(57)【要約】【課題】レーザ光の散乱や遮断を抑制することができ、レーザ光によるスリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができるハニカム構造体成形用金型の製造方法及びそれに用いる溝加工装置を提供すること。【解決手段】溝加工装置は、金型素材を保持する保持部と、金型素材の溝形成位置に対して高圧水を噴射して水柱を形成するノズル部と、水柱の中を通して溝形成位置に対して照射するレーザ光を導出するレーザヘッドと、給水源１５から供給される供給水を昇圧する昇圧シリンダ１４１を備え、昇圧シリンダ１４１により昇圧された高圧水をノズル部に供給する高圧水供給部１４と、保持部とノズル部とを相対移動させ、レーザ照射位置を溝形成位置に沿って移動させる駆動部とを有する。給水源１５と高圧水供給部１４の昇圧手段１４１との間には、供給水に含まれる気体を除去する脱気ユニット３が設けられている。【選択図】図２
2008194846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料供給用の供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型を製造する方法において、
上記スリット溝を加工するに当たっては、被加工物の溝形成面における溝形成位置に対して、給水源から供給される供給水を昇圧してなる高圧水を噴射して水柱を形成すると共にレーザ光を上記水柱の中に通して照射し、レーザ照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させ、
上記供給水を昇圧する前に、該供給水に含まれる気体を除去する脱気処理を行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記脱気処理では、気体のみを透過させる気体透過膜に上記供給水を接触させ、該供給水に含まれる気体を除去することを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、上記脱気処理では、真空ポンプによって上記供給水に含まれる気体を吸引することを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、上記スリット溝の溝幅は、４０〜１５０μｍであることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記スリット溝の溝深さは、２〜３．５ｍｍであること特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記スリット溝の格子形状は、三角形、四角形又は六角形であることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項７】
材料供給用の供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型の上記スリット溝を加工する装置であって、
被加工物を保持する保持部と、
上記被加工物の溝形成面における溝形成位置に対して高圧水を噴射して水柱を形成するノズル部と、
上記水柱の中を通して上記溝形成位置に対して照射するレーザ光を導出するレーザヘッドと、
給水源から供給される供給水を昇圧する昇圧手段を備え、該昇圧手段により昇圧された高圧水を上記ノズル部に供給する高圧水供給部と、
上記保持部と上記ノズル部とを相対移動させ、レーザ照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させる移動手段とを有し、
上記給水源と上記高圧水供給部の上記昇圧手段との間には、上記供給水に含まれる気体を除去する脱気手段が設けられていることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の溝加工装置。
【請求項８】
請求項７において、上記脱気手段は、気体のみを透過させる気体透過膜を有し、該気体透過膜に上記供給水を接触させ、該供給水に含まれる気体を除去することができるよう構成されていることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の溝加工装置。
【請求項９】
請求項８において、上記脱気手段は、上記供給水に含まれる気体を吸引するための真空ポンプを有することを特徴とするハニカム構造体成形用金型の溝加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体を成形するためのハニカム構造体成形用金型の製造方法及びそれに用いる溝加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック製のハニカム構造体を成形するためのハニカム構造体成形用金型には、格子状のスリット溝が設けられている。このスリット溝を加工する方法としては、従来から様々な方法が提案されている。昨今では、スリット溝の狭幅化に対応すべく、精密な加工が可能なウォータージェットレーザを用いた加工方法が知られている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
上記のウォータージェットレーザを用いてスリット溝を加工する溝加工装置は、被加工物の溝形成位置に対して、高圧水を噴射して水柱を形成すると共にレーザ光をその水柱の中に通して照射し、さらにレーザ照射位置を溝形成位置に沿って移動させることによって溝加工ができるよう構成されている。
【０００４】
ところが、上記溝加工装置は、噴射する高圧水中に気体が混入していると、その混入した気体が水柱内で気泡になる。そして、この気泡により、水柱の中を通過するレーザ光の散乱が大きくなったり、遮断が生じたりするという問題がある。そのため、加工速度や加工精度の低下を招き、ひどい場合には金型の加工不良が生じる。
しかしながら、上記の問題を解決する有効な手段は、未だ見出されていないのが現状である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３０１５８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光の散乱や遮断を抑制することができ、スリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができるハニカム構造体成形用金型の製造方法及びそれに用いる溝加工装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、材料供給用の供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型を製造する方法において、
上記スリット溝を加工するに当たっては、被加工物の溝形成面における溝形成位置に対して、給水源から供給される供給水を昇圧してなる高圧水を噴射して水柱を形成すると共にレーザ光を上記水柱の中に通して照射し、レーザ照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させ、
上記供給水を昇圧する前に、該供給水に含まれる気体を除去する脱気処理を行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法にある（請求項１）。
【０００８】
本発明のハニカム構造体成形用金型の製造方法において、上記スリット溝の加工は、上記供給水を昇圧してなる高圧水を噴射して水柱を形成すると共にレーザ光をその水柱の中を通して照射することによって行う。そして、上記供給水を昇圧して高圧水とする前に、上記供給水に含まれる気体を除去して脱気する脱気処理を行う。
【０００９】
そのため、上記供給水を昇圧してなる高圧水に気体が混入することを防止することができる。これにより、高圧水を噴射して水柱を形成しても、その水柱内に気泡が生じるおそれがなくなる。つまり、水柱内における気泡の発生を防止することができる。それ故、上記レーザ光を気泡のない水柱の中を精度良く通して照射し、上記スリット溝の加工を行うことができる。
【００１０】
よって、従来のように、水柱内に気泡が生じ、その気泡によって水柱の中を通過するレーザ光の散乱が大きくなったり、遮断が生じたりすることを抑制することができる。そして、加工速度や加工精度の低下、金型の加工不良等のおそれなく、上記スリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができる。
【００１１】
このように、本発明のハニカム構造体成形用金型の製造方法によれば、レーザ光の散乱や遮断を抑制することができ、スリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができる。
【００１２】
第２の発明は、材料供給用の供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型の上記スリット溝を加工する装置であって、
被加工物を保持する保持部と、
上記被加工物の溝形成面における溝形成位置に対して高圧水を噴射して水柱を形成するノズル部と、
上記水柱の中を通して上記溝形成位置に対して照射するレーザ光を導出するレーザヘッドと、
給水源から供給される供給水を昇圧する昇圧手段を備え、該昇圧手段により昇圧された高圧水を上記ノズル部に供給する高圧水供給部と、
上記保持部と上記ノズル部とを相対移動させ、レーザ照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させる移動手段とを有し、
上記給水源と上記高圧水供給部の上記昇圧手段との間には、上記供給水に含まれる気体を除去する脱気手段が設けられていることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の溝加工装置にある（請求項７）。
【００１３】
本発明のハニカム構造体成形用金型の溝加工装置において、上記給水源と上記高圧水供給部の上記昇圧手段との間には、上記供給水に含まれる気体を除去する上記脱気手段が設けられている。そのため、上記第１の発明の製造方法における上記スリット溝の加工に当たって、上記溝加工装置を用いることにより、上述した優れた効果を充分に発揮することができる。
【００１４】
すなわち、上記溝加工装置を用いることにより、上記供給水を上記昇圧手段によって昇圧して高圧水とする前に、上記脱気手段によって上記供給水に含まれる気体を除去して脱気することができる。そのため、上記供給水を昇圧してなる高圧水に気体が混入することを防止することができる。これにより、高圧水を噴射して水柱を形成しても、その水柱内における気泡の発生を防止することができる。それ故、上記レーザ光を気泡のない水柱の中を精度良く通して照射し、上記スリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができる。
【００１５】
このように、本発明のハニカム構造体成形用金型の溝加工装置を用いることにより、レーザ光の散乱や遮断を抑制することができ、スリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上記第１の発明においては、高圧水を噴射して水柱を形成すると共にレーザ光をその水柱の中に通して照射する、いわゆるウォータージェットレーザによって上記スリット溝の加工を行う。そのため、上記レーザ光が上記水柱中に閉じ込められた状態で照射され、上記レーザ光により溶融された溶融部がその周囲の水によって効率よく分離し、冷却除去される。これにより、精度の高い溝加工を行うことができる。
また、上記給水源から供給される上記供給水としては、通常、単なる水を用いる。
【００１７】
また、上記脱気処理では、気体のみを透過させる気体透過膜に上記供給水を接触させ、該供給水に含まれる気体を除去することが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記供給水に含まれる気体を上記気体透過膜によって効果的に除去することができる。そのため、上記脱気処理を効率よく行うことができる。
【００１８】
また、上記脱気処理では、真空ポンプによって上記供給水に含まれる気体を吸引することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記供給水に含まれる気体を上記真空ポンプによって効果的に吸引することができる。そのため、上記脱気処理をより一層効率よく行うことができる。
【００１９】
また、上記スリット溝の溝幅は、４０〜１５０μｍであることが好ましい（請求項４）。
このような溝幅が狭い上記スリット溝を加工する場合には、高い加工精度が求められる。そのため、上記第１の発明の効果を特に有効に発揮することができる。
【００２０】
また、上記スリット溝の溝深さは、２〜３．５ｍｍであることが好ましい（請求項５）。
このような溝深さの上記スリット溝を加工する場合には、高い加工精度が求められる。そのため、上記第１の発明の効果を特に有効に発揮することができる。
【００２１】
また、上記スリット溝の格子形状は、三角形、四角形又は六角形であることが好ましい（請求項６）。
いずれの格子形状の上記スリット溝を加工する場合にも、上記第１の発明の効果を充分に発揮することができる。
【００２２】
また、上記被加工物としては、金属材料、セラミックス、その他の種々の材料を用いることができる。上記金属材料としては、例えばＳＫＤ（合金工具鋼）等を用いることができる。
【００２３】
上記第２の発明においては、上記溝加工装置は、高圧水を噴射して水柱を形成すると共にレーザ光をその水柱の中に通して照射する、いわゆるウォータージェットレーザによって上記スリット溝の加工を行うことができるよう構成されている。そのため、上述のごとく、精度の高い溝加工を行うことができる。
【００２４】
また、上記脱気手段は、気体のみを透過させる気体透過膜を有し、該気体透過膜に上記供給水を接触させ、該供給水に含まれる気体を除去することができるよう構成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記供給水に含まれる気体を上記気体透過膜によって効果的に除去することができる。そのため、上記供給水の脱気を効率よく行うことができる。
【００２５】
また、例えば、上記供給水を流通させる部分に上記気体透過膜を配設すれば、上記供給水を流通させながら脱気することができる。そのため、上記供給水の脱気をさらに効率よく行うことができる。また、これによって、常に上記供給水を上記脱気手段によって脱気しながら、上記スリット溝の加工を行うことも可能となる。
【００２６】
また、上記脱気手段は、上記供給水に含まれる気体を吸引するための真空ポンプを有することが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記供給水に含まれる気体を上記真空ポンプによって効果的に吸引することができる。そのため、上記供給水の脱気をより一層効率よく行うことができる。
【００２７】
また、上記脱気手段としては、上記気体透過膜を用いたものや、その他の方法を用いたもの等、上記供給水を充分に脱気することができる構成であれば、簡易な構成のものから複雑な構成のものまで、種々の脱気手段を採用することができる。
上記気体透過膜を用いたものとしては、被処理液を流通させる配管内に中空糸状の気体透過膜を複数配設した構成のものがある。このような構成のものとしては、例えば、セルガード社製の脱気モジュール（Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ（登録商標））等がある。
【００２８】
また、さらに、上記溝加工装置は、例えば使用を停止した際に、上記供給水を流通させる配管等に気体が入り込んでしまった場合でも、使用再開後、短時間で上記供給水及び使用停止中に入り込んだ気体を上記脱気手段によって脱気処理することができる。そのため、上記溝加工装置を短時間で迅速に通常の使用状態に戻すことができるという効果が得られる。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例にかかるハニカム構造体成形用金型の製造方法及びそれに用いる溝加工装置について、図を用いて説明する。
本例において製造するハニカム構造体成形用金型８は、図４、図５に示すごとく、材料供給用の供給穴８１と、供給穴８１に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝８２とを有するものである。スリット溝８２は、溝形成面８２０に設けられており、四角形格子状を呈している。また、本例のスリット溝８２は、溝幅が９０μｍ、溝深さが２．５ｍｍである。
【００３０】
このような形状のハニカム構造体成形用金型８を製造するに当たっては、まず、被加工物としての金型素材８０（図１）を準備する。金型素材８０としては、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの四角形の金属板を用いた。金型素材８０の材質は、ＳＫＤ６１（合金工具鋼）よりなる。もちろん、これと異なるサイズ、材質の金型素材を用いることも可能である。
次いで、金型素材８０における溝形成面８２０の反対側の穴形成面８１０に、ドリルを用いて供給穴８１（図５）を設ける。
【００３１】
そして、図１に示す溝加工装置１を用いて、金型素材８０の溝形成面８２０に、四角形格子状のスリット溝８２（図４、図５）を設ける。
ここで、溝加工装置１は、図１に示すごとく、レーザ光７１を発生させるレーザ発生部１１と、発生したレーザ光７１を導出するレーザヘッド１２と、レーザ光７１の周囲において高圧水を噴射して水柱７２を形成するノズル部１３と、水柱７２用の高圧水をレーザヘッド１２に供給する高圧水供給部１４と、給水源１５とを有している。レーザヘッド１２とノズル部１３とは、一体的に構成されている。
また、レーザ発生部１１とレーザヘッド１２との間には、両者を結んでレーザ光７１を導く光ファイバー部２１が設けられている。また、高圧水供給部１４とノズル１３、高圧水供給部１４と給水源１５は、それぞれ配管２２、２３によって接続されている。
【００３２】
また、同図に示すごとく、溝加工装置１は、金型素材８０を保持すると共にＸ−Ｙ軸方向に移動可能な保持部１９を有している。保持部１９には、保持部１９を移動させるための図示しない駆動部（移動手段）が接続されている。
また、この駆動部、高圧水供給部１４及びレーザ発生部１１は、これらを操作するための図示しない操作盤に接続されている。
【００３３】
また、図２に示すごとく、高圧水供給部１４は、給水源１５から供給される供給水（水）を昇圧する昇圧シリンダ（昇圧手段）１４１を備えている。また、給水源１５と高圧水供給部１４の昇圧シリンダ１４１との間には、供給水の脱気処理を行うための脱気ユニット３が設けられている。脱気ユニット３及び昇圧シリンダ１４１は、配管２４によって接続されている。なお、本例の脱気ユニット３は、高圧水供給部１４内に設けられている。
【００３４】
また、同図に示すごとく、脱気ユニット３は、供給水の脱気処理を行う脱気処理部３１と、脱気処理部３１において供給水から除去する気体を吸引・回収する真空ポンプ３２とを有している。脱気処理部３１及び真空ポンプ３２は、配管３３によって接続されている。また、脱気処理部３１は、供給水を流通させる図示しない流通配管と、気体のみを透過させる気体透過膜３４（図３）とを有している。
【００３５】
また、図３に示すごとく、脱気処理部３１の内部においては、上記流通配管内を流通する供給水Ｗを気体透過膜３４に接触させ、供給水Ｗに含まれる気体Ｇを除去することができるよう構成されている。本例では、真空ポンプ３２によって気体回収側３１２を減圧し、供給水Ｗに含まれる気体Ｇを水流通側３１１から気体透過膜３４を介して気体回収側３１２へと吸引することができるよう構成されている。
【００３６】
なお、脱気ユニット３の構成及び脱気処理部３１の内部構成は、上述した原理やその他の方法等、供給水を充分に脱気することができる構成であれば、種々の脱気手段を採用することができる。本例では、脱気処理部３１として、セルガード社製の脱気モジュール（Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ（登録商標）、型式：Ｅｘｔｒａ４×１３）を用いた。
【００３７】
上記構成の溝加工装置１を用いてスリット溝８２を加工するに当たっては、図１に示すごとく、まず、保持部１９に被加工物としての金型素材８０をセットする。そして、金型素材８０に対して、ノズル部１３から高圧水を噴射して水柱７２を形成すると共に、レーザ光７１を水柱７２の中に通して照射する。さらに、保持部１９をＸ−Ｙ軸方向に移動させることにより、金型素材８０に対するレーザ照射位置Ｌを溝形成位置に沿って繰り返し移動させる。
【００３８】
なお、本例では、水柱７２を形成する高圧水の水圧は２３０ｋｇｆ／ｃｍ2、レーザ光７１のパルスパワーは１４００Ｗとした。また、レーザ照射位置Ｌの金型素材（被加工物）８０に対する移動速度は２４０ｍｍ／分、繰り返し回数は７０回とした。これにより、溝幅が９０μｍ、溝深さが２．５ｍｍのスリット溝が得られた。
以上により、ハニカム構造体成形用金型８を作製した。
【００３９】
そして、本例では、溝加工装置１を用いたスリット溝８２の加工の際に、ノズル部１３に高圧水を次のようにして供給した。
まず、図２に示すごとく、給水源１５から供給された供給水は、配管２３を通り、高圧水供給部１４内へと送られる。そして、高圧水供給部１４内における脱気ユニット３の脱気処理部３１へと送られる。
【００４０】
次いで、図３に示すごとく、脱気処理部３１に送られた供給水Ｗは、上記配管内を流通しながら気体透過膜３４に接触する。このとき、真空ポンプ３２によって気体回収側３１２を減圧しているため、供給水Ｗに含まれる気体Ｇは、水流通側３１１から気体透過膜３４を介して気体回収側３１２に吸引される。これにより、供給水Ｗから気体Ｇが除去される。なお、水流通側３１１の圧力は４ｋｇｆ／ｃｍ2、気体回収側３１２の圧力は１８０〜３００ｈＰａとした。
【００４１】
次いで、図２に示すごとく、脱気された供給水は、脱気ユニット３の脱気処理部３１から配管２４を通り、昇圧シリンダ１４１へと送られる。一方、除去された気体は、配管３３を通り、真空ポンプ３２に送られて回収される。
昇圧シリンダ１４１に送られた供給水は、この昇圧シリンダ１４１において昇圧されて高圧水となり、配管２２を通って、ノズル部１３へと送られる。
以上により、ノズル部１３に高圧水を供給した。
【００４２】
次に、本例の溝加工装置１における作用効果について説明する。
本例の溝加工装置１において、給水源１５と高圧水供給部１４の昇圧シリンダ（昇圧手段）１４１との間には、供給水に含まれる気体を除去する脱気ユニット（脱気手段）３が設けられている。そのため、スリット溝８２の加工に当たって、溝加工装置１を用いることにより、次のような優れた効果を発揮することができる。
【００４３】
すなわち、溝加工装置１を用いることにより、供給水を昇圧シリンダ１４１によって昇圧して高圧水とする前に、脱気ユニット３によって供給水に含まれる気体を除去して脱気することができる。そのため、供給水を昇圧してなる高圧水に気体が混入することを防止することができる。これにより、高圧水を噴射して水柱７２を形成しても、その水柱７２内における気泡の発生を防止することができる。それ故、レーザ光７１を気泡のない水柱７２の中を精度良く通して照射し、スリット溝８２の加工を効率よく高精度に行うことができる。
【００４４】
また、本例の溝加工装置１は、高圧水を噴射して水柱７２を形成すると共にレーザ光７１をその水柱７２の中に通して照射する、いわゆるウォータージェットレーザによって上記スリット溝の加工を行うことができるよう構成されている。そのため、精度の高い溝加工を行うことができる。
【００４５】
また、脱気ユニット３は、気体のみを透過させる気体透過膜３４を有し、気体透過膜３４に供給水を接触させ、供給水に含まれる気体を除去することができるよう構成されている。そのため、供給水に含まれる気体を気体透過膜３４によって効果的に除去することができる。そのため、供給水の脱気を効率よく行うことができる。
また、脱気ユニット３は、供給水に含まれる気体を吸引するための真空ポンプ３２を有している。そのため、供給水に含まれる気体を真空ポンプによって効果的に吸引することができる。これにより、供給水の脱気をより一層効率よく行うことができる。
【００４６】
また、気体透過膜３４は、供給水を流通させる部分に設けているため、供給水を流通させながら脱気することができる。そのため、供給水の脱気をさらに効率よく行うことができる。また、これによって、常に供給水を脱気ユニット３によって脱気しながら、スリット溝８２の加工を行うことができる。
【００４７】
また、さらに、溝加工装置１は、例えば使用を停止した際に、供給水を流通させる配管等に気体が入り込んでしまった場合でも、使用再開後、短時間で供給水及び使用停止中に入り込んだ気体を脱気ユニット３によって脱気処理することができる。そのため、溝加工装置１を短時間で迅速に通常の使用状態に戻すことができるという効果が得られる。
【００４８】
このように、本例の溝加工装置を用いることにより、レーザ光の散乱や遮断を抑制することができ、スリット溝の加工を効率よく高精度に行うことができる。そして、精度高く形成されたスリット溝を有するハニカム構造体成形用金型を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例における、溝加工装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例における、脱気ユニットの配設位置及び構成を示す説明図。
【図３】実施例における、脱気処理部内で供給水を脱気する様子を示す説明図。
【図４】実施例における、ハニカム構造体成形用金型の（ａ）溝形成面を示す説明図、（ｂ）溝形成面を拡大した説明図。
【図５】図４のＡ−Ａ線矢視断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１  溝加工装置
１２  レーザヘッド
１３  ノズル部
１４  高圧水供給部
１４１  昇圧シリンダ（昇圧手段）
１５  給水源
１９  保持部
３  脱気ユニット（脱気手段）
７１  レーザ光
７２  水柱
８  ハニカム構造体成形用金型
８０  金型素材（被加工物）
８２  スリット溝
【図１】
2008194846.tif 000003
【図２】
2008194846.tif 000004
【図３】
2008194846.tif 000005
【図４】
2008194846.tif 000006
【図５】
2008194846.tif 000007