(57)【要約】【課題】小曲率・小径の球面レンズの加工を、固形砥粒の摩耗を抑制した状態で、精度良く行える研磨装置を提供すること。【解決手段】研磨装置１において、レンズホルダ１２に保持された被加工レンズ１１をレンズ加工皿５に押圧するための押圧機構１３の押圧シャフト１６は、直線案内機構１８によって、上軸中心軸線３ａの方向に案内される。直線案内機構１８は２組の案内部３２、３３を備え、各案内部３２、３３は、押圧シャフト１６を取り囲むように、上軸中心軸線３ａを中心とした等角度間隔の位置に配置した３個のボールベアリング４１〜４３を備えている。各ボールベアリング４１〜４３は、上軸中心軸線３ａに直交する方向に沿って当該中心軸線３ａに向かう方向に予圧が作用した状態で、押圧シャフト１６の円形外周面１６ａに転がり接触している。【選択図】図２
2019000957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の曲率のレンズ加工面を備えたレンズ加工皿と、
前記レンズ加工皿を前記レンズ加工面の曲率中心回りに揺動させる揺動機構と、
被加工レンズを保持するレンズホルダと、
前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面に、前記レンズホルダに保持された前記被加工レンズを押圧するために、前記レンズホルダに同軸に連結された押圧シャフトを備えた押圧機構と、
前記押圧シャフトを中心軸線の方向に案内する直線案内機構と
を有しており、
前記直線案内機構は、
前記押圧シャフトにおける前記中心軸線の方向に離れた位置に配置された２組の案内部を備え、
前記案内部のそれぞれは、前記押圧シャフトを取り囲むように、前記中心軸線を中心とした等角度間隔の位置に配置された３個の転がり軸受を備え、
前記転がり軸受のそれぞれは、前記中心軸線に直交する方向に沿って当該中心軸線に向かう方向に予圧が作用した状態で、前記押圧シャフトの外周面に転がり接触している
レンズ研磨装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面は固形砥粒面であるレンズ研磨装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレンズ研磨装置を用いて曲率半径が５ｍｍ以下の小曲率のレンズ球面の研磨を行うレンズ研磨方法であって、
前記中心軸線と、前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面の曲率中心とが、１０ミクロン以下の精度で一致するように、前記転がり軸受のそれぞれに対する予圧力を設定し、
前記押圧機構による、前記レンズ加工皿の前記レンズ加工面に対する前記被加工レンズの押圧力の最低値を３Ｎに設定する
レンズ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズ研磨装置およびレンズ研磨方法に関し、特に、曲率半径が５ｍｍ以下などの小曲率の小径レンズのレンズ球面の加工に適した小曲率・小径レンズ研磨装置およびレンズ研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ研磨装置としては、例えば、レンズ加工皿を、被加工レンズに押圧した状態で球心揺動させて、レンズ球面を研磨する球心揺動式のレンズ球面研磨装置が知られている。このようなレンズ研磨装置では、直線案内機構によって直線案内される押圧機構の押圧シャフトを用いて、被加工レンズを保持したレンズホルダをレンズ加工皿に押圧している。
【０００３】
図３は、レンズ研磨装置における押圧シャフトを直線案内する直線案内機構を示す説明図である。この図に示すように、直線案内機構１００は、円筒状のシャフトホルダ１０１を備え、この内部に、押圧機構の押圧シャフト１０２が同軸状態で貫通している。シャフトホルダ１０１の上下端の内周面には、円筒状のブッシュ１０３、１０４によって形成される滑り軸受が配置されている。押圧シャフト１０２は、滑り軸受によって、中心軸線１０２ａに沿った上下方向に、スライド可能に支持されている。押圧シャフト１０２の下端部には、同軸状態で、レンズホルダ１０５のホルダシャフト１０６が回転可能な状態で取り付けられている。このような滑り機構からなる直線案内機構を備えた下軸球心揺動型研磨機は、例えば、本願出願人によって特許文献１において提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９８９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、携帯用通信端末や車載用カメラなどのレンズとして、益々、小曲率・小径の球面レンズが要求されている。しかしながら、小曲率・小径のレンズの球面加工を精度よく行うことは、以下のような理由により、困難である。
【０００６】
まず、レンズ研磨用の加工皿のレンズ加工面も、被加工レンズに応じて小曲率の面となる。一般的にレンズ研磨に用いられる研磨用ウレタンパッドは、小曲率のレンズ加工面（レンズ研磨面）に貼り付けることが困難であり、適当な研磨工具が無い。
【０００７】
このため、ウレタンパッドを用いずに、固形砥粒などを用いた砥面を備えた加工皿を用いる必要がある。しかし、固定砥粒は摩耗しやすいので、加工時における加工皿に対する被加工レンズの押圧力を小さくし、押圧のロストモーションを減らす必要がある。
【０００８】
しかしながら、従来のレンズ球面研磨装置、例えば、下軸球心揺動型研磨機では、レンズホルダを押圧するための押圧シャフトの直線案内に、滑り機構を用いている。滑り機構は摺動抵抗が大きく、ロストモーションが大きいので、被加工レンズを、小さな押圧力で、固形砥粒のレンズ加工面に対して、適切な状態で押圧することが困難である。
【０００９】
また、小曲率のレンズ加工においては、小さな曲率に比例させて、機械精度を上げなければならない。しかし、滑り軸受、例えば、メタルブッシュを用いた押圧シャフトの直線案内用の滑り機構では、機構上、押圧シャフトとメタルブッシュの滑り接触部分に、適度なクリアランスが必要である。このクリアランスの分、滑り接触部分にはガタが生じる。このため、加工皿の球心揺動中心に、レンズホルダの中心軸線、すなわち、滑り機構によって直線案内される押圧シャフトの中心軸線を合致させるための精度を、１０ミクロン以下の高精度に維持することが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、小曲率・小径の球面レンズの加工を、固形砥粒の摩耗を抑制した状態で、精度良く行えるレンズ研磨装置およびレンズ研磨方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の小曲率・小径レンズの加工に適したレンズ研磨装置は、
所定の曲率のレンズ加工面を備えたレンズ加工皿と、
前記レンズ加工皿を前記レンズ加工面の曲率中心回りに揺動させる揺動機構と、
被加工レンズを保持するレンズホルダと、
前記加工皿の前記レンズ加工面に、前記レンズホルダに保持された前記被加工レンズを押圧するために、前記レンズホルダに同軸に連結された押圧シャフトを備えた押圧機構と、
前記押圧シャフトを、その中心軸線の方向に案内する直線案内機構と
を有しており、
前記直線案内機構は、
前記押圧シャフトにおける前記中心軸線の方向に離れた位置に配置された２組の案内部を備え、
前記案内部のそれぞれは、前記押圧シャフトを取り囲むように、前記中心軸線を中心とした等角度間隔の位置に配置された３個の転がり軸受を備え、
前記転がり軸受のそれぞれは、前記中心軸線に直交する方向に沿って当該中心軸線に向かう方向に予圧が作用した状態で、前記押圧シャフトの外周面に転がり接触している。
【００１２】
本発明のレンズ研磨装置では、押圧シャフトを、中心軸線の方向に離れた２か所の位置において、３個の転がり軸受によって、外周側から、転がり接触状態で支持している。滑り接触状態で押圧シャフトを直線案内する場合に比べて、押圧シャフトを押圧する際の摺動抵抗を低減でき、ロストモーションを小さくできる。被加工レンズに対するレンズ加工皿の押圧力を小さくできる。例えば、最低押圧力を３Ｎまで低減できる。この結果、固形砥粒を用いたレンズ加工皿による研磨加工時において、固形砥粒の余分な摩耗を容易に抑えることができる。
【００１３】
また、本発明では、転がり軸受と押圧シャフトとの間の転がり接触部分に隙間が生じないように、各転がり軸受に予圧が与えられている。押圧シャフトと、これを直線案内する各転がり軸受との間に隙間ができない。押圧シャフトの中心軸線を精度良く、レンズ加工皿の揺動中心を通る位置に保持できる。よって、被加工レンズを保持したレンズホルダの中心軸線と、加工皿の揺動中心とを合致させるための精度を、１０ミクロン以下の高精度に維持できる。
【００１４】
上記構成のレンズ研磨装置を用いて、曲率半径が５ｍｍ以下の小曲率のレンズ球面を研磨するために、本発明のレンズ研磨方法では、
押圧シャフト（レンズホルダ）の中心軸線と、レンズ加工皿のレンズ加工面の曲率中心とが、１０ミクロン以下の精度で一致するように、転がり軸受のそれぞれに対する予圧力を設定し、
押圧機構による、レンズ加工皿のレンズ加工面に対する加工レンズの押圧力の最低値を３Ｎに設定している。
【００１５】
本発明のレンズ研磨装置およびレンズ研磨方法によれば、携帯電話などの携帯用通信端末、車載用カメラ等に搭載される曲率半径が５ｍｍ以下の小曲率で小径のレンズの球面研磨を、固形砥粒の摩耗を抑制した状態で、精度良く行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した小曲率・小径レンズの加工に適した下軸球心揺動型研磨装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の直線案内機構、およびその案内部を示す説明図である。
【図３】従来の押圧シャフトの直線案内機構を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した小曲率・小径レンズの加工に適したレンズ研磨装置の実施の形態を説明する。以下に述べるレンズ研磨装置は下軸球心揺動型研磨装置に関するものであるが、本発明は、下軸球心揺動型研磨装置に限定されるものではない。
【００１８】
図１は本実施の形態に係る下軸球心揺動型研磨装置を示す概略構成図である。下軸球心揺動型研磨装置１（以下、単に「研磨装置１」と呼ぶ。）は、下軸ユニット２と、上軸ユニット３と、各部の駆動制御を司る制御盤４とを有している。
【００１９】
下軸ユニット２は、レンズ加工皿５と、スピンドル６と、スピンドルケース７と、球心揺動機構８とを備えている。レンズ加工皿５は、所定の曲率のレンズ加工面５ａを備えている。レンズ加工面５ａが上向きとなるように、レンズ加工皿５はスピンドル６の上端部に同軸に固定されている。スピンドル６はスピンドルケース７によって回転自在の状態に支持されている。本例のレンズ加工皿５のレンズ加工面５ａは、例えば、固形砥粒から形成した砥面となっている。
【００２０】
スピンドルケース７内に配置した不図示のスピンドルモータによって、スピンドル６、したがって、レンズ加工皿５は、レンズ加工面５ａの中心を通る下軸中心軸線２ａ回りに回転駆動される。スピンドルケース７は球心揺動機構８によって支持されている。球心揺動機構８によって、レンズ加工皿５は、下軸中心軸線２ａ上に位置するレンズ加工面５ａの曲率中心を揺動中心Ｏとして、球心揺動運動を行う。
【００２１】
上軸ユニット３は、被加工レンズ１１を保持するレンズホルダ１２と、レンズホルダ１２を押圧する押圧機構１３と、レンズホルダ１２を昇降させるための昇降ステージ１４とを備えている。レンズホルダ１２は、下端に被加工レンズ１１の被加工レンズ面１１ａを下向き状態で保持するレンズ保持面１２ａを備えている。レンズホルダ１２の上端面の中心からは上方にホルダシャフト１２ｂが同軸に延びている。レンズホルダ１２の中心軸線が上軸中心軸線３ａである。
【００２２】
押圧機構１３は、押圧シャフト１６と、押圧シャフト１６に押圧力を加える押圧部１７とを備えている。押圧シャフト１６は、直線案内機構１８によって直線案内される。すなわち、押圧シャフト１６は、その中心軸線が上軸中心軸線３ａに一致するように、垂直に支持され、上軸中心軸線３ａの方向に直線案内される。押圧シャフト１６の下端部には、レンズホルダ１２のホルダシャフト１２ｂが、同軸状態かつ回転自在の状態に連結されている。押圧部１７は、押圧シャフト１６を、上軸中心軸線３ａの方向に沿って下方に押圧するための押圧バネ１９と、押圧バネ１９による押圧力を調整するための加圧ノブ２０とを備えている。押圧バネ１９の代わりに、押圧用のエアシリンダを用いることもできる。
【００２３】
押圧機構１３および直線案内機構１８は、支持ブラケット２１を介して、昇降ステージ１４によって支持されている。昇降ステージ１４は、固定設置されたステージフレーム２２に取り付けた垂直ステージガイド２３に沿って昇降可能である。昇降ステージ１４の昇降は、ステージフレーム２２に取り付けた昇降用のエアシリンダ２４によって行われる。昇降用の駆動源としてサーボモータを用いることもできる。
【００２４】
図２は直線案内機構１８を示し、図２（ａ）は一部を切断して内部構造が分かる状態で示す説明図であり、図２（ｂ）は、その上側の案内部を示す説明図である。
【００２５】
直線案内機構１８は、円筒状のシャフトホルダ３１を備え、このシャフトホルダ３１の中空部には、押圧シャフト１６が同軸状態に貫通して延びている。また、直線案内機構１８は、押圧シャフト１６を上下方向に直線案内するために、シャフトホルダ３１の上下の端部に取り付けた２組の案内部３２、３３を備えている。上下の案内部３２、３３は同一構成であるので、上側の案内部３２のみを説明する。図２においては、案内部３２における各部に付した符号を、下側の案内部３３における対応する部位に付してある。なお、案内部３３における各部の説明は省略する。
【００２６】
シャフトホルダ３１は本例では円形断面のホルダであり、案内部３２は、シャフトホルダ３１を取り囲むように配置された３個の転がり軸受、本例では、ボールベアリング４１、４２、４３を備えている。ボールベアリング４１〜４３は、上軸中心軸線３ａを中心として、等角度間隔（１２０°間隔）の位置に配置されている。ボールベアリングの代わりに、ローラベアリング等の転がり軸受を用いることもできる。
【００２７】
シャフトホルダ３１の上端部には、上下に一定の間隔で、円環状のベアリング取付フランジ４４、４５が形成されている。ベアリング取付フランジ４４、４５の間には、上軸中心軸線３ａを中心として等角度間隔に配置した３対の支持板５１〜５３が形成されている。支持板５１〜５３には、それぞれ、ベアリング支軸６１〜６３が固定されている。ベアリング支軸６１〜６３は、それら支軸中心線が、上軸中心軸線３ａに直交する直交面上に位置し、かつ、上軸中心軸線３ａを中心とする半径方向に直交する方向に延びるように、支持板５１〜５３のそれぞれに取り付けてある。
【００２８】
各ベアリング支軸６１〜６３には、ボールベアリング４１〜４３の内輪が同軸に固定されている。各ボールベアリング４１〜４３の外輪４１ｂ〜４３ｂの円形外周面は、押圧シャフト１６の円形外周面１６ａに対して転がり接触している。本例では、各ボールベアリング４１〜４３の円形外周面が丁度、押圧シャフト１６の円形外周面１６ａに接触した状態が形成される位置よりも、僅かに、中心側に変位させた位置に、各ボールベアリング４１〜４３を配置してある。
【００２９】
これにより、押圧シャフト１６の円形外周面１６ａに対して、各ボールベアリング４１〜４３が所定の予圧が作用した状態で転がり接触する。すなわち、各ボールベアリング４１〜４３の構成部品である内輪、外輪４１ｂ〜４３ｂ、ボールの間のガタが除去された状態が形成され、押圧シャフト１６が横方向にガタ付くことなく上下に直線案内される。よって、上軸中心軸線３ａ上に、下軸ユニット２の側の揺動中心が位置する状態を精度良く維持できる。
【００３０】
この構成の研磨装置１においては、最初に、上軸ユニット３におけるレンズホルダ１２のレンズ保持面１２ａに、真空吸着等の手段により、被加工レンズ１１を保持させる。次に、エアシリンダ２４を動作させて昇降ステージ１４を下降させて、被加工レンズ１１の被加工レンズ面１１ａを、下軸ユニット２のレンズ加工皿５のレンズ加工面５ａに押圧する。加圧ノブ２０を調整することで、加圧ノブ２０と押圧シャフト１６の上端との間に圧縮状態で装着されている押圧バネ１９による押圧力を調整できる。レンズ加工皿５のレンズ加工面５ａ（研磨面）に被加工レンズ１１を押圧した状態で、レンズ加工皿５を回転させると共に球心揺動させて、被加工レンズ１１の加工を行う。
【００３１】
本発明者等は、研磨装置１に固形砥粒を用いたレンズ加工皿５を用いて、曲率半径が５ｍｍ以下の小曲率で小径のレンズの球面研磨を行った。レンズ加工皿５への被加工レンズ１１の最低押圧力を３Ｎにできることが確認された。また、上軸中心軸線３ａ（押圧シャフトの中心軸線）と下軸ユニット２の揺動中心Ｏとを、１０ミクロン以下の精度で、一致した状態に維持できることが確認された。レンズ加工皿５の固形砥粒の摩耗を抑制でき、小曲率・小径レンズの球面研磨を容易に行えることが確認された。
【符号の説明】
【００３２】
１      研磨装置（下軸球心揺動型研磨装置）
２      下軸ユニット
２ａ    下軸中心軸線
３      上軸ユニット
３ａ    上軸中心軸線
４      制御盤
５      レンズ加工皿
５ａ    レンズ加工面
６      スピンドル
７      スピンドルケース
８      球心揺動機構
１１    被加工レンズ
１１ａ  被加工レンズ面
１２    レンズホルダ
１２ａ  レンズ保持面
１２ｂ  ホルダシャフト
１３    押圧機構
１４    昇降ステージ
１６    押圧シャフト
１６ａ  円形外周面
１７    押圧部
１８    直線案内機構
１９    押圧バネ
２０    加圧ノブ
２１    支持ブラケット
２２    ステージフレーム
２３    垂直ステージガイド
２４    エアシリンダ
３１    シャフトホルダ
３２    案内部
３３    案内部
４１    ボールベアリング
４１ｂ  外輪
４２    ボールベアリング
４２ｂ  外輪
４３    ボールベアリング
４３ｂ  外輪
４４    ベアリング取付フランジ
４５    ベアリング取付フランジ
５１    支持板
５２    支持板
５３    支持板
６１    ベアリング支軸
６２    ベアリング支軸
６３    ベアリング支軸
Ｏ      揺動中心
【図１】
2019000957.tif 000003
【図２】
2019000957.tif 000004
【図３】
2019000957.tif 000005