CN1520961A - 研磨设备和研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种研磨设备和研磨方法，膜供给器(FF1)供给膜(1)，第一驱动装置(20)使工件(W)转动，第二驱动装置(30)使工件(W)相对于膜(1)运动，底板组操控器(40)操控底板组(2)以将膜(1)压在工件(W)上，以及退化延缓器(C)能够使膜(1)的研磨性的退化延缓。

Description

研磨设备和研磨方法
技术领域
本发明涉及一种研磨设备和研磨方法，更具体地说，本发明涉及一种使用研磨磨料膜(在下文中称为“研磨膜”或“膜”)作为工具的研磨设备和研磨方法。
背景技术
近年来对于高精度工件的需求的发展已经引起对使用研磨膜完成超磨光的注意。
如日本专利申请审定公开号No.7-237116中所披露的，对于超磨光来说，将研磨膜的研磨面压在背部具有推挤底板的工件上，使得工件转动并且振动以对其进行研磨。
发明内容
研磨膜的研磨面具有粘附于其上的大量磨粒，并且易于很快成块，导致研磨性的恶化。
在考虑了以上问题的基础上作出了本发明。因此本发明的一个目的是提供一种可克服所述退化的研磨设备和研磨方法。
为了实现该目的，依照本发明的一个方面，研磨设备包括：研磨膜、被构成得用于供给所述膜的膜进料器、被构成得使得工件转动的第一驱动装置、被构成得使得所述工件相对于所述膜运动的第二驱动装置、底板组、被构成得用于操控底板组以将所述膜压在工件上的底板组操控器，以及被构成得用于延缓所述膜的研磨性退化的退化延缓器。
依照本发明的另一个方面，研磨方法包括：供给研磨膜、使得工件转动、使得所述工件相对于所述膜运动、操控底板组以将所述膜压在工件上，以及延缓所述膜的研磨性的退化。
附图说明
当结合附图阅读以下详细描述时，从所述描述中将更全面地理解本发明的上述和其他目的和新颖特征，其中：
图1是本发明第一实施例所涉及的研磨设备的左侧视图；
图2是图1设备的研具的闭合状态的后视图；
图3是图2研具的打开状态的后视图；
图4是图2中“A”的详图；
图5是图2研具的膜供给时限图；
图6是第一实施例的第一变型所涉及的研磨设备的研具的膜供给时限图；
图7是第一实施例的第二变型所涉及的研磨设备的研具的膜供给时限图；
图8是第一实施例的第三变型所涉及的研磨设备的研具控制系统的视图；
图9是本发明第二实施例所涉及的研磨设备的研具的闭合状态的后视图；
图10是图9研具的打开状态的后视图；
图11是第二实施例的第一变型所涉及的研磨设备的研具的膜清洁器的截面图；
图12是第二实施例的第二变型所涉及的研磨设备的研具的膜清洁器的截面图；
图13是第二实施例的第三变型所涉及的研磨设备的研具的膜清洁器的截面图；
图14是本发明第三实施例所涉及的研磨设备的左侧视图；
图15是图14设备的研具的闭合状态的后视图；
图16是图15研具的打开状态的后视图；
图17是图15研具的上部或下部研具的截面图；
图18是沿图17的线“C1”-“C1”所截的截面图；
图19是第三实施例的一个变型所涉及的研磨设备的研具的上部研具的底板壳的截面图；
图20是沿图19的线“C2”-“C2”所截的截面图；
图21是本发明第四实施例所涉及的研磨设备的研具的闭合状态的后视图；
图22是图21研具的打开状态的后视图；
图23是图21中“D”的详图；
图24是本发明第五实施例所涉及的研磨设备的研具的闭合状态的后视图；
图25是图24中研具的“E”的详图；
图26是图24中研具的膜的截面图；
图27是第五实施例的第一变型所涉及的研磨设备的研具的闭合状态的侧视图；
图28是图27研具的特征曲线图；
图29是第五实施例的第二变型所涉及的研磨设备的闭合状态的侧视图；
图30是本发明第六实施例所涉及的研磨设备的左侧视图；
图31是图30设备的研具的闭合状态的后视图；
图32是图31研具的打开状态的后视图；
图33是图31中“F”的详图；
图34是图31研具的上部研具元件的后视图，其中元件沿CW(顺时针方向)振动；
图35是沿CCW(逆时针方向)振动的上部研具元件的后视图；
图36是图30设备的工件的透视图；
图37是图31研具处的工件的横截面图；
图38是图31研具的控制系统的视图；
图39是第六实施例的一个变型所涉及的研磨设备的研具的后视图；以及
图40A到40D是图39研具的上部研具的后视图，其中上部研具正在浮动以追踪工件。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的六个实施例，以及其一些变型。相同的元件或器件用相同的附图标记表示。
(第一实施例)
现在将参照图1到图5对本发明的第一实施例进行描述。
图1示出了正交X-Y-Z坐标系所限定的三维空间中的第一实施例所涉及的作为机加工工具的研磨设备100，其中设备100具有平行于X-轴的加工纵向、平行于Y-轴的加工横向、以及沿Z-轴的加工高度。
研磨设备100包括固定于地基(未示出)的机架FR、安装于机架FR上并被构成得以滑动的方式相对于机架FR纵向位移的下部台27，以及一对前后上部台26，所述前后上部台26分别被安装于下部台27上并被构成得以滑动的方式相对于下部台27横向位移。台26、27具有受控于NC(数字控制)控制器C(用作研磨性退化延缓器的制导系统)的螺旋进给系统(未示出)。
前上部台26具有安装于其上并装有可与夹盘23一起转动的轴21的头座22。后上部台26具有安装于其上并装有中心部分25a的尾座25。夹盘23适合于夹紧工件W(例如，图1中所示的曲轴)的一个纵向端部，与支撑工件W另一个纵向端部的中心部分25a合作，以便于将该工件W设置在用于研磨的位置中。
轴驱动马达M1通过传动带24驱动所述轴21以使其转动。由编码器S1检测(根据角位移和/或角速度或rpm(每分钟转动次数))轴21的转动，编码器S1的检测信号被输入到控制器C中。当马达M1通过命令线La受控于控制器C时，所述工件W被控制得在夹盘23与中心部分25a之间绕其纵向轴转动。
因此，构成NC-控制的横向转动驱动机构20的“以可操作的方式连接的马达M1、带24与轴21的组合”驱动工件W以使其转动，所述横向转动驱动机构20可包括编码器S1，并且包含夹盘23与中心部分25a以构成工件夹具。
下部台27通常被一组作为压缩于台27的后端和机架FR的相对元件之间的平行弹性元件的弹簧34向前偏压，以使得台27的前端与装配或固定于偏心驱动轴33a上的圆形凸轮盘33的圆周相接触。驱动马达M2通过齿轮组33b驱动所述轴33a以使其转动。由编码器S2检测(根据角位移和/或角速度或rpm)轴33a的转动，编码器S2的检测信号被输入到控制器C中。马达M2通过命令线Lb受控于控制器C。当凸轮33绕着轴33a离心地转动时，下部台27被驱动得与其上的上部台26以及座22、25一起往复纵向移动。
因此，构成NC-控制的纵向往复或振动的驱动机构30的“马达M2、齿轮组33b、轴33a、凸轮33以及弹簧34的协作组合”使得夹持在夹盘23与中心部分25a之间的工件W纵向振动，所述驱动机构30可包括编码器S2、上部和下部台26、27，以及座22、25。
工件W的振动具有取决于偏心轴33a的偏移量的振幅，所述偏移量即，凸轮33的地理中心与轴33a的转动轴之间的距离。每单位时间的振动数量取决于马达M2的rpm，并且振动的瞬时速度取决于偏移量乘以马达rpm的余弦。最好通过在轴33a与松配合凸轮33的安装孔之间插入间隔片或调整片而调节偏移量，或通过使用在可控流体压力下可延展的距离元件而调节偏移量。
如果需要的话，工件W可已被模制或轧制、挤压、变形和/或焊接并且切削、碾磨、钻孔和/或磨光，以便于在研磨设备100处被加工(例如，精细修光或磨光以便于超表面磨光)。工件W具有将在那里(在100处)被加工的总数为I(I＝预定整数)的部分{W1(例如，轴颈)、W2(例如，销)、W3，……、Wi(i＝任意整数；1≤i≤I)}，其中部分Wi在例如材料、可加工性、空间位置、曲线的外围形状和/或表面粗糙度方面可具有彼此不同的加工条件。在本实施例中，为了便于理解，假定外围形状为圆形。
由总数为J(J＝预定整数；J≤I)的选择性的并且可移除或可更换的研具{100-1、100-2、100-3、……、100-j(j＝任意整数；1≤j≤J)、……、100-J}的纵向阵列实现对于工件W的研磨，所述研具每个都由一对横向延伸的上部和下部研具110构成。J个研具100-j通过命令线Lc(如果需要的话，可被分支，例如分成为支线Lc1、Lc2、Lc3、……、Lcj、……、LcJ)可同步地或不同步地受控于控制器C。在本实施例中，为了便于理解，假定J＝I，并且所述控制为同步的。
图2示出了设备100的研具100-j的闭合状态、图3示出了研具100-j的打开状态。图4是图2中“A”的详图。
研具100-j由以下部分构成：适合于使用供给长度的研磨膜1以协作的方式研磨工件部分Wi的上部和下部研具110；适合于控制膜1的供给的膜供给系统FF1；以及流体压力(例如，液压或气压)缸13，所述压力缸13在控制器C的控制下可操作，用于上部和下部研具110的竖直驱动，以使其分别绕着沿加工-纵向延伸的上部和下部支撑销14沿CW(顺时针方向)和CCW(逆时针方向)振动，以便于研具100-j的打开-闭合操作。支撑销14被固定于机架FR的适当元件上。
上部和下部研具110分别形成有沿加工-横向延伸的上部和下部推臂11、12。上部和下部推臂11、12在它们的上部和下部支撑销14上的彼此接近的凸出中央部11a、12a处枢转。推臂11、12还在它们的横向延伸销13a、13b上的Z形弯曲或直的右侧延伸部分11b、12b的远端处枢转，所述延伸部分11b、12b被固定于流体压力缸13的缸盖13a和活塞杆13b的远端。
推臂11、12分别具有上部和下部左侧延伸部分11c、12c以起到膜挤压元件(2)的固定器的推动器的作用，左侧延伸部分11c、12c在轴21(图1)的轴向中心线以外延伸，在平面图中垂直地与中心线和工件部分Wi相交。上部和下部左侧延伸部分11c、12c在它们的相对侧处分别形成有用于容纳以可竖直滑动的方式装配于其中的底板壳3(作为挤压元件固定器)的上部和下部左侧凹槽11d、12d，以及用于容纳固定于其中的上部和下部膜辊R3的上部和下部右侧凹槽11e、12e。左侧延伸部分11c、12c在其竖直外侧处装有上部和下部椭圆形凸轮16，并且具有分别形成于竖直外侧与上部和下部左侧凹槽11d、12d的底部之间的上部和下部通孔11f、12f，所述通孔11f、12f用于通常被偏压以沿其滑动的上部和下部推杆11g、12g的插入，以跟随上部和下部凸轮16的移动。
通过人工操作或在控制器C的NC控制下，凸轮16以可转动的方式被装配于固定在左侧延伸部分11c、11d和控制器C的支撑轴(未示出)上，以便于转动以竖直向内地推动底板壳3。每个凸轮16的转动都可被检测并输入到控制器C。
上部和下部底板壳3在其相对侧处形成有沿横向延伸的上部和下部弧形凹槽3a、3b(图3)，并且具有沿横向延伸的第一、第二和第三底板2a、2b和2c(作为膜挤压元件)的一对上部和下部组2，所述第一、第二和第三底板2a、2b和2c被构成得其横截面基本为梯形的并且沿弧形间隔T(图4)被嵌在底板壳3中，以便于由这些壳3以及由臂11、12固定。底板2a、2b和2c的暴露面被构成为截面为弧形的，具有弧形宽度或弧长L(图4)，以便于与待研磨的工件部分Wi的相应表面区域共形。底板2a、2b和2c由橡胶、合成树脂、金属(例如，铝)或金属合金构成以便于具有研磨所需的足够刚性。
因此，在研具100-j中，构成作为底板推动机构40的底板组操控器的“底板壳3、杆11g或12g、凸轮16、臂11或12、缸13以及销14的组合”使得每个底板组2都共形地推压工件部分Wi，其中膜1被挤压于其间，所述底板推动机构40包括起到推动力调节器或调整器15作用的“杆11g或12g与凸轮16的组合”。调整器15可由受控于控制器C的液压或气压缸取代。
研磨膜1(参照图26)被提供为卷绕长度的带状的具有良好挠性但不可延展的薄层或叠层(称作“衬底”)SB，所述薄层或叠层SB具有作为用于被压在待研磨工件部分Wi上的磨料前或右侧的面Sf，以及作为当底板壳3以及臂11、12推动底板2时将受底板2挤压的光滑的后或反面的背面Sb。衬底SB至少在其面Sf(例如图26中的1a)处是用聚酯制成的，并且具有约25μm到130μm范围内的厚度。沿着长度或膜1间隔处的间断式长度，衬底SB的面Sf具有嵌在其中或通过粘合剂作为粘附体附于其上的均匀分布的颗粒AP(例如图26中的1c)。磨粒AP是由研磨材料(例如氧化铝、碳化硅、金刚石)制成的，并且具有几μm到大约200μm范围内的颗粒尺寸。在背面Sb(例如图26中的1b)处，衬底SB是用防滑材料(例如橡胶、合成树脂)制成的，它可为粗糙的或被加工或处理以便于防滑。
将膜供给系统FF1形成为具有：用于放松被供应以用于研磨的膜1的长度的膜供带盘5、用于在研磨之后卷绕待卷起的膜1的长度的膜卷带盘6、以及用于协助膜供给和/或在不约束或干扰的情况下改变膜供给方向的必要数量的膜供给辊Rk(k＝1、2、3、4、5)。供带盘5、卷带盘6、供给辊Rk由架FR(图1)、上部臂11或下部臂12支撑。架FR支撑供带盘5、卷带盘6、供应协助辊R4以及卷绕协助辊R5。
上部和下部臂11、12具有一对固定于其左侧延伸部分11c、12c左端的竖直延伸并且较长的上部和下部辊支撑元件11h、12h，以及设在左侧延伸部分11c、12c的上部和下部右侧凹槽11e、12e中的一对较短的上部和下部辊支撑部分11i、12i。上部辊支撑元件11h被构成得用于支撑一对供应侧方向改变的上部和下部辊R1，所述辊R1用于协助所供给长度的膜1，以使其绕过臂11的上部左侧延伸部分11c、进入到上部和下部左侧延伸部分11c、12c之间的空间Sp中，并且在空间Sp或相关缝隙中沿向右向前的方向前进。下部辊支撑元件12h被构成得用于支撑一对卷绕侧方向改变的上部和下部辊R2，所述辊R2用于协助所供给的膜1的长度，以使其在空间Sp或相关缝隙中沿着向左向后的方向后退、从空间Sp中退出，并且绕过下部左侧延伸部分12c。上部和下部辊支撑部分11i、12i被构成得用于支撑一对供给方向改变上部和下部辊R3，所述辊R3用于协助所供给的长度膜1，以使其返回到空间Sp中。
膜供给系统FF1包括：用于驱动卷带盘6以使其转动以缠绕或卷起膜1(使得供带盘5放松被供给的一段长度的膜1)的驱动马达M3，以及用于检测马达M3转动的转动编码器S3。马达M3通过其间(参照图8)的命令线(Lcj)受控于控制器C。编码器S3的检测信号被输入到控制器C。供带盘5也可由另一个设有转动编码器并受控于控制器C的驱动马达驱动以转动，所述控制器C与马达M3同步。
膜供给系统FF1还包括：一对上部和下部锁定装置7(图4)分别用于将膜1的供给部分f锁定在供给侧(在盘5和辊R4、R1或R3之间)和卷带侧(在辊R3、R2或R5和盘6之间)。锁定装置7受控于控制器C(图1)，以使得膜1在供给侧和卷带侧如所需要的那样被拉紧。类似的锁定装置可被安置于盘5和辊R4或R1或辊R1、R3之间以及辊R3、R2或辊R2或R5和盘6之间。
当在辊R1-R3和R3-R2之间被拉紧时，膜1在如图3中在液压缸13收缩时研具100-j被打开的位置处被拉直。当如图2中所示的在液压缸13延展而研具被关闭时，膜1被压缩在底板2a、2b和2c的任一组2与工件部分Wi之间，当驱动机构30(图1)沿加工纵向使得工件W振动时，与工件部分Wi的表面区域共形地弯曲以便于被上部和下部研具110研磨。
在该实施例中，膜供给系统FF1适合于一系列间断的供给膜1以使得膜1用其间的间隔在每个底板组2处进行研磨操作。为了有效地研磨以及有效地使用膜1，通过设定底板宽度L和底板间隔T与供给部分f的比率，将研具100-j构成得在每次操作中防止膜区域的重复使用，以使得：
T∶L∶f＝n∶1∶n，
其中n是与操作有关的底板数量，即，在每个底板组2中的数量。
图5示出了研具100-j处的膜供给时限。其中n＝3，T＝3×L，并且f＝3×L(＝f1)。
在第一次操作中，当工件W振动时，第一、第二和第三底板2a、2b和2c沿其弧形暴露面具有宽度为L的第一、第二和第三带点的工作区段Wp(2a的p＝1、2b的p＝2、2c的p＝3)，在这种情况下膜1具有用于面Sf处研磨操作的宽度为L的阴影区(参照图26)。第一底板2a覆盖第一工作区段Wp(p＝1)，并且使用相应的膜区域17，第一底板2a目前是相关的。
在第一次操作之后，第一供给部分使得膜1移动一个距离f1＝3×L，从而膜区域17的右侧位移到第二工作区段Wp(p＝2)左侧的相邻位置，以使得膜区域17覆盖第二工作区段Wp(p＝2)后面的L宽度区域尾部。
在第二次操作中，刚好在以上提及的尾部区域的前面，第二底板2b使用相应的新膜区域以便于研磨。
在第二次操作之后，第二供给部分使得膜1移动另一个距离f1，从而膜区域17的右侧位移到刚好在第三工作区段Wp(p＝3)后面的尾部区域的左侧的相邻位置，以使得膜区域17覆盖第三工作区段Wp(p＝3)后面的另一个尾部区域后的L宽度区域尾部。
在第三次操作中，刚好在上述另一个尾部区域的前面，第三底板2c使用相应的新膜区域以便于研磨。
在第三次操作之后，第三供给部分使得膜1移动另一个距离f1，从而膜区域17的右侧位移到刚好在第三工作区段Wp(p＝3)前面的前面区域右侧的位置，以使得区域17覆盖前面区域。
在第四次操作中，刚好在以上提及的前面区域的后面，第三底板2c使用相应的新膜区域以便于研磨。
在第四次操作之后，第四供给部分使得膜1移动另一个距离f1，从而膜区域17的右侧位移到第三工作区段Wp(p＝3)前面的超越区域右侧的位置，在其间连接有三个L宽度区域，以使得膜区域17覆盖所述超越区域。
在第五次操作中，刚好在以上提及的三个区域的后面，第三底板2c使用相应的新膜区域以便于研磨。应该注意的是，在最后的工作区段Wp(p＝3)之后，在之间没有不使用的区域的情况下整个膜区域被连接，以使得膜1的衬底面Sf已被完全一次使用，从而允许均匀的研磨操作和膜1的有效使用。
(第一实施例的第一变型)
图6示出了第一实施例的第一变型所涉及的研磨设备的研具100-j处的膜供给时限，其中n＝4，T＝4×L，并且f＝4×L(＝f2)。
在该研具100-j中，每个底板组2具有覆盖沿其弧形暴露面具有宽度为L的第一、第二、第三和第四带点的工作区段Wq(2a的q＝1、2b的q＝2、2c的q＝3、2d的q＝4)的四个底板2a、2b、2c和2d，在这种情况下膜1具有用于面Sf处研磨操作的宽度为L的阴影区。在第一次操作中，第一底板2a覆盖第一工作区段Wq(q＝1)，并且使用相应的膜区域18，其现在与第五供给部分之后的第六次操作有关。
在该变型中，在最后的工作区段Wq(q＝4)之后，在之间没有不使用的区域的情况下整个膜区域被连接，以使得膜1的衬底面Sf已被完全一次使用，从而允许均匀的研磨操作和膜1的有效使用。
(第一实施例的第二变型)
图7示出了第一实施例的第二变型所涉及的研磨设备的研具100-j处的膜供给时限，其中n＝2，T＝2×L，并且f＝2×L(＝f3)。
在该研具100-j中，每个底板组2具有覆盖沿其弧形暴露面具有宽度为L的第一和第二带点的工作区段Wr(2a的r＝1、2b的r＝2)的两个底板2a、2b，在这种情况下膜1具有用于面Sf处研磨操作的宽度为L的阴影区。在第一次操作中，第一底板2a覆盖第一工作区段Wr(r＝1)，并且使用相应的膜区域19，其现在与第三供给部分之后的第四次操作有关。
在该变型中，在最后的工作区段Wr(r＝4)之后，在之间没有不使用的区域的情况下整个膜区域被连接，以使得膜1的衬底面Sf已被完全一次使用，从而允许均匀的研磨操作和膜1的有效使用。
(第一实施例的第三变型)
图8示出了第一实施例的第三变型所涉及的研磨设备的研具100-j的控制系统。
该变型不同于第一实施例100之处在于，通过布置于上部和下部底板壳3之间的膜路径的迂路附近的摄像机180，检测膜1的衬底面Sf，以找到未使用或可用于研具101-j的下部研具111的底板组2处的研磨操作的重复使用区域，并且来自于摄像机180的图像数据由图像处理器181处理，以输入到控制器C。
在控制器C处，处理所输入的数据以产生以下命令：通过支线Lcj输出到卷带盘6的驱动马达M3，以及锁定装置7，如果需要的话实现膜供给f的校正(图4)，以避免使用(在下部研具111的底板组2处的操作中)与研具101-j的上部研具111的底板组2处的参考操作之后相比更多的阻塞区域。
工件W(图1)可为凸轮轴，并且工件部分Wi(图4)可为凸轮凸起。在这样的情况中，甚至在下部研具2的底板组2处，膜供给也被控制得不重复使用曾经使用过的区域。
(第二实施例)
现在将参照图9和图10描述本发明的第二实施例。图9示出了第二实施例所涉及的研磨设备200的研具200-j的闭合状态，图10示出了研磨设备200的研具200-j的打开状态。
该实施例200不同于第一实施例100之处在于，膜供给系统FF2具有布置于上部和下部研具110之间并由研具110或框架FR(图1)支撑的膜清洁器CL1，以允许膜1的重复使用和均匀研磨。
清洁器CL1被构成得用于在上部研具11的底板组2处的研磨操作之后或者当研具200-j离开研磨操作时清洁衬底面Sf(参照图26)。在相关驱动的操作状态的一次扫描之后，清洁器CL1的接通-断开时限以及工作状态受控于控制器C(图1)。该扫描可覆盖图像处理器181(图8)的图像数据以检查膜1的堵塞或通过清洁可去除的异物。
(第二实施例的第一变型)
图11示出了第二实施例的第一变型所涉及的研磨设备210的研具210-j的膜清洁器CL2，并且对应于图9的“B”的详图。
该变型不同于第二实施例200之处在于，膜供给系统FF21具有膜清洁器CL2，所述膜清洁器CL2包括超声波刷207、以及设在辊R3之间的辅助膜辊R31、R32上的膜1的迂路。辊R31被如此布置，即，使得膜1被弯曲或被举起以使得以衬底面Sf露在外侧的方式通过刷207轻而易举地清洁它。可将清洁器CL2布置得用于清洁辊R3、R31和/或R32处的膜1。
(第二实施例的第二变型)
图12示出了第二实施例的第二变型所涉及的研磨设备211的研具211-j的膜清洁器CL3。
该变型不同于第二实施例200之处在于，膜供给系统FF22具有膜清洁器CL3，所述膜清洁器CL3包括超声波清洗槽208、以及设在辊R3之间的辅助膜辊R31、R32上的膜1的迂路。辊R31被如此布置，即，使得膜1被弯曲或被举起以使得衬底面Sf在外侧被浸泡，从而在清洗槽208中可轻而易举地清洁它。清洁液体可以是用于研磨的冷却液，且是从冷却液储存槽供应的。可将清洁器CL3布置得或使其延伸以便于清洁辊R3、R31和/或R32处的膜1。
(第二实施例的第三变型)
图13示出了第二实施例的第三变型所涉及的研磨设备212的研具212-j的膜清洁器CL4。
该变型不同于第二实施例200之处在于，膜供给系统FF23具有膜清洁器CL4，所述膜清洁器CL4包括高压喷嘴209、以及设在辊R3之间的辅助膜辊R31、R32上的膜1的迂路。辊R31被如此布置，即，使得膜1被弯曲或被举起以使得以衬底面Sf露在外侧的方式通过来自于喷嘴209的射流轻而易举地清洁它。被喷成射流的清洗液可为用于研磨的冷却液并且是从冷却液储存箱中供应的。可将清洁器CL4布置得用于清洁辊R3、R31、和/或R32处的膜1。
(第三实施例)
现在将参照图14到图18描述本发明的第三实施例。图14示出了第三实施例所涉及的研磨设备300，图15是设备300的研具300-j的闭合状态，图16是研磨设备300的研具300-j的打开状态。图17是研具300-j的上部或下部研具310的推臂11或12的截面图，以及图18是沿图17的线“C1”-“C1”所截的截面图。
该实施例不同于前述实施例之处在于，研具300-j具有上部和下部研具310，每个都分别装有包括推力调节器315和连接于外部润滑剂泵P的内部润滑剂分配供应系统LD的底板推动机构340，并且膜供给系统FF3具有与之共同操作的形状。如第一实施例100中所描述的，来自于驱动马达M1、M2的转动编码器S1、S2的检测信号经由信号线L1、L2被输入到控制器C。
上部推臂11(或下部推臂12)形成有用于容纳底板壳3的上部(或下部)左侧矩形凹槽11a(或12a)。该底板壳3可沿凹槽11a(或12a)竖直地滑动以通过调节器315调节推力，所述调节器315为底板壳推动弹簧和弹簧力调整螺丝的组合。
底板壳3形成有沿加工纵向延伸的半圆形凹槽，所述凹槽具有切割于其中的沿加工纵向延伸的径向狭缝345，将梯形突出部分344限定于其间作为底板支撑。这些突出部分344使得它们的弧形顶部343作为底板组2的各个底板附于其上的半圆形凹槽的其余部分，并且研磨膜1以波状的方式沿突出部分顶部343和径向狭缝345的左右壁被引导，以使得径向空间342被限定于左右壁上的膜1长度之间。
当突出部分顶部343推动底板时，底板组2共形地压在工件W(或工件部分Wi)的相应表面区域上，并且工件W的其余表面区域在径向空间342的开口端延伸。为了将膜1拉入到每个狭缝345的深度中，在狭缝底部提供了膜迂路供给器341，所述供给器341由一对紧固于狭缝345左右壁的弹簧349以及张紧辊350构成，所述张紧辊350以可转动的方式由弹簧349悬挂并通常由弹簧349的弹力径向向外偏压，使得膜1在该方向上被拉紧。以可转动的方式被悬挂的辊350具有减轻被膜1磨损的趋势，从而赋予迂路供给器341延长的操作寿命，允许膜1的平滑供给和膜供给系统FF3的简化结构。
为了安装，将充足长度的膜1插入到狭缝345中以具有一次形成于其中的径向迂路，在返回以穿过工件W与相关底板之间之前，在梯形突出部分344的近端处在张紧辊350上翻转。使用狭缝345的膜1的波状布置确保了每个径向空间342在每个前端342a和后端342b处打开，并且由张紧辊350周围的膜迂路、左右侧处的膜1的相对长度、以及待研磨的工件W的圆周的露出区域限定。工件W的圆周交替地具有未被膜1覆盖的露出区域和由膜1覆盖的区域。
内部润滑剂供应系统LD被形成为底板壳3中的润滑剂路径346的网络，并通过联结器348和连接管347与外部润滑剂泵P相连接，所述管347具有弹性并可延展，从而避免过度的动载荷施加于底板组2或底板壳3上。
每个径向空间342都在其前端342a和后端342b两处与润滑剂路径346相通，以使得润滑剂从那里流入，并且沿膜1的面Sf引导润滑剂，以确保在待研磨的工件表面区域上以及在膜1与工件W的研磨表面区域之间的输送，使得润滑剂以直接接触的方式沿工件表面流动，或流动到待加工的工件W的一点，从而在润滑剂与工件W之间的接触面积得到有效的扩展。
应该注意的是，所泵送的润滑剂沿加工纵向从润滑剂路径346被输送到径向空间342中，直接冲洗露在空间342内侧的膜面Sf，从而从膜面Sf上清洗土尘。
还应该注意的是，具有波状迂路的膜1交替地具有底板与振动的工件W之间的受压区域和限定径向空间342的迂路区域，其中在受压区域工件W随着热量的消散被摩擦研磨，而在迂路区域工件W露出。当每个径向空间342中的润滑剂流被(膜1迂路区域的)露出面Sf朝向露出的工件表面引导时，大部分润滑剂与夺去工件热量的土尘一起通过与外部相通的前后中心空间342c、342d流出，并且其余部分被供应到膜1的受压区域与工件W之间，穿过其间的间隙，从中夺去热量，以流出到下一个径向空间342。因此润滑剂被引向待研磨的工件表面上，并位于工件表面与膜之间，或位于膜和底板之间，导致其冷却和去除土尘，否则润滑剂的所述侵入作用可能会很困难。
前述作用在膜迂路供给器341的各个位置处展开，允许润滑剂向待加工工件的多个点的供应容易化，以及润滑剂与工件W之间接触面积扩展方面的相应增加，从而能够更平滑地去除土尘，以及膜1和工件W冷却的增强。
(第三实施例的变型)
图19示出了第三实施例的一个变型所涉及的研磨设备的任一研具的上部研具的底板壳303，图20是沿图19的线“C2”-“C2”所截的截面图。
该变型不同于第三实施例之处在于，从外部润滑剂泵P(图17)处供应的润滑剂被分配并且雾化或被排出以便于被淋在操作中的研磨膜1区域的背侧Sb(参照图26)，并且底板壳303以及内部润滑剂分配供应系统LD1具有改进的结构，而且膜供给系统FF31具有与之共同操作的形状。
将中空的底板壳303构成得具有：沿加工纵向延伸的真空底板壳元件361，所述底板壳元件361包括半圆柱形顶部361a、前后竖直部分361b，以及左右侧部361c；以及多个沿加工纵向延伸的支撑元件344，所述支撑元件344沿径向被布置于底板壳元件361内侧的成角度的等间隔处。
底板壳元件361具有加罩结构，所述加罩结构形成有以合作的方式限定了半圆柱形或筒状拱顶形的中空部分362的外壁363a和内壁363b，所述中空部分362用于将所供应的润滑剂分配在内壁363b上。内壁363b形成有多个均匀分布的通孔364，所述通孔364用于雾化或排出所分配的润滑剂以使其喷淋到限定于支撑元件344之间的多个沿加工纵向延伸的梯形狭缝345中。支撑元件344具有附于其径向内部近端的底板组2，并且支撑元件344在其径向外端处被固定于内壁363b。
膜供给系统FF31在每个梯形狭缝345中都具有膜迂路供给器349，所述膜迂路供给器349由紧固于内壁363b的一对前后弹簧349以及沿加工纵向延伸的张紧辊350构成，所述张紧辊350以可转动的方式由弹簧349悬挂并通常由弹簧349的弹力径向向外偏压。研磨膜1穿过底板壳303与工件W(或工件部分Wi)以及波形迂路之间，以交替地具有底板与研磨的工件W的表面区域之间的受压区域，并且一段长度的迂路在张紧辊350上伸长，限定了径向空间342，在那里露出了待研磨工件W的表面区域。
润滑剂供应系统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的外部径向空间345、由迂路膜1的面Sf限定的内部径向空间342，以及与外部相通的前后中心空间342c和342d构成。
从顶部361a喷淋的水冲洗每个外部径向空间345，一些流入到内部径向空间342中，大部分离开中心空间342c和342d，从膜1的区域和待冷却的工件W中夺去摩擦热量。从前后部分361b喷淋到每个内部径向空间342中的水由膜1引导并显示出与第三实施例相似的效果。
不考虑膜迂路供给器341的位置，水被喷淋到整个空间区域，实现了总的膜冷却，同时确保了润滑剂对于所加工或待加工的工件的所有点的供应，并有效地去除了土尘和掉落的磨粒，使得工件被精整得具有提高的均匀表面光洁度，以及改进的加工质量。
(第四实施例)
现在将参照图21到23描述本发明的第四实施例。图21示出了第四实施例所涉及的研磨设备400的研具400-j的闭合状态，图22是研具400-j的打开状态。图23是图21中“D”的详图。
该实施例与前述实施例的不同之处在于，设备400除作为沿加工纵向往复或振动机构30(图1)的“工件振动器”之外，还包括作为上部和下部沿加工横向往复或振动机构432(图23)的组合的“膜振动器”。每个振动机构432都担负膜1振动的责任以使其足够快从而不受工件转动速度的影响。为了使得沿膜1供给方向的膜振动有效，振动机构432使用振动定向竖直膜拉伸机436和张力定向的横向膜拉伸机437。拉伸机437负责以与振动同步的方式将膜供给到拉伸机432，并且在上部和下部振动机构432之间被共用。
研具400-j(图21-22)包括：被构成得用于膜1的NC-控制供给的膜供给系统FF4；以及一对上部和下部研具410，每个都分别装有底板推动器440，所述底板推动器440具有用于将底板组402推向待研磨的工件W(或工件部分Wi)表面区域的底板壳403，其中膜1被压在其间。
竖直膜拉伸机436包括适合于使得膜1通过任一底板组402的底板绕其形成迂路的径向张紧辊R44，以及马达驱动的振动器M44，所述振动器M44被构成得使得辊R44沿径向振动。所述振动也可通过例如流体压力缸实现。
水平膜拉伸机437包括适合于使得膜1通过底板组402绕其形成迂路的径向张紧辊R3，以及弹性元件438(例如弹簧)，所述弹性元件438适合于沿径向向外的方向正常偏压辊R3，允许供应拉伸机436处的膜振动所需的膜1的必要长度。当研具400-j关闭时由杆支撑的辊R3由导杆439(图21-22)引导以便于被设置在被牵引的位置中。
膜供给系统FF4包括分别使用上部和下部张紧辊R4、R5的上部和下部张力控制器441，所述张力控制器441由固定于机架FR(图1)的上部和下部弹性元件443(诸如弹簧)(图23)沿其膜张力方向正常偏压。控制器441在锁定装置与任一底板组402之间提供张力公差，以助于膜供应和沿供给方向的平滑的膜振动。在膜供给系统FF4的供应侧或卷起侧，张紧辊R4或R5具有位于膜锁扣装置7的作用点与底板组2之间的膜1上的作用点。
为了精细振动，底板组402可被多重分开以重复振动定向的膜拉伸机和张力定向的膜拉伸机的交替布置。
工件W可具有转动离心的偏移轴部分Wi，所述转动离心是通过可振动臂11、12的合作随着研磨进行的。
膜拉伸机437的弹簧438与两个辊R44或任一辊R44的径向向外移动一起扩展以供应必要长度的膜1，允许辊R44的平滑移动。膜1是薄的但是足够坚固以承受拉动。
在膜振动器和工件振动器的合作中，工件W经受与膜1的Z字型接触，以便于通过增加数量的磨粒研磨，允许更短的有效加工。Z字型工件使得土尘更小并且更易去除，并且具有减小堵塞的趋势。对于曲轴的60-mm直径的轴部分来说，辊R44的振幅在0.5到2.0mm(最好约为1mm)范围内的研磨是适当的。对于辊R44的振动频率来说，10Hz到数千Hz(而最好为80Hz或更多)范围内的研磨是适当的。
(第五实施例)
下面将参照图24到图26描述本发明的第五实施例。图24示出了第五实施例所涉及的研磨设备500的研具500-j的闭合状态，图25是图24中的“E”的详图，而图26是膜1的截面图。
该实施例与前述实施例的不同之处在于，研具500-j具有控制系统，所述控制系统包括具有通过数据线L51与之相连的摄影机504的粗糙度检测器RD，以及用于处理来自于检测器RD的作为检测数据的图片数据的控制器C。
检测器RD适合于根据膜供给系统FF5的辊R1之间的膜1未使用区域的面Sf(图26)的表面粗糙度检测磨料状态。
控制器C适合于控制：经由命令线L52控制卷带盘6的驱动马达M3；经由命令线L53控制每个底板推动器540的推力调节器15；以及经由命令线L50控制的校准器507，所述校准器507用于校准摄影机504上游的辊R1之间的膜1的面Sf上的磨粒AP的突出部分高度h(图26，在衬底1b的粘附层之上)。
粗糙度检测器RD可为超深度结构测量显微镜(VK-8500，Keyence)，非接触性三维表面形状粗糙度测量器(New View 5000：ZaigoCo.，Ltd)，或任何市场上可买到的检测器。
校准器507由受控于控制器C的校准器体570和由校准器体570驱动以转动的圆柱形校准器工具571构成。工具571具有附于其上的磨料金刚石颗粒。工具571与被供给的膜1的F的面Sf相接触。当工具571被驱动以转动时，在由摄影机504检测之前，面Sf上的磨粒AP(图26)被研磨到一个高度。
检测器RD从摄影机504中分析图片数据，并计算磨粒AP的突出部分高度，所述高度被输入到控制器C中，在那里其被处理以确定膜1的堵塞状态和研磨能力。确定结果的数据被储存在控制器C中。当膜1进入操作时，控制器C根据储存的数据控制每个推力调节器15以利于期望的研磨，或用于膜供给控制的马达M3以避免使用低研磨能力的膜区域，在校准之后的正常操作中，底板推力以及膜供给是恒定的。
(第五实施例的第一变型)
图27示出了第五实施例的第一变型所涉及的研磨设备501的研具501-j的闭合状态，图28是研具501-j的P-h特征曲线图。
该变型与第五实施例的不同之处在于，摄影机504被布置得用于检测底板组2之间途中的膜1。摄影机504通过数据线L54与粗糙度检测器RD相连接，并且连接于检测器RD的控制器C具有连接于膜供给系统FF51的卷带盘驱动马达M3的命令线L55，以及连接于每个底板推动器541的推力调节器15的命令线L56。
摄影机504摄取研磨膜1上的磨粒状态的图像，并将该图像输送到粗糙度检测器RD。粗糙度检测器RD从图像中计算磨粒的突出部分高度。将突出部分高度的计算结果从粗糙度检测器RD输送到控制器C。控制器C判断磨粒的堵塞程度，并储存判断结果和所检测堵塞的位置，然后，控制器C控制研磨设备每个结构的移动。
根据磨粒的突出部分高度，控制器C控制马达M3和推力调节器15以确保稳定的研磨。
当研磨膜1的堵塞位置研磨工件时，研磨变得不充分，从而不能获得期望的表面光洁度。因此，控制器C判断磨粒的堵塞程度，突出部分高度是否在执行适当研磨的状态下。如果磨粒较大程度堵塞的话，控制器C控制马达M3以传送研磨膜，从而不使用磨粒堵塞的位置。
如果磨粒被堵塞到较大程度的话，控制器C控制推力调节器15以增强底板推力。这样，在磨粒堵塞的情况下，也可获得工件的期望的表面光洁度。
磨粒的突出部分高度与底板推力P之间的关系如图7中所示的。
如果磨粒的突出部分高度是100％的话，那么当底板推力P是100％时可获得工件的期望的表面光洁度。然而，如果磨粒的突出部分高度是60％的话，那么当底板推力P是100％时不可获得工件的期望的表面光洁度，也就是说，底板推力P必须是120％。
根据磨粒的突出部分高度，控制器C控制马达M3和推力调节器1 5以确保稳定的研磨。因此，研磨设备显示出这样的效果，即，可获得工件表面的稳定的研磨量和工件的期望的表面光洁度。
(第五实施例的第二变型)
图29示出了第五实施例的第二变型所涉及的研磨设备502的研具502-j的闭合状态。
该变型与第五实施例的不同之处在于，摄影机504被布置得用于检测底板组2之间途中的膜1。摄影机504通过数据线L57与粗糙度检测器RD相连接，并且连接于检测器RD的控制器C具有连接于膜供给系统FF52的卷带盘驱动马达M3的命令线L58，以及连接于每个底板推动器542的推力调节器15的命令线L59。
摄影机504摄取研磨膜1上的磨粒状态的图像，并将该图像输送到粗糙度检测器RD。粗糙度检测器RD根据其图像计算磨粒的突出部分高度。将突出部分高度的计算结果从粗糙度检测器RD输送到控制器C。控制器C判断磨粒的堵塞程度，并储存判断结果和所检测堵塞的位置，然后，控制器C控制研磨设备每个结构的移动。
在磨粒被堵塞到较大程度的情况下，控制器C为将来反馈判断结果。控制器C根据所计算的磨粒的突出部分高度判断磨粒的堵塞程度和研磨膜1的堵塞位置，并反馈判断结果以便于使得研磨膜1的输送量和工件的底板推力最优化。由控制器C反馈的内容储存在储存单元中，以备将来使用。
(第六实施例)
下面将参照图30到图37描述本发明的第六实施例。图30示出了第六实施例所涉及的研磨设备600；图31是设备600的研具600-j的闭合状态；图32是研具600-j的打开状态；图33是图31中“F”的详图；图34示出了沿CW(顺时针方向)振动的上部研具元件671；图35是沿CCW(逆时针方向)振动的上部研具元件671；图36和图37示出了作为工件W的凸轮轴660；图38示出了研具600-j的控制系统。
具体地，参照图30到33，本实施例的研磨设备600装有：凸起的底板671、671，所述底板671、671被保持得朝向工件W推动研磨膜1的研磨表面(所述表面为挠性的但是不可延展的)，并且底板671、671可操作地显示其振动头的浮动运动；以及浮动单元630(浮动装置)，所述浮动单元630使得底板671、671随着工件W的转动进行浮动运动，从而执行研磨操作，同时将研磨膜1压在待研磨工件W的表面665上。浮动单元30包括与底板671、671相连接的驱动装置631，以使得底板671、671被迫产生浮动运动。
当图36中所示的工件W适用于凸轮轴660时，每个凸轮凸起661的外圆周表面都是待研磨的表面665。如图37中所示的，凸轮凸起661由待研磨的部分Ca、Cb1、Cb2、Cc1、Cc2以及Cd构成，并且底部Cd具有恒定的曲率半径，部分Cb1、Cb2具有线性圆周，顶部Ca具有较小的曲率半径。也就是说，凸轮凸起661的表面665形成有其中从转动中心处的半径改变的不圆形状。
如图31和32中所示的，通过销14以这种方式可转动地提供这对上部臂11和下部臂12，即，使得底板671、671附于其上的其远端部分可操作地沿Z方向相对打开和关闭。也就是说，使用研磨膜1执行上部臂11和下部臂12的枢转运动，并且当上部臂11和下部臂12处于打开运动时，底板671、671与插入研磨膜1的凸轮凸起661相抵靠，相反当上部臂11和下部臂12处于关闭运动时，解除了底板671、671与插入研磨膜1的凸轮凸起661之间的抵靠。
如图34和35中所示的，底板671、671具有横截面为凸起环形的凸起远端，所述凸起远端用于将研磨膜1的研磨表面推向工件W。在当前已申报的实施例中，底板671、671被操作以显示与接触点或片的浮动是可变的，所述接触点或片将通过研磨膜1与凸轮凸起661的表面665相接触。顺便提及的是，在这里词语“接触”表示底板671、671与插入研磨膜1的工件W的圆周表面相抵靠。
底板671、671分别被容纳于底板壳673、673中以便于可操作地显示用于使其头随振动销(支撑轴)672、672振动的浮动，所述振动销672、672被布置于穿过凸轮轴60的中心轴O的线上。底板壳673、673被分别容纳于形成于上部臂11和下部臂12的凹入部分627、627中，以便于相对于工件W缩回。底板壳673、673可分别移动，同时由凹入部分627、627的内表面引导其外表面。对于底板壳673、673的后表面来说，提供了弹簧674、674，每个弹簧都包括一压缩盘簧用于夹紧工件，以经由研磨膜1分别将底板671、671压在表面665上。
如图33中所示的，浮动单元630装有与操作杆632和马达4相连接的连杆机构633。提供了传感器S4以感测操作杆632的移动位置，从而检测每个底板671的浮动位置。由操作杆632、连杆机构633和马达4构成了驱动机构631。顺便提及的是，底板671、671的初始位置被限定为如图33中所示的其位置。
底板671、671的浮动方向是相互间的任意组合。例如，如果上部底板671显示出从其初始位置绕振动销672沿顺时针方向的浮动的话，那么下部底板671显示出从其初始位置绕振动销672沿顺时针方向或逆时针方向的浮动。
参照图34和图35，将详细地描述在其头振动时可操作地处于浮动中的每个底板671的作用。在图34中，示出了显示出从其初始位置沿顺时针方向的浮动处于最大值的底板671，而在图35中，示出了显示出从其初始位置沿逆时针方向的浮动处于最大值的底板671。顺便提及的是，在图34和图35中，以附图标记612示出了磨粒。
如图34中所示的，当底板671显示出从其初始位置沿顺时针方向的浮动处于最大值时，被推动的底板671与研磨膜1的后表面在点A1上彼此压力接触，并且研磨膜1的研磨表面与工件W在点A2上彼此压力接触。另一方面，如图35中所示的，当底板671显示出从其初始位置沿逆时针方向的浮动处于最大值时，由于底板671与研磨膜1没有相互滑动，因此被推动的底板671与研磨膜1的后表面在点B1上彼此压力接触，并且研磨膜1的研磨表面与工件W在点B2上彼此压力接触。
因此，底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在接触点A1与B1之间的范围内。另外，研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在接触点A2与B2之间的范围内。如果从初始位置沿每个顺时针方向和逆时针方向的头振动角被设定为角α的话，围绕作为中心的振动销72的该范围将被限定为角θ，将其表示为θ＝2α。
在这种方式下，在研磨操作期间，由于每个底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在某一范围内，因此底板推力不会集中在底板671的一个点上，因此，防止底板671局部严重损坏。而且，由于研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在某一范围内，因此底板推力不会集中在研磨膜1的一个点上，因此，可防止研磨膜1的堵塞和磨粒612的局部严重剥落。
图38是示意性简图，示出了研磨设备600的控制系统。
参照图38，转动编码器S1到S3、传感器S4与控制器(控制装置)C相连接，并且有关于研磨操作期间的凸轮凸起661的转动位置和用于限定底板671、671的浮动位置的操作杆632的移动位置的检测信号被输入到控制器C。而且有关于用于限定工件转动速度Vw的马达M1的转动速度和用于限定振动速度Vo的马达M2的转动速度的检测信号被输入到控制器C。控制器C控制以使得底板671、671显示响应于转动编码器S1所检测的凸轮凸起661的转动位置的浮动。
用以改变底板671、671的浮动的控制是通过以这种方式控制浮动单元630的驱动装置631的操作执行的，所述方式即，使得底板671，671与研磨膜1之间的接触点和研磨膜1与工件W之间的接触点响应于研磨操作期间的凸轮凸起661的转动位置而改变。
更具体地说，控制器C响应于研磨操作期间的凸轮凸起661的转动位置发送控制信号，以控制马达M4的转动，从而控制操作杆632，以便于可收缩地移动，并且响应于该作用，操作连杆机构633以使得底板671、671分别显示围绕振动销672、672的浮动。因此，每个底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在某一范围(例如，图34中所示的接触点A1与B1之间的范围)内，以及，研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在某一范围(例如，图35中所示的接触点A2与B2之间的范围)内。
接下来，将详细地描述本实施例的上述研磨设备600的操作。
首先，以与前述实施例相同的方式，凸轮轴660被设置于头座22与尾座25之间，而后这对上部臂11和下部臂12被关闭以与每个凸轮凸起661对齐，同时将研磨膜1设置于凸轮凸起661的表面665上。
接着，最好当向研磨膜1施加张力并夹紧凸轮轴660时，弹簧74的推力将底板671、671推向凸轮凸起661，并且研磨膜1的研磨表面被推向待研磨的表面665。
然后，在通过操作振动单元30而沿其轴向向凸轮轴660施加振动并且通过操作转动驱动单元20而使得凸轮轴660绕其中心轴线转动时，分别容纳底板671、671的底板壳673、673随着凸轮凸起661的转动而收缩移动，因此，每个凸轮凸起661的表面665都被研磨了。
在所述研磨操作期间，转动编码器S1检测每个凸轮凸起661的转动位置，并且控制器C控制底板671、671以使其显示响应于所检测的凸轮凸起661的转动位置的浮动。也就是说，控制器C控制马达M4以收缩操作杆634，随之开动连杆机构633，并且使得底板671、671显示围绕作为中心的振动销672、672的浮动。
因此，每个底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在某一范围内，并且，研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在某一范围内。
在所述研磨操作期间，使得凸轮轴660正向转动预置次数(例如，5次)，之后使其反向转动相同的次数。通过改变凸轮轴660的转动方向，可消除研磨膜1的堵塞并且保持其性能。
以这种方式，在所述研磨操作期间，由于每个底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在某一范围内，因此底板推力不会集中在底板671的一个点上，因此，防止底板671局部严重损坏。
而且，由于研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在某一范围内，因此底板推力不会集中在研磨膜1的一个点上，因此，可防止研磨膜1的堵塞和磨粒612的局部严重脱落。这意味着，在观察研磨膜1的工作体积时，由于工作表面被分散了，从而增加了工作体积。因此，由于研磨膜1的工作体积的增加，研磨的表面665具有提高的研磨光洁度并且可减少操作次数。
尽管凸轮轴660具有多个凸轮凸起661，但是研磨操作是在所有凸轮凸起661上同步地执行的。在完成了研磨操作之后，这对上部臂11和下部臂12被打开并取出凸轮轴660。接着，如果期望的话，以相同的方式将作为工件W的凸轮轴660设置于研磨设备600中。
如上所述的，在本实施例的研磨设备600中提供了：研磨膜1；包括其横截面为凸起圆形的凸起远端的底板671、671，所述凸起远端用于将研磨膜1的研磨表面推向工件W，并且所述底板671、671被容纳于底板壳673、673中，以可操作地显示用于使其头关于振动销672、672振动的浮动；以及以这种方式使得底板671、671响应于工件W的转动而转动的浮动单元630，所述方式即，每个底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在某一范围内并且研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在某一范围内。因此，可防止底板671局部严重损坏以及可防止研磨膜1的堵塞和磨粒612的局部严重脱落。另外，由于研磨膜1的工作体积的增加，研磨的表面665具有提高的研磨光洁度并且可减少操作次数。
另外，浮动单元630包括与底板671、671相连接的驱动装置631，以使得底板671、671被迫产生浮动，并且还提供了控制器C，所述控制器C控制驱动装置631，以便于以这种方式改变底板671、671的浮动，所述方式即，使得底板671、671与研磨膜1之间的接触点和研磨膜1与工件W之间的接触点响应于研磨操作期间的凸轮凸起661的转动位置而改变。因此，散布接触点的范围可被任意地并有利地设定。
顺便提及的是，由于研磨膜1是挠性但非延展的，因此可用工件W执行优选的研磨操作。
(第六实施例的变型)
图39示出了第六实施例的一个变型所涉及的研磨设备的研具601-j的上部和下部浮动单元631，图40A到40D正在浮动以追踪工件W的上部浮动单元631。
该研磨适合于研磨只沿一个方向转动的工件。该研磨设备包括凸起底板671和浮动单元631。凸起底板671被形成为凸形的，具有用于将研磨膜的带磨粒的表面推向工件的凸起的尖端部分，并且凸起底板671被保持以执行浮动。浮动单元631使得凸起底板671依照工件的转动执行浮动。
如图39中所示的，浮动单元631包括一对用于沿浮动方向向凸起底板671施加反作用弹力的弹簧元件675、676。由一对弹簧元件675、676施加的力这样作用，即，使得凸起底板671沿与工件转动方向相反的方向浮动。也就是说，在工件沿箭头所指示的方向顺时针转动的情况下，由一对弹簧元件675、676施加的力这样作用，即，使得上部凸起底板671浮动到左侧，同时使得下部凸起底板671浮动到右侧。
弹簧元件675、676具有不同的弹簧常数以向凸起底板671施加上述力。例如，在弹簧元件675、676由盘簧构成的情况下，弹簧元件675的弹簧常数大于弹簧元件676的弹簧常数。在弹簧元件675、676由压缩盘簧构成的情况下，弹簧元件676的弹簧常数大于弹簧元件675的弹簧常数。
通过操作转动驱动单元40同时通过操作振动单元30而沿轴向向凸轮轴660施加振动而使得凸轮轴660围绕其轴线转动，以使得容纳底板671的底板壳673以一种方式在凹入部分27中前进和收缩，所述方式即分别追随可适用的凸轮凸起部分661的转动，从而研磨凸轮凸起部分661的预加工表面665。
如图40A到40D中所示的，当研磨工件W时，工件W只沿箭头所指示的方向顺时针转动。由一对弹簧元件675、676施加的力这样作用，即，使得凸起底板671沿与工件转动方向相反的方向浮动。
依照工件W的转动，凸起底板671在图40A到40D中朝向向右方向浮动。当工件W的加工部分从顶部区域移动到动作区域时，弹簧元件675的作用使得凸起底板671在图40A到40D中朝向向左方向浮动。(见图40D)
因此，凸起底板671与研磨膜1之间的接触点被散布在恒定区域内，并且，研磨膜1与工件W之间的接触点被散布在恒定区域内，从而减少了凸起底板671的局部损坏、研磨膜1的堵塞以及磨粒的分离。
在上述实施例中，由于浮动单元630的驱动机构631迫使凸起底板671以浮动的方式振动，可为加工期间工件W的各种转动位置精确地控制凸起底板671的振动。例如，对于研磨顶部区域Ca和动作区域Cb1和Cb2所要求的非常精细的表面光洁度的凸轮凸起部分661来说，可将凸起底板671控制得仅当工件W停留在加工顶部区域Ca或动作区域Cb1和Cb2的转动位置中时以浮动的方式振动。可将凸起底板671控制得当工件W进行一次转动时以浮动的方式振动，或当工件W以预定范围的转动角转动时振动有限的时间。
尽管上述浮动单元630的驱动机构631是由杆632、连杆机构633、马达M4等构成的，但是驱动机构631也可由其他部件构成。例如，流体压力缸，诸如液压缸或气压缸，可用于使得凸起底板671以浮动的方式被迫振动。多个凸起底板671(在所示的示例中为上部底板和下部底板)可独立地与驱动机构631相连接。
尽管，包含在浮动单元630中的弹性元件675和676由盘簧构成，但是弹性元件675和676也可由其他材料构成，诸如板簧、碟形弹簧以及弹性橡胶材料，只要弹性元件可将力施加于凸起底板671上，以使得凸起底板671沿与工件W的转动方向相反的方向以浮动的方式振动。
在这里合并参考日本专利申请No.2003-058954、No.2003-034088、No.2003-066595、No.2003-036701、No.2003-058964以及No.2003-034064的内容。
虽然已经使用专用名词描述了本发明的优选实施例，但这仅是出于解释的目的，并且应该理解的是，在不脱离以下权利要求的精神或范围的情况下，技术人员可对其进行改变和修正。

Claims (45)

1.一种研磨设备，包括：
研磨膜；
供给所述膜的膜供给器；
使工件转动的第一驱动装置；
使所述工件相对于所述膜运动的第二驱动装置；
底板组；
操控所述底板组以将所述膜压在工件上的底板组操控器；以及
延缓所述膜的研磨性的退化的退化延缓器。
2.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括具有一定宽度的第一底板和具有所述宽度的第二底板，所述第二底板在与所述第一底板保持所述宽度乘以一个整数的距离处，并且
退化延缓器包括控制膜供给器以所述宽度的距离供给膜的控制器。
3.如权利要求2所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括数量等于所述整数的底板。
4.如权利要求2所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括第一底板组和第二底板组，并且
退化延缓器包括用于检测所述第一底板组和第二底板组之间膜的研磨表面状态的检测器，并且
所述控制器根据由所述检测器检测的状态控制所述膜供给器。
5.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括第一底板组和第二底板组，并且
退化延缓器包括用于清洁所述第一底板组和第二底板组之间的膜研磨表面的清洁器。
6.如权利要求5所述的研磨设备，其特征在于
退化延缓器包括用于以使所述研磨表面朝外的方式卷绕所述膜的膜卷绕器。
7.如权利要求5所述的研磨设备，其特征在于
所述清洁器包括超声波刷。
8.如权利要求5所述的研磨设备，其特征在于
所述清洁器包括超声波浴槽。
9.如权利要求5所述的研磨设备，其特征在于
所述清洁器包括喷嘴。
10.如权利要求5所述的研磨设备，其特征在于
所述膜包括挠性和不可延展的衬底。
11.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括第一底板和第二底板，并且
退化延缓器包括用于为膜提供限定在所述第一底板和第二底板之间的第一空间的第一迂路的第一迂路提供装置，以及用于将润滑剂供给到第一空间的润滑剂供给器。
12.如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于
所述膜包括挠性和不可延展的衬底。
13.如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括第三底板，
退化延缓器包括用于为膜提供限定在所述第二底板和第三底板之间的第二空间的第二迂路的第二迂路提供装置，以及
润滑剂供给器用于将润滑剂供给到第二空间。
14.如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于
所述第一迂路提供装置包括用于使第一迂路围绕其的张紧辊和沿着第一迂路的迂回方向偏压张紧辊的偏压元件。
15.如权利要求14所述的研磨设备，其特征在于
所述张紧辊是可转动的。
16.如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于
退化延缓器包括底板壳，所述底板壳具有用于支撑所述第一底板的第一支撑部分和用于支撑所述第二底板的第二支撑部分，第一支撑部分和第二支撑部分沿着工件的径向延伸，并且在第一支撑部分和第二支撑部分之间限定一用于容纳第一迂路和从底板壳弹性悬挂的第一迂路提供装置的狭缝。
17.如权利要求16所述的研磨设备，其特征在于
所述润滑剂供给器包括形成在所述底板壳中并与第一空间相通的润滑剂路径网络。
18.如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于
所述润滑剂供给器用于从第一迂路提供装置周围输送润滑剂。
19.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
所述退化延缓器包括用于使膜在膜的供给方向上以大于工件转速的速度振动的膜振动器。
20.如权利要求19所述的研磨设备，其特征在于
所述第二驱动装置包括用于使工件在其转动轴线的方向上相对于膜振动的工件振动器。
21.如权利要求19所述的研磨设备，其特征在于
所述膜振动器包括：振动膜抽拉装置，所述振动膜抽拉装置具有膜辊，膜辊上有通过底板组绕过其周围的膜；用于使膜辊沿着工件的第一径向振动的径向振动器；张紧膜抽拉装置，所述张紧膜抽拉装置具有张紧辊，张紧辊上有通过底板组绕过其周围的膜；以及用于沿着工件的不同于第一径向的第二径向弹性偏压张紧辊的偏压元件。
22.如权利要求21所述的研磨设备，其特征在于
所述膜振动器包括振动膜抽拉装置、另一个振动膜抽拉装置和设置在它们之间的张紧膜抽拉装置。
23.如权利要求19所述的研磨设备，其特征在于
膜供给器包括用于将膜锁定在膜上的第一作用点处的膜锁定器，并且
所述膜振动器包括用于在所述第一作用点和底板组之间的膜上的第二作用点处控制薄膜张紧的张紧控制器。
24.如权利要求19所述的研磨设备，其特征在于
所述膜包括挠性和不可延展的衬底。
25.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
退化延缓器包括用于检测膜的研磨表面的状态的膜检测器，以及根据所检测的状态控制所述膜供给器和底板组操控器之一的控制器。
26.如权利要求25所述的研磨设备，其特征在于
所检测的状态包括研磨表面的研磨粒的突出状态。
27.如权利要求25所述的研磨设备，其特征在于
所述退化延缓器包括根据所检测的状态对研磨表面进行校准的校准器。
28.如权利要求25所述的研磨设备，其特征在于
膜检测器可在研磨操作之前对研磨表面的状态进行检测。
29.如权利要求25所述的研磨设备，其特征在于
膜检测器可在研磨操作之后对研磨表面的状态进行检测。
30.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
所述底板组包括凸面底板，
所述底板组操控器包括使底板浮动的底板浮动器，以及
所述退化延缓器包括用于控制底板、膜和工件之间的接触部位的控制器。
31.如权利要求30所述的研磨设备，其特征在于
所述控制器包括用于检测工件位置的检测器，以及能够根据所检测的位置驱动底板以改变接触位置的驱动器。
32.如权利要求30所述的研磨设备，其特征在于
所述底板浮动器包括悬垂底板的一对弹簧，以及
控制器控制所述对弹簧的位置以改变底板的位置。
33.如权利要求32所述的研磨设备，其特征在于
所述对弹簧具有不同的弹簧常数。
34.如权利要求30所述的研磨设备，其特征在于
所述膜包括挠性和不可延展的衬底。
35.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于
所述退化延缓器包括用于使膜的阻塞延缓的阻塞延缓器。
36.一种研磨设备，包括：
研磨膜；
用于供给所述膜的膜供给装置；
用于使工件转动的第一驱动装置；
用于使所述工件相对于所述膜移动的第二驱动装置；
底板组；
用于操控所述底板组以将所述膜压在工件上的底板组操控装置；以及
用于延缓所述膜的研磨性退化的退化延缓装置。
37.一种研磨方法，包括：
供给研磨膜；
转动工件；
使所述工件相对于所述膜移动；
操控所述底板组以将所述膜压在工件上；以及
延缓所述膜的研磨退化。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，
所述底板组包括具有一定宽度的第一底板和具有所述宽度的第二底板，所述第二底板在与所述第一底板保持所述宽度乘以一个整数的距离处，并且
所述延缓包括控制膜供给器以所述宽度的距离供给膜。
39.如权利要求38所述的研磨方法，其特征在于
所述底板组包括数量等于所述整数的底板。
40.如权利要求37所述的研磨方法，其特征在于
所述底板组包括第一底板组和第二底板组，并且
所述延缓包括检测所述第一底板组和第二底板组之间的膜的研磨表面的状态，并且
所述控制是根据所检测的状态进行的。
41.如权利要求37所述的研磨方法，其特征在于
所述底板组包括第一底板组和第二底板组，并且
所述延缓包括清洁所述第一底板组和第二底板组之间的膜的研磨表面。
42.如权利要求37所述的研磨方法，其特征在于
所述底板组包括第一底板和第二底板，并且
所述延缓包括为膜提供限定在所述第一底板和第二底板之间的空间的迂路，以及将润滑剂供给到所述空间。
43.如权利要求37所述的研磨方法，其特征在于
所述延缓包括使膜在膜的供给方向上以大于工件转速的速度振动。
44.如权利要求37所述的研磨方法，其特征在于
所述延缓包括检测膜的研磨表面的状态，以及根据所检测的状态控制所述供给和操控之一。
45.如权利要求37所述的研磨方法，其特征在于
所述底板组包括凸面底板，
所述操控包括使底板浮动，以及
所述延缓包括控制底板、膜和工件之间的接触部位。
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