特表 2024-524510 研磨物品のための付加製造方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】研磨物品のための付加製造方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B24D 3/00 20060101AFI20240628BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20240628BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240628BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240628BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240628BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240628BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240628BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240628BHJP

   B24D 18/00 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

B24D3/00 340

B29C64/106

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B29C64/268

B33Y80/00

B24D18/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024500022

(86)(22)【出願日】2022-07-05

(85)【翻訳文提出日】2024-03-01

(86)【国際出願番号】 EP2022068616

(87)【国際公開番号】W WO2023280872

(87)【国際公開日】2023-01-12

(31)【優先権主張番号】21183635.8

(32)【優先日】2021-07-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518015365

【氏名又は名称】アドマテック ヨーロッパ ベー．フェー．

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】サウルウォルト， ジェイコブ ジャン

【テーマコード（参考）】

3C063

4F213

【Ｆターム（参考）】

3C063AA10

3C063CC23

3C063FF30

4F213AA44

4F213AR09

4F213AR12

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL06

4F213WL12

4F213WL45

4F213WL77

4F213WL80

4F213WL85

(57)【要約】

研磨物品（１）を層毎に製造するための付加製造の方法。本方法は、スラリー（４）の層を堆積させることであって、スラリー（４）は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、堆積させることと、スラリー（４）の新たな層を堆積させる前に、スラリー（４）の層を硬化させるために、スラリー（４）の層に放射源（６）を適用することとを含み、放射源（６）は、回転露光を含む。更なる態様では、研磨物品（１）を層毎に製造するための付加製造装置も提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨物品（１）を層毎に製造するための付加製造の方法であって、
スラリー（４）の層を堆積させることであって、前記スラリー（４）は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、堆積させることと、
スラリー（４）の新たな層を堆積させる前に、前記スラリー（４）の層を硬化させるために、前記スラリー（４）の層に放射源（６）を適用することと
を含み、前記放射源（６）は、プロファイルスポット（６１）を有する回転ビームであって、前記プロファイルスポットを前記スラリー（４）の層の中央点の周りで円運動において移動させるように構成される回転ビームを含む、方法。

【請求項2】

前記ビームは、回転プロファイルスポットを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ビームは、実質的に非円形のスポットを有し、前記スポットは、１つの層の露光中に所定の位置にあり、且つ前記１つの層から次の層まで、前記スラリー（４）の層の中央点（６４）の周りで所定の角度にわたって回転されるように構成される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記放射源（６）は、複数のアドレス指定可能な光ビーム源（７２）を有する光源マトリックス（７０）を含み、前記複数のアドレス指定可能な光ビーム源（７２）は、露光中に光スポットの所定のパターン（７４）を発生させ、且つ前記パターンを前記スラリー（４）の層の中央点の周りで所定の角度（α）にわたって回転させるように構成される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記放射源（６）は、溶融又は焼結プロセスを使用して前記スラリー（４）の層を硬化させるためのレーザを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前の硬化されたスラリー（４）の層の断面積（４ａ）は、後の硬化されたスラリー（４）の層の断面積（４ｂ）と異なる、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記断面積（４ａ、４ｂ）は、円形断面積を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記硬化されたスラリー４の層の解像度は、５μｍ未満、例えば１μｍである、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、ボラゾン粒子、金属粒子、セラミック粒子、ガラス粒子、粉体粒子及び／若しくは前駆体又は焼結助剤粒子の１つ以上を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記スラリー（４）は、前記スラリー（４）の新たな層のための異なる組成物を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記スラリー（４）は、結合剤、任意選択の充填剤及び／又は添加剤を更に含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

基板（２）上に堆積された前記スラリー（４）の層を、前記基板（２）を移動させることによって搬送することを更に含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記スラリー（４）の新たな層を堆積させるために、前記硬化されたスラリー（４）の層を引き離すことを更に含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

研磨物品（１）を層毎に製造するための付加製造装置であって、
基板（２）と、
前記基板（２）上にスラリー（４）の層を堆積させるように配置されたスラリー堆積機（７）であって、前記スラリー（４）は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、スラリー堆積機（７）と、
スラリー（４）の新たな層を堆積させる前に、前記スラリー（４）の層を硬化させるために、前記スラリー（４）の層に放射源（６）を適用するように配置された放射ユニット（８）と
を含み、前記放射源（６）は、前記スラリー（４）の層の中央点の周りで円運動において移動するように構成された回転可能なプロファイルスポット（６１）を有する回転ビームを含む、付加製造装置。

【請求項15】

前記ビームは、回転スポットを有する、請求項１４に記載の付加製造装置。

【請求項16】

前記ビームは、実質的に非円形のスポットを有し、前記実質的に非円形のスポットは、１つの層の露光中に所定の位置にあり、且つ前記１つの層から次の層まで、前記スラリー（４）の層の中央点の周りで所定の角度にわたって回転されるように構成される、請求項１４に記載の付加製造装置。

【請求項17】

前記放射源（６）は、複数のアドレス指定可能な光ビーム源を有する光源マトリックスを含み、前記複数のアドレス指定可能な光ビーム源は、露光中に光スポットの所定のパターンを発生させ、且つ前記パターンを前記スラリー（４）の層の中央点の周りで所定の角度にわたって回転させるように構成される、請求項１４に記載の付加製造装置。

【請求項18】

前記放射ユニット（８）は、レーザデバイスを含む、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の付加製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研磨物品を層毎に製造するための付加製造の方法に関し、更なる態様では、研磨物品を層毎に製造するための付加製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

米国特許出願公開第２０１８／１０４７９３号明細書は、ガラス結合研磨物品の製造方法を開示している。一実施形態では、この方法は、密閉領域内で遊離粉体粒子層を堆積させる工程と、遊離粉体粒子層の所定の領域内に液体結合剤前駆材料を噴射する工程と、液体結合剤前駆材料を、所定の領域内の遊離粉体粒子の粒子を互いに結合して結合粉体粒子層を形成する一時結合剤材料に変換する工程とを含む。これらの工程を複数回行い、研磨物品プリフォームを生成し、その後、これを加熱してガラス結合研磨物品を提供する。

【0003】

国際公開第２００６／０９１５１９号パンフレットは、研磨物品を製造するためのシステム、方法を開示している。一実施形態では、容器は、研磨粒子と粉末結合剤との混合物を含み、研磨物品の層毎の形成を可能にするためにプラットフォームが下げられる。プラットフォームが数分のインチだけ下げられると、ローラが容器内の研磨物品及び材料上に積層材料を堆積させる。エネルギー源は、パターン化されたエネルギーを材料の表面に向け、研磨物品の後続層を形成する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、研磨物品を層毎の方式で製造する改良された付加製造方法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明によれば、上記で定義した前文に記載の方法が提供され、方法は、スラリーの層を堆積させることであって、スラリーは、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、堆積させることと、スラリーの新たな層を堆積させる前に、スラリーの層を硬化させるために、スラリーの層に放射源を適用することとを含み、放射源は、回転露光を含む。

【0006】

これにより、研磨物品のための研磨材を信頼性の高い層毎の方式で製造するために付加製造法を用い、出発材料が、例えば、粉体ではなく、スラリーである高精度のフォームを有し、対称性が高い研磨製品を提供することができる。

【0007】

以下では、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法の概略図を示す。

【図2A】［図２Ａ－２Ｄ］本発明の４つの更なる実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法の頂面図をそれぞれ示す。

【図2B】［図２Ａ－２Ｄ］本発明の４つの更なる実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法の頂面図をそれぞれ示す。

【図2C】［図２Ａ－２Ｄ］本発明の４つの更なる実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法の頂面図をそれぞれ示す。

【図2D】［図２Ａ－２Ｄ］本発明の４つの更なる実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法の頂面図をそれぞれ示す。

【図3】本発明の一実施形態による、硬化されたスラリーの層の斜視図を示す。

【図4】本発明の例示的実施形態による、研磨材を含む研磨工具の斜視図を示す。

【図5】本発明の更なる例示的実施形態による、研磨材を含む研磨工具の斜視図を示す。

【図6】本発明の一実施形態による、研磨物品を層毎に製造するための付加製造装置の概略図を示す。

【図7】本発明の一実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法によって作成された硬化層のスタックの概略頂面図を示す。

【図8】本発明の一実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法で使用される露光ビームのスポットを生成するためのソースの概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

概して、例えば、砥石ホイール上の研磨材は、結合された砥粒からなる。様々な研削加工及び研磨加工において、砥石の回転は、不規則な切削挙動及びびびりを回避するために、強固且つ良好な精度のものとすべきである。更に、工作物の良好な最終プロファイルを得るために、砥石ホイールの正確なフォーム（すなわち形状）も望まれる。砥石ホイールの正確なフォームを形作ることは、プロファイリング又はドレッシングとしてより一般的に知られるプロセスである。ほとんどの研削プロセスでは、砥石ホイールのフォーム（及び振れ）の精度は、μｍのオーダーであるべきである。

【0010】

しかしながら、砥石ホイールの耐摩耗性により、砥石ホイールの正確なプロファイリング又はドレッシングは、依然として困難であることが判明している。この困難さのために、高研磨砥石ホイールの生産には比較的時間及び費用がかかる。

【0011】

そのため、この欠点を克服し、砥石ホイール及び同様の研磨物品を、高精度のフォームを有するものの、簡単且つあまり時間のかからない方式で製造する手法を提供する必要がある。

【0012】

更に、ほとんどの製造プロセスの出発製品は、通常、（研磨）粒子の粉体であるため、製造プロセスにより柔軟性を与えるために、他の出発製品を利用することが望ましい。

【0013】

本発明の実施形態は、研磨物品を層毎の方式で製造するための付加製造の方法を提供し、この付加製造法を用いて、高精度のフォームを有するものの、生産が容易であり、配送時間及び費用が削減される研磨物品をプロファイリング又はドレッシングする。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態による、研磨物品１を層毎に製造するための付加製造の方法の概略図を示す。図示の実施形態では、本方法は、スラリー４の層を堆積させることを含み、スラリー４は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む。スラリー４の層は、例えば、プラットフォーム又は基板２上に堆積させることができる。液体と研磨粒子とを含む混合物は、研磨物品１の（印刷された）研磨材を最終的に形成する。

【0015】

例えば、粉体を使用する代わりに、スラリー４が研磨材１を層毎に製造するための出発製品であり、混合物中の液体に応じてペースト、樹脂、分散体、懸濁体などとして実装され得る。非限定的な例として、スラリー４は、光重合性材料を含む樹脂、例えば研磨粒子を有するポリマーを含み得る。

【0016】

例示的な範囲として、混合物は、（概して）１０～７０体積％の粒子含有量を有し得る。この粒子含有量は、非常に均質なスラリー４の層を加工すること及び混合物中の粒子の安定した分散を可能にする。研磨粒子に加えて、一般的な粒子含有量は、例えば、砥粒又は充填剤を支持する他の粒子を含み得ることが指摘される。

【0017】

混合物中の研磨粒子含有量の範囲は、製造される研磨物品１によって異なり得る。研磨粒子のみを含む研磨物品１について、混合物は、例えば、１２．５～５０体積％の研磨粒子含有量又は一次研削若しくは磨き砥粒を有する研磨物品１の場合には更に１０％未満の研磨粒子含有量を有し得る。

【0018】

（混合物中の）研磨粒子の直径も研磨物品１及び硬化されるスラリー４の層の大きさに応じて異なり得る。例示的な範囲として、直径は、１０００μｍ～０．１μｍ又はより具体的な範囲では更に例えば２００μｍ～４μｍであり得る。図１に示される実施形態では、本方法は、スラリー４の新たな層を堆積させる前に、スラリー４の層を硬化させるために、スラリー４の層上に放射源６を適用することを更に含む。すなわち、スラリー４は、放射源６の露光によって硬化及び固化され、硬化されたスラリー４の層は、（未硬化の）スラリー４の縞模様部分として図１に概略的に示されている。

【0019】

このスラリー４の層上に放射源６を適用する工程と、そこからスラリー４の層を硬化させる工程とは、単一工程プロセスを含み得ることに留意されたい。

【0020】

放射源６は、スラリー４（の層）を硬化させることが可能な任意の適切なタイプの放射、例えば可視光線、紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）を含み得る。ある実施形態では、放射源６は、スラリー４の層の特定部分に局所化され得、且つ／又は高エネルギー放射源６を含み得る。

【0021】

非限定的な例として、放射源は、それぞれ任意選択でデジタル光プロセッサと組み合わされる、発光ダイオード（又はＬＥＤのアレイ）、レーザビーム又はランプなど、要求される波長範囲で動作する任意の放射源から選択され得る。高エネルギー放射源として電子ビーム源も使用され得る。

【0022】

更に、この実施形態では、図１に放射源６の回転方向を示す丸い矢印によって示すように、放射源６は、回転露光を含む。別の言い方をすれば、放射源６は、スラリー４の層を硬化させるためにスラリー４の層に適用される間、回転する。

【0023】

更に、回転露光は、スラリー４の層上を（図１の基板２の左右の矢印によって示されるように）移動して、スラリー４の層上で回転露光の中心から外れた（すなわち横方向の）移動も提供し、硬化されるスラリー４の層のフォームをプロファイリングする（すなわち描画する）ことができる。更に又は代わりに、放射源６も、示される方向に横方向に（基板２の平面に平行に）移動することができる。

【0024】

放射源６の回転露光により、高精度のフォームを有し、対称性が高い硬化されたスラリー４の層が提供される。硬化されたスラリー４の層は、少なくとも部分的に研磨物品１であるため、最終的な研磨物品１も高精度のフォームを有し、対称性が高く製造され、優れた品質のものとなる。より一般的な表現では、本明細書に記載する本発明の実施形態は、研磨物品１を層毎に製造するための付加製造の方法であって、スラリー４の層を堆積させることであって、スラリー４は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、堆積させることと、スラリー４の新たな層を堆積させる前に、スラリー４の層を硬化させるために、スラリー４の層に放射源６を適用することとを含み、放射源６は、回転露光を含む、方法に関する。これにより、（例えば、粉体の代わりに）スラリー４を出発材料として使用して、高精度のフォームを有し、対称性が高い研磨物品１を製造する改良された方法が提供され得る。これにより、信頼性の高い付加製造（印刷）プロセスによって適切に層毎に製造される優れた品質の研磨物品１が提供され得、それにより生産が容易になり、生産時間及び関連コストが減少する。

【0025】

本明細書中に記載される本発明の実施形態に関連する方法の有利な特性を詳述するために、以下の非限定的な例を提供する。スラリー４の層は、例えば、プラットフォーム又は基板２上に堆積される。例示的な例として、研磨粒子サイズに対して調整されたスラリー４の層の適切な厚さは、３００μｍ未満、例えば５μｍであり得る（直径１μｍの研磨粒子）。スラリー４の層は、最終的な研磨物品１の最初の層又は後続層（すなわち研磨物品１の層が既に印刷されている）であり得る。回転露光を含む放射源６がスラリー４の層上に適用され、スラリー４の層を、高精度のフォームを有し、対称性が高くなるように硬化及び固化し、それにより研磨物品１の層が印刷される。その後、スラリー４の新たな層がプラットフォーム又は基板２上に堆積される。

【0026】

上記の非限定的な例で説明したような工程のサイクルは、その後、研磨物品１を適切に層毎に印刷し、積層するために繰り返され、各硬化されたスラリー４の層は、高精度のフォームのもの且つ対称性が高いものである。

【0027】

放射源６の適用はまた、研磨物品１の硬化材料の特定のパターンを提供するために、例えばオンオフ変調を用いて時間制御され得ることに留意されたい。一例として、本発明の実施形態によって提供される研磨物品１は、半径方向に延びる溝によって分離された、半径方向に間隔を開けて配置された研削面を有する砥石ホイールを含み得る。

【0028】

図１に示される実施形態では、本方法は、基板２上に堆積されたスラリー４の層を、基板２を移動させることによって搬送することを更に含む。詳細に述べると、スラリー４の層は、基板２上に堆積され、基板２自体の動き（図１に基板２上の矢印により示される方向）により、放射源６による硬化のための位置に搬送される。その後、残った未硬化のスラリー４は、基板２によって運び去られ、これと連携して新規のスラリー４の層が基板２上に堆積され、放射源６による硬化のための位置に向けて搬送される。

【0029】

すなわち、本発明の実施形態では、スラリー４の層を堆積させて搬送するためのコンベヤベルト状の配置が記述され、研磨物品１の効率的且つ生産的な製造がもたらされる。基板２は、透明基板２及び／又は箔基板２を含み得る。

【0030】

更なる実施形態では、本方法は、スラリー４の新たな層を堆積させるために、硬化されたスラリー４の層を引き離すことを更に含む。更に詳細に説明すると、固化すると、硬化されたスラリー４の層は、例えば、ステージによって例えばプラットフォーム又は基板２から引き離される。これにより、最近硬化されたスラリー４の層と基板２との間に隙間を残し、この隙間に新規のスラリー４の新たな層を充填し、これを硬化させて、研磨物品１を効率的な層毎の方式で積層し、印刷することができる。

【0031】

スラリー４を搬送すること及び硬化されたスラリー４の層を引くことに関する他の実施形態についての更なる情報は、国際公開第２０１５／１０７０６６号パンフレットに記載され得る。

【0032】

一実施形態では、回転露光は、回転ビームを含む。回転ビームを使用することにより、研磨物品１の形状は、更により正確なフォームに描画及びプロファイリングされ得る。例えば、円形フォームに関して、回転ビームは、円の丸みを適切な方式で自然にプロファイリングし、円周及び直径は、回転ビームの大きさ、例えば回転ビームの長さによって決定され得る。

【0033】

そのために、図２Ａ～図２Ｃは、本発明の方法の３つの例示的実施形態による、スラリー４（の層）を硬化させるための回転ビームの頂面図を示す。

【0034】

図２Ａに示される実施形態では、回転ビームは、回転スポット６１を含む。回転スポット６１は、焦点６１ａ（回転スポット６１の中心に位置する）を含み、それにより、回転スポット６１は、スラリー４の層に適用され、焦点６１ａの周りで回転し得る。

【0035】

回転スポット６１は、所定の位置で静止したままであり得、回転スポット６１の大きさは、例えば、研磨物品１の円形フォームをプロファイリングするために変化され得る。その焦点６１ａの周りで回転するにつれて大きくなる（円形の）回転スポット６１は、次第に大きくなる円の丸みを自然にプロファイリングする。特に、回転スポット６１の変化する大きさは、スラリー４の層上の異なる位置に小さい円形フォーム（例えば、小さいホイール）を印刷するのに適している場合がある。

【0036】

代わりに、図２Ｂに示される実施形態では、回転スポット６１は、スラリー４の層上で動き回って研磨物品１の形状を形成し得る。すなわち、フォームは、回転スポット６１によって描画される。例えば、回転スポット６１は、スラリー４の層の中央点（図２Ｂに「十字線」として示される）の周りで円運動において移動し、円形フォームをプロファイリングし得る。

【0037】

そのため、単一の回転スポット６１（図２Ａ～図２Ｂに記載及び図示）は例示的な実装形態であり、回転ビームは、２つ以上の回転スポット６１を含み得ることに留意されたい。例えば、２つの回転スポット６１は、例えば、ホイールの内径及び外径を製造するために、円形フォームを有する研磨物品１の内径及び外径をプロファイリングし得る。

【0038】

更なる例示的実施形態では、回転スポット６１は、スラリー４の層上に適用され、追加的に焦点６１ａの周りで回転し得る。

【0039】

図２Ｃに示される実施形態では、回転ビームは、回転線６２の端点６２ａの周りで回転する回転線６２を含む。このようにして、例えば円形フォームをプロファイリングするために、この実施形態では、回転線６２をその端点６２ａの周りで回転させると円の丸みを自然に描画することができるように、回転線６２は、円の「半径」であり得る。

【0040】

代わりに、図２Ｄに示される実施形態では、回転ビームは、回転線６２の中心点６２ｂの周りで回転する回転線６２を含む。この場合にも、例えば円形フォームをプロファイリングするために、この図２ｃの実施形態では、回転線６２をその中心点６２ｂの周りで回転させると円の丸みを自然に描画するように、回転線６２は、円の「直径」であり得る。

【0041】

ある実施形態では、図２Ｃ～図２Ｄに示すように、回転線６２は、各端点６２ａ及び中心点６２ｂの周りで回転する部分回転線６２ｃを含み得る。部分回転線６２ｃは、（図２Ｃ～図２Ｄに全回転線６２上の点線間に示されるように）回転する全回転線６２の一部であり、全回転線６２の残りは、所定の位置で静止したままであり得るか又は更に存在しなくてもよい。これは、印刷プロセス中、スラリー４の層の一部が未硬化のままとなるように、例えば研磨物品１の一部に中空部分又は穴を設けるのに有利な場合がある。

【0042】

（図２Ａ～図２Ｄに示すような）回転ビームに関して説明した実施形態は、例示的実施形態であり、回転ビームの別の実装形態も可能であることに留意されたい。例えば、異なるフォーム（正方形、楕円形、三角形など）がプロファイリングされ得、回転スポット６１又は回転ビーム６２の大きさ、長さ及び厚さ等も、スラリー４（の層）を硬化させるためにスラリー４（の層）に適用される間、現場で変化され得ることが想定される。更に、図２Ｂ及び図２Ｃの実施形態では、端点６２ａと中心点６２ｂとは、それぞれ回転線６２の異なる位置にあり得る。

【0043】

更なる例示的実施形態では、放射源６は、溶融又は焼結プロセスを使用してスラリー４の層を硬化させるためのレーザを含む。すなわち、硬化プロセス中にスラリー４の層中の研磨粒子を共に（完全に）溶融又は焼結し、その後、硬化されたスラリー４の層を形成する選択的レーザ溶融法又は選択的レーザ焼結法が使用され得る。

【0044】

図３は、本発明の有利な実施形態によるスラリー４の層の概略図を示す。この有利な実施形態では、前の硬化されたスラリー４の層の断面積４ａは、後の硬化されたスラリー４の層の断面積４ｂと異なる。別の言い方をすれば、最終的な研磨物品１が層毎に積層及び印刷されるだけでなく、回転露光の大きさを変化させることにより、回転露光によって露光及び硬化されるスラリー４の層の断面積４ａ、４ｂが次第に大きくなるか又は小さくなる。したがって、研磨物品１の層は、最終フォームの所望の断面積が得られるまで次第に大きくなる断面積４ａ、４ｂを有して印刷される。更に、前層よりも小さい又は大きい後続層を有することが可能であり、半径プロファイル、凹状プロファイル又は任意の他の自由形状を有する研磨物品１を得ることを可能にする。

【0045】

このようにして、研磨物品１は、更により効率的な層毎の方式で印刷及び積層され得、それにより、その断面積は、スラリー４の各（堆積された）層に関して高い精度で調整され得る。

【0046】

したがって、図３に示される更に別の実施形態では、断面積４ａ、４ｂは、円形断面積を含む。図３を参照すると、（実質的に）円形フォームを含む研磨物品１に関して、例えば回転露光の半径を変えることにより、後続のスラリー４の層の断面積４ｂは、先行する（硬化された）スラリー４の層の断面積４ａと異なる。これは、それぞれの堆積されたスラリー４の層に対して実施され得、研磨物品１は、異なる半径で積層される。

【0047】

例示的実施形態では、硬化されたスラリー４の層の解像度は、５μｍ未満、例えば１μｍである。本明細書中に既に記載したように、最終フォームの精度は、μｍのオーダーであるべきである。従来技術の方法では、その精度は、研磨物品の層に向けられる照明又はエネルギー源のピクセルサイズによって限定され、数十ミクロンのオーダー、例えば５０μｍである。スラリー４の層に回転露光を適用することにより、フォームは、露光の回転によって描画され、精度は、ピクセルサイズによってもはや限定されず、例えばミクロン精度の非常に高解像度の硬化されたスラリー４の層がもたらされる。

【0048】

スラリー４の層は、例えば、直径１００μｍを有するより大きいサイズの研磨粒子を含む混合物を含み得るものの、この実施形態では、硬化されたスラリー４の層に回転露光を適用することにより、解像度は、依然として５μｍ未満、例えば１μｍであり、フォームは、依然として高精度で正確であるが、当然のことながら、より大きいサイズの研磨粒子のために、硬化されたスラリー４の層により「表面粗さ」が生じる可能性があることに言及することに注目すべきである。

【0049】

更なる例示的実施形態では、研磨粒子は、ダイヤモンド粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、ボラゾン粒子、金属粒子、セラミック粒子、ガラス粒子、粉体粒子及び／若しくは前駆体又は焼結助剤粒子の１つ以上を含み、研磨物品１を層毎に製造するための多様な材料の使用を可能にする。この実施形態で説明されるように、研磨粒子は、適切な研磨特性を有し、スラリー４中の研磨粒子として、粒子の任意の複合体又は組み合わせ、例えばダイヤモンド及び金属粒子の複合体が使用され得ることに留意されたい。例示的な例として、金属粒子は、黄銅／又は鋼結合粒子を含み得る。

【0050】

更に別の例示的実施形態では、スラリー４は、スラリー４の新たな層のための異なる組成物を含む。すなわち、異なるスラリー組成物が研磨物品１の新たな層に対して使用され、それにより異なる組成物の層を含む研磨物品１がもたらされる。これは、研磨物品１の異なる層に粒度の異なる構造体又は研削砥粒を提供する、特に予備研削工具と磨き工具とを組み合わせたものを製造するのに有利である。

【0051】

更に別の実施形態では、スラリー４は、結合剤、任意選択の充填剤及び／又は添加剤を更に含む。結合剤は、スラリー４の硬化前及び／又は硬化中、スラリー４中の研磨粒子間の凝集力を向上させて、研磨粒子の配列を強化することができる。任意選択の充填剤及び添加剤により、スラリー４の特定の特性を向上させて、その硬化を強化し、それにより更に良好な品質の最終研磨物品１を提供することができる。結合剤、任意選択の充填剤及び／又は添加剤（例えば、焼結助剤）は、当業者に周知の任意の適切な材料を、これらの材料が含まれる場合、本明細書中に記載される方法実施形態の工程が実行され得ると仮定して含み得、使用され得る。例示的な例として、任意選択の充填剤は、炭酸カルシウム、ガラス、コランド及び／又はシリコンカーバイドを含み得る。更なる例示的実施形態として、印刷プロセス後に焼結工程を追加して、最終製品にガラス化した材料又は金属結合材料を提供し得る。更なる態様によれば、本発明は、本明細書中に記載される実施形態のいずれか１つによる研磨物品１を含む研磨作業工具１１を製造するための付加製造方法にも関する。研磨作業工具１１は、固定研磨プロセス（研削、ホーニング、サンディングなど）及び遊離研磨プロセス（磨き、ラッピングなど）を含む研磨物品１を使用した任意の砥粒加工プロセスで使用するように構成される。更に、研磨作業工具１１は、砥粒加工プロセスのための任意の適切な作業工具を含み得、例示的な例としては、サンディングペーパー、研磨ディスク、研削ニードル及び研削パッドが挙げられる。

【0052】

図４は、本発明の一実施形態による研磨工具１１の概略図を示す。（図４に示される）実施形態では、研磨工具１１は、本体１３と、研磨物品１を含む研磨リム１４とを含む砥石ホイール１２を含む。砥石ホイール１２の円形形状は、正確なフォームで製造され得、本体１３及び研磨リム１４の両方は、本明細書中に記載される方法実施形態のいずれか１つによって適切な層毎の方式で製造及び印刷され得る。

【0053】

研磨物品１を含む研磨リム１４は、研削のための任意の適切な研磨粒子を含み得、すなわち能動的な研削のための研磨工具１１の研磨部分である。更に、図３に示すように、研磨リム１４は、本体１３の周縁部に設けられる。

【0054】

研磨リム１４を含む砥石ホイール１２は、砥石ホイールの周縁部（すなわち研磨リム１４）が被加工物に接触して、例えば平坦な表面を生成する周辺研削プロセスに適している場合がある。

【0055】

これを念頭に置いて、図４に示される特定の実施形態では、研磨リム１４は、研磨物品１の少なくとも１つの層の厚さｔを有する。例えば、研磨物品１の１つの層の厚さが５μｍである場合、研磨リム１４は、５μｍの厚さｔを有する。例示的な範囲として、厚さｔは、３～１０ｍｍであり得る。ある実施形態では、図４に示すように、砥石ホイール１２は、少なくとも１ｍｍ、例えば２５０ｍｍの半径ｒを有する。本明細書中に記載される方法実施形態を使用すると、１０００ｍｍを超える半径ｒを有する砥石ホイール１２を製造することが可能である。

【0056】

研磨工具１１に関する更なる特定の実施形態では、本方法は、（図４に示すように）研磨工具１１にボア１５を形成することを更に含む。当業者に周知のように、ボア１５は、研磨工具１１を例えば研削盤のスピンドルに取り付けることを可能にし得る。付加製造プロセス中にボア１５を形成することにより、これにより例えば研磨工具１１が既に印刷及び製造された後にボア１５を形成するための別個の外部工程を有することなく、そのような研磨工具１１の製造を更に一層簡略化することができる。

【0057】

研磨工具１１に関連する他の実施形態では、本方法は、例えば、研削盤の研削リングシャフトとのアライメントのための支持リング要素１６を研磨工具１１上に形成することを更に含む。

【0058】

研磨リム１４を含む砥石ホイール１２に関連する実施形態は、例示的実施形態であり、砥石ホイール１２上の（能動）研磨部分の他の可能な実装形態も想定され得ることを重ねて述べる。例えば、図５に示される更に別の例示的実施形態では、砥石ホイール１２は、研磨物品１を含む研磨面リム１７を含み得る。研磨面リム１７は、砥石ホイール１２の表面、例えば外面に設けられ得る。そのような研磨面リム１７は、砥石ホイールの面（すなわち研磨面リム１７）が被加工物の平坦面又は曲面に接触した状態で使用される、例えば砥石ホイールの面が凹又は凸（光学）面に対して角度を成す正面研削プロセス（例えば、光学用途及び磨き用途）に適している場合がある。図４に関して本明細書中で記載した実施形態と同様に、研磨面リム１７は、研磨物品１の１つの層の厚さｔ（例えば、５μｍ）及び少なくとも１ｍｍ（更に１０００ｍを超える）半径も有し得る。

【0059】

他の可能な実装形態は、全体研磨面（すなわち砥石ホイール１２の全面が研磨物品１を含む）を含む砥石ホイール１２又は更に全体が研磨物品１を含む（すなわち本体１３及び研磨リム１４（又は研磨面リム１７）の両方が研磨物品１を含む）砥石ホイール１２を含む。

【0060】

更に、本明細書中に記載される方法実施形態に関して、研磨物品１は、気孔及び冷却構造を含み得る。これらは、例えば、より大きいサイズの研磨粒子を含むスラリー４の層を堆積させることによって製造され得る。

【0061】

更に、本明細書中に記載される方法実施形態に関して、新規のスラリー４の新たな層を堆積させるためにスラリー４の未硬化部分を除去する更なる工程が実施され得る。未硬化のスラリー４は、例えば、運び去られること又はスクレーパにより掻き取られることによって除去され得、未硬化のスラリー４は、再利用され得、効率的な付加製造のための廃棄スラリー４の減少及びそのより良好な再利用につながる。

【0062】

研磨物品１が印刷された後に追加の（熱）処理を適用するために、（本明細書中に記載される方法実施形態に対する）追加の工程が実施され得る。追加の（熱）処理の種類は、最終的な結合の種類に依存し、一例として、金属の樹脂結合剤の潜在的な熱硬化並びにセラミック／ガラス質結合剤の脱バインダ処理及び焼結が適用されて、最終的な結合系に至る場合がある。スラリー４の層上の放射源６を少なくとも部分的に遮断するために、スラリー４の層に実質的に平行に、且つ放射源６とスラリー４の層との間に配置されるマスキングスクリーンを提供するために更に別の方法工程が実施され得る。マスキングスクリーンは、高解像度及び高精度の硬化されたスラリー４の層を提供するために、例えばμｍのオーダーのスリットも含み得る。

【0063】

上記の方法実施形態は、研磨物品１を層毎に製造するための付加製造装置を使用して実施され得る。図６の本発明の装置の実施形態の概略図に示すように、装置は、基板２と、基板２上にスラリー４の層を堆積させるように配置されたスラリー堆積機７であって、スラリー４は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、スラリー堆積機７と、スラリー４の新たな層を堆積させる前に、スラリー４の層を硬化させるために、スラリー４の層に放射源６を適用するように配置された放射ユニット８とを含み、放射源６は、回転露光を含む。

【0064】

上記の方法実施形態と同様に、基板２は、透明基板及び／又は箔基板２を含み得、スラリー４は、ペースト、樹脂、分散体、懸濁体などとして実装され得、混合物は、液体と、（印刷された）研磨物品１を最終的に形成する研磨パーティーとを含む。放射源６によって硬化されるスラリー４の層（の一部）は、（未硬化のスラリー４の）縞模様部分として図６に示される。

【0065】

更なる実施形態（図６に示される）では、放射ユニット８は、レーザデバイスを含み、レーザデバイスは、スラリー４の層を硬化させるための任意の適切なレーザを含み得る。例示的な例として、レーザデバイスは、パルス又は連続波レーザ出力を有する固体レーザ若しくは半導体レーザ又は更に放射源６を（パターン化された）線量で適用するためのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）レーザを含み得る。

【0066】

図６に示される更に別の実施形態では、本発明の装置は、研磨物品１を少なくとも部分的に表す１つ以上の硬化されたスラリー４の層を保持するように構成されたステージ３を更に含む。図１に示すように、ステージ３は、基板２に対して移動可能に配置され、１つ以上の硬化されたスラリー４の層のＸ－Ｙ－Ｚ位置を制御することができ、Ｚ位置は、基板２に垂直なステージ３の高さ位置（すなわち、ステージ３は、基板２から上昇し、基板２に向けて下降する）であり、Ｘ－Ｙ位置は、基板２に対して平行である。

【0067】

Ｚ位置を制御することにより、ステージ３は、放射源６が適用されるそれぞれ前及び後に、１つ以上の硬化されたスラリー４の層を基板２上の（新規の）スラリー４の層と接触させること及び接触させないようにすることができる。このサイクルを繰り返して、研磨物品１を適切な層毎の方式で積層することができる。ステージ３のＸ－Ｙ位置を制御することにより、ステージ３上の１つ以上の硬化されたスラリー４の層は、新規の堆積されたスラリー４の層と接触する前（又は更にその間／後）に基板２に対して平行に正確に配置され得る。

【0068】

図６に示される例示的実施形態では、本発明の装置は、基板２を供給し、移動させ、受け取るための基板ハンドリングシステム２０、２１を更に含む。基板ハンドリングシステム２０、２１は、基板制御ユニット２０及び基板ローラ２１を含む。基板ローラ２１は、図６の基板ローラ２１上の方向矢印によって示されるように、基板２を移動させるために回転可能に配置された基板供給ロール及び基板受け取りロールを含む。基板制御ユニット２０は、基板ローラ２１の回転を、そのパラメータ、例えば速度及び開始／停止コマンドを含めて制御することができる。

【0069】

本明細書に記載されるように、スラリー４の層は、それを硬化させるために基板２上に堆積される。したがって、基板ハンドリングシステム２０、２１を有することにより、スラリー４の効率的な搬送（及びその可能な除去）が提供される。基板ハンドリングシステム２０、２１に関する他の実施形態についての更なる情報は、国際公開第２０１５／１０７０６６号パンフレットに記載され得る。

【0070】

図６に示される本発明の装置の更に別の例示的実施形態では、装置は、スラリー堆積機７と放射ユニット８とに接続された制御ユニット９を更に含み、制御ユニット９は、本明細書中に記載される本発明の方法実施形態のいずれかの工程を実行するように構成される。これにより、研磨物品１の付加製造のプロセスを自動的に制御することを可能にし得る。例示的な例として、制御ユニット９は、予め決定された（層）量のスラリー４を基板２上に堆積させるようにスラリー堆積機７を制御することができ、且つ／又はスラリー４の層上に放射源６を予め決定された時間（すなわち特定の長さの露光時間）にわたって適用するように放射ユニット８を制御することができる。図示の実施形態では、放射源６は、研磨物品１上のスポットが、明確に定義された半径によって研磨物品の部品を「書き込む」ための移動円パターンとして提供されることを示すために、中心から外れた状態で示されている。

【0071】

他の可能な例として、制御ユニット９の実施形態を、ステージ３に関して本明細書中に記載される実施形態と組み合わせることができる場合、１つ以上の硬化されたスラリー４の層のＸ－Ｙ－Ｚ位置を制御することができる。例えば、制御ユニット９は、ステージ３に接続され得（図１を参照されたい）、ステージ３のＺ位置を、新規の堆積されたスラリー４の層と接触するように下降させ、硬化後にスラリー４の層から上昇させるように制御することができる。

【0072】

同様に、更に別の可能な例では、制御ユニット９の実施形態を、本明細書中に記載される基板ハンドリングシステム２０、２１の実施形態と組み合わせることができる場合、基板２上に堆積されたスラリー４の層を搬送するように基板２の供給を制御することができる。例えば、制御ユニット９は、図１に示すように、基板制御ユニット２０に接続され得、基板２上のスラリー４の層の搬送を制御し得る。

【0073】

更に別の実施形態では、装置は、例えば、基板２の表面と相互作用するワイパの形態のスラリーハンドリングアセンブリを備え得る。スラリーハンドリングアセンブリは、各堆積層から未使用のスラリーを（再）回収し、例えばスラリー材料を再調整するようにも配置される。特に、スラリー組成物が高価な材料（例えば、ダイヤモンド又は他の超砥粉）を含む場合、スラリーハンドリングアセンブリによるスラリー材料の再利用により、高いコストメリットがもたらされる。

【0074】

図７は、本発明の一実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法によって作成された硬化層のスタックの概略頂面図を示す。

【0075】

この実施形態では、放射源６は、少なくとも放射に曝露されるスラリー４の層のレベルにおいて、実質的に非円形の断面を有するビームを発生させるように構成される。

【0076】

一例として、ビームの矩形スポットを使用して硬化層を作成するが、スポットは、例えば、正方形、楕円形、菱形、三角形などとして概説した異なる形状も有し得る。

【0077】

本方法は、スラリー４の層が、スポットが固定されるが、所定の向きにある間にスポットからの放射に曝露されることを含む。このようにして、形成される研磨物品１の第１の硬化層６３は、放射スポットと実質的に同じ形状で印刷される。次の工程において、このプロセスは、研磨物品の第１の硬化層６３の上に次のスラリーの層を提供し、このスラリーの層をスポット６３内の放射に曝露させることによって繰り返される。この実施形態によれば、この次の工程において、スポットは、スポットの中心６４の周りで所定の角度αにわたって回転される。その結果、研磨物品の次の硬化層６３ａは、研磨物品の第１の硬化層と同じ形状を有するが、所定の角度αにわたって回転する。

【0078】

複数の硬化層に関して１つの層から次の層へと繰り返すことにより、所定の角度の大きさ及び研磨物品の層数に応じて層間のオーバラップ部が円形形状を有するか又は円形形状に近い、相互に回転した研磨物品の硬化層のスタックが形成される。図７は、第１の層６３（実線）、第２の層６３ａ（一点鎖線）及び第３の層６３ｂ（破線）に関する層（又はスポット位置）のスタックの構造を概略的に示す。円形のオーバラップ部に近づけるために、任意の数の硬化層並びにスポットの形状及び対称性に応じて適切に選択された１つの層から次の層への回転角度に関して、層毎の露光を繰り返すことができることが理解されるであろう。

【0079】

図８は、本発明の一実施形態による、研磨物品を層毎に製造する方法で使用される露光ビームのスポットを生成するためのソースの概略図を示す。

【0080】

この実施形態によれば、放射源６は、ＬＥＤ又はレーザデバイスを含み得る複数のアドレス指定可能な光ビーム源７２、すなわちピクセルを有する光源マトリックス７０を含む。

【0081】

放射源は、形状に対応するパターン７４に従って光ビーム源７２を作動させることによって提供され得る任意の形状のスポットを生成するように構成される。

【0082】

パターンは、マトリックス７０内で光ビーム源を選択することによって作成される。パターンは、スポットを画定する開いた輪郭又は塗りつぶされた輪郭のいずれかであり得る。マトリックスの解像度が十分である（すなわちマトリックス内に比較的多数のピクセルを有する）場合、パターンは、円形ドット、円環、楕円、円弧、矩形ブロック又は輪郭線等になり得る。

【0083】

一例として、図８は、８×８のアドレス指定可能なピクセルを有する光源マトリックス７０を示す。しかしながら、マトリックスの他のピクセルサイも実現可能である。特に、ピクセル数が大きくなるほど、生成されるスポット及びパターンの解像度が高くなる。更に、光源マトリックス内のピクセルは、正方形、矩形、ドット形状などであり得る。

【0084】

図８では、活性化されたピクセル７２は、「×」で示され、この例ではパターン７４として菱形の開いた輪郭を形成する。

【0085】

光源マトリックス上のパターンを回転させることにより、図２Ａ～図２Ｄで説明した回転スポットと同様の効果を達成することができる。更に又は代わりに、図７を参照して説明したように、層毎に成長させた研磨物品の回転層を重ね合わせることにより、円形研磨物品を作成するのと同様の効果を達成することができる。

【0086】

光源マトリックス上のパターンを回転させる代わりに、露光中、光源マトリックス上の固定パターンに対するステージ（ここでは図示せず）の回転を使用して研磨物品を作成することができる。

【0087】

上記では、本発明を、図面に示すいくつかの例示的実施形態を参照して説明した。いくつかの部分又は要素の修正形態及び代替実装形態が可能であり、添付の特許請求の範囲に定義される保護の範囲に含まれる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨物品（１）を層毎に製造するための付加製造の方法であって、
スラリー（４）の層を堆積させることであって、前記スラリー（４）は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、堆積させることと、
スラリー（４）の新たな層を堆積させる前に、前記スラリー（４）の層を硬化させるために、前記スラリー（４）の層に放射源（６）を適用することと
を含み、前記放射源（６）は、プロファイルスポット（６１）を有する回転ビームであって、前記プロファイルスポットを前記スラリー（４）の層の中央点の周りで円運動において移動させるように構成される回転ビームを含む、方法。

【請求項2】

前記ビームは、回転プロファイルスポットを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記放射源（６）は、溶融又は焼結プロセスを使用して前記スラリー（４）の層を硬化させるためのレーザを含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前の硬化されたスラリー（４）の層の断面積（４ａ）は、後の硬化されたスラリー（４）の新たな層の断面積（４ｂ）と異なる、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項5】

前記断面積（４ａ、４ｂ）は、円形断面積を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記硬化されたスラリー４の層の解像度は、５μｍ未満、例えば１μｍである、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項7】

前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、ボラゾン粒子、金属粒子、セラミック粒子、ガラス粒子、粉体粒子及び／若しくは前駆体又は焼結助剤粒子の１つ以上を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項8】

前記スラリー（４）は、前記スラリー（４）の新たな層のための異なる組成物を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項9】

前記スラリー（４）は、結合剤、任意選択の充填剤及び／又は添加剤を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項10】

基板（２）上に堆積された前記スラリー（４）の層を、前記基板（２）を移動させることによって搬送することを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項11】

前記スラリー（４）の新たな層を堆積させるために、前記硬化されたスラリー（４）の層を引き離すことを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項12】

研磨物品（１）を層毎に製造するための付加製造装置であって、
基板（２）と、
前記基板（２）上にスラリー（４）の層を堆積させるように配置されたスラリー堆積機（７）であって、前記スラリー（４）は、液体と研磨粒子とを含む混合物を含む、スラリー堆積機（７）と、
スラリー（４）の新たな層を堆積させる前に、前記スラリー（４）の層を硬化させるために、前記スラリー（４）の層に放射源（６）を適用するように配置された放射ユニット（８）と
を含み、前記放射源（６）は、前記スラリー（４）の層の中央点の周りで円運動において移動するように構成された回転可能なプロファイルスポット（６１）を有する回転ビームを含む、付加製造装置。

【請求項13】

前記ビームは、回転スポットを有する、請求項１２に記載の付加製造装置。

【請求項14】

前記放射ユニット（８）は、レーザデバイスを含む、請求項１２又は１３に記載の付加製造装置。

【国際調査報告】