JP4069348B2

JP4069348B2 - レーザ加工方法およびレーザ加工装置

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Publication number: JP4069348B2
Application number: JP2001046612A
Authority: JP
Inventors: 裕彦久野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JP2002248591A

Description

【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、簡単な構成で加工部位を逆テーパ状に適切且つ確実に形成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加工部位を逆テーパ状に形成するレーザ加工方法であって、加工部位を逆テーパ状に形成するにあたり、レーザ光を集光するとともに、レーザ光源から出射されたレーザ光の照射光軸から偏心させ且つ加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜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傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように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、前記レーザ光の照射光軸回りに回転可能なウエッジ板と、加工部位の中心軸線方向に移動可能な集光光学系と、を配置し、ウエッジ板を前記レーザ光の照射光軸回りに回転させることによってレーザ光源から出射された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、偏心した状態で回転するレーザ光を集光光学系によって集光するとともに加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させ、加工の進行に伴って集光光学系を加工部位の中心軸線方向に移動させることによってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるよう変化させ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、レーザ光のスポット径を、加工部位の開口部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。
【００１８】
また、請求項４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加工部位を逆テーパ状に形成する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、レーザ光源から出射された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、偏心されたレーザ光を加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させるとともに任意の焦点に調整可能に集光し、加工の進行に伴ってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化させ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。
【００１９】
請求項５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４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照射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加工部位の中心軸線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。
【００２０】
請求項１のレーザ加工方法に係る発明では、加工部位を逆テーパ状に形成するにあたり、加工部位に応じたパワーおよびスポット径のレーザ光を集光するとともに、そのレーザ光源から出射されたレーザ光の照射光軸から偏心させ且つ加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜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確実に逆テーパ状に形成される。そして、この加工の進行に伴ってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように任意に変化させることにより、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および焦点距離で照射されるため、適切に加工部位が逆テーパ状に形成される。
【００２１】
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、レーザ光の照射光軸回りに回転可能なウエッジ板と、加工部位の中心軸線方向に移動可能な集光光学系と、を配置して、ウエッジ板をレーザ光の照射光軸回りに回転させることによってレーザ光源から出射された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、加工の進行に伴ってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させることによって、集光するとともに所定の角度で傾斜させたレーザ光の傾斜角度および焦点が適切に調整されて加工部位に照射される。
【００２２】
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、レーザ光のスポット径を逆テーパ状に形成される加工部位の開口部の最小半径とほぼ同じに設定することにより、開口部が所定の径を有する逆テーパ状に確実に形成される。
【００２３】
また、請求項４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レーザ光の照射光軸から偏心させた状態で回転され、レーザ光集光手段によってレーザ光が加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜されるとともに任意の焦点に調整されて加工部位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確実に逆テーパ状に形成される。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レーザ光の傾斜角度を増大されるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化されて、適切な傾斜角度および焦点で照射されるように調整する。
【００２４】
請求項５のレーザ加工装置に係る発明では、請求項４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レーザ光の照射光軸から偏心した状態で回転され、集光光学系によって偏心されたレーザ光が加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜されるとともに任意の焦点に調整される。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レーザ光の傾斜角度を増大されるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化されて、適切な傾斜角度および焦点で照射されるように調整される。
【００２５】
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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ＢＣ１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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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ＬＢ３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ＬＢ３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。
【００３５】
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。
【００３６】
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ＬＢ３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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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Ｗａ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。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、加工部位を逆テーパ状に形成するにあたり、レーザ光を集光するとともに、レーザ光源から出射されたレーザ光の照射光軸から偏心させ且つ加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜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傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化させるという簡単な構成で、加工部位を逆テーパ状に確実に形成することができ、しかも、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および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。
【００４３】
請求項２の発明によれば、レーザ光の経路上に、そのレーザ光の照射光軸回りに回転可能なウエッジ板と、加工部位の中心軸線方向に移動可能な集光光学系と、を配置し、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ってレーザ光源から出射された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、偏心した状態で回転するレーザ光を集光光学系によって集光するとともに加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させ、加工の進行に伴って集光光学系を加工部位の中心軸線方向に移動させることによってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるよう変化させて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。
【００４４】
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、開口部が所定の径を有する逆テーパ状の加工部位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。
【００４５】
請求項４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加工部位を逆テーパ状に形成する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、レーザ光源から出射された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、偏心されたレーザ光を加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させるとともに任意の焦点に調整可能に集光し、加工の進行に伴ってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化させるレーザ光集光手段と、を設けたという簡単な構成で、加工部位を逆テーパ状に形成するにあたり、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加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させて照射することができ、しかも、加工の進行に伴って傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化させて、加工部位に対してレーザ光を適切な傾斜角度および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。
【００４６】
請求項５の発明によれば、レーザ光偏心回転手段がレーザ光の照射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加工部位の中心軸線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４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。
【符合の説明】
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

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加工部位を逆テーパ状に形成するレーザ加工方法であって、
加工部位を逆テーパ状に形成するにあたり、レーザ光を集光するとともに、レーザ光源から出射されたレーザ光の照射光軸から偏心させ且つ加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜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傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化させることを特徴とするレーザ加工方法。
レーザ光の経路上に、前記レーザ光の照射光軸回りに回転可能なウエッジ板と、加工部位の中心軸線方向に移動可能な集光光学系と、を配置し、
ウエッジ板を前記レーザ光の照射光軸回りに回転させることによってレーザ光源から出射された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、
偏心した状態で回転するレーザ光を集光光学系によって集光するとともに加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させ、
加工の進行に伴って集光光学系を加工部位の中心軸線方向に移動させることによってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるよう変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
レーザ光のスポット径を、加工部位の開口部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１または２に記載のレーザ加工方法。
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加工部位を逆テーパ状に形成する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、レーザ光源から出射された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、偏心されたレーザ光を加工部位の中心軸線と交差するように所定の角度で傾斜させるとともに任意の焦点に調整可能に集光し、加工の進行に伴ってレーザ光の傾斜角度を増大させるとともに焦点を加工部位の裏面に向かって移動させるように変化させ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。
レーザ光偏心回転手段がレーザ光の照射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加工部位の中心軸線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４に記載のレーザ加工装置。