KR20180137389A

KR20180137389A - 렌즈 연마장치 및 렌즈 연마방법

Info

Publication number: KR20180137389A
Application number: KR1020170132979A
Authority: KR
Inventors: 아쓰미 사카이
Original assignee: 카부시키가이샤하루치카세이미쯔
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2018-12-27
Also published as: CN109129104B; CN109129104A; TW201904716A; TWI732936B; JP2019000957A

Abstract

(과제) 본 발명은, 소곡률·소경의 구면렌즈의 가공을 고형숫돌입자의 마모를 억제한 상태로, 정밀도 좋게 실시할 수 있는 연마장치를 제공하는 것이다.
(해결수단) 연마장치(1)에 있어서 렌즈홀더(12)에 홀딩된 피가공렌즈(11)를 렌즈가공접시(5)에 가압하기 위한 가압기구(13)의 가압샤프트(16)는, 직선안내기구(18)에 의하여 상축 중심축선(3a)의 방향으로 안내된다. 직선안내기구(18)는 2조의 안내부(32, 33)를 구비하고, 각 안내부(32, 33)는, 가압샤프트(16)를 둘러싸도록 상축 중심축선(3a)를 중심으로 한 등각도 간격의 위치에 배치한 3개의 볼 베어링(41∼43)을 구비하고 있다. 각 볼 베어링(41∼43)은, 상축 중심축선(3a)에 직교하는 방향을 따라 상기 중심축선(3a)를 향하는 방향으로 예압이 작용한 상태로, 가압샤프트(16)의 원형 외주면(16a)에 구름 접촉하고 있다.

Description

렌즈 연마장치 및 렌즈 연마방법{LENS POLISHING APPARATUS AND LENS POLISHING METHOD}

본 발명은 렌즈 연마장치(lens 硏磨裝置) 및 렌즈 연마방법(lens 硏磨方法)에 관한 것으로서, 특히 곡률반경(曲率半徑)이 5mm 이하 등인 소곡률(小曲率), 소경렌즈(小徑lens)의 렌즈구면(lens球面)의 가공에 알맞은 소곡률·소경 렌즈 연마장치 및 렌즈 연마방법에 관한 것이다.

렌즈 연마장치로서는, 예를 들면 렌즈가공접시를, 피가공렌즈(被加工lens)에 가압한 상태로 구심스윙(球心swing)시켜서, 렌즈구면을 연마하는 구심스윙식(球心swing式)의 렌즈구면 연마장치가 알려져 있다. 이러한 렌즈 연마장치에서는, 직선안내기구(直線案內機構)에 의해 직선으로 안내되는 가압기구(加壓機構)의 가압샤프트(加壓shaft)를 사용하여, 피가공렌즈를 홀딩한 렌즈홀더(lens holder)를 렌즈가공접시에 가압하고 있다.

도3은, 렌즈 연마장치에 있어서의 가압샤프트를 직선으로 안내하는 직선안내기구를 나타내는 설명도이다. 이 도면에 나타나 있는 바와 같이 직선안내기구(100)는, 원통모양의 샤프트홀더(shaft holder)(101)를 구비하고, 이 내부에, 가압기구의 가압샤프트(102)가 동축상태(同軸狀態)로 관통하고 있다. 샤프트홀더(101) 상하단(上下端)의 내주면(內周面)에는, 원통모양의 부시(bush)(103, 104)에 의하여 형성되는 미끄럼 베어링이 배치되어 있다. 가압샤프트(102)는, 중심축선(102a)을 따른 상하방향으로 미끄럼 베어링에 의하여 슬라이드 가능하게 지지되어 있다. 가압샤프트(102)의 하단부에는, 동축상태로 렌즈홀더(105)의 홀더샤프트(106)가 회전 가능한 상태로 부착되어 있다. 이러한 미끄럼 기구로부터 이루어지는 직선안내기구를 구비한 하축 구심스윙형 연마기(下軸球心swing型硏磨機)는, 예를 들면 특허문헌1에 있어서 본원 출원인에 의해 제안되어 있다.

: 일본국 공개특허 특개2004-298985호 공보

최근, 휴대용 통신단말기나 차량용 카메라 등의 렌즈로서, 소곡률·소경의 구면렌즈가 점점 요구되고 있다. 그러나 소곡률·소경의 렌즈의 구면가공을 정밀도 좋게 실시하는 것은, 이하와 같은 이유에 의하여 어렵다.

우선, 렌즈연마용의 가공접시의 렌즈가공면(lens加工面)도, 피가공렌즈에 따라 소곡률의 면(面)이 된다. 일반적으로 렌즈연마에 사용되는 연마용 우레탄 패드(urethane pad)는, 소곡률의 렌즈가공면(렌즈연마면)에 부착하는 것이 어려워서, 적절한 연마공구가 없다.

이 때문에, 우레탄 패드를 사용하지 않고 고형숫돌입자(固形砥石粒子) 등을 사용한 숫돌면(砥石面)을 구비한 가공접시를 사용할 필요가 있다. 그러나 고형숫돌입자는 마모되기 쉬우므로, 가공시에 있어서의 가공접시에 대한 피가공렌즈의 가압력을 작게 하여, 가압의 로스트모션(lost motion)을 감소시킬 필요가 있다.

그러나 종래의 렌즈구면 연마장치, 예를 들면 하축 구심스윙형 연마기에서는, 렌즈홀더를 가압하기 위한 가압샤프트의 직선안내에 미끄럼 기구를 사용하고 있다. 미끄럼 기구는 슬라이딩 저항이 크고 로스트모션이 크기 때문에, 작은 가압력으로 고형숫돌입자의 렌즈가공면에 대하여 적절한 상태로 피가공렌즈를 가압하기는 어렵다.

또한 소곡률의 렌즈가공에 있어서는, 작은 곡률에 비례하여 기계의 정밀도를 올려야만 한다. 그러나 미끄럼 베어링, 예를 들면 메탈부시(metal bush)를 사용한 가압샤프트의 직선안내용의 미끄럼 기구에서는, 기구상(機構上) 가압샤프트와 메탈부시의 미끄럼 접촉부분에 적절한 클리어런스(clearance)가 필요하다. 이 클리어런스의 부분, 미끄럼 접촉부분에는 래틀(rattle)이 발생한다. 이 때문에, 가공접시의 구심스윙중심에 렌즈홀더의 중심축선, 즉 미끄럼 기구에 의해 직선으로 안내되는 가압샤프트의 중심축선을 일치시키기 위한 정밀도를 10 미크론 이하의 고정밀도(高精密度)로 유지하는 것이 어렵다.

본 발명의 목적은, 소곡률·소경의 구면렌즈의 가공을 고형숫돌입자의 마모를 억제한 상태로 정밀도 좋게 실시할 수 있는 렌즈 연마장치 및 렌즈 연마방법을 제안하는 것에 있다.

본 발명의 소곡률·소경렌즈의 가공에 알맞은 렌즈 연마장치는,

소정의 곡률의 렌즈가공면을 구비한 렌즈가공접시와,

상기 렌즈가공접시를 상기 렌즈가공면의 곡률중심을 중심으로 스윙시키는 스윙기구와,

피가공렌즈를 홀딩하는 렌즈홀더와,

상기 가공접시의 상기 렌즈가공면에, 상기 렌즈홀더에 홀딩된 상기 피가공렌즈를 가압하기 위하여, 상기 렌즈홀더에 동축으로 연결된 가압샤프트를 구비한 가압기구와,

상기 가압샤프트를 그 중심축선의 방향으로 안내하는 직선안내기구를

갖고 있고,

상기 직선안내기구는,

상기 가압샤프트에 있어서의 상기 중심축선의 방향으로 떨어진 위치 에 배치된 2조의 안내부를 구비하고,

상기 안내부의 각각은, 상기 가압샤프트를 둘러싸도록 상기 중심축선을 중심으로 한 등각도 간격의 위치에 배치된 3개의 구름 베어링을 구비하고,

상기 구름 베어링의 각각은, 상기 중심축선에 직교하는 방향을 따라 당해 중심축선으로 향하는 방향으로 예압이 작용한 상태로 상기 가압샤프트의 외주면에 구름 접촉하고 있다.

본 발명의 렌즈 연마장치에서는, 가압샤프트를, 중심축선의 방향으로 떨어진 2군데의 위치에 있어서 3개의 구름 베어링에 의하여 외주측에서 구름 접촉상태로 지지하고 있다. 미끄럼 접촉상태에서 가압샤프트를 직선으로 안내하는 경우에 비하여, 가압샤프트를 가압할 때의 슬라이딩 저항을 감소할 수 있어, 로스트모션을 작게 할 수 있다. 피가공렌즈에 대한 렌즈가공접시의 가압력을 작게 할 수 있다. 예를 들면 최저가압력을 3N까지 감소할 수 있다. 이 결과, 고형숫돌입자을 사용한 렌즈가공접시에 의한 연마가공 시에 있어서 고형숫돌입자의 여분의 마모를 용이하게 억제할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 구름 베어링과 가압샤프트의 사이의 구름 접촉부분에 간극이 발생하지 않도록, 각 구름 베어링에 예압이 주어지고 있다. 가압샤프트와 이를 직선으로 안내하는 각 구름 베어링의 사이에 간극이 있을 수 없다. 가압샤프트의 중심축선을 정밀도 좋게 렌즈가공접시의 스윙중심을 지나는 위치에 홀딩할 수 있다. 따라서 피가공렌즈를 홀딩한 렌즈홀더의 중심축선과 가공접시의 스윙중심을 일치시키기 위한 정밀도를 10 미크론 이하의 고정밀도로 유지할 수 있다.

상기구성의 렌즈 연마장치를 사용하여 곡률반경이 5mm 이하의 소곡률의 렌즈구면을 연마하기 위하여, 본 발명의 렌즈 연마방법에서는,

가압샤프트(렌즈홀더)의 중심축선과, 렌즈가공접시의 렌즈가공면의 곡률중심이, 10 미크론 이하의 정밀도로 일치하도록 구름 베어링의 각각에 대한 예압력을 설정하고,

가압기구에 의한, 렌즈가공접시의 렌즈가공면에 대한 가공렌즈의 가압력의 최저값을 3N으로 설정하고 있다.

본 발명의 렌즈 연마장치 및 렌즈 연마방법에 의하면, 휴대전화 등의 휴대용 통신단말기, 차량용 카메라 등에 탑재되는 곡률반경이 5mm 이하의 소곡률로 소경의 렌즈의 구면연마를, 고형숫돌입자의 마모를 억제한 상태로 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

도1은, 본 발명을 적용한 소곡률·소경렌즈의 가공에 알맞은 하축 구심스윙형 연마장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도2는, 도1의 직선안내기구 및 그 안내부를 나타내는 설명도이다.
도3은, 종래의 가압샤프트의 직선안내기구를 나타내는 설명도이다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 소곡률·소경렌즈(小曲率·小徑lens)의 가공에 알맞은 렌즈 연마장치(lens 硏磨裝置)의 실시형태에 관하여 설명한다. 이하에서 말하는 렌즈 연마장치는 하축 구심스윙형 연마장치(下軸球心swing型硏磨裝置)에 관한 것이지만, 본 발명은 하축 구심스윙형 연마장치에 한정되는 것은 아니다.

도1은, 본 실시형태에 관한 하축 구심스윙형 연마장치를 나타내는 개략적인 구성도이다. 하축 구심스윙형 연마장치(1)(이하, 간단하게 「연마장치(1)」라고 부른다)는, 하축유닛(下軸unit)(2)과, 상축유닛(上軸unit)(3)과, 각 부의 구동제어를 담당하는 제어반(制御盤)(4)을 갖고 있다.

하축유닛(2)은, 렌즈가공접시(5)와, 스핀들(spindle)(6)과, 스핀들 케이스(spindle case)(7)와, 구심스윙기구(球心swing機構)(8)를 구비하고 있다. 렌즈가공접시(5)는 소정의 곡률의 렌즈가공면(lens加工面)(5a)을 구비하고 있다. 렌즈가공면(5a)이 위로 향하도록, 렌즈가공접시(5)는 스핀들(6)의 상단부에 동축(同軸)으로 고정되어 있다. 스핀들(6)은 스핀들 케이스(7)에 의해 회전 가능의 상태로 지지되어 있다. 본 예의 렌즈가공접시(5)의 렌즈가공면(5a)은, 예를 들면 고형숫돌입자(固形砥石粒子)로 형성한 숫돌면(砥石面)으로 되어 있다.

스핀들 케이스(7) 내에 배치한, 도면에 나타내지 않은 스핀들 모터(spindle motor)에 의하여, 스핀들(6), 따라서 렌즈가공접시(5)는, 렌즈가공면(5a)의 중심을 지나는 하축 중심축선(2a)을 중심으로 회전구동된다. 스핀들 케이스(7)는 구심스윙기구(8)에 의해 지지되어 있다. 구심스윙기구(8)에 의하여 렌즈가공접시(5)는, 하축 중심축선(2a) 상에 위치하는 렌즈가공면(5a)의 곡률중심(曲率中心)을 스윙중심(O)으로 하여, 구심스윙운동(球心swing運動)을 한다.

상축유닛(3)은, 피가공렌즈(被加工lens)(11)를 홀딩하는 렌즈홀더(lens holder)(12)와, 렌즈홀더(12)를 가압하는 가압기구(加壓機構)(13)와, 렌즈홀더(12)를 승강시키기 위한 승강 스테이지(昇降 stage)(14)를 구비하고 있다. 렌즈홀더(12)는, 피가공렌즈(11)의 피가공렌즈면(11a)을 아래로 향한 상태로 홀딩하는 렌즈홀딩면(12a)을 하단에 구비하고 있다. 렌즈홀더(12)의 상단면의 중심으로부터는 상방으로 홀더샤프트(12b)가 동축으로 연장되어 있다. 렌즈홀더(12)의 중심축선이 상축 중심축선(3a)이다.

가압기구(13)는, 가압샤프트(加壓shaft)(16)와, 가압샤프트(16)에 가압력을 가하는 가압부(加壓部)(17)를 구비하고 있다. 가압샤프트(16)는 직선안내기구(直線案內機構)(18)에 의해 직선으로 안내된다. 즉 가압샤프트(16)는, 그 중심축선이 상축 중심축선(3a)에 일치하도록 수직으로 지지되고, 상축 중심축선(3a)의 방향으로 직선으로 안내된다. 가압샤프트(16)의 하단부에는, 렌즈홀더(12)의 홀더샤프트(12b)가 동축상태, 또한 회전 가능한 상태로 연결되어 있다. 가압부(17)는, 가압샤프트(16)를 상축 중심축선(3a)의 방향을 따라 하방으로 가압하기 위한 가압스프링(加壓spring)(19)과, 가압스프링(19)에 의한 가압력을 조정하기 위한 가압노브(加壓knob)(20)를 구비하고 있다. 가압스프링(19)의 대신에, 가압용의 에어실린더(air cylinder)를 사용할 수도 있다.

가압기구(13) 및 직선안내기구(18)는, 지지브래킷(支持bracket)(21)을 통하여 승강 스테이지(14)에 의해 지지되어 있다. 승강 스테이지(14)는, 고정 설치된 스테이지 프레임(stage frame)(22)에 부착한 수직 스테이지 가이드(垂直 stage guide)(23)를 따라 승강 가능하다. 승강 스테이지(14)의 승강은, 스테이지 프레임(22)에 부착한 승강용의 에어실린더(24)에 의해 이루어진다. 승강용의 구동원(驅動源)으로서 서보모터(servo motor)를 사용할 수도 있다.

도2는 직선안내기구(18)를 나타내는 것으로서, 도2(a)는 일부를 절단하여 내부구조를 알 수 있는 상태로 나타내는 설명도이고, 도2(b)는 그 상측의 안내부를 나타내는 설명도이다.

직선안내기구(18)는 원통모양의 샤프트홀더(31)를 구비하고, 이 샤프트홀더(31)의 중공부(中空部)에는, 가압샤프트(16)가 동축상태로 관통해서 연장되어 있다. 또한 직선안내기구(18)는, 가압샤프트(16)를 상하방향으로 직선으로 안내하기 위해서, 샤프트홀더(31)의 상하의 단부(端部)에 부착한 2조의 안내부(案內部)(32, 33)를 구비하고 있다. 상하의 안내부(32, 33)는 동일한 구성이므로, 상측의 안내부(32)만을 설명한다. 도2에 있어서는 안내부(32)에 있어서의 각 부에 붙인 부호가, 하측의 안내부(33)에 있어서의 대응하는 부위에 붙여져 있다. 또 안내부(33)에 있어서의 각 부의 설명은 생략한다.

가압샤프트(16)는 본 예에서는 원형단면의 샤프트이고, 안내부(32)는, 가압샤프트(16)를 둘러싸도록 배치된 3개의 구름 베어링, 본 예에서는 볼 베어링(ball bearing)(41, 42, 43)을 구비하고 있다. 볼 베어링(41∼43)은, 상축 중심축선(3a)을 중심으로 하여 등각도 간격(120° 간격)의 위치에 배치되어 있다. 볼 베어링의 대신에, 롤러 베어링(roller bearing) 등의 구름 베어링을 사용할 수도 있다.

샤프트홀더(31)의 상단부에는, 상하로 일정한 간격으로 원환상의 베어링 부착 플랜지(44, 45)가 형성되어 있다. 베어링 부착 플랜지(44, 45)의 사이에는, 상축 중심축선(3a)을 중심으로 하여 등각도 간격으로 배치한 3쌍의 지지판(支持板)(51∼53)이 형성되어 있다. 지지판(51∼53)에는, 각각 베어링 지축(bearing 支軸)(61∼63)이 고정되어 있다. 베어링 지축(61∼63)은, 그들 지축중심선이 상축 중심축선(3a)과 직교하는 직교면 상에 위치하고, 또한 상축 중심축선(3a)를 중심으로 하는 반경방향과 직교하는 방향으로 연장되도록, 지지판(51∼53)의 각각에 부착되어 있다.

각 베어링 지축(61∼63)에는, 볼 베어링(41∼43)의 내륜(內輪)이 동축으로 고정되어 있다. 각 볼 베어링(41∼43)의 외륜(4lb∼43b)의 원형 외주면은, 가압샤프트(16)의 원형 외주면(16a)에 대하여 구름 접촉하고 있다. 본 예에서는, 각 볼 베어링(41∼43)의 원형 외주면이 정확히 가압샤프트(16)의 원형 외주면(16a)에 접촉한 상태로 형성되는 위치보다 약간 중심측으로 변위시킨 위치에, 각 볼 베어링(41∼43)이 배치되어 있다.

이에 따라 가압샤프트(16)의 원형 외주면(16a)에 대하여, 각 볼 베어링(41∼43)이 소정의 예압(豫壓)이 작용한 상태로 구름 접촉한다. 즉 각 볼 베어링(41∼43)의 구성부품인 내륜, 외륜(4lb∼43b), 볼의 사이의 래틀(rattle)이 제거된 상태가 형성되고, 가압샤프트(16)가 가로방향으로 래틀이 없이 상하로 직선으로 안내된다. 따라서 상축 중심축선(3a) 상에, 하축유닛(2)의 측의 스윙중심이 위치하는 상태를 정밀도 좋게 유지할 수 있다.

이러한 구성의 연마장치(1)에 있어서는, 최초에 상축유닛(3)에 있어서의 렌즈홀더(12)의 렌즈홀딩면(12a)에, 진공흡착 등의 수단에 의하여 피가공렌즈(11)를 홀딩시킨다. 다음에 에어실린더(24)을 동작시켜서 승강 스테이지(14)를 하강시켜서, 피가공렌즈(11)의 피가공렌즈면(11a)을 하축유닛(2)의 렌즈가공접시(5)의 렌즈가공면(5a)에 가압한다. 가압노브(20)를 조정함으로써 가압노브(20)와 가압샤프트(16)의 상단의 사이에 압축상태로 장착되어 있는 가압스프링(19)에 의한 가압력을 조정할 수 있다. 렌즈가공접시(5)의 렌즈가공면(5a)(연마면)에 피가공렌즈(11)를 가압한 상태에서, 렌즈가공접시(5)를 회전시킴과 아울러 구심스윙시켜서, 피가공렌즈(11)의 가공을 실시한다.

본 발명자 등은, 연마장치(1)에 고형숫돌입자을 사용한 렌즈가공접시(5)를 사용하여 곡률반경이 5mm 이하인 소곡률로 소경의 렌즈의 구면연마를 실시하였다. 렌즈가공접시(5)로의 피가공렌즈(11)의 최저 가압력을 3N으로 가능하다는 것이 확인되었다. 또한 상축 중심축선(3a)(가압샤프트의 중심축선)과 하축유닛(2)의 스윙중심(O)을 10 미크론 이하의 정밀도로 일치한 상태로 유지 가능하다는 것이 확인되었다. 렌즈가공접시(5)의 고형숫돌입자의 마모를 억제할 수 있으면서, 소곡률·소경렌즈의 구면연마가 용이하게 이루어지는 것이 확인되었다.

1 연마장치(하축 구심스윙형 연마장치)
2 하축유닛
2a 하축 중심축선
3 상축유닛
3a 상축 중심축선
4 제어반
5 렌즈가공접시
5a 렌즈가공면
6 스핀들
7 스핀들 케이스
8 구심스윙기구
11 피가공렌즈
11a 피가공렌즈면
12 렌즈홀더
12a 렌즈홀딩면
12b 홀더샤프트
13 가압기구
14 승강 스테이지
16 가압샤프트
16a 원형 외주면
17 가압부
18 직선안내기구
19 가압스프링
20 가압노브
21 지지브래킷
22 스테이지 프레임
23 수직 스테이지 가이드
24 에어실린더
31 샤프트홀더
32 안내부
33 안내부
41 볼 베어링
4lb 외륜
42 볼 베어링
42b 외륜
43 볼 베어링
43b 외륜
44 베어링 부착 플랜지
45 베어링 부착 플랜지
51 지지판
52 지지판
53 지지판
61 베어링 지축
62 베어링 지축
63 베어링 지축
O 스윙중심

Claims

소정의 곡률(曲率)의 렌즈가공면(lens加工面)을 구비한 렌즈가공접시와,
상기 렌즈가공접시를 상기 렌즈가공면의 곡률중심(曲率中心)을 중심으로 스윙시키는 스윙기구(swing機構)와,
피가공렌즈(被加工lens)를 홀딩하는 렌즈홀더(lens holder)와,
상기 렌즈가공접시의 상기 렌즈가공면에, 상기 렌즈홀더에 홀딩된 상기 피가공렌즈를 가압하기 위하여, 상기 렌즈홀더에 동축(同軸)으로 연결된 가압샤프트(加壓shaft)를 구비한 가압기구(加壓機構)와,
상기 가압샤프트를 중심축선의 방향으로 안내하는 직선안내기구(直線案內機構)를
갖고 있고,
상기 직선안내기구는,
상기 가압샤프트에 있어서의 상기 중심축선의 방향으로 떨어진 위치 에 배치된 2조의 안내부(案內部)를 구비하고,
상기 안내부의 각각은, 상기 가압샤프트를 둘러싸도록 상기 중심축선을 중심으로 한 등각도 간격의 위치에 배치된 3개의 구름 베어링을 구비하고,
상기 구름 베어링의 각각은, 상기 중심축선에 직교하는 방향을 따라 상기 중심축선으로 향하는 방향으로 예압(豫壓)이 작용한 상태로 상기 가압샤프트의 외주면에 구름 접촉하고 있는
렌즈 연마장치(lens 硏磨裝置).
제1항에 있어서,
상기 렌즈가공접시의 상기 렌즈가공면은 고형숫돌입자면(固形砥石粒子面)인 렌즈 연마장치.
제2항의 렌즈 연마장치를 사용해서 곡률반경(曲率半徑)이 5mm 이하인 소곡률(小曲率)의 렌즈구면의 연마를 실시하는 렌즈 연마방법(lens 硏磨方法)으로서,
상기 중심축선과 상기 렌즈가공접시의 상기 렌즈가공면의 곡률중심이 10 미크론 이하의 정밀도로 일치하도록, 상기 구름 베어링의 각각에 대한 예압력(豫壓力)을 설정하고,
상기 가압기구에 의한, 상기 렌즈가공접시의 상기 렌즈가공면에 대한 상기 피가공렌즈의 가압력의 최저값을 3N으로 설정하는
렌즈 연마방법.