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公開番号2024163892
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-22
出願番号2024077207
出願日2024-05-10
発明の名称ウォータージェットレーザ結合装置
出願人浙江工業大学,個人
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B23K 26/146 20140101AFI20241115BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】本発明は、水キャビティ内の流れ場のチャンネルを加工しやすく、ノズルと光学窓の取り外しや交換が容易なウォータージェットレーザ結合装置を提供する。
【解決手段】ウォータージェットレーザ結合装置は水キャビティ、光学キャビティ及びノズルシートを含み、前記水キャビティは中空キャビティを有する環状構造であり、上から下に順に接続された上部キャビティ、中間キャビティ及び下部キャビティを含み、前記光学キャビティは水キャビティの中空キャビティの上部に埋設され、光透過キャビティ及び光学窓を含み、光学窓は光透過キャビティの下端に開けられる溝内に設けられて中間キャビティの上部の貫通孔の段差に当接し、前記ノズルシートは水キャビティの中空キャビティの下部に埋設され、ノズルベース及びノズルを含み、ノズルはノズルベースの上端の溝内に設けられて下部キャビティの頂部に当接し、ノズルと光学窓との間に薄い水の層が形成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ウォータージェットレーザ結合装置であって、前記結合装置は水キャビティ、光学キャビティ及びノズルシートを含み、前記水キャビティは中空キャビティを有する環状構造であり、上から下に順に接続された上部キャビティ（１）、中間キャビティ（２）及び下部キャビティ（３）を含み、前記光学キャビティは水キャビティの中空キャビティの上部に埋設され、光透過キャビティ（４）及び光学窓（５）を含み、光学窓（５）は光透過キャビティ（４）の下端に開けられる溝内に設けられて中間キャビティ（２）の上部の貫通孔の段差に当接し、前記ノズルシートは水キャビティの中空キャビティの下部に埋設され、ノズルベース（６）及びノズル（７）を含み、ノズル（７）はノズルベース（６）の上端の溝内に設けられて下部キャビティ（３）の頂部に当接し、ノズル（７）と光学窓（５）との間に薄い水の層（２７）が形成され、
前記上部キャビティ（１）の中央に貫通孔が開けられ、該貫通孔内に光透過キャビティ（４）が取り付けられ、
前記中間キャビティ（２）の頂部にチャンネルが開けられ、前記チャンネルは上部キャビティ（１）と頂部環状流路（２３）を形成し、
前記中間キャビティ（２）には連通する入水口（２１）と第１上昇流路（２２）が開けられ、前記第１上昇流路（２２）は頂部環状流路（２３）に連通し、前記中間キャビティ（２）には、水を中間キャビティ（２）の底部に導くために頂部環状流路（２３）に連通する貫通流路（２４）が開けられ、前記中間キャビティ（２）の底部にチャンネルが開けられ、前記チャンネルは下部キャビティ（３）と底部環状流路（２５）を形成し、中間キャビティ（２）と下部キャビティ（３）との間には、薄い水の層（２７）に連通する第２上昇流路（２６）が更に形成され、
前記下部キャビティ（３）の中央に貫通孔が開けられ、該貫通孔内にノズルベース（６）が取り付けられる、ことを特徴とするウォータージェットレーザ結合装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記ノズルベース（６）は下部キャビティ（３）の中央の貫通孔にネジで接続され、前記ノズルベース（６）は上部が細く下部が太い段付き軸管構造であり、その頂部にはノズル（７）を取り付けるための第１取付溝が開けられ、前記ノズル（７）、光学窓（５）、下部キャビティ（３）、中間キャビティ（２）の間に薄い水の層（２７）が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項３】
前記光透過キャビティ（４）の下部には雄ネジを有するボスが設けられ、上部キャビティ（１）の中央貫通孔及び中間キャビティ（２）の中央の段付き貫通孔の両方には光透過キャビティ（４）にマッチングする雌ネジが設けられ、前記光学窓（５）は光透過キャビティ（４）のボスの底部の溝内に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項４】
前記中間キャビティ（２）の中央に段付き貫通孔が設けられ、貫通孔の上部には光透過キャビティ（４）にマッチングするネジが設けられ、貫通孔の下部と下部キャビティ（３）の中央のボスの外壁とは第２上昇流路（２６）を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項５】
前記光透過キャビティ（４）の頂部とノズルベース（６）の底部に六角溝が開けられ、六角レンチによって、光透過キャビティ（４）及びノズルベース（６）はそれぞれ上部キャビティ（１）及び下部キャビティ（３）にネジで接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項６】
前記上部キャビティ（１）と中間キャビティ（２）との間、下部キャビティ（３）と中間キャビティ（２）との間、光透過キャビティ（４）と中間キャビティ（２）の中央の段付き貫通孔との間には、Ｏリング（８）が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項７】
前記入水口（２１）、第１上昇流路（２２）、頂部環状流路（２３）、貫通流路（２４）、底部環状流路（２５）及び第２上昇流路（２６）はいずれも対称的に分布している、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項８】
前記光学窓（５）は石英ガラス材料を採用している、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項９】
前記ノズル（７）は中央にサファイアインサートを採用しており、金属ハウジングとサファイアノズルによって嵌め込まれて形成されることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のウォータージェットレーザ結合装置。
【請求項１０】
前記第２上昇流路（２６）は複数で周方向に配置される、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のウォータージェットレーザ結合装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はウォータージェットレーザの技術分野に属し、具体的に、ウォータージェットレーザ結合装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ウォータージェットレーザ加工技術の原理は、水と空気の光学的特性の伝播の違いを利用し、水ビーム内のレーザの入射角度が全反射の臨界角度よりも大きい場合、レーザビームが分離せずに水ビーム内で完全に全反射できるため、レーザビームを水ビーム内で折り曲げて伝播させ、水ビームの光ファイバーを形成することである。ウォータージェットレーザで加工されたスラグは水に運ばれ、水の冷却作用によりレーザ加工で発生した熱が奪われ、熱影響領域や再溶融層がなくなり、加工品質が向上する。
【０００３】
ウォータージェットレーザ加工技術において、レーザビームとマイクロ水ビームとの結合状況は加工効果を直接的に決定する。ウォータージェットレーザ結合装置はコア装置であり、高圧水が入り込み、細くて安定した水ビームを形成し、レーザを水ビーム内に結合する。結合の原理は、レーザビームを集束させてビームウェストのサイズを水ビームの直径よりも小さくし、その後、レーザスポットとノズルとの相対位置を調整して、レーザが全て水ビーム内に入るようにし、レーザが水ビームと空気との界面で全反射され、前方に向かって加工対象の表面に伝送されることである。
【０００４】
従来のウォータージェットレーザ結合装置はほとんど単一の入水口を採用しており、流れ場内の流路が簡単すぎるため、流速が変動しやすく、比較的不安定であり、また、従来の結合装置のノズル及び光学窓は取り付けや取り外しが難しく、メンテナンス、保守及び交換は不便である。
【０００５】
上記問題に鑑みて、安定した高圧水を提供でき、ノズル、光学窓を容易に取り外して交換することができ、密封性が高いウォータージェットレーザ結合装置を提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の欠点を補うために、本発明はウォータージェットレーザ結合装置を提供し、水キャビティ内の液体の圧力を安定させことで、微細な水ビームの安定した長さを効果的に増加させることができ、且つノズル及び光学窓の交換が容易で、装置の洗浄が容易で、密封性が高いという利点を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は以下の技術的解決手段によって実現できる。
【０００８】
ウォータージェットレーザ結合装置であって、該結合装置は水キャビティ、光学キャビティ及びノズルシートを含み、前記水キャビティは中空キャビティを有する環状構造であり、上から下に順に接続された上部キャビティ、中間キャビティ及び下部キャビティを含み、前記光学キャビティは水キャビティの中空キャビティの上部に埋設され、光透過キャビティ及び光学窓を含み、光学窓は光透過キャビティの下端に開けられる溝内に設けられて中間キャビティの上部の貫通孔の段差に当接し、前記ノズルシートは水キャビティの中空キャビティの下部に埋設され、ノズルベース及びノズルを含み、ノズルはノズルベースの上端の溝内に設けられて下部キャビティの頂部に当接し、ノズルと光学窓との間に薄い水の層が形成される。
【０００９】
前記上部キャビティの中央に貫通孔が開けられ、該貫通孔内に光透過キャビティが取り付けられる。
【００１０】
前記中間キャビティの頂部にチャンネルが開けられ、該チャンネルは上部キャビティと頂部環状流路を形成する。
（【００１１】以降は省略されています）

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