JP2012106261A - 孔開け加工装置 - Google Patents

Abstract

【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】ワーク１２に挿入される挿入部材３３の先端に一体的に形成されると共に空洞部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、この芯体３５に設けられ貫通孔１８を形成する際に生じる気化ガスを導く連通孔４１と、この連通孔４１に導かれた気化ガスをワーク１２の基端側に吸引するに示す吸引手段と、を備える。
【効果】気化ガスや微粉末は連通孔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５

Description

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。

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。）。

図８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。

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。

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。

特開２００９−２８７７７公報

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。

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の先端に設けられ、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と、この芯体に設けられ前記貫通孔を形成する際に生じる気化ガスを導く連通孔と、この連通孔に導かれた前記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。

請求項２に係る発明は、連通孔の前部が、レーザ光が貫通孔を通過して照射される位置に配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、連通孔の前部は、先端側が拡径され、基端側が縮径されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、挿入部材を振動させて、芯体の位置を、空洞部内で相対的に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、レーザ光を遮断する芯体に、気化ガスなどを導く連通孔を開けた。
気化ガスや微粉末は連通孔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。

請求項２に係る発明では、連通孔の前部が、レーザ光が貫通孔を通過して照射される位置に配置されている。貫通孔を通過したレーザ光が芯体の連通孔に照射されるので、ワークの貫通孔に対向する内壁にレーザ光が照射されることを防ぎ、内壁を保護することができる。
加えて、貫通孔を通過したレーザ光が芯体に照射されると、芯体が崩壊して微粉末が発生するが、微粉末は連通孔を介してワークの基端側へ吸引されるので、微粉末が空洞部の内壁に付着するのを一層低減させることができる。

請求項３に係る発明では、連通孔の前部は、先端側が拡径され、基端側が縮径されている。連通孔の前部は、先端側が拡径されているので、レーザ光を受ける面の面積を広くすることができ、レーザ光が連通孔に照射される確率を高くすることができる。
加えて、連通孔は基端側が縮径され、吸引方向に向かって先細りになるので、流速が速くなり吸引力を向上させることができ、微粉末をより確実に除去することができる。

請求項４に係る発明では、挿入部材を振動させて、芯体の位置を、空洞部内で相対的に移動させる移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。

ワークの説明図である。 ワーク先端部の説明図である。 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。 孔開け加工装置の要部の斜視図である。 孔開け加工装置の要部の断面図である。 孔開け加工装置にワークをセットした状態を説明する図である。 孔開け加工装置の作用図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。

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。

本発明の実施例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。

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。

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。

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。

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。

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を回転及び振動させる移動手段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。

次に挿入部材３３の先端部分について説明する。
図４に示されるように、ワーク（図３、符号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が形成されている。芯体３５はワーク１２の空洞部（図３、符号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。

芯体３５は、挿入部材３３の軸上に延びる円筒部３６と、この円筒部３６の端部から先端に向かって小径になるテーパ部３７とからなる。また、芯体３５は、レーザ加工中に発生する気化ガス等を導く連通孔４１を有し、気化ガスは連通孔４１の前部４２から入り後部４３から排出される（詳細後述）。

次に孔開け加工装置２０の要部について説明する。
図５に示されるように、芯体３５はワーク１２の先端部１４付近まで挿入されている。連通孔４１の前部４２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。連通孔４１の前部４２は、先端４５側が基端４６側より拡径されている。先端４５側が拡径されているので、レーザ光４４を受ける面積を広くすることができ、レーザ光４４を連通孔４１に当てる確率を高くすることができる。

また、芯体３５は挿入部材３３を介して移動手段（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。連通孔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、芯体３５の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の反対側の内壁に照射されるのを防ぐことができる。

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。

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。
図６に示されるように、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４７に照射することで、壁部４７に貫通孔（詳細後述）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。

次に孔開け加工装置２０の要部の作用を述べる。
図７に示されるように、レーザ光４４をワーク１２の壁部４７に照射することで、壁部４７に貫通孔１８が開けられ、気化ガス（ワーク１２が熱で蒸発して出来た金属蒸気やイオン化した混合気体）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の連通孔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６、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）のように連通孔４１に吸引される。そして、気化ガス及び微粉末は、連通孔４１の後部４３から矢印（３）のように吸引排出される。

ここで、芯体３５のテーパ部３７と、ワーク１２の内壁４８の隙間の距離はＬ１であり、非常に狭い。芯体３５の円筒部３６と、ワーク１２の内壁４８との距離はＬ２であり、比較的広い。連通孔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４８に付着することなく外部へ吸引排出することができる。

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。

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５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４７に外方からレーザ光４４を照射することで壁部４７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の先端に一体的に、形成されると共に空洞部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、この芯体３５に設けられ貫通孔１８を形成する際に生じる気化ガスを導く連通孔４１と、この連通孔４１に導かれた気化ガスをワーク１２の基端側に吸引する図３に示す吸引手段３２と、を備える。
なお、挿入部材３３の材質は、必要な剛性や強度等を備えていれば、何でもよい。すなわち、一体的に芯体３５が形成されていればよく、芯体３５と挿入部材３３とが同部材で一体的に構成されてもよく、また例えば、挿入部材３３の材質が鋼で、芯体３５の材質がジルコニアで形成されて異材質であってもよい。芯体３５と挿入部材３３とが異材質の場合には、芯体３５と挿入部材３３とが図示しないボルトで締結されていてもよいし、ロウ付けや吸引力等その他の固定手段で挿入部材３３に芯体３５が固定されていればよい。

この構成により、気化ガスや微粉末は連通孔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４８に付着することを低減させることができる。

上記の図５に示されるように、連通孔４１の前部４２が、レーザ光４４が貫通孔１８を通過して照射される位置に配置されている。
この構成により、貫通孔１８を通過したレーザ光４４が芯体３５の連通孔４１に照射されるので、ワーク１２の貫通孔１８に対向する内壁４８にレーザ光４４が照射されることを防ぎ、内壁４８を保護することができる。

加えて、貫通孔１８を通過したレーザ光４４が芯体３５に照射されると、芯体３５が崩壊して微粉末が発生するが、微粉末は連通孔４１を介してワーク１２の基端側へ吸引されるので、微粉末が空洞部１６の内壁４８に付着するのを一層低減させることができる。

上記の図５に示されるように、連通孔４１の前部４２は、先端４５側が拡径され、基端４６側が縮径されている。
この構成により、連通孔４１の前部は、先端４５側が拡径されているので、レーザ光４４を受ける面５１の面積を広くすることができ、レーザ光４４が連通孔４１に照射される確率を高くすることができる。

加えて、連通孔４１は基端４６側が縮径され、吸引方向に向かって先細りになるので、流速が速くなり吸引力を向上させることができ、微粉末をより確実に除去することができる。

上記の図３に示されるように、挿入部材３３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移動手段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、図５に示すレーザ光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。結果、レーザ光４４が芯体３５を通過してワーク１２の内壁４８に到達するのを防止することができる。

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。

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。

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…移動手段、３５…芯体、４１…連通孔、４２…前部、４４…レーザ光、４５…先端、４６…基端、４７…壁部。

Claims (4)

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の先端に設けられ、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と、
   この芯体に設けられ前記貫通孔を形成する際に生じる気化ガスを導く連通孔と、
   この連通孔に導かれた前記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。
2. 前記連通孔の前部が、前記レーザ光が前記貫通孔を通過して照射される位置に配置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。
3. 前記連通孔の前部は、先端側が拡径され、基端側が縮径され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。
4. 前記挿入部材を振動させて、前記芯体の位置を、前記空洞部内で相対的に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の孔開け加工装置。

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