(57)【要約】【課題】穴あけ加工時のドロス等の発生を防止して加工時間の低減を図り、加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることのできる加工方法およびその装置、並びにその装置を用いた穴あけ加工方法を提供する。【解決手段】被加工物１１の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加し、被加工物１１の低圧の面側にビーム３を照射して貫通穴を形成する方法であって、被加工物１１の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加する圧力差付加手段９，１０と、被加工物１１の圧力差付加手段９，１０により付加された低圧の面側にビーム３を照射する照射手段１，２，４とを備えた装置で、この装置を用いて被加工物１１に貫通穴を形成する穴あけ加工方法である。【選択図】        図１
2004160491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加し、前記被加工物の低圧の面側にビームを照射して貫通穴を形成することを特徴とする加工方法。
【請求項２】
少なくとも一方の面に座ぐり穴が形成された被加工物の前記座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射して貫通穴を形成することを特徴とする加工方法。
【請求項３】
前記座ぐり穴を有する被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加し、前記被加工物の低圧の面側の前記座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射することを特徴とする請求項２記載の加工方法。
【請求項４】
前記被加工物のビームが照射される面側を減圧することを特徴とする請求項１または３に記載の加工方法。
【請求項５】
前記被加工物のビームが照射される面の他方の面側を加圧することを特徴とする請求項１または３に記載の加工方法。
【請求項６】
前記被加工物に対する加圧は、気体または液体を用いることを特徴とする請求項５記載の加工方法。
【請求項７】
前記被加工物の圧力差を付加する方向により、前記被加工物に形成される貫通穴の形成方向を制御することを特徴とする請求項１，３，４，５または６のいずれかに記載の加工方法。
【請求項８】
前記貫通穴は高圧側から低圧側に向けて形成されることを特徴とする請求項７記載の加工方法。
【請求項９】
前記ビームはレーザビームであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の加工方法。
【請求項１０】
被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加する圧力差付加手段と、前記被加工物の前記圧力差付加手段により付加された低圧の面側にビームを照射する照射手段とを備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項１１】
少なくとも一方の面に座ぐり穴が形成された被加工物の前記座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射する照射手段を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項１２】
少なくとも一方の面に座ぐり穴が形成された被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加する圧力差付加手段と、前記被加工物の前記圧力差付加手段により付加された低圧の面側の前記座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射する照射手段を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項１３】
前記圧力差付加手段を、前記被加工物のビームが照射される面側を減圧する減圧手段により構成したことを特徴とする請求項１０または１２に記載の加工装置。
【請求項１４】
前記減圧手段は、前記被加工物のビームが照射される面側に設けられ前記ビームが透過する材料により構成された減圧チャンバーと、前記減圧チャンバー内を減圧する減圧ポンプとにより構成したことを特徴とする請求項１３に記載の加工装置。
【請求項１５】
前記圧力差付加手段を、前記被加工物のビームが照射される面の他方の面側を加圧する加圧手段により構成したことを特徴とする請求項１０または１２に記載の加工装置。
【請求項１６】
前記加圧手段は、前記被加工物のビームが照射される面の他方の面側に設けられた加圧チャンバーと、前記加圧チャンバー内を加圧する加圧ポンプとにより構成したことを特徴とする請求項１５に記載の加工装置。
【請求項１７】
前記ビームをレーザビームとしたことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれかに記載の加工装置。
【請求項１８】
請求項１０乃至１６のいずれかに記載の加工装置を用いて、被加工物に貫通穴を形成することを特徴とする穴あけ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガラス、シリコンあるいは金属などの材料に、例えばインクジェットヘッドのノズル孔や電子部品と電極とを接続するためのスルーホールなどの微細な穴、特に貫通穴を形成する穴あけ加工に用いられる加工方法およびその装置、並びにその装置を用いた穴あけ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラス等の材料に貫通穴を形成する穴あけ加工を行う場合、ドリルなどを用いる機械的加工方法が用いられている。
図９は従来のドリルを用いた穴あけ加工装置の要部の構成図である。図において、４０は図示しない駆動手段により回転しながら上下方向に移動自在なドリル、４１はガラス板等の被加工物４３が載置される加工テーブルで、貫通された加工用にげ穴４２が形成されている。
【０００３】
このように構成された穴あけ加工装置を用いて被加工物４３に穴あけ加工を行う場合、まず、加工テーブル４１上に被加工物４３をその加工位置が加工テーブル４１の加工用にげ穴４２に対応するように載置する。ついで、ドリル４０を駆動手段により回転させるとともに下方に移動して被加工物４３に押しつけると、被加工物４３はドリル４０の回転力と押圧力により加工位置が削り取られ、最終的に貫通穴４４が形成される。
【０００４】
しかしながら、このようなドリルを用いる穴あけ加工は、加工に時間がかかってしまうとともに、被加工物４３の下面側（ドリル４０が押圧される加工面４３ａの裏面４３ｂ側）にカエリ４５が発生してしまい、加工精度に問題があった。また、穴あけ加工にドリル４０を用いると、形成された貫通穴４４はドリル５０の外径とほぼ等しいか大径になってしまい、微細な貫通穴を形成するには困難であった。
【０００５】
そこで、最近では、短時間で微細な貫通穴を形成できるレーザを用いた穴あけ加工が行われている。
図１０は従来の穴あけ加工に用いられるレーザ加工装置の構成図である。図において、５０は例えばＹＡＧレーザなどが発振されるレーザ発振器、５１はレーザ発振器５０からのレーザ光５２の進行路上に配置され、レーザ光５２をガラス板等の被加工物５８に向けて反射させる全反射ミラー、５３は全反射ミラー５１からのレーザ光５２を集光して被加工物５８に照射する集光レンズである。５４は被加工物５８が載置される加工テーブルで、貫通された加工用にげ穴５５が形成されている。５６は全反射ミラー５１と被加工物５８の間に集光レンズ５３を内部に収容するように配置されたパイプ状のガス吹きつけ用ノズルで、下方にはガス吹きつけ用ノズル５６内に圧縮空気Ａを送り込む分岐管５７が設けられており、分岐管５７には図示しない圧縮空気供給手段が接続されている。
【０００６】
このように構成されたレーザ加工装置を用いて被加工物５８に穴あけ加工を行う場合、まず、加工テーブル５４上に被加工物５８をその加工位置が加工テーブル５４の加工用にげ穴５５に対応するように載置する。ついで、レーザ発振器５０を駆動してレーザを発振するとともに、圧縮空気供給手段を駆動してガス吹き付け用ノズル５６内に圧縮空気Ａを送り込むと、全反射ミラー５１で反射し集光レンズ５３で集光されたレーザ光５２が被加工物５８に照射されるとともに、圧縮空気Ａが被加工物５８に吹き付けられる。そして、被加工物５８は、照射されたレーザ光５２によってその加工位置の材料が溶融され、溶融された材料が圧縮空気Ａによって吹き飛ばされて、最終的に貫通穴５９が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１４１７６４号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の穴あけ加工に用いられるレーザ加工装置は、短時間で微細な貫通穴５９を形成することができる。しかしながら、形成された貫通穴５９は、図１０に示すように、被加工物５８の加工面５８ａ側と裏面５８ｂ側の加工口およびその近傍に、被加工物５８の溶融物が再凝固して残留するドロス６０が発生してしまい、穴あけ加工の加工精度および被加工物５８の表面の平滑性を低下させてしまうという問題があった。また、被加工物５８の加工面５８ａ側の加工口近傍に、加工時に発生する被加工物５８の加工飛散物（加工屑）であるデブリ６１も発生してしまい、加工精度および平滑性を低下させてしまうとともに、被加工物５８が汚れてしまうという問題もあった。そして、このように加工時に発生したドロス６０等を除去するには、穴あけ加工後に表面から切除する研磨加工などを行わなければならず、加工時間がかかってしまうとともに、コストも高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、穴あけ加工時のドロス等の発生を防止して加工時間の低減を図り、加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることのできる加工方法およびその装置、並びにその装置を用いた穴あけ加工方法を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る加工方法は、被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加し、被加工物の低圧の面側にビームを照射して貫通穴を形成する方法である。これによれば、ビームによって溶融された被加工物の材料の高圧側への流れを圧力差で押さえることができ、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。これにより、貫通穴を形成する加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることができるとともに、貫通穴の形成後にドロスを除去する工程が不要となって、加工時間およびコストの低減を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る加工方法は、少なくとも一方の面に座ぐり穴が形成された被加工物の座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射して貫通穴を形成する方法である。これによれば、座ぐり穴を設けることによってビームによって溶融される被加工物の材料を少なくすることができ、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を低減することができる。また、若干ドロスが発生しても、座ぐり穴の深さ内に発生したドロスを収めることができるため、ドロスの被加工物の表面側への飛び出しを防止することができる。さらに、加工時に発生するデブリは水平方向に拡散しやすいが、座ぐり穴を設けたことによってその座ぐり穴の内周壁にデブリが当たって座ぐり穴内に収まり、拡散するのを防して被加工物のデブリによる汚れを防止することができる。
また、上記方法において、座ぐり穴を有する被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加し、被加工物の低圧の面側の座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射する方法である。これにより、ビームによって溶融される被加工物の材料を少なくすることができるとともに、溶融された被加工物の材料の高圧側への流れを圧力差で押さえることができ、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。
【００１２】
また、上記方法において、被加工物のビームが照射される面側を減圧する方法である。これにより、被加工物のビームが照射される面側と他方の面側に対して圧力差を付加することができ、他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。
さらに、上記方法において、被加工物のビームが照射される面の他方の面側を加圧する方法である。これにより、被加工物のビームが照射される面側と他方の面側に対して圧力差を付加することができ、他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。
また、上記方法において、被加工物に対する加圧は気体または液体を用いる方法である。これにより、圧空または圧液体が高圧側から低圧側に吹き出されて貫通穴を形成するとともに、吹き出される圧空または圧液体によってビームで溶融した被加工物の材料を押し上げて、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を防ぐことができる。
【００１３】
また、上記方法において、被加工物の圧力差を付加する方向により、被加工物に形成される貫通穴の形成方向を制御する方法である。これにより、傾斜した貫通孔を形成することができる。
さらに、上記方法において、貫通穴は高圧側から低圧側に向けて形成される方法である。これにより、傾斜した貫通穴の高圧側に生じるドロスの発生を防止することができる。
また、上記方法において、ビームはレーザビームである。これにより、短時間で微細な貫通穴を形成できる。そして、ビームは電子ビームや赤外線ランプのビームなどでもよく、これらの場合も同様の効果が得られる。
【００１４】
本発明に係る加工装置は、被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加する圧力差付加手段と、被加工物の圧力差付加手段により付加された低圧の面側にビームを照射する照射手段とを備えたものである。これによれば、ビームによって溶融された被加工物の材料の高圧側への流れを押さえる圧力差を得ることができ、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。これにより、貫通穴を形成する加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させ、貫通穴の形成後にドロスを除去する工程が不要で加工時間およびコストの低減を図ることができる加工装置を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る加工装置は、少なくとも一方の面に座ぐり穴が形成された被加工物の座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射する照射手段を備えたものである。これにより、ビームにより溶融される被加工物の材料を少なくし、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を低減することができる。また、若干ドロスが発生しても、座ぐり穴の深さ内に発生したドロスを収めることができ、ドロスの被加工物の表面側への飛び出しを防止することができる。さらに、加工時に発生するデブリは水平方向に拡散しやすいが、座ぐり穴を設けたことによってその座ぐり穴の内周壁にデブリが当たって座ぐり穴内に収まり、拡散するのを防して被加工物のデブリによる汚れを防止することができる。
【００１６】
本発明に係る加工装置は、少なくとも一方の面に座ぐり穴が形成された被加工物の一方の面側と他方の面側に対して圧力差を付加する圧力差付加手段と、被加工物の圧力差付加手段により付加された低圧の面側の座ぐり穴または座ぐり穴と対向する面にビームを照射する照射手段を備えたものである。これにより、ビームにより溶融される被加工物の材料を少なくし、かつ溶融された被加工物の材料の高圧側への流れを押さえる圧力差を得ることができて、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。
【００１７】
また、上記装置において、圧力差付加手段を、被加工物のビームが照射される面側を減圧する減圧手段により構成したものである。これにより、被加工物のビームが照射される面側と他方の面側に対して圧力差を付加することができ、他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。
さらに、上記装置において、減圧手段は、被加工物のビームが照射される面側に設けられビームが透過する材料により構成された減圧チャンバーと、減圧チャンバー内を減圧する減圧ポンプとにより構成したものである。これにより、簡単な構成で被加工物に対する圧力差を付加することができる。
【００１８】
また、上記装置において、圧力差付加手段を、被加工物のビームが照射される面の他方の面側を加圧する加圧手段により構成したものである。これにより、被加工物のビームが照射される面側と他方の面側に対して圧力差を付加することができ、他方の面側に生じるドロスの発生を防止することができる。
さらに、上記装置において、加圧手段は、被加工物のビームが照射される面の他方の面側に設けられた加圧チャンバーと、加圧チャンバー内を加圧する加圧ポンプとにより構成したものである。これにより、簡単な構成で被加工物に対する圧力差を付加することができる。
また、上記装置において、ビームをレーザビームとしたものである。これにより、短時間で微細な貫通穴を形成できる。そして、ビームは電子ビームや赤外線ランプのビームなどでもよく、これらの場合も同様の効果を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る穴あけ加工方法は、上記加工装置を用いて、被加工物に貫通穴を形成する方法である。これによれば、穴あけ加工時のドロス等の発生を簡単な方法で防止でき、加工時間およびコストの低減が図れるとともに、加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成説明図である。図において、１は例えばＹＡＧレーザなどが発振されるレーザ発振器、２はレーザ発振器１のレーザ光３の進行路上に配置され、レーザ光３を後述する被加工物に向けて反射させる全反射ミラー、４は全反射ミラー２からのレーザ光３を集光して被加工物に照射する集光レンズである。５は被加工物が載置される加工テーブルで、上下方向に貫通された加工用にげ穴６が設けられている。７は加工テーブル５の上部に設けられ上下方向に移動可能な押さえ治具で、加工テーブル５に載置された被加工物を上方から押さえ、加工テーブル５と押さえ治具７の間に挟持して固定する。また、押さえ治具７の加工テーブル５の加工用にげ穴６に対応する位置には、集光レンズ４からの被加工物に照射されるレーザ光３が通過する加工穴８が設けられている。
【００２１】
９は加工テーブル５の下面側に加工用にげ穴６を覆うように設けられた加圧チャンバーで、上面側（加工用にげ穴６側）が開口されており、下部に接続された加圧ポンプ１０によって内部に気体（空気等）または液体（水等）を送り込んで圧空または圧液体とし、加工テーブル５に載置された被加工物を下面側から加圧する。なお、この実施の形態１では気体である空気で加圧する場合について説明する。１１はガラス板等の被加工物で、貫通穴を形成する加工位置１１ａが加工テーブル５の加工用にげ穴６および押さえ治具７の加工穴８に対応するように加工テーブル５上に載置される。
【００２２】
このように構成された実施の形態１に係るレーザ加工装置を用いて、被加工物１１に穴あけ加工を行う場合、まず、加工テーブル５上に被加工物１１をその加工位置１１ａの下面側が加工テーブル５の加工用にげ穴６に対応するように載置する。ついで、押さえ治具７をその加工穴８が被加工物１１の加工位置１１ａに対応するように上方から被加工物１１を押さえ、加工テーブル５と押さえ治具７で挟持して固定する。次に、レーザ発振器１を駆動してレーザを発振させ、レーザ光３を全反射ミラー２で反射させて集光レンズ４で集光させ、押さえ治具７の加工穴８を通って被加工物１１の加工位置１１ａに照射する。同時に加圧ポンプ１０を駆動して加圧チャンバー９内に空気を送り込み、加工用にげ穴６を介して被加工物１１の加工位置１１ａの下面側を加圧し、被加工物１１の上面側（加工面側）を低圧、下面側（加圧面側）を高圧と、上面側と下面側に対して圧力差をつける。
【００２３】
そして、被加工物１１は、図２（ａ）に示すように、低圧側から照射されたレーザ光３によって貫通穴１２が形成される部分（加工位置１１ａ）およびその周辺Ｘが加熱されて材料が溶融されるとともに、被加工物１１の下面側からの圧空によって加熱された被加工物１１が押し上げられて、図２（ｂ）に示すように、最終的に貫通穴１２が形成される。つまり、レーザ光３が照射された直後の被加工物１１は、まだ温度が低い状態であるので、被加工物１１の上面側と下面側の圧力差がないと、被加工物１１の材料は重力の方向に垂れ下がるが、圧力差があるため、図２（ａ）に示すように、垂れ下がりが押さえられてその状態で保持される。このとき、被加工物１１の温度が低いために材料の粘度は高く、圧力差で材料は吹き飛ばされない。ついで、レーザ光３が照射されると、被加工物１１は温度が高い状態になるので、材料の粘度は低くなり、材料が下方に流れ出すが圧力差があるためにその材料の流れ出しが防止されるとともに、図２（ｂ）の矢印に示すように、圧空で材料が上方に吹き飛ばされる。そして、貫通穴１２が形成される。このとき、吹き飛ばされない材料があって下方に流れ出そうとするが、圧力差がそれを防止して、図２（ｂ）に示すように、被加工物１１の下面側のドロスの発生を防止する。
【００２４】
このように、被加工物１１の加工位置１１ａの下面側を空気等で加圧し、レーザ光３が照射される加工位置１１ａの上面側と圧力差が得られるようにしたので、圧空が圧力差方向、つまり高圧から低圧方向に吹き出されて貫通穴１２を形成するとともに、レーザ光３で溶融した被加工物１１の材料の流れ落ちを押さえることができ、被加工物１１の下面側（加工位置１１ａの下面側）のドロスの発生を防ぐことができる。これにより、穴あけ加工の加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることができるとともに、穴あけ加工後にドロスを除去する工程が不要となって、加工時間およびコストの低減を図ることができるレーザ加工方法およびその装置が得られる。
【００２５】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成説明図で、この実施の形態２に係るレーザ加工装置は、実施の形態１に係るレーザ加工装置において、加圧チャンバー９および加圧ポンプ１０を省略し、押さえ治具７の加工穴８に下面（被加工物１１側）が開口した減圧チャンバー１３を設けるとともに、減圧チャンバー１３の上部に減圧チャンバー１３内を減圧して被加工物１１の上面側と下面側とに圧力差をつける減圧ポンプ１４を設けたものである。また、減圧チャンバー１３はガラス容器などのレーザ光３を透過する材料によって構成されている。なお、減圧チャンバー１３を押さえ治具７の上面側に加工穴８を覆うように設けてもよい。
【００２６】
このように構成された実施の形態２に係るレーザ加工装置を用いて、被加工物１１に穴あけ加工を行う場合は、実施の形態１で説明した場合と同様に、加工テーブル５上に被加工物１１をその加工位置１１ａが加工テーブル５の加工用にげ穴６に対応するように載置し、押さえ治具７をその加工穴８が被加工物１１の加工位置１１ａに対応するように上方から被加工物１１を押さえて、加工テーブル５と押さえ治具７で挟持し固定する。ついで、レーザ発振器１を駆動してレーザを発振させ、レーザ光３を全反射ミラー２で反射させて集光レンズ４で集光させ、減圧チャンバー１３を介して被加工物１１の加工位置１１ａに照射する。同時に減圧ポンプ１４を駆動して減圧チャンバー１３内の空気を吸引し、被加工物１１の加工位置１１ａの上面側を減圧して、被加工物１１の上面側（加工面側）を低圧、下面側を高圧と、上面側と下面側に対して圧力差をつける。
【００２７】
そして、被加工物１１は、低圧側から照射されたレーザ光３によって貫通穴１２が形成される部分（加工位置１１ａ）およびその周辺が加熱されて材料が溶融されるとともに、被加工物１１の上面側の減圧によって加熱された被加工物１１が引き上げられて、最終的に貫通穴１２が形成される。つまり、レーザ光３が照射された直後の被加工物１１は、まだ温度が低い状態であるので、被加工物１１の上面側と下面側の圧力差がないと、被加工物１１の材料は重力の方向に垂れ下がるが、圧力差があるために垂れ下がりが押さえられてその状態で保持される。このとき、被加工物１１の温度が低いために材料の粘度は高く、圧力差で材料は吹き飛ばされない。ついで、レーザ光３が照射されると、被加工物１１は温度が高い状態になるので、材料の粘度は低くなり、材料が下方に流れ出すが圧力差があるためにその材料の流れ出しが防止されるとともに、被加工物１１の下面側の空気が高圧側から低圧側に流れて材料が上方に吹き飛ばされ、貫通穴１２が形成される。このとき、吹き飛ばされない材料があって下方に流れ出そうとするが、圧力差がそれを防止して被加工物１１の下面側のドロスの発生を防止する。
【００２８】
このように、被加工物１１の加工位置１１ａの上面側を減圧し、加工位置１１ａの下面側と圧力差が得られるようにしたので、空気等が圧力差方向に吹き出されて貫通穴１２を形成するとともに、レーザ光３で溶融した被加工物１１の材料の流れ落ちを貫通穴１２を形成しつつ押さえることができ、被加工物１１の下面側（加工位置１１ａの下面側）のドロスの発生を防ぐことができる。これにより、穴あけ加工の加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることができ、また、穴あけ加工後にドロスを除去する工程が不要となって加工時間およびコストの低減を図ることができるレーザ加工方法およびその装置が得られる。
【００２９】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３に係るレーザ加工装置の構成説明図で、この実施の形態２に係るレーザ加工装置は、実施の形態１に係るレーザ加工装置において、加工テーブル５の加工用にげ穴６Ａを被加工物１１に形成したい斜め穴１５（図５参照）の傾斜方向と同方向になるように傾斜させて形成し、この加工用にげ穴６Ａから被加工物１１に吹き出される圧空または圧液体の吹き出し方向が斜め穴１５の傾斜方向と同方向になるように制御することにより、被加工物１１に貫通した斜め穴１５を形成するようにしたものである。なお、押さえ治具７はレーザ光３が透過する材料によって構成されており、加圧チャンバー９は加工テーブル５の下面側に加工用にげ穴６Ａを覆うように設けられている。
【００３０】
このように構成したこの実施の形態３に係るレーザ加工装置を用いて、被加工物１１に穴あけ加工を行う場合、まず、加工テーブル５上に被加工物１１をその加工位置１１ａの下面側（形成される斜め穴１５の下部側）が被加工物１１に形成したい斜め穴１５の傾斜方向と同方向になるように傾斜させた加工用にげ穴６Ａに対応するように載置する。ついで、押さえ治具７をその加工穴８が被加工物１１の加工位置１１ａの上面側（形成される斜め穴１５の上部側）に対応するように上方から被加工物１１を押さえ、加工テーブル５と押さえ治具７との間に挟持して固定する。次に、レーザ発振器１を駆動してレーザを発振させ、レーザ光３を全反射ミラー２で反射させて集光レンズ４で集光させ、押さえ治具７の加工穴８を通ってまたは押さえ治具７を透過して被加工物１１の加工位置１１ａに照射する。同時に加圧ポンプ１０を駆動して加圧チャンバー９内に空気を送り込み、加工用にげ穴６Ａを介して被加工物１１の加工位置１１ａの下面側を加圧し、被加工物１１の上面側（加工面側）を低圧、下面側（加圧面側）を高圧と、上面側と下面側に対して圧力差をつける。
【００３１】
そして、被加工物１１は、図５に示すように、低圧側から照射されたレーザ光３によって斜め穴１５が形成される部分（加工位置１１ａ）およびその周辺Ｙが加熱されて材料が溶融されるとともに、被加工物１１の下面側からの圧空によって加熱された被加工物１１が加工用にげ穴６Ａの傾斜方向に押し上げられて、最終的に貫通した斜め穴１５が形成される。つまり、レーザ光３が照射された直後の被加工物１１は、まだ温度が低い状態であるので、被加工物１１の上面側と下面側の圧力差がないと、被加工物１１の材料は重力の方向（加工用にげ穴６Ａ側）に垂れ下がるが、圧力差があるために垂れ下がりが押さえられ、その状態で保持される。このとき、被加工物１１の温度が低いために材料の粘度は高く、圧力差で材料は吹き飛ばされない。ついで、レーザ光３が照射されると、被加工物１１は温度が高い状態になるので、材料の粘度は低くなり、材料が斜め下方に流れ出すが圧力差があるためにその材料の流れ出しが防止されるとともに、圧空で材料が斜め上方に吹き飛ばされる。そして、斜め穴１５が形成される。このとき、吹き飛ばされない材料があって斜め下方に流れ出そうとするが、圧力差がそれを防止して被加工物１１の下面側のドロスの発生を防止する。
【００３２】
このように、加工テーブル５の加工用にげ穴６Ａを形成する斜め穴１５の傾斜方向と同じ方向に傾斜させて形成し、かつ、加工用にげ穴６Ａと押さえ治具７の加工穴８とが対向しないように、つまり形成される斜め穴１５の上面側と下面側に位置するように、被加工物１１を固定して、被加工物１１の加工位置１１ａの下面側を空気等で加圧して、レーザ光３が照射される加工位置１１ａの上面側と斜め穴１５が形成される下面側に圧力差が得られるようにしたので、圧空が圧力差方向に吹き出されて斜め穴１５を形成するとともに、レーザ光３で溶融した被加工物１１の材料の流れ落ちを斜め方向に押し上げて押さえることができ、被加工物１１の下面側（加工位置１１ａの下面側）のドロスの発生を防ぐことができる。これにより、穴あけ加工の加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることができるとともに、穴あけ加工後にドロスを除去する工程が不要となって、加工時間およびコストの低減を図ることができるレーザ加工方法およびその装置が得られる。
【００３３】
なお、上述の実施の形態３では、レーザ光３を被加工物１１に対して垂直に照射するレーザ加工装置とし、その押さえ治具７をレーザ光３が透過する材料によって構成した場合を示したが、レーザ光３を例えば斜め穴１５と同方向に傾斜させて被加工物１１に対して斜めに照射するようにしてもよい。この場合、押さえ治具７の厚さと形成される斜め穴１５の径との関係により、レーザ光３が押さえ治具７と干渉しないようにすれば、押さえ治具７をレーザ光３が透過しない材料で構成してもよい。そして、この場合も同様の効果を奏する。
また、加工用にげ穴６Ａを斜め穴１５の傾斜方向と同方向になるように傾斜させて形成した場合を示したが、実施の形態１に係る加工用にげ穴６のように、上下方向に貫通するように形成してもよい。この場合も同様の効果を奏する。
【００３４】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４に係る穴あけ加工前に用いられる座ぐり加工装置の要部の構成説明図で、この実施の形態４に係る座ぐり加工装置は、実施の形態１に係るレーザ加工装置によって穴あけ加工が行われる前の工程で用いられるもので、被加工物１１の加工位置１１ａの少なくとも一方の面（ここでは上面側）に座ぐり穴１６（図７参照）を形成するものである。
【００３５】
図において、１７は図示しない駆動手段により回転しながら上下方向に移動自在な砥石で、被加工物１１に形成する貫通穴１２の径より大径の円柱状に形成されており、砥石１７を被加工物１１の加工位置１１ａの上面側に回転させながら押しつけることにより、加工位置１１ａの上面側に貫通穴１２の上部側を形成するような凹状の座ぐり穴１６を形成する。１８は被加工物１１が載置される加工テーブルで、加工用にげ穴１９が設けられている。なお、砥石１７の径は形成する貫通穴１２の径とほぼ同径または小径でもよい。これらの場合は砥石１７を形成する座ぐり穴１６の周縁部に沿って動かして形成する。また、加工テーブル１８の加工用にげ穴１９は省略してもよく、加工テーブル１８は実施の形態１に係るレーザ加工装置の加工テーブル５を兼用してもよい。
【００３６】
このように構成された座ぐり加工装置および実施の形態１に係るレーザ加工装置を用いて被加工物１１に穴あけ加工前の座ぐり加工および穴あけ加工を行う場合、まず、座ぐり加工装置の加工テーブル１８上に被加工物１１をその加工位置１１ａが加工テーブル１８の加工用にげ穴１９に対応するように載置する。なお、被加工物１１の加工位置１１ａが加工用にげ穴１９に対応してなくてもよい。ついで、座ぐり加工装置の砥石１７を駆動手段により回転させるとともに下方に移動させて、被加工物１１の加工位置１１ａの上面側に押しつけると、被加工物１１の上面側は砥石１７の回転力と押圧力によって削り取られ、さらに砥石１７を下方に移動させることにより、座ぐり穴１６が形成がされる。
【００３７】
次に、座ぐり穴１６が形成された被加工物１１を、実施の形態１に係るレーザ加工装置の加工テーブル５上にその加工位置１１ａの下面側が加工テーブル５の加工用にげ穴６に対応するように載置する。ついで、押さえ治具７をその加工穴８が被加工物１１の加工位置１１ａに形成された座ぐり穴１６に対応するように上方から被加工物１１を押さえ、加工テーブル５と押さえ治具７で挟持して固定する。次に、レーザ発振器１を駆動してレーザを発振させ、レーザ光３を全反射ミラー２で反射させて集光レンズ４で集光させ、図７に示すように、押さえ治具７の加工穴８を通って被加工物１１の加工位置１１ａ（座ぐり穴１６の中心部）に照射する。同時に加圧ポンプ１０を駆動して加圧チャンバー９内に空気を送り込み、加工用にげ穴６を介して被加工物１１の加工位置１１ａの下面側を加圧し、被加工物１１の座ぐり穴１６側（加工面側）を低圧、下面側（加圧面側）を高圧と、座ぐり穴１６側と下面側に対して圧力差をつける。
【００３８】
そして、被加工物１１は、図７に示すように、照射されたレーザ光３によって貫通穴１２が形成される部分（加工位置１１ａ）およびその周辺Ｚが加熱されて材料が溶融されるとともに、被加工物１１の下面側からの圧空によって加熱された被加工物１１が押し上げられて、最終的に貫通穴１２が形成される。つまり、レーザ光３が照射された直後の被加工物１１は、まだ温度が低い状態であるので、被加工物１１の上面側と下面側の圧力差がないと、被加工物１１の材料は重力の方向に垂れ下がるが、圧力差があるために垂れ下がりが押さえられてその状態で保持される。このとき、被加工物１１の温度が低いために材料の粘度は高く、圧力差で材料は吹き飛ばされない。ついで、レーザ光３が照射されると、被加工物１１は温度が高い状態になるので、材料の粘度は低くなり、材料が下方に流れ出すが圧力差があるためにその材料の流れ出しが防止されるとともに、圧空で材料が上方に吹き飛ばされる。そして、貫通穴１２が形成される。このとき、吹き飛ばされない材料があって下方に流れ出そうとするが、圧力差がそれを防止して被加工物１１の下面側のドロスの発生を防止する。また、被加工物１１の加工位置１１ａの上面側に形成された座ぐり穴１６により、加工位置１１ａの上面側に若干発生したドロスを座ぐり穴１６の深さ内に収めて上面側への飛び出しを防止する。
【００３９】
このように、レーザ加工装置で穴あけ加工を行う前の被加工物１１に対して座ぐり加工を行って、被加工物１１の加工位置１１ａの上面側に座ぐり穴１６を形成するようにしたので、貫通穴１２を形成する際の被加工物１１の溶融される材料を少なくすることができ、下方に流れる量を減らすとともに下方に流れにくくすることができる。また、加工位置１１ａの上面側に若干ドロスが発生しても、座ぐり穴１６の深さ内に収めることができるため、ドロスの上面側への飛び出しを防止することができる。さらに、被加工物１１の加工位置１１ａの下面側を空気等で加圧し、レーザ光３が照射される加工位置１１ａの上面側と圧力差が得られるようにしたので、圧空が圧力差方向、つまり高圧から低圧方向に吹き出されて貫通穴１２を形成するとともに、レーザ光３で溶融した被加工物１１の材料の流れ落ちを押さえることができ、被加工物１１の下面側（加工位置１１ａの下面側）のドロスの発生を防ぐことができる。また、加工時に発生するデブリは水平方向に拡散しやすいが、座ぐり穴１６を設けたことによってその座ぐり穴１６の内周壁にデブリが当たって座ぐり穴１６内に収まり、拡散するのを防して被加工物１１のデブリによる汚れを防止することができる。これにより、穴あけ加工の加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させることができるとともに、穴あけ加工後のドロスおよびデブリを除去する工程をなくすことができ、加工時間およびコストの低減を図ることができるレーザ加工方法およびその装置が得られる。
【００４０】
なお、上述の実施の形態４では、被加工物１１の加工位置１１ａの上面側に座ぐり穴１６を形成する場合を示したが、被加工物１１の加工位置１１ａの下面側に形成してもよく、両側に形成してもよい。これらの場合も同様の効果を奏し、若干ドロスが発生してもそのドロスを座ぐり穴１６の深さ内に収めることができ、加工位置１１ａの上面側および下面側への飛び出しを防ぐことができる。また、両側に座ぐり穴１６を形成した場合は、被加工物１１の溶融される材料をより少なくすることができ、ドロスの発生をさらに防ぐことができるとともに、加工時間を短縮することができ、穴あけ加工の加工精度の低下を抑えて加工品質を向上させ、加工時間の低減を図ることができる。
【００４１】
また、円柱状の砥石１７を用いて座ぐり穴１６を凹状に形成した場合を示したが、砥石１７をリング状に形成し、図８に示すように、座ぐり穴１６をリング状に形成するようにしてもよい。この場合もほぼ同様の効果を奏する。
さらに、座ぐり穴１６を砥石１７を用いて形成する場合を説明したが、これに限定するものではなく、エッチングあるいはブラストなどにより座ぐり穴１６を形成するようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の実施の形態４では、実施の形態１に係るレーザ加工装置を用いる穴あけ加工の前工程としてこの座ぐり加工を行う場合を示したが、実施の形態２または実施の形態３に係るレーザ加工装置を用いる穴あけ加工の前工程としてこの座ぐり加工を行うようにしてもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。さらに、図１０に示した従来のレーザ加工装置を用いる穴あけ加工の前工程としてこの座ぐり加工を行ってもよい。この場合、若干ドロスが発生するものの従来よりもドロスの発生を低減することができる。
【００４３】
さらに、上述の実施の形態１乃至４では、被加工物１１にレーザ光（レーザビーム）３を照射して加工する場合を示したが、レーザ光３に代えて電子ビームや赤外線ランプのビームなどを用いて加工するようにしてもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成説明図。
【図２】本発明の実施の形態１の要部の作用説明図。
【図３】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成説明図。
【図４】本発明の実施の形態３に係るレーザ加工装置の構成説明図。
【図５】本発明の実施の形態３の作用説明図。
【図６】本発明の実施の形態４の座ぐり加工装置の要部の構成説明図。
【図７】本発明の実施の形態４の要部の作用説明図。
【図８】本発明の実施の形態４の要部の変形例を示す図。
【図９】従来のドリルを用いた穴あけ加工装置の要部の構成図。
【図１０】従来の穴あけ加工に用いられるレーザ加工装置の構成図。
【符号の説明】
３  レーザ光、９  加圧チャンバー、１０  加圧ポンプ、１１  被加工物、１２  貫通穴、１３  減圧チャンバー、１４  減圧ポンプ、１５  斜め穴、１６  座ぐり穴。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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