JPH07204879A - レーザー加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カテーテル等の棒状物の、先端の複雑な非平
面に対しても、微細で精密な加工が可能なレーザー加工
方法及びその装置を提供すること。 【構成】 棒状物Ｂの先端部ｔが気密槽２内に露出する
ように該棒状物を気密槽の壁部に設けられた孔部Ｈに挿
通させた状態で、該先端部にレーザー光源１より透光性
部分３を通してレーザー光Ｌを照射して加工するレーザ
ー加工方法であって、該棒状物を上記孔部に直接的に又
はガイド管５を介して挿通するに際し、該棒状物を少な
くとも回転可能に且つ気密槽内を気密に保ち得るように
該孔部においてシール手段４を施与し、又、棒状物が管
状の場合はその中空通路にシール手段６を施与し、該棒
状物に対して少なくとも回転を制御しながら該先端部に
レーザー光を照射することを特徴とするレーザー加工方
法及びその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、棒状物の先端部にレー
ザー加工を施すための方法とその装置に関し、特に、該
棒状物がカテーテルである場合に、その先端部の平面・
非平面に対する微細な加工に有用なレーザー加工方法お
よびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外レーザーを用いたレーザーアブレー
ションや化学気相堆積法（レーザーＣＶＤ法）による成
膜等、真空あるいはガス等の雰囲気の中で、加工対象物
にレーザー光を照射し微細な加工を施す技術が知られて
いる。これらの加工では、加工対象物の周囲に上記雰囲
気を形成するために、加工対象物は気密槽内にセットさ
れ、この状態においてレーザー加工がなされる。例え
ば、レーザーＣＶＤ法による成膜では、図３に模式的に
示すように、加工対象物ｂを気密槽内の材料ガス雰囲気
ａ中にセットし、該加工対象物ｂの表面上に紫外レーザ
ー光Ｌを照射し、その照射した形状通りに材料Ａを堆積
させて成膜するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような特殊な雰
囲気中でのレーザー加工においては、同図のように、加
工対象面はレーザー光Ｌの光軸に垂直となるように配置
され、該加工対象物がＸ−Ｙ方向に移動することによっ
て任意形状に加工されるものが殆どである。従って、微
細で精密な描画や形状加工を施すためには、該加工対象
面が平面状であることが必要である場合が多い。

【０００４】加工対象物が気密槽に収容できないほどの
長い棒状物であって、その加工対象部が該棒状物の先端
部である場合、該加工対象部の周囲にのみ特定の雰囲気
を形成することは容易ではない。さらに、加工対象面
が、棒状物の先端部の側部曲面を含む非平面である場
合、上記加工を正確に施すことは困難であった。

【０００５】ところで、血管カテーテルによる血管内膜
剥離や、カテーテル先端が血管壁を内部から外部へ貫通
する血管穿孔等の事故を防止するために、カテーテル先
端用の触覚センサーの開発が行われている。例えば、該
触覚センサーは、カテーテル先端部に突起部とスリット
とを形成して易変形性とし、当該部位にストレインゲー
ジ用の導体パターンを設けて構成される。上記カテーテ
ル先端部のような複雑な形状の表面上に触覚センサーと
なる微細な導体パターンを直接形成するためには、レー
ザー等のビームプロセスを用いた微細加工技術が必要で
ある。ところが、前記のように、レーザービームによる
微細な形状加工・描画等は、通常加工対象面が平面状で
あることを必要とするため、カテーテル先端部のような
複雑な形状のものに対しては上記種々の加工を施すこと
は困難であった。本発明の目的は、棒状物の先端部のみ
に対しても加工上必要な雰囲気を容易に維持でき、か
つ、該先端部の加工対象面が複雑な非平面であっても、
微細で精密な加工が可能なレーザー加工方法を提供する
ことである。また、本発明の他の目的は、上記目的のレ
ーザー加工方法を好適に実施しうるレーザー加工装置を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー加工方
法は、以下の特徴を有してなるものである。 （１）棒状物の少なくとも先端部が気密槽内に露出する
ように該棒状物を気密槽の壁部に設けられた孔部に挿通
させた状態で、該気密槽内の雰囲気中において該先端部
にレーザー光を照射して加工するレーザー加工方法であ
って、該棒状物を気密槽内に挿入するに際し、該棒状物
を少なくとも回転可能に且つ気密槽内の気密を保ち得る
ように該孔部においてシール手段を施与し、該棒状物に
対して少なくとも回転を制御しながら該先端部にレーザ
ー光を照射することを特徴とするレーザー加工方法。 （２）棒状物を気密槽の壁部に設けられた孔部に挿通す
るに際し、該棒状物をガイド管に挿通して該棒状物と該
ガイド管との間隙をシールし、該ガイド管を該孔部に挿
通し該ガイド管が少なくとも回転可能に且つ気密槽内の
気密を保ち得るように該孔部においてシール手段を施与
するものである（１）記載のレーザー加工方法。 （３）棒状物が管状物であって、該管状物内の中空通路
に対してシール手段を施与し、気密槽内の気密を保つも
のである（１）又は（２）記載のレーザー加工方法。 （４）レーザー光を照射して施す加工が、化学気相堆積
法による加工対象物の表面への成膜である（１）記載の
レーザー加工方法。 （５）棒状物がカテーテルである（１）記載のレーザー
加工方法。また、本発明のレーザー加工装置は、以下の
特徴を有してなるものである。 （６）レーザー光源と気密槽とを有し、気密槽内におい
て加工対象物にレーザー光を照射して加工するレーザー
加工装置であって、気密槽は壁部にレーザー光照射のた
めの透光性部分を有するとともに、レーザー加工対象物
である棒状物を気密槽外から気密槽内へ挿入する孔部を
有し、さらに該孔部には、該棒状物の少なくとも先端部
を気密槽内に露出し得るよう該棒状物を直接的にまたは
ガイド管を介在させて少なくとも回転可能に挿通し且つ
気密槽内の気密を保ちうるシール手段を有することを特
徴とするレーザー加工装置。 （７）シール手段によって回転自在に保持され、且つ棒
状物を挿通しうるガイド管であって、棒状物を挿通した
際に棒状物とガイド管との気密性を保ちうるガイド管を
有する（６）記載のレーザー加工装置。

【０００７】以下、「棒状物を少なくとも回転可能に且
つ気密槽内の気密を保ち得るように孔部において施与さ
れるシール手段」を「回転導入機」という。回転導入機
は、上記のように、気密槽内に棒状物を外部から挿入し
先端部を該槽内に露出させるに際し、棒状物が該槽の壁
を貫通する部分に設けられるシール手段であって、少な
くとも該棒状物の長手軸を中心とした回転運動や、さら
には該長手軸方向への移動等の運動を妨げることなく、
かつ、気密槽内の気密性を保ち得るものである。回転導
入機の具体的な態様としては、Ｏリングの類やオイルシ
ール等の簡単な密封部品を用いるものや、これら種々の
密封部品を組み合わせて構成されるメカニカルシール等
の軸封装置、２段シールの中間部を差動排気するコンダ
クタンスを利用したもの、ベローズとその摺漕ぎ運動を
利用して回転運動を伝えるベローズ方式のもの、或いは
磁性流体と環状の磁石とを利用して軸の周囲に流動的な
シール構造を形成する軸封装置等が挙げられる。上記回
転導入機の種々の態様の中でも、磁性流体を利用する軸
封装置は、簡単な構造で軸の良好な運動性と高いシール
性とを共に満足させるものであり、好ましい密封手段で
ある。この磁性流体を用いた軸封装置の公知例として
は、特公昭６１−４３５８８「磁性流体軸封装置」に開
示されたものが挙げられる。

【０００８】本明細書でいう棒状物とは、円形・多角形
・環状・異形等の断面形状を問わず、また中空状であっ
てもよく、さらに軸方向に沿った断面形状の均一・不均
一を問わない全ての長尺物を意味し、その代表例として
は、例えばカテーテルが例示される。

【０００９】カテーテルは、循環器系、呼吸器系、消化
器系、泌尿器系、生殖器系などの適用領域やその使用目
的により、多種多様の構造と機能を有するものであり、
単純な管だけのものから、シングルルーメンチューブ又
はマルチルーメンチューブ等の構造をもって、液体の注
入・排出機能、ガイドワイヤ等のガイド機能、温度測定
機能、血圧・血液測定機能、化学分析機能、内視機能、
生体内の壁面に対する機械的加工機能、レーザーファイ
バーやバルーンなどの構造・機能を有するもの等が挙げ
られる。

【００１０】

【作用】本発明のレーザー加工方法は、上記のように、
気密槽の壁部に回転導入機を設け、該回転導入機を通し
て棒状の加工対象物を槽内へ挿入する方法を含むもので
ある。加工対象である棒状物は、その先端部が気密槽内
に露出するように、回転導入機内で保持される。この
時、該棒状物は少なくとも回転運動が自在であり、ま
た、目的に応じては軸方向移動も可能であり、同時に、
気密槽内の気密性は保たれている。この状態で、気密槽
内を真空や所望のガスを充填してなる適当な圧力に保
ち、棒状物の先端部に対してレーザー光を照射し、種々
のレーザー加工を行なう。上記レーザー加工において、
従来、気密槽全体の系がＸ−Ｙ方向に移動する動作であ
ったのに対し、棒状物だけを精密に定量だけ回転・軸方
向移動させる動作を新たに加えることによって、例え
ば、円筒の外周面を一周する方向に微細な矩形波状の回
路パターンを形成するなど、非平面に対する加工も高精
度に可能となる。

【００１１】棒状物が極めて柔軟な場合や、その断面が
多角形や複雑な異形であって、回転導入機内におけるシ
ールが困難な場合には、棒状物と回転導入機との間にガ
イド管を介在させて挿入する方法が好ましい。即ち、棒
状物をガイド管に挿通して該棒状物と該ガイド管との間
隙をシールし、該ガイド管を回転導入機に挿通し保持さ
せる方法である。このような方法によって、種々の棒状
物を回転導入機内で容易に保持することが可能となる。
なお、棒状物とガイド管との間隙のシールには、シリコ
ングリスやフォンブリングリス等のシーリンググリスの
他、Ｏリング等のシール部品が用いられる。

【００１２】棒状物が管状物である場合、該管状物内の
中空通路が気密槽内の気密性を損なわないように、該中
空通路にシール手段を施せばよい。また、棒状物がカテ
ーテルに用いられるようなポリマーチューブのように柔
軟なものであれば、上記ガイド管と栓とを併用すること
が好ましい。

【００１３】本発明のレーザー加工方法が有用となるレ
ーザー加工プロセスとしては、レーザーアブレーション
やレーザーＣＶＤ法，レーザーＰＶＤ法の他、赤外レー
ザーの熱による種々の形状加工法、その他レーザーエッ
チング，レーザードーピング，レーザーリソグラフィ等
が例示される。中でも、レーザーＣＶＤ法を用いて、カ
テーテル先端部の平面・非平面上に微細な回路パターン
やストレインゲージ、機能薄膜等を形成する加工プロセ
スに対しては、本発明のレーザー加工方法は最も有用な
ものとなる。

【００１４】以下、本発明のレーザー加工方法を好適に
実施しうるレーザー加工装置の例を挙げて、本発明の方
法及びその装置をさらに詳細に説明する。図１は、本発
明のレーザー加工装置の一実施例を部分的に断面で示す
模式図である。同図中、レーザー光は太い矢印で表して
いる。同図において、１はレーザー光源、２は気密槽で
あって、該気密槽２内において加工対象物である棒状物
Ｂの先端部ｔに対してレーザー光Ｌを照射し加工しうる
レーザー加工装置を示している。気密槽２は、壁部にレ
ーザー光照射のための透光性部分３を有するとともに、
レーザー加工対象物である棒状物Ｂを気密槽２外から気
密槽２内へ挿入する孔部Ｈを有し、さらに該孔部Ｈには
回転導入機４が設けられ、棒状物Ｂは加工対象部である
その先端部ｔが気密槽２内に露出するようガイド管５を
介在させて回転導入機４内を通過してセットされてい
る。このとき、気密槽２内の気密性は保たれ、かつ、棒
状物Ｂはガイド管５と共に回転可能となっている。

【００１５】上記例では、棒状物Ｂを回転導入機４に対
して直接的に挿通せず、ガイド管５を用いて挿通する場
合の構造例を示している。即ち、棒状物Ｂはガイド管５
に挿通され、棒状物Ｂとガイド管５との間隙はＯリング
とシーリンググリスとによってシールされ、該ガイド管
５が回転導入機４内を通過し気密槽２内の気密を保ちな
がら回転可能に保持される構造である。

【００１６】また、上記例は、上記棒状物Ｂが管状物で
ある場合を例示するものであり、該管状物内の中空通路
のために気密槽２内が大気開放される等、気密槽２内の
気密性が損なわれる場合に対応しうる構造例として、該
管状物内の中空通路にシール手段６が施与された状態を
示している。

【００１７】レーザー光源１には、ＫｒＦレーザーに代
表されるようなエキシマーレーザーや、ＹＡＧレーザー
等の固体レーザー、ガスレーザー等、公知のものを用い
ることができる。レーザー光源１の配設位置は気密槽２
の槽内外を問わないが、通常は気密槽２の外部に置かれ
る。

【００１８】上記気密槽２は、該槽内を低圧や高圧に保
ちうるものであればよく、形状は、直方体や立方体のほ
か円筒，半円筒，球，半球等、どの様なものであっても
よい。また、壁部を形成する材料は、真空及び圧力槽と
しての機械的強度，気体の透過性，蒸気圧および気体放
出特性を満足するものであればよい。気密槽２の壁部に
設けられる透光性部分３は、レーザー光源１が気密槽２
の槽外にある場合、レーザー光Ｌを該レーザー光源１か
ら気密槽２内の加工対象面まで到達させうるものであれ
ばよい。例えば、代表的な態様として、レーザー光Ｌの
波長・強度，真空及び圧力槽としての機械的強度，気体
の透過性，蒸気圧および気体放出特性耐圧と気密性を考
慮した上で、壁部の一部または全部をＭｇＦ₂，Ｌｉ
Ｆ，ＣａＦ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ 等によって形成し
た透明な窓状の構造が挙げられる。また、外部のレーザ
ー光源１から気密槽２内の加工対象面までレーザー光Ｌ
を導くように、光導波路が壁部を貫通するような構造も
透光性部分の態様の一つである。

【００１９】ガイド管は、材質，形状等、特に限定され
るものではないが、回転導入機のシール構造が磁性流体
を用いるものであって、ガイド管の磁性が必要である場
合は、鉄等の磁性体を用いる。

【００２０】シール手段６は、管状物内の中空通路をシ
ールしうるものであればよいが、所謂、栓として孔をふ
さぐ態様のものが好ましい。栓の材料には、高純度石英
ガラス，ステンレス鋼，アルミニウム及びアルミニウム
合金等からなるものを用いることが熱応力，ガス透過等
の点から好ましい。

【００２１】上記例では、気密槽２をレーザー光Ｌの光
軸に垂直な平面方向（図２中、矢印Ｘ，Ｙ方向）に自在
に移動でき、鉛直方向の軸を中心として自在に回転（図
１，図２中、回転を示す矢印α）が可能な付加装置であ
る精密微動ステージＳと、ガイド管５を介して棒状物Ｂ
に精密な軸中心の回転（図１，図２中、回転を示す矢印
θ）を与え得る付加装置である回転ステージＲとを付与
する装置例を示している。精密微動ステージＳは、気密
槽側又はレーザー光源側のいずれに付与されるものであ
ってもよい。回転ステージＲは、本発明の長所であると
ころの棒状物Ｂに与えられた回転の自由を、十分に活用
するための装置であって、棒状物Ｂに対して任意の回転
を与え得るものである。回転ステージＲは、ギアやプー
リー等の伝達機構を用いたものや、ステッピングモータ
ーやサーボモーター等回転制御が可能なもの等、種々の
機構が例示されるが、任意の角速度をもって任意の角度
だけ回転させ得るものが好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、本発明のレーザー加工方法及びその装
置による加工実例を示す。本実施例では、図１に示すレ
ーザー加工装置を用い、ポリウレタンからなるカテーテ
ル用チューブを加工対象物の棒状物として、該カテーテ
ル用チューブの先端部の表面上に、レーザーＣＶＤ法の
プロセスによりパラジウムを微細な回路パターン状に堆
積させた。加工手順は以下の通りである。図１に示すよ
うに、カテーテル用チューブＢを回転導入機４に挿入
し、該カテーテル用チューブＢの先端部ｔを気密槽２内
に露出させ、パラジウムによる回路パターン形成のため
の原料ガスであるＰｄ（Ｃ₅ ＨＦ₆ Ｏ₂ ）₂ によって気
密槽内に雰囲気を形成した。この状態で、該カテーテル
用チューブＢの先端部ｔに対してＡｒレーザー光Ｌを照
射し、固定された該レーザー光Ｌの光軸に対して、気密
槽全体とカテーテル用チューブとを以下に示す様に移動
させ、回路パターンの形成加工を施した。図２は、回路
パターン形成の状態を模式的に示す斜視図である。同図
では、便宜上、カテーテル用チューブＢに対して中心線
を記入している。図１および図２（ａ），（ｂ）に示す
ように、精密微動ステージＳを用いて、カテーテル用チ
ューブの長手軸方向と該軸に垂直な方向との間の任意の
角度からＡｒレーザー光Ｌを照射できるように気密槽を
α方向に回転制御し、また、気密槽全体をＸ−Ｙ方向に
任意の軌跡を描くように移動させた。さらに、回転ステ
ージＲを用いて、カテーテル用チューブＢのみをθ方向
に回転させた。以上のように、精密微動ステージＳに対
して回転ステージＲを連動的に付加できたことによっ
て、Ａｒレーザー光Ｌの照射点の軌跡を自在に制御し得
た結果、カテーテル用チューブＢの先端部ｔの端面と外
周側面にわたるような複雑な面に対して、図２に示すよ
うな連続的で精密なパターン形状が描画でき、パラジウ
ムからなる回路パターンＰが得られた。

【００２３】上記実施例によって、本発明のレーザー加
工方法及びその装置が、棒状物の先端部の平面・非平面
に対してレーザー加工を施す場合に有用な加工方法及び
加工手段となり、特に、カテーテルやカテーテル用チュ
ーブの先端部の平面・曲面に対して、ストレインゲージ
などの矩形波パターンや配線パターンが容易に形成でき
ることが確認できた。

【００２４】

【発明の効果】本発明のレーザー加工方法は、気密槽内
に棒状物の先端部を露出させる際に、棒状物を少なくと
も回転可能に保持しながらも、気密槽内の気密性を損な
わないように、回転導入機を用いて棒状物の挿通状態を
維持するものであるために、棒状物の先端部の周囲に対
しても加工上必要な雰囲気を容易に形成でき、かつ、該
先端部の加工対象面が複雑な非平面であっても、棒状物
を自在に回転させることによって、微細で精密な加工が
可能となる。本発明のレーザー加工方法によって、特
に、カテーテルやカテーテル用チューブ先端部の端面・
外周を含む非平面に対して、センサーや回路を形成する
ことが容易となった。また、本発明によるレーザー加工
装置は、上記本発明のレーザー加工方法を最も好ましく
実施しうる装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザー加工装置の一例を部分的に断
面で示す模式図である。

【図２】材料ガス中における回路パターン形成の状態を
模式的に示す斜視図である。

【図３】従来のレーザーＣＶＤ法による成膜を模式的に
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ レーザー光源 ２ 気密槽 ３ 透光性部分 ４ 回転導入機 ５ ガイド管 ６ シール手段 Ｂ 棒状物 Ｈ 孔部 ｔ 棒状物の先端部 Ｌ レーザー光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状物の少なくとも先端部が気密槽内に
   露出するように該棒状物を気密槽の壁部に設けられた孔
   部に挿通させた状態で、該気密槽内の雰囲気中において
   該先端部にレーザー光を照射して加工するレーザー加工
   方法であって、該棒状物を上記孔部に挿通するに際し、
   該棒状物を少なくとも回転可能に且つ気密槽内を気密に
   保ち得るように該孔部においてシール手段を施与し、該
   棒状物に対して少なくとも回転を制御しながら該先端部
   にレーザー光を照射することを特徴とするレーザー加工
   方法。
2. 【請求項２】 棒状物を気密槽の壁部に設けられた孔部
   に挿通するに際し、該棒状物をガイド管に挿通して該棒
   状物と該ガイド管との間隙をシールし、該ガイド管を該
   孔部に挿通し該ガイド管が少なくとも回転可能に且つ気
   密槽内の気密を保ち得るように該孔部においてシール手
   段を施与するものである請求項１記載のレーザー加工方
   法。
3. 【請求項３】 棒状物が管状物であって、該管状物内の
   中空通路に対してシール手段を施与し、気密槽内の気密
   を保つものである請求項１又は２記載のレーザー加工方
   法。
4. 【請求項４】 レーザー光を照射して施す加工が、化学
   気相堆積法による加工対象物の表面への成膜である請求
   項１記載のレーザー加工方法。
5. 【請求項５】 棒状物がカテーテルである請求項１記載
   のレーザー加工方法。
6. 【請求項６】 レーザー光源と気密槽とを有し、気密槽
   内において加工対象物にレーザー光を照射して加工する
   レーザー加工装置であって、気密槽は壁部にレーザー光
   照射のための透光性部分を有するとともに、レーザー加
   工対象物である棒状物を気密槽外から気密槽内へ挿入す
   る孔部を有し、さらに該孔部には、該棒状物の少なくと
   も先端部を気密槽内に露出し得るよう該棒状物を直接的
   にまたはガイド管を介在させて少なくとも回転可能に挿
   通し且つ気密槽内の気密を保ちうるシール手段を有する
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
7. 【請求項７】 シール手段によって回転自在に保持さ
   れ、且つ棒状物を挿通しうるガイド管であって、棒状物
   を挿通した際に棒状物とガイド管との気密性を保ちうる
   ガイド管を有する請求項６記載のレーザー加工装置。