JPH0263690A - 側壁に孔を有する細管の製法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は側壁に孔を有する細管の製法および製造装置に
関する。さらに詳しくは、レーザーを利用して細管の側
壁を迅速に穿孔し、側壁に孔を有する細管を効率的に多
量生産するための製法および製造装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、たとえばインシュリンを人体へ注入したり麻
酔薬を歯茎へ注入するばあいは、ある拡がりをもった領
域の何か所かに分散させて注入し、吸収を早めたり生体
の負担を軽くすることがある。そのようなばあいに何度
も注射針を突き刺すと患者の苦痛が大きい。かかる問題
を解消するため、たとえば米国特許第 ４．４１１，６５７号明細書や米国特許第３，５３０，
４９２号明細書には、−度突き刺すだけで複数個所へ薬
液を注入することができるように、先端が閉じて側壁に
複数の孔を有する注射針を用いることが提案されている
。

そのような注射針は、たとえば、グラインダで細管の側
壁を接線方向に削ることにより製造される。

さらにアンモオキシデーション反応のごとき管内におけ
る反応を均一にするために、側壁に複数の孔を有する細
管を通じて添加液や気体を供給することがある。

そのような細管についても従来は研削、ドリリングなど
の方法で生産されている。

［発明が解決しようとする課題］ 研削やドリリングにより穿孔するばあいは生産能率が低
く、しかも細管の微粉が中空部内に滞留するという問題
がある。

一方、細管の側壁を穿孔するため、従来より金属板など
の精密加工に用いられているレーザ加工機を利用するこ
とが考えられる。しかし本発明が対象としている細管は
表面が曲面となっているため、レーザー光が中心から外
れると反射してエネルギ効率が下り、スリ林状の孔とな
って側壁を貫通しないか、たとえ貫通しても所望の孔径
をうろことができないという問題がある。たとえば外径
０　、４　ｍｍのステンレスパイプのばあい、光束の２
０廁の偏りが加工精度に影響する。

なお前記反射による問題を避けるために細管を染色した
り、艶消しを施したりする方法も考えられるが、それら
の塗布や除去を行なう工程が別途必要となり、好ましく
ない。

細管の中心に正確にレーザーを照射するためには、細管
を載置したテーブルを移動し、細管がレーザーの焦点位
置に来たときにテーブルを停止させてレーザーパルスを
発射する方法が考えられる。

さらに多数の細管を低コストで処理しようとするばあい
には、連続的にレーザーの焦点位置を通過する細管をセ
ンサで捕えてタイミングよくパルスを発射するという高
能率の方法も考えられる。

ところで細管の位置は通常輝線となるので精度よく検出
できるが、１秒に５パルス、すなわち１秒に５個所もの
高速の穿孔加工を行なおうとすると、加光時の残光かつ
ぎの細管の位置検知に影響を与える。そのため前記いず
れの方法においても細管から直接情報をうろことは不可
能となり、加工速度をあげることができない。

本発明はかかる問題を解消し、複数の細管の高能率で精
度のよいレーザーによる穿孔加工を可能とする製法およ
び製造装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の側壁に孔を有する細管の製法は、（ω２軸方向
で位置決めしうるテーブルを備えたレーザー加工機の前
記テーブル上に、複数の細管を整列状態で固定し、該細
管と一対一で対応する標識をテーブルに固定し、前記標
識を読み取るためのセンサを配置する準備工程と、■異
なる細管にレーザーの焦点が順に当たるようにテーブル
を移動させながら、センサが標識を読み取ったときにレ
ーザーを照射して細管の側壁に孔を穿つ加工工程 とから構成される。

さらに本発明の製造装置は、 （ω２軸方向で位置決めしうるテーブルを備えたレーザ
ー加工機と、 （ｂ）前記テーブル上に固定される、複数の細管を整列
状態で支持するための溝を備えた載置台と、（ｃ）前記
溝と一対一の位置関係で対応するようにテーブル上に設
けられる標識と、 （ｄ）該標識を読み取るためのセンサと、（ｅ）該セン
サからの信号に応じてレーザーを発光させる指示系統 とから構成される。

［作　用］ 本発明の製法においては細管を直接センサで検出せず、
細管と一体に移動する標識をセンサで検出する。そのた
め加工時の残光があっても標識の検出には影響せず、１
秒に５パルス以上の高速で加工することができる。

さらに位置検出が正確にできるので、細管の中心部に正
確にレーザー光を照射することができ、孔の径の精度が
高い。さらに散乱の影響を少なくして高いエネルギ効率
で加工することができる。

また加工時に細管内に液体、とくに着色または懸濁させ
た液体を流しておくと、レーザー光が後壁を損傷するこ
とがない。

さらにレーザーのレンズ側から空気を吹きつけておくと
、蒸発した液体などがレンズを損傷することがない。

［実施例］ つぎに図面を参照しながら本発明の製法および製造装置
を説明する。

第１図は本発明の製造装置の一実施例を示す斜視図、第
２図は第１図に示す装置の要部断面図、第３図および第
４図はそれぞれ本発明にかかわる細管載置台の一例を示
す要部斜視図および拡大正面図、第５図および第６図は
それぞれ本発明にかかわる給液構造の一例を示す正面図
および断面図、第７図および第８図はそれぞれ第５〜６
図に示す給液構造の使用状態を示す正面図および断面図
、第９図は本発明の製法の一実施例を示す工程図である
。

第１図において（１）はレーザ加工機のテーブルであり
、テーブル（１）は矢印（Ｘ）および矢印（Ｙ）で示す
２軸方向に独立に移動させうる。移動パターンについて
は数値制御などによりあらかじめプログラムしておくこ
とができる。さらにテーブル（１）の上方には下端に集
光レンズを備えたレーザー照射器（２）が配置されてい
る。

テーブル（１）の上には断面コ字状の細管載置台（以下
、載置台という）（３）が固定されている。

載置台（３）は第２図に示すようにブロック状のベース
部（４）を有しており、そのベース部の一端にＬ字状の
カバ一部（６）がヒンジ（５）により開閉自在に連結さ
れ、ネジ（５ａ）でベース部（４）に固定されている。

さらにベース部（４）とカバ一部（６）の間には押え板
（７）が移動自在に介在されている。

第３図に示すようにベース部（４）には３本の浅い溝（
８）が形成されており、残っている細い３本の凸部（９
）には第３〜４図に示すようなＶ字状ないしは台形状の
溝（転）がたがいに平行に、等ピッチで多数形成されて
いる。

溝（至）の深さは第４図に示すように加工しようとする
細管０１）を収容したときに細管０１）の上部が半分よ
り少なく凸部（９）の上面から突出するのが好ましい。

また溝（ト）の形状はとくに限定されず、細管０１）を
確実に支持することができ、加工しうる形状であればど
のような形状でもよい。

押え板（７）の下端には天然ゴム、イソプロピレンゴム
、スチレン−ブタジェンゴムなどからなるゴム状の弾性
片０力が固着されており、それにより後述するように多
数の細管（Ｉｌｌを確実に押えつけることができる。

第２図に詳細に示すように、カバ一部（６）には押え板
（７）の加圧力および平行度を調節するための複数本の
調節部材日が設けられている。このものは第２図に示す
ようにカバ一部（６）に形成されるネジ孔に螺入される
ネジ日とロックナツト０４）とから構成されている。ネ
ジ旧の先端は押え板（７）の上端に当接されている。

前記カバ一部（６）の垂直壁の内面（６ａ）は細管０υ
の端部を当接させて多数の細管を整列させるために利用
される。

第１図に示すように前記載置台（３）上にはダミー板０
８が固定されており、ダミー板（ト）には前述の細管０
１）を挿入させるための溝（至）と一対一に対応するス
リット（至）が標識として形成されている。

なお標識としてはスリットのほか孔、ストライプなどを
用いることができる。

さらにダミー板（ト）の上下にはスリット０９の位置を
検出するための発光ダイオードなどの光源囚とフォトト
ランジスタなどの光センサ（２１）とが設けられている
。なお光センサとしては透過式、反射式のいずれも用い
ることができる。光センサ囲はスリット０９を感知した
ときにレーザーの発光を行なわせる指示系統（図示され
ていない）に接続されている。

なお光センサ（２ＤがスリットＯｇを検出してからレー
ザーの発射までのタイムラグがあるので、光センサ（２
１）はそのタイムラグの分だけ速くスリットを読み取る
位置にセットしておく。

たとえばレーザー加工機として■東芝製のＬＡＹ−６０
ＩＣを用いるばあい、タイムラグは約１０１１ｓｅｃで
あるので、テーブル（１）の移動速度が５０　ｍｍ／ｓ
ｅｃであれば０．５ｍｍ前にセンサをセットする必要が
ある。

なお以上はテーブルの移動が横方向に摺動するばあいの
例であるが、テーブルが回転するいわゆる極座標型のと
きは、角速度で計算をすればよい。

つぎに斜上のごとく構成される装置を用いて多数の側壁
に孔を有する細管を製造する方法を説明する。なお以下
の説明では細管として注射針を例にあげているが、他の
細管であっても同じ方法で穿孔しつる。

第１図に示すように載置台（３）およびダミー板Ｏａは
たとえば溝復をテーブルの一方の移動方向（Ｙ）に沿わ
せるようにテーブル上に固定される。

つぎにベース部（４）の溝（財）内に１本ずつ注射針の
素材である細管０１）を配列させ、押え板（７）で固定
する。とくに細管など曲りやすいものについては先端を
押える押え板が有効である。

ついでテーブル（１）を矢印（ｘｌ）方向に移動させる
。

それにより光センサ（２１）がスリット（至）を通って
くる光源■の光を受けるごとにレーザー照射器（２）が
レーザーパルスを発射し、１パルスごとに１本の細管を
穿孔し、矢印（ｘｌ）方向の移動が完了した時点ではす
べての細管の穿孔が完了している。なお１パルスの加工
時間は０．２Ｘ　１０→〜Ｉ　Ｘ　１０’　ｓｅｅとほ
ぼ瞬間的に行なわれるので、テーブル（１）が移動して
いてもほとんど加工時間による影響はない。また前述の
ように光センサ（ト）の位置がテーブル（１）の移動速
度およびセンサの検出からレーザーの発射までのタイム
ラグに応じてずらされているので、きわめて正確な穿孔
作業を行なうことができる。

斜上の方法により、１本の細管について１個の孔を高速
で穿設することができるが本発明はかかるばあいに限定
されるものではない。たとえば前述のように多数の孔を
有する注射針や管内反応用細管のようなばあいは、軸方
向および円周方向に分散した多くの孔を形成する必要が
あるばあいが多い。細管の軸方向の異なる位置に複数個
の孔をあけるばあいは単にテーブル（１）を第１図の矢
印（Ｙ）方向に移動させることで対応できるが、円周方
向については以下に示す方法で細管０１）を回転させ、
それにより軸方向および円周方向に分散する多数の孔を
効率よく穿設しうる。

第１図における押え板（７）は単に細管ＣＩ＋）を固定
するだけでなく、第４図に示すように矢印（Ｐ）方向に
動かすと、細管０１）を−斉に矢印（Ｑ）方向に回転さ
せることができる。

そのような回転操作を行なわせるためには前記溝（至）
を好ましくはＶ字状の溝など、細管０１）を回転しやす
いように支持する形状としておく。

さらに前記押え板（７）の端部に、モータとラック・ピ
ニオンを組み合わせた往復駆動のアクチュエータを連結
しておく。なおアクチュエータとしてはソレノイドアク
チュエータ、エアシリンダなどを利用しうる。

つぎに斜上のごとく構成される回転機構を備えた載置台
を用いて軸方向および円周方向に複数個の孔を形成する
方法を説明する。

まず第９図の上段に示すように１本の細管につき１個の
孔を穿設する方法を前述の方法と同じようにして全部の
細管について行なう。

ついで第４図のように押え板（７）を細管０１）が所定
角度だけ回転するように矢印ＣＰ）方向にすべらせる。

押え板（７）の移動距離りは細管の回転角度（ｒａｄ）
をθとし、外径をＤとするとＬ−４Ｄθである。押え板
（′７）の移動によりすべての細管０１）が溝０２）内
で矢印（Ｑ）方向に回転させられる。

ついでテーブル（１）をもとの位置に戻し、再び全部の
細管０１）について穿孔加工を行なう。

なおもとの位置に戻す操作は回転と同時に行なってもよ
い。

引きつづき第３の孔などを穿設し、同一部位における穿
孔を終了する。

ついでテーブル（１）を細管旧）の軸方向（第１図では
矢印（Ｙ）方向）に移動させ、必要に応じて回転させた
うえで第２の部位での加工を行なう。

さらに同じようにして第３、・・・・・・第ｎの部位の
加工を行なって全部の加工を終了する。

なお孔は各部位ごとに１個ずつであってもよい。

第１図の例ではテーブルは矢印（Ｘ）−（Ｙ）方向の直
角座標系を採用しているが、テーブルを矢印（Ｘ）方向
にのみ移動自在とし、レーザー照射器（２）を矢印（Ｙ
）方向に移動自在としてもよく、全体として２軸の位置
決め操作を行なうことができればよい。

さらにテーブルを回転自在とし、レーザー照射器（２）
を半径方向に移動自在とするいわば極座標形式の２軸位
置決め制御としてもよい。

また第１図ではレーザー照射器（２）は１基だけ設けら
れているが、必要に応じて２基またはそれ以上設けても
よい。

つぎに細い注射針のようにとくに細い細管を製造するば
あいに好ましい加工方法を説明する。

通常の細い注射針ではレーザー光は細管の上側の側壁（
以下、前壁という）に孔を開けた余力で反対側の側壁（
以下、後壁という）をも損傷することがある。かかるば
あいは、その部位も加工すべき部位であるばあいは別と
して、細管に液体を流通させ、細管内に入ってくるレザ
ー光を散乱・吸収させるのが好ましい。液体としては通
常は水を用いるが、有機液体、無機液体のいずれも使用
しうる。さらに着色液または有機物質または無機物質を
有機液体または無機液体に含ませた懸濁液、分散液ある
いは乳濁液を使うとレーザー光の散乱・吸収が充分に行
なわれるのでさらに好ましい。

液体を細管内に流入させるため、たとえば第５〜６図に
示すように、細管０１）の端部（ｌｌａ）を挾持するた
めの軟質のゴム部材のと、ゴム部材（社）の裏面側を囲
むように設けた壁材Ｑ４、四と、その内部に挟み込まれ
る給液口（５）を有するブロック面とから構成される給
液構造を採用しうる。

なお第５〜６図の印はシール部材である。

第５〜６図に示す給液構造を使用するには、第７〜８図
に示すようにゴム部材ので細管０１）の端部（ｌｌａ）
を把持し、ブロック口の給液口のから壁材Ｑ４、ムとブ
ロック口との間の空間に液体を流し込めばよい。

なおかかる給液構造を採用するばあいは細管０１）の先
端を封止せずにフリーとしておき、流入された液体を自
由に流出させるようにしておく。

それにより細管内の空気の排出と給液が確実になると共
に、すぐれた洗浄および冷却効果もえられる。すなわち
加工により生ずる微細な金属粉が洗い流され、レーザー
の熱による細管の変形などが防止される。したがってか
かる方法によれば金属管だけでなく、合成樹脂製の細管
をも穿孔することができる。

斜上のごとく給液構造において液体の流れる流路を細管
０１）内のみに限定するのは、細管０１）の表面に液体
が流れたり付着するとレーザ加工が妨げられるからであ
る。

細管内に液体が流れているばあいにレーザーが側壁を貫
通すると、液圧でその孔から液体が噴き出したり、レー
ザーの加熱で液体が気体となって出てくることがある。

かかるばあいはレーザーの焦点の斜め上に、加工してい
る部位に向けて空気などの気体、好ましくは窒素などの
不活性ガスを吹き付けるノズルを設け、液体やその気化
ガスがレーザのレンズにかかるのを防止するのが好まし
い。

つぎに具体的な実施例をあげて本発明を説明する。

実施例ル レーザー加工機として、■東芝製のＬＡＹ−８０ＩＣを
用いた。このものはＹＡＧ固体結晶レーザーを使ったシ
ステムを備えている。

加工対象として直径０．４ｍｍ、内径０．２＋ｎｍのＳ
ＵＳ　３０４製の細管を長さ２５ｍｍに切断したものを
用いた。

形成した孔は、直径１００胴であり、１個所につき周方
向に１２０°の間隔で３個、軸方向に２．５關ピツチで
３個所、１本の細管につき合計９個の孔を形成した。す
なわちテーブルは９回往復させた。

加工速度は１秒間に８０パルス、すなわち１個所の孔に
つき６００本の細管の加工を行なうのに２０秒であった
。加工中細管内には供給圧力が５００■Ｈｇの懸濁液を
流した。。

孔明は加工の後は先端を研磨加工、洗浄および封止する
ことにより注射針をうろことができた。

実施例２ 使用したレーザー加工機は実施例１のばあいと同じく■
東芝製のＬＡＹ−６０ＩＣであった。ダミ板およびセン
サも実施例１のばあいと同じものを用いた。

加工する細管として外径１．２關、内径０．６關、長さ
１００關のポリ塩化ビニルチューブを用いた。

チューブの焦点位置の近くを押え棒で固定し、ＴｌＯ２
の懸濁液を供給圧力５００ａａ＋Ｈｇで流しながら、軸
方向のピッチｌＯ，Ｏｍｍで、１個所について１個、そ
れぞれ９０″回転させながら細管１本につき４個の孔を
穿孔したところ、充分満足できる精度のものをえた。

［発明の効果］ 本発明の製法により側壁に孔を有する細管を効率的に製
造することができる。しかも加工精度が高い。さらに細
管内に給液を行ないながら加工することにより、冷却お
よび洗浄作用を行なわせながら後壁を損傷することなく
加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造装置の一実施例を示す斜視図、第
２図は第１図に示す装置の要部断面図、第３図および第
４図はそれぞれ本発明にかかわる細管載置台の一例を示
す要部斜視図および拡大断面図、第５図および第６図は
それぞれ本発明にかかわる給液構造の一例を示す正面図
および断面図、第７図および第８図はそれぞれ第５〜６
図に示す給液構造の使用状態を示す正面図および断面図
、第９図は本発明の製法の一実施例を示す工程図である
。 （図面の主要符号） （１）：テーブル （２）：レーザー照射器 （３）：載置台 （４）二ベース部 （７）：押え板 （１０）：溝 旧）： 細管 ０り： 弾性片 ０８＝ダミー板 （社）ニスリ ド 特 許

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（ａ）２軸方向で位置決めしうるテーブルを備えた
   レーザー加工機の前記テーブル上に、複数の細管を整列
   状態で固定し、該細管と一対一で対応する標識をテーブ
   ルに固定し、前記標識を読み取るためのセンサを配置す
   る準備工程と、 （ｂ）異なる細管にレーザーの焦点が順に当たるように
   テーブルを移動させながら、センサーが標識を読み取っ
   たときにレーザーを照射して細管の側壁に孔を穿つ加工
   工程 とからなる側壁に孔を有する細管の製法。 ２　テーブルの移動速度およびセンサによる標識の読み
   取りからレーザーの発射までに要する時間に応じて、あ
   らかじめセンサまたは標識の位置をずらせた状態でセッ
   トしておく請求項１記載の製法。 ３　前記加工工程の後、さらに細管を回転させ、ついで
   細管の異なる部位を穿孔する工程を有する請求項１記載
   の製法。 ４　前記加工工程中に細管内に液体を流通させる請求項
   １記載の製法。 ５　前記加工工程中にレーザー照射器の近辺から加工し
   ている部位に向けて気体を噴出させる請求項４記載の製
   法。 ６　（ａ）２軸方向で位置決めしうるテーブルを備えた
   レーザー加工機と、 （ｂ）前記テーブル上に固定される、複数の細管を整列
   状態で支持するための溝を備えた載置台と、 （ｃ）前記溝と一対一の位置関係で対応するようにテー
   ブル上に設けられる標識と、 （ｄ）該標識を読み取るためのセンサと、 （ｅ）該センサからの信号に応じてレーザーを発光させ
   る指示系統 とからなる側壁に孔を有する細管の製造装置。 ７　前記標識が孔またはスリットからなり、前記センサ
   が孔またはスリットを通過してくる光源の光を感知する
   光センサである請求項６記載の装置。 ８　細管の一端から細管内に液体を注入する給液手段を
   備えている請求項６記載の装置。 ９　レーザー照射器の近辺から細管の穿孔部位へ向けて
   気体を吹きつけるためのノズルを備えた請求項８記載の
   装置。