微細構造を有するガラスレンズ成形型の高精度加工に関する研究

摘要

近年，光学系において回折素子一体型非球面レンズやマイクロフレネルレンズなど微細構造を有するレンズが多く用いられている．これらのレンズは微細構造を有する金型の加工が容易なプラスチックレンズが中心となっているが，光学性能の向上を目的としてガラスレンズへの要求が高まっている．ガラス成形では超硬合金などの高硬度材料を金型として用いるため，高硬度材料に対する微細形状の高精度な加工技術の開発が求められている．これらの要求に対し，需要が高いフレネル形状の加工法として図1 に示すようなナイフエッジ状の円盤研削ホイールやPCD フライス工具を用いた同時2 軸制御加工法が提案されている．これらの工具は微粒のダイヤモンド粒子を用いた多刃工具であり，工具先端を鋭利に成形することが難しい．そのため，加工したフレネル形状の段差部にはマイクロメートルオーダの形状誤差領域が生じている．また，工具先端が鋭利になるに従って工具摩耗の増加，表面粗さの悪化が問題になると考えられる．したがって，曲面段差部を残した領域を上記のような多刃工具で加工後，段差部に対して非常に鋭利な刃先を有する単結晶ダイヤモンド工具を用いた切削加工プロセスを適用することができれば，より高精度な加工が期待できる. しかし，単結晶ダイヤモンドバイトで超硬合金を旋削すると工具損耗が激しい. それに対して，フライカットは間欠的な切削プロセスであるため，切削時に上昇した温度を非加工時に低下させることができ，加工油の供給効果も高まることから工具損耗の抑制が期待できる.そこで，本研究では図2 に示すような超硬合金製フレネル形状一体非球面レンズ成形型を加工対象形状として取り上げ，図3 に示すようにメタルボンド砥石を用いた研削による曲面部加工プロセスと単結晶ダイヤモンド工具を用いたフライカットによるエッジ部切削プロセスを併用した高精度な加工手法の開発を目指す．本報では，超硬合金に対する基礎切削実験の結果およびメタルボンド砥石を用いたフレネル形状の研削実験結果について報告する．