〔第1実施形態〕
 以下、本発明の第1実施形態に係る加工装置 を図面を用いて説明する。図1は、レンズ等� �光学素子を成形するための光学素子用金型� �転写光学面(成形面)を加工する加工装置の構 造を概念的に説明するブロック図である。

 図1に示すように、加工装置10は、被加工� ��であるワークWを切削加工するための切削ユ ニット20と、切削ユニット20をワークWに対し� ��支持するNC駆動機構30と、NC駆動機構30の動� �を制御する駆動制御装置40とを備える。

 切削ユニット20は、Z軸方向に延びるツー� ��部21先端に切削工具23を固定した切削工具で ある。切削工具23は、剣先状の外形を有する� ��イトであり、その先端は、例えばダイヤモ� ��ドチップの切刃になっている。切削工具23� �、後述する第2ステージ33による切削ユニッ� �20の移動に伴い、例えばX軸方向に沿って変� �する。

 NC駆動機構30は、台座31上に第1ステージ32� ��第2ステージ33とを載置した構造の駆動装置� ��ある。ここで、第1ステージ32は、第1可動部 35を支持しており、この第1可動部35は、チャ� ��ク37を介してワークWを間接的に支持してい� ��。この第1ステージ32は、ワークWを、例えば Z軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で� �動させることができる。また、第1可動部35� �、ワークWをZ軸に平行な中心軸RAのまわりに� ��望の速度で回転させることができる。一方� ��第2ステージ33は、第2可動部36を支持してお� ��、この第2可動部36は、切削ユニット20を支� �している。第2ステージ33は、第2可動部36及� �切削ユニット20を支持して、これらを例えば X軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で� �動させることができる。

 なお、以上のNC駆動機構30において、第1� �テージ32と第1可動部35とは、ワークWを駆動� �る被加工体駆動部を構成し、第2ステージ33� �第2可動部36とは、切削ユニット20を駆動する 工具駆動部を構成する。

 駆動制御装置40は、高精度の数値制御を� �能にするものであり、NC駆動機構30に内蔵さ� ��たモータや位置センサ等を駆動制御装置40� �制御下で駆動することによって、第1及び第2 ステージ32,33や、第1及び第2可動部35,36を目的 とする状態に適宜動作させる。例えば、第1� �び第2ステージ32,33によって、切削ユニット20 のツール部21先端に設けた切削工具23先端の� �工点を低速でXZ面に平行な面内に設定した所 定の軌跡に沿ってワークWに対して相対的に� �動(送り動作)させつつ、第1可動部35によって 、ワークWを中心軸RAのまわりに高速で回転さ せることができる。

 以下、図1に示す加工装置10を用いたワー� ��Wの加工について説明する。ここで、説明の 便宜上、ワークWを加工する切削工具23の位置 は、中心軸RAを含むYZ平面を境にして-X側を第 1の側A1と呼び、+X側を第2の側A2と呼ぶことに� ��る。図2は、第1の側A1において切削加工をす る第1工程を主に説明する図であり、図3は、� ��2の側A2において切削加工をする第2工程を説 明する図である。なお、図2及び図3は、図1の 加工装置10をI方向から見たものである。

 切削工具23の先端部は、図1のNC駆動機構30 によって、被加工体であるワークWに対し、� �えばXZ面内で所定の軌跡を描いて徐々に相対 的に移動する。つまり、切削工具23の送り動� ��が行われる。また、被加工体であるワークW は、図1のNC駆動機構30によって、Z軸に平行な 中心軸RAのまわりに一定速度で回転する(図1� �照)。これにより、ワークWの旋削加工が可能 になり、ワークWに対し中心軸RAのまわりに回 転対称な例えば成形面SA(例えば、凹凸の球面 、非球面等の曲面のほか、位相素子面、段差 面等の立体形状)を形成した光学素子用金型� �得ることができる。

 加工後のワークWは、光学素子を射出成形 するための成形金型を構成する部品(光学素� �用金型)である。ワークWに形成される最終的 な成形面SAは、光学素子の光学面用の転写面� ��あり、図2(A)の点線や図3(B)の実線で示すよ� �に、全体的な外形を形成する曲面状の成形� �面SA1と、成形表面SA1上に設けられる輪帯状� �立体構造SA2とを備える。この実施形態では� �成形表面SA1として、凹の球面又は非球面が� �成され、立体構造SA2として、矩形横断面を� �する複数の環状溝G1,G2,G3が形成される。

 まず、図2(A)に示すように、ワークWを中� �軸RAのまわりに回転させながら切削工具23をX Z面内で相対的に移動させることにより、切� �工具23の刃先23aでワークWの表面を旋削加工� �る前加工を行う。この前加工によって、成� �表面SA1上の薄い表層SLを残して凹面を形成す ることができる。なお、切削工具23の+X側の� �ッジE1は、この前工程及び後述する本工程に おいて、中心軸RAに平行に保持される。

 以下、本加工方法について説明する。本� ��工方法では、まず第1工程で成形表面SA1と、 複数の環状溝G1,G2,G3のうち中心軸RA側に対応� �る第1の側面SS1とを旋削によって形成し、第2 工程で複数の環状溝G1,G2,G3のうち外周側に対� ��する第2の側面SS2を旋削によって形成する。

 具体的には、第1工程において、図2(B)及� �2(C)に示すように、切削工具23を、第1の側A1� �おいて中心軸RAに関して-X方向の最大位置、� ��なわち-Xスタート位置に配置し、-Z方向に向 いてワークWを時計方向に回転させた状態と� �る。この状態で、切削工具23の刃先23aをワー クWに対して相対的に移動させることにより� �成形表面SA1を外周側から形成しつつ、複数� �環状溝G1,G2,G3のうち中心軸RA側の第1の側面SS1 と底部BOの一部とを順次形成する。つまり、� ��形表面SA1の外周部AR1を加工し、外側の環状� ��G1の第1の側面SS1と、底部BOの内側部分BO1と� �加工する。次に、成形表面SA1の中間部AR2を� �工し、中間の環状溝G2の第1の側面SS1と、底� �BOの内側部分BO1とを加工する。次に、成形表 面SA1の中間部AR3を加工し、内側の環状溝G3の� ��1の側面SS1と、底部BOの内側部分BO1とを加工� ��る。最後に、成形表面SA1の中央部AR4を加工� ��、切削工具23の刃先23aをワークWから後退さ� ��ることにより、第1工程を完了する。

 次に、切削工具23を、第2の側A2において� �心軸RAに関して+X方向の中間位置、すなわち+ Xスタート位置に移動させる。本実施形態の� �合、切削工具23を内側の環状溝G3の正面に配� ��し、ワークWの回転を反転させ、-Z方向に向� ��てワークWを反時計方向に回転させた状態と する。

 次に、第2工程において、図3(A)及び3(B)に� ��すように、切削工具23の刃先23aをワークWに� ��して相対的に移動させることにより、複数� ��環状溝G1,G2,G3のうち外周側の第2の側面SS2と� ��部BOの残りとを順次形成する。つまり、内� �の環状溝G3の第2の側面SS2と、底部BOの外側部 分BO2とを加工する。次に、中間の環状溝G2の� ��2の側面SS2と、底部BOの外側部分BO2とを加工� ��る。最後に、外側の環状溝G1の第2の側面SS2� ��、底部BOの外側部分BO2とを加工し、切削工� �23の刃先23aをワークWから後退させることに� �り、第2工程を完了する。

 以上の工程により、ワークWの表面上に、 光学素子成形用の成形面SAとして、凹曲面の� ��形表面SA1と輪帯状の立体構造SA2とが一組の� ��状として形成される。

 なお、立体構造SA2のうち1つの環状溝G1に� ��目すると、第1工程において、第1の側A1の適 所に切削工具23を配置してワークWを切削し、 環状溝G1の中心軸RA側に対応する第1の側面SS1� ��び内側部分BO1を形成している。その後、切� ��工具23を第1の側A1の環状溝G1に相当する位置 から第2の側A2の環状溝G1に相当する位置、す� ��わち反対方向の位置に移動させる。この際� ��中心軸RAを挟んで切削工具23を正反対の位置 に移動させるのではなく溝幅以下の適当な間 隔だけ移動量を増加させて、切削部分がオー バーラップするようにする。最後に、第2工� �において、第2の側A2に移動した切削工具23を 適所に配置してワークWを切削し、環状溝G1の 外周側に対応する第2の側面SS2及び外側部分BO 2を形成している。このようにして形成され� �環状溝G1の側面SS1,SS2は、互いに平行で、と� �に中心軸RAに沿って延びている。なお、以上 は、環状溝G1に着目した加工及び形状の説明� ��あったが、他の環状溝G2,G3も環状溝G1と同様 に加工され同様の形状となる。

 以下、本実施形態に係る成形金型につい� ��説明する。図4は、第1実施形態の切削ユニ� �ト20を用いて作製した成形金型(光学素子用� �型金型)を説明する図である。図4(A)は、固定 型、すなわち第1金型2Aの側方断面図であり、 図4(B)は、可動型、すなわち第2金型2Bの側方� �面図である。両金型2A,2Bの成形面3a,3bは、図1 に示す加工装置10によって仕上げ加工された� ��のである。つまり、両金型2A,2Bの母材をワ� �クWとしてチャック37に固定し、駆動制御装� �40を適宜動作させて、切削ユニット20のツー� ��部21先端をワークWに対して3次元的に任意に 移動させる。これにより、第1金型2A,第2金型2 Bの成形面3a,3bを、球面や非球面に限らず、段 差面、位相構造面、回折構造面とすることが できる。

 図5は、図4(A)の第1金型2Aと、図4(B)の第2金 型2Bとを用いてプレス成形したレンズLの断面 図である。このレンズL光は、例えば光ピッ� �アップ装置用の対物レンズとして機能する� �図示していないが、第1金型2A,第2金型2Bの成� ��面3a,3bが段差面、位相構造面、回折構造面� �の立体構造を有する場合、レンズLの成形光� ��面も、段差面、位相構造面、回折構造面等� ��立体構造を有するものとなる。さらに、レ� ��ズLの材料は、プラスチックに限らず、ガラ ス等とすることができる。なお、上記のレン ズLの具体的適用例は、像側開口数NAが0.8以上 の高NAの光ピックアップ装置用の対物レンズ( 例えばBDとDVD又はCDとの互換型対物レンズ等)� ��あり、レンズ本体の光学面上の適所に立体� ��造として入射光束に光路差を付与する光路� ��付与構造等を設けたものとなっている。

 図6は、図4の第2金型2Bを構成する図1のワ� ��クWの加工工程を説明するフローチャートで ある。なお、本フローチャートでは、簡便の ため図2(A)に示す前加工を省略している。

 -X最大スタート位置に切削工具23の刃先23a を移動する(ステップS11)。次に、これからの� ��工部分が成形表面SA1に対応する曲面か、立� ��構造SA2を構成する各環状溝G1,G2,G3に対応す� �立体形状かを選択する(ステップS12)。曲面を 切削する場合、第1の側A1に対応する第1対象� �工領域において、中心軸RAに向けて刃先23aを +X方向に徐々に移動させつつZ方向に適宜前進 させることにより、凹曲面を切削する(ステ� �プS13)。これにより、例えば成形表面SA1のう� ��外周部AR1を形成することができる。一方、� ��体形状を切削する場合、同じ第1対象加工領 域において、刃先23aを+X方向に適宜移動させ� ��つZ方向に必要量進退させることにより、凹 部の中心軸RA側を切削する(ステップS14)。こ� �により、例えば外側の環状溝G1のうち中心軸 RA側の第1の側面SS1や内側部分BO1を形成するこ とができる。曲面または立体形状を切削後(� �テップS13,S14)、刃先23aが中心軸RAに到達して� ��れば、次の加工領域はないと判断し(ステッ プS15)、+Xスタート位置に刃先23aを移動する(� �テップS16)。一方、刃先23aがまだ中心軸RAに� �達していない場合にはステップS12に戻る。� �お、ステップS12に戻った場合、上記ステッ� �S12~S15の動作が繰り返され、例えば成形表面S A1のうち中間部AR2,AR3等を形成することができ (ステップS13)、或いは、中間の環状溝G2等の� �ち中心軸RA側の第1の側面SS1や内側部分BO1を� �成することができる(ステップS14)。

 刃先23aが中心軸RAに到達していると判断� �れた場合、刃先23aを-Z方向に一旦後退させた 後、刃先23aを+Xスタート位置に移動させる(ス テップS16)。この際、ワークWの回転を逆転さ� ��る。その後、第2の側A2に対応する第2対称加 工領域において、外周に向けて刃先23aを+X方� ��に適宜移動させつつZ方向に必要量進退させ ることにより、凹部の外周側を切削する(ス� �ップS17)。これにより、例えば内側の環状溝G 3のうち外周側の第2の側面SS2や外側部分BO2を� ��成することができる。環状溝G3の加工終了� �は、次の加工領域がないか判断する(ステッ� ��S18)。加工領域が残ってなければ加工を終了 する。一方、加工領域が残っていれば、ステ ップS17に戻る。なお、ステップS17に戻った場 合、ステップS17,S18の動作が繰り返され、例� �ば中間の環状溝G2等のうち外周側の第2の側� �SS2や外側部分BO2を形成することができる(ス� ��ップS17)。

 図7は、図6に示す加工工程の変形例を説� �するフローチャートである。この場合、成� �表面SA1を予め一括して行うこととしている� �まず、-X最大スタート位置に切削工具23の刃� ��23aを移動し(ステップS11)、第1の側A1に対応� �る第1対象加工領域において、中心軸RAに向� �て刃先23aを+X方向に徐々に移動させつつZ方� �に適宜前進させることにより、凹曲面を切� �する(ステップS23)。これにより、成形表面SA1 を形成することができる。次に、第1の側A1に 対応する第1対象加工領域において、刃先23a� �+X方向に適宜移動させつつZ方向に必要量進� �させることにより、凹部の中心軸RA側を切削 する(ステップS24)。これにより、例えば外側� ��環状溝G1のうち中心軸RA側の第1の側面SS1や� �側部分BO1を形成することができる。その後� �刃先23aが中心軸RAに最も近い凹凸最内周に到 達していれば、次の加工領域はないと判断し (ステップS25)、+Xスタート位置に刃先23aを移� �する(ステップS16)。一方、刃先23aがまだ凹凸 最内周に到達していない場合にはステップS24 に戻る。なお、ステップS24に戻った場合、ス テップS24の動作が繰り返され、例えば中間の 環状溝G2等のうち中心軸RA側の第1の側面SS1や� ��側部分BO1を形成することができる(ステップ S24)。

 以上の説明により、本実施形態における� ��型の加工方法では、加工精度に大きな影響� ��与える切削工具23の刃先23aの向きを回転さ� �ずに加工位置を逆転させることにより、切� �工具23とワークWの干渉なく立体構造SA2の両� �面SS1,SS2を金型の中心軸RAを基準に左右対称� �加工することができる。

 また、切削工具23の刃先23aを第2の側A2に� �動させることにより、加工点に対する刃先23 aの角度を適切に保った状態で立体構造SA2の� �1及び第2の側面SS1,SS2を形成することができ� �。また、第1工程と第2工程とにおいてワーク Wの回転方向を反転させることにより、切削� �具23の刃先23aの向きを反転させる複雑な工程 を経ずに立体構造SA2の両側面SS1,SS2を切削す� �ことができる。この場合、切削工具23の刃先 23aに倣ってワークWの中心軸RA側に立体構造SA2 の第1の側面SS1を形成することができる。ま� �、切削工具23の刃先23aに倣ってワークWの外� �側に立体構造SA2の第2の側面SS2を形成するこ� ��ができる。

 以上のような金型加工方法を用いて作製� ��れた輪帯構造を有する精度の高い金型とす� ��ことができる。この第2金型2Bと第1金型2Aを� ��いて成形されることにより、輪帯構造を有� ��る精度の高い光学素子、すなわちレンズLと なる。これにより、レンズLの回折効率を良� �することができる。

 〔第2実施形態〕
 以下、第2実施形態に係るワークWの加工方� �について説明する。なお、第2実施形態に係� ��ワークWの加工方法は、第1実施形態を変形� �たものであり、特に説明しない部分につい� �は、第1実施形態と同様であるものとする。

 図8は、第2実施形態のワークWに形成され� ��立体構造SA3の拡大断面図である。

 第2実施形態においてワークWに形成され� �最終的な成形面は、曲面上の成形表面SA1と� �形表面SA1上に設けられる階段状の立体構造SA 3とを備える。立体構造SA3は、環状段差G4,G5,G6 を有する。この立体構造SA3は、第1工程にお� �て、成形表面SA1を外周側から形成しつつ、� �1の側A1の環状段差G6の適所に切削工具23を配� ��してワークWを切削し、環状段差G6の中心軸R A側に対応する第1の側面SS3及び環状段差G6の� �側部分BO3を形成している。その後、切削工� �23を第1の側A1の環状段差G6に相当する位置か� ��第2の側A2の環状段差G6に相当する位置、す� �わち反対方向の位置に移動させる。この際� �中心軸RAを挟んで切削工具23を正反対に移動� ��せるのではなく、移動量を増加させて切削� ��分がオーバーラップするようにする。最後� ��、第2工程において、第2の側A2に移動した切 削工具23を各環状段差G6,G5,G4の適所に順に配� �してワークWを切削し、各環状段差G4,G5,G6の� �周側に対応する第2の側面SS4,SS5,SS6及び底部BO を形成している。このようにして形成された 環状段差G4,G5,G6の側面SS3,SS4,SS5,SS6は、互いに� ��行で、ともに中心軸RAに沿って延びている� �

 以上、実施形態に即して本発明を説明し� ��が、本発明は、上記実施形態に限定される� ��のではない。例えば、立体構造SA2等の幅、� ��さ、数は実施形態で説明したものに限らず� ��用途に応じて自由に設計することができる� ��

 また、上記実施形態において、ワークWは 第1の側A1及び第2の側A2のどちらから加工して もよい。なお、第1の側A1の加工と第2の側A2の 加工とをつなぐ位置は、切削工具23の稜線が� ��渉しない位置であればよい。

 また、上記実施形態では、第2可動部36及� ��切削ユニット20をX軸方向に沿って移動させ� ��いたが、第2ステージ33にY軸方向の移動機能 を持たせて直線3軸の加工装置とし、切削ユ� �ット20等をY軸方向に沿って移動させてもよ� �。つまり、切削工具23をYZ面内で相対的に移� ��させることにより、ワークWの表面を図2、3� ��示す工程と同様の工程で、同様の形状に旋� ��加工することができる。

 また、上記実施形態では、立体構造SA2を� ��状の環状溝G1,G2,G3としたが、図9に示すよう� ��、凸状の環状凸部G7にしてもよい。この場� �、例えば第1の側A1で環状凸部G7の外周側に対 応する第2の側面SS7及び上側部分TOを形成し、 第2の側A2で環状凸部G7の中心軸RA側に対応す� �第1の側面SS8を形成する。なお、ワークWに形 成する立体構造は、例えば図2に環状溝G1とし て例示される凹部と、例えば図9に環状凸部G7 として例示される凸部とを組み合わせた複合 型の凹凸形状とすることもできる。

 また、上記実施形態では、環状溝G1,G2,G3� �切削は、第1の側A1から行ったが、図10に示す ように、第2の側A2から行ってもよい。

 また、上記実施形態では、環状段差G4,G5,G 6の切削は、第1の側A1から行ったが、図11に示 すように、切削工具23の刃先23aを図8の刃先23a と逆向きにして、第2の側A2から行ってもよい 。

 さらに、第1実施形態では、第2工程で切� �工具23の刃先23aを外周側に移動させているが 、逆に、切削工具23の刃先23aを中心軸RA側に� �動させることもできる。この場合、環状溝G1 ,G2,G3の順に加工が完了する。