JP3754823B2 - 球面形状の加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられる球面形状のレンズを加工する方法の改良に関するもので、特に加工するレンズの球面の、凹凸反転した曲率半径の球面形状を有する総型工具に被加工材料を押しつけ、総型工具の回転による総型工具と被加工材料の相対運動と、場合により総型工具または被加工材料を球面の接線方向に揺動運動を与えることによって被加工材料を加工する、球面形状の加工方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の球面の被加工材料（レンズ）を総型砥石で加工する装置として、図６に示すような傾斜軸タイプの研磨機、図７に示すような垂直軸タイプの研磨機、図８に示すような球心揺動タイプの研磨機をはじめ、様々な種類の研磨機が用いられている。
【０００３】
これらの研磨機は、いずれも「総型工具の回転と被加工材料の連れ回りによる相対運動」、「被加工材料の総型工具に対する加圧力」、「場合により総型工具の接線方向への、被加工材料または工具の揺動運動」によって、被加工材料が総型工具によって加工され、被加工材料が工具形状を凹凸反転した球面形状に加工されるものである。
【０００４】
前記傾斜軸タイプの研磨機、垂直軸タイプの研磨機で、総型砥石により球面形状を加工するときの、カンザシおよびカンザシアームの長さをどのように設定するか、また傾斜軸タイプの研磨機、球心揺動タイプの研磨機で球面形状を加工するときの、工具軸の傾斜角度をどのように設定するか、すなわち総型工具の中心軸と被加工材料の中心軸の相対位置関係をどのように設定するかについては、例えば特開平３−１１７５５０号公報で述べられているように、球面レンズの製造途中で、加工終了した被加工球面の曲率半径を測定し、前回加工した被加工球面の曲率半径の測定値と対比して曲率半径の変化値を求め、工具と被加工材料の相対位置を修正する、あるいは前記特許公報の従来例で述べられているように、熟練者の勘に頼って作業が行なわれているのが通例であった。
【０００５】
なぜこのような作業が必要かというと、この種の加工方法は、共ずり加工であるため、被加工材料が総型工具で削られると同時に、総型工具も被加工材料によって削られ（摩耗し）、徐々に総型工具の球面の形状が変化し、加工される被加工材料の球面形状もそれに応じて変化してしまうのである。この球面形状の変化の度合い（曲率半径が大きくなるのか、小さくなるのか、すぐに変化するか、ゆっくり変化するか）は、様々な要因があるが、中でも総型工具と被加工材料の相対位置関係がどのようになっているかが、最も大きな要因なのである。
【０００６】
図１０は、従来の球面レンズ製造の場合を例に、従来の球面形状加工方法を説明するためのフローチャートである。
【０００７】
従来の球面レンズ製造方法は、まず加工すべきレンズのプロフィール、すなわち図１１に示す完成品のレンズの曲率半径Ｒｗと、レンズの加工面の直径Ｄｗ、および、ＲｗとＤｗから計算されるレンズの半開角θｗ、が提示されると、経験と勘から、揺動中心角度位置θ0を適当にセットし、実際にレンズ材料を加工する。次に加工された被加工球面の曲率半径を、例えば図９に示す簡易球面計等で測定し、加工された被加工球面の曲率半径が許容値以内かどうか、またいくつかのレンズ材料を加工した後、加工された被加工球面の曲率半径の変化値が許容値以内かどうかを判断し、許容値外の場合には、当初設定した揺動中心角度位置θ0を修正して、あらためて加工を続行する。
【０００８】
この、加工・測定・揺動中心角度位置θ0の修正という作業を、少なくとも、加工された被加工球面の曲率半径が許容値内で、かつ曲率半径の変化値が許容値内になるまで続行する。
【０００９】
すなわち、球面レンズの生産途中で、揺動中心角度位置θ0の調整作業と、生産途中で加工された被加工球面の曲率半径の測定を行なう必要があり、人手を省くことができない、あるいは、加工装置に自動的にこれらの作業を行なわせる機能を付加したとすると、非常に高価な装置になってしまうなど、いずれも球面レンズの製造コストを下げられない原因となっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
球面レンズの生産において、曲率半径が一定のレンズを継続して作ることは非常に難しいことであるが、特に加工機のカンザシやカンザシアームの長さ、あるいは工具軸の傾斜角度、すなわち総型工具の中心軸とレンズ材料の中心軸の相対角度を変えると、加工されたレンズの曲率半径の変化値が変わってしまうという問題があった。
【００１１】
しかしながら、従来の技術で述べてきたように、総型工具の中心軸と被加工材料（レンズ）の中心軸の相対角度をどのように設定するかについては、球面レンズの製造途中で、加工終了した被加工球面の曲率半径を測定し、前回加工した被加工球面の曲率半径の測定値と対比して曲率半径の変化値を求め、工具と被加工材料の相対位置を修正する、あるいは熟練者の経験と勘に頼って作業が行なわれているのが通例であった。
【００１２】
すなわち、被加工球面の曲率半径は生産途中で変化してしまうということを前提として、生産の途中で加工条件をどのように変更していくかを決めることが、球面レンズの生産を安定させる唯一の方法であった。このため、球面レンズの生産途中での被加工球面の曲率半径測定が必要で、手間とコストがかかってしまう、あるいはなかなか曲率半径が安定する相対位置を見つけられずに、何度も繰り返し条件の変更をしなければならないなどの問題があった。
【００１３】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、球面レンズの生産開始当初から、安定して一定の曲率半径の球面レンズを加工し続けることができる球面形状の加工方法及び水平位置出し治具を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる球面形状の加工方法は、加工する被加工材料の、凹凸反転した曲率半径の球面形状を有する総型工具に前記被加工材料を押しつけ、前記総型工具を回転させて該総型工具と前記被加工材料に相対運動を与え、かつ前記総型工具または前記被加工材料を前記総型工具球面の接線方向に揺動運動を与えることによって、前記被加工材料を加工する球面形状の加工方法において、前記揺動運動の振り幅の中心位置における前記総型工具の中心軸と前記被加工材料の中心軸がなす相対角度をθ 0 、加工に使用する前記総型工具の半開角をθｔとし、前記相対角度θ0と前記総型工具の半開角θｔの比を、揺動中心位置係数α（＝θ0／θｔ）としたときに、工具を交換する際に、交換前に使用していた前記総型工具の半開角θｔ1と、交換後の前記総型工具の半開角θｔ2が異なる場合であっても、前記揺動中心位置係数αが同じ数値となるように、交換後の前記相対角度θ02を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、新しい総型工具と被加工材料の相対角度がθ02となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わる球面形状の加工方法において、前記揺動中心位置係数αを０.３５〜０.６５の範囲に設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わる球面形状の加工方法において、前記揺動中心位置係数αの最適値を決定するために、あらかじめ予備加工条件として、任意の揺動中心位置係数α1、α2の２条件で、予備加工に使用する工具の半開角θｔ0に応じて、θ01＝α1×θｔ0、θ02＝α2×θｔ0となるように総型工具と被加工材料の相対角度θ01とθ02を決定し、 球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ01、θ02となるように調整し、それぞれの加工条件で、一定数の被加工材料を加工したときの、被加工材料の曲率半径の変化量の測定値ΔＲ1、ΔＲ2の値から、αｂ＝（ΔＲ1×α2−ΔＲ2×α1）÷（ΔＲ1−ΔＲ2）の計算式により、揺動中心位置係数の最適値αｂを求めておき、前記揺動中心位置係数の最適値αｂにより、加工に使用する工具の半開角θｔに応じて、θ0ｂ＝αｂ×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度の最適値θ0ｂを決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度が、最適値θ0ｂとなるように調整し、θ0＝一定（θ0ｂ）の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００１８】
また、この発明に係わる球面形状の加工方法において、前記揺動中心位置係数αを、加工するレンズの半開角θｗに応じて、実験的に求めた最適範囲を示す式である、αｂ1（＝０.７３−０.００５×θｗ）＜α＜αｂ2（＝０.７５−０.００５×θｗ）の範囲で設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明に係わる球面形状の加工方法は、加工する被加工材料の、凹凸反転した曲率半径の球面形状を有する総型工具に前記被加工材料を押しつけ、前記総型工具を回転させて該総型工具と前記被加工材料に相対運動を与え、揺動運動はさせずに前記被加工材料を加工する球面形状の加工方法において、前記総型工具の中心軸と前記被加工材料の中心軸がなす相対角度をθ 0 、加工に使用する前記総型工具の半開角をθｔとし、前記相対角度θ0と前記総型工具の半開角θｔの比を、揺動中心位置係数α（＝θ0／θｔ）としたときに、工具を交換する際に、交換前に使用していた前記総型工具の半開角θｔ1と、交換後の前記総型工具の半開角θｔ2が異なる場合であっても、前記揺動中心位置係数αが同じ数値となるように、交換後の前記相対角度θ02を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、新しい総型工具と被加工材料の相対角度がθ02となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００２３】
また、この発明に係わる球面形状の加工方法において、前記揺動中心位置係数αを０.３５〜０.６５の範囲に設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００２４】
また、この発明に係わる球面形状の加工方法において、前記揺動中心位置係数αの最適値を決定するために、あらかじめ予備加工条件として、任意の揺動中心位置係数α1、α2の２条件で、予備加工に使用する工具の半開角θｔ0に応じて、θ01＝α１×θｔ0、θ02＝α2×θｔ0となるように総型工具と被加工材料の相対角度θ01とθ02を決定し、 球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ01、θ02となるように調整し、それぞれの加工条件で、一定数の被加工材料を加工したときの、被加工材料の曲率半径の変化量の測定値ΔＲ1、ΔＲ2の値から、αｂ＝（ΔＲ1×α2−ΔＲ2×α1）÷（ΔＲ1−ΔＲ2）の計算式により、揺動中心位置係数の最適値αｂを求めておき、前記揺動中心位置係数の最適値αｂにより、加工に使用する工具の半開角θｔに応じて、θ0ｂ＝αｂ×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度の最適値θ0ｂを決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度が、最適値θ0ｂとなるように調整し、θ0＝一定（θ0ｂ）の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００２５】
また、この発明に係わる球面形状の加工方法において、前記揺動中心位置係数αを、加工するレンズの半開角θｗに応じて、実験的に求めた最適範囲を示す式である、αｂ1（＝０.７３−０.００５×θｗ）＜α＜αｂ2（＝０.７５−０.００５×θｗ）の範囲で設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
まず、本発明の球面形状加工方法を球面レンズの製造に適用した場合について、図１に示すフローチャートに基づき説明する。
【００３０】
本実施形態の球面形状加工方法では、製造するレンズのプロフィール（曲率半径、外径、外観形状等と、それぞれの公差）が与えられると、予め構築されているデータベース、あるいは予備実験等に基づき、揺動中心位置係数の最適値αｂを決定する。さらに、この揺動中心位置係数を、使用する工具の半開角に掛け合わせた角度が「最適な揺動中心角度位置θｂ」であり、揺動運動を加える場合には、揺動の中央位置がこの「最適な揺動中心角度位置」となるように、揺動運動を加えない場合には、固定される工具と被加工材料の相対角度を、この「最適な揺動中心角度位置」となるように、加工機の工具傾斜角やカンザシ位置を調整し、工具と被加工材料の相対角度をセットする。この相対角度位置で加工を開始し、この相対角度位置を維持しながら連続して多数の被加工材料を加工する。多数の被加工材料を加工すると、使用する機械の構成によっては、工具の摩耗による工具と被加工材料の相対位置のずれが発生する場合もあるが、この場合には予め工具の摩耗速度を測定しておき、一定数の被加工材料を加工するごとに機械の位置を微調整して、工具と被加工材料の相対角度位置が変化しないように対応する。
【００３１】
次に図２は、図６に示す傾斜軸タイプの研磨機でレンズ材料を加工する場合に、本実施形態のレンズ材料加工方法を実施するための、工具半開角と、揺動中心位置における工具とレンズの相対角度の関係を、模式的に示した図である。
【００３２】
図２の説明の前に、図６の傾斜軸タイプの研磨機について説明する。
【００３３】
図６に示す傾斜軸タイプの研磨機では、工具軸１１５と工具軸回転モータ１１９は、工具軸支持部材１２１に取り付けられ、工具軸回転モータ１１９の回転がプーリ１１８，１１６、ベルト１１７を介して伝えられることにより、工具軸１１５が回転する。
【００３４】
工具軸支持部材１２１は、架台１２０に対し、図示しない軸を中心に回動自在で、傾斜角を調整することができる。工具軸支持部材１２１は、傾斜角調整ネジ１２２に取り付けられたハンドル１２３を回転して工具軸１１５の傾斜角を調整した後、固定ネジ１２４により架台１２０に固定される。
【００３５】
総型工具１０１は図示しないネジで工具軸１１５に取り付けられ、工具軸１１５と共に回転する。
【００３６】
一方、被加工材料であるレンズ材料１０２は、ゴム等の保持材１０３を介してホルダ１０４内におさめられ、ホルダ１０４の凹部にカンザシ１０５の先端の球がはまり、ホルダ１０４はカンザシ１０５に対して回転、傾斜自在となっている。加工中レンズ材料１０２は総型工具１０１の回転に伴ってレンズ自身の自転トルクが発生し、ホルダ１０４とともに回転する。
【００３７】
カンザシ１０５はネジ１０７でカンザシアーム１０６に長さを調整して取り付けられる。またカンザシアーム１０６は揺動ベース１０９にピボット１０８を中心に回動自在に取り付けられており、カンザシアーム１０６およびカンザシ１０５の荷重と、場合により図示しない重り、バネ、エアシリンダ等によって調整された荷重がホルダー１０４に加えられ、レンズ材料１０２が総型工具１０１に押しつけられる。
【００３８】
揺動ベース１０９はリンク１１０を介して揺動回転軸１１１と結合され、リンク１１０の固定長さを、ネジ１０９ｂを緩めて調整することにより、揺動ベース１０９の図示左右方向の位置を調整することができる。リンク１１０の別の端部は、ネジ１１２で揺動回転軸１１１に結合されており、揺動回転軸１１１の回転に伴って揺動ベース１０９が図示左右方向に揺動運動する、もしくは揺動回転軸１１１の回転を停止して総型工具の中心軸とレンズ材料の中心軸の相対角度を一定にしたまま加工を行なう。この揺動ベース１０９の揺動運動にともない、カンザシアーム１０６、カンザシ１０５が図示左右方向に揺動運動し、レンズ材料１０２が総型工具１０１の表面を揺動する、もしくは一定の位置に停止する。なお揺動回転軸１１１は図示しないモータにより一定回転数で回転可能である。
【００３９】
以上の構造の研磨機により、総型工具の回転とレンズ材料の連れ回り、レンズ材料の総型工具に対する加圧力、場合により総型工具の接線方向へのレンズ材料の揺動運動によってレンズ材料が総型工具によって加工され、被加工面が工具形状を凹凸反転した球面に加工される。
【００４０】
図２は、図６の傾斜軸タイプの研磨機の主要部を模式的に表した図であるが、総型工具１１の半開角は図示θｔであり、揺動中心における工具中心軸２１とレンズ材料の中心軸２２の相対角度は図示θ0である。
【００４１】
総型工具の半開角θｔは、総型工具の外形ｄｔと曲率半径Ｒｔを測定することにより、
θｔ＝ａｒｃｓｉｎ(ｄｔ／２Ｒｔ)
の式から求めることができる。
【００４２】
なお、総型工具の外径ｄｔの測定は、凸面の工具はマイクロメータで、また凹面の工具は工具顕微鏡等で正確に行なう。
【００４３】
また、総型工具の曲率半径は、ここでは実測値ではなく、加工したい球面形状の曲率半径の仕様値とする。
【００４４】
レンズ材料の加工は、総型工具１１が中心軸２１回りに回転し、レンズ材料１２は保持材１３を介してホルダ１４に納められており、ホルダ１４がカンザシ１５によって図示下方向に押しつけられている。この時レンズ材料１２は、総型工具１１の回転につられて自転する。
【００４５】
揺動運動を付加する場合には、カンザシ１５が図示左右方向に動くことにより、例えばカンザシ１５は右端のカンザシ１５ｂの位置から、左端のカンザシ１５ｃの位置まで動き、ホルダ１４と保持材１３とレンズ材料１２は、カンザシの左右方向の動きに伴って、レンズ材料１２が総型工具１１の表面の球の接線方向に沿って、右端のレンズ材料１２ｂの位置から、左端のレンズ材料１２ｃの位置の間で揺動運動する。この時、右端のレンズ材料１２ｂの位置のレンズ材料の中心軸２２ｂと、左端のレンズ材料１２ｃの位置のレンズ材料の中心軸２２ｃのそれぞれが総型工具の中心軸となす角の平均値となる位置における、レンズ材料の中心軸２２が総型工具の中心軸となす角を、揺動中心位置におけるレンズ材料と工具の相対角度θ0と定義する。
【００４６】
この図６に示す傾斜軸タイプのレンズ加工機を使用して、揺動中心位置における、レンズ材料と工具の相対角度θ0を正確にセットするために、本実施形態では、加工機の工具軸の傾斜角を、セットしたい工具とレンズの相対角度θ0と同じ角度になるように調整し、上軸は、図示左右方向の揺動の中心位置において、レンズを工具上にセットした時に、レンズが水平になるように調整した。
【００４７】
本実施形態では、図６に示す傾斜軸タイプの加工機を正確に調整するために、図１４に示すように、加工機の傾斜基準面１２１ｂ上にデジタル傾斜計１２５を取付け、また揺動ベース１０９の位置を測定するデジタルスケール１２６を取り付けた。
【００４８】
ここではデジタル傾斜計１２５の種類として、Lucas Sensing System Inc.製傾斜計ＤＰ−６０型、デジタルスケール１２６の種類として、ソニー・プレシジョン・テクノロジー（株）製デジタルゲージＤＧ１００Ｐを使用したが、類似の測定器であれば、いかなる製品も使用できる。
【００４９】
また、レンズ材料の水平位置を正確に決めるためには、図１５に示す水平位置出し治具を使用した。
【００５０】
水平位置出し治具は、水準器１３０、治具１３１、レンズ材料ダミー１３２から構成されており、治具１３１の上面には実際のホルダーと同じように、カンザシ受け用のカンザシ穴１３４がある。
【００５１】
レンズ材料ダミーの下面は、実際に加工するレンズの曲率半径と略一致する球面形状となっている。
【００５２】
また、治具１３１の基準面１３１ｂは、治具に接着されたレンズ材料ダミー１３２の下面の球面の中心軸のうち、カンザシ穴１３４の中心を通る軸に垂直な、水平基準面となっている。
【００５３】
また、レンズ材料ダミー１３２の底から、カンザシ穴１３１ｂの底までの厚さｔは、実際に加工するレンズ材料１０２、保持材１０３、ホルダー１０４のカンザシ穴１０４ｂの底までの厚さの合計とほぼ同じ厚さになっている。
【００５４】
これらの装置、治具を使用して、揺動中心位置における、レンズ材料と工具の相対角度θ0を正確にセットする方法は、まずデジタル傾斜計１２５を見ながら、工具軸１１５の傾斜角を所定の角度θ0に調整して、固定ネジ１２４で傾斜角を固定する。
【００５５】
次に図１５に示す水平位置出し治具を、レンズ加工に先立ち、図１４の研磨機に、レンズ材料１０２、保持材１０３、ホルダー１０４の代わりに取付け、実際に加工する時と同じようにカンザシ１０５をおろして、レンズ材料ダミー１３２を総型工具１０１に押しつけた状態にする。
【００５６】
この状態で、ネジ１０９ｂを緩めて、揺動ベース１０９を図示左右方向に動かして、水準器で治具基準面１３１ｂが水平になる位置を捜し、治具基準面１３１ｂが水平な位置で、デジタルスケール１２６のスケールカウンター１２７の数値を０にリセットする。
【００５７】
この状態において、レンズ材料１０２が水平で、工具軸１１５の傾斜角が、セットしたい工具とレンズの相対角度θ0と同じ角度となるから、総型工具の中心軸と、レンズ材料の中心軸との実際の相対角度は、θ0となる。
【００５８】
次に、揺動回転軸１１１を回転させた時に、スケールカウンター１２７の読みが、数値０を中心に左右均等に動くように、すなわち、スケールカウンターの読みの最大値と、最小値が、符号を逆にして絶対値が同じ値となるように、ネジ１０９ｂを緩めて揺動ベース１０９の位置を調整する。
【００５９】
この状態において、レンズ材料と総型工具の相対角度は、揺動の中心位置において、レンズ材料１０２が水平で、工具軸１１５の傾斜角が、セットしたい工具とレンズの相対角度θ0と同じ角度であるから、揺動中心位置におけるレンズ材料と総型工具の実際の相対角度は、θ0となる。
【００６０】
また、本実施形態では、工具の摩耗等により工具を交換する際に、工具の直径（半開角）が工具交換前と異なる場合には、工具交換前後で揺動中心位置係数αが同じ値となるように、新しい総型工具と被加工材料の相対角度を決定する。
【００６１】
本実施形態では、この点についての実際の加工例を、以下に詳しく説明する。球面形状加工用の総型工具は、その製法上直径を正確に再現良く作ることは難しく、１個ごとにその直径は微妙に異なる。
【００６２】
例えば、Ｒ１０、φ１９.２の仕様の工具では、１０個の同じ仕様の総型工具の直径のばらつきは、±０.１mmほどあったが、直径が０.１mm異なると、半開角にして約１°の誤差が出る。この時レンズ材料と総型工具の相対角度位置θ0を同じ条件にして加工を行うと、工具半開角のわずかな差により、加工されたレンズの曲率半径の変化値は大きく異なってしまうのである。
【００６３】
従って、工具を交換した場合には、工具交換前の工具半開角をθｔ1、相対角度位置をθ01とし、その比を揺動中心位置係数α（＝θ01／θｔ1）とした時に、工具交換後の工具半開角をθｔ2とすれば、工具交換前後で揺動中心位置係数αの値が同じ数値となるように、すなわち工具交換後の相対角度位置θ01＝α×θｔ2となるように、相対位置を決定し、加工機を調整する。
【００６４】
具体的な例として、レンズ球面の曲率半径Ｒ＝１０.００mm、レンズ径φｗ＝１５.００mm（半開角４８.５９°）の凹レンズを加工する場合に、工具径φｔ1＝１９.２０mm（半開角θｔ1＝７３.７４°）の工具１から、工具径φｔ2＝１９.１０mm（半開角θｔ2＝７２.７５°）の工具２に交換した時に、本実施形態の方法を取り入れた場合の、加工されたレンズの曲率半径の変化を測定した。
【００６５】
なお、一般に、レンズをブランクから製品として使用可能な形状、表面状態に仕上げるまでの工程は、例えば、まずカーブジェネレータでブランクを概略の球面形状に削り出す粗研削工程、本実施形態で述べている、メタルボンドの総型砥石で適度な形状、粗さに仕上げる精研削第１工程、精研削第１工程と同様の加工方法で、レジンボンドの総型砥石でレンズ材料の粗さを更に良くする精研削第２工程、傷やクラックを除去してレンズ材料表面を、研磨材と、弾性シートを表面に貼った総型工具で磨きあげる研磨工程など、数多くの工程が必要となる。この時、各工程で作るべき曲率半径（目標値）は、次工程に投入した時に、レンズ被加工面の外周側のエッジが工具球面部に最初に接触するように、各工程の曲率半径を仕上げることが望ましく、すなわち、凹球面のレンズでは、前工程ほど曲率半径が小さく、また凸球面のレンズでは、前工程ほど曲率半径が大きくなるように各工程の曲率半径を仕上げていくことが一般的である。
【００６６】
本実施形態では、前工程のカーブジェネレータによる粗研削工程で仕上げるレンズ材料の被加工面の曲率半径が、本実施形態の工程の目標値よりも約０.０１０mm小さくなるように加工した。
【００６７】
また、レンズの曲率半径の測定は、一般に図９に示すような簡易球面計で行ない、マスターとなる球面原器との球面高さの差であるΔＨ（μｍ）で示す。本実施形態の場合には、前工程の方がレンズの曲率半径が０.０１０mm小さいので、これを簡易球面計で測定すると、前工程のΔＨが自工程のΔＨよりも、３.２μｍマイナス（リング３０３の径：φ１３mm）になるようにすればよい。
【００６８】
使用した総型砥石の種類は、＃１２００のメタルボンドダイヤモンド砥石であり、あらかじめ皿合わせと呼ばれる作業を行い、所定の曲率半径の球面形状に成型された、凸球面総型砥石である。
【００６９】
使用した加工機は、前述の図６に示す、傾斜軸タイプの加工機であり、半開角θｔ1＝７３.７４°の「工具１」で加工を行う時の工具とレンズの相対角度θ01＝３６.４０°（揺動中心位置係数α＝０.４９３６）となるように、先に説明した通り（下軸）工具軸の傾斜角を３６.４０°に調整し、レンズが水平位置を中心に揺動するように上軸を調整した。
【００７０】
また、使用する工具を、半開角θｔ2＝７２．７５°の「工具２」に交換した時は、αが同じ値となるように、θ02＝３５．９１°となるように調整した。（３６．４０／７３．７４＝３５．９１／７２．７５＝α）
それぞれの条件で、１５０個ずつの被加工材料（レンズ）を加工した時の、レンズのΔＨ測定値の変化を、図１６と図１７に示す。
【００７１】
また、本実施形態と同時に、比較例として、従来通り「工具１」から「工具２」に交換した時にも相対角度位置を変更せず、θ02＝３６．４０°で加工を続けて行った結果も合わせて示す。
【００７２】
なお、この工程でのΔＨの目標値は、−４．０μｍ±１．０μｍとした。（リング３０３の径：φ１３mm）
図１６及び図１７より、本実施形態の方法では、１５０個のレンズを加工する間のレンズのΔＨ変化量は（１つの工具を使っている間でのΔＨ変化量で、工具交換時の急激な変化は除く）、工具交換前も後も＋０．２μｍであり同等であったが、比較例の方法では、工具交換前は＋０．２μｍ、工具交換後は−０．６μｍであり工具交換前後でのレンズΔＨの変化量が大きく異なる結果となった。
【００７３】
この実施形態と同様の実験を数々行った結果、揺動中心位置係数αが同じ数値になるように加工機の調整を行えば、工具径が異なる工具で同じ形状のレンズを加工する場合には、加工されたレンズの曲率半径の変化速度が、ほぼ同じ量になる、ということを、本願発明者らは見出したのである。
【００７４】
本実施形態の方法を取り入れることにより、工具交換前後でのレンズのΔＨの変化量は変わらないから、一定の決められたタイミングで工具交換を行えば、生産途中でレンズのΔＨを測定したり、加工機の位置調整を行わなくとも、安定して良品のレンズを作り続けることができ、大幅な人件費の削減を図ることができた。
【００７５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態で既に説明した揺動中心位置係数αは、加工するレンズの形状、前工程のレンズの曲率半径等により、最適な値が異なる。そこで、第２実施形態として、揺動中心位置係数αの最適値αｂの決定方法、およびデータベースの構築方法について説明する。
【００７６】
本実施形態では、曲率半径１０mm凹面、レンズ径１２．３０mm（半開角３７．９５°）のレンズを、球面形状の総型砥石で研削加工する場合の例について述べる。
【００７７】
使用した砥石は、形状が曲率半径１０mmの凸球面、直径１７．８２mm（半開角６３．００°）であり、種類は＃１２００のメタルボンドダイヤモンド砥石である。
【００７８】
また、前工程のカーブジェネレータによる粗研削工程で仕上げるレンズ材料の被加工面の曲率半径は、本実施形態の工程の目標値よりも約０．０１０mm小さくなるよう、簡易球面計で、ΔＨが２．０μｍマイナス（リング径３０３の径：φ１１mm）になるように加工した。
【００７９】
以上の条件下で、揺動中心位置係数αの最適値を求めるために、次のような予備実験を行なった。
【００８０】
まず、適当な揺動中心位置係数α1、α2、α3を選定し、実際にレンズ材料を、連続して１００個程度同じ条件で加工を行なう。本実施形態で選定した揺動中心位置係数α1、α2、α3は、０．５０、０３５５、０３０である。
【００８１】
この予備実験での揺動中心位置係数の選定は、０．３５〜０．６５の範囲で、適宜選定する。
【００８２】
揺動中心位置係数を、この範囲に選定する理由は、揺動中心位置係数が０．３５より小さい場合、すなわち総型工具とレンズの相対角度が小さい場合には、揺動によりレンズを最も工具の外側に振った時でも、図１２に示すように、レンズの最外周が工具の最外周よりも常に内側にあり、工具の最外周付近には、レンズと全く接触しない部分がある。このような場合、レンズを加工して工具が摩耗した時に、徐々に工具に段差ができ、工具の段差と接触したレンズの最外周部分が集中荷重を受けるため、レンズのエッジが微小に欠ける（ピリ、またはチッピングと呼ぶ）、加工されたレンズのΔＨが安定しないなどの現象が発生し、レンズは不良品となってしまう。
【００８３】
また、揺動中心位置係数が０．６５より大きい場合、すなわち、工具とレンズの相対角度が大きい場合には、今度は工具の中心付近にレンズと接触しない部分が生じ、工具中心側に段差ができて、レンズのエッジが微小に欠けるなどの現象が発生し、レンズは不良品となってしまう。
【００８４】
あるいは、半開角が大きいレンズを加工する場合に、図１３に示すように、工具の最外周からはみ出したレンズの最外周が、工具の外周面と接触してしまい、前記と同様レンズの最外周に集中荷重が加わり、レンズのエッジが微小に欠けるなどの現象が発生し、レンズは不良品となってしまう。
【００８５】
揺動中心位置係数を０．３５〜０．６５の範囲に設定することは、予備実験に限らず、揺動中心位置係数を決定する時には常に必要な条件である。
【００８６】
本実施形態では、工具の半開角は６３．００°であるから、それぞれの揺動中心位置係数に対し、例えば揺動中心位置係数α＝０．５０の時には、揺動中心位置におけるレンズ材料と総型工具の相対角度θ0＝０．５０×６３．００＝３１．５０°になるように加工機をセットする。
【００８７】
同様に、それぞれの揺動中心位置係数から計算したレンズ材料と総型工具の相対角度位置を基に決定した揺動位置で、レンズ材料を各１００個ずつ加工した時の、でき上がったレンズ材料の被加工面の曲率半径の測定結果を図１８に示す。
【００８８】
曲率半径の測定は、図９に示す簡易球面計で行ないマスターとなる球面原器との球面高さの差であるΔＨ（μｍ）で示す。
【００８９】
なお、この工程でのΔＨの目標値は、−３．０μｍ±１．０μｍとした（リング３０３の径：φ１１mm）。
【００９０】
図１８より、揺動中心位置係数αが０．５５の条件では、若干のΔＨの変化はあるものの、加工されたレンズのΔＨは常に目標値内に入っている。これに対し、αが０．５０の条件と、αが０．６０の条件では、ΔＨの変化が大きく、すぐに目標値（−３．０μｍ±１．０μｍ）の公差から外れてしまった。
【００９１】
次にΔＨの変化（曲率半径の変化）をグラフに表わすと図１９のようになり、いずれの揺動中心位置係数の場合でも、加工したレンズ材料の個数にほぼ比例してレンズの被加工面のΔＨ（曲率半径）が変化する。
【００９２】
更に上記のΔＨの変化データから、それぞれの揺動中心位置係数の場合について、加工１個目から１００個目でのΔＨ変化量をΔＨ変化率として表およびグラフに書くと図２０、図２１のようになり、ΔＨ変化率は揺動中心位置係数にほぼ比例していることがわかる。
【００９３】
図２１において、データのラインが、Ｙ（ΔＨ変化率）＝０と交わる時の×（揺動中心位置係数）の値が、加工を行なった時にレンズの被加工面の曲率半径が変化しない条件であり、すなわち揺動中心位置係数の最適値αｂである。
【００９４】
このαｂを求めるための計算式は、データのラインがほぼ直線であるから、両端の２点の条件から、以下のように計算すれば良い。
【００９５】
まず２つの条件の、揺動中心位置係数をα1、α2とする。
【００９６】
本実施形態では、α1＝０．５０、α2＝０．６０である。
【００９７】
つぎにそれぞれの条件でレンズを加工した時のΔＨ（曲率半径）の変化率を、ΔＲ1、ΔＲ2とする。
【００９８】
本実施形態では、ΔＲ1＝＋２．０、ΔＲ2＝−１．８であった。
【００９９】
この時、両端の２条件を結ぶ式を、
ΔＲ＝ｐ×α＋ｑ ………（１）
とすれば、ΔＲ、αに上記条件を代入し、
ΔＲ1＝ｐ×α１＋ｑ ………（２）
ΔＲ2＝ｐ×α２＋ｑ ………（３）
（２）、（３）式から、ｐ，ｑを求めると、

となる。
【０１００】
（４）、（５）式を（１）式に代入し、ΔＲ＝０となる時のα（＝αｂ）を求めると、
αｂ＝(ΔＲ1×α2−ΔＲ2×α1)／(ΔＲ1−ΔＲ2) ………（６）
となる。
【０１０１】
本実施形態の場合のαｂを求めると、

の計算式により、揺動中心位置係数の最適値αｂ＝０．５５３を求めることができた。
【０１０２】
以上述べてきた方法により求めた揺動中心位置係数の最適値αｂ＝０．５５３により、あらためて本実施形態の、曲率半径１０mm凹面、半開角３７．９５°のレンズを、半開角６３．００°の総型工具を使用して、先に述べてきた方法によりθｂ＝０．５５３×６３＝３４．８４°の揺動中心位置となるように、傾斜軸タイプの研磨機の工具傾斜角を３４．８４°に固定し、レンズ材料を水平の位置を中心として揺動するように加工機をセットした後、多数のレンズ材料を連続して加工した。その結果、５００個のレンズ材料を加工している間、加工後のレンズ材料の被加工面のΔＨ（曲率半径）はほとんど変化が無く、安定して良品を製造し続けることができた。
【０１０３】
ただし本実施形態の場合には、工具の中心部の摩耗深さは３０μｍであり、揺動中心の位置の変化（加工点のずれによる相対位置の変化）はほとんどないが、摩耗し易い工具を使用した場合や、より多くのレンズ材料を加工する場合には、一定数のレンズ材料を加工するごとに、カンザシやカンザシアームの長さなどを調整して、レンズ材料が水平になる位置を中心とする揺動位置を保っていくことが必要である。
【０１０４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第２の実施形態とは別のタイプの研磨機を使用して、また揺動運動を与えずに球面形状を加工する場合の例について述べる。
【０１０５】
図３は、図７に示す垂直軸タイプの研磨機を使用して、被加工材料であるレンズ材料を球面加工する場合に、本発明の球面形状加工方法を実施するための、工具半開角と、揺動中心位置における工具と被加工材料の相対角度の関係を、模式的に示した図である。
【０１０６】
まず、図７に示す垂直軸タイプの研磨機について説明すると、動作は前記の傾斜軸タイプの研磨機とほぼ同等であるため、ここでは説明を省略するが、傾斜軸タイプの研磨機と垂直軸タイプの研磨機の差は、工具軸が傾斜可能か否かであり、傾斜軸タイプの研磨機では、工具軸をある角度傾斜させ、被加工材料はほぼ水平の位置で加工を行なうのに対し、垂直軸タイプの研磨機では、工具の傾斜ができないため、被加工材料が傾いた位置にカンザシおよびカンザシアームの長さを調節し、工具の中心軸と被加工材料の中心軸に、ある程度相対角を持たせて加工を行なう。
【０１０７】
図３では、総型工具３１の半開角は図示θｔであり、揺動中心における工具中心軸４１と被加工材料であるレンズ材料の中心軸４２の相対角度は、図示θ0である。
【０１０８】
垂直軸タイプの研磨機は、工具の中心軸４１が鉛直方向であり、レンズ材料の中心軸４２が傾斜している。揺動運動を加える場合には、レンズ材料の中心軸４２が、左端の４２ｃから右端の４２ｂの位置まで往復運動を行ない、揺動の中心位置におけるレンズ材料の中心軸４２が工具の中心軸４１となす角を、工具とレンズ材料の相対角度θ0と定義する。
【０１０９】
また、揺動中止位置における、レンズ材料と工具の相対角度θ0を正確にセットする方法は、図１５に示す水平出し治具から水準器１３０をはずしたものを、レンズ加工に先立ち、図７の研磨機に、レンズ材料１５２、保持材１５３、ホルダー１５４の代わりに取付け、実際に加工する時と同じようにカンザシ１５５をおろして、レンズ材料ダミー１３２を総型工具１０１に押しつけた状態にする。
【０１１０】
この状態で、ネジ１５９ｂを緩めて、揺動ベース１５９を図示左右方向に動かして、水準器の代わりに例えばLucas Sensing Sysitem Inc.製ＤＰ−６０型傾斜計等を用いて、基準面１３１ｂの傾斜角度が所定の角度になるように計測しながら調節し、揺動ベース１５９の位置を決定する。
【０１１１】
以上の構成の研磨機を用いて、本実施形態では、第２の実施形態と同じ、曲率半径１０mm凹面、半開角３７．９５°のレンズを、球面形状の総型砥石で研削加工する場合の例について述べる。使用した総型砥石は、形状が曲率半径１０mmの凸球面、直径１７．８２mm（半開角６３．００°）であり、種類は＃１２００のメタルボンドダイヤモンド砥石である。
【０１１２】
また、前工程のカーブジェネレータによる粗研削工程で仕上げるレンズ材料の被加工面の曲率半径は、本実施形態の工程の目標値よりも約０．０１０mm小さくなるよう、簡易球面計で、ΔＨが２．０μｍマイナス（リング３０３の径：φ１１mm）になるように加工した。
【０１１３】
以上の条件下で、第２の実施形態と同様、揺動中心位置係数αの最適値を求めるために、揺動中心位置係数α＝０．５０、０．５５、０．６０から計算した工具とレンズの相対角度位置で、本実施形態の場合には揺動運動を与えずに相対角度一定の条件で、レンズ材料を連続して１００個程度同じ条件で加工を行った。
【０１１４】
それぞれの条件で実際にレンズ材料を加工した時の、レンズの曲率半径の測定結果を、図２２に示す。
【０１１５】
なお、曲率半径の測定は、図９に示す簡易球面計で行ない、マスターとなる球面原器との球面高さの差であるΔＨ（μｍ）で示し、この工程でのΔＨの目標値は、−３．０μｍ±１．０μｍとした（リング３０３の径：φ１１mm）。
【０１１６】
この予備実験の結果から、揺動中心位置係数αの最適値αｂは０．５５４と求まり、同じ形状のレンズ、工具の場合には、機械の構成が変わっても、また揺動運動を与えなくとも、第２の実施形態の傾斜軸タイプの研磨機で調べた揺動中心位置係数の最適値αｂ＝０．５５３とほぼ同じ値となることがわかった。
【０１１７】
また、垂直軸タイプの研磨機を用いて、揺動中心位置係数αの最適値αｂ＝０．５５４から計算した、工具とレンズの相対角度３４．９０°により、５００個のレンズ材料を連続して加工したが、加工後のレンズ材料の被加工面ΔＨ（曲率半径）はほとんど変化が無く、安定して良品を製造し続けることができた。
【０１１８】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、凸球面のレンズを、図８に示す球心揺動タイプの研磨機で加工する場合の例を述べる。図４は、図８に示す下軸球心揺動タイプの研磨機でレンズ材料を加工する場合に、本発明の球面形状加工方法を実施するための、工具半開角と、揺動中心位置における工具と被加工材料の相対角度の関係を、模式的に示した図である。
【０１１９】
まず、図８に示す球心揺動タイプの研磨機の動作を説明すると、工具軸２２１は、架台２３０に対して回動自在に取り付けられた揺動プレート２２０にネジで固定されている。工具軸２２１は、同じく揺動プレート２２０に固定された工具軸回転モータ２２５の回転がプーリ２２２，２２４、ベルト２２３を介して伝えられることにより回転する。総型工具２０１は図示しないネジで工具軸２２１に取り付けられ、工具軸２２１と共に回転する。
【０１２０】
揺動プレート２２０は、架台２３０に対して、回動自在であるが、その回動中心軸の延長線上に、総型工具２０１、および被加工材料であるレンズ材料２０２の球面の中心Ｏを配置する。このため、揺動プレート２２０の回動に伴う総型工具２０１の動きは、前述の点Ｏを中心とする回動運動となり、工具の球面部は常に一定の球面内にある。このため、加工されるレンズ材料２０２は、揺動に伴って上下や左右に動くことがなく、安定した加工を行なえるのが、球心揺動タイプ研磨機の特徴である。
【０１２１】
揺動プレート２２０の揺動運動は、リンク２２７を介して揺動回転軸２２６の回転が伝えられることによって規制される。揺動回転軸２２６は図示しないモータにより一定回転数で回転が可能であり、揺動プレート２２０は、揺動回転軸２２６の回転に伴って、円弧上を往復運動する。
【０１２２】
一方、レンズ材料２０２は、加工中、ゴム等の保持材２０３を介してホルダ２０４内におさめられる。
【０１２３】
ホルダ２０４は、ワーク軸シャフト２０５と図示しないネジ等で結合しており、ワーク軸シャフト２０５と共にワーク軸スリーブ２０６内で回転自在な構造となっている。加工中レンズ材料２０２は総型工具２０１の回転に伴ってレンズ自身の自転トルクが発生し、ホルダ２０４、ワーク軸シャフト２０５とともに回転する。
【０１２４】
ワーク軸スリーブ２０６は、ワーク軸ハウジング２０７内で上下動自在であり、ワーク軸スリーブ上端でワーク軸ハウジンウ２０７との間に加圧スプリングが掛け渡されている。
【０１２５】
ワーク軸ハウジング２０７はワーク軸アーム２０８でワーク軸スライド２１２に固定され、ワーク軸スライド２１２はガイド２１３に沿ってワーク軸コラム２１４上を図示上下方向に移動可能である。上下動は、ワーク軸コラム２１４の図示上端に取り付けられたエアシリンダ２１５によって行なわれ、ワーク軸スライド２１２が図示上下方向に移動してレンズ材料２０２が総型工具２０１に押しつけられると、ワーク軸スリーブ２０６がワーク軸ハウジング２０７に対して、図示上方向に移動し、加圧スプリング２０９が伸びることによって、加圧のための加圧力が発生する。
【０１２６】
加圧力の調整は、加圧スプリング２０９の初期長さを、ネジ２１１で調整することによって行なう。
【０１２７】
以上の構造の研磨機により、総型工具の回転とレンズ材料の連れ回り、レンズ材料の総型工具に対する加圧力、場合により総型工具の接線方向へのレンズの揺動運動によってレンズが総型工具によって加工され、レンズ材料が工具形状を凹凸反転した球面に加工される。
【０１２８】
図４は、前記図８に示した球心揺動タイプの研磨機の主要部を模式的に示しているが、総型工具７１の半開角は図示θｔであり、揺動中心における工具中心軸８１とレンズ材料の中心軸８２の相対角度は図示θ0である。
【０１２９】
球心揺動タイプの研磨機は、工具側が、工具の球面の球心点を中心として揺動するが、工具とレンズの相対角度の定義は、レンズ側が揺動する傾斜軸タイプ、垂直軸タイプの研磨機と同様である。すなわち、揺動運動を加える場合には、工具の中心軸８１が、左端の８１ｃから右端の８１ｂの位置まで往復運動を行ない、揺動の中心位置における工具の中心軸８１がレンズ材料の中心軸８２となす角を、工具とレンズ材料の相対角度θ0と定義する。
【０１３０】
最適な揺動中心位置係数αｂが求まれば、工具とレンズの相対角度θ0は、αｂ×θｔにすれば良い。ただし、凸形状の球面を加工するための凹形状の総型砥石は、図８に示すように球面エッジ部に面取りが施してある場合があるため、半開角θｔを計算するための工具直径は、工具上面から工具顕微鏡等を用いて、球面の加工径を正確に測定して求める。
【０１３１】
次に実際に曲率半径２０mm凸面、φ２０mm（半開角３０°）のレンズを、曲率半径２０mm凹面、φ３１．５（半開角５１．９５°）の総型工具で加工する場合の例について、第２、第３及び第４の実施形態と同様の予備実験から揺動中心位置係数の最適値αｂを求め、αｂ＝０．５９２を得た。この値を用いて計算した工具とレンズ材料の相対角度の最適値３０．７５°を中心とする揺動位置により、５００個のレンズ材料を連続して加工したが、加工後のレンズ材料の被加工面のΔＨ（曲率半径）はほとんど変化が無く、安定して良品を製造し続けることができた。
【０１３２】
このことから、本発明の球面形状の加工方法は、加工する形状が凸面であっても適用可能で、形状を選ばず幅広い製品の加工方法として有効であることが分かった。
【０１３３】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、比較的大口径のレンズ、半開角が小さいレンズなどを製造する時に用いられる、多数個のレンズ材料をレンズ貼りつけ治具に貼って同時に加工を行なう、多数個貼り方式の球面形状加工方法の例を述べる。
【０１３４】
図５は、図６に示す傾斜軸タイプの研磨機で多数個貼りのレンズ材料を加工する場合に、本発明の球面形状加工方法を実施するための、工具とレンズ材料の半開角と、揺動中心位置における工具と被加工材料の相対角度の関係を、模式的に示した図である。
【０１３５】
図６の説明は第１の実施形態の中で述べているのでここでは省略する。
【０１３６】
図５を説明すると、加工するレンズ材料９３は、接着剤等でレンズ貼りつけ治具９４に貼りつけられ、カンザシ９５で工具側に治具ごと押しつけられている。また、多数個貼り方式で加工するレンズは、比較的加工する径が大きいことが多いため、研削工程においては工具９０側も砥石部が単一組成の総型砥石ではなく、φ３〜２０mm程度のペレット型砥石と呼ばれる小さい小型砥石片９２を、接着剤等でペレット貼りつけ治具９１に多数個貼りつけた後、加工すべき被加工物であるレンズの曲率半径を凹凸反転した曲率半径に、全体の球面形状を修正したペレット型工具を使用する場合が多い。
【０１３７】
多数個貼り方式のレンズ加工方法において、工具９０の半開角は、ペレット貼りつけ治具９１に貼りつけている多数のペレット型砥石のうち、最外周側に貼ってあるものの、最も外側の部分までの角度と定義し、図示θｔとする。
【０１３８】
また、ワークの半開角θｗは、ワークの中心軸９８から、レンズ貼りつけ治具に貼っているいくつかのレンズ材料のうち、最外周よりのものの、もっとも外側の部分までの角度と定義する。
【０１３９】
レンズ材料を加工する時には、工具９０が工具の中心軸９７回りに回転し、レンズ材料９３はレンズ貼りつけ治具９４と一体になって、カンザシ９５によって図示下方向に押しつけられている。この時ワークは、工具９０の回転につられて自転する。
【０１４０】
揺動運動を付加する場合には、カンザシ９５が図示左右方向に動くことによりレンズ貼付治具９４と一体になったレンズ材料９３が、カンザシの左右方向の動きに伴って、工具９０の表面の球の接線方向に沿って揺動運動する。この時、レンズ材料９３の貼りつけ範囲の中心を通る軸をワークの中心軸９８とし、揺動の中心位置において、ワークの中心軸９８が総型工具の中心軸となす角を、揺動中心位置におけるレンズ材料と工具の相対角度θ0と定義する。
【０１４１】
この、揺動中心位置におけるワークと工具の相対角度θ0をどのように決定するかが本発明のポイントであり、既に説明したように本発明では工具の半開角θｔを基準として、θｔに揺動中心位置係数αを掛けた角度にθ0を決定する。
【０１４２】
最適な揺動中心位置係数αｂが求まれば、工具とレンズの相対角度θ0は、αｂ×θｔにすれば良い。
【０１４３】
そこで、実際に曲率半径４５mm凹面、φ２７．５mm（半開角１７．７９°）のレンズを、レンズ貼り付け治具に、φ８０mm（半開角６２．７°）の範囲に７個貼りつけたワークを、曲率半径４５mm凸面、φ８７mm（半開角７５．２°）の範囲に、５５個のφ１０mmのペレット状砥石を貼りつけた工具で加工する場合の例について、第１、第２、第３及び第４の実施形態と同様の予備実験から揺動中心位置係数の最適値αｂを求め、αｂ＝０．４３０を得た。この値を用いて計算した工具とレンズ材料の相対角度の最適値３２．３４°を中心とする揺動位置により、１００個のワーク（レンズ材料は７００個）を連続して加工したが、加工後のレンズ材料の被加工面のΔＨ（曲率半径）はほとんど変化が無く、安定して良品を加工製造し続けることができた。
【０１４４】
このことから、本発明の球面形状の加工方法は、被加工材料であるレンズ材料をレンズ貼付治具に多数個貼り付け、多数個のレンズ材料を同時に加工する多数個貼り方式の球面形状加工方法にも適用可能であることが分かった。
【０１４５】
また、使用する砥石が単一組成の総型砥石ではなく、φ３〜２０mm程度のペレット型砥石と呼ばれる小さい砥石片を、接着剤等でペレット貼りつけ治具に多数個貼りつけたペレット型工具を使用する場合にも適用可能であることが分かった。
【０１４６】
（第６の実施形態）
本実施形態では、図１のフローチャートの最初の段階で、レンズプロフィール（曲率半径、レンズ径、レンズ半開角）から揺動中心位置係数の最適値αｂをどのように決定するか、あるいは揺動中心位置係数の最適値αｂを決めるための、第２乃至第５の実施形態で説明したような予備実験を行うための条件を、どのように決定するかについて、詳しく説明する。
【０１４７】
本発明者らは、本発明に至る以前に、数々の実験を行ってきた。
【０１４８】
具体的には、加工されるレンズの半開角に注目し、半開角が約２０°、３０°、４０°、５０°、６０°程度のレンズについて前記の第１乃至第４の実施形態と同様の予備実験を行い、それぞれの条件での揺動中心位置係数の最適値αｂを求めた。
【０１４９】
なお、実験では、様々な曲率半径のレンズに対しても実験を行ったが、曲率半径が異なっていても、レンズの半開角が同じであれば、揺動中心位置係数の最適値αｂは、ほぼ同じ値になることが判明したため、本実施形態では、曲率半径１０mm凹面での実験結果について説明する。
【０１５０】
実験に使用したレンズの半開角θｗ、および、実験から求められた、揺動中心位置係数の最適値αｂを、図２３に示す。
【０１５１】
図２３及び図２４より、揺動中心位置係数の最適値αｂは、レンズの半開角θｗにほぼ比例していることがわかり、各データを最小二乗近似して求めた直線の式は、
αｂ＝０．７４０−０．００５×θｗ ………（７）
となった。
【０１５２】
そこで、本実施形態では、曲率半径１０mm、レンズ径φ１５mm（半開角４８．５９°）のレンズ材料を加工するに当り、揺動中心位置係数が前記（７）式の値の時と、（７）式−０．０２、（７）式−０．０１、（７）式＋０．０１、（７）式＋０．０２の４つの条件の場合を比較して、それぞれ５００個ずつのレンズ材料を加工し、レンズ曲率半径（ΔＨ）の変化を測定した。
【０１５３】
本実施形態では、レンズの半開角θｗは４８．５９°であるから、実験を行った揺動中心位置係数の値は、０．４７７１、０．４８７１、０．４９７１（（７）式の値）、０．５０７１，０．５１７１の５条件である。
【０１５４】
加工に使用した工具は、直径φ１９．２０mm（半開角７３．７４°）の、＃１２００のメタルボンドダイヤモンド総型砥石である。
【０１５５】
また、前工程のカーブジェネレータによる粗研削工程で仕上げるレンズ材料の被加工面の曲率半径は、本実施形態の工程の目標値よりも約０．００６mm小さくなるよう、簡易球面計で、ΔＨが２．０μｍマイナス（リング径φ１３mm）になるように加工した。
【０１５６】
また、本工程のΔＨの目標値は、−４．０±１．０μｍである。
【０１５７】
この時の各条件でのΔＨの測定値を、図２５の表と図２６のグラフに示す。
【０１５８】
以上の実験結果から、揺動中心位置係数αの差により、加工されたレンズのΔＨ（曲率半径）の変化量は異なり、α＝０．４８７１〜０．５０７１の範囲の条件では、５００個のレンズを加工する間、本工程のΔＨの目標値、−４．０±１．０μｍの許容値内で、常に加工することができたが、α＝０．４７７１ではΔＨがプラス方向大きく変化し、α＝０．５１７１では、ΔＨがマイナス方向へ大きく変化し加工開始後２５０個目程度から、ΔＨの目標値、−４．０±１．０μｍを外れてしまうという結果となった。
【０１５９】
この事から、５００個という大量の数のレンズを継続して安定して加工を行うためには、揺動中心位置係数αの範囲を、最適値を求める（７）式、αｂ＝０．７４０−０．００５×θｗに対し、±０．０１程度の範囲に設定すればよいことがわかった。
【０１６０】
本実施形態のように、公式、αｂ＝０．７４０−０．００５×θｗにより、揺動中心位置係数の最適値αｂを求めれば、予備実験を行わなくとも、概略安定位置は見つけ出すことができ、非常に簡単に、安定してレンズ加工を続けることができることが分かった。
【０１６１】
ただし、揺動中心位置係数の最適値αｂの値は、概略は（７）式αｂ＝０．７４０−０．００５×θｗで求められるが、他の条件、例えば前工程との曲率半径の差を大きくして加工した場合、総型砥石の成分を変えた場合などに、αｂが微妙に変化する場合があるので、望ましくは、第２乃至第５の実施形態で説明したように、他の条件を実際の加工と同じ条件にして、予備実験を行い、実際にレンズを加工した結果から揺動中心位置係数の最適値を求めた方が、より正確な最適値となるため、更に多数のレンズを継続して安定加工をすることができる。
【０１６２】
また、本発明の実施形態では、球面のレンズを製造する場合を例にとって述べてきたが、製造する製品が例えば光ファイバコネクタのような他の用途の球面形状の製品であっても、本発明の加工方法は適用可能である。
【０１６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、加工開始当初から一定の揺動中心位置に加工機をセットして、多数の被加工材料を加工するから、生産途中での被加工材料の曲率半径の測定と、加工機の揺動中心位置の調整という、非常に熟練を要する作業を行う必要がなくなる。よって、作業者が初心者であっても、容易に担当することができ、また測定、調整の作業が無いから加工途中でのロスタイムを最小限に抑えることができる。
【０１６４】
また、工具交換を行った際にも、あらためて条件出しを行う必要が無く、一回で条件を決定することができるため、工具交換による生産ロスも最小限に抑えることができる。
【０１６５】
また、揺動中心位置係数αを０．３５〜０．６５の範囲に設定しておくことにより、工具全面を有効に使用することができ、工具に段差ができたり、被加工材料（レンズ）の外周エッジ部と工具外周部が接触して、被加工材料が破損するなどのトラブル発生を防ぐことができ、加工品質が向上する。
【０１６６】
また、揺動中心位置係数の最適値αｂを予備実験で求め、最適条件に加工機を調整して加工を行うことにより、長期間に渡って、一定の曲率半径の球面形状を安定して作り続けることができる。
【０１６７】
これらの、人件費の削減、生産ロスの削減などの効果により、本発明の方法は、球面形状レンズの製造コストを著しく下げることができる。
【０１６８】
【図面の簡単な説明】
【図１】球面形状加工方法を示すフローチャートである。
【図２】傾斜軸タイプの研磨機で球面形状を加工するときの、工具の半開角および工具と被加工材料の相対角の定義を示す図である。
【図３】 垂直軸タイプの研磨機で球面形状を加工するときの、工具の半開角および工具と被加工材料の相対角の定義を示す図である。
【図４】球心揺動タイプの研磨機で球面形状を加工するときの、工具の半開角および工具と被加工材料の相対角の定義を示す図である。
【図５】多数個貼り方式のレンズ加工方式における、工具、レンズの半開角および、工具と被加工材料の相対角の定義を示す図である。
【図６】傾斜軸タイプの研磨機を示す図である。
【図７】垂直軸タイプの研磨機を示す図である。
【図８】球心揺動タイプの研磨機を示す図である。
【図９】レンズの曲率半径を測定するための、簡易球面計を示す図である。
【図１０】従来の球面形状加工方法を示すフローチャートである。
【図１１】被加工物であるレンズの形状の一例を示す図である。
【図１２】揺動中心位置係数αが０．３５より小さい場合の工具摩耗の様子を示す図である。
【図１３】揺動中心位置係数αが０．６５より大きい場合の、レンズの外周エッジと、工具外周面の接触の様子を示す図である。
【図１４】傾斜軸タイプの研磨機に測定器を取り付けた状態を示した図である。
【図１５】水平位置出し治具の構成を示す図である。
【図１６】レンズを多数個製造したときのΔＨの推移を示す図である。
【図１７】工具交換前後のΔＨの変化を示す図である。
【図１８】揺動中心位置係数の値とΔＨの変化の様子との関係を示す図である。
【図１９】加工個数とΔＨの関係を示す図である。
【図２０】揺動中心位置係数の値とΔＨの変化の様子との関係を示す図である。
【図２１】揺動中心位置係数の値とΔＨの変化率との関係を示す図である。
【図２２】揺動中心位置係数の値とΔＨの変化の様子との関係を示す図である。
【図２３】レンズの半開角と揺動中心位置係数の最適値との関係を示す図である。
【図２４】レンズの半開角と揺動中心位置係数との関係を示す図である。
【図２５】揺動中心位置係数の値とΔＨの変化の様子との関係を示す図である。
【図２６】加工個数とΔＨの関係を示す図である。
【符号の説明】
１１，３１ 総型工具
１１ｂ 総型工具の摩耗部
１２，３２ 揺動中心位置におけるレンズ材料
１２ｂ，３２ｂ 揺動の右端におけるレンズ材料
１２ｃ，３２ｃ 揺動の左端におけるレンズ材料
１３，３３，７３ 保持材
１４，３４，７４ ホルダ
１５，３５ 揺動中心位置におけるカンザシ
１５ｂ 揺動右端におけるカンザシ
１５ｃ 揺動左端におけるカンザシ
２１，４１ 工具の中心軸
２２，４２ 揺動の中心位置におけるレンズ材料の中心軸
２２ｂ，４２ｂ 揺動の右端におけるレンズ材料の中心軸
２２ｃ，４２ｃ 揺動の左端におけるレンズ材料の中心軸
７１ 揺動中心位置における総型工具
７１ｂ 揺動の右端における総型工具
７１ｃ 揺動の左端における総型工具
７２ レンズ材料
７５ ワーク軸シャフト
８１ 揺動中心位置における工具の中心軸
８１ｂ 揺動の右端における工具の中心軸
８１ｃ 揺動の左端における工具の中心軸
８２ レンズ材料の中心軸
９０ 工具
９１ ペレット貼付治具
９２ ペレット型砥石
９３ レンズ材料
９４ レンズ貼付治具
９５ カンザシ
９７ 工具の中心軸
９８ ワークの中心軸
１０１，１５１，２０１ 総型工具
１０２，１５２，２０２ レンズ材料
１０３，１５３，２０３ 保持材
１０５，１５５ カンザシ
１０６，１５６ カンザシアーム
１０７，１０９ｂ，１５７，１５９ｂ ネジ
１０８，１５８ ピボット
１０９，１５９ 揺動ベース
１１０，１６０，２２７ リンク
１１１，１６１，２２６ 揺動回転軸
１１２，１６２ ネジ
１１５，１６５，２２１ 工具軸
１１６，１６６，２２２ プーリ
１１７，１６７，２２３ ベルト
１１８，１６８，２２４ プーリ
１１９，１６９，２２５ 工具軸回転モータ
１２０，１７０ 架台
１２１ 工具軸支持部材
１２１ｂ 傾斜基準面
１２２ 傾斜角調整ネジ
１２３ ハンドル
１２４ 固定ネジ
１２５ デジタル傾斜計
１２６ デジタルスケール
１２７ スケールカウンター
１３０ 水準器
１３１ 軸
１３２ レンズ材料ダミー
１３４，１０４ｂ カンザシ穴
２０５ ワーク軸シャフト
２０６ ワーク軸スリーブ
２０７ ワーク軸ハウジング
２０８ ワークアーム
２０９ 加圧スプリング
２１０ 与圧調整プレート
２１１ ネジ
２１２ ワーク軸スライド
２１３ ガイド
２１４ ワーク軸コラム
２１５ エアシリンダ
２２０ 揺動プレート
３０１ ダイヤルゲージ
３０２ 固定具
３０３ リング
３０４ 触針
３１０ マスター球面
３１１ 被検レンズ
３２１ レンズ
３２１ｂ 被加工面

Claims (8)

1. 加工する被加工材料の、凹凸反転した曲率半径の球面形状を有する総型工具に前記被加工材料を押しつけ、前記総型工具を回転させて該総型工具と前記被加工材料に相対運動を与え、かつ前記総型工具または前記被加工材料を前記総型工具球面の接線方向に揺動運動を与えることによって、前記被加工材料を加工する球面形状の加工方法において、
   前記揺動運動の振り幅の中心位置における前記総型工具の中心軸と前記被加工材料の中心軸がなす相対角度をθ 0 、加工に使用する前記総型工具の半開角をθｔとし、前記相対角度θ0と前記総型工具の半開角θｔの比を、揺動中心位置係数α（＝θ0／θｔ）としたときに、
   工具を交換する際に、交換前に使用していた前記総型工具の半開角θｔ1と、交換後の前記総型工具の半開角θｔ2が異なる場合であっても、前記揺動中心位置係数αが同じ数値となるように、交換後の前記相対角度θ02を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、新しい総型工具と被加工材料の相対角度がθ02となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする球面形状の加工方法。
2. 前記揺動中心位置係数αを０.３５〜０.６５の範囲に設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、
   球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする請求項１に記載の球面形状の加工方法。
3. 前記揺動中心位置係数αの最適値を決定するために、あらかじめ予備加工条件として、任意の揺動中心位置係数α1、α2の２条件で、予備加工に使用する工具の半開角θｔ0に応じて、θ01＝α1×θｔ0、θ02＝α2×θｔ0となるように総型工具と被加工材料の相対角度θ01とθ02を決定し、 球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ01、θ02となるように調整し、
   それぞれの加工条件で、一定数の被加工材料を加工したときの、被加工材料の曲率半径の変化量の測定値ΔＲ1、ΔＲ2の値から、
   αｂ＝（ΔＲ1×α2−ΔＲ2×α1）÷（ΔＲ1−ΔＲ2）
   の計算式により、揺動中心位置係数の最適値αｂを求めておき、
   前記揺動中心位置係数の最適値αｂにより、加工に使用する工具の半開角θｔに応じて、θ0ｂ＝αｂ×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度の最適値θ0ｂを決定し、
   球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度が、最適値θ0ｂとなるように調整し、
   θ0＝一定（θ0ｂ）の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする請求項１に記載の球面形状の加工方法。
4. 前記揺動中心位置係数αを、加工するレンズの半開角θｗに応じて、実験的に求めた最適範囲を示す式である、αｂ1（＝０.７３−０.００５×θｗ）＜α＜αｂ2（＝０.７５−０.００５×θｗ）の範囲で設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、
   球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする請求項１に記載の球面形状の加工方法。
5. 加工する被加工材料の、凹凸反転した曲率半径の球面形状を有する総型工具に前記被加工材料を押しつけ、前記総型工具を回転させて該総型工具と前記被加工材料に相対運動を与え、揺動運動はさせずに前記被加工材料を加工する球面形状の加工方法において、
   前記総型工具の中心軸と前記被加工材料の中心軸がなす相対角度をθ 0 、加工に使用する前記総型工具の半開角をθｔとし、前記相対角度θ0と前記総型工具の半開角θｔの比を、揺動中心位置係数α（＝θ0／θｔ）としたときに、
   工具を交換する際に、交換前に使用していた前記総型工具の半開角θｔ1と、交換後の前記総型工具の半開角θｔ2が異なる場合であっても、前記揺動中心位置係数αが同じ数値となるように、交換後の前記相対角度θ02を決定し、球面形状加工機の各軸の位置関係を、新しい総型工具と被加工材料の相対角度がθ02となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする球面形状の加工方法。
6. 前記揺動中心位置係数αを０.３５〜０.６５の範囲に設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、
   球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする請求項５に記載の球面形状の加工方法。
7. 前記揺動中心位置係数αの最適値を決定するために、あらかじめ予備加工条件として、任意の揺動中心位置係数α1、α2の２条件で、予備加工に使用する工具の半開角θｔ0に応じて、θ01＝α１×θｔ0、θ02＝α２×θｔ0となるように総型工具と被加工材料の相対角度θ01とθ02を決定し、 球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ01、θ02となるように調整し、
   それぞれの加工条件で、一定数の被加工材料を加工したときの、被加工材料の曲率半径の変化量の測定値ΔＲ1、ΔＲ2の値から、
   αｂ＝（ΔＲ1×α2−ΔＲ2×α1）÷（ΔＲ1−ΔＲ2）
   の計算式により、揺動中心位置係数の最適値αｂを求めておき、
   前記揺動中心位置係数の最適値αｂにより、加工に使用する工具の半開角θｔに応じて、θ0ｂ＝αｂ×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度の最適値θ0ｂを決定し、
   球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度が、最適値θ0ｂとなるように調整し、
   θ0＝一定（θ0ｂ）の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする請求項５に記載の球面形状の加工方法。
8. 前記揺動中心位置係数αを、加工するレンズの半開角θｗに応じて、実験的に求めた最適範囲を示す式である、αｂ1（＝０.７３−０.００５×θｗ）＜α＜αｂ2（＝０.７５−０.００５×θｗ）の範囲で設定し、使用する総型工具の半開角θｔに応じて、θ0＝α×θｔとなるように総型工具と被加工材料の相対角度θ0を決定し、
   球面形状加工機の各軸の位置関係を、総型工具と被加工材料の相対角度がθ0となるように調整し、θ0＝一定の加工条件で、継続して多数の被加工材料を加工することを特徴とする請求項５に記載の球面形状の加工方法。

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