ボアホールの製造方法
本発明は、金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して当該ボアホールの半径に要求される調整に従ってレーザー光線の強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法に関する。本発明は、レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０内での強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、ボアホールの半径ｒＢがレーザー光線の半径である前記セグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、強度Ｉの空間変化ΔＩとセグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように、ボアホールの変化する底に関して、レーザー光線の強度の空間分布が調節されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して当該ボアホールの半径に要求される調整に従ってレーザー光線の強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー輻射は特に、金属材料や絶縁混合材料（例えばセラミック）や金属層から除去し、開口するのに用いられる。高除去率（高生産性）と高アスペクト比（直径に対する深さ）は、特に自動車工学、航空工学（小サイズ又は中サイズの薄板）やエネルギー工学（中サイズの薄板）における応用に求められる。ボアホールの幾何的形状（例えば円筒状、円錐状）とボアホール壁の形態（例えば凝固物）は本質的な質的特徴であり、与えられた技術的な要件に影響を受ける。
【０００３】
レーザー輻射を用いた開口の公知技術は、開口中の材料を除去する主なメカニズムにより、溶融、蒸発という２つのグループに分けられる。
【０００４】
−一般的な溶融物除去を用いた開口技術
【０００５】
一般的な溶融物除去を用いた開口技術には、単パルス開口、パーカッション開口（複数パルス）、およびトレパニングがある。これらの技術は高除去率（生産性）という利点と、不完全な溶融物除去、ボアホール壁及び／又はボアホール入口・出口上の凝固物の堆積及びボアホール直径の低精度のための低品質という難点を持つ。トレパニングでは、パーカッション・ボアホールが最初に材料に導入され、その後規定された半径の穴があけられる。トレパニングは、進行する溶融物の大半部分がボアホール出口で処理ガス流により除去され、そのため開口された中空体内部が汚染されるという難点を持つ。
【０００６】
できるだけ完全な溶融物の除去、および、規定された略円筒状のボアホールの幾何的形状を得ることを目的とする様々な方法が従来技術として記載されている。これらの方法は、
・ボアホールの深さを増すにつれ、レーザー光線の空間平均値または最大強度値を増加させる
・全開口期間中における多数の単パルスの強度の時間（パーカッション）変調
【０００７】
パーカッション開口は、低品質（不完全な溶融物除去、凝固物付着、低精度のボアホールの幾何的形状）が製品の機能を制限しない産業においてのみ用いられる。
【０００８】
単パルス開口、パーカッション開口を扱う先行技術によると、ボアホールの深さが増すと、例えば光線の拡大の影響を補うため、強度が高められる。強度は、ボアホールの要求される直径に変化させるため、例えば２つのパルス間の間隔に対するパルス持続時間の比率を変えることによって調整される。
【０００９】
ＥＰ０７９６６９５Ａ１によると、ボアホールの出口直径は、ボアホールの上方部の直径より通常小さく、加工中の製品温度がその周囲空気温度より最低２５℃以上高い場合に拡大することが可能である。
【００１０】
−一般的な蒸発を用いた開口技術
【００１１】
螺旋状開口、パーカッション開口およびレーザー侵食が一般的な蒸発による開口に用いられる。
【００１２】
これまで、ボアホールに要求される幾何的形状は、螺旋状開口またはパーカッション開口と螺旋状開口の組み合わせによる選択的方法のみによって達成可能だった。
【００１３】
ＤＥ１０１４４００８Ａ１によると、一般的な溶融物除去により生産されるパーカッションボアホールは、凝固物の残留物がボアホール壁上に残らないような一般的な除去気体による第２の処理工程において希望の直径まで拡張することができる。この高精度の開口技術と及びその改良型は、過度に長い開口時間または低生産性という難点を持っている。
【００１４】
ＤＥ６９９０３５４１Ａ２には、いわゆる「電気回路配線パッケージ」におけるマイクロビアホールの開口装置及び開口方法が記載されている。マイクロビアホールは、レーザー輻射によるプリント回路基板に形成される穴である。そのような穴の目的は、プリント回路基板における個々の導電層を、穴を通して接続することにある。これらの穴は、非常に小さいアスペクト比を持つタイプである。これらのマイクロビア・ボアホールにおいては、ボアホール直径はレーザー光線直径と同一でなければならない。ボアホールはほんの少し大きくなっても、これは望ましくない。この公開公報によれば、強度分布の縁はボアホールの縁を規定するものとみなされ、かつ、光線の強度分布は環状であるので、絶対不可欠なものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の欠陥を取り除き、まずは、特にボアホール管路から入射レーザー光線輻射の方向において、開口の間、ボアホール縁部上に凝固物が一切堆積しない、溶融物の完全な除去が保証されるという概要が示される方法を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して該ボアホールの半径に要求される調整に従って強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法であって、前記レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０内での前記強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、ボアホールの半径ｒＢが前記レーザー光線の半径である前記セグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、前記強度Ｉの空間変化ΔＩと前記セグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように、前記ボアホールの変化する底に関連して、前記レーザー光線の強度の空間分布が調節されることを特徴とする、ボアホールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本方法によると、レーザー輻射で一般的な溶融物除去を行う単パルス開口とパーカッション開口の従来の技術は、ボアホール壁上にいかなる溶融物堆積も残さず、ボアホールから溶融物を完全に除去することが可能となるように設計される。以前の公知の方法では、溶融物除去はレーザー誘導プラズマを介して、レーザー光線強度の空間平均値または最大値により制御されたが、この方法は、ボアホール直径の選択的制御を容認せず、溶融物堆積を回避することができない。ＤＥ１０１４４００８Ａ１に記載されるような気化磨耗によるボアホール壁の平滑化のための２番目の方法工程は、必要とされない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記に示唆した特徴を持つ方法から始めると、この目的は、ボアホールの変化する底に関連して、レーザー光線の強度の空間分布が以下のように調節されることによって達成される。即ち、レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０（距離）内での強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、ボアホールの半径ｒＢがレーザー光線の半径であるセグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、強度Ｉの空間変化ΔＩと前記セグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように調節されることによって達成される。そのため、セグメントｗ０は、レーザー光線軸に垂直な領域のうち、レーザー・パワーが及ぶ８６％の領域の半径となる。
【００１９】
本方法のこの基準を用いると、レーザー輻射で一般的な溶融物除去を行う単パルス開口とパーカッション開口の従来の技術は、ボアホール壁上にいかなる溶融物堆積も残さず、ボアホールから溶融物を完全に除去することが可能となるように設計される。以前の公知の方法では、溶融物除去はレーザー誘導プラズマを介して、レーザー光線強度の空間平均値または最大値により制御されたが、この方法は、ボアホール直径の選択的制御を容認せず、溶融物堆積を回避することができない。ＤＥ１０１４４００８Ａ１に記載されるような気化磨耗によるボアホール壁の平滑化のための２番目の方法工程は、必要とされない。
【００２０】
本発明の方法は、非常に深い深さのボアホール、即ち、「大きなアスペクト比」を持ったボアホールを製造するために用いられる。この大きなアスペクト比と、このボアホール直径をレーザー光線の半径よりずっと大きくするという条件は、溶融物の増加がレーザー光線を遮断しないことを保証する。強度Ｉの空間変化ΔＩとセグメントｗ０に対して、セグメントｗ０より大きなボアホール半径ｒＢ（ｒＢ＞ｗ０）が得られるようにそれらの値は設定される。
【００２１】
ボアホールは円錐状状とし、どの深さでも所定のボアホール半径に調節することもできる。
【００２２】
この方法の好ましい実施形態は、下位クレームにより明らかになる。
【００２３】
そのため、本発明の方法は、開口工程の間中もボアホール直径の選択的調節を容認する。ボアホール直径に対するボアホールの深さの規定されたアスペクト比より下回って、深さに依存し、高精度ないかなる所望の直径をも達成することができ、円筒状、円錐状、及びその他のボアホールの幾何的形状を製造することができる。
【００２４】
溶融開口において確実に達成されるべき本質的特徴は、以下の通りである。
【００２５】
−再現可能な直径
【００２６】
ボアホールの最小直径は、流量を規定する。燃料フィルタの全流量は、ボアホールの最小直径により各々規定される、個々のボアホールの流量から計算される。
【００２７】
−規定された円錐状
【００２８】
気体と液体のボアホールの出口における流動作用は、特に材料表面やボアホールの広がりに対するボアホール壁の角度によって規定される。規定された円錐状は、例えば、タービン構成材の保護のため、材料表面の冷却ガスの分布に重要である。
【００２９】
−複数層構造の開口中の規定された円錐状
【００３０】
円筒状または円錐状のボアホールの配置は、液体や気体のボアホールへの層状流れに対して予め決定される。タービン構成材−例えば、基板、接着剤層及び断熱層からなる複数層構造におけるボアホールの直径を、材料層とは無関係に規定することが可能でなければならない。
【００３１】
−コーティングの接着とせん断強度が減少しないこと
【００３２】
複数層構造の開口の間、ボアホールの領域における層間接着は減少してはいけない。タービン構成材の断熱層が損傷を受けると、構成材の層は、工程中大きな熱と機械的負荷を被り、物質材料から分離する可能性があり、保護がもはや保証されなくなる。
【００３３】
−凝固物が堆積しないこと
【００３４】
規定されたボアホール直径は、ボアホールの幾何的形状が、ボアホール壁上の凝固物の不規則な堆積によって変化しない場合にのみ達成することができる。凝固物のひび割れや応力が発生するかもしれない。タービン翼や燃料フィルタのような大きな負荷を被る構成材では、凝固物の堆積の防止によりそのような構成材の耐用年数が増加する。
【００３５】
−バリが形成されないこと
【００３６】
ボアホールの出口における凝固物のバリは、例えば流れ抵抗を増加させ、効率を低下させる。バリが形成されないときは最終工程が不要であり、そのため、例えばタービン構成材や燃料フィルタの製造期間は短縮化される。
【００３７】
−入射レーザー輻射の方向における溶融物の除去
【００３８】
ボアホールの上方向への溶融物の流出は、中空体中の汚染を減少させる。燃料フィルタとタービン翼が製造される際、開口中、中空体中に材料残留物が堆積すれば、最終工程（清浄化）が必要となる。
【００３９】
−出口縁部の大きな曲率
【００４０】
ボアホール開口時の液体の流れの分離は、出口縁部の曲率によって決定される。射出ノズルでは、出口縁部の曲率は、分離及び燃焼室における燃料の完全燃焼にとって決定的に重要である。
【００４１】
タービン翼におけるボアホールへの周囲ガスの吸入や、又は冷却ボアホールの出口からの冷却ガス流の分離は、好ましくない流れの特徴を有し、その流れの形成は出口縁部の幾何的形状に依存する。
【００４２】
本発明にとって重要なことは、従来知られているようなレーザー光線の空間平均値や強度Ｉ０の最大値ではなく、ボアホール底へのレーザー光線強度の空間分布が、ボアホールの所定の深さにわたって完全な溶融物除去を行うための明確なパラメータとなるよう、適切に設定されるべきであるということである。特徴的なことは、十分に広いセグメントｗ０間にわたってレーザー輻射の適切な空間分布が存在し、そのレーザー光線の空間分布範囲内で、レーザー光線軸からの距離とともに強度が減少し、十分に大きな強度の変化（強度勾配）が存在することである。
【００４３】
添付図１は、強度Ｉ０が最小値Ｉ０＝Ｉｍｉｎであり、その距離又はセグメントｗ０がｗ０＝ｗｍｉｎである、上記条件の適用例であるケースＡを示す。
【００４４】
好ましい大きさとして、セグメントｗ０は、所定のボアホールの得るべき深さｌの平方根に略比例するように設定される。
【００４５】
さらに、セグメントｗ０内の強度Ｉの空間変化ΔＩは、所定のボアホールの深さｌに略比例するか、または、セグメントｗ０より大きなボアホール半径ｒＢ（ｒＢ＞ｗ０）が得られるように達成されるべきボアホールの深さｌに略比例するように調節されるべきである。
【００４６】
深さｌのボアホールのボアホール直径ｄに対する最大アスペクト比αと、ボアホールの最小直径ｄｍｉｎ＞ｌ／α（ｄｍｉｎ＝２ｒＢｍｉｎ）は次式にしたがって設定されるべきである。
α＜ΔＩｗ０（一定）
ここで、空間変化ΔＩ＝Ｉ０−Ｉｗ０はセグメントｗ０内の強度Ｉであり、Ｉ０はレーザー光線軸上の強度であり、Ｉｗ０はレーザー光線軸から距離ｗ０における強度である。
【００４７】
ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）を大きくするために、開口の間、強度の最大値Ｉ０＞Ｉｍｉｎは、ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が所定の深さ依存値ｄ＞ｄｍｉｎに達するように制御され、又は調整される。ここで、Ｉ０はレーザー光線軸上の強度であり、Ｉｍｉｎは強度Ｉ０の最小値である。
【００４８】
さらに、ボアホール底への強度の空間分布を適切に調整した後、最小ボアホール直径２ｒＢｍｉｎとボアホール直径に対するボアホール深さの最大アスペクト比が決定されることが大切である。このため、図１、ケースＡは、これに該当する値（Ｉ０＝Ｉｍｉｎ、ｗ０＝ｗｍｉｎ）を示している。
【００４９】
開口工程中にボアホール直径もまた２ｒＢ＞２ｒＢｍｉｎに増加させるため、強度Ｉ０＞Ｉｍｉｎ及び／又はｗ０＞ｗｍｉｎの最大値は制御されなければならない。いかなる所望のより大きな直径も、例えば強度を増大させ（図１、ケースＢ）、あるいはセグメントを増大させて（図１、ケースＣ）、ボアホール底の溶融物除去を促進させることにより得ることができる。
【００５０】
円筒状と円錐状のボアホールの幾何的形状は、上述のように、ボアホール底への強度の空間分布の設定と、ボアホール直径の制御によって、再現可能な性質として調節することができる。
【００５１】
さらに図１を参照して分かるように、上記ルールから逸脱した場合、例えば強度勾配が小さすぎる場合（図１、ケースＤ）、及び／又は、レーザー光線の強度が減少するセグメントｗ０の範囲が小さすぎる場合（図１、ケースＥ）、不完全な溶融物除去になる。上記ルールと比較して、例えば強度の略一様分布では、より小さなボアホール直径しか得ることができない（図１、ケースＥ）。このことは、しかし、ボアホール底への強度の空間分布の調整に関する上記ルールに違反し、溶融物が完全には除去されないことによりボアホールの質が低下することとなる。
【００５２】
複数層構造が開口されるとき、すなわち、異なる材料の層が開口される間、規定のボアホール直径を実現するための適切な強度分布の選択において、異なる材料の特徴が考慮される。その結果、特に１つの材料層から次の材料層に移行する際、強度分布にいくつかの適合がなされなければならない。２層間の移行は、放射方法（例えばプラズマ光線）の変化を通して観察することができ、同軸又は径方向の高速写真撮影により検出することができる。
【００５３】
好ましい一連の方法として、流出する溶融物は、ボアホール壁に沿って適切な方法で付加的に加熱される。
【００５４】
このため、図２は、レーザー光線の強度分布と、付加熱源の配置とを図式的に示す。
【００５５】
注意すべきことは、設定ボアホール直径２ｒＢが達成され次第、ボアホール壁の付加的加熱をスタートさせ、加熱力を開口深さとともに増加させねばならないことである。
【００５６】
以下のことにも注意が払われなければならない。すなわち、熱源はボアホール内部に作用可能で、もし可能であれば流出溶融物のみ加熱され、最初のエネルギー源（開口レーザー光線）は影響を受けず（例えば開口管路における開口レーザー輻射の吸収）、また、ボアホールの中心部はできるだけ影響を受けないようにする。
【００５７】
図２から分かるように、エネルギー源の空間的作用は、ボアホール底が、半径方向の強度が略単調に減少する開口レーザー光線の幅２ｗ０より大きい、十分に大きな幅２ｒＢに達するように、かつ、ボアホール壁が加熱されるように、ボアホール直径にわたって分布されなければならない。
【００５８】
好ましい方法では、レーザー光線の強度がボアホール壁を加熱するためにボアホール上に環状に放射されるように共振器において光線を形成することにより熱輻射が生成される。それにより、熱輻射は、少なくとも所定のボアホール直径に達した後に高次モードを励起することにより生成できる。開口部を通って熱輻射を生成することもでき、そしてレーザー光線の中央部を遮蔽することもできる。
【００５９】
別の可能性は、レーザー光線の中央部は所定のボアホール直径を形成し、レーザー光線の環状の外側部分はボア壁を加熱してボアホールに輻射されるように、共振器の外側の光学部品によりボアホールから流れている溶融物を加熱するためにレーザー輻射を生成することにある。アキシコン（ＡＸＩＣＯＮ）は、共振器の外側の光学部品として使用され得る。
【００６０】
ボアホールから流れ出る溶融物を加熱する熱輻射は、熱エネルギーの形でエネルギーの二次ソースを介してボアホールにも連結されてもよい。環状に配置された複数のダイオードレーザーを介し、熱光源を介し、ハロゲンランプ、アークランプ、あるいは場合により蒸気ランプが熱光源として使用して熱輻射が起きてもよい。
【００６１】
熱輻射は、レーザー光線源、ボアホールの壁上で第二熱源の役割を果たしている生成されたプラズマにより生成されてもよい。
【００６２】
熱輻射を生成するため、同じレーザー光線を開口用に使用するものとして使用し得る。
【００６３】
熱輻射は、同軸方向又は径方向の高速写真撮影からの信号フィードバックにより制御され得る。
【００６４】
加熱作用と作用範囲は、環状に配置されたダイオードレーザーについて柔軟に調整できるため、あるいは加熱に用いられる装置を実現するのに利用する熱作用は熱光源については 小さいため、ボアホール壁を加熱する上記方法のうち、特に環状に配置されたダイオードレーザー、又は熱光源に優先権が与えられなければならない。
【００６５】
熱輻射の制御、例えばレーザー励起プラズマは、ちょうど同軸方向又は径方向のプロセスのモニタリングを初め、例えば高速写真撮影又は短期分光法により、複数層構造における磨耗レーザー輻射の制御のように実現できる。
【００６６】
本発明は、レーザー輻射を用いた単パルス開口又はパーカッション開口の場合、材料の主要部は液相（溶融物）の状態で除去されるときはいつでも使用できる。
【００６７】
エネルギー工学及び航空工学においては、タービン構成材の冷却ボアホールは、大きな熱負荷からセラミックス断熱層（複数層構造物）を有する耐熱材料の構成材を守るパーカッション開口技術を用いて導入される。もっと更に効率を高めるために、タービン翼及び燃焼室板の表面上の冷却用空気の分布を改良することが求められる。これは、一定のボアホール形状（円筒状及び／又は円錐状）及び多数のｃｍ２当たりのボアホール（現在の０．７５ボアホール／ｃｍ２でなくて、１００ボアホール／ｃｍ２まで）によってのみ達成できる。しかし、開口所要時間（例えばトレパニング）が非常に長く、現在達成されているボアホールの幾何的形状が変化するアスペクト比は、ｃｍ２当たりのボアホールの数を増加させることにおいてのみ効率の大幅な向上を達成できるのに十分ではない。また、ボアホール管路の凝固物の堆積及びバリの形成の防止は、技術的な流れの態様にもとづいて好滴であるボアホールの幾何的形状が変わらないために不可欠で重要である。
【００６８】
自動車工学においては、精度についてわずかな要求があるが、燃料フィルタは、レーザー輻射を用いて開口される。噴射弁、スロットル又はノズルでの流れ状態、噴射状態を決定しているボアホールの場合、非常に大きい曲率を有する先が鋭いボアホール入口と出口だけでなく、溶融物の堆積が少ないように標準的な幾何的形状の２、３μｍの大きさと厚みから逸脱していることが求められる。
【００６９】
以上の要件は、この発明による方法で満たし得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】光線軸からの距離と強度の関係を示すグラフである。
【図２】レーザー輻射の断面を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して当該ボアホールの半径に要求される調整に従ってレーザー光線の強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー輻射は特に、金属材料や絶縁混合材料（例えばセラミック）や金属層から除去し、開口するのに用いられる。高除去率（高生産性）と高アスペクト比（直径に対する深さ）は、特に自動車工学、航空工学（小サイズ又は中サイズの薄板）やエネルギー工学（中サイズの薄板）における応用に求められる。ボアホールの幾何的形状（例えば円筒状、円錐状）とボアホール壁の形態（例えば凝固物）は本質的な質的特徴であり、与えられた技術的な要件に影響を受ける。
【０００３】
レーザー輻射を用いた開口の公知技術は、開口中の材料を除去する主なメカニズムにより、溶融、蒸発という２つのグループに分けられる。
【０００４】
−一般的な溶融物除去を用いた開口技術
【０００５】
一般的な溶融物除去を用いた開口技術には、単パルス開口、パーカッション開口（複数パルス）、およびトレパニングがある。これらの技術は高除去率（生産性）という利点と、不完全な溶融物除去、ボアホール壁及び／又はボアホール入口・出口上の凝固物の堆積及びボアホール直径の低精度のための低品質という難点を持つ。トレパニングでは、パーカッション・ボアホールが最初に材料に導入され、その後規定された半径の穴があけられる。トレパニングは、進行する溶融物の大半部分がボアホール出口で処理ガス流により除去され、そのため開口された中空体内部が汚染されるという難点を持つ。
【０００６】
できるだけ完全な溶融物の除去、および、規定された略円筒状のボアホールの幾何的形状を得ることを目的とする様々な方法が従来技術として記載されている。これらの方法は、
・ボアホールの深さを増すにつれ、レーザー光線の空間平均値または最大強度値を増加させる
・全開口期間中における多数の単パルスの強度の時間（パーカッション）変調
【０００７】
パーカッション開口は、低品質（不完全な溶融物除去、凝固物付着、低精度のボアホールの幾何的形状）が製品の機能を制限しない産業においてのみ用いられる。
【０００８】
単パルス開口、パーカッション開口を扱う先行技術によると、ボアホールの深さが増すと、例えば光線の拡大の影響を補うため、強度が高められる。強度は、ボアホールの要求される直径に変化させるため、例えば２つのパルス間の間隔に対するパルス持続時間の比率を変えることによって調整される。
【０００９】
ＥＰ０７９６６９５Ａ１によると、ボアホールの出口直径は、ボアホールの上方部の直径より通常小さく、加工中の製品温度がその周囲空気温度より最低２５℃以上高い場合に拡大することが可能である。
【００１０】
−一般的な蒸発を用いた開口技術
【００１１】
螺旋状開口、パーカッション開口およびレーザー侵食が一般的な蒸発による開口に用いられる。
【００１２】
これまで、ボアホールに要求される幾何的形状は、螺旋状開口またはパーカッション開口と螺旋状開口の組み合わせによる選択的方法のみによって達成可能だった。
【００１３】
ＤＥ１０１４４００８Ａ１によると、一般的な溶融物除去により生産されるパーカッションボアホールは、凝固物の残留物がボアホール壁上に残らないような一般的な除去気体による第２の処理工程において希望の直径まで拡張することができる。この高精度の開口技術と及びその改良型は、過度に長い開口時間または低生産性という難点を持っている。
【００１４】
ＤＥ６９９０３５４１Ａ２には、いわゆる「電気回路配線パッケージ」におけるマイクロビアホールの開口装置及び開口方法が記載されている。マイクロビアホールは、レーザー輻射によるプリント回路基板に形成される穴である。そのような穴の目的は、プリント回路基板における個々の導電層を、穴を通して接続することにある。これらの穴は、非常に小さいアスペクト比を持つタイプである。これらのマイクロビア・ボアホールにおいては、ボアホール直径はレーザー光線直径と同一でなければならない。ボアホールはほんの少し大きくなっても、これは望ましくない。この公開公報によれば、強度分布の縁はボアホールの縁を規定するものとみなされ、かつ、光線の強度分布は環状であるので、絶対不可欠なものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の欠陥を取り除き、まずは、特にボアホール管路から入射レーザー光線輻射の方向において、開口の間、ボアホール縁部上に凝固物が一切堆積しない、溶融物の完全な除去が保証されるという概要が示される方法を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して該ボアホールの半径に要求される調整に従って強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法であって、前記レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０内での前記強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、ボアホールの半径ｒＢが前記レーザー光線の半径である前記セグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、前記強度Ｉの空間変化ΔＩと前記セグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように、前記ボアホールの変化する底に関連して、前記レーザー光線の強度の空間分布が調節されることを特徴とする、ボアホールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本方法によると、レーザー輻射で一般的な溶融物除去を行う単パルス開口とパーカッション開口の従来の技術は、ボアホール壁上にいかなる溶融物堆積も残さず、ボアホールから溶融物を完全に除去することが可能となるように設計される。以前の公知の方法では、溶融物除去はレーザー誘導プラズマを介して、レーザー光線強度の空間平均値または最大値により制御されたが、この方法は、ボアホール直径の選択的制御を容認せず、溶融物堆積を回避することができない。ＤＥ１０１４４００８Ａ１に記載されるような気化磨耗によるボアホール壁の平滑化のための２番目の方法工程は、必要とされない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記に示唆した特徴を持つ方法から始めると、この目的は、ボアホールの変化する底に関連して、レーザー光線の強度の空間分布が以下のように調節されることによって達成される。即ち、レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０（距離）内での強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、ボアホールの半径ｒＢがレーザー光線の半径であるセグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、強度Ｉの空間変化ΔＩと前記セグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように調節されることによって達成される。そのため、セグメントｗ０は、レーザー光線軸に垂直な領域のうち、レーザー・パワーが及ぶ８６％の領域の半径となる。
【００１９】
本方法のこの基準を用いると、レーザー輻射で一般的な溶融物除去を行う単パルス開口とパーカッション開口の従来の技術は、ボアホール壁上にいかなる溶融物堆積も残さず、ボアホールから溶融物を完全に除去することが可能となるように設計される。以前の公知の方法では、溶融物除去はレーザー誘導プラズマを介して、レーザー光線強度の空間平均値または最大値により制御されたが、この方法は、ボアホール直径の選択的制御を容認せず、溶融物堆積を回避することができない。ＤＥ１０１４４００８Ａ１に記載されるような気化磨耗によるボアホール壁の平滑化のための２番目の方法工程は、必要とされない。
【００２０】
本発明の方法は、非常に深い深さのボアホール、即ち、「大きなアスペクト比」を持ったボアホールを製造するために用いられる。この大きなアスペクト比と、このボアホール直径をレーザー光線の半径よりずっと大きくするという条件は、溶融物の増加がレーザー光線を遮断しないことを保証する。強度Ｉの空間変化ΔＩとセグメントｗ０に対して、セグメントｗ０より大きなボアホール半径ｒＢ（ｒＢ＞ｗ０）が得られるようにそれらの値は設定される。
【００２１】
ボアホールは円錐状状とし、どの深さでも所定のボアホール半径に調節することもできる。
【００２２】
この方法の好ましい実施形態は、下位クレームにより明らかになる。
【００２３】
そのため、本発明の方法は、開口工程の間中もボアホール直径の選択的調節を容認する。ボアホール直径に対するボアホールの深さの規定されたアスペクト比より下回って、深さに依存し、高精度ないかなる所望の直径をも達成することができ、円筒状、円錐状、及びその他のボアホールの幾何的形状を製造することができる。
【００２４】
溶融開口において確実に達成されるべき本質的特徴は、以下の通りである。
【００２５】
−再現可能な直径
【００２６】
ボアホールの最小直径は、流量を規定する。燃料フィルタの全流量は、ボアホールの最小直径により各々規定される、個々のボアホールの流量から計算される。
【００２７】
−規定された円錐状
【００２８】
気体と液体のボアホールの出口における流動作用は、特に材料表面やボアホールの広がりに対するボアホール壁の角度によって規定される。規定された円錐状は、例えば、タービン構成材の保護のため、材料表面の冷却ガスの分布に重要である。
【００２９】
−複数層構造の開口中の規定された円錐状
【００３０】
円筒状または円錐状のボアホールの配置は、液体や気体のボアホールへの層状流れに対して予め決定される。タービン構成材−例えば、基板、接着剤層及び断熱層からなる複数層構造におけるボアホールの直径を、材料層とは無関係に規定することが可能でなければならない。
【００３１】
−コーティングの接着とせん断強度が減少しないこと
【００３２】
複数層構造の開口の間、ボアホールの領域における層間接着は減少してはいけない。タービン構成材の断熱層が損傷を受けると、構成材の層は、工程中大きな熱と機械的負荷を被り、物質材料から分離する可能性があり、保護がもはや保証されなくなる。
【００３３】
−凝固物が堆積しないこと
【００３４】
規定されたボアホール直径は、ボアホールの幾何的形状が、ボアホール壁上の凝固物の不規則な堆積によって変化しない場合にのみ達成することができる。凝固物のひび割れや応力が発生するかもしれない。タービン翼や燃料フィルタのような大きな負荷を被る構成材では、凝固物の堆積の防止によりそのような構成材の耐用年数が増加する。
【００３５】
−バリが形成されないこと
【００３６】
ボアホールの出口における凝固物のバリは、例えば流れ抵抗を増加させ、効率を低下させる。バリが形成されないときは最終工程が不要であり、そのため、例えばタービン構成材や燃料フィルタの製造期間は短縮化される。
【００３７】
−入射レーザー輻射の方向における溶融物の除去
【００３８】
ボアホールの上方向への溶融物の流出は、中空体中の汚染を減少させる。燃料フィルタとタービン翼が製造される際、開口中、中空体中に材料残留物が堆積すれば、最終工程（清浄化）が必要となる。
【００３９】
−出口縁部の大きな曲率
【００４０】
ボアホール開口時の液体の流れの分離は、出口縁部の曲率によって決定される。射出ノズルでは、出口縁部の曲率は、分離及び燃焼室における燃料の完全燃焼にとって決定的に重要である。
【００４１】
タービン翼におけるボアホールへの周囲ガスの吸入や、又は冷却ボアホールの出口からの冷却ガス流の分離は、好ましくない流れの特徴を有し、その流れの形成は出口縁部の幾何的形状に依存する。
【００４２】
本発明にとって重要なことは、従来知られているようなレーザー光線の空間平均値や強度Ｉ０の最大値ではなく、ボアホール底へのレーザー光線強度の空間分布が、ボアホールの所定の深さにわたって完全な溶融物除去を行うための明確なパラメータとなるよう、適切に設定されるべきであるということである。特徴的なことは、十分に広いセグメントｗ０間にわたってレーザー輻射の適切な空間分布が存在し、そのレーザー光線の空間分布範囲内で、レーザー光線軸からの距離とともに強度が減少し、十分に大きな強度の変化（強度勾配）が存在することである。
【００４３】
添付図１は、強度Ｉ０が最小値Ｉ０＝Ｉｍｉｎであり、その距離又はセグメントｗ０がｗ０＝ｗｍｉｎである、上記条件の適用例であるケースＡを示す。
【００４４】
好ましい大きさとして、セグメントｗ０は、所定のボアホールの得るべき深さｌの平方根に略比例するように設定される。
【００４５】
さらに、セグメントｗ０内の強度Ｉの空間変化ΔＩは、所定のボアホールの深さｌに略比例するか、または、セグメントｗ０より大きなボアホール半径ｒＢ（ｒＢ＞ｗ０）が得られるように達成されるべきボアホールの深さｌに略比例するように調節されるべきである。
【００４６】
深さｌのボアホールのボアホール直径ｄに対する最大アスペクト比αと、ボアホールの最小直径ｄｍｉｎ＞ｌ／α（ｄｍｉｎ＝２ｒＢｍｉｎ）は次式にしたがって設定されるべきである。
α＜ΔＩｗ０（一定）
ここで、空間変化ΔＩ＝Ｉ０−Ｉｗ０はセグメントｗ０内の強度Ｉであり、Ｉ０はレーザー光線軸上の強度であり、Ｉｗ０はレーザー光線軸から距離ｗ０における強度である。
【００４７】
ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）を大きくするために、開口の間、強度の最大値Ｉ０＞Ｉｍｉｎは、ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が所定の深さ依存値ｄ＞ｄｍｉｎに達するように制御され、又は調整される。ここで、Ｉ０はレーザー光線軸上の強度であり、Ｉｍｉｎは強度Ｉ０の最小値である。
【００４８】
さらに、ボアホール底への強度の空間分布を適切に調整した後、最小ボアホール直径２ｒＢｍｉｎとボアホール直径に対するボアホール深さの最大アスペクト比が決定されることが大切である。このため、図１、ケースＡは、これに該当する値（Ｉ０＝Ｉｍｉｎ、ｗ０＝ｗｍｉｎ）を示している。
【００４９】
開口工程中にボアホール直径もまた２ｒＢ＞２ｒＢｍｉｎに増加させるため、強度Ｉ０＞Ｉｍｉｎ及び／又はｗ０＞ｗｍｉｎの最大値は制御されなければならない。いかなる所望のより大きな直径も、例えば強度を増大させ（図１、ケースＢ）、あるいはセグメントを増大させて（図１、ケースＣ）、ボアホール底の溶融物除去を促進させることにより得ることができる。
【００５０】
円筒状と円錐状のボアホールの幾何的形状は、上述のように、ボアホール底への強度の空間分布の設定と、ボアホール直径の制御によって、再現可能な性質として調節することができる。
【００５１】
さらに図１を参照して分かるように、上記ルールから逸脱した場合、例えば強度勾配が小さすぎる場合（図１、ケースＤ）、及び／又は、レーザー光線の強度が減少するセグメントｗ０の範囲が小さすぎる場合（図１、ケースＥ）、不完全な溶融物除去になる。上記ルールと比較して、例えば強度の略一様分布では、より小さなボアホール直径しか得ることができない（図１、ケースＥ）。このことは、しかし、ボアホール底への強度の空間分布の調整に関する上記ルールに違反し、溶融物が完全には除去されないことによりボアホールの質が低下することとなる。
【００５２】
複数層構造が開口されるとき、すなわち、異なる材料の層が開口される間、規定のボアホール直径を実現するための適切な強度分布の選択において、異なる材料の特徴が考慮される。その結果、特に１つの材料層から次の材料層に移行する際、強度分布にいくつかの適合がなされなければならない。２層間の移行は、放射方法（例えばプラズマ光線）の変化を通して観察することができ、同軸又は径方向の高速写真撮影により検出することができる。
【００５３】
好ましい一連の方法として、流出する溶融物は、ボアホール壁に沿って適切な方法で付加的に加熱される。
【００５４】
このため、図２は、レーザー光線の強度分布と、付加熱源の配置とを図式的に示す。
【００５５】
注意すべきことは、設定ボアホール直径２ｒＢが達成され次第、ボアホール壁の付加的加熱をスタートさせ、加熱力を開口深さとともに増加させねばならないことである。
【００５６】
以下のことにも注意が払われなければならない。すなわち、熱源はボアホール内部に作用可能で、もし可能であれば流出溶融物のみ加熱され、最初のエネルギー源（開口レーザー光線）は影響を受けず（例えば開口管路における開口レーザー輻射の吸収）、また、ボアホールの中心部はできるだけ影響を受けないようにする。
【００５７】
図２から分かるように、エネルギー源の空間的作用は、ボアホール底が、半径方向の強度が略単調に減少する開口レーザー光線の幅２ｗ０より大きい、十分に大きな幅２ｒＢに達するように、かつ、ボアホール壁が加熱されるように、ボアホール直径にわたって分布されなければならない。
【００５８】
好ましい方法では、レーザー光線の強度がボアホール壁を加熱するためにボアホール上に環状に放射されるように共振器において光線を形成することにより熱輻射が生成される。それにより、熱輻射は、少なくとも所定のボアホール直径に達した後に高次モードを励起することにより生成できる。開口部を通って熱輻射を生成することもでき、そしてレーザー光線の中央部を遮蔽することもできる。
【００５９】
別の可能性は、レーザー光線の中央部は所定のボアホール直径を形成し、レーザー光線の環状の外側部分はボア壁を加熱してボアホールに輻射されるように、共振器の外側の光学部品によりボアホールから流れている溶融物を加熱するためにレーザー輻射を生成することにある。アキシコン（ＡＸＩＣＯＮ）は、共振器の外側の光学部品として使用され得る。
【００６０】
ボアホールから流れ出る溶融物を加熱する熱輻射は、熱エネルギーの形でエネルギーの二次ソースを介してボアホールにも連結されてもよい。環状に配置された複数のダイオードレーザーを介し、熱光源を介し、ハロゲンランプ、アークランプ、あるいは場合により蒸気ランプが熱光源として使用して熱輻射が起きてもよい。
【００６１】
熱輻射は、レーザー光線源、ボアホールの壁上で第二熱源の役割を果たしている生成されたプラズマにより生成されてもよい。
【００６２】
熱輻射を生成するため、同じレーザー光線を開口用に使用するものとして使用し得る。
【００６３】
熱輻射は、同軸方向又は径方向の高速写真撮影からの信号フィードバックにより制御され得る。
【００６４】
加熱作用と作用範囲は、環状に配置されたダイオードレーザーについて柔軟に調整できるため、あるいは加熱に用いられる装置を実現するのに利用する熱作用は熱光源については 小さいため、ボアホール壁を加熱する上記方法のうち、特に環状に配置されたダイオードレーザー、又は熱光源に優先権が与えられなければならない。
【００６５】
熱輻射の制御、例えばレーザー励起プラズマは、ちょうど同軸方向又は径方向のプロセスのモニタリングを初め、例えば高速写真撮影又は短期分光法により、複数層構造における磨耗レーザー輻射の制御のように実現できる。
【００６６】
本発明は、レーザー輻射を用いた単パルス開口又はパーカッション開口の場合、材料の主要部は液相（溶融物）の状態で除去されるときはいつでも使用できる。
【００６７】
エネルギー工学及び航空工学においては、タービン構成材の冷却ボアホールは、大きな熱負荷からセラミックス断熱層（複数層構造物）を有する耐熱材料の構成材を守るパーカッション開口技術を用いて導入される。もっと更に効率を高めるために、タービン翼及び燃焼室板の表面上の冷却用空気の分布を改良することが求められる。これは、一定のボアホール形状（円筒状及び／又は円錐状）及び多数のｃｍ２当たりのボアホール（現在の０．７５ボアホール／ｃｍ２でなくて、１００ボアホール／ｃｍ２まで）によってのみ達成できる。しかし、開口所要時間（例えばトレパニング）が非常に長く、現在達成されているボアホールの幾何的形状が変化するアスペクト比は、ｃｍ２当たりのボアホールの数を増加させることにおいてのみ効率の大幅な向上を達成できるのに十分ではない。また、ボアホール管路の凝固物の堆積及びバリの形成の防止は、技術的な流れの態様にもとづいて好滴であるボアホールの幾何的形状が変わらないために不可欠で重要である。
【００６８】
自動車工学においては、精度についてわずかな要求があるが、燃料フィルタは、レーザー輻射を用いて開口される。噴射弁、スロットル又はノズルでの流れ状態、噴射状態を決定しているボアホールの場合、非常に大きい曲率を有する先が鋭いボアホール入口と出口だけでなく、溶融物の堆積が少ないように標準的な幾何的形状の２、３μｍの大きさと厚みから逸脱していることが求められる。
【００６９】
以上の要件は、この発明による方法で満たし得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】光線軸からの距離と強度の関係を示すグラフである。
【図２】レーザー輻射の断面を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して該ボアホールの半径に要求される調整に従って強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法であって、
前記レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０内での前記強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、
ボアホールの半径ｒＢが前記レーザー光線の半径である前記セグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、前記強度Ｉの空間変化ΔＩと前記セグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように、
前記ボアホールの変化する底に関連して、前記レーザー光線の強度の空間分布が調節されることを特徴とする、
ボアホールの製造方法。
【請求項２】
セグメントｗ０は、達成されるべき所定のボアホールの深さｌの平方根に略比例して設定されることを特徴とする、請求項１に記載のボアホールの製造方法。
【請求項３】
前記強度Ｉの空間変化ΔＩは、所定のボアホールの深さｌ、又は、達成されるべき前記ボアホールの深さｌに比例して設定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項４】
空間変化ΔＩ＝Ｉ０−Ｉｗ０を前記セグメントｗ０内の強度Ｉと、Ｉ０を前記レーザー光線軸上の強度と、Ｉｗ０を前記レーザー光線軸から距離ｗ０における強度として、
深さｌのボアホールのボアホール直径ｄに対する最大アスペクト比αとボアホールの最小直径ｄｍｉｎ＞ｌ／α（ｄｍｉｎ＝２ｒＢｍｉｎ）が次式
α＜ΔＩｗ０（一定）
と設定されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項５】
Ｉ０を前記レーザー光線軸上の強度と、Ｉｍｉｎを強度Ｉ０の最小値として、
ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）を大きくするために、開口の間、強度の最大値Ｉ０＞Ｉｍｉｎは、ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が所定の深さ依存値ｄ＞ｄｍｉｎに達するように制御され、又は調整されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項６】
ｗ０を前記レーザー光線軸からの半径距離と、ｗｍｉｎを空間変化ΔＩが生じる前記レーザー光線軸からの最小距離として、
ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）を大きくするために、開口の間、セグメントｗ０＞ｗｍｉｎは、ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が所定の深さ依存値ｄ＞ｄｍｉｎに達するように制御され、又は調整されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項７】
異なる材料層が開口されるとき、同じ又は所定の深さに依存するボアホール直径が両方の材料層において達成されるように、１つの材料層から次の材料層に移行する際、前記レーザー輻射の強度分布が変わることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項８】
２つの材料層間の移行は、前記放射プロセスの変化によりモニターされることを特徴とする、請求項７に記載のボアホールの製造方法。
【請求項９】
放射プロセスの変化は、同軸方向又は径方向の高速写真撮影により検出されることを特徴とする、請求項８に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１０】
設定ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が達成されると、ボアホール壁は付加的に加熱されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項１１】
加熱力は前記ボアホールの深さとともに増加することを特徴とする、請求項１０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１２】
加熱は、ボアホールからの流出溶融物に限定されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１３】
ボアホール壁を加熱するためにレーザー光線の強度がボアホールに環状に輻射されるように、熱輻射は共振器において光線形成により生成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１４】
熱輻射は、少なくとも所定のボアホール直径に達した後に、高次モードを励起することにより生成されることを特徴とする、請求項１３に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１５】
熱輻射は、開口部を通って生成され、レーザー光線の中央部が遮蔽されていることを特徴とする、請求項１３に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１６】
レーザー光線の中央部が所定のボアホール直径を形成し、レーザー光線の環状の外側部分はボア壁を加熱するために輻射されるように、レーザー輻射は共振器の外側の光学部品により形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１７】
アキシコンは共振器の外側で光学部品として使用されることを特徴とする、請求項１６に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１８】
熱輻射は、熱エネルギーの形でエネルギーの二次ソースを介してボアホールに連結されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１９】
熱輻射は、環状に配置された複数のダイオードレーザーを介して生成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２０】
熱輻射は熱光源を介して生成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２１】
ハロゲンランプが熱光源として使用されることを特徴とする、請求項２０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２２】
アークランプが熱光源として使用されることを特徴とする、請求項２０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２３】
蒸気ランプが熱光源として使用されることを特徴とする、請求項２０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２４】
熱輻射はレーザー光線源を介して生成され、生成されたプラズマがボアホールの壁で第二熱源としての役割を果たしていることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２５】
開口に使用されるのと同じレーザー光線源が、熱輻射の生成に使用されることを特徴とする、請求項２４に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２６】
熱輻射の制御は、同軸方向又は径方向の高速写真撮影により検出されることを特徴とする、請求項１３に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１】
金属材料、層状金属材料、及び少なくとも１層のセラミック層を含む材料中において、ボアホールの深さに関連して該ボアホールの半径に要求される調整に従って強度が調節されるレーザー輻射により、高アスペクト比のボアホールを製造する方法であって、
前記レーザー光線軸からの距離ｗにおいてセグメントｗ０内での前記強度ＩがΔＩだけ単調に減少し、
ボアホールの半径ｒＢが前記レーザー光線の半径である前記セグメントｗ０よりも大きく（ｒＢ＞ｗ０）なるよう、前記強度Ｉの空間変化ΔＩと前記セグメントｗ０に対する数値が高く設定されるように、
前記ボアホールの変化する底に関連して、前記レーザー光線の強度の空間分布が調節されることを特徴とする、
ボアホールの製造方法。
【請求項２】
セグメントｗ０は、達成されるべき所定のボアホールの深さｌの平方根に略比例して設定されることを特徴とする、請求項１に記載のボアホールの製造方法。
【請求項３】
前記強度Ｉの空間変化ΔＩは、所定のボアホールの深さｌ、又は、達成されるべき前記ボアホールの深さｌに比例して設定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項４】
空間変化ΔＩ＝Ｉ０−Ｉｗ０を前記セグメントｗ０内の強度Ｉと、Ｉ０を前記レーザー光線軸上の強度と、Ｉｗ０を前記レーザー光線軸から距離ｗ０における強度として、
深さｌのボアホールのボアホール直径ｄに対する最大アスペクト比αとボアホールの最小直径ｄｍｉｎ＞ｌ／α（ｄｍｉｎ＝２ｒＢｍｉｎ）が次式
α＜ΔＩｗ０（一定）
と設定されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項５】
Ｉ０を前記レーザー光線軸上の強度と、Ｉｍｉｎを強度Ｉ０の最小値として、
ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）を大きくするために、開口の間、強度の最大値Ｉ０＞Ｉｍｉｎは、ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が所定の深さ依存値ｄ＞ｄｍｉｎに達するように制御され、又は調整されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項６】
ｗ０を前記レーザー光線軸からの半径距離と、ｗｍｉｎを空間変化ΔＩが生じる前記レーザー光線軸からの最小距離として、
ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）を大きくするために、開口の間、セグメントｗ０＞ｗｍｉｎは、ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が所定の深さ依存値ｄ＞ｄｍｉｎに達するように制御され、又は調整されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項７】
異なる材料層が開口されるとき、同じ又は所定の深さに依存するボアホール直径が両方の材料層において達成されるように、１つの材料層から次の材料層に移行する際、前記レーザー輻射の強度分布が変わることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項８】
２つの材料層間の移行は、前記放射プロセスの変化によりモニターされることを特徴とする、請求項７に記載のボアホールの製造方法。
【請求項９】
放射プロセスの変化は、同軸方向又は径方向の高速写真撮影により検出されることを特徴とする、請求項８に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１０】
設定ボアホール直径ｄ（＝２ｒＢ）が達成されると、ボアホール壁は付加的に加熱されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１つに記載のボアホールの製造方法。
【請求項１１】
加熱力は前記ボアホールの深さとともに増加することを特徴とする、請求項１０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１２】
加熱は、ボアホールからの流出溶融物に限定されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１３】
ボアホール壁を加熱するためにレーザー光線の強度がボアホールに環状に輻射されるように、熱輻射は共振器において光線形成により生成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１４】
熱輻射は、少なくとも所定のボアホール直径に達した後に、高次モードを励起することにより生成されることを特徴とする、請求項１３に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１５】
熱輻射は、開口部を通って生成され、レーザー光線の中央部が遮蔽されていることを特徴とする、請求項１３に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１６】
レーザー光線の中央部が所定のボアホール直径を形成し、レーザー光線の環状の外側部分はボア壁を加熱するために輻射されるように、レーザー輻射は共振器の外側の光学部品により形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１７】
アキシコンは共振器の外側で光学部品として使用されることを特徴とする、請求項１６に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１８】
熱輻射は、熱エネルギーの形でエネルギーの二次ソースを介してボアホールに連結されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項１９】
熱輻射は、環状に配置された複数のダイオードレーザーを介して生成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２０】
熱輻射は熱光源を介して生成されることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２１】
ハロゲンランプが熱光源として使用されることを特徴とする、請求項２０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２２】
アークランプが熱光源として使用されることを特徴とする、請求項２０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２３】
蒸気ランプが熱光源として使用されることを特徴とする、請求項２０に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２４】
熱輻射はレーザー光線源を介して生成され、生成されたプラズマがボアホールの壁で第二熱源としての役割を果たしていることを特徴とする、請求項１２に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２５】
開口に使用されるのと同じレーザー光線源が、熱輻射の生成に使用されることを特徴とする、請求項２４に記載のボアホールの製造方法。
【請求項２６】
熱輻射の制御は、同軸方向又は径方向の高速写真撮影により検出されることを特徴とする、請求項１３に記載のボアホールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００７−５３７８７８（Ｐ２００７−５３７８７８Ａ）
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０４３５３（Ｐ２００７−５０４３５３）
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００３１１０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９２５６０
【国際公開日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（５０５２０１１６８）フラウンホファー ゲゼルシャフト ツール フェルドルンク デル アンゲヴァントテン フォルシュンク エー ファウ (10)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００３１１０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９２５６０
【国際公開日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（５０５２０１１６８）フラウンホファー ゲゼルシャフト ツール フェルドルンク デル アンゲヴァントテン フォルシュンク エー ファウ (10)
【Ｆターム（参考）】
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