JP2000052078A - エキシマレ―ザによる輪郭が可変の孔または形の加工方法および装置 - Google Patents

エキシマレ―ザによる輪郭が可変の孔または形の加工方法および装置

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Gerard Albert Felix Fournier
ジエラール・アルベール・フエリツクス・フルニエ
Joel Olivier Alfred A Vigneau
ジヨエル・オリビエ・アルフレド・アベル・ビニヨー
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Safran Aircraft Engines SAS
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Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エキシマレーザにより機械部品に輪郭が可変
の孔または形を加工する装置を提供する。 【解決手段】 エキシマレーザ（１０）とレーザビーム
の集束装置（３０）との間に介在させた所定の形の開口
部を備えたスクリーン（５０）を含む。このスクリーン
は、レーザビーム（４０）に垂直な面を移動する。制御
手段（６０、７０、８０）は、機械部品の孔の加工中
に、レーザビームが送るパルス数に応じてリアルタイム
でスクリーンの移動を自動的に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザに
より機械部品に輪郭が可変の孔または形を加工する方法
および装置に関する。本発明は特に、航空学におけるタ
ービンエンジンの羽および燃焼室の冷却孔の穿孔に適用
される。
【０００２】
【従来の技術】輪郭が可変の孔を加工する場合、ＥＤＭ
（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎ
ｉｎｇ、放電加工）技術と称される、放電加工による穿
孔技術を使用することは周知である。この技術の主な欠
点は、穿孔する穴に対して必要とされる形と同じ形の電
極を使用しなければならないことにあり、こうした電極
は、それ自体を加工しなければならない。しかも、この
加工方法は非常に遅い。
【０００３】またフランス特許第２６３７５２４号によ
れば、レーザビームと、円錐形の母線に沿ったビームの
回転手段とを用いることにより、輪郭が可変の孔を穿孔
することが同じく既知である。孔は漏斗型に形成される
が、円錐部分の寸法と、円錐部分の後段に配置される円
筒部分の長さとは、工業的に制御が難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既知
の方法および装置の欠点を解消できる、輪郭が可変の孔
または形の加工方法と加工装置とを実現することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このために、本発明は、
エキシマレーザを用いた加工方法および加工装置に関
し、この加工は、機械部品に対してレーザビームを相対
的に移動せずに行われる。エキシマレーザから送られる
ビームは、所望の寸法と形の断面を持つビームだけを通
すように、所定の形の開口部を備えたダイヤフラムまた
はスクリーンを、ビームの軌道の非集束部分に介在させ
ることによって形成される。
【０００６】本発明によれば、パルスとしてビームを送
るエキシマレーザにより、機械部品に任意の断面の孔ま
たは形を加工する装置は、エキシマレーザとビームの集
束装置との間に介在させた所定の形の開口部を備えるス
クリーンを含み、スクリーンが、レーザビームに垂直な
面を移動することを特徴とする。
【０００７】本発明はまた、加工する機械部品に向けて
パルスとしてレーザビームを送り、エキシマレーザによ
り機械部品に輪郭が可変の孔または形を加工する方法に
関し、この方法は、前記レーザビームの所定の断面を選
択するためにレーザビームの一部を遮蔽し、次いで加工
中にリアルタイムでレーザビームの前記断面を変え、機
械部品に設ける孔の輪郭に応じて断面の変化を行うこと
を特徴とする。
【０００８】本発明の他の特徴または長所は、添付図面
に関して限定的ではなく例として挙げられた以下の説明
により明らかになるだろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に示した装置は、加工する機
械部品２０に向けてパルスとして放射ビームを送るエキ
シマレーザ光線源１０と、加工部品にビームを集束する
ようにビーム４０の行程に取り付けられるレーザビーム
集束装置３０と、光線源１０および集束装置３０の間に
介在するスクリーンまたはダイヤフラム５０とを含む。
スクリーンは、レーザビーム４０の軌道の非集束部分に
配置される所定の形の開口部を備える。集束前にビーム
の軌道にスクリーンを介在させることによって、所望の
寸法および形の断面を持つビームだけを通過させるよう
に、ビームの一部を遮蔽してビームの非遮蔽部分を形成
することができる。
【００１０】図２に示された装置は、図１に関して説明
した装置と同じ手段を含む。さらに、スクリーンの移動
またはダイヤフラムの変形を制御する手段を含み、この
手段は、それぞれ、加工中に、レーザビームの軸に垂直
な面におけるスクリーンの位置およびダイヤフラムの開
口部を変えることができる。制御手段は、エキシマレー
ザ１０から送られるパルスのカウント装置６０を含み、
この装置は、エキシマレーザから送られるパルス数に応
じて、スクリーンの移動またはダイヤフラムの開口部を
機械的に調整する手段８０を制御するための制御装置７
０に結合される。スクリーンの移動またはダイヤフラム
の変形は、レーザから送られるパルスの時間または数に
応じて、リアルタイムで行われるが、これは、機械部品
の表面の幾つかのゾーンが、異なる持続時間のあいだレ
ーザビームにより照射されることを意味する。その場
合、こうしたゾーンでレーザビームにより加工される深
さは、これらのゾーンの照射時間またはこれらのゾーン
に当たるレーザパルス数に応じる。スクリーンの移動ま
たはダイヤフラムの変形により、レーザビームと機械部
品の相互作用の際に得られる焦点を変化させることで、
輪郭が可変の孔または形が得られ、加工される深さが、
機械部品の表面の各点でこうした相互作用の持続時間に
依存するようにすることができる。
【００１１】たとえば、所定の規則に従って、図３ａ、
図３ｂに示したような、断面が単調に減少する孔を設け
ることができる。
【００１２】スクリーンの位置を変えるには、たとえば
レーザビームの軸に垂直な面で移動するキャリッジにス
クリーンを取り付けることができる。キャリッジの制御
は、たとえば、コンピュータによる所定のプログラムに
従って、レーザから送られるパルス数に応じて回転が変
動するステッピングモータにより、自動的に実施可能で
ある。
【００１３】スクリーンは、可変開口式のシャッタを備
えたダイヤフラムに代えることもできる。この場合、ス
クリーンの移動制御手段は、各シャッタで独立して作用
可能なダイヤフラムの変形の制御手段に代わる。ダイヤ
フラムの変形の制御手段は、レーザビームの断面、従っ
て加工される形を変化させるように、ダイヤフラムの開
閉を管理する役割を果たす制御装置を含む。
【００１４】ビームの断面の変化は、所定の変化規則に
従って自動的に行われる。ダイヤフラムの変形は、穿孔
中にリアルタイムで行われる。ダイヤフラムを徐々に閉
じると、輪郭が変わる孔が発生し、断面は穴の深さに従
って小さくなり、たとえば孔を円錐形または漏斗型にす
ることができる。孔の断面は、ダイヤフラムの形に応じ
て、円形、正方形、多角形その他にすることができる。
【００１５】図４ａ、図４ｂは、ダイヤフラムの複数の
シャッタで独立する制御と共に得られるか、またはスク
リーンの移動によって得られる孔の例を示している。
【００１６】制御装置は、たとえばステッピングモータ
によって構成することができ、ステッピングモータの回
転は、所定のプログラムに従ってレーザから送られるパ
ルス数に応じて変動する。このプログラムは、コンピュ
ータによって管理され、ダイヤフラムの制御レバーまた
はリング（図示せず）を介して作動する。
【００１７】このような加工装置はさらに、孔が円筒形
である場合、所望の直径よりも小さい直径の円筒孔を得
るようにダイヤフラムの開口部を適合させ、次いで孔が
通じた場合、孔の所望の断面を得るべくレーザパルス数
に応じてダイヤフラムを開けるようにすることにより、
形成される孔のキャリブレーションを行うことができ
る。こうしたキャリブレーションによって、形成される
孔の寸法精度を改善するとともに、孔の壁への加工によ
る材料の付着をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒形の孔または形を穿孔可能な
装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明による輪郭が可変の孔を穿孔可能な装置
の第２の実施形態を示す図である。
【図３ａ】ダイヤフラムの規則的な閉鎖により得られ
る、輪郭が可変の孔の一例を示す図である。
【図３ｂ】ダイヤフラムの規則的な閉鎖により得られ
る、輪郭が可変の孔の一例を示す図である。
【図４ａ】ダイヤフラムの複数のシャッタの独立制御ま
たはスクリーンの中心の移動により得られる、輪郭が可
変の孔の一例を示す図である。
【図４ｂ】ダイヤフラムの複数のシャッタの独立制御ま
たはスクリーンの中心の移動により得られる、輪郭が可
変の孔の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ エキシマレーザ光線源 ２０ 機械部品 ３０ 集束装置 ４０ レーザビーム ５０ スクリーン ６０ カウント装置 ７０ 制御装置 ８０ 調整手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエラール・アルベール・フエリツクス・ フルニエ フランス国、77930・フルリ・アン・ビエ ール、リユ・モンペレ、５ (72)発明者 ジヨエル・オリビエ・アルフレド・アベ ル・ビニヨー フランス国、91750・シヤンキユイユ、リ ユ・ドウ・ラ・ジユステイス、10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルスとしてビームを送るエキシマレー
    ザにより、機械部品に輪郭が可変の孔または形を加工す
    る装置であって、エキシマレーザ（１０）とビームの集
    束装置（３０）との間に介在させた所定の形の開口部を
    備えるスクリーン（２０）を含み、該スクリーン（２
    ０）が、レーザビーム（４０）に垂直な面を移動するこ
    とを特徴とする加工装置。
  2. 【請求項２】 レーザビームに垂直な面のスクリーンの
    移動を制御する手段を含み、このスクリーンの移動が、
    機械部品における孔の加工中にリアルタイムで行われる
    ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
  3. 【請求項３】 スクリーンは、開口部が可変のシャッタ
    を含むダイヤフラムに代えられることを特徴とする請求
    項１に記載の加工装置。
  4. 【請求項４】 機械部品における孔の加工中にリアルタ
    イムで、ダイヤフラムの開口部を自動的に制御する手段
    を含むことを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
  5. 【請求項５】 ダイヤフラムの開口部の制御手段は、各
    シャッタで独立して作動することを特徴とする請求項４
    に記載の加工装置。
  6. 【請求項６】 ダイヤフラムの開口部の制御手段は、エ
    キシマレーザ（１０）から送られるパルスのカウント装
    置（６０）を含むことを特徴とする請求項４または５に
    記載の加工装置。
  7. 【請求項７】 ダイヤフラムの開口部の制御手段は、ダ
    イヤフラムの開口部断面の機械的な調整手段（８０）
    と、エキシマレーザにより送られるパルス数に応じて、
    ダイヤフラムの開口部の機械的な調整手段を制御するた
    めの制御装置（７０）とを含むことを特徴とする請求項
    ６に記載の加工装置。
  8. 【請求項８】 制御装置は、エキシマレーザから送られ
    るパルス数に応じて回転速度が変動されるステッピング
    モータを含むことを特徴とする請求項７に記載の加工装
    置。
  9. 【請求項９】 加工する機械部品に向けてパルスとして
    レーザビームを送り、エキシマレーザにより機械部品に
    輪郭が可変の孔または形を加工する方法であって、前記
    レーザビームの所定の断面を選択するためにレーザビー
    ムの一部を遮蔽し、次いで加工中にリアルタイムでレー
    ザビームの前記断面を変え、機械部品に設ける孔の輪郭
    に応じて所定の変化規則に従って自動的に断面を変える
    ことを特徴とする方法。
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