KR102470445B1 - 컵형 숫돌을 사용한 렌즈구면 가공방법 및 렌즈구면 가공장치 - Google Patents

Abstract

렌즈구면 가공방법에서는, 회전하고 있는 컵형 숫돌(9)을 렌즈표면(5a)에 접촉시킨 접촉상태 및 컵형 숫돌(9)이 렌즈표면(5a)을 따라 구심스윙 하는 구심스윙상태를 형성하고, 렌즈표면(5a)을 구면으로 연삭한다. 구심스윙상태에서는, 구심스윙의 스윙중심(P1)으로부터 컵형 숫돌(9)에 있어서 렌즈표면(5a)과의 접촉점(P3)까지의 거리를, 구면의 반경(R)과 동일하게 설정한다. 구심스윙의 스윙폭을, 컵형 숫돌(9)에 있어서 렌즈표면(5a)과의 접촉점(P3)이 렌즈표면상의 렌즈중심(P2)을 넘어서 렌즈표면(5a)의 일방의 외주 가장자리측으로부터 타방의 외주 가장자리측으로 이동할 수 있도록 설정한다.

Description

컵형 숫돌을 사용한 렌즈구면 가공방법 및 렌즈구면 가공장치

본 발명은, 컵형 숫돌(cup-shaped grinding stone)을 사용해서 렌즈구면(lens 球面)을 연삭(硏削)하는 렌즈구면 가공방법 및 렌즈구면 가공장치에 관한 것이다.

글라스 렌즈(glass lens)는 일반적으로, 조연삭(粗硏削)(rough grinding), 정밀연삭, 연마 및 심내기의 각 공정을 거쳐서 제조되고, 조연삭 및 정밀연삭에는 서로 다른 가공장치 및 서로 다른 숫돌이 사용된다. 예를 들면 렌즈구면의 가공에 있어서는, 조연삭에는, 커브 제너레이터(ＣＧ기)에 의해 다이아몬드휠(diamond wheel) 등의 컵형 숫돌을 사용하여 렌즈소재(lens素材)의 렌즈표면에 곡면가공(曲面加工)이 이루어진다. 다음의 정밀연삭에 있어서는, 구심식 가공장치(sphere-center-type processing apparatus)에 의해 다이아몬드 펠렛 접시(diamond pellet plate) 등의 접시형 숫돌을 사용해서 가공이 이루어져, 렌즈소재가, 필요한 면정밀도(面精密度) 및 중심두께를 구비한 렌즈로 제조될 수 있다.

작금의 렌즈가공 정밀도 향상, 가공시간의 단축화 등의 요구에 의하여 정밀연삭에 있어서의 접시형 숫돌의 변화를 아주 작게 하고, 접시형 숫돌에서의 가공량을 적게 하기 위해서, ＣＧ기에 의한 조연삭후의 형상을 보다 진구(眞球)에 가깝게 할 것, 표면조도를 가늘게 할 것, 두께(렌즈 양면을 가공한 후의 중심부의 두께)를 일정하게 유지할 것, 렌즈 양면의 광축(光軸)을 일치시킬 것 등이 요구되고 있다.

그러나 ＣＧ기에 있어서 가공곡면(加工曲面)을 진구로 하는 것은 극히 곤란하다. 이 점에 대해서, 종래의 ＣＧ기에 의한 가공원리를 나타내는 도5A, 도5B를 참조하여 설명한다.

렌즈(105A)(105B)는 회전하는 척(104)에 고정되고 지지되어, 렌즈회전축(113)에 대하여 경사각도(θa)(θb)만큼만 기운 상태에서, 회전하는 컵형 숫돌(109A)(109B)을 향하여 A방향으로 이동하여 절삭가공이 이루어진다. 경사각도(θa)(θb)는, 가공하는 렌즈(105A)(105B)의 구면반경(R) 및 컵형 숫돌(109A)(109B)과 렌즈(105A)(105B)의 접촉지름(φT)에 의하여 다음 식으로 결정된다.

ｓｉｎθa = φT1/2Ｒ

ｓｉｎθb = φT1/2R

이 때에, 렌즈가공면(105a)(105b)이 진구가 될 수 있는 점은, 컵형 숫돌(109A)(109B)과 렌즈(105A)(105B)의 접점이 렌즈중심(P2)과 완전하게 일치하는 1점이다. 조금이라도 중심이 어긋난 경우에는, 가공된 렌즈(105A)(105B)의 중심에 홈이나 돌출이 발생하여 진구가 안 된다. 따라서 이 점에 맞도록, 컵형 숫돌(109A)(109B)을 전후로 이동시키기 위한 기구가 설치되어 있고, 이 기구를 사용해서 조정이 이루어진다.

그러나 컵형 숫돌(109A)(109B)의 마모에 의한 위치 어긋남을 보정하기 위해서는 고도의 기술과 경험이 필요하게 된다. 컵형 숫돌(109A)(109B)의 마모에 의한 영향은, 생성되는 렌즈표면의 반경과 형상 모두에 나타나기 때문이다. 또한 컵형 숫돌(109A)(109B)의 마모된 선단형상은 특정할 수 없고, 새롭게 경사각도(θa)(θb)를 산출하기 위하여 렌즈(105A)(105B)와 컵형 숫돌(109A)(109B)의 접촉지름(φT)을 계산하기 위해서도, 렌즈표면에 형성된 곡면형상이 구면이지 않기 때문에 계산이 성립하지 않는다. 따라서 숙련된 작업자의 경험에 의거하여 컵형 숫돌(109A)(109B)의 마모에 따라서 경사각도(θa)(θb)와 컵형 숫돌(109A)(109B)의 전후위치를 정교하게 계속해서 조정할 필요가 있다.

표면조도는 렌즈의 재질, 숫돌의 재질에 의한 영향도 있지만, 근본적인 것은 장치기구에 의한 것이다. 렌즈는 척에 의해 지지되어 강제적으로 회전되면서, 회전하는 컵 숫돌에 일정속도로 가압된다. 컵형 숫돌의 절삭능력을 넘는 회전속도나 압력을 가하는 속도가 되었을 경우에, 장치나 척의 휨에 의하여 약간 위치 어긋남이 발생한다. 이에 따라 렌즈에 컵형 숫돌이 파고들어가는 양이 변화하기 때문에, 결과적으로 툴마크(tool mark)라고 불리는 국화모양이 렌즈표면에 생긴다. 또한 강제회전시에 발생하는 렌즈의 변위도 있으므로 가공면에 물결모양이 발생해버린다. 툴마크나 물결모양을 경감시키기 위해서, 렌즈의 이동단(移動端)에서 스파크 아웃(sparking-out)이라고 불리는 헛연삭(Grinding with zero depth of cut)를 실시하지만, 컵형 숫돌이 파고들어가서 깊게 깎인 부분을 제거할 수는 없다.

또한 두께를 일정하게 유지하는 것 또는 광축을 일치시키는 것은 더 곤란하다. 렌즈의 지지를 척으로 하기 때문에, 렌즈 외주부가 흡착의 기준이 된다. 렌즈 외주부에 왜곡(변형)이 있으면 척 위치가 변화되기 때문에 이미 가공되어 있는 면과 이제부터 가공하려고 하는 면 사이에서, 흡착된 상태에서의 회전중심이 일치하지 않고 또한 렌즈를 척 회전축과 직각으로 지지할 수 없다.

사용하는 컵형 숫돌과 렌즈의 접촉지름에도 제약이 있다. 도5A, 도5B을 참조해서 설명하면, 장치의 기구에도 의하지만, 일반적으로 컵형 숫돌(109A)(109B)의 경사각도(θa)(θb)의 최대각도는 45도 정도이다. 따라서 사용할 수 있는 컵형 숫돌(109A)(109B)은, 렌즈(105A, 105B)와의 사이의 접촉지름(φT)이 다음 식의 내로 제한된다. 여기에서 L1은, 가공대상인 렌즈가공면(105a)(105b)에 있어서 렌즈중심(P2)으로부터 외주가장자리까지의 원호의 현장(弦長)을 나타낸다.

1.4 x 가공반경 > 접촉지름(φT) ＞ L1로

제한된다.

여기에서 상기의 폐해를 회피하기 위해서, 렌즈소재(커트재, 프레스재)를 처음부터 구심식 가공장치에 의해 접시형 숫돌을 사용해서 가공하는 것이 생각된다. 그러나 이 경우에는, 가공초기에 접시형 숫돌에 렌즈소재가 부분적으로 닿는다. 그 결과, 렌즈소재 주변의 깨짐이나 접시형 숫돌의 부분 마모가 발생하여, 접시형 숫돌의 형상이 안정되지 않아 렌즈구면의 가공정밀도가 안정되지 않는다.

또한 종래의 접시형 숫돌에 의한 가공의 목적은, 렌즈표면의 곡면정밀도의 향상, 렌즈중심부의 두께의 확정, 표면조도의 향상이다. 따라서 사용하는 접시형 숫돌은 입자가 미세하여 단위시간당의 절삭량은 적어진다. 이러한 미세한 입자의 접시형 숫돌을 렌즈소재로부터의 가공에 사용하면, 조연삭에 비하여 가공시간이 걸리므로 실용적이지 않다.

또한, 구심식 가공장치는 각종 구조의 것이 알려져 있다. 특허문헌1에는, 캠기구를 사용하지 않고, 구심스윙을 포함한 각종의 형태로 숫돌을 이동시키는 것이 가능한 렌즈가공장치가 제안되어 있다.

특개2009-178834호 공보

이와 같이 종래에 있어서 렌즈구면의 가공은, 다른 가공기 및 다른 숫돌을 사용해서 이루어지고 있다. 또한 필요한 면정밀도 및 중심두께를 얻기 위해서, 작업자의 경험과 감에 의지해서 가공기의 조정이 이루어지고 있다.

본 발명의 과제는, 1대의 렌즈가공기 및 1종류의 숫돌을 사용하여 렌즈구면을 고정밀도로 가공하는 것이 가능한 렌즈구면 가공방법 및 렌즈구면 가공장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 렌즈구면 가공방법은,

회전하고 있는 컵형 숫돌을, 가공대상인 유리로 만든 렌즈의 렌즈표면에 소정의 압력으로 접촉시킨 접촉상태를 형성하고,

상기 접촉상태를 유지하면서, 상기 컵형 숫돌이 상기 렌즈표면을 따라 구심스윙 하는 구심스윙상태를 형성하고, 상기 렌즈표면을, 소정의 면정밀도 및 중심두께를 구비한 구면이 될 때까지 연삭하고,

상기 구심스윙상태에 있어서는, 구심스윙의 스윙중심으로부터 상기 컵형 숫돌에 있어서 상기 렌즈표면과의 접촉점까지의 거리를, 상기 구면의 반경과 동일하게 설정하고,

상기 구심스윙의 스윙폭을, 상기 컵형 숫돌에 있어서 상기 렌즈표면과의 접촉점이 상기 렌즈표면상의 렌즈중심을 넘어서 상기 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리측으로부터 타방의 외주 가장자리측으로 이동하도록 설정하고 있다.

본 발명에 의하면, 컵형 숫돌을 구심스윙 시켜서, 컵형 숫돌의 렌즈표면에 대한 접촉점을 렌즈표면을 따라 렌즈중심을 넘어서 왕복이동 시키면서, 렌즈표면을 구면으로 가공하고 있다. 이에 따라 ＣＧ기에 의해 컵형 숫돌을 사용해서 구면가공을 하는 경우에 발생하는 렌즈중심부의 홈, 돌출 등의 발생을 없애어, 진구상태로 렌즈표면을 가공할 수 있다. 또한 접시형 숫돌을 사용하는 경우와 같이, 사전에 ＣＧ기에 의한 조연삭을 할 필요가 없어진다.

또한 본 발명에 의하면, 접시형 숫돌을 사용해서 처음부터 렌즈에 구면을 가공하는 경우에 비하여, 연삭시간을 대폭적으로 단축할 수 있다. 또한 접시형 숫돌을 사용하는 경우에는, 가공초기에 접시형 숫돌에 렌즈소재가 부분적으로 닿아 렌즈소재 주변의 깨짐이나 접시형 숫돌의 부분 마모가 발생하여, 접시형 숫돌의 형상이 안정되지 않으므로, 렌즈구면의 가공정밀도가 안정되지 않다고 하는 문제가 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해소할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 방법에서는, 종래에 있어서 착목되고 있지 않았던 컵형 숫돌과 구심스윙의 조합을 새롭게 채용해서 렌즈구면을 가공하고 있다. 종래에 있어서 렌즈구면의 가공은 조연삭 및 정밀연삭의 2공정을 거쳐서 이루어지고 있다. 또한 조연삭을 커브 제너레이터(ＣＧ기)에 의해 컵형 숫돌을 사용해서 실시하고, 다음의 정밀연삭을, 구심식 가공장치에 의해 접시형 숫돌을 사용해서 실시하여, 필요한 면정밀도, 중심두께를 구비한 렌즈구면을 얻고 있다. 본 발명자 등의 실험에 의하면, 1대의 구심스윙식 가공장치에 의해 1종류의 숫돌(컵형 숫돌)을 사용하여 종래에 있어서 렌즈구면가공과 동등이상의 정밀도로 렌즈구면을 가공할 수 있는 것이 확인되었다.

또한 본 발명의 방법에 의하면, 구심스윙의 스윙폭을, 컵형 숫돌에 있어서 렌즈표면과의 접촉점이 렌즈표면상의 렌즈중심을 넘어서 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리측으로부터 타방의 외주 가장자리측으로 이동하도록 설정하고 있다. 환언하면, 컵형 숫돌의 크기에 따라 컵형 숫돌의 스윙폭을 바꾸어, 컵형 숫돌의 렌즈표면에 대한 접촉점이, 렌즈표면의 외주부에서 렌즈표면을 따라 그 렌즈중심을 넘는 위치까지 이동 가능하게 되어 있다. 이에 따라 각종 사이즈의 컵형 숫돌을 사용할 수 있다.

본 발명의 렌즈구면 가공방법에 있어서,

상기 렌즈를, 상기 컵형 숫돌보다도 느린 속도로 강제적으로 회전시키고,

구심스윙 하는 상기 컵형 숫돌과 상기 렌즈표면과의 사이의 마찰력에 의해 상기 렌즈에 발생하는 토크에 의하여, 상기 렌즈가 상기 강제회전의 속도보다도 빠른 속도로 상기 컵형 숫돌에 추종해서 종속적으로 회전하는 것이 가능한 종속회전 가능상태가 되면, 상기 강제회전상태를 해제하고 있다.

예를 들면 렌즈표면을 평면으로부터 오목모양의 구면으로 가공하는 경우 등에 있어서, 절삭초기의 컵형 숫돌에 있어서 렌즈에 대한 접촉상태에 따라서는, 종속회전에 필요한 토크가 얻어지지 않을 경우가 있다. 본 발명에서는, 보조적으로 렌즈를 강제적으로 회전시켜, 종속회전에 필요한 토크가 얻어진 시점에서 종속회전으로 전환하고 있다. 이에 따라, 컵형 숫돌이 렌즈에 파고들어가는 것을 확실하게 방지할 수 있기 때문에 렌즈표면의 가공조도를 향상시킬 수 있고, 또한 렌즈표면에물결모양이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 렌즈구면 가공방법에 있어서,

상기 컵형 숫돌에 접촉시킨 상기 렌즈를 탄성신축부재에 의해 지지하고,

상기 탄성신축부재의 신축에 의해 발생하는 탄성력에 의하여 상기 컵형 숫돌과 상기 렌즈의 사이를 접촉시키는 것이 바람직하다.

렌즈에 컵형 숫돌이 파고들어감으로써 발생하는 툴마크를 없애기 위해서는, 렌즈표면과 컵형 숫돌 사이에 지나친 가압력이 발생하지 않도록, 렌즈를 지지하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 탄성신축부재를 사용해서 렌즈를 지지하고 있어, 탄성신축부재의 탄성변형에 의하여 렌즈와 컵형 숫돌 사이에 발생하는 과도한 힘을 해방시킬 수 있다. 이에 따라 툴마크의 발생을 방지할 수 있다.

다음에 본 발명의 렌즈구면 가공방법에 있어서,

렌즈두께를 안정시키고, 렌즈의 양면에 가공되는 구면의 광축을 일치시키기 위해서, 렌즈를 렌즈홀더에 의해 진공으로 흡착해서 지지하는 것이 바람직하다.

이에 따라 일방의 렌즈표면이 구면가공 된 후의 타방의 렌즈표면의 가공에 있어서는, 그 가공기준이 이미 가공되어 있는 렌즈구면이 된다. 따라서 쌍방의 렌즈표면의 중심 및 일방의 렌즈표면의 중심으로부터 타방의 렌즈표면의 중심까지의 거리를 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 광축의 일치로 두께의 안정을 실현시킬 수 있다.

다음에 본 발명은, 상기한 방법에 의하여 렌즈구면의 가공을 하는 렌즈구면 가공장치는,

컵형 숫돌과,

상기 컵형 숫돌을 그 중심축선을 중심으로 하여 회전시키는 숫돌회전기구와,

가공대상인 렌즈를 지지하는 렌즈홀더와,

상기 컵형 숫돌에 대하여, 상기 렌즈홀더에 지지된 상기 렌즈의 렌즈표면을, 접근시키거나 멀어지게 하는 방향으로 이동시키는 렌즈이동기구와,

상기 렌즈홀더에 지지된 상기 렌즈의 렌즈표면을 따라 상기 컵형 숫돌을 구심스윙 시키는 구심스윙기구와,

상기 숫돌회전기구, 상기 렌즈이동기구 및 상기 구심스윙기구를 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있다.

또한 상기 컨트롤러는,

회전하고 있는 컵형 숫돌을 상기 렌즈표면에 소정의 압력으로 접촉시킨 접촉상태를 형성하고,

상기 접촉상태를 유지하면서, 상기 컵형 숫돌이 상기 렌즈표면을 따라 구심스윙 하는 구심스윙상태를 형성하고, 상기 렌즈표면을, 소정의 면정밀도 및 중심두께를 구비한 구면이 될 때까지 연삭하고,

상기 구심스윙상태에 있어서는, 구심스윙의 스윙중심으로부터 상기 컵형 숫돌에 있어서 상기 렌즈표면과의 접촉점까지의 거리를, 상기 구면의 반경과 동일하게 설정하고,

상기 구심스윙의 스윙폭을, 상기 컵형 숫돌에 있어서 상기 렌즈표면과의 접촉점이 상기 렌즈표면상의 렌즈중심을 넘어서 상기 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리측으로부터 타방의 외주 가장자리측으로 이동하도록 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 렌즈구면 가공장치는 상기 구성에 더하여, 상기 렌즈홀더를 그 중심축선을 중심으로 하여 강제적으로 회전시키는 강제회전기구와, 상기 강제회전기구에 의한 강제회전이 해제 가능한 원웨이 클러치를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기 컨트롤러는, 상기 렌즈를 상기 컵형 숫돌보다도 느린 속도로 강제적으로 회전시키고, 상기 원웨이 클러치는, 구심스윙 하는 상기 컵형 숫돌과 상기 렌즈표면 사이의 마찰력에 의해 상기 렌즈에 발생하는 토크에 의하여, 상기 렌즈가 상기 강제회전의 속도보다도 빠른 속도로 상기 컵형 숫돌에 추종해서 종속적으로 회전하는 것이 가능한 종속회전 가능상태가 되면, 상기 강제회전상태를 해제하도록 설정되어 있다.

본 발명의 렌즈구면 가공장치는 상기 구성에 더하여, 상기 렌즈홀더를 상기 홀더 중심축선의 방향으로부터 지지하고, 상기 렌즈홀더에 지지된 상기 렌즈의 렌즈표면을 소정의 힘으로 상기 컵형 숫돌에 접촉시키는 탄성신축부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 탄성신축부재의 신축에 의해 발생하는 탄성력이, 컵형 숫돌을 렌즈표면에 접촉시키는 접촉력이 된다.

본 발명의 렌즈구면 가공장치는 상기 구성에 더하여, 진공흡착기구를 구비하고, 상기 렌즈홀더는, 상기 렌즈를 상기 진공흡착기구에 의한 진공흡착력에 의해 지지하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

도1은 본 발명을 적용한 렌즈구면 가공장치를 나타내는 설명도이다.
도2는 도1의 상축유닛을 나타내는 구성도이다.
도3은 컵형 숫돌을 구심스윙 시켜서 볼록의 렌즈구면을 연삭하는 경우의 설명도이다.
도4는 컵형 숫돌을 구심스윙 시켜서 오목의 렌즈구면을 연삭하는 경우의 설명도이다.
도5A는 종래의 ＣＧ기에 의한 볼록의 렌즈구면의 연삭동작을 나타내는 설명도이다.
도5B는 종래의 ＣＧ기에 의한 오목의 렌즈구면의 연삭동작을 나타내는 설명도이다.

이하에서, 도면을 참조하면서 본 발명을 적용한 렌즈구면 가공장치의 실시예에 관하여 설명한다.

도1은 렌즈구면 가공장치를 나타내는 개략적인 구성도이다. 렌즈구면 가공장치(1)는, 상축유닛(2)과, 이 하측에 배치되어 있는 하축유닛(3)을 구비하고 있다. 하축유닛(3)은 초기상태에서는 상축유닛(2)에 대하여 동축(同軸)으로 배치된다. 상축유닛(2)은 상하방향으로 연장되는 상태로 배치되어 있고, 그 하단에는 렌즈홀더(4)가 하방을 향하여 부착되어 있다. 렌즈홀더(4)에 있어서 하방을 향하는 렌즈지지면(4a)에는, 가공대상인 렌즈(5)가 진공흡착 되어서 지지 가능하다. 렌즈홀더(4)는, 승강기구(6)에 의하여 상축유닛 중심축선(2a)의 방향으로 이동이 가능하다. 또한 렌즈홀더(4)는, 렌즈회전기구(7)에 의하여 상축유닛 중심축선(2a)을 중심으로 하여 회전하는 것이 가능하다.

하축유닛(3)은 그 상단에 숫돌 스핀들(8)이 연장되어 있고, 그 선단에 컵형 숫돌(9)이 부착되어 있다. 컵형 숫돌(9)은, 원통모양 몸통부와, 그 후단을 봉쇄하고 있는 원반모양 저판부를 구비하고 있다. 원통모양 몸통부의 선단의 원환상 끝면과, 원환상 끝면의 내주 가장자리에 연결되는 소정의 폭의 원형내주면 부분과, 원환상 끝면의 외주 가장자리에 연결되는 소정의 폭의 원형외주면 부분이 숫돌면으로 되어 있다. 컵형 숫돌(9)은, 숫돌회전기구(10)에 의해 하축유닛 중심축선(3a)을 중심으로 하여 회전하는 것이 가능하다. 또한 컵형 숫돌(9)은, 구심스윙기구(11)에 의하여 상축유닛 중심축선(2a)상 혹은 그 연장상에 위치하는 구심을 중심으로 하는 구심스윙(sphere center oscillation)이 가능하다. 구심스윙기구(11)로서는 공지의 각종 구조의 것이 사용 가능하기 때문에, 그 구체적인 구성의 설명은 생략한다. 예를 들면, 앞서 인용한 특허문헌1에 있어서 제안되어 있는 기구를 사용할 수 있다.

도2는 상축유닛(2)의 구성을 나타내는 설명도이다. 우선, 상축유닛(2)의 렌즈회전기구(7)를 설명한다. 렌즈홀더(4)의 배면부에는, 상방으로 연장되는 홀더 스핀들(13)이 동축으로 부착되어 있다.

홀더 스핀들(13)은, 베어링을 사이에 두고 회전하도록 홀더 샤프트(14)에 의하여 지지되어 있다. 홀더 샤프트(14)내에는, 동축으로 드라이브 샤프트(15)가 회전 가능한 상태로 연장되고 있다. 드라이브 샤프트(15)의 하단부는 홀더 스핀들(13)에 동축으로 맞물려 있어, 홀더 스핀들(13)을 일체로 회전시킨다. 드라이브 샤프트(15)의 상단에는 동축으로 종동측 풀리(16)가 고정되어 있고, 종동측 풀리(16)는, 벨트(17)를 통하여 구동측의 모터 풀리(18)에 연결되어 있다. 모터 풀리(18)는 원웨이 클러치(19)를 통하여 렌즈회전용 모터(20)의 모터축에 연결되어 있다.

렌즈회전용 모터(20)의 일방향회전 만이 원웨이 클러치(19)를 통하여 홀더 스핀들(13)에 전달되어, 렌즈홀더(4)가 상축유닛 중심축선(2a)을 중심으로 하여 회전한다. 렌즈홀더(4)의 측으로부터 본 경우에는, 렌즈홀더(4)는 렌즈회전용 모터(20)에 의한 강제회전속도보다도 고속이어서, 강제회전과 동일방향으로 회전하는 경우에는, 원웨이 클러치(19)에 의해 렌즈회전용 모터(20)로부터 분리된다.

승강기구(6)를 설명한다. 홀더 샤프트(14)는, 메탈 베어링을 사이에 두고 홀더 슬리브(21)내에 동축으로 배치되어 상하방향으로 이동할 수 있다. 홀더 슬리브(21)는 수평아암(22)에 의해 지지되어 있다. 수평아암(22)은 아암 베이스(23)에 부착되어 있다. 아암 베이스(23)는, 가이드(24)를 사이에 두고 상하방향으로 연장되는 장치 프레임(25)에 의하여 상하방향으로 이동할 수 있도록 지지되어 있다. 수평아암(22)은, 커플링(27)을 사이에 두고 아암이송나사(26)에 연결되어 있는 아암이송모터(28)에 의하여 상하측으로 이동이 가능하다.

홀더 샤프트(14)는, 상하방향으로 연장되는 압축 스프링(31)을 통하여 압력조정볼트(32)에 의하여 상축유닛 중심축선(2a)의 방향의 상측으로부터 지지되어 있다. 압력조정볼트(32)는, 홀더 슬리브(21)의 상단측의 부분에 부착되어 있다. 가공상태에 있어서 압축 스프링(31)에 의하여, 홀더 샤프트(14)의 하단측의 렌즈홀더(4)에 지지되어 있는 렌즈(5)와, 그 하측에 위치하는 하축유닛(3)의 컵형 숫돌(9) 사이의 접촉력이 설정된다. 압력조정볼트(32)를 하방으로 나사체결 하여 삽입하면 접촉력을 높일 수 있고, 상방으로 풀면 접촉력을 내릴 수 있다. 또한 압축 스프링(31)은, 렌즈(5)와 컵형 숫돌(9) 사이에 지나친 가압력이 발생하는 것을 방지하기 위한 압력해방기구로서 기능한다.

홀더 샤프트(14)의 상단의 샤프트 헤드(33)의 측방에는, 홀더 슬리브(21)에 부착된 센서(34)가 배치되어 있다. 센서(34)에 의하여 홀더 샤프트(14)의 상한위치가 검출된다.

또한 샤프트 헤드(33)에는 마이크로 헤드(35)가 부착되어 있다. 마이크로 헤드(35)의 하측에는 다이얼 게이지(36)가 배치되어 있다. 다이얼 게이지(36)는 장치 프레임(25)에 부착되어 있어 위치가 고정되어 있다. 다이얼 게이지(36)는 마이크로 헤드(35)에 의한 압입량(壓入量)의 변화를 검출한다. 압입량을 규정하기 위해서, 마이크로 헤드(35)의 상승단(上昇端)과 하강단(下降端)을 검출하는 리미트 스위치가 배치되어 있다. 각각의 리미트 스위치의 온/오프신호가 ＮＣ컨트롤러(37)로 전달된다.

또한, 렌즈홀더(4)에 렌즈(5)를 진공흡착에 의해 지지하기 위해서 사용하는 진공은, 도면에 나타내지 않은 진공원(眞空源)으로부터, 로터리 조인트(38), 드라이브 샤프트(15)내의 연통구멍, 홀더 스핀들(13)내의 연통구멍 및 렌즈홀더(4)에 형성된 중심구멍을 통하여 렌즈지지면(4a)에 공급된다.

(컵형 숫돌의 스윙범위)

도3은 컵형 숫돌을 구심스윙 시켜서 볼록의 렌즈구면을 연삭하는 경우의 가공원리를 나타내는 설명도이고, 도4는 컵형 숫돌을 구심스윙 시켜서 오목의 렌즈구면을 연삭하는 경우의 가공원리를 나타내는 설명도이다. 이들의 도면을 참조하여 렌즈(5)에 대한 컵형 숫돌(9)의 스윙범위를 설명한다. 렌즈(5) 중에서 도3에 나타내는 볼록의 렌즈를 렌즈(5A), 도4에 나타내는 오목의 렌즈를 렌즈(5B)라고 하고, 컵형 숫돌(9) 중에서 도3에 나타내는 볼록의 렌즈(5A)에 사용하는 것을 컵형 숫돌(9A), 도4의 오목의 렌즈(5B)에 사용하는 것을 컵형 숫돌(9B)이라고 한다.

컵형 숫돌(9A)(9B)은, 가공대상인 렌즈(5A)(5B)의 렌즈표면(5a)의 곡률(曲率)에 따라 구심스윙을 한다. 구심스윙의 스윙중심(P1)은, 렌즈회전 중심선인 상축유닛 중심축선(2a)상에 위치하도록 설정된다. 축선(3a(1), 3a(2))은 컵형 숫돌(9)의 스윙범위를 규정하는 것으로서, 이들 사이의 각도(θ)가 컵형 숫돌(9)의 스윙폭을 나타내는 각도이고, 이 각도(θ)의 범위내를 컵형 숫돌(9)이 렌즈표면(5a)을 따라 왕복으로 운동한다.

각도(θ1)는, 스윙범위를 규정하는 스윙중심(P1)을 지나는 일방의 축선(3a(1))과, 상축유닛 중심축선(2a) 사이의 각도이다. 각도(θ2)는, 스윙범위를 규정하고 스윙중심(P1)을 지나는 타방의 축선(3a(2))과, 상축유닛 중심축선(2a) 사이의 각도이다.

컵형 숫돌(9)의 스윙범위(각도(θ1, θ2))는 다음과 같이 설정된다. 렌즈중심축선(상축유닛 중심축선(2a)) 및 숫돌중심축선(하축유닛 중심축선(3a))을 포함하는 연직면에서, 렌즈(5) 및 컵형 숫돌(9)을 절단하였을 경우의 절단면을 생각한다. 이 절단면상에 있어서, 컵형 숫돌(9)에 있어서 렌즈표면(5a)에 접하는 숫돌 테두리단이, 렌즈표면(5a)을 따라 렌즈중심을 넘어서 이동할 수 있도록 스윙범위가 설정된다. 또한 숫돌 테두리단이 렌즈표면(5a)의 외주 가장자리로부터 벗어나는 위치까지 이동할 수 있도록 스윙범위가 설정된다.

본 예에서는, 도3, 도4에 나타나 있는 바와 같이, 다음과 같이 각도(θ1, θ2)가 설정되어 있다. 가공대상인 렌즈(5A)(5B)의 렌즈표면(5a)의 원호의 현장을 φD라고 하고, 렌즈표면(5a)상의 렌즈중심을 P2, 렌즈중심(P2)으로부터 현장(φD)의 10%에 상당하는 거리만큼 이동한 위치를 P3이라고 한다. 컵형 숫돌(9)과 렌즈표면(5a)의 접촉점인 컵형 숫돌(9)에 있어서 렌즈표면(5a)에 접하는 숫돌 테두리단(9a)(9b)이 위치(P3)가 되도록 각도(θ1)가 설정되어 있다.

가공대상인 렌즈(5A)(5B)의 렌즈표면(5a)의 원호의 현장(φD)의 10%에 상당하는 거리만큼, 컵형 숫돌(9)에 있어서 렌즈표면(5a)의 외주단으로부터 벗어난 위치를 P4라고 한다. 컵형 숫돌(9)에 있어서 렌즈표면(5a)에 접하는 숫돌 테두리단(9a)(9b)이 위치(P4)가 되도록, 각도(θ2)가 설정되어 있다.

(렌즈의 연삭동작)

구심스윙식의 렌즈구면 가공장치(1)에 의한 컵형 숫돌(9)을 사용한 연삭은 아래와 같이 이루어진다. 우선, 상축유닛(2)에 있어서 렌즈(5)를 렌즈홀더(4)에 흡착하여 지지시킨다. 렌즈회전용 모터(20)을 구동하고, 그 회전을 원웨이 클러치(19)를 통하여 렌즈홀더(4)에 전달한다. 이에 따라 렌즈(5)가 회전을 시작한다. 하축유닛(3)에 있어서도 컵형 숫돌(9)의 회전이 시작되어, 회전상태의 컵형 숫돌(9)을 각도(θ1)만큼 기울인 상태로 한다.

이 상태에서 승강기구(6)에 의해 홀더 슬리브(21)를 하강시킨다. 렌즈홀더(4)도 하강하여 렌즈홀더(4)에 지지되어 있는 렌즈(5)의 렌즈표면(5a)이 컵형 숫돌(9)의 숫돌 테두리부에 접촉한다. 이 상태가 형성된 후에, 홀더 슬리브(21)를 더 하강시킨다. 렌즈홀더(4)를 지지하고 있는 홀더 샤프트(14)는 홀더 슬리브(21)에 대하여 상하방향으로 슬라이드가 가능하다. 따라서 홀더 샤프트(14)는 상대적으로 상방으로 밀려올려지고, 그 샤프트 헤드(33)가 압축 스프링(31)을 상방으로 압입하여, 압입된 압축 스프링의 스프링력에 의하여 렌즈표면(5a)이 컵형 숫돌(9)에 대하여 소정의 힘으로 눌려진다. 홀더 슬리브(21)를 더 하강시키면, 센서(34)가 샤프트 헤드(33)를 검출한다. ＮＣ컨트롤러(37)는 승강기구(6)를 정지시킨다.

그 후에는, 하축유닛(3)의 구심스윙기구(11)을 구동하여 각도(θ1, θ2)의 사이에서 컵형 숫돌(9)의 구심스윙을 시작한다. 이 때에, 압축 스프링(31)에 의해 설정된 압력에 의하여 렌즈(5)를 가압하면서 연삭이 이루어진다.

연삭초기에 있어서 렌즈(5)는, 렌즈회전용 모터(20)에 의하여 컵형 숫돌(9)과 동일방향으로 500∼1000ｒｐｍ으로 강제적으로 회전된다. 연삭이 진행되면, 렌즈(5)와 컵형 숫돌(9) 사이의 마찰력에 의하여 렌즈(5)를 회전시키는 토크가 증가하여 렌즈(5)는 컵형 숫돌(9)에 종속적으로 회전하도록 된다. 즉 종속회전의 회전수가 렌즈회전용 모터(20)에 의한 강제회전수를 넘으면, 원웨이 클러치(19)의 작용에 의하여 렌즈회전용 모터(20)로부터의 동력전달 경로가 절단되어서, 렌즈(5)는, 강제회전상태로부터 컵형 숫돌(9)에 의한 종속회전상태로 전환된다.

연삭이 진행되어 렌즈(5)의 두께가 감소하면, 그에 따라 압축 스프링(31)에 의해 눌려 있는 홀더 샤프트(14)의 샤프트 헤드(33)가 하강한다. 샤프트 헤드(33)가 하강하여 센서(34)가 오프된다. 센서(34)가 오프되면, 승강기구(6)를 구동해서 홀더 슬리브(21)를 하강시켜, 렌즈(5)를 다시 소정의 압력으로 컵형 숫돌(9)을 가압시킨 상태를 형성한다. 이 동작을 반복하면서 렌즈(5)의 연삭을 진행시킨다.

연삭이 더 진행되면, 샤프트 헤드(33)에 부착되어 있는 마이크로 헤드(35)가 다이얼 게이지(36)에 접촉하여 당해 다이얼 게이지(36)에 압입된다. 다이얼 게이지(36)가 압입되어, 하강단의 리미트 스위치가 온되면 가공완료가 된다. ＮＣ컨트롤러(37)는, 하축유닛(3)의 컵형 숫돌(9)의 구심스윙과 회전을 정지시키고, 상축유닛(2)의 승강기구(6)를 구동해서 렌즈(5)를 상승시킨다. 렌즈(5)를 소정의 위치까지 상승시킨 후에는, 렌즈(5)의 흡착지지를 해제하여 렌즈홀더(4)로부터 렌즈(5)를 떼어낼 수 있도록 한다.

(작용효과)

컵형 숫돌(9)을 상기한 바와 같이 설정한 스윙범위내에서 구심스윙 시킴으로써, 렌즈표면(5a)의 가공형상을 진구로 할 수 있는 것이 확인되었다. 특히, 렌즈표면(5a)의 렌즈중심부의 홈이나 돌출이 전혀 발생하지 않는 것이 확인되었다.

컵형 숫돌(9)의 마모에 의한 렌즈표면(5a)의 곡률변화의 조정에 있어서는, 실제로 가공된 렌즈곡면을 측정하고, 목표로 하는 곡면과의 오차를 컵형 숫돌(9)의 구심스윙궤적의 보정치로서 구심스윙반경을 변경하는 것 만으로 좋다. 또한 보정치는 실측치이면 좋기 때문에 복잡한 계산을 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 종래에 접시형 숫돌로밖에 실현되지 않던 구면정밀도를 컵형 숫돌(9)을 사용해서 실현된다.

렌즈(5)를 컵형 숫돌(9)에 대하여 종속적으로 회전시킴으로써 가로방향(렌즈회전방향)에 걸리는 과도한 압력을 해방시킬 수 있다. 또한 압축 스프링(31)의 가압력을 일정하게 함으로써 컵형 숫돌(9)이 렌즈(5)를 파고들어가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 렌즈표면(5a)의 툴마크의 발생이 전혀 없게 된다. 또한 렌즈(5)가 컵형 숫돌(9)에 종속적으로 회전함으로써 이들 사이에 항상 알맞은 상대속도가 얻어지므로, 렌즈표면(5a)의 물결모양의 발생도 전혀 없게 된다.

표면조도에 대해서는, 압축 스프링(31)에 의한 가압력을 조정함으로써 컵형 숫돌(9)의 다이아몬드 입자가 렌즈(5)를 파고들어가는 양을 조정할 수 있다. 이에 따라 접시형 숫돌과 동등한 표면조도를 실현하는 것이 확인되었다.

일방의 렌즈면이 가공된 후의 렌즈(5)는, 가공이 끝난 렌즈면이 렌즈홀더(4)에 진공으로 흡착되어 지지된다. 따라서 렌즈의 양면에 형성되는 렌즈구면은 저절로 그들의 광축이 일치한다. 또한 먼저 가공한 렌즈구면을 렌즈홀더(4)에 흡착하여 지지하기 때문에 렌즈(5)의 타면(他面)의 가공완료위치를 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라 렌즈중심부의 두께를 정확하게 가공하고 또한 일정하게 유지할 수 있다.

또한 컵형 숫돌을 구심스윙 시킴으로써, 작은 사이즈의 컵형 숫돌의 사용이 가능하게 된다. 구체적으로는, 도5A, 도5B에 나타나 있는 바와 같이 종래에 필요하였던 반경(R)의 렌즈표면에 있어서 렌즈중심으로부터 외주 가장자리를 연결하는 현장(L1)보다도 짧은 접촉지름(φT)의 컵형 숫돌이 사용 가능하게 되어, 컵형 숫돌의 범용성을 높일 수 있다.

Claims (9)

1. 회전하고 있는 컵형 숫돌(cup-shaped grinding stone)을, 가공대상(加工對象)인 유리로 만든 렌즈의 렌즈표면에 소정의 압력으로 접촉시킨 접촉상태를 형성하고,
   상기 접촉상태를 유지하면서, 상기 컵형 숫돌이 상기 렌즈표면을 따라 구심스윙(球心swing) 하는 구심스윙상태를 형성하고, 상기 렌즈표면을, 소정의 면정밀도(面精密度) 및 중심두께를 구비한 구면(球面)이 될 때까지 연삭(硏削)하고,
   상기 구심스윙상태에 있어서는, 구심스윙의 스윙중심으로부터 상기 컵형 숫돌에 있어서의 상기 렌즈표면과의 접촉점(接觸點)까지의 거리를, 상기 구면의 반경(半徑)과 동일하게 설정하고,
   렌즈의 중심축선 및 컵형 숫돌의 중심축선을 포함하는 연직면에서, 상기 렌즈 및 상기 컵형 숫돌을 절단하였을 경우의 절단면상에 있어서 본 경우에,
   상기 컵형 숫돌에 있어서의 렌즈표면에 접촉하는 일방의 숫돌 테두리단이, 상기 렌즈표면의 렌즈중심으로부터 상기 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리의 측으로 설정거리만큼 떨어진 위치로부터 상기 렌즈표면을 따라 상기 렌즈중심을 넘어서 상기 렌즈표면의 타방의 외주 가장자리의 측의 위치로 이동하고 또한 상기의 일방의 숫돌 테두리단이 상기 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리의 측으로부터 상기 렌즈중심을 넘어서 타방의 외주 가장자리의 측의 위치로 이동하면, 상기 컵형 숫돌의 타방의 숫돌 테두리단이, 상기 렌즈표면의 타방의 외주 가장자리로부터 상기 설정거리만큼 떨어진 위치로 이동하도록 상기 컵형 숫돌의 스윙폭을 설정하고,
   상기 설정거리를, 상기 렌즈표면의 현장(弦長)의 10%에 상당하는 거리로 설정하고,
   상기 구심스윙상태에서의 연삭초기에 있어서는,
   상기 렌즈를, 원웨이 클러치를 경유하는 동력전달 경로를 통하여 전달되는 회전력에 의해 상기 컵형 숫돌보다도 느린 속도로 강제적으로 회전시키고,
   연삭이 진행되어, 구심스윙 하는 상기 컵형 숫돌과 상기 렌즈표면과의 사이의 마찰력에 의한 상기 렌즈를 회전시키는 토크가 증가하여, 상기 렌즈가 강제회전의 속도보다도 빠른 속도로 상기 컵형 숫돌에 추종해서 종속회전이 가능한 상태가 되면, 상기 원웨이 클러치의 작용에 의해 상기 동력전달 경로가 절단되어, 상기 렌즈는, 상기 강제회전의 상태로부터 상기 컵형 숫돌에 의한 종속회전상태로 전환되는 렌즈구면 가공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 컵형 숫돌에 접촉시킨 상기 렌즈를 탄성신축부재(彈性伸縮部材)에 의해 지지하고,
   상기 탄성신축부재의 신축에 의해 발생하는 탄성력(彈性力)에 의하여 상기 컵형 숫돌과 상기 렌즈의 사이를 접촉시키는 렌즈구면 가공방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   렌즈를 진공흡착(眞空吸着)에 의해 렌즈홀더에 지지하고, 이 상태에서 상기 접촉상태를 형성하는 렌즈구면 가공방법.
   
4. 컵형 숫돌과,
   상기 컵형 숫돌을 그 중심축선을 중심으로 하여 회전시키는 숫돌회전기구와,
   가공대상인 렌즈를 진공흡착력에 의해 지지하는 렌즈홀더와,
   상기 컵형 숫돌에 대하여, 상기 렌즈홀더에 지지된 상기 렌즈의 렌즈표면을 접근하거나 멀어지는 방향으로 이동시키는 렌즈이동기구와,
   상기 렌즈홀더를 그 중심축선을 중심으로 하여 강제적으로 회전시키는 강제회전기구와,
   상기 강제회전기구에 의한 강제회전이 해제 가능한 원웨이 클러치와,
   상기 렌즈홀더를 상기 렌즈홀더의 중심축선의 방향으로부터 지지하고, 상기 렌즈홀더에 지지된 상기 렌즈의 렌즈표면을 소정의 힘으로 상기 컵형 숫돌에 접촉시키는 탄성신축부재와,
   상기 렌즈홀더에 지지된 상기 렌즈의 렌즈표면을 따라 상기 컵형 숫돌을 구심스윙 시키는 구심스윙기구와,
   상기 숫돌회전기구, 상기 렌즈이동기구, 상기 강제회전기구 및 상기 구심스윙기구를 제어하는 컨트롤러를
   구비하고 있고,
   상기 컨트롤러는,
   회전하고 있는 컵형 숫돌을 상기 렌즈표면에 소정의 압력으로 접촉시킨 접촉상태를 형성하고,
   상기 접촉상태를 유지하면서, 상기 렌즈를 상기 컵형 숫돌보다도 느린 속도로 강제적으로 회전시킴과 아울러 상기 컵형 숫돌이 상기 렌즈표면을 따라 구심스윙 하는 구심스윙상태를 형성하고, 상기 렌즈표면을, 소정의 면정밀도 및 중심두께를 구비한 구면이 될 때까지 연삭하고,
   상기 구심스윙상태에서의 연삭동작에 있어서는,
   구심스윙의 스윙중심으로부터 상기 컵형 숫돌에 있어서의 상기 렌즈표면과의 접촉점까지의 거리를, 상기 구면의 반경과 동일하게 설정하고,
   렌즈의 중심축선 및 컵형 숫돌의 중심축선을 포함하는 연직면에서, 렌즈 및 컵형 숫돌을 절단하였을 경우의 절단면상에 있어서 본 경우에,
   상기 컵형 숫돌에 있어서의 렌즈표면에 접촉하는 일방의 숫돌 테두리단이, 상기 렌즈표면의 렌즈중심으로부터 상기 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리의 측으로 설정거리만큼 떨어진 위치로부터 상기 렌즈표면을 따라 상기 렌즈중심을 넘어서 상기 렌즈표면의 타방의 외주 가장자리의 측의 위치로 이동하고 또한 상기의 일방의 숫돌 테두리단이 상기 렌즈표면의 일방의 외주 가장자리의 측으로부터 상기 렌즈중심을 넘어서 타방의 외주 가장자리의 측의 위치로 이동하면, 상기 컵형 숫돌의 타방의 숫돌 테두리단이, 상기 렌즈표면의 타방의 외주 가장자리로부터 상기 설정거리만큼 떨어진 위치로 이동하도록 상기 컵형 숫돌의 스윙폭을 설정하고,
   상기 설정거리를, 상기 렌즈표면의 현장의 10%에 상당하는 거리로 설정하고,
   구심스윙 하는 상기 컵형 숫돌과 상기 렌즈표면과의 사이의 마찰력에 의해 상기 렌즈에 발생하는 토크에 의해, 상기 렌즈가 상기 강제회전의 속도보다도 빠른 속도로 상기 컵형 숫돌에 추종해서 종속회전이 가능한 종속회전가능상태가 되면, 상기 원웨이 클러치에 의해 상기 강제회전상태가 해제되도록 되어 있는 렌즈구면 가공장치.
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