KR20100092873A - 렌즈의 가공방법 및 연삭장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 심취기가 불필요한 렌즈가공방법 및 연삭장치를 제공한다.
[해결수단] 러프 연삭용의 숫돌을 장착한 숫돌축과 정밀 연삭용의 숫돌을 장착한 숫돌축을 구비한 2축 연삭기를 이용한다. 렌즈 소재를 제 1의 2축 연삭기(10a)에 장전하고 제 1 면의 러프 연삭과 정밀 연삭을 행하고, 다음에 렌즈 소재를 제 2의 2축 연삭기(10b)에 반송하여, 제 2의 2축 연삭기(10b)로 제 2 면의 러프 연삭과 정밀 연삭과 바깥둘레 가공을 행한다. 제 1의 2축 연삭기(10a)의 홀더(12a)는, 척 구조의 홀더로 하고, 제 2의 2축 연삭기의 홀더는, 흡착 구조의 홀더로 한다. 제 2의 2축 연삭기는 이 정밀 연삭된 면을 기준으로 하여 렌즈 소재를 유지하고 있고, 그 유지를 유지한 채로 제 2 면의 러프 연삭 및 정밀 연삭 및 바깥둘레가공을 행하므로, 상기 바깥둘레가공에 의해 렌즈 소재의 심출이 가능하다. 그 후, 제 1 면 및 제 2 면의 연마를 행하고, 마지막으로 연마된 렌즈의 세정을 행한다.

Description

렌즈의 가공방법 및 연삭장치 {PROCESSING METHOD AND GRINDING APPARATUS FOR LENS}

이 발명은, 렌즈의 가공방법 및 연삭장치에 관한 것으로, 렌즈 구면의 러프연삭 공정, 정밀 연삭 공정 및 연마 공정 및 심출(芯出) 공정을 구비한 렌즈가공에 적용되는 상기 방법 및 장치에 관한 것이다.

렌즈의 가공에는, 렌즈의 양 구면(이하,' 제 1 면', ' 제 2 면'이라고 한다 . ) 각각의 러프 연삭, 정밀 연삭 및 연마(폴리싱)와 심출(심취: 芯取)을 위한 바깥둘레 가공이 필요하다. 종래는, 이러한 가공을 행하는데 복수의 기계가 이용되고 있다. 즉, 러프 연삭기의 컵 숫돌로 제 1 면과 제 2 면의 러프 연삭을 행하고, 정밀 연삭기의 펠릿접시로 제 1 면과 제 2 면의 정밀 연삭을 행하고, 연마기의 연마접시로 제 1 면과 제 2 면의 연마를 행하고, 심취기로 바깥둘레 가공을 행한 후, 바깥둘레 가공시에 사용한 유성의 연삭액을 씻어 흘리기 위한 세정을 행한다고 하는 공정으로 가공되고 있었다.

러프 연삭은, 일반적으로 CG가공(구면 창성가공)으로 불리는 방법으로 행하여지고 있다. 즉, 연직 방향의 워크축의 상단에 렌즈 소재를 장착하고, 연삭하려고 하는 렌즈 표면의 곡률에 맞추어 경사지게 한 숫돌축의 하단에, 렌즈 소재의 표면과 원접촉(정확하게는 렌즈 둘레가장자리로부터 밀려나오는 원으로 접촉)하는 하향 컵 형상의 숫돌(컵 숫돌)을 장착한다. 숫돌축은, 컵 숫돌과 렌즈 표면과의 접촉원이 꼭 렌즈의 축중심을 통과하도록 위치 결정된다. 그리고, 워크축과 숫돌축을 회전하여, 서보모터로 워크축에 상방에의 절삭 이송을 걸쳐서, 렌즈 표면에 대한 컵 숫돌의 공전과 자전과의 합성 운동에 의해, 렌즈 구면을 창성(創成)가공한다. 러프 연삭용의 컵 숫돌은, 번호가 100∼350번 정도의 입도의 숫돌이 이용되고 있다.

한편, 정밀 연삭은, 펠릿접시의 구면을 렌즈에 전사하는 가공이다. 즉, 요동대에 축으로 지지한 숫돌축의 하단에 가공하는 렌즈 구면의 곡률에 따른 구면을 구비한 펠릿접시(연삭용의 펠릿을 첩착한 접시 형상의 공구)를 장착하고, 워크축의 상단에 러프 연삭된 렌즈 소재를 장착한다. 그리고, 요동대의 요동 중심과 렌즈 구면의 곡률 중심을 일치시킨 상태에서, 에어 실린더 등으로 렌즈 표면을 펠릿접시에 일정압력으로 내리 눌러, 숫돌축의 회전 및 왕복 요동과 워크축의 회전과의 합성 운동에 의해, 렌즈의 표면을 연삭한다.

종래, 렌즈 소재의 러프 연삭과 정밀 연삭은, 개별의 기계로 행하여지고 있었지만, 본원 출원인은, 동일한 기계에 러프 연삭용의 숫돌축과 정밀 연삭용의 숫돌축을 설치하고, 렌즈 소재의 러프 연삭과 정밀 연삭을 연속하여 행할 수 있는 렌즈의 구면 연삭방법 및 장치(이하, '2축 연삭기'라고 한다.)를 제안하고 있다(특허문헌 1). 상기 방법에 의한 렌즈가공은, 2축 연삭기에 장착한 컵 숫돌과 펠릿접시로 제 1 면의 러프 연삭과 정밀 연삭을 계속하여 행하고, 다음에 렌즈 소재를 반전하여, 제 2 면의 러프 연삭과 정밀 연삭을 계속하여 행하고, 다음에 렌즈 소재를 연마기에 반송하여 연마접시로 제 1 면과 제 2 면의 연마를 행하고, 다음에 렌즈소재를 심취기에 반송하여 바깥둘레 가공을 행한 후, 가공된 렌즈를 세정기에 반송하여 세정을 행한다는 것이다.

2축 연삭기를 이용한 상기의 방법에 의한 렌즈가공에 의하면, 가공기가 1대 또는 2대 적어지고, 기계 사이에서의 렌즈 반송도 1회 또는 2회 적어진다. 그리고, 반송처의 기계에 렌즈 소재를 장착할 때에 발생하는 위치 결정 오차의 발생 기회도 적어지기 때문에, 렌즈가공의 정밀도와 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

연삭시에 렌즈 소재를 유지하는 렌즈 홀더로서는, 갈고리로 렌즈 소재의 바깥둘레를 파지하는 척 구조와, 렌즈 소재의 하면을 진공 흡착하여 유지하는 흡착 구조가 알려져 있다. 후자의 구조에서는, 흡착한 렌즈 소재가 홀더상에서 미끄러지지 않게 할 필요가 있지만, 렌즈 소재의 흡착면이 러프 연삭한 것뿐인 면이면, 진공 누설이 생겨 충분한 유지력을 얻지 못하여, 고속연삭을 할 수 없다. 한편, 렌즈심취기에서는, 양면을 연마 마무리된 렌즈 소재를, 원고리 형상의 엣지를 구비한 상하의 홀더로 끼우고 유지하고 있다.

특허문헌1:일본공개특허공보2006-297520호

이 발명은, 심취기를 불필요로 한 렌즈가공방법 및 검색 장치를 제공하는 것에 의해, 렌즈가공에 있어서의 러프 연삭으로부터 연마된 렌즈의 세정에 이르는 가공 공정을 간소화하고, 사용하는 기계의 종류도 줄이는 것에 의해, 렌즈가공에 있어서의 생산성의 향상과 설비 비용의 저감을 도모하는 것을 과제로 하고 있다.

이 발명의 가공방법을 포함한 렌즈가공에서는, 렌즈 소재의 제 1 면의 러프 연삭과 정밀 연삭을 행한 후, 기계를 바꾸어 제 2 면의 러프 연삭과 정밀 연삭 및 바깥둘레 가공(심출)을 행하고, 그 후, 제 1 면 및 제 2 면의 연마를 행하고, 마지막으로 연마된 렌즈의 세정을 행한다.

이 발명의 가공방법을 포함한 렌즈가공에서는, 2대의 2축 연삭기(10a,10b)와, 연마기(20)와, 세정기(30)로, 러프 연삭으로부터 연마된 렌즈의 세정까지의 렌즈가공을 행한다. 심취기는 이용하지 않는다. 우선 렌즈 소재를 제 1의 2축 연삭기 (10a)에 장전(裝塡)하고 제 1 면의 러프 연삭과 정밀 연삭을 행하고, 다음에 렌즈 소재를 제 2의 2축 연삭기(10b)에 반송하여, 제 2의 2축 연삭기(10b)로 제 2 면의 러프 연삭과 정밀 연삭과 바깥둘레 가공을 행한다. 제 1의 2축 연삭기(10a)의 렌즈 홀더(12a)는, 척 구조의 홀더로 하고, 제 2의 2축 연삭기의 렌즈 홀더(12b)는, 흡착 구조의 홀더로 한다. 척 구조의 홀더(12a)는, 제 1 면의 러프 연삭에 견딜 수 있는 충분한 소재 유지력을 구비하고 있다. 제 2의 2축 연삭기에서는, 홀더(12b)에 흡착되는 렌즈 소재의 제 1 면이 정밀 연삭되고 있으므로, 렌즈 소재와 홀더(12b)와의 사이의 기밀성이 확보되어 제 2 면의 러프 연삭에 견딜 수 있는 충분한 소재 유지력을 얻을 수 있다.

제 2의 2축 연삭기(10b)로 행하는 이 발명의 가공방법에서는, 렌즈 소재의 제 2 면의 연삭과 바깥둘레 가공(심출)을 행한다. 렌즈 소재의 제 1 면은 정밀 연삭되고, 제 2의 2축 연삭기는 이 정밀 연삭된 면을 기준으로 하여 렌즈 소재를 유지하여, 그 유지를 유지한 채로 제 2 면의 러프 연삭 및 정밀 연삭 및 바깥둘레 가공을 행하므로, 상기 바깥둘레 가공에 의해 렌즈 소재의 심출이 가능하다. 제 2 면의 러프 연삭과 정밀 연삭은, 당연히 이 순서로 행하여지지만, 바깥둘레 가공은, 어느 단계에서 행하더라도 좋다. 일반적으로는, 제 2 면의 정밀 연삭 후, 바깥둘레 가공을 행한다. 바깥둘레 가공은, 러프 연삭용의 컵 숫돌(3a)의 외통면에서 행하면 좋지만, 숫돌축을 3축으로 하고, 제 3 숫돌축에 바깥둘레 가공 전용의 숫돌을 장착하여 행하도록 해도 좋다.

제 2의 2축 연삭기(10b)에서의 가공이 종료한 렌즈 소재는, 연마기(20)에 반송되어, 제 1 면과 제 2 면의 연마를 행하고, 마지막으로 세정기(30)로 가공된 렌즈를 세정한다. 최종 공정이 수성의 가공액을 이용하는 연마이기 때문에, 세정 공정을 간소화할 수 있다.

상기의 가공방법에 있어서의 제 2의 2축 연삭기(10b)는, 회전 워크축(1)과, 회전 워크축(1)의 선단에 장착되어 렌즈 구면의 곡률 중심을 그 회전 중심축선상으로 하여 상기 구면을 흡착 유지하는 렌즈 홀더(12b)와, 상기 선단에 대향하여 그 대향단에 공구 홀더(29a,29b)를 장착한 서로 평행한 복수의 회전 숫돌축(25a,25b)과, 이 회전 숫돌축(25a,25b) 또는 회전 워크축(1)을 상기 회전 숫돌축의 축방향과 교차하는 방향으로 이동시키는 X이동대(22)와, 상기 회전 중심축선상에 설정된 요동 중심(P)을 통과하는 상기 회전 중심축선 및 X이동대(22)의 이동방향과 직교하는 축둘레에 회전 숫돌축(25a,25b) 또는 회전 워크축(1)을 요동시키는 요동대(23)와, 상기 선단과 상기 요동 중심(P)을 근접 이격시키는 Z이동대(13)와, 이 Z이동대와 X이동대(22)와의 이동 위치 및 요동대(23)의 요동 위치를 제어하는 제어기(5)를 구비하고 있다. 공구 홀더(29a,29b)의 한쪽에 러프 연삭용의 숫돌(3a)을 장착하고, 다른쪽에 정밀 연삭용의 숫돌(3b)을 장착하는 것에 의해, 동일 기계상에서 렌즈 소재를 잡고 바꾸는 일 없이, 렌즈 소재의 러프 연삭과 정밀 연삭 및 렌즈의 심출을 위한 바깥둘레 연삭을 행할 수 있다.

워크축(1)의 선단에 장착된 렌즈 홀더(12b)의 흡착부(32a,32b,32c)는, 워크축(1)의 축심에 설치한 통과구멍에 연이어 통해지고, 상기 통과구멍을 통과하여 워크축(1)의 하단부에 장착된 회전 이음매에 연이어 통해지고, 상기 회전 이음매에 접속된 진공원에 연이어 통해져 있고, 상기 진공원으로부터 렌즈 홀더(12b)에 렌즈 소재를 흡착하기 위한 진공압이 공급된다.

2축 연삭기(10b)에 장착하는 정밀 연삭용의 숫돌(3b)로서 렌즈 구면과 원으로 접촉하는 컵 숫돌을 이용할 때는, 정밀 연삭용 컵 숫돌의 마모가 크다. 따라서 숫돌의 마모를 보정하는 보정 수단을 설치해 두는 것이 바람직하다. 이 보정은, 숫돌의 마모량으로서 주어지는 정수를 Δt로 하고, 상기 회전 워크축과 회전 숫돌축과의 이루는 각도를 θ로 하고, X이동대(22)와 Z이동대(13)를 각각, Δx= Δt×tanθ, Δz= Δt×1/cosθ로 연산되는 (Δx), (Δz)만큼 보정 이동시키는 보정 이동 수단을 제어기(5)에 등록하는 것에 의해 실현할 수 있다.

이 발명에서는, 렌즈 소재의 제 1 면(4a)을 연삭할 때는, 렌즈 소재의 바깥둘레를 파지하고, 러프 연삭시의 가공반력에 견딜 수 있는 힘으로 렌즈 소재를 유지하고, 제 2 면(4b)을 연삭할 때는, 정밀 연삭된 제 1 면(4a)을 흡착으로 유지하고, 제 2 면의 러프 연삭시의 가공반력에 견딜 수 있는 힘으로 렌즈 소재를 유지한다. 이 발명에 의하면, 렌즈 소재의 제 2 면의 러프 연삭 및 정밀 연삭과 바깥둘레가공을 동일 기계상에서 행할 수 있고, 렌즈 소재의 제 2 면의 연삭과 심취를 1대의 기계로 행할 수 있다.

그리고, 정밀 연삭까지 가공하여 구면 형상이 거의 완성되어 있는 제 1 면 (4a)을 흡착 유지하여 제 2 면(4b)의 연삭을 행하기 위해, 제 2 면의 연삭가공시에 렌즈 소재의 흡착을 유지한 채로 바깥둘레 가공을 행하면, 심취 가공이 된다. 즉, 렌즈 소재의 정밀 연삭된 면을 원고리 형상의 엣지(34c) 내지 상기 면과 동일 형상으로 가공한 지지면(32a,34b)을 구비한 흡착 홀더(12b)로 유지하여 제 2 면의 연삭가공을 행하므로, 렌즈측과 홀더측의 면형상에 오차가 없고, 면 거칠기도 작기 때문에, 흡착 홀더(12b)의 진공압의 누설이 방지되어, 강고한 유지력을 얻을 수 있는 동시에, 연삭단계에서 정밀도의 높은 심출 가공을 할 수 있다.

이 발명에 의해, 렌즈의 가공에 있어서, 심취기가 불필요해지고, 또한 가공된 렌즈의 세정기의 구조 내지 동작을 간소화할 수 있어, 설비 비용을 저감할 수 있다. 또한, 기계 사이에서의 렌즈 소재의 반송이나 잡고 바꾸는 회수가 줄어, 공정 단축에 의한 가공 능률의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 제 2의 2축 연삭기에 있어서, 정밀 연삭된 제 1 면을 기준으로 하여, 렌즈 소재를 잡고 바꾸는 일 없이 유지하여, 제 2 면의 러프 연삭과 정밀 연삭 및 심출 가공이 되는 바깥둘레 가공을 일련의 가공으로서 행할 수 있으므로, 높은 정밀도에서의 렌즈가공을 실현할 수 있다. 또한, 렌즈 소재의 기계 교체 내지 유지 교체시에 발생하는 위치 결정의 이상에 의한 불량품의 발생도 방지할 수 있다.

도 1은 이 발명의 렌즈의 가공방법을 도시하는 모식도.
도 2는 이 발명의 연삭장치의 일례를 도시하는 측면도.
도 3은 렌즈 소재의 바깥둘레를 파지하는 렌즈 홀더의 일례를 도시하는 단면 측면도.
도 4는 렌즈 소재의 구면을 흡착하여 유지하는 렌즈 홀더의 제 1 예를 도시하는 단면 측면도.
도 5는 렌즈 소재의 구면을 흡착하여 유지하는 렌즈 홀더의 제 2 예를 도시하는 단면 측면도.
도 6은 렌즈 소재의 구면을 흡착하여 유지하는 렌즈 홀더의 제 3 예를 도시하는 단면 측면도.
도 7은 연삭 개수와 숫돌 마모량의 관계를 나타내는 테이블의 예를 도시하는 도면.
도 8은 숫돌의 마모 보정의 원리를 설명한 설명도.
도 9는 렌즈 구면의 계측 방법의 일례를 도시하는 모식적인 측면도

도 1은, 이 발명의 방법에 의한 렌즈의 가공 공정의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 1에서는, 제 1 면과 제 2 면의 정밀 연삭을 정밀 연삭용 컵 숫돌로 행하고, 바깥둘레 가공을 러프 연삭용의 컵 숫돌로 행하는 형태의 것을 도시하고 있다. 도면에 있어서, 10a는 제 1의 2축 연삭기, 10b는 제 2의 2축 연삭기, 20은 연마기, 30은 세정기이며, 4는 렌즈 소재, 4a는 그 제 1 면, 4b는 제 2 면, 4c는 렌즈 소재의 바깥둘레, 3a는 러프 연삭용 컵 숫돌, 3 b는 정밀 연삭용 컵 숫돌, 12a는 제 1의 2축 연삭기(10a)의 척 구조의 소재 홀더(이하,'척'이라고 한다.), 12b는 제 2의 2축 연삭기(10b)의 흡착 구조의 소재 홀더(이하, '흡착홀더'라고 한다.)이다.

렌즈 소재(4)는, 우선 제 1의 2축 연삭기(10a)의 척(12a)에 제 1 면(4a)을 위로 하여 장전되고, 제 1 면(4a)의 러프 연삭{도 1(a)}과 정밀 연삭『동 도면(b)』이 행하여진다. 다음에, 제 1 면을 정밀 연삭된 렌즈 소재가, 제 2 면을 위로 하여, 제 2의 2축 연삭기(10b)의 흡착 홀더(12b)에 장전되고, 제 2 면(4b)의 러프 연삭{동 도면(c)}와 정밀 연삭{(동 도면(d)}이 행하여지고, 또한, 흡착 홀더(12b)에 의한 렌즈 소재의 유지를 유지한 채로, 러프 연삭용 숫돌(3a)의 외통면에 의한 렌즈 바깥둘레측 면의 연삭가공{동 도면(e)}과 같은 러프 연삭용 숫돌(3a)의 선단에 의한 바깥둘레 단면의 연삭가공{동 도면(f)}이 행하여진다. 상기의 렌즈 바깥둘레측면의 연삭가공{동 도면(e)}이 결과적으로 상기 렌즈의 심출 가공이 된다.

제 2의 2축 연삭기(10b)로 가공된 렌즈 소재는, 연마기(20)에 반송되어, 종래 공지의 방법에 의해, 제 1 면과 제 2 면의 연마가 행하여지고, 렌즈의 가공이 종료된다. 가공된 렌즈는, 연마기(20)로부터 세정기(30)에 반송되어, 연마기(20)의 가공액이 씻어 흘려진다. 한편, 세정기(30)는, 도 1에서는 독립의 기계로 하고 있지만, 연마기(20)에 부설할 수도 있고, 이 경우에는, 연마기(20)로부터 세정기(30)에의 반송은 불필요해진다.

도 1에 도시한 각 기계 중, 연마기(20) 및 세정기(30)는, 종래 공지의 기계를 사용할 수 있다. 정밀 연삭을 펠릿접시로 행하는 2축 연삭기는, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 도 1에서는, 정밀 연삭을 컵 숫돌로 행하는 2축 연삭기를 예시하고 있으므로, 이하, 러프 연삭 및 정밀 연삭을 모두 컵 숫돌로 행하는 2축 연삭기의 일례에 대해서, 그 측면도를 도시하는 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에 있어서, 1은 워크축, 11은 워크축(1) 구동용의 전동기, 12a,12b는 워크축(1)의 선단(상단)에 설치된 렌즈 홀더, 13은 워크축(1)을 축으로 지지하고 있는 승강대(Z방향 이동대)이다. 23은 요동 중심(P)둘레에 요동하는 요동대, 21은 요동대(23)상에 설치한 가이드, 22는 가이드(21)를 따라서 이동하는 X이동대(X방향 이동대)이다. X이동대(22)에는, 2개의 숫돌축(25a,25b)이 서로 평행하게 축으로 지지되어 있다. 가이드(21)는, 이 2개의 숫돌축(25a,25b)과 직교하는 방향으로 설치되어 있다.

제 1의 2축 연삭기(10a)의 렌즈 홀더(12a)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 렌즈 소재(4)의 바깥둘레(4c)를 파지하는 갈고리(31)를 구비한 척 구조의 홀더이다.

제 2의 2축 연삭기(10b)의 렌즈 홀더(12b)는, 도 4 내지 6에 도시하는 바와 같이, 정밀 연삭된 제 1 면(4a)을 흡착하는 흡착부(32a,32b,32c)를 구비한 흡착 구조의 홀더이다. 여기서, 도 4의 흡착 홀더는, 그 흡착부(32a)를 정밀 연삭된 제 1 면(4a)과 동일 형상으로 한 것이고, 상기 흡착부(32a)에 마찰 계수가 높은 재질을 이용한 시트형상의 패드(33)를 퍼붙이기도 한다. 한편, 도 5의 흡착 홀더(12b)는, 흡착부(32b)의 둘레가장자리부(34b)를 정밀 연삭된 제 1 면(4a)의 둘레가장자리부와 동일 형상으로 가공하여, 중앙 부분을 흡착부(진공 저장)(32b)가 되는 얕은 오목부에 형성한 구조이다. 또한, 도 6의 흡착 홀더(12b)는, 제 1 면(4a)의 둘레가장자리부를 지지하는 원고리 형상의 엣지(34c)를 구비한 구조이며, 상기 원고리 형상의 엣지의 내측이 흡착부(32c)가 되어 있다. 흡착부의 중앙의 구멍(35)은, 워크축 (1)의 축심에 설치한 통과구멍에 연이어 통해져, 상기 워크축의 하단에 장착한 도시하지 않는 회전 이음매를 사이에 두고 진공원에 연이어 통해져 있다.

도 4, 5의 흡착 홀더(12b)의 지지면(32a,34b)은, 이것을 장착하는 제 2의 2축 연삭기의 숫돌축(25b)에 엔드 밀을 장착하고, 제어기(5)에 지지면 가공용의 프로그램을 등록하여, NC가공하는 것이 바람직하다. 그러한 방법에 의해, 정밀 연삭된 제 1 면(4a)에 빈틈없이 밀착하는 지지면(32a,34b)을 구비한 흡착 홀더(12b)를 얻을 수 있어, 중(重)연삭이나 고속연삭에도 견딜 수 있는 높은 유지력을 얻을 수 있다.

다시 도 2를 참조하여, 숫돌축(25a,25b)의 하단(워크 홀더에 향하는 축단)에는, 공구 홀더(29a,29b)가 설치되고, 그 한쪽(29a)에 러프 연삭용의 러프 연삭용 컵 숫돌(3a)이 장착되고, 다른쪽(29b)에는, 정밀 연삭용의 컵 숫돌(3b)이 장착되어 있다. 각 숫돌축(25a,25b)에는, 숫돌축 구동용의 전동기(26a,26b)가 접속되어 있다.

컵 숫돌(3a,3b)은, 가공하려고 하는 렌즈 소재의 표면과 숫돌이, 숫돌의 회전 중심축을 중심으로 하는 원호로 접촉하는 숫돌이다. 러프 연삭용 컵 숫돌(3a)은, 숫돌 입도의 번호가 100∼350번의 컵 숫돌이고, 정밀 연삭용의 컵 숫돌(3b)은, 숫돌 입도의 번호가 1500∼2500번의 컵 숫돌이다.

정밀 연삭의 다음의 연마로 행해지는 렌즈 표면의 절삭량(가공에 의해서 깎여지는 렌즈 표면의 광축 방향의 두께)은, 10∼50㎛(미크론)이다. 정밀 연삭의 표면거칠기나 렌즈의 곡률 오차가 연마시의 절삭량의 범위로부터 밀려나오면, 가공된 렌즈는 불량품이 된다. 그 때문에, 정밀 연삭에서는 서브 미크론대의 표면거칠기의 가공을 행할 필요가 있고, 그러기 위해서는 1500∼2500번 정도의 번호의 숫돌을 이용할 필요가 있다.

한편, 이러한 번호가 높은(입도가 가는) 숫돌은, 번호가 낮은 러프 연삭용의 숫돌(100∼350번 정도)에 비해 매우 마모되기 쉽다. 숫돌이나 렌즈의 재질에 따라서 다르지만, 렌즈 1개의 가공으로 0.5미크론이라고 하는 오더의 마모량이다. 컵 숫돌에 의한 CG가공에서는, 숫돌이 마모되면, 가공되는 렌즈 표면의 곡률 반지름이 커진다. 따라서 숫돌의 마모에 의해 가공되는 렌즈의 곡률 반지름이 허용되는 정밀도내가 되도록, 숫돌과 렌즈 소재의 상대 위치관계를 보정해야 한다.

실시예의 장치에서는, 이 보정을 실시하기 위해서, 제어기(5)에, 소정의 가공 개수마다의 컵 숫돌(3)의 숫돌축방향의 마모량 Δt를 나타내는 테이블(54)(도 7)과, 상기 Δt를 이용한 X이동대(22)와 승강대(13)의 보정량의 계산식

Δx= Δt×tanθ

Δz= Δt×1/cosθ

를 등록하고 있다.

도 7의 마모량 Δt를 도시하는 테이블(54)은, 새로운 정밀 연삭용의 컵 숫돌 (3b)을 장착하고 나서의 렌즈의 가공수 5,10,15…에 따라서, 그 직전의 5개를 가공하는 사이에 생긴 숫돌의 숫돌축방향의 마모량 Δt를 예를 들면 3(단위 미크론), 2.7, 2.5…와 같이 계측하여 얻은 것이다.

도 2로 되돌아와, 워크축(1)은, 프레임(2)에 자유롭게 승강되도록 안내된 승강대(13)에 축으로 지지되어 있고, 이 승강대와 일체의 브래킷(14)이 Z축 서보모터 (17)로 구동되는 Z축 이송나사(18)에 나사식 맞춤하고 있다. 요동대(23)는, B축 서보모터(37)로 요동 구동되어 있다. X이동대(22)는, 요동대(23)에 탑재한 X축 서보모터(27)로 회전 구동되는 이송 나사(28)에 나사식 맞춤하고 있다. 5는 이러한 서보모터를 제어하는 NC장치이며, 51,52 및 53은, 서보앰프, 19는 Z축 서보모터(17)의 전류 제어기이다.

다음에, 도 2의 장치에서 렌즈의 연삭가공을 행하는 순서를 설명한다. 우선, 러프 연삭용 컵 숫돌(3a)을 장착한 숫돌축(25a)이 요동대(23)의 요동 중심(P)을 통과하는 위치를 X이동대(22)의 이동 원점으로 설정하고, 연삭하는 렌즈 구면의 곡률에 대응하는 각도 θ에 요동대(23)를 경사지게 하여, 러프 연삭용 컵 숫돌(3a)과 렌즈 구면과의 접촉원이 렌즈의 광축을 통과하는 위치에 X이동대(22)의 위치를 설정하여, 절삭량에 따른 워크축(1)의 연삭완료 위치를 Z축의 원점으로 설정한다. 그리고, 렌즈 소재(4)를 렌즈 홀더(12)에 장전하고, 워크축(1)의 회전에 의한 러프 연삭용 컵 숫돌(3a)의 공전과, 숫돌축(25a)의 회전에 의한 러프 연삭용 컵 숫돌 (3a)의 자전에 의해, 렌즈 홀더(12)로 유지된 렌즈 소재(4)의 구면 창성을 행한다.

다음에, 숫돌축(25b)이 요동대(23)의 요동 중심(P)을 통과하는 위치를 X이동대(22)의 이동 원점으로 설정하고, 연삭하는 렌즈 구면의 곡률에 대응하는 각도 θ에 요동대(23)를 경사지게 하여, 컵 숫돌(3b)과 렌즈 구면과의 접촉원이 렌즈의 광축을 통과하는 위치(도 8의 Q1)에 X이동대(22)의 위치를 설정하고, 절삭량에 따른 워크축(1)의 연삭완료 위치를 Z축의 원점으로 설정한다. 그리고, 워크축(1)의 회전에 의한 컵 숫돌(3b)의 공전과, 숫돌축(25b)의 회전에 의한 컵 숫돌(3b)의 자전에 의해, 렌즈 홀더(12)로 유지된 러프 연삭된 렌즈 소재(4)의 정밀 연삭을 행한다.

렌즈의 연삭에 의해, 컵 숫돌(3b)이 마모량 Δt만큼 마모되면, 컵 숫돌(3b)과 렌즈 구면과의 접촉원은 렌즈의 광축을 통과하는 위치로부터 어긋나게 된다(도 8의 Q2). 따라서, 정밀 연삭용의 컵 숫돌(3b)을 새로운 숫돌로 교환했을 때에, 보정 타이밍을 카운트하는 카운터를 리세트하여, 상기 방법에 의한 렌즈의 가공수가 5, 10, 15…에 이를 때마다, 등록된 테이블을 참조하여 Δt를 읽어들이고, 상술한 식에 기초하여 연산한 Δx 및 Δz만큼, 정밀 연삭시의 X이동대(22) 및 승강대(13)를 이동시킨다.

이 보정 동작에 의해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 컵 숫돌의 Δt의 마모에 의해 생긴 렌즈 소재(4)와 컵 숫돌(3b)과의 접촉원의 X방향이 편차 Δx와, Z방향의 편차 Δz가 보정되고, 마모 후의 컵 숫돌(3b)과 렌즈 구면과의 접촉원이 렌즈의 광축을 통과하는 위치로 복귀하여(도 8의 Q3), 마모에 의한 렌즈 표면의 곡률의 오차와 렌즈의 두께의 오차가 모두 보정된다.

여기서, 정밀 연삭을 컵 숫돌로 행하는 방법의 장점에 대해서 설명한다. 종래의 렌즈가공에서는, 정밀 연삭을 펠릿접시로 행하고 있다. 그러나, 펠릿접시는 가공하려고 하는 렌즈 구면의 곡률에 맞춘 곡면(볼록 렌즈를 가공할 때는 요곡면)으로 한 기판에 다수의 작은 숫돌판을 퍼붙인 구조이기 때문에, 가공하는 렌즈 표면의 곡률이 바뀔 때마다 그 곡률에 맞은 펠릿접시로 교환하지 않으면 안되어, 가공하는 렌즈의 종류마다 전용의 펠릿접시를 준비해야 한다.

이에 대해서 컵 숫돌에 의한 CG가공(구면 창성가공)에서는, 렌즈의 광축에 대한 컵 숫돌의 회전 중심축의 각도를 바꾸는 것에 의해서, 가공하려고 하는 렌즈 표면의 곡률에 대응할 수 있기 때문에, 1종류의 컵 숫돌로 곡률이 다른 많은 종류의 렌즈 표면의 가공을 행할 수 있다.

이와 같이, 이 발명의 렌즈가공방법에 있어서, 정밀 연삭을 컵 숫돌로 행하는 방법이 바람직하지만, 정밀 연삭을 펠릿접시로 행하는 렌즈가공에 있어서도, 이 발명의 방법을 채용할 수 있다. 그 경우의 제 1 및 제 2의 2축 연삭기(10a,10b)로서는, 예를 들면 특허문헌 1에서 제안되어 있는 구면 연삭장치를 이용하여 하면 좋다. 또한, 상기의 예에서는, 심출 가공이 되는 렌즈 소재의 바깥둘레 가공을 러프 연삭용의 컵 숫돌로 행하고 있지만, 숫돌축이 3개의 2축 연삭기를 이용하여, 3개의 숫돌축에 러프 연삭용의 컵 숫돌, 정밀 연삭용의 컵 숫돌 및 바깥둘레 가공용의 숫돌을 각각 장착하여, 바깥둘레 가공을 전용의 숫돌로 행하는 방법도 좋은 방법이다.

다음에, 상기 실시예에 기재한 컵 숫돌에 의한 렌즈 소재의 정밀 연삭시에 있어서의 숫돌 마모의 보정에 대한 상세함을 설명한다. 종래의 러프 연삭에 있어서는, 러프 연삭용의 컵 숫돌의 마모에 기초하는 오차의 보정을 다음과 같이 행하고 있다. 즉, 정기적으로, 혹은 소정 개수의 렌즈가공마다 가공된 렌즈를 빼내어, 도 9에 도시하는 바와 같이, 측정 가장자리의 지름 L이 기존의 링 형상의 받침대(61)와 접촉자(62)로 러프 연삭된 렌즈 소재(4)를 끼우고, 두께 h(광축 방향의 높이. 도면에는 표면과 이면의 높이가 나타나 있다.)를 마이크로미터로 측정하여, 그 측정치와 마스터(기준 렌즈)의 값과의 편차를 연삭장치의 제어기에 입력한다. 제어기는, 미리 등록된 소정의 연산식에 의해서 보정량을 연산하여, 숫돌의 마모에 의한 곡률 반지름 R의 오차를 없애도록, 워크축에 대한 숫돌축의 각도 θ를 보정한다.

그런데 이 보정 방법을 정밀 연삭용의 컵 숫돌의 마모에 적응하면, 다음과 같은 문제가 생겼다. 첫 번째로는, 정밀 연삭용의 숫돌의 마모가 러프 연삭용의 숫돌의 마모에 비해 훨씬 더 크기 때문에, 그 보정을 하기 위해서 빈번하게 렌즈의 빼냄검사를 행하지 않으면 안되어, 오퍼레이터의 작업 부담이 매우 커진다.

두 번째로, 숫돌의 마모량이 클 때는, 렌즈의 중심 두께의 오차에 대해서도 보정을 해야 하지만, 상기 종래의 보정은, 워크의 곡률 반지름만의 보정이 되어, 워크 중심후에 관해서 다른 보정을 행할 필요가 있다.

세 번째로, 워크축에 대한 숫돌축의 각도 θ의 보정에서는, 숫돌의 마모 형상이 가공 종료시의 렌즈 표면의 곡면 형상과 일치하지 않기 때문에, 종래와 같이 숫돌축의 각도 θ를 조정하여 보정하면, 렌즈 표면과 숫돌의 접촉점이 어긋나(숫돌과 렌즈 표면과의 접촉선이 숫돌의 회전 중심을 중심으로 하는 원호로부터 어긋난다) 가공된 렌즈 표면이 구면이 되지 않는 등의 문제가 발생하였다. 이러한 문제는, 정밀 연삭용의 컵 숫돌의 마모량이 러프 연삭용의 그것에 비하여 훨씬 더 큰 것에 기인하여 생긴 것이다.

상기의 문제는, 다음과 같이 하여 해결할 수 있다. 즉, 숫돌 및 가공하는 렌즈의 종류에 따라서, 그 가공량(가공개수 또는 가공시간)과 숫돌 마모량과의 관계를 시험 가공에 의해 미리 계측하여, 양자의 관계식 또는 양자의 관계를 나타내는 테이블을 미리 제어기(5)에 등록해 둔다. 그리고, 소정개수 또는 소정시간의 렌즈가공마다 상기 연산식 내지 테이블을 참조하여 예측되는 숫돌의 마모량(숫돌축방향의 마모 치수) Δt를 예측한다. 그리고, 이 예측한 마모량 Δt에 대해서 X이동대 (22)를

Δx= Δt×tanθ

승강대의 이동량 Δz를

Δz=Δt×1/cosθ

로 연산되는 Δx, Δz만큼 보정 이동시킨다. 보정방향은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 마모 후의 숫돌과 렌즈 구면과의 접촉원이 마모된 숫돌로 연삭되어 있는 렌즈의 중심 W를 통과하게 되는 방향이다.

상기 수단을 채용하는 것에 의해, 마모가 큰 정밀 연삭용의 컵 숫돌의 마모에 의한 보정을 오퍼레이터의 손을 번거롭게 하는 일 없이 빈번히 자동 보정하는 것이 가능하게 되고, 또한 보정 조작에 의해서 가공되는 구면의 형상이 불안정하게 된다고 하는 현상도 회피할 수 있었다. 또한, 상기 보정에 의하면, 숫돌 마모에 의한 렌즈 표면의 곡률의 오차와, 중심부에 있어서의 렌즈 두께의 오차의 양쪽 모두를 동시에 보정할 수 있어, 높은 가공 정밀도가 요구되는 정밀 연삭을 마모가 큰 컵 숫돌을 이용하여 행할 수 있다.

즉, 상기 실시예에 있어서의 렌즈 소재의 정밀 연삭에서는, 승강 위치를 NC제어되는 워크축(1)의 선단에 유지된 러프 연삭된 렌즈 소재(4)를, 상기 워크축의 축심을 통과하는 요동 중심(P) 둘레의 요동각을 NC제어되는 요동대(23)에, 숫돌축 (25a,25b)의 축직각 방향의 이동 위치를 NC제어되는 X이동대(22)를 사이에 두고, 축으로 지지된 숫돌축(25a,25b)의 상기 워크축 선단과의 대향단에 장착한 회전 숫돌로 정밀 연삭하는, 상기 정밀 연삭에 있어서, 상기 회전 숫돌로서, 가공하려고 하는 렌즈의 표면과 원접촉하는 숫돌로서, 번호가 1500∼2500번의 컵 숫돌(3b)을 이용하여, 연삭하는 렌즈 구면의 곡률에 대응하는 각도에 상기 숫돌축을 경사지게 하여, 숫돌(3b)과 렌즈 구면과의 접촉원이 렌즈의 광축 중심을 통과하는 위치에 X이동대(22)의 위치를 설정한 상태에서 워크축(1)의 회전과 숫돌축(25b)의 회전에 의해, 러프 연삭된 렌즈 소재(4)의 정밀 연삭을 행한다.

상기의 렌즈의 정밀 연삭방법에 있어서는, NC제어장치에, 렌즈의 가공량과 숫돌의 마모량과의 관계를 나타내는 연산식 또는 그 관계를 나타내는 테이블을 등록하고, 렌즈의 연속 가공시에 있어서, 소정의 가공량마다 상기 연산식 또는 테이블을 참조하여, 상기 시점에 있어서의 숫돌의 마모량 Δt를 구하고, 구한 마모량 Δt에 대해서 X이동대(22)와 워크축의 높이를 각각, Δx= Δt×tanθ, Δz= Δt×1/cosθ로 연산되는 Δx, Δz만큼 보정 이동시킨 후, 다음의 렌즈의 가공을 행한다.

1 : 워크축
3a : 러프 연삭용의 컵 숫돌
3b : 정밀 연삭용의 컵 숫돌
4 : 렌즈 소재
12a : 척 구조의 렌즈 홀더
12b : 흡착 구조의 렌즈 홀더
13 : 승강대(z방향 이동대)
22 : X이동대(X방향 이동대)
23 : 요동대
25a : 러프 연삭용의 숫돌축
25b : 정밀 연삭용의 숫돌축

Claims (6)

1. 정밀 연삭이 종료된 렌즈 소재의 제 1 면을, 상기 제 1 면의 곡률 중심을 회전 중심축선상에서 유지하는 흡착 홀더로 흡착 유지하고, 러프 연삭용 숫돌에 의한 상기 렌즈 소재의 제 2 면의 러프 연삭과, 상기 제 2 면의 정밀 연삭과, 상기 렌즈 소재의 바깥둘레 가공을, 상기 흡착 유지를 유지한 상태에서 행하는 것을 특징으로 하는, 렌즈의 가공방법.
2. 제 1 항에 있어서, 러프 연삭용 컵 숫돌을 장착한 제 1 회전 숫돌축과, 상기 정밀 연삭을 하기 위한 숫돌을 장착한 제 2 회전 숫돌축과, 상기 흡착 홀더를 장착한 회전 워크축을 구비한 구면 연삭기를 이용하고, 상기 흡착 홀더는, 정밀 연삭 후의 상기 제 1 면의 곡률 중심을 상기 회전 워크축의 회전 중심축선상에서 유지하는, 렌즈의 가공방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 면의 정밀 연삭을, 가공하는 렌즈 소재의 표면과 원접촉하는 컵 숫돌로서, 입도의 번호가 1500∼2500번의 숫돌로 행하는 것을 특징으로 하는, 렌즈의 가공방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 렌즈 소재의 바깥둘레 가공을, 상기 러프 연삭용 숫돌로 행하는 것을 특징으로 하는, 렌즈의 가공방법.
5. 회전 워크축(1)과,
   이 회전 워크축의 선단에 장착되어 렌즈 구면의 곡률 중심을 그 회전 중심축선상으로 하여 그 구면을 흡착 유지하는 렌즈 홀더(12b)와,
   상기 선단에 대향하여 그 대향단에 공구 홀더(29a,29b)를 장착하는 서로 평행한 복수의 회전 숫돌축(25a,25b)과,
   이 회전 숫돌축 또는 회전 워크축을 상기 회전 숫돌축과 교차하는 방향으로 이동시키는 X이동대(22)와,
   상기 회전 중심축선상에 설정된 요동 중심(P)을 통과하여 상기 회전 중심축선 및 상기 X이동대의 이동 방향과 직교하는 요동 중심축 둘레에 상기 회전 숫돌축 또는 회전 워크축을 요동시키는 요동대(23)와,
   상기 선단과 상기 요동 중심(P)을 근접 이격시키는 Z이동대(13)와,
   이 Z이동대와 상기 X이동대와의 이동 위치 및 상기 요동대의 요동 위치를 제어하는 제어기(5)를 구비하고,
   상기 공구 홀더의 한쪽에 러프 연삭용의 숫돌(3a)을 장착하고, 다른쪽에 정밀 연삭용의 숫돌(3b)을 장착하는 것에 의해, 렌즈 소재 구면의 러프 연삭 및 정밀 연삭과 심출을 위한 바깥둘레 연삭을 가능하게 한, 렌즈의 연삭장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어기가, 숫돌의 마모량으로서 주어지는 정수 Δt와 상기 회전 워크축과 회전 숫돌축과의 이루는 각도를 θ로 하고, X이동대(22)와 Z이동대(13)를 각각, Δx= Δt×tanθ, Δz= Δt×1/cosθ로 연산되는 Δx, Δz만큼 보정 이동시키는 보정 이동 수단을 구비하고 있는, 렌즈의 연삭장치.

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