(57)【要約】【課題】本発明の目的は、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄を不要とするレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。【解決手段】レーザ加工装置は被加工物である金属パイプ１を保持する加工台２と、レーザ発振器２１と、レーザ光線２３を照射するノズル２２を備え、レーザ加工を行なう際に、ドライアイス噴射制御装置３１から供給されたドライアイス粒子３６を含んだ気体３５を噴射ノズル３４から金属パイプ１の中空部に噴射する。【選択図】  図１
2006326615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器によりレーザ光を発振させ、前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射し、前記金属パイプの円筒面を貫通切断する金属パイプのレーザ加工方法において、前記金属パイプの中空部に粒子を含んだ気体を噴射しながら前記金属パイプの円筒面をレーザ加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ加工方法において、前記粒子がドライアイス粒子、氷粒子、又はセラミックス粒子の何れかであることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレーザ加工方法において、前記気体が窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素、又は空気のうちの何れかであることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射するノズルと、
前記金属パイプを把持して金属パイプの回転および直線移動を行う加工台と、
前記金属パイプに所定のパターンを切り抜き加工するよう前記レーザ発振器及び前記加工台を制御する制御手段と、
前記金属パイプの中空部へ粒子を含んだ気体を噴射する噴射装置とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属パイプ状の被加工物に対して、その円筒面の外部表面にレーザ光線を集光して切断し、ステント等の微細なパイプ状金属製品を生成するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、血管などのアテローム性狭窄症等の治療に際して、血管の狭窄部にステント材と呼ばれる拡張具を挿入し、血管の閉塞を防止することが行われている。このステント材としては種々のものが開発されており、例えば特開平６−１８１９９３号公報や特開平１０−１５５９１５号公報には、外形１．５〜１．７ｍｍ、肉厚０．０５〜０．１１ｍｍ、長さ約３０ｍｍのステンレスパイプをレーザ加工により所望するパターンに切断して製作したものが開示されている。
【０００３】
また、余剰なレーザ光線による内壁面の損傷と、スパッタ付着を解決したレーザ加工方法が特開平８−３３２２３０号公報及び特開２００１−２１９２８６号公報に開示されている。
【０００４】
特開平８−３３２２３０号公報においては、ステンレス製のパイプにマンドレルと称するステンレス棒を内装し、コンピュータ制御でステンレス製のパイプを移動させつつレーザ光線によって所望するパターンの切断を行い、切断箇所にレーザ光線と同軸上から酸素ガスであるアシストガスを噴射させ、溶融物を金属パイプの中空部を通して外部へ吹き飛ばすようにしている。また、マンドレルはレーザ光線の集光点と対向する内壁面を保護するように、金属パイプの中空底部に配置され、所望するパターンを切断するときに回転させている。更に、マンドレルの一端を密封し側面に小孔を形成し、このマンドレルをレーザ光線の集光点の直下に配置し、マンドレル内に真空または正圧を導入することにより切断時に発生した溶融物を除去するようにもしている。
【０００５】
特開２００１−２１９２８６号公報においては、対向するパイプ内壁部を熱損傷から保護し、スパッタの付着を抑制するために、パイプ中空部に高反射粉末を混入したグリースを流し、高反射粉末により余剰レーザ光線を散乱し、金属製パイプ内に付着したスパッタをグリースと共に管外に排出している。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８１９９３号公報
【特許文献２】特開平１０−１５５９１５号公報
【特許文献３】特開平８−３３２２３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２１９２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００８】
特開平６−１８１９９３号公報や特開平１０−１５５９１５号公報に記載の従来技術においては、小径で薄肉のステンレスパイプをレーザ加工により所望するパターンに切断している。しかし、ステント材のような小径で薄肉の金属パイプの円筒面をレーザ光線で貫通切断すると、金属パイプの加工面に対向するパイプ内壁面に貫通切断後の余剰なレーザ光線が照射され、そのパイプ内壁面に損傷を与えてしまう可能性がある。また、貫通切断時に発生するスパッタが再凝固して金属パイプの内壁面に付着すると共に、金属パイプ内壁面の切断部にバリが発生する。このスパッタとバリを除去するために機械的または化学的（電界研磨など）工程を必要とし、これに多くの時間を要している。
【０００９】
特開平８−３３２２３０号公報及び特開２００１−２１９２８６号公報に記載の従来技術では、マンドレル又はグリースを用いることにより余剰なレーザ光線による内壁面の損傷を防止し、かつスパッタの付着を防ぐことができる。しかし、レーザ切断加工の際に金属パイプ内壁面の切断部に発生するバリを除去することができない。
【００１０】
また、特開２００１−２１９２８６号公報に記載の従来技術では、加工後に管内壁面に付着したグリースを洗浄するための洗浄工程を必要とするという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄を不要とするレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器によりレーザ光を発振させ、前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射し、前記金属パイプの円筒面を貫通切断する金属パイプのレーザ加工方法において、前記金属パイプの中空部に粒子を含んだ気体を噴射しながら前記金属パイプの円筒面をレーザ加工するものとする。
【００１３】
このように、金属パイプの中空部に粒子を含んだ気体を噴射しながら金属パイプの円筒面をレーザ加工を行うことにより、金属パイプ円筒面を貫通切断した余剰なレーザ光線が、金属パイプ中空部に噴射された粒子により散乱されるため、金属パイプ内壁面の熱損傷を低減することができ、かつ、レーザ加工により発生したスパッタも金属パイプの中空部に噴射された気体により金属パイプの外部に排出されるため、スパッタのパイプ内壁面への付着を低減することができる。また、金属パイプの中空部に噴射された粒子が、レーザ加工により金属パイプ内壁面の切断部に発生したバリに衝突してこのバリを引き剥がし、引き剥がされたバリを中空部に流れる気体により外部に排出するため、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減することができる。しかも、金属パイプの中空部に噴射した粒子を含んだ気体は外部に排出されるため、グリースを用いた場合のような特別な洗浄工程は必要としない。
【００１４】
（２）好ましくは、上記（１）において、前記粒子がドライアイス粒子、氷粒子、又はセラミックス粒子の何れかであるものとする。
【００１５】
これにより、上記（１）で述べた作用が得られるとともに、特に粒子としてドライアイス又は氷粒子を用いた場合は、それらの温度が低温であるため冷却効果があり、その冷却効果によって溶融層の拡散が抑制されるため、切断幅を狭くし、より精密な加工が行える。更に、特に粒子としてドライアイス粒子を用いた場合は、レーザ光線を散乱する際にレーザエネルギを吸収して昇華し、不活性ガスである炭酸ガスに変態するため、レーザ照射による溶融部を局在化させ、更に精密な加工が可能となる。また、中空部を流れるドライアイス粒子は、大気圧下では昇華するため、加工後は何も残らず、後処理が極めて容易である。
【００１６】
（３）好ましくは、上記（１）又は（２）において、前記気体が窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素、又は空気のうちの何れかであるものとする。
【００１７】
これにより、上記（１）で述べた作用が得られるとともに、特に窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガスを用いた場合は、それらが不活性ガスであるため、レーザ照射による溶融部を局在化させ、精密な加工が可能となる。
【００１８】
（４）上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射するノズルと、前記金属パイプを把持して金属パイプの回転および直線移動を行う加工台と、前記金属パイプに所定のパターンを切り抜き加工するよう前記レーザ発振器及び前記加工台を制御する制御手段と、前記金属パイプの中空部へ粒子を含んだ気体を噴射する噴射装置とを備えるものとする。
【００１９】
これにより、上記（１）の方法を実施することができ、その結果、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄が不要となる。
【発明の効果】
【００２０】
（１）本発明によれば、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄を不要とすることができる。
（２）また、粒子としてドライアイス、又は氷粒子を使用する場合には、それらの温度が低温であるため冷却効果があり、より精密な加工を行うことができる。
（３）また、粒子としてドライアイス粒子を使用する場合には、レーザ光線を散乱する際に昇華し、不活性ガスである炭酸ガスに変態するため、更に精密な加工を行うことができ、また、中空部を流れるドライアイス粒子は、大気圧下では昇華するため、加工後は何も残らず、後処理が極めて容易となる。
（４）また、気体として窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガスを用いた場合は、それらが不活性ガスであるため、精密な加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置の全体構成を示す概略構成図である。
図１において、本実施の形態に係わるレーザ加工装置は、金属パイプ１を保持し、移動させるための加工台２と、レーザ光を発振し、金属パイプ１にレーザ光線２３を照射するレーザ照射装置２０と、金属パイプ１の中空部にドライアイス粒子を含んだ窒素ガスを噴射するドライアイス粒子噴射装置３０と、ＣＮＣコントローラ４０とを備えている。
【００２２】
金属パイプ１は、ステンレス等の金属材料からなるチューブ状の被加工物であり、ステント等の微細なパイプ状金属製品を生成するためのものである。
【００２３】
加工台２は、一軸ステージ１４と、回転駆動機構１５とを備えている。
【００２４】
一軸ステージ１４は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０上に設けられたモータ１１及び軸受け１３と、一端をモータ１１に連結され、他端を軸受け１３に支持されたねじ軸１２と、可動プレート３と、可動プレート３の下面に設けられねじ軸１２が螺合するナット部８とを備えている。
【００２５】
回転駆動機構１５は、可動プレート３上に設けられたモータ６及び２つの軸受け４，５を備え、モータ６の出力軸には金属パイプ１の把持部７が連結され、金属パイプ１は、軸受け４，５に回転自在に保持されている。
【００２６】
モータ１１は、ＣＮＣコントローラ４０の直線移動指令により駆動制御され、モータ６は、ＣＮＣコントローラ４０の回転移動指令により駆動制御される。
【００２７】
レーザ照射装置２０は、レーザ光を発振するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光線２３を被加工物である金属パイプ１に照射するノズル２２とを備えている。レーザ発振器２１は、ＣＮＣコントローラ４０のレーザ照射指令により制御される。
【００２８】
ノズル２２は、金属パイプ１の側面に対して、レーザ光線２３が垂直に入射するように加工台２に設置され、レーザ光線２３を金属パイプ１の表面に集光させる。また、ノズル２２にはアシストガスが供給され、このアシストガスをレーザ光線２３に対して同軸に噴射する。アシストガスは、例えば酸素ガスであり、レーザ光線２３と同軸に噴射されることにより、金属パイプ１のレーザ加工を促進させる効果を有する。
【００２９】
ドライアイス粒子噴射装置３０は、ドライアイス噴射制御装置３１と、液化炭酸ガスボンベ３２と、窒素ガスボンベ３３と、ドライアイス噴射制御装置３１と、噴射ノズル３４とを備えている。
【００３０】
液化炭酸ガスボンベ３２及び窒素ガスボンベ３３は、ホース３２ａ、３３ａを介してドライアイス噴射制御装置３１に接続され、ドライアイス噴射制御装置３１に内蔵されたバルブを開閉することにより液化炭酸ガスと窒素ガスの供給を制御する。ドライアイス噴射制御装置３１内に内蔵されたバルブはＣＮＣコントローラ４０の噴射指令により制御される。
【００３１】
ドライアイス噴射制御装置３１は、噴射ノズル３４にホース３１ａを介して接続され、ドライアイス噴射制御装置３１に内蔵されたバルブが開かれると、液化炭酸ガスと窒素ガスがホース３１ａ内の液化炭酸ガス用のホースと窒素ガス用のホースを介して噴射ノズル３４に供給される。噴射ノズル３４は、液化炭酸ガスを微小オリフィスから噴射することにより断熱膨張による冷却効果で、数μｍの微細なドライアイス粒子に変え、このドライアイス粒子に窒素ガスを混合させ、噴射ノズル３４のノズル開口部からドライアイス粒子３６を含んだ気体（窒素ガス）３５を噴射する。噴射ノズル３４の動作原理は、例えば実開平５−４９２５８号公報に記載されている。
【００３２】
噴射ノズル３４は、金属パイプ１の片側開口部から金属パイプ１内に挿入された状態で保持され、レーザ加工時に、ドライアイス粒子３６を含んだ気体３５を金属パイプ１の中空部に噴射する。
【００３３】
ＣＮＣコントローラ４０は、モータ１１，６に直線移動指令と回転移動指令を出力してモータ１１，６を制御し、金属パイプ１の直線移動と回転を制御するとともに、レーザ発振器２１に照射指令を出力しレーザ発振器２１を制御してレーザ光線２３の照射・非照射を制御することにより、金属パイプ１の側面に所望する形状の切り抜き穴の切断加工を行なう。ＣＮＣコントローラ４０には所望するパターンの切り抜き加工を行うプログラムが予め記録されている。また、ＣＮＣコントローラ４０は、モータ１１，６と、レーザ発振器２１の制御時に、ドライアイス噴射制御装置３１に噴射指令を出力し、金属パイプ１の内部にドライアイス粒子３６を含んだ気体３５を噴射させる。
【００３４】
次に本発明の本実施の形態の作用効果について説明する。
【００３５】
図２は、レーザ加工時に金属パイプ１の中空部に気体３５を噴射しない場合の切断状況を示す金属パイプ１の断面図である。
【００３６】
図２において、金属パイプ１の表面に照射され、集光されたレーザ光線２３は金属に吸収されて熱となり、金属を瞬間的に溶融、蒸発、除去することにより、金属を切断する。このとき、切断加工に余剰なレーザ光線５１は、レーザ光線２３の集光位置に対向するパイプ内壁面５４に照射され、その部位を溶融または熱損傷させてしまう。
【００３７】
また、切断の際に溶融し除去された金属片は、スパッタ５２として金属パイプ１内部に飛散してパイプ内壁面に付着し、かつ溶融し切断部周辺に付着した金属はバリ５３となる。
【００３８】
更に、金属パイプ１内壁面の切断部周辺の部位５５には切断時の熱が伝播し、部位５５も溶融する可能性がある。
【００３９】
図３は、本実施の形態によりレーザ加工時に金属パイプ１の中空部にドライアイス粒子３６を含んだ気体３５を噴射した場合の切断状況を示す金属パイプ１の断面図である。
【００４０】
図３において、金属パイプ１の表面に照射され、集光されたレーザ光線２３は、金属パイプ1の側面を貫通切断する。このとき、金属パイプ１の中空部には噴射ノズル３４からドライアイス粒子３６を含んだ気体３５が噴射されており、切断加工に余剰なレーザ光線５１は、中空部に噴射されたドライアイス粒子３６により光学的に散乱されるため、レーザ光線２３が集光するパイプ側面位置に対向するパイプ内壁面５４に到達するレーザ光量が減少し、パイプ内壁面に与える熱損傷が低減される。
【００４１】
また、金属パイプ１の中空部に噴射されたドライアイス粒子３６は、レーザ光線２３による切断部位の内壁面に発生したバリ５３に衝突し、この衝突による衝撃によりバリ５３を金属パイプ１の内壁面から引き剥がし、引き剥がされたバリ５３は、金属パイプ１の中空部に流れる気体３５によりパイプ外部に排出される。また、レーザ光線２３により切断加工時に発生したスパッタ５２も金属パイプ１の中空部を流れる気体３５により外部に排出され、パイプ内壁面に付着することがない。
【００４２】
更に、金属パイプ１の中空部を流れるドライアイス粒子３６は、大気圧下においては昇華して炭素ガスとなり、金属パイプ１の外部に排出される。このため、従来技術である高反射物質を含んだグリースを金属パイプ１の中空部に流し込みレーザ集光位置に対向するパイプ内壁面５４を保護する場合のような特殊な洗浄工程が不要となる。
【００４３】
また、固体であるドライアイス粒子３６は、余剰なレーザ光線５１を散乱する際にレーザエネルギーを吸収して昇華し、不活性ガスである炭酸ガスに変態する。また、バリ５３に衝突したドライアイス粒子３６も衝突のエネルギーにより、同様に不活性ガスである炭酸ガスに変態する。これにより、金属パイプ１の中空部内のレーザ光線２３の集光位置周辺には不活性ガスである炭酸ガスが充満するため、切断部周辺の金属燃焼が抑制され、溶融層の拡散が抑制される。低温であるドライアイス粒子３６が金属パイプ１の切断加工部周辺を冷却することによっても、溶融層の拡散が抑制される。これにより切断幅を狭くし、極めて精密な加工を行なうことができる。
【００４４】
以上のように本実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００４５】
（１）レーザ光線２３によるレーザ加工時に、余剰なレーザ光線５１は、金属パイプ１の中空部に噴射されたドライアイス粒子３６により散乱されるため、レーザ集光位置に対向するパイプ内壁面への熱損傷を低減することができる。
【００４６】
（２）中空部に飛散したスパッタ５２は、金属パイプ１の中空部を流れる気体３５により管外に排出されるため、金属パイプ１の内壁面へのスパッタ５２の付着を抑制できる。
【００４７】
（３）中空部に噴射されたドライアイス粒子３６が、バリ５３に衝突し、吹き飛ばすため、バリ５３を低減することができる。
【００４８】
（４）中空部を流れるドライアイス粒子３６は、大気圧下では昇華するため、レーザ加工後何も残らず、従来必要とされていたレーザ加工後の特殊な洗浄工程を不要とすることができる。
【００４９】
（５）レーザ光線２３の集光位置周辺に不活性ガスである炭酸ガスが充満し、金属燃焼が抑制されるため、溶融層の拡散が抑制され、精密な加工を行なうことができる。
【００５０】
（６）低温のドライアイス粒子３６による冷却効果により溶融層の拡散が抑制されるため、より精密な加工を行なうことができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、気体に含まれる粒子としてドライアイスを使用したが、これに限らすその他の粒子を使用してもよい。その他の粒子としては、例えば低温の氷粒子、アルミナ等のセラミック粒子があり、氷粒子を使用した場合も、上記（１）〜（４）及び（６）の効果が得られ、アルミナ等のセラミックス粒子を使用した場合は、上記（１）〜（４）の効果を得ることができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、中空部に噴射する気体として窒素ガスを使用したが、これに限らずその他の気体を使用してもよい。その他の気体としては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素等の不活性ガスがあり、これらを使用することによっても、例えばドライアイス粒子との組合せにより上記（１）〜（６）の効果が得られる。また、場合によっては空気を使用してもよく、この場合にも、上記（１）〜（４）及び（６）の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】レーザ加工時に金属パイプの中空部に気体を噴射しない場合の切断状況を示す金属パイプの断面図である。
【図３】レーザ加工時に金属パイプの中空部にドライアイス粒子を含んだ気体を噴射した場合の切断状況を示す金属パイプの断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１        金属パイプ
２        加工台
３        可動プレート
４，５    軸受け
６        モータ
７        把持部
８        ナット部
１０      ベースプレート
１１      モータ
１２      ねじ軸
１３      軸受け
２０      レーザ照射装置
２１      レーザ発振器
２２      ノズル
２３      レーザ光線
３０      ドライアイス粒子噴射装置
３１      ドライアイス噴射制御装置
３２      液化炭酸ガスボンベ
３３      窒素ガスボンベ
３４      噴射ノズル
３５      気体
３６      ドライアイス粒子
４０      ＣＮＣコントローラ
５１      切断加工に余剰なレーザ光線
５２      スパッタ
５３      バリ
５４      レーザ集光位置に対向するパイプ内壁面
５５      部位
【図１】
2006326615.tif 000003
【図２】
2006326615.tif 000004
【図３】
2006326615.tif 000005