专利名称：把电磁能和可加热混合物耦合起来的喷嘴的制作方法
本申请是1993年1月29日提交的美国专利申请08/010,859中一部分的继续申请，该专利申请公开的内容一并引入到本申请中。
本发明涉及在基板上喷涂可挤出材料。具体而言，本发明涉及一种使可挤出材料与高能电磁波束如激光束耦合起来的喷嘴。
美国专利申请U.S.08/010,859描述了一个在基板上喷涂可挤出材料的系统，而在挤出过程中，将来自激光器的一束电磁射线耦合施加在材料上。可挤出材料，典型的情况是聚酰胺热熔胶，光束则由150W的YAG激光器供给。材料通过一个小喷嘴挤出，喷嘴一端有通向流通通道的入口，相对的一端有一出口。通过在喷嘴一端的一个窗口，并且沿喷嘴的纵轴方向，将射束导入，耦合施加在流通通道内的材料上。若光束没能恰当地耦合施加在可挤出材料上，能量会被喷嘴或窗口吸收，从而明显降低这些零件的寿命。
按照本发明，喷嘴安置在一机套内，便于在破损或改用不同的喷嘴时替换。喷嘴有一形成一个流通通道的第一部分，此通道有一入口和一出口。通常，出口是位于喷嘴一端的圆形开口，但根据应用的需要，也可是其它形状中的一种。在流通通道的另一端包括一个光耦合器，以将电磁波导入流通通道。在优选实施例中，光耦合器构成流通通道的最上端。
喷嘴入口除将流体混合物导入流通通道外，还设置成保证流体混合物与光耦合器接触，以便流体混合物吸收耦合器内多余的热量。为此，相应于耦合器，设置了许多入口，以便让流体扫过耦合器的下表面，防止形成流体的静态薄膜。
在一种实施例中，其入口由一系列径向取向的沟槽组成，它们与通道相通，传输来自泵体的混合物。在另一实施例中，这些沟槽具有切向分量，以便流体涡流经过耦合器的下表面，增加耦合器和流体间的能量传导与对流。
下面结合附图详细描述本发明的优选实施例。附图中
图1是根据本发明的一个系统的垂直剖面图；图2是根据本发明的一个喷嘴前置装置的透视图；图3是图2喷嘴前置装置的垂直剖面图；图4是图2喷嘴前置装置放大的局部剖面图。
图1表明的系统大致如前面提到的我的早期申请中所述。该系统包括贮存可挤出材料4的贮存器2。泵体6通过流通路径10向喷嘴8供应可挤出材料4。材料进入喷嘴上端的流通通道12，然后经喷孔14离开此流通通道，在基板上形成该材料的滴状物16。
喷嘴里的材料与来自激光器18的电磁能耦合起来。来自激光器的射束20经过窗口22与流通通道内的材料耦合起来。
现在参照图2到图4，可拆卸的喷嘴24安装在前置装置26上。喷嘴和前置装置的结构在图3和图4中详细地示出。
前置装置26包括流通路径10，用来接受来自泵体的材料，如相对于图1所作的描述。然而，在这种情况下，流通路径10完全包围着喷嘴的上端。喷嘴24嵌在前置装置的两个开口内。第一个开口28在流通路径10的上侧，容纳安置了喷嘴上部。第二个开口30在前置装置的底部，容纳安置了喷嘴的下部。一个O型圈32置于前置装置的一个槽口内，在前置装置和喷嘴上部之间形成密封；并且另一O型圈34置于喷嘴的一槽口内，在前置装置和喷嘴的下部形成密封。
前置装置有一中心孔36，用于引导射束20至喷嘴的上端。
喷嘴包括一个光学窗口38，用于将光束耦合到材料12上。窗口通过置于凹槽42内的轴套40安装在喷嘴内。窗口搁靠在流通通道的上边缘，如图3和4的剖面图所示。实际上，窗口完全覆盖住了流通通道的上端。第三个O型圈44与凹槽42和窗口上端面配合，形成一个密封。
材料通过许多入口，被导入流通通道12，这些入口环绕通道彼此隔开均匀分布。入口46可以径向取向。可是，它们最好有切向分量。入口布置得靠近窗口底面，使材料流过窗口底面，带走在窗口的多余热量。入口具有切向分量这一措施可确保没有静态液膜形成，静态液膜会阻碍窗口和材料间的有效热传递。这样窗口保持冷却状态，从而可延长其寿命。
在该优选实施例中，入口46由半圆筒形沟槽形成，再由窗口接通通道。通过这种结构，进入喷嘴的流体材料连续地扫过窗口的下表面。
最好通过机械方式如通过用螺钉固定在前置装置上的挡板48，将喷嘴24固定在前置装置中。
从光学上考虑，窗口38应选择与可挤出材料折射率基本相同的材料制成，以降低反射。另外，窗口两面均应具有抗反射涂层。优先选用的窗口材料是光学材料BK7。熔凝石英和硼硅酸类耐热玻璃材料(Pyrex)也可用。
然而，有时可能需要的却是耦合器与材料的折射率不同。例如，窗口具有改变光束形状至所需形态的光学功效，是十分有益的。在此情况下，耦合器的底部可以是弯曲的，以具有使穿过耦合器和材料界面的折射率有差异的光学功效。
喷嘴可由各种材料制成，包括铝和钢。优先选用铝，因为其热传导性可保持喷嘴顶端有较高的温度，同时铝易于加工，可降低机加工的费用。
应该理解到，描述过的喷嘴能有效地将电磁能与可挤出材料耦合起来。这种喷嘴，从某种角度上，可看作一个波导管，许多波导管的原理对设计喷嘴是有用的。例如，耦合激光束到材料上，可通过调节耦合器减少反射和吸收，而变得很有效。同时，通常应避免入射到喷嘴壁上，以减少吸收和过热区的形成，如果喷嘴侧壁的反射，是波导管中，沿通道引导能量，而管壁吸收最少的那类反射，则这种反射可以利用。
显然，本领域的技术人员可在附属权利要求范围内进行修改。
权利要求
1.一种用于在基板上喷涂流体混合物的喷嘴，它包含形成一个引导所述流体混合物流动的流通通道的流通通道装置，以及位于所述流通通道的一端，将一束电磁射线导入所述流通通道的光耦合器装置，其特征在于，所述的流通通道包括一个导入所述流体混合物的入口和一个用于喷出所述流体混合物的出口。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，将所述光耦合器取向成可将所述电磁射线沿所述流通通道的纵轴方向导入。
3.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述入口紧邻所述光耦合器。
4.如权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述入口引导所述流体混合物流经所述光耦合器。
5.如权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述入口引导所述流体混合物流动，以便所述流动相应于流通通道的纵轴，有一径向分量。
6.如权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述入口引导上述流体混合物流动，以便所述流动相应于流通通道的纵轴，有一切向分量。
7.如权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述流通通道由带上边缘的管壁构成，所述入口由位于所述上边缘的沟槽构成，所述光耦合器与所述上边缘连接，构成所述入口的一部分。
8.如权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，它还包含许多相应于上述通道的纵轴方向，彼此隔开均布在所述的上边缘周围的沟槽。
9.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述流体混合物的折射率接近所述光耦合器的折射率。
全文摘要
一种喷嘴，适用于在基板上喷涂可挤出材料，同时耦合电磁波束至挤出材料上。喷嘴构成一个在一端有一窗口的流通通道。可挤出材料被导入流通通道，它流经窗口的底面，再通过流通通道。该喷嘴以可拆卸方式安装在一前置装置中，当喷嘴损坏或为其它使用目的而安装其它特点的喷嘴时，允许更换。
文档编号B05C9/14GK1162934SQ95195150
公开日1997年10月22日 申请日期1995年9月14日 优先权日1995年9月14日
发明者克雷格·A·内夫 申请人:Ast控股有限公司