(57)【要約】【課題】研削砥石でレンズ素材の表面を球面に研削する方法及び装置に関し、カップ砥石を用いる粗研削に特に好適な方法及び装置に関するものである。レンズの粗研削をより短時間で行うことができるようにして、レンズ加工の生産性を向上させる。【解決手段】回転するワーク軸１の軸端に設けたレンズホルダ１２でレンズ素材４を把持し、当該レンズ素材の研削後の表面４３に円接触するカップ状の研削砥石３ａを回転させてレンズ素材の表面４３を球面研削するレンズの球面研削方法において、カップ砥石３ａに軸方向の研削送りをかけてレンズ素材４を粗研削する従来手段に代えて、所定の研削代ｅだけ送り込んだカップ砥石３ａをレンズ素材４の周縁側から中心へと研削後のレンズ表面４３の曲率中心Ｏ回りに円弧移動させることにより、砥石軸２５ａの一揺動動作で研削を完了させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するワーク軸の軸端に設けたレンズホルダでレンズ素材を把持し、当該レンズ素材の研削後の表面に円接触するカップ状の研削砥石を回転させて当該レンズ素材の表面を球面研削するレンズの球面研削方法において、
前記円接触の接触円が研削前のレンズ周縁の外側となる位置に前記砥石を移動させた後、研削後のレンズ表面の曲率中心から研削後のレンズ表面の曲率半径に相当する距離を隔てた位置に当該砥石を前進させ、前記距離を保持した状態で前記接触円がレンズ表面の中心を通る位置まで前記曲率中心を中心として当該砥石を円弧移動させることを特徴とする、レンズの球面研削方法。
【請求項２】
軸端にレンズホルダ(12)を設けた回転ワーク軸(1)と、揺動中心(P)回りに揺動する揺動台(23)と、この揺動台に軸支されて回転する砥石軸(25a)と、この砥石軸軸端の砥石ホルダ(29a)に装着されて前記レンズホルダに対向するカップ状の研削砥石(3a)と、前記回転ワーク軸と砥石軸との相対軸方向距離及び前記揺動台の揺動を制御する制御器とを備えた球面研削装置において、
前記制御器は、前記レンズホルダに把持されたレンズ素材の研削後の表面と前記研削砥石との接触円が研削前のレンズ素材周縁の外側となる位置に前記砥石を移動させる動作と、前記表面の曲率中心から当該表面の曲率半径に相当する距離を隔てた位置に当該砥石を接近させる動作と、前記距離を保持した状態で前記接触円がレンズ素材表面の中心を通る位置まで前記曲率中心を中心として当該砥石を円弧移動させる動作とを順次行わせることを特徴とする、レンズの球面研削装置。
【請求項３】
Ｚ方向移動台(13)に軸支されてその先端に設けたレンズホルダ(12)で把持したレンズ素材をその中心軸回りに回転させるワーク軸(1)と、このワーク軸の軸線を通って直交する揺動中心(P)の軸線回りに揺動する揺動台(23)と、この揺動台に設けられたＸ移動台(22)と、このＸ移動台にその移動方向と直交する方向に軸支されて回転駆動される砥石軸(25a)と、前記揺動中心(P)からレンズ表面の研削後の曲率中心(O)までの距離(d)を演算して、ｘ＝ｄtanθ  及び  ｚ＝ｄ／cosθ‐ｄの関係を保持して前記揺動台の揺動角(θ)、Ｘ方向移動台の移動量(x)及びＺ方向移動台の移動量(z)を制御する制御装置とを備えている、請求項２記載のレンズの球面研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、研削砥石でレンズ素材の表面を球面に研削する方法及び装置に関するもので、特に砥粒の粒度が３００番前後のカップ砥石を用いる粗研削に特に好適な前記方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズ球面の研削加工は、通常、カップ砥石による粗研削（球面創成加工）とペレット皿による１工程又は２工程の精研削の順で行われ、その後、磨き皿による研磨（ポリシング）が行われている。
【０００３】
粗研削は、軸方向を鉛直方向としたワーク軸の上端のレンズホルダにレンズ素材を装着し、下端にレンズ素材の表面と円接触するカップ砥石を装着した砥石軸を研削しようとするレンズ表面の曲率に合わせて傾斜させ、カップ砥石とレンズ表面との接触円が丁度レンズの軸中心を通る位置に砥石軸を位置決めする。そしてワーク軸と砥石軸を回転し、サーボモータでワーク軸に上方向へ切削送りをかけて、レンズ表面に対するカップ砥石の公転と自転との合成運動により、レンズ球面を創成加工するというものである。
【０００４】
レンズの粗研削と精研削は、従来個別の機械で行われていたが、本願出願人は、同一機台上に粗研削用の砥石軸と精研削用の砥石軸とを設けて、ワークを持替えることなく粗研削と精研削とを連続して行うことができるレンズの球面研削装置を提案している（特許文献１）。図５は、特許文献１で提案したレンズの球面研削装置を示した側面図である。図中、１はワーク軸、１１はワーク軸１駆動用の電動機、１２はワーク軸１の先端（上端）に設けられたレンズホルダ、１３はワーク軸１を軸支している昇降台（Ｚ方向移動台）である。
【０００５】
２３は揺動中心Ｐ回りに揺動する揺動台、２１は揺動台２３上に設けたガイド、２２はガイド２１に沿って移動するＸ移動台（Ｘ方向移動台）である。Ｘ移動台２２には、２本の砥石軸２５ａ、２５ｂが互いに平行に軸支されている。ガイド２１は、この２本の砥石軸２５ａ、２５ｂと直交する方向に設けられている。
【０００６】
砥石軸２５ａ、２５ｂの下端（ワークホルダに向く軸端）には、工具ホルダ２９ａ、２９ｂが設けられ、その一方２９ａに粗研削用のカップ砥石３ａが装着され、他方２９ｂには、精研削用のペレット皿３ｂが装着されている。各砥石軸２５ａ、２５ｂには、砥石軸駆動用の電動機２６ａ、２６ｂが接続されている。
【０００７】
ワーク軸１は、フレーム２に昇降自在に案内された昇降台１３に軸支されており、この昇降台と一体のブラケット１４がＺ軸サーボモータ１７で駆動されるＺ軸送りねじ１８に螺合している。揺動台２３は、Ｂ軸サーボモータ３７で揺動駆動されている。Ｘ移動台２２は、揺動台２３に搭載したＸ軸サーボモータ２７で回転駆動される送りねじ２８に螺合している。５はこれらのサーボモータを制御するＮＣ装置であり、５１、５２及び５３は、サーボアンプ、１９はＺ軸サーボモータ１７の電流制御器である。
【０００８】
次に、上記装置でレンズの研削を行う手順を説明する。まず、ＮＣ装置５に研削するレンズ４の厚さや曲率半径などのデータを登録する。そして、カップ砥石３ａを装着した砥石軸２５ａが揺動台２３の揺動中心Ｐを通る位置をＸ移動台２２の移動原点に設定し、研削するレンズ球面の曲率に対応する角度に揺動台２３を傾斜させ、カップ砥石３ａとレンズ球面との接触円がレンズの光軸を通る位置にＸ移動台２２の位置を設定し、削り代に応じたワーク軸１の研削完了位置をＺ軸の原点に設定する。
【０００９】
そして、レンズホルダ１２にレンズ素材４を装填し、Ｚ軸サーボモータ１７に所定速度の切削送り指令を与えて、ワーク軸１の回転によるカップ砥石３ａの公転と、砥石軸２５ａの回転によるカップ砥石３ａの自転とにより、レンズ４の球面創成を行う。ワーク軸１が所定の削り代の位置に達したら、レンズの第１面に対する粗研削を終了する。
【００１０】
次にペレット皿３ｂを取付けた砥石軸２５ｂが揺動台２３の揺動中心Ｐを通る位置をＸ移動台２２の移動原点に設定し、ワーク軸１を一旦下降してペレット皿３ｂをワーク４に対向させる。そして揺動台２３を揺動中心Ｐ回りに所定角度で往復揺動させ、その揺動角θに対応して、ｘ＝ｄtanθ、ｚ＝ｄ／cosθ‐ｄの関係が成立するように、Ｘ移動台２２及び昇降台１３を往復移動させる。ここで、ｄは揺動台２３の揺動中心Ｐから研削するレンズの曲率中心Ｏまでの距離である。
【００１１】
そして、Ｚ軸サーボモータ１７に所定の付圧力に相当するトルク制限をかけた状態で、ＮＣ装置５から所定の削り代の位置（揺動台の角度θによって時々刻々と変化する。）への上昇指令を与える。この上昇途中でレンズ素材４の表面がペレット皿３ｂに当接して上昇が止まり、上記付圧力でレンズ素材４がペレット皿３ｂに押し付けられ、この状態でワーク軸１の回転によるペレット皿３ｂの公転と、砥石軸２５ｂの回転によるペレット皿３ｂの自転と、ペレット皿３ｂのレンズ曲率中心を中心とする揺動とにより、レンズ素材４の精研削が行われる。
【特許文献１】特開２００６−２９７５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、従来のカップ砥石によるレンズの粗研削は、ＣＧ加工（球面創成加工）と呼ばれる方法で行われている。ＣＧ加工は、研削するレンズ表面の曲率に合わせた角度に砥石軸の角度を固定し、かつ、カップ砥石とレンズ球面との接触円が研削しようとするレンズの光軸を通る位置に砥石軸を固定した状態で、、ワーク軸に所定速度の切削送りを与えて、ワーク軸の回転によるカップ砥石の公転と、砥石軸の回転によるカップ砥石の自転とにより、レンズの球面創成加工を行うというものである。
【００１３】
従来のＣＧ加工方法では、砥石とワークが当たる面積が広く、加工負荷が大きく、ワーク一回転当りの砥石の切り込み量を大きくしたり、送り速度を速くしたりすることができない。そのため、加工速度が遅くなって一個のレンズを研削するのに要するタクトタイムが延びる問題や、機械精度、砥石の形状などにより、レンズ中心部に削り残し（へそ）ができることがあるという問題があった。レンズの材質や径によっても異なるが、従来のＣＧ加工による一般的なレンズの粗研削に要する時間は約４０ｓｅｃである。
【００１４】
特許文献１記載の発明では、粗研削と精研削との間でのレンズ素材の搬送やそれぞれの装置へのレンズ素材のロード・アンロード時間を節約できることから、レンズの研削時間を短縮することが可能である。この発明は、レンズの粗研削をより短時間で行うことができるようにして、レンズ加工の生産性を更に向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、カップ砥石３ａに軸方向の研削送りをかけてレンズ素材４を粗研削する従来手段に代えて、所定の研削代ｅだけ送り込んだカップ砥石３ａをレンズ素材４の周縁側から中心へと研削後のレンズ表面４３の曲率中心Ｏ回りに円弧移動させることにより、砥石軸２５ａの一揺動動作で研削を完了させることにより、上記課題を解決したものである。
【００１６】
本願の請求項１の発明に係るレンズの球面研削方法は、回転するワーク軸１の軸端に設けたレンズホルダ１２でレンズ素材４を把持し、当該レンズ素材の研削後の表面４３に円接触するカップ状の研削砥石３ａを回転させてレンズ素材の表面４３を球面研削するレンズの球面研削方法において、前記円接触の接触円が研削前のレンズ４の周縁の外側となる位置ａにカップ砥石３ａを移動させた後、研削後のレンズ表面４３の曲率中心Ｏから研削後のレンズ表面４３の曲率半径に相当する距離Ｒを隔てた位置に当該砥石を前進させ、前記距離Ｒを保持した状態で前記接触円がレンズ表面の中心を通る位置ｃまで前記曲率中心Ｏを中心としてカップ砥石３ａを円弧移動させることを特徴とする、レンズの球面研削方法である。
【００１７】
本願の請求項２の発明に係るレンズの球面研削装置は、上記のこの発明の方法でレンズの球面研削を行う装置である。すなわち、軸端にレンズホルダ１２を設けた回転ワーク軸１と、揺動中心Ｐ回りに揺動する揺動台２３と、この揺動台に軸支されて回転する砥石軸２５ａと、この砥石軸軸端の砥石ホルダ２９ａに装着されて前記レンズホルダ１２に対向するカップ状の研削砥石３ａと、回転ワーク軸１と砥石軸２５ａとの相対軸方向距離及び揺動台２３の揺動を制御する制御器とを備えた球面研削装置において、前記制御器は、レンズホルダ１２に把持されたレンズ素材４の研削後の表面４３と研削砥石３ａとの接触円が研削前のレンズ素材４の周縁の外側となる位置ａに砥石３ａを移動させる動作と、当該移動した砥石３ａを前記表面４３の曲率中心Ｏから当該表面の曲率半径Ｒに相当する距離を隔てた位置に砥石３ａを接近させる動作と、前記距離Ｒを保持した状態で前記接触円がレンズ素材表面４３の中心を通る位置ｃまで前記曲率中心Ｏを中心として砥石３ａを円弧移動させる動作とを順次行わせることを特徴とする、レンズの球面研削装置である。
【００１８】
本願の請求項３の発明は、好ましい構造の上記レンズの球面研削装置である。すなわち、Ｚ方向移動台（昇降台）１３に軸支されて先端に設けたレンズホルダ１２で把持したレンズ素材４をその中心回りに回転させるワーク軸１と、このワーク軸の軸線Ｗを通って直交する揺動中心Ｐの軸線回りに揺動する揺動台２３と、この揺動台に設けられたＸ移動台２２と、このＸ移動台にその移動方向と直交する方向に軸支されて回転駆動される砥石軸２５ａと、揺動中心Ｐからレンズ表面４３の研削後の曲率中心Ｏまでの距離ｄを演算して、ｘ＝ｄtanθ  及び  ｚ＝ｄ／cosθ‐ｄの関係を保持して前記揺動台の揺動角θ、Ｘ方向移動台の移動量ｘ及びＺ方向移動台の移動量ｚを制御する制御装置とを備えている、請求項２記載のレンズの球面研削装置である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の方法（揺動によるＣＧ加工方法）では、加工負荷が小さいため、砥石の切り込み量を大きくしたり、送り速度を速くしたりすることができ、タクトタイムの短縮ができる。すなわち、従来の加工に比べて加工負荷が小さく、レンズ一回転当りの砥石の切り込み量を増やすことができ、また、砥石の送り速度を速くすることができるため、タクトタイムの短縮ができる。更に、点に近い小さな面積で研削を行うポイント加工のため、レンズ中心部を越えて加工ができ、削り残し（へそ）ができることがない。
【００２０】
この発明の方法で粒度３００番前後のカップ砥石を用いてレンズの粗研削を行った場合、切込み深さ（取り代）０．５ｍｍで２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で砥石を移動させることができる。従って直径１０ｍｍのレンズで約０．２５分、直径５ｍｍのレンズであれば０．１２５分で粗研削を完了することができる。レンズの径が大きいと粗研削時間は長くなるが、現在はレンズ計の小さいレンズの加工が殆どであるので、この発明により、レンズの球面研削の生産性を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の球面研削方法の原理を示した側面図、図２は同平面図、図３は図１の方法で球面研削を行う球面研削装置の要部の側面図である。図において、４はレンズ素材、３ａはカップ砥石、Ｗはレンズ素材４の回転中心軸（ワーク軸１の軸心）、Ｇはカップ砥石３ａの回転中心軸（砥石軸２５ａの軸心）、Ｏは研削後のレンズ表面４３の曲率中心、Ｒは研削後のレンズ表面４３の曲率半径、ｅは研削代（取り代）、図２のａ、ｂ、ｃは、カップ砥石３ａのレンズ表面４３との接触円で、図２のａ、ｂ、ｃがそれぞれ図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態に対応している。
【００２２】
図３を参照して、上端のレンズホルダ１２でレンズ素材４を保持しているワーク軸１は、軸方向（Ｚ軸方向）に昇降自在である。カップ砥石３ａを支持している砥石軸２５ａは、揺動中心Ｐ回りに揺動する揺動台２３に軸方向位置を調整可能に軸支されている。揺動中心Ｐの軸線は、ワーク軸の軸心Ｗを通ってこれと直交している。
【００２３】
レンズ素材４は、ワーク軸１を下降させた状態でレンズホルダ１２に装填される。揺動台２３は、カップ砥石３ａの接触円ａがレンズ素材４の外縁から外れた図１（ａ）の位置となるまで揺動し、その後ワーク軸１が所定高さに上昇する。この所定高さは、カップ砥石の接触円ａが研削後のレンズ表面４３を含む球面上の位置となる高さである。カップ砥石３ａは、このとき研削後のレンズ表面４３の曲率中心Ｏが揺動台の揺動中心Ｐと一致するように、軸方向位置に予め調整しておく。
【００２４】
この状態でレンズ素材４とカップ砥石３ａを回転させ、カップ砥石３ａをその回転中心軸Ｇとレンズの回転中心軸Ｗとの成す角度θが小さくなる方向に揺動させると、レンズ素材４は図１（ｂ）に示す状態を経て、その接触円ｃがレンズの回転中心軸Ｗを通る位置に達した図１（ｃ）の状態で、レンズ素材４の粗研削が終了する。
【００２５】
実際の球面研削装置では、凸レンズと凹レンズで曲率中心Ｏの位置が反対方向になるなど、研削するレンズによって曲率中心Ｏの位置が大きく変動する。種々のレンズを研削することを目的とした汎用の球面研削装置では、揺動台の揺動中心Ｐを研削するレンズの曲率中心Ｏに一致させて研削を行うことは殆ど不可能である。カップ砥石３ａの揺動中心Ｐと研削するレンズの曲率中心Ｏとが一致していない状態でこの発明の方法による研削を行うときは、砥石中心軸Ｇとレンズ中心軸Ｗとが成す角度θに対応して、レンズ４とカップ砥石３ａとの相対位置関係を、レンズ４の軸方向移動とカップ砥石３ａの軸直角方向移動とによって、変更しながら研削を行う。図４は、この場合の研削方法を示した図で、図５に示した球面研削装置のカップ砥石３ａでこの発明の方法による粗研削を行う例である。
【００２６】
図４を参照して、粗研削用のカップ砥石３ａを取付けた砥石軸２５ａの軸心Ｇが揺動台２３の揺動中心Ｐを通る位置をＸ移動台２２の移動原点に設定し、揺動台２３の揺動中心Ｐから研削後のレンズ表面４３の曲率中心Ｏまでの距離をｄとし、研削後のレンズ表面４３の頂点（中心軸Ｗが通る位置）を昇降台１３の原点に設定して、揺動台２３の揺動角（砥石軸の傾斜角）がθのときのＸ移動台２２の位置ｘ及び昇降台１３の位置ｚに、
ｘ＝ｄtanθ
ｚ＝ｄ／cosθ‐ｄ
の関係が成立するように、ＮＣ装置５からのＸ移動台２２の位置指令及びワーク軸１の位置指令を変化させる。これにより、カップ砥石３ａは、レンズ球面の曲率中心Ｏを中心として揺動する。
【００２７】
ＮＣ装置による上記制御の下で、レンズ素材４とカップ砥石３ａとの間には、図１で示した移動位置関係が成立するので、図１で説明したと同様な手順により、レンズ素材４の球面研削を行うことができる。すなわち、レンズホルダ１２に把持されたレンズ素材の研削後の表面４３とカップ砥石３ａとの接触円ａが研削前のレンズ素材周縁の外側となる位置にカップ砥石３ａを移動させ、次に研削後のレンズ表面４３の曲率中心０から当該表面の曲率半径Ｒに相当する距離を隔てた位置にカップ砥石３ａが位置するようにレンズ素材４を前進させ、この状態から前記のｘ、ｚ、θの関係を保持して接触円ｃがレンズ素材表面の中心を通る位置まで曲率中心Ｏを中心としてカップ砥石３ａを円弧移動させることにより、レンズ素材４の球面研削が行われる。
【００２８】
粗研削が終了したレンズ素材は、ペレット皿３ｂで従来と同様な方法により精研削を行ってやればよいが、図５に示した球面研削装置の砥石軸２５ｂに砥粒が１０００〜３０００番程度の精研削用のカップ砥石を装着して従来の粗研削加工と同様な球面創成加工により、精研削を行うこともできる。すなわち、図５の装置の精研削用の砥石軸２５ｂの下端にレンズ素材の表面と円接触する精研削用のカップ砥石を装着し、当該砥石軸２５ｂを精研削後のレンズ表面の曲率に合わせて傾斜させ、当該カップ砥石とレンズ表面との接触円が丁度レンズの軸中心を通る位置（図２の接触円ｃの位置）に砥石軸２５ｂを位置決めする。そしてワーク軸１と砥石軸２５ｂを回転し、サーボモータでワーク軸１に上方向へ切削送りをかけて、レンズ表面に対するカップ砥石の公転と自転との合成運動により、レンズ球面を創成加工するのである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の研削方法の原理を説明した側面図
【図２】同上面図
【図３】図１の方法で研削を行う最も簡単な構造の球面研削装置の要部を示す側面図
【図４】より現実的な装置でこの発明の球面研削を行う方法を示す説明図
【図５】この発明の方法でレンズ素材の粗研削を行う球面研削装置の一例を示した側面図
【符号の説明】
【００３０】
１  ワーク軸
3a  カップ砥石
４  レンズ素材
12  レンズホルダ
13  昇降台（Ｚ方向移動台）
22  Ｘ移動台（Ｘ方向移動台）
23  揺動台
25a  砥石軸
29a  工具ホルダ
43  研削後のレンズ表面
Ｏ  研削後のレンズ表面の曲率中心
Ｐ  カップ砥石の揺動中心
ｄ  Ｏ−Ｐ間の距離
【図１】
2009066724.tif 000003
【図２】
2009066724.tif 000004
【図３】
2009066724.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009066724.tif 000007