(57)【要約】【課題】気化ガス及び微粉末がワークの内壁に付着することを低減させることができる孔開け加工装置を提供することを課題とする。【解決手段】貫通孔１８を通過したレーザ光４４は、矢印（１）のように芯体３５の連通路４１に照射される。このとき、芯体３５は溶融せずに、砕かれて微粉末が生じる。吸引手段（図３、符号３２）により、空洞部１６は吸引されているので、気化ガス及び微粉末は、矢印（２）のように連通路４１に吸引される。そして、気化ガス及び微粉末は、連通路４１の反対側から矢印（３）のように吸引排出される。芯体３５の窪み４３と内壁４５の距離は比較的大きい。【効果】気化ガスや微粉末は連通路を通って吸引手段により吸引される。従って、本発明によれば、気化ガス及び微粉末がワークの内壁に付着することを低減させることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部を有するワーク先端部の壁部に外方からレーザ光を照射することで前記壁部に貫通孔を開ける孔開け加工装置において、
前記ワークに挿入される挿入部材とは別体とされ一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を多数備え、前記空洞部に挿入され前記貫通孔を貫通した前記レーザ光を受ける芯体と、
前記貫通孔を形成する際に気化して生じ前記連通路に導かれた気化ガスを前記ワークの基端側に吸引する吸引手段と、を備えることを特徴とする孔開け加工装置。
【請求項２】
前記連通路の端部は、先端側が拡径されていることを特徴とする請求項１記載の孔開け加工装置。
【請求項３】
前記芯体を振動させて、前記芯体の位置を、前記空洞部内で相対的に移動させる振動手段を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の孔開け加工装置。
【請求項４】
空洞部を有するワーク先端部の壁部に外方からレーザ光を照射することで前記壁部に貫通孔を開ける孔開け加工方法において使用され、前記空洞部に挿入され前記貫通孔を貫通した前記レーザ光を受ける芯体を製造する芯体製造方法において、
一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を形成する際は、前記連通路内に前記レーザ光が照射されるとき、前記レーザ光の軸線と前記連通路の開口の方向とが交わるような連通路を形成することを特徴とする芯体製造方法。
【請求項５】
空洞部を有するワーク先端部の壁部に外方からレーザ光を照射することで前記壁部に貫通孔を開ける孔開け加工方法において使用され、前記空洞部に挿入され前記貫通孔を貫通した前記レーザ光を受ける芯体を製造する芯体製造方法において、
セラミック粉末とワックスとを混練して後に芯体を所望の形状に形成すると共に、焼結することによりワックスを前記芯体から除去して一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を形成することを特徴とする芯体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空洞部を有するワーク先端部の壁部にレーザ光を照射することで壁部に貫通孔を開ける孔開け加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワークに細孔を開ける孔開け加工装置として、レーザ光で細い貫通孔を開ける技術が知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
図９に示されるように、孔開け加工装置１００は、空洞部１０１を有するワーク１０２の先端部１０３に配置されレーザ光を受けるジルコニア製ボール１０４と、このジルコニア製ボール１０４を支持するプローブ１０５と、このプローブ１０５を介してジルコニア製ボール１０４を回転移動又は上下移動させる超音波振動子１０６と、を備えている。
【０００４】
ワーク１０２の先端部１０３の壁部１０７にレーザ光１０８を照射することで、壁部１０７が貫通孔１０９が開けられる。貫通孔１０９を通過したレーザ光１０８はジルコニア製ボール１０４に当たるので、レーザ光１０８により貫通孔１０９の反対側の内壁１１０を保護することができる。
【０００５】
ところで、レーザ光１０８により貫通孔１０９を形成する際に気化ガスが生じ、レーザ光１０８がジルコニア製ボール１０４に当たることで微粉末が生じる。これらの気化ガス及び微粉末は、空洞部１０１から外部へ吸引排出される。
しかし、ジルコニア製ボール１０４と内壁１１０との接触点１１１付近は狭いため、気化ガス及び微粉末が内壁１１０に付着する虞がある。すなわち、気化ガス及び微粉末がワーク１０２の内壁１１０に付着するのを低減することができる孔開け加工装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８７７７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、気化ガス及び微粉末がワークの内壁に付着することを低減させることができる孔開け加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、空洞部を有するワーク先端部の壁部に外方からレーザ光を照射することで前記壁部に貫通孔を開ける孔開け加工装置において、前記ワークに挿入される挿入部材とは別体とされ一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を多数備え、前記空洞部に挿入され前記貫通孔を貫通した前記レーザ光を受ける芯体と、前記貫通孔を形成する際に気化して生じ前記連通路に導かれた気化ガスを前記ワークの基端側に吸引する吸引手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、連通路の端部は、先端側が拡径されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、芯体を振動させて、芯体の位置を、空洞部内で相対的に移動させる振動手段を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、空洞部を有するワーク先端部の壁部に外方からレーザ光を照射することで壁部に貫通孔を開ける孔開け加工方法において使用され、空洞部に挿入され貫通孔を貫通したレーザ光を受ける芯体を製造する芯体製造方法において、一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を形成する際は、連通路内にレーザ光が照射されるとき、レーザ光の軸線と連通路の開口の方向とが交わるような連通路を形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、空洞部を有するワーク先端部の壁部に外方からレーザ光を照射することで壁部に貫通孔を開ける孔開け加工方法において使用され、空洞部に挿入され貫通孔を貫通したレーザ光を受ける芯体を製造する芯体製造方法において、セラミック粉末とワックスとを混練して後に芯体を所望の形状に形成すると共に、焼結することによりワックスを芯体から除去して一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明では、レーザ光を遮断する芯体に、一方の外面から他方の外面へ気化ガスなどを導く連通路を多数設けた。
気化ガスや微粉末は連通路を通って吸引手段により吸引される。
従って、本発明によれば、気化ガス及び微粉末がワークの内壁に付着することを低減させることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、連通路の端部は、先端側が拡径されている。連通路の端部ではレーザ光を受ける面の面積が広くなるので、レーザ光が連通路に照射される確率を高くすることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、芯体を振動させて、芯体の位置を、空洞部内で相対的に移動させる振動手段を備えている。芯体は回転移動等するので、レーザ光が芯体の同一部位に入射し続けることがなく、レーザ光を受ける位置を移動させることができる。結果、レーザ光が芯体を通過してワークの内壁に到達するのを防止することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明では、一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を形成する際は、連通路内にレーザ光が照射されるとき、レーザ光の軸線と連通路の開口の方向とが交わるような連通路を形成する。レーザ光の軸線と連通路の開口の方向とが交わるので、レーザ光が連通路を通過することがなく、ワークの内壁を品質を良好にすることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明では、セラミック粉末とワックスとを混練して後に芯体を所望の形状に形成すると共に、焼結することによりワックスを芯体から除去して一方の外面から他方の外面へ連通する連通路を形成する。セラミックス粉末とワックスとを混練することで、形成される連通路は直線的ではなくなるので、レーザ光が連通路を通過することがなく、ワークの内壁を品質を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ワークの説明図である。
【図２】ワーク先端部の説明図である。
【図３】本発明に係る孔開け加工装置の基本構成を説明する図である。
【図４】実施例１に係る孔開け加工装置の要部の斜視図である。
【図５】実施例１に係る孔開け加工装置の要部の断面図である。
【図６】孔開け加工装置の作用図である。
【図７】実施例２に係る孔開け加工装置の要部の斜視図である。
【図８】実施例２に係る孔開け加工装置の要部の断面図である。
【図９】従来の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】
【００１９】
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１】
【００２０】
先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、燃料噴射弁１０は、ノズルホルダ１１と、このノズルホルダ１１の先端部に保持され燃料を噴射するワークとしてのノズル１２と、ノズルホルダ１１の中程に設けられ燃料を吸入する吸入口１３とからなる。
【００２１】
次にノズル１２の要部について説明する。
図２に示されるように、ノズル１２の先端部１４は、ホール型を呈し、ノズル本体１５と、このノズル本体１５の空洞部１６に挿入され燃料流路を開閉するノズルニードル１７とからなる。
ノズル本体１５には、突出する先端部１４に燃料を噴射する複数の噴口としての貫通孔１８が開けられている。これらの貫通孔１８が、本発明の孔開け加工装置によって開けられる。
【００２２】
次に孔開け加工装置全体について説明する。
図３に示されるように、孔開け加工装置２０は、レーザ発振器２１と、このレーザ発振器２１の下部に設けられてレーザ光を発射する加工ヘッド２２と、この加工ヘッド２２の下方に配置されたワーク保持機構２３とからなる。
【００２３】
ワーク保持機構２３は、ベースとなる保持ベース２４と、この保持ベース２４に設けられワーク１２を保持するワーク保持部２５と、ワーク保持部２５に設けられワーク１２とワーク保持部２５の隙間をシールするシール部材２６と、ワーク保持部２５に設けられワーク１２の位置を決める位置決めピン２７とを備える。
【００２４】
また、ワーク保持部２５にワーク１２の空洞部１６に通じる吸引通路２８が設けられ、この吸引通路２８の途中にワーク保持機構２３の内部に形成された中空部３１が連通する。これら空洞部１６、吸引通路２８及び中空部３１は、レーザ加工中に発生する気化ガス（金属蒸気やイオン化した気体）を吸引するための通路を構成する部分である。
【００２５】
吸引通路２８の出口側端部に気化ガスを吸引する吸引手段３２が設けられている。中空部３１にワーク１２へ挿入される挿入部材３３を振動させる振動手段３４が設けられている。挿入部材３３は、ワーク１２の空洞部１６に挿入するため、ワーク保持部２５より出っ張るように延出されている。挿入部材３３の先端にレーザ光を受ける芯体３５を配置してワーク１２をワーク保持部２５にセットする。
【００２６】
次に芯体３５について説明する。
図４に示されるように、芯体３５は球形状を呈する。芯体３５は、一方の外面３６から他方の外面３７に連通する連通路４１（詳細後述）を多数備えている。芯体３５の外面３６、３７は、例えばゴルフボールのディンプル状の様な窪み４２、４３を備え、この窪み４２と窪み４３を連通させることで連通路４１が形成されている。
なお、芯体３５の形状は空洞部（図３、符号１６）に応じて、楕円形状を呈してもかまわない。
【００２７】
図５に示されるように、連通路４１は、一方の外面３６の窪み４２と他方の外面３７の窪み４３を連通することで形成されている。レーザ加工中に発生する気化ガス等を導く連通路４１の端部（窪み４２、４３）は先端側が拡径されている。これにより、レーザ光を受ける面の面積が広くなるので、レーザ光が連通路４１に照射される確率を高くすることができる。
【００２８】
なお、窪み４２と窪み４３を一通路のみを連通させたが、これに限定されず、窪み４２と窪み４３以外の窪みを複数連通させて、一つの窪みから複数の連通路を形成させても差し支えない。
【００２９】
次に孔開け加工装置２０の要部ついて説明する。
図６に示されるように、ワーク１２に挿入される挿入部材３３の先端に、レーザ光を受ける芯体３５が別体とされ形成されている。芯体３５はワーク１２の空洞部１６の先端部に挿入される。芯体３５の材質は、耐熱性にすぐれたジルコニアが好ましい。
【００３０】
芯体３５はワーク１２の先端部１４付近まで挿入されている。連通路４１は、レーザ光４４がワーク１２の貫通孔１８を通過して照射される位置に配置されている。
また、芯体３５は挿入部材３３を介して振動手段（図３、符号３４）により回転移動及び振動させられ、芯体３５の位置は空洞部１６内で相対的に移動する。具体的には、自転することが含まれる。芯体３５は連通路４１におけるレーザ光４４の照射される位置を変えることで、寿命を長くすることができ、レーザ光４４が芯体３５を通過してワーク１２の貫通孔１８の反対側の内壁４５に照射されるのを防ぐことができる。
なお、図示はしないが、連通路４１内にレーザ光４４が照射される際は、レーザ光４４の軸線上にこれら連通路４１の開口の方向が一致してしまうと、貫通孔１８の反対側の内壁４５に照射されてしまうので、一方の外面から他方の外面へ連通する連通路４１を形成する際は、レーザ光４４の軸線上にこれら連通路４１の開口の方向が一致しないように、例えば、レーザ光４４の軸線と連通路４１の開口の方向とが交わるような連通路４１を形成するようにしている。
【００３１】
なお、実施例では、芯体３５の材質はジルコニアとしたが、これに限定されず、セラミック等、レーザ光により溶融しない素材又は溶融し難い材質であれば、他の材料であっても差し支えない。
【００３２】
以上の構成からなる孔開け加工装置２０の作用を次に述べる。
ワーク１２をワーク保持機構２３にセットする。レーザ光４４をワーク１２の先端部１４の壁部４６に照射することで、壁部４６に貫通孔１８が開けられる。レーザ光の条件は、周波数を３ｋＨｚ、エネルギーを２ｍＪ、レーザ光の回転速度を毎分３０００回転（毎秒５０回転）、照射時間を３０秒とするのが好ましい。
一方、ワーク１２の空洞部１６は、吸引通路２８を介して吸引手段３２により吸引される。
【００３３】
レーザ光４４をワーク１２の壁部４６に照射することで、壁部４６に貫通孔１８が開けられ、気化ガス（金属蒸気やイオン化した気体）が発生する。貫通孔１８を通過したレーザ光４４は、矢印（１）のように芯体３５の連通路４１に照射される。このとき、芯体３５は溶融せずに、砕かれて微粉末が生じる。
【００３４】
吸引手段（図３、符号３２）により、空洞部１６は吸引されているので、気化ガス及び微粉末は、矢印（２）のように連通路４１に吸引される。そして、気化ガス及び微粉末は、連通路４１の反対側から矢印（３）のように吸引排出される。
【００３５】
芯体３５の窪み４３と内壁４５の距離は比較的大きい。連通路４１に吸引された気化ガス及び微粉末は、空洞部１６内の比較的広い部分に排出されるので、内壁４５に付着することなく外部へ吸引排出することができる。
【００３６】
なお、実施例では、レーザ光の条件は、周波数を３ｋＨｚ、エネルギーを２ｍＪ、レーザ光の回転速度を毎分３０００回転（毎秒５０回転）、照射時間を３０秒としたが、これに限定されず、貫通孔１８が開けられれば、レーザ光は他の条件であってもよい。
【実施例２】
【００３７】
次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図７に示されるように、芯体３５は球形状を呈する。芯体３５は、一方の外面３６から他方の外面３７に連通する連通路４１（詳細後述）を多数備えた、多孔質状の球体である。
【００３８】
芯体３５はセラミックボールであり、外面３６、３７が細かい凹凸形状を呈する。芯体３５は、外面３６、３７全体に連通路４１を複数有するので、レーザ光を外面３６、３７のどの位置でも受けることができ、レーザ光が連通路４１に照射される確率を高くすることができる。
【００３９】
次に芯体３５の断面を模式図で説明する。
図８に示されるように、芯体３５は、連通路４１を複数有する。連通路４１は、微細な迷路形状を呈し、多数の連通路４１同士が内部で繋がっている。
【００４０】
芯体３５は、セラミック粉末とワックスを混練して圧縮により球体としてから、焼結によりワックスを飛ばす。ワックスが消失した部分が微細な迷路となることで、連通路４１が形成される。
なお、連通路４１は、上記のとおり微細な迷路となるので、レーザ光の軸線上にこれら連通路４１の開口の方向が一致しないように設定しなくても、自然とレーザ光の軸線上にこれら連通路４１の開口の方向が一致しないから、貫通孔１８を通過したレーザ光４４が、芯体４１を通過せず、貫通孔１８の反対側の内壁４５に照射されるのを防ぐことができる。
【００４１】
以上に述べた孔開け加工装置２０の作用効果をまとめて以下に記載する。
上記の図６に示されるように、空洞部１６を有するワーク１２先端部１４の壁部４６に外方からレーザ光４４を照射することで壁部４６に貫通孔１８を開ける孔開け加工装置２０において、ワーク１２に挿入される挿入部材３３とは別体とされ一方の外面３６から他方の外面３７へ連通する連通路４１を多数備え、空洞部１６に挿入され貫通孔１８を貫通したレーザ光４４を受ける芯体３５と、貫通孔１８を形成する際に気化して生じ連通路４１に導かれた気化ガスをワーク１２の基端側に吸引する吸引手段（図３、符号３２）と、を備える。
【００４２】
この構成により、気化ガスや微粉末は連通路４１を通って吸引手段３２により吸引される。
従って、本発明によれば、気化ガス及び微粉末がワーク１２の内壁４５に付着することを低減させることができる。
【００４３】
上記の図６に示されるように、連通路４１の端部（窪み４２、４３）は、先端側が拡径されている。
この構成により、連通路４１の端部（窪み４２、４３）ではレーザ光４４を受ける面の面積が広くなるので、レーザ光４４が連通路４１に照射される確率を高くすることができる。
【００４４】
上記の図３に示されるように、芯体３５を振動させて、芯体３５の位置を、空洞部１６内で相対的に移動させる振動手段３４を備えている。
この構成により、芯体３５は回転移動等するので、レーザ光（図６、符号４４）が芯体３５の同一部位に入射し続けることがなく、レーザ光４４を受ける位置を移動させることができる。具体的には、自転することや経時的に芯体３５の重心点を変位させることである。結果、レーザ光４４が芯体３５を通過してワーク１２の内壁４５に到達するのを防止することができる。
【００４５】
上記の図６に示されるように、空洞部１６を有するワーク先端部１４の壁部４６に外方からレーザ光４４を照射することで壁部４６に貫通孔１８を開ける孔開け加工方法において使用され、空洞部１６に挿入され貫通孔１８を貫通したレーザ光４４を受ける芯体３５を製造する芯体製造方法において、一方の外面３６から他方の外面３７へ連通する連通路４１を形成する際は、連通路４１内にレーザ光４４が照射されるとき、レーザ光４４の軸線と連通路４１の開口の方向とが交わるような連通路４１を形成する。
【００４６】
この方法により、レーザ光４４の軸線と連通路４１の開口の方向とが交わるので、レーザ光４４が連通路４１を通過することがなく、ワーク１２の内壁４５を品質を良好にすることができる。
【００４７】
上記の図７、図８に示されるように、空洞部１６を有するワーク先端部１４の壁部４６に外方からレーザ光４４を照射することで壁部４６に貫通孔１８を開ける孔開け加工方法において使用され、空洞部１６に挿入され貫通孔１８を貫通したレーザ光４４を受ける芯体３５を製造する芯体製造方法において、セラミック粉末とワックスとを混練して後に芯体３５を所望の形状に形成すると共に、焼結することによりワックスを芯体から除去して一方の外面３６から他方の外面３７へ連通する連通路を形成する。
【００４８】
この方法により、セラミックス粉末とワックスとを混練することで、形成される連通路４１は直線的ではなくなるので、レーザ光４４が連通路４１を通過することがなく、ワーク１２の内壁４５を品質を良好にすることができる。
【００４９】
尚、本発明の孔開け加工装置は、実施の形態では燃料噴射弁のノズルの孔開けに適用したが、細穴を加工する部材であれば、一般の機械部品に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の孔開け加工装置は、燃料噴射弁のノズルの細孔加工に好適である。
【符号の説明】
【００５１】
１２…ワーク（ノズル）、１６…空洞部、１８…貫通孔、２０…孔開け加工装置、３２…吸引手段、３３…挿入部材、３４…振動手段、３５…芯体、３６…一方の外面、３７…他方の外面、４１…連通路、４２…端部（窪み）、４３…端部（窪み）、４４…レーザ光、４５…内壁、４６…壁部。
【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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