(57)【要約】  レーザ透過型機械加工ツールが開示される。レーザ透過型機械加工ツール（１０）は、入口面（１２）、すくい面（１４）、すくい面（１４）に連結されたフランク面（１６）、入口面（１２）とすくい面（１４）との間に延びるすくい側面（１８）、および入口面（１２）とフランク面（１６）との間に延びるフランク側面（２０）を含む複数の面を有する。フランク面（１６）へのすくい面（１４）の連結により、切れ刃（２２）が構成される。すくい面（１４）は、すくい角（θ14）を定めるようすくい側面（１８）から遠ざかって延びている。入口面（１２）は、レーザビーム（Ｌ）を受け入れてこれを屈折させてすくい面（１４）、フランク面（１６）、および切れ刃（２２）に向け、レーザビーム（Ｌ）が屈折して、少なくともすくい面（１４）の近くに延びる圧縮領域（ＸC）およびフランク面（１６）の近くに延びる引張り領域（ＷT）のところで加工物（Ｗ）中に入り、そしてこれを加熱するようになっている。加工物（Ｗ）を機械加工するシステムが開示される。加工物（Ｗ）を機械加工する方法もまた開示される。
2019524470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物（Ｗ）を機械加工するレーザ透過型機械加工ツール（１０）であって、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）は、
入口面（１２）、すくい面（１４）、前記すくい面（１４）に連結されたフランク面（１６）、前記入口面（１２）と前記すくい面（１４）との間に延びるすくい側面（１８）、および前記入口面（１２）と前記フランク面（１６）との間に延びるフランク側面（２０）を備えた材料本体を有し、
前記フランク面（１６）への前記すくい面（１４）の連結により、切れ刃（２２）が構成され、
前記入口面（１２）は、レーザビーム（Ｌ）を受け入れて該レーザビームを前記すくい面（１４）、前記フランク面（１６）、および前記切れ刃（２２）に向かって屈折させるよう構成され、前記レーザビーム（Ｌ）は、屈折して、少なくとも前記すくい面（１４）の近くに延びる圧縮領域（ＷC）および前記フランク面（１６）の近くに延びる引張り領域（ＷT）のところで前記加工物（Ｗ）中に入り、そして該加工物を加熱するようになっており、
前記すくい面（１４）は、すくい角（θ14）を定めるよう前記すくい側面（１８）から遠ざかって延び、前記フランク面（１６）は、前記すくい角（θ14）に対してフランク角（θ16）を定めるよう前記フランク側面（２０）から遠ざかって延び、前記すくい角（θ14）は、次のすくい角のうちの１つを定めるよう設定されており、前記次のすくい角は、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が最高圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が最低引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が大のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が高圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が低引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が中のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が中圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が中引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が小のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が低圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が高引張り領域（ＷT）であるようにするゼロのすくい角、および
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が最低圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が最高引張り領域（ＷT）であるようにする正のすくい角を含む、レーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項２】
前記最高圧縮領域（ＷC）、前記高圧縮領域（ＷC）、前記中圧縮領域（ＷC）、前記低圧縮領域（ＷC）および前記最低圧縮領域（ＷC）の各々は、前記切れ刃（２２）に沿って延びている、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項３】
前記最高引張り領域（ＷT）、前記高引張領域（ＷT）、前記中引張り領域（ＷT）、前記低引張り領域（ＷT）および前記最低引張り領域（ＷT）の各々は、前記切れ刃（２２）に沿って延びている、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項４】
前記負の程度が大のすくい角は、前記負の程度が中のすくい角、前記負の程度が小のすくい角、前記ゼロのすくい角および前記正のすくい角の各々よりも小さい、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項５】
前記負の程度が大のすくい角は、約９０°以上かつ約１３５°以下であり、前記中すくい角は、約１３６°以上かつ約１６５°以下であり、前記負の程度が小のすくい角は、約１６６°以上かつ約１７９°以下である、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項６】
前記ゼロのすくい角は、約１８０°である、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項７】
前記正のすくい角は、約１８１°以上かつ約２１０°以下である、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項８】
前記材料は、ダイヤモンド、サファイア、炭化物、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、珪素、窒化物、鋼、合金、セラミックス、アルミナ、結晶およびガラス複合材から成る群から選択される、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項９】
前記材料は、ダイヤモンドから成り、前記すくい角（θ14）は、前記負の程度が大のすくい角、前記負の程度が中のすくい角または前記負の程度が小のすくい角を定めるよう設定され、前記レーザビーム（Ｌ）に対して前記入口面（１２）により定められる逃げ角（θi）が約５°である、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項１０】
前記材料は、サファイアから成り、前記すくい角（θ14）は、前記負の程度が大のすくい角、前記負の程度が中のすくい角または前記負の程度が小のすくい角を定めるよう設定され、前記レーザビーム（Ｌ）に対して前記入口面（１２）により定められる逃げ角（θi）が約７°である、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項１１】
前記材料は、ダイヤモンドから成り、前記すくい角（θ14）は、前記ゼロのすくい角を定めるよう設定され、前記レーザビーム（Ｌ）に対して前記入口面（１２）によって定められる逃げ角（θi）が約７°である、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項１２】
前記入口面（１２）に被着された反射防止膜（３２）を更に有する、請求項１記載のレーザ透過型機械加工ツール（１０）。
【請求項１３】
加工物（Ｗ）を機械加工するシステム（１００）であって、
レーザ透過型機械加工ツール（１０）を含み、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の切れ刃（２２）を構成するようフランク面（１６）に連結されたすくい面（１４）を含む複数の面（１２〜２０）を備えた材料本体を有し、前記すくい面（１４）は、すくい角（θ14）を定めるよう前記複数の面（１２〜２０）の側面（１８）から遠ざかって延び、前記すくい角（θ14）は、複数のすくい角のうちの１つを定めるよう設定され、前記複数のすくい角は、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が最高圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が最低引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が大のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が高圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が低引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が中のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が中圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が中引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が小のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が低圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が高引張り領域（ＷT）であるようにするゼロのすくい角、および
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が最低圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が最高引張り領域（ＷT）であるようにする正のすくい角を含み、
前記複数の面（１２〜２０）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）のレーザビーム入口端（２４）および前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）のレーザビーム出口端（２６）を構成し、前記レーザビーム出口端（２６）は、前記すくい面（１４）、前記フランク面（１６）および前記切れ刃（２２）によって構成され、
上流側端（１０２U）および下流側端（１０２D）を備えたハウジング（１０２）を含み、前記ハウジング（１０２）の前記下流側端（１０２D）は、前記レーザ伝送機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム出口端（２６）に光結合されており、
レーザ発生器（１０４）を含み、前記レーザ発生器（１０４）は、前記レーザ発生器（１０４）によって発生したレーザビーム（Ｌ）を前記ハウジング（１０２）の前記上流側端（１０２U）から、前記材料本体に通し、そして
前記切れ刃（２２）、および
前記すくい面（１４）と前記フランク面（１６）のうちの一方または両方から出して前記レーザビーム入口端（２４）に光伝送するよう前記ハウジング（１０２）の前記上流側端（１０２U）に光学結合されている、システム（１００）。
【請求項１４】
前記ハウジング（１０２）は、光学部品（１０８，１１０）、および
光学部品インターフェース（１１２，１１４）を有し、前記光学部品（１０８，１１０）は、少なくとも、視準レンズ（１０８）および一連の集束レンズ（１１０）を含み、前記視準レンズ（１０８）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム入口端（２４）によって受け入れられる前に前記レーザビーム（Ｌ）を視準するために前記レーザ発生器（１０４）に光結合され、前記一連の集束レンズ（１１０）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム入口端（２４）によって受け入れられる前に前記レーザビーム（Ｌ）を集束するために前記視準レンズ（１０８）に光結合され、前記光学部品インターフェース（１１２，１１４）は、前記一連の集束レンズ（１１０）に連結された集束ノブ（１１２）を含み、前記集束ノブは、前記レーザビーム（Ｌ）の光線（ΦR1，ΦR2）を前記すくい面（１４）または前記フランク面（１６）に向かって選択的にバイアス掛けするために焦平面および前記レーザビーム（Ｌ）の直径（Φ）を調節し、前記光学部品インターフェース（１１２，１１４）は、前記一連の集束レンズ（１１０）に連結された１つまたは２つ以上のビーム位置決めステージ（１１４）を含み、前記１つまたは２つ以上のビーム位置決めステージ（１１４）は、前記レーザビーム（Ｌ）が前記集束レンズ（１０８）を出るときに前記レーザビーム（Ｌ）の角度を変更する、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項１５】
前記光学部品（１０８，１１０）に連結されたＸ軸マイクロメートル調節ノブ（１２４）と、
前記光学部品（１０８，１１０）に連結されたＹ軸マイクロメートル調節ノブ（１２６）と、
前記光学部品（１０８，１１０）に連結されたＺ軸マイクロメートル調節ノブ（１２８）とを更に含み、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸マイクロメートル調節ノブ（１２４，１２６，１２８）は、前記レーザビーム（Ｌ）の光線（ΦR1，ΦR2）を前記すくい面（１４）または前記フランク面（１６）の方へ選択的にバイアス掛けするために前記光学部品（１０８，１１０）に連結されている、請求項１４記載のシステム（１００）。
【請求項１６】
前記ハウジング（１０２）内に納められた光学サブハウジング（１０１）を更に含み、前記光学サブハウジング（１０１）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム入口端（２４）中への前記レーザビーム（Ｌ）の入射具合を調節するために前記光学サブハウジング（１０１）内に納められた前記光学部品（１０８，１１０）を三次元ＸＹＺ座標系のＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向のうちの任意の方向に調節するための空間調節装置（１１１）を備えた状態で前記ハウジング（１０２）に連結されている、請求項１４記載のシステム（１００）。
【請求項１７】
供給源またはリザーバ内に入れられていて、ノズル（１４１）から前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム出口端（２６）に送られる熱活性化またはレーザ活性化切削油剤、スラリまたはエッチング剤（１３７）と、
前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム出口端（２６）に塗布されるべき前記熱活性化またはレーザ活性化切削油剤、スラリまたはエッチング剤（１３７）の量に対する制御をアサートするために前記供給源またはリザーバに流体結合されているポンプおよび弁のうちの１つまたは２つ以上を含むアクチュエータ（１４３）とを更に含む、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項１８】
第２のレーザ発生器（１０４）を更に含み、前記第２のレーザ発生器（１０４）は、前記第２のレーザ発生器（１０４）によって発生した第２のレーザビーム（Ｌ）を前記ハウジング（１０２）の前記上流側端（１０２U）から、前記材料本体に通し、そして
前記切れ刃（２２）、および
前記すくい面（１４）と前記フランク面（１６）のうちの一方または両方から出して前記レーザビーム入口端（２４）に光伝送するよう前記ハウジング（１０２）の前記上流側端（１０２U）に光学結合されている、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項１９】
ビームアライメントソフトウェアを含む可視ビーム撮像カメラ（１３０）と、
前記可視ビーム撮像カメラ（１３０）に連結されたコンピュータワークステーション（１３２）とを更に含み、前記可視ビーム撮像カメラ（１３０）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）を通って伝搬する可視較正光ビーム（Ｌ）を画像化するとともに前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）を通って伝搬している前記可視較正光ビーム（Ｌ）の像を前記ビームアライメントソフトウェアに伝送し、前記ビームアライメントソフトウェアにより前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）を通過した前記可視較正光ビーム（Ｌ）がアライメントされていないことが判定されると、前記ビームアライメントソフトウェアは、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸マイクロメートル調節ノブ（１２４，１２６，１２８）のうちの１つまたは２つ以上の調節または回転と関連した命令または示唆された最適化値をディスプレイ上に表示するための命令を前記コンピュータワークステーションに提供する、請求項１５記載のシステム（１００）。
【請求項２０】
前記コンピュータワークステーション（１３２）に連結されていて前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記切れ刃（２２）を通過した前記レーザビーム（Ｌ）の出力パワーを測定するエネルギー計器またはパワーメータ（１３４）を更に含む、請求項１９記載のシステム（１００）。
【請求項２１】
前記コンピュータワークステーションに連結されていて前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）を通る前記レーザビーム（Ｌ）をアライメントするために前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の配向角または幾何学的形状を検出するビーム輪郭器（１３６）を更に含む、請求項１９記載のシステム（１００）。
【請求項２２】
前記ハウジング（１０２）に連結された高精度ツール高さ調節器（１１６）を更に含む、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項２３】
前記ハウジング（１０２）に連結されたスマートスイベルシステム（１１８）を更に含む、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項２４】
前記ハウジング（１０２）に連結された隔離型回転支承システム（１２０）と、
前記ハウジング（１０２）の前記下流側端（１０２D）内に設けられるとともに該下流側端の近くに配置されていて前記レーザビーム（Ｌ）を前記レーザビーム入口面（１２）の多数の場所に送り出すビームスプリッタ（１２２，１４６）とを更に含む、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項２５】
加工物（Ｗ）を機械加工する方法であって、前記方法は、
レーザ発生器（１０４）からのレーザビーム（Ｌ）を伝送するステップと、
前記レーザ発生器（１０４）に光結合されたハウジング（１０２）の上流側端（１０２U）のところで前記レーザビーム（Ｌ）を受け取るステップと、
前記ハウジング（１０２）の下流側端（１０２D）に光結合されているレーザ透過型機械加工ツール（１０）のレーザビーム入口端（２４）を構成するレーザビーム入口面（１２）のところで前記レーザビーム（Ｌ）を受け取るステップと、
前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム入口端（２４）と前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）のレーザビーム出口端（２６）との間に延びる前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の材料本体中で前記レーザビーム（Ｌ）を透過させるステップと、
前記レーザビーム（Ｌ）を前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の切れ刃（２２）および前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）のすくい面（１４）と前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）のフランク面（１６）のうちの一方または両方から選択的に方向付けるステップとを含み、前記切れ刃（２２）、前記すくい面（１４）および前記フランク面（１６）は、前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記レーザビーム出口端（２６）を構成し、前記すくい面（１４）は、すくい角（θ14）を定めるよう前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の側面（１８）から遠ざかって延び、前記すくい角（θ14）は、複数のすくい角のうちの１つを定めるよう設定され、前記複数のすくい角は、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が最高圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が最低引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が大のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が高圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が低引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が中のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が中圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が中引張り領域（ＷT）であるようにする負の程度が小のすくい角、
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が低圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が高引張り領域（ＷT）であるようにするゼロのすくい角、および
前記加工物（Ｗ）の前記圧縮領域（ＷC）が最低圧縮領域（ＷC）であるとともに前記加工物（Ｗ）の前記引張り領域（ＷT）が最高引張り領域（ＷT）であるようにする正のすくい角を含む、方法。
【請求項２６】
前記レーザビーム（Ｌ）は、前記レーザビーム（Ｌ）の中心軸線（ＬA‐ＬA）に沿って延びる中心光線（ΦA）、前記レーザビーム（Ｌ）の前記中心軸線（ＬA‐ＬA）から第１の半径方向距離遠ざかったところに配置された第１の周囲アレイをなす光線（ΦR1）および前記レーザビーム（Ｌ）の前記中心軸線（ＬA‐ＬA）から第２の半径方向距離遠ざかったところに配置された少なくとも１つの第２の周囲アレイをなす光線（ΦR2）を有する直径（Φ）によって定められ、前記第２の半径方向距離は、前記第１の半径方向距離よりも大きく、前記レーザビーム（Ｌ）を選択的に方向付けるステップは、
前記レーザビーム（Ｌ）の前記中心光線（ＬA）を前記レーザ透過型機械加工ツール（１０）の前記切れ刃（２２）から方向付けるステップと、
前記レーザビーム（Ｌ）の前記第１の周囲アレイをなす光線（ΦR1）と前記レーザビーム（Ｌ）の前記第２の周囲アレイをなす光線（ΦR2）のうちの一方または両方を前記すくい面（１４）と前記フランク面（１６）のうちの一方に向かってバイアス掛けするステップとを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記レーザビーム（Ｌ）の前記第１の周囲アレイをなす光線（ΦR1）と前記レーザビーム（Ｌ）の前記第２の周囲アレイをなす光線（ΦR2）のうちの一方または両方を前記すくい面（１４）と前記フランク面（１６）のうちの一方に向かってバイアス掛けする前記ステップは、
前記ハウジング（１０２）内に設けられた一連の集束レンズ（１１０）に連結されていて、前記レーザビーム（Ｌ）の焦平面および前記直径（Φ）を調節する集束ノブ（１１２）を調節するステップを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記レーザビーム（Ｌ）の前記第１の周囲アレイをなす光線（ΦR1）と前記レーザビーム（Ｌ）の前記第２の周囲アレイをなす光線（ΦR2）のうちの一方または両方を前記すくい面（１４）と前記フランク面（１６）のうちの一方に向かってバイアス掛けする前記ステップは、
前記ハウジング（１０２）内に設けられた一連の集束レンズ（１１０）に連結されていて前記レーザビーム（Ｌ）が前記ハウジング（１０２）内に設けられた視準レンズ（１０８）を出るときに前記レーザビーム（Ｌ）の角度を変更する１つまたは２つ以上のビーム位置決めステージ（１１４）を調節するステップを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記レーザビーム（Ｌ）の前記第１の周囲アレイをなす光線（ΦR1）と前記レーザビーム（Ｌ）の前記第２の周囲アレイをなす光線（ΦR2）のうちの一方または両方を前記すくい面（１４）と前記フランク面（１６）のうちの一方に向かってバイアス掛けする前記ステップは、
Ｘ軸マイクロメートル調節ノブ（１２４）、前記光学部品（１０８，１１０）に連結されたＹ軸マイクロメートル調節ノブ（１２６）および前記ハウジング（１０２）内に設けられた一連の集束レンズ（１１０）に連結されたＺ軸マイクロメートル調節ノブ（１２８）のうちの１つまたは２つ以上を調節するステップを含む、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、レーザ透過型機械加工ツール、レーザ透過型機械加工ツールを含むシステムおよび加工物を機械加工するためのレーザ透過型機械加工ツールを含むシステムを利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本項は、必ずしも先行技術ではない本開示内容との関連背景技術情報を提供する。
【０００３】
レーザ支援型機械加工ツールが知られている。既存のレーザ支援型機械加工ツールは、これらの意図した目的のために適切に働くが、レーザ支援型機械加工ツールに対する改良が当該技術分野の技術進歩のために模索され続けている。
【発明の概要】
【０００４】
本開示内容は、すくい面、フランク面および加工物を機械加工するための切れ刃を備えたレーザ透過型機械加工ツールを提供する。レーザ透過型機械加工ツールは、レーザビームを受け入れてこれを屈折させてすくい面、フランク面および切れ刃に向けるよう構成されており、レーザビームは、屈折して少なくともすくい面の近くに延びる圧縮領域およびフランク面の近くに延びる引張り領域のところで加工物中に入り、そしてこれを加熱するようになっている。すくい面は、すくい角を定めるようレーザ透過型機械加工ツールのすくい側面から遠ざかって延びている。すくい角は、次のすくい角のうちの１つを定めるよう設定され、かかるすくい角は、負のすくい角、ゼロのすくい角および正のすくい角を含む。負のすくい角は、負の程度が大のすくい角、負の程度が中のすくい角および負の程度が小のすくい角のうちの１つまたは２つ以上含むのが良い。負の程度が大のすくい角は、加工物の圧縮領域が最高圧縮領域であるようにするとともに加工物の引張り領域が最低引張り領域であるようにする。負の程度が中のすくい角は、加工物の圧縮領域が高圧縮領域であるようにするとともに加工物の引張り領域が低引張り領域であるようにする。負の程度が小のすくい角は、加工物の圧縮領域が中引張り領域であるとともに加工物の引張り領域が低引張り領域であるようにする。ゼロのすくい角は、加工物の圧縮領域が低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が高引張り領域であるようにする。正のすくい角は、加工物の圧縮領域が最低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最高引張り領域であるようにする。
【０００５】
本開示内容の一観点は、加工物を機械加工するレーザ透過型機械加工ツールを提供する。レーザ透過型機械加工ツールは、入口面、すくい面、すくい面に連結されたフランク面、入口面とすくい面との間に延びるすくい側面、および入口面とフランク面との間に延びるフランク側面を備えた材料本体を有する。フランク面へのすくい面の連結により、切れ刃が構成される。入口面は、レーザビームを受け入れてこのレーザビームをすくい面、フランク面、および切れ刃に向かって屈折させるよう構成され、レーザビームは、屈折して、少なくともすくい面の近くに延びる圧縮領域およびフランク面の近くに延びる引張り領域のところで加工物中に入り、そしてこの加工物を加熱するようになっている。すくい面は、すくい角を定めるようすくい面から遠ざかって延びる。フランク面は、すくい角に対してフランク角を定めるようフランク側面から遠ざかって延びる。すくい角は、次のすくい角のうちの１つを定めるよう設定されており、かかる次のすくい角は、加工物の圧縮領域が最高圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最低引張り領域であるようにする負の程度が大のすくい角、加工物の圧縮領域が高圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が低引張り領域であるようにする負の程度が中のすくい角、加工物の圧縮領域が中圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が中引張り領域であるようにする負の程度が小のすくい角、加工物の圧縮領域が低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が高引張り領域であるようにするゼロのすくい角、および加工物の圧縮領域が最低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最高引張り領域であるようにする正のすくい角を含む。
【０００６】
本開示内容の具体化例は、以下のオプションとしての１つまたは２つ以上含むのが良い。幾つかの具体化例では、最高圧縮領域、高圧縮領域、中圧縮領域、低圧縮領域および最低圧縮領域の各々は、切れ刃に沿って延びている。最高引張り領域、高引張領域、中引張り領域、低引張り領域および最低引張り領域の各々は、切れ刃に沿って延びている。
【０００７】
幾つかの具体化例では、負の程度が大のすくい角は、負の程度が中のすくい角、負の程度が小のすくい角、ゼロのすくい角および正のすくい角の各々よりも小さい。幾つかの場合、負の程度が大のすくい角は、約９０°以上かつ約１３５°以下であり、中すくい角は、約１３６°以上かつ約１６５°以下であり、負の程度が小のすくい角は、約１６６°以上かつ約１７９°以下である。幾つかの場合、ゼロのすくい角は、約１８０°である。幾つかの場合、正のすくい角は、約１８１°以上かつ約２１０°以下である。
【０００８】
レーザ透過型機械加工ツールの本体を構成する材料は、光、例えば光ビームを透過する任意所望の材料であって良い。材料は、ダイヤモンド、サファイア、炭化物、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、珪素、窒化物、鋼、合金、セラミックス、アルミナ、結晶およびガラス複合材から成る群から選択される。オプションとして、反射防止膜が入口面に被着されるのが良い。
【０００９】
幾つかの具体化例では、レーザ透過型機械加工ツールの本体を構成する材料は、ダイヤモンド材料から成る。すくい角は、負の程度が大のすくい角、負の程度が中のすくい角または負の程度が小のすくい角を定めるよう設定される。レーザビームに対して入口面により定められる逃げ角が約５°である。
【００１０】
幾つかの具体化例では、レーザ透過型機械加工ツールの本体を構成する材料は、サファイア材料から成る。すくい角は、負の程度が大のすくい角、負の程度が中のすくい角または負の程度が小のすくい角を定めるよう設定される。レーザビームに対して入口面により定められる逃げ角が約７°である。
【００１１】
幾つかの具体化例では、レーザ透過型機械加工ツールの本体を構成する材料は、ダイヤモンド材料から成る。すくい角は、ゼロのすくい角を定めるよう設定される。レーザビームに対して入口面によって定められる逃げ角が約７°である。
【００１２】
本開示内容の別の観点は、加工物を機械加工するシステムを提供する。本システムは、レーザ透過型機械加工ツールを含み、このレーザ透過型機械加工ツールは、レーザ透過型機械加工ツールの切れ刃を構成するようフランク面に連結されたすくい面を含む複数の面を備えた材料本体を有する。すくい面は、すくい角を定めるよう複数の面の側面から遠ざかって延びる。すくい角は、複数のすくい角のうちの１つを定めるよう設定され、複数のすくい角は、加工物の圧縮領域が最高圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最低引張り領域であるようにする負の程度が大のすくい角、加工物の圧縮領域が高圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が低引張り領域であるようにする負の程度が中のすくい角、加工物の圧縮領域が中圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が中引張り領域であるようにする負の程度が小のすくい角、加工物の圧縮領域が低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が高引張り領域であるようにするゼロのすくい角、および加工物の圧縮領域が最低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最高引張り領域であるようにする正のすくい角を含む。複数の面は、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端およびレーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム出口端を構成している。レーザビーム出口端は、すくい面、フランク面および切れ刃によって構成されている。本システムは、ハウジングおよびレーザ発生器を更に含む。ハウジングは、上流側端および下流側端を有する。ハウジングの下流側端は、レーザ伝送機械加工ツールのレーザビーム出口端に光結合されている。レーザ発生器は、レーザ発生器によって発生したレーザビームをハウジングの上流側端から、材料本体に通し、そして切れ刃、およびすくい面とフランク面のうちの一方または両方から出してレーザビーム入口端に光伝送するようハウジングの上流側端に光学結合されている。
【００１３】
本開示内容の具体化例では、以下のオプションとしての特徴のうちの１つまたは２つ以上含むのが良い。幾つかの具体化例では、ハウジングは、光学部品および光学部品インターフェースを有する。光学部品は、少なくとも、視準レンズおよび一連の集束レンズを含む。視準レンズは、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端によって受け入れられる前にレーザビームを視準するためにレーザ発生器に光結合されている。一連の集束レンズは、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端によって受け入れられる前にレーザビームを集束するために視準レンズに光結合されている。光学部品インターフェースは、一連の集束レンズに連結された集束ノブを含み、集束ノブは、レーザビームの光線をすくい面およびフランク面に向かって選択的にバイアス掛けするために焦平面およびレーザビームの直径を調節する。光学部品インターフェースは、一連の集束レンズに連結された１つまたは２つ以上のビーム位置決めステージを含み、１つまたは２つ以上のビーム位置決めステージは、レーザビームが集束レンズを出るときにレーザビームの角度を変更する。
【００１４】
幾つかの具体化例では、本システムは、オプションとして、Ｘ軸マイクロメートル調節ノブ、Ｙ軸マイクロメートル調節ノブおよびＺ軸マイクロメートル調節ノブを含む。Ｘ軸マイクロメートル調節ノブ、Ｙ軸マイクロメートル調節ノブおよびＺ軸マイクロメートル調節ノブの各々は、レーザビームの光線をすくい面またはフランク面の方へ選択的にバイアス掛けするために光学部品に連結されている。
【００１５】
幾つかの場合、本システムは、オプションとして、ハウジング内に納められた光学サブハウジングを更に含む。光学サブハウジングは、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端中へのレーザビームの入射具合を調節するために光学サブハウジング内に納められた光学部品を三次元ＸＹＺ座標系のＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向のうちの任意の方向に調節するための空間調節装置を備えた状態でハウジングに連結されている。
【００１６】
幾つかの実施例では、本システムは、オプションとして、供給源またはリザーバ内に入れられていて、ノズルからレーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム出口端に送られる熱活性化またはレーザ活性化切削油剤、スラリまたはエッチング剤を含む。本システムは、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム出口端に塗布されるべき熱活性化またはレーザ活性化切削油剤、スラリまたはエッチング剤の量に対する制御をアサートするために供給源またはリザーバに流体結合されているポンプおよび弁のうちの１つまたは２つ以上を含むアクチュエータとを更に含む。
【００１７】
幾つかの具体化例では、本システムは、オプションとして、第２のレーザ発生器を更に含み、第２のレーザ発生器は、第２のレーザ発生器によって発生した第２のレーザビームをハウジングの上流側端から、材料本体に通し、そして切れ刃、およびすくい面とフランク面のうちの一方または両方から出してレーザビーム入口端に光伝送するようハウジングの上流側端に光学結合されている。
【００１８】
幾つかの場合、本システムは、オプションとして、ビームアライメントソフトウェアを含む可視ビーム撮像カメラと、可視ビーム撮像カメラに連結されたコンピュータワークステーションとを更に含む。可視ビーム撮像カメラは、レーザ透過型機械加工ツールを通って伝搬する可視較正光ビームを画像化するとともにレーザ透過型機械加工ツールを通って伝搬している可視較正光ビームの像をビームアライメントソフトウェアに伝送する。ビームアライメントソフトウェアによりレーザ透過型機械加工ツールを通過した可視較正光ビームがアライメントされていないことが判定されると、ビームアライメントソフトウェアは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸マイクロメートル調節ノブのうちの１つまたは２つ以上の調節または回転と関連した命令または示唆された最適化値をディスプレイ上に表示するための命令をコンピュータワークステーションに提供する。
【００１９】
幾つかの実施例では、本システムは、オプションとして、エネルギー計器またはパワーメータを更に含む。エネルギー計器またはパワーメータは、レーザ透過型機械加工ツールの切れ刃を通過したレーザビームの出力パワーを測定するようコンピュータワークステーションに連結されている。
【００２０】
幾つかの具体化例では、本システムは、オプションとして、コンピュータワークステーションに連結されたビーム輪郭器を含む。ビーム輪郭器およびコンピュータワークステーションは、レーザ透過型機械加工ツールを通るレーザビームをアライメントするためにレーザ透過型機械加工ツールの配向角または幾何学的形状を検出する。
【００２１】
幾つかの場合、本システムは、オプションとして、高精度ツール高さ調節器を含む。高精度ツール高さ調節器は、ハウジングに連結されている。
【００２２】
幾つかの実施例では、本システムは、オプションとして、スマートスイベルシステムを含む。スマートスイベルシステムは、ハウジングに連結されている。
【００２３】
幾つかの実施例では、本システムは、オプションとして、ハウジングに連結された隔離型回転支承システムと、ハウジングの下流側端内に設けられるとともにこの下流側端の近くに配置されたビームスプリッタとを含む。ビームスプリッタは、レーザビームをレーザビーム入口面の多数の場所（存在場所）に送り出す。
【００２４】
本開示内容の更に別の観点は、加工物を機械加工する方法を含む。本方法は、レーザ発生器からレーザビームを伝送するステップを含む。本方法は、レーザ発生器に光結合されたハウジングの上流側端のところでレーザビームを受け取るステップを更に含む。本方法は、ハウジングの下流側端に光結合されているレーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端を構成するレーザビーム入口面のところでレーザビームを受け取るステップを更に含む。本方法は、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端とレーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム出口端との間に延びるレーザ透過型機械加工ツールの材料本体中でレーザビームを透過させるステップを更に含む。本方法は、レーザビームをレーザ透過型機械加工ツールの切れ刃およびレーザ透過型機械加工ツールのすくい面とレーザ透過型機械加工ツールのフランク面のうちの一方または両方から選択的に方向付けるステップを更に含む。切れ刃、すくい面およびフランク面は、レーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム出口端を構成する。すくい面は、すくい角を定めるようレーザ透過型機械加工ツールの側面から遠ざかって延びている。すくい角は、複数のすくい角のうちの１つを定めるよう設定され、複数のすくい角は、加工物の圧縮領域が最高圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最低引張り領域であるようにする負の程度が大のすくい角、加工物の圧縮領域が高圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が低引張り領域であるようにする負の程度が中のすくい角、加工物の圧縮領域が中圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が中引張り領域であるようにする負の程度が小のすくい角、加工物の圧縮領域が低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が高引張り領域であるようにするゼロのすくい角、および加工物の圧縮領域が最低圧縮領域であるとともに加工物の引張り領域が最高引張り領域であるようにする正のすくい角を含む。
【００２５】
本開示内容の具体化例は、以下のオプションとしての特徴のうちの１つまたは２つ以上含むのが良い。幾つかの具体化例では、レーザビームは、レーザビームの中心軸線に沿って延びる中心光線、レーザビームの中心軸線から第１の半径方向距離遠ざかったところに配置された第１の周囲アレイをなす光線およびレーザビームの中心軸線から第２の半径方向距離遠ざかったところに配置された少なくとも１つの第２の周囲アレイをなす光線を有する直径によって定められ、第２の半径方向距離は、第１の半径方向距離よりも大きい。レーザビームを選択的に方向付けるステップは、レーザビームの中心光線をレーザ透過型機械加工ツールの切れ刃から方向付けるステップと、レーザビームの第１の周囲アレイをなす光線とレーザビームの第２の周囲アレイをなす光線のうちの一方または両方をすくい面とフランク面のうちの一方に向かってバイアス掛けするステップとを含むのが良い。
【００２６】
幾つかの具体化例では、レーザビームの第１の周囲アレイをなす光線とレーザビームの第２の周囲アレイをなす光線のうちの一方または両方をすくい面とフランク面のうちの一方に向かってバイアス掛けするステップは、ハウジング内に設けられた一連の集束レンズに連結されていて、レーザビームの焦平面および直径を調節する集束ノブを調節するステップを含む。
【００２７】
幾つかの場合、レーザビームの第１の周囲アレイをなす光線とレーザビームの第２の周囲アレイをなす光線のうちの一方または両方をすくい面とフランク面のうちの一方に向かってバイアス掛けするステップは、ハウジング内に設けられた一連の集束レンズに連結されていてレーザビームがハウジング内に設けられた視準レンズを出るときにレーザビームの角度を変更する１つまたは２つ以上のビーム位置決めステージを調節するステップを含む。
【００２８】
幾つかの実施例では、レーザビームの第１の周囲アレイをなす光線とレーザビームの第２の周囲アレイをなす光線のうちの一方または両方をすくい面とフランク面のうちの一方に向かってバイアス掛けするステップは、Ｘ軸マイクロメートル調節ノブ、光学部品に連結されたＹ軸マイクロメートル調節ノブおよびハウジング内に設けられた一連の集束レンズに連結されたＺ軸マイクロメートル調節ノブのうちの１つまたは２つ以上を調節するステップを含む。
【００２９】
本開示内容の１つまたは２つ以上の具体化例の細部は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の観点、他の特徴、および他の利点は、以下の説明および図面ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】例示のレーザ透過型機械加工ツールの平面図である。
【図２Ａ】例示のレーザビームの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａのレーザビームの端面図である。
【図３】図２Ａおよび図２Ｂのレーザビームを透過させる図１のレーザ透過型機械加工ツールの側面図である。
【図４】加工物に係合する一方で図２Ａおよび図２Ｂのレーザビームを透過させるレーザ透過型機械加工ツールの図である。
【図５Ａ】加工物に対して配置された図１のレーザ透過型機械加工ツールの側面図であり、加工物が少なくともレーザ透過型機械加工ツールのすくい面に沿って延びる最高圧縮領域およびレーザ透過型機械加工ツールのフランク面を横切って延びる最低引張り領域を有する状態を示す図である。
【図５Ｂ】加工物に対して配置された図１のレーザ透過型機械加工ツールの側面図であり、加工物が少なくともレーザ透過型機械加工ツールのすくい面に沿って延びる高圧縮領域およびレーザ透過型機械加工ツールのフランク面を横切って延びる低引張り領域を有する状態を示す図である。
【図５Ｃ】加工物に対して配置された図１のレーザ透過型機械加工ツールの側面図であり、加工物が少なくともレーザ透過型機械加工ツールのすくい面に沿って延びる中圧縮領域およびレーザ透過型機械加工ツールのフランク面を横切って延びる中引張り領域を有する状態を示す図である。
【図５Ｄ】加工物に対して配置された図１のレーザ透過型機械加工ツールの側面図であり、加工物が少なくともレーザ透過型機械加工ツールのすくい面に沿って延びる低圧縮領域およびレーザ透過型機械加工ツールのフランク面を横切って延びる高引張り領域を有する状態を示す図である。
【図５Ｅ】加工物に対して配置された図１のレーザ透過型機械加工ツールの側面図であり、加工物が少なくともレーザ透過型機械加工ツールのすくい面に沿って延びる最低圧縮領域およびレーザ透過型機械加工ツールのフランク面を横切って延びる最高引張り領域を有する状態を示す図である。
【図６】例示のレーザ透過型穴あけ／割り半径型ツールの平面図である。
【図７】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図８】レーザ透過型ドリル加工／フライス加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図９】レーザ透過型スクライビング（scribing）／スコーリング（scoring ）ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図１０】図１０は、レーザ透過型ダイシング（方形切断）ツールを含む例示のシステムの略図であり、図１０′は、レーザ透過型研磨ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図１１】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図１２】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの別の略図である。
【図１３】図１３Ａ〜１３Ｃは、レーザ透過型機械加工ツールの切れ刃を通って透過された例示の三日月形光ビームを示す図である。
【図１４】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの別の略図である。
【図１５】単結晶ダイヤモンド利用型レーザ透過型機械加工ツールから得られた例示の試験データを示すグラフ図である。
【図１６】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの別の略図である。
【図１７】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図１８】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図１９】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図２０】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図２１】レーザ透過型機械加工ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図２２】透明な加工物および非レーザ透過型研削ツールを含む例示のシステムの略図である。
【図２３】加工物Ｗを凹ませるレーザ透過型インデンテーションツールを含む例示の材料特徴付け試験システムの略図である。
【図２４】加工物Ｗを凹ませるレーザ透過型インデンテーションツールを含む例示の材料特徴付け試験システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
種々の図面に記載されている同一の参照符号は、同一の要素を示している。
【００３２】
本開示内容の全ての観点は、レーザ発生器およびレーザ透過型機械加工ツールを含むシステムに関する。レーザ透過型機械加工ツールは、加工物をツールの力を最小限に抑える材料（例えば、例えば、セラミックス、半導体、光学結晶、ガラス、金属合金、プラスチック、複合材、骨、歯など）により構成された加工物を機械加工することができる一方で、この加工物の表面仕上げ、美観、形態再現性および全体的機械加工性を向上させることができる。
【００３３】
本開示内容の別の観点は、加工物を機械加工するレーザ透過式機械加工ツールを含むシステムを利用する方法に関する。一実施例では、加工物にレーザ透過型機械加工ツールを直接当てたあと、レーザ透過式機械加工ツールは、加工物の結合部を弱体化させ、したがって加工物を軟化させて加工物を最終的に塑性変形させるとともに／あるいは熱的に軟化させる目的でレーザ発生器からのレーザ放射線を加工物に伝送する。
【００３４】
図１を参照すると、例示のレーザ透過型機械加工ツールが全体を１０で示されている。レーザ透過型機械加工ツール１０は、複数の表面または面（フェース）１２〜２０を備える。複数の表面または面１２〜２０のうちの表面１２をレーザビーム入口面と称することができる。複数の表面または面１２〜２０のうちの表面１４をすくい面と称することができる。複数の表面または面１２〜２０のうちの表面１６をフランク面またはクリアランス面と称することができる。複数の表面または面１２〜２０のうちの表面１８を第１の側面またはすくい側面と称することができる。複数の表面または面１２〜２０のうちの表面２０を第２の側面またはフランク側面と称することができる。
【００３５】
第１の側面１８の第１の端１８1がレーザビーム入口面１２の第１の端１２1から遠ざかって延びている。第２の側面２０の第１の端２０1がレーザビーム入口面１２の第２の端１２2から遠ざかって延びている。
【００３６】
すくい面１４の第１の端１４1が第１の側面１８の第２の端１８2から遠ざかって延びている。フランク面１６の第１の端１６1が第２の側面２０の第２の端２０2から遠ざかって延びている。すくい面１４の第２の端１４2が切れ刃２２を構成するようフランク面１６の第２の端１６2に接合されている。
【００３７】
さらに、すくい面１４の第１の端１４1は、角度θ14をなして第１の側面１８の第２の端１８2から遠ざかって延び、フランク面１６の第１の端１６1は、角度θ16をなして第２の側面２０の第２の端２０2から遠ざかって延びている。すくい面１４と第１の側面１８のなす角度θ14をすくい角と称することができる。フランク面１６と第２の側面２０のなす角度θ16をフランク角またはクリアランス角と称することができる。図５Ａ〜図５Ｅを参照して詳細に説明するように、すくい角θ14およびフランク角θ16をレーザ透過型機械加工ツール１０それ自体との関連で説明し、レーザ透過型機械加工ツール１０に対する周囲環境について、例えば、レーザ透過型機械加工ツール１０を加工物に対してどのように位置決めするか（例えば、図４のＷを参照されたい）について説明するものではない。
【００３８】
複数の表面または面１２〜２０のうちの１つまたは２つ以上の表面（例えば、レーザビーム入口面１２を参照されたい）は、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム入口端２４を構成することができる。さらに、複数の表面または面１２〜２０のうちの１つまたは２つ以上の表面（例えば、すくい面１４およびフランク面１６を参照されたい）は、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６を構成することができる。さらに、複数の表面または面１２〜２０のうちの１つまたは２つ以上の表面（例えば、すくい面１４および第１の側面１８を参照されたい）は、レーザ透過型機械加工ツール１０の第１の側部２８を構成することができる。
【００３９】
さらに、複数の表面または面１２〜２０のうちの１つまたは２つ以上の表面（例えば、レーザビーム入口面１２、フランク面１６および第２の側面２０を参照されたい）は、レーザ透過型機械加工ツール１０の第２の側部３０を構成することができる。
【００４０】
レーザ透過型機械加工ツール１０は、ツール長さｌを定めている。一実施例では、ツール長さｌは、第１の側面１８の第１の端１８1および切れ刃２２によって定められている。
【００４１】
さらに、レーザ透過型機械加工ツール１０は、レーザ透過型機械加工ツール１０の複数の表面または面１２〜２０のうちの少なくとも１つに被着された反射防止膜３２を更に有するのが良い。一実施例では、反射防止膜３２をレーザビーム入口面１２に被着させるのが良い。
【００４２】
切れ刃２２、すくい面１４およびフランク面１６のうちの１つまたは全てへの熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７を施すことにより、レーザ透過型機械加工ツール１０は、レーザビームＬがレーザ透過型機械加工ツール１０の出口端２６を出た時にレーザビームＬの熱に当てられたことまたはこれへの暴露に応答して化学的に反応することができる。熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７の反応が起こり、そしてレーザ透過型機械加工ツール１０を加工物Ｗに隣接して配置したあと、加工物Ｗから材料の除去速度を増大させる一方で、更にレーザ透過型機械加工ツール１０から加えられる小さくしたツールの力を用いる。
【００４３】
図１で分かるようにレーザビームＬをレーザ透過型機械加工ツール１０から透過・伝送する。レーザビームＬをレーザ発生器（例えば、図７の１０４を参照されたい）からレーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム入口端２４の方に方向付ける。レーザビームＬは、レーザビーム入口面１２に垂直である線Ｒに対して逃げ角θiをなしてレーザビーム入口面１２のところでレーザ透過型機械加工ツール１０に入る。次に、レーザビームＬをレーザ透過型機械加工ツール１０内で角度θRをなして内部で屈折させ、このレーザビームは、レーザ透過型機械加工ツール１０の長さｌに沿ってレーザ透過型機械加工ツールのレーザビーム入口端２４からレーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６に進む。
【００４４】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、レーザビームＬは、レーザビーム直径Φを定めている。レーザビーム直径Φは、レーザビームＬの中心軸線ＬA‐ＬA（図２Ａを参照されたい）に沿って延びる中心光線ΦA、レーザビームＬの中心軸線ＬA‐ＬAから第１の半径方向距離遠ざかったところに配置された第１の周囲アレイをなす光線ΦR1、およびレーザビームＬの中心軸線ＬA‐ＬAから第２の半径方向距離遠ざかったところに配置された少なくとも１つの第２の周囲アレイをなす光線ΦR2を更に定めることができ、第２の半径方向距離は、第１の半径方向距離よりも大きい。
【００４５】
図３を参照すると、光の屈折原理に従って、レーザビームＬは、レーザビームＬが大きな屈折率ｎ2の第１の媒質（例えば、ダイヤモンド材料）から小さい屈折率ｎ1の第２の媒質（例えば、空気）に進むときに臨界角未満で光ビーム入口面１２に当たると仮定すると、レーザ透過型機械加工ツール１０を出たときにもう１回屈折を行うことになる。この現象を支配する関係式は、次式で与えられる。
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【００４６】
一実施例では、レーザビームＬがダイヤモンドから空気に移行する場合、ダイヤモンド材料は、２４．４°の臨界角を有するのが良く、この角度よりも大きな表面に当たる入射レーザビームＬであればどのようなレーザビームであってもダイヤモンド内で内部反射する。一実施例では、図３は、レーザビーム出口端２６を出ている例示の反射光線ΦR1，ΦR2を示しており、これら反射光線は、レーザビーム入口面１２からすくい面１４に方向付けられている。
【００４７】
図４を参照すると、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６の少なくとも一部分は、機械加工プロセス中、加工物Ｗに隣接して配置されまたはこの加工物中に没入されている。加工物Ｗを構成する材料としては、セラミックス、半導体、光学結晶、ガラス、金属合金、プラスチック、複合材、骨、歯などが挙げられるが、これらには限定されない。レーザ透過型機械加工ツール１０を加工物Ｗに隣接して配置しまたはレーザ透過型機械加工ツール１０を加工物Ｗの体積中に没入させることにより、レーザビームＬの光線ΦA，ΦR1，ΦR2を加工物Ｗの選択された部分中に伝送することができまたはこれら選択された部分によって吸収させることができ、と言うのは、加工物Ｗの屈折率ｎ3が空気の屈折率ｎ1よりも大きいからであり、その結果、臨界角が大きくなり、全反射が可能となる。
【００４８】
一実施例では、珪素で構成された例示のレーザ透過型機械加工ツール１０を３．４に等しい屈折率ｎ2によって構成することができ、その結果、全反射の制限がなくなり、と言うのは、機械加工中の加工物Ｗがダイヤモンドで構成された例示のレーザ透過型機械加工ツール１０の屈折率ｎ2と比較して大きな屈折率ｎ3を有しているからである。レーザビームＬの光線ΦA，ΦR1，ΦR2は、加工物Ｗの没入領域に入り、それにより、レーザビームＬは、圧縮応力を効果的に受けている加工物Ｗの選択された領域を加工することができる。したがって、図４で分かるように、すくい面１４を出たレーザビームＬの光線ΦR1，ΦR2は、同様なまたは大きな屈折率の加工物Ｗ中に伝搬するようになり、これに対し、フランク面１６を出たレーザビームＬの光線ΦR1，ΦR2は、フランク面１４および切れ刃２２によってすでに機械加工された加工物Ｗに影響を及ぼすレーザビームＬの一部分となる（すなわち、フランク面１６は、フランク面１６が加工物Ｗに接触したときに加工物Ｗを焼きなましする）。
【００４９】
図４で分かるように、レーザビームＬの中心光線ΦAは、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６の切れ刃２２上に集束されてこれを出る。上述したように、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６の切れ刃２２を出るレーザビームＬに加え、かかるレーザビームＬはまた、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６のすくい面１４とレーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６のフランク面１６のうちの一方または両方を出る。一実施例では、第１および第２の周囲アレイをなす光線ΦR1，ΦR2のうちの何割かは、すくい面１４を出ることができ、第１および第２の周囲アレイをなす光線ΦR1，ΦR2のうちの何割かは、フランク面１６を出ることができる。
【００５０】
引き続き図４を参照すると、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６は、レーザ透過型機械加工ツール１０によって塑性変形されるとともに／あるいは熱により軟化された加工物Ｗに隣接して配置されるのが良い。加工物Ｗは、一般に、圧縮領域ＷCおよび引張り領域ＷTを定めることができる。
【００５１】
幾つかの場合、加工物Ｗの圧縮領域ＷCは、全体として、すくい面１４およびフランク面１６の第２の端１６2の近くのフランク面１６の一部分を横切って延びるのが良い（すなわち、加工物Ｗの圧縮領域ＷCは、レーザ透過型機械加工ツール１０の切れ刃２２を横切って延びる）。幾つかの実施例では、加工物Ｗの引張り領域ＷTは、全体としてフランク面１６の第２の端１６2の近くのレーザ透過型機械加工ツール１０のフランク面１６を横切って延びるのが良く、この場合、レーザ透過型機械加工ツール１０の切れ刃２２を横切って延びることはない。別の幾つかの実施例では、加工物Ｗの引張り領域ＷTは、全体として、フランク面１６から切れ刃２２を横切って延びるのが良く、その結果、加工物Ｗの引張り領域ＷTは、すくい面１４の第２の端１４2の近くのレーザ透過型機械加工ツール１０のすくい面１４を僅かに横切って延びるようになっている。幾つかの場合、引張り領域ＷTは、すくい面１４を僅かに横切って延びるのが良く、かかる場合、すくい面１４を僅かに横切って延びる引張り領域ＷTは、レーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状、加工物Ｗの材料、加工パラメータなどには限定されない。
【００５２】
図５Ａ〜図５Ｅを参照すると、すくい角θ14とフランク角θ16のうちの一方または両方は、レーザ透過型機械加工ツール１０によって機械加工されるべき加工物Ｗの材料の１つまたは２つ以上の品質に対応するのが良い。一実施例では、すくい角θ14は、約９１°から約１９５°までの範囲にあるのが良く、フランク角θ16は、約９３°から約１２０°までの範囲にあるのが良い。加工物Ｗの材料の１つまたは２つ以上の品質は、レーザ透過型機械加工ツール１０から加工物Ｗの圧縮領域ＷCに加えられる圧縮力およびレーザ透過型機械加工ツール１０から加工物Ｗの引張り領域ＷTに加えられる引張り応力の様々なレベルに関連付けられるのが良い。
【００５３】
一実施例では、図５Ａのすくい角θ14を負の程度が大の角度と称することができ、かかるすくい角は、９０°を超えかつ約１３５°以下であるのが良い。図５Ｂのすくい角θ14を負の程度が中のすくい角を称することができ、この角度は、図５Ａの負の程度が大のすくい角θ14よりも大きいのが良く、一実施例では、負の程度が中のすくい角θ14は、約１３６°以上かつ約１６５°以下であるのが良い。図５Ｃのすくい角θ14を負の程度が小のすくい角と称することができ、この角度は、図５Ｂの負の程度が中のすくい角θ14よりも高いのが良く、一実施例では、負の程度が小のすくい角θ14は、約１６６°以上かつ約１７９°以下であるのが良い。図５Ｄのすくい角θ14をゼロのすくい角と称することができ、この角度は、図５Ｃの負の程度が小のすくい角θ14よりも大きく、一実施例では、ゼロのすくい角は、約１８０°に等しいのが良い。図５Ｅのすくい角θ14を正のすくい角と称することができ、この角度は、図５Ｄのゼロすくい角θ14よりも大きいのが良く、一実施例では、正のすくい角度θ14は、約１８１°以上かつ２１０°以下であるのが良い。表１を参照すると、例示の材料およびすくい角θ14の対応の例示の範囲が以下に示されている。
2019524470.tif 000004
表  １
【００５４】
一実施例では、図５Ａの負の程度が第２のすくい角θ14および図５Ｂの負の程度が中のすくい角θ14は、加工物Ｗを構成する材料が例えば引張りに対して圧縮の方が強固である光学結晶材料である場合レーザ透過型機械加工ツール１０の好ましい形態であると言える（すなわち、圧縮領域ＷCを機械加工する際に必要な力は、引張り領域ＷTよりも比較的大きい）。すくい角θ14とフランク角θ16のうちの一方または両方の設計上の検討事項に加えて、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６から放射されたレーザビームＬはまたは、加工物Ｗの既知の圧縮品質および引張り品質を補償するために選択的に調節されるのが良い。
【００５５】
別の実施例では、負の程度が大のすくい角θ14は、珪素材料に由来する加工物Ｗを切れ刃２２上に集束されるが加工物Ｗの圧縮領域ＷCの材料の塑性変形、熱的軟化および除去を促進するためにすくい面１４の方へバイアス掛けされているレーザビームＬで機械加工するためには、約１３５°から約１５５°までの範囲にある角度であるのが良い。変形例として、所望ならば、レーザビームＬを切れ刃２２上に集束させても良いが、これまた加工物Ｗの引張り領域ＷTに対する表面下損傷を最小限に抑えて加工物Ｗの焼きなましまたは「ヒーリング」効果を促進するためにフランク面１６の方へバイアス掛けされても良い。したがって、レーザビームＬをすくい面１４の方へバイアス掛けする行為により、材料除去を増大させる一方で、レーザ透過型機械加工ツール１０の一体性が保たれる。さらに、加工物Ｗの後処理（例えば、研磨）をレーザビームＬがフランク面１６の方へバイアス掛けされた場合、最小限に抑えることができまたはなくすことができる。
【００５６】
さらに別の実施例は、図５Ｄを参照すると、大抵の金属（例えば、アルミニウム）が圧縮よりも引張りの方が強固であるということに起因して、金属または金属複合材に由来する加工物Ｗを機械加工するためにゼロすくい角θ14を選択することができ、したがって、正のすくい角θ14（例えば、図５Ｅを参照されたい）または０°に近いすくい角θ14（例えば、図５Ｃを参照されたい）を金属またはポリマー材料を機械加工するために利用することができる。しかしながら、複合材料は、多くの形式のものであり、したがって、材料組成は、幾何学的形状を制御しすぎることになる。したがって、強い引張り品質を有する材料に関する引張り領域における機械加工性を促進するために、レーザビームＬを切れ刃２２上に集束させるのが良いが、更に加工物Ｗの引張り領域ＷTの材料の塑性変形、熱的軟化および除去を促進するためにフランク面１６の方へバイアス掛けされるのが良い。
【００５７】
図１を参照すると、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６のすくい面１４とフランク面１６のうちの一方へのレーザビームのバイアス掛け行為についての説明は次の通りである。一実施例では、図１のレーザ透過型機械加工ツール１０を負の程度が中のすくい角θ14によって構成することができ、スネルの法則に基づいて、最小限の逃げ角θiをレーザ透過型機械加工ツール１０の既知の長さｌおよび切れ刃２２の下の所望の場所（例えば、水平線ａを参照されたい）が与えられている場合に計算することができる。
【００５８】
光（すなわち、レーザビームＬ）が大きな屈折率ｎ2の媒質（すなわち、レーザ透過型機械加工ツール１０によって構成される媒質）に入ると、光のビームは、レーザビーム入口面１２に垂直ではない入射ビームについて屈折することになる。レーザ透過型機械加工ツール１０の媒質を構成する例示の物質としては、ダイヤモンド、サファイア、炭化物、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、珪素、窒化物、鋼、合金、セラミックス、アルミナ、結晶、ガラス組成物などが挙げられるが、これらには限定されない。屈折する光の量は、スネルの法則に基づき、このスネルの法則は、入口角の正弦が以下の関係式を用いて拘束されることを述べており、すなわち、
2019524470.tif 000005
【００５９】
空気についてｎ1＝１であると仮定すると、θ2を次のようにして導き出すことができる。
2019524470.tif 000006
【００６０】
図１の角度Ａ，Ｂ，Ｃで定められる三角形ＡＢＣに関し、別の内角関係を用いて角度Ａは、９０°−θiであり、角度Ｃは、θi−θfである。スネルの法則について書き直された形態を用いると、角度Ｃは、次のように書き直せる。
2019524470.tif 000007
【００６１】
切れ刃２２の線ａの下のレーザビームＬの所望の場所に関し、三角形ＡＢＣを以下の公式を用いてレーザビームを切れ刃２２中に上方に屈折させるのに必要な最小背面角について解くことができ、ただし、レーザ透過型機械加工ツール１０の屈折率ｎ2およびレーザ透過型機械加工ツール１０の長さｌが既知である（長さｌCが背面逃げ角θiに起因して長さの減少を可能にするために三角形の補償された長さであるということに着目して）ことを条件とする。一実施例では、ダイヤモンドを利用したレーザ透過型機械加工ツール１０を０．０５０ｍｍから０．１００ｍｍまでの範囲にある初期重なり量ｈiによって構成することができる。したがって、短くした長さｌに関する対応の逆タンジェントは、次式の場合に小さい。
2019524470.tif 000008
そして、
2019524470.tif 000009
であると仮定することができる。
【００６２】
以下に示されている方程式９を既知の値ａおよびｌについて解くことができ、その目的は、θiを得ることにある。
2019524470.tif 000010
【００６３】
上式において、ｌC≒ｌ＝ダイヤモンド長さ
ａ＝切れ刃線の下のビームの所望の場所
θi＝切れ刃に対するビームの屈折を達成するための最小入射角
【００６４】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、レーザビームの所望の場所は、光（すなわち、レーザ）ビーム直径Φに対応するのが良い。一実施例では、ビームの所望の場所は、以下に示されている方程式１０に従ってレーザビーム直径Φに直接対応するのが良い。
2019524470.tif 000011
上式において、Ｒ％は、レーザビームＬ全体が切れ刃２２の線の下に位置するようにするために余剰の安全マージンに対応している。
【００６５】
上記方程式９および方程式１０を利用して、以下の実施例および関連の表は、複数の例示のレーザ透過型機械加工ツール１０を示している。以下において分かるように、例示のレーザ透過型機械加工ツール１０の各々を例えば互いに異なるすくい角θ14およびレーザ透過型機械加工ツール１０の媒質を構成する（例えば、ダイヤモンド、サファイア、炭化物、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、珪素、窒化物、鋼、合金、セラミックス、アルミナ、結晶、ガラス複合物など）によって構成できる。
【００６６】
以下の例示のレーザ透過型機械加工ツール１０は、負のすくい角θ14（例えば、図５Ａ、図５Ｂまたは図５Ｃを参照されたい）およびダイヤモンド材料に関する。
実施例１
2019524470.tif 000012
表  ２
【００６７】
表２の変数データを方程式１０に適用すると、ａ（すなわち、切れ刃２２の下の光ビームの所望の場所）を次のようにして求める。
2019524470.tif 000013
【００６８】
それにより、レーザ透過型機械加工ツール１０の第１の側面１８の下の有効ビーム位置は（ｈi＋ａ）＝（０．０５０ｍｍ＋０．１２ｍｍ）＝０．１７ｍｍである。
【００６９】
次に、求めたａ（すなわち、切れ刃２２の下の光ビームの所望の場所）および表２の変数データを方程式１に適用すると、最小逃げ角θiが次のようにして求められる。
2019524470.tif 000014
【００７０】
以下の例示のレーザ透過型機械加工ツール１０は、負のすくい角θ14（例えば、図５Ａ、図５Ｂまたは図５Ｃを参照されたい）およびサファイア材料に関する。
実施例２
2019524470.tif 000015
表  ３
【００７１】
表３の変数データを方程式１０に適用すると、ａ（すなわち、切れ刃２２の下の光ビームの所望の場所）は、次のようにして求められる。
2019524470.tif 000016
【００７２】
それにより、レーザ透過型機械加工ツール１０の第１の側面１８の下の有効ビーム位置は、（ｈi＋ａ）＝（０．０５０ｍｍ＋０．１２ｍｍ）＝０．１７ｍｍである。
【００７３】
次に、求めたａ（すなわち、切れ刃２２の下の光ビームの所望の場所）および表３の変数データを方程式９に適用すると、最小逃げ角θiが次のようにして求められる。
2019524470.tif 000017
【００７４】
比較すると、上記を参照して分かるように、実施例１のダイヤモンドを利用したレーザ透過型機械加工ツール１０の第１の側面１８の下のレーザビームＬの同一の入口位置が所与の場合、実施例２のサファイアによって定められた小さな屈折率ｎ2の結果として、レーザビームＬを切れ刃２２に方向付けるための大きな背面逃げ角θiが得られる。
【００７５】
次の例示のレーザ透過型機械加工ツール１０は、ゼロすくい角θ14（例えば、図５Ｄを参照されたい）ダイヤモンド材料に関する。
実施例３
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表  ４
【００７６】
表４の変数データを方程式１０に適用すると、ａ（すなわち、切れ刃２２の下の光ビームの所望の場所）は、次のようにして求められる。
2019524470.tif 000019
【００７７】
それにより、レーザ透過型機械加工ツール１０の第１の側面１８の下の有効ビーム位置は、（ｈi＋ａ）＝（０ｍｍ＋０．１７ｍｍ）＝０．１７ｍｍである。
【００７８】
次に、求めたａ（すなわち、切れ刃２２の下の光ビームの所望の場所）および図４の変数データを方程式９に適用すると、最小逃げ角θiが次のようにして求められる。
2019524470.tif 000020
【００７９】
図６を参照すると、例示のレーザ透過型機械加工ツール１０が示されており、このレーザ透過型機械加工ツールは、穴あけ／割り半径型ツールであるのが良い。図６は、Ｘ‐Ｚ基準座標によって表されているレーザ透過型穴あけ／割り半径型ツール１０の平面図である。図６で分かるように、レーザ透過型穴あけ／割り半径型ツール１０は、レーザビーム入口面１２のところに十分な大きさの逃げ角θbiを提供するよう寸法決めされており、かかる逃げ角により、レーザビームＬは、ツールホルダ（図示せず）の裏面上に位置決めされると、切れ刃２２の方へ屈折することができる。平面は、Ｙ軸回りの回転として定義でき、Ｙ軸は、Ｘ‐Ｚ基準座標に従って紙面から出る方向に向いており、逃げ角θbiに加えて、レーザビーム入口面１２は、レーザビームＬをθiに対応した切れ刃に向かって上方に方向付けるよう更に逃げが付けられているのが良い。
【００８０】
図７を参照すると、上述したレーザ透過型機械加工ツール１０のうちの任意のものを含むシステム１００が示されている。一実施例では、システム１００は、加工物Ｗのレーザ支援機械加工を可能にするために既存の機械加工ツール上にレトロフィットされるのが良い。別の例では、システム１００は、加工物Ｗのレーザ支援型機械加工を可能にするためにスタンドアロン型機器として具体化できる。
【００８１】
システム１００は、上流側端１０２Uおよび下流側端１０２Dを備えたハウジング１０２を含む。ハウジング１０２の下流側端１０２Dは、レーザ透過型機械加工ツール１０を機械的に保持するために寸法決めされた凹部、キャビティなどを備えるのが良い。ハウジング１０２の上流側端１０２Uは、光ファイバ１０６によってレーザ発生器１０４に光結合されており、光ファイバ１０６は、上流側端１０６Uおよび下流側端１０６Dによって構成されている。
【００８２】
レーザ発生器１０４は、レーザビームＬを発生させ、このレーザビームは、光ファイバ１０６の上流側端１０６Uから光ファイバ１０６の長さを通り、そしてハウジング１０２の上流側端１０２Uに接続されている光ファイバ１０６の下流側端１０６Dから出るよう方向付けられている。レーザビームＬは、ハウジング１０２の上流側端１０２Uからハウジング１０２の長さを通り、そしてハウジング１０２の下流側端１０２Dから出るよう光伝送されており、その結果、レーザビームＬは、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム入口面１２に方向付けられている。次に、レーザビームＬは、レーザ透過型機械加工ツール１０を通って伝搬し、そして切れ刃２２およびレーザ透過型機械加工ツール１０のすくい面１４とフランク面１６のうちの一方またはこれら両方を出る。レーザビームＬは、光ファイバ１０６を通って伝送されるものとして上述されているが、光ファイバ１０６の使用は、例示の形態であり、と言うのは、理解されるべきこととして、レーザビームＬをレーザ発生器１０４からハウジング１０２に任意所望の仕方で伝送することができるからである。
【００８３】
レーザビームＬは、レーザ発生器１０４によって発生するものとして上述されているが、変形例として、レーザ発生器１０４を光、エネルギーなどを発生する「発生器」と称しても良い。一実施例では、発生器１０４は、電磁スペクトル中の任意のスペクトルで光ビームＬを発生させることができ、かかる電磁スペクトルは、光スペクトルの目に見える範囲から目に見えない範囲までを含む。
【００８４】
一実施例では、システム１００は、ハウジング１０２内に設けられるとともに光ファイバ１０６の下流側端１０６Dに光結合された視準レンズ１０８を含むのが良い。視準レンズ１０８は、レーザビームＬを視準し、このレーザビームは、次に、視準レンズ１０８の下流側でハウジング１０２内に設けられている一連の集束レンズ１１０を通って案内されて視準レンズ１０８に光結合される。一連の集束レンズ１１０は、スポットサイズを減少させるとともにレーザビームＬを焦平面に集束させ、この焦平面は、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム入口面１２を横切って延びるのが良い。
【００８５】
システム１００は、一連の集束レンズ１１０に連結された集束ノブ１１２を更に含むのが良い。集束ノブ１１２を回すことによって、ユーザは、一連の集束レンズ１１０の位置をずらすことによりレーザビーム直径Φおよび焦平面を選択的に調節することができる。
【００８６】
レーザビームＬの整形および／または寸法決めに応答して、ユーザは、レーザビームＬがレーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６をどのように出るかについての制御をアサートすることができ、その結果、レーザビームＬは、切れ刃２２を出るだけでなくすくい面１４とフランク面１６のうちの一方またはこれら両方を出、それにより、レーザビーム出口端２６を出た光線ΦR1，ΦR2をすくい面１４とフランク面１６のうちの一方をすくい面１４およびフランク面１６のうちの他方との比較のうえで出ることができるよう選択的にバイアス掛けされるのが良い。
【００８７】
レーザビームＬは、レーザ透過型機械加工ツール１０のレーザビーム出口端２６と加工物Ｗとの接触面積ならびに他の機械加工パラメータに基づいて整形されるとともに／あるいは寸法決めされるのが良く、かかる他の機械加工パラメータとしては、速度（例えば、スピンドルＲＰＭ）、加工物Ｗの切断深さ、横送り量およびレーザパワーが挙げられるが、これらには限定されない。さらに、レーザビームＬは、一連の集束レンズ１１０に連結されているビーム位置決めステージ１１４を用いて切れ刃２２に対して正確に位置決めされるのが良く、かかるビーム位置決めステージは、レーザビームＬが視準レンズ１０８を出るときにレーザビームＬの角度を変更する。
【００８８】
別の例では、システム１００は、ハウジング１０２に連結されていて加工物Ｗに対するレーザ透過型機械加工ツール１０の切れ刃２２の微調整および粗調整を可能にする高精度ツール高さ調節器１１６を含むのが良い。高精度ツール高さ調節器１１６のユーザ操作により、高精度部品をサブミクロン（すなわち、１マイクロメートル未満）の許容誤差で製造する際に向上した仕上がりおよび図形的形態の実現を可能にする。
【００８９】
さらに別の実施例では、システム１００は、ハウジング１０２に連結されたスマートスイベルシステム１１８を含むのが良い。スマートスイベルシステム１１８により、レーザ透過型機械加工ツール１０の切れ刃２２を任意所望の角度に回転させることができ、その目的は、レーザ透過型機械加工ツール１０の切れ刃２２が例えば加工物Ｗの凹面または凸面を機械加工する際にその切断半径全体に沿って一様に切断するとともに摩耗することができるようにすることにあり、この場合、レーザ透過型機械加工ツール１０の回転角度は、切れ刃２２に沿う摩耗領域がその中心に関して対称であるよう最適化される。
【００９０】
上述したように、システム１００は、加工物Ｗのレーザ支援型機械加工を可能にするためのレトロフィット型システムまたはスタンドアロン型機器として組み込まれるのが良い。図６において上述したように、レーザ透過型機械加工ツール１０は、穴あけ／割り半径型ツールであっても良く、したがって、システム１００によって実施される機械加工プロセスは、加工物Ｗを穴あけする行為を含むのが良い。システム１００によって実施される機械加工プロセスは、穴あけ行為を含むのが良いが、機械加工プロセスは、穴あけには限定されず、例えば、旋盤による切削加工、高精度（すなわち、１０Sまたは１００Sマイクロメートルの許容誤差）ドリル加工／フライス加工（例えば、図８を参照されたい）、スクライビング／スコーリング（例えば、図９を参照されたい）、ダイシング（例えば、図１０を参照されたい）などを含むことができる。一実施例では、旋削作業は、材料を機械加工ツールに当てて動かす主要な方法として加工物Ｗを回転させる作業であり、旋盤は、旋削の際に用いられる主要な機械工具である。別の実施例では、フライス加工作業は、機械加工ツールが回転して１つまたは２つ以上の切れ刃を加工物Ｗに当てる作業であり、フライス盤は、フライス加工の際に用いられる主要な機械工具である。さらに別の実施例では、穴あけ作業は、穴が回転機械加工ツールを下側末端のところに切れ刃を備えた回転機械加工ツールを加工物Ｗに接触させることによって作られまたは高精度化される作業であり、ドリル加工作業は、主としてボール盤で行われるが、旋盤またはミルで行われる場合もある。さらに別の実施例では、ダイシング作業は、高精度（すなわち、マイクロメートルの十分の一または百分の一の許容誤差）ホイール／ソーを用いた破砕または鋸引きを含む場合がある。
【００９１】
図８〜図１０′を参照すると、例示のシステムが全体を１００ａ，１００ｂ，１００ｃで示されている。図８のシステム１００ａは、例示のレーザ透過型ドリル加工／フライス加工ツール１０ａを含む例示のドリル加工／フライス加工システムである。図９のシステム１００ｂは、例示のレーザ透過型スクライビング／スコーリングツール１０ｂを含む例示のスクライビング／スコーリングシステムである。図１０のシステム１００ｃは、例示のレーザ透過型ダイシングツール１０ｃを含む例示のダイシングシステムである。図１０′のシステム１００ｃ′は、例示のレーザ透過型研磨ツール１０ｃ′を含む例示の研磨システムである。システム１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｃ′は、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネントと実質的に同一の構造体およびコンポーネントを有するのが良く、したがって、かかるシステムにつきここではそれ以上詳細には説明しない。
【００９２】
一実施例では、図８のドリル加工／フライス加工システム１００ａは、加工物Ｗを機械加工するために中心軸線Ａ‐Ａ回りにＲ回転することができる。中心軸線Ａ‐Ａ回りの回転を可能にするため、ハウジング１０２は、隔離型回転支承システム１２０を有するのが良い。隔離型回転支承システム１２０は、ハウジング１０２内に設けられた光学部品が、レーザ透過型ドリル加工／フライス加工ツール１０ａが回転しているときに回転するのを阻止する。さらに、ドリル加工／フライス加工システム１００ａは、ハウジング１０２の下流側端１０２D内に設けられるとともにその近くに配置されていて、レーザビームＬをレーザ透過型ドリル加工／フライス加工ツール１０ａのレーザビーム入口面１２の多数の場所に送り出すビームスプリッタ１２２を含むのが良い。ドリル加工／フライス加工システム１００ａの例示の使用としては、セラミックス、半導体、光学結晶、ガラス、金属、骨、歯などの高精度ドリル加工／フライス加工が挙げられるが、これらには限定されない。
【００９３】
一実施例では、図９のスクライビング／スコーリングシステム１００ｂおよび図１０のダイシングシステム１００ｃは、それぞれのレーザ透過型機械加工ツール１０ｂ，１０ｃの形状および／または構造体を除き、ハウジング１０２に関して実質に同一の構造体を含むのが良い。図９で理解されるように、スクライビング／スコーリングシステム１００ｂは、スタイラスに似た円錐形のレーザ透過型スクライビング／スコーリングツール１０４を含む。スクライビング／スコーリングシステム１００ｂの例示の使用としては、半導体ウェーハスクライビング／スコーリング、半導体回路けがきなどが挙げられるが、これらには限定されない。図１０で理解されるように、ダイシングシステム１００ｃは、実質的に平べったいまたは尖っていないレーザ透過型ダイシングシステム１０ｃを含む。レーザ透過型ダイシングツール１０ｃは、絶えず回転しているのが良いが、レーザビームＬは、レーザ透過型ダイシングツール１０ｃのレーザビーム出口端２６と加工物Ｗとの接触スポットが固定されたビーム経路に沿って位置しているときには静止状態のままであるのが良い。ダイシングシステム１００ｃの例示の使用としては、ガラスダイシング、ウェーハダイシングなどが挙げられるが、これらには限定されない。
【００９４】
一実施例では、図１０′の研磨システム１００ｃ′は、レーザビームＬを研磨／ラップ仕上げパッドに透過までさせることができる光学パッドインターフェースを含むのが良い。レーザビームＬの透過により、加工物Ｗの熱による軟化が可能である。加工物Ｗの軟化により、従来型非レーザ研磨／ラップ仕上げプロセスに対して高い材料除去速度が促進される。加うるに、熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７（例えば、図１７を参照されたい）をレーザ透過型研磨ツール１０ｃ′および／またはラップ仕上げパッドのレーザビーム出口端２６に吹き付けまたは塗布することができ、その目的は、レーザ透過ならびに加工物Ｗの研磨／ラップ仕上げ特性を促進することにある。
【００９５】
図１１を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｄで示されている。システム１００ｄは、例示のレーザ透過型切削ツール１０ｄを含む例示の切断システムである。レーザ透過型切削ツール１０ｄは、上述の図１のレーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状と実質的に同一の幾何学的形状を有するのが良い。システム１００ｄは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネントと実質的に同一の構造体およびコンポーネントを含むのが良く、したがって、これにつきここではそれ以上詳細には説明しない。
【００９６】
図７のシステム１００について同様に上述したように、システム１００ｄの発生器１０４は、電磁スペクトル中の任意のスペクトルで光ビームＬを発生させることができ、かかる電磁スペクトルは、光スペクトルの目に見える範囲から目に見えない範囲までを含む。一実施例では、発生器１０４は、可視光ビームとＩＲ光ビームの両方が同一直線状に位置するデュアルレーザシステム（すなわち、可視光およびＩＲ光）を含むレーザ発生器であるのが良い。可視光ビームは、例えば、６３２ｎｍＨｅＮｅビームであるのが良く、かかる可視光ビームは、光ビームＬをＸ軸（ＸＹＺ座標系の）に沿ってレーザ透過型切削ツール１０ｄの刃先丸み半径に対して心出しするために利用され、ＩＲ光ビームは、例えば１０６４ｎｍであるのが良く、このＩＲ光ビームは、光ビームＬをＹ軸（ＸＹＺ座標系の）に沿うその所望の位置にアライメントするために利用される。
【００９７】
図１１で理解されるように、ハウジング１０２は、Ｘ軸マイクロメートル調節ノブ１２４，Ｙ軸マイクロメートル調節ノブ１２６およびＺ軸マイクロメートル調節ノブ１２８を更に有するのが良い。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸マイクロマイクロメートル調節ノブ１２４，１２６，１２８は、視準レンズ１０８および一連の集束レンズ１１０に連結されており、その結果、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸マイクロメートル調節ノブ１２４，１２６，１２８のうちの１つまたは２つ以上の回転の結果として、光ビームＬがレーザ透過型切削ツール１０ｄのレーザビーム入口面１２にどのように入るかに対する正確な制御が得られ、その目的は、光ビームＬを切れ刃２２ならびにレーザ透過型切削ツール１０ｄのレーザビーム出口端２６のすくい面１４とフランク面１６のうちの１つまたは２つ以上から選択的に方向付けることにある。
【００９８】
図１２を参照すると、光ビームＬの可視ビームは、光ビームＬを所望のＸ軸場所（ＸＹＺ座標系の）に位置決めするために利用される。光ビームＬの可視ビームは、光ビームＬのＩＲビームと同軸直線状に位置しているので、可視ビームは、案内レーザとしての役目を果たす。
【００９９】
図１２で理解されるように、システム１００ｄは、ビームアライメントソフトウェアを含む可視ビーム撮像カメラ１３０を更に含むのが良い。一実施例では、カメラ１３０は、プログラム可能システム上で実行可能でありかつ／あるいは解釈可能であるプログラムを含むコンピュータワークステーション１３２に接続されているのが良く、かかるプログラム可能システムは、記憶システム、少なくとも１つの入力装置、および少なくとも１つの出力装置からデータおよび命令を受け取り、そしてデータおよび命令を記憶システム、少なくとも１つの入力装置、および少なくとも１つの出力装置に送るよう結合された特殊目的であっても良く多目的であっても良い少なくとも１つのプログラム可能プロセッサを含む。ビームアライメントソフトウェアにより可視較正光ビームと呼ばれる場合のある光ビームＬの可視ビームが可視ビーム撮像カメラ１３０によって画像化された画像に従って最適にはアライメントされていないことが判定されたことに応じて、カメラ１３０は、信号をコンピュータワークステーション１３２に送ってＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸マイクロメートル調節ノブ１２４，１２６，１２８のうちの１つまたは２つ以上の調節または回転と関連した命令または示唆された最適値をディスプレイ上に表示する。
【０１００】
発生器１０４によって投射された可視光ビームＬは、レーザ透過型切削ツール１０ｄの切れ刃２２または刃先丸み半径に似るよう整形されるのが良い。図１３Ａ〜図１３Ｃを参照すると、発生器１０４によって投射された可視光ビームＬは、レーザ透過型切削ツール１０ｄの切れ刃２２または刃先丸み半径の形状に一致するよう三日月形の形状に似るように整形されるのが良い。一実施例では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸マイクロメートル調節ノブ１２４，１２６，１２８のうちの１つまたは２つ以上は、例えば切削中の加工物Ｗの幾何学的形状またはレーザ透過型切削ツール１０ｄの刃先丸み半径に沿う最大「作業面積」に応じて、可視光ビームＬを所望の方向に心出しし（例えば、図１３Ａを参照されたい）またはバイアス掛けする（例えば、図１３Ｂの右側の光ビームバイアス掛けまたは図１３Ｃの右側の光ビームバイアス掛けを参照されたい）ために調節されるのが良い。
【０１０１】
図１４を参照すると、システム１００ｄは、エネルギー計器またはパワーメータ１３４を更に含むのが良い。一実施例では、パワーメータ１３４は、コンピュータワークステーション１３２に連結されるのが良い。図１４で分かるように、光ビームＬのＩＲビーム（これは、加工物Ｗを切削するためのレーザ支援切削プロセス中にも使用される）は、レーザ透過型切削ツール１０ｄの幾何学的形状に対する光ビームＬの細かいアライメントおよび正確な位置決めを実施するために使用できる。したがって、一実施例では、ＩＲビーム（または別の波長）は、レーザ透過型切削ツール１０ｄの切れ刃２２または刃先丸み半径を通り、ＩＲビームの出力パワーは、光ビームＬを心出しするためにパワーメータ１３４によって測定される。
【０１０２】
図１５を参照すると、単結晶ダイヤモンド利用型のレーザ透過型機械加工ツール１０から得られた例示の試験データを示すグラフ２００が示されている。単結晶ダイヤモンド利用型のレーザ透過型機械加工ツール１０は、０．５ｍｍ刃先丸み半径によって構成されるのが良い。グラフ２００と関連したデータは、光ビームＬのＹ軸を動かすためのＹ軸マイクロメートル調節ノブ１２６を調節しまたは回転させることによって集められており、このＹ軸マイクロメートル調節ノブ１２６は、光ビームＬをすくい角およびフランク角θ14，θ16に沿って効果的に動かす。データをいったんプロットすると、点１，２は、光ビームＬの１００％すくいバイアスおよび光ビームＬの１００％フランクバイアスと関連した最大限度として識別された。点１，２は、パワーメータ１３４によって検出されたパワー読みがすくい角およびフランク角θ14，θ16のところでいったん飽和し始めると識別された。有効ゾーン（点１と点２との間）がいったん識別されると、ユーザは、用途およびレーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状と一緒に機械加工されるべき加工物Ｗに基づいて所望の光ビーム位置および関連バイアスを選択することができる。
【０１０３】
図５Ａ〜図５Ｅを参照して上述したように、レーザ透過型機械加工ツール１０の特定の幾何学的形状は、加工物Ｗの幾何学的形状および加工物Ｗを構成する材料の品質（すなわち、負の程度が中のすくい角、負の程度が大のすくい角およびゼロのすくい角を構成するすくい角θ14は、特定の材料に対する互いに異なるレベルの圧縮および引張り力を示す）に基づいて選択されるのが良い。一実施例では、幾つかの材料、例えばセラミックスおよび光学結晶は、圧縮の際に強固であり、引張りの際に弱く、それにより、負の程度が高いすくい角を定める選択されたすくい角θ14（例えば、図５Ａを参照されたい）が得られる。
【０１０４】
珪素を機械加工するための負の程度が大のすくい角を持つレーザ透過型切削ツール１０ｄを用いる一実施例では、システム１００ｄのユーザは、光ビームＬを負の程度が大のすくい角を持つレーザ透過型切削ツール１０ｄのすくい面１４の方へバイアス掛けして加工物Ｗの圧縮領域ＷCで起こる材料除去を支援するよう選択することができる。上述したように、レーザビームＬは、加工物Ｗの圧縮領域ＷC中の分子結合を弱体化させ、したがって、材料の硬度を減少させ、それにより材料の機械加工性を高くする。
【０１０５】
変形例として、別の実施例では、ユーザは、機械加工プロセスおよびツールの力が加工物Ｗの引張り領域ＷTの表面および表面下損傷を生じさせるということを決定することができる。これを最小限に抑えるため、システム１００ｄのユーザは、光ビームＬをレーザ透過型切削ツール１０ｄのフランク面１６の方へバイアス掛けするよう選択するのが良く、この場合、焼きなましまたは「ヒーリング」効果が加工物Ｗの引張り領域ＷTの表面および表面下損傷の発生を最小限に抑える。
【０１０６】
さらに別の実施例では、例えばアルミニウムのような金属を機械加工する場合、ゼロまたは正のすくい角を持つレーザ透過型切削ツール１０ｄがユーザによって選択されるのが良く、その理由は、金属は、引張り領域ＷTにおいて一般的には強固であり、圧縮領域ＷCでは弱いからである。加工物Ｗの引張り領域ＷTの機械加工性を更に促進するため、光ビームＬは、レーザ透過型切削ツール１０ｄのフランク面１６の方へバイアス掛けされるのが良い。
【０１０７】
図１６を参照すると、システム１００ｄは、ビーム輪郭器１３６を更に含むのが良い。一実施例では、ビーム輪郭器１３６は、コンピュータワークステーション１３２に連結されるのが良い。光ビームＬはまた、ビーム輪郭器１３６を用いてアライメントされるのが良く、ビーム輪郭器１３６は、レーザ透過型切削ツール１０ｄの種々の角度および幾何学的形状を検出するのに足るほど敏感である。
【０１０８】
図１７を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｆで示されている。システム１００ｆは、例示のレーザ透過型切削ツール１０ｆを含む例示の切削システムである。レーザ透過型切削ツール１０ｆは、上述の図１のレーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状と実質的に同一の幾何学的形状を有するのが良い。システム１００ｆは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネントと実施的に同一の構造体およびコンポーネントを含むのが良く、したがって、これにつきここではそれ以上詳細には説明しない。システム１００ｆは、ハウジング１０２内に納められた光学サブハウジング１０１を更に含むのが良い。サブハウジング１０１は、光学部品１０８，１１０を調節する空間調節装置１１１が光学サブハウジング１０１内に納められた状態でハウジング１０２に連結されるのが良い。三次元ＸＹＺ座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のうちの任意の方向における光学部品１０８，１１０の空間調節により、レーザ透過型切削ツール１０ｆの入口面１２中へのレーザビームＬの入射具合が調節され、これによりレーザビームＬを切れ刃２２およびすくい面１４とフランク面１６のうちの一方または両方のところで方向付け、整形するとともに位置決めする。
【０１０９】
図１８を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｇで示されている。システム１００ｇは、例示のレーザ透過型切削ツール１０ｇを含む例示の切削システムである。レーザ透過型切削ツール１０ｇは、上述の図１のレーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状と実質的に同一の幾何学的形状を有するのが良い。システム１００ｇは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネントと実施的に同一の構造体およびコンポーネントを含むのが良く、したがって、これにつきここではそれ以上詳細には説明しない。システム１００ｇは、供給源またはリザーバ内に入れられた熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７を更に含むのが良い。熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７は、リザーバからホース１３９を通ってノズル１４１から送り出されるのが良い。ポンプおよび弁のうちの１つまたは２つ以上を含むアクチュエータ１４３がレーザ透過型切削ツール１０ｇのレーザビーム出口端２６に吹き付けられまたはこれに塗布されるべき熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７の量に対する制御をアサートするためにホース１３９に流体結合されるのが良い。一実施例では、コンピュータワークステーション１３２は、一実施例として、信号をアクチュエータ１４３に送って熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７の不断の流れまたは周期的な流れ（例えば、弁を連続的に開閉することによる）をレーザ透過型切削ツール１０ｇのレーザビーム出口端２６の方へ向けることができるようにするためにアクチュエータ１４３に連結されるのが良い。熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７をポンプ輸送することができるが、熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７は、変形例として、重量供給されても良い。さらに、熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７を吹き付けることができるが、熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７を変形例として霧状にして吹き付けても良くまたは大量に吹き付けても良い。熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７を旋削用途、ドリル加工用途、研削用途または研磨用途においてレーザ透過型切削ツール１０ｇのレーザビーム出口端２６に塗布するのが良い。さらに、熱活性化／レーザ活性化切削油剤／スラリ／エッチング剤１３７を加工物Ｗ、レーザ透過型切削ツール１０ｇまたは加工物Ｗとレーザ透過型切削ツール１０ｇの両方の方に方向付けるのが良い。
【０１１０】
図１９を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｈで示されている。システム１００ｈは、少なくとも１つ（例えば、１０ｈ1と１０ｈ2で示された２つ）の例示のレーザ透過型切削ツール１０ｈを含む例示の切削システムである。各レーザ透過型切削ツール１０ｈ1，１０ｈ2は、上述の図１のレーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状と実質的に同一の幾何学的形状を有するのが良い。システム１００ｈは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネントと実質的に同一の構造体およびコンポーネントを含むのが良く、したがって、これにつきここではそれ以上詳細には説明しない。システム１００ｈは、ビームスプリッタ１４６を更に含むのが良い。ビームスプリッタ１４６は、レーザビームＬを第１のビーム部分Ｌ１および第２のビーム部分Ｌ２に分割する。第１のビーム部分Ｌ１は、第１のレーザ透過型切削ツール１０ｈ1の入口面１２に方向付けられ、第２のビーム部分Ｌ２は、第２のレーザ透過型切削ツール１０ｈ2の入口面１２に方向付けられる。システム１００ｈは、レーザエネルギーを第１のレーザ透過型切削ツール１０ｈ1に方向付けると同時に第２のレーザ部分Ｌ２を第２のレーザ透過型切削ツール１０ｈ2の入口面１２に方向付けるために利用されるのが良い。
【０１１１】
図２０を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｉで示されている。システム１００ｉは、例示のレーザ透過型切削ツール１０ｉおよび少なくとも１つ（例えば、１０４1と１０４2のところで示された２つ）のレーザ発生器１０４ｈを含む例示の切削システムである。レーザ透過型切削ツール１０ｉは、上述の図１のレーザ透過型機械加工ツール１０の幾何学的形状と実質的に同一の幾何学的形状を有するのが良い。システム１００ｉは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネントと実質的に同一の構造体およびコンポーネントを含むのが良く、したがって、これにつきここではそれ以上詳細には説明しない。第１のレーザ発生器１０４1は、第１のレーザビームＬ１を発生させ、この第１のレーザビームは、第１の光ファイバ１０６1を通って伝送され、次に、レーザ透過型切削ツール１０ｉの入口面１２に方向付けられ、第２のレーザ発生器１０４2は、第２のレーザビームＬ２を発生させ、このレーザビームは、第２の光ファイバ１０６2を通って伝送され、次にレーザ透過型切削ツール１０iの入口面１２に方向付けられる。第１のレーザビームＬ１および第２のレーザビームＬ２は、特有の波長によって定められるのが良く、これらレーザビームは、レーザ透過型切削ツール１０ｇのレーザビーム出口端２６の互いに異なる部分（例えば、切れ刃２２、すくい面１４およびフランク面１６）に送られ、その目的は、互いに異なる形式のレーザエネルギーを加工物Ｗに提供するためにレーザエネルギーの多数の源をレーザ透過型切削ツール１０ｇの互いに異なる側部に提供することにある。
【０１１２】
図２１を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｊで示されている。システム１００ｊは、加工物Ｗを検索するレーザ透過型研削ツール１０ｊを含む研削システムである。幾つかの場合、研削ツール１０ｊは、研磨作業で利用されるのが良く、したがって、ツール１０ｊおよびシステム１００ｊは、レーザ透過型研磨ツールおよび研磨システムと別称される場合がある。レーザ透過型研削ツール１０ｊは、第１の側壁面１４０と第２の側壁面１４２を接合するトレッド表面１３８によって構成されるホイールまたはタイヤ形状を備えたディスクを構成するよう付形されるのが良い。システム１００ｊは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネント（例えば、ハウジング１０２など）と実質的に同一の構造体およびコンポーネントを有するのが良く、したがって、かかるシステムにつきここではそれ以上詳細には説明しない。図２１で分かるように、レーザビームＬは、レーザ透過型研削ツール１０ｊの第１の側壁面１４０を構成するレーザビーム入口端２４に方向付けられ、次に、レーザ透過型研削ツール１０ｊのトレッド表面１３８を構成するレーザビーム出口端２６を出る。トレッド表面１３８は、加工物Ｗに選択的に係合し、この加工物は、加工物Ｗの機械加工性（すなわち、研削）を高めるためにレーザビームＬによって加熱されて軟化される。
【０１１３】
図２２を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｋで示されている。システム１００ｋは、レーザ透過型加工物Ｗおよび加工物Ｗを研削する非光学透過型研削ツール１０ｋを含む研削システムである。非光透過型研削ツール１０ｋは、第１の側壁面１４６と第２の側壁面１４８を接合するトレッド表面１４４によって構成されるホイールまたはタイヤ形状を備えたディスクを構成するよう付形されるのが良い。システム１００ｋは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネント（例えば、ハウジング１０２など）と実質的に同一の構造体およびコンポーネントを有するのが良く、したがって、かかるシステムにつきここではそれ以上詳細には説明しない。図２２で分かるように、レーザビームＬは、非光透過型研削ツール１０ｋのトレッド表面１４４のところで加工物Ｗを通って方向付けられる。レーザビームＬが非光透過型研削ツール１０ｋのトレッド表面１４４に入射した結果として、トレッド表面１４４は、加工物Ｗの機械加工性（すなわち、研削）を高めるためにレーザビームＬによって加熱される。
【０１１４】
図２３を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｌで示されている。システム１００ｌは、加工物Ｗを凹ませるレーザ透過型インデンテーションツール１０ｌを含む材料特徴付け試験システムである。システム１００ｌは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネント（例えば、ハウジング１０２など）と実質的に同一の構造体およびコンポーネントを有するのが良く、したがって、かかるシステムにつきここではそれ以上詳細には説明しない。
【０１１５】
一実施例では、システム１００ｌのレーザ透過型インデンテーションツール１０ｌは、加工物Ｗの材料硬度を試験するために凹みを付ける（ナノ、マイクロまたはマイクロレベルで）。材料の挙動、安定性および硬度を高い温度で求めるために材料硬度試験を室温でまたはほぼ室温で（例えば、７２°Ｆ（２２．２２℃））で実施されるのが良い。
【０１１６】
ツールシャフト１５０がハウジング１０２の下流側端１０２Dから延びるのが良い。荷重を加えるアクチュエータ１５２がツールシャフト１５０に接合されるのが良く、変位センサ１５４がツールシャフト１５０周りに配置されるのが良い。加工物Ｗをレーザ透過型インデンテーションツール１０ｌで加熱して軟化したあと、荷重を加えるアクチュエータ１５２は、ツールシャフト１５０を加工物Ｗの方へ突っ込むために作動される。変位センサ１５４は、レーザ透過型インデンテーションツール１０ｌが加工物Ｗ中に打ち込まれてこれに凹みを付けた結果として、加工物Ｗに向かう突っ込み方向においてツールシャフト１５０の移動量を検出する。変位センサ１５４は、ツールシャフト１５０の移動量およびツールシャフト１５０の移動量と関連した加工物Ｗの材料の対応の硬度をディスプレイ上に表示するためにコンピュータワークステーション１３２に接続されている。
【０１１７】
図２４を参照すると、例示のシステムが全体を１００ｍで示されている。システム１００ｍは、加工物Ｗに凹ませるレーザ透過型インデンテーションツール１０ｍを含む材料特徴付け試験システムである。システム１００ｍは、図７のシステム１００の構造体およびコンポーネント（例えば、ハウジング１０２など）と実質的に同一の構造体およびコンポーネントを有するのが良く、したがって、かかるシステムにつきここではそれ以上詳細には説明しない。
【０１１８】
一実施例では、システム１００ｍのレーザ透過型インデンテーションツール１０ｍは、加工物Ｗの材料硬度を試験するために凹みを付ける（ナノ、マイクロまたはマイクロレベルで）。材料の挙動、安定性および硬度を高い温度で求めるために材料硬度試験を室温でまたはほぼ室温で（例えば、７２°Ｆ（２２．２２℃））で実施されるのが良い。
【０１１９】
図２３のシステム１００ｌと同様、システム１００ｍは、ハウジング１０２の下流側端１０２ｄから延びるツールシャフト１５６を含む。荷重を加えるアクチュエータ１５８がツールシャフト１５６に接合されるのが良く、変位センサ１６０がツールシャフト１５６周りに配置されるのが良い。荷重を加えるアクチュエータ１５８は、ツールシャフト１５６を加工物Ｗの方へ突っ込むために作動される。変位センサ１６０は、レーザ透過型インデンテーションツール１０ｍが加工物Ｗ中に打ち込まれてこれに凹みを付けた結果として、加工物Ｗに向かう突っ込み方向においてツールシャフト１５６の移動量を検出する。変位センサ１６０は、ツールシャフト１５６の移動量およびツールシャフト１５６の移動量と関連した加工物Ｗの材料の対応の硬度をディスプレイ上に表示するためにコンピュータワークステーション１３２に接続されている。
【０１２０】
システム１００ｍは、例えば、ハウジング１０２内に配置されている電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ１６２およびビームスプリッタまたはレーザビーム反射ミラー１６４を更に含むのが良い。ＣＣＤカメラ１６２は、ラマン分光法を実施するためにコンピュータワークステーション１３２に連結されるのが良く、その結果、レーザビームＬはまた、レーザビーム反射ミラー１６４によって反射されてＣＣＤカメラ１６２に向かって戻され、それによりレーザビームＬの散乱光線ΦA，ΦR1，ΦR2の画像を捕捉するようになっており、その目的は、インデンテーションプロセス中に加工物Ｗの物質の現場特徴付けを実施することにある。
【０１２１】
多くの具体化例を説明した。それにもかかわらず、理解されるように、本開示内容の精神および範囲から逸脱することなく種々の改造を行うことができる。したがって、他の具体化例は、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれる。例えば、特許請求の範囲に記載された行為を異なる順序で実施することができ、これら行為は、依然として、望ましい結果を達成する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2019524470.tif 000023
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019524470.tif 000027
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019524470.tif 000035
【図１０−１】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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