DE3644854A1 - Werkstueckhalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für eine Flachläppmaschine zum Präzisionsschleifen flacher Oberflächen auf den Vorder- und Rückseiten eines Werkstücks, und zwar durch Läppen, Polieren oder Schleifen.

Läppmaschinen werden beispielsweise zum Läppen von Halbleiter-Wafern und Trägern von Speicherdisketten für Computer verwendet. Herkömmliche Läppmaschinen weisen mehrere Werkstückhalter auf, die Teil eines Planetengetriebes sind. Dabei ist es schwierig, die Werkstückhalter sowie die Werkstücke selbst automatisch in die Läppmaschine einzusetzen und aus dieser wieder zu entfernen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Werkstückhalter für eine Flachläppmaschine dahingehend weiterzubilden, daß die Werkstücke in einfacher Weise automatisch eingesetzt und wieder entnommen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Flachläppmaschine in einer ersten Ausführung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen Teil aus Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht durch den Teil der Flachläppmaschine aus Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Teil aus Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Werkstückhalter in einer ersten Ausführung;

Fig. 6 eine Darstellung des in die Maschine eingesetz­ ten Werkstückhalters aus Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Werkstückhalter in einer zweiten Ausführung;

Fig. 8 eine Darstellung des in die Maschine eingesetzten Werkstückhalters aus Fig. 7;

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Werkstückhalter in einer dritten Ausführungsform; und

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Teil der Flachläppma­ schine in einer zweiten Ausführung.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist die Flachläppma­ schine ein Maschinengehäuse 1, eine obere und eine untere Läppscheibe 2 und 3 sowie ein zentrales Zahnrad 4 auf. Zur Umdrehung mit einer gewünschten Gewindigkeit und in gewünschter Umdrehungsrichtung sind die Läppscheiben 2 und 3 und das zentrale Zahnrad 4 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb über Antriebsräder 5 a, 6 a und 7 a verbunden, die an den jeweiligen unteren Enden von koaxial ineinander angeordneten Antriebswellen 5, 6 und 7 sitzen. Wie durch Phantomlinien in Fig. 1 angedeutet, ist die obere Läppscheibe 2 auf der ersten Antriebswelle 5 verti­ kal bewegbar gehaltert.

Auf dem Maschinengehäuse 1 sind mehrere Zahnrad-Halterungs­ vorrichtungen 10 zum Haltern von Werkstückhaltern 9 in gleichmäßigem Abstand um das zentrale Zahnrad herum ange­ ordnet. Diese Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 haltern die entsprechenden Werkstückhalter 9 drehbar in vorgegebe­ nen Positionen. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, weisen die Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 vier kleine Zahnräder 11 bis 14 auf, die jeweils am Umkreis eines Werkstückhalters 9 im Abstand zueinander angeordnet sind und sich im Eingriff mit dem entsprechenden Werkstück­ halter 9 befinden. Eines der kleinen Zahnräder 11 bis 14, beispielsweise das kleine Zahnrad 11 befindet sich ebenfalls in Eingriff mit dem zentralen Zahnrad 4, so daß der Werkstückhalter 9 vom zentralen Zahnrad 4 ange­ trieben wird. Von den übrigen kleinen Zahnrädern 12 bis 14 ist das kleine Zahnrad 14 ebenfalls in der Nähe des zentralen Zahnrades 4 angeordnet, hat jedoch einen klei­ neren Durchmesser als die anderen kleinen Zahnräder 11 bis 13, so daß ein Eingriff mit dem zentralen Zahnrad 4 nicht möglich ist.

Das von den oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3 zu läppende Werkstück 15 wird in dem Werkstückhalter 9 angeordnet, welcher von der Zahnrad-Halterungsvorrichtung 10 gehaltert wird, indem das Werkstück 15 in einem Durch­ bruch 16 aufgenommen wird, welcher exzentrisch zum Dreh­ punkt des Werkstückhalters 9 ausgebildet ist und zur Halterung der Werkstücke 15 dient. Während des Läppens befindet sich das Werkstück 15 in dem Durchbruch 16 und wird entlang eines Kreises mit einem der Exzentrizität entsprechenden Radius gedreht.

Zum Läppen mit der Flachläppmaschine werden zuerst die Werkstücke 15 in die zur Halterung dienenden Durchbrüche 16 der Werkstückhalter 9 gelegt, welche sich in Eingriff mit den vier kleinen Zahnrädern 11 bis 14 der entsprechen­ den Zahnrad-Halterungsvorrichtung 10 befindet, wie insbe­ sondere Fig. 2 zeigt. Dabei werden die Werkstückhalter 9 in solche Lagen gebracht, daß die exzentrisch angeordne­ ten Durchbrüche 16 auf der zum Mittelpunkt des zentralen Zahnrades 4 gerichteten Seite liegen. Nachdem die obere Läppscheibe 2 auf eine Position entsprechend der durchge­ zogenen Linien in Fig. 1 abgesenkt worden ist, wird das zentrale Zahnrad 4 in einer Richtung mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben, während die oberen und unte­ ren Läppscheiben 2 und 3 in entgegengesetzter Richtung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gedreht werden. Dabei wird jeder Werkstückhalter 9 in vorgegebener Position gehaltert und über das kleine Zahnrad 11 angetrieben, so daß das Werkstück im exzentrisch angeordneten Durch­ bruch 16 entlang eines Kreises mit einem der Exzentrizität entsprechenden Radius gedreht und von den oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3 geläppt wird.

Nach einer bestimmten Zeitdauer wird während des Läppens die Drehrichtung des zentralen Zahnrades 4 geändert, so daß die Werkstückhalter 9 und die Werkstücke 15 in entgegengesetzter Richtung umlaufen und dadurch die Werk­ stücke 15 in entgegengesetzter Richtung an den Läppschei­ ben 2 und 3 entlanggleiten. Dadurch wird lokaler Ver­ schleiß an den Läppscheiben 2 und 3 verhindert, der auf dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen den innen- und außenliegenden Abschnitten der Läppscheiben 2 und 3 be­ ruht, falls die Werkstücke nur in eine Richtung gedreht würden. Somit wird die Oberfläche der Läppscheiben 2 und 3 für eine längere Zeit eben gehalten, was die Wartung erheblich vereinfacht.

Wenn das Läppen der Werkstücke 15 beendet ist, werden das zentrale Zahnrad 4 und die oberen und unteren Läpp­ scheiben 2 und 3 angehalten. Anschließend wird die obere Läppscheibe 2 auf die in Fig. 1 mit Phantom­ linien gekennzeichnete Position angehoben, damit die Werkstücke 15 aus den Werkstückhaltern 9 entnommen werden können. Die Werkstücke 15 können separat oder zusammen mit den Werkstückhaltern 9 abgenommen werden. Da die Werkstückhalter 9 konstant in festgesetzten Lagen gehalten werden, ohne sich um das zentrale Zahnrad 4 zu drehen, und in derselben Richtung zum Mittelpunkt des zentralen Zahnrades 4 liegen, können sie leicht in derselben Rich­ tung angehalten werden, indem geeignete Sensoren verwendet werden, die den Drehwinkel des zentralen Zahnrades 4 erkennen und dieses an einem bestimmten Drehwinkel anhal­ ten. Somit können das Einrichten und Abnehmen der Werk­ stückhalter 9 und der Werkstücke 15 wesentlich erleichtert werden. Insbesondere automatisches Be- und Entladen der Werkstücke kann nunmehr leicht realisiert werden, da die Werkstückhalter nicht mehr jedesmal in ihrer Lage und Richtung eingestellt werden müssen.

Um die Drehlage des zentralen Zahnrades 4 zu erkennen und dieses in einer vorgegebenen Position anzuhalten, kann beispielsweise ein zentrales Zahnrad 4 verwendet werden, das ein um die ganze Zahl n Vielfaches an Zähnen mehr als die Werkstückhalter 9 besitzt und selbst oder auf seiner Antriebswelle 7 in gleichmäßigen Abständen zueinander Nocken (hier nicht dargestellt) mit der Anzahl n aufweist, welche mit einem gegenüber auf dem Maschi­ nengehäuse 1 in geeigneter Position angeordneten Nocken­ detektor zusammenwirken. Wird das zentrale Zahnrad 4 in einer vorgegebenen Winkellage durch den Nockendetek­ tor angehalten, so werden auch die Werkstückhalter 9 angehalten, wobei sie gleichzeitig die gewünschte vorgege­ bene Richtung aufweisen.

Anstelle von Werkstückhaltern 9 mit kreisförmigen Durch­ brüchen 16 zur Halterung der Werkstücke 15 können auch Werkstückhalter 19 mit Durchbrüchen 20 in einer zweiten Ausführung verwendet werden, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Bei diesen Werkstückhaltern 19 wird ein Anheben der Werkstücke 15 zusammen mit der oberen Läppscheibe 2 verhindert, wenn diese angehoben wird.

Gemäß Fig. 5 weist der Werkstückhalter 19 am Umfang seines Körpers 19 a eine Zahnreihe 19 b sowie wiederum in exzentrischer Anordnung einen Durchbruch 20 zur Halte­ rung des Werkstücks 15 auf. Der Durchbruch 20 besitzt zum Festhalten des Werkstücks 15 Haltemittel, die hier aus abgeschrägten Abschnitten 20 a bestehen, die als Teil des Randes des Durchbruchs 20 ausgebildet sind.

Das Werkstück 15 wird auf dem Werkstück 19 in folgender Weise festgehalten:

Nach dem Läppen werden die oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3 und das zentrale Zahnrad 4 entsprechend Fig. 6 angehalten, wobei sich die Werkstückhalter 19 in solchen Lagen befinden, daß die abgeschrägten Abschnitte 20 a der Durchbrüche 20 in Umlaufrichtung der Läppscheiben 2 und 3 liegen.

Während nun das zentrale Zahnrad 4 festgehalten wird, werden die oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3 in Richtung auf die abgeschrägten Abschnitte 20 a verdreht, so daß die Werkstücke 15 in die abgeschrägten Abschnitte 20 a gedrückt und dort fest gehaltert werden, wobei gleich­ zeitig ein Schleifmuster in einer Richtung auf die Ober­ flächen der Werkstücke 15 aufgebracht wird. Durch die Aufbringung eines solchen Schleifmusters wird das Aussehen der Produkte verbessert und damit ihr Verkaufwert erhöht.

Anschließend wird die obere Läppscheibe 2 angehoben, damit die Werkstücke 15 entnommen werden können. Da die Werkstücke 15 durch die abgeschrägten Abschnitte 20 a festgehalten werden, können sie dabei nicht zusammen mit der oberen Läppscheibe 2 angehoben werden.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Werkstück­ halters 22, der am Umfang seines Körpers 22 a eine Zahn­ reihe 22 b sowie einen exzentrisch angeordneten Durchbruch 23 zur Halterung der Werkstücke aufweist. Auf der einen Seite des Körpers 22 a des Werkstückhalters 22 ist eine querverlaufende Schlitznut 24 ausgebildet, die den Rand des Werkstückhalters 22 mit dem Durchbruch 23 verbindet. Dabei wird die Schlitznut 24 aus einer Schwalbenschwanz­ nut 25 und einer Schwalbenschwanznase 26 gebildet. Die Schwalbenschwanznut 25 hat etwas größere Abmessungen als die Schwalbenschwanznase 26, damit der Körper 22 a des Werkstückhalters 22 innerhalb eines Bereiches ela­ stisch verformbar ist, innerhalb dessen die Schwalben­ schwanznase 26 in der Schwalbenschwanznut 25 verschiebbar ist. Bei elastischer Verformung des Körpers 22 a des Werk­ stückhalters 22 wird der Durchbruch 23 zur Halterung der Werkstücke vergrößert oder verkleinert, um das darin gehalterte Werkstück 15 zu lösen oder festzuhalten. Ferner ist auf dem Körper 22 a des Werkstückhalters 22 ein kreis­ förmiger Schlitz 27 an einer radial der Schlitznut 24 gegenüberliegenden Stelle angeordnet, damit ein Zerbrechen des Werkstückhalters 22 verhindert wird, was aufgrund der elastischen Verformung durch Konzentration der Kräfte an dieser Stelle hervorgerufen werden könnte.

Der Läppvorgang unter Verwendung der Werkstückhalter 22 wird im folgenden beschrieben:

Gemäß Fig. 8 sind sämtliche Werkstückhalter 22 so durch die jeweiligen Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 gehal­ tert, daß sie in derselben Richtung geführt werden. In Richtung des Pfeils a wird nun das zentrale Zahnrad 4 gedreht, um die Werkstücke 15 zu läppen, welche auf den Werkstückhaltern 22 befestigt sind. Während des Läppens wird ein Auseinanderbiegen der Werkstückhalter 22 aufgrund des Eingriffs der Schwalbenschwanznase 26 in der Schwalben­ schwanznut 25 verhindert, so daß sich die Werkstückhalter 22 nur geringfügig ausdehnen können, was jedoch den nor­ malen Läppvorgang nicht beeinflußt.

Nach Beendigung des Läppens werden die oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3, das zentrale Zahnrad 4 und dadurch die Werkstückhalter 22 angehalten, und zwar letztere in solcher Lage, daß die entsprechenden Schlitznuten 24 in Umlaufrichtung der Läppscheiben 2 und 3 liegen, wie in Fig. 8 dargestellt ist.

Dabei wird nun das zentrale Zahnrad 4 in entgegengesetzter Richtung entsprechend dem Pfeil b gedreht, während minde­ stens eines der kleinen Zahnräder 12 und 13 festgehalten werden. Dadurch werden die Werkstückhalter 22 einer elasti­ schen Verformung unterworfen, indem sich die Schlitznut 24 verengt, so daß die Werkstücke 15 durch Verengung des diese halternden Durchbruchs 23 arretiert werden.

Somit ist es notwendig, Werkstückhalter 22 in Verbindung mit Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 zu verwenden, bei denen mindestens eines der kleinen Zahnräder 12 und 13 gegen die Rotation in umgekehrter Richtung abgebremst werden kann.

Wird das Werkstück 15 in dieser Weise festgehalten, kann nicht nur ein Schleifmuster auf dessen Oberfläche durch nachfolgendes Läppen aufgebracht werden, sondern es wird ebenfalls verhindert, daß nach dem Läppen das Werkstück 15 zusammen mit der oberen Läppscheibe 2 angehoben wird.

Das Werkstück 15 kann aus der Halterung gelöst werden, indem das zentrale Zahnrad 4 wieder etwas in Richtung des Pfeils a gedreht wird.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Werkstück­ halters 30, der mehrere auf seinem Körper ausgebildete Durchbrüche 31 zur Halterung von Werkstücken aufweist. Diese Durchbrüche 31 sind jeweils über Schlitze 32 mit­ einander verbunden. Ferner erstreckt sich eine radial verlaufende Schlitznut 33 vom Umfang zu einem der Schlitze 32. Dabei wird die Schlitznut 33 aus einer Schwalben­ schwanznut 34 und einer Schwalbenschwanznase 35 gebildet. Der gegenüber der Schlitznut 33 liegende Schlitz 32 wird von einem Steg 36 unterbrochen, der einen inneren Ab­ schnitt 30 a, welcher von den Durchbrüchen 31 und den Schlitzen 32 begrenzt wird, mit einem äußeren Abschnitt 30 b des Werkstückhalters 30 verbindet.

Da der Läppvorgang bei Verwendung dieses Werkstückhalters 30 genauso abläuft, wie bereits oben beschrieben wurde, soll hier auf weitere Ausführungen verzichtet werden.

Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform der Läppma­ schine, die sich zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, daß jede Zahnrad-Halterungs­ vorrichtung 40 nur zwei kleine Zahnräder 41 und 42 auf­ weist und daß sich jeder Werkstückhalter 9 direkt mit dem zentralen Zahnrad 4 in Eingriff befindet. Im übrigen läuft der Läppvorgang genauso ab wie bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 1.

Claims (3)

1. Werkstückhalter für eine Flachläppmaschine gekenn­ zeichnet durch obere und untere Läppscheiben (2, 3), die Werkstückhaltedurchbrüche aufweisen, in die das Werkstück paßt und durch Haltemittel zum Halten des Werkstücks (15) in dem Werkstückdurchbruch (16; 20; 31).

2. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Haltemittel aus abgeschrägten Abschnitten (20 a) gebildet ist, die einen Teil des Werkstückhaltedurchbruchs (20) darstellen.

3. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Haltemittel eine Schlitznut (24, 33) aufweist, die in den Werkstückhaltedurchbruch (20, 31) führt und den Werkstückhalter (19; 22; 30) durchsetzt.