JPH0482602A - プラスチックレンズの切削方法及び切削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、眼鏡や光学機器に使用されるプラスチック
レンズのレンズ面を切削するのに好適なプラッスチック
レンズの切削方法及び切削装置に関する。

（従来の技術およびその解決すべき課題）眼鏡や光学機
器に使用されるプラスチックレンズのレンズ面を所望の
球面ないしは非球面に仕上げるには、従来、プラスチッ
ク素材を、先ず、研削盤で組方の凸面ないしは凹面を形
成させた後、粗磨き、中磨き、仕上げ磨きの順に研磨を
重ね、次いで、仕上げた光学部品にコーティングを施す
のか一般的である。

このような従来の加ニジステムでは、多くの複雑な工程
を経る必要があり、高度の熟練した技術を必要とする上
に、加工に時間が掛かるという問題がある。しかも、眼
鏡レンズを磨く場合、近視用、遠視用、乱視用等、度数
の異なる多数の種類のレンズに対処するためには、数１
０００種類もの研磨用の型を準備する必要があり、これ
らの型を収納しておく広いスペースが必要である上に、
加工時に磨き剤が周囲に飛び散り職場環境か好ましくな
い等の問題がある。さらに、型の準備等の段取り時間を
考えると、生産効率上、ある程度の纏まった量のレンズ
を一時に加工しているが、流通在庫や生産仕掛量が増え
るという問題もある。

そこで、多（の工程を要する研磨工程を省略して超精密
旋盤により素材を切削加工のみで所要の形状に仕上げる
ことが要請されている。しかしながら、第９図に示すよ
うに、従来知られている曲面切削方法では次のような問
題がある。

第９図に示す従来の切削方法では、ワーク、例えば、プ
ラスチックレンズの素材ａを、主軸に取付けられたチャ
ック（いずれも図示せず）に、主軸中心ＳＣＬと切削さ
れた素材ａの光軸とが一致するように保持させ、これを
主軸中心ＳＣＬに回転させ、ダイヤモンドバイトｂをＸ
軸方向およびＺ軸方向に移動させて所要のレンズ面Ｃを
形成させている。この場合、バイトｂは、主軸中心ｓｃ
Ｌに対してこれに直交する方向（Ｘ軸方向）およびこれ
と同じ方向（Ｚ軸方向）に移動することになる。

この従来の切削方法では、バイトｂを、素材ａの外周か
ら中心ＳＣＬに向かってＸ軸方向に送ると共に、Ｚ軸方
向に送り、Ｘ−Ｚ軸平面の円弧上を移動させることによ
り回転軸対称の球面レンズを得ることができる。しかし
ながら、レンズａの中心ＬＣ近傍で切削速度が０になる
也いう問題があり、この中心ＬＣに、いわゆる「へそ」
とよばれる未加工部分が生じ易く、中心ＬＣ近傍の加工
精度を上げることが難しい。

本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、研磨工程を必要とせず、超精密に、かつ、短時
間に、レンズ面を簡単に加工できるプラッスチックレン
ズの切削方法及び切削装置を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 本発明のプラッスチックレンズの切削方法は、主軸を、
互いに直交するＸ軸方向およびＺ軸方向に対してそれぞ
れ傾斜させ、切削されたワークの光軸と主軸の中心線の
なす角度を３０°以上として、かつ、好ましくは、ワー
クの被切削面の内、少なくとも製品になる部分がＸ軸ま
たはＺ軸と交差しないようにして、ワークを前記主軸中
心軸回りに回転させ、結晶構造が単結晶である材料から
なる切削工具をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させて前
記被切削面を所要の曲面に切削することを特徴とする。

前記切削工具を、円弧補間法によりＸ−Ｚ軸平面上の円
弧上を移動させて前記被切削面を切削し、前記円弧の補
間半径の中心を前記主軸の中心線上に一致させるとき、
前記光軸に対して回転対称の球面レンズを、前記円弧の
補間半径の中心を前記主軸の中心線上に一致させないと
き、前記光軸に対して回転非対称の非球面レンズをそれ
ぞれ得ることができる。

また、本発明によれば、結晶構造が単結晶である材料か
らなる切削工具を保持し、ワークに対し、互いに直交す
るＸ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ相対移動可能な刃
物台と、前記Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対してそれぞれ
傾斜する中心線回りに回転する主軸と、該主軸に取付け
られ、切削されたワークの光軸と主軸の中心線のなす角
度を３０゜以上とし、かつ、ワークの被切削面の内、少
なくとも製品になる部分がＸ軸またはＺ軸と交差しない
位置にワークを支持するワーク支持手段と、前記切削工
具を保持した刃物台を、ワークに対して相対移動させる
駆動手段とを備え、前記主軸を回転させ、最終仕上げ切
削時に、前記刃物台を、Ｘ軸およびＺ軸の各軸一方向の
みに、前記被切削面に形成すべき所要の曲面に対応して
相対移動させることを特徴とするプラッスチックレンズ
の切削装置が提供される。

（作用） 切削されたワークの光軸と主軸の中心線のなす角度を３
０°以上としてワークを主軸中心線の回りに回転させる
と、ワークの被切削面は主軸中心線から離間した位置に
配置されることになり、被切削面における切削速度が０
になる部位がなく、所謂「へそ」が生じることがない。

好ましくは、ワークの被切削面の内、少なくとも製品に
なる部分がＸ軸またはＺ軸と交差しないようにしてワー
クを主軸中心軸回りに回転させて、被切削面であるレン
ズ面を切削すると、仕上げ切削時に被切削面に沿ってＸ
軸ないしはＺ軸の各軸一方向のみに切削工具を送ればよ
いことになって、切削工具の送り装置に生じるバックラ
ッシュの問題を回避することができる。

結晶構造が単結晶である材料からなる切削工具、好適に
は単結晶ダイヤモンド工具は、刃先か球面形状をなして
おり、仕上げ切削として要求される高い切削精度および
表面粗さを確保する。そして、切削されたワークの光軸
と主軸の中心線のなす角度を３０°以上として、ワーク
を主軸中心線の回りに回転させると、切削されるワーク
は取付は場所による回転半径の差が小さく、ダイヤモン
ド工具との間で生じる切削速度の変化率が小さいことと
なり、上述した単結晶構造の切削工具を使用することと
相俟って、レンズ面の切削に必要とされる表面粗さ０．
５μｍ以下の精度での加工が可能となる。

切削されたワークの光軸と主軸の中心線のなす角度が３
０°以下の場合には、被切削面内の切削速度の変化率が
大となり、場所によっては切削速度が過大となるため切
削工具の寿命が低下する。

この切削方法は、円弧補間切削法により切削工具を補間
半径ＲでＸ、Ｚ軸の円弧上を移動させる場合、切削され
たワークの光軸か主軸の中心線と交わる位置を、上述の
補間半径Ｒの中心と一致させることにより、光軸に対す
る回転対称の球面か得られ、一致させない場合には回転
非対称の非球面か得られることになり、これらの球面お
よび非球面を切削する場合に好適である。

（実施例） 以下本発明のプラッスチックレンズの切削方法及び切削
装置の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

プラスチックレンズの加工は、第１図に示すような手順
により行われる。先ず、８０ｍｍ丸、厚み１０ｍｍのレ
ンズ素材が準備される。このレンズ素材は、眼鏡レンズ
に好適な合成樹脂からなり、材質としては特に限定され
ない。

次に、ＮＣ旋盤により粗切削が行われ、レンズ素材の両
面が所要の削り代を残して曲面に切削される。この粗切
削工程は、特に高い切削精度を要求されないので、従来
公知のＮＣ旋盤で加工してもよいし、本発明方法が適用
される旋盤を使用してもよい。

粗切削工程が終わると本発明方法による超精密切削加工
が実行される。この仕上げ切削工程は、その詳細は後述
するか、レンズの各面を超精密旋盤でそれぞれ２回のバ
イトの送り加工で仕上げ加工を終わらせるものであり、
従来の仕上げ研磨工程で得られたと同程度の表面粗さの
加工が可能である。

仕上げ切削加工が終わると、従来と同様にコーティング
工程でレンズ面にコーティングが行われて製品となる。

次に、本発明方法による超精密切削加工および超精密旋
盤の説明を行う。

第２図は、本発明方法が適用される超精密旋盤の主要構
成を示す概略図であり、主軸４を回転自在に軸支する主
軸台２、図示しない刃物台を移動させる移動装置１０、
主軸４に取付けられワークＷを支持するチャック（ワー
ク支持手段）１４、図示しないＣＮＣ制御装置等から構
成される。

移動装置１０のＺ軸テーブル６は、図示しないベツドに
装架され、図示しないＺ軸モータによりＸ軸方向のみに
移動可能であり、これも図示しない制御装置により送り
速度、送り量等が制御される。このＺ軸テーブル６には
Ｘ軸テーブル８が載置され、Ｘ軸テーブル８は、図示し
ないＸ軸モータによりＺ軸テーブル６の上でＺ軸に直交
するＸ軸方向のみに移動可能である。このＸ軸テーブル
８も制御装置により送り速度、送り量等が制御される。

移動装置ｌＯのＸ軸テーブル８には刃物台（図示せず）
がこれに固定されて載置されている。

刃物台には、詳細は後述する切削工具のダイアモンドバ
イト１２がバイトホルダ１３に把持されて取付けられて
いる。

主軸４は、主軸モータ４ａにより回転駆動される。そし
て、その中心線ＳＣＬはＸ軸およびＺ軸に対していずれ
にも傾斜して配置されており、Ｚ軸に対する傾斜角α（
第４図）は、後述する理由で好ましくは４５度に設定さ
れる。なお、移動装置１０を前述したベツド上で回転す
るテーブルに載置し、主軸中心ＳＣＬとＺ軸とがなす角
度αを任意に設定できるようにしてもよい。

主軸４に取付けられるチャック１４は、第２図および第
３図に示すように、刃物台側が開口するコツプ状をなし
、底壁が主軸４の端面にボルト等により固定して取付け
られる。そしてチャック１４の周壁には丸穴１４ａが開
口しており、この穴１４ａにホルダ（支持手段）１５が
嵌装されてボルト、チャック等により固定されている。

チャック１４に取付けられたホルダ１５は、主軸中心Ｓ
ＣＬ側にワークＷを取付ける所定の曲率の球面１５ａを
有しており、球面１５ａの中心を通る法線、すなわち仕
上後のワークＷの光軸が主軸中心ＳＣＬに直交するよう
にチャック１４に取付けられる。−面が上述した所定の
球面に仕上げられたワークＷが接着剤により接着されて
ホルダ１５に取付けられる。

バイトホルダ１３に取付けられるバイト１２としては、
結晶構造が単結晶である材料、例えばダイヤモンドから
なるバイトが使用される。このようなバイトは、刃先の
Ｒ精度が高く、高い形状精度の切削が可能となる。

図示しないＣＮＣ制御装置は、詳細は後述するように、
円弧補間切削法による補間半径Ｒ１その中心位置座標、
切削開始位置座標等の切削条件をインプットとすると、
主軸４の回転速度、Ｘ軸テーブル８．　　Ｚ軸テーブル
６の各送り速度等を自動制御するものである。

次に、上述のように構成される切削装置の作用と共に、
本発明の切削方法を説明する。

先ず、ワークＷがホルダ１５に取り付けられる。

このワークＷは、前工程で凸面及び凹面がそれぞれ所要
の削り代を残して粗切削加工が施されており、これらの
図に示す実施例の場合には、ワークＷの凸面がホルダ１
５の球面１５ａに接着剤により接着固定されている。そ
して、ワークＷを取り付けたホルダ１５をチャック１４
に螺着固定する。

このとき、第３図および第４図に示すように、ワークＷ
は、その切削されたときの光軸ＬＡが主軸４の中心線Ｓ
ＣＬと直交するようにチャック１４に取付けられている
。すなわち、切削されたときの光軸ＬＡと主軸４の中心
線ＳＣＬとがなす交差角βが９０°である（第４図参照
）。このため、ワークＷは中心線ＳＣＬから離間してお
り、ワークＷの切削面におけるどの部分においても切削
速度は０でなく、ワーク切削面内の切削速度の変化率を
小さく抑えることができ、切削面内のどの部分において
も切削精度を確保するに必要な切削速度でワークＷを回
転させることができる。このとき、ワークＷは、ワーク
切削面１５ａの中心が、中心線ＳＣＬ回りに半径ＲＡで
回転されることになる。

そして、バイト１２が、従来公知の円弧補間切削法によ
り、Ｘ−Ｚ軸平面の円弧上に沿ってＸ軸およびＺ軸方向
に送られる。すなわち、補間半径ＲＢ、その中心位置座
標、切削開始位置を前述したＣＮＣ制御装置にインプッ
トすると、円弧補間演算が実行され、パイ）１２の円弧
上の各位置座標におけるＸ軸およびＺ軸の各送り量が順
次求められる。そして、求めた送り量に応じて、Ｘ軸テ
ーブル８およびＺ軸テーブル６の各軸モータを駆動して
、設定したＸ−Ｚ軸平面の円弧に沿ってバイト１２が送
られていくことになる。

このときの補間半径ＲＢの中心位置により種々のレンズ
が得られる。第５図ないし第７図は上述の半径ＲＡおよ
びＲａの関係を示し、これらの半径の中心を一致させる
と（ＲＡ　＝ＲＢ　）　、光軸に対し回転対称の球面レ
ンズが得られ、一致させない場合には（ＲＡ≠ＲＢ）、
回転非対称の非球面レンズが得られることになる。また
、第８図に示すように、ワークＷの凹面の補間半径Ｒ１
の中心位置を、凸面の補間半径Ｒ０の中心位置を通る中
心線からずらせると、遠近両用眼鏡レンズが得られるこ
とになる。

そして、第１図あるいは第４図に示すように、ワークＷ
は、その被切削面の内、少なくとも製品になる部分かＸ
軸（Ｚ＝０）あるいはＺ軸（Ｘ＝０）と交差しないよう
にしてチャック１４に取り付けられる。製品にならない
部分がＸ軸あるいはＺ軸と交差しても、その部分は削り
落とされるので、その部分の切削精度が悪くても一向に
構わない。プラスチックレンズのように、被切削面か曲
面である場合、その曲面のＸ−Ｚ軸平面上の曲線が、Ｘ
軸あるいはＺ軸座標に関し、単調に増加または減少して
いることが必要である。座標値が単調に増加または減少
することにより、刃物台をＸ軸およびＺ軸の各軸一方向
のみに（一定方向に）移動させることができる。この結
果、この種の旋盤装置には避けることができないバック
ラッシュに起因する、切削精度への悪影響を排除するこ
とが出来る。

これに対し、第４図に仮想線で示すワークＷ′は、その
被切削面がＸ軸と交差するように配置されているので、
ワークＷ′のレンズ面がＸ軸と交差する位置（Ｚ＝０の
位置）を境に刃物台をＸ軸に関し逆方向に送る必要があ
り、この時点でバックラッシュの悪影響が生じることに
なる。また、第４図に仮想線で示すワークＷ”の取り付
は位置（この場合には、被切削面がＺ軸と交差する）で
は、レンズ面がＺ軸と交差する位置（Ｘ＝０の位置）を
境に刃物台をＺ軸に関し逆方向に送る必要があり、この
時点でバックラッシュの悪影響が生じることになる。

レンズ面の切削の場合、ワークＷは、軸モータによるＸ
軸およびＺ軸の各方向に略同じ送り量になる位置に取り
付けるのがよく、このため、主軸４がＸ軸方向およびＺ
軸方向にそれぞれ４５度傾斜することがのぞましい。こ
の場合、実質的に４５度傾斜しておればよく、傾斜角度
か数度の範囲で４５度からずれていても一向に構わない
。このようにすれば、切削速度の変化率が最小になり、
又、ワークの回転半径の最小値が大きくなるからバイト
ホルダ１３の太さ（回り性）か最大なものを選択するこ
とができる。

上述のようにワークＷの取り付けか終わると、バイト１
２を切削直前位置に移動させ、主軸４の回転を開始させ
る。このときの主軸４の回転速度は、ワークＷの材質に
もよるが、プラスチックレンズをダイアモンドバイトで
切削し、妥当な加工時間（例えば、一つのレンズ面を切
削するのに、１分ないし５分）内に、所要の表面粗さ（
例えば、０．５μｍ以下）を得る場合には、切削速度が
２ＱＯｍ／ｍｉｎ以上、１５００ｍ／ｍｉｎ以下となる
ように設定するのが望ましい。

切削速度が２００ｍ／ｍｉｎ以下の場合には、加工時間
が長くかかる。１５００ｍ／ｍｉｎ以上となると切削表
面が荒れたり、ダイヤモンドバイトの寿命が短くなる。

次いで、制御装置は前述したＸ軸モータおよびＺ軸モー
タに駆動制御信号を出力して上述したＸ−Ｚ軸平面の補
間円弧上に沿って、演算した送り速度によりバイト１２
を送っていく。このとき、使用するバイト１２の刃先が
単結晶構造のダイアモンドであるため、刃先Ｒ精度が高
く、バイト１２の送り速度を２０〜１００μｍ／ｒｅｖ
、に設定することと相俟って、上述した所要の表面粗さ
が得られる。そして、通常２回の送りで被切削面の仕上
げ加工を終了することができる。

このようにして、−のレンズ面の切削が終わると同様に
して他のレンズ面も切削される。

なお、上述の実施例ではワークＷに対して刃物台をＸ軸
およびＸ軸方向に移動させたか、刃物台は固定しておき
、あるいは例えば、Ｘ軸方向のみに移動可能であり、こ
れに対して、主軸を回転と同時にＸ軸およびＸ軸方向に
移動させてもよいし、主軸を回転と同時にＸ軸方向にの
み移動させるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明のプラッスチックレンズの切
削方法に依れば、主軸を、互いに直交するＸ軸方向およ
びＸ軸方向に対してそれぞれ傾斜させ、切削されたワー
クの光軸と主軸の中心線のなす角度を３０°以上として
、かつ、好ましくは、ワークの被切削面の内、少なくと
も製品になる部分がＸ軸またはＺ軸と交差しないように
して、ワークを前記主軸中心軸回りに回転させ、結晶構
造が単結晶である材料からなる切削工具をＸ軸方向およ
びＸ軸方向に移動させて前記被切削面を所要の曲面に切
削するようにしたので、従来のように研磨工程を必要と
せず、超精密に、かつ、短時間に、レンズ面を簡単に加
工することができ、しか４゜ も、本発明方法を適用した切削装置は、駆動手段により
刃物台をワークに対して、被切削面に形成すべき所要の
曲面に対応して相対移動させるようにしたので、複雑な
レンズ面の曲面形状を、例えば円弧補間法により補間半
径やその中心位置をインプットするだけで刃物台を相対
移動させることが可能であり、従来の研磨作業によるレ
ンズ面の加工では数１０００種類もの研磨用型を必要と
したのに対して、これらの型を必要とせず、レンズ生産
の自動化および所謂ＦＭＳ化が容易であり、流通在庫量
や生産仕掛量を減少させることができる等の優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の切削方法により光学レンズを加工す
る場合の工程を示すフローチャート、第２図は本発明方
法が適用された旋盤装置の主要構成を示すブロック図、
第３図はワークＷが取り付けられるホルダ１５およびチ
ャック１４の詳細を示す要部拡大断面図、第４図はワー
クＷの、Ｘ。 Ｚ軸および主軸中心線ＳＬＣに対する取付位置の関係を
示す図、第５図はワークであるレンズの平面図、第６図
は、第５図のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図、第７図は、第
５図の■−■線に沿う断面図、第８図は遠近両用眼鏡レ
ンズの断面図、第９図は従来のレンズ面の切削方法を示
し、主軸中心ＳＣＬ、刃物台の移動方向であるＸ軸およ
びＺ軸等の関係を示す図である。 ２・・・主軸台、４・・・主軸、６・・・Ｚ軸テーブル
、８・・・Ｘ軸テーブル、１０・・・移動装置、１２・
・・バイト、１２ａ・・・単結晶ダイアモンドバイト、
１４・・・チャック、１５・・・ホルダ、ＬＡ・・・光
軸、ＳＣＬ・・・主軸中心、Ｗ・・・ワーク。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸を、互いに直交するＸ軸方向およびＺ軸方向
   に対してそれぞれ傾斜させ、切削されたワークの光軸と
   主軸の中心線のなす角度を３０゜以上として、ワークを
   前記主軸中心軸回りに回転させ、結晶構造が単結晶であ
   る材料からなる切削工具をＸ軸方向およびＺ軸方向に移
   動させて前記被切削面を所要の曲面に切削することを特
   徴とするプラッスチックレンズの切削方法。
2. （２）ワークの被切削面の内、少なくとも製品になる部
   分がＸ軸またはＺ軸と交差しないようにしてワークを回
   転させことを特徴とする、請求項１記載のプラッスチッ
   クレンズの切削方法。
3. （３）前記切削工具を、円弧補間法によりＸ−Ｚ軸平面
   上の円弧上を移動させて前記被切削面を切削し、前記円
   弧の補間半径の中心を前記主軸の中心線上に一致させる
   とき、前記光軸に対して回転対称の球面レンズを、前記
   円弧の補間半径の中心を前記主軸の中心線上に一致させ
   ないとき、前記光軸に対して回転非対称の非球面レンズ
   をそれぞれ得ることを特徴とする請求項１または２に記
   載のプラッスチックレンズの切削方法。
4. （４）前記主軸を、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対してそ
   れぞれ実質的に４５度傾斜させることを特徴とする請求
   項１ないし３のいずれか一つに記載のプラッスチックレ
   ンズの切削方法。
5. （５）前記切削工具はＸ軸方向およびＺ軸方向にそれぞ
   れ移動可能な刃物台に保持され、最終仕上げ切削時に、
   この刃物台をワークに対し、Ｘ軸およびＺ軸の各軸一方
   向のみに相対移動させて前記被切削面を切削することを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプ
   ラッスチックレンズの切削方法。
6. （６）結晶構造が単結晶である材料からなる切削工具を
   保持し、ワークに対し、互いに直交するＸ軸方向および
   Ｚ軸方向にそれぞれ相対移動可能な刃物台と、前記Ｘ軸
   方向およびＺ軸方向に対してそれぞれ傾斜する中心線回
   りに回転する主軸と、該主軸に取付けられ、切削された
   ワークの光軸と主軸の中心線のなす角度を３０゜以上と
   し、かつ、ワークの被切削面の内、少なくとも製品にな
   る部分がＸ軸またはＺ軸と交差しない位置にワークを支
   持するワーク支持手段と、前記切削工具を保持した刃物
   台を、ワークに対して相対移動させる駆動手段とを備え
   、前記主軸を回転させ、最終仕上げ切削時に、前記刃物
   台を、Ｘ軸およびＺ軸の各軸一方向のみに、前記被切削
   面に形成すべき所要の曲面に対応して相対移動させるこ
   とを特徴とするプラッスチックレンズの切削装置。