特許 7003554 球体研磨装置及び球体研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-06

(45)【発行日】2022-01-20

(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 20060101AFI20220113BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20220113BHJP

   B24B 37/025 20120101ALI20220113BHJP

【ＦＩ】

B24B11/06

B24B49/10

B24B37/025

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2017197897

(22)【出願日】2017-10-11

(65)【公開番号】P2019069501

(43)【公開日】2019-05-09

【審査請求日】2020-08-28

(73)【特許権者】

【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】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(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】100089082

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 脩

(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

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０９０８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４４５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０６－００５８５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１５－０７７６５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ １１／０６

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２４Ｂ ３７／０２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、
前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、
前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、
前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重及び前記球体の転がり距離から求まる仕事量を経時的に算出し、前記球体の加工精度と相関する累積仕事量を求める累積仕事量算出部と、
前記累積仕事量算出部による前記累積仕事量に基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御部と、
を備える、球体研磨装置。

【請求項2】

前記球体研磨装置は、前記累積仕事量と前記球体の加工パラメータとを関連付けたデータベース及び前記球体の加工パラメータと前記球体の加工精度とを関連付けたデータベースを記憶する記憶部、を備え、
前記研磨制御部は、前記累積仕事量及び前記データベースに基づいて前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う、請求項１に記載の球体研磨装置。

【請求項3】

前記球体研磨装置は、前記一対の研磨盤の前記対向面に対し平行な面内における相対移動速度に基づいて前記球体の転がり距離を算出する転がり距離算出部、を備える、請求項１又は２に記載の球体研磨装置。

【請求項4】

対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、
前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、
前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、
前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重を経時的に計測し、前記球体の加工精度と相関する累積荷重を算出する累積荷重算出部と、
前記累積荷重と前記球体の加工パラメータとを関連付けたデータベース及び前記球体の加工パラメータと前記球体の加工精度とを関連付けたデータベースを記憶する記憶部と、
前記累積荷重算出部による前記累積荷重及び前記記憶部に記憶された前記データベースに基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御部と、
を備える、球体研磨装置。

【請求項5】

前記一対の研磨盤は、中心軸線が同軸となるように配置され、前記中心軸線の回りに相対回転可能且つ前記中心軸線の方向に相対移動可能に設けられ、前記一対の研磨盤の前記対向面の少なくとも一方に前記中心軸線の回りに環状に形成される研磨溝を有する、請求項１－４の何れか一項に記載の球体研磨装置。

【請求項6】

球体研磨装置を用いる球体研磨方法であって、
前記球体研磨装置は、
対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、
前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、
前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、を備え、
前記球体研磨方法は、
前記一対の研磨盤の前記対向面に対し平行な面内における相対移動速度に基づいて前記球体の転がり距離を算出する転がり距離算出工程と、
前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重及び前記球体の転がり距離から求まる仕事量を経時的に算出し、前記球体の加工精度と相関する累積仕事量を求める累積仕事量算出工程と、
前記累積仕事量算出工程で求まる前記累積仕事量に基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御工程と、
を備える、球体研磨方法。

【請求項7】

球体研磨装置を用いる球体研磨方法であって、
前記球体研磨装置は、
対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、
前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、
前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、を備え、
前記球体研磨方法は、
前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重を経時的に計測し、前記球体の加工精度と相関する累積荷重を算出する累積荷重算出工程と、
前記累積荷重算出工程で求まる前記累積荷重に基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御工程と、
を備え、
前記球体研磨装置は、前記累積荷重と前記球体の加工パラメータとを関連付けたデータベース及び前記球体の加工パラメータと前記球体の加工精度とを関連付けたデータベースを記憶する記憶部、を備え、
前記研磨制御工程は、前記累積荷重及び前記データベースに基づいて前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う、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、球体を研磨加工する球体研磨装置が記載されている。この球体研磨装置は、環状の第一研磨溝を有する第一研磨盤と、第一研磨盤に対して中心軸線が同軸となるように対向配置され、中心軸線方向に相対移動可能且つ中心軸線回りに相対回転可能に設けられ、第一研磨盤に対向する面に第一研磨溝と対向する環状の第二研磨溝を有する第二研磨盤とを備える。

【0003】

この球体研磨装置は、第一研磨溝と第二研磨溝の間に球体を挟圧し、第一研磨盤と第二研磨盤を相対移動させるとともに相対回転させ、所定の荷重に達したら相対移動を停止させ、所定の時間だけスパークアウトを行って相対回転を停止させる。研磨加工においては、第一研磨盤と第二研磨盤を相対移動させても球体研磨装置や第一研磨盤、第二研磨盤の剛性不足によって設定値通りの研磨量が得られない場合がある。そこで、スパークアウト、すなわち研磨加工の最終段階で第一研磨盤と第二研磨盤の相対移動を停止させ、相対回転のみ行って所定の研磨量に近付ける工程を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－２０３３６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の球体研磨装置では、荷重を増加させながら研磨加工を行い、所定の荷重に達したらスパークアウトを行って研磨加工を終了する。しかし、研磨加工の加工条件、すなわち第一研磨盤と第二研磨盤の移動速度や回転速度、スパークアウトの開始荷重等が同一であっても、外乱等により球体の加工精度、特に真球度にバラツキが発生する場合がある。

【0006】

本発明は、球体の加工精度を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】

（球体研磨装置及び球体研磨方法）
本発明の第一の球体研磨装置は、対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重及び前記球体の転がり距離から求まる仕事量を経時的に算出し、前記球体の加工精度と相関する累積仕事量を求める累積仕事量算出部と、前記累積仕事量算出部による前記累積仕事量に基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御部と、を備える。
本発明の第二の球体研磨装置は、対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重を経時的に計測し、前記球体の加工精度と相関する累積荷重を算出する累積荷重算出部と、前記累積荷重と前記球体の加工パラメータとを関連付けたデータベース及び前記球体の加工パラメータと前記球体の加工精度とを関連付けたデータベースを記憶する記憶部と、前記累積荷重算出部による前記累積荷重及び前記記憶部に記憶された前記データベースに基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御部と、を備える。

【0008】

本発明の第一の球体研磨方法は、第一の球体研磨装置を用いる球体研磨方法であって、前記球体研磨装置は、対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、を備え、前記球体研磨方法は、前記一対の研磨盤の前記対向面に対し平行な面内における相対移動速度に基づいて前記球体の転がり距離を算出する転がり距離算出工程と、前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重及び前記球体の転がり距離から求まる仕事量を経時的に算出し、前記球体の加工精度と相関する累積仕事量を求める累積仕事量算出工程と、前記累積仕事量算出工程で求まる前記累積仕事量に基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御工程と、を備える。
本発明の第二の球体研磨方法は、第二の球体研磨装置を用いる球体研磨方法であって、前記球体研磨装置は、対向配置されて対向面の間に球体を挟圧可能であり、前記球体を研磨加工するために前記対向面に対し平行な面内において相対移動可能且つ前記対向面に対し垂直な方向に相対移動可能な一対の研磨盤と、前記一対の研磨盤を前記対向面に対し平行な面内において相対移動させるとともに前記対向面に対し垂直な方向に相対移動させる移動装置と、前記移動装置による前記一対の研磨盤の相対移動によって、前記対向面の間に挟圧される前記球体に発生する荷重を計測する荷重センサと、を備え、前記球体研磨方法は、前記球体の研磨加工中における前記荷重センサで計測される前記荷重を経時的に計測し、前記球体の加工精度と相関する累積荷重を算出する累積荷重算出工程と、前記累積荷重算出工程で求まる前記累積荷重に基づいて、前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う研磨制御工程と、を備え、前記球体研磨装置は、前記累積荷重と前記球体の加工パラメータとを関連付けたデータベース及び前記球体の加工パラメータと前記球体の加工精度とを関連付けたデータベースを記憶する記憶部、を備え、前記研磨制御工程は、前記累積荷重及び前記データベースに基づいて前記移動装置を制御して前記球体の研磨加工を行う。

【0009】

本発明者は、研磨加工について鋭意研究した結果、球体の研磨加工の累積仕事量又は累積荷重は、球体の加工精度と相関関係があることを見い出した。よって、本発明の球体研磨装置又は本発明の球体研磨方法によれば、球体の研磨加工の累積仕事量又は累積荷重を常時モニタすることにより、球体を狙った真球度に研磨加工できる。

【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る。

【図2】図１の球体研磨装置の制御装置の構成を示す図である。

【図3】図２の制御装置による球体研磨方法を説明するためのフローチャートである。

【図4】球体の研磨加工における第二研磨盤の下降位置の経時変化を示す図である。

【図5】球体の研磨加工における球体に掛かる荷重の経時変化を示す図である。

【図6】球体の研磨加工における累積仕事量の経時変化を示す図である。

【図7】球体の真球度と球体の研磨量との関係を示す図である。

【図8】球体の研磨量と球体の研磨加工における累積仕事量との関係を示す図である。

【図9】球体の真球度と球体の研磨加工における累積仕事量との関係を示す図である。

【図10】第一研磨盤の回転速度と第二研磨盤の回転速度の関係を示す図である。

【図11】第一研磨盤の回転速度と第二研磨盤の回転速度の別例の関係を示す図である。

【図12】図１の球体研磨装置の別例の制御装置の構成を示す図である。

【図13】図１２の制御装置による球体研磨方法を説明するためのフローチャートである。

【図14】球体及びセンサユニットを保持する保持器の軸線方向断面図である。図１５のＸＶＩ-ＸＶＩ断面図である。

【図15】図１４の保持器のＸＶ方向から見た図である。

【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の構成について、図を参照して説明する。図１に示すように、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、上下駆動機構１５（移動装置）、荷重センサ１６及び制御装置１８（図２参照）を備える。

【0012】

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。

【0013】

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、第一盤として第一研磨盤２３、第一静圧軸受２４及び第一モータ２５（移動装置）を備える。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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、後述の第二研磨溝３３ａと協働して研磨対象である球体２を研磨する。これにより、複数の球体２を効率的に研磨加工できる。

【0018】

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。

【0019】

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２参照）を備える。

【0021】

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に支持され、第一研磨盤支持体２２を回転駆動する。

【0022】

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、第二盤として第二研磨盤３３、第二静圧軸受３４及び第二モータ３５（移動装置）を備える。

【0023】

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。

【0024】

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に対して上下方向に移動可能である。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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２参照）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。

【0032】

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】

荷重センサ１６は、例えばロードセルであり、第一本体部２１と基台１１の間に配置される。この荷重センサ１６は、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との間で発生する荷重、すなわち球体２に掛ける荷重を計測する。

【0035】

（２．制御装置の構成）
次に、制御装置１８の構成について、図を参照して説明する。図２に示すように、制御装置１８は、転がり距離算出部８１と、累積仕事量算出部８２と、研磨制御部８３と、モータ制御部８４と、流体圧調整部８５と、記憶部８６とを備える。

【0036】

転がり距離算出部８１は、対向配置される一対の第一、第二研磨盤２３，３３の各回転速度等に基づいて、第一、第二研磨溝２３ａ，３３ａ内における球体２の転がり距離を算出する。これにより、球体２の転がり距離の測定装置は不要であり、球体研磨装置１の装置コストの上昇を抑制できる。

【0037】

具体的には、転がり距離算出部８１は、第一、第二モータ２５，３５に備えられる図略のエンコーダからの検出回転速度から求まる第一、第二研磨盤２３，３３の各回転速度Ｎ１，Ｎ２、記憶部８６に記憶される球体２の直径ｄ及び第一、第二研磨溝２３ａ，３３ａの直径Ｄ（両者は同一であり、図１参照）並びにサンプリング時間ｔを次式（１）に代入することで、第一、第二研磨溝２３ａ，３３ａ内における球体２の転がり距離Ｓを算出する。

【0038】

【数1】

【0039】

累積仕事量算出部８２は、転がり距離算出部８１で求める球体２の転がり距離に基づいて、研磨加工の累積仕事量を算出する。具体的には、累積仕事量算出部８２は、荷重センサ１６からの検出荷重Ｇ及び転がり距離算出部８１からの球体２の転がり距離Ｓを次式（２）に代入することで、研磨加工の累積仕事量Ｗを算出する。式（２）において、ｔｓは研磨加工開始時刻、ｔｅは研磨加工終了時刻である。なお、研磨加工の累積仕事量Ｗの詳細については後述する。

【0040】

【数2】

【0041】

研磨制御部８３は、累積仕事量算出部８２で求める研磨加工の累積仕事量に基づいて、球体２の研磨加工を制御する。具体的には、研磨制御部８３は、記憶部８６に記憶される現球体２の研磨加工の加工条件、すなわち第一、第二研磨盤２３，３３の各回転速度、第二研磨盤３３の下降速度、スパークアウトの開始荷重等を読み込み、モータ制御部８４に上記加工条件に従った加工制御開始指令を入力して研磨加工を開始する。

【0042】

そして、研磨制御部８３は、記憶部８６に記憶されるデータベースから得られる現球体２の真球度と研磨加工の累積仕事量との関係に基づいて、累積仕事量算出部８２からの研磨加工の累積仕事量が所定範囲内になったら、モータ制御部８４に加工制御停止指令を入力して研磨加工を停止する。なお、データベースの詳細については後述する。

【0043】

モータ制御部８４は、研磨制御部８３からの加工制御開始指令及び加工制御停止指令に基づいて、各モータ２５，３５，４１を制御する。つまり、モータ制御部８４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８４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８４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。

【0044】

流体圧調整部８５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８５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８５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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

なお、第一オリフィス絞り２４ｄをラジアル軸受２４ａ、スラスト軸受２４ｂ，２４ｃのそれぞれに設けることで、ラジアル軸受２４ａ、スラスト軸受２４ｂ，２４ｃのそれぞれの流体圧を独立して調整することも可能である。また、第二オリフィス絞り３４ｄについても同様である。

【0048】

また、第一，第二オリフィス絞り２４ｄ，３４ｄの位置を可変とすることにより、第一，第二静圧軸受２４，３４の流体圧を可変とした。この他に、流体圧調整部８５は、第一，第二静圧軸受２４，３４への流体供給源による供給される流体圧を調整することもできる。

【0049】

（３．研磨加工の累積仕事量）
次に、研磨加工の累積仕事量について、図を参照して説明する。球体研磨装置１では、第一、第二研磨盤２３，３３を第一、第二研磨盤２３，３３の対向面に対し平行な面内において回転させるとともに第二研磨盤３３を第一、第二研磨盤２３，３３の対向面に対し垂直な方向に下降させ（図４の時刻Ｔ１－Ｔ２）、球体２に掛かる荷重Ｇを増加させながら研磨加工を行う（図５の時刻Ｔ１－Ｔ２）。

【0050】

そして、球体２に掛かる荷重Ｇがスパークアウトの開始荷重Ｇｓに達したら（図５の時刻Ｔ２）、第二研磨盤３３の下降を停止させ（図４の時刻Ｔ２）、スパークアウトを所定時間行って（図４及び図５の時刻Ｔ２－Ｔ３）、研磨加工を終了する。

【0051】

しかし、課題でも述べたように、研磨加工の加工条件、すなわち第一、第二研磨盤２３，３３の回転速度、第二研磨盤３３の下降速度、スパークアウトの開始荷重等が同一であっても、外乱等により球体２の加工精度、特に真球度にバラツキが発生する場合がある。

【0052】

発明者は、上述の研磨加工の加工条件が同一である場合、球体２の加工精度（真球度）が、球体２の加工パラメータ（研磨量）と相関があること、及び球体２の研磨量は、球体２の研磨加工の累積仕事量と相関があることを見い出した。よって、球体２の真球度と球体２の研磨加工の累積仕事量とは、相関があることになる。

【0053】

球体２の研磨加工の累積仕事量は、単位時間当たりの仕事量、すなわち球体２の研磨加工中において球体２に掛かる単位時間当たりの荷重と球体２の単位時間当たりの転がり距離との積を、研磨加工開始から経時的に求めて順次加算した値で表される。図４及び図５に示す球体２の研磨加工では、図６に示すように、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは急激に増加し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までは漸増する。

【0054】

上述の相関関係の具体例としては、第一、第二研磨盤２３，３３の回転方向が逆方向で、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１と第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２が共に一定である場合（図１０参照）、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨量Ｑとの関係は、図７の実線で示すように変化し、球体２の研磨量Ｑと球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗとの関係は、図８の実線で示すように変化する。

【0055】

図７から明らかなように、球体２の研磨量Ｑが大きくなるにつれて球体２の真球度Ｃは悪化する。また、図８から明らかなように、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗが大きくなるにつれて球体２の研磨量Ｑは大きくなる。なお、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨量Ｑとの関係は、スパークアウトの開始荷重Ｇｓを変化させて球体２の研磨加工を行ったときの実測値から求められる。

【0056】

図７の実線及び図８の実線の関係から、図９の実線で示すように、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗとの関係を求めることができる。よって、球体２の真球度Ｃを所定範囲内Ｃａ－Ｃｂになるように球体２を研磨加工するには、球体２の研磨量Ｑを所定範囲内Ｑａ－Ｑｂに収める必要がある。

【0057】

そして、球体２の研磨量Ｑを所定範囲内Ｑａ－Ｑｂになるように球体２を研磨加工するには、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗを所定範囲内Ｗａ－Ｗｂに収める必要がある。つまり、球体２の真球度Ｃを所定範囲内Ｃａ－Ｃｂになるように球体２を研磨加工するには、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗを所定範囲内Ｗａ－Ｗｂに収める必要がある。

【0058】

また、上述の相関関係の別の具体例としては、第一、第二研磨盤２３，３３の回転方向が逆方向で、第二研磨盤３３の回転速度がＮ２ｍａｘ－Ｎ２ｍｉｄ－Ｎ２ｍｉｎの間で振幅Ｐで台形波状に変動し、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１が一定である場合（図１１参照）、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨量Ｑとの関係は、図７の一点鎖線で示すように変化し、球体２の研磨量Ｑと球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗとの関係は、図８の一点鎖線で示すように変化する。

【0059】

図７から明らかなように、球体２の研磨量Ｑが大きくなるにつれて球体２の真球度Ｃは悪化する。また、図８から明らかなように、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗが大きくなるにつれて球体２の研磨量Ｑは大きくなる。

【0060】

図７の一点鎖線及び図８の一点鎖線の関係から、図９の一点鎖線で示すように、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗとの関係を求めることができる。よって、球体２の真球度Ｃを所定範囲内Ｃｃ－Ｃｄになるように球体２を研磨加工するには、球体２の研磨量Ｑを所定範囲内Ｑｃ－Ｑｄに収める必要がある。

【0061】

そして、球体２の研磨量Ｑを所定範囲内Ｑｃ－Ｑｄになるように球体２を研磨加工するには、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗを所定範囲内Ｗｃ－Ｗｄに収める必要がある。つまり、球体２の真球度Ｃを所定範囲内Ｃｃ－Ｃｄになるように球体２を研磨加工するには、球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗを所定範囲内Ｗｃ－Ｗｄに収める必要がある。

【0062】

以上のような、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨量Ｑとを関連付けたデータ及び球体２の研磨量Ｑと球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗとを関連付けたデータは、研磨加工の種々の加工条件において作成され、記憶部８６にデータベースとして記憶される。

【0063】

これにより、種々の球体２の真球度Ｃを高めることが可能な最適な累積仕事量Ｗを的確に見出すことが可能となる。なお、球体２の真球度Ｃと球体２の研磨加工の累積仕事量Ｗを記憶部８６にデータベースとして記憶するようにしてもよい。

【0064】

（４．制御装置による球体研磨方法）
次に、制御装置１８による球体２の研磨方法について、図を参照して説明する。先ず、球体研磨装置１において球体２の研磨が可能な状態に準備する（図３のステップＳ１）。具体的には、流体圧調整部８５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、モータ制御部８４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。

【0065】

この状態で、作業者は、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、モータ制御部８４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に接触する状態とする。

【0066】

つまり、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３の間であって中心軸線Ｌ１，Ｌ２回りに環状に球体２を挟持する。以上により、球体２の研磨が可能な状態になる。そして、作業者は、研磨加工前後の球体２の外径等を考慮して最適な研磨加工条件を決定し、当該条件読込指令を制御装置１８の入力部から入力する。

【0067】

次に、研磨制御部８３は、球体２の研磨を開始する（図３のステップＳ２、研磨制御工程）。すなわち、研磨制御部８３は、入力される条件読込指令に該当する研磨加工条件を記憶部８６から読み込み、モータ制御部８４に研磨加工開始指令を入力する。

【0068】

モータ制御部８４は、入力される研磨加工開始指令に従って、第一モータ２５及び第二モータ３５を駆動制御して、第一研磨盤２３の回転及び第二研磨盤３３の回転を所定の回転速度で制御するとともに、モータ４１を低速で駆動制御して、第二移動体１４を下方へ徐々に移動させ、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３の間で球体２を挟圧して研磨加工を行う。

【0069】

そして、転がり距離算出部８１は、第一、第二研磨盤２３，３３の各回転速度等に基づいて、第一、第二研磨溝２３ａ，３３ａ内における球体２の転がり距離を算出する（図３のステップＳ３、転がり距離算出工程）。

【0070】

そして、累積仕事量算出部８２は、転がり距離算出部８１で求める球体２の転がり距離及び荷重センサ１６からの計測荷重に基づいて、研磨加工の累積仕事量を算出する（図３のステップＳ４、累積仕事量算出工程）。

【0071】

研磨制御部８３は、荷重センサ１６で計測した計測荷重がスパークアウト開始荷重に達したか否かを判断し（図３のステップＳ５）、計測荷重がスパークアウト開始荷重に達していないときはステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返す。

【0072】

一方、計測荷重がスパークアウト開始荷重に達したらモータ制御部８４に対しスパークアウトを指令する（図３のステップＳ６、研磨制御工程）。具体的には、モータ制御部８４は、第二移動体１４の下方への移動を停止し、第一研磨盤２３の回転及び第二研磨盤３３の回転はそのままで所定の研磨量に近付けるための研磨加工を継続する。

【0073】

そして、研磨制御部８３は、累積仕事量算出部８２で求める研磨加工の累積仕事量が、所定範囲内に入ったか否かを判断し（図３のステップＳ７、研磨制御工程）、研磨加工の累積仕事量が、所定範囲内に入ったら、研磨加工停止指令をモータ制御部８４に入力する。

【0074】

モータ制御部８４は、入力される研磨加工停止指令に従って、第一モータ２５及び第二モータ３５を停止して研磨加工を停止し、モータ４１を駆動して第二移動体１４を上方の退避位置へ移動させ（図３のステップＳ８、研磨制御工程）、全ての処理を終了する。

【0075】

以上のように、球体２の研磨加工の累積仕事量は、球体２の加工精度、すなわち真球度と相関関係があることが判明したので、球体２の研磨加工の累積仕事量を常時モニタすることにより、球体２を狙った真球度に研磨加工できる。

【0076】

（５．別形態の制御装置の構成）
上述の制御装置１８では、球体２の研磨加工における累積仕事量に基づいて、球体２の研磨加工を制御する構成としたが、球体２の研磨加工における累積荷重に基づいて、球体２の研磨加工を制御する構成としてもよい。前提条件となる第一、第二研磨盤２３，３３の各回転速度Ｎ１，Ｎ２が一定又は周期的な変動である（平均で見たときに見た目上速度一定に見える）場合は、式（２）はサンプリング時間ｔと球体２の転がり距離Ｓだけが変数となるため、累積荷重ｔＳと累積仕事量Ｗが比例関係になり、累積仕事量Ｗに代えて累積荷重ｔＳを用いてもほぼ同様のことが実行可能だからである。

【0077】

すなわち、図２に対応させて示す図１２に示すように、制御装置１９は、制御装置１８と比較して、転がり距離算出部８１を備えておらず、累積仕事量算出部８２の代わりに累積荷重算出部９２を備える構成となっている。なお、図１２においては、図２と同一構成部は同一番号を付して詳細な説明を省略する。

【0078】

この制御装置１９の記憶部８６には、球体２の真球度と球体２の研磨量とを関連付けたデータ及び球体２の研磨量と球体２の研磨加工の累積荷重とを関連付けたデータが、研磨加工の種々の加工条件において作成されてデータベースとして記憶される。これらのデータは、制御装置１８におけるデータと同様の傾向を示しており、球体２の研磨加工の累積荷重を常時モニタすることにより、球体２を狙った真球度に研磨加工できる。

【0079】

（６．別形態の制御装置による球体研磨加工方法）
次に、制御装置１９による球体２の研磨加工方法について、図１３を参照して説明する。なお、図３と同一のステップは同一符号を付して詳細な説明は省略する。先ず、球体研磨装置１において球体２の研磨が可能な状態に準備する（図１３のステップＳ１）。

【0080】

次に、研磨制御部８３は、球体２の研磨を開始する（図１３のステップＳ２、研磨制御工程）。そして、累積荷重算出部９２は、荷重センサ１６からの計測荷重に基づいて、研磨加工の累積荷重を算出する（図１３のステップＳ１１、累積荷重算出工程）。

【0081】

研磨制御部８３は、荷重センサ１６で計測した計測荷重がスパークアウト開始荷重に達したか否かを判断し（図１３のステップＳ５）、計測荷重がスパークアウト開始荷重に達していないときはステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。一方、計測荷重がスパークアウト開始荷重に達したらモータ制御部８４に対しスパークアウトを指令する（図１３のステップＳ６、研磨制御工程）。

【0082】

そして、研磨制御部８３は、累積荷重算出部９２で求める研磨加工の累積荷重が、所定範囲内に入ったか否かを判断し（図１３のステップＳ１２、研磨制御工程）、研磨加工の累積荷重が、所定範囲内に入ったら、研磨加工停止指令をモータ制御部８４に入力する。

【0083】

モータ制御部８４は、入力される研磨加工停止指令に従って、第一モータ２５及び第二モータ３５を停止して研磨加工を停止し、モータ４１を駆動して第二移動体１４を上方の退避位置へ移動させ（図１３のステップＳ８、研磨制御工程）、全ての処理を終了する。

【0084】

以上のように、球体２の研磨加工の累積荷重は、球体２の加工精度、すなわち真球度と相関関係があることが判明したので、球体２の研磨加工の累積荷重を常時モニタすることにより、球体２を狙った真球度に研磨加工できる。

【0085】

（７．その他）
上述の実施形態では、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３は、対向面に第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａをそれぞれ有する構成としたが、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の対向面の一方に第一研磨溝２３ａ又は第二研磨溝３３ａを形成し、対向面の他方は研磨溝が形成されていない平坦状の構成としてもよい。

【0086】

また、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３は、対向面に研磨溝が形成されていない平坦状の構成としてもよい。この場合、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の間に挟持される球体２を中心軸線Ｌ１（Ｌ２）回りに回転させるため、球体研磨装置１は、以下に説明する保持器１７を備える構成とする。

【0087】

保持器１７の構成について、図を参照して説明する。図１４及び図１５に示すように、保持器１７は、環状に形成され、本体部１７ａと、つば部１７ｂとを備える。本体部１７ａは、環状で、且つ、円盤状に形成される。

【0088】

本体部１７ａの内径は、第一研磨溝２３ａの内径より小さく、本体部１７ａの外径は、第一研磨溝２３ａの外径より大きい。さらに、本体部１７ａの厚み（軸線方向幅）は、球体２の外径より小さい。本体部１７ａは、第一研磨盤２３における第二研磨盤３３に対向する側の面、すなわち第一研磨盤２３の上面に載置される。

【0089】

本体部１７ａは、周方向に等角度間隔で複数（本実施形態では、１２個）の円形状のポケット１７ｃを備える。各ポケット１７ｃは、中心軸線Ｌ３方向に貫通している。１２個のポケット１７ｃのうち９０度間隔の４個のポケット１７ｃは、保持器１７の本体部１７ａの面上において球体２を全周に亘って囲んでおらず、径方向に開口する開口部１７ｄが設けられる。

【0090】

ポケット１７ｃの開口部１７ｄは、保持器１７の本体部１７ａの外周面に開口する。開口部１７ｄは、クーラントの排出口として機能する。また、ポケット１７ｃの開口部１７ｄの周方向長さは、球体２の直径より小さく形成される。そのため、球体２がポケット１７ｃに配置された状態において、球体２がポケット１７ｃの開口部１７ｄから抜け出すことが規制される。つまり、保持器１７の本体部１７ａは、球体２の径方向移動及び周方向移動を規制する。

【0091】

つば部１７ｂは、本体部１７ａの内周縁から中心軸線Ｌ３方向に延在し、第一研磨盤２３に対する径方向移動を規制する。すなわち、つば部１７ｂは、ポケット１７ｃの開口部１７ｄとは反対側に形成される。つば部１７ｂは、周方向に断続して複数形成されるが、周方向全周に亘って形成してもよい。つば部１７ｂの外径は、第一研磨盤２３の内径と同程度に形成される。

【0092】

このような保持器１７は、球体研磨装置１において以下のように配置される。作業者は、保持器１７を第一研磨盤２３と第二研磨盤３３の対向領域に配置する。具体的には、保持器１７を第一研磨盤２３の上面において保持器１７の中心軸線Ｌ３と第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１とが一致するように載置する。

【0093】

つまり、保持器１７のつば部１７ｂが第一研磨盤２３の内周側に入り込む状態となるように、且つ、保持器１７の本体部１７ａが第一研磨盤２３の上面に接触する状態となるようにする。そして、複数の球体２を、保持器１７のそれぞれのポケット１７ｃに配置する。

【0094】

なお、保持器１７は、対向面に研磨溝が形成されていない平坦状の第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３で研磨加工を行う場合は必須であるが、対向面のいずれか一方もしくは両方に研磨溝が形成されている第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３で研磨加工を行う場合も用いることができる。

【0095】

また、上述の実施形態では、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３は、対向面に環状の一つの第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａをそれぞれ有する構成としたが、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の対向面のいずれか一方もしくは両方に同心円状の複数の研磨溝が形成されている構成としてもよい。また、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の対向面のいずれか一方もしくは両方に螺旋状の一つの研磨溝が形成されている構成としてもよい。

【0096】

同心円状の複数の研磨溝を有する研磨盤又は螺旋状の研磨溝を有する研磨盤を用いる場合、累積仕事量算出部８２又は累積荷重算出部９２は、荷重センサ１６からの検出荷重Ｇを研磨加工中の球体２の個数で割った値で累積仕事量又は累積荷重を求める。

【0097】

また、上述の実施形態では、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３は、環状に形成される構成としたが、直方体状に形成し、対向面に直線状の研磨溝を形成する構成としてもよい。

【0098】

また、上述した実施形態では、転がり距離算出部８１が、第一、第二モータ２５，３５に備えられるエンコーダからの検出回転速度に基づいて、球体２の転がり距離を算出する構成としたが、転がる球体２を画像認識することで球体２の転がり距離を算出する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0099】

１：球体研磨装置、 ２：球体、 １６：荷重センサ、 １７：保持器、 １８，１９：制御装置、 ８１：転がり距離算出部、 ８２：累積仕事量算出部、 ８３：研磨制御部、 ８４：モータ制御部、 ８５：流体圧調整部、 ８６：記憶部、 ９２：累積荷重算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】