JP4709257B2 - レンズ研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ研磨装置の改良に関し、例えば圧力条件に敏感な素材の研磨に好適なレンズ研磨装置に関する。

従来から、各種のレンズおよび研磨工具を保持する構成に関しては、以下のような機構が採用されてきた。

（１）．伝統的な光学レンズ研磨機
図６と図７に伝統的な光学レンズ研磨機５０の主要部の一例を示す。

回転する下側の回転軸５２に凸面研磨工具５４（又は凸レンズ）を装着し、横方向に揺動する上側のジグ５６に凹レンズ５８（又は凹面研磨工具）を装着する。凸面研磨工具５４は、ネジもしくはコレットチャックで回転軸５２に固定装着される。ジグ５６は、カンザシ６０と呼ばれる棒状部材に回転・傾斜自由に保持される。カンザシ６０は、球面加工された軸端６０ａを有し、ジグ５６の背面に設けた穴５６ａに挿入されて自在継手５５を構成するものである。

レンズ５８と研磨工具５４を加圧する場合は、カンザシ６０の軸上に錘６２を付加して調整するが、減圧する場合は、カンザシ６０に連結された揺動アーム６４上後方に張り出した減圧棒６６に錘６８を付加して調整する。錘６８を数種類組み合わせて加減圧の調整をするが、加重を精密に設定するには無理がある。一般的にレンズ５８を高精度に仕上げる際には加重を減じ、研磨工具５４（ピッチ）の変形、摩擦熱発生、砥粒過干渉等を低減・抑制し、形状精度・表面あらさを改善する。

また、この種の研磨機では、研磨工具とレンズ間の高さ方向の相対的変位Ｙ（カンザシの高さ方向変位）は、カンザシ６０を保持しているアーム６４後方の縦方向回転軸６９の回転により吸収する構造となっている。

研磨進行中は、レンズと研磨工具の表面状態や相互間の潤滑状態が変化する。

これに伴い、摩擦力の変動に起因して微妙な脈動が生じ、これがアーム部で増幅回帰されることによりビビリを起こしやすい。

（２）．近代的な光学レンズ研磨機
図８に近代的なレンズ研磨機７０の主要部の一例を示す。

揺動アーム８４に加減圧調整用のエアシリンダ８２が接続されている。エアシリンダ８２は、加圧調整用のレギュレータ８６と減圧調整用のレギュレータ８８を備えている。

レンズ７８と研磨工具７４との間の加減圧をエアシリンダ８２が行う。加減圧用の各レギュレータ８６，８８を調整することにより、研磨圧力は自在に調整可能である。ただし、空気圧を絞込み過ぎるとシリンダ８２内部の機械的摩擦の影響が増大するため、低圧力側での微調整は困難である。

研磨工具７４とレンズ７８間の高さ方向の相対的変位（カンザシ８０の高さ方向変位）は、（１）と同様にカンザシ８０を保持しているアーム８４後方の縦方向回転軸８９の回転により吸収する構造としている。

研磨進行中は、レンズ７８と研磨工具７４の表面状態や相互間の潤滑状態が変化する。これに伴う摩擦力の変動に起因して微妙な脈動が生じ、これがアーム８４の中間に接続したエアシリンダ８２により吸収されている。

（３）．多軸ＮＣ非球面レンズ研磨装機
図９は、黒田精工製の多軸ＮＣ非球面レンズ研磨装置９０の概要である。構成は一見複雑だが、注目すべき部分は研磨工具９４の加減圧装置９９である。研磨工具９４は回転・傾斜自由に駆動モータ（図示せず）のスピンドル９５の先端部に装着されている。駆動モータ自身は静圧エアスライド９６上のガイドブロックに固定されており、ｚ方向に滑動自由に保持されている。このガイドブロック側面の一方から上方にワイヤ（図示せず）が張り出し、対辺の錘（図示せず）によりカウンターバランスが取られている。このカウンターバランスによりガイドブロック部に接続する全加重を相殺すれば、研磨圧力は極微小量に調整できる。

また、この研磨装置９０では、レンズ９８と研磨工具９４間の高さ方向の相対的変位（カンザシの高さ方向変位）はｚ軸のＮＣサーボにより制御される。さらに研磨進行中のレンズ９８および研磨工具９４の表面状態と潤滑状態の変化にともなう摩擦力の変動に起因する微妙な脈動は、静圧エアスライド９６が加工部上方に位置するために直ちに吸収される。
特開２００１−３８５９５号公報 特開２００２−１７８２５２号公報 特開２００２−１７８２５１号公報 特開平１０−３４５１１号公報

前項（１）に記載の伝統的レンズ研磨機５０の場合、研磨圧力は任意の加重を有する複数種の錘６２，６８の付加により調整されるので、低圧側での微調整は本質的に困難である。また、研磨工具５４とレンズ５８間の高さ方向の相対的変位Ｙ（マクロな振動）は、カンザシ６０を保持するアーム６４後方の縦方向回転軸６９の回転により吸収する構造としている。一方、研磨進行中には、試料および工具表面状態・潤滑状態の変化が起こり、この現象にともなう摩擦力の変動＝周期的脈動（ミクロな振動）は長いアーム６４に伝わり増幅されて、研磨面に回帰される結果、形状精度、表面粗さを劣化させる等の不都合があった。

また、前項（２）に記載の近代的レンズ研磨機７０の場合、研磨圧力の調整はエアシリンダ８２に供給する空気圧をレギュレータ８６，８８で任意に調整できるので、その微調整は容易であるが、空気圧を絞込み過ぎるとシリンダ８２内部の機械的摩擦の影響が相対的に増大し、低圧力側での微調整は困難である。

また、前項（３）に記載の多軸ＮＣ非球面レンズ研磨機９０の場合、装置構成は複雑化する。

本発明は上記の事情に鑑みて発明されたものであって、その第1の目的は、軽 微な研磨圧力の付加を容易とし、圧力条件に敏感な素材の研磨に適合したレンズ研磨装置を提供することである。

第２の目的は、研磨工具とレンズ間の高さ方向の相対的変位（マクロな振動）および摩擦力の変動に起因する微妙な脈動（ミクロな振動）を吸収し、これらの増幅が起こりにくいレンズ研磨装置を提供することである。

第３の目的は、簡素なユニットとして構成し、容易に装着可能とする事で、一般に普及している多様なレンズ研磨装置にも適用可能な吸収機構ユニットを提供することである。

なお、加圧シリンダ等によりワークに加圧する圧力を制御したり、ワークと工具の相対位置を制御してワークに加圧する圧力を制御する研磨装置や、ＮＣ制御による研磨装置が知られている（特許文献１等参照）。

上記目的を達成するための手段を例示すると、以下のとおりである。

レンズ及び研磨工具に所望の圧力を加える加圧手段と、レンズ及び研磨工具の少なくとも一方に揺動機構を有するレンズ研磨装置において、
揺動機構がアームを有し、アームの先端に吸収機構が簡易型ユニットとして設けられており、アームの下部に突き出し量調整ボルトが取り付けられており、突き出し量調整ボルト先端部が基部に当たってアームの下向き動作を阻止し、
吸収機構が、レンズ及び研磨工具の相対運動に従動する従動部材と、従動部材に接続されていて、従動部材のリニア運動に連動してリニア運動をする運動部材と、運動部材のリニア運動を案内するガイドとを有することを特徴とするレンズ研磨装置。

以上の構成により、研磨工具（ピッチ）の変形および摩擦熱発生を低減させ、形状精度を向上させるとともに、砥粒過干渉を抑制し、表面あらさ・表面欠陥を低減させる。また、ビビリを原因とするフチダレを防止し、形状精度向上を図る。周期的な砥粒過干渉の抑制により、この効果によっても表面あらさ・表面欠陥を低減させる。

発明の実施の形態

本発明において、レンズ及び研磨工具に所望の圧力を加える加圧手段は、以下に示す実施例においては、錘として示されているが、他の種々の加圧手段も利用可能である。

揺動機構は、以下に示す実施例においては、クランク軸を含むものとして示されているが、他の種々の形式の揺動機構も利用可能である。また、レンズ及び研磨工具の一方だけでなく両方に揺動運動を与えても良い。

アームは、以下に示す実施例においては、板状のものや棒状のものが示されているが、これらに種々の部材を付加してアームとして構成しても良いし、又はこれら以外の部材でアームを構成しても良い。

第１方向（ｘ）と第２方向（ｙ）は、以下に示す実施例においては、それぞれ水平方向と鉛直方向として示されているが、他の種々の方向も利用可能である。

吸収機構は、以下に示す実施例においては、カンザシとこれを保持するリニアガイドや、自己潤滑性を有する樹脂材球体とこれを内面に保持する円筒状部材や、自己潤滑性を有するリング状部材とこの周囲を保持する円筒状部材で構成されているが、他の種々形状の運動部材とこれを案内するガイドも利用可能である。

図１は、本発明によるレンズ研磨装置の１つの実施例を示す。図２は図１のレンズ研磨装置の上面図である。

レンズ研磨装置１０１は、フレーム構造１３の上に、回転数可変の回転軸３を有している。凸面研磨工具１は、基板１ａとその表面に貼り付けられたポリシャ材１ｂとを有している。凸面研磨工具１は、基板１ａの背面に設けられたネジ２によって回転軸３上に装着されている。

凸面研磨工具１の上面には凹レンズ４が接触している。凹レンズ４は、接着剤５により、従動部材としてのジグ６に貼り付いている。

ジグ６の背面にはザグリ穴６ａが形成されている。ザグリ穴６ａには、カンザシ７が鉛直に挿入される。カンザシ７は、外形の円筒度・表面あらさを適切に仕上げ、表面処理によりＨＲｃ５５以上に硬化したものである。ザグリ穴６ａにカンザシ７を挿入する事で、一種の自在継ぎ手１０２が構成される。ジグ６はカンザシ７に対して回転・傾斜自由である。カンザシ７の上部には、取付部材としてのネジ９ａが設けられている。ネジ９ａにより、微量の錘９が固定され、さらに状況により微量の調整用分銅１０も載せられる。これらの加重はカンザシ７先端の球面加工部７ａに加えられる。

カンザシ７の周囲には、ころがり軸受けの一種であるリニアガイドブッシュ８が相対移動可能に設けられている。カンザシ７は運動部材としてリニアガイドブッシュ８により上下方向（鉛直方向）ｙの直線運動および回転自由に保持され案内されている。カンザシ７とリニアガイドブッシュ８により吸収機構１００が形成される。

リニアガイドブッシュ８は長い基板１１の先端に固定されている。この基板１１の下面には、ガイドブロック１２ａが取り付けられている。研磨装置フレーム構造１３上部には、ガイドブロック１２ａに対応する直線ガイドレール１２ｂが設けられている。直線ガイドレール１２ｂとガイドブロック１２ａとの摺動により、基板１１は、水平方向ｘに直線運動自在に構成されている。

基板１１の基端には、レール１２ｂと直角配置で、自己潤滑性を有する２枚の樹脂板１４が平行に配置されている。この近傍には回転数可変で鉛直方向に軸心を有する回転軸１５がある。回転軸１５には水平方向に伸びた板１６が接続されている。板１６上には位置決め可能なピン１７が２枚の平行樹脂板１４の間に位置するように適切な方法で固定され、一種のクランク軸が形成されている。すなわち、ピン１７は２枚の平行樹脂板１４の間に挿入されて、ピン１７の位置決めでクランクの振り幅ａを設定し、基板１１およびカンザシ７が振幅ａでｘ方向に往復直線運動を行う。なお、基板１１、ブロック１２ａ、レール１２ｂ、樹脂版１４、回転軸１５、板１６、ピン１７、等で揺動機構１０３が構成されている。

カンザシ７の往復直線運動にともなうレンズ４の縦方向ｙの変位ｂは、カンザシ７とリニアガイドブッシュ８との間の直線運動自在な保持構造により吸収され、研磨面の摺動にともなう傾きは、カンザシ先端球面加工部７ａとジグ６背面のザグリ穴６ａで構成される自在継ぎ手１０２により吸収されるため、両者はスムーズに往復揺動を行う。ここに研磨工具１側の回転が加わり、レンズ研磨装置としての運動が実現される。

一般的なレンズ研磨装置と比較した場合、カンザシ７に直接微量の錘１０が付加できるので軽量範囲で微妙な加圧調整が可能である。このため、研磨工具１（ピッチ）の変形および摩擦熱発生を低減させ、形状精度を向上させるとともに、砥粒過干渉を抑制し、表面あらさ・表面欠陥を低減させる事ができる。とりわけ、ＣａＦ₂材等、圧力条件に敏感な素材の研磨には好適である。

また、研磨の進行中に起こるレンズ４および研磨工具１の表面状態・相互間の潤滑状態の変化から摩擦力の変動が起こり、微小な脈動が生じても直ちにリニアガイドブッシュ８付近で吸収されるため基板１１（アーム部分ともいう）で増幅回帰することが無い。このため、ビビリを原因とするフチダレを防止できる等、形状精度向上の他、周期的な砥粒過干渉を抑制でき、この効果によっても表面あらさ・表面欠陥を低減させる事ができる。

この実施例では、上側配置を凹レンズ、下側配置を凸面研磨工具としたが、上側配置を凸レンズ、下側配置を凹面研磨工具としても良く、また、上側配置を凹面研磨工具、下側配置を凸レンズとしても良い。特に一般的なレンズ研磨装置では、上側配置を凸レンズとした場合に曲率半径１００ｍｍ程度でも難しいとされるが、本発明のレンズ研磨装置によれば、この場合でもビビリが起こりにくく、さらに曲率半径５０ｍｍ程度までの凸レンズ研磨が可能である。

図３は、本発明によるレンズ研磨装置の別の実施例を示す。なお、上記実施例中の部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、揺動機構は図１と図２で示したものと同様のものを利用できるため、図示が省略されている。

レンズ研磨装置１０４は、フレーム構造１３の上に、回転数可変の回転軸３を有している。回転軸３上には、レンズ接着ジグ２０が背面のネジ２０ａにて装着されており、その表面に凸レンズ１８が接着剤１９により貼り付けられている。

凹面研磨工具２２は、基板２２ｂとその下面に貼り付けられたポリシャ材２２ｃ（ピッチ、ポリウレタン等）とを有している。凹面研磨工具２２は、従動部材として凸レンズ１８の上面に接触している。

凹面研磨工具２２の背面中心には、状況により研磨装置１０４の下軸側に装着可能とするための取付部材としてのネジ２２ａが設けられており、この部分に微量の錘２３を固定すれば、適切に加重が調整できる。

ネジ２２ａの先端部分には、自己潤滑性を有する樹脂性球状キャップ材２４が運動部材として装着されている。キャップ材２４の周囲には、円筒状部材２５が移動可能に設けられている。円筒状部材２５は、前記記載の往復直線運動を行う基板１１先端に取り付け、グリースを塗布してガイドとして構成したものである。

キャップ材２４を円筒状部材２５の内部に挿入すれば、一種の自在継ぎ手１０５が構成され、回転・傾斜およびｘ方向の直線運動が自由に接続される。なお、自在継ぎ手１０５は、本発明の吸収機構としても機能する。円筒状部材２５はその外周部の円筒部材２６により直線運動が自由に保持され案内されているが、円筒状部材２５上部に固定した止め輪２５ａにより下方に抜け落ちる事は無い。この構成により、レンズ１９および研磨工具２２の着脱が容易となる。また、円筒状部材２６に代えて、リニアガイドブッシュを用いても良い。

円筒状部材２５のｘ方向の往復直線運動にともなうレンズ１８と研磨工具２２間の縦方向ｙの変位ｂおよび研磨面の摺動にともなう傾きは、樹脂性球状キャップ材２４と円筒状部材２５内面とで構成される直線運動・傾斜が自由な保持構造（吸収機構）により吸収されるので、両者はスムーズに往復揺動を行う。ここにレンズ１８側の回転が加わり、レンズ研磨装置としての運動が実現される。

一般的なレンズ研磨装置と比較した場合、研磨工具２１に直接微量の錘２３が付加できるので軽量範囲で微妙な加圧調整が可能である。このため、研磨工具２２（ピッチ）の変形および摩擦熱発生を低減させ、形状精度を向上させるとともに、砥粒過干渉を抑制し、表面あらさ・表面欠陥を低減させる事ができる。とりわけ、ＣａＦ₂材等、圧力条件に敏感な素材の研磨には好適である。

また、研磨の進行中に起こるレンズ１９および研磨工具２２の表面状態とこれら相互間の潤滑状態の変化から摩擦力の変動が起こり、微小な脈動が生じても直ちに樹脂性球状キャップ材２４と円筒状部材２５内面で構成された吸収機構としての自在継ぎ手部１０５で吸収されるためアーム部分１１で増幅回帰することが無い。このため、ビビリを原因とするフチダレを防止できる等、形状精度向上の他、周期的な砥粒過干渉を抑制でき、この効果によっても表面あらさ・表面欠陥を低減させる事ができる。

この実施例では、上側配置を凹面研磨工具、下側配置を凸レンズとしたが、上側配置を凸レンズ、下側配置を凹面研磨工具としても良く、また、上側配置を凹レンズ、下側配置を凸面研磨工具としても良い。

図４は、本発明によるレンズ研磨装置の更に別の実施例を示す。なお、上記実施例中の部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、揺動機構は図１と図２で示したものと同様のものを利用できるため、図示が省略されている。

レンズ研磨装置１０７は、フレーム構造１３の上に、回転数可変の回転軸３を有している。凸面研磨工具１は、基板１ａとその表面に貼り付けられたポリシャ材１ｂ（ピッチ，ポリウレタン等）とを有している。凸面研磨工具１は、基板１ａの背面に設けられたネジ２によって回転軸３に装着されている。

凸面研磨工具１の上面には、凹レンズ４が接触している。凹レンズ４は、接着剤５により、本発明の従動部材としてのジグ２７に貼り付けられている。

ジグ２７の側面、もしくは背面には、自己潤滑性を有するリング状部材２８が運動部材として固定されている。リング状部材２８は、その外周をガイドとしての円筒状部材３０で保持され案内されている。円筒状部材３０は、部材３１を介してｘ方向に往復直線運動を行う基板１１に接続される。リング状部材２８と円筒状部材３０により一種の自在継ぎ手１０８が構成され、回転・傾斜および直線運動が自由に行われる。なお、自在継ぎ手１０８は、本発明の吸収機構としても機能する。

研磨工具２７の背面には、状況により研磨装置下軸側に装着可能とするためのネジ（図示せず）が設けられている。このネジを微量の錘２９を取り付けるための取付部材として利用すれば、適切に加重が調整できる。

円環状部材３０のｘ方向の往復直線運動にともなうレンズ４と研磨工具１間の縦方向ｙの変位ｂおよび研磨面の摺動にともなう傾きは、リング状部材２８と円筒状部材３０内面との直線運動・傾斜が自由な保持構造（吸収機構）により吸収されるので、両者はスムーズに往復揺動を行う。ここに研磨工具１側の回転が加わり、レンズ研磨装置としての運動が実現される。

一般的なレンズ研磨装置と比較した場合、研磨工具１に直接微量の錘２９が付加できるので軽量範囲で微妙な加圧調整が可能である。このため、研磨工具１（ピッチ）の変形および摩擦熱発生を低減させ、形状精度を向上させるとともに、砥粒過干渉を抑制し、表面あらさ・表面欠陥を低減させる事ができる。とりわけ、ＣａＦ₂材等、圧力条件に敏感な素材の研磨には好適である。

また、研磨の進行中に起こるレンズ４および研磨工具１の表面状態とこれら相互間の潤滑状態の変化から摩擦力の変動が起こり、微小な脈動が生じても直ちにリング状部材２８と円筒状部材３０内面で構成された吸収機構としての自在継ぎ手部１０８で吸収されるためアーム部分１１で増幅回帰することが無い。このため、ビビリを原因とするフチダレを防止できる等、形状精度向上の他、周期的な砥粒過干渉を抑制でき、この効果によっても表面あらさ・表面欠陥を低減させる事ができる。

この実施例では、上側配置を凹レンズ、下側配置を凸面研磨工具としたが、上側配置を凸レンズ、下側配置を凹面研磨工具としても良く、また、上側配置を凹面研磨工具、下側配置を凸レンズとしても良い。

図５は、図１と図２に示したレンズ研磨装置の揺動機構１０３を一般的な揺動機構１１１に変更したレンズ研磨装置の例である。すなわち、本発明は、図５に示すような一般的な揺動機構を有するレンズ研磨装置にも簡易型ユニットとして適用可能である。

研磨装置１１０の揺動アーム３２から張り出した部材３３の下部３４にねじ込まれたボルト（図示せず）の突き出し量を調整し、アーム３２が水平状態を保持するように調整する。突き出たボルト先端部は揺動機構１１１の下側の基部３５に当たり、縦方向回転軸３６の周りでアームの下向き動作は阻止されるが、上向きには動作可能でレンズおよび研磨工具の着脱は容易である。なお、揺動アーム３２、部材３３、ボルト、基部３５、縦方向回転軸３６等により揺動機構１１１が構成されている。

通常、アーム３２先端部にはカンザシ７を挿入する程度の小さい穴を有する部材が設けられるが、ここではリニアガイドブッシュ８の外径を挿入できる程度の部材３７が設けられる。図１に示したカンザシまわりの構成を部材３７に組み込むことにより、ほぼ同様の動作が実現し、一般的な揺動機構を有するレンズ研磨装置でも同等の効果が得られる。

本発明によれば、軽微な研磨圧力の付加が容易であり、ＣａＦ₂材のように圧 力条件に敏感な素材を研磨できる。研磨工具とレンズ間の高さ方向の相対的変位（マクロな振動）および摩擦力の変動に起因する微妙な脈動（ミクロな振動）の増幅が起こりにくいため、研磨工具（ピッチ）の変形および摩擦熱発生を低減でき、形状精度が向上するとともに、砥粒過干渉を抑制し、表面あらさ・表面欠陥を低減できる。また、ビビリを原因とするフチダレを防止でき、形状精度向上を図ることができる。周期的な砥粒過干渉の抑制により、この効果によっても表面あらさ・表面欠陥を低減できる。また、装置構成を簡素にできる。

なお、本発明は図示された実施例に限定されない。例えば、揺動機構に運動部材を取り付け、従動部材にガイドを取り付けて、レンズ研磨装置を構成しても良い。

本発明によるレンズ研磨装置の１つの実施例を示す。 図１のレンズ研磨装置の上面図である。 本発明によるレンズ研磨装置の別の実施例を示す。 本発明によるレンズ研磨装置の更に別の実施例を示す。 図１と図２に示したレンズ研磨装置の揺動機構を一般的な揺動機構に変更したレンズ研磨装置の例である。 伝統的な光学レンズ研磨機の主要部の一例を示す。 伝統的な光学レンズ研磨機の主要部の一例を示す。 近代的なレンズ研磨装置の主要部の一例を示す。 黒田精工製の多軸ＮＣ非球面レンズ研磨装置の概要である。

符号の説明

１、２２ 研磨工具
１ａ 基板
１ｂ ポリシャ材
２、９ａ、２０ａ ネジ
３、１９ 回転軸
４ 凹レンズ
５、１９ 接着剤
６、２０、２７ ジグ
６ａ ザグリ穴
７ カンザシ
７ａ 球面加工部
８ リニアガイドブッシュ
９、２３、２９ 錘
１０ 調整用分銅
１１ 基板
１２ａ ガイドブロック
１２ｂ 直線ガイドレール
１３ フレーム構造
１４ 樹脂板
１６ 板
１７ ピン
１８ 凸レンズ材
２８ リング状部材
３０ 円筒状部材
３１ 部材
３２ 揺動アーム
３３ 部材
３４ 下部
３５ 基部
３６ 縦方向回転軸
１００ 吸収機構
１０１、１０４、１０７、１１０ レンズ研磨装置
１０８ 自在継ぎ手
１０３、１１１ 揺動機構
ａ，ｂ 振幅

Claims (1)

1. レンズ及び研磨工具に所望の圧力を加える加圧手段と、レンズ及び研磨工具の少なくとも一方に揺動機構を有するレンズ研磨装置において、
   揺動機構がアームを有し、アームの先端に吸収機構が簡易型ユニットとして設けられており、アームの下部に突き出し量調整ボルトが取り付けられており、突き出し量調整ボルト先端部が基部に当たってアームの下向き動作を阻止し、
   吸収機構が、レンズ及び研磨工具の相対運動に従動する従動部材と、従動部材に接続されていて、従動部材のリニア運動に連動してリニア運動をする運動部材と、運動部材のリニア運動を案内するガイドとを有することを特徴とするレンズ研磨装置。

Images