６ａの法線方向に主切れ刃３２を一致させて輪帯形成面１６を加工すると、表面粗さが低減できるとされていた。しかし、図５に示すように、副切れ刃３４は極めて小さい幅（図８では約３μｍ）ではあるが直線状の刃先であるために、微視的には副切れ刃２４の両端の角が輪帯面１６ａに主に接するだけであるので、輪帯面１６ａには、その副切れ刃３４における両端の角の形状（回転軸を中心として螺旋状に広がる筋）が、形成されてしまう。
【００４７】
従って、本例のバイト１のように球面の一部をなす輪帯面１６ａを円弧状の副切れ刃４によって削るほうが、従来のバイト３１のように球面の一部をなす輪帯面１６ａを直線状の副切れ刃３４によって削るよりも、刃先の形状が輪帯面１６ａに転写されることが少なくなり、表面粗さを低減することができる。
【００４８】
以上に説明したように、本例のバイト１は、主切れ刃２に対して直角に接する副切れ刃４を円弧状に形成した構成であるから、副切れ刃４の幅は、大きく設けられ得る。これは、副切れ刃４の幅を大きく設けたとしても、円弧の半径を輪帯面１６ａの曲率半径よりも小さく設けているのであれば、切っ先３が輪帯面１６ａに接しているとき、副切れ刃４における切っ先３から離れる側の部分が輪帯面１６ａに干渉することがないからである。
【００４９】
このような理由により、本例のバイト１の副切れ刃４は、従来のバイト３１の副切れ刃３４の幅（約３μｍ）よりも大きな幅（約０．１ｍｍ）に、形成されている。ここで、上記の説明において、副切れ刃４の幅を約０．１ｍｍに設定しているとしたが、これに制限されるものではなく、当該副切れ刃４の幅を、０．１ｍｍ以下に、例えば０．０５ｍｍに設定しても良く、それ以下であっても良い。
さらに、周囲に干渉しない範囲であれば、０．１ｍｍよりも大きく設定することも可能である。
【００５０】
また、このように副切れ刃４の幅が大きく形成される（上記の例で言えば、副切れ刃４は、従来の副切れ刃３４の幅に対して約３３倍の大きさの幅を有する）ことにより、すくい面６における副切れ刃４を含む先端部分が、図５に示す従来のバイト３１の先端部分のような尖った形状とはならない。このように、副切れ刃４を含む先端部分が尖った形状に形成されていないので、バイト１によって輪帯形成面１６を加工する際に、副切れ刃４を含む先端部分には、チッピング等の損傷が、従来のバイト３１よりも生じにくくなる。
【００５１】
さらに、上述したように、副切れ刃４が広い区域に亘って輪帯面１６ａに接することができるので、表面粗さを大きくすることなく送りピッチを大きく取ることが可能となり、輪帯形成面１６を加工する時間を短縮することができる。従来のバイト３１は、送りピッチが約１μｍ（〜約０．１μｍ）ぐらいまでの大きさに設定されていたが、本例のバイト１において、例えば、送りピッチを２μｍにすることが可能であるので、この場合、輪帯形成面１６を加工するのに要する時間は約半分となる。
【００５２】
さらに、副切れ刃４が広い区域に亘って輪帯面１６ａに接することができ、且つ、送りピッチを大きくすることができるために、バイト１の寿命が長くなる。
これは、副切れ刃４における単位長さ当たりの刃先が受け持つ切削量が少なくなるためである。
【００５３】
そして、本例のバイト１は、主副切れ刃２，４が鋭利でなくなった場合に、再研磨することができる。本例のバイト１では、副切れ刃４の幅がかなり大きく設定されているので、その幅に精度を求める必要が無く、再研磨の際には、すくい面６のみが研磨されれば良い。
【００５４】
バイト１の主副逃げ面７，８は、上述したように、夫々すくい面６に対して若干鋭角な角度を有した状態で接している。また、直線辺部５においてすくい面６と接する側面は、実際には、すくい面６に対して直角か又は若干鋭角な角度を有した状態で接している。これにより、すくい面６と平行な方向における副逃げ面８の幅は、すくい面６から離れるに従って徐々に狭くなっていく。
【００５５】
このため、すくい面６のみを何度も再研磨していくと、副切れ刃４の幅が研磨毎に徐々に小さくなっていく。しかし、切っ先３における主副切れ刃２，４の間の角度が再研磨毎に一定に保たれていれば、即ち、主逃げ面７と副逃げ面８とが直角に接していれば、多少副切れ刃４の幅が狭くなったとしても問題ない。
【００５６】
なお、本例のバイト１では、すくい面６上において切っ先３での主切れ刃２と副切れ刃４とがなす角度が、９０度に形成されているとしたが、９０度に形成されてなくても良い。輪帯形成面１６において互いに隣接する輪帯の境界部が、輪帯面１６ａに対して直角に形成される場合に限り、当該角度が９０度であることが要請される。一方、隣接する輪帯の境界部が、例えば、回転軸Ａｘを中心軸とする円柱面状に形成される場合には、当該角度が９０度より小さく設定されても良い。
【００５７】
但し、当該角度を極端に小さい角度に設定すると、切っ先３を含む先端部分の強度が落ちる。例えば、副切れ刃４の切っ先３における接線と主切れ刃２とのなす角度が５５度以下であると、バイト１の先端部分は尖った形状となってしまうために、従来のバイト３１の先端部分と実質的に同形状となってしまう。このため、輪帯形成面１６を加工する際に、副切れ刃４を含む先端部分が、欠け易くなる。従って、切っ先３において主切れ刃２と副切れ刃４とがなす角度は、バイト１の先端部分が高強度を有するためには、９０度近傍に設定されることが好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のバイトによると、従来よりも強い強度の先端部分を有し、送りピッチを大きく取っても加工対象としての輪帯面の表面粗さを増大させることなく、然も、摩耗した場合でも再研磨を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるバイトの全体斜視図
【図２】本例のバイトにおける切っ先を含む先端部分を拡大した平面図
【図３】本例のバイトをシャンクに取り付けた状態を示す斜視図
【図４】本例のバイトを実装する旋盤の概略構成を示す側面図
【図５】本例のバイトによって切削対象面が加工されている状態を図４の矢印ａ方向から見たときの断面図
【図６】従来のバイト及びシャンクの斜視図
【図７】従来のバイトの斜視図
【図８】従来のバイトにおける切っ先を含む先端部分を拡大した平面図
【符号の説明】
１バイト
２主切れ刃
３切っ先
４副切れ刃
５直線辺部
６すくい面
７主逃げ面
８副逃げ面
１０シャンク
１５ワーク
１６輪帯形成面
１６ａ輪帯面
１６ｂ円錐面
２０旋盤

Claims

輪帯を有する回折レンズ面を成型するための金型を加工するために用いられるバイトにおいて、
直線状の刃先からなる主切れ刃と前記主切れ刃に対して切っ先で接する弧状の刃先からなる副切れ刃とをすくい面の側縁に備え、前記切っ先における前記主切れ刃と前記副切れ刃とがなす角度が６０度以上９０度以下であるとともに、前記すくい面上において前記副切れ刃の前記切っ先とは逆の端から前記主切れ刃に対しておろした垂線の長さが前記輪帯の幅よりも大きく、前記副切れ刃が凸状に湾曲しており、該湾曲の曲率半径が前記輪帯の曲率半径よりも小さいことを特徴とするバイト。
前記副切れ刃は、前記切っ先において前記主切れ刃に対して直角に接することを特徴とする請求項１記載のバイト。
前記副切れ刃は、円弧状の刃先からなることを特徴とする請求項１又は２記載のバイト。