JP5574008B2 - Processing method and processing device for micro-machined part in mechanical component - Google Patents
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Description
本発明は、機構部品における微細加工部の加工方法および加工装置に関するものである。 The present invention relates to a processing method and a processing apparatus for a finely processed portion in a mechanical component.
従来、種々の機構部品において、微細な貫通孔や細溝などを形成する精密加工には、周知のドリル加工や、放電加工が用いられてきた。
ドリル加工は、加工穴の径が小さくなればなるほど、対応するドリルの径も小さくする必要があるため、ドリルの折損率が増大し、機構部品の不良品発生率が高まることになる。
また放電加工は、電気加工の特性上、加工部位と電極との間には、数十〜数100μmの隙間(放電ギャップ)が必須のものであるので、加工穴径が微小になればなるほど、超極細の電極が必要となる。かかる極細電極には、高電圧を印加することはできず、加えて電極は再生不能であり、極めて高価であるが故に、ランニングコストが上昇する。
Conventionally, well-known drilling and electric discharge machining have been used for precision machining for forming fine through holes and fine grooves in various mechanical components.
In the drilling process, the smaller the diameter of the drilled hole, the smaller the corresponding drill diameter needs to be. Therefore, the breakage rate of the drill increases, and the defective product occurrence rate of the mechanical parts increases.
Moreover, since the electrical discharge machining has a gap (discharge gap) of several tens to several hundreds of μm between the machining site and the electrode due to the characteristics of electromachining, the smaller the machining hole diameter, Ultra-fine electrodes are required. A high voltage cannot be applied to such an ultrafine electrode, and in addition, the electrode cannot be regenerated and is extremely expensive, resulting in an increase in running cost.
そこで本出願人は、放電加工、ドリル加工等の加工法に代わる加工法として、ウォータジェットレーザ加工装置に注目した(特許文献1参照)。すなわちウォータジェットレーザ加工装置は、高圧水供給部から高圧水を円筒状の水柱として加工部位に噴射し、かかる水柱を導波路として、レーザ発生部からレーザ光を照射して加工を行うものである。
このようなウォータジェットレーザ加工装置によれば、加工部位に噴射される水柱は円筒状で、レーザ光はかかる円筒状水柱内を全反射しながら進行するので真直性が高い。従って、加工部位の位置決めを正確に行うことができ、しかも、エネルギーが水柱内に集約されるので、効率よく高い精度の加工が期待できる。
Therefore, the present applicant paid attention to a water jet laser machining apparatus as a machining method that replaces machining methods such as electric discharge machining and drill machining (see Patent Document 1). In other words, the water jet laser processing apparatus performs processing by injecting high-pressure water from a high-pressure water supply unit to a processing site as a cylindrical water column and irradiating laser light from a laser generation unit using the water column as a waveguide. .
According to such a water jet laser processing apparatus, the water column injected into the processing site is cylindrical, and the laser light travels while totally reflecting inside the cylindrical water column, so that the straightness is high. Therefore, the processing site can be accurately positioned, and energy is concentrated in the water column, so that efficient and highly accurate processing can be expected.
このように、ウォータジェットレーザ加工は、放電加工では得られない利点を有するものであるが、一回、一回の加工範囲は水柱の断面積の範囲内に限られ、その機構部品に応じて自由な形状、任意寸法の加工孔、溝を形成するには、ウォータジェットおよびレーザの発振源か、機構部品側を動かす必要が出てくる。
またその際、留意しなくてはならないのが、加工表面と深潭部におけるレーザパワー値の減衰率の違いである。このウォータジェットレーザ加工法は、細いウォータジェットをレーザの導波路として利用する方法なので、ウォータジェットが極微細幅の中を壁面に干渉しながら、深潭部に到達することから、深潭領域においてはウォータジェットが乱れる故に、有効性が低下するものと考えられる。すなわち、被加工物の表面近傍より、深潭近傍の面粗度は荒くなる傾向があると思われる。
本発明は、以上のような背景から提案されたものであって、ウォータジェットレーザ加工法を生かすべく、機構部品の加工時に機構部品及びレーザ光出射側を、可動可能とすることで、加工精度も良好でより自由な形状の貫通孔を形成可能とした、機構部品における微細加工部の加工方法および加工装置を提供することを目的とする。
As described above, water jet laser machining has advantages that cannot be obtained by electrical discharge machining, but the machining range for each time is limited to the range of the cross-sectional area of the water column, depending on the mechanical parts. It is necessary to move the water jet and laser oscillation source or the mechanical component side in order to form a free shape, an arbitrarily sized processing hole, and a groove.
At that time, it is necessary to pay attention to the difference in the attenuation rate of the laser power value between the processed surface and the deep part. Since this water jet laser processing method uses a thin water jet as a laser waveguide, the water jet reaches the deep part while interfering with the wall surface in a very fine width. Is considered to be less effective because the water jet is disturbed. That is, it seems that the surface roughness in the vicinity of the abyss tends to be rougher than in the vicinity of the surface of the workpiece.
The present invention has been proposed from the background as described above. In order to make use of the water jet laser processing method, the mechanical component and the laser light emitting side can be moved during processing of the mechanical component, so that the processing accuracy can be improved. Another object of the present invention is to provide a processing method and a processing apparatus for a finely processed portion in a mechanical component, which can form a through hole having a favorable and more free shape.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、機構部品(20)に対し、ウォータジェットレーザ加工により微細加工部を形成するための、機構部品(20)における微細加工部の加工方法であって、前記機構部品(20)における微細加工部を形成すべき部位に、前記ウォータジェットレーザ加工を施す際に、高圧水と共にレーザ光を出射するレーザヘッド(7)及び前記機構部品(20)を作動させつつ加工を施すことで、縦断面形状が扇形状の孔である前記微細加工部を得るようにしていて、前記孔の最外周となる位置よりも内周側を始点として、ウォータジェットレーザ加工をスタートし、ウォータジェットレーザ加工のスタート後、最外周となる位置よりも内周側で前記レーザヘッド(7)を前記機構部品(20)の前記微細加工部の形成方向に沿って往復動させる一方、前記機構部品(20)の中心軸上の揺動中心点を中心として、前記揺動部品(20)を所定角度、揺動させながら加工を行うようにしてから外周側を加工することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
これにより、ウォータジェットレーザ加工により微細加工部を形成するに当り、機構部品(20)に対応する縦断面形状が扇形状の孔である微細加工部を容易に形成することができる。 Thereby, when forming a micro process part by water jet laser processing, the micro process part whose longitudinal cross-sectional shape corresponding to a mechanism component (20) is a fan-shaped hole can be formed easily.
また、機構部品(20)に微細加工部を形成すべき部位に、より効率的に微細加工部が形成される。その場合、レーザヘッド(7)側と機構部品(20)の移動方向、速度を変えることで、意のままに縦断面形状が扇形状の孔の微細加工部を形成することができる。 In addition, the finely processed portion is more efficiently formed at the site where the finely processed portion is to be formed in the mechanical component (20). In that case, by changing the moving direction and speed of the laser head (7) side and the mechanism component (20), it is possible to form a micro-machined portion of a hole having a fan-shaped longitudinal section.
請求項2に記載の発明では、前記レーザヘッド(7)と前記機構部品(20)とを、前記機構部品(20)の揺動動作方向に逆方向に動作させて加工を施すようにしたことを特徴とする。
In the invention according to
これにより、一層、効率的に微細加工部を形成することができ、しかも、動かし方により、意のままに縦断面形状が扇形状の孔の微細加工部を形成することができる。 Thereby, a finely processed part can be formed more efficiently, and a finely processed part having a fan-shaped hole having a vertical cross-sectional shape can be formed at will depending on how it is moved.
請求項3に記載の発明では、前記ウォータジェットレーザ加工により前記機構部品(20)に前記微細加工部を形成するに当り、前記微細加工部を形成すべき部位に、高圧水供給部(5)からの高圧水を鉛直方向に円筒噴流として噴射すると共に、前記高圧円筒噴流を導波路として、レーザ発生部(4)から前記レーザヘッド(7)を介してレーザ光を照射して加工を行うことを特徴とする。
In the invention according to
これにより、高圧水供給部(5)からの高圧水が、鉛直方向に円筒噴流として噴射されると共に、高圧円筒噴流を導波路としてレーザ光が照射されることで、微細加工部を形成すべき部位に、ビーム痕が形成され、対応する溝幅の加工溝が形成される。 As a result, high-pressure water from the high-pressure water supply unit (5) is jetted as a cylindrical jet in the vertical direction, and a laser beam is irradiated using the high-pressure cylindrical jet as a waveguide to form a finely processed portion. Beam traces are formed in the part, and processed grooves having a corresponding groove width are formed.
請求項4に記載の発明では、前記微細加工部を形成すべき部位に対し、前記レーザヘッド(7)から、鉛直軸方向に前記高圧水の高圧円筒噴流と共にレーザ光を照射して、前記レーザヘッド(7)を前記機構部品(20)の前記微細加工部の形成方向に沿って往復動させる一方、前記機構部品(20)を支える加工テーブル(3)を、前記機構部品(20)の中心軸上の揺動中心点を中心として、所定角度、揺動させるようにしたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the laser beam is irradiated along with the high-pressure cylindrical jet of the high-pressure water in the vertical axis direction from the laser head (7) to the portion where the finely processed portion is to be formed. While the head (7) is reciprocated along the forming direction of the micro-machined portion of the mechanical component (20), the processing table (3) supporting the mechanical component (20) is moved to the center of the mechanical component (20). It is characterized in that it is swung by a predetermined angle around the swing center point on the shaft .
これにより、機構部品(20)に微細加工部を形成すべき部位に、鉛直軸を中心として、機構部品(20)を揺動させることで、断面扇形状に拡開する微細溝(10)が形成される。 As a result, the fine groove (10) that expands into a fan shape in cross section is obtained by swinging the mechanical component (20) around the vertical axis at a site where a finely processed portion is to be formed in the mechanical component (20). It is formed.
請求項5に記載の発明では、前記機構部品(20)はインジェクタであり、前記微細加工部は噴孔(26)であることを特徴とする。
The invention according to
これにより、インジェクタ(10)の噴孔(26)を、断面扇形状に加工することで、インジェクタ(10)を、燃料噴霧時に抵抗なく、また、広角度な噴霧が可能で噴霧性能を向上させたものとすることができる。 Thus, by processing the nozzle hole (26) of the injector (10) into a fan shape in cross section, the injector (10) can be sprayed at a wide angle without resistance during fuel spraying, thereby improving the spray performance. Can be.
請求項6に記載の発明では、機構部品(20)に対し、ウォータジェットレーザ加工により微細加工部を形成するための、機構部品(20)における微細加工部の加工装置であって、高圧水を水柱(6)として噴射すると共にレーザ光を出射するレーザヘッド(7)を備えたウォータジェットレーザ加工装置(2)と、前記機構部品(20)を載置して加工を行うための加工テーブル(3)と、を具備し、前記レーザヘッド(7)はレーザヘッド駆動機構(12)を備えると共に、前記加工テーブル(3)は揺動駆動機構(13)を備え、前記レーザヘッド(7)を前記レーザヘッド駆動機構(12)により作動させつつ、前記加工テーブル(3)を前記揺動駆動機構(13)により揺動させて、前記機構部品(20)における前記微細加工部を形成すべき部位に、高圧水と共にレーザ光を照射して加工を施すことで、縦断面形状が扇形状の孔である前記微細加工部を得るようにしていて、前記孔の最外周となる位置よりも内周側を始点として、ウォータジェットレーザ加工をスタートし、ウォータジェットレーザ加工のスタート後、最外周となる位置よりも内周側で前記レーザヘッド(7)を前記機構部品(20)の前記微細加工部の形成方向に沿って往復動させる一方、前記機構部品(20)の中心軸上の揺動中心点を中心として、前記揺動部品(20)を所定角度、揺動させながら加工を行うようにしてから外周側を加工することを特徴とする。
In invention of
これにより、レーザヘッド(7)をレーザヘッド駆動機構(12)により作動させつつ、機構部品(20)を載置した加工テーブル(3)を揺動駆動機構(13)により揺動させることで、微細加工部を形成すべき部位に、水柱(6)が噴射されると共にレーザ光が照射されて、ビーム痕が形成され、微細加工部を形成すべき部位には、所望形状の微細加工部となって形成される。 As a result, the processing table (3) on which the mechanical component (20) is placed is swung by the swing driving mechanism (13) while the laser head (7) is operated by the laser head driving mechanism (12). A water column (6) is jetted onto the part where the micro-processed part is to be formed and laser light is irradiated to form a beam trace. The part where the micro-processed part is to be formed includes a micro-processed part having a desired shape. Formed.
さらに請求項7に記載の発明では、インジェクタであり、前記微細加工部は噴孔(26)であることを特徴とする。
Further, the invention according to
これにより、インジェクタ(10)の噴孔(26)を、断面扇形状に加工することで、インジェクタ(10)を、燃料噴霧時に抵抗なく、また、広角度な噴霧が可能で噴霧性能を向上させたものとすることができる。 Thus, by processing the nozzle hole (26) of the injector (10) into a fan shape in cross section, the injector (10) can be sprayed at a wide angle without resistance during fuel spraying, thereby improving the spray performance. Can be.
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一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
機構部品に微細加工部を形成する際、機構部品側及びレーザ出射側を作動させることで、一回、一回の加工範囲は水柱の断面積の範囲内に限られるウォータジェットレーザ加工法であっても、機構部品側またはレーザ出射側の動かし方により、自由な形状の微細加工部を形成することができる。
機構部品がインジェクタである場合、断面扇形状の噴孔として形成することができ、燃料噴霧時に抵抗なく、また、広角度な噴霧が可能で噴霧性能を向上させたインジェクタを製造することができる。
When forming the micro-machined part in the mechanical component, the mechanical component side and the laser emission side are actuated, so that the one-time processing range is a water jet laser processing method that is limited to the cross-sectional area of the water column. However, it is possible to form a finely processed portion having a free shape by moving the mechanical component side or the laser emission side.
When the mechanical component is an injector, it can be formed as an injection hole having a fan-shaped cross section, and it is possible to manufacture an injector that has no resistance during fuel spraying and can spray over a wide angle and has improved spraying performance.
本発明にかかる機構部品における微細加工部の加工方法を実施するにあたり用いられる、加工装置1の一例を示す。
本加工装置1は、機構部品(後述)に対し、ウォータジェットレーザ加工により微細加工部を形成するための装置である。
本加工装置1は、詳細は後述するが、ウォータジェットをレーザの導波路として利用するウォータジェットレーザ加工装置2と、機構部品を載置して加工を行うための加工テーブル3とを備える。
An example of the
The
As will be described in detail later, the
ウォータジェットレーザ加工装置2は、レーザ光を発生させるレーザ発生部4と、高圧水を発生する高圧水供給部5と、高圧水供給部5から高圧水を水柱6として噴射すると共にレーザ光を出射するレーザヘッド7と、レーザヘッド7から、高圧水を所定の細径円筒状の水柱6として噴射可能とするためのノズル8とを備えて、ノズル8を介して噴射する高圧水の水柱6を導波路として、レーザヘッド7において絞られたレーザ光を照射するようにしている。
The water jet
レーザヘッド7は、レーザ発生部4と光ファイバ9を介して連結している。レーザヘッド7には集光用レンズ10が介在され、高圧水供給部5からの高圧水を導入するための導入口11が設けられている。
The
そして以上のような構成の加工装置1では、ウォータジェットレーザ加工装置2におけるレーザヘッド7には、詳細は図示しないが、微細加工部を構成する輪郭線に沿って水柱6が進行するように、レーザヘッド7を移動させるためのレーザヘッド駆動機構12が設けられている一方、加工テーブル3には、微細加工部の中心を鉛直方向に貫く軸を中心に加工テーブル3を揺動させる揺動駆動機構13が設けられている。
In the
レーザヘッド7を移動させるためのレーザヘッド駆動機構12は、例えば、XYステージで構成し、制御盤(図示省略)により制御動作可能な周知の駆動機構でよい。
また、加工テーブル3を揺動させる揺動駆動機構13は、例えばそれぞれ伸縮駆動機構を搭載した多軸リンク旋回支持機構で構成することができ、かかる揺動駆動機構13も制御盤(図示省略)により制御動作可能な構成としている。
これらレーザヘッド駆動機構12と揺動駆動機構13とは、機構部品の微細加工部が所望の寸法、形状のものが得られるように、互いに関連付けて動作を行うように動作プログラムが制御盤に格納されている。
The laser
Further, the
The laser
ここで、機構部品20の対象としては、図2に示すように、例えばインジェクタを一例として挙げることができる。
機構部品20(以下、インジェクタ20)は、詳細は説明しないが燃料噴射先端側に円筒形状のノズルボディ21と、ノズルボディ21先端に嵌着可能な、被加工物である蓋部22と、後端側にインジェクタ本体(図示省略)に取り付けてなる取付部23とを有している。
Here, as an object of the
Although not described in detail, a mechanical component 20 (hereinafter referred to as an injector 20) includes a
ノズルボディ21は横断面円形状で軸方向に延び、その中空部21aに針状のニードル弁24が軸方向に移動可能に挿通されている。
また、蓋部22は、図に示すように、先端側が内側に空間を有する略円錐形状のドーム部25を有する。ドーム部25の内側空間には、円錐台状の弁座部25aを形成している。
The
Moreover, the
そしてドーム部25の先端には、ドーム部25を肉厚方向に貫通させた長さlの異径噴孔26が形成されている。かかる噴孔26は、図3に示すように左右一対の側壁26a、横壁26bにより区画されている。異径噴孔26の溝幅hは全長に亘って一定である。
これに対して、幅は図2に示すように内周面側のw1から外周面側のw2まで拡開しており、異径噴孔26は扇形状の縦断面形状を有する。よって、左右の側壁26aは細長い矩形状を持つが、横壁26bは扇形状を有する。
At the tip of the
On the other hand, as shown in FIG. 2, the width is widened from w1 on the inner peripheral surface side to w2 on the outer peripheral surface side, and the different-
ニードル弁24はノズルボディ21の案内孔21aの内径よりも小さい外径を有し、両者間には環状の燃料流通路27が画成される。また、ニードル弁24はその先端に、ドーム部25の内側空間の弁座部25aに着座する弁部28を有する。ニードル弁24は軸方向に進退(図1において上下動)され、上方に移動したとき弁部28が弁座部25aから離れて異径噴孔26を開放する。その結果、燃料流通路27内の燃料が異径噴孔26から扇形状の噴霧分布形状で噴射されるようになっている。
The
次に、加工装置1を用いた、上述のインジェクタ20のノズルボディ21先端の蓋部22における微細加工部である、異形噴孔26の加工手順について説明する。
先ず、被加工物である蓋部22を、加工テーブル3に保持しておく。この場合、加工テーブル3は、当初は頂部の被加工物である蓋部22の載置面は、略水平状態にあり、かかる載置面に蓋部22が置かれ、蓋部22に対し、ウォータジェットレーザ加工装置2におけるレーザ発生部4からのレーザ光および高圧水供給部5からの高圧水に基づく水柱6が鉛直方向から当たるようになっている。
Next, a processing procedure of the irregularly shaped
First, the
次いで操作指令が、加工装置1における制御盤により与えられると、ウォータジェットレーザ加工装置2におけるレーザヘッド7には、高圧水供給部5から高圧水が送り込まれ、レーザヘッド7から、ノズル8を通じて高圧水を所定の細径円筒状の水柱6として噴射され、その一方でレーザ発生部4にて発生したレーザ光が、光ファイバ9を介してレーザヘッド7に送られ、レーザヘッド7において集光用レンズ10により所望の径に絞られ、ノズル8を介して噴射する高圧水の水柱6を導波路として、レーザヘッド7において絞られたレーザ光を照射することができる。
Next, when an operation command is given by the control panel in the
かくして、ウォータジェットレーザ加工装置2におけるレーザ発生部4からのレーザ光および高圧水供給部5からの水柱6とは、微細加工部である、異形噴孔26を形成すべき部位に、鉛直軸方向から水柱6となって当たる。レーザ発生部4から出射されたレーザ光は、水柱6に沿って全反射しながら進行し、水柱6と共に異形噴孔26を形成すべき部位に漏れなく照射される。
Thus, the laser beam from the laser generating unit 4 and the
かかる水柱6の断面積は、異形噴孔26の面積に比較してはるかに小さいため、所望形状の異形噴孔26を得るために、レーザヘッド7を駆動させるためのレーザヘッド駆動機構12と、加工テーブル3を揺動させる揺動駆動機構13とを、制御盤に予め格納されたプログラムで、互いに関連付けて動作を行う。
例えば、図4、図5に示すように、レーザヘッド7側は、当初、蓋部22のX軸上の適宜な位置を始点として、レーザ発生部4からのレーザ光および高圧水供給部5からの水柱6とが、鉛直軸方向から水柱6となって当たり、加工がスタートする。
レーザヘッド7は、レーザヘッド駆動機構12により、図中、X方向に、異形噴孔26の長さ方向に往復動し、これにより、レーザ光および水柱6は、孔壁面と平行に当っていき、孔壁面が徐々に削られていく。さらにレーザヘッド駆動機構12を、X方向に往復動させる毎に、微小距離、Y方向に徐々に移動させ(オフセットさせ)、その一方で、加工テーブル3側は、揺動駆動機構13により、鉛直軸Zを中心として、所定角度スイングするように、一定速度で揺動させることができる。
Since the cross-sectional area of the
For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the
The
以上のようにして、被加工物である、蓋部22の異形噴孔26を形成すべき部位には、水柱6と共にレーザ光が、図5に示すように、加工テーブル3の始点から、加工テーブル3の揺動動作に基づいて、左右に、扇形状に噴射、照射され、所望の異形噴孔26が貫通形成されるのである(図4参照)。
As described above, the laser beam along with the
以上、本発明にかかる機構部品における微細加工部の加工方法の一例を挙げ、説明したが、ウォータジェットレーザ加工を用いた、機構部品における微細加工部の加工方法としては、レーザヘッド7側と機構部品を支える加工テーブル3側とを双方、作動させる手法において、さらに加工効率を向上させるために、レーザヘッド7側と機構部品20側とを、機構部品20の揺動動作方向に、相対的に対向するように動作させて加工を行うようにすることもできる。
例えば、図5を用いて説明すると、レーザヘッド駆動機構12により、レーザヘッド7を図中、X軸方向に沿って、左方に移動させるときは、機構部品20を支える加工テーブル3を、揺動駆動機構13によって、X軸方向に沿って、右方に振るようにする。
反対に、レーザヘッド7を、X軸方向に沿って、右方に移動させるときは、機構部品20を支える加工テーブル3を、X軸方向に沿って、左方に振るようにする。
このようにレーザヘッド7と加工テーブル3とを、それぞれレーザヘッド駆動機構12、揺動駆動機構13により、制御盤に予め格納されたプログラムで、互いに対向させるように動作を行うことで、機構部品20におけるレーザ光の照射点の移動速度が倍加し、加工の進行を促進することができる。
As mentioned above, an example of the processing method of the microfabrication part in the mechanical component according to the present invention has been described and explained. As a processing method of the microfabrication part in the mechanical component using water jet laser processing, the
For example, referring to FIG. 5, when the
On the contrary, when the
As described above, the
また、本発明では、ウォータジェットレーザ加工装置を用いてレーザヘッド7側及び機構部品20を支える加工テーブル3側を作動させる手法を用いれば、任意の径の丸孔30を加工することもできる(図6参照)。
この場合、レーザヘッド7の動作機構(図示省略)を、高圧水供給部5からの高圧円筒噴流が、微細加工部である、丸孔30の輪郭線を描くように、公転させるようにすることで任意の径の丸孔30を加工することができることになる。
勿論、レーザヘッド7側でなく、機構部品20を支える加工テーブル3側の動作機構を移動させて、丸孔30の輪郭線を描くように、レーザヘッド7からの水柱6を噴射させるようにすることで、丸孔加工を実行することもできる。
Further, in the present invention, if a technique for operating the
In this case, the operation mechanism (not shown) of the
Of course, the
以上のような機構部品における微細加工部の加工方法の他、以下に記載する参考例1のように、レーザヘッド7側は固定し、機構部品を支える加工テーブル3側を揺動させて行う手法も可能である。
In addition to the processing method of the finely processed portion in the mechanical component as described above, as in Reference Example 1 described below, the
(参考例1)
ここでは、機構部品の被加工部位(後述)に対し微細溝を形成するに際し、微細溝を形成すべき被加工部位にレーザ加工を施す際に、機構部品を揺動させながら加工を行うようにしたものである。この場合の加工装置40では、実質的には、図1に示した加工装置1におけるウォータジェットレーザ加工装置2と同様のレーザ加工装置41を備え、揺動可能な加工テーブル3を備えている。なお、レーザ加工装置41については、ウォータジェットレーザ加工装置2と同構成要素には同符号を付して詳細な説明は省略する。
図7に示すように、このレーザ加工装置41では、レーザヘッド7はレーザヘッド駆動機構12が設けられてはおらず、固定型としている。
以上のような加工装置40のレーザ加工装置41によりなされる加工では、加工テーブル3に揺動可能に保持されたインジェクタ20の蓋部22に、水を噴射して水柱6を形成すると共に、該水柱6の中を通してレーザ光を照射するようにしている。
(Reference Example 1)
Here, when forming a fine groove on a processed part (described later) of a mechanical part, when performing laser processing on the processed part where the fine groove is to be formed, the mechanical part is swung while performing the machining. It is a thing. In this case, the
As shown in FIG. 7, in this
In the processing performed by the
なお、加工対象であるインジェクタ20については、図2に示すインジェクタ20を一例として想定しているので、重複図示、説明を避けるため、その図示、説明は省略する。
In addition, about the
次に、加工装置40のレーザ加工装置41により、インジェクタ20のノズルボディ21先端の蓋部22における微細溝である、異形噴孔26の加工手順について説明する。
先ず、インジェクタ20の蓋部22を、加工テーブル3に保持しておく。この場合、加工テーブル3は、当初は頂部の被加工物である蓋部22の載置面は、略水平状態にあり、かかる載置面に蓋部22が置かれると、蓋部22の中心軸が鉛直軸と一致し、且つ、レーザ加工装置41におけるレーザ発生部4からのレーザ光および高圧水供給部5からの水柱6と一致するようになっている(ニュートラル状態)。
Next, a processing procedure of the irregularly shaped
First, the
次いで操作指令を、加工装置40における制御盤により、加工テーブル3、高圧水供給部5、およびレーザ発生部4に対し与え、蓋部22の異形噴孔26を形成すべき部位に、水を噴射して水柱6を形成すると共に、水柱6の中を通してレーザ光を照射するようにする。
これにより、高圧水供給部5から水柱6用の高圧水が、ノズル8を通じて蓋部22の異形噴孔26を形成すべき部位に、鉛直軸方向から水柱6となって当たる。
一方、レーザ発生部4から出射されたレーザ光は、レーザ発生部4から光ファイバ9を通じて、レーザヘッド3に導かれて所望の径に絞られ、水柱6に沿って水柱6と共に蓋部22の異形噴孔26を形成すべき部位に導かれる。
ここで、加工テーブル3は、図示しない駆動機構により、鉛直軸を中心として、所定角度スイングするように、一定速度で揺動している。
これにより、蓋部22の異形噴孔26を形成すべき部位には、水柱6と共にレーザ光が、図8に示すように、加工テーブル3のニュートラル状態における開始点から、加工テーブル3の揺動動作に基づいて、左右に、扇形状に噴射、照射され、所望の異形噴孔26が貫通形成される。
Next, an operation command is given to the processing table 3, the high-pressure
As a result, the high-pressure water for the
On the other hand, the laser light emitted from the laser generating unit 4 is guided to the
Here, the processing table 3 is swung at a constant speed so as to swing at a predetermined angle around the vertical axis by a drive mechanism (not shown).
As a result, the laser beam together with the
ところで、以上のように、加工テーブル3の揺動動作下に、水柱6と共にレーザ光が蓋部22の異形噴孔26を形成すべき部位に照射されると、レーザ光のパワー値が適切な入力値であっても、実加工上のパワー値は、表面>深潭であることから、深潭近傍の面粗度は悪化傾向となる。
しかしながら、上述のような揺動加工を実施することで、深潭部周辺は、レーザ光の照射点の移動速度V2が、表面寄りのレーザ光の照射点の移動速度V1に比較して低下することで、レーザ光のパワー値が落ちても、加工度合いを所定の水準に維持することができる(図8参照)。
言い換えれば、深潭部周辺は、レーザ光の照射点がより狭い範囲で密集し、重なり合うことになるため、加工面の仕上がり向上につながる。
By the way, as described above, when the laser beam is irradiated with the
However, by performing the rocking process as described above, the moving speed V2 of the laser beam irradiation point is lower than the moving speed V1 of the laser beam irradiation point near the surface in the vicinity of the deep part. Thus, even if the power value of the laser beam is lowered, the degree of processing can be maintained at a predetermined level (see FIG. 8).
In other words, the vicinity of the deep part is dense and overlaps in a narrower range of laser beam irradiation points, leading to an improvement in the finished surface.
反対に上述のような揺動加工でない加工では、図9に示すように、深潭部近傍では、レーザパワーが減衰しているにもかかわらず、レーザ光の照射点の移動速度Vは、表面側と同一であることから、加工能力が追従することができず、面粗度の悪化は避けられないことは、容易に諒解されよう。 On the other hand, in the processing that is not oscillating as described above, as shown in FIG. 9, the moving speed V of the irradiation point of the laser light is near the surface even though the laser power is attenuated near the deep part. It can be easily understood that the machining capability cannot follow and the deterioration of the surface roughness is inevitable because it is the same as the side.
以上は、ウォータジェットレーザ加工装置を用いて、機構部品に異形の微細加工部を加工する例を示したが、ウォータジェットレーザ加工装置は、勿論、微細孔の加工に用いることもできるので、以下に参考例2として挙げ、説明する。 The above shows an example of processing a microfabricated portion having a deformed shape on a mechanical part using a water jet laser processing apparatus, but the water jet laser processing apparatus can of course be used for processing micro holes, so that Will be described as Reference Example 2.
(参考例2)
ここでは、後述するが下穴加工(ウォータジェットレーザ加工)と、仕上げ加工(ドリル加工他)を組み合わせ実行する加工法を採用する一方で、ウォータジェットレーザ加工装置によるウォータジェットレーザ加工が、精度的に向上した段階では、ウォータジェットレーザ加工のみで高精度の微細孔の加工を行うことも考えられる。
(Reference Example 2)
Here, as will be described later, while adopting a processing method in which pilot hole processing (water jet laser processing) and finishing processing (drill processing, etc.) are combined and executed, water jet laser processing by a water jet laser processing apparatus is accurate. At the stage of improvement, it is conceivable that fine holes are processed with high accuracy only by water jet laser processing.
この加工装置50におけるウォータジェットレーザ加工装置51(以下、レーザ加工装置51)は、機構部品の被加工物(後述)に対し微細孔を形成するに際し、加工テーブル3に傾斜状態で保持された被加工物Wの微細孔52を形成すべき部位に、形成方向をガイドすべき下穴加工として用いられるものである。
この場合のレーザ加工装置51は、参考例1で示したレーザ加工装置41と同構成であり、各構成要素に対し、同符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
A water jet laser processing apparatus 51 (hereinafter referred to as a laser processing apparatus 51) in the
The
上述のレーザ加工装置51によりなされる下穴加工は、加工テーブル3に傾斜状態で保持された被加工物Wの微細孔52を形成すべき部位に、水を噴射して水柱6を形成すると共に、この水柱6の中を通してレーザ光を照射するようにしている。
そしてかかるレーザ加工装置51による下穴加工の後は、仕上げ加工としてドリル53を用いてドリル加工を施すようにしている(図11参照)。
In the pilot hole machining performed by the
After the pilot hole machining by the
被加工物Wを具備する機構部品の対象としては、図12に示すように、例えばインジェクタ60を一例として挙げることができる。
インジェクタ60は、詳細は説明しないが筒状のハウジング61を有している。ハウジング61の上端部は燃料入口62として、燃料入口62には、図示しない燃料ポンプから燃料が供給され、燃料は、燃料フィルタ63を経由してハウジング61の内周側に流入するようになっている。
ハウジング61の下端部には、ノズルホルダ64が設けられ、内側に筒状の弁ボディ65が形成されている。かかる弁ボディ65には、軸方向において燃料入口62とは反対側の端部に開口部66を有し、かかる開口部66には、被加工物Wである噴孔プレート67を固着している。噴孔プレート67には、外側に向けて広がるように傾斜形成した微細孔52(以下、噴孔52)を設けている。なお、以上のようなハウジング61、ノズルホルダ64および弁ボディ65の内周側には、ニードル68が、軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル68は、電磁的駆動手段である駆動部69により、軸方向に上下動し、弁ボディ65との間に燃料が流れる燃料通路70を形成して、開口部66における噴孔プレート67の噴孔52に燃料を送り込み、噴孔52を介して外方に燃料を噴射する構成である。
As an object of the mechanical component including the workpiece W, for example, an
The
A
そして、被加工物Wである噴孔プレート67は、薄い板状に形成されている。噴孔プレート67には、弁ボディ65の噴孔プレート67側の端部の略円形状の開口部66に倣うように、噴孔プレート67中心寄りに、複数の傾斜形成した、微細孔である、噴孔52を設けている。
And the
次に、上述のインジェクタ60の被加工物Wである噴孔プレート67における微細孔として、噴孔52の加工手順について説明する。
先ず、被加工物Wである噴孔プレート67を、加工テーブル3に傾斜状態で保持しておく。この場合、加工テーブル3に対する噴孔プレート67の傾斜保持角度は、形成すべき噴孔52の傾斜角度に合わせるようにする。
次いで操作指令を、レーザ加工装置51における制御盤により、高圧水供給部5、およびレーザ発生部4に対し与え、被加工物Wの微細孔を形成すべき部位に、水を噴射して水柱6を形成すると共に、水柱6の中を通してレーザ光を照射するようにする。
これにより、高圧水供給部5から水柱6用の高圧水が、ノズル8を通じて被加工物Wの微細孔を形成すべき部位に、水柱6となって傾斜保持角度を以って当たる。
一方、レーザ発生部4から出射されたレーザ光は、レーザ発生部4から光ファイバ9を通じて、レーザヘッド7に導かれて所望の径に絞られ、水柱6に沿って水柱6と共に被加工物Wの微細孔を形成すべき部位に導かれ、加工を施すことができる。
これにより、被加工物Wの微細孔を形成すべき部位には、噴孔プレート67の傾斜保持角度、すなわち、噴孔52の傾斜角度に指向する下穴(パイロット穴)が形成される。
かかる下穴加工を繰り返すことで、被加工物Wには、所望の数の下穴Phを形成することができる。
Next, a processing procedure of the
First, the
Next, an operation command is given to the high-pressure
Thereby, the high-pressure water for the
On the other hand, the laser beam emitted from the laser generator 4 is guided to the
As a result, a pilot hole is formed at the site where the fine hole of the workpiece W is to be formed. The pilot hole is oriented toward the inclination holding angle of the
By repeating such pilot hole machining, a desired number of pilot holes Ph can be formed in the workpiece W.
そして、以上のような下穴Phが被加工物Wに形成されると、加工テーブル3に同じ傾斜角度で保持した状態で、仕上げ加工としてのドリル加工を施すようにする(図11参照)。
ドリル53には、噴孔52に対応した径のドリルビット53pが装着されており、かかるドリルビット53pを、レーザ加工装置1における水柱6およびレーザ光と、同一の加工軸方向に沿って、被加工物Wにおける下穴Phに向けて進行させ、ドリル加工を施す。
この場合、ドリルビット53pは、微細な径である噴孔52に対応する極細のものであるが、ドリルビット53pを噴孔52の傾斜角度に指向する下穴Phに沿って、下穴Phをガイドとして進めていくことができるため、ドリルビット53pにかかるストレスを極力、抑えることができるので、ドリルビット53pが折損することなく、確実に穿孔することができる。
Then, when the pilot hole Ph as described above is formed in the workpiece W, drilling as finishing is performed with the machining table 3 held at the same inclination angle (see FIG. 11).
A drill bit 53p having a diameter corresponding to the
In this case, the drill bit 53p is extremely thin corresponding to the
また、下穴加工としては、ウォータジェットレーザ加工装置を用いるほか、通常のレーザ加工も可能であるが、ウォータジェットレーザ加工装置を用いたほうが、仕上げ加工であるドリル加工時に、ドリル加工での仕上げ量(除去量)を極限まで減らすことができるので、より有利であり、効率的である。 In addition to using a water jet laser processing device as a pilot hole, normal laser processing is also possible. However, using a water jet laser processing device is a finishing process in the drilling process. Since the amount (removed amount) can be reduced to the limit, it is more advantageous and efficient.
また、仕上げ加工には、放電加工も可能である。 Moreover, electric discharge machining is also possible for finishing.
さらに、上述のウォータジェットレーザ加工装置は、今後、精度的に向上することが期待できる。精度的に所望の水準に達し得た場合には、下穴加工から、仕上げ加工まで、ウォータジェットレーザ加工装置単体で、微細孔の高精度な加工が期待できる。 Furthermore, the above-described water jet laser processing apparatus can be expected to improve with accuracy in the future. If the desired level of accuracy can be achieved, high-precision machining of fine holes can be expected with a single water jet laser machining apparatus from pilot hole machining to finishing machining.
以上、本発明にかかる機構部品における微細加工部の加工方法を実施するにあたり、機構部品の対象として、インジェクタを挙げ、蓋部における微細溝である、異形噴孔の加工手順を説明したが、機構部品の対象として、勿論、インジェクタに限るものではなく、微細溝を有する様々な機構部品(気化器噴出孔、流体流量調整用オリフィス、印字機噴射ノズル等)も可能である。 As mentioned above, in carrying out the processing method of the micromachined portion in the mechanical component according to the present invention, the injector is given as the target of the mechanical component, and the processing procedure of the irregular injection hole which is the microgroove in the lid portion has been described. Of course, the target of the component is not limited to the injector, and various mechanical components (vaporizer ejection holes, fluid flow rate adjusting orifices, printing machine ejection nozzles, etc.) having fine grooves are also possible.
1 加工装置
2 ウォータジェットレーザ加工装置
3 加工テーブル
4 レーザ発生部
5 高圧水供給部
6 水柱
7 レーザヘッド水柱
8 ノズル
9 光ファイバ
10 集光用レンズ
11 導入口
12 レーザヘッド駆動機構
13 揺動駆動機構
20 インジェクタ
21 ノズルボディ
21a 中空部
22 蓋部
23 取付部
24 ニードル弁
25 ドーム部
25a 弁座部
26 噴孔
26a 側壁
26b 横壁
27 燃料流通路
28 弁部
30 丸孔
40 加工装置
41 ウォータジェットレーザ加工装置
50 加工装置
51 ウォータジェットレーザ加工装置
52 微細孔
53 ドリル
53p ドリルビット
60 インジェクタ
61 ハウジング
62 燃料入口
63 燃料フィルタ
64 ノズルホルダ
65 弁ボディ
66 開口部
67 噴孔プレート
68 ニードル
69 駆動部
70 燃料通路
W 被加工物
h 溝幅
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記機構部品(20)における微細加工部を形成すべき部位に、前記ウォータジェットレーザ加工を施す際に、高圧水と共にレーザ光を出射するレーザヘッド(7)及び前記機構部品(20)を作動させつつ加工を施すことで、縦断面形状が扇形状の孔である前記微細加工部を得るようにしていて、
前記孔の最外周となる位置よりも内周側を始点として、ウォータジェットレーザ加工をスタートし、ウォータジェットレーザ加工のスタート後、最外周となる位置よりも内周側で前記レーザヘッド(7)を前記機構部品(20)の前記微細加工部の形成方向に沿って往復動させる一方、前記機構部品(20)の中心軸上の揺動中心点を中心として、前記揺動部品(20)を所定角度、揺動させながら加工を行うようにしてから外周側を加工することを特徴とする機構部品における微細加工部の加工方法。 A method for processing a finely processed portion in the mechanical component (20) for forming a finely processed portion by water jet laser processing for the mechanical component (20),
When the water jet laser processing is performed on a portion of the mechanical component (20) where a finely processed portion is to be formed, the laser head (7) that emits laser light together with high-pressure water and the mechanical component (20) are operated. While processing, while trying to obtain the finely processed portion is a fan-shaped hole in the longitudinal cross-sectional shape,
Water jet laser processing is started from the inner peripheral side of the hole as the outermost peripheral position, and after the start of the water jet laser processing, the laser head (7) on the inner peripheral side of the outermost peripheral position. Is reciprocated along the forming direction of the micro-machined portion of the mechanical component (20) , and the swing component (20) is moved around the swing center point on the central axis of the mechanical component (20). A processing method for a micro-machined portion in a mechanical component, wherein the outer peripheral side is machined after machining while rocking at a predetermined angle .
高圧水を水柱(6)として噴射すると共にレーザ光を出射するレーザヘッド(7)を備えたウォータジェットレーザ加工装置(2)と、
前記機構部品(20)を載置して加工を行うための加工テーブル(3)と、
を具備し、
前記レーザヘッド(7)はレーザヘッド駆動機構(12)を備えると共に、前記加工テーブル(3)は揺動駆動機構(13)を備え、
前記レーザヘッド(7)を前記レーザヘッド駆動機構(12)により作動させつつ、前記加工テーブル(3)を前記揺動駆動機構(13)により揺動させて、前記機構部品(20)における前記微細加工部を形成すべき部位に、高圧水と共にレーザ光を照射して加工を施すことで、縦断面形状が扇形状の孔である前記微細加工部を得るようにしていて、
前記孔の最外周となる位置よりも内周側を始点として、ウォータジェットレーザ加工をスタートし、ウォータジェットレーザ加工のスタート後、最外周となる位置よりも内周側で前記レーザヘッド(7)を前記機構部品(20)の前記微細加工部の形成方向に沿って往復動させる一方、前記機構部品(20)の中心軸上の揺動中心点を中心として、前記揺動部品(20)を所定角度、揺動させながら加工を行うようにしてから外周側を加工することを特徴とする機構部品における微細加工部の加工装置。 A processing device for a microfabricated portion in the mechanical component (20) for forming a microfabricated portion by water jet laser processing for the mechanical component (20),
A water jet laser processing apparatus (2) provided with a laser head (7) for jetting high-pressure water as a water column (6) and emitting laser light;
A processing table (3) for mounting and processing the mechanical component (20);
Comprising
The laser head (7) includes a laser head driving mechanism (12), and the processing table (3) includes a swing driving mechanism (13).
While the laser head (7) is operated by the laser head drive mechanism (12), the processing table (3) is swung by the swing drive mechanism (13), so that the fineness in the mechanical component (20) is obtained. By applying the laser beam with high-pressure water to the site where the processed part is to be formed, the finely processed part whose vertical cross-sectional shape is a fan-shaped hole is obtained,
Water jet laser processing is started from the inner peripheral side of the hole as the outermost peripheral position, and after the start of the water jet laser processing, the laser head (7) on the inner peripheral side of the outermost peripheral position. Is reciprocated along the forming direction of the micro-machined portion of the mechanical component (20) , and the swing component (20) is moved around the swing center point on the central axis of the mechanical component (20). An apparatus for processing a finely processed portion in a mechanical part, wherein the outer peripheral side is processed after performing processing while swinging at a predetermined angle .
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