JP2009045686A - レンズ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム機構を用いることなく、小ロット、多品種加工に適したレンズ研削装置を実現すること。
【解決手段】球面研削装置１は、第１、第２Ｘ軸テーブル１３、１４と、これらに搭載した第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８と、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８を連結しているリンクテーブル１９を備え、リンクテーブル１９に研削工具５が取り付けられている工具スピンドル６が搭載されている。Ｘ軸モータ３１、Ｙ軸モータ３２、３３により、第２Ｘ軸テーブル１３、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８を移動させることにより、研削工具５を所定の揺動軌跡に沿って揺動を移動させることができる。カム機構を用いることなく研削工具５を揺動させることができ、研削工具５の揺動軌跡は、部品交換を行うことなく、ＮＣ制御盤５０を介して簡単に変更できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削工具などの加工具を加工対象のレンズ素材に押し付けた状態で揺動運動などの所定の運動を行わせて球面加工などを行うレンズ加工装置に関する。

レンズ加工装置、例えば、レンズに曲面加工を施すレンズ研削装置では、カム機構を用いて研削工具を加工対象のレンズ素材に対して揺動運動させるようにしている。カム機構を利用した球面研削装置は特許文献１に開示されている。

ここに開示の研削装置は、円筒曲面状のカム面を有する基準カムと、基準カムの円筒曲面に沿って移動する２つのカムフォロアーと、カムフォロアーに支持される揺動体と、揺動体に支持される研磨皿を備えている。一方の駆動側のカムフォロアーを駆動装置によってカム面に沿って移動させ、他方のカムフォロアーを駆動側のカムフォロアーの動きに追従させてカム面に沿って移動させ、これにより、揺動体及び研磨皿をカム面の形状に対応した揺動軌跡に沿って揺動させるようにしている。
特公平７−６１６０６号公報

カムを用いた揺動機構では、揺動体および研磨皿の揺動軌跡がカム面の形状に応じて決まるので、この軌跡を越える揺動角度、あるいは異なる揺動軌跡に沿って研磨皿を揺動させるためには、カム交換を行う必要がある。このような研削装置は、同一形状の加工を大量に行う場合には適している。

しかしながら、小ロット、多品種の生産を行う場合には頻繁にカム交換を行わなければならないので、その段取り時間がロスとなって加工装置の運転効率が大きく低下する。また、各種の形状の曲面加工を行うためには、各形状に合わせた基準カムを用意しておく必要があるので、製造コストが高くなる。

本発明の課題は、上記問題点に鑑みて、カム交換などの部品交換作業を行うことなく、各種の曲面加工を行うことのできるレンズ加工装置を提案することにある。

本発明のレンズ加工装置は、
Ｘ軸方向に沿って、当該Ｘ軸に直交するＹ軸方向に一定の間隔を保持した状態で移動可能な第１Ｘ軸テーブルおよび第２Ｘ軸テーブルと、
前記第１Ｘ軸テーブルに、前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向に移動可能な状態で搭載されている第１Ｙ軸テーブルと、
前記第２Ｘ軸テーブルに、前記Ｙ軸方向に移動可能な状態で搭載されている第２Ｙ軸テーブルと、
前記第１Ｙ軸テーブルに対して前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向に延びる第１中心軸線回りに回転可能な状態で連結されている第１連結部、および、前記第２Ｙ軸テーブルに対して前記Ｚ軸方向に延びる第２中心軸線回りに回転可能な状態で連結されている第２連結部を備えたリンクテーブルと、
前記Ｚ軸に直交する方向に延びる状態で前記リンクテーブルに搭載されている工具スピンドルと、
この工具スピンドルの先端に同軸状に取り付けられている研削工具などの加工具と、
前記第１Ｘ軸テーブルを前記Ｘ軸方向に移動させるための第１駆動手段と、
前記第１Ｙ軸テーブルを前記Ｙ軸方向に移動させるための第２駆動手段と、
前記第２Ｘ軸テーブルおよび前記第２Ｙ軸テーブルの一方を、当該テーブルの移動可能な方向である前記Ｘ軸あるいは前記Ｙ軸の方向に移動させるための第３駆動手段とを有していることを特徴としている。

本発明のレンズ加工装置では、Ｘ軸テーブルおよびＹ軸テーブルが２組配置され、Ｙ軸テーブルがリンクテーブルで相互に連結されている。したがって、第１〜第３駆動手段を用いて、各組のＸ軸テーブルおよびＹ軸テーブルをＸ軸およびＹ軸方向に移動させることにより、リンクテーブル上の一点を、Ｘ軸およびＹ軸に平行な平面上において任意の曲線軌跡に沿って移動させることができる。すなわち、リンクテーブルに搭載されているＺ軸方向を向いている工具スピンドルに取り付けた加工具をＸ軸およびＹ軸に平行な平面上において任意の曲線に沿って移動させることができる。よって、カム機構を用いることなく、加工具を揺動させてレンズの球面加工などを行うことができる。また、各駆動手段による各組のＸ軸テーブルおよびＹ軸テーブルの移動量および移動タイミングを変更することにより、加工具の移動軌跡を変更することができる。例えば、ＮＣ制御方式により、レンズ面の最終形状に対応した移動軌跡を加工具が描くように設定あるいは変更することができ、カム機構を用いた揺動機構の場合のようなカム交換作業を行う必要がない。

ここで、工具スピンドルに取り付けた加工具を所定の角度範囲に亘って揺動運動を行わせるためには、前記工具スピンドルを、その回転中心線が、前記リンクテーブルにおける前記第１中心軸線および前記第２中心軸線を結ぶ線分の中点を通る当該線分の垂線に一致するように、前記リンクテーブルに搭載すればよい。

また、球面加工装置として用いる場合には、前記第１〜第３駆動手段を駆動制御して、前記工具スピンドルを、当該工具スピンドルの回転中心線の延長線上の点を揺動中心として揺動させる制御手段と、加工対象のレンズ素材を前記加工具に押し付けるためのレンズ保持具とを有し、このレンズ保持具の回転中心線上に前記揺動中心が位置するようにすればよい。

本発明のレンズ加工装置は、Ｘ軸テーブルおよびＹ軸テーブルを２組配置し、Ｙ軸テーブルをリンクテーブルにより相互に連結し、当該リンクテーブルに工具スピンドルを搭載した構成を採用し、３組の第１〜第３駆動手段を用いて、各テーブルを移動することにより、リンクテーブルに搭載されている工具スピンドルに取り付けた加工具を任意の移動軌跡に沿って移動できるようにしている。

したがって、本発明によれば、カム交換作業を行わずに加工具の移動軌道を変更することができる。また、Ｘ軸テーブルおよびＹ軸テーブルの位置制御のみで加工具の任意の曲線軌道を実現できるので、加工形状の変更に迅速かつ容易に対応できる。よって、運転効率の低下を招くことなく、小ロット、多品種生産を行うことのできるレンズ加工装置を実現することができる。

さらに、カム機構を用いる場合のような高分解能の歯車式減速機構なども不要となるので、装置構成を簡単かつ廉価にすることができる。

さらには、円錐面加工、非球面加工なども行うことができるので、カーブジェネレータとして用いることのできる汎用性の高いレンズ加工装置を実現することができる。

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。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した光学球面レンズ研削用の球面研削装置の主要部分を示す概略構成図である。球面研削装置１は、加工対象のレンズ素材Ｗを保持するためのレンズ保持具２を有しており、このレンズ保持具２は、垂直に配置されているレンズ軸３の下端に下向きに取り付けられている。レンズ軸３は回転自在の状態で昇降式のレンズ軸アーム４によって保持されている。

レンズ保持具２の下方には、当該レンズ保持具２に保持されているレンズ素材Ｗに球面研削加工を施すための研削工具５が上向き状態で配置されている。研削工具５は凹状の球面研削面５ａを備えており、この研削工具５は工具スピンドル６の上端に取り付けられている。工具スピンドル６は加工軸モータ７によって回転駆動される。また、工具スピンドル６は以下に述べる揺動機構１０によって、レンズ保持具２のレンズ回転中心線２ａの延長線上に位置する揺動中心を中心として所定の角度範囲を揺動するようになっている。また、揺動機構１０による工具スピンドル６の揺動運動、したがって、この先端に取り付けられている研削工具５の揺動運動は、ＮＣ制御盤５０によって制御されるようになっている。

（揺動機構）
揺動機構１０は、不図示の装置フレームの垂直面に、上下一対のＸ軸リニアガイド機構１１、１２を介してＸ軸方向にスライド可能に取り付けた第１Ｘ軸テーブル１３および第２Ｘ軸テーブル１４を備えている。Ｘ軸は本例では水平軸であり、第１および第２Ｘ軸テーブル１３、１４は左右に並列配置されている。第１、第２Ｘ軸テーブル１３、１４は同一形状とされており、一定厚さの上下方向に長い長方形の板である。Ｘ軸リニアガイド機構１１、１２は、ガイドレールと、このガイドレールに沿ってスライドするスライダを備えた公知のものである。

第１Ｘ軸テーブル１３の垂直表面１３ａには、垂直方向に延びるＹ軸リニアガイド機構１５を介して第１Ｙ軸テーブル１６がＹ軸方向にスライド可能に取り付けられている。同様に、第２Ｘ軸テーブル１４の垂直表面１４ａにも、垂直方向に延びるＹ軸リニアガイド機構１７を介して第２Ｙ軸テーブル１８がＹ軸方向にスライド可能に取り付けられている。第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８は同一形状であり、一定厚さの上下方向に長い長方形の板である。Ｙ軸リニアガイド機構１５、１７も公知の機構のものを用いることができる。

これら第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８は相互にリンクテーブル１９によって連結されている。リンクテーブル１９は略五角形をした一定厚さの板であり、その対称軸を挟み両側の対称な位置において、それぞれ、第１リンク軸２３および第２リンク軸２４を介して第１Ｙ軸テーブル１６および第２Ｙ軸テーブル１８に連結されている。第１、第２リンク軸２３、２４は第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８の各垂直表面１６ａ、１８ａに垂直に固定されており、それらの軸端は、ベアリング２５、２６を介して、リンクテーブル１９に回転自在の状態で連結されている。第１リンク軸２３および第２リンク軸２４の中心軸線２３ａ、２４ａは、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸方向に延びている。したがって、第１リンク軸２３、ベアリング２５からなる第１連結部２３Ａおよび第２リンク軸２４、ベアリング２６からなる第２連結部２４Ａを介して、リンクテーブル１９は、中心軸線２３ａ、２４ａ回りに回転自在の状態で、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８に連結されている。

リンクテーブル１９の垂直表面１９ａには、スピンドル保持ケース２７が取り付けられており、工具スピンドル６は回転自在の状態でスピンドル保持ケース２７によって保持されている。また、加工軸モータ７はスピンドル保持ケース２７の側面に取り付けられている。本例では、工具スピンドル６は、その回転中心線６ａが、第１連結部２３Ａの中心軸線２３ａおよび第２連結部２４Ａの中心軸線２４ａを結ぶ線分Ｌの中点Ｏを通る当該線分の垂線に一致するように、取り付けられている。

ここで、第１、第２Ｘ軸テーブル１３、１４のＸ軸リニアガイド機構１１、１２には、第２Ｘ軸テーブル１４をＸ軸方向に移動させるための単一のＸ軸モータ３１が備わっている。これに対して、第１Ｙ軸テーブル１６および第２Ｙ軸テーブル１８のＹ軸リニアガイド１５、１７には、それぞれを個別にＹ軸方向に移動させるためのＹ軸モータ３２、３３が備わっている。

また、図１は揺動機構１０の中立状態での位置を示してある。中立状態においては、左右の第１、第２Ｘ軸テーブル１３、１４が、垂直なレンズ回転中心線２ａを挟み一定の間隔で左右対称の位置に配置されている。また、左右の第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８は同一高さ位置に配置されており、これらを連結しているリンクテーブル１９に搭載されている工具スピンドル６の回転中心線６ａは垂直に延びており（Ｙ軸方向に延びており）、レンズ回転中心線２ａに一致している。

以下に説明するように、ＮＣ制御盤５０によってＸ軸モータ３１、Ｙ軸モータ３２、３３を駆動して、第２Ｘ軸テーブル１４をＸ軸方向に移動させ、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８を個別にＹ方向に移動させることにより、工具スピンドル６を揺動中心を中心として揺動運動させることができ、これにより、工具スピンドル６の上端に取り付けた研削工具５の球面研削面５ａを揺動運動させ、レンズ素材Ｗに球面研削加工を施すことができる。

（揺動機構の動作）
図２および図３は、揺動機構１０により研削工具５をＸ軸およびＹ軸に平行な垂直面上を揺動運動させる場合の説明図である。

まず、図２を参照して説明すると、Ｐ０及びＰ２はリンクテーブル１９の第２リンク軸２４の中心軸線２４ａおよび第１リンク軸２３の中心軸線２３ａの位置を示す点である。符号Ｔは、これらの点Ｐ０、Ｐ２の揺動軌跡である。この揺動軌跡Ｔの揺動中心はＰであり、その揺動半径はＲである。先に述べたように、工具スピンドル６の回転中心線６ａは、Ｐ０とＰ２を結ぶ線分Ｌに直交し、また、この線分Ｌの中点Ｏを通る直線ＯＰに一致する。２Ａは中心軸線２３ａ、２４ａ間の距離であり、直線ＯＰの長さＢ、すなわち揺動中心Ｐの位置は、加工曲面の形状に応じて設定される。

リンクテーブル１９を、リンク軸２４、２３の位置がＰ０、Ｐ２の位置にある状態から揺動中心Ｐを中心として角度δだけ回転させると、リンク軸２４、２５はＰ１とＰ３に移動する。このように、Ｐを中心とする半径Ｒの揺動軌跡Ｔ上をリンク軸２４、２３が動くようにリンクテーブル１９を移動させることにより、従来用いていた半径Ｒの円弧状のカム面を有する基準カムを用いた研削装置において、カム面上にリンクテーブル１９と同一形状の揺動部材を設置し、リンク軸２４、２３と同一の位置に取り付けられた２つのカムフォロアーをカム面に沿って移動させる場合と同一の動きをリンクテーブル１９に行わせることができる。

ここで、図３を参照して説明すると、リンクテーブル１９を揺動中心Ｐを中心として角度δだけ回転させた場合のリンク軸２４、２３の移動量は、ＸＹ座標を角度δだけ回転させたｘ´ｙ´座標への座標変換に相当する。変換後のｘ´ｙ´座標は、以下の（１）、（２）式で示す通りである。
ｘ´＝ｘｃｏｓδ＋ｙｓｉｎδ・・・・（１）
ｙ´＝−ｘｓｉｎδ＋ｙｃｏｓδ・・・（２）

これらの式に図２に示す変数を当てはめると、Ｐ１の座標（ｘ１，ｙ１）は、以下の（３）、（４）式で示す通りとなる。
ｘ１＝Ａｃｏｓδ−Ｂｓｉｎδ・・・・（３）
ｙ１＝−Ａｓｉｎδ−Ｂｃｏｓδ・・・（４）

同様に、Ｐ３の座標（ｘ２、ｙ２）は、以下の（５）、（６）式で示す通りとなる。
ｘ２＝−Ａｃｏｓδ−Ｂｓｉｎδ・・・（５）
ｙ２＝Ａｓｉｎδ−Ｂｃｏｓδ・・・・（６）

従って、リンク軸２４、２３をＰ０とＰ２からＰ１とＰ３に移動させるようにリンクテーブル１９を揺動させた場合のリンク軸２４のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動量（Δｘ１，Δｙ１）は、以下の（７）、（８）式で示す通りとなる。
Δｘ１＝−Ａ＋Ａｃｏｓδ−Ｂｓｉｎδ・・・（７）
Δｙ１＝Ｂ−Ａｓｉｎδ−Ｂｃｏｓδ・・・・（８）

同様に、リンク軸２３のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動量（Δｘ２，Δｙ２）は、以下の（９）、（１０）式で示す通りとなる。
Δｘ２＝−Ａ＋Ａｃｏｓδ−Ｂｓｉｎδ・・・（９）
Δｙ２＝Ｂ−Ａｓｉｎδ−Ｂｃｏｓδ・・・・（１０）

ここで、リンク軸２４、２３にはそれぞれ第２Ｙ軸テーブル１８、第１Ｙ軸テーブル１６が連結されている。リンクテーブル１９の揺動中心Ｐを中心とする回転を第２、第１Ｙ軸テーブル１８、１６の駆動制御に基づいて行う場合には、まず、第２Ｙ軸テーブル１８の側のリンク軸２４をＰ０からＰ１へ移動させることになるが、これは、第２Ｙ軸テーブル１８をＸ軸およびＹ軸方向にＸ軸モータ３１、Ｙ軸モータ３３により移動させることにより実現できる。一方、第１Ｙ軸テーブル１６の側のリンク軸２３をＰ２からＰ３に移動させるためには、Ｙ軸モータ３２によって、第１Ｙ軸テーブル１６をＹ軸方向に移動させ、リンク軸２３の中心のＹ座標を（６）式で示すｙ２に一致させる。当該リンク軸２３の中心のＸ座標は、第１Ｘ軸テーブル１３の従動により決まる。

リンク軸２３の中心のＸ座標が従動により決まる点についてより詳しく説明する。まず、第１Ｙ軸テーブル１６のリンク軸２３の中心のＹ座標をｙ２に移動させたとき、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８のＹ軸方向の距離（リンク軸２４、２３のＹ軸方向の距離Ｄ）については、上記（４）、（６）式に基づき、以下の（１１）、（１２）式で示す関係が成り立つ。

Ｄ＝Ａｓｉｎδ−Ｂｃｏｓδ−（−Ａｓｉｎδ−Ｂｃｏｓδ）・・・（１１）
ｓｉｎδ＝Ｄ／２Ａ・・・（１２）

ここで、図２及び（１２）式を参照すると、距離２Ａはリンク軸２４、２３間の距離であって既定値である。また、第１Ｙ軸テーブル１６の座標をｙ２に移動させたことにより、リンク軸２４、２３を結ぶ線分Ｌを角度δだけ回転させたことになる。このことにより、第２、第１Ｙ軸テーブル１８、１６のＸ軸方向の距離（リンク軸２４、２３のＸ軸方向の距離Ｃ）については、以下の（１３）式で示す関係が成り立つ。すなわち、第１Ｙ軸テーブル１６のＸ座標が一意に定まっている。なお、この（１３）式の値は、上記（３）式、（５）式を用いて算出した場合のＣの値と一致する。
Ｃ＝２Ａｃｏｓδ・・・（１３）

このように、第１Ｙ軸テーブル１６については、Ｙ軸方向にのみ独立駆動すればよく、Ｘ軸方向の座標については、他の座標や部材寸法等に基づいて一意に定まる。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、１台のＸ軸モータ３１と、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８を独立して移動させる２台のＹ軸モータ３２、３３を備えている。この代わりに、第１、第２Ｘ軸テーブル１３、１４を独立して移動させる２台のＸ軸テーブルと、第１、第２Ｙ軸テーブル１６、１８の一方を移動させる１台のＹ軸テーブルを配置してもよい。

上記の実施の形態は、本発明をレンズ球面加工装置に適用したものである。本発明は、球面以外の曲面加工を行うためのレンズ加工装置にも適用できる。例えば、加工具を円錐面に沿うように移動させることにより、レンズ素材Ｗに円錐面加工を施すことができる。また、カーブジェネレータと同様に、非球面加工を施すことも可能である。

本発明を適用したレンズ研削装置の概略構成図である。 図１のレンズ研削装置の揺動機構の動作を示す説明図である。 図１の揺動機構の動作を示す説明図である。

符号の説明

１ 球面研削装置
２ レンズ保持具
２ａ レンズ回転中心線
３ レンズ軸
４ レンズ軸アーム
５ 研削工具
６ 工具スピンドル
６ａ 回転中心線
７ 加工軸モータ
１０ 揺動機構
１１、１２ Ｘ軸リニアガイド機構
１３ 第１Ｘ軸テーブル
１４ 第２Ｘ軸テーブル
１５、１７ Ｙ軸リニアガイド機構
１６ 第１Ｙ軸テーブル
１８ 第２Ｙ軸テーブル
１９ リンクテーブル
２３ 第１リンク軸
２４ 第２リンク軸
２３Ａ 第１連結部
２４Ａ 第２連結部
２３ａ、２４ａ 中心軸線
２５、２６ ベアリング
２７ スピンドル保持ケース
３１ Ｘ軸モータ
３２、３３ Ｙ軸モータ
５０ ＮＣ制御盤
Ｐ 揺動中心
Ｗ レンズ素材

Claims (3)

1. Ｘ軸方向に移動可能な第１Ｘ軸テーブルおよび第２Ｘ軸テーブルと、
   前記第１Ｘ軸テーブルに、前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向に移動可能な状態で搭載されている第１Ｙ軸テーブルと、
   前記第２Ｘ軸テーブルに、前記Ｙ軸方向に移動可能な状態で搭載されている第２Ｙ軸テーブルと、
   前記第１Ｙ軸テーブルに対して前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向に延びる第１中心軸線回りに回転可能な状態で連結されている第１連結部、および、前記第２Ｙ軸テーブルに対して前記Ｚ軸方向に延びる第２中心軸線回りに回転可能な状態で連結されている第２連結部を備えたリンクテーブルと、
   前記Ｚ軸に直交する方向に延びる状態で前記リンクテーブルに搭載されている工具スピンドルと、
   この工具スピンドルの先端に同軸状に取り付けられている研削工具などの加工具と、
   前記第１Ｘ軸テーブルを前記Ｘ軸方向に移動させるための第１駆動手段と、
   前記第１Ｙ軸テーブルを前記Ｙ軸方向に移動させるための第２駆動手段と、
   前記第２Ｘ軸テーブルおよび前記第２Ｙ軸テーブルの一方を、当該テーブルの移動可能な方向である前記Ｘ軸あるいは前記Ｙ軸の方向に移動させるための第３駆動手段とを有していることを特徴とするレンズ加工装置。
2. 請求項１に記載のレンズ加工装置において、
   前記工具スピンドルの回転中心線は、前記リンクテーブルにおける前記第１中心軸線および前記第２中心軸線を結ぶ線分の中点を通る当該線分の垂線に一致していることを特徴とするレンズ加工装置。
3. 請求項２に記載のレンズ加工装置において、
   前記第１〜第３駆動手段を駆動制御して、前記工具スピンドルを、当該工具スピンドルの回転中心線の延長線上の点を揺動中心として揺動させる制御手段と、
   加工対象のレンズ素材を前記加工具に押し付けるためのレンズ保持具とを有しており、
   このレンズ保持具の回転中心線上に前記揺動中心が位置していることを特徴とするレンズ加工装置。

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