WO2005039821A1 - 非球面加工方法、非球面形成方法及び非球面加工装置 - Google Patents

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Abstract

従来の法線制御加工方法では、X軸テーブルの往復運動制御と、Y軸テーブルの往復運動制御とが絡み合って両テーブルの制御は複雑になっている。そのため、凹凸の段差の大きい強度の乱視を矯正するトーリック面等を研削及び切削する場合に、複雑な制御方法及びそれを動作させるための高機能な制御装置が必要になる。そこで本発明の非球面加工方法は、回転軸を中心に回転する被加工ワークと、ワークの回転軸と同一方向及び前記ワークの回転軸と直交する方向に、ワークと相対移動可能な回転工具214と、を有し、回転工具214は、前記ワークの回転軸と直交する方向においてワークの回転軸の中心からワークの外周部までの一部もしくはすべての領域で、所定の送りピッチで一定方向に移動してワークを非軸対称非球面に加工する。

Description

明細書 非球面加工方法、 非球面形成方法及ぴ非球面加工装置 技術分野
本発明は、 非球面加工方法に関し、 特に、 凹凸の段差が大きい非球面 を迅速に研削及び切削することができる非球面加工方法、 非球面形成方 法及び非球面加工装置に関する。 技術背景
老視矯正用の眼鏡レンズとしていわゆる境目のない累進屈折カレン ズが多く用いられている。 近年、 眼球側の凹面に累進面あるいは累進面 トーリック面を合成した曲面を設けたいわゆる内面累進レンズが提案 されている。 この内面累進レンズは、 累進屈折力レンズの欠点である、 ゆれや歪みを軽減でき、 光学性能を飛躍的に向上させることができる。 このよ うな眼鏡レンズの凹面の累進面等の非軸対称非球面を創成する 技術に関連する先行技術文献情報としては、 特許第 3 3 6 7 1 0 2号公 報、 特開平 1 0— 1 7 5 1 4 9号公報に示すものがある。
非軸対称非球面を創成する 3軸制御の非球面加工装置は、 X軸テープ ル、 Y軸テーブル、 ワーク回転手段の 3軸を使って回転工具を所定の位 置に連続的に位置決めし、 研削及び切削によりレンズ設計形状に基づい た形状創成を行う。
制御方法の概要は、 ワークを回転させながら、 このワークの回転位置 をエンコーダで割り出し、 その回転位置に同期させて、 X軸 ーブル、
Y軸テーブル、 ワーク回転手段の 3軸を制御する。
この非球面加工装置を用いる従来の形状創成の制御方法である法線制 '御加工方法について、 図 1 2、 図 1 3及び図 1 4を用いて説明する。 図 1 2は、 法線制御加工方法におけるレンズの加工面を示す概略図である c 図 1 2 ( a ) はレンズの正面図、 図 1 2 ( b ) は、 図 1 2 ( a ) の B— B '断面図である。 図 1 3は、 法線制御加工方法を示す概念図である。 図 1 4は、 法線制御加工方法における X軸方向の回転工具中心の位置を示 す概念図である。
法線制御加工方法の N C制御のための数値データについて、 図 1 2に 示す任意の点 Q を用いて説明する。 法線制御加工方法の N C制御のた めの数値データは、 円形のレンズの外周から回転中心までの送りピッチ Pで規定される螺旋を想定し、 レンズの回転中心から所定の角度毎の放 射線と螺旋の各交点の座標値がレンズの回転角度 (Θ) と回転中心から の距離 (半径 R x ) で与えられる。 また、 図示しない各交点を通る Y軸 方向の面形状に応じた高さ (y ) が求められる。 この三点が加工点の座 標値 (θ、 R x、 y ) として求められる。
ト^ "リ ック面は、 A— A '線に沿った最小の曲率の曲錚(ベースカーブ) と、 A— A '線と直交する B— B '線に沿った最大の曲率の曲線 (クロス カーブ) とを有する曲面である。 ベースカープとクロスカープの曲率の 差が大きいと、 図 1 2 ( b ) に示すように、 クロスカープに沿って切断 した断面は、 極めて厚い両端部と薄い中央部とを有する曲面形状となる c 回転工具 2 1 4は、 1 8 0度回転する毎に、 最小の厚みの部分の高ざと 最大の厚みの部分の高さを往復運動する。 即ち、 Y軸方向に往復運動す る。 例えば、 図 1 3に示すように、 レンズが A— A '断面部から B— B ' 断面部まで 9 0度回転すると、 最小の厚みの部分における任意の加工点 Q nから最大の高さの任意の加工点 Q n mまで回転工具 2 1 4は Y軸 方向のプラス側へ移動する。
研削及び切削に用いられる回転工具 2 1 4の先端部は断面円弧状 (以 下アール形状という) に形成されている。 法線制御では、 例えば、 レン ズの加工点 Q nに立てた法線方向に回転工具 2 1 4の先端部のアール 部分の中心を位置決めする。 '
' 詳述すると、 最小の厚みの曲線 (ベースカーブ、 A— A '断面) におけ る任意の加工点 Q nでは、 加工点 Q nから立てた法線方向に回転工具 2 1 4の中心点 P nが位置決めされる。 加工点 Q nからレンズが 9 0度回 転した最大の高さの曲線 (クロスカープ、 B— B '断面) 上の任意の加工 点 Q n mでは、 加工点 Q n mから立てた法線方向に回転工具 2 1 4の中 心点 P n mが位置決めされる。 ここで、 加工点 Q n mは、 加工点 Q nか ら X軸方向の中心側へ 1 4ピッチ分移動している。 この加工点 Q nか ら加工点 Q n mに移動する間に回転工具 2 1 4は、 Y軸方向のプラス方 向に ΔΥ移動する一方、 X軸方向の中心側へ X m相対移動する。 レンズ が更に 9 0度回転した最小の高さの曲線 (ベースカーブ、 A— A '断面) 上の任意の加工点 Q n rでは、 回転工具 2 1 4は、 図示しないが Y軸方 向のマイナス方向に移動している。 このとき X軸方向では、 送りピッチ の中心側へ向かう速度よりも厚みが減少して外側に向かう速度の方が 大きいため、 回転工具 2 1 4ほ、 図 1 4 ( c ) に示すように、 外周側へ X r分相対移動する。 即ち、 B— B '断面のクロスカーブが移動の方向の 符号が正逆になる変曲点となり、 回転工具 2 1 4は、 B— B '断面のクロ スカーブを境に運動方向が正逆反対となり、 Y軸方向及ぴ X軸方向の往 復運動を行う。
法線制御による加工方法では、 図 1 2に示したように、 螺旋と放射線 の交点を加工点とし、 回転工具 2 1 4の先端部の中心位置がこの加工点 に立てた法線方向に制御されている。 即ち、 法線.制御による加工方法で は、 回転工具 2 1 4は前述のように運動方向が正逆反対となることを繰 り返し、 ジグザグ状の複雑な螺旋の軌跡を描きながらワークを研削及び 切削する。 . 発明の開示 ' .
前述による非球面加工装置による法線制御加工方法では、 X軸テープ ルは、 ワークを X軸方向に微小の往復運動をさせ、 また、 Y軸テーブル は、 回転工具を Y軸方向に微小の往復運動をさせているため、 X軸テー ブルの往復運動制御と、 Y軸テーブルの往復運動制御とが絡み合って両 テーブルの制御は複雑になっている。 そのため、 凹凸の段差の大きい強 度の乱視を矯正する トーリ ック面等を研削及び切削する場合に、 通'常の レンズの加工に採用されている制御方法では、 往復運動に伴うバックラ ッシュによる研削及び切削形状の崩れ等が発生している。 従って、 複雑 な制御方法及びそれを動作させるための高機能な制御装置が必要にな るという問題が生じている。
また、 X軸テーブルは、 少なく ともワークの半径の距離を移動させる 必要があるため、 小さくすることには限界があり、 大型で重く慣性力が 大きくなつてしまう。 そのため、 ワークを X軸方向に高速で微小の往復 運動をさせることが困難である。 そのため、 トーリック面等を研削及び 切削する場合に、 _通常のレンズの加工に採用されているワークの回転数 では X軸テーブルが追従できない。 超高出力のモータを用いれば X軸テ 一ブルを高速で往復運動させる可能性があるが、現実的でない。従って、
■ X軸テーブルが追従できる程度にワークの回転数を低下させている。 そ の結果、 生産性が低下してしまうという問題が生じている。
本発明は、 上記事情に鑑みてなされたもので、 従来の非球面加工装置 を用いて凹凸の段差が大きいワークをシンプルな制御方法で高品質か つ迅速に研削、 切削することができる非球面加工方法、 非球面形成方法 及び非球面加工装置を提供することを目的とする。
前述の目的を達成するために、 本発明に係る非球面加工方法は、 回転 軸を中心に回転する'被加工ワークと.、 前記ワークの回転軸と同一方向及 び前記ワークの回転軸と直交する方向に、 前記ワークと相対移動可能な 回転工具と、 を有し、 前記回転工具は、 前記ワークの回転軸と直交する 方向において前記ワークの回転軸の中心から前記ワークの外周部まで の一部もしくはすべての領域で、 所定の送りピッチで一定方向に移動し て前記ワークを非軸対称非球面に加工することを特徴とする。
本発明に係る非球面加工方法によれば、 前記回転工具が所定の送りピ ツチで一定方向に移動して前記ワークを加工することから、 前記回転ェ 具はジグザグ状ではない単純な螺旋の軌跡を描きながらワークを研削 及び切削する。 即ち、 回転工具はワークの回転軸と直交する方向におい て往復運動せずに常に一定方向に相対移動する。 . そのため、 非球面加工装置の X軸テーブルは、 ワークを往復運動させ ずに一定方向の運動になるので、 X軸テーブルの制御方法がシンプルに なり、 その制御装置を高性能化する必要がなくなる。 また、 凹凸の段差 が大きいワークの回転数を上げても追随することが可能となり、 従来例 と比較してシンプルな制御方法で高品質かつ迅速に研削及び切削する ことが可能となる。
また、 前記回転工具の位置を、 前記ワークの加工点に立てた法線方向 に前記回転工具の先端の回転中心軸が位置するように制御することを 特徴とする非球面加工方法を提供する。
また、 前記回転工具による加工を、 前記ワークの回転軸と直交する方 向における前記ワークの回転中心と前記回転工具の先端との距離がゼ 口又はゼロ近傍から、 または前記ワークの外周縁部と前記回転工具先端 との距離がゼロ又はゼロ近傍から、 開始するように制御することを特徴 とする非球面加工方法を提供する。
また、 前記回転工具は、 回転軸を中心に回転する砥石であることを特 徴とする非球面加工方法を提供する。
また、 前記回転工具は、 回転軸を中心に回転する刃具であることを特 徴とする非球面加工方法を提供する。
また、 前記ワークを所望の形状に近似する形状に形成する粗削り工程 と、 前記粗削り工程に引き続き、 前記ワークに請求の範囲 1乃至請求の 範囲 3に記載の非球面加工方法を用いて加工することにより、 前記ヮー クを所望の形状に形成する仕上げ削り工程とを有することを特徴とす る非球面形成方法を提供する。
また、 請求の範囲 6に記載の非球面形成方法が組み込まれた非球面加 ェ装置を提供する。 産業上の利用可能性
本発明は、 眼鏡レンズ等の光学レンズの高精度な非球面加工を行うこ とが可能である。 図面の簡単な説明
【図 1】 第 1の実施例の非球面加工方法を使用する非球面加工装置を示 す立面図。
【図 2】 ワークの一例であるレンズの断面図。
【図 3】 非球面加工方法におけるレンズの加工面を示す概略図。 (a ) は、 レンズの正 図、 (b ) は、 図 3 ( a ) の B— B '線に沿った断面 図。
【図 4】 回転工具の先端部の表面の格子状に K切った三次元座標の概念 図。 (a ) は、 ワークと回転工具の位置関係を表す立面図、 平面図及び 側面図、 (b) は、 図 4 ( a ) め回転工具の拡大図。
【図 5】 ワーク表面上と回転工具先端部の表面上との 3次元座標を示す 概念図。
【図 6】 非球面加工方法を示す概念図。
【図 7】 非球面加工方法における X軸方向の回転工具の中心位置を示す 概念図。
【図 8】 第 2の実施例の非球面加工方法におけるレンズの加工面を示す 概略図。 ( a ) は、 レンズの正面罔、 ( b ) は、 図 8 ( a ) の B— 線に沿った断面図。
【図 9】 非球面加工方法を示す概念図。
【図 1 0】 第 3の実施例の非球面加工方法における回転工具を示す概略 図。 '
【図 1 1】 第 4の実施例の非球面加工方法における回転工具を示す概略 図。
【図 1 2】 従来例としての法線制御加工方法におけるレンズの加工面を 示す概略図。
( a ) は、 レンズの正面図、 (b ) は、 図 1 2 ( a ) の B— B '断面図。 【図 1 3】 法線制御加工方法を示す概念図。 【図 1 4】 法線制御加工方法における X軸方向の回転工具中心の位置を 示す概念図。 発明を実施す.るための最良の形態
以下、 本発明に係る非球面加工方法の実施 について説明する。
= =加工装置の説明
本発明の非球面加工方法で用いる非球面加工装置 (N C制御装置とも いう。 ) について、 眼鏡レンズの研削及び切削加工を一例として図 1を 用いて説明する。 図 1は、 第 1の実施例の非球面加工方法で用いる非球 面加工装置を示す立面図である。
この非球面加工装置 2 0 0は、 ベッド 2 0 1上に X軸テーブル 2 0 2 と Y軸テーブル 2 0 ,3が備えられている。 X軸テーブル 2 0' 2は X軸駆 動用モータ 2 0 4によって X軸方向に往復運動するように駆動される。 X軸方向の位置は、 X軸駆動用モータ 2 0 4に組み込まれた図示しない エンコーダによって割り出される。 X軸テーブル 2 0 2の上に、 ワーク 軸回転手段としてのワーク軸回転ュ-ッ ト 2 0 5が固定されている。 ヮ 一ク軸回転ュ-ッ ト 2 0 5にワークチャック 2 0 6が取り付けられ、 ヮ ーク回転軸駆動用モータ 2 0 7によって X軸と直交する Y軸方向の主 軸を回転軸として回転駆動される。 ワークチヤック 2 0 6の回転位置は、 ワーク回転軸駆動用モータ 2 0 7に組み込まれた図示しないェンコ一 ダによって割り出される。 ワークチャック 2 0 6には、 図示しないブロ ック治具を介して加工すべきワーク (眼鏡レンズ) 2 0 8が取り付けら れる。 Y軸テーブル 2 0 3は、 X軸テーブル 2 0 2と直交するほぼ水平 方向の Y軸方向に Y軸駆動用モータ 2 0 9によって往復運動するよう に駆動される。 Y軸方向の位置は、 Y軸駆動用モータ 2 0 9に組み込ま れた図示しないエンコーダによって割り出される。 Y軸テーブル 2 0 3 の上に、 Z軸テーブル 2 1 0が備えられている。 Z軸テーブル 2 1 0は Z軸駆動用モータ 2 1 1によって Z軸方向に往復運動するように駆動 される。 Z軸方向の位置は、 Z軸駆動用モータ 2 1 1に組み込まれた図 示しないエンコーダによって割り出される。 Z軸テーブル 2 1 0の上に, 回転工具回転手段としての回転工具回転ュ-ッ ト 2 1 2が固定されて いる。 回転工具回転ュニット 2 1 2の回転工具軸 2 1 3に回転工具 2 1 4が取り付けられ、 Z軸駆動用モータ 2 1 1によって X軸と直交する Z 軸方向の主軸を回転軸として回転駆動される。 '
' 非球面加工装置 2 0 0は、 X軸テープル 2 0 2'の駆動でワーク.軸回転 ユニッ ト 2 0 5を X軸方向に往復運動させることに代えて、 ワーク軸回 転ュニット 2 0 5を固定し、 Y軸テーブル 2 0 3を X軸テーブル 2 0 2 の上に载置し、 X軸テーブル 2 0 2で回転工具 2 1 4を X軸方向に往 運動させるようにしてもよい。
また、 X軸、 Y軸及び Z軸の位置検出手段としてエンコーダに代えて、 リニアスケールを用いてもよい。 '
ここで、 制御方法について説明する。
先ず、 エンコーダによって割り出される Z軸方向における回転工具 2 1 4の回転中心をワーク 2 0 8の回転中心に位置合わせする。 次に、 ヮ ーク 2 0 8を回転させながら、 このワーク 2 0 8の回転位置をェンコ一 ダ 割り出しを行う。 次に、 エンコーダによつて割り出されるワーク 2 0 8の-回転軸である Y軸方向の回転工具 2 1 4とワーク 2 0 8の相対 的な位置をワーク 2 0 8の回転に同期させると共に、 エンコーダによつ て割り出される X軸方向における回転工具軸 2 1 3の回転中心とヮー ク 2 0 8の回転中心との距離をワーク 2 0 8の回転に同期させる。 この ように、 X軸テーブル 2 0 2、 Y軸テーブル 2 0 3及びワーク軸回転ュ ニット 2 0 5の 3軸を使って回転工具 2 1 4を加工点に位置決めする。 この加工点に対応した回転工具軸 2 1 3の回転中心座標の位置決めを 連続して行うことでレンズ設計形状に基づいた形状創成を行う。
また、 非球面加工装置 2 0◦がワーク (眼鏡レンズ) 2 0 8の加工を 行うために必要な数値データは、 入力手段である入力装置 3 0 0から入 力された眼鏡レンズの処方データに基づき計算用コンピュータ 4 0 0 によって計算され、 ホス トコンピュータ 5 0 0を介して非球面加工装置 2 0 0内部の記憶装置に格納されるか、 加工中にホストコンピュータ 5 0 0から非球面加工装置 2 0 0へ伝送される。
= =研削及び切削手順の説明 = =
' ここで、 非球面を創成する研削及び切削手順について図 2を用いて説 明する。 図 2は、 ワークの一例であるレンズの断面図である。
研削及び切削方法には、 外径加工、 近似加工面粗削り加工、 仕上げ削 り加工、 面取り加工等が含まれる。 外径加工は、 図 2に示すように、 ヮ ーク 2 0 8の一例としての、 後加工代 (切削代、 研削代) を持ったやや 厚手のレンズ 2 0 8 (以下、 「セミフ ニッシュレンズ 2 0 8」 という。) の不要な外周部 2 0 8 aを削って所定の外径まで縮小する加工である。 外形加ェは、 粗削り加工や仕上げ加ェを短時間化するための加工でもあ る。 近似加工面粗削り加工は、 セミフィニッシュレンズ 2 0 8を速やか に削って所定の近似面形状 2 0 8 bに仕上げる粗削り加工である。 仕上 げ削り加工は、 近似面形状 2 0 8 bから削り出し加工により所望のレン ズ面形状 2 0 8 cを精密に創成する。 面取り加工は、 仕上げ削り加工後 のレンズのエッジはシャープで危険であり、 また、 欠けやすいため、 回 転工具 2 1 4 (仕上げ用) により縁の面取り 2 0 8 dを行う加工である。 図 1に示十非球面加工装置 2 0 0を用いてセミフィニッシュレンズ 2 0 8の研削及び切削加工を行う工程を説明する。 図示しないプロック 治具に固定されたセミフィ二ッシュレンズ 2 0 8をワークチャック 2 0 6に固定し、 そのセミフィニッシュレンズ 2 0 8は対して与えられた 外径加工データに基づいて,セミフィニッシュレンズ 2 0 8の外径が所 定の径まで回転工具 2 1 4 (粗削り用)で研削及び切削される。続いて、 回転工具 2 1 4 (粗削り用) を用いて近似面加工面粗削り加工データに 基づいて所望のレンズ面形状 2 0 8 cに近似した自由曲面、 トーリ ック 面又は球面の面形状で面粗さ R maxが 1 0 Ο 'μ m以下の近似面形状 2 0 8 bまで研削及ぴ切削加工される。 続いて、 回転工具 2 1 4 (仕上げ用) を用いて仕上げ削り加工データに基づき、 更に 0 . 1〜 5 . 0 m m程度 を研削及ぴ切削して面粗さ R maxが 1〜 1 0 μ m程度の眼鏡レンズの処 方データに基づく レンズ面形状 20 8 cまで加工される。 続いて、 回転 工具 2 1 4 (仕上げ用) を用いて面取り加工データに基づく面取り 2 0 8 dの加工が行われる。
==研削及び切削条件の説明
研削及ぴ切削条件としては、 次の範囲である。
く研削の場合〉
回転工具:砥石 ボンド種類: メタル、 レジン。 ワーク回転数は、 粗削 り加工では 1〜 3 0 0 r p m、 仕上げ加工では l ~ 3 0 0 r pm。 送り ピッチは、 粗削り加工では 0. 0 5〜 5. 0 mm/ r e V、 仕上げ加工 では 0. 0 0 5〜 1. 0 mmZ r e V。 切り込み量は、 粗削り加工では 0. 1〜 5. 0 mm/: a s s。 仕上げカ卩ェでは 0. 0 0 1〜0. 5m m/ a s s (砥石めメッシュによる) 。
く切削の場合〉
回転工具: カッター 材質 :単結晶 · 多結晶ダイヤ。 ワーク回転数は、 粗削り力 Ρェでは l〜 3 0 0 r p m、 仕上げ加工では l〜 3 0 0 r p m。 送りピッチは、 粗削り加工では 0. 0 5〜5. 0 mm r e V、 仕上げ 加工では 0. 0 0 5〜 1. 0 mm/ r e V。 切り込み量は、 粗削り加工 では 0. 1〜: L 0. 0 0 mmZ: a s s。仕上げ加工では 0. 0 5〜 3. 0 mm/ p a s s。
なお、 大多数は送りピッチが一定の条件で加工するが、 加工の途中で 送りピッチを変更するようにしてもよい。 一例をあげて説明すると、 レ ンズの屈折率に'よらず乱視が 2. 00 D以上の場合は、 レンズ外周部で のチッビングが発生しやすい。 このようなレンズを加工する場合は、 レ ンズの外周部では小さな送りピッチ P 1で加工し、 レンズの中心部に近 い内周部では大きな送りピッチ P 0で加工する (P 1 < P 0) 。 具体的 には、 P 1は、 0. 0 1 mmZ r e v〜 0. 0 7 mm/ r e v、 P 0は、 0. 0 3 mm//r e v〜0. 1 0 mmZ r e vの範囲で決定する。また、 送り ピッチ P 1で加工を行うレンズの外周部は、 レンズの最外周から 5 ~ 1 5 mmの範囲である。 【実施例 1】 : - 本発明の非球面加工方法の第 1の実施例を、 眼鏡レンズ (以下、 「レン ズ」 という。 ) の加工を例にして、 図 3、 図 4、 図 5、 図 6及ぴ図 7を 用いて説明する。 図 3は、 非球面加工方法におけるレンズの加工面を示 す概略図である。 図 3 ( a ) はレンズの正面図、 図 3 ( b ) は、 図 3 ( a ) の B— B ,線に沿った断面図である。, 図 4は、 回転工具の先端部の表面 の格子状に区切った三次元座標の概念図である。 図 4 ( a ) は、 ワーク と回転工具の位置関係を表す立面図、平面図及び側面図、図 4 ( b ) は、 図 4 ( a ) の回転工具の拡大図である。 図 5は、 ワーク表面上と回転ェ '具先端部の表面上との 3次元座標を示す概念図である。 図 6は、 非球面 加工方法を示す概念図である。 図 7は、 非球面加工方法における X軸方 向の回転工具の中心の位置を示す概念図である。
第 1の実施例の非球面加工方法では、 回転工具 2 1 4の砥石は、 図 3 に示すように、 回転工具軸 2 1 3の回転中心が螺旋の軌跡を描きながら 研削を行う。 従来の法線制御では、 レンズの回転角度と回転中心からの 距離で表される加工点が予め決まっているが、 第 1の実施例の非球面加 ェ方法では、 回転工具軸 2 1 3の回転中心位置が描く螺旋形状が予め決 まっている。 即ち、 回転工具軸 2 1 3の回串云中心が描く螺 ¾の軌跡は、 ワーク 2 0 8の回転軸と直交する方向 (X軸) における所定の送りピッ チで決まる。 本例は、 1 —ク 2 0 8の回転中心から回転工具軸 2 1 3の 回転中心までの距離 (R x ) を所定の送りピヅチで連続的に減少するよ .うにしたとき、 即ち、 レンズの外周方向から中心方向に向かったときに 描く螺旋形状である。
また、 第 1の実施例の非球面加工方法では、 回転工具軸 2 1 3の回転 軸中心の座標 C Xの数値データが、 ワーク 2 0 8の回転位置 (0 ) 、 ヮ ーク 2 0 8の回転軸と直交する方向 (X軸) における所定の送りピッチ で連続的に減少するようにしたときのワーク 2 0 8の回転中心からの 距離 (R X ) 、 及び図示しないワーク 2 0 8の回転軸と同一方向におけ る (Y軸) ワーク 2 0 8の加工点に回転工具 2 1 4の先端部が接触する 位置 (y ) の三点 ( 0, R , y ) で表される。 回転工具軸 2 1 3の回 転軸中心座標の位置決めを連続して行うことでレンズ設計形状に基づ いた形状創成を行う。 なお、 座標は、 各点の絶対値、 或いは一つ前の座 標点に対する相対値、 を用いて加工のための数値データを構成するよう にしてもよい。
図 4 (b) に示すように、 回転工具 2 1 4の先端部が半径 Rでアール 形状とされた表面の所定の位置に、 所定の規則で格子状に区切る格子点 の三次元座標を求める。
また、 図 5に示すように、 ワーク 2 0 8の表面に、 回転工具 2 1 4の 先端の表面の三次元座標を Y軸の原点方向に沿って転写し、 ワーク 20 8の表面に回転工具 2 1 4の表面の三次元座標と同じ所定の規則で格 子状に区切ったワーク 2 0 8の表面の三次元座標を求める。
これにより、 ワーク 2 0 8の表面と回転工具 2 1 4の表面との距離を, ワーク 20 &の表面の三次元座標と回転工具 2 1.4の表面の三次元座 標との対応する格子点毎に計算し、 格子点間距離が最小となる格子点の 組み合わせを求める。 この格子点の座標 (L x n, L y m) が接触点に なる。
なお、 格子の一辺を長くすると'加工点を導き出す精度が粗くなり、 短 くすると精度は上がるが計算時間が長くなる。 現実的には、 0. 0 0 1 〜 0. 1 mm程度である。
図 6及び図 7に示すように、例えば最小の厚みの部分(ベースカーブ、 A— A' 断面) の任意の点 C n上に回転工具 2 1 4の先端部のワーク 2 0 8の回転軸と直交する方向 (X軸) における中心軸 (以下、 「先端部 の中心軸」 という。 ) が存在するときに、 回転工具 2 1 4先端部の中心 軸の Y軸方向の位置は、 図 5に示すように、 回転工具 2 1 4を自由に Y 軸方向に動かして回転工具 2 1 4の先端部の表面の三次元座標と、 ヮー ク 20 8の表面の三次元座標とで対応する格子点が最初に接する点 Q s (L x n s, L y ms) が接触点 (加工点) になる。 また、 図 6及ぴ図 7に示すように、 点 Q sに立てた法線上に回転工具 2 1 4の先端部の中 心軸が位置することになる。
レンズが 9 0度回転し、点 C nから最大の厚みの部分(クロスカーブ、 B-B ' 断面) の任意の点 C nm上に回転工具 2 1 4の先端部の回転中 心軸が存在するときに、 回転工具 2 1 4の先端部の中心軸の Y軸方向の 位置は、 回転工具 2 1 4を自由に Y軸方向に動かして回転工具 2 1 4の 先端部の表面の三次元座標と、 ワーク 2 0 8の表面の三次元座標とで対 応する格子点が最初に接する点 Q s m (¾触点) に立てた法線上に回転 工具 2 1 4の先端部の中心軸が位置することになる。 レンズが 9 0度回 転し、 C'nから C nmへ回転工具 2 1 4が動いたときに、 回転工具 2 1 4は Y軸方向のプラス方向に Δ Y移動する一方、 回転工具 2 1 4は、 X 軸方向の中心側へ正確に 1 Z.4ピッチ分の X n m分相対移動する。 即ち、 ワーク 20 8は、 X軸テーブル 20 2によって X軸方向の外側へ正確に 1 Z4ピッチ分 X nmに移 ¾する。
レンズが更に 9 0度回転し、 点じ nmから最小の厚みの部分の任意の 点 C n r上に回転工具 2 1 4の先端部の中心が存在するとき、 回転工具 2 1 4は、 Y軸方向のマイナス方向に移動する一方; X$l方向の中心側 へ正確に 1 /4ピッチ分 X n rに相対移動する。即ち、 ワーク 2 0 8は、 X軸テーブル 2 0 2によって X軸方向の外側へ正確に 1 /4ピッチ分 X n rに移動する。 '
第 1の実施例の非球面加工方法では、 ワーク 2 0 8の回転軸と直交す る方向 (X軸) におけるワーク 20 8の回転中心と回転工具 2 1 4の先 端部の中心軸との距離 R Xを、 所定の送りピッチで連続的に減少するよ うに制御することにより、 非球面加工装置 200の X軸テーブル 2 0 2 は、 レンズ 2 0 8を往復運動させずに一定方向のみへの運動となる。 な お、 ワーク 2 08の回転数が一定で、 送りピッチも一定であれば等速運 動になる。 このよ うに、 レンズ 20 8上の回転工具 2 1 4の描く軌跡は、 従来のジグザグ状でない単純な螺旋状となっており、 凹凸の段差が大き いワーク 2 0 8の回転数を上げても追随することが可能となる。 換言す れば、 研削速度を上げて研削を行うことが可能となる。
第 1の実施例の非球面加工方法では、 従来の法線制御による加工方法 と比較して約 1 . 3倍の生産性となっている。
以上詳述したように本実施例によれば、 以下の効果が得られる。 本発明の非球面加工方法、 非球面形成方法及ぴ非球面加工装置によれ ば、 慣性力が大きいテーブルを往復運動させずに一定方向へのみ運動す るようなシンプルな制御ができるためテーブルの追随性が良く、 凹凸の 段差が大きいワーク 2 0 8でも高速回転させて品質の良レ、ものを迅速 に加工することができる。
【実施例 2】
本発明の非球面力 tiェ方法の第 2の実施例を、 図 8、 及び図 9を用いて 説明する。 図 8は、 第 2の実施例の非球面加工方法におけるレンズの加 工面を示す概略図である。 図 8 ( a ) はレンズの正面図、 図 8 ( b ) は、 図 8 ( a ) の B— B ,線に沿った断面図である。 図 9は、 非球面加工方 法を示す概念図である。
第 2の実施例の非球面加工^法では、 回転工具 2 1 4の砥石は図 8に 示したように螺旋の軌跡,を描きながら研削を行う。 本例は、 ワーク 2 0 8の回転中心から回転工具 2 1 4の先端の中心軸までの距離 (R X ) .を 所定の送りピッチで増加するようにする。 即ち、 ワーク 2 0 8の回転中 心又は回転中心近傍の加工点から研削を開始し、 ワーク 2 0 8の外周側 へ研削する。 その研削加工データは、 ワーク 2 0 8の回転中心からヮー ク 2 0 8の外周側へ向かう螺旋に沿って作成される。
第 2の実施例の非球面加工方法では、 回転工具 2 1 4の先端部の中心 軸の座標の数値データが、 実施例 1で説明した距離 R Xに代えて、 ヮー ク 2 0 8の回転軸と直交する方向 (X軸) における所定の送りピッチで 増加するようにしたときのワーク 2 0 8の回転中心からの距離 (R X ) となる。' 図 8、 及ぴ図 9に示すように、 第 2の実施例の非球面加工方法では、 研削の開始時に、 Y軸 (主軸) で示されるワーク 2 0 8の回転中心の加 ェ点 S oに立てた法線方向に回転工具 2 1 4の先端部の中心軸を位置 決めする。 ワーク 2 0 8の回転中心の加工点 S oから加工を開始し、 例 えば最大の厚みの部分 (クロスカーブ、 B— B ' 断面) の任意の点 S n 上に回転工具 2 1 4の先端部の中心軸が存在するときに、 回転工具 2 1 4の先端部の中心軸の Y軸方向の位置は、 回転工具 2 1 4を自由に Y軸 方向に動かして回転工具 2 1 4の先端部の表面の三次元座標と、 ワーク 2 0 8の表面の三次元座標とで対応する格子点が最初に接する点 Q t (接触点) に立てた法線上に回転工具 2 1 4の先端部の中心軸が位置す ることになる。
レンズ 2 0 8が 9 0度回転し、 点 S nから最小の厚みの部分 (ベース カーブ、 A— 断面) の任意の点 S n m上に回転工具 2 1 4の先端部 の中心軸が存在するときに、 回転工具 2 1 4の先端部の中心軸の Y軸方 向の位置は、 '回転工具 2 1 4を自由に Y軸方向に動かして回転工具 2 1 4の先端部の表面の三次元座標と、 ワーク 2 0 8'の表面の三次元座標と で対応する格子点が最初に接する位置であり、 加工点は、 回転工具 2 1 4の先端部の表面の三次元座標と、 ワーク 2 0 8の表面の三次元座標と で対応する格子点が最初に接した点 Q t m (接触点) である。 レンズ 2 0 8が 9 0度回転し、 S n力 ら S n 'mへ回転工具 2 1 4が動いたときに、 回転工具 2 1 4は、 Y軸方向のマイナス方向に Δ Y移動する一方、 回転 工具 2 1 4は、 X軸方向のレンズ 2 0 8外周側へ正確に 1 4ピッチ分 X n mに相対移動する。 即ち、 ワーク 2 0 8は、 X軸テーブル 2 0 2に よって X軸方向の中心側へ正確に 1 / 4ピッチ分 X n mに移動する。 このように、 第 2の実施例の非球面加工方法では、 ワーク 2 0 8の回 転軸と直交する方向 (X軸) におけるワーク 2 0 8の回転中心と回転ェ 具 2 1 4の先端部の中心軸との距離 R Xを、 所定の送りピッチで増加す るように制御することにより、 レンズ 2 0 8上の回転工具 2 1 4の描く 軌跡を従来の グザグ状でない単純な螺旋状としている。 ワーク 2 0 8の外周側から研削を開始する場合、 高速で回転している ワーク 2 0 8の周速度の速い外周面に回転工具 2 1 4を当て始めると きに、 ワーク 2 0 8の外周面に回転工具 2 1 4を急に当てることができ ず、 ワーク 2 0 8の外周面よりやや外側の離れた位置に回転工具 2 1 4 をワーク 2 0 8に当たらないようにまず配置し、 その後、 通常の研削の 送りピッチで回転工具 2 1 4をゆつく り と回転中心側に動かし、 外周面 に回転工具 2 1 4を当てて研削を開始させる必要がある。 通常ワーク 2 0 8の外周面から 5 m m程度外方から回転工具 2 1 4の移動を開始す るが、 このとき回転工具 2 1 4は、 研削を行っておらず無駄な生産時間 となっていた。 ,
第 2の実施例の非球面加工方法では、 ワーク 2 0 8の回転中心から-研 削を開始することによって、 回転工具 2 1 4 ワーク 2 0 8に最初に当 たる部分は周速度がゼロか殆どゼロの回転中心、 又は回転中心の近傍で あるため、 直ちに回転工具 2 1 4を当てることが可能であり、 研削を必 要とする領域のみの回転工具 2 1 4の移動で加工が終了する。
このように、 ワーク 2 0 8の回転中心又は回転中心近傍から研削を開 始することによって、 回転工具 2 1 4の速度を減じることなく、 加工が 必要な領域のみ回転工具 2 1 4を移動して加工することから、 ワーク 2 0 8の外周側から研削を開始する場合よりも、 研削加工時間を短縮する ことができる。
また、 加工のための研削加工データは、 ワーク 2 0 8の加工面に対応 するだけでよく、 研削加工データ量を少なくすることも可能となる。 なお、 ワーク 2 0 8の回転中心から研削を開始する非球面加工方法は、 周速度がゼロか殆どゼロの回転中心かち研削を開始するため、 後述する 加工手順の内の仕上げ削り加工に適用することが望ましい。 なお、 0 . 1 ~ 5 . O m m程度の研削量 (切込量) であれば、 ワーク 2 0 8の回転 中心に直接回転工具 2 1 _4を当てて研削を開始することも可能である。 また、 研削の開始時に、 Y軸 (主軸) で示されるワーク 2 0 8の回転 中心の軌跡の加工点 S oを通る Y軸上に回転工具 2 1 4の先端部のァ ール部分の中心軸が配置され、 そのときの回転工具 2 1 4が当接するレ ンズの加工点を加工するように回転工具 2 1 4の Y軸方向の位置が制 御される。 ワーク 2 0 8の回転中心から外側へ向かう螺旋の軌跡に回転 工具 2 1 4の先端の中心軸座標の位置決めを連続して行'うことでレン ズ設計形状に基づいた形状創成を行う。 なお、 座標は、 各点の絶対値、 或いは一つ前の座標点に対する相対値、 を用いて加工のための数値デー タを構成するようにしてもよい。
前述のように、 第 2の実施例の非球面加工方法では、 実施例 1よりも 更に迅速に加工を行うことができる。
以上詳述したように本実施例によれば、 以下の効果が得られる。
本発明の非球面加工方法、 非球面形成方法及び非球面加工装置によれ ば、 慣性力が大きいテーブルを往復運動させずに一定方向へのみ運動す るようなシンプルな制御ができるためテーブルの追随性が良く、 囬凸の 段差が大きいワーク 2 0 8でも高速回転させて品質の良いものを迅速 に加工することができる。
【実施例 3】
本発明の非球面加工方法の第 3の実施例を、 図 1 0を用いて説明する 図 1 0は、 第 3の実施例の非球面加工方法におけ 回転工具 2 1 4を示 す概略図である。 図 1 0 ( a ) は、回転工具 2 1 4の正面図、図 1 0 ( b ) は、 回転工具 2 1 4の側面図である。
第 3の実施例の非球面加工方法では、 回転工具 2 1 4の円周の側面上 に中心を挟んで 2箇所に刃具としての力ッター 2 1 5が配置されてい' る。
また、 第 3の実施例の非球面加工方法は、 第 1及び第 2の実施例に基 づき説明した回転工具 2 1 '4が砥石による研削加工方法と同様である。 以上詳述したように本実施形態によれば、 切削加工の形態でも第 1及 び第 2の実施例と同様な効果が得られる。
【実施例 4】' 本発明の非球面加工方法の第 4の実施例を、 図 1 1を用いて説明する c 図 1 1は、 第 4の実施例の非球面加工方法における回転工具 2 1 4を示 す概略図である。 図 1 1 ( a ) は、回転工具 2 1 4の正面図、図 1 1 ( b ) は、 回転工具 2 1 4の側面図である。
第 4の実施例の非球面加工方法では、 回転工具 2 1 4 ©円周の側面上 の 1箇所にカッター 2 1 5が配置されている。
また、 第 4の実施例の非球面加工方法は、 第 1及び第 2の実施例に基 づき説明した回転工具.2 1 4が砥石による研削加工方法と同様である。 以上詳述したように本実施形態によれば、 回転工具 2 1 4にカッター 2 1 5が 1枚の形態でも第 3の実施例と同様な効果が得られる。
なお、 本発明は上記の実施例に限定されるものではない。 例えば、 以下 の態様で実施することもできる。 '
( 1 )本発明の非球面加工方法は、 レンズ 2 0 8全体を加工してもよい。 また、 レンズ 2 0 8の一部を本発明の非球面加工方法で加工し、 一部を 従来の法線制御加工方法で加工してもよい。 特に、 ワーク 2 0 8中心近 傍に傾斜部を有する、 例えば、 プリズム付きレンズの場合には、 本発明 の加工方法では回転工具 2 1 4のワーク 2 0 8中心側でプリズム部と の干渉が出る可能性がある。 従って、 一部に従来の法線制御加工方法に より研削及び切削加工することが有効な手段となる。 ,
( 2 ) 本発明の非球面加工方法)は、 レンズの周速度が大きいレンズの外 周部において特に有効である。 レンズの中心部近傍においては凹凸の差 が少なくなるので、 従来の法線制御加工方法を採用してもそれほど生産 性は低下しない。 そのため、 レンズの外周部では本発明の非球面加工方 法を採用し、 レンズの中心近傍では法線制御加工方法を採用する'ことも 可能である。
( 3 ) 本発明の非球面加工方法は、 眼鏡レンズの処方データに基づく最 終のレンズ面形状だけでなく、 例えば、 レンズの外径を削って外径を縮 小する外径加工、 最終のレンズ面形状に近似した自由曲面、 トーリ ック 面又は球面の面形状に形成する粗削り加工、 レンズの端の尖った部分を 削る面取り加工にも適用することができる。
( 4 ) ワーク 2 0 8 と しては、 眼鏡レンズに代えてその他のレンズや、 レンズを注型重合する型などでもよい。 また、 加工面も凹面に限らず凸 面でもよい。

Claims

請求の範囲 .
1 . 回転軸を中心に回転する被加工ワークと、 前記ワークの回転軸と同 一方向及び前記ワークの回転軸と直交する方向に、 前記ワークと相対移 動可能な回転工具とを有し、 前記回転工具は、 前記ワークの回転軸と 直交する方向において前記ワークの回転軸の中心から前記ワークの外 周部までの一部もしくはすべての領域で、 所定の送りピッチで一定方向 に移動して前記ワークを非軸対称非球面に加工することを特徴とする 非球面加工方法。
2 . 前記回転工具の位置を、 前記ワークの加工点に立てた法線方向に前 記回転工具の先端の回転中心軸が位置するように制御することを特徴 とする請求の範囲 1に記載の非球面加工方法。 ,.
3 . 前記回転工具による加工を、 前記ワークの回転軸と直交する方向に おける前記ワークの回転中心と前記回転工具の先端との距離がゼ口又 はゼロ近傍から、 または前記ワークの外周縁部と前記回転工具先端との 距離がゼロ又はゼロ近傍から、 開始するように制御すること.を特徴とす る請求の範囲 1または請求の範囲 2に記載の非球面加工方法。
4 . 前記回転工具は、 回転軸を中心に回転する砥石であることを特徴と する請求の範囲 1 ,乃至請求の範囲 3のいずれかに記載の非球面加工方 法。
5 . 前記回転工具は、 回転軸を中心に回転する刃具であることを特徴と する請求の範 H 1乃至請求の翁囲 3のいずれかに記載の非球面加工方 法。 '
6 . 前記ワークを所望の形状に近似する形状に形成する粗削り工程と、 前記粗削り工程に引き続き、 前記ワークに請求の範囲 1乃至請求の範囲
5のいずれかに記載の非球面加工方法を用いて加工することにより、 前 記ワークを所望の形状に形成する仕上げ削り工程とを有することを特 徴とする非球面形成方法。
7 . 請求の範囲 6に記載の非球面形成方法が組み込まれた非球面加工装
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