JP4619365B2 - レーザ放射によりワークピース表面を構造化するために使用される装置用の真空装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークピース、特に印刷版（printing form）、例えばフレキソ印刷ブロックなどの表面に、放射、特にレーザ放射によってある構造を持たせる（構造化する）ために使用される装置のための真空抽出装置（vacuum extraction unit）に関する。

放射、特にレーザ放射によるワークピース表面へのレリーフの彫刻は、特に、フレキソ印刷版の作製に使用される。プリントレリーフはレーザビームによってフレキソ印刷部材のレリーフ形成層に直接彫刻されるので、写真植字処理で要求されるように、フレキソ印刷部材を現像する必要がなくなる。レーザ彫刻の場合、凹部が形成される領域が、その領域のブランク材料が除去されるようにレーザ放射に晒される。こうして、除去される構成要素部分が蒸発及び／または分解される結果、その研磨生成物または分解生成物が、蒸気、熱ガス，ヒューム、エアロゾル及び／または小粒子となる。

特に、彫刻されるフレキソ印刷ブランクが円筒、または彫刻のために円筒型キャリアに固定されるプレートであり、この円筒が彫刻のあいだ高速で回転する場合、これらの分解生成物がその生成された領域からできるだけ完全に除去され、これら分解生成物がすでに彫刻された領域に留まることにより彫刻されたパタンの品質を損なうことのないようにする必要がある。さらに、分解生成物は彫刻されていない領域にも堆積して彫刻処理を妨げる、あるいはレーザビームガイド部材を汚染する可能性があり、これによっても、彫刻の品質が損なわれる。

独国特許発明第２９９８００１０号明細書には、すでに、レーザ彫刻または切削装置用の処理ヘッドが開示されている。この処理ヘッドにおいては、集束レンズを保持するノズル形状のレンズホルダが真空抽出フードに囲われ、真空抽出フードは真空抽出ラインを介して対応する真空抽出装置に接続されている。処理ヘッドは少なくとも２つのガスノズルを備える。そのうち一方が、レーザビームと彫刻されるスタンピングプレートとの界面ゾーンの領域にガス噴流を斜めに導く。他方のガスノズルは、同様に、傾斜ガス噴流を彫刻されるスタンピングプレートに抗して導き、このガス噴流が、処理ポイントと真空抽出フードの端部との間の領域に衝突することで、スタンピングプレートの処理中における粉塵や他の分解生成物の径方向における拡散を遅らせる。この結果、これらの分解生成物は真空抽出フードを介して抽出できるので、真空抽出フードの端部の間隙を通過して漏れ出ることがない。

欧州特許第０４２７００４号明細書には、中空円筒、特にスクリーンステンシルをレーザによって処理する装置が開示されている。処理される中空円筒は、レーザビームと中空円筒との相互作用領域の上流及び下流におけるその軸方向において、すなわち、彫刻位置の上流及び下流において、ロールまたはテーパ状の支持ローラによって支持される。この装置の場合、レーザ処理ヘッドの前方には、レーザ処理ヘッドのマウスピースを取り囲むように形成された真空ハウジングが配置されている。これにより、開口部を有する真空チャンバが形成され、この真空チャンバの端部が、彫刻シリンダとともに、レーザビームとステンシルとの相互作用領域である彫刻領域を取り囲む間隙３４を形成する。真空チャンバから間隙を介して流入する空気は常に抽出されるので、周辺雰囲気と真空チャンバ内部の圧力差が維持され、これにより、ステンシルはロールまたはテーパ状の支持ローラに常に強制的に接触させられる。

しかしながら、このように、真空チャンバから空気を抽出し、ステンシルを支持部材に抗して確実に接触させるための圧力差を確保しようとしても、研磨生成物及び／または分解生成物の除去には十分な効果がない。

欧州特許第０５６２１４９号明細書には、さらに、レーザビームによって薄壁中空円筒を処理する装置が開示されている。ここで、レーザ処理ヘッドは、その長さ軸を中心に回転自在に取り付けられた中空円筒、例えばスクリーンステンシルのブランクなどと並んで、処理される中空円筒の長さ方向軸と平行に移動可能なキャリッジ上に配置される。レーザ処理ヘッドとともに、中空円筒の支持ベアリングもキャリッジに固定して取り付けられており、これにより支持ベアリングはキャリッジとともに中空円筒の軸方向に移動が可能である。

支持装置は、実質的に半円形状の下部ベアリングブラケットと、４分の１円形状の上部ベアリングブラケットとを含み、上部ベアリングブラケットが回動可能に取り付けられることにより、中空円筒を自動的に装着することができる。

下部ベアリングブラケットは、多数のベアリングローラを備えてもよく、略Ｕ字形の断面を有し、その両末端部が閉じられて吸引チャネル（suction channel）を形成する。吸引チャネルは、対応する真空抽出接続ピースによって適当な真空抽出装置に接続し、吸引チャネル内にわずかな負の圧力を生成することができる。これにより、中空円筒が支持部材の下部ベアリングブラケットに確実に接触し、中空円筒はその各処理領域において確実に、振動することなくガイドされ、正確なレーザ処理が可能になる。

しかしながら、処理領域、すなわちレーザビームと中空シリンダとの相互作用領域から研磨生成物または分解生成物を除去するための手段はここには示されていない。

欧州特許第１０９０７０９号明細書には、レーザ彫刻ヘッドを有する、プリント円筒をレーザ彫刻するための装置が開示される。この装置においては、チャンバが集束レンズの手前に配置され、ここに圧縮空気が供給される。圧縮空気は、集束されたレーザビームとともに開口を通過して噴出される。チャンバの円錐型前面壁と、ワークピース側においてチャンバを覆うキャップとのあいだには間隙が設けられる。圧縮空気の一部は、この間隙を通過して、真空抽出接続部に到達する。真空抽出接続部には真空抽出ラインが接続されている。

しかしながら、レーザ集束レンズを汚染から保護するこのような装置を、レーザ彫刻のあいだに発生する研磨生成物及び／または分解性生物が環境に排出されるのを防ぐために使用することはできない。

独国特許発明３９２３８２９号明細書には、レーザ処理ヘッドのための、軸対称（rotationally symmetrical）真空抽出フードが記載される。レーザ処理ヘッドにより、ワークピースが処理、特に溶接または切削される。真空抽出フードは、レーザビームとワークピースとの間の相互作用領域からの反応生成物を除去するために、真空抽出装置に接続されている。この場合、反応生成物が相互作用領域から環境に逃げ込まないように、カバーフードは、エアカーテンを生成する手段を有し、これによりフードの端部面とワークピースとの間の環状間隙を閉じる。

独国特許発明第２９９８００１０号明細書 欧州特許第０４２７００４号明細書 欧州特許第０５６２１４９号明細書 欧州特許第１０９０７０９号明細書 独国特許発明第３９２３８２９号明細書

本発明は、研磨生成物及び／または分解生成物をレーザビームとワークピースとの相互作用領域から確実に除去でき、これら生成物のワークピース及び／または真空抽出装置への堆積を実質的に完全に回避する、冒頭に記載したタイプのさらなる真空抽出装置を提供するという目的にもとづく。

この目的は、請求項１または２に記載の真空抽出装置によって達成される。各従属項には、効果的な改良及び発展が記載されている。

したがって、その動作位置においてレーザ放射とワークピース表面との相互作用領域を覆うフードを有する真空抽出装置の場合、本発明によれば、前記フードは、真空抽出ラインが接続可能な接続部（以下接続部を後側部と表記する）と、フードの動作位置においてワークピースに対向して位置する縁端部を有する２つの側壁と、これら側壁の間に位置して、側壁に対して横方向に延び、２つの側壁とともに、フードにおいて入口開口を有する真空抽出チャネルを画定する２つのガイド壁と、を有する。この入口開口は、フードの動作位置においてワークピースに対向して位置する。２つのガイド壁の一方のガイド壁の端部は、フードの動作位置においてワークピースに対向して位置し、他方のガイド壁は、フードの動作位置においてワークピース表面に対向して位置する円筒型湾曲を有し、さらに、この湾曲の領域において、ワークピース表面を処理するためのレーザ放射を通過させてガイドする少なくとも１つの開口を有する。

本発明による真空抽出装置のフードの構成方法、特に、真空抽出チャネルの２つのガイド壁の一方を、レーザ放射とワークピース表面との相互作用領域に対向して位置させる凸型の円筒湾曲により、スムーズで渦がなく、非常に高速の空気流がこの領域に生成される。このような空気流が、相互作用領域または彫刻領域においてワークピース表面から離脱した粒子及び／または分解生成物を連行し、これらを真空抽出チャネルを通って除去する。こうして、ワークピースから離脱した粒子及び／または分解生成物、例えばエアロゾルなどがワークピースに定着しないようにする。この結果、例えばステンシルのプリントの場合、特にフレキソ印刷台の場合にますます要求されるような極めて微細な構造であってもワークピース表面に彫刻できる。

フレキソ印刷版の製造において、本発明による真空抽出装置は、さらに、レーザ放射によるフレキソ印刷プリントブランクの彫刻中にヒューム及び蒸気とともに生成される粘着性のあるエアロゾルの抽出を特に可能にする。このような粘着性のあるエアロゾルが彫刻された領域に堆積した場合、これらを洗い流すのは難しく、結果として特にプリントされたイメージの微細な構造を大きく損なうことになる。

本発明の効果的な発展によれば、２つの側壁の縁端部は、処理されるワークピースの表面の輪郭に適合された輪郭を有し、フードの動作位置においてこの縁端部がワークピースに対向して位置すると、対応する間隙シールが形成される。

側壁をワークピースの輪郭に適合させることにより、横方向の空気の流入領域を十分に減少させ、形成された実際の間隙シールを通過してフード内部の空気流条件を乱す可能性のある空気がほとんど吸引されないようにすることができる。この結果、渦を発生させることなく、急速な空気流を生成でき、搬送される研磨生成物及び分解生成物の量が増大する。

本発明の好ましい発展においては、湾曲したガイド壁の湾曲が円の弧の形状に湾曲し、この湾曲したガイド壁の湾曲の大きさが、ワークピースの表面の湾曲より大きい。

ただし、湾曲したガイド壁の湾曲が指数関数的に湾曲し、真空抽出チャネルにおける流れの特定速度プロファイルを設定してもよい。

本発明の好ましい発展においては、ワークピースを処理するためのレーザ放射が通過してガイドされる開口が、フードの動作位置においてワークピースの表面に最も近く位置する湾曲したガイド壁の領域に設けられることを特徴とする。

できるだけ効果的な間隙シールを形成するためには、側壁の縁端部の輪郭が、ワークピース表面の輪郭に適合されたポリラインまたは円の弧であることが好ましい。

本発明の効果的な改良は、フードの動作位置において側壁の縁端部とワークピース表面との距離が、５０ミリメートル未満、好ましくは３０ミリメートル未満、特に０．５ミリメートルより大きく１０ミリメートル未満、特に好ましくは1ミリメートルから５ミリメートルの間であり、側壁の縁端部とワークピース表面の間に形成される間隙シールの幅が０．１ミリメートルから３０ミリメートルの範囲にあることを特徴とする。

異なる輪郭のワークピース、特に、異なる直径のワークピースの場合には、間隙シールによって効果的な横方向の封止を確保するためには、フードが交換可能に加工レーザヘッド（working laser head）に固定され、異なる直径の円筒型ワークピースを処理するときには、多数のフードからフードがそれぞれ選択されて使用され、このフードの側壁が、処理されるそれぞれのワークピースの表面の輪郭にできるだけ適合された輪郭の縁端部を有する。

本発明の好ましい改良は、フードの側壁に、ワークピースに対向して位置する側壁の端部の輪郭を変えて、ワークピースの表面に適合させることができる手段、特に移動可能な薄層または交換可能な側部部品が設けられていることを特徴とする。

本発明の別の改良においては、フードの動作位置においてワークピースの表面に最も近く位置する、湾曲したガイド壁の領域において、処理ヘッドによって噴射された各加工噴流またはビーム、特に加工レーザヘッドにより噴射された各加工レーザビームには専用の開口が設けられ、この開口を通過して、ワークピースを処理するためのレーザ放射がワークピース上に集束されるのが効果的である。

また、フードのカバー領域外で生成された分解生成物、例えばヒューム、蒸気などを抽出できるようにするために、ワークピースの円周に沿って、互いに一定距離を隔てて位置する２つの端部を有し、実質的にＵ字型の断面を有するＣ字型カバーリングが設けられ、フードがカバーリングの２つの円周方向端部の一方に近接して配置される。

この場合、Ｃ字型カバーリングは円筒型ワークピースを部分的に覆ってもよいし、または実質的に完全に覆って延びてもよい。後者の場合、カバーリングの２つの円周方向端部がフードに近接して位置する。前者の場合、カバーリングは、９０度、１２０度、１８０度、またはヒューム、蒸気、小粒子などを捉えて抽出することが可能な他の任意の角度範囲にわたって延びてもよい。

さらに、Ｃ字型カバーリグが交換可能であり、直径の異なる円筒型ワークピースを処理する際には、多数のカバーリングから各カバーリングを選択して使用でき、このリングの内径が処理されるそれぞれの円筒型ワークピースの直径にできるだけ適合されている。

ただし、Ｃ字型カバーリングの側壁にその自由内径を減少させる手段を設け、処理される各円筒型ワークピースの直径に対応するようにリングを設定することもできる。

この場合、Ｃ字型カバーリングの自由内径を減少させる手段は、層状のシールを含み、この層状シールの個々の薄層がカバーリングの側壁に回動可能に固定される。

しかしながら、Ｃ字型カバーリングの自由内径を減少させる手段を、交換可能な側部部品、特に側部プレートによって形成することもできる。

本発明の好ましい改良においては、Ｃ字型カバーリングは、互いに抗して回動可能に保持された、少なくとも２つのリングセグメントに円周方向に分割されている。この場合、Ｃ字型カバーリングが円周方向の長さの異なる３つのリングセグメントに分割されているのが好ましい。ここで、上部リングセグメントの円周方向長さはカバーリングの円周方向長さの約半分に対応し、下部リング部分により短い２つのリングセグメントを有する。

抽出をさらに改良するために、フードと、フードの上流に位置するＣ字型カバーリングの円周方向端部との間の中間スペースに真空抽出ノズルが設けられているのが好ましい。

異なる図において、互いに対応する部材は同一の符号で示されている。

図１、図２及び図３に示されるように、本発明による真空抽出装置は、主要部材としてフード１０を含む。フード１０の後側部１１には、図３に概略的にのみ示される真空抽出ライン１３のための接続ピース１２が取り付けられている。このフード１０を通過して真空抽出チャネル１４が延びている。真空抽出チャネル１４は、入口開口１５から接続ピース１２まで延び、２つの側壁１６と、２つの側壁１６の間に位置し、これに対して横方向に延びる２つのガイド壁１７，１８とによって範囲を定められている。２つの側壁１６は、入口開口１５を横方向に画定する縁端部１９を有し、縁端部１９の輪郭はレーザ放射によって処理されるワークピースの輪郭に実質的に適合されている。

例示される実施形態においては、ワークピースは断面が円形の円筒形状を有する。したがって、縁端部１９は、ワークピース２０の円周に適合された実質的に円の弧の形状の輪郭を有し、縁端部１９とワークピース２０とのあいだに間隙シールを形成する。間隙シールの封止効果は、縁端部１９とワークピース２０の表面との距離が小さいほど、かつ縁端部１９の幅が大きいほど良好になる。

この距離は、好ましくは５０ミリメートル未満、好ましくは３０ミリメートル未満であり、０．５ミリメートルから１０ミリメートルの間、特に１ミリメートルから５ミリメートルの間にすべきである。側壁１６の縁端部１９とワークピース２０の表面とによって形成される間隙シールの封止効果を高めるために、縁端部１９は円筒型ワークピースの軸方向により大きい幅を有してもよい。この場合、縁端部１９の幅をより大きくするには、側壁１６の厚さをより大きくすればよい。しかしながら、入口開口１５から離れる方向に延びるフランジを側壁１６に設け、より幅の広い間隙シールを形成することもできる。この場合、縁端部１９の幅、またはそれらを広げるためのフランジは、好ましくは、０．１ミリメートルから２０または３０ミリメートルの範囲にある。

直径の異なる円筒が処理される場合でも縁端部１９とワークピース２０の表面との間の距離を望ましい距離に保つために、異なるフードを設けてもよい。この場合、その側壁は、特定の直径範囲にそれぞれ適合された湾曲を有する縁端部を備える。しかしながら、調節可能な層状コンパートメントなどを側壁に設け、縁端部とワークピース表面との距離が大きければ、このコンパートメントをワークピース表面に近づけて移動可能にすることも考えられる。

図における下部ガイド壁１７は、入口開口１５から遠ざかる方向に延びる壁２２に隣接する端部２１によってワークピース２０の表面に対向して位置し、側壁１６のあいだに延びている。ガイド壁１７の、ワークピースに対向する表面は、側壁１６の縁端部１９の輪郭に対応する凹型湾曲を有する。この結果、壁２２は、ワークピース２０の表面とともにさらなる間隙シールを形成し、入口開口１５を画定する。

分解生成物が、下部ガイド壁１７の端部２１または壁２２に留まらないように、この端部は鋭い端部に形成されている。

図における上部ガイド壁１８は、ワークピース２０に対向して位置する凸型に湾曲した表面を有する。このように湾曲したガイド壁１８は、その湾曲によりワークピース２０に最も近く位置する領域に開口２３を少なくとも１つ有し、この開口２３を通過して、ワークピース表面を処理するための開孔放射、好ましくは加工レーザビーム２４がガイドされる（図３）。湾曲したガイド壁１８は、ワークピース２０とともに吸引間隙２５を形成する。この吸引間隙２５の最も狭い地点が、加工レーザビームを通過させるための開口２３の領域に位置し、この結果、加工レーザビーム２４とワークピース２０との相互作用領域に位置する。しかしながら、吸引間隙２５の最も狭い領域を、この間隙を通過して吸引される空気流に対して相互作用または彫刻領域のわずかに上流側に設けることもできる。この場合、開口２３は、放射を妨害することなく、かつ空気流を乱すこともないよう小さく設計される。

吸引間隙２５は、その最も狭い地点の流れ方向における上流に、図３において断面が漏斗形状に狭まる部分２５’を有し、流れの方向における縮小地点の下流に、同じく漏斗形状に広がる部分２５”を有する。この場合、湾曲したガイド壁１８の凸型湾曲は、例えば円弧の形状であってもよい。しかしながら、湾曲したガイド壁１８の湾曲形状をワークピース２０の輪郭に対応するように選択し、吸引間隙２５の縮小地点における空気流の速度が、ここに存在する研磨生成物及び分解生成物を連行できるよう十分に速くなるようにすることができる。吸引間隙２５の縮小地点の下流においても、流速は引き続き十分に高いままで、実際には、連行された研磨生成物及び分解生成物が堆積できないようにすべきである。

図１から明らかなように、流れの方向に延びるガイドリブ１６’が吸引間隙２５の部分２５’の領域に、側壁１６に隣接するが、僅かな距離を隔てて設けられ、空気流の流入をさらにスムーズにする。

さらに、真空抽出チャネルにおける流れの特定速度プロファイルを設定するために、湾曲したガイド壁の湾曲を指数関数的に形成することも考えられる。これにより、例えば、より速い流速が実現し、その結果、分解生成物の堆積を最大限に防ぐことができる。

吸引間隙２５の上記の幾何学形状の結果、かつ側壁１６と壁２２とによって形成される間隙シールにより、真空抽出動作において、空気は主に吸引間隙２５を通過して真空抽出チャネル１４の入口開口１５に吸引される。この処理において、吸引された流れは狭まる間隙のために大きく加速され、この結果、吸引間隙２５の縮小部分においては、約１５０ｍ／ｓから１８０ｍ／ｓ以上の非常に速い流速を実現することができる。このような高流速に加え、本発明による真空抽出装置のフード１０の構成、特に、真空抽出チャネルを画定する壁１６，１７，１８の構成及び吸引間隙２５とともに入口開口１５を画定する間隙シールの構造により、高流速で渦のないスムーズな流れの吸引間隙２５における発生が確実になり、特に、研磨生成物及び分解生成物、例えばエアロゾル、ヒューム、蒸気などを、ワークピース２０の処理中に、確実に彫刻領域から遠ざかるように搬送することができる。

図２及び図３から明らかなように、フード１０の後側部１１には、取り付け開口２８と固定用開口２９とを有する取り付け壁２７が設けられている。取り付け壁２７により、フード１０が加工レーザヘッド３０に、以下に示すように、特に交換可能に取り付けられる。すなわち、加工レーザビーム、または例示される実施形態によれば図示される３つの加工レーザビーム２４ためのノズル形状の噴出部分３１が、湾曲したガイド壁１８の開口２３を通過してワークピース表面にレーザビームが集束できるように、取り付け開口２８を通過して突出し、開口２３に対向して位置する。

ワークピースの表面、特に円筒型ワークピースの表面、例えば円筒型プリンティングステンシルまたは円筒型フレキソ印刷版に、レーザ放射によってレリーフを彫刻するためには、円筒型ワークピース２０がその軸を中心に回転させられ、同時に、加工レーザヘッド３０と円筒型ワークピース２０との相対運動が軸方向に行われる。このために、処理装置の形状に応じて、円筒型ワークピース２０を固定された加工レーザヘッド３９に対して移動してよいし、あるいは、円筒型ワークピース２０を軸方向に固定されるように取り付け、加工レーザヘッド３０をワークピースの軸に対して平行に移動することも考えられる。円筒型ワークピース２０の回転運動を相対的な軸方向運動と重複させることで、所望のレリーフに応じて、ワークピース表面の各地点を、この目的のためにワークピース２０の表面に集束された対応するパルス加工レーザビームに晒すことができる。

レーザ処理、特にレーザ彫刻において、どのくらいの量の分解生成物及び研磨材料を確実に搬送するかに応じて、彫刻領域において急速なガス流を実現しなければならないだけでなく、十分に高い体積流量をも確保しなければならない。これに関し、以下のことを考慮に入れなければない。すなわち、急速流で高流量の廃棄空気より彫刻領域外に搬送された分解生成物は、ワークピース２０の表面または真空抽出チャネル１４の壁に堆積する傾向があり、流速が速いほど、また体積流量立方当たりの搬送される材料の量が少ないほど堆積する分解生成物は少なくなる。したがって、劣化材料に対して少なくとも０．１ｍ³／ｇの廃棄空気の体積流量、好ましくは少なくとも０．５ｍ³／ｇ、特に少なくとも１．０ｍ³／ｇの廃棄空気の体積流量を用いることが一般に推奨される。特にフレキソ印刷版のダイレクト彫刻に用いられるような、平均サイズのレーザ装置の場合、彫刻は、例えば１ｍ²／ｈの速度で行われ、この場合、５００から１０００ｇ／ｍ²の材料研磨物が生成される。したがって、本発明による真空抽出装置は、少なくとも５０から１００ｍ³／ｈ、好ましくは少なくとも２５０から５００ｍ³／ｈ、特に、少なくとも５００から１０００ｍ³／ｈの抽出速度で動作すべきである。

このように、本発明の真空抽出装置によれば、図１から図３にもとづき記載されるように、研磨生成物及び分解生成物が、彫刻領域から、すなわち、加工レーザビーム２４とワークピース表面との間の相互作用領域から確実に取り除かれ、ワークピース表面と真空抽出チャネルのいずれに対しても分解生成物及び研磨材料が堆積しないようにできる高抽出速度及び高抽出量が実現する。特に、下部ガイド壁１６と壁２２とによって形成される端部２１に鋭利な端部の形状を持たせることにより、エアロゾル及び他の研磨材料がここに堆積するのを防ぐ。

しかしながら、本発明によるこの真空抽出装置が、レーザに対する露出後の短時間の間発光し続ける材料の彫刻に使用される場合、高処理速度、すなわち処理される円筒の高回転速度では、彫刻領域が円筒型ワークピース２０の４分の１回転、さらには２分の１回転にわたって発光しつづけ、ヒュームが彫刻領域及び真空抽出チャネル１４の入口開口１５の領域だけでなく、これらの領域を超えて発生する。

このようなヒュームが環境に流入するのを防ぐには、例えば、レーザ彫刻装置全体を封入することが考えられる。このような封入により、ヒュームなどの環境への進入は防げるが、装置の汚染を回避することはできない。

本発明の第２の改良によれば、図４に示されるように、上記の真空抽出装置が、実質的にＣ字型のカバーリング４０とともに使用される。カバーリング４０は、互いに対向して位置する側壁４１と、カバーリング４０の外周領域においてこれらの側壁４１を互いに接続する底部壁４２とを有して、実質的にＵ字型の断面を有する。このようなカバーリング４０がレーザ処理ヘッド３０及びフード１０とともに、固定された円筒型ワークピース２０に沿って移動することも考えられるが、本発明による真空抽出装置のカバーリング４０を支持部材４３によってレーザ処理または彫刻装置のマシンベッドに取り付け、カバーリング４０がレーザ加工ヘッド３０と同様に装置に固定されて取り付けられるのが好ましい。したがって、カバーリング４０は、レーザ加工ヘッド３０とともに移動されるかどうかに関わらず、常に、円筒型ワークピース２０の軸方向に対してレーザ処理ヘッド３０の領域、すなわちレーザ放射とワークピースとの相互作用ゾーンの領域に配置されるか、あるいは、レーザ加工ヘッド３０と同様に固定状態で取り付けられる。

この場合、カバーリング４０を、例えば図１０に示されるような分割されないリングに形成してもよい。しかしながら、カラーリング４０は、２つのセグメント、または、図４に示されるようにヒンジ４４によって互いに接続された３つのセグメントを含むのが好ましい。３つのセグメントは、図８に示されるように、装置の前方部分に向かって回動により開くことができるように互いに接続されており、この結果、円筒型ワークピース２０を、彫刻装置に簡単にかつ好ましくは自動的に装着することができる。対称的なワークピースを彫刻装置に装着した後、すなわち、ワークピース２０が対応するクランピングジョー５０（１つのみが図８に示される）に保持された後、直径の異なる円筒型ワークピース２０を示す図４、図５及び図９に示されるように、カバーリング４０が閉じられる。

図９においては、図１０と同様に、本発明によるカバーリング４０が観察ウィンドウ４５を備える。この観察ウィンドウ４０により処理動作を視覚的にモニタすることができる。

ワークピース２０の処理中、ワークピース２０は図４における矢印Ａの方向に高速で回転し、パルス加工レーザビーム２４によって表面から材料が研磨により取り除かれる。本発明による真空抽出装置は、主として空気を、吸引間隙２５の上流の領域外へ、すなわち、フードの上方の領域から、吸引間隙２５及び真空抽出チャネル１４の入口開口１５を介して吸引させる。

円筒型ワークピース２０の高速での回転により、ワークピース２０の周囲において回転方向に空気流が生成される。この空気流は、カバーリング４０とワークピース表面２０との間に形成された環状チャネル内にも存在する。空気は、ワークピース２０の回転方向から見て、真空抽出間隙２５を通過して、カバーリング４０とワークピース２０とのあいだで環状チャネルの終端部から抽出される。さらに、フード１０の壁２０とワークピース表面との間の間隙シールを介し、環状チャネルの始端部の領域においても一定の空気抽出が起こるが、これは吸引間隙２５を介して吸引された空気よりははるかに少ない。よって、環状チャネルへの入口において、カバーリング４０とワークピース表面２０との間には一定の負圧が発生する。この結果、環状間隙４６を介して吸引される空気を生成する負圧が環状チャネル全体に広がり、処理される材料がワークピース２０の４分の１または２分の１回転以上の間発光し続けるために生成されたヒュームが、カバーリング４０によって形成される環状チャネルに保持されるのを防ぎ、これらのヒュームをフードの真空抽出チャンネル１４を介して除去する。

カバーリング４０によって形成される環状チャネルの終端部において特に、空気の抽出を強化するために、図４に示されるように、さらなる真空抽出ノズル４７をその部分に設けてもよい。この真空抽出ノズル４７は、図５に示されるように、かなり直径の小さいワークピース２０が処理される場合に特に効果的である。

原則的には、直径の小さい円筒型ワークピースの処理中は、対応的に適合された真空抽出装置のフード１０も使用されるが、対応する間隙シールをできるだけ小さく維持するために、対応的に適合された縁端部を有する適切な可動薄層または交換可能な側部プレートによってその側壁１６を変更できるフード１０を使用することもできる。なお、図を簡素化するために、図４と図５では同一のフード１０が使用されている。

また、直径の小さい円筒型ワークピース２０を処理する際に、ワークピース２０とカバーリング４０との間の環状チャネルからの確実な空気の抽出を保証するために、真空抽出ノズル４７が環状チャネルの外側領域に維持され、一方で、環状チャネルの内部領域から吸引間隙２５を介して空気を抽出する。

この場合に、側壁４１とワークピース２０の表面との間の非常に広い環状間隙４６を介して確実にヒュームが外部に逃げないように、カバーリング４０には図６ａ、図６ｂ及び図７に示すような層状シール４８が設けられる。その個々の薄層は、カバーリング４０の側壁４１に回動可能に保持されている。層状シール４８により、間隙４６を円筒型ワークピース２０の表面付近の狭い領域から隔てて覆うことができ、この結果、継続的な発光によって生成されるヒュームを確実にカバーリング４０に下方に留め、抽出することができる。また、層状シール４８を、例えば光学絞りからわかるような、アイリス絞りのように形成してもよい。

しかしながら、異なる自由内径を有する交換可能なカバーリング４０を使用し、ワークピースの直径に対応して適切なカバーリング４０をそれぞれ選択可能にすることもできる。さらに、カバーリング４０の側壁４１に取り付け可能な、交換可能な側部プレートを設け、間隙４６の大きさを要求及び／または所望されるように適宜減少させることもできる。

図６ａ及び図６ｂに示されるように、加工レーザヘッド３０と真空抽出装置のフード１０の領域の外側において、カバーリングとワークピースとの間に形成された環状チャネルの横方向の封止は、あらゆるワークピースの直径（図６ａ、図６ｂ及び図７には図示せず）に適合させることができる。図７には、層状シール４８が完全に退行した位置において示され、図６ａ及び図６ｂには、その長く延びた状態が示されている。

以上のように、本発明による真空抽出装置を、ワークピース２０を処理するための３つの加工レーザビーム２４を噴射する加工レーザヘッド３０とともに記載した。しかしながら、本発明による真空抽出装置を、ワークピースを処理するための３つのビームより多いまたは少ないビームを提供する加工レーザヘッド３０とともに使用することもできる。例えば、図１０には、その湾曲したガイド壁１８に開口２３を１つだけ有し、その結果、単一の加工レーザビームのみを噴射する加工レーザヘッドにおける使用が意図される、本発明による真空抽出装置のフード１０が示されている。

本発明による真空抽出装置は、印刷版などを処理、特に彫刻のための処理装置に関する使用に限定されず、ワークピースのレーザ処理において、レーザ放射とワークピースとの相互作用領域から分解生成物及び研磨生成物を抽出する必要があるどんな場合にも使用できる。

図示される実施形態はすべて、円筒型ワークピースの処理中の使用のために設計されているが、本発明による装置を平坦なワークピースの処理に適合させることもできる。この場合、加工レーザヘッドとワークピースとのあいだに相対運動が起こる。

本発明による真空抽出装置のフードの前面斜視図である。 図１に示されるフードの後面斜視図である。 処理される円筒型ワークピースに対して動作位置にある状態が示されている本発明による真空抽出装置の断面図である。 フードが、指定された加工レーザヘッドが直径の大きい円筒型ワークピースに対して動作位置にある状態で示されている本発明の第２実施形態による真空抽出装置の断面図である。 フードは加工レーザヘッドとともに、直径のより小さい円筒型ワークピースに対して作動位置にある図４に対応する断面図である。 直径のより小さい円筒型ワークピースとともに、図４及び図５に示される本発明の真空抽出装置のカバーリングの改良を示す側面図である。 図６ａの構成を示す斜視図である。 直径のより大きい円筒型ワークピースとともに、図４及び図５に示される本発明の真空抽出装置のカバーリングを示す側面図である。 カバーリングは回動による開放状態にある図４及び図５に示される本発明の真空抽出装置の斜視図である。 直径の小さい円筒型ワークピースが装着され、抽出フードが準備位置に位置している図４及び図５に示される真空抽出装置の斜視図である。 処理噴流またはビームが１つだけ設けられた加工レーザヘッドと１部品による固定カバーリングとを有する真空抽出装置の斜視図である。

Claims (24)

1. ワークピース（２０）の表面を、レーザ放射によって構造化するために使用される装置用の真空抽出装置であって、
   前記真空抽出装置は、
   動作位置において、レーザ放射とワークピース表面との間の相互作用領域を覆うフード（１０）を含み、
   前記フード（１０）は、
   真空抽出ライン（１３）が接続可能な接続部（１１）と、
   前記フードの動作位置においてワークピースに対向して位置する縁端部（１９）を有する２つの側壁（１６）と、
   前記側壁（１６）の間に位置し、２つの側壁（１６）とともに、フード（１０）において入口開口（１５）を有する真空チャネル（１４）を画定する２つのガイド壁（１７，１８）であって、該入口開口は、前記フードの動作位置において前記ワークピースに対向して位置し、前記２つのガイド壁の一方（１７）の端部（２１）がフード（１０）の動作位置においてワークピースに対向して位置し、他方のガイド壁（１８）が、フードの動作位置においてワークピースの表面に対向して位置する凸型の円筒湾曲を有し、この湾曲の領域に、少なくとも１つの開口（２３）を有し、これを通過して、ワークピース表面を彫刻するためのレーザ放射がガイドされる、２つのガイド壁と、
   を含む、真空抽出装置。
2. 請求項１に記載の真空抽出装置において、
   前記２つの側壁（１６）の縁端部（１９）は、処理されるワークピース（２０）の表面の輪郭に沿った輪郭を有し、前記縁端部（１９）が前記フード（１０）の動作位置においてワークピース（２０）に対向して位置すると、対応する間隙シールが形成される、真空抽出装置。
3. 請求項１または２に記載の真空抽出装置において、
   前記湾曲したガイド壁（１８）の湾曲は、円の弧の形状に湾曲している、真空抽出装置。
4. 請求項３に記載の真空抽出装置において、
   湾曲したガイド壁（１８）の湾曲の曲線形状は、ワークピース（２０）の表面の曲線形状より大きい、真空抽出装置。
5. 請求項１または２のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
   前記湾曲したガイド壁（１８）の湾曲は、指数関数的に湾曲している、真空抽出装置。
6. 前記請求項のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
   ワークピース（２０）を処理するためのレーザ放射を通過させてガイドする開口（２３）が、フード（１０）の動作位置においてワークピース（２０）の表面に最も近く位置する、湾曲したガイド壁（１８）の領域に設けられている、真空抽出装置。
7. 請求項２に記載の真空抽出装置において、
   側壁（１６）の縁端部（１９）の輪郭は、ワークピースの表面の輪郭に沿ったポリラインである、真空抽出装置。
8. 請求項２記載の真空抽出装置において、
   側壁（１６）の縁端部（１９）の輪郭は、ワークピースの表面の輪郭に沿った円の弧である、真空抽出装置。
9. 請求項２、７または８のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
   前記フード（１０）の動作位置において、側壁（１６）の縁端部（１９）とワークピース表面との距離は、５０ミリメートル未満である、真空抽出装置。
10. 請求項９に記載の真空抽出装置において、
    前記フード（１０）の動作位置において、側壁（１６）の縁端部（１９）とワークピース表面との距離は、１ミリメートルから５ミリメートルの範囲にある、真空抽出装置。
11. 請求項２または７から１０のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    側壁（１６）の縁端部（１９）とワークピース表面との間に形成された間隙シールの幅は、０．１ミリメートルから３０ミリメートルの範囲にある、真空抽出装置。
12. 請求項２または７から１１のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    前記フード（１０）は交換可能に加工レーザヘッド（３０）に固定されている、真空抽出装置。
13. 請求項２または７から１２のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    フードの側壁（１６）には、ワークピース（２０）に対向して位置する側壁（１６）の端部の輪郭を変えて、ワークピース（２０）の表面に沿わせることができる手段としての移動可能な薄層または交換可能な側部部品が設けられている、真空抽出装置。
14. 前記請求項のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    フード（１０）の動作位置においてワークピース（２０）の表面に最も近く位置する湾曲したガイド壁（１８）の領域において、処理ヘッドによって噴射される各加工噴流またはビームとしての、加工レーザヘッド（３０）により噴射される各加工レーザビーム（２４）は、専用の開口（２３）を有し、この開口を通過して、ワークピース（２０）を処理するためのレーザ放射がワークピースに集束される、真空抽出装置。
15. 前記請求項のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    ワークピースの円周に沿って、互いに一定距離を隔てて配置された２つの端部を有し、Ｕ字型の断面を有するＣ字型カバーリング（４０）が設けられ、前記フード（１０）が、該カバーリング（４０）の２つの円周方向端部の一方に近接して配置されている、真空抽出装置。
16. 請求項１５に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリング（４０）は交換可能である、真空抽出装置。
17. 請求項１５に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリング（４０）の側壁（４１）には、その内径を減少させるための手段が設けられ、前記リングは処理される各円筒型ワークピース（２０）の表面に沿うように設定できる、真空抽出装置。
18. 請求項１７に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリングの内径を減少させる手段は、層状のシール（４８）を含む、真空抽出装置。
19. 請求項１８に記載の真空抽出装置において、
    前記層状シール（４８）の個々の層（４９）がカバーリング（４０）の側壁（４１）に回動可能に据え付けられている、真空抽出装置。
20. 請求項１７に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリングの内径を減少させる手段は、交換可能な側部部品を含む、真空抽出装置。
21. 請求項２０に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリングの内径を減少させる手段は、交換可能な側部プレートを含む、真空抽出装置。
22. 前記請求項の１５から２０のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリング（４０）は、互いに抗して回動可能に据え付けられた、少なくとも２つのリングセグメントに円周方向において分割されている、真空抽出装置。
23. 請求項２２に記載の真空抽出装置において、
    前記Ｃ字型カバーリング（４０）は、円周方向の長さが異なる３つのリングセグメントに円周方向において分割され、上部リングセグメントの円周方向の長さはカバーリング（４０）の円周方向長さの約半分に対応し、下部リング部分にはより短い２つのリングセグメントを備える、真空抽出装置。
24. 請求項１５から２２のいずれか一項に記載の真空抽出装置において、
    真空抽出ノズル（４７）が、前記フード（１０）と、該フードの上流に位置する、Ｃ字型カバーリング（４０）の円周方向端部との間の中間スペースに配置されている、真空抽出装置。

Images