JP2001353650A - ポリッシャーとこれを用いた光学部品の研磨方法および研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】光学部品の平滑化および／または鏡面化におい
て、低コストで効率良く平滑化および／または鏡面化が
可能なポリッシャーと、これを用いた研磨装置、研磨方
法を提供する。 【解決手段】光学部品を平滑化および鏡面化するために
中空柱形状弾性体ポリッシャー１と、ポリッシャー１内
の圧力を調整する手段と、ポリッシャー１の形状を変形
させる手段と、ポリッシャー１を回転する手段と、ワー
クを保持する手段と、前記ワークを回転する手段と、前
記ワークをポリッシャー１に対して揺動する手段と、前
記ポリッシャー１と前記ワークとの間にテープ状あるい
はベルト状の研磨部材３を供給する手段と、研磨圧力加
圧手段と、液体および／または研磨剤を供給する手段１
５とを具備する光学部品の研磨装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズおよび
光学レンズ成形型等の光学部品を平滑化および／または
鏡面化する際に用いるポリッシャーと、このポリッシャ
ーを備えた研磨装置、およびこれを用いた光学部品の研
磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工業分野の中で光学部品と呼ばれるもの
としては、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、ステッパー用集光
レンズ、眼鏡等に代表される光学レンズの他に、プリズ
ム、カバーガラス、光学フィルタ等を挙げることができ
る。これらの中でも特に眼鏡レンズは、成形後に屈折面
の形状創成を行う比率が高く数量も多い。このため、眼
鏡レンズを代表例として従来の技術について述べる。

【０００３】眼鏡レンズは、視力を矯正するためのレン
ズであり、単焦点レンズと多焦点レンズに大別される。

【０００４】単焦点レンズは、近視あるいは遠視患者の
視力矯正のために用いられ、球面度数のみを有するレン
ズの場合は、凹面凸面双方の屈折面に、球面または回転
対称非球面が設けられている。また、球面度数に加え乱
視度数を有するレンズの場合は、凸面側の屈折面に球面
または回転対称非球面が、凹面側の屈折面にはトーリッ
ク面またはトーリック面と回転対称非球面を融合した曲
面（以下非球面乱視面と呼ぶ）が設けられている。

【０００５】続いて多焦点レンズについて説明する。多
焦点レンズは多重焦点レンズと累進多焦点レンズとに分
けられる。これら多焦点レンズは遠用視用の単焦点レン
ズの機能と近用視用の単焦点レンズの機能を一枚のレン
ズで実現するものである。多重焦点レンズはバイフォー
カル（二重焦点）、トリフォーカル（三重焦点）といっ
たタイプが商品化されており、レンズの外面側、つまり
は凸面側に二つないしは三つの焦点距離を得るための曲
面（以下多重焦点面）を有することを特徴とする。凹面
側には、球面、回転対称非球面、トーリック面、非球面
乱視面が設けられている。

【０００６】累進多焦点レンズはレンズの外面側、つま
りは凸面側に焦点距離が連続して変化する累進面を有
し、凹面側に球面、回転対称非球面、トーリック面、非
球面乱視面のいずれかを有する外面累進多焦点レンズと
呼ばれるものと、凸面側に球面または回転対称非球面を
有し、内面側つまりは凹面側に、累進面、非球面、トー
リック面を融合させた曲面または、累進面のみを有する
内面累進多焦点レンズと呼ばれるものとがある。以下、
累進面と非球面、およびトーリック面とを融合させた
面、および累進面を自由曲面と呼ぶことにする。

【０００７】次に、眼鏡レンズの製造方法について説明
する。眼鏡レンズは顧客の処方にあわせて製造される
が、特に受注の多い処方の範囲は、成形型による注型成
形で製造されるのが一般的である。成形型には、凹面側
に球面、回転対称非球面、多重焦点面、自由曲面のいず
れかを有した凸面成形型と、凸面側に球面、回転対称非
球面、トーリック面、非球面乱視面、多重焦点面、自由
曲面のいずれかを有した凹面成形型とがある。これらの
成形型を、前述した単焦点レンズ、多焦点レンズの中の
所望の処方に成形されるように組み合わせて注型成形を
行う。成形後離型されたレンズは十分満足できる精度の
光学面を有しているため、染色工程、ハードコート工
程、蒸着工程等を経て完成レンズとなる。

【０００８】また、受注頻度が低い範囲については、完
成品よりも肉厚が厚い成形レンズを在庫し、このレンズ
の屈折面を、処方に合わせて球面、回転対称非球面、ト
ーリック面、非球面乱視面、自由曲面のいずれかに形状
創成加工して製造する。この場合、凸面側は成形型で光
学的に仕上げ、凹面側を形状創成加工するのが一般的で
あるが、凸面あるいは、凹面凸面の両面を形状創成する
場合もある。この中から、成形後に凹面側の屈折面を形
状創成する場合の製造方法について説明する。

【０００９】まず、注型成形で、凸面側が球面、回転対
称非球面、多重焦点面、自由曲面のいずれかに光学的に
仕上げられ、完成品よりも肉厚が厚いレンズを成形す
る。このレンズをセミフィニッシュレンズと呼ぶことと
する。その後、ブロッキング工程に入り、図４に示すよ
うに、加工機にチャッキングするためのブロック治具１
０に、セミフィニッシュレンズ９の凸面を低融点合金な
どを用いて固着する。次に荒加工工程に入り、セミフィ
ニッシュレンズ９の凸面に固着されたブロック治具１０
を加工機にチャッキングし、セミフィニッシュレンズ９
の凹面を、球面、回転対称非球面、トーリック面、非球
面乱視面、自由曲面のいずれか所望の形状に切削あるい
は研削する。次に研磨加工に入るが、凹面を球面または
トーリック面に加工する場合は、レンズとレンズの凹面
と同じ曲率半径の凸面をもった剛体の研磨皿１３に研磨
部材１２を貼り付けた構成のポリッシャーを研磨装置に
セットし、液体および／または研磨剤を介在させながら
摺り合わせることにより、凹面が鏡面に仕上げられる。
この時、切削あるいは研削されたレンズと剛体の研磨皿
１３との形状差を減少させることと、表面粗さの改善に
より研磨加工に要する時間を短くすることを目的とし
た、ファイニングと呼ばれる平滑化加工を研磨加工の前
に行うこともある。その方法は、研磨と同様の摺り合わ
せによるものであるが、研磨部材としてファイニングパ
ットと呼ばれるシートを剛体の研磨皿に貼り付け、液体
および／または研磨剤を供給しながら摺り合わせて、レ
ンズと剛体の研磨皿１３の形状差を減少させる。また、
合わせて表面粗さの改善を行う。

【００１０】研磨装置は、レンズと研磨皿１３とを押し
つけながら摺り合わせて研磨を行う装置で、レンズ保持
部１１と、ポリッシャー保持部１４とがそれぞれ独立し
て、回転、振り子、８の字等の揺動運動ができる機構に
なっており、球面およびト−リック面形状を有する光学
レンズの研磨装置として眼鏡の製造業界では一般的に広
く普及している装置である。

【００１１】研磨皿１３については眼鏡レンズの場合、
顧客の注文する度数によって凹面側の曲率半径が異なる
ため、これに対応できるように度数に応じた曲率半径の
凸面を持った剛体の研磨皿１３が用意されており、これ
らの数は通常数千個に及ぶ。またレンズの屈折率によ
り、度数と曲率半径の関係が変化するため、レンズの素
材毎にも異なる曲率半径の研磨皿が用意されている。こ
れらの研磨皿から、受注した度数に相当する凹面の曲率
半径に応じた研磨皿を選択して使用する。

【００１２】凹面側を回転対称非球面、非球面乱視面、
自由曲面のいずれかに加工する場合は、レンズの凹面側
と同形状の凸面をもった剛体の研磨皿では全面を連続的
に摺り合わせることができない。このためレンズの凹面
と、弾性体でできた研磨皿に研磨部材を貼り付けた構成
のポリッシャーとを、液体および／または研磨剤を介在
させながら摺り合わせることにより、鏡面仕上げを行っ
ている。研磨皿は弾性体であるため、凹面の形状に追従
して変形しながら摺り合わせることができる。また、レ
ンズの凹面に多軸ＮＣ制御のポリッシャーを面形状に追
従させながら移動させて局所的に研磨していく方法も行
われている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の一般的に広く普及している研磨装置での研磨方法に
あっては、顧客の注文する度数、さらにはレンズの屈折
率により、度数と曲率半径の関係が変化するため、これ
に対応できるように度数に応じた数千種類もの曲率半径
の凸面を持った剛体の研磨皿の用意、加えて数千種類も
の剛体の研磨皿を保管するスペースと、処方に応じた剛
体の研磨皿の取り替え作業の必要があり、多大な工数を
必要としていた。

【００１４】また、剛体の研磨皿と、球面およびトーリ
ック面研磨用の研磨装置を用いて、回転対称非球面およ
び非球面乱視面の平滑化、および／または鏡面化加工を
行うことは不可能であった。

【００１５】また、ＮＣ制御されたポリッシャーで研磨
を行う場合は、最低でも３軸のＮＣ制御機構が必要であ
るため複雑な装置構成の研磨装置が必要となる。また、
部分的な研磨を積み重ねて全面を研磨していく方式のた
め加工時間が非常に長くなる。さらに光学レンズを成形
するための成形型を加工する場合にも全く同様の問題が
生じる。

【００１６】以上のことから、光学レンズおよび光学レ
ンズ成形型等の光学部品の製造には、高額な装置投資や
形状管理の難しさによる工数増から多大なコストがかか
り、一般的に価格が高くなる。本発明は、上記事情に鑑
みなされたもので、製造コストを低く抑えることが可能
なポリッシャーおよび研磨装置と、これを用いた光学部
品の研磨方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため鋭意検討を重ねた結果、光学部品の表面を平滑
化および／または鏡面化する方法において、例えば光学
レンズでは、従来、所望とするレンズの加工面形状と同
じ曲率半径の形状を有する剛体の研磨皿に、研磨部材を
貼り付けたポリッシャーを研磨装置にセットし、液体お
よび／または研磨剤を介在させながら回転、振り子、８
の字等の揺動運動により摺り合わせることで鏡面仕上げ
していたのをやめ、図１に示すように、中空の柱形状を
した弾性体ポリッシャー１を用い、この中空柱形状弾性
体ポリッシャー内部の圧力調整と、中空柱形状弾性体ポ
リッシャー固定箇所２の位置調整により、ワーク形状も
しくはワーク形状に近似した形状に中空柱形状弾性体ポ
リッシャー１を変形させて両者を摺り合わせてワークの
平滑化および／または鏡面化することが有効であること
を知見した。

【００１８】具体的には図２（ａ）に示すように、中空
柱形状弾性体ポリッシャー１内部の圧力調整により図２
（ｃ）のＲ１の曲率半径を、図２（ｂ）の中空柱形状弾
性体ポリッシャー固定箇所２の位置調整により図２
（ｃ）のＲ２の曲率半径を調整する。このようにして、
中空柱形状弾性体ポリッシャーの形状を加工対象である
ワークの加工面形状あるいはそれに近似した形状に形作
ることができる。

【００１９】これらの構成により、度数に応じた数千種
類もの形状を持った剛体の研磨皿を用意する必要がな
く、さらに剛体の研磨皿を保管するスペースと処方に応
じた剛体の研磨皿の取り替え作業が不要となり、製造コ
ストを低く抑えることができる。さらに、中空柱形状弾
性体ポリッシャーの回転運動とワークの揺動運動によ
り、研磨力が向上し短時間で平滑化および／または鏡面
化ができる。

【００２０】また、中空柱形状弾性体ポリッシャーの弾
性により形状に追従した鏡面化が可能となるため、自由
曲面形状や回転対称形状を有する非球面レンズにおいて
も平滑化および／または鏡面化することが有効であるこ
とを見い出した。

【００２１】従って、請求項１記載の発明は、中空で柱
形状の弾性体からなることを特徴とする。

【００２２】請求項２記載の発明は、請求項１記載のポ
リッシャー表面に研磨部材を配置したことを特徴とす
る。

【００２３】請求項３記載の発明は、光学部品の表面
を、請求項１乃至は２記載のポリッシャーを用いて平滑
化および／または鏡面化することを特徴とする。請求項
４記載の発明は、請求項１記載のポリッシャーと、前記
ポリッシャー内の圧力を調整する手段と、前記ポリッシ
ャーの形状を変形させる手段と、前記ポリッシャーを回
転する手段と、ワークを保持する手段と、前記ワークを
回転する手段と、前記ワークを前記ポリッシャーに対し
て揺動する手段と、前記ポリッシャーと前記ワークとの
間にテープ状あるいはベルト状の研磨部材を供給する手
段と、研磨圧力加圧手段と、液体および／または研磨剤
を供給する手段とを具備することを特徴とする。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項２記載のポ
リッシャーと、前記ポリッシャー内の圧力を調整する手
段と、前記ポリッシャーの形状を変形させる手段と、前
記ポリッシャーを回転する手段と、ワークを保持する手
段と、前記ワークを回転する手段と、前記ワークを前記
ポリッシャーに対して揺動する手段と、研磨圧力加圧手
段と、液体および／または研磨剤を供給する手段とを具
備することを特徴とする。

【００２５】請求項６記載の発明は、請求項４乃至は５
記載の光学部品の研磨装置において、ワークを保持する
手段が自在に可動する機構を具備していることを特徴と
する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、プラ
スチック製眼鏡用レンズで、凸面側が成形型で光学的に
仕上げられ、凹面側をトーリック面に切削加工した後
に、ポリッシャーで研磨加工して鏡面化する場合につい
て説明するが、本発明は、下記の実施の形態に制限され
るものではない。

【００２７】まず、従来同様プラスチック眼鏡レンズ成
形工程を経てセミフィニッシュレンズ成形を行う。次に
成形されたセミフィニッシュレンズをブロック治具に貼
り付け、次に形状切削工程でセミフィニッシュレンズの
凹面を削りだして所望のトーリック面を創成する。

【００２８】図１は、切削により創成されたセミフィニ
ッシュレンズ４（以降ワークと呼ぶ）を研磨装置に取り
付け、流体の圧力調整によりポリッシャー１の回転方向
の曲率半径を切削されたトーリック面のクロス曲率半径
に、一方、ポリッシャー固定箇所２の位置調整によりポ
リッシャーの軸方向の曲率半径をトーリック面のベース
曲率半径に合わせた上で、レンズに揺動を与え、回転す
るポリッシャー１にレンズ４を押しつけてスラリー状の
遊離砥粒１５を供給して押圧研磨加工し鏡面仕上げを行
う図である。

【００２９】ワーク形状が非球面や自由曲面の場合は、
所望の面形状に最も近似するように図２（ｃ）のＲ１、
Ｒ２を選択すれば良い。また、球面の場合はＲ１＝Ｒ２
となるように調整すれば良い。

【００３０】ポリッシャーの構成は、図１に示すように
中空で柱形状の弾性材からなる弾性体１の表面に、研磨
加工用の研磨部材３を接着剤乃至は両面テープ等で貼り
付け、ポリッシャー回転軸固定冶具に取りつける。中空
で柱形状の弾性体としては、前記弾性体に圧力が付加さ
れていない時には円柱形状で、圧力を付加した時に図２
（Ｃ）に示すようなラグビーボール状となるもの等が挙
げられるが、この形状に制限されるものではない。弾性
材の素材としては、厚さ０．１〜１０ｍｍ、ＪＩＳＡ硬
さ（タイプＡデュロメ−タ）１０〜１００，ヤング率１
０²〜１０³ Ｎ・ｃｍ^-2，耐熱温度１００℃までの範囲
の物性を有するニトリルゴムが望ましいが、これら以外
にも上記物性を示すものであれば、天然ゴム，スチレン
ゴム，ブタジエンゴム，シリコンゴム，フッ素ゴムや他
の素材を用いても良い。研磨部材の素材としては、酸化
セリウム、酸化アルミナ等の研磨剤を混入した発砲ポリ
ウレタンパット，市販のファイニングパット，スム−ジ
ングパット，不織布等を使用することができる。中空柱
形状の弾性体と研磨部材の接着には、市販の両面テ−プ
または、耐水性の接着剤を用いることができる。さらに
は、図３に示すように、研磨部材８として研磨テープや
研磨ベルトを用いた研磨装置とすることもできる。この
機構の場合、中空柱形状弾性体１と研磨部材との接着と
剥離が不要となるため、自動化が容易となる。

【００３１】また、ポリッシャーとレンズとの間に圧力
を付加することと、中空柱形状弾性体の弾性により、自
由曲面形状や回転対称形状を有する非球面レンズにおい
ても、形状に追従した平滑化および／または鏡面化が可
能となる。研磨加圧手段としては、図１に示すように、
シリンダー１６による加圧が一般的であるが、ワークと
ポリッシャーの間に所定の圧力を発生させられることが
できればシリンダーに限らない。

【００３２】また、ワーク取り付け軸は揺動の際、ポリ
ッシャーに追従するよう保持ヘッド５が自在に可動する
構造になっている。更には回転機構を備えているため、
球面や回転対称非球面レンズ加工時においてはワークを
回転しながら加工を行うことで短い時間で平滑化および
／または鏡面化が可能である。

【００３３】ポリッシャー内部の圧力調整により、中空
柱形状弾性体ポリッシャーの形状をコントロールするわ
けだが、ポリッシャー内部に供給、または封止する流体
としては空気、水等が例示できる。

【００３４】流体供給は、流体供給源７に接続された流
体配管を圧力調整弁６に接続し、任意の圧力に減圧さ
れ、回転可能な継ぎ手を経て回転軸に連結され、回転中
であっても常にポリッシャーに流体の供給が可能であ
る。また、流体を挿入し封止する方法を採用してもよ
い。

【００３５】液体および／または研磨剤１５について
は、ファイニング時には水、研磨時には酸化アルミナや
酸化セリウムを分散させたスラリーを使用するが、液体
および／または研磨剤としての特性を持ち合わせていれ
ば、他のものを用いても良い。また、液体および／また
は研磨剤を用いずに固形砥粒を使用して研磨しても良
い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
空柱形状弾性体ポリッシャーを用いた光学レンズ研磨装
置を用いることにより、剛体の研磨皿を用意する必要が
無いため、低コストで研磨加工が可能となる。また複雑
な装置構成の研磨装置を必要とせずに短時間で鏡面化を
行なうことができ、さらに非球面および自由曲面形状の
平滑加工および／または鏡面加工をも可能とする。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を眼鏡レンズの研磨に適用した例を示す
もので、中空柱形状弾性体ポリッシャーを用い、そのポ
リッシャー表面に研磨部材を配置した状態での研磨方法
の概略図である。

【図２】本発明の中空柱形状弾性体ポリッシャーの概略
を示すもので、（ａ）は内部の圧力調整によりポリッシ
ャー回転方向の曲率半径を調整する概略図、（ｂ）は中
空柱形状弾性体ポリッシャー固定箇所の位置調整によ
り、ポリッシャー軸方向の曲率半径を調整する概略図、
（ｃ）はポリッシャー回転方向の曲率半径をＲ１とし
た、また、ポリッシャー軸方向の曲率半径をＲ２に調整
した概略図である。

【図３】本発明の中空柱形状弾性体に、テープ状あるい
はベルト状の研磨部材を供給した研磨手段を示すもの
で、（ａ）は上面から見た概略図、（ｂ）は側面から見
た概略図である。

【図４】従来の眼鏡レンズ研磨方法の概略図である。

【符号の説明】

１ … 中空柱形状弾性体ポリッシャー ２ … 中空柱形状弾性体ポリッシャー固定箇所 ３ … 研磨部材 ４ … レンズ ５ … ワーク取り付け保持ヘッド ６ … 圧力調整弁 ７ … 流体供給源 ８ … テープ状あるいはベルト状の研磨部材 ９ … レンズ １０… ブロック治具 １１… レンズ保持部 １２… 研磨部材 １３… 剛体の研磨皿 １４… ポリッシャー保持部 １５… 液体および／または研磨剤 １６… シリンダー Ｒ１… ポリッシャー回転方向の曲率半径 Ｒ２… ポリッシャー軸方向の曲率半径

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空で柱形状の弾性体からなることを特徴
   とするポリッシャー。
2. 【請求項２】請求項１記載のポリッシャー表面に研磨部
   材を配置したことを特徴とするポリッシャー。
3. 【請求項３】光学部品の表面を、請求項１乃至は２記載
   のポリッシャーを用いて平滑化および／または鏡面化す
   ることを特徴とする光学部品の研磨方法。
4. 【請求項４】請求項１記載のポリッシャーと、前記ポリ
   ッシャー内の圧力を調整する手段と、前記ポリッシャー
   の形状を変形させる手段と、前記ポリッシャーを回転す
   る手段と、ワークを保持する手段と、前記ワークを回転
   する手段と、前記ワークを前記ポリッシャーに対して揺
   動する手段と、前記ポリッシャーと前記ワークとの間に
   テープ状あるいはベルト状の研磨部材を供給する手段
   と、研磨圧力加圧手段と、液体および／または研磨剤を
   供給する手段とを具備することを特徴とする光学部品の
   研磨装置。
5. 【請求項５】請求項２記載のポリッシャーと、前記ポリ
   ッシャー内の圧力を調整する手段と、前記ポリッシャー
   の形状を変形させる手段と、前記ポリッシャーを回転す
   る手段と、ワークを保持する手段と、前記ワークを回転
   する手段と、前記ワークを前記ポリッシャーに対して揺
   動する手段と、研磨圧力加圧手段と、液体および／また
   は研磨剤を供給する手段とを具備することを特徴とする
   光学部品の研磨装置。
6. 【請求項６】請求項４乃至は５記載の光学部品の研磨装
   置において、ワークを保持する手段が自在に可動する機
   構を具備していることを特徴とする光学部品の研磨装
   置。