JP4050835B2 - レンズ加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズを高精度に球面加工するレンズ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ加工をレンズ球面に合致した総型工具を使用して行う際、高能率でかつ高品質な加工を行うために、特開平７―２０５００８号公報に記載の方法および装置などがある。この技術に用いられる装置を図６を用いて説明する。
【０００３】
図６において、レンズ３１のレンズ加工面３１ａを加工する球面３３ａを有する砥石３３は、揺動体３７に回転自在に取り付けられ、回転モーター３５により回転可能となっている。
【０００４】
揺動体３７は、その下面に砥石３３の球面３３ａの球心Ｏを中心とした球面部３７ａが形成されており、球面部３７ａを介して支承部材３８に支承されている。
【０００５】
支承部材３８には揺動体３７の球面部３７ａと同一の曲率半径の球面に形成された揺動体支承面３８ａが形成されている。この揺動体支承面３８ａには空気孔３９が設けられ、図示省略した圧縮空気発生装置と接続されており、この空気孔３９より圧縮空気を噴出することにより、揺動体３７を揺動体支承面３８ａより浮上させ、非接触の状態で支承することを可能にしている。
【０００６】
揺動体３７の下部は、揺動モーター３６により回転される揺動アーム４０に係合され、揺動モーター３６が駆動される際に、揺動体３７が支承部材３８に支承されるとともに球面部３７ａが揺動体支承面３８ａに案内されて揺動することを可能にしている。
【０００７】
砥石３３の上方にはレンズ３１をホルダー３２を介して加圧する加圧軸４１が設けられている。加圧軸４１は、その軸心が砥石３３の球面３３ａの球心Ｏを通る軸線上に位置するように、かつ図示省略された移動手段により上下に移動可能に設けられている。
【０００８】
前記の構成からなる加工装置を用いての研削・研磨方法は、まず、砥石３３の球面３３ａにレンズ３１のレンズ加工面３１ａをホルダー３２を介して加圧軸４１により球心軸線上より加圧し、砥石３３を回転モーター３５により回転させるとともに、揺動モーター３６により揺動アーム４０を介して揺動体３７の下側全体すなわち下軸を揺動させる。
【０００９】
揺動体３７は、砥石３３の球面３３ａの球心Ｏを球心とした球面部３７ａが案内面となって図示省略した空気圧縮装置からの圧縮空気を介在させて支承部材３８の揺動体支承面３８ａに沿って揺動するので、揺動体３７に支承されている砥石３３は球心Ｏを揺動中心（支点）として円を描くように球心揺動する（この時の揺動を、以後、遊星揺動と呼ぶこととする）。この遊星揺動の状態を加工機上方から見た場合、図７（ａ）のようになり、加工機側面から見た場合、図７（ｂ）のようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記加工装置にてレンズ３１の加工を行う際、工具である砥石３３の球面３３ａ側の偏摩耗は抑えられ、加圧も均等にかかり、比較的安定した加工が行うことができる。しかし、遊星揺動することにより、前後左右に下軸が移動することになる。すなわち、加工装置の必要とする移動範囲が広くなり、加工機自体が必要以上に大きくなる。
【００１１】
また、前記加工装置では、揺動部分である揺動体３７とそれを支承する部分である支承部材３８との間に圧縮空気を介在させており、しかも、開放された空間に圧縮空気を供給しているので、常にその圧縮空気を供給し続けなければならない。これは、加工機自体の維持・管理の観点から見ると、不経済である。
【００１２】
さらに、加工中においてレンズ加工面３１ａの曲率が所望曲率と差がある場合には、曲率の修正作業を行うことがある。具体的には、揺動中心角（上軸４１に対して砥石軸が揺動する際の、上軸４１の中心軸線と砥石軸の中心軸線とで形成される揺動の最大角と揺動の最小角とのなす角度、すなわち中心角）を大きくしたり、小さくしたりして通常行う。しかしながら、遊星揺動は揺動の角度が決まっていて加工が安定しているが故に、このレンズ加工面３１ａの曲率を修正する作業を行おうとしても、なかなかレンズ３１の曲率が変化しないことから、所望曲率と差があるレンズ３１をさらに高精度に加工しにくいといった問題点もある。
【００１３】
一方、加工機下軸が一平面上で一定ストロークで円弧を描くように往復揺動する下軸揺動式の加工装置では、レンズ５１に対して、揺動する下軸側の砥石５３の揺動状態は、図８（ａ）のようになっており（揺動角度θは、砥石５３の最下位置から最上位置まで変化する。各位置における砥石軸の中心軸線どうしがなす角度が揺動中心角θ0 となる）、また揺動角速度ωの変化は図８（ｂ）のようになる。具体的には砥石５３の揺動方向が逆転する際、すなわち、揺動角θが最大となるときと最小となるとき揺動角速度ωが急激に変化するため、レンズ５１に加わる加工抵抗も急激に変化し、結果的には加工形状精度の劣化が起きるという問題が生じていた。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、レンズを研削・研磨加工するにあたって、装置自体を必要以上に複雑にすることなく、維持・管理が容易で、高能率でかつ高精度なレンズ加工を可能とするレンズ加工方法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】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のレンズ加工方法は、レンズ形状に合致した球面を持つ総型工具を使用して、レンズをホルダーに保持した状態で前記総型工具に押圧し、前記総型工具を回転させつつ、レンズ加工面の曲率中心を揺動中心とし、前記総型工具が円弧を描きつつ往復揺動し加工するレンズ加工方法において、前記総型工具の揺動角が最大になるときと最小になるときの揺動角速度を０として、揺動角速度の変化がサインカーブになるように揺動角速度を変化させて加工することを特徴とする。
【００２０】
前記請求項１のレンズ加工方法にあっては、総型工具の揺動角速度を加工中に加減速して、急激な加工抵抗の変動を抑える。従来技術における遊星揺動を上方および側面から観察すると、総型工具である砥石３３の動きは、図７（ａ）および（ｂ）のようになり、揺動角速度においては、図７（ｃ）および（ｄ）のようになる。これは、図７（ａ）のように上方から砥石３３の動きを見た場合、遊星揺動により円を描く砥石３３の揺動角速度ωは一定なので、側面から見た場合はそのコサイン成分しか見かけの角速度になっておらず、図７（ｃ）のように側面方向から観察した場合は揺動角速度ω’になる。これを時間経過に沿ってグラフ化すると、図７（ｄ）のようになる。これにより、見かけの角速度は、揺動角θが最大または最小の時と中間の時でω’変化していることが判る。すなわち、請求項１および請求項４の円弧を描く往復揺動にこの見かけの角速度ω’を適用することで、急激な加工抵抗の変動を抑えることが可能である。また、下軸の揺動角速度を加工中に一定速に制御して、レンズ加工面の曲率を変化しやすい状態にする。
【００２１】
また、前記加工機下軸の揺動角速度ω’が図７（ｄ）のようにサインカーブを描くように変化しているため、その揺動角速度ω’の変化を円弧を描く往復揺動において再現することで、急激な加工抵抗の変化を最小に抑えることが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を図１から図３に示す。図１は往復揺動を行うレンズ加工装置を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面からの部分断面図である。図２は揺動に対する角速度成分と時間の関係を模式的に表したものである。図３は図１（ａ）におけるＡ―Ａ’部分の断面拡大図である。
【００２５】
図１において、レンズ形状に合致した球面３ａを有する総型砥石としての砥石３が砥石軸４に接続されている。総型砥石としての砥石３は粗研削用、精研削用、研磨用のいずれかの砥石を使用してもよい。この砥石軸４はスピンドル５と一体となっており、さらにスピンドル５は砥石回転モーター７に接続されている。砥石回転モーター７はスピンドル５を回転可能に支承する下軸台座１９に固定されており、砥石軸４の軸心回りに砥石３を回転させる。下軸台座１９はその外周面に揺動部材９を貫通するように取り付けてあり、この下軸台座１９上には揺動部材９を揺動させるための揺動モーター６が、砥石回転モーター７の回転軸線と直交する方向に回転軸線を有するように固定されている。この揺動モーター６は、加工中に揺動角速度の加減速の制御可能な駆動源を構成している。
【００２６】
前記揺動部材９は舟型形状に形成され、その下面が揺動部材受け部１０により支持されており、揺動部材受け部１０は前記舟型形状に見合った凹曲面形状をしている。前記揺動部材９と揺動部材受け部（以下、揺動受け部という）１０の間には微小の隙間２０が設けられている。図１（ａ）におけるＡ―Ａ’部分の断面拡大図である図３は、前記微小の隙間２０を有する揺動部材９と揺動受け部１０の摺動面部分を示しており、揺動受け部１０の摺動面部分は断面で見ると三角状になっており、流体１３を供給する流路２１が設けられている。この流路２１は図示省略した流体供給装置と接続されている。
【００２７】
揺動部材９の摺動面部分は上記揺動受け部１０に見合った形状になっており、前記流体供給装置から流路２１を通じて供給された流体１３は前記の微小な隙間２０に供給される。この微小な隙間２０の外周にはシール１２が施されており、流体１３が微小な隙間２０から外部に漏れることがないように構成され、揺動受け部１０に揺動部材９が流体１３を介して支承されるようになっている。
【００２８】
前記揺動モーター６にはギア１５が取り付けられており、ギア１５は円弧状のガイド８とかみ合った状態となっている。ガイド８は図示省略した加工機本体に固定されており、揺動モーター６によりギア１５がガイド８に沿って回動して前記下軸台座１９が揺動し、揺動部材９および砥石３等が円弧を描きつつ往復揺動するようになっている。なお、揺動受け部１０には、下軸台座１９の揺動を阻害しないように図示省略した開口部分が設けられている。
【００２９】
砥石３の上方にはホルダー２に保持されたレンズ１が配置され、レンズ１は凹球面状のレンズ加工面（レンズ球面）１ａを砥石３に向けてホルダー２に対し回転自在に支持されている。さらに、そのホルダー２は上軸１１に接続されており、加工時には適宜レンズ加工面１ａを砥石３に加圧する機構を備えている。この上軸１１は砥石３の球面３ａにおける曲率中心を通る軸線上に位置しており、かつ図示省略された移動手段により上下に移動可能に設けられている。なお、砥石３における球面３ａおよびレンズ１のレンズ加工面１ａの曲率中心は往復揺動する円弧の曲率中心と一致した位置にある。
【００３０】
上記の構成によれば、図１（ａ）および図１（ｂ）において、加工開始時にはホルダー２を介して上軸１１に保持されているレンズ１が砥石３に接するまで下降し、その後、図示省略した加圧機構によりレンズ加工面１ａに上方から圧力が加わる。同時に揺動モーター６を駆動することによりギア１５が回転し、ガイド８に沿って下軸全体（砥石３、砥石軸４、揺動モーター６、砥石回転モーター７、揺動部材、ギア１５および下軸台座１９）１４がレンズ加工面１ａの曲率中心を揺動中心として揺動する。この揺動の状態図を図２（ａ）に示している。揺動モーター６は図示省略された制御手段によって、回転速度および回転方向が任意に変えることが可能である。揺動部材９の下面は流体１３を介して揺動受け部１０にて支承されているので、振動等がなく、安定した状態で下軸全体１４が揺動をする。また揺動を行うのと同時に、砥石回転モーター７を駆動することにより、砥石軸４が回転し、砥石軸４に接続された砥石３が回転する。
【００３１】
以上のように砥石３の球面３ａがレンズ１のレンズ加工面１ａに沿って回転および往復揺動することにより加工を行う。すなわち、上軸１１からの加圧、砥石３の回転および揺動の要素が加わることにより、レンズ加工面１ａの加工が進行する。
【００３２】
上記の揺動については図２（ｂ）のように揺動角速度の成分ω’を横軸に、時間Ｔを縦軸に採った場合、その軌跡がサインカーブを描くように、揺動角速度調整を行う。揺動角速度調整は揺動モーター６を図示省略した数値制御装置等により行う。加工終了時には砥石３の回転および下軸全体１４の揺動は停止し、上軸１１が上昇する。
【００３３】
本実施の形態によれば、レンズ１を研削・研磨加工する際、安定的に揺動運動が行えるとともに、往復揺動する際、揺動の方向が切り替わる位置付近での揺動角速度ω’が徐々に小さくなるため、レンズ１に加わる加工抵抗が急激に変化することはなく、加工形状精度が向上する。また、一平面上で円弧を描きつつ往復揺動するレンズ加工装置を用いるため、装置の必要とするスペースも小さくなり、加工機自体もコンパクトにすることができる。
【００３４】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を図４に示す。図４は実施の形態１と同様に円弧を描く往復揺動により研削・研磨加工を行うレンズ加工装置の一部を示す断面拡大図で、図１におけるＡ―Ａ’部分を表している。なお、実施の形態１と同一の部分は同一の番号を付して、その説明は省略する。
【００３５】
図４は、実施の形態１と同様、レンズ加工形状に見合った総型工具を用いて研削・研磨加工を行う際、レンズ加工面の曲率中心を揺動中心として、下軸全体が円弧を描くように往復揺動を行いつつ加工を行うレンズ加工装置の揺動部材９と揺動受け部１０の摺動面部分を示している。
【００３６】
本実施の形態のレンズ加工装置において実施の形態１と異なる点は、まず、揺動部材９および揺動受け部１０の形状が断面で見た場合、その摺動面部分が四角状になっている点である。次いで、揺動受け部１０より流体１３を供給する際、実施の形態１においては微小径の流路２１を設けてあり、流路２１から揺動部材９と揺動受け部１０の微小な隙間２０に流体１３を供給していたが、本実施の形態においては流体１３を供給する流路２１を有する揺動受け部１０の面に、揺動部材９の四角状凹部より小さい有気孔部材１６を配し、揺動部材９と有気孔部材１６の間に微小な隙間２０を形成してある。この有気孔部材１６は内部に流体１３を通過する微小の穴が無数にある部材で、材質は特殊金属、特殊樹脂等がある。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３７】
上記構成によるレンズ加工装置を用いて実施の形態１と同様に、砥石３がレンズ１のレンズ加工面１ａに沿って回転および往復揺動することにより加工を行う。このとき揺動については図２（ｂ）のように揺動角速度の成分ω’を横軸に、時間Ｔを縦軸に採った場合、その軌跡がサインカーブを描くように、揺動角速度調整を行うのも実施の形態１と同じである。そして、揺動に際し、揺動部材９および揺動受け部１０における摺動面部分の形状が断面で見ると四角状になっていることにより、垂直方向・水平方向の力をそれぞれ分散して受けることができる。
【００３８】
次いで、揺動受け部１０の流路２１より流体１３を供給する際、流体１３を供給する面に有気孔部材１６を配してあることにより、微小な隙間２０には、ある特定の流路から流体１３が供給されるのではなく、有気孔部材１６の内部に無数にある微細孔から流体１３が供給されるため、実施の形態１より均一に面圧がかかり、より安定した状態で揺動部材９を支承することができる。さらに実施の形態１においては揺動部材９と揺動受け部１０の形状精度・面粗さなどにおいて良好な面が必要とされるが、有気孔部材１６を使用する場合は形状精度・面粗さなどに対する影響が少なく、均一な面圧が得られる。その他の作用は実施の形態１と同様である。
【００３９】
本実施の形態によれば実施の形態１と同様に、レンズ１を研削・研磨加工する際、揺動の方向が切り替わる位置付近での揺動速度が小さくなるため、レンズ１に加わる加工抵抗が急激に変化することはなく、加工形状精度が向上する。また、一平面上で円弧を描きつつ往復揺動するレンズ加工装置を用いるため、装置の必要とするスペースも小さくなり、加工機自体もコンパクトにできる。さらに、揺動部材９と揺動受け部１０間に有気孔部材１６を通して流体１３を介在させることにより、流体１３の面圧が安定し、スムーズな揺動角速度変化および揺動運動が行われる。さらに揺動部材９および揺動受け部１０の形状精度、面粗さを重要視しなくとも良いので、上記部品の製作においても簡易化できる。
【００４０】
［実施の形態３］
本実施の形態を図２（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）を用いて説明する。なお、実施の形態１および実施の形態２と同一の部分は同一の番号を付して、その説明は省略する。
【００４１】
図２（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）において、実施の形態１と同様、レンズ形状に見合った総型工具を用いて研削・研磨加工を行う際、レンズ加工面１ａの曲率中心を揺動中心として、下軸全体が円弧を描くように往復揺動を行いつつ加工を行うレンズ加工装置における側面図および揺動角速度の変化を表したものである。
【００４２】
本実施の形態のレンズ加工装置および加工方法において、実施の形態１および実施の形態２と異なる点は、図２（ａ）（ｂ）に基づく加工を行った際に、レンズ１の曲率が所望曲率と差が生じた場合、図５（ａ）（ｂ）の状態に切り替えて、揺動中心角θ0 ＋Δθおよび揺動角速度ω”と変化を与えることにある。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４３】
上記構成によるレンズ加工装置を用いて実施の形態１と同様に、図２（ａ）のように砥石３の球面３ａがレンズ１のレンズ加工面１ａに沿って回転および往復揺動（この時の揺動中心角をθ0 とする）することにより加工を行う。このとき揺動については図２（ｂ）のように揺動角速度の成分ω’を横軸に、時間Ｔを縦軸に採った場合、その軌跡がサインカーブを描くように、数値制御装置の指令により揺動モーター６を介して揺動角速度調整を行う。
【００４４】
レンズ１の加工後に加工した球面の曲率半径Ｒを測定した結果、曲率半径Ｒが所望の曲率半径と差がある場合、この曲率半径を修正する際は、レンズ１の曲率半径Ｒを微小の値だけ大きく、もしくは小さくするために揺動中心角θ0 を変化させる。しかし、揺動中心角θ0 のみを変化させただけでは、加工状態が安定しているため、曲率半径Ｒは変化しにくい。そこで、図５（ａ）（ｂ）のように、揺動中心角θ0 ＋Δθ（だだしΔθはプラスの値またはマイナスの値をとりうる）とし、また揺動角速度を一時的に従来の直進揺動と同じように揺動角速度ω”を一定に保つような揺動角速度調整を行う。これにより、揺動中心角θ0 ＋Δθおよび揺動角速度ω”に変化してレンズ１の曲率半径Ｒの変化のレスポンスが良くなり、曲率半径Ｒが容易に変化する。レンズ１の曲率半径Ｒが所望の値に近づいてきたら、再度、図２（ａ）（ｂ）のように揺動角速度調整を行う。これにより、レンズ１の曲率半径Ｒを所望の曲率半径にしやすくなり、安定した状態になり、さらに加工形状精度が維持される。
【００４５】
本実施の形態によれば実施の形態１と同様に、レンズ１を研削・研磨加工する際、揺動の方向が切り替わる位置付近での揺動角速度ω’が小さくなるため、レンズ１に加わる加工抵抗が急激に変化することはないので、加工形状精度が向上する。
【００４６】
さらに、レンズ１の曲率半径Ｒを積極的に変化させる際、すなわち曲率半径Ｒが所望のものと差があってその修正を行う際、一時的に揺動角速度ω”を一定にすることにより容易に所望の曲率半径にまで変化させることができ、その後、揺動角速度ω’にして再度加工形状精度の高い安定した加工を行うことができる。
【００４７】
なお、実施の形態１〜３中においては、凹球面のレンズ１についてのみ説明したが、凸形状のレンズについても全く同様の構成にて加工を行うことができ、その効果においても何ら差が生じることはない。
【００４８】
さらに、説明においてレンズ１を保持する軸を上軸１１として加工を行うように記載したが、その逆にレンズ１を下軸とし砥石３を上軸１１として加工を行う方式を用いても、その効果に何ら差が生じることはない。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の請求項１のレンズ加工方法によれば、総型工具の揺動角速度を加工中に加減速することにより、揺動角速度の急激な変化に起因する加工形状精度の劣化を抑えることができる。
【００５０】
また、揺動角速度の変化がサインカーブを描くように制御することにより、遊星揺動と同じような加工形状精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のレンズ加工装置を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面からの部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１〜３のレンズ加工方法を示し、図２（ａ）はレンズ加工装置の揺動状態を示す側面図、図２（ｂ）は揺動角速度の変化を示す図である。
【図３】図１（ａ）のＡ―Ａ’部分の断面拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態２のレンズ加工装置の一部を示す断面拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態３のレンズ加工方法を示し、図５（ａ）はレンズ加工装置の揺動状態を示す側面図、図５（ｂ）は揺動角速度の変化を示す図である。
【図６】従来技術のレンズ加工装置を示す断面図である。
【図７】従来技術の遊星揺動を説明するための図である。
【図８】従来の技術のレンズ加工方法を示し、図８（ａ）はレンズ加工装置の揺動状態を示す側面図、図８（ｂ）は揺動角速度の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ レンズ
１ａ レンズ加工面
２ ホルダー
３ 砥石
３ａ 球面
４ 砥石軸
５ スピンドル
６ 揺動モーター
７ 砥石回転モーター
８ ガイド
９ 揺動部材
１０ 揺動部材受け部
１１ 上軸
１２ シール
１３ 流体
１４ 下軸
１５ ギア
１６ 有気孔部材
１９ 下軸台座
２０ 隙間
２１ 流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズを高精度に球面加工するレンズ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ加工をレンズ球面に合致した総型工具を使用して行う際、高能率でかつ高品質な加工を行うために、特開平７―２０５００８号公報に記載の方法および装置などがある。この技術に用いられる装置を図６を用いて説明する。
【０００３】
図６において、レンズ３１のレンズ加工面３１ａを加工する球面３３ａを有する砥石３３は、揺動体３７に回転自在に取り付けられ、回転モーター３５により回転可能となっている。
【０００４】
揺動体３７は、その下面に砥石３３の球面３３ａの球心Ｏを中心とした球面部３７ａが形成されており、球面部３７ａを介して支承部材３８に支承されている。
【０００５】
支承部材３８には揺動体３７の球面部３７ａと同一の曲率半径の球面に形成された揺動体支承面３８ａが形成されている。この揺動体支承面３８ａには空気孔３９が設けられ、図示省略した圧縮空気発生装置と接続されており、この空気孔３９より圧縮空気を噴出することにより、揺動体３７を揺動体支承面３８ａより浮上させ、非接触の状態で支承することを可能にしている。
【０００６】
揺動体３７の下部は、揺動モーター３６により回転される揺動アーム４０に係合され、揺動モーター３６が駆動される際に、揺動体３７が支承部材３８に支承されるとともに球面部３７ａが揺動体支承面３８ａに案内されて揺動することを可能にしている。
【０００７】
砥石３３の上方にはレンズ３１をホルダー３２を介して加圧する加圧軸４１が設けられている。加圧軸４１は、その軸心が砥石３３の球面３３ａの球心Ｏを通る軸線上に位置するように、かつ図示省略された移動手段により上下に移動可能に設けられている。
【０００８】
前記の構成からなる加工装置を用いての研削・研磨方法は、まず、砥石３３の球面３３ａにレンズ３１のレンズ加工面３１ａをホルダー３２を介して加圧軸４１により球心軸線上より加圧し、砥石３３を回転モーター３５により回転させるとともに、揺動モーター３６により揺動アーム４０を介して揺動体３７の下側全体すなわち下軸を揺動させる。
【０００９】
揺動体３７は、砥石３３の球面３３ａの球心Ｏを球心とした球面部３７ａが案内面となって図示省略した空気圧縮装置からの圧縮空気を介在させて支承部材３８の揺動体支承面３８ａに沿って揺動するので、揺動体３７に支承されている砥石３３は球心Ｏを揺動中心（支点）として円を描くように球心揺動する（この時の揺動を、以後、遊星揺動と呼ぶこととする）。この遊星揺動の状態を加工機上方から見た場合、図７（ａ）のようになり、加工機側面から見た場合、図７（ｂ）のようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記加工装置にてレンズ３１の加工を行う際、工具である砥石３３の球面３３ａ側の偏摩耗は抑えられ、加圧も均等にかかり、比較的安定した加工が行うことができる。しかし、遊星揺動することにより、前後左右に下軸が移動することになる。すなわち、加工装置の必要とする移動範囲が広くなり、加工機自体が必要以上に大きくなる。
【００１１】
また、前記加工装置では、揺動部分である揺動体３７とそれを支承する部分である支承部材３８との間に圧縮空気を介在させており、しかも、開放された空間に圧縮空気を供給しているので、常にその圧縮空気を供給し続けなければならない。これは、加工機自体の維持・管理の観点から見ると、不経済である。
【００１２】
さらに、加工中においてレンズ加工面３１ａの曲率が所望曲率と差がある場合には、曲率の修正作業を行うことがある。具体的には、揺動中心角（上軸４１に対して砥石軸が揺動する際の、上軸４１の中心軸線と砥石軸の中心軸線とで形成される揺動の最大角と揺動の最小角とのなす角度、すなわち中心角）を大きくしたり、小さくしたりして通常行う。しかしながら、遊星揺動は揺動の角度が決まっていて加工が安定しているが故に、このレンズ加工面３１ａの曲率を修正する作業を行おうとしても、なかなかレンズ３１の曲率が変化しないことから、所望曲率と差があるレンズ３１をさらに高精度に加工しにくいといった問題点もある。
【００１３】
一方、加工機下軸が一平面上で一定ストロークで円弧を描くように往復揺動する下軸揺動式の加工装置では、レンズ５１に対して、揺動する下軸側の砥石５３の揺動状態は、図８（ａ）のようになっており（揺動角度θは、砥石５３の最下位置から最上位置まで変化する。各位置における砥石軸の中心軸線どうしがなす角度が揺動中心角θ0 となる）、また揺動角速度ωの変化は図８（ｂ）のようになる。具体的には砥石５３の揺動方向が逆転する際、すなわち、揺動角θが最大となるときと最小となるとき揺動角速度ωが急激に変化するため、レンズ５１に加わる加工抵抗も急激に変化し、結果的には加工形状精度の劣化が起きるという問題が生じていた。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、レンズを研削・研磨加工するにあたって、装置自体を必要以上に複雑にすることなく、維持・管理が容易で、高能率でかつ高精度なレンズ加工を可能とするレンズ加工方法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】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のレンズ加工方法は、レンズ形状に合致した球面を持つ総型工具を使用して、レンズをホルダーに保持した状態で前記総型工具に押圧し、前記総型工具を回転させつつ、レンズ加工面の曲率中心を揺動中心とし、前記総型工具が円弧を描きつつ往復揺動し加工するレンズ加工方法において、前記総型工具の揺動角が最大になるときと最小になるときの揺動角速度を０として、揺動角速度の変化がサインカーブになるように揺動角速度を変化させて加工することを特徴とする。
【００２０】
前記請求項１のレンズ加工方法にあっては、総型工具の揺動角速度を加工中に加減速して、急激な加工抵抗の変動を抑える。従来技術における遊星揺動を上方および側面から観察すると、総型工具である砥石３３の動きは、図７（ａ）および（ｂ）のようになり、揺動角速度においては、図７（ｃ）および（ｄ）のようになる。これは、図７（ａ）のように上方から砥石３３の動きを見た場合、遊星揺動により円を描く砥石３３の揺動角速度ωは一定なので、側面から見た場合はそのコサイン成分しか見かけの角速度になっておらず、図７（ｃ）のように側面方向から観察した場合は揺動角速度ω’になる。これを時間経過に沿ってグラフ化すると、図７（ｄ）のようになる。これにより、見かけの角速度は、揺動角θが最大または最小の時と中間の時でω’変化していることが判る。すなわち、請求項１および請求項４の円弧を描く往復揺動にこの見かけの角速度ω’を適用することで、急激な加工抵抗の変動を抑えることが可能である。また、下軸の揺動角速度を加工中に一定速に制御して、レンズ加工面の曲率を変化しやすい状態にする。
【００２１】
また、前記加工機下軸の揺動角速度ω’が図７（ｄ）のようにサインカーブを描くように変化しているため、その揺動角速度ω’の変化を円弧を描く往復揺動において再現することで、急激な加工抵抗の変化を最小に抑えることが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を図１から図３に示す。図１は往復揺動を行うレンズ加工装置を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面からの部分断面図である。図２は揺動に対する角速度成分と時間の関係を模式的に表したものである。図３は図１（ａ）におけるＡ―Ａ’部分の断面拡大図である。
【００２５】
図１において、レンズ形状に合致した球面３ａを有する総型砥石としての砥石３が砥石軸４に接続されている。総型砥石としての砥石３は粗研削用、精研削用、研磨用のいずれかの砥石を使用してもよい。この砥石軸４はスピンドル５と一体となっており、さらにスピンドル５は砥石回転モーター７に接続されている。砥石回転モーター７はスピンドル５を回転可能に支承する下軸台座１９に固定されており、砥石軸４の軸心回りに砥石３を回転させる。下軸台座１９はその外周面に揺動部材９を貫通するように取り付けてあり、この下軸台座１９上には揺動部材９を揺動させるための揺動モーター６が、砥石回転モーター７の回転軸線と直交する方向に回転軸線を有するように固定されている。この揺動モーター６は、加工中に揺動角速度の加減速の制御可能な駆動源を構成している。
【００２６】
前記揺動部材９は舟型形状に形成され、その下面が揺動部材受け部１０により支持されており、揺動部材受け部１０は前記舟型形状に見合った凹曲面形状をしている。前記揺動部材９と揺動部材受け部（以下、揺動受け部という）１０の間には微小の隙間２０が設けられている。図１（ａ）におけるＡ―Ａ’部分の断面拡大図である図３は、前記微小の隙間２０を有する揺動部材９と揺動受け部１０の摺動面部分を示しており、揺動受け部１０の摺動面部分は断面で見ると三角状になっており、流体１３を供給する流路２１が設けられている。この流路２１は図示省略した流体供給装置と接続されている。
【００２７】
揺動部材９の摺動面部分は上記揺動受け部１０に見合った形状になっており、前記流体供給装置から流路２１を通じて供給された流体１３は前記の微小な隙間２０に供給される。この微小な隙間２０の外周にはシール１２が施されており、流体１３が微小な隙間２０から外部に漏れることがないように構成され、揺動受け部１０に揺動部材９が流体１３を介して支承されるようになっている。
【００２８】
前記揺動モーター６にはギア１５が取り付けられており、ギア１５は円弧状のガイド８とかみ合った状態となっている。ガイド８は図示省略した加工機本体に固定されており、揺動モーター６によりギア１５がガイド８に沿って回動して前記下軸台座１９が揺動し、揺動部材９および砥石３等が円弧を描きつつ往復揺動するようになっている。なお、揺動受け部１０には、下軸台座１９の揺動を阻害しないように図示省略した開口部分が設けられている。
【００２９】
砥石３の上方にはホルダー２に保持されたレンズ１が配置され、レンズ１は凹球面状のレンズ加工面（レンズ球面）１ａを砥石３に向けてホルダー２に対し回転自在に支持されている。さらに、そのホルダー２は上軸１１に接続されており、加工時には適宜レンズ加工面１ａを砥石３に加圧する機構を備えている。この上軸１１は砥石３の球面３ａにおける曲率中心を通る軸線上に位置しており、かつ図示省略された移動手段により上下に移動可能に設けられている。なお、砥石３における球面３ａおよびレンズ１のレンズ加工面１ａの曲率中心は往復揺動する円弧の曲率中心と一致した位置にある。
【００３０】
上記の構成によれば、図１（ａ）および図１（ｂ）において、加工開始時にはホルダー２を介して上軸１１に保持されているレンズ１が砥石３に接するまで下降し、その後、図示省略した加圧機構によりレンズ加工面１ａに上方から圧力が加わる。同時に揺動モーター６を駆動することによりギア１５が回転し、ガイド８に沿って下軸全体（砥石３、砥石軸４、揺動モーター６、砥石回転モーター７、揺動部材、ギア１５および下軸台座１９）１４がレンズ加工面１ａの曲率中心を揺動中心として揺動する。この揺動の状態図を図２（ａ）に示している。揺動モーター６は図示省略された制御手段によって、回転速度および回転方向が任意に変えることが可能である。揺動部材９の下面は流体１３を介して揺動受け部１０にて支承されているので、振動等がなく、安定した状態で下軸全体１４が揺動をする。また揺動を行うのと同時に、砥石回転モーター７を駆動することにより、砥石軸４が回転し、砥石軸４に接続された砥石３が回転する。
【００３１】
以上のように砥石３の球面３ａがレンズ１のレンズ加工面１ａに沿って回転および往復揺動することにより加工を行う。すなわち、上軸１１からの加圧、砥石３の回転および揺動の要素が加わることにより、レンズ加工面１ａの加工が進行する。
【００３２】
上記の揺動については図２（ｂ）のように揺動角速度の成分ω’を横軸に、時間Ｔを縦軸に採った場合、その軌跡がサインカーブを描くように、揺動角速度調整を行う。揺動角速度調整は揺動モーター６を図示省略した数値制御装置等により行う。加工終了時には砥石３の回転および下軸全体１４の揺動は停止し、上軸１１が上昇する。
【００３３】
本実施の形態によれば、レンズ１を研削・研磨加工する際、安定的に揺動運動が行えるとともに、往復揺動する際、揺動の方向が切り替わる位置付近での揺動角速度ω’が徐々に小さくなるため、レンズ１に加わる加工抵抗が急激に変化することはなく、加工形状精度が向上する。また、一平面上で円弧を描きつつ往復揺動するレンズ加工装置を用いるため、装置の必要とするスペースも小さくなり、加工機自体もコンパクトにすることができる。
【００３４】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を図４に示す。図４は実施の形態１と同様に円弧を描く往復揺動により研削・研磨加工を行うレンズ加工装置の一部を示す断面拡大図で、図１におけるＡ―Ａ’部分を表している。なお、実施の形態１と同一の部分は同一の番号を付して、その説明は省略する。
【００３５】
図４は、実施の形態１と同様、レンズ加工形状に見合った総型工具を用いて研削・研磨加工を行う際、レンズ加工面の曲率中心を揺動中心として、下軸全体が円弧を描くように往復揺動を行いつつ加工を行うレンズ加工装置の揺動部材９と揺動受け部１０の摺動面部分を示している。
【００３６】
本実施の形態のレンズ加工装置において実施の形態１と異なる点は、まず、揺動部材９および揺動受け部１０の形状が断面で見た場合、その摺動面部分が四角状になっている点である。次いで、揺動受け部１０より流体１３を供給する際、実施の形態１においては微小径の流路２１を設けてあり、流路２１から揺動部材９と揺動受け部１０の微小な隙間２０に流体１３を供給していたが、本実施の形態においては流体１３を供給する流路２１を有する揺動受け部１０の面に、揺動部材９の四角状凹部より小さい有気孔部材１６を配し、揺動部材９と有気孔部材１６の間に微小な隙間２０を形成してある。この有気孔部材１６は内部に流体１３を通過する微小の穴が無数にある部材で、材質は特殊金属、特殊樹脂等がある。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３７】
上記構成によるレンズ加工装置を用いて実施の形態１と同様に、砥石３がレンズ１のレンズ加工面１ａに沿って回転および往復揺動することにより加工を行う。このとき揺動については図２（ｂ）のように揺動角速度の成分ω’を横軸に、時間Ｔを縦軸に採った場合、その軌跡がサインカーブを描くように、揺動角速度調整を行うのも実施の形態１と同じである。そして、揺動に際し、揺動部材９および揺動受け部１０における摺動面部分の形状が断面で見ると四角状になっていることにより、垂直方向・水平方向の力をそれぞれ分散して受けることができる。
【００３８】
次いで、揺動受け部１０の流路２１より流体１３を供給する際、流体１３を供給する面に有気孔部材１６を配してあることにより、微小な隙間２０には、ある特定の流路から流体１３が供給されるのではなく、有気孔部材１６の内部に無数にある微細孔から流体１３が供給されるため、実施の形態１より均一に面圧がかかり、より安定した状態で揺動部材９を支承することができる。さらに実施の形態１においては揺動部材９と揺動受け部１０の形状精度・面粗さなどにおいて良好な面が必要とされるが、有気孔部材１６を使用する場合は形状精度・面粗さなどに対する影響が少なく、均一な面圧が得られる。その他の作用は実施の形態１と同様である。
【００３９】
本実施の形態によれば実施の形態１と同様に、レンズ１を研削・研磨加工する際、揺動の方向が切り替わる位置付近での揺動速度が小さくなるため、レンズ１に加わる加工抵抗が急激に変化することはなく、加工形状精度が向上する。また、一平面上で円弧を描きつつ往復揺動するレンズ加工装置を用いるため、装置の必要とするスペースも小さくなり、加工機自体もコンパクトにできる。さらに、揺動部材９と揺動受け部１０間に有気孔部材１６を通して流体１３を介在させることにより、流体１３の面圧が安定し、スムーズな揺動角速度変化および揺動運動が行われる。さらに揺動部材９および揺動受け部１０の形状精度、面粗さを重要視しなくとも良いので、上記部品の製作においても簡易化できる。
【００４０】
［実施の形態３］
本実施の形態を図２（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）を用いて説明する。なお、実施の形態１および実施の形態２と同一の部分は同一の番号を付して、その説明は省略する。
【００４１】
図２（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）において、実施の形態１と同様、レンズ形状に見合った総型工具を用いて研削・研磨加工を行う際、レンズ加工面１ａの曲率中心を揺動中心として、下軸全体が円弧を描くように往復揺動を行いつつ加工を行うレンズ加工装置における側面図および揺動角速度の変化を表したものである。
【００４２】
本実施の形態のレンズ加工装置および加工方法において、実施の形態１および実施の形態２と異なる点は、図２（ａ）（ｂ）に基づく加工を行った際に、レンズ１の曲率が所望曲率と差が生じた場合、図５（ａ）（ｂ）の状態に切り替えて、揺動中心角θ0 ＋Δθおよび揺動角速度ω”と変化を与えることにある。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４３】
上記構成によるレンズ加工装置を用いて実施の形態１と同様に、図２（ａ）のように砥石３の球面３ａがレンズ１のレンズ加工面１ａに沿って回転および往復揺動（この時の揺動中心角をθ0 とする）することにより加工を行う。このとき揺動については図２（ｂ）のように揺動角速度の成分ω’を横軸に、時間Ｔを縦軸に採った場合、その軌跡がサインカーブを描くように、数値制御装置の指令により揺動モーター６を介して揺動角速度調整を行う。
【００４４】
レンズ１の加工後に加工した球面の曲率半径Ｒを測定した結果、曲率半径Ｒが所望の曲率半径と差がある場合、この曲率半径を修正する際は、レンズ１の曲率半径Ｒを微小の値だけ大きく、もしくは小さくするために揺動中心角θ0 を変化させる。しかし、揺動中心角θ0 のみを変化させただけでは、加工状態が安定しているため、曲率半径Ｒは変化しにくい。そこで、図５（ａ）（ｂ）のように、揺動中心角θ0 ＋Δθ（だだしΔθはプラスの値またはマイナスの値をとりうる）とし、また揺動角速度を一時的に従来の直進揺動と同じように揺動角速度ω”を一定に保つような揺動角速度調整を行う。これにより、揺動中心角θ0 ＋Δθおよび揺動角速度ω”に変化してレンズ１の曲率半径Ｒの変化のレスポンスが良くなり、曲率半径Ｒが容易に変化する。レンズ１の曲率半径Ｒが所望の値に近づいてきたら、再度、図２（ａ）（ｂ）のように揺動角速度調整を行う。これにより、レンズ１の曲率半径Ｒを所望の曲率半径にしやすくなり、安定した状態になり、さらに加工形状精度が維持される。
【００４５】
本実施の形態によれば実施の形態１と同様に、レンズ１を研削・研磨加工する際、揺動の方向が切り替わる位置付近での揺動角速度ω’が小さくなるため、レンズ１に加わる加工抵抗が急激に変化することはないので、加工形状精度が向上する。
【００４６】
さらに、レンズ１の曲率半径Ｒを積極的に変化させる際、すなわち曲率半径Ｒが所望のものと差があってその修正を行う際、一時的に揺動角速度ω”を一定にすることにより容易に所望の曲率半径にまで変化させることができ、その後、揺動角速度ω’にして再度加工形状精度の高い安定した加工を行うことができる。
【００４７】
なお、実施の形態１〜３中においては、凹球面のレンズ１についてのみ説明したが、凸形状のレンズについても全く同様の構成にて加工を行うことができ、その効果においても何ら差が生じることはない。
【００４８】
さらに、説明においてレンズ１を保持する軸を上軸１１として加工を行うように記載したが、その逆にレンズ１を下軸とし砥石３を上軸１１として加工を行う方式を用いても、その効果に何ら差が生じることはない。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の請求項１のレンズ加工方法によれば、総型工具の揺動角速度を加工中に加減速することにより、揺動角速度の急激な変化に起因する加工形状精度の劣化を抑えることができる。
【００５０】
また、揺動角速度の変化がサインカーブを描くように制御することにより、遊星揺動と同じような加工形状精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のレンズ加工装置を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面からの部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１〜３のレンズ加工方法を示し、図２（ａ）はレンズ加工装置の揺動状態を示す側面図、図２（ｂ）は揺動角速度の変化を示す図である。
【図３】図１（ａ）のＡ―Ａ’部分の断面拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態２のレンズ加工装置の一部を示す断面拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態３のレンズ加工方法を示し、図５（ａ）はレンズ加工装置の揺動状態を示す側面図、図５（ｂ）は揺動角速度の変化を示す図である。
【図６】従来技術のレンズ加工装置を示す断面図である。
【図７】従来技術の遊星揺動を説明するための図である。
【図８】従来の技術のレンズ加工方法を示し、図８（ａ）はレンズ加工装置の揺動状態を示す側面図、図８（ｂ）は揺動角速度の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ レンズ
１ａ レンズ加工面
２ ホルダー
３ 砥石
３ａ 球面
４ 砥石軸
５ スピンドル
６ 揺動モーター
７ 砥石回転モーター
８ ガイド
９ 揺動部材
１０ 揺動部材受け部
１１ 上軸
１２ シール
１３ 流体
１４ 下軸
１５ ギア
１６ 有気孔部材
１９ 下軸台座
２０ 隙間
２１ 流路
Claims (1)
- レンズ形状に合致した球面を持つ総型工具を使用して、レンズをホルダーに保持した状態で前記総型工具に押圧し、前記総型工具を回転させつつ、レンズ加工面の曲率中心を揺動中心とし、前記総型工具が円弧を描きつつ往復揺動し加工するレンズ加工方法において、前記総型工具の揺動角が最大になるときと最小になるときの揺動角速度を０として、揺動角速度の変化がサインカーブになるように揺動角速度を変化させて加工することを特徴とするレンズ加工方法。
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