(57)【要約】【課題】精研削を単一工程にすることができるように粗研削を行い、球面レンズの研削加工の時間短縮化、工程管理の合理化を達成すること。【解決手段】レンズ球面を創成する粗研削を次の条件(１)〜(３)で行う。（１）球心揺動型研削盤を用いて前記レンズ素材の粗研削を行う。（２）粗研削工具皿として、＃300〜＃600(平均粒度60μｍ〜30μｍ)、集中度50以上のダイヤモンド工具を用いる。（３）当該粗研削工具皿の回転数を2500ｒｐｍ〜3500ｒｐｍとする。  これにより、次の精研削工程での取しろが約20μｍ以下で済むように、粗研削加工の表面粗さ、球面精度を改善でき、精研削が単一の研削工程で済み、研削加工時間の短縮、工程管理の合理化を達成できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象のレンズ素材を粗研削工具皿を用いて研削してレンズ球面を粗く創成する粗研削工程と、創成されたレンズ球面を前記粗研削工具皿よりも細かな番手のダイヤモンド工具を用いて精研削する精研削工程と、精研削後のレンズ球面を研磨する研磨工程を含む光学球面レンズの研削加工方法において、次の条件(１)〜(３)により前記粗研削工程を行うことを特徴とする光学球面レンズの研削加工方法。
(１)球心揺動型研削盤を用いて前記レンズ素材の粗研削を行い、
当該球心揺動研削盤として、研削面が球面となっている前記粗研削工具皿を、前記球面の球心を通る回転中心線を中心に回転させると共に、当該回転中心線が前記球心を頂点とする円錐面を描くように、球心揺動させ、前記レンズ素材を、前記粗研削工具皿と同一方向に同一速度で回転させ、回転および球心揺動している前記粗研削工具皿の研削面に対して前記粗研削工具皿の球心を通る方向に押し付け、この状態で当該レンズ素材を同一方向に送り出しながら、当該レンズ素材に球面研削加工を施し、前記粗研削工具皿を球心揺動体によって回転自在の状態で支持し、この球心揺動体の外周面を球面とし、この外周面を、前記粗研削工具皿の研削面の球心を中心とする球面形状の支持面に乗せ、これら外周面と支持面の間に圧縮空気を供給して前記球心揺動体を浮上させ、浮上状態を維持しながら前記球心揺動体を球心揺動させる構成のものを用いる。
(２)前記粗研削工具皿として、＃300〜＃600（平均粒度60μｍ〜30μｍ）、集中度50以上のダイヤモンド工具を用いる。
(３)当該粗研削工具皿の回転数を2500ｒｐｍ〜3500ｒｐｍとする。
【請求項２】
請求項１において、
粗研削工程における球面精度（Δｈ）を、研磨工程の球面精度に対して、−0.003mm以内となるように維持することを特徴とする光学球面レンズの研削加工方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記精研削工程での取しろを片面当り20μｍ以下とし、
当該精研削工程を単一研削工程としたことを特徴とする光学球面レンズの研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどに使用される光学球面レンズを研削加工するレンズ研削加工方法に関し、更に詳しくは、精研削工程を単一の研削工程とすることにより、加工時間を短縮でき、工程管理を簡単に行えるようにした研削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学球面レンズの研削方法としては、カップ型砥石による球面創成方法が広く知られている。例えば、粗研削工程、精研削工程および研磨工程の三工程を経てレンズ球面を加工している。非特許文献１に記載されているように、各工程の必要取しろは、粗研削では0.5〜２mm、精研削では30〜50μｍ、研磨では10〜20μｍとされている。また、表面粗さＲｍａｘは、粗研削では６〜10μｍ、精研削では0.5〜４μｍ、研磨では0.01〜0.02μｍとされている。表１には各工程の取しろ、砥粒および表面粗さの一般的な範囲を示してある。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
ここで、必要取しろの算出基準は前工程の最大表面粗さの４倍にＲ値誤差を加えた値とされており、前工程の表面粗さで当該工程の必要取しろが決められる。また、各工程における加工時間の配分に応じて最適なダイヤモンド工具の粒径が選択される。特に、最初の研削工程である粗研削工程での表面粗さが基準となって、その後の工程の加工時間配分、ダイヤモンド工具の粒径が決められる。これに基づけば、精研削工程の取しろは安全を見て50μｍとするのが望ましく、また、表面粗さは0.5μｍとするのが望ましい。
【０００５】
表面粗さを小さくするためにはダイヤモンド工具の粒径を小さくする必要があるが、粒径を小さくすると、加工時間が当然に長くなってしまう。そこで、従来においては、精研削工程における表面粗さ、取しろ、および、加工時間を考慮して、精研削工程を二工程としている。一工程目では、ダイヤモンド工具としてメタルボンド砥石を用いて40μｍの取しろの研削を行い、二工程目では、ダイヤモンド工具としてより小さな粒径のレジンボンド砥石を用いて残りの10μｍの取しろの研削を行い、これによって、取しろが50μｍで表面粗さが0.5μｍの精研削を実現している。
【０００６】
球面レンズの研削加工において、精研削工程における表面粗さを犠牲にすれば、単一の工程で精研削を行うことができ、加工時間も短くできる。しかしながら、上記のように、前工程での表面粗さが基準となって次の工程の取しろが決まるので、この場合には、次の工程である研磨工程での取しろが多くなり、研磨加工時間が大幅に長くなってしまう。よって、全体としての加工時間の短縮化を達成できない。
【０００７】
なお、特許文献１には、粗研削工程と精研削工程とを単一の工程とすることにより、球面レンズの研削加工時間を短縮し、加工装置も粗研削および精研削用のものと、研磨用のものの２種類で済むようにした加工方法が開示されている。ここに開示の方法では、粗研削工程と精研削工程を単一工程で行うために、砥石の回転数を5000〜10000ｒｐｍに引き上げるようにしている。
【０００８】
当該特許文献１に開示の方法を採用する場合には、粗研削および精研削を単一の加工装置で行うことができるので、加工時間を短縮でき、工程管理も簡単になる。しかしながら、砥石の回転数を一般的な球面レンズ加工において採用されている2000〜3000ｒｐｍの倍以上の回転数にする必要がある。また、当該特許文献１に開示されているように、得られる表面粗さは２μｍ程度であり、0.5μｍ程度の表面粗さを得ることが不可能であり、次工程である研磨工程での取しろを多くする必要がある。
【非特許文献１】光学素子加工技術’９１，社団法人日本オプトメカトリニクス協会，１９９１年９月５日発行，１−２光学素子の加工工程，１−４研削・研磨
【特許文献１】実用新案登録第２６０００６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
球面レンズの研削加工を、粗研削、精研削、および研磨の三工程で行うことを前提とした場合、当該研削加工の時間短縮化および工程管理の合理化を図るためには、粗研削における表面粗さを小さくして、精研削を単一工程で行うことができるように精研削の取しろを少なくすることが望ましい。
【００１０】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、精研削を単一工程にすることができるように粗研削を行い、これによって、球面レンズの研削加工の時間短縮化、および工程管理の合理化を達成できるようにした球面レンズの研削加工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】
上記の課題を解決するために、本発明は、加工対象のレンズ素材を粗研削工具皿を用いて研削してレンズ球面を粗く創成する粗研削工程と、創成されたレンズ球面を前記粗研削工具皿よりも細かな番手のダイヤモンド工具を用いて精研削する精研削工程と、精研削後のレンズ球面を研磨する研磨工程を含む光学球面レンズの研削加工方法において、前記粗研削工程を次の条件(１)〜(３)により行うことを特徴としている。
【００１２】
(１)球心揺動型研削盤を用いて前記レンズ素材の粗研削を行い、
当該球心揺動研削盤として、研削面が球面となっている前記粗研削工具皿を、前記球面の球心を通る回転中心線を中心に回転させると共に、当該回転中心線が前記球心を頂点とする円錐面を描くように、球心揺動させ、前記レンズ素材を、前記粗研削工具皿と同一方向に同一速度で回転させ、回転および球心揺動している前記粗研削工具皿の研削面に対して前記粗研削工具皿の球心を通る方向に押し付け、この状態で当該レンズ素材を同一方向に送り出しながら、当該レンズ素材に球面研削加工を施し、前記粗研削工具皿を球心揺動体によって回転自在の状態で支持し、この球心揺動体の外周面を球面とし、この外周面を、前記粗研削工具皿の研削面の球心を中心とする球面形状の支持面に乗せ、これら外周面と支持面の間に圧縮空気を供給して前記球心揺動体を浮上させ、浮上状態を維持しながら前記球心揺動体を球心揺動させる構成のものを用いる。
(２)前記粗研削工具皿として、＃300〜＃600(平均粒度60μｍ〜30μｍ)、集中度50以上のダイヤモンド工具を用いる。
(３)当該粗研削工具皿の回転数を2500ｒｐｍ〜3500ｒｐｍとする。
【００１３】
本発明の光学球面レンズの研削加工方法によれば、粗研削工程における球面精度(Δｈ)を、研磨工程の球面精度に対して、−0.003mm以内となるように維持することができ、精研削工程での取しろを片面当り20μｍ以下とすることができる。この結果、当該精研削工程を単一研削工程とすることができる。これにより、加工時間の短縮化、工程管理の合理化を達成できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学球面レンズの研削加工方法では、精研削工程における取しろが約20μｍ以下で済むように、粗研削加工の表面粗さを改善できる。よって、本発明によれば、精研削を単一工程で行うことができるので、全体としての研削加工時間を短縮でき、また、工程管理を合理化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した光学球面レンズの研削加工方法を説明する。
【００１６】
図１は本例の光学球面レンズの研削加工方法を示す工程図である。この図に示すように、本例の研削加工方法は、粗研削工程ＳＴ１、精研削工程ＳＴ２、および研磨工程ＳＴ３の三工程からなる。粗研削工程(ＣＧ工程)ＳＴ１は、加工対象のレンズ素材を、ダイヤモンド工具(粗研削工具皿)を用いて研削してレンズ球面を粗く創成する工程である。精研削工程ＳＴ２は、創成されたレンズ球面を粗研削工具皿よりも細かな番手のダイヤモンド工具を用いて精研削する工程であり、単一の研削工程とされている。使用する研削加工機は球心揺動型に限らず一般的なカップ型砥石を用いたものを用いることができる。また、ダイヤモンド工具としてはレジンボンド砥石を用いればよい。次に、研磨工程ＳＴ３は精研削後のレンズ球面を研磨する工程である。この工程では、例えばウレタンシートにより、酸化セリウムなどを入れた研磨液を用いて球面の研磨を行う。
【００１７】
(粗研削工程)
本例の粗研削工程ＳＴ１では次の条件(１)〜(３)によりレンズ素材に球面を創成している。
(１)球心揺動型研削盤を用いてレンズ素材の粗研削を行い、球心揺動研削装置として図２に示す構成のものを採用している。
(２)粗研削工具皿として、＃300〜＃600(平均粒度60μｍ〜30μｍ)、集中度50以上のダイヤモンド工具を用いる。
(３)粗研削工具皿の回転数を2500ｒｐｍ〜3500ｒｐｍ、例えば3000ｒｐｍとする。
【００１８】
(球心揺動型研削盤)
本例の球心揺動型研削盤１の概略構成および動作は次のようになっている。研削面が球面となっている粗研削工具皿を、その球面の球心を通る回転中心線を中心に回転させると共に、当該回転中心線が球心を頂点とする円錐面を描くように、球心揺動させる。レンズ素材を粗研削工具皿と同一方向に同一速度で回転させ、回転および球心揺動している粗研削工具皿の研削面に対して粗研削工具皿の球心を通る方向に押し付け、この状態で当該レンズ素材を同一方向に送り出しながら、当該レンズ素材に球面研削加工を施す。ここで、粗研削工具皿を球心揺動体によって回転自在の状態で支持し、この球心揺動体の外周面を球面とし、この外周面を、粗研削工具皿の研削面の球心を中心とする球面形状の支持面に乗せ、これら外周面と支持面の間に圧縮空気を供給して前記球心揺動体を浮上させ、浮上状態を維持しながら前記球心揺動体を球心揺動させるようになっている。
【００１９】
図２を参照して詳細に説明すると、本例の球心揺動型研削盤１は、加工対象のレンズ素材Ｗを保持するためのレンズホルダ３と、レンズホルダ３に保持されているレンズ素材Ｗを研削加工する球面研削面４ａを備えた工具皿４を有している。
【００２０】
レンズホルダ３はその保持面３ａが下向きとなるように水平に保持された状態で、垂直なレンズスピンドル５の下端に固定されている。レンズスピンドル５の中心にはその軸線方向に延びる吸引通路５ａが形成されており、その下端がレンズホルダ３の保持面３ａの中心に開口しており、その上端が回転継ぎ手６およびエアフィルタ７を経由して真空発生器８の吸引側に連通している。真空発生器８によって吸引通路５ａを真空吸引することにより、レンズホルダ３の保持面３ａにレンズ素材Ｗが吸着保持される。
【００２１】
レンズスピンドル５は、上端が封鎖されている円筒状の垂直保持筒９の内部に同軸状態に配置され、上下一対の軸受１０、１１を介して回転自在の状態で当該垂直保持筒９によって支持されている。また、レンズスピンドル５は、レンズ軸回転用電動機１２によって、その垂直中心線であるレンズ回転中心線５Ａを中心に回転駆動されるようになっている。垂直保持筒９の上端にはエアシリンダ１３が連結されており、このエアシリンダ１３は、上端が封鎖されている支持円筒１４の内部に固定されている。エアシリンダ１３によって垂直保持筒９が下方に所定の力で押圧されるようになっている。
【００２２】
レンズスピンドル５は、ワーク送り機構２０によって昇降されるようになっている。ワーク送り機構２０は、水平アーム２１を備えており、この水平アーム２１の先端に取り付けた垂直円筒部２２に、同軸状態で垂直保持筒９が挿入され、支持円筒１４は水平アーム２１に上面に固定されている。水平アーム２１は送りねじ２３、ナット２４およびサーボモータ２５を備えた昇降機構によって、垂直リニアガイド２６に沿って昇降される。
【００２３】
ここで、エアシリンダ１３を介してレンズスピンドル５を支持している支持円筒１４には、その内側に装着されている垂直保持筒９の上端９ａを検出するための近接センサ２７が取り付けられている。通常は、この近接センサ２７はオフ状態にあり、垂直保持筒９が支持円筒１４に対して相対的に上昇すると、その上端９ａが近接センサ２７によって検出され、当該センサ出力がオンに切り替わる。
【００２４】
次に、レンズホルダ３の下方に配置されている工具皿４は、その球面研削面４ａの球心Ｏがレンズホルダ３側のレンズ回転中心線５Ａの延長上に位置するように配置されている。この工具皿４の背面にはスピンドル４ｂが一体形成されており、このスピンドル４ｂは、球心揺動体３１によって回転自在の状態で支持されている。ここで、工具皿４の回転中心線４Ａが、球心Ｏにおいて、垂直に延びるレンズ回転中心線５Ａに対して鋭角θで交差するように、スピンドル４ｂが球心揺動体３１によって支持されている。
【００２５】
球心揺動体３１は、半球状のカップ部分３１ａと、このカップ部分３１ａの底中心の外周面部分から半径方向の外方に突出している円筒部分３１ｂを備えており、円筒部分３１ｂに同軸状態でスピンドル４ｂが回転自在の状態で取り付けられている。また、円筒部分３１ｂの下端部からは横方にフランジ３１ｃが延びており、ここに、スピンドル駆動用の電動機３２が搭載されている。
【００２６】
球心揺動体３１のカップ部分３１ａは、支持板３３に形成された円環状内周面３３ａによって球心揺動可能な状態で支持されている。円環状内周面３３ａは、球心Ｏを球心とする球面であり、この円環状内周面３３ａに載せた外周面３１ｄが球面のカップ部分３１ａは、球心Ｏを中心として揺動可能である。本例では、円環状内周面３３ａには圧縮空気吹き出し孔あるいは溝３３ｂが形成されており、ここに、圧縮空気供給路３３ｃを介して圧縮空気が供給されるようになっている。したがって、カップ部分３１ａは、円環状内周面３３ａから浮き上がった状態に保持される。よって、球心揺動体３１を、球心Ｏを中心として円滑に揺動させることができる。
【００２７】
球心揺動体３１の下端はリンク継ぎ手３４および揺動幅調整ユニット３５を介して、電動機３６の出力軸に連結されている。球心揺動体３１とリンク継ぎ手３４の連結点３４ａは工具皿回転中心線４Ａの延長線上に位置しており、電動機３６の回転中心線３６Ａは常に球心Ｏを向く状態に保持されている。揺動幅調整ユニット３５の調整つまみ３５ａを操作すると、連結点３４ａと電動機３６の回転中心線３６Ａの間隔が変化する。よって、球心揺動体３１の揺動運動の揺動幅を調整することができる。
【００２８】
次に、電動機３６は、揺動角調整ユニット３７によって支持されている。揺動角調整ユニット３７は、固定した位置に配置された弓形のカム３８を備えており、このカム３８は球心Ｏを中心とする円弧形状をしている。このカム３８に沿って摺動可能な状態で、支持部材３９が取り付けられており、ここに、電動機３６が取り付けられている。支持部材３９にはナット４０が固定されており、ナット４０には送りねじ４１がねじ込まれている。送りねじ４１の端部はハンドル４２に連結されている。
【００２９】
ハンドル４２を回すと支持部材３９がカム３８に沿って移動する。すなわち、球心揺動体３１によって支持されている工具皿スピンドル４ｂが球心Ｏを中心として所定量だけ揺動する。よって、揺動角調整ユニット３７により、垂直なレンズ回転中心線５Ａに対する工具皿４の回転中心線４Ａのなす角度θ、すなわち、揺動中心線の角度を変更することができる。
【００３０】
ここで、各部分の駆動制御は数値制御用のコントローラ５０によって行われる。また、コントローラ５０には入力装置５１が接続されている。入力装置５１を介して、手動操作により、レンズ素材を送り出す動作を行うことができ、また、切削量の設定などを行うことが可能となっている。
【００３１】
図３を参照して、この構成の球心揺動型研削盤１を用いてレンズ素材Ｗにレンズ球面を創成する粗研削動作を説明する。
【００３２】
まず、工具皿４としては、＃300〜＃600、たとえば＃400で、集中度が50以上のダイヤモンドペレットを、目標とする球面形状に合致するように加工したものを用意し、これを工具皿スピンドル４ｂに取り付ける。このとき、工具皿４の球面研削面の中心が当該工具皿４の回転中心線上に位置し、かつ、球心揺動体３１の揺動中心と一致するように調整する。次に、レンズ素材Ｗを、工具皿４に接触しない位置においてレンズホルダ３に吸着保持させる。次に、手動操作によって、サーボモータ２５を駆動して、工具皿４に向けてレンズ素材Ｗをジョグ(ＪＯＧ)送りする。レンズ素材Ｗが工具皿４に接すると、レンズスピンドル５の下降が止まる。この後は、ジョグ送りによって水平アーム２１(ワーク送りテーブル)のみが下降する。この結果、レンズスピンドル５および、これを回転自在に支持している垂直保持筒９が水平アーム２１に対して相対的に上昇して、近接センサ２７が垂直保持筒９の上端９ａを検出してオンに切り替わる。
【００３３】
近接センサ２７がオンに切り替わったことを確認した後は、一旦、ジョグ送りを中止する。この後は、サーボモータ２５の送り速度を超低速にして、水平アーム２１を上昇させる。水平アーム２１が上昇すると、停止しているレンズスピンドル５および垂直保持筒９が相対的に近接センサ２７に対して下降する。この結果、垂直保持筒の上端９ａが近接センサ２７の検出位置から外れて、近接センサ２７が再びオフに戻る。このオフに切り替わった瞬間の位置を、コントローラ５０は加工開始位置として記憶する。
【００３４】
コントローラ５０は、この加工開始位置から加工代を加算して加工完了位置を設定する。また、加工開始位置に第１切削量の分を加算して、速度変更点を設定する。このように各点を設定した後に、加工開始指令が入力されると、工具皿４およびレンズホルダ３に吸着固定したレンズ素材Ｗの回転を開始する。また、球心揺動体３１の揺動運動を開始する。
【００３５】
本例では、工具皿４とレンズ素材Ｗを同一方向に向けて、3000ｒｐｍの同一速度で回転させる。この後は、早送りで加工開始位置までレンズ素材Ｗを送り出す。
【００３６】
加工開始位置に到達した後は、速度を第１切削速度に切り替え、この速度でレンズ素材Ｗを送り出しながら研削を行う。図３(ａ)は研削開始時の状態を示してある。
【００３７】
レンズ素材Ｗが第１切削量だけ切削され、第１切削位置に到達した後、すなわち、図３(ｂ)に示すような切削状態に達した後は、球心揺動体３１の揺動を開始し、第１切削速度よりも遅い仕上げ速度でレンズ素材Ｗを送り出しながら切削を行う。この結果、レンズ素材Ｗが研削されて、図３(ｃ)に示すように球状レンズ面Ｗａが形成される。
【００３８】
加工完了位置に到達したことが確認されると、球心揺動体３１による揺動を停止した後、水平アーム２１を上端位置まで上昇させる。しかる後に、工具皿４およびレンズ素材Ｗの回転を止める。
【００３９】
本例の粗研削工程ＳＴ１によれば、粗研削工程における研削精度を高めることができ、当該粗研削工程における球面精度(Δｈ)を、研磨工程の球面精度に対して、−0.003mm以内となるように維持することができる。この結果、次の精研削工程ＳＴ２での取しろが片面当り20μｍ以下で済む。このため、当該精研削工程ＳＴ２では、レジンボンド砥石を用いた単一研削工程とすることができる。これにより、加工時間の短縮化、工程管理の合理化を達成できる。
【実施例】
【００４０】
表２は本発明を適用して球面レンズを研削加工した場合の条件および結果の一例を示す表である。本例では粗研削工程における取しろを１mmとした。粗研削工程の表面粗さ(Ｒｍａｘ)および球面精度(Δｈ)を改善でき、次の精研削工程での取しろが15μｍでよいことが確認された。また、この結果、精研削工程を一回の研削工程のみとすることができ、加工時間が20秒でよいことが確認された。
【００４１】
これに対して、従来におけるレンズ研削方法、すなわち、精研削における取しろが30〜50μｍであり、メタルボンド砥石による研削工程とレジン砥石による研削工程の二工程を含む方法の場合には、表２の最終列に掲載してあるように、粗研削および研磨の加工時間は本例と同一であるが、精研削工程は本例における加工時間の２倍の40秒掛かる。また、精研削工程が二工程からなるので、一方の研削盤から他方の研削盤にレンズ素材を移すための作業時間などが必要である。また、一工程の場合に比べて工程管理も複雑になる。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
以上説明したように、本発明の研削加工方法を採用すれば、精研削工程における取しろが約20μｍ以下で済むように、粗研削加工の表面粗さ、球面精度を改善できる。よって、精研削を単一工程で行うことができるので、全体としての研削加工時間を短縮でき、また、工程管理を合理化できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による球面ガラスレンズの研削加工工程を示す工程図である。
【図２】粗研削に用いるのに適した球心揺動型研削盤を示す概略構成図である。
【図３】図２の研削盤による研削動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  球心揺動型研削盤、３  レンズホルダ、４  工具皿、４ａ  球面研削面、４Ａ  工具皿の回転中心線、５  レンズスピンドル、５Ａ  レンズ回転中心線、２０  ワーク昇降機構、２１  水平アーム、３１  球心揺動体、３３  支持板、３３ａ  円環状内周面、３３ｂ  圧縮空気吹き出し穴あるいは溝、３５  揺動幅調整ユニット、３６Ａ  回転中心線、  ３７  揺動角調整ユニット、Ｗ  レンズ素材、Ｏ  球心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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