JPH0688151B2 - 側壁に孔を有する細管の製法および製造装置 - Google Patents

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、一度突き刺す
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ー加工機を利用する
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、スリ鉢状の孔と
なって側壁を貫通しないか、たとえ貫通しても所望の孔
径をうることができないという問題がある。たとえば外
径0.4mmのステンレスパイプのばあい、光束の20μｍ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、加光時の残光がつ
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ることは不可
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、 （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、 （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
確な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）はレーザー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
バー部（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）とカバー部（６）の間に押え板
（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（10）がたがいに平行に、等ピッチで多数形成さ
れている。

溝（10）の深さは第４図に示すように加工しようとする
細管（11）を収容したときに細管（11）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（10）の形状はとくに限定されず、細管（11）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−ブタジエンゴムなどからなるゴム状の弾
性片（12）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（11）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、カバー部（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（13）が設けられている。このものは第２図に
示すようにカバー部（６）に形成されるネジ孔に螺入さ
れるネジ（15）とロックナット（14）とから構成されて
いる。ネジ（15）の先端は押え板（７）の上端に当接さ
れている。

前記カバー部（６）の垂直壁の内面（6a）は細管（11）
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
（18）が固定されており、ダミー板（18）には前述の細
管（11）を挿入させるための溝（10）と一対一に対応す
るスリット（19）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（18）の上下にはスリット（19）の位置
を検出するための発光ダイオードなどの光源（20）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（21）はスリット（19）
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（21）がスリット（19）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
（21）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（株）東芝製のLAY−601
Cを用いるばあい、タイムラグは約10msecであるので、
テーブル（１）の移動速度が50mm/sec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。

つぎに叙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うる。

第１図に示すように載置台（３）およびダミー板（18）
はたとえば溝（10）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（10）内に１本ずつ注射針の
素材である細管（11）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（X₁）方向に移動させる。

それにより光センサ（21）がスリット（19）を通ってく
る光源（20）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（X₁）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0.2×10^-3〜１×10^-3sec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（1
6）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。

叙上の方法により、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（11）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（11）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（11）を一斉に矢印（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（10）
を好ましくはＶ字状の溝など、細管（11）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。

つぎに叙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（11）が所定
角度だけ回転するように矢印（Ｐ）方向にすべらせる。
押え板（７）の移動距離Ｌは細管の回転角度（rad）を
θとし、外径をＤとするとＬ＝1/2Dθである。押え板
（７）の移動によりすべての細管（11）が溝（12）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（11）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（11）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
ーザー光を散乱・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（11）の端部（11a）を挾持するため
の軟質のゴム部材（23）と、ゴム部材（23）の裏面側を
囲むように設けた壁材（24）、（25）と、その内部に挟
み込まれる給液口（26）を有するブロック（27）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
（28）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（23）で細管（11）の端部（11
a）を把持し、ブロック（27）の給液口（26）から壁材
（24）、（25）とブロック（27）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（11）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。

叙上のごとく給液構造において液体の流れる流路を細管
（11）内のみに限定するのは、細管（11）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１ レーザー加工機として、（株）東芝製のLAY−601C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0.2mmのSUS304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100μｍであり、１個所につき周方
向に120°の間隔で３個、軸方向に2.5mmピッチで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30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500mmHgの懸濁液を流した。。

孔明け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ることができた。

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
（株）東芝製のLAY−601Cであった。ダミー板およびセ
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1.2mm、内径0.6mm、長さ100mm
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、TiO₂の懸濁液を供給圧力50
0mmHgで流しながら、軸方向のピッチ10.0mm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）：ベース部 （７）：押え板 （10）：溝 （11）：細管 （12）：弾性片 （18）：ダミー板 （19）：スリット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。