JPH0739045B2 - プラスチックレンズアレイの二端面同時切削加工方法及びそれに用いる装置 - Google Patents

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アレイの相対する一対の
端面を高精度で同時に切削加工できる方法およびそれに
用いる装置に関し、高度の寸法精度や表面平滑度が要求
されるプラスチックレンズアレイのロッドレンズ端面の
精密切削加工に特に好適な方法及びそれに用いる装置に
関する。

［従来の技術］ 近年、各種のプラスチック材料が提供され、プラスチッ
クレンズアレイ成形体からなる部材が例えば、プリズ
ム、ロッドレンズ、光センサーヘッド、光導波路などの
種々の光学部材として、あるいはそれの構成要素として
利用されてきている。

特に、近年エレクトロニクスや光学技術を中心とする情
報産業の著しい発展により、よりコンパクトで多量の情
報が伝送できる光学繊維やロッドレンズ等の光学材料が
注目されているが、この分野においても石英等の無機材
料とならんでPMMAを主体とする透明プラスチック材料な
どからなるプラスチック成形体が各種光学材料として盛
んに利用されつつある。

プラスチック材料は、ガラス等の無機材料と比較して、
その屈折率の制御がしやすい、軽重量である、あるいは
加工しやすいなどの利点を有する。このような利点を有
するプラスチック光学部材の機能を有用なものとするた
めには、該部材に光が入射したり、出射したりする面に
は高度な面精度や平滑度が要求される。

例えば、電子黒板や複写機の文字や画像の読取り部に
は、プラスチックからなるロッドレンズの多数を２枚の
側板間に並列に配列固定したロッドレンズアレイが用い
られており、これを通して被写体の文字や画像がこれら
機器の受像面に伝送される。このレンズアレイのロッド
レンズ並列方向における長さは通常５〜100cm程度とさ
れている。

このロッドレンズアレイに良好な機能を得るためには、
個々のロッドレンズの特性の均一性はもとより、これら
をアレイ状に平行に並列したときに、各ロッドレンズの
長さが均一であり、かつ各ロッドレンズの両端面がそれ
ぞれ構成するレンズアレイの相対する一対の端面（光学
的機能を有する面）が互いに平行な平面として形成され
ていなければならない。また、各ロッドレンズの両端面
は、平滑に切削、研磨されていることが必要とされる。

従来のロッドレンズアレイの製造過程におけるロッドレ
ンズ端面の集合面の切削、研磨加工工程は、２枚の側板
間に接着剤によって多数のロッドレンズを並列固定して
形成した仕上げ加工すべきレンズアレイを治具等で固定
しておいてその一端面（各ロッドレンズの一方の端面を
含む面）をまず切削加工し、更にそれを治具等で固定し
て他方の端面（各ロッドレンズの他方の端面を含む面）
を先に切削した端面を基準として該基準面に平行に切削
加工する方法が一般的である。

ところが、上記の２端面を別々に切削加工する方法で
は、形成される一対の切削端面の平行度を高めるには限
界があり、この方法は、より高い平行位置精度の要求さ
れるレンズアレイの製造方法に適用するには不十分なも
のであった。

一方、上記の両端面を別々に切削加工する方法の他に、
仕上げ加工すべきレンズアレイの各ロッドレンズ端面が
それぞれ位置する２面を、まず粗切削加工した後、これ
を更に精度良く平行に配置した一対の研磨板の間に挟
み、粗切削処理されている２面を更に同時に研磨する方
法がある。しかしながら、この方法では、ロッドレンズ
の配列方法に長いレンズアレイを研磨処理する場合、装
置が大型となり、また例えば1mに及ぶ接合体を処理する
のは技術的に困難である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述のようなプラスチックレンズアレイの切削
加工における問題を解決するためになされたものであ
り、その目的は、プラスチック材料の易加工性の特徴を
生かしたプラスチックレンズアレイの切削処理方法およ
びそれに用いる装置を提供することにある。

本発明は、特に、レンズアレイおける高精度の位置関係
と平滑性が要求される相対する一対の対向するロッドレ
ンズ端面の効率良い形成に好適な方法およびそれに用い
る装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、プラスチックレンズアレイの相対
する２面を精度よく同時切削でき、かつ生産性良い切削
加工処理を可能とする方法及びそれに用いる装置を提供
することにある。

本発明の他の目的は、横方向に長いプラスチックレンズ
アレイ形体についてもその上下面を精度良く同時に切削
加工できる方法及びそれに用いる装置を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 上述の目的を達成する本発明のプラスチックレンズアレ
イ形体の二端面同時切削加工方法は、複数個のロッドレ
ンズを長手方向において平行に配列したプラスチックレ
ンズアレイのこれらロッドレンズの両端面を、所定の間
隔をもって互いに平行に配置された円柱周壁状の回転刃
軌道を形成する一対の回転切削刃によって同時に切削加
工にする方法であって、その長手方向を前記回転切削刃
の回転軸に対して垂直な方法に配置し、かつ把持部材に
よってその長手方向の側面を両側から挟持した状態の前
記プラスチックレンズアレイを、前記回転切削刃の回転
軸に垂直な方向であって各ロッドレンズの両端面が前記
１対の回転切削刃のそれぞれに接触するように移動させ
ることを特徴とする。

また、該方法に用いる本発明の装置は、所定の間隔をも
って互いに平行に配置された円柱周壁状の回転刃軌道を
形成し得る少なくとも一対の回転切削刃と、該一対の回
転切削刃間に、長手方向において平行に配列された複数
のロッドレンズを有するプラスチックレンズアレイを、
その長手方向であって、かつ前記回転切削刃の回転軸に
垂直な方向に通過させるための該プラスチックレンズア
レイの把持搬送手段とを具備してなるプラスチックレン
ズアレイの二端面同時切削加工装置であって、前記把持
搬送手段が、前記プラスチックレンズアレイを、その長
手方向の側面を両側から把持して固定した状態で、各ロ
ッドレンズの両端面が前記回転切削刃のそれぞれに接触
するように、前記一対の回転切削刃間を通過させるもの
であることを特徴とする。

本発明によれば、回転切削刃間に、被加工物としてのプ
ラスチックレンズアレイを通過させるという簡易な機構
により切削加工を行なうので、よりコンパクトな装置の
使用で効果的な切削加工が実施でき、また横手方向に長
いプラスチックレンズアレイでも特別な装置の付加や、
装置の大型化を必要とせずに容易に効率良く切削加工で
きる。

更に、一対の回転切削刃でプラスチックレンズアレイの
相対する２面を同時に切削加工するので、効率良い切削
処理が可能である。

また、本発明に用いる一対の回転切削刃の位置関係は、
精度良く微調整可能であるので、これら回転切削刃の配
置態様を所望に応じて調整することによって、これら回
転切削刃の配置に応じて切削面の位置関係を所望に応じ
て精度良く制御できる。

例えば、円柱周壁状の切削刃軌道面を形成する回転切削
刃の一対を平行に固定して配置し、これら回転切削刃間
にプラスチックレンズアレイを通過させることにより、
該プラスチックレンズアレイに平行な相対する切削面を
精度良く、常に容易に形成できる。

なお、本発明でいうプラスチックは、狭義の意味での熱
可塑性のものに限定されず、熱可塑性、熱硬化性、ゴム
状のものなどを問わず高分子材料を主体としてなるもの
全てが含まれる。また、本発明において切削処理される
プラスチックレンズアレイとしては、プラスチック材料
からなるロッドレンズ、基板及び接着剤などの部材から
なる接合体が挙げられ、この接合体の一部にプラスチッ
ク以外の材料、例えばカーボンやガラス繊維などのフィ
ラーが含まれていても良い。

以下、図面を参照しつつ本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の両端面切削装置の一例の概略図であ
る。

この装置は、切削刃駆動部9,10に取付けられた一対の切
削刃5,6と、この一対の切削刃間に切削加工すべき被加
工物としての例えば第２図に示したようなプラスチック
ロッドレンズアレイを形成するためのプラスチック成形
体（切削加工処理前のレンズアレイ）４を通過させるた
めの把持搬送手段21とを有して構成されている。

一対の切削刃5,6は、回転により円柱周壁状の回転刃軌
道を形成するものであり、これらの回転中心軸は平行で
あり、かつ得ようとするレンズアレイの長さｌ方向に対
して、すなわちプラスチック成形体の移動方向に対して
垂直に配置されている。一対の切削刃5,6の間隔は、切
削加工によって形成される切削端面7,8間の所望とする
長さ（第２図の幅ｚ）に対応して決定される。この回転
切削刃5,6としては、得ようとする切削面の面精度や平
滑性に応じたものを適宜選択して用いれば良い。

プラスチック成形体４の把持搬送手段21は、リニアスラ
イドベアリング14により移動可能となっており、駆動装
置17にベルト18によって接続されたボールネジ16の作用
で切削刃5,6の回転軸方向に対して垂直な方向に移動で
きる移動部15と、該移動部上に固定されたプラスチック
成形体４を両側から挟持してこれを把持し得る把持部1
1,12とを有して構成されている。なお、把持部11にはエ
アーシリンダー13によって圧力を加えられるようになっ
ており、この構成によりプラスチック成形体を強固に固
定することができ、仕上げ面精度の向上が図れる。

なお、図示した装置においては、切削刃5,6が互いに向
い合う方向で設置されているが、これらは、同一方向
で、すなわち切削刃駆動部9,10が同一側に配置されてい
ても良い。しかしながら、第１図に図示したような配置
は、一対の回転切削刃5,6の距離を容易に狭めることが
できるので、形成しようとするレンズアレイの幅ｚが短
い場合にも、容易に対処できるので便利である。

すなわち、切削刃駆動部9,10がプラスチック成形体４に
対して同じ側の配置を取っている場合、回転切削刃5,6
の間隔は切削刃駆動部9,10の大きさによって制限を受
け、通常使用されている回転駆動部を用いた場合、その
大きさから加工できるプラスチック成形体の幅ｚは比較
的大きなものに制約されてしまう。

また、駆動部9,10に直接回転切削刃5,6を固定するので
はなく、各種のトランスミッション機構を組合せて回転
切削刃間の間隔を小さいものにすることも可能である
が、回転切削刃の回転軸の精度の良い固定が困難とな
り、ひいては偏芯が起こり易く好ましくない。従って小
さな幅（ｚ）のプラスチック成形体を得るには、第１図
に示したような切削刃の配置が好ましい。

以上のような構成の装置によって例えば第２図に示すよ
うなプラスチックロッドレンズアレイの切削加工処理を
精度良く実施できる。

例えば、このレンズアレイが良好な光学的機能を発揮す
るためには、光の入射する端面と出射する端面7,8とが
レンズアレイの長さｌ方向にわたって、幅ｚ（すなわち
ロッドレンズの長さ）が一定であり、かつこれら端面7,
8が精度良い表面性および平滑性を有していることが必
要である。幅ｚの寸法精度はレンズアレイの用途によっ
ても異なるので一概には規定できないが、長さｌの全体
にわたって少なくとも±0.1％以下にする必要がある。
例えば、ｚ＝10mmであれば、10mm±10μｍ以下の精度で
両端面を平行かつ平滑な面として形成する必要がある。
本発明によれば、このような精度を容易に実現できる。

以下、本発明の切削加工方法について説明する。

まず、把持具11,12によってプラスチック成形体４を保
持させ、切削刃5,6を回転させた状態で、把持搬送手段2
1によりプラスチック成形体４の搬送を開始する。する
と第３図に示すようにプラスチック成形体４は矢印方向
に搬送され、その上面および下面が回転切削刃5,6によ
って切削される。その際、第４図に具体的に示したよう
に一対の回転切削刃5,6の回転軸が平行に設置され、か
つプラスチック成形体４がその長さｌ方向（AA′軸）
と、切削刃5,6の配列方向（BB′軸）との位置関係が垂
直に保たれるので、プラスチック成形体４の上下面に精
度良く平行な切削加工面7,8が形成される。しかも、切
削加工後に得られるレンズアレイ幅ｚは、回転切削刃5,
6の回転中心軸間距離（正確には回転切削刃5,6の回転軌
道面の外周間距離）によって一義的に決り、プラスチッ
ク成形体４が移動する間の他の部位の平行度の多少の誤
差には影響されない。更に、本発明の装置においては、
これら回転切削刃5,6間の距離の微調整を高精度で行な
うことができるので、幅ｚの精度良い加工が可能であ
る。なお、回転切削刃5,6の配列方向における軸BB′と
プラスチック成形体４の長さ方向における軸AA′との関
係は、垂直関係が望ましいが厳密な垂直関係である必要
はなく、所定の幅ｚの精度が得られる範囲内であれば多
少の誤差を生じていても良い。

本発明の装置においては、把持搬送手段によるプラスチ
ック成形体の搬送という単純な構成で実現できる簡易な
操作によって長さｌが例えば1000mmにも及ぶプラスチッ
ク成形体でも容易に、かつ高精度で幅ｚを一定の状態に
切削加工することが可能である。

以上説明した装置においては、回転切削刃が一対設けら
れていたが、これらを必要に応じて２対以上設け、より
緻密な切削加工を段階的に実施することも可能である。

例えば、第５図に示すように、設置間隔のそれぞれ異な
る２対の回転切削刃を設け、最初の設置間隔が広い方の
回転切削刃19,20で粗切削し、次に回転切削刃5,6で仕上
げ切削を行なえば、粗切削および仕上切削工程を同時に
実施でき、より高精度で効率良い切削加工が可能とな
る。

なお、複数対の回転切削刃を設ける場合の各対における
切削刃の種類は、組合せる切削加工の種類に応じて適宜
選択すれば良い。

また、プラスチック成形体の厚み（例えば第２図のレン
ズアレイにおけるｘ）が切削刃の長さよりも小さい場合
には、切削刃の有効長さ（切削加工する部分の長さ）に
対応する複数のプラスチック成形体を把持具11,12間に
並列に保持させてこれらを同時に切削加工することもで
きる。

［実施例］ 以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ PMMAを主成分とする直径約1mmのプラスチックロッドレ
ンズ（２）を約20mmの長さに切断し、PMMAからなる厚さ
2mmの二枚の側板（１）の間に並列に配列し、更に接着
剤（３）を用いてこれらを固定し、第２図に示すような
構成のレンズアレイからなるプラスチック成形体（４）
を作成した。

得られた成形体の長さｌは300、幅ｚは約20mmであっ
た。

次に第１図に示した装置の把持搬送手段21に、得られた
成形体（４）をセットし、以下の条件での切削加工を実
施した。

把持搬送手段の移動速度:300mm/min. 把持強度:5kg/cm² 切削刃：エンドミルφ20 4枚刃（OSG（株）社製） 切削刃回転数:3600rpm 回転方式：ダウン カット（Down Cut）方式 切削加工後の各レンズアレイの切削端面（７），（８）
の平滑度を表面粗さ計で測定した結果、長さ2mmあたり
最大±１μｍ以内であった。また、各レンズアレイにお
ける相対する切削面（７），（８）の平行度（幅ｚの寸
法精度）は、300mmの全長にわたり19.5±0.005mm以内で
あった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、一対の回転切削
刃と、これら切削刃間に被加工物としてのプラスチック
成形体（切削加工前のプラスチックレンズアレイ）を通
過させるための手段の組合せという簡易な構成の装置に
よって、プラスチックレンズアレイの高精度を要求され
るロッドレンズ端面の精度良い切削加工が可能となっ
た。

また、本発明を用いれば、プラスチックの易加工性を十
分に生かすことができ、無機材料では不可能である高生
産性を得ることができ、更に高精度に切削加工されたプ
ラスチックレンズアレイをより低コストで提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一例の概略図、第２図はプラス
チックロッドレンズアレイの構造を示す斜視図、第３図
〜第５図は本発明の装置による切削加工工程の動作を説
明する図、である。 1:側板 2:プラスチックロッドレンズ 3:接着剤 4:プラスチック成形体 5,6,19,20:回転切削刃 7,8:レンズアレイ端面 9,10:切削刃駆動部 11,12:把持部 13:エアーシリンダー 14:リニアスライドベアリングユニット 15:移動部 16:ボールネジ 17:駆動装置 18:ベルト 21:把持搬送手段

フロントページの続き (72)発明者 田原 康照 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−162406（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−120411（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−127911（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個のロッドレンズを長手方向において
   平行に配列したプラスチックレンズアレイのこれらロッ
   ドレンズの両端面を、所定の間隔をもって互いに平行に
   配置された円柱周壁状の回転刃軌道を形成する一対の回
   転切削刃によって同時に切削加工する方法であって、 その長手方向を前記回転切削刃の回転軸に対して垂直な
   方向に配置し、かつ把持部材によってその長手方向の側
   面を両側から挟持した状態の前記プラスチックレンズア
   レイを、前記回転切削刃の回転軸に垂直な方向であって
   各ロッドレンズの両端面が前記１対の回転切削刃のそれ
   ぞれに接触するように移動させる ことを特徴とするプラスチックレンズアレイの二端面同
   時切削方法。
2. 【請求項２】所定の間隔をもって互いに平行に配置され
   た円柱周壁状の回転刃軌道を形成し得る少なくとも一対
   の回転切削刃と、 該一対の回転切削刃間に、長手方向において平行に配列
   された複数のロッドレンズを有するプラスチックレンズ
   アレイを、その長手方向であって、かつ前記回転切削刃
   の回転軸に垂直な方向に通過させるための該プラスチッ
   クレンズアレイの把持搬送手段と を具備してなるプラスチックレンズアレイの二端面同時
   切削加工装置であって、 前記把持搬送手段が、前記プラスチックレンズアレイ
   を、その長手方向の側面を両側から把持して固定した状
   態で、各ロッドレンズの両端面が前記回転切削刃のそれ
   ぞれに接触するように、前記一対の回転切削刃間を通過
   させるものである ことを特徴とするプラスチックレンズアレイの二端面同
   時切削加工装置。