JP5334040B2

JP5334040B2 - 球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法

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Publication number: JP5334040B2
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Inventors: 裕田中; 勝利村松
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Description

本発明は球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法に関し、より特定的には、研磨コストを低減することが可能な球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法に関するものである。

転がり軸受の転動体やボールバルブの弁体などとして使用される球状部材の製造プロセスは、球状体の表面を研磨する工程を含む場合が多い。この球状体を研磨する工程に対しては、効率の向上、コストの低減などの要求がある。ここで、球状体の研磨は、一般に球状体よりも硬度の大きい砥粒を用いて実施される。したがって、球状体が窒化珪素、サイアロンなどのセラミックスのような硬度の高い素材からなる場合、砥粒としては、ダイヤモンド、ＣＢＮ（ＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ；立方晶窒化硼素）などの極めて高い硬度を有するとともに、高価な砥粒を用いる必要がある。

これに対し、効率の向上やコストの低減を目的とした検討が行なわれ、種々の提案がなされている（たとえば特許文献１および２参照）。
特開２０００−２１０８６２号公報特開２０００−３２６２３８号公報

上記特許文献１に記載のように、ダイヤモンド砥粒を遊離砥粒としてラップ液に混入することにより、ラップ液が研磨定盤の目立てに作用し、研磨効率が向上する。しかし、遊離砥粒に高価なダイヤモンド砥粒等を用いる必要があること、および遊離砥粒の作用により研磨定盤の摩耗が促進されることから、ランニングコストが上昇するという問題がある。

また、上記特許文献２にように、炭化硼素からなる砥粒を結合剤により結合した構成を有する砥石を採用することにより、ダイヤモンドやＣＢＮからなる砥粒を採用する場合に比べて砥石のコストを低減することができる。しかし、この場合、ダイヤモンドやＣＢＮからなる砥粒を採用する場合に比べて加工効率も同時に低下するため、研磨コスト自体を十分に低減することは難しいという問題がある。

そこで、本発明の目的は、研磨コストを低減することが可能な球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法を提供することである。

本発明に従った球状体の研磨装置は、球状体の表面を研磨する球状体の研磨装置であって、第１の研磨面を有する第１部材と、当該第１の研磨面に対向する第２の研磨面を有する第２部材とを備えている。第１の研磨面と第２の研磨面とは、互いに対向する状態を維持しつつ互いに相対的な回転が可能となっている。第１の研磨面および第２の研磨面の少なくともいずれか一方には、上記回転に沿った周方向に延在する溝部が形成されている。溝部が形成された第１部材および第２部材の少なくともいずれか一方は、球状体よりも高い硬度を有する砥粒を含む砥粒層と、砥粒層上に形成され、砥粒層よりも低い硬度を有する保持層とを含んでいる。そして、溝部は深さ方向において保持層を貫通し、砥粒層に至るように形成されている。

球状体の研磨装置においては、相対する研磨面を有する１対の部材（定盤）の間に被研磨物である球状体が挟持され、当該１対の定盤の研磨面が相対的に回転することにより研磨が実施される構成が採用される場合がある。この場合、１対の定盤の研磨面のうち少なくともいずれか一方には、当該球状体が保持され、研磨されるための周方向に延在する溝部が形成される場合が多い。ここで、従来の球状体の研磨装置においては、定盤の研磨面全体が球状体よりも高い硬度を有する砥粒を含む砥粒層となっており、当該砥粒層に上記溝部が形成されている。そして、１対の定盤に挟持された球状体は、砥粒層に形成された溝部により保持されつつ当該溝部上を転走しつつ滑ることにより研磨される。

このような従来の球状体の研磨装置では、球状体を安定して保持する観点から、砥粒層に十分な深さの溝部を形成する必要がある。また、溝部のうち球状体の研磨に寄与する領域は、球状体と接触する溝部の底部付近のみである。したがって、球状体を安定して保持可能な深さを確保しつつ、溝部の底部が砥粒層内に位置する必要があるため、これに対応する十分な厚みを有する砥粒層が必要となる。これは、特に砥粒が高硬度かつ高価な場合、砥粒層の素材費および加工費の増大の原因となる。また、球状体の研磨装置を継続して使用すると、球状体と接触する溝部の底部が徐々に摩耗し、溝部の深さが増大する結果、相対する研磨面同士が接触する可能性がある。これを回避するため、所定の期間継続して使用された球状体の研磨装置に対しては、溝部の深さを小さくする加工（溝部深さの修正加工）が必要となる。具体的には、当該加工は、砥粒層の表面層を除去する研削加工などを実施することにより達成される。しかし、砥粒層は加工される球状体よりも高い硬度を有する砥粒を含むことから、当該加工のコストは大きくなる場合が多い。特に、砥粒がダイヤモンドやＣＢＮなどの極めて高硬度な砥粒を含む場合、研削加工による溝部深さの修正加工は難しく、よりコストの高い放電加工などを実施する必要があるため、溝部深さの修正加工に要するコストは極めて大きくなる。

これに対し、本発明の球状体の研磨装置においては、溝部が形成される部材は砥粒層と、砥粒層上に形成され、砥粒層よりも硬度の低い保持層を含んでおり、溝部は深さ方向において保持層を貫通し、砥粒層に至るように形成されている。これにより、球状体の研磨に寄与する溝部の底部において砥粒層が露出するとともに、球状体の保持に寄与する溝部の側壁部は保持層からなっている。

このような構成を有することにより、本発明の球状体の研磨装置では、保持層の厚みを大きくすることにより、球状体を安定して保持することができるため、砥粒層に形成する溝部の深さを抑制するとともに、砥粒層の厚みを低減することが可能となる。その結果、上記構成によれば、砥粒層の素材費および加工費を抑制することができる。さらに、上記本発明の球状体の加工装置においては、硬度の高い砥粒層ではなく、保持層の表層部を除去する加工を実施することにより、溝部深さの修正加工を達成することができる。そのため、球状体の加工装置を継続して使用する場合のランニングコストを低減することができる。

以上のように、本発明の球状体の研磨装置によれば、研磨コストを低減することが可能な球状体の研磨装置を提供することができる。

上記球状体の研磨装置において好ましくは、上記砥粒は、ダイヤモンドの粒子、立方晶窒化硼素の粒子および炭化硼素の粒子からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる。

このような極めて硬度の高い粒子を砥粒として採用することにより、セラミックスなどの高硬度の材料からなる球状体の研磨を実施することが可能となる。そして、上記砥粒は極めて硬度が高く、高価であるため、砥粒層の厚みを低減することにより砥粒の使用量を抑制し、かつ砥粒層に対する加工を抑制することが可能な本発明の球状体の加工装置に採用することで、研磨コストの低減効果が特に大きくなる。

上記球状体の研磨装置において好ましくは、砥粒層は、上記砥粒が結合剤により結合されて構成されている。これにより、種々の砥粒を含む砥粒層を容易に形成することができる。

上記球状体の研磨装置においては、結合剤は、レジノイドボンド、ビトリファイドボンドおよびメタルボンドからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含むものとすることができる。これにより、十分な強度を有する砥粒層を容易に形成することができる。

上記球状体の研磨装置においては、上記保持層は砥粒層において砥粒を結合する結合剤からなるものとすることができる。

これにより、砥粒と結合剤とを混合した層を形成した後、当該層の上に結合剤からなる層を形成し、その後焼成などの処理を実施することにより、砥粒層と砥粒層上の保持層とを効率よく作製することができる。

上記球状体の研磨装置においては、上記保持層は鋼または鋳物からなっていてもよい。これにより、十分な強度を有するとともに、安価な保持層を形成することができる。

本発明に従った球状体の研磨方法は、第１の研磨面を有する第１部材と、第１の研磨面に対向する第２の研磨面を有する第２部材との間に被加工物である球状体を配置する工程と、第１の研磨面と第２の研磨面とに対し、互いに対向する状態を維持しつつ相対的な回転を与えることにより、球状体を研磨する工程とを備えている。第１の研磨面および第２の研磨面の少なくともいずれか一方には、上記回転に沿った周方向に延在する溝部が形成されている。溝部が形成された第１部材および第２部材の少なくともいずれか一方は、球状体よりも高い硬度を有する砥粒を含む砥粒層と、砥粒層上に形成され、砥粒層よりも低い硬度を有する保持層とを含んでいる。溝部は深さ方向において保持層を貫通し、砥粒層に至るように形成されている。そして、球状体を研磨する工程では、球状体は、溝部の保持層において保持されつつ、砥粒層に接触することにより研磨される。

本発明の球状体の研磨方法においては、球状体を研磨する工程において、球状体が溝部の砥粒層上に形成された保持層において保持されつつ、砥粒層に接触することにより研磨される。そして、砥粒層に比べて硬度低い保持層の厚みを大きくしておくことにより、球状体を安定して保持することができるため、砥粒層に形成する溝部の深さを抑制するとともに、砥粒層の厚みを低減することが可能となる。これにより、球状体の研磨に使用する砥粒層の素材費および加工費を抑制することができる。さらに、溝部深さの修正加工が必要となった場合、硬度の高い砥粒層ではなく、保持層の表層部を除去する加工により、当該修正加工が可能である。そのため、球状体の加工装置のランニングコストを低減することができる。

以上のように、本発明の球状体の研磨方法によれば、研磨コストを低減することが可能な球状体の研磨方法を提供することができる。

上記球状体の研磨方法において好ましくは、球状体は、セラミックスからなっている。そして、上記砥粒は、ダイヤモンドの粒子、立方晶窒化硼素の粒子および炭化硼素の粒子からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる。

砥粒層の厚みを低減することにより砥粒の使用量を抑制し、かつ砥粒層に対する加工を抑制することが可能な本発明の球状体の研磨方法は、上述のような極めて硬度の高い粒子を砥粒として採用して、高硬度なセラミックスからなる球状体の研磨に適用することにより、特に大きい研磨コストの低減効果を得ることができる。

上記球状体の研磨方法において好ましくは、砥粒層は、上記砥粒が結合剤により結合されて構成されている。これにより、種々の砥粒を含む砥粒層を容易に形成することが可能となり、研磨コストを一層低減することができる。

上記球状体の研磨方法においては、結合剤は、レジノイドボンド、ビトリファイドボンドおよびメタルボンドからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含むものとすることができる。これにより、十分な強度を有する砥粒層を用いて球状体の研磨を実施することができる。

上記球状体の研磨方法においては、上記保持層は砥粒層において砥粒を結合する結合剤からなるものとすることができる。

これにより、砥粒と結合剤とを混合した層を形成した後、当該層の上に結合剤からなる層を形成し、その後焼成などの処理を実施することにより、砥粒層と砥粒層上の保持層とを効率よく作製できるため、研磨コストを一層抑制することができる。

上記球状体の研磨方法においては、上記保持層は鋼または鋳物からなっていてもよい。これにより、十分な強度を有するとともに、安価な保持層を用いて球状体の研磨を実施することができる。

本発明に従った球状部材の製造方法は、球状体を準備する工程と、当該球状体を研磨する工程とを備えている。そして、球状体を研磨する工程では、上記本発明の球状体の研磨方法により、球状体が研磨される。

本発明の球状部材の製造方法によれば、研磨コストを低減可能な上記球状体の研磨方法が採用されることにより、球状部材を安価に製造することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法によれば、研磨コストを低減することが可能な球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における球状体の研磨装置の構成を示す概略図である。また、図２は、図１の球状体の研磨装置が備える定盤の構成を示す概略断面図である。

図１を参照して、実施の形態１における研磨装置１は、回転盤研磨面１０Ａを有する円盤状の定盤である回転盤１０と、回転盤研磨面１０Ａに対向する固定盤研磨面２０Ａを有する円盤状の定盤である固定盤２０と、回転盤１０と固定盤２０との間に球状体である素球９１を導入する入口シュート３０と、研磨された素球９１が取り出される出口シュート４０とを備えている。

固定盤２０と回転盤１０とは、固定盤研磨面２０Ａと回転盤研磨面１０Ａとが平行になるように、かつ中心軸が回転軸αに一致するように所定の間隔を空けて配置されている。また、固定盤２０は固定盤２０を保持する架台（図示しない）に対して固定される一方、回転盤１０は回転軸α周りに（回転盤１０の周方向に沿った回転の向きβに沿って）回転可能となっている。

図１および図２を参照して、回転盤研磨面１０Ａには、回転軸αと回転盤研磨面１０Ａとの交点を中心とした同心円状の複数の（本実施例では３本の）溝部１１が形成されている。つまり、回転盤研磨面１０Ａには、回転盤１０の回転に沿った周方向に延在する３本の溝部１１が形成されている。

固定盤２０には、厚み方向（回転軸αに沿った方向）に固定盤２０を貫通する開口部２４が形成されている。そして、この開口部２４から、回転盤研磨面１０Ａに形成された３本の溝部１１が露出している。一方、入口シュート３０は、それぞれ平行に延在する複数の溝３１が形成された上面を有している。そして、当該溝３１が延在する方向が回転盤研磨面１０Ａに形成された溝部１１に交差するように、かつ溝３１の一方の端部が溝部１１に隣接するように、入口シュート３０はその一部が開口部２４に挿入されるように配置されている。また、入口シュート３０は、溝３１が開口部２４に向けて傾斜するように、上面が水平面に対して交差する態様で図示しない架台に固定されている。これにより、入口シュート３０の溝３１に供給された素球９１は、溝３１に沿って転走し、回転盤１０と固定盤２０との間に投入される。

出口シュート４０は、入口シュート３０に対して回転盤１０の回転の向きβとは反対側に隣接して、かつ固定盤２０を回転軸α方向に貫通するように配置されている。

次に、図２を参照して、回転盤１０の詳細について説明する。なお、図２は、回転盤研磨面１０Ａに垂直であり、かつ回転盤研磨面１０Ａの径方向に沿った面における回転盤１０の断面図に相当する。ここで、固定盤２０の固定盤研磨面２０Ａには、回転盤研磨面１０Ａと同様に、回転軸αと固定盤研磨面２０Ａとの交点を中心とした同心円状の複数の（本実施例では３本の）溝部（図示しない）が形成されており、当該複数の（３本の）溝部と回転盤研磨面１０Ａの３本の溝部１１とは互いに対向するように配置されている。そして、固定盤２０は、以下に説明する回転盤１０と同様の構成を有している。

図２を参照して、実施の形態１における回転盤１０は、鉄、鋳物などの素材からなる円盤状の定盤本体１７と、定盤本体１７上に配置されたダイヤモンドの粒子を砥粒として含む砥粒層１８と、砥粒層１８上に形成された鋼からなる保持層１９とを備えている。保持層１９の硬度は、砥粒層１８よりも低くなっている。そして、保持層１９の砥粒層１８とは反対側の表面である回転盤研磨面１０Ａから深さ方向に保持層１９を貫通し、砥粒層１８に至るように、溝部１１が形成されている。つまり、溝部１１の底部は、砥粒層１８内に位置している。また、溝部１１は、延在方向に垂直な断面において、その壁面は円弧状の形状を有している。これにより、素球９１の研磨に寄与する溝部１１の底部において砥粒層１８が露出するとともに、素球９１の保持に寄与する溝部１１の側壁部（溝部１１の壁面と溝部１１が形成されていない回転盤研磨面１０Ａの領域とが交差する部位）は保持層１９内に位置している。砥粒層１８は、砥粒が結合剤により結合されて構成されている。

すなわち、実施の形態１における球状体の研磨装置１は、球状体の表面を研磨する球状体の研磨装置であって、第１の研磨面としての回転盤研磨面１０Ａを有する第１部材である回転盤１０と、回転盤研磨面１０Ａに対向する第２の研磨面としての固定盤研磨面２０Ａを有する第２部材である固定盤２０とを備えている。回転盤研磨面１０Ａは固定盤研磨面２０Ａに対して対向する状態を維持しつつ、相対的な回転が可能となっている。回転盤研磨面１０Ａには、上記回転に沿った周方向に延在する溝部１１が形成されている。溝部１１が形成された回転盤１０は、球状体である素球９１よりも高い硬度を有するダイヤモンド粒子からなる砥粒を含む砥粒層１８と、砥粒層１８上に形成され、砥粒層１８よりも低い硬度を有する保持層１９とを含んでいる。そして、溝部１１は深さ方向において保持層１９を貫通し、砥粒層１８に至るように形成されている。

次に、上記実施の形態１における球状体の研磨装置１を用いた研磨方法を採用して実施される球状部材としての軸受の玉の製造方法について説明する。

図３は、実施の形態１における軸受の玉の製造方法の概略を示すフローチャートである。図３を参照して、実施の形態１における軸受の玉の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）として被加工球準備工程が実施される。具体的には、図１〜図３を参照して、たとえば窒化珪素、サイアロンなどのセラミックスの原料粉末が準備され、当該原料粉末が球状に成形された後、加圧焼結あるいは常圧焼結などが実施されることにより、セラミックスの焼結体からなる球状体としての素球９１が作製される。

次に、工程（Ｓ２０）として被加工球投入工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された素球９１が図１に示す研磨装置に投入される。具体的には、図１を参照して、工程（Ｓ１０）において準備された素球９１が入口シュート３０の溝３１上に供給される。供給された素球９１は、入口シュート３０の溝３１上を転走し、開口部２４を通って回転盤１０の溝部１１に接触する位置まで進行する。このとき、回転盤１０を回転の向きβに沿って回転させておくことにより、素球９１は向かい合う回転盤１０と固定盤２０との間に引き込まれる。

次に、工程（Ｓ３０）として加工工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、回転盤１０と固定盤２０との間に引き込まれた素球９１が回転盤１０に形成された溝部１１と固定盤２０に形成された溝部との間において保持され、回転盤１０の回転の向きβの向きに転走することにより、研磨される。具体的には、図２を参照して、回転盤１０と固定盤２０との間に引き込まれた素球９１は、溝部１１内の保持層１９によって回転盤１０の径方向に保持されつつ、溝部１１において露出した砥粒層１８に対して滑りつつ転走することにより研磨される。なお、この工程（Ｓ３０）では、回転盤１０と固定盤２０との間に遊離砥粒を含む研磨液が供給されてもよい。

次に、工程（Ｓ４０）として、排出工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、研磨が終了した素球９１が、出口シュート４０から排出される。具体的には、図１を参照して、工程（Ｓ３０）において回転盤１０の回転の向きβの向きに転走することにより研磨された素球９１は、出口シュート４０が配置された位置まで進行することにより溝部１１から離脱し、出口シュート４０を介して研磨装置１の外部に排出される。

次に、工程（Ｓ５０）として仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ１０）において準備され、（Ｓ２０）〜（Ｓ４０）において研磨された素球９１に対して仕上げ加工が実施されることにより、球状部材としての軸受の玉が完成する。具体的には、工程（Ｓ４０）までが完了した素球９１に対して、図１に基づいて説明した研磨装置１において、砥粒層１８に含まれる砥粒がより細かいダイヤモンドの粒子からなる他の研磨装置を用いて、上述の場合と同様の手順により、素球９１の表面粗さがさらに低減される仕上げ加工が実施される。この仕上げ加工は、砥粒を構成するダイヤモンドの粒子を徐々に細かくしつつ、複数回実施されてもよい。また、最終研磨として、公知のラップ盤を用いたラッピング加工が実施されてもよい。以上の工程により、本実施の形態における球状部材としての転がり軸受の玉（転動体）が完成する。

上記本実施の形態における研磨装置１を用いた研磨方法では、図１および図２を参照して、保持層１９の厚みを大きくすることにより、素球９１を安定して保持することができるため、砥粒層１８に形成する溝部１１の深さを抑制するとともに、砥粒層１８の厚みを低減することが可能となる。その結果、極めて高価なダイヤモンドからなる砥粒を含み、加工が困難な砥粒層の素材費および加工費を抑制することができる。

また、軸受の玉の生産ラインにおいて研磨装置１を継続的に使用した場合、素球９１の研磨に寄与する砥粒層１８の摩耗が進行し、溝部１１の深さが大きくなっていく。そして、溝部１１の深さが限度を超えて大きくなると、固定盤２０と回転盤１０とが接触することとなるため、溝部深さの修正加工が必要となる。本実施の形態における研磨装置１においては、砥粒層１８よりも硬度の低い保持層１９が砥粒層１８上に形成されているため、加工の容易な保持層１９の表面層を除去することにより、この溝部深さの修正加工を達成することができる。その結果、砥粒層１８および保持層１９が一層の砥粒層で形成された従来の研磨装置に比べて、溝部深さの修正加工に要する費用が抑制され、ランニングコストを低減することができる。

より具体的には、図１および図２を参照して、たとえば回転盤１０の溝部深さの修正加工が必要となった場合、砥粒層１８および保持層１９が一層の砥粒層で形成された従来の研磨装置では、研磨装置から回転盤１０を取り外し、コストの高い放電加工などの方法により修正加工が実施される。さらに、回転盤１０を再度研磨装置に取り付ける場合、この取付精度が素球９１の加工精度に大きな影響を与えるため、取付後の微調整が必要となる。この微調整は、たとえば素球９１を実際に研磨する慣らし運転を実施し、素球９１の研磨状態を確認することにより行なうことができる。このような取付後の微調整のため、生産ラインの休止時間が長くなり、コストの上昇を招来する。

これに対し、本実施の形態における研磨装置１を用いた研磨方法では、回転盤１０の回転盤研磨面１０Ａの表層部が、硬度の低い保持層１９から構成されているため、回転盤１０を研磨装置１から取り外すことなく、かつ安価な方法で溝部深さの修正加工を実施することができる。たとえば、図１を参照して、回転盤１０の溝部深さの修正加工が必要となった場合、回転盤１０を回転させた状態で開口部２４からドレッサーを挿入して保持層１９に接触させ、保持層１９の表層部を除去することにより、修正加工を実施することができる。すなわち、本実施の形態における研磨装置１においては、インラインでの溝部深さの修正加工が可能である。その結果、放電加工などのコストの高い加工が必要ないため、溝部深さの修正加工の加工費が抑制できるだけでなく、修正加工に伴う生産ラインの休止時間を大幅に低減することが可能となり、生産コストの低減に寄与することができる。

以上のように、本実施の形態におけるの球状体の研磨装置を用いた球状体の研磨方法によれば、球状体である素球の研磨コストを低減することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２における球状体の研磨装置が備える定盤の構成を示す概略断面図である。

実施の形態２における球状体の研磨装置は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における球状体の研磨装置は、保持層の構成において実施の形態２の場合とは異なっている。

図４を参照して、実施の形態２における回転盤１０の砥粒層１８は、実施の形態１の場合と同様に、ダイヤモンドからなる砥粒が結合剤により結合されて構成されている。そして、実施の形態２における回転盤１０では、図２に示す鋼からなる保持層１９に代えて、砥粒層１８において砥粒を結合する結合剤からなる保持層５９が採用されている。

これにより、砥粒と結合剤とを混合した層を形成した後、当該層の上に結合剤からなる層を形成し、その後焼成などの処理を実施することにより、砥粒層１８と砥粒層１８上の保持層５９とを効率よく作製することが可能となっている。

なお、図１を参照して、実施の形態２における固定盤２０は、実施の形態１における回転盤１０と同様の構成を有していてもよいし、上記実施の形態２における回転盤１０と同様の構成を有していてもよい。また、実施の形態１における固定盤２０は、上記実施の形態２における回転盤１０と同様の構成を有していてもよい。

さらに、上記実施の形態においては、研磨装置が回転盤および固定盤を備える場合について説明したが、本発明の球状体の研磨装置はこれに限られず、たとえば互いに対向する定盤が異なる回転の向きで回転し、かつ／または異なる回転速度で回転することにより、一方が他方に対して相対的に回転するものであればよい。

また、上記実施の形態における砥粒としては、素球９１よりも硬度の高いものであれば種々の素材からなる粒子を採用することができるが、硬度の高いダイヤモンド、ＣＢＮ、炭化硼素、アルミナおよび炭化珪素の粒子からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいることが好ましい。特に、硬度が極めて高く、かつ高価であるダイヤモンド、ＣＢＮおよび炭化硼素からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含む場合、本発明の効果がより顕著となる。

さらに、砥粒層１８において砥粒を結合する結合剤としては、任意の結合剤を採用することができるが、たとえばレジノイドボンド、ビトリファイドボンドおよびメタルボンドからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含むものを採用することができる。

また、保持層としては、上記実施の形態２にように、砥粒層１８を構成する結合剤からなる保持層５９を採用してもよいし、ＪＩＳ規格Ｓ５３Ｃなどの鋼からなる保持層１９を採用してもよい。さらに、保持層を構成する素材としては、ミーハナイト鋳鉄やねずみ鋳鉄などの鋳鉄（鋳物）を採用してもよい。

また、上記実施の形態における研磨装置を用いた研磨方法は、種々の球状部材の製造における研磨に採用することができるが、硬度が高いため硬度の高い砥粒を必要とし、かつ高い表面仕上げ精度が要求される窒化珪素またはサイアロンからなる転がり軸受の玉の製造における研磨に、特に有利に採用することができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。実施の形態２において図４に基づいて説明した定盤と同様の構成を有する定盤を製作し、製作コストの低減効果を確認する調査を行なった。具体的には、鉄製の定盤本体上にダイヤモンド粒子からなる砥粒とメタルボンドと混合した厚み３ｍｍの砥粒含有層を形成し、さらにメタルボンドからなる厚み１．６ｍｍのボンド層を形成した。その後、焼成し、定盤本体上に砥粒層および保持層が形成された部材を作製した。そして、当該部材の保持層側の表面に曲率半径４．３７ｍｍ、深さ２．６ｍｍの溝部を放電加工により形成した。溝部は同心状に半径１４５ｍｍ、１３２ｍｍ、１１９ｍｍの３本形成した。これにより図４と同様の構成を有する定盤を完成させた（実施例Ａ）。

一方、比較のため、本発明の範囲外である比較例の定盤も製作した。図５は、比較例の定盤の構成を示す概略断面図である。図５を参照して、比較例の定盤として、上記実施例Ａの定盤と同様の手順においてボンド層の形成を省略し、上記ボンド層の厚みの分だけ砥粒含有層の厚みを増加させることにより、実施例Ａにおいて保持層の厚みの分だけ砥粒層の厚みが増加したものを製作した（比較例Ａ）。つまり、図５を参照して、比較例の定盤１１０は、定盤本体１１７と、定盤本体１１７上に形成され、ダイヤモンドの粒子からなる砥粒を含む砥粒層１１８とを備えている。そして、定盤１１０の表面である研磨面１１０Ａには、砥粒１１８内に底部を有する溝部１１０が形成されている。そして、実施例Ａおよび比較例Ａの製作に要した製作コストを算出した。表１に、算出された実施例Ａおよび比較例Ａの製作コストを、比較例Ａの製作コストを１として示す。

表１を参照して、実施例Ａの定盤は、砥粒含有層上にボンド層を形成する工程が追加されているにもかかわらず、比較例の定盤に対して２５％の製作コストの低減を達成することができた。これは、高価なダイヤモンド砥粒を含む砥粒層の厚みを低減できたことによる素材コストの低減、および溝部の形成における砥粒層に対する加工の相当部分が硬度の低い保持層に対する加工に置き換わったことによる加工コストの低減によるものである。なお、実施例Ａの定盤においては、図４に示すように溝部の底部に球状体の研磨に寄与する砥粒層１８が露出しているため、図５に示す比較例Ａの定盤と同様の研磨加工を実施することができる。

以上の調査結果より、本発明の球状体の研磨装置によれば、研磨加工に対する機能を維持しつつ、定盤の大幅なコスト低減が可能であることが確認された。

以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の球状体の研磨装置を用いて種々のサイズのセラミック球を研磨し、砥石寿命を確認する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。

まず上記実施例１において作製した実施例および比較例と同様の構成を有する定盤を作製し、これを用いて直径５／１６インチ、１／２インチおよび１・７／８インチの３種類のサイズの窒化珪素からなるセラミック球を実際に研磨した。なお、溝部の深さは研磨されるセラミック球の大きさに応じて最適な値に決定した。そして、研磨により砥粒層が摩耗して溝部の深さが大きくなり、研磨を続行できなくなった時点で保持層または砥粒層の表層部を除去して溝部の深さを減少させる加工（溝部深さの修正加工）を行ない、研磨を続行した。そして、この手順を繰り返すことにより砥粒層が摩滅し、溝部の底部に定盤本体が露出した時点を寿命（砥石寿命）として記録した。表２に実験結果を示す。表２においては、５／１６インチ、１／２インチおよび１・７／８インチのセラミック球を研磨した場合の実施例の定盤の結果をそれぞれ実施例Ｂ、ＣおよびＤ、比較例の定盤の結果をそれぞれ比較例Ｂ、ＣおよびＤとし、比較例Ｂ、ＣおよびＤの寿命を１として砥石寿命を表示している。

表２を参照して、実施例の定盤を用いて研磨を行なった場合、比較例の定盤を用いた場合に対して砥石寿命が５．２〜９．３倍となっている。これは、比較例の定盤においては、砥粒層の厚みは実施例に比べて厚いにもかかわらず、溝部の底と定盤本体との間に存在する砥粒層の厚みが小さいためである。また、研磨されるセラミック球の直径が大きいほど、実施例の定盤を使用する効果が大きくなっている。これは、研磨されるセラミック球のサイズが大きくなるほど溝部の深さを大きくする必要があるため、溝部の底と定盤本体との間に存在する砥粒層の厚みがより小さくなることに起因するものと考えられる。

以上の実験結果より、本発明の球状体の研磨装置によれば、研磨加工に対する機能を維持しつつ、定盤の砥石寿命を向上させることが可能であることが確認された。

以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の球状体の研磨装置が備える定盤について、溝部深さの修正加工を実施した場合の加工コストを調査する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。

上記実施例１において作製した実施例および比較例の定盤を備えた研磨装置によりセラミック球の研磨を行なった。そして、砥粒層が摩耗して溝部の深さが大きくなり、研磨を続行できなくなった時点で保持層または砥粒層の表層部を除去して溝部の深さを減少させる加工（溝部深さの修正加工）を行ない、当該溝部深さの修正加工に要したコストを算出した。実験結果を表３に示す。表３においては、実施例の結果を実施例Ｅ、比較例の結果を比較例Ｅとし、比較例Ｅのコストを１として、溝部深さの修正加工に要したコスト表示している。

表３を参照して、実施例の定盤を用いることにより、比較例の定盤を用いた場合の１／５０程度にまで溝部深さの修正加工のコストを低減できることが分かった。これは、比較例の定盤では、溝部深さの修正加工を実施するために研磨装置から定盤を取り外し、さらに放電加工を実施する必要があったのに対し、実施例の定盤では、研磨装置から取り外すことなく、一般的なドレッサーを保持層に接触させて当該保持層の表層部を除去することにより、溝部深さの修正加工が実施できたことによる。

以上の実験結果より、本発明の球状体の研磨装置によれば、溝部深さの修正加工に要するコストを低減可能であるため、研磨装置のランニングコストを低減し、球状部材の製造コストを抑制できることが確認された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法は、研磨コストを低減することが求められる球状体の研磨装置、球状体の研磨方法および球状部材の製造方法に、特に有利に適用され得る。

実施の形態１における球状体の研磨装置の構成を示す概略図である。図１の球状体の研磨装置が備える定盤の構成を示す概略断面図である。実施の形態１における軸受の玉の製造方法の概略を示すフローチャートである。実施の形態２における球状体の研磨装置が備える定盤の構成を示す概略断面図である。比較例の定盤の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１研磨装置、１０回転盤、１０Ａ回転盤研磨面、１１溝部、１７定盤本体、１８砥粒層、１９保持層、２０固定盤、２０Ａ固定盤研磨面、２４開口部、３０入口シュート、３１溝、４０出口シュート、５９保持層、９１素球。

Claims

球状体の表面を研磨する球状体の研磨装置であって、
第１の研磨面を有する第１部材と、
前記第１の研磨面に対向する第２の研磨面を有する第２部材とを備え、
前記第１の研磨面と前記第２の研磨面とは、互いに対向する状態を維持しつつ互いに相対的な回転が可能となっており、
前記第１の研磨面および前記第２の研磨面の少なくともいずれか一方には、前記回転に沿った周方向に延在する溝部が形成されており、
前記溝部が形成された前記第１部材および前記第２部材の少なくともいずれか一方は、
前記球状体よりも高い硬度を有する砥粒を含む砥粒層と、
前記砥粒層上において前記砥粒層と一体に形成され、前記砥粒層よりも低い硬度を有する保持層とを含み、
前記溝部は深さ方向において前記保持層を貫通し、前記砥粒層に至るように形成されている、球状体の研磨装置。
前記砥粒は、ダイヤモンドの粒子、立方晶窒化硼素の粒子および炭化硼素の粒子からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる、請求項１に記載の球状体の研磨装置。
前記砥粒層は、前記砥粒が結合剤により結合されて構成されている、請求項１または２に記載の球状体の研磨装置。
前記結合剤は、レジノイドボンド、ビトリファイドボンドおよびメタルボンドからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる、請求項３に記載の球状体の研磨装置。
前記保持層は前記結合剤からなっている、請求項３または４に記載の球状体の研磨装置。
前記保持層は鋼または鋳物からなっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の球状体の研磨装置。
第１の研磨面を有する第１部材と、前記第１の研磨面に対向する第２の研磨面を有する第２部材との間に被加工物である球状体を配置する工程と、
前記第１の研磨面と前記第２の研磨面とに対し、互いに対向する状態を維持しつつ相対的な回転を与えることにより、前記球状体を研磨する工程とを備え、
前記第１の研磨面および前記第２の研磨面の少なくともいずれか一方には、前記回転に沿った周方向に延在する溝部が形成されており、
前記溝部が形成された前記第１部材および前記第２部材の少なくともいずれか一方は、
前記球状体よりも高い硬度を有する砥粒を含む砥粒層と、
前記砥粒層上において前記砥粒層と一体に形成され、前記砥粒層よりも低い硬度を有する保持層とを含み、
前記溝部は深さ方向において前記保持層を貫通し、前記砥粒層に至るように形成されており、
前記球状体を研磨する工程では、前記球状体は、前記溝部の前記保持層において保持されつつ、前記砥粒層に接触することにより研磨される、球状体の研磨方法。
前記球状体は、セラミックスからなっており、
前記砥粒は、ダイヤモンドの粒子、立方晶窒化硼素の粒子および炭化硼素の粒子からなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる、請求項７に記載の球状体の研磨方法。
前記砥粒層は、前記砥粒が結合剤により結合されて構成されている、請求項７または８に記載の球状体の研磨方法。
前記結合剤は、レジノイドボンド、ビトリファイドボンドおよびメタルボンドからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる、請求項９に記載の球状体の研磨方法。
前記保持層は前記結合剤からなっている、請求項９または１０に記載の球状体の研磨方法。
前記保持層は鋼または鋳物からなっている、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の球状体の研磨方法。
球状体を準備する工程と、
前記球状体を研磨する工程とを備え、
前記球状体を研磨する工程では、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の球状体の研磨方法により前記球状体が研磨される、球状部材の製造方法。