JP2001030171A

JP2001030171A - 表面平滑方法およびプラスチックレンズの製造方法

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Publication number: JP2001030171A
Application number: JP11206548A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hosoda; 隆志細田; Yoshihiko Kasai; 嘉彦河西
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2001-02-06
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP3780758B2

Abstract

(57)【要約】【課題】物品表面の微細な凹凸を平滑化する方法とし
て、代表的なものに研磨がある。研磨には、研磨皿およ
び柔軟性を有する研磨工具を用いる方法があるが、研磨
皿は、数量が多く必要で、交換が煩雑であり、柔軟性を
有する工具では、加工面の形状精度を維持できないとい
う問題がある。【解決手段】レーザ光線等の衝突エネルギーを用いて、
物品表面の微細な凹凸を精度良く、短時間で除去するか
もしくは、コーティング膜を形成する事により凹凸を埋
め、平滑化することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は物品の表面の平滑方
法に関する。更に詳しくは、物品の表面に存在する微細
な凹凸をレーザ光線などの衝突エネルギーにより除去す
るか、もしくはコーティング膜を形成することを特徴と
する表面平滑方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物品の表面には、大小の差こそあれ微細
な凹凸、いわゆる表面粗さが存在する。特に、切削や研
削により加工を行った場合、微細な凹凸は表面全体に作
られる。この微細な凹凸を除去するためには、研磨する
方法が一般的に知られている。例えば、プラスチックレ
ンズなどは、これまでの球面のレンズに加え、高精度研
削加工技術や超精密切削加工技術の進歩により、加工が
困難であった非球面の形状を有するレンズも一般的に製
造されるようになってきたため、高度な切削・研削、研
磨技術を実施している。プラスチックレンズの中でも、
眼鏡レンズの製造工程において、このような切削・研削
を行い、研磨することが多いため、以降眼鏡レンズを例
に挙げて説明していく。

【０００３】プラスチック眼鏡レンズの製造方法として
は、まず、２枚のガラスモールドを向き合わせて、粘着
テープ等で組み合わせ、キャビティを形成させる。この
キャビティ内に、レンズ原料を注入し、熱もしくは光で
硬化させる。硬化後、ガラスモールドを剥離し、レンズ
生地が完成する。レンズ生地には、この成形の時点で凸
面および凹面共にガラスモールド面の転写によって光学
的に仕上げられ、所望の度数にあわせて成形されるフィ
ニッシュレンズと凸面のみフィニッシュレンズと同様に
光学的に仕上げられ、後に受注等の所望の度数に合わせ
て凹面側を研磨加工するセミフィニッシュレンズがあ
る。セミフィニッシュレンズは、必要な凹面加工に合わ
せて、カーブジェネレータもしくはＮＣ制御されたバイ
ト等によって研削もしくは切削される。この研削・切削
された面を、研磨剤および研磨布を介在させた研磨皿や
柔軟性を有する研磨工具等を用いて研磨加工し、鏡面化
させ光学的に仕上げられる。

【０００４】その後、フィニッシュレンズも研磨された
セミフィニッシュレンズも、研磨工程などで付着した汚
れを洗浄し、検査を行い、さらに、染色工程、ハードコ
ート処理工程、反射防止膜成膜工程などを行って完成品
として出荷される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たプラスチック眼鏡レンズの研磨方法には、いくつかの
問題がある。まず、研磨皿を用いる研磨方法では、研磨
皿の持つ面精度をレンズ凹面側に転写させて、度数精度
を得る。眼鏡レンズに要求される度数は、何千種類にも
および研磨皿が研磨で形成するカーブの形状の数だけ必
要であり、その数は膨大である。このため、研磨皿の作
製、保管および管理が製造コストを上昇させる原因にも
なっている。さらに、工程上同じ度数のレンズを連続で
流動することはなく、レンズの度数に合わせて取り替え
る作業も面倒である。また、この研磨方法では、球面レ
ンズもしくは円柱レンズ(いわゆる乱視用眼鏡レンズ)し
か加工できない。

【０００６】一方、柔軟性を有する研磨工具で研磨する
場合は、レンズを切削して形成した曲面に研磨工具を倣
わせるために圧力を加えて研磨する。プラスチック素材
は一般的に柔らかく、加工時の圧力によってレンズが変
形してしまう。その状態で研磨を行うため、加工面の形
状精度を維持し難いという問題がある。また、局所的に
盛り上がりやへこみ部分を持つ曲面やカーブのきつい球
面の中心部と外周部では、研磨治具のあたり方がむらに
なる。このため、形状精度に影響を与え、さらに「だ
れ」と呼ばれる外観不良も発生する。

【０００７】また、摺動や回転を繰り返しかつランダム
に行うことにより全体を均一に鏡面化する必要があるた
め、加工時間がかかるという難点もある。さらに、研磨
の工程では、研磨剤や研磨パッドを介在させて研磨を行
うため、廃水処理や廃棄物処理にもコストが多くかかっ
てしまう。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、物品の表面の凹凸を除去もしくは被覆によって平滑
にする方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために、鋭意検討を行った結果、レーザ光線の
ような衝突エネルギーを用いて、物品の表面の微細な凹
凸を除去し平滑化することを知見した。また、コーティ
ング膜を形成して、物品表面の微細な凹凸を被覆し、平
滑化することも知見した。さらに、両方法を組み合わ
せ、衝突エネルギーによって表面の微細な凹凸を除去し
た後に、コーティング膜を形成して表面を平滑化するこ
とを知見した。

【００１０】従って、請求項１記載の発明は、表面に微
細な凹凸のある物品において、該微細な凹凸を衝突エネ
ルギーで除去し、該表面を平滑にすることを特徴とする
表面平滑方法を提供する。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記衝突エネルギ
ー源が、レーザであることを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の発明は、前記衝突エネルギ
ー源が、ウォータージェットであることを特徴とする。

【００１３】請求項４記載の発明は、前記衝突エネルギ
ー源が、ブラストであることを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の発明は、前記ブラストの砥
粒径が、１ｍｍ以下であることを特徴とする。

【００１５】請求項６記載の発明は、前記物品表面と衝
突エネルギー源との相対位置決めを数値制御（ＮＣ）に
よって行うことを特徴とする。

【００１６】請求項７記載の発明は、表面に微細な凹凸
のある物品表面に、コーティング膜を形成することによ
り、該表面を平滑にすることを特徴とする表面平滑方法
を提供する。

【００１７】請求項８記載の発明は、表面に微細な凹凸
のある物品表面を、請求項１〜６のいずれか１項に記載
の表面平滑方法で該表面の微細な凹凸の高さを小さくし
た後、請求項７記載の表面平滑方法で該表面を平滑化す
ることを特徴とする表面平滑方法を提供する。

【００１８】請求項９記載の発明は、前記表面に微細な
凹凸のある物品がプラスチックであることを特徴とす
る。

【００１９】請求項１０記載の発明は、プラスチックレ
ンズの製造工程において、請求項１〜７のいずれか１項
に記載の表面平滑方法でプラスチックレンズ表面を平滑
化する工程を含むことを特徴とするプラスチックレンズ
の製造方法を提供する。

【００２０】請求項１１記載の発明は、プラスチックレ
ンズの製造工程において、請求項１〜６のいずれか１項
に記載の表面平滑方法でプラスチックレンズ表面の微細
な凹凸の高さを小さくする工程と、請求項７記載の表面
平滑方法で該表面を平滑化する工程とを含むことを特徴
とするプラスチックレンズの製造方法を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は、下記の実施の形態に制限され
るものではない。

【００２２】本発明による方法では、物品の表面を研削
等することによって生じた微細な凹凸を無理な力を加え
ずに、レーザ光線のような衝突エネルギーを用い、鏡面
化もしくは平滑化する事が可能となる。物品としては、
金属、ガラス、セラミック、プラスチックなどがあげら
れる。

【００２３】前述のプラスチックレンズの製造工程を例
に挙げて説明する。本発明による方法では、プラスチッ
クレンズの研磨を行う時のように、加工時にレンズが変
形するほど無理な力がかからないため、研削または切削
で創成した曲面を精度良く、安定的に平滑化し、光学的
に仕上げることが可能となる。さらに、研磨むらもない
ため形状精度が安定し、「だれ」といった外観不良も発
生しないため、外観品質も安定する。

【００２４】また、研磨皿を持つことも無く、研磨皿を
取りかえる段取り時間も生じない。工程はいたって簡単
で、レーザ光線等の衝突エネルギーで、レンズ表面の微
細な凹凸を除去するか、コーティング膜を形成すること
で工程は終了するため、加工時間もかからず、コストも
大幅に削減できる。さらに、研磨剤・研磨布等の廃棄物
も発生しない。

【００２５】また、衝突エネルギーを与えるものとして
は、レーザ光線、ウオータージェット、ウエットブラス
ト、サンドブラスト、ＣＯ_２ブラスト等が挙げられる。

【００２６】レーザ装置としては、エキシマ、炭酸ガ
ス、ヘリウムネオン等を使用するガスレーザ装置、液体
レーザ装置、ＹＡＧやルビー等を使用した固体レーザ装
置、半導体レーザ装置等があげられる。

【００２７】レーザのエネルギーが物品に吸収される時
の熱エネルギーによる物品表面の熱溶解が起こり、表面
の微細な凹凸が除去され、平滑化できる。また、一部の
レーザでは、物品表面に吸収されたエネルギーが、化学
的結合を切断し、分解除去すること(アブレーションと
いう)によって物品表面の微細な凹凸を平滑にすること
ができる。表面の微細な凹凸の平滑化は、レンズ素材の
違いや表面加熱もしくはアブレーションの程度で決定付
けられる。表面加熱もしくはアブレーションの程度は、
照射領域のエネルギーのレベルや照射時間、集光した光
線の焦点の合い具合によって制御される。

【００２８】他の衝突エネルギー源としてあげられるウ
エットブラスト、サンドブラストやウオータージェット
等では、砥粒や水等の衝突により物品表面を剥ぎ取り表
面の凹凸を平滑化することができる。ウオータージェッ
トにおいては、吐出圧、ノズル形状、水温等の条件は、
物品の材質、微細な凹凸の高さによって決定される。ウ
エットブラスト、サンドブラスト、ＣＯ_２ブラスト等に
おいては、吹き付ける圧、砥粒の種類、ノズル形状等の
条件は、物品の材質、微細な凹凸の高さ等によって最適
条件を決定する必要がある。

【００２９】一方、物品表面の微細な凹凸に、浸漬法や
スピン法、スプレー法、ディスペンサー法等の方法でコ
ーティング膜を形成することによって、平滑表面を得る
ことが可能である。このコーティング膜の形成に使用す
るコーティング剤には、アクリル系、エポキシ系及びエ
ン−チオール系等の紫外線硬化タイプのコーティング剤
や特定の複合酸化物微粒子、シラン化合物、ジシラン化
合物およびエポキシ化合物等を主成分とする熱硬化性コ
ーティング剤等が考えられる。コーティング剤の塗布で
は、表面の微細な凹凸の高さよりも厚くコーティング膜
を形成することによって凹部を埋めることで、表面が平
滑化することができる。

【００３０】さらには、レンズ表面の微細な凹凸を除去
できることから、製造工程中に発生する、不用意に当て
てしまったようなレンズ表面のキズも消去できるため、
これまで不良になっていたレンズも、良品として再生可
能となり、製造歩留まりが向上する。

【００３１】さらに、コーティング膜または衝突エネル
ギーの一方のみで平滑表面が得られないほど凹凸が大き
い場合には、先に衝突エネルギーにより凹凸を小さくし
た面にコーティング膜を形成することによって、平滑化
が可能となる。

【００３２】［実施例１］本発明の実施例を図面を参照
にして説明する。

【００３３】図１において、レーザ光線１が集光レンズ
を介して、物品２に照射される。ただし、必ずしも焦点
が物品表面に合わなくてもかまわない。図２のように物
品表面付近９では、物品切削表面１１の大きい凹凸が、
レーザ光線１によって、平滑化されレーザ処理後表面１
２のような凹凸の小さいもしくは無い状態が得られる。
平滑化とは、凹凸高さ（Ｒｍａｘ）が５μｍ以下になる
こと、さらに好ましくは、０．３μｍ以下になることを
言う。プラスチックレンズのような物品では、光学的に
仕上げられ都表面を言う。

【００３４】図３のように物品２を加工台７に設置し、
ＮＣ制御装置６によって加工点をレーザ光線１の照射ポ
イントに合わせ、レーザ光線１が物品２の表面に照射す
る条件を常に均一にすることができる。

【００３５】図４においては、切削表面もしくはレーザ
処理後表面１３にコーティング剤８を塗布することによ
って、滑らかなコーティング膜表面１０が得られ、光学
的性能を得ることができる。

【００３６】［実施例２］実際のプラスチック眼鏡レン
ズを例に挙げて説明する。

【００３７】チオウレタン系のプラスチックレンズのセ
ミフィニッシュレンズをカーブジェネレーターによって
研削を行った。この時の研削痕の凹凸の高さは、Ｒｍａ
ｘで８μｍ（フォーム・タリサーフにて測定した結果）
であった。

【００３８】この研削痕の凹凸に、次の条件でレーザ光
線を照射した。

【００３９】・レーザ種類：エキシマレーザ（ＫｒＦガスレー
ザ）・レーザエネルギー：３．０Ｊ/ｃｍ^２・ショット回数：１０ショット・ショット範囲：３ｍｍ×３ｍｍ／１ショット・処理時間：５分上記条件で処理したレンズは、微細の凹凸のあった表面
が平滑化され、光学的に仕上げられた表面となった。

【００４０】［実施例３］実施例２と同様に研削したレ
ンズについて、次の条件でエン−チオール系のＵＶ硬化
型コーティング剤でコーティングを行った。

【００４１】・コーティング方法：スピンコーティング・回転数：８００ｒｐｍ・ＵＶ照射条件：８０Ｗ／ｃｍ^２，２０秒・膜厚：１０μｍ上記条件でコーティング膜を形成した結果、表面の凹凸
が埋まり、平滑化され、光学的に仕上げられた表面とな
った。

【００４２】［実施例４］実施例２と同様のレンズをカ
ーブジェネレーターによって研削したところ、表面の凹
凸の高さは、Ｒｍａｘで１３μｍあった。カーブジェネ
レーターのダイヤモンドホイールの使用条件によって、
凹凸高さが変化している。実施例２の条件で、レーザ光
線を照射したが、凹凸高さが、２μｍになったものの光
学的には仕上げられなかったため、実施例３の条件で、
コーティングを行ったところ、膜厚３μｍで表面の凹凸
が埋まり、平滑化され、光学的に仕上げられた表面とな
った。

【００４３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、研削、切削によ
って得られたレンズの曲面もしくは自由曲面を研磨工程
を行うこと無く、光学的性能が良好なプラスチックレン
ズを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ光線による加工の概要図である。

【図２】物品の切削跡をレーザーにて加工している状
態を表わす図である。

【図３】レーザ光線のＮＣ制御の構成を表す図であ
る。

【図４】物品の切削跡にコーティングを施した状態を
表わした図である。

【符号の説明】

１レーザ光線２物品３集光レンズ４反射ミラー５レーザ発振器６ＮＣ制御装置７加工台８コーティング膜９物品表面付近１０コーティング膜表面１１切削表面１２レーザ処理後表面１３切削表面もしくはレーザ処理後表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2K009 AA02 BB11 DD16 4E068 AH00 CA14 CB03 DA00 DB10 4F213 AF01 AF14 AH74 WA53 WA74 WA86

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に微細な凹凸のある物品において、該
微細な凹凸を衝突エネルギーで除去し、該表面を平滑に
することを特徴とする表面平滑方法。
【請求項２】前記衝突エネルギー源が、レーザであるこ
とを特徴とする請求項１記載の表面平滑方法。
【請求項３】前記衝突エネルギー源が、ウォータージェ
ットであることを特徴とする請求項１記載の表面平滑方
法。
【請求項４】前記衝突エネルギー源が、ブラストである
ことを特徴とする請求項１記載の表面平滑方法。
【請求項５】前記ブラストの砥粒径が、１ｍｍ以下であ
ることを特徴とする請求項４記載の表面平滑方法。
【請求項６】前記物品表面と衝突エネルギー源との相対
位置決めを数値制御（ＮＣ）によって行うことを特徴と
する請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面平滑方
法。
【請求項７】表面に微細な凹凸のある物品表面に、コー
ティング膜を形成することにより、該表面を平滑にする
ことを特徴とする表面平滑方法。
【請求項８】表面に微細な凹凸のある物品表面を、請求
項１〜６のいずれか１項に記載の表面平滑方法で該表面
の微細な凹凸の高さを小さくした後、請求項７記載の表
面平滑方法で該表面を平滑化することを特徴とする表面
平滑方法。
【請求項９】前記表面に微細な凹凸のある物品がプラス
チックであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか
１項に記載の表面平滑方法。
【請求項１０】プラスチックレンズの製造工程におい
て、請求項１〜７のいずれか１項に記載の表面平滑方法
でプラスチックレンズ表面を平滑化する工程を有するこ
とを特徴とするプラスチックレンズの製造方法。
【請求項１１】プラスチックレンズの製造工程におい
て、請求項１〜６のいずれか１項に記載の表面平滑方法
でプラスチックレンズ表面の微細な凹凸の高さを小さく
する工程と、請求項７記載の表面平滑方法で該表面を平
滑化する工程とを有することを特徴とするプラスチック
レンズの製造方法。