(57)【要約】  管等の物品をカットするレーザーカットシステムおよびその利用方法を開示する。レーザーカットシステムは、例えば、それぞれの物品または管にスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットして濾過管を作製することができる。当該システムは、レーザー源から供給されるレーザービームを放出する放出システムと、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズと、ガス源と、放出ノズルとを備える。第１のステージは、各物品を長手方向に保持し、物品に向けてガスおよびレーザービームを放出している間、物品を軸回転させ、放出ノズルに対して物品を長手に移動させるとしてよい。第２のステージは、第１のステージによって保持されている物品に対して放出ノズルを相対的に移動させるようにシステムに設けられている。コントローラは、レーザービームおよびガス源のアクチュエーション、ならびに、第１のステージおよび第２のステージの移動を制御する。
2022502261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品をカットするレーザーカットシステムであって、複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをそれぞれの物品にカットするよう構成されており、前記レーザーカットシステムは、
レーザービームを放出する放出システムであって、レーザービームを提供するよう構成されているレーザー源と、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズと、ガス源と、放出ノズルとを有する放出システムを備え、
前記放出ノズルは、前記物品に向けて、前記ガス源から供給されるガスおよび前記レーザー源から供給される前記レーザービームを放出して、前記複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを前記物品に沿って所定のパターンでカットするよう構成されており、
前記レーザーカットシステムはさらに、
前記レーザービームによってカットされるそれぞれの物品を長手方向に保持する第１のステージであって、（ａ）前記物品に向けて前記ガスおよび前記レーザービームを放出している間に前記物品を軸回転させ、さらに、（ｂ）前記レーザービームが前記物品に対して放出される際に前記放出ノズルに対して前記物品を長手に移動させるように構成されている第１のステージと、
前記第１ステージで保持された前記物品に対して前記放出ノズルを相対的に移動させる第２のステージと、
前記レーザービームおよび前記ガス源のアクチュエーション、ならびに、前記第１のステージおよび前記第２のステージの移動を制御するコントローラと
を備えるレーザーカットシステム。
【請求項２】
前記物品は管であり、前記レーザーカットシステムは、それぞれの壁に、および、それぞれの管の壁を貫通するように複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットして、流体から固体を濾過するよう構成されている濾過管を作製するよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項３】
前記第１のステージは、第１のサブステージおよび第２のサブステージを有し、前記第１のサブステージは、前記物品を軸回転させるよう構成されており、前記第２のサブステージは前記物品を長手に移動させるよう構成されており、前記第１のステージは前記第２のサブステージの上方に配置されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項４】
前記放出システムは、第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの両方は、前記レーザービームを方向付けるべく、回転可能なマウントを利用して回転するよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項５】
カメラおよびリレーレンズをさらに備え、前記カメラは、前記物品に対して相対的に前記放出ノズルの配置を決定することにより前記レーザービームの配置を決定するために前記放出ノズルの画像を撮像するよう構成されており、前記リレーレンズは前記カメラ用に前記放出ノズルの前記画像を結像させるよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項６】
前記レーザービームのうち前記物品をカットするために用いられたエネルギーの割合を測定するモニタリングデバイスをさらに備える、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項７】
冷却剤源および冷却剤放出ノズルを有する冷却剤格納部をさらに備え、前記冷却剤放出ノズルは、前記放出ノズルに隣接して配置されており、前記冷却剤放出ノズルは、前記物品のカットを実行している間に前記物品に対して冷却剤を放出するよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項８】
前記長手方向に前記物品の移動をガイドするガイドトラックおよびボールベアリングをさらに備える、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、複数の行のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つが前記物品に設けられるように前記レーザービームに対して相対的に前記第１のステージの移動を制御するよう構成されており、カットされた後において隣接する行は互い違いになっている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項１０】
レーザーカットシステムを利用して物品に複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットする方法であって、前記レーザーカットシステムは、レーザービームを放出する放出システムを備え、前記放出システムは、レーザービームを供給するよう構成されているレーザー源と、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズと、ガス源と、放出ノズルとを有し、前記放出ノズルは、前記物品に向けて、前記ガス源から供給されるガスおよび前記レーザー源から供給される前記レーザービームを放出して、前記複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを前記物品に沿って所定のパターンでカットするよう構成されており、前記レーザーカットシステムはさらに、前記レーザービームによってカットされるそれぞれの物品を長手方向に保持する第１のステージであって、（ａ）前記物品に向けて前記ガスおよび前記レーザービームを放出する間に前記物品を軸回転させ、および、（ｂ）前記物品を前記放出ノズルに対して長手に移動させるように構成されている第１のステージと、前記第１ステージで保持された前記物品に対して前記放出ノズルを相対的に移動させるための第２のステージと、前記レーザービームおよび前記ガス源のアクチュエーション、および、前記第１のステージおよび前記第２のステージの移動を制御するコントローラとを備え、前記方法は、
前記物品を前記第１のステージに載置することと、
前記第２のステージを利用して前記物品に対して相対的に前記放出ノズルを移動させることと、
前記コントローラを制御して、前記物品に向けて前記ガスおよび前記レーザービームを放出して、前記複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを前記物品に沿って前記所定のパターンでカットすることと
を含み、
前記コントローラは、前記レーザービームが放出されている間、前記第１のステージを利用して、前記物品が常に長手に移動し軸回転するよう、前記物品の移動を制御する、
方法。
【請求項１１】
前記レーザービームが放出されている間に前記物品を軸回転させて長手に移動させることで、前記物品にはらせん状のカットパターンでスロット、穴および孔のうち少なくとも１つがカットされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記物品は管であり、前記レーザーカットシステムは、それぞれの管の壁に、および、それぞれの管の壁を貫通するように複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットして、流体から固体を濾過するよう構成されている濾過管を作製するよう構成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のステージは、第１のサブステージおよび第２のサブステージを有し、前記第１のサブステージは、前記物品を軸回転させるよう構成されており、前記第２のサブステージは前記物品を長手に移動させるよう構成されており、前記第１のステージは前記第２のサブステージの上方に配置されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記放出システムは、第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの両方は、前記レーザービームを方向付けるための回転可能なマウントを利用して回転するよう構成されており、前記方法はさらに、前記レーザービームを方向付けるために前記回転可能なマウントを中心に前記第１のミラーおよび／または前記第２のミラーのうち少なくとも一方を回転させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
カメラおよびリレーレンズをさらに備え、前記カメラは、前記物品に対して相対的に前記放出ノズルの配置を決定することにより前記レーザービームの配置を決定するために前記放出ノズルの画像を撮像するよう構成されており、前記リレーレンズは前記カメラ用に前記放出ノズルの前記画像を結像させるよう構成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザービームのうち前記物品をカットするために用いられたエネルギーの割合を測定するモニタリングデバイスをさらに備え、前記方法はさらに、前記カットの実行中に、前記レーザービームのうち前記物品をカットするために用いられたエネルギーの割合を測定することと、測定された前記エネルギーの割合に基づいて前記コントローラを利用して前記ガス源からの前記ガスおよび前記レーザービームのうち少なくとも一方を制御することとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
冷却剤源および冷却剤放出ノズルを有する冷却剤格納部をさらに備え、前記方法はさらに、前記冷却剤放出ノズルを利用して前記物品に対して、前記物品のカットを実行している間に、前記冷却剤を放出することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記長手方向に前記物品の移動をガイドするガイドトラックおよびボールベアリングをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記コントローラは、複数の行のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つが前記物品に設けられるように前記レーザービームに対して相対的に前記第１のステージの移動を制御するよう構成されており、カットされた後において隣接する行は互い違いになっている、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６２／７３８，８５３号（出願日：２０１８年９月２８日）の利益を主張するものであり、この米国特許仮出願の開示は、参照により全体として明示的に本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は概して、物品をカットするレーザーカットシステムに関する。
【０００３】
濾過は、石油やガスの処理から食品加工業に至るまで、さまざまな産業用の流体（気体または液体）から固体を分離するために通常用いられる重要な方法である。濾過を利用するほとんどの工業プロセスにおいては、濾過媒体の取り替え頻度が非常に高く、大幅なコスト増や使用済み濾過媒体の固形廃棄物の処理または回収の問題の発生につながる。
【０００４】
工業用途で現在利用可能な濾過媒体は多岐にわたる。濾過管で作製される濾過部材および濾過アセンブリは、多くのさまざまな産業において液体から固体を濾過する上で有用であった。
【０００５】
濾過管そのもの、そして、濾過管の細孔に欠陥がないように濾過管を作製することは、濾過プロセスの精度を左右する重要な点である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の態様として、管等の物品をカットして濾過部材を作製するレーザーカットシステムを提供することが挙げられる。当該レーザーカットシステムは、複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをそれぞれの物品または管にカットするよう構成されている。当該システムは、レーザービームを放出するための放出システムを備える。当該放出システムは、レーザービームを供給するよう構成されているレーザー源と、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズと、ガス源と、放出ノズルとを有する。放出ノズルは、物品に向けて、ガス源から供給されるガスおよびレーザー源から供給されるレーザービームを放出して、複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを物品に沿って所定のパターンでカットするよう構成されている。当該システムには、長手方向にレーザービームでカットするよう各物品を保持する第１のステージが設けられている。第１のステージは、（ａ）当該物品に向かってガスおよびレーザービームが放出されている間、物品を軸回転させるよう構成されていると共に、（ｂ）レーザービームが物品に放出されると放出ノズルに対して相対的に長手に物品を移動させるよう構成されている。当該システムには、第１のステージが保持している物品に対して相対的に放出ノズルを移動させる第２のステージが設けられている。コントローラは、レーザービームおよびガス源のアクチュエーション、および、第１のステージおよび第２のステージの移動を制御する。
【０００７】
別の態様によると、上述したレーザーカットシステムを利用して、管等の物品に複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットする方法が提供される。当該方法は、物品を第１のステージに載置することと、第２のステージを用いて物品に対して相対的に放出ノズルを移動させることと、コントローラを制御して、物品に向けて、レーザービームおよびガスを放出することで、複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを所定のパターンで物品に沿ってカットすることとを含む。レーザービームを放出している間、コントローラは、第１のステージを利用して物品が常に長手に移動し軸回転するよう物品の移動を制御する。
【０００８】
本開示の上記以外の特徴および効果は、以下の詳細な説明、図面および特許請求の範囲により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書で説明する実施形態に応じた、スロット、穴および孔のうち少なくとも１つを物品または管にカットするレーザーカットシステムを示す概略図である。
【００１０】
【図２】作動中で物品をカットしている図１のレーザーカットシステムの一部を斜めから見た様子を示す詳細図である。
【００１１】
【図３】図１のレーザーカットシステムに設けられている空気接続を示す概略図である。
【００１２】
【図４】ある実施形態に応じた、物品または管にカットされるパターンの例を示す図である。
【００１３】
【図５】ある実施形態に応じた、物品または管にカットされるスロット、穴または細孔のレイアウト例を示す詳細図である。
【００１４】
【図６】別の実施形態に応じた、物品または管にカットするパターンの別の例を示す図である。
【図７】別の実施形態に応じた、物品または管にカットするパターンの別の例を示す図である。
【００１５】
【図８】ある実施形態に応じた、図１のレーザーカットシステムの構成要素を示す詳細図である。
【００１６】
【図９Ａ】ある実施形態に応じた、フレームに設けられるレーザーカットシステムを示す等大図である。
【００１７】
【図９Ｂ】図９Ａに示されるレーザーカットシステムの構成要素を示す詳細図である。
【００１８】
【図１０】ある実施形態に応じた、図１のレーザーカットシステムで使用されるよう構成されている真空を示す概略図である。
【００１９】
【図１１】実施形態に応じた、図１のレーザーカットシステムで利用されるスラグ捕捉装置の一例を示す概略図である。
【図１２】実施形態に応じた、図１のレーザーカットシステムで利用されるスラグ捕捉装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書で開示するレーザーカットシステム１００または装置、および、その利用方法は、物品に対してカットまたはスロット形成を行うよう構成されている。以下に記載する実施形態では、レーザーカットシステム１００は、管をカットして濾過管、つまり、マイクロスロット、マイクロ穴またはマイクロ細孔（本明細書ではそれぞれ単に、「スロット」「穴」および「細孔」とも呼ぶ）が設けられている管を作製するものとして説明されており、これらの管は、流体および固体等の材料を濾過すると、流体から固体を濾過するよう構成されている。。特に、本明細書で説明するシステムまたは装置は、予め作製された管の壁部にマイクロスロット／細孔を穿孔するために用いられる。しかし、開示しているレーザーカットシステム１００は、複数の種類の物品をカットするために用いられるとしてよく、単に管をカットすること、および／または、このような物品にスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットすることに限定されるべきではない。
【００２１】
本開示は、システムそのものに加え、当該システムを利用して物品または管をカットする方法も説明している。一実施形態によると、物品または管にカットされるスロットパターンは、レーザーパルスと、同時に実行される回転方向および直線方向のステージ移動とを同期させて実行する。
【００２２】
図１は、「システム１００」とも呼ばれるレーザーカットシステム１００を示す概略図である。システム１００は、レーザービームを放出するための放出システム１０２を備える。放出システム１０２は、レーザービーム１０６を供給するよう構成されているレーザー源１０４と、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズ１０８と、ガス源１１０と、放出ノズル１１２（またはレーザーヘッド）とを有する。
【００２３】
レーザー源１０４は、ラック１１４に取り付けられているとしてよく、レーザー源１０４から放出ノズル１１２へとレーザー光を向けるための外装（ａｒｍｏｒｅｄ）ファイバーケーブルを含むレーザー出力カプラ１１６を有する。ある実施形態において、レーザー源１０４は、７０ワットの準連続発振（ＱＣＷ）ファイバーＩＲレーザーである。ある実施形態において、当該ケーブルは、放出ノズル１１２を５００ワットのファイバーＩＲレーザー（１０７０ｎｍ）源へと接続するために用いられるとしてよい。別の実施形態において、レーザー源１０４は、１０００ワットのファイバーＩＲレーザーである。さらに別の実施形態において、レーザー源１０４は２つ以上利用するとしてもよい。カットに利用するレーザーの種類は限定されない。例えば、レーザー源１０４は、ファイバーレーザー、または、超高速レーザー（つまり、ピコ秒パルスレーザー）またはグリーンレーザー等の別のタイプのレーザーであってもよい。ある実施形態において、レーザー源１０４に用いられるレーザーの種類は、カット対象の材料の種類および／または所望のレーザーパワーに基づいて決まるとしてよい。
【００２４】
システム１００には、レーザービーム１０６の方向を決定して反射する少なくとも１つのミラーが設けられている。図１に図示した実施形態において、システム１００には２つのミラーＭ１およびＭ２が図示されており、レーザービーム１０６の経路に設置されている。第２のミラーを追加することでさらに、ビームアライメントが円滑になる。ミラーＭ１およびＭ２は共に、回転可能なキネマティックマウント（不図示）によって回転するよう構成されている。ミラーＭ１およびＭ２の角度は、例えば、レーザービーム１０６の方向を設定し直すべく、コントローラ１１８を用いて回転または調整するとしてよい。図１に図示しているように、レーザービーム１０６は、カプラ１１６から第１のミラーＭ１に向けて方向付けられているとしてよい。ビーム１０６は、ミラーＭ１で反射され（例えば、例示に過ぎないが、同図では水平方向に反射されるように図示されている）、その後第２のミラーＭ２で反射され（例えば、例示に過ぎないが、同図では放出ノズル１１２に向けて垂直方向下向きに方向付けられているものとして図示されている）。ある実施形態において、ビームエネルギーの９５％以上が第２のミラーＭ２で反射され放出ノズル１１２に向かう。ある実施形態において、レーザービームのエネルギーのうち一部は、ミラーＭ２を透過して任意で設けられるモニタリングデバイス１３２（後述）に吸収されるとしてよい。ある実施形態によると、エネルギーのうち約１％から約５％がミラーＭ２を透過する。別の実施形態では、レーザービームのエネルギーのうち約４％がミラーを透過してモニタリングデバイス１３２に入射する。
【００２５】
集光用対物レンズ１０８は、第２のミラーＭ２から反射されたレーザービームを受光して、レーザービームを放出ノズル１１２に向ける縮小レンズであってよい。ある実施形態によると、レンズ１０８は３０ｍｍから３００ｍｍの範囲内であってよい。別の実施形態では、レンズ１０８は５０ｍｍから８０ｍｍの範囲内であるとしてよい。さらに別の実施形態では、５０ｍｍ、７５ｍｍまたは８５ｍｍの対物レンズをレンズ１０８として利用するとしてよい。
【００２６】
放出ノズル１１２は、レーザービーム１０６およびガス源１１０から供給される圧縮／加圧ガスを、カット対象の物品または管の表面に向けて（例えば、複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを管に沿って所定のパターンでカットするべく）、放出および／または方向付けるよう設計されているガスアシストノズルである。レーザーと共にノズル１１２を通じて加圧ガスを方向付けることによって、加圧ガスは、物品からカットにより分離する材料を押し出して移動させることが可能となる。例えば、金属（例えば、ステンレス鋼）の管をカットする場合、放出ノズル１１２から放出されるレーザー光ビームは管１３５の金属で吸収されるので、この金属が液化する。このように溶解した金属は、放出ノズル１１２から放出されるガスによって管１３５の内部に吹き付けられるか、または、管の周囲の外囲環境に放散されることがある。
【００２７】
ある実施形態において、ガス源１１０から供給されるガスは浄化または精製されたものであり、乾燥している（例えばほう点が約摂氏−４０度で、炭化水素が０．１ｐｐｍ未満の）ゼログレードの空気で、高圧条件下で放出するべく圧縮可能である。ガス源１１０は、放出ノズルの投入側に供給する空気ノズル（不図示）に、例えば、ホースまたはパイプ設備によって、接続されている空気タンクであってよい。図２は、一実施形態を図示しており、システムのうち、ガス源１１０（不図示）からガスを供給するべく、放出ノズル１１２に隣接している一部に対して方向付けられると共に接続されているガスライン１１１を示す図である。レーザーと共に利用するガスとしては純化空気が望ましいが、他のガスを利用するとしてもよい。例えば、別の実施形態では、ガス源１１０からのガスは酸素と窒素の混合物である。さらに別の実施形態では、ガスは純窒素（Ｎ２）または純酸素（Ｏ２）である。ガス源１１０は、ガス（空気）を放出ノズル１１２に供給することに加えて、ガス／空気をシステム１００のその他の構成要素に供給するとしてもよい。ガスの供給および流れに関しては、図３を参照しつつさらに詳細に後述する。
【００２８】
任意で、ガス源１１０および／またはシステムのその他の構成要素に対応付けられるコンプレッサー（不図示）をシステムに設けるとしてよい。そのような構成要素としては、これらに限定されないが、システムに対応付けられている空気圧を利用した構成要素等が挙げられる。
【００２９】
上述したように、一実施形態に応じて、放出ノズル１１２はカットまたはスロット形成のために物品または管の上方に配置するとしてよい。一実施形態において、放出ノズル１１２は、垂直方向の移動、つまり、矢印Ｚで示すよう上下方向に移動するよう構成されているモーションステージ１２０またはＺステージに設置されているとしてよい。垂直モーションステージ１２０へ放出ノズル１１２を設置することで、カット対象の物品または管１３５の表面に対してずらして、カットヘッドの高さおよびノズルを調整することが可能となる。ある実施形態によると、物品は、放出ノズル１１２の下方に、水平方向に長手が延伸するよう配置される。垂直モーションステージ１２０は、物品または管の水平面に対して相対的に、上下方向において垂直に移動するとしてよい。ある実施形態によると、モーションステージ１２０は、管／物品がシステム内に載置されると、ステージを移動させて定位置に、例えば、カット対象の管の表面に対して相対的にロックするためのモータ（不図示）およびブレーキシステム（不図示）を有する。ブレーキシステムまたはロックは、一実施形態によると、モータが停止した場合またはそうでなければ起動されない場合に、Ｚステージ１２０上のペイロードが下方にずれないように構成されているとしてよい。ステージ１２０の移動およびロックは、コントローラ１１８が制御するとしてよい。別の実施形態では、手動で調整可能なＺステージ１２０が利用されるとしてよい。
【００３０】
ある実施形態によると、集光用対物レンズ１０８もまた、Ｚステージ１２０に対して、直接または間接的に取り付けられているとしてよい。したがって、Ｚステージは、集光用対物レンズ１０８も管１３５の上方で上下に移動させるとしてよい。
【００３１】
物品または管は、物品ステージ１２２によって保持され制御されるとしてよい。物品ステージ１２２は、一実施形態において、リニアステージおよび回転ステージを組み合わせたものであってよい。上述したように、ある実施形態において、管１３５は、長手が水平方向に延在するように（例えば、Ｘ方向において、軸Ａ−Ａに沿って）放出ノズル１１２の下方で、保持されるとしてよい。物品ステージ１２２は、直線移動ステージ１２６またはＸステージの上方に取り付けられている回転ステージ１２４またはＵステージを含むとしてよい。このような構成とすることで、管の位置の同時２軸制御、つまり、管の回転および並進の制御が可能になる。Ｕステージ１２４は、ガスおよびレーザービームを放出ノズル１１２から放出している間、物品を軸回転させるように、つまり、図１に図示しているように軸Ａ−Ａの周りをまたは軸Ａ−Ａを中心として回転させるように構成されている。その一方、Ｘステージ１２６は放出ノズル１１２に対して相対的に長手に物品を並進または移動させるよう構成されているとしてよい。つまり、Ｘステージ１２６は、ノズル１１２に対して相対的に、一方の端から他方の端へと、軸Ａ−Ａに沿ってＸ方向において水平方向に管を移動させるよう構成されているとしてよい。本明細書で開示する実施形態に応じて、Ｘ方向における物品または管の長手移動はさらに、把持機構（図８、図９Ａおよび図９Ｂを参照しつつ後述する）によって円滑になるとしてよい。ある実施形態では、Ｕステージ１２４は、物品または管を軸回転させると同時に、管を保持および開放するべく、（図１および図３に概略的に示し、図１０に図示している）一体的な空気コレット１２５を含む。
【００３２】
システム１００はさらに、３軸全てに沿って物品ステージ１２２のステージ１２４、１２６およびモーションステージ１２０に電力を供給し制御するべく、モーションアンプおよび／またはサーボドライブ（不図示）を備える。ある実施形態において、バックラッシュの問題を実質的に抑制および／または無くすべく、ステージと共にダイレクトドライブモータおよび一体的なエンコーダを、利用するとしてよい。ある実施形態において、リニアステージ１２６は最高速度が約２，０００ｍｍ／ｓで、回転ステージ１２４は最高速度が約６００ｒｐｍである。
【００３３】
当該システムのステージおよび／またはフレームに対応付けられているその他の特徴、例えば、ベアリングおよびガイドレールについては後述する。
【００３４】
コントローラ１１８は、システム１００のさまざまな構成要素を制御する。例えば、レーザー源１０４およびガス源１１０から出射するレーザービームのアクチュエーション、および、物品ステージ１２２およびモーションステージ１２０の移動を制御する。コントローラ１１８のその他の機能（例えば、冷却剤の制御）もまた本明細書中で説明するとしてよい。コントローラは、例えば、ユーザインターフェース要素を含むプロセッサまたはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）として用意されるとしてよい。このコンピュータは汎用コンピュータでも特定用途向けコンピュータでもよい。本明細書に記載されているさまざまな構成要素およびそれらの機能性を実装するために、コンピュータハードウェアおよびソフトウェアプラットフォームを使用するとしてよい。コンピュータは、１つまたは複数のプロセッサとして、プログラム命令を実行する中央処理装置を含んでもよい。コントローラ１１８は、例えば、所定のパターンのスロット、穴および孔のうち少なくとも１つが管の表面にカットされるよう管１３５を移動させつつ（例えば、回転させつつ、および、水平方向に移動させつつ）管１３５をカットするべくレーザービーム１０６を方向付けるよう構成されているモーション制御プログラムがプログラミングまたは格納されているとしてよい。ある実施形態において、レーザー源１０４から供給されるビーム１０６のパルスは、パルス同期出力フィーチャを利用してコントローラ１１８で制御される。パルス同期出力フィーチャは、モーション制御プログラムの一部であり、直線（Ｘ）軸および回転（Ｕ）軸の両方で移動量が一定量に到達するとレーザーパルスをトリガする。例えば、一実施形態では、１ミクロンの移動毎に１つのレーザーパルスがレーザー源１０４から出力されるとしてよい。データストレージがメモリ（ＲＡＭまたはＲＯＭ）等の有形で非一時的な媒体として、通信バスと共に、コンピュータまたはコントローラに設けられてもよい。本明細書に開示されているカット方法は、コントローラ１１８に関連付けられた記憶媒体に格納されてもよい。有形で非一時的なストレージ型の媒体としては、ソフトウェアプログラミング用のストレージを提供し得る、本明細書に説明されるシステムの構成要素のうちコンピュータ、（複数の）プロセッサ等、または、これらに関連付けられるモジュールに対するメモリまたはその他のストレージのうち、いずれかまたは全てが挙げられる。
【００３５】
ある実施形態において、チャック（不図示）およびアライメント部（不図示）が放出ノズル１１２の近傍に設けられるとしてよい。例えば、チャックは放出ノズルに隣接して設置されるとしてよく、スロット、穴および孔のうち少なくとも１つをレーザーカットで作製するべく管または物品が供給され回転させられると、その表面を把持し易くなるよう構成されているとしてよい。アライメント部は、放出ノズル１１２に隣接して設けられるとしてよく、例えば、チャックに対して物品を載置して把持するよう構成されているとしてよい。一実施形態において、アライメント部は、バネによってバネ荷重が加えられるプランジャーを含むとしてよく、当該プランジャーは、カットのため定位置に管を把持するべく管を垂直方向上向きに押し上げるよう構成されているとしてよい。別の実施形態では、レーザーカットの対象である管／材料の長さに対応するためにボールベアリングを利用する。ボールベアリングによって、ハンドリングが容易になり、生産速度が早くなる。一実施形態では、アライメント部は、管を指示するよう設けられている１または複数のボールベアリングセットを含む。一実施形態において、上側ボールベアリングセットおよび下側ボールベアリングセット１７０を設ける。図８は、このような例を図示している。ある実施形態では、上側ボールセットは、固定されており、チャックまたは同様の支持面に設けられているとしてよい（図９Ａおよび図９Ｂを参照しつつ後述するベアリング支持ブラケット１７６等）。一方、下側セットは全方位移動ボールを含む。ある実施形態では、下側セットは、管に対して相対的に移動するよう構成されているとしてよく、一実施形態では、上下に移動するべく、そして、管を容易に搬入および搬出できるよう管の表面に対して近接および離間するよう移動するべく、空気シリンダでアクチュエーションされるとしてよい。さらに、空気シリンダを利用することで、圧縮空気レギュレータまたはコンプレッサ（不図示）を利用して、調整可能な締め付け力を得るとしてよい。上側スチールボールは、コントローラ１１８のモーションプログラムによって、管を空気チャック１２５に向かって移動させるべく下側ボールがアクチュエーションされると、ハードストップ（例えば、遊びなし）を実現するとしてよい。これによって、放出ノズル１１２に対して管を垂直方向においてより正確に位置決めすることができる。アライメント部および／またはベアリングは、Ｘ方向および軸Ａ−Ａを中心としたＵ方向において、および、放出ノズル１１２に対して相対的に、管１３５の把持および誘導を円滑化するべく、フレームおよび／または物品ステージ１２２上に設けられるとしてよい。
【００３６】
ある実施形態において、放出システム１０２は任意で、物品をカットすることを目的としてレーザービームをさらに調整して集光するべく、図１に概略的に示すリレーレンズ１２８およびカメラ１３０を備えるとしてよい。レンズ１２８およびカメラ１３０は、ミラーＭ２の上方に配置されているとしてよく、放出ノズル１１２と垂直方向に位置合わせされているとしてよい。ある実施形態において、リレーレンズ１２８およびカメラ１３０は、同軸ビデオ型顕微鏡の一部であってよい。カメラ１３０は、管に対して相対的に、放出ノズル１１２の配置を決定するべく、結果的にレーザービームの配置を決定するべく、放出ノズル１１２を撮像するよう構成されている。ある実施形態では、カメラ１３０はＣＣＤビデオカメラである。リレーレンズ１２８は、カメラ１３０のために、放出ノズルの画像を集光するよう構成されている。リレーレンズ１２８は、ビデオ顕微鏡法用に設計されている一のレンズまたはレンズ群であってよく、画像を反転させて顕微鏡の光学距離を長くする。
【００３７】
一実施形態では、近赤外線（ＮＩＲ）ニュートラルデンシティーフィルタ（不図示）を、散乱ＮＩＲ光の一部を遮蔽するべく、ビデオ顕微鏡に追加するとしてよい。このようなフィルタを利用することで、スロットカット加工中の撮像が改善されるとしてよい。
【００３８】
任意で、システム１００は、レーザービームのうち物品または管をカットするために用いられているエネルギーの割合を測定するモニタリングデバイス１３２を備えるとしてよい。上述したように、ある実施形態において、レーザービームのエネルギーのうち一部は、ミラーＭ２を透過してモニタリングデバイス１３２に吸収されるとしてよい。一実施形態では、モニタリングデバイスはサーモパイル型の電力モニタまたはレーザーモニタである。サーモパイル型電力モニタは、レーザーが発生させる熱の量を測定するよう構成されているとしてもよいし、または、これに代えて、レーザーが発生させている光の量を測定するよう構成されているとしてもよい。モニタリングデバイス１３２は、専用のハウジング内に設けられるとしてよく、レーザービームの一部を受光するよう第２のミラーＭ２に対して相対的にシステム１００の内部に配置または設置されるとしてよい。
【００３９】
冷却剤源１３４（図１に概略的に示す）および冷却剤放出ノズル１３６（図１および図１０に概略的に図示する）を含む冷却剤格納ユニットもまた、一実施形態に応じて、レーザーカットシステム１００の一部として任意で設けられるとしてよい。冷却剤源１３４から供給される冷却剤は、レーザーカットの対象である管（または物品）の一部または表面または材料を冷却するために用いられるとしてよい。冷却剤はさらに、溶解した金属が管または物品の外側に再度堆積しないよう抑制する。例えば、一実施形態では、冷却剤放出ノズル１３６は、カット中またはスロット作製中に管の表面に冷却剤を吐出または出力するよう配置されるとしてよい（例えば、図１の概略図を参照のこと）。冷却剤放出ノズル１３６は、例えば、放出ノズル１１２に隣接して配置されるとしてよい。ある実施形態では、冷却剤放出ノズル１３６の吐出口は、カット対象の物品または管の表面に対して相対的に、例えば、冷却剤が表面に供給されるように、位置決めされるとしてよい。
【００４０】
別の実施形態では、冷却剤放出ノズル１３６の吐出口は任意で、図１０に図示しているように、真空または空気ノズルに対して相対的に、位置決めされるとしてよい。冷却剤は、空気と組み合わせることで、例えば、カット中またはスロット作製中に、管の内面へと注入される混合物を形成するとしてよい。これによって、カット中の管の表面を冷却し易くなると同時に、加工中／カット中に管の内部に蓄積されたスラグ材料を移動または除去することが容易になるとしてよい。
【００４１】
ある実施形態では、冷却剤放出ノズル１３４は、吐出口から冷却剤を噴射するよう構成されている。別の実施形態では、冷却剤放出ノズル１３４は、冷却剤を流出させるよう構成されている。一実施形態では、冷却剤は水である。空気対水の比率、または、空気対冷却剤の比率は、さまざまとしてよい。例えば、図１０に図示しているように、水を０％から１００％の割合で空気と組み合わせて、管内に注入するとしてよい。
【００４２】
冷却剤（例えば、水）は、冷却剤格納エリアに集めて格納するとしてよい。さらに、カット中に管から除去されたスラグ材料は、このエリアに、または、真空源１７８（後述する）を利用して、集められるとしてよい。一実施形態では、冷却剤は、閉ループ構成で、再利用するべく濾過して再循環させるとしてよい。別の実施形態では、冷却剤は開ループ構成で提供される。空気／ガスおよび冷却剤／水の処理フローによって、物品に対して実行されるレーザーカットをより均質化することができる。このため、ガスの流れをモニタリングするとしてよい。
【００４３】
図３は、ガス源１１０への接続を図示している空気力学概略図であり、放出ノズル１１２（本明細書ではガスアシストノズルと呼ぶ）、冷却剤放出ノズル１３６および回転ステージ１２４の空気コレット１２５、ならびに、これらに対応付けられている多くのモニタリングデバイスまたはセンシングデバイスへのガスの伝送を含む。ガスは、ガス源１１０およびコンプレッサから所望の圧力で供給される（例えば、１５０ｐｓｉｇ）圧縮ガスまたは加圧ガスであってよく、例えば、高純度空気であってよい。ある実施形態では、ｎＤｒｉｖｅアンプを、放出ノズル１１２、ノズル１３６および空気コレット１２５への圧縮空気の伝送を制御しているソレノイドバルブ１４６、１５２に接続しているとしてよい。図３の概略図に示すように、ガスをガス源１１０からコンプレッサ（不図示）および／またはレギュレータ（不図示）へと伝送するとしてよく、そして、空気コレット１２５に接続されているソレノイドバルブ１４６に伝送するとしてよい。１または複数のフィルタレギュレータ１４８が、コレット１２５に供給されるガスの量を制御するべく、バルブ１４６とコレット１２５との間に設けられているとしてよい。ある実施形態では、アシストガス準備システム（不図示）は、ウォーターセパレータ―、複数の空気フィルタおよび脱水膜を有する。アシストガス準備システムは、放出ノズル１１２においてアシストガスに必要な清潔で乾燥した空気を生成するために用いられるとしてよい。ソレノイドバルブ１５２も、ノズル１１２および１３６へのガスの流入を制御するべく利用されるとしてよい。電源からのデジタル出力１５０および１５４はそれぞれ、ソレノイドバルブ１４６および１５２に接続されて、ソレノイドを駆動する。圧力スイッチ（不図示）が、圧力の制御および圧力低下の際のレーザーの保護を円滑化するべく、ソレノイド１４６、１５２の一方または両方に対して設けられ接続されているとしてよい。そして、空気／ガスは放出ノズル１１２に伝送されるとしてよい。ある実施形態では、放出ノズル１１２は、０−６０標準立方フィート／時（ｓｃｆｈ）の流量計１５８と、それに対応付けられれている０−１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉｇ）圧力ゲージ１６０とを含む。「ｐｓｉｇ」の末尾の「ｇ」は、絶対圧力に対して、「ゲージ圧力」、または、大気圧を上回る圧力を表している。冷却剤放出ノズル１３６の吐出口からの噴射または出力は、ガス源１１０からの圧縮空気と、冷却剤源１３４からの冷却剤（水）とを混合させることで得られるとしてよい。したがって、圧縮空気が約１５０ｐｓｉｇという圧力で供給される場合、０−３０ｓｃｆｈ流量計１５６を利用してノズル１３６への流入を測定するとしてよい。ある実施形態では、圧縮ガス／空気の流入をさらに絞り、測定するべく、ノズル１１２、１３６に対応付けられている流量計１５６、１５８と組み合わせて、流量絞り部１６２を利用するとしてよい。冷却剤放出ノズル１３６への冷却剤の流入の測定は、静脈内点滴筒（不図示）で実現するとしてもよい。
【００４４】
図１のシステム１００の動作の概要は以下の通りである。管または物品を物品ステージ１２２の内部または上方に載置する。必要に応じて、放出ノズル１１２は、モーションステージ１２０を利用して管表面に対して相対的に移動させて、ステージ１２０をロックする。レーザーは、コントローラ１１８のモーションプログラム内でトリガされる。コントローラ１１８はさらに、レーザーと共に、ガス源１１０からノズル１１２を介してガスを供給することにより、管に沿って所定のパターンでスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットにより作製する。レーザービームが放出されている間、コントローラ１１８は、物品ステージ１２２を利用して物品が常に長手軸（Ａ−Ａ）を中心に軸回転し、長手軸（Ａ−Ａ）に沿って直線状または長手に移動するよう、つまり、Ｕ方向およびＸ方向に移動するよう、物品の移動を制御する。
【００４５】
ある実施形態によると、物品または管に所定のパターンでスロットをカットするための方法は、らせん動きパターンまたはらせん動き方式でスロットをカットすることを含む。図４は、ある実施形態に応じた、物品または管にカットされるスロットパターン５００および５０２の例を示す図である。以下で説明するような一実施形態によると、スロットは管の軸方向に対して９０度の角度（つまり、Ｘ方向における軸Ａ−Ａに対して９０度）でカットされる。上述したように、スロットは、レーザーがパルス状に供給されて管または物品の表面に、そして、表面を貫通するようにスロット、穴、細孔をカットする間、物品または管を（らせん状に）回転させることによって常に動かすことで、そして、放出源１０２／レーザーに対して相対的に（例えば、一方向に）直線状または長手に物品または管を移動させることで、管の円周に沿って１つの連続したらせんとしてカットされるとしてよい。長手方向またはＸ方向の管の移動は、軸Ａ−Ａに沿った全体的に一方向での移動である。例えば、図９Ａに図示している実施形態例を参照すると、管１３５の長手方向の移動は、放出源１０２と相対的に見ると左から右である。同様に、同時に行われる管の軸方向または回転方向の移動、つまり、Ｕ方向の移動も一方向の移動であってよい。つまり、軸Ａ−Ａを中心とした時計回りまたは半時計周りの移動であってよい。回転方向および長手方向の移動がどの方向かに関わらず、管は、（コントローラで制御されて）スロット、穴および孔のうち少なくとも１つを予め決まったまたは定められたパターンでカットするようレーザーがパルス状に供給され方向付けられている間、これらの方向に同時且つ連続的に移動する。これによって、カット加工用に上述したような「らせん移動」が実現される。
【００４６】
図４のスロットパターン５００および５０２は、上述のらせん移動方式を利用して管または物品にカットしたパターンを２次元で表したものである。スロットパターン５００は、スロットが軸方向に平行な複数の行として設けられている例を図示しており、行同士の間には長手方向に間隔が設けられている。パターン５０２において、スロットは、結果として得られるパターンで隣接する複数の行およびスロットが互い違いになっているよう、物品にカットされるとしてよい。図５は、パターン５０２におけるこのような行の一部を詳細に示す図である。カットされたスロットの行５０４、５０６および５０８は、長手方向の長さがＬであるスロットを含む。長手方向の間隔Ｓが、同一行の複数のスロット間に設けられている。隣接する行の間には軸方向に距離Ｄが画定されており、例えば、行５０６は行５０４から距離Ｄだけ離間しており、行５０８は行５０６から距離Ｄだけ離間しており、以下同様である。これに加えて、隣接する行は、軸方向に互い違いになっており、つまり、行５０６は行５０４に対してずれており、行５０８は行５０６に対してずれている。一実施形態では、行５０４および５０８のように一つおきの行は同様であるとしてよい。隣接する行をずらす量はさまざまであるとしてよい。一実施形態では、第２の行（例えば、行５０６）は、軸方向に約５０％、第１の行（例えば、行５０４）からずれている。別の実施形態では、隣接する行は約２５％ずれているとしてよい。パターン５０２で図示しているように、スロット群同士の間またはスロットセット同士の間には、補強領域を設けるとしてもよい。補強領域は、スロットセットの間に空間を形成するように長手に管を移動させることで、形成される。
【００４７】
図６および図７は、物品または管にスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットする別の方法を示す。図６に図示している一実施形態において、当該方法は一の長さのスロットをカットした後、管にスロットをカットするべく次の径方向位置まで（Ｕ方向に）管を回転させて、スロットをカットし、これを繰り返す移動方式を含む。この方式では一般的に、回転させる度に、軸Ａ−Ａに沿って管を並進移動（つまり、前後）させることが必要になる。つまり、スロットがカットされ、管を長手に（Ｘ方向に）移動させた後、回転させる（または逆でもよい、つまり、回転させた後に長手に移動させる）。そして、次のスロットをカットした後、長手に移動させて回転させる。以下同様である。
【００４８】
別の実施形態では、当該方法は、回転させる前に、１行につき複数のスロットをカットしている間、長手に一回移動させることを含む移動方式を含む。例えば、図７に図示しているように、管を、回転させることなく、長手方向に（Ｘ方向に）移動させるとしてよい。その結果、放出システム１０２のレーザーが第１の行の複数のスロットをカットする。この後、第１の行が完成した後、管を次の径方向位置まで（Ｕ方向に）回転させて、回転後のこの位置に保持するとしてよい。この後、第２の行の複数のスロットを、長手に管を移動させて管にカットするとしてよく、その後再度回転させる。このようなプロセスを全ての行についてカットするまで繰り返す。
【００４９】
一実施形態では、管の軸Ａ−Ａに対して０度の角度で長さＬが延在するようスロットをカットするとしてよい。図５に図示しているような別の実施形態では、スロットは、カット方式に関係なく、管の軸Ａ−Ａに対して相対的に９０度でカットするとしてよい。図６および図７に図示しているような別の実施形態では、移動方式またはカット方式が何であろうと、スロットは管の軸Ａ−Ａから４５度の角度でカットされるとしてよい。つまり、軸Ａ−Ａに対して４５度の角度で長さを位置決めすることになる。言うまでもなく、このような角度および位置は、例示に過ぎず、これに限定されることを意図したものではない。スロットの長さＬの配置および／またはカットの際の角度については上記以外、例えば、３０度、６０度、７５度等も実現可能であると理解されたい。
【００５０】
ステージ、レーザーおよび管の相対的な移動に関しては、図８から図１０を参照しつつ記載する内容からさらに理解されたい。
【００５１】
ある実施形態では、システム１００は、濾過管を作製するべく、管の表面に、そして、管の表面を貫通するようにスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットするよう構成されているとしてよい。システム１０が加工およびカットする管の種類および寸法は限定されない。例えば、カット対象の管の内径（ＩＤ）および／または外形（ＯＤ）は多岐にわたるとしてよい。ある実施形態では、管の直径（ＯＤ）は９．５ｍｍであるとしてよい。別の実施形態では、管の直径（ＯＤ）は２５．４ｍｍであるとしてよい。さらに、システム１００がカットする管の壁の厚みは、限定する必要はない。システム１００は、例えば、壁の厚みが０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、および／または、０．４ｍｍの管に対してカットまたはスロット作製を行うとしてよい。スロット作製対象の管の長さは、例えば、１．１メートル、１．６４メートル（１６４０ｍｍ）等、さまざまであるとしてよい。
【００５２】
管にカットするスロット、穴および孔のうち少なくとも１つの寸法（例えば、幅および長さ）は、限定することを意図していない。ある実施形態では、システム１００は、約１０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの範囲内の幅を持つスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットするために用いられるとしてよい。別の実施形態では、スロット、穴および孔のうち少なくとも１つの幅は、約３０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの範囲内であるとしてよい。このような範囲は一例に過ぎず、カットの寸法を決して限定するものではない。
【００５３】
管の全体的な空隙率は、ある実施形態によると、レーザーカットを実行した後では約１５％から約２０％の間であるとしてよい。
【００５４】
ある実施形態では、管は、完全焼なましの硬度を持つステンレススチール（ＳＳ）を材料としている。一実施形態では、管は３２１グレードＳＳを材料とする。別の実施形態では、管は３０４グレードＳＳを材料とする。
【００５５】
ある実施形態では、本機械は、目標空隙率が１５％のマイクロスロッティングされた長さが１−１．６４メートルの管を１時間以内に製造するように設計されていてもよい。一実施形態では、システム１００は、スロット、穴および／または孔の空隙率の範囲が約１％以上約５０％以下、スロット／穴／孔の長さが約０．１ｍｍ以上約１０ｍｍ以下、スロット／穴／孔の幅が約１μｍ以上約１０００μｍ以下の範囲になるよう管をカットするように構成されている。別の実施形態では、システム１００がカットする管の空隙率の範囲は約５％〜約２５％、スロットの長さは約０．５ｍｍ〜約３．０ｍｍ、スロットの幅は約１０μｍ〜約１００μｍであるとしてよい。管は、幅が約３０μｍ〜約５０μｍ、長さが約１ｍｍのマイクロスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを有するとしてよい。本システムでカットおよび加工される管の長さはさまざまであるとしてよい。
【００５６】
スロットの長さ、角度および位置は、予め算出されてサーボ−エンコーダカウントに変換されるとしてよい。これらのエンコーダカウントは、レーザー照射のためのアレイマスクを構築するために用いられる。マスクアレイは、動いている間、レーザーがエンコーダ除外領域内にある場合にはレーザー照射を停止するために用いられる。逆に、レーザーがこれらの領域にない場合には、照射／放出が可能となる。レーザーは、照射領域内である場合、所望のカット処理に応じて決まるが、変調波またはＣＷとなる。照射シーケンスの開始時点および終了時点において均質的にカットを行えるよう、加速および減速のために照射禁止領域を長く残しておく。
【００５７】
システム１００の構成要素の説明に戻ると、図８は、一実施形態における、スタビライザ管、カッティングノズルカバー、または、囲い板（シュラウド）１６４が任意で、例えば、スロット作製中またはカット中に放出されるスラグと水分または冷却剤とを収集するべく、そして、他のハードウェアを被覆して破片が当たらないようにするべく、デリバリーノズル１１２の先端部の周囲の領域に設けられていることを示している。囲い板１６４は、スロット作製／カットプロセスを実行している間に発生する破片を全て、または、大半を遮蔽し、実質的に破片がガイドボールベアリング、ステージ１２４および１２６、ならびに、管を保持している周囲の構成要素に到達しないようにして、これらが損傷しないよう保護するとしてよい。図８は、放出システム１０２の一部から垂直方向下向きに延在する円筒形状の囲い板１６４の一実施形態を示す。この円筒は、放出ノズル１１２の周囲に配置されるとしてよい。さらに、囲い板１６４には、カット対象の物品または管１３５の形状を収容できるよう構成されている１または複数の切り欠き部１６６があるとしてよい。図８に図示した実施形態例によると、囲い板１６４の円筒には切り欠き部１６６が２つ設けられていて、管１３５の長手方向の長さまたは大きさがその中に収まる。ある実施形態では、各切り欠き部１６６は、管１３５の表面に隣接して、または、当該表面上に載置するべく、管１３５の湾曲した外面が収まるように、湾曲してサイズが決まっているとしてよい。
【００５８】
冷却剤および／またはスラグ材料が集まると、必要に応じて、囲い板１６４からおよび／または管１３５の内部から定期的に除去するとしてよい。これに代えて、囲い板１６４は省略するとしてもよい。
【００５９】
ある実施形態に応じて、管１３５は、１または複数の空気ベアリング（不図示）によって、Ｘ方向に、そして、Ａ−Ａ軸を中心としてＵ方向に誘導されるとしてよい。１または複数の空気ベアリングは、回転ステージ１２４と並んでいるとしてよく、放出ノズル１１２の両側に配置されているとしてよい。別の実施形態では、上述したように、そして、図８に図示しているように、１または複数のボールベアリングセット１７０（例えば、上側セットおよび下側セット）を含むアライメント部が、管を支持するよう放出ノズル１１２に隣接して設けられるとしてよい。同様に上述しているが、一実施形態において、ブッシングおよび／またはボールベアリングは、管がシステム１００内に配置される場合に、そして、レーザー源１０４によってカットされる際、管の長さを支持するよう設けられているとしてよい。例えば、図８、図９Ａおよび図９Ｂに図示している１または複数のボールベアリングセットは、管１３５の保持およびＸ方向およびＡ−Ａ軸を中心としたＵ方向の誘導が容易になるよう、フレームおよび／または物品ステージ１２２に設けられているとしてよい。より具体的には、図９Ａに図示した実施形態では、レーザーカットシステム１００はフレーム１７４に取付られているテーブル面１７２上に配置されているとしてよい。テーブル面１７２の水平面から垂直に上方に延びる多数の管ベアリング支持ブラケット１７６が、テーブル面１７２に沿って間隔を置いて配置されているとしてよい。ベアリング支持ブラケット１７６はそれぞれ、管の表面を支持すると共にレーザーヘッドの近傍で管をガイドするために角度を付けて設けられた一組の全方向移送ボール１７０を含んでもよい。一実施形態では、ブラケット１７６の少なくともいくつかは、互いに対して斜めに配置されたボールを有する。別の実施形態では、ボール１７０は、管の表面を下から支えるために実質的に垂直に配置されてもよい。一例を挙げると、物品ステージ１２２を超えて管が延在する場合に、投入ブラケットおよび送出ブラケット１７６が管を支持するべく設けられているとしてよい。
【００６０】
ベアリング支持ブラケット１７６は、レーザーカットシステム１００が管１３５の表面にスロット、穴および細孔をカットするためのパルスレートで提供される際に、長手方向（Ｘ方向）における、そして、軸Ａ−Ａを中心とした回転方向（Ｕ方向）における管の移動をガイドするためのガイドトラックとして機能する。これらのガイドトラック／ブラケット１７６はさらに、管受け渡し領域（つまり、ステージに隣接した領域であり、レーザー源の放出ノズルの下方／向こう側の領域）を超えて管が延在すると、管の重量および長さを支持する。管が湾曲すると放出ノズル１１２に対する管の位置に影響が及ぶ可能性があるので、管表面がレーザービームの焦点からずれることになり、このようなガイドトラックを設けることでさらに、エラーを少なくすることを容易にして、カットおよびスロット作製の品質を改善するとしてよい。
【００６１】
一実施形態によると、移送ボール１７０はシーリングされることによりスラグによる損傷が発生しにくくなるとしてもよい。
【００６２】
図８はさらに、レーザーシステム１００で利用されるロボット状の機械的把持機構１８２を図示する。把持機構１８２は、コントローラ１１８で制御するとしてよく、管１３５を保持または把持するよう、管１３５を移動させるよう、および／または、場合によっては、管１３５の回転中にガイドとして機能するよう構成されているとしてよい。把持機構１８２は、２つのフィンガー部１８４、例えば、上側フィンガー部および下側フィンガー部を持つとしてよい。各フィンガー部は、管（または物品）を収納するための切り欠き部１８６が設けられている。例えば、切り欠き部１８６は、管１３５の外面が収まるよう円形であるとしてもよいし、または、丸みを帯びているとしてよい。当業者であれば通常理解しているであろうが、このような把持機構は、フィンガー部１８４が、開位置（図８および図９Ｂに図示されている）と閉位置（フィンガー部１８４が互いに向かって近接するよう移動して物品またはこの場合は管を把持する位置）との間で互いに相対的に移動するよう構成されている。したがって、このような詳細については本明細書では記載を省略する。図９Ａおよび図９Ｂに図示しているように、把持機構１８２はブラケット１８８を用いてテーブル１７２に取り付けるとしてよい。
【００６３】
把持機構１８２は、移動方式を利用してレーザー源１０４でカットする際に、管１３５を直線状に移動および回転させるべく、回転ステージ１２４の空気コレット１２５（そして、任意で、リニアステージ１２６）と協働するよう構成されている。ある実施形態において、把持機構１８２は、レーザー源１０４を用いたカット／パルス供給の実行中、空気コレット１２５／回転ステージ１２４が軸Ａ−Ａを中心としてＵ方向に管を回転させている間にＸ方向に管を長手に移動させるよう構成されている。
【００６４】
放出ノズル１１２がガスを吹き付けることで管１３５からカットおよび／または溶解した材料を、例えば、管１３５自体の内壁へと移動させるよう構成されているので、ある程度のスラグが内部に蓄積するとしてよい。このようなスラグが管壁の内側に蓄積されないようにするため、一実施形態において、管１３５の端部へと真空力を加えることを目的として真空源１７８またはブロワを設けるとしてよい。例えば、図１０に図示しているように、一実施形態において、真空源１７８はシステムの送出側に設けられるとしてよい。別の実施形態では、図９Ａに図示しているように、真空源１７８はシステムの投入側（つまり、ステージと同じ側）に設けられている。真空を印加することで、レーザーで管をカットする際に、スラグおよび／または冷却剤および／または空気冷却剤混合物をカットゾーンおよび管から除去し易くなるとしてよい。真空は自動洗浄フィルタを含むとしてよく、これによって管を加工する毎にフィルタを変更することなくスロット作製機械を継続的に作動させることが可能となる。自動洗浄フィルタはさらに、発生するスラグの量による詰まりに関する問題を解決することにもつながるとしてよい。
【００６５】
別の実施形態では、加圧送風口および真空吸着口をシステム１００に設けるとしてよい。例えば、図１０に図示しているように、圧縮空気または加圧空気が第１の端部において送風口を介して管に吸入されるとしてよく、源１７８から真空吸着口を介した真空力が反対側の端部に供給されるとしてよい。
【００６６】
一実施形態において、スラグ搬送プロセスの一環として浸漬セパレータを利用するとしてよい。このような浸漬セパレータは、液体（例えば、水）を利用して（空気、水またはこれらの混合物の）流れから、ブロワまたは真空に到達する前に、スラグを分離して除去するとしてよい。
【００６７】
図９Ａに戻ると、一実施形態に応じた、カットゾーンからスラグを除去することを目的としてシステムの投入側において真空ボックス１７９に接続されている真空源１７８を利用した例を図示している。より具体的に説明すると、この例では、真空ボックス１７９が放出システム１０２およびテーブル面１７２の左側に設けられている。真空ボックス１７９は、接続部１９２およびホース１９０を利用して真空源１７８に接続されている。このように左側に真空を配置することで、裏側または未カット側を通じて管からスラグを回収することができるようになる。この真空ボックス１７８を設けることでさらに、カット処理を実行中に管の全長にわたって真空を維持し易くなる。このため、カット時のスラグ除去がより効果的に行えるようになる。スラグはカットノズル１１２から搬送され、管１３５（の内部）を通って、真空ボックス１７９を介して、ホース１９０を通って真空１７８へと到達する。
【００６８】
真空ボックス１７９は、真空封止デバイスであって、真空封止内部チャンバ、および、出口と回転ステージ１２４／空気コレット１２５との間に設けられる調整部１８０を含む。調整部１８０は、例えば、管１３５よりも大きくその周囲を取り囲む管の形状で設けられているとしてよい。調整部１８０は、カット中に管１３５が移動および回転する際、ボックスのチャンバと管１３５との間の真空封止を維持する。調整部１８０は、例えば、管１３５と共に真空ボックス１７９のチャンバを通り抜けるように移動するよう構成されているとしてよい。例えば、カット処理に向けて管１３５を用意する際、管１３５の長さの大半は調整部１８０内に挿入されて、真空ボックス１７９のチャンバ内へと挿入されるとしてよい。設定されると（例えば、モーションステージ１２０の設定および放出システム１０２の設定およびロック）、真空源１７８がアクティブ化されて真空封止および真空を管１３５内部に提供するとしてよい。物品ステージ１２２がＸ方向において長手に移動すると、調整部１８０および管１３５も、長手に移動してチャンバ外に出るとしてよい。調整部１８０の移動は、調整部１８０の長さによって決まるとしてよく、管１３５はチャンバおよび調整部の外に向かってＸ方向に移動し続けるとしてよい。真空ボックス１７９およびその内部チャンバは、決まった長さがあるとしてよく（例えば、１メートル超）、レーザー源１０４の放出ノズル１１２の後方に延在しており、例えば、スロット作製対象の管を全長にわたって、そうでなくとも大半を収容することが可能になる。一の実施形態において、ボックス１７９の長さは管１３５の長さの大きさの約２倍である。
【００６９】
真空ボックス１７９には１または複数のセンサが対応付けられているとしてよい。例えば、一実施形態において、真空ボックス１７９は、圧力センサ（不図示）が対応付けられており、フィードバックを提供するので、操作者および／またはシステム／コントローラが真空ボックス内の圧力を把握できる。
【００７０】
ボックス１７９に接続されているホース１９０の接続サイズまたは直径は、管を流れる空気流の量について望ましい値に基づいて決定されてもよく、限定されることを意図してはいない。真空１７８と真空ボックス１７９の間に設けられるホースの接続サイズまたは直径は、一実施形態において、約３０ｍｍ以上約８０ｍｍ以下の間の範囲であってもよい。
【００７１】
レーザーシステム１００と共に上記以外のデバイスを利用するとしてよい。例えば、一実施形態において、例えば、ブロワまたは真空１７８と共に利用される、レーザーシステム１００にスラグ捕捉デバイスを設けるとしてよい。図１１および図１２は、実施形態に応じた、図１のレーザーカットシステムと共に利用されるスラグ捕捉デバイスの一例を示す図である。図１１は、レーザーカットされている管（１３５）の内側に物理的ディフレクタが追加されている様子を示す図である。追加されたディフレクタは、スラグを物理的に遮蔽または逸らすとしてよく、スラグ再堆積の問題を軽減するとしてよい。場合によっては、ディフレクタは、スラグ流が管内部に入ると、スラグ流の方向を変更するか、または、低速化するとしてよい。図１１において、ディフレクタは４５度での角度で設けられている。この結果、ディフレクタに衝突するスラグは約９０度方向を変えて管の内部を通り抜けて外部へ向かう空気流と方向がそろう。このため、スラグもまた真空源１７８によって管から引き出されて搬出される。図１２は、スラグ流を捕捉する別の構成（方向変換以外の構成）を図示している。この構成では、管の形状を持つ内部スラグ捕捉部が、レーザーカット対象の管（１３５）内に挿入されている。捕捉部は、レーザーによるカットで発生するスラグを捕捉するための捕捉エリアを持つ。空気ノズル（ブロワまたは真空１７８）は、内部スラグ捕捉部の内側に流れを形成するとしてよく、スラグ捕捉用の管において下方へとスラグを押し出して両管の内部を通って外部へ流れる空気流／気流へと送出する。
【００７２】
別の実施形態では、カットされた金属を集めるために管１３５に隣接させて、または、管１３５内に挿入した、スパーク捕捉デバイスが設けられるとしてよい。スパーク捕捉デバイスに集めたスラグ堆積物はモニタリングして、スラグがカットプロセスの邪魔になる前に定期的に廃棄するとしてよい。
【００７３】
ある実施形態では、レーザーカットシステム１００は、レーザーカットシステム１００を含む多数のサブシステムの間を、処理のために管を移動させるよう構成されているロボットアームを含む製造システムの一部であるとしてよい。一実施形態では、各サブシステムは、スロット作製サブシステム／レーザーカットシステム１００について生産を滞らせることがないように、約１時間以内にその機能を完了するように設計されている。ある実施形態では、それぞれの管を事前に検査する。システム１００でレーザーカットを行う前に未加工で未カットの管を検査する。レーザーカットシステム１００は、検査システムからレーザーカットシステム１００へと管を移動させるロボットアームを介して、前検査に合格した管を受け取るように構成されている。
【００７４】
一実施形態によれば、製造システムは、同時係属米国特許出願番号第６２／７３８，９１９号（発明の名称：「ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  ＦＩＬＴＲＡＴＩＯＮ  ＴＵＢＥＳ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＳＵＢＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＩＮＧ  ＳＡＭＥ（複数のサブシステムを含む濾過管を作成する製造システムおよびその利用方法）」）（代理人整理番号０３６６３５−０４５８８２２）明細書に記載されているようなシステムである。当該米国出願は、出願日が同日で、本明細書と同じ譲受人に譲渡されている。当該米国特許出願の内容は全て参照により組み込まれる。
【００７５】
上述したように、本明細書で開示しているシステム１００によってカットまたはスロット作製を行う対象の物品または管は、濾過管を作製するために利用するとしてよい。このような濾過管は、濾過バンドルおよび／または濾過アセンブリの一部として利用されるとしてよく、例えば、任意の多数の産業において濾過に関する特定の要求を満たすべくパックまたはその他の構成で組み合わせるかまたは構成するとしてよい。一般的に、このようなアセンブリは、一の方向に流れる液体から固体を濾過するために用いられるとしてよく、必要な場合には、逆方向に逆流させて穴にはまった粒子または破片を除去して濾過媒体を洗浄するとしてよい。
【００７６】
上記の例示的な実施形態において本開示の原理が明確にされたが、本開示の実施に使用される構造、配置、比率、要素、材料および構成要素に対して様々な変形を加えることが可能であることは当業者であれば理解できる。例えば、当業者であれば、本明細書で明示的に言及していなくても、コントローラ１１８はレーザーシステム１００の任意の多数の構成要素（例えば、レーザーをパルス化して供給、空気コレット１２５、ステージ１２０、１２２、レンズ１０８、１２８、ガス／空気／水の供給源等）を制御するために利用され得ることに想到するであろう。
【００７７】
従って、そのような変形例であっても本開示の特徴は完全且つ有効に達成されることが証明されるであろう。しかし、上記に示した望ましい具体的な実施形態は、本開示の機能的及び構造的な原理を例示することを目的として説明および図示されたものであり、本開示の原理の範囲内において変更可能であるものと認められたい。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲の意図および範囲に含まれる全ての変形例を包含する。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月28日(2020.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品をカットするレーザーカットシステムであって、複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをそれぞれの物品にカットするよう構成されており、前記レーザーカットシステムは、
レーザービームを放出する放出システムであって、レーザービームを提供するよう構成されているレーザー源と、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズと、ガス源と、放出ノズルとを有する放出システムを備え、
前記放出ノズルは、前記物品に向けて、前記ガス源から供給されるガスおよび前記レーザー源から供給される前記レーザービームを放出して、前記複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを前記物品に沿って所定のパターンでカットするよう構成されており、
前記レーザーカットシステムはさらに、
前記レーザービームによってカットされるそれぞれの物品を長手方向に保持する第１のステージであって、（ａ）前記物品に向けて前記ガスおよび前記レーザービームを放出している間に前記物品を軸回転させ、さらに、（ｂ）前記レーザービームが前記物品に対して放出される際に前記放出ノズルに対して前記物品を長手に移動させるように構成されている第１のステージと、
前記第１ステージで保持された前記物品に対して前記放出ノズルを相対的に移動させる第２のステージと、
前記レーザービームおよび前記ガス源のアクチュエーション、ならびに、前記第１のステージおよび前記第２のステージの移動を制御するコントローラと、
前記物品の内部に対して真空封止および真空を実現し、カットの実行中に前記物品からカットされるスラグを除去する真空源と
を備えるレーザーカットシステム。
【請求項２】
前記物品は管であり、前記レーザーカットシステムは、それぞれの壁に、および、それぞれの管の壁を貫通するように複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットして、流体から固体を濾過するよう構成されている濾過管を作製するよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項３】
前記第１のステージは、第１のサブステージおよび第２のサブステージを有し、前記第１のサブステージは、前記物品を軸回転させるよう構成されており、前記第２のサブステージは前記物品を長手に移動させるよう構成されており、前記第１のステージは前記第２のサブステージの上方に配置されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項４】
前記放出システムは、第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの両方は、前記レーザービームを方向付けるべく、回転可能なマウントを利用して回転するよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項５】
カメラおよびリレーレンズをさらに備え、前記カメラは、前記物品に対して相対的に前記放出ノズルの配置を決定することにより前記レーザービームの配置を決定するために前記放出ノズルの画像を撮像するよう構成されており、前記リレーレンズは前記カメラ用に前記放出ノズルの前記画像を結像させるよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項６】
前記レーザービームのうち前記物品をカットするために用いられたエネルギーの割合を測定するモニタリングデバイスをさらに備える、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項７】
冷却剤源および冷却剤放出ノズルを有する冷却剤格納部をさらに備え、前記冷却剤放出ノズルは、前記放出ノズルに隣接して配置されており、前記冷却剤放出ノズルは、前記物品のカットを実行している間に前記物品に対して冷却剤を放出するよう構成されている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項８】
前記長手方向に前記物品の移動をガイドするガイドトラックおよびボールベアリングをさらに備える、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、複数の行のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つが前記物品に設けられるように前記レーザービームに対して相対的に前記第１のステージの移動を制御するよう構成されており、カットされた後において隣接する行は互い違いになっている、請求項１に記載のレーザーカットシステム。
【請求項１０】
レーザーカットシステムを利用して物品に複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットする方法であって、前記レーザーカットシステムは、レーザービームを放出する放出システムを備え、前記放出システムは、レーザービームを供給するよう構成されているレーザー源と、少なくとも１つのミラーと、集光用対物レンズと、ガス源と、放出ノズルとを有し、前記放出ノズルは、前記物品に向けて、前記ガス源から供給されるガスおよび前記レーザー源から供給される前記レーザービームを放出して、前記複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを前記物品に沿って所定のパターンでカットするよう構成されており、前記レーザーカットシステムはさらに、前記レーザービームによってカットされるそれぞれの物品を長手方向に保持する第１のステージであって、（ａ）前記物品に向けて前記ガスおよび前記レーザービームを放出する間に前記物品を軸回転させ、および、（ｂ）前記物品を前記放出ノズルに対して長手に移動させるように構成されている第１のステージと、前記第１ステージで保持された前記物品に対して前記放出ノズルを相対的に移動させるための第２のステージと、前記レーザービームおよび前記ガス源のアクチュエーション、および、前記第１のステージおよび前記第２のステージの移動を制御するコントローラと、前記物品の内部に対して真空封止および真空を実現し、カットの実行中に前記物品からカットされるスラグを除去する真空源とを備え、前記方法は、
前記物品を前記第１のステージに載置することと、
前記第２のステージを利用して前記物品に対して相対的に前記放出ノズルを移動させることと、
前記コントローラを制御して、前記物品に向けて前記ガスおよび前記レーザービームを放出して、前記複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つを前記物品に沿って前記所定のパターンでカットすることと、
前記真空源を用いて前記物品の前記内部を通じて前記物品からカットされる前記スラグを除去することと
を含み、
前記コントローラは、前記レーザービームが放出されている間、前記第１のステージを利用して、前記物品が常に長手に移動し軸回転するよう、前記物品の移動を制御する、
方法。
【請求項１１】
前記レーザービームが放出されている間に前記物品を軸回転させて長手に移動させることで、前記物品にはらせん状のカットパターンでスロット、穴および孔のうち少なくとも１つがカットされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記物品は管であり、前記レーザーカットシステムは、それぞれの管の壁に、および、それぞれの管の壁を貫通するように複数のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つをカットして、流体から固体を濾過するよう構成されている濾過管を作製するよう構成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のステージは、第１のサブステージおよび第２のサブステージを有し、前記第１のサブステージは、前記物品を軸回転させるよう構成されており、前記第２のサブステージは前記物品を長手に移動させるよう構成されており、前記第１のステージは前記第２のサブステージの上方に配置されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記放出システムは、第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの両方は、前記レーザービームを方向付けるための回転可能なマウントを利用して回転するよう構成されており、前記方法はさらに、前記レーザービームを方向付けるために前記回転可能なマウントを中心に前記第１のミラーおよび／または前記第２のミラーのうち少なくとも一方を回転させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
カメラおよびリレーレンズをさらに備え、前記カメラは、前記物品に対して相対的に前記放出ノズルの配置を決定することにより前記レーザービームの配置を決定するために前記放出ノズルの画像を撮像するよう構成されており、前記リレーレンズは前記カメラ用に前記放出ノズルの前記画像を結像させるよう構成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザービームのうち前記物品をカットするために用いられたエネルギーの割合を測定するモニタリングデバイスをさらに備え、前記方法はさらに、前記カットの実行中に、前記レーザービームのうち前記物品をカットするために用いられたエネルギーの割合を測定することと、測定された前記エネルギーの割合に基づいて前記コントローラを利用して前記ガス源からの前記ガスおよび前記レーザービームのうち少なくとも一方を制御することとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
冷却剤源および冷却剤放出ノズルを有する冷却剤格納部をさらに備え、前記方法はさらに、前記冷却剤放出ノズルを利用して前記物品に対して、前記物品のカットを実行している間に、前記冷却剤を放出することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記長手方向に前記物品の移動をガイドするガイドトラックおよびボールベアリングをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記コントローラは、複数の行のスロット、穴および孔のうち少なくとも１つが前記物品に設けられるように前記レーザービームに対して相対的に前記第１のステージの移動を制御するよう構成されており、カットされた後において隣接する行は互い違いになっている、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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