砂光工具的制作方法

专利名称：砂光工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面处理工具。
背景技术：
用于汽车面板和其他表面的喷涂和涂覆工艺通常采用多重涂层，例如，
包括底漆、底层、有色涂层、透明涂层和密封层。即使进行环境空气过 滤，粉尘、尘土、棉绒、纤维及其他颗粒常常会嵌入涂层间的涂饰剂中， 因而导致瑕疵和其它缺陷。通常会将这些缺陷砂光至与周围表面齐平。
使用现有技术的手持砂光机，受过训练的操作者必须在适量时间施加 适量的力，并使用正确的润滑。如果没有仔细控制砂光参数，结果可能是 要么校正不足的斑点，要么过度砂光的斑点。校正不足的斑点通常遗留下 需要更多工作的残余瑕疵。过度砂光的斑点会不再与剩余表面齐平，导致 在抛光后仍然可以分辨的低点或平点。有时，操作者的错误导致不得不重 新砂光和重新抛光整个工件而不仅仅是缺陷点。此外，使用太大压力或太 多时间或不当角度可以导致增加的或不均匀的磨料磨损，由此增加更换成 本和时间。
因此，仍然需要一种手持工具，其可被设置为对所期望的应用自动呈 现合适的研磨参数，从而使得较少受训的操作者可以实现所需要的结果。

发明内容
用于研磨工件表面的表面处理装置的一个实施例包括被构造为移动磨 盘的运动产生设备、稳定器和力控制设备。稳定器和力控制设备协同工作 以防止磨盘和工件表面之间的接触力超过设置的水平。在一个实施例中， 力控制设备具有最大力控制水平，并且所设置的水平小于所述最大力控制 水平。在一个实施例中，稳定器具有固定部分和可移动部分。


图1为本发明的工具的一个实施例的透视图。 图2为沿线2-2截取图1工具的剖视图。
图3a为处于脱开状态的工具的研磨头的一个实施例的放大剖视图。 图3b为处于接合状态的工具的研磨头的放大剖视图。 图4为本发明的工具的实施例的透视图，其中包括用于涂敷和清除润 滑剂的软管。
屑5a为处于"断开"状态的工具的研磨头的一个实施例的放大剖视 图，该研磨头包括通/断开关。
图5b为处于"接通"状态的图5a研磨头的放大剖视图。
图6a为本发明的工具的实施例的透视图，包括投影光缺陷定位器。
图6b为图6a的研磨头的放大剖视图。
尽管上述各图示出了本发明的数个示例性实施例，但还可以想出其它 实施例。本发明示例性而非限制性地呈现了本发明的示例性实施例。本领 域技术人员可以设想出包括在本发明原则的精神及范围之内的许多其他修 改形式和实施例。附图未按比例绘制。
此外，尽管通过名称"第一"、"第二"、"第三"等来指称实施 例、部件和实例，但应当理解，这些描述是为了参考方便，并不暗示优先 顺序。这些名称仅仅是为了清晰起见在不同实施例之间进行分辨才提出 的。
此外，诸如下、上、左、右、之上、之下等定向术语仅是为了便于讨 论而使用。应当理解所讨论的结构可以以任何方式取向。
除非另外指明，在说明书和权利要求中表达结构尺寸、量和物理属性 的所有数字应被理解为在所有情况下均由术语"约"修饰。因此，除非有 相反的指示，提出的数字均为近似值，其可根据使用本文所公开的教导内 容的所需特性而变化。
具体实施例方式
磨料通常用来磨削、砂光、打磨及以其它方式处理诸如木材、金属、 塑料等材料的表面及喷涂和涂覆的表面。磨料制品包括例如涂覆磨料、打
5磨涂覆磨料、非织造磨料和抛光制品。这些磨料制品可以以多种形式存 在，例如盘、薄片或多边形元件。在一些实施例中，磨料薄片被固定到由 弹性材料制成的支撑垫上或与支撑垫一体形成。此外，磨料制品可以可选 地包含孔或狭缝，以有助于提取尘土和残留物。
本发明的设备的一个实施例为电动、气动或液动的表面处理或研磨工 具。本文所用术语"研磨"包括因为相对运动的接触面间的摩擦接触而进 行的所有材料移除方法，例如磨削、砂光、打磨、光整或精修。由该工具 所产生的相对运动可以是例如振动的、直线的、转动的、轨道的或无规则 轨道的运动。
转动工具只绕固定轴线转动磨盘。由于研磨面在盘每次转动的过程中 都遵循相同的路径，因而这就导致盘的研磨面在工件表面中研磨出较深的 划痕。这种有规则的转动运动会导致较深、较糙的切削，这对一些应用适 合，而对其他应用则不然。
轨道式工具使磨盘以回转的样式运动。本发明所公开的另一类研磨装 置为无规则轨道式工具。这类工具将转动运动和轨道运动相结合，这导致 磨盘相对于工件进行无规则运动。这种运动是可取的，因为磨盘的无规则 运动降低了在工件表面中切出规则样式的较深划痕的可能性。从而，可以 在工件表面上得到更精细的光洁度。
一种研磨工件的方法涉及在使磨料紧靠工件的同时移动磨料制品。通 常磨料制品为使工件中或工件上的缺陷平整的任何切割设备。"磨盘"是 指通常为圆形的磨料制品；然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况 下，可以使用其他形状(例如，六边形、八边形或扇形)，而且这些形状
包含在术语"盘"中。例如，美国专利No. 4， 920， 702 (Kloss等人)公开 一种便携式工具，在一个实施例中，该便携式工具具有振动的大体上三角 形的支撑片和磨盘。
图1为本发明的表面处理装置10的一个实施例的透视图。在示例性实 施例中，气动式工具10包括把手部分12和研磨头14。在示例性实施例 中，把手部分12包括压缩空气入口 15、入口调节阀16、外壳18、阀芯 20、顶盖锁22、顶盖24和手动节流杆26。研磨头14包括通过箍34连接 到角外壳32上的稳定器29。箍34通过由顶盖36覆盖的螺钉保持在一
6起。稳定器29包括可移动部分30、固定部分31和弹簧76 (见图3a和 3b)。尽管稳定器29被示出为连续的圆筒形外壳或护罩，但可以设想出可 用的其他形状或非连续形式。
在图示实施例中，工具10为气动式的并且被连接到空气压缩机(未示 出)。在另一个实施例中，工具10被连接到不同的动力源，例如液压源或 电源。在一些实施例中，工具IO包括自己的动力源(例如，电池)而不需 要连接至外部动力源。
图2是工具10沿图1的线2-2的剖视图。为了操作，入口 15连接到 诸如压縮空气源之类的动力源(未示出)。可以使用阔门16来调节有效入 口开度。节流杆26可绕弹簧销38枢转。压下节流杆26引起节流阀40向 上移动并压縮弹簧42，从而允许空气流过空气调节器44。压縮空气引起运 动产生设备(例如转子46)的旋转，该运动产生设备与齿轮48联锁从而 引起轴50在轴颈轴承52上绕轴线A-A转动。改变流过阀门16的空气体积 可以改变转子46的速度。研磨头14的末端为磨盘72。工具10通常环绕 磨盘72以在3, 000转每分钟和20， 000转每分钟之间的速度做圆周运动， 并且更通常以在7,500转每分钟和10， 000转每分钟之间的速度做圆周运 动。
图3a为在脱开状态下工具10的研磨头14的一个实施例的放大剖视 图。如该图更详细示出，研磨头14的示例性实施例包括通过螺钉58连接 的平衡器56。第二轴60的轴线B-B随滚珠轴承62和64移动。轴线B-B 平行于轴线A-A (见图2)，但是轴线B-B可以在磨盘72的轨道运动期间 与轴线A-A间隔开。在示例性实施例中，第二轴60绕轴线A-A转动。在一 个实施例中，轴线B-B离轴线A-A的最大位移为约1. 5毫米。
平衡器56协助实现第二轴60绕轴线A-A的转动。第二轴60的转动速 度可以取决于如下参数，例如施加到工具的力的大小，工件的材料组成 和外形，以及使用的磨料。例如，在非常低的压力下，第二轴60可以相对 快地转动，而在非常高的负荷下，第二轴60可能转动相对缓慢。
在一个实施例中，垫板66通过螺钉68连接到研磨头14的末端。垫板 66通常包括用于连接力控制设备74的力控制设备连接装置70。力控制设 备74可以以许多不同方式固定到垫板66上。例如，可以使用压敏粘合剂(PSA)(例如，见美国专利No. 3， 849， 949 (Steinhauser等人));互相 啮合的紧固构件，例如在垫板上的多个钩部和在力控制设备上的多个环部
(例如，见美国专利No. 4， 609， 581 (0tt));以及配合的凸、凹紧固构 件。在共同转让的名称为"Engaging assembly for abrasive back-up pad"(用于磨料支撑片的接合组件)的美国专利No. 6， 988， 941中公开了 另一个合适的连接系统，该专利在此以引用方式并入。在图示实施例中， 支撑片73和磨盘72依次连接到力控制设备74上。
在图示实施例中，裙边28连接到角外壳32和垫板66上，以防止磨盘 72转动，从而引起磨盘72的轨道运动。在另一个实施例中，裙边28可以 省略，并且工具10将呈现无规则的轨道运动。在共同转让的名称为
"Automated random orbital abrading system and method"(自动无规 则轨道研磨系统和方法)的美国专利No. 5， 377, 455 ，以及名称为
"Powered, abrading tool"(动力研磨工具)的美国专利No. 4， 660， 329 中还描述了无规则轨道工具的一般工作原理，这两个专利的内容在此以引 用方式并入。可以设想，使用本发明教导内容的工具还可以使用其他类型
的运动，例如转动、直线或振动运动。
图3a示出处于脱开状态下的工具10。在该状态下，稳定器29的弹簧 76是松弛的。稳定器29的可移动部分30的底面延伸到磨盘72下方。图 3b是处于接合状态的工具10的研磨头14的放大剖视图。当工具操作者将 稳定器29的可移动部分30压到工件表面78上，从而压縮弹簧76以使磨 盘72接触工件表面78时，就实现了这一状态。在稳定器29上，可移动部 分30和固定部分31通过诸如使用销等方法滑动连接。
如图所示，力控制设备74通过弹簧机械调节来与稳定器29配合。稳 定器29和力控制设备74具有如下构造，即即使操作者施加大于所需的 压力，该构造也会防止磨盘72以太大的力接触工件表面78。因此，稳定 器29和力控制设备74协同工作来防止磨盘72和工件表面78之间的接触 力超过设置水平。在一个实施例中，力控制设备74具有最大力控制水平， 并且设置水平小于该最大力控制水平。
在一些实施例中，稳定器的弹簧施加比力控制设备更大的力。在示例 性实施例中，稳定器的弹簧可以施加约5磅的力，等于设置水平，而力控制设备的弹簧可以施加约3磅的力。即使稳定器的弹簧未被完全压縮，该 布置也能确保磨盘和工件表面之间的全接触(即，磨盘的相当大一部分接 触工件)，并且确保所需要的压力(即，"设置水平")传输到工件表 面。
在另一个实施例中，稳定器的弹簧施加等于或大于力控制设备的力。 图3b示出具有呈现大于力控制设备的力的稳定器的弹簧的示例性实施例。
在图3b所示的接合状态，弹簧76被完全压缩，而力控制设备74的弹簧一 定程度被压縮而未被完全压縮。当弹簧76被完全压縮时，由操作者施加的 附加的力不能够传递到磨盘72和工件表面78之间的界面。因此，稳定器 29和力控制设备74协同工作来防止磨盘72和工件表面78之间的接触力 超过那一水平。
在一些实施例中，稳定器相对于工具固定且不包含弹簧。当不使用 时，力控制设备被布置成使磨盘延伸超过稳定器。在使用期间，固定的稳 定器防止力控制设备的弹簧(或其他力控制装置)被完全压縮，以使得由 操作者施加的任何附加力不能传递到磨盘和工件表面之间的界面。
在示例性实施例中，力控制设备74包括具有特定弹簧系数的弹簧。在 其他实施例中，力控制设备74可以由泡沫、橡胶、氯丁橡胶或其它有弹性 的材料形成。尽管图示实施例包括机械调节的力控制设备74，但是可以设 想力控制设备还可以例如使用气压阻力进行气动式调节或使用油阀进行液 压式调节。
在一个实施例中，稳定器29包括围绕磨盘72的由两部分组成的圆筒 形外壳。在示例性实施例中，稳定器29防止工具10倾斜，并且防止磨盘 72不均衡地施加到工件表面78。在示例性实施例中，稳定器29由诸如其 本身不会划伤或者损坏工件表面78的橡胶或塑料之类的材料制成。尽管稳 定器29的图示机构是通过弹簧76机械调节至设置水平，但还可以设想稳 定器29可以是例如气动或液压控制的设备。
所示出的实施例包括连接到力控制设备74的支撑片73和连接到支撑 片73的磨盘72。该附连形式可与关于力控制连接装置70所讨论的那些附 连形式相同或不同。
9根据所需刚度、贴合性和其他特性，支撑片73可由可压縮的弹性材料 构成，这些材料包括但不限于例如乙烯树脂、织物、诸如开孔或闭孔聚 合泡沫(诸如，软性闭孔氯丁橡胶泡沫、开孔聚酯泡沫、聚氨酯泡沫、网 状或非网状泡沫塑料块等)之类的泡沫、橡胶、或多孔热塑性聚合物。典 型的聚氨酯基泡沫包括甲苯二异氰酸酯(TDI)基泡沫和二 (或双)苯基亚
甲基-二异氰酸酯(MDI)基泡沫。更软且/或更厚的支撑片73可以产生更 高级的光洁度，以及更好地贴合工件表面78中的表面弯曲或不规则性。在 另一个实施例中，可以不用支撑片73，磨盘72可直接连接到力控制设备 74。
在共同转让的以下专利中公开了用于磨盘72的合适的示例性磨料制 品名禾尔为 "Abrasive article for providing a clear surface finish on glass"("用于在玻璃上提供透光表面抛光的磨料制品")的 美国专利No. 6， 231， 629 ;名称为"Nonwoven abrasive articles and method of pr印aring same"("非织造磨料制品及其制备方法")的美 国专禾U No. 6， 312， 484;名称为"Abrasive article, a process of making same, and a method of using same to finish a workpiece .surface" ("磨料制品，其制备方法以及使用其以抛光工件表面的方法")的美国 专利No. 5， 454， 844，所有以上专利在此以引用方式并入。其他合适的磨盘 可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company, St. Paul, MN)以商品 名"Trizact"和"Finesse-it"商购获得。
对于一些应用，需要使用小型的磨盘72以使得砂光的点需要较少的后 续抛光。在示例性实施例中，磨盘72为直径在0.5英寸(12.7毫米)和 1.0英寸(25.4毫米)之间的圆形或扇形边缘的盘。
图4为本发明的工具10的实施例的透视图，该实施例包括用于涂敷和 清除润滑剂的软管。在一个实施例中，工具10包括润滑剂涂敷软管80和 真空软管82。润滑剂涂敷软管80涂敷适量的砂光润滑剂(例如水)，以 防止磨盘72填附从工件表面78磨下的材料。这是我们期望的，因为填附 后的研磨表面其效率将降低。在一个实施例中，当压力施加到稳定器29上 时，润滑剂涂敷设备将润滑剂涂敷到磨料表面72或工件表面78上。图示实施例包括通过真空软管82操作的抽吸或真空设备，以在研磨期 间或之后清除研磨残余物和/或润滑剂。如果不清除这种残余物或润滑剂， 那么它会污染随后要用的抛光垫，从而在抛光过程中可能导致不必要的划痕。
图5a为处于"断开(off)"状态的工具研磨头的一个实施例的放大剖 视图，该研磨头包括通/断开关84。图5b为处于"接通(on)"状态的图 5a的研磨头的放大剖视图。除了节流杆26以外或代替节流杆26，可以用 开关84来控制工具IO.的操作。在图5a所示的"断开"状态下，开关84 置于弹簧76之上，并且开关84的销83被从稳定器29的静止部分31的凹 槽85移出。当工具操作者使稳定器29的可移动部分31下压至工件表面 78 (如图5b所示)上时，弹簧76和开关84被向上推起，从而将销83推 进凹槽85。在图5b的"接通"状态，开关84的销83被完全插入到凹槽 85中，从而激活开关84以使磨盘72移动。
在一个实施例中，只要激活开关84，磨盘72就移动.。在另一个实施 例中，开关84被连接到定时器、计算机或其他在规定的一段时间(例如约 3秒)中自动操作使磨盘72移动的处理器。如果需要更多的操作者控制， 可改为使用指示灯或发声蜂鸣器来提示操作者已过去规定量的时间。
在示例性实施例中，稳定器29的可移动部分30还用作缺陷定位器。 通过使可移动部分30围绕工件表面78上的缺陷，操作者可以确保该缺陷 将会被处理。在示例性实施例中，可移动部分30由透明材料形成，这使得 操作者能够透过可移动部分30进行观察，以确认工件缺陷在将要研磨的区 域之内。
在纯转动运动的情况下，磨盘72的面积可以与可移动部分30内的面 积大约相同。在轨道、无规则轨道或其他运动的情况下，磨盘72的面积可 以小于可移动部分30内的面积。在其他实施例中，例如，可以以投射在工 件表面78上的光或激光图像的形式提供缺陷定位器。
图6a为本发明的工具10的实施例的透视图，该实施例包括投影光缺 陷定位器86。图6b为图6a的研磨头14的放大剖视图。在图示实施例 中，缺陷定位器86被连接到稳定器29。缺陷定位器86将可见光图案88 投影到工件表面78上。在另一个实施例中，从稳定器29的可移动部分30内投射出可见光图案88。通过将缺陷90定位在可见光图案88内，操作者
可以确保将通过磨盘72研磨缺陷90。可见光图案88还可以具有其他形
状，例如牛眼或交叉十字丝。
本文提到或引用的所有专利、专利申请、临时专利申请和出版物，包
括所有图和表，在与本说明书明确教导的内容保持一致的程度上，均全文
以引用方式并入本文。
应当理解，本文所述实例和实施例仅出于示例性目的，并且在符合本
专利申请的精神和范围的前提下，本领域的技术人员可以根据这些实例和实施例进行多种修改或更改。例如，尽管工具10被示出为角形工具(angled tool),但还可以设想工具10可以为手掌拿握的工具。另外，尽管在一些实施例中工具10被描述为手持工具，但还可以设想工具10可以为机器人式或者用其它方式自动地操作的工具。
1权利要求
1. 一种用于研磨工件表面的表面处理装置，所述表面处理装置包括运动产生设备，其被构造为移动磨盘；稳定器；以及力控制设备；其中，所述稳定器和所述力控制设备协同工作，以防止所述磨盘和所述工件表面之间的接触力超过设置水平。
2. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述力控制设备施加所 述设置水平的力，并且所述稳定器施加第二水平的力，所述第二水 平大于所述设置水平。
3. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述力控制设备具有最 大力控制水平，并且所述设置水平小于所述最大力控制水平。
4. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述力控制设备包括弹
5. 根据权利要求1所述表面处理装置，其中所述力控制设备为从包含 泡沬、橡胶或氯丁橡胶的组中选取的弹性材料。
6. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述稳定器包括围绕所 述磨盘的外壳。
7. 根据权利要求6所述的表面处理装置，其中所述稳定器包括 固定部分；和可移动部分。
8. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述稳定器包括弹簧。
9. 根据权利要求l所述的表面处理装置，还包括磨盘。
10. 根据权利要求9所述的表面处理装置，其中在所述设置水平下，所 述稳定器的底面和所述磨盘都接触所述工件表面。
11. 根据权利要求9所述的表面处理装置，其中由所述磨盘运动覆盖的 所述工件的面积几乎等于所述稳定器内的面积。
12. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述稳定器相对于所述 运动产生设备固定。
13. 根据权利要求1所述的表面处理装置，还包括定时器。
14. 根据权利要求l所述的表面处理装置，还包括润滑剂涂敷器。
15. 根据权利要求l所述的表面处理装置，还包括真空装置。
16. 根据权利要求l所述的表面处理装置，还包括投影光定位器。
17. 根据权利要求16所述的表面处理装置，其中所述投影光定位器被构造为投射圆形图案。
18. 根据权利要求1所述的表面处理装置，其中所述表面处理装置为手 .持工具。
19. 根据权利要求l所述的表面处理装置，还包括动力源。
20. 根据权利要求19所述的表面处理装置，其中所述动力源为电池。
全文摘要
一种用于研磨工件表面的表面处理装置，其包括运动产生设备，其被构造为移动磨盘；稳定器；和力控制设备。稳定器和力控制设备协同工作以防止磨盘和工件表面之间的接触力超过设置水平。在一个实施例中，力控制设备具有最大力控制水平，并且设置水平小于最大力控制水平。在一个实施例中，稳定器具有固定部分和可移动部分。
文档编号B24B23/02GK101500752SQ200780028843
公开日2009年8月5日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年8月3日
发明者爱德华·L·马诺尔 申请人:3M创新有限公司