JP5026987B2 - 眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置、レンズ面切削加工方法および眼鏡レンズ - Google Patents

眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置、レンズ面切削加工方法および眼鏡レンズ Download PDF

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Description

本発明は、眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置、レンズ面切削加工方法および眼鏡レンズに関するものである。
眼鏡レンズの製造に際しては、注型成形したブランクス(中間品の眼鏡レンズ)の被加工レンズ面を切削加工および研磨加工することで所望の曲面からなる光学面を形成している。眼鏡レンズの一般的な形状は、メニスカス形状であり、その光学面は凸曲面と凹曲面である。
眼鏡レンズの光学面形状としては、球面以外に眼球の様々な屈折異常を矯正するために非球面、累進面、累進要素を有する非球面等がある。眼鏡レンズの被加工レンズ面は、例えば欧州特許出願EP0849038A2号公報に開示されているように、通常旋盤またはフライス盤によって切削加工される。
切削加工の加工軌跡は、通常螺旋形状であり、切削工具の螺旋と直交する水平方向の送りピッチを一定にして切削していた。このため、螺旋状加工軌跡の螺旋間隔は、例えば特表2003−525760号公報に開示されているように、XY投影面上では等間隔となり、レンズ表面上では一定にならずレンズの外周縁から中心に向かうにしたがって徐々に狭くなる。これはXY平面上に加工軸があるため、水平方向の送りピッチを一定間隔にすると制御が容易になるからである。また、レンズの種類が多いため個別のレンズ形状に対応して螺旋状の加工軌跡を算出し、制御することが面倒であるためである。なお、本発明において、XY投影面とは、例えばメニスカス形状の眼鏡レンズにおいて、レンズの光軸に垂直な面である。
また、従来技術として、例えば特公平7−67659号公報には、自由曲面上の複数のパッチ(幾何モデル曲面を構成する面素)に基づいて切削工具の切削抵抗を最小限にする加工データ作成方法が提案されている。
図13に示すように、眼鏡レンズ100の被加工レンズ面115は、一般的に幾何学中心120がXY投影面101に対して水平であり、幾何学中心120から離れるにしたがってXY投影面101との勾配が大きくなる曲面である。そして、バイトまたはフライスからなる切削工具(切削手段)による被加工レンズ面115の加工軌跡114は、上述した通り幾何学中心120から周回しながら外周縁に向けて伸びる螺旋状の加工軌跡である。このため、そのXY投影面101上での螺旋間隔Mは正射影で等間隔であった。
上記したように螺旋状加工軌跡114のXY投影面101上での螺旋間隔Mが等間隔になるように被加工レンズ面115を螺旋状に切削加工すると、実際に加工されたレンズ面112上での螺旋間隔Sは等間隔にならず、勾配の大きい周縁部ではレンズ面112上の単位面積当たりの加工軌跡114が少くなるために螺旋間隔Mが大きくなる。他方、レンズ面112の中心部では単位面積当たりの加工軌跡114が多くなるために螺旋間隔Mが小さくなる。したがって、レンズ表面112の表面祖度は、螺旋状加工軌跡114の密度の差のために周辺部では大きく、中心部では小さくなる。
従来の加工方法により螺旋状加工軌跡114に沿って切削加工されたレンズ面112は、図14に示すように表面粗度およびバラツキが大きく、また一部に極端な粗さ(最大表面粗度Rmax =0.30μm)が発生している。なお、このレンズ面112の測定範囲は、幾何学中心120より半径方向に25mm〜30mm離れた範囲である。レンズの外径は75mmである。
また、切削加工されたレンズ面112は、後工程で研磨加工されることにより所望の曲面からなる光学面に仕上げられるが、レンズ面112の表面粗度が大きいと、鏡面を得るために研磨除去量が多くなる。したがって、従来の切削加工方法による螺旋状加工軌跡114では、切削加工されたレンズ面112を研磨装置、特に切頭形ガウス分布(頂部が切りとられたような形状のガウス分布)を示す研磨除去量特性(図11の曲線51参照)を有する研磨装置を用いて研磨加工した場合、レンズ中心部はかなり早い時期に鏡面になるが、周縁部を鏡面にするためにはさらに継続して研磨加工を行う必要があるため、研磨に要する時間が長くなるという問題があった。
さらに、研磨時間が長いと研磨によるレンズ中心部の研磨除去量と周縁部の研磨除去量との差が大きくなるため、切削加工で得た表面形状と研磨による表面形状との誤差が大きくなり、所望の表面形状とは異なった光学面になるという問題もあった。
前記特公平7−67659号公報に記載されている発明は、加工データを表面形状から算出する方法を示すものであるが、球面形状以外の累進屈折力レンズやトーリックレンズのような複雑な形状ではX軸上を切削工具が往復運動するため、バックラッシュが発生し所望の表面形状を創成することができないという問題があった。
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、表面粗度が全面にわたって略均一になるように被加工レンズ面を切削加工することができる眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置およびレンズ面切削加工方法を提供するところにある。
また、本発明は、前記レンズ面切削加工方法によって製作された眼鏡レンズを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明に係る眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置は、眼鏡レンズの被加工レンズ面の平均曲率を算出する平均曲率算出手段と、前記平均曲率に対応し、螺旋間隔がXY投影面上でレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加する螺旋状加工軌跡を算出する螺旋状加工軌跡算出手段と、前記被加工レンズ面を螺旋状に切削加工する切削手段と、前記切削手段が前記被加工レンズ面を前記螺旋状加工軌跡に沿って切削するように前記切削手段を制御する制御手段とを備え、前記螺旋状加工軌跡算出手段は、前記螺旋状加工軌跡を算出するにあたってXY投影面上での螺旋状加工軌跡の各螺旋間隔dを次式
Figure 0005026987
ただし、cosθ=dz/dxdy、sは平均曲率半径Rにて表される仮想レンズ表面の長さ、Aはレンズ外径、螺旋の本数等によって決まる係数によって算出するものであることを特徴とするものである。
また、本発明に係る眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法は、螺旋間隔がXY投影面上でレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加する螺旋状加工軌跡を算出する工程と、眼鏡レンズの被加工レンズ面を切削手段によって螺旋状に切削加工する工程と、前記被加工レンズ面の表面形状から平均曲率を算出する工程とを備え、前記被加工レンズ面の表面形状から平均曲率を算出する工程は、前記平均曲率に対応して前記螺旋状加工軌跡を算出する工程を備え、前記螺旋状加工軌跡を算出する工程は、XY投影面上での螺旋状加工軌跡の各螺旋間隔dを次式
Figure 0005026987
ただし、cosθ=dz/dxdy、sは平均曲率半径Rにて表される仮想レンズ表面の長さ、Aはレンズ外径、螺旋の本数等によって決まる係数によって算出する工程を備えているものである。
また、本発明に係る眼鏡レンズは、上述の発明による眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法によってレンズ面が形成されているものである。
本発明において、螺旋状加工軌跡算出手段によって算出される螺旋状加工軌跡は、螺旋間隔がXY投影面上でレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加する螺旋となる。このため、螺旋状加工軌跡に沿って被加工レンズ面を切削加工すると、表面粗度が全面にわたって略均一なレンズ面を得ることができる。これにより、レンズ中心部と外周縁部の研磨除去量が等しくなり、研磨加工時間を短縮することができる。また、全面にわたって研磨除去量が等しくなれば、切削加工で得られた表面形状と研磨後の表面形状との誤差が小さい光学面を得ることができる。
また、本発明においては、切削加工で得られた表面形状と研磨後の表面形状との誤差が小さい光学面を有する眼鏡レンズが得られる。
図1は、累進屈折力レンズのS度数(平均屈折力)分布図である。 図2は、累進屈折力レンズのC度数(非点収差)分布図である。 図3Aは、図2のS度数分布に対応する鳥瞰図である。 図3Bは、図3Bのレンズ度数を示す図である。 図4Aは、図3AのC度数分布に対応する鳥瞰図である。 図4Bは、図4Aのレンズ度数を示す図である。 図5は、本発明に係るレンズ面切削加工装置による加工軌跡をXY投影面上に投射した投射図である。 図6は、切削加工後の眼鏡レンズの断面図である。 図7は、本発明の眼鏡レンズの製造システムを示すブロック図である。 図8は、NC制御のカーブジェネレータを示す概略構成図である。 図9は、本発明に係る眼鏡レンズの受注から納品までの流れを示すフローチャートである。 図10は、本発明に係るレンズ切削加工装置によって切削した螺旋状加工軌跡による切削加工面の測定値である。 図11は、研磨除去量特性を示す図である。 図12は、研磨除去量特性に対応した螺旋状加工軌跡による加工レンズ面を示す図である。 図13は、従来の螺旋状加工軌跡をXY投影面上に投射した投射図である。 図14は、従来の螺旋状加工軌跡による切削加工面の測定値である。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明が対象とする眼鏡レンズについて説明する。
本発明が対象とする眼鏡レンズは、老視用累進屈折力レンズとして用いられるレンズである。累進屈折力レンズは、老視用眼鏡レンズでありながら外見上は容易に老眼鏡と察知されない利点や、遠距離から近距離まで切れ目なく連続的に明視し得る利点などの理由から、一般に広く利用されている。
また、本発明で加工する累進屈折力レンズは、例えば第1には物体側表面である第1の屈折表面と眼球側表面である第2の屈折表面のいずれかに累進面を有する片面累進屈折力レンズである。また、第2には第1の屈折表面と第2の屈折表面とに分割配分されている累進屈折力作用を備え、前記第1の表面と第2の表面とを合わせて処方値に基づいた遠用度数と加入度数を与える構成となっている両面非球面型累進屈折力レンズである。
累進屈折力レンズ1は、例えば図1〜図4Bに示す屈折力分布を有している。以下、このようなレンズを眼鏡レンズと称する。
眼鏡レンズのレンズ基材としては、プラスチックレンズ基材であることが好ましく、眼鏡用プラスチックレンズ基材であるとさらに好ましい。例えば、メチルメタクリレートと1種以上の他のモノマーとの共重合体、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートと1種以上の他のモノマーとの共重合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリチオウレタン、エン−チオール反応を利用したスフィルド樹脂、硫黄を含むビニル重合体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
図5および図6において、円形の半仕上げレンズからなる眼鏡レンズ1は、切削加工された後の凹面状のレンズ面2と、切削加工される前の凸面状のレンズ面(被加工レンズ面)3とを有している。レンズ面2は、切削加工によって形成された螺旋状加工軌跡4を有している。なお、符号5は切削加工される前の凹面状のレンズ面(被加工レンズ面)である。
最初に眼鏡レンズ1の3次元での座標軸を次のように定義する。図5は眼鏡レンズ1を凹面状のレンズ面2から見た投影図である。この図5は、眼鏡レンズ1の子午線方向(垂直方向)をY軸、水平方向をX軸とし、その交点(以下、幾何学中心という)10を座標系の原点としている。そして、図5において、幾何学中心10を通り、眼鏡レンズ1の凹面状のレンズ面2から凸面状のレンズ面3へ向かいX軸およびY軸と直交する方向をZ軸方向とする。
第1の実施例においては、眼鏡レンズ1の被加工レンズ面3,5を切削加工するレンズ面切削加工装置として、後述する従来から公知のNC制御のカーブジェネレータ27を用いている。このカーブジェネレータ27は、切削工具(切削手段)が回転せず、眼鏡レンズ1をその幾何学中心10で回転させて被加工レンズ面3,5を順次切削加工する。また、このカーブジェネレータ27は、被加工レンズ面3,5の切削加工に際しては3軸制御によって切削工具の刃先が図5に示すように螺旋状加工軌跡4に沿って被加工レンズ面3,5の形状をトレースするように加工する。なお、図6においては、被加工レンズ面5にのみ螺旋状加工軌跡4を表示し、被加工レンズ面3については螺旋状加工軌跡の表示を省略している。
螺旋状加工軌跡4は、眼鏡レンズ1の幾何学中心10を中心として周回しながら外周縁に向かう螺旋であって、被加工レンズ面5の表面形状の平均曲率Cに基づいて算出されることにより、被加工レンズ面5上での隣り合う螺旋の間隔(以下、螺旋間隔ともいう)P(=P1 ,P2 ・・・Pn )は全て一定である。これに対して、XY投影面100に投影した隣り合う螺旋間隔d(=d1 ,d2 ・・・dn )は一定ではなく、勾配が大きい周縁部では小さく、勾配が小さい中心部では大きくなるように連続的に変化している。
さらに、レンズ表面が複雑な形状の累進屈折力レンズは、レンズ表面の勾配がダイナミックに変化しレンズ外周から中心に至るまでの勾配の増減が一定ではない。このため、螺旋状加工軌跡4のXY投影面100上での螺旋間隔dをレンズ表面形状の勾配に厳密に一致させると螺旋状加工軌跡4自体が略円形から変形してしまう。すると切削工具の移動がXY方向で往復運動することになる。したがってX,Y軸上にてバックラッシュが発生し所望の形状に加工することが困難になる。
そこで、本発明では螺旋状加工軌跡4を算出するためのレンズの表面形状データを球面形状で近似し、レンズ表面の平均曲率Cに基づき螺旋状加工軌跡4を算出するようにしている。したがって、螺旋状加工軌跡4はレンズ形状に対応した略円形の螺旋形状であり、切削工具の移動方向はレンズ周縁部から中心部に至る常に一方向の経路である。
具体的には被加工レンズ面5の表面形状の平均曲率C、螺旋状加工軌跡4上の連続する加工点K−Kの間隔をdr、隣接する螺旋間隔d(=d1 ,d2 ・・・dn )の平均間隔をdc、nを整数とすると、XY投影面100上での加工軌跡の座標値X,Yは、次式(1)、(2)によって与えられる。
Figure 0005026987
Figure 0005026987
また、螺旋状加工軌跡4の隣接する螺旋の間隔d(=d1 ,d2 ・・・dn )は、次式(3)によって算出される。ただし、cosθ=dz/dxdy、sは平均曲率半径R(=1/C)にて表される仮想レンズ表面の長さ、Aはレンズ外径、螺旋の本数等によって決まる係数である。なお、XY投影面100上での螺旋間隔d(=d1 ,d2 ・・・dn )の平均値dcは、1.0mm程度である。
Figure 0005026987
式(1)および式(2)より螺旋状加工軌跡4は、図5に示すように螺旋間隔dがレンズ中心部では広く、外周縁部に向かって連続的に減少する軌跡となる。なお、図5は理解し易くするために、実際の加工軌跡とは異なり螺旋の本数を少なくして平易に描いてある。
螺旋状加工軌跡4は、XY座標値のみであるが、螺旋状加工軌跡4のXY座標に対応する眼鏡レンズ1のZ座標をレンズ表面形状により算出してレンズ表面上での3次元座標を特定して加工点とする。
上記した通り、螺旋状加工軌跡4の螺旋間隔dは、XY投影面100上ではレンズ表面の勾配に比例しているが、レンズ表面上での螺旋間隔Pは等間隔になっている。したがって、切削加工後のレンズ面2の表面粗度は、全面にわたって略均一になる。このため、切削加工後に行う研磨工程においてレンズ面2の研磨を容易に行うことができる。なお、この螺旋状加工軌跡4はレンズの表面形状によって異なるため、前述の式(1)および式(2)において平均曲率Cの値を加工対象となるレンズ面の平均曲率の値に変更することにより、各レンズの表面形状に合った軌跡に補正される。
被加工レンズ面5を切削加工する場合は、切削工具が螺旋状加工軌跡4上の加工点K(図5)を順次通過して加工を行う。加工点Kは螺旋状加工軌跡4上に等間隔(例えば、間隔dr=0.2mm)に配置される。
被加工レンズ面5の切削加工は、切削工具をレンズ外周縁から図5に示す螺旋状加工軌跡4に沿って移動させ、レンズ中心部で終了する一方向の加工である。加工に際しては、XY投影面100上の螺旋間隔dが眼鏡レンズ1の外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加するように切削工具の螺旋と直交する水平方向の送りピッチを制御して加工する。
このようにXY投影面100上での螺旋間隔dを被加工レンズ面5の表面形状の平均曲率Cに基づいてレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加させると、被加工レンズ面5上での螺旋状加工軌跡4の螺旋間隔P(=P1 ,P2 ・・・Pn )は全て等間隔となり、この点で本発明は図13に示した従来の加工方法と異なるものである。
図7において、眼鏡レンズ製造システムは、発注端末21と、メインフレーム(眼鏡レンズ設計装置)22とを備え、これらを公衆通信回線23を介して接続している。発注端末21は、発注元としての眼鏡店20に配置されている。メインフレーム22は、眠鏡の製造メーカ側としての工場24に配置されている。そして、この工場24側において、メインフレーム22と工場サーバー26がLAN25を介して接続され、またこの工場サーバー26とレンズ面切削加工装置としてのカーブジェネレータ27の計算機端末28とがLAN29によって接続されている。
眼鏡店20の発注端末21は、眼鏡レンズを発注する際に必要となる各種のデータの入力を支援し表示する。この発注端末21の入力部は、少なくとも被検眼の処方値データ等を入力可能とする。発注端末21に入力された処方値データ等は、通信回線23を介して工場24のメインフレーム22に送信される。メインフレーム22は、処方値データ等を受信すると受注データとして保存する。
(加工データ演算)
また、メインフレーム22は、眼鏡レンズ設計プログラムや加工データ生成プログラム等を格納しており、発注端末21から処方値データ等を受信すると、当該処方値に適合するようにプログラムにしたがって眼鏡レンズの設計を行う。
設計プログラムは、取得した処方値データに基づいて各眼鏡レンズの設計データを作成する機能を有している。加工データ生成プログラムは、設計プログラムによって作成された設計データに基づいて、カーブジェネレータ27が実際のレンズ加工を行う際に必要となる加工データを生成する機能を有している。この加工データには、眼鏡レンズの表面設計データ、処方値データおよび加工ブランクスの種類等が含まれている。
メインフレーム22は、眼鏡レンズ設計プログラムおよび加工データ生成プログラムを実行することにより、カーブジェネレータ27の制御情報としての加工データを生成するとともに、生成した加工データを工場サーバー26に送信する。工場サーバー26は、受注データの受注番号とともに加工データを保存する。保存される各加工データは、識別のため受注データ毎に製造工場内でのみ使用される製造番号が与えられ、各加工データとの関連づけを行う。
カーブジェネレーター27は、LAN29を介して工場サーバー26から加工データを取得すると、この加工データに基づいて眼鏡レンズ1の被加工レンズ面3,5の切削加工を順次行う。被加工レンズ面3,5の加工順次は、どちらが先であってもよい。
第1の実施例では、計算機端末28が実行する工場サーバー26ヘの製造工程における情報のリクエストは、すべて製造番号情報を介して行われる。カーブジェネレータ27の計算機端末28は、未加工レンズに付されている製造指図書の製造番号情報、または製造番号情報を含むバーコードがスキャナ等の入力装置によって読み取られて入力されると、製造番号情報に対応する切削関連情報を作成するための加工データを工場サーバー26に要求する。要求にしたがって工場サーバー26は、加工データを計算機端末28の通信制御部30にLAN29を介して送信する。送信される加工データには、例えば眼鏡レンズの表面設計データ、処方値データ、眼鏡レンズの種類等が含まれる。また、この加工データは、3次元の座標値(x、y、z)が組み合わされた関数または数値の集合である。
計算機端末28は、通信制御部30と、演算処理部31と、切削工具を制御する制御部(制御手段)32とを有している。また、演算処理部31は、眼鏡レンズ1の各被加工レンズ面3,5の平均曲率C(C1,C2 )をそれぞれ算出する平均曲率算出部(手段)34と、各被加工レンズ面3,5の平均曲率Cに対応した螺旋状加工軌跡4をそれぞれ算出する螺旋状加工軌跡算出部(手段)35とを備え、通信制御部30、演算処理部31および制御部32をLAN36によって接続している。そして、演算処理部31は、受信した加工データから加工のためのデータの詳細を演算する。演算結果の内容は、眼鏡レンズの各被加工レンズ面3,5の平均曲率C、各被加工レンズ面3,5のX,Y投影面100上の螺旋状加工軌跡4、螺旋間隔p,d、およびこの螺旋状加工軌跡4(X.Y)に対応する3次元のレンズ表面形状データ(X、Y、Z)である。
図8に示すカーブジェネレータ27は、NC制御によって3軸制御するもので下軸Eと上軸Dとを備えている。
下軸Eは、眼鏡レンズ1が取付けられ、移動せずに軸回転する。一方、上軸Dは荒切削用の第1のバイトFが取付けられた第1の上軸部Gと、仕上げ切削用の第2のバイトHが取付けられた第2の上軸部Iとの2軸とを備え、固定された下軸Eに対して上軸DがX方向にスライドして第1と第2の上軸部G,Iを切り替える構造となっている。第1、第2のバイトF,Hの切削刃Bの材質としては、例えば焼結したダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドが用いられる。
眼鏡レンズ1の凹面からなる被加工レンズ面5を切削刃Bによって切削加工する場合は、計算機端末28がマトリックスで表された凹面の設計形状高さデータを計算機端末28の制御部32(図7)に転送する。さらに計算機端末28が凹面形状に対応する螺旋状加工軌跡4を前記した式(1)および式(2)から算出して制御部32に転送する。これにより、制御部32が上軸D、第1、第2の上軸部G,Iを制御し、バイトF,Hの切削刃Bが螺旋状加工軌跡4上の加工点Kに沿って移動することにより被加工レンズ面5を切削加工する。このようなカーブジェネレータ27の加工精度は3μm以内(レンズ径50mm)、最大表面粗さRmax は0.3〜0.5μm程度である。
この後、切削加工されたレンズ面2を研磨装置によって研磨し、所定の曲面からなる光学面に仕上げる。研磨装置としては、従来公知の装置、例えば特開2003−266287号公報の図1に開示されている研磨装置や、一般に市販されているLOH社製の汎用の研磨装置(TOROシリーズ)が用いられる。
凹面からなるレンズ面2の研磨加工が終了すると、引き続き凸面からなる被加工レンズ面3を同様にカーブジェネレータ27によって切削加工し、さらに研磨装置によって研磨して所定の光学面に仕上げる。
次に、眼鏡レンズの受注から納品までの流れを図7および図9を参照して説明する。
ステップS1:発注
まず、工場24のメインフレーム22は、眼鏡店20からの眼鏡レンズの製作依頼を受ける(受注)。眼鏡店20は、眼鏡レンズの発注に先立って顧客の被検眼の処理データ、レンズ種別、その他のレンズの設計に必要な眼鏡レンズの仕様情報を発注端末21に入力する。
ここで、仕様情報には眼鏡レンズの種類と特定情報が含まれる。また、処方データには、顧客の左右両眼の球面屈折力、円柱屈折力、乱視軸、加入度、瞳孔間距離、裸眼視力等が含まれる。そして、発注端末21は、入力された眼鏡レンズ情報、処方値を通信回線23を介してメインフレーム22にオンラインで送信し、眼鏡レンズの製作を依頼する。
ステップS2:レンズ凸面の表面形状データ算出
メインフレーム22は、眼鏡店20からの眼鏡レンズの製作依頼を受注すると、受信したデータよりカーブジェネレータ27で使用する加工データを演算し、工場サーバー26で保管、またはLAN29を通してカーブジェネレータ27に転送する。加工データは各加工装置、検査装置で使用する形式で出力され、少なくとも眼鏡レンズの凹、凸面形状データを含む。
ステップS3:レンズ凸面の平均曲率算出
次に、計算機端末28は、眼鏡レンズの凸面形状データの平均曲率半径R(RT )を求める。平均曲率半径RT は、眼鏡レンズの表面形状全体を球面形状で近似した場合、最も差異が小さくなる曲率半径である。実際には計算機などでレンズ形状値と近似球面との差異を最小2乗法にて算出し、差異が最も小さくなる曲率半径を平均曲率半径RT とする。そして、求めた平均曲率半径RT から平均曲率CT を求める。平均曲率CT は、平均曲率半径RT の逆数(=1/RT)である。
ステップS4:レンズ凸面の螺旋形状加工軌跡算出(XY投影面上)
次に、計算機端末28は、予め設定された隣接する螺旋の平均間隔dc(dcT )、連続する螺旋状加工軌跡4上の加工点間隔dr(drT )および算出した平均曲率CT を式(1)および式(2)に代入する。式(1)はX方向の加工点位置、式(2)はY方向の加工点位置である。ここで、予め設定された平均間隔dcT および加工点距離drT は、素材や形状によって異なるため実験的に求めて決定する。
ステップS5:凸面加工軌跡算出(3次元)
眼鏡レンズの表面形状データは、3次元データ(X,Y,Z)の関数で表示されている。この3次元データ(X,Y,Z)からなる表面形状データに螺旋状加工軌跡の2次元データ(X,Y)値を代入すると、対応するレンズ表面上の加工点Kが特定され、その各3次元加工点位置座標値(X,Y,Z)が確定する。そして、この各3次元加工点位置座標値(X,Y,Z)は、カーブジェネレータ27に送られる。
ステップS6:切削加工
次に、凸面を切削加工する。
カーブジェネレータ27は、切削工具が特定した3次元の加工点位置座標値(X,Y,Z)にしたがって上記ステップS4で算出した螺旋状加工軌跡4上を移動するように制御することで凸面3を切削加工し、所望の表面形状を創成する。
ステップS7:凸面研磨加工
次に、切削された凸面3の研磨加工を実施する。研磨加工する際には、カーブジェネレータ27によって眼鏡レンズの凸面3を所定の形状に切削加工した後、眼鏡レンズをカーブジェネレータ27から取り外して研磨装置に取付け、切削されたレンズ面を研磨する。
ステップS8:レンズ凹面の表面形状データ算出
凸面3の研磨が終了すると、眼鏡レンズを研磨装置から取り外し、再びカーブジェネレータ27の下軸E上に凹面2を上にして装着する。そして、メインフレーム22は受信したデータよりカーブジェネレータ27で使用する加工データを演算し、工場サーバー26で保管、またはLAN29を通じてカーブジェネレータ27に転送する。加工データは各加工装置、検査装置で使用する形式で出力され、少なくとも眼鏡レンズの凹面形状データを含む。
ステップS9:レンズ凹面の平均曲率算出
次に、計算機端末28は、眼鏡レンズの凹面形状データの平均曲率半径R(RO )を求める。凹面2の平均曲率半径RO は、眼鏡レンズ1の表面形状全体を球面形状で近似した場合、最も差異が小さくなる曲率半径である。実際にはコンピュータなどでレンズ形状値と近似球面との差異を最小2乗法にて算出し、差異が最も小さくなる曲率半径を平均曲率半径RO とする。そして、求めた平均曲率半径RO から平均曲率CO (=1/RO )を求める。
ステップS10:レンズ凹面の螺旋形状加工軌跡算出(XY投影面上)
次に、計算機端末28は、予め設定された隣接する螺旋の平均間隔dc(dcO )、および連続する螺旋状加工軌跡4上の加工点間隔dr(drO )と算出した平均曲率CO を式(1)および式(2)に代入する。式(1)はX方向の加工点位置を示す式、式(2)はY方向の加工点位置を示す式である。ここで、予め設定された平均間隔dcO および加工点距離drO は、素材や形状によって異なるため実験的に求めて決定する。
ステップS11:凹面加工軌跡算出(3次元)
次に、眼鏡レンズ1の凹面形状データは、3次元データ(X,Y,Z)の関数で表示されており、螺旋状加工軌跡4の2次元データ(X,Y)値を代入すれば対応する凹面2上の各加工点Kが特定され、その各3次元位置座標値(X,Y,Z)がカーブジェネレータ27に送られる。
ステップS12:切削加工
次に、眼鏡レンズ1の凹面2をカーブジェネレータ27によって切削加工する。
ステップS13:凹面研磨加工
凹面2の切削加工が終わると、次に切削された凹面2の研磨加工を実施する。凹面2の研磨加工には、凸面研磨に用いた研磨装置が用いられる。
ステップS14:次工程
研磨終了後は凸面3と凹面2の染色、表面処理、検査などを行い、検査に合格した眼鏡レンズ1が製品として依頼先の眼鏡店に出荷される。
上述したように本発明に係るレンズ面切削加工装置は、平均曲率算出部34によって被加工レンズ面5の平均曲率C(CT ,CO )を算出し、この平均曲率Cに対応した螺旋状加工軌跡4を螺旋状加工軌跡算出部35によって算出するようにしている。このため、螺旋状加工軌跡4は、被加工レンズ面5上での隣り合う螺旋間隔Pが等間隔となり、XY投影面100上での隣り合う螺旋間隔dがレンズ外周縁からレンズ中心に向かうにしたがって連続的に増加する加工軌跡となる。その結果、眼鏡レンズ1の中心部と周縁部の表面粗度が是正されてレンズ面全体を均一な表面粗度とすることができる。したがって、研磨時の中心部と外周縁部の研磨量が等しくなり、研磨時間を短縮することができる。また、研磨量が全面にわたって均一になれば、切削加工で得た表面形状と研磨後の表面形状との誤差が小さく、所望の表面形状に近い光学面を得ることができる。
従来技術(等間隔螺旋状加工軌跡)との比較
本実施例による加工方法によって切削加工されたレンズ面の表面粗度、バラツキおよび最大表面粗度(Rmax =0.13μm)は、図10に示される。この図からなり明らかなように、本実施例による加工方法によれば、レンズ面の表面粗度、バラツキおよび最大表面粗度(Rmax =0.13μm)を図14に示した従来の加工方法に比べて十分に小さくすることができることが判明した。なお、図10および図14の測定は螺旋状加工軌跡が異なる点を除いて、サンプルレンズの材料、外径、表面形状、切削加工装置、切削量、切削刃、研磨時間、研磨方法、研磨剤、研磨パッド、研磨ツール、研磨装置、研磨温度、研磨圧力、レンズ面の測定範囲は全て同一である。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
上記した第1の実施例に形態による切削加工方法では、眼鏡レンズ1の被加工レンズ面5(レンズ面3も同様)の表面形状のみによって平均曲率Cを算出し、この平均曲率Cに対応した螺旋状加工軌跡4を算出することにより、被加工レンズ面5上での螺旋間隔Pを一定とし、XY投影面100上での螺旋間隔dをレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加させ、これによりレンズ表面の表面粗度が均一になるようにした例について説明した。
しかしながら、研磨装置の研磨除去量特性は、必ずしもレンズ表面の各部で一定ではなく、通常は図11にように除去量が中心部で最大で、周縁部では最小となる切頭形のガウス分布51を呈する。このため、このような研磨除去量特性の研磨装置を用いてレンズ表面を研磨した場合、まず研磨初期段階で中心部の研磨が完了する。しかしながら、周縁部の研磨量が十分でないため継続して研磨を行うことになる。すると、この間においてもレンズ中心部はさらに研磨され続けるため中心部の研磨除去量が大きくなる。このため、周縁部が研磨されてレンズ全面の研磨が終了すると、中心部が過剰に研磨されるため、表面形状が所望の表面形状とは異なってしまう。また、中心部を必要以上に研磨するため研磨に要する時間も長くなる。それ故、切削加工後の研磨を考慮すると、レンズ面2の表面粗さを全面にわたって均一にするよりも研磨除去量特性に対応した表面粗さにすることが好ましい。
そこで、第2の実施例では、予め研磨装置の研磨除去量特性に対応した螺旋加工軌跡53(図12参照)を算出して切削加工するようにしている。具体的には、後工程で用いられる研磨装置の研磨除去量特性が図11に示す切頭形のガウス分布51を呈する場合、被加工レンズ面の表面形状と、前記研磨除去量特性の両方に基づいて被加工レンズ面の平均曲率を算出する。そして、この平均曲率に対応した螺旋状加工軌跡53を算出し、この螺旋状加工軌跡53に基づいて切削工具を制御し被加工レンズ面を切削加工する。
この場合、前記螺旋状加工軌跡53の被加工レンズ面上での螺旋間隔Pは、図12に示すように上記した第1の実施例による加工方法とは異なり一定ではなく、レンズ中心部において最大で、周縁部で最小となる。したがって、切削加工後の表面粗度も均一ではなく、中心部において表面粗度が最も粗く、外周縁部では表面粗度が最も小さい。このため、研磨除去量は、中心部において最大となり、外周縁部では最小となる。その結果、前述した研磨除去量特性の研磨装置を用いて研磨すると、レンズ面の各部を同時に研磨し、同時に研磨完了とすることができる。
一般に、切削加工は切削工具や加工装置などの条件が同一であれば、加工時間と表面粗度は反比例する。したがって、レンズ中心部の表面粗度を大きくすることで、切削加工に係る時間が短くなる。研磨時間は変化しないため、切削加工および研磨加工に係る総加工時間を短縮することができ、製造に係るコストを圧縮し、納期を短縮することができる。
さらに、研磨除去量特性を考慮した加工方法の概略について説明する。ただし、前記第1の実施例と重複する部分があるため、研磨除去量特性による螺旋状加工軌跡53の算出方法についてのみとし、重複部分は説明を省略する。
本実施例でも前記式(1)および式(2)を用いて螺旋状加工軌跡53を算出する。研磨除去量特性は研磨方法、研磨剤、研磨圧力、研磨パッド、レンズ素材等によって異なるため予め実験的に測定しておく。
先ず、螺旋状加工軌跡53の算出のため最初に研磨除去量特性の曲線の平均曲率半径RX (図11)を算出する。図11に示すガウス分布51の特性の場合、例えばRX =500000mm程度となり、曲率(C’)に換算すると0.001192カーブ程度となる。一方、所望のレンズ表面形状の曲率(C)は5Dとする。ここで研磨除去量特性値の平均曲率C’=0.001192カーブと、所望のレンズ表面形状の曲率C=5Dとを加算して仮想曲面の曲率(C+C’)を求めると、5.001192Dとなる。図12において、被加工レンズ面5が凹面の場合は、符号52が緩やかな凸状の仮想曲面を示し、凸面の場合は符号54が被加工レンズ面3の仮想曲面を示す。このような仮想曲面52,54は、実際の被加工レンズ面5の曲率半径より大きな曲率半径となり、見かけ上レンズ厚を増大させる。このため、螺旋間隔(d)も変化し、レンズ中心部に向かうにしたがって一層広くなる。
そして、加算して得た仮想曲面52の曲率C+C’(5.001192D)を式(2)、式(3)中のCと置換すると、次式(4),(5)となり、これらの式からXY投影面100上での螺旋状加工軌跡53の座標値X’,Y’を算出する。
Figure 0005026987
Figure 0005026987
式(4),(5)によって算出された螺旋形状が研磨除去量特性を考慮した螺旋状加工軌跡53である。図12から明らかなように、この螺旋状加工軌跡53は、螺旋間隔が被加工レンズ面54上において外周縁部では狭く、中心部に向かうにしたがって連続的に増加する軌跡となっている。このため、研磨除去量は、中心部において最大となり、外周縁部では最小となる。因みに、研磨除去量の最大値は、1〜20μmの範囲であり、好ましくは5〜15μmである。なお、図11では、研磨除去量の最大値を4.7μmとしている。
このような第2の実施例による切削加工方法によると、研磨除去量特性が図11に示す切頭形のガウス分布51を呈し、研磨除去量が中心部において最大で、周縁部において最小となる研磨装置によって研磨した場合、周縁部の表面粗度が小さいために被加工レンズ面54を容易に研磨することができる。それ故、全体の研磨量が均一で少なく、研磨時間を短縮することができる。さらに、被加工レンズ面54の研磨除去量を小さくすることができるため切削加工後の表面形状を維持でき、研磨による形状誤差を小さくすることができる。
上記した第1、第2の実施例においては、いずれも累進多焦点レンズに適用した例を示したが、本発明はこれに何ら特定されるものではなく、一般の球面レンズからなる眼鏡レンズにも適用することが可能であることはいうまでもない。その場合は、平均曲率を曲率に置き換えればよい。
また、上記した第1、第2の実施例は、いずれもレンズ外周縁から中心に向かって螺旋状に切削加工するようにしたが、本発明はこれに限らず被光学面2,3の曲率半径によっては中心からレンズ外周縁に向かって螺旋状に切削加工してもよい。

Claims (7)

  1. 眼鏡レンズの被加工レンズ面の平均曲率を算出する平均曲率算出手段と、
    前記平均曲率に対応し、螺旋間隔がXY投影面上でレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加する螺旋状加工軌跡を算出する螺旋状加工軌跡算出手段と、
    前記被加工レンズ面を螺旋状に切削加工する切削手段と、
    前記切削手段が前記被加工レンズ面を前記螺旋状加工軌跡に沿って切削するように前記切削手段を制御する制御手段と
    を備え
    前記螺旋状加工軌跡算出手段は、前記螺旋状加工軌跡を算出するにあたってXY投影面上での螺旋状加工軌跡の各螺旋間隔dを次式
    Figure 0005026987
    ただし、cosθ=dz/dxdy、sは平均曲率半径Rにて表される仮想レンズ表面の長さ、Aはレンズ外径、螺旋の本数等によって決まる係数
    によって算出するものであることを特徴とする眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置。
  2. 前記切削手段は、被加工レンズ面の外周縁から中心に向かって螺旋状に切削加工することを特徴とする請求項1記載の眼鏡レンズのレンズ面切削加工装置。
  3. 螺旋間隔がXY投影面上でレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加する螺旋状加工軌跡を算出する工程と、
    眼鏡レンズの被加工レンズ面を切削手段によって螺旋状に切削加工する工程と
    前記被加工レンズ面の表面形状から平均曲率を算出する工程とを備え、
    前記被加工レンズ面の表面形状から平均曲率を算出する工程は、前記平均曲率に対応して前記螺旋状加工軌跡を算出する工程を備え、
    前記螺旋状加工軌跡を算出する工程は、XY投影面上での螺旋状加工軌跡の各螺旋間隔dを次式
    Figure 0005026987
    ただし、cosθ=dz/dxdy、sは平均曲率半径Rにて表される仮想レンズ表面の長さ、Aはレンズ外径、螺旋の本数等によって決まる係数
    によって算出する工程を備えていることを特徴とする眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法。
  4. 前記被加工レンズ面を切削加工する工程は、被加工レンズ面の外周縁から中心に向かって螺旋状に切削加工する工程を備えていることを特徴とする請求項3記載の眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法。
  5. 前記螺旋状加工軌跡を算出する工程は、前記被加工レンズ面の平均曲率をC、螺旋状加工軌跡上の連続する加工点間隔をdr、螺旋状加工軌跡のXY投影面上での各螺旋間隔dの平均間隔をdc、nを整数とすると、XY投影面上での螺旋状加工軌跡の座標値X、Yは、次式
    Figure 0005026987
    Figure 0005026987
    によって算出する工程を備えていることを特徴とする請求項3記載の眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法。
  6. 螺旋間隔がXY投影面上でレンズ外周縁から中心に向かうにしたがって連続的に増加する螺旋状加工軌跡を算出する工程と
    眼鏡レンズの被加工レンズ面を切削手段によって螺旋状に切削加工する工程と、
    眼鏡レンズの被加工レンズ面の表面形状と、研磨による除去量を示す研磨除去量特性の両方に基づいて前記被加工レンズ面の平均曲率を算出する工程とを備え、
    前記前加工レンズ面の平均曲率を算出する工程は、前記平均曲率に対応して前記螺旋状加工軌跡を算出する工程を備え
    前記螺旋状加工軌跡を算出する工程は、前記螺旋状加工軌跡上の連続する加工点間隔をdr、螺旋状加工軌跡の各螺旋間隔dの平均間隔をdc、nを整数とし、研磨除去特性をXY投影面上での曲率C’に変換し、この曲率C’と前記平均曲率とを加算した仮想曲面の曲率(C+C’)を求め、前記XY投影面上での螺旋状加工軌跡座標値X’,Y’を次式
    Figure 0005026987
    Figure 0005026987
    によって算出する工程を備えていることを特徴とする眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法。
  7. 請求項3または請求項6記載の眼鏡レンズのレンズ面切削加工方法によってレンズ面が形成されていることを特徴とする眼鏡レンズ。
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