DE69727275T2

DE69727275T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Kunststofflinse

Info

Publication number: DE69727275T2
Application number: DE69727275T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Chiyoda-ku Yoshida; Toshiya Chiyoda-ku Tanaka; Masaharu Chiyoda-ku Ohshima
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2017-10-10
Also published as: EP0835722B1; JPH10175148A; EP0835722A1; DE69727275D1; CN1100662C; CN1181306A; CA2218001C; CA2218001A1; US6276994B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich, laut dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11, auf eine Vorrichtung zum und ein Verfahren für die Herstellung von Plastiklinsensubstraten. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung und eines derartigen Verfahrens ist in EP 453 627 A offenbart.
STAND DER TECHNIK
Bis jetzt wurde ein Plastikblockmaterial, das als Plastiklinsensubstrat zur Verwendung in Brillen geeignet war, durch Bearbeiten von einer seiner zwei Oberflächen mittels dreier Bearbeitungsschritte, d. h. Schleifen, Glätten und Polieren, hergestellt. Das Plastikblockmaterial (im Weiteren als Blockmaterial bezeichnet) bezeichnet eine dickwandige Linse, die bereits auf einer konvexen Seite bearbeitet wurde, aber noch eine Bearbeitung erfordert, um eine gewünschte Linsendicke und eine konkave Seite zu erhalten. Das Blockmaterial ist eine sogenannte Halbfertiglinse. Die Einzelheiten der oben genannten Bearbeitungsschritte werden nachfolgend beschrieben.
Erstens, der Schleifschritt ist vorgesehen zum Schleifen der ausgewählten Oberfläche des Blockmaterials (nachfolgend die Linse bildende Oberfläche genannt), so dass ein gewünschter Radius auf der die Linse bildenden Oberfläche erhalten wird. Dazu wird eine Diamantschleifscheibe verwendet, die als ein topfförmiges Werkzeug bekannt ist, das Diamantteilchen aufweist, die galvanisch auf der Schleiffläche fixiert werden. Zum Ausführen des Schleifschrittes wird bewirkt, dass die Diamantschleifscheibe axial rotiert und dann die mit Diamantteilchen besetzte Fläche in beweglichen Kontakt mit der die Linse bildenden Oberfläche des Blockmaterials gebracht wird, während der die Linse bildenden Oberfläche ein Kühlmittel zugeführt wird. Als Kühlmittel wird gewöhnlich Wasser oder eine wässrige Lösung, die ein Rostschutzmittel, ein Antischaummittel und dergleichen enthält, verwendet.
Der Glättschritt folgt nach Beendigung des Schleifschrittes.
Der Glättschritt ist vorgesehen, um die die Linse bildende Oberfläche des Blockmaterials fein und glatt zu machen, dessen die Linse bildende Oberfläche mit einem vorbestimmten Radius geschliffen wurde, aber durch den Schleifschritt eine Oberflächenrauhigkeit aufweist. In der üblichen Ausführung wird der Glättschritt durch die Verwendung einer Aluminiumschale, die eine Fläche mit einem Radius aufweist, der dem durch die die Linse bildenden Oberfläche definierten Radius des Blockmaterials entspricht, ausgeführt. Auf der schüsselförmigen Fläche ist ein dünnes Poliermedium, gewöhnlich Glättkissen genannt, aufgeklebt, zur ausschließlichen Verwendung in einem derartigen Glättschritt. Die hier bezeichnete Aluminiumschale ist bekannt als eine Bearbeitungsschale. Die Bearbeitungsschale wird so bewegt, dass während der Zuführung eines Kühlmittels dem Poliermedium ein gleitender Kontakt mit der die Linse bildenden Oberfläche des Blockmaterials ermöglicht wird.
Das Blockmaterial, das in dem Glättschritt bearbeitet wurde, um eine verringerte Oberflächenrauhigkeit auf der die Linse bildenden Oberfläche aufzuweisen wird danach als eine Endbearbeitung einem Polierschritt unterworfen.
Der Polierschritt beabsichtigt der die Linse bildenden Oberfläche, die einen Glättschritt erfahren hat, eine größere Feinheit und Glattheit zu verleihen. Auch in dem Polierschritt wird eine Aluminiumschale verwendet, in der zuvor in Verbindung mit dem Glättschritt beschriebenen Ausführung, die eine radial geformte Fläche aufweist, um auf die die Linse bildende Oberfläche des Blockmaterials zu passen. Ein Poliermedium (zum Beispiel ein Polierkissen), das auf der Aluminiumschale aufgeklebt ist, hat eine weichere Beschaffenheit und eine kleinere Maschenweite als das im Glättschritt verwendete. Der Polierschritt wird ausgeführt, indem die genannte Bearbeitungsschale in Gleitkontakt mit der die Linse bildenden Oberfläche gebracht wird, während eine Polierflüssigkeit auf die Oberfläche aufgebracht wird.
Bei der Herstellung eines Plastiklinsensubstrates wurde das Blockmaterial auf seiner die Linse bildenden Oberfläche, wie zuvor erläutert, mittels dreier Bearbeitungsschritte bearbeitet. In jedem dieser Schritte wurde exklusive jeweils eine individuelle Bearbeitungsvorrichtung verwendet.
Um ein Plastiklinsensubstrat zur Verwendung in Brillen herzustellen, haben die Erfinder die Fertigungsvorrichtungen und die Fertigungsverfahren nach dem Stand der Technik verwendet und dabei ein Plastikblockmaterial bearbeitet. Dadurch haben die Erfinder herausgefunden, dass die herkömmliche Praxis einer zu langen Bearbeitungszeit bedarf.
Das herkömmliche Herstellungsverfahren bedarf einer separaten Fertigungsvorrichtung, um die einzelnen Schleif-, Glätt- und Polierbearbeitungsschritte eines Plastikblockmaterials durchzuführen. Ein derartiges Verfahren führt zu höheren Ausrüstungskosten und zu einem größeren Bedarf an Aufstellungsflächen. Zusätzlich sind viele verschiedene Bearbeitungsschalen nötig um die gewünschten variierenden Radien abzudecken, die in den beiden Glätt- und Polierbearbeitungsschritten bearbeitet werden. Die Herstellung dieser Bearbeitungsschalen verursacht eine hohe Zeit- und Kostenbelastung. Außerdem sind die zu bearbeitenden Radien abhängig von den Anforderungen an die Linsen, die unterschiedlich sind durch die individuellen Erfordernisse der Benutzer. Eine große Anzahl von Radien sind erforderlich um den unterschiedlichen Anforderungen der Benutzer gerecht zu werden. Wegen des großen Aufwandes an Zeit und dem Aufwand zum Herstellen der Bearbeitungsschalen sind Lager für die Schalen der vielfältigen Art nötig. Dies führt zu einem großen Lagerplatzbedarf und hohen Vorausinvestitionen. Die beschriebenen Probleme stellen ein Hindernis bei der Verbesserung der Produktivität und der Kostensenkung der Linsenherstellung dar.
Außerdem und Nachteilhafterweise erfordert das herkömmliche Herstellungsverfahren, das Bearbeitungsschalen verwendet, dass die Schalen in Gleitkontakt mit der Linsen bildenden Oberfläche des Plastikblockmaterials gebracht werden, was dazu führt, dass die ausführbare Bearbeitung auf sphärische und torische Linsen beschränkt ist.
Eine alternative Plastiklinsenherstellungsvorrichtung, die Linsen fertigt ohne Bearbeitungsschalen zu verwenden ist in EP 0 453 627 offenbart. Die Plastiklinsenherstellungsvorrichtung weist ein rotierbares Spannfutter, zum rotieren eines optischen Linsenrohlings, zwei Antriebssysteme und ein Fräsmesser auf. Eine Computersteuerung ist für den Betrieb mit dem Antriebssystem verbunden, um die Verschiebung des zugeordneten Spannfutters und des Fräsmessers zu koordinieren, um zu bewirken, dass eine ausgewählte Krümmung auf dem Rohling erzeugt wird.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die zuvor erwähnten Probleme, die bei dem Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik aufgetreten sind, zu lösen oder zu beheben.
Zum Herausfinden der Ursache für diese Probleme haben die Erfinder ein Plastikblockmaterial unter Verwendung des Herstellungsverfahrens und der Herstellungsvorrichtung nach dem Stand der Technik bearbeitet.
Es dauert ein bis zu mehrere Minuten um jeden der Bearbeitungsschritte, die Schleifen, Glätten und Polieren umfassen, durchzuführen und abzuschließen. Das Blockmaterial muss jedes Mal nach Beendigung der Schritte entfernt und wieder fixiert werden, wozu eventuell langwierige Tätigkeiten nötig sind. Um einen Durchlauf der drei Bearbeitungsschritte zum Bearbeiten eines Blockmaterials abzuschließen ist es erforderlich, dass das Blockmaterial dreimal fixiert und dreimal entfernt wird und zweimal Bearbeitungsschalen eingesetzt und ausgebaut werden. Es hat sich gezeigt, dass das Fixieren und das Entfernen des Blockmaterials als auch das Einsetzen und das Ausbauen der Bearbeitungsschalen, insgesamt bis zu zehn Mal, deshalb eine große Anstrengung darstellt und viel Arbeitsaufwand erfordert.
Außerdem muss jedes Mal nachdem ein Blockmaterial vollständig bearbeitet wurde ein Kissen, das zur Verwendung in jedem der Glätt- und Polierbearbeitungsschritte auf die Bearbeitungsschale aufgeklebt wurde durch ein neues ersetzt werden. Das Ablösen eines verbrauchten Kissens und das Anbringen eines frischen Kissens hat sich als langwierig und Anstrengung und Arbeitsaufwand erfordernd herausgestellt.
Es hat sich ferner gezeigt, dass es unpraktisch ist eine Bearbeitungsschale mit dem gewünschten Radius aus einer Vielzahl von Lagerbeständen herauszufinden. Die gewünschte Bearbeitungsschale wird manchmal vergebens gesucht, wenn sie in einem anderen Bearbeitungsschritt verwendet wird. In einem solchen Fall wird eine gewisse Zeit mit Warten verbraucht bis die Bearbeitungsschale verfügbar wird. Dies führt zu einer Verminderung der Herstellungsproduktivität.
Die oben bezeichneten Fakten haben sich als kostensteigernd und produktivitätsmindernd erwiesen, wenn eine Plastiklinse für eine kundenspezifische Brille hergestellt wird.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Plastiklinsensubstrates gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Plastiklinsensubstrates gemäß Anspruch 11 bereitgestellt.
Nach jedem der zwei oben dargelegten Aspekte können als Plastikblockmaterial vorzugsweise thermoplastische Harze oder duroplastische Harze gewählt werden. Die thermoplastischen Harze können Zelluloseharze (wie Zelluloid, Zelluloseacetat, Zellulosepropionat und Zellulosebutyrat), Polyamidharze einschließlich aliphatische Polyamide (wie 6-Nylon, 6,6-Nylon und 12-Nylon) und aromatische Polyamide, Polyolefine (wie ABS-Harz, AS-Harz, Polystyrol, Polyethylen und Polypropylen), Vinylharze (wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer und Polyvinylalkohol), gesättigte Polyester (wie Polyacetalharz, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat und Polybutylenterephtalat), aromatische Polyester, Polyetherketon, Polyetheretherketon, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyarylat, Polymethylpenten, Ionomer, Flüssigkristall-Polymer, Polyimid, Fluorpolymer, Polyphenylsulfid, modifiziertes Polyphenylenoxid, thermoplastisches Polyurethan sein. Die duroplastischen Harze können Epoxidharz, ungesättigte Polyester, duroplastisches Polyurethan, Polyimid, Polymer von Diethylenglykol-Bisallycarbonat (CR-39), Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und Diacrylat Di(meth)acrylat, Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und urethan-modifiziertem Di(meth)acrylat, oder Copolymer von einer Diacrylatverbindung oder Vinylbenzylalkohol und einer ungesättigten Thiolverbindung sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die begleitende Zeichnung veranschaulicht in einem schematischen Aufriss eine bevorzugte Form der Herstellungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird nun nachfolgend beschrieben.
Die Zeichnung ist ein schematischer Aufriss, der die Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Ein Plastikblockmaterial 1 ist an der Verwendungsstelle in einem Aufnehmer 2 eingesetzt, der zum Halten eines zu bearbeitenden Prozessmaterials angebracht ist. In dieser Ausführungsform ist das Blockmaterial 1 mit seiner konvexen Seite mittels einer Metalllegierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt angebracht, um klebend an dem Aufnehmer 2 befestigt zu sein. Eine Seite des Aufnehmers 2 ist dazu bestimmt das Prozessmaterial oder Blockmaterial 1 zu halten und die andere Seite ist sicher an der Achse, die mit dem Manipulator gekoppelt ist, befestigt. Der Manipulator 3 bewirkt eine Rotation des Aufnehmers 2, wozu ein Motor oder dergleichen verwendet werden kann.
Der Aufnehmer 2 ist in X und/oder Y und/oder Z Richtung bewegbar und diese Bewegungen sind durch die Einwirkung eines Antriebs 15 durchführbar. Obwohl in der Zeichnung der Antrieb 15 mit dem Manipulator 3 verbunden ist kann er mit dem Manipulator 3 vereint sein, derart, dass der letztgenannte sich zusammen mit dem Manipulator 3 bewegen kann.
Sowohl der Manipulator 3 als auch der Antrieb 15 sind mit der Steuerungseinheit 16 verbunden. Die Steuerungseinheit 16 steuert den Manipulator 3 und steuert dabei die Umdrehungszahl und die Umdrehungsgeschwindigkeit in Bezug zu dem Aufnehmer 2 und auch den Ein-Aus-Betrieb des Manipulators 3. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 16 den Antrieb 15 und dabei die X und/oder Y und/oder Z Richtung der Bewegung, die Distanz der Bewegung, die Geschwindigkeit der Bewegung und den Ein-Aus-Betrieb in Bezug zum Aufnehmer 2. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Computer als Steuerungseinheit 16 verwendet. Während in der Anordnung die in der Zeichnung veranschaulicht ist sowohl der Manipulator 3 und der Antrieb 15 mit einer einzigen Steuereinheit 16 verbunden sind, können auch getrennte Steuereinheiten für den Manipulator 3 und den Antrieb 15 vorgesehen sein.
Eine Haltevorrichtung 5, zum Halten eines Bearbeitungswerkzeuges ist in Richtung auf die Seite des Aufnehmers 2 positioniert, der angeordnet ist das Bearbeitungsmaterial oder das Blockmaterial 1 zu halten. Die Haltevorrichtung 5 weist an einem Ende davon eine Stelle zum Halten des Bearbeitungswerkzeugs und am gegenüberliegenden Ende einen Manipulator 6 auf. Der Manipulator 6 wirkt, um eine axiale Rotation des Bearbeitungswerkzeuges zu ermöglichen. Für diese Funktion kann ein Motor, ein Schnellfrequenzmotor, eine Luftspindel und der gleichen verwendet werden.
Die Haltevorrichtung 5 ist an den Antrieb 15 angekoppelt. Hier wirkt der Antrieb 15 auf das Bearbeitungswerkzeug in Bezug auf die X und/oder Y und/oder Z Richtungen der Bewegung, die Distanz der Bewegung und den Ein-Aus-Betreb als auch auf die Schrägstellung (θ) der Bewegung.
Der Manipulator 6 ist auch an die Steuereinheit 16 gekoppelt. Die Steuereinheit 16 steuert den Manipulator 6, wobei sie das Bearbeitungswerkzeug in Bezug zu den X und/oder Y und/oder Z Richtungen der Bewegung, der Distanz der Bewegung, die Geschwindigkeit der Bewegung und den Ein-Aus-Betrieb als auch die Schrägstellung (θ) der Bewegung und den Ein-Aus-Betrieb der Schrägstellung steuert. Dazu kann eine computergestützte Einheit verwendet werden. Wenn die Achse von θ auf Null Grad eingestellt wird arbeitet das Bearbeitungswerkzeug tatsächlich nur in einem Bereich nahe seinem oberen Ende mit dem daraus folgenden Fehler, dass keine ausreichende Umlaufgeschwindigkeit aus der Rotation des Bearbeitungswerkzeug erhalten wird. Ungünstig ist auch, das ein derartiges Werkzeug zu Stockungen oder ähnlichem ungünstigen Verhalten neigt. Aus diesen Gründen sollte die Achse von θ bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung schräggestellt sein.
In der nun beschriebenen Ausführungsform werden diese Steuerungsvorgänge, die durch den Manipulator 6 ausgeführt werden, unter Verwendung einer Steuereinheit durchgeführt. Wenn es gewünscht wird können Einzelsteuereinheiten angeordnet werden, um die jeweiligen Steuerungsvorgänge zu bewerkstelligen. Andererseits sind der Antrieb 15 und die Steuerungseinheit 16 so angeordnet, um sowohl den Aufnehmer 2 als auch die Haltevorrichtung 5 zu betätigen und die Manipulatoren (3, 6) dieser wesentlichen Bestandteile zu steuern. Der Antrieb 15 und die Steuereinheit 16 können in einer getrennt wirkenden Beziehung zueinander stehen.
Seitlich oberhalb des Blockmaterials 1 sind eine Absaugrohrleitung 12, eine Kühlmittelzuführschlauchleitung 13 und eine Polierflüssigkeitszuführschlauchleitung 14 angeordnet. Die Absaugung, die Kühlmittelzufuhr und die Flüssigkeitszufuhr werden unter Verwendung eines computergesteuerten Motors bewerkstelligt, der in der Lage ist den Ein-Aus-Betrieb auszuführen und den Umfang des Absaugens und der Zuführung zu steuern.
Eine Speichereinheit 17, zum Speichern der Bearbeitungswerkzeuge ist an die Werkzeughaltevorrichtung 5 angrenzend angebracht. Die Speichereinheit 17 ist so gestaltet, um eine Vielzahl von Bearbeitungswerkzeugen 7, 8, 9, 10, 11 unterschiedlicher Form, Härte und Abmessung unterzubringen, zur Anpassung an jeden der Schleif-, Glätt-, und Polierbearbeitungsschritte. Während des Bearbeitungsbetriebes bewegt sich die Haltevorrichtung 5, um zu der Speichereinheit 17 zu gelangen und so ein für die nachfolgende Bearbeitung benötigtes Werkzeug auszuwählen. Die Auswahl liegt im Ermessen des Bedieners der Vorrichtung.
Geeignete Bearbeitungswerkzeuge zur Verwendung in dem Schleifschritt umfassen einen Kugel-Fingerfräser und einen Fingerfräser und geeignete Materialien einschließlich Diamant und ultrahartes Material. Geeignete Bearbeitungswerkzeuge zur Verwendung in dem Glättschritt werden aus galvanisch abgeschiednem Schleifstein und harzgebundenem Schleifstein ausgewählt. Geeignete Bearbeitungswerkzeuge zur Verwendung in dem Polierschritt werden aus Filzpoliermaterial, Silicongummi und einer Bürste ausgewählt.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann sich die Haltevorrichtung 5 oder der Aufnehmer 2 oder beide in die X und/oder Y und/oder Z Richtungen der Bewegung der Hauptbestandteile bewegen. Außerdem kann das Bearbeitungswerkzeug oder der Aufnehmer 2 oder beide Teile rotieren. Entsprechend dem Herstellungsverfahren werden die Rotation des Blockmaterials und/oder des Bearbeitungswerkzeuges, die Bewegung des Blockmaterials und/oder des Bearbeitungswerkzeuges, der Austausch der Bearbeitungswerkzeuge, das lokale Absaugen und die Zuführung des Kühlmittels und der Polierflüssigkeit mittels Steuerung durch einen Computer bewerkstelligt. Als Folge davon ist das Fixieren und das Entfernen des Blockmaterials nur einmal erforderlich. Die Linsenbearbeitung vom Schleifen bis zum Polieren ist automatisch durchführbar mit einem einzigen Satz von Herstellungsvorrichtungen.
Ebenso vorteilhaft ist, dass die Rotation des Blockmaterials und/oder der Linse, die Rotation des Werkzeuges und die Bewegung des Werkzeuges durch numerische Steuerung gestützt von einem Computer ausgeführt werden, so dass Linsenoberflächen, wie eine aspherische Oberfläche, eine progressive Oberfläche, eine Kombination einer aspherischen und einer torischen Oberfläche und so weiter, deren Linsenoberflächen sich nach dem Verfahren des Standes der Technik als nicht herstellbar erwiesen haben, nach Belieben bearbeitet werden können.
Die vorliegende Erfindung ist geeignet zur Bearbeitung von Plastikmaterialien. Als geeignete Plastikmaterialien, besonders zur Verwendung als Linsensubstrate für Plastikbrillengläser, können vorzugsweise thermoplastische Harze und duroplastischen Harze gewählt werden.
Die thermoplastischen Harze können Zelluloseharze (wie Zelluloid, Zelluloseacetat, Zellulosepropionat und Zellulosebutyrat), Polyamidharze einschließlich aliphatische Polyamide (wie 6-Nylon, 6,6-Nylon und 12-Nylon) und aromatische Polyamide, Polyolefine (wie ABS-Harz, AS-Harz, Polystyrol, Polyethylen und Polypropylen), Vinylharze (wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer und Polyvinylalkohol), gesättigte Polyester (wie Polyacetalharz, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat und Polybutylenterephtalat), aromatische Polyester, Polyetherketon, Polyetheretherketon, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyarylat, Polymethylpenten, Ionomer, Flüssigkristall-Polymer, Polyimid, Fluorpolymer, Polyphenylsulfid, modifiziertes Polyphenylenoxid, thermoplastisches Polyurethan sein. Die duroplastischen Harze können Epoxidharz, ungesättigte Polyester, duroplastisches Polyurethan, Polyimid, Polymer von Diethylenglykol-Bisallycarbonat (CR-39), Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und Di(meth)acrylat, Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und urethan-modifiziertem Di(meth)acrylat, oder Copolymer von einer Diacrylatverbindung oder Vinylbenzylalkohol und einer ungesättigten Thiolverbindung sein. Die thermoplastischen Harze schließen, zusätzlich zu den durch Wärme härtbaren Harzen, durch Licht härtbare Harze, wie aus einer Acrylgruppe und dergleichen, ein.
[Beispiel 1]
In diesem Beispiel wurde ein Plastikblockmaterial bearbeitet um ein Plastiklinsensubstrat herzustellen.
Eine Halbfertiglinse aus Plastik (ein Polymer von CR-39), die so bearbeitet wurde, dass sie eine konvexe Oberfläche aufweist wurde auf einem Bearbeitungsmaterialaufnehmer mit der konvexen Seite nach unten gerichtet befestigt.
Mit dem Begriff Halbfertiglinse ist ein Linsensubstrat gemeint, das vorbereitet ist, um darauf kundenspezifisch und gemäß einer bestimmten Linsenformel eine konkave Seite zu bearbeiten. Deshalb ist die Halbfertiglinse mit einer zuvor bearbeiteten konvexen Oberfläche versehen. In diesem Beispiel wurde eine konkave Oberfläche mit einem Radius von 100 mm, unter Berücksichtigung der Linsenformel und der konvexen Form der Halbfertiglinse, bearbeitet.
Erstens wurde das Schleifen ausgeführt. Als Bearbeitungswerkzeug zum Schleifen wurde ein ultraharter Fräser, Spiral Cut (Artikelnummer B2585, Kugelform mit einem Radius von 6 mm) hergestellt von MINITOR Co, Ltd. verwendet. Dieser Fräser wurde auf einer Werkzeughaltevorrichtung befestigt.
Mittels einer Computersteuerung wurde die den Fräser führende Haltevorrichtung in Z und X Richtung bewegt und am Rand des Blockmaterials positioniert.
Mit einer um 30 Grad schräggestellten θ Achse wurde das Werkzeug mit 5000 U/min und die Linse mit 4 U/min rotiert. Eine Materialabnahme des Blockmaterials um eine Tiefe von 3 mm in der Z Richtung wurde danach unter Absaugung ausgeführt, während die X Achse mit einer Geschwindigkeit von 2,80 mm/min vom Rand des Blockmaterials Richtung Zentrum verschoben wurde. Während durch Verschiebung der Z Achse eine konkave Oberfläche mit 100 mm Radius bearbeitet wurde.
Zweitens wurde das Glätten ausgeführt. Die Rotation des Werkzeuges, das zum Schleifen verwendet wurde, wurde beendet und auch das Absaugen wurde abgeschlossen. Die Z, X und θ Achsen der Werkzeughaltevorrichtung wurden verschoben, so dass die Werkzeughaltevorrichtung bewegt wurde, um dorthin zu gelangen, wo die Bearbeitungswerkzeuge zum Austausch gespeichert wurden. Hier wurde die Werkzeughaltevorrichtung geöffnet, um das Werkzeug zum Schleifen auszubauen.
Als ein Bearbeitungswerkzeug zum Glätten wurde ein galvanisch abgeschiedener Diamant Schleifstein Nr. 120 (Artikelnummer A3608, Kugelform mit 6,0 mm Radius) hergestellt von MINITOR Co., Ltd. ausgewählt und an dem Werkzeughalter befestigt. Der Schleifstein führende Werkzeughalter wurde in die Z und X Richtungen bewegt und am Rand des Blockmaterials positioniert. Mit einer um 30 Grad schräggestellten θ Achse wurde das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 5000 U/min rotiert. Eine Materialabnahme des Blockmaterial um eine Tiefe von 0,05 mm in der Z Richtung wurde danach unter Zuführung von Wasser als Kühlmittel ausgeführt, während die X Achse mit einer Geschwindigkeit von 0,08 mm/min vom Rand des Blockmaterials Richtung Zentrum bewegt wurde. Während durch Verschiebung der Z Achse eine konkave Oberfläche mit 100 mm Radius bearbeitet wurde.
Nachdem das Glätten abgeschlossen war wurde die Rotation des Werkzeuges und die Zuführung des Kühlmittels beendet. Die Z und X Achsen der Werkzeughaltevorrichtung wurden verschoben und die θ Achse eingezogen, wobei die Werkzeughaltevorrichtung bewegt wurde, um dorthin zu gelangen, wo die Bearbeitungswerkzeuge zum Austausch gespeichert wurden. Das Werkzeug zum Glätten wurde dann aus der Werkzeughaltevorrichtung ausgebaut.
Als ein Bearbeitungswerkzeug zum Polieren wurde ein weiches Filzpoliermaterial (Artikelnummer E5518, Kugelform mit 10 mm Radius) hergestellt von MINITOR Co., Ltd. ausgewählt und an dem Werkzeughalter befestigt. Die das Poliermaterial führende Haltevorrichtung wurde in die Z und X Richtungen bewegt und am Rand des Blockmaterials positioniert. Mit einer um 30 Grad schräggestellten θ Achse wurde das Bearbeitungswerkzeug mit einer Geschwindigkeit von 5000 U/min und das Blockmaterial mit einer Geschwindigkeit von 4 U/min rotiert. Eine Materialabnahme des Blockmaterial um eine Tiefe von 0,005 mm in der Z Richtung wurde danach unter Zufuhr von handelsüblichem Poliermittel Polipla 103A von Fujimi Incorporated, ausgeführt, während die X Achse mit einer Geschwindigkeit von 36 mm/min vom Rand des Blockmaterials Richtung Zentrum bewegt wurde. Während durch Verschiebung der Z Achse eine konkave Oberfläche mit 100 mm Radius bearbeitet wurde.
Letztlich wurde die Rotation des Bearbeitungswerkzeuges, die Rotation des Blockmaterials und die Zufuhr der Polierflüssigkeit beendet. Die Z und X und θ Achsen der Werkzeughaltevorrichtung wurden verschoben und die Werkzeughaltevorrichtung wurde bewegt, um dorthin zu gelangen, wo die Bearbeitungswerkzeuge zum Austausch gespeichert wurden. Das Werkzeug zum Polieren wurde dann aus der Werkzeughaltevorrichtung ausgebaut. Das Blockmaterial wurde ebenso vom Bearbeitungsmaterialaufnehmer entfernt. Womit eine Folge von Schleif-, Glätt- und Polierschritten abgeschlossen war.
Bei diesem Verfahren wurden alle Arbeitsschritte, außer zum Befestigen und Entfernen des Blockmaterials, automatisch mittels eine programmierten Computersteuerung, wie in dem obigen Beispiel veranschaulicht, ausgeführt.
[Beispiel 2]
In diesem Beispiel wurde ein Plastiklinsensubstrat für das eine torische Oberfläche vorgesehen war gefertigt. Als Plastikblockmaterial wurde eine Halbfertiglinse, die aus dem gleichen Material gebildet war, wie es im Beispiel 1 getestet wurde und die bearbeitet wurde, um eine konvexe Oberfläche mit einer bestimmten Krümmung aufzuweisen. Diese Halbfertiglinse wurde auf einem Bearbeitungsmaterialaufnehmer angebracht.
Weil dieses Beispiel ein Linsensubstrat betrifft, das eine torische Oberfläche darauf aufweist, werden die Radien einer konkaven Oberfläche auf 100 mm in einer ersten Achsrichtung und auf 75 mm in einer zweiten Achsrichtung senkrecht zu der ersten Achsrichtung eingestellt, unter Berücksichtigung der Linsenformel und der Form der Halbfertiglinse.
Um das Schleifen zu bewerkstelligen wurde das gleiche Bearbeitungswerkzeug, das zum Schleifen im Beispiel 1 verwendet wurde gewählt und an der Werkzeughaltevorrichtung befestigt. Das Bearbeitungswerkzeug wurde in Z und X Achsenrichtung verschoben und am Rand des Blockmaterials positioniert. Die Werkzeughaltevorrichtung wurde um 30 Grad schräggestellt, in Bezug zu der senkrechten Linie die von einer die Linse bildenden Oberfläche der Halbfertiglinse ausgeht, und dann eine Rotation mit 5000 U/min für das Werkzeug und 4 U/min für die Linse bewirkt. In diesem Fall wurde die Z Achsenrichtung gesteuert, um durch die Bewegung, synchronisiert mit dem Rotationswinkel der Halbfertiglinse, die Verschiebung so zu steuern, dass eine torische Linse bearbeitet wird. Mit diesem Rotationswinkel ist der Winkel der torischen Oberfläche gemeint der in Übereinstimmung mit der Linsenformel spezifiziert wurde.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde das Schleifen mit Absaugung ausgeführt. Eine Materialabnahme der Halbfertiglinse um eine Tiefe von 3 mm wurde unter Verwendung des Bearbeitungswerkzeuges ausgeführt, während letztgenanntes mit einer Geschwindigkeit von 2,80 mm/min vom Rand des Blockmaterials Richtung Zentrum bewegt wurde.
In Bezug auf die nachfolgenden Schleif- und Polierbearbeitungsschritte wurde den Arbeitsabläufen von Beispiel 1 gefolgt, mit der Ausnahme, dass die Krümmungen so eingestellt wurden, dass die oben erwähnten Anforderungen der torischen Oberfläche erfüllen.
In dem Fall in dem keine Krümmung zum Definieren der die Linse bildenden Oberfläche brauchbar ist, wie bei einer progressiven Linse oder dergleichen, kann die Bearbeitung durch das Steuern der Verschiebung in Z Achsenrichtung durch die Bewegung, die mit dem Rotationswinkel der Halbfertiglinse synchronisiert ist, bewerkstelligt werden, und dabei die Anforderungen an die mit einem Computer oder dergleichen frei programmierbaren Krümmungen erfüllen.
In den vorausgegangenen Beispielen ist ein einem Schleifvorgang zu unterziehendes Substrat eine Halbfertiglinse, die nicht in ihrem Durchmesser angepasst wurde. Die Halbfertiglinse kann jedoch auf ihrer Randfläche entsprechend einer bestimmten Information, die durch Bestimmen des bearbeitbaren Durchmessers eines Linsensubstrates aus der Form einer zum Einsetzen in eine Brille fertigen Linse erhalten werden kann. Dieser Bearbeitungsvorgang wird gewöhnlich Kantenbearbeitung genannt. Die kantenbearbeitete Linse besitzt eine kreisförmige Form. Außerdem kann, wenn die Form zum Einbauen der Linse in eine Brille bereits entschieden ist, die Randbearbeitung vor dem Schleifen ausgeführt werden.
Bearbeitungswerkzeuge zur Kanten- und Randbearbeitung können die zum Schleifen verwendeten Werkzeuge sein. Wünschenswerter ist es jedoch, ein zylindrisches Werkzeug zu verwenden, das einen geraden Abschnitt aufweist, mit dem es mit der Randfläche der Halbfertiglinse in Kontakt kommt.
Um das Polieren mit größerer Genauigkeit zu erzielen, kann der Plierschnitt alleine unter Verwendung einer separaten Vorrichtung bewerkstelligt werden. In diesem Fall werden das Kantenbearbeiten, Schleifen und Glätten in der gleichen Vorrichtung bewerkstelligt und das Polieren alleine in einer zweiten Vorrichtung. Zusätzlich, jedoch abhängig von den gewählten Bearbeitungswerkzeugen, kann der gleiche Bearbeitungswerkzeugsatz zum Schleifen, Glätten und Kantenbearbeiten angewendet werden.
Das Bearbeitungsverfahren kann das Schleifen, Glätten und Polieren mit nur einem Befestigungs- und Entfernungszyklus eines Bearbeitungsmaterials bewerkstelligen, was zu einer verkürzten Bearbeitungszeit beitragen kann. Trotz der Tatsache, dass das herkömmliche Verfahren drei separate Vorrichtungen für die drei Bearbeitungsschritte erfordert, bewirkt das Verfahren entsprechend der Erfindung, dass diese Schritte in ein und derselben Vorrichtung durchgeführt werden und führt deshalb zu niedrigeren Ausrüstungskosten und geringerem Stellflächenbedarf. Ferner werden Lagerraum und Vorbereitungskosten für Bearbeitungsschalen eingespart, da diese für die Durchführung der Erfindung nicht nötig sind. Dies führt zu reduzierten Herstellungskosten des Bearbeitungsmaterials.
Zusätzlich und Vorteilhafterweise wird die Bewegung einer Linse oder eines Werkzeuges durch numerische Steuerung, gestützt durch einen Computer oder dergleichen, ausgeführt, sodass Linsenoberflächen, wie eine aspherische Oberfläche, eine progressive Oberfläche, wenn es wünschenswert ist, bearbeitbar sind, die sich mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik als nicht erzielbar erwiesen haben. Das Verfahren nach dem Stand der Technik, das Bearbeitungsschalen verwendet, macht es, wegen des Bedarfs einer größeren Anzahl von Bearbeitungsschalen, ausgesprochen schwierig spezielle Linsenformen von mehr als 10 Dioptrien auf einer sphärischen Oberfläche und von mehr als 4 Dioptrien auf eine torischen Oberfläche zu bearbeiten. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat keinen Bedarf an derartigen Bearbeitungsschalen und hat sich als zufriedenstellend anwendbar für spezielle Linsenformen erwiesen.

Claims

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Plastiklinsensubstrates durch Bearbeiten eines Plastikblockmaterials (1), die umfasst: einen Aufnehmer (2), zum Halten eines Plastikblockmaterials; eine Haltevorrichtung (5), zum Halten eines Bearbeitungswerkzeuges; einen Manipulator (3, 6), zum Bewegen des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Blockmaterials beim Bearbeiten; einen Antrieb (15), der bewirkt die Werkzeughaltevorrichtung und/oder den Plastikblockaufnehmer so zu bewegen, dass das Bearbeitungswerkzeug und das Blockmaterial einer relativen Bewegung zueinander unterworfen werden; eine Steuerungseinheit (16), zum Steuern des Antriebs und/oder des Manipulators, so dass das Blockmaterial in eine gewünschte Form gebracht wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner umfasst: eine Speichereinheit (17), die Bearbeitungswerkzeuge (7–11) zur Verwendung in Schleif- und Glättbearbeitungsschritten speichert, wobei jedes der Bearbeitungswerkzeuge einen Bearbeitungswerkzeugendabschnitt hat, der so dimensioniert ist, dass er kleiner als die Abmessung des Blockmaterials (1) ist; die Steuerungseinheit (16) ist konfiguriert, um das Werkzeug zum Schleifen auszuwählen, um das Schleifen des Blockmaterials mit dem Schleifwerkzeug zu bewerkstelligen und um, nach Beendigung des Schleifens, das Schleifwerkzeug durch das Glättwerkzeug zu ersetzen, um mit dem Glättwerkzeug das Glätten des geschliffenen Blockmaterials zu bewerkstelligen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speichereinheit ferner ein Bearbeitungswerkzeug zur Verwendung in einem Polierschritt speichert, das einen Bearbeitungswerkzeugendabschnitt hat, der so dimensioniert ist, dass er kleiner als die Abmessung des Blockmaterials ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schleifwerkzeuge zum Schleifen und zum Kantenbearbeiten verwendbar sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speichereinheit ferner ein Bearbeitungswerkzeug, zur Verwendung in einem Kantenbearbeitungsschritt, speichert, das einen Bearbeitungswerkzeugendabschnitt hat, der so dimensioniert ist, dass er kleiner als die Abmessung des Blockmaterials ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit den Antrieb numerisch steuert, und dabei das Bearbeitungswerkzeug in Bezug zur X und/oder Y und/oder Z Richtung der relativen Bewegung bewegt, und die Steuerungseinheit ferner konfiguriert ist, um, nach Beendigung des Glättens, das Glättwerkzeug durch das Polierwerkzeug zu ersetzen, um mit dem Polierwerkzeug das Polieren des geglätteten Blockmaterials zu bewerkstelligen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Plastikblockmaterial aus thermoplastischen Harzen und duroplastischen Harzen ausgewählt ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die thermoplastischen Harze und die duroplastischen Harzen aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Zelluloseharze, wie Zelluloid, Zelluloseacetat, Zellulosepropinat und Zellulosebutyrat; Polyamidharze einschließlich aliphatische Polyamide, wie 6-Nylon, 6,6-Nylon und 12-Nylon und aromatische Polyamide; Polyolefine, wie ABS-Harz, AS-Harz, Polystyrol, Polyethylen und Polypropylen; Vinylharze, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer und Polyvinylalkohol; gesättigte Polyester, wie Polyacetalharz, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat und Polybutylenterephtalat; aromatische Polyester; Polyetherketon; Polyetheretherketon; Polysulfon; Polyethersulfon; Polyetherimid; Polyarylat; Polymethylpenten; Ionomer; Flüssigkristall-Polymer; Polyimid; Fluorpolymer; Polyphenylsulfid; modifiziertes Polyphenylenoxid; thermoplastisches Polyurethan; Epoxidharz; ungesättigte Polyester; duroplastisches Polyurethan; Polyimid; Polymer von Diethylenglykol-Bisallycarbonat; Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und Di(meth)acrylat; Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und urethan-modifiziertem Di(meth)acrylat; und Copolymer von einer Diacrylatverbindung oder Vinylbenzylalkohol und einer ungesättigten Thiolverbindung.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung angepasst ist, um zum Bearbeiten von zumindest einer konkaven Oberfläche einer Plastiklinse eingesetzt zu werden, und wobei das Blockmaterial eine Plastiklinse ist, die mit einer konvexen Oberfläche, die zuvor bearbeitet wurde, bereitgestellt wird.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, wobei die Steuereinheit den Antrieb und/oder den Manipulator steuert, so dass das Blockmaterial bearbeitet wird, um eine Oberfläche aufzuweisen, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einer sphärischen Oberfläche, torrischen Oberfläche, einer aspherischen Oberfläche, einer progressiven Linsenoberfläche, einer Kombination von aspherischen und torischen Oberflächen und einer Kombination aus progressiven und torischen Oberflächen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit numerisch den Antrieb und/oder den Manipulator steuert, so dass das Blockmaterial bearbeitet wird, um eine Oberfläche aufzuweisen, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einer aspherischen Oberfläche, einer progressiven Oberfläche und einer Kombination aus aspherischen und torischen Oberflächen, und wobei der Antrieb wirksam ist, um einen Zugriff der Werkzeughaltevorrichtung auf die Speichereinheit herbeizuführen, um den Austausch der Werkzeuge, zur Verwendung in Schleif-, Glätt- und Pliervorgängen, zu ermöglichen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Platiklinsensubtrates, das die Schritte umfasst: Halten eines Plastikblockmaterials (1) auf einem Bearbeitungsmaterialaufnehmer; Halten eines Bearbeitungswerkzeuges auf einer Werkzeughaltevorrichtung (5); Bewegen des Bearbeitungswerkzeuges und/oder des Blockmaterials (1), um dadurch beide einer relativen Bewegung zu unterwerfen, so dass das Blockmaterial in eine gewünschte Form gebracht wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte umfasst: Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Bearbeitungswerkzeuges, das erste Bearbeitungswerkzeug zur Verwendung zum Schleifen und das zweite Bearbeitungswerkzeug zur Verwendung zum Glätten, wobei das erste und das zweite Bearbeitungswerkzeug einen Bearbeitungswerkzeugendabschnitt hat, der so dimensioniert ist, dass er kleiner als die Abmessung des Blockmaterials (1) ist, und Auswählen des Werkzeuges zum Schleifen, um das Schleifen des Blockmaterials (1) mit dem Schleifwerkzeug zu bewerkstelligen und um, nach Beendigung des Schleifens, das Schleifwerkzeug automatisch durch das Glättwerkzeug zu ersetzen, um mit dem Glättwerkzeug das Glätten des geschliffenen Blockmaterials (1) zu bewerkstelligen.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Blockmaterial bearbeitet ist, um eine Oberfläche aufzuweisen, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einer sphärischen Oberfläche, torischen Oberfläche, einer aspherischen Oberfläche, einer progressiven Linsenoberfläche, einer Kombination von aspherischen und torischen Oberflächen und einer Kombination aus progressiven und torischen Oberflächen.
Das Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, das ferner ein Bereitstellen eines dritten Bearbeitungswerkzeuges umfasst, das zur Kantenbearbeitung verwendbar sind und einen Bearbeitungswerkzeugendabschnitt hat, der so dimensioniert ist, dass er kleiner als die Abmessung des Blockmaterials ist.
Das Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, das ferner ein Bereitstellen eines vierten Bearbeitungswerkzeuges umfasst, das zum Polieren verwendbar sind und einen Bearbeitungswerkzeugendabschnitt hat, der so dimensioniert ist, dass er kleiner als die Abmessung des Blockmaterials ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das ferner ein Bereitstellen einer Bearbeitungswerkzeugspeichereinheit umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das ferner ein Polieren des Blockmaterials umfasst, mit einer Vorrichtung, die unterschiedlich zu der Vorrichtung ist, die das Schleifen und das Glätten bewerkstelligt.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Plastikblockmaterial aus thermoplastischen Harzen und duroplastischen Harzen ausgewählt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei die thermoplastischen Harze und die duroplastischen Harzen aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Zelluloseharze, wie Zelluloid, Zelluloseacetat, Zellulosepropinat und Zellulosebutyrat; Polyamidharze einschließlich aliphatische Polyamide, wie 6-Nylon, 6,6-Nylon und 12-Nylon und aromatische Polyamide; Polyolefine, wie ABS-Harz, AS-Harz, Polystyrol, Polyethylen und Polypropylen; Vinylharze, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer und Polyvinylalkohol; gesättigte Polyester, wie Polyacetalharz, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat und Polybutylenterephtalat; aromatische Polyester; Polyetherketon; Polyetheretherketon; Polysulfon; Polyethersulfon; Polyetherimid; Polyarylat; Polymethylpenten; Ionomer; Flüssigkristall-Polymer; Polyimid; Fluorpolymer; Polyphenylsulfid; modifiziertes Polyphenylenoxid; thermoplastisches Polyurethan; Epoxidharz; ungesättigte Polyester; duroplastisches Polyurethan; Polyimid; Polymer von Diethylenglykol-Bisallycarbonat; Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und Di(meth)acrylat; Copolymer von Bisphenol A oder halogeniertem Bisphenol A und urethan-modifiziertem Di(meth)acrylat; und Copolymer von einer Diacrylatverbindung oder Vinylbenzylalkohol und einer ungesättigten Thiolverbindung.
Das Verfahren nach Anspruch 11, das ferner ein Bearbeiten von einer konkaven Oberfläche einer Plastiklinse umfasst, und wobei das Blockmaterial eine Plastiklinse ist, die mit einer konvexen Oberfläche, die zuvor bearbeitet wurde, bereitgestellt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bearbeiten der konkaven Oberfläche der Plastiklinse durch numerisches Steuern des Werkzeuges und/oder der Plastiklinse bewerkstelligt wird, um eine konkave Oberfläche zu bilden, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einer sphärischen Oberfläche, torischen Oberfläche, einer aspherischen Oberfläche, einer progressiven Oberfläche, einer Kombinat ion von aspherischen und torischen Oberflächen und einer Kombination aus progressiven und torischen Oberflächen auf der Plastiklinse.