(57)【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、
前記第一研磨盤に対して中心軸線回りに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、
前記第一研磨盤が設けられる基台と、
前記基台に対して前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の少なくとも一方の中心軸線と直角な方向の、前記第一研磨盤の中心軸線と前記第二研磨盤の中心軸線とのずれを調整可能な調整機構と、
を備え、
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球体研磨装置であって、
前記第一研磨溝の中心軸線と前記第二研磨溝の中心軸線とは、平行にずれて配置され、
前記第一研磨溝の溝中心線と前記第二研磨溝の溝中心線とが、前記中心軸線方向から見た場合に最も離れている位置において、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝と前記球体との各接触部位が、楕円形状の輪郭を有する、球体研磨装置。
【請求項２】
前記第一研磨溝の溝中心線及び前記第二研磨溝の溝中心線は、同一円形状に形成される、請求項１に記載の球体研磨装置。
【請求項３】
前記第一研磨溝は、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、
前記第二研磨溝は、前記中心軸線と直角な方向の断面の内周縁が前記第一研磨溝の断面円弧半径と同一の断面円弧半径を有する円弧状に形成される、請求項１又は２に記載の球体研磨装置。
【請求項４】
前記調整機構は、前記基台に対して前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の少なくとも一方の中心軸線の傾きを調整可能である、請求項１−３の何れか一項に記載の球体研磨装置。
【請求項５】
前記第一研磨盤は、前記第二研磨盤の下方に対向して配置され、
前記調整機構は、前記基台に対して前記第一研磨盤を調整可能であり、
前記第二研磨盤は、前記基台に対する中心軸線と直角な方向への位置及び中心軸線の傾きを調整不能である、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】
前記調整機構は、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の一方の前記断面円弧半径、並びに前記球体の半径に基づく関係式から求めた、前記第一研磨溝の中心軸線と前記第二研磨溝の中心軸線との最大のずれ量だけ調整する、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】
球体研磨装置による球体研磨加工方法であって、
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、
前記第一研磨盤に対して中心軸線回りに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、
前記第一研磨盤が設けられる基台と、
前記基台に対して前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の少なくとも一方の中心軸線と直角な方向の、前記第一研磨盤の中心軸線と前記第二研磨盤の中心軸線とのずれを調整可能な調整機構と、
を備え、
前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤は、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝と前記球体との各接触部位が、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝の各内周面からはみ出さない範囲で、前記第一研磨盤の中心軸線と前記第二研磨盤の中心軸線とを平行状態を保って前記中心軸線と直角な方向にずらして配置され、
前記球体研磨加工方法は、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、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、研磨溝が形成される対向する回転盤体と固定盤体とを備え、回転盤体と固定盤体とを中心軸線と直角な方向に相対的に変位（ずれ）させた状態で回転盤体を回転させることで、回転盤体の研磨溝と固定盤体の研磨溝との間に配置される球体の姿勢を変化させて球体を研磨する球体研磨装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３２３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の球体研磨装置では、回転盤体と固定盤体との中心軸線と直角な方向のずれが大きい場合、回転盤体の研磨溝及び固定盤体の研磨溝と球体との間で接触状態が不均衡となり、球体の真球度の向上に限界がある。すなわち、回転盤体と固定盤体との中心軸線と直角な方向のずれが大きくなると、回転盤体の研磨溝（固定盤体の研磨溝）と球体との接触領域が研磨溝の縁に近づいていく。そして、ずれがさらに大きくなると、接触領域の一部は研磨溝の縁からはみだすことになり、球体は研磨溝と回転盤体との境界部（肩部）と接触するおそれがある。
【０００５】
球体は、球体表面の円弧形状と類似の円弧形状を有する研磨溝との接触では、接触領域の接触状態は一様となり易い。しかし、研磨溝と回転盤体との境界部（肩部）での接触では、球体表面の円弧形状と上記境界部（肩部）の形状の差異が大きいことから接触状態が一様になり難い。そして、局所的に強く押し当てられる部位が発生する場合があり、球体研磨に偏りが生じて球体の真球度が高まり難くなる。
【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、前記第一研磨盤に対して中心軸線回りに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、前記第一研磨盤が設けられる基台と、前記基台に対して前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の少なくとも一方の中心軸線と直角な方向の、前記第一研磨盤の中心軸線と前記第二研磨盤の中心軸線とのずれを調整可能な調整機構と、を備え、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球体研磨装置であって、前記第一研磨溝の中心軸線と前記第二研磨溝の中心軸線とは、平行にずれて配置され、前記第一研磨溝の溝中心線と前記第二研磨溝の溝中心線とが、前記中心軸線方向から見た場合に最も離れている位置において、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝と前記球体との各接触部位が、楕円形状の輪郭を有する。
【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、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。
【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、第一研磨溝の溝中心線と第二研磨溝の溝中心線とは、中心軸線と直角な方向にずれて配置されるので、第一研磨溝及び第二研磨溝と球体との接触位置は変化することになり、球体の自転軸の傾きは変動する。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、球体の姿勢が変化する。そして、球体と第一研磨溝及び第二研磨溝との各接触部位が、楕円形状の輪郭を有するので、球体と第一研磨溝及び第二研磨溝との接触圧力が、局所的に高くなることを防止できる。さらに、第一、第二研磨溝に挟圧されて研磨される球体の自転軸を変動させて姿勢を変化させるため、第一研磨溝（第二研磨溝）の中心軸線回りの一周にわたってずれ量が一定とならないように、調整機構で第一研磨盤及び第二研磨盤を配置できる。よって、真球度を大幅に向上できる。
【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り、図６のI-I断面図である。
【図２】図１の球体研磨装置の調整機構を軸線方向から見た図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５Ａ】調整機構を構成するブラケットの正面図である。
【図５Ｂ】ブラケットの側面図である。
【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９のXI-XI断面図である。
【図１２】第一研磨盤と第二研磨盤のずれを説明するための図１１に対応させて示す断面図である。
【図１３】ツルアにより第一研磨溝をツルーイングする際の球体研磨装置の図である。
【図１４】ツルアにより第二研磨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、上下駆動機構１５及び調整機構１７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】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３は、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａ間の球体２の姿勢を変化させるため、調整機構１７により中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向にずらして配置される。すなわち、詳細は後述するが、第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１（図１０、図１１参照）の軌跡である溝中心線ＣＣ１（図９参照）と第二研磨溝３２ａの断面円弧中心Ｃ２（図１０、図１１参照）の軌跡である溝中心線ＣＣ２（図９参照）とは、平行にずれている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
調整機構１７は、基台１１に固定され、第一移動体１３を支持する。調整機構１７は、第一移動体１３の第一本体部２１に固定される。調整機構１７は、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１に直交する方向（水平方向）への位置を調整可能である。さらに、調整機構１７は、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１の傾きを調整可能である。つまり、調整機構１７は、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１を第二研磨盤３３の中心軸線Ｌ２に対し、平行状態を保って中心軸線Ｌ１に直交する方向にずらして配置することが可能となる。
【００２８】
（２．調整機構の詳細構成）
調整機構１７の詳細構成について図２−図５Ｂを参照して説明する。調整機構１７は、支持部材６１、傾動部材６２、ブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ、位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ、位置固定ナット６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ、傾き調整ボルト６６、傾き固定ボルト６７及び固定ボルト６８を備える。
【００２９】
支持部材６１は、円環状に形成される。支持部材６１の上面の内周側には、球面凹状に形成された傾き調整面６１ａが形成される。支持部材６１の上面の外周側は、平面状に形成される。支持部材６１の平面状上面には、図４に示すように、直径Ｄ１（図２に示す）の位置に、傾き固定ボルト６７に螺合する雌ねじ６１ｂが等間隔に４カ所形成される。さらに、支持部材６１の外周面には、図３に示すように、等間隔に、径方向内方に向かう４カ所の雌ねじ６１ｃが形成される。つまり、対向する位置に、雌ねじ６１ｃが形成される。
【００３０】
傾動部材６２は、支持部材６１と同程度の円環状に形成され、支持部材６１の上面に固定される。傾動部材６２の下面の内周側には、支持部材６１の傾き調整面６１ａの球面凹状に対応する球面凸状に形成された傾き調整面６２ａが形成される。つまり、傾動部材６２は、支持部材６１に対して傾きが変化した状態であっても、支持部材６１に面接触した状態で固定される。
【００３１】
傾動部材６２の外周側には、支持部材６１の雌ねじ６１ｂに対応する位置に、直径Ｄ１の位置に、傾き固定ボルト６７を挿通する貫通孔６２ｂが等間隔に４カ所形成される。傾き固定ボルト６７が、貫通孔６２ｂを挿通し且つ雌ねじ６１ｂに螺合されることで、傾動部材６２が支持部材６１に固定される。ここで、貫通孔６２ｂの穴径は、支持部材６１に対して傾動部材６２の傾き調整可能な程度に形成される。
【００３２】
さらに、傾動部材６２における直径Ｄ１の位置には、それぞれの貫通孔６２ｂに近接した位置に、貫通雌ねじ６２ｃが等間隔に４カ所形成される。貫通雌ねじ６２ｃには、傾き調整ボルト６６が螺合される。複数の傾き調整ボルト６６が、それぞれの貫通雌ねじ６２ｃに螺合され、支持部材６１の上面を押圧することで、支持部材６１に対する傾動部材６２の傾きが調整される。
【００３３】
つまり、複数の傾き調整ボルト６６による傾動部材６２の下面からの突出量を調整することによって、傾動部材６２が支持部材６１に対して傾きが調整される。傾き調整時において、支持部材６１の球面凹状の傾き調整面６１ａと傾動部材６２の球面凸状の傾き調整面６２ａとが接触した状態を維持するように行う。
【００３４】
ブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは、支持部材６１の外周面から径方向に離間した位置の基台１１上に固定される。ブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、座板７１と、座板７１の上面に立設された壁部７２とを備える。壁部７２には、上縁側に切欠７２ａが形成される。
【００３５】
ブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは、支持部材６１の複数の雌ねじ６１ｃに対向する位置に配置される。ブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄの壁部７２の切欠７２ａには、位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄが配置され、この位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄが支持部材６１の雌ねじ６１ｃに螺合される。
【００３６】
さらに、位置固定ナット６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄに螺合され、位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの頭部と位置固定ナット６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄとによって、ブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄの壁部７２が挟まれることによって、位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの位置決めがされる。
【００３７】
ここで、ブラケット６３ａ，６３ｃが対向し、ブラケット６３ｂ，６３ｄが対向する。つまり、ブラケット６３ａに取り付けられる位置調整ボルト６４ａの位置を調整する際には、同時に、ブラケット６３ｃに取り付けられる位置調整ボルト６４ｃの位置を調整する必要がある。また、ブラケット６３ｂに取り付けられる位置調整ボルト６４ｂの位置を調整する際には、同時に、ブラケット６３ｄに取り付けられる位置調整ボルト６４ｄの位置を調整する必要がある。
【００３８】
なお、本実施形態においては、４個のブラケット６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを用いたが、隣り合う２個のブラケット６３ａ，６３ｂのみを用いるようにしてもよい。この場合、位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ及び位置固定ナット６５ａ，６５ｂが用いられる。
【００３９】
傾動部材６２の上面には、第一本体部２１が配置され、複数の固定ボルト６８によって両者が固定される。固定ボルト６８は、傾動部材６２の雌ねじ６２ｃに螺合される。つまり、位置調整ボルト６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの調整によって、基台１１に対する支持部材６１の位置が調整される。さらに、傾き調整ボルト６６の調整によって、支持部材６１に対する傾動部材６２の傾きが調整される。
【００４０】
傾動部材６２には、第一本体部２１が固定され、第一本体部２１には第一研磨盤２３が回転可能に支持される。つまり、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１は、調整機構１７による位置調整及び傾き調整によって、第二研磨盤３３の中心軸線Ｌ２に対し、平行状態を保って中心軸線Ｌ１に直交する方向にずらして配置することができる。
【００４１】
（３．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１８を備える。ツルーイング装置１８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１８は、ガイド部材８１、第一移動体８２、第二移動体８３、回転軸部材８４及びツルア８５を備える。
【００４２】
ガイド部材８１は、基台１１の上面に配置される。ガイド部材８１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８２は、ガイド部材８１の上に配置され、ガイド部材８１の軸線Ｌ３方向に移動可能に設けられる。第一移動体８２は、図示しないモータによって、ガイド部材８１上を、軸線Ｌ３方向に移動する。第一移動体８２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。
【００４３】
第二移動体８３は、第一移動体８２の側面ガイドに係止され、第一移動体８２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８３は、図示しないモータによって、第一移動体８２の側面ガイドに沿って、軸線Ｌ１方向に移動する。
【００４４】
回転軸部材８４は、第二移動体８３に軸線Ｌ３の回りに回転可能に設けられる。回転軸部材８４は、図示しないモータによって、第二移動体８３に対して回転可能とされる。ツルア８５は、回転軸部材８４の先端に取り付けられる。つまり、ツルア８５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８５は、回転軸部材８４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８５は、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａをツルーイングする。
【００４５】
（４．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８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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
ツルーイング制御部５３は、ツルーイング装置１８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８２を移動するモータ、第二移動体８３を移動するモータ、及び、回転軸部材８４を回転するモータをそれぞれ制御する。
【００５０】
（５．球体研磨装置を用いる球体の研磨方法）
先ず、研磨開始前に、調整機構１７により、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１を、第二研磨盤３３の中心軸線Ｌ２に対し、平行状態を保って中心軸線Ｌ１に直交する方向に後述するずれ量σだけずらして配置する。
【００５１】
次に、制御装置１６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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（６．第一、第二研磨溝による球体の動作）
課題でも述べたように、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向のずれが大きい場合、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との間で接触状態が不均衡となり、球体２の真球度の向上に限界がある。ここで、一般的に、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との各接触部位は、均衡に接触している場合、楕円形状の輪郭を有する。
【００５５】
そこで、第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１の軌跡である溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２の軌跡である溝中心線ＣＣ２とが、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に最も離れている位置において、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との各接触部位が、楕円形状の輪郭を有するように、つまり、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａの溝縁部に掛からないように、第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３２ａの溝中心線ＣＣ２とを平行にずらす。
【００５６】
先ず、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、図を参照して説明し、次に、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との各接触部位が、楕円形状の輪郭を有するための第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３２ａの溝中心線ＣＣ２の最大のずれ量σ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。
【００５７】
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、第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３２ａの溝中心線ＣＣ２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）に直交する方向にずれ量σだけずれているので、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａは、図示一点鎖線で囲まれる交差部Ａｃ，Ｂｃにおいて重なり、交差部Ａｃ，Ｂｃから９０度離れた図示二点鎖線で囲まれる離間部Ｃｓ，Ｄｓにおいて最大ずれ量σだけずれている。以下の説明では、交差部Ａｃに位置する球体２Ａ、及び、離間部Ｃｓに位置する球体２Ｂに着目して説明する。
【００５８】
図１０に示すように、球体２Ａと第一研磨溝２３ａは、第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１を通る中心軸線Ｌ１に平行な軸線Ｌ１１と、第一研磨溝２３ａの断面円弧と、の交点Ｐ１を中心とする楕円形状の部位Ａａ１と接触する。また、球体２Ａと第二研磨溝３３ａは、第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２を通る中心軸線Ｌ２に平行な軸線Ｌ２２と、第二研磨溝３３ａの断面円弧と、の交点Ｐ２を中心とする楕円形状の部位Ａａ２と接触する。
【００５９】
そして、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、接触楕円部位Ａａ１，Ａａ２において研磨抵抗が発生し、球体２Ａ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。
【００６０】
図１１に示すように、球体２Ｂにおいては、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａが中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向にσだけずれているため、球体２Ｂと第一研磨溝２３ａの接触楕円部位Ａａ１１は、接触楕円部位Ａａ１に対し図示時計回りの方向に角度θだけずれ、球体２Ｂと第二研磨溝３３ａの接触楕円部位Ａａ１２は、接触楕円部位Ａａ２に対し図示時計回りの方向に角度θだけずれる。よって、球体２Ｂは、軸線Ｘ１に対し図示時計回りの方向に角度θだけずれた軸線Ｘ１１回りに回転する。
【００６１】
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、軸線Ｘ１に対し図示時計回りの方向に角度θだけずれた軸線Ｘ１１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。
【００６２】
次に、第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３３ａの溝中心線ＣＣ２のずれについて説明する。第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３は、以下の２つのずれの条件を満たすように配置する。第１の条件としては、第一研磨溝２３ａ（第二研磨溝３３ａ）の中心軸線Ｌ１（Ｌ２）回りの一周にわたってずれ量が一定とならないように第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３を配置する。この理由は、第一、第二研磨溝２３ａ，３３ａに挟圧されて研磨される球体２の自転軸を変動させて姿勢を変化させる必要があるためである。
【００６３】
第２の条件としては、最大ずれ量σが、第二研磨溝３３ａの断面円弧半径γＵ、球体２の半径ＲＳ及び公知のヘルツの理論等から導かれる式（１）−式（４）を満たすように第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３を配置する。最大ずれ量σが大き過ぎると、接触楕円部位Ａａ１１，Ａａ１２が第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａの内周面からはみ出し、球体２と第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａとの接触圧力が局所的に高くなって真球度の向上を図ることが困難となるからである。
【００６４】
なお、式（１）−式（４）は、球体２と第二研磨溝３３ａとの最大ずれ量σを表しているが、球体２と第一研磨溝２３ａとの最大ずれ量σも同様である。式（１）−式（４）から、接触楕円部位Ａａ１２が、第二研磨溝３３ａと第二研磨盤３３との境界部（肩部）に掛からないずれ量を算出する方法としては以下の方法がある。すなわち、ずれ量を変化させながら式（１）−式（４）に当てはめ、各ずれ量での接触楕円部位Ａａ１２をシミュレーションし、接触楕円部位Ａａ１２が上記境界部（肩部）に掛かるか否かを確認してずれ量が適切であるか否かを判定する方法である。
【００６５】
【数１】
0006743510.tif 000002
【００６６】
【数２】
0006743510.tif 000003
【００６７】
【数３】
0006743510.tif 000004
【００６８】
【数４】
0006743510.tif 000005
【００６９】
ここで、式（１）−式（４）の各符号は、図１２に示す通りであり、各符号の意味は、以下の通りである。
γＵ：第二研磨溝３３ａの断面円弧半径
ＲＳ：球体２の半径
【００７０】
ｄｅＵ：第二研磨溝３３ａの溝深さ
ＣＵＬ：第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２と第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１との中心間距離
【００７１】
ＲＵ：第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２と第二研磨盤３３の中心軸線Ｌ２との距離
ＲＬ：第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１と第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１との距離
ａＵ：接触楕円部位Ａａ２の長半径
σ：第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１と第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２との中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向の最大ずれ量
【００７２】
（７．ツルーイング方法）
ツルーイング装置１８による第一、第二研磨溝２３ａ，３３ａのツルーイング方法について、図１３及び図１４を参照して説明する。本実施形態においては、ツルア８５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を採用するが、ツルア８５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することも可能である。
【００７３】
図１３を参照して、ツルア８５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１８の第二移動体８３を上方（Ｙ２方向）へ移動させた後に、ツルア８５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８２を第一研磨盤２３側（Ｘ２方向）へ移動させる。
【００７４】
続いて、ツルーイング制御部５３がツルア８５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８２のＸ２方向へ移動と第二移動体８３のＹ２方向への移動を同期制御しながら、ツルア８５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８５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。
【００７５】
次に、図１４を参照して、ツルア８５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１８の第二移動体８３を上方（Ｙ２方向）へ移動させた後に、ツルア８５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８２を第二研磨盤３３側（Ｘ２方向）へ移動させる。
【００７６】
続いて、ツルーイング制御部５３がツルア８５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８２のＸ２方向へ移動と第二移動体８３のＹ２方向への移動を同期制御しながら、ツルア８５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８５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。
【００７７】
（８．その他）
上述の実施形態では、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、中心軸線Ｌ１，Ｌ２回りに円形状に形成したが、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａの一方又は両方を楕円形状、花冠形状等の非円形状に形成してもよい。
【００７８】
（９．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に対して中心軸線Ｌ２回りに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、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。
【００７９】
そして、第一研磨溝２３ａの中心軸線Ｌ１と第二研磨溝３３ａの中心軸線Ｌ２は、平行にずれて配置され、第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３３ａの溝中心線ＣＣ２とが、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に最も離れている位置において、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との各接触部位が、楕円形状の輪郭を有する。
【００８０】
第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１と第二研磨溝３３ａの溝中心線ＣＣ２とは、中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向にずれて配置されるので、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との接触位置は変化することになり、球体２の自転軸の傾きは変動する。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２の姿勢が変化する。
【００８１】
そして、球体２と第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａとの各接触部位が、楕円形状の輪郭を有するので、球体２と第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａとの接触圧力が、局所的に高くなることを防止できる。よって、真球度を大幅に向上できる。
【００８２】
また、第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１及び第二研磨溝３３ａの溝中心線ＣＣ２は、同一円形状に形成されるので、第一研磨溝２３ａの溝中心線ＣＣ１及び第二研磨溝３３ａの溝中心線ＣＣ２の芯ずれを容易に制御できる。
また、第一研磨溝２３ａは、中心軸線Ｌ１方向の断面の内周縁が円弧状に形成され、第二研磨溝３３ａは、中心軸線Ｌ２方向の断面の内周縁が第一研磨溝２３ａの断面円弧半径と同一の断面円弧半径を有する円弧状に形成される。これにより、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａを容易に形成できる。
【００８３】
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、基台１１に対して第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の少なくとも一方を支持し、基台１１に対して第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の少なくとも一方の中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向への位置を調整可能な調整機構１７と、を備える。
【００８４】
これにより、交差部ＡＣ，ＢＣにおける第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との接触楕円部位が大きくなるので、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａの全周にわたって接触圧力をより均等化できる。よって、球体２の真球度をさらに向上できる。
【００８５】
また、調整機構１７は、基台１１に対して第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の少なくとも一方の中心軸線Ｌ１（Ｌ２）の傾きを調整可能である。これにより、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１と第二研磨盤３３の中心軸線Ｌ２とを平行状態を保って中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直角な方向にずらすことができる。
【００８６】
また、第一研磨盤２３は、第二研磨盤３３の下方に対向して配置され、調整機構１７は、基台１１に対して第一研磨盤２３を調整可能であり、第二研磨盤３３は、基台１１に対する中心軸線Ｌ２と直角な方向への位置及び中心軸線の傾きを調整不能である。下方に配置される第一研磨盤２３を調整するのは比較的容易であるのに対して、上方に配置される第二研磨盤３３を調整するのは容易ではない。そこで、下方に配置される第一研磨盤２３のみを調整することで、装置全体の構成が小型となり、作業者による調整作業が容易になる。
【００８７】
また、第一研磨溝２３ａの中心軸線Ｌ１と第二研磨溝３３ａの中心軸線Ｌ２との最大のずれ量σは、第二研磨溝３３ａの断面円弧半径γＵ（第一研磨溝２３ａの断面円弧半径）、並びに球体２の半径ＲＳに基づく関係式から求める。最大ずれ量σが、上記関係式を満たしていれば、接触楕円部位Ａａ１１，Ａａ１２が第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａの内周面からはみ出すことはなく、球体２と第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａとの接触圧力が局所的に高くならないので、真球度の向上を図ることができる。
【００８８】
球体研磨装置１による球体研磨加工方法は、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。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】
【００８９】
１：球体研磨装置、  ２：球体、  １１：基台、  １２：コラム、  １６：制御装置、  １７：調整機構、  １８：ツルーイング装置、  ２３：第一研磨盤、  ２３ａ：第一研磨溝、  ３３：第二研磨盤、  ３３ａ：第二研磨溝、  ８５：ツルア
【図１】
0006743510.tif 000006
【図２】
0006743510.tif 000007
【図３】
0006743510.tif 000008
【図４】
0006743510.tif 000009
【図５Ａ】
0006743510.tif 000010
【図５Ｂ】
0006743510.tif 000011
【図６】
0006743510.tif 000012
【図７】
0006743510.tif 000013
【図８】
0006743510.tif 000014
【図９】
0006743510.tif 000015
【図１０】
0006743510.tif 000016
【図１１】
0006743510.tif 000017
【図１２】
0006743510.tif 000018
【図１３】
0006743510.tif 000019
【図１４】
0006743510.tif 000020