JP6111114B2 - レンズ加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、レンズ芯取機などのレンズ加工装置に関するもので、加工するレンズの固定及び固定解除手段に特徴があるレンズ加工装置に関するものである。

レンズは、その表裏面の球面加工を行ってから、加工された球面によって決定される光軸を基準にして外周加工を行う。この光軸を基準としてレンズの外周加工を行う装置を芯取機と称している。一般的な芯取機は、レンズを保持して回転するホルダと、このホルダに保持されたレンズの外周に向けて近接離隔する回転砥石と、この回転砥石の前記近接離隔方向の移動位置を制御するＮＣ装置とを備えている。ＮＣ装置は、ホルダの軸心ないし回転中心を基準にして回転砥石の位置を設定するので、正確な外周加工を行うには、その前提として加工されるレンズがその光軸をホルダの回転中心に正確に一致させて（芯出しされて）保持されていることが必要である。

ホルダ上のレンズの芯出し方法としては、真円のエッジを有する上向きと下向きのベルカップでホルダを形成し、当該ホルダでレンズを軽く上下に挟持した状態で上下のベルカップを同期回転駆動する方法や、レンズを保持したホルダを所定角度ずつ回転させて各回転位置におけるレンズ球面の周辺部分の位置をダイヤルゲージで計測してレンズ光軸とホルダの軸心との偏芯方向及び偏芯量を演算し、偏芯方向を外周研削用の砥石に向け、当該砥石で偏芯量に相当する距離だけレンズを押し動かす方法などが用いられている。なお、本願の出願人は、特願２０１１−２３７３７７において、新たな芯出し手段を提案している。

レンズ芯取機は、以上のようにしてレンズをホルダ上で芯出しした後、ホルダにレンズを固定して回転させながら回転砥石でレンズの外周研削を行う。レンズをホルダに固定する手段としては、上記の下向きベルカップのような押さえ部材でレンズを挟持する手段が用いられている。しかし、レンズを傷つけるなどのおそれがあるため、挟持力をあまり大きくすることができず、加工中にレンズがホルダ上で移動して芯ずれを起こすこともあった。

特開２００５−２７９９０１号公報 特開２００７−４４７７８号公報

オートコリメータのような光学計測器を用いるとホルダ上でのレンズの光軸とこれを支持しているホルダの軸心ないし回転中心とのずれを高い精度で検出することができる。

この発明は、光軸を基準にして芯出しされたレンズを固定及び固定解除する新たなレンズ固定手段を備えたレンズ加工装置を得ることを課題としており、特にホルダ上のレンズの芯ずれを光学計測器で計測する構造のレンズ加工装置に好適なレンズ固定手段を提供するものである。

この発明のレンズ加工装置は、冷凍チャック法により回転する受台上に加工されるレンズを固定することを特徴とするもので、加工装置に搬入されたレンズの上方にレンズを固定するための部材を備えることなくレンズを固定できるものである。

この発明のレンズ加工装置は、加工されるレンズを載置して鉛直軸回りに回転する上向きカップ状の受台１と、この受台に載置されたレンズと当該受との間に冷凍固定剤を供給する固定剤供給装置１６と、受台上に供給された冷凍固定剤を凝固及び溶融する冷却・加熱手段６０とを備えている。固定剤供給装置１６は、受台１の円形のエッジの部分に冷凍固定剤を付着するように設けるか、又は、受台１の円形のエッジ１４の部分に達しない量のペースト状の冷凍固定剤を当該受台の上面の凹所に供給するように設ける。好ましいこの発明のレンズ加工装置は、受台１上に載置されたレンズの光軸と受台１の回転中心軸との偏差を検出する光学計測器３と、受台１上のレンズの側方から当該レンズの芯ずれを修正する芯出し手段４とを備えている。光学計測器３は、受台１の上方に配置される。

光学計測器３は、受台１に載置されたレンズＬの上方から投射した光ビーム３１をレンズ表面で光点にして反射させ、その反射光３３を２次元受光素子３５上に結像させ、その結像位置で投射光３１に対する反射光３３の偏芯方向及び偏芯量ｅを計測する。

冷凍固定剤は、種々なものが提案されている（特許文献１、２）。固定剤供給装置１６は、停止又は回転している受台１に、ペースト状ないし液状の冷凍固定剤を一定量ずつ供給する。冷却・加熱手段６０は、受台１やその上に載置されているレンズＬを冷却及び加熱することにより、冷凍固定剤ｇを冷却凝固及び加熱溶融して、レンズＬを固定及び固定解除する。冷凍固定剤は、融点ないし凝固点が常温に近いものを用いる。これにより、レンズＬや受台１の冷却・加熱による熱変形を抑えて、これらの熱変形による加工精度の低下を防止する。

この発明により、レンズＬを傷つけることなく、芯出しされたレンズを受台１上に強固に固定することができ、加工中の受台１上でのレンズの芯ずれを確実に防止することができる。また、加工されるレンズの上方にレンズを保持するための下向きベルカップなどの部材が不要になるので、光学計測器３を受台１の上方の最適な位置に配置することが可能になり、レンズの芯ずれを高い精度で検出でき、受台１の側方に配置した芯出し手段４で芯出しを行うことにより、高精度のレンズ加工を行うことができる。

この発明のレンズ加工装置の一例を示す模式的な正面図 図１の装置の光学計測器を示す正面図 レンズの偏芯と反射光の振れを誇張して示す説明図 光学計測器の２次元受光素子上の受光点を示す説明図 冷却・加熱手段のブロック図 加工動作の例を示す説明図 加工動作の他の例を示す説明図 冷却・加熱手段の他の例を示す模式図

図１は、この発明のレンズ加工装置の１実施例を示した図で、レンズ芯取機の例を示す模式的な正面図である。図において、加工されるレンズを固定する上向きカップ状の受台１は、鉛直方向の軸線（主軸軸線）ａ回りに回転駆動される主軸１１の上端に固定されている。主軸１１は、主軸モータ１２で回転駆動される。

主軸１１は、中空軸で、その中空孔１３は、受台１のカップ内に連通している。主軸の中空孔１３の下端は、受台１上でレンズを浮かすための空気圧供給装置５に連結されている。空気圧供給装置５は、圧力設定器５１を備えており、この圧力設定器を通過した空気が切換弁５２、回転継手５３及び主軸１１の中空孔１３を通って受台１内に供給されるようになっている。

受台１の側上方には、レンズの搬入搬出装置が設けられている。搬入搬出装置１５は、負圧でレンズの上面を吸着して、図示しないストッカと受台１との間でレンズＬを搬入搬出する。図１には、搬入搬出装置１５を受台１の左側に記載しているが、実際は図１の手前側に位置している。また、受台１の側方には、筒先を上向きカップ状の受台１の上縁に近接して、冷凍固定剤を供給する固定剤ノズル１６が配置されている。図１には、固定剤ノズル１６を受台１の左側に記載しているが、実際は図１の奥側に位置している。

受台１上のレンズの外周を加工する回転砥石２は、横送り台２２に搭載された縦送り台２５に軸支されている。横送り台２２は、図示しない水平方向の横ガイドに移動自在に案内され、横送りモータ（サーボモータ）２３で回転駆動される横送りねじ２４に螺合している。縦送り台２５は、横送り台２２に固定した鉛直方向、すなわち主軸１１と平行な方向の縦ガイド（図示されていない）に移動自在に装着され、縦送りモータ２６で回転駆動される縦送りねじ２７に螺合している。

縦送り台２５には、鉛直方向の砥石軸２１が主軸１１と平行に軸支されている。この砥石軸の下端に砥石２が装着されている。砥石軸２１は、図示しない砥石駆動モータで回転駆動される。縦送り台２５には、レンズ加工時に研削部にクーラント（切削液）を供給するクーラントノズル６、６が装着されている。

クーラントノズル６、６には、図５に示すように、冷却槽６１ｆ内のクーラントｆを送る冷却ポンプ６２ｆと、加熱槽６１ｈのクーラントｈを送る加熱ポンプ６２ｈが接続されている。冷却槽６１ｆ内のクーラントｆは、図示しない冷却装置により固定剤ノズル１６から供給される冷凍固定剤ｇの凝固点より低い温度（例えば摂氏０〜１０度）に保持されており、加熱槽６１ｈ内のクーラントｈは、図示しない加熱装置により固定剤ノズル１６から供給される冷凍固定剤ｇの凝固点より高い温度（例えば摂氏２０〜２５度）に保持されている。

受台１の直上には、光学計測器（オートコリメータ）３が配置されている。図１には、オートコリメータ３の内部構造が模式的に示されている。オートコリメータ３は、受台１上のレンズＬに向けて主軸軸線ａ方向に光ビーム３１を投射する投光器３２と、レンズＬからの反射光３３をハーフミラー３４で直角に反射して受光する２次元受光素子３５とを備えている。投光器３２から投射された光ビームは、主軸軸線ａ上でレンズＬの表面に光点（焦点）となって照射され、その反射光３３が受光素子３５の受光面上で結像し、その位置情報が電気信号として出力される。

レンズＬの光軸と受台１の軸心とが偏芯していると、図３に示すように、レンズが傾く。この傾きは、受台１の円形のエッジ１４に当接しているレンズ下面の曲率が大きいほど大きく、凸面か凹面かで傾きの方向が逆になる。レンズの光軸中心では、レンズ面は光軸と直角であり、ここに投射された光ビームは入射方向に反射する。レンズが偏芯して傾いていると、反射光は入射光からずれ、図４に示すように、受光素子３５上の受光点ｓの位置がずれ、受台１の回転によって受光点ｓは、円軌跡ｃを描く。

この円軌跡の中心ｐは、主軸軸線ａに対応する受光面上の点である。この中心点ｐを原点として受光点ｓの偏芯方向及び偏芯量（円の半径）ｅを計測すれば、光学計測器３の受光面の原点ｏが受台１の回転中心からずれていても、正確な偏芯方向及び偏芯量を計測できる。外周加工中、すなわち受台１の回転中は、受光点ｓの偏芯方向は計測できないが、偏芯量ｅは計測できる。従って、外周加工中に偏芯量ｅを監視することで、加工中に芯ずれが起こったときに直ちに検出することができる。

光学計測器３は、図２に示すように、保持具３６で昇降シリンダ３０の本体３７に固定されている。シリンダ本体３７は、主軸軸線ａ方向のシリンダガイド３８で昇降自在に案内され、そのロッドの先端３９が機械フレームの不動位置に連結されている。すなわち、昇降シリンダ３０に流体圧を供給することにより、シリンダ本体３７が昇降し、シリンダ本体に固定された光学計測器３が昇降する。光学計測器３は、受台１の搬入搬出時には上方に退避し、芯ずれ計測時に計測位置に下降する。シリンダ本体３７の下降位置をストッパで調整することにより、焦点調整可能である。

図１の装置には、受台１上でレンズＬを半径方向に押して芯ずれを修正する押動体４が設けられている。レンズ押動体４は、合成樹脂製で、圧電素子４４を介して移動台４１に搭載されている。移動台４１は、送りモータ（サーボモータ）４３で回転駆動される送りねじ４２により、受台１上のレンズ外周に向けて進退する。

装置に設けられたＮＣ装置（図示されていない。）は、光学計測器３の検出信号と予め入力されたレンズ下面の凹凸（偏芯方向が１８０度反対になる）の別に基づいて、受台１の回転中心からのレンズＬの光軸の偏芯方向を検出して、当該偏芯方向が押動体４を向くように主軸モータ１２の回転角を制御し、光学計測器３の偏芯量ｅの計測値に基づいて移動台４１の進出ストロークを制御する。

次に、図６を参照して、上記装置のレンズ加工動作について説明する。まず固定剤ノズル１６をその筒先が受台１の上縁に近接する位置に進出させて、主軸１１をゆっくり回転させながら固定剤ノズル１６から液状の冷凍固定剤を供給する。供給された冷凍固定剤は、受台１の上縁（レンズを支持する円形のエッジの部分）に付着する（図６(a)）。

次に搬入搬出装置１５で受台１上にレンズＬを搬入する。受台１上にレンズＬが搬入されたら、オートコリメータ３は、当該レンズＬ上に光ビーム３１を照射して、その反射光を２次元受光素子３５で受光する。次に主軸１１をゆっくり回転して、受光素子３５上で受光点ｓに円軌跡ｃを描かせ、その円の半径から受台１の回転中心に対するレンズＬの偏芯量を計測する。次に主軸１１を停止し、前記の円の中心と受台１を停止したときの受光点ｓとの相対位置関係から、偏芯方向を検出する（図６(b)）。

加工装置のＮＣ装置（図示されていない）は、検出された偏芯方向が押動体４を向くように主軸モータ１２に回転指令を与える。次にＮＣ装置は、送りモータ４３に前進指令を与える。この前進中に光学計測器３から受光点ｓの移動開始信号を受けたときに、押動体４がレンズＬの外周に当接したと判断し、計測を開する。そして、計測を開したときの押動体４の位置から計測された偏芯量ｅだけ押動体４を前進させた位置で、送りモータ４３を停止させる（図６(c)）。

押動体４でレンズＬを押すとき、必要に応じて圧電素子４４を振動させることにより、振動送りを選択することができる。レンズが重いときには、空気圧供給装置５から受台１に空気圧を供給することにより、レンズ押動時の摩擦負荷を低減することができる。振動送りは、いわゆるスティックスリップ現象によってレンズＬがその停止位置を越えて移動するのを防止するのに有効である。

レンズＬの芯出しが終了したら、必要に応じてレンズ周縁と受台上縁との接触部に更に冷凍固定剤ｇを供給し（図６(d)）、受台１をゆっくり回転させながら冷却ポンプ６２ｆを駆動して、クーラントノズル６から冷却槽６１ｆ内のクーラントｆを受台１の側面及びレンズ外周部に向けて噴射する。このとき、受台１上でレンズが移動するおそれがあるときは、空気圧供給装置５から主軸の中空孔１３に負圧を供給してレンズＬを受台１に軽く吸着しておくことができる。冷却されたクーラントｆにより、受台１の上縁に塗着された冷凍固定剤ｇが凝固し、受台１上のレンズＬを固定する（図６(e)）。

そして、冷却されたクーラントｆの供給を継続しながら、主軸モータ１２で主軸１１を回転させてレンズＬを芯出しした光軸回りに回転させる。そして、回転砥石２を回転させ、レンズの外周形状が所定形状となるように横送りモータ２３で横送り台２２を前進させることにより、レンズＬの光軸を基準としたレンズの外周加工を行う（図６(f)）。

外周加工が終了したら、横送り台２２を僅かに待避させて砥石２をレンズＬから離し、冷却ポンプ６２ｆを停止して加熱ポンプ６２ｈを駆動する。これによりクーラントノズル６から加熱されたクーラントｈが噴射されて受台外周及びレンズ周縁部を加熱して凝固していた冷凍固定剤を溶融させ、レンズＬの固定が解除される（図６(g)）。

次に光学計測器３を上方に待避し、搬入搬出装置１５で加工済レンズＬを搬出する（図６(h)）。そして要すれば、図示しないエアノズルからの空気噴射ｉにより、受台１の上縁に残った冷凍固定剤を清掃し（図６(i)）、当該上縁に新しい固定剤を供給して次に加工するレンズを搬入する。以上の動作を繰り返すことによって、レンズの外周加工を連続的に行う。

図７は、ペースト状の冷凍固定剤を使用する場合の例を示した図で、この例では上向きカップ状の受台１の上面の凹所に冷凍固定剤ｇを供給している。まず、固定剤ノズル１６の筒先を受台１の上面中央まで進出させて所定量のペースト状の冷凍固定剤ｇを供給する（図７(a)）。次に受台１上にレンズＬを供給し、図６の場合と同様にして光学計測器３で搬入されたレンズＬの芯ずれを検出し（図７(b)）芯出しを行う（図７(c)）。

そして、受台１を回転させながらクーラントノズル６から冷却されたクーラントｆを受台１及びレンズＬに向けて噴出して冷凍固定剤ｇを凝固することにより、レンズＬを固定する（図７(d)）。そして、クーラントノズル６から冷却されたクーラントｆを供給しながら砥石２でレンズの外周加工を行う（図７(e)）。加工が終了したら砥石２を離してクーラントノズル６から加熱されたクーラントｈをレンズＬ及び受台１に噴出して冷凍固定剤ｇを溶融し（図７(f)）、加工済レンズを搬出する。

以上の実施例では、冷却及び加熱されたクーラントによってレンズ及び受台を冷却及び加熱して冷凍固定剤の凝固及び溶融を行う例を示したが、図８に示すように、受台１の外周にジャケット６３を設けて、このジャケットに冷却水と加熱水を交互に流すことによって受台１を冷却及び加熱して冷凍固定剤の凝固及び溶融を行うようにすることもできる。ジャケット６３は、回り止めされた状態で設けられており、ジャケット６３と受台外周との接触部に設けたＯリング６４により、ジャケット内の冷却・加熱水が漏出するのを防止している。

１ 受台
２ 回転砥石
３ 光学計測器
６ クーラントノズル
１１ 主軸
１２ 主軸モータ
１６ 固定剤供給装置
３２ 投光器
３４ ハーフミラー
３５ ２次元受光素子
６０ 冷却・加熱手段
６１ｆ 冷却槽
６１ｈ 加熱槽
６２ｆ 冷却ポンプ
６２ｈ 加熱ポンプ
Ｌ レンズ
ｆ 冷却されクーラント
ｇ 冷凍固定剤
ｈ 加熱されたクーラント

Claims (4)

1. 加工されるレンズを載置して鉛直軸回りに回転する上向きカップ状の受台と、この受台の円形のエッジの部分に液状の冷凍固定剤を付着する固定剤供給装置と、当該付着した冷凍固定剤を凝固及び溶融する冷却・加熱手段と、前記受台上に載置されたレンズの光軸と当該受台の回転中心軸との偏差を検出する光学計測器とを備えている、レンズ加工装置。
2. 前記固定剤供給装置が、筒先を前記エッジの部分に近接して配置され、前記受台を回転させながら前記エッジの部分に冷凍固定剤を供給する固定剤供給ノズルである、請求項１記載のレンズ加工装置。
3. レンズを加工する際にその加工部にクーラントを供給しながら加工を行うレンズ加工装置において、前記冷却・加熱手段が、当該クーラントを冷凍固定剤の凝固温度以下の温度に冷却する冷却手段を備えている、請求項１記載のレンズ加工装置。
4. 加工されるレンズを載置して鉛直軸回りに回転する上向きカップ状の受台と、筒先をこの受台の上面中央まで進出させて当該受台の円形のエッジの部分に達しない量のペースト状の冷凍固定剤を当該受台の上面の凹所に供給する固定剤供給装置と、当該供給された冷凍固定剤を凝固及び溶融する冷却・加熱手段と、受台上に載置されたレンズの光軸と受台の回転中心軸との偏差を検出する光学計測器とを備えている、レンズ加工装置。

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