專利名稱：研磨方法和研磨裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及研磨工件的方法，例如硬質并且易碎的陶瓷板或者抗點震動或力的性能差的任何工件。
一般情況下，當進行完成這種類型的硬質并且易碎工件的研磨過程時，通常采用稱為行星齒輪系統的研磨裝置。
圖1簡化示出了這種行星齒輪系統的主要單元。在這種研磨裝置中，保持若干工件1的行星齒輪狀傳送器2位于中心齒輪3與環形齒輪4之間。研磨表面平板5和6位于傳送器2的上下表面。在這種狀態下，中心齒輪3和環形齒輪旋轉，在研磨表面平板5與6之間注入混合研磨顆粒的研磨液。從而引起傳送器2自轉和公轉。通過上下表面研磨板5和6與工件1之間的滑動作用對工件1的上下表面進行拋光。
此外，中心齒輪3和環形齒輪4分別經減速機構和無級傳輸結構與驅動電動機(未示出)連接。
但是在包含研磨壓力波動系統的研磨裝置中，由于各種關系(例如研磨壓力、運動轉矩和速度、機械靜摩擦力)，所以壓力減小范圍受到限制。而且如果壓力減得過小，當施加了超過最大靜摩擦力的旋轉力時工件1溢出傳送器2。工件1被夾持在傳送器2與研磨表面平板5之間，從而使工件產生斷裂、折斷和其他損壞。
而且由于速度和轉矩呈圖8所示臺階狀升高并且采用研磨速度增加系統完成研磨，所以開始施加在工件1上的負載可能較低。但是情況不足以防止工件1在研磨時受到下述損壞。
即，工件1表面形成許多微小的凸起。在研磨時，研磨液的研磨顆粒切入這些凸起。由于研磨速度增加系統采用連續驅動，所以一旦研磨顆粒侵入工件1表面，侵入的研磨顆粒就停留下來。在其中有侵入顆粒的情況下工件1繼續旋轉，并且隨后對工件1局部施加較大的負載。
因此研磨對工件1的損壞非常大。因此無法充分地防止微開裂和其他損壞的生成。
為了克服上述問題，本發明的較佳實施例提供了研磨方法和研磨裝置，可靠地防止了研磨損壞的產生并且避免研磨工件的損壞。
按照本發明的較佳實施例，研磨方法包括的步驟是，首先間斷地對工件進行研磨操作，在完成間斷研磨操作之后對工件連續進行研磨操作。
按照本發明的另一較佳實施例，研磨裝置包括能夠保持若干工件的行星齒輪狀傳送器、與傳送器編織再一起的中心齒輪和環形齒輪、位于傳送器上下部分內的一研磨表面平板以及轉動中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的電動機，從而使得研磨裝置在向工件與上下研磨表面平板之間注入混合研磨顆粒的研磨液時進行拋光。比較好的是，研磨裝置還包括第一階驅動的第一控制器，它以較低的轉矩完成驅動電動機的間斷驅動；主驅動的第二控制器，它在完成較低轉矩下的間斷驅動之后以較高轉矩連續驅動驅動電動機；以及在第一階驅動的第一控制器與主驅動的第二控制器之間切換的開關。
按照本發明的另一較佳實施例，研磨裝置包括能夠保持若干工件的行星齒輪狀傳送器、與傳送器編織再一起的中心齒輪和環形齒輪、位于傳送器上下部分的研磨表面平板以及轉動中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的電動機，從而使得研磨裝置在向工件與上下研磨表面平板之間注入混合研磨顆粒的研磨液進行拋光，并且轉動中的齒輪和環形齒輪的至少一個側面。
比較好的是，研磨裝置還包括低轉矩驅動電路，它利用低轉矩電動機完成中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的間斷驅動；高轉矩驅動電路，在完成間斷驅動之后它利用高轉矩電動機完成中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的連續驅動；以及在低轉矩驅動電路與高轉矩驅動電路之間切換的開關。
按照本發明各種較佳實施例的方法，首先在工件上間斷完成研磨操作。在這種間斷研磨過程中，如果施加旋轉力，則研磨液的研磨顆粒將侵入工件表面存在的凸起內，并且負載將突然變大。但是通過在負載過載之前停止來釋放負載。因此可靠地防止了嚴重的研磨損壞，例如微開裂。通過完成預先設定的間斷運動次數，工件表面的凸起一定程度得到去除并且變得光滑。最大靜摩擦力可以小到預先設定的數值。而且，在隨后進行的連續研磨過程中，工件的表面狀態一定程度上是光滑的。因此作用在工件上的點沖擊力變小。工件表面可以拋光至所需的光滑度，與此同時防止對工件的任何損壞，即使在連續研磨工件時。
此外，完成間斷研磨操作的程序可以手工或機械進行。
比較好的是以低轉矩和低速完成間斷的研磨操作。還比較好的是以高轉矩和高速進行連續研磨操作。
如果以高速或高轉矩完成間斷研磨，則施加在摩擦阻力較大的第一階段工件的凸起上的負載較大并且對工件的損壞也較大。
另一方面，當以低轉矩和低速完成間斷研磨操作并且以高轉矩和高速完成連續研磨時，緩慢地對工件拋光而不會對有凸起的初始工件施加較大的負載，并且隨后在工件具有一定平滑度時高速拋光工件。由此消除工件損壞并且改進拋光效率。
比較好的是在小角度范圍內逐漸改變角度時進行間斷研磨操作。
即，在間斷研磨操作開始時，進行凸起的拋光，減少點沖擊力，否則因為工件表面上存在大量凸起由于在小角度范圍內運動點沖擊力會作用于工件。而且隨著凸起數量的減少，通過擴大角度范圍，可以有效地平滑凸起。
比較好的是與連續研磨操作期間施加在工件上的焊接壓力相比較，降低施加在工件上的焊接壓力的同時進行間斷研磨操作。
即，在減小施加在工件上的焊接壓力的情況下完成間斷的研磨，從而以較小的焊接壓力僅僅拋光工件表面存在的凸起。而且可靠地防止了作用在工件局部的過量焊接壓力引起的斷裂或開裂。而且由于僅僅在間斷旋轉時減少壓力，所以未施加超過最大靜摩擦力的轉動力，并且工件不會溢出傳送器。
按照本發明的另一較佳實施例，由于驅動電動機從低轉矩的間斷驅動切換為高轉矩的連續驅動，因此只需一個驅動電動機，可以減少裝置的尺寸和成本。
上述開關可以包括改變電動機轉矩和轉速的逆變器。或者，傳動裝置可以用來改變電動機的轉矩和轉速。
或者，可以提供低轉矩電動機和高轉矩電動機并且在間斷研磨與連續研磨之間選擇地切換這兩電動機，因此控制器相當簡單。
通過以下結合附圖對本發明較佳實施例的描述可以進一步理解本發明的其他單元、特性、特征和優點。
圖1為示意圖，簡化示出了本發明較佳實施例所用的研磨裝置的基本部分；圖2為按照本發明較佳實施例的研磨方法的轉矩和速度隨時間變化的示意圖；圖3為本發明較佳實施例程序的示意圖4為本發明研磨裝置的第二較佳實施例的結構圖；圖5為本發明研磨裝置的第三較佳實施例的結構圖；圖6為本發明研磨裝置的第四較佳實施例的結構圖；圖7為普通研磨速度增加系統內轉矩和速度隨時間變化的示意圖；以及圖8為普通研磨速度增加系統內轉矩和速度隨時間變化的示意圖。
以下借助附圖描述本發明較佳實施例的例子。
圖1為示意圖，簡單示出了按照本發明較佳實施例的方法中所用研磨裝置的主要構件。圖2為本發明較佳實施例中轉矩和速度隨時間變化的示意圖。圖3為較佳實施例程序的示意圖。
此外，本發明各種較佳實施例的方法所用的研磨裝置在結構上與普通裝置沒有基本差別。因此以下就類似普通裝置的圖1進行描述。
在研磨裝置中，保持若干工件1的傳送器2位于中心齒輪3與環形齒輪4之間。研磨表面平板5和6位于傳送器2的一部分和一上下部分。中心齒輪3和環形齒輪4分別經減速機構和無級傳動結構與驅動電動機連接由驅動電動機驅動，與此同時注入混合研磨顆粒的研磨液。齒輪3和4使傳送器2自轉和公轉。驅動開關(未畫出)包含在研磨裝置中。在研磨裝置中，在接通驅動開關之后，進行如圖7所示與現有技術實例類似的研磨操作。換句話說，完成機械研磨過程，其中在高轉矩下繼續高速研磨操作。
而且在本發明較佳實施例的方法中，在研磨裝置完成高轉矩和高速機械研磨過程之前間斷完成工件1上低轉矩和低速研磨操作。圖2示出了該較佳實施例的研磨過程。例如，通過操作者用手固定研磨裝置的環形齒輪4，并且連續地使環形齒輪4在每個任意小的角度范圍內旋轉完成該較佳實施例中的研磨過程。在圖2中，虛線標識抵抗最大靜摩擦力并旋轉研磨裝置的起始轉矩。
具體而言，在該較佳實施例中，該方法比較好的是按照圖3所示模型示意圖的步驟(1)-(7)的持續完成。首先，大約3秒以2次大約30度間斷完成環形齒輪4的旋轉操作(1)、(2)，或更好的是通過人工操作，隨后大約4秒以5次大約60度間斷完成環形齒輪4的旋轉操作(3)-(7)，或更好的是通過人工操作。因此，通過20秒以下經過-回轉(360度)以低轉矩和低速完成研磨過程。換句話說，在該研磨過程中，比較好的是在使角度范圍從小角度范圍逐漸擴大的同時完成研磨過程。此外，為通常的研磨裝置提供壓力減小機構。通過第一階研磨流并在減小的壓力下完成該較佳實施例中低轉矩和低速的研磨過程。在上述低轉矩和低速下間斷完成的研磨之后，與現有技術類似的隨后的附加機械研磨過程(換句話說是普通的機械研磨過程，其中以高轉矩繼續高速研磨過程)將在工件1上完成。
本發明的發明人利用本發明較佳實施例的程序在工件1上完成研磨過程。發明人確認當利用本發明較佳實施例時不發生工件的開裂和其他損壞。而且在研磨過程之后產生微開裂的機率也大大降低。例如，確認當按照圖7所示普通程序完成研磨過程時，發生微開裂的機率約為13％，另一方面，當按照如圖2所示本發明較佳實施例完成研磨過程時，微開裂的發生機率降低至約0.3％。
獲得上述較佳結果的原因如下。按照較佳實施例的程序，首先完成低轉矩下的低速研磨操作。因此，工件1表面存在的凸起在一定程度上被去除。在最初的降低研磨過程期間，工件1的表面條件變得一定程度上光滑。間斷完成低轉矩和低速下的研磨過程。因此通過在間斷研磨過程期間停止研磨操作釋放侵入工件表面凸起的研磨液的研磨顆粒。因此可靠地防止了嚴重的研磨損壞的發生，例如微開裂或其他損壞。而且在間斷研磨過程之后的連續高轉矩和高速研磨過程中，工件表面狀態平滑到一定程度。因此在連續研磨過程中施加在工件上的點沖擊力小得多，因此不產生研磨損壞。
一般情況下，研磨操作的研磨時間比較好的是6分鐘左右。由于首先完成的間斷研磨操作最多約20秒，所以與整個研磨時間相比間斷研磨所需的時間非常短。因此本較佳實施例的研磨效率沒有降低。
此外，在研磨過程中，可以將研磨液中研磨顆粒的密度從約4.8％左右提高至約7％左右。
圖4示出了涉及完成本發明其他較佳實施例方法所使用的研磨裝置的本發明第二較佳實施例。
雖然在上述較佳實施例中人工完成低轉矩和低速的間斷研磨操作，但是在本發明第二較佳實施例中是自動完成間斷研磨過程。
由于研磨裝置的傳送器2、中心齒輪3、環形齒輪4、研磨表面平板5和6的結構與圖1相同，所以不再贅述。
在圖4所示第二較佳實施例中，提供了控制裝置10并且包括操作的存儲程序。控制裝置10經逆變器11與驅動電動機12連接。
逆變器11根據控制裝置10的命令控制頻率并且完成電動機12的轉速控制。
電動機12的轉軸13經減速齒輪14a和14b與中心齒輪3的驅動軸15連接。轉矩傳感器16經驅動軸15提供并且用于檢測施加在驅動軸15的轉矩。轉矩傳感器16向控制轉軸10發送檢測信號。
在該較佳實施例的研磨裝置中，在整個研磨過程的早期完成間斷的研磨操作，使得在驅動軸15的轉矩超過預先設定值時暫停電動機12的操作停止研磨操作，與此同時由逆變器11完成電動機12的低速驅動。
逆變器11的頻率在預定頻率或預定時間的間斷研磨操作之后改變。隨后逆變器11的過程和操作轉移至連續高速和高轉矩研磨操作。因此，可以類似圖2所示的方式自動完成研磨操作。
圖5示出了本發明研磨裝置的第三較佳實施例。
在該較佳實施例中，電動機12的轉軸13經傳動機構17與中心齒輪3的驅動軸15相連，傳動機構17可以改變降速比，成為兩檔不同的降速比。兩個齒輪17a和17b旋轉支承在傳動機構17內部的驅動軸15上。開關17c選擇性地將這些齒輪17a和17b與驅動軸15連接。與齒輪17a和17b嚙合的齒輪17d和17e固定于電動機12的轉軸13。
在間斷研磨操作的第一階段，將開關17c切換至將齒輪17b與驅動軸15連接。電動機12的驅動力經齒輪17e和17b傳遞給驅動軸15。由于齒輪17e和17b的減速比較大，所以如果轉軸15低速轉動的轉矩超過預定值則電動機12停止。由此完成低速和低轉矩下的間斷研磨操作。
在預定頻率或預定時間的間斷研磨操作之后，將開關17c切換至將齒輪17a連接至驅動軸15。電動機12的驅動力經齒輪17d和17a被傳遞至驅動軸15。
由于齒輪17d和17a的減速比較小，所以通過以高速轉動轉軸15完成電動機12的連續驅動。由此完成高速和高轉矩下連續研磨操作。
圖6示出了按照本發明的研磨裝置的第四較佳實施例。
電動機18和19比較好的包含在本較佳實施例中。電動機18以低速轉動和低轉矩運行。另一電動機19以高速轉動和高轉矩運行。在電動機18和19的轉軸20和21中間提供電磁離合器22和23，并且借助控制裝置10完成間斷控制。齒輪24和25分別固定在轉軸20和21上。齒輪24和25與固定在中心齒輪3的驅動軸15的齒輪26嚙合。
在研磨過程中，離合器22首先連接而離合器23脫開。如果轉軸15的轉矩超過預定值則電動機18將停止，而當驅動第一電動機18時轉軸15以低速轉動。由此完成低速和低轉矩的間斷研磨操作。在預定頻率或預定時間的間斷研磨操作之后離合器22脫開并且離合器23連接。而且，如果第二電動機19驅動執行電動機19的連續驅動同時驅動軸15進行高速轉動。由此完成高速和高轉矩的連續研磨操作。
在圖4-6的實例中，比較好的是向中心齒輪3的驅動軸15提供轉矩傳感器16。檢測驅動軸15的轉矩并且完成間斷的研磨操作。但是無需檢測轉矩。例如，可以在驅動軸15上提供轉矩限制器。僅僅在第一階段的研磨操作時轉矩限制器改變為滑動狀態(滑動大于預定量的轉矩的狀態)。在連續研磨操作時，轉矩限制器改變為固定狀態。開關控制可以這種方式完成。而且在這種情況下，施加在工件1的負載(轉矩)可以限制在固定值以下。
而且如圖3所示，間斷研磨操作可以利用這種時序控制完成。
此外，本發明較佳實施例可以研磨的工件1例如包括壓電體、介電體、絕緣陶瓷板、晶體或其他合適的另件。但是并不局限于此。
如上所述，按照本發明的各種較佳實施例，在首先完成間斷研磨操作之后，完成連續研磨操作。因此，在一定程度上去除工件上凸起之后完成研磨過程。因此高效地完成研磨并且消除研磨引起的工件損壞。
在間斷研磨操作期間，由于通過停止研磨操作釋放了侵入工件表面上的凸起的研磨液的研磨顆粒，所以不會有過大的負載施加在工件上。因此可靠地防止了諸如微開裂之類的嚴重研磨損壞的產生。
而且按照本發明較佳實施例的研磨裝置，驅動電動機被切換至電動機以低轉矩完成間斷驅動的階段和以高轉矩完成連續驅動的階段。在僅僅利用一個電動機時該較佳實施例可以實現本發明各種較佳實施例的優點，還減少了研磨裝置的尺寸和成本。
而且，按照本發明另一較佳實施例的另一研磨裝置，提供了低轉矩電動機和高轉矩電動機并且選擇性地切換，并且完成間斷研磨和連續研磨。在這較佳實施例中，控制和間斷研磨與連續研磨之間的切換是相當簡單的。
雖然描述了本發明的較佳實施例，但是本發明的精神和范圍由所附權利要求限定。
權利要求
1．一種工件研磨方法，其特征在于包括以下步驟第一步是間斷地對工件進行研磨；以及第二步是對工件連續進行研磨。
2．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于第一步以較低轉矩和較低速度間斷地對工件進行研磨，第二步以較高轉矩和較高速度對工件連續進行研磨。
3．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于完成對工件連續進行研磨的第二步從而使角度范圍從較小范圍逐漸擴張到較大范圍。
4．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于在施加到工件上的壓力小于連續研磨工件的第二步期間的壓力的狀態下，完成第一步間斷研磨。
5．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于手工完成間斷地對工件進行研磨的第一步。
6．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于利用研磨裝置自動完成間斷地對工件進行研磨的第一步。
7．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于在大約20秒完成間斷地對工件進行研磨的第一步。
8．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于在研磨的第一和第二步期間，將研磨液供應在工件上。
9．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于研磨液包括構成約7％研磨液的研磨顆粒。
10．如權利要求1所述的研磨方法，其特征在于工件包含壓電體、介電體、絕緣陶瓷板和晶體之一。
11．一種研磨工件的研磨裝置，其特征在于包括能夠保持若干工件的行星齒輪狀傳送器；與傳送器嚙合的中心齒輪；與傳送器嚙合的環形齒輪；位于傳送器上部分和下部分的研磨表面平板；驅動傳送器并且轉動中心齒輪和環形齒輪至少一個的電動機；第一控制器，安排為控制電動機完成第一階驅動，從而以較低的轉矩間斷驅動電動機；第二控制器，安排為在完成較低轉矩下的間斷驅動之后完成第二階驅動，從而以較高轉矩連續驅動電動機；以及在完成第一階驅動的第一控制器與完成第二階驅動的第二控制器之間切換的開關。
12．如權利要求11所述的研磨裝置，其特征在于進一步包括研磨液涂敷裝置，安排為在間斷和連續研磨過程中供應研磨液。
13．如權利要求11所述的研磨裝置，其特征在于第一和第二控制器每個都包括逆變器，用于控制電動機的頻率和速度。
14．如權利要求11所述的研磨裝置，其特征在于提供轉矩傳感器并且安排為檢測電動機施加在所連接轉軸上的轉矩。
15．如權利要求14所述的研磨裝置，其特征在于轉矩傳感器安排為向第一和第二控制器中的至少一個發送轉矩信號并且當驅動轉軸轉矩超過預定值時通過暫停電動機操作停止間斷研磨操作。
16．一種研磨工件的研磨裝置，其特征在于包括能夠保持若干工件的行星齒輪狀傳送器；與傳送器嚙合的中心齒輪；與傳送器嚙合的環形齒輪；位于傳送器上部分和下部分的研磨表面平板；驅動傳送器并且轉動中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的電動機；低轉矩電動機；高轉矩電動機；低轉矩驅動電路，安排為經低轉矩電動機完成中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的間斷驅動；高轉矩驅動電路，安排為在完成間斷驅動之后經高轉矩電動機完成中心齒輪和環形齒輪中的至少一個的連續驅動；以及在低轉矩驅動電路與高轉矩驅動電路之間切換的開關。
17．如權利要求16所述的研磨裝置，其特征在于進一步包括研磨液供應裝置，安排為在間斷和連續研磨過程中供應研磨液。
18．如權利要求16所述的研磨裝置，其特征在于低轉矩電動機具有第一驅動轉軸和固定在第一驅動轉軸上的第一電磁離合器，高轉矩電動機具有第二驅動轉軸和固定在第二驅動轉軸上的第二電磁離合器，并且開關安排為主動地嚙合和分離第一和第二離合器以使間斷驅動變化至連續驅動。
19．如權利要求18所述的研磨轉軸，其特征在于如果第一轉軸的轉矩超過預先設定的數值則停止低轉矩電動機。
全文摘要
本發明提供了研磨和研磨裝置,可靠地防止了研磨損壞的產生并且避免研磨工件的損壞。按照本發明的較佳實施例,研磨方法包括的步驟是,首先間斷地對工件進行研磨操作,在完成間斷研磨操作之后對工件連續進行研磨操作。
文檔編號B24B41/06GK1324709SQ0111977
公開日2001年12月5日 申請日期2001年5月22日 優先權日2000年5月22日
發明者法利信幸 申請人:株式會社村田制作所