DE1602005A1

DE1602005A1 - Verfahren zur Herstellung einer feinen Bohrung

Info

Publication number: DE1602005A1
Application number: DE19661602005
Authority: DE
Inventors: Hans Wiedenmann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1966-12-06
Filing date: 1966-12-06
Publication date: 1970-04-09
Also published as: DE1602005B2

Description

Verfahren zur Herstellung einer feinen Bohrung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Bohrungen geringen Durchmessers in Material-hoher Schmelztemperatur und großer Härte mit Hilfe eines Laserstrahles, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Diamantziehsteinen.
Es ist bereits bekannt, Diamanten mit Hilfe eines Laserstrahles zu durchbohren. Es entstanden hierbei jedoch Ziehsteine mit ovalen oder kantigen Löchern. Der Versuch, die Rundheit des mit Laserstrah len gew bohrten Loches dadurch zu erhöhen, daß vor der Optik, die zum Bündeln den Laserstrahles dient,-eine Lochblende eingefügt wird, brachte nicht die gewünschte Verbesserung, da durch den Zusatz einer Blende die'Divergenz des Laserstrahles stark erhöht u nd die Lgistung im Brennpunkt stark verringert wird. Es ist deshalb ein Ziel der Erfindungl ein Verfahren zum Bohren mittels Laserstrahlen zu schaffen, bei dem Bohrlöcher mit einer für Ziehsteine befriedigenden Rundheit entstehen.
Ein weiteren Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Diamantziehsteinea-, dessen Ziehkanal eine solche Form besitzt, daß aueh bei größerer-Länge den Ziehkanals und geringem Durchmesser des Ziehkanals, insbesondere unter 10 um, die Entfernung des beim Bohren entstehenden Graphits keine Schwierigkeiten bereitet.
Gemäß der-Erfindung ist das Verfahren zur Durchführung von Bohrungen geringen Durchmessers in einem Körper aus Material hoher Schmelztemperatur und großer Härte mit Hilfe eines Laserstk-ahles, insbesondere zur Herstellung des Ziehkanals in Diamantziehsteinen dadurch gekennzeichnet, daß der zu durchbohrende Körper während der Einwirkung des Laserstrahles mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit um die Strahlachse gedreht wird, daß auf jeden Laserimpuls wenigstens e.ine volle Umdrehung trifft.
Beim bekannten mechanischen Bohren eines Ziehsteines wurde der Ziehstein natürlichrel#tiv zum Bohrwerkzeug in Rotation versetzt. Es ist auch ein Verfahren zum Durchbohren von Diamanten mittels eines Funkendurchschlages bekannt, bei dem der Diamant während der Bearbeitung in Rotation versetzt wurde. Schließlich ist es auch bekannt, Diamanten mit Hilfe eines Strahles geladener Teilchen zu durchbohren und hierbei den Diamanten um eine Achse zu drehen, die mit der Achse des Teilchenstrahles einen bestimmten Winkel einschließt* Durch diese Maßnahme war es möglich, dem Ziehstein ein bestimmtes gewünschtes Pröfil zu geben. Bei den bisherigen Verfahren ist von vornherein mit einer guien Symmetrie der Bohrung zu rechnen und eine Rotation des zu durchbohrenden Körpers hatte einen anderen Zweck. Es war deshalb nicht naheliegend, daß die auftretende Unsymmetrie beim Bohren mit Laserstrahlen durch eine Rotation des Verkzeuges um die Achse des Laserstrahles behoben werden kann.
Bei den bisherigen Bohrverfahren ergab sich beim Gegenbohren ein kegeliger Auslauf des Ziehkanals. Die engste Stelle den Ziehkanals befand sich also im Innern und war nach beiden Seiten über sich etwa konisch erweiternde Gänge mit den Obe rflächen de s Ziehsteines verbunden& Es hat sich gezeigt, daß ein Gegenbohren beim Verwenden eines Laserstrahles nicht notwendig ist, so daß der Ziehstein in Weiterbildung der Erfindung nur eine kegelige Eintrittsüffnungg aber keine kegelige Austrittsöffnung besitzt und die engste Stelle des Ziehkanals sich am Ende des Ziehsteines befindet und so AustrittsÖffnung und Oberfläche den Ziehsteines zusammenfallen* Ziehsteine dieser Form waren bisher nur mit großen Ziehkanälen und erheblicher Dicke m8glich und außerdem in Diamanten nicht ohne weiteres herzustellen. Diese Form des Ziehkanals ist besonders vorteilhaft, weil sie eine mühelose Entfernung des Bohrstaubes, insbesondere des beim Bohren entstehenden Graphits etwa durch Ultraschall erlaubtä Diamantziehsteine dieser Form bieten besondere Vorteile mit Ziehkanälen unter 10 / um Durchmesser und einer Dicke des Ziehsteines von weniger als 1 mm* Wenn ein Festkörperlaser verwendet wird, ist mit einer Impulsdauer des Laserlichtes von etwa 1 msec. zu rechnenb Dies bedeutet, daß der Ziehstein mit mindestens 60 000 Umdrehungen pro Minute im Augenblick des Laserimpulses rotieren muß. Der Zieh steih kann mit Steinkitt auf einer kleinen Platte befestigt sein, die auf der Achse eines Pressluftmotors angebracht ist, mit dem bis zu #OO 000 Umdrehungen pro Minute zu erreichen sind; Als besonders günstig erwies sich bei Verwendung eines Festkörperläsers eine'Umdrehungszahl von 100 000 pro Minute.
Als Vorarbeit ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren nur erforderlich, auf der einen Planfläche den Diamanten eine winzige Stelle -als Absorptionsfläche zu mattieren. Da der mattierte Fleck weiß eräch einti ermöglicht er zugleich die gewünschte Einstellung durch optisches Justieren. Gebohrt wird vorzugsweise mit mehreren kleinen Impulsen, damit während der Arbeit zwischen zwei Impulsen der Bohrkanal kontrolliert und der Öffnungswinkel des Bohrkanals durch Ändern der Brennweite der die Laserstrahlung bündelnden Opt-ik verkleinert werden kann. Nach dem Bohren brauchen nur auf der gegenüberliegenden Seite des Ziehsteines die Kanten des Bohrkanals ano der engstens Stelle, z.B. auf mechanischem Wege, abgerundet zu werden.
Die Erfindung wird anhand der Figur erläutert.
Mit 1 ist ein etwa 700/um dicker Diamantziehstein bezeichnet, der mit einer Bohrung versehen ist, deren engster Durchmesser von etwa 8/um sich an der einen Seitenfläche 2 des Ziehsteines befindet. Von dieser engsten Stelle ab erstreckt sich der Ziehkanal 3, sich stetig erweiternd zur anderen Seiienfläche 4 des Ziehsteines. Der Ziehstein 1 ist beidseitig von einer Fassung 5, 6 aus Stahl begrenzt, von der auch der Einlaufkegel 7 und der Auslaufkegel 8 gebildet werden. An der engsten Steile des Ziehkanals,nämlich ah dessen Austritt aus der Fläche 2 des Ziehsteines, ist die Bohrung mechanisch abgerundet. Die vom Ausgang her aufpolierten Stellen 9 sind fein schraffiert gekennzeichnet.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Durchführung von Bohrungen geringen Durchmessers in einem Körper aus Material hoher-Sehmelztemperatur und großer Härte mit Hilfe eines Laserstrahjes, insbesondere zur Herstellung des Ziehkanals in Diamantziehsteinen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu durchbohrende Körper während der Ei.nwirkung des Laserstrahles mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit um die Strahlachse gedreht wird, daß auf jeden Laserimpuls wenigstens eine volle Umdrehung trifft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bohren auf dem Körper an der zu bohrenden Stelle ein abv sorbierender mattierter Pleck angebracht wird und daß mit Hilfe dieses sichtbaren Fle'ckes die optische Justierung vorgenommen wird. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mit mehreren aufeinander folgenden kleineren Laserimpulsen durchgeführt wird und daß in den Pausen zwischen zwei Impulsen der Bohrkanal kontrolliert wird und die Bre-nnweite der die Laseestrahlung bündelnden Optik entsprechend verändert wird. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Bohrloches an dessen Austritt aus dem Körper an der engsten Stelle abgerundet werden. 5- Ziehstein aus Diamant mit einem Ziehkanal unter 10/um, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehkanal nur eine kegeleige Eintrittsöffnung, aber keine kegelige Austrittsöffnung besitzt, daß die engste Stelle des Ziehkanals mit.dem einen Ende des Ziehsteines, also mit der Austrittsöffnung zusammenfällt und daß sich der Ziehkanal von dieser Stelle aus zum anderen Ende des Ziehsteines hin stetig etwa konisch erweitert und daß die Dicke des Ziehsteines weniger als 1 mm beträgt. Ziehstein aus Diamant nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, -daß er auf beiden Seiten von einer Fassung umschlossen ist, von welcher sowohl der Einlaufkegel als auch der Auslaufkegel gebildet werden. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Laserstrahlung ein Festkörperlaser vorhanden ist, dessen Impulsdauer etwa 1 msec. beträgt und daß ein Preßluftmotor zur Drehung des zu durchbohrenden Körpern vorgesehen ist, der etwa 100 000 Umdrehungen pro Minute ausführt.