JP2016026891A - 球体研磨装置及び球体研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上させることが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の備える第一、第二及び第三研磨盤２，３，４は、各回転軸Ｌａ，Ｌｂが平行に配置され、それぞれ回転し、さらに第二及び第三研磨盤３，４は差動回転して１つの被加工球体Ｗを研磨加工している。これにより、被加工球体Ｗには、被加工球体Ｗの外周面において中心に向かう１つの力及びこの力に平行な方向の２つの力が発生するため、被加工球体Ｗを安定且つ良好に回転させることができる。さらに、被加工球体Ｗを３箇所で研磨加工を行っているので、被加工球体Ｗと第一、第二及び第三研磨盤２，３，４との接触機会が多くなり、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、被加工球体を研磨加工する球体研磨装置及び球体研磨方法に関する。

従来、高精度な鋼球を製造する際に使用される球体研磨装置は、被加工球体を複数の回転盤体（砥石）の間で挟持し、回転盤体を回転させることにより被加工球体を研磨加工する。例えば、特許文献１に記載の球体研磨装置は、内周側と外周側に分割され、同軸で個別に回転される２つの下回転盤体（下部ラップ）と、下回転盤体と同軸で個別に回転される１つの上回転盤体（上部ラップ）とを備える。上回転盤体は、２つの下回転盤体の境界上方に配置される。そして、下回転盤体及び上回転盤体は、２つの下回転盤体の境界上に載置された被加工球体を挟持しそれぞれ回転することにより、被加工球体を研磨加工する。

また、特許文献２に記載の球体研磨装置は、個別に回転される３つの回転盤体（研磨ロール）を備える。３つの回転盤体は、回転軸線が正三角形の各辺上に位置するように、且つ回転軸線と直角なロール外周面を通る線が１２０度の等間隔で位置するように配置される。そして、３つの回転盤体は、被加工球体を各外周面で三点支持して回転することにより、被加工球体を研磨加工する。

また、特許文献３に記載の球体研磨装置は、個別に回転される一対の回転盤体と、一対の従動ローラとを備える。一対の回転盤体は、同軸で所定間隔をあけて対向配置される。一対の従動ローラは、回転盤体の回転軸線と所定間隔をあけて平行な２本の回転軸線上であって、外周面が一対の回転盤体の間隙で平行になるようにそれぞれ配置される。そして、一対の回転盤体は、一対の従動ローラとともに被加工球体を挟持し差動回転することにより、被加工球体を研磨加工する。また、特許文献４に記載のように、一対の回転盤体（駆動ローラ）及び一対の従動ローラ（支持ローラ）を備えた機構は、球体の外観検査装置にも適用されており、球体の自転軸を随時変化させながら回転させて外観検査するようになっている。

特開２００８−１６１９８６号公報 特開２００２−２８８５１号公報 特開２０１２−７１４１３号公報 特開２０１１−７５４０号公報

上述の特許文献１に記載の球体研磨装置は、複数の被加工球体を上回転盤の端面と２つの下回転盤体の端面との間に挟持して回転し研磨加工する装置である。従って、例えば１つの被加工球体を上回転盤と２つの下回転盤体との間に挟持した場合、上回転盤が傾斜し若しくは撓むおそれがあり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率が悪化する場合がある。また、被加工球体は、２つの下回転盤体の境界上において遠心力を受けるため、回転盤の回転軸線と直角な軸線回りに回転し難くなる。このため、被加工球体の全面を均等に研磨加工できないおそれがあり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率が悪化する場合がある。

また、特許文献２に記載の球体研磨装置は、１つの被加工球体を３つの回転盤体の各外周面で三点支持して回転し研磨加工する装置である。従って、被加工球体には、外周面において１２０度の等間隔で中心に向かう力が発生するため、被加工球体を安定的に回転させることが困難であり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率が悪化する場合がある。

これに対し、特許文献３に記載の球体研磨装置は、１つの被加工球体を一対の回転盤体及び一対の従動ローラで挟持して差動回転し研磨加工する装置である。従って、被加工球体には、外周面において中心に向かう２つの力及びこれらの力に平行な方向の２つの力が発生するため、被加工球体を安定的に回転させることができ、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率を向上できる。しかし、近年、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率のさらなる向上が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、１つの被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率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。

（球体研磨装置）
（請求項１）本発明の球体研磨装置は、回転可能に支持され、外周面で被加工球体の研磨加工が可能な第一研磨盤と、前記第一研磨盤の回転軸と平行に配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第二研磨盤と、前記第二研磨盤と同軸で配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第三研磨盤と、前記第一、第二及び第三研磨盤をそれぞれ回転する第一、第二及び第三回転装置と、前記第一回転装置の駆動を制御して前記第一研磨盤を回転するとともに、前記第二及び第三回転装置の駆動を制御して前記第二及び第三研磨盤を差動回転し、前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持している前記被加工球体の研磨加工を行う制御装置と、を備える。

これにより、第一、第二及び第三研磨盤は、各回転軸が平行に配置され、それぞれ回転し、さらに第二及び第三研磨盤は差動回転して１つの被加工球体を研磨加工している。これにより、被加工球体には、被加工球体の外周面において中心に向かう１つの力及びこの力に平行な方向の２つの力が発生するため、被加工球体を安定且つ良好に回転でき、さらに３箇所で研磨加工を行っているので、被加工球体と第一、第二及び第三研磨盤との接触機会が多くなり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。

（請求項２）前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の少なくとも一方を波状に変動する速度で回転するとよい。これにより、被加工球体の表面と第一、第二、第三研磨盤との接触範囲は、一定速度で回転させる場合よりも変動速度で回転させる場合の方が増加するので、被加工球体の研磨加工精度は、一定速度で回転させる場合よりも変動速度で回転させる場合の方が向上する。

（請求項３）前記制御装置は、前記第一研磨盤を一定速度で回転するとよい。これにより、制御装置は、第一研磨盤の回転制御を容易に行うことができる。
（請求項４）前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の他方を一定速度で回転するとよい。これにより、第二研磨盤と第三研磨盤との速度差が大きくなるので、被加工球体の研磨加工精度が高まる。

（請求項５）前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の一方を台形波状の変動速度で回転するとよい。台形波状の変動速度では、加速度が緩やかに変動するので、被加工球体の研磨盤上での滑りを防止できる。

（請求項６）前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の一方を正弦波状の変動速度で回転するとよい。正弦波状の変動速度では、加速度が緩やかに変動するように調整することで、被加工球体の研磨盤上での滑りを防止できる。

（請求項７）前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の一方の前記波状に変動する速度を、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の他方の前記一定速度より所定速度だけ大きい速度と前記一定速度より前記所定速度だけ小さい速度との間で変動するように制御するとよい。これにより、被加工球体の中心軸線は、大きな角度範囲で往復変動するので、研磨精度を大幅に向上できる。

（請求項８）前記第一、第二及び第三研磨盤の各外周面で挟持した前記被加工球体に対し、前記各研磨盤の回転軸線に平行な直線に対して直角な方向に荷重を付加する荷重付加装置、を備えるとよい。これにより、研磨加工中における被加工球体の飛び跳ねを防止でき、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率をさらに向上できる。

（請求項９）前記荷重付加装置は、前記被加工球体に押圧して前記荷重の付加が可能な押圧部材を備え、前記押圧部材は、前記各研磨盤の回転軸線に平行な方向から見たとき、前記被加工球体とは反対側から前記被加工球体との接触部に向かって先細りとなる形状に形成されるとよい。これにより、押圧部材の接触部の縁部は、第一、第二、第三研磨盤の最外周面と接触することはなく、小径の被加工球体の研磨が可能となる。また、押圧部材の根元は、接触部より大径であるため、押圧部材の剛性を高めることができる。

（請求項１０）前記第一研磨盤の外周面の軸方向断面形状が、円弧凹形状に形成されているとよい。これにより、被加工球体に対する研磨面積が大きくなるので、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率をさらに向上できる。

（請求項１１）前記制御装置は、第一、第二及び第三研磨盤を一定速度で回転するとよい。これにより、被加工球体の安定した回転及び狙い通りの回転が可能となるので、被加工球体の研磨加工精度をさらに向上できる。

（球体研磨方法）
（請求項１２）回転可能に支持され、外周面で被加工球体の研磨加工が可能な第一研磨盤と、前記第一研磨盤の回転軸と平行に配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第二研磨盤と、前記第二研磨盤と同軸で配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第三研磨盤と、を備えた球体研磨装置における球体研磨方法であって、前記第一研磨盤を回転するとともに、前記第二及び第三研磨盤を差動回転する状態において、前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持している前記被加工球体の研磨加工を行う研磨加工工程と、を備える。これにより、上述した請求項１の球体研磨装置における効果と同様の効果を奏する。

（請求項１３）前記球体研磨方法は、熱処理していない第一素材球体を成形する第一素材成形工程と、前記第一素材球体を前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持した状態で、前記第一、第二及び第三研磨盤を回転して前記第一、第二及び第三研磨盤の成形を行う研磨盤成形工程と、前記第一素材球体を熱処理することにより前記被加工球体としての第二素材球体を成形する第二素材成形工程と、を備え、前記研磨加工工程は、前記研磨盤成形工程にて成形された前記第一、第二及び第三研磨盤を用いて、前記第二素材成形工程にて成形された前記第二素材球体の研磨加工を行うとよい。

熱処理していない第一素材球体は、第一、第二、第三研磨盤で加工を行うと切粉が粘って長く出るので、当該切粉は、第一、第二、第三研磨盤の砥粒間の空隙に溜まり易くなる。これにより、砥粒には、負荷が大きく掛かるので、出張った砥粒は、剥がれ落ちる。よって、第一、第二、第三研磨盤の砥石溝形状は、被加工球体の初期形状に近い形状となるので、被加工球体の研磨精度を向上できる。

本発明の実施の形態に係る球体研磨装置の全体構成を示す図である。 図１の球体研磨装置を上方から見た図である。 図１の球体研磨装置を左側方から見た図である。 図１の球体研磨装置を右側方から見た図である。 荷重負荷装置の押圧部材及びその付近の拡大図である。 押圧部材が研磨盤と接触する場合を説明するための図である。 研磨盤との接触を回避可能な押圧部材及びその付近の拡大図である。 図１の球体研磨装置の制御装置の構成ブロック図である。 図１の球体研磨装置の動作を説明するためのフローチャート図である。 研磨動作中の図２における被研磨球体付近の拡大図である。 図８のＡ−Ａ線断面図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を正弦波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を矩形波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を台形波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 図８に対応させた別例の研磨動作中の被研磨球体付近の拡大図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を一定、正弦波状の変動、矩形波状の変動、台形波状の変動にしたときの被加工球体の真球度及び偏差を示す図である。 第一研磨盤の回転速度を一定にし、第二、第三研磨盤の回転速度を台形波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 第一、第二、第三研磨盤の回転速度を一定にしたとき、及び第一研磨盤の回転速度を一定、第二、第三研磨盤の回転速度を台形波状の変動にしたときの被加工球体の真球度及び偏差を示す図である。 ならし加工の動作を説明するためのフローチャート図である。

（球体研磨装置の機械構成）
実施形態の球体研磨装置１の機械構成について図１〜図４を参照して説明する。この球体研磨装置１は、例えば、鋼球、セラミックス球等の１つの被加工球体Ｗの表面を研磨する装置である。図１〜図４に示すように、この球体研磨装置１は、第一研磨盤２と、第二研磨盤３と、第三研磨盤４と、第一回転装置５と、第二回転装置６と、第三回転装置７と、荷重付加装置８と、制御装置９等とから概略構成される。なお、図２〜図４においては、荷重付加装置８の一部及び制御装置９を省略して示す。

第一研磨盤２は、円盤状に形成された２つの台座２１と、台座２１と略同一径の円盤状に形成され、２つの台座２１の端面間に挟持され貼着された砥石２２等とを備える。第一研磨盤２は、回転軸線Ｌａ回りに回転可能に、第一回転装置５に支持される。砥石２２は、例えば、白色アルミナ系砥粒をレジンボンドで固めて形成される。

砥石２２の外周面２２ａの径方向断面形状は、被加工球体Ｗの径方向断面形状である円形状のうち半円分より若干小さい形状が収まる円弧凹形状に形成される。これにより、被加工球体Ｗに対する研磨面積が大きくなるので、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。なお、砥石２２の外周面２２ａの径方向断面形状としては、Ｖ字凹形状や直線形状等であってもよい。

第二研磨盤３は、円盤状に形成された１つの台座３１と、台座３１と略同一径の円盤状に形成され、台座３１の端面に貼着された砥石３２等とを備える。第二研磨盤３は、回転軸線Ｌａと水平方向に平行な回転軸線Ｌｂ回りに回転可能に、且つ砥石３２が第一研磨盤２の砥石２２と径方向に所定間隔をあけて対向するように、第二回転装置６に支持される。砥石３２は、第一研磨盤２の砥石２２と同一材料で形成される。砥石３２の外周面３２ａの径方向断面形状は、被加工球体Ｗの径方向断面形状である円形状のうち四分の一円分より若干小さい形状が収まる円弧凹形状に形成される。

第三研磨盤４は、第二研磨盤３の台座３１と同一形状の円盤状に形成された１つの台座４１と、台座４１と略同一径の円盤状に形成され、台座４１の端面に貼着された砥石４２等とを備える。第三研磨盤４は、第二研磨盤３と同一の回転軸線Ｌｂ回りに回転可能に、且つ砥石４２が第二研磨盤３の砥石３２と回転軸線Ｌｂ方向に所定間隔をあけて対向するように、第三回転装置７に支持される。砥石４２は、第二研磨盤３の砥石３２と同一材料で形成される。砥石４２の外周面４２ａの径方向断面形状は、第二研磨盤３の砥石３２の外周面３２ａの径方向断面形状と同一形状に形成される。

以上のような第一、第二、第三研磨盤２，３，４の形状及び配置により、第一研磨盤２の砥石２２と、第二研磨盤３の砥石３２と、第三研磨盤４の砥石４２との間には、略円形状の隙間が形成される。この隙間の径は、被加工球体Ｗの径よりも若干小さくなるように第一、第二、第三研磨盤２，３，４は配置される。これにより、被加工球体Ｗは、第一研磨盤２の砥石２２と、第二研磨盤３の砥石３２と、第三研磨盤４の砥石４２とにより挟持され研磨加工される。

第一回転装置５は、電気モータ５１と、モータ支持板５２等とを備える。電気モータ５１のモータ軸５１ａは、第一研磨盤２の回転軸線Ｌａと一致するように第一研磨盤２に取り付けられる。モータ支持板５２は、板面方向が回転軸線Ｌａと直角となるように固定台１０上に立設される。そして、モータ軸５１ａがモータ支持板５２を回転軸線Ｌａ方向に貫通するように、電気モータ５１がモータ支持板５２の板面に取り付けられる。電気モータ５１のモータ軸５１ａの回転により、第一研磨盤２は回転軸線Ｌａ回りに回転可能となっている。

第二回転装置６は、電気モータ６１と、モータ支持板６２等とを備える。電気モータ６１のモータ軸６１ａは、第二研磨盤３の回転軸線Ｌｂと一致するように第二研磨盤３に取り付けられる。このモータ軸６１ａは、中空円筒状に形成され、モータ軸６１ａの内周部には、第三回転装置７の電気モータ７１のモータ軸７１ａが同軸で貫通される。モータ支持板６２は、板面方向が回転軸線Ｌｂと直角となるように固定台１０上に立設される。そして、モータ軸６１ａがモータ支持板６２を回転軸線Ｌｂ方向に貫通するように、電気モータ６１がモータ支持板６２の板面に取り付けられる。電気モータ６１のモータ軸６１ａの回転により、第二研磨盤３は回転軸線Ｌｂ回りに回転可能となる。

第三回転装置７は、電気モータ７１と、モータ支持板７２等とを備える。電気モータ７１のモータ軸７１ａは、第三研磨盤４の回転軸線Ｌｂと一致するように第三研磨盤４に取り付けられる。このモータ軸７１ａは、第二回転装置６の電気モータ６１のモータ軸６１ａの内周部に同軸で貫通される。モータ支持板７２は、板面方向が回転軸線Ｌｂと直角となり、且つモータ支持板６２に対し電気モータ６１の軸方向長より若干大きい間隔をあけて平行となるように固定台１０上に立設される。そして、モータ軸７１ａがモータ支持板７２を回転軸線Ｌｂ方向に貫通するように、電気モータ７１がモータ支持板７２の板面に取り付けられる。電気モータ７１のモータ軸７１ａの回転により、第三研磨盤４は回転軸線Ｌｂ回りに回転可能となる。

荷重付加装置８は、油圧シリンダ８１と、押圧部材８２と、シリンダ支持板８３と、油圧供給装置８４等とを備える。油圧シリンダ８１のロッド８１ａの先端には、円筒状の押圧部材８２がロッド８１ａの軸線と押圧部材８２の軸線とが一致するように取り付けられる。シリンダ支持板８３は、第一支持板８３ａと、第二支持板８３ｂとを備える。第一支持板８３ａは、板面方向が回転軸線Ｌａ（Ｌｂ）と直角となり、且つ２つのモータ支持板５２，６２との間で所定間隔をあけてモータ支持板５２，６２と平行となるように固定台１０上に立設される。第二支持板８３ｂは、第一支持板８３ａの上面から第一研磨盤２と第二研磨盤３との間まで水平に延びるように設けられる。

第二支持板８３ｂの先端上面には、ロッド８１ａが第二支持板８３ｂを貫通して垂直下方に延び、押圧部材８２の下端面（接触部）が第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持される被加工球体Ｗと接触可能となるように、油圧シリンダ８１が取り付けられる。油圧供給装置８４は、油圧シリンダ８１に接続されて油圧をシリンダ内に供給する。油圧シリンダ８１のロッド８１ａの伸縮により、押圧部材８２は第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持されている被加工球体Ｗを垂直下方に押圧可能となる。ロッド８１ａの移動方向及び押圧部材８２の被加工球体Ｗに対する荷重付加方向は、第一研磨盤２の回転軸線Ｌａ及び第二、第三研磨盤３，４の回転軸線Ｌｂを通る平面に垂直（鉛直）な方向である。なお、ロッド８１ａの移動方向及び押圧部材８２の被加工球体Ｗに対する荷重付加方向は、鉛直方向に限定されるものではなく、鉛直線に対し所定角度傾斜した方向でもよい。

ここで、本例では、図５Ａに示すように、押圧部材８２は円筒状に形成されるため、押圧部材８２の直径ｄａが少なくとも最終的な被加工球体Ｗの直径ｄｗａ以下であれば、押圧部材８２の先端縁部８２ａは第一、第二、第三研磨盤２，３，４の最外周面と接触することはない。しかし、図５Ｂに示すように、最終的な被加工球体Ｗの直径ｄｗｂが上記直径ｄｗａよりも小さくなってくると、押圧部材８２の先端縁部８２ａが第一、第二、第三研磨盤２，３，４の最外周面と接触するおそれがある。そこで、押圧部材８２は、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の回転軸線Ｌａ，Ｌｂに平行な方向から見たとき、被加工球体Ｗとは反対側から被加工球体Ｗの接触部に向かって先細りとなる形状、すなわち先端部８２１側が先細りとなる形状に形成される。

具体的には、図５Ｃに示すように、押圧部材８２の基部８２２は、直径ｄａの円筒状に形成され、押圧部材８２の先端部８２１は、上記直径ｄａより小径ｄａｃの円筒状に形成され、基部８２２と先端部８２１との連結部８２３は、逆円錐台状（大径がｄａ、小径がｄａｃ）に形成される。これにより、先端部８２１の先端縁部８２１ａ及び連結部８２３の外周８２３ａは、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の最外周面と接触することはなく、小径の被加工球体Ｗの研磨が可能となる。また、基部８２２は、先端部８２１より大径であるため、押圧部材８２の剛性を高めることができる。

なお、押圧部材８２の形状は、基部８２２に対し一段の連結部８２３及び先端部８２１を有する形状に限定されるものではなく、基部８２２に対し段階的に小径となる複数段の連結部及び先端部を有する形状でもよく、また、連結部８２３を設けずに基部８２２に先端部８２１を直接連結した形状や基部８２２に対し徐々に小径となる複数段の先端部を順に連結した形状でもよい。また、基部８２２に対し徐々に小径となるテーパ状の先端部を直接連結した形状でもよい。

制御装置９は、第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持され、押圧部材８２に押圧された状態の被加工球体Ｗを、第一、第二、第三回転装置５，６，７の動作を制御し、第一研磨盤２を回転軸線Ｌａ回りに回転させ、第二、第三研磨盤３，４を回転軸線Ｌｂ回りに第一研磨盤２と同一方向に差動回転させることで研磨加工を行う。

（制御装置の構成）
図６に示すように、制御装置９は、第一回転制御部９１と、第二回転制御部９２と、第三回転制御部９３と、油圧制御部９４等とを備える。ここで、各部９１〜９４は、それぞれ個別のハードウエアにより構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

第一回転制御部９１は、第一回転装置５の電気モータ５１の回転を開始し、第一研磨盤２を回転軸線Ｌａ回りに一定回転速度Ｖｓで図１の時計回りもしくは半時計回りに回転させ、また、所定の加工時間が経過したら、電気モータ５１の回転を停止する。
第二回転制御部９２は、第二回転装置６の電気モータ６１の回転を開始し、第二研磨盤３を回転軸線Ｌｂ回りに第一研磨盤２と同一の一定回転速度Ｖｓで第一研磨盤２と同一方向に回転させ、また、所定の加工時間が経過したら、電気モータ６１の回転を停止する。

第三回転制御部９３は、第三回転装置７の電気モータ７１の回転を開始し、第三研磨盤４を回転軸線Ｌｂ回りに第一研磨盤２の回転速度Ｖｓより低速もしくは高速の一定回転速度Ｖｔで第一研磨盤２と同一方向に回転させ、また、所定の加工時間が経過したら、電気モータ７１の回転を停止する。第二研磨盤３と第三研磨盤４とは、差動回転されることになる。
油圧制御部９４は、荷重付加装置８の油圧シリンダ８１に油圧供給し、押圧部材８２を第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持されている被加工球体Ｗに対して接近する垂直下方に移動させ、押圧部材８２で被加工球体Ｗを押圧する。

（研磨加工の動作）
次に、制御装置９による被加工球体Ｗの研磨加工の動作を図７のフローチャートを参照して説明する。ここで、１つの被加工球体Ｗは、図８及び図９に示すように、予め作業者により第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に載置され挟持されているものとする。このとき、被加工球体Ｗの中心Ｃは、第一研磨盤２の回転軸線Ｌａと第二、第三研磨盤３，４の回転軸線Ｌｂとを結ぶ直線Ｌよりも上方に位置するので、被加工球体Ｗは、第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に載置され挟持される。

先ず、荷重付加装置８により被加工球体Ｗに荷重を付加する（図７のステップＳ１）。すなわち、図８及び図９に示すように、油圧制御部９４は、油圧供給装置８４を動作させ、油圧シリンダ８１のロッド８１ａを垂直下方に移動させ、押圧部材８２で第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持されている被加工球体Ｗを押圧する。これにより、研磨加工中における被加工球体Ｗの飛び跳ねを防止でき、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。

次に、第一、第二、第三回転装置５，６，７により第一研磨盤２を回転させるとともに、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させる（図７のステップＳ２）。すなわち、図８及び図９に示すように、第一回転制御部９１は、第一回転装置５の電気モータ５１の回転を開始し、第一研磨盤２を回転軸線Ｌａ回りに一定速度Ｖｓで図１の時計回りに回転させる。第二回転制御部９２は、第二回転装置６の電気モータ６１の回転を開始し、第二研磨盤３を回転軸線Ｌｂ回りに一定速度Ｖｓで図１の時計回りに回転させる。第三回転制御部９３は、第三回転装置７の電気モータ７１の回転を開始し、第三研磨盤４を回転軸線Ｌｂ回りに速度Ｖｓより低速の一定速度Ｖｔで図１の時計回りに回転させる。

これにより、第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持され、押圧部材８２に押圧された状態の被加工球体Ｗの研磨加工が開始される。このように、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４を一定速度Ｖｓ，Ｖｓ，Ｖｔで回転するので、被加工球体Ｗの安定した回転及び狙い通りの回転が可能となり、被加工球体Ｗの研磨加工精度を大幅に向上できる。

次に、研磨加工開始から所定時間が経過したか否かを判断し（図７のステップＳ３）、研磨加工開始から所定時間が経過していない場合、ステップＳ２に戻って上述の処理を繰り返す。一方、研磨加工開始から所定時間が経過した場合、研磨加工を停止する（図７のステップＳ４）。すなわち、第一、第二、第三回転制御部９１，９２，９３は、第一、第二、第三回転装置５，６，７の各電気モータ５１，６１，７１の回転を停止し、油圧制御部９４は、油圧供給装置８４を動作させ、油圧シリンダ８１のロッド８１ａを垂直上方に移動させる。

そして、作業者は、球体研磨装置１から被加工球体Ｗを取り出し、当該被加工球体Ｗの真球度を測定する。被加工球体Ｗの真球度が所定値でない場合は、当該被加工球体Ｗを球体研磨装置１に再度セットし、ステップＳ１からの処理を行わせる。一方、被加工球体Ｗの真球度が所定値である場合は、全ての処理を終了する。

（被加工球体Ｗの動き）
上述した研磨加工における非加工球体Ｗの動きについて、図８及び図９を参照して説明する。本実施形態においては、上述したように、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させる。しかし、説明の容易化のため、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させていない場合を説明した後に、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させた場合について説明する。

第二、第三研磨盤３，４が差動回転しない場合には、被加工球体Ｗは、図８及び図９に図示する中心軸線Ｃ１回りに回転する。中心軸線Ｃ１は、被加工球体Ｗの中心Ｃを通り、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の回転軸線Ｌａ，Ｌｂに平行な軸である。従って、被加工球体Ｗが中心軸線Ｃ１回りのみに回転するだけでは、被加工球体Ｗの表面の一部が、第一、第二、第三研磨盤２，３，４に接触しない場合がある。これでは、被加工球体Ｗの真球度が向上し難くなる。

しかし、本実施形態においては、第二、第三研磨盤３，４が差動回転している。ここで、第一研磨盤２における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ１における周速度と、第三研磨盤４における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ３における周速度とは、同一であるとし、第二研磨盤３における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ２における周速度が他より大きいとする。

この場合、上記差動回転によって、被加工球体Ｗの回転は、第二研磨盤３における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ２の周速方向に回転する成分を有する。つまり、図８に示すように、被加工球体Ｗの回転は、中心軸線Ｃ１を中心Ｃを中心に所定角度θだけ傾斜させた中心軸線Ｃ２回りに回転する成分を有する。従って、被加工球体Ｗの回転は、中心軸線Ｃ１回りに回転する成分に加えて、中心軸線Ｃ２回りに回転する成分を合成した回転となる。そのため、被加工球体Ｗの表面全部が、第一、第二、第三研磨盤２，３，４と接触し、被加工球体Ｗの真球度を大幅に向上できる。
なお、中心軸線Ｃ２の傾斜角度θは、第二、第三研磨盤３，４の差動回転速度を変更することにより変化させることができるので、被加工球体Ｗの材質によって最適な傾斜角度θに調整することが可能となる。

（研磨加工による効果）
本実施形態の球体研磨装置１によれば、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４は、各回転軸が平行に配置され、それぞれ回転し、さらに第二及び第三研磨盤３，４は差動回転して１つの被加工球体Ｗを研磨加工している。これにより、被加工球体Ｗには、被加工球体Ｗの外周面において中心に向かう１つの力Ｆａ及びこの力Ｆａに平行な方向の２つの力Ｆｂ，Ｆｃが発生するため、被加工球体Ｗを安定且つ良好に回転できる。さらに、被加工球体Ｗを３箇所で研磨加工を行っているので、被加工球体Ｗと第一、第二及び第三研磨盤２，３，４との接触機会が多くなり、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。

（研磨加工の動作の別例）
上述の研磨加工の動作は、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４を一定速度Ｖｓ，Ｖｓ，Ｖｔで回転して被加工球体Ｗを研磨する場合を説明したが、研磨加工の動作の別例としては、第一研磨盤２を一定の速度で回転し、差動回転する第二、第三研磨盤３，４の一方を波状に変動する速度で回転し、他方を一定の速度で回転するようにしてもよい。

波状に変動する速度としては、例えば、図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃの実線で示すように、１周期が時間２ｔの正弦波状に変動する速度、矩形波状に変動する速度、台形波状に変動する速度、もしくは図示していないが三角波状に変動する速度とする。そして、図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ及び図１１に示すように、第一研磨盤２は、一点鎖線で示す一定速度Ｖａで反時計回りに回転し、第二研磨盤３は、第一研磨盤２の速度Ｖａより小さい二点鎖線で示す一定速度Ｖｂで反時計回りに回転し、第三研磨盤４は、第一研磨盤２の速度Ｖａより小さい実線で示す所定の速度範囲内Ｖｃ１〜Ｖｃ２で一定周期で波状に変動する速度で反時計回りに回転する。第三研磨盤４の上限の速度Ｖｃ１は、第一研磨盤２の速度Ｖａより小さく第二研磨盤３の速度ＶｂよりΔＶ大きい速度（Ｖｃ１＝Ｖｂ＋ΔＶ）とし、下限の速度Ｖｃ２は、第二研磨盤３の速度ＶｂよりΔＶ小さい速度（Ｖｃ２＝Ｖｂ−ΔＶ）とする。

この場合、図８に対応させて示す図１１に示すように、被加工球体Ｗの回転は、第二、第三研磨盤３，４の変動する差動回転によって、中心軸線Ｃ１が中心Ｃを中心に所定角度φの間で往復変動する中心軸線Ｃ１回りの回転となる。このため、被加工球体Ｗの表面と第一、第二、第三研磨盤２，３，４との接触範囲は、一定速度で回転させる場合よりも変動速度で回転させる場合の方が増加するので、図１２から明らかなように、被加工球体Ｗの真球度及び偏差は、一定速度で回転させる場合よりも変動速度で回転させる場合の方が向上する。

そして、図１２に示すように、被加工球体Ｗの真球度及び偏差は、第三研磨盤４の回転速度を台形波状にしたときが最も良好であり、以下、矩形波状、正弦波状、一定の順となる。台形波状の変動速度が被加工球体Ｗの真球度及び偏差において最も良好となる理由は、加速度が急激に変動すると被加工球体Ｗは第二研磨盤３上で滑って研磨し難くなるが、台形波状の変動速度では加速度が緩やかに変動するので、被加工球体Ｗの第二研磨盤３上での滑りを防止して良好に研磨できるためと考えられる。

なお、第一研磨盤２は、回転制御の容易化のため一定の速度で回転させるように設定しているが、例えば波状に変動させるように設定してもよい。
また、第一研磨盤２の回転速度Ｖａは、第二、第三研磨盤３，４の回転速度Ｖｂ，Ｖｃ１〜Ｖｃ２より大きくなるように設定しているが、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４を反時計回りに回転させているため、回転速度Ｖａが回転速度Ｖｂ，Ｖｃ１〜Ｖｃ２より小さくなると、被加工球体Ｗに下向きの力が加わって落下するおそれがあるためである。よって、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４を時計回りに回転させる場合は、第一研磨盤２の回転速度Ｖａを、第二、第三研磨盤３，４の回転速度Ｖｂ，Ｖｃ１〜Ｖｃ２より小さくなるように設定する。

また、第三研磨盤４の回転速度Ｖｃ１（＝Ｖｂ＋ΔＶ）〜Ｖｃ２（＝Ｖｂ−ΔＶ）は、第二研磨盤３の速度Ｖｂを中心に同一振幅幅で変動するように設定しているが、上述のように被加工球体Ｗの中心軸線Ｃ１を、大きな角度範囲、すなわち角度φの間で往復変動でき、研磨精度を大幅に向上できるからである。よって、研磨精度は多少落ちるが、第三研磨盤４の回転速度Ｖｃ１（＝Ｖｂ＋ΔＶ）〜Ｖｃ２（＝Ｖｂ−ΔＶ）は、第二研磨盤３の速度Ｖｂからずれた速度を中心に同一振幅幅又は異なる振幅幅で変動するように設定してもよい。

また、別例として、図１３に示すように、第一研磨盤２を一定の速度で回転し、差動回転する第二、第三研磨盤３，４の両方を上述と同様の台形波状に変動する速度で回転した場合について検討した。この場合、第二研磨盤３の変動速度の波形の位相は、第三研磨盤４の変動速度の波形の位相に対し１８０度ずれるように設定した。
図１４から明らかなように、被加工球体Ｗの真球度は、第二、第三研磨盤３，４を一定速度で回転させる場合と、第二、第三研磨盤３，４の両方を変動速度で回転させる場合とに大きな違いはなく、被加工球体Ｗの真球度の偏差は、第二、第三研磨盤３，４を一定速度で回転させる場合よりも第二、第三研磨盤３，４の両方を変動速度で回転させる場合の方が若干向上するにとどまった。以上から、被加工球体Ｗの真球度及び偏差は、第二、第三研磨盤３，４の両方を変動速度で回転させる場合よりも第二、第三研磨盤３，４の一方を変動速度で回転させる場合の方が向上することが判明した。

また、本実施形態の球体研磨装置１は、熱処理された被加工球体Ｗを研磨する装置である。この被加工球体Ｗは、棒部材を所定長に切断して切断部材とし、切断部材を鍛造してフラッシング（ばり取り）を行って鍛造部材（以下、第一素材球体Ｗ１という）とし、第一素材球体Ｗ１を熱処理しスケール除去して研削することにより製造される。なお、以下の説明では、被加工球体Ｗは、第二素材球体Ｗ２と称する。
第一、第二、第三研磨盤２，３，４の初期の砥石溝形状は、第二素材球体Ｗ２の初期形状との差が大きく、研磨加工の際の第二素材球体Ｗ２の自転軸変動が安定しないため、研磨加工精度が悪化する傾向にある。そこで、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の初期の砥石溝は、第一素材球体Ｗ１を用いてならし加工を行って上記形状の差を小さくする。第一素材球体Ｗ１は、熱処理されていないので、ならし加工を行うと切粉が粘って長く出る。そして、当該切粉は、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の砥粒間の空隙に溜まり易くなる。これにより、砥粒には、負荷が大きく掛かるので、出張った砥粒は、剥がれ落ちる。よって、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の砥石溝形状は、第二素材球体Ｗ２の初期形状に近い形状となるので、第二素材球体Ｗ２の研磨精度を向上できる。

このならし加工方法を図１５のフローチャートを参照して説明する。先ず、棒部材を所定長に切断し鍛造してフラッシングを行うことにより第一素材球体Ｗ１を成形する（図１５のステップＳ１１、本発明の「第一素材成形工程」に相当）。次に、第一素材球体Ｗ１を第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に載置して挟持させ、荷重付加装置８により第一素材球体Ｗ１に荷重を付加し第一、第二、第三研磨盤２，３，４を回転させてならし加工を行う（図１５のステップＳ１２、本発明の「研磨盤成形工程」に相当）。そして、球体研磨装置１から第一素材球体Ｗ１を取り出して廃棄し、別の第一素材球体Ｗ１を熱処理しスケール除去して研削して第二素材球体Ｗ２を成形する（図１５のステップＳ１３、本発明の「第二素材成形工程」に相当）。そして、第二素材球体Ｗ２に対し前述の研磨加工（図７参照）を行う。

（その他）
上述の実施形態では、第二及び第三研磨盤３，４は、同一方向に回転速度を異ならせることにより差動回転させる構成としたが、異なる方向に回転速度を異ならせることにより差動回転させる構成としてもよい。また、第二、第三研磨盤３，４の差動回転速度を時間によって変化させてもよい。すなわち、第二、第三研磨盤３，４を一定速度で所定時間差動回転させたら当該速度を変化させ、第二、第三研磨盤３，４を変化させた一定速度で所定時間差動回転させるという動作を所定回数繰り返す。これによって、被加工球体Ｗに異なる回転を与えることができ、被加工球体Ｗの真球度が向上する。

また、第二回転装置６の電気モータ６１及び第三回転装置７の電気モータ７１は、第二研磨盤３及び第三研磨盤４の一方の側、すなわち第一回転装置５の電気モータ５１と同じ側に配置する構成としたが、第三回転装置７の電気モータ７１を第二研磨盤３及び第三研磨盤４の他方の側、すなわち２つの電気モータ６１，７１が２つの研磨盤３，４を挟むように配置する構成としてもよい。この場合、電気モータ６１のモータ軸６１ａは、電気モータ７１のモータ軸７１ａと同様に中実円筒状に形成される。また、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４は、同一径としたが、異なる径としてもよい。また、荷重付加装置８を備えない構成としても、被加工球体Ｗを高精度に研磨加工することができる。例えば、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４の回転速度が遅く、被加工球体Ｗの自重が十分に重い場合は、荷重付加装置８で被加工球体Ｗに荷重を付加しなくても研磨加工中における被加工球体Ｗの飛び跳ねのおそれはないので、被加工球体Ｗの高精度な研磨加工が可能である。

１：球体研磨装置、 ２：第一研磨盤、 ３：第二研磨盤、 ４：第三研磨盤、 ５：第一回転装置、 ６：第二回転装置、 ７：第三回転装置、 ８：荷重付加装置、 ８２：押圧部材、 ９：制御装置、 Ｗ：被加工球体

Claims (13)

1. 回転可能に支持され、外周面で被加工球体の研磨加工が可能な第一研磨盤と、
   前記第一研磨盤の回転軸と平行に配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第二研磨盤と、
   前記第二研磨盤と同軸で配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第三研磨盤と、
   前記第一、第二及び第三研磨盤をそれぞれ回転する第一、第二及び第三回転装置と、
   前記第一回転装置の駆動を制御して前記第一研磨盤を回転するとともに、前記第二及び第三回転装置の駆動を制御して前記第二及び第三研磨盤を差動回転し、前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持している前記被加工球体の研磨加工を行う制御装置と、
   を備える、球体研磨装置。
2. 前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の少なくとも一方を波状に変動する速度で回転する、請求項１の球体研磨装置。
3. 前記制御装置は、前記第一研磨盤を一定速度で回転する、請求項２の球体研磨装置。
4. 前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の他方を一定速度で回転する、請求項２又は３の球体研磨装置。
5. 前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の一方を台形波状の変動速度で回転する、請求項２〜４の何れか一項の球体研磨装置。
6. 前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の一方を正弦波状の変動速度で回転する、請求項２〜４の何れか一項の球体研磨装置。
7. 前記制御装置は、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の一方の前記波状に変動する速度を、前記第二研磨盤及び前記第三研磨盤の他方の前記一定速度より所定速度だけ大きい速度と前記一定速度より前記所定速度だけ小さい速度との間で変動するように制御する、請求項４〜６の何れか一項の球体研磨装置。
8. 前記第一、第二及び第三研磨盤の各外周面で挟持した前記被加工球体に対し、前記各研磨盤の回転軸線に平行な直線に対して直角な方向に荷重を付加する荷重付加装置、を備える、請求項１〜７の何れか一項の球体研磨装置。
9. 前記荷重付加装置は、前記被加工球体を押圧して前記荷重の付加が可能な押圧部材を備え、
   前記押圧部材は、前記各研磨盤の回転軸線に平行な方向から見たとき、前記被加工球体とは反対側から前記被加工球体との接触部に向かって先細りとなる形状に形成される、請求項８の球体研磨装置。
10. 前記第一研磨盤の外周面の軸方向断面形状が、円弧凹形状に形成されている、請求項１〜９の何れか一項の球体研磨装置。
11. 前記制御装置は、第一、第二及び第三研磨盤を一定速度で回転する、請求項１〜３の何れか一項の球体研磨装置。
12. 回転可能に支持され、外周面で被加工球体の研磨加工が可能な第一研磨盤と、
    前記第一研磨盤の回転軸と平行に配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第二研磨盤と、
    前記第二研磨盤と同軸で配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第三研磨盤と、
    を備えた球体研磨装置における球体研磨方法であって、
    前記第一研磨盤を回転するとともに、前記第二及び第三研磨盤を差動回転する状態において、前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持している前記被加工球体の研磨加工を行う研磨加工工程を備える、球体研磨方法。
13. 前記球体研磨方法は、
    熱処理していない第一素材球体を成形する第一素材成形工程と、
    前記第一素材球体を前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持した状態で、前記第一、第二及び第三研磨盤を回転して前記第一、第二及び第三研磨盤の成形を行う研磨盤成形工程と、
    前記第一素材球体を熱処理することにより前記被加工球体としての第二素材球体を成形する第二素材成形工程と、
    を備え、
    前記研磨加工工程は、前記研磨盤成形工程にて成形された前記第一、第二及び第三研磨盤を用いて、前記第二素材成形工程にて成形された前記第二素材球体の研磨加工を行う、請求項１２の球体研磨方法。

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