(57)【要約】【課題】ワークへのちりの付着を防止できる穴あけ装置の提供を課題とする。【解決手段】ワーク６６をワーク回転機構１２の回転軸２８上で支持し上面に開口１５が備えられたワーク支持部材１３と、ワーク支持部材１３に対して昇降可能に設けられ開口１５に被せられる蓋部１６と、蓋部１６が開口１５に被せられた照射室６３と、照射室６３に繋げられ圧縮ガスを供給するガス供給手段４５と、ワーク回転機構１２からワーク支持部材１３の外側方を通って延びるブラケット８１と、ブラケット８１の上部と蓋部１６とを着脱自在に連結する連結手段８３とを備えたことを特徴とする。【効果】ガス供給手段４５と、排出手段４９とを備えた。レーザ光を照射する場合に、ガス供給手段４５で圧縮ガスを供給しつつ、排出手段４９でガスを排出する。気圧の差を生じさせることにより照射室６３内に気流が発生する。この気流により効率よくちり７２が外部へ排出される。【選択図】図１０
2011235292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状のワークの外から中空部に向かってレーザ光を照射することにより、前記ワークの壁部に貫通穴を形成する穴あけ装置であって、
この穴あけ装置は、
基台に支持され、前記ワークを回動させるワーク回転機構と、
このワーク回転機構に支持され、前記ワークを前記ワーク回転機構の回転軸上で支持し、上面に開口が備えられたワーク支持部材と、
このワーク支持部材に対して昇降可能に設けられ、前記ワーク支持部材の開口に被せられる蓋部と、
この蓋部が前記開口に被せられてなる領域であって、前記ワークのうち前記レーザ光が照射される被照射部に向かって、前記レーザ光を導入する照射室と、
この照射室に繋げられ当該照射室内に圧縮ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記照射室内へ先端部が伸ばされ前記レーザ光の照射により発生するちりを含め当該照射室内のガスを前記照射室の外へ排出する排出手段と、
前記ワーク回転機構から前記ワーク支持部材の外側方を通って延びるブラケットと、
このブラケットの上部と前記蓋部とを着脱自在に連結する連結手段とを備えたことを特徴とする穴あけ装置。
【請求項２】
前記連結手段は、前記ガス供給手段により前記圧縮ガスが前記照射室へ供給される前に前記蓋部に係合し、前記排出手段により前記圧縮ガスが前記照射室から排出された後に前記蓋部との係合を解くシリンダユニットであることを特徴とする請求項１記載の穴あけ装置。
【請求項３】
前記連結手段は、前記ガス供給手段により前記圧縮ガスが前記照射室へ供給される前に前記蓋部に係合し、前記排出手段により前記圧縮ガスが前記照射室から排出された後に前記蓋部との係合を解くピンであることを特徴とする請求項１記載の穴あけ装置。
【請求項４】
前記ワークは、前記レーザ光により溶融されない充填体が前記中空部に充填され、
この充填体に接触するように、前記充填体を振動させる振動機構が配置されていることを特徴とする請求項１記載の穴あけ装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項４に記載の穴あけ装置であって、
この穴あけ装置は、前記振動機構、前記ガス供給手段及び前記排出手段を制御する制御機構を備え、
この制御機構は、前記貫通穴が形成されるまでは、前記照射室内の気圧を、前記中空部の気圧よりも高く且つ大気圧以下にするように制御することを特徴とする穴あけ装置。
【請求項６】
請求項５記載の穴あけ装置であって、
前記制御機構は、前記貫通穴が形成された後は、前記排出手段の排出機能を停止させることを特徴とする穴あけ装置。
【請求項７】
請求項４、請求項５又は請求項６に記載の穴あけ装置であって、
前記充填体の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍであって、前記振動機構が発振する振動周波数は３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、前記発振の際の振幅は５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする穴あけ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射することにより、ワークの壁部に貫通穴を形成する穴あけ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射ノズルを製造する際に、燃料噴射ノズル本体の壁部に貫通穴を形成する。貫通穴の形成は、穴あけ装置を用いて壁部にレーザ光を照射することで行う。（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４（ａ）に示すように、穴あけ装置１００は、ワークとしての燃料噴射ノズル１０１の内部を真空に保つ真空ポンプ１０２と、この真空ポンプ１０２に繋がれ流体が充填されるタンク１０３と、タンク１０３内の流体を燃料噴射ノズル１０１に供給する流体供給ポンプ１０４と、この流体供給ポンプ１０４から供給される流体の量を調整する流量調整器１０５と、この流量調整器１０５から燃料噴射ノズル１０１の先端１０１ａに向かって延ばされ内部に流体が流される流体供給管１０６と、流体供給管１０６から燃料噴射ノズル１０１に供給された流体をタンク１０３に向かって送る流体回収管１０７と、燃料噴射ノズル１０１にレーザ光を照射することで燃料噴射ノズル１０１に穴をあける照射器１１０とからなる。
【０００４】
（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、照射器１１０で燃料噴射ノズル１０１の先端１０１ａにレーザ光１１２を照射する。レーザ光１１２を照射する間、燃料噴射ノズル１０１の先端１０１ａ内部に向かって、流体供給管１０６から流体を供給し続ける（矢印参照）。先端１０１ａに穴があいた場合に、燃料噴射ノズル１０１の内部に到達したレーザ光１１２は流体によって拡散される。拡散されることで、穴があけられた先端１０１ａに対向する部位１０１ｂへの、レーザ光１１２の照射を防ぐことができる。
【０００５】
ところで、レーザ光１１２を照射した場合に、レーザ光１１２の照射される先端１０１ａ付近で、レーザ光１１２で溶融されたヒュームと称するちりが飛散する。飛散したちりの一部は、先端１０１ａ付近に付着することがある。外観性向上の観点から、ワークへのちりの付着を防ぐことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００１−５２６９６１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ワークへのちりの付着を防止できる穴あけ装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、中空状のワークの外から中空部に向かってレーザ光を照射することにより、ワークの壁部に貫通穴を形成する穴あけ装置であって、
この穴あけ装置は、
基台に支持され、ワークを回動させるワーク回転機構と、
このワーク回転機構に支持され、ワークをワーク回転機構の回転軸上で支持し、上面に開口が備えられたワーク支持部材と、
このワーク支持部材に対して昇降可能に設けられ、ワーク支持部材の開口に被せられる蓋部と、
この蓋部が開口に被せられてなる領域であって、ワークのうちレーザ光が照射される被照射部に向かって、レーザ光を導入する照射室と、
この照射室に繋げられ照射室内に圧縮ガスを供給するためのガス供給手段と、
照射室内へ先端部が伸ばされレーザ光の照射により発生するちりを含め照射室内のガスを照射室の外へ排出する排出手段と、
ワーク回転機構からワーク支持部材の外側方を通って延びるブラケットと、
このブラケットの上部と蓋部とを着脱自在に連結する連結手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、連結手段は、ガス供給手段により圧縮ガスが照射室へ供給される前に蓋部に係合し、排出手段により圧縮ガスが照射室から排出された後に蓋部との係合を解くシリンダユニットであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、連結手段は、ガス供給手段により圧縮ガスが照射室へ供給される前に蓋部に係合し、排出手段により圧縮ガスが照射室から排出された後に蓋部との係合を解くピンであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、ワークは、レーザ光により溶融されない充填体が中空部に充填され、
この充填体に接触するように、充填体を振動させる振動機構が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１又は請求項４に記載の穴あけ装置であって、
この穴あけ装置は、振動機構、ガス供給手段及び排出手段を制御する制御機構を備え、
この制御機構は、貫通穴が形成されるまでは、照射室内の気圧を、中空部の気圧よりも高く且つ大気圧以下にするように制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の穴あけ装置であって、
制御機構は、貫通穴が形成された後は、排出手段の排出機能を停止させることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項４、請求項５又は請求項６に記載の穴あけ装置であって、
充填体の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍであって、振動機構が発振する振動周波数は３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、発振の際の振幅は５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明では、ガス供給手段と、排出手段とを備えた。レーザ光を照射する場合に、ガス供給手段で圧縮ガスを供給しつつ、排出手段でガスを排出する。気圧の差を生じさせることにより照射室内に気流が発生する。この気流により効率よくちりが外部へ排出される。
【００１６】
加えて、ブラケットと蓋部とを連結する連結手段を備えた。ブラケットは、ワーク支持部材と共に回転機構に支持される。即ち、連結手段でブラケットと蓋部とを連結することで、蓋部に対してワーク支持部材を固定することができる。ワーク支持部材を固定することでワークも固定され、正確な位置に穴をあけることができる。
【００１７】
さらに、ワークは、ワーク支持部材により回転軸上に回動可能に支持される。ワーク回転機構を回動させることで、レーザ光に対するワークの角度を変えることができる。１台の装置で、様々な角度に穴あけを行うことができ有益である。
【００１８】
請求項２に係る発明では、連結手段は、ガス供給手段により圧縮ガスが照射室へ供給される前に蓋部に係合し、排出手段により圧縮ガスが照射室から排出された後に蓋部との係合を解く。圧縮ガスが照射室内へ供給されることで、照射室内のガス圧が高まる。圧縮ガスは、ワーク支持部材を押し下げる方向に作用する。即ち、圧縮ガスが照射室内に供給されている間が、最もワーク支持部材の移動が起こりやすい。照射室内の圧力が高い間に連
結手段を用いることで、有効にワーク支持部材の移動を防ぐことができる。
【００１９】
加えて、連結手段はシリンダユニットが用いられる。シリンダユニットを用いることで、ブラケットと蓋部との連結・解除を早急に行うことができる。
【００２０】
請求項３に係る発明では、連結手段は、ガス供給手段により圧縮ガスが照射室へ供給される前に蓋部に係合し、排出手段により圧縮ガスが照射室から排出された後に蓋部との係合を解く。圧縮ガスが照射室内へ供給されることで、照射室内のガス圧が高まる。圧縮ガスは、ワーク支持部材を押し下げる方向に作用する。即ち、圧縮ガスが照射室内に供給されている間が、最もワーク支持部材の移動が起こりやすい。照射室内の圧力が高い間に連
結手段を用いることで、有効にワーク支持部材の移動を防ぐことができる。
【００２１】
加えて、連結手段はピンが用いられる。ピンであれば安価に調達することができ、部品の調達コストを低下させることができる。
【００２２】
請求項４に係る発明では、レーザ光により溶融されない充填体が中空部に充填される。このため、壁部に穴をあけたレーザ光は、中空部に充填された充填体に衝突する。この衝突により、充填体はレーザ光のエネルギを吸収する。充填体がエネルギを吸収することにより、レーザ光が内周面に照射されることを防ぐことができる。
【００２３】
請求項５に係る発明では、制御機構は、貫通穴が形成されるまでは、照射室内の気圧を、中空部の気圧よりも高く且つ大気圧以下にするように制御する。気圧の差を生じさせることにより照射室内に気流が発生する。この気流により効率よくちりが外部へ排出される。
【００２４】
請求項６に係る発明では、貫通穴が形成された後は、排出手段の排出機能を停止させる。ちりを排出するための気流を一つに絞ることにより、効率よくちりを外部へ排出することができる。
【００２５】
請求項７に係る発明では、充填体の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍであって、振動機構が発振する振動周波数は３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、発振の際の振幅は５μｍ〜３０μｍである。充填体の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍである。この大きさであれば、中空部内に充填体を振動させるために程良いスペースが空く。また、前述の振動条件で振動させることにより充填体をよく振動させることができるため、充填体の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】参考例に係る穴あけ装置の斜視図である。
【図２】参考例に係る穴あけ装置の要部断面図である。
【図３】ワークのセットについて説明する図である。
【図４】ワーク支持部の作業位置までの移動を説明する図である。
【図５】作業部の移動について説明する図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】レーザの照射角について説明する図である。
【図８】本発明の実施例と過去の比較例との比較図である。
【図９】クランプ機構の変更例を説明する図である。
【図１０】連結手段を説明する図である。
【図１１】実施例に係る穴あけ装置の側面図である。
【図１２】連結手段の作用を説明する図である。
【図１３】連結手段の変更例を説明する図である。
【図１４】従来技術の基本原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００２８】
図１に示されるように、穴あけ装置１０は、基台１１と、この基台１１に支持されワーク（図３、符号６６）を回転させるワーク回転機構１２と、このワーク回転機構１２に回転可能に支持されワークを支持するワーク支持部材１３と、このワーク支持部材１３の側面に設けられワークをクランプするワーククランプ機構１４と、ワーク支持部材１３の上方に回転可能且つ昇降可能に設けられワーク支持部材１３の開口１５に被せられる蓋部１６と、基台１１上に設けられた作業台１７と、この作業台１７に支持され蓋部１６を回転させる蓋部回転機構１８と、この蓋部回転機構１８に接続され蓋部１６を昇降させる昇降機構１９と、この昇降機構１９の下方に設けられ蓋部１６を昇降する際に蓋部１６の位置決めをする位置決めブロック２１と、ワーク回転機構１２やワーククランプ機構１４に繋がれこれらを制御する制御機構２２とからなる。
【００２９】
ワーククランプ機構１４は、クランプシリンダ２３の先端に板体２４が接続され、クランプシリンダ２３を作動させることで、板体２４を矢印（１）で示すように昇降させる。これにより、ワークのクランプ及びクランプ解除を操作する。
【００３０】
詳細は後述するが、図に示されるような状態では、ワーク支持部材１３内に配置されるワークがクランプされる。ここからクランプシリンダ２３を作動させ板体２４を上昇させることで、クランプ状態が解除される。
【００３１】
ワーク回転機構１２は、基台１１上に設けられるＬ字形の回転機構支持部２６と、この回転機構支持部２６に回転可能に支持されワーク支持部材１３を支持するＬ字形のワーク回転テーブル２７とからなる。
ワーク回転テーブル２７は、矢印（２）で示すように回転軸２８を中心に回動される。詳細は後述するが、この回転軸２８は、ワーク支持部材１３内のワークに接触する。即ち、ワークは、ワーク回転テーブル２７の回転軸２８上に配置される。
【００３２】
昇降機構１９は、蓋部昇降シリンダ３２が矢印（３）に示すように上方下方に作動することにより、蓋部１６と、この蓋部１６を支持する蓋部支持体３３と、この蓋部支持体３３の底面に配置される位置決めピン３４が一体的に昇降される。
【００３３】
図に示す状態から蓋部昇降シリンダ３２を作動させ、蓋部１６、蓋部支持体３３、位置決めピン３４を降下させる。蓋部１６はワーク支持部材１３に被せられ、位置決めピン３４は位置決めブロック２１に挿入される。
【００３４】
蓋部回転機構１８は、蓋部１６を水平方向に旋回させるための蓋部回転モータ３６と、この蓋部回転モータ３６の上面に配置され蓋部昇降シリンダ３２を支持するための支持柱３７とからなる。
蓋部回転モータ３６を作動させることにより、矢印（４）に示すように支持柱３７が回転軸３８を中心に回転する。これにより支持柱３７に支持される蓋部昇降シリンダ３２、蓋部支持体３３、蓋部１６、位置決めピン３４が一体的に回動される。
【００３５】
ワーク回転テーブル２７を回転軸２８廻りに回転させる（矢印（２））際に、蓋部１６にクランプシリンダ２３が接触しないようにする必要がある。蓋部１６等を想像線で示す待機位置３９に移動させておくことで接触を防ぐ。
次図で本発明の要部について説明する。
【００３６】
図２に示すように、蓋部１６は、上面の支持枠４２に支持されレーザ光を通す透過板４３と、この透過板４３を通過したレーザ光が通過する通路４４とを備える。この通路４４を通過したレーザ光により照射されるワークを、収容する照射室６３の空間を形成する隔壁４１に、当該通路４４が開口している。更に、蓋部１６は、この通路４４に繋げられガス供給手段４５から供給される圧縮ガスが通される圧縮ガス供給路４６と、ノズル状に形成されレーザ光が照射される方向に必ず向けられて配置される先端部４８と、この先端部４８からレーザ光の照射により発生するちりを吸い込む排出手段４９と、ワーク支持部材１３に蓋部１６を被せた際にワーク支持部材１３に接触するシール材５１とを備える。
【００３７】
なお、レーザ光の照射により発生するちりとは、プリュームと呼ばれる、レーザ加工時にワークの表面の金属が熱で蒸発してできた金属蒸気や、イオン化した混合気体のことである。
また、矢印（１）と矢印（３）は、図１の矢印（１）、矢印（３）と同じである。
【００３８】
蓋部１６は、上部基体５２と下部基体５３とから構成され、シール材５１はこれらの上部基体５２と下部基体５３とに挟まれるように配置される。
ガス供給手段４５から供給されるガスとしては、空気の他、窒素等の不活性ガスを用いることもでき、圧縮ガスの種類は問わない。
【００３９】
一方、ワーク支持部材１３は、シール材５１に接触する外壁部４７と、隔壁４１に対向する位置に照射室６３の空間を形成する内壁部５４を有する凹部６２と、この凹部６２の底部にワークが載置される第１ワークポケット５５と、この第１ワークポケット５５に向かって先端が延ばされる超音波振動子を用いた振動機構５６と、この振動機構５６の先端付近に繋げられ第１ワークポケット５５の下側を低圧にする低圧手段（詳細は後述）とからなる。
【００４０】
板体２４を降下させることにより、この板体２４に接続される支持板５７、支持柱５８、５８、クランプ板５９が一体的に降下される。ワークは、想像線で示すようにクランプ板５９の下面に形成される第２ワークポケット６１と、第１ワークポケット５５でクランプされる。
【００４１】
この後、矢印（３）で示すように蓋部１６を降下させワーク支持部材１３に被せる。このとき蓋部１６とワーク支持部材１３とで囲われた領域が、レーザ光の照射を行う照射室６３である。即ち、ガス供給手段４５は、照射室６３に繋げられ照射室６３内に圧縮ガスを供給するということができる。また、排出手段４９は、ノズル状に形成された先端部４８が照射室６３内に伸ばされているということができる。
次図でワークのセットについて説明する。
【００４２】
図３（ａ）に示すように振動機構５６の先端が上を向いている状態から、ワーク回転テーブル（図１、符号２７）を作動させ、振動機構５６の先端が下を向く、図３（ｂ）に示す状態にワーク支持部材１３を回転させる。
なお、図３は回転軸２８が図面表裏に延びる方向からワーク支持部材１３を見ている。
【００４３】
次に（ｂ）に示す状態で、前述の第１ワークポケット５５における振動機構５６側を低圧にする低圧手段６４を作動させる。そして、レーザ光で溶融しないジルコニア製ボールを充填体６５として、ワーク６６の中空部６７に充填し、第１ワークポケット５５に配置する。
【００４４】
このとき、低圧手段６４の作用により、ワーク６６には上向きに引っ張られる力が掛かる。従って、クランプ板５９でクランプする前にワーク６６から手を離しても、ワーク６６が落下することはない。
【００４５】
充填体６５たるジルコニア製ボールは、酸化物セラミックであるジルコニアからなる。周知の通りジルコニアは、融点が極めて高く、このためレーザ光が入射しても溶融することはない。なお、充填体６５においてレーザ光が入射した箇所は、崩壊を起こす。その結果微粉末が発生する。
【００４６】
なお、充填体にはジルコニア製ボールの他に、粉体を用いることもできる。即ち、ジルコニア製の粉体を含む充填体６５の直径は、レーザ光の照射時間や発振周波数に基づいて設定される。換言すると、レーザ光が照射される前のジルコニア製の充填体６５の体積をＶ０、パルス毎に崩壊する体積をＺ、レーザ光の発振周波数をｆ、レーザ光の照射時間をｔ、とするとき、最低限必要な充填体の半径Ｒは、下記の式（１）で表されるとおりである。
Ｒ＝｛３Ｖ０−ｔｆＺ／４π｝１／３・・・（１）
【００４７】
更に換言すると、充填体６５としては、式（１）で求められる半径Ｒよりも半径が大きいものが選定される。また、式（１）のパルス毎に崩壊する体積Ｚは、予め実験により求められる体積であるから、ジルコニア製の粉体を含む充填体以外のもので、例えば素材がジルコニアの充填体であっても予め実験によりパルス毎に崩壊する体積Ｚが求めることができれば選定することができる。
【００４８】
なお、レーザ光がワークに照射される間に、該ワークの壁部に貫通穴を形成して、該貫通穴を通る該レーザ光が、貫通穴が形成された壁部と対向するワークの内周面に到達することを回避するべく、充填体６５は設けられたものであり、レーザ光を照射して溶融しないもので且つ、前記ワークに形成される貫通穴の直径、及び上述の式（１）で求められるＲよりも半径が大きいものであれば、充填体の素材、形状は特に限定されない。
【００４９】
貫通穴の直径は３μｍ〜２００μｍであり、少なくとも貫通穴よりも大きい粉体を用いる必要があり、ジルコニア製ボールを用いる場合、ジルコニア製ボールの直径は直径３０μｍ〜２０ｍｍであることが望ましい。
【００５０】
次に（ｃ）の矢印（１）で示すようにクランプ板５９を上昇させて、ワーク６６をクランプする。これでワーク６６のセットが完了する。
この図に示されるとおり、低圧手段６４は、中空部６７に繋げられ、この中空部６７の気圧を壁部６８の外側よりも低くしている。
【００５１】
低圧手段６４により、中空部６７の気圧を壁部６８の外側よりも低くする。これにより、ワーク６６を低圧側に引っ張る力が作動する。穴あけ前には、この力によりワーク６６がしっかり抑えられる。
次図でワーク支持部の作業位置までの移動について説明する。
【００５２】
図４（ａ）に示されるように、ワーク６６をクランプした後は、ワーク回転テーブル（図１、符号２７）を作動させ、（ｂ）に示すように再び振動機構５６の先端が上向きになるような位置まで、ワーク支持部材１３を移動させる。
次図で、ワーク支持部材１３に蓋部１６を被せる際の作用について説明する。
【００５３】
図５に示されるように、待機位置（図１、符号３９）からワーク支持部材１３の上に蓋部１６を移動させ、その後、矢印（３）で示すように蓋部１６を降下させる。この動作により、蓋部１６の隔壁４１及びシール材５１、並びにワーク支持部材１３の内壁部５４及びクランプ板５９の上面により照射室６３が形成される。即ち、照射室６３は、ワーク支持部材１３の開口１５に蓋部１６を被せることで形成される領域ということができる。照射室６３を形成した上で、ワークにレーザ光を照射する。
【００５４】
図６に示すようにレーザ光７０を照射する際は、ガス供給手段４５で圧縮ガスを供給しつつ、レーザ光７０を照射することにより発生するちりを排出手段４９で排出する。ガス供給手段４５で圧縮ガスを供給することにより照射室６３内の気圧は高くなる。このため、排出手段４９を作動させることにより、照射室６３内を大気圧と同じ気圧に保つことができる。
振動機構５６、低圧手段６４、ガス供給手段４５及び排出手段４９は、それぞれが接続される制御機構２２によって制御され、作動される。
【００５５】
レーザ光は、ナノ秒レーザ光やピコ秒レーザ光を用いることができる。また、レーザ加工ヘッドにナノ秒レーザ光の照射機及びピコ秒レーザ光の照射機の両方を支持させることもできる。この場合には、ナノ秒レーザ光により大まかな穴あけを行った後、ピコ秒レーザ光で仕上げを行うことにより、精度の高い穴あけ作業を短時間で行うことができる。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、レーザ光７０に対して、振動機構５６の軸線Ｌ１がなす角度θを、ワーク回転テーブル（図１符号２７）を回転させることにより変えることができる。例えば、（ａ）の場合のθ１は２７°で、これを回転させることにより（ｂ）に示すようにθ２を４５°とすることができる。
これにより、ワーク６６に対してレーザ光７０の当たる照射角度を変えることができる。
【００５７】
図面表裏方向に延びる回転軸２８上にワーク６６が配置される。これにより、照射されるレーザ光７０に対するワーク６６の角度は、ワーク回転テーブルを回動させることにより変えることができる。即ち、様々な角度からの穴あけを行うために、回動機構を作動させるだけでよい。１台の装置で、様々な角度に穴あけを行うことができ有益である。
【００５８】
仮に、回転軸２８に対してワーク６６を離して配置した場合は、ワーク支持部材１３を回転させることにより、ワーク６６は大きく移動し、レーザ光７０の照射されない位置までワーク６６が移動してしまう。ワーク６６はワーク支持部材１３により回転軸２８上に支持される。ワーク６６が回転軸２８上に支持されることで、ワーク６６は同じ位置で回転される。同じ位置で回転するため、回転させた後に別途ワーク６６の高さを調整する必要がない。即ち、ワーク６６の高さ等を調整するための機器を設ける必要がなく、部品点数の削減に寄与する。
【００５９】
図８（ａ）に示すように、排出手段４９を作動させながらワーク６６にレーザ光７０を照射することにより、被照射部７１で発生するちり７２を素早く回収することが出来る。
貫通穴（（ｃ）、符号７５）が形成されるまでの間、制御機構は、照射室６３内の気圧が、中空部６７の気圧よりも高く且つ大気圧以下にするように制御している。
【００６０】
即ち、ガス供給手段４５の単位時間当たりのガスの供給量よりも多く排出手段４９で吸引している。加えて、この排出手段４９の単位時間当たりの吸引量よりも多く、低圧手段６４で吸引している。
気圧の差を生じさせることにより照射室６３内に気流が発生する。この気流により効率よくちりが外部へ排出される。
【００６１】
一方、（ｂ）に示すように、排出手段を有しない比較例では、蒸発したちり７２がその場に止まることにより、穴に再付着することがある。従って、再付着したちり７３を再度削りながら穴あけを行うため、時間がかかる。
即ち、（ａ）に示すように排出手段４９を作動させながらワーク６６にレーザ光７０を照射することにより、ちり７２の再付着を防ぐことができ、早く穴を貫通させることができる。
【００６２】
換言すると、穴あけ装置は、図示しない制御機構を備え、照射室６３を、大気圧若しくは大気圧よりも若干低圧に保った状態にすることができる。前記いずれかの状態で図示しないレーザ加工ヘッドからレーザ光７０を発射し、中空状のワーク６６の外側面に照射する。加工によりちり（プリューム）７２が発生する。
【００６３】
なお、貫通穴７５が形成されるまでは、照射室６３に気体の逃げ場がない場合（ｂ）は、加圧しすぎると加工が透過板４３または密閉部材に負荷をかける。また、加圧しすぎると空気がちり７２を押さえてしまい、加工されるべき箇所からちり７２が除去されずに、そのちり７２がレーザ光７０を遮ってしまうおそれがある。更に換言すると、加圧しすぎない方が加工が進むからである。
【００６４】
（ｃ）に示すように貫通穴７５が形成されると、レーザ光７０は充填体６５に衝突する。この衝突により、充填体６５はレーザ光７０のエネルギを吸収する。充填体６５がエネルギを吸収することにより、レーザ光７０が内周面７６に照射されることを防ぐことができる。
【００６５】
また、レーザ光７０を照射された充填体６５は、振動機構５６により振動を与えられている。例えば、このときの振動周波数は３０ｋＨＺ〜１００ｋＨｚであり、振幅は５μｍ〜３０μｍである。この振動により充填体６５が動かされ、レーザ光７０の照射される場所を少しずつ変えることができる。
【００６６】
具体的には、このような振動条件の下では、図８（ｃ）における鉛直方向に沿って約０．１ｍｍ上方移動ないし下方移動しながら、回転動作をすることができる。即ち、レーザ光７０の照射される場所が充填体６５の１箇所に集中しないようにすることにより、レーザ光７０によるダメージの分散を図ることができ、充填体６５の長寿命化を図ることができる。
【００６７】
レーザ光７０での加工が進むと、（ｃ）に示すように貫通穴７５が形成され、その後は、弁７７を閉じ、排出手段４９を停止させる。穴が貫通した後は、低圧手段６４によりちり７２が回収される。穴あけ後には、低圧手段６４によりレーザ光７０の照射により発生したちり７２が回収され、貫通穴７５付近にちり７２が留まらない。
【００６８】
なお、（ａ）の状態では、内周面７６で形成されるワークの中空部の気圧を、ワークの壁部６８の外側よりも低くされて制御されている。そして、（ｃ）に示すように貫通穴７５が形成されると、圧力差で空気がワークの中空部内を矢印の用に流れ、この流れに伴いちり７２は低圧手段に押し流される。
【００６９】
また、弁７７を切替えると、照射室６３は（ａ）の状態よりも気圧が高圧になり、照射室６３の気圧とワークの中空部の気圧との圧力差が更に大きくなり、図（ｃ）の矢印のように示されるワークの中空部内の空気の流れがよりいっそう円滑になる。
ちり７２の貫通穴７５付近への再付着を防ぐことができ、作業の効率化を図ることができる。
【００７０】
貫通穴７５が形成された後は、排出手段４９の排出機能を停止させる。これにより、気流がガス供給手段４５から低圧手段６４に向かう気流のみになる。ちり７２を排出するための気流を一つに絞ることにより、効率よくちり７２を外部へ排出することができる。
【００７１】
充填体６５の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍであって、振動機構５６が発振する振動周波数は３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、発振の際の振幅は５μｍ〜３０μｍである。充填体６５の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍである。この大きさであれば、ワーク６６に燃料噴射ノズルを用いた場合に中空部６７内に充填体を振動させるための程良いスペースが空く。また、前述の振動条件で振動させることにより充填体６５をよく振動させることができるため、充填体６５の長寿命化を図ることができる。
【００７２】
（ｄ）の比較例に示すように、充填体を充填しない場合は、レーザ光７０がワーク６６の内周面７６に接触し、その部分を除去してしまう。
ところで、ワークをクランプするクランプ機構（図１、符号１１）は、次図で説明する構成とすることもできる。詳細を次図で説明する。
【００７３】
図９に示されるように、クランプ機構に蝶ボルト７８、７８を用いた。蝶ボルト７８、７８を用いた場合はクランプ機構を簡易に構成することができる。
このようなクランプ機構を用いた場合であっても、充填体がエネルギを吸収することにより、レーザ光が内周面に照射されることを防ぐことができるという本発明の効果を得ることができる。
【００７４】
ところで、本発明者らが穴あけ装置１０を用いたところ、以下のことが分かった。図５に戻り説明する。
図５に示されるように、穴あけ作業を行う場合は、まず、矢印（５）で示すように照射室６３内に圧縮ガスを送る。圧縮ガスが送られることで、照射室６３内は高圧となる。高圧になると、白抜き矢印で示すように、蓋部１６には上方に向かって浮くような力が働き、ワーク支持部１３には下方に向かって沈むような力が働く。
【００７５】
白抜き矢印で示す力で、蓋部１６を支持する蓋部支持体（図１、符号３３）や、ワーク支持部１３を支持するワーク回転テーブル（図１、符号２７）が撓み得ることが分かった。仮に、撓んだ場合は、ワーク６６の位置がずれ、穴が開けられる位置もずれることとなる。即ち、穴あけ装置１０に、さらにワーク６６の移動を防ぐことができる機能を付加することを知見した。ワークの移動を防ぐための対策について、詳細を次図で説明する。
【００７６】
図１０に示すように、穴あけ装置８０は、回転機構（図１、符号１２）のワーク回転テーブル２７に支持されたブラケット８１と、このブラケット８１の上部に設けられた差込み穴８２、８２に差込まれることで支持される連結手段としてのシリンダユニット８３、８３とが備えられる。
【００７７】
ブラケット８１は、ワーク回転テーブル２７の上面に立てられる支柱部８４、８４と、これらの支柱部８４、８４間に架けられ上面でワーク支持部材１３の本体１３ａを支持する梁部８５とからなる。梁部８５の中央には振動機構５６を通すための穴部８６が設けられる。
【００７８】
シリンダユニット８３は、差込み穴８２に差込まれる本体部８８と、この本体部８８の移動を規制するために支柱部８４に接触するストッパ部８９と、このストッパ部８９とは逆側に形成される雄ねじ部９１と、この雄ねじ部９１に螺合され本体部８８の移動を規制するナット９２とからなる。
【００７９】
シリンダユニット８３は、ロッド９３が回転機構（図１、符号１２）の回転軸２８上に沿って設けられ、ロッド９３の先端が蓋部１６の係合穴９４に着脱自在に設けられる。ロッド９３の進退は制御部２２で制御される。
【００８０】
図１１に示すように、昇降機構１９及び蓋部回転機構１８が設けられる位置を、ブラケット８１の配置スペースを確保するため、図１の穴あけ装置と比べ変更した。それぞれの機構が設けられる位置を除き、各機構の機能は図１に示す穴あけ装置（図１、符号１０）と同様である。
【００８１】
ブラケット８１の支柱部８４は、台形状を呈する。台形状とすることで、下部の面積を広く取ることができ、ワーク回転テーブル２７に確実に支持される。一方、上部の面積を小さくすることで、蓋部１６の移動時における蓋部１６への干渉を防止できる。
連結手段としてのシリンダユニット８３の作用を次図で詳細に説明する。
【００８２】
図１２に示すように、シリンダユニット８３（連結手段）は、ガス供給手段４５により圧縮ガスが照射室６３へ供給される前に蓋部１６に係合し、排出手段（図１０、符号４９）により圧縮ガスが照射室６３から排出された後に蓋部１６との係合を解く。
【００８３】
圧縮ガスが照射室６３内へ供給されることで、照射室６３内のガス圧が高まる。圧縮ガスは、白抜き矢印で示すように、ワーク支持部材１３を押し下げる方向及び蓋部１６を押し上げる方向に作用する。
【００８４】
ワーク回転テーブル２７（回転機構）に支持されたシリンダユニット８３は、蓋部１６に設けられた係合穴９４にロッド９３が係合することで、蓋部１６に係合する。蓋部１６に係合することで、ワーク支持部材１３の下方に移動しようとする力が、蓋部１６の押し上げられる力で打ち消される。打ち消すことで、ワーク支持部材１３の下方向への移動を防ぎ、ワーク６６の移動も防ぐことができる。
【００８５】
圧縮ガスが照射室６３内に供給されている間が、最もワーク支持部材１３の移動が起こりやすい。照射室６３内の圧力が高い間にシリンダユニット８３を用いることで、有効にワーク支持部材１３及びワーク６６の移動を防ぐことができる。ワーク６６の移動を防ぐことで、正確な位置に穴あけを行うことができる。
【００８６】
シリンダユニット８３を用いることで、ブラケット８１と蓋部１６との連結・解除を早急に行うことができる。
さらに、ブラケット８１は、２本の支柱部８４、８４の間に梁部８５を通してなる。梁部８５を設けることで、ブラケット８１の剛性を高めることができ、より確実にワーク支持部材１３及びワーク６６の移動を防ぐことができる。
【００８７】
図１３に示すように、連結手段にピン９６、９６を用いた。作業者がリング状の把手部９７を持ち、ストッパ部９８が支柱部８４に接触するまでロッド９９を係合穴９４に差込む。ピン９６、９６で蓋部１６との係合を行うことによっても本発明の効果を得ることができる。
【００８８】
即ち、ピン９６、９６（連結手段）でブラケット８１と蓋部１６とを連結することで、蓋部１６に対してワーク支持部材１３を固定することができる。ワーク支持部材１３を固定することでワーク６６も固定され、正確な位置に穴をあけることができる。
【００８９】
加えて、連結手段はピン９６、９６が用いられる。ピン９６、９６であれば安価に調達することができ、部品の調達コストを低下させることができる。
【００９０】
尚、本発明に係る穴あけ装置は、実施の形態では燃料噴射ノズルに適用したが、細い貫通穴があけられる部材であれば、その他の機械部品等にも適用可能であり、用途はこれらに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係る穴あけ装置は、燃料噴射ノズルの穴あけに好適である。
【符号の説明】
【００９２】
１１…基台、１２…ワーク回転機構、１３…ワーク支持部材、１５…開口、１６…蓋部、２２…制御機構、２８…回転軸、４５…ガス供給手段、４８…先端部、４９…排出手段、５６…振動機構、６３…照射室、６４…低圧手段、６５…充填体、６６…ワーク、６７…中空部、６８…壁部、７０…レーザ光、７１…被照射部、７２…ちり、７５…貫通穴、８０…穴あけ装置、８１…ブラケット、８３…シリンダユニット（連結手段）、９６…ピン（連結手段）。
【図１】
2011235292.tif 000003
【図２】
2011235292.tif 000004
【図３】
2011235292.tif 000005
【図４】
2011235292.tif 000006
【図５】
2011235292.tif 000007
【図６】
2011235292.tif 000008
【図７】
2011235292.tif 000009
【図８】
2011235292.tif 000010
【図９】
2011235292.tif 000011
【図１０】
2011235292.tif 000012
【図１１】
2011235292.tif 000013
【図１２】
2011235292.tif 000014
【図１３】
2011235292.tif 000015
【図１４】
2011235292.tif 000016