CN101743093A - 光学品级的表面加工工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面加工的工具，该表面加工工具包括：刚性支持体(11)，连接至此刚性支持体的可弹性压缩的界面体(12)，适合于压靠工作表面(30)的柔性缓冲体(13)，压靠并部分覆盖该界面体(12)的侧表面(18)的柔性环箍(14)，该界面体(12)的所述侧表面(18)的环形部分(21)在所述环箍(14)和所述支持体(11)之间是自由的。
Description
技术领域
本发明涉及对于例如眼镜玻璃的或照相设备镜头的或用来观察远处物体的仪器的表面，或者对半导体基底的表面进行光学品级的表面加工。
所谓“表面加工”指的是旨在改变预先成型表面状态的各种操作。这特别涉及旨在改变(降低或增大)表面粗糙度和/或降低其起伏的抛光、精磨或磨砂。
背景技术
特别是通过日本专利申请2000-317,797，通过法国专利申请2 834 662--对应于美国专利申请2005/0101235--和通过法国专利申请2 857 610--对应于美国专利申请2006/0154581，已经知道了一种光学表面的表面加工工具，该表面加工工具包括：具有横向端部的刚性支持体；可弹性压缩的界面体，该可弹性压缩的界面体连接至该刚性支持体，并具有第一横向端部表面、第二横向端部表面和从第一横向端部表面的周边延伸到第二横向端部表面的周边的侧表面，该界面体的所述第一横向端部表面压靠并覆盖刚性支持体的所述端部表面；以及柔性缓冲体，该柔性缓冲体适合于压靠光学表面，且背对并正对该界面体的第二横向端部表面地压靠并至少部分覆盖该刚性支持体的所述第二横向端部表面。
为了降低光学表面的粗糙度，使该加工工具与该光学表面接触，同时在该光学表面上保持该加工工具的足够的压力，以通过界面体的变形使缓冲体贴合光学表面的形状。
在光学表面上喷洒一种流体的同时，驱动该光学表面使之相对于该加工工具旋转(或相互旋转)并且用该流体进行清理。
一般说来，驱动光学表面旋转，该光学表面对工具的摩擦力足够驱动该工具一起旋转。
表面加工的操作需要磨料，该磨料可包含在缓冲体或者流体中。
在表面加工的过程中，可弹性压缩的界面体可以补偿在该工具的支持体的端部表面和光学表面之间的曲率差别。
由此工具获得的结果一般说来还是满意的，但其很难避免某些外观的缺陷，特别是橘皮效应(英语为“orange skin”)和卷曲效应(英语为“cottonmouton”)。
为了克服这些外观缺陷，已经建议使柔性缓冲体的直径大于界面体的直径，从而使该缓冲体具有在横向超出界面体的环形部分。
这样的工具改善了表面的外观，但在某些情况下，它还是存在着这种外观缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种就减少外观缺陷而言性能特别良好的表面加工工具。
为此，提出一种具有光学品级的表面加工工具，该表面加工工具包括：具有横向端部表面的刚性支持体；可弹性压缩的界面体，该可弹性压缩的界面体连接至该刚性支持体，并且具有第一横向端部表面、第二横向端部表面和从第一端部表面的周边延伸到第二端部表面的周边的侧表面，该可弹性压缩的界面体的所述第一端部表面压靠并覆盖该刚性支持体的所述端部表面；以及柔性缓冲体，该柔性缓冲体适合于压靠工作表面，且背对并正对所述刚性支持体的所述端部表面地压靠并至少部分覆盖所述界面体的所述第二横向端部表面，该表面加工工具的特征在于，所述柔性环箍压靠并部分覆盖界面体的侧表面，所述柔性环箍从所述缓冲体的周边一直延伸到自由端部，所述界面体的所述侧表面的环形部分在所述环箍的所述自由端部和所述界面体的第一端部表面之间是自由的。
该柔性环箍背对着该界面体的侧面延伸部分。
因此，当该工具受到朝向工作面施加的应力时，柔性环箍就制约此压力，使其以比较均匀的方式分布在表面加工工具下面，特别是在避免出现峰值的边缘附近。
该柔性环箍还限制界面体由于工具相对于工作表面移动的应力而造成的变形。
然而，界面体的侧表面的自由环形部分能够在此界面体上保持足够的变形能力，以使缓冲体能够贴合工作表面的形状。
该环箍的柔软特性也参与了此变形能力，然而环箍在缓冲体的周边和缓冲体的侧表面的环形自由部分之间的定位特别有利于限制当该工具受到朝向工作表面施加的力时由缓冲体产生的侧面隆起，该侧面隆起比该工具的直径的加大更大。
因此，按照本发明的工具一般具有比不包括柔性环箍的现有技术的工具更好的性能。
在所有条件都相同的情况下，这能够得到更好的表面状态，特别是降低了橘皮效应和卷曲效应。
按照本发明的工具，在所有条件都相同的情况下，还能够使用更为有效的表面加工参数，特别是增大了压力和速度。
按照优选的特征，所述环箍与缓冲体制成一单体件。
因此，特别简单而方便地得到按照本发明的工具，而在缓冲体和环箍之间存在有利于该工具的耐用性和进行的表面加工的品级的连续性。
出于同样的原因，优选：
-所述环箍由在缓冲体的周边通过折叠而折起的边缘形成；
-所述环箍具有指向所述缓冲体的轮廓为V形的凹槽；
-该工具包括杯形的壳体，该杯形的壳体的底壁形成所述缓冲体，而该杯形的壳体的侧壁形成所述环箍；
-所述界面体是由模塑在所述杯形的壳体上的材料制造的；
-所述环箍粘接在所述界面体上；
-所述环箍是由模塑在所述界面体上的材料制造的；
-所述界面体包括由可弹性压缩的材料制造的板，但所述板的刚性大于形成所述界面体的其余部分的主体的刚性，所述板间置于所述缓冲体和所述主体之间；
-所述主体具有包围着所述板的周边部分；
-所述界面体的所述周边部分在所述第二端部表面和所述侧表面之间具有钝边。
按照另一个优选的特征，对于所得到结果的品级，在所述环箍的所述端部和所述第一端部表面之间的距离为该界面体的所述第一端部表面和所述第二端部表面之间距离的30％至70％。
在优选的第一实施方式中，所述支持体、所述界面体和所述缓冲体具有相近的直径。
在优选的第二实施方式中，所述界面体和所述缓冲体具有比所述支持体的直径更大的相近的直径，所述工具还包括布置在所述刚性支持体和所述界面体的周边之间的弹性回动部件。
附图说明
现将参照附图，通过详细描述以下仅作为说明给出的且非限制性的优选的实施例继续阐述本发明，其中：
图1是按照本发明的表面加工工具的第一实施方式的正视图；
图2是与图1相类似的、但为剖开的视图；
图3和图4是与图2相类似的视图，但示出当工具分别受到沿着工作表面的移动的应力，和当工具受到朝向工作表面施加的应力时该工具如何变形；
图5和图6是分别与图3和图4相类似的、但为现有技术的工具的视图；
图7和图8是分别与图2和图6相类似的、按照本发明的工具的第二实施方式的视图；
图9和图10是与图7相类似的、按照本发明的工具的第一实施方式和第二实施方式的变型的视图；
图11是与图1相类似的、按照本发明的工具的第一实施方式的变型的视图；
图12以分离的方式示出该工具的变型所包括的壳体，该壳体用于形成柔性缓冲体和柔性环箍。
具体实施方式
在图1-图4中所示的工具10，包括刚性支持体11、可弹性压缩的界面体12、柔性缓冲体13和柔性环箍14。
支持体11，更通常而言是工具10，整体是回转对称的柱形，并且具有标注为X的对称轴线，该对称轴线限定所谓的纵向。
支持体11具有端部表面15。
界面体12具有第一端部表面16、第二端部表面17和从第一端部表面16的周边向第二端部表面17的周边延伸的侧表面18。
端部表面15是横向延伸的，并且在此是平面的。
在没有应力时，界面体12和缓冲体13的形状一般为直径与表面15相同的盘形，界面体12的厚度大于缓冲体13的厚度。
界面体12通过其第一端部表面16压靠并覆盖支持体11的端部表面15。
缓冲体13压靠并覆盖界面体12的表面17。
因此，支持体11和缓冲体13位于界面体12的两侧。
环箍14从缓冲体13的周边一直延伸到自由端部20处，侧表面18的环形部分21，在环箍14的端部20和界面体12的表面16之间是自由的。
环箍14和缓冲体13是从厚度均匀的柔性材料盘得到的，其中，用来生成环箍14的环形周边带等间距地具有凹槽，当此环形带被折起以生成环箍14时，凹槽就生成凹槽22。凹槽22具有指向缓冲体13的V形轮廓。
在支持体11和界面体12之间的连接，在此是在整个表面15和16上通过粘接而实现的。在由缓冲体13和环箍14形成的单体件(seule pièce)的组合件之间的连接，在此是通过将整个缓冲体14和环箍14粘接在表面17和18上来实现的。
支持体11具有对着端部表面15开口、并在支持体11的厚度的一部分上轴向延伸的腔室25。
腔室25被居中地布置，并设置用来将工具10安装在表面加工机的芯轴的头部上。
腔室25具有整体成形为如一个球的3/4的球状部分26、环形肋27和锥形部分28，环形肋27布置在部分26和部分28之间。
用于容纳在腔室25中的芯轴头部包括其形状如部分26的球部和直径小于肋27的柱状部分。
在支持体11和表面加工机的芯轴之间的装配，通过简单的卡扣(encliquetage)来实现，所述肋能够变形，使芯轴头部的球部嵌入到部分26中。
当芯轴头部啮合在腔室25中时，工具10与芯轴以球形铰接的方式配合。
为了更加简化显示，工具10被示出施加在光学表面30上，该表面是平面的，当然在实际中光学表面可以是曲面的(凹面的或凸面的)。
为了进行表面加工的操作，表面30所归属的透镜31被安装在旋转的支持体(图中未示出)上，工具10对着表面30施加足够的力，以使缓冲体13与其形状相贴合。
在此，工具10本身是可自由旋转的，然而相对于光学表面30是偏心的。
光学表面30与缓冲体13的相关摩擦力足以驱动工具10在与透镜31围绕着支持体11的对称轴线X相同的方向上旋转。
按照缓冲体本身是否执行此功能，用非腐蚀性流体或腐蚀性流体喷洒光学表面30。
为了清理整个光学表面2，工具10在表面加工的过程中，沿着径向轨迹移动，工具10的旋转轴线X与光学表面2的交点在两个岐点(point derebroussement)之间进行往复运动。
因此，在表面加工工作的过程中，工具10相对于透镜31同时受到朝向工作表面30施加的应力和沿着此表面移动的应力。
图3示出当此工具10受到沿着工作表面30移动的应力40时，此工具如何变形。
当然，支持体11，由于其是刚性的，所以不会经受任何变形。
相反，界面体12是可弹性压缩的，而且柔性的缓冲体13和环箍14是易于变形的。
移动应力40的施加倾向于在缓冲体13和支持体11之间造成横向的偏移。
因此，在所示的实施例中--其中应力40指向图的右方，缓冲体13相对于支持体11朝向图的左方稍微偏移。
观察到，这基本上是位于表面16和发生变形的环箍14的端部20之间的界面体12的部分。
被环箍14环绕着的界面体12的部分变形较少或者没有任何变形，环箍14抵抗界面体12的侧表面的变形。
图4示出当此工具10受到朝向工作表面30施加的应力41时，此工具如何变形。
应力41倾向于使界面体12压缩，并因此倾向于使侧表面18具有凸起的形状，由此导致此侧表面附近的剪切效应。
由于环箍14，侧表面18的变形仍然是适度的，环箍14抵抗表面18的变形。
在图4中，示出由工具10施加在表面30上的压力的分布32。
观察到，此压力是比较均匀的，只是朝向工具的周边稍有增大。
在图5和图6上示出的工具10’与工具10是相类似的，只是它不包括环箍14。使用了与工具10同样的数字标记，但具有一符号“’”。
在日本专利申请2000-317797中特别叙述了工具10’。
图5示出当工具10’受到移动应力40时，它如何变形。
比较图3和图5，观察到在缓冲体13’与支持体11’之间的横向偏移远大于在缓冲体12和支持体11之间的横向偏移。
图6示出当工具10’受到朝向表面30施加的应力时，它如何变形。
比较图4和图6，观察到界面体12’的侧表面18’更加凸出。
在表面18’附近的剪切效应因此远大于在表面18附近的剪切效应，从而如压力分布32’所示，在此附近存在着压力峰值，在某些情况下，该压力峰值与压力更小的区域相关。
环箍14通过抵抗界面体12的侧向延伸，因此限制压力，使其更好地分布在工具10下面。
由于侧表面18的部分21--该部分21在环箍14的端部20和界面体12的横向表面16之间保持自由，界面体的横向表面保持足够的变形能力，以使得缓冲体13能够与表面30的形状贴合。
在所示的实施例中，在端部20和横向表面16之间存在的距离稍大于在没有应力的情况下界面体12的厚度(表面16和表面17之间的距离)的一半。
实际上，表面16和端部20之间的距离，在没有应力的情况下，为界面体12的厚度的30％-70％，优选为大约50％。
由于环箍14产生对侧向剪切的增大的阻力，工具10具有比工具10’更好的总体性能。
这就使得，在所有条件都一样的情况下，能够得到更好的表面状态，特别是减小了易由在该工具的边缘附近的压力峰值所造成的橘皮和卷曲效应。
在所有条件都一样的情况下，工具10还能够使用更有效的表面加工参数，特别是增大的压力和速度。
现将在图7的基础上描述工具10的一个变型110。对于类似的元件使用同样的数字标记，但增加了100。
界面体112、缓冲体113和环箍114如界面体12、缓冲体13和环箍14一样设置，只是它们的直径远大于刚性支持体111的直径，并且设有弹性回动部件50和间置于界面体112和回动部件50之间的可变形环体51。
由于界面体12的直径远大于支持体111的直径，界面体112包括正对端部表面115的中央部分112a和在横向位于端部表面115之外的周边部分112b。
同样，缓冲体113具有正对支持体111的端部表面115的中央部分113a和在横向位于端部表面115之外的周边部分113b。
环体51压靠在与支持体111同一侧的周边部分112b上，使得该支持体被环体51包围。
在此，环体51是环形的，并以与支持体111同中心的方式布置。
回动部件50呈星形件的形状，该星形件包括一个中央部分和多个分支，该分支的每一个形成在横向平面中径向延伸的弹性柔性片。
星形件50被用螺钉(图中未示出)固定至支持体111，该螺钉的螺杆啮合在设在支持体111中的攻丝孔中，而这些螺钉的头部在与支持体111相背对的一侧支承在星形件50上。
在图8中所示的工具110’与工具101是相类似的，只是它不包括环箍114。使用与工具101同样的数字标记，但增加一符号“’”。
在对应于美国专利申请2005/0101235的法国专利申请2,834,662中特别描述了工具101’。
当进行表面加工时，由于星形件的柔性薄片的变形，缓冲体113’变形以与光学表面的形状贴合。
考虑到支持体111’的刚性，正对端部表面115’的大部分材料被去掉，这就是说材料的去掉主要是通过缓冲体113’的中央部分113a’进行的。
至于周边部分，缓冲体113和界面体112的113b’和112b’，它们主要起着稳定的作用，一方面是由于工具110’相对于传统工具增大了承载力(portance)或稳定性(assise)，而传统工具的缓冲体和界面体将被限制在中央部分113a’和112a’上，另一方面是由于回动部件50，该回动部件保持在缓冲体113的周边部分113b’与光学表面30之间的永久接触。
可变形环体51’使得施加在界面体112’的周边轮廓上的应力分布平滑，结果使得由星形件的柔性片施加在缓冲体113’上的应力分布平滑。
如同由工具110’施加在表面30上的压力分布132’所示，出于与工具10’同样的原因，在侧表面118’附近存在有压力峰值。
环箍114使得能够避免此压力峰值，并且在侧表面118附近具有压力分布，该压力分布具有接近于工具10的侧表面附近的压力分布32的形状。
因此环箍114带给工具110的有利效应类似于由环箍14带给工具10的有利效应，都与涉及朝向表面30施加的应力41与涉及相对于此表面移动的应力40的性能相关。
图9中所示的工具110的变型中，界面体112包括可弹性压缩材料制造的板55，但是该板的刚性大于形成界面体112的其余部分的主体56的刚性。
除了环绕着板55的周边部分57，板55间置在缓冲体113和主体56之间。
由于板55，界面体112可充分压缩，以与工作表面贴合，并且以在端部表面117处具有足够使用特别柔软的缓冲体113的性能。
周边部分57使界面体112的周边保持避免边缘效应的变形能力。
在图10上所示的工具的第二变型110与在图9中所示的是相类似的，只是主体56的周边部分57具有倒角58，用来使端部表面117和侧表面118之间的棱边钝化。该倒角57有利于该工具110得到的表面状态的品级。
在未示出的另一个变型中，倒角58被环形的连接倒圆角代替。
在未示出的变型中，如50的弹性回动部件和如112的界面体之间的配合方式是不同的，其中，如在对应于美国专利申请2006/0154581的法国专利申请2857619中所描述的，例如环体51被星形件50的连续周边部分代替。
在未示出的变型中，在如10的工具中设有如55的板和/或如58的钝边。
在图11中所示的工具10的变型中，通过适当的材料的预成形以生成杯形的壳体60，缓冲体13和环箍14制成一单体件，该杯形的壳体的底壁形成缓冲体13，而该杯形的壳体的侧壁形成环箍14。
在此，壳体60是通过热成形塑性材料膜或浸渍了塑性材料的织物而得到的。
当然，在工具110中可以使用如60的壳体。
对于难以折叠的材料--即不适合通过折起这种材料制造的盘的边缘而得到如14或114的环箍的材料--而言，如60的壳体的设计是特别有意义的。
如果此界面体是分开制造的，或者当通过将界面体模塑在壳体中得到界面体时直接制造的，那么杯形的壳体与如12或112界面体的连接是通过粘接实现的。
在未示出的一变型中，由如13或113的缓冲体和如14或114的环箍形成的组合件是通过将如12或112的界面体用复制模制作而得到的。
在此最后的变型中，缓冲体和环箍是例如用LP型聚氨酯硬泡沫塑性材料制造的。
当其不是用复制模制作时，形成如13或113的缓冲体和如14或114的环箍的组合件是由例如麂皮、水牛皮、织物制的抛光呢或TORAY公司商品名为
的已投放市场的材料或者光滑或稍有结构(凹凸花纹)的塑性材料膜制造的。
如12或112的界面体是由密度220kg/m3，厚度9mm-12mm的聚氨酯泡沫塑性材料制造的。
如在上面所指出，为简化说明，光学表面30在附图中被示出为平面的。
当然，在实际上，光学表面30不是平面的，而是曲面的，具有可能特别复杂的形状，例如这涉及到用于矫正老花、近视和散光的佩戴者的视力的渐进型玻璃的表面之一。
同样，以分开的方式示出由工具相对于光学表面移动的应力40和朝向此表面施加的应力21所导致的变形是分开表示的，而在实际上这两种应力当然是同时施加的。
按照本发明的工具可用于对非光学表面--例如半导体材料制造的板的表面之一--进行光学品级的表面加工。
在一未示出的变型中，如13或113的缓冲体不覆盖如17或117的整个表面，这是由于例如缓冲体成形为花朵状，具有一个实心的核，从该核径向地延伸出多个花瓣。
在未示出的另一个变型中，如13或113的缓冲体和如14或114的环箍不是制成一单体件，而是制成由分别连接至如17或117的端部表面和如18或118的侧表面的分开的两部分。
在未示出的再一个变型中，表面加工工具与表面加工机的芯轴的头部之间的配合不是通过如25或125的腔室实现的；和/或该工具被芯轴驱动旋转，通过万向轴节该工具被安装在芯轴上。
在未示出的又一个变型中，如11或111的支持体的如15或115的端部表面不是平面的，而是凹面的或凸面的。
当然，根据不同情况，许多其它的变型也是可能的，因此就本发明来说，并不限于描述和介绍过的实施例。
Claims (14)
1.光学品级的表面加工工具，所述表面加工工具包括：具有横向端部表面(15、115)的刚性支持体(11、111)；可弹性压缩的界面体(12，112)，所述可弹性压缩的界面体连接至所述刚性支持体(11、111)并且具有第一横向端部表面(16、116)、第二横向端部表面(17、117)和从所述第一横向端部表面(16、116)的周边延伸到所述第二横向端部表面(17、117)的周边的侧表面(18、118)，所述可弹性压缩的界面体(12、112)的所述第一横向端部表面(16、116)压靠并覆盖所述刚性支持体(11、111)的所述横向端部表面(15、115)；以及柔性缓冲体(13、113)，所述柔性缓冲体适合于压靠工作表面(30)，且背对并正对所述刚性支持体(11，111)的所述横向端部表面(15，115)地压靠并至少部分覆盖所述界面体(12、112)的所述第二横向端部表面(17、117)，
其特征在于，柔性的环箍(14、114)压靠并部分覆盖所述界面体的侧表面(18、118)，所述柔性的环箍(14、114)从所述缓冲体(13、113)的周边一直延伸到自由端部(20、120)，所述界面体(12、112)的所述侧表面(18、118)的环形部分(21、121)在所述环箍(14、114)的所述自由端部(20、120)和所述界面体(12、112)的第一横向端部表面(16、116)之间是自由的。
2.按照权利要求1所述的表面加工工具，其特征在于，所述环箍(14、114)与所述缓冲体(13、113)制成一单体件。
3.按照权利要求1或2所述的表面加工工具，其特征在于，所述环箍(14、114)是由在所述缓冲体(13、113)的周边通过折叠而折起的边缘形成。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的表面加工工具，其特征在于，所述环箍(14、114)具有指向所述缓冲体的轮廓呈V形的凹槽(22)。
5.按照权利要求1或2所述的表面加工工具，其特征在于，所述表面加工工具包括杯形的壳体(60)，所述杯形的壳体的底壁形成所述缓冲体(13、113)，而所述杯形的壳体的侧壁形成所述环箍(14、114)。
6.按照权利要求5所述的表面加工工具，其特征在于，所述界面体(12、112)由模塑在所述壳体(60)上的材料制造。
7.按照权利要求1至5中任一项所述的表面加工工具，其特征在于，所述环箍(14、114)粘接在所述界面体(12、112)上。
8.按照权利要求1或2所述的表面加工工具，其特征在于，所述环箍(14、114)由模塑在所述界面体(12、112)上的材料制造。
9.按照权利要求1或8所述的表面加工工具，其特征在于，所述界面体(112)包括由可弹性压缩的材料制造的板(55)，但所述板的刚性大于形成所述界面体(112)的其余部分的主体(56)的刚性，所述板(55)间置于所述缓冲体(113)和所述主体(56)之间。
10.按照权利要求9所述的表面加工工具，其特征在于，所述主体(56)具有包围着所述板(55)的周边部分(57)。
11.按照权利要求10所述的表面加工工具，其特征在于，所述界面体(112)的所述周边部分(57)在所述第二横向端部表面(117)和所述侧表面(118)之间具有钝边(58)。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的表面平面工具，其特征在于，所述环箍(14、114)的所述自由端部(20、120)和所述第一横向端部表面(16，116)之间的距离为所述界面体(12、112)的所述第一横向端部表面(16、116)和所述第二横向端部表面(17、117)之间距离的30％至70％。
13.按照权利要求1至12中任一项所述的表面加工工具，其特征在于，所述支持体(11)、所述界面体(12)和所述缓冲体(13)具有相近的直径。
14.按照权利要求1至12中任一项所述的表面加工工具，其特征在于，所述界面体(112)和所述缓冲体(113)具有比所述支持体(111)的直径更大的相近的直径，所述表面加工工具还包括布置在所述刚性支持体(111)和所述界面体的周边之间的弹性回动部件(50)。
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