(57)【要約】良好な品質の表面仕上げがなされている非球面眼科用レンズ等を正確に形成するラスタパターン切削装置及び方法に関する。正確な形成と良好な表面仕上げは、大きい半径を有する実質的に球状である切削工具を使用することによって得られる。この方法は、ラスタパターンの一定の表面切削速度のような一定の切削力を供給する切削経路を活用する。【選択図】図４
2008509012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル軸を有するスピンドルを供給する工程と、
実質的に球形の切削面を供給する工程と、
前記球形の切断面に適合する外表面を有する球の中心を決定する工程と、
前記球と前記被加工物との間の点を実質的に前記三次元表面とし、前記球の中心点を計算する工程と、
前記スピンドル軸に関して前記切削工具を回転させる工程と、
前記計算した位置を前記球面の中心とし、前記三次元表面を形成する工程と、を有する被加工物の３次元表面を形成する方法。
【請求項２】
前記球面の中心とする際、さらにラスタパターンで前記位置の中心を移動させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記切削工具の有効な半径を計算し、前記有効な半径は、前記スピンドル軸の点から前記切削工具表面と前記三次元表面との間に接触点までの前記スピンドル軸と同等の長さとする計算工程と、
接触箇所の前記半径と回転速度は実質的に一定に保持されるように、前記球面切削工具の回転速度を調節する工程と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記切削工具表面と前記三次元表面との間の複数の接触点を計算する工程において、前記移動型の中心は、二つの前記接触点の間の移動時間が実質的に前記二つの接触点の間の距離と一定の割合であるように工具速度を調節する移動型からなる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ラスタパターンは、実質的に前記スピンドル軸を含む平面である請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ラスタパターンは、実質的にスピンドル軸に平行なＹ軸に沿って作動し、実質的に前記スピンドル軸に対して垂直なＸ軸に沿って作動し、前記切削ヘッド球面と前記三次元表面との間の接触点はＸ軸に沿って作動する間にしか起こらない請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記球面は２０ｍｍより大きい半径を有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記切削工具は、円錐曲線回転面の部分である表面からなり、前記円錐曲線回転面の小円の最も低い中心と前記球面の中心とは、等価である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
スピンドル軸を有するスピンドルと、
実質的に球面の切削面を有する切削工具と、
前記切削工具に関して三次元に制御し、被加工物を保持する支持台と、
切削ヘッド球面が前記三次元表面と接触する場合、前記球面の中心の複数の位置からなる切削経路を計算し、前記球面の中心は、被加工物の切削経路に続くような前記支持台と前記切削工具を制御する制御モジュールと、からなる三次元表面形成装置。
【請求項１０】
ラスタパターンからなる切削経路からなる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、可変の回転速度により前記切削工具を回転させる回転駆動手段を有し、前記制御モジュールは、前記切削工具の有効半径を計算し、前記有効な半径は、前記スピンドル軸の点から前記切削工具表面と前記三次元表面との間に接触点までの前記スピンドル軸と同等の長さとする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御モジュールは、さらに前記三次元表面と前記切削工具球面との間の複数の接触点を計算し、前記切削経路は、さらに、二つの前記接触点の間の移動時間は、実質的に前記二つの接触点の間の距離と一定の割合であるように工具速度を調節する請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記ラスタパターンは、実質的に前記スピンドル軸を含む面に起こる請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記ラスタパターンは、実質的にスピンドル軸に平行なＹ軸に沿って作動し、実質的に前記スピンドル軸に対して垂直なＸ軸に沿って作動し、前記切削ヘッド球面と前記三次元表面との間の接触点はＸ軸に沿って作動する間にしか起こらない請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記球面は、２０ｍｍより大きい半径を有する請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記切削工具は、円錐曲線回転面の部分である表面からなり、前記円錐曲線回転面の小円の最も低い中心と前記球面の中心とは、等価である請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削による高品質な３次元表面の加工に関し、特にラスタパターンにより一定の切削力を用いて切削することにより眼科用レンズを機械加工することに関する。
【背景技術】
【０００２】
眼科用レンズの製造には、研削が用いられ、特に、非球面を有し伝統的な光学研磨では作ることのできない特別注文によるプログレッシブレンズを生産する場合に切削が用いられる。しかしながら、レンズの切削には、要求される光学的精度や表面仕上げの品質にその表面形状を制御する際の難しさに主に関係した著しく不利な点がある。
【０００３】
こうした不利な点を理解するため、従来の切削旋盤や当該旋盤が表面の幾何学的形状寸法を生み出すために用いている螺旋状のカッティング動作を詳しく検討することは有益である。図１には、代表的な３軸旋盤が概略的に示されている。被加工物１０は、チャック１４によりスピンドル１２に取り付けられ、スピンドル軸１６（「Ｃ」軸としても知られている）を中心に回転させられる。被加工物１０の表面は、Ｚ軸方向に位置を調整しながら軸１６の方向に（「Ｘ軸」方向に沿って）移動型切削工具１８を移動させることにより整形させられる。コンピュータ数値制御型（「ＣＮＣ」）の３軸旋盤は、伝統的なシングルポイント切削工具又はフライス盤と同様の多数溝付きの高速回転カッタを有することができる。いずれにおいても、表面の幾何学的形状寸法は、螺旋状の切削経路に従うツールにより切削され、切削すべき最後の材料片は、回転する被加工物１０の厳密な中心に存在する。
【０００４】
通常、旋盤スピンドル１２は一定速度で回転させられる。この結果、切削工具１８が被加工物１０の中心に向かって移動するにつれ、当該切削工具と形成中のレンズとの間の切削力の変化により、その表面切削速度は減少する。この切削力の変化は、形成中のその表面の形状に漸進的な誤差をもたらす。旋盤が連続的に可変なスピンドル速度を有する場合でも、その速度には上限があり、したがって、それを越えては一定の表面切削速度を維持することができない範囲があるのである。その範囲では、切削力が変わり、誤差が生じ始めることになる。
【０００５】
他の問題は、レンズの設計が被加工物１０の中心まで全て材料を除去することを必要としている場合に生じる特徴的な欠陥である。この欠陥は、小さな凹みであり、最後の材料片が除去されるときに切削力が急にゼロに落ちることが理由で発生する。この切削力は、切削の間、切削工具の先端をレンズ表面から少し離れるように曲げるものである。この力が急にゼロに落ちると、切削工具ホルダが緩み、切削工具は、回転し続けているレンズに向かって移動し当該レンズ中心に小さな窪みを掘ることになる。高精度の旋盤でも、１ないし５ミクロン程度の深さで中心の欠陥を生じ、多くの場合視認されてしまい見栄え上望ましくない傷を形成してしまう。
【０００６】
中央領域が平坦なプリズム状レンズにおいて、切削力の急激な低下は比較的半径の大きなところで生じるが、依然として当該プリズムの上り傾斜側の隆起及び下り傾斜側の穴の形態の著しい影響がある。この隆起は、平均的に約２ミクロンの高さがあり、穴は、平均的に約２ミクロンの深さがある。
【０００７】
こうした切削力低下による欠陥は、工具の鋭さ、表面の幾何学的形状寸法、材料特性及び加工特性の複合関数に相当するので、基本的には予測不可能である。ソフトウェアアルゴリズムを用いてこうした欠陥を補償する試みは、より悪い欠陥をもたらすことが少なくない。
【０００８】
旋盤を用いてレンズを切削するときの他の問題は、切削速度の関数である切削表面の品質から起こる。最適な効率のため、必要とされているレンズ半径でのみ最高の品質の仕上がりをなすように表面速度を調整するのがよい。伝統的旋盤においては、切削速度は、半径の一定関数であり、変化させることができない。
【０００９】
旋盤のさらに他の問題は、切削工具の形状の欠陥（「形状欠陥」としても知られている）がレンズ表面に転移させられることである。旋盤に用いられる代表的な高品質切削工具は、シングルポイントダイヤモンドチップであり、約２ｍｍの半径に研磨されている。しかし、このようなダイヤモンドのエッジの精度は、約２ミクロンに過ぎない。この不精密さは、波形（「うねり」としても知られている）となり、レンズに直接転移される。すなわち、切削工具の２ミクロンのうねり欠陥は、２ミクロンのレンズ表面うねり欠陥となる。うねり欠陥は、完全に予測不可能であり、ソフトウェアにより補償することができない。うねり抑制型のツールは、多大の費用がないと利用することができない。これらはまた、仕様から外れると、或る程度直ぐに摩損又は亀裂するので、これらの利点はコスト高であり寿命が短い。
【００１０】
従来、これら切削欠陥は、切削したレンズを研磨することによって克服されているが、これにより、最適なレンズ形状からのさらなるズレ（レンズ表面の「形状誤差」としても知られている）を招く。実際、生じる形状誤差の量と除去される視認可能で表面上の中心欠陥の量との間で妥協が図られる必要がある。
【００１１】
表面加工の他の伝統的な形態は、フライス加工である。図２には、代表的フライス盤が概略的に示されている。図２Ａは、被加工物１０がフライスチャック２０に保持されＸ−Ｙ平面におけるラスタパターンで移動させられるとともに、回転する切削工具２２がＺ軸に沿って上下に移動させられる側面図を示している。図２Ｂは、被加工物１０に対する切削工具の有効経路に相当するラスタパターン２４を示す平面図である。伝統的フライス加工は、表面切削速度及び位置の独立した制御を可能とし、切削力がゼロへ急に落ちる問題はないが、非常に低品質の表面仕上がりが生じる。図２Ｃは、拡大断面図にて、代表的なフライス加工の切削表面２６が高い波形の仕上がりを呈することが頻繁にあることを示している。フライス加工された表面の波形（「うねり」としても知られている）は大きく、平均的にはミリメートルのオーダである。このため、このようなラスタ切削技術は、光学素子を生産するのに従来用いられていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
レンズ、特に注文生産型のプログレッシブレンズ又は他の非球面レンズのデザインの効果的切削のために非常に望ましいものは、要求される範囲の非球面の３次元表面を作ることができ、伝統的な切削技術に係わる表面品質の問題の１つ又は複数を解消する切削方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、所定の表面仕様に対して高い精度を有し、かつ光学産業における使用のための十分に高い品質の表面仕上がりを有する表面を形成することのできる一定表面切削装置及び方法に関する。このような切削方法及び装置は、例えばプログレッシブ眼鏡レンズの生産に要求されるような、特に受注生産型の非球面を大量生産するコスト効率のよい方法として、光学産業において大いに望ましい。
【００１４】
或る好適な実施形態において、略一定な切削力の装置は、基本的に、比較的大きい半径、好ましくは概ね３０ｍｍの半径を有する略球状の切削工具を有する（又は実質的若しくは排他的に当該切削工具からなる）。この好適な方法の実施形態は、形成中の表面に対してラスタ切削パターンで移動させられながらスピンドル軸を中心に回転させられる好適な切削工具を用いる。この好適な切削工具は比較的大きい半径のために、このような好適な方法における切削工具の経路は、実質的に当該要求された所定の３次元表面上にあるように形成中の被加工物に対する接触点に対して当該切削工具球体の中心を何処に置かなければならないかを計算することによって決定される。好ましくは、切削ヘッドは、その後に切削ヘッドの中心が要求された経路を辿るようにコンピュータ制御されるサーボモータによりラスタパターンで移動させられるのがよい。
【００１５】
他の好適な実施形態において、本方法は、加工処理の大部分について、より好ましいのは加工処理のほぼ全体について略一定な表面切削速度を維持するステップを有する。好適な実施形態において、この維持ステップは、切削工具の回転速度を調整するステップを有する。例えば、切削工具の有効半径は、全ての切削位置について計算してもよく、切削工具の回転速度は、その有効半径及び回転速度の積がその加工処理全体にわたりほぼ一定を保つように調整されるようにしてもよい。
【００１６】
さらに他の実施形態では、本発明の方法は、切削工具を略一定な表面速度で移動させるステップを有する。好適な実施形態において、この移動ステップは、球体切削工具と切削中の３次元表面との接触点のマップを計算し、２つの連続する接触点の間の移動時間が当該接触点間の距離と略一定な比例関係を保つことを保証するステップを有する。
【００１７】
非常に高い精度で切削工具を移動させることのできるサーボモータ駆動機構は周知である。かかる機構は、コンピュータ制御されることが可能であり、例えば、一般的には３次元座標のマップとしてその表面の形状を詳細に記述するコンピュータファイル（「ポイントファイル」としても知られている）の形態の所定の仕様から、複雑な３次元表面を作ることができる。
【００１８】
本発明は、このようなコンピュータ駆動型のサーボモータ機構及び適切に整形された精度の高い切削工具とともに用いて、要求される形状に正確に合致し光学的品質の表面仕上がりを有する表面を作製することのできる自由形状表面切削装置及び方法を提供するように良好に適合させられたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳しく説明する。図面においては、同様の符号は同様の要素を示している。図３は、本発明の好適な実施形態による３軸２スピンドル式コンピュータ制御型加工中心部の概略図を示している。この機械は、好ましくは、切削すべきレンズ３２が装着されるレンズ保持ステージ３０と、低精度切削スピンドル３６及び高精度切削スピンドル３８が実装されたスピンドル保持ステージ４０と、制御モジュール４１とを有する。レンズ保持ステージ３０は、Ｘ軸３４の方向において精密なコンピュータ制御された移動が可能である。スピンドル保持ステージ４０は、Ｙ軸４２及びＺ軸４４の両方の方向において精密なコンピュータ制御された移動が可能である。好適な実施形態では、低精度切削スピンドル３６及び高精度切削スピンドル３８の各々は、適切な切削工具を保持し、コンピュータ制御の下で適切な電気モータにより可変の高速度に回転駆動させられることができる。一好適実施形態において、低精度切削スピンドル３６又は高精度切削スピンドル３８に据え付けられる切削ヘッドは、Ｚ軸４４の方向における、好ましくはコンピュータ制御の下での移動をなすよう適応させられるとともに、当該各ステージは、Ｘ軸３４及びＹ軸４２に平行な平面におけるラスタパターンでの移動をなすよう適応させられる。この構成により、切削ヘッドがレンズ３２の上面に３次元表面を形成することが可能となる。制御モジュール４１は、何らかの適切なコンピュータモジュールとすることができるものであり、レンズ３２の切削中の表面に対する切削工具の切削経路又は切削工具のあらゆる位置を計算し、ステージ３０及び４０の必要な動きをもたらすようにサーボモータ（図示せず）を制御することができる。好適な実施形態において、低精度切削スピンドル３６は、好ましくは、少なくとも中程度の精度の多結晶ダイヤモンド（「ＰＣＤ」；ｐｏｌｙ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ）を備えた低精度切削フライスツールを保持する。
【００２０】
図４は、本発明の好適な実施形態に用いられる高精度切削工具４６を示している。高精度切削工具４６は、弧状表面４８を有し、スピンドル軸５０の周りを回転することの可能な高精度切削スピンドル３８に取り付けられる。一好適実施形態において、高精度切削工具４６は、好ましくは最小のうねりの弧状表面４８を有するように目立てられた黄銅焼結ダイヤモンド砥石車を有する。或る極めて好適な実施形態では、弧状表面４８は、球面の少なくとも一部、より好ましくは約０．５ミクロン以下のうねりを有する球面の一部を有する。より詳しく以下に説明するが、高精度切削工具４６のドレッシング（ｄｒｅｓｓｉｎｇ）は、自動化され高精度切削スピンドル３８に取り付けられている間に行われ、メンテナンスのコストを削減するようにするのが好ましい。切削スピンドルに取り付けられている間の切削工具のドレッシング（ここでは「オンボードの自動ドレッシング」という場合がある）は、第３の回転スピンドルを有するドレッシングステーションへ高精度切削工具４６を移動、好ましくは回転させることによって行われるようにしてもよい。電気めっきされたダイヤモンド砥石を含む（但しこれに限定されない）他の材料を高精度切削工具４６のために用いることもできるが、これらの全てがその場の状況においてドレッシング可能なわけではない。
【００２１】
切削すべき表面５２は、離散点の数において当該表面を詳細に示す１組の３次元座標（「ポイントファイル」としても知られている）により表すことができる。切削工具球面４８の半径は、従来の旋盤回転工具の工具先端半径に比較して大きく、好ましくは少なくとも約２０ｍｍとされ、したがって、これは、切削処理により形成される表面５２において確認される半径に匹敵するので、従来のＣＮＣ加工においてなされているように、工具の中心又は先端が所望の表面に略平行な経路に沿うように切削工具を単に移動させると大きな誤差を生じることになる。
【００２２】
図５は、予め規定された３次元表面５４を切削する間の２つの位置における本発明の一実施形態の高精度切削工具を示している。第１の位置では、工具は、ポイント５６において表面５４を切削しており、第２の位置で工具は、ポイント５８において表面５４を切削している。図５からは、切削工具の中心６０が辿る切削経路６０が切削すべき面５４に関係していることが分かる。切削経路６０は、例えば高精度切削工具球面４８と同じ半径の球面の中心点が、当該球面と切削中の被加工物５１との各接触点が切削しようとしている予め規定された３次元表面５４上に実質的に存在する場合に、何処にあるものとなるかを判定することにより計算することができる。例えば、切削経路６０は、要求される表面５４のポイント５６に球面４８が接触しているときに球面４８と合致する球面の中心の位置であるポイント６２を通過する。同様に、切削経路６０は、要求される表面５４のポイント５８に接触しているとき球面４８の中心の位置であるポイント６４を通過する。
【００２３】
図６は、本発明の模範的実施形態における高精度切削工具により切削されている眼科用レンズ６６の平面図を示している。レンズ６６は、ステージ６８により支持され、切削ポイントは、ラスタパターン７０により当該表面を移動させられる。好適な実施形態では、本方法は、当該球面とレンズ表面との接触の位置が略直線に沿うように、切削工具の中心を制御するステップを有する。形成中のレンズ６６の半径にばらつきがある実施形態のような或る種の実施形態では、切削工具球面４８の中心は、当該球面とレンズ表面との接触の位置が直線に沿うようにするために直線から少しずれるように制御されるのが好ましい。このような実施形態では、切削経路は、「ドランケン（ｄｒｕｎｋｅｎ）ライン」又は「ドランケン（ｄｒｕｎｋｅｎ）」ラスタパターンと呼ばれることがある。切削工具球面４８と切削対象の被加工物５１との接触の位置の経路をこのような実施形態において直線を有するラスタパターンとするために、本方法は、切削工具球面４８の中心のこの「ドランケン（ｄｒｕｎｋｅｎ）」ラスタパターンを計算し、この計算に基づいてサーボモータ駆動プラットフォーム３０及び４０に制御をかけるステップを含むことが好ましい。
【００２４】
図１１Ａないし図１１Ｃは、かかる「ドランケン（ｄｒｕｎｋｅｎ）」経路を詳しく示している。図１１Ａは、要求された直線ラスタ経路１０２が投影された非球面１００の等角図である。図１１Ｂは、要求された表面１００に垂直で切削工具球面４８の半径に等しい長さＲを有するベクトル１０４が示される等角図である。したがって、ベクトル端１０６は、切削工具球面４８の中心の位置である。ベクトル１０４は、非球面１００に投影される直線ラスタ経路１０２に沿って等間隔な３つのポイント１０８，１１０及び１１２において非球面１００に接触して示される。図１１Ｃは、非球面１００の平面図であり、直線ラスタ経路１０２と、等間隔の３つのポイント１０８，１１０及び１１２において面１００と接触する法線ベクトル１０４とを示している。ドランケン（ｄｒｕｎｋｅｎ）ライン１１４は、接点１０８，１１０及び１１２を直線状にするために切削工具球面４８の中心が辿る経路である。
【００２５】
次に、図３及び図４に関して本発明によるレンズ切削処理の好適な実施形態を説明する。要求されるレンズ表面５２は、コンピュータポイントファイルの形式で所定の仕様により規定される。このコンピュータファイルは、既知の技術にしたがってコンピュータにより工具経路ファイルに変換されるものであり、この工具経路ファイルは、低精度切削工具及び高精度切削工具４６の切削経路を規定する制御信号を発生するために用いられる。低精度切削工具は、低精度切削スピンドル３６に据え付けられることができるものであり、その工具経路ファイル及びこれにより生成される制御信号に基づいてレンズを切削し、高精度切削工具４６により除去させるべき予め規定された少量の材料を残しておく。好ましくは、この機械は、状況に応じて、好ましくはサーボモータを用いて低精度切削工具を動かし、テーブル３０及びテーブル４０をＸ，Ｙ及びＺ軸に沿って制御するのがよい。一般に、低精度切削ステージでは高い精度が要求されない。本発明の一実施形態では、大抵は前述した欠陥の全てが低精度切削ステージにおいては許容されるので、標準の３軸旋盤を用いて低精度切削が行われるようにしてもよい。
【００２６】
本発明の多くの実施形態は、ここで述べたような高精度切削ステージの重要な側面に依拠している。好適な実施形態では、本方法は、実質的にラスタパターンに相当する経路、好ましくはコンピュータにより生成されたＣＮＣ工具経路を辿るように高精度切削工具を制御する。多くの好適実施形態において、切削ステップは、単一の線状軸に沿って、好ましくはほぼ全ての切削面を略等間隔な平行線として切削する。好ましくはＸ，Ｙ及びＺ移動が計算され、制御され、連係動作して、切削工具４６の球面４８の接触点５６がレンズの表面を横断移動し、略均等な規則正しい列で材料を切削するのがよい。この略均等な材料除去は切削負荷を略一定に維持し、これにより、当該表面を所望の表面に忠実に、好ましくはポイントファイルにより規定されるように維持することになる。最大効率が望まれる実施形態では、切削ステップは、前方及び後方の両方のストロークにおいて切削するのが好ましい。なお、ラスタサイズは、本発明の範囲内で大幅に変わる可能性があり、例えばどの程度のうねりが高精度切削表面に許容されるかによる。一般的には、うねりの小さい表面を得るためには小さいラスタサイズを用いることが好ましいが、処理が長くなり、逆に大きいラスタサイズの場合は処理が短くなる。同様に、ストロークの速度は、高精度切り落としの原料除去の所望レート、粗粒の粗さ、切削工具の毎分回転数（ｒｐｍ）、切削深度及びラスタサイズ等のファクタによって、既知の工学原理との組み合わせにより、全てはここに含まれる教示内容に応じて、本発明の範囲内で幅広く変わりうるものである。
【００２７】
或る好適な実施形態において、本方法は、好ましくは弧状切削工具により略一定な切削力を維持することにより、精密な自由形態表面を形成する。好ましくは、略一定な切削力を維持するステップは、単位時間当たり略一定体積のレンズ材料を除去する。多くの実施形態において、略一定の切削力のステップの使用が重要なのは、レンズ表面形状におけるほんの１ミクロンの誤差がレンズの機能及び表面上の体裁を大きく変えてしまう可能性があるからである。切削力が一定のままであると、システムの欠陥は一定のままであり、レンズ表面が一定となる。好適実施形態において、かかる一定切削力のステップは、好ましくは一定の切削経路速度、より好ましくは略一定の表面切削速度をもって、略一定な経路幅を切削する。
【００２８】
図７は、切削中の表面５４において一定な切削経路７２がどのようにして測定されるかを示しており、距離７４のように直線デカルト座標によるものではない。トーリックレンズのような複雑なレンズ形状では、半径が絶えることなく変化する可能性があり、各瞬時ポイントについて、高精度切削工具４６の球面の中心の一定切削経路６０を決定するために半径が計算され用いられる必要がある。
【００２９】
図８は、本発明の好適実施例において、Ｙ軸のデカルト座標で測定されるような距離７８ではなく切削中の表面５４に沿ってカバーされる距離７６を測定することにより一定の切削速度をどのようにして維持するかについて示している。サーボモータの直線速度は、表面５４に沿う速度が一定に維持されるように調整される。
【００３０】
図５は、好適な実施形態において、高精度切削工具４６の表面切削速度をどのようにしてほぼ一定に維持するかを示している。表面ポイント５６において切削するとき、有効切削半径８０は、高精度スピンドル軸５０に対して垂直な当該軸から接点５６までの線である。或いは、有効切削半径８０は、球面４８の半径に接線の角度８２のサイン（正弦）を乗じたものとして計算可能である。接点５８において切削するとき、有効切削半径は、当該球面の半径である。有効切削半径と回転速度の積が一定に維持されるように高精度切削工具の回転の速度を変えることによって、表面切削速度は一定に維持される。有効半径は、スピンドル軸から切削工具球面が形成中の３次元表面に接触するポイントまでの法線をとることにより求めることができる。
【００３１】
多くの実施形態において、適正な切削経路、一定の経路幅、一定の切削工具速度及び一定の切削速度は全て、ある程度切削工具球面４８の中心が当該球面と切削中の表面との接触点に対して何処にあるかを計算することに依拠している。したがって、このような多くの実施形態においては、精密に整形され寸法決めされた切削工具表面４８を維持することは重要である。図９は、精度の高い球面４８を維持するように切削工具４６をドレッシングする好適な方法を示している。高精度切削工具スピンドル５０に直角なスピンドル８６上において回転させられる砥石８４上で回転表面４８をドレッシングすることによって、表面４８は、形状及び表面仕上がりの双方において精密な球面を維持させられる。
【００３２】
好適な実施形態では、砥石８４をアルミナにより作ることができる。砥石８４は、焼結ダイヤモンド球状切削工具４６を同時に回転させながら回転させられるのが好ましく、Ｚ軸方向において切削工具４６を降下させ、それら２つが共に精密な球面に磨耗し合う。球面４８の最終的半径は、切削の影響を或る種のレンズ材料に与え、その後に球面測定の周知の光学技術を用いることにより直接的又は間接的に測定可能である。同様に、球面の品質は、標準の表面追跡技術を用いて測定することができる。この測定された切削工具半径は、その後、要求される様々な経路を計算するためにＣＮＣ機械により用いることができる。
【００３３】
図１０は、高精度切削工具８８が円錐曲線回転面の一部分である表面を有する代替の実施形態を示している。この円錐曲線回転面は、最も低い中心９２を有し、要求される様々な切削経路を計算するときに球面の中心に対して、ここに含まれる開示内容により、等価な態様で用いることができる小円９０を有する。
【００３４】
レンズの切削に対するラスタのアプローチの付加的な効果は、図６に示されるように、最終的な製品に必要なレンズの形状しか切削する必要がないことである。これは、丸みを帯びたレンズとして全体が仕上げ加工され、その後にフレーム形状に切り落とされる伝統的レンズとは対照的である。この切削され研磨されたレンズの多くは、伝統的様式では、当該フレーム形状に適合するように研削されるときに切り落とされる。最後のレンズ形状を切削することだけが処理時間を節約し、その最後の構成において取り除かれることになる欠陥のために検査員がレンズを不合格にすることを回避する。
【００３５】
以上、本発明を構造的な特徴及び方法論的な動作に特有の文言で述べてきたが、添付の請求項に規定される本発明は、必ずしも記述したこのような特定の特徴又は動作に限定されないことに留意されたい。むしろ、かかる特定の特徴及び動作は、請求項に記載の発明を実現する模範的な形態として開示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】代表的な３軸旋盤の概略図である。
【図２Ａ】代表的な３軸フライス盤の概略図である。
【図２Ｂ】ラスタ切削パターンの概略平面図である。
【図２Ｃ】ラスタ切削パターンを用いた代表的な３軸フライス盤切削により切削された波形の表面の概略的拡大断面図である。
【図３】本発明の切削装置の一実施形態を例示する概略図である。
【図４】本発明の切削方法の一実施形態を例示する概略図である。
【図５】本発明の１つの模範的実施形態における切削工具の経路を示す概略的側面図である。
【図６】眼鏡レンズを切削するように調整されたラスタ切削パターンの平面図である。
【図７】Ｘ軸方向に沿う一定の表面ステップを示す概略的側面図である。
【図８】Ｙ軸方向に沿う一定の表面ステップを示す概略的側面図である。
【図９】本発明の一実施例を例示する球状切削工具のドレッシング装置を示す概略的側面図である。
【図１０】本発明の一実施例を例示する環状切削工具の概略図である。
【図１１Ａ】直線ラスタ経路が投影されている非球面の等角図である。
【図１１Ｂ】投影された直線ラスタ経路に沿う３つの等間隔ポイントにおいて非球面に接する法線ベクトルを示す当該非球面の等角図である。
【図１１Ｃ】直線に沿って切削するように切削工具の中心が辿る「ドランケンライン」を示す非球面の平面図である。
【図１】
2008509012.tif 000003
【図２Ａ】
2008509012.tif 000004
【図２Ｂ】
2008509012.tif 000005
【図２Ｃ】
2008509012.tif 000006
【図３】
2008509012.tif 000007
【図４】
2008509012.tif 000008
【図５】
2008509012.tif 000009
【図６】
2008509012.tif 000010
【図７】
2008509012.tif 000011
【図８】
2008509012.tif 000012
【図９】
2008509012.tif 000013
【図１０】
2008509012.tif 000014
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月3日(2007.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル軸を有するスピンドルを供給する工程と、
実質的に球面を有する切削工具を供給する工程と、
前記スピンドル軸に関して前記切削工具を回転させる工程と、
形成される表面に関してラスタ切削パターンで前記切削工具を移動させる工程と、を有する被加工物の３次元表面を形成する方法。
【請求項２】
前記球形の切断面に適合する外表面を有する球の中心を決定する工程と、
前記球と前記被加工物との間の点を実質的に前記三次元表面とし、前記球の中心点を計算する工程と、
前記計算した位置を前記球面の中心とすることで、前記三次元表面を形成する工程と、を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記切削工具の有効な半径を計算し、前記有効な半径は、前記スピンドル軸の点から前記切削工具表面と前記三次元表面との間に接触点までの前記スピンドル軸と同等の長さとする計算工程と、
接触箇所の前記半径と回転速度は実質的に一定に保持されるように、前記球面切削工具の回転速度を調節する工程と、をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記切削工具表面と前記三次元表面との間の複数の接触点を計算する工程において、前記移動型の中心は、二つの前記接触点の間の移動時間が実質的に前記二つの接触点の間の距離と一定の割合であるように工具速度を調節する移動型からなる請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記ラスタパターンは、実質的に前記スピンドル軸を含む平面である請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ラスタパターンは、実質的にスピンドル軸に平行なＹ軸に沿って作動し、実質的に前記スピンドル軸に対して垂直なＸ軸に沿って作動し、前記切削ヘッド球面と前記三次元表面との間の接触点はＸ軸に沿って作動する間にしか起こらない請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記球面は２０ｍｍより大きい半径を有する請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記切削工具は、円錐曲線回転面の部分である表面からなり、前記円錐曲線回転面の小円の最も低い中心と前記球面の中心とは、等価である請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
スピンドル軸を有するスピンドルと、
実質的に球面の切削面を有する切削工具と、
前記切削工具に関して三次元に制御し、被加工物を保持する支持台と、
ラスタパターンからなる切削経路を計算する制御モジュールと、からなる三次元表面形成装置。
【請求項１０】
前記制御モジュールは、切削ヘッド球面が前記三次元表面と接触する場合、前記球面の中心の複数の位置からなる切削経路を計算し、前記球面の中心は、被加工物の切削経路に続くような前記支持台と前記切削工具を制御する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、可変の回転速度により前記切削工具を回転させる回転駆動手段を有し、前記制御モジュールは、前記切削工具の有効半径を計算し、前記有効な半径は、前記スピンドル軸の点から前記切削工具表面と前記三次元表面との間に接触点までの前記スピンドル軸と同等の長さとする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御モジュールは、さらに前記三次元表面と前記切削工具球面との間の複数の接触点を計算し、前記切削経路は、さらに、二つの前記接触点の間の移動時間は、実質的に前記二つの接触点の間の距離と一定の割合であるように工具速度を調節する請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ラスタパターンは、実質的に前記スピンドル軸を含む面に起こる請求項９から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記ラスタパターンは、実質的にスピンドル軸に平行なＹ軸に沿って作動し、実質的に前記スピンドル軸に対して垂直なＸ軸に沿って作動し、前記切削ヘッド球面と前記三次元表面との間の接触点はＸ軸に沿って作動する間にしか起こらない請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記球面は、２０ｍｍより大きい半径を有する請求項９から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記切削工具は、円錐曲線回転面の部分である表面からなり、前記円錐曲線回転面の小円の最も低い中心と前記球面の中心とは、等価である請求項９から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
請求項９から１６のいずれかに記載の装置のサーボモータの駆動を制御するコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
2008509012.tif 000018
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2008509012.tif 000020