KR20120123082A - 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법 - Google Patents

접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법 Download PDF

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KR20120123082A
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Abstract

구심식 렌즈 연삭 가공 장치(1)는 다이아몬드 지립을 구비한 구형상 숫돌면(8a)을 갖는 접시형 숫돌(8)을 연삭 대상인 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)에 가압하고, 접시형 숫돌(8)을 회전시키며, 동시에 요동시키면서 피연삭면(7a)을 구면으로 연삭한다. 초기 연삭 공정에서는 제 1 가공 압력, 제 1 회전수로 연삭을 행하고, 중기 연삭 공정에서는 제 2 가공 압력, 제 2 회전수로 연삭을 행하며, 후기 연삭 공정에서는 제 3 가공 압력, 제 3 회전수로 연삭을 행한다. 제 2 가공 압력은 구형상 숫돌면(8a)이 렌즈 소재(7)에 파고들어갈 수 있는 압력이며, 렌즈 소재(7)의 경도 및 피연삭면(7a)과 구형상 숫돌면(8a)의 접촉 면적으로부터, 접시형 숫돌(8)의 파고드는 양을 구하고, 상기 파고드는 양에 근거하여 제 2 가공 압력을 산출한다. 조연삭 공정과 정연삭 공정을 일원화하여, 정연삭에 이용하는 접시형 숫돌만을 이용하여 렌즈 소재의 표면을 구면으로 연삭 가공할 수 있다.

Description

접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법{LENS SPHERICAL SURFACE GRINDING METHOD USING DISH-SHAPED GRINDSTONE}
본 발명은 구심식(球芯式) 렌즈 연삭 가공 장치를 이용한 구면 렌즈의 연삭 가공 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 조(粗)연삭 공정과 정(精)연삭 공정을 일원화하며, 정연삭용 접시형 숫돌만을 이용하여 렌즈 소재의 조연삭 및 정연삭을 연속하여 행할 수 있는 렌즈 구면의 연삭 가공 방법에 관한 것이다.
구면 렌즈의 연삭 가공에 있어서는, 프레스 성형품으로 이루어진 렌즈 소재, 혹은 둥근 막대 형상의 렌즈 소재를 커팅함으로써 얻어진 원기둥 형상의 렌즈 소재에 대해 조연삭을 실시하여(조연삭 공정), 대체로 구형상 렌즈면을 구비한 조연삭 렌즈를 얻도록 하고 있다. 다음으로, 조연삭 렌즈의 구형상 렌즈면에 정연삭을 실시하여(정연삭 공정), 소정의 형상 정밀도의 구형상 렌즈면을 구비한 정연삭 렌즈를 얻도록 하고 있다. 연삭 가공에 의해 얻어진 구형상 렌즈면에는 연마 가공이 실시되어, 목표로 하는 최종 형상 정밀도의 렌즈 구면을 구비한 렌즈가 얻어진다.
이와 같이, 종래에서의 구면 렌즈의 연삭 가공은 조연삭 공정과 정연삭 공정을 포함하고 있다. 조연삭 공정에서는 컵형 숫돌을 이용한 연삭반(盤)에 의해 조연삭 가공이 행해지며, 정연삭 공정에서는 접시형 숫돌을 이용한 연삭 장치에 의해 정연삭 가공이 행해진다. 이러한 구면 렌즈의 연삭 가공 방법은 특허문헌 1, 2, 3에 개시되어 있다. 특허문헌 1, 2에는, 동일한 연삭 장치에 있어서 컵형 숫돌과 접시형 숫돌을 교환함으로써, 별개의 장치를 이용하지 않고, 조연삭 및 정연삭을 행하도록 하고 있다. 특허문헌 3에는, 조연삭에 이용한 컵형 숫돌을 이용하여 정연삭을 행하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 공개특허공보 제2006-297520호 일본국 공개특허공보 제2009-66724호 일본국 공개특허공보 제2009-90414호
조연삭 공정과 정연삭 공정으로 이루어진 구면 렌즈의 연삭 가공 방법에 있어서는 다음과 같은 해결해야 할 과제가 있다. 우선, 조연삭의 가공 정밀도의 유지가 곤란하기 때문에, 정연삭 공정에 있어서, 렌즈 소재의 형상 편차에 기인하여 접시형 숫돌의 마모가 격렬하며, 정연삭의 정밀도를 유지하는 것이 곤란한 경우가 있다. 또한, 조연삭과 정연삭에서는 각각 다른 가공 기술이 필요하여, 각각의 가공 기술에 숙련한 기술자가 필요하게 되어 있다.
본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여, 조연삭 공정과 정연삭 공정을 일원화하고, 정연삭에 이용하는 접시형 공구만을 이용하여 렌즈 소재의 표면에 연삭 가공을 실시하며, 연마 공정으로 이행할 수 있는 정연삭 상태의 렌즈 구면을 얻는 구면 렌즈의 연삭 가공 방법을 제안하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은,
다이아몬드 지립(砥粒)을 구비한 구(球)형상 숫돌면을 갖는 접시형 숫돌을, 연삭 대상인 렌즈 소재의 피(被)연삭면에 소정의 가공 압력으로 가압하고, 이 상태에서, 상기 접시형 숫돌을 소정의 회전수로 회전시키는 동시에 요동시키면서 상기 피연삭면을 구면(球面)으로 연삭하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법으로서,
상기 가공 압력이 제 1 가공 압력, 상기 회전수가 제 1 회전수로 연삭을 행하는 초기 연삭 공정과,
상기 가공 압력이 제 2 가공 압력, 상기 회전수가 제 2 회전수로 연삭을 행하는 중기 연삭 공정과,
상기 가공 압력이 제 3 가공 압력, 상기 회전수가 제 3 회전수로 연삭을 행하는 후기 연삭 공정을 가지며,
상기 제 2 가공 압력은 상기 구형상 숫돌면이 상기 렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는(bite into) 압력이며, 상기 렌즈 소재의 경도, 및 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면과 상기 접시형 숫돌의 상기 구형상 숫돌면의 접촉 면적으로부터, 상기 접시형 숫돌의 파고드는 양(biting amount)을 구하고, 상기 파고드는 양에 근거하여 상기 제 2 가공 압력을 산출하며,
상기 제 2 회전수를, 상기 가공 압력을 상기 제 2 가공 압력으로 설정한 경우에 있어서, 상기 접시형 숫돌의 상기 다이아몬드 지립이 상기 렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는 회전수로 설정하고,
상기 제 1 가공 압력을 상기 제 2 가공 압력보다 낮은 값으로 설정하고, 상기 제 1 회전수를 상기 제 2 회전수보다 낮은 값으로 설정하며,
상기 제 3 가공 압력을 상기 제 1 가공 압력보다 낮은 값으로 설정하고, 상기 제 3 회전수를 상기 제 2 회전수보다 낮고 상기 제 1 회전수보다 높은 값으로 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기의 「렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는 회전수」란, 상기 가공 압력을 상기 제 2 가공 압력으로 설정하여 접시형 숫돌의 회전수를 변화시킨 경우에, 가공 시간의 변화가 거의 없어지는 최대 회전수 이하의 회전수를 의미하고 있다. 즉, 이 최대 회전수보다 높은 회전수에서는, 가공 시간이 단축되지 않게 되며, 접시형 숫돌의 구형상 숫돌면과 렌즈 소재의 피연삭면 사이에 미끄러짐이 발생하여, 지립이 렌즈 소재의 표면에 파고들어갈 수 없는 상황이 된다.
여기서, 상기 초기 연삭 공정은, 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면이 상기 구형상 숫돌면에 전체적으로 접촉한 상태가 형성될 때까지 행하며, 상기 중기 연삭 공정은, 상기 렌즈 소재의 중심 두께가 목표값보다 미리 설정한 치수만큼 두꺼운 상태가 형성될 때까지 행하도록 하면 된다.
또한, 적어도 상기 중기 연삭 공정에 있어서는, 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면이 상기 접시형 숫돌의 상기 구형상 숫돌면을 슬라이딩하는 영역을 정기적으로 변화시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 렌즈 소재의 경도가 누프 경도(Knoop hardness) 630인 경우에는, 상기 제 2 가공 압력을 10㎏/평방㎝, 상기 제 2 회전수를 1500rpm로 하고, 상기 제 1 가공 압력을 2㎏/평방㎝, 상기 제 1 회전수를 400~600rpm로 하며, 상기 제 3 가공 압력을 1.5㎏/평방㎝, 상기 제 3 회전수를 1000rpm로 설정할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 구심식 렌즈 연삭 가공 장치는,
상기 렌즈 소재를 유지하는 렌즈 유지구(具)와,
상기 렌즈 유지구에 유지된 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면이 가압되는 구형상 숫돌면을 구비한 접시형 숫돌과,
상기 구형상 숫돌면에 상기 렌즈 소재를 가압하기 위한 가공 압력으로서, 제 1 가공 압력, 제 2 가공 압력 및 제 3 가공 압력을 선택적으로 가할 수 있는 가압 기구와,
상기 접시형 숫돌을 회전시키는 회전 기구와,
상기 접시형 숫돌을 요동시키는 요동 기구와,
상기 가압 기구, 상기 회전 기구 및 상기 요동 기구의 구동을 제어하여, 상기 연삭 가공 방법을 실행시키는 컨트롤러를 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 렌즈의 정연삭 가공의 기술만으로 가공함으로써, 가공 기술의 간략화, 설비의 일원화, 관리의 일원화를 도모할 수 있으며, 이에 따라, 렌즈 구면의 연삭 가공의 정밀도, 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 의해 렌즈 구면의 연삭 가공을 행하는 구심식 렌즈 연삭 가공 장치의 기구도이다.
도 2는 도 1의 장치의 연삭 동작을 도시하는 개략 플로우 차트이다.
도 3은 렌즈 연삭 가공에서의 가공 압력과 가공 시간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 렌즈 연삭 가공에서의 연삭 공구의 회전수와 가공 시간의 관계를 도시하는 그래프이다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법의 실시형태를 설명한다.
(구심식 렌즈 연삭 가공 장치)
도 1은, 본 발명의 방법에 의해 구면 렌즈의 연삭 가공을 행하는 구심식 렌즈 연삭 가공 장치의 일례를 도시하는 기구도이다. 구심식 렌즈 연삭 가공 장치(1)는 상부 유닛(2) 및 하부 유닛(3)을 구비하고 있다. 상부 유닛(2)은 하향 상태의 렌즈 유지구(4)를 구비하고 있으며, 렌즈 유지구(4)는 렌즈 가압축(5)의 하단에 장착되어 있어, 가압 실린더(6)에 의해 하향으로 유닛 중심 축선(2a) 방향으로 가압 가능하게 되어 있다. 렌즈 유지구(4)의 하향 렌즈 유지면(4a)에는 유닛 중심 축선(2a)의 주위에 회전 가능한 상태로 가공 대상인 렌즈 소재(7)를 유지 가능하다. 또한, 상부 유닛(2)은 하부 유닛(3)에 대해 접근 및 멀어지는 방향으로 상대적으로 이동 가능하게 되어 있다.
하부 유닛(3)은 상향 상태의 접시형 숫돌(8)을 구비하고 있으며, 이 접시형 숫돌(8)은 다이아몬드 지립을 구비한 오목한 형상의 구형상 숫돌면(8a)를 가지고 있어, 이 구형상 숫돌면(8a)에, 상부 유닛(2)측에 유지되는 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)이 가압된다. 접시형 숫돌(8)은 동축 상태로 스핀들축(9)의 상단에 고정되어 있으며, 스핀들축(9)은 스핀들 모터(10)에 의해 그 중심 축선(9a)의 주위로 회전 구동된다. 또한, 접시형 숫돌(8) 및 그 회전 기구(스핀들축(9), 스핀들 모터(10))는 요동 기구(11)에 의해 지지되어 있으며, 요동 기구(11)는, 접시형 숫돌(8)을, 그 구형상 숫돌면(8a)이 중심 축선(2a) 상에 위치하는 요동 중심(O)을 중심으로 하여, 설정한 요동 각도(θ), 설정한 가공 반경(R), 설정한 요동 방향으로 요동시키는 것이 가능하게 되어 있다.
여기서, 가압 실린더(6)에 의한 가압력은, 제 1 레귤레이터(12; regulator), 제 2 레귤레이터(13) 및 제 3 레귤레이터(14)에 의해 3단계로 전환 가능하게 되어 있다. 이러한 제 1~제 3 레귤레이터(12, 13, 14)에 의해 압력이 설정되는 작동 유체는, 각각, 온 오프 전환 가능한 제 1~제 3 전환 밸브(15, 16, 17)를 통해 가압 실린더(6)로 공급되도록 되어 있다. 이 구성의 가압 기구(렌즈 가압축(5), 가압 실린더(6), 제 1~제 3 레귤레이터(12~14), 제 1~제 3 전환 밸브(15~17))에 의한 가압력의 전환 제어는, 제 1~제 3 전환 밸브(15~17)를 전환함으로써 행할 수 있다.
다음으로, 컨트롤러(18)는 각 부의 구동 제어를 행하는 것으로, 가압 기구의 제 1~제 3 전환 밸브(15~17)의 전환 제어는 컨트롤러(18)에 의해 행해진다. 또한, 컨트롤러(18)는, 측장기(19; 측장기(測長器))에 의한 측정 결과에 근거하여, 렌즈 소재(7)의 연삭 가공량을 감시하고 있으며, 이 연삭 가공량에 따라 전환 밸브(15~17)의 전환 제어를 행하여, 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)을 접시형 숫돌(8)의 구형상 숫돌면(8a)에 가압하기 위한 가공 압력을 전환한다. 게다가, 컨트롤러(18)는 인버터(20)를 통해 스핀들 모터(10)를 구동 제어하며, 접시형 숫돌(8)의 회전수를 제어한다. 또한, 컨트롤러(18)는 드라이버(21)를 통해 요동 기구(11)를 구동 제어하며, 접시형 숫돌(8)의 요동 방향, 요동 각도(θ)의 전환 제어, 그 요동 위치의 변경 등을 행한다.
(연삭 가공 동작의 예)
도 2는 구심식 렌즈 연삭 가공 장치(1)에 의한 구면 렌즈의 연삭 가공 동작을 도시하는 개략 플로우 차트이다. 도 1, 도 2를 참조하여 설명하면, 우선, 렌즈 소재(7)를 렌즈 유지구(4)의 렌즈 유지면(4a)에 부착하여, 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)을 접시형 숫돌(8)의 구형상 숫돌면(8a)에 가압한 상태를 형성한다(렌즈 소재 공급 공정(ST1)).
이 상태에서 접시형 숫돌(8)의 회전, 요동을 개시하여, 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)의 연삭 가공을 개시한다. 연삭 가공의 개시 시점으로부터 소정 시간이 경과할 때까지의 초기 연삭 공정(ST2)에서는, 제 1 레귤레이터(12)에 설정된 가공 압력으로 렌즈 소재(7)를 접시형 숫돌(8)에 가압한 상태로 연삭 가공을 행한다. 가공 압력은, 렌즈 소재(7)가 접시형 숫돌(8)에 접촉하고 있는 면적이 작기 때문에, 렌즈 소재(7)가 렌즈 유지구(4) 및 접시형 숫돌(8) 사이로부터 탈락하지 않는 최소한의 것으로 유지하는 것이 바람직하며, 다음 공정인 중기 연삭 공정에서의 가공 압력보다 작다. 또한, 초기 연삭 공정에서의 접시형 숫돌(8)의 회전수는 낮은 회전수인 것이 바람직하지만, 가공 시간과의 균형으로부터, 400~600rpm인 것이 바람직하다. 이 회전수도, 다음 공정인 중기 연삭 공정에서의 회전수보다 작다.
초기 연삭 공정(ST2)에 있어서, 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)의 연삭이 진행되어, 상기 피연삭면(7a)이 거의 접시형 숫돌(8)의 구형상 숫돌면(8a)에 접촉한 상태가 형성되면, 가공 압력을 제 2 레귤레이터(13)에 설정된 가공 압력으로 전환한다. 이에 따라, 연삭 가공이 중기 연삭 공정(ST3)으로 이행한다.
중기 연삭 공정(ST3)에서의 가공 압력은 접시형 숫돌(8)의 지립(다이아몬드 바이트)가 렌즈 소재(7)에 파고들어갈 수 있는 압력으로 한다. 가공 압력은 렌즈 소재(7)에 파고들어갈 수 있는 압력의 최소값 혹은 그 근방의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 구면 렌즈 연삭에서 통상 구해지는 표면 조도는 4㎛ 정도이다. 따라서, 렌즈 소재(7)에 가해지는 가공 압력은, 해당 렌즈 소재(7)의 경도, 및 렌즈 소재의 피연삭면(7a)과 접시형 숫돌(8)의 구형상 숫돌면(8a)의 접촉 면적으로부터, 접시형 숫돌(8)의 파고드는 양을 구하고, 이에 근거하여, 중기 연삭 공정에서의 가공 압력을 산출할 수 있다.
또한, 중기 연삭 공정에서의 접시형 숫돌(8)의 회전수는, 접시형 숫돌(8)의 지립(다이아몬드 바이트)가 렌즈 소재(7)에 파고들어갈 수 있는 회전수로 설정한다. 렌즈 소재(7)에 파고들어갈 수 있는 회전수란, 상기와 같이 설정한 가공 압력에서, 접시형 숫돌의 회전수를 변화시킨 경우에, 가공 시간의 변화가 거의 없어지는 최대 회전수 이하의 회전수를 의미하고 있다. 즉, 이 최대 회전수보다 높은 회전수에서는, 가공 시간이 단축되지 않게 되며, 접시형 숫돌의 구형상 숫돌면과 렌즈 소재의 피연삭면 사이에 미끄러짐이 발생하여, 지립이 렌즈 소재의 표면에 파고들어갈 수 없는 상황이 된다. 회전수는, 렌즈 소재(7)에 파고들어갈 수 있는 회전수의 최대값 혹은 그 근방의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
중기 연삭 공정에서의 연삭이 진행되어, 렌즈 소재(7)의 중심 두께가 목표 두께 직전의 값이 된 단계에서, 가공 압력을 제 3 레귤레이터(14)에 설정된 가공 압력으로 전환한다. 이에 따라 연삭 가공이 후기 연삭 공정(ST4)으로 이행한다.
후기 연삭 공정에서는, 연삭 가공의 진행 속도를 늦게 하여(접시형 숫돌(8)의 회전수를 작게 하여), 렌즈 소재(7)의 중심 두께에 편차가 발생하지 않는 상태에서, 피연삭면(7a)의 표면 조도를 목표로 하는 표면 조도가 되도록 연삭한다. 후기 연삭 공정에서는, 그 가공 압력이 초기 연삭 공정에서의 가공 압력보다 더욱 낮은 압력으로 설정되어, 그 접시형 숫돌(8)의 회전수가 중기 연삭 공정에서의 회전수보다 낮고, 초기 연삭 공정에서의 회전수보다 높은 값으로 설정된다.
여기서, 접시형 숫돌을 이용한 구면 연삭은 복수의 블레이드 엣지(blade edge)를 갖는 다이아몬드 바이트에 의한 절삭 가공이다. 따라서, 연삭 가공 조건으로서의 가공 압력 및 접시형 숫돌의 회전수는 렌즈 소재의 경도에 따라 설정할 수 있다. 즉, 가공 압력은 렌즈 소재의 경도에 비례하고, 회전 속도는 그에 반비례하도록 하면 된다. 렌즈 소재의 경도 데이터는 소재 카탈로그 등에서 간단하게 입수할 수 있으므로, 이에 근거하여, 최적의 가공 압력, 회전수를 구할 수 있다.
다음으로, 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)을 연삭하는 접시형 숫돌(8)의 구형상 숫돌면(8a)의 부분이 항상 동일하면, 숫돌면에 편마모가 발생하여 연삭 형상이 변화해 버린다. 따라서, 정기적으로, 렌즈 소재(7)의 피연삭면(7a)이 닿는 구형상 숫돌면(8a)의 위치(구형상 숫돌면(8a) 상에서의 피연삭면(7a)의 슬라이딩 영역)를 변화시켜, 구형상 숫돌면(8a)의 편마모를 방지하고, 그 전체가 균일하게 마모하도록 하여, 연삭 정밀도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 적어도 중기 연삭 공정에서는 변화시키는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 구면 연삭에서, 가공 초기의 가공 압력을 저압, 회전수를 저속으로 함으로써, 가공 대상인 렌즈 소재의 치핑(chipping), 균열(cracking)을 방지할 수 있다. 가공 중기에서는, 가공 초기에 비해 가공 압력을 고압, 회전수를 고속으로 전환함으로써, 가공 시간을 단축할 수 있다. 가공 종기(終期)에서는, 가공 초기에 비해 가공 압력을 저압으로 하며, 회전수를 가공 초기보다 빠르고, 가공 중기보다 늦은 중간 정도의 속도가 되도록 함으로써, 렌즈 소재의 중심 두께의 정밀도를 확보할 수 있다. 이와 같이, 연삭의 진행에 맞추어 연삭 조건을 다단계로 변화시킴으로써, 접시형 숫돌만을 이용하여, 렌즈 소재에 고정밀도의 정연삭면을 형성할 수 있다.
(실험예)
본 발명자 등은, 본 발명의 연삭 방법을 이용하여 다음과 같이 가공을 행하였다.
본 실시예의 가공 데이터는 다음과 같다.
렌즈 소재의 재질 TAFD25
렌즈 소재의 마모도 90
렌즈 소재의 누프 경도 630
가공 구면 반경 R 108㎜
렌즈 외경(外徑) 37.5㎜
접시형 숫돌 다이아몬드 펠릿　SP60B　＃800
우선, 가공 압력을 결정하기 위한 시험을 행하였다. 시험 조건은 다음과 같으며, 시험 결과를 도 3의 표 및 그래프로 도시하고 있다.
구심식 렌즈 연삭 가공 장치 NC연마기　PM50형
(제조원：유겐가이샤 코지마 엔지니어링)
접시형 숫돌의 회전수 1000rpm
접시형 숫돌의 렌즈 접촉 면적 4.52평방㎝
가공량 0.1㎜
이 시험 결과로부터, 가공 압력이 10㎏/평방㎝ 이상에서는, 렌즈 소재의 마모량이 거의 변화하지 않는 것으로부터, 이 압력이 연삭 가공 효율의 최대점임을 알 수 있다.
다음으로, 동일한 구심식 렌즈 연삭 가공 장치를 이용하여, 접시형 숫돌의 회전수를 결정하기 위한 시험을 행하며, 가공 압력 1(15㎏/평방㎝) 및 가공 압력 2(10㎏/평방㎝)의 경우에 있어서, 회전수를 변화시킨 경우의 가공 시간을 조사하였다. 시험 조건은 가공 압력 이외에는 상기의 경우와 동일하다. 시험 결과를 도 4의 그래프로 도시하고 있다.
이 시험 결과로부터, 회전수가 1500rpm 부근에서 마모량이 거의 변화하지 않는 것으로부터, 이 점이 가공 효율 최대점임을 알 수 있다. 즉, 가공 압력을 일정하게 하고, 회전수를 높인 경우에 가공 시간의 변화가 거의 없어지는 회전수가 「파고들어갈 수 있는 회전수」의 최대값이며, 이보다 회전수를 높이면, 렌즈 소재와 접시형 숫돌에 미끄러짐이 발생하여, 접시형 숫돌의 지립이 렌즈 소재의 표면에 파고들어갈 수 없는 상황이 된다. 이 「파고들어갈 수 있는 회전수」의 최대값이 가공 효율 최대점이다. 이 최대값은, 렌즈 소재의 경도, 접시형 숫돌의 지립의 입도(粒度), 절삭액의 성능 등에 따라 변동하므로, 시험을 행함으로써 설정하면 된다.
이러한 시험 결과에 근거하면, 중기 연삭 공정(ST3)에서의 가공 조건으로서는, 가공 압력이 10㎏/평방㎝, 접시형 숫돌의 회전수가 1500rpm이 최적임을 알 수 있다. 이를 기준으로 하여, 초기 연삭 공정(ST2) 및 후기 연삭 공정(ST4)에서의 가공 조건을 각각 설정한다.
본 발명자 등의 실험에서는, 초기 연삭 공정에서는, 가공 압력을 2㎏/평방㎝, 회전수를 500rpm로 하여, 10초간의 연삭 가공을 행하였다. 다음으로, 중기 연삭 공정으로 이행하고, 가공 압력을 10㎏/평방㎝로 하며, 회전수를 1500rpm로 하여, 렌즈 소재가 목표 두께의 0.1㎜ 직전의 두께가 될 때까지 연삭 가공을 행한 다음에, 후기 연삭 공정으로 이행하여, 가공 압력을 1.5㎏/평방㎝로 하고, 회전수를 1000rpm로 하여, 렌즈 소재가 목표 두께가 될 때까지 연삭 가공을 행하였다.
이 결과, 두께 정밀도가 ±0.005㎛ 이내에 들어가는 것이 확인되었다. 또한, 연삭 가공면의 곡률을 측정했는데, 150회 가공하면, ΔH가 0.001㎛ 변화하였다. 요동 위치를 10% 시프트시켜 150회 더 가공하면, ΔH가 기준값으로 되돌아오므로, 요동 위치를 원위치로 되돌렸다. 이러한 계속에 의해, 연삭 가공면의 곡률이 ΔH로 0~0.001㎛의 범위 내에 들어가는 것을 확인할 수 있었다.
1 : 구심식 렌즈 연삭 가공 장치
2 : 상부 유닛
2a : 중심 축선
3 : 하부 유닛
4 : 렌즈 유지구
4a : 렌즈 유지면
5 : 렌즈 가압축
6 : 가압 실린더
7 : 렌즈 소재
7a : 피연삭면
8 : 접시형 숫돌
8a : 구형상 숫돌면
9 : 스핀들축
9a : 중심 축선
10 : 스핀들 모터
11 : 요동 기구
12, 13, 14 : 레귤레이터
15, 16, 17 : 전환 밸브
18 : 컨트롤러
19 : 측장기
20 : 인버터
21 : 드라이버
O : 요동 중심
θ : 요동 각도
R : 가공 구면 반경

Claims (6)

  1. 다이아몬드 지립(砥粒)을 구비한 구(球)형상 숫돌면을 갖는 접시형 숫돌을, 연삭 대상인 렌즈 소재의 피(被)연삭면에 소정의 가공 압력으로 가압하고, 이 상태에서, 상기 접시형 숫돌을 소정의 회전수로 회전시키는 동시에 요동시키면서 상기 피연삭면을 구면(球面)으로 연삭하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법으로서,
    상기 가공 압력이 제 1 가공 압력, 상기 회전수가 제 1 회전수로 연삭을 행하는 초기 연삭 공정과,
    상기 가공 압력이 제 2 가공 압력, 상기 회전수가 제 2 회전수로 연삭을 행하는 중기 연삭 공정과,
    상기 가공 압력이 제 3 가공 압력, 상기 회전수가 제 3 회전수로 연삭을 행하는 후기 연삭 공정을 가지며,
    상기 제 2 가공 압력은 상기 구형상 숫돌면이 상기 렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는(bite into) 압력이며, 상기 렌즈 소재의 경도, 및 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면과 상기 접시형 숫돌의 상기 구형상 숫돌면의 접촉 면적으로부터, 상기 접시형 숫돌의 파고드는 양(biting amount)을 구하고, 상기 파고드는 양에 근거하여 상기 제 2 가공 압력을 산출하며,
    상기 제 2 회전수를, 상기 접시형 숫돌의 상기 다이아몬드 지립이 상기 렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는 회전수로 설정하고,
    상기 제 1 가공 압력을 상기 제 2 가공 압력보다 낮은 값으로 설정하고, 상기 제 1 회전수를 상기 제 2 회전수보다 낮은 값으로 설정하며,
    상기 제 3 가공 압력을 상기 제 1 가공 압력보다 낮은 값으로 설정하고, 상기 제 3 회전수를 상기 제 2 회전수보다 낮고 상기 제 1 회전수보다 높은 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가공 압력을, 상기 접시형 숫돌의 상기 다이아몬드 지립이 상기 렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는 최소값으로 설정하고,
    상기 제 2 회전수를, 상기 접시형 숫돌의 상기 다이아몬드 지립이 상기 렌즈 소재에 파고들어갈 수 있는 최대값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 초기 연삭 공정은, 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면이 상기 구형상 숫돌면에 전체적으로 접촉한 상태가 형성될 때까지 행하며,
    상기 중기 연삭 공정은, 상기 렌즈 소재의 중심 두께가 목표값보다 미리 설정한 치수만큼 두꺼운 상태가 형성될 때까지 행하는 것을 특징으로 하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 중기 연삭 공정에 있어서는, 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면이 상기 접시형 숫돌의 상기 구형상 숫돌면을 슬라이딩하는 영역을 정기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 소재의 경도가 누프 경도(Knoop hardness) 630이고,
    상기 제 2 가공 압력이 10㎏/평방㎝, 상기 제 2 회전수가 1500rpm이고,
    상기 제 1 가공 압력이 2㎏/평방㎝, 상기 제 1 회전수가 400~600rpm이며,
    상기 제 3 가공 압력이 1.5㎏/평방㎝, 상기 제 3 회전수가 1000rpm인 것을 특징으로 하는 접시형 숫돌을 이용한 렌즈 구면의 연삭 가공 방법.
  6. 상기 렌즈 소재를 유지하는 렌즈 유지구(具)와,
    상기 렌즈 유지구에 유지된 상기 렌즈 소재의 상기 피연삭면이 가압되는 구형상 숫돌면을 구비한 접시형 숫돌과,
    상기 구형상 숫돌면에 상기 렌즈 소재를 가압하기 위한 가공 압력으로서, 제 1 가공 압력, 제 2 가공 압력 및 제 3 가공 압력을 선택적으로 가할 수 있는 가압 기구와,
    상기 접시형 숫돌을 회전시키는 회전 기구와,
    상기 접시형 숫돌을 요동시키는 요동 기구와,
    상기 가압 기구, 상기 회전 기구 및 상기 요동 기구의 구동을 제어하여, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 연삭 가공 방법을 실행시키는 컨트롤러를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 구심식 렌즈 연삭 가공 장치.
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