(57)【要約】      （修正有）【課題】加工の結果として生じる副生成物は、ワークピースやシステムの光学系に付着し、ワークピースの品質や機械の性能を損ねたりすることがある。【解決手段】加工されるワークピース１０６からの物質を捕集する物質捕集装置は、流体流れを誘導する流体ノズル２００と捕集ノズル２０２とを含んでいる。捕集ノズル２０２は、流体流れの第１の部分を加速する誘因ノズルと、流体流れの第２の部分を受け入れる誘導吸引ノズルとを含んでいる。加速された第１の部分の流体流れに基づいて誘導吸引ノズルの近傍で吸引力を生成することができる。この吸引力は、ワークピース１０６から物質の少なくとも一部を引き離すのに十分なものとなり得る。【選択図】図６
2014024117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの加工の結果として生じる該ワークピースからの物質を捕集する物質捕集装置であって、
流体流れを誘導するように構成された流体ノズルと、
前記流体流れの中に配置されるように構成された捕集ノズルと、
を備え、
前記捕集ノズルは、
前記流体流れの第１の部分を受け入れ、前記受け入れた第１の部分の流体流れを加速して加速流体流れを生成するように構成された誘因ノズルと、
前記加速流体流れを受け入れるように構成された排出チャンバと、
前記排出チャンバから前記加速流体流れを排出するように構成された排出口と、
前記流体流れの第２の部分を受け入れるように構成された誘導吸引ノズルと、
を備え、
前記誘導吸引ノズルは、前記排出チャンバと流体的に連通しており、
前記捕集ノズルは、前記加速流体流れが前記排出チャンバから排出される際に、前記排出チャンバから前記誘導吸引ノズルの近傍にある捕集領域に吸引力を伝達できるように構成されており、
前記捕集ノズルは、前記伝達可能な吸引力が、前記ワークピースが前記捕集領域に近接しているときに前記物質の少なくとも一部を前記ワークピースから引き離すのに十分なものとなるように構成されている、物質捕集装置。
【請求項２】
前記流体ノズルは、ガス状流体流れを誘導するように構成されている、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項３】
前記流体ノズルは、空気を含むガス状流体流れを誘導するように構成されている、請求項２に記載の物質捕集装置。
【請求項４】
前記流体ノズルは、前記ワークピースの加工の結果として生じる物質の少なくとも一部を前記誘導された流体流れに乗せることができるように、前記流体流れを誘導するように構成されている、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項５】
前記誘因ノズルは、さらに、前記誘導された流体流れに乗った物質を受け入れるように構成されている、請求項４に記載の物質捕集装置。
【請求項６】
処理領域を少なくとも部分的に囲うフェンスをさらに備え、
前記ワークピースは、機械により加工される際に前記処理領域を通してアクセス可能となっており、
前記フェンスは、流れに乗った物質を前記処理領域内に閉じ込めるように構成されている、請求項４に記載の物質捕集装置。
【請求項７】
前記フェンスは、前記流体流れを前記捕集ノズルに向けて案内するように構成されている、請求項６に記載の物質捕集装置。
【請求項８】
前記捕集ノズルは、前記伝達可能な吸引力が、０．０１μｍよりも大きい最大断面寸法を有する物質を前記誘導吸引ノズルに吸い込むのに十分なものとなるように構成されている、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項９】
前記捕集ノズルは、前記伝達可能な吸引力が、３ｍｍ未満の最大断面寸法を有する物質を前記誘導吸引ノズルに吸い込むのに十分なものとなるように構成されている、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項１０】
前記誘導吸引ノズルは、さらに、前記ワークピースの加工の結果として生じる物質を前記排出チャンバに送るように構成されている、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項１１】
前記排出口は、さらに、前記排出チャンバに送られた物質を排出するように構成されている、請求項１０に記載の物質捕集装置。
【請求項１２】
前記誘因ノズル、前記排出チャンバ、及び前記誘導吸引ノズルは一体に形成されている、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項１３】
前記捕集ノズルは、さらに、
ハウジング入口と、該ハウジング入口及び前記排出口に流体的に連通している内部空間とを有するハウジングダクトと、
前記排出チャンバの上流の位置の前記内部空間に配置されたデフレクタと、
を備え、
前記ハウジング入口は、流体と前記流体流れに乗った物質とを受け入れるように構成され、
前記排出チャンバは、前記内部空間内に配置される、請求項１に記載の物質捕集装置。
【請求項１４】
前記ハウジングダクトの第１の部分と前記デフレクタの第１の部分とにより前記誘因ノズルが形成される、請求項１３に記載の物質捕集装置。
【請求項１５】
前記ハウジングダクトの第２の部分と前記デフレクタの第２の部分とにより前記誘導吸引ノズルが形成される、請求項１３に記載の物質捕集装置。
【請求項１６】
前記デフレクタは前記ハウジングダクトに連結されている、請求項１３に記載の物質捕集装置。
【請求項１７】
ワークピースを加工するシステムであって、
ワークピースの加工の結果として物質が生じ得るように前記ワークピースを加工するように構成されている機械と、
流体流れを処理領域に誘導するように構成された流体ノズルと、
前記処理領域に隣接した捕集ノズルと、
を備え、
前記捕集ノズルは、
前記流体流れの第１の部分を受け入れ、前記受け入れた第１の部分の流体流れを加速して加速流体流れを生成するように構成された誘因ノズルと、
前記加速流体流れを受け入れるように構成された排出チャンバと、
前記排出チャンバから前記加速流体流れを排出するように構成された排出口と、
前記排出チャンバと流体的に連通している誘導吸引ノズルと、
を備え、
前記ワークピースは、前記加工する機械から前記処理領域を通してアクセス可能となっており、
前記捕集ノズルは、前記加速流体流れが前記排出チャンバから排出される際に、前記排出チャンバから前記誘導吸引ノズルの近傍にある捕集領域に吸引力を伝達できるように構成されており、
前記捕集ノズルは、前記伝達可能な吸引力が、前記ワークピースが前記捕集領域に近接しているときに前記物質の少なくとも一部を前記ワークピースから引き離すのに十分なものとなるように構成されている、システム。
【請求項１８】
前記機械は、レーザエネルギーを有するビームを前記ワークピース上に向けるように構成されたレーザ系加工システムであり、
前記レーザエネルギーを有するビームは、前記ワークピースの一部を除去するように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
ワークピースを加工する方法であって、
加工の結果として物質が生じるようにワークピースを加工し、
流体流れを誘導し、
前記流体流れの第１の部分を加速して加速流体流れを生成し、
前記物質を前記流体流れの第２の部分の内部に乗せ、
前記加速流体流れに基づいて吸引力を発生させ、
前記吸引力を前記流体流れの第２の部分に伝達して前記物質の少なくとも一部を前記ワークピースから引き離す、方法。
【請求項２０】
前記ワークピースの加工において、レーザエネルギーを有するビームを前記ワークピースに向けて前記ワークピースを加工する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において例示的に述べる本発明の実施形態は、概してワークピースを処理する際に生じる物質を捕集するための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属、セラミック、ガラス、半導体材料等からなるワークピースを加工（切断、穿孔、研摩、研削、切除、成形、粉砕など）するために、機械ドリル、機械鋸、ラッチ、溝かんな、サンダー、吹付加工機、レーザドリル機、レーザ切断機、レーザフライス盤などの機械が用いられる。一般的には、そのような機械とワークピースの相互作用の結果として、蒸気や塵、それよりも大きな塵片のような副生物が生じる。減ることのないこれらの副生物は、ワークピースの表面に散らばったり、ワークピースの加工に使用している機械の上に堆積したり、周囲の空気の流れによって運ばれたりすることが多い。そのような副生物が適切に捕集されないと、加工されているワークピースの品質を損ねたり、ワークピースの加工の結果として生成される最終製品の品質を損ねたり、機械を汚染するか、その性能を損ねたりすることがあり、また、周囲の環境の全体的な大気清浄度を下げてしまうことがある。例えば、レーザ系システム（例えばレーザドリル機、レーザ切断機、レーザフライス盤など）を用いた加工の結果として生じる副生物は溶融していることが多い。溶融した物質が作業領域から適切に除去されない場合には、これらの物質がワークピースやレーザ系システムの光学系に付着し、レーザとワークピースの相互作用を妨げてしまうことがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の態様によれば、ワークピースの加工の結果として生じる該ワークピースからの物質を捕集する物質捕集装置が提供される。この物質捕集装置は、流体流れを誘導するように構成された流体ノズルと、上記流体流れの中に配置されるように構成された捕集ノズルとを含んでいる。上記捕集ノズルは、上記流体流れの第１の部分を受け入れ、上記受け入れた第１の部分の流体流れを加速して加速流体流れを生成するように構成された誘因ノズルと、上記加速流体流れを受け入れるように構成された排出チャンバと、上記排出チャンバから上記加速流体流れを排出するように構成された排出口と、上記流体流れの第２の部分を受け入れるように構成された誘導吸引ノズルとを含んでいる。上記誘導吸引ノズルは、上記排出チャンバと流体的に連通している。上記捕集ノズルは、上記加速流体流れが上記排出チャンバから排出される際に、上記排出チャンバから上記誘導吸引ノズルの近傍にある捕集領域に吸引力を伝達できるように構成されている。上記捕集ノズルは、上記伝達可能な吸引力が、上記ワークピースが上記捕集領域に近接しているときに上記物質の少なくとも一部を上記ワークピースから引き離すのに十分なものとなるように構成されている。
【０００４】
本発明の第２の態様によれば、ワークピースを加工するシステムが提供される。このシステムは、ワークピースの加工の結果として物質が生じ得るように上記ワークピースを加工するように構成されている機械と、流体流れを処理領域に誘導するように構成された流体ノズルと、上記処理領域に隣接した捕集ノズルとを含んでいる。上記ワークピースは、上記加工する機械から上記処理領域を通してアクセス可能となっている。上記捕集ノズルは、上記流体流れの第１の部分を受け入れ、上記受け入れた第１の部分の流体流れを加速して加速流体流れを生成するように構成された誘因ノズルと、上記加速流体流れを受け入れるように構成された排出チャンバと、上記排出チャンバから上記加速流体流れを排出するように構成された排出口と、上記排出チャンバと流体的に連通している誘導吸引ノズルとを含んでいる。上記捕集ノズルは、上記加速流体流れが上記排出チャンバから排出される際に、上記排出チャンバから上記誘導吸引ノズルの近傍にある捕集領域に吸引力を伝達できるように構成されている。上記捕集ノズルは、上記伝達可能な吸引力が、上記ワークピースが上記捕集領域に近接しているときに上記物質の少なくとも一部を上記ワークピースから引き離すのに十分なものとなるように構成されている。
【０００５】
本発明の第３の態様によれば、ワークピースを加工する方法が提供される。この方法では、加工の結果として物質が生じるようにワークピースを加工し、流体流れを誘導し、上記流体流れの第１の部分を加速して加速流体流れを生成し、上記物質を上記流体流れの第２の部分の内部に乗せ、上記加速流体流れに基づいて吸引力を発生させ、上記吸引力を上記流体流れの第２の部分に伝達して上記物質の少なくとも一部を上記ワークピースから引き離す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る物質捕集装置を組み込んだワークピース加工システムを模式的に示すものである。
【図２】図２は、図１に示す物質捕集装置の一実施形態の側断面図である。
【図３】図３は、図２に示す物質捕集装置の上面図である。
【図４】図４は、図２に示す物質捕集装置の底面図である。
【図５】図５は、図２に示す捕集ノズルを模式的に示す分解断面図である。
【図６】図６は、図２に示す物質捕集装置の動作を模式的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の例示的な実施形態について図１から図６を参照してより詳細に説明する。以下の例示的な実施形態においては、ワークピースから小片を切り出す装置としてレーザ系システムを用いてワークピースが処理される。ただし、ここで述べられる方法及び装置は、ワークピース内に孔を開けたり、ワークピースを分離したり、ワークピースを粉砕（mill）したり、あるいはワークピースを成形したりするといった任意の形態でワークピースを加工する場合に適用でき、また、ワークピースを貫通あるいはワークピース内に部分的に延びるビア、孔、ボア、スロットを形成したり、ラインや基準マーカ（fiducial markers）などをスクライブしたりするといった任意の形態でワークピースを加工する場合に適用できることが理解できよう。また、ここで述べられる方法及び装置は、レーザ系システム以外の他の機械（例えば、機械ドリル、機械鋸、ラッチ、溝かんな、サンダー、吹付加工機など）とともに使用できることも理解できよう。これらの実施形態を変更して他の種々の形態にて実施することができ、またこれらの実施形態はここで述べられる説明に限定されないことが理解できよう。むしろ、これらの実施形態は、この明細書における開示が十分かつ完全なものとなるように、また本発明の範囲を当業者に十分に理解させるように提供されるものである。図面においては、層や領域の大きさ及びそれらの相対的な大きさは理解しやすいように誇張されている。
【０００８】
ここで使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定するものではない。文脈上明示的に示される場合を除き単数形は複数形を含むものとする。また、本明細書中で使用されている「有する」や「含む」、「備える」などの用語は、言及している特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素が存在していることを明確にするものであって、１以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの組み合わせの存在や付加を排除するものではない。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る物質捕集装置を組み込んだワークピース加工システムを模式的に示すものである。
【００１０】
図１を参照すると、レーザ系ワークピース加工システム１００のようなワークピース加工システムは、レーザエネルギーを有するビーム１０２を生成するように構成されたレーザ光源（図示せず）と、切断パスに沿ってビーム１０２を（例えばチャック１０８に固定された）ワークピース１０６上に向けるように構成された切断ヘッドアセンブリ１０４とを有している。ワークピース１０６は、任意の好適な構成を有していてよい。例えば、ワークピース１０６は、シリコン（Ｓｉ）ウェハやＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）ウェハ、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ウェハ、サファイアウェハなどの基板であってもよく、プリント回路基板（ＰＣＢ）やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、セラミックワークピース、ガラスワークピース、金属ワークピース（例えば板状、箔状など）、ポリマワークピースなどであってもよく、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。ワークピース１０６の厚さｔは１０ｍｍ未満である（例えば、５ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満など）。他の実施形態において、ワークピース１０６の厚さは１０ｍｍ以上であってもよい。
【００１１】
例示的に図示されているように、切断ヘッドアセンブリ１０４は、ハウジング１１２内に設けられたレンズ１１０を含んでいる。ビーム１０２がワークピース１０６の一部を切除するのに十分な強度、フルエンス、出力などを有しつつ、ワークピース１０６の表面上のスポットを照射するように、ビーム１０２の焦点が合うようにレンズ１１０が構成されている。切断ヘッドアセンブリ１０４は、単一のレンズ１１０を含んでいるように図示されているが、複数のレンズを任意の好適な形態で使用することができる。ビーム１０２は、紫外線域（ＵＶ）、可視光域（例えば緑）、又は赤外線域（ＩＲ）の波長を有するレーザ光の複数のパルスから構成されていてもよい。図示はされていないが、ワークピース加工システム１００は、切断ヘッドアセンブリ１０４の処理領域１１４を通してワークピース１０６の任意の部分にビーム１０２を向けることができるように、レンズ１１０を通してビーム１０２を走査するように構成されたビームステアリングシステムを含んでいてもよい。実施形態によっては、ビームステアリングシステムは、１以上のガルバノメトリックミラー、すなわち「ガルバノミラー」（例えば、Ｘ軸ガルバノミラー及び／又はＹ軸ガルバノミラー）や、１以上のファーストステアリングミラー（ＦＳＭ）、１以上の圧電ミラー、１以上の音響光学偏向器（ＡＯＤ）、又は１以上の電気光学偏向器（ＥＯＤ）など、あるいはこれらの組み合わせを含んでいてもよい。図示はされていないが、ワークピース加工システム１００は、チャック１０８をＸ方向、Ｙ方向、及び／又はＺ方向に移動させ、選択的に（例えば、ＸＹ平面内でＺ方向に延びる軸に沿って）チャック１０８を回転させるように構成された１以上の運動制御ステージを含んでいてもよい。
【００１２】
レーザエネルギーを有し、結像された走査可能なビーム１０２を方向付けて処理領域１１４内でワークピース１０６を切除し、ワークピース１０６から小片又は一部を切り出すように、上述のように構成されたワークピース加工システム１００を任意の好適な形態で制御することができる。処理領域１１４を通して切断ヘッドアセンブリ１０４に対して露出しているワークピース１０６の領域がビーム１０２により十分に切り出された後、（例えば、１以上の運動制御ステージを駆動させることにより）チャック１０８を移動させて、ワークピース１０６の他の領域を切断ヘッドアセンブリ１０４に対して処理領域１１４を通して露出させ、ビーム１０２によりワークピース１０６の他の領域を切り出すことができる。ワークピース１０６が切り出されるとき、典型的には、ビーム１０２とワークピース１０６の相互作用の結果として、蒸気（例えば、約０．０１μｍ〜約４μｍの最大断面寸法を有する粒子を含む）や、塵（例えば、約０．１μｍ〜約０．７ｍｍの最大断面寸法を有する粒子を含む）、それより大きな塵片（例えば、約０．８μｍ〜約３ｍｍの最大断面寸法を有する粒子を含む）のような副生物がワークピース１０６から放出される。これら放出された物質は、処理領域１１４に放出され、切断ヘッドアセンブリ１０４に堆積し、レンズ１１０を損傷したり、切断パスを阻害してビーム１０２の切除効率を低下させたりする可能性がある。このため、一実施形態においては、ワークピース加工システム１００は、ビーム１０２に対して少なくとも略透明で、副生物がレンズ１１０に固着したり、あるいはレンズ１１０を損傷したりすることを防止するように構成された保護窓１１６を有していてもよい。堆積した副生物を除去するために保護窓１１６を定期的に掃除したり、全体を取り替えたりしてもよい。
【００１３】
さらに、上述した副生物は、ワークピース１０６の表面上、特に処理領域１１４に隣接したワークピース１０６の表面上に飛散することがある。これら飛散した物質は、ワークピース１０６の表面に固着し、ビーム１０２によりワークピース１０６から最終的に切り出された小片又は一部の質を低下させる可能性がある。このため、他の実施形態においては、ワークピース加工システム１００は、ワークピース１０６の切断の結果として生じた副生物を捕集するように構成された物質捕集装置１１８を含んでいてもよい。以下に詳細に述べるように、この物質捕集装置１１８は、流体（例えば矢印１２０で示されている）を受け入れて、処理領域１１４内の副生物をその流れに乗せることができるように上記流体流れを誘導し、流れに乗った副生物（例えば矢印１２２で示されている）を処理領域１１４の外部に排出するように構成されている。
【００１４】
図示された実施形態においては、物質捕集装置１１８はマウント１２６によって切断ヘッドアセンブリ１０４に連結されており、物質捕集装置１１８と処理領域１１４との位置合わせが望ましい状態かつ有利な状態で確実になされている。ただし、処理領域１１４に対する物質捕集装置１１８の位置合わせを維持できるような任意の好適な形態でワークピース加工システム１００を構成できることが理解されよう。例示的に図示されているように、物質捕集装置１１８とワークピース１０６とを距離ｄだけ離す間隙１２４を形成するように物質捕集装置１１８が処理領域１１４に対して位置合わせされている。一実施形態においては、距離ｄは０．５ｍｍから２ｍｍの範囲にあってよい。例えば、ワークピース１０６の表面からワークピース加工システム１００に向けて突出する特徴が存在するかしないかによって、距離ｄは０．５ｍｍ未満であってもよいし、２ｍｍよりも大きくてもよい。
【００１５】
図２は、図１に示す物質捕集装置の一実施形態の側断面図である。図３及び図４は、それぞれ図２に示す物質捕集装置の上面図及び底面図である。図５は、図２に示す捕集ノズルを模式的に示す分解断面図である。
【００１６】
図２から図４を参照すると、一実施形態によれば、物質捕集装置１１８は、複数の流体ノズル２００と、捕集ノズル２０２と、選択的にフェンス２０４とを含んでいてもよい。一般的に、流体ノズル２００は、処理領域１１４を通じて流体流れを誘導するように構成されており、捕集ノズル２０２は、ワークピース１０６の加工の結果として生じる副生物を捕集するように構成されている。フェンス２０４は、流体流れを流体ノズル２００から捕集ノズル２０２に案内するように構成されている。他の実施形態においては、流れに乗った物質を処理領域１１４内に閉じ込めるようにフェンス２０４を構成してもよい。図３及び図４においては、物質捕集装置１１８が２つのフェンス２０４を有するものとして示されているが、加工されるワークピースの種類やワークピースの加工方法、使用される装置の特定の構成、要求されている物質捕集レベルなどによっては、これよりも多いフェンス２０４あるいはこれよりも少ないフェンス２０４を物質捕集装置１１８に設けてもよいことが理解されよう。
【００１７】
流体ノズル２００は、流体流れを誘導するように構成された流体出口２００ａを含んでいる。一実施形態においては、流体ノズル２００は、ガス状流体（例えば、空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム等、あるいはこれらの組み合わせ）の流れを誘導するように構成されている。他の実施形態においては、流体ノズル２００は、処理領域１１４に放出された副生物を流れに乗せるのに十分な質量流量を有する流体流れを誘導するように構成されている。一般に、上述した十分な質量流量は、処理領域１１４の大きさによって変わり得る。例えば、質量流量１ＳＣＦＭは、約２０ｍｍ×約２０ｍｍの大きさの処理領域１１４に対して十分な場合があり、質量流量４ＳＣＦＭは、約１００ｍｍ×約１００ｍｍの大きさの処理領域１１４に対して十分な場合がある。
【００１８】
捕集ノズル２０２は、ハウジングダクト２０６とデフレクタ２０８とを含んでいる。ハウジングダクト２０６は、ハウジング入口２０６ａ（例えば分割入口又は分岐入口など）と排出口２０６ｂとを含み、ハウジング入口２０６ａを排出口２０６ｂに流体的に連通する内部空間を画定している。一般に、ハウジング入口２０６ａは、流体流れに乗っている可能性のある副生物に加え、ノズル２００により誘導された流体流れからの流体を受けるように構成されている。排出口２０６ｂは、流体及び副生物を排出するように構成され得る。図示はされていないが、チューブやフィルタ、ガス吸収器等あるいはこれらの組み合わせなどの補助装置を排出口２０６ｂに連結して、流体や副生物等あるいはこれらの組み合わせを処理又は捕捉等することとしてもよい。真空ポンプを排出口２０６ｂに連結して、捕集ノズルでの物質捕集を促進してもよいが、これは必ずしも必要なものではない。
【００１９】
デフレクタ２０８は、ハウジングダクト２０６に連結されており、ハウジングダクト２０６の内部空間を誘因流体加速領域２１０と、減圧領域２１２と、誘導吸引領域２１４とに分割するように構成されている。流体加速領域２１０は、流体ノズル２００により誘導された流体流れの第１の部分を受け入れる入口２１０ａを含んでいる。流体加速領域２１０内では、ノズル２００により誘導された流体流れの第１の部分を加速し、流体加速領域２１０の出口２１０ｂを介して減圧領域２１２に排出することができる。続いて減圧領域２１２では、上記第１の部分が排出口２０６ｂから排出される。誘導吸引領域２１４は、減圧領域２１２と流体的に連通した吸引出口２１４ａと、ワークピース１０６に近接して配置される吸引入口２１４ｂとを含んでいる。捕集ノズル２００が流体流れの中にあるとき、減圧領域２１２内の静圧が誘導吸引領域２１４内の静圧よりも低くなるように、デフレクタ２０８とハウジングダクト２０６が構成される。この減圧領域２１２と誘導吸引領域２１４の静圧の差により、減圧領域２１２から吸引出口２１４ａ、誘導吸引領域２１４、吸引入口２１４ｂを通って最終的には吸引入口２１４ｂの捕集領域（図示せず）に伝達可能な吸引力が生じる。この捕集領域では、副生物がワークピース１０６から引き離され、吸引入口２１４ｂを介して誘導吸引領域２１４に吸い込まれる。副生物が誘導吸引領域２１４に入ると、この副生物は、吸引出口２１４ａを介して減圧領域２１２に排出され、その後排出口２０６ｂから排出される。
【００２０】
図５を参照すると、ハウジングダクト２０６及びデフレクタ２０８は、概念的には、誘因流体加速領域２１０を有する誘因ノズル５００と、誘導吸引領域２１４を有する誘導吸引ノズル５０２と、減圧領域２１２を有する排出チャンバ５０４とに分割され得る。例示的に図示されているように、誘因ノズル５００はハウジングダクト２０６の第１の部分５０６と、デフレクタ２０８の第１の部分５０８ａとを含み得る。同様に、誘導吸引ノズル５０２は、ハウジングダクト２０６の第２の部分５１０と、デフレクタ２０８の第２の部分５０８ｂとを含み得る。排出チャンバ５０４は、ハウジングダクト２０６の第３の部分５１２を含み得る。以下により詳細に述べるが、ワークピース１０６が物質捕集装置１１８に近接しているとき、吸引入口２１４ｂの捕集領域内の副生物がワークピース１０６から除去されるように誘導吸引ノズル５０２をワークピース１０６に隣接して配置することができる。例示的に図示された実施形態においては、誘因ノズル５００、誘導吸引ノズル５０２、及び排出チャンバ５０４は、同一のハウジングダクト２０６及び／又はデフレクタ２０８の異なる部分として一体的に形成されている。ただし、誘因ノズル５００、誘導吸引ノズル５０２、及び排出チャンバ５０４の少なくとも１つを、捕集ノズルを形成するように組み立てることができる別個に形成された部材として設けてもよいことは理解されよう。
【００２１】
図２から図４に戻ると、物質捕集装置１１８は、ノズルアダプタ２１６とノズル支持梁２１８とを含んでいてもよい。それぞれのノズルアダプタ２１６は、対応するノズル２００に連結されていてもよく、加圧空気源などの流体源（図示せず）に連結されるように構成されていてもよい。これにより、ノズルアダプタ２１６は、流体を流体源から対応するノズル２００に送ることができる。ノズル支持梁２１８は、一方又は双方のフェンス２０４から延びていてもよく、その内部には複数の開口が形成されていてもよい。各開口は、互いに連結されたノズルアダプタ２１６とノズル２００との間にしっかりと接続されるように構成されていてもよい。このように、捕集ノズル２０２に対して流体ノズル２００の位置を固定するようにノズル支持梁２１８を構成することができる。
【００２２】
図６は、図２に示す物質捕集装置の動作を模式的に示す側断面図である。
【００２３】
図６を参照すると、処理領域１１４内で切断ヘッドアセンブリ１０４に露出しているワークピースの部分を切除するために、レーザエネルギーを有するビーム１０２が切断ヘッドアセンブリ１０４からワークピース１０６上に向けられる。ビーム１０２とワークピース１０６の相互作用の結果として、塵やそれよりも大きな塵片（包括的に６０２で示されている）に加えて蒸気６００のような上記副生物がワークピース１０６から一般的に上方に放出される。図示された実施形態においては、ワークピース１０６は、大部分のワークピース１０６から分離されるがまだワークピース１０６から取り出されてはいない小片６０４（ここでは「部分物質６０４」ともいう）を形成するようなパターンに切除されている。部分物質６０４は、ワークピース１０６から切り出される所望の部分（例えば、その後に形成される製品、後段の装置や方法において所望の目的や機能を有する部分）であってもよく、所望の部分がワークピース１０６から切り出された後又はワークピース１０６が処理された後に付随的に残留しているワークピース１０６の断片であってもよい。一実施形態においては、部分物質６０４は、ワークピース１０６に貫通孔を形成するために用いられるレーザトレパンニング処理の結果として大部分のワークピース１０６から分離された断片であってもよい。
【００２４】
ノズルアダプタ２１６は、ホース６０６を介して加圧空気源などの流体源（図示せず）に接続されている。流体ノズル２００が流体を受け入れ、流体出口２００ａで流体流れを誘導する（例えば矢印６０８で示されている）。流体流れ６０８は副生物（例えば、６００や６０２など、あるいはこれらの組み合わせ）を流れに乗せてその副生物を捕集ノズル２０２に向けて運ぶ。一実施形態においては、流体流れ６０８は、物質捕集装置１１８の外部からの周囲の空気を流れに乗せる（例えば矢印６１０や６１２で示されている）のに十分な質量流量を有している。したがって、流体ノズル２００は、流体流れ６０８を誘導する際に、周囲の空気の流れ６１０及び６１２を誘導していると考えることができる。周囲の空気の流れ６１０は、放出された副生物６００及び６０２が処理領域１１４の上部で物質捕集装置１１８から逃げてしまうことを防止し、それを最小限にするのを促進することができる。同様に、周囲の空気の流れ６１２は、放出された副生物６００及び６０２が処理領域１１４の下部で物質捕集装置１１８から逃げてしまうことを防止し、それを最小限にするのを促進することができる。一般的に、周囲の空気の流れ６１０及び６１２は、捕集ノズル２０２に向かう際に流体流れ６０８と混ざり合うことが可能である。一般的に、処理領域１１４内の流体流れは、流体流れとして包括的に述べることができ、この流体流れは、流体流れ６０８と周囲の空気の流れ６１０及び６１２とが混ざり合ったものを含んでいる。
【００２５】
流体流れが捕集ノズル２０２に近づくと、その流体流れは、（例えばデフレクタ２０８により）第１の部分６１４（ここでは「第１の分離流体流れ６１４」ともいう）と第２の部分６１６（ここでは「第２の分離流体流れ６１６」ともいう）に分離される。一般的に、第１の分離流体流れ６１４は、第２の分離流体流れ６１６と比較すると非常に大きい。第２の分離流体流れ６１６は、ワークピース１０６とデフレクタ２０８との間の間隙１２４により絞られている。間隙１２４が大きすぎると、誘導吸引領域２１４の圧力が十分に低くならず、捕集ノズル２０２は副生物を所望の形態により捕集することができない。第１及び第２の分離流体流れ６１４及び６１６の一方又は双方の流れに副生物６００及び６０２を乗せることができる。第１の分離流体流れ６１４は、誘因流体加速領域２１０（例えば図５の誘因ノズル５００）の入口２１０ａに入り、そこで加速されて加速流体流れ６１８を形成する。そして、その加速流体流れ６１８は、減圧領域２１２（例えば図５に示す排出チャンバ５０４）に入り、排出口２０６ｂから排出流体流れ６２０として排出される。一実施形態においては、第１の分離流体流れ６１４に乗った副生物６００及び６０２を加速流体流れ６１８とともに排出口２０６ｂから排出させることができる。排出チャンバ５０４の減圧領域２１２を介して送られる加速流体流れ６１８の速度が比較的高いために、吸引力が生じ、この吸引力が減圧領域２１２から誘導吸引ノズル５０２の誘導吸引領域２１４を通って吸引入口２１４ｂにおける捕集領域６２２に伝達される。捕集領域６２２内に存在する流体及び副生物（例えば、第２の分離流体流れ６１６により捕集領域６２２に運ばれたもの）は、ワークピース１０６から引き離され、吸引入口２１４ｂを通って誘導吸引流体流れ６２４とともに誘導吸引領域２１４に運ばれる。そして、誘導吸引流体流れ６２４は、排出チャンバ５０４の減圧領域２１２に入り、そこで加速流体流れ６１８と混じり合い、排出口２０６ｂから排出流体流れ６２０として排出される。
【００２６】
一実施形態においては、捕集領域６２２に伝達された吸引力は、物質捕集装置１１８の外部から周囲の空気を吸い込む（例えば矢印６２６で示されている）のに十分なものである。周囲の空気の流れ６２６は、第２の分離流体流れ６１６に乗った副生物が捕集ノズル２０２近傍の処理領域１１４の下部で物質捕集装置１１８から逃げてしまうことを防止し、それを最小限にするのを促進することができる。他の実施形態においては、捕集領域６２２に伝達された増強吸引力は、ワークピース１０６から部分物質６０４を除去するのに十分なものである。部分物質６０４を形成した後、部分物質６０４が捕集領域６２０に露出するように捕集領域６２２と部分物質６０４の位置を揃えることができる（例えば、ワークピース１０６を移動する、又は物質捕集装置１１８を移動する、あるいはその両方）。部分物質６０４が捕集領域６２０に露出されると、部分物質６０４は誘導吸引領域２１４に運ばれ、その後（例えば排出口２０６ｂから）排出される。
【００２７】
上述した説明は、本発明の実施形態を例示するものであり、本発明を限定するものではない。本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これら実施形態において本発明の新規な発想及び効果を本質的に逸脱することなく種々の改変が可能であることは当業者であれば容易に理解できよう。上述した説明は、本発明の実施形態を例示するものであり、本発明はここに開示された特定の実施形態に限定されるものではないことは理解できよう。また、開示された実施形態及びその他の実施形態に対する改変も本願の特許請求の範囲に含まれるものである。本発明は、特許請求の範囲とそれに含まれるべきその均等物によって画定されるものである。
【符号の説明】
【００２８】
１００    ワークピース加工システム
１０２    ビーム
１０４    切断ヘッドアセンブリ
１０６    ワークピース
１０８    チャック
１１０    レンズ
１１４    処理領域
１１６    保護窓
１１８    物質捕集装置
１２４    間隙
１２６    マウント
２００    流体ノズル
２００ａ  流体出口
２０２    捕集ノズル
２０４    フェンス
２０６    ハウジングダクト
２０６ａ  ハウジング入口
２０６ｂ  排出口
２０８    デフレクタ
２１０    誘因流体加速領域
２１０ａ  入口
２１０ｂ  出口
２１２    減圧領域
２１４    誘導吸引領域
２１４ａ  吸引出口
２１４ｂ  吸引入口
２１６    ノズルアダプタ
２１８    ノズル支持梁
５００    誘因ノズル
５０２    誘導吸引ノズル
５０４    排出チャンバ
６０４    部分物質
６０６    ホース
【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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