DE69301259T2

DE69301259T2 - Polierscheibe

Info

Publication number: DE69301259T2
Application number: DE69301259T
Authority: DE
Inventors: John Stirling Sexton; Derek Norman Wright
Original assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Current assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: CA2091660A1; US5567503A; EP0561610A1; TW243466B; AU654901B2; EP0561610B1; ATE132788T1; JPH06134675A; AU3520093A; ES2082592T3; DE69301259D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Polierunterlage.
Polierunterlagen werden in der Industrie umfassend zum Feinschlichten oder Polieren von verschiedenen Werkstücken verwendet, die normalerweise eine steinige oder keramische Beschaffenheit aufweisen. Solche Polierunterlagen bestehen aus einem Träger mit einer Schicht aus Schleifmittelteilchen, die auf geeignete Weise auf einer seiner Oberflächen befestigt sind. Die Schleifmittelteilchen können durch Metall- oder Harzbindemittel an der Trägeroberfläche befestigt sein. Eine solche Polierunterlage ist im U.S.-Patent Nr. 4 927 432 beschrieben. Diese Polierunterlage umfaßt eine poröse thermoplastische Harzmatrix, die durch ein Fasergeflecht verstärkt ist und gegebenenfalls Schleifmittelteuchen wie Siliciumcarbid, Ceroxid, Titanoxid oder Diamant enthält. Die Unterlage wird zum Polieren von Silicium-Wafern durch chemischen Angriff verwendet, wobei die Poren erforderlich sind, um das flüssige chemische Reagens aufzunehmen.
JP-A-59 093 264 offenbart die Verwendung eines Polyetheretherketon- (PEEK) Harzes als Bindemittel für Schleifsteine aus ultraharten Schleifmittelteuchen, um die Zähigkeit der Harzschicht zu erhöhen.
JP-A-62 057 876 offenbart die Verwendung eines Bindemittels aus aromatischem Polyimid zum Binden einer Schicht aus Schleifmittelteilchen an eine Schleifsteinbasis, wodurch ein radartiger Schleifstein erzeugt wird.
WO-A-92/05014, veröffentlicht zwischen den für die vorliegende Anmeldung beanspruchten Prioritätsdaten, offenbart ein Schleifwerkzeug wie eine Schleifscheibe oder Säge, wobei der Arbeitsteil eine Masse aus ultraharten Schleifmittelteilchen umfaßt, die in einer porenfreien Matrix aus einem thermoplastischen Polymer, z.B. Polyetheretherketon "PEEK", Polyaryletherketon, Poly(amid-imid), Polyphenylensulfid, Flüssigkristall-Polymer und Mischungen daraus dispergiert sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Einklang mit der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Polierunterlage einen Träger mit Hauptoberf lächen an dessen gegenüberliegenden Seiten, wobei die Hauptoberf lächen Längskanten aufweisen und eine Schleifmittelschicht an einer dieser Oberflächen befestigt ist, wobei die Schleifmittelschicht eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Streifen aufweist, die an der Oberfläche befestigt sind, so daß sie quer zu den Längskanten auf der Oberfläche liegen, und Hauptoberflächen der Streifen freigelegt sind, so daß sie Schleifmittel-Polieroberflächen darstellen, und wobei die Schleifmittelschicht weiter ein nichtporöses thermoplastisches Polymer umfaßt, das eine Masse aus einzelnen Schleifmittelteilchen darin gleichmäßig dispergiert enthält, wobei die Schleifmittelteilchen eine Teilchengröße von bis zu 500 µm, typischerweise von 2 bis 300 µm aufweisen und in der Schicht in einer Konzentration von bis zu 30 Vol -%, z.B. 1 bis 12 Vol.-%, vorhanden sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 veranschaulicht eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 ist ein Ausschnitt entlang der Linie 2-2 von Figur 1;
Figur 3 ist ein Ausschnitt entlang der Linie 3-3 von Figur 1;
Figur 4 veranschaulicht eine perspektivische Darstellung eines Schleifmittelstreifens zur Verwendung in der Ausführungsform der Figuren 1 bis 3;
Figur 5 veranschaulicht eine Polierunterlagen-Baugruppe in einer Teil-Explosionsdarstellung;
Figur 6 ist ein Längs-Querschnitt durch eine der Polierunterlagen-Baugruppen, wie sie in Figur 5 abgebildet ist; und
Figur 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 6 entlang der Linie 7-7.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Der Träger für die Polierunterlage kann starr oder flexibel sein. Er kann aus einem Metall wie Stahl oder einem Polymer hergestellt sein, das wärmehärtbar oder thermoplastisch ist. Beispiele für geeignete wärmehärtende Polymere sind Phenolharz und Polyurethan. Beispiele für geeignete thermoplastische Polymere sind Acrylnitril/Butadien/Styrol und Polypropylen.
Der Träger weist an seinen gegenüberliegenden Seiten Hauptoberflächen auf, und die Schleifmittelschicht ist an einer dieser Oberflächen befestigt. Die Schleifmittelschicht bedeckt im allgemeinen bis zu 70 % der Oberfläche, an der sie befestigt ist.
Die Schleifmittelschicht umfaßt eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Streifen, die an einer Oberfläche des Trägers befestigt sind, und eine Hauptoberf läche jedes Streifens liegt frei, so daß sie eine Schleifmittel-Polieroberfläche darbietet. Somit ist die Schleifmittel-Polieroberfläche für die Unterlage eine diskontinuierliche Oberfläche. Der Träger hat an seinen gegenüberliegenden Seiten Hauptoberflächen, und jede Hauptoberfläche hat gegenüberliegende Längskanten. Die mit Abstand voneinander angeordneten Streifen können an einer der Hauptoberflächen befestigt sein, so daß sie quer zu den Längskanten dieser Oberfläche liegen. Die Streifen können befestigt sein, indem sie zum Beispiel unter Verwendung eines Klebstoffs an die Trägeroberfläche gebunden werden. Vorzugsweise werden die Streifen an der Trägeroberf:äche gebunden, indem komplementäre Strukturen auf oder in den Streifen und die Trägeroberfläche eingreifen. Diese komplementären Strukturen können zum Beispiel komplementäre Stifte und Löcher sein. Bei dieser Form der Erfindung ist bevorzugt, daß die Streifen durch Spritzguß erzeugt werden.
Die Polieroberfläche jedes Streifens kann eine flache oder konvexe Form aufweisen.
Die Schleifmittelteilchen sind normalerweise ultraharte Schleifmittelteilchen wie Diamant oder kubisches Bornitrid.
Die Schleifmittelschicht kann Füllstoffe umfassen, die in Form von Fasern oder Teilchen vorliegen können. Zum Beispiel kann der Füllstoff Bronzepulver sein, um die wärmeleitfähigkeit zu verbessern, Siliciumoxidpulver für die Abriebfestigkeit, Aluminiumoxid für die Verschleißfestigkeit oder PTFE, Silicium oder Graphit für eine verbesserte Schmierfähigkeit
Das thermoplastische Polymer für die Schleifmittelschicht wird vorzugsweise aus einem oder mehreren der folgenden Polymere ausgewählt:
Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketon (PEK) wie das von ICI unter dem Warenzeichen VICTREX vertriebene. Polyaryletherketon wie das von BASF unter dem Warenzeichen ULTRAPIK vertriebene.
Poly(amid-imid) wie das von Amoco unter dem Warenzeichen TORLON vertriebene.
Polyphenylensulfid (PPS) wie das von Phillips unter dem Warenzeichen RYTON vertriebene.
Flüssigkristall-Polymer (LCP) wie das von Hoechst unter dem Warenzeichen VECTRA vertriebene.
Mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 der begleitenden Zeichnungen wird jetzt eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Unter Bezugnahme auf diese Figuren umfaßt eine Polierunterlage einen Träger 10 mit flachen Hauptoberflächen 12, 14 an dessen gegenüberliegenden Seiten. Die eine Hauptoberfläche 14 weist eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Steifen 16 auf, die an ihr befestigt sind.
Figur 4 veranschaulicht einen solchen Streifen. Der Streifen weist eine verlängerte Form mit einer freiliegenden konvexen oberen Oberfläche 18 und einer flachen unteren Oberfläche 20 auf. Integral mit der unteren Oberfläche 20 ausgebildet sind drei mit Abstand voneinander angeordnete Stifte 22. Das Polymer des Streifens 16 ist vorzugsweise ein thermoplastisches Polymer, und der Streifen wird vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt. Es kann ein beliebiges der oben beschriebenen thermoplastischen Polymere verwendet werden. Die Schleifmittelteilchen sind vorzugsweise Diamant.
Die Streifen 16 sind an der Oberfläche 14 befestigt, indem jeder Streifen in einer Vertiefung 24 und die Stifte in den im Träger 10 ausgebildeten komplementären Löchern 26 angeordnet werden. Jeder Streifen bietet eine obere konvexe Polieroberfläche 18 dar. Die Polieroberfläche 18 kann auch flach sein. Weiterhin kann eine der seitlichen Oberflächen 19a und 19b konvex und die andere konkav sein, anstelle der veranschaulichten flachen.
Um die Herstellung durch Spritzgießen zu vereinfachen, können die Streifen 16 eine Mehrzahl von feinen Löchern aufweisen, die sich aus der Oberfläche 18 zur Oberfläche 20 erstrecken, oder eine Anzahl von Ausschnitten, die in der Oberfläche 20 ausgebildet sind.
Die Streifen 16 sind auf der Oberfläche 14 angeordnet, so daß sie sich über die Gesamtheit dieser Oberfläche erstrecken und quer und diagonal zu den Längskanten 14a und 14b dieser Oberfläche 14 verlaufen. Diese Anordnung ist eine bevorzugte Anordnung, da die Polierunterlage im Gebrauch auf einem Polierkopf zur Rotation um eine Achse montiert wird, die zu den Längskanten 14a und 14b quer steht.
Der Träger 10 weist mit Abstand voneinander angeordnete Stifte 28 auf, die integral mit der unteren Oberfläche 12 ausgebildet sind. Diese Stifte 28 werden durch komplementäre Löcher 30 in einer Basis 32 aufgenommen, wobei die Basis 32 zur Montage auf einem Polierkopf geeignet ist. Die Anordnung der Stifte 28 in den Löchern 30 befestigt den Träger 10 lösbar an der Basis 32. Das Eingreifen der Stifte 28 in den Löchern 30 ist so, daß der Träger 10 fest an der Basis 32 befestigt wird, so daß die Durchführung des Polierens ermöglicht wird. Wenn die Schleifmittelstreifen 16 jedoch bis zu einem Punkt abgenutzt sind, an dem ein wirksames Polieren nicht mehr möglich ist, kann der Träger entfernt werden, indem ein Instrument wie ein Schraubenzieher in die Vertiefung 34 eingeführt und der Träger von der Basis abgestemmt wird. Anschließend kann ein neuer Träger mit Schleifmittelstreifen auf der Basis 32 befestigt werden.
Die Polierunterlagen bewirken ein wirksames Polieren, daß, wie gefunden wurde, bei einer Höhe des Schleifmittelstreifens von 3 mm ein Polieren von Granit von mehr als 1000 m² erreichen kann. Da sowohl die Streifen als auch der Träger durch Spritzgießen hergestellt werden können und vorzugsweise werden, kann dies mit relativ geringen Kosten erreicht werden. Wenn die Unterlage verbraucht ist, kann sie schnell und einfach durch eine neue Unterlage ersetzt werden.
Die Basis 32 kann aus Metall oder einem Polymer wie Acetalpolymer hergestellt sein.
Der Abstand zwischen der Polieroberfläche 18 jedes Streifens und der Oberfläche 14 des Trägers beträgt im allgemeinen bis zu 5 mm und normalerweise 1 bis 3 mm.
Figur 5 zeigt den Rotations-Polierkopf 40 eines bekannten Polierapparates, der zum Polieren der Oberfläche eines Materials wie Granit oder Marmor verwendet wird. Der Polierkopf 40 weist eine außermittige Nabe 42 und vier Arme 44 auf, die strahlenförmig von der Nabe ausgehen. Jeder Arm 44 umfaßt ein verlängertes Trägerelement 46, das mit einer Längsvertiefung 48 mit Schwalbenschwanz-Profil ausgebildet ist.
Figur 5 zeigt auch vier Polierunterlagen-Baugruppen 50, eine für jeden Arm 44. Jede Baugruppe 50 weist vier Hauptkomponenten auf, nämlich eine Basis 52, eine Zwischenunterlage 54, einen Einsatz 56 und eine Polierunterlage 58.
Die Basis 52 ist in jedem Fall aus Metall oder Polymer hergestellt und weist einen sich in Längsrichtung erstreckenden Aufnahmeteil 60 auf, der ein Schwalbenschwanzprofil aufweist und der so dimensioniert ist, daß er radial in die Vertiefung 48 eines der Trägerelemente 46 gleitet. Die Schrauben 62, die nach unten in die Basis 52 eingeführt werden, dienen dazu, die Basis in der Stellung am Trägerelement 46 einzustellen, so daß die Schleifmittelschicht 76 parallel zu einer zu polierenden Oberfläche ist.
Jede Basis 52 ist mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefung 64 ausgebildet, deren Breite sich in einer radialen Einwärtsrichtung verjüngt. Die Seiten der Vertiefung 64 sind leicht unterschnitten. Zusätzlich ist jede Basis mit Schraublöchern 66 ausgebildet, die von unten versenkt sind, wie in Figur 7 veranschaulicht ist.
Die Zwischenunterlagen 54 sind aus einem Material wie natürlichem oder Synthesekautschuk hergestellt und sind elastisch.
Sie haben eine sich verjüngende Form und sind in den Vertiefungen 64 angeordnet.
Die Einsätze 56 sind aus Metall oder Polymer hergestellt und weisen im Querschnitt jeweils eine sich leicht verjüngende Form auf. Jeder Einsatz ist mit Gewindelöchern 70 versehen, die auf die Schraubenlöcher 66 und die entsprechenden Löcher in der Unterlage 54 ausgerichtet sind, wenn der Einsatz in Längsrichtung auf die jeweilige Position in der betreffenden Vertiefung 64 gleitet. Zur Befestigung des Einsatzes an der Basis befinden sich Kopfschrauben 72 in den ausgerichteten Löchern.
Mit Bezug auf Figur 7 wird festgestellt, daß Distanzstücke 68 in jedem Loch 66 vorhanden sind. Die Distanzstücke 68 begrenzen das Maß, in dem der Einsatz 56 in Richtung der Basis gezogen werden kann und somit die Druckkraft, die auf die Unterlage 54 ausgeübt wird, wenn die Schrauben 72 vollständig angezogen sind.
Jede Polierunterlage 58 weist einen Stahlträger 74 und eine Schleifmittelschicht 76 auf.
Der Träger 74 weist Seitenflansche 78 auf und einen Mittelteil 80, der im Querschnitt leicht gekrümmt ist. Die Schleifmittelschicht 76 erstreckt sich nur über den Mittelteil 80 und weist eine konvexe obere Polieroberfläche auf. Die Flansche 78 sind mit in Längsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten Löchern 82 ausgebildet.
Die Schleifunterlage 58 weist eine sich verjüngende Form auf, und die Seitenflansche 78 des Trägers sind entsprechend in einer Richtung zum schmaleren Ende der Unterlage hin konvergent.
Während des Zusammenbaus werden die Unterlagen 58 über den Einsätzen 56 angeordnet, wobei die Einsätze zwischen den Flanschen 78 eingeschlossen sind, und werden durch Kopfschrauben 84, die durch die Löcher 82 und in die entsprechenden, in den Einsätzen ausgebildeten Gewindelöcher eingeführt werden, befestigt.
Im Gebrauch wird der Polierkopf 40 gedreht, und die Polierunterlagen-Baugruppen beschreiben einen Pendelweg. Die durch die Schleifmittelschichten 76 der Polierunterlagen 58 dargestellten Polieroberflächen wirken mit einem geeigneten Axialdruck auf eine Oberfläche wie die Oberfläche eines Blocks aus Granit ein. Diese Polieroberflächen üben eine polierende Wirkung auf die betreffende Oberfläche aus.
Wenn die Schleifmittelschichten 76 der Schleifunterlagen 58 übermäßig abgenutzt sind, ist es eine einfache Sache, die abgenutzten Unterlagen durch neue Unterlagen zu ersetzen, indem lediglich die Kopfschrauben 84 abgeschraubt werden.
Für die Schleifmittelschicht sind mehrere verschiedene Zusammensetzungen, alle unter Verwendung von Diamant als Schleifmittel, versucht und als erfolgreich gefunden worden.
Beispiele für diese Zusammensetzungen sind: Polymer Diamant-Konzentration Vol.-% Diamantgröße (µm)

Claims

1. Polierunterlage, umfassend einen Träger (10) mit Hauptoberflächen (12, 14) an seinen gegenüberliegenden Seiten, wobei die Hauptoberflächen Längskanten (14a, 14b) und eine an einer dieser Oberflächen befestigte Schleifmittelschicht aufweisen, wobei die Schleifmittelschicht eine Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Streifen (16) aufweist, die an der Oberfläche (14) befestigt sind, so daß sie quer zu den Längskanten (14a, 14b) auf der Oberfläche (14) liegen, und Hauptflächen der Streifen freigelegt sind, so daß sie Schleifmittel-Polieroberflächen (18) darstellen, und wobei die Schleifmittelschicht weiter ein nichtporöses thermoplastisches Polymer umfaßt, das eine Masse aus einzelnen Schleifmittelteilchen darin gleichmäßig dispergiert umfaßt, wobei die Schleifmittelteilchen eine Teilchengröße von bis zu 500 Mikrometern aufweisen und in der Schicht in einer Konzentration von bis zu 30 Vol.-% vorhanden sind.

2. Polierunterlage nach Anspruch 1, wobei die Streifen (16) an der Hauptoberfläche (14) befestigt sind, so daß sie diagonal zu den Längskanten (14a, 14b) dieser Oberfläche (14) liegen.

3. Polierunterlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Streifen (16) Strukturen (22) haben, die in komplementäre Strukturen (26) in oder auf der Trägeroberfläche (14) eingreifen, so daß die Streifen (16) an der Trägeroberfläche (14) befestigt werden.

4. Polierunterlage nach Anspruch 3, wobei die komplementären Strukturen Stifte (22) und Löcher (26) sind.

5. Polierunterlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Streifen (16) gleichmäßig auf der Trägeroberfläche (14), an der sie befestigt sind, in Zwischenräumen angeordnet sind.

6. Polierunterlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Streifen (16) bis zu 70 % der Trägeroberfläche (14), an der sie befestigt sind, bedecken.

7. Polierunterlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polieroberfläche (18) jedes Streifens konvex ist.

8. Polierunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (10) abnehmbar an einem Grundkörper (32) befestigt ist, der zur Anbringung an einen Polierkopf angepaßt ist.

9. Polierunterlage nach Anspruch 8, wobei der Träger (10) abnehmbar durch eingreifende Strukturen (28) auf oder in der Oberfläche eines Trägers (10) an der Oberfläche eines Grundkörpers (32) mit komplementären Strukturen (30) auf oder in der Oberfläche des Grundkörpers befestigt ist.

10. Polierunterlage nach Anspruch 9, wobei die komplementären Strukturen Stifte (28) und Löcher (30) sind.

11. Polierunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilchengröße der Schleifmittelteilchen im Bereich von 2 bis 300 Mikrometer liegt.

12. Polierunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konzentration von Schleifmittelteilchen in der

Schleifmittelschicht (16) im Bereich von 1 bis 12 Vol.-% liegt.

13. Polierunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schleifmittelteuchen aus Diamant und kubischem Bornitrid ausgewählt sind.

14. Polierunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Polymer aus Polyetheretherketon, Polyetherketon, Polyaryletherketon, Poly (amidimid), Polyphenylensulfid und Flüssigkristall-Polymer ausgewählt ist.

15. Verwendung einer Polierunterlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für das Fein-Oberflächenbehandeln oder Polieren von Werkstücken aus Stein oder Keramik.