JP2005131724A - 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

Abstract

【課題】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、非球面形成方法および非球面加工装置を提供する。
【解決手段】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。
【選択図】図６

Description

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。

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力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、特許文献１、特許文献２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軸テーブル、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軸テーブル、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１２、図１３及び図１４を用いて説明する。図１２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。図１２（ａ）はレンズの正面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。図１３は、法線制御加工方法を示す概念図である。図１４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ＮＣ制御のための数値データについて、図１２に示す任意の点Ｑｘを用いて説明する。法線制御加工方法のＮＣ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Ｒｘ）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、Ｒｘ、ｙ）として求められる。

トーリック面は、Ａ−Ａ´線に沿った最小の曲率の曲線（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。ベースカーブとクロスカーブの曲率の差が大きいと、図１２（ｂ）に示すように、クロスカーブ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。回転工具２１４は、１８０度回転する毎に、最小の厚みの部分の高さ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１３に示すように、レンズがＡ−Ａ´断面部からＢ−Ｂ´断面部まで９０度回転すると、最小の厚みの部分における任意の加工点Ｑｎから最大の高さの任意の加工点Ｑｎｍまで回転工具２１４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２１４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Ｑｎに立てた法線方向に回転工具２１４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Ｑｎでは、加工点Ｑｎから立てた法線方向に回転工具２１４の中心点Ｐｎが位置決めされる。加工点Ｑｎからレンズが９０度回転した最大の高さの曲線（クロスカーブ、Ｂ−Ｂ´断面）上の任意の加工点Ｑｎｍでは、加工点Ｑｎｍから立てた法線方向に回転工具２１４の中心点Ｐｎｍが位置決めされる。ここで、加工点Ｑｎｍは、加工点Ｑｎ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Ｑｎから加工点Ｑｎｍに移動する間に回転工具２１４は、Ｙ軸方向のプラス方向にΔＹ移動する一方、Ｘ軸方向の中心側へＸｍ相対移動する。レンズが更に９０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Ｑｎｒでは、回転工具２１４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２１４は、図１４（ｃ）に示すように、外周側へＸｒ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２１４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軸方向及び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１２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２１４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２１４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。

特許第３３６７１０２号公報

特開平１０−１７５１４９号公報

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軸テーブルは、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ってしまう。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軸テー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ッ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、前記回転工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ロ又はゼロ近傍から、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、前記ワークに請求項１乃至請求項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を提供する。

また、請求項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置を提供する。

以下、本発明に係る非球面加工方法の実施例について説明する。

＝＝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（ＮＣ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２００は、ベッド２０１上にＸ軸テーブル２０２とＹ軸テーブル２０３が備えられている。Ｘ軸テーブル２０２はＸ軸駆動用モータ２０４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２０４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２０２の上に、ワーク軸回転手段としてのワーク軸回転ユニット２０５が固定されている。ワーク軸回転ユニット２０５にワークチャック２０６が取り付けられ、ワーク回転軸駆動用モータ２０７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。ワークチャック２０６の回転位置は、ワーク回転軸駆動用モータ２０７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。ワークチャック２０６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）２０８が取り付けられる。Ｙ軸テーブル２０３は、Ｘ軸テーブル２０２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２０９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２０９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２０３の上に、Ｚ軸テーブル２１０が備えられている。Ｚ軸テーブル２１０はＺ軸駆動用モータ２１１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２１１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２１０の上に、回転工具回転手段としての回転工具回転ユニット２１２が固定されている。回転工具回転ユニット２１２の回転工具軸２１３に回転工具２１４が取り付けられ、Ｚ軸駆動用モータ２１１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２００は、Ｘ軸テーブル２０２の駆動でワーク軸回転ユニット２０５をＸ軸方向に往復運動させることに代えて、ワーク軸回転ユニット２０５を固定し、Ｙ軸テーブル２０３をＸ軸テーブル２０２の上に載置し、Ｘ軸テーブル２０２で回転工具２１４をＸ軸方向に往復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２１４の回転中心をワーク２０８の回転中心に位置合わせする。次に、ワーク２０８を回転させながら、このワーク２０８の回転位置をエンコーダで割り出しを行う。次に、エンコーダによって割り出されるワーク２０８の回転軸であるＹ軸方向の回転工具２１４とワーク２０８の相対的な位置をワーク２０８の回転に同期させると共に、エンコーダによって割り出されるＸ軸方向における回転工具軸２１３の回転中心とワーク２０８の回転中心との距離をワーク２０８の回転に同期させる。このように、Ｘ軸テーブル２０２、Ｙ軸テーブル２０３及びワーク軸回転ユニット２０５の３軸を使って回転工具２１４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２１３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２００がワーク（眼鏡レンズ）２０８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３００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４００によって計算され、ホストコンピュータ５００を介して非球面加工装置２００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５００から非球面加工装置２００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、ワーク２０８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２０８（以下、「セミフィニッシュレンズ２０８」という。）の不要な外周部２０８ａを削って所定の外径まで縮小する加工である。外形加工は、粗削り加工や仕上げ加工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２０８を速やかに削って所定の近似面形状２０８ｂ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２０８ｂから削り出し加工により所望のレンズ面形状２０８ｃ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２１４（仕上げ用）により縁の面取り２０８ｄを行う加工である。

図１に示す非球面加工装置２００を用いてセミフィニッシュレンズ２０８の研削及び切削加工を行う工程を説明する。図示しないブロック治具に固定されたセミフィニッシュレンズ２０８をワークチャック２０６に固定し、そのセミフィニッシュレンズ２０８に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２０８の外径が所定の径まで回転工具２１４（粗削り用）で研削及び切削される。続いて、回転工具２１４（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２０８ｃ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Ｒmaxが１００μｍ以下の近似面形状２０８ｂまで研削及び切削加工される。続いて、回転工具２１４（仕上げ用）を用いて仕上げ削り加工データに基づき、更に０．１〜５．０ｍｍ程度を研削及び切削して面粗さＲmaxが１〜１０μｍ程度の眼鏡レンズの処方データに基づくレンズ面形状２０８ｃまで加工される。続いて、回転工具２１４（仕上げ用）を用いて面取り加工データに基づく面取り２０８ｄの加工が行われる。

＝＝研削及び切削条件の説明＝＝
研削及び切削条件としては、次の範囲である。
＜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１〜３００ｒｐｍ、仕上げ加工では１〜３００ｒｐｍ。送りピッチは、粗削り加工では０．０５〜５．０ｍｍ／ｒｅｖ、仕上げ加工では０．００５〜１．０ｍｍ／ｒｅｖ。切り込み量は、粗削り加工では０．１〜５．０ｍｍ／ｐａｓｓ。仕上げ加工では０．００１〜０．５ｍｍ／ｐａｓｓ（砥石のメッシュによる）。
＜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、粗削り加工では１〜３００ｒｐｍ、仕上げ加工では１〜３００ｒｐｍ。送りピッチは、粗削り加工では０．０５〜５．０ｍｍ／ｒｅｖ、仕上げ加工では０．００５〜１．０ｍｍ／ｒｅｖ。切り込み量は、粗削り加工では０．１〜１０．００ｍｍ／ｐａｓｓ。仕上げ加工では０．０５〜３．０ｍｍ／ｐａｓｓ。

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２．００Ｄ以上の場合は、レンズ外周部でのチッピ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Ｐ１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Ｐ０で加工する（Ｐ１＜Ｐ０）。具体的には、Ｐ１は、０．０１ｍｍ／ｒｅｖ〜０．０７ｍｍ／ｒｅｖ、Ｐ０は、０．０３ｍｍ／ｒｅｖ〜０．１０ｍｍ／ｒｅｖの範囲で決定する。また、送りピッチＰ１で加工を行うレンズの外周部は、レンズの最外周から５〜１５ｍｍの範囲である。

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及び図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工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２１４の砥石は、図３に示すように、回転工具軸２１３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工方法では、回転工具軸２１３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２１３の回転中心が描く螺旋の軌跡は、ワーク２０８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、ワーク２０８の回転中心から回転工具軸２１３の回転中心までの距離（Ｒｘ）を所定の送りピッ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２１３の回転軸中心の座標Ｃｘの数値データが、ワーク２０８の回転位置（θ）、ワーク２０８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２０８の回転中心からの距離（Ｒｘ）、及び図示しないワーク２０８の回転軸と同一方向における（Ｙ軸）ワーク２０８の加工点に回転工具２１４の先端部が接触する位置（ｙ）の三点（θ，Ｒｘ，ｙ）で表される。回転工具軸２１３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２１４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２０８の表面に、回転工具２１４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２０８の表面に回転工具２１４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２０８の表面の三次元座標を求める。

これにより、ワーク２０８の表面と回転工具２１４の表面との距離を、ワーク２０８の表面の三次元座標と回転工具２１４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（Ｌｘｎ，Ｌｙｍ）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、０．００１〜０．１ｍｍ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Ｃｎ上に回転工具２１４の先端部のワーク２０８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２１４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２１４を自由にＹ軸方向に動かして回転工具２１４の先端部の表面の三次元座標と、ワーク２０８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Ｑｓ（Ｌｘｎ_ｓ，Ｌｙｍ_ｓ）が接触点（加工点）になる。また、図６及び図７に示すように、点Ｑｓに立てた法線上に回転工具２１４の先端部の中心軸が位置することになる。

レンズが９０度回転し、点Ｃｎ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Ｃｎｍ上に回転工具２１４の先端部の回転中心軸が存在するときに、回転工具２１４の先端部の中心軸のＹ軸方向の位置は、回転工具２１４を自由にＹ軸方向に動かして回転工具２１４の先端部の表面の三次元座標と、ワーク２０８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Ｑｓｍ（接触点）に立てた法線上に回転工具２１４の先端部の中心軸が位置することになる。レンズが９０度回転し、ＣｎからＣｎｍへ回転工具２１４が動いたときに、回転工具２１４はＹ軸方向のプラス方向にΔＹ移動する一方、回転工具２１４は、Ｘ軸方向の中心側へ正確に１／４ピッチ分のＸｎｍ分相対移動する。即ち、ワーク２０８は、Ｘ軸テーブル２０２によってＸ軸方向の外側へ正確に１／４ピッチ分Ｘｎｍに移動する。

レンズが更に９０度回転し、点Ｃｎｍから最小の厚みの部分の任意の点Ｃｎｒ上に回転工具２１４の先端部の中心が存在するとき、回転工具２１４は、Ｙ軸方向のマイナス方向に移動する一方、Ｘ軸方向の中心側へ正確に１／４ピッチ分Ｘｎｒに相対移動する。即ち、ワーク２０８は、Ｘ軸テーブル２０２によってＸ軸方向の外側へ正確に１／４ピッチ分Ｘｎｒに移動する。

第１の実施例の非球面加工方法では、ワーク２０８の回転軸と直交する方向（Ｘ軸）におけるワーク２０８の回転中心と回転工具２１４の先端部の中心軸との距離Ｒｘ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２０２は、レンズ２０８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２０８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２０８上の回転工具２１４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２０８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、凹凸の段差が大きいワーク２０８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。

本発明の非球面加工方法の第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方法では、回転工具２１４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２０８の回転中心から回転工具２１４の先端の中心軸までの距離（Ｒｘ）を所定の送りピッチで増加するようにする。即ち、ワーク２０８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２０８の外周側へ研削する。その研削加工データは、ワーク２０８の回転中心からワーク２０８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２１４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Ｒｘに代えて、ワーク２０８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２０８の回転中心からの距離（Ｒｘ）となる。

図８、及び図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２０８の回転中心の加工点Ｓｏに立てた法線方向に回転工具２１４の先端部の中心軸を位置決めする。ワーク２０８の回転中心の加工点Ｓｏ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Ｓｎ上に回転工具２１４の先端部の中心軸が存在するときに、回転工具２１４の先端部の中心軸のＹ軸方向の位置は、回転工具２１４を自由にＹ軸方向に動かして回転工具２１４の先端部の表面の三次元座標と、ワーク２０８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Ｑｔ（接触点）に立てた法線上に回転工具２１４の先端部の中心軸が位置することになる。

レンズ２０８が９０度回転し、点Ｓｎから最小の厚みの部分（ベースカーブ、Ａ−Ａ’断面）の任意の点Ｓｎｍ上に回転工具２１４の先端部の中心軸が存在するときに、回転工具２１４の先端部の中心軸のＹ軸方向の位置は、回転工具２１４を自由にＹ軸方向に動かして回転工具２１４の先端部の表面の三次元座標と、ワーク２０８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２１４の先端部の表面の三次元座標と、ワーク２０８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Ｑｔｍ（接触点）である。レンズ２０８が９０度回転し、ＳｎからＳｎｍへ回転工具２１４が動いたときに、回転工具２１４は、Ｙ軸方向のマイナス方向にΔＹ移動する一方、回転工具２１４は、Ｘ軸方向のレンズ２０８外周側へ正確に１／４ピッチ分Ｘｎｍに相対移動する。即ち、ワーク２０８は、Ｘ軸テーブル２０２によってＸ軸方向の中心側へ正確に１／４ピッチ分Ｘｎｍ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２０８の回転軸と直交する方向（Ｘ軸）におけるワーク２０８の回転中心と回転工具２１４の先端部の中心軸との距離Ｒｘ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２０８上の回転工具２１４の描く軌跡を従来のジグザグ状でない単純な螺旋状としている。

ワーク２０８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２０８の周速度の速い外周面に回転工具２１４を当て始めるときに、ワーク２０８の外周面に回転工具２１４を急に当てることができず、ワーク２０８の外周面よりやや外側の離れた位置に回転工具２１４をワーク２０８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２１４をゆっくりと回転中心側に動かし、外周面に回転工具２１４を当てて研削を開始させる必要がある。通常ワーク２０８の外周面から５ｍｍ程度外方から回転工具２１４の移動を開始するが、このとき回転工具２１４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２０８の回転中心から研削を開始することによって、回転工具２１４がワーク２０８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２１４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２１４の移動で加工が終了する。

このように、ワーク２０８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２１４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２１４を移動して加工することから、ワーク２０８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２０８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２０８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ら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、０．１〜５．０ｍｍ程度の研削量（切込量）であれば、ワーク２０８の回転中心に直接回転工具２１４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２０８の回転中心の軌跡の加工点Ｓｏを通るＹ軸上に回転工具２１４の先端部のアール部分の中心軸が配置され、そのときの回転工具２１４が当接するレンズの加工点を加工するように回転工具２１４のＹ軸方向の位置が制御される。ワーク２０８の回転中心から外側へ向かう螺旋の軌跡に回転工具２１４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、凹凸の段差が大きいワーク２０８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。

本発明の非球面加工方法の第３の実施例を、図１０を用いて説明する。図１０は、第３の実施例の非球面加工方法における回転工具２１４を示す概略図である。図１０（ａ）は、回転工具２１４の正面図、図１０（ｂ）は、回転工具２１４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２１４の円周の側面上に中心を挟んで２箇所に刃具としてのカッター２１５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２１４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。

本発明の非球面加工方法の第４の実施例を、図１１を用いて説明する。図１１は、第４の実施例の非球面加工方法における回転工具２１４を示す概略図である。図１１（ａ）は、回転工具２１４の正面図、図１１（ｂ）は、回転工具２１４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２１４の円周の側面上の１箇所にカッター２１５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２１４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２１４にカッター２１５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２０８全体を加工してもよい。また、レンズ２０８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２０８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２１４のワーク２０８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２０８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。

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。 ワークの一例であるレンズの断面図。 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、レンズの正面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿った断面図。 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。（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）の回転工具の拡大図。 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。 非球面加工方法を示す概念図。 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。 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、レンズの正面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿った断面図。 非球面加工方法を示す概念図。 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。 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。 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１２（ａ）のＢ−Ｂ´断面図。 法線制御加工方法を示す概念図。 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。

符号の説明

２００…非球面加工装置、２０１…ベッド、２０２…Ｘ軸テーブル、２０３…Ｙ軸テーブル、２０４…Ｘ軸駆動用モータ、２０５…ワーク軸回転手段としてのワーク軸回転ユニット、２０６…ワークチャック、２０７…ワーク回転軸駆動用モータ、２０８…ワーク及びレンズ（セミフィニッシュレンズ）、２０８ａ…外周部、２０８ｂ…近似面形状、２０８ｃ…レンズ面形状、２０８ｄ…縁の面取り、２０９…Ｙ軸駆動用モータ、２１０…Ｚ軸テーブル、２１１…Ｚ軸駆動用モータ、２１２…回転工具回転手段としての回転工具回転ユニット、２１３…回転工具軸、２１４…回転工具、２１５…刃具としてのカッター、３００…入力装置、４００…計算用コンピュータ、５００…ホストコンピュータ。

Claims (7)

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項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ロ又はゼロ近傍から、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項１または請求項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項１乃至請求項３のいずれか一項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項１乃至請求項３のいずれか一項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、前記ワークに請求項１乃至請求項５のいずれか一項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. 請求項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置。

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