JP2002536187A - レーザー光線を用いてワークに穴を形成するための方法 - Google Patents
レーザー光線を用いてワークに穴を形成するための方法Info
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Abstract
Description
製造のために多くの場合、穴(Loch)を穿孔穴(Bohrloch)の長手方向に所定の穴幾
何学形状若しくは穴輪郭で形成することが望ましい。特に、断面が一方の端部に
向かって増大する錐形(konisch)の穿孔穴を形成することが必要である。
孔穴の錐形幾何学形状が放電ワイヤの振動によって規定される。該方法は、ワイ
ヤの安定性の理由から必要な最小直径に基づき150μm以下の範囲の小さな穿
孔穴直径にとって問題である。まさに小さな穿孔穴を高い精度で形成することが
、例えば噴射ノズルにとって要求される。さらにワイヤ放電加工法においては欠
点として、錐形の穴幾何学形状の再現性が低く、該方法は低速で従って費用がか
かる。
有する本発明に基づく方法においては、レーザー光線の光線幾何学形状及び/又
は光線パラメータの調節によって、穿孔穴の長手方向での所定の穴幾何学形状(
穴輪郭)が規定される。有利には穿孔穴が錐形に形成され、この場合、穿孔穴直
径が光線進行方向で増大していてよい。本発明に基づく方法においては利点とし
て、レーザー光線の光線幾何学形状及び/又は光線パラメータの調節によって、
極めて多様な穴幾何学形状が高い精度で規定可能である。さらなる利点として、
本発明に基づく方法は100μm以下の範囲の極めて小さい穴直径にも使用可能
である。さらに、本発明に基づく穿孔法は公知の穿孔法に比べて高い速度で行わ
れ、これによって製品製造の際のコストに関する著しい利点が得られる。
にフォーカスされ、この場合、レンズの焦点距離、レーザー光線の、レンズ内へ
の入口での光線直径、焦点直径及び出力密度が、錐形の穿孔穴を生ぜしめるよう
に選ばれる。有利には、レーザー光線の焦点領域がワーク表面の穴入口に位置し
ている。レーザー光線は焦点領域の後方で再び発散し、これによって、十分な出
力密度で穿孔穴の長手方向の錐形(テーパー状)の成形面が得られる。
がレンズを通る前にレーザー光線の断面を広げると有利である。このために、テ
レスコープ状のレンズ装置を用いてよく、該レンズ装置がレーザーとレンズとの
間の光線路内で任意の箇所に配置される。
的に揺動運動を生ぜしめ、この場合、錐面に沿って移動する。このような揺動運
動によって、穿孔穴の長手方向の成形面(成形輪郭)が正確に規定される。レー
ザー光線が付加的に、揺動運動と同期して固有の軸線を中心として回転させられ
ると、各時点で、レーザー光線の方位角の同一箇所がワークに係合する。これに
よって、レーザー光線断面の円形の凹凸(unrunder Laserstrahlquerschnitt)が
均等化されて、極めて正確な円形の穴断面が得られる。
偏光されたレーザー光を用いて偏光方向及び偏光形の選択によって調節される。
光線出口の側での卵形の穴幾何学形状(ovale Lochgeometrie)が、直線偏光され
たレーザー光線を用いて規定されてよい。特に円形の穴断面が、環状偏光(zirku
lar polarisieren)されたレーザー光線を用いて規定されてよい。レーザー光線
の揺動運動と規定された偏光とを組み合わせることも可能である。
、レーザー光線をワークにフォーカスするためのレンズ、レーザー光線を揺動運
動させるための装置、並びに、λ/2・波長板及びこれに対して相対的に回転可
能なλ/4・波長板を備えた回転可能な偏光装置が設けられている。
を形成するためのレーザー・穿孔過程の概略断面図である。
距離、レンズの入射箇所での光線直径、レーザー光線の焦点直径、及び出力密度
の調節によって規定される。この場合、重要な点は、レンズの焦点距離とレンズ
内に入射する際の光線の光線直径との商によって求められるいわゆるレンズ定数
である。レンズ定数は光線発散若しくは焦点領域の光線直径の尺度である。レン
ズ定数が小さければ小さいほど、十分な出力密度においてレーザー光線で形成さ
れる穴のテーパが大きくなる。用いられる標準的なレンズ定数は8乃至25の範
囲である。
で焦点直径によって規定される。次いで、引き続く穴経過(穴輪郭形状)並びに
穴出口の直径が、レンズ定数及び光線質に基づく光線伝播によって規定される。
光線形状を穿孔穴に写すために、穴領域全体でレーザー光線内のそれぞれの出力
密度が材料切除過程のためのそれぞれの膨出率よりも大きくなければならない。
れた穴テーパが得られる。このような方法が図1に示してある。レーザー光線2
(該レーザー光線の、縦方向の光線形状が概略的に示してある)は、角周波数ω
で、中心軸(鎖線)を中心とした破線によって示す錐面に沿って回転させられる
。該回転運動の、光線断面を含む軌道が、所望の穴形状(Lochform)を規定する。
この場合、レーザー光線とワークとの間の相対運動が重要であり、レーザー光線
か若しくはワークが運動させられてよく、若しくは両方が運動させられてよく、
複雑なワーク形状の場合にはレーザー光線を運動させることが技術的に最も簡単
に実施できる。
中心として回転させられると、各時点で、レーザー光線の方位角の同一箇所がワ
ークに係合する。これによって極めて正確な円形の穴が形成され、それというの
はレーザー光線断面の不均一性が補償されるからである。該回転運動もレーザー
光線源の回転によって、若しくはワークの回転によって行われてよい。
の偏光方向及び偏光形の適当な選択によって規定される。レーザー光線の偏光が
、偏光方向の配向に応じて異なって吸収される。穴出口がレーザー光線の偏光に
よって一緒に正確に規定される。円形(kreisfoermig)の穴出口を得るためには、
環状偏光を必要とし、該偏光は、直線偏光された光線からλ/4・波長板の適当
な角度配置によって生ぜしめられる。円形の穴出口を形成するための別の可能性
が、図1で述べた方法と関連して、λ/2・波長板若しくは像ローターを用いて
揺動運動に対して同期的にレーザー光線の偏光面を回転させることにある。
してある。偏光装置4はλ/2・波長板5及びこれに対して回転可能に支承され
たλ/4・波長板6を有している。λ/2・波長板に対するλ/4・波長板の相
対位置に応じて、レーザー光線の偏光が、直線偏光(図2bの最も左側)と環状
偏光(図2bの最も右側)との間で調節される。偏光装置4全体の回転によって
、偏光面が回転させられてよい。
る。図2aには、0°(垂直な偏光)から90°(平行な偏光)との間の偏光角
を有する5つの例が示してあり、この場合、レーザー光線が揺動運動を行い、揺
動運動が図2aの第2の列に示してある。穴入口の穴断面が図2aの第3の列に
実線によって示してあり、穴出口の穴断面が破線によって示してある。
口の穴断面がいずれも円であるのに対して、穴出口の穴断面(破線)は環状偏光
(円偏光)の場合にのみ円(rund)である。偏光の形を環状から直線へ変えること
によって、穴出口の所定の卵形(Ovalfrom)が得られ、この場合、卵形の長軸が偏
光面に対して垂直に位置している。
。この場合には穴入口でも穴出口でも円形の穴断面が得られる。しかしながら、
穴出口の穴直径、ひいてはテーパが、偏光面をレーザー光線の円運動に対して半
径方向に位置させる(図2cの右側)か、円運動に対して接線方向に位置させる
(図2cの左側)かに関連して変化する。偏光面をレーザー光線の円運動に対し
て半径方向に位置させた場合の穴テーパは、偏光面をレーザー光線の円運動に対
して接線方向に位置させた場合の穴テーパよりも小さくなっている。
又はレーザー光線の光線パラメータの調節によって、所定の長手方向成形面を有
する精密な穿孔穴、特に錐形の穿孔穴が形成される。該方法は、100μm以下
の小さな直径の穴の形成のためにも適していて、従って特に噴射ノズル若しくは
類似のものの制作のために有利に使用される。
的な断面図。
長板、 6 λ/4・波長板、 7 穴(穿孔穴)
Claims (14)
- 【請求項1】 レーザー光線(2)を用いてワーク(1)に穴(7)を形成
するための方法において、レーザー光線の光線幾何学形状及び/又は光線パラメ
ータの調節によって、穿孔穴(7)の長手方向での所定の穴幾何学形状を規定す
ることを特徴とする、レーザー光線を用いてワークに穴を形成するための方法。 - 【請求項2】 穿孔穴(7)を錐形に形成する請求項1記載の方法。
- 【請求項3】 穿孔穴直径を光線出口方向に向かって増大させる請求項2記
載の方法。 - 【請求項4】 レーザー光線(2)をレンズによってワーク(1)上にフォ
ーカスして、レンズの焦点距離、レーザー光線の、レンズ内への入口での光線直
径、焦点直径及び出力密度を、錐形の穿孔穴(7)が生じるように選ぶ請求項2
又は3記載の方法。 - 【請求項5】 レーザー光線(2)をレンズに達する前に発散させる請求項
4記載の方法。 - 【請求項6】 レンズを通して放射されたレーザー光線(2)の焦点領域を
ワーク表面の穴入口に位置させる請求項4又は5記載の方法。 - 【請求項7】 レーザー光線(2)をワーク(1)に対して相対的に揺動運
動せしめ、この場合、錐面に沿って移動させる請求項1から3のいずれか1項記
載の方法。 - 【請求項8】 レーザー光線(2)の焦点領域をワーク表面の穴入口に位置
させる請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 レーザー光線(2)が揺動運動と同期的にレーザー光線自体
の軸線を中心として回転させられる請求項7又は8記載の方法。 - 【請求項10】 直線偏光されたレーザー光線を用いて、該レーザー光線の
偏光面が揺動運動と同期的に回転させられる請求項7から9のいずれか1項記載
の方法。 - 【請求項11】 穴幾何学形状を偏光方向及び偏光形の選択によって調節す
る請求項1から3のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 直線偏光されたレーザー光線を用いる請求項11記載の方
法。 - 【請求項13】 環状偏光されたレーザー光線を用いる請求項11記載の方
法。 - 【請求項14】 ワーク(1)に穴(7)を形成するための装置において、
レーザー光線源、 レーザー光線(2)をワーク(1)にフォーカスするためのレンズ、 レーザー光線(2)を揺動運動させるための装置、この場合、レーザー光線が錐
面に沿って移動するようになっており、 回転可能に配置されていてかつλ/2・波長板(5)及びこれに対して相対的に
回転可能なλ/4・波長板(6)を備えた偏光装置(4)が設けられていること
を特徴とする、ワークに穴を形成するための装置。
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