專利名稱：研磨設備和研磨方法
技術領域：
本發明涉及一種研磨設備和研磨方法，更具體地說，本發明涉及一種使用研磨磨料膜(在下文中稱為“研磨膜”或“膜”)作為工具的研磨設備和研磨方法。
背景技術：
近年來對于高精度工件的需求的發展已經引起對使用研磨膜完成超磨光的注意。
如日本專利申請審定公開號No.7-237116中所披露的，對于超磨光來說，將研磨膜的研磨面壓在背部具有推擠底板的工件上，使得工件轉動并且振動以對其進行研磨。
發明內容
研磨膜的研磨面具有粘附于其上的大量磨粒，并且易于很快成塊，導致研磨性的惡化。
在考慮了以上問題的基礎上作出了本發明。因此本發明的一個目的是提供一種可克服所述退化的研磨設備和研磨方法。
為了實現該目的，依照本發明的一個方面，研磨設備包括研磨膜、被構成得用于供給所述膜的膜進料器、被構成得使得工件轉動的第一驅動裝置、被構成得使得所述工件相對于所述膜運動的第二驅動裝置、底板組、被構成得用于操控底板組以將所述膜壓在工件上的底板組操控器，以及被構成得用于延緩所述膜的研磨性退化的退化延緩器。
依照本發明的另一個方面，研磨方法包括供給研磨膜、使得工件轉動、使得所述工件相對于所述膜運動、操控底板組以將所述膜壓在工件上，以及延緩所述膜的研磨性的退化。
當結合附圖閱讀以下詳細描述時，從所述描述中將更全面地理解本發明的上述和其他目的和新穎特征，其中圖1是本發明第一實施例所涉及的研磨設備的左側視圖；圖2是圖1設備的研具的閉合狀態的后視圖；圖3是圖2研具的打開狀態的后視圖；圖4是圖2中“A”的詳圖；圖5是圖2研具的膜供給時限圖；圖6是第一實施例的第一變型所涉及的研磨設備的研具的膜供給時限圖；圖7是第一實施例的第二變型所涉及的研磨設備的研具的膜供給時限圖；圖8是第一實施例的第三變型所涉及的研磨設備的研具控制系統的視圖；圖9是本發明第二實施例所涉及的研磨設備的研具的閉合狀態的后視圖；圖10是圖9研具的打開狀態的后視圖；圖11是第二實施例的第一變型所涉及的研磨設備的研具的膜清潔器的截面圖；圖12是第二實施例的第二變型所涉及的研磨設備的研具的膜清潔器的截面圖；圖13是第二實施例的第三變型所涉及的研磨設備的研具的膜清潔器的截面圖；圖14是本發明第三實施例所涉及的研磨設備的左側視圖；圖15是圖14設備的研具的閉合狀態的后視圖；圖16是圖15研具的打開狀態的后視圖；圖17是圖15研具的上部或下部研具的截面圖；圖18是沿圖17的線“C1”-“C1”所截的截面圖；圖19是第三實施例的一個變型所涉及的研磨設備的研具的上部研具的底板殼的截面圖；
圖20是沿圖19的線“C2”-“C2”所截的截面圖；圖21是本發明第四實施例所涉及的研磨設備的研具的閉合狀態的后視圖；圖22是圖21研具的打開狀態的后視圖；圖23是圖21中“D”的詳圖；圖24是本發明第五實施例所涉及的研磨設備的研具的閉合狀態的后視圖；圖25是圖24中研具的“E”的詳圖；圖26是圖24中研具的膜的截面圖；圖27是第五實施例的第一變型所涉及的研磨設備的研具的閉合狀態的側視圖；圖28是圖27研具的特征曲線圖；圖29是第五實施例的第二變型所涉及的研磨設備的閉合狀態的側視圖；圖30是本發明第六實施例所涉及的研磨設備的左側視圖；圖31是圖30設備的研具的閉合狀態的后視圖；圖32是圖31研具的打開狀態的后視圖；圖33是圖31中“F”的詳圖；圖34是圖31研具的上部研具元件的后視圖，其中元件沿CW(順時針方向)振動；圖35是沿CCW(逆時針方向)振動的上部研具元件的后視圖；圖36是圖30設備的工件的透視圖；圖37是圖31研具處的工件的橫截面圖；圖38是圖31研具的控制系統的視圖；圖39是第六實施例的一個變型所涉及的研磨設備的研具的后視圖；以及圖40A到40D是圖39研具的上部研具的后視圖，其中上部研具正在浮動以追蹤工件。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發明的六個實施例，以及其一些變型。相同的元件或器件用相同的附圖標記表示。
(第一實施例)現在將參照圖1到圖5對本發明的第一實施例進行描述。
圖1示出了正交X-Y-Z坐標系所限定的三維空間中的第一實施例所涉及的作為機加工工具的研磨設備100，其中設備100具有平行于X-軸的加工縱向、平行于Y-軸的加工橫向、以及沿Z-軸的加工高度。
研磨設備100包括固定于地基(未示出)的機架FR、安裝于機架FR上并被構成得以滑動的方式相對于機架FR縱向位移的下部臺27，以及一對前后上部臺26，所述前后上部臺26分別被安裝于下部臺27上并被構成得以滑動的方式相對于下部臺27橫向位移。臺26、27具有受控于NC(數字控制)控制器C(用作研磨性退化延緩器的制導系統)的螺旋進給系統(未示出)。
前上部臺26具有安裝于其上并裝有可與夾盤23一起轉動的軸21的頭座22。后上部臺26具有安裝于其上并裝有中心部分25a的尾座25。夾盤23適合于夾緊工件W(例如，圖1中所示的曲軸)的一個縱向端部，與支撐工件W另一個縱向端部的中心部分25a合作，以便于將該工件W設置在用于研磨的位置中。
軸驅動馬達M1通過傳動帶24驅動所述軸21以使其轉動。由編碼器S1檢測(根據角位移和/或角速度或rpm(每分鐘轉動次數))軸21的轉動，編碼器S1的檢測信號被輸入到控制器C中。當馬達M1通過命令線La受控于控制器C時，所述工件W被控制得在夾盤23與中心部分25a之間繞其縱向軸轉動。
因此，構成NC-控制的橫向轉動驅動機構20的“以可操作的方式連接的馬達M1、帶24與軸21的組合”驅動工件W以使其轉動，所述橫向轉動驅動機構20可包括編碼器S1，并且包含夾盤23與中心部分25a以構成工件夾具。
下部臺27通常被一組作為壓縮于臺27的后端和機架FR的相對元件之間的平行彈性元件的彈簧34向前偏壓，以使得臺27的前端與裝配或固定于偏心驅動軸33a上的圓形凸輪盤33的圓周相接觸。驅動馬達M2通過齒輪組33b驅動所述軸33a以使其轉動。由編碼器S2檢測(根據角位移和/或角速度或rpm)軸33a的轉動，編碼器S2的檢測信號被輸入到控制器C中。馬達M2通過命令線Lb受控于控制器C。當凸輪33繞著軸33a離心地轉動時，下部臺27被驅動得與其上的上部臺26以及座22、25一起往復縱向移動。
因此，構成NC-控制的縱向往復或振動的驅動機構30的“馬達M2、齒輪組33b、軸33a、凸輪33以及彈簧34的協作組合”使得夾持在夾盤23與中心部分25a之間的工件W縱向振動，所述驅動機構30可包括編碼器S2、上部和下部臺26、27，以及座22、25。
工件W的振動具有取決于偏心軸33a的偏移量的振幅，所述偏移量即，凸輪33的地理中心與軸33a的轉動軸之間的距離。每單位時間的振動數量取決于馬達M2的rpm，并且振動的瞬時速度取決于偏移量乘以馬達rpm的余弦。最好通過在軸33a與松配合凸輪33的安裝孔之間插入間隔片或調整片而調節偏移量，或通過使用在可控流體壓力下可延展的距離元件而調節偏移量。
如果需要的話，工件W可已被模制或軋制、擠壓、變形和/或焊接并且切削、碾磨、鉆孔和/或磨光，以便于在研磨設備100處被加工(例如，精細修光或磨光以便于超表面磨光)。工件W具有將在那里(在100處)被加工的總數為I(I＝預定整數)的部分{W1(例如，軸頸)、W2(例如，銷)、W3，……、Wi(i＝任意整數；1≤i≤I)}，其中部分Wi在例如材料、可加工性、空間位置、曲線的外圍形狀和/或表面粗糙度方面可具有彼此不同的加工條件。在本實施例中，為了便于理解，假定外圍形狀為圓形。
由總數為J(J＝預定整數；J≤I)的選擇性的并且可移除或可更換的研具{100-1、100-2、100-3、……、100-j(j＝任意整數；1≤j≤J)、……、100-J}的縱向陣列實現對于工件W的研磨，所述研具每個都由一對橫向延伸的上部和下部研具110構成。J個研具100-j通過命令線Lc(如果需要的話，可被分支，例如分成為支線Lc1、Lc2、Lc3、……、Lcj、……、LcJ)可同步地或不同步地受控于控制器C。在本實施例中，為了便于理解，假定J＝I，并且所述控制為同步的。
圖2示出了設備100的研具100-j的閉合狀態、圖3示出了研具100-j的打開狀態。圖4是圖2中“A”的詳圖。
研具100-j由以下部分構成適合于使用供給長度的研磨膜1以協作的方式研磨工件部分Wi的上部和下部研具110；適合于控制膜1的供給的膜供給系統FF1；以及流體壓力(例如，液壓或氣壓)缸13，所述壓力缸13在控制器C的控制下可操作，用于上部和下部研具110的豎直驅動，以使其分別繞著沿加工-縱向延伸的上部和下部支撐銷14沿CW(順時針方向)和CCW(逆時針方向)振動，以便于研具100-j的打開-閉合操作。支撐銷14被固定于機架FR的適當元件上。
上部和下部研具110分別形成有沿加工-橫向延伸的上部和下部推臂11、12。上部和下部推臂11、12在它們的上部和下部支撐銷14上的彼此接近的凸出中央部11a、12a處樞轉。推臂11、12還在它們的橫向延伸銷13a、13b上的Z形彎曲或直的右側延伸部分11b、12b的遠端處樞轉，所述延伸部分11b、12b被固定于流體壓力缸13的缸蓋13a和活塞桿13b的遠端。
推臂11、12分別具有上部和下部左側延伸部分11c、12c以起到膜擠壓元件(2)的固定器的推動器的作用，左側延伸部分11c、12c在軸21(圖1)的軸向中心線以外延伸，在平面圖中垂直地與中心線和工件部分Wi相交。上部和下部左側延伸部分11c、12c在它們的相對側處分別形成有用于容納以可豎直滑動的方式裝配于其中的底板殼3(作為擠壓元件固定器)的上部和下部左側凹槽11d、12d，以及用于容納固定于其中的上部和下部膜輥R3的上部和下部右側凹槽11e、12e。左側延伸部分11c、12c在其豎直外側處裝有上部和下部橢圓形凸輪16，并且具有分別形成于豎直外側與上部和下部左側凹槽11d、12d的底部之間的上部和下部通孔11f、12f，所述通孔11f、12f用于通常被偏壓以沿其滑動的上部和下部推桿11g、12g的插入，以跟隨上部和下部凸輪16的移動。
通過人工操作或在控制器C的NC控制下，凸輪16以可轉動的方式被裝配于固定在左側延伸部分11c、11d和控制器C的支撐軸(未示出)上，以便于轉動以豎直向內地推動底板殼3。每個凸輪16的轉動都可被檢測并輸入到控制器C。
上部和下部底板殼3在其相對側處形成有沿橫向延伸的上部和下部弧形凹槽3a、3b(圖3)，并且具有沿橫向延伸的第一、第二和第三底板2a、2b和2c(作為膜擠壓元件)的一對上部和下部組2，所述第一、第二和第三底板2a、2b和2c被構成得其橫截面基本為梯形的并且沿弧形間隔T(圖4)被嵌在底板殼3中，以便于由這些殼3以及由臂11、12固定。底板2a、2b和2c的暴露面被構成為截面為弧形的，具有弧形寬度或弧長L(圖4)，以便于與待研磨的工件部分Wi的相應表面區域共形。底板2a、2b和2c由橡膠、合成樹脂、金屬(例如，鋁)或金屬合金構成以便于具有研磨所需的足夠剛性。
因此，在研具100-j中，構成作為底板推動機構40的底板組操控器的“底板殼3、桿11g或12g、凸輪16、臂11或12、缸13以及銷14的組合”使得每個底板組2都共形地推壓工件部分Wi，其中膜1被擠壓于其間，所述底板推動機構40包括起到推動力調節器或調整器15作用的“桿11g或12g與凸輪16的組合”。調整器15可由受控于控制器C的液壓或氣壓缸取代。
研磨膜1(參照圖26)被提供為卷繞長度的帶狀的具有良好撓性但不可延展的薄層或疊層(稱作“襯底”)SB，所述薄層或疊層SB具有作為用于被壓在待研磨工件部分Wi上的磨料前或右側的面Sf，以及作為當底板殼3以及臂11、12推動底板2時將受底板2擠壓的光滑的后或反面的背面Sb。襯底SB至少在其面Sf(例如圖26中的1a)處是用聚酯制成的，并且具有約25μm到130μm范圍內的厚度。沿著長度或膜1間隔處的間斷式長度，襯底SB的面Sf具有嵌在其中或通過粘合劑作為粘附體附于其上的均勻分布的顆粒AP(例如圖26中的1c)。磨粒AP是由研磨材料(例如氧化鋁、碳化硅、金剛石)制成的，并且具有幾μm到大約200μm范圍內的顆粒尺寸。在背面Sb(例如圖26中的1b)處，襯底SB是用防滑材料(例如橡膠、合成樹脂)制成的，它可為粗糙的或被加工或處理以便于防滑。
將膜供給系統FF1形成為具有用于放松被供應以用于研磨的膜1的長度的膜供帶盤5、用于在研磨之后卷繞待卷起的膜1的長度的膜卷帶盤6、以及用于協助膜供給和/或在不約束或干擾的情況下改變膜供給方向的必要數量的膜供給輥Rk(k＝1、2、3、4、5)。供帶盤5、卷帶盤6、供給輥Rk由架FR(圖1)、上部臂11或下部臂12支撐。架FR支撐供帶盤5、卷帶盤6、供應協助輥R4以及卷繞協助輥R5。
上部和下部臂11、12具有一對固定于其左側延伸部分11c、12c左端的豎直延伸并且較長的上部和下部輥支撐元件11h、12h，以及設在左側延伸部分11c、12c的上部和下部右側凹槽11e、12e中的一對較短的上部和下部輥支撐部分11i、12i。上部輥支撐元件11h被構成得用于支撐一對供應側方向改變的上部和下部輥R1，所述輥R1用于協助所供給長度的膜1，以使其繞過臂11的上部左側延伸部分11c、進入到上部和下部左側延伸部分11c、12c之間的空間Sp中，并且在空間Sp或相關縫隙中沿向右向前的方向前進。下部輥支撐元件12h被構成得用于支撐一對卷繞側方向改變的上部和下部輥R2，所述輥R2用于協助所供給的膜1的長度，以使其在空間Sp或相關縫隙中沿著向左向后的方向后退、從空間Sp中退出，并且繞過下部左側延伸部分12c。上部和下部輥支撐部分11i、12i被構成得用于支撐一對供給方向改變上部和下部輥R3，所述輥R3用于協助所供給的長度膜1，以使其返回到空間Sp中。
膜供給系統FF1包括用于驅動卷帶盤6以使其轉動以纏繞或卷起膜1(使得供帶盤5放松被供給的一段長度的膜1)的驅動馬達M3，以及用于檢測馬達M3轉動的轉動編碼器S3。馬達M3通過其間(參照圖8)的命令線(Lcj)受控于控制器C。編碼器S3的檢測信號被輸入到控制器C。供帶盤5也可由另一個設有轉動編碼器并受控于控制器C的驅動馬達驅動以轉動，所述控制器C與馬達M3同步。
膜供給系統FF1還包括一對上部和下部鎖定裝置7(圖4)分別用于將膜1的供給部分f鎖定在供給側(在盤5和輥R4、R1或R3之間)和卷帶側(在輥R3、R2或R5和盤6之間)。鎖定裝置7受控于控制器C(圖1)，以使得膜1在供給側和卷帶側如所需要的那樣被拉緊。類似的鎖定裝置可被安置于盤5和輥R4或R1或輥R1、R3之間以及輥R3、R2或輥R2或R5和盤6之間。
當在輥R1-R3和R3-R2之間被拉緊時，膜1在如圖3中在液壓缸13收縮時研具100-j被打開的位置處被拉直。當如圖2中所示的在液壓缸13延展而研具被關閉時，膜1被壓縮在底板2a、2b和2c的任一組2與工件部分Wi之間，當驅動機構30(圖1)沿加工縱向使得工件W振動時，與工件部分Wi的表面區域共形地彎曲以便于被上部和下部研具110研磨。
在該實施例中，膜供給系統FF1適合于一系列間斷的供給膜1以使得膜1用其間的間隔在每個底板組2處進行研磨操作。為了有效地研磨以及有效地使用膜1，通過設定底板寬度L和底板間隔T與供給部分f的比率，將研具100-j構成得在每次操作中防止膜區域的重復使用，以使得T∶L∶f＝n∶1∶n，其中n是與操作有關的底板數量，即，在每個底板組2中的數量。
圖5示出了研具100-j處的膜供給時限。其中n＝3，T＝3×L，并且f＝3×L(＝f1)。
在第一次操作中，當工件W振動時，第一、第二和第三底板2a、2b和2c沿其弧形暴露面具有寬度為L的第一、第二和第三帶點的工作區段Wp(2a的p＝1、2b的p＝2、2c的p＝3)，在這種情況下膜1具有用于面Sf處研磨操作的寬度為L的陰影區(參照圖26)。第一底板2a覆蓋第一工作區段Wp(p＝1)，并且使用相應的膜區域17，第一底板2a目前是相關的。
在第一次操作之后，第一供給部分使得膜1移動一個距離f1＝3×L，從而膜區域17的右側位移到第二工作區段Wp(p＝2)左側的相鄰位置，以使得膜區域17覆蓋第二工作區段Wp(p＝2)后面的L寬度區域尾部。
在第二次操作中，剛好在以上提及的尾部區域的前面，第二底板2b使用相應的新膜區域以便于研磨。
在第二次操作之后，第二供給部分使得膜1移動另一個距離f1，從而膜區域17的右側位移到剛好在第三工作區段Wp(p＝3)后面的尾部區域的左側的相鄰位置，以使得膜區域17覆蓋第三工作區段Wp(p＝3)后面的另一個尾部區域后的L寬度區域尾部。
在第三次操作中，剛好在上述另一個尾部區域的前面，第三底板2c使用相應的新膜區域以便于研磨。
在第三次操作之后，第三供給部分使得膜1移動另一個距離f1，從而膜區域17的右側位移到剛好在第三工作區段Wp(p＝3)前面的前面區域右側的位置，以使得區域17覆蓋前面區域。
在第四次操作中，剛好在以上提及的前面區域的后面，第三底板2c使用相應的新膜區域以便于研磨。
在第四次操作之后，第四供給部分使得膜1移動另一個距離f1，從而膜區域17的右側位移到第三工作區段Wp(p＝3)前面的超越區域右側的位置，在其間連接有三個L寬度區域，以使得膜區域17覆蓋所述超越區域。
在第五次操作中，剛好在以上提及的三個區域的后面，第三底板2c使用相應的新膜區域以便于研磨。應該注意的是，在最后的工作區段Wp(p＝3)之后，在之間沒有不使用的區域的情況下整個膜區域被連接，以使得膜1的襯底面Sf已被完全一次使用，從而允許均勻的研磨操作和膜1的有效使用。
(第一實施例的第一變型)圖6示出了第一實施例的第一變型所涉及的研磨設備的研具100-j處的膜供給時限，其中n＝4，T＝4×L，并且f＝4×L(＝f2)。
在該研具100-j中，每個底板組2具有覆蓋沿其弧形暴露面具有寬度為L的第一、第二、第三和第四帶點的工作區段Wq(2a的q＝1、2b的q＝2、2c的q＝3、2d的q＝4)的四個底板2a、2b、2c和2d，在這種情況下膜1具有用于面Sf處研磨操作的寬度為L的陰影區。在第一次操作中，第一底板2a覆蓋第一工作區段Wq(q＝1)，并且使用相應的膜區域18，其現在與第五供給部分之后的第六次操作有關。
在該變型中，在最后的工作區段Wq(q＝4)之后，在之間沒有不使用的區域的情況下整個膜區域被連接，以使得膜1的襯底面Sf已被完全一次使用，從而允許均勻的研磨操作和膜1的有效使用。
(第一實施例的第二變型)圖7示出了第一實施例的第二變型所涉及的研磨設備的研具100-j處的膜供給時限，其中n＝2，T＝2×L，并且f＝2×L(＝f3)。
在該研具100-j中，每個底板組2具有覆蓋沿其弧形暴露面具有寬度為L的第一和第二帶點的工作區段Wr(2a的r＝1、2b的r＝2)的兩個底板2a、2b，在這種情況下膜1具有用于面Sf處研磨操作的寬度為L的陰影區。在第一次操作中，第一底板2a覆蓋第一工作區段Wr(r＝1)，并且使用相應的膜區域19，其現在與第三供給部分之后的第四次操作有關。
在該變型中，在最后的工作區段Wr(r＝4)之后，在之間沒有不使用的區域的情況下整個膜區域被連接，以使得膜1的襯底面Sf已被完全一次使用，從而允許均勻的研磨操作和膜1的有效使用。
(第一實施例的第三變型)圖8示出了第一實施例的第三變型所涉及的研磨設備的研具100-j的控制系統。
該變型不同于第一實施例100之處在于，通過布置于上部和下部底板殼3之間的膜路徑的迂路附近的攝像機180，檢測膜1的襯底面Sf，以找到未使用或可用于研具101-j的下部研具111的底板組2處的研磨操作的重復使用區域，并且來自于攝像機180的圖像數據由圖像處理器181處理，以輸入到控制器C。
在控制器C處，處理所輸入的數據以產生以下命令通過支線Lcj輸出到卷帶盤6的驅動馬達M3，以及鎖定裝置7，如果需要的話實現膜供給f的校正(圖4)，以避免使用(在下部研具111的底板組2處的操作中)與研具101-j的上部研具111的底板組2處的參考操作之后相比更多的阻塞區域。
工件W(圖1)可為凸輪軸，并且工件部分Wi(圖4)可為凸輪凸起。在這樣的情況中，甚至在下部研具2的底板組2處，膜供給也被控制得不重復使用曾經使用過的區域。
(第二實施例)現在將參照圖9和圖10描述本發明的第二實施例。圖9示出了第二實施例所涉及的研磨設備200的研具200-j的閉合狀態，圖10示出了研磨設備200的研具200-j的打開狀態。
該實施例200不同于第一實施例100之處在于，膜供給系統FF2具有布置于上部和下部研具110之間并由研具110或框架FR(圖1)支撐的膜清潔器CL1，以允許膜1的重復使用和均勻研磨。
清潔器CL1被構成得用于在上部研具11的底板組2處的研磨操作之后或者當研具200-j離開研磨操作時清潔襯底面Sf(參照圖26)。在相關驅動的操作狀態的一次掃描之后，清潔器CL1的接通-斷開時限以及工作狀態受控于控制器C(圖1)。該掃描可覆蓋圖像處理器181(圖8)的圖像數據以檢查膜1的堵塞或通過清潔可去除的異物。
(第二實施例的第一變型)圖11示出了第二實施例的第一變型所涉及的研磨設備210的研具210-j的膜清潔器CL2，并且對應于圖9的“B”的詳圖。
該變型不同于第二實施例200之處在于，膜供給系統FF21具有膜清潔器CL2，所述膜清潔器CL2包括超聲波刷207、以及設在輥R3之間的輔助膜輥R31、R32上的膜1的迂路。輥R31被如此布置，即，使得膜1被彎曲或被舉起以使得以襯底面Sf露在外側的方式通過刷207輕而易舉地清潔它。可將清潔器CL2布置得用于清潔輥R3、R31和/或R32處的膜1。
(第二實施例的第二變型)圖12示出了第二實施例的第二變型所涉及的研磨設備211的研具211-j的膜清潔器CL3。
該變型不同于第二實施例200之處在于，膜供給系統FF22具有膜清潔器CL3，所述膜清潔器CL3包括超聲波清洗槽208、以及設在輥R3之間的輔助膜輥R31、R32上的膜1的迂路。輥R31被如此布置，即，使得膜1被彎曲或被舉起以使得襯底面Sf在外側被浸泡，從而在清洗槽208中可輕而易舉地清潔它。清潔液體可以是用于研磨的冷卻液，且是從冷卻液儲存槽供應的。可將清潔器CL3布置得或使其延伸以便于清潔輥R3、R31和/或R32處的膜1。
(第二實施例的第三變型)圖13示出了第二實施例的第三變型所涉及的研磨設備212的研具212-j的膜清潔器CL4。
該變型不同于第二實施例200之處在于，膜供給系統FF23具有膜清潔器CL4，所述膜清潔器CL4包括高壓噴嘴209、以及設在輥R3之間的輔助膜輥R31、R32上的膜1的迂路。輥R31被如此布置，即，使得膜1被彎曲或被舉起以使得以襯底面Sf露在外側的方式通過來自于噴嘴209的射流輕而易舉地清潔它。被噴成射流的清洗液可為用于研磨的冷卻液并且是從冷卻液儲存箱中供應的。可將清潔器CL4布置得用于清潔輥R3、R31、和/或R32處的膜1。
(第三實施例)現在將參照圖14到圖18描述本發明的第三實施例。圖14示出了第三實施例所涉及的研磨設備300，圖15是設備300的研具300-j的閉合狀態，圖16是研磨設備300的研具300-j的打開狀態。圖17是研具300-j的上部或下部研具310的推臂11或12的截面圖，以及圖18是沿圖17的線“C1”-“C1”所截的截面圖。
該實施例不同于前述實施例之處在于，研具300-j具有上部和下部研具310，每個都分別裝有包括推力調節器315和連接于外部潤滑劑泵P的內部潤滑劑分配供應系統LD的底板推動機構340，并且膜供給系統FF3具有與之共同操作的形狀。如第一實施例100中所描述的，來自于驅動馬達M1、M2的轉動編碼器S1、S2的檢測信號經由信號線L1、L2被輸入到控制器C。
上部推臂11(或下部推臂12)形成有用于容納底板殼3的上部(或下部)左側矩形凹槽11a(或12a)。該底板殼3可沿凹槽11a(或12a)豎直地滑動以通過調節器315調節推力，所述調節器315為底板殼推動彈簧和彈簧力調整螺絲的組合。
底板殼3形成有沿加工縱向延伸的半圓形凹槽，所述凹槽具有切割于其中的沿加工縱向延伸的徑向狹縫345，將梯形突出部分344限定于其間作為底板支撐。這些突出部分344使得它們的弧形頂部343作為底板組2的各個底板附于其上的半圓形凹槽的其余部分，并且研磨膜1以波狀的方式沿突出部分頂部343和徑向狹縫345的左右壁被引導，以使得徑向空間342被限定于左右壁上的膜1長度之間。
當突出部分頂部343推動底板時，底板組2共形地壓在工件W(或工件部分Wi)的相應表面區域上，并且工件W的其余表面區域在徑向空間342的開口端延伸。為了將膜1拉入到每個狹縫345的深度中，在狹縫底部提供了膜迂路供給器341，所述供給器341由一對緊固于狹縫345左右壁的彈簧349以及張緊輥350構成，所述張緊輥350以可轉動的方式由彈簧349懸掛并通常由彈簧349的彈力徑向向外偏壓，使得膜1在該方向上被拉緊。以可轉動的方式被懸掛的輥350具有減輕被膜1磨損的趨勢，從而賦予迂路供給器341延長的操作壽命，允許膜1的平滑供給和膜供給系統FF3的簡化結構。
為了安裝，將充足長度的膜1插入到狹縫345中以具有一次形成于其中的徑向迂路，在返回以穿過工件W與相關底板之間之前，在梯形突出部分344的近端處在張緊輥350上翻轉。使用狹縫345的膜1的波狀布置確保了每個徑向空間342在每個前端342a和后端342b處打開，并且由張緊輥350周圍的膜迂路、左右側處的膜1的相對長度、以及待研磨的工件W的圓周的露出區域限定。工件W的圓周交替地具有未被膜1覆蓋的露出區域和由膜1覆蓋的區域。
內部潤滑劑供應系統LD被形成為底板殼3中的潤滑劑路徑346的網絡，并通過聯結器348和連接管347與外部潤滑劑泵P相連接，所述管347具有彈性并可延展，從而避免過度的動載荷施加于底板組2或底板殼3上。
每個徑向空間342都在其前端342a和后端342b兩處與潤滑劑路徑346相通，以使得潤滑劑從那里流入，并且沿膜1的面Sf引導潤滑劑，以確保在待研磨的工件表面區域上以及在膜1與工件W的研磨表面區域之間的輸送，使得潤滑劑以直接接觸的方式沿工件表面流動，或流動到待加工的工件W的一點，從而在潤滑劑與工件W之間的接觸面積得到有效的擴展。
應該注意的是，所泵送的潤滑劑沿加工縱向從潤滑劑路徑346被輸送到徑向空間342中，直接沖洗露在空間342內側的膜面Sf，從而從膜面Sf上清洗土塵。
還應該注意的是，具有波狀迂路的膜1交替地具有底板與振動的工件W之間的受壓區域和限定徑向空間342的迂路區域，其中在受壓區域工件W隨著熱量的消散被摩擦研磨，而在迂路區域工件W露出。當每個徑向空間342中的潤滑劑流被(膜1迂路區域的)露出面Sf朝向露出的工件表面引導時，大部分潤滑劑與奪去工件熱量的土塵一起通過與外部相通的前后中心空間342c、342d流出，并且其余部分被供應到膜1的受壓區域與工件W之間，穿過其間的間隙，從中奪去熱量，以流出到下一個徑向空間342。因此潤滑劑被引向待研磨的工件表面上，并位于工件表面與膜之間，或位于膜和底板之間，導致其冷卻和去除土塵，否則潤滑劑的所述侵入作用可能會很困難。
前述作用在膜迂路供給器341的各個位置處展開，允許潤滑劑向待加工工件的多個點的供應容易化，以及潤滑劑與工件W之間接觸面積擴展方面的相應增加，從而能夠更平滑地去除土塵，以及膜1和工件W冷卻的增強。
(第三實施例的變型)圖19示出了第三實施例的一個變型所涉及的研磨設備的任一研具的上部研具的底板殼303，圖20是沿圖19的線“C2”-“C2”所截的截面圖。
該變型不同于第三實施例之處在于，從外部潤滑劑泵P(圖17)處供應的潤滑劑被分配并且霧化或被排出以便于被淋在操作中的研磨膜1區域的背側Sb(參照圖26)，并且底板殼303以及內部潤滑劑分配供應系統LD1具有改進的結構，而且膜供給系統FF31具有與之共同操作的形狀。
將中空的底板殼303構成得具有沿加工縱向延伸的真空底板殼元件361，所述底板殼元件361包括半圓柱形頂部361a、前后豎直部分361b，以及左右側部361c；以及多個沿加工縱向延伸的支撐元件344，所述支撐元件344沿徑向被布置于底板殼元件361內側的成角度的等間隔處。
底板殼元件361具有加罩結構，所述加罩結構形成有以合作的方式限定了半圓柱形或筒狀拱頂形的中空部分362的外壁363a和內壁363b，所述中空部分362用于將所供應的潤滑劑分配在內壁363b上。內壁363b形成有多個均勻分布的通孔364，所述通孔364用于霧化或排出所分配的潤滑劑以使其噴淋到限定于支撐元件344之間的多個沿加工縱向延伸的梯形狹縫345中。支撐元件344具有附于其徑向內部近端的底板組2，并且支撐元件344在其徑向外端處被固定于內壁363b。
膜供給系統FF31在每個梯形狹縫345中都具有膜迂路供給器349，所述膜迂路供給器349由緊固于內壁363b的一對前后彈簧349以及沿加工縱向延伸的張緊輥350構成，所述張緊輥350以可轉動的方式由彈簧349懸掛并通常由彈簧349的彈力徑向向外偏壓。研磨膜1穿過底板殼303與工件W(或工件部分Wi)以及波形迂路之間，以交替地具有底板與研磨的工件W的表面區域之間的受壓區域，并且一段長度的迂路在張緊輥350上伸長，限定了徑向空間342，在那里露出了待研磨工件W的表面區域。
潤滑劑供應系統LD1由中空部分362、孔364、由迂路膜1的背面Sf限定的包括前后端345a和345b的外部徑向空間345、由迂路膜1的面Sf限定的內部徑向空間342，以及與外部相通的前后中心空間342c和342d構成。
從頂部361a噴淋的水沖洗每個外部徑向空間345，一些流入到內部徑向空間342中，大部分離開中心空間342c和342d，從膜1的區域和待冷卻的工件W中奪去摩擦熱量。從前后部分361b噴淋到每個內部徑向空間342中的水由膜1引導并顯示出與第三實施例相似的效果。
不考慮膜迂路供給器341的位置，水被噴淋到整個空間區域，實現了總的膜冷卻，同時確保了潤滑劑對于所加工或待加工的工件的所有點的供應，并有效地去除了土塵和掉落的磨粒，使得工件被精整得具有提高的均勻表面光潔度，以及改進的加工質量。
(第四實施例)現在將參照圖21到23描述本發明的第四實施例。圖21示出了第四實施例所涉及的研磨設備400的研具400-j的閉合狀態，圖22是研具400-j的打開狀態。圖23是圖21中“D”的詳圖。
該實施例與前述實施例的不同之處在于，設備400除作為沿加工縱向往復或振動機構30(圖1)的“工件振動器”之外，還包括作為上部和下部沿加工橫向往復或振動機構432(圖23)的組合的“膜振動器”。每個振動機構432都擔負膜1振動的責任以使其足夠快從而不受工件轉動速度的影響。為了使得沿膜1供給方向的膜振動有效，振動機構432使用振動定向豎直膜拉伸機436和張力定向的橫向膜拉伸機437。拉伸機437負責以與振動同步的方式將膜供給到拉伸機432，并且在上部和下部振動機構432之間被共用。
研具400-j(圖21-22)包括被構成得用于膜1的NC-控制供給的膜供給系統FF4；以及一對上部和下部研具410，每個都分別裝有底板推動器440，所述底板推動器440具有用于將底板組402推向待研磨的工件W(或工件部分Wi)表面區域的底板殼403，其中膜1被壓在其間。
豎直膜拉伸機436包括適合于使得膜1通過任一底板組402的底板繞其形成迂路的徑向張緊輥R44，以及馬達驅動的振動器M44，所述振動器M44被構成得使得輥R44沿徑向振動。所述振動也可通過例如流體壓力缸實現。
水平膜拉伸機437包括適合于使得膜1通過底板組402繞其形成迂路的徑向張緊輥R3，以及彈性元件438(例如彈簧)，所述彈性元件438適合于沿徑向向外的方向正常偏壓輥R3，允許供應拉伸機436處的膜振動所需的膜1的必要長度。當研具400-j關閉時由桿支撐的輥R3由導桿439(圖21-22)引導以便于被設置在被牽引的位置中。
膜供給系統FF4包括分別使用上部和下部張緊輥R4、R5的上部和下部張力控制器441，所述張力控制器441由固定于機架FR(圖1)的上部和下部彈性元件443(諸如彈簧)(圖23)沿其膜張力方向正常偏壓。控制器441在鎖定裝置與任一底板組402之間提供張力公差，以助于膜供應和沿供給方向的平滑的膜振動。在膜供給系統FF4的供應側或卷起側，張緊輥R4或R5具有位于膜鎖扣裝置7的作用點與底板組2之間的膜1上的作用點。
為了精細振動，底板組402可被多重分開以重復振動定向的膜拉伸機和張力定向的膜拉伸機的交替布置。
工件W可具有轉動離心的偏移軸部分Wi，所述轉動離心是通過可振動臂11、12的合作隨著研磨進行的。
膜拉伸機437的彈簧438與兩個輥R44或任一輥R44的徑向向外移動一起擴展以供應必要長度的膜1，允許輥R44的平滑移動。膜1是薄的但是足夠堅固以承受拉動。
在膜振動器和工件振動器的合作中，工件W經受與膜1的Z字型接觸，以便于通過增加數量的磨粒研磨，允許更短的有效加工。Z字型工件使得土塵更小并且更易去除，并且具有減小堵塞的趨勢。對于曲軸的60-mm直徑的軸部分來說，輥R44的振幅在0.5到2.0mm(最好約為1mm)范圍內的研磨是適當的。對于輥R44的振動頻率來說，10Hz到數千Hz(而最好為80Hz或更多)范圍內的研磨是適當的。
(第五實施例)下面將參照圖24到圖26描述本發明的第五實施例。圖24示出了第五實施例所涉及的研磨設備500的研具500-j的閉合狀態，圖25是圖24中的“E”的詳圖，而圖26是膜1的截面圖。
該實施例與前述實施例的不同之處在于，研具500-j具有控制系統，所述控制系統包括具有通過數據線L51與之相連的攝影機504的粗糙度檢測器RD，以及用于處理來自于檢測器RD的作為檢測數據的圖片數據的控制器C。
檢測器RD適合于根據膜供給系統FF5的輥R1之間的膜1未使用區域的面Sf(圖26)的表面粗糙度檢測磨料狀態。
控制器C適合于控制經由命令線L52控制卷帶盤6的驅動馬達M3；經由命令線L53控制每個底板推動器540的推力調節器15；以及經由命令線L50控制的校準器507，所述校準器507用于校準攝影機504上游的輥R1之間的膜1的面Sf上的磨粒AP的突出部分高度h(圖26，在襯底1b的粘附層之上)。
粗糙度檢測器RD可為超深度結構測量顯微鏡(VK-8500，Keyence)，非接觸性三維表面形狀粗糙度測量器(New View 5000ZaigoCo.，Ltd)，或任何市場上可買到的檢測器。
校準器507由受控于控制器C的校準器體570和由校準器體570驅動以轉動的圓柱形校準器工具571構成。工具571具有附于其上的磨料金剛石顆粒。工具571與被供給的膜1的F的面Sf相接觸。當工具571被驅動以轉動時，在由攝影機504檢測之前，面Sf上的磨粒AP(圖26)被研磨到一個高度。
檢測器RD從攝影機504中分析圖片數據，并計算磨粒AP的突出部分高度，所述高度被輸入到控制器C中，在那里其被處理以確定膜1的堵塞狀態和研磨能力。確定結果的數據被儲存在控制器C中。當膜1進入操作時，控制器C根據儲存的數據控制每個推力調節器15以利于期望的研磨，或用于膜供給控制的馬達M3以避免使用低研磨能力的膜區域，在校準之后的正常操作中，底板推力以及膜供給是恒定的。
(第五實施例的第一變型)圖27示出了第五實施例的第一變型所涉及的研磨設備501的研具501-j的閉合狀態，圖28是研具501-j的P-h特征曲線圖。
該變型與第五實施例的不同之處在于，攝影機504被布置得用于檢測底板組2之間途中的膜1。攝影機504通過數據線L54與粗糙度檢測器RD相連接，并且連接于檢測器RD的控制器C具有連接于膜供給系統FF51的卷帶盤驅動馬達M3的命令線L55，以及連接于每個底板推動器541的推力調節器15的命令線L56。
攝影機504攝取研磨膜1上的磨粒狀態的圖像，并將該圖像輸送到粗糙度檢測器RD。粗糙度檢測器RD從圖像中計算磨粒的突出部分高度。將突出部分高度的計算結果從粗糙度檢測器RD輸送到控制器C。控制器C判斷磨粒的堵塞程度，并儲存判斷結果和所檢測堵塞的位置，然后，控制器C控制研磨設備每個結構的移動。
根據磨粒的突出部分高度，控制器C控制馬達M3和推力調節器15以確保穩定的研磨。
當研磨膜1的堵塞位置研磨工件時，研磨變得不充分，從而不能獲得期望的表面光潔度。因此，控制器C判斷磨粒的堵塞程度，突出部分高度是否在執行適當研磨的狀態下。如果磨粒較大程度堵塞的話，控制器C控制馬達M3以傳送研磨膜，從而不使用磨粒堵塞的位置。
如果磨粒被堵塞到較大程度的話，控制器C控制推力調節器15以增強底板推力。這樣，在磨粒堵塞的情況下，也可獲得工件的期望的表面光潔度。
磨粒的突出部分高度與底板推力P之間的關系如圖7中所示的。
如果磨粒的突出部分高度是100％的話，那么當底板推力P是100％時可獲得工件的期望的表面光潔度。然而，如果磨粒的突出部分高度是60％的話，那么當底板推力P是100％時不可獲得工件的期望的表面光潔度，也就是說，底板推力P必須是120％。
根據磨粒的突出部分高度，控制器C控制馬達M3和推力調節器1 5以確保穩定的研磨。因此，研磨設備顯示出這樣的效果，即，可獲得工件表面的穩定的研磨量和工件的期望的表面光潔度。
(第五實施例的第二變型)圖29示出了第五實施例的第二變型所涉及的研磨設備502的研具502-j的閉合狀態。
該變型與第五實施例的不同之處在于，攝影機504被布置得用于檢測底板組2之間途中的膜1。攝影機504通過數據線L57與粗糙度檢測器RD相連接，并且連接于檢測器RD的控制器C具有連接于膜供給系統FF52的卷帶盤驅動馬達M3的命令線L58，以及連接于每個底板推動器542的推力調節器15的命令線L59。
攝影機504攝取研磨膜1上的磨粒狀態的圖像，并將該圖像輸送到粗糙度檢測器RD。粗糙度檢測器RD根據其圖像計算磨粒的突出部分高度。將突出部分高度的計算結果從粗糙度檢測器RD輸送到控制器C。控制器C判斷磨粒的堵塞程度，并儲存判斷結果和所檢測堵塞的位置，然后，控制器C控制研磨設備每個結構的移動。
在磨粒被堵塞到較大程度的情況下，控制器C為將來反饋判斷結果。控制器C根據所計算的磨粒的突出部分高度判斷磨粒的堵塞程度和研磨膜1的堵塞位置，并反饋判斷結果以便于使得研磨膜1的輸送量和工件的底板推力最優化。由控制器C反饋的內容儲存在儲存單元中，以備將來使用。
(第六實施例)下面將參照圖30到圖37描述本發明的第六實施例。圖30示出了第六實施例所涉及的研磨設備600；圖31是設備600的研具600-j的閉合狀態；圖32是研具600-j的打開狀態；圖33是圖31中“F”的詳圖；圖34示出了沿CW(順時針方向)振動的上部研具元件671；圖35是沿CCW(逆時針方向)振動的上部研具元件671；圖36和圖37示出了作為工件W的凸輪軸660；圖38示出了研具600-j的控制系統。
具體地，參照圖30到33，本實施例的研磨設備600裝有凸起的底板671、671，所述底板671、671被保持得朝向工件W推動研磨膜1的研磨表面(所述表面為撓性的但是不可延展的)，并且底板671、671可操作地顯示其振動頭的浮動運動；以及浮動單元630(浮動裝置)，所述浮動單元630使得底板671、671隨著工件W的轉動進行浮動運動，從而執行研磨操作，同時將研磨膜1壓在待研磨工件W的表面665上。浮動單元30包括與底板671、671相連接的驅動裝置631，以使得底板671、671被迫產生浮動運動。
當圖36中所示的工件W適用于凸輪軸660時，每個凸輪凸起661的外圓周表面都是待研磨的表面665。如圖37中所示的，凸輪凸起661由待研磨的部分Ca、Cb1、Cb2、Cc1、Cc2以及Cd構成，并且底部Cd具有恒定的曲率半徑，部分Cb1、Cb2具有線性圓周，頂部Ca具有較小的曲率半徑。也就是說，凸輪凸起661的表面665形成有其中從轉動中心處的半徑改變的不圓形狀。
如圖31和32中所示的，通過銷14以這種方式可轉動地提供這對上部臂11和下部臂12，即，使得底板671、671附于其上的其遠端部分可操作地沿Z方向相對打開和關閉。也就是說，使用研磨膜1執行上部臂11和下部臂12的樞轉運動，并且當上部臂11和下部臂12處于打開運動時，底板671、671與插入研磨膜1的凸輪凸起661相抵靠，相反當上部臂11和下部臂12處于關閉運動時，解除了底板671、671與插入研磨膜1的凸輪凸起661之間的抵靠。
如圖34和35中所示的，底板671、671具有橫截面為凸起環形的凸起遠端，所述凸起遠端用于將研磨膜1的研磨表面推向工件W。在當前已申報的實施例中，底板671、671被操作以顯示與接觸點或片的浮動是可變的，所述接觸點或片將通過研磨膜1與凸輪凸起661的表面665相接觸。順便提及的是，在這里詞語“接觸”表示底板671、671與插入研磨膜1的工件W的圓周表面相抵靠。
底板671、671分別被容納于底板殼673、673中以便于可操作地顯示用于使其頭隨振動銷(支撐軸)672、672振動的浮動，所述振動銷672、672被布置于穿過凸輪軸60的中心軸O的線上。底板殼673、673被分別容納于形成于上部臂11和下部臂12的凹入部分627、627中，以便于相對于工件W縮回。底板殼673、673可分別移動，同時由凹入部分627、627的內表面引導其外表面。對于底板殼673、673的后表面來說，提供了彈簧674、674，每個彈簧都包括一壓縮盤簧用于夾緊工件，以經由研磨膜1分別將底板671、671壓在表面665上。
如圖33中所示的，浮動單元630裝有與操作桿632和馬達4相連接的連桿機構633。提供了傳感器S4以感測操作桿632的移動位置，從而檢測每個底板671的浮動位置。由操作桿632、連桿機構633和馬達4構成了驅動機構631。順便提及的是，底板671、671的初始位置被限定為如圖33中所示的其位置。
底板671、671的浮動方向是相互間的任意組合。例如，如果上部底板671顯示出從其初始位置繞振動銷672沿順時針方向的浮動的話，那么下部底板671顯示出從其初始位置繞振動銷672沿順時針方向或逆時針方向的浮動。
參照圖34和圖35，將詳細地描述在其頭振動時可操作地處于浮動中的每個底板671的作用。在圖34中，示出了顯示出從其初始位置沿順時針方向的浮動處于最大值的底板671，而在圖35中，示出了顯示出從其初始位置沿逆時針方向的浮動處于最大值的底板671。順便提及的是，在圖34和圖35中，以附圖標記612示出了磨粒。
如圖34中所示的，當底板671顯示出從其初始位置沿順時針方向的浮動處于最大值時，被推動的底板671與研磨膜1的后表面在點A1上彼此壓力接觸，并且研磨膜1的研磨表面與工件W在點A2上彼此壓力接觸。另一方面，如圖35中所示的，當底板671顯示出從其初始位置沿逆時針方向的浮動處于最大值時，由于底板671與研磨膜1沒有相互滑動，因此被推動的底板671與研磨膜1的后表面在點B1上彼此壓力接觸，并且研磨膜1的研磨表面與工件W在點B2上彼此壓力接觸。
因此，底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在接觸點A1與B1之間的范圍內。另外，研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在接觸點A2與B2之間的范圍內。如果從初始位置沿每個順時針方向和逆時針方向的頭振動角被設定為角α的話，圍繞作為中心的振動銷72的該范圍將被限定為角θ，將其表示為θ＝2α。
在這種方式下，在研磨操作期間，由于每個底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在某一范圍內，因此底板推力不會集中在底板671的一個點上，因此，防止底板671局部嚴重損壞。而且，由于研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在某一范圍內，因此底板推力不會集中在研磨膜1的一個點上，因此，可防止研磨膜1的堵塞和磨粒612的局部嚴重剝落。
圖38是示意性簡圖，示出了研磨設備600的控制系統。
參照圖38，轉動編碼器S1到S3、傳感器S4與控制器(控制裝置)C相連接，并且有關于研磨操作期間的凸輪凸起661的轉動位置和用于限定底板671、671的浮動位置的操作桿632的移動位置的檢測信號被輸入到控制器C。而且有關于用于限定工件轉動速度Vw的馬達M1的轉動速度和用于限定振動速度Vo的馬達M2的轉動速度的檢測信號被輸入到控制器C。控制器C控制以使得底板671、671顯示響應于轉動編碼器S1所檢測的凸輪凸起661的轉動位置的浮動。
用以改變底板671、671的浮動的控制是通過以這種方式控制浮動單元630的驅動裝置631的操作執行的，所述方式即，使得底板671，671與研磨膜1之間的接觸點和研磨膜1與工件W之間的接觸點響應于研磨操作期間的凸輪凸起661的轉動位置而改變。
更具體地說，控制器C響應于研磨操作期間的凸輪凸起661的轉動位置發送控制信號，以控制馬達M4的轉動，從而控制操作桿632，以便于可收縮地移動，并且響應于該作用，操作連桿機構633以使得底板671、671分別顯示圍繞振動銷672、672的浮動。因此，每個底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在某一范圍(例如，圖34中所示的接觸點A1與B1之間的范圍)內，以及，研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在某一范圍(例如，圖35中所示的接觸點A2與B2之間的范圍)內。
接下來，將詳細地描述本實施例的上述研磨設備600的操作。
首先，以與前述實施例相同的方式，凸輪軸660被設置于頭座22與尾座25之間，而后這對上部臂11和下部臂12被關閉以與每個凸輪凸起661對齊，同時將研磨膜1設置于凸輪凸起661的表面665上。
接著，最好當向研磨膜1施加張力并夾緊凸輪軸660時，彈簧74的推力將底板671、671推向凸輪凸起661，并且研磨膜1的研磨表面被推向待研磨的表面665。
然后，在通過操作振動單元30而沿其軸向向凸輪軸660施加振動并且通過操作轉動驅動單元20而使得凸輪軸660繞其中心軸線轉動時，分別容納底板671、671的底板殼673、673隨著凸輪凸起661的轉動而收縮移動，因此，每個凸輪凸起661的表面665都被研磨了。
在所述研磨操作期間，轉動編碼器S1檢測每個凸輪凸起661的轉動位置，并且控制器C控制底板671、671以使其顯示響應于所檢測的凸輪凸起661的轉動位置的浮動。也就是說，控制器C控制馬達M4以收縮操作桿634，隨之開動連桿機構633，并且使得底板671、671顯示圍繞作為中心的振動銷672、672的浮動。
因此，每個底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在某一范圍內，并且，研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在某一范圍內。
在所述研磨操作期間，使得凸輪軸660正向轉動預置次數(例如，5次)，之后使其反向轉動相同的次數。通過改變凸輪軸660的轉動方向，可消除研磨膜1的堵塞并且保持其性能。
以這種方式，在所述研磨操作期間，由于每個底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在某一范圍內，因此底板推力不會集中在底板671的一個點上，因此，防止底板671局部嚴重損壞。
而且，由于研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在某一范圍內，因此底板推力不會集中在研磨膜1的一個點上，因此，可防止研磨膜1的堵塞和磨粒612的局部嚴重脫落。這意味著，在觀察研磨膜1的工作體積時，由于工作表面被分散了，從而增加了工作體積。因此，由于研磨膜1的工作體積的增加，研磨的表面665具有提高的研磨光潔度并且可減少操作次數。
盡管凸輪軸660具有多個凸輪凸起661，但是研磨操作是在所有凸輪凸起661上同步地執行的。在完成了研磨操作之后，這對上部臂11和下部臂12被打開并取出凸輪軸660。接著，如果期望的話，以相同的方式將作為工件W的凸輪軸660設置于研磨設備600中。
如上所述的，在本實施例的研磨設備600中提供了研磨膜1；包括其橫截面為凸起圓形的凸起遠端的底板671、671，所述凸起遠端用于將研磨膜1的研磨表面推向工件W，并且所述底板671、671被容納于底板殼673、673中，以可操作地顯示用于使其頭關于振動銷672、672振動的浮動；以及以這種方式使得底板671、671響應于工件W的轉動而轉動的浮動單元630，所述方式即，每個底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在某一范圍內并且研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在某一范圍內。因此，可防止底板671局部嚴重損壞以及可防止研磨膜1的堵塞和磨粒612的局部嚴重脫落。另外，由于研磨膜1的工作體積的增加，研磨的表面665具有提高的研磨光潔度并且可減少操作次數。
另外，浮動單元630包括與底板671、671相連接的驅動裝置631，以使得底板671、671被迫產生浮動，并且還提供了控制器C，所述控制器C控制驅動裝置631，以便于以這種方式改變底板671、671的浮動，所述方式即，使得底板671、671與研磨膜1之間的接觸點和研磨膜1與工件W之間的接觸點響應于研磨操作期間的凸輪凸起661的轉動位置而改變。因此，散布接觸點的范圍可被任意地并有利地設定。
順便提及的是，由于研磨膜1是撓性但非延展的，因此可用工件W執行優選的研磨操作。
(第六實施例的變型)圖39示出了第六實施例的一個變型所涉及的研磨設備的研具601-j的上部和下部浮動單元631，圖40A到40D正在浮動以追蹤工件W的上部浮動單元631。
該研磨適合于研磨只沿一個方向轉動的工件。該研磨設備包括凸起底板671和浮動單元631。凸起底板671被形成為凸形的，具有用于將研磨膜的帶磨粒的表面推向工件的凸起的尖端部分，并且凸起底板671被保持以執行浮動。浮動單元631使得凸起底板671依照工件的轉動執行浮動。
如圖39中所示的，浮動單元631包括一對用于沿浮動方向向凸起底板671施加反作用彈力的彈簧元件675、676。由一對彈簧元件675、676施加的力這樣作用，即，使得凸起底板671沿與工件轉動方向相反的方向浮動。也就是說，在工件沿箭頭所指示的方向順時針轉動的情況下，由一對彈簧元件675、676施加的力這樣作用，即，使得上部凸起底板671浮動到左側，同時使得下部凸起底板671浮動到右側。
彈簧元件675、676具有不同的彈簧常數以向凸起底板671施加上述力。例如，在彈簧元件675、676由盤簧構成的情況下，彈簧元件675的彈簧常數大于彈簧元件676的彈簧常數。在彈簧元件675、676由壓縮盤簧構成的情況下，彈簧元件676的彈簧常數大于彈簧元件675的彈簧常數。
通過操作轉動驅動單元40同時通過操作振動單元30而沿軸向向凸輪軸660施加振動而使得凸輪軸660圍繞其軸線轉動，以使得容納底板671的底板殼673以一種方式在凹入部分27中前進和收縮，所述方式即分別追隨可適用的凸輪凸起部分661的轉動，從而研磨凸輪凸起部分661的預加工表面665。
如圖40A到40D中所示的，當研磨工件W時，工件W只沿箭頭所指示的方向順時針轉動。由一對彈簧元件675、676施加的力這樣作用，即，使得凸起底板671沿與工件轉動方向相反的方向浮動。
依照工件W的轉動，凸起底板671在圖40A到40D中朝向向右方向浮動。當工件W的加工部分從頂部區域移動到動作區域時，彈簧元件675的作用使得凸起底板671在圖40A到40D中朝向向左方向浮動。(見圖40D)因此，凸起底板671與研磨膜1之間的接觸點被散布在恒定區域內，并且，研磨膜1與工件W之間的接觸點被散布在恒定區域內，從而減少了凸起底板671的局部損壞、研磨膜1的堵塞以及磨粒的分離。
在上述實施例中，由于浮動單元630的驅動機構631迫使凸起底板671以浮動的方式振動，可為加工期間工件W的各種轉動位置精確地控制凸起底板671的振動。例如，對于研磨頂部區域Ca和動作區域Cb1和Cb2所要求的非常精細的表面光潔度的凸輪凸起部分661來說，可將凸起底板671控制得僅當工件W停留在加工頂部區域Ca或動作區域Cb1和Cb2的轉動位置中時以浮動的方式振動。可將凸起底板671控制得當工件W進行一次轉動時以浮動的方式振動，或當工件W以預定范圍的轉動角轉動時振動有限的時間。
盡管上述浮動單元630的驅動機構631是由桿632、連桿機構633、馬達M4等構成的，但是驅動機構631也可由其他部件構成。例如，流體壓力缸，諸如液壓缸或氣壓缸，可用于使得凸起底板671以浮動的方式被迫振動。多個凸起底板671(在所示的示例中為上部底板和下部底板)可獨立地與驅動機構631相連接。
盡管，包含在浮動單元630中的彈性元件675和676由盤簧構成，但是彈性元件675和676也可由其他材料構成，諸如板簧、碟形彈簧以及彈性橡膠材料，只要彈性元件可將力施加于凸起底板671上，以使得凸起底板671沿與工件W的轉動方向相反的方向以浮動的方式振動。
在這里合并參考日本專利申請No.2003-058954、No.2003-034088、No.2003-066595、No.2003-036701、No.2003-058964以及No.2003-034064的內容。
雖然已經使用專用名詞描述了本發明的優選實施例，但這僅是出于解釋的目的，并且應該理解的是，在不脫離以下權利要求的精神或范圍的情況下，技術人員可對其進行改變和修正。
權利要求
1.一種研磨設備，包括研磨膜；供給所述膜的膜供給器；使工件轉動的第一驅動裝置；使所述工件相對于所述膜運動的第二驅動裝置；底板組；操控所述底板組以將所述膜壓在工件上的底板組操控器；以及延緩所述膜的研磨性的退化的退化延緩器。
2.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括具有一定寬度的第一底板和具有所述寬度的第二底板，所述第二底板在與所述第一底板保持所述寬度乘以一個整數的距離處，并且退化延緩器包括控制膜供給器以所述寬度的距離供給膜的控制器。
3.如權利要求2所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括數量等于所述整數的底板。
4.如權利要求2所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括第一底板組和第二底板組，并且退化延緩器包括用于檢測所述第一底板組和第二底板組之間膜的研磨表面狀態的檢測器，并且所述控制器根據由所述檢測器檢測的狀態控制所述膜供給器。
5.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括第一底板組和第二底板組，并且退化延緩器包括用于清潔所述第一底板組和第二底板組之間的膜研磨表面的清潔器。
6.如權利要求5所述的研磨設備，其特征在于退化延緩器包括用于以使所述研磨表面朝外的方式卷繞所述膜的膜卷繞器。
7.如權利要求5所述的研磨設備，其特征在于所述清潔器包括超聲波刷。
8.如權利要求5所述的研磨設備，其特征在于所述清潔器包括超聲波浴槽。
9.如權利要求5所述的研磨設備，其特征在于所述清潔器包括噴嘴。
10.如權利要求5所述的研磨設備，其特征在于所述膜包括撓性和不可延展的襯底。
11.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括第一底板和第二底板，并且退化延緩器包括用于為膜提供限定在所述第一底板和第二底板之間的第一空間的第一迂路的第一迂路提供裝置，以及用于將潤滑劑供給到第一空間的潤滑劑供給器。
12.如權利要求11所述的研磨設備，其特征在于所述膜包括撓性和不可延展的襯底。
13.如權利要求11所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括第三底板，退化延緩器包括用于為膜提供限定在所述第二底板和第三底板之間的第二空間的第二迂路的第二迂路提供裝置，以及潤滑劑供給器用于將潤滑劑供給到第二空間。
14.如權利要求11所述的研磨設備，其特征在于所述第一迂路提供裝置包括用于使第一迂路圍繞其的張緊輥和沿著第一迂路的迂回方向偏壓張緊輥的偏壓元件。
15.如權利要求14所述的研磨設備，其特征在于所述張緊輥是可轉動的。
16.如權利要求11所述的研磨設備，其特征在于退化延緩器包括底板殼，所述底板殼具有用于支撐所述第一底板的第一支撐部分和用于支撐所述第二底板的第二支撐部分，第一支撐部分和第二支撐部分沿著工件的徑向延伸，并且在第一支撐部分和第二支撐部分之間限定一用于容納第一迂路和從底板殼彈性懸掛的第一迂路提供裝置的狹縫。
17.如權利要求16所述的研磨設備，其特征在于所述潤滑劑供給器包括形成在所述底板殼中并與第一空間相通的潤滑劑路徑網絡。
18.如權利要求11所述的研磨設備，其特征在于所述潤滑劑供給器用于從第一迂路提供裝置周圍輸送潤滑劑。
19.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于所述退化延緩器包括用于使膜在膜的供給方向上以大于工件轉速的速度振動的膜振動器。
20.如權利要求19所述的研磨設備，其特征在于所述第二驅動裝置包括用于使工件在其轉動軸線的方向上相對于膜振動的工件振動器。
21.如權利要求19所述的研磨設備，其特征在于所述膜振動器包括振動膜抽拉裝置，所述振動膜抽拉裝置具有膜輥，膜輥上有通過底板組繞過其周圍的膜；用于使膜輥沿著工件的第一徑向振動的徑向振動器；張緊膜抽拉裝置，所述張緊膜抽拉裝置具有張緊輥，張緊輥上有通過底板組繞過其周圍的膜；以及用于沿著工件的不同于第一徑向的第二徑向彈性偏壓張緊輥的偏壓元件。
22.如權利要求21所述的研磨設備，其特征在于所述膜振動器包括振動膜抽拉裝置、另一個振動膜抽拉裝置和設置在它們之間的張緊膜抽拉裝置。
23.如權利要求19所述的研磨設備，其特征在于膜供給器包括用于將膜鎖定在膜上的第一作用點處的膜鎖定器，并且所述膜振動器包括用于在所述第一作用點和底板組之間的膜上的第二作用點處控制薄膜張緊的張緊控制器。
24.如權利要求19所述的研磨設備，其特征在于所述膜包括撓性和不可延展的襯底。
25.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于退化延緩器包括用于檢測膜的研磨表面的狀態的膜檢測器，以及根據所檢測的狀態控制所述膜供給器和底板組操控器之一的控制器。
26.如權利要求25所述的研磨設備，其特征在于所檢測的狀態包括研磨表面的研磨粒的突出狀態。
27.如權利要求25所述的研磨設備，其特征在于所述退化延緩器包括根據所檢測的狀態對研磨表面進行校準的校準器。
28.如權利要求25所述的研磨設備，其特征在于膜檢測器可在研磨操作之前對研磨表面的狀態進行檢測。
29.如權利要求25所述的研磨設備，其特征在于膜檢測器可在研磨操作之后對研磨表面的狀態進行檢測。
30.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于所述底板組包括凸面底板，所述底板組操控器包括使底板浮動的底板浮動器，以及所述退化延緩器包括用于控制底板、膜和工件之間的接觸部位的控制器。
31.如權利要求30所述的研磨設備，其特征在于所述控制器包括用于檢測工件位置的檢測器，以及能夠根據所檢測的位置驅動底板以改變接觸位置的驅動器。
32.如權利要求30所述的研磨設備，其特征在于所述底板浮動器包括懸垂底板的一對彈簧，以及控制器控制所述對彈簧的位置以改變底板的位置。
33.如權利要求32所述的研磨設備，其特征在于所述對彈簧具有不同的彈簧常數。
34.如權利要求30所述的研磨設備，其特征在于所述膜包括撓性和不可延展的襯底。
35.如權利要求1所述的研磨設備，其特征在于所述退化延緩器包括用于使膜的阻塞延緩的阻塞延緩器。
36.一種研磨設備，包括研磨膜；用于供給所述膜的膜供給裝置；用于使工件轉動的第一驅動裝置；用于使所述工件相對于所述膜移動的第二驅動裝置；底板組；用于操控所述底板組以將所述膜壓在工件上的底板組操控裝置；以及用于延緩所述膜的研磨性退化的退化延緩裝置。
37.一種研磨方法，包括供給研磨膜；轉動工件；使所述工件相對于所述膜移動；操控所述底板組以將所述膜壓在工件上；以及延緩所述膜的研磨退化。
38.如權利要求37所述的方法，其特征在于，所述底板組包括具有一定寬度的第一底板和具有所述寬度的第二底板，所述第二底板在與所述第一底板保持所述寬度乘以一個整數的距離處，并且所述延緩包括控制膜供給器以所述寬度的距離供給膜。
39.如權利要求38所述的研磨方法，其特征在于所述底板組包括數量等于所述整數的底板。
40.如權利要求37所述的研磨方法，其特征在于所述底板組包括第一底板組和第二底板組，并且所述延緩包括檢測所述第一底板組和第二底板組之間的膜的研磨表面的狀態，并且所述控制是根據所檢測的狀態進行的。
41.如權利要求37所述的研磨方法，其特征在于所述底板組包括第一底板組和第二底板組，并且所述延緩包括清潔所述第一底板組和第二底板組之間的膜的研磨表面。
42.如權利要求37所述的研磨方法，其特征在于所述底板組包括第一底板和第二底板，并且所述延緩包括為膜提供限定在所述第一底板和第二底板之間的空間的迂路，以及將潤滑劑供給到所述空間。
43.如權利要求37所述的研磨方法，其特征在于所述延緩包括使膜在膜的供給方向上以大于工件轉速的速度振動。
44.如權利要求37所述的研磨方法，其特征在于所述延緩包括檢測膜的研磨表面的狀態，以及根據所檢測的狀態控制所述供給和操控之一。
45.如權利要求37所述的研磨方法，其特征在于所述底板組包括凸面底板，所述操控包括使底板浮動，以及所述延緩包括控制底板、膜和工件之間的接觸部位。
全文摘要
本發明公開一種研磨設備和研磨方法，膜供給器(FF1)供給膜(1)，第一驅動裝置(20)使工件(W)轉動，第二驅動裝置(30)使工件(W)相對于膜(1)運動，底板組操控器(40)操控底板組(2)以將膜(1)壓在工件(W)上，以及退化延緩器(C)能夠使膜(1)的研磨性的退化延緩。
文檔編號B24B21/00GK1520961SQ200410003989
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月12日 優先權日2003年2月12日
發明者小又正博, 飯泉雅彥, 長谷川清, 荻野崇, 近藤智浩, 武田和夫, 渡邊孝文, 千田義之, 松下靖志, 之, 夫, 彥, 志, 文, 浩, 清 申請人:日產自動車株式會社