(57)【要約】  本願発明はレーザービーム１０２を用いて被加工材を気化器加工するための装置１００、２００、３００および方法４００を提供する。具体的に、装置１００、２００、３００は加圧液体噴流１０４を発生させるノズル１０３と、レーザービーム１０２を加圧液体噴流１０４の中に入射させて加圧液体噴流１０４と結合させる少なくとも一つの光学素子１０５とを有する。装置１００、２００、３００はさらにノズル１０３と少なくとも一つの光学素子１０５とを包囲する密封筐体１０６を含む。密封筐体１０６は接合部ユニット１０８を備える上側部材１０７と接合部ユニット１０８により上側部材１０７に取り外し可能に取り付けられる下側部材１０９と、を含む。下側部材１０９は加圧液体噴流１０４を被加工材１０１に向けて放出する放出口１１０を有し、放出口１１０と加圧液体噴流１０４は中心軸が一致するように位置合わせされる。装置９００は異なる下側部材９０１を有する。下側部材９０１は上側部材１０９に取り付けられ、被加工材に向けて加圧液体噴流を放出する導液路を有し、この導液路の長さのその直径、具体的に一定の直径に対する比は１：１から２０：１であり、５：１から１５：１の間であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービーム（１０２）を用いて被加工材（１０１）を機械加工する装置（１００、２００．３００）であって、
加圧液体噴流（１０４）を作るノズル（１０３）と、
レーザービーム（１０２）を前記加圧液体噴流（１０４）の中に入射させ前記加圧液体噴流（１０４）と結合させる少なくとも一つの光学素子（１０５）と、
前記ノズル（１０３）および前記少なくとも一つの光学素子（１０５）を包囲する密封筐体（１０６）であって、接合部ユニット（１０８）を備える上側部材（１０７）、および前記接合部ユニット（１０８）によって前記上側部材（１０７）に取り外し可能に取り付けられ、前記加圧液体噴流（１０４）を前記被加工材（１０１）に向けて放出する放出口（１１０）を有する下側部材（１０９）を含む密封筐体（１０６）と、を有し、
前記放出口（１１０）と前記加圧液体噴流（１０４）が同心となるように位置合わせされた装置（１００、２００．３００）。
【請求項２】
上側部材（１０７）と下側部材（１０９）の間に、ゴム製Ｖリング、グリースを介した面同士の面接触または超平坦な面同士の面接触により密封接合部（２０７）が形成された請求項１に記載した装置（２００、３００）。
【請求項３】
前記下側部材（１０９）を前記上側部材（１０７）から引っ張って離すことによって、前記下側部材（１０９）を容易に取り外すことが可能な請求項１または２に記載した装置（１００、２００、３００）。
【請求項４】
前記下側部材（１０９）が取り外されたとき、前記下側部材（１０９）を前記上側部材（１０７）まで近づけることにより前記下側部材（１０９）を再び取り付けることができる請求項１乃至３のいずれかに記載した装置（１００、２００、３００）。
【請求項５】
前記下側部材（１０９）が取り外されているときに、前記加圧液体噴流（１０４）を前記放出口（１１０）に位置合わせする位置合わせ工程（４００）を行う請求項１乃至４のいずれかに記載した装置（１００、２００、３００）。
【請求項６】
前記放出口（１１０）の直径は、前記加圧液体噴流（１０４）の直径の１〜６倍の間、好ましくは１〜３倍の間である請求項１乃至５のいずれかに記載した装置（１００、２００、３００）。
【請求項７】
前記接合部ユニット（１０８）は磁気素子を有し、前記下側部材（１０９）は前記上側部材（１０７）に前記磁気素子により磁力によって取り付けられる請求項１乃至６のいずれかに記載した装置（１００、２００、３００）。
【請求項８】
前記接合部ユニット（１０８）は機械的素子、好ましくはばね素子を有し、前記下側部材（１０９）は前記上側部材（１０７）に前記機械的素子によって機械的に取り付けられる請求項１乃至７のいずれかに記載した装置（１００、２００、３００）。
【請求項９】
レーザービーム（１０２）を用いて被加工材（１０１）を機械加工する装置（９００）であって、
加圧液体噴流（１０４）を作るノズル（１０３）と、
レーザービーム（１０２）を前記加圧液体噴流（１０４）の中に入射させ前記加圧液体噴流（１０４）と結合させる少なくとも一つの光学素子（１０５）と、
前記ノズル（１０３）および前記少なくとも一つの光学素子（１０５）を包囲する密封筐体（１０６）であって、接合部ユニット（１０８）を備える上側部材（１０７）、および前記接合部ユニット（１０８）によって前記上側部材（１０７）に取り付けられ、前記加圧液体噴流（１０４）を前記被加工材（１０１）に向けて放出する導液路（９０２）を有する下側部材（９０１）を含む密封筐体（１０６）と、を有し、
前記導液路（９０２）の長さの前記導液路（９０２）の直径に対する比が１：１から２０：１の間、好ましくは５：１から１５：１の間である装置（９００）。
【請求項１０】
前記下側部材（９０１）は前記上側部材（１０７）に取り付けられる取り付け部（１０００）と、前記取り付け部（１０００）から延設され前記導液路（９０２）をガイドする管部（１００１）と、を有し、前記管部（１００１）の長さの前記管部（１００１）の直径に対する比は２：１よりも大きい請求項９に記載の装置（９００）。
【請求項１１】
前記管部（１００１）の直径の前記前記導液路（９０２）の直径に対する比は５：１よりも小さい請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記管部（１００１）の端部は尖った縁部を有する請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記導液路（９０２）の直径は前記加圧液体噴流（１０４）の直径の１〜１０倍の間、好ましくは４〜１０倍の間である請求項９乃至１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記加圧液体噴流（１０４）が前記放出口（１１０）を通って放出される前の前記加圧液体噴流（１０４）を包囲する気体を供給する気体供給ユニット（２０５、２１０）をさらに有し、
特に前記気体供給ユニット（２０５、２１０）は、前記上側部材（１０７）を貫通して設けられた気体流入口（２０５）と、密封筐体（１０６）に包囲され、前記加圧液体噴流（１０４）に気体を供給する気体供給チャンバ（２１０）と、を含む請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置（１００、９００）。
【請求項１５】
液体が前記下側部材（１０９）の上に、特に前記放出口（１１０）の近くに溜まるのを防ぐ液体防御ユニット（３０１）をさらに有する請求項１乃至１４のいずれかに記載の装置（３００）。
【請求項１６】
請求項１乃至８のいずれかにしたがう装置（１００、２００、３００）を組み立てる方法（４００）であって、
前記下側部材（１０９）が外された前記装置（１００）を用意するステップ（４０１）と、
水平面内で、前記加圧液体噴流（１０４）を前記放出口（１１０）に予備位置合わせをするステップ（４０２）と、
前記上側部材（１０７）と前記下側部材（１０９）を鉛直方向に沿って動かして、前記下側部材（１０９）が前記上側部材（１０７）に接合部ユニット（１０８）によって取り付けられるまで互いに近づけるステップ（４０３）と、
前記加圧液体噴流（１０４）と前記放出口（１１０）と、を精密位置合わせするステップ（４０４）と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明はレーザービームを用いて被加工材を機械加工するための装置および同装置を組み立てる方法に関する。具体的に、この装置は液体噴流の中に入射させ、その液体噴流と結合させたレーザービームを用いて被加工材を機械加工するためのものである。特に、本願発明の装置は改良された飛散液体防御部を有する、すなわち被加工材から飛散して戻ってきて装置内に入る液体およびその飛沫に対する改良された保護部を有する。さらに、本願発明の方法はこの改良された飛散液体防御保護部を支持する位置合わせ工程を含む。
【背景技術】
【０００２】
被加工材に当たる液体噴流の中に入射させ、その液体噴流と結合させたレーザービームを用いてその被加工材を機械加工する従来技術の装置が一般的に知られている。
【０００３】
そのような従来技術の装置の一つでは、その装置の液体噴流の噴出口に飛散液体防御部が備えられている。この飛散液体防御部は薄い金属板で実現され、前記したレーザービームを用いて被加工材を機械加工する時に被加工材から飛散して戻ってきて装置内に入る液体の量を減らす目的を有する。その理由は、飛散して装置内に入る液体が装置の内部にある液体噴流発生部に悪影響を与えるためである。液体噴流は通常、液体ノズルによって発生する。もしも飛散して戻ってくる液体が装置内に入ってノズルに付着すると、液体噴流の発生が妨げられ、液体噴流が断続的になったり、止まったりする。このようになると、被加工材の機械加工が不可能になり、または少なくとも極めて非効率になる。前記した薄い金属板は、比較的安価な解決方法であるが、以下に述べるようないくつかの不利な点がある。
【０００４】
金属板製飛散液体防御部は装置の動作開始前に装置に取り付けられ、液体噴流の噴出口を有さない。装置がその動作を開始する時、レーザービームが薄い金属板の中に孔を穿つことによって、液体噴流が噴出できるようにする。しかし、この噴出口の形状および径は制御できない。特に、結果的にできる噴出口は液体噴流のように丸くなく、楕円形になることが多い。そのため不必要な空間が形成され、その空間を通って被加工材から飛散して戻ってくる液体が装置内に入る。さらに、レーザービームが噴出口を穿つ時、液体噴流は既に発生し、液体が装置内に溜まり始める。この装置内で溜まる液体は装置から排出される必要があり、そのため飛散液体防御部には別の孔がさらに設けられている。
【０００５】
残念ながら、この別に設けられた孔を通して被加工材から飛散して戻ってくる液体が装置内に入り、その液体によって液体噴流の品質が低下する可能性がある。液体噴流の生成が少しでも妨げられると、液体噴流の有効長さが結果として短くなり、被加工材の機械加工の効率が明らかに低下することになる。具体的には、薄い金属板による解決法を採用している従来技術の装置では、この解決法での最も良い場合の値に比べて３０％またはそれ以上加工効率が低下する可能性がある。
【０００６】
さらに、レーザービームの吸収により、装置の稼働中に噴出口が変形したり、拡がったりする不都合がある。このような避けることができない噴出口の変形により、液体が飛散して戻ってきて装置内に入る可能性が必ず増大する。また、飛散液体防御部は装置の運転中に金属板が潰食するため、飛散液体防御部をかなり頻繁に交換しなければならない（概ね装置を新たに始動するときはいつも）。
【０００７】
そのため、他の従来技術の装置は動かないように取り付けた保護部材を用いている。この保護部材は被加工材の方向にある装置の少なくとも一部を遮蔽し、あらかじめ穿孔された液体噴流用の噴出口を有する。しかし、このような保護部材は飛散して戻ってくる液体が装置内に入るのを十分に防げるものでない。その理由は、予め穿孔された噴出口が大きすぎるか、または液体もしくは気体を逃がすために別の孔が保護部材中に設けられているためである。
【０００８】
さらに、装置を稼働させる前に既に保護部材が動かないように取り付けられているため、噴出口を液体噴流と位置合わせ、または再位置合わせするのが困難である。実際には、このことがこのような保護部材に（液体噴流の径に比べて）比較的大きな噴出口が設けられている一つの理由である。さらに、例えば、装置を長期間使用した後、保護部材をきれいする必要がある場合や、保護部材を取り換える必要がある場合に、この保護部材を交換するのが可能ではない、または少なくとも困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記した問題や不都合な点に鑑み、本願発明は従来技術の装置を改良することを目標とする。したがって、液体噴流の中に入射させその液体噴流と結合させたレーザービームによって被加工材を機械加工する装置であって、同被加工材をより効率的に機械加工し、加工工程の安定性を高めた装置を提供することが本願発明の目的である。特に、本願発明は、機械加工を行っている時、特に被加工材を穿孔したり、研削したりする時の液体噴流をより安定にすることを目標としている。この目的のため、本願発明は飛散して戻ってくる液体からの保護を改良し、それによって、装置内での液体噴流の生成が妨げられないことを要求し、その結果として部材の寿命を延ばし、性能も上げるものである。さらに、本願発明はまた、保護気体層を用いて液体噴流を包囲する場合でも気体の使用量を減らすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の課題は特許請求の範囲の独立請求項にかかる発明によって解決する。本願発明の有利な実施の態様は特許請求の範囲の従属請求項にかかる発明によって明らかになる。
【００１１】
具体的に、本願発明は改良された飛散液体防御部として作用する筐体を有する装置を提案し、さらに前記筐体の放出口と液体噴流を位置合わせする位置合わせ工程を含む組み立て方法を提案する。前記装置および前記方法の複数の構造的な特徴は協働して利点が生じる。
【００１２】
本願発明の第１の特徴が提供するのは、レーザービームを用いて被加工材を機械加工する装置であって、加圧液体噴流を作るノズルと、レーザービームを前記加圧液体噴流の中に入射させ前記加圧液体噴流と結合させる少なくとも一つの光学素子と、前記ノズルおよび前記少なくとも一つの光学素子を包囲する密封筐体であって、接合部ユニットを備える上側部材および前記接合部ユニットによって前記上側部材に取り外し可能に取り付けられ、前記加圧液体噴流を前記被加工材に向けて放出する放出口を有する下側部材を含む密封筐体と、を有し、前記放出口と前記加圧液体噴流が同心となるように位置合わせされた装置である。
【００１３】
加圧液体噴流はレーザービームの導波管のように作用し、レーザービームを内部に全反射させることによってガイドして伝播させて被加工材に当てる。このようにして、被加工材をレーザービームによって機械加工できる。
【００１４】
「密封筐体」とは前記装置と前記装置を包囲する大気の間での液体および気体のやりとりが前記放出口を通るやりとりを除き防がれる筐体を意味する。そのため、前記上側部材および前記下側部材を構成する材料は液体および気体を通さない。さらに、前記上側部材と前記下側部材の間の接続部は液体および気体を通さない。もちろん、前記装置の中で液体噴流を発生させるには、液体を前記装置の内部に供給する必要がある。また、気体層によって液体噴流が包囲される好ましい場合では、この保護気体も前記装置の内部に供給する必要がある。
【００１５】
しかし、前記装置並びに外部の液体供給源および／または気体供給源が閉じたシステムを構成するように液体および／または気体は供給される。そのため、このように所定の目的のために供給される液体および／または気体は前記装置を包囲する大気とやりとりされるものではないので、前記筐体が密封でないということにはならない。前記密封筐体の好ましい効果は、前記装置の中に入る（液体噴流を発生させる）液体の流量が前記放出口を通って前記装置から出ていく液体の流量に等しいことである。同様に、前記装置の中に入る（液体噴流の周りの保護気体層となる）気体の流量は、前記放出口を通って前記装置から出ていく気体の流量に等しい。
【００１６】
「取り外し可能に取り付けられ」とは前記下側部材が前記上側部材から前記装置のいずれの部材も損傷させることなく、非破壊的に取り外せることを意味する。「取り外し可能に取り付けられ」は、詳しく言えば前記下側部材が故意に取り外されるものであることを意味する。好ましくは、「取り外し可能に取り付けられ」は前記下側部材を前記上側部材から容易に取り外すことができる、すなわち前記装置またはその筐体のそれぞれを複雑でしかも時間のかかる分解する作業をすることなく容易に取り外すことができるということを意味する。
【００１７】
「同心となるように位置合わせされた」とは、前記放出口は丸くなっており（少なくとも真円度からのずれは多くとも５ミクロン以内、好ましくは３ミクロン以内）、丸い放出口の中心が液体噴流の丸くなっていると仮定する断面の中心と位置合わせされることを意味する。具体的には、「同心となるように位置合わせされた」とは、液体噴流が丸い放出口の内部の中心に配置される（少なくとも放出口の真中心からのずれは１０ミクロン未満、好ましくは５ミクロン未満である）ことを意味する。
【００１８】
第１の特徴の装置の密封筐体は、被加工材から飛散して戻ってくる液体が装置内に入る可能性を有意に低減する改良された飛散液体保護部として働く。そのため、第１の特徴の装置によれば従来技術の装置で行う機械加工工程よりも、効率的でしかも安定的に被加工材の機械加工を行うことができる。
【００１９】
飛散液体に対する保護が改良されている一つの点（実際に本明細書でいう密封筐体となっている点）は、この筐体は液体および／または気体を放出する余分な開口を有していないということである。そのような放出開口を避けることができているのは、（以下、詳細に説明する）本願発明の組み立て方法、具体的には下側部材を上側部材に組み付ける方法によるものである。この組み立て方法は、放出口と加圧液体噴流の位置合わせ工程を含み、この位置合わせ工程は上側部材から離された下側部材を用いて行うのが有利である。この位置合わせ工程が可能であるのは、下側部材が密封筐体の上側部材と取り外し可能に取り付けられていること、および接合部ユニットと密封接合部の構造によるものである。したがって、位置合わせ工程の間に液体が装置内に溜まらず、そのため液体の放出口を必要としない。
【００２０】
もう一つの理由は、丸い加圧液体噴流と丸い放出口が同心となるように位置合わせされることである。このような位置合わせによって飛散する液体が装置の中に入るのに通る不必要な空間が削減される。同心となるように位置合わせできることは、位置合わせ工程が装置の組み立ての間に行われることによる有利な効果によるものであり、加圧液体噴流の安定性が改善するものである。
【００２１】
下側部材が上側部材から取り外すことができるので、装置の清掃および装置の部品の交換が容易になる。
【００２２】
第１の特徴の装置の一つの好ましい実施の態様では、上側部材と下側部材の間に、例えば、ゴム製Ｖリングのようなゴム製絶縁ユニット、グリースを介する面同士の接触または超平坦な面同士の面接触により密封接合面が形成される。
【００２３】
上側部材と下側部材が互いに別体の部材であり、しかも互いに簡単に取り外し可能であることが好ましいが、このような密封接合部により密封筐体の密封性が確実になる。
【００２４】
第１の特徴の装置の別の好ましい実施の態様では、前記下側部材を引っ張って前記上側部材から離すことによって、前記下側部材を容易に取り外すことが可能である。
【００２５】
したがって、前記下側部材を取り外すために、ねじを緩めたり、半田を外したりするような機械的な作業は必要ない。前記下側部材は引っ張れば前記上側部材から非破壊的に外れる。このことは、前記下側部材を迅速かつ容易に交換することを可能にするとともに、第１の特徴の装置の組み立て中の位置合わせ工程を支援する。
【００２６】
第１の特徴の装置の別の一つの好ましい実施の態様では、前記下側部材が取り外されたとき、前記下側部材を単に前記上側部材まで近づけることにより前記下側部材を再び取り付けることができる。
【００２７】
前記下側部材と前記上側部材を互いに近づけていくだけで前記下側部材を再び取り付けることが可能にすることにより、第１の特徴の装置の組み立て間の位置合わせ工程はさらに容易に実施できる。
【００２８】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記下側部材が取り外されている時に、前記加圧液体噴流を前記放出口に位置合わせする位置合わせ工程を行う。
【００２９】
この態様では、前記下側部材が取り外された状態の第１の特徴の装置を動作させることができる位置合わせモードを第１の特徴の装置が有することを意味する。この位置合わせモードでは、第１の特徴の装置は加圧液体噴流を供給し、レーザービームを加圧液体噴流の中に入射させてその加圧液体噴流と結合させ、レーザービームを観察して水平面内で加圧液体噴流と放出口の予備位置合わせを行うことができる。具体的には、第１の特徴の装置は一つ以上のレーザービームの反射パターンを観察することによって加圧液体噴流の状況を判定するものでよい。この一つ以上のレーザービームの反射パターンは、加圧液体噴流が機械部品に衝突すると変化する。加圧液体噴流を少なくとも粗く位置合わせして放出口内に入るようにするため、この変化を用いることにより加圧液体噴流が前記下側部材の放出口の縁部に衝突していること、さらにこの衝突がいつおきるかを判定できる。
【００３０】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記放出口を有する前記下側部材の少なくとも一つの放出ノズルは硬質材料、好ましくはサファイア、タングステンカーバイドまたはダイヤモンドでできている。
【００３１】
第１の特徴の装置をその目的にしたがって使用する前に前記放出口はレーザービームにより穿孔されるわけではないので、前記放出口は予め作ることができ、硬質材料で作ることができる。そのため、前記下側部材の放出口を不変なものにすること、すなわち第１の特徴の装置が動作する時にレーザービームの作用によってその形状および／大きさが変化しないようにすることができる。したがって、同心とする位置合わせを長期間維持することによって、機械加工工程を、特にその効率および安定性に関して向上させることになる。
【００３２】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記放出口の直径は、前記加圧液体噴流の直径の１〜６倍、好ましくは１〜３倍である。
【００３３】
このようにすれば、前記放出口との隙間を極めて小さくして加圧液体噴流をガイドでき、加圧液体噴流は気体層により包囲されるのが好ましい。したがって、被加工材から飛散して戻ってきて第１の特徴の装置に入るのに通る不必要な隙間は形成されない。第１の特徴の装置は前記した特別な方法によって組み立てられることによってのみ、このような小さい放出口が可能になるのである。
【００３４】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記接合部ユニットは磁気素子を有し、前記下側部材は前記上側部材に前記磁気素子により磁力によって取り付けられる。
【００３５】
この少なくとも一つの磁気素子は、前記下側部材の前記上側部材への組付け工程を容易にし、それによって加圧液体噴流と前記放出口の位置合わせも容易にする。
【００３６】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記接合部ユニットは機械的素子、好ましくはばね素子を有し、前記下側部材は前記上側部材に前記機械的素子によって機械的に取り付けられる。
【００３７】
この代わりとなる態様の接合部ユニットは前記下側部材の前記上側部材への組付け工程を容易にし、さらに加圧液体噴流と前記放出口の位置合わせも容易にする。
【００３８】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記上側部材は液体噴流発生ノズルを保持するノズルホルダを備える。
【００３９】
このことは前記上側部材が液体噴流発生ノズル用の安定した台座を有する取り外し不能な部材であることが好ましいことを意味する。このようにすることにより、液体噴流の発生がより正確にし、より安定にする。
【００４０】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記液体噴流ノズルの液体開口部は硬質材料でできており、好ましくはサファイアまたはダイヤモンドでできている。
【００４１】
前記液体噴流ノズルの開口部がこれらの好ましい材料の一つでできているため、ノズルの形状および寸法は液体噴流の圧力およびレーザー入射光に対して優れた耐久性を有する。したがって、液体噴流経路は長期間使用しても安定である。 
【００４２】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記ノズルは１０〜２００μｍの直径の液体開口を有し、液体噴流の直径はこの液体開口の直径の０．６４〜０．９４倍である。
【００４３】
このような寸法はレーザービームで被加工材を機械加工するのに有利であり、液体噴流を安定化させる。
【００４４】
より好ましい実施の態様の第１の特徴の装置は、液体噴流が前記放出口から放出される前に液体噴流を包囲する気体を供給する気体供給ユニットを有する。
【００４５】
液体噴流を包囲する気体は液体噴流を安定にし、それによって液体噴流の特性を向上させ、機械加工工程を改良することにつながるものである。前記密封筐体と同心に位置合わせされた小さい放出口のおかげで、液体噴流の安定性を損なうことなく保護気体層を形成する気体の消費量は有意に少なくすることができる。
【００４６】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記気体供給ユニットは前記上側部材を貫通する気体注入孔と前記密封筐体によって包囲された気体供給室を含み、この気体供給室は液体噴流に気体を供給する。
【００４７】
前記気体供給室は前記密封筐体を貫通するものであるが、前記密封筐体の密封性はそれによって影響されるものではないことがわかる。これは、第１の特徴の装置の内部、前記気体供給ユニットおよび外部の気体供給源が、同装置が稼働している間、同装置の内部と同装置を包囲する大気の間でいかなる液体および気体のやりとりができない閉じた系を形成するからである。
【００４８】
より好ましい実施の態様の第１の特徴の装置は、液体が前記下側部材の外面に、特に前記放出口の近くに溜まるのを防ぐ液体防御ユニットをさらに有する。
【００４９】
この液体防御ユニットを用いることによって、前記下側部材の外面から液体を除ける。前記下側部材の外面上に溜まる液体は液体噴流および／またはそれを保護する気体流と影響し合う。このことは、液体噴流の特性に悪影響を及ぼし、機械加工工程の効率を低下させることになる。したがって、液体防御ユニットを用いることは、機械加工工程の効率および安定性を向上させることになる。液体防御ユニットはさらに前記下側部材との接合部の近くの前記上側部材の外面上に液体が溜まるのを防ぐことができるようにしてよい。例えば、前記上側部材は上部結合体と下部結合ナットを含むものでよい。この場合、液体防御ユニットはこの結合ユニットの外面上に液体が溜まるのを防ぐことができる。
【００５０】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記液体防御ユニットが前記下側部材の外面から離れた場所に液体を移す液体吸引ユニットを有する。
【００５１】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記液体防御ユニットは前記下側部材の外面から液体を吸収する毛細管素子を有する。
【００５２】
第１の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記液体防御ユニットは前記下側部材の外面上に撥液体材料を有する。
【００５３】
本願発明のより好ましい実施の態様の装置では、前記液体防御ユニットは前記下側部材の外面を加熱することによって液体を蒸散させる加熱ユニットを有する。
【００５４】
このような好ましい実施の態様の液体防御ユニットを用いることによって、前記下側部材の外面から極めて確実に液体を除くことができる。
【００５５】
本願発明の第２の特徴は、前記した本願発明の第１の特徴にしたがう装置またはその第１の特徴のいずれかの実施の態様にしたがう装置を組み立てる方法を提供するものであり、この方法は、前記下側部材が外された前記装置を用意するステップと、水平面内で、加圧液体噴流を前記放出口に予備位置合わせをするステップと、前記上側部材と前記下側部材を鉛直方向に動かして、前記下側部材が前記上側部材に接合部ユニットによって取り付けられるまで互いに近づけるステップと、前記加圧液体噴流を前記放出口に精密位置合わせするステップと、を含む。
【００５６】
水平面内での液体噴流と前記放出口の精密位置合わせによって、ずれが１０ミクロン未満、好ましくは５ミクロン未満にする、これらの中心軸の位置合わせができる。
【００５７】
前記した第２の特徴の方法は予備位置合わせと精密位置合わせを有する位置合わせを含むので、第１の特徴の装置の前記した利点が担保される。例えば、前記上側部材から外された前記下側部材を用いて前記予備位置合わせが行われるので、精密位置合わせを行っている間に液体が装置内に溜まることがなく、そのため前記下側部材は液体放出用の開口を必要としない。その結果、第１の特徴の装置の筐体を密封構造にすることができる。さらに、前記密封筐体の前記上側部材が備える接合ユニットによって、前記上側部材と前記下側部材の取り付けが容易に行える。この構造によって、外された状態の下側部材を用いる予備位置合わせが可能になる。なぜならば、この粗い位置合わせを劣化させることなく、前記下側部材は簡単に前記上側部材に取り付けることができるからである。さらに、この接合ユニットによって液体噴流と前記放出口の精密位置合わせをして、その結果として前述したずれの小さい中心軸の位置合わせ、すなわち液体噴流の中心軸を前記放出口の内部の中心にもってくることが可能になる
【００５８】
第１の特徴の装置が液体防御ユニットを含む場合、この液体防御ユニットは液体噴流と前記放出口の精密位置合わせステップの後に取り付けられる。
【００５９】
このように組み立てられた装置は前記密封筐体を備え、その結果前記した有利な特徴や効果を有するものとなる。前記位置合わせ工程は簡便に、しかも迅速に行うことができる。例えば、予期せず位置ずれがおきた場合や、第１の特徴の装置が清掃またはメンテナンスのために分解された場合は、前記位置合わせ工程は簡単に繰り返し行うことができる。
【００６０】
本願発明の第３の特徴は、レーザービームを用いて被加工材を機械加工する装置を提供するものであって、同装置は加圧液体噴流を作るノズルと、レーザービームを前記加圧液体噴流の中に入射させ前記加圧液体噴流と結合させる少なくとも一つの光学素子と、前記ノズルおよび前記少なくとも一つの光学素子を包囲する密封筐体であって、接合部ユニットを備える上側部材および前記接合部ユニットによって前記上側部材に取り付けられて前記加圧液体噴流を前記被加工材に向けて放出する導液路を有する下側部材を含む密封筐体と、を有し、前記導液路の長さの前記導液路の直径、特に一定の直径に対する比が１：１から２０：１の間、好ましくは５：１から１５：１の間である。
【００６１】
第３の特徴の装置は、第１の特徴の装置の代替となる解決策である。第３の特徴の装置もまた、前記密封筐体を有しているので、第３の特徴の装置は第１の特徴の装置について説明した有利な特徴および効果をすべてもっている。すなわち、第３の特徴の装置によって優れた飛沫防御がなされる理由の一つは、やはり（本明細書でいうところの）前記筐体の密封性である。
【００６２】
もう一つの理由は、導液路の長さの導液路の直径（幅）に対する比率である。ここで導液路の直径は導液路の全長にわたって一定であることが好ましい。この導液路は前記筐体の内部から前記下側部材の外側の端部まで延設され、この外側の端部では（第１の特徴の装置と同じ）放出口になっている。このような比較的長い導液路（すなわち、長さの幅に対する比率が大きい）ために、被加工材から飛散して戻ってくる液体および飛沫が装置の中、特に前記密封筐体の内部で液体噴流が発生する装置の部分の中に入る可能性は低い。実際、５：１、１０：１、１５：１または２０：１よりも大きい比率になると、液体および／または飛沫が液体噴流発生ノズルまで到達する可能性は極めて低くなる。
【００６３】
また前記導液路を比較的長くした結果、前記導液路の絶対的な直径、すなわち前記下側部材の端部に形成された放出口の絶対的な直径を、例えば第１の特徴の装置の放出口と比べて拡げることができる。このように拡げられた前記導液路／開口によって、液体噴流の位置合わせのばらつき（すなわち、第１の特徴の装置でおきるような液体噴流と前記導液路／開口の同心位置合わせのずれ）が許容され、しかも飛沫防御を劣化させることはない。このように位置合わせの要件が緩和されるため、前記下側部材を引っ張っても簡単に外れないように、従来技術の方法で前記下側部材を前記上側部材に取り付けて、例えば動かないようにすることができる。例えば、前記下側部材はねじ（細かいねじ）を切ったものでよく、前記上側部材にねじ込んで取り付けられるものでよい。
【００６４】
導液路の直径は、液体噴流が気体によって包囲されるときでも、前記下側部材を妨げられることなく通ることができるように、すなわち気体による包囲が妨げられることがないように決めるのが好ましい。第１の特徴の装置の放出口の直径は、第３の特徴の装置直径よりも特に小さい。
【００６５】
第３の特徴の装置の好ましい実施の態様では、前記上側部材に取り付けられる取り付け部と、前記取り付け部から延設され前記導液路をガイドする管部と、を有し、前記管部の長さの前記管部の直径に対する比は２：１よりも大きい。
【００６６】
前記管部が比較的長いので、液体、具体的には水が前記下側部材の外側に溜まるのを防ぎ、それによって液体が前記導液路／開口をブリッジするのが防がれる。したがって、水が装置の筐体内に入る可能性は低くなる。さらに、レーザービームを搬送する液体噴流がそのような液体ブリッジによる悪影響を受けない。
【００６７】
第３の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記管部の直径の前記導液路の直径に対する比は５：１よりも小さい。
【００６８】
前記管部が比較的細いので、前記管部の露出している端部の表面は小さく、液体、具体的には水がその端部の表面に溜まり、さらに／または同表面上で水滴が形成される可能性は低い。
【００６９】
第３の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記管部の端部は尖った縁部を有する。
【００７０】
記管部の端部の縁部が尖っていることにより、液体、具体的には水が隔離されて、液体によって前記導液路／開口がブリッジされ、しかも／または同液体が装置の筐体内に入る可能性が低くなる。
【００７１】
第３の特徴の装置のより好ましい実施の態様では、前記導液路の直径は加圧液体噴流の直径の１〜１０倍の間、好ましくは４〜１０倍の間である。
【００７２】
この場合、前記導液路の直径は第１の特徴の装置中の放出口の直径よりも大きくなるので好ましい。
【００７３】
第３の特徴の装置はさらに気体供給ユニットおよび／または液体防御ユニットを備えるものでもよいことがわかる。これらのユニットはそれぞれ第１の特徴の装置の好ましい実施の態様で説明したものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
本願発明の前記した特徴および好ましい実施の態様は、添付した次の図面を参照して以下の所定の実施形態の記載により説明される。
【図１】図１は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置を示す。
【図２】図２は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置を示す。
【図３】図３は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置を示す。
【図４】図４は本願発明の一つの実施形態にしたがう方法を示す。
【図５】図５は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置について、本願発明の一つの実施形態にしたがう組み立て方法の第１ステップを示す。
【図６】図６は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置について、本願発明の一つの実施形態にしたがう組み立て方法の第２ステップを示す。
【図７】図７は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置について、本願発明の一つの実施形態にしたがう組み立て方法の第３ステップを示す。
【図８】図８は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置について、本願発明の一つの実施形態にしたがう組み立て方法の第４ステップを示す。
【図９】図９は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置を示す。
【図１０】図１０は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置の下側部材を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
図１は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置１００を示す。具体的に、装置１００はレーザービーム１０２を用いて被加工材１０１を機械加工する。被加工材１０１は、例えば、金属、セラミックス、ダイヤモンド、半導体、カーバイド、合金、複合材料または超硬材料でできているものでよい。注目すべき点は、被加工材１０１は装置１００の一部でないことである。しかし、被加工材１０１は機械加工表面上に配置され、該機械加工表面は装置１００の一部であってもよいし、そうでなくてもよい。いずれの場合でも、装置１００によって機械加工表面上に配置された被加工材１０１を機械加工できるように装置１００は構成される。装置１００はまた機械加工表面の３次元までの方向の動きを制御するものでよい。
【００７６】
装置１００はノズル１０３、少なくとも一つの光学素子１０５と上側部材１０７および下側部材１０９を含む密封筐体１０６とを有する。密封筐体１０６はノズル１０３と少なくとも一つの光学素子１０５を包囲する。密封筐体１０６はさらに装置１００の別のユニットや部品を包囲するものでもよい。
【００７７】
液体噴流発生ノズル１０３は加圧液体噴流１０４を発生する。加圧液体噴流１０４は装置１００によって供給されて、被加工材１０１に当てられる。少なくとも一つの光学素子１０５はレーザービーム１０２を具体的には液体噴流発生ノズルの開口を通して、加圧液体噴流１０４の中に入射させて加圧液体噴流１０４と結合させ、被加工材１０１に向かうように伝播させる。少なくとも一つの光学素子１０５は、例えば一つ以上のレンズ、複数のレンズモジュール、複数の光ガイド素子、複数のビームスプリッタ、複数のミラー、複数のフィルタまたは複数の偏光板を含むものでよい。ノズル１０３と少なくとも一つの光学素子１０５は、例えば、光学素子１０５が液体と接触するのを防ぐために、例えば光窓によって隔離されていてよい。
【００７８】
レーザービーム１０２は好ましくは細い（すなわち、径がマイクロメータの範囲）加圧液体噴流１０４によって、原則的に光ファイバ中をレーザービーム１０２がガイドされるのと同じようにガイドされる。レーザービーム１０２は被加工材１０１に向けられ、被加工材１０１に当たる、そのため、レーザービーム１０２を用いて、被加工材１０１を高精度で機械加工することができる。一方、加圧液体噴流１０４は継続的に被加工材を冷却し、破片を除去することができる。例えば、装置１００は具体的には被加工材１０１を高精度で切断し、またはその形状を変化させることができる。
【００７９】
レーザービーム１０２はパルスレーザービーム１０２でも連続レーザービーム１０２でもよい。レーザービーム１０２はレーザー光源によって供給される。レーザー光源は装置１００の一部でもよいし、装置１００の外部にあってもよいが、レーザービーム１０２を装置１００のレーザー供給ポートの中に入射させてレーザー供給ポートと結合させる。レーザービーム１０２は可視光でよく、好ましくは緑色の波長範囲である。例えば、レーザービーム１０２は３５５ｎｍから１０６４ｎｍまでの範囲の波長、好ましくは５１５ｎｍまたは５３２ｎｍの波長とすることができる。
【００８０】
密封筐体１０６の上側部材１０７は接合部ユニット１０８を備える。接合部ユニット１０８は上側部材１０７の一部か、上側部材１０７に接続されているかのいずれでもよい。また、上側部材１０７はと接合部ユニット１０８は一体形成されたものでもよい。あまり好ましくはないが代わりとなる実施態様では、接合部ユニット１０８は上側部材１０７ではなく、下側部材１０９に備えられている。接合部ユニット１０８によって、下側部材１０９は上側部材１０７に取り外し可能に取り付けられている。すなわち、下側部材１０９は実際には接合部ユニット１０８によって保持されて取り付けられた状態になっている。しかし、下側部材１０９が上側部材１０７と接触するように下側部材１０９は上側部材１０７に取り付けられていて、その結果下側部材１０９と上側部材１０７が合わさって密封筐体１０６を構成する。
【００８１】
下側部材１０９は被加工材１０１に向けて加圧液体噴流１０４を放出する放出口１１０を有している。図１に示すように、放出口１１０は下側部材１０９を貫通して延設される導液孔によって下側部材１０９の端部に形成されている。すなわち、下側部材１０９の外側端部の放出口１１０の直径は下側部材１０９に内部のこの導液孔の直径に等しい。しかし、放出口１１０は下側部材１０９の専用部材で形成されてもよい。例えば、下側部材１０９中の導液路よりも直径が小さい専用部材である。少なくとも下側部材１０９の放出口１１０は、すなわち放出口１１０を画定する下側部材１０９の部分は少なくとも、サファイア、タングステンカーバイドまたはダイヤモンドのような硬い材料でできているか、そのような硬い材料中に作られている。しかし、また下側部材１０９の全体がそのような材料でできていてもよい。
【００８２】
これらの材料は液体および気体に対する密封性を有している。しかし、下側部材１０９の一部が別の材料でできているとしても、装置１００の内部と装置１００を包囲する大気の間での液体および気体のやりとり（放出口１１０を通るやりとり以外）がおきるのを防ぐため、その材料もまた液体および気体に対して密封性を有する。このことは、上側部材１０７の材料についても同じである。上側部材１０７は、例えば金属または硬質樹脂でできたものでよい。もちろん、下側部材１０９と上側部材１０７を同じ材料で作ることもできる。
【００８３】
放出口１１０と加圧液体噴流１０４は同心となるように位置合わせされ、すなわち加圧液体噴流１０４は放出口１１０の内部の中心に位置する。これによって、放出口１１０は好ましくは加圧液体噴流１０４を近接して包囲する直径を有する。特に、放出口１１０の直径は加圧液体噴流１０４の直径の好ましくは１〜６倍、もっと好ましくは１〜３倍である。加圧液体噴流１０４の直径はノズル１０３によって決まる。ノズル１０３は１０〜２００μｍの直径の開口を有するのが好ましく、加圧液体噴流１０４の直径はノズルの開口の直径の０．６４〜０．９４倍であることが好ましい。
【００８４】
図２は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置２００を示す。この装置２００は図１に示す装置１００を発展させたものである。図１中の構成要素と同じ図２中の構成要素は、同じ符号が付され、同様な機能を有する。したがって、図２の装置２００も前記した加圧噴流発生ノズル１０３と少なくとも一つの光学素子１０５を含む。ノズル１０３はレーザービーム１０２をガイドする加圧液体噴流１０４を供給する。さらに、装置２００も接合部ユニット１０８によって取り外し可能に互いに取り付けられた上側部材１０７と下側部材１０９からなる前記した密封筐体１０６を有する。図２に示すように、接合部ユニット１０８は加圧液体噴流１０４を包囲するように形成することができる。接合部ユニット１０８は単一の部材からなるものでもよいし、複数の部材からなるものでもよく、上側部材１０７に取り付けられていてもよいし、上側部材１０７の一部にしてもよい。
【００８５】
図２中で、上側部材１０７は２つに部材を含むことが示されており、すなわち結合部材１０７ｂと結合ナット１０７ａを含む。結合ナット１０７ａは結合部材１０７ｂに取り外し可能に取り付けられているものでよい。結合ナット１０７ａと結合部材１０７ｂの接合部はＯリングによって、グリースを介した面同士の接触により、または超平坦面同士の面接触により密封されている。結合ナット１０７ａは接合ユニット１０８を有するか、または接合ユニット１０８と一つのユニットを形成するのが好ましい。下側部材１０９は接合部ユニット１０８によって結合ナット１０７ａに取り外し可能に取り付けられるのが好ましい。
【００８６】
図２中ではさらに、上側部材１０７と下側部材１０９が接合部ユニット１０８によって取り付けられ、これら部材が密封接合部２０７を形成している、すなわち、これら部材が密封状態になるように互いに取り付けられている。密封接合部２０７は具体的には結合ナット１０７ａと下側部材１０９の間に形成されている。密封接合部２０７はＶリング、好ましくはゴム製Ｖリングによって上側部材１０７、詳しく言えば結合ナット１０７ａと下側部材１０９の間に形成される。
【００８７】
代わりに、密封接合部２０７は少なくとも上側部材１０７の一部、詳しく言えば結合ナット１０７ａと下側部材１０９のグリースを介した面同士の接触、または超平坦な面同士による面接触によって形成される。ここで、超平坦面接触とは、下側部材１０９と上側部材１０７、具体的には結合ナット１０７ａのそれぞれの接続領域の平均表面粗さが０．１μｍ以下である、好ましくは０．０５μｍ以下であることである。
【００８８】
図２からさらに、下側部材１０９が専用の放出ノズル２０８を有し、放出ノズル２０８内に放出口１１０が設けられているのがわかる。放出ノズル２０８は下側部材１０９と一体的に形成することができる。すなわち、同じ材料で作ることができる。しかし、放出ノズル２０８は下側部材１０９の他の部分と異なる材料（もっと好ましくは、より硬い材料）でできていることが好ましい。好ましくは、放出ノズル２０８と結果として放出口１１０は、サファイア、タングステンカーバイドまたはダイヤモンドのような硬く、耐久性のある材料でできている。このようにすれば、放出口１１０の形状および直径の精度を上げ、一定にすることができる。導液路２１１は密封筐体１０６の内部から下側部材１０９を貫通して延設するように形成されており、導液路２１１は下側部材１０９の外側端部に設けられている、ここでは放出ノズル２０８の中に設けられている放出口１１０で、またはこの放出口１１０によって終端している。下側部材１０９内の導液路２１１の直径は下側部材１０９の端部の放出口１１０の直径よりも大きくしてよい。
【００８９】
図２がさらに示すのは、装置２００が液体供給ユニット２０３、２０４を含むことができることである。液体供給ユニット２０３、２０４は液体供給チャンバ２０３を有し、液体供給チャンバ２０３の中に外部の液体供給源から上側部材１０７を貫通して設けられた液体開口を通して液体が供給される。例えば、液体供給ユニット２０３、２０４は、さらに液体加速チャンバ２０４を有し、液体加速チャンバ２０４は供給された液体が液体噴流発生ノズル１０３の液体流入口２０１に流入する前に供給された液体を加速し、その結果加圧液体噴流１０４が発生する。装置２００を使用するとき、外部の液体供給源は液体供給チャンバ２０３と液体加速チャンバ２０４とともに閉回路を形成しているので、密封筐体１０６は液体開口を有しているが、この明細書の「密封」の意味においては密封されていることがわかる。液体加速チャンバ２０４に供給される液体は水であることが好ましい。液体加速チャンバ２０４は、液体を十分に加速させるため、平坦な円盤形状を有し、その高さが１ｍｍ未満であることが好ましく、０．５ｍｍ未満であることがもっと好ましい。加圧液体噴流を発生するノズル１０３の液体流入口２０１の直径は１０〜２００μｍであることが好ましい。
【００９０】
図２がさらに、ノズル１０３を保持し、装置２００の一部でもよいノズルホルダ２０２をさらに示す。ノズルホルダ２０２は密封筐体１０６の上側部材１０７と接続されているのが好ましく、上側部材１０７の一部としてもよい。ノズルホルダ２０２は好ましくは上側部材１０７の結合部材１０７ｂに包囲され、すなわち結合部材１０７ｂの中に挿入されている。その中で、ノズルホルダ２０２は結合部材１０７ｂに取り付けられた結合ナット１０７ａによって所定の位置に（好ましくは下から）保持されている。すなわち、ノズルホルダ２０２は結合部材１０７ｂと結合ナット１０７ａの間に固定されているものでよい。ノズルホルダ２０２は金属製であることが好ましい。
【００９１】
装置２００の内部に空間２１０が形成されるような形状をノズルホルダ２０２が有するのが好ましい。加圧液体噴流１０４がノズル１０３の液体流入口２０１によって生成した後、加圧液体噴流１０４は空間２１０を通って進む。空間２１０を用いて加圧液体噴流１０４に気体を供給し、この気体が加圧液体噴流１０４の周りに安定した気体層を形成することができる利点がある。空間２１０の形状によって加圧液体噴流１０４を安定させる効果が生じる利点がある。
【００９２】
このような包囲する気体層を形成するために、装置２００は図２に示すように空間２１０に気体を供給し、結果として加圧液体噴流１０４に気体を供給する気体供給チャンバ２０５を含むものでよい。加圧液体噴流１０４が放出口１１０を通って放出される前は、供給された気体が加圧液体噴流１０４を包囲する。気体供給チャンバ２０５と空間２１０とがこのように一緒になって一つの気体供給ユニットを構成し、この気体供給ユニットでは気体供給チャンバ２０５は空間２１０と連通している開口２０６を有する。この気体供給ユニットはさらに密封筐体１０６の上側部材１０７、詳しく言えば結合部材１０７ｂを貫通して設けられ、密封筐体１０６に包囲された装置２００の気体供給チャンバ２０５の内部と連通する気体流入孔を含む。
【００９３】
液体供給ユニット２０３、２０４に対して説明したのと同様に、気体は外部気体供給源から供給されて、装置２００を使用するとこの外部気体供給源は気体供給ユニット２０５、２１０とともに閉回路を形成しているので、装置２００の内部と装置２００を取り巻く大気との間でいかなる気体の交換も起きないようにしていることは注目すべき点である。結果として、密封筐体１０６の密封性は気体流入孔があっても影響を受けない。気体流入孔を通して気体供給チャンバに供給される気体はヘリウムであることが好ましい。加圧液体噴流１０４が放出口１１０から放出される前に空間２１０の内部でヘリウムが加圧液体噴流１０４を包囲することは、加圧液体噴流１０４を安定化させるのに役立っている。
【００９４】
図２はさらに示すのは、装置２００が光窓２０９を含み、この光窓２０９が液体噴流発生ノズル１０３を、レーザービーム１０２が発生する、具体的にいえば（図２中にはしめされていない）少なくとも一つの光学素子１０５が配置された装置２００の複数の領域と隔離している。光窓２０９は溶融シリカでできているのが好ましい。さらに、光窓２０９はノズルホルダ２０２および液体加速チャンバ２０４の上方に配置されるのが好ましい。
【００９５】
図２はまた装置２００が完全に組み立てられる時、主に接合部ユニット１０８によって下側部材１０９が所定の位置に保持されること、さらに密封接合部２０７を形成することによって下側部材１０９が上側部材１０７、具体的には結合ナット１０７ａに取り付けられることを示している。上側部材１０７自身は下側部材１０９に保持力をかけないことが好ましい。
【００９６】
図３は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置３００を示す。装置３００は図１に示す装置１００と図２に示す装置２００を発展させたものである。図１および／または図２中の構成要素と同じ図３中の構成要素は、同じ符号が付され、同様な機能を有する。すなわち、装置３００もまた前記したノズル１０３と、少なくとも一つの光学素子１０５と、密封筐体１０６とを含む。密封筐体１０６は接合部ユニット１０８を有する上側部材１０７を含み、上側部材１０７は好ましくは図２に示す結合部材１０７ｂと結合ナット１０７ａに分けられる。密封筐体１０６はさらに放出口１１０を有する下側部材１０９を含む。
【００９７】
詳しくいえば、図３は装置３００にさらに液体防御ユニット３０１を設けることができることを示す。液体防御ユニット３０１は液体が下側部材１０９の外面に、さらにオプションになるが結合ナット１０７ａの外面にも溜まるのを防ぐ。特に、液体防御ユニット３０１は液体が放出口１１０の近くに溜まるのを防ぎ、特に放出ノズル２０８の上や、下側部材１０９の放出口１１０の中にも液体が溜まるのを防ぐ。液体防御ユニット３０１はしたがって外部の液体の滞留を防止するものであり、上側部材１０７に、具体的には結合ナット１０７ａに取り付けられるのが好ましい。
【００９８】
液体防御ユニット３０１は下側部材１０９の外面からの液体を吸収する液体吸引ユニットであることが好ましい。そのような液体吸引ユニットは、例えば真空システムまたは負圧を作り出すモジュールによって実現される。この液体吸引ユニットは下側部材１０９の外面から液体を吸引して除く。
【００９９】
代わりに、液体防御ユニット３０１は、下側部材１０９の外面から液体を吸収する毛細管素子でもよい。詳しくいえば、このような毛細管素子は一種の複数の毛細管開口部または微小構造を有し、液体が下側部材１０９の外面に溜まり始めると、毛細管現象によって液体が複数の毛細管開口部または微小構造の中に吸引される。毛細管素子はスポンジ状またスポンジでもよく、液体を吸収することができる。
【０１００】
代わりに、液体防御ユニット３０１は、下側部材１０９の外面に撥液体材料が、例えば層または塗装として設けられたものでよい。例えば、液体はこの撥液体材料上に付着できないので、この撥液体材料は、液体が下側部材１０９の外面に溜まるを防ぐ。
【０１０１】
最後になるが、液体防御ユニット３０１はまた下側部材１０９の外面を加熱して、その結果下側部材１０９の外面に溜まる液体を蒸発させる加熱ユニットを有するものでよい。本明細書中での液体は水であることが好ましく、液体防御ユニット３０１はいずれの場合でも、下側部材１０９の外面から水を吸収または除くものであればよいことがわかる。
【０１０２】
図４は本願発明の一つの実施形態にしたがう方法４００を示す。方法４００は詳しくいえば前記した図中に示す装置１００、２００または３００の少なくともいくつかの部分を組み立てるための方法である。具体的にいえば、方法４００は少なくとも下側部材１０９を上側部材１０７に組み付ける手順に関するものである。
【０１０３】
この組み付け手順は位置合わせ工程を有する。具体的に、方法４００は下側部材１０９が付いていない装置１００、２００、３００を用意する第１ステップを有する。例えば、装置１００、２００、３００が１回目として完全に組み立てられる前に、下側部材１０９を除くその部品のすべてが組み立てられてもよい。または、装置１００、２００、３００が既に組み立てられた後に下側部材１０９が除かれ、装置１００、２００、３００が再び組み立てられてもよい。
【０１０４】
方法４００はさらに加圧液体噴流１０４を放出口１１０と水平面内で予備位置合わせをする第２ステップを有する。水平面は鉛直方向に垂直な平面によって定義さる。ここで鉛直方向は加圧液体噴流１０４が、液体噴流発生ノズル１０３によって、具体的にはノズル１０３の液体流入口２０１によって作られる時の（真っ直ぐな）加圧液体噴流１０４の方向によって定義される。
【０１０５】
方法４００はさらに上側部材１０７と下側部材１０９を鉛直方向に沿って動かして近づけ、下側部材１０９を上側部材１０７に接合部ユニット１０８によって取り付けるステップ４０３を有する。ステップ４０３では、下側部材１０９を上側部材１０７に向かって動かすか、上側部材１０７を下側部材１０９に向かって動かすか、いずれでもよいし、また、上側部材１０７と下側部材１０９の両方を互いに向かって動かしてもよい。
【０１０６】
最後になるが、方法４００は加圧液体噴流１０４と放出口１１０を正確に位置合わせするステップ４０４を有する。この精密位置合わせステップ４０４は下側部材１０９を水平面内で動かすことによって行われるものでよい。高精度で加圧液体噴流１０４と放出口１１０を位置合わせすることによって、これらの加圧液体噴流１０４と放出口１１０が同心となるような位置合わせが確実になされる。しかし、下側部材１０９の一部のみ、例えば、放出口１１０を有する放出ノズル２０８を水平面内で動かすことも可能である。このようにするために、放出ノズル２０８は下側部材１０９の残りの部分に対して少なくとも水平面内で動かすことができるものでよい。
【０１０７】
図５乃至図８はそれぞれ図４の方法４００のステップ４０１〜４０４を図２に示す装置２００を用いた図により示す。すなわち、上側部材１０７は結合部材１０７ｂと結合ナット１０７ａに分けられている。もちろん、同じ方法４００を図１に示す装置１００を用いて行うこともできるし、また、後に続く工程で液体防御ユニット３０１が取り付けられれば、図３に示す装置３００を用いておこなうこともできる。
【０１０８】
具体的に、図５は方法４００の第１ステップを示し、このステップでは上側部材１０７から除かれた下側部材１０９を用意する。この状態の下側部材１０９は（装置２００の下側部材１０９以外の残りを初めて組み立てた後）下側部材１０９を組み付けないことにより、または図５に示すように下側部材１０９を鉛直方向（Ｚ方向）に沿って相対的に動かして上側部材１０７から離すことによって用意できる。例えば、下側部材１０９を取り外すため、下側部材１０９を単に上側部材１０７から、具体的には結合ナット１０７ａから引き離すことでよい。
【０１０９】
図６は方法４００の第２ステップ４０２を示す。具体的に、このステップでは加圧液体噴流１０４と放出口１１０の粗い位置合わせが水平面内（ｘおよびｙ方向）で行われ、その結果、予備位置合わせステップ４０２が終わると、加圧液体噴流１０４が少なくとも放出口１１０の端部に当たることなく放出口を通過するようになっている。しかし、加圧液体噴流１０４と放出口１１０はまだ必ずしも同心になるように位置合わせされているわけではない。
【０１１０】
図７は方法４００の第３ステップ４０３を示す。第３ステップでは、下側部材１０９と上側部材１０７を鉛直方向（ｚ方向）に動かして一体にする。その結果、下側部材１０９は接合部ユニット１０８によって上側部材１０７に、具体的には結合ナット１０７ａに取り付けられる。加圧液体噴流１０４が放出口１１０を通過するように加圧液体噴流１０４と放出口１１０の粗い位置合わせが既に水平面内でなされているので、液体が装置２００の中に溜まることは避けることができる。密封筐体１０６はこの取り付けステップ４０３で形成される。
【０１１１】
図８は、方法４００の第４ステップを示す。第４ステップでは、加圧液体噴流１０４と放出口１１０の精密位置合わせが最後に行われる。具体的には、加圧液体噴流１０４と放出口１１０が同心になるように位置合わせされるまで、これらの加圧液体噴流１０４と放出口１１０の位置合わせがさらに水平面内で（ｘ方向およびｙ方向）で行われる。この精密位置合わせステップ４０４により密封筐体１０６は影響を受けない。
【０１１２】
本願発明における同心とする位置合わせが完了したことは、例えば、非結合状態で伝播する光の量に基づき十分検知可能である。加圧液体噴流１０４と放出口１１０のわずかな位置ずれがある場合でも、不規則な非結合状態で伝播する光が観測される。この位置ずれが大きい場合、常に非結合状態が観測される。この非結合状態で伝播する光は、被加工材１０１（または被加工材１０１の代わりに用いられる専用較正表面）に当たったレーザービーム１０２によってできる所定の光パターンとして観測可能である。
【０１１３】
図９は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置９００を示す。図１中の構成要素と同じ図９中の構成要素は、同じ符号が付され、同様な機能を有する。したがって、図９の装置９００も加圧液体噴流を発生する加圧噴流発生ノズル１０３と、レーザービーム１０２を加圧液体噴流１０４の中に入射させ加圧液体噴流１０４と結合させる少なくとも一つの光学素子１０５と、加圧噴流発生ノズル１０３および光学素子１０５を包囲する密封筐体１０６を含む。密封筐体１０６は、上側部材１０７と、接合部ユニット１０８と、下側部材９０１とを含む。
【０１１４】
図１の装置１００と図９の装置９００の違う点は下側部材９０１である。装置９００の下側部材９０１は接合部ユニット１０８を介して上側部材１０７に取り付けられている。下側部材９０１は上側部材１０７に動かないように取り付けられているのが好ましい。さらに、下側部材９０１は加圧液体噴流１０４を放出する導液路９０２を有する。導液路９０２は下側部材９０１の中に形成され、すなわち、下側部材９０１を貫通して延設され、下側部材９０１の外側端部に放出孔を形成するものでよい。導液路９０２の直径は下側部材９０１の内部では一定であることが好ましく、下側部材９０１の外側端部に形成された放出孔の直径は導液路９０２の端部の直径である。導液路９０２の長さの、その直径、好ましくはその一定である直径、その平均直径、またはその放出孔における直径に対する比は１：１と２０：１（すなわち、導液路９０２の長さはその幅の２０倍）の間の比であり、さらに５：１と１５：１の間の比であることが好ましい。
【０１１５】
図１の装置１００と比較すると、導液路９０２は導液路／放出口１１０よりも長い。このことによって、装置１００の少なくとも放出口１１０の直径に比べて導液路９０２の直径を大きくすることが可能になっている。図２の装置２００と比較すると、下側部材１０９とノズル２０８内の放出口１１０とを貫通する導液路２１１よりも導液路９０２は長い。
【０１１６】
図１０は本願発明の一つの実施形態にしたがう装置９００の下側部材９０１の一例を示す。この例は図９の装置９００を発展させたものである。図１０に示される下側部材９０１は取り付け部１０００を含み、取り付け部１０００は下側部材９０１を密封筐体１０６の上側部材１０７に取り付けるのに適している。具体的には、図１０中に２つの矢で示される二つの表面の両方またはいずれか（すなわち、取り付け部１０００の頂面または側面）が、特に接合部ユニット１０８に固定され（例えば、ねじが切ってある、ねじ込んで取り付ける、接着剤またはリベット等により）、それによって上側部材１０７に固定される。さらに、下側部材９０１は管部１００１を有し、管部１００１は取り付け部１０００から、詳細には取り付け部１０００の底面に対して垂直な角度で延設され、導液路９０２をガイドする。すなわち、導液路９０２は管部１００１を貫通して延びている、さらに／または管部１００１が少なくとも導液路９０２の一部を含んでいる。
【０１１７】
下側部材９０１の寸法は好適な寸法にすることができる。具体的には、複数の有利なアスペクト比は次のとおりである。すなわち、導液路９０２の長さＬｉ（下側部材９０１の長さに一致する）の導液路９０２の直径ＩＤに対する比は２０から１の範囲（すなわち、２０：１から１：１）にするのが好適である。管部１００１の直径ＯＤの導液路９０２の直径ＩＤに対する比は５未満（すなわち、５：１より小）である。管部１００１の長さＬＯの管部１００１の直径ＯＤに対する比は、２より大きい（すなわち、２：１より大）。導液路９０２の直径ＩＤの加圧液体噴流１０４の直径に対する比は１から１０の範囲である（すなわち、１：１と１０：１の間）であり、好ましいのは４から１０である。
【０１１８】
図１０はまた管部１００１の端部（すなわち、下側部材１０９に取り付けられない、また下側部材１０９と反対側にあり外側端部であり、すなわち被加工材１０１の機械加工中は被加工材１０１の方に向いている外側端部）が、被加工材１０１から飛散して戻ってきて、下側部材９０１の外側表面に溜まる液体を隔離するように機能する一つ以上の尖った縁部を有することを示す。
【０１１９】
要約すれば、本願発明は装置１００、２００、３００、９００と装置１００、２００、３００、９００の組み立て方法４００を提供し、これらの装置および方法によれば、加圧液体噴流１０４の中に入射させ、その加圧液体噴流１０４と結合させたレーザービーム１０２を用いて被加工材１０１をより効率的に、しかもより安定した工程で機械加工することを可能になる。さらに詳細にいえば、密封筐体１０６が提供する改善された飛散液体防御部により、被加工材１０１を機械加工する時の加圧液体噴流１０４の安定性が改善されている。
【０１２０】
本願発明について複数の実施の態様だけでなく複数の実施例として様々な実施形態を用いて説明した。しかし、当業者で添付した図面、明細書および独立請求項を調べて特許請求の範囲の発明を実施する者ならば他の変更例が可能であることが理解でき、そのような変更例を思いつくことができる。明細書中だけでなく特許請求の範囲中において、「有する（comprising）」は他の要素またはステップが含まれることを除いているわけではなく、さらに、「複数」と記載していない名詞」は複数を除外しているわけではない。単一の要素または他のユニットが、請求項に記載した複数の物または製品の機能を満たしてもよい。複数の所定の手段が互いに異なる請求項に記載されているという事実は、それだけではこれらの手段の組み合わせを有利な実施態様で用いることができないことを示すものではない。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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