JPH081387A - 光学部品又は光学部品金型の刻線加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学部品の金型上に短時間で何らかのマーク
等を表す刻線を形成する。 【構成】 ダイヤモンド圧子１と、環状に形成されたコ
イル１４と、コイル１４に対して周期的に極性が変化す
る電流を供給するコイル駆動回路と、環状のコイル１４
の中心軸を中心軸として環状に形成された永久磁石１
２，１５と、環状のコイル１４の中心軸上に位置し、そ
の下端部にダイヤモンド圧子１が固定され、その中間部
にコイル１４が固定されているシャフト１１と、永久磁
石１２，１５が固定されるベース部材２０と、シャフト
１１がコイル１４の中心軸上を上下に往復移動可能に、
シャフト１１をベース部材２０に取り付ける板バネ１８
ａ，１８ｂとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部品又はその金型
に刻線を加工する刻線加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一眼レフカメラにおける焦点板や、実像
式ファインダーを有するコンパクトカメラでは、測光、
測距用ターゲットマーク、方眼線、近距離補正マーク、
パノラマ視野枠等がファインダー内表示される。これら
の表示は、カメラファインダーを覗いたときに鮮明な線
として認識される必要があり、数μｍ〜十数μｍの微細
パターンの製造技術が必要になる。この様な刻線を有す
る光学部品の加工方法は、印刷による方法が多く採用さ
れてきたが、近年、光学部品金型に直接刻線を描画する
方法が採用され、コストダウン及び光学系の小型化がな
されている。

【０００３】金型に直接刻線加工する場合は、レーザー
加工、エッチング加工などが試みられているが、線幅が
１０〜４０μと微細で、曲線、直線、破線の複合線や、
微妙な線幅の違いを表現することが困難で、外観的にフ
ァインダー内表示として満足できない場合が多い。ま
た、電子ビーム加工やフォトリソグラフィーによるレジ
ストワークにより作成したパターンを電鋳する方法等も
行われているが、これらの方法で加工を行うには、光学
部品のマークとして適当な寸法である、刻線幅数十μ、
深さ数μという寸法は逆に大きすぎてしまう。また、設
備コストの問題で簡単に試作ができない、等の問題点が
ある。

【０００４】そこで、近年では、微細プレス加工で刻線
を形成する方法が、線幅のコントロールが容易なこと
や、簡単に試作できることから多用されている。この方
法は四角錐、または円錐のダイヤモンド圧子を、金型に
所定の荷重で押しつけて圧痕を生じさせ、この圧痕を適
当なピッチ間隔で連続させることにより直線や曲線を加
工するものである。

【０００５】ところで、この微細プレス加工を実現する
ための装置としては、例えば、図４に示すようなものが
ある。この刻線プレス加工装置は、一方の端部２ａが上
下に揺動できるよう他方の端部２ｂが支持されているア
ーム２と、上下に揺動するアーム２の一方の端部２ａに
取り付けられている錘３と、アームの中間部分でやや他
方の端部側に固定されているシャフト４と、このシャフ
ト４の先端に固定されているダイヤモンド圧子１と、ア
ーム２の中間部分でやや一方の端部側の部分と接触して
アーム２を揺動させるシリンダ５とを備えているもので
ある。この装置では、シリンダ５を駆動して、アーム２
を揺動させることで、ダイヤモンド圧子１を上下動させ
て、金型に刻線を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような刻線プレス加工装置では、アームや錘等の慣性が
大きく、ダイヤモンド圧子を素早く上下動させることが
できず、加工時間がかかるという問題点がある。具体的
には、上記のような刻線プレス加工装置では、一個の圧
痕形成に４秒以上の加工時間がかかってしまう。

【０００７】そこで、本発明は、このような従来の問題
点に着目してなされたもので、線幅のコントロールが容
易で且つ加工時間を短縮することができる刻線加工装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の刻線加工装置は、被加工物に対して繰り返し当接して
刻線を形成する圧子と、環状に形成されたコイルと、前
記コイルに対して周期的に極性が変化する電流を供給す
るコイル駆動回路と、環状の前記コイルの中心軸を中心
軸として環状に形成された永久磁石と、環状の前記コイ
ル及び環状の前記永久磁石の中心軸上に位置し、一方の
端部に前記圧子が固定され、前記コイルと前記永久磁石
とのうち一方（以下、動作側磁気発生部材とする。）が
相対移動不能に取付けられているシャフト部材と、前記
コイルと前記永久磁石とのうち他方（以下、固定側磁気
発生部材とする。）が固定されるベース部材と、前記シ
ャフトが前記コイルの中心軸上を往復移動可能に、前記
動作側磁気発生部材と前記シャフトとのうち少なくとも
一方を弾性支持して前記ベース部材に取付ける弾性支持
部材とを備えていることを特徴とするものである。

【０００９】ここで、前記刻線加工装置において、前記
被加工物が載置され、前記シャフトの移動方向に対して
垂直な平面内で移動可能なステージと、該ステージを移
動させるステージ駆動手段と、該ステージの移動量を検
知する移動量検知手段とを備え、前記コイル駆動回路
は、前記移動量検知手段により検知された前記ステージ
の移動量に応じて、前記コイルに供給する電流の極性変
化の周期を変えるものであることが好ましい。

【００１０】なお、以上は、アクチュエータとして、い
わゆるムービングコイルを用いたものであるが、ピエゾ
素子又は超磁歪素子を用いたものであってもよい。

【００１１】

【作用】ここで、以上において述べた本発明に係る刻線
加工装置において、動作側磁気発生部材がコイルで、固
定側磁気発生部材が永久磁石であるものとして、本発明
に係る刻線加工装置の作用について説明する。

【００１２】コイル駆動回路からコイルに対して周期的
に極性が変化する電流が供給されると、コイル回りに発
生する磁界が周期的に変化する。このため、ベース部材
に固定されている永久磁石による磁界との相互作用で、
コイルに対して往復移動させるような磁力が働く。この
結果、コイルが取付けられているシャフト及びこのシャ
フトの端部に取付けられている圧子が上下動し、被加工
物に圧子の先端形状に対応した打痕を形成する。この
際、被加工物をベース部材に対して相対的に移動させる
と、複数の打痕が連なり、刻線が形成される。

【００１３】ところで、本発明では、本実施例では、動
作部品がコイルとシャフトであり、従来技術のように、
慣性の大きいもの（錘３）が揺動端２ａで揺動すること
はなく、比較的慣性モーメントは小さく、さらに、動作
部品を磁界の変化により発生する磁力で動作させている
ので、容易に高速で動作させることができる。従って、
刻線加工時間を短くすることができる。また、本発明で
は、コイルに供給する電流量を変えるだけで、圧子の打
痕力を調節することができるので、刻線幅や刻線深さを
容易に変えることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る刻線加工装置の一実施例
について、図１〜図３を用いて説明する。

【００１５】光学部品又はその金型Ｗに刻線を形成する
本実施例の刻線加工装置は、図２に示すように、円錐形
のダイヤモンド圧子１と、これを上下動させるコイル１
４を有しているムービングコイル装置１０と、コイル１
４に対して周期的に極性が変化する電流を供給するコイ
ル駆動回路４０と、光学部品又はその金型Ｗが載置され
るＸＹステージ３０と、これを駆動させるステージ移動
用モータ３５ｘ，３５ｙと、このモータ３５ｘ，３５ｙ
を制御するステージ駆動回路５０と、ＸＹステージ３０
の位置を検知するディジタルマイクロメータ６１ｘ，６
１ｙと、ディジタルマイクロメータ６１ｘ，６１ｙから
の出力に基づいてＸＹステージ３０の移動量を検知する
ステージ移動量検知回路６０と、コイル駆動回路４０及
びステージ駆動回路５０に対して特定の指示を与えるコ
ンピュータ７０とを備えている。

【００１６】ムービングコイル装置１０は、図１に示す
ように、鉛直方向に伸びてその下端部にダイヤモンド圧
子１が取り付けられているシャフト１１と、このシャフ
ト１１の外周側に配されている円筒状の内周側永久磁石
１２と、この内周側永久磁石１２の外周側に配されてい
る中空円筒状に形成されたコイル支持枠１３と、このコ
イル支持枠１３の外周側に環状に巻き付けられたコイル
１４と、このコイル１４の外周に配されている環状の外
周側永久磁石１５と、内周側永久磁石１２及び外周側永
久磁石１５を固定的に支持するベース部材２０と、シャ
フト１１が鉛直線上の往復移動可能に弾性支持してベー
ス部材２０に取付ける板バネ１８ａ，１８ｂと、これら
を覆うと共にベース部材２０が固定されているハウジン
グ２４とを有して構成されている。

【００１７】ベース部材２０は、平板状の上部ベース板
２１板及び下部ベース板２２と、両者の間に介在する中
間部ベース板２３とを有している。中間部ベース板２３
は、その上部投影面積が上部ベース板２１板及び下部ベ
ース板２２の上部投影面積の約半分で、上部ベース板２
１板と下部ベース板２２との間の一方に永久磁石１２等
が位置で入るよう他方に偏ったところに位置している。
下部ベース板２２の一方には、鉛直方向に貫通した円筒
形の貫通孔２２ａが形成されている。この円筒形の貫通
孔２２ａに、環状の外周側永久磁石１５が固定されてい
る。また、上部ベース板２１の一方には、下部ベース板
２２の貫通孔２２ａの中心軸上の位置に、シャフト１１
の上端部を挿通させることができるよう、鉛直方向に貫
通した貫通孔２１ａが形成されている。また、ハウジン
グ２４にも、シャフト１１との下端部を挿通させること
ができるよう貫通孔２４ａが形成されている。

【００１８】中空円筒状のコイル支持枠１３は、上部が
開口し、下部に底板が形成され、その断面形状は、図１
に示すように、カゴ形を成している。コイル支持枠１３
は、その外周にコイル１４が巻き付けられた状態の外径
が外周側永久磁石１５の内径よりも僅かに小さくなるよ
う形成されている。コイル支持枠１３の底板の中心に
は、シャフト１１の中胴部分が捩じ込まれている。すな
わち、コイル支持枠１３は、シャフト１１に対して相対
移動不能にシャフト１１に取付けられている。円筒状の
内周側永久磁石１２には、その中心軸を通るシャフト貫
通孔１２ａが形成されている。上部ベース板２１板の下
面には、上部ベース板２１のシャフト貫通孔２１ａの中
心軸と内周側永久磁石１２のシャフト貫通孔１２ａの中
心軸とが一致するよう、内周側永久磁石１２が固定され
ている。

【００１９】コイル支持枠１３が取付けられているシャ
フト１１は、上部ベース板２１に固定されている内周側
永久磁石１２のシャフト貫通孔１２ａ、上部ベース板２
１のシャフト貫通孔２１ａ、ハウジング２４のシャフト
貫通孔２４ａに挿通され、その上端部が上部ベース板２
１から上方に突出し、その下端部がハウジング２４から
下方に突出している。このハウジング２４から突出して
いる下端部に前述したダイヤモンド圧子１が取付けられ
ている。上部ベース板２１から上方に突出しているシャ
フト１１の上端部には、上部板バネ１８ａの先端部がワ
ッシャー１６及びナット１７を介して取付けられてい
る。この上部板バネ１８ａの基端部は、板バネ取付ブロ
ック２５ａ及びボルト１９により、上部ベース板２１に
固定されている。また、シャフト１１のコイル支持枠１
３の直ぐ下の部分にも、下部板バネ１８ｂの先端部がワ
ッシャー１６及びナット１７を介して取付けられてい
る。この下部板バネ１８ｂの基端部は、板バネ取付ブロ
ック２５ｂ及びボルト１９により、下部ベース板２２に
固定されている。すなわち、シャフト１１、このシャフ
ト１１に取付けられているコイル支持枠１３、このコイ
ル支持枠１３に巻き付けられているコイル１４は、これ
ら板バネ１８ａ，１８ｂにより、鉛直方向に往復移動で
きるよう、ベース部材２０に取付けられている。

【００２０】ＸＹステージ３０は、図２に示すように、
水平面上の一方の方向（以下、Ｘ方向とする。）に移動
するＸ方向移動プレート３１ｘと、同じく水平面上でＸ
方向と垂直な方向（以下、Ｙ方向とする。）に移動する
Ｙ方向移動プレート３１ｙと、これらが上部に取付けら
れるベースプレート３６とを有している。Ｘ方向移動プ
レート３１ｘの下面には、Ｘ方向に伸びたラック３２ｘ
及びレール３３ｘが設けられている。一方、Ｙ方向移動
プレート３１ｙの上面には、Ｘ方向に伸びＸ方向移動テ
ーブル３１ｘのレール３３ｘが乗るレール３４ｘが設け
られている。Ｙ方向移動プレート３１ｙには、Ｘ方向移
動用モータ３５ｘが固定されており、その回転軸の先端
に取付けられているギヤがＸ方向移動プレート３１ｘに
設けられているｘ方向ラック３２ｘと係合している。ま
た、Ｙ方向移動テーブル３１ｙの下面には、Ｙ方向に伸
びたラック３２ｙ及びレール３３ｙが設けられている。
一方、ベースプレート３６の上面には、Ｙ方向に伸びＹ
方向移動テーブル３１ｙのＹ方向レール３３ｙが乗るレ
ール３４ｙが設けられている。ベースプレート３６に
は、Ｙ方向移動用モータ３５ｙが固定されており、その
回転軸の先端に取付けられているギヤがＹ方向移動プレ
ート３１ｙに設けられているｙ方向ラック３２ｙと係合
している。

【００２１】Ｘ方向移動用モータ３５ｘ及びＹ方向移動
用モータ３５ｙは、ステージ駆動回路５０と接続されて
おり、このステージ駆動回路５０から指示により、駆動
量が制御される。ＸＹステージ３０のＸ方向移動プレー
ト３１ｘには、このプレート３１ｘのＸ方向の位置を検
出するＸ方向用ディジタルマイクロメータ６１ｘが取付
けられている。また、ＸＹステージ３０のＹ方向移動プ
レート３１ｙには、このプレート３１ｙのＹ方向の位置
を検知するＹ方向用ディジタルマイクロメータ６１ｙが
取付けられている。ステージ移動量検知回路６０は、こ
れらマイクロメータ６１ｘ，６１ｙからのパルス信号を
カウントして各プレート３１ｘ，３１ｙの移動量を検知
するためのカウンタを有している。

【００２２】コイル駆動回路４０は、コイル１４に対し
て周期的に極性が変化するパルス波形状の電流を出力す
る可変パルス電流発生器を有している。この可変パルス
電流発生器は、ＸＹステージ３０の駆動によりこの上に
載置されている光学部品金型Ｗの移動に対して、ダイヤ
モンド圧子１による打痕間隔が一定になるよう、その移
動量に応じて極性変化周期を変える。コンピュータ７０
は、ＸＹステージ３０の移動軌跡や移動速度等をステー
ジ駆動回路５０に指示すると共に、コイル１４に供給す
る電流量やダイヤモンド圧子１による打痕間隔をコイル
駆動回路４０に指示する。

【００２３】次に、本実施例の刻線加工装置の動作につ
いて説明する。まず、光学部品金型Ｗの打痕の大きさ及
び深さのバラツキを最小限にするために、金型Ｗに対し
て、その硬さがＨＲＣ（ロックウェル硬さの一種）３５
±２になるよう熱処理を施すと共に、その表面の平面度
が５μ以下になるよう精密な表面研削を施す。

【００２４】次に、ＸＹステージ３０の移動軌跡及び移
動速度をコンピュータ７０に入力する。なお、この移動
軌跡及び移動速度は、換言すれば、金型Ｗに形成する刻
線の軌跡及び金型Ｗの移動速度である。さらに、コイル
１４に供給する電流量やダイヤモンド圧子１による打痕
間隔もコンピュータ７０に入力する。次に、ダイヤモン
ド圧子１の先端と金型Ｗの表面との間隔が２０μ±２μ
になるよう、金型ＷをＸＹステージ３０上に載置する。

【００２５】以上の準備が終了すると、コンピュータ７
０からコイル駆動回路４０及びステージ駆動回路５０に
対して指示を与え、ムービングコイル装置１０及びＸＹ
ステージ３０を動作させる。ムービングコイル装置１０
のコイル１４に電流が供給されると、シャフト１１及び
その下端部に固定されているダイヤモンド圧子１が上下
動し、ＸＹステージ３０の移動に伴う金型Ｗの移動によ
り、金型Ｗ上に刻線が形成される。

【００２６】ここで、図３を用いて、ムービングコイル
装置１０の動作原理について説明する。同図に示すよう
に、外周側永久磁石１５は、その下部がＳ極で、その上
部がＮ極になるようベース部材２０に固定されている。
また、内周側永久磁石１２は、その下部がＮ極で、その
上部がＳ極になるようベース部材２０に固定されてい
る。このため、これらの中心軸、すなわち、シャフト１
１が位置している箇所での磁力線の向きは、鉛直下方を
向いている。また、コイル１４に対してある極性の電流
を流した場合には、環状のコイル１４の中心軸、すなわ
ち、シャフト１１が位置している箇所での磁力線の向き
は、鉛直下方を向き、逆極性の電流を流した場合には、
その位置での磁力線の向きは鉛直上方を向く。従って、
シャフト１１が位置している箇所でのコイル１４が形成
する磁界の磁力線の向き（鉛直下方）と永久磁石１２，
１５が形成する磁界の向き（鉛直下方）とが一致した場
合には、コイル１４に対して鉛直下方に力が働き、シャ
フト１１は鉛直下方へ移動する。また、シャフト１１が
位置している箇所でのコイル１４が形成する磁界の磁力
線の向き（鉛直上方）と永久磁石１２，１５が形成する
磁界の向き（鉛直下方）とが一致しない場合には、コイ
ル１４に対して鉛直上方に力が働き、シャフト１１は鉛
直上方へ移動する。

【００２７】ところで、図４に示した従来技術における
動作部品は、アーム２と、その途中に設けたシャフト４
と、アーム２の端部２ａに取り付けた錘３を有してい
る。これらの部品のうち、アーム２及び錘３により動作
部品の慣性モーメントは、非常に大きくなってしまい、
高速動作は難しい。これに対して、本実施例では、動作
部品がコイル１４とコイル支持枠１３とシャフト１１で
あり、従来技術のように、慣性の大きいもの（錘３）が
揺動端２ａで揺動することはなく、比較的慣性モーメン
トは小さいので、容易に高速動作を行うことができる。
しかも、動作手段がシリンダ５による機械的なものでは
なく、磁界の変化によるものであるから、高速動作を容
易に実現することができる。具体的には、本実施例のダ
イヤモンド圧子１の上下動周期を０．１Hz〜５０Hzにす
ることができる。この結果、加工時間を従来の1/10程度
にまで短縮することができる。

【００２８】また、コイル１４に供給する電流量を変え
ることにより、ダイヤモンド圧子１の打痕力が変わるの
で、線幅を５μ〜４０μの間隔で変えることも可能であ
る。また、本実施例では、ダイヤモンド圧子１による打
痕周期を大幅に短くし高速加工を行うが、金型Ｗの硬さ
や平面度を管理する等により、正確で且つきれいな刻線
を形成することができる。

【００２９】なお、以上は、プラスチックレンズ用金型
Ｗに本実施例の刻線加工装置を適用したものであるが、
ガラスレンズ用金型やレンズ等の光学部品にも本実施例
の刻線加工装置を適用できることを確認している。ま
た、本実施例の刻線加工装置は、単純な線のみならず、
金型Ｗの移動軌跡を変えることにより、線を組み合わせ
たメッシュ模様や文字等も形成できることは言うまでも
ない。

【００３０】ところで、本実施例では、永久磁石１２，
１５をベース部材２０に固定し、シャフト１１にコイル
１４を取付けて、シャフト１１及びコイル１４を永久磁
石１２，１５及びベース部材２０に対して相対的に往復
移動させるものであるが、コイル１４と永久磁石１２，
１５との関係は相対的なものであるから、コイル１４を
ベース部材２０に固定し、シャフト１１に永久磁石を取
付けて、シャフト１１及び永久磁石を往復移動させるよ
うにしてもよい。また、本実施例では、永久磁石とし
て、内周側永久磁石１２と外周側永久磁石１５の２つを
設けたが、これは、シャフト１１及びコイル１４の往復
移動を効果的に実現するためであり、強力な磁石を用い
れば、１つの永久磁石であってもかまわない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、動作部品の慣性量が比
較的小さく、しかもこの動作部品を磁界の変化により発
生する磁力で動作させているので、容易に高速で動作さ
せることができる。従って、刻線加工時間を短くするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例のムービングコイル装置
の断面図である。

【図２】本発明に係る一実施例の刻線加工装置の全体構
成を示す説明図である。

【図３】本発明に係る一実施例のムービングコイル装置
の動作原理を示す説明図である。

【図４】従来の刻線加工装置の側面図である。

【符号の説明】

１…ダイヤモンド圧子、１０…ムービングコイル装置、
１１…シャフト、１２…内周側永久磁石、１３…コイル
支持枠、１４…コイル、１５…外周側永久磁石、１８
ａ，１８ｂ…板バネ、２０…ベース部材、２４…ハウジ
ング、３０…ＸＹステージ、３５ｘ…Ｘ方向移動用モー
タ、３５ｙ…Ｙ方向移動用モータ、４０…コイル駆動回
路、５０…ステージ駆動回路、６０…ステージ移動量検
知回路、７０…コンピュータ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学部品又は該光学部品の金型（以下、被
   加工物とする。）に刻線を形成する刻線加工装置におい
   て、 前記被加工物に対して、繰り返し当接して刻線を形成す
   る圧子と、 環状に形成されたコイルと、 前記コイルに対して周期的に極性が変化する電流を供給
   するコイル駆動回路と、 環状の前記コイルの中心軸を中心軸として環状に形成さ
   れた永久磁石と、 環状の前記コイル及び環状の前記永久磁石の中心軸上に
   位置し、一方の端部に前記圧子が固定され、前記コイル
   と前記永久磁石とのうち一方（以下、動作側磁気発生部
   材とする。）が相対移動不能に取付けられているシャフ
   ト部材と、 前記コイルと前記永久磁石とのうち他方（以下、固定側
   磁気発生部材とする。）が固定されるベース部材と、 前記シャフトが前記コイルの中心軸上を往復移動可能
   に、前記動作側磁気発生部材と前記シャフトとのうち少
   なくとも一方を弾性支持して前記ベース部材に取付ける
   弾性支持部材と、 を備えていることを特徴とする刻線加工装置。
2. 【請求項２】前記コイルが、前記シャフトに対して相対
   移動不能に取付けられ、該シャフトと共に往復移動する
   前記動作側磁気発生部材であり、 前記永久磁石が、前記ベースに固定されている前記固定
   側磁気発生部材であることを特徴とする請求項１記載の
   刻線加工装置。
3. 【請求項３】前記永久磁石として、環状の前記コイルの
   外周側に配されている環状の外周側磁石と、該コイルの
   内周側に配されている環状の内周側磁石とを有している
   ことを特徴とする請求項２記載の刻線加工装置。
4. 【請求項４】前記被加工物が載置され、前記シャフトの
   移動方向に対して垂直な平面内で移動可能なステージ
   と、 前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、 前記ステージの移動量を検知する移動量検知手段と、 を備え、 前記コイル駆動回路は、前記移動量検知手段により検知
   された前記ステージの移動量に応じて、前記コイルに供
   給する電流の極性変化の周期を変えることを特徴とする
   請求項１、２又は３記載の刻線加工装置。