JPH0493142A - プラスチックレンズの切削加工方法 - 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〕 本発明は、プラスチックレンズの鏡面切削におけるチャ
ック時の変形を防止する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の方法は、特開昭６０−１６１００４号公報記載の
ようにプラスチックレンズの光学面の外側に複数個の穴
・溝やフランジ部を設け、保持具に取り付けた時のフラ
ンジ部の変形をプラスチックレンズの光学面に及ばない
ようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、プラスチックレンズの光学面の外側に
設けた複数個の穴・溝によりプラスチックレンズ部の支
持剛性が低下し、加工時にプラスチックレンズ部に振動
が発生しやすく、レンズ面の加工面性状の劣化が発生し
やすいという問題があった。

また、複雑なプラスチックレンズ素材の加工や、レンズ
面の加工後にフランジ部を切断するなど、加工工程が複
雑になり、加工時間が多くなるという問題もあった。

本発明は、プラスチックレンズを変形させずに保持具に
固定することを目的としており、高精度なプラスチック
レンズを加工する方法を提供することを目的としている
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、プラスチックレンズ素材が
保持具に当接する部分の径方向の傾斜を測定し、この結
果に基づき保持具をプラスチックレンズ素材に合わせて
加工するものである。

〔作用〕

プラスチックレンズ素材を保持具に固定する際保持具よ
りプラスチック素材の方が変形しやすく、両者の接合面
を合わせた時プラスチック素材は、弾性変形する。この
弾性変形は、加工後に保持具からプラスチックレンズを
取りはずすと、弾性回復し、形状精度を劣化させる。こ
れを防止するためには、プラスチック素材を変形させず
に保持具に固定することが必要である。

そこで、プラスチック素材が保持具に当接する部分の直
径方向の真直度を測定し、これと同じ形状に保持具の当
接面を加工し、プラスチックレンズ素材と保持具当接面
の密着性を向上させることにより、プラスチック素材を
保持具に取り付けた時のプラスチック素材の弾性変形を
防止し、加工後にプラスチックレンズを保持具から取り
はずした時に弾性回復によるプラスチックレンズの形状
精度の劣化を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第３
図は、プラスチックレンズの切削装置の外観を示したも
のである。ベース上に工作物２を支持し、かつ回転駆動
可能な主軸４が固定されている。さらにこの主軸４の回
転軸心と直角方向（工具送り方向）にのみ摺動、位置決
め可能なテーブル７と、このテーブルの上には主軸４の
回転軸心と平行方向（切込み方向）に摺動、位置決め可
能な刃物台６が積載されている。さらに刃物台６の上に
はバイト１を回転可能な回転テーブル５が積載されてい
る。

この切削装置の動作は、保持具３を介して主軸４に固定
された工作物２を回転せしめた状態で、テーブル７、刃
物台６、回転テーブル５を３軸ＮＣ制御により駆動しバ
イト１を所要の軌跡上を移動させ、工作物２を所要の形
状に切削加工する。

工作物２を切削加工する際の保持具３に取りつけた状態
を第１図、第２図に示す。第２図は工作３　。

物置形モデルを示したものである。保持具３の当接面は
、第３図の主軸に固定された状態で平面に機上で修正さ
れ、テーブル７の移動方向と平行になっている。また工
作物２の当接面は荒加工された状態であるため、直径方
向に角度Ｏの形状誤差を持つ。この状態で工作物２を保
持具３に真空吸引により取り付けると、工作物２は一点
鎖線に示す形状に変形する。この−点鎖線の工作物２を
切削加工した後、保持具３から工作物２を取りはずすと
、真空吸引による弾性変形が回復し、所定の形状精度が
得られない。そこで第１図に示すように工作物２の当接
面と同じ角度θを保持具３の当接面に機上で加工し、そ
の後工作物２を真空吸引により取り付ける。このように
工作物２を弾性変形させることなく保持具３に取りつけ
ることにより、切削加工後工作物２を保持具３から取り
はずした時に弾性変形の回復による形状誤差の発生を防
止できる。

以上のことは、以下の実験により導きだされた。

近年、プロジェクションテレビの用途の拡大に、４　。

伴い、顧客のニーズも多様化し、これらに用いられるプ
ラスチックレンズの多品種少量生産技術が必要になって
きた。通常プラスチックレンズは射出成形で量産されて
いる。しかし金型加工に多セの時間がかかるため、多品
種少量生産のレンズでは、納期の短縮や製品開発期間の
短縮する上で大きな障害となっていた。またこの成形金
型は非常に高価であるため、射出成形により多品種少量
生産のレンズを製作するとレンズの単価が非常に高くな
る。

そこで切削工程によりプラスチック材から直接製作する
際のプラスチックレンズの加工精度向上策について検討
した。

実験には、開発した非球面加工機を用いた。図１に加工
方法及び加工条件を示す。主軸にチャックされた工作物
を回転させ、工具をＸＹ平面内で所定の輪郭に制御し、
目標の非球面形状に切削加工した。非球面プラスチック
レンズの形状精度は、機上では機上計測装置１、機外で
は三次元測定機を用いて測定した。

また非球面形状に対する形状測定誤差や工具設定誤差１
なとの影響を取り除くために、平面形状のプラスチック
モデルについても切削加工した。

平面プラスチックモデルに対する機上、機外での形状測
定には、それぞれ差動ｌ・ランス型変位計、表面粗さ計
を用いた。加工時の工作物のチャック方法は従来のボル
ト締結法のほか、真空吸引法、ポリビニルアルコール水
溶液を用いた接着法について検討した。プラスチックレ
ンズの材質は、ＰＭＭＡ　（ｐｏｌｙ　ｍｅｔｈｙｌ　
ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）樹脂である。

切削加工したプラスチックレンズのチャック開放時によ
る形状精度の変化を図２に示す。プラスチックレンズは
、加工機主軸にチャックされた状態では、形状精度２．
４μｍと比較的高精度であるが、加工機から外すと形状
がくずれ、形状精度は８μｍと大きく劣化する。この要
因としては、チャック時に弾性変形したプラスチックレ
ンズの弾性回復、切削された表裏面の残留応力のアンバ
ランスが考えられる。

そこで図３に示すように、チャックのオン・オフ間での
形状変化量をチャッキング歪、加工前後の加工裏面の形
状変化量を加工歪と定義し、平面プラスチックモデルに
より以下の検討を行った。

図４には、各種チャック法により加工したときのチャッ
キング歪と加工歪を示す。従来一般に行われているボル
ト締結法では、チャッキング歪が０．３〜１２μｍと著
しくばらついている。しがち中心を通る断面形状が角度
によって異なることが多いことから、この原因はポル１
への不均一な締め付は力によると言える。真空吸引法に
おける加工歪は、０．１〜２．２μｍとボルト締結法と
同じであるが、チャッキング歪は０．１〜７．８μｍと
ボルト締結法よりも小さい。プラスチックレンズに外力
が加わらないので変形させることなくチャックできると
考られる接着法では、チャッキング歪は０．６〜６．９
μｍと最小であるが、加工歪が６．３〜１３．７μｍと
最大値をとる。そこで真空吸引法におけるチャッキング
歪の低減策について検討した。

真空吸引法において平面プラスチックモデルのチャック
に当接する部分の形状をテーパ形状に近似し、これとチ
ャックパッド面とのテーパ量の差に対するチャッキング
歪変化を図５に示す。工作物・チャック間の間隙が外端
部にできる場合を正、内端部にできる場合を負とした。

チャッキング歪については、凸面になるときを正、凹面
になるときを負とした。図５より、平面プラスチックモ
デルは、チャックに倣うように変形するが、工作物・チ
ャック間のテーパ量が一致していてもチャッキング歪は
０にはならない。

このように真空吸引法では工作物・チャック間の外端部
において１〜５μｍ程度の間隙があるときにチャッキン
グ歪が０μｍとなる実験結果が得られたため、図６に示
す真空パッド形状について検討した。チャッキング歪は
、外端部に間隙を設けたときのチャック時には１．０〜
４．１μｍと最小になるが、チャック開放時には３．６
〜１０．５μｍと大きい。プラスチックモデルのテーパ
形状と同じ真空パッド形状におけるチャッキング歪は、
チャック時に０．１〜５．３μｍと大きいが、チャック
開放時には０．１〜２．４μｍと最も小さくなる。これ
はチャック直後には外端部に間隙があるが、加工中の切
削力の反力や遠心力によりプラスチックモデルがチャッ
ク面に倣うためである。またこの時加工歪も０．１〜１
．７μｍと最小値になる。

このようにチャック時とチャック開放時のチャッキング
歪をそれぞれ重視した真空吸引法のパッド形状を検討し
たが、プラスチックレンズの形状精度はチャック開放時
のチャッキング歪の影響を強く受ける。このためプラス
チックレンズのテーパ形状と同じパッド形状の真空吸引
法を用いて非球面プラスチックレンズ（外径１２０ｍｍ
、厚さ５ｍｍ）を加工した。加工されたプラスチックレ
ンズの形状精度の測定結果を図７に示す。形状精度は従
来の８μｍから０．９μｍへ大幅に向上できた。

これまでプラスチック材の切削面粗さの向上については
多くの検討２が行われてきた。本研究でも加工条件の検
討を行った結果、切削面粗さ０．３μｍＲｍａｘを得た
。この後、プラスチックレンズを表面粗さ０．０１μｍ
Ｒｍａｘまで研暦した。

プラスチックレンズ切削加工時の形状誤差要因を分析し
、これに基づいて形状精度向上策を検討した結果、以下
の結論を得た。

■プラスチックレンズは、切削加工中にチャック状態が
変化し、チャック時とチャック開放時のチャッキング歪
は一致しない。

■プラスチックレンズの形状に近似させたテーパ形状の
真空チャック法を用いて加工した結果、形状精度１μｍ
を得た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、弾性変形なくプラスチックレンズ素材
を保持具に取り付けられるため、高精度なプラスチック
レンズが加工できる。第２図に示す取り付は法では、第
５図のように理想形状からの偏差が大きくなるのに対し
、本発明の第１図の方法では、第４図のように理想形状
からの偏差を極めて小さくできる。

また、保持具への取付方式として真空吸引方式を用いた
ためレンズの外周方向にフランジ部等を設ける必要がな
く、加工時間の短縮、フランジ切断によるレンズ形状の
変形も防止できる。

以上の効果によりプラスチックレンズの高精度切削加工
が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る保持具の断面図、第
２図は真空吸引時の工作物の変形状態を示す断面図、第
３図は切削装置の外観を示す斜視図、第４図は第１図の
方式により得られた工作物の形状精度の測定結果、第５
図は第２図の方式により得られた工作物の形状精度の測
定例、第６図は、本発明の加工方法を示す図、第７図は
、プラスチックレンズの形状誤差の発生要因を示す図、
第８図は、チャッキング歪と加工歪を示す図、第９図は
、各チャック法の比較図、第１０図は、テーパ形状差に
よるチャッキング歪を示す図、第１１図は、真空パッド
形状の効果を示す図、第１２図は、プラスチックレンズ
加工結果を示す図である。 にバイト、２：工作物、３：保持具、４：主軸、５：回
転テーブル、６：刃物台、７：テーブル。 宴　７ｆｆｉ 島　２　圀 稟 図 、４− 第 図 纂 ＋ 閃 第 図 隼 図 集 ｊｌ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラスチックレンズをプラスチック素材から直接切
   削加工により製作する加工法において、プラスチック素
   材を加工機に固定する時、プラスチック素材が保持具に
   当接する部分の径方向の傾斜に合わせて保持具がプラス
   チック素材に当接する部分を加工した後、プラスチック
   素材を保持具に固定し、プラスチックレンズを加工する
   ことを特徴とするプラスチックレンズの切削加工方法。