(57)【要約】【課題】  円錐状の反射面に照射されるレーザ光線を中心位置に配置する筒状材の外周面や内周面・端面周囲に反射照射させるとともに高速スキャンで周回させて各面を変形加工・表面処理・熱処理・溶着させるレーザ加工方法とレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  レーザ発振器５０から導き出されたレーザ光線Ｌをガルバノ機構３０により円周軌跡Ｓ１で凹状の円錐反射筒９０に周回照射させて円錐中心部９１に集束させ、上記円錐反射筒の中心孔９１に挿通させた筒状体の外周面Ｐ０を照射加工する筒状体のレーザ加工方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で凹状の円錐反射筒に周回照射させて円錐中心部に集光ビームとして集束させ、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体の外周面を照射加工することを特徴とする筒状体のレーザ加工方法。
【請求項２】
上記筒状体には、軸心方向の内側への圧縮力を付与しつつ、上記筒状体の一部外周面を加熱変形させることを特徴とする請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項３】
上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与しつつ、上記筒状体の一部外周面を加熱変形させることを特徴とする請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項４】
上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ集光ビームを移動させ、上記筒状体の移動長の外周面を加熱変形させることを特徴とする請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項５】
上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ集光ビームを移動させるとともにレーザ発振器からの出力を加減制御させ、上記筒状体の移動長の各位置の外周径を連続的に加熱変位させることを特徴とする請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で凹状の円錐反射筒に周回照射させて円錐中心部に集光ビームとして集束させ、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体は光透過性材の外管と光吸収性材の内管との嵌合からなりこの内管の外周面上をスキャンされる集光ビームを第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面を集光ビームの高速スキャンにより溶融状態にて溶着することを特徴とする筒状体のレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で逆凹状の円錐プリズム筒の内面に周回照射させて外径方向に集光ビームとして放射させ、上記円錐プリズム筒の外周に配置させた筒状体の内周面を照射加工することを特徴とする筒状体のレーザ加工方法。
【請求項８】
上記筒状体には、軸心方向の内側への圧縮力を付与しつつ、上記筒状体の一部内周面を加熱変形させることを特徴とする請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項９】
上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与しつつ、上記筒状体の一部内周面を加熱変形させることを特徴とする請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項１０】
上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ集光ビームを移動させ、上記筒状体の移動長の内周面を加熱変形させることを特徴とする請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項１１】
上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ集光ビームを移動させるとともにレーザ発振器からの出力を加減制御させ、上記筒状体の移動長の各位置の内周径を連続的に加熱変位させることを特徴とする請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項１２】
レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で逆凹状の円錐プリズム筒に周回照射させて円錐外径方向に集光ビームとして放射させ、上記円錐反射筒の外周に挿通させた挿通させた筒状体は光透過性材の外管と光吸収性材の内管との嵌合からなりこの外管の内周面上をスキャンされる集光ビームを第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面を集光ビームの高速スキャンにより溶融状態にて溶着することを特徴とする筒状体のレーザ加工方法。
【請求項１３】
上記集光ビームの高速スキャンの移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３０００ｍｍ／ｓｅｃとしたことを特徴とする請求項６または１２記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項１４】
上記集光ビームは、この光線幅を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとし、この光線幅の接線から約半分幅までを接近重合させる重合条件としたことを特徴とする請求項６または１２記載の筒状体のレーザ加工方法。
【請求項１５】
レーザ光線を出力するレーザ発振器と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とする光学レンズ系と、上記平行光線を集光ビームとして所定の半径で旋回させるガルバノ機構と、上記ガルバノ機構による集光ビームの旋回軌跡と旋回速度とを制御する照射制御手段と、上記ガルバノ機構からの集光ビームを旋回中心に集束する凹状の円錐反射筒と、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体と、上記筒状体を把持する保持具と、を具備したことを特徴とする筒状体のレーザ加工装置。
【請求項１６】
レーザ光線を出力するレーザ発振器と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とする光学レンズ系と、上記平行光線を集光ビームとして所定の半径で旋回させるガルバノ機構と、上記ガルバノ機構による集光ビームの旋回軌跡と旋回速度とを制御する照射制御手段と、上記ガルバノ機構からの集光ビームを旋回外径方向に集束する逆凹状の円錐プリズム筒と、上記円錐プリズム筒の外周に配置させた筒状体と、上記筒状体を把持する保持具と、を具備したことを特徴とする筒状体のレーザ加工装置。
【請求項１７】
上記集光ビームの出力は、レーザ発振器の出力調節又は高速スキャンの移動速度の加減速制御により可変とすることを特徴とする請求項１５または請求項１６記載の筒状体のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば、樹脂材や金属材からなる小径管から大径筒状材等の筒状体において、この外周面や内周面・端面周囲を変形加工・表面処理・熱処理もしくは溶着させる筒状体のレーザ加工方法とレーザ加工装置に係わり、特に、円錐状の反射面に照射されるレーザ光線の集光ビームを中心位置に配置する小径管の外周面や大径筒状材の内周面に反射照射させるとともに高速スキャンで周回させて外周面や内周面・端面周囲を変形加工・表面処理・熱処理もしくは溶着させるレーザ加工方法とレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、樹脂材や金属材からなる管や筒状材等の筒状体において、この外周面を変形加工・表面処理・熱処理させる筒状体のレーザ加工装置が提供されている。その方式は、レーザ発振器から導き出されたレーザ光線を光学レンズ系によりリング状に偏光させるとともに凹状の円錐反射筒に照射反射させて円錐中心部に集束させ、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体の外周面を一括照射方式で照射加工（変形加工・表面処理・熱処理・溶着等）してラジアル溶着するものが提供されている。【０００３】  更に、円錐反射筒を使用しない一括照射方式には、単一のレーザ光を複数のレーザ光に分岐させるために、凹凸段差形状を有する回折型光学部品（回折レンズ）を備え、当該凹凸段差形状を所定の形状とすることで、単一のレーザ光を例えばリング状のレーザ光とする。従って、被加工物の溶着部位がリング状である場合でも、当該リング状レーザ光は集光レンズを介して被加工物の溶着部位に照射することにより、一括溶着させるものである。具体的に記述すれば、レーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光をリング状にする光学手段とを備えており、リング状のレーザ光により被加工物の加工を行うものである。このとき光学手段は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を拡大し所定径の平行なレーザ光に調整するエクスパンダ及びコリメータと、所定径の平行なレーザ光をリング状の平行光とする一対の光学素子とを有し、エクスパンダ及びコリメータ間の距離及び／又は光学素子間の距離を制御することにより、被加工物表面におけるリング状のレーザ光の内径及び／又は外径を制御するレーザ加工装置である（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】  他方、スキャン方式には、構成が簡素であり制御も容易なレーザビームによる樹脂溶着装置を得るべく、平行レーザビームを出力する高品質レーザビーム発生装置と、出力されるレーザビームを加工物に向けて照射するＸＹ２軸の回転ミラーユニットと、回転軸を備えた加工物支持治具とで樹脂溶着装置を構成されるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開２００５−０２８４２８号公報
【特許文献２】  特開２００５−２５４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上記円錐反射筒を使用しない一括照射方式では、管や筒状材等の三次元筒状体の外周や内周が処理できない。また、光学レンズ系によりリング状に偏光するとともに円錐反射筒を使用した一括照射方式では、リング状レーザ光線の広い半径調節が不可能であるから、高価な光学レンズ系の交換を必須とするほか、外径寸法の異なる三次元筒状体の外周面や内周面の加工処理ができない。【０００７】  更に、上記スキャン方式（特開２００５−２５４６１８号公報）では、平行レーザビームを出力する高品質レーザビーム発生装置を使用したことにより、出力されるレーザビームを加工物に向けて照射するための偏光手段（光走査手段）に、簡単なＸＹ２軸の回転ミラーユニットを使用できるから、装置構造が簡単でありながら、管や筒状等の三次元曲面形状の溶着が不可能である。更に、スキャン方式の最大の問題点は、一つのレーザダイオードからのレーザ光線を溶着面の一点に向けて照射しつつスキャニングさせるから、表面積の広い面溶着を行う時に、同時に面全体を溶着状態とすることが難しい。これが為に、レーザ光線が移動軌跡上を一回目の移動時、照射されて溶解した樹脂は急速に凝固するから、一回目の移動軌跡近くを通過する二回目のレーザ光線のスキャン時には、再び凝固状態から溶融することがない。しかし、溶融後に凝固した樹脂部を再び溶融すると、樹脂材は材質劣化をおこしてしまう。従って、樹脂成型品の溶着部にヒケや反りが発生し、高精度な面溶着が保証されないと云う問題点がある。上記第一のスキャン方式には、これを解決する技術的手段が記述されていない。【０００８】  本発明は、上記円錐反射筒を使用するもの使用しない一括照射方式やスキャン方式における各問題点に鑑みてなされたものである。その目的は、円錐状の反射面に照射されるレーザ光線の集光ビームを中心位置に配置する小径管の外周面や大径筒状材の内周面に反射照射させるとともに高速スキャンで周回させて外周面や内周面・端面周囲を変形加工・表面処理・熱処理もしくは溶着させるレーザ加工方法とレーザ加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記目的を達成するべく本発明の請求項１の筒状体のレーザ加工方法は、レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で凹状の円錐反射筒に周回照射させて円錐中心部に集光ビームとして集束させ、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体の外周面を照射加工することを特徴とする。【００１０】  本発明の請求項２の筒状体のレーザ加工方法は、請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の内側への圧縮力を付与しつつ、上記筒状体の一部外周面を加熱変形させることを特徴とする。【００１１】  本発明の請求項３の筒状体のレーザ加工方法は、請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与しつつ、上記筒状体の一部外周面を加熱変形させることを特徴とする。【００１２】  本発明の請求項４の筒状体のレーザ加工方法は、請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ移動させ、上記筒状体の移動長の外周面を加熱変形させることを特徴とする。【００１３】  本発明の請求項５の筒状体のレーザ加工方法は、請求項１記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ集光ビームを移動させるとともにレーザ発振器からの出力を加減制御させ、上記筒状体の移動長の各位置の外周径を連続的に加熱変位させることを特徴とする。【００１４】  請求項６の筒状体のレーザ加工方法は、レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で凹状の円錐反射筒に周回照射させて円錐中心部に集光ビームとして集束させ、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体は光透過性材の外管と光吸収性材の内管との嵌合からなりこの内管の外周面上をスキャンされる集光ビームを第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面を集光ビームの高速スキャンにより溶融状態にて溶着することを特徴とする。【００１５】  請求項７の筒状体のレーザ加工方法は、レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で逆凹状の円錐プリズム筒の内面に周回照射させて外径方向に集光ビームとして放射させ、上記円錐プリズム筒の外周に配置させた筒状体の内周面を照射加工することを特徴とする。【００１６】  請求項８の筒状体のレーザ加工方法は、請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の内側への圧縮力を付与しつつ、上記筒状体の一部内周面を加熱変形させることを特徴とする。【００１７】  請求項９記載の筒状体のレーザ加工方法は、請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与しつつ、上記筒状体の一部内周面を加熱変形させることを特徴とする。【００１８】  請求項１０の筒状体のレーザ加工方法は、請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ移動させ、上記筒状体の移動長の内周面を加熱変形させることを特徴とする。【００１９】  請求項１１の筒状体のレーザ加工方法は、請求項７記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記筒状体には、軸心方向の外側への引張力を付与し、且つ軸心方向へ移動させるとともにレーザ発振器からの出力を加減制御させ、上記筒状体の移動長の各位置の内周径を連続的に加熱変位させることを特徴とする。【００２０】  請求項１２の筒状体のレーザ加工方法は、レーザ発振器から導き出されたレーザ光線をガルバノ機構により円周軌跡で逆凹状の円錐プリズム筒に周回照射させて円錐外径方向に放射させ、上記円錐反射筒の外周に挿通させた筒状体は光透過性材の内管と光吸収性材の外管との嵌合からなりこの内管の内周面上をスキャンされる集光ビームを第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面を集光ビームの高速スキャンにより溶融状態にて溶着することを特徴とする。【００２１】  請求項１３の筒状体のレーザ加工方法は、請求項６または１２記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記集光ビームの高速スキャンの移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３０００ｍｍ／ｓｅｃとしたことを特徴とする。【００２２】  請求項１４の筒状体のレーザ加工方法は、請求項６または１２記載の筒状体のレーザ加工方法において、上記集光ビームは、この光線幅を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとし、この光線幅の接線から約半分幅までを接近重合させる重合条件としたことを特徴とする。【００２３】  請求項１５の筒状体のレーザ加工装置は、レーザ光線を出力するレーザ発振器と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とする光学レンズ系と、上記平行光線を集光ビームとして所定の半径で旋回させるガルバノ機構と、上記ガルバノ機構による集光ビームの旋回軌跡と旋回速度とを制御する照射制御手段と、上記ガルバノ機構からの集光ビームを旋回中心に集束する凹状の円錐反射筒と、上記円錐反射筒の中心孔に挿通させた筒状体と、上記筒状体を把持する保持具と、を具備したことを特徴とする。【００２４】  請求項１６の筒状体のレーザ加工装置は、レーザ光線を出力するレーザ発振器と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とする光学レンズ系と、上記平行光線を集光ビームとして所定の半径で旋回させるガルバノ機構と、上記ガルバノ機構による集光ビームの旋回軌跡と旋回速度とを制御する照射制御手段と、上記ガルバノ機構からの集光ビームを旋回外径方向に集束する逆凹状の円錐プリズム筒と、上記円錐プリズム筒の外周に配置させた筒状体を、上記筒状体を把持する保持具と、を具備したことを特徴とする。【００２５】  請求項１７の筒状体のレーザ加工装置は、請求項��５または請求項１６記載の筒状体のレーザ加工装置において、上記集光ビームの出力は、レーザ発振器の出力調節又は高速スキャンの移動速度の加減速制御により可変とすることを特徴とする。【００２６】  本発明の請求項１〜６記載の筒状体のレーザ加工方法の作用は、筒状体における細管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）が行える。
また、溶着面上を移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３０００ｍｍ／ｓｅｃで高速スキャンするとともに、光線幅を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとし、その光線幅の約半分幅までを第一軌跡に対して第二軌跡を通過重合させたから、第一軌跡上を通過したレーザ光線で溶融状態から凝固する前に上記第一軌跡に重合して第二軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させられる。これで、細管間の溶着・溶接が高速面溶着で行える。【００２７】  本発明の請求項７〜１４記載の筒状体のレーザ加工方法によれば、筒状体における大径管の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）が行える。
また、溶着面上を移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３０００ｍｍ／ｓｅｃで高速スキャンするとともに、光線幅を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとし、その光線幅の約半分幅までを第一軌跡に対して第二軌跡を通過重合させたから、第一軌跡上を通過したレーザ光線で溶融状態から凝固する前に上記第一軌跡に重合して第二軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させられる。これで、大径管間の溶着・溶接が高速面溶着で行える。【００２８】  本発明の請求項１５〜１７記載の筒状体のレーザ加工装置によれば、請求項１〜１４記載の筒状体のレーザ加工方法が具体的に行える。
【発明の効果】
【００２９】  本発明の請求項１〜６記載の筒状体のレーザ加工方法は、筒状体における細管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）が効率良く・高精度に実施できる。【００３０】  本発明の請求項７〜１４記載の筒状体のレーザ加工方法は、筒状体における大径管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）が効率良く・高精度に実施できる。【００３１】  本発明の請求項１５〜１７記載の筒状体のレーザ加工装置は、請求項１〜１４記載の筒状体のレーザ加工方法が具体的に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】  本発明の第１の実施の形態を示し、筒状体のレーザ加工装置の斜視図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態を示し、筒状体のレーザ加工装置の正断面図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態を示し、加工部の拡大斜視図と部分図である。
【図４】  本発明の第１の実施の形態を示し、異なる細管同士の接合溶着の斜視図である。
【図５】  本発明の第１の実施の形態を示し、圧縮と引っ張りによる加熱処理の断面図である。
【図６】  本発明の第１の実施の形態を示し、細管の絞り加工の断面作用図である。
【図７】  本発明の第２の実施の形態を示し、太管加工用のレーザ加工装置の正断面図である。
【図８】  本発明の第２の実施の形態を示し、プリズムによるレーザ光線の作用断面図である。
【図９】  本発明の第２の実施の形態を示し、プリズムによるレーザ光線の作用平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】  以下、図１乃至図９を参照して本発明の各実施の形態を順次に説明する。
【００３４】  本発明の第１の実施の形態となる筒状体のレーザ加工装置１００は、例えば、図１と図２に示すように、三軸直交ロボット１０に装備されている。ベース４０の上面には、これに装備され送りモータＭＸで駆動する移動ユニットＤＸと、これに装備された移動テーブル４２と、移動テーブル４２上に筒状体のワークとなる細管ＰＯを配置する保持冶具ユニット４３を備え、この細管ＰＯが各種目的別に加熱処理される。上記保持冶具ユニット４３の詳細構成は、後記することとし、レーザ加工装置１００の全体構成から説明する。
【００３５】  上記レーザ加工装置１００は、ベース４０の片側にコラム４６が直立されている。上記コラム４６の頂部から移動テーブル４２の上方に横梁４７が水平姿勢で配置されている。上記横梁４７は、移動テーブル４２の移動方向とは直交する方向に向けられていて、この上面には送りモータＭＹで駆動する移動ユニットＤＹと、これに搭載された移動体４８が移動制御されるように装備されている。上記移動体４８には、上下方向に移動する送りモータＭＺで駆動する移動ユニットＤＺを備えている。上記移動ユニットＤＺの移動体４９には、垂直な上下姿勢に向けたレーザヘッドＬＨとＣＣＤカメラ５とが装備されている。上記レーザヘッドＬＨは、加工用のレーザ発振器５０と教示用のレーザ電源ＬＫとにファイバーで繋がれている。また、三軸直交ロボット１０とＣＣＤカメラ５とは、ティーチングボックスＴＢとディスプレィ７とを備えるロボット制御盤２００に繋がれていて、ティーチング及びプレイバック運転他が行われる。上記ロボット制御盤２００内には、照射制御手段８０を備え、各々が有機的に接続されて機能する。尚、上記筒状体のレーザ加工装置１００は、三軸直交ロボット１０に替えて、多関節ロボット（図示なし）を使用した筒状体のレーザ加工装置１００としても良い。
【００３６】  続いて、レーザヘッドＬＨの内部構成を説明する。レーザ加工装置１００は、レーザ光線Ｌを出力するレーザ発振器５０と、上記レーザ発振器からのレーザ光線Ｌを平行光線Ｌ１とした後に上記平行光線を集光ビームＬＯとする光学レンズ系６０と、上記平行光線Ｌ１を反射鏡２２で反射させて集光ビームＬＯとし、細管ＰＯの外周に配置した円錐反射筒９０の反射面９０Ａにより中心に向けて偏向させ細管ＰＯの任意位置に照射させるガルバノ機構３０と、上記ガルバノ機構の反射鏡２２を方向制御することで集光ビームＬＯの周回軌跡（スキャン）Ｓ１及びこの周回半径ｒ（ｒ１，ｒ２）の調節と周回速度（スキャン速度）ＳＳとを制御する照射制御手段８０と、を具備している。上記光学レンズ系６０は、レーザ発振器５０からのレーザ光線Ｌを平行光線（ビーム径：φ１６．８ｍｍ前後）Ｌ１とする平行光線レンズ系、具体的には、球面収差を少なくするアクロマティックレンズ２１をはじめとする各種平行光線レンズと、反射鏡２２と、上記平行光線Ｌ１を集光ビームＬＯとするメニスカスレンズ２３又はエフシターレンズ等他の集光レンズ系と、を具備している。上記ガルバノ機構３０の反射鏡２２は、ＸＹサーボモータＳＭ１，ＳＭ２で３６０度方向に角度制御される。尚、別途、高速スキャン速度の適正範囲のテストを行ったところ、高速スキャン速度の適正範囲は、１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３０００ｍｍ／ｓｅｃが最適値であることを確認した。また、集光ビームＬＯの出力は、レーザ発振器５０の出力調節又は照射制御手段８０による高速スキャンＳ１の移動速度ＳＳの加減速制御により可変制御される。
【００３７】  上記レーザ加工装置１００の移動テーブル４２上に配置した保持冶具ユニット４３の詳細構成を説明する。先ず、上記集光ビームＬＯを細管ＰＯの中心に向けて偏向させる凹状の円錐反射筒９０がレーザヘッドＬＨの真下に配置されている。この円錐反射筒９０の中心孔９１内に備えるホルダＨ１に細管ＰＯの下端部が垂直姿勢に保持される。石英ガラス製の透明円筒９２は、上記円錐反射筒９０を覆いその上部９２Ａに減速回転モータＭ１が下向きに備え、この移動軸の下端にホルダＨ２を備えている。上記両ホルダＨ１，Ｈ２間で保持された細管ＰＯに対して減速回転モータＭ１の正転で引っ張り力Ｆを付与し、逆転で圧縮力−Ｆを付与する関係をなしている。上記保持冶具ユニット４３は、レーザヘッドＬＨの真下に配置され、これから照射される集光ビームＬＯが描く周回軌跡（スキャン）Ｓ１の中心位置に合わせられる。また、ガルバノ機構３０で外周方向に制御される集光ビームＬＯの半径ｒ１〜ｒ３が円錐反射筒９０の反射面９０Ａへの照射位置の制御により中心位置に垂立する細管ＰＯへの照射位置が上下に連続して微調節される。
【００３８】  しかして、図２の（イ）及び図５に示すように、細管ＰＯを両端から引張りながら外周加熱することで加熱部を絞る絞り加工される。また、図２の（ロ）及び図５では、圧縮しながら外周加熱することで加熱部を膨出する膨出加工される。また、図２の（ハ）及び図５では、細管ＰＯの外周面を加熱処理することで加熱処理の一つの焼入れ加工が行われる。また、図２の（二）及び図４に示すように、光吸収性材からなる細管（内管）Ｐ１と光透過性材からなる細管（外管）Ｐ２において、光透過性材の細管Ｐ２に光吸収性材の細管Ｐ１を挿入した状態で凹状の円錐反射筒９０の中心部のホルダＨ１に把時して垂直に立てる。ここで、ガルバノ機構３０で外周方向に制御される集光ビームＬＯの半径ｒ１〜ｒ３が円錐反射筒９０の反射面９０Ａへの照射位置の制御により中心位置に垂立する細管ＰＯへ照射される。この時、照射制御手段８０により、その照射位置が上下に連続して微調節される。その照射軌跡は、集光ビームＬＯの周回軌跡（スキャン）Ｓ１及びこの周回半径ｒの調節と周回速度（スキャン速度）ＳＳとを制御して行われる。
【００３９】  上記細管Ｐ１，Ｐ２の溶着作用を図４により具体的に説明する。上記光透過性材の細管（外管）Ｐ２は、光吸収性材の細管（内管）Ｐ１の外周に嵌められる。上記光透過性材の細管Ｐ２の表面に向けて、集光ビームＬＯが円錐反射筒９０の反射面９０Ａで反射されて照射される。上記集光ビームＬＯは、細管Ｐ２を通過して光吸収性材からなる細管Ｐ１の外周表面における第一軌跡Ｋ１上に焦点を合わせてスキャン照射されることで加熱され溶融状態となる。続いて、上記第一軌跡Ｋ１上で溶融状態から凝固する前に上記第一軌跡に集光ビームＬＯを接近重合させた第二軌跡Ｋ２上を通過させる。そして、再度上記第一軌跡上の樹脂板材を再加熱して溶融状態を維持させて広い溶融面積ＳＯを生成させる。更に、順次に溶着全面を集光ビームＬＯの高速スキャンにより全面を溶融状態で高速面溶着させる。即ち、溶着面上をスキャンされる集光ビームＬＯを第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記集光ビームＬＯで再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡Ｋ３上を通過時に、上記レーザ光線で再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面をレーザ光線の高速スキャンにより溶融状態として一括面溶着させられる。
【００４０】  上記筒状体の加工方法において、上記集光ビームＬＯの高速スキャンの移動速度ＳＳは、各種試験した結果、板厚に対するレーザ出力３０Ｗ〜５０Ｗ、高速スキャン速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３０００ｍｍ／ｓｅｃが最適であることを確立させた。また、上記レーザ光線Ｌの光線幅を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとし、その光線幅の接線から約半分幅までを第一軌跡（移動軌跡）Ｋ１に対して第二軌跡（移動軌跡）Ｋ２を通過重合させるが望ましいことを数多い試験結果から確立した。以下、第三軌跡（移動軌跡）Ｋ３も同様である。
【００４１】  最後に、図６に示すように、樹脂製の細管Ｐ３に対して、オリフィス状の絞部Ｐ４を成形加工するには、細管Ｐ３の両端を引張り制御するとともに、ガルバノ機構３０と照射制御手段８０とにより、その照射位置（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）が連続して微調節される。その集光ビームＬＯの周回軌跡（スキャン）Ｓ１及びこの周回半径ｒの調節と周回速度（スキャン速度）ＳＳとを制御して行われる。この作用時に、上記集光ビームの出力は、レーザ発振器の出力調節又は高速スキャンの移動速度の加減速制御により可変制御される。集光ビームの出力調節は、集光ビームの細管Ｐ３への照射位置により可変調節される。即ち、照射位置（ａ）（ｂ）（ｃ）への移動と共に出力を大きくし、照射位置（ｄ）（ｅ）への移動と共に出力を絞る。これで、細管Ｐ３への照射位置（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の範囲内が熱可撓性の柔軟な状態となり、減速回転モータＭ１の正転による引張力Ｆが細管Ｐ３に働いていることから、所定長Ｘに引き伸ばされるとともにオリフィス状の絞部Ｐ４に加熱加工される。上記細管Ｐ３にオリフィス状の絞部Ｐ４を加工した物品例には、医療用の人工血管や各種液体供給用のオリフィス管として採用される。
【００４２】  上記第１の実施の態様となる筒状体のレーザ加工方法とその装置１００によると、下記の効果が奏せられる。先ず、筒状体のレーザ加工方法は、筒状体における細管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）が効率良く・高精度に実施できる。また、筒状体のレーザ加工装置は、上記筒状体における細管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）を効率良く・高精度に実施する装置が提供できる。また、筒状体のレーザ加工装置は、上記筒状体における細管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）を行うレーザ加工方法を効率良く・高精度に実施する装置が提供できる。
【００４３】  続いて、図７〜図９において、第２の実施の形態となる筒状体のレーザ加工装置２１０は、太管Ｐ５を加工するための保持冶具ユニット４５と、この内部に逆凹状のプリズム筒９５とを備えたものである。先ず、保持冶具ユニット４５は、テーブル４２上の球状ホルダＨ３と、これに外周を保持された太管Ｐ５の上端部を冠着し、外周適所に配置したシリンダＣの昇降ロッドＲの上昇又は下降により、太管Ｐ５を引っ張り又は圧縮させられる。上記太管Ｐ５内には、逆凹状のプリズム筒９５が水平姿勢に配置されており、上方のレーザヘッドＬＨのからガルバノ機構３０で下方へ照射する集光ビームＬＯをプリズム筒９５の上面に照射されると、プリズム内の傾斜する反射面９５Ａで外径方向へ放射状に反射される。その反射光が外周に配置する太管Ｐ５の内周面Ｐ６に照射されるとともに、集光ビームＬＯの周回軌跡（スキャン）Ｓ１及びこの周回半径ｒの調節で、内周面Ｐ６への照射位置が上下に微調節される。その他の構成は、第１の実施の形態となる筒状体のレーザ加工装置１００と同一に付き、同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】  具体的には、図８と図９に示すように、上記筒状体のレーザ加工装置２１０によると、太管Ｐ５の内周面Ｐ６において、その照射位置がｒ１〜ｒ２の範囲内で調整される。しかして、上記筒状体のレーザ加工装置２１０により、太管Ｐ５の内周面Ｐ６が加熱処理されるから、上記第１の実施の形態となる筒状体のレーザ加工装置１００と同様な各種加工が行える。具体的には、（イ）絞り加工及びオリフィス加工。（ロ）加熱変形の膨出加工。（ハ）加熱処理による焼入れ。（二）二重管の溶着等々の加工が行われる。その実施方法は、上記図４に示す細管Ｐ１，Ｐ２の溶着作用と同様に行われる。即ち、レーザ加工装置２１０において、レーザ発振器５０から導き出されたレーザ光線Ｌをガルバノ機構３０により円周軌跡Ｓ１で逆凹状の円錐プリズム筒９５に周回照射させて円錐外径方向に集光ビームＬＯを放射させる。図示しないが、上記円錐反射筒９５の外周に挿通させた筒状体は光吸収性材の外管と光透過性材の内管との嵌合からなり、この外管の内周面上をスキャンされる集光ビームを第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記集光ビームで再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面を集光ビームの高速スキャンにより溶融状態にて溶着される。勿論、上記加工以外の加熱処理も拡大的に実施可能である。
【００４５】  上記第１の実施の態様となる筒状体のレーザ加工方法とその装置１００によると、下記の効果が奏せられる。先ず、筒状体のレーザ加工方法は、筒状体における大径管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）が効率良く・高精度に実施できる。また、筒状体のレーザ加工装置は、上記筒状体における大径管等の各種加工（管径の絞り・極小絞りや拡大・接合・表面処理・焼き入れ等々）を行うレーザ加工方法を効率良く・高精度に実施する装置が提供できる。
【００４６】  尚、本発明の筒状体のレーザ加工方法とその装置１００，２１０は、上記各実施の形態における構成に限定されず、その発明の要旨内での各部の詳細な設計変更が自由にできる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】  本発明は、その対象物を細管や太管の実施例で説明したものであるが、様々な加工部材となる筒状体への適用が可能である。
【符号の説明】
【００４８】  １０                三軸直交ロボット
２１                アクロマティックレンズ他
２２                反射鏡
２３                メニスカスレンズ他
３０                ガルバノ機構
４０                ベース
４２                移動テーブル
４３                保持冶具ユニット
４５                保持冶具ユニット
４８                移動体
５０                レーザ発振器
６０                光学レンズ系
８０                照射制御手段
９０                円錐反射筒
９０Ａ              反射面
９１                中心孔
９２                透明円筒
９２Ａ              上部
９５                プリズム筒
９５Ａ              反射面
１００              筒状体のレーザ加工装置
２００              ロボット制御盤
２１０              筒状体のレーザ加工装置
Ｃ                  シリンダ
ＤＸ                移動ユニット
ＤＹ                移動ユニット
ＤＺ                移動ユニット
Ｆ                  引張力
−Ｆ                圧縮力
Ｌ                  レーザ光線
Ｌ１                平行光線
Ｌ２                光線幅
Ｌ３                重合幅
ＬＯ                集光ビーム
ＬＨ                レーザヘッド
Ｈ１〜Ｈ３          ホルダ
ＭＸ，ＭＹ，ＭＺ    送りモータ
Ｋ１                第一軌跡（移動軌跡）
Ｋ２                第二軌跡（移動軌跡）
Ｋ３                第三軌跡（移動軌跡）
ＰＯ                細管
Ｐ１                細管（内管）
Ｐ２                細管（外管）
Ｐ５                太管
Ｐ６                内周面
Ｍ１                減速回転モータ
Ｓ１                周回軌跡（スキャン）
ＳＭ１，ＳＭ２      ＸＹサーボモータ
ＳＯ                溶着面積
ＳＰ                折り返し軌跡（矩形軌跡）
ＳＳ                移動速度
ｒ（ｒ１，ｒ２）    周回半径
Ｒ                  昇降ロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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