JPH05508355A - コンピュータ制御レンズ面形成装置 - 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】 コンピュータ制御レンズ面形成装置 ［産業上の利用分野］ 本発明は、概略的には、レンズ面形成装置に関し、詳しくは、コンピュータ制御 レンズ面形成装置およびレンズ素材から光学的レンズを形成する方法に関する。

本発明は、特に、直線途装置を用いた装置よりもむしろ回転軸線装置を組み込ん だ装置に関する開示であり、この回転軸線装置では、その回転軸線の方位は、面 形成工具を所定の途に沿つて案内して所望の面を形成するようにコンピュータに よって制御されている。

〔従来の技術］ 光学的レンズは、通常、第１側面に予め形成された球状の面を有するレンズ素材 から製造されている。光学的な面は、レンズ素材の面を適切な形状にカッティン グ又は研磨することによってレンズ素材の第２側面に形成されている。カッティ ング又は研磨されるべき精密な形状は、必要とされる精度と関連して第１側面の 曲率に基づいて決定される。公知のように、光学的レンズの第２側面は、凹状で あり、球状、又はトーリックであってもよい。トーリックレンズは、互いに垂直 である面内に異なった２つの曲率半径を有している。トーリックレンズの第２の 曲率半径は、円柱補正として知られている。

光学的レンズは、通常、ガラス、ポリカーボネート、又は、ＰＰＧ産業から提供 されＣＲ３９（商標）として知られた物質からなるレンズ素材から製造されてい る。

ＣＲ３９（商標）およびポリカーボネートは、レンズ素材を研削又はカッティン グして除去することにより、面形成されている。しかしながら、ガラスは、ダイ アモンド研磨工具を用いてレンズ素材を研磨することによってのみ面形成されて いる。

通常は、手動研磨機械を用いて光学的レンズが製造されている。このような機械 では、レンズ素材は、「粗成形されて」支持材に取付けられている。通常３〜４ インチ直径を有するカップ状の工具が研磨機械に取付けられ、この工具が静止し たレンズを通過するときその軸線回りに回転される。カップ状の工具がレンズに 対して傾斜されて、カッティングされる面でレンズの所望の曲率半径に形成され る。工具は、通常手動により又は油圧によりレンズを通過して、レンズ面にほぼ 正確な曲面を形成する。レンズ素材がポリカーボネート又はＣＲ３９（商標）か らなるとき、カップ状の工具は、レンズ素材をカッティングすることによりレン ズ面を形成するように、カップの縁の回りに配置されたカッティング刃を備えて いる。

ガラス素材が用いられるときには、使用されるカップ状の研磨工具は、カップの 縁に接着されたダイアモンドを有している。

カップ状の工具を用いる通常のレンズ面形成装置は、回転途装置と組合わせて種 々の直線途装置を組込んでいる。回転途装置と直線途装置との組合わせにより、 通常、レンズ素材の面からカップ状の工具が傾斜されて、所望の面を形成するよ うに所定の途で工具がレンズを通過されている。

広い範囲の曲率半径を形成するためには、異なったカップ状の工具の完璧な配置 、即ち、各可能な曲率半径の一つの整備を必要とするこなく、全ての又は大部分 の所望の面が形成される必要かあるため、レンズ面成形装置は、限定された数の 異なったカップ状の工具を用いるように構成されて、レンズ素材の面からカップ 状の工具を傾斜することによって異なった全ての曲率半径が略正確に形成される 。所望の傾斜を達成し且つ必要な曲率半径を略正確に形成するために、直線途装 置と回転途装置とが種々の幾何的配置で組合わされている。

レンズの所望の曲率半径を形成するために傾斜するカップ状の工具を用いるレン ズ面成形装置が有する主要な問題は、所望の曲率半径がほぼ正確にしか形成され ないこと、及び長円形のエラーが面に生じることである。この長円形のエラーは 、その後に続く動作、例えば、ラッピングで除去される過度の物質として存在す る。このラッピングは、付加的な設備、工具、時間および労力を必要としている 。

このようなレンズ形成装置によって形成される長円形のエラーの量を減少するた めに、途装置が様々な配置でレンズ形成装置に組込まれている。通常スライダー 、ボールスクリュー、および予負荷されたナツトを組込んだ精密な途装置は、製 造並びに整備につき高価である。この途装置は、時間を費やす複雑な組立てと、 形成される各レンズのためのアライメントとを必要とする。精密な光学的レンズ を形成するために必要な設備及び工程を調整するためには、過度の労力を要し、 作業者には相対的に高い熟練を必要とする。

レンズ面形成の間に、ポリカーボネート又はＣＲ３９（商標）のレンズ素材を形 成する際には、埃やチップの形態としての破片が生成される。ガラスレンズが研 磨されるときには、カッティング液がレンズを冷却して潤滑するようにされてい る。途装置の精度は、カッティング液を含むこのような汚濁により非常に損なわ れている。

途装置は、また、この汚濁から直接保護することは非常に困難である。このよう な理由から、通常の従来のレンズ面形成装置は、レンズ素材や回転するカップ状 の工具の回りに配置された可撓性のベローズを組込んでおり、これにより、面形 成の間、カッティング破片や液を貯溜するようにしている。ベローズの両端は、 工具とレンズ素材との非回転支持材に取付けられている。このベローズの適切な 取付と作動のためには、作業者が付加的な時間を費やすことが必要とされる。

このようなレンズ面形成装置の他の欠点は、ポリカーボネート又はＣＲ３９（商 標）のレンズ素材とガラスのレンズ素材との間で切り換えるときに、切換え、組 立て、およびアライメントのために時間を要することである。

各素材のためのカップ状の工具の間の差異は、機械を新しい工具にキャリプレー トするために、付加的な組立てを必要することである。比較的迅速な切換え装置 を利用可能ではあるが、それでも、切換えには、非常に多くの時間と労力とを必 要とする。切換えが不適切であると、レンズ面形成の際エラーがもたらされる。

通常のカップ状の工具をもつレンズ面形成装置に代えて、球状のボール突起をも つ装置が、２つの精密な途装置と回転するレンズ素材と協働して用いられる。こ の装置では、回転する球状のカッティング工具が、第１の方向に移動する精密な 直線塗装置にある角度で取付けられている。レンズ素材は、その軸線の回りに回 転するように取付けられ、この軸線は、第１の精密な直線塗装置の移動に垂直で ある第２の方向に移動する第２の直線塗装置によって支持されている。コンピュ ータが回転するレンズ素材に対して両方の直線塗装置の移動を制御して、レンズ 素材に面を形成する。

この装置は、他のレンズ面形成装置の直線塗装置に存在するあらゆる欠点を有し ている。これは、高価で精密なスライダー、ボールスクリュー、及び予負荷され たナツトを備えている。上述したように、この直線塗装置には、大変なメンテナ ンスと潤滑とが必要とされる。組立てとアライメントにも、非常に時間を取る。

さらに、途装置は、ガラスレンズ素材を研磨する際用いられるカッティング液や 汚濁から容易に保護されない。そのため、このような装置は、ガラスレンズ素材 の面の形成には、あまり用いられていない。

したがって、レンズ面形成装置及び方法には、長円形のエラーを取り除いて、仕 上げでみがかれることのみ必要とされる精密な面を形成することが必要とされて いる。

精密なスライダーや製造コストの欠点のなく、またこのスライダーの保護の困難 性のない装置か必要とされている。この装置には、ポリカーボネート、ＣＲ３９ （商標）、及びガラスを含むがこれらに限定されないあらゆる物質をカッティン グ又は研磨できる一方、メンテナンスが精密に容易になされることが必要とされ ている。この装置には、迅速に切換えられて、例えばガラス、ポリカーボネート 、及びＣＲ３９（商標）の様々なタイプの素材を取り扱えることが必要とされて いる。この装置には、作動のために如何なる熟練者も必要とせず、レンズ面形成 に必要なサイクル時間を最小にすることがめられている。

［発明の概要］ 以上から、本発明の目的は、従来産業で利用されているレンズ面形成装置の上述 した問題及び欠点を除去することにある。

さらに、本発明の主要な目的は、精密であり且つ長円形のエラーがない、レンズ 素材に面を形成するだめのレンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、直線塗装置を必要とすることなくレンズ面を形成できるレ ンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ポリカーボネート、ＣＲ３９（商標）、ガラスなどの 種々の適切な物質からなるレンズ素材に面を常に形成できるレンズ面形成装置を 提供することにある。

また、本発明の目的は、ガラスのレンズ素材またはポリカーボネート及びＣＲ３ ９（商標）のレンズ素材を研磨できるように容易に且つ迅速に組立てることがで き、２つのグループのレンズ素材のタイプの間で迅速に切換えられることができ るレンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、球状の面、トーリックの面、非球面、又は二次曲面を形成 できるレンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、球状のカッティング又は研磨の工具を使用できるレンズ面 形成装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、精密な可動部品を破片や液体の汚濁から保護できるレ ンズ面形成装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、短いサイクル時間で精密な面を形成することができ るレンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、コンピュータによって制御され、非熟練者によって作動さ れることができるレンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、装置のキャリブレーションがコンピュータ制御によって達 成されることができるレンズ面形成装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、製造が高価でなく、寸法が小さいレンズ面形成装置を提供 することにある。

さらに、本発明の目的、効果、及び新規な特徴部は、以下の記載から明らかにさ れると共に、審査時に当業者に明らかにされ、または、本発明の実施で理解され ることができる。本発明の目的及び効果は、添付された請求の範囲で特に指摘さ れた手段及び組合によって実現され得られることができる。

上述した目的を達成するために、これに開示した本発明に基づいて、直線塗装置 を用いることなく構成要件の回転動を用いて、種々の形状のレンズ素材又は他の 被加工物に面を形成するためのレンズ面形成装置及び方法が提供されている。レ ンズ面形成装置は、第１軸線の回りに球状の工具を回転する回転自在工具支持ス ピンドルを備えている。工具スピンドルは、第２回転軸線の回りに球状の工具の 第１回転軸線を回転させる高トルク低慣性の直接駆動サーボモータによって直接 支持されている。

被加工物スピンドルが被加工物を保持して、第１軸線と同じ面内に位置する第３ 軸線の回りにこれを回転させる。

この被加工物スピンドルは、第４軸線の回りに第３回転軸線を回転させる高トル ク低慣性の第２の直接駆動サーボモータによって回転自在に支持されている。第 １及び第３回転軸線の方位は、被加工物の回転方位に従って２つの直接駆動モー タの回転を制御するＣＮＣコンピュータによって制御されている。球状の工具は 、レンズ素材で所定の３次元工具途をたどるように制御されている。

本発明の更に他の目的は、以下の記載から当業者に明らかにされており、本発明 の実施に記載される最良の形態の一つの好適な実施例が簡易に図示して記載され ている。本発明は、他の異なった実施例に適用されることができ、その詳細は、 本発明の範囲において種々に変形することができる。そのため、図面と記載とは 、全体として例示である。

［図面の簡単な説明］ 明細書と協働する添付図面は、本発明の幾つかの観点を示すものであり、明細書 とともに本発明の詳細な説明するための役割゛を果たしている。

図１は、本発明に基づくレンズ面形成装置の斜視図、図２は、図３の２−２線に 沿った、本発明に基づくレンズ面形成装置の一側面図、 図３は、工具とレンズ素材とが互いに接している状態での、図２のレンズ面形成 装置の一平面図、図４は、工具スピンドルと被加工物スピンドルとが初期位置に ある状態での、図２のレンズ面形成装置の一平面図、 図５は、球状のカッティング工具の一側面図、図６は、本発明に基づく工具途を 示すレンズ素材の一端図、 図７は、図６の７−７線に沿うに沿ったレンズ素材の一側面図、 図８は、レンズ素材の回転の関数としての軸線Ｂの角位置を示すグラフ、 図９は、レンズ素材の回転の関数としての軸線人の角位置を示すグラフ、 図１０は、工具透間のピークを示し、図６の１０−１０線に沿って断面した拡大 断面図である。

添付図面に添付された実施例は、本発明の好適な実施例に詳細に参照される。

［実施例］ 図面に詳細に示されるように、同じ符号は、企図を通じて同じ要素を示しており 、図１は、符号２で概略的に示されると共に本発明に基づいて構成されたレンズ 形成装置の斜視図である。レンズ形成装置２は、球状のカッティングヘッド８を 有する工具６を支持して回転させる工具スピンドルモータ４を備えている。工具 ６は、この工具６を通って軸方向に延びる工具回転軸線Ｔの回りにモータ４によ って回転される。軸線Ｔは、図１に示されるように、略水平に配置されている。

工具スピンドルモータ４は、工具スピンドルモータ支持材１０によって支持され ている。このモータ支持材１０は、工具軸線直接駆動モータ１２によって支持さ れて、工具スピンドル回転軸線Ｂの回りに回転させられる。図１に示されるよう に、軸線Ｂは、垂直に配置されており、軸線Ｔに直交している。

レンズ形成装置２は、また、被加工物１６を支持して被加工物回転軸線Ｃの回り にこれを回転させる被加工物スピンドルモータ１４を備えており、回転軸線Ｃは 被加工物１６を通って延びている。軸線Ｃは、図示されるように、略水平に配置 されている。

モータ１４は、被加工物軸線直接駆動モータ２０により直接的に回転可能に支持 された被加工物スピンドルモータ支持材１８によって支持されている。このモー タ２０は、被加工物スピンドル回転軸線Ａの回りにモータ１４及び軸線Ｃを回転 させる。軸線Ａは、図１に示されるように、軸線Ｂに平行であり、且つ、軸線Ｃ に直交している。

工具スピンドルモータ４は、工具６を略３０，００ＯＲＰＭで回転させる高速モ ータである。被加工物スピンドルモータ１４は、面の形成の間に被加工物１６を 一方向に回転するサーボモータである。両方のモータ１２゜２０は、高トルクと 低慣性とを有する直接駆動サーボモータである。

レンズ形成装置２は、ＣＮＣタイプのコンピュータ６６（図３及び図４）によっ て制御される。このコンピュータ６６は、球状のカッティングヘッド８を被加工 物１６に接触させ、そして、軸線Ｂと軸線Ａとの方位を相互に制御して及びこれ らの方位を軸線Ｃの方位に対して制御することによって、被加工物上でカッティ ングヘッド８に３次元工具途をたどらせる。このようにすることによって、数学 的に如何にも決定される面、例えば、球状の面、トーリック面、非球面、二次曲 面が、カッティングヘッド８の直径により定まる制約および回転軸線の相対的な 方位や位置を条件としてレンズ形成装置２によって形成される。

図２は、レンズ形成装置２の詳細な側面図である。モ−タ１２，２０は、軸線Ａ 及び軸線Ｂか互いに平行であって略９，５インチ離間されるように、モータマウ ント１２ａ、２０ａによって基部２２に取付けられている。

軸線Ａ、Ｂは、互いに平行である。軸線Ａは、図示されるように、軸線Ｃに直交 している。同様に、軸線Ｂは、図示されるように、軸線Ｔに直交している。

軸線Ｃ，Ｔは、図示されるように、互いに同じ平面内に位置している。好適な実 施例では、これらの軸線の相対的な位置や方位は上述したとおりであるが、本発 明では、これらの軸線は、互いに直角でなくてもよく、また、互いに交差してい なくてもよい。例えば、軸線Ａ、Ｂは、互いに斜めであってもよい。軸線Ｔは、 軸線Ｂに対して直角でなく又は斜めであってもよい。同様に、軸線Ｃは、軸ＨＡ に対して直角でなく又は斜めであってもよい。これらの４つの軸線の方位や位置 の基本的な基準や限定は、被加工物１６に所望の面を形成できるように、４つの 軸線が互いに協働して回転自在であることである。レンズ形成装置２を制御する コンピュータプログラムは、これらの軸線の他の方位を容易に調整することがで きる。しかしながら、図示された特に図１乃至図４に図示された軸線が、構造や 組立の容易さやコストの点で、またプログラムの容易さの点で、最も好適である と考えられる。

工具スピンドルモータ４は、軸方向の端部２６を有する工具スピンドル２４を備 えている。工具スピンドルマウント２８が軸方向の端部２６に連結され、工具６ を収納して保持するように構成されている。好適には、工具スピンドルマウント ２８は、工具６の容易で迅速な交換を可能にするクイックリリース機構を備えて いる。以下に述べるように、工具マウントシステムは、球状のカッティングヘッ ド８の中心３０を軸線Ｂから所定の一定距離に位置させるように構成されている 。この距離は、たとえ如何なる工具が用いられたとしても一定であることが好ま しい一方、このシステムを制御するコンピュータプログラムは、工具中心３０と 軸線Ｂとの間の異なった寸法に適合して提供されることもできる。

工具６の回転速度は、カットされる物質のタイプ、又はガラスの場合には研磨さ れる物質のタイプによって規定されている。本明細書の記載は、特に、ポリカー ボネート、ＣＲ３９（、商標）、及びガラスに言及しているけれども、本発明は これらの特別な物質に限定されず、如何なる適切な物質も用いられることは勿論 である。好適な実施例では、ポリカーボネート又はＣＲ３９（商標）のレンズの 素材をカッティングするためには、工具６は、３０．０００ｒｐｍであって、２ ５％即ち７．５００ｒｐｍプラスマイナスの精度で回転される。工具６の回転方 向は、公知のように、歯の形状によってのみ規定されている。スピンドルモータ ４に必要な馬力は、このシステムのカッティングの要求に依存している。また、 被加工物の回転速度とこれの物質の組成とは、所望のチ・ツブ負荷、即ち、工具 ６の歯当りに削られる物質の量に基づいて、最大許容チップ負荷を条件として、 工具の回転速度を決定している。本例の場合には、チップ負荷は、歯当りに削ら れる物質が０．００１インチであるように選択されている。ＣＲ３９（商標）を カッティングするためには、３馬カニ具スピンドルモータ４が、以下に詳細に述 べるように、工具６の作動に適切である。

工具スピンドルモータ４は、工具スピンドル支持材１０によって支持されている 。好適な実施例では、モータ支持材１０は、回転自在モータフランジ３２に直接 ボルト付けされた平坦なタイプのマウントである。中心３０と軸線Ｂとの間の距 離は、溝３３（図１）を用いて調整される。このような調整は、本発明の作動の 間は不要であるが、柔軟に調整され、中心距離を変えて装置２の製造誤差を吸収 することを可能にしている。モータフランジ３２は、直接駆動モータ１２によっ て直接的に駆動される。シール３４がフランジ３２の回りに配置されてフランジ ３２とシールリング３６との間をシールしている。後述するように、このシール ３４は、例えば埃やチップのような破片及びカッティング液がモータ１２を汚染 することを防止している。

モータ２０は、基部２２に固定されたモータマウント２０ａに取付けられている 。上述したように、スピンドルモータ支持材１８が被加工物スピンドルモータ１ ４を支持している。被加工物スピンドルモータ１４は、ＤＯＯＩデルコファナッ クＡＣサーボモータであり、被加工物支持スピンドル３８を備えている。被加工 物支持スピンドル３８の軸方向の端部４０は、レンズクランプ即ち被加工物マウ ント４２を支持している。ブロック４４が、公知である低融点合金を用いること により被加工物１６を確実に支持している。このブロック４４はレンズクランプ ４２に連結され、このレンズクランプ４２は、好適には、急速連結解除構造を有 し、組付けを簡易にしている。被加工物スピンドルモータ〕４は、被加工物スピ ンドルモータ支持材１８に連結されている。この支持材１８は、直接駆動モータ ２０に直接的に連結された回転自在モータフランジ４６に固定されている。軸線 Ａに対する支持材１８の位置は溝４７（図１）を用いることにより調整される。

このような調整は、装置２の作動の間は不要であるが、柔軟に調整され、装置２ の製造誤差を吸収することを可能にしている。シール４８は、モータフランジ４ ６とシールリング５０との間をシールしており、例えば埃やチップのような破片 及びカッティング液がモータ１２を汚染することを防止している。

両モータ１２，２０は、直接駆動高トルク低慣性モータである。レンズ形成装置 ２が適切な短時間で面を形成するために、軸線Ｃ，Ｔの回転位置とこれらと協働 する物理的な装置類とが精度よく制御されることが重要なだけでなく、これらが 迅速な応答時間を存しなければならないことも重要である。このことは、軸線Ｃ の回りの被加工物の角位置（後に詳述する）によって規定されるとおりに、工具 ６及び被加工物１６の位置決めを十分迅速にできるようにモータ１２．２０が加 速でき且つ減速できることが必要とされる。七−タ１２．２０の応答時間は、軸 線Ｃの回りの被加工物１６の回転速度によっても規定される。

このような精度や応答の必要性は、直接駆動モータによって最もよく満たされる 。好適な実施例では、モータ１２．２０は、ＮＳＫ　Ｂ５０６０８ＦＮＯＯ１サ ーボモータであり、９，５インチ離間した平行な軸線を有している。このような モータは、高トルク低慣性モータであり、０〜２０　ｆｔ−１ｂの範囲のトルク を発生でき、０〜１２１９ｍの速度を有している。各モータは、はぼ１０１ｂ− ｉｎ２の慣性を有し、負荷慣性対モータ慣性が１０＝１から１００　：　１の範 囲で作動するように構成されている。好適な実施例では、負荷慣性対モータ慣性 の比が５０：１であって負荷慣性が５００　１ｂ−ｉｎ２で作動する。

公知であるように、負荷慣性が非常に低い場合には、モータ１２，２０は、電気 制御装置がこれらを制御するよりも速く応答する。逆に、負荷慣性が非常に高い 場合には、モータ１２．２０は、非常に遅く、制御装置より非常に遅れて応答し 、適切な時間で適切な位置に決して到達することがない。付加的な慣性ウェイト ５１．５３は、各々、支持材１８．２０と同時にモータ２０，１２によって回転 するように取付けられており、必要な場合には、負荷慣性対モータ慣性の比が所 望の５０：１にされる。

慣性ウェイト５１．５３は、何等かの便宜的な方法で便宜的な位置に取付けられ ていてもよい。両方のモータ１２．２０は、はぼ同じ応答時間と精度とを有する ことが好ましい。モータ１２がモータ２０と同じでない場合でも、各モータの負 荷慣性対モータ慣性の比が所望の応答時間と加速／減速性能とを引出すように調 整されることができる。

上述したように、レンズ形成装置２は、汚濁からモータ１２，２０を保護するシ ール３４．４８を備えている。

形成装置２で用いられる回転動は、直線途システムを用いる装置に比べて、装置 の保護を非常に簡略化している。

この改良されたシーリング性能は、供給管５２からカッティング領域５４にカッ ティング液が連続して流れることを必要とするガラス被加工物の研磨を可能にし ている。

供給管５２は、公知のように、基部２２又は他の支持材に何等かの便宜的な方法 で支持されている。基部２２は、カッティング領域５４の下で基部２２に形成さ れたドレン５８にカッティング液を保持して導く凹所５６を備えている。ドレン ５８は、ポリカーボネート又はＣＲ３９（商標）の被加工物がカッティング液を 用いずにカンティングされたとき、チップや埃をカッティング領域５４から引出 す真空ポートとして作用することもできる。管６０は、ドレン管及び真空管とし て二重にすることかできる。シュラウド（図示路）が、好適には、チップ、埃、 及び／又は液体の封じ込めのため、および、一般的な安全のために、被加工物の カッティング即ち研磨の間に組立体全体の上に設けられる。

被加工物１６の面を精密に形成するためには、軸線０回りの被加工物１６、軸線 Ａ回りの軸線Ｃ１及び軸線８回りの軸線Ｔの回転位置や速度を精度よく制御する 必要がある。軸線０回りの被加工物１６の回転位置は、軸線８回りの軸線Ｔの対 応する角位置と軸線Ａ回りの軸線Ｃの角位置とを規定するマスター（主）パラメ ータである。

被加工物スピンドルモータ１４は、軸線０回りの被加工物１６の角位置と速度と を制御する。モータ１４は、１回転当り８０００カウントを発生する光エンコー ダを備えている。モータ１４の位置精度は、１カウント内である。モータ１４は 、また、１回転当り１ホームパルスを備えている。

直接駆動モータ１２，２０は、各々、１回転当り６１４．０００カウントを発生 するりゾルバタイプの位置インディケータを備えている。モータ１２，２０の動 的位置精度は、制御ループでの行き過ぎによって、２０カウント内にされている 。モータ１２．２０は、１回転当り１５０インデツクスパルスを備えている。リ ミットスイッチ６２．６４が、各々、フランジ３２．４６の１回転当り１参照パ ルスを発生するように配置されている。

特別な面を形成するために、球状のカッティングヘッド８は、被加工物が軸線Ｃ の回りに回転するときに、被加工物１６を横切る螺旋状の工具途をたどらさせら れる。

典型的な場合として、形成される面が曲面であるとき、図６に示すように、球状 のカッティングヘッド８の工具途は、被加工物１６の外縁とこれの中心との間の ３次元螺旋である。この工具途は、被加工物１６の外縁又は中心から始まってい る。図７は、トーリックレンズ面を形成する際の現実の３次元工具途の側面図で ある。

好適な実施例では、軸線Ｔに沿って矢印６５（図４）の方向から見た場合に、工 具６は、反時計回り方向に回転する。工具６の回転方向は、カッティングヘッド ８の歯の形状によって規定されている。本実施例での反時計回りの場合には、研 削される素材は、下方に投げ飛ばされ、破片集めを容易にしている。被加工物１ ６がＣＲ３９（商標）およびガラスからなる場合には、被加工物は、軸線Ｃに沿 って矢印６７の方向からみたときに時計回り方向に回転されるが、被加工物１６ がポリカーボネートからなる場合には、被加工物は、反時計回り方向に回転され る。被加工物１６の回転方向の選択は、工具６の回転方向に最もよい結果をもた らすようになされる。

トーリックレンズ面のモデルには、レンズ面のための位置座標が設けられている 。これらの位置座標は、２つの円弧交差の数学的な公式を用いて、位置角度に変 換される。３次元工具途は、形成される面の数学的なモデルに基づいて決定され る。

必要な工具途をたどらせるために、軸線Ｃが軸線Ａの回りにそ一夕２０によって 回転されている間に同時に、軸線Ｔが軸線Ｂの回りにモータ１２によって回転さ れる必要がある。軸線Ｔと軸線Ｃとの間の現実の相対位置は、如何なるトーリッ クレンズ面のためにも、軸線０回りの被加工物１６の角位置の関数として決定さ れる。トーリックレンズ面のための曲率半径は、被加工物１６の１回転に４回変 っているため、軸線Ｂ、Ａ回りの軸線Ｔ、Ｃの方位は、各々、軸線０回りの被加 工物１６の角位置の関数としてしばしば変化する。図８，９は、軸線Ｔ、Ｃの角 回動の簡単な例をグラフで示している。両図８，９において、被加工物１６が軸 線Ｃの回りに４回転するときに、球状のカッティングヘッド８は、３インチ直径 レンズ素材の外縁から中心に移動する。この角度は、図４の０°線から計測され 、反時計回りの回転は、正の角度方向である。

被加工物１６の面を精度よく形成する秘訣は、軸線Ｃ１Ａ、Ｂの速度の制御であ る。軸線Ｃの速度は、１％以内で直接制御され、軸線０回りの被加工物１６の角 位置は、軸線Ｂ、Ａ回りの軸線Ｔ、Ｃの必要な角回転を発生するようになされて いる。好適な実施例では、軸線Ｃの角位置と速度に基づいて軸線Ａ、Ｂの速度と 角位置とを明らかにした関係表が設けられている。このような制御アルゴリズム を用いる場合、軸線０回りの被加工物１６の角位置はマスター（主）として参照 される一方、軸線Ｂ。

Ａ回りの軸線Ｔ、Ｃの角位置はスラブ（従）として参照される。軸線０回りの被 加工物１６の回転速度は、開ループ制御によって維持され、この回転は１方向の みである。軸線Ａ、Ｂ回りの回転は、両方向であり、位置ループをフィードフォ ワードブランチに組込んだ閉ループ制御アルゴリズムによって制御される。

軸線０回りの被加工物１６の回転がマスター（主）でされる。ここで、Ｒは、球 状のカッティングヘッドが被加工物に接触しているときの半径であり、ｆは、カ ッティングヘッド８への所望の一定のチップ負荷を維持するように選択される係 数である。公知のように、チップ負荷が非常に小さい場合には、素材は十分に剥 がされないとともに、面は燃焼される。チップ負荷が非常に大きい場合には、摩 擦が大きくなり、熱が発生され、面仕上げが損なわれ、工具スピンドルモータ４ からの馬力がより大きくされる必要がある。チップ負荷が適正な範囲にあり、好 適な実施例では、所望のチップ負荷は、カッティングヘッド８の歯当り剥がされ る素材の０．００１インチであった。軸線Ａ、Ｂ回りの関係速度は、好適には、 ４％又はそれ以下で精度よく制御され、望ましくは、０．１％と同程度に低く制 御される。

好適な実施例では、軸線０回りの被加工物１６の回転速度は、トーリックレンズ 面を形成するときには、３インチ被加工物の外縁で３Ｏｒｐｍから中心で３５゜ ｒｐｍの範囲にわたっており、球状の面を形成するときには、中心で６００ｒｐ ｍまでの範囲にわたっている。

円柱補正がない場合、即ち、球状レンズの場合、球状カッティングヘッド８が外 縁にあるとき、軸線０回りの被加工物の角速度は、より高いｒｐｍで始まること は許容されているけれども、それでも３０　ｒ　ｐｍで始められている。

重要な円柱補正がある場合には、ｆの値は、低く設定され、軸線Ｂ、Ａ回りの軸 線Ｔ、Ｃの回転は、各々、精度よく応答する。これは、トーリックレンズ面の２ つの曲率半径の間の差が大きくなればなる程、軸線Ａ、Ｂ回りの角回動に必要な 加速及び減速が大きくなるからである。完全に自動化された装置では、ｆの値は 、２つの曲率半径の間の差の種々の範囲で計算される。認識されるように、球状 のレンズは、等しい２つの曲率半径を有するトーリックレンズに類似しており、 装置２によって容易に形成されることができる。ｆの値は、また、カッティング の指示即ち２つの曲率半径の間の差に関連する直接駆動モータの応答時間の関数 である。

軸線Ｃの回りの被加工物１６の速度の角方位に依存して、軸線Ａ、Ｂ回りの角回 動を発生するために、参照表がコンピュータコントローラ６６（図３）により発 生される。面の形成の間、コンピュータ制御６６は、ＣＮＣ機械を制御する公知 の方法でレンズ形成装置２を作動する。

図５に示されるように、工具６は、工具軸７に連結された球状のカッティングヘ ッド８を備えている。軸７は、参照面９を備えている。図示されたように、参照 面９は、ヘッド８の中心３０から距離Ｇに位置している。このＧは、工具６の製 造業者によって設定又は調整されるゲージ距離であり、または、これに代えて、 工具置場で設定又は調整されるゲージ距離である。例えば、テーバ軸７のように 、中心３０と工具６の参照取付面との間のゲージ寸法を達成する他の従来の手段 が用いられてもよい。

工具６が工具支持マウント２８に組付けられるとき、肩部９、または他の適切な 参照取付面は、工具支持マウント２８に対応して精度よく形成された参照取付面 に当接する。これによって、何度繰り返しても、軸線Ｂとヘッド８の中心３０と の間の距離を精度よくすることができる。

球状のカッティングヘッド８は、多数のカッティング歯１１（図１．３．４）を 備えている。ヘッド８は、図５に示されるように、カッティングバンド１３内で 被加工物１６に接触しており、このカッティングバンド１３は、軸７に直角であ り且つ中心３０を貫通する面によって規定されるようなヘッド８の均分円の両側 にほぼ３０°広がっている。図５に示されるような球状の突起状の刃物は、均分 円及びその隣接域で最も精度がよいことは公知である。そのため、均分円に近い カッティングバンド内で被加工物１６に接触することが好ましい。このカッティ ングバンドは、工具の磨耗を早期に生成しないように十分に幅広くされているべ きである。カッティングバンド１３の正確な位置および分布は、レンズ形成装置 ２の特別な幾何に依存している。

工具６は、球状の突起状の刃物として図示されているが、アイオワ、ダベンボー トのＭ、Ａ、フォード製造会社から提供されているモデル４３７５００２０のよ うに、同じ寸法の球状研磨ヘッドが用いられることもでき、ポリカーボネート及 びＣＲ３９（商標）の被加工物をカッティングするために用いられるのと同じ基 準に基づいて同じようにしてガラス被加工物を研磨できる。

みがかれることのみで光学的に明瞭な面にされるレンズ素材から完成したレンズ を形成するためには、工具６の幾つかの途が必要とされる。一般に、粗雑なカッ ティングは、被加工物１６を横切って工具６の連続した途によりなされる。好適 な実施例では、このような初期粗雑カッティングは、０．２００インチのリード でなされ（即ち、工具６は被加工物の１回転に０．２００インチ半径方向に移動 する）、０．０３０インチの深さまでカッティングされる。０．０４０インチよ り深くカッティングされると、工具スピンドルモータ４は負荷的な馬力を必要と される。被加工物１６の初期粗雑螺旋状カッティングは、被加工物１６の外周か ら始まり、中心に向かって内方に且つ螺旋状に動く。一旦中心に到達すると、連 続した粗雑カッティングは、中心から始まり、径方向外方に且つ螺旋状に動く。

中心で連続した粗雑カッティングが始められると、被加工物１６の外周から再ス タートするように工具６や被加工物１６を再度位置決めすることが不要になるた め、サイクル時間は減少される。

典型的なレンズでは、粗雑カッティングは、カッティングの指示に応じて３〜７ 回なされる。好適な実施例では、粗雑カッティングの終りには、工具６は、粗雑 カッティングの端数を残しながら、被加工物１６の中心に位置している。その後 、中間のカッティングがなされ、０．１００インチのリードで外方に且つ螺旋状 に動き、ティングは、中間カッティングの後になされ、外縁から始まり、内方に 且つ螺旋状に動く。仕上げカッティングは、０．０３０インチのリードでなされ 、最大深さは、０．０１５インチである。仕上げカッティングは、好適には、外 縁から始まり、内方に且つ螺旋状に動く。なぜなら、装置の動特性として、中心 に入るより中心から出るほうが容易だからである。

勿論、異なったリードを有した種々の粗雑カッティングがなされることができ、 中間及び仕上げカッティングについても同様である。好適な実施例における粗雑 、中間、及び仕上げカッティングの順序と方法とは、できるだけ短いサイクル時 間でのみがきを受け入れるような面を形成するように選択されている。

図１０は、工具途の中心７０の間に位置されるビーク６８の高さＨへのリードＬ の影響を示している。２点鎖線の曲線は、半径ｒを有する球状のカッティングヘ ッド８を表している。ビーク６８の高さＨは、リードＬ及び半径ｒに依存してい る。ヘッド半径は与えられたものであるため、高さＨはリードによってのみ影響 される。そのため、リードを最小にすることによって、高さＨは最小にされる。

しかしながら、上述したように、リードは、所望のサイクル時間の観点だけでな く、各歯への十分なチップ負荷を維持する観点からも選択される。リードが非常 に小さいと、チップ負荷が減少されて、ヘッド８が面を燃焼させるおそれがある 。好適な実施例では、球状のカッティングヘッド８は、０．３７５インチの半径 を有し、仕上げカッティングは、０．０３０インチのリードを有し、高さＨは、 ０．０００３インチであり、十分に小さくされて、みがかれると光学的に明瞭な 仕上げがなされる。

モータ４，１２．１４．２０は、コンピュータコントローラ６６（図３．４）に よって制御される。好適な実施例では、コントローラ６６は、オハイオ、シンシ ナティのＰＭＣによって製造されたＰＭＣモデル４００である。レンズ形成装置 ２を作動するためには、装置が最初に駆動されたとき、モータ１２，１４．２０ のホームポジションに位置決めすることにより、装置自身がキャリプレートされ る。リゾルバは漸増装置であるため、モータ１２，２０のホームポジションが一 旦位置決めされると、リゾルバはコンピュータによって零にリセットされる。図 ４は、スイッチ６２．６４によって各々位置決めされる軸線Ｔ、Ｃのホームポジ ションを示している。スイッチ６２．６４は、基部２２に固定されており、モー タフランジ３２．４６とともに回転するトリップ（ｔｒｉｐ）６２ａ、６４ａが スイッチ６２．６４を過ぎて回転し各モータのためのホームパルスが発生される ときには、スイッチ６２．６４は作動される。しかしながら、軸線Ｔ。

Ｃの現実のホームポジションは図示されたように互いに平行にされている必要が ない。図４に示されるように、軸線Ｔ、Ｃの平行な方位は、工具６及び被加工物 １６を各々のマウントに取付けることが容易であるように選択される。現実のホ ームポジションが図示されたようでない場合には、コンビニ−タロ６は、ホーム ポジションが一旦位置決めされると、軸線Ｔ、Ｃが図示された平行な位置を向く ようにプログラムされることができる。

カッティングヘッド及び研磨ヘッドは磨耗するため、各ヘッドの磨耗を監視する ためにキャリブレーション面を形成し、レンズ形成装置２にこの磨耗を補償させ ることが定期的に必要である。通常、キャリブレーション面の監視は、レンズ形 成装置２を用いて所望のレンズを製造する前に、各カッティング又は研磨工具で カットされる。各キャリブレーション面がカットされた後、それは確認され、測 定結果は、キャリブレーション面の測定によって示されるヘッドの磨耗を自動的 に調整するコンピュータコントローラ６６に入力される。

その日のためにヘッドがキャリブレーションされた後には、精密な面が形成され ることができる。所望の精度は、コンピュータコントローラ６６に入力され、各 軸線の制御に有益であるフォーマットに変換される。コンピュータ６６は、レン ズ素材がどのような所望の精度でカッティングされるかをユーザーに表示するよ うにプログラムされることができる。適切なレンズ素材が選択され、粗成形され 、被加工物マウント４２に取付けられる。レンズ素材は、その周面に配置配置さ れたバーコードを備えており、このバーコードは、軸線Ｃが図４に示すように向 けられてユーザーがレンズ素材を取付けたことが確認されると、バーコードスキ ャナー７２によってスキャンされる。コンピュータコントローラ６６は、その後 、上述した方法でレンズ形成装置２の軸線を制御し、被加工物の所望の面を形成 する。面が完成されると、軸線Ｔ。

Ｃが図４に示される位置に戻される。

以上から、本発明によれば、多大なる効果が奏される。

レンズ形成装置は、長円形のエラーなしに精密な面を形成する。この装置は、様 々な面の広い範囲を形成することができる。ポリカーボネート、ＣＲ３９（商標 ）、及びガラスのレンズ素材が装置でカッティングされ且つ研磨されることがで きる。この装置は、高価で高感度の直線途装置を用いることなく、これを達成す ることができる。この装置には、形成される各面のための調整又はアライメント が必要とされず、また、広いキャリブレーションも必要とされない。この装置は 、熟練したものによらなくても作動させられる。

本発明の好適な実施例の上記記述は、図示及び説明のために表されている。これ は、本発明を開示された明確な形態に限定することを意図したものではない。様 々な一変形が上記技術において可能である。この実施例は、本発明及び本出願の 原理を最もよく示すために選択されて記載されており、これにより、当業者が特 別な用途に適するように本発明を種々変形することを可能にしている。

本発明の範囲は、請求の範囲によって規定される。

ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ 回転 ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、１０ 要　約 直線途装置を用いることなく構成要件の回転動を用いて、種々の形状のレンズ素 材又は他の被加工物に面を形成するためのレンズ面形成装置及び方法が提供され ている。レンズ面形成装置は、第１軸線（Ｔ）の回りに球状の工具を回転する回 転自在工具支持スピンドルを備えている。工具スピンドルは、第２回転軸線（Ｂ ）の回りに球状の工具の第１回転軸線（Ｔ）を回転させる高トルク低慣性の直接 駆動サーボモータによって直接支持されている。被加工物スピンドルが被加工物 を保持して、第１軸線（Ｔ）と同じ面内に位置する第３軸線（Ｃ）の回りにこれ を回転させる。この被加工物スピンドルは、第４軸線（Ａ）の回りに第３回転軸 線（Ｃ）を回転させる高トルク低慣性の第２の直接駆動サーボモータによって回 転自在に支持されている。第１及び第３回転軸線の方位は、被加工物の回転方位 に従って２つの直接駆動モータの回転を制御するＣＮＣコンピュータによって制 御されている。球状の工具は、レンズ素材で所定の３次元工具途をたどるように 制御されている。

補正嘗の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　５　年　１　月　１２日 ｈ−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）基部と、 （ｂ）第１回転軸線の回りに回転自在である被加工物支持スピンドルと、 （ｃ）被加工物支持スピンドルの軸方向の端部に配置され、被加工物を固定する ための移動自在である被加工物マウントと、 （ｄ）第１回転軸線の回りに基部に対して被加工物マウント及び被加工物支持ス ピンドルを回転する手段と、（ｅ）第１軸線に一致しない第２回転軸線の回りに 基部に対して被加工物支持スピンドルを回転する手段と、（ｆ）第２回転軸線に 一致しない第３回転軸線の回りに回転自在である工具スピンドルと、 （ｇ）工員スピンドルの軸方向の端部に配置され、面形成工具を固定するための 移動自在である工具支持マウントと、 （ｈ）第３回転軸線の回りに工具及び工具スピンドルを回転する手段と、 （ｉ）第１、第２、及び第３回転軸線に一致しない第４回転軸線の回りに基部に 対して工具スピンドルを回転する手段と、 （ｊ）基部に対して第１及び第３回転軸線の方位を制御する手段とを備える被加 工物に面を形成するための装置。
2. ２．（ａ）基部と、 （ｂ）基部に対して第１軸線の回りに面形成工具を回転する第１手段と、 （ｃ）第１軸線に一致しない第２軸線の回りに基部に対して第１軸線を回転する 第２手段と、 （ｄ）第２軸線に一致しない第３軸線の回りに基部に対して被加工物を回転する 第３手段と、 （ｅ）第３軸線に一致しない第４軸線の回りに基部に対して第３軸線を回転する 第４手段と、 （ｆ）第１軸線及び第２、第３軸線の方位を基部に対して制御する手段とを備え る被加工物に面を形成するための装置。