JP2004188557A - レンズ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム機構を用いることなく、球心揺動方式などの各種の加工方式によりレンズ面を精度良く加工可能なレンズ加工装置を提案すること。
【解決手段】レンズ加工装置Ａは、レンズ加工治具２７を保持し、これを任意の軌跡に沿って移動させることのできる下軸ユニットＢと、レンズ１を保持するレンズホルダ２を備えた上軸ユニットＣと、レンズ交換用のコンベアユニットＤと、レンズ加工治具２７の移動を制御する駆動制御ユニットＥとを有している。下軸ユニットＢは、レンズ加工治具２７をＺ軸、Ｘ軸に移動可能であると共にθ軸回りに旋回可能である。これらの移動量、旋回量、移動タイミングおよび旋回タイミングを制御することにより、例えば球心揺動式によるレンズ加工を実現できる。よって、カム機構を用いることなく、各種曲面を精度良く加工可能な汎用性の高いレンズ加工装置を実現できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の加工方法によりレンズ表面を加工可能な汎用性の高いレンズ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレンズ表面の加工方法としては、オスカー式、斜軸式、球心揺動式、遊星揺動式などの方法が知られている。レンズの形状、材質などに応じて、これらの加工方法のうちの最適な加工方法が選択され、選択された加工方法により加工を行う専用のレンズ加工装置を用いてレンズ表面を加工している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来においては、様々な方式のレンズ加工装置を個別に用意しておく必要があるので、設備費や、設置スペースが多く必要であり、経済性に欠けるという解決すべき課題がある。
【０００４】
また、従来における曲面加工を行うための球心揺動式のレンズ加工装置においては次のような解決すべき課題がある。球心揺動式のレンズ加工装置としては支点支持式と習いカム式のものがある。支点支持式のものでは構造上加工できる曲面に制限がある。
【０００５】
これに対して、習いカム式のものでは、加工する曲面に応じてカムを交換する必要があるので、加工準備に時間が掛かってしまい、全体としての作業効率が悪い。また、カムの摩耗によるがた付きや、カム表面の汚れ、カム面への異物の噛み込みなどによるバウンドによって、レンズ加工治具の揺動軌道の精度を維持できない。よって、定期的なカムの点検、整備、交換などの維持管理に多大な費用および時間を要している。さらに、加工する曲面に合わせて、多数種類のカムを用意しなければならないので、設備に多額の費用を要してしまう。これに加えて、使用されているカムは、大型であり、重量が大きいので、カム交換が容易でなく、落下などの危険があり、交換のための特別な装置も必要である。また、カムの取り付け状態により加工誤差が発生し、加工精度の再現性が乏しいという問題点もある。
【０００６】
一方、支点支持式および習いカム式のいずれにおいても、加工するレンズ曲面に応じて、治工具の刃先位置を高精度に調整する必要があり、調整に特殊技術が必要であり、また、調整時間も多く必要である。
【０００７】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、皿型、カップ型のレンズ加工治具をカム機構を利用することなく、任意の軌跡に沿って精度良く移動可能とし、各種の加工方式によりレンズ表面を加工可能なレンズ加工装置を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のレンズ加工装置は、
加工対象のレンズを保持するためのレンズホルダと、
前記レンズホルダに保持されたレンズを加工するためのレンズ加工治具と、
前記レンズ加工治具をＸ軸の方向に往復移動させるためのＸ軸移動機構と、
前記レンズ加工治具を、Ｘ軸に直交するＺ軸の方向に移動させるためのＺ軸移動機構と、
前記レンズ加工治具を、前記Ｘ軸およびＺ軸の双方に直交する方向に延びるθ軸を中心として旋回させるための旋回機構と、
前記レンズ加工治具を、前記θ軸を通り、前記Ｚ軸に平行な回転中心軸線を中心として回転させるための回転機構と、
前記Ｘ軸駆動機構、前記Ｚ軸駆動機構、および前記旋回機構を駆動制御して、前記レンズ加工治具のＸ軸方向への移動動作、Ｚ軸方向への移動動作、および前記θ軸を中心とする回転動作を、同時あるいは選択的に行わせる駆動制御手段と、
を有していることを特徴としている。
【０００９】
本発明のレンズ加工装置においては、マイクロコンピュータなどから構成可能な駆動制御手段により、レンズ加工治具の直交する２軸方向の送り動作と、θ軸回りの旋回動作とを同時または選択的に行わせて、当該レンズ加工治具を任意の軌跡に沿って移動させることが可能である。
【００１０】
例えば、前記駆動制御手段によって前記Ｘ軸駆動機構および前記Ｚ軸駆動機構を制御して、前記レンズ加工治具を円軌道を描くように揺動させると共に、前記旋回機構により、前記回転中心軸線が当該円軌道の中心を通るように前記レンズ加工治具を旋回させることにより、従来の球心揺動方式に対応するレンズ加工を実現できる。
【００１１】
ここで、２軸方向の送り動作および旋回動作はサーボモータを利用して精度良く行うことが可能である。よって、本発明によれば、任意の曲面にレンズを加工でき、支点支持球心揺動方式の加工範囲の制限を除去でき、また、カム機構を使用する必要がないので、カム交換に伴う問題、および各種のカムを取り揃えていかなければならないという問題も解消できる。
【００１２】
また、Ｘ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構は、ガイドおよびテーブルからなる剛性の高い機構から構成できるので、レンズ加工治具の移動軌跡を長時間、高精度に維持できる。よって、習い式、カム式および球心揺動方式における精度維持の問題を解消できる。
【００１３】
次に、本発明のレンズ加工装置は、前記レンズ加工治具を、前記Ｘ軸およびＺ軸の双方に直交するＹ軸の方向に移動させるＹ軸駆動機構を有していることが望ましい。
【００１４】
Ｙ軸駆動機構によりレンズ加工治具をＹ軸方向の任意の位置に位置決めし、この位置においてＸ軸駆動機構によりレンズ加工治具をＸ軸方向に往復運動させることにより、従来のオスカー方式に対応する加工方法によりレンズ表面を加工できる。また、Ｘ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構、および旋回機構を個別に制御して、レンズ加工治具を所定の位置に移動、固定させることにより、従来の斜軸方式に対応する加工方法によりレンズ表面を加工できる。
【００１５】
このように、本発明によれば、多種の加工方式による加工を、１台のレンズ加工装置で賄うことができるので、汎用性の高いレンズ加工装置を実現でき、設備費用や設置スペースを削減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したレンズ加工装置の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係るレンズ加工装置を示す機構図であり、図２は当該レンズ加工装置による典型的な加工動作を示す説明図である。
【００１７】
レンズ加工装置Ａは、下軸ユニットＢと、この下軸ユニットＢの直上位置に配置されている上軸ユニットＣと、これら下軸ユニットＢおよび上軸ユニットＣの間の高さ位置に配置されているコンベアユニットＤと、各部の駆動制御を司る駆動制御ユニットＥとを有している。下軸ユニットＢはレンズ表面加工用のレンズ加工治具を上向き状態で保持しており、上軸ユニットＣは、レンズ加工治具によって加工されるレンズを保持するためのレンズホルダを下向き状態で保持している。コンベアユニットＤは加工対象のレンズをレンズホルダに供給すると共に、加工終了後のレンズをレンズホルダから回収するためのものである。
【００１８】
下軸ユニットＢは、水平方向に延びるＸ軸ガイド１４と、このＸ軸ガイド１４に沿ってＸ軸方向にスライド自在なＸ軸テーブル１４ａと、Ｘ軸テーブル１４ａをＸ軸方向に送るためのＸ軸送りねじ１５と、駆動源であるＸ軸サーボモータ１６からなるＸ軸移動機構を備えている。また、Ｘ軸テーブル１４ａの表面に取り付けたＸ軸に直交する垂直方向に延びるＺ軸ガイド１７と、このＺ軸ガイド１７に沿ってＺ軸方向にスライド自在なＺ軸テーブル１７ａと、Ｚ軸テーブル１７ａをＺ軸方向に送るためのＺ軸送りねじ１８と、駆動源であるＺ軸サーボモータ１９からなるＺ軸移動機構を備えている。
【００１９】
さらに、Ｚ軸テーブル１４ａには、Ｘ軸およびＺ軸の双方に直交する前後方向に水平に延びるθ軸２０ａの方向に沿ってθ軸サーボモータ２０が取り付けられており、このθ軸サーボモータ２０の回転軸２０ｂはＺ軸テーブル１７ａを貫通して前方に突出している。この先端には、θブラケット２６が取り付けられている。これらθ軸サーボモータ２０およびθブラケット２６により旋回機構が構成されている。
【００２０】
さらには、θブラケット２６には、Ｙ軸マイクロヘッド２１（Ｙ軸移動機構）により位置決めされたスピンドルケース２５が支持されている。スピンドルケース２５にはスピンドル２２が回転自在に支持され、このスピンドル２２はスピンドル駆動モータ２３によって回転駆動される。スピンドル２２の上端にはレンズ加工治具、例えばカップ型治具２７が同軸状態で上向きに取り付けられている。これらスピンドルケース２５、スピンドル２２およびスピンドル駆動モータ２３によって、回転機構が構成されている。
【００２１】
次に、上軸ユニットＣは、Ｚ軸に平行な方向に延びるホルダ軸ガイド５と、このホルダ軸ガイド５に沿ってＺ軸方向にスライド自在なホルダ軸テーブル４ａとを備えており、このホルダ軸テーブル４ａにはホルダ軸ベース４が固定されている。ホルダ軸テーブル４ａは、ホルダ軸送りねじ６およびホルダ軸サーボモータ７からなる送り機構によってＺ軸方向に移動可能である。ホルダ軸ベース４にはＺ軸方向に向けてホルダ軸３が支持され、当該ホルダ軸３は常に、ホルダ加圧スプリング８によって下方に付勢されている。このホルダ加圧スプリング８による加圧力は、加圧調整ボルト９によって調整可能である。ホルダ軸３の下端にはレンズホルダ２が保持されており、このレンズホルダ２によって加工対象のレンズ１が保持されるようになっている。
【００２２】
レンズホルダ２は、皿型あるいはカップ型治具２７による加工中において、ホルダ駆動モータ２８により、回転させることが可能である。また、皿型、カップ型治具２７の回転に追従させて回転することが可能である。さらに、レンズホルダ２はホルダ軸３を介して、ホルダ軸加圧スプリング８によって加圧されている。加圧の方法は、スプリングの他に、重りや、空圧シリンダ、油圧シリンダによることも可能である。
【００２３】
一方、コンベアユニットＤは、レンズケース１０を搬送するコンベア１１と、コンベア１１を回転駆動させるためのコンベア駆動モータ１２とを備えている。これらコンベア１１およびコンベア駆動モータ１２は、コンベア前後シリンダ１３によって、上軸ユニットＣおよび下軸ユニットＢの間の位置と、ここから退避した位置とに移動可能である。
【００２４】
コンベア１１は、退避位置において、レンズケース１０を搬送して、加工が終了したレンズの入ったレンズケース１０と未加工のレンズが入ったレンズケース１０を交換し、コンベアの端に到ったレンズケース１０を次工程のコンベアに移載し、前工程のコンベアより排出されるレンズケース１０を受け取る。
【００２５】
しかる後に、コンベア１１は前進して、レンズケース１０を上軸ユニットの下方に位置させ、レンズホルダ２にレンズ１を供給し、あるいはレンズホルダ２から加工済みのレンズ１を受け取り、後退位置まで移動する。
【００２６】
上軸ユニットＣは、レンズホルダ２を、前進したコンベア１１に載っているレンズケース１０の直上に位置させ、レンズホルダ２に、レンズケース１０のレンズを真空引きにより吸着し、あるいはチャックにより保持し、一旦退避させる。レンズケース１０がコンベア１１と共に後退した後は、皿型、あるいはカップ型治具２７による加工位置まで移動させる。
【００２７】
皿型、カップ型治具２７による加工が終了した後は、レンズホルダ２によりレンズ１を治具２７から後退させ、コンベヤ１１が前進してレンズケース１０が下方に位置するのを待って、レンズホルダ１０の真上において、レンズホルダ２は、圧空による吸着開放、またはチャックの開放により、レンズ１をレンズケース１０に落下させ、ここに収納する。この後、レンズホルダ２を退避させる。
【００２８】
（動作例）
この構成のレンズ加工装置Ａによる動作例、例えば、球心揺動式の加工を行う場合の動作例を説明する。図２を参照して説明すると、移動の条件として、加工半径Ｒ（ｍ）、左角度θＬ（度）、右角度θＲ（度）を設定する。Ｘ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構、およびθ軸回りの旋回機構により、レンズ加工治具２７の中心は、初期位置Ｘ０（ｍ）、Ｚ０（ｍ）、θ０（度）から、中心点Ｏを中心として、角度θｄ（度）旋回して、次の座標位置に移動する。
Ｘ＝Ｒｓｉｎθｄ（ｍ）
Ｚ＝Ｒ（１−ｃｏｓθｄ）（ｍ）
【００２９】
揺動角θｄを漸増させ、θＬ（度）まで移動させる。次に、θｄ（度）を漸減させ、θＲ（度）まで移動させる。θｄの増加による移動と、θｄの減少による移動を繰り返すことにより、中心点Ｏを中心とする揺動運動を行わせることができる。
【００３０】
ここで、皿型、またはカップ型治具２７の摩耗による誤差は、加工半径Ｒの値を減少させ、中心点ＯのＺ軸の値を増加することにより、補正することができる。
【００３１】
また、加工半径Ｒに正の値を与えることで、レンズ凸面の加工ができ、負の値を与えることでレンズ凹面の加工ができる。
【００３２】
一方、下軸ユニットによるレンズ加工治具２７の移動の条件として、加工半径を無限大とし、左角度および右角度を、角度ではなく距離で設定することにより、Ｘ軸方向の横移動のみが発生するので、Ｙ軸の移動と併せれば、オスカー式の加工を実現できる。
【００３３】
また、Ｘ軸、Ｚ軸およびＹ軸方向の移動を阻止し、且つ、θ軸回りの旋回を阻止して、任意の位置および角度の状態にレンズ加工治具２７を固定して加工を行えば、斜軸式の加工を実現できる。
【００３４】
（その他の実施の形態）
ワーク（レンズ）が少数の場合、あるいは外径が大きい場合、または安価で簡易な手段を構築するためには、コンベアユニットＤの代わりに、電動およびエアーインデックスなどにより回転するターンテーブルを配置してワークの供給、および回収を行うようにしてもよい。勿論、ワーク交換装置を用いずに、手作業によりワークを着脱してもよい。
【００３５】
また、下軸ユニットＢのＹ軸マイクロヘッド２１を、送りねじとサーボモータからなるＹ軸移動機構に置き換えることも可能である。この場合には、当該Ｙ軸移動機構とＸ軸移動機構を同時に駆動することにより、遊星方式によるレンズ面加工を実現できる。
【００３６】
さらに、Ｘ軸、Ｚ軸、θ軸回りの角度からなる座標により規定されるレンズ加工治具の移動位置の計算式を変更することにより、球面レンズだけでなく、非球面レンズなどの多重曲面の加工も可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレンズ加工装置によれば、従来、多種のレンズ加工装置を必要としていたレンズ加工を１台に集約することができる。よって、設備投資、設置スペース、遊休機械を削減できる。
【００３８】
また、加工範囲に制約がなく、カム交換などの加工準備に用する時間も大幅に削減できるので、作業効率を改善できる。
【００３９】
さらに、重量のあるカム機構を用いる必要がないので、カム交換が不要となるなど作業の安全性が高まり、女性等の非力な作業員でも、特別な装置を用いることなく、加工の準備を整えることができる。
【００４０】
さらにまた、Ｘ軸、Ｚ軸移動機構はテーブル機構により構築できるので、剛性が高く、振動発生なくレンズ加工治具を移動させることができる。よって、レンズ加工治具の移動軌跡を長時間精度良く保持できるので、信頼性の高い加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したレンズ加工装置の機構図である。
【図２】図１のレンズ加工装置による球心揺動式のレンズ加工例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２ レンズホルダ
３ ホルダ軸ガイド
４ ホルダ軸ベース
５ ホルダ軸ガイド
６ ホルダ軸送りねじ
７ ホルダ軸サーボモータ
８ ホルダ加圧スプリング
９ 加圧調整ボルト
１０ レンズケース
１１ コンベア
１２ コンベア駆動モータ
１３ コンベア前後シリンダ
１４ Ｘ軸ガイド
１４ａ Ｘ軸テーブル
１５ Ｘ軸送りねじ
１６ Ｘ軸サーボモータ
１７ Ｚ軸ガイド
１７ａ Ｚ軸テーブル
１８ Ｚ軸送りねじ
１９ Ｚ軸サーボモータ
２０ θ軸サーボモータ
２０ａ θ軸
２０ｂ モータ回転軸
２１ Ｙ軸マイクロヘッド
２２ スピンドル
２３ スピンドル駆動モータ
２４ スピンドル駆動ベルト
２５ スピンドルケース
２６ θブラケット
２７ レンズ加工治具
２８ ホルダ軸駆動モータ
Ａ レンズ加工装置
Ｂ 下軸ユニット
Ｃ 上軸ユニット
Ｄ コンベアユニット
Ｅ 駆動制御ユニット

Claims (7)

1. 加工対象のレンズを保持するためのレンズホルダと、
   前記レンズホルダに保持されたレンズを加工するためのレンズ加工治具と、
   前記レンズ加工治具をＸ軸の方向に往復移動させるためのＸ軸移動機構と、
   前記レンズ加工治具を、Ｘ軸に直交するＺ軸の方向に移動させるためのＺ軸移動機構と、
   前記レンズ加工治具を、前記Ｘ軸およびＺ軸の双方に直交する方向に延びるθ軸を中心として旋回させるための旋回機構と、
   前記レンズ加工治具を、前記θ軸を通り、前記Ｚ軸に平行な回転中心軸線を中心として回転させるための回転機構と、
   前記Ｘ軸駆動機構、前記Ｚ軸駆動機構、および前記旋回機構を駆動制御して、前記レンズ加工治具のＸ軸方向への移動動作、Ｚ軸方向への移動動作、および前記θ軸を中心とする回転動作を、同時あるいは選択的に行わせる駆動制御手段と、
   を有しているレンズ加工装置。
2. 請求項１において、
   前記駆動制御手段は、前記Ｘ軸駆動機構および前記Ｚ軸駆動機構により、前記レンズ加工治具を円軌道を描くように揺動させると共に、前記旋回機構により、前記回転中心軸線が当該円軌道の中心を通るように前記レンズ加工治具を旋回させることを特徴とするレンズ加工装置。
3. 請求項１または２において、
   前記駆動制御手段は、前記Ｘ軸駆動機構および前記Ｚ軸駆動機構により、前記レンズ加工治具をＸ軸およびＺ軸上の所定の位置に位置決めし、当該位置において、前記旋回機構により、当該レンズ加工治具を旋回させることを特徴とするレンズ加工装置。
4. 請求項１、２または３において、
   前記レンズ加工治具を、前記Ｘ軸およびＺ軸の双方に直交するＹ軸の方向に移動させるＹ軸駆動機構を有していることを特徴とするレンズ加工装置。
5. 請求項４において、
   前記駆動制御手段は、前記Ｘ軸駆動機構、前記Ｚ軸駆動機構、前記旋回機構および前記Ｙ軸駆動機構により、前記回転中心軸線が任意の点を中心として揺動するように、前記レンズ加工治具を移動させることを特徴とするレンズ加工装置。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記Ｘ軸駆動機構によって前記Ｚ軸駆動機構が支持され、
   前記Ｚ軸駆動機構によって前記旋回機構が支持され、
   前記旋回機構によって前記回転機構が支持され、
   この回転機構によって前記レンズ加工治具が直接に支持されていることを特徴とするレンズ加工装置。
7. 請求項６において、
   前記レンズ加工治具を前記Ｘ軸およびＺ軸の双方に直交するＹ軸の方向に移動させるＹ軸駆動機構は、前記Ｚ軸駆動機構に対して、前記旋回機構をＹ軸方向に相対移動させるものであることを特徴とするレンズ加工装置。

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