(57)【要約】本発明は、特に、ガス流を生成し、該ガス流を機械加工支持体の上方にある領域に向け、機械加工粉塵を機械加工支持体から引き離すことができる吸引効果を生じさせるように構成された手段を含むレーザ加工装置に関する。本発明による方法は、本質的に、上記のレーザ加工装置の実際の適用を拡張するプロセスにある。【選択図】図１
2021525174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（４）のレーザ加工中の機械加工粉塵を管理するための方法であって、
（ｉ）レーザ加工装置（１）を提供するステップであって、
該レーザ加工装置（１）が、
レーザ光源（２）と、
上端（３ａ）と下端（３ｂ）を備える機械加工支持体（３）であって、前記下端（３ｂ）から前記上端（３ａ）に向かう力を加えることにより、ワークピース（４）を受け入れて支持するための機械加工支持体（３）と、
前記レーザ光源（２）によって生成されたレーザビーム（６）を、１つまたは複数の攻撃軌道（７）に従って、前記機械加工支持体（３）に向けるための光学システム（５）であって、前記１つまたは複数の攻撃軌道（７）のそれぞれは、少なくとも部分的に前記上端（３ａ）から前記下端（３ｂ）に向いたベクトル
2021525174.tif 000071
によって特徴付けられる光学システム（５）と、
ガス流（９）を生成するための生成手段（８）と、
前記ガス流（９）を前記機械加工支持体（３）の上方にあるゾーン（１１）に向けるための方向付け手段（１０）と、
前記ガス（１３）の少なくとも一部を回収するための回収手段（１４）と、を備える、ステップと、
（ｉｉ）前記ワークピース（４）を前記機械加工支持体（３）上に配置するステップと、
（ｉｉｉ）前記レーザビーム（６）を生成するために前記レーザ光源（２）を作動させるステップと、
（ｉｖ）前記光学システム（５）を用いて前記レーザビーム（６）を、前記１つまたは複数の攻撃軌道（７）に沿って、前記機械加工支持体（３）に向けるステップと、
（ｖ）前記生成手段（８）を作動させて、前記ガス流（９）を生成するステップと、
（ｖｉ）前記ガス流（９）を、前記方向付け手段（１０）を用いて、前記機械加工支持体（３）の上方にある前記ゾーン（１１）に向けるステップと、
（ｖｉｉ）前記回収手段（１４）を用いて、前記ガス（１３）の少なくとも前記部分を回収するステップであって、
前記方向付け手段（１０）は、前記ガス流（９）を、部分的に前記下端（３ｂ）から前記上端（３ａ）に向いたベクトルによって特徴付けられる、前記機械加工支持体（３）の上方にある主軌道（１２）に沿って方向付けて、前記機械加工支持体（３）からガス（１３）を引き離すことができる吸引効果を生じさせるように構成され、
ステップ（ｖｉ）で、前記ガス流（９）を、前記ワークピース（４）の上方にある前記主軌道（１２）に沿って方向付けて、前記吸引効果を生じさせ、前記ガス（１３）を前記機械加工支持体（３）から引き離すことを特徴とする、ステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
（ｖｉｉｉ）少なくとも、
上記の機械加工支持体（３）、
上記のワークピース（４）、
ガス（１３）、
のうちの１つを冷却するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記下端（３ｂ）から前記上端（３ａ）に向いた垂直方向に沿って測定され、前記主軌道（１２）と前記ワークピース（４）とを分離する距離は０．１〜２０センチメートルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記距離が０．１〜１０センチメートルの間、好ましくは０．５〜５センチメートルの間であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｖ）で生成された前記ガス流（９）が、幅１０〜３０センチメートルの間のエアギャップからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｖ）で前記ガス流（９）が生成され、ステップ（ｖｉ）で流速が０．２〜１０メートル／秒、好ましくは０．５〜５メートル／秒、より好ましくは１〜２メートル／秒で方向付けられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｖ）で前記ガス流（９）が、流量率が６＊１０-4〜３０＊１０-3立方メートル／秒、好ましくは１０-3〜２＊１０-3立方メートルの間で生成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
レーザ加工装置（１）であって、
レーザ光源（２）と、
上端（３ａ）と下端（３ｂ）を備える機械加工支持体（３）であって、前記下端（３ｂ）から前記上端（３ａ）に向かう力を加えることにより、ワークピース（４）を受け入れて支持するための機械加工支持体（３）と、
前記レーザ光源（２）によって生成されたレーザビーム（６）を、１つまたは複数の攻撃軌道（７）に従って、前記機械加工支持体（３）に向けるための光学システム（５）であって、前記１つまたは複数の攻撃軌道（７）のそれぞれは、少なくとも部分的に前記上端（３ａ）から前記下端（３ｂ）に向いたベクトル
2021525174.tif 000072
によって特徴付けられる光学システム（５）と、
ガス流（９）を生成するための生成手段（８）と、
前記ガス流（９）を前記機械加工支持体（３）の上方にあるゾーン（１１）に向けるための方向付け手段（１０）と、
前記ガス（１３）の少なくとも一部を回収するための回収手段（１４）であって、
前記方向付け手段（１０）は、前記ガス流（９）を、部分的に前記下端（３ｂ）から前記上端（３ａ）に向いたベクトルによって特徴付けられる、前記機械加工支持体（３）の上方にある主軌道（１２）に沿って方向付けて、前記機械加工支持体（３）からガス（１３）を引き離すことができる吸引効果を生じさせるように構成されることを特徴とする、回収手段（１４）と、
を備える、レーザ加工装置（１）。
【請求項９】
前記生成手段（８）が作動しているときに、前記１つまたは複数の攻撃軌道（７）が前記ガス流（９）を通過することを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記ガス流（９）が層流であることを特徴とする、請求項８または９に記載の装置（１）。
【請求項１１】
前記ガス流（９）は、前記生成手段（８）が作動しているときに、その一部が前記ベクトルに平行な平面の一部である表面に沿って移動するエアギャップからなり、前記主軌道（１２）が前記表面上の曲線からなり、そして前記表面と前記機械加工支持体（３）との間の距離が２０センチメートルよりも小さいことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記ガス（１３）が機械加工粉塵（１５）を含むことを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１３】
前記方向付け手段（１０）と前記回収手段（１４）との間で前記ガス流（９）を導くためのチャネリング手段を更に備えることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１４】
前記チャネリング手段が前記吸引効果によって引き込まれる前記ガス（１３）を受け入れるための少なくとも１つの開口部（１７）を備え、前記チャネリング手段が前記少なくとも１つの開口部（１７）と前記回収手段（１４）との間に前記ガス（１３）を導くように構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置（１）。
【請求項１５】
前記チャネリング手段が可変面積の断面を有する導体（１８）を備え、前記導体（１８）が第１および第２の端部（１９、２０）を有し、そして前記断面が、前記第１および第２の端部（１９、２０）の間に位置する中間部分（２１）において、前記第１および第２の端部（１９、２０）の断面積よりも小さい面積を有することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置（１）。
【請求項１６】
前記吸引効果がベンチュリ効果によって前記導体（１８）内で生成されることを特徴とする、請求項１５に記載の装置（１）。
【請求項１７】
前記吸引効果によって、前記機械加工支持体（３）および／または前記ガス（１３）を冷却することができることを特徴とする、請求項８〜１６のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１８】
前記機械加工支持体（３）および／または前記ガス（１３）を冷却するための冷却システムを更に備えることを特徴とする、請求項８〜１７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工における粉塵を管理するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
「ワークピースの機械加工」という用語は、通常、部品に所望の機能、粗さ、表面形状、外形、および／または寸法を与えるための１つまたは複数の材料除去技術の適用を指す。このような技術は、非常に高精度のワークピースを得ることができるため、今日広く使用されている。
【０００３】
ワークピースの加工は、レーザ光線を集中させてワークピースのごく一部に大量のエネルギを発生させることで実現できる。この技術は「レーザ加工」（または「レーザアブレーション」）と呼ばれる。より具体的な用語「レーザ微細加工」は、ワークピースに関連する公差または寸法がマイクロメートルの範囲内にある場合のレーザ加工を指すために使用される。
【０００４】
ワークピースの機械加工中は、レーザ加工の有無にかかわらず、一般的に粉塵が発生する。これらには、とりわけ、破片、チップ、やすり粉、またはその他のスプラッシュが含まれる。これらの粉塵は、ワークピースに取り込まれることを意図したものではない。したがって、これらは除去および／または収集および／またはリサイクルする必要がある。
【０００５】
特許文献１は、タバコフィルタなどの紙バンドに開口部を作るための機械加工中に発生する燃焼粉塵を収集する装置を開示している。この装置は、バンドの上方に気流を送り、回収するという両方の処理を含む。
【０００６】
この装置は、バンドの機械加工からの燃焼粉塵を回収するのに十分である。しかしながら、特定のポリマベースの医療機器の製造中だけでなく、レーザで特定のコーティングを除去する場合にも、機械加工による粉塵を排出して回収するだけでは不十分である。実際、このようなワークピースのレーザ加工中に、ワークピースの一部にレーザ光線が集中すると、この部分を構成する材料の温度が上昇する可能性が高い。発生した粉塵は、材料の粘度と高温とに起因してその表面に付着したままになることがあるため、加工されたワークピースを汚染する可能性がある。したがって、レーザ加工中における迅速かつ効率的な粉塵の除去と管理は重要な問題である。特に、これまでのところ、粉塵汚染のリスクが大きすぎると、現在のレーザ加工技術を使用して特定の高精度のワークピースを製造することは不可能になっている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、レーザ加工（またはレーザ微細加工）中に現れる粉塵を管理する方法を提供することであり、その実装は簡単であり、ワークピースから粉塵を特に迅速かつ効率的に排出することができる。
【０００８】
この目的のために、本発明は、ワークピースのレーザ加工中の加工粉塵を管理するための方法を提供し、この方法は、以下のステップを含む、すなわち、
（ｉ）以下を備えたレーザ加工装置を提供するステップ、
−レーザ光源、
−下端から上端に向かう力を加えることにより、ワークピースを受け入れて支持するための、上端と下端を備えた機械加工支持体、
−１つまたは複数の攻撃軌道に従って、レーザ光源によって生成されたレーザビームを機械加工支持体に向けるための光学システムであって、１つまたは複数の攻撃軌道のそれぞれは、少なくとも部分的に上端から下端に向いたベクトル
2021525174.tif 000003
によって特徴付けられる光学システム、
−ガス流を生成するための生成手段、
−機械加工支持体からガスを引き離すことができる吸引効果を生じさせるため、部分的に下端から上端に向いたベクトルによって特徴付けられる、機械加工支持体の上方にある主軌道に沿って、ガス流を機械加工支持体の上方にあるゾーンに向けるための方向付け手段、
−ガスの少なくとも一部を回収するための回収手段、
（ｉｉ）ワークピースを機械加工支持体に配置するステップ、
（ｉｉｉ）レーザビームを生成するためのレーザ光源を作動させるステップ、
（ｉｖ）光学システムを用いて、１つまたは複数の攻撃軌道に従って、レーザビームを機械加工支持体に向けるステップ、
（ｖ）ガス流を生成するために生成手段を作動させるステップ、
（ｖｉ）方向付け手段を用いて、ガス流を、ワークピースの上方にある主軌道に沿って、機械加工支持体の上方にあるゾーンに向けて、吸引効果を生じさせ、機械加工支持体からガスを引き離すステップ、
（ｖｉｉ）回収手段を用いて、ガスの少なくとも一部を回収するステップ。
【０００９】
本発明によって提案された方法は特に有利である。実装は非常に簡単で、レーザビームを用いて実行されるワークピースのレーザ加工（またはレーザ微細加工）中に発生する可能性のある粉塵を非常に高速かつ効率的に排出できる。
【００１０】
この主張を裏付ける前に、物理学や基本的な古典的力学の問題が我々の尺度で考慮される周囲空間的な空間の幾何学は、通常、曲率のない三次元ユークリッド空間、即ち、内積が得られるベクトル空間であり、好ましくは、（直交軸を有し、軸の長さの単位が同じである）直交座標系を備え、ベクトル空間に同化可能である幾何学であることを想起すべきである。
2021525174.tif 000004
【００１１】
このドキュメントの目的のために、この空間代数幾何学的モデルを採用する。我々は、これを、特に「空間」または「三次元ユークリッド空間」と呼び、これらの用語は、このドキュメントの目的のために一般的に理解されている。
【００１２】
更に、この論文の目的のために、「ベクトル」という用語は、空間のベクトル、即ち、ベクトル空間
2021525174.tif 000005
の要素を指す。空間ベクトルは、空間内の変位の幾何学的表現と見なすことができることを想起すべきである。特に、ベクトルはその大きさ、方向、向きによって完全に特徴付けられる。
【００１３】
当業者には、ユークリッドおよび正準と呼ばれる内積が、下記の通り、正定値対称双線型応用によってベクトル空間
2021525174.tif 000006
上で定義されることが知られている。
2021525174.tif 000007
下記の通り定義され、
2021525174.tif 000008
全てのベクトルに対して、
2021525174.tif 000009
【００１４】
この正準ユークリッド内積はまた、一般的かつより簡単に「内積」とも呼ばれる。以下の本発明の概要において、この用語を採用する。
【００１５】
2021525174.tif 000010
である場合、ベクトル
2021525174.tif 000011
は部分的に点Ａから点Ｂに向いていると言われることを想起すべきである。これは本質的に、ベクトル
2021525174.tif 000012
は、ベクトル
2021525174.tif 000013
のベクトル
2021525174.tif 000014
への正射影と同じ向きであることを意味する。
【００１６】
ユークリッド空間
2021525174.tif 000015
には、内積に関連付けられ、次のように定義される距離ｄの概念が与えられることも想起すべきである。
2021525174.tif 000016
但し、（ｘ、ｙ、ｚ）および（ｘ´、ｙ´、ｚ´）は空間の任意の点である。この距離の概念は、普通の人が我々の尺度で測定を行うために日常的に使用する直感的な距離の概念に対応している。
【００１７】
更に、当業者には、ベクトル空間
2021525174.tif 000017
内の２つのベクトルの内積が、これらのベクトル間の幾何学的角度の測定と密接に関連していることはよく知られている。より正確かつ、より具体的には、ＰとＱが空間
2021525174.tif 000018
内の２点であり、Ｏが空間の特定のデカルト座標系の原点を示す場合、三角形ＰＯＱの頂点Ｏでの内角は、一般に
2021525174.tif 000019
と書かれ、次式によって暗黙的に得られる。
2021525174.tif 000020
ここで、
2021525174.tif 000021
は角度
2021525174.tif 000022
の余弦を示す。更にまた、２つの空間ベクトルは、それらの内積がゼロである場合に限り、直交することを想起すべきである。曖昧さを除くために、２つの空間ベクトルの内積は、それが厳密に負（それぞれ、厳密に正）である場合に限り、負（それぞれ正）であるか、またはゼロであることを明確にする必要がある。
【００１８】
この数学的枠組みを詳細に説明し、本発明による方法の説明において、「攻撃軌道」および「主軌道」という用語が何を意味するかを明確にする。これらの精度は、レーザ加工法の適用に慣れている当業者にとっては任意であると考えられる。空間内の１つまたは複数の点（より正確には、機械加工支持体）に向けられたレーザビームの「攻撃軌道」は、１つまたは複数の点に到達するときにレーザビームによって定義される軌道である。特に、それは、レーザ光源から空間内の前記１つまたは複数の点までのレーザビーム全体によって定義されるであろう全体的な軌道ではない。空間内を移動するガス流の「主軌道」は、空間内のガス流の各ガス粒子の軌道の平均によって定義される。これらの１つまたは複数の攻撃軌道と主軌道が基本的に直線または線分によって定義される場合、それらを線または線分に平行なベクトルによって特徴付けることができ、その向きが軌道の移動の向きを決定する。
【００１９】
以下の段落では、本発明によって提案された方法により、レーザビームを用いて実行されるワークピースのレーザ加工（またはレーザ微細加工）中に現れる粉塵の除去がどのように可能になるかを示す。以下では、レーザ光源、光学システム、または機械加工支持体に関連する利点と好ましいオプションについては詳しく説明しないが、これは、これらの要素が、レーザ加工法の実践に慣れた当業者によって知られ、習得されていると考えられるからである。
【００２０】
レーザ光源が作動すると、当業者に知られている技術に従ってレーザビームが生成される。光学システムにより、このレーザビームをレーザ加工装置の機械加工支持体に向けることができ、したがって、ワークピースが装置の機械加工支持体上に配置されている場合、少なくとも部分的にワークピースに向けることができ、レーザビームの方向は、空間ベクトル
2021525174.tif 000023
によって特徴付けられる１つまたは複数の攻撃軌道に従って構成される。
【００２１】
機械加工支持体の下端から上端に向いた反力
2021525174.tif 000024
を加えることによって、ワークピースは機械加工支持体によって支持される。基本的に、ワークピースは機械加工支持体の上端に接触している。ベクトル
2021525174.tif 000025
は、少なくとも部分的に、機械加工支持体の上端から機械加工支持体の下端に向く。したがって、ベクトル
2021525174.tif 000026
のベクトル
2021525174.tif 000027
への正射影とベクトル
2021525174.tif 000028
とは向きが反対である。
【００２２】
本発明によるレーザ加工装置の生成手段および方向付け手段が作動すると、ガス流が生成され、該ガス流を、部分的に（または同等に、部分的に平行に）下端から上端に向いたベクトルによって特徴付けられる、好ましくは少なくとも機械加工支持体の上方にある主方向に沿って、機械加工支持体の上方にある空間のゾーンに向ける。特に、このガス流は、ワークピースを含む空間の一部に、および／または少なくとも部分的にワークピースの上方にある空間の一部に向けられる。次に、ガス流は、平均的に、前記ベクトルに平行な直線によって定義される空間の方向に従って、目標とするゾーンに向かう軌道を辿る。ガス流の全体的な軌道は、その後（例えば、重力により）変化する可能性があり、主要な点は、機械加工支持体の上方にあるゾーン内にある、好ましくは方向付け手段と機械加工支持体の上方にあるゾーンとの間にあるガス流の初期方向は、ベクトルによって定義される向きに従い、かつゾーンに向かう直線にほぼ沿っているということである。
【００２３】
このゾーンは、内積に関連付けられたユークリッドノルムに対する開集合を含む空間の一部を構成し、この開集合は、ワークピースを含み、および／または少なくとも部分的にワークピースの上方にある。その結果、ガス流は機械加工支持体とワークピースの上方近くで受動的になる。
【００２４】
ベクトル
2021525174.tif 000029
は、部分的に、機械加工支持体の下端から機械加工支持体の上端に向く。我々は、この情報が主軌道ではなくベクトルに関係しているという事実を主張する。したがって、特に、方向付け手段は、必然的に、ガス流の主軌道を平行移動させて、ガス流が機械加工支持体をその下端から攻撃することができるように、構成される。しかしながら、ガス流の主軌道は、必ずしも機械加工支持体を攻撃するように構成されているわけではない。
【００２５】
ベクトル
2021525174.tif 000030
は、部分的に、機械加工支持体の下端から機械加工支持体の上端に向いているため、ベクトル
2021525174.tif 000031
のベクトル
2021525174.tif 000032
への正射影とベクトル
2021525174.tif 000033
とは向きが同じである。結果として、ベクトル
2021525174.tif 000034
によって定義されることになる直交座標系の軸に沿ったベクトルの成分は、同じ軸に沿ったベクトル
2021525174.tif 000035
の成分と反対の符号を持つ。別の方法で説明すると、機械加工支持体の反力によって定義される軸に沿ったガス流の伝播の向きは、レーザビームの１つまたは複数の攻撃軌道を特徴付けるベクトルの向きと反対である。
【００２６】
具体的には、空間がベクトルによって定義された正準デカルト座標系で提供される場合、
2021525174.tif 000036
および
2021525174.tif 000037
は、座標系の３つの軸にそれぞれ対応しており、
2021525174.tif 000038
である場合、レーザビームの１つまたは複数の攻撃軌道は、「上から下へ」向かい、一方、ガス流は、座標系に対して本質的に横切る方向に「下から上へ」向かう。
【００２７】
本方法の定式化で使用される形式主義により、これらの考慮事項が一般化される。したがって、上記の通りガス流がワークピースの近くを通過するという事実を考慮に入れると、ワークピースのレーザ加工中に現れる粉塵の最適な排出は、このワークピースから遠く離れたところで保証される。実際、機械加工プロセスの性質上、これらの機械加工粉塵は、ワークピースの近くに留まるか、ゾーンに向かって放出されることを意味する。ゾーン内のワークピースの近くを通過するガス流の噴出により、従って方向付けられて、吸引効果が生成され、これらの粉塵を含むガスをワークピースから引き離すことができる。このガスは、通常、機械加工粉塵が混入した周囲空気から構成される。次に、これらの機械加工粉塵は、ガス流に引き込まれ、先に議論されかつ慎重に選択された主方向から定義されたガス流の伝播の方向および向きに起因して、ワークピースのすぐ近くから離れて排出される。これにより、表面のおよび／またはワークピースの近くの粉塵を迅速に、かつ特に効果的に分離できる。
【００２８】
ガス流がゾーンを越えて移動し続けると、これらの機械加工粉塵、およびガス全体が流れに吸い込まれ、回収手段によりこのガスが少なくとも部分的に回収されるまで、ガス流と混合される。したがって、本発明による方法は、機械加工粉塵の簡単かつ効果的な排出に加えて、ワークピースの汚染リスクを大幅に制限するために、機械加工粉塵の回収を提案する。
【００２９】
吸引効果は、機械加工支持体の上方にあるゾーンに向けられたガス流の生成に続くため、通常は真空によって生成される。吸引効果はベンチュリ効果によって生成されることが好ましい。一般に、機械加工支持体の上方（したがってワークピースの上方）にある主軌道は、ベクトルによって特徴付けられるため、本発明による吸引効果は、ベクトルに従って（少なくとも部分的に、好ましくは全体的に）方向付けられた空力的吸引効果を構成しており、これは、有利には、機械加工中にワークピースの表面から粉塵を吸引および／または抽出することができる。特に、機械加工支持体の下端から上端まで定義された「垂直」方向に関連付けられたベクトルの成分のため、したがって、ワークピースの上方にある粉塵だけでなく、特にこのワークピースの表面のレベルにあるような粉塵の両方を吸い上げることが可能である。この機能は、眼内レンズ、ポリマ、および／またはマイクロプロセッサなどの高精度のワークピースを機械加工する場合に重要である。
【００３０】
有利なことに、この方法の実装は非常に簡単で安価である。実際、レーザ加工に必要なインフラが、我々に関係する問題を考慮して明白な方法で与えられていることを考えると、この実装には、レーザビームの１つまたは複数の攻撃軌道を横切る、単一方向に沿って単一のガス流を生成する手段のみが必要である。特に、レーザ光源、機械加工支持体、および光学システムに加えて、本発明による方法を実行するための手段は、当業者に広く知られており、設計が非常に簡単で、安価で、省スペースである。したがって、請求項に係る方法は、利用可能な技術開発の利点を最大限に活用している。
【００３１】
有利なことに、本発明による方法により、以前では粉塵汚染の過度のリスクのために洗浄および／または製造することができなかった特定の高精度ワークピースを、現在ではレーザ加工技術を使用して洗浄および／または製造することが可能になっている。特に、そして優先的に、ワークピースは、主にポリマで作られる医療機器または医療用インプラントに組み込まれるか、またはこれらの不可欠な部分を形成することが意図されている。ワークピースは、眼内レンズ、光起電分野を対象とした材料の薄層、および／またはプロトンコンポーネントを備えることが好ましい。
【００３２】
ワークピースは、これを固定位置に保持するために、本方法の実行中に機械加工支持体に機械的に結合されることが好ましい。ワークピースは機械加工支持体の上にあることが好ましい。
【００３３】
レーザ加工装置は、生成手段および方向付け手段を含むガス流生成装置を更に備えることが好ましい。生成装置は、圧縮空気を供給することができる油圧システムであることがより好ましい。
【００３４】
優先的に、ガス流は清浄な空気流である。清浄な空気流は層流であることがより好ましい。空気流は、機械加工支持体の上方にあるゾーン内で最適な吸引効果の生成を可能にする層流エアギャップであることが更により好ましい。有利なことに、このようなエアギャップにより、ワークピースの近くの機械加工粉塵の最適な吸引効果の生成が可能になる。
【００３５】
優先的に、ガス流は、生成手段が作動しているとき表面に沿って移動するエアギャップからなり、その一部はベクトルに平行な平面の一部であり、ガス流の主軌道は表面の曲線からなり、表面と機械加工支持体との間の距離は、３０センチメートルより小さく、好ましくは２０センチメートルより小さく、より好ましくは１０センチメートルより小さく、更により好ましくは約１センチメートルである。この距離は、表面上の点と機械加工支持体上の点との間の最小ユークリッド距離として優先的に定義される。本装置のこの好ましい実施形態の利点は、装置が特に簡単でコンパクトであることである。単一の主軌道に従って、ガス流を機械加工支持体の近くに向けることにより、粉塵を除去することができる。
【００３６】
機械加工支持体の上方にあるゾーンの体積は、１ｍ3に制限されることが好ましい。上方にあるゾーンは、楕円体または直方体の一部であることが好ましい。より優先的には、上方にあるゾーンは、半径Ｒ＞０の開球の一部である。更に優先的には、半径Ｒは２０センチメートルよりも小さく、更により優先的には、半径Ｒは１０センチメートルよりも小さい。優先的には、球部分は、ワークピースの重心を中心とする半球である。
【００３７】
ワークピース上の任意の点とガス流のガス粒子との間の最小距離は、０．１〜３０センチメートルの間、より好ましくは１〜２０センチメートルの間で構成されることが好ましい。更に優先的に、この距離は約１センチメートルである。
【００３８】
１つまたは複数の攻撃軌道がゾーンを通過することが好ましい。１つまたは複数の攻撃軌道がガス流を通過することが好ましい。
【００３９】
優先的に、Ａ、Ｂ、およびＣが空間内の３つの点であり、ベクトル
2021525174.tif 000039
によって表される変位によって点Ａが点Ｂに向かい、ベクトル
2021525174.tif 000040
によって表される変位によって点Ａが点Ｃに向かう場合、三角形ＢＡＣの頂点の内角は、９８°〜１７０°の間、より優先的には１２０°〜１５０°の間、更により優先的には１３０°〜１４０°の間、更により優先的にはこの角度は１３５°である。
【００４０】
機械加工支持体から少し離れて引き込まれるガスは、周囲空気および機械加工粉塵からなることが好ましい。より優先的には、機械加工支持体から少し離れて引き込まれるガスは、周囲空気および機械加工粉塵からなる。
【００４１】
ガスは、機械加工支持体から１〜３０センチメートルの間の距離で引き込まれることが好ましい。
【００４２】
回収手段は、ガスの５０％より多く、より好ましくはガスの７５％より多く、より好ましくはガスの９０％より多く、更により好ましくはガスの９９％より多くを回収することが好ましい。回収手段は、ガス流の少なくとも一部、より好ましくはガス流の９０％より多く、より好ましくはガス流の９９％より多くを回収することが好ましい。
【００４３】
回収手段は、本発明による装置が作動している場合、毎分、少なくとも１、好ましくは少なくとも３、更により好ましくは少なくとも１０、更により好ましくは少なくとも３０立方ミリメートルの機械加工ダストを回収することが好ましい。回収手段は、本発明による装置が作動している場合、毎分、１５〜８０マイクログラムの機械加工粉塵を回収することが好ましい。回収手段は、ガスおよび機械加工粉塵が取り込まれたガス流の少なくとも一部を回収することが好ましい。
【００４４】
回収手段は、ガス中に存在する機械加工粉塵を処理および／または除去することができることが好ましい。
【００４５】
本発明による方法は、論理ユニットを用いて自動的に実行されることが好ましい。
【００４６】
一実施形態による方法は、以下のステップを更に含む、すなわち
（ｖｉｉｉ）次の少なくとも１つを冷却するステップ、
−機械加工支持体、
−ワークピース、
−ガス。
【００４７】
本発明による方法のこの実施形態は、特に有利である。実際、本方法の適用中に、ワークピースの一部にレーザビームを集中させると、通常、この部分を構成する材料の温度が上昇する。機械加工支持体、ワークピース、およびガスの少なくとも１つを冷却することは、材料の粘度と高温とに起因してその表面に付着する機械加工粉塵によってワークピースが汚染される可能性を防止するのに役立つ。これにより、機械加工粉塵は、ワークピースに付着しないため、機械加工支持体から少し離れた場所でガスに引き込まれやすくなる。したがって、この実施形態は、機械加工粉塵のより迅速かつより効率的な除去に寄与する。更に、この冷却ステップの追加に関係なく、真空自体によって生成される吸引効果は、常に粉塵および／またはガスに冷却効果をもたらすため、粉塵がワークピース上に再び落下した場合でも、粉塵はもはやワークピースに付着しないことに注目すべきである。
【００４８】
好ましくは、ワークピースおよび／またはガスは、ベンチュリ効果によって、および／または機械加工支持体に機械的に結合されたペルチェシステムを用いて、および／または冷却システムを用いて直接冷却される。
【００４９】
本方法のこの実施形態の第１の実施形態によれば、機械加工支持体は、最初に、機械加工支持体に機械的に結合されたペルチェシステムを用いて冷却され、次に、ワークピースが伝導によって冷却される。本方法のこの実施形態の第２の実施形態によれば、ガスはベンチュリ効果によって冷却される。本方法のこの実施形態の第３の実施形態によれば、ワークピースは、ベンチュリ効果によって、および／または機械加工支持体に機械的に結合されたペルチェシステムを用いて直接冷却される。
【００５０】
一実施形態によれば、ガス流の中心、好ましくは主軌道とワークピースとを分離する距離は、下端から上端に向かう垂直方向に沿って測定して、０．１〜２０センチメートルの間、好ましくは０．１〜１０センチメートルの間、好ましくは０．５〜５センチメートルの間である。
本発明の好ましい実施形態によれば、
−ステップ（ｖ）で生成されたガス流は、幅が１０〜３０センチメートルのエアギャップで構成され、
−ガス流は、ステップ（ｖ）で生成され、ステップ（ｖｉ）で方向付けされ、その速度は０．２〜１０メートル／秒、好ましくは０．５〜５メートル／秒、より好ましくは１〜２メートル／秒であり、
−ステップ（ｖ）で生成されたガス流の流量率は、２０〜１００立方メートル／秒、好ましくは４５〜５５立方メートル／秒であり、
−ステップ（ｖ）で生成されたガス流は、方向付け手段の出口で、１０〜２０センチメートルの間の値に０．５〜５センチメートルの間の値を掛けたもの、好ましくは４５平方センチメートルの面積を有するエアギャップからなり、
更により好ましくは、このエアギャップは、方向付け手段の出口で、長方形の断面を有し、該長方形の辺の長さは、それぞれ１０〜２０センチメートルの間と０．５〜５センチメートルの間、好ましくはそれぞれ１５センチメートルと３センチメートルである。
【００５１】
選択されたものおよび／またはこれらの以前の好ましい実施形態の全ては、互いに組み合わせてもよいし、組み合わせなくてもよい。これらの数値データにより、機械加工支持体から少し離れた場所でのガス吸引の技術的効果を増幅させることができる。
【００５２】
本発明の別の目的は、その実装が非常に簡単であり、機械加工粉塵をワークピースから非常に迅速かつ効率的な管理および／または排出を可能にするレーザ加工装置（またはレーザ微細加工）を提供することにある。
【００５３】
この目的のために、本発明は、以下を含むレーザ加工装置を提供する、すなわち、
−レーザ光源、
−下端から上端に向いた力の印加によってワークピースを受け入れて、支持するための上端および下端を備える機械加工支持体、
−１つまたは複数の攻撃軌道に従って、レーザ光源によって生成されたレーザビームを機械加工支持体に向けるための光学システムであって、１つまたは複数の攻撃軌道のそれぞれは、少なくとも部分的に上端から下端に向いたベクトルによって特徴付けられる光学システム、
−ガス流を生成するための生成手段、
−機械加工支持体からガスを引き離すことができる吸引効果を生じさせるために、部分的に下端から上端に向けられたベクトルによって特徴付けられる、機械加工支持体の上方の主軌道に沿って、ガス流を機械加工支持体の上方にあるゾーンに向けるための方向付け手段、
−ガスの少なくとも一部を回収するための回収手段。
【００５４】
本発明による方法の提示において使用される数学的および用語的枠組みは、必要な変更を加えて、本発明による装置の上記の提示に拡大適用される。本発明による方法の実施形態および利点は、必要な変更を加えて、本発明のレーザ加工装置に置き換えられる。
【００５５】
特に、本発明による機械加工装置は特に有利である。操作は非常に簡単で、レーザビームを用いて実行されるワークピースのレーザ加工（またはレーザ微細加工）中に発生する可能性のある粉塵を非常に高速かつ効率的に除去できる。
【００５６】
次に、本発明による装置のいくつかの特定の実施形態について詳細に説明する。これらは、本発明による方法の特定の実施形態に直接置き換えられるか、または対応することができる。
【００５７】
装置の一実施形態によれば、生成手段が作動している場合、１つまたは複数の攻撃軌道がガス流を通過する。
【００５８】
有利には、本発明の本実施形態による機械加工装置が作動している場合、機械加工支持体上に配置されたワークピースにレーザビームが当たった後、機械加工支持体の上方にあるゾーンに放出される機械加工粉塵を考慮すると、これらの粉塵は、１つまたは複数のレーザビーム攻撃軌道の上流の空間領域に向かって放出され、したがって、これらの粉塵は、ガス流の軌道とゾーンとの間の交差部分によって定義される空間領域に向かって放出され、ガス流と横方向に交わり、そしてこれらの粉塵がガス内に含まれている場合、ガス流に更に容易に引き込まれる。
【００５９】
１つまたは複数の攻撃軌道がガス流の軌道と交わると、機械加工装置の効率は更に一層向上する。
【００６０】
特に、ベクトル
2021525174.tif 000041
と
2021525174.tif 000042
とによって定義される軌道は、好ましくは割線である。
【００６１】
本装置の実施形態によれば、ガス流は層流である。
【００６２】
有利なことに、このようなガス流は、製造が簡単で安価である。更にまた、このようなガス流の軌道は、有利には、より真っ直ぐであり、制御がより容易である。
【００６３】
ガス流は、清浄および／または乾燥した層流エアギャップであることが好ましい。有利には、このようなガス流によって生成される吸引効果が増幅される。
【００６４】
本装置の実施形態によれば、ガスは機械加工粉塵を含む。
【００６５】
ガスは、周囲空気および機械加工粉塵を含むことが好ましい。ガスは、機械加工粉塵と周囲空気とからなることが好ましい。ガスは、粉塵の少なくとも５０％、より好ましくは粉塵の少なくとも７５％、より好ましくは粉塵の少なくとも９０％、より好ましくは粉塵の少なくとも９９％を含むことが好ましい。
【００６６】
本発明の一実施形態によれば、本装置は、方向付け手段と回収手段との間にガス流を導くためのチャネリング手段を更に備える。
【００６７】
有利なことに、チャネリング手段により、ガス流の軌道をよりよく制御することが可能になる。ガス流はチャネリング手段によって誘導され、外部要因の影響から保護されるため、機械加工支持体の上方にあるゾーン内のガス流の初期方向もまた、ベクトルの方向とより密接に一致する。
【００６８】
有利なことに、このようなチャネリング手段は、当業者に広く知られており、設計が非常に簡単で、安価で、省スペースである。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、本装置は、以下の特性を満たすチャネリング手段を更に備える、すなわち、
−方向付け手段と回収手段との間にガス流を導くように構成され、
−吸引効果によって引き込まれるガスを受け入れるための少なくとも１つの開口部を備え、
−少なくとも１つの開口部と回収手段との間でガスを導くように構成される。
【００７０】
有利なことに、チャネリング手段により、チャネリング手段への進入から回収手段まで、ガス流の軌道およびガスをよりよく制御することが可能になる。ガス流はチャネリング手段によって誘導され、外部要因の影響から保護されるため、機械加工支持体の上方にあるゾーン内のガス流の初期方向もまた、ベクトルの方向とより密接に一致する。開口部により、ガス吸引をチャネリング手段に導くことが可能になり、またガスに含まれる多数の機械加工粉塵をワークピースから除去することが効果的に制御される。
【００７１】
有利なことに、このようなチャネリング手段は、当業者に広く知られており、設計が非常に簡単で、安価で、省スペースである。
【００７２】
チャネリング手段は、その内側に突出部分を有する本質的に一定の断面の導体を備えることが好ましい。
【００７３】
チャネリング手段を備えた本装置の実施形態のいずれか１つによれば、チャネリング手段は、第１および第２の端部を有する導体を含み、また、導体は、第１の端部と第２の端部との間に位置する中間部分において、第１の端部と第２の端部の断面積よりも小さい面積を有する可変面積の断面も有する。
【００７４】
ゾーンは、少なくとも部分的に中間部分を備えることが好ましい。開口部は、少なくとも部分的に中間部分に配置されることが好ましい。
【００７５】
先に説明した装置の実施形態によれば、吸引効果は、導管内のガス流の圧力低下によって生成されることが好ましい。
【００７６】
この実施形態が現れるのは、特に、ガス流の軌道上にある導管の断面積の減少が、導管内のガス流の速度の増加を引き起こし、したがって圧力の低下を引き起こす場合である。この現象はベンチュリ効果と呼ばれる。したがって、より優先的に、吸引効果は、導管内におけるベンチュリ効果によって生成される。
【００７７】
有利なことに、このような導管の実施形態は、当業者に広く知られており、設計が非常に簡単で、安価で、省スペースである。
【００７８】
導管はベンチュリ管であることが好ましい。
【００７９】
本装置の実施形態によれば、吸引効果は、機械加工支持体および／またはガスを冷却することができる。
【００８０】
有利なことに、この冷却は、ワークピース材料の高い粘度と温度とに起因して表面に付着する場合がある機械加工粉塵によってワークピースが汚染される可能性を防止するのに役立つ。
【００８１】
ガスは、吸引効果によって冷却することができる周囲空気および機械加工粉塵からなることが好ましい。吸引効果はベンチュリ効果によって生成されることが好ましい。
【００８２】
本発明の一実施形態によれば、本装置は、機械加工支持体および／またはガスを冷却するための冷却システムを更に備える。
【００８３】
本発明による方法のこの実施形態は、特に有利である。実際、機械加工装置が作動している場合、ワークピースの一部にレーザビームを集中させると、通常、この部分を構成する材料の温度が上昇する。機械加工支持体および／またはガスの冷却は、材料の粘度と高温とに起因してその表面に付着する機械加工粉塵によってワークピースが汚染される可能性を防止するのに役立つ。これにより、機械加工粉塵のワークピースへの付着が減少し、ガス中の機械加工粉塵から粉塵が引き離されやすくなる。したがって、この実施形態は、機械加工粉塵のより迅速かつより効率的な除去に寄与する。
【００８４】
冷却システムが機械加工支持体に機械的に結合され、機械加工支持体上に配置されたときに伝導によってワークピースを冷却することができるペルチェシステムであることが好ましい。
【００８５】
本発明による機械加工装置は、一方では、レーザ光源の作動、生成手段および回収手段を調整するように、他方では、レーザビームの方向とガス流の方向を決定するために、光学システムおよび方向付け手段を制御するように構成された論理ユニットを備えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むときに明らかになり、その理解のために、添付の図を参照する。
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の三次元図を示す。
【図２】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の横断面図を示す。
【００８７】
図の図面は縮尺通りではない。一般に、同様の要素は、図では同様の参照によって示される。このドキュメントの目的のため、同一または類似の要素は同じ参照を有する場合がある。更に、参照番号が特許請求の範囲に示されている場合でも、図面内の参照番号の存在が限定的であるとは見なされない。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
本発明は、特定の実施形態および図を参照して説明されているが、本発明はそれらによって限定されない。説明された図面または図は、単なる概略であり、限定するものではない。
【００８９】
本ドキュメントの目的のために、２つの要素間の「機械的結合」の概念は、好ましくは、相互に関連して、これらの２つの要素の位置を固定的かつ機械的に保持することを指す。特に、２つの要素間の機械的結合は、これらの２つの要素間の直接固定の可能性だけでなく、少なくとも１つの中間要素を用いた間接固定の可能性も含む。しかしながら、２つの要素間の機械的結合は、これら２つの要素間の可能な相対運動を正式に排除するものではない。
【００９０】
このドキュメントの目的のために、「機械加工」、「レーザ加工」、および「レーザ微細加工」という用語は、この明細書の「背景技術」で定義されている。これらの定義は、このドキュメント全体に適用される。ワークピースのレーザ加工は、ワークピースの小さな部分に大量のエネルギを生成するようにレーザ光線を集中させることによって、ワークピースから材料を除去する技術であることを覚えておく必要がある。ワークピースに関連する公差または寸法がマイクロメートルのオーダである場合、微細加工（それぞれ、レーザ微細加工）は特定のタイプの機械加工（それぞれ、レーザ加工）であることも覚えておく必要がある。
【００９１】
このドキュメントの目的のため、機械加工中に発生する「粉塵」とは、粉塵だけでなく、機械加工されたワークピースの材料によって生成され、機械加工されたワークピースに取り込まれることを意図していない破片および／またはチップおよび／またはやすり粉および／またはスプラッシュも指す。
【００９２】
このドキュメントの目的のため、中空の三次元物体の「内部」とは、物体自体によって定義される凹面内に囲まれた空間である。特に、物体の内側の容積は、定義上、有限であるが、物体の外側の容積は無限である。
【００９３】
このドキュメントの目的のため、「負数」はゼロより小さい数かゼロであり、「厳密に負数」はゼロ以外の負数である。
【００９４】
このドキュメントの目的のため、「空間」という用語は、通常、古典物理学や力学の問題が我々のスケールで考慮される、曲率のない三次元の周囲空間の空間を指すために使用される。通常、このドキュメントの目的のため、この空間はベクトル空間に同化される。
2021525174.tif 000043
具体的には、空間が以下のベクトルによって定義された正準デカルト座標系で与えられる場合、
2021525174.tif 000044
および
2021525174.tif 000045
これらは、このドキュメントでは、Ｘ、Ｙ、Ｚの文字で示される座標系の３つの軸にそれぞれ対応している。この空間は、一般に「内積」と呼ばれ、かつこのドキュメントの「発明の概要」で正確に定義されている正準ユークリッド内積を備えている。
【００９５】
このドキュメントの目的のため、「三次元空間方向」は、空間の直線のデータによって定義される。特に、空間の２つの線が平行である場合に限り、空間の２つの線が同じ方向を定義する。
【００９６】
このドキュメントの目的のため、空間内の各線には２つのパスの「向き」がある。ＡとＢが空間内の線上の任意の２つの別々の点である場合、最初に点Ａと２番目に点Ｂとを通る線のパスは第１の向きを定義し、一方、最初に点Ｂと２番目に点Ａとを通る線のパスは第２の向きを定義し、第１の向きとは「反対」の向きと呼ばれる。これらの２つの向きは、それぞれ、下記のベクトルのデータによって同等に定義できる。
2021525174.tif 000046
および
2021525174.tif 000047
【００９７】
空間ベクトルは、空間内の変位の幾何学的表現と見なすことができることを覚えておく必要がある。特に、ベクトルはその大きさ、方向、向きによって完全に特徴付けられる。グラフ表現との関連では、より具体的には、このドキュメントに示されている図との関連では、空間内でのベクトルの位置、または空間座標系に関連するベクトルの位置は重要ではない。
【００９８】
この論文の目的のために、
2021525174.tif 000048
のような数ｒ＞０がある場合、ベクトル「は点Ａから点Ｂに向く」と言う。この論文の目的のために、
2021525174.tif 000049
の場合、ベクトル「
2021525174.tif 000050
は点Ａから点Ｂに部分的に向く」と言う。同様に、この不等式は、ベクトル
2021525174.tif 000051
によって定義される軸に沿ったベクトルの成分が正であること、即ち、これ
らのベクトルがこの軸に沿って同じ向きを有していることを示す。
【００９９】
この論文の目的のために、移動する空間内の点の「軌道」は、空間内のその点の移動によって記述される曲線である。軌道が、ベクトルの向きで、ベクトルに平行に走る直線または線分を用いて定義され得る場合、「軌道は、空間のベクトルによって特徴付けられると言われる」。
【０１００】
このドキュメントの目的のために、空間内の１つまたは複数の点に向けられたレーザビームの「攻撃軌道」は、空間内の１つまたは複数の点に到達するときにレーザビームによって定義される軌道である。特に、それは、レーザ光源から空間内の１つまたは複数の点までの、レーザビームの集合体によって定義される全体的な軌道ではない。
【０１０１】
このドキュメントの目的のために、空間内を移動する（例えば、流体または気体に属する）粒子の集合体の「主軌道」は、空間内の各粒子の軌道の平均によって定義される。
【０１０２】
図１は、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置１を示す。
【０１０３】
この図は、三次元の周囲空間で実現され、
2021525174.tif 000052
に同化され、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸で表されるデカルト座標系を備える。この図の座標系とベクトルの位置は、請求された発明の範囲を決して制限するものではないことを覚えておく必要がある。この図に示されている空間の座標系とベクトルは、科学的および技術的に同等の方法で空間内のどこにでも配置できる。
【０１０４】
レーザ加工装置１は、レーザ光源２、機械加工支持体３、およびレーザ光源２によって生成されたレーザビーム６を機械加工支持体３に向ける光学システムを備える。装置１のこれらの要素の集合は、その技術的および機能的特性が当業者によって習得されているレーザ加工装置の明白かつ基本的な基盤を構成する。
【０１０５】
装置１の目的は、機械加工支持体３上に配置されたワークピース４を機械加工することである。より安定性を得るために、ワークピース４を機械加工支持体３に機械的に結合することができる。図には明確に示されていないが、ワークピース４は、好ましくは、高精度ポリマで作られた医療用インプラントであり、この場合、機械加工粉塵による汚染リスクが非常に高く、この粉塵の排出および管理の重要性がカギである。ワークピース４のこの好ましい実施形態は、本発明の範囲を限定するものではない。特に、光起電分野で使用するための材料の薄層またはプロトン成分の少なくとも１つを含むワークピースは、本発明の範囲から逸脱しないであろう。
【０１０６】
レーザビームは、ベクトル
2021525174.tif 000053
によって特徴付けられる攻撃軌道７に沿って向けられる。攻撃軌道７は、一列になった線分によって無指向に表現されている。この表現の場合、ベクトル
2021525174.tif 000054
は特定の数ｚ＞０に対して（０，０、−ｚ）の形
になる。
【０１０７】
機械加工支持体３は、上端３ａおよび下端３ｂを備える。反力
2021525174.tif 000055
（図１には示されず）が、下端３ｂから上端３ａに向かってワークピース４に加えられる。この表現の場合、機械加工支持体とワークピースは基本的に水平に配置されているため、力のベクトル
2021525174.tif 000056
はベクトル
2021525174.tif 000057
と反対の向きになる。特に、特定の数ｆ＞０に対して  
2021525174.tif 000058
である。
【０１０８】
ワークピース４の加工中に、機械加工粉塵１５が生成され、主に周囲空気からなるガス１３内に含まれる。これらの粉塵１５は、少なくとも部分的にワークピース４の表面に残り、および／またはワークピース４の近くに放出される可能性が高い。
【０１０９】
レーザ加工装置１はまた、生成手段８および方向付け手段１０を備え、機械加工支持体３の上方にあるゾーン１１に向かって層状の清浄なエアギャップ９を生成する。
【０１１０】
示された実施形態によれば、ゾーン１１は、その内部にワークピース４の上面を含む開いた楕円体である。示されたゾーン１１の外形および位置は限定的ではない。示されたゾーン１１は架空のものである。これは、機械加工支持体３の上方の空間の一部を純粋に例示した描写であり、エアギャップ９が機械加工支持体３の方向に向けられている。
【０１１１】
方向付け手段１０を用いてエアギャップ９の方向は、本質的に、方向付け手段１０とゾーン１１との間、したがって、機械加工支持体３の上方にあるベクトルによって特徴付けられる主軌道１２に沿っている。この表現の場合、ベクトルは、数値ｘ´、ｙ´、ｚ´＞０に対して（−ｘ´、−ｙ´、ｚ´）の形式である。このベクトルは、部分的に下端３ｂから上端３ａに向いている。結果として、ベクトル
2021525174.tif 000059
と
2021525174.tif 000060
との内積は必然的に正であり、現在コメントされている本発明の実施形態では、ベクトル
2021525174.tif 000061
と
2021525174.tif 000062
との内積は負である。
2021525174.tif 000063
【０１１２】
図示の実施形態では、攻撃軌道７は「上から下」に向けられ、一方、エアギャップ９は、ゾーン１１において、ワークピース４の上方を通過するように「下から上に」斜めに向けられる。エアギャップは、ワークピース４の上面から約１センチメートル上方を通過することが好ましい。
【０１１３】
特定の代表的な数値例として、ベクトル
2021525174.tif 000064
をベクトル
2021525174.tif 000065
に移動させる最小角度θに注意し、値（例えば、メートル単位であるが、測定単位は計算に影響しない）をｘ´＝２、ｙ´＝２、ｚ´＝１およびｚ＝４とすると、次のようになる。
2021525174.tif 000066
2021525174.tif 000067
2021525174.tif 000068
2021525174.tif 000069
【０１１４】
この角度を図１に示す。この角度は、好ましい値の範囲に属する。通常、角度θは９８°〜１７０°の間である。
【０１１５】
このように方向付けられて、エアギャップ９は、ゾーン１１内で、少なくとも部分的に垂直方向に従って、即ち、少なくとも部分的にベクトル
2021525174.tif 000070
に沿って、
ワークピース４の上方に吸引効果を生じさせ、この効果により、ワークピース４の表面から機械加工粉塵１５を含むガス１３が引き離され、それが引き込まれる。このガス１３は、本質的に、エアギャップ９によって吸引され、軌道を継続するそれによって混合され、引き込まれる。このようにして、粉塵１５は、ワークピース４および機械加工支持体３から迅速、簡単かつ効率的に引き離され、および／または除去される。更に、吸引効果によりガス１３が冷却されるので、ワークピース４の表面への粉塵１５の付着が低減する。
【０１１６】
このガス１３の大部分は、エアギャップ９およびガス１３を吸収するための連絡部１６を備える回収手段１４によって回収される。これにより、粉塵１５によるワークピース４の汚染リスクが更に低減される。最後に、粉塵１５は、必要に応じて、エアギャップ９およびガス１３の空気から分離され、次いで、処理および／または除去される。
【０１１７】
図２は、本発明の特定の実施形態によるレーザ加工装置を示し、この実施形態は、図１に示された実施形態の要素に加えて、本質的に導体１８からなるチャネリング手段を含む。
【０１１８】
この特定の実施形態の表現は、導体１８の形状または位置を決して制限するものではない。本発明のこの実施形態は、チャネリング手段が複数の導体を備える場合に限定されるものではない。
【０１１９】
この特定の実施形態の表現および展開は、図示されたような導体の存在の構造的および機能的結果を中心にしている。特に、図を乱雑にしないために、レーザ加工装置のレーザ光源、光学系、レーザビーム、生成手段および方向付け手段は、図２ではもはや表現されていないが、これは、これらの要素の表現および機能は、図１に示され、コメントされている実施形態と本質的に同じためである。
【０１２０】
示された実施形態によれば、導体１８は、ベンチュリ管構造、即ち、内部狭窄を有する降圧管を有する。エアギャップ９が生成され、扁平な導体１８に向けられるため、それは回収手段１４に導かれる。導体１８の内部狭窄は、導体１８の端部１９、２０の間に位置する中間部分２１において導体１８の断面を狭めることによって実現される。特に、その端部１９、２０における導体１８の断面積は、中間部分２１における導体１８の断面積よりも大きい。導体１８のこの構造は、導体１８の製造中に、それが作られている材料を成形することによって、または、例えば、導体１８の中間部分２１に突出部（図示せず）を追加することによって実現することができる。次に、導体１８を通って前進するエアギャップ９は、中間部分２１で加速され、その結果、その中で圧力降下が生じる。
【０１２１】
中間部分２１で発生する圧力降下により、開口部１７の周りの周囲空気を導体１８の内部に向かって吸引効果が生じるようにするために、開口部１７は、導体１８内に、中間部分２１の近くに、または少なくとも部分的に作られる。
【０１２２】
この導体は、開口部１７が機械加工支持体３およびワークピース４の上方に位置するように巧妙に配置され、レーザビームがその攻撃軌道７に沿って通過できるようにする。次に、機械加工粉塵１５は、本質的に周囲空気から成るガス１３内で、開口部１７を通って導体１８内に吸引され、回収手段１４と導体１８との連絡部１６まで、エアギャップ９によって導体１８に引き込まれる。したがって、粉塵１５は、ワークピース４から除去され、管理される。
【０１２３】
機械加工支持体３の上方にあるゾーン１１は、図２の表現では、機械加工支持体３と導体１８の上部との間の空間の一部であり、この部分は開口部１７を含むことに注意すべきである。
【０１２４】
機械加工支持体３は、伝導によって機械加工支持体３、したがってワークピース４を冷却するように構成されたペルチェシステムおよび／または別の冷却システム（図示せず）に優先的に結合される。
【０１２５】
要約すると、本発明は、特に、ガス流を生成し、それを機械加工支持体の上方にあるゾーンに向けて、機械加工粉塵を前記機械加工支持体から引き離すことができる吸引効果を生み出すように構成された手段を備えたレーザ加工装置に関する。本発明による方法は、本質的に、上記のレーザ加工装置の用途を一般化するプロセスからなる。
【０１２６】
繰り返しになるが、本発明は特定の実施形態に関連して説明されており、これらは純粋に例示的なものであり、限定的なものと見なされるべきではないことを強調したい。一般的に言えば、本発明が上記に例示および／または記載された例に限定されないことは当業者には明らかであろう。本発明は、新しい特徴のそれぞれ、並びにそれらの全ての組合せを含む。
【０１２７】
このドキュメントの目的のために、「第１」、「第２」、「第３」、「第４」という用語は、異なる要素を区別するためにのみ使用され、それらの間の順序を意味するものではない。「備える」、「含める」、「構成する」、またはその他の変形の動詞の使用、およびそれらの活用は、言及されたもの以外の要素の存在を決して排除することはできない。要素を導入するための不定冠詞「ａｎ」、「ａ」、または定冠詞「ｔｈｅ」の使用は、これらの要素の複数の存在を排除するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２８】
【特許文献１】特開平１１−２５４１７６Ａ号公報
【図１】
2021525174.tif 000073
【図２】
2021525174.tif 000074
【国際調査報告】
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2021525174.tif 000076
2021525174.tif 000077
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