JP2019000957A - Lens polishing device and lens polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレンズ研磨装置およびレンズ研磨方法に関し、特に、曲率半径が5mm以下などの小曲率の小径レンズのレンズ球面の加工に適した小曲率・小径レンズ研磨装置およびレンズ研磨方法に関する。 The present invention relates to a lens polishing apparatus and a lens polishing method, and more particularly to a small curvature / small diameter lens polishing apparatus and a lens polishing method suitable for processing a lens spherical surface of a small diameter small diameter lens having a curvature radius of 5 mm or less.
レンズ研磨装置としては、例えば、レンズ加工皿を、被加工レンズに押圧した状態で球心揺動させて、レンズ球面を研磨する球心揺動式のレンズ球面研磨装置が知られている。このようなレンズ研磨装置では、直線案内機構によって直線案内される押圧機構の押圧シャフトを用いて、被加工レンズを保持したレンズホルダをレンズ加工皿に押圧している。 As a lens polishing apparatus, for example, a spherically oscillating lens spherical surface polishing apparatus is known in which a lens processing dish is swayed in a spherical state while pressed against a lens to be processed to polish a lens spherical surface. In such a lens polishing apparatus, the lens holder holding the lens to be processed is pressed against the lens processing dish using the pressing shaft of the pressing mechanism linearly guided by the linear guiding mechanism.
図3は、レンズ研磨装置における押圧シャフトを直線案内する直線案内機構を示す説明図である。この図に示すように、直線案内機構100は、円筒状のシャフトホルダ101を備え、この内部に、押圧機構の押圧シャフト102が同軸状態で貫通している。シャフトホルダ101の上下端の内周面には、円筒状のブッシュ103、104によって形成される滑り軸受が配置されている。押圧シャフト102は、滑り軸受によって、中心軸線102aに沿った上下方向に、スライド可能に支持されている。押圧シャフト102の下端部には、同軸状態で、レンズホルダ105のホルダシャフト106が回転可能な状態で取り付けられている。このような滑り機構からなる直線案内機構を備えた下軸球心揺動型研磨機は、例えば、本願出願人によって特許文献1において提案されている。
FIG. 3 is an explanatory view showing a linear guide mechanism for linearly guiding the pressing shaft in the lens polishing apparatus. As shown in this figure, the
近年、携帯用通信端末や車載用カメラなどのレンズとして、益々、小曲率・小径の球面レンズが要求されている。しかしながら、小曲率・小径のレンズの球面加工を精度よく行うことは、以下のような理由により、困難である。 In recent years, spherical lenses having a small curvature and a small diameter are increasingly required as lenses for portable communication terminals and in-vehicle cameras. However, it is difficult to accurately process the spherical surface of a small curvature / small diameter lens for the following reason.
まず、レンズ研磨用の加工皿のレンズ加工面も、被加工レンズに応じて小曲率の面となる。一般的にレンズ研磨に用いられる研磨用ウレタンパッドは、小曲率のレンズ加工面(レンズ研磨面)に貼り付けることが困難であり、適当な研磨工具が無い。 First, the lens processing surface of the processing dish for lens polishing also has a small curvature according to the lens to be processed. In general, a polishing urethane pad used for lens polishing is difficult to affix to a lens processing surface (lens polishing surface) with a small curvature, and there is no appropriate polishing tool.
このため、ウレタンパッドを用いずに、固形砥粒などを用いた砥面を備えた加工皿を用いる必要がある。しかし、固定砥粒は摩耗しやすいので、加工時における加工皿に対する被加工レンズの押圧力を小さくし、押圧のロストモーションを減らす必要がある。 For this reason, it is necessary to use the processing dish provided with the abrasive surface using a solid abrasive grain etc., without using a urethane pad. However, since fixed abrasive grains are easily worn, it is necessary to reduce the pressing force of the lens to be processed against the processing plate during processing and to reduce the lost motion of the pressing.
しかしながら、従来のレンズ球面研磨装置、例えば、下軸球心揺動型研磨機では、レンズホルダを押圧するための押圧シャフトの直線案内に、滑り機構を用いている。滑り機構は摺動抵抗が大きく、ロストモーションが大きいので、被加工レンズを、小さな押圧力で、固形砥粒のレンズ加工面に対して、適切な状態で押圧することが困難である。 However, in a conventional lens spherical polishing apparatus, for example, a lower-axis spherical center oscillation type polishing machine, a sliding mechanism is used for linear guide of a pressing shaft for pressing a lens holder. Since the sliding mechanism has a large sliding resistance and a large lost motion, it is difficult to press the lens to be processed against the lens processing surface of the solid abrasive grains in an appropriate state with a small pressing force.
また、小曲率のレンズ加工においては、小さな曲率に比例させて、機械精度を上げなければならない。しかし、滑り軸受、例えば、メタルブッシュを用いた押圧シャフトの直線案内用の滑り機構では、機構上、押圧シャフトとメタルブッシュの滑り接触部分に、適度なクリアランスが必要である。このクリアランスの分、滑り接触部分にはガタが生じる。このため、加工皿の球心揺動中心に、レンズホルダの中心軸線、すなわち、滑り機構によって直線案内される押圧シャフトの中心軸線を合致させるための精度を、10ミクロン以下の高精度に維持することが困難である。 In addition, when processing a lens with a small curvature, the mechanical accuracy must be increased in proportion to the small curvature. However, a sliding bearing, for example, a sliding mechanism for linearly guiding a pressing shaft using a metal bush, requires an appropriate clearance at the sliding contact portion between the pressing shaft and the metal bush. Due to this clearance, play occurs in the sliding contact portion. For this reason, the accuracy for matching the center axis of the lens holder, that is, the center axis of the pressing shaft that is linearly guided by the sliding mechanism, with the center of swinging of the spherical center of the processing plate is maintained at a high accuracy of 10 microns or less. Is difficult.
本発明の目的は、小曲率・小径の球面レンズの加工を、固形砥粒の摩耗を抑制した状態で、精度良く行えるレンズ研磨装置およびレンズ研磨方法を提案することにある。 An object of the present invention is to propose a lens polishing apparatus and a lens polishing method capable of accurately processing a spherical lens having a small curvature and a small diameter in a state where wear of solid abrasive grains is suppressed.
本発明の小曲率・小径レンズの加工に適したレンズ研磨装置は、
所定の曲率のレンズ加工面を備えたレンズ加工皿と、
前記レンズ加工皿を前記レンズ加工面の曲率中心回りに揺動させる揺動機構と、
被加工レンズを保持するレンズホルダと、
前記加工皿の前記レンズ加工面に、前記レンズホルダに保持された前記被加工レンズを押圧するために、前記レンズホルダに同軸に連結された押圧シャフトを備えた押圧機構と、
前記押圧シャフトを、その中心軸線の方向に案内する直線案内機構と
を有しており、
前記直線案内機構は、
前記押圧シャフトにおける前記中心軸線の方向に離れた位置に配置された2組の案内部を備え、
前記案内部のそれぞれは、前記押圧シャフトを取り囲むように、前記中心軸線を中心とした等角度間隔の位置に配置された3個の転がり軸受を備え、
前記転がり軸受のそれぞれは、前記中心軸線に直交する方向に沿って当該中心軸線に向かう方向に予圧が作用した状態で、前記押圧シャフトの外周面に転がり接触している。
The lens polishing apparatus suitable for processing the small curvature / small diameter lens of the present invention is:
A lens processing dish having a lens processing surface of a predetermined curvature;
A rocking mechanism for rocking the lens processing dish about the center of curvature of the lens processing surface;
A lens holder for holding the lens to be processed;
A pressing mechanism having a pressing shaft coaxially connected to the lens holder in order to press the lens to be processed held by the lens holder against the lens processing surface of the processing plate;
A linear guide mechanism for guiding the pressing shaft in the direction of its central axis,
The linear guide mechanism is
Two sets of guide portions arranged at positions away from each other in the direction of the central axis of the pressing shaft;
Each of the guide portions includes three rolling bearings arranged at equiangular intervals around the central axis so as to surround the pressing shaft,
Each of the rolling bearings is in rolling contact with the outer peripheral surface of the pressing shaft in a state in which preload is applied in a direction toward the central axis along a direction orthogonal to the central axis.
本発明のレンズ研磨装置では、押圧シャフトを、中心軸線の方向に離れた2か所の位置において、3個の転がり軸受によって、外周側から、転がり接触状態で支持している。滑り接触状態で押圧シャフトを直線案内する場合に比べて、押圧シャフトを押圧する際の摺動抵抗を低減でき、ロストモーションを小さくできる。被加工レンズに対するレンズ加工皿の押圧力を小さくできる。例えば、最低押圧力を3Nまで低減できる。この結果、固形砥粒を用いたレンズ加工皿による研磨加工時において、固形砥粒の余分な摩耗を容易に抑えることができる。 In the lens polishing apparatus of the present invention, the pressing shaft is supported in a rolling contact state from the outer peripheral side by three rolling bearings at two positions separated in the direction of the central axis. Compared with the case where the pressing shaft is linearly guided in the sliding contact state, the sliding resistance when pressing the pressing shaft can be reduced, and the lost motion can be reduced. The pressing force of the lens processing dish against the lens to be processed can be reduced. For example, the minimum pressing force can be reduced to 3N. As a result, it is possible to easily suppress excessive wear of the solid abrasive grains during polishing using the lens processing dish using the solid abrasive grains.
また、本発明では、転がり軸受と押圧シャフトとの間の転がり接触部分に隙間が生じないように、各転がり軸受に予圧が与えられている。押圧シャフトと、これを直線案内する各転がり軸受との間に隙間ができない。押圧シャフトの中心軸線を精度良く、レンズ加工皿の揺動中心を通る位置に保持できる。よって、被加工レンズを保持したレンズホルダの中心軸線と、加工皿の揺動中心とを合致させるための精度を、10ミクロン以下の高精度に維持できる。 Further, in the present invention, a preload is applied to each rolling bearing so that no gap is generated in the rolling contact portion between the rolling bearing and the pressing shaft. There is no gap between the pressing shaft and each rolling bearing that linearly guides the pressing shaft. The center axis of the pressing shaft can be accurately held at a position passing through the center of oscillation of the lens processing plate. Therefore, the accuracy for matching the center axis of the lens holder holding the workpiece lens with the oscillation center of the processing plate can be maintained at a high accuracy of 10 microns or less.
上記構成のレンズ研磨装置を用いて、曲率半径が5mm以下の小曲率のレンズ球面を研磨するために、本発明のレンズ研磨方法では、
押圧シャフト(レンズホルダ)の中心軸線と、レンズ加工皿のレンズ加工面の曲率中心とが、10ミクロン以下の精度で一致するように、転がり軸受のそれぞれに対する予圧力を設定し、
押圧機構による、レンズ加工皿のレンズ加工面に対する加工レンズの押圧力の最低値を3Nに設定している。
In order to polish a lens spherical surface having a small curvature with a radius of curvature of 5 mm or less using the lens polishing apparatus having the above configuration, in the lens polishing method of the present invention,
Set the preload for each of the rolling bearings so that the center axis of the pressing shaft (lens holder) and the center of curvature of the lens processing surface of the lens processing pan coincide with each other with an accuracy of 10 microns or less,
The minimum value of the pressing force of the processing lens against the lens processing surface of the lens processing pan by the pressing mechanism is set to 3N.
本発明のレンズ研磨装置およびレンズ研磨方法によれば、携帯電話などの携帯用通信端末、車載用カメラ等に搭載される曲率半径が5mm以下の小曲率で小径のレンズの球面研磨を、固形砥粒の摩耗を抑制した状態で、精度良く行える。 According to the lens polishing apparatus and the lens polishing method of the present invention, spherical polishing of a small-diameter lens having a small radius of curvature of 5 mm or less mounted on a portable communication terminal such as a mobile phone, an in-vehicle camera, etc. It can be performed with high accuracy in a state where grain wear is suppressed.
以下に、図面を参照して、本発明を適用した小曲率・小径レンズの加工に適したレンズ研磨装置の実施の形態を説明する。以下に述べるレンズ研磨装置は下軸球心揺動型研磨装置に関するものであるが、本発明は、下軸球心揺動型研磨装置に限定されるものではない。 In the following, an embodiment of a lens polishing apparatus suitable for processing a small curvature / small diameter lens to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. The lens polishing apparatus described below relates to a lower-axis spherical center oscillation type polishing apparatus, but the present invention is not limited to the lower-axis spherical center oscillation type polishing apparatus.
図1は本実施の形態に係る下軸球心揺動型研磨装置を示す概略構成図である。下軸球心揺動型研磨装置1(以下、単に「研磨装置1」と呼ぶ。)は、下軸ユニット2と、上軸ユニット3と、各部の駆動制御を司る制御盤4とを有している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a lower-axis ball center oscillation type polishing apparatus according to the present embodiment. A lower shaft ball center oscillating polishing apparatus 1 (hereinafter simply referred to as “
下軸ユニット2は、レンズ加工皿5と、スピンドル6と、スピンドルケース7と、球心揺動機構8とを備えている。レンズ加工皿5は、所定の曲率のレンズ加工面5aを備えている。レンズ加工面5aが上向きとなるように、レンズ加工皿5はスピンドル6の上端部に同軸に固定されている。スピンドル6はスピンドルケース7によって回転自在の状態に支持されている。本例のレンズ加工皿5のレンズ加工面5aは、例えば、固形砥粒から形成した砥面となっている。
The
スピンドルケース7内に配置した不図示のスピンドルモータによって、スピンドル6、したがって、レンズ加工皿5は、レンズ加工面5aの中心を通る下軸中心軸線2a回りに回転駆動される。スピンドルケース7は球心揺動機構8によって支持されている。球心揺動機構8によって、レンズ加工皿5は、下軸中心軸線2a上に位置するレンズ加工面5aの曲率中心を揺動中心Oとして、球心揺動運動を行う。
A spindle motor (not shown) disposed in the
上軸ユニット3は、被加工レンズ11を保持するレンズホルダ12と、レンズホルダ12を押圧する押圧機構13と、レンズホルダ12を昇降させるための昇降ステージ14とを備えている。レンズホルダ12は、下端に被加工レンズ11の被加工レンズ面11aを下向き状態で保持するレンズ保持面12aを備えている。レンズホルダ12の上端面の中心からは上方にホルダシャフト12bが同軸に延びている。レンズホルダ12の中心軸線が上軸中心軸線3aである。
The
押圧機構13は、押圧シャフト16と、押圧シャフト16に押圧力を加える押圧部17とを備えている。押圧シャフト16は、直線案内機構18によって直線案内される。すなわち、押圧シャフト16は、その中心軸線が上軸中心軸線3aに一致するように、垂直に支持され、上軸中心軸線3aの方向に直線案内される。押圧シャフト16の下端部には、レンズホルダ12のホルダシャフト12bが、同軸状態かつ回転自在の状態に連結されている。押圧部17は、押圧シャフト16を、上軸中心軸線3aの方向に沿って下方に押圧するための押圧バネ19と、押圧バネ19による押圧力を調整するための加圧ノブ20とを備えている。押圧バネ19の代わりに、押圧用のエアシリンダを用いることもできる。
The
押圧機構13および直線案内機構18は、支持ブラケット21を介して、昇降ステージ14によって支持されている。昇降ステージ14は、固定設置されたステージフレーム22に取り付けた垂直ステージガイド23に沿って昇降可能である。昇降ステージ14の昇降は、ステージフレーム22に取り付けた昇降用のエアシリンダ24によって行われる。昇降用の駆動源としてサーボモータを用いることもできる。
The
図2は直線案内機構18を示し、図2(a)は一部を切断して内部構造が分かる状態で示す説明図であり、図2(b)は、その上側の案内部を示す説明図である。
FIG. 2 shows the
直線案内機構18は、円筒状のシャフトホルダ31を備え、このシャフトホルダ31の中空部には、押圧シャフト16が同軸状態に貫通して延びている。また、直線案内機構18は、押圧シャフト16を上下方向に直線案内するために、シャフトホルダ31の上下の端部に取り付けた2組の案内部32、33を備えている。上下の案内部32、33は同一構成であるので、上側の案内部32のみを説明する。図2においては、案内部32における各部に付した符号を、下側の案内部33における対応する部位に付してある。なお、案内部33における各部の説明は省略する。
The
シャフトホルダ31は本例では円形断面のホルダであり、案内部32は、シャフトホルダ31を取り囲むように配置された3個の転がり軸受、本例では、ボールベアリング41、42、43を備えている。ボールベアリング41〜43は、上軸中心軸線3aを中心として、等角度間隔(120°間隔)の位置に配置されている。ボールベアリングの代わりに、ローラベアリング等の転がり軸受を用いることもできる。
In this example, the
シャフトホルダ31の上端部には、上下に一定の間隔で、円環状のベアリング取付フランジ44、45が形成されている。ベアリング取付フランジ44、45の間には、上軸中心軸線3aを中心として等角度間隔に配置した3対の支持板51〜53が形成されている。支持板51〜53には、それぞれ、ベアリング支軸61〜63が固定されている。ベアリング支軸61〜63は、それら支軸中心線が、上軸中心軸線3aに直交する直交面上に位置し、かつ、上軸中心軸線3aを中心とする半径方向に直交する方向に延びるように、支持板51〜53のそれぞれに取り付けてある。
At the upper end of the
各ベアリング支軸61〜63には、ボールベアリング41〜43の内輪が同軸に固定されている。各ボールベアリング41〜43の外輪41b〜43bの円形外周面は、押圧シャフト16の円形外周面16aに対して転がり接触している。本例では、各ボールベアリング41〜43の円形外周面が丁度、押圧シャフト16の円形外周面16aに接触した状態が形成される位置よりも、僅かに、中心側に変位させた位置に、各ボールベアリング41〜43を配置してある。
Inner rings of
これにより、押圧シャフト16の円形外周面16aに対して、各ボールベアリング41〜43が所定の予圧が作用した状態で転がり接触する。すなわち、各ボールベアリング41〜43の構成部品である内輪、外輪41b〜43b、ボールの間のガタが除去された状態が形成され、押圧シャフト16が横方向にガタ付くことなく上下に直線案内される。よって、上軸中心軸線3a上に、下軸ユニット2の側の揺動中心が位置する状態を精度良く維持できる。
Accordingly, the
この構成の研磨装置1においては、最初に、上軸ユニット3におけるレンズホルダ12のレンズ保持面12aに、真空吸着等の手段により、被加工レンズ11を保持させる。次に、エアシリンダ24を動作させて昇降ステージ14を下降させて、被加工レンズ11の被加工レンズ面11aを、下軸ユニット2のレンズ加工皿5のレンズ加工面5aに押圧する。加圧ノブ20を調整することで、加圧ノブ20と押圧シャフト16の上端との間に圧縮状態で装着されている押圧バネ19による押圧力を調整できる。レンズ加工皿5のレンズ加工面5a(研磨面)に被加工レンズ11を押圧した状態で、レンズ加工皿5を回転させると共に球心揺動させて、被加工レンズ11の加工を行う。
In the
本発明者等は、研磨装置1に固形砥粒を用いたレンズ加工皿5を用いて、曲率半径が5mm以下の小曲率で小径のレンズの球面研磨を行った。レンズ加工皿5への被加工レンズ11の最低押圧力を3Nにできることが確認された。また、上軸中心軸線3a(押圧シャフトの中心軸線)と下軸ユニット2の揺動中心Oとを、10ミクロン以下の精度で、一致した状態に維持できることが確認された。レンズ加工皿5の固形砥粒の摩耗を抑制でき、小曲率・小径レンズの球面研磨を容易に行えることが確認された。
The present inventors performed spherical polishing of a small-diameter lens having a small curvature with a radius of curvature of 5 mm or less using a
1 研磨装置(下軸球心揺動型研磨装置)
2 下軸ユニット
2a 下軸中心軸線
3 上軸ユニット
3a 上軸中心軸線
4 制御盤
5 レンズ加工皿
5a レンズ加工面
6 スピンドル
7 スピンドルケース
8 球心揺動機構
11 被加工レンズ
11a 被加工レンズ面
12 レンズホルダ
12a レンズ保持面
12b ホルダシャフト
13 押圧機構
14 昇降ステージ
16 押圧シャフト
16a 円形外周面
17 押圧部
18 直線案内機構
19 押圧バネ
20 加圧ノブ
21 支持ブラケット
22 ステージフレーム
23 垂直ステージガイド
24 エアシリンダ
31 シャフトホルダ
32 案内部
33 案内部
41 ボールベアリング
41b 外輪
42 ボールベアリング
42b 外輪
43 ボールベアリング
43b 外輪
44 ベアリング取付フランジ
45 ベアリング取付フランジ
51 支持板
52 支持板
53 支持板
61 ベアリング支軸
62 ベアリング支軸
63 ベアリング支軸
O 揺動中心
1 Polishing device (lower axis ball center oscillation type polishing device)
2
Claims (3)
前記レンズ加工皿を前記レンズ加工面の曲率中心回りに揺動させる揺動機構と、
被加工レンズを保持するレンズホルダと、
前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面に、前記レンズホルダに保持された前記被加工レンズを押圧するために、前記レンズホルダに同軸に連結された押圧シャフトを備えた押圧機構と、
前記押圧シャフトを中心軸線の方向に案内する直線案内機構と
を有しており、
前記直線案内機構は、
前記押圧シャフトにおける前記中心軸線の方向に離れた位置に配置された2組の案内部を備え、
前記案内部のそれぞれは、前記押圧シャフトを取り囲むように、前記中心軸線を中心とした等角度間隔の位置に配置された3個の転がり軸受を備え、
前記転がり軸受のそれぞれは、前記中心軸線に直交する方向に沿って当該中心軸線に向かう方向に予圧が作用した状態で、前記押圧シャフトの外周面に転がり接触している
レンズ研磨装置。 A lens processing dish having a lens processing surface of a predetermined curvature;
A rocking mechanism for rocking the lens processing dish about the center of curvature of the lens processing surface;
A lens holder for holding the lens to be processed;
A pressing mechanism having a pressing shaft coaxially connected to the lens holder in order to press the lens to be processed held by the lens holder against the lens processing surface of the lens processing plate;
A linear guide mechanism for guiding the pressing shaft in the direction of the central axis,
The linear guide mechanism is
Two sets of guide portions arranged at positions away from each other in the direction of the central axis of the pressing shaft;
Each of the guide portions includes three rolling bearings arranged at equiangular intervals around the central axis so as to surround the pressing shaft,
Each of the rolling bearings is a lens polishing apparatus that is in rolling contact with the outer peripheral surface of the pressing shaft in a state in which preload is applied in a direction toward the central axis along a direction orthogonal to the central axis.
前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面は固形砥粒面であるレンズ研磨装置。 In claim 1,
The lens polishing apparatus, wherein the lens processing surface of the lens processing dish is a solid abrasive surface.
前記中心軸線と、前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面の曲率中心とが、10ミクロン以下の精度で一致するように、前記転がり軸受のそれぞれに対する予圧力を設定し、
前記押圧機構による、前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面に対する前記被加工レンズの押圧力の最低値を3Nに設定する
レンズ研磨方法。 A lens polishing method for polishing a lens spherical surface having a small curvature with a radius of curvature of 5 mm or less using the lens polishing apparatus according to claim 2,
A preload for each of the rolling bearings is set so that the center axis and the center of curvature of the lens processing surface of the lens processing plate coincide with each other with an accuracy of 10 microns or less;
A lens polishing method in which a minimum value of the pressing force of the lens to be processed against the lens processing surface of the lens processing dish by the pressing mechanism is set to 3N.
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