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JP2018100211A - 積層造形を用いた結合部材 - Google Patents

積層造形を用いた結合部材 Download PDF

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Abstract

【課題】本開示は、低膨張ガラスを用いた積層造形に関する。
【解決手段】方法は、第２の部分の近くに第１の部分を配置することと、第１の部分と第２の部分の両方に接触する焼結材料を配置することと、エネルギーを焼結材料に印可して第１の部分と第２の部分を結合することとを含む。装置は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分を結合する焼結材料を含む積層造形された結合部とを含む。
【選択図】図１

Description

本開示は、（例えば、光学システム及び構成要素のための）、例えば、低膨張ガラスを用いた積層造形に関する。
ガラス部材を結合する従来の方法は、接着、フリット接合、及び、光学的接触接合を含む。フリット接合及び接着は、経時的な、温度変化、吸湿挙動の変化、及び、化学変化という点で、光学系を不安定にすることが観察されてきた。光学的接触接合は、ガラス構造の強度を必ずしも完全に高めない場合がある。
このような従来の方法及びシステムは、一般的に、本来の目的のためには十分であると考えられてきた。しかしながら、当技術分野において、ガラス部材を結合するシステム及び方法を改良するニーズが依然としてある。本開示は、このニーズに対する解決法を提供する。
方法は、第２の部分の近くに第１の部分を配置することと、第１の部分と第２の部分の両方に接触するように焼結材料を配置することと、焼結材料にエネルギーを印加して、第１の部分と第２の部分を結合することとを含む。焼結材料の配置とエネルギーの印加とを繰り返して、焼結された材料の連続層を作成できる。
焼結材料は、チタニアシリカ粉末を含む。焼結材料は、チタニアシリカ懸濁液を含み得る。
第１の部分と第２の部分は、ガラス製であってよい。第１の部分と第２の部分は、チタニアシリカガラス製であってよい。
焼結材料へのエネルギー印加は、焼結材料のレーザ焼結を含む。任意の他の適切なエネルギー印加（例えば、電子ビーム溶接）が、本明細書では企図される。
装置は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分を結合する焼結材料を含む積層造形された結合部とを含む。積層造形された結合部は、連続して焼結された焼結材料層を含み得る。
焼結材料は、（例えば、粉末または懸濁液から形成された）チタニアシリカを含み得る。第１の部分及び第２の部分は、ガラス（例えば、チタニアシリカガラス）製であってよい。第１の部分及び／または第２の部分のうちの少なくとも１つは、光学構成要素であってよい。第１の部分及び第２の部分は、元は１つの構成要素から分かれたものであってよい。
開示の主題のシステム及び方法のこれら及び他の特徴は、以下の詳細な記載を図面と共に読むと当業者にはより容易に明らかとなろう。
開示の主題が属する分野の当業者が、開示の主題の装置及び方法の製造法及び使用法を、過度な実験を行うことなしに、容易に理解するように、装置及び方法の実施形態を、図面を参照して以下に詳細に記載する。
焼結材料の堆積を示す、本開示による方法の実施形態の一部を示す線図である。 堆積された焼結材料へのエネルギー印加を示す、本開示による、方法の実施形態の一部を示す線図である。 本開示による、装置の実施形態を示す概略断面図である。 本開示による、装置の実施形態を示す概略断面図である。
図面を参照する。図面において、類似の参照番号は、開示の主題の類似の構造的特徴または態様を特定する。制限ではなく、説明及び図示のために、開示の方法の実施形態の説明的な図を図１及び図２に示し、参照番号１００によって一般的に指定する。本開示の他の実施形態及び／または態様を図３及び図４に示す。本明細書に記載のシステム及び方法を使用して、２つの部材（例えば、チタニウムシリカガラスからなる、例えば、光学構成要素のガラス部材）を結合できる。
図１及び図２を参照すると、本開示による方法が線図で示されている。方法は、第２の部分１０３の近くに第１の部分１０１を配置することを含む。第１の部分１０１及び第２の部分は、任意の適切な方法で、第１の部分と第２の部分の間の相対的な動きを防止するように互いに対して位置が固定されてよい。
ある実施形態においては、第１の部分１０１及び／または第２の部分１０３は、ガラス（例えば、チタニアシリカガラス）製であってよい。例えば、第１の部分１０１及び／または第２の部分１０３は、チタニアシリカガラス製であってよい。
図１を参照すると、方法は、第１の部分１０１と第２の部分１０３の両方に接触するように焼結材料１０５を配置することを含む。焼結材料１０５は、例えば、ノズル１０７を介して、加圧して、または、加圧せずに、任意の適切な方法で配置できる。
ある実施形態においては、（例えば、第１の部分１０１及び／または第２の部分１０３がチタニアシリカガラス製の場合）、焼結材料１０５は、チタニアシリカ粉末を含み得る。ある実施形態においては、（例えば、第１の部分１０１及び／または第２の部分１０３がチタニアシリカガラス製の場合）、焼結材料１０５は、チタニアシリカ懸濁液を含み得る。例えば、ガラス構成要素を結合する任意の他の適切な材料が、本明細書では企図されている。
図２を参照すると、方法は、エネルギーを焼結材料１０５に印加して第１の部分１０１と第２の部分１０３を結合することを含む。エネルギーの焼結材料への印加は、図に示すように、焼結材料１０５をレーザ焼結することを含み得る。任意の他の適切なエネルギー印加（例えば、電子ビーム溶接）が、本明細書では企図されている。
（例えば、図１にように示すように）焼結材料１０５を配置すること、及び、（例えば、図２に示すように）エネルギーを印加することを繰り返して、所望の機能に合わせて適切な強度の結合部に必要なように、焼結された材料の連続した層を作成できる。連続的に形成された層は、本開示に照らして当業者が理解するような任意の適切な厚さ及び／または形を形成し得る。
図３を参照すると、上記方法によって形成された装置１００は、上記第１の部分１０１と、上記第２の部分１０３と、第１の部分１０１と第２の部分１０３を結合する焼結材料１０５を含む積層造形された結合部３０９とを含む。
積層造形された結合部３０９は、焼結材料１０５の連続して焼結された層１０５ａを含み得る。図３に示すように、層１０５ａは、均一でなくてもよく、各層１０５ａが各部分１０１、１０３に接触しなくてもよい。積層造形された結合部３０９の任意の適切な積層及び／または形が、本明細書では企図されている。
ある実施形態においては、第１の部分１０１及び／または第２の部分１０３のうちの少なくとも１つは、任意の適切な使用のための光学構成要素（例えば、ミラー基板、レンズ等）であってよい。例えば、部分１０１、１０３は、破損によって分かれたガラスミラー基板の一部であってよい。部分１０１、１０３は、組み合わされて、低膨張のチタニアシリカガラスミラー光学素子を構成する構造部材であってよい。例えば、剛性のミラーのコア構造のセグメントを結合して、大きい構造を作成してよい、または、光学表面板を剛性のコア構造に結合できる。
第１の部分１０１及び／または第２の部分１０３を任意の他の適切な目的に使用できる。この点で、第１の部分１０１及び第２の部分１０３は、任意の適切な方法で互いに対して配置できる。例えば、図３に示すように、第１の部分１０１は、第２の部分１０３から垂直に伸びてよく、例えば、焼結を介して結合を強化するために、先細の端部を含み得る。
図４を参照すると、例えば、装置４００は、上記と同様の第１の部分４０１と、上記と同様の第２の部分４０３とを含むことができ、第１の部分４０１と第２の部分４０３は、（例えば、部分４０１、４０３の両側に形成され得る）積層造形された結合部４０９を介して横並びに結合される。図に示すように、結合部４０９は、最上部の層に向かって層毎に先細になる形状であってよい。上記のように、層の任意の他の適切な形及び／または数が、本明細書では企図されている。
上記のように、チタニアシリカガラス部材は、例えば、充填剤／焼結材料として、低膨張のチタニアシリカガラスの粉末、懸濁液、または、延伸繊維を用いて溶接できる。部分１０１、１０３は、緩く合わされた表面を有してよく、その表面同士は、まず、当接される。低膨張のチタニアシリカガラス材料を、接合面間の隙間を埋めるのに使用し、例えば、レーザ照射にあてて溶かしてよい。低膨張のチタニアシリカガラス材料は、急速に冷えると、ガラス内に融合し、例えば、低膨張のチタニアシリカガラスの母材を結合する。上記のように、低膨張のチタニアシリカガラス粉末、懸濁液、または、延伸繊維は、接合面の周りに薄い層で積層堆積させてよく、それらは、層毎に融合できて結合部の周りにガラスを構築し、溶接された結合部を強化する。
接合面の焼結材料は、低膨張のチタニアシリカガラス部材の１つまたは複数を通過するように選択できる高強度のレーザに照射されてよい。レーザ源の波長は、低膨張のチタニアシリカガラスを最小限の損失で透過するが、接合面で粉末または懸濁液に吸収されるように、選択できる。
上記の実施形態は、ガラス部材を結合、及び／または、ガラス光学素子を構築する従来の方法と比較して、強度、熱安定性、化学安定性、及び、吸湿安定性を向上させる。また、本開示の方法は、例えば、高い熱安定性を保ち、修理された結合部の強度を完全に回復しながら、割れた光学構成要素の修理（例えば、ガラスミラー基板の修理）を可能にし得る。また、割れた光学要素を元の構成要素と同じまたは類似の光学特性を有するように修理できる。
本開示の方法及びシステムは、上記のように、また、図に示したように、より優れた特性を有する方法及び装置を提供する。実施形態を参照して、開示の主題の装置及び方法を示し、記載したが、本開示の主題の精神及び範囲を逸脱することなく、開示の主題の装置及び方法への変更及び／または修正を行ってよいことを当業者は容易に理解されよう。
１００ 装置
１０１ 第１の部分
１０３ 第２の部分
１０５ 焼結材料
１０５ａ 連続して焼結された層
１０７ ノズル
３０９ 積層造形された結合部
４００ 装置
４０１ 第１の部分
４０３ 第２の部分
４０９ 積層造形された結合部

Claims (15)

  1. 第２の部分の近くに第１の部分を配置することと、
    前記第１の部分と前記第２の部分の両方に接触するように焼結材料を配置することと、
    エネルギーを前記焼結材料に印可することと、
    前記第１の部分と前記第２の部分を結合することと、
    を含む、方法。
  2. 前記焼結材料の配置と前記エネルギーの印可を繰り返して、焼結された材料の連続層を作成する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記焼結材料は、チタニアシリカ粉末を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記焼結材料は、チタニアシリカ懸濁液を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第１の部分と前記第２の部分は、ガラス製である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１の部分と前記第２の部分は、チタニアシリカガラス製である、請求項５に記載の方法。
  7. 前記焼結材料にエネルギーを印可することは、前記焼結材料をレーザ焼結することを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 第１の部分と、
    第２の部分と、
    前記第１の部分と前記第２の部分を結合する焼結材料を含む積層造形された結合部と、
    を含む、装置。
  9. 前記積層造形された結合部は、連続して焼結された焼結材料層を含む、請求項８に記載の装置。
  10. 前記焼結材料は、チタニアシリカを含む、請求項８に記載の装置。
  11. 前記第１の部分と前記第２の部分は、ガラス製である、請求項８に記載の装置。
  12. 前記第１の部分と前記第２の部分は、チタニアシリカガラス製である、請求項８に記載の装置。
  13. 前記第１の部分と前記第２の部分は、チタニアシリカガラス製である、請求項１０に記載の装置。
  14. 前記第１の部分及び／または前記第２の部分のうちの少なくとも１つは、光学構成要素である、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記第１の部分と前記第２の部分は、元は単一の構成要素から分かれた、請求項８に記載の装置。
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