DE102023203401A1

DE102023203401A1 - Verfahren zur herstellung einer schleifscheibe

Info

Publication number: DE102023203401A1
Application number: DE102023203401.8A
Authority: DE
Inventors: Hirotoshi Hoshikawa; Xiaoming Qiu; Masashi Aoki
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2023-04-14
Publication date: 2023-10-26
Also published as: US20230339075A1; KR20230149734A; JP2023159609A; CN116900961A; TW202342237A

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe umfasst einen Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt, bei dem Ultraschall-Schwingungen von einer Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit durch Wasser hindurch auf einen ringförmigen Schlitz aufgebracht werden, der an einer Oberfläche einer ringförmigen Basis entlang deren Umfangsrichtungen definiert ist, wodurch Oberflächenunebenheiten entweder an einer Seitenoberfläche oder einer Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes oder an beiden ausgebildet werden, und nach dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt einen Schleifsteinbefestigungsschritt, bei dem mehrere Schleifsteine mit einem Haftmittel an dem ringförmigen Schlitz befestigt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe zur Verwendung beim Schleifen eines Werkstücks und eine Schleifscheibe.
Beschreibung des Standes der Technik
Elektronische Geräte wie Mobiltelefone und Personal Computer enthalten Bauelementchips, die Bauelemente wie integrierte Schaltungen (ICs) aufweisen. Zur Herstellung von Bauelementchips wird die Rückseite eines Wafers mit mehreren Bauelementen an der Vorderseite geschliffen, um den Wafer dünn auszugestalten, und der Wafer wird dann in einzelne Stücke als Bauelementchips geteilt, die die jeweiligen Bauelemente aufweisen. Die Wafer werden mit einer Schleifvorrichtung geschliffen. Im Stand der Technik ist eine Schleifvorrichtung bekannt, die die Rückseite eines Wafers mit einer Grobschleifeinheit grobschleift und dann die Rückseite des Wafers mit einer Feinschleifeinheit feinschleift (siehe japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-288881 ).
Die Grobschleifeinheit weist eine erste Spindel auf, die sich im Wesentlichen parallel zu vertikalen Richtungen erstreckt, und eine Grobschleifscheibe, die am unteren Ende der ersten Spindel angebracht ist. In ähnlicher Weise weist die Feinschleifeinheit eine zweite Spindel auf, die sich im Wesentlichen parallel zu vertikalen Richtungen erstreckt, und eine am unteren Ende der zweiten Spindel angebrachte Feinschleifscheibe für die Endbearbeitung. Sowohl die Grobals auch die Feinschleifscheibe weisen eine ringförmige Basis aus Metall auf. Die ringförmige Basis weist einen ringförmigen Schlitz auf, der an einer Oberfläche derselben definiert ist und sich entlang der Umfangsrichtungen der ringförmigen Basis erstreckt, wobei der ringförmige Schlitz eine vorgegebene Breite aufweist. In dem ringförmigen Schlitz sind mehrere Schleifsteine angeordnet, die entlang der Umfangsrichtungen der ringförmigen Basis in im Wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sind.
Jeder der Schleifsteine ist durch ein Haftmittel an der ringförmigen Basis befestigt. Die Breite des ringförmigen Schlitzes ist gering, da er nur wenige Millimeter breit ist, und bei jedem der Schleifsteine steht eine Hälfte oder mehr der Oberfläche der ringförmigen Basis in der Dickenrichtung vorsteht. Daher könnten sich die Schleifsteine von der ringförmigen Basis lösen, während sie einen Wafer bearbeiten, es sei denn, die Schleifsteine sind mit ausreichender Verbindungsfestigkeit mit der ringförmigen Basis verbunden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbindungsfestigkeit von Schleifsteinen mit einer ringförmigen Basis zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schleifscheibe bereitgestellt, umfassend: einen Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt eines Aufbringens von Ultraschall-Schwingungen von einer Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit durch Wasser hindurch auf einen ringförmigen Schlitz, der in einer Oberfläche einer ringförmigen Basis entlang von Umfangsrichtungen davon definiert ist, wodurch Oberflächenunebenheiten an einer Seitenoberfläche und/oder einer Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes ausgebildet werden, und nach dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt einen Schleifstein-Befestigungsschritt eines Befestigens von mehreren Schleifsteinen mit einem Haftmittel an dem ringförmigen Schlitz.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schleifscheibe bereitgestellt, aufweisend eine ringförmige Basis, die einen ringförmigen Schlitz aufweist, der in einer Oberfläche davon entlang von Umfangsrichtungen davon definiert ist, und mehrere Schleifsteine, die durch ein Haftmittel an dem ringförmigen Schlitz befestigt sind, wobei der ringförmige Schlitz durch eine Seitenoberfläche definiert ist, die erste Oberflächenunebenheiten aufweist, die in Dickenrichtungen senkrecht zu den Umfangsrichtungen periodisch sind, der ringförmige Schlitz durch eine Bodenoberfläche definiert ist, die zweite Oberflächenunebenheiten aufweist, die in radialen Richtungen senkrecht zu den Umfangsrichtungen und den Dickenrichtungen periodisch sind, und die Seitenoberfläche und/oder die Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes dritte Oberflächenunebenheiten aufweist bzw. aufweisen, die eine geringere Tiefe als diejenigen der ersten Oberflächenunebenheiten und der zweiten Oberflächenunebenheiten aufweisen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Ultraschall-Schwingungen von der Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit durch Wasser hindurch auf den ringförmigen Schlitz aufgebracht, der an der Oberfläche der ringförmigen Basis definiert ist, und dadurch Oberflächenunebenheiten an der Seitenoberfläche und/oder der Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes ausgebildet (der Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt). Da die in dem ringförmigen Schlitz durch die darauf aufgebrachten Ultraschall-Schwingungen ausgebildeten Oberflächenunebenheiten den Bereich des Kontakts zwischen der ringförmigen Basis und dem Haftmittel vergrößern, wird die Verbindungsfestigkeit, mit der die Schleifsteine mit der ringförmigen Basis verbunden sind, erhöht.
Die Schleifscheibe gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die dritten Oberflächenunebenheiten auf, die entweder an der Seitenoberfläche oder an der Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes definiert sind und die eine geringere Tiefe als die der ersten Oberflächenunebenheiten und der zweiten Oberflächenunebenheiten aufweisen. Da die dritten Oberflächenunebenheiten den Bereich, in dem die ringförmige Basis mit dem Haftmittel in Berührung kommt, vergrößern, wird die Stärke des Verbindens der Schleifsteine mit der ringförmigen Basis erhöht.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, sowie die Weise ihrer Umsetzung werden am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Schleifscheibe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht, die einen Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt in dem Verfahren gemäß der Ausführungsform darstellt;
3A ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht eines ringförmigen Schlitzes;
3B ist eine vergrößerte Ansicht eines in 3A dargestellten Bereichs A;
4 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht, die einen Schleifstein-Befestigungsschritt bei dem Verfahren gemäß der Ausführungsform darstellt;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Schleifscheibe gemäß dieser Ausführungsform;
6 ist eine Aufrissansicht einer Universalprüfmaschine;
7 ist ein Graph, der die Ergebnisse eines experimentellen Versuchs zum Biegen von freitragenden Schleifsteinen darstellt;
8 ist eine Draufsicht auf eine scheibenförmige Basis der Universalprüfmaschine;
9A ist eine vergrößerte fotografische Darstellung eines in 8 dargestellten Bereichs B, in dem keine Ultraschall-Schwingungen aufgebracht werden;
9B ist eine Querschnittsansicht, die die Kontur eines Querschnitts der scheibenförmigen Basis darstellt;
10A ist eine vergrößerte fotografische Darstellung des Bereichs B, der nach dem Schneiden und Sandstrahlen erhalten wurde;
10B ist eine Querschnittsansicht, die die Kontur eines Querschnitts der scheibenförmigen Basis darstellt;
11A ist eine vergrößerte fotografische Darstellung des Bereichs B, der nach dem Schneiden und Aufbringen von Ultraschall-Schwingungen erhalten wurde; und
11B ist eine Querschnittsansicht, die die Kontur eines Querschnitts der scheibenförmigen Basis darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Schleifscheibe 2 (siehe 5) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Zunächst werden nachstehend die Einzelheiten des Aufbaus der Schleifscheibe 2 unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. Die Schleifscheibe 2 weist eine ringförmige Basis 4 und eine Mehrzahl von daran befestigten Schleifsteinen 6 auf. Die ringförmige Basis 4 ist aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die ringförmige Basis 4 weist eine ringförmige Oberfläche 4a und eine weitere ringförmige Oberfläche 4b auf, die einander gegenüberliegen und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. An der ringförmigen Oberfläche 4a, die in 5 als obere Oberfläche dargestellt ist, sind die später zu beschreibenden Schleifsteine 6 befestigt.
Die andere ringförmige Oberfläche 4b, die in 5 als Bodenoberfläche dargestellt ist, ist an einer nicht dargestellten Scheibenanbringung durch Bolzen oder dergleichen befestigt. Die ringförmigen Oberflächen 4a und 4b weisen im Wesentlichen gleiche Außendurchmesser auf. Die ringförmige Basis 4 weist eine außen umlaufende Seitenoberfläche als zylindrische Seitenoberfläche auf, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den ringförmigen Oberflächen 4a und 4b erstreckt. Die ringförmige Oberfläche 4a weist einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser der anderen ringförmigen Oberfläche 4b. Daher weist die ringförmige Basis 4 eine innere umlaufende Seitenoberfläche auf, die eine radial nach innen geneigte Fläche aufweist. Die ringförmige Basis 4 weist eine Öffnung 4c auf, die mittig in ihren radialen Richtungen 4B definiert ist und sich axial von der ringförmigen Oberfläche 4a zu der anderen ringförmigen Oberfläche 4b erstreckt.
Die ringförmige Oberfläche 4a weist einen ringförmigen Schlitz 4d auf, der darin definiert ist und sich entlang der Umfangsrichtungen 4A der ringförmigen Basis 4 erstreckt. Der ringförmige Schlitz 4d weist eine Breite auf, deren Wert beispielsweise zwischen 2,0 mm und 4,0 mm liegt. Die Schleifsteine 6 sind in dem ringförmigen Schlitz 4d angeordnet und in im Wesentlichen gleichen Abständen entlang der Umfangsrichtungen 4A der ringförmigen Basis 4 angeordnet. Jeder der Schleifsteine 6 wird durch Mischen eines Bindemittels aus Metall, Keramik, Kunststoff oder ähnlichem mit superschleifenden Körnern aus Diamant, kubischem Bornitrid (cBN) oder ähnlichem hergestellt und die Mischung wird geformt und gesintert. Jeder der Schleifsteine 6 weist eine Breite, d.h. eine Segmentbreite, 6a auf, die im Wesentlichen der Breite des ringförmigen Schlitzes 4d entspricht. Jeder der Schleifsteine 6 weist einen Basis-Endabschnitt 6b (siehe 4) auf, der in dem ringförmigen Schlitz 4d platziert und durch ein Haftmittel 7 daran befestigt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht das Haftmittel 7 aus einem duroplastischen Kunststoff wie beispielsweise einem Epoxidkunststoff. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Haftmittel 7 jedoch nicht auf ein solches Material beschränkt, sondern könnte auch aus anderen Materialien hergestellt werden.
Jeder der auf der ringförmigen Basis 4 befestigten Schleifsteine 6 weist zwischen seinem oberen und unteren Ende eine Höhe 6c auf. Zwei Drittel der Höhe 6c stehen nach oben von der ringförmigen Oberfläche 4a ab. Die Länge des Abschnitts der Höhe 6c, der von der ringförmigen Oberfläche 4a nach oben vorsteht, wird als Segmenthöhe bezeichnet. Die Segmenthöhe hat einen vorgegebenen Wert, der beispielsweise von 4,0 mm bis 15,0 mm reicht. Die ringförmige Basis 4 weist mehrere Schleifflüssigkeit-Zuführöffnungen 8 auf, die darin radial innerhalb des ringförmigen Schlitzes 4d an der ringförmigen Oberfläche 4a in Bezug auf die radialen Richtungen 4B der ringförmigen Basis 4 definiert sind. Die Schleifflüssigkeit-Zuführöffnungen 8 sind entlang der Umfangsrichtungen 4A der ringförmigen Basis 4 in im Wesentlichen gleichen Abständen angeordnet. Wenn die Schleifscheibe 2 einen Wafer schleift, wird den Schleifsteinen 6 von den Schleifflüssigkeit-Zuführöffnungen 8 ungemischtes Schleifwasser wie beispielsweise Reinwasser zugeführt.
Das Verfahren zur Herstellung der Schleifscheibe 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in 1 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Schleifscheibe 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden zunächst Ultraschall-Schwingungen durch Wasser 10 wie beispielsweise Reinwasser auf den ringförmigen Schlitz 4d aufgebracht, um Oberflächenunebenheiten (Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10) in dem ringförmigen Schlitz 4d auszubilden, wie in 2 dargestellt. Die Oberflächenunebenheiten, die in dem ringförmigen Schlitz 4d durch die aufgebrachten Ultraschall-Schwingungen in dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 ausgebildet werden, werden als dritte Oberflächenunebenheiten 4e₃ bezeichnet (siehe 3B).
2 stellt in einem fragmentarischen Querschnitt den Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 des Verfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. In dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10, wie er in 2 dargestellt ist, wird die ringförmige Basis 4 mit der Oberfläche 4a, die nach oben zugewandt ist, in einen Wasserbehälter 12 eingetaucht, der eine vorgegebene Menge Wasser 10 enthält. Dann wird ein Schwingungsverstärkungs- und Übertragungselement 16 einer Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 in dem ringförmigen Schlitz 4d platziert und bringt Ultraschall-Schwingungen in die ringförmige Basis 4 ein.
Die Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen schraubengeklemmten Langevin-Typ-Wandler (BLT) auf, der ein piezoelektrisches Element ohne Abbildung aufweist. An den BLT ist ein konisches Horn, d.h. ein Schwingungsverstärker, zur Verstärkung von Ultraschall-Schwingungen angeschlossen. Ein zylindrischer Schwingungsübertragungsstab, d.h. ein Schwingungsübertrager, zum Transmittieren der verstärkten Ultraschall-Schwingungen ist mit einem vorderen Ende des Horns verbunden. Die Sonotrode und der Schwingungsübertragungsstab bilden zusammen das Schwingungsverstärkungs- und Übertragungselement 16. Die Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 ist nicht auf den dargestellten Aufbau beschränkt und könnte auch andere Strukturen aufweisen.
Ein nicht dargestellter Oszillator zum Erzeugen eines hochfrequenten elektrischen Signals ist elektrisch mit der Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 verbunden. Wenn der Oszillator ein hochfrequentes elektrisches Signal erzeugt und an die Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 liefert, erzeugt die Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 Ultraschall-Schwingungen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen die von der Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 erzeugten Ultraschall-Schwingungen eine Frequenz mit einem vorgegebenen Wert im Bereich von 16 kHz bis 100 kHz, z.B. eine Frequenz von 20 kHz, und einen Ausgabepegel mit einem vorgegebenen Wert im Bereich von 5,0 W bis 100 W, z.B. einen Ausgabepegel von 30 W, auf.
Ferner wird die Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 auf die ringförmige Basis 4 aufgebracht, eine vorgegebene Distanz entlang einer der Umfangsrichtungen 4A des ringförmigen Schlitzes 4d bewegt, nachdem sie eine Minute oder länger, vorzugsweise drei Minuten oder länger, Ultraschall-Schwingungen auf die ringförmige Basis 4 aufgebracht hat, während sie in Bezug auf die ringförmige Basis 4 stillsteht. Das Aufbringen von Ultraschall-Schwingungen auf die ringförmige Basis 4 und die Bewegung der Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit 14 in und entlang des ringförmigen Schlitzes 4d werden abwechselnd wiederholt, um Ultraschall-Schwingungen auf die ringförmige Basis 4 vollständig entlang der Umfangsrichtungen 4A des ringförmigen Schlitzes 4d aufzubringen.
Die auf diese Weise auf die ringförmige Basis 4 aufgebrachten Ultraschall-Schwingungen erzeugen die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ an den beiden Seitenoberflächen 4d₁, d.h. einer inneren Umfangsseitenoberfläche 4d_1A und einer äußeren Umfangsseitenoberfläche 4d_1B, und einer Bodenoberfläche 4d₂ des ringförmigen Schlitzes 4d oder sowohl an den Seitenoberflächen 4d₁ als auch an der Bodenoberfläche 4d₂. Das Wasser 10 enthält keine abrasiven Körner, die die ringförmige Basis 4 beschädigen würden. Daher wird vermutet, dass die Unebenheiten der dritten Oberfläche 4e₃ durch Stoßwellen erzeugt werden, die entstehen, wenn Luftblasen im Wasser 10 implodieren, d.h. durch einen Kavitationseffekt.
Wie in 3A dargestellt, entstehen beim Schneiden der ringförmigen Basis 4 durch die Mitte eines Bearbeitungszentrums Oberflächenunebenheiten, die in periodischen Mustern auf jeder der Seitenoberflächen 4d₁, d.h. der inneren Umfangsseitenoberfläche 4d_1A und der äußeren Umfangsseitenoberfläche 4d_1B, sowie der Bodenoberfläche 4d₂ zurückbleiben. Insbesondere werden erste Oberflächenunebenheiten 4e₁, die entlang der Dickenrichtungen 4C der ringförmigen Basis 4 periodisch sind, an der inneren Umfangsseitenoberfläche 4d_1A und der äußeren Umfangsseitenoberfläche 4d_1B erzeugt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ durch mehrere Schlitze definiert, die im Wesentlichen parallel zueinander entlang der Umfangsrichtungen 4A der ringförmigen Basis 4 verlaufen.
In ähnlicher Weise werden an der Bodenoberfläche 4d₂ zweite Oberflächenunebenheiten 4e₂ erzeugt, die entlang der radialen Richtungen 4B der ringförmigen Basis 4 periodisch sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ auch durch mehrere Schlitze definiert, die im Wesentlichen parallel zueinander entlang der Umfangsrichtungen 4A der ringförmigen Basis 4 verlaufen. 3A stellt den ringförmigen Schlitz 4d in einem vergrößerten fragmentarischen Querschnitt dar. In 3A erstrecken sich die Umfangsrichtungen 4A, die radialen Richtungen 4B und die Dickenrichtungen 4C der ringförmigen Basis 4 rechtwinklig zueinander.
Zur Veranschaulichung sind die ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ an den Seitenoberflächen 4d₁ und die zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ an der Bodenoberfläche 4d₂ in 3A übertrieben dargestellt. In Wirklichkeit sind die ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und die zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ jedoch extrem klein. Beispielsweise weisen die ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und die zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ ein periodisches Intervall, d.h. eine Teilung, im Bereich von 80 pm bis 100 pm auf, z.B. ein periodisches Intervall von 90 pm, und eine Tiefe im Bereich von 20 pm bis 100 µm, z.B. eine Tiefe von 30 µm. Folglich sind die ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und die zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ in der Regel mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen.
3B stellt in vergrößertem Maßstab einen Bereich A der in 3A dargestellten Bodenoberfläche 4d₂ dar. In 3B sind ein Abstand 4f und eine Tiefe 4g der zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ an der Bodenoberfläche 4d₂ dargestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt der Abstand 4f die Distanz zwischen zwei benachbarten Gipfeln der zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ dar, obwohl er auch die Distanz zwischen zwei benachbarten Tälern derselben darstellen könnte. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt die Tiefe 4g die Distanz zwischen einer Spitze, deren Höhe am größten ist, und einem Tal, dessen Höhe am kleinsten ist, über eine vorgegebene Länge, d.h. eine Referenzlänge, dar, die aus einer Rauheitskurve extrahiert wurde, und wird als maximale Höhe Rz (JIS B 0601:2013, ISO 4287:1997) bezeichnet, die einer maximalen Höhe Ry (JIS B 0601:1994) entspricht.
Im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 werden Ultraschall-Schwingungen auf den ringförmigen Schlitz 4d aufgebracht, um die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ entweder an den Seitenoberflächen 4d₁ oder der Bodenoberfläche 4d₂ oder sowohl an den Seitenoberflächen 4d₁ als auch an der Bodenoberfläche 4d₂ auszubilden. Die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ an der Bodenoberfläche 4d₂ bestehen aus den Oberflächen der periodischen zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ und mehreren Löchern, die an der Bodenoberfläche 4d₂ im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 ausgebildet wurden. Ebenso bestehen die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ an den Seitenoberflächen 4d₁ aus den Oberflächen der periodischen ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und mehreren Löchern, die an den Seitenoberflächen 4d₁ im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 ausgebildet werden.
Die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ weisen eine Tiefe 4h auf, die kleiner ist als die Tiefe 4g der ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und der zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂. Die Tiefe 4h beträgt beispielsweise 10 µm. Wie in 3B dargestellt, ist die Tiefe 4h der dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ an den Oberflächen der periodischen zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ beispielsweise durch eine maximale Tiefe von Löchern in einer Richtung normal zu den lochfreien Oberflächen der zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ definiert. Im Gegensatz zu den periodischen ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und den periodischen zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ sind die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ zufällig ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ sowohl an den Seitenoberflächen 4d₁ als auch an der Bodenoberfläche 4d₂ ausgebildet. Die dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ könnten jedoch auch nur an der Bodenoberfläche 4d₂ oder nur an den Seitenoberflächen 4d₁ ausgebildet sein.
Nach dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 wird die ringförmige Basis 4 aus dem Wasserbehälter 12 entnommen und getrocknet. Dann werden die Schleifsteine 6 in den ringförmigen Schlitz 4d eingebracht, nachdem das Haftmittel 7 in flüssiger Phase in den ringförmigen Schlitz 4d eingebracht worden ist (siehe 4). Das Haftmittel 7 wird verfestigt, um die Schleifsteine 6 an den Oberflächen, die den ringförmigen Schlitz 4d begrenzen, mit dem Haftmittel 7 zu befestigen (Schleifsteinbefestigungsschritt S20).
4 stellt in einem fragmentarischen Querschnitt den Schleifsteinbefestigungsschritt S20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Das Haftmittel 7 ist nicht auf einen wärmehärtenden Kunststoff beschränkt und könnte ein kalt aushärtendes Zweiflüssigkeitsgemisch sein, das zu härten beginnt, wenn ein Hauptmittel und ein Aushärtemittel miteinander vermischt werden, oder ein ultraviolett aushärtender Kunststoff, der zu härten beginnt, wenn er ultravioletten Strahlen ausgesetzt wird.
5 stellt eine perspektivische Darstellung der Schleifscheibe 2 dar, die gemäß dem in 1 dargestellten Flussdiagramm hergestellt wurde. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch die in dem ringförmigen Schlitz 4d durch die aufgebrachten Ultraschall-Schwingungen ausgebildeten dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ der Bereich des Kontakts zwischen der ringförmigen Basis 4 und dem Haftmittel 7 vergrößert, wodurch die Verbindungsfestigkeit der Schleifsteine 6 mit der ringförmigen Basis 4, d.h. der Grad ihres innigen Kontakts mit der ringförmigen Basis 4, erhöht wird.
Im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 könnte die ringförmige Basis 4 an einem drehbaren Tisch platziert werden, der relativ langsam mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit gedreht werden kann. Anstelle eines drehbaren Tisches könnte auch ein ringförmiges Schwingungselement, das in den ringförmigen Schlitz 4d eingepasst werden kann, anstelle des Schwingungsverstärkungs- und Übertragungselements 16 verwendet werden und Ultraschall-Schwingungen gleichzeitig auf den gesamten ringförmigen Schlitz 4d aufbringen. Darüber hinaus könnten in dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 Ultraschall-Schwingungen auf den ringförmigen Schlitz 4d aufgebracht werden, während das Wasser 10, wie beispielsweise Reinwasser, aus einer nicht dargestellten Düse in den Spalt zwischen dem Schwingungsverstärkungs- und Übertragungselement 16 und den Oberflächen, die den ringförmigen Schlitz 4d definieren, zugeführt wird, anstatt die ringförmige Basis 4 in den Wasserbehälter 12 einzutauchen, der das Wasser 10 enthält.
Als nächstes werden die Ergebnisse eines experimentellen Biegeversuchs unter Bezugnahme auf die 6 bis 11 beschrieben. Bei der experimentellen Prüfung wurde eine von der SHIMADZU CORPORATION hergestellte Universalprüfmaschine (Modellnummer: AG50-kNG) als Universalprüfmaschine 20 verwendet. Im Folgenden werden zunächst die Einzelheiten des Aufbaus der Universalprüfmaschine 20 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 stellt schematisch die Universalprüfmaschine 20 dar. Wie in 6 dargestellt, weist die Universalprüfmaschine 20 eine Eindrückeinrichtung 22 auf, die entlang einer Z-Achse absenkbar ist. Die Eindrückeinrichtung 22 hat eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 3 mm und weist Längsrichtungen parallel zur Z-Achse auf.
Bei der experimentellen Prüfung wurde ein Prüfstück 11 in einem Schraubstock 24 am Boden der Universalprüfmaschine 20 positioniert und die Eindrückeinrichtung 22 mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/min abgesenkt. Das in der experimentellen Prüfung verwendete Prüfstück 11 wies eine scheibenförmige Basis 13 aus einer Aluminiumlegierung auf. Die scheibenförmige Basis 13 wies eine Oberfläche 13a auf, die mit einer Bearbeitungsmaschine in der Mitte geschnitten wurde und die periodische Oberflächenunebenheiten daran aufwies, wie die Seitenoberflächen 4d₁ und die Bodenoberfläche 4d₂ der ringförmigen Basis 4 (siehe 9A, 9B, etc.).
Der Abstand der Oberflächenunebenheiten an der Oberfläche 13a der scheibenförmigen Basis 13 betrug etwa 90 pm, während die Tiefe (Rz) der Oberflächenunebenheiten etwa 30 pm betrug. Eine Oberfläche 6d des Schleifsteins 6, die dem Basis-Endabschnitt 6b des in dem ringförmigen Schlitz 4d einzubringenden Schleifsteins 6 entspricht, wurde mit dem Haftmittel 7 an der Oberfläche 13a der scheibenförmigen Basis 13 befestigt. Bei der experimentellen Prüfung wurde eine scheibenförmige Basis 13 vorbereitet, die dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 nicht unterzogen worden war, und eine scheibenförmige Basis 13, die einen vorgegebenen Bereich der Oberfläche 13a aufwies, der mit dem Haftmittel 7 beschichtet werden sollte, auf den im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 Ultraschall-Schwingungen aufgebracht worden waren.
Konkret wurden zwei erste Prüfstücke 11 hergestellt, bei denen die Schleifsteine 6 durch das Haftmittel 7 an der scheibenförmigen Basis 13 befestigt sind, die nicht dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 unterzogen wurde, und zwei zweite Prüfstücke 11, bei denen während des Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritts S10 zum Ausbilden von Oberflächenunebenheiten 30 Sekunden lang Ultraschall-Schwingungen aufgebracht wurden. Ferner wurden zwei dritte Prüfstücke 11 hergestellt, bei denen Ultraschall-Schwingungen für 1 Minute im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 aufgebracht werden, und zwei vierte Prüfstücke 11, bei denen Ultraschall-Schwingungen für 3 Minuten im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 aufgebracht werden.
Das Haftmittel 7 wurde aus einem einflüssigen, wärmehärtenden Epoxidkunststoff hergestellt. Das Haftmittel 7 wurde in einem Verhältnis von 160 g/m² auf einen Bereich der Oberfläche 13a aufgebracht, der den Oberflächen 6d der Schleifsteine 6 entspricht, und 2 Stunden lang bei 120°C verfestigt. Die Schleifsteine 6 wurden so freitragend an der Oberfläche 13a fixiert. Während die scheibenförmige Basis 13 mit dem Schraubstock 24 in Position gebracht wurde, wurde die Eindrückeinrichtung 22 im Wesentlichen senkrecht zu den Seitenoberflächen der Schleifsteine 6 abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt, nachdem das Haftmittel 7 gerissen war, bis sich die Schleifsteine 6 von der scheibenförmigen Basis 13 abgezogen hatten, wurde eine maximale Spannung (MPa) gemessen, die auf die Eindrückeinrichtung 22 aufgebracht wurde.
7 ist ein Graph, der die Ergebnisse des experimentellen Versuchs zum Biegen der freitragenden Schleifsteine 6 darstellt. 7 stellt kleinere Werte, d.h. Minimalwerte, der maximalen Spannungen dar, die beim Abziehen der Schleifsteine 6 von der scheibenförmigen Basis 13 in den ersten bis vierten Prüfstücken 11, die jeweils als zwei Einheiten vorgesehen sind, gemessen wurden. Der Mindestwert der maximalen Spannungen, die bei der Prüfung der beiden ersten Prüfstücke 11 auf die Eindrückeinrichtung 22 aufgebracht wurden, betrug 122,95 MPa. Der Mindestwert der maximalen Spannungen bei der Prüfung der beiden zweiten Prüfstücke 11 betrug 122,10 MPa. Der Mindestwert der maximalen Spannungen bei der Prüfung der beiden dritten Prüfstücke 11 betrug 127,35 MPa. Der Mindestwert der maximalen Spannungen bei der Prüfung der beiden vierten Prüfstücke 11 betrug 152,85 MPa.
Je länger also die Ultraschall-Schwingungen aufgebracht wurden, desto höher ist die Verbindungsfestigkeit zwischen der scheibenförmigen Basis 13 und den Schleifsteinen 6, d.h. der Grad des innigen Kontakts zwischen ihnen. Aus den Versuchsergebnissen geht hervor, dass die Zeit, in der Ultraschall-Schwingungen auf den Bereich aufgebracht werden, in dem die Schleifsteine 6 befestigt sind, vorzugsweise 1 Minute oder mehr und noch bevorzugter 3 Minuten oder mehr betragen sollte.
Die Ergebnisse einer Beobachtung der Oberfläche 13a der scheibenförmigen Basis 13, die in dem Versuch verwendet wurde, werden im Folgenden beschrieben. 8 stellt die scheibenförmige Basis 13 in der Draufsicht dar. 9A, 10A und 11A sind fotografische Darstellungen eines Bereichs B des Bereichs, in dem die Schleifsteine 6 durch das Haftmittel 7 befestigt sind. 9A ist eine vergrößerte fotografische Darstellung des Bereichs B der Oberfläche 13a der scheibenförmigen Basis 13, die den ersten Prüfstücken 11 entspricht, die von einer Bearbeitungsmitte geschnitten wurden, auf die jedoch keine Ultraschall-Schwingungen aufgebracht wurden.
9B stellt die Kontur eines Querschnitts der scheibenförmigen Basis 13 in einer Ebene dar, die parallel zu der durch einen Pfeil C in 9A angegebenen Richtung und senkrecht zur Oberfläche 13a verläuft. Eine gestrichelte Linie in 9B entspricht den Tälern der periodischen Oberflächenunebenheiten 13b₁ an der Oberfläche 13a. Die periodischen Oberflächenunebenheiten 13b₁ entsprechen den ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und den zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂ des ringförmigen Schlitzes 4d.
10A ist eine vergrößerte fotografische Darstellung des Bereichs B der Oberfläche 13a der scheibenförmigen Basis 13, die nach dem Schneiden durch eine Mitte und Sandstrahlen erhalten wurde. 10B stellt die Kontur eines Querschnitts der scheibenförmigen Basis 13 in einer Ebene dar, die parallel zu der durch den Pfeil C in 10A angegebenen Richtung und senkrecht zur Oberfläche 13a verläuft. Eine gestrichelte Linie in 10B zeigt an, dass die periodischen Oberflächenunebenheiten 13b₁ an der Oberfläche 13a verschwunden sind.
Wie in 10B dargestellt, weist die sandgestrahlte Oberfläche 13a extrem kleine Oberflächenunebenheiten 13c auf, die im Wesentlichen zufällig ausgebildet sind. Die scheibenförmige Basis 13 wurde mit einer handelsüblichen Vorrichtung unter 0,5 MPa 3 Minuten lang sandgestrahlt, wobei polygonal geformte Partikel aus weißem Alund (WA), d. h. geschmolzenem Aluminiumoxid, verwendet wurden, die eine zentrale Partikelgröße, d.h. einen Durchmesser von 50 % oder einen mittleren Durchmesser, von 45 pm bis 75 pm aufweisen. Der oben genannte Biegetest wurde an den sandgestrahlten Prüfstücken 11 durchgeführt. Der Minimalwert der maximalen Spannungen bei der Prüfung an den beiden sandgestrahlten Prüfstücken 11 betrug 136,85 MPa.
Die Bearbeitung durch Sandstrahlen kann also zu einer Erhöhung der Stärke des Haftmittels 7 beitragen, die die scheibenförmige Basis 13 und die Schleifsteine 6 miteinander verbindet. Da bei der Sandstrahlbearbeitung jedoch ein pulverförmiges Material unter hohem Druck auf die scheibenförmige Basis 13 aufgebracht wird, neigt das pulverförmige Material dazu, an der scheibenförmigen Basis 13 anzuhaften. Daher muss die scheibenförmige Basis 13 nach dem Sandstrahlen gereinigt werden, um das abgelagerte pulverförmige Material zu entfernen, was zu einem erhöhten Arbeitsaufwand führt. Das gleiche Problem tritt auf, wenn die ringförmige Basis 4 sandgestrahlt wird. Werden dagegen Oberflächenunebenheiten auf der ringförmigen Basis 4 durch darauf aufgebrachte Ultraschall-Schwingungen gebildet, wie im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10, ist es nicht erforderlich, die ringförmige Basis 4 zu reinigen, nachdem Oberflächenunebenheiten daran ausgebildet wurden, da keine Schleifkörner verwendet werden.
11A ist eine vergrößerte fotografische Darstellung des Bereichs B, der nach dem Schneiden durch eine Mitte und dem Aufbringen von Ultraschall-Schwingungen erhalten wurde. 11A ist insbesondere eine fotografische Darstellung der scheibenförmigen Basis 13, die den vierten Prüfstücken 11 entspricht, auf die im Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 3 Minuten lang Ultraschall-Schwingungen aufgebracht wurden.
11B stellt die Kontur eines Querschnitts der scheibenförmigen Basis 13 in einer Ebene dar, die parallel zu der durch den Pfeil C in 11A angegebenen Richtung und senkrecht zur Oberfläche 13a verläuft. Eine gestrichelte Linie in 11B entspricht den Tälern der periodischen Oberflächenunebenheiten 13b₁ an der Oberfläche 13a. Die periodischen Oberflächenunebenheiten 13b₁ entsprechen den ersten Oberflächenunebenheiten 4e₁ und den zweiten Oberflächenunebenheiten 4e₂, wie oben beschrieben. Wie in 11B dargestellt, ist es durch die Aufbringung von Ultraschall-Schwingungen möglich, extrem kleine Oberflächenunebenheiten 13b₂ auszubilden, die den dritten Oberflächenunebenheiten 4e₃ entsprechen, die kleiner sind als die Oberflächenunebenheiten 13b₁, wobei die durch Schneiden ausgebildeten periodischen Oberflächenunebenheiten 13b₁ an der Oberfläche 13a verbleiben.
Da die durch die Aufbringung von Ultraschall-Schwingungen ausgebildeten extrem kleinen Oberflächenunebenheiten 13b₂ den Bereich des Kontakts zwischen der scheibenförmigen Basis 13 und dem Haftmittel 7 vergrößern, wird die Verbindungsfestigkeit zwischen der scheibenförmigen Basis 13 und den Schleifsteinen 6, d.h. der Grad des innigen Kontakts zwischen der scheibenförmigen Basis 13 und den Schleifsteinen 6, als erhöht angesehen.
Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in der obigen Ausführungsform beschriebenen Umfang beschränkt. Die Einzelheiten des Aufbaus, des Verfahrens usw. gemäß der obigen Ausführungsform könnten geändert oder modifiziert werden, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Beispielsweise könnte, obwohl die ringförmige Basis 4 in das Wasser 10 in dem Wasserbehälter 12 eingetaucht ist, so dass die Oberfläche 4a der ringförmigen Basis 4 in dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt S10 nach oben weist, die Oberfläche 4a der ringförmigen Basis 4 seitlich oder nach unten zugewandt sein, solange Ultraschall-Schwingungen durch das Wasser 10 auf die ringförmige Basis 4 aufgebracht werden können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind folglich durch die Erfindung einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000288881 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Schleifscheibe, umfassend: einen Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt eines Aufbringens von Ultraschall-Schwingungen von einer Ultraschallschwingungs-Aufbringeinheit durch Wasser hindurch auf einen ringförmigen Schlitz, der in einer Oberfläche einer ringförmigen Basis entlang von Umfangsrichtungen davon definiert ist, wodurch Oberflächenunebenheiten an einer Seitenoberfläche und/oder einer Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes ausgebildet werden; und nach dem Oberflächenunebenheit-Ausbildungsschritt einen Schleifstein-Befestigungsschritt eines Befestigens von mehreren Schleifsteinen mit einem Haftmittel an dem ringförmigen Schlitz.
Schleifscheibe, aufweisend: eine ringförmige Basis, die einen ringförmigen Schlitz aufweist, der einer Oberfläche davon entlang von Umfangsrichtungen davon definiert ist; und mehrere Schleifsteine, die durch ein Haftmittel an dem ringförmigen Schlitz befestigt sind, wobei der ringförmige Schlitz durch eine Seitenoberfläche definiert ist, die erste Oberflächenunebenheiten aufweist, die in Dickenrichtungen senkrecht zu den Umfangsrichtungen periodisch sind, der ringförmige Schlitz durch eine Bodenoberfläche definiert ist, die zweite Oberflächenunebenheiten aufweist, die in radialen Richtungen senkrecht zu den Umfangsrichtungen und den Dickenrichtungen periodisch sind, und die Seitenoberfläche und/oder die Bodenoberfläche des ringförmigen Schlitzes dritte Oberflächenunebenheiten aufweist bzw. aufweisen, die eine geringere Tiefe als diejenigen der ersten Oberflächenunebenheiten und der zweiten Oberflächenunebenheiten aufweisen.