DE19736248A1

DE19736248A1 - Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug

Info

Publication number: DE19736248A1
Application number: DE19736248A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hashimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1998-02-26
Also published as: JPH1058290A; KR19990023059A; KR100491625B1; US5984765A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug zum Schleifen eines zu schleifenden Materials (im weiteren als "Schliffmaterial" bezeichnet), das ein hartes und sprödes Material (im weiteren als "sprödes Material" bezeichnet), wie z. B. Glas oder Keramik, ein Metallmaterial oder ähnliches sein kann, und insbesondere ein Ultraschall-Vi brations-Verbundschleifwerkzeug zum Schleifen eines Schliffmaterials, während Vibrationen beim Schleifen des Materials auf das Material aufgebracht werden.

Um ein befriedigendes Schleifen eines Schliffmaterials, wie beispielsweise eines spröden Materials, eines Metallmaterials oder ähnliches, auf vorbestimmte oder gewünschte Abmessungen durch Vorschub sicherzustellen und zu ermöglichen, daß eine Oberfläche des Schliffmaterials, welches dem Schleifen oder der Verarbeitung unterzogen wurde, bestimmte Eigenschaften zeigt, ist es notwendig, die Schleifkraft, welche während des Schleifens auf das Schliffmaterial aufgebracht wird, zu reduzieren, damit eine Schleifscheibe eine befriedigende Schleifleistung zeigen kann, was in einer höchstmöglichen Eliminierung der Nachbearbeitung resultiert.

Im allgemeinen macht bei der Verwendung einer Vibrationseinrichtung zur Aufbringung von Vibration auf eine Schleifscheibe ein Durchmesseranstieg der Schleifscheibe, bis zu beispielsweise 100 mm oder mehr, ein Glattschleifen im wesentlichen unmöglich. Dadurch gehen Vorteile, wie z. B. eine Reduktion der Schleifkraft und ähnliche, die durch die Vibrationseinrichtung erzielt werden können, verloren.

Ein Substrat, wie z. B. ein Glassubstrat für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, ein Glassubstrat für eine Plasmaanzeigevorrichtung, ein Glassubstrat für einen Thermokopf, ein Keramiksubstrat für einen Hybrid-IC oder ähnliches, neigen über die Jahre dazu, größere Abmessungen aufzuweisen. Leider ist bis jetzt noch kein Schleifwerkzeug zum gleichmäßigen Schleifen einer Oberfläche des Substrats bei erhöhter Drehzahl auf diesem technischen Gebiet entwickelt worden.

Im Hinblick auf den obigen Nachteil des Standes der Technik hat der Erfinder Anstrengungen unternommen und eine Studie gefertigt, um ein Schleifwerkzeug zu entwickeln, das dazu in der Lage ist, ein Material von relativ großen Abmessungen effektiv zu schleifen. Als Resultat stellte sich heraus, daß der Nachteil des Standes der Technik durch ein Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug überwunden werden kann, das so konstruiert ist, daß mehrere Schleifscheiben, die in derselben Gestalt ausgebildet sind und jeweils eine Mikro-Schneidoberfläche haben, auf einer Oberfläche einer drehbaren Basis mit einer Rotationsachse so angeordnet sind, daß sie in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung der Basis um eine Rotationsachse der Basis beabstandet sind, um somit eine Schleifeinrichtung bereitzustellen, und dadurch, daß eine Vibrationseinrichtung zum Vibrieren der Schleifscheiben in Richtung eines Schliffmaterials vorgesehen ist, wodurch ein Verbundschleifen des Schliffmaterials ausgeführt wird, während eine Vibration auf das Material aufgebracht wird, und dadurch, daß eine gleichmäßige Zufuhr und Abfuhr von Schleifflüssigkeit während des Schleifens sichergestellt wird.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem mehrere klein bemessene Schleifscheiben zum Schleifen eines Schliffmaterials vorgesehen sind, während Ultraschallvibrationen auf dieses aufgebracht werden, um es zu ermöglichen, daß das Schliffmaterial im stabilen Betrieb sogar dann effektiv geschliffen werden kann, wenn das Material größere Abmessungen aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug zur Verfügung zu stellen, das dazu in der Lage ist, das Schleifen eines flachen Abschnittes eines Schliffmaterials zu vorbestimmten oder gewünschten Abmessungen mittels Vorschub durchzuführen und die Erzeugung von Oberflächenfehlern, beispielsweise eines Risses, einer Mulde oder ähnlichem auf einer Oberfläche des Schliffmaterials, welches geschliffen oder verarbeitet wurde, zu minimieren, um die geschliffene Oberfläche mit befriedigenden Oberflächeneigen schaften auszustatten, sowie sicherzustellen, daß das Schliffmaterial mit hochverbesserter Genauigkeit geschliffen wird, und zwar sogar dann, wenn es große Abmessungen aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug zur Verfügung zu stellen, welches dazu in der Lage ist, sowohl die tangentielle Schleifkraft als auch die normale Schleifkraft während des Schleifens auf einem im wesentlichen konstanten Niveau zu halten, wobei sowohl die tangentielle Schleifkraft als auch der Abrieb einer Mikro-Schneidoberfläche auf einen Grad vermindert werden, der ausreicht, um ein Nacharbeiten unnötig zu machen, und dazu, das Schleifen eines Schliffmaterials auf vorbestimmte oder gewünschte Abmessungen durch Vorschub sicher zu ermöglichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug zur Verfügung gestellt. Das Schleifwerkzeug umfaßt eine Schleifeinrichtung mit einer Basis, die in drehbarer Weise angeordnet ist, und mehrere Schleifscheiben, wobei die Basis eine Rotationsachse hat und so angeordnet ist, daß sie um diese Rotationsachse herum drehbar ist, die Schleiischeiben jeweils eine Mikro-Schneid oberfläche aufweisen und in identischer Gestalt ausgebildet sind, und die Schleifscheiben so auf einer Oberfläche der Basis angeordnet sind, daß sie voneinander in vorbestimmten Intervallen um die Drehachse der Basis in einer Umfangsrichtung der Basis beabstandet sind. Das Schleifwerkzeug umfaßt ebenfalls eine Vibrationseinrichtung zum Vibrieren der Schleifscheiben in den Richtungen eines Schliffmaterials, wodurch das Schliffmaterial einem Verbundschleifen unterzogen wird, während es beim Schleifen einer Vibration ausgesetzt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Basis haltend auf einer Drehwelle montiert, und die Vibrationseinrichtung wird zwischen den Schleifscheiben und der Basis angeordnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Basis haltend auf einer Drehwelle montiert, und die Vibrationseinrichtung wird zwischen den Schleifscheiben und der Basis angeordnet. Das Schleifwerkzeug umfaßt ferner einen ersten Antriebsmotor für den Drehantrieb der Drehwelle, einen zweiten Antriebsmotor für den Drehantrieb der Schleifscheiben und ein Lager, das zwischen der Basis und den Schleifscheiben angeordnet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Schleifscheiben jeweils ein Basisbauteil, das mit der Vibrationseinrichtung verbunden ist, und eine Mikro-Schneidoberfläche, die auf einer unteren Oberfläche des Basisbauteils ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Mikro-Schneid oberfläche durch das Einbetten eines ultraharten Abrieb-Kornmaterials in die untere Oberfläche des Basisbauteils ausgebildet, wobei das ultraharte Abrieb-Korn material eine Korngröße zwischen einer groben Korngröße und dem Submikronbereich hat und das ultraharte Abrieb-Kornmaterial aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Diamant-Abrieb-Kornmaterial und CBN-Abrieb-Kornmaterial besteht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vibrationseinrichtung eine Ultraschall-Vibrationseinrichtung, die zwischen den Schleifscheiben und der Basis angeordnet ist, um die Schleifscheiben einer Ultraschallvibration in den Richtungen des Schliffmaterials zu unterziehen, sowie einen Schalltrichter zum Verstärken einer Vibrationsamplitude der Ultraschall-Vi brationseinrichtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Drehwelle und die Basis innen mit einem Schleifflüssigkeits-Führungsloch so ausgebildet, daß dieses sich insgesamt durch das Zentrum sowohl der Drehwelle als auch der Basis erstreckt, was dazu führt, daß Schleifflüssigkeit durch das Schleifflüssigkeits-Führungsloch zugeführt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Mikro-Schneid oberfläche des Basisbauteils einer jeden Schleifscheibe auf dieser mit Rillen in einer solchen Weise ausgebildet, daß diese in gleichen Intervallen voneinander beabstandet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Schleifscheiben zu einer gekrümmten, streifenförmigen Form um eine Achse der Basis ausgebildet, die zwischen Bögen mit Radien definiert wird, die sich voneinander unterscheiden.

Diese und andere Aufgaben und viele mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile werden ohne weiteres ersichtlich, da sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vorderaufriß, der eine erste Ausführungsform eines Ultraschall- Vibrations-Verbundschleifwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Ansicht des Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeuges von unten, das in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 einen vorderen Explosionsaufriß, der eine Vibrationseinrichtung und eine Schleifscheibe zeigt, die in das Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug eingebaut sind, das in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die eine untere Hälfte eines Scheibenabschnittes der Schleifscheibe aus Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht der Schleifscheibe, die in Fig. 3 gezeigt ist, von unten;

Fig. 6 eine schematische Stirnansicht, die das Schleifen eines Schliffmaterials durch ein Schleifwerkzeug zeigt;

Fig. 7 eine schematische Aufsicht, die das Schleifen eines Siliziumsubstrats durch mehrere der in Fig. 3 gezeigten Schleifscheiben zeigt, während Schleifflüssigkeit aus Düsen zugeführt wird;

Fig. 8 eine schematische Teilansicht eines wichtigen Teils aus Fig. 7;

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die eine Veränderung der tangentiellen Schleifkraft über der Vorschubzahl darstellt, wenn ein Siliziumsubstrat mittels einer einzelnen Schleifscheibe geschliffen wird;

Fig. 10 eine graphische Darstellung, die die Veränderung der normalen Schleifkraft über der Vorschubzahl zeigt, wenn ein Siliziumsubstrat mittels einer einzelnen Schleifscheibe geschliffen wird;

Fig. 11 einen Vorderaufriß, der eine zweite Ausführungsform eines Ultraschall-Vi brations-Verbundschleifwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 12 eine Ansicht von unten, die eine dritte Ausführungsform eines Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeuges gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 13 eine schematische vergrößerte Ansicht, die einen wichtigen Teil einer Veränderung einer Mikro-Schneidoberfläche einer Schleifscheibe zeigt, die einen Teil des Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung bildet;

Fig. 14 eine Ansicht der Schleifscheibe aus Fig. 13 von unten;

Fig. 15 eine schematisch vergrößerte Ansicht, die einen wichtigen Teil einer weiteren Variation einer Mikro-Schneidoberfläche einer Schleifscheibe zeigt, die einen Teil eines Ultraschall-Vibrations-Verbundschleif werkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 16 eine Ansicht der Schleifscheibe aus Fig. 15 von unten.

Ein Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 wird zunächst eine erste Ausführungsform eines Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach der dargestellten Ausführungsform, welches im Ganzen mit dem Bezugszeichen 1 angedeutet ist, wird so konstruiert, daß es ein Verbundschleifen eines Schliffmaterials während der Aufbringung von Vibrationen auf das Schliffmaterial beim Schleifen durchgeführt werden kann. Zu diesem Zweck umfaßt das Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug eine Basis 10, die auf einer Drehwelle 40 so gehalten wird, daß sie sich mit der Drehung der Drehwelle 40 drehen kann, eine Schleifeinrichtung 20, die aus mehreren Schleifscheiben 21 aufgebaut ist, und eine Vibrationseinrichtung 30.

Die Basis 10 ist aus einem Material, wie z. B. einer Stahlplatte oder ähnlichem, hergestellt, das eine Steifigkeit zeigen kann, die ausreicht, um die Basis 10 davor zu bewahren, durch die Schleifkraft deformiert zu werden. Die Basis 10 kann zu einer scheibenförmigen Gestalt von ungefähr 100 bis 400 mm Durchmesser ausgebildet werden.

Die Basis 10 ist an einem Zentralabschnitt einer ihrer Oberflächen 11, die in Fig. 11 eine obere Oberfläche ist, mit einem Verbindungszylinder 13 versehen, der so angeordnet ist, daß er die Drehwelle 40 darauf befestigt. Der Verbindungszylinder 13 ist an seiner inneren Oberfläche mit einem Innengewinde 14 ausgebildet, das über Gewindeeingriff auf das Außengewinde aufgebracht wird, das auf einem äußeren Umfang in der Nähe des Endabschnittes der Drehwelle 40 ausgebildet ist, die durch einen ersten Antriebsmotor 50 angetrieben bzw. gedreht wird.

Die Schleifeinrichtung 20 ist, wie oben beschrieben, aus mehreren Schleifscheiben 21 aufgebaut. Die Schleiischeiben 21 sind gleichartig ausgebildet und auf der anderen Oberfläche 12 der Basis 10 so angeordnet, daß sie in vorbestimmten Intervallen in einer Umfangsrichtung der Basis 10 um eine Mittelachse 18 der Basis 10 beabstandet sind, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Schleifscheiben 21 auf einer unteren Oberfläche der Basis 10 angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Schleifscheiben 21 umfassen jeweils ein Basisbauteil 25, das aus einem wärmebeständigen Material hergestellt und mit der Vibrationseinrichtung 30 mittels einer Setzschraube 65 (Fig. 3) verbunden ist, sowie eine Mikro-Schneidoberfläche 26, die auf einer unteren Oberfläche des Basisbauteils 25 ausgebildet ist. Die Schleifscheiben 21 sind in gleichen Abständen auf der anderen oder unteren Oberfläche 12 der Basis 10 angeordnet.

Die Mikro-Schneidoberfläche 26 ist zu einer Dicke T1 (Fig. 3) von ungefähr 1 bis 3 mm durch das Einbetten eines ultraharten Abrieb-Kornmaterials mit einer Korngröße zwischen einer groben Korngröße (Hunderte von Mikrons) und dem Submikronbereich in die untere Oberfläche 12 des Basisbauteils 25 ausgebildet. Das ultraharte Abrieb-Korn material, das zur Verwendung für diesen Zweck bei der dargestellten Ausführungsform geeignet ist, umfaßt ein Diamant-Abrieb-Kornmaterial, ein CBN (cubic boron nitride) Abrieb-Kornmaterial und ähnliches. Das ultraharte Abrieb-Korn material kann mittels einer Metallbondierung, einer Glasbondierung, einer Harzbondierung oder ähnlichem so befestigt werden, daß es leicht von der Oberfläche aus einer Bondierungsschicht herausragt, was zur Bereitstellung der Mikro-Schneidoberfläche 26 führt.

Der Erfinder hat die Tatsache berücksichtigt, daß eine Korngröße des ultraharten Abrieb-Kornmaterials oberhalb einer groben Korngröße (Hunderte von Mikrons) sowohl eine Oberflächenkorngröße der Oberfläche des geschliffenen Schliffmaterials als auch eine Tiefe der Rißschicht des Schliffmaterials hervorruft, die bis zu einem Grad erhöht sind, der die Schliffoberfläche grob macht, was dazu führt, daß eine Nachbearbeitung oder ein nochmaliges Schleifen der geschliffenen Oberfläche nötigt werden. Es stellte sich ebenfalls heraus, daß eine Korngröße für das Abrieb-Kornmaterial unterhalb des Submikronbereichs zu einem Schleifen oder Verarbeiten des Schliffmaterials führt, das bezüglich der Wirksamkeit stark beeinträchtigt ist. Somit wird eine Korngröße des ultraharten Abrieb-Kornmaterials auf einen Wert zwischen einer groben Korngröße und dem Submikronbereich und vorzugsweise zwischen 1 µm und 30 µm eingestellt.

Die Mikro-Schneidoberfläche 26 jeder der Schleifscheiben 21 wird zu einer radähnlichen Form mit einer vorbestimmten Breite von ungefähr 1 bis 3 mm ausgebildet, und das Basisbauteil 25 ist in der Mitte seines unteren Abschnittes mit einer Aussparung 27 versehen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Eine solche Konstruktion gestattet eine Verringerung sowohl der Schleifkraft als auch der Anzahl der Nachbearbeitungen.

Die Vibrationseinrichtung 30 umfaßt eine Ultraschallvibrationseinrichtung 32, die aus einem piezoelektrischen Element aufgebaut ist, um jede der Schleifscheiben 21 einer Ultraschallvibration in den Richtungen des Schliffmaterials zu unterziehen, wobei es zwischen den Schleifscheiben 21 und der Basis 10 angeordnet ist. Die Vibrations einrichtung 30 umfaßt ebenfalls einen Schalltrichter 33, der aus Titan hergestellt und so aufgebaut ist, daß er eine Vibrationsamplitude der Ultraschallvibrationseinrichtung 32 verstärkt. Das piezoelektrische Element 32 und der Schalltrichter 33 werden in einer Spindel 31 aufgenommen. Das Bezugszeichen 34 (Fig. 3) bezeichnet eine Aufgeberbürste.

Die Vibrationseinrichtung 30 dient dazu, die Schleiischeiben 21, die jeweils auf einer Drehwelle (nicht gezeigt) einer Ultraschallvibration in jeder der Richtungen des Schliffmaterials oder jeder der X-X-, Y-Y- und Z-Z-Richtungen in Fig. 4 zu unterziehen. Ebenfalls dient die Vibrationseinrichtung 30 dazu, die Einspritzung oder Zufuhr von Schleifflüssigkeit sicherzustellen und das Schliffmaterial oder das spröde Material nach und nach zu schleifen.

Eine Erhöhung der Vibrationsfrequenz der Vibrationseinrichtung 30 gestattet die Ausgestaltung der Vibrationseinrichtung 30 mit entsprechend kleinen Abmessungen. Jedoch kann eine befriedigend kleine Vibrationseinrichtung 30 nach dem gegenwärtigen technischen Niveau für Vibrationsfrequenzen der Vibrationseinrichtung 30 über 100 kH bereitgestellt werden. Ebenfalls führt eine Vibrationsfrequenz unterhalb von 20 kH zu Geräuschen, weil sie in die hörbare Zone oder das hörbare Band fällt. Somit kann eine Vibrationsfrequenz der Vibrationseinrichtung geeigneterweise in einen Bereich zwischen 20 kHz und 100 kHz gelegt werden.

Die Drehwelle 40 wird durch den ersten Antriebsmotor 50 angetrieben, und die Schleifscheiben 21 werden jeweils durch einen zweiten Antriebsmotor 60 angetrieben. Zwischen der Basis 10 und den Schleifscheiben 21 ist eine Lagerung 70 angeordnet wie in Fig. 1 gezeigt ist. Somit gestattet das unabhängige Antreiben der Basis 10 und der Schleifscheiben 21 sowohl die Rotation der Schleifscheiben 21 um ihre Achse als auch die Drehung der Schleifscheiben 21 um die Basis 10.

Die Basis 10 und die Schleifscheiben 21 können entweder in dieselbe Richtung oder in unterschiedliche oder entgegengesetzte Richtungen gedreht werden. Die Basis 10 kann mit einer Drehzahl von bis zu 10 000 Upm gedreht werden und die Schleifscheiben können jeweils mit einer Drehzahl zwischen 50 Upm und 5000 Upm gedreht werden.

Das Schleifen eines Schliffmaterials durch das Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug 1 der so aufgebauten dargestellten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die Fig. 7 bis 10 erörtert, wobei das Schliffmaterial als Substrat 80 in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist.

Das Schleifen kann in befriedigender Weise durch das Einspritzen von Schleifflüssigkeit in das Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug über Düsen 90 durchgeführt werden, während ein Mittelpunkt (W/2) der Mikro-Schneidoberfläche 26 mit einer vorbestimmten Breite konstant im Anstoß gegen einen Mittelpunkt P (Fig. 8) des Substrats 80 gehalten wird. Somit wird das Verbundschleifen des Schliffmaterials durchgeführt, während es einer Ultraschallvibration beim Vorschubschleifen unterzogen wird.

Der Erfinder hat einen Schleiftest unter Verwendung einer einzelnen Schleifscheibe gemäß der dargestellten Ausführungsform durchgeführt, wobei ein Siliziumsubstrat als Schliffmaterial verwendet wurde. Die Schleifscheibe wurde so aufgebaut, daß die untere Oberfläche des Basisbauteils 25 einen Durchmesser D (Fig. 3) von 42 mm und die Mikro-Schneidoberfläche 26 eine Breite (Fig. 5) von 1 mm hatte. Ebenfalls wurde die Mikro-Schneidoberfläche 26 aus Diamant-Abrieb-Kornmaterial #3000 (3 bis 5 µm) Korngröße ausgebildet. Beim Test wurden sowohl Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifen als auch Schleifen ohne Ultraschallvibration oder ultraschallvibrationsfreies Schleifen durchgeführt. Beim Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifen wurden die Vibrationsfrequenz der Ultraschall-Vibration und die Vibrationsamplitude jeweils auf 40 kHz und 2 bis 3 µm eingestellt. Bei jedem Schleifen wurden sowohl eine Veränderung der tangentiellen Schleifkraft über der Anzahl der Vorschübe als auch eine Variation der normalen Schleifkraft über der Anzahl der Vorschübe gemessen. Jedes Schleifen wurde unter der Bedingung durchgeführt, daß die Drehzahl, die Zuführrate und die Vorschubrate auf 2000 Upm, 100 mm/min und 1 µm/Durchgang festgelegt wurden. Die Vorschubrate ist eine Rate T2 (Fig. 6), mit welcher die Mikro-Schneidoberfläche 26 in das Silikonsubstrat eintritt.

Die Resultate sind in den Fig. 9 und 10 gezeigt, wobei ⚫ Resultate des Ultraschall- Vibrations-Verbundschleifens anzeigt und ○ diejenigen des ultraschall-vibrationsfreien Schleifens anzeigen.

Die Fig. 8 und 9 zeigen, daß das Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifen es gestattete, sowohl die tangentielle Schleifkraft als auch die normale Schleifkraft im wesentlichen konstant zu halten, wie bei I in den Fig. 9 und 10 angedeutet ist, und die tangentielle Schleifkraft minimierte, wie bei E in Fig. 9 angezeigt ist. Im Gegensatz hierzu bewirkte das ultraschall-vibrationsfreie Schleifen sowohl einen Anstieg der tangentiellen Schleifkraft als auch der normalen Schleifkraft, mit einem Anstieg der Anzahl der Vorschübe, wie bei F in den Fig. 9 und 10 angedeutet ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 wird eine zweite Ausführungsform eines Ultraschall- Vibrations-Verbundschleifwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die erste Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, war so aufgebaut, daß die Schleifscheiben 21 sich um die Basis 10 herum drehten, während jede davon sich auf ihrer Achse drehte. Ein Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach der zweiten Ausführungsform ist so aufgebaut, daß die Schleifscheiben 21a auf der Basis 10a fixiert sind, so daß sie zusammen mit der Basis 10a gedreht werden, während der zweite Antriebsmotor 60 und die Lagerung 70, die bei der ersten Ausführungsform noch enthalten waren, weggelassen werden. Ebenfalls ist bei der zweiten Ausführungsform ein Schleifflüssigkeitsführungsloch 41 in einer Drehwelle 40a und der Basis 10a auf eine solche Weise ausgebildet, daß diese sich zusammen durch die Mitte sowohl der Drehwelle 40a als auch der Basis 10a erstrecken, um es dadurch zu gestatten, daß die Drehwelle 40a und die Basis 10a durch das Schleifflüssigkeitsführungsloch 41 miteinander stehen. Eine solche Konstruktion gestattet es, die Schleifflüssigkeit durch das Schleifflüssigkeitsführungsloch 41 zu den Schleifscheiben 21a zuzuführen. Der verbleibende Teil der zweiten Ausführungsform kann in im wesentlichen derselben Weise wie die erste Ausführungsform aufgebaut sein.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 wird eine dritte Ausführungsform eines Ultraschall-Vi brations-Verbundschleifwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach der dritten Ausführungsform ist in im wesentlichen derselben Weise aufgebaut wie die oben beschriebene zweite Ausführungsform, so daß die Schleifscheiben 21B auf einer Basis 10B so fixiert sind, daß sie zusammen mit der Basis 10B gedreht werden, während der zweite Antriebs motor 60 und die Lagerung 70, die in der ersten Ausführungsform enthalten waren, eliminiert werden. Ebenfalls werden nach der dritten Ausführungsform mehrere Schleifscheiben 21B jeweils zu einer gekrümmten streifenförmigen Form ausgebildet, die zwischen Böden der Radien r1 und r2 (< r1) um die Achse 10 der drehbaren Basis 10B definiert sind. Auch werden vier so ausgebildete Schleifscheiben 21B so angeordnet, daß sie in vorbestimmten Intervallen in einer Umfangsrichtung der Basis 10B um die Achse 18 der Basis 10B voneinander beabstandet sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 wird eine Variation der Mikro-Schneid oberfläche jeder der Schleifscheiben 21 der Schleifeinrichtung 20 dargestellt. Bei der Variation wird eine Mikro-Schneidoberfläche 26B eines Basisbauteils 25B einer Schleifscheibe 21B auf dieser mit Rillen 28 so ausgebildet, daß diese voneinander in gleichen Intervallen beabstandet sind. Eine solche Konstruktion nach der Variation gestattet eine gleichmäßigere Durchführung sowohl der Zufuhr als auch der Abfuhr von Schleifflüssigkeit bezüglich der Mikro-Schneidoberfläche 26B.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 wird nun eine weitere Variation der Mikro-Schneidoberfläche jeder Schleifscheibe 21 der Schleifeinrichtung 20 dargestellt. Nach der Variation wird eine Mikro-Schneidoberfläche 26C nur auf einem Teil der Unterseite oder unteren Oberfläche eines Basisbauteils 25C ausgebildet. Das Bezugszeichen 72C bezeichnet eine Aussparung. Eine solche Konstruktion nach der Variation gestattet die weitere Verringerung der tangentiellen Schleifkraft.

Wie aus dem Vorhergehenden hervorgeht, ist das Ultraschall-Vibrations-Ver bundschleifwerkzeug der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß mehrere der mit kleinen Abmessungen versehenen Schleifscheiben so angeordnet sind, daß sie das Schleifen eines Schliffmaterials ausführen, während eine Vibration auf das Schliffmaterial aufgebracht wird. Eine solche Konstruktion stellt einen stabilen Betrieb der Schleifeinrichtung sicher, um ein effizientes Schleifen des Schliffmaterials zu ermöglichen, sogar dann, wenn das Schliffmaterial große Abmessungen aufweist.

Sie stellt ferner ein befriedigendes Schleifen des Schliffmaterials auf vorbestimmte oder gewünschte Abmessungen durch Vorschub sicher und stellt eine Oberfläche des Schliffmaterials zur Verfügung, welche mit befriedigenden Oberflächeneigenschaften verarbeitet oder geschliffen wurde, während die Erzeugung von Oberflächendefekten, wie z. B. eines Risses, einer Mulde oder ähnlichem auf der Oberfläche des Schliffmaterials minimiert wird, so daß das Schleifwerkzeug eine höhere Schleifgenauigkeit zeigen kann, die eine einheitliche Endbearbeitung der Oberfläche gestattet.

Ferner begrenzt sie eine Änderung der tangentiellen Schleifkraft und der normalen Schleifkraft, um die Kräfte im wesentlichen konstant zu halten, und minimiert die tangentielle Schleifkraft auf einen Grad, der ausreicht, um den Abrieb der Mikros-Schneid oberfläche zu reduzieren und dadurch die Endbearbeitung unnötig zu machen, was dazu führt, daß das Schleifen des Schliffmaterials auf eine gewünschte Größe durch Vorschub sichergestellt wird.

Claims

1. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug (1) mit:

- einer Schleifeinrichtung (20) mit einer Basis (10, 10A, 10B), die drehbar angeordnet ist und mit mehreren Schleifscheiben (21, 21A, 21B);
- wobei die Basis eine Drehachse (18) aufweist und so angeordnet ist, daß sie sich um die Drehachse drehen kann;
- wobei die Schleifscheiben jeweils eine Mikro-Schneidoberfläche (26, 26A, 26B, 26C) aufweisen und in identischer Gestalt ausgebildet sind;
- wobei die Schleifscheiben auf einer Oberfläche der Basis so angeordnet sind, daß sie voneinander in vorbestimmten Intervallen um die Rotationsachse der Basis in einer Umfangsrichtung der Basis beabstandet sind; und
- einer Vibrationseinrichtung (30) zum Vibrieren der Schleifscheiben in den Richtungen eines zu schleifenden Materials;
- wodurch das zu schleifende Material einem Verbundschleifen unterzogen wird, während es der Vibration beim Schleifen ausgesetzt ist.

2. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis haltend auf einer Drehwelle (40, 40A) befestigt ist; und

- die Vibrationseinrichtung zwischen den Schleifscheiben und der Basis angeordnet ist.

3. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (10) haltend an einer Drehwelle (40) befestigt ist;

- die Vibrationseinrichtung zwischen den Schleifscheiben (21) und der Basis angeordnet ist;
- ein erster Antriebsmotor (50) für den Drehantrieb der Drehwelle vorgesehen ist;
- ein zweiter Antriebsmotor (60) für den Drehantrieb der Schleifscheiben vorgesehen ist; und
- ein Lager (70) zwischen der Basis und den Schleifscheiben angeordnet ist.

4. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleiischeiben jeweils ein Basisbauteil (25, 25B, 25C) aufweisen, das mit der Vibrationseinrichtung und der Mikro-Schneid oberfläche verbunden ist, die auf einer unteren Oberfläche des Basisbauteils ausgebildet ist.

5. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Schneidoberfläche durch das Einbetten eines ultraharten Abrieb-Kornmaterials in die untere Oberfläche des Basisbauteils ausgebildet wird;

- das ultraharte Abrieb-Kornmaterial eine Korngröße aufweist, die zwischen einer groben Korngröße und dem Submikronbereich liegt; und
- das ultraharte Abrieb-Kornmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Diamant-Abrieb-Kornmaterial und CBN-Abrieb-Kornmaterial besteht.

6. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung eine Ultraschall-Vi brationseinrichtung (32) aufweist, die zwischen den Schleifscheiben und der Basis angeordnet ist, um die Schleifscheiben einer Ultraschallvibration in den Richtungen des zu schleifenden Materials zu unterziehen, sowie einen Schalltrichter (33) zum Verstärken einer Vibrationsamplitude der Ultraschall-Vibrationseinrichtung.

7. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle (40A) und die Basis (10A) innen mit einem Schleifflüssigkeitsführungsloch (41) so ausgebildet sind, daß dieses sich durch die Mitte sowohl der Drehwelle als auch der Basis erstreckt, was dazu führt, daß Schleifflüssigkeit durch das Schleifflüssigkeits-Führungsloch zugeführt wird.

8. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Schneidoberfläche (26B) des Basisbauteils (25B) jeder Schleifscheibe (21B) mit Rillen (28) darauf so ausgebildet ist, daß diese in gleichen Intervallen voneinander beabstandet sind.

9. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Schneidoberfläche (26C) nur auf einem Teil der unteren Oberfläche des Basisbauteils (25C) ausgebildet ist.

10. Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheiben (21B) jeweils in einer gekrümmten streifenähnlichen Form ausgebildet sind, die zwischen Bögen mit voneinander verschiedenen Radien um die Achsen der Basis definiert sind.