JP2010155267A

JP2010155267A - 機構部品における微細孔の加工方法

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Publication number: JP2010155267A
Application number: JP2008335321A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukushima; 武福嶋; Etsuo Yamaoka; 悦夫山岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】前加工として下穴加工と、仕上げ加工を組み合わせ実行する加工法を採用にした、機構部品における微細孔の加工方法を提供する。
【解決手段】微細孔１８を形成すべき部位に、形成方向をガイドすべき下穴Ｐｈの加工を、予め、ウォータジェットレーザ加工装置１によって施し、下穴加工に沿ってドリル加工などの仕上げ加工を施すようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、機構部品における微細孔の加工方法に関するものである。

インジェクタにおけるノズル先端、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、高精度の微細孔が設けられた機構部品は数多く存在する。このような微細孔を加工する方法として、放電加工、ドリル加工等を挙げることができる。

しかしながら、放電加工は加工に時間がかかり、その上、ランニングコストが上昇する。すなわち、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用であり、極めて高価であるが故に、ランニングコストが上昇するのである。

一方、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、ドリルの折損率が上がり、機構部品の不良品発生率が高まることになる。例えば、ドリル径≦Φ０．５になると、極端にドリルの剛性(抗切削抵抗)が低下し、折損事故が多発する。加えてこのようなドリル折損を危惧するあまり、加工速度が放電加工より低下することもしばしば起り得る。

ところで、本出願人は、上述の放電加工、ドリル加工等の加工法に代わる加工法として、特許文献１に開示するように、ウォータジェットレーザ加工装置に注目した。かかるウォータジェットレーザ加工装置は、レーザ発生部からレーザ光を照射すると共に高圧水供給部から高圧水を供給し、これらレーザ光および高圧水を、ノズルからベッドに設置された機構部品に、照射および噴射して加工を行うものである。

特開２００８−１６８５３６号公報

確かに、ウォータジェットレーザ加工は、本発明は、上述した放電加工、ドリル加工では得られない利点を有するものであるが、特許文献１に記載されているように、ウォータジェットレーザ加工は、一挙に加工部位を所望の加工形状に加工するものではなく、繰り返し加工を行うことで、当初の加工を達成するものであるから、現時点では、ウォータジェットレーザ加工のみでは、燃料噴射器ノズル先端、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、高精度の微細孔を加工するのは困難である。
そこで、本出願人は、前加工として下穴加工(例えばウォータジェットレーザ加工)を施した後、仕上げ加工にはドリル加工を採用することで、上述の課題は克服できるとし、さらには、ウォータジェットレーザ加工が、精度的（主に面組度）に向上した段階では、前加工から仕上げ加工まで一貫してウォータジェットレーザ加工のみで高精度の微細孔を加工することができるであろうとの結論に達した。
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、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が、精度的（主に面組度）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、機構部品における微細孔の加工方法を提供することを目的とする。

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(１０)に対し、微細孔(１８)を形成するための機構部品(１０)における微細孔(１８)の加工方法であって、微細孔(１８)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、予めレーザ加工を施し、前記下穴加工に沿って仕上げ加工を施すようにしたことを特徴とする。

これにより、機構部品(１０)に微細孔(１８)を形成すべき部位に、あらかじめレーザ加工によってガイドとなる下穴加工を施したことで、仕上げ加工時には、下穴加工に沿って仕上げ加工を施すことで、ずれることなく、高精度に微細孔(１８)を形成することができる。

請求項２に記載の発明では、レーザ加工は、レーザ発生部(２)からレーザ光を照射すると共に高圧水供給部(６)から高圧水を供給し、これらレーザ光および高圧水をノズルから機構部品(１０)に照射および噴射して加工を行うウォータジェットレーザ加工であることを特徴とする。

これにより、ノズルから水柱(５)が噴射されると共にレーザ光が照射されることで、微細孔(１８)を形成すべき部位に、ガイドとなる下穴加工を施すことができる。この際、加工屑は、高圧水により排出され、正確な下穴(Ｐｈ)として形成することができる。

請求項３に記載の発明では、仕上げ加工はドリル加工であることを特徴とする。

これにより、前加工である下穴加工をガイドとして、仕上げ加工としてドリル加工がなされるため、ドリル(９)におけるドリルビット(９ｐ)の折損などのおそれなく、仕上げ加工を進めることができる。

請求項４に記載の発明では、前記仕上げ加工は放電加工であることを特徴とする。

これにより、前加工である下穴加工をガイドとして、仕上げ加工として放電加工がなされるため、高精度な仕上げ加工を進めることができる。

請求項５に記載の発明では、下穴加工としてのレーザ加工および仕上げ加工は、レーザ発生部（２）からレーザ光を照射すると共に高圧水供給部（６）から高圧水を供給し、これらレーザ光および高圧水をノズル(７)から機構部品(１０)に照射および噴射して加工を行うウォータジェットレーザ加工であることを特徴とする。

ウォータジェットレーザ加工が精度的（主に面組度）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が可能となる。

さらに請求項６に記載の発明では、機構部品(１０)はインジェクタであり、微細孔(１８)は噴孔であることを特徴とする。

前加工である下穴加工をガイドとして、仕上げ加工により、インジェクタ(１０)の噴孔(１８)を効率的に高精度に形成することができる。

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一例である。

本発明にかかる機構部品における微細孔の加工方法を実施するにあたり用いられる、ウォータジェットレーザ加工装置１の一例を示す。
このウォータジェットレーザ加工装置１(以下、レーザ加工装置１)は、機構部品１０の被加工物(後述)に対し微細孔１８を形成するに際し、加工テーブル８に傾斜状態で保持された被加工物Ｗの微細孔１８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。
すなわちこのレーザ加工装置１は、レーザ光を発生させるレーザ発生部２と発生したレーザ光を所望の径に絞るレーザヘッド３と、これらの間を結びレーザ光を導く光ファイバ４と、レーザ光の周囲において噴射する水柱５用の高圧水をレーザヘッド３部分に供給する高圧水供給部６と、高圧水を水柱５として噴射するノズル７とを有する。
また、レーザ加工装置１は、被加工物Ｗを傾斜状態で保持する加工テーブル８を有する。なお、上述の高圧水供給部６、およびレーザ発生部２はこれらを制御するための制御盤(図示省略)に接続されている。
以上のようなレーザ加工装置１によりなされる下穴加工は、加工テーブル８に傾斜状態で保持された被加工物Ｗの微細孔１８を形成すべき部位に、水を噴射して水柱５を形成すると共に、該水柱５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１による下穴加工の後は、仕上げ加工としてドリル９を用いてドリル加工を施すようにしている(図２参照)。

ここで、かかる被加工物Ｗを具備する機構部品１０の対象としては、図３に示すように、例えばインジェクタ１０を一例として挙げることができる。
インジェクタ１０は、詳細は説明しないが筒状のハウジング１１を有している。ハウジング１１の上端部は燃料入口１２として、燃料入口１２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１３を経由してハウジング１１の内周側に流入するようになっている。
ハウジング１１の下端部には、ノズルホルダ１４が設けられ、内側に筒状の弁ボディ１５が形成されている。かかる弁ボディ１５には、軸方向において燃料入口１２とは反対側の端部に開口部１６を有し、かかる開口部１６には、被加工物Ｗである噴孔プレート１７を固着している。噴孔プレート１７には、外側に向けて広がるように傾斜形成した微細孔１８(以下、噴孔１８)を設けている。なお、以上のようなハウジング１１、ノズルホルダ１４および弁ボディ１５の内周側には、ニードル１９が、軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル１９は、電磁的駆動手段である駆動部２０により、軸方向に上下動し、弁ボディ１５との間に燃料が流れる燃料通路２１を形成して、開口部１６における噴孔プレート１７の噴孔１８に燃料を送り込み、噴孔１８を介して外方に燃料を噴射する構成である。

そして、被加工物Ｗである噴孔プレート１７は、薄い板状に形成されている。噴孔プレート１７には、弁ボディ１５の噴孔プレート１７側の端部の略円形状の開口部１６に倣うように、噴孔プレート１７中心寄りに、複数の傾斜形成した、微細孔である、噴孔１８を設けている。

次に、ウォータジェットレーザ加工装置１を用いた、上述のインジェクタ１０の被加工物Ｗである噴孔プレート１７における微細孔として、噴孔１８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１７を、加工テーブル８に傾斜状態で保持しておく。この場合、加工テーブル８に対する噴孔プレート１７の傾斜保持角度は、形成すべき噴孔１８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１における制御盤により、高圧水供給部６、およびレーザ発生部２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５を形成すると共に、水柱５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６から水柱５用の高圧水が、ノズル７を通じて被加工物Ｗの微細孔を形成すべき部位に、水柱５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２から出射されたレーザ光は、レーザ発生部２から光ファイバ４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５に沿って水柱５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１７の傾斜保持角度、すなわち、噴孔１８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。

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８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２参照)。
ドリル９には、噴孔１８に対応した径のドリルビット９ｐが装着されており、かかるドリルビット９ｐを、レーザ加工装置１における水柱５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９ｐは、微細な径である噴孔１８に対応する極細のものであるが、ドリルビット９ｐを噴孔１８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９ｐにかかるストレスを極力、抑えることができるので、確実に、ドリルビット９ｐが折損することなく、穿孔することができる。

以上、被加工物Ｗを具備する機構部品の対象として、インジェクタ１０を挙げ、噴孔プレート１７における微細孔である、噴孔１８の加工手順を、下穴加工としてウォータジェットレーザ加工装置１を用い、仕上げ加工としてドリル加工を用いて説明したが、もちろん、被加工物Ｗを具備する機構部品の対象として、インジェクタ１０に限るものではなく、微細孔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。

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。

また、仕上げ加工には、放電加工も可能である。

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（主に面組度）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。

本発明にかかる機構部品における微細孔の加工方法を実施するにあたり用いられる、ウォータジェットレーザ加工装置の一例を示した、模式的な構成説明図である。図１で示すウォータジェットレーザ加工装置で加工された被加工物を、仕上げ加工としてのドリル加工を施す、模式的な加工説明図である。被加工物を具備する機構部品の対象としてのインジェクタの一例を示す、断面説明図である。

符号の説明

１ウォータジェットレーザ加工装置
２レーザ発生部
３レーザヘッド
４光ファイバ
５水柱
６高圧水供給部
７ノズル
８加工テーブル
９ドリル
９ｐドリルビット
１０インジェクタ
１１ハウジング
１２燃料入口
１３燃料フィルタ
１４ノズルホルダ
１５弁ボディ
１６開口部
１７噴孔プレート
１８噴孔
１９ニードル
２０駆動部
２１燃料通路
Ｗ被加工物
Ｐｈ下穴

Claims

機構部品(１０)に対し、微細孔(１８)を形成するための機構部品(１０)における微細孔(１８)の加工方法であって、
微細孔(１８)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、予めレーザ加工を施し、前記下穴加工に沿って仕上げ加工を施すようにしたことを特徴とする機構部品における微細孔の加工方法。
前記レーザ加工は、レーザ発生部(２)からレーザ光を照射すると共に高圧水供給部(６)から高圧水を供給し、これらレーザ光および高圧水をノズル(７)から機構部品(１０)に照射および噴射して加工を行うウォータジェットレーザ加工であることを特徴とする請求項１に記載の機構部品における微細孔の加工方法。
前記仕上げ加工はドリル加工であることを特徴とする請求項１または２に記載の機構部品における微細孔の加工方法。
前記仕上げ加工は放電加工であることを特徴とする請求項１または２に記載の機構部品における微細孔の加工方法。
前記下穴加工としてのレーザ加工および前記仕上げ加工は、レーザ発生部(２)からレーザ光を照射すると共に高圧水供給部(６)から高圧水を供給し、これらレーザ光および高圧水をノズル(７)から機構部品(１０)に照射および噴射して加工を行うウォータジェットレーザ加工であることを特徴とする請求項１に記載の機構部品における微細孔の加工方法。
前記機構部品(１０)は、インジェクタであり、前記微細孔(１８)は噴孔であることを特徴とする請求項１〜５記載のうち、いずれか１に記載の機構部品における微細孔の加工方法。