JP2002248591A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で任意の形状の周壁を有する孔の
形成など、容易に且つ精度よくレーザ加工することがで
き、しかも加工の進行深さによっては三次元的に制御す
ることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を
提供する。 【解決手段】 レーザ光ＬＢ１〜ＬＢ３の経路上に、照
射光軸ＢＣ１回りに回転可能なウエッジ板１と、レーザ
光の照射光軸ＢＣ１方向に移動可能な集光光学系として
の集光レンズ２とを配置して、ウエッジ板１を照射光軸
ＢＣ１回りに回転させることによってレーザ光ＬＢ２を
その照射光軸に対して偏心させた状態で回転させつつ集
光レンズ２を介してレーザ光ＬＢ３照射して加工部位Ｗ
ａを加工し、加工の進行に伴って集光光学系２を照射光
軸ＢＣ１に沿って移動させることによってレーザ光ＬＢ
３の偏心量および／または焦点を調整する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法お
よびその加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年では、加工部位に対してレーザ光を
照射することにより、孔明け加工や溝形成加工、あるい
は応力を付与して硬さを変化させる加工（レーザショッ
クハードニングという）などが行われるようになってき
ている。

【０００３】レーザ光による孔明け加工のための従来の
技術としては、特開平９―６６３８１号公報に開示され
た孔明け加工方法、孔明け加工装置および燃料噴射ノズ
ルのノズルボディが知られている。

【０００４】当該公報に開示された孔明け加工方法は、
物品の外面と少なくとも一方端が開口した開放孔の内面
との間の壁部にレーザ光を照射して壁部を貫通する貫通
孔を形成し、この貫通孔を貫通したレーザ光をレーザ光
吸収体によって吸収するようにした孔明け加工方法にお
いて、孔を開ける物品の外部からレーザ光を照射して物
品の壁部に貫通孔を形成し、壁部を貫通して開放孔の内
部に達したレーザ光を開放孔の内部に配置した鏡によっ
て開放孔の開放部側へ反射させることを特徴とする（以
下、この方法を従来技術１と称する）。また、当該公報
に開示された孔明け加工方法は、レーザ光を開放孔の内
部にその軸線にほぼ沿って出射し、このレーザ光を開放
孔の内部に配置した反射鏡によって反射させて開放孔の
内面に照射することにより貫通孔を形成することを特徴
とする（以下、この方法を従来技術２と称する）。そし
て、いずれの方法においても、レーザ光による貫通穴の
孔明け加工後、ドリル、リーマ等の回転加工工具によっ
て貫通孔の内面を仕上げ加工することが開示されている
（以下、この方法を従来技術３と称する）。

【０００５】また、当該公報に開示された孔明け加工装
置は、物品の外面と少なくとも一方端が開口した開放孔
の内面との間の壁部にレーザ光を照射して壁部を貫通す
る貫通孔を形成する孔明け加工装置であって、物品の壁
部に外部からレーザ光を照射するレーザ光出射手段と、
開放孔の内部にその開口部から挿脱自在に挿入され、壁
部を貫通して開放孔の内部に入射されたレーザ光を開放
孔の開口部側へ反射する反射鏡と、この反射鏡によって
反射されたレーザ光の進行方向前方に配置され、反射鏡
によって反射されたレーザ光を吸収するレーザ光吸収体
とを備えたことを特徴とする（以下、この装置を従来技
術４と称する）。また、当該公報に開示された孔明け加
工装置は、開放孔の内部にその軸線にほぼ沿ってレーザ
光を出射するレーザ光出射手段と、開放孔の内部に開放
孔から挿脱自在に挿入され、レーザ光出射手段によって
出射されたレーザ光を反射して開放孔の内面に照射する
反射鏡と、この反射鏡によって反射されたレーザ光の進
行方向前方における物品の外部に配置され、反射鏡によ
って反射されて物品の壁部を貫通したレーザ光を吸収す
るレーザ光吸収体と備えたことを特徴とする（以下、こ
の装置を従来技術５と称する）。

【０００６】そして、当該公報には、上記孔明け加工方
法によって噴射孔が形成された燃料噴射ノズルのノズル
ボディが開示されている（以下、このノズルボディを従
来技術６と称する）。

【０００７】さらに、当該公報の従来の技術において記
載された特開昭６３―３１２０２７号公報には、従来技
術３とは異なり、レーザ光によって形成された過小穴
（貫通孔）を放電加工によって最終仕上げすることが開
示されている。

【０００８】一方、溝形成加工やレーザショックハード
ニングを行うための従来の技術としては、所定のパワー
を得るために集光されたレーザ光のスポット径よりも加
工部位の幅が一般にかなり広いために、かかるスポット
径のレーザ光を加工部位全体に照射するよう往復させて
走査していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術のうち、孔明け加工を行う場合において、従来
技術１および４にあっては、貫通孔を形成するために物
品の外側から照射されたレーザ光が壁部を貫通してその
物品の内面を傷つけることがないように、壁部を貫通し
たレーザ光を、反射鏡によって反射させてレーザ光吸収
体によって吸収するものであった。

【００１０】また、上記従来の技術のうち、従来技術２
および５にあっては、物品の壁部の内側から外側に向か
ってレーザ光を照射して貫通孔を形成するものであり、
その効果として、当該公報の詳細な説明には、貫通孔で
ある噴射穴の外側にバリが形成されるため、かかるバリ
を容易に除去することができるなどと記載されている
（段落番号００２４）。しかしながら、物品に形成する
貫通孔が燃料噴射ノズルの噴射孔である場合には、一般
に図５に示すように、かかるノズルの先端（底部）が小
径になっている。このことは、当該公報でも認識されて
いる（段落番号０００４）。このような小径の部分に反
射鏡を配置する従来技術２および５にあっては、反射鏡
の、すなわち形成する噴射孔の位置や大きさ、数などが
制限されることとなる。そのため、従来技術１および４
のように、物品の壁部の外側から内側に向かってレーザ
光を貫通孔の中心軸線とほぼ平行に照射して貫通孔を形
成するのが一般的であった。

【００１１】さらに、レーザ光を照射して孔明け加工を
行う場合には、一般に、レーザ光の焦点位置や焦点距
離、あるいは集光スポット径などによって加工部位表面
のレーザ光の入射側の方が加工部位裏面の貫通側よりも
広くなる傾向にある。ところで、物品に形成する貫通孔
が図５に示すように、燃料噴射ノズルＮの噴射孔Ａであ
る場合には、噴射孔Ａの径はノズルＮの内側から外側に
向かって漸次縮径するテーパ状に形成されることが望ま
しい。しかしながら、燃料噴射ノズルＮの外側から内側
に向かってレーザ光を照射する場合には、噴射孔Ａをノ
ズルＮの外側から内側に向かって漸次拡径する逆テーパ
状に形成することとなる。そして、上述した傾向にある
レーザ光を照射することによって、特に、逆テーパ状の
孔を形成することは困難であった。そのため、従来で
は、逆テーパ状の孔Ａを形成するために、図６に示すよ
うに、レーザ光などによって形成された円筒状内周壁を
有する孔に放電極Ｅを所定の角度で挿入して回転させ
て、特開昭６３―３１２０２７号公報にも開示されてい
るような放電加工を行って最終仕上げを行い、あるい
は、任意の形状の周壁を有する孔を形成するために、従
来技術３のように回転加工工具によって孔の内面を所定
形状に仕上げ加工していた。

【００１２】一方、上記従来の技術のうち、溝形成加工
やレーザショックハードニングを行う場合においては、
レーザ光のスポット径よりも幅が広い加工部位全体にレ
ーザ光を照射するために走査させなければならず、これ
らの加工を行うために時間や手間などがかかっていた。

【００１３】そして、従来のレーザ加工においては、特
に孔明け加工や溝形成加工のように深さに関係する加工
であっても、二次元的な制御しか行われず、加工の進行
深さによってレーザ光の焦点を調整するものはなかっ
た。

【００１４】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
もので、簡単な構成で任意の形状の周壁を有する孔の形
成など、容易に且つ精度よくレーザ加工することがで
き、しかも加工の進行深さによっては三次元的に制御す
ることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１のレーザ加工方
法に係る発明は、上記目的を達成するため、レーザ光を
その照射光軸に対して偏心させた状態で回転させつつ照
射して加工部位を加工し、該加工の進行に伴ってレーザ
光の偏心量および／または焦点を変化させることを特徴
とするものである。

【００１６】請求項２のレーザ加工方法に係る発明は、
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明におい
て、レーザ光の経路上に、照射光軸回りに回転可能なウ
エッジ板と、レーザ光の照射光軸方向に移動可能な集光
光学系と、を配置し、ウエッジ板を照射光軸回りに回転
させることによってレーザ光をその光軸に対して偏心さ
せた状態で回転させ、加工の進行に伴って集光光学系を
照射光軸方向に移動させることによってレーザ光の偏心
量および／または焦点を調整することを特徴とするもの
である。

【００１７】請求項３のレーザ加工方法に係る発明は、
上記目的を達成するため、請求項１または２に記載の発
明において、レーザ光の偏心光軸を照射光軸に対して所
定の角度で傾斜させることを特徴とするものである。

【００１８】請求項４のレーザ加工方法に係る発明は、
上記目的を達成するため、請求項３に記載の発明におい
て、レーザ加工が孔明け加工である場合において、孔明
け加工の進行に伴って、レーザ光の偏心量を漸次増大さ
せることを特徴とするものである。

【００１９】請求項５のレーザ加工方法に係る発明は、
上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明におい
て、レーザ光のスポット径を、形成される孔の最小半径
とほぼ同じに設定することを特徴とするものである。

【００２０】また、請求項６のレーザ加工装置に係る発
明は、上記目的を達成するため、レーザ光源から加工部
位に対してレーザ光を照射することにより所定の加工を
行うレーザ加工装置であって、レーザ光源と加工部位と
の間に、レーザ光をその照射光軸から偏心させた状態で
回転させるレーザ光偏心回転手段と、レーザ光を任意の
焦点に調整可能に集光するレーザ光集光手段と、を設け
たことを特徴とするものである。

【００２１】請求項７のレーザ加工装置に係る発明は、
上記目的を達成するため、請求項６に記載の発明におい
て、レーザ光偏心回転手段がレーザ光の光軸回りに回転
可能に設けられたウエッジ板からなり、レーザ光集光手
段がレーザ光の照射光軸方向に移動可能に設けられた集
光光学系からなることを特徴とするものである。

【００２２】請求項１のレーザ加工方法に係る発明で
は、加工内容に応じたパワーおよびスポット径のレーザ
光をその照射光軸に対して偏心させた状態で回転させつ
つ照射することにより、加工部位が所定の径で加工され
る。そして、この加工の進行に伴ってレーザ光の偏心量
および／または焦点を任意に変化させることにより、加
工内容に応じてその加工範囲が拡大・縮小するように変
更され、また、加工の進行に伴って変化する加工部位に
対してレーザ光が三次元的に制御されて適切な焦点位置
あるいは焦点距離で照射される。

【００２３】請求項２のレーザ加工方法に係る発明で
は、請求項１に記載の発明において、レーザ光の経路上
に、照射光軸回りに回転可能なウエッジ板と、レーザ光
の照射光軸方向に移動可能な集光光学系とを配置して、
ウエッジ板を光軸回りに回転させつつ、加工の進行に伴
って集光光学系を照射光軸方向に移動させることによっ
て、レーザ光をその光軸に対して偏心させた状態で回転
させて加工の進行に伴ってレーザ光の偏心量および／ま
たは焦点を調整することが容易に行われる。

【００２４】請求項３のレーザ加工方法に係る発明で
は、請求項１または２に記載の発明において、レーザ光
の偏心光軸を照射光軸に対して所定の角度で傾斜させる
ことにより、所定のスポット径に集光されたレーザ光が
加工部位に対して適切に照射され、任意の周壁を有する
孔や溝などが形成される。

【００２５】請求項４のレーザ加工方法に係る発明で
は、請求項３に記載の発明において、レーザ加工が孔明
け加工である場合に、孔明け加工の進行に伴って、所定
の角度で傾斜させたレーザ光の偏心量を漸次増大させる
ことにより、加工部位のレーザ光が照射される表面側か
らレーザ光が通過する裏面に向かって漸次拡径する逆テ
ーパ状の周壁を有する孔が容易に且つ精度よく形成され
る。

【００２６】請求項５のレーザ加工方法に係る発明で
は、請求項４に記載の発明において、レーザ光のスポッ
ト径を逆テーパ状に形成される孔の最小半径とほぼ同じ
に設定することにより、所定の径を有する孔が確実に形
成される。

【００２７】また、請求項６のレーザ加工装置に係る発
明では、レーザ光源から出射されたレーザ光は、レーザ
光偏心回転手段によってその照射光軸から偏心した状態
で回転され、レーザ光集光手段によってレーザ光が任意
の焦点に調整されて加工内容に応じたパワーで所定のス
ポット径となるように集光した状態で加工部位に照射さ
れるため、加工部位が所定の径で加工される。そして、
加工が進行すると、レーザ光集光手段によって加工部位
に対してレーザ光が適切な焦点で照射されるように調整
する。このとき、焦点を調整することによってその偏心
量も変化されるため、加工内容に応じてその加工範囲を
拡大・縮小するように任意に変更させることも可能とな
る。

【００２８】請求項７のレーザ加工装置に係る発明で
は、請求項６に記載の発明において、ウエッジ板をレー
ザ光の照射光軸回りに回転させることにより、レーザ光
源から出射されたレーザ光がその照射光軸から偏心した
状態で回転される。また、加工の進行に伴って集光光学
系をレーザ光の照射光軸方向に移動させることにより、
加工部位に対してレーザ光が適切な焦点で照射されるよ
うに調整される。

【００２９】

【発明の実施の形態】最初に、本発明のレーザ加工装置
の実施の一形態を、図１〜図３に基づいて、レーザ光源
（図示は省略する）から加工部位Ｗａに対してレーザ光
を照射することにより逆テーパ状の孔Ａを明ける加工を
行う場合によって詳細に説明する。なお、図において同
一符号は同一部分または相当する部分とする。

【００３０】本発明のレーザ加工装置は、概略、レーザ
光源と加工部位Ｗａとの間に、レーザ光偏心回転手段と
して、レーザ光ＬＢの照射光軸ＢＣ１の回りに回転可能
に設けられたウエッジ板１と、レーザ光集光手段とし
て、レーザ光ＬＢの照射光軸ＢＣ１方向に移動可能に設
けられた集光光学系２とが設けられてなる。図１および
図２に示された実施の形態では、レーザ光源から加工部
位Ｗａに向かってウエッジ板１と集光光学系２が順に配
置されている。ここで、ウエッジ板１に入射されるレー
ザ光には符号ＬＢ１を付し、ウエッジ板１を透過して集
光光学系２に入射されるレーザ光には符号ＬＢ２を付
し、集光光学系２から加工部位Ｗａに照射されるレーザ
光には符号ＬＢ３を付すこととする。

【００３１】レーザ光ＬＢ１は、図１および図２におい
て左方に配置されたレーザ光源から出射され、図示しな
いコリメータレンズによって平行光束の状態で図の右方
へと照射される。この平行光束の状態のレーザ光ＬＢ１
の光軸を、照射光軸ＢＣ１と称する。平行光束の状態の
レーザ光ＬＢ１は、その照射光軸ＢＣ１の延長線上に加
工部位Ｗａに形成される孔Ａの中心軸線Ｃと一致するよ
うに照射される。なお、レーザ光源としては、ＹＡＧレ
ーザや炭酸ガスレーザなど、特に限定されることはな
く、加工内容や加工部位Ｗａの材質、レーザ光の吸収率
などに応じて選択することができるが、燃料噴射ノズル
Ｎの噴射孔Ａ（図５を参照）のように微細な孔明け加工
などの場合には、レーザ光ＬＢ３のスポット径をより小
さく絞ることができることから、波長の短いレーザ発振
器を使用することが望ましい。この実施の形態では、レ
ーザ光のパルス幅を短く波長を半分にするような素子を
有するＹＡＧレーザ発振器が使用され、通常のＹＡＧレ
ーザ発振器から発振されるレーザ光の半分の波長に二倍
変換された第２光長波のレーザ光ＬＢ１が使用される。

【００３２】ウエッジ板１は、断面の板厚が一方向に向
かって変化するように成形されたプリズム状のもので、
この実施の形態では、レーザ光ＬＢ１の反射を防止する
ために、レーザ光ＬＢ１の入射側面１ａが照射光軸ＢＣ
１に対して傾斜し、レーザ光ＬＢ２の出射側面１ｂが照
射光軸ＢＣ１に対してほぼ直交するように配置されてい
る。そして、ウエッジ板１は、その出射側面１ｂを基準
として照射光軸ＢＣ１の周りを回転するように支持・駆
動される。

【００３３】集光光学系２は、図１および図２に示した
実施の形態の場合、集光レンズ２により構成されてい
る。集光レンズ２は、レーザ光ＬＢ１の照射光軸ＢＣ１
と加工部位Ｗａに形成される孔Ａの中心軸線Ｃの延長線
に沿って移動するように支持・駆動される。そして、集
光レンズ２は、図３に鎖線で示すように、透過したレー
ザ光ＬＢ３のスポット径Ｄが、加工部位Ｗａに形成され
る逆テーパ状の孔の最小半径、すなわち、加工部位Ｗａ
の表面に開口する孔Ａの半径ｄとほぼ同じ径に集光する
よう設定されている。

【００３４】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されることはなく、図示は省略するが例えば、集光光
学系２として放物線状反射面を有する反射鏡を用いるこ
ともできる。また、レーザ光源から加工部位Ｗａに向か
って集光光学系２とウエッジ板１の順で配置することも
できる。

【００３５】次に、本発明のレーザ加工方法を、上述し
たように構成されたレーザ加工装置を用いて逆テーパ状
の孔Ａを形成する場合により、図１から図３に基づいて
詳細に説明する。

【００３６】本発明のレーザ加工方法は、概略、レーザ
光ＬＢ１〜ＬＢ３の経路上に、照射光軸ＢＣ１回りに回
転可能なウエッジ板１と、レーザ光の照射光軸ＢＣ１方
向に移動可能な集光光学系としての集光レンズ２とを配
置して、ウエッジ板１を照射光軸ＢＣ１回りに回転させ
ることによってレーザ光ＬＢ２をその照射光軸に対して
偏心させた状態で回転させつつ集光レンズ２を介してレ
ーザ光ＬＢ３照射して加工部位Ｗａを加工し、加工の進
行に伴って集光光学系２を照射光軸ＢＣ１に沿って移動
させることによってレーザ光ＬＢ３の偏心量および／ま
たは焦点を調整するものである。さらに、本発明のレー
ザ加工方法は、レーザ光ＬＢ３の偏心光軸ＢＣ３を照射
光軸ＢＣ１に対して所定の角度で傾斜させるものであ
る。そして、この実施の形態の場合のように、逆テーパ
状の孔Ａを形成する場合においては、孔明け加工の進行
に伴って、レーザ光ＬＢ３の偏心量を漸次増大させ、さ
らには、レーザ光ＬＢ３のスポット径Ｄを、形成される
孔Ａの最小半径ｄとほぼ同じに設定するものである。

【００３７】最初に、図示しないレーザ光源から加工部
位Ｗａに照射されるレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３の
経路上には、この実施の形態の場合、レーザ光源から加
工部位Ｗａに向かってウエッジ板１と集光レンズ２が順
に配置されている。逆テーパ状の孔Ａを形成するに際し
ては、加工部位Ｗａに形成する孔Ａの中心軸線Ｃとレー
ザ光ＬＢ１の照射光軸ＢＣ１とを延長線上に配置する。
そして、図示しないレーザ光源からレーザ光ＬＢ１を平
行光束の状態でウエッジ板１に向けて照射すると共に、
ウエッジ板１を照射光軸ＢＣ１回りに回転させ、また、
集光レンズ２を所定の位置（後述する）に配置する。レ
ーザ光ＬＢ１は、この実施の形態の場合、ＹＡＧレーザ
発振器からパルス発振されるレーザ光を二倍変換した第
２光長波のレーザ光が使用され、このレーザ光が加工部
位Ｗａに照射されたときに加工部位Ｗａを気化させ蒸発
させ得るような出力やモードに設定される。

【００３８】レーザ光ＬＢ１は、回転駆動されているウ
エッジ板１を透過すると、図１および図２に実線と鎖線
で示すように、照射光軸ＢＣ１に対して所定の角度に屈
折されて偏心した状態で照射光軸ＢＣ１回りに回転する
レーザ光ＬＢ２となって集光レンズ２に入射される。集
光レンズ２は、上述したように、透過したレーザ光ＬＢ
３のスポット径Ｄが、加工部位Ｗａの表面に開口する逆
テーパ状の孔Ａの最小半径ｄとほぼ同じ径に集光するよ
う設定されている。そして、集光レンズ２は、孔明け加
工開始時において、加工部位Ｗａの表面に照射されるレ
ーザ光ＬＢ３の外周が、形成しようとする逆テーパ状の
孔Ａの最小径ｄの内周とこの孔Ａの中心軸線Ｃとに接す
るように、偏心した状態で入射されるレーザ光ＬＢ２を
屈折させるような位置に移動配置されている。したがっ
て、孔明け加工当初においては、集光レンズ２を透過す
ることによって逆テーパ状の孔Ａの最小半径ｄとほぼ同
じスポット径Ｄに集光されたレーザ光ＬＢ３が中心軸線
Ｃと接するように偏心した状態でその回りを回転しなが
ら加工部位Ｗａの表面に照射されて、このレーザ光ＬＢ
３が照射された範囲の加工部位Ｗａが気化・蒸発される
ため、逆テーパ状の孔Ａの最小径の部分が確実且つ正確
に形成されることとなる。

【００３９】孔明け加工が進行するに伴って、図２に示
すように、集光レンズ２を加工部位Ｗａに近づけるよう
に移動させる。ウエッジ板１を透過することにより偏心
・回転するレーザ光ＬＢ２は、次に、加工部位Ｗａに近
づくように移動した集光レンズ２を透過することによっ
て、次に述べるように変化するレーザ光ＬＢ３として出
射されることとなる。すなわち、レーザ光ＬＢ３は、図
３に鎖線で示した孔明け加工当初の状態から、形成する
孔の中心軸線Ｃを挟んで対称に実線で示すように、孔Ａ
の中心軸線Ｃに対する偏心光軸ＢＣ３の傾斜角度が増大
して、加工部位Ｗａ裏面での偏心量が増大するよう変化
し、しかも、スポット径Ｄが変化することなく焦点位置
や焦点距離が加工部位Ｗａ裏面に向かって移動するよう
に三次元的に変化する。

【００４０】孔明け加工の進行に伴って、孔の中心軸線
Ｃに対する偏心光軸ＢＣ３の傾斜角度が変化することに
より、集光されたレーザ光ＬＢ３が成形しようとする逆
テーパ状の孔の内周面に干渉されることなく照射され
る。また、レーザ光ＬＢ３の偏心量が増大することによ
り、加工部位Ｗａの表面から裏面に向かって径が拡大す
る逆テーパ状の孔が確実に形成される。そして、スポッ
ト径が変化することなく焦点位置や焦点距離が加工部位
Ｗａ裏面に向かって移動することにより、孔明け加工の
進行に伴って変化する孔の深さに関わらず、レーザ光Ｌ
Ｂ３を適切に三次元的に制御・照射して孔明け加工を行
うことができる。そのため、加工部位Ｗａの表面から裏
面に向かって拡径する逆テーパ状の孔を容易に且つ確実
に形成することができる。

【００４１】なお、本発明は、上述したような逆テーパ
状の孔を形成する場合に限定されることなく、加工部位
Ｗａの表面から裏面に向かって漸次縮径するようなテー
パ状の孔等、任意の内周壁を有する孔を形成する場合に
も適用することができることは、当業者であれば容易に
理解されるであろう。

【００４２】つぎに、本発明のレーザ加工方法の別の実
施の形態を、図４に基づいて説明する。なお、この実施
の形態については、上述した実施の形態と異なる部分に
ついてのみ説明することとし、同様または相当する部分
については同じ符号を付してその説明を省略する。

【００４３】図４に示すように、この実施の形態におい
ては、被加工物Ｗの加工部位Ｗａにその表面と直角な側
壁を有する溝Ａ’を形成する。この溝形成加工に際して
は、所定のスポット径Ｄに集光されたレーザ光ＬＢ３
を、集光レンズ２（図１および図２を参照）の移動によ
って形成しようとする溝Ａ’の幅Ｈに応じた偏心量に調
整して回転させた状態で加工部位Ｗａに照射すると共
に、形成する溝Ａ’の長手方向（図の紙面垂直方向）に
レーザ光ＬＢ３と加工部位Ｗａとを相対的に移動させ
る。そして、溝形成加工が進行するに伴って、集光レン
ズ２を加工部位Ｗａに近づけるなど移動させることによ
って、スポット径Ｄおよび偏心量を変化させることな
く、適切にレーザ光ＬＢ３が溝Ａ’の底面に照射される
ように焦点位置や焦点距離を三次元的に制御して変化さ
せる。

【００４４】本発明による溝形成加工では、所定のスポ
ット径Ｄに集光されたレーザ光ＬＢ３を偏心・回転させ
ながら溝Ａ’の長手方向に相対的移動させるため、従来
の技術のようにレーザ光を溝Ａ’の幅方向に幾度も往復
走査する必要がない。そして、集光レンズ２を移動させ
るだけで、溝形成加工の進行に伴って変化する加工部位
Ｗａの深さに応じてレーザ光ＬＢ３の焦点位置や焦点距
離を適切に三次元的に制御して変化させることができ
る。なお、上述した逆テーパ状の孔Ａを形成する場合と
同様に、溝形成加工の進行に伴ってレーザ光ＬＢ３の偏
心光軸ＢＣ３を傾斜させることにより、断面の幅が開口
部から底部に向かって漸次拡大する所謂あり溝を形成す
ることもできる。

【００４５】本発明は、上述した孔明け加工や溝形成加
工の実施の形態に限定されることはない。図示は省略す
るが、例えば歯車の歯面等、レーザ光のスポット径より
も大きい面積および三次元的な形状を有する加工部位Ｗ
ａの表面に応力を付加してその硬さを変化させるレーザ
ショックハードニングを行う場合にも適用することがで
きる。かかる場合には、歯車の歯面に吸収剤と水を塗布
して、所定のスポット径に集光されたレーザ光ＬＢ３を
偏心・回転させながら、従来の技術のように幾度も往復
走査することなく相対的に移動させると共に、歯面の凹
凸に応じて集光レンズ２を移動させてレーザ光ＬＢ３の
焦点位置や焦点距離を適切に三次元的に制御して変化さ
せることにより、歯車の歯面全面にわたって適切にプラ
ズマを発生させ、かかるプラズマの衝撃波により応力を
付与してその硬さを変化させることができる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、レーザ光をそ
の照射光軸に対して偏心させた状態で回転させつつ照射
して加工部位を加工し、該加工の進行に伴ってレーザ光
の偏心量および／または焦点を変化させるという簡単な
構成で、この加工の進行に伴ってレーザ光の偏心量およ
び／または焦点を任意に変化させることにより、加工内
容に応じてその加工範囲を変更することができ、また、
加工の進行に伴って変化する加工部位に対してレーザ光
を三次元的に制御して適切な焦点位置あるいは焦点距離
で照射することができるレーザ加工方法を提供すること
ができる。

【００４７】請求項２の発明によれば、レーザ光の経路
上に、照射光軸回りに回転可能なウエッジ板と、レーザ
光の照射光軸方向に移動可能な集光光学系と、を配置
し、ウエッジ板を照射光軸回りに回転させることによっ
てレーザ光をその光軸に対して偏心させた状態で回転さ
せ、加工の進行に伴って集光光学系を照射光軸方向に移
動させることによってレーザ光の偏心量および／または
焦点を調整することにより、請求項１に記載のレーザ加
工方法を容易に実現化させることができる。

【００４８】請求項３の発明によれば、請求項１または
２に記載の発明において、レーザ光の偏心光軸を照射光
軸に対して所定の角度で傾斜させることにより、加工部
位に対して所定のスポット径に集光されたレーザ光を適
切に照射することができ、また、任意の形状の加工部位
にレーザ加工を行うことができるレーザ加工方法を提供
することができる。

【００４９】請求項４の発明によれば、請求項３に記載
の発明において、レーザ加工が孔明け加工である場合に
おいて、孔明け加工の進行に伴って、レーザ光の偏心量
を漸次増大させることにより、加工部位のレーザ光が照
射される表面側からレーザ光が通過する裏面に向かって
漸次拡径する逆テーパ状の周壁を有する孔を容易に且つ
精度よく形成することができるレーザ加工方法を提供す
ることができる。

【００５０】請求項５の発明によれば、請求項４に記載
の発明において、レーザ光のスポット径を、形成される
孔の最小半径とほぼ同じに設定することにより、所定の
径を有する孔を確実に形成することができるレーザ加工
方法を提供することができる。

【００５１】請求項６の発明によれば、レーザ光源から
加工部位に対してレーザ光を照射することにより所定の
加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光源と加工
部位との間に、レーザ光をその照射光軸から偏心させた
状態で回転させるレーザ光偏心回転手段と、レーザ光を
任意の焦点に調整可能に集光するレーザ光集光手段と、
を設けたという簡単な構成で、所定のスポット径に集光
されたレーザ光を加工部位に所定の範囲に照射すること
ができ、しかも、加工の進行に伴って、加工部位に対し
てレーザ光を適切な焦点で照射するように三次元的に調
整・制御することができるレーザ加工装置を提供するこ
とができる。

【００５２】請求項７の発明によれば、レーザ光偏心回
転手段がレーザ光の光軸回りに回転可能に設けられたウ
エッジ板からなり、レーザ光集光手段がレーザ光の照射
光軸方向に移動可能に設けられた集光光学系からなるこ
とにより、請求項６に記載のレーザ加工装置を容易に実
現化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】孔明け加工開始時における本発明のレーザ加工
装置の一形態を示す概念図である。

【図２】図１に示したレーザ加工装置の孔明け加工終了
時の状態を示す概念図である。

【図３】加工部位に逆テーパ状の孔を形成するためのレ
ーザ光の説明するための拡大図である。

【図４】本発明により溝形成加工を行う場合を示す説明
図である。

【図５】本発明のレーザ加工装置によって逆テーパ状の
孔を形成する例として、燃料噴射ノズルとその噴射孔を
拡大して示す断面図である。

【図６】逆テーパ状の孔を放電加工によって形成する従
来の技術の説明図である。

【符号の説明】

１ ウエッジ板 ２ 集光レンズ（集光光学系） ＬＢ１ レーザ光源からウエッジ板に出射されるレーザ
光 ＬＢ２ ウエッジ板を透過して集光レンズに入射される
レーザ光 ＬＢ３ 集光レンズから加工部位に照射されるレーザ光 ＢＣ１ 照射光軸 ＢＣ３ 偏心光軸 Ｗａ 加工部位 Ａ 逆テーパ状の孔 Ｃ 孔の中心軸線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光をその照射光軸に対して偏心さ
   せた状態で回転させつつ照射して加工部位を加工し、 該加工の進行に伴ってレーザ光の偏心量および／または
   焦点を変化させることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 レーザ光の経路上に、照射光軸回りに回
   転可能なウエッジ板と、レーザ光の照射光軸方向に移動
   可能な集光光学系と、を配置し、 ウエッジ板を照射光軸回りに回転させることによってレ
   ーザ光をその光軸に対して偏心させた状態で回転させ、
   加工の進行に伴って集光光学系を照射光軸方向に移動さ
   せることによってレーザ光の偏心量および／または焦点
   を調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加
   工方法。
3. 【請求項３】 レーザ光の偏心光軸を照射光軸に対して
   所定の角度で傾斜させることを特徴とする請求項１また
   は２に記載のレーザ加工方法。
4. 【請求項４】 レーザ加工が孔明け加工である場合にお
   いて、 孔明け加工の進行に伴って、レーザ光の偏心量を漸次増
   大させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工
   方法。
5. 【請求項５】 レーザ光のスポット径を、形成される孔
   の最小半径とほぼ同じに設定することを特徴とする請求
   項４に記載のレーザ加工方法。
6. 【請求項６】 レーザ光源から加工部位に対してレーザ
   光を照射することにより所定の加工を行うレーザ加工装
   置であって、 レーザ光源と加工部位との間に、レーザ光をその照射光
   軸から偏心させた状態で回転させるレーザ光偏心回転手
   段と、レーザ光を任意の焦点に調整可能に集光するレー
   ザ光集光手段と、を設けたことを特徴とするレーザ加工
   装置。
7. 【請求項７】 レーザ光偏心回転手段がレーザ光の光軸
   回りに回転可能に設けられたウエッジ板からなり、レー
   ザ光集光手段がレーザ光の照射光軸方向に移動可能に設
   けられた集光光学系からなることを特徴とする請求項６
   に記載のレーザ加工装置。