JPWO2010143234A1 - レンズ加工装置 - Google Patents

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Abstract

レンズ加工装置(1)では、レンズホルダー軸(13)の先端にピボット軸受機構(14)を介して回転および揺動可能に支持されたレンズホルダー(12)にレンズ(11)を吸着保持し、レンズ(11)にレンズ加工具(31)を押し付けた状態でレンズ(11)とレンズ加工具(31)を相対移動させてレンズ表面(11a)の加工を行う。Z軸移動機構(19)、X軸移動機構(15)により、直交するZ軸、X軸方向へのレンズホルダー(12)の送りを制御して、レンズ(11)を、これら2軸を含む垂直平面上において任意の軌跡に沿って移動できる。よって、レンズ加工具(31)の円弧状加工面(31a)に対して水平にレンズ(11)を押し付けた状態を保持しながらレンズ表面(11a)を加工できる。

Description

本発明は、各種の加工方法によりレンズ表面の研磨加工、研削加工などを行うことのできる汎用性の高いレンズ加工装置に関するものである。
従来のレンズ表面の加工方法としては、オスカー式、斜軸式、球心揺動式、遊星揺動式などの方法が知られている。レンズの形状、材質などに応じて、これらの加工方法のうちの最適な加工方法が選択され、選択された加工方法により加工を行う専用のレンズ加工装置を用いてレンズ表面を加工している。したがって、従来においては、様々な方式のレンズ加工装置を個別に用意しておく必要があるので、設備費や、設置スペースが多く必要であり、経済性に欠けるという問題がある。
本願人は、特許文献1(特許第3981326号公報)において、皿型、カップ型のレンズ加工具をカム機構を利用することなく、任意の軌跡に沿って精度良く移動可能とし、各種の加工方式によりレンズ表面を加工可能なレンズ加工装置を提案している。このレンズ加工装置では、上向きのレンズ加工具の加工面に対して上側からレンズホルダーの下向きのレンズ保持面に水平に吸着保持されている加工対象のレンズに対して、下側からレンズ加工具の加工面を押し付けて加工を行うようにしている。また、レンズ加工具のZ軸方向(垂直方向)への移動、そのX軸方向(水平方向)への移動、および、そのZ軸およびX軸に直交するθ軸を中心とする旋回を制御することにより、各種のレンズ加工方法によってレンズ表面を加工できるようにしている。
特許第3981326号公報
ここで、従来におけるレンズ曲面加工を行うために使用されているオスカー式、斜軸式、遊星揺動式のレンズ加工装置では、レンズ加工具の回転軸とレンズホルダー軸が所定の角度で傾斜している場合には、レンズを水平状態に維持できない。レンズは加工中においてレンズ加工具の回転に追従して回転運動を行っており、回転による慣性力により常に水平状態に戻ろうとする力がレンズに作用している。このため、レンズとレンズ加工具の間に生ずる押し付け応力が均一にならず、レンズ加工面の加工精度が低下することがある。
また、レンズ加工具の回転軸とレンズホルダー軸が傾斜している場合には、レンズの交換時において、レンズホルダー軸に対する加圧力を開放して、レンズ加工具に対するレンズの押し付け力を解除した際に、レンズがレンズ加工具の加工面から滑落して破損する危険がある。
さらに、加工完了時点でのレンズの傾きが一定でないと、自動搬送装置によるレンズの着脱が困難であり、手作業によるレンズ交換を余儀なくされる。このため、レンズ交換を自動化して作業の効率化を図ることができない。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、レンズホルダー軸の先端にピボット軸受を介して回転および揺動可能に支持されたレンズホルダーにレンズを吸着保持し、このレンズにレンズ加工具を押し付けた状態でレンズおよびレンズ加工具を相対移動させてレンズ曲面の加工を行うレンズ加工装置において、レンズを常に水平に維持しながら各種の加工方式によりレンズ曲面を加工できるようにすることにある。
上記の課題を解決するために、本発明のレンズ加工装置は、
垂直方向に延びるレンズホルダー軸と、
前記レンズホルダー軸の下端にピボット軸受を介して同軸状態で下向きに取り付けられ、当該ピボット軸を中心として回転および揺動可能なレンズホルダーと、
前記レンズホルダー軸を垂直方向であるZ軸方向に移動させるZ軸移動機構と、
前記レンズホルダー軸を水平方向であるX軸方向に移動させるためのX軸移動機構と、
前記レンズホルダーに保持されたレンズを加工するために上向きに配置された凸状あるいは凹状の円弧状加工面を備えているレンズ加工具と、
前記レンズ加工具を、前記X軸に直交する水平方向に延びるθ軸を中心として旋回させるためのθ軸旋回機構と、
前記レンズ加工具を、前記θ軸を通る当該レンズ加工具の中心軸線回りに回転させるレンズ加工具回転機構と、
前記X軸移動機構、前記Z軸移動機構、および前記θ軸旋回機構を駆動制御して、前記レンズホルダー軸に取り付けた前記レンズホルダーのX軸方向への移動、当該レンズホルダーのZ軸方向への移動、および前記レンズ加工具の前記θ軸を中心とする旋回を制御することにより、複数種類のレンズ加工モードを実行する駆動制御手段とを有していることを特徴としている。
また、本発明のレンズ加工装置においては、前記駆動制御手段による前記レンズ加工モードには、前記θ軸を中心として旋回する前記レンズ加工具の前記円弧状加工面に対して、前記レンズホルダーのレンズ保持面に保持された加工対象のレンズが上側から水平に押し付けられた状態が維持されるように、前記X軸移動機構、前記Z軸移動機構および前記θ軸旋回機構を駆動制御するレンズ加工モードが含まれていることを特徴としている。
本発明のレンズ加工装置においては、直交する2軸方向(Z軸およびX軸方向)へのレンズホルダーの送り動作により、レンズホルダーに吸着保持されている加工対象のレンズを、Z軸およびX軸を含む垂直平面上において任意の軌跡に沿って移動させることができる。また、当該垂直平面上において、レンズ加工具の円弧状加工面をθ軸を中心とする円軌跡に沿って旋回させることができる。したがって、レンズ加工具の円弧状加工面に対して上側から水平にレンズを押し付けた状態を維持しながらレンズ表面を加工するレンズ加工モードを実現できる。
本発明のレンズ加工装置において、前記レンズ加工具を、前記θ軸に平行なY軸の方向に移動させるY軸移動機構を有していることが望ましい。
Y軸移動機構によりレンズ加工具をY軸方向の任意の位置に位置決めし、この位置においてX軸移動機構によりレンズホルダーをX軸方向に往復移動させることにより、従来のオスカー方式に対応するレンズ加工モードによりレンズ表面を加工できる。また、X軸移動機構、Z軸移動機構およびθ軸旋回機構を個別に制御して、レンズホルダーおよびレンズ加工具を所定の位置に移動して固定することにより、従来の斜軸方式に対応するレンズ加工モードによりレンズ表面を加工できる。
本発明のレンズ加工装置によれば、常にレンズが水平に維持された状態でレンズ表面が加工されるレンズ加工モードによりレンズ加工を行うことができる。このレンズ加工モードでは、レンズ加工具の円弧状加工面に対するレンズの押し付け応力がそのレンズ表面の各部分において均一となる。また、レンズホルダー軸の押し付け力を解除し、その先に支持されているレンズホルダーに吸着保持されているレンズを解放した際に、レンズがレンズ加工具の円弧状加工面に沿って滑落して破損することがない。さらに、加工完了時点でのレンズの姿勢は常に水平状態であるので、自動搬送装置を用いて、レンズホルダーに対するレンズの交換作業を効率良く行うことが可能になる。
また、本発明のレンズ加工装置は、それ一台で、オスカー式、斜軸式、遊星揺動式などの多種のレンズ加工モードによる加工を行うことができるので、汎用性が高い。よって、様々な方式のレンズ加工装置を個別に用意しておく必要がないので、設備費、設置スペースを作成でき、極めて経済的である。
本発明を適用したレンズ加工装置の機構図である。 図1のレンズ加工装置によるレンズを水平に維持した状態で行われるレンズ加工モードを示す説明図である。 図1のレンズ加工装置による別のレンズ加工モードを示す説明図である。
以下に、図面を参照して、本発明を適用したレンズ加工装置の実施の形態を説明する。
図1および図2を参照して説明すると、本実施の形態に係るレンズ加工装置1は、上軸ユニット10と、この上軸ユニット10の直下位置に配置されている下軸ユニット30と、これら上軸ユニット10および下軸ユニット30の間の高さ位置に配置されているコンベアユニット50と、各部の駆動制御を司る駆動制御ユニット70とを有している。
上軸ユニット10は、加工対象のレンズ11を保持するためのレンズホルダー12を下向き状態で保持している。下軸ユニット30はレンズ表面加工用のレンズ加工具31を上向き状態で保持している。コンベアユニット50は加工対象のレンズ11をレンズホルダー12に供給すると共に、加工終了後のレンズ11をレンズホルダー12から回収するためのものである。
上軸ユニット10は、垂直方向に配置されているレンズホルダー軸13を備えており、このレンズホルダー軸13の下端に、ピボット軸受機構14を介して、レンズホルダー12が下向き状態に取り付けられている。レンズホルダー12の下向きのレンズ保持面12aには加工対象のレンズ11が、例えば真空引きによって吸着保持可能である。
また、上軸ユニット10は、レンズホルダー軸13を水平方向に延びるX軸方向に送るためのX軸移動機構15と、レンズホルダー軸13を垂直方向に延びるZ軸方向に送るためのZ軸移動機構19とを備えている。本例では、X軸移動機構15は、水平方向に延びるX軸ガイド16と、このX軸ガイド16に沿ってX軸方向にスライド自在なX軸テーブル16aと、X軸テーブル16aをX軸方向に送るためのX軸送りねじ17と、駆動源であるX軸サーボモータ18を備えている。Z軸移動機構19は、X軸テーブル16aの表面に取り付けたX軸に直交する垂直方向に延びるZ軸ガイド20と、このZ軸ガイド20に沿ってZ軸方向にスライド自在なZ軸テーブル20aと、Z軸テーブル20aをZ軸方向に送るためのZ軸送りねじ21と、駆動源であるZ軸サーボモータ22を備えている。
Z軸移動機構のZ軸テーブル20aにはホルダー軸ベース23が固定されており、このホルダー軸ベース23によって、レンズホルダー軸13が回転自在の状態で垂直に支持されている。レンズホルダー軸13は、常にホルダー加圧スプリング24によって下方に付勢されている。ホルダー加圧スプリング24による加圧力は、加圧調整ボルト25によって調整可能である。加圧の方法は、スプリングの他に、錘、空圧力シリンダ、油圧シリンダによることも可能である。また、レンズホルダー軸13は、ホルダー軸ベース23に搭載されているホルダー軸駆動モータ26によって、その中心軸線13a回りに回転させることが可能である。
なお、レンズホルダー軸13とレンズホルダー12の間のピボット軸受機構14としては各種の構造を採用でき、レンズホルダー12が、レンズホルダー軸13によって支持されている背面位置12bを中心として揺動可能で、且つ、中心軸線13a回りに回転可能な状態で取り付けられていればよい。レンズホルダー12のレンズ保持面12aにレンズ11を真空吸引によって吸着保持する場合には、レンズ11を真空吸引するための真空吸引路を、レンズホルダー軸13およびピボット軸受機構14を経由して引き出してレンズホルダー12のレンズ保持面12aに開口するように形成する必要がある。このような真空吸引路を形成するのに適したピボット軸受機構14を採用することが望ましい。
次に、下軸ユニット30は、レンズ加工具31をX軸およびZ軸の双方に直交する前後方向に水平に延びるθ軸32を中心として旋回させるθ軸旋回機構33と、レンズ加工具31をθ軸32に平行な水平方向に移動させるためのY軸移動機構36を備えている。θ軸旋回機構33は、θ軸32を中心軸線とする回転軸34aを備えたθ軸サーボモータ34と、回転軸34aの先端に取り付けたL形のθブラケット35を備えている。Y軸移動機構36はスピンドルケース37と、このスピンドルケース37のY軸方向の位置を規定するY軸マイクロヘッド38とを備えている。スピンドルケース37はY軸方向に移動可能な状態でθブラケット35に搭載されている。
スピンドルケース37にはスピンドル39が回転自在に支持され、このスピンドル39はスピンドル駆動モータ40によって回転駆動される。スピンドル39の上端にはレンズ加工具31が同軸状態で上向きに取り付けられている。これらスピンドルケース37、スピンドル39およびスピンドル駆動モータ40によって、レンズ加工具31の回転機構41が構成されている。
一方、コンベアユニット50は、レンズケース51を搬送するコンベア52と、コンベア52を回転駆動させるためのコンベア駆動モータ53とを備えている。これらコンベア52およびコンベア駆動モータ53は、コンベア前後シリンダ54によって、上軸ユニット10および下軸ユニット30の間の位置と、ここからY軸方向に退避した位置とに移動可能である。
コンベア52によるレンズ搬送動作例を説明する。コンベア52は、その退避位置において、レンズケース51を搬送して、加工が終了したレンズの入ったレンズケース51と未加工のレンズが入ったレンズケース51を交換し、コンベア52の端に到ったレンズケース51を次工程のコンベアに移載し、前工程のコンベアより排出されるレンズケース51を受け取る。
しかる後に、コンベア52は前進して、レンズケース51を上軸ユニット10の下方に位置させ、レンズホルダー12にレンズ11を供給し、あるいはレンズホルダー12から加工済みのレンズ11を受け取り、後退位置まで移動する。
上軸ユニット10は、レンズホルダー12を、前進したコンベア52に載っているレンズケース51の直上に位置させ、レンズホルダー12に、レンズケース51のレンズを、例えば、真空引きにより吸着し、一旦退避させる。レンズケース51がコンベア52と共に後退した後は、レンズホルダー12に保持されたレンズ11を、皿型、あるいはカップ型のレンズ加工具31による加工位置まで移動させる。
皿型、カップ型のレンズ加工具31による加工が終了した後は、レンズホルダー12によりレンズ11をレンズ加工具31から後退させ、コンベア52が前進してレンズケース51が下方に位置するのを待って、レンズケース51の真上において、レンズホルダー12は、例えば吸着を解除して、レンズ11をレンズケース51に落下させ、ここに収納する。この後、レンズホルダー12を退避させる。
(動作例)
この構成のレンズ加工装置1による動作例を説明する。図2は、レンズ11を水平に維持した状態で加工を行うレンズ加工モードを示す説明図である。移動の条件として、加工半径r(m)、左移動量L(m)、右移動量R(m)を設定する。また、レンズ加工具31の加工面31aは凸円弧状加工面であり、この加工面31aの頂点31bがθ軸32上に位置するように、レンズ加工具31がスピンドル39の上端に取り付けられており、初期位置においてはレンズホルダー軸13の中心軸線13aとレンズ加工具31の回転中心線31cが一致しているものとする。
図2の破線で示す初期位置にある上軸ユニット10の側の座標位置を、X軸方向においてXo(m)、Z軸方向においてZo(m)とし、下軸ユニット30の側の旋回角度をθo(度)とする。この場合、レンズ11を水平状態に維持したままレンズ加工具31の凸円弧状加工面31aに押し付けた状態で、レンズ11のレンズ表面11aおよび凸円弧状加工面31aを摺動させるために、X軸方向の送り量Xdに応じて、Z軸方向の送り量Zdとθ軸回りの旋回量θdを次のように設定する。
X=Xd(m)
θd=sin-1(Xd/r)(度)
Zd=r(1−cosθd)(m)
X軸方向の送り量Xdを漸増させ初期位置XoからL(m)まで移動させる。送り量Xdに応じたZ軸方向の送り量Zd(m)および旋回角θd(度)を算出し、X軸方向の送りに同期させて、Z軸方向の送り動作、および、θ軸回りの旋回動作を行う。送り量XdがL(m)になった後は逆に送り量Xdを漸減させて初期位置Xoから負側にR(m)まで移動させる。この際にも、X軸方向の送りに連動させて、Z軸方向の送り動作およびθ軸回りの旋回動作を行う。これにより、レンズ11を水平に維持した状態で、そのレンズ表面11aの加工を行うことができる。
レンズ表面の加工動作においては、レンズ加工具回転機構41によりレンズ加工具31をその回転中心線31c回りに回転させる。レンズ加工具31の加工面31aには上側からレンズ11のレンズ表面11aが押しつけられているので、レンズ11aはレンズ加工具31の回転に追従して回転する。加工動作は、レンズ11をレンズホルダー12のレンズ保持面12aに真空吸着した状態、または、真空吸着を解除した状態で行われる。
ここで、レンズホルダー軸13のZ軸方向の移動ストロークが、Z軸方向への送り量の最大値よりも大きい場合には、Zdの算出およびZ軸移動機構の駆動制御を省略できる。
また、加工半径rに正の値を与えることで、図2に示すように、凸面となっているレンズ表面11aの加工ができ、負の値を与えることによりレンズ凹面の加工ができる。
一方、加工半径rを無限大とすれば、横移動(X軸方向の送り)のみが発生するので、Y軸方向の移動と併せれば、オスカー式のレンズ加工モードを実現できる。また、X軸、Z軸およびY軸方向の移動を阻止し、且つ、θ軸回りの旋回を阻止して、任意の位置および角度の状態にレンズ11とレンズ加工具31を固定して加工を行えば、斜軸式のレンズ加工モードを実現できる。
さらには、図3に示すように、レンズ加工具31を垂直状態に固定し、この状態でレンズ加工具回転機構41によって回転し、Z軸移動機構19およびX軸移動機構15を駆動して、レンズ加工具31のレンズ加工面31aに沿ってレンズ11を摺動させることにより、レンズ表面11aの加工を行うことも可能である。
(その他の実施の形態)
ワーク(レンズ)が少数の場合、あるいは外径が大きい場合、または安価で簡易な手段を構築するためには、コンベアユニット50の代わりに、電動およびエアーインデックスなどにより回転するターンテーブルを配置してワークの供給、および回収を行うようにしてもよい。勿論、ワーク交換装置を用いずに、手作業によりワークを着脱してもよい。
また、下軸ユニット30のY軸マイクロヘッド38を、送りねじとサーボモータからなるY軸移動機構に置き換えることも可能である。この場合には、当該Y軸移動機構とX軸移動機構を同時に駆動することにより、遊星方式によるレンズ面加工を実現できる。
1 レンズ加工装置
10 上軸ユニット
11 レンズ
11a レンズ表面
12 レンズホルダー
13 レンズホルダー軸
13a 中心軸線
14 ピボット軸受機構
15 X軸移動機構
16 X軸ガイド
16a X軸テーブル
17 X軸送りねじ
18 X軸サーボモータ
19 Z軸移動機構
20 Z軸ガイド
20a Z軸テーブル
21 Z軸送りねじ
22 Z軸サーボモータ
23 ホルダー軸ベース
24 ホルダー加圧スプリング
25 加圧調整ボルト
30 下軸ユニット
31 レンズ加工具
31a 加工面
31b 頂点
31c 回転中心線
32 θ軸
33 θ軸旋回機構
34 θ軸サーボモータ
34a 回転軸
35 θブラケット
37 スピンドルケース
38 Y軸マイクロヘッド
39 スピンドル
40 スピンドル駆動モータ
41 レンズ加工具回転機構
50 コンベアユニット
51 レンズケース
52 コンベア
53 コンベア駆動モータ
70 駆動制御ユニット
上記の課題を解決するために、本発明のレンズ加工装置は、
垂直方向に延びるレンズホルダー軸と、
前記レンズホルダー軸の下端にピボット軸受を介して同軸状態で下向きに取り付けられ、当該ピボット軸を中心として回転および揺動可能なレンズホルダーと、
前記レンズホルダー軸を垂直方向であるZ軸方向に移動させるZ軸移動機構と、
前記レンズホルダー軸を水平方向であるX軸方向に移動させるためのX軸移動機構と、
前記レンズホルダーに保持されたレンズを加工するために上向きに配置された凸状あるいは凹状の円弧状加工面を備えているレンズ加工具と、
前記レンズ加工具を、前記X軸に直交する水平方向に延びるθ軸を中心として旋回させるためのθ軸旋回機構と、
前記レンズ加工具を、前記θ軸を通る当該レンズ加工具の中心軸線回りに回転させるレンズ加工具回転機構と、
前記X軸移動機構、前記Z軸移動機構、および前記θ軸旋回機構を駆動制御して、前記レンズホルダー軸に取り付けた前記レンズホルダーのX軸方向への移動、当該レンズホルダーのZ軸方向への移動、および前記レンズ加工具の前記θ軸を中心とする旋回を制御することにより、複数種類のレンズ加工モードを実行する駆動制御手段とを有していることを特徴としている。
レンズ表面の加工動作においては、レンズ加工具回転機構41によりレンズ加工具31をその回転中心線31c回りに回転させる。レンズ加工具31の加工面31aには上側からレンズ11のレンズ表面11aが押しつけられているので、レンズ11はレンズ加工具31の回転に追従して回転する。加工動作は、レンズ11をレンズホルダー12のレンズ保持面12aに真空吸着した状態、または、真空吸着を解除した状態で行われる。

Claims (3)

  1. 垂直方向に延びるレンズホルダー軸と、
    前記レンズホルダー軸の下端にピボット軸受を介して同軸状態で下向きに取り付けられ、当該ピボット軸を中心として回転および揺動可能なレンズホルダーと、
    前記レンズホルダー軸を垂直方向であるZ軸方向に移動させるZ軸移動機構と、
    前記レンズホルダー軸を水平方向であるX軸方向に移動させるためのX軸移動機構と、
    前記レンズホルダーに保持されたレンズを加工するために上向きに配置された凸状あるいは凹状の円弧状加工面を備えているレンズ加工具と、
    前記レンズ加工具をX軸に直交する水平方向に延びるθ軸を中心として旋回させるためのθ軸旋回機構と、
    前記レンズ加工具を、θ軸を通る当該レンズ加工具の中心軸線回りに回転させるレンズ加工具回転機構と、
    前記X軸移動機構、前記Z軸移動機構、および前記θ軸旋回機構を駆動制御して、前記レンズホルダー軸に取り付けた前記レンズホルダーのX軸方向への移動、当該レンズホルダーのZ軸方向への移動、および前記レンズ加工具の前記θ軸を中心とする旋回を制御することにより、複数種類のレンズ加工モードを実行する駆動制御手段とを有していることを特徴とするレンズ加工装置。
  2. 前記駆動制御手段による前記レンズ加工モードには、前記θ軸を中心として旋回する前記レンズ加工具の前記円弧状加工面に対して、前記レンズホルダーのレンズ保持面に保持された加工対象のレンズが上側から水平に押し付けられた状態が維持されるように、前記X軸移動機構、前記Z軸移動機構および前記θ軸旋回機構を駆動制御するレンズ加工モードが含まれていることを特徴とする請求項1に記載のレンズ加工装置。
  3. 前記レンズ加工具を、前記θ軸に平行なY軸の方向に移動させるY軸移動機構を有していることを特徴とする請求項2に記載のレンズ加工装置。
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