(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークにレーザー光を照射して孔あけ加工をおこなう方法であって、
前記方法は、レーザー光をワークの一方面に照射して貫通孔を形成する第一の工程と、レーザー光を螺旋状に回転させながらトレパニング径を大きくしていくことにより、所定径の貫通孔を形成する第二の工程と、からなり、
第一の工程から第二の工程にかけてレーザー光の照射方向と同軸方向にアシストガスが照射されるようになっており、
前記アシストガスとして、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのいずれかからなるガスであって、酸素を含まない第一の不活性ガスと、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのいずれかからなるガスに酸素を混合してなる第二の不活性ガスが予め用意されていて、
第一の工程では、アシストガスとして第一の不活性ガスが選択されて使用され、第二の工程では、アシストガスとして第二の不活性ガスが選択されて使用されることを特徴とする孔あけ加工方法。
【請求項２】
前記アシストガスの圧力が、第一の工程から第二の工程にかけて低圧力から高圧力に変化するように調整されることを特徴とする請求項１に記載の孔あけ加工方法。
【請求項３】
レーザー発振器と、少なくともレーザーの照射方向に直列的に配設されたコリメートレンズと揺動軸方向の異なる複数のガルバノミラーと集光レンズとからなる集光光学系と、集光レンズを通過したレーザー光にアシストガスを提供するガス提供手段と、貫通孔の形成を検知する検知手段と、それぞれのガルバノミラーを揺動させることによってレーザー光のトレパニング径をゼロから所定径まで螺旋状に大きくするトレパニング径制御手段と、からなり、
前記ガス提供手段は、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのいずれかからなるガスであって、酸素を含まない第一の不活性ガスと、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのいずれかからなるガスに酸素を混合してなる第二の不活性ガスのうち、いずれか一方のガスを選択するガス選択手段をさらに備え、
貫通孔が形成されるまでは、ガス選択手段によって第一の不活性ガスが選択され、ガス提供手段によってレーザー光に第一の不活性ガスが提供されながら、集光レンズを通過したレーザー光がワークの一方面に照射されるようになっており、
前記検知手段にて貫通孔の形成が検知されると、ガス選択手段によって第二の不活性ガスが選択され、ガス提供手段によってレーザー光に第二の不活性ガスが提供されながら、トレパニング径制御手段によってレーザー光のトレパニング径が所定径まで螺旋状に大きくされるようになっていることを特徴とする孔あけ加工装置。
【請求項４】
アシストガスの圧力を調整する圧力調整手段をさらに備え、
前記圧力調整手段によって、貫通孔が形成されるまでは第一の不活性ガスが比較的低圧に調整されるようになっており、検知手段にて貫通孔の形成が検知され、トレパニング径制御手段によってレーザー光のトレパニング径が所定径まで螺旋状に大きくされるにしたがって、第二の不活性ガスの圧力が徐々に大きくなるように調整されるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の孔あけ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにレーザー光を照射して孔あけ加工をおこなう孔あけ加工方法および孔あけ加工装置に係り、特に、精度のよい孔あけ加工を簡易かつ短時間でおこなうことのできる孔あけ加工方法および孔あけ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばＹＡＧレーザーやＹＡＧ−ＳＨＧレーザーなどのレーザー光をワーク表面に照射し、熱溶融させることによって孔あけ加工をおこなう方法は一般に知られるところである。
【０００３】
上記のレーザー光による孔あけ加工方法としては、特許文献１に示すようにレーザー光を回転させながらワークに照射させることにより、所望径の孔をワーク表面から順次ワークの厚さ方向に形成する方法や、特許文献２に示すように、まず貫通孔を形成した上で、レーザー光の焦点を上下させながら所望径の貫通孔を形成する方法など多岐にわたる。
【０００４】
なお、レーザー光の照射に際して、ワークの孔あけ加工を促進させる等の目的で、適宜のアシストガスをレーザー光の照射と併せてワークに吹付ける技術も従来知られるところである（例えば、特許文献３，４）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１３５８７号公報
【特許文献２】特表２００３−１４４４号公報
【特許文献３】特開２００１−１８０８２号公報
【特許文献４】特開昭６４−４４２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，３，４に開示のレーザー加工方法によれば、所望径の孔をワーク表面から順次形成しながら孔あけ加工がワークの厚さ方向に進行するため、溶融物であるドロスをワーク表面外に蒸気圧で排出しながら孔あけ加工がおこなわれることから、貫通孔が形成されるまでの加工時間が長くなるという問題がある。また、特許文献２に開示のレーザー加工方法によれば、貫通孔を形成した後にレーザー光の焦点を上下動させることによって所望径の貫通孔を形成するものであるが、焦点の調整が困難であり、加工時間の効果的な短縮を望むことは難しい。
【０００７】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、レーザー光による高精度の孔あけ加工を簡易かつ短時間でおこなうことのできる孔あけ加工方法および孔あけ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明による孔あけ加工方法は、ワークにレーザー光を照射して孔あけ加工をおこなう方法であって、レーザー光をワークの一方面に照射して貫通孔を形成する第一の工程と、レーザー光を螺旋状に回転させながらトレパニング径を大きくしていくことにより、所定径の貫通孔を形成する第二の工程と、からなることを特徴とする。
【０００９】
レーザー光は、公知のＹＡＧレーザーやＹＡＧ−ＳＨＧレーザーなどからなり、このレーザー光を、任意のワーク表面に照射する。本発明では、レーザー光が最初に照射されるワークの一方面にレーザーの焦点（レーザースポット）がくるようにレーザー光を照射し、その状態を維持しながら、ワークの他方面まで孔を貫通させる。ここで、ワークの一方面の孔径が可及的に小さな状態で貫通孔を形成させるのが好ましく、そのためには、螺旋回転しないレーザー光をワークに照射するのが望ましいが、螺旋回転されたレーザー光をワークに照射する方法であってもよい。また、レーザー光の焦点を穿孔に応じてワークの厚さ方向に移動調整することもおこなわず、レーザー光の焦点位置は、ワークの一方面に固定しておけばよい。例えば５０μｍ程度の微小径の貫通孔を形成する場合に、ビーム自体の径はおよそ５ｍｍ程度にも及び、それを絞ることによって焦点位置におけるスポット径を１０μｍ程度にすることができるが、ワークがレーザーによって溶融することにより孔径は自然に拡大していき、例えば２０〜３０μｍ程度にまで広がり得る。この際、焦点位置をワークの厚さ方向に移動させることによって貫通孔が形成される前に孔径が拡大してしまい、後述する問題が生じてしまう。本発明の孔あけ加工方法は、例えば５０μｍ程度の微小径の貫通孔を高精度かつ効率的に形成することを一つの目的としており、そのために、最初の貫通孔が形成されるまでは、焦点位置をワークの一方面に固定しておくのがよく、また、焦点位置を移動させる必要がないために、焦点位置を微調整するための設備や時間を必要としない。
【００１０】
まず、貫通孔を形成し、その後に貫通孔の径を所定径まで拡大させていくことにより、母材の排出効率を高めることができ、加工時間を大幅に短縮することが可能となる。なお、本発明の孔あけ加工方法が適用されるワークは特に限定されるものではないが、多数の貫通孔を備えたワークに適用されるのが好ましく、例えば多数の孔を有するインジェクタなどに好適である。
【００１１】
また、本発明による孔あけ加工方法の好ましい実施形態は、第一の工程から第二の工程にかけてレーザー光の照射方向と同軸方向にアシストガスを照射し、アシストガスの圧力が低圧力から高圧力に変化するように調整されることを特徴とする。
【００１２】
レーザー光の照射とともに、例えば任意の不活性ガスからなるアシストガスをレーザー光の照射方向と同軸方向に照射することにより、孔あけ加工を促進させるとともに、孔の酸化を防いで加工部の品質を向上させることができる。ここで、アシストガスの供給態様も任意であり、貫通孔が形成されるまで、すなわち第一の工程ではアシストガスを提供せず、貫通孔が形成された後の第二の工程においてアシストガスを提供する態様や、レーザー光の照射とともに最初からアシストガスをワークに提供する態様などがある。貫通孔が形成されるまでアシストガスを提供しない場合には、レーザー光によって金属（ワーク）が溶融して生じる金属蒸気圧により、溶融金属をドロスとして孔外へ排出することができる。なお、アシストガスの圧力は、穿孔効率を高めることができるように調整されるのが望ましい。また、アシストガスは、その圧力に加えてその流量も加工段階に応じた適宜の流量に調整することができる。
【００１３】
レーザー光が最初に照射されるワークの一方面における孔径を可及的に小径としながら貫通孔を形成することにより、所定径の孔を形成しながら最後に孔全体を貫通させる従来の加工方法に比して、加工時間を格段に短縮することができる。所定径の孔を形成しながら最後に孔を貫通させる加工方法では、形成途中の孔底で反射されたアシストガスと孔に照射されるアシストガスが干渉し、アシストガスによる孔加工促進効果を十分に得ることができなくなる。本発明のように、まず、第一の工程としてワークの一方面における孔径を可及的に小径としながら貫通孔を形成した後で、第二の工程としてレーザー光を螺旋状に回転させながら貫通孔を所望径の孔に拡大していく方法を適用することで、提供されたアシストガスはワークの他方面から排出されるため、孔底で反射されたアシストガスと提供されたアシストガスが干渉するといった問題は生じ得ず、したがってアシストガスによる効率的な所望径の貫通孔の形成が実現できる。
【００１４】
ここで、低圧力から高圧力に変化させるとは、第一の工程の当初からレーザー光とともに比較的低圧の一定圧力でアシストガスが提供され、第二の工程においては、徐々にアシストガスの圧力が大きくなるように調整される態様のことである。第一の工程では、未だ貫通孔が形成されていない状態であることから、提供されるアシストガスの圧力が比較的低圧であることは、孔底で反射するアシストガスとの干渉を極力少なくするという側面から好ましく、貫通孔形成後にその径を所望径に拡大していく段階でアシストガスの圧力を高めていくことにより、所望径の貫通孔の形成時間をより短縮できるということが発明者等の経験則から分かっている。
【００１５】
また、本発明による孔あけ加工方法の好ましい実施形態において、第一の工程で使用されるアシストガスは、アルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスを含むとともに酸素を含まない第一の不活性ガスであり、第二の工程で使用されるアシストガスは、該第一の不活性ガスに酸素を混合してなる第二の不活性ガスであることを特徴とする。
【００１６】
本発明では、貫通孔が形成されるまでは、可及的に孔径を小径に調整することが好ましいことから、金属ワークの溶融が促進されないことが望ましい。一方、貫通孔が形成された後は、ワークの溶融が速やかに促進されることにより、所望径の貫通孔を短時間で形成することができる。
【００１７】
そこで、第一の工程においては、酸素を含まないアルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスといった不活性ガスをワークに提供することにより、金属溶融の促進を抑え、第二の工程に移行した段階で、酸素が混合されたアルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスなどをワークに提供することにより、金属溶融を促進させて貫通孔の拡径時間の短縮を図るものである。なお、不活性ガスに占める酸素の割合は、目標とする所望径の貫通孔形成時間に応じて任意に調整すればよい。
【００１８】
また、本発明による孔あけ加工装置は、レーザー発振器と、少なくともレーザーの照射方向に直列的に配設されたコリメートレンズと揺動軸方向の異なる複数のガルバノミラーと集光レンズとからなる集光光学系と、集光レンズを通過したレーザー光にアシストガスを提供するガス提供手段と、貫通孔の形成を検知する検知手段と、それぞれのガルバノミラーを揺動させることによってレーザー光のトレパニング径をゼロから所定径まで螺旋状に大きくするトレパニング径制御手段と、からなることを特徴とする。
【００１９】
レーザー発振器により、ＹＡＧレーザーやＹＡＧ−ＳＨＧレーザーを発振させる。例えば水位方向に発振したレーザー光は、反射レンズによって鉛直下方方向に反射されて集光光学系に送られる。
【００２０】
集光光学系は、レーザー光を平行光にする（コリメートする）ためのコリメートレンズと、例えば２つの揺動自在なガルバノミラーと、さらにレーザー光をフォーカスするための集光レンズとがワークの穿孔方向に直列的に配設されて構成される。ここで、例えば２つのガルバノミラーは、その揺動軸が直交するように配設されており、２つのガルバノミラーを制御装置にて同期揺動させることにより、レーザー光を任意に螺旋運動できるようになっている。３つ以上のガルバノミラーが直列的に配設された形態であってもよいことは勿論のことであり、３つのガルバノミラーからなる場合には、それぞれを直列的に配設するとともに、各揺動軸をそれぞれ１２０度ずらした位置に配設することができる。
【００２１】
集光レンズの下方には、アシストガス供給用の噴射ノズルが配設されており、アシストガスがレーザー光の照射方向と同方向となるように構成されている。例えば、両端が開口した筒体の側面に噴射ノズルが取付けられ、この筒体内を集光レンズを通ったレーザー光が貫通するように構成することで、筒体内に供給されたアシストガスを筒体の内壁面で反射させてレーザー光と同一の方向に流れるように調整することができる。本発明の孔あけ加工装置は、第一の工程においてまず可及的に小径の貫通孔を形成するが、この貫通孔が形成されたことを、例えば、ワークの他方面側（レーザー照射と反対側）に受光素子からなるセンサを配置し、貫通孔を介してワークを通り抜けたレーザー光を検知する。貫通孔形成後は、複数のガルバノミラーを同期揺動させながらレーザー光を螺旋回転させるものである。ここで、複数のガルバノミラーの同期揺動は、トレパニング径制御手段にておこなわれる。第一の工程における制御とは、必要に応じて複数のガルバノミラーを同期揺動させてワークの一方面に小径の孔を形成したり、最適な低圧力のアシストガスを供給する等の制御のことである。本発明の孔あけ加工装置によれば、所望径の貫通孔を短時間で形成することが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明による孔あけ加工装置の他の実施形態において、アシストガスの圧力を調整する圧力調整手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２３】
アシストガスは、上記する第一の工程と、第二の工程、さらにはそれぞれの工程内においてもその圧力を圧力調整手段にて任意に調整できるようになっている。例えばアシストガス収容ボンベから供給されるアシストガスを圧力調整手段にて適宜に開閉角度が調整される調整弁を介して前記する筒体に供給するような形態を適用できる。
【００２４】
本発明の孔あけ加工装置によれば、必要に応じてアシストガスの圧力を微調整することで、前記する加工時間の短縮に加えて、加工精度の向上を図ることができる。
【００２５】
さらに、本発明による孔あけ加工装置の好ましい実施形態において、前記ガス提供手段は、アルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスを含むとともに酸素を含まない第一の不活性ガスと、第一の不活性ガスに酸素を混合してなる第二の不活性ガスとから、適宜のガスを選択するガス選択手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
例えば、第一の不活性ガスを収容したボンベと、酸素を混合してなる第二の不活性ガスを収容したボンベを用意し、切替え弁にて適宜のタイミングでいずれか一方のガスを選択できるように制御することにより、より効率的な所望径の貫通孔の形成を実現することができる。例えば、加工時間やトレパニング径に応じてガスの種類の切替え指令を切替え弁に送信するガス選択手段により、切替え弁の切替えをおこなうことができる。既述するように、第一の工程では酸素を含まない不活性ガスを収容したガスボンベからアシストガスの提供を受け、第二の工程に移行した段階で、切替え弁にて酸素を混合した不活性ガスを収容したガスボンベに切替えてアシストガスの提供を受けることができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上の説明から理解できるように、本発明の孔あけ加工方法および孔あけ加工装置によれば、ワークに貫通孔を形成した後にトレパニング径を拡大していきながら所望の貫通孔を形成することにより、母材の排出効率を高めることができ、孔あけ加工に要する加工時間を格段に短縮することができる。また、貫通孔の拡径に際してレーザー光を螺旋回転させるとともに、アシストガスの種類や圧力を適宜に変化させることにより、加工時間の短縮に加えて、高精度の孔あけ加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の孔あけ加工装置の一実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第一の工程を説明した図を、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視図を、図３は、本発明の孔あけ加工装置の一実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第二の工程を説明した図を、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ矢視図を、図５は、図３に続いて第二の工程を説明した図を、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ矢視図をそれぞれ示している。図７，８は、本発明の孔あけ加工装置の他の実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第一の工程を説明した図を、図９は、本発明の孔あけ加工方法の実施例と従来の孔あけ加工方法との加工時間を比較した実験結果を示したグラフをそれぞれ示している。
【００２９】
図１は、孔あけ加工装置の一実施形態を使用してワークＷの一方面Ｗ１の孔径を可及的に小径とした状態でワークＷの他方面Ｗ２まで貫通孔Ｗａを形成している状況を説明した図である。この工程は、本発明の孔あけ加工方法における第一の工程である。
【００３０】
孔あけ加工装置１０は、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザーを発振させるレーザー発振器１と、このレーザー発振器１から水平方向に照射されたレーザー光Ｌを鉛直下方に反射させる反射レンズ２と、この反射レンズ２とワークＷの間において、コリメートレンズ３１と２つのガルバノミラー３２ａ，３２ｂと集光レンズ３３が直列的に配設されてなる集光光学系３と、集光レンズ３３とワークＷの間に配設された筒体４、さらにはアシストガスを収容するガスボンベ５とアシストガスの圧力状態を制御する圧力制御装置６とから大略構成されている。また、ワークの他方面側（レーザー照射と反対側）に図示しない受光素子からなるセンサを配置し、貫通孔を介してワークを通り抜けたレーザー光を検知する。なお、図示するワークＷはワーク全体の一部のみを示したものであり、ワークの他の部分が把持治具等によって固定され、または台座上に固定されている。台座上にワークの他の部分を載置する場合には、該台座に設けられた孔に受光素子からなるセンサが収容された構成とすることができる。
【００３１】
ガルバノミラー３２ａ，３２ｂは、ガルバノメータ３２ｃ、３２ｃから回転可能に突出するとともに、互いに水平面内で直交する揺動軸まわりを揺動可能に取付けられており、各ガルバノメータ３２ｃ、３２ｃはトレパニング径制御手段である制御装置にて同期揺動するように制御される。２つのガルバノミラーが互いに直交する軸まわりを揺動することにより、下方のガルバノミラーを通ったレーザー光を螺旋状に回転させることが可能となる。
【００３２】
第一の工程において、ガルバノミラーを揺動させない場合には、コリメートレンズ３１にてコリメートされたレーザー光Ｌは、そのまま不動のガルバノミラーを通り、集光レンズ３３を通ってワークＷの一方面Ｗ１が焦点となるように調整されて照射される。下方のガルバノミラー３２ｂとワークＷの間には、下方に縮径され、上端と下端が開口した筒体４がその中空軸を集光光学系３とワークＷを結ぶ直線状にくるように配設されている。この筒体４の側面には、アシストガス供給管８が接続されており、該供給管８の他端にはアシストガスを収容するガスボンベ５が設けられている。アシストガスとしては、アルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスといった不活性ガスが使用できる。
【００３３】
供給管８の途中にはアシストガスの圧力を調整するための圧力調整弁６１が介装されており、この調整弁の開閉調整は、該調整弁に接続された圧力調整装置６（圧力調整手段）にておこなわれる。圧力調整装置６のＣＰＵから、アシストガスの圧力が比例して増大するように調整弁を開閉するデジタル信号が送信され、Ｄ／Ａ変換されたアナログ信号（電流）にて任意のタイミングで調整弁６１の開閉がおこなわれる。なお、図示しないＣＣＤカメラや各種センサなどの貫通孔検知手段にて貫通孔が形成されたことを検知し、その検知信号が圧力調整装置６に送られた段階で調整弁６１が開き始めるような実施形態であってもよい。
【００３４】
レーザー光の焦点をワークＷの一方面で固定し、必要に応じて低圧のアシストガスも提供しながらレーザー光を照射し続けることにより、レーザー熱によって金属ワークＷが溶融し、ワークＷの他方面Ｗ２まで穿孔されて貫通孔Ｗａが形成される。なお、図２は、ワークＷを上方から見た平面図であり、ワークＷの一方面Ｗ１には可及的に小径の孔が形成されている。
【００３５】
貫通孔が形成された後の第二の工程においては、２つのガルバノミラー３２ａ，３２ｂを同期揺動させながら（図３のＸ１方向とＸ２方向の同期揺動）、ワークＷの一方面Ｗ１に照射されるレーザー光の焦点位置を螺旋状に回転させることにより（図３のＸ３方向）、孔径（トレパニング径）が広げられていく（図４のＷｂ）。既に貫通孔が形成されているため、ワークＷに提供されたアシストガスは貫通孔を介してワークの他方面Ｗ２から孔外へ放出されるため、提供されるアシストガスと干渉することもない。
【００３６】
ここで、ガスボンベ５から任意の不活性ガスが調整弁６１にてその圧力を調整されながら筒体４に提供され（図３のＹ１方向）、筒体４の内壁で下方に流れの方向が転換されてアシストガスとしてワークＷに照射される（Ｙ２方向）。
【００３７】
ガルバノミラー３２ａ，３２ｂの揺動角度をより大きくしていくことにより（図５のＸ４，Ｘ５方向）、ワークＷの一方面Ｗ１に形成されるトレパニング径も大きくなり（図５，６のＸ６方向）、所定のトレパニング径となるまでガルバノミラーの揺動とレーザー光の照射を続けることにより、最終的に所望径の貫通孔Ｗｃが形成される。なお、溶融熱の伝導によってトレパニング径よりも最終的に形成される貫通孔径は大きくなることから、かかる熱伝導を勘案して適宜のタイミングでガルバノミラーの揺動を停止させる必要がある。
【００３８】
図７は、孔あけ加工装置の他の実施形態を模式的に示したものである。この孔あけ加工装置１０ａでは、アシストガスの圧力が調整される代わりに、アシストガスの種類を適宜に選択することができる。図示する実施形態では２つのガスボンベ５１，５２を用意し、ガスボンベ５１には、酸素を含まないアルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスといった不活性ガスが収容されており、他方のガスボンベ５２には、酸素が混合されたアルゴンガスや窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスが収容されている。双方のガスボンベはガス供給管８の途中に設けられた切替え弁７１に連通しており、この弁の切替えでいずれか一方のガスを選択して筒体４にアシストガスとして提供できるようになっている。例えば、ガスボンベ５１から筒体４に提供されていた窒素ガス（Ｙ２方向〜Ｙ４方向）を、任意のタイミングで酸素を混合してなる窒素ガス（Ｙ３方向〜Ｙ４方向）に切替えるものである。
【００３９】
切替え弁７１の切替えは、該切替え弁に接続されたガス切替制御装置７（ガス選択手段）からの切替え指令信号にて適宜におこなわれる。例えば、穿孔される孔の拡径を極力抑えたい第一の工程では、酸素を含まない不活性ガスをアシストガスとして使用することが望ましく、貫通孔形成後にその孔径を拡大していく段階では酸素を含有した不活性ガスをアシストガスとして使用することにより孔加工を促進させることができる。そこで、第一の工程の終了が、上記するような図示しない適宜のセンサなどにて検知された段階で、切替え弁７１により、ガスボンベ５１からガスボンベ５２への切替えがおこなわれる。
【００４０】
図８は、孔あけ加工装置のさらに他の実施形態を模式的に示したものであり、この孔あけ加工装置１０ｂは、図１に示す孔あけ加工装置１０と図７に示す孔あけ加工装置１０ａを組み合わせた構成となっている。すなわち、アシストガスの供給系統において、ガスの圧力調整と複数のガスからの任意ガスの選択の双方をおこなうことのできる装置である。孔あけ加工装置１０ｂによれば、その加工時間の短縮を図ることができることは勿論のこと、アシストガスの圧力や流量、種類の微調整により、形成される貫通孔の加工精度を一層高めることが可能となる。
【実施例】
【００４１】
以下に、図９に基づいて、発明者等による本発明の孔あけ加工方法と従来の孔あけ加工方法の加工時間を比較した実験の概要とその結果について述べる。
【００４２】
まず、実験条件として、使用するレーザー光は、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザー（波長が５３２ｎｍ、出力が１４Ｗ、パルス幅が３０ｎｓ、周波数が１０ｋＨｚ）である。また、集光レンズはＦ６０（フォーカス６０ｍｍ）のレンズを使用し、ビームスポット径は１０μｍである。さらに、アシストガスとして、窒素ガスに体積％として５％の酸素を混合してなる不活性ガスを使用し、ガスの圧力は０．２ＭＰａ、ガスの流量は１２０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００４３】
本発明の実施例は、上記実験条件のもとで、トレパニング径がゼロの状態（レーザー光焦点を固定する）でワークの一方面に可及的に小径の孔を形成した状態でまず貫通孔を形成し、その後にレーザー焦点を螺旋状に回転させてトレパニング径を拡大していきながら、最終的に他方面の孔径が７０μｍとなる貫通孔を形成する方法によるものである。この結果は、図９に示すグラフＸであり（○印でプロットされた実験結果に基づいてグラフ化している）、レーザー光の照射を開始後に３秒まではレーザー焦点を固定し、３秒後にトレパニングを３０μｍまで拡大していくものである。ワークの他方面における目標孔径を７０μｍとした場合に、トレパニングを３０μｍまで拡大した後は熱伝導による溶融熱によって孔径が拡径されていき、１秒後には（レーザー光照射開示から４秒後には）加工が完了した。
【００４４】
一方、図９のグラフＹ（×印でプロットされた実験結果に基づいてグラフ化している）は、従来の孔あけ加工方法によるものであり、レーザー光の照射とともにまずワークの一方面の孔径が３０μｍとなるようにトレパニング径を拡大していき、トレパニング径３０μｍを維持しながら穿孔をワークの厚さ方向に進めていき、ワークの他方面に３０μｍの孔を一気に形成するとともに溶融熱の熱伝導によって所望の７０μｍの貫通孔を形成するものである。
【００４５】
この場合、加工時間は１２秒を要し、本発明の実施例の３倍の時間を要することが実証された。この加工時間の相異は、レーザー加工装置が高価であることと、例えばエンジンインジェクタなどがワークの場合には多数のインジェクタ孔を穿孔する必要があることなどから、可及的に少数の孔あけ加工装置にて効率的に多数の孔あけ加工をおこなうことに鑑みれば、極めて大きな時間差となるものである。
【００４６】
発明者等の上記実験結果からも明らかなように、本発明の孔あけ加工装置を使用した孔あけ加工方法によれば、レーザー光による高精度の孔あけ加工を短時間でおこなうことが可能となるため、微小孔を多数穿孔する必要のあるエンジンブロックなどへの穿孔作業に特に好適である。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の孔あけ加工装置の一実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第一の工程を説明した図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図。
【図３】本発明の孔あけ加工装置の一実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第二の工程を説明した図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図。
【図５】図３に続いて第二の工程を説明した図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視図。
【図７】本発明の孔あけ加工装置の他の実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第一の工程を説明した図。
【図８】本発明の孔あけ加工装置のさらに他の実施形態を使用してなる孔あけ加工方法の第一の工程を説明した図。
【図９】本発明の孔あけ加工方法の実施例と従来の孔あけ加工方法の加工時間を比較した実験結果を示したグラフ。
【符号の説明】
【００４９】
１…レーザー発振器、２…反射レンズ、３…集光光学系、３１…コリメートレンズ、３２ａ、３２ｂ…ガルバノミラー、３２ｃ…ガルバノメータ、３２ｄ…制御装置、４…筒体、５，５１，５２…ガスボンベ、６…圧力調整装置、６１…圧力調整弁、７…ガス切替制御装置、７１…ガス切替え弁、１０，１０ａ，１０ｂ…孔あけ加工装置、Ｗ…ワーク、Ｗ１…一方面、Ｗ２…他方面、Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ…貫通孔，Ｌ…レーザー光
【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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