DE19736248A1 - Ultraschall-Vibrations-Verbundschleifwerkzeug - Google Patents
Ultraschall-Vibrations-VerbundschleifwerkzeugInfo
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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 (10)
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.
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