JPH10500903A - レーザーによつて材料を加工する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 材料を加工する装置は、レーザーと、液体ビーム（１２）を形成しかつフォーカスユニットによって収束したレーザービームを液体ビーム（１２）に結合する加工モジュールとを有する。液体の種類は、十分に小さなビーム吸収係数を有するように選択される。ビーム方向において結合場所まで、なるべくフォーカス円錐（５６）の先端範囲においてビーム経路内における液体流速が、フォーカス光学系と焦点との間の液体範囲において熱レンズが生じることがない程度に高くあらかじめ与えられている。すなわち熱レンズは、ビームの一部をノズル壁に導き、かつこれを損傷する。電気的に絶縁したノズルと液体を利用し、かつ液体ビームの帯電が行なわれる程度に高く流速を選択すれば、材料取り除き速度は、著しく高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザーによって材料を加工する装置 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載された装置に関する。 レーザービームは、種々の方法で工業における材料加工−切断、穴あけ、溶接 、マーキング及び材料切除−のために利用される。例えば鋼、鋼合金、ＮＥ−金 属、合成物質及びセラミックのようなほとんどすべての材料が加工可能である。 ほぼこれらすべての方法においてレーザービームは、加工過程に必要な強度を 発生するために、例えばレンズのような光学要素によって加工すべき材料上に収 束される。この強制的なビーム収束に基づいて、作業は、焦点の場所又はそのす ぐ近くの周囲においてしか可能ではない。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６４３２８４号明細書によれば、レーザー ビームにより材料を切断する方法が公知であり、ここではこのレーザービームは 、切断すべき材料に向けられた水ビーム内に結合され、かつこの中において案内 されている。ビームの供給は、ビームガイド（ファイバ）を介して行なわれ、こ のビームガイドの一方の端部は、ノズル内において発生される水ビーム内に突出 している。水ビームの直径は、ビームガイドのものより大きい。公知の装置は、 水ビームの直径が、決してビームガイドのものより小さくてはいけないという欠 点を有する。 しかし加工場所における大きな強度を維持するために、できるだけ小さなビー ム直径が必要である。ビーム直径が小さくなるほど、レーザービーム源のわずか な出力で加工を行なうことができる。レーザーの出力が小さいほど、その購入価 格はわずかになる。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６４３２８４号明細書の装置のその池の欠 点は、水ビーム内に突出したビームガイド端部によって明らか である。すなわちガイド端部の下に死水領域が生じ、この死水領域は、とりわけ 流れ内に妨害を形成し、これら妨害は、水ビームの長さにわたって指数状に増大 し、かつ最終的に水ビームの分離水滴を生じる。それ故にこの装置によって、３ ０ｍｍを越す層状のコンパクトなビーム長さを得ることは不可能である。 この時、ヨーロッパ特許出願公開第０５１５９８３号明細書において、もはや ビームガイドを直接含まない水ノズルを構成することによって、前記の欠点を解 消することが試みられている。水ビームを形成するノズルの前に、水入口とノズ ル入口に対して空間を閉じるフォーカスレンズとを有する水空間がある。このフ ォーカスレンズは、光学系の一部であり、それによりビーム、ガイドから出たビ ームは、ノズルのノズル通路内に収束することができる。空間は、水ビームのた めにその中にある水が、擬似的に静止状態に、すなわち緊張解除した状態にある ように構成されている。 この時、水ビーム内に結合されたレーザービームのこの第２の構成変形は、ノ ズル通路入口の周範囲におけるノズルの壁に管理できない損傷を引起こすことが わかった。 本発明の課題は、液体ビームを形成するノズルをレーザーのビームによって損 傷することなく、レーザービームを材料加工のために液体ビーム内に光学的に結 合することができる装置を提供することにある。 本発明は、フォーカス光学系によってノズルの範囲に収束したレーザービーム が、液体における強度の分布に応じてこの液体を多かれ少なかれ強力に加熱する ことができるという知識に基づいている。異なった温度、空間的温度勾配を有す る液体範囲は、空間的に固有の密度分布を有するだけでなく、空間的な屈折率分 布も有する。すなわち空間的な温度勾配を有する液体は、光学的にレンズとして 反応し、かつ収束したレーザービームのフォーカス円錐内において、通常発散レ ンズとして反応する。 この時、ヨーロッパ特許出願公開第０５１５９８３号明細書の図２に示された ように、ノズル通路内において形成される液体（水）ビーム内へのレーザービー ム“製図的に最適な”結合は、残念ながら推測したようには作用しない。すなわ ちヨーロッバ特許出願公開第０５１５９８３号明細書に示された装置において、 ノズル通路入口の上のフォーカス円錐先端の範囲に、熱レンズが生じ、この熱レ ンズは、ここに示された焦点の場所を上方へずらし、かつ焦点直径を大幅に増加 する。それによりフォーカス円錐内のレーザービームの一部は、ノズル壁に、と くにここにおいて利用された液体せき止め空間の方に向いたノズル表面に当たる 。この時一方において材料加工のために必要な高い強度によって、この時ノズル の壁が損傷する。 ヨーロッパ特許出願公開第０５１５９８３号明細書により公知の構造において 、さらに液体として水を利用し、かつレーザービームとして、１．０６４μｍの ＮＤ：ＹＡＧのものを利用することは、不利に作用する。この時、このビームは 、ちょうど水中において無視できない吸収を有する。収束したビームのピラミッ ド先端の上側範囲（フォーカス円錐の先端範囲）における水の範囲は、強度分布 （軸線における高い強度及び縁におけるわずかなもの）に相応して加熱され、か つ前に予想された熱レンズが生じ、この熱レンズは、ノズル壁の、とくにノズル 入口の範囲におけるノズル表面の損傷を引起こし、かつ結局液体ビームを形成す るノズルの破壊を引起こす。 水の使用だけが、結合効率を悪化するのではなく、ノズル入口前の液体空間の 全構造的構成も悪化する。すなわち第７頁、第３２行以後及び第９頁、第４１行 以後に説明されているように、ノズル入口前においてできるだけ液体の静止状態 を達成する努力が試みられた。まさしくこの液体静止状態は、熱レンズの構成を 可能にし、又は強化する。すなわち（すでにわずかな）吸収によって加熱される 液体は、なお強力に加熱されることがなく、それによりレンズ効果を減少する、 ようにするため、で きるだけ早く運び去るのではなく、逆に進行する加熱によってなお生じる熱レン ズの屈折力の増強が行なわれる。 しかし本発明は、別の方法をとる。ここではすべてのことは、できるだけ熱レ ンズを生じることがなく、又はその作用を大幅に小さくすることにかけている。 本発明において、利用したレーザービームにおいてできるだけ小さな吸収を有す る液体が使用され、すなわちＮＤ：ＹΛＧレーザーのビームにおいてシリコンオ イルが利用される。 さらにノズル装置及びフォーカスユニットを含む加工モジュールの構造的構成 は、無視できない小さなビーム吸収の場合にも、熱レンズの効果が、そもそも生 じるかぎり、最小に、したがって無視できる程度に維持されるように選択されて いる。 すなわち本発明は、次のことを提案する。すなわち加熱時間をそもそもできる だけ短く維持するために、液体が、レーザービームのフォーカス円錐の範囲から 、とくにその先端範囲からできるだけ迅速に運び出される。明らかに最善の結果 は、わずかな吸収を有するフォーカス円錐における液体の短い滞在時間の際に達 成される。 前記の条件を達成するために、ヨーロッパ特許出願公開第０５１５９８３号明 細書において利用された、液体を静止状態に維持するここに普及された液体せき 止め空間を有する液体空間は、完全に回避される。ノズルへの液体供給の高さは 、流れの渦形成を減少するために、ほぼノズル通路の直径を有し、又はそれより わずかだけ大きい。 有利な構成変形において、ノズル入口に対向する壁に、ヨーロッパ特許出順公 開第０５１５９８３号明細書におけるようなフォーカスレンズも組込まれず、レ ーザービームを損失なく伝達する窓が組込まれるだけである。ノズル入口のほぼ 真上にあるこの窓だけによって、フォーカス円錐の先端における液体容量をそも そもできるだけ少なく、かつ流速をそもそもできるだけ高く維持することが可能 である。 別の有利な構成変形において、ノズル通路の液体入口縁は、鋭い縁に 構成されている。この鋭い縁のため、液体ビームとノズル通路壁の間のエアクッ ションによって、入口縁に液体ビーム分離部が生じる。空気は、水晶又はサファ イヤのような使用すべき通常のノズル材料よりも小さな屈折率を有する。空気の 屈折率は、使用すべき液体のものよりも小さく、すなわちほぼ理想的なビームガ イドとして作用する液体ビームが生じる。したがって液体ビーム内において案内 されるレーザービームは、ノズル壁から“絶縁”されている。 エアクッションは、とくにビームを案内する液体ビームの屈折率がノズルのも のより小さいときに、この時ビームの移行を行なうことができるので、有利であ るとわかった。液体の屈折率が、ノズル材料のものより大きい場合、両方の媒体 （液体／ノズル壁）の間の境界面において全反射が生じるが、ビームは、いわゆ る端部リング深さ（“不到達全内部反射”、“ゴーズ−ヘンヒェン−シフト”） にまで他方の材料内に侵入する。この時、ノズルの材料が、利用したビームにお いてもはや無視できない吸収係数を有する場合、ここでもエアクッションは、ビ ームの侵入を、したがってノズル壁の損傷を阻止する。 それどころかエアクッションの形成のため、クッションはレーザービームをノ ズル壁から遠ざけるので、レーザービームを吸収する材料を、ノズルのために利 用することができる。さらにこれにより、このエアクッションによりビームは、 わずかな調節ずれの際にももはやノズル通路壁に到達することはないので、ノズ ル通路軸線上へのフォーカス円錐の調節は、もはやどうしても必要というわけで はない。この時、フォーカス円錐の角度は、液体ビームの開口数の理論値に相当 するように選択することができる。 例えば液体として、例えばポリジメチルシロキサン又はポリメチルフェニルシ ロヤサンのようなシリコンオイルのグループの中のオイルを利用し、かつノズル 材料として水晶を利用した場合、液体の屈折率は、ノズル材料のものより大きい 。この時、ノズル材料は、エアクッションが ない場合でも、ビームガイドの特性を有する。この場合、ノズル通路の長さと形 は、ビームの案内にとって微妙ではない。それどころか長くかつ曲げられたノズ ル通路を実現することができる。 シリコンオイルの代わりに、別の電気的に導通する及びとくに電気的に不導通 の液体を利用することができる。これらは、利用したレーザー波長に対するその 吸収が、供給中にノズルの周囲範囲において達成できる流速に着目して、熱レン ズを避けるために我慢できる範囲に維持されるように選択される。利用可能な液 体としてここではとくに、液体繊維において使用される液体を指摘しておく。 提案された装置は、２００ｍｍを越える液体ビーム長さを可能にする。すなわ ちノズル通路への入口における支障ない流れが保証されるならば、液体圧力を上 昇することができ、かつコンパクトな液体ビーム長さは、とりわけ利用した液体 とノズル直径に依存する最大値にまで増加する。例えば水及び１５０μｍのノズ ル通路直径に対して、８０バールの液体圧力の際に１５０ｍｍの最大のコンパク トなビーム長さが得られる。水の代わりにシリコンオイルを利用した場合、コン パクトな液体ビーム長さは、５００ｍｍにまで増加することができる。コンパク トな液体ビーム長さとは、“分離水滴”の始まる前の長さのことである。この分 離水滴は、周囲空気及び表面張力によって引起こされる不可避の渦形成に基づい ている。 液体ビームの崩壊長さは、ノズル通路への入口の前の液体の圧力を介して変更 することができる。しかしノズル通路入口の直前において液体に障害を意図的に 持込むことの方が、洗練されている。このことは、例えば所定の周波数及び振幅 の圧力衝撃を液体に及ぼすピエゾ素子によって行なうことができる。この時、液 体ビームの長さは、これらのパラメータに依存している。加工すべき材料の下の 層にレーザービームが当たらないようにする場合、液体ビームの長さの調節は重 要である。 さらにビームの広い波長範囲における前記のオイルの吸収は、水のも のより小さいので、一方において作業長さは、もはや液体における吸収によって 制限されず、かつ他方においてノズルの前の熱レンズの効果は回避され、又はお おいに強力に減少される。同時に加工片の加工の間のかつその後の腐食に対する 保護作用が得られる。 シリコンオイルは、このような材料加工にとって有利な一連の特性を有する。 すなわちこれらは、酸化、加水分解及び天候に対する優れた耐性を有する。これ らは、腐食の危険を排除する化学的不活性も有する。これらは、さらにきわめて 低い可燃性及び及び高い圧縮可能性の点で優れている。 ほぼ一定の高いビーム強度を有する液体ビームの大きな長さのため、何倍も増 加した作業長さが得られる。したがって、大エネルギーレーザービームを案内す る液体ビームは、切断目又は穴をから出て、ビームガイドとしてのその特性をか なりの程度まで維持しているので、とりわけ多層の物体、例えばエアギャッブを 有する２つのガラス板からなる物体、・・・を加工することができる。 レーザービームの最適な結合は、焦点が、ノズル開口の平面内に置かれたとき に達成される。レーザービームを伝達する窓の、ノズル開口の方に向いた下側は 、１００μｍのノズル直径の際に２００μｍないし５００μｍの距離のところに あるようにする。それにより熱レンズの形成を助長する液体せき止め空間が避け られる。 その上さらに液体ビーム内において案内されるレーザービームは、平行な切断 縁を可能にする。それによりとりわけわずかな材料損失でさらに大きな材料厚さ を加工することができる。 液体ビーム内へのレーザービームの結合によって、とりわけビームガイド内に おけるビーム案内によって悪化するレーザーのビーム品質は、二次的な役割しか 演じない。それによりレーザーの購入コストは低下する。さらにレーザー源から 加工モジュール内の結合位置へビームを案内するビームガイドは、利用者に対す るビーム案内のすべての安全性の問 題を解決する。液体ビームを持たずフォーカスシステムだけを有する通常のビー ムフォーカスの際、一層悪いビーム品質は、さらに短い作業長さを生じる。 レーザー源から出るビームガイドの利用、結合装置のわずかな幾何学的寸法、 及びフォーカスユニットと加工すべき加工片表面との間の作業距離のもはや不必 要な精密な管理は、加工モジュールの簡単な移動装置を生じる。 通常のビームフォーカスの際に生じかつ加工片の取り除かれ飛び散る材料によ るフォーカス光学系又はこれらを保護する保護ガラスの汚れの危険は、なくなる 。さらに液体ビームの液体は、加工領域のきわめて効率的な冷却を可能にするの で、その加工縁における加工片の熱負荷は生じることがない。例えばこの時、材 料は、もはや小さな橋絡片の切断の際にも歪むことはない。さらにこの冷却は、 加工領域のきわめてわずかな硬化しか生じず、それにより後加工、例えば後から のねじ切りは、簡単に行なうことができる。 同時に液体が取り除かれた材料を拘束するので、ガス及びほこりの発生が防止 される。それにより高価な排気フィルタ装置は省略される。 さらに燃焼現象は、衝突した液体により回避され、又は大幅に減少する。加工 品質はきわめて良好である。液体の適当な選択によって、腐食可能な材料におけ る腐食防止も達成できる。 前記本発明による方法に対して著しく高い圧力で混合された侵食材料を含む水 を使用する周知の加工片の水ビーム切断と比較して、ここで必要なわずかな圧力 で、可とう性液圧導管を有する簡単な液圧システムが利用できる。それにより加 工モジュールの簡単な移動システムも得られる。さらに水ビーム切断の際に生じ るようなノズルの強力な磨耗は、存在しない。本発明における液体ビームの制動 も、どのような困難も生じない。 従来の技術によれば、液体ビームのための液体として水だけが周知で ある。とくに閉じた回路内における液体ビームを形成する液体の捕獲、再浄化及 び再利用によって初めて、価格の理由により水とは別の液体が利用できる。 ノズル通路に対応するフォーカス円錐先端範囲に液体せき止め空間なしに１つ 又は複数の液体供給導管を構成することによって、ノズル材料及び液体が、電気 的に絶縁する材料からなるかぎり、ビームの液体による帯電が行なわれるという ことが確認された。帯電は、５ｋＶを越える電圧を生じる。この時、この帯電さ れた液体ビームが、切断すべき材料に向けられると、これは、その電荷をこの材 料に放出する。この時、例えば銅又はアルミニウムが、液体ビームに結合された ＮＤ：ＹＡＧレーザーのビームによって加工されると、材料取り除き速度は、ビ ームの帯電に大幅に依存することが確認された。 ２５０ｍＪ，０．１ｍｓのパルス幅及び１０バールの液体圧力を有するパルス 化ＮＤ：ＹＡＧレーザーのビームにおいて、きわめてわずかな材料除去だけが行 なわれる。この時、液体圧力を１００バールに上昇すると、優れた取り除き速度 が達成される。この時、結合されたレーザービームを含むこの液体ビームは、そ の帯電のため、著しく急速に加工すべき材料にプラズマを発生し、このことは、 その取り除き速度を高める。この効果は、例えば１０００バールに圧力を高める ことによって、又はノズル入口前で液体に意図した帯電を行なうことにより、さ らに増加することができる。 さらに液体ビームの帯電は、隣接する電界によってその転向を行なうように利 用することができる。 次に本発明による装置の例を図面により詳細に説明する。本発明の利点は、次 の説明文によって明らかである。ここでは： 図１は、材料加工装置の概略ブロック図を示し、 図２は、材料加工装置の加工モジュールの液体ビームのためのノズルを有する 下側部分の長手断面図を示し、その際、ここでははっきりさせ るために液体供給導管３５の横断面は、ノズルブロック４３に対して大幅に拡大 して示されており、かつ 図３は、ノズルのノズルブロック及び液体をせき止め空間なしに供給する液体 導管の、図２に対して拡大した長手断面図を示している。 図１に示された材料加工装置は、ビーム源としてＮＤ：ＹＡＧレーザー１を有 し、このレーザーは、１．０６４μｍの波長を有するレーザービーム３を送出す る。ここではレーザー１は、１００Ｗの出力を有する。このレーザービーム３は 、フォーカスユニット５によって、１００μｍないし６００μｍ、ここでは２０ ０μｍの典型的な心直径を有するビームガイド６に結合される。ビームガイド６ の心直径は、供給すべきビーム出力に相応して選択される。これは、例えば５０ ０Ｗのレーザーの場合４００μｍ、かつ１ｋＷのレーザーの場合６００μｍであ った。ビームガイド６は、材料加工のために水平にかつ高さについて調節可能な 、ノズルとも称する加工モジュール７に結合されている。レーザー１は、ビーム ガイド６を介したビーム案内に基づいて、加工すべき加工片９又は加工モジュー ル７のすぐ近くに配置する必要はない。 加工モジュール７の下に、加工すべき、ここでは切断すべき加工片９が配置さ れている。加工片９の下に、ここでは例えば生じた切れ目を通って流れる液体ビ ーム１２の液体のための捕獲槽１１がある。捕獲槽１１内に収容された液体は、 導管１３を介して捕獲槽１１に結合されたフィルタ１５によって浄化され、かつ それから貯蔵容器１６に導入され、その後、ここからこの液体は、ポンプ１７に よって導管１９を介して加工モジュール７に戻される。導管１９は、安全性の理 由からかつ導管１９内の圧力調節のため、ポンプ出口から圧力逃し弁２０を介し て貯蔵容器１６に結合されている。 加工モジュール７は、ビームガイド６によって近くに案内されるレーザービー ムを平行化するコリメータ２１、加工片９上の加工位置２４に向けられた液体ビ ーム１２を形成するノズル通路２３を有するノズルブ ロック４３、及び図３に拡大して示すように、ノズルブロック４３のノズル通路 ２３のノズル軸線３１の場所における入口開口３０の平面２９に平行化されたレ ーザービーム２７を収束するフォーカスレンズ２５を有する。ノズル入口開口３ ０の上に、液体供給導管としてディスク状の液体供給空間３５がある。液体供給 空間３５は、ノズル入口開口３０の周囲にせき止め空間として作用する液体空間 を持たない。液体供給空間３５の高さは、理論的にはノズル通路２３の横断面の 半分を有するだけでよい。しかしこれは、液体の管摩擦損失を減少するため及び 渦形成を避けるために、それよりいくらか大きく選定されている。液体供給空間 ３５の壁内に、ノズル入口開口３０の上においてなるべく反射防止コーティング された窓３６が挿入されており、これを通ってレーザービームは、フォーカスレ ンズ２５によってノズル通路２３の入口開口３０の平面内に収束することができ る。 ノズル入口開口３０の縁３７は、５０μｍより小さい、なるべく５μｍより小 さい半径を有する鋭い縁に構成されている。この鋭い縁３７のため、その下にあ るエアクッション３９によりより上側ノズル縁３７からの液体ビームの分離が生 じる。空気は、水晶又はサファイヤのような使用すべき通常のノズル材料より小 さな屈折率を有し、かつ空気の屈折率は、有利な液体として使われるシリコンオ イルのものよりも小さいので、液体ビーム１２は、ほぼ理想的なビームガイドと して成立する。ノズル材料と液体の異なった屈折率の作用については、明細書序 文における説明を参照されたい。ノズル出口開口４０は、入口開口３０に対して 、すでに上側ノズル通路の１／３のところ４１から始まって広がっている。この 拡大部４２によって、ノズル通路２３内にあるエアクッション３９の渦形成が回 避される。 液体ビーム１２を形成する“ノズルブロック”４３のノズル通路２３は、図２ に示すように、加工モジュール７の底部要素４７において液体ビーム１２のため の中心貫通穴４５を有するノズルブロック保持体４６ 内に保持されている。密閉は、側方においてパッキンリング（Ｏリング）４９に よって行なわれる。液体を供給する導管１９は、フランジ５０にフランジ付けす ることができる。 窓３６は、挿入体５３の中心切り欠き５１内に配置されている。挿入体５３に 対する窓３６の密閉は、同様にパッキン５４によって行なわれる。この窓は、貼 り込んでもよい。挿入体５３は、円錐形の内部空間５５を有し、この内部空間の 円錐度は、フォーカスレンズ２５によって収束すべきレーザービームのフォーカ ス円錐５６に合わされている。さらに挿入体５３は、おねじ５７ａを有し、これ によりこの挿入体は、加工モジュール７の基礎部材下部５９のめねじ５７ｂ内に ねじ込まれている。挿入体５３は、同軸的に分配された複数の軸線方向液体通路 ６１ａ及び６１ｂを有し、これら液体通路の幅は、液体を確実に液体供給空間３ ５内に移すように選定されている。液体供給空間３５の高さは、挿入体５３のね じ込み深さによって調節される。液体通路６１ａ及び６１ｂは、図２における表 示とは相違して、おねじ５７ａから出るスリットとして構成してもよい。液体通 路６１ａ及び６１ｂは、それぞれ１つの移行通路６２ａ又は６２ｂによって、基 礎部材下部５９内においてノズル軸線３１に対して同軸的に延びたリング通路６ ３内に連通しており、このリング通路は、フランジ５０に結合されている 挿入 体５３は、上方に向かって別のパッキン６５によって密閉さわている。基礎部材 下部５９は、おねじ６６を介して、加工モジュール７のはっきりとは図示されて いない基礎部材内にねじ込むことができる。 底部要素４７は、めねじ６７ａを有し、これによりこの底部要素は、基礎部材 下部５９のおねじ６７ｂ上にねじ込むことができる。ノズルブロック４３ととも にノズルブロック保持体４６は、底部要素４７内に挿入されているので、例えば 別のビーム横断面を有する液体ビーム１２を利用し、又はこれを交換しようとす るとき、ノズルブロック４３の迅速な交換が可能である。 水及びシリコンオイルの代わりに、別の液体及び前記条件にしたがった物質の （純粋な又はコロイド状の）溶液を使用することができる。 液体供給空間３５をディスク状に構成する代わりに、この液体供給空間は、鋭 角半角を有する円錐状に製造してもよく、その際、角頂点（円錐先端）は、この 時ノズル入口開口の上方にあるようにする。この時、窓３６は、もはや面平行の 板ではなく、ノズル入口開口の方に向いた側にピラミッド先端を有し、かつピラ ミッド先端の発散作用を補償するため、反対側に球形輪郭を有する。この構成に より、ノズル入口の一層良好な流入が得られる。 サンドイッチ構造の切断の際、なるべく加工片９又は加工モジュール７は、ス テップ状に動かされるだけである。この時、それぞれ個々の構造要素は、連続す るパルスによって順に切断することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月７日 【補正内容】 請求の範囲 １ 収束されたレーザービーム（３）のビームを案内しかつノズル（４３）によ って形成されて加工すべき加工片（９）に向けるべき液体ビーム（１２）によっ て材料を加工する方法において、液体ビーム（１２）にレーザービーム（３）を 結合するためにビーム焦点が、ノズル通路（２３）の入口開口の平面内に置かれ 、かつ液体が、ノズル入口開口の周においてせき止め空間のないように案内され 、それにより−液体の所定の小さなビーム吸収係数の際に−ビームのフォーカス 円錐先端範囲（５６）における液体の流速が、十分に高く決められるようにし、 フォーカス円錐先端範囲（５６）において、ビームの一部がノズル壁を損傷しな いところまで、熱レンズの形成が抑圧されるようにすることを特徴とする、材料 を加工する方法。 ２ ノズル入口（３０）に形成された液体ビーム（１２）が、そのビーム形成の 直後に、エアクッション（３９）によって囲まれ、したがってノズル壁から“絶 縁”されていることを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３ 液体として、とくにポリメチルシロキサンのグループからなるシリコンオイ ルが使用され、かつ０．２５μｍと２．１μｍの間の波長を有するレーザービー ムが使用されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。 ４ 加工片（９）の材料加工の際にその通口から通り抜けたかつ／又はここから 流出した液体ビーム（１２）の液体が捕獲され、フィルタに通され、かつノズル （４３）に戻されることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５ レーザービーム（３）を送出するレーザー（１）、液体、及び液体ビーム（ １２）を形成するノズル通路（２３）を備えたノズル（４３）と液体ビーム（１ ２）にレーザービーム（３）を結合する 光学要素（２１，２５）とを有する加工モジュール（７）によって、請求項１な いし４の１つに記載の方法を実施する装置にむいて、光学要素（２１，２５）が 、レーザービーム（３）を、ノズル通路（４３）の入口開口平面（２９）に収束 し、かつノズル通路（４３）のための液体供給導管が、ノズル入口開口の上にお いて液体せき止め空間のないように形成されており、それにより−液体の所定の 小さなビーム吸収係数の際にービームのフォーカス円錐先端範囲（５６）におけ る液体の流速が、十分に高くあらかじめ与えることができ、したがってフォーカ ス円錐先端範囲（５６）において、ビームの一部がノズル壁を損傷しないところ まで、液体内における熱レンズの形成が抑圧されているようにすることを特徴と する、請求項１ないし４の１つに記載の方法を実施する装置。 ６ １つ又は複数の液体供給導管（３５）の壁として、レーザービームに対して 透明なかつ液体流を変えないカバー（３６）が、ノズル通路（２３）のすぐ近く に設けられていることを特徴とする、請求項５記載の装置。 ７ 少なくとも液体に結合されたノズル通路（２３）の及びノズル開口（３０） の範囲の表面、及び液体が、電気的に絶縁されており、かつノズル開口（３０） 及びノズル通路（２３）の範囲における液体の流速が、材料取り除き速度を高め るために液体ビームの帯電を行なうように、高く選ばれていることを特徴とする 、請求項５又は６記載の装置。 ８ ノズル通路（２３）の液体入口縁（３７）が、なるべく５０μｍより小さい 、とくに５μｍより小さい半径を有する鋭い縁に構成されていることを特徴とす る、請求項５ないし７の１つに記載の装置。 ９ ノズル出口開口（４０）が、入口開口（３０）に対して広げられており、か つノズル通路（２３）の広がりが、なるべくその上側１／３のところにおいてす でに始まっていることを特徴とする、請求 項５ないし８の１つに記載の装置。 １０ なるべく空間的に難れたところにあるレーザー（１）からフォーカスユニ ット（２１，２５）へレーザービームを供給するビームガイド（６）が設けられ ていることを特徴とする、請求項５ないし９の１つに記載の装置。 １１ 液体が、とくにポリメチルシロキサンのグループからなるシリコンオイル であり、かつレーザービームが、０．２５μｍと２．１μｍの間の波長範囲内に あることを特徴とする、請求項５ないし１０の１つに記載の装置。 １２ 材料加工の際に加工片通口から通り抜けたかつ／又は加工片から流出した 液体を捕獲する捕獲槽（１１）、及び捕獲槽（１６）からポンプ吸出し可能な液 体を浄化してノズル通路（２３）へ戻すことができるフィルタユニット（１５） を有するポンプ（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項５ないし１ １の１つに記載の装置。 １３ 加工モジュール（７）を、空間的に可変の移動ユニット、とくに折れ曲が りアームロボット及び液体及び／又はビーム供給部に取付け可能な連結要素（６ ６，５０）が設けられていることを特徴とする、請求項５ないし１２の１つに記 載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザー（１）と、液体ビーム（１２）を形成しかつフォーカスユニット（ ２１，２５）によって収束したレーザービームをこれに結合する加工モジュール （７）とによって、材料を加工する装置において、十分に小さなビーム吸収係数 を有する液体が選択され、かつ／又はビーム経路内における液体流速が、ビーム 方向において結合場所まで、なるべくフォーカス円錐（５６）の先端範囲におい て十分に高くあらかじめ与えられており、それによりフォーカス光学系と焦点と の間の液体範囲において、主要ビーム部分がノズル壁に当たらないところまで、 熱レンズの形成が抑圧可能であるようにすることを特徴とする、レーザーによっ て材料を加工する装置。 ２ １つ又は複数の液体供給導管（３５）が、ノズル通路（２３）の範囲におけ るフォーカス円錐（５６）の先端範囲において、ちょうどノズル通路（２３）を 通る液体流が必要とするような大きさに構成されていることを特徴とする、請求 項１記載の装置。 ３ １つ又は複数の液体供給導管（３５）が、ノズル通路（２３）に付属のフォ ーカス円錐先端範囲において、液体せき止め空間のないように構成されているこ とを特徴とする、請求項２記載の装置。 ４ １つ又は複数の液体供給導管（３５）の壁として、レーザービームに対して 透明なかつ液体流を変えないカバー（３６）が、ノズル通路（２３）のすぐ近く に設けられていることを特徴とする、請求項２又は３記載の装置。 ５ 少なくとも液体に結合されたノズル通路（２３）の及びノズル開口（３０） の範囲の表面、及び液体が、電気的に絶縁されており、かつノズル開口（３０） 及びノズル通路（２３）の範囲における液体の流速が、材料取り除き速度を高め るために液体ビームの帯電を行なうように、高く選ばれていることを特徴とする 、請求項１ないし４の１つに記載の装置。 ６ ノズル通路（２３）の液体入口縁（３７）が、なるべく５０μｍより小さい 、とくに５μｍより小さい半径を有する鋭い縁に構成されていることを特徴とす る、請求項１ないし５の１つに記載の装置。 ７ ノズル出口開口（４０）が、入口開口（３０）に対して広げられており、か つノズル通路（２３）の広がりが、なるべくその上側１／３のところにおいてす でに始まっていることを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載の装置。 ８ なるべく空間的に離れたところにあるレーザー（１）からフォーカスユニッ ト（２１，２５）へレーザービームを供給するビームガイド（６）が設けられて いることを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の装置。 ９ フォーカスユニット（２１，２５）が、レーザービームを、ノズル通路（２ ３）内に、なるべくノズル通路（２３）のノズル軸線（３１）の位置において入 口開口（３０）の平面内に収束させることを特徴とする、請求項１ないし８の１ つに記載の装置。 １０ 液体が、とくにポリメチルシロキサンのグループからなるシリコンオイル であり、かつレーザービームが、０．２５μｍと２．１μｍの間の波長範囲内に あることを特徴とする、請求項１ないし９の１つに記載の装置。 １１ 材料加工の際に加工片通口から通り抜けたかつ／又は加工片から流出した 液体を捕獲する捕獲槽（１１）、及び捕獲槽（１６）からポンプ吸出し可能な液 体を浄化してノズル通路（２３）へ戻すことができるフィルタユニット（１５） を有するポンプ（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし１ ０の１つに記載の装置。 １２ 加工モジュール（７）を、空間的に可変の移動ユニット、とくに折れ曲が りアームロボット及び液体及び／又はビーム供給部に取付け可能な連結要素（６ ６，５０）が設けられていることを特徴とす る、請求項１ないし１１の１つに記載の装置。