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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-053370 , eingereicht am 17. März 2017; auf deren gesamten Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung und ein Flüssigkeitsentfernungsverfahren.
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HINTERGRUND
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Eine Technologie, die eine Flüssigkeit verdampft, die an einer Oberfläche eines Elements haftet, wurde vorgeschlagen, in der ein Lasterstrahl auf die Flüssigkeit gestrahlt wird. Es ist jedoch notwendig, mit einem Laserstrahl mit einer großen Energie zu bestrahlen, um die Flüssigkeit vollständig zu verdampfen. Ferner erreicht ein Teil des auf die Flüssigkeit eingestrahlten Laserstrahls die Oberfläche des Elements. Wenn der Laserstrahl mit der großen Energie auf die Flüssigkeit gestrahlt wird, besteht daher ein Risiko, dass die Oberfläche des Elements durch den Laserstrahl, der die Oberfläche des Elements erreicht, beschädigt werden kann. In einem solchen Fall kann, wenn die Flüssigkeit vollständig durch Einstrahlen eines Laserstrahls mit einer geringen Energie auf die Flüssigkeit verdampft wird, die Beschädigung der Oberfläche des Elements verringert werden; aber andere Probleme treten auf, weil die Entfernung der Flüssigkeit unzureichend ist und die Betriebszeit lang ist.
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Wenn die Flüssigkeit ferner vollständig verdampft wird, besteht auch das Risiko, dass chemische Reaktionen zwischen den Komponenten, die in der Flüssigkeit enthalten sind, und den Komponenten, die in dem Element oder der Umgebung enthalten sind, auftreten können; die Oberfläche des Mitgliedes kann unrein werden; oder die Oberfläche des Elements kann korrodieren.
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Daher ist es wünschenswert, eine Technologie zu entwickeln, bei der die Auswirkungen auf die Oberfläche des Elements beim Entfernen der Flüssigkeit unterdrückt werden können.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 und ein Dichtungssystem 100 gemäß der Ausführungsform zeigt;
- 2A und 2B sind schematische Ansichten, die die Effekte der Maske, der Linsenanordnung und der Kondensorlinse veranschaulichen;
- 3 ist eine schematische Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen den lichtdurchlässigen Abschnitten und den Linsenelementen darstellt;
- 4A bis 4C sind schematische Ansichten, die Fälle darstellen, in denen mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten ausgebildet sind;
- 5A und 5B sind schematische Ansichten, die die Effekte in dem Fall veranschaulichen, in dem mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten ausgebildet sind;
- 6 ist eine schematische Ansicht, die das Rückgewinnungsteil darstellt;
- 7 ist eine schematische Ansicht, die eine Laserlichtquelle gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt; und
- 8A bis 8C sind schematische Ansichten, die das Verfahren zum Herstellen des Elements, in dem die Flüssigkeit gespeichert ist, veranschaulichen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung so gestaltet, dass sie eine Flüssigkeit durch Bestrahlen der Flüssigkeit mit einem Laserstrahl entfernt. Die Flüssigkeit haftet an einer Oberfläche eines Elements. Die Vorrichtung weist eine Laserlichtquelle und eine Energiesteuerung auf. Die Energiesteuerung ist so gestaltet, dass er eine Energieintensität an einer Bestrahlungsoberfläche ungleichmäßig verteilt, indem ein Laserstrahl, der von der Laserlichtquelle emittiert wird, in eine Vielzahl von Laserstrahlen aufgeteilt wird und ein Teil der geteilten Vielzahl von Laserstrahlen an einer Bestrahlungsposition überlagert wird, wo die Flüssigkeit haftet.
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Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht. Ähnliche Bauteile in den Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 und ein Dichtungssystem 100 gemäß der Ausführungsform zeigt.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind die Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1, eine Dichtungsvorrichtung 11, ein Gehäuse 101 und eine Steuerung 102 in dem Dichtungssystem 100 vorgesehen.
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Das Gehäuse 101 weist eine Kastenform auf. Das Gehäuse 101 kann luftdicht sein, so dass ein Eindringen von Schmutz von außen unterdrückt werden kann. Das Gehäuse 101 ist nicht immer notwendig und kann nach Bedarf bereitgestellt werden.
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Die Steuerung 102 steuert den Betrieb der Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 und der Dichtungsvorrichtung 11. Die Steuerung 102 kann beispielsweise ein Computer sein, der eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), einen Speicher usw. aufweist. Die Vorgänge der Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 und die Dichtungsvorrichtung 11 werden basierend auf einem in dem Speicher gespeicherten Betriebsprogramm gesteuert.
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Ein Behälter 2, ein Bewegungsteil 3, eine Laserlichtquelle 4, ein optisches System 5 und ein Rückgewinnungsteil 6 sind in der Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 vorgesehen.
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Die Aufnahme 2 ist im Innenraum des Gehäuses 101 vorgesehen. Die Aufnahme 2 weist eine Kastenform auf. Der Behälter 2 kann luftdicht sein, so dass die Atmosphäre des Innenraums aufrechterhalten werden kann. Zum Beispiel besteht ein Risiko, dass ein Gas erzeugt wird, wenn der Laserstrahl auf eine Flüssigkeit 201 eingestrahlt wird, die an der Oberfläche eines Elements 200 haftet. Auch besteht ein Risiko, dass ein Gas erzeugt wird, wenn die Dichtungsvorrichtung 11 ein Schweißen durchführt, wie nachstehend beschrieben ist. Durch Vorsehen des Behälters 2 kann die Diffusion des erzeugten Gases in die Umgebung unterdrückt werden. In einem solchen Fall kann auch eine nicht dargestellte Belüftungsvorrichtung, die das erzeugte Gas ansaugt und verarbeitet, in dem Behälter 2 vorgesehen sein.
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Es kann auch eine nicht dargestellte Gasversorgungsvorrichtung vorgesehen sein, die das Innere des Behälters 2 spült. Das Spülgas kann beispielsweise ein Inertgas wie Stickstoffgas usw. sein. Wenn das Innere des Behälters 2 gereinigt wird, kann eine Veränderung der mit dem Laserstrahl bestrahlten Flüssigkeit 201 aufgrund einer chemischen Reaktion unterdrückt werden. Daher kann eine unreine Oberfläche des Elements 200 und eine Korrosion der Oberfläche des Elements 200 unterdrückt werden.
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Das Bewegungsteil 3 ist im Inneren der Aufnahme 2 vorgesehen. Das Bewegungsteil 3 ändert die Position des Elements 200. Das Bewegungsteil 3 bewegt das Element 200 zwischen der Bestrahlungsposition des Laserstrahls von der Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 und der Bestrahlungsposition des Laserstrahls von der Dichtungsvorrichtung 11. Das Bewegungsteil 3 kann beispielsweise ein XY-Tisch, etc. sein. Eine nicht dargestellte Haltevorrichtung, die das Element 200 hält, kann in dem Bewegungsteil 3 vorgesehen sein. Die nicht dargestellte Haltevorrichtung kann zum Beispiel eine elektrostatische Haltevorrichtung, eine Vakuumspannvorrichtung, eine elektromagnetische Spannvorrichtung, eine mechanische Haltevorrichtung usw. sein.
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Die Laserlichtquelle 4 ist im Inneren des Gehäuses 101 vorgesehen. Die Laserlichtquelle 4 emittiert einen Laserstrahl mit einer vorgegebenen Wellenlänge. Wie nachstehend beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahl auf die Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit 201 und der Oberfläche des Elements 200 gestrahlt wird. Daher hat der Laserstrahl eine Wellenlänge, die nicht leicht von der Flüssigkeit 201 absorbiert wird. Die Wellenlänge, die nicht leicht von der Flüssigkeit 201 absorbiert wird, hängt von den Komponenten der Flüssigkeit 201 usw. ab. Daher kann die Wellenlänge des Laserstrahls geeignet bestimmt werden, indem Experimente usw. durchgeführt werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem die Flüssigkeit 201 eine Elektrolytlösung, die eine polymere Substanz usw. enthält, ist, ist es vorteilhaft, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls etwa 0,5 µm bis 1,06 µm beträgt. Zum Beispiel kann ein Laserstrahl einer solchen Wellenlänge unter Verwendung eines Festkörperlasers wie eines YAG-Lasers usw. bestrahlt werden.
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Es besteht ein Risiko, dass die Oberfläche des Elements 200 beschädigt wird, wenn die Energie des eingestrahlten Laserstrahls zu groß ist. Ferner besteht ein Risiko, dass Reaktionen zwischen den Komponenten, die in der Flüssigkeit 201 enthalten sind, und den Komponenten, die in dem Element 200 oder der Umgebung enthalten sind, gefördert werden können; die Oberfläche des Elements 200 kann unrein werden; und die Oberfläche des Elements 200 kann korrodieren. Daher ist es für die Laserlichtquelle 4 vorteilhaft, einen Pulslaserstrahl zu emittieren. In einem solchen Fall kann die Impulsbreite ungefähr 6 Nanosekunden betragen; und die Energie pro Puls kann ungefähr 1J (Joule) betragen.
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Das optische System 5 ist im Inneren des Gehäuses 101 vorgesehen. Das optische System 5 führt den von der Laserlichtquelle 4 emittierten Laserstrahl zu einer Bestrahlungsposition im Inneren des Behälters 2. In einem solchen Fall wird der Laserstrahl auf die Bestrahlungsposition im Inneren des Aufnahmebehälters 2 über nicht dargestelltes lichtdurchlässiges Fenster, das in dem Behälter 2 vorgesehen ist, eingestrahlt.
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Das optische System 5 steuert die Energieintensität an einer Bestrahlungsoberfläche 56, so dass sie ungleich verteilt ist. Details bezüglich der Steuerung der Energieintensität sind nachstehend beschrieben.
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Eine Kollimationslinse 51, ein Spiegel 52, eine Maske 53, eine Linsenanordnung 54 und eine Kondensorlinse 55 sind in dem optischen System 5 vorgesehen.
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Die Kollimationslinse 51 ist zwischen der Laserlichtquelle 4 und dem Spiegel 52 vorgesehen. Die Kollimationslinse 51 verursacht, dass der von der Laserlichtquelle 4 emittierte Laserstrahl paralleles Licht ist.
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Der Spiegel 52 reflektiert den einfallenden Laserstrahl und modifiziert den Weg des Laserstrahls. Der Spiegel 52 ist nicht immer notwendig und kann nach Bedarf bereitgestellt werden.
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Die Maske 53 ist auf der Laserstrahlemissionsseite des Spiegels 52 vorgesehen. Die Maske 53 weist mehrere lichtdurchlässige Abschnitte 53a und einen Lichtabschirmungsabschnitt 53b auf. Zum Beispiel kann die Maske 53 aufweisen: den Lichtabschirmungsabschnitt 53b, der eine Plattenkonfiguration einschließlich eines Laserstrahlabsorbierers aufweist, ein lichtabschirmendes Material, wie z.B. Metall usw., und die mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a, die Bohrungen sind, welche den Lichtabschirmungsabschnitt 53b in der Dickenrichtung durchdringen. Oder die Maske 53 kann eine Basis aufweisen, die aufweist: eine Plattenkonfiguration, die ein transparentes Material, wie beispielsweise Glas, usw. enthält, den Lichtabschirmungsabschnitt 53b, der die Basis abdeckt und einen Laserstrahlabsorber enthält, ein lichtabschirmendes Material wie z.B. Metall usw. und die mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a, die Öffnungen sind, die in dem Lichtabschirmungsabschnitt 53b vorgesehen sind.
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Die Linsenanordnung 54 ist auf der Laserstrahlemissionsseite der Maske 53 vorgesehen. Mehrere Linsenelemente 54a sind in der Linsenanordnung 54 vorgesehen. Zum Beispiel kann die Anzahl und Anordnung der Linsenelemente 54a gleich der Anzahl und Anordnung der lichtdurchlässigen Abschnitte 53a sein.
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Die Kondensorlinse 55 ist auf der Laserstrahlemissionsseite der Linsenanordnung 54 vorgesehen.
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Die Maske 53, die Linsenanordnung 54 und die Kondensorlinse 55 wirken zusammen, um die Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen zu steuern, um die Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche 56 ungleichmäßig zu verteilen. Zum Beispiel können die Maske 53, die Linsenanordnung 54 und die Kondensorlinse 55 in der Bestrahlungsoberfläche 56 einen ersten Bereich 56a ausbilden, in dem die Energieintensität hoch ist, und einen zweiten Bereich 56b, in dem die Energieintensität niedriger ist als die des ersten Bereichs 56a.
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In der Ausführungsform werden die Maske 53, die Linsenanordnung 54 und die Kondensorlinse 55 als eine Energiesteuerung 57 verwendet. Die Energiesteuerung 57 verteilt die Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche 56 ungleichmäßig durch Teilen des von der Laserlichtquelle 4 emittierten Laserstrahls in eine Vielzahl von Laserstrahlen und durch Überlagern eines Teils der geteilten Vielzahl von Laserstrahlen an der Bestrahlungsposition, an der die Flüssigkeit 201 haftet.
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Die Effekte der Maske 53, der Linsenanordnung 54 und der Kondensorlinse 55 werden nun weiter beschrieben.
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2A und 2B sind schematische Ansichten, die die Wirkungen der Maske 53, der Linsenanordnung 54 und der Kondensorlinse 55 veranschaulichen. 2A ist ein Fall, in dem der Laserstrahl unter Verwendung der mehreren Spiegel 52 zu der Maske 53 geführt wird. 2B ist ein Fall, in dem der Laserstrahl unter Verwendung mehrerer optischer Fasern 58 zu der Maske 53 geführt wird.
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3 ist eine schematische Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen den lichtdurchlässigen Abschnitten 53a und den Linsenelementen 54a darstellt.
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Pfeile X und Y in Figuren 2A und 2B und 3 zeigen zueinander orthogonale Richtungen.
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Wie in 3 gezeigt ist, sind die mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a in der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnet. Die mehreren Linsenelemente 54a sind in der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnet. Mit anderen Worten sind die mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a und die mehreren Linsenelemente 54a in Matrixkonfigurationen angeordnet.
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In der X-Richtung ist eine Abstandsabmessung P1 der lichtdurchlässigen Abschnitte 53a kürzer als eine Abstandsabmessung P3 der Linsenelemente 54a. In der Y-Richtung ist eine Abstandsabmessung P2 der lichtdurchlässigen Abschnitte 53a kürzer als eine Abstandsabmessung P4 der Linsenelemente 54a. In der Draufsicht betrachtet (von der Einfallsseite des Laserstrahls aus gesehen) überlappt die Mitte eines lichtdurchlässigen Abschnitts 53a1 in der Mitte der Maske 53 die Mitte eines Linsenelements 54a1 in der Mitte der Linsenanordnung 54. In der Draufsicht betrachtet befindet sich die Mitte eines lichtdurchlässigen Abschnitts 53a2 an der Peripherie des lichtdurchlässigen Abschnitts 53a1 in einer Position, die von der Mitte eines Linsenelements 54a2 an der Peripherie des Linsenelements 54a1 verschoben ist.
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Wie in Figuren in den 2A und 2B gezeigt ist, durchläuft der Laserstrahl, der durch den lichtdurchlässigen Abschnitt 53a1 in der Mitte der Maske 53 verläuft, das Linsenelement 54a1 in der Mitte der Linsenanordnung 54 und wird auf die Bestrahlungsoberfläche 56 gestrahlt. Hingegen wird, weil die Mitte des lichtdurchlässigen Abschnitts 53a2 an einer Position ist, die von der Mitte des Linsenelements 54a2 verschoben ist, der Laserstrahl, der durch den lichtdurchlässigen Abschnitt 53a2 hindurchtritt und auf das Linsenelement 54a2 einfällt, auf eine von der Mitte des Linsenelements 54a2 verschobene Position gestrahlt - in der Draufsicht betrachtet.
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Somit können die Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen, die durch die mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a hindurchtreten, durch Ändern der Positionen der mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a geändert werden. Mit anderen Worten können die Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen an der Bestrahlungsoberfläche 56 durch Ändern der relativen Positionsbeziehung zwischen den Paaren des lichtdurchlässigen Abschnitts 53a und des Linsenelements 54a geändert werden.
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Hier sind die Maske 53, die Linsenanordnung 54 und die Kondensorlinse 55 so angeordnet, dass sie eine Abbildungsbeziehung zwischen der Brennpunktposition der Linsenanordnung 54 und der Brennpunktsposition der Kondensorlinse 55 bereitstellen. Daher können durch Ändern der Positionen der mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a, die Bestrahlungspositionen an der Bestrahlungsoberfläche 56 der Laserstrahlen, die durch zwei oder mehr lichtdurchlässige Abschnitte 53a hindurchtreten, überlagert werden.
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Durch Überlagern der Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen wird der erste Bereich 56a, in dem die Energieintensität hoch ist, in der Bestrahlungsoberfläche 56 gebildet. Der Bereich, in dem die Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen nicht überlappen, ist der zweite Bereich 56b, der eine niedrigere Energieintensität aufweist als der erste Bereich 56a.
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Obwohl ein Fall als ein Beispiel in den 2A und 2B dargestellt ist, wo der erste Bereich 56a in dem zentralen Bereich der Bestrahlungsoberfläche 56 ausgebildet ist und der zweite Bereich 56b in dem Umfangsrandbereich der Bestrahlungsoberfläche 56 ausgebildet ist, ist dieser nicht darauf beschränkt.
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Wie oben beschrieben, können die Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen an der Bestrahlungsoberfläche 56 durch Ändern der relativen Positionsbeziehungen zwischen den Paaren der lichtdurchlässigen Abschnitte 53a und den Linsenelementen 54a geändert werden. Daher können die Positionen der ersten Region 56a und der zweiten Region 56b an der Bestrahlungsoberfläche 56 geeignet modifiziert werden.
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Obwohl ein Fall dargestellt ist, in dem der erste Bereich 56a und der zweite Bereich 56b ausgebildet sind, ist dies nicht darauf beschränkt.
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Mehrere Bereiche, die unterschiedliche Energieintensitäten aufweisen, können durch Ändern der Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen gebildet werden.
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4A bis 4C sind schematische Ansichten, die Fälle veranschaulichen, in denen mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten ausgebildet sind.
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Für die Beschreibung in den 4A bis 4C ist ein Bestrahlungsbereich 56c des Laserstrahls, der über ein Linsenelement 54a eingestrahlt wird, als ein Viereck dargestellt.
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4A ist ein Fall, in dem die mehreren Bestrahlungsbereiche 56c nicht überlappen. In einem solchen Fall ist die Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche 56 im Wesentlichen gleichförmig.
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4B und 4C sind Fälle, in denen ein Teil der mehreren Bestrahlungsbereiche 56c überlagert ist.
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Wie in 4B gezeigt ist, wird, wenn zwei Bestrahlungsbereiche 56c überlagert sind, die Energieintensität im Wesentlichen verdoppelt. In einem solchen Fall wird die erste Region 56a durch Überlagern von zwei Bestrahlungsbereiche 56c gebildet. Der Abschnitt, in dem die Bestrahlungsbereiche 56c nicht überlagert sind, ist die zweite Region 56b.
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Mehrere Arten von Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten können auch durch Ändern der Anzahl der überlagerten Bestrahlungsbereiche 56c gebildet werden.
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Zum Beispiel, wie in 4C gezeigt ist, kann ein Bereich 56a1 gebildet werden, indem zwei Bestrahlungsbereiche 56c überlagert werden; und eine Region 56a2 kann durch Überlagern von vier Bestrahlungsbereiche 56c gebildet werden. Die Energieintensität in dem Bereich 56a1 ist im Wesentlichen das Zweifache der Energieintensität in dem Bestrahlungsbereich 56c. Die Energieintensität in der Region 56a2 ist im Wesentlichen das Vierfache der Energieintensität in dem Bestrahlungsbereich 56c.
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Die Anordnung, Anzahl, Größe, Energieintensität usw. der Bereiche kann ebenfalls geeignet modifiziert werden.
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Effekte werden nun für den Fall beschrieben, in dem mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten gebildet werden.
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5A und 5B sind schematische Ansichten, die die Effekte in dem Fall veranschaulichen, in dem mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten ausgebildet sind.
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Als ein Beispiel in den 5A und 5B ist die Flüssigkeit 201, die an der Oberfläche des Elements 200 haftet, ein Flüssigkeitströpfchen.
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Die erste Region 56a und die zweite Region 56b mit der niedrigeren Energieintensität als die erste Region 56a sind in der Bestrahlungsoberfläche 56 ausgebildet.
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Wie in 5A gezeigt ist, wird die Oberfläche des Elements 200 erwärmt, wenn der erste Bereich 56a und der zweite Bereich 56b in der Bestrahlungsoberfläche 56 ausgebildet sind; und eine Dampfschicht 201a bildet sich an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit 201 und der Oberfläche des Elements 200.
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Wie in 5B gezeigt ist, wird demnach die Flüssigkeit 201 von der Oberfläche des Elements 200 durch die Dampfschicht 201a angehoben.
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In einem solchen Fall wird die Flüssigkeit 201, die sich auf der ersten Region 56a befindet, zuerst angehoben, da die Temperatur der ersten Region 56a höher als die Temperatur der zweiten Region 56b ist. Daher wird die Flüssigkeit 201, die sich angehoben hat bzw. aufgestiegen ist, leicht in einer Richtung weg von dem ersten Bereich 56a ausgestoßen. Mit anderen Worten ist es möglich, die Auslassrichtung der Flüssigkeit 201 zu steuern.
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In dem Fall, in dem die Flüssigkeit 201, die an der Oberfläche des Elements 200 haftet, ein Flüssigkeitströpfchen ist, kann es sein dass wenn ein Bereich eines Teils des Flüssigkeitströpfchens vorhanden ist, in dem die Laserstrahlen nicht eingestrahlt werden, der Teil des Flüssigkeitströpfchens in dem Bereich, der nicht mit den Laserstrahlen bestrahlt wird, nicht entfernt wird.
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Daher ist es in dem Fall, in dem die Flüssigkeit 201 das Flüssigkeitströpfchen ist, vorteilhaft, dass die Bestrahlungsoberfläche 56 so ausgebildet ist, dass sie größer ist als die planare Dimension des Flüssigkeitströpfchens. Mit anderen Worten ist es in der Draufsicht vorteilhaft, wenn die Laserstrahlen auf das gesamte Flüssigkeitströpfchen eingestrahlt werden. Wenn die Laserstrahlen auf das gesamte Flüssigkeitströpfchen eingestrahlt werden, kann der gesamte Bereich der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkeitströpfchen und der Oberfläche des Elements 200 erwärmt werden; daher ist es einfach, die Dampfschicht 201a in der gesamten Region zwischen dem Flüssigkeitströpfchen und der Oberfläche des Elements 200 auszubilden. Daher ist es einfach, das gesamte Flüssigkeitströpfchen zu entfernen.
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In einem solchen Fall kann beispielsweise die Bestrahlungsoberfläche 56, die größer als die planare Abmessung des zu entfernenden Flüssigkeitströpfchens ist, durch Modifizieren der Anzahl und Größe der mehreren lichtdurchlässigen Abschnitte 53a und der Anzahl und Größe der Linsenelemente ausgebildet werden 54a.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist das Rückgewinnungsteil 6 im Inneren des Behälters 2 vorgesehen.
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6 ist eine schematische Ansicht, die das Rückgewinnungsteil 6 darstellt.
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Das Rückgewinnungsteil 6 gewinnt die Flüssigkeit 201 zurück, die von der Oberfläche des Elements 200 durch die Bildung der Dampfschicht 201a angehoben wurde.
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Wie in 6 gezeigt ist, sind eine Düse 61 und ein Saugteil 62 in dem Rückgewinnungsteil 6 vorgesehen.
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Die Düse 61 kann höher als die Oberfläche des Elements 200 vorgesehen sein, an der die Flüssigkeit 201 haftet.
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Zum Beispiel treibt die Düse 61 ein Gas wie Stickstoffgas oder dergleichen, das von einem nicht dargestellten Gaszylinder usw. zugeführt wird zu dem Saugteil 62. Ferner kann ein Schaltventil enthalten sein, das zwischen Zuführen und Stoppen des Gases umschaltet; ein Sensor, der die angehobene Flüssigkeit 201 erfasst, kann enthalten sein; und das Gas kann aus der Düse 61 getrieben werden, wenn das Anheben der Flüssigkeit 201 erfasst wird.
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Das Saugteil 62 kann höher als die Oberfläche des Elements 200 vorgesehen sein, an der die Flüssigkeit 201 haftet. Das Saugteil 62 kann auf der Seite des Elements 200 vorgesehen sein, die der Seite gegenüberliegt, wo die Düse 61 vorgesehen ist. Eine Ansaugöffnung 62a des Saugteils 62 kann einem Auslass 61a der Düse 61 gegenüberliegen.
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Wie oben beschrieben, ist es, da die Auslassrichtung der Flüssigkeit 201 gesteuert werden kann, vorteilhaft, dass das Saugteil 62 auf der Auslassseite der Flüssigkeit 201 vorgesehen ist und dass die Düse 61 auf der gegenüberliegenden Seite der Auslassseite der Flüssigkeit 201 vorgesehen ist. Zum Beispiel kann die Düse 61 auf der Seite vorgesehen sein, wo der erste Bereich 56a ausgebildet ist; und das Saugteil 62 kann auf der Seite vorgesehen sein, wo der zweite Bereich 56b ausgebildet ist. Somit kann die Rückgewinnungseffizienz der Flüssigkeit 201 erhöht werden.
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Ein Filter 62b, wie zum Beispiel ein Metallgeflecht usw., kann auch in dem Saugteil 62 vorgesehen sein. Durch Vorsehen des Filters 62b kann Schmutz und dergleichen, der mit der Flüssigkeit 201 angesaugt wird, eingefangen werden.
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Eine nicht dargestellte Saugvorrichtung, wie etwa ein Vakuumgebläse usw., ist ebenfalls mit dem Saugteil 62 über ein Rohr verbunden. Zum Beispiel kann die Saugvorrichtung außerhalb des Gehäuses 101 vorgesehen sein.
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Es ist ausreichend, wenn zumindest eines aus der Düsen 61 oder dem Saugteils 62 vorgesehen ist. Die Streuung der angehobenen Flüssigkeit 201 kann jedoch durch Vorsehen der Düse 61 und des Saugteils 62 unterdrückt werden.
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Obwohl oben der Fall dargestellt ist, wo die Flüssigkeit 201 ein Flüssigkeitströpfchen ist, ist die Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 auch in dem Fall anwendbar, in dem die Flüssigkeit 201 ein Flüssigkeitsfilm mit einer planaren Abmessung ist, die größer ist als die des Flüssigkeitströpfchens. In dem Fall, in dem die Flüssigkeit 201 ein Flüssigkeitsfilm ist, ist es ausreichend, die Flüssigkeit 201 in den Flüssigkeitstropfenkonfigurationen wiederholt zu entfernen.
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Ein nicht dargestellter Bildprozessor usw. kann auch in der Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 vorgesehen sein.
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Beispielsweise erfasst der Bildprozessor die Position des an der Oberfläche des Elements 200 haftenden Flüssigkeitströpfchens und/oder die Position der Endoberfläche des Flüssigkeitsfilms. Dann kann der Flüssigkeitstropfen usw. zu der Position der Bestrahlungsoberfläche 56 bewegt werden, indem das Bewegungsteil 3 basierend auf der Positionsinformation des Flüssigkeitströpfchens usw., die von dem Bildprozessor erfasst wird, gesteuert wird.
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Wenn die Flüssigkeit 201 vollständig unter Verwendung von Dauerstrich-Laserstrahlen verdampft wird, erreichen die Laserstrahlen mit großen Energien die Oberfläche des Elements 200; und es besteht ein Risiko, dass die Laserstrahlen, die die Oberfläche des Elements 200 erreichen, die Oberfläche schmelzen und beschädigen können. In einem solchen Fall treten, wenn die Flüssigkeit 201 vollständig durch Einstrahlen von Laserstrahlen mit kleinen Energien auf die Flüssigkeit 201 verdampft wird, neue Probleme dahingehend auf, dass das Entfernen der Flüssigkeit 201 unzureichend ist und die Betriebszeit lang ist.
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Außerdem besteht ein Risiko, dass chemische Reaktionen zwischen den Komponenten, die in der Flüssigkeit 201 enthalten sind, und den Komponenten, die in dem Element 200 oder der Umgebung enthalten sind, gefördert werden können; die Oberfläche des Elements 200 kann verschmutzt werden; und die Oberfläche des Elements 200 kann korrodieren .
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Hingegen emittiert die Laserlichtquelle 4 Pulslaserstrahlen mit kleinen Energien. Die Flüssigkeit 201 wird nicht vollständig verdampft; und die Dampfschicht 201a wird an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit 201 und der Oberfläche des Elements 200 gebildet. Daher kann das Schmelzen der Oberfläche des Elements 200, die Verschmutzung der Oberfläche des Elements 200 und die Korrosion der Oberfläche des Elements 200 unterdrückt werden.
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Mit anderen Worten können gemäß der Flüssigkeitsentfernungsvorrichtung 1 die Wirkungen auf die Oberfläche des Elements 200 unterdrückt werden, wenn die Flüssigkeit 201 entfernt wird.
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Das optische System 5 steuert die Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche 56 so, dass sie ungleich verteilt ist. Mit anderen Worten, die bildet die Energiesteuerung 57 (die Maske 53, die Linsenanordnung 54 und die Kondensorlinse 55) mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten durch Überlagern eines Teils der Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen aus. Daher kann die Rückgewinnungseffizienz der Flüssigkeit 201 erhöht werden, da es möglich ist, die Auslassrichtung der Flüssigkeit 201 zu steuern.
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Die Dichtungsvorrichtung 11 dichtet durch Schweißen ein Loch in der Oberfläche des Elements 200, wie beispielsweise einen Flüssigkeitseinlass der Flüssigkeit 201 usw., ab.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind eine Laserlichtquelle 12, ein optisches System 13 und ein Bestrahlungskopf 14 in der Dichtungsvorrichtung 11 vorgesehen.
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Die Laserlichtquelle 12 kann außerhalb des Gehäuses 101 vorgesehen sein. Die Laserlichtquelle 12 emittiert einen Laserstrahl einer vorgeschriebenen Wellenlänge.
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Da der Pulslaserstrahl ein Laserstrahl ist, der zeitlich diskontinuierlich ist, ist hier die Pulsenergie zeitlich diskontinuierlich; und die Verschmelzungszeit ist kurz. Es gibt auch Fälle, in denen ein Teil der mehreren Laserimpulse eine geringe Energie hat. Daher besteht die Gefahr, dass beim Schweißen mit dem Pulslaserstrahl Schweißfehler wie Spritzer, Lunker usw. in der Schweißstelle (Schweißnaht) auftreten können. Außerdem besteht das Risiko, dass die Produktivität beim Schweißen unter Verwendung des gepulsten Laserstrahls abnimmt, da es schwierig ist, die Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Hingegen kann, wenn das Schweißen unter Verwendung eines Dauerstrich-Laserstrahls durchgeführt wird, das Schmelzbad kontinuierlich bewegt werden, da die Schmelzzeit relativ lang sein kann. Daher wird die Schweißstelle selbst dann nicht wesentlich beeinflusst, wenn aufgrund des Oberflächenzustands des Elements 200 ein gewisses Maß an Leistungsschwankung oder Fluktuation des Absorptionsgrads des Laserstrahls auftritt. Daher kann, wenn das Schweißen unter Verwendung des Dauerstrich-Laserstrahls durchgeführt wird, eine äußerst stabile Schweißverbindung erhalten werden, da die geeignete Schweißstelle selbst in dem Fall gebildet werden kann, in dem äußere Störungen auftreten. Wenn das Schweißen unter Verwendung des Dauerstrich-Laserstrahls durchgeführt wird, kann die Produktivität erhöht werden, da es einfach ist, die Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Daher ist es vorteilhaft, wenn die Laserlichtquelle 12 einen Dauerstrich-Laserstrahl emittiert.
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In einem solchen Fall kann die Laserlichtquelle 12 zum Beispiel ein Festkörperlaser sein, der eine kontinuierliche Ausgabe in der Klasse von mehreren kW erzeugen kann. Die Laserlichtquelle 12 kann beispielsweise ein Faserlaser, ein Scheibenlaser usw. sein.
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Ein Ende des optischen Systems 13 ist mit der Laserlichtquelle 12 verbunden; und das andere Ende des optischen Systems 13 ist mit dem Bestrahlungskopf 14 verbunden. Das optische System 13 führt den Laserstrahl, der von der Laserlichtquelle 12 emittiert wird zu dem Bestrahlungskopf 14. Das optische System 13 kann z.B. eine optische Faser usw. sein.
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Der Bestrahlungskopf 14 ist im Inneren des Behälters 2 vorgesehen. Der Bestrahlungskopf 14 emittiert den Laserstrahl, der über das optische System 13 einfällt, in Richtung des Schweißabschnitts des Elements 200. Auch der Bestrahlungskopf 14 kann dazu in der Lage sein, die Bestrahlungsposition des Laserstrahls zu scannen. In einem solchen Fall kann der Bestrahlungskopf 14 beispielsweise einen Galvanometer-Scanner umfassen.
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7 ist eine schematische Ansicht, die eine Laserlichtquelle 4a gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
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Wie oben beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn die Energie pro Puls des Pulslaserstrahls ungefähr 1 J (Joule) beträgt. Es gibt jedoch viele Fälle, in denen die Energie pro Puls des von einer allgemeinen Laserlichtquelle emittierten Pulslaserstrahls etwa 20 mJ (Millijoule) bis 100 mJ (Millijoule) beträgt. In solchen Fällen, wie in 7 gezeigt ist, ist es ausreichend, die mehreren Laserlichtquellen 4a bereitzustellen und die Laserstrahlen im Wesentlichen gleichzeitig von den mehreren Laserlichtquellen 4a zu emittieren.
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Obwohl die Maske 53 in dem Fall, in dem die mehreren Laserlichtquellen 4a vorgesehen sind, weggelassen werden kann, kann die Positionsgenauigkeit des Laserstrahls, der auf die Linsenanordnung 54 auftrifft, durch Vorsehen der Maske 53 erhöht werden.
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In der Ausführungsform verteilt der Energiesteuerung 57 die Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche 56 ungleichmäßig, indem sie an der Bestrahlungsposition, an der die Flüssigkeit 201 haftet, einen Teil der mehreren Laserstrahlen überlagert, die von den mehreren Laserlichtquellen 4a emittiert werden.
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Die Wirkungen des Dichtungssystems 100 werden nun veranschaulicht; und ein Flüssigkeitsentfernungsverfahren und ein Verfahren zum Herstellen des Elements 200, in dem die Flüssigkeit 201 gespeichert ist, werden nun veranschaulicht.
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8A bis 8C sind schematische Ansichten, die das Verfahren zum Herstellen des Elements 200 veranschaulichen, in dem die Flüssigkeit 201 gespeichert ist.
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Wie in Figuren den 8A bis 8C gezeigt ist, kann das Element 200 ein Behälter sein, der die Flüssigkeit 201 im Inneren enthält. Das Material des Elements 200 ist nicht besonders beschränkt; und es ist ausreichend, die notwendige Festigkeit aufzuweisen und gegen die Flüssigkeit 201 beständig zu sein.
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Ein Einlass 200b ist in einer oberen Endfläche 200a des Elements 200 vorgesehen.
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Zuerst wird die Flüssigkeit 201 über den Einlass 200b in das Innere des Elements 200 gefüllt. Die Flüssigkeit 201 kann beispielsweise Wasser, eine chemische Flüssigkeit, ein Öl wie ein Schmieröl oder dergleichen, eine Elektrolytlösung, ein Getränk usw. sein. Die Art der Flüssigkeit 201 ist nicht auf die dargestellten beschränkt.
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Hier gibt es Fälle, in denen Flüssigkeit aus der beim Befüllen verwendeten Düse austritt oder das Gas, das im Inneren des Elements 200 erzeugt wird, die Flüssigkeit 201 veranlasst, aus dem Einlass 200b auszutreten.
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In solchen Fällen, wie in 8A gezeigt ist, kann die Flüssigkeit 201 an der Peripherie des Einlasses 200b anhaften. Wenn die Flüssigkeit 201 an der Peripherie des Einlasses 200b haftet, besteht die Gefahr, dass es schwierig ist, den Einlass 200b durch das Schweißen abzudichten.
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Daher wird als nächstes, wie in 8B gezeigt ist, die Flüssigkeit 201, die an der Peripherie des Einlasses 200b haftet, entfernt.
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Das Bewegungsteil 3 bewegt das Element 200, so dass sich die Flüssigkeit 201 an der Position der Bestrahlungsoberfläche 56 befindet.
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Fortfahrend, emittiert die Laserlichtquelle 4 oder 4a den Pulslaserstrahl. Die Energiesteuerung 57 (die Maske 53, die Linsenanordnung 54 und die Kondensorlinse 55) bildet die mehreren Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten durch Überlagern eines Teils der Bestrahlungspositionen der Pulslaserstrahlen. Die Dampfschicht 201a bildet sich an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit 201 und der oberen Endoberfläche 200a an der Bestrahlungsoberfläche 56, weil die obere Endoberfläche 200a des Elements 200 erwärmt wird. Durch Ausbilden der Dampfschicht 201a wird die Flüssigkeit 201 von der oberen Endoberfläche 200a angehoben. Auch wird die Auslassrichtung der Flüssigkeit 201 gesteuert, da die mehreren Bereiche mit unterschiedlichen Energieintensitäten gebildet werden.
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Die Flüssigkeit 201, die von der oberen Endoberfläche 200a angehoben ist, wird durch das Rückgewinnungsteil 6 zurückgewonnen.
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Dann wird der Einlass 200b wie in 8C gezeigt ist, abgedichtet. In einem solchen Fall kann eine Platte 200c den Einlass 200b abdecken; und der Umfangsrand der Platte 200c kann geschweißt sein. Die Platte 200c kann dazu veranlasst werden, den Einlass 200b unter Verwendung einer nicht dargestellten Übertragungsvorrichtung abzudecken.
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Wenn der Einlass 200b klein ist, kann der Einlass 200b durch Schmelzen des Umfangs des Einlasses 200b abgedichtet werden.
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Das Bewegungsteil 3 bewegt das Element 200 so, dass sich der Einlass 200b an der Position der Bestrahlungsoberfläche befindet.
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Fortfahrend, emittiert die Laserlichtquelle 12 einen Dauerstrich-Laserstrahl. Der Dauerstrich-Laserstrahl trifft über das optische System 13 auf den Bestrahlungskopf 14; und der Bestrahlungskopf 14 emittiert den auftreffenden Dauerstrich-Laserstrahl in Richtung des Umfangsrands der Platte 200c. Zu dieser Zeit wird der gesamte Umfang der Platte 200c durch die Bestrahlungsposition des Dauerstrich-Laserstrahls verschweißt, der unter Verwendung eines Galvanometer-Scanners, der in dem Bestrahlungskopf 14 vorgesehen ist, abtastet.
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Somit kann das Element 200, in dem die Flüssigkeit 201 gespeichert ist, hergestellt werden.
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Wie oben beschrieben, enthält das Flüssigkeitsentfernungsverfahren gemäß der Ausführungsform einen Prozess des ungleichmäßigen Verteilens der Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche 56 durch Teilen des Laserstrahls in eine Vielzahl von Laserstrahlen und durch Überlagern eines Teils der geteilten Vielzahl von Laserstrahlen an der Bestrahlungsposition, an der die Flüssigkeit 201 haftet.
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Oder, es ist Prozess des ungleichmäßigen Verteilens der Energieintensität an der Bestrahlungsoberfläche enthalten, bei dem durch ein Teil einer Vielzahl von Laserlichtstrahlen, die von der Vielzahl von Laserlichtquellen 4a emittiert werden, an der Bestrahlungsposition, an der die Flüssigkeit 201 haftet, überlagert werden.
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Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel präsentiert und sollen den Umfang der Erfindungen nicht einschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Ausführungsformen in einer Vielzahl von anderen Formen verkörpert sein; außerdem können verschiedenartige Weglassungen, Substitutionen und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die in den Umfang und Geist der Erfindung fallen. Darüber hinaus können die oben erwähnten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden und ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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