(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体（１）を回転自在に受持する一対のローラ（３，４）と、この一対のローラ（３，４）をそれぞれ回転駆動するサーボモータ（２７，２８）と、前記両サーボモータ（２７，２８）を制御して前記球体（１）の１回転中に一対のローラ（３，４）の角速度を高低変化させながら一方のローラ（３，４）が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段（７）とを備えており、
前記制御手段（７）は、一対のローラ（３，４）を角速度高低変化させながら回転する途中に、球体（１）の少なくとも１回転における高角速度の時間長さを長短変更する回動制御機能（４３）を有していることを特徴とする球体回転装置。
【請求項２】
球体（１）を回転自在に受持する一対のローラ（３，４）と、この一対のローラ（３，４）をそれぞれ回転駆動するサーボモータ（２７，２８）と、前記両サーボモータ（２７，２８）を制御して前記球体（１）の１回転中に一対のローラ（３，４）の角速度を高低変化させながら一方のローラ（３，４）が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段（７）とを備えており、
前記一対のローラ（３，４）間に対向して、一対のローラ（３，４）に当接する球体（１）を下方から支承するサポート手段（Ｇ）が設けられており、このサポート手段（Ｇ）は、球体（１）と下方から摺接する受持シュー（５９）で形成されていることを特徴とする球体回転装置。
【請求項３】
球体（１）を回転自在に受持する一対のローラ（３，４）と、この一対のローラ（３，４）をそれぞれ回転駆動するサーボモータ（２７，２８）と、前記両サーボモータ（２７，２８）を制御して前記球体（１）の１回転中に一対のローラ（３，４）の角速度を高低変化させながら一方のローラ（３，４）が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段（７）とを備えており、
前記一対のローラ（３，４）間に対向して、一対のローラ（３，４）に対して球体（１）を押さえかつ押さえ位置（Ｘ）から退避可能なプレッシャー手段（Ｒ）が設けられており、このプレッシャー手段（Ｒ）は球心（Ｏ）より上側で球体（１）と当接して回転するプレッシャー球体（６１）で形成されていることを特徴とする球体回転装置。
【請求項４】
一対のローラ（３，４）に対する球体（１）のスリップを抑制すべく前記プレッシャー手段（Ｒ）を球体（１）に付勢する付勢手段（３３）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の球体回転装置。
【請求項５】
前記制御手段（７）は、一対のローラ（３，４）を角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体（１）を回動させる回動制御機能（４３）を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の球体回転装置。
【請求項６】
一対のローラ（３，４）の離間幅が調整可能に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の球体回転装置。
【請求項７】
一対のローラ（３，４）は対向内方に先細り形状のテーパローラで形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の球体回転装置。
【請求項８】
一対のローラ（３，４）で球体（１）を回転自在に受持し、サーボモータ（２７，２８）により一対のローラ（３，４）をそれぞれ回転駆動し、サーボモータ（２７，２８）を制御して球体（１）の１回転中に一対のローラ（３，４）の角速度を高低変化させながら一方のローラ（３，４）が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転し、
一対のローラ（３，４）を角速度高低変化させながら回転する途中に、球体（１）の少なくとも１回転における高角速度の時間長さを長短変更することを特徴とする球体回転方法。
【請求項９】
一対のローラ（３，４）を角速度高低変化させながら回転する途中に、前記サーボモータ（２７，２８）を制御して一対のローラ（３，４）を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体（１）を回動させることを特徴とする請求項８に記載の球体回転方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の球体回転装置を備え、前記球体（１）の表面を研削する研削機構（８）が設けられ、研削機構（８）は、球体（１）に対向して配置された砥石（３９）と、この砥石（３９）を軸心廻りに回転しながらその先端部を球体（１）の表面に押圧する砥石駆動手段（４１）とを有していることを特徴とする球体回転装置を利用した応用機。
【請求項１１】
一対のローラ（３，４）の軸心（Ｍ）に直角でかつ球体（１）の球心（Ｏ）と砥石（３９）の軸心（Ｆ）とを通る面上で球体（１）の表面と接触して球体直径寸法を測定してサーボモータ（２７，２８）を制御する定寸装置（Ｔ）が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の球体回転装置を利用した応用機。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載の球体回転装置を備え、球体（１）の表面を検査する検査器（５１）又は球体（１）の表面を測定する測定器（５２）が設けられていることを特徴とする球体回転装置を利用した応用機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球体を回転させるための球体回転装置、球体回転方法及び球体回転装置を利用した研削機等の応用機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
球体回転装置、球体回転方法及び球体回転装置を利用した応用機には、球体を回転自在に受持する一対のローラのローラ回転軸の基端側にそれぞれユニバーサルジョイントを連結し、この一対のユニバーサルジョイントをモータで同期回転させることにより、ユニバーサルジョイントの特性を利用して、球体の１回転中に一対のローラの角速度を高低変化させながら一方のローラが高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させ、これにより、球体を満遍なく回転させ、例えば球体表面の検査に利用するようにしたものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６２−５０７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来では、ユニバーサルジョイントの特性を利用しているため、半回転を周期として一対のローラの角速度が高低変化するので、ローラが半回転する間に球体が略１回転するようになり、このため、球体とローラとの接触点におけるローラの回転軸廻りのローラ回転径を、前記接触点における球体の回転軸心廻りの球体回転径の略２倍に設定する必要があり、一対のローラの１回転で球体を１回転させたり、一対のローラの１回転で球体を２回転以外の複数回転させたりすることができず、汎用性に劣っていた。また、一対のユニバーサルジョイントが必要であるため構造が複雑になっていた。
【０００５】
また、ユニバーサルジョイントを使用した場合、その十字継ぎ手部分に摩耗が生じ易く、耐久性も劣っていた。さらに、ユニバーサルジョイントを使用した場合、ユニバーサルジョイントの屈曲角を例えば３０°以上にすることができず、一対のローラの角速度の高低変化量に限界があり、球体を極軸廻りに周回させるために球体を例えば２０回転させる必要があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、汎用性が大で簡単な構造で球体をより簡単に満遍なく回転させることができ、しかも耐久性の高い球体回転装置、球体回転方法及び球体回転装置を利用した応用機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】
この技術的課題を解決する本発明の球体回転装置の技術的手段は、次の通りである。
第１に、球体を回転自在に受持する一対のローラと、この一対のローラをそれぞれ回転駆動するサーボモータと、前記両サーボモータを制御して前記球体の１回転中に一対のローラの角速度を高低変化させながら一方のローラが高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段とを備えている点にある。
【０００８】
第２に、前記制御手段は、一対のローラを角速度高低変化させながら回転する途中に、球体の少なくとも１回転における高角速度の時間長さを長短変更する回動制御機能を有している点にある。
第３に、前記制御手段は、一対のローラを角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体を回動させる回動制御機能を有している点にある。
【０００９】
第４に、一対のローラの離間幅が調整可能に設定されている点にある。
第５に、前記一対のローラ間に対向して、一対のローラに当接する球体を下方から支承するサポート手段が設けられており、このサポート手段は、球体と下方から摺接する受持シューで形成されている点にある。
第６に、前記一対のローラ間に対向して、一対のローラに対して球体を押さえかつ押さえ位置から退避可能なプレッシャー手段が設けられており、このプレッシャー手段は、球体と球心より上側で当接して回転するプレッシャー球体で形成されている点にある。
【００１０】
第７に、一対のローラに対する球体のスリップを抑制すべく前記プレッシャー手段を球体に付勢する付勢手段が設けられている点にある。
また、前記技術的課題を解決する本発明の球体回転方法の技術的手段は次の通りである。
第１に、一対のローラで球体を回転自在に受持し、サーボモータにより一対のローラをそれぞれ回転駆動し、サーボモータを制御して球体の１回転中に一対のローラの角速度を高低変化させながら一方のローラが高角速度のときに他方が低角速度となるように回転する点にある。
【００１１】
第２に、一対のローラを角速度高低変化させながら回転する途中に、球体の少なくとも１回転における高角速度の時間長さを長短変更する点にある。
第３に、一対のローラを角速度高低変化させながら回転する途中に、前記サーボモータを制御して一対のローラを同時に回転しながら相対速度差を付けて球体を回動させる点にある。
【００１２】
また、前記技術的課題を解決する本発明の球体回転装置を利用した応用機の技術的手段は次の通りである。
第１に、球体回転装置を備え、前記球体の表面を研削する研削機構が設けられ、研削機構は、球体に対向して配置された砥石と、この砥石を軸心廻りに回転しながらその先端部を球体の表面に押圧する砥石駆動手段とを有している点にある。
【００１３】
第２に、一対のローラの軸心に直角でかつ球体の球心と砥石の軸心とを通る面上で球体の表面と接触して球体直径寸法を測定してサーボモータを制御する定寸装置が設けられている点にある。
第３に、球体回転装置を備え、球体の表面を検査する検査器又は球体の表面を測定する測定器が設けられている点にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一対のサーボモータで一対のローラをそれぞれ回転駆動し、両サーボモータを制御して一対のローラの角速度を高低変化させることができるので、ユニバーサルジョイントを使用せずに球体を極軸廻りに周回させることができる。また、一対のローラの１回転で球体を１回転させたり、一対のローラの１回転で球体を複数回転させるさせたりすることができて、汎用性が大であるし、一対のユニバーサルジョイントが不要になり構造も簡単になる。
【００１５】
また、ユニバーサルジョイントを使用しないためユニバーサルジョイントの十字継ぎ手部分が摩耗するようなこともなくなり、耐久性も向上する。さらに、一対のローラの角速度の高低変化量が大きく設定することも、又小さく設定することも自由に変更することができ、一対のサーボモータで一対のローラをそれぞれ回転駆動するようにした場合には、一対のローラの角速度を高低変化をユニバーサルジョイントを使用する場合の４倍〜５倍に設定して、球体を極軸廻りに周回させるためにユニバーサルジョイントを使用した従来場合に球体を例えば２０回転させる必要あっとものを、球体１の例えば６回の回転で球体を極軸廻りに周回させるようになすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す球体回転装置の全体構成図である。
【図２】同球体回転装置の平面図である。
【図３】同球体回転装置の正面図である。
【図４】同球体回転装置の側面図である。
【図５】同球体回転装置の正面断面図である。
【図６】同球体回転装置の側面断面図である。
【図７】同球体回転装置の要部の斜視図である。
【図８】同一対のテーパローラの角速度変化と球体の回転との関係を示す説明図である。
【図９】同球体の回転状態を示す説明図である。
【図１０】同球体の回転状態を示す他の説明図である。
【図１１】同球体の回転状態を示す他の説明図である。
【図１２】同制御手段によるテーパローラの回転制御を示す説明図である。
【図１３】同球体の回転を説明するための説明図である。
【図１４】制御手段による一対のローラ駆動手段及び研削機構の他の制御例を示す説明図である。
【図１５】第２実施形態を示す球体回転装置の全体構成図である。
【図１６】本願実施形態の作用効果を説明するためのグラフである。
【図１７】本願実施形態の作用効果を説明するための図９に対応する説明図である。
【図１８】第３実施形態を示す球体回転装置の側面説明図である。
【図１９】同第３実施形態を示す球体回転装置の正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図１３は第１実施形態を示している。図１において、球体回転装置Ａ１は、対向内方に先細り形状に形成され、同一軸心Ｍ上に対向配置されていて、球体１を回転自在に受持する一対のテーパローラ３，４と、この一対のテーパローラ３，４をそれぞれ回転駆動するローラ駆動手段５，６と、この両ローラ駆動手段５，６を制御する制御手段７とを備えている。前記球体回転装置Ａ１と、球体１の表面を研削する研削機構８とで球体研磨機（応用機）Ｂ１が構成されている。
【００１８】
図１〜図７において、球体回転装置Ａ１の支持フレーム１３に前後方向に移動調整自在に上フレーム１４が支持され、この上フレーム１４上に、左右一対の支持体１５，１６が左右方向に位置調整自在に支持されている。上フレーム１４にホゾ状のレール部材１７が上方に突設され、このレール部材１７に一対の支持体１５，１６のアリ溝１１が左右移動自在に嵌合されて、固定レバー１８で締め付けることによって、任意の位置に固定できるように構成されている。
【００１９】
左右一対の支持体１５，１６にはそれぞれ軸受体１９，２０が載置固定されると共にサーボモータ２７，２８が支持部材２９，３０を介して取り付けられている。軸受体１９，２０に、テーパローラ３，４を先端部に取り付けたローラ回転軸２１，２２がベアリングを介して軸心廻りに回転自在に支持されている。ローラ回転軸２１，２２の基端側はカップリング２５，２６を介してサーボモータ２７，２８の回転軸２７ａ，２８ａに連結されている。
【００２０】
而して、固定レバー１８の弛緩操作によって、一対の支持体１５，１６と共に各テーパローラ３，４を左右方向に位置調整することにより、一対のテーパローラ３，４の軸心方向に対向した離間幅が調整可能になっている。離間幅の調整はテーパローラ３，４が摩耗したときに球体１との接触位置修正のために行われる。また、テーパローラ３，４の離間幅が調整可能になっているため、球体１の大きさに対応させることができ、汎用性が大で便利である。
【００２１】
また、各ローラ駆動手段５，６は、サーボモータ２７，２８とカップリング２５，２６と軸受体１９，２０とローラ回転軸２１，２２とによりそれぞれ構成され、ローラ回転軸２１，２２とサーボモータ２７，２８の回転軸２７ａ，２８ｂとはそれぞれ直線的に連結され、直接回転駆動状態となっている。制御手段７によるサーボモータ２７，２８の制御により、テーパローラ３，４はそれぞれ同期回転状態と独立回転状態とに設定可能になっている。
【００２２】
図７に示すように、球体回転装置Ａ１は、左右一対のテーパローラ３，４の他に、一対のテーパローラ３，４と相俟って球体１の重量を受けるサポートローラ９と、一対のテーパローラ３，４に対して球体１を押さえるプレッシャーローラ１０とを備えている。
前記サポートローラ９は球体１と下方から当接して回転するローラであり、一対のローラ３，４間に対向して、一対のローラ３，４に当接する球体１を下方から支承するサポート手段Ｇを構成している。
【００２３】
前記プレッシャーローラ１０は球心Ｏより上側で球体１と当接して回転するローラであり、一対のローラ３，４間に対向して、一対のローラ３，４に対して球体１を押さえかつ押さえ位置Ｘから退避可能なプレッシャー手段Ｒを構成している。
上フレーム１４の左右方向中央に取付台２３が装着され、この取付台２３にサポートローラ９とプレッシャーローラ１０とが取り付けられている。サポートローラ９は球体１の下方に配置され、ベアリングにより構成され、その外輪が球体１を左右軸廻りに回転自在に支持している。
【００２４】
プレッシャーローラ１０は球体１の前方に配置され、ベアリングにより構成され、その外輪が球体１に接当している。
前記プレッシャーローラ１０は、図６に示すように支持腕３１の先端部に左右方向の回転軸心廻りに回転自在に支持されている。支持腕３１は取付台２３に左右方向の支軸３２廻りに回動自在に支持されており、この支持腕３１の末端と取付台２３との間に弾発するためのバネ２４及び摺動体３４が設けられている。
【００２５】
このバネ２４及び摺動体３４の弾発によって支持腕３１の先端部を支軸３２廻りに矢印ｊ方向に付勢し、これによりプレッシャーローラ１０で一対のテーパローラ３，４に対して球体１を押さえ付けるようになっている。前記バネ２４の代わり圧縮エアで摺動体３４を弾発してもよい。
前記支持腕３１、摺動体３４及びバネ２４等によりプレッシャーローラ１０の付勢手段３３が構成され、付勢手段３３で一対のテーパローラ３，４に対する球体１のスリップを抑制している。従って、球体１のスリップを効果的に防止できて、テーパローラ３，４の回転に伴って球体１をスムーズに回転させることができ、球体１の研削や測定を良好になし得る。
【００２６】
支持腕３１に操作レバー３５が突設されており、操作レバー３５を支軸３２廻りに矢印ｋ方向に回動することにより、バネ２４に抗して、支持腕３１をプレッシャーローラ１０の押さえ位置Ｘから退避可能な位置Ｙに移動できるように構成されている。従って、操作レバー３５を支軸３２廻りに矢印ｋ方向に回動することにより、付勢手段３３に抗して、支持腕３１をプレッシャーローラ１０の押さえ位置Ｘから退避可能な位置Ｙに簡単に移動でき、プレッシャーローラ１０を押さえ位置Ｘから退避することによって、球体１をサポートローラ９上から簡単に出し入れすることができる。
【００２７】
前記研削機構８は、一対のテーパローラ３，４の軸心Ｍと直角な垂線でかつ球体１の球心Ｏを通る軸線Ｆ上に配置されかつ円筒状に形成された砥石３９と、砥石ホルダ３８と、砥石ホルダ３８を回転自在に支持する軸受ケース４０と、砥石３９を軸線Ｆ廻りに回転しながらその先端部を球体１の表面に押圧する砥石駆動手段４１とを有している。軸受ケース４０は支持フレーム１３を取り付けた装置枠（図示せず）に装着されている。
【００２８】
ここで、砥石３９の先端部の球体１の表面への押圧（軸線Ｆ方向の押圧）は、例えば砥石ホルダ３８に組み込んだエアシリンダによる空気等の流体加圧によって行われ、加圧を切ることにより砥石３９の球体１への押圧が解除され、加圧を入れることによって砥石３９の球体１への押圧が開始される。
前記制御手段７は、サーボモータ２７，２８及び砥石駆動手段４１に制御信号を出力することによって、ローラ駆動手段５，６及び研削機構８を制御し、球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させる。但し、テーパローラ３，４の最高角速度と最低角速度とは、多少のずれは許容され、高角速度と低角速度とが対応していればよい。
【００２９】
即ち、図８に示すように、球体１とテーパローラ３，４との接触点におけるテーパローラ３，４の回転軸２１，２２廻りのローラ回転径ｄと、前記接触点における球体１の回転軸心Ｌ廻りの球体回転径Ｄとを略等しく設定した状態で、サーボモータ２７，２８の回転に角速度変化を正弦波的に与え、かつ両テーパローラ３，４の高角速度の位相を互いに１８０°ずらしておく。この角速度変化によって、テーパローラ３，４と接する球体１の接触点では周速が変化することになり、球体１の回転軸心Ｌが球心Ｏを支点に前後に揺動することになる。
【００３０】
一対のテーパローラ３，４の軸心Ｍ廻りの１回転で球体１が回転軸心Ｌ廻りに略１回転すると、テーパローラ３，４の回転角度が０°のとき、左テーパローラ３と右テーパローラ４の角速度が等しいため、球体１の回転軸心Ｌはテーパローラ３，４の軸心Ｍと平行になる。
テーパローラ３，４の回転角度が０°から９０°に近づくと、次第に左テーパローラ３の角速度が右テーパローラ４の角速度よりも大になるため、球体１の回転軸心Ｌが、左テーパローラ３側から離れると共に右テーパローラ４側に近づくように球心Ｏ廻りに揺動する。
【００３１】
テーパローラ３，４の回転角度が９０°から１８０°に近づくと、次第に左テーパローラ３の角速度と右テーパローラ４の角速度とが等しくなるため、球体１の回転軸心Ｌが徐々にテーパローラ３，４の軸心Ｍと平行になるように球心Ｏ廻りに揺動する。
テーパローラ３，４の回転角度が１８０°から２７０°に近づくと、次第に右テーパローラ４の角速度が左テーパローラ３の角速度よりも大になるため、球体１の回転軸心Ｌが、右テーパローラ４側から離れると共に左テーパローラ４側に近づくように球心Ｏ廻りに揺動する。
【００３２】
テーパローラ３，４の回転角度が２７０°から３６０°に近づくと、次第に左テーパローラ３の角速度と右テーパローラ４の角速度とが等しくなるため、球体１の回転軸心Ｌが徐々にテーパローラ３，４の軸心Ｍと平行になるように球心Ｏ廻りに揺動する。
図９は、図８に示すように球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させた場合の球体１の動きを調べるため、テーパローラ３，４の軸心Ｍと軸直角の先端位置の球体１表面（球体１の上側中央）にペンを当ててそのペンが描く図形を表したものである。
【００３３】
図９（ａ）に示す如くテーパローラ３，４又は球体１の２回転で〔１〕〜〔８〕のような図形が順次描かれ、テーパローラ３，４又は球体１の８回転で図９（ｂ）のような図形が描かれる。このことから、球体１が回転軸心Ｌ廻りに回転しながらも、徐々に回転軌跡が矢印ａ方向に移動して、球体１が上極点Ｐ１及び球体１の下極点Ｐ２を結ぶ極軸Ｓ廻りに回転する回転軌跡が描かれるのが分かる（図１３参照）。
【００３４】
図１０は、図８に示すように球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させた場合に、球体１に○印Ｅを付けてそれがどのように動くかを示したものである。図１０（ａ）に示すように、○印Ｅを球体１の上極点Ｐ１に付した場合、○印Ｅが球体１の回転軸心Ｌ廻りに回転移動する。図１０（ｂ）に示すように、○印Ｅを球体１の上極点Ｐ１よりも右側に付した場合、○印Ｅが球体１の回転軸心Ｌ廻りに回転移動しながら、１回転で一定角度ｆだけずれて螺旋を描きつつ２点鎖線で示す如く円Ｃの範囲で徐々に左右に往復移動する。図１０（ｃ）に示すように、○印Ｅを球体１の前後方向中央部の右端に付した場合、○印Ｅが球体１の回転軸心Ｌ廻りに回転移動しながら、１回転で一定角度ｆだけずれて螺旋を描きつつ２点鎖線で示す如く球体１の左端から右端へ往復移動する。
【００３５】
図１１は、図８に示すように球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させた場合に、球体１の前後方向中央部の右端（点ｇ）がどのような軌跡を描くかを図示したものである。図１１（ａ）は、テーパローラ３，４がローラ回転軸２１，２２廻りに回転すると、球体１の回転軸心Ｌが前後に往復揺動することを示している。図１１（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、テーパローラ３，４がローラ回転軸２１，２２廻りに回転すると、球体１が回転軸心Ｌ廻りに回転しながらもその回転軸心Ｌが前後揺動するため、球体１の前後方向中央部の右端（点ｇ）が、右端から渦巻き状に回転しながら右端から左端に移動し、また、左端から渦巻き状に回転しながら左端から右端に移動し、この動作を繰り返すように動くことを示している。
【００３６】
従って、球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させると、球体１の回転軸心Ｌが前後方向に揺動しながら、球体１はその揺動する回転軸心Ｌ廻りに回転し、前記上極点Ｐ１及び下極点Ｐ２を通る経線が矢印ａ方向に周回する。その結果、球体１の前後方向中央部の右端（点ｇ）が回転軸心Ｌ廻りに渦巻き状に回転し、球体１のある点（例えば点ｇ）は、球体１の各表面に対応する位置を満遍なく通ることになる。
【００３７】
前記球体１が矢印ａ方向に周回することにより、上極点Ｐ１、下極点Ｐ２が形成されることになり、上極点Ｐ１では、球体１の同一部分が頻繁に通ることになる。そのため、球体１を１周回以上極軸Ｓ廻りに回転して研削する場合は、球体１の球面に砥石３９を配置して球体１をより高精度で研削するために、球体１の上極点Ｐ１となる位置を所定期間毎に移動させることが好ましい。
【００３８】
そこで、制御手段７に、図１２に示すように、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体１を回動させる回動制御機能４３を具備させている。
この制御手段７の回動制御機能４３は、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させて球体１を回転軸心Ｌ廻りに回転させながら極軸Ｓ廻りに回転させる途中に、研削機構８による球体１表面への砥石３９の押圧を解除させ、その後に一対のテーパローラ３，４を同時に回転しながら相対速度差を付けて回転軸心Ｌ及び極軸Ｓ廻りにとは異なる方向に球体１を回動させるようにしたものである。即ち、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させる角速度高低変化区間Ｕの途中に、一対のテーパローラ３，４を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体１を回動させる相対速度差区間Ｖを設けたものである。
【００３９】
より具体的には、制御手段７により一対のローラ駆動手段５，６及び研削機構８を例えば次のように制御する。
即ち、図１２（ａ）に示すように、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させながら回転させると共に、砥石３９を軸心廻りに回転しながら加圧して、球体１の表面を研削し、その途中で、まず、砥石３９の加圧を切り、その後に左テーパローラ３を高速で右テーパローラ４を低速でそれぞれ回転させ、これにより一対のテーパローラ３，４を速度差を付けて同時に回転しながらこのテーパローラ３，４の速度差により球体１を回動させ、球体１の上極点Ｐ１に対向する位置を移動させる。
【００４０】
次に、一対のテーパローラ３，４を再び角速度高低変化させながら回転させ、砥石３９を軸心廻りに回転しながら加圧する。以上の動作を繰り返して所定期間おきに順次球体１の上極点Ｐ１に対向する位置を移動させながら、球体１の表面を砥石３９で研削する。
又は、図１２（ｂ）に示すように、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させながら回転させると共に、砥石３９を軸心廻りに回転しながら加圧して、球体１の表面を研削し、その途中で、まず、砥石３９の加圧を切りその後両テーパローラ３，４の回転を停止させる。次に、両テーパローラ３，４の回転を開始し左テーパローラ３を右テーパローラ４よりも速い速度で回転させ、これにより一対のテーパローラ３，４を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体１を回動させ、球体１の上極点Ｐ１に対向する位置を移動させる。その後、両テーパローラ３，４の回転を停止させ、次に一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させながら回転させ、砥石３９を軸心廻りに回転しながら加圧する。以上の動作を繰り返して所定期間おきに順次球体１の上極点Ｐ１に対向する位置を移動させながら、球体１の表面を砥石３９で研削する。
【００４１】
なお、上記砥石３９の加圧を切った（砥石３９の球体１への押圧を解除した）際には、砥石３９を球体１から離して砥石３９による球体１表面の研削を停止するようにしてもよいし、砥石３９を球体１から離間せずに砥石３９の軸心廻りの回転駆動を止めることにより、砥石３９による球体１表面の研削を停止するようにしてもよい。
而して、図１３に示すように、両テーパローラ３，４が同一角速度のときの球体１の回転軸心ＬをＬ１とすると、回転軸心Ｌ１はテーパローラ３，４の軸心Ｍに平行に生じ、回転軸心Ｌ１は球心Ｏを通る左右方向の直線になる。球体１は回転軸心Ｌ１を中心に回転し、テーパローラ３，４の角速度に高低変化をつけると、回転軸心Ｌ１と直交する極軸Ｓがつくられる。テーパローラ３，４の軸心Ｍと球体１の回転軸心Ｌ１とに鉛直な直線を鉛直線Ｎとすると、前記極軸Ｓは球体１の回転軸心Ｌ１と鉛直線Ｎとに鉛直な直線となり、この極軸Ｓは球心Ｏを通り、球体１は極軸Ｓを中心に周回する。この球体１の周回中にテーパローラ３，４に速度差を付けると、テーパローラ３，４によって球体１の左右接触点での移動に差がつき、テーパローラ３，４の速度差回転に伴って極軸Ｓがあたかも傾動するように球体１が回動する。前記球体１の周回は極軸Ｓの経度方向の回転である。
【００４２】
即ち、サーボモータ２７，２８を同期回転して、球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させた場合に、球体１の回転軸心Ｌがテーパローラ３，４の軸心Ｍに平行な状態から前後に往復揺動し、この往復揺動する球体１の回転軸心Ｌ廻りにテーパローラ３，４の回転に伴って球体１が回転する。その結果、極軸Ｓ廻りに球体１の１回転毎に一定角度ずつ廻る。そしてサーボモータ２７，２８を独立回転してテーパローラ３，４を駆動し、テーパローラ３，４の速度差回転によって球体１がずれ動き、回転軸心Ｌ廻りの回転と極軸Ｓ廻り回転と異なる方向に球体１が回動する。
【００４３】
球体回転装置Ａ１における極軸Ｓが形成される位置は不変であるが、球体１にとっては、４上極点Ｐ１が上極点Ｐ１’へ変位して極軸Ｓが傾動したことになる。
以上のように、上極点Ｐ１では、球体１の同一部分が頻繁に通ることになるが、制御手段７は、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体１を回動させる回動制御機能４３を有しているので、図１３に示すように、以前上極点Ｐ１及びその近傍であった部分が、上側中央位置から徐々にずれ動き、一対のテーパローラ３，４の軸心Ｍと直角でかつ球体１の球心Ｏに対向して配置した円筒状の砥石３９は、軸心廻りに回転しながらその先端部を球体１の表面にリング状に押圧接当させると、砥石３９で球体１の表面を極めて高精度で研削することが可能になる。
【００４４】
従って、一対のサーボモータ２７，２８で一対のテーパローラ３，４をそれぞれ回転駆動し、両サーボモータ２７，２８を制御して一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させることができるので、サーボモータ２７，２８を制御手段７で制御することにより、一対のテーパローラ３，４の１回転で球体１を１回転させたりすることが簡単にできるし、また、制御手段７のプログラムを変更することにより、一対のテーパローラ３，４の１回転で球体１を２回転以外の複数回転させるさせたりすることが簡単にできて、汎用性が大である。また、ユニバーサルジョイントが不要になり構造も簡単になる。しかも球体１を満遍なく高精度で回転することができる。
【００４５】
また、ユニバーサルジョイントを使用しないためユニバーサルジョイントの十字継ぎ手部分が摩耗するようなこともなくなり、耐久性も向上する。さらに、一対のテーパローラ３，４の角速度の高低変化量が大きく設定することも、又小さく設定することも自由に変更することができ、一対のサーボモータ２７，２８で一対のテーパローラ３，４をそれぞれ回転駆動するようにした場合には、図１６に示すように、一対のテーパローラ３，４の角速度の高低変化をユニバーサルジョイントを使用する場合の４倍〜５倍に設定して、球体１を極軸Ｓ廻りに周回させるためにユニバーサルジョイントを使用した従来場合には球体を例えば２０回転させる必要があったものを、本願の実施形態の場合、図１７（ａ）（ｂ）に示すように球体１の４〜５回の回転で球体１を極軸Ｓ廻りに周回させることもできる。その結果、球体回転装置Ａ１を、砥石３９を用いて球体１の表面研削する研削機に利用すれば、球体１の真球度を向上できるし、球体１の表面を測定することに使用すれば、球体１の表面の測定を速くなし得る。
【００４６】
図１４は制御手段７による一対のローラ駆動手段５，６及び研削機構８の他の制御例を示している。
図示省略しているが、球体１とテーパローラ３，４との接触点におけるテーパローラ３，４の回転軸２７ａ，２８ａ廻りのローラ回転径ｄが、前記接触点における球体１の回転軸心Ｌ廻りの球体回転径Ｄの略２倍に設定され、テーパローラ３，４が半回転する間に、球体１が略１回転するようにしている。
【００４７】
制御手段７はテーパローラ３，４の角速度を高低変化させ、制御手段７の制御によって一対のテーパローラ３，４は互いの位相が逆になって球体１の１回転を周期として高角速度と低角速度とを繰り返すようになっている。
従って、制御手段７は両テーパローラ３，４に角速度の高低変化を与えており、球体１の１回転中に一対のテーパローラ３，４の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ３，４が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転し、球体１の１回転に対して両テーパローラ３，４の高角速度部位の位相が１８０°ずらされ、一対のテーパローラ３，４の半回転中にその角速度が正弦波となって球体１の回転周期で変化するようにしている。
【００４８】
そして、制御手段７は、一対のローラ３，４を角速度高低変化させながら回転（回転軸心Ｌ廻りに回転させながら極軸Ｓ廻りに周回させる）する途中に、球体１の２回転における一対のテーパローラ３，４の高角速度の時間長さと低角速度の時間長さとを長短変更する回動制御機能４３を有している。即ち、一対のテーパローラ３，４を同一時間長さで角速度高低変化させる角速度高低変化区間Ｕの途中に、一対のテーパローラ３，４を同時に回転しながら高角速度及び低角速度の時間長さを長短変更させる時間長さ変更区間Ｗを設けたものである。
【００４９】
より具体的には、制御手段７により一対のローラ駆動手段５，６及び研削機構８を例えば次のように制御する。
図１４（ｂ）に示すように、一対のテーパローラ３，４を角速度高低変化させながら回転させると共に、砥石３９を軸心廻りに回転しながら加圧して、球体１の表面を研削し、その途中で、砥石３９の加圧を切ることなく、時間長さ変更区間Ｗの前半側では、左テーパローラ３の高角速度域及び右テーパローラ４の低角速度域を短く形成し、時間長さ変更区間Ｗの後半側では、左テーパローラ３の高角速度域及び右テーパローラ４の低角速度域を長く形成して、左テーパローラと右テーパローラ４とを同期させて高低変化させながら高角速度及び低角速度の時間長さを長短変更させ、これにより、図１４（ａ）に示すように、１〜１３の如く球体１を回動させ、球体１の上極点Ｐ１に対向する位置を移動させる。
【００５０】
以上の動作を繰り返して所定期間おきに順次球体１の上極点Ｐ１に対向する位置を移動させながら、球体１の表面を砥石３９で研削する。従って、この場合も、制御手段７の回動制御機能４３により、以前上極点Ｐ１であった部分が、上側中央位置から徐々にずれていき、砥石３９で球体１の表面の各点を極めて高精度に研削することができる。
なお、図１４に示す制御手段７による一対のローラ駆動手段５，６及び研削機構８の他の制御例の場合も、時間長さ変更区間Ｗの前後間で砥石３９の加圧を切るようにしてもよい。
【００５１】
図１５は第２実施形態を示している。球体回転装置Ａ１は、第１実施形態と同様に、一対のテーパローラ３，４と、ローラ駆動手段５，６と、制御手段７とを備えている。前記球体回転装置Ａ１と、球体１の表面を検査する検査器５１又は球体の表面を測定する測定器５２とで球体回転装置を利用した応用機（検査機又は測定機）Ｂ２が構成されている。
検査器５１は光センサや超音波センサ等により構成され、球体１表面の凹凸や球体１表面の欠陥を検出する。測定器５２は光センサや超音波センサ等により構成され、球体１の表面の曲率や荒さや滑らかさを測定する。
【００５２】
この場合も、サーボモータ２７，２８を制御手段７で制御することにより、一対のテーパローラ３，４の１回転で球体を１回転させたりすることが簡単にできるし、また、制御手段７のプログラムを変更することにより、一対のテーパローラ３，４の１回転で球体１を複数回転させるさせたりすることが簡単にできて、汎用性が大である。また、ユニバーサルジョイントが不要になり構造も簡単になる。しかも、検査器５１又は測定器５２により、球体１の表面を満遍なく検査又は測定するこができる。
【００５３】
図１８、図１９は第３実施形態を示している。球体回転装置Ａ２は、第１実施形態と同様に、一対のテーパローラ３，４と、ローラ駆動手段５，６と、制御手段７とを備えており、サポート手段Ｇは回転自在なローラ９の代わりに、球体１と下方から摺接する受持シュー５９で形成され、プレッシャー手段Ｒはローラ１０の代わりに、球体１と接してあらゆる方向に回転自在なプレッシャー球体６１で形成され、研削機構８が設けられ、検査器５１等の代わりに、球体直径寸法を測定する定寸装置Ｔが設けられている。前記球体回転装置Ａ２と、研削機構８と、定寸装置Ｔとで球体回転装置Ａ２を利用した応用機（球体表面超仕上げ装置）Ｂ３が構成されている。
【００５４】
前記サポート手段Ｇの受持シュー５９は、表面平滑な金属又はセラミック等で形成されたシュー５９ａを支持材５９ｂの先端に取り付けて形成され、シュー５９ａの表面と鉛直な中心線Ｈは球体１の球心Ｏを通るように配置され、支持材５９ｂは上フレーム１４の左右方向中央の取付台２３に中心線Ｈ上で球心Ｏ遠近方向に設定位置を調整自在に装着されている。
【００５５】
受持シュー５９の中心線Ｈは球心Ｏからテーパローラ３，４と遠のく方向に傾斜しており、球体１の直下から前側にずれて球体１を支持し、砥石３９の押圧力（軸線Ｆ方向の力）が球体１にかかると、球体１をテーパローラ３，４へ押圧する力を出せるようにしている。
この受持シュー５９は球体１の表面と点接触し、球体１が一対のテーパローラ３，４による回転、角速度高低変化による回転及び上極点Ｐ１に対向する位置の移動をするときに、それらの運動に抵抗をほとんど与えることなく受持する。
【００５６】
また、シュー５９ａの表面が中心線Ｈ上で球体１に対して遠近方向に移動することがないので、研削精度を高めることができる。即ち、回転するサポートローラ９で球体１を支承すると、球体１はサポートローラ９の真円度等の精度の影響を受けるが、受持シュー５９は球体１の回転時に設定位置で不動であるため、その表面位置は常に一定であり、シュー５９ａの表面が球体１を上下動させることはない。
【００５７】
前記プレッシャー手段Ｒのプレッシャー球体６１は、球心Ｏより上方でかつテーパローラ３，４の軸心Ｍと球心Ｏとを通る中心線Ｎの延長線より上方側で球体１の表面と接触している。球体１が一対のテーパローラ３，４による回転、角速度高低変化による回転及び上極点Ｐ１に対向する位置の移動をするとき、プレッシャー球体６１は球体１の動きに追従して、その球心６１ａを中心に回転し、球体１との間に摺接抵抗を生じさせることなく、球体１をテーパローラ３，４及び受持シュー５９に押圧する。
【００５８】
前記プレッシャー手段Ｒは、プレッシャー球体６１を多数の小球で支持したボールトランスファ構造、またはプレッシャー球体６１を３本のローラで支持したトラックボール構造になっていて、プレッシャー球体６１をバックアップ支持している。
プレッシャー手段Ｒは、第１実施形態と同様に、支持腕３１の揺動により球体１に対して遠近方向移動可能にしてもよいが、ここでは、球体１の球心Ｏと接点とを通る中心線Ｊ方向に直線的に移動自在に設けて、付勢手段３３によって球体１に付勢している。
【００５９】
前記定寸装置Ｔは、一対のローラ３，４の軸心Ｍに直角でかつ球体１の球心Ｏと砥石３９の軸線Ｆとを通る面上で球体１の表面と接触する測定子６０を有し、球体１の表面の直径寸法を測定して、目的寸法まで超仕上げ加工ができたときに、制御手段７介してサーボモータ２７，２８を停止するように構成されている。
前記測定子６０は球体１に対する砥石３９の通る軌跡上で、球体１を受持するローラ３，４及び受持シュー５９と可及的に等距離で、かつ砥石３９及びプレッシャー手段Ｒとの干渉を避けるように、砥石３９とプレッシャー球体６１との間に配置されている。
【００６０】
球体１はローラ３，４及び受持シュー５９に当接して回転しながら砥石３９で超仕上げ加工をしていくと、直径が小さくなるにつけて球心Ｏが移動するが、前述のように、測定子６０を球体１に対する砥石３９の通る軌跡上で、球体１を受持するローラ３，４及び受持シュー５９と可及的に等距離の位置に配置することにより、球心Ｏの移動による誤差が少ない状態で、目的の直径寸法まで測定でき、砥石３９による超仕上げ加工を、寸法管理を常時行いながら完了まで自動で行うことができる。
【００６１】
なお、球体１を回転自在に受持する一対のローラ３，４はテーパローラにより構成されているが、一対のローラ３，４はテーパ状でなくてもよく、例えばストレート形状、太鼓形状、凸面形状、凹面形状等であってもよい。
また、相対速度差区間Ｖで一対のテーパローラ３，４を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体１を回動させているが、これに代え、相対速度差区間Ｖで一対のテーパローラ３，４のうちの一方のみを回転し他方を停止することによって、一対のテーパローラ３，４に相対速度差を付けて球体１を回動させるようにしてもよい。
【００６２】
また、砥石３９は円筒状に形成されているが、これに代えて円柱状又はその他の形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１    球体
３    左テーパローラ
４    右テーパローラ
５    ローラ駆動手段
６    ローラ駆動手段
７    制御手段
８    研削機構
９    サポートローラ
１０    プレッシャーローラ
２１    ローラ回転軸
２２    ローラ回転軸
３３    付勢手段（バネ）
３９    砥石
４１    砥石駆動手段
４３    回動制御機能
５１    検査器
５２    測定器
５９    受持シュー
６１    プレッシャー球体
Ａ    球体回転装置
Ｂ    応用機
Ｘ    押さえ位置
Ｙ    退避可能な位置
Ｍ    軸心
Ｏ    球心
Ｄ    球体回転径
ｄ    ローラ回転径
Ｇ    サポート手段
Ｒ    プレッシャー手段
Ｔ    定寸装置
【図１】
0005295307.tif 000002
【図２】
0005295307.tif 000003
【図３】
0005295307.tif 000004
【図４】
0005295307.tif 000005
【図５】
0005295307.tif 000006
【図６】
0005295307.tif 000007
【図７】
0005295307.tif 000008
【図８】
0005295307.tif 000009
【図９】
0005295307.tif 000010
【図１０】
0005295307.tif 000011
【図１１】
0005295307.tif 000012
【図１２】
0005295307.tif 000013
【図１３】
0005295307.tif 000014
【図１４】
0005295307.tif 000015
【図１５】
0005295307.tif 000016
【図１６】
0005295307.tif 000017
【図１７】
0005295307.tif 000018
【図１８】
0005295307.tif 000019
【図１９】
0005295307.tif 000020