(57)【要約】第１の領域において第１の形状および分布にて穴を与え、かつ第２の領域において第２の形状および分布にて穴を与えるように固形の材料を貫通する穴を開ける方法であって、穴が第１の形状および分布を有する第１の領域を規定する工程と、穴が第２の形状および分布を有する第２の領域を規定する工程であって、この穴の少なくとも１つはこの第１の領域にある穴とは異なる、工程と、この第１の領域にある穴からこの第２の領域にある穴への連続しかつ漸次的な遷移をする場合に、穴がある形状および／または分布を有する遷移領域を規定する工程と、継続的な処理を介して、この第１の領域、この遷移領域、およびこの第２の領域の全てにおいて穴を開ける工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域において第１の形状および分布にて穴を与え、かつ第２の領域において第２の形状および分布にて穴を与えるように固形の材料を貫通する穴を開ける方法であって、
穴が第１の形状および分布を有する第１の領域を規定する工程と、
穴が第２の形状および分布を有する第２の領域を規定する工程であって、前記穴の少なくとも１つは前記第１の領域にある穴とは異なる、工程と、
前記第１の領域にある穴から前記第２の領域にある穴への連続しかつ漸次的な遷移をする場合に、穴がある形状および／または分布を有する遷移領域を規定する工程と、
継続的な処理を介して、前記第１の領域、前記遷移領域、および前記第２の領域の全てにおいて穴を開ける工程と
を含む、方法。
【請求項２】
第１の領域を規定する工程、遷移領域を規定する工程、および第２の領域を規定する工程は、
各々の前記領域に対しての穴の形状および穴の位置についての穴の分布のデータセットが決定される工程と、
前記穴の分布のデータセットは、穴開けされる各穴に対しての穴の位置およびプロセスパラメータのデータを含む穴生成プロセスパラメータのデータセットを生成するために、前記穴を開ける方法のモデルを作成する工程と共に用いられる工程と、
前記穴生成のデータセットは、連続した動作において、前記データセット内で規定された穴の全てを開けるために、適切な穴開け装置のプロセスパラメータを制御するための制御手段によって、参照データセットとして用いられる工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の領域、前記第２の領域、および前記遷移領域内の穴は、名目上実質的に同一の形状を有するように製造され、前記穴の相対的な間隔の変化のみによって、前記第１の領域と前記第２の領域との間で性質が変えられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
穴は、等しく間隔が置かれた二次元のアレイにおいて各領域内に並べられ、前記第１および前記第２の領域内の各アレイは、幾何学的に類似の形状をしており、相対的な間隔において異なり、前記遷移領域は、第１の間隔から第２の間隔への漸次的な遷移の領域を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
穴の二次元のアレイは、間隔を置いた穴の連続した平行したラインを穴開けすることによって、各領域内に形成される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および前記第２の領域の両方における前記二次元のアレイは、幾何学的に類似の構成をしており、相対的な間隔において異なって、間隔を置いた穴の連続した平行したラインを穴開けすることによって、各々の領域内にあり、より小さな穴の区別の領域とより大きな穴の区別の領域との間の遷移領域は、第１に、特定のライン内の個々の穴の間隔が漸進的かつ漸次的に増加することにより形成され、第２に、前記遷移領域内のラインの数が漸進的に減少することにより形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
穴開けの経路および穴の間隔を規定するために、穴の位置のデータセットを規定するための数式が用いられ、前記数式は、処理中にモニタリングおよびフィードバックをするために、特定の位置における標的の穴の多孔率を規定するために用いられる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
穴開けは、入射する照射により、材料のアブレーション／蒸発により、固形の材料の表面に穴を生成するために、前記固形の材料の表面上に照射を衝突させることによってもたらされる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
穴開けはコヒーレントの照射ビームによりもたらされ、前記材料のアブレーションおよび／または蒸発によって、その材料を貫通して穴を開けるために、コヒーレントの照射のビームを用いて、前記固形の材料の表面を照射する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コヒーレントの照射源は、パルス状の照射源を含み、前記方法は、そのような複数の穴を開けるために、複数の多数の位置において、前記固形の材料の表面上にパルスを連続して衝突させる工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
穴開けは、レーザ照射の使用によってもたらされる、請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
Ｎｄ−ＹＡＧレーザの使用を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザは、一定のビーム出力を維持するために、前記レーザ源の一定のレートのパルスにて稼動され、前記方法は、穴開けされる材料の表面全体に亘る前記レーザ装置の相対的な移動の速度における比例的な変化によりもたらされる、前記遷移領域内の漸次的な遷移により、第１の領域における穴と第２の領域における穴との間の間隔を変化させる工程を含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
穴開けされる前記固形の材料はシート材料である、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
穴開けされる前記固形の材料は金属であり、例えば、チタニウムまたはアルミニウムの合金、あるいはステンレス鋼である、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形の材料に穴を開ける方法および装置に関し、より詳細には、レーザビーム照射により固形のシートメタル材料に穴を開ける方法および装置に関する。本発明は、例えば航空用部品のための、アルミニウムおよびチタンの合金、ステンレス鋼、または他の金属、あるいは複合シートメタルに微小穴を開けることに特に関するが、それに限定されるわけではない。本発明は、特に、複数のアレイにおける穴の可変かつ漸次的に配置された分布に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のための特定の航空用部品に関連した効果的な抵抗低減を提供するために、航空機の翼や尾部表面の前縁などの部品のシート構造において多数のアレイの微小穴を開けて、その表面全体に亘る層流を、抵抗を低減するように改善することは公知である。通常、穴には、１ミリメートルかそれ以上の厚さであってよいシート状のアルミニウムおよびチタンの合金において数十ミクロンの直径が必要とされる。
【０００３】
多数のアレイおよび一貫した処理の制御の必要性により、レーザビーム照射に基づいた穴開け装置および方法の開発がもたらされている。例えば、エキシマーレーザまたはＮｄ−ＹＡＧを利用したレーザドリル技術が公知である。シート材料は適切な支持フレーム上に取り付けられ、レーザ源による穴開け手段は、例えば、コンピュータ制御下での支持フレームの、所望のアレイパターンへの移動によって、二次元で、そのシートに対してしるしを付ける。ビームは、その表面において通常は垂直に、焦点が合わせられた形で向けられる。入射ビームエネルギが局所的にアブレーションおよび／または蒸発にて材料を取り除いて、所望のアレイの微小穴を生成する。本発明は、レーザドリルに関連して、例示により記載されるが、その方法は、穴のアレイの穴開けのための任意の適切な穴開け処理に適用可能であることは理解される。
【０００４】
穴のアレイにおいて穴開けされる材料の異なる領域に、異なる性質を付与することが所望され得る。例えば、異なる領域ブロックが規定されてもよく、同じ一般的な形状および分布を有している特定のブロック内のアレイに各穴があるが、しかし、別の特定のブロックにある穴は、異なる全体的な性質、および特に、異なる全体的な流れの性質を与えるよう、異なる形状および／または分布を有していてもよい。穴は、例えば、入口直径、出口直径、厚さ全体中で最も狭い空間、または貫通厚さの形状において様々であるという点において異なる形状を有していてもよく、あるいは、そのアレイに亘るｘおよび／またはｙ方向における広がりが異なるという点において、異なる分布を有していてもよい。
【０００５】
特定のブロックのアレイ内の穴の性質の一貫性を保つことを保証するために、通常の製造方法は、バッチでの処理方法を含んでおり、ここで、第１の領域は、第１の形状および分布の穴のアレイで規定され、適切なプロセスパラメータがそのようなアレイを生成するように設定され、ならびに、穴のこのアレイは、次いで、穴開けされ、次いで、穴の第２の領域が、異なる形状および／または分布を有して規定され、適切なプロセスパラメータが設定され、そして穴の第２のアレイが穴開けされる。このようなバッチでの処理方法は必ずしも効果的ではない。さらには、多くの実用的な用途のためには、第１の領域の性質と第２の領域の性質との間ではっきり異なり、かつ急激な変化を伴う遷移を有することは概して所望されていない場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、第１の領域において第１の形状および分布にて穴を与え、かつ第２の領域において第２の形状および分布にて穴を与えるように固形の材料を貫通する穴を開ける方法であって、
−穴が第１の形状および分布を有する第１の領域を規定する工程と、
−穴が第２の形状および分布を有する第２の領域を規定する工程であって、上記穴の少なくとも１つは上記第１の領域にある穴とは異なる、工程と、
−上記第１の領域にある穴から上記第２の領域にある穴への連続しかつ漸次的な遷移をする場合に、穴がある形状および／または分布を有する遷移領域を規定する工程と、
−継続的な処理を介して、上記第１の領域、上記遷移領域、および上記第２の領域の全てにおいて穴を開ける工程と
を含む、方法が提供される。
【０００７】
本方法の通常の実施において、第１の領域を規定する工程、遷移領域を規定する工程、および第２の領域を規定する工程は、各々のそのような領域に対しての穴の形状および穴の位置についての穴の分布のデータセットが決定される工程と；このデータセットは、穴開けされる各穴に対しての穴の位置およびプロセスパラメータのデータを含む穴生成プロセスパラメータのデータセットを生成するために、上記穴を開ける方法の適切なモデルを作成する工程と共に用いられる工程と；上記穴生成のデータセットは、連続した動作において、上記データセット内で規定された穴の全てを開けるために、適切な穴開け装置のプロセスパラメータを制御するための制御手段によって、参照データセットとして用いられる工程と、を含む。
【０００８】
結果として本方法は、２つの潜在的な利点を提供することができる。第１に、相対的な間隔および／またはプロセスパラメータの連続した変化により、連続した稼動において穴を開けることができ、これにより、バッチでのプロセスよりも潜在的により効率的である。第２に、異なる性質を有する第１と第２との主たる領域の間の漸次的な遷移が達成でき、これは、多くの応用にとって、第１と第２との性質の間の急激な段階変化よりも、より望ましいものであり得る。
【０００９】
最も広い意味では、本発明は、第１と第２との領域の間の個々の穴の形状のパラメータ、および第１と第２との領域内のアレイの穴の相対的な分布、後者の場合には、例えば１つ以上の方向におけるそれらの相対的な間隔のいずれかまたは両方を変化させることができる可能性を包含する。従って、遷移領域における漸次的な遷移は、穴の形状または穴の分布のいずれかまたは両方の漸次的な遷移であってもよい。
【００１０】
しかしながら、多くの応用および処理方法について、一貫した穴の形状を維持し、かつ、穴の相対的な分布を変更することのみによって、第１と第２との領域の間の変化をもたらすことが所望され得る。このように、本方法の好ましい実施形態において、上記第１の領域、上記第２の領域、および上記遷移領域内の穴は、名目上実質的に同一の形状を有するように製造され、上記穴の相対的な間隔の変化のみによって、上記第１の領域と上記第２の領域との間で性質が変えられる。
【００１１】
可能な例においては、穴は、方形または六角形のアレイ等、等しく間隔を置いた二次元のアレイにおいて各領域内に並べられる。有利なアプローチにおいては、第１および第２の領域内の各アレイは幾何学的に類似の形状をし、相対的な間隔において異なって間隔を置いており、遷移領域は、第１の間隔から第２の間隔への漸次的な遷移の領域を含む。
【００１２】
本発明の有利な実施形態において、穴の二次元のアレイは、間隔を置いた穴の連続した平行したラインを穴開けすることによって形成される。特定の領域内において、ライン内の穴の間隔とライン間の間隔は一定である。本発明の特に有利な実施形態において、上記第１および上記第２の領域の両方における上記二次元のアレイは、有利にも、幾何学的に類似の構成で形成され、より小さな穴の区別の領域とより大きな穴の区別の領域との間の遷移領域は、第１に、特定のライン内の個々の穴の間隔が漸進的かつ漸次的に増加することにより形成され、第２に、上記遷移領域内のラインの数が漸進的に減少することにより（および、それゆえその結果の、相対的間隔における増加により）形成される。
【００１３】
任意の適切な穴開け機構は、例えば、機械的方法、ならびに、入射する照射による材料のアブレーション／蒸発を利用する方法を含む、本発明の原理に従って変更されてもよい。好ましくは、穴開けは、レーザ照射等のコヒーレントな照射によりもたらされ、本方法は、材料のアブレーションおよび／または蒸発により貫通して穴を開けるために、レーザ照射等のコヒーレントな照射のビームを用いて、固形の材料の表面を照射する工程を含む。
【００１４】
好ましくは、上記コヒーレントの照射源は、パルス状の照射源を含み、上記方法は、そのような複数の穴を開けるために、複数の多数の位置において、上記固形の材料の表面上にパルスを連続して衝突させる工程を含む。
【００１５】
単一の照射源が、付随する焦点合わせ装置と連動して、固形のシート材料の表面上に焦点が合わされた単一のビームを送って衝突させるように適合されてよく、または、例えば、ビームスプリッタを提供することによって、例えば、単一の動作において、複数の穴を開けるための複数のビームを提供するように適合されてもよい。
【００１６】
適切なレーザ源はＮｄ−ＹＡＧレーザを含む。
【００１７】
このようなレーザドリル装置が、本方法の好ましい実施形態に従って用いられる場合、ここで、第１と第２との領域の間の一貫した穴の形状を維持し、穴の間隔のみを変化させることによって個々のアレイの性質を変化させることが所望されており、一定のビーム出力を維持するために、レーザ源の一定したレートのパルスを維持することが所望される。従って、漸次的な遷移により、第１の領域および第２の領域における穴の間の間隔を変化させる工程を含む本方法に従い、穴開けされる材料の表面全体に亘る上記穴開け装置の相対的な移動の速度における比例的な変化によってこの変化をもたらすことが必要である。
【００１８】
好ましくは、本方法はさらに、複数の穴を開けるように、穴開けの各工程の間での、上記穴開け装置と上記固形の材料との間の相対的な移動をする工程を含む。特に好ましくは、相対的な移動をする工程は、例えば、少なくとも１つの方向において、および、好ましくは、ドリルの方向に対して垂直な平面における２つの直交する方向、ならびにレーザドリル方向の例示的な場合において、相対的な移動をすることを含む。例えば、本方法は、適切な保持手段上に作用される固形の材料を取り付ける工程を含み、相対的な移動をする工程は、保持する手段および／または穴開け装置の移動をもたらすことを含む。さらに、または代替的に、相対的な動きをすることは保持手段の回転を含む。さらに、特に、ビームドリル処理が用いられる場合において、このビームの方向に対して直角である移動がもたらされてよい。穴は、材料がレーザに対して移動しているか、または静止しているいずれかの時に開けられてよい。
【００１９】
好ましくは、レーザドリルの場合、この相対的な移動は、常に、レーザ照射が、表面に対して実質的に垂直である方向において、固形のシート材料の表面上に衝突するようになされる。
【００２０】
有利にも、本方法は、穴開けされる容積の近隣における固形の材料の表面において圧力下でガスの噴射を吹きつけることによって廃材を散らし、および／または回収する工程をさらに含む。好ましくは、このガスは不活性ガスであり、例えばそれはアルゴンである。好ましくは、本方法は、ガス流中に取り込まれた穴開けの廃材を抽出するために、および／またはそのガスを再利用するために、材料の表面に衝突した後に、そのガスの噴射を回収する工程をさらに含む。
【００２１】
有利にも、穴開けされる固形の材料はシート材料である。有利にも、穴開けされる固形の材料は金属であり、例えば、チタニウムまたはアルミニウムの合金、あるいはステンレス鋼である。
【００２２】
本発明は、ここで、添付の図面の図１から図４を参照し、例示のみにより記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示すレーザドリルヘッドおよびワークピースの概略的な断面図である。
【図２】図２は、図１のヘッドとワークピースとを組み込んださらなる完全なるシステムの概略図であり、本発明の一実施形態を示す。
【図３】図３は、従来技術の配置構成に従って開けられた穴のアレイの例示的なパターンを示す。
【図４】図４は、本発明に従って開けられた穴のアレイの例示的なパターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１をまず参照すると、本実施形態はレーザドリルヘッド１１を示し、本実施形態の部品の多くは従来のレーザドリルシステムに知られているものである。
【００２５】
コヒーレントレーザ照射の照射源１３は、図示した実施形態において、１０６４ｎｍの波長の例において稼動するＮｄ−ＹＡＧレーザ源を備えており、適切なパルスレートおよびパルスエネルギにてパルスを発することができるレーザ光１５のビームを生成する。焦点合わせシステム１７は、そのビームをワークピース１の選択された領域に焦点を合わせる。
【００２６】
図示した実施形態において、ワークピース１は、航空機用の合金材料のシートを備えており、これに、複数のアレイの名目上同一の微小穴を開けることが所望される。本実施形態において、または一般的に、通常の微小穴は、例えば、１０〜１００μｍ程度の名目上の直径、およびさらに好ましくは５０μｍ未満の名目上の直径を有し得る。このようなアレイの微小穴は、例えば、そのシートが航空機構造物中に用いられる場合、そのシート全体に亘る層流を変更させる手段として用いられる。こうしたシートは、それゆえ、例えば、適切なアルミニウムまたはチタンの航空機用の合金である。しかしながら、このワークピースは例示としてのみ示されているのであり、この装置はそのような材料への適用性に限定されないことは理解されるであろう。
【００２７】
ビームは、例えば、レーザによるアブレーションおよび／または蒸発によって、概して容積５の領域にあるシートから材料を取り除いて、上述のようにシートに微小穴を生成するように、シート材料１の表面３上に焦点が合わせられる。レーザは、パルス状レーザ源であり、適切なレートにてパルスを発する。これは、ワークピース１およびヘッド１１の相対移動をしるし付けるのに関連して用いられてよく、上述のように、ワークピースの表面全体に亘る穴のアレイを、連続した稼動によって生成し得る。あるいは、穴は、ワークピースが移動している間に開けられてもよい。
【００２８】
レーザ源１３および焦点合わせ手段１７は、筐体壁２１によって、ヘッド１１内で、共に密集して関連付けられている。筐体壁２１の前方の表面２３は、開口部を備えた環状の部分を備え、これを通して焦点が合わされたビーム１５がワークピース１へと向けられ得る。開口部を備えた環状部分はさらにノズルを規定しており、これを介して、アルゴンのガス噴射が方向付けら得て、ワークピースの表面上に衝突し、その表面から破片を除去し、および／または、加工ヘッドの前方部分２３から破片の堆積を取り除き得る。示された構成において、穴開けの初期の段階においては、そのガス噴射が、矢印２５に示されるように、破片を除去する。穴開けの処理においてその後、ガス噴射は、穴を通過することによって、穴を一掃するのを補助してもよい。
【００２９】
図示した実施形態において、少なくともヘッドの筐体の環状の前方ノズル部分２３は、ＰＴＦＥ等の低付着性のポリマー材料から製造される。このような低付着性のポリマー材料は、加工ヘッドの前方部分上において、穴開けによって生じた破片の積層を防ぐことを容易にし得る。この材料は誘電材料であるので、例えば、しばしばレーザ切断装置を用いる形態で焦点合わせを補助するように、稼動中において、動的に距離を測定する手段として、ヘッドとワークピースとの間での静電結合を用いることができない。その結果、それゆえ、図示した実施形態において代替的に、簡素なレーザレンジファインダ２７の形態での例で、光学測定装置が提供され、これは加工ヘッドとワークピースとの間の距離を決定するために、穴開けされる容積の近隣におけるワークピースの表面に測定ビームの照射を向けることを可能にする。この測定装置は、ノズル内に含まれていてもよく、または、その外部にあってもよく、あるいは、ノズル内に部分的に含まれていてもよい。
【００３０】
穴開け処理は、入射穴開けレーザビームの反射光、穴近隣の蒸発した金属およびガスのプラズマからの発光、ならびにその穴からの溶解した噴出物からの発光を含むいくつかの光源からの強い光を生成することは理解されるべきである。こうした光は、前述の例のレーザレンジファインダ２７または他の光学装置等の光学距離測定装置の正確な稼動を妨げる場合がある。これを解消する方法は、その光学測定装置の稼動を、入射ドリルレーザビームが稼動していない期間に同期させることである。
【００３１】
例えば、１つの可能なアプローチにおいて、光学測定装置の稼動を、各穴の穴開けの間に生じる「暗期（ｄａｒｋ  ｐｅｒｉｏｄ）」に同期させる。これは、測定装置の切替により、および／または、「明期（ｂｒｉｇｈｔ  ｐｅｒｉｏｄ）」の間に光学的遮蔽を挿入することによって達成されてよい。光学的遮蔽は、機械的なもの（映写機で用いられる回転シャッタなど）または電気的なもの（ＬＣＤフィルタ／シャッタなど）であってよい。両方の手段が、測定装置の反応特徴に依って必要とされてもよい。
【００３２】
１つの代替的な方法は、稼動していないレーザを用いて、穴開けされる列の地点をスキャンし、その列に沿った場所に応じて表面位置（距離）を保存し、次いで、レーザが稼動して、穴を開ける時、第２のスキャン移動の間、このデータを用いて焦点合わせ機構を制御することであってもよい。
【００３３】
距離測定の他の形態も想定可能である。例えば、機械的なレンジファインダまたはアコースティックのレンジファインダがヘッドに関連して用いられてもよい。あるいは、距離測定システムは、ワークピース支持部７と加工ヘッド１１との間の相対的な移動をもたらす作動手段（図２を参照）に関連されてもよく、あるいは、一部の追加の位置決め、または測定システムを用いて、別の方法にてこの距離を測定してもよい。ワークピースの距離を測定する別の方法は、エアギャップ計測に基づく装置を利用することであってもよい。これは、別個の装置であってよく、または、ノズルや、計測手段の一部としてノズルに付随するガス噴射を利用してもよい。
【００３４】
いずれにせよ、本実施形態に従い、その意図は、光源１３に対して固定された（ならびに、特定の実施形態においては、加工ヘッドおよびそのワークピース１の表面３に固定された）基準データ間の距離の動的な測定を提供することにある。インプロセスでのこの距離の動的な測定により、図２を参照してさらに詳細に説明されるような、動的な焦点制御を可能にする。
【００３５】
図示した実施形態において、動的なインプロセス制御のさらなる態様をユニット２９により参照し、このユニット２９は、いったん穴があけられた各穴または一群の穴の性質についての観測的な表示をするように適合されている。図示した実施形態において、ユニット２９は、いったん穴が開けられると、その穴を介したガス流２５の流れの性質を監視する流量計装置を備える。他の方法における、開けられた穴の流れの性質を監視することができるか、またはそれらの寸法形状を測定することができる他の監視装置もまた、追加的または代替的な手段として想定してよい。
【００３６】
図１のヘッドおよびワークピースを組み込んだシステムを、図２の概略図においてさらに詳細に示す。ワークピース１はワークピース支持部７上で支持されている。こうした配置構成は、外部遮断筐体９内に実質的に囲い込まれており、これは、外部環境から少なくとも図示の部分を隔離すること、特に、適切なガス回収および再循環装置（図示せず）によって、相対的に高価であるアルゴンのフラッシュガスを再循環させることを可能にすることが主に意図されている。再循環のプロセスの間、ガスによって洗浄し、穴開けの処理によって発生した破片などの副産物を取り除いてよい。この隔離によりガスの損失率を低減し、かつ、外部環境による汚染を低減する。この筐体の他の利点は、それが、通常に稼動している間、レーザ照射がそれを稼動させている人に露出しないようにすることである。これは安全機能であり、カバーが取り外されている時を除いて、目や体のための防具を着用する必要性を回避する。
【００３７】
図２はまた、利用される制御システムを概略的に示す。
【００３８】
ワークピース支持部７およびドリルヘッド１１は、互いに相対移動が可能で、レーザビームの方向に対して直角であるｘ、ｙ平面においてしるし付けの相対移動を少なくとも可能にし、かつヘッドとワークピースとの間のｚ方向における距離の変動を許容するように、適切な取り付けフレームワーク（図示せず）により、互いに協動可能に取り付けられる。機械駆動手段３１および３２は、各々、ヘッドおよび支持部を制御する。いずれかまたは両方の駆動手段により、ｘ、ｙまたはｚ方向における移動が可能となり得る。支持駆動手段３２により、支持部７の回転が可能となり得る。レーザヘッド駆動手段３１により、レーザの傾斜が可能となり得る。
【００３９】
さらなる制御手段３５および３６はレーザビームを制御する。光源制御手段３６は、例えばパルスのレートおよび出力を制御するレーザ源自体を制御する。通常のレーザドリル用途のための適切なパルスのレートは、２０〜２００Ｈｚ、例えば、５０Ｈｚであってよく、適切な出力は１Ｊ／パルスであってよい。焦点制御手段３５は焦点合わせシステム１７を制御する。制御手段は、中央処理ユニットにおける制御モジュール４２の管理下にある。
【００４０】
図示した実施形態において、処理中になされた測定を制御システムにフィードバックすることにより、制御手段によって設定された処理パラメータのインプロセスでの制御が提供される。この例において、２つの図示の方法においてなされる。各穴開け動作について、レンジファインダ２７からのデータおよび流量計２９からのデータがフィードバックモジュール４０へと送られる。フィードバックモジュール４０は、このデータと、基準データとを、所望の処理パラメータのために比較して、補正命令を中央処理制御部４２に供給し、この中央処理制御部４２は、様々な制御手段３１、３２、３５、３６を作動させて、必要に応じて制御パラメータを調節し、連続した穴開けにより開いた穴が所望の性質を有することを保証する。
【００４１】
例えば、所望の穴の分布および形状のための基準プロセスパラメータが保存され得るデータ記録部４４が提供され、この装置は所望のアレイをプリンティングすることができる。記録部の別の目的は、このプロセスのためのルックアップデータを提供することであってもよい。この記録部についての別の利用は、クオリティコントロールの目的のためになされる各部分の記録を保存し、および／またはその後の処理（多孔率が規定された範囲外となった場合の補正動作等）において使用するためであってもよい。
【００４２】
本発明の方法において、数値またはデータ処理工程が、適切なセットの機械可読命令またはコードによって実施可能であることもまた一般的に理解されるであろう。これらの機械可読命令は、特定の工程を実施するための手段を生成するために、汎用コンピュータ、特定用途向けコンピュータ、または他のプログラミング可能なデータ処理装置にロードされてよい。
【００４３】
これらの機械可読命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体内に保存されてよく、その結果、コンピュータ可読媒体内に保存されたそうした命令は、本発明の方法における数値またはデータ処理工程の一部または全てを実施するための命令手段を含んだ製品を生成する。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置にロードされてもよく、コンピュータが実行可能な処理を実施することが可能な機械を生成し、その結果、そうした命令は、本発明の方法における数値工程の一部または全てを実施するための工程を提供するコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行される。１つの工程は特定用途向けのハードウェアおよび／またはコンピュータ命令の任意の適切な組合せによって実施可能であり、かつそうした工程を実行するための装置の手段は、特定用途向けのハードウェアおよび／またはコンピュータ命令の任意の適切な組合せに構成される。
【００４４】
生成されてもよい従来技術アレイの一部の例が図３ａおよび図３ｂに示される。図３ａは、一定の間隔を置いた正方配列の簡素な配置構成の一例である。図３ｂは、２つの別々の領域が１つの表面内に規定されており、別個のアレイパターンがそこに提供されている配置構成を示す。これらは概略的かつ例示を目的としたものとしてのみ理解されるべきである。特に、例えば正方形パターンまたは六角形パターンにて、二次元にてアレイを提供することが所望される状況があると同時に、大部分、穴は制御された列間隔で、かつ各列に沿って穴が制御された間隔で開けられているが、特に要求される場合を除けば、このようなパターンを生成するために列ごとに穴の位置合わせを必ずしも制御する必要はない。それゆえ、図にあるように、任意の特定の現実のパターン領域に同じ数の穴が存在するが、より典型的なパターンは、列ごとの位置合わせに関する限り、ランダムであってよい。
【００４５】
図４は図３の代替形態を示し、ここで漸次的に配列された遷移がもたらされている。図示の実施形態において、穴の大きさは実質的に同じであることが想定可能である。穴の性質の多様性は、間隔の漸次的な変化によってもたらされる。図示の例において、遷移領域が規定されており、水平方向における特定のラインにおける個々の穴の間の間隔は、漸進的に増加し、水平方向におけるラインの数は漸進的に減少する。これは、この遷移領域における２つの領域の間の漸次的な遷移を生成する。
【００４６】
間隔が規定された領域間の遷移は線形（図４ａ）であってもよく、または、適切な式により規定されたスプライン形（図４ｂ）であってもよい。限定的な場合において、規定された領域は、その規定された間隔におけるラインまたは単一のセットの間隔の置かれた穴に減少され、その遷移領域は、ほぼその表面全体を覆うように延び、これは連続して変化する多孔率を有する表面を生成する（図４ｃ）。
【００４７】
パターンが可変の間隔置きによって規定される場合、穴開けの経路およびその経路に沿った穴の間隔の位置を規定するために用いられる同じ式がまた、処理中のモニタリングとフィードバックをする目的のために、および／または仕上がった物品についてのチェック目的のために、任意の位置において、標的とする多孔率を提供する。
【図１】
2012515653.tif 000002
【図２】
2012515653.tif 000003
【図３ａ】
2012515653.tif 000004
【図３ｂ】
2012515653.tif 000005
【図４ａ】
2012515653.tif 000006
【図４ｂ】
2012515653.tif 000007
【図４ｃ】
2012515653.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月30日(2010.12.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域において第１の形状および分布にて穴を与え、かつ第２の領域において第２の形状および分布にて穴を与えるように固形の材料を貫通する穴を開ける方法であって、
穴が第１の形状および分布を有する第１の領域を規定する工程と、
穴が第２の形状および分布を有する第２の領域を規定する工程であって、前記穴の少なくとも１つは前記第１の領域にある穴とは異なる、工程と、
前記第１の領域にある穴から前記第２の領域にある穴への連続しかつ漸次的な遷移をする場合に、穴がある形状および／または分布を有する遷移領域を規定する工程と、
継続的な処理を介して、各列において、前記第１の領域、前記遷移領域、および前記第２の領域の全てにおいて穴を開ける工程と
を含む、方法。
【請求項２】
第１の領域を規定する工程、遷移領域を規定する工程、および第２の領域を規定する工程は、
各々の前記領域に対しての穴の形状および穴の位置についての穴の分布のデータセットが決定される工程と、
前記穴の分布のデータセットは、穴開けされる各穴に対しての穴の位置およびプロセスパラメータのデータを含む穴生成プロセスパラメータのデータセットを生成するために、前記穴を開ける方法のモデルを作成する工程と共に用いられる工程と、
前記穴生成のデータセットは、連続した動作において、前記データセット内で規定された穴の全てを開けるために、適切な穴開け装置のプロセスパラメータを制御するための制御手段によって、参照データセットとして用いられる工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の領域、前記第２の領域、および前記遷移領域内の穴は、名目上実質的に同一の形状を有するように製造され、前記穴の相対的な間隔の変化のみによって、前記第１の領域と前記第２の領域との間で性質が変えられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
穴は、等しく間隔が置かれた二次元のアレイにおいて各領域内に並べられ、前記第１および前記第２の領域内の各アレイは、幾何学的に類似の形状をしており、相対的な間隔において異なり、前記遷移領域は、第１の間隔から第２の間隔への漸次的な遷移の領域を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
穴の二次元のアレイは、間隔を置いた穴の連続した平行したラインを穴開けすることによって、各領域内に形成される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および前記第２の領域の両方における前記二次元のアレイは、幾何学的に類似の構成をしており、相対的な間隔において異なって、間隔を置いた穴の連続した平行したラインを穴開けすることによって、各々の領域内にあり、より小さな穴の区別の領域とより大きな穴の区別の領域との間の遷移領域は、第１に、特定のライン内の個々の穴の間隔が漸進的かつ漸次的に増加することにより形成され、第２に、前記遷移領域内のラインの数が漸進的に減少することにより形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
穴開けの経路および穴の間隔を規定するために、穴の位置のデータセットを規定するための数式が用いられ、前記数式は、処理中にモニタリングおよびフィードバックをするために、特定の位置における標的の穴の多孔率を規定するために用いられる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
穴開けは、入射する照射により、材料のアブレーション／蒸発により、固形の材料の表面に穴を生成するために、前記固形の材料の表面上に照射を衝突させることによってもたらされる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
穴開けはコヒーレントの照射ビームによりもたらされ、前記材料のアブレーションおよび／または蒸発によって、その材料を貫通して穴を開けるために、コヒーレントの照射のビームを用いて、前記固形の材料の表面を照射する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コヒーレントの照射源は、パルス状の照射源を含み、前記方法は、そのような複数の穴を開けるために、複数の多数の位置において、前記固形の材料の表面上にパルスを連続して衝突させる工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
穴開けは、レーザ照射の使用によってもたらされる、請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
Ｎｄ−ＹＡＧレーザの使用を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザは、一定のビーム出力を維持するために、前記レーザ源の一定のレートのパルスにて稼動され、前記方法は、穴開けされる材料の表面全体に亘る前記レーザ装置の相対的な移動の速度における比例的な変化によりもたらされる、前記遷移領域内の漸次的な遷移により、第１の領域における穴と第２の領域における穴との間の間隔を変化させる工程を含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
穴開けされる前記固形の材料はシート材料である、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
穴開けされる前記固形の材料は金属であり、例えば、チタニウムまたはアルミニウムの合金、あるいはステンレス鋼である、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2012515653.tif 000009
2012515653.tif 000010