JPH07299717A - 球体の研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】球面形状を有する被加工物９の球心を研磨工具
８の揺動軸心１２に正確に一致させることにより、精度
の高い球面形状を有する球体が得られる研磨装置を提供
する。 【構成】頂部に被加工物９又は研磨工具８の一方を装着
した状態で回転させる下側回転軸１と、被加工物又は研
磨工具の他方を装着した状態で回転させると共に揺動す
る上側回転軸２とで球体の研磨装置を構成する。そし
て、下側回転軸１の頂部に装着された被加工物又は研磨
工具の頂点位置を頂部位置検知手段１０で検知し、この
頂部位置検知手段からの検知信号に基づき、球心制御手
段１８からの指令により下側回転軸１を被加工物の球面
半径に応じた所定距離分だけ上昇させ、被加工物又は研
磨工具の球心を揺動軸の揺動軸心１２に一致させる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば凸レンズ、凹レ
ンズ、金型等の球面を所定の球面半径に精度よく研磨加
工するための研磨装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の球体の研磨装置としては、例えば
特開平２−１０９６７２号公報に開示されている装置の
ように、被加工物と同じ球面半径を持つ研磨工具を被加
工物の球面に当接させつつ揺動運動と回転運動を与えて
互いに摺り合わせるものが知られている。この研磨装置
は、下側回転軸に固定される凸面状の研磨工具を適正位
置に固定したうえで、上側回転軸に固定した被加工物を
研磨工具の球面に当接する位置まで回転軸毎下げて研磨
を行うものである。

【０００３】しかし、この研磨装置は、たとえ被加工物
と研磨工具の球面半径が一致していても被加工物の揺動
軸心を被加工物の球心に正確に一致させる手段がないた
め、長時間の研磨作業を行うと正規の球面形状から崩れ
てくる問題がある。

【０００４】又、被加工物の球心と研磨工具の揺動軸心
を目視で合わせるのであるが、この作業は、作業者の経
験と勘を要するので難しく、仮に被加工物がレンズであ
る場合には、レンズ品種によって加工すべき球面半径が
変わるため、その度に半径を考慮した調整が必要になる
うえ、うまく調整できないと球面精度が落ちて品質に悪
影響を及ぼす問題があった。

【０００５】更に、作業者のミス、自然脱落等の事故に
より研磨工具に被加工物が装着されていない場合は、研
磨作業開始の指令を出すと被加工物が存在しないないに
も拘らず研磨作業を開始してしまうため、被加工物の装
着治具と研磨工具が直接接触して研磨されたり、複数の
被加工物を同時に研磨できるようにいわゆる多錘化した
場合には研磨を行っていない研磨装置が無駄な動きを行
ったりするなどの危険を招く問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解消し、被加工物の球心を研磨工具の揺動軸
心に正確に一致させることにより、精度の高い正確な球
面形状に研磨加工できる研磨装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る球体の研磨装置は、直立した回転軸で
あって、その頂部に被加工物又は研磨工具の一方を装着
した状態で回転させる回転機構とその軸方向に上下動さ
せる上下動機構を有する下側回転軸と、前記下側回転軸
の上方に位置し、その下部に前記被加工物又は研磨工具
の他方を装着した状態で回転させると共に、該被加工物
又は研磨工具の他方を前記下側回転軸上の被加工物又は
研磨工具の一方に当接させた状態で揺動させる揺動軸を
有する上側回転軸と、を備えた球体の研磨装置におい
て、（Ａ）前記下側回転軸の頂部に装着された被加工物
又は研磨工具の頂点位置を検知する頂部位置検知手段
と、（Ｂ）前記頂部位置検知手段からの検知信号に基づ
き、前記下側回転軸の上下動機構を前記被加工物の球面
半径に応じた所定距離分だけ駆動させることにより、前
記被加工物又は研磨工具の球心を前記揺動軸の揺動軸心
に一致させる球心制御手段を設けたことを特徴とする。

【０００８】この場合、前記被加工物又は研磨工具の球
心を前記揺動軸の揺動軸心に一致させる前に、前記下側
回転軸上に載置された被加工物又は研磨工具の頂点位置
を前記頂部位置検知手段によって予め検知し、前記下側
回転軸を一旦停止させることにより、前記下側回転軸上
に装着された被加工物又は研磨工具の頂点位置を正確に
検知する研磨装置とするのが好ましく、前記頂部位置検
知手段は、レーザ式光電スイッチを用いるのがより好ま
しい。

【０００９】又、上記研磨装置に、前記下側回転軸の頂
点を検知する前に、前記下側回転軸の上下動機構の所定
位置以上の上昇を検知することにより、前記被加工物又
は研磨工具の未装着を判定し、研磨作業を中断させる安
全装置を設けるのが好ましい。

【００１０】この前記安全装置としては、前記下側回転
軸の上下動機構としてサーボモータ又はステッピングモ
ータを用い、ロータリエンコーダによる回転数のカウン
トで所定位置以上の上昇を検知する研磨装置とするのが
より好ましく、前記下側回転軸の頂部位置より下方にド
グを設け、該ドグが研磨装置のフレームに固定した光電
スイッチの光軸を横切ることによって、前記下側回転軸
の上下動機構の所定位置以上の上昇を検知するのが最も
好ましい。

【００１１】

【作用】本発明に係る球体の研磨装置において、下側回
転軸の頂部に装着された被加工物又は研磨工具が上下動
駆動機構により下側回転軸とともに上昇し、その頂部が
揺動軸心から一定距離だけ離れた規定位置に達すると、
その頂点位置を頂部位置検知手段が検知する。

【００１２】次にその検知信号が球心制御手段に送ら
れ、球心制御手段は、上記一定距離に、予め入力されて
いる被加工物の品種情報毎の球心半径を加えた距離を演
算し、下側回転軸の上下動機構にその距離分だけの上昇
指令を与える。この指令により、更に下側回転軸が上昇
し、被加工物又は研磨工具の球心が研磨装置の揺動軸心
に一致した時点で上下動機構が停止する。この時点で研
磨装置に対する被加工物又は研磨工具の正確な位置決め
が完了し、以後は通常の研磨動作が開始される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る球体の研磨装置の一実施
例を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は、研磨装置の概略正面図、図２は、
図１の装置の概略右側面図である。図において、１は、
被加工物であるレンズ素材９（凸レンズ）を頂部の貼付
治具１ａに載置した状態で回転し、かつ、図の上下方向
に上下動する下側回転軸で、その下部に回転駆動用モー
タ４と、モータ４に固定されたラック４ａを上下方向に
駆動するラック、ピニオン機構を有する上下動用サーボ
モータ３を備えている。したがって、下側回転軸１は、
頂部にレンズ素材９を保持した状態で上下動しつつ、回
転することができる。ここで貼付治具１ａは、図３に示
すように、テーパ状に加工された下側回転軸１の軸端部
に、同一形状のテーパ穴１ｂとレンズ素材９の内周面半
径（凹球面の球面半径）とほぼ同一の球面半径の頂部１
ｃを有する貼付治具１ａを嵌合、固定し、その上にレン
ズ素材９が載置できるようになっている。また、本実施
例の下側回転軸１の回転機構であるモータ４は、研磨速
度に応じて回転数が任意に設定できるモータが使用され
ているがインダクションモータや、回転方向が逆転でき
るリバーシブルモータであってもよい。また、下側回転
軸１の上下動機構であるサーボモータ３は、フレーム１
６に固定され、後述する球心制御手段１８と電気的に接
続されている。下側回転軸１の上下動機構４ａとして
は、本実施例のラック、ピニオン機構の他、リニアード
ステップモータやステッピングモータとリニアウェイ、
タイミングベルトとを組み合わせた機構を用いることも
できる。

【００１５】２は、レンズ素材９の外周面９ａを所定の
球面半径（凸球面の球面半径）を有する凸球面に研磨加
工する研磨工具をレンズ素材の外周面に当接させた状態
で回転し、かつ、所定の揺動角度θで揺動するための上
側回転軸で、その下端部には研磨工具８が固定され、上
部には上側回転軸２の回転駆動機構と揺動機構とが接続
されている。ここで上側回転軸２は、その軸心が下側回
転軸１の軸心と一致するように下側回転軸の延長線状に
設けられており、軸方向のスライドが自在な状態で、し
かも後述する図９の矢印で示す回転、揺動ができるよう
にされている。また、研磨工具８は、凹部８ａの球面半
径が製品レンズの凸球面の球面半径に一致する球面の一
部とされており、図３の手段と同様手段で着脱できるよ
うになっている。上側回転軸２の回転機構は、回転駆動
用モータ７がフレーム１６に固定され、そのモータ軸と
上側回転軸２とがタイミングベルト、ギア等の動力伝達
手段で接続されている。また、上側回転軸２の揺動機構
は、揺動用サーボモータ６がフレーム１６上に固定さ
れ、その揺動軸５が両回転軸１、２に直交して水平に伸
び、上記揺動フレーム１７と一体にされている。したが
って、上側回転軸２は、モータ７の回転により回転しつ
つ、サーボモータ６の回転により揺動軸心１２を揺動中
心として所定角度２θの範囲内で揺動することができ
る。なお、サーボモータ６に代るモータとして、ステッ
ピングモータや、インダクションモータとリンク機構の
組み合わせが挙げられるが、正確な角度設定ができる上
記サーボモータ、ステッピングモータを使用するのが好
ましい。また、上側回転軸２の回転手段であるモータ７
も下側回転軸１のモータ４と同様、回転数制御ができる
ものが好ましい。

【００１６】なお、レンズ素材の貼付治具１ａと研磨工
具８は、製品レンズの球面半径に応じて複数のものが予
め準備されており、加工すべき製品レンズの品種変更に
応じて下側回転軸１及び上側回転軸２に着脱できるよう
にされている。また、図１及び図２の装置は、レンズ素
材９が凸レンズ状のものを研磨する場合を示したが、凹
レンズ状のものの場合は、図４に示すように、凸状の球
面を有する研磨工具８を下側回転軸１に装着し、凹状の
球面を有する凹レンズのレンズ素材９を固定する貼付治
具１ａを上側回転軸２に装着する。貼付方法としては、
接着剤、バキューム等による貼付方法を用いることがで
きる。なお、貼付治具１ａと研磨工具８は、そのいずれ
か一方を下側回転軸１又は上側回転軸２に装着し、他方
のものを上側回転軸２又は下側回転軸１に装着してもよ
い。

【００１７】１０は、下側回転軸１の軸端に装着された
レンズ素材９又は研磨工具８の頂点位置を検知するため
の頂部位置検知手段で、本実施例ではレンズ素材９の頂
点を光軸１１が通過するように投光センサと受光センサ
とからなる一対の光電センサ１０が下側回転軸１を介し
てブラケット１０ａで取り付けられており、レンズ素材
の頂部が光軸に接した時にその位置が検知できるように
なっている。なお、光軸１１の位置は、レンズ素材９を
揺動軸心１２から距離Ａの手前で一旦停止させるように
設定するのが好ましい。この距離Ａとしては、球面半径
が０ｍｍ以上であり、レンズ又は治具の有無の検知セン
サーが働くストロークを稼ぐ必要がある理由から、０〜
５ｍｍ程度設けるのが好ましい。この場合、本実施例と
は逆に光軸１１の位置を揺動軸心１２よりも高い位置に
設定してもよい。頂部位置検知手段としては、光電セン
サの他、ＣＣＤカメラによる画像処理装置、変位セン
サ、近接センサ、接触式リミットスイッチ等が使用可能
であるが、高精度な位置決めには光電センサ、ＣＣＤカ
メラによる画像処理装置、変位センサを用いるのが好ま
しい。

【００１８】１８は、頂部位置検知手段１０からの検知
信号に基づき、下側回転軸１の上下動機構であるサーボ
モータ３を所定回転数だけ回転させて、レンズ素材９
（又は研磨工具８）の球心を揺動軸５の揺動軸心１２に
一致させるための球心制御手段で、レンズ素材９の球心
が揺動軸５の揺動軸心１２に一致するとサーボモータ３
に停止指令を与えるようになっている。この球心制御手
段１８は、製品レンズの品種に応じて揺動軸５の揺動開
始角度、その揺動角度θ、揺動角速度や、下側回転軸１
の初期位置、回転数及び上側回転軸２の回転数、研磨時
間等が制御できるようにこれら研磨条件の好ましい数値
制御プログラムが入力できる入力手段、記憶手段、演算
手段及びこれらの研磨条件の制御指令、演算結果指令等
を各モータに出力する出力手段を備えている。

【００１９】図５は、下側回転軸１上にレンズ素材９或
いは研磨工具８が装着されていない場合に自動的に研磨
が開始されないように下側回転軸の上昇を停止させるた
めの安全装置を説明した概略正面図である。すなわち、
ラック４ａの上部にドグ１３が、フレーム１６にドグ１
３の通過を検知するフォトマイクロセンサ１４が固定さ
れており、レンズ素材９或いは研磨工具８の頂部が光電
センサ１０の光軸１１を横切る前にフォトマイクロセン
サ１４の光軸を遮ることにより、下側回転軸１の上部に
は被加工物９、研磨工具のいずれもが装着されていない
ことを認識し、その認識信号が球心制御手段１８に伝え
られてサーボモータ３の回転を停止させ、研磨作業を中
断できるようになっている。この場合、サーボモータ３
にロータリエンコーダ等を設け、その回転カウント数か
らフォトマイクロセンサ１４の位置を検知することが可
能である。フォトマイクロセンサ１４の他のものとして
は、上記光電手段センサ１０と同様のものを用いること
ができる。

【００２０】次に、図６乃至図９を参照しながら、研磨
装置の作用を説明する。

【００２１】まず、作業者により球心制御手段１８に製
品レンズに応じた上記研磨条件が入力される。そして、
図６に示すように、下軸回転軸１の貼付治具１ａの頂部
にレンズ素材９が接着剤で接着固定され、上軸回転軸２
に所定の研磨工具９が装着される。球心制御手段１８か
らサーボモータ３に上昇指令が与えられると、下側回転
軸１がモータ４毎上下動機構４ａによって上昇し、図７
に示すようにレンズ素材９の頂点が光電センサ１０の光
軸１１を遮ると、その検知信号が球心制御手段１８に与
えられ、サーボモータ３が停止すると同時に下側回転軸
の上昇も停止する。

【００２２】次に、製品レンズの球面半径をＲ、サーボ
モータ３の１ステップあたりの下側回転軸１の上昇距離
をｂとすると、前述したように光軸１１と揺動軸心１２
との距離がＡであるから、サーボモータ３は、この時点
で予め球心制御手段１８に入力されている品種毎の研磨
情報の中からＣというステップ数を受け取り、そのステ
ップ数分だけ回転する。すなわち、この場合のＣは、Ｃ
＝（Ａ＋Ｒ）／ｂの関係にあり、サーボモータ３のＣス
テップ数分に相当する下側回転軸１の上昇によって、揺
動軸５の揺動軸心１２に、レンズ素材９が研磨されて最
終的に製品レンズとなった場合の製品レンズの凹球面の
球心が一致する。この状態を示したのが図８である。な
お、光軸１１の位置を揺動軸心１２よりも高い位置に設
定した場合は、上記距離Ａを球心制御手段１８でマイナ
ス値として扱い、レンズ素材９の頂部を光軸１１から距
離Ａだけ通過した時点で停止し、それから距離Ａだけ下
降することにより揺動軸５の揺動軸心１２に上記球心が
一致する。

【００２３】両部材の球心が一致すると、球心制御手段
１８からモータ４、６、７にスタート指令が与えられ、
図９に示すように研磨工具８の凹球面がレンズ素材９の
凸球面に自重を押圧加重として当接した状態で、レンズ
素材が回転されると共に揺動角度θで揺動される。そし
て、レンズ素材９の凸状外周面が球心制御手段１８に入
力されている製品レンズの球面半径Ｒに達した時点で研
磨装置の研磨作業が停止される。なお、上述したよう
に、研磨を始めようとしてレンズ素材又は研磨工具が下
側回転軸上に装着されていない場合は、下側回転軸下部
に設けられたドグ１３が、レンズ素材９の頂部が光軸１
１に達する前にフォトマイクロセンサ１４を横切り、レ
ンズ素材、研磨工具のいずれも装着されていないと判断
して、研磨動作を中止し、下側回転軸は原点位置に戻
る。

【００２４】従って、本発明の研磨装置によれば、何ら
作業者の経験、勘等に頼らずして、レンズ素材の球面を
精度の高い球面形状に自動的に研磨加工することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】請求項１乃至請求項３の球体の研磨装置
によれば、被加工物又は研磨工具の正確な位置決めが可
能になるという効果を有する。すなわち、研磨作業の開
始に際しては、被加工物又は研磨工具の頂点位置を頂部
位置検知手段により正確に捕らえ、球心制御手段からの
被加工物の品種に応じた球面半径のデータを受け取り、
研磨工具の揺動軸心と被加工物球面の球心とが高精度に
位置合わせされてから研磨作業が開始される。従って、
本発明の研磨装置は、何ら作業者の経験、勘等に頼らず
して、被加工物の球面を精度の高い球面形状に自動的に
加工することができるという優れた効果を奏することが
できる。

【００２６】請求項４乃至請求項６の球体の研磨装置に
よれば、被加工物又は研磨工具が下側回転軸上に装着さ
れているかいないかの判定機構を設けたので、準備され
ていない状態で研磨動作を始めてしまって危険を招いた
り、無駄な研磨作業をしたりすることが無くなる。

【００２７】本発明に係る球体の研磨装置は、特に研磨
装置を複数台併置したいわゆる多錘化された研磨装置の
場合にその効果が顕著であり、１錘ごとにＯＮ／ＯＦＦ
を切り替える手間が省けるばかりか、必要錘だけを一斉
に研磨開始させることが可能になり、加工精度の高い球
面形状を有する球体を効率良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る球体の研磨装置の概略正面図であ
る。

【図２】図１の装置の概略右側面図である。

【図３】図１に記載されている貼付治具近傍の拡大断面
図である。

【図４】図１の被加工物及び研磨工具の装着方法とは異
なる装着方法の説明図である。

【図５】図１の研磨装置の安全装置を説明する概略正面
図である。

【図６】本発明に係る球体の研磨装置の作用の説明図で
ある。

【図７】本発明に係る球体の研磨装置の作用の説明図で
ある。

【図８】本発明に係る球体の研磨装置の作用の説明図で
ある。

【図９】本発明に係る球体の研磨装置の作用の説明図で
ある。

【符号の説明】

１……下側回転軸 ２……上側回転軸 ５……揺動軸 ８……研磨工具 ９……レンズ素材 １０……光電センサ １１……センサ光軸 １２……揺動軸心 １８……頂部球心制御手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直立した回転軸であって、その頂部に被加
   工物又は研磨工具の一方を装着した状態で回転させる回
   転機構とその軸方向に上下動させる上下動機構を有する
   下側回転軸と、 前記下側回転軸の上方に位置し、その下部に前記被加工
   物又は研磨工具の他方を装着した状態で回転させると共
   に、該被加工物又は研磨工具の他方を前記下側回転軸上
   の被加工物又は研磨工具の一方に当接させた状態で揺動
   させる揺動軸を有する上側回転軸と、を備えた球体の研
   磨装置において、 （Ａ）前記下側回転軸の頂部に装着された被加工物又は
   研磨工具の頂点位置を検知する頂部位置検知手段と、 （Ｂ）前記頂部位置検知手段からの検知信号に基づき、
   前記下側回転軸の上下動機構を前記被加工物の球面半径
   に応じた所定距離分だけ駆動させることにより、前記被
   加工物又は研磨工具の球心を前記揺動軸の揺動軸心に一
   致させる球心制御手段を設けたことを特徴とする球体の
   研磨装置。
2. 【請求項２】請求項１の球体の研磨装置において、前記
   被加工物又は研磨工具の球心を前記揺動軸の揺動軸心に
   一致させる前に、前記下側回転軸上に載置された被加工
   物又は研磨工具の頂点位置を前記頂部位置検知手段によ
   って予め検知し、前記下側回転軸を一旦停止させること
   により、前記下側回転軸上に装着された被加工物又は研
   磨工具の頂点位置を正確に検知することを特徴とする球
   体の研磨装置。
3. 【請求項３】請求項２の球体の研磨装置において、前記
   頂部位置検知手段は、レーザ式光電スイッチであること
   を特徴とする球体の研磨装置。
4. 【請求項４】請求項１の球体の研磨装置において、前記
   下側回転軸の頂点を検知する前に、前記下側回転軸の上
   下動機構の所定位置以上の上昇を検知することにより、
   前記被加工物又は研磨工具の未装着を判定し、研磨作業
   を中断させる安全装置を設けたことを特徴とする球体の
   研磨装置。
5. 【請求項５】請求項４の球体の研磨装置において、前記
   安全装置は、前記下側回転軸の上下動機構としてサーボ
   モータ又はステッピングモータを用い、ロータリエンコ
   ーダによる回転数のカウントで所定位置以上の上昇を検
   知することを特徴とする球体の研磨装置。
6. 【請求項６】請求項５の球体の研磨装置において、前記
   安全装置は、前記下側回転軸の頂部位置より下方にドグ
   を設け、該ドグが研磨装置のフレームに固定した光電ス
   イッチの光軸を横切ることによって、前記下側回転軸の
   上下動機構の所定位置以上の上昇を検知することを特徴
   とする球体の研磨装置。