(57)【要約】      （修正有）【課題】工具刃および工具刃の製造方法を提供する。【解決手段】裏当てストリップ１２を与え、粉末形態の結合材料１４，１６を裏当てストリップの上に滝状に落とし、研磨粒子２６を供給し、結合材料の粉末１４，１６を放射線源２４からの放射線のビーム２２で加熱することにより、研磨粒子２６を裏当てストリップ１２に結合する結合層を形成する。前記放射線源２４からの放射線ビーム２２を用いて、結合層の不連続な領域を、刃１０に沿う歯として形成する。前記結合材料は、典型的にはろう付け材料である。【選択図】図１
2017052087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具刃を製造する方法であって、
裏当てストリップを与え、
粉末形態の結合材料を前記裏当てストリップの上に滝状に落とし、
研磨粒子を供給し、
前記結合材料の粉末を放射線のビームで加熱することにより、前記研磨粒子を前記裏当てストリップに結合する結合層を形成する、方法。
【請求項２】
前記放射線のビームを前記刃に対して走査する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放射線のビームを用いて、前記刃に沿う歯として結合層の不連続な領域を形成する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記放射線はレーザ放射線である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記結合層を、前記裏当てストリップに結合された領域と前記研磨粒子に結合された領域との間で変化している少なくとも１つの特徴を有するように形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記結合層の形成のための少なくとも１つの形成条件を、前記結合層が形成されているときに変化させて、変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層を形成する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記形成条件または各形成条件を、前記結合層の少なくとも一部分が形成されているときに連続的に変化させて、前記結合層の前記一部分を通して連続的に変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層を与える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記形成条件または各形成条件を、前記結合層の少なくとも一部分が形成されているときに段階的に変化させて、前記結合層の前記一部分を通して段階的に変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層を与える、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記結合層が形成されているときに、以下の形成条件
（ａ）前記結合材料の組成、
（ｂ）前記結合層の表面の温度、
（ｃ）前記放射線の強度、
（ｄ）前記放射線の持続時間、
（ｅ）前記放射線がパルス状のときの前記放射線のデューティサイクル、
（ｆ）前記放射線の周波数または波長、
（ｇ）前記放射線の焦点位置、
（ｈ）前記放射線の焦点の形状またはサイズ、
（ｉ）前記放射線の入射または後退角度、
（ｊ）前記放射線の走査速度、
のうちの少なくとも１つを変化させる、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記結合材料は、２つ以上の粉末で構成され、前記結合材料の組成を、前記粉末の比率を変化させて前記粉末を送達することによって変化させる、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記結合材料を、ともに送達するために混合物として供給する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合材料を別々に送達する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記結合層の複数の領域が１つの結合材料で構成されている、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記結合材料は延性ろう付け材料を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記延性ろう付け材料は結合材料と組合わせて供給する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記延性ろう付け材料を、前記結合層の、前記裏当てストリップに結合された領域に与えて、前記裏当てストリップとの耐応力性結合を与える、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
延性の領域は研磨粒子を含む、請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記結合材料は、前記刃の使用中の、前記結合層の材料の内部における熱膨張差を吸収できる熱特性を有する材料を含む、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記熱材料を、前記結合層の、前記裏当てストリップに結合された領域と前記刃の使用中に露出する領域との間の中間領域に与える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記中間領域は研磨粒子を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記結合材料は硬質ろう付け材料を含む、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記硬質ろう付け材料はニッケルろう付け材料である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記硬質ろう付け材料を、前記結合層の、前記刃の使用中に露出し研磨粒子を含む領域に与える、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記研磨粒子を、送達のために前記結合材料と混合する、請求項１〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記研磨粒子を、前記結合材料とは別に送達する、請求項１〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記研磨粒子は、完成した前記刃の端部において前記研磨粒子を露出した状態にしておくのに足るだけ十分に前記結合層が形成されたときにのみ送達する、請求項１〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記研磨粒子は超砥粒材料である、請求項１〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
異なる材料の研磨粒子の混合物を使用する、請求項１〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、または炭化タングステンである、請求項１〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記研磨粒子を被覆して前記結合層との結合を促進する、請求項１〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記研磨粒子を物理蒸着技術または化学蒸着技術によって被覆する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記研磨粒子を、前記結合材料による前記研磨粒子のぬれ性を促進する材料で被覆する、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記結合材料は、前記放射線に同調して、放射線に晒されたときに前記結合材料内部での急速な加熱を促進する特徴を有する成分を含む、請求項１〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記放射線は、前記同調する成分の吸収ピークに同調する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
１つの形成条件または複数の形成条件を変化させることにより、前記結合層の接着もしくは結合特性および／または熱特性および／または機械的特性を変化させる、請求項１〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記結合層のせん断弾性係数を変化させる、請求項１〜３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記裏当てストリップは鋼鉄である、請求項１〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記結合層の形成前に、前記裏当てストリップに、前記ストリップの端部に沿った歯の基部を形成する、請求項１〜３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
３Ｄプリンタに、請求項１〜３８のいずれかに記載の方法に従って工具刃をプリントさせる、コンピュータで実行可能な命令を含む、コンピュータ読取可能な媒体。
【請求項４０】
工具刃であって、
裏当てストリップと、
結合層を形成する結合材料と、
前記結合層によって前記裏当てストリップに結合された研磨粒子とを含み、
前記結合層は、前記裏当てストリップに結合された領域と前記研磨粒子に結合された領域との間で変化している少なくとも１つの特徴を有する、工具刃。
【請求項４１】
前記結合層は、完成した前記刃の端部に沿って歯を形成している、請求項４０に記載の工具刃。
【請求項４２】
前記特徴または各特徴は、前記結合層の少なくとも一部分を通して連続的に変化している、請求項４０または４１に記載の工具刃。
【請求項４３】
前記特徴または各特徴は、前記結合層の少なくとも一部分を通して段階的に変化している、請求項４０、４１、または４２に記載の工具刃。
【請求項４４】
前記結合材料は延性ろう付け材料を含む、請求項４０〜４３のいずれかに記載の工具刃。
【請求項４５】
前記延性ろう付け材料は、結合材料と組合されている、請求項４４に記載の工具刃。
【請求項４６】
前記延性ろう付け材料は、前記結合層の、前記裏当てストリップに結合された領域にあることにより、前記裏当てストリップとの耐応力性結合を与える、請求項４４または４５に記載の工具刃。
【請求項４７】
前記延性領域は研磨粒子を含む、請求項４４〜４６のいずれかに記載の工具刃。
【請求項４８】
前記結合材料は、前記刃の使用中の、前記結合層の材料の内部における熱膨張差を吸収できる熱特性を有する材料を含む、請求項４０〜４７のいずれかに記載の工具刃。
【請求項４９】
前記熱材料は、前記結合層の、前記裏当てストリップに結合された領域と前記刃の使用中に露出する領域との間の中間領域にある、請求項４８に記載の工具刃。
【請求項５０】
前記中間領域は研磨粒子を含む、請求項４９に記載の工具刃。
【請求項５１】
前記結合材料は硬質ろう付け材料を含む、請求項４０〜５０のいずれかに記載の工具刃。
【請求項５２】
前記硬質ろう付け材料はニッケルろう付け材料である、請求項５１に記載の工具刃。
【請求項５３】
前記硬質ろう付け材料は、前記結合層の、前記刃の使用中に露出し研磨粒子を含む領域にある、請求項５１または５２に記載の工具刃。
【請求項５４】
前記研磨粒子は、完成した前記刃の端部で露出している、請求項４０〜５３のいずれかに記載の工具刃。
【請求項５５】
前記研磨粒子は超砥粒材料である、請求項４０〜５４のいずれかに記載の工具刃。
【請求項５６】
異なる材料の研磨粒子の混合物が使用される、請求項４０〜５５のいずれかに記載の工具刃。
【請求項５７】
前記研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、または炭化タングステンである、請求項４０〜５６のいずれかに記載の工具刃。
【請求項５８】
前記研磨粒子は被覆されて前記結合層との結合を促進する、請求項４０〜５７のいずれかに記載の工具刃。
【請求項５９】
前記研磨粒子は物理蒸着技術または化学蒸着技術によって被覆される、請求項５８に記載の工具刃。
【請求項６０】
前記研磨粒子は、前記結合材料による前記研磨粒子のぬれ性を促進する材料で被覆される、請求項５８または５９に記載の工具刃。
【請求項６１】
前記結合材料は、照射されたときに同調して前記結合材料内部での急速な加熱を促進する特徴を有する成分を含む、請求項４０〜６０のいずれかに記載の工具刃。
【請求項６２】
変化している前記特徴は、前記結合層の接着特性および／または熱特性である、請求項６１に記載の工具刃。
【請求項６３】
前記裏当てストリップは鋼鉄である、請求項４０〜６２のいずれかに記載の工具刃。
【請求項６４】
前記結合層の形成前に、前記裏当てストリップは、前記ストリップの端部に沿った歯の基部を有している、請求項４０〜６３のいずれかに記載の工具刃。
【請求項６５】
添付の図面を参照しながら実質的に先に述べた工具刃の製造方法。
【請求項６６】
添付の図面を参照しながら実質的に先に述べた工具刃。
【請求項６７】
前掲の請求項のうちいずれかに記載の発明と同一の発明の範囲に含まれるかそれに関連するかにかかわらず、本明細書に開示された新たな主題を含む、新たな主題または組合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具刃および工具刃の製造方法に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明の実施例は、工具刃の製造方法を提供する。この方法では、
裏当てストリップを与え、
粉末形態の結合材料を裏当てストリップの上に滝状に落とし、
研磨粒子を供給し、
結合材料の粉末を放射線のビームで加熱することにより、研磨粒子を裏当てストリップに結合する結合層を形成する。
【０００３】
放射線のビームを刃に対して走査してもよい。放射線のビームを用いて、上記刃に沿う歯として結合層の不連続な領域を形成してもよい。
【０００４】
放射線はレーザ放射線であってもよい。
結合層を、裏当てストリップに結合された領域と研磨粒子に結合された領域との間で変化している少なくとも１つの特徴を有するように形成してもよい。
【０００５】
結合層の形成のための少なくとも１つの形成条件を、結合層が形成されているときに変化させて、変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層を形成してもよい。
【０００６】
上記形成条件または各形成条件を、結合層の少なくとも一部分が形成されているときに連続的に変化させて、結合層の上記一部分を通して連続的に変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層を与えてもよい。これに代えて、上記形成条件または各形成条件を、結合層の少なくとも一部分が形成されているときに段階的に変化させて、結合層の上記一部分を通して段階的に変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層を与えてもよい。結合層が形成されているときに、以下の形成条件
（ａ）結合材料の組成、
（ｂ）結合層の表面の温度、
（ｃ）放射線の強度、
（ｄ）放射線の持続時間、
（ｅ）放射線がパルス状のときの放射線のデューティサイクル、
（ｆ）放射線の周波数または波長、
（ｇ）放射線の焦点位置、
（ｈ）放射線の焦点の形状またはサイズ、
（ｉ）放射線の入射または後退角度、
（ｊ）放射線の走査速度、
のうちの少なくとも１つを変化させてもよい。
【０００７】
結合材料は、２つ以上の粉末で構成されていてもよく、結合材料の組成を、粉末の比率を変化させて粉末を送達することによって変化させる。結合材料を、ともに送達するために混合物として供給してもよい。結合材料を別々に送達してもよい。結合層の複数の領域が１つの結合材料で構成されていてもよい。
【０００８】
結合材料は延性ろう付け材料を含み得る。延性ろう付け材料は結合材料と組合わせて供給してもよい。延性ろう付け材料を、結合層の、裏当てストリップに結合された領域に与えて、裏当てストリップとの耐応力性結合を与えてもよい。延性の領域は研磨粒子を含み得る。
【０００９】
結合材料は、刃の使用中の、結合層の材料の内部における熱膨張差を吸収できる熱特性を有する材料を含み得る。熱材料を、結合層の、裏当てストリップに結合された領域と刃の使用中に露出する領域との間の中間領域に与えてもよい。中間領域は研磨粒子を含み得る。
【００１０】
結合材料は硬質ろう付け材料を含み得る。硬質ろう付け材料はニッケルろう付け材料であってもよい。硬質ろう付け材料を、結合層の、刃の使用中に露出し研磨粒子を含む領域に与えてもよい。
【００１１】
研磨粒子を、送達のために結合材料と混合してもよい。研磨粒子を、結合材料とは別に送達してもよい。研磨粒子は、完成した刃の端部において研磨粒子を露出した状態にしておくのに足るだけ十分に結合層が形成されたときにのみ送達してもよい。
【００１２】
研磨粒子は超砥粒材料であってもよい。異なる材料の研磨粒子の混合物を使用してもよい。研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、または炭化タングステンであってもよい。研磨粒子を被覆して結合層との結合を促進してもよい。研磨粒子を物理蒸着技術または化学蒸着技術によって被覆してもよい。研磨粒子を、結合材料による研磨粒子のぬれ性を促進する材料で被覆してもよい。
【００１３】
結合材料は、放射線に同調して、放射線に晒されたときに結合材料内部での急速な加熱を促進する特徴を有する成分を含み得る。放射線は、同調する成分の吸収ピークに同調してもよい。
【００１４】
１つの形成条件または複数の形成条件を変化させることにより、結合層の接着もしくは結合特性および／または熱特性および／または機械的特性を変化させてもよい。結合層のせん断弾性係数を変化させてもよい。
【００１５】
裏当てストリップは鋼鉄であってもよい。結合層の形成前に、裏当てストリップに、ストリップの端部に沿った歯の基部を形成してもよい。
【００１６】
本発明の実施例はまた、３Ｄプリンタに、上記方法に従って工具刃をプリントさせる、コンピュータで実行可能な命令を含む、コンピュータ読取可能な媒体を提供する。
【００１７】
本発明の実施例はまた、工具刃を提供し、この工具刃は、
裏当てストリップと、
結合層を形成する結合材料と、
結合層によって裏当てストリップに結合された研磨粒子とを含み、
結合層は、裏当てストリップに結合された領域と研磨粒子に結合された領域との間で変化している少なくとも１つの特徴を有する。
【００１８】
結合層は、完成した刃の端部に沿って歯を形成していてもよい。
上記特徴または各特徴は、結合層の少なくとも一部分を通して連続的に変化していてもよい。これに代えて、上記特徴または各特徴は、結合層の少なくとも一部分を通して段階的に変化していてもよい。
【００１９】
結合材料は延性ろう付け材料を含み得る。延性ろう付け材料は、結合材料と組合されていてもよい。延性ろう付け材料は、結合層の、裏当てストリップに結合された領域にあることにより、裏当てストリップとの耐応力性結合を与えてもよい。延性領域は研磨粒子を含み得る。
【００２０】
結合材料は、刃の使用中の、結合層の材料の内部における熱膨張差を吸収できる熱特性を有する材料を含み得る。熱材料は、結合層の、裏当てストリップに結合された領域と刃の使用中に露出する領域との間の中間領域にあってもよい。中間領域は研磨粒子を含み得る。
【００２１】
結合材料は硬質ろう付け材料を含み得る。硬質ろう付け材料はニッケルろう付け材料であってもよい。硬質ろう付け材料は、結合層の、刃の使用中に露出し研磨粒子を含む領域にあってもよい。
【００２２】
研磨粒子は、完成した刃の端部で露出していてもよい。
研磨粒子は超砥粒材料であってもよい。異なる材料の研磨粒子の混合物が使用されてもよい。研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、または炭化タングステンであってもよい。研磨粒子は被覆されて結合層との結合を促進してもよい。研磨粒子は物理蒸着技術または化学蒸着技術によって被覆されてもよい。研磨粒子は、結合材料による研磨粒子のぬれ性を促進する材料で被覆されてもよい。
【００２３】
結合材料は、照射されたときに同調して結合材料内部での急速な加熱を促進する特徴を有する成分を含み得る。
【００２４】
上記変化している特徴は、結合層の接着特性および／または熱特性であってもよい。
裏当てストリップは鋼鉄であってもよい。結合層の形成前に、裏当てストリップは、ストリップの端部に沿った歯の基部を有していてもよい。
【００２５】
次に、添付の図面を参照しながら専ら例示を目的として本発明の実施例をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従う方法の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示される方法による工具刃の製造中のさまざまな段階を示す。
【図３】図１の方法において生じさせる変化の重要性を示す。
【図４】図１の方法において生じさせる変化の重要性を示す。
【図５】記載されている通りに形成された刃の刃先を示す。
【図６】記載されている方法によって形成された工具刃の非常に模式的な図である。
【図７】記載されている方法によって形成された工具刃の非常に模式的な図である。
【図８】図５に対応し、代替の刃を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
概要
図１は、図１において全体として１０で示されている工具刃の製造方法を示すが、明確にするために詳細は省いている。この例では裏当てストリップ１２が設けられている。粉末形態の結合材料１４、１６が、ホッパー１８、２０として示されているソースから裏当てストリップ１２の上に滝状に落とされる。この例において、これは、裏当てストリップ１２が複数のワークステーション２１を通過するときに、これらの複数のワークステーション２１で行なわれる。３つのワークステーションが示されており、各々が２つのホッパー１８、２０を有する。これ以外の数のワークステーションおよびホッパーが選択されてもよい。
【００２８】
結合材料の粉末１４、１６および裏当てストリップ１２は、各ワークステーション２１において、放射線源２４からの放射線のビーム２２によって加熱されて、結合層（後で説明する）が形成される。研磨粒子２６もソースから供給される。このソースは、ホッパー１８、２０のうちの一方であっても、別のホッパーであってもよい。研磨粒子は、裏当てストリップ１２に結合されることになる。この結合は、形成されている結合層によってなされる。
【００２９】
以下で説明するように、結合層の形成のための形成条件を、結合層が形成されているときに変化させてもよい。結果として、裏当てストリップ１２に結合された領域と、研磨粒子２６に結合された領域との間で変化している少なくとも１つの特徴を有する結合層が得られる。
【００３０】
本方法に使用される装置
より詳しくは、図１は、帯鋸、弓鋸、糸鋸、往復式のこぎり、穴鋸およびその他同様の工具の、刃先が直線状である刃の形態の工具として使用するのに適した、長い帯鋼の形態の裏当てストリップ１２を示す。処理後、ストリップ１２の端部に沿って刃先が形成される。裏当てストリップ１２に他の材料を使用してもよい。
【００３１】
ストリップ１２の端部１１は、刃１０の形成のためにワークステーション２１に順次供される。代わりに、１つのワークステーションで作業を複数回行なってもよい。ワークステーション２１は、ストリップ１２の端部１１の上に滝状に落とされる粉末形態の材料を供給するための１つ以上のホッパー１８、２０を含む。この例では、別々の２つのホッパー１８、２０が示されており、これらのホッパーを、結合材料をストリップ１２の端部１１に対して別々にまたは一緒に供給できるようにそれぞれが結合材料を供給するものとして説明する。他の例では、１つの結合材料の１つのソースのみがあってもよい。３つ以上の結合材料が利用できる場合がある。結合材料を、それぞれのソースからまたは組合された１つ以上のソースから供給してもよい。ホッパー１８、２０は、材料の送達を制御するための機構（図示せず）を含む。送達速度を制御してもよく、送達の開始と停止を制御してもよい。
【００３２】
ワークステーション２１のうちの少なくとも１つは、ストリップ１２の端部１１に研磨粒子２６を供給するためにこれらの研磨粒子２６が充填されたホッパーを含む。研磨粒子２６は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドもしくは炭化タングステンであってもよく、または、別の超砥粒材料であってもよい。後で説明するように、研磨粒子２６を被覆して、形成される予定の結合層との結合が促進されるようにしてもよい。研磨粒子２６は、物理蒸着技術または化学蒸着技術によって被覆すればよい。ソース１８、２０から得られる結合材料のうちの１つ以上による研磨粒子のぬれ性を促進する材料で、研磨粒子２６を被覆してもよい。ホッパー１８、２０の制御機構によって、研磨粒子２６の送達を制御してもよい。送達速度を制御してもよく、送達の開始と停止を制御してもよい。図１は、結合材料１６のうちの１つ以上の結合材料のソースと組合された研磨粒子２６のソースを示しているが、研磨粒子２６を供給するために別のホッパーを設けてもよい。
【００３３】
ワークステーション２１はまた、放射線源２４を含む。この例において、各放射線源２４はレーザ光源である。代わりに、電子ビーム、プラズマビームその他といった、他の種類の放射線源を使用してもよい。以下で説明するように、放射線源２４の目的は、結合層を形成するために、ストリップ１２の端部１１で結合材料１４、１６の加熱を生じさせることである。したがって、放射線源２４の選択は、以下で説明する結果を得ることを目的として、結合材料１６、裏当てストリップ１２の材料、および研磨粒子２６の材料の性質を考慮して行なえばよい。
【００３４】
ワークステーション２１の位置を固定し、送り機構（図示せず）を設けて、ストリップ１２を、ワークステーション２１を通過するように送ってもよい。これは連続的でも段階的でもよい。その代わりにまたはこれに加えて、ワークステーション２１（および特にレーザ２４）を、機械的手段または光学手段いずれかによって、ストリップ１２の端部１１に沿って走査するまたはストリップ１２の端部１１との間で前後方向に走査するように、配置してもよい。また、レーザ２４を、可変強度、持続時間可変のパルス、デューティサイクル（オン期間の長さとオフ期間の長さの比率）可変のパルスのストリームを与えるように配置してもよい。放射線の周波数または波長を変化させてもよい。放射線ビームの焦点位置または放射線ビームの焦点の形状もしくはサイズを変化させてもよい。ストリップ１２に対する放射線の入射角度または後退角度（drag angle）を変化させてもよい。ストリップ１２に対する放射線の走査速度を変化させてもよい。これらおよびその他の変化を利用して、ストリップ１２内部における制御可能な加熱効果を生み出してもよい。以下で説明するように、これによって、形成している結合層の表面の温度を制御することができる。
【００３５】
図１を見ると、ワークステーション２１の動作をパルス態様にすることによって、刃１０の端部１１に沿い一列の歯を形成できることが、容易に理解できる。
【００３６】
ワークステーション２１を計算装置２５によって制御してもよい。その場合は、コンピュータで実行可能な命令により、ワークステーション２１を３Ｄプリンタシステムとして機能させて、本明細書に記載の方法に従って研磨工具刃をプリントしてもよい。この命令は、装置２５の中にあるかまたは２５ａで示されるように装置２５から取出すことが可能なコンピュータ読取可能な媒体にある。
【００３７】
結合層の形成
図２は、結合層３２を形成するときのさまざまな段階の裏当てストリップ１２を図１と比較して拡大して示し、供給された研磨粒子２６は結合層３２によって裏当てストリップ１２に結合されることになる。
【００３８】
図２（ａ）は、結合層３２が形成され始めたときの状態を示す。これは、第１のワークステーション２１におけるプロセスであってもよい。この段階では、結合材料（図示せず）がストリップ１２の端部１１の上に滝状に落とされており、かつレーザ２４を用いてストリップ１２の端部１１と結合材料を照射している。これには加熱を生じさせる効果がある。この加熱効果により、結合材料が裏当てストリップ１２に結合される。一例では、結合材料および／または裏当てストリップ１２が溶融してこれらの材料間に溶接効果をもたらす。
【００３９】
第１のワークステーション２１で（または結合層３２形成の第１段階中に）送達される結合材料は、延性ろう付け材料からなる、または延性ろう付け材料を含むものであってもよい。延性ろう付け材料を結合材料と組合わせて供給してもよい。加熱効果によって延性ろう付け材料がストリップ１２に結合されることになる。延性ろう付け材料の望ましい機能は、結合層３２に対して耐応力性基部を形成し、かつストリップ１２との耐応力性結合部を形成することである。研磨粒子は、この延性基部に含めてもよいが、刃の通常の使用中にこの延性基部の材料が被加工物に対して露出することはめったにないので、省いてもよい。
【００４０】
この初期段階の間、結合層３２を形成し始めるための形成条件を、結合層３２と裏当てストリップ１２の結合が促進されるように制御する。形成条件は、いくつかの異なるパラメータを変化させることによって設定できる。これらのパラメータすべてを変化させる必要はない。放射線源２４の性質、材料１６、２６の性質、および裏当てストリップ１２の材料の性質に応じて適切な選択を行なえばよい。一例において、端部１１の上に滝状に落とされる結合材料１６の組成を選択することによって、最初に、裏当てストリップ１２の材料との結合特性を高める混合物を生成する。これは、ホッパー１８、２０から供給できる結合材料１６のうちの１つを選択することにより、または、結合材料１６の特定の混合物を選択することにより、または、異なる結合材料の送達速度を別々に変化させることにより、行なってもよい。
【００４１】
他のパラメータを変化させて裏当てストリップ１２の材料との結合を促進してもよい。たとえば、放射線源２４を、端部１１において得られる温度を制御するように操作してもよい。放射線の強度を変化させてもよい。端部１１に対して放射線を照射する時間の長さを制御および選択して結合を促進してもよい。放射線をデューティサイクルによってパルス状にしてもよく、このデューティサイクルは、可変であり、制御され、このデューティサイクルを選択することによって結合を促進する。
【００４２】
図２（ｂ）に示されるように、このプロセスを継続している間に結合層３２の厚みが増す。この段階において、第１のワークステーション２１の動作は終了し、示されている領域のストリップ１２は第２のワークステーション２１に移動している。そうなると、第２のワークステーションからの結合材料は、相当な厚さの結合層３２の上に堆積するので、裏当てストリップ１２の材料とではなく結合層３２のの延性基部と結合させねばならない。したがって、このプロセスの段階では、上記パラメータのうちの１つ以上を変化させて、既にある結合層３２の基部３２ａとの結合材料の結合を促進する形成条件にする。
【００４３】
この段階において、結合材料は、形成中の結合層の内部における熱膨張差を吸収できる熱特性を有する材料を含んでいてもよい。使用中には熱に関するさまざまな問題が発生する。中間領域の望ましい機能は熱膨張差を吸収することである。研磨粒子は、この中間領域に含めてもよいが、刃の通常の使用中にこの中間領域の材料が被加工物に対して露出することはめったにないので、省いてもよい。
【００４４】
プロセスのこれらの最初の２段階において、この例では必ずしも研磨粒子２６は端部１１に供給されない。このようにして、研磨粒子が結合層３２の奥深くに埋め込まれることが回避される。結合層３２の奥深くにある研磨粒子が、完成した刃の有効性に寄与することはあり得ない。しかしながら、結合層３２が所望の厚みに近づいたときに（図２（ｃ））、研磨粒子２６が供給される。これは、第３のワークステーションで行なわれる。具体的には、この例では、図２（ｃ）に示されるように完成した工具の端部または歯の頂部でまたはそのごく近くで研磨粒子を露出させるのに足るだけ十分に結合層３２が形成されるまで、研磨粒子２６は送達されない。レーザ２４の作用により、結合層３２の露出した端部３４で研磨粒子２６が結合層３２に埋め込まれて結合されるように、上記のやり方で研磨粒子２６が第３のワークステーション２１で端部１１に滝状に落とされる。このプロセスの第３段階では、上記パラメータのうちの１つ以上を変化させて、研磨粒子２６に対する結合材料の結合を促進する条件にする。
【００４５】
この第３段階では、歯の頂部または刃の露出した端部を形成するために、結合材料が硬質ろう付け材料を含んでいてもよい。硬質ろう付け材料はニッケルろう付け材料であってもよい。露出領域で使用される硬質ろう付け材料またはそれ以外の結合材料の望ましい機能は、硬質の歯の先端または刃の刃先を作製することである。この部分は、研磨粒子２６が存在することと研磨粒子と結合層３２の結合の品質により、研磨部分でもある。
【００４６】
結合層３２と裏当てストリップ１２とを強固に結合するための形成条件が、結合層３２と研磨粒子２６とを強固に結合するための形成条件と異なると予測されることを、読者は理解するはずである。上記中間領域を作製する形成条件は、結合層３２の基部または端部における形成条件とは異なると予測される。先に述べたやり方で形成条件を変化させる目的は、結合層３２の基部３２ａと裏当てストリップ１２との強固な結合を促進し、また、結合層３２の頂部または端部３２ｃと研磨粒子２６との強固な結合を促進し、さらに、中間層３２ｂに熱膨張と収縮を吸収させて、これを基部３２ａと頂部／端部３２ｃの間の緩衝部として作用させることである。
【００４７】
形成条件を変えると、結果として、結合層３２が裏当てストリップ１２に結合される場所である結合層３２の基部と、結合層３２が研磨粒子２６に結合される場所である結合層３２の露出した端部との間で、少なくとも１つの特徴が変化することになる。これは図３に示されている。図３の横軸は、結合層３２内部における、裏当てストリップ１２からの距離を表わす。図３の縦軸は、以下で説明する３つの測定値を表わす（任意単位）。第１の測定値は、実線３６で示され、レーザ２４の速度、走査休止時間（dwell time）または強度の測定値を表わす。これは結果として結合層３２の露出した端部における可変温度をもたらす。最初に、結合層３２の基部近くで、レーザ２４を制御して比較的高い温度を生じさせる。結合層３２の厚みが増すと、レーザ２４は漸進的に低くなる温度を生じさせるように制御される。図３から、結合層３２全体の形成中に変数が段階的に変化することがわかる。
【００４８】
代わりに、実線３６は、結合材料の組成を表わしていてもよく、結合層の形成中に組成を変化させることで、結合層の特徴が変化することを示している。
【００４９】
図３はまた、第２の測定値を一点鎖線３８で示す。これは、結合材料が裏当てストリップ１２と結合し上記延性機能を提供する能力を表わす。最初は（裏当てストリップ１２の近くでは）、この測定値は大きい。結合層３２の厚みが増し、かつ、レーザ２４を制御して上記のように形成条件を変化させるかまたは結合材料の組成を変化させるので、結合層３２の形成の結果、裏当てストリップ１２との結合能力が低下し延性も低下する。しかしながら、その必要性は、結合層３２の厚みが増すと低下する。
【００５０】
図３はまた、第３の測定値を破線４０で示す。これは、研磨粒子２６と結合し上記硬質の頂部／端部を与える結合材料の能力を表わす。最初は（裏当てストリップ１２の近くでは）、この測定値は小さい。なぜなら、結合層３２の材料は主に研磨粒子２６ではなく裏当てストリップ１２と結合することが求められるからである。結合層３２の厚みが増し、かつレーザ２４が上記のように形成条件を変化させるように制御されるので、または、結合材料の組成が変化するので、結合層３２の形成の結果、研磨粒子２６との結合能力が増すとともに硬度が増す。これは、研磨粒子２６が頂部３２（ａ）を形成しているときには、結合層３２の厚みが最終的な厚み（図２（ｃ）の近くまで増しているので、必要である。
【００５１】
中間領域では、特徴が、中間層３２ｂに必要な特徴として示される。これはすなわち上記熱緩衝という特徴である。この領域では、裏当てストリップ１２との結合は不要であり、かつ、頂部／端部を形成するための硬度も不要である。
【００５２】
図４は、形成条件を連続的に変化させる代替例を示す。図４は図３と同じ３つの測定値を示しているが、図４は、形成条件を連続的に変化させた結果、２つの測定値が連続的に変化したことを示している点で図３と異なる。
【００５３】
形成条件を段階的に変化させると、隣合う層と層の間の境界で特性が変化している一連の層３２ａ、３２ｂ、３２ｃの形態の結合層３２または歯が形成されることになる。これらの層は図５において概略的に示されており、図５は、端部１１に沿って一列の歯４２が形成され、各歯が３つの異なる層（図示されているが必ずしも目で見分けられる訳ではない）を有することを示している。各歯４２は、延性のろう付けおよび結合剤マトリクスと任意で研磨材料を組合わせたもので構成された基部３２ａを有する。基部３２ａは上記のように第１のワークステーション２１で形成される。レーザ２４をパルス状にすることにより、端部１１に沿って間隔が形成され、歯４２と歯４２の間に溝または隙間４４が形成される。基部３２ａの上において、各歯４２は中間層３２ｂを有し、この中間層は、上記熱特性、特に基部３２ａと頂部３２ｃの熱膨張特性の差を吸収する能力を有する。上記のようにｐ中間層３２ｂは第２のワークステーション２１で形成される。各歯４２の先端に形成されているのは、ニッケルろう付け材料等の硬質ろう付け材料を含む頂部３２ｃであり、これによって研磨粒子との強固な結合が得られ、結果として、硬質の先端を有する歯４２が得られる。先に述べたように歯３２ｃは第３のワークステーション２１で形成される。
【００５４】
これに代えて、形成条件の連続的な変化を用いると、結果として、結合層３２の本体全体で特性が連続的に変化する連続体の形態の結合層３２が作製される。
【００５５】
ここまで、形成条件を変えること（層の材料組成を変えることを含む）を利用して、接着特性または結合特性を変化させることを強調してきた。このやり方で、上記結合層３２の熱特性または機械的特性といった他の特性を変化させることができる。たとえば、結合層３２に異なる熱特性を与えて、より低い温度に晒される可能性が高い結合層３２の基部により近い部分の熱特性と比較して研磨粒子２６の近くにおける使用中のより高い温度に対処できるようにしてもよい。中間層３２ｂはこれらの領域間に緩衝域を提供する。結合層３２のせん断弾性係数を変化させてもよい。
【００５６】
レーザ２４の適切な操作によって、多様な形状およびサイズを有し、かつ刃の目が組込まれている歯４２を作製できることは、図５から容易に理解できる。
【００５７】
完成した刃
図６は、上記方法によって得られた、完成した刃１０の一例を示す。この例において、裏当てストリップ１２は一方の端部１１に沿って結合層３２で覆われている。結合層３２は、この例では歯４２と隙間４４を形成し、歯４２に埋め込まれ歯の先端で露出した研磨粒子２６を有する。結果として、工具刃１０の中には、被加工物を加工するための研磨粒子２６があり、研磨粒子は結合層３２によって適切な位置で固定保持されており、この結合層３２は、研磨粒子２６と裏当てストリップ１２の間の接続域として機能する。上記のように、結合層３２の材料は、機能的に等級付けされた材料とみなすことができる。この層３２は、裏当てストリップ１２に結合された領域３２ａと研磨粒子２６に結合された領域３２ｃとの間で変化している少なくとも１つの特性を有する。この例では、領域３２ａは裏当てストリップ１２との結合を促進するように形成され延性を有し、領域３２ｃは研磨粒子２６との結合を促進するように形成され硬質である。中間領域３２ｃは熱効果に対する緩衝域を提供する。
【００５８】
図７は、上記方法によって得られた、完成した刃１０の他の例を示す。この例はが図５の例と異なるのは、結合層３２がストリップ１２の端部１１に沿って一続きに設けられている点のみである。先に説明した理由で、刃に沿った各位置において、上記結合層構造があり、裏当てストリップ１２との強化された結合、延性、研磨粒子２６との強化された結合、硬度、および中間熱緩衝という特性が示されるであろう。
【００５９】
図８は、完成した刃のさらに他の例を示す。これが図５の例と異なるのは、ストリップ１２がその端部に沿ってたとえば打抜き加工による歯の基部４６を有するように、予め形成されている点のみである。上記のように結合層３２が基部４６の上に設けられ、基部４６と４６の間の空隙に延びる溝４４を有する歯４２を形成する。これによって、予め形成された歯の基部上にさまざまな形状の歯が設けられる。
【００６０】
使用する材料
読者は、前述の方法の性質を理解すれば、上記方法で使用し得る種々の異なる材料に気付くであろう。
【００６１】
結合材料としては、単一材料の形態または材料の組合わせの形態の結合材料を使用し得る。一例において、結合材料のうちの１つが、放射線に同調する特徴を有する成分を含んでいてもよい。たとえば、この成分は、放射線源２４から放出されるレーザ光の波長に吸収ピークを有するものであってもよい。代わりに、レーザ２４が吸収ピークに同調してもよい。これにより、放射線源２４からのエネルギの、この結合材料の中の成分による迅速な吸収が促進されて、結合材料内部の迅速な加熱が促進される。このことによって形成条件の管理の向上および／または生産速度の向上がもたらされると期待される。
【００６２】
研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、炭化タングステン等の超砥粒材料または別の超砥粒材料であってもよい。異なる材料からなる研磨粒子の混合物を使用してもよい。研磨粒子を、結合層３２との結合を促進する被膜によって、導入の前に被覆してもよい。その例は、結合材料による研磨粒子のぬれ性を促進する材料で被覆することを含む。被膜は、物理蒸着技術によってまたは化学蒸着技術によって研磨粒子に与えればよい。
【００６３】
結びの特記事項
上記技術および装置には、本明細書に記載の発明の範囲から逸脱することなく数多くの変形および修正を施すことができる。たとえば、数多くの異なる材料、または、構造体の材料、形状、サイズ、相対形状および相対サイズを組合わせたものを選択できる。
【００６４】
ここまで本明細書では特に重要と考える発明の特徴に注意を向けようと努めてきたが、出願人が、特に強調したか否かにかかわらず、ここまでに言及したおよび／または図面に示した特許可能な特徴または特徴の組合わせについて保護を求めていることが理解されるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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