JP2006297512A - レンズの球面加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペレット皿を用いてレンズ球面の精研削加工を行う装置に関し、ワークを変更したときの装置の段取り作業が容易で、削り代の管理を正確かつ容易に行うことが可能なレンズの球面加工装置を提供する。更に、砥石軸に装着される砥石を交換することによって、粗研削、精研削及び仕上研磨のいずれの加工を行うことも可能な球面加工装置を提供する。
【解決手段】砥石軸方向の位置を調整する上下動台２４に替えて、砥石軸２５又はワーク軸１の軸直角方向に移動するＮＣサーボモータ２７駆動のＸ移動台２２を設けると共に、ワーク軸１の軸方向移動をＮＣサーボモータ２７駆動とし、更にワーク軸１の軸送り用サーボモータ１７のトルク制御でペレット皿３に対するワーク４の押圧力を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レンズの球面加工装置に関するもので、特に砥石としてペレット皿を用いてレンズ球面の精研削加工を行う装置に関し、砥石を交換することによってカップ砥石を用いる粗研削や仕上研磨も可能な装置に関するものである。

レンズ球面の加工は、通常カップ砥石による粗研削、ペレット皿による２段階の精研削及び磨き皿による研磨（ポリシング）の４工程で行われている。球面加工ラインには、粗研削装置、２台の精研削装置及び研磨装置が設けられ、これらの装置間にワーク搬送装置が設けられている。

図５は、従来の精研削装置の要部構造の一例を模式的に示した図で、図示しない電動機で回転駆動されるワーク軸１と、このワーク軸の先端（上端）に設けられたレンズホルダ１２と、このレンズホルダに先端（下端）を対向させた砥石軸２５と、砥石軸駆動モータ２６と、ワーク軸１を上方に付勢するエアシリンダ４１とを備えており、砥石軸２５は、ワーク軸１の軸心と直角に交わる揺動中心Ｐ回りに往復揺動する揺動台２３に、その半径方向に位置設定自在な上下動台２４を介して装着されている。

上記構造の従来の精研削装置では、加工するレンズ球面の曲率に応じたペレット皿３を砥石軸２５に装着し、砥石軸２５の揺動中心がレンズ球面の曲率中心と一致するように上下動台２４を位置決めする。そして、シリンダ４１を縮退してレンズホルダ１２にワーク（レンズ）を供給し、エアシリンダ４１の空気圧でレンズ４の球面をペレット皿３に付圧した状態でワーク軸１の回転によるペレット皿３の公転と砥石軸２５の回転によるペレット皿３の自転と揺動台２３の往復揺動との合成運動により、ワーク４の上面を精研削する。所定時間の加工を行ったら、シリンダ４１を縮退させて加工済ワーク４をアンロードする。

上記の加工に際しては、加工する球面の中心と揺動台の中心Ｐとを一致させておく必要がある。この位置合せは、揺動台２３上での上下動台２４の位置を手動で調整することにより行っていた。また、レンズの加工においては、球面の精度と共に厚さの精度が重要であるが、上記従来装置におけるペレット皿のレンズ軸方向の削り代の管理は、タイマによる加工時間管理によって行われていた。
特開昭６１−２３０８５９号公報

上述したように、砥石としてペレット皿や磨き皿を用いる従来のレンズ球面加工装置では、加工しようとするレンズの球面の中心とペレット皿や磨き皿の揺動中心とを、揺動台２３上の上下動台２４の上下動で一致させていたので、段取り作業に時間を要するという問題があった。また、削り代の設定が加工時間を管理することによって行われているため、ペレット皿３の研削面の状態によって削り代、従って加工されたレンズの厚さにばらつきが生じる問題や、レンズの材質や曲率及び径によって加工時間と削り代との関係が異なるので、品種ごとの加工データの管理が難しいという問題があった。

この発明は、上記従来装置の問題点を解決するためになされたもので、ワークを変更したときの装置の段取り作業が容易で、削り代の管理を正確かつ容易に行うことが可能なレンズの球面加工装置を提供することを課題としている。更にこの発明は、砥石軸に装着される砥石を交換することによって、粗研削、精研削及び仕上研磨のいずれの加工を行うことも可能な球面加工装置を提供することを課題としている。

この発明は、従来装置における砥石軸方向の位置を調整する上下動台２４に替えて、砥石軸２５又はワーク軸１の軸直角方向に移動するＮＣサーボモータ２７駆動のＸ移動台２２を設けると共に、ワーク軸１の軸方向移動をＮＣサーボモータ２７駆動とし、更にワーク軸１の軸送り用サーボモータ１７のトルク制御でペレット皿３に対するワーク４の押圧力を制御するレンズの球面加工装置を提供することにより、上記課題を解決したものである。

すなわち、本願請求項１の発明に係るレンズの球面加工装置は、先端にワークホルダ１２を備えたワーク軸１と、前記ワークホルダに先端を対向させた砥石軸２５と、この砥石軸の先端に装着された砥石３と、前記砥石軸を往復揺動させる揺動台２３と、前記ワーク軸を前記砥石に向けて軸方向付勢する付勢手段とを備えたレンズの球面加工装置において、前記ワーク軸を軸方向移動するＺ軸サーボモータ１７と、前記砥石軸を当該砥石軸又は前記ワーク軸と直交する方向に往復移動するサーボモータ２７駆動のＸ移動台２２とを備え、前記付勢手段が前記Ｚ軸サーボモータのトルク制御手段５４であることを特徴とするレンズの球面加工装置である。

砥石軸２５は、揺動台２３及びＸ移動台２２を介して装着されるが、揺動台２３にＸ移動台２２を装着して、このＸ移動台に砥石軸２５を軸支したときは、Ｘ移動台２２の移動方向は、砥石軸２５に直交する方向であり、逆にＸ移動台２２に揺動台２３を設けて、この揺動台に砥石軸２５を軸支したときは、Ｘ移動台２２の揺動方向は、ワーク軸１に直交する方向となる。

この発明の装置では、揺動台２３の揺動中心Ｐと、レンズ４の球面４３の中心Ｏとは一致していない（図３、４参照）。ペレット皿３は、レンズ球面の中心Ｏ回りに揺動させる必要がある。この発明の装置では、揺動台２３の揺動角θに応じてＸ移動台２２及びワーク軸１の位置を所定の計算式に基づくＮＣ装置５からの指令値に基づいて移動させることにより、ペレット皿３のレンズ曲率中心Ｏ回りの揺動動作を実現している。従って、この発明の装置では、加工しようとするレンズの厚さ（ホルダ１２上での高さ）及び加工する球面の曲率半径などをＮＣ装置５に登録することによって、ペレット皿３の揺動中心を自動的に設定することが可能である。

レンズ４をペレット皿３に押圧する付圧力の制御は、ワーク軸１を軸方向移動させるＺ軸サーボモータ１７のトルク制御により行う。このトルク制御は、ワーク軸１をペレット皿３側に向けて移動させるときのＺ軸サーボモータ１７に与える電流値の制御や、位置偏差（ＮＣ装置から与えられる位置指令とフィードバックされた実際の位置との差）によって行うことができる。そして、Ｚ軸サーボモータ１７のフィードバック信号により、ワーク軸１の移動量が検出できるので、削り代の正確な制御が可能である。

この発明によれば、加工するレンズの形状をＮＣ装置に入力することにより、当該レンズに対するペレット皿３の揺動中心が設定されるので、加工するレンズ形状が変わったときの機械の段取りが非常に容易になり、自動で行うことも可能になる。また、削り代を直接設定して加工を行うことができるので、加工されたレンズの厚さ寸法のばらつきを小さくできると共に、レンズの材質や直径などが変化しても、削り代を直接管理すればよいので、管理が容易であると共に、加工誤りの発生を低減することができる。

更にこの発明の装置では、砥石軸２５にカップ砥石を装着し、Ｚ軸サーボモータ１７にトルク制御をかけないで、所定速度の研削送りをかけ、かつ砥石軸２５の傾斜角（揺動台２３の角度、Ｘ移動台２２の位置及びワーク軸１の軸方向位置）を所定の位置に固定して、ワーク軸１及び砥石軸２５を回転させることにより、レンズ４の粗研削が可能である。また、ペレット皿３を磨き皿に替えて加工液を替えることにより、レンズ４の仕上研磨が可能である。

従って、この発明の装置に砥石軸２５の先端に装着する砥石の自動交換装置を設けてやれば、同一基台上でホルダ１２にワークを固定したまま粗研削から仕上研磨までのレンズ加工を実現することができ、加工途中でのレンズの掴み換えによるホルダ１２上への取り付け誤差がなくなるので、精研削や仕上研磨での削り代を小さくでき、精度の高いレンズの加工を短時間で行うことが可能になるという効果がある。

図１は、この発明のレンズの球面加工装置の一実施形態を模式的に示した側面図である。図中、１はワーク軸、１１はワーク軸１駆動用の電動機、１２はワーク軸１の先端（上端）に設けられたレンズホルダ、２５はレンズホルダ１２に先端（下端）を対向させた砥石軸、３は砥石軸２５の先端に装着されたペレット皿、２６は砥石軸２５の駆動モータ、１３はワーク軸１を軸支している昇降台、２３は支点Ｐ回りに揺動する揺動台、２２はＸ移動台である。砥石軸２５は、Ｘ移動台２２に軸支されている。

ワーク軸１は、フレーム２に昇降自在に案内された昇降台１３に軸支されており、この昇降台と一体のブラケット１４がＺ軸サーボモータ１７で駆動されるＺ軸送りねじ１８に螺合している。Ｘ移動台２２は、揺動台２３上に設けた砥石軸２５と直交するガイド２１に沿って移動自在に設けられており、Ｘ軸サーボモータ２７で回転駆動される送りねじ２８に螺合している。揺動台２３は、Ｂ軸サーボモータ３７で揺動駆動されている。５はこれらのサーボモータを制御するＮＣ装置であり、５１、５２及び５３は、サーボアンプ、５４はＺ軸サーボモータ１７のトルクを制限する電流制御器である。

揺動台２３上に砥石軸２５に直交する方向に移動するＸ移動台２２を設けた図１の構造では、揺動台２３の揺動中心Ｐから加工するレンズの曲率中心Ｏまでの距離をｄとし、砥石軸２５が揺動台２３の揺動中心Ｐを通るときのＸ座標を０として、揺動台２３の揺動角（砥石軸の傾斜角）をθとしたとき、
ｘ＝ｄtanθ 及び ｚ＝ｄ／cosθ−ｄ
の関係が成立するように、揺動台２３の傾斜角θの変化に対応してＸ移動台２２及び昇降台１３を移動させてやれば、ペレット皿３は、レンズ球面４３の曲率中心Ｏを中心として揺動する（図３参照）。

図２は、図１とは逆に、ワーク軸１と直交する方向に移動するＸ移動台２２上に揺動中心Ｐ回りに揺動する揺動台２３を搭載して、この揺動台に軸心が揺動中心Ｐを通るように砥石軸２５を軸支した構造である。この図２の構造の場合には、揺動台２３の揺動角θの変化に応じてＸ移動台をｘ＝ｄsinθ、ワーク軸をｚ＝ｄ−ｄcosθの関係となるように移動させることにより、ペレット皿３をレンズ球面４３の曲率中心Ｏ回りに揺動させることができる（図４参照）。

上記構造の装置で精研削を行うときは、砥石軸２５にペレット皿３を取付け、ＮＣ装置５に加工するレンズ４の厚さや曲率半径などのデータを登録する。そして、Ｚ軸サーボモータ１７でワーク軸１を下降してレンズ４をロードし、ワーク軸１をワーク４がペレット皿３に接触する直近の高さまで高速上昇する。このとき、揺動台２３を所定角度往復揺動させ、その揺動角θに対応して上記関係になるように、ＮＣ装置５からのＸ移動台２２の位置指令及びワーク軸１の位置指令を変化させる。

次に、電流制御器５４の最大電流値を設定することにより、Ｚ軸サーボモータ１７に所定の付圧力に相当するトルク制限をかけた状態で、ＮＣ装置５から所定の削り代の位置（揺動台の角度によって時々刻々と変化する。）への上昇指令を与える。この上昇途中でワーク４の加工面がペレット皿３に当接して上昇が止まり、上記付圧力でワーク４がペレット皿３に押し付けられ、この状態でワーク軸１の回転によるペレット皿３の公転と、砥石軸２５の回転によるペレット皿３の自転と、ペレット皿３のレンズ曲率中心Ｏを中心とする揺動とにより、レンズ４の球面研削が行われる。

ワーク軸１が所定の削り代の位置に達したら、ワーク軸１を高速下降させ、レンズ４をアンロードし、次のレンズをロードして上記動作を繰り返す。

レンズの仕上げ研磨を行うときは、砥石軸２５に磨き皿を取付け、加工液を磨き用の加工液に変更して、上記と同様な動作で磨き加工を行う。磨き代は小さいので、加工時間はタイマ設定による。

また上記構造の装置で粗研削を行うときは、まず、砥石軸２５にカップ砥石を取付け、加工するレンズ球面の曲率に対応する角度に揺動台２３を傾斜させ、カップ砥石とレンズ球面との接触円の頂点がレンズの光軸となる位置にＸ移動台２２の位置を設定し、削り代に応じてワーク軸１の加工完了位置を設定する。そして、Ｚ軸サーボモータ１７でワーク軸１を下降してレンズ４をロードし、ワーク軸をワーク１がカップ砥石に接触する直近の高さまで高速上昇する。

次にＺ軸サーボモータ１７に所定速度の送り指令を与えて、ワーク軸１の回転によるカップ砥石の公転と、砥石軸２５の回転によるカップ砥石の自転とにより、レンズ４の球面研削を行う。ワーク軸１が所定の削り代の位置に達したら、ワーク軸１を高速下降させ、レンズ４をアンロードし、次のレンズをロードして上記動作を繰り返す。

なお、上記構造では、揺動台２３の揺動をサーボモータ３７により行っているが、角度θの検出手段を設けてやれば、サーボモータを用いなくても上記の加工動作を実現することができる。

第１実施形態の要部を示す模式的な側面図 第２実施形態の要部を示す模式的な側面図 第１実施形態の揺動角とＸ軸及びＺ軸移動との関係を示す説明図 第２実施形態の揺動角とＸ軸及びＺ軸移動との関係を示す説明図 従来のレンズ球面の精研削装置の一例を示す要部の側面図

符号の説明

１ ワーク軸
３ ペレット皿（砥石）
４ レンズ（ワーク）
５ ＮＣ装置
12 ワークホルダ
13 昇降台
17 Ｚ軸サーボモータ
22 Ｘ移動台
23 揺動台
25 砥石軸
27 Ｘ軸サーボモータ
37 Ｂ軸サーボモータ
54 トルク制御手段（電流制御器）

Claims (1)

1. 先端にワークホルダ(12)を備えたワーク軸(1)と、前記ワークホルダに先端を対向させた砥石軸(25)と、この砥石軸の先端に装着された砥石(3)と、前記砥石軸を往復揺動させる揺動台(23)と、前記ワーク軸を前記砥石に向けて軸方向付勢する付勢手段とを備えたレンズの球面加工装置において、
   前記ワーク軸を軸方向移動するＺ軸サーボモータ(17)と、前記砥石軸を当該砥石軸又は前記ワーク軸と直交する方向に往復移動するサーボモータ(27)駆動のＸ移動台(22)とを備え、前記付勢手段が前記Ｚ軸サーボモータのトルク制御手段(54)であることを特徴とする、レンズの球面加工装置。

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