JP6743495B2 - 球体研磨装置及び球体研磨方法 - Google Patents

Description

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。

特許文献１には、研磨溝が形成される対向する回転盤と固定盤とを備え、回転盤を回転させることで両研磨溝間に配置される球体を研磨する球体研磨装置が記載されている。また、特許文献２には、相対的に回転可能な対向する２つの円盤と、２つの円盤の間に円盤と平行に配置される楕円形状の通路が形成された楕円通路構成部材とを備え、楕円形状の通路に複数の球体を配置して２つの円盤を回転させることで球体を研磨する球体研磨装置が記載されている。

特開２０１５−７７６５７号公報 特開平２−１９０２５２５号公報

特許文献１の球体研磨装置では、球体の自転軸は研磨加工面に略平行な状態に維持されるので、球体の真球度の向上に限界がある。また、特許文献２の球体研磨装置では、複数の球体が楕円形状の通路内においてランダムに移動して球体同士が接触するため、球体の真球度の向上に限界がある。

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。

（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、前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して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、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、前記第一研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、前記第二研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、前記第一研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第一軌跡とし、前記第二研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第二軌跡とし、前記第一軌跡及び前記第二軌跡は、非円形状に形成され、前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、径方向の距離が周方向において変化する関係を有する。

（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、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で研磨対象である球体を挟圧して、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。

（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、第一研磨溝の断面円弧中心の第一研磨溝に沿った第一軌跡は、第二研磨溝の断面円弧中心の第二研磨溝に沿った第二軌跡に対し変化するので、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ので、真球度が向上する。

本実施形態の球体研磨装置の構成を示す図であり、図４のI-I断面図である。 図１の球体研磨装置の第一研磨盤の平面図である。 図１の球体研磨装置の第二研磨盤の平面図である。 図１の球体研磨装置の横断面図であり、図５のIV-IV断面図である。 図４のV-V断面図である。 制御装置のブロック構成図である。 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７のVIII-VIII断面図である。 図７のIX-IX断面図である。 第一研磨溝と第二研磨溝のずれを説明するための図９に対応させて示す断面図である。 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。 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。 第一研磨溝及び第二研磨溝の第一の別形態を溝の断面円弧中心の軌跡で示す平面図である。 第一研磨溝及び第二研磨溝の第二の別形態を溝の断面円弧中心の軌跡で示す平面図である。 第一研磨溝及び第二研磨溝の第三の別形態を溝の断面円弧中心の軌跡で示す平面図である。 第一研磨溝及び第二研磨溝の第四の別形態を溝の断面円弧中心の軌跡で示す平面図である。

（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。図１に示すように、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及び上下駆動機構１５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。

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、図２に示すように、第一研磨盤２３は、一方の面（上面）に中心軸線Ｌ１の回りに円形状に形成される第一研磨溝２３ａを有する。第一研磨溝２３ａは、研磨対象である球体２を研磨する。

詳細には、第一研磨溝２３ａの中心軸線Ｌ１方向の断面形状は、断面円弧半径がγ_Ｌの円弧凹状に形成される（図１０参照）。そして、第一研磨溝２３ａの中心軸線Ｌ１方向から見た形状は、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Ｒ_Ｌ及び断面円弧半径γ_Ｌの加算値Ｒ_Ｌ＋γ_Ｌを半径とする外周円と、上記距離Ｒ_Ｌ及び断面円弧半径γ_Ｌの減算値Ｒ_Ｌ−γ_Ｌを半径とする内周円でなる円形状に形成される。

図１に示すように、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６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。

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（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。

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、図３に示すように、第二研磨盤３３は、一方の面（下面）に中心軸線Ｌ２の回りに非円形状、本例では花冠形状に形成される第二研磨溝３３ａを有する。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。

詳細には、第二研磨溝３３ａの中心軸線Ｌ２方向の断面形状は、第一研磨溝２３ａの断面円弧半径γ_Ｌと同一の断面円弧半径γ_Ｕの円弧凹状に形成される（図１０参照）。そして、第二研磨溝３３ａの中心軸線Ｌ２方向から見た形状は、第二研磨盤３３の径方向外側に張り出た図示一点鎖線で囲まれる凸部３３１と、第二研磨盤３３の径方向内側に引っ込んだ図示二点鎖線で囲まれる凹部３３２とが、第二研磨盤３３の周方向に４５度の間隔で交互に出現する花冠形状に形成される。つまり、凸部３３１及び凸部３３１の両側に位置する凹部３３２は、花冠形状を構成する花弁部を形成する。

本例では、第二研磨溝３３ａは、第二研磨溝３３ａの外接円の半径、すなわち凸部３３１の最外周の点Ａと中心軸線Ｌ２との距離は、第一研磨溝２３ａの外周円の半径Ｒ_Ｌ＋γ_Ｌと同一のＲ_Ｕ＋γ_Ｕ（なお、Ｒ_Ｕは、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）となり、第二研磨溝３３ａの内接円の半径、すなわち凸部３３１の最内周の点Ｂと中心軸線Ｌ２との距離は、第一研磨溝２３ａの内周円の半径Ｒ_Ｌ−γ_Ｌと同一のＲ_Ｕ−γ_Ｕとなるように形成される。つまり、点Ａ及び点Ｂを通る直線上において、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Ｒ_Ｕは、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Ｒ_Ｌと同一となる。

よって、図２及び図３に示すように、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１を、第一研磨溝２３ａに沿って移動させたときの第一軌跡Ｖ１が、第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２を、第二研磨溝３３ａに沿って移動させたときの第二軌跡Ｖ２に対し、中心軸線Ｌ２方向から見て径方向の距離が周方向において変化するように形成される。本例では、花冠形状の第二研磨溝３３ａの外接円は、第一研磨溝２３ａの外周円形状と同径であり、第二研磨溝３３ａの内接円は、第一研磨溝２３ａの内周円形状より小径である。よって、第二軌跡Ｖ２は、凸部３３１における径方向外側に最も張り出た位置において第一軌跡Ｖ１と接し、凸部３３１から凹部３３２に向かうに従って第一軌跡Ｖ１に対し径方向内側に徐々に離間し、凹部３３２における径方向内側に最も引っ込んだ位置において第一軌跡Ｖ１から最も離間する。

図１に示すように、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６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。

（２．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１７を備える。ツルーイング装置１７について、図４及び図５を参照して説明する。ツルーイング装置１７は、ガイド部材６１、第一移動体６２、第二移動体６３、回転軸部材６４及びツルア６５を備える。

ガイド部材６１は、基台１１の上面に配置される。ガイド部材６１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６２は、ガイド部材６１の上に配置され、ガイド部材６１の軸線Ｌ３方向に移動可能に設けられる。第一移動体６２は、図示しないモータによって、ガイド部材６１上を、軸線Ｌ３方向に移動する。第一移動体６２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。

第二移動体６３は、第一移動体６２の側面ガイドに係止され、第一移動体６２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６３は、図示しないモータによって、第一移動体６２の側面ガイドに沿って、軸線Ｌ１方向に移動する。

回転軸部材６４は、第二移動体６３に軸線Ｌ３の回りに回転可能に設けられる。回転軸部材６４は、図示しないモータによって、第二移動体６３に対して回転可能とされる。ツルア６５は、回転軸部材６４の先端に取り付けられる。つまり、ツルア６５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６５は、回転軸部材６４の回転に伴って回転するロータリーツルアである。１個のツルア６５は、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａをツルーイングする。

（３．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６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。

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。

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。

ツルーイング制御部５３は、ツルーイング装置１７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６２を移動するモータ、第二移動体６３を移動するモータ、及び、回転軸部材６４を回転するモータをそれぞれ制御する。

（４．球体研磨装置を用いる球体の研磨方法）
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。

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。

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。また、第二移動体１４の下降位置を固定した後、研磨荷重が十分に下がったときを加工完了としてもよい。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。

（５．第一、第二研磨溝による球体の動作）
次に、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。

ここで、図７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の断面円弧中心Ｃ１は、第二研磨溝３３ａの凸部３３１における点Ａ及び点Ｂを通る直線上の断面円弧中心Ｃ２とは重なった位置にあり、第二研磨溝３３ａの凹部３３２における点Ａ及び点Ｂから４５度位相がずれた点Ｃ及び点Ｄを通る直線上の断面円弧中心Ｃ２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）と直角な方向にσだけずれた位置にある。以下の説明では、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａの凸部３３１の点Ａ，Ｂ間に位置する球体２Ａ、及び、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａの凹部３３２の点Ｃ，Ｄ間に位置する球体２Ｂに着目して説明する。

図８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領域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領域Ａａ２と接触する。

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、接触楕円領域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。

図９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の接触楕円領域Ａａ１１は、接触楕円領域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の接触楕円領域Ａａ１２は、接触楕円領域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。

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。

次に、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａのずれについて説明する。第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、以下の２つのずれの条件を満たすように形成する。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溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａを形成する。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。

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γ_Ｕ、球体２の半径Ｒ_Ｓ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溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａを形成する。最大ずれ量σが大き過ぎると、接触楕円領域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。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。

ここで、式（１）−式（４）の各符号は、図１０に示す通りであり、各符号の意味は、以下の通りである。
γ_Ｕ：第二研磨溝３３ａの断面円弧半径
Ｒ_Ｓ：球体２の半径

ｄｅ_Ｕ：第二研磨溝３３ａの溝深さ
Ｃ_ＵＬ：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

Ｒ_Ｕ：ずれが無い状態での第二研磨溝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
Ｒ_Ｌ：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
ａ_Ｕ：接触楕円領域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

（６．ツルーイング方法）
ツルーイング装置１７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１１及び図１２を参照して説明する。本実施形態においては、ツルア６５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。ツルア６５は、小径円盤状のロータリーツルアを用いるが、総型のロータリーツルアを用いてもよい。

図１１を参照して、ツルア６５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１７の第二移動体６３を上方（Ｙ２方向）へ移動させた後に、ツルア６５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６２を第一研磨盤２３側（Ｘ２方向）へ移動させる。

続いて、ツルーイング制御部５３がツルア６５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６２のＸ２方向へ移動と第二移動体６３のＹ２方向への移動を同期制御しながら、ツルア６５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６５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。

次に、図１２を参照して、ツルア６５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１７の第二移動体６３を上方（Ｙ２方向）へ移動させた後に、ツルア６５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６２を第二研磨盤３３側（Ｘ２方向）へ移動させる。

続いて、ツルーイング制御部５３がツルア６５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６２のＸ２方向へ移動と第二移動体６３のＹ２方向への移動を同期制御しながら、ツルア６５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６５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。

（７．その他）
上述の実施形態では、花冠形状の第二研磨溝３３ａの外接円を第一研磨溝２３ａの外周円形状と同径で形成し、第二研磨溝３３ａの内接円を第一研磨溝２３ａの内周円形状より小径で形成したが、第二研磨溝３３ａの外接円を第一研磨溝２３ａの外周円形状より大径で形成し、第二研磨溝３３ａの内接円を第一研磨溝２３ａの内周円形状より小径で形成してもよい。これにより、図１３に示すように、第一軌跡Ｖ１１と第二軌跡Ｖ１２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、花冠形状における各花弁部Ｆ１にて交差するので、球体２の自転軸の傾きの変動幅を大きくして球体２の姿勢を大きく変化させることができ、真球度を大幅に向上できる。

また、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、共に非円形状に形成してもよい。例えば、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、共に花冠形状に形成してもよい。これにより、図１４に示すように、第一軌跡Ｖ２１と第二軌跡Ｖ２２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、各花冠形状における各花弁部Ｆ２にて交差し、又は大きく離間するので、球体２の自転軸の傾きの変動幅をさらに大きくして球体２の姿勢を大きく変化させることができ、真球度を大幅に向上できる。

共に非円形状の別例として例えば、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、共に楕円形状に形成してもよい。これにより、図１５に示すように、第一軌跡Ｖ３１と第二軌跡Ｖ３２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、一方の楕円形状の長軸と他方の楕円形状の短軸とが重なったときに最も大きく離間するので、球体２の自転軸の傾きの変動幅をさらに大きくして球体２の姿勢を大きく変化させることができ、真球度を大幅に向上できる。

また、上述の実施形態では、第一研磨溝２３ａは、円形状に形成し、第二研磨溝３３ａは、花冠形状に形成したが、第一研磨溝２３ａは、円形状に形成し、第二研磨溝３３ａは、楕円形状に形成してもよい。この場合、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａは、図１６に示すように、第一軌跡Ｖ４１と第二軌跡Ｖ４２とが、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、楕円形状の長軸と短軸の各間に位置する４箇所の角度の位置Ｆ３にて交差するように形成する。これにより、球体２の自転軸の傾きの変動幅をさらに大きくして球体２の姿勢を大きく変化させることができ、真球度を大幅に向上できる。

また、上述の実施形態では、第二研磨溝３３ａは、凸部３３１と凹部３３２とが、第二研磨盤３３の周方向に４５度の間隔で交互に出現する花冠形状、すなわち４つの花弁部を有する花冠形状に形成したが、３つ以上の複数の花弁部を有する花冠形状、すなわち第二研磨盤３３の周方向に任意の角度間隔で交互に出現する花冠状に形成してもよい。
なお、以上説明した第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａの形状の組み合わせは、逆の組み合わせであってもよい。

（８．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の中心軸線Ｌ１と同軸上の中心軸線Ｌ２回りに第一研磨盤２３に対して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。

そして、第一研磨溝２３ａにおける中心軸線Ｌ１方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、第二研磨溝３３ａにおける中心軸線Ｌ２方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１による軌跡を第一軌跡Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１とし、第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２による軌跡を第二軌跡Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２とし、第一軌跡Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１と第二軌跡Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、径方向の距離が周方向において変化する関係を有する。

第一研磨溝２３ａの断面円弧中心Ｃ１の第一研磨溝２３ａに沿った第一軌跡Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１は、第二研磨溝３３ａの断面円弧中心Ｃ２の第二研磨溝３３ａに沿った第二軌跡Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２に対し変化するので、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａと球体２との接触位置Ａａ１，Ａａ２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の姿勢が変化するので、真球度が向上する。

また、第一軌跡Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１と第二軌跡Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、複数箇所にて交差するので、球体２の姿勢を大きく変化させることができる。
また、第一軌跡Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ４１及び第二軌跡Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ４２の一方は、円形状に形成され、第一軌跡Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ４１及び第二軌跡Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ４２の他方は、非円形状に形成されるので、球体２の自転軸の傾きを大きく変動させることができる。

また、第一軌跡２１，３１及び第二軌跡２２，３２は、非円形状に形成されるので、球体２の自転軸の傾きをさらに大きく変動させることができる。
また、非円形状は、複数の花弁部３３１，３３２，３３２を有する花冠形状、特に複数の花弁部３３１，３３２，３３２を有する花冠形状であるので、球体２の姿勢を頻繁に変化させることができる。
また、花冠形状の外接円は、円形状より大径であり、花冠形状の外接円の中心軸線Ｌ２は、円形状の中心軸線Ｌ１と同軸に位置し、花冠形状の内接円は、円形状より小径であり、花冠形状の内接円の中心軸線Ｌ２は、円形状の中心軸線Ｌ１と同軸に位置し、第一軌跡Ｖ１１と第二軌跡Ｖ１２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、花冠形状における各花弁部Ｆ１にて交差するので、球体２の自転軸の傾きの変動幅を大きくして球体２の姿勢を大きく変化させることができ、真球度を大幅に向上できる。

また、非円形状は、楕円形状であるので、球体２の姿勢を大きく変化させることができる。
また、非円形状は、楕円形状であり、楕円形状の中心軸線Ｌ２は、円形状の中心軸線Ｌ１と同軸に位置し、第一軌跡Ｖ４１と第二軌跡Ｖ４２とは、中心軸線Ｌ２（Ｌ１）方向から見た場合に、楕円の長軸と短軸の各間に位置する４箇所の角度にて交差する。これにより、球体２の自転軸の傾きの変動幅をさらに大きくして球体２の姿勢を大きく変化させることができ、真球度を大幅に向上できる。

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、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と直角な方向の少なくとも２軸方向に相対的に移動可能に基台１１に設けられ、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａをツルーイングするツルア６５と、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３を相対回転させて第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａにより球体２を研磨し、ツルア６５を２軸方向に相対的に移動させ且つ第一研磨盤２３を回転させながらツルア６５により第一研磨溝２３ａをツルーイングし、且つ、ツルア６５を２軸方向に相対的に移動させ且つ第二研磨盤３３を回転させながらツルア６５により第二研磨溝３３ａをツルーイングする制御装置１６と、を備える。これにより、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａを容易にツルーイングできる。

また、ツルア６５は、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１と直角な方向の軸線Ｘ２回りに回転する総型のロータリーツルアであるので、ツルーイングの制御が容易となる。
球体研磨装置１による球体研磨方法は、第一研磨溝及び第二研磨溝で研磨対象である球体を挟圧して、第一研磨盤及び第二研磨盤を相対的に回転させることで、球体を研磨加工する。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。

１：球体研磨装置、 ２：球体、 １１：基台、 １２：コラム、 １６：制御装置、 １７：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、 ６５：ツルア

Claims (10)

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、
   前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して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、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、
   前記第一研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
   前記第二研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
   前記第一研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第一軌跡とし、前記第二研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第二軌跡とし、
   前記第一軌跡及び前記第二軌跡は、非円形状に形成され、
   前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、径方向の距離が周方向において変化する関係を有する、球体研磨装置。
2. 前記第一軌跡の前記非円形状は、前記第一研磨盤の径方向外側に張り出た凸部と径方向内側に引っ込んだ凹部とが所定間隔で交互に出現する形状であり、前記第二軌跡の前記非円形状は、前記第二研磨盤の径方向外側に張り出た凸部と径方向内側に引っ込んだ凹部とが所定間隔で交互に出現する形状である、請求項１に記載の球体研磨装置。
3. 前記非円形状は、楕円形状である、請求項１に記載の球体研磨装置。
4. 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、
   前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して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、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、
   前記第一研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
   前記第二研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
   前記第一研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第一軌跡とし、前記第二研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第二軌跡とし、
   前記第一軌跡及び前記第二軌跡の一方は、円形状に形成され、
   前記第一軌跡及び前記第二軌跡の他方は、楕円形状に形成され、
   前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、径方向の距離が周方向において変化する関係を有する、球体研磨装置。
5. 前記楕円形状の中心軸線は、前記円形状の中心軸線と同軸に位置し、
   前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、楕円の長軸と短軸の各間に位置する４箇所の角度にて交差する、請求項４に記載の球体研磨装置。
6. 前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、複数箇所にて交差する、請求項１−５の何れか一項に記載の球体研磨装置。
7. 前記球体研磨装置は、
   前記第一研磨盤が設けられる基台と、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤に対して前記第一研磨盤の中心軸線方向及び中心軸線と直角な方向の少なくとも２ 軸方向に相対的に移動可能に前記基台に設けられ、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝をツルーイングするツルアと、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対回転させて前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝により前記球体を研磨し、前記ツルアを前記２軸方向に相対的に移動させ且つ前記第一研磨盤を回転させながら前記ツルアにより前記第一研磨溝をツルーイングし、且つ、前記ツルアを前記２軸方向に相対的に移動させ且つ前記第二研磨盤を回転させながら前記ツルアにより前記第二研磨溝をツルーイングする制御装置と、
   を備える、請求項１−６の何れか一項に記載の球体研磨装置。
8. 前記ツルアは、前記第一研磨盤の中心軸線と直角な方向の軸線回りに回転する総型のロータリーツルアである、請求項７に記載の球体研磨装置。
9. 球体研磨装置による球体研磨方法であって、
   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、
   前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して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、を備え、
   前記第一研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
   前記第二研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
   前記第一研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第一軌跡とし、前記第二研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第二軌跡とし、
   前記第一軌跡及び前記第二軌跡は、非円形状に形成され、
   前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、径方向の距離が周方向において変化する関係を有し、
   前記球体研磨方法は、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で研磨対象である球体を挟圧して、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。
10. 球体研磨装置による球体研磨方法であって、
    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、
    前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して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、を備え、
    前記第一研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
    前記第二研磨溝における中心軸線方向の断面の内周縁は、円弧状に形成され、
    前記第一研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第一軌跡とし、前記第二研磨溝の断面円弧中心による軌跡を第二軌跡とし、
    前記第一軌跡及び前記第二軌跡の一方は、円形状に形成され、
    前記第一軌跡及び前記第二軌跡の他方は、楕円形状に形成され、
    前記第一軌跡と前記第二軌跡とは、前記中心軸線方向から見た場合に、径方向の距離が周方向において変化する関係を有し、
    前記球体研磨方法は、前記第一研磨溝及び前記第二研磨溝で研磨対象である球体を挟圧して、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。

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