JP5283538B2

JP5283538B2 - Drilling device and method for forming through hole

Info

Publication number: JP5283538B2
Application number: JP2009048336A
Authority: JP
Inventors: 崇小林; 正宏手塚; 弘昭山岸; 寛柏木; 稔伊賀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP2010201452A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hole-forming machine capable of more highly precisely preventing an inner peripheral face from being irradiated with laser light. <P>SOLUTION: The hole-forming machine 10 forms a through-hole 75 in a wall 68 of a workpiece 66 by directing laser light 70 from the exterior of the workpiece 66 into a hollow part 67. The machine includes a filler 65 which is filled in the hollow part 67 and which is not melted by the laser light 70 and a vibrating mechanism 56 which is disposed so as to be in contact with the filler 65 and which causes vibration in the filler. The laser light 70 impinges on the filler 65. By such impingement, the filler 65 absorbs energy of the laser light 70 and, this absorption can prevent the inner peripheral face 76 from being irradiated with the laser light 70. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光を照射することにより、ワークの壁部に貫通穴を形成する穴あけ装置に関する。 The present invention relates to a drilling device that forms a through hole in a wall portion of a workpiece by irradiating a laser beam.

例えば燃料噴射ノズルを製造する際に、壁部に貫通穴を形成するため、レーザ光を照射して穴あけを行う。壁部に穴があいた後に、レーザ光が貫通穴を通り燃料噴射ノズルの内周面に達すると、削る必要のない内周面まで削ってしまう。このため、レーザ光で内周面が削られることを防止するための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 For example, when manufacturing a fuel injection nozzle, a hole is formed by irradiating a laser beam in order to form a through hole in the wall portion. When the laser beam passes through the through hole and reaches the inner peripheral surface of the fuel injection nozzle after the hole is formed in the wall, the inner peripheral surface that does not need to be shaved is scraped off. For this reason, various techniques for preventing the inner peripheral surface from being scraped by laser light have been proposed (for example, see Patent Document 1).

特許文献１によれば、燃料噴射ノズルの先端部に流体を配置し、ここでキャビテーションを起こさせることにより、レーザ光を散乱させる。これにより、レーザ光で内周面が削られることの防止を図っている。 According to Patent Document 1, a fluid is disposed at the tip of a fuel injection nozzle, and cavitation is caused here to scatter laser light. This prevents the inner peripheral surface from being scraped by the laser light.

しかし、レーザ光を散乱させた場合であっても、散乱したレーザ光の一部が内周面に到達することがある。このレーザ光の出力が大きい場合には、レーザ光により内周面が傷つくことが考えられる。 However, even when the laser light is scattered, a part of the scattered laser light may reach the inner peripheral surface. When the output of this laser beam is large, the inner peripheral surface may be damaged by the laser beam.

より高い精度でレーザ光が内周面に照射されることを防ぐことのできる穴あけ装置の提供が望まれる。 It is desired to provide a drilling device that can prevent the inner circumferential surface from being irradiated with laser light with higher accuracy.

特表２００１−５２６９６１公報（段落［００２９］）JP 2001-526916 A (paragraph [0029])

本発明は、より高い精度でレーザ光が内周面に照射されることを防ぐことのできる穴あけ装置の提供を課題とする。 An object of the present invention is to provide a drilling device that can prevent laser light from being irradiated to the inner peripheral surface with higher accuracy.

請求項１に係る発明は、中空状のワークの外から中空部に向かってレーザ光を照射することにより、前記ワークの壁部に貫通穴を形成する穴あけ装置であって、
前記中空部に充填され前記レーザ光により溶融されない充填体と、この充填体に接触するように配置され前記充填体を振動させる振動機構と、前記ワークを固定するためのワーククランプ機構とを備え、
前記ワーククランプ機構は、駆動源としてのクランプシリンダと、このクランプシリンダの先端に接続される板体と、この板体から延ばされる支持柱と、この支持柱の先端に取り付けられるクランプ板とからなり、
前記クランプ板には、前記ワークをクランプするワークポケットが形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a drilling device that forms a through hole in the wall portion of the workpiece by irradiating a laser beam from the outside of the hollow workpiece toward the hollow portion,
A filling body that is filled in the hollow portion and is not melted by the laser beam, a vibration mechanism that is arranged so as to be in contact with the filling body, and that vibrates the filling body, and a work clamp mechanism that fixes the work ,
The work clamp mechanism comprises a clamp cylinder as a drive source, a plate connected to the tip of the clamp cylinder, a support column extending from the plate, and a clamp plate attached to the tip of the support column. ,
A work pocket for clamping the work is formed on the clamp plate .

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の穴あけ装置であって、
前記ワーククランプ機構と共に前記ワークをクランプし、支持するワーク支持部材と、
このワーク支持部材にかぶせられる蓋部と、をさらに有し、これらのワーク支持部材と蓋部とによって、前記ワークに前記レーザ光の照射を行う照射室を形成し、
前記ワーク支持部材は、前記照射室の一部を形成する凹部と、この凹部に形成され前記ワークポケットと共に前記ワークをクランプするワーク支持部材側のワークポケットと、からなり、
前記振動機構の先端は、前記ワーク支持部材側のワークポケットに向かって先端が延ばされ、
前記蓋部は、支持枠に支持されレーザ光を通す透過板と、この透過板を通過したレーザ光が通過する通路と、この通路が繋げられ前記照射室の空間を形成する隔壁と、前記通路に繋げられ前記照射室内の気圧を高める圧縮ガスが通る圧縮ガス供給路と、前記照射室に臨むと共に前記レーザ光が照射される方向に向けられて配置されるノズル状の先端部と、前記隔壁に設けられ前記ワーク支持部材の外壁に接触するシール材と、からなり、
前記先端部には、前記レーザ光の照射により発生するちりを吸い込む排出手段が繋げられることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の穴あけ装置を用いて実施する、貫通穴の形成方法において、充填体を、ワークの中空部に充填する工程と、ワークを、ワーククランプ機構でクランプする工程と、充填体を振動させながら、ワークの壁部にレーザ光を照射する工程と、レーザ光の照射と同時に、ワークの周縁で発生するちりを排出する工程とを備えていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the drilling device according to claim 1,
A workpiece support member that clamps and supports the workpiece together with the workpiece clamp mechanism;
A lid that covers the workpiece support member, and the workpiece support member and the lid form an irradiation chamber for irradiating the workpiece with the laser beam.
The work support member comprises a recess that forms part of the irradiation chamber, and a work pocket on the work support member that is formed in the recess and clamps the work together with the work pocket.
The tip of the vibration mechanism is extended toward the work pocket on the work support member side,
The lid includes a transmission plate that is supported by a support frame and transmits laser light, a passage through which the laser light that has passed through the transmission plate passes, a partition wall that is connected to the passage to form a space of the irradiation chamber, and the passage A compressed gas supply path through which a compressed gas that is connected to the irradiation chamber and increases the pressure in the irradiation chamber passes, a nozzle-shaped tip portion that faces the irradiation chamber and is directed in a direction in which the laser beam is irradiated, and the partition wall And a sealing material that comes into contact with the outer wall of the workpiece support member,
A discharge means for sucking dust generated by the laser beam irradiation is connected to the tip portion .
According to a third aspect of the present invention, in the method for forming a through hole, which is carried out by using the drilling device according to the first or second aspect, the step of filling the hollow portion of the work with the filler and the work A step of clamping with a clamping mechanism, a step of irradiating the workpiece wall with laser light while vibrating the filler, and a step of discharging dust generated at the periphery of the workpiece simultaneously with the irradiation of the laser beam. It is characterized by being.

請求項１に係る発明では、レーザ光により溶融されない充填体が中空部に充填される。このため、壁部に穴をあけたレーザ光は、中空部に充填された充填体に衝突する。この衝突により、充填体はレーザ光のエネルギを吸収する。充填体がエネルギを吸収することにより、レーザ光が内周面に照射されることを防ぐことができる。 In the invention which concerns on Claim 1, the filling body which is not fuse | melted with a laser beam is filled into a hollow part. For this reason, the laser beam having a hole in the wall collides with the filling body filled in the hollow portion. By this collision, the filler absorbs the energy of the laser beam. When the filler absorbs energy, the laser beam can be prevented from being irradiated onto the inner peripheral surface.

請求項３に係る発明では、排出手段を作動させながらワークにレーザ光を照射することにより、ちりの再付着を防ぐことができ、早く穴を貫通させることができる。
加えて、レーザ光を照射された充填体は、振動機構により振動を与えられている。振動により充填体が動かされ、レーザ光の照射される場所を少しずつ変えることができる。即ち、レーザ光の照射される場所が充填体の１箇所に集中しないようにすることにより、レーザ光によるダメージの分散を図ることができ、充填体の長寿命化を図ることができる。 In the invention according to 請 Motomeko 3, by applying a laser beam to the workpiece while operating the discharge means, it is possible to prevent dust reattachment, it may extend through the early hole.
In addition, the filler irradiated with the laser light is given vibration by a vibration mechanism. The filler is moved by the vibration, and the place where the laser beam is irradiated can be changed little by little. That is, by preventing the laser light irradiation site from concentrating on one part of the filler, it is possible to disperse damage due to the laser light and to extend the life of the filler.

本発明に係る穴あけ装置の全体図である。1 is an overall view of a drilling device according to the present invention. 本発明に係る穴あけ装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the drilling apparatus which concerns on this invention. ワークのセットについて説明する図である。It is a figure explaining the set of a workpiece | work. ワーク支持部の作業位置までの移動について説明する図である。It is a figure explaining the movement to the work position of a workpiece | work support part. 作業部の移動について説明する図である。It is a figure explaining the movement of a working part. 図５の６−６線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. レーザの照射角について説明する図である。It is a figure explaining the irradiation angle of a laser. 本発明の実施例と過去の比較例との比較図である。It is a comparison figure of the Example of this invention, and the past comparative example. 図２のクランプ機構の別実施例を説明する図である。It is a figure explaining another Example of the clamp mechanism of FIG.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.

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、穴あけ装置１０は、ワークをクランプするためのワーククランプ機構１１と、このワーククランプ機構１１によりクランプされるワークを支持するワーク支持部材１２と、このワーク支持部材１２を回転可能に支持しワークを回動するためのワーク回転機構１３と、ワーク支持部材１２にかぶせられる蓋部１４を昇降させるための昇降機構１５と、この昇降機構１５及び蓋部１４を一体的に回転させるための蓋部回転機構１６と、蓋部１４の位置決めを行うための位置決めブロック１８と、この位置決めブロック１８及び蓋部回転機構１６を支持する作業台２０とからなる。 First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the drilling device 10 includes a work clamp mechanism 11 for clamping a work, a work support member 12 that supports a work clamped by the work clamp mechanism 11, and the work support member 12. The work rotation mechanism 13 for rotatably supporting and rotating the work, the elevating mechanism 15 for elevating and lowering the lid portion 14 placed on the work support member 12, and the elevating mechanism 15 and the lid portion 14 are integrated. It comprises a lid rotation mechanism 16 for rotating, a positioning block 18 for positioning the lid 14, and a work table 20 that supports the positioning block 18 and the lid rotation mechanism 16.

ワーククランプ機構１１は、クランプシリンダ２３の先端に板体２４が接続され、クランプシリンダ２３を作動させることにより、この板体２４を矢印（１）に示すように昇降させる。これにより、ワークのクランプ及びクランプ解除を操作する。 The work clamp mechanism 11 has a plate body 24 connected to the tip of the clamp cylinder 23 and operates the clamp cylinder 23 to raise and lower the plate body 24 as indicated by an arrow (1). Thus, the workpiece clamping and unclamping are operated.

詳細は後述するが、図に示されるような状態では、ワーク支持部材１２内に配置されるワークがクランプされる。ここからクランプシリンダ２３を作動させ板体２４を上昇させることにより、クランプ状態が解除される。 Although details will be described later, in a state as shown in the figure, the workpiece disposed in the workpiece support member 12 is clamped. From here, the clamp cylinder 23 is operated to raise the plate 24, thereby releasing the clamped state.

ワーク回転機構１３は、回転機構支持部２６と、この回転機構支持部２６に回転可能に支持されワーク支持部材１２を支持するＬ字形のワーク回転テーブル２７とからなる。
ワーク回転テーブル２７は、矢印（２）で示すように回転軸２８を中心に回動される。この回転軸２８は、ワーク支持部材１２内に支持されるワークに接触する。即ち、ワークは、ワーク回転テーブル２７の回転軸２８上に配置されている。 The workpiece rotation mechanism 13 includes a rotation mechanism support portion 26 and an L-shaped workpiece rotation table 27 that is rotatably supported by the rotation mechanism support portion 26 and supports the workpiece support member 12.
The work rotation table 27 is rotated around the rotation shaft 28 as indicated by an arrow (2). The rotary shaft 28 contacts a work supported in the work support member 12. That is, the workpiece is disposed on the rotation shaft 28 of the workpiece rotation table 27.

昇降機構１５は、蓋部昇降シリンダ３２が矢印（３）に示すように上方下方に作動することにより、蓋部１４と、この蓋部１４を支持する蓋部支持体３３と、この蓋部支持体３３の底面に配置される位置決めピン３４が一体的に昇降される。 The elevating mechanism 15 is configured such that the lid elevating cylinder 32 operates upward and downward as indicated by an arrow (3), whereby the lid part 14, the lid part support 33 that supports the lid part 14, and the lid part support. The positioning pin 34 disposed on the bottom surface of the body 33 is moved up and down integrally.

図に示す状態から蓋部昇降シリンダ３２を作動させ、蓋部１４、蓋部支持体３３、位置決めピン３４を降下させる。蓋部１４はワーク支持部材１２に被せられ、位置決めピン３４は位置決めブロック１８に挿入される。 The lid lifting cylinder 32 is operated from the state shown in the figure, and the lid 14, the lid support 33, and the positioning pin 34 are lowered. The lid portion 14 is put on the work support member 12, and the positioning pins 34 are inserted into the positioning block 18.

蓋部回転機構１６は、蓋部１４を水平方向に旋回させるための蓋部回転モータ３６と、この蓋部回転モータ３６の上面に配置され蓋部昇降シリンダ３２を支持するための支持柱３７とからなる。
蓋部回転モータ３６を作動させることにより、矢印（４）に示すように支持柱３７が回転軸３８を中心に回転する。これにより支持柱３７に支持される蓋部昇降シリンダ３２、蓋部支持体３３、蓋部１４、位置決めピン３４が一体的に回動される。 The lid rotation mechanism 16 includes a lid rotation motor 36 for turning the lid 14 in the horizontal direction, and a support column 37 disposed on the upper surface of the lid rotation motor 36 for supporting the lid lifting cylinder 32. Consists of.
By operating the lid rotation motor 36, the support column 37 rotates around the rotation shaft 38 as shown by the arrow (4). Thereby, the lid lifting cylinder 32, the lid support 33, the lid 14, and the positioning pin 34 supported by the support pillar 37 are integrally rotated.

例えば、ワーク回転テーブル２７を作動させる（矢印（２））際には、蓋部１４にクランプシリンダ２３が接触しないようにする必要がある。このような場合に、蓋部１４等を想像線で示す待機位置３９に移動させておく。
次図で本発明の要部について説明する。 For example, when the work rotary table 27 is operated (arrow (2)), it is necessary to prevent the clamp cylinder 23 from coming into contact with the lid portion 14. In such a case, the lid 14 or the like is moved to the standby position 39 indicated by an imaginary line.
The main part of the present invention will be described with reference to the following figure.

図２に示すように、蓋部１４は、上面の支持枠４２に支持されレーザ光を通す透過板４３と、この透過板４３を通過したレーザ光が通過する通路４４とを備える。この通路４４を通過したレーザ光により照射されるワークを、収容する照射室６３の空間を形成する隔壁４１に、当該通路４４が開口している。更に、蓋部１４は、この通路４４に繋げられガス供給手段４５から供給される圧縮ガスが通される圧縮ガス供給路４６と、ノズル状に形成されレーザ光が照射される方向に必ず向けられて配置される先端部４８と、この先端部４８からレーザ光の照射により発生するちりを吸い込む排出手段４９と、ワーク支持部材１２に蓋部１４を被せた際にワーク支持部材１２に接触するシール材５１とを備える。 As shown in FIG. 2, the lid portion 14 includes a transmission plate 43 that is supported by an upper support frame 42 and transmits laser light, and a passage 44 through which the laser light that has passed through the transmission plate 43 passes. The passage 44 is opened in the partition wall 41 that forms the space of the irradiation chamber 63 that accommodates the workpiece irradiated with the laser light that has passed through the passage 44. Further, the lid portion 14 is connected to the passage 44 and the compressed gas supply path 46 through which the compressed gas supplied from the gas supply means 45 passes, and is always oriented in the direction of irradiation with the laser beam formed in a nozzle shape. A tip portion 48 arranged in this manner, discharge means 49 for sucking dust generated by irradiation of laser light from the tip portion 48, and a seal that contacts the workpiece support member 12 when the workpiece support member 12 is covered with the lid portion 14. The material 51 is provided.

なお、レーザ光の照射により発生するちりとは、プリュームと呼ばれる、レーザ加工時にワークの表面の金属が熱で蒸発してできた金属蒸気や、イオン化した混合気体のことである。
また、矢印（１）と矢印（３）は、図１の矢印（１）、矢印（３）と同じである。 Note that dust generated by laser light irradiation is a metal vapor called a plume, which is a metal vapor formed by evaporation of metal on the surface of a workpiece by heat during laser processing, or an ionized mixed gas.
The arrows (1) and (3) are the same as the arrows (1) and (3) in FIG.

蓋部１４は、上部基体５２と下部基体５３とから構成され、シール材５１はこれらの上部基体５２と下部基体５３とに挟まれるように配置される。
ガス供給手段４５から供給されるガスとしては、空気の他、窒素等の不活性ガスを用いることもでき、圧縮ガスの種類は問わない。 The lid 14 includes an upper base 52 and a lower base 53, and the sealing material 51 is disposed so as to be sandwiched between the upper base 52 and the lower base 53.
As the gas supplied from the gas supply means 45, an inert gas such as nitrogen can be used in addition to air, and the type of compressed gas is not limited.

一方、ワーク支持部材１２は、シール材５１に接触する外壁部４７と、隔壁４１に対向する位置に照射室６３の空間を形成する内壁部５４を有する凹部６２と、この凹部６２の底部にワークが載置される第１ワークポケット５５と、この第１ワークポケット５５に向かって先端が延ばされる超音波振動子を用いた振動機構５６と、この振動機構５６の先端付近に繋げられ第１ワークポケット５５の下側を低圧にする低圧手段（詳細は後述）とからなる。 On the other hand, the workpiece support member 12 includes an outer wall portion 47 that contacts the sealing material 51, a recess 62 having an inner wall portion 54 that forms a space of the irradiation chamber 63 at a position facing the partition wall 41, and a work piece at the bottom of the recess 62. Is placed on the first work pocket 55, the vibration mechanism 56 using an ultrasonic vibrator whose tip extends toward the first work pocket 55, and the first work pocket connected to the vicinity of the tip of the vibration mechanism 56. It comprises low pressure means (details will be described later) for lowering the lower side of the pocket 55.

板体２４を降下させることにより、この板体２４に接続される支持板５７、支持柱５８、５８、クランプ板５９が一体的に降下される。ワークは、想像線で示すようにクランプ板５９の下面に形成される第２ワークポケット６１と、第１ワークポケット５５でクランプされる。 By lowering the plate body 24, the support plate 57, the support columns 58 and 58, and the clamp plate 59 connected to the plate body 24 are integrally lowered. The work is clamped by the second work pocket 61 and the first work pocket 55 formed on the lower surface of the clamp plate 59 as indicated by an imaginary line.

この後、矢印（３）で示すように蓋部１４を降下させワーク支持部材１２に被せる。このとき蓋部１４とワーク支持部材１２とで囲われた領域が、レーザ光の照射を行う照射室６３である。即ち、ガス供給手段４５は、照射室６３に繋げられ照射室６３内に圧縮ガスを供給するということができる。また、排出手段４９は、ノズル状に形成された先端部４８が照射室６３内に伸ばされているということができる。
次図でワークのセットについて説明する。 Thereafter, as shown by the arrow (3), the lid portion 14 is lowered and placed on the work support member 12. At this time, a region surrounded by the lid portion 14 and the work support member 12 is an irradiation chamber 63 that performs laser light irradiation. That is, it can be said that the gas supply means 45 is connected to the irradiation chamber 63 and supplies the compressed gas into the irradiation chamber 63. Further, it can be said that the discharge means 49 has a tip 48 formed in a nozzle shape extended into the irradiation chamber 63.
The work set will be explained with the following figure.

図３（ａ）に示すように振動機構５６の先端が上を向いている状態から、ワーク回転テーブル（図１符号２７）を作動させ、振動機構５６の先端が下を向く、図３（ｂ）に示す状態にワーク支持部材１２を回転させる。
なお、図３は回転軸２８が図面表裏に延びる方向からワーク支持部材１２を見ている。 As shown in FIG. 3 (a), the work rotary table (reference numeral 27 in FIG. 1) is operated from the state in which the tip of the vibration mechanism 56 faces upward, and the tip of the vibration mechanism 56 faces downward. The workpiece support member 12 is rotated in the state shown in FIG.
In FIG. 3, the work support member 12 is viewed from the direction in which the rotary shaft 28 extends from the front and back of the drawing.

次に（ｂ）に示す状態で、前述の第１ワークポケット５５における振動機構５６側を低圧にする低圧手段６４を作動させる。そして、レーザ光で溶融しないジルコニア製ボールを充填体６５として、ワーク６６の中空部６７に充填し、第１ワークポケット５５に配置する。 Next, in the state shown in (b), the low pressure means 64 that operates the low pressure on the vibration mechanism 56 side in the first work pocket 55 is operated. Then, a zirconia ball that is not melted by the laser beam is filled in the hollow portion 67 of the work 66 as the filling body 65 and disposed in the first work pocket 55.

このとき、低圧手段６４の作用により、ワーク６６には上向きに引っ張られる力が掛かる。従って、クランプ板５９でクランプする前にワーク６６から手を離しても、ワーク６６が落下することはない。 At this time, due to the action of the low pressure means 64, a force to be pulled upward is applied to the work 66. Therefore, even if the hand is released from the work 66 before clamping with the clamp plate 59, the work 66 does not fall.

充填体６５たるジルコニア製ボールは、酸化物セラミックであるジルコニアからなる。周知の通りジルコニアは、融点が極めて高く、このためレーザ光が入射しても溶融することはない。なお、充填体６５においてレーザ光が入射した箇所は、崩壊を起こす。その結果微粉末が発生する。 The zirconia balls as the filler 65 are made of zirconia, which is an oxide ceramic. As is well known, zirconia has an extremely high melting point, so that it does not melt even when laser light is incident. It should be noted that the location where the laser beam is incident on the filler 65 causes collapse. As a result, fine powder is generated.

なお、充填体にはジルコニア製ボールの他に、粉体を用いることもできる。即ち、ジルコニア製の粉体を含む充填体５６の直径は、レーザ光の照射時間や発振周波数に基づいて設定される。換言すると、レーザ光が照射される前のジルコニア製の充填体５６の体積をＶ_０、パルス毎に崩壊する体積をＺ、レーザ光の発振周波数をｆ、レーザ光の照射時間をｔ、とするとき、最低限必要な充填体の半径Ｒは、下記の式（１）で表されるとおりである。
Ｒ＝｛３Ｖ_０−ｔｆＺ／４π｝^１／３・・・（１） In addition to the zirconia balls, powder can be used for the filler. That is, the diameter of the filler 56 containing zirconia powder is set based on the irradiation time and the oscillation frequency of the laser beam. In other words, the volume of the filling body 56 made of zirconia before irradiation with the laser beam is V ₀ , the volume that collapses for each pulse is Z, the oscillation frequency of the laser beam is f, and the irradiation time of the laser beam is t. At this time, the minimum required radius R of the filler is as represented by the following formula (1).
R = {3V ₀ -tfZ / 4π} ^1/3 (1)

更に換言すると、充填体５６としては、式（１）で求められる半径Ｒよりも半径が大きいものが選定される。また、式（１）のパルス毎に崩壊する体積Ｚは、予め実験により求められる体積であるから、ジルコニア製の粉体を含む充填体以外のもので、例えば素材がジルコニアの充填体であっても予め実験によりパルス毎に崩壊する体積Ｚが求めることができれば選定することができる。 In other words, the filler 56 having a radius larger than the radius R obtained by the equation (1) is selected. In addition, the volume Z that collapses for each pulse of the formula (1) is a volume that is obtained in advance by experiments, so that it is other than a packing containing powder made of zirconia, for example, a packing made of zirconia. Also, if the volume Z that collapses for each pulse can be obtained in advance by experiment, it can be selected.

なお、レーザ光がワークに照射される間に、該ワークの壁部に貫通穴を形成して、該貫通穴を通る該レーザ光が、貫通穴が形成された壁部と対向するワークの内周面に到達することを回避するべく、充填体５６は設けられたものであり、レーザ光を照射して溶融しないもので且つ、前記ワークに形成される貫通穴の直径、及び上述の式（１）で求められるＲよりも半径が大きいものであれば、充填体の素材、形状は特に限定されない。 While the workpiece is irradiated with the laser beam, a through hole is formed in the wall portion of the workpiece, and the laser beam passing through the through hole passes through the wall portion in which the through hole is formed. In order to avoid reaching the peripheral surface, the filler 56 is provided and does not melt when irradiated with laser light, and the diameter of the through hole formed in the workpiece, and the above formula ( The material and shape of the filler are not particularly limited as long as the radius is larger than R obtained in 1).

貫通穴の直径は３μｍ〜２００μｍであり、少なくとも貫通穴よりも大きい粉体を用いる必要があり、ジルコニア製ボールを用いる場合、ジルコニア製ボールの直径は直径３０μｍ〜２０ｍｍであることが望ましい。 The diameter of the through hole is 3 μm to 200 μm, and it is necessary to use a powder that is at least larger than the through hole. When a zirconia ball is used, the diameter of the zirconia ball is preferably 30 μm to 20 mm.

次に（ｃ）の矢印（１）で示すようにクランプ板５９を上昇させて、ワーク６６をクランプする。これでワーク６６のセットが完了する。
この図に示されるとおり、低圧手段６４は、中空部６７に繋げられ、この中空部６７の気圧を壁部６８の外側よりも低くしている。 Next, as shown by arrow (1) in (c), the clamp plate 59 is raised to clamp the workpiece 66. This completes the setting of the workpiece 66.
As shown in this figure, the low pressure means 64 is connected to the hollow portion 67, and makes the air pressure of the hollow portion 67 lower than the outside of the wall portion 68.

低圧手段６４により、中空部６７の気圧を壁部６８の外側よりも低くする。これにより、ワーク６６を低圧側に引っ張る力が作動する。穴あけ前には、この力によりワーク６６がしっかり抑えられる。
次図でワーク支持部の作業位置までの移動について説明する。 The air pressure in the hollow portion 67 is made lower than the outside of the wall portion 68 by the low pressure means 64. Thereby, the force which pulls the workpiece | work 66 to the low voltage | pressure side act | operates. Prior to drilling, this force holds the workpiece 66 firmly.
Next, the movement of the work support part to the work position will be described.

図４（ａ）に示されるように、ワーク６６をクランプした後は、ワーク回転テーブル（図１符号２７）を作動させ、（ｂ）に示すように再び振動機構５６の先端が上向きになるような位置まで、ワーク支持部材１２を移動させる。
次図で、ワーク支持部材１２に蓋部１４を被せる際の作用について説明する。 As shown in FIG. 4A, after the workpiece 66 is clamped, the workpiece rotation table (reference numeral 27 in FIG. 1) is operated, and the tip of the vibration mechanism 56 is again directed upward as shown in FIG. 4B. The workpiece support member 12 is moved to a proper position.
Next, the operation when the work support member 12 is covered with the lid 14 will be described.

図５に示されるように、待機位置（図１符号３９）からワーク支持部材１２の上に蓋部１４を移動させ、その後、矢印（３）で示すように蓋部１４を降下させる。この動作により、蓋部１４の隔壁４１及びシール材５１、並びにワーク支持部材１２の内壁部５４及びクランプ板５９の上面により照射室６３が形成される。このようにして照射室６３を形成した上で、ワークにレーザ光を照射する。 As shown in FIG. 5, the lid portion 14 is moved onto the work support member 12 from the standby position (reference numeral 39 in FIG. 1), and then the lid portion 14 is lowered as indicated by an arrow (3). By this operation, an irradiation chamber 63 is formed by the partition wall 41 and the sealing material 51 of the lid portion 14 and the upper surfaces of the inner wall portion 54 and the clamp plate 59 of the work support member 12. After forming the irradiation chamber 63 in this way, the workpiece is irradiated with laser light.

図６に示すようにレーザ光７０を照射する際は、ガス供給手段４５で圧縮ガスを供給しつつ、レーザ光７０を照射することにより発生するちりを排出手段４９で排出する。ガス供給手段４５で圧縮ガスを供給することにより照射室６３内の気圧は高くなる。このため、排出手段４９を作動させることにより、照射室６３内を大気圧と同じ気圧に保つことができる。
振動機構５６、低圧手段６４、ガス供給手段４５及び排出手段４９は、それぞれが接続される制御機構によって制御され、作動される。 As shown in FIG. 6, when the laser beam 70 is irradiated, dust generated by irradiating the laser beam 70 is discharged by the discharge unit 49 while the compressed gas is supplied by the gas supply unit 45. By supplying the compressed gas with the gas supply means 45, the atmospheric pressure in the irradiation chamber 63 increases. For this reason, by operating the discharge means 49, the inside of the irradiation chamber 63 can be maintained at the same atmospheric pressure as the atmospheric pressure.
The vibration mechanism 56, the low pressure means 64, the gas supply means 45, and the discharge means 49 are controlled and operated by a control mechanism to which each is connected.

レーザ光は、ナノ秒レーザ光やピコ秒レーザ光を用いることができる。また、レーザ加工ヘッドにナノ秒レーザ光の照射機及びピコ秒レーザ光の照射機の両方を支持させることもできる。この場合には、ナノ秒レーザ光により大まかな穴あけを行った後、ピコ秒レーザ光で仕上げを行うことにより、精度の高い穴あけ作業を短時間で行うことができる。 As the laser light, nanosecond laser light or picosecond laser light can be used. Further, the laser processing head can support both the nanosecond laser light irradiation device and the picosecond laser light irradiation device. In this case, after performing rough drilling with nanosecond laser light, finishing with picosecond laser light enables highly accurate drilling operations to be performed in a short time.

図７（ａ）に示すように、レーザ光７０に対して、振動機構５６の軸線Ｌ１がなす角度θを、ワーク回転テーブル（図１符号２７）を回転させることにより変えることができる。例えば、（ａ）の場合のθ１は２７°で、これを回転させることにより（ｂ）に示すようにθ２を４５°とすることができる。
これにより、ワーク６６に対してレーザ光７０の当たる照射角度を変えることができる。 As shown in FIG. 7A, the angle θ formed by the axis L1 of the vibration mechanism 56 with respect to the laser beam 70 can be changed by rotating the work rotation table (reference numeral 27 in FIG. 1). For example, θ1 in the case of (a) is 27 °, and by rotating this, θ2 can be set to 45 ° as shown in (b).
Thereby, the irradiation angle at which the laser beam 70 strikes the workpiece 66 can be changed.

図面表裏方向に延びる回転軸２８上にワーク６６が配置される。これにより、照射されるレーザ光７０に対するワーク６６の角度は、ワーク回転テーブルを回動させることにより変えることができる。即ち、１台の装置で様々な角度での穴あけを行うことができ、有益である。 A workpiece 66 is disposed on a rotary shaft 28 extending in the front and back direction of the drawing. Thereby, the angle of the workpiece 66 with respect to the irradiated laser beam 70 can be changed by rotating the workpiece rotary table. That is, drilling at various angles can be performed with one apparatus, which is beneficial.

仮に、回転軸２８に対してワーク６６を離して配置した場合は、ワーク支持部材１２を回転させることにより、ワーク６６は大きく移動し、レーザ光７０の照射されない位置までワーク６６が移動してしまう。逆に、本発明の穴あけ装置１０は、回転軸２８上にワーク６６を配置することにより、簡便な構成でレーザ光７０の照射角度を変えることができる穴あけ装置ということができる。 If the workpiece 66 is arranged away from the rotation shaft 28, the workpiece 66 moves greatly by rotating the workpiece support member 12, and the workpiece 66 moves to a position where the laser beam 70 is not irradiated. . Conversely, the drilling device 10 of the present invention can be said to be a drilling device that can change the irradiation angle of the laser light 70 with a simple configuration by arranging the workpiece 66 on the rotating shaft 28.

図８（ａ）に示すように、排出手段４９を作動させながらワーク６６にレーザ光７０を照射することにより、被照射部７１で発生するちり７２を素早く回収することが出来る。
貫通穴（（ｃ）符号７５）が形成されるまでの間、制御機構は、照射室６３内の気圧が、中空部６７の気圧よりも高く且つ大気圧以下にするように制御している。 As shown in FIG. 8A, the dust 72 generated in the irradiated portion 71 can be quickly recovered by irradiating the workpiece 66 with the laser beam 70 while operating the discharge means 49.
Until the through hole ((c) symbol 75) is formed, the control mechanism controls the atmospheric pressure in the irradiation chamber 63 to be higher than the atmospheric pressure of the hollow portion 67 and lower than the atmospheric pressure.

即ち、ガス供給手段４５の単位時間当たりのガスの供給量よりも多く排出手段４９で吸引している。加えて、この排出手段４９の単位時間当たりの吸引量よりも多く、低圧手段６４で吸引している。
気圧の差を生じさせることにより照射室６３内に気流が発生する。この気流により効率よくちりが外部へ排出される。 That is, the discharge means 49 sucks more gas than the gas supply means 45 supplies per unit time. In addition, the suction means 49 sucks more than the suction amount per unit time and is sucked by the low pressure means 64.
An air flow is generated in the irradiation chamber 63 by causing a difference in atmospheric pressure. Dust is efficiently discharged to the outside by this airflow.

一方、（ｂ）に示すように、排出手段を有しない比較例では、蒸発したちり７２がその場に止まることにより、穴に再付着することがある。従って、再付着したちり７３を再度削りながら穴あけを行うため、時間がかかる。
即ち、（ａ）に示すように排出手段４９を作動させながらワーク６６にレーザ光７０を照射することにより、ちり７２の再付着を防ぐことができ、早く穴を貫通させることができる。 On the other hand, as shown in (b), in the comparative example having no discharging means, the evaporation trap 72 may be reattached to the hole by stopping in place. Therefore, it takes time to perform the drilling while re-attaching the adhesive 73 again.
That is, as shown in (a), by irradiating the workpiece 66 with the laser beam 70 while operating the discharge means 49, the reattachment of the dust 72 can be prevented and the hole can be penetrated quickly.

換言すると、穴あけ装置は、図示しない制御機構を備え、照射室６３を、大気圧若しくは大気圧よりも若干低圧に保った状態にすることができる。前記いずれかの状態で図示しないレーザ加工ヘッドからレーザ光７０を発射し、中空状のワーク６６の外側面に照射する。加工によりちり（プリューム）７２が発生する。 In other words, the drilling device includes a control mechanism (not shown), and the irradiation chamber 63 can be kept at atmospheric pressure or a state slightly lower than atmospheric pressure. In any of the above states, a laser beam 70 is emitted from a laser processing head (not shown), and is irradiated on the outer surface of the hollow workpiece 66. Dust (plume) 72 is generated by processing.

なお、貫通穴７５が形成されるまでは、照射室６３に気体の逃げ場がない場合（ｂ）は、加圧しすぎると加工が透過板４３または密閉部材に負荷をかける。また、加圧しすぎると空気がちり７２を押さえてしまい、加工されるべき箇所からちり７２が除去されずに、そのちり７２がレーザ光７０を遮ってしまうおそれがある。更に換言すると、加圧しすぎない方が加工が進むからである。 In the case where there is no gas escape in the irradiation chamber 63 until the through hole 75 is formed, the processing places a load on the transmission plate 43 or the sealing member if the pressure is excessively increased (b). Further, if the pressure is excessively applied, the air may suppress the dust 72, and the dust 72 may be blocked from the laser light 70 without being removed from the portion to be processed. In other words, the process proceeds when the pressure is not excessively increased.

（ｃ）に示すように貫通穴７５が形成されると、レーザ光７０は充填体６５に衝突する。この衝突により、充填体６５はレーザ光７０のエネルギを吸収する。充填体６５がエネルギを吸収することにより、レーザ光７０が内周面７６に照射されることを防ぐことができる。 When the through hole 75 is formed as shown in (c), the laser beam 70 collides with the filler 65. Due to this collision, the filler 65 absorbs the energy of the laser beam 70. Since the filler 65 absorbs energy, the inner circumferential surface 76 can be prevented from being irradiated with the laser beam 70.

また、レーザ光７０を照射された充填体６５は、振動機構５６により振動を与えられている。例えば、このときの振動周波数は３０ｋＨＺ〜１００ｋＨｚであり、振幅は５μｍ〜３０μｍである。この振動により充填体６５が動かされ、レーザ光７０の照射される場所を少しずつ変えることができる。 Further, the filling body 65 irradiated with the laser beam 70 is given vibration by the vibration mechanism 56. For example, the vibration frequency at this time is 30 kHz to 100 kHz, and the amplitude is 5 μm to 30 μm. The filler 65 is moved by this vibration, and the place where the laser beam 70 is irradiated can be changed little by little.

具体的には、このような振動条件の下では、図８（ｃ）における鉛直方向に沿って約０．１ｍｍ上方移動ないし下方移動しながら、回転動作をすることができる。即ち、レーザ光７０の照射される場所が充填体６５の１箇所に集中しないようにすることにより、レーザ光７０によるダメージの分散を図ることができ、充填体６５の長寿命化を図ることができる。 Specifically, under such vibration conditions, the rotating operation can be performed while moving upward or downward by about 0.1 mm along the vertical direction in FIG. That is, by preventing the laser beam 70 from being focused on one place of the filling body 65, damage caused by the laser light 70 can be dispersed, and the life of the filling body 65 can be extended. it can.

レーザ光７０での加工が進むと、（ｃ）に示すように貫通穴７５が形成され、その後は、弁７７を閉じ、排出手段４９を停止させる。穴が貫通した後は、低圧手段６４によりちり７２が回収される。穴あけ後には、低圧手段６４によりレーザ光７０の照射により発生したちり７２が回収され、貫通穴７５付近にちり７２が留まらない。 When processing with the laser beam 70 proceeds, a through hole 75 is formed as shown in FIG. 3C, and thereafter, the valve 77 is closed and the discharge means 49 is stopped. After the hole penetrates, the dust 72 is collected by the low pressure means 64. After the drilling, the dust 72 generated by the irradiation of the laser beam 70 is recovered by the low pressure means 64, and the dust 72 does not stay near the through hole 75.

なお、（ａ）の状態では、内周面７６で形成されるワークの中空部の気圧を、ワークの壁部６８の外側よりも低くされて制御されている。そして、（ｃ）に示すように貫通穴７５が形成されると、圧力差で空気がワークの中空部内を矢印の用に流れ、この流れに伴いちり７２は低圧手段に押し流される。 In the state (a), the air pressure in the hollow portion of the workpiece formed by the inner peripheral surface 76 is controlled to be lower than the outside of the wall portion 68 of the workpiece. When the through hole 75 is formed as shown in (c), air flows in the hollow portion of the work as indicated by the arrow due to the pressure difference, and the dust 72 is pushed away by the low pressure means along with this flow.

また、弁７７を切替えると、照射室６３は（ａ）の状態よりも気圧が高圧になり、照射室６３の気圧とワークの中空部の気圧との圧力差が更に大きくなり、図（ｃ）の矢印のように示されるワークの中空部内の空気の流れがよりいっそう円滑になる。
ちり７２の貫通穴７５付近への再付着を防ぐことができ、作業の効率化を図ることができる。 When the valve 77 is switched, the pressure in the irradiation chamber 63 becomes higher than that in the state (a), and the pressure difference between the pressure in the irradiation chamber 63 and the pressure in the hollow portion of the workpiece is further increased, and FIG. The air flow in the hollow portion of the work indicated by the arrow of FIG.
Reattachment of the dust 72 to the vicinity of the through hole 75 can be prevented, and work efficiency can be improved.

貫通穴７５が形成された後は、排出手段４９の排出機能を停止させる。これにより、気流がガス供給手段４５から低圧手段６４に向かう気流のみになる。ちり７２を排出するための気流を一つに絞ることにより、効率よくちり７２を外部へ排出することができる。 After the through hole 75 is formed, the discharge function of the discharge means 49 is stopped. As a result, the airflow is only the airflow from the gas supply means 45 toward the low pressure means 64. By restricting the airflow for discharging the dust 72 to one, the dust 72 can be efficiently discharged to the outside.

充填体６５の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍであって、振動機構５６が発振する振動周波数は３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、発振の際の振幅は５μｍ〜３０μｍである。充填体６５の大きさは３０μｍ〜２０ｍｍである。この大きさであれば、ワーク６６に燃料噴射ノズルを用いた場合に中空部６７内に充填体を振動させるための程良いスペースが空く。また、前述の振動条件で振動させることにより充填体６５をよく振動させることができるため、充填体６５の長寿命化を図ることができる。 The size of the filler 65 is 30 μm to 20 mm, the vibration frequency oscillated by the vibration mechanism 56 is 30 kHz to 100 kHz, and the amplitude at the time of oscillation is 5 μm to 30 μm. The size of the filler 65 is 30 μm to 20 mm. With this size, when a fuel injection nozzle is used for the workpiece 66, a suitable space for vibrating the filler in the hollow portion 67 is vacated. In addition, since the filling body 65 can be vibrated well by vibrating under the above-described vibration conditions, the life of the filling body 65 can be extended.

（ｄ）の比較例に示すように、充填体を充填しない場合は、レーザ光７０がワーク６６の内周面７６に接触し、その部分を除去してしまう。 As shown in the comparative example of (d), when the filler is not filled, the laser beam 70 comes into contact with the inner peripheral surface 76 of the workpiece 66 and the portion is removed.

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図９に示されるように、クランプ機構に蝶ボルト７８、７８を用いた。蝶ボルト７８、７８を用いた場合はクランプ機構を簡易に構成することができる。
このようなクランプ機構を用いた場合であっても、充填体がエネルギを吸収することにより、レーザ光が内周面に照射されることを防ぐことができるという本発明の効果を得ることができる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 9, butterfly bolts 78 and 78 were used for the clamping mechanism. When the butterfly bolts 78 and 78 are used, the clamp mechanism can be simply configured.
Even when such a clamp mechanism is used, it is possible to obtain the effect of the present invention that it is possible to prevent the laser beam from being irradiated onto the inner peripheral surface by the filler absorbing energy. .

尚、本発明に係る穴あけ装置は、実施の形態では燃料噴射ノズルに適用したが、細い貫通穴があけられる部材であれば、その他の機械部品等にも適用可能であり、用途はこれらに限られるものではない。 Although the drilling device according to the present invention is applied to the fuel injection nozzle in the embodiment, it can be applied to other mechanical parts as long as it is a member capable of drilling a thin through hole. It is not something that can be done.

本発明に係る穴あけ装置は、燃料噴射ノズルの穴あけに好適である。 The drilling device according to the present invention is suitable for drilling a fuel injection nozzle.

１０…穴あけ装置、１１…ワーククランプ機構、５６…振動機構、６４…低圧手段、６５…充填体、６６…ワーク、６７…中空部、６８…壁部、７０…レーザ光、７５…貫通穴、７８…蝶ボルト。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Drilling apparatus, 11 ... Work clamping mechanism, 56 ... Vibration mechanism, 64 ... Low pressure means, 65 ... Filling body, 66 ... Workpiece, 67 ... Hollow part, 68 ... Wall part, 70 ... Laser beam, 75 ... Through-hole, 78 ... Butterfly bolt.

Claims

A drilling device that forms a through hole in the wall portion of the workpiece by irradiating a laser beam toward the hollow portion from the outside of the hollow workpiece,
A filling body that is filled in the hollow portion and is not melted by the laser beam, a vibration mechanism that is arranged so as to be in contact with the filling body, and that vibrates the filling body, and a work clamp mechanism that fixes the work ,
The work clamp mechanism comprises a clamp cylinder as a drive source, a plate connected to the tip of the clamp cylinder, a support column extending from the plate, and a clamp plate attached to the tip of the support column. ,
A punching device , wherein a work pocket for clamping the work is formed on the clamp plate .

The drilling device according to claim 1,
A workpiece support member that clamps and supports the workpiece together with the workpiece clamp mechanism;
A lid that covers the workpiece support member, and the workpiece support member and the lid form an irradiation chamber for irradiating the workpiece with the laser beam.
The work support member comprises a recess that forms part of the irradiation chamber, and a work pocket on the work support member that is formed in the recess and clamps the work together with the work pocket.
The tip of the vibration mechanism is extended toward the work pocket on the work support member side,
The lid includes a transmission plate that is supported by a support frame and transmits laser light, a passage through which the laser light that has passed through the transmission plate passes, a partition wall that is connected to the passage to form a space of the irradiation chamber, and the passage A compressed gas supply path through which a compressed gas that is connected to the irradiation chamber and increases the pressure in the irradiation chamber passes, a nozzle-shaped tip portion that faces the irradiation chamber and is directed in a direction in which the laser beam is irradiated, and the partition wall And a sealing material that comes into contact with the outer wall of the workpiece support member,
The drilling device , wherein a discharge means for sucking dust generated by the irradiation of the laser beam is connected to the tip portion .

In the formation method of a through-hole implemented using the drilling apparatus of Claim 1 or Claim 2,
Filling the filling body into the hollow part of the workpiece;
Clamping the workpiece with the workpiece clamping mechanism;
Irradiating the wall of the workpiece with laser light while vibrating the filler;
And a step of discharging dust generated at the periphery of the workpiece simultaneously with the irradiation of the laser beam.