(57)【要約】レーザノズル（１０）の冷間加工方法は、無酸素銅からなる小塊または管（３４）を鋳型（３６）に置く工程を含んでいる。マンドレル（４０）は、前記無酸素銅からなる小塊または管（３４）に押し込まれる。この結果、圧縮力が生じ、上記銅は、マンドレル（４０）の周りに冷間加工され、レーザノズル（１０）の内側の形状および外側の形状が定められる。
2007512963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無酸素銅の小塊（slug）を鋳型に入れる工程と、
超滑表面を有する形成マンドレルを前記小塊内に押し込み該小塊を該マンドレルの周辺に押出す工程と、
ＣＯ２およびＹＡＧレーザの波長に対する、内部の反射率が９７．５％以上のノズルを形成する工程とを含むレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項２】
前記形成マンドレルを押し込む工程は、
前記形成マンドレルの先端側端部を前記小塊を通過させて、前記ノズルの出口開口部を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項３】
前記形成マンドレルを押し込む工程は、
前記形成マンドレルの基部側端部を前記小塊に押し込んで、前記ノズルの入口開口部を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項２記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項４】
前記形成マンドレルを、前記小塊を通過させて、前記の先端側端部に向かって先細りになる係合表面を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項３記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項５】
前記係合表面により前記小塊を前記鋳型の内側の形状に形成する工程を含むことを特徴とする請求項４記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項６】
前記形成マンドレルを押し込む工程は、
前記形成マンドレルの先端側端部を、前記ノズルの出口開口部を定める前記小塊の領域を超えて設ける工程を含むことを特徴とする請求項２記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項７】
前記形成マンドレルを押し込む工程は、
前記形成マンドレルの基部側端部を、前記ノズルの入口開口部を定める前記小塊の領域を超えて設ける工程を含むことを特徴とする請求項３記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項８】
金属材料からなる管を鋳型に入れる工程と、
超滑表面を有する形成マンドレルを前記小塊の中に入れて該小塊を該マンドレルの周辺に押出す工程と、
前記形成マンドレルから前記管へ外側の半径方向に圧縮力を与え、前記ノズルの内側の形状を定め形成する工程と、
内側表面の仕上がりが０．１マイクロ（μ）のノズルを形成する工程とを含むことを特徴とするレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項９】
前記外側の半径方向に圧縮力を与える工程により、前記鋳型から前記管へ内側の半径方向の圧縮力が生じ、これにより、前記ノズルの外側の形状を定めることを特徴とする請求項８記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１０】
前記形成マンドレルを前記鋳型に入れる工程は、 
前記形成マンドレルの先端側端部を前記管を通過させて、前記ノズルの出口開口部を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項９記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１１】
前記形成マンドレルを前記鋳型に入れる工程は、 
前記形成マンドレルの基部側端部を前記管に押し込んで、前記ノズルの入口開口部を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１２】
前記外側の半径方向に圧縮力を与える工程は、
前記形成マンドレルを、前記管を通過させて、前記マンドレルの先端側端部に向かって先細りになる係合表面を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１３】
前記係合表面により前記管を前記鋳型の内側の形状に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１４】
前記形成マンドレルを押し込む工程は、
前記形成マンドレルの先端側端部を、前記ノズルの出口開口部を定める前記小塊の領域を超えて設ける工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１５】
前記形成マンドレルを押し込む工程は、
前記形成マンドレルの基部側端部を、前記ノズルの入口開口部を定める前記小塊の領域を超えて設ける工程を含むことを特徴とする請求項１１記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１６】
前記金属材料は、無酸素銅を含むことを特徴とする請求項８記載のレーザノズルの冷間加工方法。
【請求項１７】
無酸素銅からなる小塊を鋳型に置く工程と、
形成マンドレルを前記鋳型に入れる工程は、前記小塊を該マンドレルの周辺に冷間加工する工程と、
前記形成マンドレルから前記管に外側の半径方向に圧縮力を与え、前記ノズルの内側の形状を定める工程と、
超滑表面を有し、ＣＯ２およびＹＡＧレーザの波長に対する反射率が９７．５％以上のレーザノズルを形成する工程とを含むレーザノズルの製造方法。
【請求項１８】
前記形成マンドレルを前記鋳型に入れる工程は、 
前記形成マンドレルの先端側端部を前記小塊を通過させて、前記ノズルの出口開口部を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項１７記載のレーザノズルの製造方法。
【請求項１９】
前記形成マンドレルを前記鋳型に入れる工程は、 
前記形成マンドレルの基部側端部を前記小塊に押し込んで、前記ノズルの入口開口部を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載のレーザノズルの製造方法。
【請求項２０】
前記半径方向に圧縮力を与える工程は、
前記形成マンドレルを、前記小塊を通過させて、前記マンドレルの先端側端部に向かって先細りになる係合表面を定め形成する工程を含むことを特徴とする請求項１９記載のレーザノズルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザに関し、特にレーザノズルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザによる切断方法は、一片の材料を加工する際（特に、正確な交差（tolerances）が必要な加工）によく用いられている。現在、レーザ加工に用いるヘッドの多くは、最適の、そして、一貫した加工を確実にする特徴およびデバイスを備えている。具体的には、レーザ加工用のヘッドは、通常、レーザ光を集光するための焦点調整光学部材と、一般に銅からなり、内側の表面が出口開口部に向かって先細りに絞り込まれた円錐形状に形成され、レーザと同軸の、窒素、酸素、空気等のガスの流れを導くノズルとを備えている。
【０００３】
ノズルの内側表面は、高圧で流れるガスと外部との境界として機能する。この内側表面の荒さは、直接、ガスの流れの乱れに影響を及ぼす。さらに、機械加工の過程で生じるいかなる不連続も摩擦と乱れを発生させる。上記レーザとして、一般的には、１〜１１ミクロンの波長でＹＡＧまたはＣＯ２レーザ媒体が用いられている。また、通常、レーザは、ノズルにあたらずにノズル内を通って進むように配置されている。
【０００４】
しかしながら、レーザがずれた場合、ノズルの内側表面から反射するか、跳ね返ってしまう。また、上記内側表面が十分な反射特性を有していない場合、レーザを吸収し、これにより発生した熱が、ノズルの外形を破壊または変形させてしまう。
【０００５】
また、レーザ加工工程において、加工対象の片からのレーザの反射は、ノズルに反射され戻る可能性がある。さらに、ノズルの内側および外側の表面が十分な反射特性を有していない場合、上記の反射は、ノズルを損傷させる可能性がある。
【０００６】
近年、テルリウム銅などの結合していない加工銅合金を用いて種々の高速旋盤で機械加工されたノズルが用いられている。
【０００７】
上記の方法により製造されたノズルは、高品質であるが、内側の仕上げ面の粗さが１５〜２０ミクロンインチＲＭＳとなる。また、これらのノズルには、切り口のまくれや上記材料のチップが残る場合があり、除去を要する。
【０００８】
レーザノズルの冷間加工工程において内部を成形する新規な方法は、無酸素銅の小塊（slug）を鋳型に入れる工程を含んでいる。さらに、マンドレルを、高い圧縮力を生じる小塊内に押し込み、これにより、銅をマンドレルの周りに冷間加工する。
【０００９】
上記小塊の内側表面は、マンドレルを逆にした寸分の違いもない複製物となり、小塊の外部は、外側保持鋳型（outer retention die）の形状を取る。
【００１０】
本発明の適応範囲は、発明の詳細な説明の項における具体的な実施態様または実施例によって明らかになるであろう。しかしながら、これらはあくまで例示であって、本発明は、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【発明の開示】
【００１１】
本発明のレーザノズルの冷間加工方法は、無酸素銅の小塊を鋳型に入れる工程と、形成マンドレルを、前記小塊の中に押し込み、該小塊を該マンドレルの周辺に押出す工程を含んでいる。さらに、前記鋳型から前記小塊へ圧縮力を与え、前記ノズルの外側の形状を定める工程と、前記小塊の内面に半径方向の圧縮力（radial compressive force）を与え、前記ノズルの内側の形状を定める工程とを含むことを特徴としている。
【００１２】
また、前記形成マンドレルを押し込む工程が、前記形成マンドレルの先端側端部を前記小塊を通過させて、前記ノズルの出口開口部を定める(形成する)工程を含む構成としてもよい。また、上記構成において、前記形成マンドレルを押し込む工程が、前記形成マンドレルの基部側端部を前記小塊に押し込んで、前記ノズルの入口開口部を定める（形成する）工程を含む構成としてもよい。
【００１３】
また、前記半径方向に圧縮力を与える工程が、前記形成マンドレルを、前記小塊を通過させて、前記の先端側端部に向かって先細りになる係合表面を定める（形成する）工程を含む構成としてもよい。
【００１４】
また、前記係合表面により前記小塊を前記鋳型の内側の形状に形成する工程を含む構成としてもよい。また、前記形成マンドレルを押し込む工程が、前記形成マンドレルの先端側端部を、前記ノズルの出口開口部を定める前記小塊の領域を超えて設ける工程を含む構成としてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に示す最良の実施の形態は、例示にすぎず、本発明は、これらの好適な実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明にかかるレーザノズルを示している。これらの図に示すレーザノズルは、参照符号１０で示している。
【００１７】
レーザノズル１０は、内側表面１２と外側表面１４とを備えている。入口開口部１６は、基部側端部に形成される一方、出口開口部１８は、先端側端部に形成されている。
【００１８】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明にかかる他のレーザノズルを示している。これらの図に示すレーザノズルは、参照符号３０で示している。レーザノズル３０は、内側表面３２を有し、先端側端部に出口開口部３３が形成されている。
【００１９】
本実施の形態に記載のノズルの形状は、単に例示であり、本発明のレーザノズルの形状は、これらに限定されるものではない。
【００２０】
次に、図３を参照し、レーザノズル１０の製造方法について詳細に説明する。なお、レーザノズル１０の製造方法は、レーザノズル３０および本発明の他のレーザノズルの製造方法にも適応できる。
【００２１】
レーザノズル１０は、冷間加工により、高い導電率の無酸素銅から形成される。
【００２２】
より詳細には、レーザノズル１０は、マンドレルを高い伝導率の銅片内に鋳造することによって形成される。
【００２３】
まず、銅の小塊、管または棒３４を、鋳型３６に入れる。そして、マンドレル４０を銅の小塊または管３４の中に押し込んで、銅の小塊または管３４をマンドレル４０の周りに冷間加工することによって、内側表面３８を所望の形状とすることができる。マンドレル４０は、所望の表面仕上げで先端に向けて細く絞り込まれた係合表面４２の形状を定めている。
【００２４】
ノズル１０の予め定められたの内側表面の形状を有するマンドレル４０の契合面４２の表面仕上げは、銅の小塊または管３４の内周面３８に転写される。
【００２５】
また、マンドレル４０は、ノズル１０の入口開口部１６と出口開口部１８の形状を制御するための構造を基部側端部４８と先端側端部４６に有している。
【００２６】
より詳細には、マンドレル４０は、ノズル１０の入口開口部１６ (基部側端部４８)と出口開口部１８（先端側端部４６）を形成する小塊または管３４の領域を超えて形成されていてもよい。
【００２７】
マンドレル４０から生じる高圧により、マンドレル４０の固有の特徴を高い導電率の無酸素銅からなる小塊または管３４に正確に転写することができる。
【００２８】
内周面３８のプロフィールでマンドレル４０のプロフィールを正確に複製することができる。
【００２９】
上記の冷間加工工程により均一な耐性を実現することができる。
【００３０】
その結果、通常、１ミクロン単位で再現することができる。
【００３１】
さらに、０．００７ミクロン未満のＲＭＳの臨界内周面上に超滑表面仕上げを実現することができる。
【００３２】
冷間加工工程により、単一の圧力処理で、出口開口部１８を含むすべての直径を有する内側表面３８の完全なプロフィールを加工することができる。
【００３３】
また、上記冷間加工工程により全体の外形も概ね形成することできる。
【００３４】
そして、ダイヤモンドをツーリングする既存の精度機械技術を使用することで最終的な外の輪郭と形を機械加工できる。
【００３５】
冷間加工されたの高導電率の純粋の無酸素銅を用いることにより、ＣＯ２およびＹＡＧレーザの波長に対する内部の反射率を従来の機械加工された銅からなるノズルに比べて数パーセント高くすることができる。
【００３６】
具体的には、従来の機械加工で形成されたレーザノズルの反射率が９７．５％であったのに対し、本発明のレーザノズルは、９９．８％にまで高くすることができる。
【００３７】
また、従来の機械加工により形成されたノズルは、内側の表面仕上がりが約１マイクロメータであった。これに対し、本発明の冷間加工により形成されたノズル１０は、内側の表面仕上がりを約０．１マイクロメータとすることができる。
【００３８】
また、上記のように、反射率を高くすることができるため、切断工程中におけるレーザのずれや加工対象からの反射によるレーザノズル１０の損傷を抑制することができる。
【００３９】
また、ノズル本体１０の外装１４を輝く超滑表面に磨くことによって、切断残留物の付着を低減することができる。(ノズル本体は、高い伝導率の純粋な無酸素銅で形成されている)。
【００４０】
また、ノズル本体の材料は、上記の高導電率の純粋の無酸素銅に限定されず、他の材料を適宜用いることができる。
【００４１】
例えば、耐銀せいの銅、ジルコニウム銅等を用いることができる。
【００４２】
図４に示す各レーザノズル５０は、本実施の形態にかかる冷間加工により形成されたレーザノズルの例であり、各レーザノズル５０における内側表面と外側表面の制御可能な種々の形状を示している。
【００４３】
また、レーザノズル５０の形状は単に例示であり、本発明のレーザノズルの形状はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
種々の実施の形態を示し、本発明を明細書および図面で説明してきたが、特許請求の範囲によって規定された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な変化、置き換え、および修正を加えられることについて当業者は理解されたい。例えば、本発明の範囲内において、本明細書に記載の種々の特徴、要素、機能に変更を加えることができることを当業者であれば容易に理解できるであろう。また、各実施の形態間で、特徴、要素、機能を断りのない限り、適宜、組み合わせ、入れ替えることができる。また、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。本発明に関して、好ましくかつ最良の（ベストモードの）実施形態および実施方法について記載した。本発明は、他の異なる実施の形態も可能であり、本発明から逸脱しない範囲内での種々の変更が可能である。従って、図面および説明は事実上例示として見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明のレーザノズルを示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すレーザノズルの断面図である。
【図２Ａ】他の特徴を有するレーザノズルの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すレーザノズルの断面図である。
【図３】鋳造工程における銅ブランクの断面図である。
【図４】本発明のレーザノズルのバリエーションを示す斜視図である。
【図１Ａ】
2007512963.tif 000003
【図１Ｂ】
2007512963.tif 000004
【図２Ａ】
2007512963.tif 000005
【図２Ｂ】
2007512963.tif 000006
【図３】
2007512963.tif 000007
【図４】
2007512963.tif 000008
【国際調査報告】
2007512963.tif 000009