JP2005125453A - レンズの外周加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転砥石を用いて外周の一部が切除（カット）された異形レンズを加工する装置及び方法に関し、真円部分とカット部分との境目に鋭利な角や不連続な段差のない円弧面取（Ｒ面取）や直線面取（Ｃ面取）を行うことが可能な加工方法を提供する。
【解決手段】 外周加工装置を制御するＮＣ装置は、レンズ外周の一部にカット部７を加工するときのワーク軸の回転角と砥石位置との関係を制御するカット制御手段と、カット部相互ないしカット部と真円部９との角部に円弧面取部８を形成するときのワーク軸の回転角と砥石位置との関係を制御する角部制御手段と、制御変換角度演算手段とを備えている。ワーク軸の回転角が制御変換角度に達したときに、真円加工制御、角部制御、カット制御、角部制御、真円加工制御へと制御を変換して、レンズの真円部とカット部とをレンズから砥石を離隔させることなく連続加工する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、レンズの外周加工装置及び外周加工方法に関するもので、回転砥石を用いて外周の一部が切除（カット）された異形レンズを研削加工する装置及び方法に関するものである。

レンズ芯取機によるレンズの外周加工は、対向するカップ状ホルダでレンズの表裏面を保持して、レンズを光軸回りに回転させながら回転砥石でレンズの外周を研削加工することによって行われる。一般的な円形のレンズでは、回転砥石を定位置に保持してレンズの外周を真円に加工するが、多角形のレンズや一部のファインダー用レンズでは、芯取りを行った後、外周の一部を直線的に切除するカット加工が必要である。

従来このカット加工は、図４に示すように、レンズ芯取機でレンズ外周の研削加工を行った後、レンズ５の回転を停止した状態で回転砥石６を図に矢印１２で示すＹ軸方向、即ちレンズ５の接線方向に移動させることによって行っている。

しかし、レンズ芯取機の回転砥石６をＹ軸方向に移動させる図４の方法は、砥石６を搭載する砥石台をＹ軸方向に案内するガイドと送り装置とが必要で、装置構造が複雑になる。即ち、レンズ芯取機は、レンズの加工径に対応する位置に回転砥石６を設定するため、およびレンズ表裏面の周縁の面取加工を行うために、回転砥石６をＸ軸方向（レンズの半径方向）及びＺ軸方向（レンズの光軸方向）に移動させる必要があるが、Ｙ軸方向の移動は必要としない。従って、この方法の場合には、レンズ外周のカット加工を行うためのみに、レンズ芯取機に回転砥石６のＹ軸方向の移動機構を設けてやらねばならず、装置が複雑かつ高価になる。

この問題を解決する従来技術として、特許文献２には、対向する一対のカップ型治具にてレンズを狭圧保持してレンズの外径を切削する芯取機において、前記芯取機のレンズ軸の回転と砥石軸の外径を切削する方向とを電子カム制御可能なＮＣ装置を用いてレンズの外形を小判型及び角型に加工する自動芯取方法が提案されている。
特開昭５９‐１９６０５号公報 特開２０００‐２１８４８９公報

しかし特許文献２に記載された方法においても、カット加工はレンズ外周の真円加工の後に行われており、カットされる部分の真円加工という無駄な円加工を含む２工程の加工となるので、加工効率が悪い。また上記のような従来の加工方法では、直線的なカット部と円形の外周とが繋がる部分に鋭利な角が形成され、加工中や加工後にこの角の部分が欠けたり手を傷つけたりするという問題が発生する。

そこでこの発明は、ＤカットやＨカットなどと呼ばれている外周に直線的なカット部分を含む異形レンズの芯取り加工において、真円部分とカット部分とを連続的に加工することが可能で、従って真円部分とカット部分との境目に鋭利な角や不連続な段差のない円弧面取（Ｒ面取）加工や直線面取（Ｃ面取）加工を行うことが可能なレンズの外周加工方法を提供することを課題としている。

この発明の方法によるレンズの外周加工は、対向端にカップ状のレンズホルダ３、４を備えた一対のワーク軸１ａ、１ｂを回転駆動するワーク駆動モータ２９と、前記ワーク軸の軸直角方向（Ｘ軸方向）に進退する砥石台１４に装着されて前記レンズホルダに保持されたレンズの外周を加工する回転砥石６と、前記砥石台を進退させるＸ送りモータ３５と、当該Ｘ送りモータ及び前記ワーク駆動モータの回転角を制御するＮＣ装置４０とを備えたレンズ芯取機を用いて行われる。

すなわち、本願請求項１の発明に係るレンズの外周加工装置は、対向端にカップ状のレンズホルダ３、４を備えた一対のワーク軸１ａ、１ｂを回転駆動するワーク駆動モータ２９と、前記ワーク軸の軸直角方向（Ｘ軸方向）に進退する砥石台１４に装着されて前記レンズホルダに保持されたレンズの外周を加工する回転砥石６と、前記砥石台を進退させるＸ送りモータ３５と、当該Ｘ送りモータ及び前記ワーク駆動モータの回転角を制御するＮＣ装置４０とを備え、当該ＮＣ装置は、レンズ外周の一部にカット部７を加工するときのワーク軸の回転角と砥石位置との関係を制御するカット制御手段と、前記カット部相互ないしカット部と真円部９との角部に円弧面取部８を形成するときのワーク軸の回転角と砥石位置との関係を制御する角部制御手段（円弧面取制御手段）と、指令されたカット部の寸法及び面取半径から真円部と円弧面取部の接点Ａ及びカット部と円弧面取部の接点Ｂの角度α及びβを演算する制御変換角度演算手段とを備えている。

上記請求項１の発明に係る外周加工装置を用いる本願請求項２のレンズの外周加工方法は、ワーク軸の回転角が前記制御変換角度演算手段で演算された制御変換角度に達したときに、真円加工制御から前記角部制御手段の制御による角部制御へ、次いで当該角部制御から前記カット制御手段の制御によるカット制御へ、次いで当該カット制御から再び前記角部制御へ、次いで角部制御から真円加工制御へと制御を変換することにより、真円部９とカット部７との角部に円弧面取部８を有し又は有しないレンズの当該真円部とカット部とをレンズから砥石を離隔させることなく連続加工するというものである。

また本願請求項３の発明に係るレンズの外周加工方法は、前記請求項１記載の外周加工装置を用い、ワーク軸の回転角が前記制御変換角度演算手段で演算された制御変換角度に達する毎に、真円加工制御から、４回の面取半径ゼロの角部制御と、これらの角部制御の間に行われる３回のカット制御と、次の真円加工制御とに制御を変換することにより、真円部９とカット部７との角部に直線面取部１１を有するレンズの当該真円部とカット部とをレンズから砥石を離隔させることなく連続加工するというものである。

この発明によれば、円形のレンズの外周の一部を切除するＤカットやＨカット、あるいは多角形のレンズを得るためのレンズ外周のカット加工を、レンズ外周の真円加工を行うレンズ芯取機上で真円加工と同時にレンズから砥石を離隔させることなく行うことが可能になる。従って、異形レンズのカット加工を芯取り加工と同時に一工程で行うことが可能になると共に、レンズから砥石を離隔させることなく連続的に外周加工してゆくので、真円部とカット部との境を滑らかな円弧や角で接続することが可能で、当該角部に不連続な切削力が働くことによる欠けが生じたり、砥石の離隔と再接触に起因する段差が生じたりするのを避けることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１はこの発明のレンズ芯取機の一例を示す図で、１３はコラム、１ａ及び１ｂは同一垂直線上に配置された上下のワーク軸、６は砥石、１４は砥石台、１５はＺスライド、４０はＮＣ装置である。

下ワーク軸１ｂは、コラム１３に回転自在かつ上下動不能に軸支されている。下ワーク軸１ｂの上端には、上向きカップ状の下ホルダ４が装着され、下端には下従動歯車１８が固定されている。上ワーク軸１ａは、コラム１３に上下移動自在かつ上方に弱い力で付勢して装着された軸受ケース（図示せず）に軸支されており、下端には下向きカップ状の上ホルダ３が装着され、上端には上従動歯車１６が固定されている。

上従動歯車１６の軸心上部には、スラスト軸受が内蔵され、その上方にクランプシリンダ２３が配置されている。このクランプシリンダの下向きのロッド２４が伸長して、前記スラスト軸受を押圧することにより、上ワーク軸１ａが下降して、上ホルダ３と下ホルダ４との間でレンズ５を挟持する。

ワーク軸１（１ａ、１ｂ）に隣接して駆動軸２８が平行に軸支されており、この駆動軸の下端がサーボモータ２９に連結されている。駆動軸２８には、上下に駆動歯車３０、３１が固定されており、それぞれ上下の従動歯車１６、１８に噛合している。上従動歯車１６は、歯幅を大きくしてあり、レンズ５の装脱の際に上ワーク軸１ａが上動したときも、上駆動歯車３０との噛合が外れないようになっている。

砥石６は、砥石台１４に垂直軸回りに自由回転可能に軸支されている。砥石台１４は、直動ガイド３３とＸ方向送りモータ３５で回転駆動される送りねじ３４とで砥石６の切り込み方向（Ｘ方向）に移動位置決め自在にして、Ｚスライド１５に装着されている。Ｚスライド１５は、垂直方向の直動ガイド３６及びＺ方向送りモータ３８で回転駆動される送りねじ３７で垂直方向（Ｚ方向）に移動位置決め自在にして、コラム１３に装着されている。Ｘ方向及びＺ方向の送りモータ３５、３８及び前述したワーク駆動モータ２９は、ＮＣ装置４０によって制御されるサーボモータで、サーボアンプ４１ａ、４１ｂ、４１ｃを介してＮＣ装置４０でその回転角を制御されている。

ＮＣ装置４０は、指定されたレンズのカット高さＨと面取半径ａに基づいて制御を変換するときのワーク軸１の角度α、βを演算する制御変換角度演算手段４２と、演算したワーク軸１の隣接する制御変換角度の間でワーク軸１の回転角に関連付けて砥石台１４をレンズ外周加工位置より小径側の位置に移動させる外周カット制御手段４３及び角部制御手段４４とを備えている。

レンズのカット部分の高さＨ（図２参照）とカット部と真円部との境目に設ける円弧面取の半径ａ（ａ＞＝０。ａ＝０では面取部が形成されないが、角部加工への制御変換は行われる。）が指定されたとき、上記制御変換角度演算手段４２は、真円と円弧面取との制御変換角度αと円弧面取とカットとの制御変換角度βとを次式で演算する。
cosα=(H-a)/(r-a)
tanβ=(r-a)sinα/(R+H)
ここで、Ｒは研削砥石の半径、ｒはレンズの半径である。

また、カット制御手段４３は、レンズ中心から砥石中心までの距離Ｘをカット中心Ｐを０度とするワーク軸の回転角θに対して式
X=(R+H)/cosθ
の関係となるように砥石台１４を制御し、角部制御手段４４は式
X=(r-a)cos(α-θ)+(R+a)cosσ
ただし、sinσ=(r-a)sin(α-θ)/(R+a)
の関係となるように砥石台１４を制御する。

なお、これらの式の意味するところは、図２に示されている。図中、５は加工されるレンズ、６は回転砥石であり、７はカット高さＨのカット部、Ｐはカット部７の中点、８は面取半径ａの円弧面取部、Ｑは円弧面取部の円弧中心、Ａは円弧面取部８と真円部９の接点、Ｂは円弧面取部８とカット部７との接点である。図に想像線で示す円は半径ｒ−ａの円、想像線で示す直線はレンズ中心までの距離がＨ−ａの直線で、この両想像線の交点位置に円弧面取部８の円弧中心Ｑがある。レンズの回転角θは、カット中心Ｐを０度としている。なお図２に示したレンズ５の形状は加工後の形状である。

図２で、接点Ａは直線ＯＱ上にあり、Ａ点を研削するときの砥石中心も直線ＯＱ上にあるから、点Ａを研削するときのレンズの回転角αは、
cosα=(H-a)/(r-a)
である。

接点Ｂは、点Ｑから直線ＯＰと平行に引いた線とカット部７との交点であるから、この点Ｂを砥石が研削するときのレンズの回転角βは、(R+H)tanβ=(r-a)sinαより、
tanβ=(r-a)sinα/(R+H)
である。

カット部７を加工しているときのレンズ中心から砥石中心までの距離Ｘは、半径ＯＰを０度とするレンズ回転角をθとして、Xcosθ=R+Hから、
X=(R+H)/cosθ
である。また、円弧面取部８を加工しているときの距離Ｘは、図２に示すように角度σをとって、
X=(r-a)cos(α-θ)+(R+a)cosσ
で表され、(R+a)sinσ=(r-a)sin(α-θ)であるから、上記角度σは、sinσ=(r-a)sin(α-θ)/(R+a)で求められる。

ＮＣ装置４０は、θ＝−１８０度〜−αの範囲及びα〜１８０度の範囲では、真円の芯取加工時の砥石位置、すなわちＸ＝Ｒ＋ｒの位置となるように砥石６を制御し、θ＝−α〜−βの範囲及びθ＝β〜αの範囲では角部制御手段４４の指令に従ってワーク駆動モータ２９とＸ送りモータ３５とを制御し、またθ＝−β〜βの範囲ではカット制御手段４３の指令に従ってワーク駆動モータ２９とＸ送りモータ３５とを制御する。

加工するレンズ５は、上ワーク軸１ａが上動した状態で、図示しないローダのハンドで上面を真空吸着されて、下ホルダ４上に置かれる。ローダが退避した後、クランプシリンダ２３に低圧の空気圧が供給され、レンズ５を上下のホルダ３、４で軽く挟持する。この状態でサーボモータ２９を高速回転させると、上下のワーク軸が高速同期回転し、レンズ５はその球面の曲率に従って安定位置に移動し、光軸がワーク軸１ａ、１ｂの軸心に一致する。そこでクランプシリンダ２３に所定圧の空気圧を供給してレンズ５をクランプし、サーボモータ２９を所定の回転数で回転して、砥石６によりレンズ５の外周加工を行う。

外周加工は、真円部分から開始される。ワーク軸をゆっくりと回転させながら砥石中心がレンズ中心からＲ＋ｒの距離となるまで砥石台１４を送り込んで固定し、切り込み量に応じた速度でワーク軸１ａ、１ｂを回転させながら真円部の加工を行う。ワーク駆動軸の回転角が−αに達するとＮＣ装置の制御が角部制御手段に切替えられ、更に−βに達するとカット制御手段に切替えられる。角部制御手段４４及びカット制御手段４３は、上述した関係に従ってワーク駆動モータ２９とＸ送りモータ３５の回転角を制御する。このとき、ワークの切り込み量の増加に応じて、ワーク駆動モータの回転をレンズの回転速度が遅くなる方向に変化させる。そしてワーク駆動軸１の回転角がβに達したら、制御を再び角部制御手段４４に戻し、更に回転角がにαに達したら、制御を最初の真円加工状態に戻す。

なお、上記の加工は、レンズの１回転で所望の仕上がり寸法にまで加工する必要はなく、レンズ１回転毎にレンズの半径ｒを所望の仕上がり半径に徐々に近づくように逓減しながら、またカット高さＨも所望のカット高さになるように始めはｒに近い値から徐々に小さくして最終的に所望のカット高さになるように変化させてゆけばよい。

以上のようにしてレンズの外周加工が終了したら、サーボモータ２９を停止し、クランプシリンダ２３の空気圧を開放し、上ワーク軸１ａを上動させて、前記ローダの真空吸着により、加工済レンズを搬出する。

上記の加工で、面取半径ａを０として加工を行えば、真円部９とカット部７との角に面取のないカット加工が実現される。この場合の加工形状は、従来方法による加工形状と同じであるが、真円部９からカット部７へ、またカット部７から真円部９への加工が砥石をレンズから離隔させることなく連続的に行われるので、角部に不連続な切削応力が作用することがなく、加工中における角部の欠けを防止できる。

以上の例は、カット部７の角に円弧面取を行う例であるが、直線面取を行うこともできる。直線面取は、カット加工と同じ接線方向の直線加工であるから、図３に示すように、そのカット高さをＧ、面取角度をφとすると、直線面取部１２の加工は、レンズ中心から砥石中心までの距離Ｘを、
θ＞０では、X=(R+G)/cos(θ+φ)
θ＜０では、X=(R+G)/cos(θ−φ)
となる。従って、カット手段４３にこれらの数値を指定することにより、直線面取部１１の加工が可能である。

真円加工から直線面取部１１のカット加工に制御変換するときは、ａ＝０として真円加工から円弧面取加工へ、円弧面取加工から直線面取部のカット加工へと制御を変換する。変換するときの角度は、
cosα=G/r
tanβ=rsinα/(R+G)
としてφ＋α、φ＋βで与えられる。

また、真円部９からカット部７への制御の変換は、カット制御→円弧面取制御→カット制御の手順で行われ、それぞれの制御を変換するときの角度γとδは、図３を参照して、点Ｂをカット面と面取面との交点とし、レンズ中心Ｏから面取面に引いた垂線と点Ｂとの角度をεとして、
Gtanεtanφ=G-H/cosφより
tanε=1/tanφ-H/Gsinφ
よりεが求まるので、この角度εを用いて、
(G+R)tan(γ-φ)=Gtanε
(H+R)tanδ=Htan(φ+ε)
の関係から求めることができる。そして角度γからδの間では砥石中心を
X=Gcos(θ-φ)+Rcos(θ-φ)
の関係で制御してやればよい。なお、カット部７の加工は、前述した円弧面取の場合と同様に、角度−δからδの範囲で
X=(H+R)/cosθ
となるように制御すればよい。

レンズ芯取機の要部の側面構造と制御系を示す図 レンズの回転角と回転砥石の位置関係を説明する図 直線面取を行うときのレンズの回転角と回転砥石の位置関係を説明する図 従来のカット加工の一例を示した説明図

符号の説明

1a 上ワーク軸
1b 下ワーク軸
３ 上ホルダ
４ 下ホルダ
６ 砥石
７ カット高さＨのカット部
８ 面取半径ａの円弧面取部
９ 真円部
11 直線面取部
14 砥石部
29 サーボモータ
35 Ｘ方向送りモータ
40 ＮＣ装置
Ａ 円弧面取部８と真円部９の接点
α ワーク軸１の角度
β ワーク軸１の角度

Claims (3)

1. 対向端にカップ状のレンズホルダ(3,4)を備えた一対のワーク軸(1a,1b)を回転駆動するワーク駆動モータ(29)と、前記ワーク軸の軸直角方向（Ｘ軸方向）に進退する砥石台(14)に装着されて前記レンズホルダに保持されたレンズの外周を加工する回転砥石(6)と、前記砥石台を進退させるＸ送りモータ(35)と、当該Ｘ送りモータ及び前記ワーク駆動モータの回転角を制御するＮＣ装置(40)とを備え、当該ＮＣ装置は、レンズ外周の一部にカット部(7)を加工するときのワーク軸の回転角と砥石位置との関係を制御するカット制御手段と、前記カット部相互ないしカット部と真円部(9)との角部に円弧面取部(8)を形成するときのワーク軸の回転角と砥石位置との関係を制御する角部制御手段（円弧面取制御手段）と、指令されたカット部の寸法及び面取半径から真円部と円弧面取部の接点(A)及びカット部と円弧面取部の接点(B)の角度(α)及び(β)を演算する制御変換角度演算手段とを備えている、レンズの外周加工装置。
2. 請求項１記載の外周加工装置を用い、ワーク軸の回転角が前記演算された制御変換角度に達したときに、真円加工制御から角部制御へ、次いでカット制御へ、次いで再び角部制御へ、次いで真円加工制御へと制御を変換することにより、真円部(9)とカット部(7)との角部に円弧面取部(8)を有し又は有しないレンズの当該真円部とカット部とをレンズから砥石を離隔させることなく連続加工する、レンズの外周加工方法。
3. 請求項１記載の外周加工装置を用い、ワーク軸の回転角が前記演算された制御変換角度に達する毎に、真円加工制御から、４回の面取半径ゼロの角部制御と、これらの角部制御の間に行われる３回のカット制御と、次の真円加工制御とに制御を変換することにより、真円部(9)とカット部(7)との角部に直線面取部(11)を有するレンズの当該真円部とカット部とをレンズから砥石を離隔させることなく連続加工する、レンズの外周加工方法。

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