JP2014217860A - レーザ穴あけ加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穴の傾斜角の自由度を増加させることができ、かつ、穴の表面を滑らかに仕上げることが可能なレーザ穴あけ加工方法および装置を提供する。
【解決手段】レーザ穴あけ加工方法は、被加工対象をレーザ光を使用して穴あけ加工するレーザ穴あけ加工方法である。当該レーザ穴あけ加工方法は、被加工対象にレーザ光を照射して貫通穴を加工した後に、レーザ光の照射出力を変化させながら、貫通穴を中心として径方向に向かってレーザ光を走査する、ことを特徴するものである。
【選択図】図２

Description

本発明はレーザ穴あけ加工方法および装置に関する。

レーザを使用した穴あけ加工法に関し、例えば特許文献１は、レーザを走査させながら穴を拡大する方法を開示している。

特開２０１２−１０１３２０号公報

しかしながら、従来のレーザ穴あけ加工法は、拡大した穴の傾斜角は最大で１０度までとなっており、要求される穴の傾斜角がそれより大きな場合には加工することができないという問題があった。例えばインジェクタの燃料噴射弁の噴射口を加工する場合には穴の傾斜角は最大で４０度が必要とされるが、従来技術では、このような大きな傾斜角を加工することができない。なお、従来のレーザ穴あけ加工法において、穴の傾斜角を１０度以上に傾けようとする場合には、レーザの集光レンズを大きくする、また、レンズから被加工対象までの距離を短くするなどが必要となり、レーザ穴あけ加工装置の価格が非常に高価になってしまう。

一方で、レーザを用いずにプレスを使用して穴あけ加工を行う手法も考えられるが、プレスを使用した穴あけ加工では、穴の表面の面粗さを期待の精度に仕上げることができないために、穴の表面を滑らかに仕上げることができないという問題がある。例えば燃料噴射弁の噴射口についてプレスを使用して穴あけ加工した場合には、要求される細かな面粗さを満たすことができない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、穴の傾斜角の自由度を増加させることができ、かつ、穴の表面を滑らかに仕上げることが可能なレーザ穴あけ加工方法および装置を提供することを目的とするものである。

一実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法は、レーザ光を使用して被加工対象に穴あけ加工するレーザ穴あけ加工方法であって、前記被加工対象に前記レーザ光を照射して貫通穴を加工した後に、前記レーザ光の照射出力を変化させながら、前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する、ことを特徴するものである。

これによって、穴の傾斜角の自由度を増加させることができ、かつ、穴の表面を滑らかに仕上げることが可能になる。

また、前記レーザ光の照射出力を、前記貫通穴から径方向に離れるほど小さく変化させる、ようにしてもよい。これによって、貫通穴の傾斜角の深さを所望の深さに調整することができる。

さらにまた、前記貫通穴を加工した後に、当該貫通穴の径よりも内側の位置において前記レーザ光を空打ちして照射する、ようにしてもよい。これによって、加工効率を向上させることができる。

また、前記レーザ光の照射出力の変化は、前記レーザ光のパルスエネルギー、前記レーザ光のパルスのパルス間隔の繰り返し周波数、前記レーザ光の走査速度、及び前記レーザ光の走査時の照射時間を変化させる、ようにしてもよい。

さらにまた、前記貫通穴の下側の穴の形状と前記貫通穴の上側の穴の形状とが上面視において互いに位相が異なるように、前記被加工対象に前記レーザ光を照射する、ようにしてもよい。

また、前記貫通穴の形状が上面視において円形状又は楕円形状となるように、前記被加工対象に前記レーザ光を照射する、ようにしてもよい。

さらにまた、前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する際に、前記レーザ光を渦巻状に走査する、ようにしてもよい。

他の一実施の形態に係るレーザ穴あけ加工装置は、レーザ光を使用して被加工対象に穴あけ加工するレーザ穴あけ加工装置であって、前記被加工対象に前記レーザ光を照射して貫通穴を加工した後に、前記レーザ光の照射出力を変化させながら、前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する、ことを特徴するものである。

これによって、穴の傾斜角の自由度を増加させることができ、かつ、穴の表面を滑らかに仕上げることが可能になる。

本発明によれば、穴の傾斜角の自由度を増加させることができ、かつ、穴の表面を滑らかに仕上げることが可能なレーザ穴あけ加工方法および装置を提供することができる。

実施の形態１に係るレーザ穴あけ加工装置の一例を示す構成図である。 実施の形態１に係るレーザ穴あけ加工方法の加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るレーザ穴あけ加工方法による加工処理をより詳細に説明する図である。 実施の形態１に係るレーザ穴あけ加工方法による加工処理をより詳細に説明する図である。 実施の形態１に係るレーザ穴あけ加工方法による加工処理をより詳細に説明する図である。 実施の形態１に係るレーザ光ＬＡの軌跡に関する制御パラメータの定義を説明するための図である 実施の形態１に係るレーザ穴あけ加工装置の各制御パラメータの設定を示すグラフである。 実施の形態１に係る加工時間を示すグラフである。 実施の形態１に係る面粗度を示すグラフである。 その他の実施の形態に係る楕円角度の設定を示すグラフである。 その他の実施の形態に係る貫通穴の形状を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

＜実施の形態１．＞
図１は、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工装置１００の一例を示す構成図である。
レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ発振器１と、ガルバノミラー２と、モータ３、ガルバノミラー４、モータ５と、集光レンズ６と、レーザ発振器１やモータなどの各駆動部を駆動制御するための制御部（不図示）と、を備えている。

レーザ発振器１は、レーザ光ＬＡをパルス光として出力する超短パルスレーザである。本実施の形態では、レーザ発振器１は、レーザ光ＬＡとしてピコ秒レーザ光を出力する。

ガルバノミラー２は、レーザ発振器１から出射されたレーザ光ＬＡを一定の方向に偏光させる。モータ３は、ガルバノミラー２を一定の方向に回転させる。モータ３を回転制御することによってガルバノミラー２を回転駆動し、これによって、レーザ発振器１から出射されたレーザ光ＬＡを、所定の範囲内において所望の方向に偏光させることができる。

ガルバノミラー４は、ガルバノミラー２により偏光されたレーザ光ＬＡを一定の方向に偏光させる。モータ５は、ガルバノミラー４を一定の方向に回転させる。モータ５を回転制御することによってガルバノミラー４を回転駆動し、これによって、ガルバノミラー２により偏光されたレーザ光ＬＡを、所定の範囲内において所望の方向に偏光させることができる。

集光レンズ６は、ガルバノミラー４により偏光されたレーザ光ＬＡを、被加工対象７の表面に集光する。本実施の形態では、レーザ光ＬＡを、被加工対象７の表面に対して垂直に集光する。

レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ発振器１から出射したレーザ光ＬＡを、ガルバノミラー２及びガルバノミラー４により偏光し、偏光したレーザ光ＬＡを集光レンズ６により集光して、集光したレーザ光ＬＡを被加工対象７に照射する。これによって、レーザ穴あけ加工装置１００は、ガルバノミラー２、４によって、レーザ発振器１から出射したレーザ光ＬＡを、被加工対象７の表面の加工領域中の任意の位置に位置決めして照射する。そして、レーザ穴あけ加工装置１００は、ガルバノミラー２、４をそれぞれ図示の矢印方向に往復動で振ることによって、被加工対象７の表面の加工領域中においてレーザ光ＬＡを走査して、被加工対象７に対する穴あけ加工処理を行う。

レーザ穴あけ加工装置１００は、被加工対象７に対して、レーザ光ＬＡの軌跡が所望の形状を描くようにレーザ光ＬＡを走査する。図１の左下図は、レーザ穴あけ加工装置１００がレーザ光ＬＡを走査した際のレーザ光ＬＡの軌跡を示す模式図である。同図に示す例では、レーザ光ＬＡの軌跡が円形状である場合の円走査径と、レーザ光ＬＡの軌跡が楕円形状である場合の楕円走査径と、を示している。なお、レーザ光ＬＡの軌跡はこれらに限定されず、他の任意の形状の軌跡を描くようにレーザ光を走査することもできる。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法の加工処理の流れを説明する。
まず、レーザ穴あけ加工装置１００は、被加工対象７に対してレーザ光ＬＡを照射し、貫通穴を加工する（ステップＳ１００）。次いで、レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ光ＬＡの照射出力を変化させながら、貫通穴から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する（ステップＳ２００）。

このように、貫通穴を形成した後に、レーザ光ＬＡの照射出力を変化させながら径方向にレーザ光ＬＡを走査することにより、穴の傾斜角を任意の角度まで拡大することができる。このため、穴の傾斜角の自由度を増加させることができる。さらに、レーザ光ＬＡの照射出力を変化させながら径方向にレーザ光ＬＡを走査することにより、穴の表面の面粗さを所望の精度に向上させることができる。このため、穴の表面を滑らかに仕上げることができる。

次に、図３Ａ〜Ｃを参照して、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法による加工処理をより詳細に説明する。
図３Ａに示すように、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法は、同左図に示す工程１と、同右図に示す工程２と、を含んでいる。工程１は、被加工対象７に対してレーザ光ＬＡを照射して貫通穴８を加工する工程であり、図２に示したＳ１００に対応する。工程２は、レーザ光ＬＡの照射出力を変化させながら、形成した貫通穴８から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する工程であり、図２に示したＳ２００に対応する。なお、径方向とは、工程１において形成した貫通穴８から離れる方向を指す。

図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａに示した工程１及び工程２における加工処理の内容をより詳細に説明するための模式図である。図３Ｂは、貫通穴８の下側の穴の形状又はレーザ光ＬＡの軌跡を模式的に示す上面視図である。図３Ｃは、図３ＡのＸ−Ｘ'に関して、被加工対象７を模式的に示す断面図である。

まず、図３Ａの左図に示す工程１を、図３Ｂの左から１番目に示す模式図と、図３Ｃの左から１番目に示す模式図と、を参照して説明する。
図３Ａの左図に示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、被加工対象７に対してレーザ光ＬＡを照射して、被加工対象７を貫通する貫通穴８を形成する。レーザ穴あけ加工装置１００は、例えば図３Ａの左図及び図３Ｃの左から１番目の図に示すように、レーザ光ＬＡを図示の回転矢印方向（円周方向）に回転走査することによって、貫通穴８を形成する。本実施の形態では、図３Ｂの左から１番目の図に示すように、形成した貫通穴８の下側の穴の形状９は、楕円形状である。なお、図３Ｂの左から１番目の図において、レーザ光ＬＡを走査する際のスポットをＡとして示す。

なお、貫通穴８の下側の穴の形状９は、楕円形状に限定されず、所望の径を有する任意の円形状又は楕円形状として形成することができる。また、貫通穴８を形成する際のレーザ光ＬＡの走査方法は上記の回転走査に限定されず、貫通穴８の下側の穴の形状９を、所望の径を有する任意の円形状又は楕円形状に形成することが可能であれば、他の任意の公知の走査方法を採用してもよい。

次に、図３Ａの右図に示す工程２では、同図に示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、貫通穴８を形成した後に、レーザ光ＬＡの照射出力を変化させながら、形成した貫通穴８から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する。この際のレーザ光ＬＡの走査及び貫通穴８の加工のようすを、図３Ｂの左から２〜４番目に示す模式図と、図３Ｃの左から２〜４番目に示す模式図と、を参照して説明する。

まず、図３Ｂの左から２番目に示す模式図と、図３Ｃの左から２番目に示す模式図と、に示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、貫通穴８を形成した後に、貫通穴８の下側の穴の形状９の内側の領域において、レーザ光ＬＡを走査する。図３Ｂの左から２番目の図は、この際のレーザ光ＬＡの軌跡１０を示す。さらに、レーザ穴あけ加工装置１００は、このようなレーザ光ＬＡの走査と同期しながら、レーザ光ＬＡの照射出力のレベルを、貫通穴８を形成した際の出力レベルから所定の出力レベルまで減少させる。なお、図３Ｂの左から２番目の図において、レーザ光ＬＡを走査する際のスポットをＢとして示す。

なお、この際のレーザ光ＬＡの走査は回転走査に限定されず、貫通穴８の下側の穴の径よりも内側の所定の固定位置において、レーザ光ＬＡを照射するものとしてもよい。

このようにして、レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ光ＬＡの照射出力のレベルを、貫通穴８を形成した際のレベルから所定のレベルまで減少させるタイミングにおいて、貫通穴８の下側の穴の形状９の内側の領域において、被加工対象７に対してレーザ光ＬＡを直接照射することなく空打ちして照射する。

これにより、レーザ光ＬＡを照射して被加工対象７に対して貫通穴８を形成した後に、形成した貫通穴８を中心としてそこから径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する場合、形成した貫通穴８の下側の穴の形状９にレーザ光ＬＡが照射されることを確実に回避することができる。さらに、貫通穴８を形成する際には高出力レベルのレーザ光ＬＡを使用することで、貫通穴８を短時間で形成できる。

続いて、図３Ｂの左から３番目に示す模式図と、図３Ｃの左から３番目に示す模式図と、に示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ光ＬＡの照射出力を所定のレベルまで減少させた後に、形成した貫通穴８から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する。レーザ穴あけ加工装置１００は、例えば図３Ａの右図と、図３Ｃの左から３〜４番目の図に示すように、レーザ光ＬＡを図示の回転矢印方向に回転走査させると共に、径方向に拡大させて走査する。図３Ｂの左から３番目の図は、この走査の際の途中の状態におけるレーザ光ＬＡの軌跡１１を示し、軌跡１１は真円形状を描く。また、図３Ｂの左から４番目の図は、レーザ光ＬＡの走査を終了するタイミングにおけるレーザ光ＬＡの軌跡１２を示し、軌跡１２は横長楕円形状を描く。また、軌跡１２が描く楕円形状は、貫通穴８の上側の穴の形状１３に対応する。なお、図３Ｂの左から３、４番目の図において、レーザ光ＬＡを走査する際のスポットをそれぞれＣ、Ｄとして示す。

本実施の形態では、レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ光ＬＡを走査する際には、貫通穴８から径方向に向けて走査し、かつ、円周方向に回転させながら走査する。この際、レーザ穴あけ加工装置１００は、レーザ光ＬＡを、貫通穴８の中心から径方向に向けて例えば渦巻状に照射する。なお、レーザ光の走査は渦巻状に限定されず、貫通穴８から径方向に向けてレーザ光ＬＡを同心円状に照射するものとしてもよい。

さらに、レーザ穴あけ加工装置１００は、このようなレーザ光ＬＡの走査と同期しながら、レーザ光ＬＡの走査径が貫通穴８から径方向に離れるほど、レーザ光ＬＡの照射出力のレベルを減少させる。これにより、被加工対対象７に照射されるレーザ光ＬＡの照射出力を、貫通穴８から径方向に離れるほど小さく変化させる。

このような走査により、図３Ａの右図と、図３Ｃの左から３〜４番目の図に示すように、レーザ光ＬＡにより削り取られる貫通穴８の表面の深さは、貫通穴８から径方向に離れるほど浅くなる。この結果、貫通穴８を加工した後に、貫通穴８の傾斜角を径方向に向けて拡大することができる。

さらに、貫通穴８を形成した後に、形成した貫通穴８から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査することで、図３Ｃの左から３〜４番目の図に示した非貫通加工において、貫通穴８の加工表面に排出されるプラズマや昇華堆積物を、既に形成した貫通穴８から効率的に排出することができる。また、貫通穴８から径方向に向けて（即ち、内側から外側に向けて）貫通穴８の表面を削ることによって、昇華堆積物などを表面に堆積させることなく、貫通穴８に向けて効率的に排出させることができる。この結果、加工効率を向上させることができる。

次に、図４及び図５を参照して、穴あけ加工制御の際に設定されるレーザ穴あけ加工装置１００の各種の制御パラメータ（レーザ光ＬＡの照射出力、楕円角度、走査半径、楕円率）を説明する。

図４は、レーザ光ＬＡの軌跡に関する制御パラメータの定義を説明するための図である。図４において、レーザ光ＬＡの軌跡が楕円形状（又は円形状）である場合に、Ｘ、Ｙは、その楕円形状の長径及び短径をそれぞれ示す。走査半径は、楕円の長径Ｘの大きさを示す。楕円率は、短径に対する長径の比率を示す（即ち、Ｘ／Ｙ）。回転数は、レーザ光ＬＡが円周方向に１分間に回転走査する回数を示す。楕円角度は、上面視において、Ｘ軸（紙面右側方向）に対する貫通穴８の楕円形状の回転角度を示す。図４では、同Ｘ軸に対する貫通穴８の下側の穴の楕円形状の回転角度は０である。即ち、貫通穴８の下側の穴の楕円形状９の楕円角度は０である。このため、貫通穴８の上側の穴の楕円形状１３の楕円角度は、貫通穴８の下側の穴の楕円形状９に対する、貫通穴８の上側の穴の楕円形状１３の回転角度もまた示している。

図５は、穴あけ加工の際の、レーザ穴あけ加工装置１００の各制御パラメータの設定を示すグラフである。
図５の各グラフにおいて、時間０からｔ１は、被加工対象７に対してレーザ光ＬＡを照射して貫通穴８を加工する工程１に対応する。また、時間ｔ１からｔ４にかけて工程は、レーザ光ＬＡの照射出力を減少させながら、形成した貫通穴８から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する工程に対応する。

図５の左上グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間０からｔ１にかけて、一定の高出力レベルのレーザ光を照射する。ここで、一定の高出力レベルとは、被加工対象７を貫通可能な程度の出力レベルである。また、図５の右上グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間０からｔ１にかけて、レーザ光の走査半径を増加させることにより、貫通穴８の径方向に向けてレーザ光ＬＡを走査する。また、図５の右下グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間０からｔ１にかけて、楕円率は所定の値のまま変化させない。なお、図５の左下グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間０からｔ１にかけて、楕円角度は０のまま変化させない。

これにより、レーザ穴あけ加工装置１００は、図３Ａの左図及び図３Ｃの左から１番目の図に示したような、貫通穴８の下側の穴の形状９を形成する。この形状９は、図５の左下グラフ及び右下グラフに示した楕円角度及び楕円率を満たした楕円形状である。

時間ｔ１からｔ４にかけての工程２は、時間ｔ１からｔ２にかけての工程と、時間ｔ２からｔ４にかけての工程（時間ｔ２からｔ３にかけての工程と、時間ｔ３からｔ４にかけての工程）と、を含む。

まず、時間ｔ１からｔ２にかけての工程について説明する。図５の左上グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ１からｔ２にかけて、レーザ光ＬＡの照射出力のレベルを、貫通穴８を形成した際の高出力レベルから所定の出力レベルまで減少させる。ここで、所定の出力レベルとは、被加工対象７を貫通することができない程度の出力レベルである。また、図５の右上グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ１からｔ２にかけて、時間ｔ１における走査半径よりも小さくなるようにレーザ光ＬＡの走査半径を減少させる。なお、図５の左下グラフ及び右下グラフにそれぞれ示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ１からｔ２にかけて、楕円角度及び楕円率は元の値のまま変化させない。

これにより、レーザ穴あけ加工装置１００は、図３Ｂの左から２番目に示す模式図と、図３Ｃの左から２番目に示す模式図と、に示したように、貫通穴８を形成した後に、貫通穴８の下側の穴の形状９よりも内側の領域において、レーザ光ＬＡを走査する。

次に、時間ｔ２からｔ４にかけての工程について説明する。時間ｔ２からｔ４にかけての工程は、レーザ光ＬＡの照射出力を減少させながら、形成した貫通穴８から径方向に向かってレーザ光ＬＡを走査する工程に対応する。

図５の左上グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ２からｔ４にかけて、レーザ光ＬＡの照射出力のレベルを、時間ｔ２における所定の出力レベルから開始して、さらに減少させる。また、図５の右上グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ２からｔ４にかけて、レーザ光の走査半径を増加させることにより、貫通穴８の径方向に向けてレーザ光ＬＡを走査する。また、図５の右下グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ２からｔ４にかけて、楕円率を増加させる。なお、図５の左下グラフに示すように、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ２からｔ４にかけて、楕円角度は０のまま変化させない。

このような走査により、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ３において、図３Ｂの左から３番目の図に示したレーザ光ＬＡの軌跡１１を描く。また、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ４において、図３Ｂの左から４番目の図に示したレーザ光ＬＡの軌跡１２を描く。

これにより、レーザ穴あけ加工装置１００は、時間ｔ２からｔ４にかけて、図３Ａの右図と、図３Ｃの左から３〜４番目の図に示したように、貫通穴８の傾斜角を径方向に向けて拡大することができる。さらに、このように楕円率を変更することにより、形成した貫通穴８の下側の穴の楕円形状９とは異なる楕円率を有する楕円形状を、貫通穴８の上側の穴の形状１３として形成することができる。

なお、レーザ発振器１は、照射制御パラメータを制御することにより、レーザ光ＬＡの照射出力を変化させることができる。照射パラメータは、レーザ光ＬＡのパルスエネルギー、レーザ光ＬＡのパルスのパルス間隔の繰り返し周波数、レーザ光ＬＡの走査速度、及びレーザ光ＬＡの走査する際の照射時間を含む。このため、例えば、レーザ光ＬＡのパルスエネルギーを小さく設定する、レーザ光ＬＡのパルスのパルス間隔の繰り返し周波数を低く設定する、レーザ光ＬＡが回転走査する際の走査速度を遅く設定する、レーザ光ＬＡが回転走査する際の照射時間を短く設定することの少なくとも１つの設定を行うことによって、レーザ光ＬＡの照射出力を小さく変化させることができる。また、上記の照射制御パラメータに加えて、レーザ光ＬＡのスポット径を変更するものとしてもよい。

図６及び図７を参照して、本実施の形態に係る効果を説明する。
図６は、従来技術に係るレーザ穴あけ加工方法による加工時間と、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法による加工時間を示すグラフである。なお、ここでは、従来技術の一例として、特開平１０−２４５７１１号公報に開示された技術を用いて説明する。また、ここでは、形成する貫通穴８は、貫通穴８の下側の楕円形状９と上側の楕円形状１３の位相が９０度ずれる場合を例に説明する。

上記従来技術では、貫通穴８を形成するためには、レーザ光ＬＡを被加工対象７の表面に照射して、その表面を１層ずつ削り取る必要がある。しかし、上記従来技術では、１層ずつ削り取る場合に発生する堆積物を効率よく排出する方法がないために、１層削る毎に堆積物を除去する必要がある。このため、１度に削り取ることができる量はわずかであり、貫通穴８を完全に形成するまでに多くの時間を要する。さらに、このように１層ずつ削りとる場合には、要求される表面の面粗度の確保が困難である。

これに対して、本実施の形態によれば、上述したように、同じ形状の貫通穴８を被加工対象７に対してより短時間で形成することができる。この結果、図６に示すように、従来技術に対して約１００分の１の短時間によって加工形成することができる。

図７は、プレスを使用して穴あけ加工した場合の面粗度と、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法を使用して穴あけ加工した場合の面粗度を示すグラフである。なお、図７の左上図は、プレスを使用して穴あけ加工した場合の、プレス方向である水平方向（紙面において左右方向）と、プレス方向と直交する垂直方向（紙面において上下方向）を示している。図７の右上図は、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法を使用して穴あけ加工した場合の、レーザ光ＬＡの入射方向である水平方向（紙面において左右方向）と、入射方向と直交する垂直方向（紙面において上下方向）を示している。

図７のグラフの左側に示すように、プレスを使用して穴あけ加工した場合には、穴あけ加工時の水平方向については良好な面粗度を達成できているものの、プレス方向と直交する垂直方向については、面粗度が大きく悪化する。

これに対して、図７のグラフの右側に示すように、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法を使用して穴あけ加工した場合には、穴あけ加工時の水平方向について良好な面粗度を達成している。また、垂直方向についても、良好な面粗度を達成している。このため、本実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法によれば、水平方向及び垂直方向のいずれの方向においても、良好な面粗度を達成することができる。これにより、例えば燃料噴射弁の噴射口などの穴あけ加工であっても、要求される面粗さを満たすことができる。

＜その他の実施の形態．＞
上述した実施の形態に係るレーザ穴あけ加工装置１００は、集光レンズ６を被加工対象７の垂直方向上方に配置し、集光レンズ６により集光されたレーザ光ＬＡを被加工対象７の表面に対して垂直に照射する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、集光レンズ６を被加工対象７の垂直方向上方から所定の傾斜角に傾けて配置し、レーザ光ＬＡを、被加工対象７の表面に対して傾斜して照射するように構成してもよい。

また、図５の各グラフに示した制御パラメータの設定は一例であり、本発明はこれに限定されない。例えば楕円角度に関して、図８のグラフに示すように、時間０からｔ２にかけては所定の値のまま変化させず、時間ｔ２からｔ４にかけて０になるように減少させるようにしてもよい。この場合、図９に示すように、上面視において、貫通穴８の下側の穴の楕円形状９に対して、貫通穴８の上側の穴の楕円形状１３を回転して形成することができる。即ち、貫通穴８の下側の穴の形状９と、上側の穴の形状１３の位相を異なるように形成することができる。

また、例えばレーザ光ＬＡの照射出力に関して、時間ｔ２以降の出力レベルを減少させる速度をより早めることによって、貫通穴８から径方向に向かって、レーザ光ＬＡにより削り取られる貫通穴８の表面の深さをより浅くすることができる。これにより、貫通穴８の傾斜角をより急にすることができる。また、時間ｔ２以降の出力レベルを減少させる速度をより遅くすることによって、貫通穴８から径方向に向かって、レーザ光ＬＡにより削り取られる貫通穴８の表面の深さをより深くすることができる。これにより、貫通穴８の傾斜角をより緩やかにすることができる。このように照射出力の減少速度を調整することで、貫通穴８の傾斜角をより急或いはより緩やかに形成することができる。

また、例えばレーザ光ＬＡの走査半径に関して、時間ｔ２以降の走査半径を増加させる速度をより早めることによって、貫通穴８から径方向に向かって、レーザ光ＬＡにより削り取られる貫通穴８の表面の深さがより浅くなる。これにより、貫通穴８の傾斜角をより急にすることができる。また、時間ｔ２以降の走査半径を増加させる速度をより遅くすることによって、貫通穴８から径方向に向かって、レーザ光ＬＡにより削り取られる貫通穴８の表面の深さがより深くなる。これにより、貫通穴８の傾斜角をより緩やかにすることができる。このようにして、走査半径の増加速度を調整することで、貫通穴８の傾斜角をより急或いはより緩やかに調整することができる。

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述した実施の形態に係るレーザ穴あけ加工方法は、インジェクタの燃料噴射弁の噴射口を加工する場合以外にも、流体を噴射するノズルの噴射口を加工する場合にも採用することができる。

１ レーザ発振器、
２ ガルバノミラー、
３ モータ、
４ ガルバノミラー、
５ モータ、
６ 集光レンズ、
７ 被加工対象、
８ 貫通穴、
９ 形状、
１０ 軌跡、
１１ 軌跡、
１２ 軌跡、
１３ 形状、
１００ レーザ穴あけ加工装置

Claims (14)

1. レーザ光を使用して被加工対象に穴あけ加工するレーザ穴あけ加工方法であって、
   前記被加工対象に前記レーザ光を照射して貫通穴を加工した後に、前記レーザ光の照射出力を変化させながら、前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する、
   ことを特徴するレーザ穴あけ加工方法。
2. 前記レーザ光の照射出力を、前記貫通穴から径方向に離れるほど小さく変化させる、
   請求項１に記載のレーザ穴あけ加工方法。
3. 前記貫通穴を加工した後に、当該貫通穴の径よりも内側の位置において前記レーザ光を空打ちして照射する、
   請求項１または２に記載のレーザ穴あけ加工方法。
4. 前記レーザ光の照射出力の変化は、前記レーザ光のパルスエネルギー、前記レーザ光のパルスのパルス間隔の繰り返し周波数、前記レーザ光の走査速度、及び前記レーザ光の走査時の照射時間を変化させる、
   請求項１から３いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工方法。
5. 前記貫通穴の下側の穴の形状と前記貫通穴の上側の穴の形状とが上面視において互いに位相が異なるように、前記被加工対象に前記レーザ光を照射する、
   請求項１から４いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工方法。
6. 前記貫通穴の形状が上面視において円形状又は楕円形状となるように、前記被加工対象に前記レーザ光を照射する、
   請求項１から５いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工方法。
7. 前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する際に、前記レーザ光を渦巻状に走査する、
   請求項１から６いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工方法。
8. レーザ光を使用して被加工対象に穴あけ加工するレーザ穴あけ加工装置であって、
   前記被加工対象に前記レーザ光を照射して貫通穴を加工した後に、前記レーザ光の照射出力を変化させながら、前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する、
   ことを特徴するレーザ穴あけ加工装置。
9. 前記レーザ光の照射出力を、前記貫通穴から径方向に離れるほど小さく変化させる、
   請求項８に記載のレーザ穴あけ加工装置。
10. 前記貫通穴を加工した後に、当該貫通穴の径よりも内側の位置において、前記レーザ光を空打ちして照射する、
    請求項８または９に記載のレーザ穴あけ加工装置。
11. 前記レーザ光の照射出力の変化は、前記レーザ光のパルスエネルギー、前記レーザ光のパルスのパルス間隔の繰り返し周波数、前記レーザ光の走査速度、及び前記レーザ光の走査時の照射時間を変化させる、
    請求項８から１０いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工装置。
12. 前記貫通穴の下側の穴の形状と前記貫通穴の上側の穴の形状とが上面視において互いに位相が異なるように、前記被加工対象に前記レーザ光を照射する、
    請求項８から１１いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工装置。
13. 前記貫通穴の形状が上面視において円形状又は楕円形状となるように、前記被加工対象に前記レーザ光を照射する、
    請求項８から１２いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工装置。
14. 前記貫通穴を中心として径方向に向かって前記レーザ光を走査する際に、前記レーザ光を渦巻状に走査する、
    請求項８から１３いずれか１項に記載のレーザ穴あけ加工装置。

Images