特許 7102098 液体誘導レーザ切断工具用の保護シールド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-08

(45)【発行日】2022-07-19

(54)【発明の名称】液体誘導レーザ切断工具用の保護シールド

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/146 20140101AFI20220711BHJP

【ＦＩ】

B23K26/146

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017029591

(22)【出願日】2017-02-21

(65)【公開番号】P2017154182

(43)【公開日】2017-09-07

【審査請求日】2020-02-18

(31)【優先権主張番号】15/059,721

(32)【優先日】2016-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100151286

【弁理士】

【氏名又は名称】澤木 亮一

(72)【発明者】

【氏名】ジャオリ・フー

【審査官】奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１８０３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０８７２８８（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／１４－２６／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

標的対向面（２２８，３２８）を有する円柱形状の剛体からなるシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）であって、
前記剛体が、液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）を受け入れる直径（４２２）を有する貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）を画定するとともに、前記剛体が、該剛体を貫く前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）の長さを規定する厚さ（４１８）を有し、
前記剛体の厚さ（４１８）が、前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）の直径（４２２）の少なくとも２倍であり、
前記剛体が、液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）内で前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の放出ノズル（１２４）と標的（１７０，２７０，３７０）との間に配置され、かつ
当該シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）が、ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）に取り外し可能に接続され、前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）が、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）に対する当該シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）の位置を維持しつつ当該シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の放出ノズル（１２４）から分離し、前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）が、チップ面（１５２）と、液体誘導レーザビーム（１３０，２１０，３１０）が該ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）を通過できるようにするためのビーム開口（１５４）とを含んでいる、シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）。

【請求項2】

前記剛体が、２００ＧＰａよりも大きいヤング率を有する材料から構成される、請求項１に記載のシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）。

【請求項3】

前記剛体が、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）付近で実質的に非反射性である、請求項１に記載のシールド（１６０，２２０，３２０，４００、８００）。

【請求項4】

前記剛体の厚さ（４１８）と前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）の直径（４２２）との間の比率が２：１～１０：１の範囲内である、請求項１に記載のシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）。

【請求項5】

液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）内でシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を使用する方法であって、当該方法が
標的対向面（２２８，３２８）を有する円柱形状の剛体からなるシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）内で前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の放出ノズル（１２４）と標的（１７０，２７０，３７０）との間に配置するステップ
を含んでおり、
前記剛体が、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）を受け入れる直径（４２２）を有する貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）を画定するとともに、前記剛体が、該剛体を貫く前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）の長さを規定する厚さ（４１８）を有し、
前記剛体の厚さ（４１８）が、前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）の直径（４２２）の少なくとも２倍であり、当該方法が、さらに、
前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の動作中に前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）を保護して、材料を前記標的対向面（２２８，３２８）から偏向させるステップ
を含んでおり、
前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を配置するステップが、ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）に前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を取り外し可能に接続することを含んでおり、前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）が、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）に対する前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）の位置を維持しつつ前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の放出ノズル（１２４）から分離し、前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）が、チップ面（１５２）と、液体誘導レーザビーム（１３０，２１０，３１０）が該ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）を通過できるようにするためのビーム開口（１５４）とを含んでいる、方法。

【請求項6】

前記剛体が、最初に、前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）を伴わないブランクとして液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）内に配置され、当該方法が、
前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）内に前記剛体を貫く前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）を形成する液体誘導レーザビーム（１３０，２１０，３１０）を生み出すために前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）を使用するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）を形成するために前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）を使用するステップが、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）のための前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）ではない前記剛体により画定される少なくとも１つの排出機能部を通じて前記剛体と前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の前記放出ノズル（１２４）との間からの過剰な流体を排出するステップを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）が前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の摩耗部であり、当該方法が、摩耗したシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）から除去し、前記摩耗したシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を交換シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）に置き換えることによって前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を定期的に交換するステップを更に含んでおり、第１のシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）及び第２のシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）が、同じ液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）を維持するように配置される、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）を画定する放出ノズル（１２４）を有するとともに、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）に沿って液体誘導レーザビーム（１３０，２１０，３１０）を生成できる液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）と、
標的対向面（２２８，３２８）を有する円柱形状の剛体からなるシールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）であって、前記剛体が、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）を受け入れる直径（４２２）を有する貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）を画定するとともに、前記剛体が、該剛体を貫く前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）の長さを規定する厚さ（４１８）を有し、前記剛体の厚さ（４１８）が、前記貫通穴（１６２，２２２，３２２，４２０，８２０）の直径（４２２）の少なくとも２倍であり、前記剛体が、前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）内で前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の前記放出ノズル（１２４）と標的（１７０，２７０，３７０）との間に配置される、シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）と
前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の放出ノズル（１２４）と前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）との間に配置されるノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）と
を備えるシステムであって、前記シールド（１６０，２２０，３２０、４００、８００）が前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）に取り外し可能に取り付けられて、前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）が、前記液体誘導レーザ経路（１３２，２１２，３１２）に対する前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）の位置を維持しつつ前記シールド（１６０，２２０，３２０，４００，８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００，２００，３００）の放出ノズル（１２４）から分離し、前記ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）が、チップ面（１５２）と、液体誘導レーザビーム（１３０，２１０，３１０）が該ノズルキャップ（１５０，２１６，３１６）を通過できるようにするためのビーム開口（１５４）とを含んでいる、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に液体誘導レーザ切断工具に関し、特に、液体誘導レーザ切断工具の放出ノズルのための保護シールドに関する。

【背景技術】

【0002】

高エネルギーレーザビームと水などの透明液体の集束噴流とを組み合わせる工業用切断工具が長年にわたって使用されてきた。これらのシステムは、一般に、レーザビームを供給するレーザおよびビームガイドと、レーザを制御可能に集束させるための光学素子モジュールと、レーザを高圧液体噴流と結合させるための結合アセンブリと、放出ノズルとを備える。

【0003】

液体噴流およびビーム経路の完全性を保護するために、および、システム内のノズルおよび／または上流側構成要素の摩耗または損傷を防ぐために、付加的な保護機能部が液体誘導切断工具に加えられてきた。これらのリスクは、表面波または振動によりもたらされる被加工物からのフィードバック、被加工物またはそれに関連する突出部との不測の接触、被加工物からの除去材料の粒子の吸引、反射されるレーザおよびプラズマ光、および／または、偏向液体などの幾つかの要因によってもたらされる。特定の用途は、保護機能部の必要性の増大を示唆する場合がある。

【0004】

一部のシステムは、ノズル付近に空間を形成して薄い交換可能なシールドのための装着部としての役目を果たすノズルカバーまたはキャップを使用する。しかしながら、水噴流の信頼性を高め、被加工物と放出ノズルとの間の距離にわたって（有効な切断を維持しつつ）延在し、より長い間持続し、使用が容易であり、および／または、システムをより良く保護する更なる改良が望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許第８９４６５８８号明細書

【発明の概要】

【0006】

この開示の第１の態様は、液体誘導レーザシステムで用いるシールドを提供する。シールドは、標的対向面を有する剛体を備える。剛体は、液体誘導レーザ経路を受け入れる直径を有する貫通穴を画定する。剛体は、この剛体を貫く液体誘導レーザ経路の長さを規定する厚さを有する。剛体の厚さは、貫通穴の直径の少なくとも２倍である。剛体は、液体誘導レーザシステムの液体誘導レーザ経路内で液体誘導レーザシステムの放出ノズルと標的との間に位置される。

【0007】

開示の第２の態様は、液体誘導レーザシステム内でシールドを使用する方法を提供する。方法は、標的対向面を有する剛体を備えるシールドを液体誘導レーザシステムの液体誘導レーザ経路内で液体誘導レーザシステムの放出ノズルと標的との間に位置決めするステップを備える。剛体は、液体誘導レーザ経路を受け入れる直径を有する貫通穴を画定する。剛体は、この剛体を貫く液体誘導レーザ経路の長さを規定する厚さを有する。剛体の厚さは、貫通穴の直径の少なくとも２倍である。シールドは、液体誘導レーザシステムの動作中に前記液体誘導レーザ経路を保護して、材料を標的対向面から偏向させる。

【0008】

開示の第３の態様は、シールドを使用するシステムを提供する。システムは、液体誘導レーザ経路を画定する放出ノズルを有するとともに、液体誘導レーザ経路に沿って液体誘導レーザビームを生成できる液体誘導レーザシステムを備える。また、システムは、標的対向面を有する剛体を備えるシールドも備える。剛体は、液体誘導レーザ経路を受け入れる直径を有する貫通穴を画定する。剛体は、この剛体を貫く液体誘導レーザ経路の長さを規定する厚さを有する。剛体の厚さは、貫通穴の直径の少なくとも２倍である。剛体は、液体誘導レーザシステムの液体誘導レーザ経路内で液体誘導レーザシステムの放出ノズルと標的との間に位置される。

【0009】

本開示の例示的態様は、前述した本明細書中の課題および／または論じられない他の課題を解決するようになっている。

【0010】

この開示のこれらの特徴および他の特徴は、本開示の様々な実施形態を描く添付図面と併せて解釈される本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から更に容易に理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】シールドを使用するシステムの一例の断面図を伴うブロック図を示す。

【図2】システムに取り付けられるシールドおよびハウジングの一例の拡大断面図を示す。

【図3】システムに取り付けられるシールドの他の例の拡大断面図を示す。

【図4】シールドの一例の斜視図を示す。

【図5】図１のシールドの例の底面図を示す。

【図6】シールドブランクの一例の斜視図を示す。

【図7】図６のシールドブランクの例の底面図を示す。

【図8】シールドの他の例の斜視図を示す。

【図9】図８のシールドの例の底面図を示す。

【図10】シールドを使用する方法の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示の図面が原寸に比例していないことが分かる。図面は、本開示の典型的な態様のみを描くようになっており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なされるべきでない。図面中、同様の参照番号は、図面間で同様の要素を表わす。

【0013】

先に示唆されたように、本開示は、液体誘導レーザ切断工具で用いる保護シールド（並びに、関連するシステム及び方法）を提供する。改良された保護シールドは、結合装置の放出ノイズと標的被加工物との間の距離にわたって延在して、結合装置および他の上流側構成要素を保護するとともに放出ノズルと被加工物との間のより長い距離にわたって液体誘導レーザビームの完全性を保つ強固な保護バリアを液体誘導レーザ経路に沿って配置できる。シールドは、放出ノズルと被加工物との間の液体誘導レーザ経路内に位置される。シールドは液体誘導レーザ経路のための貫通穴を含み、また、シールド材料は、レーザビームとの干渉を最小限に抑えるために非反射性であってもよい。硬質保護シールドの厚さは、反射レーザおよびプラズマ光を含む障害から液体誘導レーザ経路を保護するとともに、被加工物からの除去材料の粒子および／または偏向液体などの遊離材料から上流側構成要素を保護するためのシールドの耐久性および耐用年数を高めることができる。

【0014】

図１は、液体誘導レーザ切断工具システム１００の一例を示す。レーザ源１１０がレーザ光学素子モジュール１１２に結合され、レーザ光学素子モジュール１１２は、レーザをビームへと集束させるために光学的な構成要素を使用する。レーザ光学素子モジュール１１２は、レーザビームを結合アセンブリ１２０へと方向付ける。レーザビームの横方向の位置決めに役立つべくレーザ光学素子モジュール１１２と結合アセンブリ１２０との間に横方向位置決めアセンブリ１１４が設けられてもよい。結合アセンブリ１２０は、液体源１２２から水などの液体を受けてその液体を液体噴流にし、この液体噴流を通じてレーザビームを方向付けることができ、それより、液体誘導レーザビーム１３０が形成される。液体誘導レーザビーム１３０は、標的１７０と対向する結合アセンブリ１２０の底部で放出ノズル１２４から抜け出し、放出ノズル１２４から標的１７０に至るまで液体誘導レーザ経路１３２をたどる。また、結合アセンブリ１２０は、ガス源１２６から保護ガス１４０を受けて、液体誘導レーザ経路１３２付近に保護ガス１４０を放出してもよい。幾つかの実施形態において、保護ガス１４０の保護層は、液体誘導レーザ経路１３２の実質的部分に沿って液体誘導レーザビーム１３０を取り囲む。

【0015】

システム１００はノズルキャップ１５０を含んでもよい。ノズルキャップ１５０は、液体誘導レーザビーム１３０を取り囲んで保護するとともに、結合アセンブリ１２０の放出ノズル１２４から標的１７０までの距離にわたって延在する。ノズルキャップ１５０は、保護ガス１４０を液体誘導レーザ経路１３２付近に方向付ける役目を更に果たしてもよい。ノズルキャップ１５０は、液体誘導レーザビーム１３０がノズルキャップ１５０から標的１７０へ向けて伝わることができるようにするためにチップ面１５２およびビーム開口１５４を含んでもよい。また、ノズルキャップ１５０は、保護ガス１４０がノズルキャップ１５０から流れて液体誘導レーザビーム１３０を取り囲むことができるようにするための１つ以上のガスポート（図示せず）を含んでもよい。

【0016】

システム１００はシールド１６０を更に含み、このシールド１６０は、液体誘導レーザビーム１３０をそれが標的１７０に近づくときに保護して、ビーム障害を防止するとともに、残骸がシステム１００の他の構成要素へ戻ることを防ぐ。シールド１６０は、液体誘導レーザビーム１３０がシールド１６０により画定される貫通穴１６２を通過するように液体誘導レーザ経路１３２中に位置される。図示の例において、貫通穴１６２は、液体誘導レーザビーム１３０および周囲の保護ガス１４０のバリアの両方がシールド１６０を通過できる十分なサイズを有する。図示の例において、シールド１６０の位置は、取り付けアセンブリ１６６によってノズルキャップ１５０のチップ面１５２に取り外し可能に取り付けられるシールドハウジング１６４により維持される。以下、図２－図９に関して、シールドの例および液体誘導レーザビームに対するシールド位置を維持するための形態を更に詳しく説明する。

【0017】

図２は、図１の液体誘導レーザ切断工具システム１００などの液体誘導レーザシステムの一部２００の拡大図を示す。液体誘導レーザビーム２１０は、液体誘導レーザ経路２１２をたどって、ノズルキャップの上端または結合アセンブリの放出ノズルなどの構成要素２１６のビーム開口２１４を通過する。図示の例では、保護ガス２１８もビーム開口２１４の近傍に存在して液体誘導レーザビーム２１０を取り囲む。シールド２２０が液体誘導レーザ経路２１２内に位置され、また、このシールド２２０は、液体誘導レーザビーム２１０が通過する貫通穴２２２を有する。図示の例において、貫通穴２２２は、保護ガス２１８の層が貫通穴２２２の内面２２４と液体誘導レーザビーム２１０との間で液体誘導レーザビーム２１０の周囲を流れることができるようにするべく寸法付けられる。シールド２２０は、構成要素対向面２２６、標的対向面２２８、および、外側面２３０を有する。シールドは、シールドハウジング２４０によって液体誘導レーザ経路に対して所定位置に保持される。シールドハウジング２４０は、シールド２２０の外側面２３０に対して係脱可能に係合される側壁２４２を含む。側壁２４２は、シールド２２０をシールドハウジング２４０内に保持するのに役立つ保持棚２４４を含む。また、シールドハウジング２４０は、シールドハウジング２４０を構成要素２１６に対して取り外し可能に取り付けるコネクタ２４６も含む。例えば、コネクタ２４６は、除去可能な接着剤であってもよく、または、構成要素２１６の接続機能部（図示せず）と係合する機械的なコネクタであってもよい。シールドハウジング２４０は、複数のシールド厚さを受け入れてもよく、および、保護ガス２１８のリザーバを受け入れるための空間をシールド２２０の上側に与えてもよい。液体誘導レーザビーム２１０は、標的２７０の表面を除去するように示されており、また、シールド２２０の標的対向面２２８が除去材料および反射液体に対する保護バリアを与える。

【0018】

図３は、シールド３２０を位置決めするための代わりの形態を使用する、液体誘導レーザシステムの一部３００の拡大図を示す。液体誘導レーザビーム３１０は、液体誘導レーザ経路３１２をたどって、ノズルキャップの上端または結合アセンブリの放出ノズルなどの構成要素３１６のビーム開口３１４を通過する。シールド３２０は、液体誘導レーザ経路３１２内に位置されるとともに、内面３２４によって画定されて液体誘導レーザビーム３１０が通過する貫通穴３２２を有する。シールド３２０は、構成要素対向面３２６、標的対向面３２８、および、外側面３３０を有する。この形態において、シールド３２０は、コネクタ３４０を使用して構成要素３１６に対して取り付け面３１８で直接に取り外し可能に取り付けられる。例えば、コネクタ３４０は、除去可能な接着剤であってもよく、または、構成要素３１６の取り付け面３１８で接続機能部（図示せず）と係合する機械的なコネクタであってもよい。１つの実施形態では、接続機能部（図示せず）がシールド３２０の構成要素対向面３２６に組み込まれ、また、ネジ付きまたはシート付き接続機能部などの適合する接続機能部（図示せず）が構成要素３１６の取り付け面３１８に組み込まれる。液体誘導レーザビーム３１０は、標的３７０の表面を除去するように示されており、また、シールド３２０の標的対向面３２８が除去材料および反射液体に対する保護バリアを与える。

【0019】

図４および図５は、シールド４００の一例の斜視図および底面図を示す。シールド４００は、様々なネガ機能部が形成されて成る円柱の形状の剛体から構成される。シールド４００は、上端対向面またはノズル対向面４１０と、下端対向面または標的対向面４１２とを含む。また、シールド４００は側壁面４１４も含む。幾つかの実施形態において、側壁面４１４は、例えばハウジングを使用してシールド４００の位置を維持するときには取り付け面として作用し、この場合、ハウジングが側壁面４１４の周囲に係合する。他の実施形態において、ノズル対向面４１０または標的対向面４１２の一部は、単独で或いは互いにおよび／または側壁面４１４と共同して取り付け面を与えてもよい。シールド４００の円柱は直径４１６および高さ４１８を有する。また、シールド４００の高さ４１８は、シールド４００の厚さと称されてもよい。幾つかの実施形態では、シールド４００の高さ４１８が少なくとも０．００５０インチである。

【0020】

シールド４００は貫通穴４２０を画定する。貫通穴４２０は直径４２２を有する。貫通穴４２０は、使用時に液体誘導レーザシステムの液体誘導レーザ経路内に位置される。幾つかの実施形態において、シールド４００は、貫通穴４２０の中心が液体誘導レーザ経路の中心と位置合わせされるように位置される。貫通穴４２０の直径４２２は、液体誘導レーザビーム（レーザビームおよび液体噴流の柱の両方を含む）のそれが設計される直径よりも大きい。幾つかの実施形態において、貫通穴４２０の直径４２２は、保護ガスを保持することが困難であるような或いは貫通穴が大きくなりすぎて貫通穴の液体誘導レーザビーム障害防止効果が著しく低下するような大きな空間を形成することなく、適度な保護ガス層の流れを可能にするのに十分な空間が液体誘導レーザビームの全ての側で存在するように、液体誘導レーザビームの直径よりも大きい。幾つかの実施形態では、直径４２２が少なくとも０．０２０インチである。シールド４００の貫通穴４２０を通過する液体誘導レーザ経路の長さは、シールド４００の厚さまたは高さ４１８に等しい。

【0021】

幾つかの実施形態において、シールド４００の物理的な寸法は、貫通穴４２０の直径４２２に関して規定され、また、貫通穴４２０の直径４２２は、シールド４００が協働するようになっている液体誘導レーザビームの直径の範囲によって規定される。シールド４００の厚さまたは高さ４１８は、一般に、貫通穴４２０の直径４２２の少なくとも２倍であり、或いは、少なくとも２：１の比率である。図示のシールドの例において、高さ４１８は、貫通穴４２０の直径４２２の約３倍であり、或いは、３：１の比率である。幾つかの実施形態では、最大で１０：１の比率の厚さが使用されてもよく、また、貫通穴直径に対する厚さの更に大きな比率が想定し得る。１つの実施形態では、シールド４００の高さ４１８が約０．１インチであり、この場合、５：１の比率に関しては、貫通穴４２０の直径４２２が約０．０２インチである。代わりの実施形態では、４：１の比率に関し、シールド４００の高さ４１８が約０．１６０インチであるとともに、貫通穴４２０の直径４２２が０．０４０インチである。なお、一貫性のある厚さを維持しつつ異なる貫通穴直径を有する複数のシールドを形成し、それにより、貫通穴に対する厚さの比率に変化をもたらすことが好ましい場合があるが、それらの変化は全て適度な範囲内にとどまり得る。

【0022】

幾つかの実施形態において、シールド４００の直径４１６は、液体誘導レーザ経路内にシールドを位置決めするための取り付け機構、例えば、側壁面４１４を受け入れて側壁面４１４と係合するようになっているハウジング、キャリア、または、他の装着部などによって規定される。シールド４００の直径４１６は、依然として、貫通穴４２０の直径４２２に対する比率に関して表わされてもよいが、それらの貫通穴に関して異なる直径を有する複数のシールドが、共通の取り付け機構と適合するように同じシールド直径を有してもよい。これは、シールドの直径に対する貫通穴の直径の比率内に変化をもたらし得るが、それらの変化は一般に共通の範囲内に入る。貫通穴直径に対するシールド直径の比率は、一般に、少なくとも３：１である。シールド４００の例において、貫通穴４２０の直径４２２に対するシールド４００の直径４１６の比率は約８：１である。

【0023】

シールド４００は、１つ以上の排出機能部４３０、４３２、４３４を更に画定してもよい。排出機能部は、一般に、シールド４００が液体誘導レーザシステム内にシールドブランクとして位置されるとともに液体誘導レーザビームが貫通穴４２０を形成するために使用される実施形態において用いられてもよい。排出機能部の目的は、さもなければ貫通穴４２０が完成するまでシールド４００の上端面４１０と液体誘導レーザシステムの最も近い構成要素との間で捕捉される場合がある流体および除去材料を減少させることであってもよい。排出機能部の数、サイズ、および、形状は、シールド４００の機能を実質的に変えることなく変更されてもよい。シールド４００がハウジング内に配置されるかどうかに応じて、接続のために使用されるコネクタおよびシールド表面が、特定のシールドの厚さおよび形状と共に、排出機能部の配置に影響を与える場合がある。

【0024】

シールド１００における材料選択は、その剛性および他の保護機能部に関連する。幾つかの実施形態において、シールド１００の剛体は、均一な材料の一体品から形成される。シールド材料は、それらの剛性および機械的な耐摩耗性に関して選択されてもよい。材料の幾つかの例は、タングステンカーバイド、窒化ホウ素、および、セラミックマトリックス複合材料を含んでもよい。シールド材料は、一般に、２００Ｇｐａよりも大きいヤング率を伴って選択されてもよい。幾つかの実施形態では、４００以上のヤング率を有する材料が好ましい場合がある。材料剛性に加えて、反射を減らして液体誘導レーザビームとの干渉を減少させるために低い反射率を有する材料が望ましい場合もある。例えば、タングステンカーバイド、窒化ホウ素、および、一部のセラミックマトリックス複合材料は、実質的に非反射性であり、黒っぽく見える。反射率は、シールド４００を貫くビーム経路付近で最も重要となり得る。したがって、貫通穴並びに貫通穴付近の上端面および下端面の近傍の材料は、非反射性であることが好ましい場合があるが、シールド４００の他の表面は同じ要件を有さなくてもよい。

【0025】

図６および図７は、例えば先の図４および図５におけるシールド４００を形成するために使用され得るシールドブランク６００の一例を示す。図示の例において、シールドブランク６００は、上端面６１０、下端面６１２、側面６１４、および、排出機能部６３０、６３２、６３４を含めて、シールド４００とほぼ同一の機能部を有する。しかしながら、シールドブランク６００は、液体誘導レーザビームが通過できる貫通穴を欠く。液体誘導レーザシステム内に設置する前にシールドブランク６００に貫通穴を機械加工するのではなく、液体誘導レーザビームを使用して貫通穴がシールドブランクに形成される。このプロセスは、貫通穴と液体誘導レーザ経路との位置合わせを簡略化し得る。

【0026】

図８および図９は、液体誘導レーザシステム内に設置して位置決めする前に貫通穴８２０が機械加工されているシールド８００の他の例示す。シールド８００は、上端面８１０、下端面８１２、側面８１４、および、貫通穴８２０を含めて先のシールド４００とほぼ同様に形成されてもよい。貫通穴８２０を予め穿孔する利点は、排出機能部が排除されることである可能性がある。

【0027】

図１０は、先の図１－図９に関して説明されたシールドおよびシステムなど、液体誘導レーザシステム内でシールドを使用する方法１０００の一例を示す。ステップ１０１０では、シールドが液体誘導レーザシステムの液体誘導レーザ経路に対して位置決めされ、この場合、上端面がシステムの他の構成要素と対向し、下端面が標的または被加工物と対向する。例えば、シールドは、シールドハウジングを伴ってまたは伴うことなく、ノズルキャップにまたは結合アセンブリの放出ノズル付近に取り付けられてもよい。ステップ１０２０において、シールドは、それが貫通穴を有していていつでも使用できる状態にあるまたは貫通穴を必要としているシールドブランクであるかどうかを決定するために評価される。シールドがシールドブランクではなくいつでも使用できる貫通穴を有している場合には、方法がステップ１０４０へ進む。シールドがシールドブランクであって機能的な貫通穴を有さない場合には、方法がステップ１０３０へ進む。ステップ１０３０では、シールドブランクを機能的なシールドにするために貫通穴がシールドブランクに形成される。例えば、貫通穴が形成されるまで液体誘導レーザビーム経路に沿ってシールド材料を除去するために液体誘導レーザビームが使用されてもよい。機能的な貫通穴によって液体誘導レーザビームが放出ノズルから標的まで途切れることなく通過できる場合には、方法がステップ１０４０へ進む。ステップ１０４０において、標的は、液体誘導レーザシステムの意図される動作にしたがって液体誘導レーザビームによって材料除去される。標的の材料除去は、残骸および反射液および干渉をもたらす。ステップ１０５０において、シールドは、シールドを貫く液体誘導レーザ経路を保護するように作用するとともに、経路、ビーム完全性、および、ビーム経路に沿うシールドの上側の他のシステム構成要素を保護するように作用する。望ましくない材料がシールドの標的対向面によって偏向され、また、液体誘導レーザビームと、貫通穴の制限された直径と、シールドの厚さにわたる比較的長い経路長との組み合わせは、材料が上側構成要素に入り込むことを防止する。ステップ１０６０では、シールドが摩耗に関してチェックされる。シールドが所望の状態を超えて摩耗されれば、摩耗されたシールドは、ステップ１０７０において除去されてもよく、ステップ１０１０へ戻ることによって交換されてもよい。摩耗されていなければ、液体誘導レーザシステムの動作がステップ１０４０へ戻ることによって継続してもよい。

【0028】

先の図面は、この開示の幾つかの実施形態にしたがって関連付けられた動作処理の一部を示す。幾つかの別の実施では、関与する行為に応じて、前述の行為が前述の順序から外れて行なわれてもよく或いは実際にはほぼ同時にまたは逆の順序で実行されてもよいことに留意すべきである。

【0029】

本明細書中で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためにすぎず、本開示を限定しようとするものではない。本明細書中で使用される単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および、「その（ｔｈｅ）」は、文脈が別段明確に示唆しなければ、複数形も同様に含むように意図される。用語「備える」および／または「備えている」は、この明細書中で使用される際には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または、構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／または、それらのグループの存在または付加を排除しないことが更に理解され得る。

【0030】

以下の特許請求項中の対応する構造、材料、行為、および、全ての手段またはステップ＋機能要素の等価物は、特許請求の範囲に具体的に記載される他の請求項記載要素と組み合わせて機能を果たすために任意の構造、材料、または、行為を含むように意図される。本開示の説明は、例示および説明の目的のために与えられてきたが、包括的であるようにまたは開示された形態の開示内容に限定されるように意図されない。本開示の範囲および思想から逸脱することなく、多くの修正および変形が当業者に明らかである。開示の原理および実用的用途を最も良く説明するために、および、考えられる特定の使用に適するような様々な変更を伴う様々な実施形態に関する開示内容を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態が選択された説明された。

【0031】

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
標的（１７０）対向面を有する剛体を備え、
前記剛体は、液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）を受け入れる直径（４１６、４２２）を有する貫通穴（２２２）を画定するとともに、前記剛体は、この剛体を貫く前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）の長さを規定する厚さを有し、
前記剛体の厚さは、前記貫通穴（２２２）の直径（４１６、４２２）の少なくとも２倍であり、
それにより、前記剛体は、液体誘導レーザシステム（１００）の液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内で前記液体誘導レーザシステム（１００）の放出ノズル（１２４）と標的（１７０）との間に位置される、
シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様２］
前記剛体は、２００Ｇｐａよりも大きいヤング率を有する材料から構成される実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様３］
前記剛体は、タングステンカーバイド、窒化ホウ素、および、セラミックマトリックス複合材料から選択される材料から構成される実施態様２記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様４］
前記剛体は、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）付近で実質的に非反射性である実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様５］
前記剛体が全ての表面上で実質的に非反射性である実施態様４記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様６］
前記剛体の厚さと前記貫通穴（２２２）の直径（４１６、４２２）との間の比率が２：１～１０：１の範囲内である実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様７］
前記剛体が円柱であり、前記剛体の厚さが前記円柱の高さであり、前記円柱の直径（４１６、４２２）が前記貫通穴（２２２）の直径（４１６、４２２）の少なくとも３倍である実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様８］
前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）は、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）に対する前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）の位置を維持しつつ前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００）の前記放出ノズル（１２４）から分離するノズルキャップ（１５０）に取り外し可能に接続される実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様９］
前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）がシールドハウジング（１６４、２４０）内に配置され、前記シールドハウジング（１６４、２４０）が前記ノズルキャップ（１５０）に接続される実施態様８記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様１０］
前記貫通穴（２２２）の直径（４１６、４２２）は、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）中の液体誘導レーザビーム（３１０）の直径（４１６、４２２）より大きいとともに、前記貫通穴（２２２）を貫く前記液体誘導レーザビーム（３１０）付近で保護ガス層の通過を受け入れる実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様１１］
前記剛体は、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）のための前記貫通穴（２２２）ではない少なくとも１つの排出機能部を更に画定する実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様１２］
前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）は、最初に、前記貫通穴（２２２）を伴わないブランクとして液体誘導レーザシステム（１００）の液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内に位置され、前記液体誘導レーザシステム（１００）は、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内に前記貫通穴（２２２）を形成するために液体誘導レーザビーム（３１０）を使用する実施態様１記載のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）。
［実施態様１３］
液体誘導レーザシステム（１００）内でシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を使用する方法であって、
標的（１７０）対向面を有する剛体を備える前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を液体誘導レーザシステム（１００）の液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内で前記液体誘導レーザシステム（１００）の放出ノズル（１２４）と標的（１７０）との間に位置決めするステップを備え、
前記剛体は、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）を受け入れる直径（４１６、４２２）を有する貫通穴（２２２）を画定するとともに、前記剛体は、この剛体を貫く前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）の長さを規定する厚さを有し、
前記剛体の厚さは、前記貫通穴（２２２）の直径（４１６、４２２）の少なくとも２倍であり、
前記液体誘導レーザシステム（１００）の動作中に前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）を保護して、材料を前記標的（１７０）対向面から偏向させるステップを備える、
方法。
［実施態様１４］
剛体を位置決めする前記ステップは、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）に対する前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）の位置を維持しつつ前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００）の前記放出ノズル（１２４）から分離するノズルキャップ（１５０）に対して前記剛体を取り外し可能に接続するステップを備える実施態様１３記載の方法。
［実施態様１５］
剛体を位置決めする前記ステップは、前記剛体をシールドハウジング（１６４、２４０）内に挿入するステップを更に備え、前記シールドハウジング（１６４、２４０）が前記ノズルキャップ（１５０）に接続される実施態様１４記載の方法。
［実施態様１６］
前記剛体は、最初に、前記貫通穴（２２２）を伴わないブランクとして液体誘導レーザシステム（１００）の液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内に位置され、前記方法は、
前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内に前記剛体を貫く前記貫通穴（２２２）を形成する液体誘導レーザビーム（３１０）を生み出すために前記液体誘導レーザシステム（１００）を使用するステップを更に備える実施態様１３記載の方法。
［実施態様１７］
前記貫通穴（２２２）を形成するために前記液体誘導レーザシステム（１００）を使用する前記ステップは、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）のための前記貫通穴（２２２）ではない前記剛体により画定される少なくとも１つの排出機能部を通じて前記剛体と前記液体誘導レーザシステム（１００）の前記放出ノズル（１２４）との間からの過剰な流体を排出するステップを備える実施態様１６記載の方法。
［実施態様１８］
前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）が前記液体誘導レーザシステム（１００）の摩耗部であり、前記方法は、摩耗したシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を前記液体誘導レーザシステム（１００）から除去することによって前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を定期的に交換して、摩耗したシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）を交換シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）に置き換えるステップを更に備え、第１のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）および第２のシールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）は、それらが同じ液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）を維持するように位置される実施態様１３記載の方法。
［実施態様１９］
液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）を画定する放出ノズル（１２４）を有するとともに、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）に沿って液体誘導レーザビーム（３１０）を生成できる液体誘導レーザシステム（１００）と、
標的（１７０）対向面を有する剛体を備え、前記剛体が、前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）を受け入れる直径（４１６、４２２）を有する貫通穴（２２２）を画定するとともに、前記剛体が、この剛体を貫く前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）の長さを規定する厚さを有し、前記剛体の厚さが、前記貫通穴（２２２）の直径（４１６、４２２）の少なくとも２倍であり、それにより、前記剛体が、前記液体誘導レーザシステム（１００）の前記液体誘導レーザ経路（１３２、２１２、３１２）内で前記液体誘導レーザシステム（１００）の前記放出ノズル（１２４）と標的（１７０）との間に位置される、シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）と、
を備えるシステム。
［実施態様２０］
前記液体誘導レーザシステム（１００）の前記放出ノズル（１２４）と前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）との間に位置されるノズルキャップ（１５０）を更に備え、前記シールド（１００、１３０、１６０、２２０、３２０、４００、８００）が前記ノズルキャップ（１５０）に取り付けられる実施態様１９記載のシステム。

【符号の説明】

【0032】

１００ システム
１１０ レーザ源
１１２ レーザ光学素子モジュール
１１４ 横方向位置決めアセンブリ
１２０ 結合アセンブリ
１２２ 液体源
１２４ 放出ノズル
１２６ ガス源
１３０ レーザビーム
１３２ レーザ経路
１４０ 保護ガス
１５０ ノズルキャップ
１５２ チップ面
１５４ ビーム開口
１６０ シールド
１６２ 貫通穴
１６４ シールドハウジング
１６６ 取り付けアセンブリ
１７０ 標的
２００ 一部
２１０ レーザビーム
２１２ レーザ経路
２１４ ビーム開口
２１６ 構成要素
２１８ 保護ガス
２２０ シールド
２２２ 貫通穴
２２４ 内面
２２６ 構成要素対向面
２２８ 標的対向面
２３０ 外側面
２４０ シールドハウジング
２４２ 側壁
２４４ 棚
２４６ コネクタ
２７０ 標的
３００ 一部
３１０ レーザビーム
３１２ レーザ経路
３１４ ビーム開口
３１６ 構成要素
３１８ 取り付け面
３２０ シールド
３２２ 貫通穴
３２４ 内面
３２６ 構成要素対向面
３２８ 標的対向面
３３０ 外側面
３４０ コネクタ
３７０ 標的
４００ シールド
４１０ ノズル対向面
４１２ 標的対向面
４１４ 側壁面
４１６ 直径
４１８ 高さ
４２０ 貫通穴
４２２ 直径
４３０ 排出機能部
４３２ 排出機能部
４３４ 排出機能部
６００ シールドブランク
６００ シールドブランクの例
６１０ 上端面
６１２ 下端面
６１４ 側面
６３０ 排出機能部
６３２ 排出機能部
６３４ 排出機能部
８００ シールド
８１０ 上端面
８１２ 下端面
８１４ 側面
８２０ 貫通穴
１０００ 方法の例
１０１０ ステップ
１０２０ ステップ
１０３０ ステップ
１０４０ ステップ
１０５０ ステップ
１０６０ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】