(57)【要約】  本実施形態は、レーザ加工中に面を保護する方法、システムおよび装置を提供する。いくつかの実施形態では、レーザ加工中に面を保護する方法は、レーザ吸収特性がない流体９３８をレーザ加工されている物体３２０の空隙３１８内に向けるステップと、レーザ加工されている物体の壁３３２に複数のレーザパルス３２４を向けるステップであって、レーザパルスが壁３２６を通る穴３３０を形成し、それにより、流体が空隙内に向けられている間に少なくとも１つのレーザパルスが穴を通過して空隙に入るように構成され、それによって、後壁損傷を阻止するためにレーザパルスが流体および面６１２に合わせて入射するように構成される、ステップとを含む。
2015504783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工中に面を保護する方法であって、
レーザ吸収特性がない流体をレーザ加工されている物体の空隙内に向けるステップと、
前記レーザ加工されている物体の壁に複数のレーザパルスを向けるステップであって、前記レーザパルスが、前記壁を通る穴を形成するように構成され、それにより、前記流体が前記空隙内に向けられている間に、少なくとも１つのレーザパルスが前記穴を通過し前記空隙に入り、それによって、後壁損傷を阻止するために前記レーザパルスが前記流体および面に合わせて入射する、ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記空隙内に前記面を有する保護基板を、前記穴を通過し前記空隙に入る前記レーザパルスが前記保護基板の前記面に入射するように位置決めするステップ
をさらに含み、
前記空隙内に前記流体を向ける前記ステップは、前記レーザパルスが入射する前記保護基板の前記面と接触するように前記流体を向けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記保護基板を位置決めする前記ステップは、
前記保護基板に並置されるように流体方向転換要素を位置決めすることを含み、
前記保護基板の前記面に接触するように前記流体を向けることは、前記流体を前記流体方向転換要素の上に突き当たるように向けることを含み、前記流体の少なくとも一部は、前記方向転換要素により、前記保護基板の前記面に斜角で突き当たるように方向転換する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のレーザパルスを前記物体の前記壁に向ける前記ステップは、
一続きのレーザパルスを生成することと、
前記一続きのレーザパルスのすべてに満たないものが前記物体に向けられるように、前記レーザパルスのうちのいずれが前記物体に向けられるかを制御することと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザパルスが前記保護基板にわたって分散されるように、前記保護基板を前記レーザパルスの方向に対して回転させるステップ
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のレーザパルスを前記物体の前記壁に向ける前記ステップが、
一続きのレーザパルスを生成することと、
前記一続きのレーザパルスのすべてに満たないものが前記物体に向けられるように、前記レーザパルスのうちのいずれが前記物体に向けられるかを制御することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
レーザ加工中に面を保護するために使用されるシステムであって、
保護基板であって、前記レーザ加工を行っているレーザパルスがレーザ加工を通して形成された前記物体の穴を通過し前記空隙に入るときに前記保護基板に入射するようにレーザ加工される物体の空隙内に位置決めされるように構成されるとともに、前記レーザパルスが前記穴から前記空隙を横切って前記物体の後面に突き当たるのを阻止する、保護基板と、
前記保護基板に対して位置決めされるとともに、前記保護基板の上に流体を向けるように構成された流体源と、
を具備するシステム。
【請求項８】
前記流体に、前記流体源によって前記空隙内に送達されるときに前記レーザパルスの波長でレーザ障壁特性が実質的にない、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記流体は、水、過冷水、アルコールおよび液体窒素のうちの１つまたは複数を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記保護基板の第１面は、前記レーザパルスの方向に対して斜角で位置決めされるように構成され、前記第１面に前記レーザパルスが入射する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記保護基板は、前記レーザパルスが入射する前記保護基板の面に前記流体が直接ぶつかるように、前記流体源の出口開口部に近接して位置決めされる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記保護基板は開口部のグリッドを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記グリッドの前記開口部は、前記開口部の各々の軸に沿ってそれぞれ先細りになっている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記流体源は、流体送達導管と、前記流体送達導管の端部に対して位置決めされた方向転換要素とを備え、
前記方向転換要素は、前記保護基板に対して並置されて位置決めされるとともに、前記レーザが入射する前記保護基板の面と接触するように前記流体の少なくとも一部を方向転換させるように構成されている、
請求項７に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも前記流体供給導管の周囲に位置決めされた１つまたは複数のレジスタであって、前記レーザが前記保護基板に突き当たるように、前記保護基板を前記物体の前記後面に対して位置決めするように構成されているレジスタ
をさらに具備する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記方向転換要素に近接して前記流体送達導管の長さの少なくとも一部の周囲に位置決めされるとともに、前記流体送達導管の長さの少なくとも一部と同軸状に位置合せされた内側ガスアシストジェット源であって、前記レーザ加工によって形成されている前記物体の前記穴に対してガス流を放出するように構成されている内側ガスアシストジェット源
をさらに具備する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記保護基板が、開口部のグリッドを備え、
前記レーザパルスが入射する前記保護基板の第１面が、開口部、突起および粗面のうちの１つまたは複数を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１８】
レーザ加工方法であって、
レーザ加工される物体に対してレーザ源を構成するステップであって、前記加工される物体は、レーザ加工される前記物体の一部に内部空隙を有する、ステップと、
一続きのレーザパルスを生成するように前記レーザ源を制御するステップと、
前記レーザ源の前記制御を行っている間に前記空隙内に流体を供給するステップと、
前記レーザパルスのすべてに満たないものが前記物体に向けられるように、穴が生成される前記物体の部分にレーザパルスのうちのいずれが向けられるかを制御するステップであって、前記物体に向けられるパルスの間のタイミングは、前記物体に向けられる前記レーザパルスのうちの１つまたは複数によって本来もたらされる損傷からの前記物体の後壁の保護を可能にする、ステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記流体に、前記流体源によって前記空隙内に送達される際に前記レーザパルスの波長で実質的にレーザ障壁特性がない、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザパルスのバーストのうちのいずれが前記物体の一部に向けられるかを制御する前記ステップは、
レーザパルスの第１バーストを前記物体に向けることと、
レーザパルスの２つ以上の後続するバーストが前記物体に突き当たるのを防止することと、
レーザパルスの前記２つ以上の後続するバーストに続いてレーザパルスの第２バーストを向けることと
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザパルスの第１バーストと前記レーザパルスの第２バーストを前記物体に向けることは、前記レーザパルスの第２バーストが前記物体に向けられるときに、前記穴とは反対側の前記物体の内側後壁面に近接して前記レーザパルスの第１バーストによって形成されたバブルが崩壊して、レーザパルスが突き当たる前記後壁の実質的に全体の領域が前記流体と接触することを可能にするように、前記レーザパルスの第１バーストと前記レーザパルスの第２バーストとの間のタイミングが構成されるように、前記レーザパルスの第１バーストと前記レーザパルスの第２バーストを前記物体に向けることを含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＩＮ  ＬＡＳＥＲ  ＭＡＣＨＩＮＩＮＧと題する、Ｆｏｒｓｍａｎらによる２０１１年１２月７日に出願された米国仮特許出願第６１／５６８，０５９号明細書の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、概してレーザ加工に関し、より詳細には、被加工物に対する望ましくないレーザの打撃からの保護に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ加工では、被加工物に穴をあけるために、標的被加工物に対して一続きのレーザパルスがぶつけられる。
しかしながら、レーザエネルギーは、通常、被加工物を通過するか、または被加工物から反射し、その後、被加工物のある領域または他の面まで伝播して被加工物に損傷をもたらす。
たとえば、レーザエネルギーにより、後壁に対して、または穴が形成される被加工物の部分とは反対側の被加工物の面を通して損傷がもたらされる。
この後壁損傷を軽減する典型的な手法には、穴が開けられる面と被加工物の後壁面との間に流体媒体を導入することが含まれる。流体は、光吸収粒子、顔料粒子、染料、蛍光粒子、または光散乱特性を有する油／水懸濁液等、レーザ障壁または吸収特性を有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のいくつかの実施形態は、レーザ加工中に面を保護する方法を提供することによって、上記ニーズおよび他のニーズに有利には対処する。
いくつかの実施形態では、レーザ加工中に面を保護する方法は、
レーザ吸収特性がない流体をレーザ加工されている物体の空隙内に向けるステップと、
レーザ加工されている物体の壁に複数のレーザパルスを向けるステップであって、レーザパルスが、壁を通る穴を形成するように構成され、それにより、流体が空隙内に向けられている間に、少なくとも１つのレーザパルスが穴を通過し空隙に入り、それによって、後壁損傷を阻止するためにレーザパルスが流体および面に合わせて入射する、ステップと
を含む。
【０００５】
いくつかの実施形態は、レーザ加工中に面を保護するために使用されるシステムであって、保護基板であって、レーザ加工を行っているレーザパルスがレーザ加工を通して形成された物体の穴を通過し空隙に入るときに保護基板に入射するようにレーザ加工される物体の空隙内に位置決めされるように構成されるとともに、レーザパルスが穴から前記空隙を横切って物体の後面に突き当たるのを阻止する、保護基板と、保護基板に対して位置決めされるとともに、保護基板の上に流体を向けるように構成された流体源とを備えるシステムを提供する。
【０００６】
他の実施形態では、レーザ加工方法は、レーザ加工される物体に対してレーザ源を構成するステップであって、加工される物体は、レーザ加工される物体の一部に内部空隙を有する、ステップと、一続きのレーザパルスを生成するようにレーザ源を制御するステップと、記レーザ源の制御を行っている間に空隙内に流体を供給するステップと、レーザパルスのすべてに満たないものが物体に向けられるように、穴が生成される物体の部分にレーザパルスのうちのいずれが向けられるかを制御するステップであって、物体に向けられるパルスの間のタイミングは、物体に向けられるレーザパルスのうちの１つまたは複数によって本来もたらされる損傷からの物体の後壁の保護を可能にする、ステップとを含む。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態の上記および他の態様、特徴および利点は、以下の図面とともに提示するそれら実施形態の以下のより具体的な説明からより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】レーザ加工される物体の簡易断面図を示す。
【図２】レーザパルスが壁を貫通し後壁面に損傷をもたらす際の、レーザ加工中の図１の物体の簡易断面図を示す。
【図３】いくつかの実施形態による保護システムの簡易図を示す。
【図４】いくつかの実施形態による、流体導管と協働する保護基板の簡易図を示す。
【図５】いくつかの実施形態による保護基板の簡易斜視図を示す。
【図６】いくつかの実施形態による保護基板の簡易部分切取図を示す。
【図７】いくつかの実施形態による保護システムの簡易斜視図を示す。
【図８】いくつかの実施形態によるレーザ加工システムの簡易ブロック図を示す。
【図９】いくつかの実施形態によるレーザ加工システムの簡易ブロック図表現を示す。
【図１０Ａ】いくつかの実施形態による図９のレーザシステムおよびパルススライサの実施態様例を示す簡易ブロック図を示す。
【図１０Ｂ】いくつかの実施形態によるレーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
【図１０Ｃ】いくつかの実施形態による図９のレーザシステムおよびパルススライサの実施態様例を示す簡易ブロック図を示す。
【図１０Ｄ】いくつかの実施形態によるレーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
【図１１】いくつかの実施形態による、後壁保護を提供しながらレーザ加工するプロセスの簡易流れ図を示す。
【図１２】いくつかの実施形態による、レーザ加工されている物体の後壁面を保護しながらレーザ加工するプロセスの簡易流れ図を示す。
【図１３】いくつかの実施形態による、物体をレーザ加工するプロセスの簡易流れ図を示す。
【図１４】物体のレーザ加工中にその物体の後壁を保護する、いくつかの実施形態によるプロセスの簡易流れ図を示す。
【図１５】いくつかの実施形態によるレーザ加工中の物体の簡易概略断面図を示す。
【図１６Ａ】いくつかの実施形態によるレーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
【図１６Ｂ】いくつかの実施形態によるレーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
【図１７】いくつかの実施形態によるレーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
【図１８】いくつかの実施形態によるレーザ加工システムの簡易ブロック図を示す。
【図１９】いくつかの実施形態による、レーザ加工中に後壁保護を提供するプロセスの簡易流れ図を示す。
【図２０】いくつかの実施形態による、物体をレーザ加工するプロセスの簡易流れ図を示す。
【図２１】後壁保護なしにレーザ穴あけ加工された物体の例としての断面図を示す。
【図２２】しかしながら、いくつかの実施形態による後壁保護を適用しながらレーザ穴あけ加工された物体の例としての断面図を示す。
【図２３】いくつかの実施形態によるレーザ加工保護システムの簡易概略断面図を示す。
【図２４】いくつかの実施形態による代替的なレーザ加工保護システムの簡易断面図を示す。
【図２５】いくつかの実施形態によるレーザ加工されている物体の後壁面を保護しながらレーザ加工を提供することに関して、方法、技法、制御、デバイス、装置、システム、コンピュータ等を実施するために使用されるシステムを示す。
【図２６】いくつかの実施形態による、保護基板を備えた保護システムの画像を示す。
【図２７】いくつかの実施形態による、保護基板を備えた保護システムの画像を示す。
【図２８】いくつかの実施形態によるレーザ加工保護システムで使用される保護システムの斜視図を示す。
【図２９】いくつかの実施形態による図２８の保護システムの一部の簡易断面図を示す。
【図３０】いくつかの実施形態による、レーザ加工される物体内に保護システムの保護基板を位置決めするために使用される取付柱に関する、図２８の保護システムの斜視図を示す。
【図３１】いくつかの実施形態による、レーザ加工されている例示的な物体内に位置決めされた図２８の保護システムの一部の簡易、部分断面図を示す。
【図３２】いくつかの実施形態による、線Ａ−Ａにおける図３１の保護システムの簡易断面図を示す。
【図３３Ａ】いくつかの実施形態による、レーザ保護システムの一部の簡易断面図を示す。
【図３３Ｂ】いくつかの実施形態による、レーザ加工されている例示的な物体内に位置決めされた、図３３Ａのレーザ保護システムの一部の簡易部分断面図を示す。
【図３４Ａ】いくつかの実施形態による、レーザ保護システムの一部の簡易断面図を示す。
【図３４Ｂ】いくつかの実施形態による、レーザ加工されている例示的な物体内に位置決めされた、図３４Ａのレーザ保護システムの一部の簡易部分断面図を示す。
【図３５】後壁保護なしに行われたレーザ加工の結果としてレーザ損傷がある物体の画像を示す。
【図３６】いくつかの実施形態による後壁保護を適用しながらレーザ加工が行われた後の後壁損傷なしの物体の画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
対応する参照文字は、図面のいくつかの図を通して対応する構成要素を示す。
当業者は、図の要素が、簡潔かつ明確であるように示されており、必ずしも正確な尺度で描かれていないことを理解するであろう。
たとえば、本発明のさまざまな実施形態の理解を促進するのに役立つように、図の要素のうちのいくつかの寸法を、他の要素に関して拡大する場合がある。
また、本発明のこれらのさまざまな実施形態がそれほど妨げられずに見えるのを容易にするために、商業的に実施可能な実施形態において有用であるかまたは必要である、一般的であるが十分に理解されている要素は描かれていないことが多い。
【００１０】
以下の説明は、限定する意味で解釈されるべきではなく、単に、例示的な実施形態の一般原理を説明する目的のみなされている。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して判断されるべきである。
【００１１】
本明細書を通して「１つの実施形態(one embodiment)」、「一実施形態(an embodiment)」、「いくつかの実施形態(some embodiments)」「いくつかの実施態様(some implementations)」または同様の言い回しを言及する場合、それは、その実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。
したがって、本明細書を通して「１つの実施形態において」、「一実施形態において」、「いくつかの実施形態において」および同様の言い回しの句が現れる場合、それは、すべて同じ実施形態を指す場合もあるが、必ずしも指すとは限らない。
【００１２】
さらに、本発明の記載されている特徴、構造または特性を、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
以下の説明では、本発明の実施形態が完全に理解されるために、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザ選択、ネットワークトランザクション、データベースクエリ、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップ等の多数の具体的な詳細が提供されている。
しかしながら、当業者は、具体的な詳細のうちの１つまたは複数なしに、または他の方法、構成要素、材料等とともに本発明を実施することができることを理解するであろう。
他の例では、本発明の態様が不明瞭にならないように、周知の構造、材料または動作については詳細に示しておらず記載していない。
【００１３】
図１は、レーザ加工される物体１１２の簡易概略断面図を示す。たとえば、レーザ加工は、所定位置１１６において物体１１２の壁１１４に穴をレーザ穴あけ加工するように意図することができる。
しかしながら、場合によっては、レーザ加工により、加工されている壁の反対側の面１２０に損傷がもたらされる可能性がある。それは、加工を行っているレーザパルスが、壁１１４を貫通するとともに物体の空隙１２２に入り、面１２０に衝撃を与えるためである。
簡潔さのために、加工されている壁の反対側の面１２０を、以下、後壁面と呼ぶ。
【００１４】
図２は、レーザパルス２１２が壁１１４を貫通する際のレーザ加工中の物体１１２の簡易概略断面図を示す。レーザ加工中、レーザパルスは、壁１１４に穴２１４を形成する。通常、所望の穴サイズおよび／または品質を達成するように、１つまたは複数の追加のレーザパルスが物体に向けられる。
したがって、最初の穴が確立された後に物体に向けられたレーザパルスのうちの少なくとも一部は、穴２１４の中を通り、空隙１２２に入り、後壁面１２０に突き当たる可能性がある。したがって、後壁面１２０に突き当たるレーザパルス２１２は、特に後壁面１２０が穴２１４に比較的近い場合、後壁面に損傷２２０をもたらす可能性がある。
結果としてもたらされる可能性がある損傷の大きさは、限定されないが、レーザパルス２１２の焦点２１８と後壁面１２０との間の距離、レーザパルスの強度および／または出力、レーザパルスの散乱の割合または角度、後壁面１２０がレーザパルスにさらされている持続時間、分極、パルスエネルギー、ならびに穴あけ加工されている穴の深さ、材料、サイズおよびテーパを含む他のこうした要素を含む多くの要素によって決まる可能性がある。
【００１５】
レーザ加工の目的は、概して、穴２１４または他の間隙(gap)を壁１１４内に生成しようとすることであり、したがって、後壁面１２０に突き当たる、穴２１４を通過するレーザパルス２１２が、特に後壁面が比較的レーザの焦点２１８に近い場合に、損傷をもたらす可能性がある、ということに留意されたい。場合によっては、損傷２２０は、外面２２４に外側損傷２２２をもたらしかつ／または後壁面１２０を画定する壁を通る望ましくない穴を生成するほど広範囲である可能性がある。
したがって、いくつかの実施形態は、後壁面１２０に対する損傷を制限しかつ／または防止するシステム、装置、方法およびプロセスを提供する。
【００１６】
図３は、いくつかの実施形態による保護システム３１０の簡易図を示す。保護システム３１０は、支持体３１４から延在する保護基板３１２を含む。支持体は、レーザ加工されている物体３２０空隙３１８内に位置決めされ、かつ空隙３１８内のレーザパルス３２４の経路の位置に保護基板３１２を位置決めするように構成されている。
【００１７】
レーザ加工中、レーザパルス３２４は、物体３２０の壁３２６に向けられる。たとえば、場合によっては、一続きのレーザパルスが壁３２６に向けられ、壁に穴３３０を形成する。一続きのレーザパルスが壁を突き抜けるとき、レーザパルスは、空隙３１８を横切って進み、保護基板３１２に突き当たる可能性がある。したがって、保護基板３１２は、レーザパルスが後壁面３３２に突き当たるのを制限し、場合によっては防止し、後壁面に対する損傷を防止する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、支持体３１４は、流体源（図３には示さず）に結合する導管をさらに備えることができかつ／またはそうした導管から形成され得る。したがって、流体導管３１４は、空隙３１８内に流体を供給することができ、概して、流体が保護基板３１２に接触するように供給される。
さらに、いくつかの実施形態では、導管は、流体を、保護基板３１２の面に突き当たるように向けるように構成されている。したがって、導管からの流体は、レーザパルスが突き当たる面と接触する。流体は、その面に形成されるプラズマの拡大を制限し、それにより、本来存在する保護基板材料の相対的に長い勾配に付随する局所レーザ吸収の増大を低減するのに役立ち、少なくともいくつかの場合では、レーザパルスのうちの少なくとも幾分かを反射するように面の反射能を維持するのに役立つ。
反射されたレーザパルスは広がり続け、空隙の内面に損傷をさらにもたらす可能性と強度とを低減する。
流体は、熱を放散するのにさらに役立ち、保護基板３１２のプラズマ生成面の劣化を制限する。
さらに、流体は、レーザ加工の結果としての材料の飛び散りと、飛び散りの結果としての物体内面のコーティングの潜在的な損傷とを制限することができる。
場合によっては、流体を導管内で冷却し加圧して、放出時に凍結する傾向があるようにすることができる。
【００１９】
実施態様によっては、空隙３１８内に導入された流体の除去を促進し、かつ／または保護基板３１２にぶつかる過剰な流体を保護基板から引き離すことを可能にするように物体３２０を向けることができる。それにより、保護基板の上の流体の流れを提供し、流体による冷却効果を増大させることができる。
たとえば、いくつかの実施態様では、流体導管３１４によって流体が供給される速度に少なくとも等しいかまたはそれを超える速度で重力が過剰な流体を空隙から排出するように、物体を位置決めすることができる。
さらにまたは別法として、流体の除去を促進するように真空力を加えることができる。
多くの実施形態では、保護基板３１２との流体の接触を維持しつつ、穴あけ加工されている穴３３０を流体に浸さないようにすることが重要である。
したがって、レーザによって衝撃が与えられている保護基板３１２の部分の上に向けられた後に空隙３１８内に入る流体流が調節される。
流体流速が低すぎる場合、保護基板３１２は適切にコーティングされないままである可能性があり、流速が高すぎる場合、穴あけ加工されている穴３３０の付近に流体が入らないようにすることが困難となるかまたは不可能となる可能性がある。
これらの２つの競合する要素は、空隙が大きいほど厳密でなくなる可能性がある。
いくつかの空隙サイズと、所定サイズの穴に対する穴あけ加工を行うレーザ出力とに関するいくつかの研究室試験により、約２０００パルス／秒のパルスレートでのレーザ加工中等では、流速は約１ｍ／ｓ以上であることが分かった。
【００２０】
いくつかの実施形態では、保護システム３１０はガス導管３４０をさらに備え、ガス導管３４０もまた、空隙３１８内に位置決めされるように構成されている。
さらに、穴３３０が穿たれている空隙の一部に対して、ガス流導管を位置決めすることができる。
レーザ加工によって形成された穴３３０に流体導管３１４によって供給される液体が入るのを制限し場合によっては防止するように、空気、酸素または他の関連するガス等のガスを空隙内に向けることができる。
たとえば、穴３３０を横切るようにガス流を向けるようにガス導管３４０の出口開口部を位置決めすることができ、出口開口部は、流体を穴から強制的に離すことができる。
さらにまたは別法として、場合によっては、１つまたは複数の外側ガス流またはジェットを、加工されている穴３３０に向けることができる。
内側空気ジェットおよび／または外側空気ジェットは、穴３３０および／または穿たれている穴の付近に流体が入らないようにする役割も果たす。
いくつかの実施形態では、外側空気ジェットは、（たとえばガス供給ノズルの導管または穴を通してレーザを集束させることにより）穴あけ加工レーザと略同軸であるように配置される。
（たとえば、穿たれている穴のサイズ、パルスレートおよび／または行われている他の加工に依存する可能性がある、数十のＰＳＩ(10's of PSI)等で測定された）外側空気ジェットに対する実質的な圧力が、内側空気ジェットに対する非常に適度の供給速度と組み合わされて、穿たれている穴の付近から水を除去するのを大幅に促進する。
保護基板３１２と接触しなくなるほど流体を吹き飛ばさないようにしつつ、穿たれている穴３３０から流体を除去するように、内側空気ジェットに対する空気流を調節することがさらに重要である可能性がある。
【００２１】
図４は、流体導管３１４と協働する保護基板３１２の簡易図を示す。
いくつかの実施形態では、保護基板３１２は、流体導管３１４に対して角度４１２で位置決めされている。
流体は、導管から出る際、保護基板３１２の第１面４１４に直接衝撃を与えるのに十分な力があり得る。
同様に、保護システム３１０が空隙３１８内に位置決めされたとき、レーザパルス３２４の経路、移動方向または軸４２０に対して保護基板３１２が斜角４１６でいるように、保護基板３１２を構成することができる。
したがって、レーザパルスを、保護基板３１２のより広い面積にわたって散乱させることができる。これは、いくつかの実施形態では当てはまる可能性があるが、常に必要であるとは限らない。
たとえば、場合によっては、保護基板３１２をレーザパルス３２４に対して垂直に位置決めすることができる。
レーザ４２０の軸に対する保護基板３１２の構成、向き、角度等は、いくつかの実施態様では、保護されている装置とより適切に協働するようにかつ／またはそうした装置を保護するように選択することができる。
たとえば、大部分の燃料噴射装置の内側は円錐形状であり、したがって、空隙内により容易に適合するように保護基板をレーザビームに対して角度をなして位置決めすることができる。
他の実施形態では、保護基板は、円錐体または円錐形状、放物線状、またはレーザパルス３２４の軸４２０に対して所望の角度を有する他の形状等、代替的な構成を有することができる。
他の場合では、保護基板は、円形状、球状、管状または他の関連形状等の代替的な形状を有することができる。
さらにまたは別法として、いくつかの実施形態では、保護基板を移動させるかまたは回転させて、より広い面積にわたってレーザパルスに対する露光を分散させかつ／または保護基板の冷却を増大させることができる。
たとえば、場合によっては、保護基板を、半径方向に対称（たとえば、面に穴が形成された形状の管）とすることができる。さらに、保護基板を、いくつかの実施形態では、レーザが突き当たる保護基板の面の面積を変更するように回転させることができる。
【００２２】
保護基板３１２は、多数の材料のうちの１つまたは複数から構成されることができる。
いくつかの実施形態では、保護基板３１２は、流体導管３１４の延長部である。たとえば、流体導管３１４を端部に近接して切断して、保護基板３１２を形成することができる。さらに、切断された保護基板３１２を、所望の角度４１２に成形しかつ／または曲げることができる。
さらに他の実施形態では、保護基板３１２は、所望の角度で切断されるかまたは形成され、流体導管３１４に取り付けられるかまたは他の方法で固定される。
保護基板３１２の寸法は、空隙３１８のサイズ、レーザパルス３２４の予測される高さ、幅および／または直径４２４に応じてさらに構成することができる。同様に、保護導管のサイズまたは直径４３０は、空隙のサイズと、供給される流体の予測される量、レーザパルスのサイズ、保護基板３１２のサイズおよび／または他のこうした要素とによって決めることができる。
さらに、いくつかの実施形態では、保護基板３１２は、限定されないが、窪み、開口部、突出部、バンプ、スパイク、角錐、溝、隆起、圧痕、突起、粗面および／または他の表面構造、凹凸、またはこうした表面構造および／または凹凸の組合せ等、表面構造、凹凸、不一致および／またはばらつきを有するように構成され得る。
【００２３】
いくつかの試験では、保護基板３１２は、材料の薄いシートから製作し、成形するように切断し、その後、導管３１４の端部にテープで貼るか又は糊付けした。
場合によっては、穿たれている穴が空隙に入る場所を除き３６０度の有効範囲を提供する保護基板を形成することが望ましい可能性がある。その場合、空気および水の両方は、適切に配置された溝穴に入ることができる。溝穴は、回転可能なカラーを介して導管に接続されている。
【００２４】
図５は、いくつかの実施形態による保護基板３１２の簡易斜視図を示す。
保護基板３１２は、複数の開口部５１２、凹部または他のこうした表面構造を有するように構成され得る。いくつかの実施形態では、保護基板３１２は、開口部５１２のグリッドまたはマトリックスを備え、開口部は保護基板を通して延在している。
保護基板３１２は、多数の材料または材料の組合せから構成され得る。たとえば、いくつかの実施形態では、保護基板は、同じ材料から構成しかつ／または流体導管３１４から切断され得る。さらにまたは別法として、保護基板３１２は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、銅、ニッケル、鋼、カーボン、セラミック、銀、耐火金属、タングステンカーバイドもしくは他のこうした材料、またはこうした材料の組合せから作製され得る。さらに、場合によっては、使用される材料は、少なくとも部分的に反射性であるように選択され、反射性であるように研磨され、かつ／またはレーザパルスが突き当たる面を反射材料でコーティングすることができる。
【００２５】
上述したように、保護基板３１２の寸法は、行われると予測されるレーザ加工、加工されている物体３２０の空隙１１８内に供給される流体の量および／またはタイプ、レーザパルスの予測される直径もしくは寸法４２４および／または断面積、加工に適用されるレーザパルスのタイプ、強度および／または出力、レーザパルスにさらされる露光の予測持続時間および他のこうした要素によって決まる可能性がある。
【００２６】
たとえば、これまでのいくつかの成功した試験結果は、少なくとも部分的に４つの設計原理に従うことによって得られた。
第１に、保護基板は、可能な限りレーザ焦点から離れるように位置される。たとえば、燃料噴射装置をレーザ加工している場合、保護基板３１２は、穿たれている穴と反対側の空隙壁に接して（たとえばいくつかの試験では空けられている穴から１ｍｍ〜３ｍｍ離れて）配置されることから利益を得ることができる。この設計原理により、保護基板がそのように配置されるために適切に成形されるべきである可能性がある。十分な距離が利用可能である場合、後壁からの一定距離の後、保護基板をさらに遠くに配置することはほとんど意味がない。
【００２７】
第２に、少なくともいくつかの実施態様に対するより適切な結果は、本質的に非常に強固であるとともに軟化する前に高温に達する必要がある材料（たとえばＩｎｃｏｎｅｌ）を使用して得られた。この利益に関与する正確な機構は不明であるが、強固な材料は、レーザパルスの作用下で保護基板と流体との間の相互作用に固有のキャビテーションから発生する腐食に対してより耐性があることが可能である。
【００２８】
第３に、保護基板の先細りの穴のグリッド５１２が形成される場合、いくつかの材料は、他の材料より所望の穴パターンを形成するのが容易である。少なくともいくつかの実施態様に対する所望の穴パターンは、穴が急速にではなく徐々に先細りになり、典型的には可能な限り互いに密に詰まっているというパターンである。保護基板の上に穴のグリッド５１２が付けられていない場合、この考慮事項は無意味である。
【００２９】
第４に、保護基板は、保護基板自体の焼灼のために余裕があるように十分厚さがあるように選択されている。いくつかの試験では、保護基板の最上部１００μｍが、噴射装置の最初のいくつかの穴を開けている間に焼灼され、その後、はるかに低速の焼灼速度を示す。この挙動の下にある厳密な機構は未知であるが、入ってくるレーザが保護基板にぶつかるときの入射角度を「微調整すること」に関連する可能性がある。いくつかの実験において、３００μｍ厚さが選択された。
【００３０】
他の設計原理をさらにまたは別法として考慮することができる。たとえば、いくつかの実施形態は、流体を保護基板に、流体が基板の開口部に入るように向けるように構成されている。さらに、流体を、流体が１つまたは複数の所定の充填レベルまで開口部の大部分に入ることを確実にするような角度でかつ十分な力で、基板に向けることができる。
【００３１】
図６は、いくつかの実施形態による保護基板３１２の簡易部分切取図を示す。保護基板３１２は、第１面６１２から第２面６１４まで保護基板の厚さを通って延在する複数の開口部５１２を含むことができる。いくつかの実施形態では、開口部５１２の壁は、第１面６１２と第２面６１４との間で先細りになり、かつ／または略円錐形状である。
【００３２】
開口部５１２を含むことおよび先細り形態の両方により、レーザパルスが入射する表面積が増大する。したがって、レーザパルスは増大した表面積にわたって分散され、それにより、熱放散の増大が可能になるとともに、レーザエネルギーが拡散する。
このレーザエネルギーの拡散は、いくつかの実施形態では、保護基板３１２をレーザパルスに対して角度４１６で位置決めすることによって提供されるものに加えられる。
さらに、流体導管３１４を介して供給される流体が保護基板３１２に接触すると、流体は、レーザパルスが突き当たる領域における流体の量を増大させる開口部５１２のうちのいくつかまたはすべてを部分的にかつ／または完全に充填し、それにより、さらなる熱放散を提供するとともに、保護基板３１２のプラズマ生成面劣化を制御することをさらに促進することができる。
流体は、典型的には、面に形成されるプラズマの拡大を制限し、それにより、本来存在する可能性がある保護基板材料の相対的に長い傾斜に付随する局所レーザ吸収の増大を低減するのに役立つ。このレーザ吸収の増大により、通常、保護基板の焼灼が増大する。さらに、保護基板３１２を通る開口部５１２の広がりにより、レーザパルスが、保護基板３１２と接触する流体の上に突き当たる際に、液体および／またはガスに対して追加の出口が提供される。
【００３３】
開口部５１２を、さまざまな構成で位置決めすることができる。
場合によっては、開口部は、六角形形態で位置決めされ密に詰まっている。
いくつかの実施態様では、開口部を他の形態で位置決めすることができ、開口部５１２のサイズまたは直径を変化させることができる。
さらに、場合によっては、開口部５１２は、所望の密度、位置決めおよび／または開口部形状もしくは形態を達成するように、保護基板３１２内でレーザにより穿たれる。
いくつかの実施形態では、開口部の形状は、開口部間、保護基板３１２の領域間、または他のこうした構成間で変化することができる。
いくつかの例では、保護基板は、レーザが突き当たるように意図されている第１面６１２におよそ２０ミクロン〜５０ミクロンの直径６２０を開口部５１２が有するように構成されている。開口部は、約２００ミクロン〜４００ミクロンの深さ６２４に沿って、第２面６１４における約５ミクロン〜１０ミクロン直径６２２まで先細りになっている。これらの開口部は、レーザが突き当たるように意図されている面において互いに数μｍの範囲内で間隔が空けられている。
行われたいくつかの試験では、穴あけ加工に使用される前に開口部入口が約１８μｍ〜２７μｍであり、出口が約５μｍ〜１０μｍである保護基板を利用した。サイズがより大きいかまたは小さい穴が可能である。
使用中、保護基板の最上部１００μｍほどがレーザによって焼灼により取り除かれ、開口部がおそらく１０μｍ〜１５μｍまで収縮し、間隔は約１０μｍほどまで増大するため、面は基板の最初の面に対してより角度が付けられる可能性があるため、上記間隔は定義することが困難である。
【００３４】
図７は、いくつかの実施形態による保護システム７１０の簡易斜視図を示す。保護システム７１０は、流体導管３１４と協働する保護基板３１２、ガス導管３４０、位置決めホルダ７１２、位置決めアーム７１４、流体供給ライン７１６およびガス供給ライン７１８を備えている。流体導管３１４およびガス導管３４０は、位置決めホルダ７１２と協働して、保護基板３１２、流体導管３１４およびガス導管３４０の位置決めを維持する。
【００３５】
さらに、流体供給ライン７１６およびガス供給ライン７１８は、位置決めホルダ７１２と協働して、流体導管３１４およびガス導管３４０に流体およびガスをそれぞれ供給する。
位置決めアーム７１４は、位置決めホルダ７１２に取り付けられ、たとえば、ねじ込まれ、ボルト締めされ、溶接され、ピン留めされ、ねじ留めされ等、またはそれらの組合せがなされる。
位置決めアーム７１４は、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のギア、モータ等とさらに協働して、レーザ加工されている物体３２０に対して位置決めホルダ７１２を位置決めし、保護基板３１２を物体３２０の空隙３１８内にかつ／またはレーザパルスの経路内に位置決めする。
他の実施形態では、物体３２０は、選択的に又は追加的に、保護システム３１０に対して移動する。
いくつかの実施形態では、位置決めホルダ７１２は、レーザ加工されている物体３２０と協働するようにさらに構成されている。
たとえば、位置決めホルダ７１２は、レーザ加工されている物体３２０と協働しかつ／またはそうした物体３２０を保護システム３１０および保護基板３１２に対して位置決めするのを促進するように構成された、１つまたは複数の位置合せ開口部７２２、肩部、溝穴等を含むことができる。
たとえば、物体３２０が燃料噴射装置である場合、位置決めホルダ７１２は、燃料噴射装置と嵌合して、燃料噴射装置または燃料噴射装置の一部が位置合せ開口部７２２内に下って延在しかつ／または位置決めホルダ７１２の外側の周囲に延在しそれと嵌合するように構成され得る。
【００３６】
流体導管３１４およびガス導管３４０は、
保護基板３１２、流体導管３１４およびガス導管３４０が、レーザ加工されている物体３２０の空隙３１８内に少なくとも部分的に位置決めされ得るように、かつ
保護基板３１２がレーザ経路にあるとともにレーザ加工された穴３３０に近接する空隙３１８の内面に沿ってガス導管３４０がガス流を向けることができる所望の位置に、保護基板３１２、流体導管３１４およびガス導管３４０が少なくとも部分的に位置決めされ得るように、
サイズが決められかつ位置決めホルダ７１２と協働する。
したがって、場合によっては、保護基板３１２、流体導管３１４および／またはガス導管３４０の寸法は、レーザ加工される物体３２０によって少なくとも部分的に定義される。
【００３７】
図８は、いくつかの実施形態によるレーザ加工システム８１０の簡易ブロック図を示す。レーザ加工システム８１０は、レーザシステム８１２と、レーザ加工される物体８１６と協働する保護システム８１４と、動き制御および／または位置決めシステム８１８（以下、位置決めシステムと呼ぶ）ならびにコントローラ８２０を備えている。
【００３８】
コントローラ８２０は、レーザシステム８１２、保護システム８１４、位置決めシステム８１８および／またはコントローラ全体における１つまたは複数のコントローラを含むことができる１つまたは複数のコントローラ等、単一デバイスまたは別個のデバイスとして構成することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラ８２０は、レーザ加工システム８１０を制御するコード、命令および／またはソフトウェアを格納するメモリと結合された１つまたは複数のプロセッサおよび／またはマイクロプロセッサを含む。
いくつかの実施態様では、コントローラ８２０を、少なくとも部分的に、レーザシステム８１２、保護システム８１４および位置決めシステム８１８のうちの１つまたは複数と結合されたコンピュータを使って実装することができる。
【００３９】
レーザシステム８１２は、レーザパルスを発生し、レーザ加工される物体８１６の所望の位置に正確にぶつかるようにレーザパルスを向ける。
典型的には、レーザシステム８１２は、光学部品、スライサ、ピッカ等を備えており、レーザパルスを物体８１６に突き当たるように集束させかつ方向付ける。
いくつかの実施形態では、レーザシステム８１２は、所望のレーザ加工を達成するように物体８１６に突き当たるように１つまたは複数のレーザパルスを生成するための遅延経路等、追加の要素および／または特徴を備えている。
【００４０】
保護システム８１４は、コントローラ８２０および物体８１６と協働して、生成されている穴または他の加工部(machining)と反対側の物体の部分に対して後壁保護を提供する。
いくつかの実施形態では、保護システム８１４は、物体８１６の空隙内に流体を供給して、レーザ加工されている物体の部分の反対側の物体８１６の後壁に対して流体が保護を提供するようにする。
保護システム８１４は、いくつかの実施形態では、レーザ加工されている物体８１６の部分と、レーザ加工されている物体のその部分と反対側の後壁との間の空隙内に挿入される、後壁保護装置（図８には示さず）をさらに備えている。たとえば、後壁保護装置は、図７の保護システム７１０を含むことができる。
他の実施形態では、後壁保護装置は、物体８１６の加工されている穴と後壁との間に位置決めすることができる、メッシュ構造（たとえば、柱、管、立方構造等）、多孔質構造、または他の関連構造を含むことができる。
保護システム８１４は、限定されないが、ガス源および分配装置、流体導管３１４に結合された流体源、流体および／またはガス用の１つ又は複数の流量計、圧力調整器および／または他のこうした構成要素等、追加的または代替的な構成要素を含むことができる。
【００４１】
位置決めシステム８１８は、レーザシステム８１２、保護システム８１４および／または物体８１６と協働して、後壁保護を提供しながら物体８１６を正確にレーザ加工するようにレーザ加工システム８１０の構成要素を位置決めすることができる。
位置決めシステムは、構成要素を互いに対して位置決めするために、１つまたは複数のモータ、ギア、ポンプ、ピストン、液圧装置(hydraulics)、ケーブル、エンドエフェクタ、ペンチおよび／または他のこうした装置を含むことができる。
たとえば、いくつかの実施態様では、位置決めシステム８１８は、物体８１６と協働して、レーザ加工中の物体の位置決めを制御しかつ／または位置決めを維持し、かつ／またはさらなるレーザ加工を行うために物体を再配置する（たとえば物体８１６に複数の穴をレーザ穴あけ加工するために物体を再配置する）。
他の実施形態では、位置決めシステム８１８は、追加的に又は代替的に保護システム８１４と協働して、空隙内に流体を正確に与えるように保護システムの少なくとも一部を位置決めし、保護基板３１２を空隙内に位置決めし、かつ／またはレーザ加工されている面に対して１つまたは複数のガス源を位置決めすることができる。
同様に、いくつかの実施形態では、位置決めシステムは、レーザシステム８１２またはレーザシステムの一部の位置決めに対して幾分かの制御を一部分提供して、物体８１６に対してレーザパルスを正確に集束させかつ方向付けることができる。
【００４２】
図９は、いくつかの実施形態によるレーザ加工システム９１０の簡易ブロック図表現を示す。
レーザ加工システム９１０は、レーザシステム９１２と、１つまたは複数のパルススライサ９１４および／またはパルスピッカと、ビーム送達システム９１６と、光学系９１８と、保護システム９２０と、コントローラ９２２と、位置決めシステム９２４と、ガス供給源９２８、圧力調整器９３０および場合によっては１つまたは複数の流量計８３２を備えるガス供給システム９２６と、流体供給源９３８および１つまたは複数の流量計９４０を備える流体供給システム９３６とを備えている。
レーザ加工システム９１０は、場合によっては、１つまたは複数のセンサ９４４とタイマおよび信号プロセッサ９４６とをさらに備えることができる。
【００４３】
レーザシステム９１２は、レーザ加工を行うために関連するレーザパルスを発生する１つまたは複数のレーザ発生器を含む。
パルススライサ９１４は、レーザシステム９１２と協働して、典型的には所定の時間周期である、物体９５０の所望のパルスタイミングおよび／またはパルスレートに従って、所望の数のパルスを向ける。
ビーム送達システム９１６は、１つまたは複数のパルスを物体９５０に向けるものであり、限定されないが、シャッタ、望遠鏡、ボーリングヘッド、鏡等の光学部品を含むことができる。
光学系９１８は、典型的には、物体９５０上にレーザパルスを精密に集束させる１つまたは複数の集束レンズを含む。
少なくともいくつかの実施形態では、本明細書における考慮すべき他の２つの機器関連の詳細が含まれる可能性がある。
第１に、いくつかの実施形態では、プロセス制御シャッタを使用して、穴あけ加工時間全体を調節することができる。
第２に、パルススライサを使用して、望ましい場合に、レーザの発射率を約１０，０００ショット／秒から約１０００ショット／秒〜２０００ショット／秒まで低減することができる。異なるレーザシステムが、いかなる外部パルス選択装置もなしに所望の発射率を達成することができる場合がある。
【００４４】
保護システム９２０は、物体９５０に対して位置決めされ、かつ／または物体が保護システムに対して（たとえば位置決めシステム９２４を介して）位置決めされ、それにより、保護システム９２０は、少なくとも物体９５０の空隙内に流体供給システム９３６から送達される適切な流体を送達することができ、関連する場合は、ガス供給システム９２６によって供給されるガスを送達することができる。
場合によっては、保護システム９２０および／またはガス供給システム９２６は、レーザ加工場所に近接する空隙内にガス（たとえば空気、酸素等）の流れを供給する。
追加的又は代替的にいくつかの実施形態は、レーザ加工場所において物体９５０の外側に沿ってガス流を提供する。
さらに、場合によっては、保護システム９２０は、空隙内に位置決めされレーザ加工中にレーザパルスと位置合せされる保護基板３１２を含む。
多くの実施形態では、外側に沿ったガス流は、略レーザと同軸であり、そのため、加工されている物体の面に対して平行よりは垂直である。
【００４５】
コントローラ９２２は、レーザ加工システム９１０のさまざまな構成要素にまたはその一部として結合された１つまたは複数のコンピュータおよび／またはプロセッサを使用して実装され得る。
たとえば、コントローラ９２２は、流量計９３２によって提供されるフィードバック情報に基づいて、ガス供給源９２８および／または圧力調整器９３０を制御し、流体流量計９４０から受け取られるフィードバックに基づいて流体供給源９３８を制御する。
同様に、いくつかの実施形態では、コントローラ９２２は、物体９５０、保護システム９２０、レーザシステム９１２、パルススライサ９１４および／またはレーザ加工システム９１０の他の構成要素もしくは下位構成要素の相対位置を制御することができる位置決めシステム９２４に対して、少なくとも幾分かの制御を提供することができる。
たとえば、場合によっては、位置決めシステム９２４は、
後壁が保護されている間に物体９５０を通して第１穴をレーザ穴あけ加工することができるように物体９５０を位置決めすることができ、
第１穴のレーザ穴あけ加工に続いて、第２穴をレーザ穴あけ加工することができるように物体９５０の別の部分をレーザシステムに位置合せするように回転させる等、物体９５０を再配置することができる。
物体９５０の意図されたレーザ加工に応じて、複数の穴がレーザ穴あけ加工されかまたは物体９５０に対して他のレーザ加工が行われる間に、レーザシステム９１２、物体９５０および／または保護システム９２０を何回でも位置決めすることができる。
【００４６】
さらに、いくつかの実施態様では、コントローラ９２２は、ガス供給システム９２６および／または流体供給システム９３６に対して少なくとも一部分制御を提供することができる。
たとえば、コントローラ９２２は、１つまたは複数の流量計９３２、９４０から流量計データを受け取り、この情報を使用して、保護システム９２０に送達されるガスおよび／または流体の圧力および／または流れを制御することができる。
上述したように、場合によっては、ガス供給システム９２６は、レーザ加工が行われている間に、物体９５０の空隙の内面を横切ってガス流を向けることができ、これにより、レーザ加工中に物体９５０内に生成される穴または他の加工領域に液体が入るのを制限するのを助けることができる。
同様に、レーザ加工されている領域に近接する物体９５０の外側を横切るようにガス流を向けることができ、それにより、加工されている領域からデブリおよび飛び散りを除去し、また穿たれている穴に入る水または他の流体の量を低減するかまたはそれらをなくすのに役立つことができる。この外側ガスジェットは、少なくともいくつかの試験では、レーザビームと同軸に配置された。
さらに、場合によっては、光学系９１８はガスアシストジェットを含むことができ、したがって、圧力調整器９３０を利用して、供給されるガスの量を制御することができる。
【００４７】
場合によっては、さまざまなパラメータを検出しかつ／またはモニタリングするために１つまたは複数のセンサ９４４を提供することができる。たとえば、いくつかの実施態様では、溶落検出器を、保護システム９２０に組み合わせ、かつ／または保護システム９２０とは別個に空隙に対して位置決めすることができる。
溶落検出器は、レーザパルスが物体９５０の壁を貫通し空隙に入るときを検出することができる。
この検出は、例えばレーザパルスの持続時間を調整すること、レーザパルス間の時間を調整すること、レーザバースト間の持続時間を調整すること、レーザパルスの強度を調整すること、レーザ波長を調整すること、ビーム成形、トレパニング、ガスアシストおよび／または他のこうした調整またはこうした調整の組合せ等によって、レーザ加工を制御するために使用することができる。
【００４８】
たとえば、場合によっては、溶落検出器は、レーザパルスの制御と協働して利用される。
レーザパルスが物体の壁に穴を生成すると、通常、レーザ穴あけ加工された穴の所望の品質を達成するために、レーザ穴あけ加工またはレーザ加工を続けることが好ましい。
したがって、穴が生成された後に物体９５０に向けられた各レーザパルスの少なくとも一部は、穴を通過し、保護システム９２０の保護基板３１２に突き当たる。
さらに、いくつかの実施形態はパルスレートを低減し、それにより、パルスまたはパルスのバーストの間の時間が増大する。パルスまたはバースト間の時間が増大することにより、保護基板および／または後壁に対する悪影響を低減することができる。
しかしながら、物体９５０に穴が生成されるまで、パルスレートを増大させ、したがって加工速度を上昇させることが望ましい場合がある。そのため、溶落検出器を使用して、物体９５０の穴の初期生成を検出することができる。
センサは、物体９５０に向けられるパルスレートを低減する等、パルスレートを制御するように、信号プロセッサ９４６に通知し、またはパルススライサ９１４および／またはコントローラ９２２に直接通知することができる。
レートの低減は、限定されないが加工されている物体９５０、加工されている物体の材料、使用される場合は保護基板３１２、液体流量、予測されるキャビテーション速度、レーザ強度、空隙の寸法、および／または他のこうした要素またはこうした要素の組合せ等、多くの要素によって決まる可能性がある。
溶落検出器またはセンサ９４４は、いくつかの実施形態では、空隙内にまたは空隙の外部に位置決めすることができる１つまたは複数のフォトダイオードを使用して実装され得る。
さらに、いくつかの実施形態は、１つまたは複数のフォトダイオードと光学的に協働する光ファイバをさらに含み、フォトダイオードから遠い光ファイバの端部を、流体導管３１４またはガス導管３４０と協働する等、物体９５０の空隙内に位置決めすることができる。
【００４９】
さらにまたは別法として、タイマ９４６を利用して、レーザ溶落を予期することができる。典型的には、所望の溶落を達成するために必要な時間はおよそ既知である。したがって、タイマ９４６を使用して、溶落を予期することができ、それにより、迅速なレーザ穴あけ加工を依然として可能にしながら、後壁に対するさらなる保護を提供するようにパルスレートを調整することができる。
【００５０】
図１０Ａは、いくつかの実施形態による、図９のレーザシステム９１２およびパルススライサ９１４の実施態様例を示す簡易ブロック図を示す。
レーザシステム９１２は、レーザ１０１４と協働するタイミング発生器１０１２を含むことができる。
パルススライサ９１４は、第２タイミング発生器１０１８およびパルススライサ１０２０を含むことができる。
いくつかの実施形態は、レーザパルスを意図された経路に沿って向ける光学部品１０２４を含み、レーザパルスは、ビーム送達システム９１６に向けられ得る。
【００５１】
図１０Ｂは、いくつかの実施形態による、レーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
レーザパルス１０３０〜１０３２が生成され、物体９５０に向けられる。パルス１０３０〜１０３２は、時間１０３６によって分離されている。たとえば、時間１０３６は、およそ０．５ｍｓであり得る。さらに、いくつかの実施態様では、各レーザパルスは、およそ１０ｐｓ〜１００ｎｓの範囲内のパルス持続時間を有している。しかしながら、本実施形態によって提供される後壁保護は、これらのレーザパルスおよび／またはタイミングに限定されない。
代替的に、後壁保護を、実質的にあらゆるレーザパルス、レーザパルス持続時間、および／またはパルスもしくはパルスのバーストの間の時間とともに利用することができる。たとえば、いくつかの実施形態は、５ｐｓパルスのダブルパルス、または１００ｆｓのレーザパルスでのシングルパルス加工に対して後壁保護を提供する。
場合によっては、レーザパルスが加工されている物体９５０の壁を突破したことを検出したとき、予測された時間の量または他のこうした要素等、所定の加工スケジュールに基づいて、時間１０３６を経時的に変化させることができる。
【００５２】
図１０Ａ〜図１０Ｂを参照すると、タイミング発生器１０１２は、一部分、パルスを配置することができ、第２タイミング発生器１０１８は、パルススライサ１０２０と協働して、パルス間の相対的なタイミングを達成するように所定パルスレートに従ってパルス１０３０〜１０３２を正確に方向付けるようにタイミングを提供する。
光学部品１０２４は、レーザパルスを向けるように関連する光学部品を含むことができ、限定されないが、１つまたは複数の波長板、偏光子等を含むことができる。
【００５３】
図１０Ｃは、いくつかの実施形態による図９のレーザシステム９１２およびパルススライサ９１４の実施態様例を示す簡易ブロック図を示す。
レーザシステム９１２は、２つのレーザ１０１４〜１０１５と協働する第１タイミング発生器１０１２を含むことができる。
パルススライサ９１４は、第２タイミング発生器１０１８と、第１及び第２パルススライサ１０２０，１０２１とを含むことができる。
いくつかの実施形態は、単一経路に沿ってレーザパルスを結合するかまたは他の方法で方向付ける光学部品１０２４を含み、レーザパルスは、光学部品等を含むことができるビーム送達システム９１６に向けられ得る。
【００５４】
上述しかつさらに後述するように、いくつかの実施形態では、レーザパルスをバーストで生成することができる。
図１０Ｄは、いくつかの実施形態による、レーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
レーザバースト１０４０〜１０４２が生成され、物体９５０に向けられる。バースト１０４０〜１０４２は、複数のレーザパルスを含み、それらは、場合によっては、レーザ穴あけ加工および／またはレーザ加工を強化することができる。
たとえば、全体として参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６６４，４９８号明細書に記載されているものと同様なレーザバーストを形成しかつ／または使用することができる。
バースト１０４０〜１０４２の複数のパルスを生成する際に、限定されないが、繰返し率の高い列をパルスピッキングし、それを増幅させて、ピコ秒再生増幅器が所望の正しい位置ずれ状態で動作するようにすること、および／または他のこうした方法等、他の方法を使用することができる。
【００５５】
バースト１０４０〜１０４２のパルスは第１時間１０４４によって分離されており、連続したバースト１０４０〜１０４２は第２時間１０４６によって分離されている。一例では、第１時間１０４４はおよそ５０ｎｓ〜２００ｎｓであり、第２時間１０４６は約０．５ｍｓである。さらに、いくつかの実施態様では、各レーザパルスは、およそ１０ｐｓ〜１００ｎｓの範囲内のパルス持続時間を有している。各バーストの各レーザパルス間の時間は、およそ５ｎｓ〜５μｓの範囲であり得る。
さらに、連続したバースト間の時間は、各バーストを構成する各レーザパルス間の時間より長く、各バーストの第１レーザパルスおよび／または第２レーザパルスの強度は、加工されている物体の損傷閾値を超える。
バースト２０２間の時間は、数ヘルツからおよそ１００キロヘルツまでの範囲であり得るレーザのパルス繰返し率によって決まるが、バースト２０２間の時間は、各バースト２０２の間のパルス２０４、２０６の間の時間より実質的に長い（たとえば、パルス２０４、２０６の間の時間の１０倍を超え、１００倍を超え、または１０００倍を超える）。
しかしながら、この場合もまた、本実施形態によって提供される後壁保護を、バブル形成、崩壊および／または散乱を考慮しながら、実質的にあらゆるレーザパルス、パルス持続時間、パルス間の時間および／またはパルスのバーストの間の時間と使用することができる。
【００５６】
図１０Ｃにおいて、バースト１０４０〜１０４２は、各々、単一の第２時間１０４６によって分離されている。しかしながら、上述したように、レーザパルスが加工されている物体９５０の壁を突破したことを検出したとき、所定の時間の量または他のこうした要素等、所定の加工スケジュールに基づいて、第１時間１０４４および／または第２時間１０４６を経時的に変化させることができる。他の実施形態では、レーザ加工は、マルチパルスバーストの代りにまたはそれとともに単一パルスで行われる。
【００５７】
図１０Ｃ〜図１０Ｄを参照すると、第１タイミング発生器１０１２は、一部分、各パルスが第１および第２レーザ１０１４〜１０１５のうちの一方から発生するダブルパルスバースト等、バースト１０４０のパルスを配置することができる。
第２タイミング発生器１０１８は、第１パルススライサ１０２０〜第２パルススライサ１０２１と協働して、バースト間の相対的なタイミングを達成するように所定パルスレートにしたがって２つのレーザパルスのバースト１０４０〜１０４２を正確に方向付けるタイミングを提供する。
光学部品１０２４は、限定されないが、１つまたは複数の波長板、偏光子等、レーザパルスを結合する関連光学部品を含むことができる。
他の実施形態では、単一レーザ１０１４が使用され、レーザビームは分割されて、バーストのパルス間の所望の時間１０３４を達成するように経路に組み込まれた遅延により、第２パルスを生成する。
【００５８】
図１１は、いくつかの実施形態による、後壁保護を提供しながらレーザ加工するプロセス１１１０の簡易流れ図を示す。
ステップ１１１２において、流体は、レーザ加工されている物体９５０の空隙内に向けられる。典型的には、空隙内に向けられる流体は、レーザパルスの波形でレーザ吸収特性または散乱特性を有していない。同様に、流体は、典型的には、レーザ障壁特性が実質的に有していない。
ステップ１１１４において、レーザ加工されている物体９５０の壁に複数のレーザパルスが向けられる。レーザパルスは、物体９５０の壁を通る穴を形成するように構成され、それにより、レーザパルスは、流体が空隙内に向けられている間に穴を通過して空隙に入り、それによって、レーザパルスは、後壁損傷を阻止するために、流体および面に合わせて入射する。
【００５９】
図１２は、いくつかの実施形態による、レーザ加工されている物体９５０の後壁面を保護しながらレーザ加工するプロセス１２１０の簡易流れ図を示す。ステップ１２１２において、保護基板（たとえば保護基板３１２）は、予測されるレーザ経路および意図された穴または物体９５０の壁に対して行われる他のレーザ加工と位置合せされるように、物体９５０の空隙内に位置決めされる。
【００６０】
ステップ１２１４において、流体は、空隙内にかつ保護基板３１２上に向けられる。
多くの実施形態において、流体は、レーザ吸収特性を有しておらず、さらに、単に、水（たとえば、水道水、冷水、過冷水等）、アルコール、液体ガス（たとえば液体窒素）、またはレーザ光を伝達し少なくともいくつかの場合ではレーザのエネルギーを取り除くように沸騰することができる他の関連流体であり得る。
場合によっては、保護基板をより湿潤させるのに役立つように、流体とともに界面活性剤を含めることができる。
さらに、流体は、典型的には、追加のまたは複雑な手続きを通して除去しなければならない残留物を残さない。
さらに、レーザパルスが突き当たる保護基板３１２の面に直接接触するように流体を向けることができる。
ステップ１２１６において、レーザ加工は、物体９５０の壁に穴または他のレーザ加工部を生成するように制御される。
保護基板３１２が正確に位置決めされている状態において、物体９５０の壁を貫通し空隙に入るレーザパルスは、保護基板３１２と保護基板上に向けられた流体とに入射し、それにより、保護基板は、レーザ加工されている穴から空隙を横切ってレーザパルスが後壁面に突き当たるのを阻止する。
【００６１】
図１３は、いくつかの実施形態による、物体９５０をレーザ加工するプロセス１３１０の簡易流れ図を示す。
たとえば、プロセス１３１０は、燃料噴射装置の幅の狭い先端に近接して燃料噴射装置に複数の穴をレーザ穴あけ加工する際に使用することができる。その穴は、燃料噴射装置がエンジン内で利用されるとき、その穴を通して燃料が射出されるように意図されている。
ステップ１３１２において、レーザ加工されている物体９５０（たとえば燃料噴射装置）、物体のサイズ、空隙のサイズ、空隙にアクセスするために利用可能な空間および他のこうした関連要素によって決まる、所定のサイズおよび形状にしたがって、保護基板３１２が構成されかつ／または構築される。
さらに、場合によっては、意図されたレーザ加工、意図されたレーザパルスの強度、レーザパルスの持続時間、パルス間の時間、レーザバーストが採用される場合はレーザバースト間の時間、空隙内に位置決めされたときの保護基板３１２用の支持体（たとえば流体導管３１４）および保護基板の流体導管３１４との結合ならびに他のこうした要素によって、保護基板３１２の寸法が決まり得る。
たとえば、いくつかの実施形態では、保護基板は、流体導管から保護基板３１２を直接切り出すように流体導管３１４を加工することによって形成される。
場合によっては、保護基板の面がレーザパルスの経路に対して所望の角度で空隙内に位置決めされ得るように、かつ／または流体導管３１４から放出された流体が少なくとも部分的に保護基板３１２上に向けられるように、保護基板３１２を流体導管３１４の軸に対して曲げることができる。
【００６２】
ステップ１３１４において、開口部および／または凹凸等の１つまたは複数の表面構造が保護基板３１２に形成される。
たとえば、いくつかの実施形態では、開口部５１２のグリッドまたはマトリックスが、保護基板に機械加工され、レーザ穴あけ加工され、または他の方法で形成される。
たとえば、開口部および／または窪みのグリッドを、開口部および／または窪みの断面が先細りになっている六角形に密に詰まっている形態で形成することができる。
ステップ１３１６において、位置決めホルダ７１２と協働する流体導管３１４によって保護基板３１２が支持される。流体導管３１４は、さらに、流体供給システム９３６の出力と協働する（たとえば流量計９４０の出力に結合される）。
ステップ１３１８において、ガス導管３４０が、位置決めホルダ７１２と組み立てられ、ガス供給システム９２６の出力（たとえば流量計９３２の出力）に接続される。
【００６３】
ステップ１３２０において、レーザ加工される物体９５０（たとえば燃料噴出装置）は、レーザ加工される物体の一部が、活性化されたレーザの焦点に近接するように位置決めされる。いくつかの実施形態では、位置決めシステム９２４は、物体９５０を所望の位置に位置決めすることができる。
レーザ加工される物体９５０および／またはレーザは、レーザ加工される穴または他の間隙の中心にレーザ焦点２１８が直接位置するように位置決めされる必要はないことに留意されたい。
実際には、場合によっては、焦点は、形成されている穴の中心に位置決めされないことが有利でありかつ望ましい可能性がある。
たとえば、形成される穴の軸方向ではなく半径方向に中心であるようにレーザ焦点２１８を向けることができる。他の場合では、焦点２１８を、物体９５０の外側に位置決めすることができる。
同様に、場合によっては、ボーリングヘッドが使用されている場合等、たとえば加工されている穴または間隙の周縁の周囲で処理するように、レーザを移動させることができる。
ステップ１３２２において、保護基板３１２がレーザパルスの意図された経路と位置合せされるように、物体９５０の空隙内に保護システム３１０が位置決めされる。
【００６４】
ステップ１３２４において、レーザシステム９１２に関して、レーザ出力、パルスタイミング（たとえばダブルパルスタイミング）および他のこうした関連パラメータ等のレーザパラメータが設定される。
ステップ１３２６において、１つまたは複数のパルススライサ９１４が、選択レートを設定するように構成される。
いくつかの実施形態では、予測された溶落のタイミングに基づいてかつ／または溶落の検出に応じて等、レーザ加工中にレーザパラメータおよび／または選択レートの１つまたは複数を経時的に変更することを含むことができる加工計画に従って、ステップ１３２４および１３２６が構成される。
ステップ１３２０において、望ましい場合はボーリングヘッドを設定する等、ビーム送達システム９１６が構成され得る。
【００６５】
ステップ１３３２において、流体供給システム９３６およびガス供給システム９２６が、ガス流量および流体流量を設定するように構成されるとともに、物体９５０の空隙の内部への流体およびガスの供給を開始するように起動される。
いくつかの実施形態では、関連する場合は、ガス流が物体９５０の外側に沿って向けられるように、ガスアシストジェットにガスがさらに供給される。
ステップ１３３４において、１つまたは複数のシャッタが所望のタイミングに設定され、レーザ穴あけ加工が起動され、物体９５０に第１穴が穿たれる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、物体９５０に、複数の穴または他のレーザ加工を行うことができる。たとえば、物体が燃料噴射装置である場合、通常、燃料噴射装置に複数の穴がレーザ穴あけ加工される。したがって、いくつかの実施形態は、物体９５０の新たな標的箇所まで物体９５０が回転されるかまたは他の方法で移動されるステップ１３３６を含む。
ステップ１３４０において、物体９５０は、レーザの焦点に対して位置決めされる。いくつかの実施態様では、物体９５０の回転および位置決めは、位置決めシステム９２４によって実施される。
ステップ１３４２において、１つまたは複数のシャッタが所望の穴あけ加工時間に設定され、レーザ穴あけ加工が実施される。さらなるレーザ穴あけ加工および／またはレーザ加工が行われる場合、プロセス１３１０はステップ１３３６に戻り、後続するレーザ穴あけ加工またはレーザ加工のために物体９５０が回転されるかまたは他の方法で再配置され得る。
【００６７】
レーザ穴あけ加工が完了すると、プロセスはステップ１３４４に進み、そこで保護システム３１０が空隙から取り除かれる。ステップ１３４６において、後続する物体９５０がレーザシステム９１２に対して位置決めされる。ステップ１３４８において、保護システム３１０が空隙内に挿入される。ステップ１３５０において、後続する物体９５０は、レーザ焦点に対して位置決めされる。そして、プロセス１３１０はステップ１３３４に戻り、シャッタタイミングを設定しレーザ穴あけ加工を実施することができる。
【００６８】
いくつかの実施形態は、レーザパルスと後壁との間に保護基板を挿入することなく、後壁保護を提供する。一部には、この保護方式は、レーザ加工中にレーザパルスおよびレーザパルスのタイミングを制御しながら、加工されている物体の空隙内に流体を供給することによって実施される。
【００６９】
図１４は、物体９５０（たとえば、タービン羽根、燃料噴射装置または実質的にあらゆる物体）のレーザ加工中にその物体の後壁を保護する、いくつかの実施形態によるプロセス１４１０の簡易流れ図を示す。
ステップ１４１２において、流体供給システムが起動されて、物体９５０の空隙内に流体が供給される。典型的には、空隙内に供給される流体は、レーザ吸収特性または散乱特性を有しておらず、多くの場合、単に、物体９５０の空隙内に供給される水である。流体は、損傷に対して保護されている後壁と接触し、場合によっては、物体の空隙を実質的に充填するかまたは充填する。
ステップ１４１４において、複数のレーザパルスおよび／またはバーストが生成される。典型的には、レーザパルスはバーストで提供され、各バーストは、少なくともバースト間の時間の持続時間に対して時間のわずかな持続時間によってのみ時間的に分離される複数のレーザパルス（たとえば２つのパルス）を含む。
レーザバーストの生成およびレーザ加工におけるレーザバーストの使用については、全体として参照により本明細書に組み込まれるＦｏｒｓｍａｎらの米国特許第６，６６４，４９８号明細書に記載されている。
【００７０】
ステップ１４１６において、物体９５０に突き当たるレーザパルスおよび／またはバーストの間のタイミングは、後壁に単一のまたは複数のバブルが存在する間に、レーザパルスが略後壁に入射しないように精密に制御される。したがって、レーザパルスは、流体および後壁面に入射し、流体および後壁面は合わせて後壁損傷を阻止する。
場合によっては、レーザパルスおよび／またはバーストの間のタイミングは、レーザバーストのサブセットを選択し、後壁と接触している流体を用いて後壁損傷を制限しかつ／または防止するように、所定タイミングに従って、物体９５０にレーザバーストのサブセットを向けることによって制御される。所定タイミングは、レーザパルスの結果としての流体内のバブルおよび／またはキャビテーションの生成によって決まる。
【００７１】
図１５は、いくつかの実施形態による、レーザ加工中の物体１５１０の簡易概略断面図を示す。
レーザパルス１５１２が光学部品１５１４等を通して物体１５１０に向けられ、物体１５１０の壁１５２０に１つまたは複数の穴１５１８をレーザ穴あけ加工する等、レーザ加工が実施される。
壁１５２０の突破に続き、後続するレーザパルスが続けて物体に向けられ、穴１５１８の所望の品質および／または幅が達成される。したがって、突破に続いて物体１５１０に向けられたレーザパルスの少なくとも一部は、穴を通過して物体の空隙１５２２に入り、空隙を横切って進み、後壁１５２６の面１５２４（いくつかの物体１５１０の後壁１５２６は、空隙１５２２の反対側におけるレーザ加工されている壁１５２０の延長または同じ壁１５２０である）に突き当る可能性があり、場合によっては後壁に損傷を与える可能性がある。
後壁面１５２４に直接突き当たるレーザパルスは、後壁１５２６の材料のプラズマを生成する可能性があり、それは、後壁に損傷を与えかつ／またはその箇所で後壁の強度を低下させ、高温のガス、流れを生成し、場合によっては、後壁の一部が排出される可能性があるため幾分かのデブリを生成し、後壁に対する損傷をもたらす可能性がある。
【００７２】
したがって、いくつかの実施形態は、レーザ加工を行っている間に空隙１５２２内に流体１５３０を向ける。流体は、典型的には、レーザ吸収特性を有しておらず、場合によっては、水、アルコールまたは他の関連流体である。いくつかの実施態様では、後壁面の湿潤に役立つように、流体とともに界面活性剤を含めることができる。
後壁面１５２４上に維持される流体１５３０の量は、レーザパルス１５１２の強度および／または出力、レーザ焦点１５３２からの後壁面１５２４の距離、後壁の材料、レーザパルスの持続時間、パルス間の時間および／または他のこうした要素によって決まる可能性がある。
空隙内への流体の流れは、空隙の容積、パルスのレート、予測されるバブルの形成、崩壊および／または散乱、および／または他のこうした要素によって決まる可能性がある。
さらに、レーザ穴あけ加工されている穴に流体が入らないように流量を制御することができる。この場合もまた、流体が穴に入らないように、内側ガスジェットおよび／または外側ガスジェットも使用することができる。
【００７３】
さらに、レーザパルスおよび／またはレーザパルスのバーストの間の時間は、本来発生する可能性があるあり得る後壁損傷を低減するようにさらに制御される。
水等の流体が後壁面１５２４と接触している間、後壁面１５２４の反射能が向上することが明らかとなった。反射能が向上することにより、後壁面１５２４に突き当たり後壁面で容易に反射するレーザパルスによる後壁損傷を、流体および後壁面が合わせて阻止する。したがって、反射能が維持されている間、後壁面における焼灼、プラズマ形成および／または他の損傷は、あるとしても最小限になる。反射したレーザパルスは広がりつづけ、強度と空隙１５２２の内面に対するさらなる損傷をもたらす可能性とを低減する。
【００７４】
しかしながら、レーザパルス１５１２は、流体１５３０内にキャビテーションまたはバブルの形成をもたらす可能性があることもさらに明らかとなった。
後壁面１５２４におけるまたはそれに近接するバブルの形成により、後壁面の反射能が低減し、後壁面にバブルが発生するときに、後壁面上の流体１５３０の欠如をもたらす可能性がある。反射能が低下すると、たとえばバブルが発生した後壁面１５２４の乾燥部分または実質的に乾燥部分にレーザパルスが突き当ることにより、後続するレーザパルスが後壁面１５２４に損傷および／または焼灼の増大をもたらす可能性がある。
したがって、いくつかの実施形態は、空隙内に流体が供給されている間に物体１５１０に向けられたレーザパルスのタイミングを制御して、後続するパルスが物体に向けられる前に、１つまたは複数の先行するレーザパルスの結果として形成されたバブルが実質的にまたは完全に崩壊するようにすることにより、潜在的な後壁損傷を低減しかつ／またはなくす。
結果として、流体１５３０は、後壁面１５２４と接触し、反射能を向上させ、それにより、後壁面のプラズマ形成および／または焼灼を低減する。
【００７５】
さらに、いくつかの実施形態は、典型的にはレーザ加工される領域を横切って、ガス１５３６（たとえば、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムまたは他の関連ガス）の流れを空隙１５２２内にさらに向ける。
したがって、ガス１５３６の流れは、形成された穴１５１８に流体１５３０が入りかつ／または流体１５３０が穴に接触する（それにより、場合によっては穴１５１８の面にフレアリングがもたらされる可能性がある）ことを、制限しまたは防止することができる。
さらに、いくつかの実施形態は、ガス１５４０の１つまたは複数の流れを、穴１５１８内にかつ／または物体１５１０の外面を横切るように向ける。それにより、幾分か、レーザ加工中のデブリを除去しかつ／または空隙の内部からの流体が穴に入ることを阻止することができる。
【００７６】
図１６Ａは、いくつかの実施形態による、レーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。レーザ加工されている物体に一続きのレーザパルス１６１２〜１６１３が向けられる。
少なくとも幾分かのレーザ強度およびレーザの焦点からの距離により、レーザパルス１６１２の結果として物体の空隙１５２２の後壁１５２４にバブルが形成される可能性があることが分かった。
後壁１５２４に近接してまたは隣接して発生する可能性があるバブルは、それらのバブルに起因して乾燥または実質的に乾燥した後壁の部分に１つまたは複数の後続するレーザパルスが突き当ること生じる可能性がある。それにより、後壁における反射能が低減し、かつ／または液体によって提供される冷却効果が低減する可能性がある。
【００７７】
したがって、レーザシステムは、第１バースト１６１２に続く第２時間１６２２の終了まで、第２レーザパルス１６１３が物体１５１０に向けられないように制御されることができる。
したがって、レーザシステムは、後壁面１５２４に近接するバブルの実質的にすべてまたはすべてが崩壊するかまたは散乱すると予測される、予測された時間すなわち時間の量１６２４の間、後続する第２パルス１６１３が物体１５１０に向けられないように制御される。
この場合もまた、時間１６２４は、部分的に、レーザ強度または出力、レーザ焦点１５３２と後壁１５２４との間の距離、流体１５３０、第１レーザパルス１６１２によって後壁面１５２４に形成されたバブルの実質的にすべての形成および崩壊に関して予測された時間ならびに他のこうした要素に基づいて定義される。例として、後続するパルス１６１２〜１６１３の間の時間１６２４は、約０．５ｍｓであり得る。
初期レーザバーストによってもたらされる流体に生成されたバブルは、典型的には、特に後壁におけるレーザ強度が比較的低い場合、後壁において比較的迅速に崩壊する。
【００７８】
図１６Ｂは、いくつかの実施形態による、レーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
上述したように、かつ米国特許第６，６６４，４９８号明細書に記載されているように、レーザパルスのバースト１６３２〜１６３５の使用により、レーザ穴あけ加工および／またはレーザ加工を強化することができる。
少なくとも幾分かのレーザ強度により、第１時間１６４０によって分離される２つのレーザパルスの第１バースト１６３２は、後壁面１５２４にバブルを生成しない可能性があることが分かった。
さらに、レーザバースト１６３２〜１６３３の間の第２時間１６４２は、第２バースト１６３３の前にバブルが形成されないように選択される。
場合によっては、レーザ焦点１５３２またはその近くに流体１５３０が存在する場合に、その焦点にまたはそれに近接してバブルが形成される可能性がある。しかしながら、バブルは、典型的には、第１バースト１６３２の結果として後壁に近接して形成されず、かつ少なくとも第２バースト１６３３が後壁面１５２４に突き当る前に形成されない。
したがって、第１バースト１６３２に続く第２時間１６４２、第２バースト１６３３を物体１５１０に向けることができる。穴１５１８を通過する第２バースト１６３３のパルスの部分は、流体１５３０が後壁面と接触している間にかつバブル形成の前に、後壁面１５２４に突き当る。
【００７９】
バブルは、バーストの第１組の第２バースト１６３３に応答して発生する可能性がある。したがって、バーストの第２組の後続する第３バースト１６３４は、第３時間１６４４に続いて物体１５１０に向けられる。第３時間１６４４は、典型的には、バースト内のパルスを分離する第１時間１６４０と比較して相対的に長く（たとえば、パルス間の時間１６４０の数１００倍、または数１０００倍長い）、第１バースト１６３２と第２バースト１６３３との間の第２時間１６４２より長い（たとえば、バーストの第１組のバーストの間の時間１６４２より５倍、数十倍または数百倍長い）。
第３時間１６４４は、レーザ強度または出力、レーザ焦点１５３２と後壁面１５２４との間の距離、流体１５３０、流体の粘度、密度および表面張力、後壁への入射角度、流量、第１バースト１６３２および／または第２バースト１６３３によって後壁面１５２４に形成されたバブルの実質的にすべての形成および崩壊および／または散乱に対する予測された時間、ならびに他のこうした要素に基づいて定義される。
例として、バースト１６３２のパルス間の第１時間１６４０を約５０ｎｓ〜２００ｎｓとすることができ、第１バースト１６３２と第２バースト１６３３との間の第２時間１６４２を約０．１ｍｓとすることができる。第３時間１６４４によって分離されるバーストの組を約０．５ｍｓとすることができる。
したがって、２つの連続するレーザバーストからもたらされる流体に生成されるバブルは、典型的には、特に後壁におけるレーザ強度が比較的低い場合、後壁において比較的迅速に崩壊する。
いくつかの実施形態では、バブルのさまざまな推定されたサイズに関して表面張力によって駆動されたときに崩壊するさまざまなサイズのバブルの推定された時間を考慮する。タイミングの適性は、チューブ内に後壁損傷を生成しかつ回避する試験を通して検証された。この場合もまた、流体流は、バブルを崩壊し、かつ／またはバブルをレーザが突き当る後壁から離れるように移動させるのを促進することができる。
【００８０】
いくつかの実施形態では、何らかの試験によれば、レーザ焦点におけるレーザの強度は、レーザ焦点から約２ｍｍ〜３ｍｍ離れた後壁の位置よりも約１０倍〜１００倍程度強力であった（たとえば、後壁におけるレーザ強度は、少なくともいくつかの実施態様では、１０７Ｗ／ｃｍ２〜１０９Ｗ／ｃｍ２であり得る）。したがって、後壁面におけるバブル形成は、レーザ焦点において発生するものより少ない。
さらに、シングルパルスは後壁面にバブルを形成しない可能性があり、それにより、依然として後壁損傷を制限するかまたは回避しながら、加工を改善するためにバーストの複数のパルスを使用することができる。
空隙内に向けられた流体は、バブルのうちの幾分かを散乱させ除去するのを促進することができることが留意される。
流体流の流速が高いことは、バブルのうちの少なくとも幾分かを押し流すのを促進することができる。
同様に、場合によっては、流体の流れは、レーザが突き当っている後壁から、すべてのバブルではないが実質的にすべてのバブルを散乱させるかまたは押し流すことができる。をそれにより、バースト間の時間がはるかに短い連続したレーザバースト等、レーザシステムの実質的に連続した動作を可能にすることができる。たとえば、空隙のサイズに応じて、流れを５ｍ／ｓ程度とすることができる。しかしながら、この場合もまた、この流速は、いくつかの燃料噴出装置形状等、厳密な形状で維持することが困難である場合がある。
【００８１】
しかしながら、本実施形態によって提供される後壁保護は、これらのレーザパルスおよび／またはタイミングに限定されない。選択的に、バブルが崩壊し、散乱しかつ／またはレーザが突き当る領域から離れるように移動する時間とバブル形成とを考慮しながら、実質的にあらゆるレーザパルス、レーザパルス持続時間および／またはパルスもしくはパルスのバーストの間の時間とともに後壁保護を利用することができる。
さらに、パルス切替および／または制御を、後壁保護基板（たとえば基板３１２）とともに同様に利用することができる。
したがって、後壁保護基板がレーザ加工されている物体の空隙内に位置決めされている間に、パルスおよび／またはバースト制御を利用することができる。
【００８２】
場合によっては、流体１５３０は、レーザ加工されている穴１５１８に部分的に入り、したがってレーザ焦点１５３２に近接する可能性がある。
レーザ焦点１５３２に近接して発生する可能性があるバブル形成は、場合によっては、レーザ加工を強化することができる。
たとえば、第１バースト１６３２の結果としてレーザ焦点に近接してバブルが形成されることにより、バブル形成に起因して比較的乾燥した面に第２バースト１６３３が突き当ることができる。これにより、レーザ焦点に近接したプラズマ形成および焼灼が改善され、それにより所望のレーザ加工（たとえば、穴１５１８の形成）を達成する際にレーザ加工を改善することができ、流体が穴に閉じ込められるのをさらに防止することができる。
【００８３】
図１７は、いくつかの実施形態による、レーザ加工を行う際に使用されるレーザパルスタイミングを表す簡易タイミング図を示す。
レーザシステムは、一続きのバースト１７１２〜１７２３を生成することができる。これらのバーストのサブセットは、所定のタイミングに従ってレーザ加工を行うように選択され、物体に向けられることができる。
場合によっては、パルススライサを、物体に向けられるそれらの所望のパルスを選択するように所定タイミングに基づいて制御することができる。
たとえば第１バースト１７１２および第２バースト１７１３を選択することができ、第１バーストおよび第２バーストは第１時間（たとえば第１時間１７３２）によって分離されている。
上述したように、場合によっては、第１バーストおよび第２バーストのタイミングがとられることにより、第２バースト１７１３の後まで後壁面にバブルが発生しない。
一続きの後続するバースト１７１４〜１７２１をスキップし物体１５１０に向けないことが可能である。
バブルが後壁面１５２４で崩壊する予測された時間に基づいて、第２時間１７３４が確定され、スライサは、物体１５１０に向けられるバーストの第２サブセット、たとえば、バーストの組の間の所望の時間に対応する第１１バースト１７２２および第１２バースト１７２３を選択することができる。
したがって、バーストの第１サブセットの結果として形成される実質的にすべてまたはすべてのバブルが崩壊した後に、第１１バースト１７２２および第１２バースト１７２３が後壁面１５２４に突き当り、流体１５３０が後壁面１５２４に接触するように、所定タイミングに従ってバーストの第２サブセットが選択される。
場合によっては、所定数のバーストの各々からバーストの対を選択することができる（たとえば、１０のバーストの各組から２つのバーストが選択される）。
【００８４】
図１８は、いくつかの実施形態による、レーザ加工システム１８１０の簡易ブロック図を示す。レーザ加工システム１８１０は、レーザシステム１８１２と、レーザ加工される物体１８１６と協働する保護システム１８１４と、動き制御および／または位置決めシステム１８１８（以下、位置決めシステムと呼ぶ）と、コントローラ１８２０とを備えている。
【００８５】
コントローラ８２０は、レーザシステム１８１２、保護システム１８１４および／または位置決めシステム１８１８のコントローラを含む等、単一デバイスまたは別個のデバイスとして構成されることができる。
いくつかの実施形態では、コントローラ１８２０は、レーザ加工システム１８１０を制御するコード、命令および／またはソフトウェアを格納するメモリに結合された１つもしくは複数のプロセッサおよび／またはマイクロプロセッサを含む。
いくつかの実施態様では、コントローラ１８２０を、レーザシステム１８１２、保護システム１８１４および位置決めシステム１８１８のうちの１つまたは複数に結合されたコンピュータを使用して実装することができる。
【００８６】
レーザシステム１８１２は、レーザパルスを発生し、レーザ加工されている物体１８１６の所望の位置に正確にぶつかるようにレーザパルスを向ける。
典型的には、レーザシステム１８１２は、レーザパルスを物体１８１６に突き当るように集束させかつ向ける光学部品、スライサ等を含む。
いくつかの実施形態では、レーザシステム１８１２は、所望のレーザ加工を達成するように物体１８１６に突き当る１つまたは複数のレーザパルスを生成するための遅延経路等、追加の要素および／または特徴を含む。
【００８７】
保護システム１８１４は、コントローラ１８２０および物体１８１６と協働して、生成されている穴または他の加工部とは反対側の物体の部分に対する後壁保護を提供する。
いくつかの実施形態では、保護システム１８１４は、流体が、レーザ加工されている物体の部分とは反対側の物体１８１６の空隙の後壁に対する保護を提供するように、空隙内に流体を供給する。
保護システム１８１４は、スライサコントローラ（たとえば、パルススライサ９１４ならびにタイマおよび／または信号プロセッサ９４６）をさらに含む。スライサコントローラは、レーザシステム１８１０と協働しかつ／またはレーザシステム１８１０の一部であり、一続きのパルスおよび／またはバーストからのパルスおよび／またはパルスのバーストのサブセットの選択を制御する。
したがって、スライサ９１４、コントローラ１８２０および信号プロセッサ９４６は、いくつかの実施態様では、パルスまたはパルスのバーストの一部が物体に向けられるのを防止しながら、一続きのパルスまたはパルスのバーストのサブセットを物体１８１６に向けて、後壁面を保護する際に後壁面１５２４におけるバブル形成および／またはバブルの崩壊を制御することができる。
いくつかの実施態様では、保護システム１８１４は、限定されないが、物体１８１６に対して１つまたは複数の内側または外側のガス流（たとえば、外側の同軸ガスアシストジェット、外側に沿った１つもしくは複数のジェット、および／または他のこうしたアシストジェット）を供給することができるガス供給システム９２６、空隙内に流体を供給する流体供給システム９３６、１つまたは複数の流量計９３２、９４０、圧力調整器９３０、溶落ち検出器９４４および／または他のこうした構成要素等、追加的または代替的な構成要素を含むことができる。
【００８８】
位置決めシステム１８１８は、レーザシステム１８１２、保護システム１８１４および／または物体１８１６と協働して、後壁保護を提供しながら物体１８１６を正確にレーザ加工するように、レーザ加工システム１８１０の構成要素を位置決めすることができる。
位置決めシステムは、構成要素を互いに対して位置決めするために、１つまたは複数のモータ、ギア、ポンプ、ピストン、液圧装置、ケーブル、エンドエフェクタ、ペンチおよび／または他のこうした装置を含むことができる。
たとえば、いくつかの実施態様では、位置決めシステム１８１８は、物体１８１６と協働して、レーザ加工中の物体の位置決めおよび／または位置決めの維持を制御し、かつ／またはさらなるレーザ加工を行う（たとえば物体１８１６に複数の穴をレーザ穴あけ加工する）ために物体を再配置する。
追加的又は代替的に、位置決めシステム１８１８は、保護システム１８１４と協働して、流体を空隙に正確に与えるように保護システムの少なくとも一部を位置決めすることができる。
同様に、いくつかの実施形態では、位置決めシステムは、一部には、レーザシステム１８１２またはレーザシステムの一部の位置決めに対して幾分かの制御を提供して、物体１８１６に対してレーザパルスを正確に集束させかつ向けることができる。
【００８９】
図１９は、いくつかの実施形態による、レーザ加工中に後壁保護を提供するプロセス１９１０の簡易流れ図を示す。
ステップ１９１２において、レーザ源は、レーザ加工される物体（たとえば物体１５１０）に対して構成される。これは、レーザ出力および他のこうしたパラメータを設定することを含むことができる。さらに、これは、レーザ源、レーザ加工される物体および／または保護システムおよび／または基板の位置決めを含むことができる。
いくつかの実施形態では、保護システムは固定されており、保護基板が所望の位置にあるようにレーザ加工される物体が適所に移動される。
他の実施形態では、物体が固定位置に位置決めされ、保護される物体の面に対して保護システムが適所に移動される。
さらに、位置決めを、レジスタ、センサ、および／または保護システムの１つまたは複数の部品の、レーザ加工される物体の１つまたは複数の部品との接触に基づくことができる。
【００９０】
ステップ１９１４において、レーザ加工されている物体１５１０の空隙内に流体が供給され、少なくとも流体の層が後壁面１５２４にわたって維持される。
ステップ１９１６において、レーザ源が駆動される。
ステップ１９２０において、選択されたレーザパルスのサブセットが物体１５１０に向けられ、物体に向けられたレーザパルス間のタイミングが、レーザ強度、焦点から後壁面１５２４までの距離、空隙内に供給されている流体、供給された流体における予測されたバブル崩壊速度および他のこうした要素に従って制御される。
上述したように、場合によっては、複数のレーザパルスを含むレーザバーストを利用することができ、場合によっては、バーストの組が、後壁面１５２４に形成されたバブルが崩壊する予測された時間に従って定義されたバーストの組の間の時間で、物体１５１０に向けられる。
【００９１】
図２０は、いくつかの実施形態による物体１８１６をレーザ加工するプロセス２０１０の簡易流れ図を示す。
たとえば、プロセス２０１０は、飛行機またはエンジン部品（タービン羽根）、燃料噴射装置または他の物体に、複数の穴をレーザにより穿つ際に使用することができる。そこでは、レーザ加工は、空隙の少なくとも一方の側に行われ、それにより空隙の反対側が潜在的な損傷にさらされる可能性がある。
ステップ２０１２において、流体送達装置（たとえば、ノズルまたはジェット）が、ホルダ（たとえば位置決めホルダ７１２）と協働し、流体供給システム９３６の出力に（たとえば流量計９４０の出力に）接続される。
いくつかの実施形態では、プロセスは、ス送達装置（たとえばノズルまたはジェット）がホルダ（たとえば位置決めホルダ７１２）と組み立てられて、ガス供給システム９２６の出力（たとえば、流量計９３２の出力）に接続されるステップ２０１４を含む。
【００９２】
ステップ２０１６において、レーザ加工される物体１８１６（たとえば燃料噴射装置）は、レーザ加工される物体の一部が、活性化されたレーザの焦点にあるように位置決めされる。いくつかの実施形態では、位置決めシステム１８１８は、物体１８１６を所望の位置に位置決めすることができる。
ステップ２０２０において、流体供給装置は、空隙内に所望の水位を維持するように、物体１８１６の空隙に対して位置決めされる。場合によっては、空隙は実質的に流体で充填されることが望ましい可能性がある。
いくつかの実施形態では、ガス送達装置は、レーザ加工が行われる（たとえば穴があけられる）面の一部を横切ってガス流を向けるように、空隙の内部に対して同様に位置決めされる。
他の実施形態では、流体および／またはガス送達装置が位置決めされ、その後、物体は、流体および／またはガス送達装置に対して位置決めされる。
【００９３】
ステップ２０２２において、レーザシステム１８１０に関して、レーザ出力、パルスタイミング（たとえばダブルパルスタイミング）および他のこうした関連パラメータ等のレーザパラメータが設定される。
ステップ２０２４において、１つまたは複数のパルススライサ９１４は、選択レートを設定するように構成され、それは、物体１８１６に向けられるレーザバーストのサブセットを選択する一方で、レーザバーストの残りを物体から離れるように向けることを含むことができる。
いくつかの実施形態では、ステップ２０２２および２０２４は、所定の加工計画に従って構成される。これは、予測された溶落のタイミングに基づいてかつ／または溶落を検出することに応じて等、レーザ加工中にレーザパラメータおよび／または選択レートのうちの１つまたは複数を経時的に変更することを含むことができる。
ステップ２０２６において、望ましい場合はボーリングヘッドを設定する等、ビーム送達システム９１６が構成される。
【００９４】
ステップ２０３０において、流体供給システム９３６およびガス供給システム９２６は、流体流量およびガス流量を設定するように構成され、物体１８１６の空隙の内部に対する流体およびガスの供給を開始するように駆動される。
いくつかの実施形態では、ガスは、関連する場合はガスアシストジェットにさらに送達される。
ステップ２０３２において、１つまたは複数のシャッタが所望のタイミングに設定され、レーザ穴あけ加工が駆動されて物体１８１６に第１穴があけられる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、物体１８１６に対して、複数の穴または他のレーザ加工を行うことができる。たとえば、物体が燃料噴射装置である場合、通常、燃料噴射装置に複数の穴がレーザにより穿たされる。したがって、いくつかの実施形態は、物体１８１６の新たな標的箇所まで物体１８１６を回転させるかまたは他の方法で移動させるステップ２０３４を含む。
ステップ２０３６において、物体１８１６は、レーザの焦点に対して位置決めされる。いくつかの実施態様では、物体１８１６の回転および位置決めは、位置決めシステム１８１８によって実施される。
ステップ１８４０において、１つまたは複数のシャッタが所望の穴あけ時間に設定され、レーザ穴あけ加工が実施される。さらなるレーザ穴あけ加工および／またはレーザ加工が行われる場合、プロセス２０１０はステップ２０３４に戻り、後続するレーザ穴あけ加工またはレーザ加工のために物体１８１６を回転させるかまたは他の方法で再配置することができる。
【００９６】
レーザ穴あけ加工が完了すると、プロセスはステップ２０４２に進み、そこで、流体送達装置および／またはガス送達装置が空隙内に位置決めされているときに、それら流体送達装置および／またはガス送達装置を空隙から取り除くことができる。
ステップ２０４４において、後続する物体１８１６がレーザシステム１８１０に対して位置決めされる。
ステップ２０４８において、流体送達装置が空隙に対して位置決めされ、関連する場合は、ガス送達装置を空隙に対して位置決めすることができる。ステップ２０４８において、後続する物体１８１６は、レーザ焦点に対して位置決めされる。
そして、プロセス２０１０はステップ２０３２に戻り、シャッタタイミングを設定し後続する物体のレーザ穴あけ加工を実施することができる。
【００９７】
したがって、本実施形態は、レーザ加工されている物体の部分とは反対側の面に対する保護を提供する。この保護は、物体を劣化させるかまたは実際に物体を使用不可能にする可能性がある周辺損傷から物体が保護される一方で、物体の非常に正確かつ精密なレーザ加工を可能にする。
さらに、製造用途で利用される場合、本実施形態によって提供される後壁保護は、閾値レベルを超える周辺損傷のために破棄されなければならない物体の数を、なくさないまでも大幅に低減しながら、スループットを大幅に向上させることができる。
さらに、保護は、著しい洗浄を必要とする物質を導入する必要なしに、かつ危険な廃棄生成物を生成することなく達成される。
【００９８】
図２１は、後壁保護なしにレーザ穴あけ加工された物体２１１０の例としての断面図を示す。レーザ穴あけ加工により、物体２１１０の壁を通って延在する２つの穴２１１２〜２１１３またはチャネルが生成された。
分かるように、レーザ加工中、レーザパルスは、レーザパルスによって形成された穴２１１２〜２１１３とは反対側の空隙２１１８の後壁面２１１６に突き当り、後壁面２１１６に対して著しい損傷をもたらす可能性がある。
場合によっては、損傷は、物体の壁または構造に対する損傷（たとえば、熱影響部（ＨＡＺ）を含む。場合によっては、損傷は、壁を通って壁２１２０の外側まで延在する可能性があり、かつ／または１つもしくは複数の穴が壁を通って発生する可能性がある。
損傷の程度に応じて、レーザ加工されている物体２１１０は、その意図された目的に対して使用不可能であるか、または有用な推定耐用年数を大幅に低減する可能性がある。たとえば、ジェットエンジンおよび／または燃料噴射装置のレーザ加工部品は、損傷に対する耐性がゼロであるかまたは非常に限られている可能性がある。
【００９９】
しかしながら、図２２は、いくつかの実施形態による後壁保護を適用しながらレーザ加工された物体２２１０の例としての断面図を示す。
後壁保護を提供することにより、穴２２１２〜２２１３とは反対側の空隙２２１８の後壁面２２１６に損傷を与えることなく、物体２２１０に、１つもしくは複数の穴２２１２〜２２１３、チャネルまたは他のレーザ加工部を精密に生成することができる。
したがって、後壁保護の使用により、生成されている物体の品質を大幅に向上させ、意図された目的に対して使用することができる物体のスループットを増大させ、レーザ加工された物体の有用な耐用年数を延長し、かつ他のこうした利益を得ることができる。
【０１００】
さらに、いくつかの実施形態によって提供される後壁保護により、レーザ加工を非常に精密にかつ高精度にすることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ＨＡＺの影響なしに、厚さ２２３２が約１．４ｍｍ以上である（穴が４５度角度で形成された１．０ｍｍ壁厚さ）鋼壁を有する物体を通って延在して、直径２２３０が約５０ミクロンであるレーザ穴２２１２〜２２１３を形成することができる。
さらに、レーザ加工により、依然として後壁損傷を制限するかまたは防止しながら、近接した穴を生成することができる。たとえば、２つの穴２２１２〜２２１３を、互いの１５０μｍ以下の範囲内に形成することができる。
さらに、後壁保護により、後壁面からの内部デブリが防止され、高温の飛び散りが防止され、後壁面における高温のプラズマに晒されることが制限または防止される。
いくつかの実施形態は、さらに、空隙内でかつ／または後壁面の上で保護材料を閉じ込める（それには、保護材料を除去するために大規模なかつ／または費用のかかる洗浄が必要となる可能性がある）ことなく、レーザ加工されている材料に関らず、後壁の保護を提供する。
【０１０１】
空隙内にかつ／または予期されるレーザと後壁面との間に挿入される保護基板３１２および／または保護システム３１０を利用する実施形態を利用して、典型的には、保護基板３１２を利用しない実施形態より、高いレーザ強度および／または出力に耐えることができる。
さらに、保護基板３１２なしに後壁保護を利用する場合のタイミングに対してパルスおよび／またはバーストの間のタイミングを低減し、代りに、先行するパルスまたはバーストによって形成されたバルブの崩壊を可能にするようにバーストタイミングを制御することができるように、保護基板３１２が空隙内に位置決めされている間にレーザ加工を行うときのパルスタイミングを構成することができる。
【０１０２】
図２３は、いくつかの実施形態によるレーザ加工保護システム２３１０の簡易概略断面図を示す。
保護システム２３１０は、犠牲挿入物または保護基板２３１２と、流体２３１６を供給する流体源２３１４と、１つまたは複数のガス源２３１８、２３２０とを備えている。
保護基板２３１２は、レーザ加工されている物体２３２４の後壁面に近接してまたはそれと接触して位置決めされる。
流体源２３１４は、流体２３１６の層が空隙内で維持されるように、物体の空隙２３２６に対して位置決めされる。
導管、ノズル等の流体源２３１４は、空隙内への流体の流れを制御する流体供給システム９３６の一部である。
同様に、いくつかの実施形態では、ガス源２３１８は、ガス供給システム９２６の一部である、導管、ノズル等であり得る。ガス供給システム９２６は、流体２３１６が穴２３３０に入るのを制限しまたは防止するように、ガス（たとえば空気）を空隙内にかつ空隙の面に沿って提供する。
いくつかの実施形態は、ガス供給システム９２６の一部であるかまたはレーザ２３３２と同軸にガス（たとえば空気）を向ける別個のガス供給システムである第２ガス源２３２０を含むことができる（物体２３２４の外面を横切ってガスを供給するノズル等、１つまたは複数のさらなるまたは代替的なガス源を含めることができることが留意される）。
【０１０３】
流体２３１６は、典型的には、レーザ吸収特性または散乱特性を有しておらず、保護基板２３１２を冷却する。レーザパルス２３３２は、形成され続ける穴２３３０を通過し、保護基板２３１２に突き当る。したがって、保護基板２３１２および流体２３１６は、レーザ加工中に物体２３２４の後壁を保護する。
場合によっては、流体２３１６は、保護基板２３１２を横切って流れるように向けられる。それにより、流体内で発生する可能性があるバブルをレーザが突き当っている領域から移動させることができる。それにより、流体は、保護基板の面と接触し続け、面における反射能を向上させる。
限定されないがＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、銅、ニッケル、鋼、カーボン、セラミックもしくは他のこうした材料またはこうした材料の組合せ等、物体２３２４をレーザ加工する際に使用されるレーザパルスに対する繰返しの露光に耐えることができる実質的に任意の適切な材料から保護基板２３１２を形成することができる。
場合によっては、保護基板２３１２を、高反射材料から形成し、かつ／または反射材料でコーティングすることできる。
上述したような表面構造および／または凹凸を、保護基板２３１２に含めることができる。いくつかの実施形態では、保護基板２３１２を、多孔質材料から形成することができる。
【０１０４】
図２４は、いくつかの実施形態による代替的なレーザ加工保護システム２４１０の簡易断面図を示す。
保護システム２４１０は、中空保護基板２４１２および流体源２４１４を備えている。
保護基板２４１２は、レーザ加工されている物体２４３２の後壁２４２８に対して空隙２４２６内で位置決めされる。
流体源２４１４は、保護基板の中空部分２４１８内に流体２４１６を供給する。
保護基板２４１２は、多孔質銅、カーボン等、多孔質材料から形成される。典型的には、保護基板の細孔のサイズは、流体が保護基板から容易に流れ出ないように十分小さい。
レーザパルス２４２０が保護基板２４１２に突き当る際、保護基板が加熱される。これにより、外面に隣接するとともに細孔内かつ／または保護基板の内部にある流体が沸騰して、蒸気２４２２が生成される。蒸気２４２２は、保護基板の細孔を通って少なくとも部分的に放出され、ガス流、真空等を介して、物体２４３２の空隙２４３０から排出され得る。
いくつかの実施態様では、流体が所望の速度で細孔（または保護基板の構成によっては穴）を強制的に通されて、レーザが突き当たる保護基板２４１２の面の上に流体が維持されるように、細孔が構成される。レーザが突き当たると、流体は沸騰して蒸発し、細孔および／または穴を通して放出されているさらなる流体に置き換えられる可能性がある。
【０１０５】
保護基板２４１２は、場合によっては、後壁２４２８に近接して位置決めされる。保護基板２４１２は、後壁に近いように（それにより保護基板とレーザの焦点との間の距離が増大する）、かつ空隙の構造、流体流および他の関連要素を考慮して位置決めされることが多い。
いくつかの実施態様では、保護基板２４１２を、回転対称であるように構成することができる。回転対称保護基板を、加工中回転させて、加工中の面の異なる部分を露出させることができる。場合によっては、保護基板を連続的に回転させることができる。
【０１０６】
本明細書に記載する方法、技法、制御、システム、デバイス等は、１つまたは複数のレーザ源とともに、多くの異なるタイプのデバイスおよび／またはシステムで利用され、実施されかつ／または実行されることができる。
図２５を参照すると、いくつかの実施形態による、任意のこうした実施態様で使用することができるシステム２５１０が示されている。
上述したかまたは後述する任意のデバイス、システムもしくは装置、または、たとえば上述したまたは後述するコントローラ８２０、９２２、９４６、１８２０、位置決めシステム８１８、９２４、１８１８等、こうしたシステム、装置またはデバイスの一部を実装するために、システム２５１０の１つまたは複数の構成要素を使用することができる。しかしながら、システム２５１０またはそのいずれの部分の使用も、明らかに必須ではない。
【０１０７】
例として、システム２５１０は、コントローラまたはプロセッサモジュール２５１２、メモリ２５１４、ユーザインタフェース２５１６および１つまたは複数の通信リンク、経路、バス等２５２０を備えることができる。
電源（図示せず）が含まれるかまたはシステム２５１０に結合されている。
コントローラ２５１２は、１つもしくは複数のプロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、論理回路、ローカルデジタルストレージ、ファームウェアおよび／又は他の制御ハードウェア及び／またはソフトウェアを使用して実装できる。また、コントローラ２５１２は、本明細書に記載する方法および技法のステップを実行するかまたは実行を支援し、さまざまな活動、位置決め、選択、速度、持続時間、流量、圧力、タイミング、検出、動き等を制御するために使用することができる。
ユーザインタフェース２５１６により、ユーザは、システム２５１０と対話し、パラメータを設定し、動作条件を調整し、システムを介して情報を受け取ることができる。
場合によっては、ユーザインタフェース２５１６は、システム２５１０の一部であるかまたはシステム２５１０に有線もしくは無線で結合され得る、ディスプレイ２５２２、および／またはキーボード、マウス、トラックボール、ボタン、タッチスクリーン、リモートコントロール等の１つもしくは複数のユーザ入力部２５２４を含む。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、システム２５１０は、システム２５１０がレーザ加工システムの他の構成要素および／またはコントローラと通信し、分散ネットワーク、ローカルネットワーク、インターネット、通信リンク２５２０、他のネットワークもしくは他のデバイスとの通信チャネルによって他のデバイスと通信し、および／または他のこうした通信を可能にする、１つまたは複数の通信インタフェース、ポート、送受信器２５１８等をさらに備えることができる。さらに、送受信器２５１８を、有線、無線、光、光ファイバケーブルもしくは他のこうした通信構成またはこうした通信の組合せに対して構成することができる。
【０１０９】
システム２５１０は、コントローラ２５１２を備える制御及び／またはプロセッサベースシステムの例を備えている。この場合もまた、コントローラ２５１２は、１つまたは複数のプロセッサ、コントローラ、中央処理装置、論理回路、ソフトウェア等によって実装することができる。さらに、いくつかの実施態様では、コントローラ２５１２は、マイクロプロセッサ機能を提供することができる。
【０１１０】
コントローラ２５１２によってアクセスすることができるメモリ２５１４は、典型的には、少なくともコントローラ２５１２によってアクセスされる１つまたは複数のプロセッサ可読かつ／またはコンピュータ可読媒体を含み、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリおよび／または他のメモリ技術等、揮発性および／または不揮発性媒体を含むことができる。
さらに、メモリ２５１４はシステム２５１０の内部であるように示されているが、メモリ２５１４を、内部、外部、または内部メモリおよび外部メモリの組合せとすることができる。
外部メモリは、限定されないが、フラッシュメモリセキュアデジタル（ＳＤ）カード、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）スティックもしくはドライブ、他のメモリカード、ハードドライブおよび他のこうしたメモリのうちの１つもしくは複数、またはこうしたメモリの組合せ等、実質的にいずれの関連メモリとすることもできる。
メモリ２５１４は、コード、ソフトウェア、実行ファイル、スクリプト、パラメータ、設定、限界および／または閾値、ログまたは履歴データ、ユーザ情報等を格納することができる。
【０１１１】
図２６は、いくつかの実施形態による、図４の保護基板３１２と同様とすることができる、保護基板２６１２を有する保護システム２６１０の画像を示す。
保護基板２６１２は、保護基板に近接して実質的に直線状である流体導管２６１４と協働する。さらに、保護基板２６１２は、流体導管２６１４の中心軸に対して角度をなして位置決めされる。さらに、その角度は、レーザ２６２０もまた保護基板に斜角で突き当たるように選択されることが多い。この構成では、流体２６４０（破線で表す）は、導管の端部２６４２から放出され、保護基板と流体導管２６１４との間の角度で保護基板の第１面２６１６に直接ぶつかる。したがって、流体は、保護基板と接触すると方向を変える。
さらに、いくつかの実施形態では、保護基板２６１２にグリッドの開口部５１２（図５参照）が存在する場合、グリッドの開口部５１２内に流体２６４０が押し込まれる。
導管２６１４を、レーザ加工されている物体の空隙内に適合し、保護される物体の面に対して保護基板２６１２を正確に配置するのを可能にする、実質的にいずれの関連するサイズまたは直径２６２２とすることもできる。
【０１１２】
図２７は、いくつかの実施形態による、流体導管２７１４と協働する保護基板２７１２を備えた保護システム２７１０の画像を示す。
この実施形態では、流体導管２７１４は、図２６の流体導管２６１４の直径２６２２と比較して小さな直径２７２２を有している。この幅の狭い実施形態により、より小さい空間および／またはレーザ加工されるより小さい物体とともに保護システム２７１０を利用することができ、かつ／またはより小さい空間内にかつ／またはレーザ加工されるより小さい物体に保護システム２７１０を挿入することができる。
保護基板２７１２は、導管２７１４から延在し、典型的には、導管２７１４の端部２７４２に近接して導管の中心軸に対して角度をなして延在している。
使用時、保護基板２７１２は、いくつかの実施形態では、複数の開口部５１２または凹部を含む保護基板２７２２上にレーザ２６２０が入射するように位置決めされる。
いくつかの構成では、流体導管２７１４は、流体導管２７１４の端部２７４２に近接しているがそこからある距離で分離されている曲げ部２７３６を含むことができるという点で、図２６の流体導管２６１４とはさらに異なっている。
曲げ部２７３６を、レーザ加工されている物体に基づいて、保護される物体の面に対して保護システム２７１０が位置決めされるのを可能にするように、さらに組み込むことができる。
したがって、曲げ部２７３６は、流体の方向を変え、流体の少なくとも大部分が保護基板２７１２の面に対して実質的に平行に導管２７１４から出るようにする。典型的には、導管２７１４を通る流体流は、図２６の保護システム２６１０の導管２６１４を通る流体流より少ない。さらに、流体の平行な経路により、存在する場合に開口部５１２に入る流体の量が制限される。
【０１１３】
図２８は、いくつかの実施形態による、レーザ加工されている物体の面を保護するために使用される保護システム２８１２の斜視図を示す。
図２９は、いくつかの実施形態による、図２８の保護システム２８１２の長さの一部に沿った簡易断面図を示す。
図３０は、いくつかの実施形態による、レーザ加工される物体内の保護システム２８１２の保護基板２８２２を位置決めするために使用される取付柱または装置３０１０に対する、図２８の保護システム２８１２の斜視図を示す。
図２８〜図３０を参照すると、保護システム２８１２は、第１または流体送達導管２８１４、第２または流体除去導管２８１６、流体方向転換要素２８２０および保護基板２８２２を備えている。いくつかの実施形態では、保護システム２８１２は、１つまたは複数の位置決めスペーサまたはレジスタ２８３０〜２８３２を備えている。
【０１１４】
方向転換要素２８２０は、送達導管２８１４に近接して位置決めされ、いくつかの実施形態では、送達導管の端部に固定されかつ／または端部から延在している。典型的には、方向転換要素２８２０は、送達導管の軸に対して角度をなして送達導管からさらに延在し、送達導管の端部の上に少なくとも部分的に延在している。
保護基板２８２２は、除去導管２８１６の端部に近接して位置決めされ、いくつかの実施形態では、除去導管の端部に固定されかつ／または端部から延在している。方向転換要素２８２０と同様に、保護基板２８２２はまた、典型的には、除去導管の軸に対して角度をなして除去導管から延在して、除去導管２８１６の端部の上を少なくとも部分的に延在している。
【０１１５】
送達導管２８１４および除去導管２８１６は、方向転換要素２８２０および保護基板２８２２が互いに並置して位置決めされるように位置決めされている。
さらに、いくつかの実施形態では、方向転換要素２８２０および保護基板２８２２は、方向転換要素２８２０および保護基板２８２２が互いに向かって角度をなすように、互いに対向して位置決めされている。
流体２８２４は、保護システム２８１２内に導入され、強制的に送達導管２８１４を通って方向転換要素２８２０に向かわされる。流体の少なくとも一部およびいくつかの実施形態では大部分は、方向転換要素２８２０によって保護基板２８２２に向かうように方向転換する。
いくつかの実施形態では、保護基板は、開口部５１２のグリッドまたは本明細書に記載するように他の特徴を備えている。典型的には、方向転換要素２８２０は、開口部のグリッドを含まない。
いくつかの実施形態では、流体２８２４の少なくとも何パーセントかは、概して、方向転換要素２８２０により、保護基板２８２２の面に対して斜角で方向転換される。
方向転換された流体２８２４は、他の実施形態で上述した保護と同様に保護基板への損傷を制限するかまたは防止する速度でグリッドの開口部５１２に入れられるように十分な力および体積を有している。
さらに、送達導管２８１４を通して送達される流体の一部は、典型的には、除去導管２８１６を通って戻される。たとえば、いくつかの実施形態では、流体のうちの約１０％は、除去導管に沿って戻る。除去導管のサイズ、送達された流体の量、方向転換した流体の量および他のこうした要素に応じて、より多いかまたは少ない流体を、除去導管を通して戻すことができる。いくつかの実施形態では、除去導管を、保護基板を位置決めする棒、ビームまたは他の構造と置き換えることができる。
【０１１６】
保護システム２８１２は、実質的にいずれのサイズであってもよく、典型的には、加工されている物体に対して構成されている。たとえば、いくつかの実施形態では、レジスタによって適所に固定されている送達導管２８１４および除去導管２８１６の両方を横切る距離２９１４は、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲（たとえば１．５ｍｍ）であり得る。同様に、送達導管および／または除去導管の直径２９１６を、いくつかの実施形態では約１００ミクロン〜１０００ミクロンとすることができる。しかしながら、送達導管および除去導管の直径は、同じである必要はなく、限定されないが、保護基板２８２２が位置決めされる領域のサイズ、所望の流体の量、レーザ強度および／またはパルスレートおよび／または他のこうした要素等、多くの要素に応じて実質的にいずれのサイズであってもよい。したがって、２つの導管を横切る距離２９１４もまた、実施態様によって変化し、十分な流体２８２４を送達している間にレーザ加工されている物体の空隙内に適合しかつ空隙の内面（たとえば後壁）に保護を提供する、実質的にいずれの関連サイズであってもよい。
【０１１７】
保護システム２８１２は、レーザ加工される物体内に位置決めされる。保護基板２８２２は、レーザ２９１２が物体の加工面を通過した後に保護基板２８２２に突き当たるように位置決めされる。
多くの実施態様では、レーザ２９１２は、さらに、方向転換要素２８２０に突き当たりそれを溶け落とす可能性がある。しかしながら、レーザによってもたらされる方向転換要素２８２０に対する損傷は、典型的には、その機能に対して最小限であり、方向転換要素２８２０の流体２８２４を保護基板２８２２に向かうように方向転換させる能力を不利益に干渉しない。
【０１１８】
レジスタ２８３０〜２８３２は、保護システム２８１２の長さの少なくとも一部に沿って間隔を空けて配置されている。いくつかの実施形態では、レジスタは、たとえばエポキシ樹脂２８４０、はんだ、接着剤、クランプまたは他のこうした材料もしくは構造によって、導管２８１４、２８１６に沿った位置に固定されている。
レジスタは、少なくともいくつかの実施形態では、レジスタの少なくともいくつかがレーザ加工される物体に挿入されるのを可能にし、かつ保護される物体の面に対して保護基板２８２２を位置決めしかつ位置を維持するのを促進するような寸法で構成されている。
さらに、いくつかの実施形態では、レジスタ２８３０〜２８３２は、さらに、除去導管２８１６に対して送達導管２８１４の位置決めを維持する。
【０１１９】
図３１は、いくつかの実施形態による、レーザ加工されている例示的な物体３１１０（たとえば燃料噴射装置）内に位置決めされた図２８の保護システム２８１２の一部の簡易部分断面図を示す。
図３２は、いくつかの実施形態による、線Ａ−Ａにおける図３１の保護システム２８１２の簡易断面図を示す。
保護基板２８２２の位置決めは、多くの実施形態では、一部には、保護基板のサイズが相対的に小さいこと、加工を行うために使用されているレーザのサイズが相対的に小さいこと、多くの場合は、レーザ加工されている物体および／または保護システムおよび保護基板を位置決めすることができる領域もしくは空隙のサイズが小さいことにより、重要である。
したがって、レジスタ２８３０〜２８３２は、レーザ加工されている物体３１１０に対する保護基板２８２２のさらなる位置決めを提供するように構成されることができる。レジスタは、レーザ加工されるように意図された物体と保護を挿入することができる空隙とに応じて、実質的にいずれの構成および／または形状とされることもできる。
【０１２０】
保護システム２８１２は、図３１〜図３２の例では、方向転換要素２８２０および保護基板２８２２が物体３１１０に隣接し、場合によっては物体３１１０の内面と接するように位置決めされている。
さらに、いくつかの実施態様では、保護システム２８１２は、保護基板２８２２および／または方向転換要素２８２０の端部が物体３１１０と（たとえば閉鎖端３１１２で）接触して、保護基板２８２２の物体の空隙内での位置合せおよび／または位置決めに役立つように意図されている。
さらに、いくつかの物体３１１０に挿入されると、保護基板が位置決めされる物体の形状および／または形態により、方向転換要素２８２０および／または保護基板２８２２は、撓曲するかまたは強制的に互いにより近くなることができる。
したがって、いくつかの実施形態では、物体３１１０の内面と方向転換要素２８２０および／または保護基板２８２２の外面との間の空間は非常にわずかであるかまったくない可能性がある。
【０１２１】
さらに、レジスタ２８３０〜２８３２は、レーザ加工されている物体３１１０に対して所望の位置で保護システム２８１２および保護基板２８２２を位置決めするのをさらに促進する。
いくつかの実施形態では、保護基板２８２２が空隙の所望の深さのみに挿入されるのを確実にするように、追加のレジスタを位置決めすることができる。
保護システム２８１２および保護基板２８２２を位置決めするために、他のこうしたレジスタ、構造または他の測定装置を使用することができる。
【０１２２】
図３１〜図３２の例に示すように、物体３１１０は、円形断面を有する円柱状形態を有し、閉鎖端３１１２の一点に向かって先細りになっている。レーザ加工は、この実施態様では、閉鎖端に近接して発生するように意図されている。
この形態では、レジスタ２８３０〜２８３２は、略円形断面に対応して略円柱状形態を有することができる。
図３２に示すように、レジスタ２８３０は、略円形外周３２１４を有し、送達導管２８１４および除去導管２８１６を包囲する。
この場合もまた、いくつかの実施形態では、保護システム２８１２が挿入される空隙の形状によってレジスタ２８３０〜２８３２の形状を決めることができる。たとえば、空隙のサイズが相対的に小さい場合、間隙３１２４を非常に小さく（たとえば２００ミクロン以下に）することができる。
いくつかの実施態様では、導管と物体３１１０の内面との間にレジスタの部分はなくてもよい。
【０１２３】
さらに、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレジスタ２８３０〜２８３２は、１つまたは複数の切取部３２１６、開口部もしくは他のこうした構造を含むことができ、またはグリッドもしくは他の多孔質材料から形成することができる。
切取部３２１６（又は他のこうした構造）により、流体２６４０はレジスタを通過して、レーザ加工されている物体３１１０から出ることができる。
図３２は、実質的にレジスタ２８３０の円形の直径の中心に位置決めされた送達導管２８１４および除去導管２８１６を示すことが留意される。
しかしながら、他の実施形態では、レジスタ２８３０に対して中心をずらして送達導管および／または除去導管を位置決めすることができる。たとえば、送達導管および除去導管は、中心をずらして、かつレジスタ２８３０の外周３２１４に近接するかまたはさらには外周に位置決めされることができる。
この構成により、いくつかの実施形態では、保護基板２８２２を、レーザ２９１２の焦点からさらに離れて位置決めすることができ、それにより、保護基板におけるレーザの強度が低減する。
【０１２４】
レジスタ２８３０〜２８３２を、所望の形状で形成しかつ／または加工することができ、導管と協働することができ、流体および結果としての温度に耐えることができる、実質的にいずれの関連材料からも構成することができる。たとえば、いくつかの実施態様では、レジスタを、金属もしくは金属合金、プラスチック、セラミック、ガラス、シリコンもしくは他のこうした材料または材料の組合せから形成することができる。
【０１２５】
図３０に戻ると、保護システム２８１２は、物体３１１０の空隙内に向けられる取付装置３０１０のチャネルまたはボア３０１２を通してねじ込まれる。いくつかの実施形態では、取付装置３０１０は、物体３１１０の所望の位置および／または深さまで挿入されたときに保護システム２８１２を固定位置で固定する、クランプ３０１４または他のこうした装置をさらに含む。
上述したように、送達導管２８１４は、流体源と結合して保護システム２８１２、したがってレーザ加工されている物体３１１０の空隙内に流体２８２４を供給する、流体コネクタ３０１６を含むことができる。
レーザ加工されている物体３１１０を保持するホルダに対して取付装置３０１０を位置するために、取付構造３０２０もまた含めることができる。
いくつかの実施形態では、保護システム２８１２が物体３１１０内に位置決めされるとともにレーザ２９１２に対して位置合せされると、物体３１１０が複数の位置でレーザ加工されるかまたはレーザ穴あけ加工される場合に、物体３１１０を保護システム２８１２の周囲で回転させることができる。したがって、レーザシステムおよび保護システムは、再配置する必要はない。
【０１２６】
さらに、保護システム２８１２を、多数のレーザ加工（たとえば、単一物体における複数のレーザ穴あけ加工）に対して、典型的には多数の異なる物体（たとえば、各物体に対して複数のレーザ穴あけ加工を行う複数の物体）で再使用することができる。
限定されないが、レーザ２９１２の強度、保護基板２８２２のレーザ２９１２の焦点からの距離、レーザのパルスパターン、物体の加工面を通るレーザの貫通を検出する精度および他の要素等、保護基板２８２２および／保護システム２８１２を使用することができる回数に影響を与える多くの要素がある。
【０１２７】
場合によっては、プロセス、方法および／または上述した制御システムを使用することのうちの１つまたは複数と一貫して実行することができるレーザ加工を行う際、レーザ２９１２は、物体３１１０の１つまたは所望の位置に（たとえば、物体の閉鎖端３１１２に近接して）向けられる。
物体３１１０の壁に穴３１１４が形成されると、レーザは、物体の空隙に入り、反対側の壁すなわち後壁３１１６に突き当たる可能性がある。
保護システム２８１２は、レーザ２９１２が保護基板に入射するように、保護基板２８２２とともに空隙内に位置決めされる。
上述したように、流体２８２４は、レーザが突き当たっている保護基板２８２２の面にぶつかるように方向転換要素２８２０によって方向転換する。流体は、保護基板の反射能を増大させることができ、レーザ２９１２によってもたらされる熱を放散させ、保護基板に面に形成されたプラズマの拡張を制限し、それにより、局所レーザ吸収の増大を低減するのに役立ち、かつ他の利点を提供する。
【０１２８】
いくつかの実施形態は、いくつかの実施態様ではレーザ２９１２と同軸である外側ガスアシストジェット源３１２０をさらに備えることができる。
ガス源３１２０は、ガス（たとえば空気）の流れを、レーザ穴あけ加工されている穴３１１４に向けることができる。そのガスの流れは、一部には、レーザ加工中にデブリを除去しかつ／または空隙内の流体２８２４があけられた穴に入るのを阻止する。
いくつかの実施形態では、保護システム３１０はガス導管３４０をさらに含む。ガス導管３４０は、空隙３１８内にも位置決めされるように構成されている。さらに、ガス流導管は、穴３３０が穿たれている空隙の部分に対して位置決めされることができる。
空気、酸素または他の関連ガス等のガスを空隙内に向けて、送達導管２８１４によって供給される液体が、レーザ加工によって形成された穴３１１４に入るのを制限し、場合によっては防止することができる。
いくつかの実施形態では、方向転換要素２８２０は、ガス流に対する（たとえば、存在する場合は、外側ガスアシストジェット源３１２０からかつ／または内側ガスアシストジェット源からの）さらなる保護を提供する。
【０１２９】
図３３Ａは、いくつかの実施形態による、レーザ保護システム３３１２の一部の簡易断面図を示す。
図３３Ｂは、いくつかの実施形態による、レーザ加工されている例示的な物体３１１０内に位置決めされた図３３Ａのレーザ保護システム３３１２の一部の簡易部分断面図を示す。
保護システム３３１２は、図２８〜図３２の保護システム２８１２を含み、同軸状に位置合せされた内側ガスアシストジェット源３３１４をさらに含む。
いくつかの実施形態では、内側ガスアシストジェット源３３１４は、導管またはチューブを備え、チューブ内に保護システム２８１２が位置決めされている。
ガス３３１６（たとえば、空気、窒素等）は、方向転換要素２８２０および保護基板２８２２に近接して内側ガスアシストジェット源３３１４の端部３３２０から放出されるように、保護システム２８１２の周囲で方向付けられる。
供給されるガスの量および／またはガスが供給される圧力は、実施態様に応じて変化することができる。
しかしながら、典型的には、圧力は、レーザ穴あけ加工されている穴３１１４（または同様のもの）に流体が入るのを防止するのを促進しながら、保護基板２８２２から流体２８２４を吹き飛ばすのを回避するレベルで維持される。
いくつかの実施形態では、たとえば、１５ｐｓｉ未満の圧力でガスを供給することができる。
いくつかの実施形態では、この保護システム３３１２を、図３０の取付装置３０１０、図７の位置決めホルダ７１２および／または他のこうした取付もしくは位置決めシステムとともに利用することができる。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、保護システム３３１２は、内側ガスアシストジェット源３３１４のチューブに対して送達導管および除去導管を位置決めするために、図２８および図３１のレジスタと同様のレジスタの第１組２８３０〜２８３１を含むことができる。
いくつかの実施形態は、少なくとも一部には、レーザ加工されている物体３１１０に対して保護システム３３１２を位置決めするように構成されたレジスタの第２組３３３０〜３３３１をさらに含む。
この場合もまた、レジスタの第２組３３３０〜３３３１により、ガス３３１６はレジスタ内またはその周囲を通過することができる。
たとえば、いくつかの実施形態では、レジスタの第２組３３３０〜３３３１は、ガスの通過を可能にする１つまたは複数の切取部、穴または他のこうした構造を含むことができる。
【０１３１】
この場合もまた、レーザ加工中、レーザ２９１２は、物体３１１０の壁を通して穴３１１４を生成し、保護基板２８２２は、レーザが保護基板に突き当たるように位置決めされている。
上述したように、レーザはさらに、方向転換要素２８２０に穴をもたらす可能性があるが、保護基板２８２２は、物体の反対側の面に対する保護を提供する。
方向転換要素２８２０は、保護基板２８２２の面から不都合な量の流体を散乱させるガスから幾分かの保護を提供しながら、流体を方向転換させ続ける。
【０１３２】
図３４Ａは、いくつかの実施形態による、レーザ保護システム３４１２の一部の簡易断面図を示す。
図３４Ｂは、いくつかの実施形態による、レーザ加工されている例示的な物体内に位置決めされた図３４Ａのレーザ保護システム３４１２の一部の簡易部分断面図を示す。
保護システム３４１２は、閉鎖端３４１６まで延在する流体導管３４１４を含む。
保護基板３４２２がさらに含まれ、典型的には、閉鎖端３４１６に近接して位置決めされている。
いくつかの実施形態では、保護基板３４２２は、開口部５１２のグリッドを含み、多孔質であり、かつ／または、他の方法で、流体２８２４が保護基板の外側まで通過することができるようにする。
さらに、いくつかの実施形態では、保護基板を、導管３４１４に対して角度が付けられた傾斜で配置することができ、かつ／またはレーザ２９１２の予測された角度によって決めることができる。
流体２８２４は、流体が開口部３１２のグリッドを通って保護基板３４２２から流れ出るために十分な圧力で、導管３４１４の内部に供給される。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、保護基板３４２２は、閉鎖端を形成するキャップ３４２４に形成され、キャップ３４２４内に穴のグリッドが形成されている。
保護基板は、導管３４１４に対して実質的にいずれの角度としても形成されることができる。保護基板は、典型的には、レーザ加工される予測された物体と空隙に入るレーザの角度とに応じて形成される。
さらに、いくつかの実施態様では、キャップ３４２４の厚さがあるために、保護基板３４２２の厚さを導管の寸法に対して増大させることができる。
いくつかの実施形態では、保護基板３４２２の厚さを形成するように凹部または空隙３４２６をキャップ３４２４に形成することができる。
同様に、いくつかの実施形態では、導管３４１４に対する凹部３４２６の角度は、保護基板の外面の角度に対応することができる。
他の実施形態では、凹部３４２６の角度は、保護基板の角度から逸脱することができ、それにより保護基板の厚さが変化する。
キャップおよび／または保護基板を、上述したもの等、実質的にいずれの関連材料からも形成することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、キャップ３４２４および保護基板３４２２をＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）から形成することができる。
【０１３４】
保護システム３４１２は、レーザ加工される物体３１１０内において保護基板３４２２と保護基板を通して放出されている流体２８２４とに、レーザ２９１２が突き当たるような位置に位置決めされている。
いくつかの実施形態では、依然として物体３１１０の反対側の面に対する保護を提供するように適所にありながら、保護基板３４２２は、レーザの焦点から最大の距離に位置決めされている。
さらに、多くの実施形態では、導管３４１４したがってキャップ３４２４の直径は、他の何らかの保護システムより小さい場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、導管３４１４の直径は、１００ミクロン未満、いくつかの実施形態では５０ミクロン未満であり得る。これにより、少なくともいくつかの構成では、保護基板３４２２をレーザ２９１２の焦点からさらに離れて位置決めすることができる。
いくつかの実施形態は、１つまたは複数のスペーサまたはレジスタ２８３０〜２８３１をさらに含む。この場合もまた、レジスタ２８３０〜２８３１は、レーザ加工される物体３１１０の壁に対して保護基板３４２２を精密に位置決めするのを可能にすることができる。さらに、レジスタを、流体２８２４が物体３１１０から出るのを可能にするように切取部、開口部または他の構造があるように構成することができる。
【０１３５】
図３５は、後壁保護なしに行われたレーザ加工の結果としてのレーザ損傷３５１２がある物体３１１０の画像を示す。図３６は、いくつかの実施形態による後壁保護が利用されながらレーザ加工が行われた後の後壁損傷なしの物体３１１０の画像を示す。したがって、本実施形態の保護システムは、レーザ加工されている物体の著しい保護を提供する。
【０１３６】
上述したまたは後述する実施形態、方法、プロセス、手法および／または技法のうちの１つまたは複数は、プロセッサベースシステムによって実行可能な１つまたは複数のコンピュータプログラムで実装することができる。
例として、こうしたプロセッサベースシステムは、プロセッサベースシステム２５１０、コンピュータ等を含むことができる。
こうしたコンピュータプログラムは、上述したまたは後述する方法、プロセスおよび／または技法のさまざまなステップおよび／または特徴を実行するために使用されることができる。
すなわち、コンピュータプログラムを、プロセッサベースのシステムに対して、上述したまたは後述する機能を実行させかつ達成させ、または実行し達成するように構成するように適合させることができる。
たとえば、こうしたコンピュータプログラムを、レーザ加工しながら物体の後壁面を保護するように、上述したまたは後述するステップ、プロセスまたは技法の任意の実施形態を実施するために使用することができる。
別の例として、こうしたコンピュータプログラムは、上述したまたは後述する実施形態、方法、プロセス、手法および／または技法のうちの任意の１つまたは複数を使用する任意のタイプの機械または同様の設備を実施するために使用されることができる。
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラム内のプログラムコードモジュール、ループ、サブルーチン等を、上述したまたは後述する方法、プロセスおよび／または技法のさまざまなステップおよび／または特徴を実行するために使用することができる。
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムを、本明細書に記載する１つまたは複数のコンピュータ可読記憶もしくは記録媒体のいずれか等、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶もしくは記憶媒体に格納しまたはそこで具現化することができる。
【０１３７】
本明細書に記載する機能ユニットの多くには、それらの実施の独立性をより特定的に強調するために、システム、デバイスまたはモジュールとして表記した。たとえば、システムを、カスタムＶＬＳＩ回路またはゲートアレイ、論理チップ、トランジスタまたは他のディスクリート部品等の既製の半導体を含むハードウェア回路として実装することができる。システムを、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジックデバイス等、プログラマブルハードウェアデバイスで実装することも可能である。
【０１３８】
システムを、さまざまなタイプのプロセッサによって実行されるようにソフトウェアで実装することも可能である。実行可能コードの特定されたシステムは、たとえば、たとえばオブジェクト、手続きまたは関数として編成することができるコンピュータ命令の１つまたは複数の物理または論理ブロックを含むことができる。それにも関らず、特定されたシステムの実行ファイルは、物理的に一緒に配置される必要はなく、論理的に結合されたときにシステムを構成しそのシステムに対して指定された目的を達成する、異なる場所に格納された異種の命令を含むことができる。
【０１３９】
実際には、実行可能コードのシステムを、単一命令または多くの命令とすることができ、さらには、いくつかの異なるコードセグメントにわたり、異なるプログラム間で、かついくつかのメモリデバイスにわたって分散させることも可能である。同様に、動作データを、本明細書ではシステム内で識別し例示することができ、任意の好適な形態で具現化し、任意の好適なタイプのデータ構造内で編成することができる。動作可能データを、単一データセットとして収集することができ、または異なる記憶デバイスにわたる等、異なる場所にわたって分散させることができ、動作データは、少なくとも部分的に、単にシステムまたはネットワーク上の電子信号として存在することができる。
【０１４０】
いくつかの実施形態は、レーザ加工される物体の空隙内に保護基板を、レーザ加工を行っているレーザパルスが、物体の穴を通過し空隙に入るときに保護基板の第１面に入射するように位置決めし、レーザパルスが穴から空隙を横切って物体の面に突き当たるのを阻止するステップと、レーザパルスが第１面に入射する際に保護基板の第１面の上に流体を向けるステップと、物体の空隙内に保護基板を位置決めした後に物体の第１面にレーザパルスを向けるステップとを含む、レーザ加工方法を提供する。いくつかの実施態様では、流体には、流体源によって空隙内に送達される際にレーザパルスの波長でレーザ障壁特性は実質的にない。
【０１４１】
他の実施形態は、レーザ加工中に物体の後壁または他の面を保護する際のシステムを提供する。これらのシステムは、物体のレーザ加工を行うように構成されたレーザシステムと、レーザシステムと協働する制御システムと、レーザ加工される物体の空隙に対して位置決めされかつ物体の空隙内に流体を向けるように構成された流体源とを備えることができる。制御システムは、レーザシステムが一続きのレーザパルスを発生するようにレーザシステムを制御し、一連のレーザパルスのうちのいずれが、穴が生成される物体の部分に向けられるかを制御して、レーザパルスのすべてに満たないものが物体に向けられるようにする。物体に向けられるパルス間のタイミングは、物体に向けられたレーザパルスのうちの１つまたは複数によって本来もたらされる損傷からの物体の後壁の保護を可能にするように構成されている。
【０１４２】
本明細書に開示した発明を、その具体的な実施形態、例および応用を用いて説明したが、特許請求の範囲に示す発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって多数の変更および変形を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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2015504783.tif 000046