JP2006326615A - Laser beam machining method and apparatus - Google Patents

Laser beam machining method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2006326615A
JP2006326615A JP2005150895A JP2005150895A JP2006326615A JP 2006326615 A JP2006326615 A JP 2006326615A JP 2005150895 A JP2005150895 A JP 2005150895A JP 2005150895 A JP2005150895 A JP 2005150895A JP 2006326615 A JP2006326615 A JP 2006326615A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal pipe
laser
laser beam
pipe
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005150895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masateru Higure
昌輝 日暮
Shigeyuki Sakurai
茂行 櫻井
Yoshiya Nagano
義也 長野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Hitachi Construction Machinery FineTech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd, Hitachi Construction Machinery FineTech Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP2005150895A priority Critical patent/JP2006326615A/en
Publication of JP2006326615A publication Critical patent/JP2006326615A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method and apparatus for reducing thermal damage on the inner wall face of a pipe opposing to a machining face, for suppressing the deposit of spatters onto the inner wall face of the pipe, and for reducing burrs sticking to the cut part of the inner wall face of the pipe and dispensing with washing of the metallic pipe after laser beam machining, in cutting out an arbitrary pattern on the cylindrical face of the metallic pipe as a workpiece by laser beam machining. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus is equipped with a machining table 2 for holding the metallic pipe 1 as the workpiece, a laser oscillator 21, and a nozzle 22 for emitting a laser beam 23. In performing laser beam machining, a gas 35 containing dry ice particles 36 supplied from a dry ice injection controller 31 is injected from an injection nozzle 34 to the hollow part of the metallic pipe 1. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属パイプ状の被加工物に対して、その円筒面の外部表面にレーザ光線を集光して切断し、ステント等の微細なパイプ状金属製品を生成するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing method and laser processing for producing a fine pipe-shaped metal product such as a stent by condensing and cutting a laser beam on an outer surface of a cylindrical surface of a metal pipe-shaped workpiece. Relates to the device.

例えば、血管などのアテローム性狭窄症等の治療に際して、血管の狭窄部にステント材と呼ばれる拡張具を挿入し、血管の閉塞を防止することが行われている。このステント材としては種々のものが開発されており、例えば特開平6−181993号公報や特開平10−155915号公報には、外形1.5〜1.7mm、肉厚0.05〜0.11mm、長さ約30mmのステンレスパイプをレーザ加工により所望するパターンに切断して製作したものが開示されている。   For example, in the treatment of atherosclerotic stenosis of blood vessels and the like, an expansion tool called a stent material is inserted into the stenosis portion of the blood vessels to prevent the blood vessels from being blocked. Various types of stent materials have been developed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-181993 and 10-155915 disclose an outer shape of 1.5 to 1.7 mm and a thickness of 0.05 to 0.00. A stainless steel pipe having a length of about 11 mm and a length of about 30 mm is manufactured by cutting into a desired pattern by laser processing.

また、余剰なレーザ光線による内壁面の損傷と、スパッタ付着を解決したレーザ加工方法が特開平8−332230号公報及び特開2001−219286号公報に開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-332230 and 2001-219286 disclose a laser processing method that solves damage to the inner wall surface caused by excess laser light and spatter adhesion.

特開平8−332230号公報においては、ステンレス製のパイプにマンドレルと称するステンレス棒を内装し、コンピュータ制御でステンレス製のパイプを移動させつつレーザ光線によって所望するパターンの切断を行い、切断箇所にレーザ光線と同軸上から酸素ガスであるアシストガスを噴射させ、溶融物を金属パイプの中空部を通して外部へ吹き飛ばすようにしている。また、マンドレルはレーザ光線の集光点と対向する内壁面を保護するように、金属パイプの中空底部に配置され、所望するパターンを切断するときに回転させている。更に、マンドレルの一端を密封し側面に小孔を形成し、このマンドレルをレーザ光線の集光点の直下に配置し、マンドレル内に真空または正圧を導入することにより切断時に発生した溶融物を除去するようにもしている。   In JP-A-8-332230, a stainless steel pipe called a mandrel is built in a stainless steel pipe, and a desired pattern is cut by a laser beam while moving the stainless steel pipe under computer control. An assist gas, which is oxygen gas, is injected from the same axis as the light beam, and the melt is blown out through the hollow portion of the metal pipe. Further, the mandrel is disposed on the hollow bottom of the metal pipe so as to protect the inner wall surface facing the condensing point of the laser beam, and is rotated when cutting a desired pattern. Furthermore, one end of the mandrel is sealed to form a small hole on the side surface, this mandrel is placed directly below the condensing point of the laser beam, and a vacuum or positive pressure is introduced into the mandrel so that the melt generated during cutting is removed. I also try to remove it.

特開2001−219286号公報においては、対向するパイプ内壁部を熱損傷から保護し、スパッタの付着を抑制するために、パイプ中空部に高反射粉末を混入したグリースを流し、高反射粉末により余剰レーザ光線を散乱し、金属製パイプ内に付着したスパッタをグリースと共に管外に排出している。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-219286, in order to protect the inner wall portion of the opposing pipe from thermal damage and to suppress the adhesion of spatter, a grease mixed with highly reflective powder is poured into the hollow portion of the pipe, and the surplus is made by the highly reflective powder. The laser beam is scattered and the spatter adhering inside the metal pipe is discharged out of the pipe together with the grease.

特開平6−181993号公報JP-A-6-181993 特開平10−155915号公報JP-A-10-155915 特開平8−332230号公報JP-A-8-332230 特開2001−219286号公報JP 2001-219286 A

しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。   However, the above prior art has the following problems.

特開平6−181993号公報や特開平10−155915号公報に記載の従来技術においては、小径で薄肉のステンレスパイプをレーザ加工により所望するパターンに切断している。しかし、ステント材のような小径で薄肉の金属パイプの円筒面をレーザ光線で貫通切断すると、金属パイプの加工面に対向するパイプ内壁面に貫通切断後の余剰なレーザ光線が照射され、そのパイプ内壁面に損傷を与えてしまう可能性がある。また、貫通切断時に発生するスパッタが再凝固して金属パイプの内壁面に付着すると共に、金属パイプ内壁面の切断部にバリが発生する。このスパッタとバリを除去するために機械的または化学的(電界研磨など)工程を必要とし、これに多くの時間を要している。   In the prior art described in JP-A-6-181993 and JP-A-10-155915, a thin stainless steel pipe having a small diameter is cut into a desired pattern by laser processing. However, when a cylindrical surface of a thin metal pipe with a small diameter, such as a stent material, is cut through with a laser beam, an excess laser beam after the through cutting is applied to the inner wall surface of the pipe facing the processing surface of the metal pipe. There is a possibility of damaging the inner wall surface. In addition, spatter generated at the time of through cutting resolidifies and adheres to the inner wall surface of the metal pipe, and burrs are generated at the cut portion of the inner wall surface of the metal pipe. In order to remove the spatter and burrs, a mechanical or chemical process (such as electropolishing) is required, which takes a lot of time.

特開平8−332230号公報及び特開2001−219286号公報に記載の従来技術では、マンドレル又はグリースを用いることにより余剰なレーザ光線による内壁面の損傷を防止し、かつスパッタの付着を防ぐことができる。しかし、レーザ切断加工の際に金属パイプ内壁面の切断部に発生するバリを除去することができない。   In the prior art described in JP-A-8-332230 and JP-A-2001-129286, the use of a mandrel or grease prevents damage to the inner wall surface due to excessive laser beam and prevents spatter adhesion. it can. However, burrs generated at the cut portion of the inner wall surface of the metal pipe during laser cutting cannot be removed.

また、特開2001−219286号公報に記載の従来技術では、加工後に管内壁面に付着したグリースを洗浄するための洗浄工程を必要とするという問題もある。   In addition, the conventional technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-219286 also has a problem that a cleaning process for cleaning the grease attached to the inner wall surface of the pipe after processing is required.

本発明の目的は、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄を不要とするレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。   It is an object of the present invention to reduce thermal damage on the inner wall surface of a pipe facing the processing surface when performing a cutting process of an arbitrary pattern on a cylindrical surface of a metal pipe, which is a workpiece, by laser processing, and a sputter pipe It is an object to provide a laser processing method and a laser processing apparatus that suppresses adhesion to an inner wall surface, reduces burrs adhering to a cut portion of an inner wall surface of a pipe, and does not require cleaning of a metal pipe after laser processing.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器によりレーザ光を発振させ、前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射し、前記金属パイプの円筒面を貫通切断する金属パイプのレーザ加工方法において、前記金属パイプの中空部に粒子を含んだ気体を噴射しながら前記金属パイプの円筒面をレーザ加工するものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention oscillates a laser beam by a laser oscillator, irradiates a cylindrical surface of a metal pipe as a workpiece with a laser beam output from the laser oscillator, and In the laser processing method of a metal pipe that penetrates and cuts the cylindrical surface of the pipe, the cylindrical surface of the metal pipe is laser processed while injecting a gas containing particles into the hollow portion of the metal pipe.

このように、金属パイプの中空部に粒子を含んだ気体を噴射しながら金属パイプの円筒面をレーザ加工を行うことにより、金属パイプ円筒面を貫通切断した余剰なレーザ光線が、金属パイプ中空部に噴射された粒子により散乱されるため、金属パイプ内壁面の熱損傷を低減することができ、かつ、レーザ加工により発生したスパッタも金属パイプの中空部に噴射された気体により金属パイプの外部に排出されるため、スパッタのパイプ内壁面への付着を低減することができる。また、金属パイプの中空部に噴射された粒子が、レーザ加工により金属パイプ内壁面の切断部に発生したバリに衝突してこのバリを引き剥がし、引き剥がされたバリを中空部に流れる気体により外部に排出するため、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減することができる。しかも、金属パイプの中空部に噴射した粒子を含んだ気体は外部に排出されるため、グリースを用いた場合のような特別な洗浄工程は必要としない。   In this way, by performing laser processing on the cylindrical surface of the metal pipe while injecting a gas containing particles into the hollow portion of the metal pipe, an excess laser beam penetrating and cutting through the cylindrical surface of the metal pipe is Therefore, it is possible to reduce the thermal damage of the inner wall surface of the metal pipe, and the spatter generated by laser processing is also introduced to the outside of the metal pipe by the gas injected into the hollow portion of the metal pipe. Since it is discharged, it is possible to reduce adhesion of spatter to the inner wall surface of the pipe. In addition, the particles injected into the hollow part of the metal pipe collide with the burr generated at the cut part of the inner wall surface of the metal pipe by laser processing to peel off the burr, and the gas that flows through the peeled burr by the gas flowing into the hollow part Since it discharges outside, the burr | flash adhering to the cutting part of an inner wall surface of a pipe can be reduced. In addition, since the gas containing particles injected into the hollow portion of the metal pipe is discharged to the outside, a special cleaning step as in the case of using grease is not required.

(2)好ましくは、上記(1)において、前記粒子がドライアイス粒子、氷粒子、又はセラミックス粒子の何れかであるものとする。 (2) Preferably, in (1) above, the particles are dry ice particles, ice particles, or ceramic particles.

これにより、上記(1)で述べた作用が得られるとともに、特に粒子としてドライアイス又は氷粒子を用いた場合は、それらの温度が低温であるため冷却効果があり、その冷却効果によって溶融層の拡散が抑制されるため、切断幅を狭くし、より精密な加工が行える。更に、特に粒子としてドライアイス粒子を用いた場合は、レーザ光線を散乱する際にレーザエネルギを吸収して昇華し、不活性ガスである炭酸ガスに変態するため、レーザ照射による溶融部を局在化させ、更に精密な加工が可能となる。また、中空部を流れるドライアイス粒子は、大気圧下では昇華するため、加工後は何も残らず、後処理が極めて容易である。   As a result, the action described in the above (1) is obtained, and in particular, when dry ice or ice particles are used as the particles, the temperature is low, so that there is a cooling effect. Since diffusion is suppressed, the cutting width can be narrowed and more precise processing can be performed. Furthermore, especially when dry ice particles are used as the particles, the laser energy is absorbed and sublimated when the laser beam is scattered, and transformed into carbon dioxide, which is an inert gas. And more precise processing becomes possible. Further, since the dry ice particles flowing through the hollow portion sublimate under atmospheric pressure, nothing is left after processing, and post-processing is extremely easy.

(3)好ましくは、上記(1)又は(2)において、前記気体が窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素、又は空気のうちの何れかであるものとする。 (3) Preferably, in the above (1) or (2), the gas is any one of nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide, and air.

これにより、上記(1)で述べた作用が得られるとともに、特に窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガスを用いた場合は、それらが不活性ガスであるため、レーザ照射による溶融部を局在化させ、精密な加工が可能となる。   As a result, the action described in the above (1) is obtained, and particularly when nitrogen gas, argon gas, or carbon dioxide gas is used, since these are inert gases, the melted portion caused by laser irradiation is localized. Precise processing is possible.

(4)上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射するノズルと、前記金属パイプを把持して金属パイプの回転および直線移動を行う加工台と、前記金属パイプに所定のパターンを切り抜き加工するよう前記レーザ発振器及び前記加工台を制御する制御手段と、前記金属パイプの中空部へ粒子を含んだ気体を噴射する噴射装置とを備えるものとする。 (4) In order to achieve the above object, a laser processing apparatus of the present invention irradiates a cylindrical surface of a metal pipe serving as a workpiece with a laser oscillator that oscillates a laser beam and a laser beam output from the laser oscillator. A nozzle for gripping the metal pipe to rotate and linearly move the metal pipe, and a control means for controlling the laser oscillator and the processing base to cut out a predetermined pattern on the metal pipe, And an injection device for injecting a gas containing particles into the hollow portion of the metal pipe.

これにより、上記(1)の方法を実施することができ、その結果、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄が不要となる。   Thereby, the method of said (1) can be implemented, As a result, when performing the cutting process of arbitrary patterns to the cylindrical surface of the metal pipe which is a workpiece by laser processing, the pipe which opposes a processing surface It reduces thermal damage to the inner wall surface, suppresses spatter from adhering to the inner wall surface of the pipe, reduces burrs adhering to the cut portion of the inner wall surface of the pipe, and eliminates the need for cleaning the metal pipe after laser processing.

(1)本発明によれば、レーザ加工により被加工物である金属パイプの円筒面に任意のパターンの切り抜き加工を行なう際に、加工面に対向するパイプ内壁面の熱損傷を低減し、かつスパッタのパイプ内壁面への付着を抑制するとともに、パイプ内壁面の切断部に付着するバリを低減しかつレーザ加工後の金属パイプの洗浄を不要とすることができる。
(2)また、粒子としてドライアイス、又は氷粒子を使用する場合には、それらの温度が低温であるため冷却効果があり、より精密な加工を行うことができる。
(3)また、粒子としてドライアイス粒子を使用する場合には、レーザ光線を散乱する際に昇華し、不活性ガスである炭酸ガスに変態するため、更に精密な加工を行うことができ、また、中空部を流れるドライアイス粒子は、大気圧下では昇華するため、加工後は何も残らず、後処理が極めて容易となる。
(4)また、気体として窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガスを用いた場合は、それらが不活性ガスであるため、精密な加工を行うことができる。
(1) According to the present invention, when performing a cutting process of an arbitrary pattern on a cylindrical surface of a metal pipe, which is a workpiece, by laser processing, heat damage on the inner wall surface of the pipe facing the processing surface is reduced, and It is possible to prevent spatter from adhering to the inner wall surface of the pipe, reduce burrs adhering to the cut portion of the inner wall surface of the pipe, and eliminate the need for cleaning the metal pipe after laser processing.
(2) Further, when dry ice or ice particles are used as the particles, the temperature is low, so that there is a cooling effect and more precise processing can be performed.
(3) In addition, when dry ice particles are used as the particles, they sublimate when the laser beam is scattered and transform into carbon dioxide, which is an inert gas, so that more precise processing can be performed. Since the dry ice particles flowing through the hollow portion sublimate under atmospheric pressure, nothing remains after the processing, and post-processing becomes extremely easy.
(4) Further, when nitrogen gas, argon gas, or carbon dioxide gas is used as the gas, since these are inert gases, precise processing can be performed.

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の一実施の形態によるレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置の全体構成を示す概略構成図である。
図1において、本実施の形態に係わるレーザ加工装置は、金属パイプ1を保持し、移動させるための加工台2と、レーザ光を発振し、金属パイプ1にレーザ光線23を照射するレーザ照射装置20と、金属パイプ1の中空部にドライアイス粒子を含んだ窒素ガスを噴射するドライアイス粒子噴射装置30と、CNCコントローラ40とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of a laser processing apparatus that performs a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a laser processing apparatus according to this embodiment includes a processing table 2 for holding and moving a metal pipe 1, and a laser irradiation apparatus that oscillates a laser beam and irradiates the metal pipe 1 with a laser beam 23. 20, a dry ice particle injection device 30 that injects nitrogen gas containing dry ice particles into the hollow portion of the metal pipe 1, and a CNC controller 40.

金属パイプ1は、ステンレス等の金属材料からなるチューブ状の被加工物であり、ステント等の微細なパイプ状金属製品を生成するためのものである。   The metal pipe 1 is a tube-shaped workpiece made of a metal material such as stainless steel, and is used to produce a fine pipe-shaped metal product such as a stent.

加工台2は、一軸ステージ14と、回転駆動機構15とを備えている。   The processing table 2 includes a uniaxial stage 14 and a rotation drive mechanism 15.

一軸ステージ14は、ベースプレート10と、ベースプレート10上に設けられたモータ11及び軸受け13と、一端をモータ11に連結され、他端を軸受け13に支持されたねじ軸12と、可動プレート3と、可動プレート3の下面に設けられねじ軸12が螺合するナット部8とを備えている。   The uniaxial stage 14 includes a base plate 10, a motor 11 and a bearing 13 provided on the base plate 10, one end connected to the motor 11, and the other end supported by the bearing 13, the movable plate 3, And a nut portion 8 provided on the lower surface of the movable plate 3 to which the screw shaft 12 is screwed.

回転駆動機構15は、可動プレート3上に設けられたモータ6及び2つの軸受け4,5を備え、モータ6の出力軸には金属パイプ1の把持部7が連結され、金属パイプ1は、軸受け4,5に回転自在に保持されている。   The rotational drive mechanism 15 includes a motor 6 and two bearings 4 and 5 provided on the movable plate 3, and a gripping portion 7 of the metal pipe 1 is connected to the output shaft of the motor 6. 4 and 5 are rotatably held.

モータ11は、CNCコントローラ40の直線移動指令により駆動制御され、モータ6は、CNCコントローラ40の回転移動指令により駆動制御される。   The motor 11 is driven and controlled by a linear movement command from the CNC controller 40, and the motor 6 is driven and controlled by a rotational movement command from the CNC controller 40.

レーザ照射装置20は、レーザ光を発振するレーザ発振器21と、レーザ発振器21から出力されたレーザ光線23を被加工物である金属パイプ1に照射するノズル22とを備えている。レーザ発振器21は、CNCコントローラ40のレーザ照射指令により制御される。   The laser irradiation apparatus 20 includes a laser oscillator 21 that oscillates laser light, and a nozzle 22 that irradiates a metal pipe 1 that is a workpiece with a laser beam 23 output from the laser oscillator 21. The laser oscillator 21 is controlled by a laser irradiation command from the CNC controller 40.

ノズル22は、金属パイプ1の側面に対して、レーザ光線23が垂直に入射するように加工台2に設置され、レーザ光線23を金属パイプ1の表面に集光させる。また、ノズル22にはアシストガスが供給され、このアシストガスをレーザ光線23に対して同軸に噴射する。アシストガスは、例えば酸素ガスであり、レーザ光線23と同軸に噴射されることにより、金属パイプ1のレーザ加工を促進させる効果を有する。   The nozzle 22 is installed on the processing table 2 so that the laser beam 23 is perpendicularly incident on the side surface of the metal pipe 1, and focuses the laser beam 23 on the surface of the metal pipe 1. An assist gas is supplied to the nozzle 22, and the assist gas is jetted coaxially with respect to the laser beam 23. The assist gas is, for example, oxygen gas, and has an effect of promoting laser processing of the metal pipe 1 by being injected coaxially with the laser beam 23.

ドライアイス粒子噴射装置30は、ドライアイス噴射制御装置31と、液化炭酸ガスボンベ32と、窒素ガスボンベ33と、ドライアイス噴射制御装置31と、噴射ノズル34とを備えている。   The dry ice particle injection device 30 includes a dry ice injection control device 31, a liquefied carbon dioxide gas cylinder 32, a nitrogen gas cylinder 33, a dry ice injection control device 31, and an injection nozzle 34.

液化炭酸ガスボンベ32及び窒素ガスボンベ33は、ホース32a、33aを介してドライアイス噴射制御装置31に接続され、ドライアイス噴射制御装置31に内蔵されたバルブを開閉することにより液化炭酸ガスと窒素ガスの供給を制御する。ドライアイス噴射制御装置31内に内蔵されたバルブはCNCコントローラ40の噴射指令により制御される。   The liquefied carbon dioxide gas cylinder 32 and the nitrogen gas cylinder 33 are connected to the dry ice injection control device 31 via hoses 32a and 33a, and by opening and closing a valve built in the dry ice injection control device 31, the liquefied carbon dioxide gas and the nitrogen gas are supplied. Control the supply. A valve built in the dry ice injection control device 31 is controlled by an injection command of the CNC controller 40.

ドライアイス噴射制御装置31は、噴射ノズル34にホース31aを介して接続され、ドライアイス噴射制御装置31に内蔵されたバルブが開かれると、液化炭酸ガスと窒素ガスがホース31a内の液化炭酸ガス用のホースと窒素ガス用のホースを介して噴射ノズル34に供給される。噴射ノズル34は、液化炭酸ガスを微小オリフィスから噴射することにより断熱膨張による冷却効果で、数μmの微細なドライアイス粒子に変え、このドライアイス粒子に窒素ガスを混合させ、噴射ノズル34のノズル開口部からドライアイス粒子36を含んだ気体(窒素ガス)35を噴射する。噴射ノズル34の動作原理は、例えば実開平5−49258号公報に記載されている。   The dry ice injection control device 31 is connected to the injection nozzle 34 via a hose 31a. When a valve built in the dry ice injection control device 31 is opened, liquefied carbon dioxide gas and nitrogen gas are liquefied carbon dioxide gas in the hose 31a. Is supplied to the injection nozzle 34 through a hose for nitrogen and a hose for nitrogen gas. The injection nozzle 34 is changed into fine dry ice particles of several μm by injecting liquefied carbon dioxide gas from a micro orifice to a cooling effect by adiabatic expansion, and the dry ice particles are mixed with nitrogen gas. A gas (nitrogen gas) 35 containing dry ice particles 36 is injected from the opening. The principle of operation of the injection nozzle 34 is described in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-49258.

噴射ノズル34は、金属パイプ1の片側開口部から金属パイプ1内に挿入された状態で保持され、レーザ加工時に、ドライアイス粒子36を含んだ気体35を金属パイプ1の中空部に噴射する。   The injection nozzle 34 is held in a state of being inserted into the metal pipe 1 from one side opening of the metal pipe 1, and injects a gas 35 containing dry ice particles 36 into the hollow portion of the metal pipe 1 during laser processing.

CNCコントローラ40は、モータ11,6に直線移動指令と回転移動指令を出力してモータ11,6を制御し、金属パイプ1の直線移動と回転を制御するとともに、レーザ発振器21に照射指令を出力しレーザ発振器21を制御してレーザ光線23の照射・非照射を制御することにより、金属パイプ1の側面に所望する形状の切り抜き穴の切断加工を行なう。CNCコントローラ40には所望するパターンの切り抜き加工を行うプログラムが予め記録されている。また、CNCコントローラ40は、モータ11,6と、レーザ発振器21の制御時に、ドライアイス噴射制御装置31に噴射指令を出力し、金属パイプ1の内部にドライアイス粒子36を含んだ気体35を噴射させる。   The CNC controller 40 outputs a linear movement command and a rotational movement command to the motors 11 and 6 to control the motors 11 and 6, controls linear movement and rotation of the metal pipe 1, and outputs an irradiation command to the laser oscillator 21. Then, the laser oscillator 21 is controlled to control the irradiation / non-irradiation of the laser beam 23, thereby cutting a cut-out hole having a desired shape on the side surface of the metal pipe 1. In the CNC controller 40, a program for cutting out a desired pattern is recorded in advance. Further, the CNC controller 40 outputs an injection command to the dry ice injection control device 31 when the motors 11 and 6 and the laser oscillator 21 are controlled, and injects the gas 35 containing the dry ice particles 36 into the metal pipe 1. Let

次に本発明の本実施の形態の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of this embodiment of the present invention will be described.

図2は、レーザ加工時に金属パイプ1の中空部に気体35を噴射しない場合の切断状況を示す金属パイプ1の断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the metal pipe 1 showing a cutting state when the gas 35 is not injected into the hollow portion of the metal pipe 1 during laser processing.

図2において、金属パイプ1の表面に照射され、集光されたレーザ光線23は金属に吸収されて熱となり、金属を瞬間的に溶融、蒸発、除去することにより、金属を切断する。このとき、切断加工に余剰なレーザ光線51は、レーザ光線23の集光位置に対向するパイプ内壁面54に照射され、その部位を溶融または熱損傷させてしまう。   In FIG. 2, the laser beam 23 irradiated and condensed on the surface of the metal pipe 1 is absorbed by the metal to become heat, and the metal is cut by instantaneously melting, evaporating and removing the metal. At this time, the laser beam 51 surplus in the cutting process is applied to the pipe inner wall surface 54 facing the condensing position of the laser beam 23, and the part is melted or thermally damaged.

また、切断の際に溶融し除去された金属片は、スパッタ52として金属パイプ1内部に飛散してパイプ内壁面に付着し、かつ溶融し切断部周辺に付着した金属はバリ53となる。   Further, the metal piece melted and removed at the time of cutting is scattered as spatter 52 inside the metal pipe 1 and adheres to the inner wall surface of the pipe, and the metal which is melted and adhered to the periphery of the cut portion becomes a burr 53.

更に、金属パイプ1内壁面の切断部周辺の部位55には切断時の熱が伝播し、部位55も溶融する可能性がある。   Furthermore, heat at the time of cutting propagates to the portion 55 around the cut portion of the inner wall surface of the metal pipe 1, and the portion 55 may also melt.

図3は、本実施の形態によりレーザ加工時に金属パイプ1の中空部にドライアイス粒子36を含んだ気体35を噴射した場合の切断状況を示す金属パイプ1の断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the metal pipe 1 showing a cutting state when the gas 35 containing the dry ice particles 36 is injected into the hollow portion of the metal pipe 1 during laser processing according to the present embodiment.

図3において、金属パイプ1の表面に照射され、集光されたレーザ光線23は、金属パイプ1の側面を貫通切断する。このとき、金属パイプ1の中空部には噴射ノズル34からドライアイス粒子36を含んだ気体35が噴射されており、切断加工に余剰なレーザ光線51は、中空部に噴射されたドライアイス粒子36により光学的に散乱されるため、レーザ光線23が集光するパイプ側面位置に対向するパイプ内壁面54に到達するレーザ光量が減少し、パイプ内壁面に与える熱損傷が低減される。   In FIG. 3, the laser beam 23 irradiated and condensed on the surface of the metal pipe 1 penetrates and cuts the side surface of the metal pipe 1. At this time, the gas 35 containing the dry ice particles 36 is injected from the injection nozzle 34 into the hollow portion of the metal pipe 1, and the laser beam 51 surplus for the cutting process is supplied to the dry ice particles 36 injected into the hollow portion. Therefore, the amount of laser light reaching the pipe inner wall surface 54 facing the pipe side surface position where the laser beam 23 is condensed is reduced, and thermal damage to the pipe inner wall surface is reduced.

また、金属パイプ1の中空部に噴射されたドライアイス粒子36は、レーザ光線23による切断部位の内壁面に発生したバリ53に衝突し、この衝突による衝撃によりバリ53を金属パイプ1の内壁面から引き剥がし、引き剥がされたバリ53は、金属パイプ1の中空部に流れる気体35によりパイプ外部に排出される。また、レーザ光線23により切断加工時に発生したスパッタ52も金属パイプ1の中空部を流れる気体35により外部に排出され、パイプ内壁面に付着することがない。   Further, the dry ice particles 36 injected into the hollow portion of the metal pipe 1 collide with the burr 53 generated on the inner wall surface of the cut portion by the laser beam 23, and the burr 53 is caused to impact the inner wall surface of the metal pipe 1 by the impact caused by the collision. The burr 53 that has been peeled off and peeled off is discharged outside the pipe by the gas 35 flowing in the hollow portion of the metal pipe 1. Further, the spatter 52 generated during the cutting process by the laser beam 23 is also discharged to the outside by the gas 35 flowing through the hollow portion of the metal pipe 1 and does not adhere to the inner wall surface of the pipe.

更に、金属パイプ1の中空部を流れるドライアイス粒子36は、大気圧下においては昇華して炭素ガスとなり、金属パイプ1の外部に排出される。このため、従来技術である高反射物質を含んだグリースを金属パイプ1の中空部に流し込みレーザ集光位置に対向するパイプ内壁面54を保護する場合のような特殊な洗浄工程が不要となる。   Further, the dry ice particles 36 flowing through the hollow portion of the metal pipe 1 are sublimated under atmospheric pressure to become carbon gas, and are discharged to the outside of the metal pipe 1. This eliminates the need for a special cleaning process such as the case where grease containing a highly reflective material, which is a conventional technique, is poured into the hollow portion of the metal pipe 1 to protect the pipe inner wall surface 54 facing the laser focusing position.

また、固体であるドライアイス粒子36は、余剰なレーザ光線51を散乱する際にレーザエネルギーを吸収して昇華し、不活性ガスである炭酸ガスに変態する。また、バリ53に衝突したドライアイス粒子36も衝突のエネルギーにより、同様に不活性ガスである炭酸ガスに変態する。これにより、金属パイプ1の中空部内のレーザ光線23の集光位置周辺には不活性ガスである炭酸ガスが充満するため、切断部周辺の金属燃焼が抑制され、溶融層の拡散が抑制される。低温であるドライアイス粒子36が金属パイプ1の切断加工部周辺を冷却することによっても、溶融層の拡散が抑制される。これにより切断幅を狭くし、極めて精密な加工を行なうことができる。   Further, the solid dry ice particles 36 absorb laser energy when they scatter the excessive laser beam 51 and sublimate to transform into carbon dioxide gas which is an inert gas. Similarly, the dry ice particles 36 that collide with the burr 53 are transformed into carbon dioxide, which is an inert gas, by the energy of the collision. Thereby, since the carbon dioxide gas which is an inert gas is filled around the condensing position of the laser beam 23 in the hollow portion of the metal pipe 1, the metal combustion around the cut portion is suppressed, and the diffusion of the molten layer is suppressed. . The diffusion of the molten layer is also suppressed when the dry ice particles 36 having a low temperature cool the periphery of the cut portion of the metal pipe 1. This makes it possible to narrow the cutting width and perform extremely precise processing.

以上のように本実施の形態によれば、次の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)レーザ光線23によるレーザ加工時に、余剰なレーザ光線51は、金属パイプ1の中空部に噴射されたドライアイス粒子36により散乱されるため、レーザ集光位置に対向するパイプ内壁面への熱損傷を低減することができる。   (1) At the time of laser processing by the laser beam 23, the surplus laser beam 51 is scattered by the dry ice particles 36 injected into the hollow portion of the metal pipe 1, so that it is applied to the inner wall surface of the pipe facing the laser condensing position. Thermal damage can be reduced.

(2)中空部に飛散したスパッタ52は、金属パイプ1の中空部を流れる気体35により管外に排出されるため、金属パイプ1の内壁面へのスパッタ52の付着を抑制できる。   (2) Since the spatter 52 scattered in the hollow portion is discharged outside the pipe by the gas 35 flowing through the hollow portion of the metal pipe 1, it is possible to suppress the spatter 52 from adhering to the inner wall surface of the metal pipe 1.

(3)中空部に噴射されたドライアイス粒子36が、バリ53に衝突し、吹き飛ばすため、バリ53を低減することができる。   (3) Since the dry ice particles 36 injected into the hollow portion collide with the burr 53 and blow off, the burr 53 can be reduced.

(4)中空部を流れるドライアイス粒子36は、大気圧下では昇華するため、レーザ加工後何も残らず、従来必要とされていたレーザ加工後の特殊な洗浄工程を不要とすることができる。   (4) Since the dry ice particles 36 flowing through the hollow portion are sublimated under atmospheric pressure, nothing remains after laser processing, and a special cleaning step after laser processing, which has been conventionally required, can be made unnecessary. .

(5)レーザ光線23の集光位置周辺に不活性ガスである炭酸ガスが充満し、金属燃焼が抑制されるため、溶融層の拡散が抑制され、精密な加工を行なうことができる。   (5) Since the carbon dioxide gas, which is an inert gas, is filled around the condensing position of the laser beam 23 and the metal combustion is suppressed, the diffusion of the molten layer is suppressed and precise processing can be performed.

(6)低温のドライアイス粒子36による冷却効果により溶融層の拡散が抑制されるため、より精密な加工を行なうことができる。   (6) Since the diffusion of the molten layer is suppressed by the cooling effect of the low temperature dry ice particles 36, more precise processing can be performed.

なお、本実施の形態では、気体に含まれる粒子としてドライアイスを使用したが、これに限らすその他の粒子を使用してもよい。その他の粒子としては、例えば低温の氷粒子、アルミナ等のセラミック粒子があり、氷粒子を使用した場合も、上記(1)〜(4)及び(6)の効果が得られ、アルミナ等のセラミックス粒子を使用した場合は、上記(1)〜(4)の効果を得ることができる。   In the present embodiment, dry ice is used as particles contained in the gas, but other particles that are not limited thereto may be used. Other particles include, for example, low-temperature ice particles and ceramic particles such as alumina. Even when ice particles are used, the effects (1) to (4) and (6) can be obtained, and ceramics such as alumina. When particles are used, the effects (1) to (4) can be obtained.

また、本実施の形態では、中空部に噴射する気体として窒素ガスを使用したが、これに限らずその他の気体を使用してもよい。その他の気体としては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素等の不活性ガスがあり、これらを使用することによっても、例えばドライアイス粒子との組合せにより上記(1)〜(6)の効果が得られる。また、場合によっては空気を使用してもよく、この場合にも、上記(1)〜(4)及び(6)の効果を得ることができる。   Moreover, in this Embodiment, although nitrogen gas was used as gas injected to a hollow part, you may use not only this but other gas. Other gases include, for example, an inert gas such as argon gas, helium gas, carbon dioxide, etc., and the effects of the above (1) to (6) can be achieved by using these gases, for example, in combination with dry ice particles. Is obtained. In some cases, air may be used, and also in this case, the effects (1) to (4) and (6) can be obtained.

本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus by one Embodiment of this invention. レーザ加工時に金属パイプの中空部に気体を噴射しない場合の切断状況を示す金属パイプの断面図である。It is sectional drawing of the metal pipe which shows the cutting | disconnection condition in case gas is not injected to the hollow part of a metal pipe at the time of laser processing. レーザ加工時に金属パイプの中空部にドライアイス粒子を含んだ気体を噴射した場合の切断状況を示す金属パイプの断面図である。It is sectional drawing of a metal pipe which shows the cutting | disconnection condition at the time of injecting the gas containing a dry ice particle to the hollow part of a metal pipe at the time of laser processing.

符号の説明Explanation of symbols

1 金属パイプ
2 加工台
3 可動プレート
4,5 軸受け
6 モータ
7 把持部
8 ナット部
10 ベースプレート
11 モータ
12 ねじ軸
13 軸受け
20 レーザ照射装置
21 レーザ発振器
22 ノズル
23 レーザ光線
30 ドライアイス粒子噴射装置
31 ドライアイス噴射制御装置
32 液化炭酸ガスボンベ
33 窒素ガスボンベ
34 噴射ノズル
35 気体
36 ドライアイス粒子
40 CNCコントローラ
51 切断加工に余剰なレーザ光線
52 スパッタ
53 バリ
54 レーザ集光位置に対向するパイプ内壁面
55 部位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal pipe 2 Processing stand 3 Movable plate 4,5 Bearing 6 Motor 7 Holding part 8 Nut part 10 Base plate 11 Motor 12 Screw shaft 13 Bearing 20 Laser irradiation apparatus 21 Laser oscillator 22 Nozzle 23 Laser beam 30 Dry ice particle injection apparatus 31 Dry Ice injection control device 32 Liquefied carbon dioxide gas cylinder 33 Nitrogen gas cylinder 34 Injection nozzle 35 Gas 36 Dry ice particles 40 CNC controller 51 Laser beam surplus for cutting 52 Sputter 53 Burr 54 Inner wall surface 55 of the pipe facing the laser condensing position

Claims (4)

レーザ発振器によりレーザ光を発振させ、前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射し、前記金属パイプの円筒面を貫通切断する金属パイプのレーザ加工方法において、前記金属パイプの中空部に粒子を含んだ気体を噴射しながら前記金属パイプの円筒面をレーザ加工することを特徴とするレーザ加工方法。   In a laser processing method for a metal pipe, in which a laser beam is oscillated by a laser oscillator, a laser beam output from the laser oscillator is irradiated onto a cylindrical surface of a metal pipe to be processed, and the cylindrical surface of the metal pipe is cut through. A laser processing method comprising laser processing a cylindrical surface of the metal pipe while injecting a gas containing particles into the hollow portion of the metal pipe. 請求項1記載のレーザ加工方法において、前記粒子がドライアイス粒子、氷粒子、又はセラミックス粒子の何れかであることを特徴とするレーザ加工方法。   2. The laser processing method according to claim 1, wherein the particles are any one of dry ice particles, ice particles, and ceramic particles. 請求項1又は2記載のレーザ加工方法において、前記気体が窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素、又は空気のうちの何れかであることを特徴とするレーザ加工方法。   3. The laser processing method according to claim 1, wherein the gas is any one of nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide, and air. レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器より出力されたレーザ光線を被加工物となる金属パイプの円筒面に照射するノズルと、
前記金属パイプを把持して金属パイプの回転および直線移動を行う加工台と、
前記金属パイプに所定のパターンを切り抜き加工するよう前記レーザ発振器及び前記加工台を制御する制御手段と、
前記金属パイプの中空部へ粒子を含んだ気体を噴射する噴射装置とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
A laser oscillator that oscillates laser light;
A nozzle for irradiating a cylindrical surface of a metal pipe to be processed with a laser beam output from the laser oscillator;
A work table for gripping the metal pipe and rotating and linearly moving the metal pipe;
Control means for controlling the laser oscillator and the processing table so as to cut out a predetermined pattern in the metal pipe;
A laser processing apparatus comprising: an injection device that injects a gas containing particles into a hollow portion of the metal pipe.
JP2005150895A 2005-05-24 2005-05-24 Laser beam machining method and apparatus Pending JP2006326615A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005150895A JP2006326615A (en) 2005-05-24 2005-05-24 Laser beam machining method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005150895A JP2006326615A (en) 2005-05-24 2005-05-24 Laser beam machining method and apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006326615A true JP2006326615A (en) 2006-12-07

Family

ID=37548882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005150895A Pending JP2006326615A (en) 2005-05-24 2005-05-24 Laser beam machining method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006326615A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103212853A (en) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 Laser cutting machine
CN103212896A (en) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 Preposed water guide device and micromachining device for thin-walled pipe
CN103217121A (en) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 Automatic measuring equipment for pipe diameter of medical bracket pipe
JP2014024094A (en) * 2012-07-27 2014-02-06 Honda Motor Co Ltd Apparatus for cutting cylindrical work and method for cleaning the same
JP2014180674A (en) * 2013-03-18 2014-09-29 Takada Corp Welding method of metal pipe by ice plug
JP2015047679A (en) * 2013-09-03 2015-03-16 昭和電工ガスプロダクツ株式会社 Metal processing method
JP2019155450A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 三菱重工業株式会社 Shield device
EP3680057A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-15 Alexander Müller Method and device for laser processing of tubes
CN114260635A (en) * 2022-01-23 2022-04-01 太仓迪阳汽车装备有限公司 Quick positioner of car plate laser cutting and laser cutting machine thereof

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103212853A (en) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 Laser cutting machine
CN103212896A (en) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 Preposed water guide device and micromachining device for thin-walled pipe
CN103217121A (en) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 Automatic measuring equipment for pipe diameter of medical bracket pipe
CN103212896B (en) * 2012-01-19 2015-11-25 昆山思拓机器有限公司 Thin-wall pipes micromachining device
CN103212853B (en) * 2012-01-19 2016-02-17 昆山思拓机器有限公司 Laser cutting machine
JP2014024094A (en) * 2012-07-27 2014-02-06 Honda Motor Co Ltd Apparatus for cutting cylindrical work and method for cleaning the same
JP2014180674A (en) * 2013-03-18 2014-09-29 Takada Corp Welding method of metal pipe by ice plug
JP2015047679A (en) * 2013-09-03 2015-03-16 昭和電工ガスプロダクツ株式会社 Metal processing method
JP2019155450A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 三菱重工業株式会社 Shield device
JP6998246B2 (en) 2018-03-15 2022-01-18 三菱重工業株式会社 Cloaking device
EP3680057A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-15 Alexander Müller Method and device for laser processing of tubes
CN114260635A (en) * 2022-01-23 2022-04-01 太仓迪阳汽车装备有限公司 Quick positioner of car plate laser cutting and laser cutting machine thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Knowles et al. Micro-machining of metals, ceramics and polymers using nanosecond lasers
JP5276699B2 (en) Laser processing method and laser processing apparatus for piercing
Liu Coaxial waterjet-assisted laser drilling of film cooling holes in turbine blades
US8772670B2 (en) Dual gas laser cutting of medical devices
US20030062126A1 (en) Method and apparatus for assisting laser material processing
JP2000197986A (en) Laser beam machine
JP2007537881A (en) Laser machining of workpieces
JP2006326615A (en) Laser beam machining method and apparatus
Marimuthu et al. Applications of laser cleaning process in high value manufacturing industries
Pham et al. Laser milling
WO2018008400A1 (en) Laser machining apparatus and laser machining method
JPH11267867A (en) Method and device for laser processing
JP4472152B2 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
US20020053556A1 (en) Laser-beam machining method, laser-beam machining device and auxiliary tool for piercing
JP2009012038A (en) Laser cutting apparatus and manufacturing method of substrate
JP4478251B2 (en) Laser and water jet combined processing equipment
JP3749349B2 (en) Laser processing method and laser processing machine
Gu et al. Dual-path micro-holes process for 0Cr17Ni7Al stainless steel thin plate with picosecond laser
JPH0237985A (en) Method and device for laser beam processing
JPH0947888A (en) Laser piercing method and device therefor
Wang et al. Influence of assist gases on pulsed laser drilling of nickel-based superalloy
WO2003018276A1 (en) Method of processing brittle material and processing device
Suttmann et al. Drilling, cutting, welding, marking and microforming
Raciukaitis et al. Micro-machining of silicon and glass with picosecond lasers
Roy et al. Underwater pulsed laser beam cutting with a case study