(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズや、レンズをモールディングにより製作する金型における非球面などの形状を研削により加工する研削加工方法において、
設計形状に応じて砥石を移動させながら被加工物の研削面の形状加工を行う第１の研削工程と、
第１の研削工程終了後に砥石の寸法を計測する工程と、
計測した寸法に応じて切り込みを与えて第１の研削工程と逆方向に砥石を移動させて被加工面の研削面の研削加工を行う第２の研削工程と、
を有することを特徴とする研削加工方法。
【請求項２】
レンズや、レンズをモールデイングにより製作する金型における非球面などの形状を研削により加工する研削加工方法において、
設計形状に応じて砥石を移動させながら被加工物の研削面の形状加工を行う第１の研削工程と、
予め、第１の研削工程終了後の砥石の磨耗量に対応した補正値を求めて記憶部に入力しておく工程と、
砥石が被加工物の面頂位置に達した時点で予め入力されている補正値に応じて切り込みを与えて研削加工を行う第２の研削工程と、
を有することを特徴とする研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラやムービーなどの光学系に光学素子として使用される非球面レンズの非球面形状、あるいはこれら非球面レンズをモールデイングなどで成形して製作する際に用いる非球面金型の非球面形状などの研削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非球面形状などの研削加工を行う研削装置としては、数値制御装置を備えたものや倣いカムを用いたものがあり、さらに特開平６−３１６０号公報記載のものが知られている。該特開平６−３１６０号公報記載の非球面研削装置はスピンドルに保持された非球面レンズをディスク型砥石により高精度で加工するために、砥石の磨耗量に応じて砥石を動かすように砥石の磨耗補正制御装置を有している。  図６に非球面研削装置のブロック図を、図７に該装置における形状補正動作の原理図を示す。
【０００３】
図６の装置によると、ディスク型砥石１０１により研削加工された非球面加工後の被加工物１０２をワ−クスピンドル１０３から取り外し、この被加工物１０２の加工面を計測した結果、加工面に形状誤差が生じると、その誤差分を砥石磨耗補正制御装置１０４に入力して演算を行い、磁気軸受コントローラ１０５を介して磁気軸受スピンドル１０６を移動させることでディスク型砥石１０１を動かし、ディスク型砥石１０１の磨耗による加工面の形状誤差を補正するものである。  図７（ａ）、（ｂ）を用いて具体的に動作原理を説明する。
（ａ）は砥石磨耗により形状誤差を生じた状態図、（ｂ）は砥石磨耗の補正方法を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）において１０１ａは設計半径のディスク型砥石、１０１ｂは磨耗したディスク型砥石、１０２は被加工物を示している。
【０００４】
図７（ａ）において、ディスク型砥石１０１ａに磨耗が生じると、設計半径のディスク型砥石１０１ａの描く被加工物１０２の設計非球面１０７ａ（実線）が磨耗したディスク型抵石１０１ｂの描く非球面１０７ｂ（点線）となり、設計半径のディスク型砥石１０１ａの描く設計非球面１０７ａと違うため、形状誤差を生じる。
【０００５】
そこで図７（ｂ）に示すように、ディスク型砥石１０１ａに磨耗が生じた場合には、設計する非球面の法線方向に砥石磨耗補正量△ｈだけ、図６での磁気軸受スピンドル１０６を用いてディスク型砥石１０１を動かすことで、形状誤差の無い設計非球面１０７ａの加工を常に行うことができるようにするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非球面研削加工方法では、図６に示すように被加工物１０２に非球面を研削加工した後、この被加工物１０２の非球面形状を計測した上で、形状の誤差分を砥石磨耗補正制御装置１０４で演算を行う必要がある。さらに演算を行った結果に基づいて、砥石磨耗補正制御装置１０４により磁気軸受スピンドル１０６を磁気軸受コントローラ１０５によって移動させる必要があり、被加工物１０２の研削切り込みを行うようにディスク型砥石を一軸方向にスライドさせる移動軸とは別に、砥石の磨耗量を補正する移動機構（磁気軸受スピンドル１０６）および演算・制御する砥石磨耗補正制御装置１０４と磁気軸受コントローラ１０５が必要となる。
【０００７】
すなわち従来の倣いカムを用いた装置あるいは数値制御装置を備えた非球面形状を加工する装置に対して、砥石の磨耗による形状誤差を補正するための機構を付加する必要があり、装置価格も高くなる不具合がある。
本発明は上記課題に鑑み、従来からの非球面研削装置により、特に砥石の磨耗を補正する機構などを付加させることなく、高い形状精度を得るための研削加工方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１の発明は、レンズや、レンズをモールディングにより製作する金型における非球面などの形状を研削により加工する研削加工方法において、設計形状に応じて砥石を移動させながら被加工物の研削面の形状加工を行う第１の研削工程と、第１の研削工程終了後に砥石の寸法を計測する工程と、計測した寸法に応じて切り込みを与えて第１の研削工程と逆方向に砥石を移動させて被加工面の研削面の研削加工を行う第２の研削工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また請求項２の発明は、レンズや、レンズをモールデイングにより製作する金型における非球面などの形状を研削により加工する研削加工方法において、設計形状に応じて砥石を移動させながら被加工物の研削面の形状加工を行う第１の研削工程と、予め、第１の研削工程終了後の砥石の磨耗量に対応した補正値を求めて記憶部に入力しておく工程と、砥石が被加工物の面頂位置に達した時点で予め入力されている補正値に応じて切り込みを与えて研削加工を行う第２の研削工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の具体的な実施の形態を説明する前に、本発明の概要を説明する。
図１および図２は本発明の研削加工方法の理解を容易にするために、被加工物の加工面を平面形状で示した説明図である。まず図１（ａ）には、被加工物１をディスク型砥石２により、ポイントＡからポイントＢへ移動しながら研削加工する状態を、図１（ｂ）には逆にポイントＢからポイントＡへ移動しながら研削加工する状態を示す。
【００１１】
図１（ａ）において、被加工物１に破線で示す設計形状４を加工するように、ディスク型砥石２をこの砥石の中心軌跡Ｘで示す軌跡Ｘに沿って矢印の研削方向に移動させる。すなわちディスク型砥石２の外径ΦＤを見込んだ位置のポイントＡに砥石の中心を設定し、設計形状４に対して平行に移動することで形状加工を行っていく。この場合、研削開始点であるポイントＡでは、ディスク型砥石２の外径はΦＤであるが、研削加工を進めるに応じて、研削終了点であるポイントＢでは外径ΦＤ’まで磨耗した状態になっている。すなわち磨耗した砥石３は初期のディスク型砥石２よりその外径が小さくなっているため、その差の分だけ設計形状４に対して形状誤差△Ｌ１が生じる。この形状誤差△Ｌ１は、研削加工に伴う砥石の磨耗であるため、△Ｌ１＝（ΦＤ−ΦＤ’）／２で表され、研削加工開始ポイントＡから徐々にその差は大きくなり、研削加工終了点であるポイントＢで最大となる。
【００１２】
ここで磨耗したディスク型砥石３の外径ΦＤ’を計測することで、形状誤差△Ｌ１を算出する。求めた△Ｌ１に基づき、図１（ｂ）に示すようにポイントＢの位置で砥石３に切り込み量△Ｌ１を与える。この状態で、今度は前記図１（ａ）で示した研削方向と逆の矢印の研削方向に磨耗したディスク型砥石３を移動させ、再度被加工物１を研削加工する。すると前述の研削加工と同様に、研削加工に応じてディスク型砥石３は磨耗していくが、図１（ａ）で示した研削加工時に比べて、被加工物１の除去量が研削方向に応じて徐々に減少するため、砥石の磨耗は図１（ａ）とは異なり、徐々に少なくなり、３ａのような形状になる。このため図１（ｂ）に示す再研削加工時に加工された形状６を得ることができ、設計形状４と再研削加工時に加工された形状６との差である形状誤差△Ｌ２は、最初の研削加工で得た形状誤差△Ｌ１よりはるかに小さい値となる。
【００１３】
これは図２（ａ）に示すように、最初の研削加工時は被加工物１の研削面７が設計形状４に対して平行であったのに比べて、最初の研削加工時と逆方向に研削加工を行っていく図２（ｂ）に示すような再研削加工時の再研削面８では、研削方向に応じて徐々に減少するような傾斜をしている。このため砥石が除去すべき被加工物１の除去量が徐々に減少するため、砥石に生じる研削加工の負荷が減少し、磨耗量もこれに応じて徐々に減少する。よって設計形状４との形状誤差△Ｌ２は最初の形状誤差△Ｌ１よりはるかに小さいレベルとなる。
【００１４】
図１では最初の研削工程と逆方向への研削工程とで、ディスク型砥石の回転方向を逆転させているが、これは常に被加工物を砥石の研削力により押さえつけるようにさせるためである。被加工物が充分な力で保持されていれば、砥石の回転方向を逆転させる必要はなくなる。
また、請求項２の研削加工方法では、研削加工中に被加工物をその回転軸線を中心にして回転することを利用するもので、ポイントＢまでの研削加工は前記と同じであるが、ポイントＢの位置で形状誤差△Ｌ１に相当する切り込みを行った後、ポイントＢまでの研削方向と同じ方向にディスク型砥石を移動させて被加工物１の形状６を加工するものである。この加工方法によって設計形状との形状誤差は最初の形状誤差△Ｌ１よりはるかに小さいレベルとなる。
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施の形態を図に基づいて説明する。
（実施の形態１）本発明の研削加工方法に係る実施の形態１を図３および図４（ａ）、（ｂ）に基いて説明する。図３は、ディスク型砥石の外径寸法を測定するための説明図であり、ワークスピンドル１０に保持された被加工物１１の外径は既知（寸法Ｙ1）となっている。ディスク型砥石１２を装着した工具軸受スピンドル１３（スピンドルの装着軸のみを図示し、本体は不図示）を数値制御装置１４により制御するに際し、停止状態のディスク型砥石１２の外周側面を停止状態の被加工物１１の外周面（例えば図３で左側）に当接して該位置でのディスク砥石１２の座標位置を数値制御装置１４に読み込み、次いで砥石１２を被加工物１１の反対側の外周面（図３では右側）に当接して該位置での砥石の座標位置を読み込む。この各位置での砥石１２の座標位置の差（Ｙ2）と前記被加工物１１の外径（Ｙ1）との差（Ｙ2？Ｙ1）により砥石の外径ΦＤ1 を数値制御装置１４の演算部により求めることになっている。また同様に、被加工物１１の回転軸線Ｏの位置まで砥石により加工した際の砥石１６の外径の測定は、工具軸受スピンドル１３の回転を停止しまたワークスピンドル１０の回転を停止して、砥石１６を被加工物１１の一方の外周面に当接し、次いでこの砥石１６を反対側の外周面に当接して、それぞれの当接位置での砥石の座標位置を読み込み、この各位置での座標位置の差（Ｙ3）と被加工物１１の外径（Ｙ1）との差（Ｙ3？Ｙ1）により砥石の外径ΦＤ’を求めることになっている。
【００１６】
さて図４（ａ）、（ｂ）は、ガラスレンズや金型などの被加工物１１の加工面が非球面形状である研削例を半裁にして示すものである。
本実施の形態は非球面形状の研削加工であるため、設計形状２０，加工された形状２１，再研削時に加工された形状２２のいずれも非球面形状を示し、またＯは被加工物１１の光軸と一致する該被加工物１１の回転軸線を示しており、この軸線Ｏを中心として被加工物１１は回転するようにワークスピンドル（図３における１０）に保持されている。
【００１７】
図４（ａ）に示すように、被加工物１１に非球面の設計形状２０を加工するために、ディスク型砥石１２（外径ΦＤ）を回転させながら前記回転軸線Ｏを中心として回転する被加工物１１の設計形状２０に沿って移動させる。このときディスク型砥石１２は、被加工物１１の外周側面１１ａの外周縁部から砥石の中心軌跡Ｘで示す形状に沿って矢印Ｅ1 で示す方向に沿って移動し、砥石１２の中心が被加工物１１の回転軸心に直交するまで、即ち非球面形状の面頂位置２８まで研削加工を行う（なお、図では面頂の手前で示している）。
【００１８】
次に被加工物１１の回転と砥石１２の回転を停止し、磨耗したディスク型砥石１６の外径ΦＤ´を図３にて説明したように計測し、そしてΦＤとΦＤ´との差による形状誤差△Ｌ１に基づき、図４（ｂ）に示すように再び被加工物１１と砥石１２とを回転させながら砥石１６に形状誤差と同じ量の切り込み量△Ｌ１を与える。さらにこの状態で、今度は前記図４（ａ）で示した研削方向と逆の方向Ｅ2 にディスク型砥石１６を移動させ、再度被加工物１１を研削加工する。
【００１９】
すなわち、図４（ａ）でデイスク型砥石１２の外径はΦＤであったが、研削加工を進めるに応じて、非球面形状の面頂位置２８ではΦＤ’まで磨耗した状態になり、磨耗した砥石１６は初期のディスク型砥石１２よりその直径が小さくなっているので、その差の分だけ設計形状２０に対して形状誤差△Ｌ１が生じる。この形状誤差△Ｌ１は、研削加工に伴う砥石の磨耗であるため、△Ｌ１＝（ΦＤ−ΦＤ’）／２で表され、研削加工を開始した時点から徐々にその差は大きくなり、面頂位置２８で最大となる。
【００２０】
これにより第一段階の非球面形状２１が得られるが、この時点では上記したように砥石１６の磨耗に伴う形状誤差△Ｌ１を含む形状となっている。
そこで磨耗した砥石１６の外径ΦＤ’を計測し、その分を切り込みとして再度与え、図４（ａ）で示した研削方向とは逆方向に砥石を移動させ、研削加工を行う。
【００２１】
この研削加工に応じてディスク型砥石１６は同じように磨耗していくが、図４（ａ）で示した研削加工の開始時に比べて、被加工物１１の除去量が研削方向に応じて徐々に減少するため、砥石１７の磨耗速度は最初の研削加工よりも遅くなり、磨耗量は徐々に少なくなる。このため図４（ｂ）に示す再研削加工時に創成された形状２２を得ることができ、設計形状２０と再研削時に創成された形状２２との差である形状誤差△Ｌ２は、最初の研削加工で得た形状誤差△Ｌ１よりはるかに小さい値となる。
【００２２】
本実施の形態１によれば、従来からの数値制御装置を備えた非球面研削装置で、特に新規の機構を付加させることなく、より高い形状精度を得ることができる。  また砥石の外径のみを計測するため、装置から被加工物１１およびディスク型砥石１２あるいは１６のいずれも取り外す必要がないため、砥石と被加工物の位置（座標位置）の狂いが発生せず、より高い精度で研削加工が行える。
【００２３】
（実施の形態２）
本発明の研削加工方法に係る実施の形態２を図５に基いて説明する。
この実施の形態２は、第一段階の被加工物を研削加工した後、被加工物の面頂位置に砥石が達した時点で磨耗した砥石の外径に応じて切り込みを行い、第一段階の研削加工と同じ方向にそのまま研削加工を行う方法である。すなわち実施の形態１では、非球面の面頂位置２８で砥石磨耗量を計測した後、第一段階の研削加工とは逆方向Ｅ2 に砥石１６を移動させて研削加工を行ったが、実施の形態２では、砥石１６の磨耗量をあらかじめ実験データなどで求め、この求めたデータに基く計測値を数値制御装置の記憶部に入力しておくとともに面頂位置２８で所定の切り込みを行いながら最初の研削加工と同方向Ｅ1 にそのまま研削加工を行うものである。
【００２４】
上記において、面頂位置２８は、非球面形状における光軸を中心として回転する回転対称形状を有する被加工物の回転軸線と加工面との頂部における交点のことをいうものである。
図５において、設計形状３０、加工された形状３１、再研削時に加工された形状３２は、それぞれ面頂位置２８の回転軸線Ｏを中心として両方向に非球面形状を成している。
【００２５】
実施の形態２では、前記の如く、被加工物１１の側面１１ａの外周縁部から面頂位置２８まで設計形状３０に沿って研削加工したときの砥石１２の磨耗量をあらかじめ実験などで求め、その計測値をあらかじめ数値制御装置１４の記憶部に入力しておく。
そして図５に示すように、ワークスピンドルに保持された被加工物１１を回転させながらこの被加工物１１の側面１１ａの外周縁部から面頂位置２８まで設計形状３０に沿った砥石の中心軌跡Ｘに沿って砥石１２により研削加工を行い、砥石１６が面頂位置２８に達した瞬間に被加工物１１を回転させた状態で前記記憶部に入力された磨耗量に応じた切り込み△Ｌ１を与えて設計形状３０に一致する面頂位置２９とするとともに、砥石１６をそのまま同じ方向Ｅ1 に進行することにより再研削加工時に加工される形状３２を得る（なお、図では砥石１６を面頂の手前として図示しているが、面頂に一致差せるものである）。
【００２６】
これにより、被加工物１１の面頂位置２８、２９での砥石１６の移動がスムーズになり、非球面形状の変化が連続的になり、面頂位置での変曲点の発生を防ぐことができる。またあらかじめ磨耗量が予測されて入力されているため、面頂位置に砥石が達した時点で補正が行われ研削加工が停止することなく連続するので、より短時間で加工が行える。
【００２７】
実施の形態２では、砥石の磨耗量をあらかじめ実験などで求めた計測値を数値制御装置に入力しておくことで砥石に切り込みを与えたが、実施の形態１のように第一段階の研削加工が終了した時点で砥石の外径の計測を行い、この計測値を数値制御装置に入力してもよい。同様に、実施の形態１においても実施の形態２のように実験など求めておいた計測値を入力しておいて、計測工程を省略しても同様のことが言えることは明らかである。
【００２８】
なお、実施の形態１，２では、被加工物の加工形状を非球面形状として説明したが、非球面形状に限定されるものではなく、球面形状であっても適用できることは明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の研削加工方法によれば、数値制御装置を備えた研削装置により、非球面や球面などの形状が安価でかつ高い形状精度で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の研削加工方法の理解を容易にするための説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の研削加工方法の理解を容易にするための説明図である。
【図３】ディスク型砥石の寸法を測定するための説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１の研削加工方法の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２の研削加工方法の説明図である。
【図６】従来の砥石の磨耗補正制御装置を有する非球面研削装置のブロック図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は従来の砥石の磨耗補正制御装置を有する非球面研削装置の形状補正動作の原理図である。
【符号の説明】
１  被加工物
２  ディスク型砥石
３  磨耗した砥石
４  設計形状
６  再研削加工時に加工された形状
７  研削面
８  再研削面
１０  ワ−クスピンドル
１１  被加工物
１２  ディスク型砥石
１３  工具軸受スピンドル
１４  数値制御装置
１６  磨耗した砥石
２０  設計形状  （非球面）
２１  加工された形状  （非球面）
２２  再研削加工時に加工された形状  （非球面）
【図１】
0003685418.tif 000002
【図２】
0003685418.tif 000003
【図３】
0003685418.tif 000004
【図４】
0003685418.tif 000005
【図５】
0003685418.tif 000006
【図６】
0003685418.tif 000007
【図７】
0003685418.tif 000008