JP2019018269A - 球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第一回転盤と第二回転盤の相対回転速度を変化させても所定の球体の回転状態を容易に撮像し続けることできる球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法を提供する。【解決手段】制御装置１６は、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３を互いに逆方向に回転させ、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の他方の回転速度Ｎ２の絶対値が、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の一方の回転速度Ｎ１の絶対値の最大値Ｎ１ｍａｘと最小値Ｎ１ｍｉｎの間に含むように制御しており、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の一方の回転速度Ｎ１の絶対値Ｎ１ｍｉｄが第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の他方の回転速度Ｎ２の絶対値と同じになるときと、球体２が撮像装置１９の撮像範囲を通過するときとが一致するように、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の各回転速度を制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法に関するものである。

特許文献１には、互いに対向し同軸で逆方向に同一回転速度で回転する第一、第二回転盤と、第一回転盤と第二回転盤の間に配置され球体を保持する保持板と、第一回転盤と第二回転盤の径方向外側に配置される撮像装置とを備える球体研磨装置が記載されている。第一回転盤と第二回転盤には、球体を研磨する部位である環状溝が形成される。球体研磨装置は、第一回転盤と第二回転盤を回転させ、環状溝に配置され保持板に保持される球体を研磨する。そして、撮像装置により第一回転盤と第二回転盤との対向領域に位置する球体の回転状態を撮像して球体の挙動を計測する。

特許文献２には、互いに対向し同軸で逆方向に変化する回転速度で回転する第一回転盤と第二回転盤を備える球体研磨装置が記載されている。第一回転盤と第二回転盤には、球体を研磨する部位である環状溝が形成される。球体研磨装置は、第一回転盤と第二回転盤を回転させ、環状溝に配置される球体を研磨する。この球体研磨装置は、第一回転盤と第二回転盤の相対回転速度を変化させているので、球体を満遍なく回転させることができ、特許文献１に記載の球体研磨装置よりも球体の真球度を向上できる。

特開２０１６−２２１５８６号公報 特開２０１６−２０３３６０号公報

特許文献１に記載の球体研磨装置は、第一回転盤と第二回転盤を逆方向に同一回転速度で回転させているため、環状溝において球体は公転方向には移動せずに同じ位置で自転する。従って、撮像装置は、常に同一の球体の回転状態を撮像し続けることができる。一方、特許文献２に記載の球体研磨装置は、第一回転盤と第二回転盤を逆方向に変化する回転速度で回転させているため、環状溝において球体は公転方向に移動する。このため、この球体研磨装置に特許文献１に記載の撮像装置を備えても、公転の切り換わり時における所定の球体の回転状態を撮像し続けることは困難である。

本発明は、第一回転盤と第二回転盤の相対回転速度を変化させても所定の球体の回転状態を容易に撮像し続けることできる球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法を提供することを目的とする。

（１．球体挙動計測装置）
球体挙動計測装置は、中心軸線回りに回転可能に設けられ、一方の面に前記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、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度を、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度に対して相対的に変動させて、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の各回転を制御する制御装置と、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝により球体を研磨するときの球体の挙動を計測するために、前記球体の特異点を撮像する撮像装置と、を備える。

前記制御装置は、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を互いに逆方向に回転させ、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値が、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値の最大値と最小値の間に含むように制御しており、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値が前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値と同じになるときと、前記球体が前記撮像装置の撮像範囲を通過するときとが一致するように、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の各回転速度を制御する。

（２．球体挙動計測方法）
また、球体挙動計測方法は、前記球体挙動計測装置により行う方法であり、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を互いに逆方向に回転させ、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度を、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度に対して相対的に変動させる際、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値が、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値の最大値と最小値の間に含むように制御しており、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値が前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値と同じになるときと、前記球体が前記撮像装置の撮像範囲を通過するときとが一致するように、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の各回転速度を制御する。

（３．球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法による効果）
上述した球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法によれば、第一研磨盤及び第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値が第一研磨盤及び第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値と同じになるときと、球体が撮像装置の撮像範囲を通過するときとが一致するように、第一研磨盤及び第二研磨盤の各回転速度を制御している。これにより、複数の球体の公転の切り換わり時における球体の回転状態を容易に撮像し続けることができるので、回転速度変動の効果を確認して研磨のメカニズムの解明や球体の真球度の向上に貢献できる。

本実施形態の球体挙動計測装置を備える球体研磨装置の構成を示す図である。 球体挙動計測装置を構成する保持器を径方向から見た軸線方向の断面図である。 図２の保持器をIII方向から見た図である。 球体挙動計測装置の構成部を含む制御装置を示すブロック構成図である。 球体挙動計測方法を説明するためのフローチャートである。 第一研磨盤と第二研磨盤の回転速度を示す図である。 保持器における所定の球体が他方方向に公転して撮像範囲（位相０）に達したときを示す図である。 所定の球体の公転方向が一方方向に反転して位相θに達したときを示す図である。 保持器における所定の球体が一方方向に公転して撮像範囲（位相０）に達したときを示す図である。 所定の球体の公転方向が他方方向に反転して位相‐θに達したときを示す図である。 保持器における所定の球体が他方方向に公転して撮像範囲（位相０）に達したときを示す図である。 球体のマーキングをｚ方向から見た図である。 球体のマーキングをｙ方向から見た図である。 球体のマーキングをｘ方向から見た図である。 第一研磨盤の回転速度の位相を図６の第一研磨盤の回転速度の位相よりも大きくした場合を示す図である。 第一研磨盤の回転速度の位相を図６の第一研磨盤の回転速度の位相よりも小さくした場合を示す図である。 第一研磨盤の回転速度の周期を図６の第一研磨盤の回転速度の周期よりも大きくした場合を示す図である。 第一研磨盤の回転速度の周期を図６の第一研磨盤の回転速度の周期よりも小さくした場合を示す図である。 第一研磨盤の回転速度の周期の一部を図６の第一研磨盤の回転速度の周期よりも小さくした場合を示す図である。 第一研磨盤の回転速度の位相の一部を図６の第一研磨盤の回転速度の位相よりも小さくした場合を示す図である。 保持器における所定の球体が他方方向に公転して撮像範囲（位相０）に達したときを示す図である。 所定の球体の公転方向が一方方向に反転して所定の球体とは別の球体が位相φに達したときを示す図である。 保持器における所定の球体とは別の球体が一方方向に公転して撮像範囲（位相０）に達したときを示す図である。

（１．球体挙動計測装置を備える球体研磨装置の構成）
本実施形態の球体挙動計測装置を備える球体研磨装置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、保持器１７、撮像装置１９及び制御装置１６を備える。本実施形態の球体挙動計測装置は、保持器１７、撮像装置１９及び制御装置１６（後述するモータ制御部５１及び撮像制御部５２（図４参照））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。
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。

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。

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。

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。

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４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に支持され、第一研磨盤支持体２２を回転駆動する。

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。
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に対して上下方向に移動可能である。
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。

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。

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。
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。

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４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。

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。

保持器１７は、環状に形成され、外周面に開口する複数のポケット１７ａ１（図２及び図３参照）を有する。保持器１７は、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との対向領域に配置され、研磨対象である複数の球体２を複数のポケット１７ａ１の内部に保持する。本実施形態においては、保持器１７は、第一研磨盤２３の上に配置される。なお、保持器１７の詳細は後述する。
撮像装置１９は、基台１１の側方に設置され、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との対向領域における径方向外方から保持器１７のポケット１７ａ１の開口部１７ａａ（図２及び図３参照）を通して、ポケット１７ａ１の内部に保持される球体２を撮像する。

（２．保持器の詳細構成）
保持器１７の詳細構成について、図１−図３を参照して説明する。保持器１７は、環状に形成され、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａとの間に配置される複数の球体２を保持（収容）する。保持器１７は、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。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に対向する側の面に載置される。本実施形態においては、本体部１７ａは、第一研磨盤２３の上面に載置される。

本体部１７ａは、周方向に複数のポケット１７ａ１を備える。複数のポケット１７ａ１は、軸線方向に貫通している。複数のポケット１７ａ１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。複数のポケット１７ａ１は、保持器１７の本体部１７ａの外周面に開口する。
そして、ポケット１７ａ１の内部に保持される球体２は、撮像装置１９で第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との対向領域における径方向外方から保持器１７のポケット１７ａ１の開口部１７ａａを通して撮像される。これにより、球体２の位置変化を容易に撮像できる。

ポケット１７ａ１の開口幅（ポケット１７ａ１の開口部の周方向長さに相当）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１７ａ１に配置された状態において、球体２がポケット１７ａ１の開口部１７ａａ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。

つば部１７ｂは、本体部１７ａから軸線方向に延在し、第一研磨盤２３に対する径方向移動を規制する。本実施形態においては、つば部１７ｂは、本体部１７ａの内周縁から軸線方向に延在する。すなわち、つば部１７ｂは、ポケット１７ａ１の開口部１７ａａ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。

ここで、保持器１７は、第一研磨盤２３に対して相対的に回転可能に配置されるようにしてもよいし、回転不能に配置されるようにしてもよい。保持器１７が第一研磨盤２３に対して相対的に回転可能とする場合には、保持器１７と第一研磨盤２３との接触部位に、すべり軸受や転がり軸受を配置してもよい。

（３．制御装置の構成）
制御装置１６は、図４に示すように、モータ制御部５１と、撮像制御部５２と、流体圧調整部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。

また、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。詳細は後述するが、モータ制御部５１は、第一研磨盤２３の回転速度を、第二研磨盤３３の回転速度に対して相対的に変動させる。
撮像制御部５２は、モータ制御部５１からの第一モータ２５の回転駆動に基づいて、撮像装置１９の撮像を制御する。詳細は後述するが、撮像制御部５２は、モータ制御部５１が第一モータ２５の回転速度を変動させるタイミングで、撮像装置１９をオン・オフする。

流体圧調整部５３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５３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５３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。
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。

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。
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。

（４．球体の撮像方法）
本実施形態の球体研磨装置１は、第一研磨盤２３の回転速度を、第二研磨盤３３の回転速度に対して相対的に変動させて球体２を研磨するので、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａとの間に配置される複数の球体２は、保持器１７とともに公転方向に移動する。

このような球体研磨装置１において、撮像装置１９は、所定の球体２の回転状態を撮像し続けることは困難である。そこで、図６に示すように、制御装置１６は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を周期的に変動させ、且つ、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２を一定値としている。
より詳しくは、回転速度が正の場合を一方方向の回転とした場合に、回転速度が負の場合を他方方向の回転とする。第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１及び第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２は、式（１）の関係を有する。つまり、第一研磨盤２３の回転方向と第二研磨盤３３の回転方向とは、逆方向となる。

さらに、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１は、所定周期Ｔ１で且つ所定振幅Ｗ１で変動するように制御される。一方、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２は、一定値に制御される。そして、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の絶対値｜Ｎ２｜は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の絶対値の最大値｜Ｎ１ｍａｘ｜及び最小値｜Ｎ１ｍｉｎ｜に対して式（２）の関係を有する。

つまり、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の絶対値｜Ｎ２｜は、最大値｜Ｎ１ｍａｘ｜と最小値｜Ｎ１ｍｉｎ｜との間に含まれるように制御される。特に、式（３）に示すように、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の絶対値｜Ｎ２｜は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の振幅Ｗ１の中央値Ｎ１ｍｉｄとなるように制御される。

制御装置１６が、上述のような第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１及び第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の制御を行うことにより、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａとの間に配置される複数の球体２は、保持器１７とともに一方方向に公転する動作と他方方向に公転する動作を交互に繰り返す。

すなわち、保持器１７に保持される複数の球体２は、第一研磨盤２３の回転速度が中央値Ｎ１ｍｉｄ（例えば、図６の時刻ｔ１）から最大値Ｎ１ｍａｘ（図６の時刻ｔ２）を経由して中央値Ｎ１ｍｉｄ（図６の時刻ｔ３）に至る間は一方方向に公転し、中央値Ｎ１ｍｉｄ（図６の時刻ｔ３）から最小値Ｎ１ｍｉｎ（図６の時刻ｔ４）を経由して中央値Ｎ１ｍｉｄ（図６の時刻ｔ５）に至る間は他方方向に公転する。

これを利用して、上述の公転の切り換わり時に、所定の球体２が撮像装置１９の撮像範囲となるように第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１及び第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の制御を行う。すなわち、第一研磨盤２３の回転速度が中央値Ｎ１ｍｉｄ（図６の時刻ｔ１）となったときに、図７Ａに示すように、所定の球体２Ａが撮像装置１９の撮像範囲（位相０とする）に他方方向Ｄａに公転してきたとする。

そして、第一研磨盤２３の回転速度が最大値Ｎ１ｍａｘ（図６の時刻ｔ２）になると、図７Ｂに示すように、所定の球体２Ａは公転方向が一方方向Ｄｂに切り替わって位相θまで公転し、さらに図７Ｃに示すように、中央値Ｎ１ｍｉｄ（図６の時刻ｔ３）になると、所定の球体２Ａは一方方向Ｄｂに位相０まで公転する。
そして、第一研磨盤２３の回転速度が最小値Ｎ１ｍｉｎ（図６の時刻ｔ４）になると、図７Ｄに示すように、所定の球体２Ａは公転方向が他方方向Ｄａに切り替わって位相−θまで公転し、さらに図７Ｅに示すように、中央値Ｎ１ｍｉｄ（図６の時刻ｔ５）になると、所定の球体２Ａは他方方向Ｄａに位相０まで公転する。

この制御方法としては、先ず、所定の球体２Ａが公転して１回転する公転時間を算出する。そして、この公転時間が、第一研磨盤２３の回転速度が中央値Ｎ１ｍｉｄから最大値Ｎ１ｍａｘを経由して中央値Ｎ１ｍｉｄに至るまでに掛かる時間、及び第一研磨盤２３の回転速度が中央値Ｎ１ｍｉｄから最小値Ｎ１ｍｉｎを経由して中央値Ｎ１ｍｉｄに至るまでに掛かる時間とそれぞれ同じになるように、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の各回転速度を制御する。

ここで、所定の球体２Ａの公転速度Ｖは、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１及び第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２から次式（４）で表される。そして、所定の球体２が公転して１回転する公転時間Ｔは、次式（５）で表される。
なお、第一研磨盤２３の回転方向及び第二研磨盤３３の回転方向は、極性（±）があるので、式（４）においては、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を正（＋）にした場合は第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２を負（−）にして算出する。

そして、制御装置１６は、所定の球体２Ａが他方方向Ｄａの公転から一方方向Ｄｂの公転に切り替わるタイミング、及び一方方向Ｄｂの公転から他方方向Ｄａの公転に切り替わるタイミング、例えば、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１が最大値Ｎ１ｍａｘから最小値Ｎ１ｍｉｎに直線状に変化する間、及び最小値Ｎ１ｍｉｎから最大値Ｎ１ｍａｘに直線状に変化する間を撮像装置１９により球体２を撮像する。

以上のように、制御装置１６は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の絶対値が第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の絶対値と同じになるときと、球体２が撮像装置１９の撮像範囲を通過するときとが一致するように、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の各回転速度Ｎ１，Ｎ２を制御している。これにより、複数の球体２の公転の切り換わり時における球体２の回転状態を容易に撮像し続けることができるので、回転速度変動の効果を確認して研磨のメカニズムの解明や球体２の真球度の向上に貢献できる。

特に、制御装置１６は、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の絶対値が、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の振幅Ｗ１の中央値Ｎ１ｍｉｄとなるように制御しているので、同一の球体２を撮像し続けることができる。これにより、所定の球体２Ａの公転回数をパラメータとした所定の球体２Ａの回転速度変動の効果を確認できる。

上述のように、制御装置１６は、撮像装置１９で所定の球体２の回転状態を撮像し続けることが可能となるが、研磨加工により球体２の表面が鏡面となるため、撮像装置１９で撮像した画像から球体２の挙動を正確に計測することは困難となる。そこで、球体２の表面には、マーキング（特異点）を付けるようにする。これにより、球体２の位置変化を撮像装置１９で撮像した画像から認識できるので、球体２挙動を正確に計測できる。

例えば図８Ａ‐図８Ｃに示すように、マーキングＭとしては、球体２の中心を原点とした３軸直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）と球体２の表面との交点を中心に、６つの形状（円形、三角形、四角形、六角形、十字形、星形等）を球体２の方面を削り込むことで刻印する。これにより、球体２の研磨が進んでも刻印されたマーキングＭが擦れることは殆どないので、球体２の挙動を正確に計測できる。なお、マーキングＭの数、形状、印字方法は、特に限定されるものではない。

（５．球体の挙動計測方法）
次に、球体研磨装置１において球体挙動計測装置で球体２Ａの挙動を計測する方法について、図５を参照して説明する。先ず、複数の球体２の研磨が可能な状態に準備する（図５のステップＳ１）。

具体的には、制御装置１６の流体圧調整部５３は、第一、第二静圧軸受２４，３４の流体圧が複数の球体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のモータ制御部５１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、作業者は、保持器１７を第一研磨盤２３の上面に載置する。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、計測対象である複数の球体２を、保持器１７のそれぞれの第一ポケット１７ｄに配置し、且つ、第一研磨盤２３の第一研磨溝２３ａに配置する。そして、撮像対象である所定の球体２Ａの中心が撮像装置１９の光軸上に位置するように保持器１７を回転させる。
次に、制御装置１６のモータ制御部５１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が複数の球体２に接触する状態とする。以上により、複数の球体２の研磨が可能な状態になる。

次に、球体研磨装置１において複数の球体２の研磨加工を開始する（図５のステップＳ２）。具体的には、制御装置１６のモータ制御部５１は、上述したように、第一研磨盤２３の回転及び第二研磨盤３３の回転を制御する。つまり、図６に示すように、モータ制御部５１は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２に対して異なるようにする（相対的に速度差があるようにする）。すなわち、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を周期的に且つ所定振幅Ｗ１で変動するように制御し、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２を一定値に制御する。なお、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を一定値に制御し、第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２を周期的に且つ所定振幅Ｗ１で変動するように制御してもよい。

この複数の球体２の研磨中において、制御装置１６の撮像制御部５２は、上述したように、撮像装置１９で所定の球体２Ａを撮像する（図５のステップＳ３）。つまり、図７Ａ、図７Ｅに示すように、撮像制御部５２は、球体２が他方方向Ｄａの公転から一方方向Ｄｂの公転に切り替わるタイミング、及び図７Ｃに示すように、一方方向Ｄｂの公転から他方方向Ｄａの公転に切り替わるタイミングで撮像装置１９により所定の球体２Ａを撮像する。

これにより、制御装置１６は、第一、第二研磨盤２３，３３の回転に伴う所定の球体２Ａの基準となる自転軸上の画像を取得することで、所定の球体２Ａの基準となる自転軸回りの自転以外の成分を検出できるので、所定の球体２Ａの実際の自転軸を算出できる。また、所定の球体２Ａの基準となる自転軸上の画像を取得することになるので、所定の球体２Ａの移動量を算出できる。

そして、制御装置１６は、所定の球体２Ａの撮像が完了したか否かを判断し（図５のステップＳ４）、所定の球体２Ａの撮像が完了していない場合はステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返す。一方、所定の球体２Ａの撮像が完了した場合は、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を上方へ移動させて研磨加工を停止し（図５のステップＳ５）、全ての処理を終了する。
以上の処理から求めた所定の球体２Ａの自転軸の変動量（軸旋回角度）や自転軸の回転速度変化量を研磨加工条件に反映することで、複数の球体２の真球度の向上を図ることができる。

（６．その他）
上述の実施形態では、制御装置１６は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を周期Ｔ１、振幅Ｗ１の台形波で変動する制御を行う場合を説明したが、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を周期Ｔ１は同じで、振幅Ｗ１よりも大きい振幅Ｗ１１の台形波（図９参照）、もしくは小さい振幅Ｗ１２の台形波（図１０参照）としても、所定の球体２Ａを撮像装置１９で撮像することが可能となる。

また、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を振幅Ｗ１は同じで、周期Ｔ１よりも大きい周期Ｔ１１の台形波（図１１参照）、もしくは小さい周期Ｔ１２の台形波（図１２参照）としても、球体２Ａを撮像装置１９で撮像することが可能となる。また、台形波の代わりにサイン波や三角波等で変動させてもよい。また、第二研磨盤３３の回転を停止させて第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１のみを変動させてもよい。

これらの場合も制御装置１６は、球体２Ａが一方方向Ｄｂの公転から他方方向Ｄａの公転に切り替わるタイミング、及び他方方向Ｄａの公転から一方方向Ｄｂの公転に切り替わるタイミングで撮像装置１９により球体２Ａを撮像する。すなわち、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１が最大値Ｎ１ｍａｘから中央値Ｎ１ｍｉｄになるタイミング、及び最小値Ｎ１ｍｉｎから中央値Ｎ１ｍｉｄになるタイミングで撮像装置１９により球体２Ａを撮像する。

また、上述の実施形態では、所定の球体２Ａの挙動について計測する場合を説明したが、球体２Ａ以外の球体２を撮像装置１９で撮像することも可能である。例えば、図１３に示すように、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の変動周期をずらす制御を行う。詳しくは、制御装置１６は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を振幅Ｗ１、周期Ｔ１の台形波で変動する制御を行う途中（時刻ｔ１１）で、周期Ｔ１よりも小さい周期Ｔ１３で半周期（時刻ｔ１１‐ｔ１３）だけ制御を行った後、元の周期Ｔ１に戻して制御を続行する。なお、図示破線で示す半周期（時刻ｔ１１‐ｔ１３）は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を周期Ｔ１から周期Ｔ１３に変更しなかったときの波形を示す。

これにより、図１５Ａに示すように、時刻ｔ１１において他方方向Ｄａに公転して位相０に位置する球体２Ａは、図１５Ｂに示すように、時刻ｔ１３において公転方向が一方方向Ｄｂに切り替わって位相φまで公転する。そして、このとき位相０には球体２Ｂが位置していることになる。よって、図１５Ｃに示すように、球体２Ｂは、時刻ｔ１４において公転方向が他方方向Ｄａに切り替わって位相０に位置することになる。従って、以降は球体２Ｂが位相０において撮像装置１９で撮像可能となる。

また、図１４に示すように、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の半周期の振幅を変更する制御を行っても、球体２Ａ以外の球体２を撮像装置１９で撮像できる。詳しくは、制御装置１６は、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１を振幅Ｗ１、周期Ｔ１の台形波で変動する制御を行う途中（時刻ｔ１１）で、振幅Ｗ１より小さい振幅Ｗ１２で半周期（時刻ｔ１１‐ｔ１２）だけ制御を行った後、元の振幅Ｗ１に戻して制御を続行する。これによっても、球体２Ｂの挙動を撮像できる。以上により、保持器１７において任意の位置に保持される球体２の真球度等の保持位置によるばらつきを評価できる。

１：球体研磨装置、 ２，２Ａ，２Ｂ：球体、 １６：制御装置、 １７：保持器、 １９：撮像装置、 ２１：第一本体部、 ２２：第一研磨盤支持体、 ２３：第一研磨盤、 ２３ａ：第一研磨溝、 ２５：第一モータ、 ３１：第二本体部、 ３２：第二研磨盤支持体、 ３３：第二研磨盤、 ３３ａ：第二研磨溝、 ３５：第二モータ、 ５１：モータ制御部、 ５２：撮像制御部、 ５３：流体圧調整部

Claims (8)

1. 中心軸線回りに回転可能に設けられ、一方の面に前記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、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度を、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度に対して相対的に変動させて、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の各回転を制御する制御装置と、
   前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝により球体を研磨するときの球体の挙動を計測するために、前記球体の特異点を撮像する撮像装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を互いに逆方向に回転させ、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値が、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値の最大値と最小値の間に含むように制御しており、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値が前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値と同じになるときと、前記球体が前記撮像装置の撮像範囲を通過するときとが一致するように、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の各回転速度を制御する、球体挙動計測装置。
2. 前記制御装置は、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度を周期的に且つ所定振幅で変動させ、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度を一定値とし、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値が、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の振幅の絶対値の中央値となるように制御する、請求項１に記載の球体挙動計測装置。
3. 前記球体の特異点は、前記球体に形成されるマーキングである、請求項１又は２に記載の球体挙動計測装置。
4. 前記マーキングは、前記球体の表面を削り込んで形成される、請求項３に記載の球体挙動計測装置。
5. 前記球体挙動計測装置は、
   環状に形成され、前記第一研磨盤と前記第二研磨盤との対向領域に配置される保持器であり、前記第一研磨溝と前記第二研磨溝との間に配置される複数の前記球体を保持し且つ外周面に開口する開口部を有する複数のポケットが形成される前記保持器を備え、
   前記撮像装置は、前記開口部を通して前記球体を撮像する、請求項１−４の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
6. 前記球体挙動計測装置は、前記保持器に保持される複数の前記球体のうち、所定位置の前記球体の挙動を計測する、請求項５に記載の球体挙動計測装置。
7. 前記球体挙動計測装置は、前記保持器に保持される複数の前記球体のうち、前記所定位置とは異なる位置の前記球体の挙動を計測する、請求項６に記載の球体挙動計測装置。
8. 球体挙動計測装置を用いる球体挙動計測方法であって、
   前記球体挙動計測装置は、
   中心軸線回りに回転可能に設けられ、一方の面に前記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、
   前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝により球体を研磨するときの前記球体の挙動を計測するために、前記球体の特異点を撮像する撮像装置と、
   を備え、
   前記球体挙動計測方法は、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を互いに逆方向に回転させ、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度を、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度に対して相対的に変動させる際、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値が、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値の最大値と最小値の間に含むように制御しており、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の一方の回転速度の絶対値が前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の他方の回転速度の絶対値と同じになるときと、前記球体が前記撮像装置の撮像範囲を通過するときとが一致するように、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の各回転速度を制御する、球体挙動計測方法。

Images