JP2006297520A - 多軸球面研削装置及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを掴み換えることなく、カップ砥石による粗研削とペレット皿による精研削とを同一機台上で実現することが可能なレンズの球面加工装置を得る。
【解決手段】先端にワークホルダ１２を備えたワーク軸１と、工具取付け端をこのワークホルダに対向させた砥石軸２５と、この砥石軸を傾動させる揺動台２３とを備え、砥石軸２５を傾斜させた状態でワーク軸１と砥石軸２５とを回転するレンズの球面研削装置において、前記ワーク軸を軸方向移動するＺ軸サーボモータ１７と、このＺ軸サーボモータの出力トルクの制御装置１９と、揺動台２３を揺動するＢ軸サーボモータ３７と、ワーク軸１と交叉する方向に往復移動するＸ軸サーボモータ２７駆動のＸ移動台２２と、前記揺動台又はＸ移動台に装着された前記砥石軸の複数本２５ａ、２５ｂとを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、カップ砥石を用いた粗研削とペレット皿を用いた精研削とを同一機台上で行うことができる球面研削装置及び方法に関するものである。

レンズ球面の研削加工は、通常、カップ砥石による粗研削とペレット皿による精研削の順で行われ、その後、磨き皿による研磨（ポリシング）が行われている。

図４は、従来の粗研削装置の要部構造の一例を模式的に示した図で、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、この砥石軸の対向端に装着されたカップ砥石３ａと、ワーク軸１を昇降及び切込み送りするサーボモータ１７とを備えている。

上記構造の従来の粗研削装置では、加工するレンズ球面の曲率に合わせて傾斜台２３の傾斜角を設定し、カップ砥石３ａとレンズ球面４３との接触円の頂点が丁度レンズの軸中心にくる位置に砥石軸２５を位置決めする。そしてワーク軸１を下降してレンズホルダ１２にワーク（レンズ）を供給し、ワーク軸１と砥石軸２５を回転して、サーボモータ１７で切削送りをかけて球面を創生し、所定のレンズ厚さになった位置でワーク軸１を下降して加工済ワーク４を表裏反転し、同様の動作で裏面を加工してアンロードする。

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、先端にレンズホルダ１２を備えたワーク軸１と、このワーク軸との対向端にペレット皿３ｂを装着した砥石軸２５と、ワーク軸１を上方に付勢するエアシリンダ１５とを備えている。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回りに往復揺動可能に装着されている。

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３ｂを砥石軸２５に装着し、砥石軸２５の揺動中心とレンズ球面４３の曲率中心とを一致させた状態で、シリンダ１５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１５の空気圧でレンズ４の球面をペレット皿３ｂに付圧した状態でワーク軸１の回転並びに砥石軸２５の回転及び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、ワーク軸１を下降し、ワークの表裏を反転して同様な動作でワーク裏面の加工を行い、加工済ワーク４をアンロードする。

従来の一般的なレンズ球面の研削ラインには、粗研削装置と２台の精研削装置が設けられ、精研削を２工程で行っており、これらの装置間にワーク搬送装置が設けられている。

これらの球面研削装置上でのワーク（レンズ）の位置決めは、レンズホルダ１２により行われるが、レンズホルダ１２はワークの下面を基準にしてワークを位置決めするので、下面の曲面精度が低いとワークの位置に誤差が生ずる。カップ砥石で粗研削されたレンズは曲面精度が高くないので、精研削装置にロードしたときの位置決め精度が悪く、そのために精研削装置での削り代が大きくなる。そこで精研削を粗い（低い）番手のペレット皿を用いる精研削と細かい（高い）番手の砥石を用いる精研削との２工程で行っているのである。
特開昭６１−２３０８５９号公報

従来のレンズの球面研削では、３台の研削装置を必要とし、それぞれの研削装置の間でワークを搬送する搬送装置も必要とすることから、研削ラインの設置面積が大きくなり、またライン全体のコストも高くなるという問題があった。また、研削装置間でワークを掴み換える（前工程の装置のワークホルダからワークをアンロードして次工程のワークホルダにロードする。）ときに、ワークの軸心と次工程の装置のワーク軸の軸心との間にずれが生じ、このずれ分だけ次工程の装置での削り代が増大するという問題がある。

前述したように、ワークホルダ上でのワークの位置決めは、前工程で加工された球面が基準となるので、粗研削と第１工程目の精研削との間でのずれによる削り代の増大が大きく、精研削を２工程で行わなければならない問題や加工代が増大するために加工時間が長くなるという問題を生じている。

一方、異なる工具を用いる複数工程の加工をワークを掴み換えることなく同一機台上で行う多軸の工作機械は周知である。上記レンズの球面研削工程において、２工程の精研削は、２本の砥石軸を備えた精研削装置を用いることにより、同一機台上で行うことが比較的容易に実現可能であると考えられる。しかし、そのような手段では、精研削工程の削り代が大きいという問題が解決されず、１台の機械では２工程の精研削を並行して行うことができないので、加工時間が２倍かかることになり、問題は何ら解決されない。

一方、粗研削と精研削とが同一機台上で可能であれば、粗研削装置と精研削装置との間でのワークの掴み換えによる位置ずれが発生しないので、精研削工程での削り代を低減でき、装置の設置面積と加工時間の両方を改善することができる。

しかし、粗研削装置と精研削装置とは、レンズホルダを備えたワーク軸を有すること、砥石軸が傾動可能であること、ワーク軸と砥石軸とを回転して加工を行うことという共通点はあるが、粗研削の所定速度の切削送りによる加工に対して精研削では、所定圧力での付圧による加工であること、粗研削では、砥石軸の傾斜角を固定して加工を行うのに対し、精研削では、砥石軸を往復揺動しながら加工を行うこと、粗研削では、砥石軸の左右方向（ワーク軸と直交する方向）の移動により、砥石の位置を設定して加工を開始するのに対して、精研削では砥石軸の上下移動により、砥石軸の揺動中心を設定して加工を開始するという相違があり、これらの相違点は単に砥石軸を複数本設けてカップ砥石とペレット皿とを取り付けることができるようにしただけでは解決できない。

また、これらの動作の総てを実現できるように、従来の粗研削装置に設けられていた機工と精研削装置に設けられていた機工とを総て備えた装置にすると、装置構造が複雑になり、それに伴って機械剛性や加工精度が低下するという問題が生ずる。

この発明は、上記のような問題を解決して簡単な構造でワークを掴み換えることなく、カップ砥石による粗研削とペレット皿による精研削とを同一機台上で実現することが可能なレンズの球面加工装置を得ることを課題としている。

本願の請求項１の発明は、先端にワークホルダ１２を備えたワーク軸１と、工具取付け端をこのワークホルダに対向させた砥石軸２５と、この砥石軸を傾動させる揺動台２３とを備え、砥石軸２５を傾斜させた状態でワーク軸１と砥石軸２５とを回転するレンズの球面研削装置において、前記ワーク軸を軸方向移動するＺ軸サーボモータ１７と、このＺ軸サーボモータの出力トルクの制御装置１９と、揺動台２３を揺動するＢ軸サーボモータ３７と、ワーク軸１と交叉する方向に往復移動するＸ軸サーボモータ２７駆動のＸ移動台２２と、前記揺動台又はＸ移動台に装着された前記砥石軸の複数本２５ａ、２５ｂとを備えていることを特徴とする多軸球面研削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。

２本の砥石軸２５ａ、２５ｂ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上にＸ移動台２２を設けて、このＸ移動台に２本の砥石軸２５ａ、２５ｂを互いに平行に軸支した構造が好ましい。このときのＸ移動台２２の移動方向は、砥石軸２５ａ、２５ｂに直交する方向とするのが合理的であり、制御が簡単になる。揺動台２３の揺動中心Ｐは、ワーク軸１の軸心上とし、粗研削時のＸ移動台２２の制御は、カップ砥石３ａを装着した砥石軸２５ａが揺動中心Ｐを通る位置を基準として行い、精研削時のＸ移動台２２の制御は、ペレット皿３ｂを装着した砥石軸２５ｂが揺動中心Ｐを通る位置を基準として行う。

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。粗研削時にはレンズの曲率に合わせて揺動台２３を所定角度に傾斜させ、カップ砥石３ａとワーク４の加工球面との接触円の頂点がワーク４の軸芯にくるようにＸ移動台２２を移動させて加工すれば良いので問題はない。

一方、精研削時には、ペレット皿３ｂをレンズ球面の中心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３ｂのレンズ曲率中心Ｏ周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ＲをＮＣ装置５に登録することによって、ペレット皿３ｂ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３ｂ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３ｂ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。

この発明の多軸研削装置を用いたレンズの研削方法は、ワークの第１の面の粗研削と精研削とを行った後、レンズを上下反転して第２の面の粗研削と精研削とを行うというものである。

この発明の装置では、Ｘ移動台２２の移動により、カップ砥石３ａを用いる粗研削と、ペレット皿３ｂを用いる精研削とを同一機台上でワーク４を掴み換えることなく行うことができる。

この発明の方法によれば、粗研削と精研削との間でレンズが全く掴み換えられることがないので、粗研削と精研削との間でレンズの位置ずれが起こることがなく、従って、精研削時の削り代を小さくでき、番手の高いペレット皿を用いて高精度の（ニュートンリングができる程度の）加工を実現できる。

そして、レンズを表裏反転させたとき、高精度で加工された第１の面を基準としてレンズホルダ１２上にワークが位置決めされ、その位置を基準として粗研削が行われるので、粗研削時の表裏面の曲率中心のずれも極めて小さくでき、第２の面の精研削時の削り代も小さくなる。

従って、この発明により、従来１台の粗研削装置と２台の精研削装置で行われた加工を１台の装置で行うことができ、粗研削の加工時間は変わらないとしても、精研削の加工時間を大幅に短縮することができ、かつ、より正確で仕上研磨に近い加工面を得ることができる。従って、レンズの球面加工ラインにおける加工装置及び搬送装置の台数を削減して、ラインの設置面積を低減できると共に、加工時間も大幅に短縮できるという効果がある。

図１は、この発明のレンズの球面研削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、１３はワーク軸１を軸支している昇降台である。

２３は支点Ｐ回りに揺動する揺動台、２１は揺動台２３上に設けたガイド、２２はガイド２１に沿って移動するＸ移動台である。Ｘ移動台２２には、２本の砥石軸２５ａ、２５ｂが互いに平行に軸支されている。ガイド２１は、この２本の砥石軸２５ａ、２５ｂに直交する方向に設けられている。

砥石軸２５ａ、２５ｂの下端（ワークホルダに向く先端）には、工具ホルダ２９ａ、２９ｂが設けられ、その一方２９ａに粗研削用のカップ砥石３ａが装着され、他方２９ｂには、精研削用のペレット皿３ｂが装着されている。各砥石軸２５ａ、２５ｂには、砥石軸駆動用の電動機２６ａ、２６ｂが接続されている。

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。揺動台２３は、Ｂ軸サーボモータ３７で揺動駆動されている。Ｘ移動台２２は、揺動台２３に搭載した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。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、１９はＺ軸サーボモータ１７の電流制御器である。

次に図１〜３を参照して、上記装置でレンズの加工を行う手順を説明する。まず、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、カップ砥石を装着した砥石軸２５ａが揺動台２３の揺動中心Ｐを通る位置をＸ移動台の移動原点に設定し、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球面の頂点となる位置に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を搬入し、ワーク軸をワーク４がカップ砥石３ａ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に所定速度の切削送り指令を与えて、ワーク軸１の回転によるカップ砥石３ａの公転と、砥石軸２５ａの回転によるカップ砥石３ａ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、レンズの第１面に対する粗研削を終了する。

次にペレット皿３ｂを取付けた砥石軸２５ｂが揺動台２３の揺動中心Ｐを通る位置をＸ移動台２２の移動原点に設定し、ワーク軸１を一旦下降してペレット皿３ｂをワーク４に対向させる。そして揺動台２３を所定角度往復揺動させ、その揺動角に対応して次の関係になるように、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。

すなわち、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２５ｂが揺動台２３の揺動中心Ｐを通るときのＸ座標をゼロとして、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３ｂは、レンズ球面の曲率中心Ｏを中心として揺動する（図２参照）。

そこで、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θ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３ｂ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３ｂ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３ｂの公転と、砥石軸２５ｂの回転によるペレット皿３ｂの自転と、ペレット皿３ｂのレンズ曲率中心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を上下反転する。このときレンズは、精研削済の第１の面を基準としてレンズホルダ１２上に位置決めされる。この間にＸ移動台２２を粗研削位置に移動してワーク軸１を高速上昇させ、ワークの第２の面をカップ砥石３ａに対向させる。

そして第１の面を加工したときと同じ手順で第２の面の粗研削と精研削とを続けて行い、第２の面の精研削が終了したら、ワーク軸１を高速下降して加工済ワークを搬出し、次のワークをホルダ１２上に搬入する。

実施形態の要部を示す模式的な側面図 揺動角とＸ軸及びＺ軸方向の移動との関係を示す説明図 この発明によるワークの研削工程を示す説明図 従来のレンズ球面の粗研削装置の一例を示す要部の側面図 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 従来装置によるワークの研削工程を示す説明図

符号の説明

１ ワーク軸
3a カップ砥石
3b ペレット皿
12 ワークホルダ
17 Ｚ軸サーボモータ
19 制御装置
23 揺動台
25(a,b) 砥石軸
27 Ｘ軸サーボモータ
37 Ｂ軸サーボモータ

Claims (2)

1. 先端にワークホルダ(12)を備えたワーク軸(1)と、工具取付け端をこのワークホルダに対向させた砥石軸(25)と、この砥石軸を傾動させる揺動台(23)とを備え、砥石軸(25)を傾斜させた状態でワーク軸(1)と砥石軸(25)とを回転するレンズの球面研削装置において、
   前記ワーク軸を軸方向移動するＺ軸サーボモータ(17)と、このＺ軸サーボモータの出力トルクの制御装置(19)と、揺動台(23)を揺動するＢ軸サーボモータ(37)と、ワーク軸(1)と交叉する方向に往復移動するＸ軸サーボモータ(27)駆動のＸ移動台(22)と、前記揺動台又はＸ移動台に装着された前記砥石軸の複数本(25a,25b)とを備えていることを特徴とする、レンズの多軸球面研削装置。
2. ２本の砥石軸の一方にカップ砥石(3a)を装着し、他方にペレット皿(3b)を装着した球面研削装置を用い、ワークの第１の面の粗研削と精研削とを行った後、レンズを上下反転して第２の面の粗研削と精研削とを行うことを特徴とする、球面研削方法。

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