JPH03114688A

JPH03114688A - レーザ光線を用いて加工品に凹所を形成する方法および装置

Info

Publication number: JPH03114688A
Application number: JP2187831A
Authority: JP
Inventors: Peter Dr Grund; ベルナー　バベル; Gunter Eberl; ペーター　グルント; Uli Sutor; ギュンター　エベルル; ウリ　ストル
Original assignee: Maho Werkzeugmaschinenbau Babel and Co; Maho AG
Current assignee: Maho Werkzeugmaschinenbau Babel and Co; Maho AG
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1991-05-15
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: ES2054166T3; US5149937A; EP0407969B1; EP0407969A1; JP2787990B2; DE59002985D1; RU2086378C1; CN1034916C; RU2085351C1; CN1048996A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、材料が、互いに近接対向した案内軌道に沿っ
たレーザ光線の往復運動によって除去されるようになっ
た、レーザ光線を用いて中実な加工品に凹所な形成する
方法に関する。

さらに、本発明は、モータにより往復運動をする加工品
テーブルと、レーザ光線のための集束、伝達要素を有す
るレーザ装置と、該レーザ装置と加工品テーブル移動モ
ータとのためのプログラム操作器とより成る、レーザ光
線を用いて中実な加工品に凹所を形成する装置に関する
。

〔従来の技術〕

中実な加工品に比較的大きいポケット状、または室状の
凹所、特に型や成形ツールの製造は、従来は通常、電気
スパークおよび／箇たは型削りにより、モータにより移
動されるテーブル上に取り付けられた７１０工品から、
材料を除去することにより実施されてきた。出力の大き
いレーザ光線装置の進歩に伴い、その応用範１８１Ｉは
、加工品凹所加工作業に筐で拡張されてきた。

例えば、ＤＥ−ＤＭ　８７０１３５４．１力・ら知られ
ている方法においては、互いに反対方向に傾き、１線上
で交差する斜行切断がＺＪ（１０）品に実施される。

次いで、前置を切断することにより、長手方向に延びる
楔状のセグメントが発生し、該セグメントを取り出した
後に、ゾリズマ状の凹所が形成される。２個の隣接する
凹所の間に残存する長手方向に延びる突起は、次に行わ
れる、反対方向に傾斜したレーザ光線を用いて行われる
同様の切断工程によって、除去される。しかし、指摘す
べきことは、この方法によっては、平坦な、充分に平滑
な凹所底面を加工することは出来ない。さらに、交差す
る切断線領域において、再凝固する材料により、溶接結
合が生じる可能性があり、このことは、切断されたセグ
メントを取り出すことを阻害することになる。

ＤＥ２４４３”＋３４ＡＩから、レーザ光線を用いて、
上面を彫刻するための方法と装置が知られている。この
場合は、レーザ光線か、近接対向する平行線に沿って、
７１０工品の上面を走査され、材料を、彫刻された模様
から取り除く。ＪＰ−Ｏ８５９−４７０８６による、セ
ラミック加工品の平坦な凹所を加工するための類似の方
法においては、材料は、近接対向した軌道を往復移動す
るレーザ光線によって溶解され、加圧流体によって除去
される。しかし、この既知の方法によっては、垂直な、
またはアンダカットの側壁を有する深い凹所なｎロエす
ることは出来ない。すなわち、側壁領域においては、加
工品上面に直角に衝突するレーザ光線のための変化され
た吸収、反射条件が生じ、そのため、側壁は加工品上面
に直角ではなく、ある一定の傾斜を有して内方へ延びる
ことになる。

より浅い深さの彫刻様の凹所の場合には、この側壁傾斜
や、側壁基部におけろ丸められた隅部は、許容出来るで
あろう。しかし、深い凹所の場合には、このような傾斜
した内壁は多くの場合望１しくない。

Ｄｇ３５４４３９６Ａ１からは、板上物体に、斜めの切
断縁を有する開口を〃ロエする方法が知られている。こ
こでは、加工品が、レーザ光線の長手軸に対して所定の
頂角を有して位置され、貫通する開口が、１回または数
回の直線状の照射を板に行うことにより切り体筒れる。

（［（４５３５２，３には、レーザ切断機械が記載され
ており、該機械は、モータで往復運動をする加工品テー
ブルと、レーザ源、モータ駆動の光線案内集束要素を何
するレーザ装置と、レーザ装置と駆動モータのためのプ
ログラム操作器とを有している。スリット形状の開口を
切り取るためには、光線案内要素が、レーザ光線の元来
円形の断面を四角形の断面に変形させる。

本発明の課題シエ、比較的平滑な、υ０工品」二面に直
角またはアンダカット形態の側壁と、平坦平滑プＬ底面
とを有する深い凹所をも加工することが可能な、レーザ
光線を用いて、中実な加工品に凹所を７１０工する方法
を示すことである。

本課題は、本発明の第１の解決提案においては、レーザ
光線が、各直線状の除去作業の間、所定の角部の回りに
揺動され、同時に、加工品が１／−デ光線の揺動軸の回
りの円弧上を同期して往復移動され、材料層の除去の後
、前記直線状の除去作業が層状的に、凹所の所定の深さ
に達する１で繰り返して行われることにより達成される
。

本発明の他の１つの解決は、レーザ光線が、各直線状の
除去作業の間往復運動を行われ、同時に、加工品が同期
して揺動および直進運動を行い、材料層の除去の後、前
記直線状の除去作業が層状的に、凹所の所定の深さに達
するまで繰り返して行われることを特徴としている。

本発明の第３の解決は、垂直に取り付けられた加工品が
、各直線状の除去作業の間、垂直回転軸の回りに、所定
の角度揺動され、集束するレーザ光線の焦点が水平な光
線軸内を同期して移動され、材料層の除去の後、前記直
線状の除去作業が層状的に、凹所の所定の深さに達する
１で繰り返して行われることを特徴としている。

本発明ＶＣ従って、レーザ光線と７１（ｌ上品テーブル
の種々の運動を組み合わせろことにより、レーザ光線を
工、角度調節可能に、加工品に衝突させられ、その際、
７１０工品における作用点または焦点の位置が一定の水
準に維持されている。各直線状の除去工程の最後におい
て、レーザ光線を相対的に斜めに位置させることが、＋
ｊ［］工上止面Ｖこ直角またはアンダカット状の凹所ｆ
Ｉ１１壁の加工することと、極め℃鋭い角を有して側壁
に移行する凹所底面をほぼ平坦平滑に維持することを可
能にする。すなわち、レーザ光線が直線状の除去工程の
最後において、直角に加工品上面に衝突した場合には、
部分的な反射または吸収現象のために、この領域におい
て材料除去が不完全になる。このことは、深い凹所な７
１０工するために、除去工程を繰り返し実施する場合に
側壁を内方に傾斜させろことになる。この現象は、各直
線状の除去工程の最後において、衝突するレーザ光線を
加工品上面に対して相対的に傾斜させることにより回避
することが出来る。さらに、本発明に従い、揺動運動と
直線運動とを組み合わせることにより、加工品に対しレ
ーザ光線の−様な相対速度が達成され、このため、レー
ザ光線の−様な吸収、従って平坦な底面の形成が保証さ
れる。この効果は、なお、焦点の移動速度に依存（−て
レーザ装置の出力を操作すること、例えば、凹所の各側
壁の領域、すなわち、各直線状の除去工程の最後におい
て、この領域において必然的に生じる焦点滞留時間の増
大を補償するために、レーザ出力を減少させることによ
って支援される。

レーザ光線は、少なくとも一つのυ０圧流体を供給され
るノズルから出てくるのであるから、該加圧流体は、各
作業工程最後において、レーザ光線とほぼ同じ傾斜を有
して加工品に衝突する。このことは、重要な角部領域に
おけるガス状または流体状の材料粒子を吹き払う作用を
強く働かせることになる。この効果は、さらに、流体を
焦点に向けて斜めに当てることにより増強される。この
場合、この流体は、空気、酸素、寸たは不活性ガスのよ
うな加圧ガス、および／または、適当な流体、懸濁液、
またはディスバージョンであってよい。

第１の解決提案においては、水平なレーザ光線は、反射
器によって垂直方向に偏向され、加工品に衝突する光線
片は、反射器を回転させることにより揺動される。この
方法は、中実シリンダに、ポケット状またはリング状の
凹所を切り込むことを、また、この加工を中実シリンダ
の水平回転軸筒で行った場合にを工、中実シリンダに平
滑な前置を形成することをＯＴ能にする。この方法は、
機械切削が不可能または非常に困難な、セラミック、チ
タン、複合材料のような非常に固い特殊材料の場合に実
際的である。

第６の変形された方法は高度のエネルギー活用を提供す
る。ここでは、出力を低下させるレーザ光線の反射器に
おける偏向は行われず、レーザ光線は水平に７１０工品
に衝突され、その際、加工品が、円弧状または直線状の
移動部分を組み合わせた軌道上を移動する。

〃ロエ上の制約による加工された凹所の側壁および底面
の不規則性を取り除くために、本発明の有層状の除去工
程の回数が、凹所の深さと底面の上面粗さすなわち平滑
度を決定する。この際、他の作業パラメータの操作、レ
ーザ出力、揺動速度、キー打ち周波数等により、底面の
平面度、平滑度はより向上される。

本発明の他の有利な形態は凹所の側壁加工に関し特に重
要である。ここでは、卯上止上面とレーザ光線との間の
傾斜角が、凹所の深さ増加を伴う各直線状の加工工程、
すなわち、層状の除去工程の最後に、増加され、その際
、レーザ光線と〃ロ上止上面との間の傾斜角が最初の除
去工程において９０°に達し、それ以後の層状の除去工
程において所望の方法で調整されるようになっている。

さらに本発明の対象は、モータにより往復運動をする加
工品テーブルと、レーザ光線のための集束、伝達要素を
有するレーザ装置と、該レーザ装置と加工品テーブル移
動モータとのためのプログラム操作器とより成る、レー
ザ光線を用いて中実な加工品に凹所を形成する装置であ
る。本発明においては、台の表側に、モータにより水平
なレーザ光線の軸回りに回転可能になっていて、反射鏡
を備え、レーザ光線を９０°回転させ垂直平面内に偏向
させるた揺動頭が搭載されている。本装置においては、
加工品テーブルが、往復運動を行うために、弓状の軌道
上を垂直および水平方向に移動可能に構成されている。

他の本発明に従うレーザ光線を用いて中実な７１０工品
にポケット状筐たは室状の凹所を形成する装置は、同様
に、モータにより往復運動をする７ＪＯ工品台と、レー
ザ光線のための集束、伝達要素を有するレーザ装置と、
該レーザ装置と加工品テーブル移動モータとのためのプ
ログラム操作器とを有している。本発明に従い、本装置
においては、集束要素を備えたレーザ装置が長手方向に
移動可能であり、回転テーブルとして構成された７ＪＯ
工品テーブル上に、垂直な加工品保持面を有する加工品
支持器が搭載されている。

他の形態および特殊性は、従属請求項の対象である。本
発明の本質的な利点の一つは、種々の材料から成る加工
品を、高い除去能率をもって、同一の機械を用いて長い
装置変換時間を要することなくＤロエすることが可能で
あることであり、このことは、今箇で他の除去方法によ
っては不可能であった。かくて、セラミック、ガラス、
特殊鋼、チタン、および特殊合金から成る加工品が、繊
維強化材料、焼結物質、および層状に形成された成形物
体のような複合材料と同様に加工されることが出来る。

従来の機械切削の方法に対して、レーザ光線を用いた本
発明の材料除去においては、機械切削の場合において通
常揺動、振動（ガタガタ振動）の原因になった材料除去
のための力が生じない。しから、垂直筒たはアンダカッ
トの側面を有する１／１０ミｌＪメータの薄い壁厚の薄
壁ウェッブが、中実体からき両面除去作業によって製作
されることが出来る。最後に、例えば、セラミックやチ
タンから作られたタービンペインのような複雑な加工品
において、１ミリメ一タ幅以下の狭く深い溝を切り込む
ことが可能でしる。このことは、今日１で、長時間の費
用のかかる作業によってだけ製作可能であったのである
。

本発明の他の長所、特殊性は、以下詳細に説明される図
面に示された実施例において、具体化にのべられる。

〔実施例〕

第１図の正面図に、機械台２の平坦な上面を図示平面に
直角方向に移動可能にして、その前置に揺動頭３を担持
した箱状のハウジング１が示されている。箱状のハウジ
ング１の水平方向長手方向の運動と、揺動頭３の軸４回
りの揺動運動とが、図示されていないプログラム操作器
により操作される電気モータにより行われる。揺動頭３
には、下端に数チャンネルのノズルを有する案内筒５が
固定されている。矢印で示されたレーザ光線γ。

７′が箱状のハウジング１内を、水平に揺動軸４に沿っ
て走り、案内筒５の上端に斜めに（４５°）取り付けら
れた鏡８によって垂Ｍ干面内に偏向される。

加工品テーブル１０には、中実の７１０工品１２が取り
付けられ、該７１０工品に２個の室状の凹所１３が切り
込１れ、薄壁の中間ウェブ１３Ａを形成する。加工品テ
ーブル１０は、矢印１４で示された円弧状の軌道上を往
復運動し、該往復運動は揺動頭３の、従ってレーザ光線
１の揺動運動と同期させられている。加工品１２のこの
連通軌道は、加工品テーブルの水平、垂直混合運動によ
って実現される水平成分と垂直成分とから構成されてい
る。

直線状の除去期間の最後に、案内筒５を固定された揺動
＠３ば、実線で示された位置にあり、該位置で、レーザ
光線７は、所定の傾斜角な有して７１８工すべき加工品
１２の上面、筐たは、すでに部分的に加工された凹所１
３の垂直またはアンダカットされた側壁１５に衝突する
。この状態において、加工品１２を取り付けた加工品テ
ーブルは上右方終端位置にある。この終端位置から出発
して、揺動頭３、レーザ光線７と、同時に、加工品１２
を取り付けた加工品テーブル１０とが左方に動き、その
際、中心位置において、７１０工品テーブル１０はその
円弧状の軌道に対応して沈下し、左方の終端位置におい
て、再び、対応した量だけ持ち上げられる。レーザ光線
７の揺動運動の速度と、加工品テーブル１０の移動運動
の速度とは、レーザ光線の焦点が、種々のパラメータ、
例えば、７１０工品の材質に依存した最適の相対速度を
有して動くように、互いに同調して決められる。第１図
の左端位置において、同様に左方へ揺動されたレーザ光
線７′は、同じ傾斜角α′を有して７ＪＤ工品上面また
は凹所１３の側面１５′に衝突する。側壁１５と１５′
との延び方が異なっている（壁１５は垂直、壁１５′は
アンダカット）と同様に、傾斜角αとｄとの間も異なっ
ている。

この加工方法によって、模様をなして互いに密に並んだ
線の形態に、材料を繰り返し層状に除去する場合におい
ても、垂直な側壁が成立し、特に側壁足部の沈積が回避
される。レーザ光線７の傾斜角α、α′を対応して選択
することにより、窪みを形成するときしばしば望まれる
ようなアンダカットの側壁を作ることが可能となる。第
１図に示すような前置壁１５．１５’だけではなく、凹
所１３の両方の長手壁に対しても、垂直またはアンダカ
ットに形成可能にするために、加工品テーブル１０が、
材料層の直線状の除去の後毎に、垂直軸の回りに９０°
回転され、ついで、凹所の長手壁が移動方向に移動させ
られる。同時に、加工品が既に除去された層の厚みだけ
垂直方向に動かされ、レーザ光線の集束、従って、焦点
の大きさが維持される。最後の材料層の除去の際には、
集束の鋭さを減少させて底面の平滑効果をもたらすため
に、レーザ光線の焦点を故意にぼかすことが、″；＋滑
平坦な底面を得るのに有効である。同様の効果が、レー
ザ出力を減少させることによっても達成される。

第２図に示した方法変形例においては、中実シリンダ状
の７ＪＯＴ品１６が、例えば旋盤の場合普通の方法によ
って、前置において取り付けられ、その長手軸１７の回
りに同調して回転され、その際、往復揺動されるレーザ
光線１．７′の直線状の除去軌道が、近接対向して位置
するように、回転角が選定される。例えば、一定の深さ
を持つ長手方向の、また（エリング状の溝を、シリンダ
体１６に７７０工しようとする場合には、第１図に示し
たような円弧状の軌道が形成され、それによりレーザ光
線の揺動運動の間、焦点が同一水準に保持されるように
、シリンダ体１６が点線の矢印の方向に水平および垂直
方向に動かされる。さらに、第２図に破線で示されたよ
うに、シリンダ体を切り取ろう（横に分離する）とする
場合には、加工品を水平または垂直方向に動かすことな
く　７７１１工することが可能である。さらに、従来の
回転切削作業に類似の加工方法も可能であり、その場合
は、υΩ工上止６が連続的に回転され、レーザ光線７．
７′が一定の傾斜角に保持され、加工品に半径方向の肩
平面を形成する。

第６図の方法変形例が第１図の方法と相違する点は、た
だ、水平軸１８の回りにモータで揺動可能であり、該軸
１８の方向移動可能な、第１図の加工品テーブル１０と
同様に垂直方向に動くコンソール（第５図、第６図参照
ンに搭載され、中心軸回りに回転可能な回転テーブル２
０を設けたことである。前置に揺動頭３を搭載したハウ
ジング１を破線で示された前方位置に移動させ、また、
これと同期して、加工品テーブル２０を軸１８回りに揺
動または傾動させることにより、この構成において、Ｉ
ＪＵ工品上止とレーザ光線７との間の傾斜した相対位置
関係が達成される。本変形例においては、従って、揺動
頭３を軸４の回りに揺動させることは必ずしも必要では
なく、そのため機械の構造が簡単になる。

第４Ａ図、第４Ｂ図の方法変形例においては、加工品テ
ーブル４０は垂直軸４１回りに回転可能であり、矢印４
２の方向に水平に移動可能である。

箱状のハウジング１は前方の端面にノズル６を備え、ノ
ズル６を通り、レーザ光線７が偏向されることなく通過
する。ハウジング１は、機械台２の上を矢印４３の方向
に往復運動する。加工品テーブル４０には、加工品支持
具４４が縦に搭載さ瓢支持具４４の、中心軸回りに回転
可能な垂直取り付は板４６にｖｕ工上止５が固定されて
いる。直線状の除去工程の作動経過が第４Ｂ図に上面図
として示されている。各直線状の除去工程において、加
工品テーブルが垂直軸４１回りに、実線で示した下方位
置から、鎖線で示した上方位置へと動かされ、その際、
垂直軸４１＠りの揺動運動に、矢印４２の方向の水平移
動運動が組み合わされる。

円弧状の運動軌道のために生じる、加工品の凹所１３の
底とノズル６の前端との間の距離の変動を補償するため
に、集束、伝達要素を内蔵したハウジング１が矢印４３
の方向に同期して動かされる。

さらに、層状の除去工程が終了した後、）・ウジング１
を矢印４３の方向に直線移動させることにより、準備運
動が行われる。

第５図は、加工品に箱状凹所をレーザ・フライス加工す
るための工作機械を示し、ここでは、既知の００２レー
ザ光線装置２３が適当な支持構造２４を介して機械台２
に搭載されている。ハウジング１の中心部に配置された
テレスコープ管２４が、水平のレーザ光線１を導く役を
する。ハウシング１の前置に取り付けられた揺動頭３は
、ここでは箱状に形成されたノズル支持具５と共に２個
の矢印Ｃの方向に揺動される。台２の前置垂直案内２５
に、二重の矢印Ｙの方向に垂直に移動可能なコンソール
が存在し、該コンソールはその前置に、二重矢印Ｘ方向
に移動可能なスレッド２７の保持具のための水平方向案
内２６を有している。

スレッド２７の前置には、凹形槽２８が固定され、その
なかにテーブル支持具２９が二重矢印Ａの方向に回転可
能に収容されている。７１０工品テーブル１０は、支持
具２９の上側に、垂直軸回りに二重矢印Ｂの方向に回転
可能に配置されている。種々の部材の個々の運動は、指
示されていない電気モータにより、既知の伝速手段を用
いて行われ、その動作は従来のプログラム操作器により
操作される。

第６図に示した加工装置は、本質的には、第５図の実施
例に対応し、該実施例と相違するのは、適当な架台２１
に搭載された特殊に構成されたレーザ光線装置２３だけ
である。

第５図と第６図の両機械は、第１図から第３図１でに示
された方法変形例を実施するため構想されたものである
。

第７図に示した〃ロエ機械は、第４Ａ図、第４Ｂ図の方
法変形例を実施するために構成されており、機械台２に
固定された箱状のハウジング１を有し、ハウジング内に
レーザ光線７のための案内管４６が矢印４３の方向に長
手方向に移動可能に設けられている。案内管４６の前方
端部に、ノズル６が固定されており、後方端部にねじ棒
４Ｂのナツト４７が把持されており、ねじ棒はモータ４
９により直線運動を行うように駆動される。加圧流体に
衝突される導管５０が案内管４６の中をノズル６へと延
びている。台背面に固定された支持構造５１に、レーザ
装置５３が搭載されている。

機械台の前置には、スレッド５５が二重矢印Ｙの方向に
、モータによって垂直方向に移動可能であり、該スレッ
ドの外側に案内軌道５７が、テーブル構造５８をＸ軸に
沿って水平に移動可能に保持するために形成されている
。コンソール５８には、回転テーブル６１の下方部分６
０が固定され、該回転テーブルは折り曲げられた一体の
部材として構成され、その中心軸回りに回転可能な垂直
取り付は板６３が、回転案内６４の外縁とほぼ同列に置
かれる。第４Ａ図、第４Ｂ図のテーブル構成とは反対に
、既に７７０工されたものとして示されている１７０工
品５６のための垂直取り付は板６３は、テーブル下部６
０または回転案内６４上で水平方向に調節されることは
出来ない。第７図から明らかなように、複雑な形状の凹
所や中実の型体もまた、直線状の層状材料除去によって
、中実の素材から製作されろことが出来る。

第８図、第９図には、特に有効な光線ノズルが２種の変
形例で示されており、コンパクトｙ、ｃ　４ｗｔ＠と小
さい外形寸法とをもって、種々の流体をレーザ光線７の
焦点に向けて個々に流すことを０Ｔ能にしている。第８
図のノズルは、円錐状の外ＩＪｉｌｒｅい３０を有し、
その内部空間に中心部３１が配置され、その間に狭い溝
３２を形成している。溝３２は、１個の貫通円錐形態で
もよく、また、多数の同類の溝を有していてもよい。覆
い３０と中心部３１の平坦な上面には、中間部材３３が
固定され、その中にリング溝３４が形成され、該溝は円
錐溝３２の上面流体開口と連結されている。このリング
溝３４は、カバー３５を通して高圧ガス、例えば、３〜
１０バールの高圧ガスを供給される。中心部３１内には
、多くの段差を有する中心貫通孔３６が形成されており
、該貫通孔は中心レーザ光線７を包囲し、補助ガスをレ
ーザ光線の衝突点すなわち焦点３７に同心に導く役乞し
ている。

第９図に示したノズル形態（工、拡大された中央部Ｔ２
と円錐状の出口部７３とを有する）・ウジング７１を有
し、その内部空間に、はぼ中空シリンダ状の中子７４が
軸中心に配置されている。中子７４は、図の左部に軸方
向断面を、右部に側面を示されている。ハウジング７１
の中央拡大部７２は、リング７６の支持台としての半径
方向の７ランジ７５を備えている。ハウジング７１の円
錐形の出口部７３内には、中子Ｔ４の端部Ｔ７が延び込
み、その円錐形の外壁が、同じく円錐形の出口部７３の
内壁と共に円錐形の貫通流路７８を両足しており、該流
路は出口部の端部において、リング状のスリットとして
形成された出口部ロア９に開口している。出口部ロア９
は、全体として筒状の中子７４を軸方向に貫通して、酸
化ガス特に酸素なを通し、その長手軸に沿ってレーサ゛
光線７が通る流体溝８１の端部において、内部中央出口
開口８０を同心状態で包囲している。中子７４の右部分
に示したように、中子の円錐形の外面には、少なくとも
１個の螺旋溝８２が形成されていて、流体溝７８を通り
流れるυ０圧ガス、好筐しくにυＩ］圧空気に、長手軸
８３回りの回転運動を与えている。

円錐形部７７の上方に、中子７４は、軸に平行な４個の
平面８４により構成されス：４辺部を有し、該４辺部は
ノ・ウジングの内壁と共に分配室８５を画定している。

ハウジング７１の中央拡大部７２内には、４個の互いに
角度をずらせて配置された斜めの横溝８６が形成されて
おり、該横溝はそれぞれ分配室８５の平ら１１表面８４
に対向して開口している。

中子Ｔ４の４辺部は、ねじ部８８に接続するシリンダ状
中央部８７内を通道している。両部会８７．８８によっ
て、中子７４が、／・ウジング７１の内部空間において
、軸中心に、高さ微調整可能に固定されている。中子７
４のねじ部８８に、リング部材７６のための固定層９０
を備えｔ拡大された中間部材８９を経て、外ねじ９２を
有する接続部９１が接続されている。この固有安定を有
する接続部９１が、ノズル頭を、場合によっては移動可
能なレーザ元線案内要素と、同時に酸素案内部材とに固
く結合することを保証する。

第９図に示すように、リング部材７６は、半径方向のね
じ孔９３を有し、そこへ、加圧空気を通す、図示されて
いないニラゾルがねじ込まれる。

ねじ孔９３は、リング状の内部リング溝９４に開口し、
リング溝９４はノ・ウジング部分７２内の横孔８６と流
れ連結されている。７ランジ７５の上部支持表面には、
ノ・ウジングをリング部材に対して密封する０リング９
５を収容する環状溝が形成されている。他の０リング９
６がノ・ウジング部分７２の上面のリング溝内に配置さ
れ、中子７４の中間部材８９に対して密封している。

前述したノズルにおいては、酸素を軸方向流れ溝８１内
を通り、加圧空気を円錐形の流れ溝７Ｂ内を通り個別に
導くことにより、両ガスは、各開ロア９．８０を出た後
、強く混合され、この際、中子７４のねじ部８８のねじ
込み深さをＤＯ減することにより、円錐形の流れ溝の隙
間すなわち流路断面積を精密に調整することが出来る。

このようにして、混合物の組成と、加圧空気流れの運動
エネルギーとを、谷作業条件、特に、種々の加工品材料
の性質に適応させることが出来る。

本発明は、図示の、または前述の方法と装置およびその
変形例に制限されるものではな（１゜一つの装置変形例
の一部を、他の装置変形例の一部と多様に組み合わせて
、特殊な作業目的を達成することも可能である。

第７図に示した７１０工機械は、第５図、第６図の方法
に対して、構造が簡単で軽量であると一１５利点を有す
る。この際、移動駆動を含む案内筒とノズルとが緊密に
構成されてあり、このことは、７１０工品に対するアク
セスと作業工程の目視監視とを改良している。案内筒内
に一体化された、１本または数本の長手溝の形態で案内
筒の全長にわたって延びており、外部の源泉と流れ的に
結合さて（・る流体案内部も、同様の意義を有して（す
る。先に示した第４Ａ図、第４Ｂ図の場合の加工品４品
番５、支持器４４．４６と共に、回転テーブル４０上に
、水平方向に矢印Ｒの方向に移動可能に搭載されること
が出来ろから、加工品４５の矢印４２方向の水平移動運
動は小さくなり、レーザ元［７の２７１１工品４５に対
する相対的傾斜姿勢に起因する距離変化が相殺される。

テーブルの回転によりもたらされる「長さのずれ」を相
殺するために、比較的短い矢印４２方向の経路長さが残
しておかれるように、作動点または焦点が垂直軸４１の
近傍に置かれる。このことは、加工品に衝突する光線片
がテーブル運動に同期して揺動される必要のない水平レ
ーザ光線の本質的な利点である。第７図の機械、すなわ
ち、水平方向のレーザ光線の他の利点は、安全性の見地
から、高エネルギーのレーザ光線の予期しない周囲への
流出が防止されることである。

種々のυロエ機械は原則的に保護室を備えているので、
レーザ光線が当たる室壁には熱に感応する安全板を配置
することが出来、該安全板は高エネルギーのレーザ光線
が当たった場合に活性化され、機械を停止させる。この
安全性は、第５図、第６図の実施例に対して非常に重要
である、というのは、この実施例においては、安全性壁
要素がほぼ保護室内部全体に配置されなければならない
からである。最後に、第７図の実施例もまた、反射器８
を備えた実施例に比して、相当大き−・エネルギー利用
が達成されるという利点を有している。例えば、反射に
より数回偏向させ場合の１５００Ｗのレーザが行う同じ
除去作業を行うのに、７５０Ｗのレーザが代替できる。

他の方法では大きい困難を伴ってだけ７１０工される材
料に、比較的深い凹所を形成する本発明の加工工程は、
さらに種にの方法に拡張することが出来る。例えば、Ｄ
Ｏ圧ガスの代わりに、固体−ガス、または、固体−流体
の懸濁液を比較的高し・圧力で加工箇所に噴射してもよ
く、この際は、溶融流体状の材料を、懸濁液中の高温の
硬い固体粒子によって、サンドブラストの方式に倣って
除去し、除去効果を向上させる。さらに、懸濁液、液体
、又はガスに適切な化学物質を添加することにより、凹
所壁面の表面付近の領域における所望の合金効果が達成
される。

１柚またに多種の加工品に種々の加工工程を自動的に適
用するために、ノズルとレーザ頭とを分離可能に結合す
ることも可能である。この際は、ノズルを適当な交換装
置を用いて交換し、レーザ切断、レーザ溶接、レーザ切
削のような種々のＤＯ工を実施することが可能となる。

本発明の方法によって、多数の近接対向して位置するポ
ケット状の凹所な有するボール状または球状の部材を、
セラミック、チタンなどから製作することが出来ろ。こ
れらは、関節または骨の代用品と【７て医術において使
用の道か、ｌ；）ろ。アンダカットの壁を有するポケッ
ト状の比較的深い凹所を多数形成することは、骨物質が
、挿入された移植組織の凹所内で成長することを可能に
し、それにより、骨と移植組織とが固く結合されろ。こ
の特殊な応用の他、本発明の方法は、石英ガラスの除去
７７１１工、特に、多くの精密加工の部品から組み立て
られる大望遠鏡の製作に適している。最後に、三次元の
型体もまた、材料の縁を層状に除去″′Ｊ−ることによ
り、中実の材料から製作することができる。この際は、
Ｎｄ−ＹＡＧレーザを７ＪＤ圧流体なしに投射すること
が有効である。

レーザ光線と、加工品またにその上面との間の相対傾斜
角は、層から層へと増大されるべきである。その際、こ
の角は、最初の除去層において非常に小さいか零にし、
５０除去された層において垂直に対し２０°に増加され
る。この角度増加は、段階的に直線状である８斐はなく
、直線または曲線に従ってもよい。最適の除去能力を達
成するためには、操作パラメータを層から層へと変化さ
せ、最初において最大の材料除去を行い、次に微細な加
工を、最後に、微細−層一作用を行うようにする。最後
に、角のある凹所を形成しようとする場合には、ポケッ
ト状凹所の底部に形成され勝ちな円弧状の経過部分を除
去し、底面と側面との間に鋭利な角を維持するために、
加工工程の最後に、全体の輪郭を再び切り取るとよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の除去作業の作動原理を概観的に示す図、第２図は第１図の作動原理の、シリンダ状加工品の加工
への適用を示す図、第６図は他の除去作業の作動原理ン概観的に示す図、第４Ａ図、第４Ｂ図はさらに他の除去作業の作動原理を
概観的に示す図、第５図はレーザ光線装置を一体に取り付けた本発明の加
工装置の斜視図、第６図は別個のＶ−ず装置を有する７１０工装置を示す
図、第７図は水子のレーザ装置を有する７ＪＤ工装置を示す
図、第８図、第９図はレーザ頭に配置されたノズルの２個の
失施例を示す図である。図において、１・・・・ハウジング、２・・・・台、３
・・・・揺動頭またはレーザ頭、６　・・・ノズル、７
・・・・・レーザ光線、８・・・・・・反射鏡、１０・
・・ＪＪＯ工晶デープル、１２・・・・・７１０工品、
１３　・　凹所、２０　・・・・回転テーブル、２３・
・・・レーザ光線装置、２７・・・・・・スレッド、７
１　・・−・・ノ・ウジンク、７４・・中子′である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）材料が、互いに近接対向した案内軌道に沿つたレ
ーザ光線の往復運動によつて除去されるようになつた、
レーザ光線を用いて中実な加工品に凹所を形成する方法
において、レーザ光線が、各直線状の除去作業の間、所
定の角部の回りに揺動され、同時に、加工品がレーザ光
線の揺動軸の回りの円弧上を同期して往復移動され、材料層の除去の後、前記直線状の除去作業が、凹所の所
定の深さに達するまで繰り返して行われることを特徴と
する方法。
（２）材料が、互いに近接対向した案内軌道に沿つたレ
ーザ光線の往復運動によつて除去されるようになつた、
レーザ光線を用いて中実な加工品に凹所を形成する方法
において、レーザ光線が、各直線状の除去作業の間往復
運動を行い、同時に、加工品が同期して揺動および直進
運動を行い、材料層の除去の後、前記直線状の除去作業が、凹所の所
定の深さに達するまで繰り返して行われることを特徴と
する方法。
（３）水平方向のレーザ光線が、斜めに置かれた反射鏡
により垂直方向に偏向され、加工品に衝突した光線片が
反射鏡を回転させることにより揺動されることを特徴と
する、請求項１または２に記載の方法。
（４）加工品が、その長手軸の回りに回転されることを
特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方
法。
（５）材料が、互いに近接対向した案内軌道に沿つたレ
ーザ光線の往復運動によつて除去されるようになつた、
レーザ光線を用いて中実な加工品に凹所を形成する方法
において、加工品が、各直線状の除去作業の間、垂直軸
の回りに、所定の角度揺動され、集束するレーザ光線の
焦点が光線軸内を同期して移動され、材料層の除去の後
、前記直線状の除去作業が、凹所の所定の深さに達する
まで繰り返して行われることを特徴とする方法。
（６）レーザ光線または加工品の揺動角が、各層状の除
去と共に、連続的に、または所定量づつ増大されること
を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方
法。
（７）加工品が、各層状の除去作業の後、９０゜回転さ
れることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に
記載の方法。
（８）少なくとも１本の加圧流体流が、レーザ光線と同
軸に、および／または、レーザ光線に斜めに、除去位置
に導かれることを特徴とする請求項１から７のいずれか
１項に記載の方法。
（９）凹所の底面を加工するレーザ光線の出力が減少さ
れていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１
項に記載の方法。
（１０）凹所の底面を加工するレーザ光線が焦点をぼか
して照準されることを特徴とする請求項１から９のいず
れか１項に記載の方法。
（１１）モータにより往復運動をする加工品テーブルと
、レーザ光線のための集束、伝達要素を有するレーザ装
置と、該レーザ装置と加工品テーブル移動モータとのた
めのプログラム操作器とより成る、レーザ光線を用いて
中実な加工品に凹所を形成する装置において台（２）の
表側に、モータにより水平なレーザ光線（７）の軸回り
に回転可能になつていて、反射鏡（８）を備え、レーザ
光線を９０゜回転させ垂直平面内に偏向させる揺動頭（
３）が搭載されており、加工品テーブル（１０）が、往復運動を行うために、弓
状の軌道上を垂直および水平方向に移動可能に構成され
ていることを特徴とする装置。
（１２）加工品テーブル（１０）が、移動運動の方向に
平行な軸（１８）の回りに、所定の限界内で、モータに
より揺動可能に構成されていることを特徴とする請求項
１１に記載の装置。
（１３）揺動頭（３）が、装置台（２）上を水平方向に
移動可能なハウジング（１）の前置に搭載されているこ
とを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
（１４）モータにより往復運動をする加工品台と、レー
ザ光線のための集束、伝達要素を有するレーザ装置と、
該レーザ装置と加工品テーブル移動モータとのためのプ
ログラム操作器とより成る、レーザ光線を用いて中実な
加工品に凹所を形成する装置において集束要素とノズルとを備えたレーザ光線案内（４６）が
、長手方向（４３）に移動可能であり、回転テーブルと
して構成された加工品テーブル（４０；６１）上に、垂
直な加工品（４５）保持面を荷する加工品支持器（４４
；６３）が搭載されていることを特徴とする装置。
（１５）加工品支持器（４４；６３）が、回転テーブル
（４０；６１）上に偏心して搭載されていることを特徴
とする請求項１４に記載の装置。
（１６）加工品支持器（４４）が、水平方向に移動可能
に回転テーブル（４０）上に搭載されていることを特徴
とする請求項１４に記載の装置。
（１７）レーザ装置（２３）が、支持構造（５１）を介
して、装置台（２）上に搭載されていることを特徴とす
る請求項１１から１６のいずれか１項に記載の装置。
（１８）揺動頭（３）に、ノズル（６）のための中空円
筒状の支持器（５）が搭載され、該支持器が、切頭円錐
状の覆い（３０）と円錐状の中心部分（３１）との間に
延びる流体溝（３２）と、レーザ光線（７）と追加の補
助ガスのための、数回段差を付けられた貫通孔（３６）
とを有することを特徴とする請求項１１から１７のいず
れか、項に記載の装置。
（１９）揺動頭（３）に、ノズル（６）のための中空円
箇状の支持器（５）が搭載され、該支持器の中空円筒状
のハウジングが、中空円錐状のノズルで終端し、連絡路
と、種々の流体を加工品上のレーザ光線（７）の作動領
域に、個々に軸方向に斜行して導く内部流れ溝とを有し
、また、ハウジング（７１）のノズルには、中子（７４
）が配置され、該中子の円錐状の外壁が、ノズル（７３
）の円錐状の内壁とともに、加圧ガスのための流体溝（
７８）を限定し、該中子の内部空間がノズル開口（８０
）に向かつて狭くなつている軸方向の流れ溝（８１）を
、他の加圧流体のために形成しており、かつ、円錐状の
流れ溝（７８）のリング状の出口開口（７９）が、軸方
向の流れ溝（８１）の中心出口開口（８０）を同軸に包
囲していることを特徴とする、請求項１１から１７のい
ずれか１項に記載の装置。
（２０）中子（７４）が、円錐状の流れ溝（７８）の流
通断面積を変化させるために、ハウジング（７１）内に
、高さ調節可能に軸中心に位置されていることを特徴と
する請求項１９に記載の方法。