JPH05138521A

JPH05138521A - 非球面の創成装置および方法

Info

Publication number: JPH05138521A
Application number: JP33424691A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Takahashi; 光明高橋; Masaki Watanabe; 正樹渡辺
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】非球面レンズの研削、研磨加工にて砥石が加
工レンズに対し切り込み量を少なくして加工精度を上げ
る研磨装置。【構成】Ｌ字状のフレーム１０１の上端部側壁面に、
矢印Ｚにて示す上下動可能に構成した工具回転軸部１０
２が工具移動部１０３を介して装着している。この工具
回転軸１０２の先端部にはモータにより回動する回転軸
１０４を設け、その先端に円板状の加工工具１０５が装
着している。上記工具回転軸部１０２と対向する下方位
置のフレーム１０１内には、先端を上方向に向けて配設
したワーク軸部１０６が吊架装着されている。このワー
ク軸部１０６には、軸心に設けたワーク軸１０８の先端
部に着脱自在に構成したワーク１０７が装着されて、ワ
ーク１０７を装着した回転軸１０８は、モータにより矢
印Ｂ方向に回動する。ワーク軸部はワーク１０７に示す
Ｏ₁点を支点として矢印Ａに揺動と工具１０５の上下動
Ｚと、ワーク軸１０６のＹ軸を含む平面に垂直なワーク
揺動軸を中心に矢印Ｙ方向に作動構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学ガラスレンズ金型
などにおける非球面の創成装置とその創成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】非球面の創成装置に関する従来技術とし
ては、特開昭６１−８２７０号公報がある。この公報に
記載された技術を図面に基づいて説明する。

【０００３】図８は、上記公報の第３図として記載され
た曲面創成研磨装置を示す斜視図である。図に示すよう
にベース１７上には垂直に配設された静圧空気軸受など
の高精度軸受を用いた回転スピンドル７に装着され、３
０，０００ｒｐｍ〜１００，０００ｒｐｍの高速回転す
るダイヤモンド砥石などの粗加工用工具４が設けられて
いる。また、この粗加工用工具４と上記スピンドル７上
に重ね構成されてダイヤモンド砥石などの精加工用工具
５が配設されている。上記粗加工用工具４およひ精加工
用工具５（以下加工工具４，５と称する）の下方向位置
には、上記した回転スピンドル７を保持しているスライ
ドテーブル８が配設している。上記スライドテーブル８
は、粗加工用工具４と精加工用工具５とを切り換えるた
めに、ベース１７に固定した駆動モータ９の駆動ネジに
よって上下方向（ｆ方向）に移動可能に備えられてい
る。

【０００４】ベース１７上の上記加工工具４，５に対向
する位置には、静圧空気軸受を用いた高精度の被加工物
回転スピンドル１０の先端に固定された光学ガラスなど
の被加工物６が配設されている。上記被加工物回転スピ
ンドル１０は、駆動モータ１１により、０．２〜２００
ｒｐｍに回転制御される。被加工物回転スピンドル１０
の下端面には、被加工物回転スピンドル１０を載置し、
これを加工工具４，５の回転軸に対し、直交する面内で
所定の非球面形状を加工工具４或いは５の接点で描くご
とく動作する直交２軸の高精度スライドテーブル１２が
配設されており、それぞれに直交２軸を駆動するＤＣサ
ーボモータ１３，１４が装着されている。更に、上記直
交２軸の作動方向ｇ，ｋの移動量を検出し、ＮＣ閉ルー
プ制御を行うためのレーザー測長システムが組み込まれ
ている。ベース１７の左側方の直方体は、側長用レーザ
ー光源１５と干渉系光学システム１６である。

【０００５】上記構成の曲面創成研磨装置の作用を説明
する。まず、所定の曲面を創成研磨するに当たり、高速
回転する加工工具４，５の回転運動半径をもとに、被加
工物６を所定の曲面形状に研削加工する如く、被加工物
６を径方向（ｇ）、軸方向（ｈ）に動作させるために、
予め組み込まれたプログラムに従って、作動制御データ
をコンピュータで演算する。

【０００６】上記、加工用工具４，５および被加工物６
を回転させると共に、被加工物６を上記作動制御データ
を基に移動させ、所定の曲面を創成するというものであ
る。

【０００７】しかしながら、上記した公報に記載されて
いる曲面創成研磨装置においては、砥石のワークに対す
る高さは一定（固定）で変化しないため、ワークへの砥
石の切り込みは、直交したワークの軸方向（ｈ）および
ワークの径方向（ｇ）によってのみ制御されることにな
る。従って、厚肉部と薄肉部の肉厚の差が顕著な非球面
のレンズの場合、レンズに対する砥石の切り込み量が多
くなり、加工抵抗が増すため、加工精度を上げることが
極めて難しいという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたもので、非球面の加工に際し、切り込
み量を最少となるように調整できるようにして、高精度
で品質のよい非球面レンズの加工を可能とした非球面創
成装置とその創成方法を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の概念を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の曲面の創成装置の概
念を示す側面図である。図２および図３は、図１に示す
ワークと砥石とによる非球面の創成加工の作用状態の要
部を示す側面図である。図に示すように、本発明の非球
面の創成装置は、加工する工具を装着する工具軸部と、
ワークを装填するワーク軸部とにより構成されている。
即ち、側面形状がＬ字形状に形成されたフレーム１０１
の上端部側壁面には、矢印Ｚに示すように上下動可能に
構成された工具回転軸部１０２の側面が工具移動部１０
３を介して装着されている。この工具回転軸部１０２の
先端部（下端部）には、工具回転軸部１０２の上部に設
けられたモータにより回転駆動する回転軸１０４を配設
し、その先端には円板状の加工工具（砥石）１０５が装
着されている。

【００１０】上記工具回転軸部１０２と対向する下方位
置のフレーム１０１内には、先端を上方向に向けて配設
したワーク軸部１０６が吊架装着されている。このワー
ク軸部１０６には、軸心に配設されたワーク軸（回転
軸）１０８の突出した先端部（上端）に着脱自在に構成
されたワーク１０７が装着されて、ワーク１０７を装着
した回転軸１０８はフレーム１０１内に配設したモータ
により矢印に示すＢ方向に回転駆動されている。ワーク
軸部は、上記装着したワーク１０７に示すＯ点を支点と
して、前後動方向（矢印に示すＡ方向）への揺動と、工
具移動部による加工工具１０５の上下動Ｚと、ワーク軸
部１０６の前後動Ｙとを含む平面に垂直なワーク揺動軸
を中心に揺動方向（矢印に示すＹ方向）とに作動するよ
うに構成されている。

【００１１】

【作用】図２、図３を用いて本発明の曲面創成装置の非
球面創成方法を説明する。図２に示すように、まず、予
め所望の曲面を非球面に近似した球面に形成されたワー
ク１０７をワーク軸部１０６に固定装着する。次に砥石
である加工工具１０５を矢印方向Ｃに回転作動させて、
図２に示すような状態にワーク１０７の研削表面（砥石
加工点Ｄ）に当接させると共に、その表面へ加工液を供
給する。次にワーク１０７を揺動軸中心に揺動作動Ａさ
せる。このワーク１０７の揺動作動Ａにより、ワーク１
０７に予め、形成された近似球面の曲率中心Ｏ₂は、ワ
ーク１０７が揺動する前の位置（図２の状態）からワー
ク１０７の前後動方向Ｙと加工工具（砥石）１０５の上
下動方向Ｚへの移動する。図２、図３中Ｄは加工工具１
０５の加工点、Ｇは非球面を創成するためにワーク内に
設定された、加工工具１０５の加工点Ｄの次の加工点、
Ｅは前記加工点Ｇから、前記近似球面の表面までの径方
向の距離を表している。このときの加工工具１０５の加
工点は、所望の非球面にするための次の加工点Ｇと一致
した状態にはなっていない。即ち、加工工具１０５の加
工点Ｄと非曲面にするための加工点Ｇとを一致するため
には、まず加工工具１０５の回転軸１０４に平行で、か
つ加工工具１０５の加工点Ｄを含む直線上にワーク１０
７の近似球面１４０の曲率中心を一致させなければなら
ない。そのために、ワーク１０７を前後作動Ｙさせる。
同時に、加工工具１０５の加工点Ｄがワーク１０７の近
似球面１４０に達する位置まで、加工工具１０５を上下
動Ｚさせる。続いて、加工工具１０５の加工点Ｄがワー
ク１０７の所望非球面１４３の加工点Ｇに達するまでの
径方向のズレ量（Ｅ）分加工工具１０５を上下作動させ
ることにより、図３に示すような加工状態となる。即
ち、加工工具１０５の外線縁における加工点Ｄの切り込
み量が常に近似球面１４０の曲率中心Ｏ₂に向くことに
なり、加工工具１０５の切り込み量が少なくなる。この
ような作動を数値制御装置によって、３軸を同時に制御
する。以後繰り返し作動することにより高精度の非球面
の創成加工ができる。

【００１２】

【実施例１】本発明の非球面の創成装置と創成方法の実
施例を図面に基づいて説明する。図４は、本発明の非球
面の創成装置の実施例１に係る側面よりの断面図であ
る。図５は、図４の一部を断面にした正面図である。図
６〜図９は、本実施例の非球面の創成方法の作用状態の
要部を示す各側面よりの説明図である。なお、図中にお
いて、上記図１〜図３にて示す同一構成および同一部材
については、同一符号を付し、その説明は省略する。

【００１３】図４および図５に示すように非球面の創成
装置１１０には、側面形状がＬ字形状に構成されたフレ
ーム１０１と、フレーム１０１の上端に垂直にて装着さ
れた支柱状の工具装着部１１２と、その下端に連装着さ
れた箱体形状のワーク装着部１１３とにより構成されて
いる。工具装着部１１２の先端面には、モータ１１４を
装着し、その下方向に延設したリード螺子１１５などに
より、その正面側面に沿って上下動自在に摺動支持装着
された工具上下動部１０３を設けている。前記工具上下
動部１０３には、砥石１０５を回転駆動させ、かつその
回転軸１１４の軸線が前記工具上下動部１０３の上下動
方向と平行となるように備えられたモータ１１６を有す
る工具回転軸部１０２が配置されている。

【００１４】前記、工具回転軸部１０２の下方位置のワ
ーク装着部１１３の下端（基端）には、ハウジング１０
６を介して回転自在に支持構成され、その軸線が前記工
具回転軸１０４と同一平面内に含まれる回転軸１０８が
備えられている。前記回転軸１０８の上端面には、被加
工物である半球形状のワーク１０７が固定装着されてい
る。更に、回転軸１０８の下端部（基端）には、図に示
すようにプーリ１１８を固設し、ベルト１２０を介して
駆動モータ１２１の先端に固設したプーリ１１９と連接
続して連動するよう構成されている。

【００１５】回転軸１０８を支持するハウジング１０６
の上部のそれぞれの外周側壁面には、図４に示すように
左右対応してＬ字形状のアーム１２２，１２３が装着さ
れている。このアーム１２２，１２３のＬ字型の上部端
部には、それぞれ外側方向に水平的に突出形成した回動
軸（揺動軸）１２４，１２５が前記ワーク回転軸１０８
の軸線に対して垂直に、かつ一体的に装着されている。
上記回動軸１２４，１２５は、スライドベース１３０，
１３１の上端部にスライド可能に備えられた回動支持ベ
ース１２６，１２７の水平方向に穿設した孔１２８，１
２９に挿入嵌合装着さている。すなわち、回転軸１０８
は、アーム１２２，１２３の回動支持ベース１２６，１
２７を介して回動軸１２４と１２５の軸線を支点として
回転軸１０８を中心に回動（揺動）自在に構成されてい
る。

【００１６】図５に示すスライドベース１３０の上部外
側壁面に設けられた孔１２８，１２９には、回動軸１２
４の軸端部に歯車１３４と噛み合う歯車１３３を有する
揺動軸１２４を配設し、前記歯車１３４は、スライドベ
ース１３０に配設された回動用サーボモータ１３３と連
設した歯車１３４と噛み合い構成されている。即ち、回
転軸１０８は、前記回動用サーボモータ１３３を介して
回動中心Ｏ₁を中心として矢印にて示すＡ方向に任意の
角度θにて回動自在に構成されている。

【００１７】前述のように上記回動支持ベース１２６，
１２７はスライドベース１３０，１３１をそれぞれ介し
て前記工具回転軸１０４および前記揺動軸に対して垂直
方向にスライド移動するよう構成されている。即ち、図
４に示す矢印Ｙ方向（水平方向）にスライド移動自在の
構成となっている。また、回動支持ベース１２７には、
水平方向に移動する送り螺子１３５が螺着されている。
前記送り螺子１３５は、スライドベース１３１に装着さ
れた支持部材１３６に装着されたサーボモータ１３７に
連動連結されている。即ち、ワーク軸部１０６は、サー
ボモータ１３７と送り螺子１３５とを介して工具軸部１
０２の軸線および前記揺動軸の軸線に直交する水平方向
（図に示す左右方向）Ｙに移動制御自在の構成となって
いる。上記した２個のサーボモータ１３３と１３７の制
御は、図示していないが、数値制御装置を介して制御さ
れるように設定されている。

【００１８】上記のように、構成された非球面創成装置
１１０における非球面創成方法を図に基づいて説明す
る。図６は、ワーク１０７が加工開始前に加工工具（砥
石）１０５に当接した状態の要部を示す側面図である。
図７は、ワーク１０７が揺動支点Ｏ₂を中心に角度θ揺
動した状態の要部を示す側面図である。図８は、ワーク
１０７が揺動した後と、ワーク１０７を前後作動Ｙさせ
て加工工具１０５の回転軸１０４に平行でかつ、加工工
具１０５の加工点１３９を含む直線にワーク１０７の近
似球面１４０の曲率中心点（揺動支点）１１１を一致さ
せた状態の要部を示す側面図である。図９は、加工工具
１０５の加工点１３９が所望の非球面の加工点１４３に
達するまで加工工具１０５を上下動させた状態の要部を
示す側面図である。

【００１９】予め、所望の非球面形状に近似した非球面
１４０に形成されたワーク１０７をワーク軸１０８の先
端部に固定装着し、モータ１２１と１１６を駆動させて
ワーク１０７および砥石１０５をそれぞれの回転軸１０
４とワーク軸１０８を介して回動させると共に、図示し
ていないが加工液供給手段により、加工液をワーク１０
７の加工球面に供給する。

【００２０】図６の状態から、ワーク１０７を揺動用サ
ーボモータ１３３を駆動させて揺動軸１２４，１２５を
中心に揺動させると、図７に示すようにワーク１０７
は、揺動の中心１０９を支点にワーク１０７は揺動す
る。即ち、ワーク１０７は図６に示す位置より図７に示
す位置に、前後動軸方向（図７中矢印Ｙ方向）１４１と
上下動方向（図７中矢印Ｚ方向）に移動量１４２にそれ
ぞれ移動する。この移動によるワーク１０７の曲率中心
１１１の上下動方向のズレ量１４２は、揺動後のワーク
１０７に形成された近似球面に対する砥石１０５の前記
上下動方向のズレ量２００に等しい。

【００２１】上記の場合、砥石１０５の加工点１３９
は、所望の非球面の加工点１４３と一致した状態ではな
いので砥石１０５の加工点１３９と、所望の非球面の加
工点１４３とを一致させるための操作をする。図８にて
示すようにズレ量分だけワーク１０７を前後動（Ｙ方
向）させ、砥石１０５を上動（Ｚ方向）させる。まず、
砥石１０５の回転軸１０４に平行で、かつ砥石１０５の
加工点１３９を含む直線上に近似球面１４０の曲率中心
１１１を一致させるために、ズレ量１４１分ワーク１０
７をＹ方向に移動させる。次に、図９にして示すよう
に、ワーク１０７を移動１４１させた後、砥石１０５の
加工点１３９がワーク１０７の近似球面１４３に達する
位置までのズレ量１４２の分だけ砥石１０５をＺ方向に
上動させる。続いて、砥石１０５の加工点１３９が所望
の非球面の加工点１４３に達するまでのズレ量２０１の
分、砥石１０５をＸ方向に下降させることで砥石１０５
の加工点１３９と所望の非球面の加工点１４３とを一致
させることができる。以上のような作用（方法）を球面
上の各加工点に対して、図示していない数値制御手段に
よって３軸同時に制御される。以後、この作用を繰り返
すことによって非球面の創成加工が精度良く製造するこ
とができる。

【００２２】

【実施例２】図１０は、本発明に係る非球面の創成装置
の実施例２の要部を示す側面図である。図中における上
記実施例１と同一構成および同一部材については、同一
符号を付し、その説明は省略する。図に示すように本実
施例と上記実施例１との相違は加工工具（砥石）１０５
を装着した工具回転軸１０２をワーク１０７をワーク揺
動軸に対して垂直に配設した構成である。即ち、Ｌ字形
状のフレーム１０１上の上端面上に逆Ｌ字形状の支持部
材１４４を装着し、その支持端部に垂直に螺合装着され
た螺子部材１４５を設け、その上端部にモータ１４６を
装着して回動するよう構成されている。また、螺子部材
１４５の先端（図に示す下端）には、上記フレーム１０
１の垂直側壁面を上下摺動し、砥石１０５を載置するよ
うにＬ字形状の取付部材である工具移動部１４７垂直形
成部の中央位置と接続構成されている。また、上記砥石
１０５を装着した回転軸１０４の基端部には、モータ１
４６が装着されて、砥石１０５を工具軸部１０２を介し
て図に示す矢印方向に回転するように装着されている。
上記構成による本実施例の作用（創成加工方法）は、実
施例１と同一に付きその説明は省略する。

【００２３】図１１は、本発明に係る非球面の創成装置
の実施例３の要部を示す側面図である。図中における上
部実施例１および実施例２と同一構成および同一部材に
ついては、同一符号を付し、その説明は省略する。図に
示すように、本実施例と上記実施例２との相違は工具回
転軸（図示省略）の軸線が、ワークの揺動軸の軸線と平
行に備えられていることである。なお、上記構成による
作用（創成加工方法）は、上記実施例１および実施例２
と同一につき省略する。

【００２４】

【発明の効果】上記構成と作用による本発明によれば、
非球面の創成装置に砥石を回転軸に平行構成し、この砥
石の加工点を含む直線上にワークの近似球面の曲率中心
を一致させるために、ワークを前後動するように構成
し、更に砥石の加工点がワークの近似非球面に達する位
置まで上下動するように構成して砥石の加工点が所望の
非球面の加工点に達するまで上下動させるように構成し
て上記３軸を同時に制御するよう数値制御手段によって
制御するようにしたので、非球面が品質よく高精度に製
造できる効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非球面の創成装置の概念を示す側面図
である。

【図２】図１による創成装置の創成加工方法を示す側面
図である。

【図３】図１に続く創成加工方法を示す側面図である。

【図４】本発明の非球面の創成装置の実施例１に係る側
面よりの断面図である。

【図５】図４の正面よりの断面図である。

【図６】図４および図５の創成装置により創成加工状態
を示す側面図である。

【図７】図６に続く創成加工方法を示す側面図である。

【図８】図７に続く創成加工方法を示す側面図である。

【図９】図８に続く創成加工方法を示す側面図である。

【図１０】本発明の非球面の創成装置の実施例２の要部
を示す側面図である。

【図１１】本発明の非球面の創成装置の実施例３の要部
を示す側面図である。

【図１２】従来の曲面創成装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０１フレーム１０２工具回転軸部１０３工具移動部１０４回転軸１０５加工工具（砥石）１０６ワーク軸部１０７ワーク１０８ワーク軸（回転軸）１０９揺動軸１１０非球面創成装置１１１揺動支点（曲率中心点）１１２工具装着部１１３ワーク装着部１１４，１１６，１４６モータ１１５リード螺子１１８，１１９プーリ１２０ベルト１２１駆動モータ１２２，１２３アーム１２４，１２５回動軸１２６，１２７回動支持ベース１２８，１２９孔１３０，１３１スライドベース１３３，１３７サーボモータ１３２，１３４歯車１３５送り螺子１３６支持部材１３９加工点１４０近似非球面１４１前後動軸方向１４２上下動軸方向１４３所望の加工面１４４支持部材１４５螺子部材１４７取付部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークをその軸線回りに回転自在、また
は回転駆動自在に保持するワーク軸と、前記ワーク軸を
その軸線と垂直な軸線（以下揺動軸線と称する）回りに
揺動させる機構と、ワークの加工面と対向して配置した
工具を回転駆動自在に保持する工具保持部を上記揺動軸
線に対して垂直方向に直進移動させ、該工具を上記ワー
クと当接させる機構と、前記ワーク軸を前記工具保持部
の移動方向に対して垂直方向に移動させる機構とを装備
し、ワークと工具の相互の回転、ワークの揺動、ワーク
の直進移動および工具の直進移動により、被加工体を研
削研磨加工しうるように構成してなる研削研磨装置にお
いて、工具を回転駆動させるための回転駆動装置の回転
軸線が、前記揺動軸線と平行もしくは垂直に配置されて
いることを特徴とする非球面の創成装置。
【請求項２】ワークに所望の非球面形状の近似球面を
設定し、加工工具の回転および移動と、ワークの回転と
揺動および移動とを数値制御プログラムにより制御し、
加工工具がワークの所望の近似球面の曲率中心に向かっ
て、その表面から所望の非球面形状の加工位置まで切り
込むことにより、非球面形状を創成加工することを特徴
とする非球面の創成方法。