(57)【要約】【課題】ハニカム構造体成形用金型を製造するに際し、加工時間を短縮すると共に、加工屑の排出性を向上させてスリットを均一に加工する。【解決手段】ウォータジェットレーザ加工装置のベッドに金属板４０を設置する。続いて、ノズルから高圧水を噴射し、当該高圧水の水柱の中からレーザ光を金属板４０に照射することで、金属板４０のうちハニカム体が複数含まれる加工予定領域に第１の深さよりも浅い第２の深さの溝を軌跡２８ａのように全面に形成する（図４（ａ））。そして、加工予定領域に第２の深さの溝を繰り返し形成することで、加工予定領域に第１の深さのスリットを形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板部材（１１、１２）であって、前記板部材の一面側に粘土状の原料を導入する導入孔（１５）を有し、前記板部材の他面側に前記導入孔に接続される第１の深さのハニカム状のスリット（１４）を備え、当該スリットによって分割された複数のハニカム体（１３）によって前記原料をハニカム成形体に成形するハニカム構造体成形用金型の製造方法であって、
レーザ光（２８）を発生させるレーザ発生部（２１）と、高圧水を作り出す高圧水供給部（２３）と、前記レーザ発生部から導かれたレーザ光を照射すると共に前記高圧水供給部から導かれた高圧水を噴射するノズル（２４ｂ）と、被加工物（３０）が設置されるベッド（２５）とを備えたウォータジェットレーザ加工装置（２０）において、前記ベッドの設置面に前記被加工物として金属板（４０）を設置する第１工程と、
前記ノズルから前記高圧水を噴射すると共に、当該高圧水で形成される水柱（２９）の中と外との界面で前記レーザ光を多重反射させて前記金属板に照射することで、前記金属板のうち前記ハニカム体が複数含まれる加工予定領域に前記第１の深さよりも浅い第２の深さの溝を形成する第２工程と、
前記加工予定領域に対して前記第２工程を繰り返し行って前記第２の深さの溝を繰り返し形成することで、前記加工予定領域に前記第１の深さの前記スリットを形成する第３工程とを含んでい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２】
前記第２工程および前記第３工程では、前記ノズルの位置を固定し、前記ノズルに対して前記ベッドを移動させることで、前記金属板を加工することを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程および前記第３工程では、前記ノズルから噴射する前記水柱の水として、当該水に含まれる不純物のサイズが３μｍ未満のものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程および前記第３工程では、孔径が２μｍ以下のフィルタに水を通すことによって前記ノズルから噴射する水に３μｍ以上の不純物が含まれないようにすることを特徴とする請求項３に記載のハニカム構造体成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体を製造するためのハニカム構造体成形用金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ウォータジェットレーザ加工装置を用いて、ハニカム成形体を製造するためのハニカム構造体成形用金型を製造する方法が知られている。当該金型は、六角形状のスリットがハニカム状に多数形成されたものであり、当該スリットから粘土状の原料が押し出されることでハニカム成形体を形成できるものである。
【０００３】
ウォータジェットレーザ加工装置は、レーザ発生部からレーザ光を照射すると共に高圧水供給部から高圧水を供給し、これらレーザ光および高圧水をノズルから照射および噴射してベッドに設置された被加工物に照射することで加工を行うのである。
【０００４】
具体的に、金型を製造する場合、被加工物として金属板をウォータジェットレーザ加工装置のベッドに設置する。また、レーザ発生部にてレーザ光を発生させ、高圧水供給部にて例えば工業用水を用いて高圧水を作り出す。そして、ノズルから高圧水の水柱を噴射すると共にレーザ光を照射して、レーザ光で金属板を溶融して加工する。この場合、金属板に対してノズルを移動させて金属板にハニカム状のスリットを一列ずつ形成していく。すなわち、一列目のスリットを金属板に規定の深さのスリットを形成し、続いて二列目のスリットを形成し、これを繰り返すことで最終列まで仕上げる。このようして金属板にハニカム状のスリットを形成し、金型を製造する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の製造方法では、スリットを一列ごとに規定の深さに加工する工程を繰り返して最終的にハニカム状のスリットを形成している。このため、金属板を長時間加工する場合、長時間同じ場所にレーザ光を照射することになり、レーザ光のエネルギーの大きさや温度等が変化してしまうと金属板を均一に加工することができなくなってしまう。これにより、スリットの列ごとの幅にばらつきが発生しやすくなり、加工精度が下がってしまう。
【０００６】
また、上記のようにしてスリットを形成する場合、金属板のうち加工部分に噴射される水はスリットを介して逃げることになる。しかし、スリットを一列ごとに形成しているため、水が逃げる空間が２方向しかない。このため、水がスリットに停留しやすくなって加工屑がスリットに溜まってしまい、当該加工屑によって加工ができず、加工に時間がかかってしまう。
【０００７】
さらに、金属板に対してノズルを移動させてスリットを形成している。このため、ノズルから噴射される高圧水の水柱が乱れてしまい、水柱の中を多重反射するレーザ光のスポット径が大きくなってしまう。これにより、加工効率の低下やスリットの溝の幅の精度が低下してしまう。
【０００８】
そして、従来の製造方法では、ノズルから噴射される水柱が白く濁り、霧状の水煙が上がってしまっていた。発明者らは、水流が乱れる原因追求のため、水流系統の部品を取り外して調査を行った。その結果、ノズルに異物が付着しており、各配管や部品内にも汚れや僅かなゴミがあった。すなわち、これらの異物によってノズルから噴射される水柱が乱れると共に、水柱中に気泡が発生し、水柱の中を通るレーザ光が気泡に当たることでレーザ光が拡散してしまう。これにより、レーザ光のエネルギーが分散してしまい、金属板の加工に時間がかかってしまう。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、ハニカム構造体成形用金型を製造するに際し、加工時間を短縮すると共に、加工屑の排出性を向上させてスリットを均一に加工することを第１の目的とし、ノズルから噴射される水柱の乱れを抑制し、加工精度を向上させることを第２の目的とし、水柱中に気泡やゴミを発生させないようにすることを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、まず、ウォータジェットレーザ加工装置（２０）のベッド（２５）に被加工物（３０）としての金属板（４０）を設置する。続いて、ノズルから高圧水を噴射し、当該高圧水の水柱（２９）の中からレーザ光（２８）を金属板に照射することで、金属板のうちハニカム体が複数含まれる加工予定領域に第１の深さよりも浅い第２の深さの溝を形成する。そして、加工予定領域に第２の深さの溝を繰り返し形成することで、加工予定領域に第１の深さのスリットを形成することを特徴とする。
【００１１】
これにより、加工予定領域にレーザ光のエネルギーの大きさや温度等を分散させることができ、形成する溝の幅のばらつきを抑制することができる。また、加工予定領域に複数のハニカム体（１３）が形成されるようにスリットの溝を形成していくため、各溝において各六角形の各角部が集中する場所から水を三つの方向に逃がしやすくすることができる。これにより、水および加工屑の排出性を向上させることができ、溝の加工精度を向上できる。そして、加工屑の排出性が上がるため、加工屑による加工の妨げを無くすことができ、加工時間を短縮することができる。
【００１２】
このような場合、第２工程および第３工程では、ノズルの位置を固定し、ノズルに対してベッドを移動させることで、金属板を加工することができる。これにより、ノズルから噴射する高圧水の水柱の乱れや揺れを防止することができる。したがって、溝の幅の精度を向上させることができ、溝を確実に形成することができる。すなわち、加工時間も短縮することができる。
【００１３】
また、従来用いていた工業用水には微量の屑や油等が含まれているため、これら屑や油がノズルに付着するなどして水柱が安定しなかった。しかし、第２工程および第３工程において、ノズルから噴射する水として、当該水に含まれる不純物のサイズが３μｍ未満のものを用いることにより、ノズルへの異物の付着を防止でき、異物に起因して発生する水柱中の気泡を無くすことができる。
【００１４】
さらに、水中に気泡やゴミがないため、水柱の中を多重反射するレーザ光の拡散を防止でき、確実に加工を行うことができる。これにより、加工時間の短縮を図ることができる。
【００１５】
この場合、孔径が２μｍ以下のフィルタを用いることが好ましい。これにより、ノズルから噴射する水に３μｍ以上の不純物が含まれないようにすることができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ハニカム構造体を製造するため、原料粉末と水とを混練したセラミック材料を型から押し出すことによってハニカム成形体を成形するためのハニカム構造体成形用金型を製造する方法について説明する。当該ハニカム成形体は、焼成されることで、例えば車両のエンジンから排出される排気ガスに含まれる汚染物質を浄化して大気に排出させる排ガス浄化フィルタ（いわゆるＤＰＦ）に製造される。
【００１８】
図１は、本発明に係る製造方法によって製造されたハニカム構造体成形用金型（以下、金型という）を示した図である。図１（ａ）は金型１０の外観図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ矢視図、図１（ｃ）は図１（ａ）の一部断面斜視図である。
【００１９】
図１（ａ）に示されるように、金型１０は、板部１１に金型部１２が設けられたものとして構成されている。図１（ｂ）に示されるように、金型部１２の表面側には、表面が六角形状のハニカム体１３が多数設けられており、各ハニカム体１３がスリット１４を介してハニカム状に配置されている。スリット１４の深さは、第１の深さになっている。なお、板部１１および金型部１２は、本発明の板部材に相当する。
【００２０】
また、図１（ｃ）に示されるように、金型部１２の裏面側には、ハニカム状に配置された隣接するハニカム体１３の角部が集中する場所に、粘土状の原料を導入するための導入孔１５が多数設けられている。各導入孔１５はスリット１４に繋がっており、導入孔１５から導入された原料がスリット１４を介して金型部１２の表面側からハニカム状に押し出され、ハニカム体１３によってハニカム成形体に成形されるようになっている。
【００２１】
次に、図１に示される金型１０の製造方法について説明する。本実施形態では、ウォータジェットレーザ加工装置を用いて金型１０を製造する。図２（ａ）は、図１に示される金型１０を製造するためのウォータジェットレーザ加工装置の全体構成図を示したものである。また、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ部拡大図である。
【００２２】
図２（ａ）に示されるように、ウォータジェットレーザ加工装置２０は、レーザ発生部２１と、光ファイバ２２と、高圧水供給部２３と、加工ユニット２４と、ベッド２５と、操作盤２６とを備えて構成されている。
【００２３】
レーザ発生部２１は、被加工物３０にレーザ光を照射して溶かし、被加工物３０を加工するためのレーザ光を発するものであり、半導体レーザを備えている。当該半導体レーザとして一定の周波数で発振するものが用いられ、例えばＹＡＧレーザが採用される。また、光ファイバ２２は、レーザ発生部２１から照射されるレーザ光を加工ユニット２４に導く導光部材である。
【００２４】
高圧水供給部２３は、被加工物３０から生じる加工屑を洗い流すための高圧水を作り出すものである。この高圧水供給部２３は、図示しないタンクから導かれた水で例えば２０ｋｇ／ｍｍ２の高圧水を作り出す。また、高圧水を作り出すために用いられる水として、不純物が含まれていないものが用いられ、例えば水道水が採用される。具体的に、３μｍ以上のサイズの異物が含まれていない水を用いる。当該高圧水供給部２３で作り出された高圧水は配管２７を介して加工ユニット２４に供給される。
【００２５】
本実施形態では、図示しないタンクの水の排出口、高圧水供給部２３の内部の水の通路内、そして配管２７と加工ユニット２４の接続部にそれぞれフィルタが設けられている。当該フィルタとして、孔径が２μｍ以下のものが採用される。このようなフィルタを用いることによって、加工ユニット２４に供給される水に３μｍ以上の異物が含まれないようになっている。
【００２６】
加工ユニット２４は、被加工物３０を加工するものであり、レーザヘッド２４ａとノズル２４ｂとを備えている。当該加工ユニット２４は容器をなしており、容器の一方の側にレーザヘッド２４ａが備えられ、容器の他方の側にノズル２４ｂが固定されている。このような加工ユニット２４のうち、レーザヘッド２４ａはレーザ発生部２１から光ファイバ２２を介して導かれたレーザ光を集光するものであり、レンズである図示しないプロテクションウィンドウを備えている。
【００２７】
ノズル２４ｂは、図２（ｂ）に示されるように、プロテクションウィンドウによって集光されたレーザ光２８を被加工物３０に照射すると共に、高圧水供給部２３から供給された高圧水をウォータジェットである水柱２９として噴射するものであり、レーザヘッド２４ａに固定されている。すなわち、加工ユニット２４をなす容器の他方の側は、レーザヘッド２４ａのプロテクションウィンドウによって閉じた空間になっており、当該閉じた空間に配管２７を介して供給された高圧水がノズル２４ｂから噴射されるようになっている。
【００２８】
また、水柱２９は高圧水で形成されるため直進性に優れ、レーザ光で加工された被加工物３０から出る加工屑を洗い流すことができる。すなわち、レーザ光２８は大気と水柱２９との界面を多重反射して水柱２９の中を進み、被加工物３０に達する。これにより、被加工物３０が溶融されて加工される。このようなレーザヘッド２４ａおよびノズル２４ｂを備えた加工ユニット２４の位置は固定されている。
【００２９】
ベッド２５は、被加工物３０を設置するための設置面を備えたテーブルである。当該ベッド２５には図示しない駆動部が備えられており、当該駆動部によって設置面を面方向に移動させることができるようになっている。
【００３０】
操作盤２６は、レーザ発生部２１、高圧水供給部２３、ベッド２５を操作するためのものである。この操作盤２６は制御装置や操作ボタン等を備えており、あらかじめ設定された加工プログラムに従って、レーザ発生部２１の半導体レーザの駆動、高圧水供給部２３の駆動、ベッド２５の駆動を行うようになっている。以上が、ウォータジェットレーザ加工装置２０の全体構成である。
【００３１】
次に、上記ウォータジェットレーザ加工装置２０を用いて図１に示される金型１０を製造する方法について説明する。まず、被加工物３０として四角形状の熱間加工用金属板を用意する。このような金属板として、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのものが採用される。
【００３２】
続いて、このような金属板の裏面に複数の導入孔１５を設ける。この場合、例えばドリル等を用いた穴開け装置を用いることができる。この後、金属板の表面のうち外縁部を切削することで、例えば１５０ｍｍの径の円柱状の突起部を形成する。この様子を図３に示す。図３は、金属板４０に円柱状の突起部４１が設けられたものを示した図である。この金属板４０において突起部４１を除いた部分が図１（ａ）に示される板部１１に相当する。
【００３３】
そして、ウォータジェットレーザ加工装置２０のベッド２５に被加工物３０である金属板を固定する。この際、金属板４０の突起部４１が加工ユニット２４と対向するように金属板４０をベッド２５に固定する。なお、当該工程は、本発明の第１工程に相当する。
【００３４】
このような状態で作業者が操作盤２６を操作すると、加工プログラムに従ってノズル２４ｂから水柱２９が噴射されると共にレーザ光２８が照射され、突起部４１の面の加工を開始する。本実施形態では、突起部４１の面全体が加工予定領域となる。なお、当該加工予定領域は本実施形態のように突起部４１の面全体であっても良いし、面の一部であっても構わない。
【００３５】
本実施形態では、金属板４０の突起部４１の面にスリット１４を形成するに際し、まず、加工予定領域、すなわち一列目から最終列までを含む突起部４１の面全体に溝を形成する。なお、当該工程は、本発明の第２工程に相当する。
【００３６】
図４（ａ）は、突起部４１の面上でレーザ光２８が移動する軌跡２８ａを模式的に描いた図である。この図に示されるように、１回の加工で第１の深さのスリット１４を形成するのではなく、第１の深さよりも浅い第２の深さの溝を形成する。
【００３７】
より詳しくは、突起部４１の面にレーザ光２８を一往復させて一列目のスリット１４の一部を加工し、二列目のスリット１４の形成予定場所にレーザ光２８を一往復させる。これを繰り返すことで金属板４０の突起部４１の面全体に、深さが例えば０．０５ｍｍの溝を形成する。再び一列目にレーザ光２８を一往復させて突起部４１の面を加工し、同様に、最終列までレーザ加工を繰り返す。なお、当該工程は、本発明の第３工程に相当する。
【００３８】
このようにして、第２の深さの溝を突起部４１の面全体に繰り返し形成していくことで、突起部４１に要求される第１の深さのスリット１４を形成する。このような加工により、水柱２９の水は図４（ｂ）に示される矢印の方向に排出される。
【００３９】
具体的には、上述のように、金属板４０の突起部４１の面全体に対する加工を繰り返すため、一回の加工によって突起部４１の面にスリット１４となる六角形の溝を形成することとなる。したがって、図４（ｂ）に示されるように、溝において各六角形の各角部が集中する場所から水柱２９の水を三方向に逃がすことができ、水の滞留を減少させることができる。
【００４０】
そして、一定の深さの溝を繰り返し形成していくと、溝が深くなっていく。これにより、水柱２９の水が流れる３方向の空間が広がっていく。このため、溝の形成を繰り返すほど水の排出性の向上を図ることができる。
【００４１】
このように、スリット１４を一回の加工で規定の深さに加工する工程を繰り返すことで突起部４１の面全体にスリット１４を形成する従来の方法に対し、水の排出を向上させることができ、加工屑を排出しやすくすることができる。これに伴い、加工屑の影響がなくなるため、スリット１４の幅のばらつきを少なくすることができ、ひいては加工精度を向上させることができる。
【００４２】
さらに、長時間加工の間に変化するレーザ光２８のエネルギーの大きさや温度等を分散することができる。これにより、形成される溝の列ごとの幅のばらつきを抑制することができる。
【００４３】
また、上記のようにしてレーザ光２８で溝を形成するに際し、加工ユニット２４の位置を固定し、ベッド２５を金属板４０の設置面の面方向に駆動する。すなわち、加工ユニット２４のノズル２４ｂに対して、金属板４０の突起部４１の面を相対的に移動させる。この様子を図５に示す。
【００４４】
図５に示されるように、ウォータジェットの噴き出し口であるノズルの位置を固定し、ベッド２５を矢印に示されるように設置面の面方向に駆動することで、加工対象となる金属板４０を形成したいスリット１４のパターンに合わせて移動させ、突起部４１の面を加工する。
【００４５】
このように、ノズル２４ｂを固定して金属板４０を移動させることで、ノズル２４ｂから噴射する高圧水の水柱２９の揺れを無くすことができ、水柱２９が乱れないようにすることができる。このため、水柱２９の中を多重反射するレーザ光２８の揺れも無くすことができ、形成する溝の幅の精度を向上させることができる。
【００４６】
さらに、ノズル２４ｂから噴射する水柱２９の水については、水道水を用いると共に、上述のように孔径が２μｍのフィルタを介した水に圧力を加えて加工ユニット２４に高圧水を供給している。そして、加工ユニット２４に供給した水に３μｍ以上の異物は含まれていない。
【００４７】
このため、ノズル２４ｂの噴き出し口に異物が付着することがなく、噴出し口に不純物が滞留しない。これにより、ノズル２４ｂから噴射される水柱２９が噴き出し口の不純物によって乱れることはなく、安定した水柱２９を噴出させることができる。ひいては、水柱２９の中を多重反射するレーザ光２８を安定して突起部４１の面に照射することができ、精度良く加工を行うようにすることができる。
【００４８】
上記のようにして、金属板４０の突起部４１の面に規定の深さのスリット１４を形成する。こうして、図１に示される金型１０が完成する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態では、金属板４０の突起部４１の面に一定の深さの溝を繰り返し形成していくことでスリット１４を形成することを特徴としている。これにより、水柱２９の水を三方向に逃がすことが可能となり、水の排出性、加工屑の排出性の向上を図ることができる。また、レーザ光を均一に突起部４１の面に照射することが可能となり、スリット１４の加工精度を向上させることが可能となる。
【００５０】
また、加工ユニット２４の位置を固定し、加工ユニット２４に対して被加工物３０としての金属板４０をベッド２５で移動させることを特徴としている。これにより、水柱２９の揺れを無くすことを可能とし、スリット１４の幅の精度を向上させることができる。
【００５１】
さらに、高圧水を作り出すための水に水道水を用いると共に、孔径が２μｍのフィルタを用いることを特徴としている。これにより、加工ユニット２４に供給する水に３μｍの異物が含まれないようにすることを可能とする。すなわち、ノズル２４ｂへ異物が付着しないため、水柱２９中の気泡の発生を抑制できる。また、水柱２９中に気泡やゴミがないため、水柱２９の中を多重反射するレーザ光の拡散を抑制できる。
【００５２】
以上のようにすることで、突起部４１の面に対する加工が妨げられることがなくなる。したがって、確実に加工を行うことが可能となり、ひいては加工時間の短縮が可能となる。
【００５３】
（他の実施形態）
上記実施形態では、高圧水を作り出すための水として水道水を用いているが、不純物や異物が含まれない純水を用いても構わない。これにより、水柱２９を安定させることができ、加工時間、加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る製造方法によって製造されたハニカム構造体成形用金型を示した図であり、（ａ）は金型の外観図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、（ｃ）は（ａ）の一部断面斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示される金型を製造するためのウォータジェットレーザ加工装置の全体構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図３】金属板に円柱状の突起部が設けられたものを示した図である。
【図４】（ａ）は突起部の面上でレーザ光が移動する軌跡を模式的に描いた図、（ｂ）は突起部の面に加工を繰り返すことによって形成された溝を介して水柱の水が排出される様子を示した図である。
【図５】ノズルに対して金属板を移動させる様子を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…金型、１１…板部、１２…金型部、１３…ハニカム体、１４…スリット、１５…導入孔、２０…ウォータジェットレーザ加工装置、２１…レーザ発生部、２３…高圧水供給部、２４…ノズル、２５…ベッド、２９…水柱、３０…被加工物、４０…金属板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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