JP4470827B2 - 複合加工装置およびそれを用いた加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物（ワーク）に対してレーザ加工および放電加工を行う複合加工装置およびそれを用いた加工方法に関する。

従来より、ワークと電極との間に電圧を印加し、ワークと電極との間に放電を起こさせてワークを溶融加工する放電加工が実施されている。近年では、例えば車両に搭載される燃料噴射ノズルの径が微細化していることに伴い、ワークに対する放電加工による微細加工が求められている。一般的に、孔を微細化しようとすると、放電電極の先端径を微細化させることとなる。また、このような先端径が小さい電極で放電加工によってワークに微細な孔を開けようとすると、放電加工中に放電屑が加工中の孔に溜まって放電屑の排出性が悪化し、加工性が低下してしまう。

この問題を解決する手法が特許文献１で提案されている。具体的には、特許文献１では、ワークに対してレーザ加工を行うレーザ加工ステーションと、ワークに対して放電加工を行う放電加工ステーションと、が加工装置に備えられたものを用いている。このような加工装置では、まず、ワークがレーザ加工ステーションに配置される。そして、レーザ加工によって、ワークに径が小さい下孔が形成される。この後、ワークが放電加工ステーションに配置され、放電加工用の電極が下孔に挿入されて仕上げ加工としての放電加工が行われることにより所望の径の孔が形成される。このような方法により、放電加工によって発生する放電屑をレーザ加工で開けた下孔を介して排出し、放電加工の加工性を確保している。
特許第２６２３２９６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、下孔を開けるためのレーザ加工ステーションと、仕上げ加工を行う放電加工ステーションと、がそれぞれ独立して加工装置に備えられている。このため、レーザ加工を終えたワークをレーザ加工ステーションから放電加工ステーションに移動させると共に、レーザ加工で形成したワークの下孔に放電加工を行うための電極の位置合わせを行わなければならない。

これにより、下孔と放電加工用の電極との位置合わせが困難になってしまうと共に、下孔に対する電極の位置ずれが生じてしまう可能性がある。下孔と電極とに位置ずれが生じたまま放電加工で仕上げ加工を行うと、孔にレーザ加工面が残ってしまい、放電加工で形成する孔の加工精度が低下してしまう可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、レーザ加工によってワークに設けた下孔に放電加工用の電極の位置合わせを行わなくても放電加工の加工精度を向上させることができる複合加工装置およびそれを用いた加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、レーザ発振器から照射されたレーザ光が電極の一端側から入射して中空部分を通過し、電極の他端側から射出して被加工物に照射されることで被加工物がレーザ加工され下孔が形成されるようになっていると共に、電極の中空部分に入射されるレーザ光の光軸と、電極の長軸と、が同軸上に配置されていることを特徴とする。

このように、電極の中空部分に入射するレーザ光の光軸と、電極の長軸と、を同軸上に配置する。これにより、レーザ光によって被加工物に下孔を形成した後、被加工物を放電加工のための場所に移動させる必要はなくなるので、被加工物に形成された下孔に対する電極の位置合わせを行わないようにすることができる。したがって、被加工物に対するレーザ加工を行う場所と放電加工を行う場所とにずれを生じさせないようにすることができ、下孔に対する加工精度を向上させることができる。

本発明では、円柱部の長軸と電極の長軸とが同軸上になるように、電極の一端側が円柱部の底に接続され、ポンプにて空間内に送り込まれた加工液が、電極の一端側から中空部分に注入されて他端側から排出されるようになっていることを特徴とする。

このように、ポンプにて空間内に加工液を送り込み、この加工液を電極の一端側から中空部分を介して他端側から排出する。これにより、レーザ加工の際、レーザによって溶融された被加工物の加工屑を形成中の下孔から除去することができ、ひいてはレーザ加工の加工効率を向上させることができる。

本発明では、レーザ光は、レンズ（２４）を介して電極の一端側から入射し電極の中空部分に入射され、電極の中空部分に充填された加工液と電極の内壁面との界面で全反射および多重反射して電極の他端側から射出されるようになっていることを特徴とする。

このように、レンズを介してレーザ光を空間内に導き、そのレーザ光を電極の中空部分に充填された加工液と電極の内壁面との界面で全反射および多重反射させている。これにより、電極の中空部分に導かれたレーザ光の強度を減衰させることなく被加工物まで導くことができる。

本発明では、円柱部は、中空円柱状の筒部（１０）と、筒部の一端側に接続されたリング状の絶縁部（１１）と、絶縁部において筒部とは反対側に接続された下容器（１２）と、を備えて構成され、筒部は、ハウジングに備えられた回転機構によって筒部の長軸を回転軸として回転するようになっていることを特徴とする。

このように、ハウジングに回転機構を設け、円柱部を回転させるようにする。これにより、放電加工の際に、電極が回転しながら被加工物を溶融させてゆくので、被加工物に対する加工を容易に行うことができる。

本発明では、下孔が形成されることで電極から照射されるレーザ光を検出し、そのレーザ光の強度に応じた電気信号を出力する検出器（２８）と、検出器から入力される電気信号に基づいてレーザ光照射を停止させ、レーザ光照射を停止した後に放電電源を駆動して放電加工を開始させる制御回路（２９）と、を有することを特徴とする。

このように、放電加工装置に検出器および制御回路を備える。これにより、レーザ加工が終了した後、すみやかに放電加工を行うようにすることができる。

本発明では、電極の内径は、電極の外径に対して３０％以上になっていることを特徴とする。

このように、電極の内径の下限を規定する。これにより、レーザ加工によって形成される下孔のサイズを確保することができ、放電加工の際に下孔が放電屑を排出する機能を果たすようにすることができる。

本発明では、電極の中空部分に入射される前記レーザ光の光軸と、前記電極の長軸と、を同軸上に配置し、レーザ発振器（２６）から照射されたレーザ光を電極（１３）の一端側から入射して中空部分を通過させ、電極の他端側から射出して被加工物（１）に照射することで被加工物をレーザ加工して、被加工物と電極（１３）との間に放電電源（２７）にて電圧を印加して被加工物と電極との間に放電を起こし、電極を被加工物の方向に移動させることで放電加工を行うことを特徴とする。

このように、電極の長軸とレーザ光の光軸とを同軸上に配置して、電極の中空部分にレーザ光を通して被加工物をレーザ加工すると共に、その電極を被加工物側に移動させて放電加工する。これにより、被加工物をレーザ加工した後に被加工物を移動させ、被加工物に形成された下孔に対する電極の位置合わせを行わないようにすることができる。このようにすることで、下孔と電極との位置ズレを生じさせないようにすることができ、ひいては放電加工における加工精度を向上させることができる。

本発明では、複合加工装置として、一端側がハウジング（１４）に保持される円柱部（１０〜１２）と、円柱部の開口端部を覆う上容器（１８）と、円柱部の中空部分で構成される空間（１９）内に加工液を送り出す第１ポンプ（２２）と、が備えられたものを用いると共に、前記レーザ加工を行う工程では、第１ポンプにて空間内に送り込まれた加工液を、電極の一端側から中空部分に注入して他端側から排出することを特徴とする。

このように、複合加工装置に第１ポンプを備え、円柱部の空間内に加工液を送り込み、この加工液を電極の一端側から中空部分を介して他端側から排出する。これにより、レーザ加工の際、レーザによって溶融された被加工物の加工屑を形成中の下孔から容易に除去することができる。

本発明では、複合加工装置として、レンズ（２４）を介してレーザ光が空間内に導かれると共に、レンズにて集光されたレーザ光が焦点から再び広がっていくとき、レーザ光が電極の内壁面で反射する場所に焦点が設定されているものを用いると共に、レーザ加工を行う工程では、電極の一端側から入射したレーザ光を、電極の中空部分に充填された加工液と電極の内壁面との界面で全反射および多重反射させて電極の他端側から射出することを特徴とする。

このように、レンズにて集光したレーザ光を電極の中空部分に導き、レーザ光を電極の中空部分で多重反射させて被加工物に照射する。これにより、レーザ光の強度を低下させることなくレーザ光を被加工物に照射することができ、レーザ加工による加工効率を確保することができる。

本発明では、放電加工装置として回転機構（１５〜１７）が備えられているものを用いると共に、放電加工を行う工程で、回転機構によって筒部の長軸を回転軸として筒部を回転させて放電加工を行うことを特徴とする。

このように、筒部を回転させ、すなわち電極を回転させて放電加工を行う。これにより、電極を回転させながら被加工物を溶融させることができるので、被加工物に対する加工を容易に行うことができる。

本発明では、放電加工装置として、下孔を介して電極から照射されるレーザ光を検出し、このレーザ光の強度に応じた電気信号を出力する検出器（２８）と、検出器から入力される電気信号に基づいてレーザ光照射を停止させ、放電電源を駆動して放電加工を開始させる制御回路（２９）と、を有するものを用いることを特徴とする。

このように、放電加工装置に検出器および制御回路が備えられたものを用いる。これにより、レーザ加工が終了した後、すみやかに放電加工を行うようにすることができる。したがって、トータルの加工時間を短縮することができる。

本発明では、電極として、内径が外径に対して３０％以上になっているものを用いることを特徴とする。

このように、内径の下限を規定した電極を用いる。これにより、レーザ加工を行う工程で形成する下孔のサイズを確保することができる。また、下孔のサイズを確保することで、放電加工の際に下孔を介して放電屑を容易に排出することができる。

本発明では、放電加工を行う工程では、第１ポンプによる加工液の供給を停止させ、被加工物において電極とは反対側から第２ポンプによって加工液を供給することを特徴とする。

このように、被加工物において電極とは反対側から第２ポンプによって加工液を供給する。これにより、下孔を介して電極側に放電屑を除去することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合加工装置の概略断面図である。この図に示される複合加工装置は、例えば車両のエンジンにおいて燃料噴射に用いられる燃料噴射ノズルのノズル孔を形成するものである。したがって、ワーク１として金属部材が用いられる。以下、複合加工装置の構成について説明する。

図１に示されるように、複合加工装置には、金属で構成される中空円柱状の筒部１０が備えられている。この筒部１０の一端側に例えばセラミックスで構成される中空円柱状（リング状）の絶縁部１１が接続されている。また、絶縁部１１において筒部１０とは反対側には、金属で構成される円筒形状の下容器１２の開口端部が接合されている。つまり、絶縁部１１は、筒部１０と下容器１２とを電気的に絶縁する機能を果たす。

上記下容器１２の開口端部とは反対側、すなわち下容器１２の底には金属で構成される中空円柱状（パイプ状）の電極１３の一端側が接続されている。これにより、下容器１２の中空部分が電極１３の中空部分を介して外部と繋がった状態になっており、下容器１２と電極１３とが電気的に接続される。また、電極１３の他端側の端面に対向する位置にワーク１が配置されている。なお、筒部１０、絶縁部１１、下容器１２が本発明の円柱部に相当する。

これら筒部１０の長軸、絶縁部１１の軸、下容器１２の軸、そして電極１３の長軸は、それぞれ同軸上に配置される。また、本実施形態では、この筒部１０の長軸方向、すなわち鉛直方向をＺ方向と定義する。

上記電極１３は、レーザ加工の際、中空部分に通したレーザ光をワーク１に導くと共に、放電加工の際、外壁部分とワーク１との間に放電を起こさせてワーク１を溶融加工するものである。このような電極１３として、例えばＣｕ（銅）やＷ（タングステン）が採用される。電極１３の外径は、ワーク１に形成したい孔の径に相当し、例えば１００μｍになっている。また、電極１３の内径は、レーザ加工によってワーク１に形成する下孔の径に相当する。

本実施形態では、電極１３の内径は外径の３０％以上、８０％以下になるように設定されている。このように電極１３の内径に下限を設定しているのは、レーザ加工において形成した下孔のサイズを確保し、下孔を下孔として機能させるためである。また、このように電極１３の内径に上限を設定しているのは、レーザ加工によって溶融したワーク１が硬化するなどの熱影響がワーク１に残らないようにするためである。

上記筒部１０の他端側は、中空箱形状のハウジング１４に収納されている。より具体的には、筒部１０の他端側の外壁面は、ハウジング１４の内壁面に固定された複数のベアリング１５に保持されている。これにより、筒部１０は、その長軸を回転中心に回動可能になっている。

また、筒部１０の他端側は回転駆動部（例えばベルトやギヤ等）として構成されるドライブギア１６に接続されている。このドライブギア１６は、図１に示されるように、ハウジング１４の外部に設置されたサーボモータ１７に接続されている。したがって、サーボモータ１７が駆動されると、ドライブギア１６を介して筒部１０が長軸を回転中心軸として回転することとなる。上述のように、筒部１０には絶縁部１１を介して下容器１２および電極１３が一体になっているので、筒部１０が回転すると、絶縁部１１、下容器１２、そして電極１３も筒部１０の長軸を回転中心軸として回転するようになっている。このサーボモータ１７は、放電加工の際に駆動される。なお、ベアリング１５、ドライブギア１６、サーボモータ１７は本発明の回転機構に相当する。

そして、筒部１０の他端側には、この筒部１０の他端側の端面およびハウジング１４の外壁面の一部を覆うように上容器１８の開口端部がハウジング１４に一体にされている。したがって、上容器１８の内壁面、ハウジング１４の外壁面の一部、筒部１０の他端側の端面、筒部１０の内壁面、絶縁部１１の内壁面、そして下容器１２の内壁面により空間１９が形成される。この空間１９のほとんどは筒部１０の中空部分で構成される。

この上容器１８の開口端部とは反対側、すなわち上容器１８の底には窓部が形成されており、この窓部にウィンドガラス２０が備えられている。したがって、このウィンドガラス２０を介してレーザ光を空間１９内に導くことができるようになっている。

また、上容器１８の壁面に配管２１の一端が接続されており、この配管２１の他端に液送ポンプ２２が接続されている。この液送ポンプ２２は、配管２１を介して加工液を空間１９内に送り出す役割を果たすものである。このように空間１９内に加工液が導かれるため、加工液としてレーザ光を透過するものが用いられ、例えば水や純水が採用される。また、本実施形態では、液送ポンプ２２から常に加工液が送出されるようになっている。上記液送ポンプ２２によって加工液が空間１９内に導かれると、加工液は電極１３の中空部分を通って外部に排出される。

上容器１８には、円筒形状の容器として構成されるカップリング２３の開口端部が接合されている。このカップリング２３の中空部分にはレンズ２４が備えられており、本実施形態では例えば平凸レンズが採用される。なお、平凸レンズのうち、平側がウィンドガラス２０に対向するようにレンズ２４がカップリング２３に取り付けられている。

また、このカップリング２３の開口端部とは反対側、すなわちカップリング２３の底にファイバ２５の一端側が取り付けられている。このファイバ２５の他端側にはレーザ発振器２６が接続されており、レーザ発振器２６からレーザ光が照射されると、ファイバ２５を介してレーザ光がカップリング２３内部に導かれ、さらにレンズ２４およびウィンドガラス２０を介して空間１９内に導かれるようになっている。ただし、ファイバ２５からレンズ２４での集光する光学系においては、実際には数種類のコリメートレンズ等が必要となるが、図１において簡略化して記載してある。上記レーザ発振器２６として、加工液を透過する波長のレーザ光を発するもの、例えばＹＡＧレーザが採用される。

上記光学系においては、電極１３の長軸上にファイバ２５のレーザ光が照射されるようになっている。より詳しくは、電極１３の中空部分に導かれるレーザ光の光軸と、電極１３の長軸と、が同軸上に配置されている。

本実施形態では、レーザ光がレンズ２４によって集光されて焦点を形成し、その焦点からレーザ光が広がったとき、広がったレーザ光が電極１３の内壁面に当たるように、レーザ光の焦点の場所が空間１９内に設定されている。そして、電極１３の中空部分に導かれたレーザ光は、電極１３の中空部分に充填された加工液と電極１３の内壁面との界面で全反射および多重反射して電極１３の他端側から照射され、電極１３の他端側に対向する位置に配置されたワーク１に照射される。したがって、上述のように、レーザ加工の際には、液送ポンプ２２から常に空間１９内に加工液が供給されるようになっている。

さらに、図１に示されるように、放電加工の際に用いられる放電電源２７が用意されている。この放電電源２７は、下容器１２とワーク１とにそれぞれ電気的に接続されている。したがって、放電電源２７にて下容器１２とワーク１との間に電圧が印加されると、電極１３とワーク１との間に放電が起こり、ワーク１が溶融加工される。本実施形態では、放電電源２７からパルス電圧が出力される。

なお、例えば下容器１２に正の電圧、ワーク１に負の電圧が放電電源２７から印加される。また、下容器１２が筒部１０と共に回転しても、放電電源２７から電圧が印加される機構が採用される。

また、ワーク１において電極１３とは反対側に検出器２８が配置されている。この検出器２８は例えばフォトセンサで構成されており、レーザ加工によってワーク１に貫通した下孔が形成されると電極１３の他端側から照射されるレーザ光を検出できるようになっている。そして、検出器２８は検出したレーザ光の強度に応じた電圧信号を出力する。

上記検出器２８から出力された電圧信号は制御回路２９に入力される。この制御回路２９は、レーザ発振器２６および放電電源２７を駆動する機能を有するものである。具体的には、制御回路２９は、レーザ加工の際にレーザ発振器２６を駆動する機能と、検出器２８から入力される電圧信号に基づいてレーザ発振器２６の駆動を停止させる機能と、レーザ発振器２６の駆動を停止した後に放電電源２７を駆動させて放電加工を開始させる機能を有する。

以上が、本発明の一実施形態に係る複合加工装置の構成である。上記の構成には図示しないＺ機構が設けられており、各部材は一体となってＺ方向に移動可能になっている。

次に、上記複合加工装置を用いて、ワーク１を加工する方法について図２を参照して説明する。図２は、図１に示される複合加工装置を用いてワーク１を加工する様子を示したものである。なお、図２では複合加工装置を外観図として描いてある。また、複合加工装置は、人の手によって操作されて加工が実施されるようになっていても良いし、加工処理機能を有するコンピュータによって自動的に加工が実施されるようになっていても良い。

まず、ワーク１の設置状態について説明する。図２に示されるように、Ｚ方向（鉛直方向）に垂直な方向、すなわち水平方向に移動可能なＸ−Ｙステージ３０が用意され、このＸ−Ｙステージ３０上に加工槽３１が設置されている。

また、この加工槽３１内に加工台３２が設置され、この加工台３２にワーク１が固定された状態になっている。この加工台３２のうちワーク１が設置される部分には図示しない穴部が設けられている。このため、電極１３がワーク１を貫通しても電極１３が加工台３２に当たらないようになっている。また、加工台３２の穴部は、電極１３から排出される加工液を加工槽３１に排出する役割も果たすようになっている。そして、加工台３２に固定されたワーク１に対向するように電極１３の他端側の端面が配置される。

なお、検出器２８は加工台３２の穴部に配置されている。また、図２では、検出器２８および制御回路２９を省略してある。

上記のような複合加工装置に基づいて、ワーク１に対する孔開け加工が実施される。本実施形態では、まず、ワーク１に下孔を形成するレーザ加工が行われ、この後、下孔を仕上げて仕上げ孔を形成する放電加工が順に行われる。

レーザ加工は、以下のように行われる。まず、図２に示されるようにワーク１が加工台３２に設置されると、Ｘ−Ｙステージ３０および図示しないＺ機構が駆動されてワーク１のうち孔の形成予定場所に電極１３が近づけられる。こうしてワーク１に対して電極１３が配置されると、電極１３は以下の加工工程でＸ−Ｙ方向に固定され、Ｚ方向にのみ移動可能とされる。

次に、液送ポンプ２２から加工液である水が送出され、配管２１を介して加工液が空間１９に導かれる。この加工液は、空間１９に充填されると、電極１３の中空部分を介してワーク１上に排出される。

続いて、制御回路２９からレーザ発振器２６に指令が出力され、レーザ発振器２６からレーザ光が照射される。このレーザ光はレーザ発振器２６に接続されたファイバ２５を介してカップリング２３内に導かれる。

ファイバ２５の一端側からカップリング２３内にレーザ光が照射されると、そのレーザ光はレンズ２４にて集光される。そして、レーザ光は、ウィンドガラス２０を介して空間１９内に導かれる。このとき、レンズ２４にて焦点に集光されたレーザ光が焦点から広がっていくとき、焦点から広がったレーザ光が少なくとも電極１３の内壁面で反射するように、レーザ光の焦点の場所が設定されている。

このように、電極１３の中空部分にレーザ光が導かれると、レーザ光は電極１３の内壁面と電極１３内に充填された加工液との界面にて全反射および多重反射し、電極１３の他端側からワーク１に照射される。このようにして電極１３から射出されたレーザ光によって、ワーク１が溶融加工される。そして、レーザ光がワーク１を貫通すると、下孔が形成される。この様子を図３に示す。

図３は、レーザ加工によってワーク１に下孔が形成された様子を示したものである。この図に示されるように、ワーク１には、電極１３の中空部分の内径に相当する下孔１ａが形成される。すなわち、下孔１ａの径は電極１３の内径によって決まる。その電極の内径は、上述のように、電極１３の外径の３０％以上、８０％以下となっている。

下孔１ａの径が小さいと、放電加工の際に下孔１ａが放電屑を排出する機能を果たさなくなることや、放電加工の加工効率を上げることができないため、電極１３の内径を外径の３０％以上として下孔１ａの径を確保している。また、電極１３の内径が大きくなると、ワーク１に対するレーザ光の照射面積が増加してワーク１に熱影響（例えば溶融した加工屑が固化しやすくなる等）を与えてしまうため、電極１３の内径を外径の８０％以下にして熱影響を防止している。

そして、電極１３の内径に相当する照射径でレーザ光がワーク１に照射されると、ワーク１が溶融除去されてゆく。この際、電極１３の他端側から排出される加工液で加工屑が流されるため、ワーク１に加工屑を残さないようにすることができる。

上記のようにしてレーザ光を照射し続けることで、ワーク１が貫通した下孔１ａが形成されると、ワーク１において電極１３とは反対側に設置された検出器２８にてレーザ光が検出される。こうして検出器２８にてレーザ光が検出されると、レーザ光の強度に応じた電圧信号が制御回路２９に出力される。

この後、制御回路２９にてレーザ発振器２６の駆動が停止され、レーザ発振器２６からのレーザ光の照射が停止される。こうして、レーザ加工による下孔１ａの形成が終了する。このように、検出器２８にて下孔１ａが形成されたことを検出することで、レーザ加工が終了した後、すみやかに放電加工を行うようにすることができる。

次に、放電加工が行われる。この放電加工は、上記レーザ加工によって形成された下孔１ａを仕上げて仕上げ孔を形成するための加工である。レーザ加工と同様に、液送ポンプ２２から加工液が送出され、加工液は配管２１、空間１９、そして電極の中空部分を介して電極１３の他端側から排出される。また、サーボモータ１７が駆動されて、筒部１０が回転する。この筒部１０の回転に応じて電極１３も筒部１０の長軸を回転軸に周方向にして回転する。

そして、制御回路２９から放電電源２７に指令が出され、放電電源２７によって下容器１２とワーク１との間にパルス電圧が印加される。これにより、電極１３とワーク１との間に放電が発生し、放電によってワーク１が溶融する。

この後、図示しないＺ機構が駆動されて電極１３が加工台３２の方向に移動してゆく。このとき、ワーク１の平面方向に電極１３を移動させることなく、電極１３をＺ方向にのみ移動させるだけであるので、放電加工のための下孔１ａに対する電極１３の位置合わせを行わなくて済む。そして、ワーク１に形成された下孔１ａの壁面と電極１３との間に放電が起こり、下孔１ａの壁面が溶融しながら加工される。すなわち、ワーク１は、サーボモータ１７によって回転しながら加工台３２の方向に移動する電極１３によって加工される。

こうして下孔１ａの壁面が放電加工されると、その際に発生する放電屑は加工液によって下孔１ａを介して加工台３２の穴部に排出されるため、放電加工中に発生する放電屑による加工効率の低下を防止できる。

そして、加工台３２の方向に移動する電極１３によってワーク１が加工されていくと、電極１３の他端側がワーク１を貫通する。これにより、ワーク１には、電極１３の外径に応じた仕上げ孔が形成される。この様子を図４に示す。

図４は、放電加工によってワーク１に仕上げ孔１ｂが形成された様子を示したものである。この図に示されるように、電極１３がワーク１を貫通して仕上げ孔１ｂが形成されている。本実施形態では、図４に示されるように、電極１３の他端側がワーク１を貫通すると放電加工が終了し、液送ポンプ２２からの加工液の送出が停止されるようになっている。

このようにして形成される仕上げ孔１ｂの径は、電極１３の外径によって決まる。本実施形態では、上述のように、外径が例えば１００μｍの電極１３が用いられ、１００μｍ程度の仕上げ孔１ｂが形成される。

以上のようにして、ワーク１に対する加工が終了する。この後、Ｚ機構によって電極１３がワーク１から離される。そして、Ｘ−Ｙステージ３０によってワーク１に形成する孔の場所が変更されるか、または、ワーク１が加工台３２から取り外され、別のワーク１が加工台３２に取り付けられて孔を形成する加工が実施されることとなる。

以上説明したように、本実施形態では、電極１３の中空部分に入射するレーザ光の光軸と、電極１３の長軸と、を同軸上に配置することを特徴としている。これにより、レーザ光によってワーク１に下孔１ａを形成した後、ワーク１を放電加工のための場所に移動させる必要はなくなるので、ワーク１に形成された下孔１ａに対する電極１３の位置合わせを行わないようにすることができる。したがって、ワーク１に対するレーザ加工を行う場所と放電加工を行う場所とにずれを生じさせないようにすることができ、下孔１ａに対する加工精度を向上させることができる。

また、液送ポンプ２２にて空間１９内に加工液を送り込み、この加工液を電極１３の一端側から中空部分を介して他端側から排出するようにしている。これにより、レーザ加工の際、レーザによって溶融されたワーク１の加工屑を形成中の下孔１ａから除去することができる。こうしてレーザ加工の加工効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、レンズ２４を介してレーザ光を空間内に導き、そのレーザ光を電極１３の中空部分に充填された加工液と電極１３の内壁面との界面で全反射および多重反射させている。これにより、電極１３の中空部分に導かれたレーザ光の強度を減衰させることなくワーク１まで導くことができる。

そして、従来のように、レーザ加工のためのユニットと、放電加工のためのユニットを、独立に用意する必要がなくなるため、複合加工装置の小型化を実現することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、上容器１８にウィンドガラス２０が固定されているが、このウィンドガラス２０を用いずにレンズ２４を固定するようにしても構わない。これにより、レンズ２４は、レーザ光を集光する機能を果たすと共に、空間１９を形成する一部材としての機能を果たすこととなる。

上記実施形態では、レーザ発振器２６から照射されたレーザ光を、ファイバ２５を介してカップリング２３に導くようにしているが、レーザ発振器２６をカップリング２３の底に設置し、レーザ発振器２６からレーザ光をレンズ２４に直接照射するようにしても構わない。

上記実施形態では、ワーク１を加工する際、加工槽３１の中には何も入っていないが、液送ポンプ２２から送出される加工液と同じ液体を注ぎ、ワークを加工液で浸すようにしても構わない。これにより、加工屑や放電屑をワーク１から除去することができる。

上記実施形態では、放電加工の際に、液送ポンプ２２から加工液を送出し続けているが、放電加工の際には加工液の送出を停止しても構わない。

上記実施形態では、放電加工の際に、液送ポンプ２２から加工液を送出して電極１３からワーク１に加工液を注ぐようにしているが、放電加工の際には液送ポンプ２２から加工液を加工台３２の穴部に送出し、ワーク１に形成された下孔１ａにおいて加工台３２側から電極１３側に加工液を流すようにしても構わない。このようにワーク１に対して加工液を流しても、放電加工によって発生する放電屑を下孔１ａから排出することができる。なお、この際には別のポンプ（本発明の第２ポンプに相当する）を用意しても構わない。

上記実施形態では、先にレーザ加工を行ってワーク１に下孔１ａを形成し、その後、放電加工を行ってワーク１に仕上げ孔１ｂを形成するようにしているが、レーザ加工および放電加工を同時に行うようにしても構わない。すなわち、レーザ加工で下孔１ａを形成しつつ、放電加工により仕上げ孔１ｂを形成していく。加工によって生じる屑は、加工液によって流すことができるので、加工効率を低下させずに、加工時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係る複合加工装置の概略断面図である。 図１に示される複合加工装置を用いてワークを加工する様子を示した図である。 レーザ加工によってワークに下孔が形成された様子を示した断面図である。 放電加工によってワークに仕上げ孔が形成された様子を示した断面図である。

符号の説明

１…被加工物（ワーク）、１ａ…下孔、１ｂ…仕上げ孔、１０…筒部、
１１…絶縁部、１２…下容器、１３…電極、１４…ハウジング、
１５…ベアリング、１６…ドライブギア、１７…サーボモータ、１８…上容器、
１９…空間、２１…配管、２２…ポンプ、２４…レンズ、２６…レーザ発振器、
２７…放電電源、２８…検出器、２９…制御回路。

Claims (13)

1. レーザ加工を行うためのレーザ光を照射するレーザ発振器（２６）と、中空筒状であって放電加工を行うための電極（１３）と、を備え、前記レーザ発振器を用いたレーザ加工によって被加工物（１）に下孔（１ａ）を形成すると共に、前記被加工物と前記電極との間に放電電源（２７）にて電圧を印加して前記被加工物と前記電極との間に放電を起こし、前記電極を前記被加工物の方向に移動させることで放電加工を行い、前記下孔を元に前記被加工物に仕上げ孔（１ｂ）を形成する複合加工装置であって、
   前記レーザ発振器から照射された前記レーザ光が前記電極の一端側から入射して中空部分を通過し、前記電極の他端側から射出して前記被加工物に照射されることで前記被加工物がレーザ加工され前記下孔が形成されるようになっていると共に、前記電極の中空部分に入射される前記レーザ光の光軸と、前記電極の長軸と、が同軸上に配置されていることを特徴とする複合加工装置。
2. 中空筒状の容器として構成され、一端側がハウジング（１４）に保持される円柱部（１０〜１２）と、前記円柱部の開口端部を覆う上容器（１８）と、前記円柱部の中空部分で構成される空間（１９）内に前記上容器に接続された配管（２１）を介して加工液を送り出すポンプ（２２）と、を備え、
   前記円柱部の長軸と前記電極の長軸とが同軸上になるように、前記電極の一端側が前記円柱部の底に接続されることで前記空間と前記電極の中空部分とが繋げられており、前記ポンプにて前記空間内に送り込まれた前記加工液が、前記電極の一端側から中空部分に注入されて他端側から排出されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の複合加工装置。
3. 前記レーザ光は、レンズ（２４）が用いられて前記上容器に設けられた窓部から前記空間内に導かれると共に、前記レーザ光の焦点は、前記レンズにて集光されたレーザ光が焦点から再び広がっていくとき、広がったレーザ光が少なくとも前記電極の内壁面で反射する場所に設定されており、
   前記電極の一端側から入射した前記レーザ光は、前記電極の中空部分に充填された加工液と前記電極の内壁面との界面で全反射および多重反射して前記電極の他端側から射出されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の複合加工装置。
4. 前記円柱部は、中空円柱状の筒部（１０）と、前記筒部の一端側に接続されたリング状の絶縁部（１１）と、前記絶縁部において前記筒部とは反対側に接続された下容器（１２）と、を備えて構成され、前記筒部、前記絶縁部、前記下容器はそれぞれ同軸上に配置されていると共に、前記電極の長軸と前記下容器の軸とが同軸上に配置されるように前記電極の一端側が前記下容器の底に接続され、前記下容器と前記被加工物との間に前記放電電源にて電圧が印加されるようになっており、
   前記ハウジングには、前記筒部の長軸を回転軸として前記筒部を回転させる回転機構（１５〜１７）が備えられ、前記筒部は、前記回転機構によって前記筒部の長軸を回転軸として回転するようになっていることを特徴とする請求項２または３に記載の複合加工装置。
5. 前記被加工物において、前記電極とは反対側に設置され、前記下孔が形成されることで前記電極から照射されるレーザ光を検出し、そのレーザ光の強度に応じた電気信号を出力する検出器（２８）と、
   前記検出器から入力される前記電気信号に基づいて前記レーザ発振器のレーザ光照射を停止させる機能と、前記レーザ発振器のレーザ光照射を停止した後に前記放電電源を駆動して放電加工を開始させる機能と、を備えた制御回路（２９）と、を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合加工装置。
6. 前記電極の内径は、前記電極の外径に対して３０％以上になっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合加工装置。
7. 被加工物（１）に対してレーザ加工を行うためのレーザ光を照射するレーザ発振器（２６）と、中空筒状であって放電加工を行うための電極（１３）と、を備えた複合加工装置を用いて前記被加工物を加工する加工方法であって、
   前記レーザ発振器を用いたレーザ加工によって被加工物（１）に下孔（１ａ）を形成する工程と、
   前記被加工物と電極（１３）との間に放電電源（２７）にて電圧を印加して前記被加工物と前記電極との間に放電を起こし、前記電極を前記被加工物の方向に移動させることで放電加工を行い、前記下孔を元に前記被加工物に仕上げ孔（１ｂ）を形成する工程と、を含んでおり、
   前記レーザ加工を行う工程では、前記レーザ発振器から照射された前記レーザ光を前記電極の一端側から入射して中空部分を通過させ、前記電極の他端側から射出して前記被加工物に照射することで前記下孔を形成すると共に、前記電極の中空部分に入射される前記レーザ光の光軸と、前記電極の長軸と、が同軸上に配置されていることを特徴とする加工方法。
8. 前記複合加工装置として、中空筒状の容器として構成され、一端側がハウジング（１４）に保持される円柱部（１０〜１２）と、前記円柱部の開口端部を覆う上容器（１８）と、前記円柱部の中空部分で構成される空間（１９）内に前記上容器に接続された配管（２１）を介して加工液を送り出す第１ポンプ（２２）と、が備えられ、前記円柱部の長軸と前記電極の長軸とが同軸上になるように、前記電極の一端側が前記円柱部の底に接続され、前記空間と前記電極の中空部分とが繋げられたものを用いると共に、
   前記レーザ加工を行う工程では、前記第１ポンプにて前記空間内に送り込まれた前記加工液を、前記電極の一端側から中空部分に注入して他端側から排出することを特徴とする請求項７に記載の加工方法。
9. 前記複合加工装置として、前記レーザ光は、レンズ（２４）が用いられて前記上容器に設けられた窓部から前記空間内に導かれると共に、前記レーザ光の焦点は、前記レンズにて集光されたレーザ光が焦点から再び広がっていくとき、広がったレーザ光が少なくとも前記電極の内壁面で反射する場所に設定されているものを用いると共に、
   前記レーザ加工を行う工程では、前記電極の一端側から入射した前記レーザ光を、前記電極の中空部分に充填された加工液と前記電極の内壁面との界面で全反射および多重反射させて前記電極の他端側から射出することを特徴とする請求項８に記載の加工方法。
10. 前記放電加工装置として、前記円柱部には、中空円柱状の筒部（１０）と、前記筒部の一端側に接続されたリング状の絶縁部（１１）と、前記絶縁部において前記筒部とは反対側に接続された下容器（１２）と、が備えられ、前記筒部、前記絶縁部、前記下容器はそれぞれ同軸上に配置されていると共に、前記電極の長軸と前記下容器の軸とが同軸上に配置されるように前記電極の一端側が前記下容器の底に接続され、前記下容器と前記被加工物との間に前記放電電源にて電圧が印加されるようになっており、前記ハウジングには前記筒部の長軸を回転軸として前記筒部を回転させる回転機構（１５〜１７）が備えられているものを用いると共に、
    前記放電加工を行う工程では、前記回転機構によって前記筒部の長軸を回転軸として前記筒部を回転させて放電加工を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の加工方法。
11. 前記放電加工装置として、前記被加工物において、前記電極とは反対側に設置され、前記下孔が形成されることで前記電極から照射されるレーザ光を検出し、そのレーザ光の強度に応じた電気信号を出力する検出器（２８）と、前記検出器から入力される前記電気信号に基づいて前記レーザ発振器のレーザ光照射を停止させる機能と、前記レーザ発振器のレーザ光照射を停止した後に前記放電電源を駆動して放電加工を開始させる機能と、を有する制御回路（２９）と、が備えられたものを用いることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の加工方法。
12. 前記電極として、内径が外径に対して３０％以上になっているものを用いることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の加工方法。
13. 前記複合加工装置として、前記被加工物において前記電極とは反対側に第２ポンプから加工液が供給されるものを用いると共に、
    前記放電加工を行う工程では、前記第１ポンプによる加工液の供給を停止させると共に、前記被加工物において前記電極とは反対側から前記第２ポンプによって加工液を供給することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の加工方法。

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