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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-217717(P2017-217717A)
(43)【公開日】2017年12月14日
(54)【発明の名称】球体研磨装置及び球体研磨方法
(51)【国際特許分類】
   B24B 11/06 20060101AFI20171117BHJP
   B24B 53/06 20060101ALI20171117BHJP
【FI】
   B24B11/06
   B24B53/06 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2016-112996(P2016-112996)
(22)【出願日】2016年6月6日
(71)【出願人】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】100089082
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 脩
(74)【代理人】
【識別番号】100130188
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 喜一
(74)【代理人】
【識別番号】100190333
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 群司
(72)【発明者】
【氏名】増田 祐生
(72)【発明者】
【氏名】河原 徹
(72)【発明者】
【氏名】三井 哲弥
(72)【発明者】
【氏名】小野▲崎▼ 徹
(72)【発明者】
【氏名】若園 賀生
(72)【発明者】
【氏名】新美 匡俊
【テーマコード(参考)】
3C047
3C049
【Fターム(参考)】
3C047AA15
3C047AA31
3C047CC10
3C047EE11
3C047FF09
3C049AA04
3C049AA09
3C049AA18
3C049AA19
3C049AB01
3C049AB08
3C049BC02
3C049CA02
(57)【要約】
【課題】球体の真球度を大幅に向上できる球体研磨装置及び球体研磨方法を提供する。
【解決手段】球体研磨装置(1)は、一方の面に中心軸線(L1)回りに環状に形成される第一研磨溝(23a)を有する第一研磨盤(23)と、第一研磨盤(23)の中心軸線(L1)と同軸上の中心軸線(L2)回りに第一研磨盤(23)に対して相対的に回転可能に設けられ、第一研磨盤(23)の一方の面に対向する面に、中心軸線(L2)回りに環状に形成される第二研磨溝(33a)を有する第二研磨盤(33)と、を備える。そして、第一研磨溝(23a)及び第二研磨溝(33a)の少なくとも一方の内面には、球体(2)の自転軸の傾きを変動するための第一自転軸変動溝(231)(第二自転軸変動溝(331))が、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aの少なくとも一方の溝方向に沿って形成される。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の面に中心軸線回りに環状に形成される第一研磨溝を有する第一研磨盤と、
前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して相対的に回転可能に設けられ、前記第一研磨盤の前記一方の面に対向する面に、前記中心軸線回りに環状に形成される第二研磨溝を有する第二研磨盤と、
研磨対象である球体を前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で挟圧して、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対的に回転させることで、前記球体を研磨加工する制御装置と、
を備える球体研磨装置であって、
前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の少なくとも一方の内面には、前記球体の自転軸の傾きを変動するための自転軸変動溝が、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の少なくとも一方の溝方向に沿って形成される、球体研磨装置。
【請求項2】
前記第一研磨溝の内面には、前記自転軸変動溝としての第一自転軸変動溝が形成され、
前記第二研磨溝の内面には、前記第一自転軸変動溝と異なる溝種類の前記自転軸変動溝としての第二自転軸変動溝が形成される、請求項1に記載の球体研磨装置。
【請求項3】
前記自転軸変動溝は、前記中心軸線回りに螺旋状に形成される、請求項1又は2に記載の球体研磨装置。
【請求項4】
前記第一自転軸変動溝と前記第二自転軸変動溝は、前記第一研磨溝と前記第二研磨溝とが対向する状態で前記中心軸線の一方から見た場合に、互いに重ならないようにそれぞれ形成される、請求項2に記載の球体研磨装置。
【請求項5】
前記第一自転軸変動溝は、前記第一研磨溝に向かって見た場合に、前記中心軸線回りに一方に向かう螺旋状に形成され、
前記第二自転軸変動溝は、前記第二研磨溝に向かって見た場合に、前記中心軸線回りに他方に向かう螺旋状に形成される、請求項4に記載の球体研磨装置。
【請求項6】
前記自転軸変動溝は、前記中心軸線方向の断面の内周縁がU字状に形成される、請求項1−5の何れか一項に記載の球体研磨装置。
【請求項7】
前記自転軸変動溝は、研磨時の前記球体の圧力により研磨部分が弾性変形したとき、前記球体と前記自転軸変動溝の溝底が接触しない溝深さに形成される、請求項6に記載の球体研磨装置。
【請求項8】
前記制御装置は、前記第一研磨盤と前記第二研磨盤の相対的な回転速度を一定にして、前記球体を研磨する、請求項1−6の何れか一項に記載の球体研磨装置。
【請求項9】
前記球体研磨装置は、
前記第一研磨盤が設けられる基台と、
前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤に対して前記第一研磨盤の中心軸線方向及び中心軸線と直角な方向の少なくとも2軸方向に相対的に移動可能に前記基台に設けられ、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝をツルーイングするツルアと、を備え、
前記制御装置は、前記ツルアを前記2軸方向に相対的に移動させ且つ前記第一研磨盤を回転させながら前記ツルアにより前記第一研磨溝をツルーイングし、前記ツルアを前記2軸方向に移動させ且つ前記第二研磨盤を回転させながら前記ツルアにより前記第二研磨溝をツルーイングし、且つ、前記ツルアを前記2軸方向に移動させ且つ前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の少なくとも一方を回転させながら前記ツルアにより前記自転軸変動溝を形成する、請求項1−8の何れか一項に記載の球体研磨装置。
【請求項10】
球体研磨装置による球体研磨方法であって、
前記球体研磨装置は、
一方の面に中心軸線回りに環状に且つ前記中心軸線と直角な方向の断面の内周縁が円弧状に形成される第一研磨溝を有する第一研磨盤と、
前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して相対的に回転可能に設けられ、前記第一研磨盤の前記一方の面に対向する面に、前記中心軸線回りに環状に且つ前記中心軸線と直角な方向の断面の内周縁が円弧状に形成される第二研磨溝を有する第二研磨盤と、
を備え、
前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の少なくとも一方の内面には、前記球体の自転軸の傾きを変動するための自転軸変動溝が、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の少なくとも一方の溝方向に沿って形成され、
前記球体研磨方法は、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で研磨対象である球体を挟圧して、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対的に回転させることで、前記球体を研磨加工する、球体研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、球体研磨装置及び球体研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、相対的に回転可能な対向する2つの砥石板を備え、2つの砥石板の一方の研磨加工面に形成される螺旋状の研磨溝に、連続的に複数の球体を通すことにより、球体の詰まりを防止して球体を研磨する球体研磨装置が記載されている。しかし、この球体研磨装置では、球体の自転軸は研磨加工面に略平行な状態に維持されるので、球体の真球度の向上に限界がある。
【0003】
特許文献2には、研磨溝が形成される対向する回転盤と固定盤とを備え、両研磨溝間の球体の通路上の所定間隔をおいた複数の所定位置に逃げ溝を形成することで、球体の自転軸の傾きを変更させる球体研磨装置が記載されている。このように球体の姿勢が変化することで、球体の真球度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−9296号公報
【特許文献2】特開平10−180605号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献2においては、球体の通路上における逃げ溝が形成されていない位置においては、球体の姿勢は変化しないので、球体の真球度の向上に限界がある。
【0006】
本発明は、球体の真球度を大幅に向上できる球体研磨装置及び球体研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1.球体研磨装置)
球体研磨装置は、一方の面に中心軸線回りに環状に形成される第一研磨溝を有する第一研磨盤と、前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して相対的に回転可能に設けられ、前記第一研磨盤の前記一方の面に対向する面に、前記中心軸線回りに環状に形成される第二研磨溝を有する第二研磨盤と、研磨対象である球体を前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で挟圧して、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対的に回転させることで、前記球体を研磨加工する制御装置と、を備える球体研磨装置であって、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の少なくとも一方の内面には、前記球体の自転軸の傾きを変動するための自転軸変動溝が、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の少なくとも一方の溝方向に沿って形成される。
【0008】
(2.球体研磨方法)
また、球体研磨方法は、上述した球体研磨装置を用いる球体研磨方法であって、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で研磨対象である球体を挟圧して、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対的に回転させることで、前記球体を研磨加工する。
【0009】
(3.球体研磨装置及び方法による効果)
上述した球体研磨装置及び球体研磨方法によれば、第一研磨盤と第二研磨盤とは、相対的に回転しているため、球体は、第一、第二研磨溝の間で第一研磨盤の中心軸線に直交する軸線の回りに回転する。そして、第一、第二研磨溝の少なくとも一方には、球体の自転軸の傾きを変動するための自転軸変動溝が、第一研磨溝及び第二研磨溝の少なくとも一方の溝方向に沿って形成されているため、球体の自転軸の傾きは常に変動する。よって、球体は、第一、第二研磨溝によって研磨されている最中において、球体の姿勢が常に変化するので、真球度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本実施形態の球体研磨装置の構成を示す図であり、図6のI-I断面図である。
図2図1の球体研磨装置の第一研磨盤の平面図である。
図3図1の球体研磨装置の第二研磨盤の平面図である。
図4図2のIV-IV断面図である。
図5図3のV-V断面図である。
図6図1の球体研磨装置の横断面図であり、図7のVI-VI断面図である。
図7図6のVII-VII断面図である。
図8】制御装置のブロック構成図である。
図9】球体を挟圧して球体の研磨を開始する時の第一研磨盤及び第二研磨盤の状態を示す平面図である。
図10図9のX-X断面図である。
図11図10の状態から第一研磨盤及び第二研磨盤がそれぞれ半回転したときの断面図である。
図12】ツルアにより第一研磨溝及び第一自転軸変動溝をツルーイングする際の球体研磨装置の図である。
図13】ツルアにより第二研磨溝及び第二自転軸変動溝をツルーイングする際の球体研磨装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(1.球体研磨装置の構成)
本実施形態の球体研磨装置1について図1を参照して説明する。球体研磨装置1は、基台11、コラム12、第一移動体13、第二移動体14及び上下駆動機構15を備える。基台11は、床面に設置され、中央に上下方向への貫通孔11aを備える。コラム12は、基台11の上面に固定される。コラム12の側面には、上下方向に延びるガイドレール12a,12bが設けられる。
【0012】
第一移動体13は、基台11の上面及び貫通孔11aに配置される。第一移動体13は、第一本体部21、第一研磨盤支持体22、第一研磨盤23、第一静圧軸受24及び第一モータ25を備える。
【0013】
第一本体部21は、中央孔21aを有する円盤状に形成される。第一本体部21は、中央孔21aが基台11の貫通孔11aと同軸上に位置するように、基台11の上面に固定される。中央孔21aの中心軸線は、L1であり、鉛直軸方向に一致する。第一本体部21は、基台11に対して中心軸線L1の方向及び中心軸線L1の直交方向に移動規制される。
【0014】
第一研磨盤支持体22は、第一本体部21に対して、中心軸線L1の回りに回転可能に設けられる。第一研磨盤支持体22は、第一本体部21の中央孔21aを貫通する軸部22a、第一本体部21の上面及び下面に対向する円盤状のフランジ部22b,22cを備える。
【0015】
第一研磨盤23は、第一研磨盤支持体22の上側のフランジ部22bの上面に一体的に固定される。つまり、第一研磨盤23は、第一本体部21に対して中心軸線L1の回りに回転可能に設けられる。第一研磨盤23は、環状に形成される。さらに、第一研磨盤23は、一方の面(上面)に中心軸線L1の回りに環状に形成される第一研磨溝23aを有する。第一研磨溝23aの断面形状は、円弧凹状に形成される。第一研磨溝23aは、研磨対象である球体2を研磨する。
【0016】
そして、図2に示すように、第一研磨溝23aの内面には、詳細は後述するが、球体2の自転軸の傾きを変動するための第一自転軸変動溝231が、第一研磨溝23aに沿って形成される。具体的には、第一自転軸変動溝231は、第一研磨盤23を中心軸線L1方向から見たとき、螺旋状に形成される。
【0017】
詳細には、第一自転軸変動溝231は、第一研磨盤23が図示矢印で示す時計回りに回転するとした場合、図示一点鎖線で示す球体2に対して、第一研磨溝23aの内周側から外周側に向かって変化するように形成される。本例では、第一自転軸変動溝231は、第一研磨溝23aの内周側の周縁上の溝位置P1iから180度隔てた外周側の周縁上の溝位置P1oまで、ピッチpで反時計回りに周回数2回転半で形成される。
【0018】
図4に示すように、第一自転軸変動溝231は、中心軸線L1方向の断面の内周縁がU字状に形成される。これにより、後述するツルーイング装置17のツルア65により、第一自転軸変動溝231を容易に形成できる。そして、第一自転軸変動溝231は、球体2の研磨時に掛かる圧力により第一研磨溝23aの研磨部分が弾性変形したとき、球体2と第一自転軸変動溝231の溝底とが接触しない溝深さdとなるように形成される。これにより、球体2の部分的な研磨過多を防止して真球度を向上できる。
【0019】
第一静圧軸受24は、第一本体部21に保持され、第一研磨盤23に一体的に固定される第一研磨盤支持体22を、第一本体部21に対してラジアル方向及びスラスト方向に支持する。詳細には、第一静圧軸受24は、第一本体部21の中央孔21aに保持され、軸部22aの外周面に対して流体圧により支持するラジアル軸受24aを備える。さらに、第一静圧軸受24は、第一本体部21の上面及び下面に保持され、フランジ部22b,22cに対して流体圧により支持するスラスト軸受24b,24cを備える。
【0020】
第一静圧軸受24に供給される流体は、共通の流体供給源から供給され、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cに分岐される。第一静圧軸受24は、さらにオリフィス絞り24d(図8に示す)を備える。オリフィス絞り24dは、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cのそれぞれに設けられる。ここで、第一静圧軸受24を構成するオリフィス絞り24dの位置は可変であるため、流体圧は可変とされる。第一モータ25は、第一本体部21又は基台11に支持され、第一研磨盤支持体22を回転駆動する。
【0021】
第二移動体14は、コラム12に対して上下方向に移動可能に配置される。第二移動体14は、第二本体部31、第二研磨盤支持体32、第二研磨盤33、第二静圧軸受34及び第二モータ35を備える。
【0022】
第二本体部31は、円筒状に形成され、下円盤部及び上円盤部には中央孔31a,31bを有する。第二本体部31の中央孔31a,31bの中心軸線は、L2であり、第一本体部21の中央孔21aの中心軸線L1に一致する。第二本体部31の円筒部は、コラム12の側面のガイドレール12a,12bに摺動可能に設けられる。つまり、第二本体部31は、コラム12に対して上下方向(Y1方向)に移動可能である。そして、第二本体部31は、基台11及びコラム12に対して中心軸線L2の直交方向に移動規制される。
【0023】
第二研磨盤支持体32は、第二本体部31に対して、中心軸線L2の回りに回転可能に設けられる。第二研磨盤支持体32は、第二本体部31の下円盤部の中央孔31aを貫通する軸部32a、第二本体部31の下円盤部の下面及び上面に対向する円盤状のフランジ部32b,32cを備える。
【0024】
第二研磨盤33は、第二研磨盤支持体32の下側のフランジ部32bの下面に一体的に固定される。つまり、第二研磨盤33は、第二本体部31に対して中心軸線L2の回りに回転可能に設けられる。第二研磨盤33は、環状に形成される。さらに、第二研磨盤33は、一方の面(下面)に中心軸線L2の回りに環状に形成される第二研磨溝33aを有する。第二研磨溝33aの断面形状は、円弧凹状に形成される。第二研磨溝33aは、研磨対象である球体2を研磨する。
【0025】
第二研磨盤33の第二研磨溝33a側の面は、第一研磨盤23の第一研磨溝23a側の面に対向する。第二研磨溝33aの環状径は、第一研磨溝23aの環状径と同径に形成される。さらに、第二研磨溝33aの断面円弧径は、第一研磨溝23aの断面円弧径と同径に形成される。
【0026】
そして、図3に示すように、第二研磨溝33aの内面には、詳細は後述するが、球体2の自転軸の傾きを変動するための第二自転軸変動溝331が、第二研磨溝33aに沿って形成される。具体的には、第二自転軸変動溝331は、第二研磨盤33を中心軸線L2方向から見たとき、螺旋状に形成される。
【0027】
詳細には、第二自転軸変動溝331は、第二研磨盤33が図示矢印で示す反時計回りに回転するとした場合、図示一点鎖線で示す球体2に対して、第二研磨溝33aの外周側から内周側に向かって変化するように形成される。本例では、第二自転軸変動溝331は、第二研磨溝33aの外周側の周縁上の溝位置P2oから180度隔てた内周側の周縁上の溝位置P2iまで、ピッチpで時計回りに周回数2回転半で形成される。
【0028】
図5に示すように、第二自転軸変動溝331は、中心軸線L2方向の断面の内周縁が第一自転軸変動溝231と同形状のU字状に形成される。これにより、後述するツルーイング装置17のツルア65により、第二自転軸変動溝331を容易に形成できる。そして、第二自転軸変動溝331は、球体2の研磨時に掛かる圧力により第二研磨溝33aの研磨部分が弾性変形したとき、球体2と第二自転軸変動溝331の溝底とが接触しない溝深さdとなるように形成される。これにより、球体2の部分的な研磨過多を防止して真球度を向上できる。
【0029】
図2及び図3に示すように、第二自転軸変動溝331は、第一自転軸変動溝231とは異なる溝種類となっている。すなわち、第二自転軸変動溝331は、第一自転軸変動溝231に対し、ピッチp、内周側の径d(第一、第二研磨溝23a,33aの内径)、外周側の径D(第一、第二研磨溝23a,33aの外径)及び周回数(2回転半)は同一であるが、旋回方向が異なる。
【0030】
つまり、第二自転軸変動溝331は、第二研磨盤33の第二研磨溝33aを有する面(下面)を中心軸線L2方向から見たとき、第二研磨溝33aの外周側から内周側に向かって反時計回りの旋回方向であるのに対し、第一自転軸変動溝231は、第一研磨盤23の第一研磨溝23aを有する面(上面)を中心軸線L1方向から見たとき、第一研磨溝23aの外周側から内周側に向かって時計回りの旋回方向である。
【0031】
第二静圧軸受34は、第二本体部31の下円盤部に保持され、第二研磨盤33に一体的に固定される第二研磨盤支持体32を、第二本体部31に対してラジアル方向及びスラスト方向に支持する。詳細には、第二静圧軸受34は、第二本体部31の下円盤部の中央孔31aに保持され、軸部32aの外周面に対して流体圧により支持するラジアル軸受34aを備える。さらに、第二静圧軸受34は、第二本体部31の下円盤部の上面及び下面に保持され、フランジ部32b,32cに対して流体圧により支持するスラスト軸受34b,34cを備える。
【0032】
第二静圧軸受34に供給される流体は、共通の流体供給源から供給され、ラジアル軸受34a、スラスト軸受34b,34cに分岐される。第二静圧軸受34は、さらにオリフィス絞り34d(図8に示す)を備える。オリフィス絞り34dは、ラジアル軸受34a、スラスト軸受34b,34cのそれぞれに設けられる。ここで、第二静圧軸受34を構成するオリフィス絞り34dの位置は可変であるため、流体圧は可変とされる。また、第二静圧軸受34に流体を供給する流体供給源は、第一静圧軸受24に流体を供給する流体供給源と共通して設けられる。第二モータ35は、第二本体部31に支持され、第二研磨盤支持体32を回転駆動する。
【0033】
上下駆動機構15は、コラム12に対して第二本体部31を上下移動させる。上下駆動機構15は、コラム12の上端に固定されるモータ41と、モータ41の出力軸に連結されるボールねじ42と、ボールねじ42に螺合する第二本体部31の上円盤部の中央孔31bに固定されるボールねじナット43とを備える。
【0034】
(2.ツルーイング装置の構成)
球体研磨装置1は、さらにツルーイング装置17を備える。ツルーイング装置17について、図6及び図7を参照して説明する。ツルーイング装置17は、ガイド部材61、第一移動体62、第二移動体63、回転軸部材64及びツルア65を備える。
【0035】
ガイド部材61は、基台11の上面に配置される。ガイド部材61は、第一研磨盤23の中心軸線L1に直交する軸線L3方向に沿って形成される。第一移動体62は、ガイド部材61の上に配置され、ガイド部材61の軸線L3方向に移動可能に設けられる。第一移動体62は、図示しないモータによって、ガイド部材61上を、軸線L3方向に移動する。第一移動体62の側面には、第一研磨盤23の中心軸線L1方向に沿ってガイドが形成される。
【0036】
第二移動体63は、第一移動体62の側面ガイドに係止され、第一移動体62の側面ガイドの軸線L1方向に移動可能に設けられる。第二移動体63は、図示しないモータによって、第一移動体62の側面ガイドに沿って、軸線L1方向に移動する。
【0037】
回転軸部材64は、第二移動体63に軸線L3の回りに回転可能に設けられる。回転軸部材64は、図示しないモータによって、第二移動体63に対して回転可能とされる。ツルア65は、回転軸部材64の先端に取り付けられる。つまり、ツルア65は、第一研磨盤23及び第二研磨盤33に対して、第一研磨盤23の中心軸線L1方向及び中心軸線L1の直交方向の少なくとも2軸方向に相対的に移動可能に基台11に設けられる。このツルア65は、回転軸部材64の回転に伴って回転するロータリツルアである。1個のツルア65は、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aをツルーイングする。さらに、1個のツルア65は、第一自転軸変動溝231及び第二自転軸変動溝331をツルーイングする。
【0038】
(3.制御装置の構成)
球体研磨装置1は、さらに制御装置16を備える。制御装置16は、図4に示すように、モータ制御部51と、流体圧調整部52と、ツルーイング制御部53とを備える。モータ制御部51は、各モータ25,35,41を制御する。つまり、モータ制御部51が第一モータ25を回転駆動することにより、第一研磨盤23が回転する。また、モータ制御部51が第二モータ35を回転駆動することにより、第二研磨盤33が回転する。また、モータ制御部51がモータ41を回転駆動することにより、第二移動体14が上下動する。
【0039】
流体圧調整部52は、各オリフィス絞り24d,34dの絞り量を調整する。流体圧調整部52が第一オリフィス絞り24dの位置を移動させることにより、第一静圧軸受24の剛性が変化する。また、流体圧調整部52が第二オリフィス絞り34dの位置を移動させることにより、第二静圧軸受34の剛性が変化する。
【0040】
第一オリフィス絞り24dは、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cの流体圧全てを同時に調整する。つまり、第一オリフィス絞り24dが調整されることで、ラジアル軸受24aによる剛性、及び、スラスト軸受24b,24cによる剛性が調整される。同時に、第一静圧軸受24によるモーメント剛性が調整される。
【0041】
また、第二オリフィス絞り34dは、ラジアル軸受34a、スラスト軸受34b,34cの流体圧全てを同時に調整する。つまり、第二オリフィス絞り34dが調整されることで、ラジアル軸受34aによる剛性、及び、スラスト軸受34b,34cによる剛性が調整される。同時に、第二静圧軸受34によるモーメント剛性が調整される。
【0042】
ツルーイング制御部53は、ツルーイング装置17を制御する。詳細には、ツルーイング制御部53は、第一移動体62を移動するモータ、第二移動体63を移動するモータ、及び、回転軸部材64を回転するモータをそれぞれ制御する。
【0043】
(4.球体研磨装置を用いる球体の研磨方法)
制御装置16の流体圧調整部52は、第一,第二静圧軸受24,34の流体圧が球体2の研磨を行うときに使用する流体圧となるように、オリフィス絞り24d,34dを設定しておく。そして、制御装置16は、モータ41を駆動して、第二移動体14を上方へ移動させておく。この状態で、研磨素材である複数の球体2を、第一研磨盤23の第一研磨溝23aに配置する。続いて、制御装置16は、モータ41を駆動して、第二移動体14を下方へ移動させて、第二研磨盤33の第二研磨溝33aが球体2に接触させて挟圧する状態とする。
【0044】
続いて、制御装置16は、第一研磨盤23の回転速度を一定値とするように又は周期的に変動させるように第一モータ25を駆動し、且つ、第二研磨盤33の回転速度を一定値とするように第二モータ35を駆動する。このとき、第一研磨盤23と第二研磨盤33とは逆方向に回転される。このようにして、球体2は、第一,第二研磨盤23,33によって研磨される。この状態を設定した時間を経過したところで、制御装置16は、第一モータ25及び第二モータ35を停止して、モータ41を駆動して第二移動体14を上方へ移動させる。なお、球体2の研磨中において、ツルア65は、第一研磨盤23及び第二研磨盤33の径方向外側に位置している。
【0045】
(5.第一、第二自転軸変動溝を有する第一、第二研磨溝による球体の動作)
次に、第一、第二自転軸変動溝231,331を有する第一、第二研磨溝23a,33aに挟圧される球体2の研磨時における球体2の動作について、図を参照して説明する。なお、第一研磨盤23と第二研磨盤33とは、逆方向に絶対値が同一回転速度となるように回転されるものとする。
【0046】
ここで、図9に示すように、球体2を挟圧した当初の第一、第二研磨盤23,33を中心軸線L2(L1)方向の上方から見たとき、第一自転軸変動溝231の溝位置P1iと第二自転軸変動溝331の溝位置P2iは、180度ずれた位置にあり、第一自転軸変動溝231の溝位置P1oと第二自転軸変動溝331の溝位置P2oは、180度ずれた位置にある。そして、第一自転軸変動溝231と第二自転軸変動溝331は、互いに重ならず、第一、第二研磨盤23,33の径方向にずれた位置にある。
【0047】
以下の説明では、第一自転軸変動溝231の溝位置P1iと第二自転軸変動溝331の溝位置P2oとの間に位置する球体2に着目して説明する。第一研磨盤23と第二研磨盤33とは、相対的に回転するため、球体2は、第一研磨盤23の中心軸線L1に直交する軸線X1の回りに回転する。そして、第一、第二研磨溝23a,33aには、第一、第二自転軸変動溝231,331がそれぞれ形成されているため、球体2の自転軸の傾きは以下で説明するように変動する。
【0048】
図10に示すように、球体2に接する第一研磨溝23aの周縁には、第一自転軸変動溝231が溝位置P1i、溝位置P1iから第一研磨溝23aの径方向外側にピッチp隔てた溝位置P12、及び溝位置P1iから第一研磨溝23aの径方向外側に2倍のピッチp隔てた溝位置P13に存在する。なお、溝位置P13と第一研磨溝23aの最外周の溝位置P14との間の距離は、ピッチpより小さいとする。
【0049】
一方、球体2に接する第二研磨溝33aの周縁には、第二自転軸変動溝331が溝位置P2o、溝位置P2oから第二研磨溝33aの径方向内側にピッチp隔てた溝位置P22、及び溝位置P2oから第二研磨溝33aの径方向内側に2倍のピッチp隔てた溝位置P23に存在する。なお、溝位置P23と第二研磨溝33aの最内周の溝位置P24との間の距離は、ピッチpより小さいとする。
【0050】
球体2が第一研磨溝23aと第二研磨溝33aとの間で回転することで、球体2には、第一、第二研磨溝23a,33aによる研磨抵抗が発生する。すなわち、図10においては、球体2の下半分の部分には、第一研磨溝23aにおける溝位置P1iと溝位置P12との間の円弧部分A1、溝位置P12と溝位置P13との間の円弧部分A2、及び溝位置P13と溝位置P14との間の円弧部分A3で研磨抵抗が発生する。
【0051】
一方、球体2の上半分の部分には、第二研磨溝33aにおける溝位置P2oと溝位置P22との間の円弧部分B1、溝位置P22と溝位置P23との間の円弧部分B2、及び溝位置P23と溝位置P24との間の円弧部分B3で研磨抵抗が発生する。
【0052】
そして、第一、第二研磨盤23,33が半回転すると、図11に示すように、各円弧部分A1,A2,A3,B1,B2,B3は、時計回りにずれることになる。つまり、各円弧部分A1,A2,B1,B2で発生する研磨抵抗は、第一、第二研磨盤23,33の回転に伴って時計回りにずれることになるので、球体2には、第一研磨盤23の中心軸線L1及び軸線X1に直交する軸線X3の回りに回転する成分が発生する。なお、円弧部分A3,B3は、時計回りのずれによりなくなり、円弧部分A1より内周側及び円弧部分B1より外周側に新たな円弧部分A0,B0が出現する。
【0053】
つまり、第一研磨盤23と第二研磨盤33との相対的な回転によって、球体2は、第一研磨盤23の中心軸線L1に直交する軸線X1の回りに回転するとともに、第一研磨盤23の中心軸線L1及び軸線X1に直交する軸線X3の回りに回転する。従って、球体2は、第一、第二研磨溝23a,33aによって研磨されている最中において、球体2の姿勢が常に変化する。その結果、球体2の真球度が向上する。
【0054】
(6.ツルーイング方法)
ツルーイング装置17による第一、第二研磨溝23a,33a及び第一、第二自転軸変動溝231,331のツルーイング方法について、図12及び図13を参照して説明する。本実施形態においては、ツルア65によって第一研磨溝23aと第二研磨溝33aとを別々にツルーイングする方法、及び、第一自転軸変動溝231と第二自転軸変動溝331とを別々にツルーイングする方法を採用するが、ツルア65によって第一研磨溝23aと第二研磨溝33aとを同時にツルーイングし、第一自転軸変動溝231と第二自転軸変動溝331とを同時にツルーイングすることも可能である。
【0055】
図12を参照して、ツルア65による第一研磨溝23aのツルーイング方法について説明する。まず、モータ制御部51は、モータ41を駆動して、第二研磨盤33を上方へ移動させる。続いて、ツルーイング制御部53は、ツルーイング装置17の第二移動体63を上方(Y2方向)へ移動させた後に、ツルア65が第一研磨溝23aの上方に対向する位置に至るまで第一移動体62を第一研磨盤23側(X2方向)へ移動させる。
【0056】
続いて、ツルーイング制御部53がツルア65を軸線L3の回りに回転させると共に、モータ制御部51が第一研磨盤23を軸線L1の回りに回転させる。続いて、ツルーイング制御部53が、第一移動体62のX2方向へ移動と第二移動体63のY2方向への移動を同期制御しながら、ツルア65を第一研磨溝23aの成形形状に沿って移動させる。このとき、ツルア65は、第一研磨溝23aの外周縁から溝底を通過して内周縁へ移動することによって、第一研磨溝23aを成形する。
【0057】
続いて、ツルーイング制御部53が、第一研磨溝23a内において、第一移動体62のX2方向へ移動と第二移動体63のY2方向への移動を同期制御しながら、ツルア65を第一自転軸変動溝231の成形形状に沿って移動させる。このとき、ツルア65は、第一研磨溝23aの内周縁から溝底を通過して外周縁へ移動することによって、第一自転軸変動溝231を成形する。
【0058】
次に、図13を参照して、ツルア65による第二研磨溝33aのツルーイング方法について説明する。まず、モータ制御部51は、モータ41を駆動して、第二研磨盤33を上方へ移動させて位置決めする。続いて、ツルーイング制御部53は、ツルーイング装置17の第二移動体63を上方(Y2方向)へ移動させた後に、ツルア65が第二研磨溝33aの下方に対向する位置に至るまで第一移動体62を第二研磨盤33側(X2方向)へ移動させる。
【0059】
続いて、ツルーイング制御部53がツルア65を軸線L3の回りに回転させると共に、モータ制御部51が第二研磨盤33を軸線L2の回りに回転させる。続いて、ツルーイング制御部53が、第一移動体62のX2方向へ移動と第二移動体63のY2方向への移動を同期制御しながら、ツルア65を第二研磨溝33aの成形形状に沿って移動させる。このとき、ツルア65は、第二研磨溝33aの外周縁から溝底を通過して内周縁へ移動することによって、第二研磨溝33aを成形する。
【0060】
続いて、ツルーイング制御部53が、第二研磨溝33a内において、第一移動体62のX2方向へ移動と第二移動体63のY2方向への移動を同期制御しながら、ツルア65を第二自転軸変動溝331の成形形状に沿って移動させる。このとき、ツルア65は、第二研磨溝33aの内周縁から溝底を通過して外周縁へ移動することによって、第二自転軸変動溝331を成形する。
【0061】
(7.その他)
上述の実施形態では、第一自転軸変動溝231は、ピッチpで反時計回りに2回転半形成され、第二自転軸変動溝331は、ピッチpで時計回りに2回転半形成される構成としたが、第一、第二自転軸変動溝231,331は、異なる溝種類、すなわち、ピッチ、回転方向、周回数等の少なくとも1つが異なる構成としてもよい。また、第一、第二自転軸変動溝231,331は、中心軸線L1,L2方向の断面の内周縁がU字状に形成される構成としたが、溝断面形状は特に限定されるものではなく、例えば、V字状、半円状等の形状に形成される構成としてもよい。
【0062】
また、第一、第二自転軸変動溝231,331は、螺旋状に形成したが、球体2の自転軸の変動が可能な溝形状であれば螺旋状に限定されるものではない。また、第一、第二自転軸変動溝231,331は、第一、第二研磨溝23a,33aに形成する構成としたが、少なくとも一方の研磨溝に形成する構成としてもよい。
【0063】
(8.実施形態の効果)
本実施形態の球体研磨装置1は、一方の面に中心軸線L1回りに環状に形成される第一研磨溝23aを有する第一研磨盤23と、第一研磨盤23の中心軸線L1と同軸上の中心軸線L2回りに第一研磨盤23に対して相対的に回転可能に設けられ、第一研磨盤23の一方の面に対向する面に、中心軸線L2回りに環状に形成される第二研磨溝33aを有する第二研磨盤33と、研磨対象である球体2を第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aで挟圧して、第一研磨盤23及び第二研磨盤33を相対的に回転させることで、球体2を研磨加工する制御装置16と、を備える。そして、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aの少なくとも一方の内面には、球体2の自転軸の傾きを変動するための第一自転軸変動溝231(第二自転軸変動溝331)が、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aの少なくとも一方の溝方向に沿って形成される。
【0064】
第一研磨盤23と第二研磨盤33とは、相対的に回転しているため、球体2は、第一研磨盤23の中心軸線L1に直交する軸線X1の回りに回転する。そして、第一研磨溝23a(第二研磨溝33a)には、球体2の自転軸の傾きを変動するための第一自転軸変動溝231(第二自転軸変動溝331)が、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aの少なくとも一方の溝方向に沿って形成されているため、球体2の自転軸の傾きは常に変動する。よって、球体2は、第一、第二研磨溝23a,33aによって研磨されている最中において、球体の姿勢が常に変化するので、真球度が向上する。
【0065】
また、第一研磨溝23aの内面には、自転軸変動溝としての第一自転軸変動溝231が形成され、第二研磨溝33aの内面には、第一自転軸変動溝231と異なる溝種類の自転軸変動溝としての第二自転軸変動溝331が形成されるので、球体2の自転軸の傾きの変動は大きくなり、球体2は、真球度がさらに向上する。
また、第一自転軸変動溝231(第二自転軸変動溝331)は、中心軸線L1(L2)回りに螺旋状に形成されるので、球体2の姿勢変化を促すことができる。
【0066】
また、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aは、第一研磨溝23aと第二研磨溝33aとが対向する状態で中心軸線L1,L2の一方から見た場合に、互いに重ならないようにそれぞれ形成されるので、球体2の姿勢変化をさらに促すことができる。
また、第一自転軸変動溝231は、第一研磨溝23aに向かって見た場合に、中心軸線L1回りに一方に向かう螺旋状に形成され、第二自転軸変動溝331は、第二研磨溝33aに向かって見た場合に、中心軸線L2回りに他方に向かう螺旋状に形成されるので、球体2の姿勢変化を最も促すことができる。
【0067】
また、第一自転軸変動溝231と第二自転軸変動溝331は、中心軸線L1(L2)方向の断面の内周縁がU字状に形成されるので、溝形成が容易となる。
また、第一自転軸変動溝231(第二自転軸変動溝331)は、研磨時の球体2の圧力により研磨部分が弾性変形したとき、球体2と第一自転軸変動溝231(第二自転軸変動溝331)の溝底が接触しない溝深さに形成されるので、球体2の部分的な研磨過多を防止して真球度を向上できる。
また、制御装置16は、第一研磨盤23と第二研磨盤33の相対的な回転速度を一定にして、球体2を研磨するので、制御を容易に行うことができる。
【0068】
また、球体研磨装置1は、第一研磨盤23が設けられる基台11と、第一研磨盤23及び第二研磨盤33に対して第一研磨盤23の中心軸線L1方向及び中心軸線L1と直角な方向の少なくとも2軸方向に相対的に移動可能に基台11に設けられ、第一研磨溝23及び第二研磨溝33aの少なくとも一方をツルーイングするツルア65と、を備える。そして、制御装置16は、ツルア65を2軸方向に相対的に移動させ且つ第一研磨盤23を回転させながらツルア65により第一研磨溝23aをツルーイングし、ツルア65を2軸方向に移動させ且つ第二研磨盤33を回転させながらツルア65により第二研磨溝33aをツルーイングし、且つ、ツルア65を2軸方向に移動させ且つ第一研磨盤23及び第二研磨盤33の少なくとも一方を回転させながらツルア65により第一自転軸変動溝231及び第二自転軸変動溝331の少なくとも一方を形成する。これにより、第一自転軸変動溝231(第二自転軸変動溝331)を容易にツルーイングできる。
【0069】
球体研磨装置1による球体研磨方法は、第一研磨溝23a及び第二研磨溝33aで研磨対象である球体2を挟圧して、第一研磨盤23及び第二研磨盤33を相対的に回転させることで、球体2を研磨加工する。これにより、上述の球体研磨装置1の効果と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【0070】
1:球体研磨装置、 2:球体、 11:基台、 12:コラム、 16:制御装置、 17:ツルーイング装置、 23:第一研磨盤、 23a:第一研磨溝、 231:第一自転軸変動溝、 33:第二研磨盤、 33a:第二研磨溝、 331:第二自転軸変動溝、 65:ツルア
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
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図13