JPH07112634B2 - レーザビームによって材料を切断する方法 - Google Patents

レーザビームによって材料を切断する方法

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JPH07112634B2 JP63500548A JP50054888A JPH07112634B2 JP H07112634 B2 JPH07112634 B2 JP H07112634B2 JP 63500548 A JP63500548 A JP 63500548A JP 50054888 A JP50054888 A JP 50054888A JP H07112634 B2 JPH07112634 B2 JP H07112634B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザビームをによって材料を切断する方法で
あって、該レーザビームが光ガイドから射出され、しか
も被切断材料に非接触状態で導かれる方法に関する。
レーザ放射は例えばプラスチック加工あるいは組織の分
離を行う生物学的および外科的処置で用いられる材料を
切断するために様々な分野で用いられる。外科的処置で
は、分離と並んで同時に切断箇所領域で凝固も行われ
る。
上述したような処置のすべてにおいて、レーザヘッドか
ら射出されるレーザビームによって損傷を受ける危険が
伴う。また、そのような危険は被切断材料の切断領域で
も生じ得る。このような危険は例えば米国特許第3,843,
865号により既知のレーザ装置であって、被加工表面か
ら所定の距離を置いて保持されるレーザ装置によって見
舞われ得る。
日本国公開公報61 185 260号（米国特許第4,676,242
号）で既知のレーザにおいては、レーザ放射はグラスフ
ァイバから直接的に射出されるのではなく円錐形テーパ
先端から射出され、その円錐形テーパ先端部は被切断材
料上に載置され、しかも該円錐形テーパ先端部材にはレ
ーザ放射が光ガイドによって結合されることになる。円
錐形テーパ先端部の回りには水が循環させられ、これに
より該円錐形テーパ先端部に付着した組織微細片が除去
されることになる。レーザ放射は円錐形先端部から非常
に大きな角度で射出されるので、既知の装置の先端部で
のレーザ放射の大部分はその表面上の水の層を通り抜け
て射出されることにより、その結果該先端部の付近では
或る角度で射出されるレーザ放射による損傷の危険が相
当に伴う。
本発明の目的レーザ放射による故意でない損傷だけでな
く切断領域での材料の意図しない毀損を回避する方法を
改良することである。
本発明によれば、かかる目的は、冒頭で述べたようなタ
イプの方法であって、レーザビームが円筒形状の光ガイ
ドコアの長手方向軸線に対して直角となった端面から射
出し得るようにされ、該光ガイドコアがその出口領域で
その側面のすべてにおいてレーザ放射透過性液体で覆わ
れ、このレーザ放射透過性液体が光ガイドコアの端面か
ら連なった中実液体ジェットと形成するように該端面に
接した状態で一体化させられ、しかも該中実液体ジェッ
トが被切断部材に導かれるようにされ、光ガイドコアの
端面と被切断材料との間の距離が液体ジェットを被切断
材料の衝突領域まで中実状態に維持し得るように選択さ
れ、レーザビームが中実液体ジェット中を被切断材料ま
で全反射によって導かれることを特徴とする方法によっ
て達成される。
レーザ放射が光ガイドの端面から直接的に連なった液体
ジェットに入射して実質的に損失なく光ガイドの態様で
導かれることが判明した。また、周囲空気に対する液体
の屈折率の相違のためにその境界部で全反射が生じ、こ
のため液体ジェットはそれが被加工材料と衝突する領域
までレーザ放射を導くことになる。そこでのレーザ放射
の作用は完全に有効とされ得る。液体は加工箇所の回り
に流れ、これにより該加工箇所は冷却されて洗浄され
る。このような冷却および洗浄効果に加えて、特に、材
料加工中に発生する蒸気および臭気が液体によって吸収
され得るということも利点となる。
このような方法において、レーザ放射は液体ジェットに
よって導かれて部分的に吸収されるが、一方液体ジェッ
トが液滴に分散するような場合には、レーザ放射はかか
る液滴によって相当な程度で散乱されるか、あるいは組
織中に吸収されることになる。したがって、どのような
場合でも、無用な集光レーザビームが意図されずに射出
されて損傷を引き起こすようなことはない。
導波体から下流側の液体ジェットの横断面形状を導波体
の横断面形状にほぼ一致させるように液体ジェットの量
を選択することも有利である。
以上に述べたような方法は液体として水を用いた場合に
特に容易に実施化される。水中での消光長は波長1.06μ
ｍで90mmであり、可視領域では一層長くなる。
流れを適当に導くことにより、層状の中実液体ジェット
が得られ、これは約30mmまで液滴に分散されることはな
い。したがって、液体の光ガイドは約30cmの長さに亘っ
て得られ、その結果レーザヘッドを被加工材料から3cm
上方の箇所まで導くことになる。
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例に
ついて詳細に説明する。添付図面にはレーザヘッドと共
にそこに付着した液体ジェットが図示されている。
図示したレーザヘッドは円筒形状の光ガイドコア１を有
し、この光ガイドコア１は例えば石英ガラスからなる。
光ガイドコア１の端面２はその長手方向軸線に対して直
角にされる。
光ガイドコア１の周囲にはクラッド３が取り巻き、この
クラッド３はこれを取り巻く被覆４と同様に光ガイドコ
ア１の全長に亘って延在するが、しかし被覆４およびク
ラッド３は端面２の手前の領域では除去される。
被覆４の端部にはリング状ノズル５が螺着され、このリ
ング状ノズル５上にはホース６の自由端部が押し込めら
れ、該ホース６はクラッド３および被覆４によって取り
巻かれた光ガイドコア１をそこから離間して取り巻まい
て、該被覆４とホース６自体との間に環状チャンネル７
を形成する。リング状ノズル５は環状チャンネル７と向
かい合う端面で何本かの長手方向スロット８を備え、こ
れら長手方向スロット８はリング状ノズル５の約半分の
長さに亘って延在する。環状チャンネル７はそれら長手
方向スロット８を介してリング状ノズル５の内部９と連
通状態に置かれる。リング状ノズル５の壁部10は光ガイ
ドコア１をそこから離間して取り巻いてリング状ギャッ
プ12を形成する。リング状ギャップ12の領域では、クラ
ッド３および被覆４が光ガイドコア１から除去され、こ
のためリング状ギャップ12は光ガイドコア１と直接的に
隣接させられる。光ガイドコア１はリング状ノズル５の
下流側端部から僅か数ミリ程度突出させられる。
作動中、洗浄液例えば水が循環チャンネル７内を図中に
矢印で示す方向に通過させられる。リング状ギャップ12
の領域では、洗浄液は光ガイドコア１の全側面を取り囲
んで該光ガイドコア１に沿って流れる。端面２の領域で
は、環状流れが一体となって中実な液体ジェット13を形
成し、この液体ジェット13は端面２から直接的に連な
り、しかも洗浄の流量を適当に調節することによって光
ガイド１とほぼ同じ断面形状となる。
かかる中実な液体ジェット13は被切断材料14に向けられ
る。
図中には示れていないレーザ放射は光ガイドコア１を通
ってその端面２から射出され、該光ガイドコア１から連
なる液体ジェット13中に直接入射させられ、しかもその
中を光ガイドの態様で材料14に対する液体ジェット13の
衝突箇所まで導かれる。この衝突領域では、レーザ放射
が解放されて周囲材料中に吸収され、このため材料14は
切断されることになるが、もし生物材料が用いられてい
る場合には、凝固も行われることになる。レーザ放射の
衝突箇所は同時に洗浄液によって冷却されると共に洗浄
される。そこで発生させられる蒸気および臭気は吸収さ
れる。
洗浄液として水が用いられる場合には、石英ガラス製の
光ガイドから水への光伝達の際の損失は実質的にはな
い。したがって、水の光ガイドにおいては、レーザ放射
を3cm程度の短い距離では実質的に損失なく導くことが
可能である。そのような距離については、液体ジェット
が所定の距離以上となった際に液滴に分かれ場合に制限
される。その場合には、散乱が引き起こされて、方向付
けられたレーザビームの伝達が不可能となる。
上述した利点に加えて、光ガイドコア１は冷却されると
同時に洗浄をも行われることになる。したがって、端面
２の汚染および融解も起こり得ない。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザビームによって材料を切断する方法
    であって、該レーザビームが光ガイド（１）から射出さ
    れ、しかも被切断材料（14）に非接触状態で導かれる方
    法において、 レーザビームが円筒形状光ガイドコア（１）の長手方向
    軸線に対して直角となった端面（２）から射出し得るよ
    うにされ、該光ガイドコア（１）がその出口領域でその
    側面のすべてにおいてレーザ放射透過性液体で覆われ、
    このレーザ放射透過性液体が前記光ガイドコア（１）の
    端面（２）から連なった中実液体ジェット（13）を形成
    するように該端面（２）に接触した状態で一体化させら
    れ、しかも該中実液体ジェット（13）が前記被切断材料
    （14）に導かれるようにされ、前記光ガイドコア（１）
    の端面（２）と前記被切断材料（14）との間の距離が前
    記中実液体ジェット（13）を該被切断材料（14）の衝突
    領域まで中実状態に維持し得るように選択され、レーザ
    ビームが前記中実液体ジェット（13）中を前記被切断材
    料（14）まで全反射によって導かれることを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の方法において、
    液体として水あるいは水溶液が用いられることを特徴と
    する方法。
JP63500548A 1986-12-18 1987-12-16 レーザビームによって材料を切断する方法 Expired - Lifetime JPH07112634B2 (ja)

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