研磨装置的制作方法

专利名称：研磨装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及研磨方法和研磨装置，特别是，涉及适合于透镜的凹形 面的镜面研磨等的研磨方法和研磨装置。
背景技术：
眼镜透镜的凹形面，形成为球面、旋转对称非球面、复曲面、累进 面、或者这些的曲面合成等形状，通过切削等在加工面形状时镜面研 磨成光学面。球面或复曲面的单纯的曲面的镜面研磨，采用所谓奥斯 卡式(Oscar system)刚体的研磨皿的相互滑动研磨。用研磨皿的镜 面研磨方法是把研磨皿的面形状复制到被研磨物上的方法。因此，对 应于透镜处方的面形状的数目需要例如几千种加工亚。
由于除了这些曲面以外的累进面等复杂的所谓自由曲面的研磨中 无法用研磨皿，所以一般用弹性研磨体进行研磨。
例如，用接触于被研磨物的被研磨面的一部分的小圓顶状的弹性研 磨体的局部研磨法是公知的。此局部研磨法，根据被研磨面的形状求 出最大的曲率，选择具有大于此最大曲率的曲率的圓顶状的弹性研磨 体，使弹性研磨体一边旋转一边接触于被研磨面的一部分，通过使弹 性研磨体在被研磨面整个面上扫描，研磨被研磨面整个面。因为弹性 研磨体可以通过变形跟随被研磨面的形状，故用一种弹性研磨体可以 研磨几乎所有的曲面。
此外，用气球型研磨体的研磨方法也是公知的。把压力气体送到气 球型研磨体的内侧，靠内压力使气球型研磨体膨胀， 一边使气球型研 磨体接触于被研磨面整个面一边进行研磨。气球型研磨体，由于通过 改变气球型研磨体的内压力，来改变气球型研磨体的曲率，形成与被 研磨面的曲面形状相吻合的曲率地进行研磨，所以可以跟随凹形面的 曲面，故用一种气球型研磨体可以适应多种被研磨面。
但是，局部研磨法因为通过局部研磨来研磨研磨面整个面，故需要
很长的研磨时间，存在着制造成本高这样的问题。此外，即使通过调 整研磨压力控制弹性研磨体的形状来适应各种曲面，也存在着在被研 磨面之中局部发生压力不足或压力过高，难以以均匀的研磨压力来研 磨净皮研磨面整个面，难以进行均匀的研磨这样的问题。
此外，用气球型研磨体的研磨方法，虽然因为使气球型研磨体接触 于研磨面整个面进行研磨，故研磨时间短，但是如果提高内压力，则 丧失柔软性，对形状的跟随性变差，有时发生研磨不匀。另一方面， 如果降低内压力，则对被研磨面的接触减弱，有时不能充分地进行研 磨。因此，靠内压力的调整改变气球型研磨体的曲率，允许范围很窄， 并不那么有效。
本发明鉴于上述问题而作成，其目的在于提供一种可以良好地跟随 凹面形的被研磨面的曲面、均匀而迅速地进行镜面研磨的研磨方法。
此外，本发明的目的在于提供一种可以实现这种研磨方法的研磨装置。

发明内容
本发明人，为了实现上述目的，通过锐意研究的结果发现， 一边使 弹性研磨体的圓顶状部的一部分接触于被研磨面的几乎整个面一边进 行研磨是有效的，该弹性研磨体具有面积大于被研磨物凹面形被研磨 面的圓顶状部，并且是从所述圆顶状部的曲率不同的多个弹性研磨体 中根据被研磨面的曲面形状选择的。
也就是说，由于用接触于被研磨面的几乎整个面的弹性研磨体，所
以研磨速度快，可以迅速地进行研磨u此外，由于准备了多个圆顶状
部曲率不同的弹性研磨体，根据被研磨面的曲面形状选择进行研磨， 所以使研磨时的弹性研磨体的变形量为最小限度，使对被研磨面的跟
随性良好，故弹性研磨体对^L研磨面的紧密接触性良好，可以均匀地 进行研磨。
此外，通过使弹性研磨体的圓顶状部的面积取为大于被研磨面的面 积，可以加快弹性研磨体的自转的圆周速度而提高研磨速度。为了均 匀地研磨，最好是使自转着的被研磨面相对于自转着的弹性研磨体作 摆动运动。在此一场合，因为通过使摆动中心与弹性研磨体的圓顶状 部的曲率中心几乎一致，可以在被研磨面进行摆动运动时，将被研磨
面与弹性研磨体表面的紧密接触性维持一定，故被研磨面与弹性研磨 体的表面均匀地接触，从而可以进行均匀的研磨。
可以向保持弹性研磨体的研磨体安装夹具赋予使曲率中心与摆动 中心一致的功能。例如，可通过准备根据圓顶状部的曲率而改变保持 弹性研磨体的高度的多种研磨体安装夹具来实现。
进而，弹性研磨体的圆顶状部由形成为圆顶状的中空的弹性模片来 构成，通过靠压力流体在弹性模片的内表面上施加压力， 一边赋予圓 顶状部以张力一边进行研磨，与弹性研磨体总体由弹性材料来构成者 相比，因为在研磨条件中增加了弹性研磨体的内压力的调节，故进行 适当的研磨变得容易。
在研磨之际，最好是将研磨垫贴在弹性研磨体的圆顶状部的外表面 上研磨被研磨物。
作为研磨装置，最好是一边赋予被研磨物以自转运动与摆动运动， 一边使圆顶状的弹性研磨体进行自转运动，并且使摆动中心与弹性研 磨体的曲率中心几乎一致。
在此一场合，最好是设置使摆动中心与弹性研磨体的曲率中心几乎 一致的机构。例如，作为构成研磨装置的一部分的、保持弹性研磨体 的安装夹具，可准备根据圆顶状部的曲率改变保持弹性研磨体的高度 的多种安装夹具来实现。


图1是表示本发明的研磨方法和研磨装置中用的弹性研磨体与研
磨体安装夹具的一个实施形式，(a)是分开表示各构件的截面图，(b) 是把弹性研磨体安装于研磨体安装夹具上时的俯视图。
图2是表示本发明的研磨方法的一个实施形式的截面图，(a)表 示具有小的曲率的弹性研磨体的例子，(b)表示具有大的曲率的弹性 研磨体的例子。
图3表示本发明的研磨装置的一个实施形式，(a)是主视图，(b) 是侧视图。
具体实施例方式
下面，就本发明的研磨方法和研磨装置的实施形式进行说明，但是
本发明不限定于以下的实施形式。
本发明的研磨方法，如上所述，用具有面积大于净皮研磨物的凹面形 被研磨面的圆顶状部的弹性研磨体。
作为成为本发明的研磨方法的对象的被研磨物，只要是面积比较 小，具有需要镜面研磨的凹面形的被研磨面者，则没有限制。例如，
除了以照相机透镜、望远镜用透镜、显微镜用透镜、步进器(stepper) 用聚光透镜、眼镜透镜等为代表的光学透镜外，可以举出注模聚合塑 料透镜用的玻璃模、便携式机器的盖玻璃等光学零件。下面，以塑料 眼镜透镜为代表进行说明。
在塑料眼镜透镜的凹形面(眼球侧，也称为内表面)上，形成球面、 旋转对称非球面、复曲面、累进面，或者这些曲面的合成等形状。在 一方的凸形面上，形成球面、旋转对称非球面、累进面等。凹形面的 形状，往往通过数控等的切削加工来形成。在切削加工后，有必要镜 面研磨成所希望的光学面。
作为在本发明中用的弹性研磨体，有必要具有面积大于凹形面状的 被研磨面的圆顶状部。借此，使圆顶状部接触于被研磨面的几乎整个 面进行研磨成为可能。此外，通过把弹性研磨体的圓顶状部的面积取 为大于被研磨面的面积，可以加快弹性研磨体的自转的圓周速度而提 高研磨速度，并且可以提高弹性研磨体的形状跟随性。弹性研磨体的 圓顶状部的直径，希望取为研磨对象透镜的直径的1.1~10倍，最好 是1.5-5倍左右的大小。
圆顶状部是例如把弹性模片形成为中空的圆顶状，靠压力流体的内 压力保持圓顶状的形状者，是将弹性材料形成为圆顶状的部件者，是 用其他弹性材料填充圆顶状的弹性模片的中空部者等。弹性模片的厚 度最好是0. 1 - 10mm，特别优选为0. 2-5mm的范围，最好是具有JIS A硬度(A型硬度计)10-100，杨氏模量1 02 - 1 03 N ' cnf2的物理性能 值者。弹性模片或弹性材料的材质可以举出天然橡胶、丁腈橡胶、氯 丁橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、硅 橡胶、氟橡胶等橡胶，聚乙烯、尼龙等热塑性树脂，乙烯类、氨基甲 酸乙酯类等热塑性树脂弹性体。
接下来，参照图1，就本发明的研磨方法中用的构件进行说明。
本实施形式的弹性研磨体10，如图l (a)中所示，由弹性模片来 构成，包括形成圓顶状的中空的圓顶状部11，和整体地设在圆顶状部
11的周缘上的向外突出的环状的突缘部12。在圆顶状部11的外表面 上，靠粘接剂等贴着切成例如图1 (b)中所示的花瓣形的无纺布等的 研磨垫13。此研磨垫13拥有研磨液的保持等功能，研磨垫13的间隙 13a作为磨料或水的供给、排出研磨屑的通路发挥功能。再者，研磨垫 13的形状，不限于花瓣形，也可以密集地粘贴切成例如圆形、椭圓形、 多角形等的研磨垫。
研磨体安装夹具20,保持弹性研磨体10，并且使弹性研磨体10 的内面侧形成为密封空间，作为把压力流体引入弹性研磨体IO之中的 流路发挥功能。进而，具有装设于后述的研磨装置上而固定的功能。
研磨体安装夹具20包括安装夹具主体21与环状的压紧构件22。 安装夹具主体21包括圆筒状的筒状部211，和整体地设在筒状部211 的上端部的外周部上的、沿与筒状部211的轴正交的方向伸出的、与 筒状部211同轴的突缘状的研磨体安装部212。在研磨体安装部212 的上表面外周部上，设有收容弹性研磨体10的突缘部12的环状的浅 凹部2121。在jl巨该凹部2121的中心等角度的三处，设有未画出的缺口 部。在研磨体安装部212下表面上旋转自如地安装着螺栓23,螺栓23 插入缺口部，成为能够装拆。在螺栓23上安装着垫圈24与螺母25。 在弹性研磨体10的突缘部12上也与该缺口部相对应地设有未图示的 缺口部。压紧构件22为下表面平坦且收容于研磨体安装部212的凹部 2121中的环状，设有对应于研磨体安装部212的缺口部的未画出的缺 口部。在筒状部211的下端部上，向外突出地设有装设固定于研磨装 置上用的锥形的装设部2111。
为了将弹性研磨体10固定于研磨体安装夹具20上，使缺口部相互 对准地将弹性研磨体10的突缘部12放置于研磨体安装部212的凹部 2121内，使缺口部相互对准地把压紧构件22放置于弹性研磨体10的 突缘部12之上后，抬起螺栓23插入缺口部之中，通过拧紧螺母25, 如图1 ( b)中所示，可以把弹性研磨体10的突缘部12夹在研磨体安 装部212与压紧构件22之间而固定。结果，在圓顶状部ll的内表面 与研磨体安装部212的上表面之间形成圆顶状的密封空间，该密封空 间经由筒状部211的空隙与外部连通。
本发明的研磨方法，预先准备圆顶状部11的曲率不同的多个弹性
研磨体10，从准备的多个弹性研磨体IO之中选择具有对应于净皮研磨面 的曲面形状的圆顶状部11的弹性研磨体10， 一边使弹性研磨体10的
圆顶状部11的一部分接触于被研磨面的几乎整个面一边进行研磨。
接下来，参照图2对本发明的研磨方法的一个实施形式进行说明。
在本实施形式中，针对圓顶状部11的曲率不同的弹性研磨体10， 准备了该弹性研磨体IO专用的研磨体安装夹具20。
如图2(a)中所示，例如把小曲率(曲率半径Ra大)的弹性研磨 体10a经由研磨体安装夹具20a装设于后述的研磨装置的回转台上， 把规定压力的压缩空气送入圓顶状部lla的内表面与研磨体安装部 212a之间的密封空间30中，把密封空间30维持为规定的压力，赋予 圆顶状部lla以张力。此时的圓顶状部lla的曲率中心40存在于筒状 部211a的中心轴上。此外，以研磨体安装夹具20a的筒状部211a的 中心轴为旋转轴，换句话说使弹性研磨体10a几乎以连接圓顶状部lla 的曲率中心40与顶点的线为旋转轴进行旋转。
另一方面，因为被研磨物50a的^L研磨面的凹形面具有小的曲率， 接近于弹性研磨体10a的圓顶状部lla的曲率，故弹性研磨体10a的 外表面紧密接触于被研磨物50a的凹形面的几乎整个面上。在与被研 磨物50a的净皮研磨面的凹形面相反一侧的面上，经由例如j氐熔点金属 或石蜡等接合料51接合着装设固定于研磨装置的夹头上的被研磨物安 装部52。研磨装置的未画出的夹头，；故驱动而旋转，被研磨物50a以 规定的旋转速度自转。此外，夹头被施加例如空气压力，可以把被研 磨物50a以规定的研磨压力推靠于弹性研磨体10a上。进而，研磨装 置的支持被研磨物50a的夹头进行被研磨物50a的旋转轴在圓顶状部 lla的顶点附近与端部侧间往复的摆动运动。在本发明的研磨方法中， 此摆动运动的摆动中心41，与弹性研磨体的曲率中心40几乎一致。支 持被研磨物50a的夹头的旋转轴，始终通过摆动中心41。
此外，图2 (b)中所示的弹性研磨体10b的圓顶状部lib被选定 为具有接近于被研磨物50b的具有大曲率的被研磨面的凹形面的曲率 的大的曲率(曲率半径Rb小)者。因此，弹性研磨体10b的外表面紧 密接触于净皮研磨物50b的凹形面的几乎整个面上。把弹性研磨体10b 装设于研磨体安装夹具20b的研磨体安装部212b上时也是，纟皮研磨物 50b的摆动运动的摆动中心41与弹性研磨体的曲率中心40几乎一致。
也就是说，如图2中所示，设定研磨体安装夹具20a、20b的筒状部211a、 Hlb的长度，使保持弹性研磨体10a、 10b的高度上下改变，以便在把 研磨体安装夹具20a、 20b装设于研磨装置上时，圓顶状部lla、 lib 的曲率中心40始终与摆动中心41几乎一致。
圆顶状部11的曲率不同的多个弹性研磨体10在对眼镜透镜的内 表面进行研磨的场合，例如曲率半径R从40mm到600 mm的范围，直 到200 mm以10 ~ 40 mm的间隔，最好是以14 — 30 mm的间隔准备5 ~ IO个左右，在200 mm- 600 mm的范围，以100 - 200 mm的间隔准备。 借此，可以适应基于几乎所有处方的内表面的曲面。
作为从曲率不同的多个弹性研磨体10之中选择具有对应于被研磨 物的曲面形状的曲率者的方法，根据存在于透镜内表面之中的最大的 曲率半径IUx与最小的曲率半径R in，求出U_ + Rmin) /2 = R id，选择 具有接近于此中间曲率半径R屮者。通过此选择方法，在球面或轴对称 非球面中，R_ = Rffli ，可以选择适当的曲率的弹性研磨体。在散光面(复 曲面)的场合，成为基本曲线与交叉曲线的中间的曲率半径，使弹性 研磨体的变形最小，可跟随性良好地紧密接触于圓柱面状的复曲面地 进行均匀的研磨。在累进面，或累进面与复曲面的合成曲面等复曲面 以外的曲面的场合也是，使曲面近似于复曲面，通过选择具有接近于 近似的复曲面的基本曲线与交叉曲线的中间的曲率半径的曲率半 径的圆顶状部11，使弹性研磨体的变形最小，可跟随性良好地紧密接 触于被研磨面的曲面地进行均匀的研磨。本发明的研磨方法，虽然有 不得不根据被研磨面而更换弹性研磨体的麻烦，但是与硬质的研磨皿 相比可以使用少得多的数目。
在研磨之际，如图2中所示， 一边用规定压力的内压力赋予在表面 上粘贴了研磨垫13的弹性研磨体10a、 10b以张力一边以规定的转速 使之自转，同时一边使被研磨物50a、 50b以通过曲率中心(旋转中心) 40的轴为旋转轴、并以规定的转速自转， 一边以规定的研磨压力推靠 于弹性研磨体10a、 10b上，并且赋予^L研磨物50a、 50b以摆动运动， 一边从喷嘴60向弹性研磨体10a、 10b的表面供给含有研磨剂的浆液 61 —边进行研磨。
在此一场合，可以在赋予弹性研磨体i0a、 10b的内压力为例如 0. 2 - 1. 2 kgf/cm2、弹性研磨体10a、 10b的转速为例如50 - 500 rpm
/min、被研磨物50a、 50b的转速为例如1 - 30 rpm/mim、摆动速度 为例如1 - 20往复/mim、研磨压力为例如3 ~ 30 kgf/^2的研磨条件 下进行研磨。
如果用这种研磨方法，则通过被研磨物50a、 50b的摆动运动，可 以有效地利用大于被研磨物50a、 50b的圓顶状部lla、 lib的表面。 因同时研磨被研磨面的几乎整个面，故研磨速度加快。摆动运动之际 的摆动中心41与弹性研磨体10a、 10b的圓顶状部lla、 llb的曲率中 心40几乎一致，因为净皮研磨面与弹性研磨体10a、 10b的相对距离保 持一定，故被研磨面始终均匀地接触于弹性研磨体10a、 10b表面而可 以进行均匀的研磨。
接下来，参照图3，对可以实现本发明的研磨方法的研磨装置进行 说明。
此研磨装置100，备有研磨体保持驱动部110、研磨体安装夹具20 和^L研磨物保持驱动部120。作为研磨体保持驱动部110，设有靠未画 出的电动机驱动为以竖直方向的轴为中心旋转的回转台111,在此回转 台111上装拆自如地装设固定着研磨体安装夹具20的筒状部211下端 的装设部2111。通过把研磨体安装夹具20装设于回转台111上，研磨 体安装夹具20可以以筒状部211的中心轴为旋转轴、也就是几乎以连 接弹性研磨体的圆顶状部11的曲率中心40与圓顶状部11的顶点的线 为旋转轴、并以规定的转速进行旋转。此外，未画出的压缩空气的配 管设在回转台lll上，与筒状部211的中空部连接。
此外，作为被研磨物保持驱动部120，设有摆动驱动装置121和靠 摆动驱动装置121摆动的被研磨物保持装置122。摆动驱动装置121 靠电动机1211驱动以带传动进行旋转的曲轴l灯2，并使靠曲轴Hl2 与连接棒1213使所连接的被研磨物保持装置122摆动。被研磨物保持 装置122成为能够以摆动轴1221为中心在竖直方向与后方的倾斜角度 之间沿前后方向摆动。被研磨物保持装置122，在上部配置有垂直向下 的气缸1222，在此气缸1222的活塞杆1223的前端上，设有装设固定 有净皮研磨物安装部52的夹头1224。此夹头1224由电动机l"5而以通 过摆动轴1221与研磨体安装夹具20的筒状部211的中心轴的交点的 轴为旋转轴被驱动进行旋转。通过把经由接合料51而与被研磨物50 一体化的被研磨物安装部52装设于夹头1224上，可以把被研磨物50
装设于被研磨物保持装置1"上。所装设的被研磨物50靠气缸1222 能够不接触地接近离开弹性研磨体10，以及以规定的研磨压力推靠于 弹性研磨体10上。
在此研磨装置100中，如果把具有与弹性研磨体10的圆顶状部11 的曲率相对应的长度的筒状部211的研磨体安装夹具20装设于回转台 lll上，则弹性研磨体10的保持位置因各研磨体安装夹具20而异，并 且弹性研磨体10的圆顶状部11的曲率中心40与旋转轴1221的中心 几乎一致。
在利用这种研磨装置100对例如作为净皮研磨物50的透镜凹形面进 行研磨时， 一边通过压缩空气的压力调节以规定的内压力赋予、在表 面上粘贴了研磨垫13的弹性研磨体10以张力一边靠回转台111以规 定的转速使之自转，同时一边使被研磨物50以规定的转速自转一边以 气缸1222的规定的研磨压力推靠于弹性研磨体10上，并且靠摆动驱 动装置121赋予被研磨物50以摆动运动， 一边从未图示的喷嘴向弹性 研磨体10的表面供给含有研磨剂的浆液一边进行研磨。
这种研磨装置100，由于即使弹性研磨体10的圓顶状部11的曲率 变化，也靠研磨体安装夹具20始终使圆顶状部11的曲率中心与被研 磨物的摆动中心几乎一致，所以通过可以有效地利用弹性研磨体10的 表面的被研磨物50的摆动运动，可以进4亍均匀的研磨，并且可以迅速 地进行研磨u
虽然在上述的说明中，为了使摆动中心与曲率中心一致，为各弹性 研磨体专门准备了具有符合圓顶状部的曲率的特定长度的筒状部的研 磨体安装夹具，但是也可以使筒状部的长度为可变式的，或者也可以 使研磨装置的回转台的高度上下可调以便符合圆顶状部的曲率。
象以上说明的那样，如果用本发明的研磨方法，则通过选择适合于 凹形面的曲面的弹性研磨体进行几乎整个面的研磨，可以迅速且均匀 地研磨凹面状的^皮研磨面。
此外，本发明的研磨装置，可以实现这种研磨方法，可以迅速且均 匀地研磨凹面状的净皮研磨面。
工业实用性
本发明的研磨方法，可以运用于例如眼镜透镜的凹形面的镜面研磨 加工而运用于眼镜透镜的制造。本发明的研磨装置，可以运用于例如眼镜透镜的凹形面的镜面研磨 加工。
权利要求
1.一种研磨装置，其特征在于，包括保持被研磨物，且赋予前述被研磨物以自转运动和摆动运动的被研磨物保持驱动部；保持具有圆顶状部的弹性研磨体的研磨体安装夹具；以及装拆自如地装设有前述研磨体安装夹具，并使前述被研磨物保持驱动部的摆动中心与前述圆顶状部的曲率中心一致且经由前述研磨体安装夹具使前述弹性研磨体自转的研磨体保持驱动部。
2. 权利要求1中所述的研磨装置，其特征在于， 构成为能够根据前述弹性研磨体的前述圆顶状部的曲率而改变前述弹性研磨体的保持位置，并可使前述圓顶状部的曲率中心与前述摆 动中心一致。
3. 权利要求2中所述的研磨装置，其特征在于， 前述弹性研磨体的保持位置的改变，是通过改变前述研磨体安装夹具进行的，该研磨体安装夹具具有根据前述弹性研磨体的前述圆顶状 部的曲率而改变保持前述弹性研磨体的高度的多种种类。
全文摘要
本发明特别涉及适合于透镜的凹形面的镜面研磨等的研磨方法和研磨装置。该方法的特征在于一边使弹性研磨体的圆顶状部的一部分接触于被研磨面的几乎整个面，一边进行研磨，该弹性研磨体(10a，10b)具有面积大于前述被研磨物(50a，50b)的凹面形的被研磨面的圆顶状部(11a，11b)，并且是从前述圆顶状部曲率不同的多个弹性研磨体中选出的、与前述被研磨面的曲面形状相对应的弹性研磨体。并且，使圆顶状部的曲率中心(40)与被研磨物的摆动中心(41)基本一致地进行研磨。如果采用本发明的研磨方法，可以迅速而均匀地研磨凹面形被研磨面。
文档编号B24B13/00GK101352825SQ20081021254
公开日2009年1月28日 申请日期2003年1月14日 优先权日2002年1月15日
发明者宫泽信 申请人:精工爱普生株式会社