JP5053653B2

JP5053653B2 - 加工装置

Info

Publication number: JP5053653B2
Application number: JP2007025391A
Authority: JP
Inventors: 浩靖斎藤; 幸一岡田
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-02-05
Also published as: JP2008188706A

Description

この発明は、微小レンズ（非球面レンズが最適例であるため、以下、非球面レンズを例にして説明する）や、そのレンズの金型などのワークの凹凸に加工用（例えば研削用または研磨用）のツールを接触させて、そのワークを加工する加工装置に関する。

従来から、図４に示す第１レンズ群Ｇ１の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第２レンズ群Ｇ２の第３レンズＬ３のようなデジタルカメラやカメラ付き携帯電話などの非球面で微小なカメラレンズ、車載カメラ、監視カメラ、魚眼レンズなどの超広角レンズ、ＣＤ・ＤＶＤ・Ｂｌｕ−Ｒａｙ（登録商標）などのレコーダの光ピックアップなどの対物レンズなどには、微小レンズなガラスレンズやプラスチック等の樹脂レンズが用いられ、これらの微小レンズや、そのレンズの金型等の研削または研磨においては、微小な半球面砥石（特許文献１）、研磨皿（特許文献２）、カップ砥石（特許文献３）、または先端が先細になったチップ（特許文献４）、カッターなどが用いられている。
特許第３７５６１３０号公報特開２００１−２２５２５１号公報特開平１１−３３３６８６号公報特開２００５−２１２０１４号公報

しかしながら、従来の微小レンズや、そのレンズの金型等の研削または研磨においては、微小な半球面砥石（特許文献１）、研磨皿（特許文献２）、カップ砥石（特許文献３）、または先端が先細になったチップ（特許文献４）、カッターなどの移動方向（送り方向）が直線であり、湾曲した非球面のレンズ表面、金型表面を滑らかに研削または研磨することができなかった。とくに、図４の第１レンズＬ１の第２面のような中央に球面の凹部や非球面の凹部を有する微小レンズの研削または研磨をすることができなかった。

従来は、非球面レンズの表面形状を研削または研磨する際に、直線的で一次元的に砥石や研磨皿、チップやカッターなどを移動送りしていたため、非球面レンズの三次元的な形状に即して（例えば法線方向から接触して）レンズ表面に接触することができず、研削面または研磨面の傾斜の滑らかさを実現することができなかった。

本発明は、高傾斜面を安定した精度で加工することができる加工装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、テコの原理を用いて、加工場所による加工反力の影響を少なくした切り込みを可能とし、工具逃げを抑えることが出来る加工装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、加工切り込み力の制御性を高めることができる加工装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、非球面レンズや金型の表面に法線方向からの接触を可能とし、研削面または研磨面の滑らかな傾斜を実現できるようにすることである。

本発明の別の目的は、非球面レンズや金型の表面近傍から複雑な機構なしに進行退避可能なツールを備えた加工装置を提供することである。

本発明の解決手段を例示すると、特許請求の範囲の各請求項に記載のとおりである。

発明を実施する最良の形態

本発明の加工装置は、ツール及び接触子と、それらの間に設ける回動部材を有する。好ましくは、一端が支点となって回動可能な回動部材を設け、その回動部材が、加工対象、例えば研削または研磨の対象（非球面レンズや金型など）の表面に接触し研削または研磨するためのツール（例えば半球面砥石部材で、半球面部が砥石で、残りが支持部である）を備えている。その回動部材の他端を進退させることにより、ツールを加工（研削または研磨）の対象であるワーク（例えば非球面レンズや金型）の表面に接触させて研削または研磨可能にする。

本発明の１つの実施形態においては、加工装置が、支点を中心として回動可能な回動部材と、回動部材の一部に固定されていて、加工対象つまり研削対象または研磨対象の第２面に接触するツールと、回転部材の接触面に接触する接触子とを有し、接触子の直線的な動きにより、回動部材を支点を中心として回動させ、ツールを加工対象の第２面に接触させ、ワークを研削または研磨する。

好ましくは、駆動手段（例えば直動アクチュエータやリニア測長器）が直線的に動く棒状部材を有し、その棒状部材の先端に前述の接触子が一体的に又は別体として設けられていて、その接触子により回動部材を接触しながら押圧して、支点を中心として回動部材を回動させる。さらに、ツールと接触子の両方が球状の少なくとも一部であることが好ましい。

回動部材は、好ましくは、一端が突出した形状になっていて、支点となって回動可能な回動部材であり、その一端を支点として部材全体を旋回可能としている。

また、本発明の別の実施形態においては、加工装置は、非球面レンズや金型等のワークの表面に接触してそのワークの傾斜の程度（振れ）に合わせて研削または研磨するツール及び接触子（例えばツールは半球面砥石を有し、接触子は球状部材である）を有している。非球面レンズの表面にツールの半球面砥石を接触させ、研削または研磨する。それと同時に、レンズ表面からの反力を球状の接触子を介して駆動手段に伝達し、非球面レンズまたは金型等のワークの傾斜の程度に応じて、非球面レンズまたは金型等のワークの研削または研磨を行う。

また、本発明の別の実施態様においては、ツール（半球面砥石）が非球面レンズまたは金型等のワークの表面から受ける反力に伴い旋回運動する軌跡と異なる軌跡上に接触子の接触部を配置し、ツール（半球面砥石）から伝達される非球面レンズまたは金型等のワーク表面からの反力の感度を調整して、非球面レンズまたは金型等のワークを滑らかな傾斜に研削または研磨する。

本発明の更に別の実施形態においては、レンズなどのワークの取り付け部材の取り付け面にレンズなどのワークの第１面を取り付け、支点を中心として回動可能な回動部材と、回動部材の一部に固定されていて、レンズなどのワークの第２面に接触し研削または研磨するツールと、回動部材の接触面に接触する接触子とを設ける。接触子は、駆動手段等に設け、その直線的な動きにより、回動部材を支点を中心として回動させる。それにより、ツールをレンズの第２面に接触させ、レンズなどのワークの研削または研磨を行う。好ましくは、駆動手段が直線的に動く棒状部材（アームなど）を有し、その棒状部材の先端に、球状、その他の丸みのある形状の接触子が一体的に又は別体として設けられている。その接触子により回動部材を接触状態で押圧して、支点を中心として回動部材を回動させる。

また、回動部材は、一端が突出した形状になっており、その突出した形状の一端を支点として回動部材の全体が旋回可能になっている。

好ましくは、ツールの旋回運動の軌跡上に接触子の接触点を配置する。そうでなく、ツールの旋回運動の軌跡と異なる軌跡上に接触子の接触点を配置することもできる。

以上により、レンズなどのワーク取付け部材、例えば、バキュームチャックや吸着治具に取り付けられた非球面レンズや金型などのワークを滑らかな傾斜形状を有するように研削または研磨することができる。例えば、非球面レンズや金型等のワークの表面に法線方向から接触し、滑らかに傾斜する研削面または研磨面を実現することができる。さらに、非球面レンズや金型等の表面近傍から、複雑な機構なしに進行退避可能な構成することができる。それゆえ、加工装置の微細なツールとその関連部材（棒状部材など）を変形させることなしに、非球面レンズや金型等のワークを滑らかに傾斜する研削面または研磨面に加工することができる。

本発明の更に別の実施形態によれば、レンズ等のワークの接触角依存の加工差が少なく、加工材質やサイズの選択幅が増え、ツール先端の球状部の半径を大きくして非球面レンズ等のワーク表面からの粗面ノイズが低減することができる。また、凹凸金型の凹凸面形状で、とくに非球面凹凸面形状の研削または研磨において、凹凸の傾斜が例えば６０度以上の高接触角における非球面形状の研削または研磨を実現することができる。

ツールは交換式にし、研削加工のときは砥石を取りつけ、研磨加工のときはポリッシャを取りつけるのが好ましい。

図１は、本発明に係るレンズ加工装置の第１実施例を示す。非球面レンズは、バキュームチャック（図示せず）の所定位置に傾くことなく吸着保持されている。

レンズ、例えば非球面レンズや、金型などをバキュームチャック（レンズ取り付け部材の典型例であり、吸着治具又はレンズ保持軸と称することも可能）に取り付けることもできる。

図１において、回動部材２３は、非球面レンズ１０の第２面１０ｂに接触してその非球面レンズ１０の所定の傾斜の程度に応じて加工するためのツール、好ましくは球状のツール２２を有する。非球面レンズ１０の第２面１０ｂにツール２２を接触させ、直動アクチュエータ２６側の接触子２４ａが回動部材２３の接触面２３ｂに接触していて、非球面レンズ１０の第２面１０ｂからの反力を直動アクチュエータ２４で受ける構造になっている。

直動アクチュエータ２４の基部２６ａの先端又は他の任意の支持部材（図示せず）に回動部材２３が回動自在に設けられている。

接触子２４ａ（球状の接触部材）が非球面レンズ１０の第２面１０ｂから受ける反力に伴い旋回運動する軌跡（図１の点線）上にツール２２（球状のツール）の接触点を配置して、非球面レンズ１０の傾斜の程度に合わせて加工する。

この場合、ツール２２は非球面レンズ１０の第２接触面１０ｂに接触し、かつ、支点２３ａを中心に弧を描くように支点２３ａから回動部材２３に設けられた接触子２２（球状の接触部材）の配置位置までの距離を半径として接触子２４ａは旋回運動し、非球面レンズ１０の第２面１０ｂに対して法線方向から接触すると共に、支点２３ａを中心としたツール２２の旋回運動の軌跡上に接触子２４ａが配置されているため、接触部材２４ａの進退直線運動がツール２２の旋回運動に伝達され、非球面レンズ１０の第２面１０ｂへと押圧力を正確に伝え、非球面レンズ１０のずれや傾斜の程度を設計形状に加工することができる。その際、ツール２２は、非球面レンズ１０の第２面１０ｂに正確に追従して、接線角に依らず安定した押圧力をもって加工することができる。

図２は、テコの原理を利用した、本発明に係る加工装置の第２実施例を示す。ここで、非球面レンズ１０の第２面１０ｂに接触するツール２２と直動アクチュエータ２６は図１と同一であるため、図２では、図示を省略する。

図２において、棒状部２４は、直動アクチュエータ２６の一部として構成されている。直動アクチュエータ２６の基部２６ａの先端又は他の任意の支持部材（図示せず）に、回動部材２３を回動自在に設ける。ツール２２が非球面レンズ１０の第２面１０ｂから受ける反力に伴い旋回運動する軌跡（図２に破線で示す半径ｒ１の軌跡）と異なる軌跡（図２に破線で示す半径ｒ２の軌跡）上に接触子２４ａを配置する。ツール２４ａから伝達される非球面レンズ１０の第２面１０ｂからの反力の感度を調整して、非球面レンズ１０の傾斜の程度を加工する。ここで、ｒ１＜ｒ２の関係がある。ただし、この逆の関係も可能である。

図２の実施例において、支点２３ａを中心に弧を描くように支点２３ａから回動部材２３（形状は任意）に設けられたツール２２の配置位置までの距離を半径としてツールは旋回運動し、非球面レンズ１０の第２面１０ｂに対して法線方向から接触すると共に、支点２３ａを中心としたツール２２の旋回運動の軌跡（図２のｒ１）とは異なる軌跡（図２のｒ２）上に球状の接触子２４ａが配置されているため、ツール２２の旋回運動の回転モーメントと異なる回転モーメントで球状接触子２４ａの進退直線運動からの力がツール２２へと伝達され、非球面レンズ１０の第２面１０ｂへの押圧力の感度を微調整して球状接触子２４ａに伝達することができ、非球面レンズ１０の微妙な形状誤差を修正して加工することができる。以上により、ツール２２により第２面１０ｂを球面にも非球面にも研削または研磨することができる。

魚眼レンズの研削加工装置に、本発明を適用することができる。例えば、魚眼レンズを研削砥石で研削加工しながら、レンズの振れ、形状を測定し、再度レンズを研削し修正することもできる。また、魚眼レンズの研磨加工装置においても、本発明を適用することができる。例えば、魚眼レンズを研磨しながら、レンズの振れ、形状を測定し、再度レンズを研磨し修正することもできる。

さらに、本発明の応用例として、非球面レンズ以外にも球面または非球面の凹凸形状を有する金型の加工装置にも本発明を適用することができる。

ＣＤ・ＤＶＤ・Ｂｌｕｅ−Ｒａｙプレーヤー用光ピックアップ、カメラ付き携帯電話のカメラ装置、車載カメラ等に用いられるレンズや、それらのレンズを成形するための金型で、凹凸の傾斜が６０度以上の高接触角の金型の場合、高接触角における非球面形状の測定や加工では、ノイズが多く安定性に欠けるため、高精密に非球面形状を創成することができなかった。

そこで、本発明を非球面の凹凸形状を有する金型形状を加工する加工装置に適用し、凹凸の傾斜が例えば６０度以上の高接触角における非球面形状の振れ、傾斜の度合い等を高精密に修正して所望する設計形状に加工することができる加工装置を提供することができる。

参考例
図３に示す参考例の微小レンズの加工装置においては、ＸＹテーブル５０の所定箇所に加工ツール５１の棒状部５２の尾端部を設置する。加工ツール５１は、交換式にし、研削加工のときは砥石を取りつけ、研磨加工のときはポリッシャを取りつける。加工するワークは、レンズや金型である。

例えば、加工対象であるレンズ１０が第１面１０ａと第２面１０ｂを有し、加工ツール５１の棒状部５２の先端に設けた半球面砥石５３が、レンズ１０の第２面１０ｂの法線方向への反力を受け、加工ツール５１の棒状部５２に所定の方向（図３の右方向）の力（Ｆ_０）のみでなく、横方向（図３の下方向）の力（反力Ｆ_ｅ）が発生し、研削または研磨誤差が発生し、バラツキが大きくなってしまう。

図３において、非球面レンズ１０の第２面１０ｂから受ける押圧力（Ｆ_０／ｔａｎθ）は、分力（Ｆ_０）のみが加工ツール５１の棒状部５２に伝達されるため、正確に研削面または研磨面に追従することができない。

加工ツール５１の棒状部５２の反力の分力（Ｆ_ｅ）と張り出し長さ（Ｌ）の積力によって、加工ツール５１の棒状部５２には曲げモーメント力（Ｌ・Ｆ_ｅ）がかかるため、研削または研磨方向の誤差（ｅ）が発生する。

参考例においては、研削または研磨対象のレンズや金型の種類によって、接線角や表面あらさが異なり、当接する加工ツール５１の棒状部５２の半球面砥石５３との摩擦抵抗や反力が一定でないため、研削または研磨誤差（ｅ）も再現性に乏しく、不安定となる。また、切り込み方向に対して、加工面の法線方向へ反力が働き、工具のたわみ分力によって工具が逃げてしまう。そのため、所定の切り込み量を与えても、接線角に依存して、加工量にバラツキが生じてしまい、精度良く加工することができない。

本発明に係るレンズ加工装置の第１実施例を示す。本発明に係るレンズ加工測定装置の第２実施例を示す。参考例のレンズ加工部の先端を示す。従来の微小レンズの配置を示す。

符号の説明

１０非球面レンズ
１０ａ第１面
１０ｂ第２面
２２ツール
２３回動部材
２３ａ支点
２３ｂ接触面
２４棒状部
２４ａ接触子
２６直動アクチュエータ又はリニア測長器
２６ａ基部

Claims

ワークの表面を加工するツールを備えていて、支点を中心として回動する回動部材と、その回動部材の接触面に接触する接触子を備えた駆動手段を有し、接触子の直線的な動きにより、回動部材を支点を中心として回動させ、ツールをワークの表面に接触させ、ワークを加工することを特徴とする加工装置。
ツールの旋回運動の軌跡上に接触子の接触点を配置することを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
ツールの旋回運動の軌跡と異なる軌跡上に接触子の接触点を配置することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
ツールが球状の少なくとも一部であることを特徴とする、請求項1〜３のいずれか１項に記載の加工装置。
接触子が球状の少なくとも一部であることを特徴とする、請求項1〜４のいずれか1項に記載の加工装置。
接触子が棒状部材の先端に形成された丸み部分で形成されていることを特徴とする、請求項1〜４のいずれか1項に記載の加工装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工装置において、ワークをレンズとすることを特徴とする加工装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工装置において、ワークを金型とすることを特徴とする加工装置。