JP6743521B2 - 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、一対の盤体で球体を挟圧し、盤体を回転させて球体を研磨する球体研磨装置が記載されている。この球体研磨装置は、荷重及び時間の管理により球体研磨を行うようになっている。特許文献２には、対向する固定盤と回転盤とを備え、固定盤の環状溝と回転盤の環状溝との間に球体を配置し、回転盤を回転することにより球体を研磨する球体研磨装置が記載されている。この球体研磨装置は、変位センサにより回転盤の軸方向変位を計測して、研磨量を管理している。

特開昭６３−３４０６２号公報 特開２０１５−７７６５７号公報

特許文献１においては、荷重及び時間管理しており、球体に関する事象を直接管理していないので、球径が所望値にならないおそれがあった。また、特許文献２においては、変位センサは、回転盤に直接接触することにより、回転盤の軸方向変位を計測している。しかし、回転盤付近に変位センサを設置することは容易ではない。

本発明は、高精度な球径を得ると共に、変位センサの設置が容易とな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、前記第一研磨溝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し、前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上に設けられ、前記第一研磨盤に対して前記中心軸線回りに相対的に回転可能に設けられ、且つ、軸方向移動可能に設けられる第二研磨盤と、前記第二研磨盤を軸方向移動させるために軸方向力を発生する駆動装置と、前記第二研磨盤を支持する部材であり、前記駆動装置と前記第二研磨盤との間に介在し、前記駆動装置による軸方向力によって前記中心軸線方向に弾性変形する移動本体と、前記移動本体を計測対象とし、前記移動本体の軸方向変位を計測する変位センサと、前記第一研磨盤に対する前記第二研磨盤の軸方向移動によって前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重を計測する荷重センサと、前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対的に回転及び軸方向移動させて、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制御装置と、を備える。

（１．球体研磨装置）
そして、前記制御装置は、前記第二研磨盤を軸方向移動させる際に、前記荷重センサで計測する前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重がステップ状に変化する荷重となるように、且つ、各ステップにおいて一定荷重となるように制御し、前記変位センサで計測する前記移動本体の変位が所定値に達したら前記第二研磨盤の軸方向移動を停止する。

（２．球体研磨方法）
また、上記球体研磨装置を用いた球体研磨方法は、前記第一研磨溝と前記第二研磨溝との間に研磨対象である前記球体を配置する配置工程と、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つつ、前記第二研磨盤を軸方向移動させる際に、前記荷重センサで計測する前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重がステップ状に変化する荷重となるように、且つ、各ステップにおいて一定荷重となるように制御して、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、前記変位センサで計測する前記移動本体の変位が所定値に達したら前記第二研磨盤の軸方向移動を停止する研磨工程と、を備える。

（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方法によれば、変位センサは、移動本体の軸方向変位を計測することとした。ここで、移動本体は、第二研磨盤を支持する。従って、変位センサは、第二研磨盤から離れた位置に設置できるので、変位センサの配置自由度が高くなる。

さらに、変位センサは、第二研磨盤そのものの軸方向変位を計測するのではなく、第二研磨盤を支持する移動本体の軸方向変位を計測する。ここで、移動本体は、駆動装置による軸方向力によって中心軸線方向に弾性変形する部材である。そして、球体を研磨しているときには、移動本体には、軸方向力が付与された状態となる。そのため、球体研磨中には、移動本体は弾性変形している。つまり、変位センサが第二研磨盤とは異なる部材である移動本体の軸方向変位を計測する場合に、変位センサによる計測値は、移動本体の弾性変形の影響を受ける。

しかし、制御装置は、第二研磨盤を軸方向移動させる際に、移動本体の弾性変形量を一定とするために荷重センサによる計測荷重が一定荷重となるように制御している。そのため、変位センサによる計測値は、移動本体の弾性変形量は一定とされているため、移動本体の弾性変形の影響を受けないようにできる。従って、変位センサは、高精度に第二研磨盤の軸方向変位を計測できる。その結果、高精度な所定の球径を有する球体を得ることができる。

本実施形態の球体研磨装置の構成を示す図である。 球体研磨装置の制御装置のブロック構成を示す図である。 球体研磨装置による研磨加工動作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とに挟持される研磨加工前の球体の状態を示す断面図である。 第二本体部（第二研磨盤）の移動変位と球体の研磨量との関係を示す図である。 第一研磨盤と第二研磨盤の回転速度を示す図である。

（１．球体研磨装置の構成）
本実施形態の球体研磨装置について図１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球体２の表面を研磨する装置である。球体研磨装置１は、固定部材として基台１１、固定部材としてコラム１２、第一移動体１３、第二移動体１４、駆動装置として上下駆動機構１５、変位センサ１６、荷重センサ１７及び制御装置１８（図２に示す）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２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、移動本体として第二本体部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２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。

変位センサ１６は、例えばセパレート型の光学式のリニアスケールであり、発光素子１６ａと、図略の受光デバイスを有するスケール１６ｂ等とを備える。本実施形態では、発光素子１６ａは、第二本体部３１に取り付けられ、スケール１６ｂは、発光素子１６ａからの光を受光デバイスで受光可能にコラム１２又は基台１１に取り付けられる。

なお、発光素子１６ａをコラム１２又は基台１１に取り付け、スケール１６ｂを第二本体部３１に取り付けてもよい。この変位センサ１６は、計測対象として上下駆動機構１５による第二本体部３１の上下移動時の軸方向変位、すなわち第二研磨盤３３の軸方向変位を計測する。なお、変位センサ１６は、磁気式のリニアスケールでもよい。

荷重センサ１７は、例えばロードセルであり、第一本体部２１と基台１１の間に配置される。この荷重センサ１７は、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との間で発生する荷重、すなわち球体２に掛ける荷重を計測する。

（２．制御装置の構成）
図２に示すように、制御装置１８は、変位演算部５１と、記憶部５２と、加工停止部５３と、モータ制御部５４と、流体圧調整部５５を備える。
変位演算部５１は、変位センサ１６及び荷重センサ１７と接続され、荷重センサ１７での計測荷重が所定値になったとき、変位センサ１６での計測を開始して第二本体部３１（第二研磨盤３３）の上下移動時の軸方向変位を演算する。

記憶部５２には、予め求めた第二本体部３１（第二研磨盤３３）の上下移動時の軸方向変位と球体２の研磨量との相関関係が研磨量データとして記憶されている。図４に示すように、第一研磨盤２３と第二研磨盤３３とに挟持されている球体２は、研磨加工前は球径Ｄが大きく、研磨加工が進むに従って球径Ｄは小さくなる。

すなわち、球体２の研磨加工前の球径Ｄを研磨加工後に狙いとする球径ｄにするには、（Ｄ−ｄ）の研磨量を研磨加工すればよい。そこで、第二本体部３１（第二研磨盤３３）の上下移動時の移動変位と球体２の研磨量との相関関係を、図５に示すような研磨量データとして予め求めておくことにより、球体２の研磨量を所定値、すなわち球体２の球径を所定値にすることができる。

加工停止部５３は、記憶部５２から研磨量データを読み出し、変位演算部５１で求めた第二本体部３１（第二研磨盤３３）の上下移動時の軸方向変位が設定値、すなわち狙いとする球体２の研磨量（球径）に対応する軸方向変位に達したとき、球体２の研磨加工を停止する。

モータ制御部５４は、各モータ２５，３５，４１を制御する。つまり、モータ制御部５４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５４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５４がモータ４１を回転駆動することにより、第二本体部３１が上下動する。

また、モータ制御部５４は、研磨加工中において荷重センサ１７からの計測荷重に基づいて、モータ４１を回転駆動して第二本体部３１を下降させる。また、モータ制御部５４は、加工停止部５３からの研磨加工中止指令を入力したら、各モータ２５，３５，４１の回転駆動を停止し、モータ４１を回転駆動して第二本体部３１を上昇する。

流体圧調整部５５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５５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５５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。

また、第一，第二オリフィス絞り２４ｄ，３４ｄの位置を可変とすることにより、第一，第二静圧軸受２４，３４の流体圧を可変とした。この他に、流体圧調整部５５は、第一，第二静圧軸受２４，３４への流体供給源による供給される流体圧を調整することもできる。

（３．球体研磨装置の基本構成による効果）
変位センサ１６は、第二研磨盤３３を支持する第二本体部３１の軸方向変位を計測するので、変位センサ１６は、第二研磨盤３３から離れた位置に設置できる。よって、変位センサ１６の配置自由度が高くなる。

また、球体研磨装置１による球体研磨中において、球体２に掛ける荷重を一定にしておかないと、研磨加工が進むに従って第二本体部３１等の各部材の変形度合が変わり、変位センサ１６による計測変位の変動が発生することになる。そこで、本実施形態の球体研磨装置１は、基台１１に取り付けた荷重センサ１７で球体２に掛かる荷重を計測し、球体研磨中においては球体２に掛かる荷重を一定にして変位センサ１６による計測変位の変動を抑制している。

さらに、第二本体部３１は、第二研磨盤３３の回転によっては回転しないので、第二研磨盤３３の回転による振れが発生しても変位センサ１６による計測変位の変動は殆ど発生しない。従って、変位センサ１６は、高精度に移動本体３１の軸方向変位を計測できる。その結果、高精度な所定の球径を有する球体２を得ることができる。

（４．球体研磨装置を用いる球体の研磨方法）
次に、球体研磨装置１を用いる球体の研磨方法について、図３を参照して説明する。先ず、制御装置１８は、研磨加工が可能な状態に準備する（図３のステップＳ１）。具体的には、制御装置１８の流体圧調整部５５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。制御装置１８のモータ制御部５４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、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。研磨素材である複数の球体２については、作業者が予め各球２の球径を測定して平均球径を求めておく。そして、モータ制御部５４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に接触する状態とする。以上により球体２の研磨が可能な状態になる。

続いて、制御装置１８は、研磨加工を開始する（図３のステップＳ２）。具体的には、モータ制御部５４は、荷重センサ１７で計測した計測荷重が所定値になるまでモータ４１を低速で駆動して、第二移動体１４を下方へ徐々に移動させる。そして、モータ制御部５４は、荷重センサ１７で計測した計測荷重が所定値に達したら、第一モータ２５及び第二モータ３５を制御して、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。

このときの第一、第二研磨盤２３，３３の回転速度Ｎ１，Ｎ２について、図６を参照して説明する。図６において、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及び第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２は、一定値に制御される。そして、第一研磨盤２３の回転速度Ｎ１の絶対値｜Ｎ１｜と第二研磨盤３３の回転速度Ｎ２の絶対値｜Ｎ２｜は、式（２）示すように、同一である。

そして、制御装置１８の変位演算部５１は、荷重センサ１７で計測した計測荷重が所定値に達したときを変位計測開始位置とし、変位センサ１６で計測した第二本体部３１（第二研磨盤３３）の軸方向変位を入力する（図３のステップＳ３）。変位演算部５１は、入力した計測変位に基づいて、第二本体部３１（第二研磨盤３３）の変位計測開始位置からの軸方向変位を演算する（図３のステップＳ４）。

変位演算部５１は、記憶部５２から研磨量データを読み出し、第二本体部３１（第二研磨盤３３）の変位計測開始位置からの軸方向変位が所定値、すなわち狙いとする球体２の研磨量に対応する第二本体部３１（第二研磨盤３３）の軸方向変位に達したか否かを判断する（図３のステップＳ５）。そして、変位演算部５１は、第二本体部３１（第二研磨盤３３）の変位計測開始位置からの軸方向変位が所定値に達していないときは、ステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返し、第二本体部３１（第二研磨盤３３）の変位計測開始位置からの軸方向変位が所定値に達したときは、制御装置１８の加工停止部５３に所定変位到達信号を送出する。

加工停止部５３は、変位演算部５１からの所定変位到達信号により、研磨停止指令をモータ制御部５４及び流体圧調整部５５に送出する。モータ制御部５４は、第一モータ２５及び第二モータ３５を駆動停止して、第一研磨盤２３の回転及び第二研磨盤３３の回転を停止するとともに、モータ４１を駆動停止して第二本体部３１（第二研磨盤３３）の下方への移動を停止する。

モータ制御部５４は、モータ４１を先ほどとは逆回転で駆動して第二本体部３１（第二研磨盤３３）を上方へ移動させた後にモータ４１を駆動停止する。そして、流体圧調整部５５は、第一、第二静圧軸受２４，３４の流体圧の設定を解除し、研磨加工を完了して（図３のステップＳ６）、全ての処理を終了する。以上により、高精度な球径（平均径）を有する球体２を得ることができる。

（５．その他）
上述の実施形態では、変位センサ１６で第二本体部３１（第二研磨盤３３）の軸方向変位を計測する構成としたが、モータ４１の回転角をエンコーダで検出し、検出したモータ４１の回転角に基づいて第二本体部３１（第二研磨盤３３）の軸方向変位を計測するように構成してもよい。

また、荷重センサ１７で計測する第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との間の荷重は、研磨加工中は一定となるように制御したが、第二本体部３１（第二研磨盤３３）の軸方向変位基準、すなわち球体２の研磨量基準で第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との間の荷重をステップ状に変化させるように制御してもよい。例えば、荒研磨加工、中仕上げ研磨加工、仕上げ研磨加工の順に研磨加工を行う場合は、この順に第一研磨盤２３と第二研磨盤３３との間の荷重をステップ状に低減させる制御を行う。

（６．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、第一研磨溝２３ａ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を有し、第一研磨盤２３の中心軸線Ｌ１と同軸上に設けられ、第一研磨盤２３に対して中心軸線Ｌ２回りに相対的に回転可能に設けられ、且つ、軸方向移動可能に設けられる第二研磨盤３３と、第二研磨盤３３を軸方向移動させるために軸方向力を発生する駆動装置１５と、第二研磨盤３３を支持する部材であり、駆動装置１５と第二研磨盤３３との間に介在し、駆動装置１５による軸方向力によって中心軸線Ｌ２方向に弾性変形する移動本体（第二本体部３１）と、移動本体（第二本体部３１）を計測対象とし、移動本体（第二本体部３１）の軸方向変位を計測する変位センサ１６と、第一研磨盤２３に対する第二研磨盤３３の軸方向移動によって第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３の間で発生する荷重を計測する荷重センサ１７と、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３を相対的に回転及び軸方向移動させて、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａにより球体２を研磨する制御装置１８と、を備える。

そして、制御装置１８は、第二研磨盤３３を軸方向移動させる際に移動本体（第二本体部３１）の弾性変形量を一定とするために荷重センサ１７による計測荷重が一定荷重となるように制御し、変位センサ１６による計測変位に基づいて第二研磨盤３３の軸方向移動を制御する。
変位センサ１６は、移動本体（第二本体部３１）の軸方向変位を計測することとした。ここで、移動本体（第二本体部３１）は、第二研磨盤３３を支持する。従って、変位センサ１６は、第二研磨盤３３から離れた位置に設置できるので、変位センサ１６の配置自由度が高くなる。

さらに、変位センサ１６は、第二研磨盤３３そのものの軸方向変位を計測するのではなく、第二研磨盤３３を支持する移動本体（第二本体部３１）の軸方向変位を計測する。ここで、移動本体（第二本体部３１）は、駆動装置１５による軸方向力によって中心軸線Ｌ２方向に弾性変形する部材である。そして、球体２を研磨しているときには、移動本体（第二本体部３１）には、軸方向力が付与された状態となる。そのため、球体研磨中には、移動本体（第二本体部３１）は弾性変形している。つまり、変位センサ１６が第二研磨盤３３とは異なる部材である移動本体（第二本体部３１）の軸方向変位を計測する場合に、変位センサ１６による計測値は、移動本体（第二本体部３１）の弾性変形の影響を受ける。

しかし、制御装置１８は、第二研磨盤３３を軸方向移動させる際に、移動本体（第二本体部３１）の弾性変形量を一定とするために荷重センサ１７による計測荷重が一定荷重となるように制御している。そのため、変位センサ１６による計測値は、移動本体（第二本体部３１）の弾性変形量は一定とされているため、移動本体（第二本体部３１）の弾性変形の影響を受けないようにできる。従って、変位センサ１６は、高精度に第二研磨盤３３の軸方向変位を計測できる。その結果、高精度な所定の球径を有する球体２を得ることができる。

また、移動本体（第二本体部３１）は、第二研磨盤３３を回転可能に支持し、変位センサ１６は、回転しない移動本体（第二本体部３１）を計測対象とする。移動本体（第二本体部３１）は、第二研磨盤３３の回転によっては回転しないので、第二研磨盤３３の回転による振れが発生しても変位センサ１６による計測変位の変動は殆ど発生しない。従って、変位センサ１６は、高精度に移動本体（第二本体部３１）の軸方向変位を計測できる。その結果、高精度な所定の球径を有する球体２を得ることができる。

また、球体研磨装置１は、移動本体（第二本体部３１）を中心軸線Ｌ２方向に移動可能に支持する固定部材（基台１１又はコラム１２）を備え、変位センサ１６は、固定部材（基台１１又はコラム１２）又は移動本体（第二本体部３１）に設けられ、固定部材（基台１１又はコラム１２）と移動本体（第二本体部３１）との相対的な軸方向変位を計測する。変位センサ１６が固定部材（基台１１又はコラム１２）又は移動本体（第二本体部３１）に設けられるため、変位センサ１６の設置が容易となる。また、固定部材（基台１１又はコラム１２）と移動本体（第二本体部３１）の相対的な軸方向変位を計測するため、変位センサ１６による計測が安定する。

また、中心軸線Ｌ１，Ｌ２は、鉛直方向に平行である。仮に、中心軸線Ｌ１，Ｌ２が水平方向に平行である場合には、移動本体（第二本体部３１）及び第二研磨盤３３は、固定部材（基台１１又はコラム１２）に対して、水平方向に移動する。そのため、移動本体（第二本体部３１）は、梁のたわみのように弾性変形する。梁において、梁の固定位置と梁が受ける荷重位置との関係によって、梁のたわみ量が変化する。梁が受ける荷重とは、外部荷重のみならず、自重も含む。そのため、移動本体（第二本体部３１）が、移動本体（第二本体部３１）の自重による荷重、及び、第二研磨盤３３の自重による荷重によって、移動本体（第二本体部３１）が梁のたわみのように弾性変形すると、固定部材（基台１１又はコラム１２）に対する移動本体（第二本体部３１）の位置によって弾性変形量が変化するおそれがある。

一方、中心軸線Ｌ１，Ｌ２が鉛直方向に変更とすることで、移動本体（第二本体部３１）及び第二研磨盤３３は、固定部材（基台１１又はコラム１２）に対して、鉛直方向に移動する。そのため、移動本体（第二本体部３１）は、主として座屈するような弾性変形となる。この場合、移動本体（第二本体部３１）は、上記のような梁のたわみのような弾性変形は生じない。従って、固定部材（基台１１又はコラム１２）に対する移動本体（第二本体部３１）の位置によって、移動本体（第二本体部３１）の弾性変形量が変化することもない。結果として、変位センサ１６は、研磨量に相当する移動本体（第二本体部３１）の変位を計測できる。

また、上記球体研磨装置１を用いた球体研磨方法は、第一研磨溝２３ａと第二研磨溝３３ａとの間に研磨対象である球体２を配置する配置工程と、第二研磨盤３３を軸方向移動させる際に移動本体（第二本体部３１）の弾性変形量を一定とするために荷重センサ１７による計測荷重が一定荷重となるように制御し、変位センサ１６による計測変位に基づいて第二研磨盤３３の軸方向移動を制御しつつ、第一研磨盤２３及び第二研磨盤３３を相対的に回転させて、第一研磨溝２３ａ及び第二研磨溝３３ａにより球体２を研磨する研磨工程と、を備える。これにより、上述の球体研磨装置１で得られる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、 １６：変位センサ、 １７：荷重センサ、 １８：制御装置、 ２１：第一本体部、 ２３：第一研磨盤、 ２３ａ：第一研磨溝、 ３１：第二本体部 ３３：第二研磨盤、 ３３ａ：第二研磨溝、 ５１：変位演算部、 ５２：記憶部、 ５３：加工停止部

Claims (5)

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、
   前記第一研磨溝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し、前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上に設けられ、前記第一研磨盤に対して前記中心軸線回りに相対的に回転可能に設けられ、且つ、軸方向移動可能に設けられる第二研磨盤と、
   前記第二研磨盤を軸方向移動させるために軸方向力を発生する駆動装置と、
   前記第二研磨盤を支持する部材であり、前記駆動装置と前記第二研磨盤との間に介在し、前記駆動装置による軸方向力によって前記中心軸線方向に弾性変形する移動本体と、
   前記移動本体を計測対象とし、前記移動本体の軸方向変位を計測する変位センサと、
   前記第一研磨盤に対する前記第二研磨盤の軸方向移動によって前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重を計測する荷重センサと、
   前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤を相対的に回転及び軸方向移動させて、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制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記第二研磨盤を軸方向移動させる際に、前記荷重センサで計測する前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重がステップ状に変化する荷重となるように、且つ、各ステップにおいて一定荷重となるように制御し、前記変位センサで計測する前記移動本体の変位が所定値に達したら前記第二研磨盤の軸方向移動を停止する、球体研磨装置。
2. 前記移動本体は、前記第二研磨盤を回転可能に支持し、
   前記変位センサは、回転しない前記移動本体を前記計測対象とする、請求項１に記載の球体研磨装置。
3. 前記球体研磨装置は、前記移動本体を前記中心軸線方向に移動可能に支持する固定部材を備え、
   前記変位センサは、前記固定部材又は前記移動本体に設けられ、前記固定部材と前記移動本体との相対的な軸方向変位を計測する、請求項２に記載の球体研磨装置。
4. 前記中心軸線は、鉛直方向に平行である、請求項３に記載の球体研磨装置。
5. 球体研磨装置を用い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、
   前記第一研磨溝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し、前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上に設けられ、前記第一研磨盤に対して前記中心軸線回りに相対的に回転可能に設けられ、且つ、軸方向移動可能に設けられる第二研磨盤と、
   前記第二研磨盤を軸方向移動させるために軸方向力を発生する駆動装置と、
   前記第二研磨盤を支持する部材であり、前記駆動装置と前記第二研磨盤との間に介在し、前記駆動装置による軸方向力によって前記中心軸線方向に弾性変形する移動本体と、
   前記移動本体を計測対象とし、前記移動本体の軸方向変位を計測する変位センサと、
   前記第一研磨盤に対する前記第二研磨盤の軸方向移動によって前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重を計測する荷重センサと、
   を備え、
   前記球体研磨方法は、
   前記第一研磨溝と前記第二研磨溝との間に研磨対象である前記球体を配置する配置工程と、
   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つつ、前記第二研磨盤を軸方向移動させる際に、前記荷重センサで計測する前記第一研磨盤及び前記第二研磨盤の間で発生する荷重がステップ状に変化する荷重となるように、且つ、各ステップにおいて一定荷重となるように制御して、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、前記変位センサで計測する前記移動本体の変位が所定値に達したら前記第二研磨盤の軸方向移動を停止する研磨工程と、
   を備える、球体研磨方法。

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