KR20110125568A

KR20110125568A - 다이아몬드 접시형 숫돌 및 구면렌즈의 연삭방법

Info

Publication number: KR20110125568A
Application number: KR1020100063698A
Authority: KR
Inventors: 요이치 가스가
Original assignee: 카부시키가이샤하루치카세이미쯔
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2011-11-21
Also published as: JP2011235424A; TW201139050A; CN102240989A

Abstract

(과제)
본 발명은, 단시간에 소정량의 연삭가공을 할 수 있고, 다음의 연삭공정에 있어서의 공차가 적어지게 되도록 소정의 표면조도로 연마 가능한 다이아몬드 접시형 숫돌을 제안하는 것이다.
(해결수단)
구면렌즈 가공용의 다이아몬드 접시형 숫돌(60)은, 가공 대상인 렌즈 구면과는 상보적인 구상 표면(61)을 구비한 공구접시 본체(62)와, 구상 표면(61)에 적층되어 있는 일정한 두께의 숫돌재층(63)을 구비하고 있다. 숫돌재층(63)의 표면(63a)으로부터 돌출되어 있는 다이아몬드 숫돌 입자(65)에는 숫돌 상호간의 마찰 수정가공이 실시되어, 다이아몬드 숫돌 입자(65)의 최대 돌출량(H1)과 최소 돌출량(H2)의 차이(ΔH)가 소정값 이하로 되어 있다. 이에 따라 다이아몬드 접시형 숫돌(60)의 절삭속도를 저하시키지 않고 당해 다이아몬드 접시형 숫돌(60)에 의한 연삭면의 절삭상처를 작게 하여 절삭면의 면 정밀도를 높일 수 있다.

Description

다이아몬드 접시형 숫돌 및 구면렌즈의 연삭방법{DIAMOND DISH-SHAPED GRIND STONE AND GRINDING METHOD FOR SPHERICAL LENS}

본 발명은, 디지털 카메라(digital camera) 등에 사용되는 광학구면렌즈(光學球面 lens)를 연삭가공(硏削加工)하기 위하여 사용하는 다이아몬드 접시형 숫돌(diamond dish-shaped grind stone) 및 당해 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용한 구면렌즈의 연삭방법에 관한 것이다.

광학구면렌즈의 연삭방법으로서는, 구면 모양의 연삭면(硏削面)을 구비한 접시형 숫돌에 의한 구면의 제작방법이 널리 알려져 있다. 예를 들면 거친연삭공정(rough 硏削工程), 정밀연삭공정(精密硏削工程) 및 연마공정(硏磨工程)의 3개의 공정을 거쳐서 렌즈 구면이 가공된다. 각 공정의 필요공차(必要公差)는, 일반적으로 거친연삭에서는 0.5∼2mm, 정밀연삭에서는 30∼50μm, 연마에서는 10∼20μm로 되어 있다. 표면조도(表面粗度)(Rmax)는, 거친연삭에서는 6∼10μm, 정밀연삭에서는 0.5∼4μm, 연마에서는 0.01∼0.02μm로 되어 있다. 또한 각 공정에 있어서의 가공시간의 배분에 따라 최적의 다이아몬드 접시형 숫돌의 입경(粒徑)이 선택된다. 특히 최초의 연삭공정인 거친연삭공정에서의 표면조도가 기준이 되어, 그 후의 공정의 가공시간 배분, 다이아몬드 접시형 숫돌의 입경을 결정할 수 있다.

표면조도를 작게 하기 위해서는 다이아몬드 접시형 숫돌에 의한 절삭상처를 작게 하면 좋고, 이렇게 하기 위해서는 다이아몬드의 숫돌 입경을 가늘게 하면 좋다. 예를 들면 본원 출원인에 의한 특허문헌1, 2에 기재된 렌즈 연삭장치에 있어서, 입도(粒度)가 #200(JIS)의 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하여 렌즈 소재(lens 素材)의 거친연삭을 하는 경우에는, #200의 숫돌 입자의 평균 입경이 74∼88μm이므로 절삭상처의 깊이는 약 70μm로 설정되고, 이 70μm가 다음의 정밀연삭공정에서의 공차가 된다. #200보다 가는 숫돌 입경의 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하면, 다음의 정밀연삭공정에서의 공차를 적게 할 수 있다. 예를 들면 #1200(평균 입경 12μm) 또는 #1500(평균 입경 10μm)의 숫돌 입자를 사용하면 좋다. 그러나 #1200, #1500의 숫돌 입자의 절삭속도는 5μm/초 정도로 느려서 예를 들면 렌즈 소재를 700μm만큼 거친연삭을 하기 위해서는 140초 정도의 가공시간이 필요하다.

이와 같이 다이아몬드 접시형 숫돌의 숫돌 입경을 가늘게 하면 가공시간이 당연히 길어지게 된다. 여기에서 종래에 있어서는, 정밀연삭공정에 있어서의 표면조도, 공차 및 가공시간을 고려하여 정밀연삭공정을 2개의 공정으로 하고 있다. 1공정에서는, 다이아몬드 접시형 숫돌로서 메탈 본드 숫돌(metal bond grind stone)을 사용하여 예를 들면 50μm의 공차의 연삭을 하고, 2공정에서는, 다이아몬드 접시형 숫돌로서 더 가는 숫돌 입경의 레진 본드 숫돌(resin bond grind stone)을 사용하여 나머지 20μm의 공차의 연삭을 하고, 이에 따라 공차가 70μm이고 표면조도가 예를 들면 0.5μm인 정밀연삭을 실현시키고 있다.

여기에서 구면렌즈의 연삭가공에 있어서, 정밀연삭공정에 있어서의 표면조도를 희생하면, 단일 공정으로 정밀연삭을 할 수 있어 가공시간도 짧게 할 수 있다. 그러나 이전 공정에서의 표면조도가 기준이 되어 다음 공정의 공차가 결정되기 때문에, 정밀연삭공정에서의 표면조도를 희생하면, 다음 공정인 연마공정에서의 공차가 많아지게 되어 연마가공시간이 대폭적으로 길어지게 된다. 따라서 전체로서의 가공시간의 단축화를 달성할 수 없다.

여기에서 본원 출원인은, 특허문헌3에 있어서, 정밀연삭을 단일 공정으로 할 수 있도록 거친연삭 조건이 설정된 연삭방법을 제안하고 있다. 이 방법에 의하면, 구면렌즈의 연삭가공의 시간 단축화 및 공정관리의 합리화를 달성할 수 있다.

일본국 공개특허 특개2003-340702호 공보 일본국 공개특허 특개2007-253279호 공보 일본국 공개특허 특개2007-253280호 공보

본 발명의 과제는, 종래에 비하여 단시간에 소정량의 연삭을 할 수 있고 또한 다음의 연삭공정에 있어서의 공차가 적어지게 되도록 소정의 표면조도로 연삭을 할 수 있는 다이아몬드 접시형 숫돌을 제안하는 것에 있다.

또한 본 발명의 과제는, 상기 새로운 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용함으로써 연삭시간을 단축시킬 수 있는 구면렌즈의 연삭방법을 제안하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 구면렌즈 가공용의 다이아몬드 접시형 숫돌은,

가공 대상인 렌즈 구면(lens 球面)과는 상보적(相補的)인 구상 표면(球狀表面)을 구비한 공구접시 본체와, 상기 구상 표면에 적층(積層)되어 있는 일정한 두께의 숫돌재층(grind-stone 材層)을 구비하고 있고,

상기 숫돌재층은, 본드재(bond材)에 다이아몬드 숫돌 입자(diamond grind-stone 粒子)가 분산혼합(分散混合)되어 있는 숫돌재(grind-stone 材)로 이루어지고,

상기 숫돌재층의 표면으로부터는 다수의 상기 다이아몬드 숫돌 입자가 돌출되어 있고,

상기 숫돌재층의 표면으로부터 돌출되어 있는 상기 다이아몬드 숫돌에는 숫돌 상호간의 마찰 수정가공이 실시되어, 상기 다이아몬드 숫돌 입자의 최대 돌출량과 최소 돌출량의 차이가 소정값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

예를 들면 가공 대상인 렌즈 구면과 동일한 구면의 숫돌 상호간의 마찰면을 구비한 수정접시를 사용하여, 당해 다이아몬드 접시형 숫돌의 구상 표면에 숫돌 상호간의 마찰 수정가공을 실시함으로써 다이아몬드 숫돌 입자의 최대 돌출량과 최소 돌출량의 차이를 작게 할 수 있다. 이에 따라 다이아몬드 접시형 숫돌의 절삭속도를 저하시키지 않고 당해 다이아몬드 접시형 숫돌에 의한 연삭면의 절삭상처를 작게 하여 절삭면의 면 정밀도를 높일 수 있다.

여기에서 상기 다이아몬드 숫돌 입자의 상기 최대 돌출량과 상기 최소 돌출량의 차이가, 상기 다이아몬드 숫돌 입자 입경(粒徑)의 1/3∼1/6의 범위 내가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 구면렌즈의 거친연삭에 사용하는 경우에는, 상기 다이아몬드 숫돌 입자의 평균 입경은, 149∼37μm(JIS 일반 숫돌입자 입도(粒度) : #100∼#400)로 하면 좋다.

또한 상기 숫돌재층은, 상기 공구접시 본체의 상기 구상 표면에, 본드재에 다이아몬드 숫돌 입자를 분산혼합시킨 숫돌재로 이루어지는 일정한 두께의 다이아몬드 펠렛(diamond pellet)을 소정의 간격으로 접착하여 고정함으로써 형성할 수 있다.

본 발명의 다이아몬드 접시형 숫돌은, 구면렌즈의 렌즈 구면을 연삭(硏削)하기 위하여 사용하는 것에도 적합하다.

본 발명에 의한 구면렌즈의 연삭방법은,

가공 대상인 렌즈 소재의 렌즈면을, 상기 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하여 거친연삭을 함으로써 렌즈 구면을 거칠게 제작하는 거친연삭공정(rough 硏削工程)과,

제작된 거친연삭 렌즈 구면을, 정밀연삭 공구접시를 사용하여 정밀연삭하는 정밀연삭공정(精密硏削工程)과,

정밀연삭 후의 상기 렌즈 구면을 연마하는 연마공정(硏磨工程)을 포함하고,

상기 거친연삭공정에서는,

상기 다이아몬드 접시형 숫돌을, 상기 구상 표면의 구심(球心)을 지나가는 회전중심선을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러, 당해 다이아몬드 접시형 숫돌을, 상기 회전중심선이 상기 구심을 정점(頂點)으로 하는 원추면(圓錐面)을 그리도록 구심회전(球心回轉)시키고,

상기 렌즈 소재를, 상기 다이아몬드 접시형 숫돌과 동일한 방향으로 회전시키면서, 상기 다이아몬드 접시형 숫돌에 가압하고,

이 상태에서 상기 렌즈 소재를 송출하면서, 당해 렌즈 소재에 구면연삭가공(球面硏削加工)을 실시하는 것을 특징으로 하고 있다.

여기에서 상기 다이아몬드 숫돌 입자의 평균 입경을 149∼37μm(JIS 일반 숫돌입자 입도 : #100∼#400)로 하면, 상기 정밀연삭공정에서의 공차를 20μｍ 이하로 할 수 있다. 그 결과 정밀연삭공정을 단일 연삭공정으로 할 수 있어 연삭시간을 단축할 수 있으므로 공정관리도 간단하게 된다.

본 발명의 다이아몬드 접시형 숫돌에서는, 다이아몬드 숫돌 입자가 분산혼합되어 있는 숫돌재층의 표면에 숫돌 상호간의 마찰 수정가공을 실시하여, 다이아몬드 숫돌 입자의 최대 돌출량과 최소 돌출량의 차이를 작게 하고 있다. 이에 따라 다이아몬드 접시형 숫돌의 절삭속도를 저하시키지 않고, 당해 다이아몬드 접시형 숫돌에 의한 연삭면의 절삭상처를 작게 하여 절삭면의 면 정밀도를 높일 수 있다.

또한 본 발명의 구면렌즈의 연삭방법에 의하면, 거친연삭에 사용되는 숫돌 입경의 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하여 종래와 동일한 연삭속도로 거친연삭을 할 수 있고, 동시에 렌즈 연삭면의 면 정밀도를 종래와 비교하여 높일 수 있다. 따라서 다음의 정밀연삭공정에서는 공차가 적어지기 때문에, 작은 입경의 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용한 단일 연삭공정에 의하여 단시간에 정밀연삭을 할 수 있다. 이 결과, 거친연삭, 정밀연삭, 연마가공으로 이루어지는 구면렌즈 연삭가공을 단시간에 효율적으로 할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 구면 글래스 렌즈의 연삭가공 공정을 나타내는 공정도이다.
도2는 거친연삭의 사용에 적당한 구심회전형 연삭반을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도3(a)는 거친연삭용의 레진 본드 숫돌인 다이아몬드 접시형 숫돌을 나타내는 단면도이고, 도3(b)는 그 부분 확대 단면도이고, 도3(c)는 숫돌 상호간의 마찰 수정가공을 실시하기 전의 다이아몬드 접시형 숫돌을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도4(a)∼도4(e)는 다이아몬드 접시형 숫돌의 제작방법의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 구면렌즈의 연삭방법 및 다이아몬드 접시형 숫돌에 대하여 설명한다.

도1은 본 실시예에 있어서의 광학구면렌즈의 연삭가공방법을 나타내는 공정도이다. 이 도면에 나타나 있는 바와 같이 본 실시예의 연삭가공방법(硏削加工方法)은, 거친연삭공정(rough 硏削工程)(ST1), 정밀연삭공정(精密硏削工程)(ST2) 및 연마공정(硏磨工程)(ST3)의 3개의 공정으로 이루어진다. 거친연삭공정(CG 공정)(ST1)은, 가공 대상인 렌즈 소재(lens 素材)를, 다이아몬드 접시형 숫돌(diamond dish-shaped grind stone)(거친연삭 공구접시)을 사용하여 연마하여 렌즈 구면(lens 球面)을 거칠게 제작하는 공정이다. 정밀연삭공정(ST2)은, 제작된 렌즈 구면을 거친연삭 공구접시보다 가는 입경(粒徑)의 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하여 정밀연삭하는 공정으로서, 단일의 연삭공정으로 되어 있다. 사용되는 연삭가공기는 구심회전형(球心回轉型)에 한정되지 않고 일반적인 컵 형의 숫돌을 이용한 것을 사용할 수 있다. 또한 다이아몬드 접시형 숫돌로서는 레진 본드 숫돌(resin bond grind stone)을 사용하면 좋다. 다음에 연마공정(ST3)은 정밀연삭 후의 렌즈 구면을 연마하는 공정이다. 이 공정에서는, 예를 들면 우레탄 시트(urethane sheet)에 의하여 산화세륨(cerium oxide) 등을 넣은 연마액을 사용하여 구면의 연마를 한다.

(거친연삭공정(rough 硏削工程))

거친연삭공정(ST1)에서는 다음의 조건(1)∼(3)에 의하여 렌즈 소재에 구면을 제작하고 있다.

(1)구심회전형 연삭장치를 사용하여 렌즈 소재의 거친연삭을 한다. 구심회전 연삭장치로서는, 도2에 나타나 있는 구성의 것을 채용할 수 있다.

(2)거친연삭 공구접시로서, #100∼#400(JIS 규격, 평균 입경 : 149∼37μm) 입경의 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용한다.

(3)거친연삭 공구접시의 회전수를 2500rpm∼3500rpm 예를 들면 3000rpm으로 한다.

(구심회전형 연삭장치(球心回轉型硏削裝置))

구심회전형 연삭장치는, 연삭면이 구면으로 되어 있는 거친연삭 공구접시를, 그 구면의 구심을 지나가는 회전중심선을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러, 당해 회전중심선이 구심을 정점(頂點)으로 하는 원추면(圓錐面)을 그리도록 구심회전시킨다. 또한 렌즈 소재를 거친연삭 공구접시와 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전시키면서 회전 및 구심회전하고 있는 거친연삭 공구접시의 연삭면에 가압하고, 이 상태에서 당해 렌즈 소재를 송출하면서 당해 렌즈 소재에 구면연삭가공(球面硏削加工)을 실시한다. 또한 거친연삭 공구접시를 구심회전체에 의하여 회전 가능한 상태에서 지지하고, 이 구심회전체의 외주면을 구면으로 하고, 이 외주면을, 거친연삭 공구접시의 연삭면의 구심을 중심으로 하는 구면 형상의 지지면에 올려놓고, 이들 외주면과 지지면의 사이에 압축공기를 공급하여 상기 구심회전체를 부상(浮上)시키고, 부상 상태를 유지하면서 상기 구심회전체를 구심회전시키도록 되어 있다.

도2를 참조하여 상세하게 설명하면 구심회전형 연삭장치(1)는, 가공 대상인 렌즈 소재(W)를 지지하기 위한 렌즈 홀더(lens holder)(3)와, 렌즈 홀더(3)에 지지되어 있는 렌즈 소재(W)를 연삭가공하는 구면 연삭면(球面硏削面)(4a)을 구비한 공구접시(4)를 구비하고 있다.

렌즈 홀더(3)는 그 지지면(支持面)(3a)이 하향하게 되도록 수평으로 지지된 상태에서, 수직의 렌즈 스핀들(lens spindle)(5)의 하단에 고정되어 있다. 렌즈 스핀들(5)의 중심에는 그 축선방향(軸線方向)으로 연장되는 흡인통로(吸引通路)(5a)가 형성되어 있고, 그 하단이 렌즈 홀더(3)의 지지면(3a)의 중심으로 개구(開口)되어 있고, 그 상단이 회전접속(回轉接續)(6) 및 에어 필터(air filter)(7)를 경유하여 진공발생기(眞空發生器)(8)의 흡인측으로 통하고 있다. 진공발생기(8)에 의하여 흡인통로(5a)를 진공흡인(眞空吸引)함으로써 렌즈 홀더(3)의 지지면(3a)에 렌즈 소재(W)가 흡착지지(吸着支持)된다.

렌즈 스핀들(5)은, 상단이 봉쇄되어 있는 원통 모양의 수직 지지통(垂直支持筒)(9)의 내부에 동축상태(同軸狀態)로 배치되어 있고, 상하 한 쌍의 베어링(bearing)(10, 11)을 통하여 회전 가능한 상태에서 당해 수직 지지통(9)에 의하여 지지되어 있다. 또한 렌즈 스핀들(5)은, 렌즈축 회전용 전동기(lens軸回轉用電動機)(12)에 의하여 그 수직중심선인 렌즈 회전중심선(5A)을 중심으로 하여 회전구동하도록 되어 있다. 수직 지지통(9)의 상단에는 에어 실린더(air cylinder)(13)가 연결되어 있고, 이 에어 실린더(13)는 상단이 봉쇄되어 있는 지지 원통(支持圓筒)(14)의 내부에 고정되어 있다. 에어 실린더(13)에 의하여 수직 지지통(9)이 하방으로 소정의 힘으로 가압(加壓)되도록 되어 있다.

렌즈 스핀들(5)은 워크 승강기구(work 昇降機構)(20)에 의하여 승강되도록 되어 있다. 워크 승강기구(20)는 수평 암(水平 arm)(21)을 구비하고 있고, 이 수평 암(21)의 선단에 부착된 수직 원통부(垂直圓筒部)(22)에 동축상태로 수직 지지통(9)이 삽입되어 있고, 지지 원통(14)은 수평 암(21)에 상면에 고정되어 있다. 수평 암(21)은 이송나사(23), 너트(24) 및 서보 모터(servo motor)(25)를 구비한 승강기구에 의하여 수직 리니어 가이드(垂直 linear guide)(26)를 따라 승강된다.

여기에서 에어 실린더(13)를 통하여 렌즈 스핀들(5)을 지지하고 있는 지지 원통(14)에는, 그 내측에 장착되어 있는 수직 지지통(9)의 상단(上端)(9a)을 검출하기 위한 근접 센서(近接 sensor)(27)가 부착되어 있다. 보통의 경우에는, 이 근접 센서(27)는 오프 상태로 되어 있고, 수직 지지통(9)이 지지 원통(14)에 대하여 상대적으로 상승하면, 그 상단(9a)이 근접 센서(27)에 의하여 검출되어 당해 센서 출력이 온으로 절환(切換)된다.

다음에 렌즈 홀더(3)의 하방에 배치되어 있는 공구접시(4)는, 그 구면 연삭면(球面硏削面)(4a)의 구심(球心)(O)이 렌즈 홀더(3)측의 렌즈 회전중심선(5A)의 연장 상에 위치하도록 배치되어 있다. 이 공구접시(4)의 배면에는 스핀들(spindle)(4b)이 일체로 형성되어 있고, 이 스핀들(4b)은 구심회전체(球心回轉體)(31)에 의하여 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 여기에서 공구접시(4)의 회전중심선(4A)이, 구심(O)에 있어서 수직으로 연장되는 렌즈 회전중심선(5A)에 대하여 예각(銳角)(θ)으로 교차하도록 스핀들(4b)이 구심회전체(31)에 의하여 지지되어 있다.

구심회전체(31)는, 반구(半球) 모양의 컵 부분(cup 部分)(31a)과, 이 컵 부분(31a)의 밑바닥 중심의 외주면 부분으로부터 반경방향의 외측으로 돌출되어 있는 원통 부분(圓筒部分)(3lb)을 구비하고 있고, 원통 부분(3lb)에 동축상태에서 스핀들(4b)이 회전 가능한 상태로 부착되어 있다. 또한 원통 부분(3lb)의 하단부에는 가로방향으로 플랜지(flange)(31c)가 연장되어 있고, 여기에 스핀들 구동용의 전동기(電動機)(32)가 탑재되어 있다.

구심회전체(31)의 컵 부분(31a)은, 지지판(支持板)(33)에 형성된 원환상 내주면(圓環狀內周面)(33a)에 의하여 구심회전(球心回轉) 가능한 상태로 지지되어 있다. 원환상 내주면(33a)은 구심(O)을 구심으로 하는 구면(球面)이고, 이 원환상 내주면(33a)에 탑재된 외주면(31d)이 구면인 컵 부분(31a)은, 구심(O)을 중심으로 하여 회전 가능하다. 본 실시예에서는, 원환상 내주면(33a)에는 압축공기 취출구멍 혹은 홈(33b)이 형성되어 있고, 여기에 압축공기 공급로(壓縮空氣供給路)(33c)를 통하여 압축공기가 공급되도록 되어 있다. 따라서 컵 부분(31a)은, 원환상 내주면(33a)으로부터 부상한 상태로 지지된다. 따라서 구심(O)을 중심으로 하여 구심회전체(31)를 원활하게 회전시킬 수 있다.

구심회전체(31)의 하단은 링크 접속(link 接續)(34) 및 회전폭 조정유닛(回轉幅調整unit)(35)을 통하여 전동기(36)의 출력축에 연결되어 있다. 구심회전체(31)와 링크 접속(34)의 연결점(連結點)(34a)은 공구접시 회전중심선(4A)의 연장선 상에 위치하고 있어, 전동기(36)의 회전중심선(36A)은 항상 구심(O)을 향하는 상태로 지지되고 있다. 회전폭 조정유닛(35)의 조정 손잡이(35a)를 조작하면, 연결점(34a)과 전동기(36)의 회전중심선(36A)의 간격이 변화된다. 따라서 구심회전체(31)에 있어서의 회전운동의 회전폭을 조정할 수 있다.

다음에 전동기(36)는 회전각 조정유닛(回轉角調整unit)(37)에 의하여 지지되고 있다. 회전각 조정유닛(37)은 고정된 위치에 배치된 활 모양의 캠(cam)(38)을 구비하고 있고, 이 캠(38)은 구심(O)을 중심으로 하는 원호 형상을 이루고 있다. 이 캠(38)을 따라 슬라이딩(sliding) 가능한 상태에서 지지부재(支持部材)(39)가 부착되어 있고, 여기에 전동기(36)가 부착되어 있다. 지지부재(39)에는 너트(40)가 고정되어 있고, 너트(40)에는 이송나사(41)가 나사결합되어 있다. 이송나사(41)의 단부(端部)는 핸들(handle)(42)에 연결되어 있다.

핸들(42)을 돌리면 지지부재(39)가 캠(38)을 따라 이동한다. 즉 구심회전체(31)에 의하여 지지되고 있는 공구접시 스핀들(4b)이 구심(O)을 중심으로 하여 소정량만큼 회전한다. 따라서 회전각 조정유닛(37)에 의하여 수직의 렌즈 회전중심선(5A)에 대한 공구접시(4)의 회전중심선(4A)이 이루는 각도(θ) 즉 회전중심선의 각도를 변경할 수 있다.

여기에서 각 부분의 구동제어는 수치제어용(數値制御用)의 컨트롤러(controller)(50)에 의하여 이루어진다. 또한 컨트롤러(50)에는 입력장치(入力裝置)(51)가 접속되어 있다. 입력장치(51)를 통하여 수동조작으로 렌즈 소재를 송출하는 동작을 할 수 있고, 또한 절삭량(切削量)의 설정 등을 하는 것이 가능하도록 되어 있다.

도3(a)는 거친연삭용의 레진 본드 숫돌인 다이아몬드 접시형 숫돌을 나타내는 단면도이고, 도3(b)는 그 부분 확대 단면도이다. 도3(c)는 숫돌 상호간의 마찰 수정 전의 다이아몬드 접시형 숫돌을 나타내는 부분 확대 단면도이다. 도3(a), 도3(b)에 나타나 있는 다이아몬드 접시형 숫돌은, 앞에서 설명한 구심회전형 연삭반을 사용하여 거친연삭을 하는 경우에 있어서의 공구접시(4)로서 사용되는 것이다.

다이아몬드 접시형 숫돌(60)은, 가공 대상인 렌즈 구면과는 상보적(相補的)인 구상 표면(球狀表面)(61)을 구비한 공구접시 본체(62)와, 구상 표면(61)에 적층되어 있는 일정한 두께의 숫돌재층(grind-stone 材層)(63)을 구비하고 있다. 숫돌재층(63)은, 본드재(bond材)(64)에 소정의 집중도(集中度)(concentration)로 다이아몬드 숫돌 입자(diamond grind-stone 粒子)(65)가 분산혼합(分散混合)되어 있는 숫돌재로 이루어진다. 본 실시예에서는, 일정한 크기의 다이아몬드 펠렛(diamond pellet)(66)이 구상 표면(61)에 소정의 간격으로 접착되어 고정된 구성으로 되어 있다.

숫돌재층(63)의 표면(63a)으로부터는 다수의 다이아몬드 숫돌 입자(65)가 서로 다른 돌출량으로 돌출되어 있다. 도3(c)에 나타나 있는 바와 같이 다이아몬드 펠렛(66)을 접착하여 고정한 단계에 있어서는, 다이아몬드 숫돌 입자(65)의 최대 돌출량과 최소 돌출량의 차이(ΔH)가 크다. 본 실시예에서는, 숫돌재층(63)의 표면(63a)으로부터 돌출되어 있는 다이아몬드 숫돌 입자(65)에는 숫돌 상호간의 마찰 수정가공이 실시되어 있다. 이에 따라 일부 다이아몬드 숫돌 입자(65)의 돌출측 선단 부분이 연마되어, 다이아몬드 숫돌 입자(65)의 최대 돌출량(H1)과 최소 돌출량(H2)의 차이(ΔH)가 소정값 이하로 되어 있다. 예를 들면 다이아몬드 숫돌 입자(65)의 최대 돌출량(H1)과 최소 돌출량(H2)의 차이(ΔH)가 다이아몬드 숫돌 입자 평균 입경의 1/3∼1/6의 범위 내로 되어 있다.

다음에 도4(a)∼도4(e)는, 다이아몬드 접시형 숫돌의 제작방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 다이아몬드 접시형 숫돌의 제작방법은, 숫돌재층 형성공정(도4(a), 도4(b))과, 숫돌 상호간의 마찰 수정공정(도4(c)∼도4(e))으로 이루어진다.

숫돌재층 형성공정에서는, 가공 대상인 렌즈 구면과는 상보적인 구상 표면을 구비한 공구접시 본체의 구상 표면에, 본드재에 다이아몬드 숫돌 입자가 분산혼합되어 있는 숫돌재를 일정한 두께로 적층하여 숫돌재층이 형성된다. 예를 들면 가공 대상인 렌즈 구면에 대하여 구면 정밀도(Δh)가 0.002μm∼0.005μm의 구면을 구비한 정접시(71)를 제작한다(도4(a)). 다음에 정접시(71)의 구면(72)에, 본드재에 다이아몬드 숫돌 입자를 분산혼합시킨 일정한 두께의 다이아몬드 펠렛(66)을 풀 등으로 부착한다. 부착된 다이아몬드 펠렛(66)의 각각의 표면에 접착제(74)를 도포(塗布)한다. 다음에 공구접시 본체(62)의 구상 표면(61)에 대하여, 구면(72)에 부착된 다이아몬드 펠렛(66)의 각각을 접착제(74)를 통하여 가압하고, 접착제가 경화(硬化)될 때까지 이 가압상태를 유지한다. 접착제가 경화된 후에 정접시(71)를 벗겨냄으로써 구상 표면(61)에 다이아몬드 펠렛(66)으로 이루어지는 숫돌재층(63)을 형성한 공구접시 본체(62)가 얻어진다(도4(b)). 도3(c)는 형성된 숫돌재층(63)을 확대하여 나타내는 것이다.

다음의 숫돌 상호간의 마찰 수정공정에서는, 공구접시 본체의 숫돌재층 표면에, 가공 대상인 렌즈 구면에 대응하는 구상 숫돌 상호간의 마찰면을 구비한 숫돌 상호간의 마찰 수정접시를 사용하여 숫돌 상호간의 마찰 수정가공을 실시하여, 숫돌재층의 표면으로부터 돌출되어 있는 다이아몬드 숫돌 입자에 있어서의 최대 돌출량과 최소 돌출량과의 차이를 소정값 이하로 한다. 예를 들면 숫돌 상호간의 마찰 수정공정은 초벌 수정공정과 마무리 수정공정으로 이루어진다.

초벌 수정공정에서는, 초벌 마찰 수정접시(73)를 사용하여 숫돌재층(63)의 표면에 소정 입경의 숫돌 입자를 작용시키면서 숫돌 상호간의 마찰 수정을 실시한다(도4(c)). 예를 들면 GC#240의 숫돌 입자(규소질계 연삭재(硏削材))를 작용시키면서 숫돌 상호간의 마찰 수정을 한다.

마무리 수정공정에서는, 초벌 수정 후의 숫돌재층(63)의 표면에, 마무리 마찰 수정접시(75)를 사용하여 물을 부으면서 숫돌 상호간의 마찰처리 수정을 실시한다(도4(d), 도4(e)). 예를 들면 마무리 마찰 수정접시(75)를 S45C 등의 담금질 가공이 가능한 소재를 사용하여 제작하여 담금질을 한다. 담금질을 하면 변형되기 때문에 담금질 후의 마무리 마찰 수정접시(75)를, 가공 대상인 렌즈 구면에 대하여 구상 숫돌 상호간의 마찰면의 구면 정밀도(Δh)가 0.002μm∼0.005μm가 되도록 수정을 실시한다. 이에 따라 얻어진 마무리 마찰 수정접시(75)를 사용한다. 도3(b)는 수정 후의 숫돌재층(63)을 확대하여 나타내는 것이다.

(작용효과)

상기한 바와 같이 하여 제작한 다이아몬드 접시형 숫돌(60)을 사용하여 도2에 나타나 있는 구심회전 연삭장치(1)에 의하여 구면렌즈의 거친연삭을 하였다. 이 결과, #100∼#400의 다이아몬드 접시형 숫돌(60)을 사용하고 있는 것에도 불구하고 렌즈 연삭면의 절삭상처는 10μm 부근이었다. 또한 붕소 실리카 글래스(boron silica glass)로 이루어지는 렌즈 소재(BK7, φ30)의 절삭속도는 20μm/초이고, 700μm의 절삭량을 35초 정도에 가공할 수 있었다. 또한 입경이 크기 때문에 마모가 적어, 연삭면의 면 정밀도의 저하도 적은 것이 확인되었다.

또한 다음의 정밀연삭공정에서는 공차를 약 10μｍ 정도로 할 수 있어, 레진 본드 숫돌 등을 사용한 단일 정밀연삭공정에서만 좋은 것이 확인되었다. 따라서 종래의 구면렌즈 연삭방법에 비하여, 전체로서 짧은 연삭시간에 효율적으로 구면렌즈를 연마할 수 있다는 것이 확인되었다.

1 : 구심회전형 연삭장치
3 : 렌즈 홀더
4 : 공구접시
4a : 구면 연삭면
4A : 공구접시의 회전중심선
5 : 렌즈 스핀들
5A : 렌즈 회전중심선
20 : 워크 승강기구
21 : 수평 암
31 : 구심회전체
33 : 지지판
33a : 원환상 내주면
33b : 압축공기 취출구멍 또는 홈
35 : 회전폭 조정유닛
36A : 회전중심선
37 : 회전각 조정유닛
W : 렌즈 소재
O : 구심
60 : 다이아몬드 접시형 숫돌
61 : 구상 표면
62 : 공구접시 본체
63 : 숫돌재층
64 : 본드재
65 : 다이아몬드 숫돌 입자
66 : 다이아몬드 펠렛
71 : 정접시
72 : 구면
73 : 초벌 마찰 수정접시
74 : 접착제
75 : 마무리 마찰 수정접시
H1 : 최대 돌출량
H2 : 최소 돌출량
ΔH : 차이

Claims

가공 대상인 렌즈 구면(lens 球面)과는 상보적(相補的)인 구상 표면(球狀表面)을 구비한 공구접시 본체와, 상기 구상 표면에 적층(積層)되어 있는 일정한 두께의 숫돌재층(grind-stone 材層)을 구비하고 있고,
상기 숫돌재층은, 본드재(bond材)에 다이아몬드 숫돌 입자(diamond grind-stone 粒子)가 분산혼합(分散混合)되어 있는 숫돌재(grind-stone 材)로 이루어지고,
상기 숫돌재층의 표면으로부터는 다수의 상기 다이아몬드 숫돌 입자가 돌출되어 있고,
상기 숫돌재층의 표면으로부터 돌출되어 있는 상기 다이아몬드 숫돌에는 숫돌 상호간의 마찰 수정가공이 실시되어, 상기 다이아몬드 숫돌 입자의 최대 돌출량과 최소 돌출량의 차이가 소정값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 구면렌즈 가공용의 다이아몬드 접시형 숫돌(diamond dish-shaped grind stone).
제1항에 있어서,
상기 다이아몬드 숫돌 입자의 상기 최대 돌출량과 상기 최소 돌출량의 차이가, 상기 다이아몬드 숫돌 입자 입경(粒徑)의 1/3∼1/6의 범위 내인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 접시형 숫돌.
제2항에 있어서,
상기 다이아몬드 숫돌 입자의 평균 입경은, 149∼37μm(JIS 일반 숫돌입자 입도(粒度) : #100∼#400)인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 접시형 숫돌.
제3항에 있어서,
상기 숫돌재층은, 상기 공구접시 본체의 상기 구상 표면에, 본드재에 다이아몬드 숫돌 입자를 분산혼합시킨 숫돌재로 이루어지는 일정한 두께의 다이아몬드 펠렛(diamond pellet)을 소정의 간격으로 접착하여 고정함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 접시형 숫돌.
제1항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하여 구면렌즈의 렌즈 구면을 연삭(硏削)하는 것을 특징으로 하는 구면렌즈의 연삭방법.
제5항에 있어서,
가공 대상인 렌즈 소재의 렌즈면을, 상기 다이아몬드 접시형 숫돌을 사용하여 거친연삭을 함으로써 렌즈 구면을 거칠게 제작하는 거친연삭공정(rough 硏削工程)과,
제작된 거친연삭 렌즈 구면을, 정밀연삭 공구접시를 사용하여 정밀연삭하는 정밀연삭공정(精密硏削工程)과,
정밀연삭 후의 상기 렌즈 구면을 연마하는 연마공정(硏磨工程)을 포함하고,
상기 거친연삭공정에서는,
상기 다이아몬드 접시형 숫돌을, 상기 구상 표면의 구심(球心)을 지나가는 회전중심선을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러, 당해 다이아몬드 접시형 숫돌을, 상기 회전중심선이 상기 구심을 정점(頂點)으로 하는 원추면(圓錐面)을 그리도록 구심회전(球心回轉)시키고,
상기 렌즈 소재를, 상기 다이아몬드 접시형 숫돌과 동일한 방향으로 회전시키면서, 상기 다이아몬드 접시형 숫돌에 가압하고,
이 상태에서 상기 렌즈 소재를 송출하면서, 당해 렌즈 소재에 구면연삭가공(球面硏削加工)을 실시하는 것을 특징으로 하는 구면렌즈의 연삭방법.
제6항에 있어서,
상기 다이아몬드 숫돌 입자의 평균 입경을 149∼37μm(JIS 일반 숫돌입자 입도 : #100∼#400)로 하고,
상기 정밀연삭공정에서의 공차를 20μｍ 이하로 하고,
상기 정밀연삭공정을 단일 연삭공정으로 하는 것을 특징으로 하는 구면렌즈의 연삭방법.