JP2009178834A - レンズ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム機構を利用することなく各種の加工方式によりレンズ表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１の移動機構１０では、第２駆動機構５０によってＸ軸方向に移動可能な第１支軸４１が支持部材３１に回転可能な状態に連結され、第３駆動機構６０によってＸ軸方向に個別に移動可能な第２支軸４２が支持部材３１に対して回転可能、且つ、第１支軸４１に対して接近および離れる方向に移動可能に連結されている。第１、２支軸をＸ軸方向に個別に移動させると、支持部材がＹ軸に平行な軸線回りに旋回し、ここに搭載されている第１駆動機構３０も一緒に旋回し、第１駆動機構に搭載されているレンズ加工具８がレンズホルダ７の中心軸線（Ｚ軸）に対して傾斜する。第１、第２、第３駆動機構によってレンズ加工具を各種に移動軌跡に沿って移動させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はレンズの表面を加工するレンズ加工装置に関するものである。

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、遊星揺動式等の各種の方法が知られている。従来は、レンズの形状、材質等に応じて、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応じた専用のレンズ加工装置を用いてレンズ表面の加工が行われている。特許文献１には、カムとカムローラとを利用した習いカム式でレンズ表面を加工する球心揺動式の加工方法が提案されている。
特開２００４−１７１６６号公報

従来では、各種の加工方法のうちの最適な加工方法を選択し、選択された加工方法に応じた専用のレンズ加工装置を用いてレンズ表面の加工を行っているので、レンズの形状等に応じて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。従って、多額の設備費や、多くの設置スペースが必要であり、経済性に欠けるという問題がある。

また、従来の球心揺動式のレンズ加工装置は、上述の習いカム式の他に、支点支持式のものがあるが、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。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ため、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等が生じるとカムローラがバウンドするため、レンズ加工具の軌道精度を維持できない。よって、定期的なカムの点検、整備、交換等を行う必要があり、維持管理に多大な費用および時間を要する。さらに、加工されるレンズの曲面に合わせて、多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する。これに加えて、使用されているカムは、大型であり、重量が大きいため、カム交換が容易でない。また、カム交換時には、カムの落下等の危険があるため、カム交換用の特別な装置も必要である。さらに、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もある。

さらに、支点支持式および習いカム式のいずれにおいても、加工されるレンズの曲面に応じて、加工具の刃先位置を高精度に調整する必要がある。そのため、調整に特殊技術が必要であり、また、多くの調整時間も必要となる。

本発明の課題は、レンズの加工を行うレンズ加工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。

上記の課題を解決するため、本発明のレンズ加工装置は次の構成を備えたことを特徴としている。なお、カッコ内の符号は後述の実施の形態におけるものであり、理解を容易にするために付したものであり、本発明を実施の形態に限定することを意図したものではない。

すなわち、本発明のレンズ加工装置（１）は、
Ｚ軸方向に中心軸線（２ａ）が延びる状態に配置したレンズホルダ（７）と、
前記レンズホルダ（７）に保持されるレンズ（６）を加工するためのレンズ加工具（８）と、
前記レンズホルダ（７）の中心軸線（２ａ）に平行な平面内に前記レンズ加工具（８）の回転中心軸線（３ａ）が位置する状態で、前記レンズ加工具（８）を移動させるための移動機構（１０）とを有し、
前記移動機構（１０）は、
前記レンズ加工具（８）を当該レンズ加工具（８）の回転中心軸線（３ａ）の方向に直線往復移動させる第１駆動機構（３０）と、
前記第１駆動機構（３０）を支持している支持部材（３１）と、
前記平面に直交するＹ軸に平行な第１軸線（４１ａ）を中心として回転可能な状態で、前記支持部材（３１）に連結されている第１支軸（４１）と、
前記支持部材（３１）における前記第１支軸（４１）からＺ軸の方向に離れた位置において、前記第１支軸（４１）に接近および離れる方向に直線往復移動可能であると共に、Ｙ軸に平行な第２軸線（４２ａ）を中心として回転可能な状態で、前記支持部材（３１）に連結されている第２支軸（４２）と、
前記第１支軸（４１）を、Ｙ軸およびＺ軸に直交するＸ軸の方向に直線往復移動させる第２駆動機構（５０）と、
前記第２支軸（４２）をＸ軸の方向に直線往復移動させる第３駆動機構（６０）とを備えていることを特徴としている。

本発明のレンズ加工装置の移動機構では、第２駆動機構によってＸ軸方向に移動可能な第１支軸は支持部材に回転可能な状態に連結されており、第３駆動機構によってＸ軸方向に個別に移動可能な第２支軸は支持部材に対して回転可能であると共に第１支軸に対して接近および離れる方向に移動可能な状態で連結されている。したがって、第１支軸および第２支軸をＸ軸方向に個別に移動させると、これに伴って支持部材がＹ軸に平行な軸線回りに旋回し、支持部材に搭載されている第１駆動機構も一緒に旋回する。この結果、第１駆動機構に搭載されているレンズ加工具の回転中心軸線がレンズホルダの中心軸線（Ｚ軸）に対して傾斜した状態になる。したがって、第１駆動機構によってレンズ加工具をその回転中心軸線の方向に移動させる動作と、第２および第３駆動機構によってレンズ加工具の向きを変更する動作とを連動させることにより、レンズ加工具を各種の移動軌跡に沿って移動させることができる。

例えば、前記移動機構を、前記レンズホルダの中心軸線上の点を中心として前記レンズ加工具を揺動させる揺動機構として用いることができ、球心揺動式に対応するレンズ加工を実現できる。また、第１〜第３駆動機構を個別に制御してレンズ加工具を所定の位置に移動して固定することで、従来の斜軸方式に対応する加工方法によるレンズ表面加工を行うことができる。よって、多種の加工方式による加工を、１台のレンズ加工装置で行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。

また、本発明の移動機構では、直線往復移動を行わせる第１〜第３駆動機構を用いてレンズ加工具の揺動運動などを実現している。このような駆動機構は、リニアガイド、テーブルなどを備えた剛性の高い機構によって構成することができるので、レンズ加工具の移動軌跡を長時間、高精度に維持することが可能になる。よって、習いカム式等の球心揺動式における精度維持の問題を解消できる。

さらに、本発明の移動機構はカム機構を使用していないので、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。

ここで、本発明のレンズ加工装置の移動機構は、前記レンズ加工具をＹ軸方向に直線往復移動させる第４駆動機構を備え、前記第４駆動機構が前記第１駆動機構に搭載されていることが望ましい。第４駆動機構によってレンズ加工治具をＹ軸の方向における任意の位置に位置決めし、この位置において第１〜第３駆動機構によってレンズ加工具をその回転中心軸線に平行な平面上において揺動などの任意の運動をさせることができる。よって、従来のオスカー式に対応する加工方法によるレンズ表面の加工を行うことができる。

本発明のレンズ加工装置では、レンズの加工を行うレンズ加工具をカム機構を利用することなく、多様な軌跡に沿って移動させることが可能となる。したがって、従来において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台に集約できるので、設備投資、設置スペース、遊休機械を削減できる。

また、カム交換等の加工準備に要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。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等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。

さらには、第１〜第４駆動機構はガイドやテーブル等を有する剛性の高い直線往復運動を行う機構であるので、振動が発生しないようにレンズ加工具を移動させることができる。従って、レンズ加工具の移動軌跡を長時間精度良く保持でき、信頼性の高い加工を実現できる。

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。

図１は本実施の形態にかかるレンズ加工装置の主要部の概略構成を示す斜視図である。レンズ加工装置１は、上軸ユニット２と、上軸ユニット２の下方に配置された下軸ユニット３と、レンズ加工装置１の各種の制御を行うマイクロコンピュータ等からなる制御部４とを有している。上軸ユニット２は、表面加工用のレンズ６を保持するためのレンズホルダ７を備え、下軸ユニット３は、レンズホルダ７に保持されるレンズ６を加工するためのレンズ加工具８を備えている。

上軸ユニット２は、レンズホルダ７が下端に着脱可能に取り付けられるホルダ軸７ａと、ホルダ軸７ａを回転自在の状態で支持している支持スリーブ１１と、支持スリーブ１１が固定され上下方向に移動可能な移動ブロック１２と、移動ブロック１２を上下方向へ案内するガイドレール１３とを備えている。移動ブロック１２は、ガイドレール１３に沿って、送りねじ１５によって移動する。送りねじ１５はサーボモータ１６によって回転駆動される。ホルダ軸７ａは、スプリング１７によって下方に付勢されており、調整ボルト１８によってスプリング１７の加圧力を調整できるようになっている。スプリング１７に代えて、重りや、空圧シリンダあるいは油圧シリンダによってホルダ軸７ａを下方向へ付勢しても良い。

レンズホルダ７は、レンズ６の加工面が下側を向くようにレンズ６を保持している。たとえば、レンズホルダ７は、図示を省略するチャックによってあるいは真空引きでレンズ６を保持している。但し、レンズ加工中は、チャックまたは真空引きは開放状態に切り替えることが可能である。開放状態での加工においては、レンズ６はレンズ加工具８に連れ回りしながら加工が施される。また、レンズホルダ７は、図示を省略するモータによって回転可能となっている。本例では、ホルダ軸７ａは垂直に配置されており、その下端に取り付けられているレンズホルダ７の中心軸線２ａは垂直方向（Ｚ軸の方向）に延びている。

下軸ユニット３は、レンズホルダ７に保持されるレンズ６を加工するためのレンズ加工具８と、レンズ加工具８をその回転中心軸線３ａ回りに回転駆動するための回転駆動機構９と、レンズ加工具８をレンズホルダ７に対して移動させるための移動機構１０とを備えている。レンズ加工具８は、スピンドル軸２１の上端に上向き状態に取り付けられており、スピンドル軸２１は保持ブロック２２によって回転自在の状態で支持されている。保持ブロック２２にはスピンドル軸２１を回転駆動させるためのスピンドルモータ２３が搭載されている。これらスピンドル軸２１、保持ブロック２２およびスピンドルモータ２３によって回転駆動機構９が構成されている。

レンズ加工具８の移動機構１０は、初期状態においては、図１に示すように、下軸ユニット３のスピンドル軸２１の回転中心軸線３ａが上軸ユニット２のレンズホルダ７の中心軸線２ａに一致した位置にレンズ加工具８を保持している。移動機構１０は、位置調整ねじ２５（第４駆動機構）および第１〜３駆動機構３０、５０、６０を備えている。

詳細に説明すると、移動機構１０は、レンズ加工具８の保持ブロック１２を、水平なＹ軸方向に往復直線移動可能な状態に支持しているブロック支持板２４を備えている。保持ブロック２２のブロック支持板２３に対するＹ軸方向の位置は位置調整ねじ２５（第４駆動機構）によって調整可能となっている。位置調整ねじ２５の代わりに、保持ブロック２２をＹ軸方向に往復直線移動させるためのモータ、送りねじ、およびリニアガイドを備えた駆動機構を搭載してもよい。

保持ブロック２２を支持しているブロック支持板２４は第１駆動機構３０に搭載されている。第１駆動機構３０は、垂直な姿勢に配置した支持板３１に搭載されており、この支持板３１の表面において一定の間隔で平行に配置されているガイドレール３２ａ、３２ｂと、これらのガイドレール３２ａ、３２ｂに沿ってスライド可能なスライド板３３と、スライド板３３をスライドさせるための送りねじ３４と、送りねじ３４を回転駆動するサーボモータ３５とを備えている。スライド板３３の表面にはブロック支持板２４が搭載されており、当該スライド板３３の移動方向は、レンズ加工具８の回転中心軸線３ａの方向に一致する方向とされている。

第１駆動機構３０の支持板３１の裏面には第１支軸４１および第２支軸４２が連結されている。第１支軸４１は、回転中心軸線３ａを含む平面に直交する方向、すなわち、Ｙ軸に平行な方向に延びる第１軸線４１ａを中心として回転可能な状態で支持板３１の裏面の上端側の部位に連結されている。第２支軸４２は、支持板３１の裏面における第１支軸４１から下方（Ｚ軸の方向）に離れた位置において、当該支持板３１の裏面に取り付けたスライド機構４３によって、第１支軸４１に接近および離れる方向にスライド可能な状態で支持されている。また、当該第２支軸４２は、Ｙ軸に平行な第２軸線４２ａを中心として回転可能な状態でスライド機構４３に取り付けられている。

次に、第１支軸４１は第２駆動機構５０に搭載されており、当該第２駆動機構５０によって、Ｙ軸およびＺ軸に直交するＸ軸の方向に直線往復移動可能となっている。第２駆動機構５０は、第１支軸４１が固定されているスライド板５１と、このスライド板５１をＸ軸方向にガイドするガイドレール５２と、ガイドレール５２に沿ってスライド板５１を移動させるための送りねじ５３と、送りねじ５３を回転駆動するためのサーボモータ５４とを備えている。同様に、第２支軸４２は第３駆動機構６０に搭載されており、当該第３駆動機構６０によって、Ｘ軸方向に直線往復移動可能となっている。第３駆動機構６０は、第２支軸４２が固定されているスライド板６１と、このスライド板６１をＸ軸方向にガイドするためのガイドレール６２と、このガイドレール６２に沿ってスライド板６１を移動させるための送りねじ６３と、送りねじ６３を回転駆動するためのサーボモータ６４とを備えている。なお、ガイドレール５２、６２は、不図示のレンズ加工装置１の架台に固定されている。

次に、制御部４は、上軸ユニット２のサーボモータ１６、回転駆動機構９のスピンドルモータ２３、第１〜第３駆動機構３０、５０、６０のサーボモータ３５、５４、６４を駆動制御する。サーボモータ３５、５４、６４を個別に駆動制御することにより、レンズ加工具８を所定の移動軌跡に沿って移動させ、レンズホルダ７に保持されているレンズ６の表面に加工を施すことができる。

（レンズ加工具の動作例）
図２はレンズ加工装置１の移動機構１０によりレンズ加工具を球心揺動作させた場合の例を示す説明図である。すなわち、レンズ加工具８を、レンズホルダ７の中心軸線２ａ上に位置している加工半径中心Ｏを中心として、当該中心軸線２ａを含む平面内にレンズ加工具８の回転中心軸線３ａが位置する状態で、レンズ加工具８を左右に揺動運動させた場合の例である。図において、支点Ａは第１支軸４１の中心であり、支点Ｂは第２支軸４２の中心である。

球心揺動式の加工を行う場合には、レンズ６の加工半径をＲ、加工半径中心Ｏと支点Ａとの距離をＬＯ、加工半径中心Ｏから支点Ｂまでの距離と加工半径Ｒとの差をＬＴ、Ｚ軸に対するレンズ加工具８の回転中心軸線３ａの傾きをθとすると、支点Ａの移動量ΔＸＡおよび支点Ｂの移動量ΔＸＢは以下のように設定される。
ΔＸＡ＝ＬＯｔａｎθ
ΔＸＢ＝（Ｒ＋ＬＴ）ｔａｎθ

また、支点Ａ、支点Ｂが移動すると、図２に示すように加工半径Ｒに対して誤差ΔＺが生じるため、第１駆動機構３０による回転中心軸線３ａの方向の移動量ΔＺが以下のように設定される。
ΔＺ＝（ＬＯ／ｃｏｓθ）−ＬＯ

なお、角度θが０°のときが、レンズホルダ７の中心軸線２ａと、レンズ加工具８の回転中心軸線３ａとが一致している初期位置である。

レンズ６の加工時には、制御部４は、所定の値まで角度θを微細に変化させながら、ΔＸＡ、ΔＸＢおよびΔＺを計算する。また、計算されたΔＸＡ、ΔＸＢおよびΔＺに基づいて、制御部４は、サーボモータ３５、５４、６４を同期させて制御する。この制御部４での計算と制御によって、レンズ加工装置１の移動機構１０は、加工半径中心Ｏを中心とするレンズ加工具８の揺動運動を行って、球心揺動式のレンズ６の加工を実現する。

ここで、第１駆動機構３０によるＺ軸方向の移動可能範囲が加工半径Ｒの範囲内である場合には、支点Ａを固定し、支点Ｂのみを移動させて角度θを与え、かつ、第１駆動機構３０によりＺ軸方向のレンズ加工具８の位置を調整することにより、球心揺動式のレンズ６の加工を実現することもできる。

なお、サーボモータを駆動させずに、所定の位置および角度にレンズ加工具８を固定して、上軸ユニット２を上下動させてレンズ６の加工を行えば斜軸式のレンズ６の加工を実現できる。

（その他の実施の形態）
第４駆動機構として、Ｙ軸方向の位置調整ねじ２５の代わりに、送りねじとサーボモータからなるＹ軸駆動機構を用いた場合には、第１〜第４駆動機構によりレンズ加工具８の移動位置を制御することにより、遊星方式によるレンズ加工方法を実現できる。また、第４駆動機構を用いたレンズ加工具８のＹ軸方向の移動と、第２、３駆動機構を用いたレンズ加工具８のＸ軸方向の移動とを組み合わせて、オスカー式のレンズ加工方法を実現できる。さらに、ΔＸＡ、ΔＸＢおよびΔＺの計算式を変更することで、球面レンズだけでなく、非球面レンズ等の多重曲面の加工も可能になる。

本発明を適用したレンズ加工装置の主要部の概略構成を示す斜視図である。 図１のレンズ加工装置のレンズ加工具を球芯揺動させた場合の動作例を示す説明図である。

符号の説明

１ レンズ加工装置
２ 上軸ユニット
２ａ 中心軸線
３ 下軸ユニット
３ａ 回転中心軸線
４ 制御部
６ レンズ
７ レンズホルダ
７ａ ホルダ軸
８ レンズ加工具
９ 回転駆動機構
１０ 移動機構
２１ スピンドル軸
２２ 保持ブロック
２３ スピンドルモータ
２４ ブロック支持板
２５ 位置調整ねじ
３０ 第１駆動機構
３１ 支持板
３２ａ、３２ｂ ガイドレール
３３ スライド板
３４ 送りねじ
３５ サーボモータ
４１ 第１支軸
４１ａ 第１軸線
４２ 第２支軸
４２ａ 第２軸線
４３ スライド機構
５０ 第２駆動機構
５１ スライド板
５２ ガイドレール
５３ 送りねじ
５４ サーボモータ
６０ 第３駆動機構
６１ スライド板
６２ ガイドレース
６３ 送りねじ
６４ サーボモータ

Claims (3)

1. Ｚ軸方向に中心軸線（２ａ）が延びる状態に配置したレンズホルダ（７）と、
   前記レンズホルダ（７）に保持されるレンズ（６）を加工するためのレンズ加工具（８）と、
   前記レンズホルダ（７）の中心軸線（２ａ）に平行な平面内に前記レンズ加工具（８）の回転中心軸線（３ａ）が位置する状態で、前記レンズ加工具（８）を移動させるための移動機構（１０）とを有し、
   前記移動機構（１０）は、
   前記レンズ加工具（８）を当該レンズ加工具（８）の回転中心軸線（３ａ）の方向に直線往復移動させる第１駆動機構（３０）と、
   前記第１駆動機構（３０）を支持している支持部材（３１）と、
   前記平面に直交するＹ軸に平行な第１軸線（４１ａ）を中心として回転可能な状態で、前記支持部材（３１）に連結されている第１支軸（４１）と、
   前記支持部材（３１）における前記第１支軸（４１）からＺ軸の方向に離れた位置において、前記第１支軸（４１）に接近および離れる方向に直線往復移動可能であると共に、Ｙ軸に平行な第２軸線（４２ａ）を中心として回転可能な状態で、前記支持部材（３１）に連結されている第２支軸（４２）と、
   前記第１支軸（４１）を、Ｙ軸およびＺ軸に直交するＸ軸の方向に直線往復移動させる第２駆動機構（５０）と、
   前記第２支軸（４２）をＸ軸の方向に直線往復移動させる第３駆動機構（６０）とを備えていることを特徴とするレンズ加工装置（１）。
2. 請求項１に記載のレンズ加工装置（１）において、
   前記移動機構（１０）は、前記レンズホルダ（７）の中心軸線（２ａ）上の点（Ｏ）を中心として前記レンズ加工具（８）を揺動させる揺動機構であることを特徴とするレンズ加工装置（１）。
3. 請求項１に記載のレンズ加工装置（１）において、
   前記移動機構（１０）は、前記レンズ加工具（８）をＹ軸方向に直線往復移動させる第４駆動機構（２５）を備えており、
   前記第４駆動機構（２５）は前記第１駆動機構（３０）に搭載されていることを特徴とするレンズ加工装置（１）。

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