专利名称：激光加工装置和激光加工方法
技术领域：
本发明涉及通过对工件照射激光而形成贯穿孔的激光加工装置和激光加工方法。
背景技术：
图13示出了搭载于机动车的燃料喷射阀1的整体概要主视图。该燃料喷射阀1具 有喷嘴保持件2、以及被保持于该喷嘴保持件2末端部的金属制的燃料喷射喷嘴3。另外， 参考符号4表示用于吸入燃料的吸入口。图14是所述燃料喷射喷嘴3的末端部的主要部分概要纵剖视图。如图14所 示，该燃料喷射喷嘴3的末端部构成为中空部。在该中空部中插入有喷嘴针阀(nozzle needle) 5，随着该喷嘴针阀5的移位，燃料喷射喷嘴3的中空部与贯穿形成于该燃料喷射喷 嘴3末端的多个喷射孔6 (在图14中仅示出其中两个)形成连通状态或者连通截止状态， 从而打开和关闭燃料流路。近来，用于贯穿形成喷射孔6的穿孔加工采用激光实施。换言之，在形成喷射孔6 时，进行激光加工。在该情况下，从所述末端部的外侧照射激光。因而，激光使所述末端部的壁部从外 壁侧开始熔融，并进展至内壁侧。最终使内壁熔融，形成喷射孔6。作为照射发挥如此作用 的激光的激光加工装置，例如可列举出日本专利第2623296号公报记载的发明。然而，在如上所述地进行激光加工时，存在着聚光后的激光的截面不是正圆的情 况，因此有时会导致喷射孔的直径、圆度等精度下降。为了消除这种不良情况并提高加工精 度，在日本特开2001-150248号公报中，提出了在通过激光加工来设置细孔后通过电火花 加工对该细孔进行精加工的方案，此外，在日本特开2001-212685号公报中，提出了在照射 第一激光使工件预热后，照射飞秒(femto second)激光等超短脉冲激光来加工工件的方 案。在此，参照图15和图16对日本特开2001-150248号公报记载的现有技术进行简 要说明。首先，如图15所示，将激光加工头101移动到工件102的孔加工位置的正上方。从 激光加工头101照射激光103，在工件102贯穿形成预孔(下孔)104。接着，如图16所示，一边沿移动台107引导电火花加工头105，一边使该电火花加 工头105移动至预孔104的正上方，然后使电极106下降，实施电火花加工。其结果是，预 孔104被扩径，从而形成预定直径的贯穿孔。如上述现有技术所记载的那样，在激光加工中，对静止的工件照射激光。然而，由 于激光的能量密度高，因此在工件的形成贯穿孔的部位容易产生热变质层。这也是加工精 度难以提高的原因之一。此外，在对工件照射激光时，随着工件的熔融、气化会产生羽流(plume，包含由工 件产生的金属蒸气、该金属蒸气离子化形成的蒸气等的混合气体)。该羽流、特别是金属蒸 气会遮挡激光，因此也被指出了利用激光的穿孔加工变得难以进行的问题。
进而，在日本特开2001-150248号公报记载的现有技术中，在贯穿形成预孔的工 序结束后，利用移动台107将激光加工头101更换为电火花加工头106，因而存在着耗费时 间且导致作业工序数增加的问题。由此，难以提高生产率。因而，期望减少作业工序数以提 高生产性。
发明内容
本发明的一般目的在于提供一种激光加工装置，该激光加工装置不易使工件产生 热变质层，因此容易提高加工精度。本发明的主要目的在于提供一种激光加工装置，该激光加工装置可避免金属蒸气 遮挡激光，因此能够使穿孔加工高效地进行。本发明的另一目的在于提供一种不易使工件产生热变质层的激光加工方法。本发明的又一目的在于提供一种能够使穿孔加工高效地进行的激光加工方法。本发明的又一目的在于提供一种能够减少作业工序数的激光加工方法。根据本发明的一个实施方式，提供一种激光加工装置，该激光加工装置对中空的 金属制工件的封闭部位照射纳秒激光和皮秒激光中的至少任意一方而形成贯穿孔，该激光加工装置具备激光加工头，该激光加工头具有用于照射所述纳秒激光的第一激光振荡机构、以 及用于照射所述皮秒激光的第二激光振荡机构；旋转保持机构，该旋转保持机构保持所述金属制工件，并且以该金属制工件的被 所述纳秒激光和/或皮秒激光中的至少任意一方所照射的部位为中心，使该金属制工件旋 转动作；蒸气除去机构，该蒸气除去机构在形成所述贯穿孔时，抽吸由所述金属制工件产 生的金属蒸气；以及控制单元，该控制单元控制所述激光加工头、所述旋转保持机构、所述蒸气除去机 构的驱动和停止。根据这样的结构，能够在使金属制工件旋转动作的同时对金属制工件进行精加 工。即，例如，在精加工时能够对进行旋转动作的金属制工件照射激光，因此容易避免金属 制工件产生热变质层。而且，在使金属制工件旋转动作的同时照射激光进行精加工的情况下，即使聚光 后的激光的截面形状不是圆形，也能够得到大致正圆形状的喷射孔。S卩，根据本发明，能够容易地得到精度良好的贯穿孔。此外，由于具备在进行激光加工时抽吸金属蒸气的抽吸机构，所以所产生的金属 蒸气被迅速地抽吸除去。因此，避免了金属蒸气的滞留，所以激光容易到达加工部位。因而， 能够使激光加工高效地进行。另外，优选蒸气除去机构具有从金属制工件的内部侧抽吸金属蒸气的抽吸单元。 在该情况下，会产生比从金属制工件的外部侧抽吸金属蒸气更大的负压。因而，即使是在金 属蒸气产生大量的情况下，利用抽吸机构的抽吸除去也是非常容易的。换言之，能够迅速地 除去金属蒸气。此外，优选蒸气除去机构具有在贯穿孔形成后供给气体的气体供给单元。在该情
4况下，能够通过气体容易地压力输送金属蒸气，因此能够更加容易地避免金属蒸气的滞留。根据本发明的另一实施方式，提供一种激光加工方法，该激光加工方法对中空的 金属制工件的封闭部位照射纳秒激光和皮秒激光中的至少任意一方而形成贯穿孔，该激光加工方法具有从第一激光振荡机构对被保持于旋转保持机构的所述金属制工件照射所述纳秒 激光而形成贯穿孔的工序；以及在所述旋转保持机构的作用下使所述金属制工件旋转动作后，从第二激光振荡机 构对进行着旋转动作的所述金属制工件的所述贯穿孔的内壁照射所述皮秒激光以进行精 加工的工序，在进行形成所述贯穿孔的工序的过程中，从所述金属制工件的外部侧抽吸金属蒸 气，并且，在形成所述贯穿孔的工序之后，从所述金属制工件的外部侧供给气体，并且 从该金属制工件的内部侧进行抽吸。通过进行这样的工序，能够高效地形成精度良好的贯穿孔。如上所述，根据本发明，由于能够在使金属制工件旋转动作的同时进行激光加工， 因此能够避免在该金属制工件生成热变质层，并且能够使金属制工件的激光照射位置变 化，因此能够形成正圆形状、或者接近正圆形状的贯穿孔。即，能够容易地得到精度良好的 贯穿孔。此外，由于将伴随激光加工所产生的金属蒸气抽吸除去了，因此激光能够高效地 到达加工位置。因此，也能够使激光加工高效地进展。根据本发明的另一实施方式，提供一种用于在工件上形成贯穿孔的激光加工方 法，该激光加工方法具有对所述工件照射激光并形成贯穿的预孔的工序；以及在保持所述预孔的激光射出侧压力比激光入射侧压力低的同时利用激光对所述 预孔进行扩径的工序。总之，在该情况下，利用激光贯穿形成预孔，接着，利用激光对该预孔扩径。艮口， 贯穿形成预孔的工序以及对该预孔扩径的工序都利用激光来实施，因此无需像日本特开 2001-150248号公报记载的现有技术那样更换加工工具。由于不用更换加工工具，因此能够 减少在形成贯穿孔时的作业工序数。而且，通过使预孔的激光射出侧(出口侧)压力比激光入射侧(入口侧)压力低， 从而在入口侧和出口侧之间产生压力差。借助于该压力差，从预孔的入口侧朝向出口侧产 生气流。通过该气流能够高效地排出在利用激光对预孔扩径时所产生的羽流。其结果是， 能够减少用于形成贯穿孔的加工工时。另外，为了使预孔的所述出口侧(激光射出侧)压力比所述入口侧(激光入射侧) 压力低，例如可以使所述入口侧压力比大气压高，且使所述出口侧压力比大气压低。在该情况下，在利用激光对预孔扩径的工序中，优选使激光的光轴绕预孔的轴线 旋转。由此，增加了单位时间内激光照射至工件的面积。因而，也增加了单位时间内的加工 体积，因此能够减少形成贯穿孔所需的加工工时。
图1是本发明的第一实施方式涉及的激光加工装置的主要部分纵剖面结构图。图2是构成图1的激光加工装置的激光加工头的概要电路结构图。图3是示出对燃料喷射喷嘴照射纳秒激光并形成喷射孔的状态的主要部分纵剖 视图。图4是示出使形成有喷射孔的燃料喷射喷嘴以喷射孔为中心进行旋转的状态的 主要部分俯视图。图5是示出对喷射孔的内周壁照射皮秒激光并进行精加工的状态的主要部分立 体剖视图。图6是用于实施本发明的第二实施方式涉及的激光加工方法的激光加工装置的 主要部分纵剖面结构图。图7A、图7B是说明贯穿形成预孔的工序的流程图。图8是说明对预孔扩径的工序的流程图。图9是从图8的箭头b方向观察到的向视图。图10A、图IOB是示出第二实施方式所述的激光加工的作用的概要说明图。图11是示出气流对加工产生的影响的加工孔的剖视图。图12是示出因压力差的有无使得加工时间不同的图。图13是示出搭载于机动车的燃料喷射阀的整体概要主视图。图14是构成所述燃料喷射阀的燃料喷射喷嘴的末端部的概要纵剖视图。图15是示出现有技术中贯穿形成预孔的状态的主要部分概要立体图。图16是示出现有技术中对预孔扩径的状态的主要部分概要立体图。
具体实施例方式以下，对于本发明涉及的激光加工方法，根据与实施该方法的激光加工装置的关 系列举优选的实施方式，并参照附图详细地说明。图1是本发明的第一实施方式涉及的激光加工装置10的主要部分纵剖面结构图。 该激光加工装置10具有旋转保持机构12，其保持燃料喷射喷嘴3 (金属制工件)；激光加 工头14，其对所述燃料喷射喷嘴3照射后述的激光；以及后述的蒸气除去机构，其用于抽吸 在形成喷射孔6的过程中由燃料喷射喷嘴3产生的金属蒸气。旋转保持机构12具有基座部16、通过轴承18被旋转自如地支撑于该基座部16的 旋转部20、以及设于该旋转部20上部的工件保持部22。其中，在基座部16附设有旋转驱 动用电动机24。此外，在该旋转驱动用电动机24的旋转轴25嵌合有驱动带轮26。所述旋转部20具备利用套管(collar) 28和螺母30安装于轴承18的旋转筒部件 34，在该旋转筒部件34的小直径的筒状末端外嵌有从动带轮36。传动带38卷绕于该从动 带轮36和所述驱动带轮26。工件保持部22由以下部件构成保持基座42，其通过保持轴(retaining shaft, 止轴)40连结于旋转筒部件34 ；截面呈大致T字状的工件保持主体44，其经由轴承43被旋 转自如地安装于该保持基座42 ；套管48和螺母50，它们防止工件保持主体44从轴承43脱离；环状部件54，其连结于保持基座42，用于支撑密封部件52 ；延长部件56，其从保持基座 42延伸至工件保持主体44的端部为止，用于支撑工件保持主体44的一端；从动齿轮58，其 安装于工件保持主体44的端部，用于从用于使该工件保持主体44旋转的驱动装置(未图 示)获得驱动力；以及工件旋转角度分度机构60，其用于使工件保持主体44每隔预定角度 进行定位。另外，参考符号62为在以工件保持主体44支撑燃料喷射喷嘴3时用于防止该 燃料喷射喷嘴3旋转的定位销。在工件保持主体44内部，形成有与燃料喷射喷嘴3的内部连通的第一通道64、以 及与该第一通道64正交的第二通道66。其中，第二通道66与形成于延长部件56内部的第 三通道68连通。而且，第三通道68经由形成于保持基座42的第四通道70与旋转筒部件 34的中空部71连通。工件旋转角度分度机构60具有多个凹部74，所述多个凹部74在构成工件保持 主体44的大径部72的外周面上沿周向每隔预定角度地设置；壳体76，其以与大径部72的 外周面对置的方式设于保持基座42 ；滚珠78，其配置于该壳体76内，并且能够与各个所述 凹部74嵌合；以及螺旋弹簧80，其对该滚珠78向凹部74侧弹性施力。在构成工件保持部22的保持基座42的、面对工件保持主体44的那一侧的侧面， 配设有与工件保持主体44和燃料喷射喷嘴3的重量对应的平衡配重(counter weight)构 件(未图示)，以使该保持基座42顺畅地旋转动作。在此，作为平衡配重构件，举例示出了 安装有与上述重量对应的锤的结构。另外也可以构成为在保持基座42内具备用于贮留液 体的罐体，并且利用配置于基座部16的未图示的传感器监视旋转筒部件34的振摆，所述传 感器根据振摆量发出信号，接收该信号的控制电路98(参照图2)发出向所述罐体供给水等 液体的指令，以使所述旋转筒部件34的振摆减小。在该情况下，与工件保持主体44和燃料 喷射喷嘴3的重量对应地供给液体(水等)，由此实现重量均衡化。在任何情况下，都根据 所加工的燃料喷射喷嘴3的重量来改变平衡配重构件的重量。相邻的凹部74、74之间的离开间隔与燃料喷射喷嘴3的相邻的喷射孔6、6之间的 离开间隔对应。如图2所示，激光加工头14具有激发纳秒激光Ll的纳秒激光振荡器82、以及激发 皮秒激光L2的超短脉冲激光振荡器84 (皮秒激光振荡器)。在该激光加工头14还具有 放大器86，其使由超短脉冲激光振荡器84激发的皮秒激光L2放大；反射镜88，其用于反射 由该放大器86输出的皮秒激光L2 ；反射镜89，其用于反射由纳秒激光振荡器82激发的纳 秒激光Ll ；光束旋转器90，其使纳秒激光Ll和皮秒激光L2的聚光位置变化；以及聚光透镜 92，其使纳秒激光Ll和皮秒激光L2聚光于燃料喷射喷嘴3。蒸气除去机构具有未图示的抽吸机构，其能够通过插入于燃料喷射喷嘴3内侧 的抽吸喷嘴94(参照图5)从旋转筒部件34的中空部71进行抽吸；以及抽吸供给机构，其 具备配置于燃料喷射喷嘴3的外部附近的抽吸供给喷嘴96 (参照图1和图2)。在上述结构中，旋转驱动用电动机24、纳秒激光振荡器82、超短脉冲激光振荡器 84、光束旋转器90、抽吸机构、抽吸供给机构以及驱动装置与控制电路98(参照图2)电连 接。第一实施方式涉及的激光加工方法使用如上所述地构成的激光加工装置10，并以 下述方式实施。
7
首先，在图1所示的状态下，不驱动旋转驱动用电动机24，由激光加工头14激发纳 秒激光Li。即，通过控制装置驱动纳秒激光振荡器82，并在光束旋转器90和聚光透镜92 的作用下，向燃料喷射喷嘴3的预定位置照射纳秒激光Li。同时，驱动抽吸供给机构。如图3所示，通过照射纳秒激光Li，燃料喷射喷嘴3从外壁侧开始熔融，形成熔融 部S。此时，由熔融部S产生大量的含有金属蒸气的羽流V。如果该羽流V遮挡纳秒激光Ll 的话，会阻碍穿孔加工(激光加工)的进展，然而在第一实施方式中，羽流V通过抽吸供给 喷嘴96被迅速地抽吸。因此，使得纳秒激光Ll容易地到达燃料喷射喷嘴3的预定部位，因 此激光加工高效地进展。燃料喷射喷嘴3的被纳秒激光Ll照射的部位的熔融最终发展至面向中空内部的 内壁为止。由此，形成作为喷射孔6的贯穿孔。控制电路98在停止驱动纳秒激光振荡器82后，发出“驱动旋转驱动用电动机24” 的指令信号。收到该指令信号的旋转驱动用电动机24使其旋转轴25旋转动作。驱动带轮 26随之旋转，其结果是，从动带轮36通过传动带38而旋转，从而旋转筒部件34开始旋转动作。随着旋转筒部件34的旋转动作，通过保持轴40连结于该旋转筒部件34的保持基 座42进行旋转动作。其结果是，如图4所示，燃料喷射喷嘴3以喷射孔6为旋转中心进行 旋转。接着，控制电路98驱动超短脉冲激光振荡器84，并在光束旋转器90和聚光透镜 92的作用下，向喷射孔6的开口附近照射皮秒激光L2。同时，驱动抽吸供给机构和抽吸机 构。另外，由位于燃料喷射喷嘴3外侧的抽吸供给喷嘴96供给压缩气体，另一方面，抽吸机 构通过被插入于燃料喷射喷嘴3内侧的抽吸喷嘴94进行抽吸。如图5所示，由于燃料喷射喷嘴3在旋转，因此皮秒激光L2以相对于喷射孔6的轴 线稍稍倾斜的方式行进。由此，喷射孔6的内周壁熔融，将该喷射孔6精加工为预定直径， 并且将内周壁精加工为预定的表面粗糙度。即，对喷射孔6实施精加工。此时，伴随内周壁的熔融所产生的羽流V在经由抽吸供给喷嘴96排出的压缩气体 的作用下被迅速地压力输送至燃料喷射喷嘴3内侧。另一方面，在燃料喷射喷嘴3内侧如 上所述地配置有抽吸喷嘴94，而且抽吸机构经由该抽吸喷嘴94进行抽吸，因此羽流V被迅 速地抽吸至抽吸机构。在燃料喷射喷嘴3旋转的状态下，羽流V容易呈层状地滞留在喷射孔6的内部。然 而，在第一实施方式中，如上所述地将羽流V从燃料喷射喷嘴3的外侧向内侧压力输送，并 且在内侧抽吸羽流V。而且，从燃料喷射喷嘴3的内侧进行抽吸的话，比从外侧进行抽吸的 情况下的负压更大。因此，即使存在大量的羽流V，也能够容易地抽吸并除去。根据以上理由，能够迅速地除去羽流V。由此，使得皮秒激光L2能够容易地到达内 周壁，因此能够高效地对内周壁进行激光加工。由于在使燃料喷射喷嘴3旋转的同时照射皮秒激光L2，因此皮秒激光L2始终到达 喷射孔6的内周壁。由此，即使聚光后的皮秒激光L2的截面形状不是圆形，也能够得到大 致正圆形状的喷射孔6。而且，由于燃料喷射喷嘴3在旋转，因此即使在照射能量密度高的皮秒激光L2的 情况下，也不易产生热变质层。因此，加工精度也提高了。
即，根据使燃料喷射喷嘴3旋转的第一实施方式，能够形成正圆形状或者接近正 圆形状的圆形形状的喷射孔6。换言之，具有能够高精度地形成喷射孔6的优点。在形成了一个喷射孔6后，控制电路98向驱动装置发出使燃料喷射喷嘴3旋转预 定角度的指令信号。收到该信号的驱动装置通过经由从动齿轮58使该工件保持主体44旋 转，从而使燃料喷射喷嘴3旋转预定角度。最终，通过使滚珠78与构成工件旋转角度分度 机构60的凹部74嵌合从而将燃料喷射喷嘴3定位。对该定位好的末端部实施与上述相同 的穿孔加工，形成新的喷射孔6。随着形成了预定个数的喷射孔6，所有的穿孔加工结束。另外，在第一实施方式中，作为中空金属制工件，以燃料喷射喷嘴3为例进行了说 明，然而中空金属制工件当然并不特别限定于此，此外，也可以使抽吸供给机构仅具有抽吸功能，从而从中空金属制工件(例如燃 料喷射喷嘴3)的外侧和内侧这两侧对羽流V进行抽吸。接着，对本发明的第二实施方式进行说明。图6是用于实施第二实施方式涉及的激光加工方法的激光加工装置120的主要部 分纵剖面结构图。该激光加工装置120具有激光振荡器121、设于该激光振荡器121的下部 并发射激光的加工头122、以及配置于该加工头122下方的工件保持部123。工件保持部123具有作为基座的保持基座124 ；工件保持主体126，其通过轴承 125、125被旋转自如地安装于该保持基座124 ；套管127和螺母128，它们防止该工件保持 主体126从轴承125、125脱离；密封部件129，其配置于轴承125、125附近；环状部件131， 其安装于保持基座124以支撑轴承125、125 ；驱动装置132，其安装于保持基座124并使 工件保持主体126旋转；驱动齿轮133，其安装于该驱动装置132并传递驱动力；从动齿轮 134，其安装于工件保持主体126的基端附近以从该驱动齿轮133获得驱动力；密封部件 135，其配置于工件保持主体126的基端；工件旋转角度分度机构140，其用于使工件保持主 体126每隔预定旋转角度进行定位；以及压力差产生机构150，其用于使作为工件的燃料喷 射喷嘴3的外侧和内侧产生压力差。另外，参考符号148为利用工件保持主体126支撑燃料 喷射喷嘴3时用于阻止该燃料喷射喷嘴3相对于工件保持主体126旋转的定位销，参考符 号149为截止气体在燃料喷射喷嘴3与工件保持主体126之间的间隙中流动的密封部件。工件保持主体126是形成与燃料喷射喷嘴3内的通道118相通的通道136的部件。 通道136与形成于保持基座124内的中空部137连通。上述通道118、136和中空部137是构成用于抽吸在激光加工中所产生的羽流的羽 流抽吸通道138的部分。工件旋转角度分度机构140由以下部件构成多个凹部142，所述多个凹部142在 设于工件保持主体126的大径部141的外周面沿周向每隔预定角度地形成；壳体143，其以 与大径部141的外周面对置的方式设于保持基座124 ；滚珠144，其配置于所述壳体143内， 并且能够与多个凹部142分别嵌合；以及压缩弹簧145，其设于壳体143内以对该滚珠144 向凹部142按压。相邻的凹部142、142之间的分离间隔与燃料喷射喷嘴3的相邻的喷射孔6、6之间 的分离间隔对应。压力差产生机构150由以下部件构成封闭部件151，其安装于保持基座124并包 围燃料喷射喷嘴3 ；密封部件153，其设于该封闭部件151的端部并截止气体的泄漏；透射板155，其使从加工头122照射的激光154透射到高压室152内；高压气体供给源156，其 向高压室152导入高压气体以使高压室152的压力高于大气压；气体通道157，其与高压室 152连接并引导从该高压室152抽吸出来的气体；抽吸通道158，其与羽流抽吸通道138连 接并引导从该羽流抽吸通道138抽吸出来的气体；三通阀161，其将用于抽吸气体的通道切 换为气体通道157和抽吸通道158中的任意一方；螺线管162，其对该三通阀161进行切换； 以及真空泵163，其用于从高压室152或者羽流抽吸通道138抽吸气体。对于高压气体供给源156，如果气体是空气的话优选采用压缩机，如果气体是氮气 的话优选采用储气瓶(gas Bombe)。由于氮气是非氧化性气体，因此能够防止工件(即燃料喷射喷嘴3)的材质(即金 属)氧化，是优选的气体。然而，由于储气瓶价格一般较高，因此在成本方面是不利的。另一方面，空气不仅不耗费成本而且容易处理，因此比较实用。因此，下面以使用 空气的情况为例进行说明。接下来，对利用如上所述地构成的激光加工装置120实施的第二实施方式涉及的 激光加工方法进行说明。图7A和图7B是说明贯穿形成预孔的工序的图，首先，如图7A所示，在保持高压室 152处于大气压或者稍高压力的状态下，由加工头122发射激光154，并照射至燃料喷射喷 嘴3的末端部16。由于加工而产生羽流165。另外，在直至预孔166贯穿为止，高压室152中不存在空气逸出部位，因此过度地 加压的话，透射板155或者封闭部件有可能破损。此外，在过度地加压的情况下，存在着加 工进展得变缓的趋势。即，在该情况下，空气推压羽流165并使其滞留，因此来自待加工部 位的羽流165无法被除去，该羽流165会遮挡激光154。进而换言之，是由于不过度加压则 加工更容易进行。因此，利用高压气体供给源156将空气导入高压室152，另一方面利用抽吸泵163 从高压室152抽吸空气。由此，能够完全避免上述的不良情况。当利用激光154的加工进展后，如图7B所示，预孔166贯穿。在预孔166贯穿的 时刻，利用高压气体供给源156对高压室152(激光入射侧=预孔166的入口侧)加压以形 成高于大气压的压力，切换三通阀161 (参照图6)，利用真空泵163使通道118 (激光射出侧 =预孔166的出口侧)减压以形成低于大气压的压力。由此，在预孔166的入口侧和出口 侧之间产生压力差，其结果是，空气在预孔166内如箭头(1)那样地流动。随之，羽流165 被推动而流向通道118。另外，待形成的喷射孔6以双点划线示出。图8和图9是说明对预孔扩径的工序的流程图。如其中的图8所示，在保持上述 的压力差的同时照射激光154，对预孔166扩径并实施精加工。空气因压力差而如箭头(2) 那样地流动，羽流165被推压而流向通道118。因而，避免了羽流165阻碍激光154的照射， 激光154的照射效率不会降低。此外，如箭头(3)那样，使激光154旋转，利用以虚线示出的激光154对预孔166 扩径，完成喷射孔6的精加工。图9为从图8的箭头b方向观察到的向视图。使激光154如箭头(4)那样地高速 旋转，增加单位时间内激光154照射燃料喷射喷嘴3的面积，从而能够进行高速加工。图IOA和图IOB是将实施例与比较例对比来示出第二实施方式涉及的激光加工的
10作用的图。其中，在图IOA的实施例中，由于存在由压力差产生的气流，因此羽流165如箭 头(5)那样从喷射孔6内被排出。其结果是，由于激光154的照射效率不会降低，因此能够 在短时间内加工喷射孔6。另一方面，在图IOB的比较例中，由于不存在压力差，不会产生气流，因此在通过 激光154加工燃料喷射喷嘴3时，羽流165滞留于喷射孔6内。其结果是，激光154的照射 效率降低，进而由于附着有熔融金属167、167，因此加工时间变长。图IlA和图IlB是用于说明气流对加工产生的影响的加工孔剖视图，设扩径工序 中激光的条件为频率为3kHz、能量为2mJ、激光的转速为3000rpm、加工时间为30秒。在图IlA的比较例中，由于有熔融金属附着于喷射孔6，因此加工面变得粗糙。喷 射孔6的图中上侧的开口部的直径为63 μ m，图中下侧的开口部的直径为33 μ m,喷射孔6 的直径不均勻。并且，加工体积为947 μ m3，比较小。在图IlB的实施例中，由于气流的作用，没有熔融金属附着于喷射孔6，因此加工 面细致。喷射孔6的图中上侧的开口部的直径为76 μ m，图中下侧的开口部的直径为63 μ m， 喷射孔6的直径大致均勻。进而，加工体积为1930 μ m3，比较大。图12是示出有无压力差的情况下的加工时间的图，在不存在压力差的状态下进 行加工的比较例中，到贯穿孔加工结束为止需要1秒，到精加工结束为止需要60秒。在存在压力差的状态下进行加工的实施例中，到贯穿孔加工结束为止需要1秒， 到精加工结束为止需要30秒。即，加工工时减少到一半。另外，对于该第二实施方式，工件也并不特别限定于燃料喷射喷嘴3。产业上的可利用性本发明所述的激光加工装置和激光加工方法在形成构成燃料喷射阀的燃料喷射 喷嘴的喷射孔时等特别有效。
权利要求
一种激光加工装置(10)，该激光加工装置(10)对中空的金属制工件(3)的封闭部位照射纳秒激光和皮秒激光中的至少任意一方而形成贯穿孔(6)，其特征在于，该激光加工装置(10)具备激光加工头(14)，该激光加工头(14)具有用于照射所述纳秒激光的第一激光振荡机构(82)、以及用于照射所述皮秒激光的第二激光振荡机构(84)；旋转保持机构(12)，该旋转保持机构(12)保持所述金属制工件(3)，并且以该金属制工件(3)的被所述纳秒激光和/或皮秒激光中的至少任意一方照射的部位为中心，使该金属制工件(3)旋转动作；蒸气除去机构，该蒸气除去机构在形成所述贯穿孔(6)时，抽吸由所述金属制工件(3)产生的金属蒸气；以及控制单元，该控制单元控制所述激光加工头(14)、所述旋转保持机构(12)、所述蒸气除去机构的驱动和停止。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述蒸气除去机构具有抽吸单元，该抽吸单元从所述金属制工件(3)的内部侧抽吸所 述金属蒸气。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，所述蒸气除去机构具有气体供给单元，该气体供给单元在所述贯穿孔(6)形成后供给 气体。
4.一种激光加工方法，该激光加工方法对中空的金属制工件(3)的封闭部位照射纳秒 激光和皮秒激光中的至少任意一方而形成贯穿孔(6)，其特征在于，该激光加工方法具有从第一激光振荡机构(82)对被保持于旋转保持机构(12)的所述金属制工件(3)照射 所述纳秒激光而形成贯穿孔(6)的工序；以及在所述旋转保持机构(12)的作用下使所述金属制工件(3)旋转动作时，从第二激光振 荡机构(84)对进行着旋转动作的所述金属制工件(3)的所述贯穿孔(6)的内壁照射所述 皮秒激光以进行精加工的工序，在进行形成所述贯穿孔(6)的工序的过程中，从所述金属制工件(3)的外部侧抽吸金 属蒸气，并且，在形成所述贯穿孔(6)的工序之后，从所述金属制工件(3)的外部侧供给气体，并且从 该金属制工件(3)的内部侧进行抽吸。
5.一种激光加工方法，该激光加工方法用于在工件(3)形成贯穿孔(6)，其特征在于， 该激光加工方法具有对所述工件(3)照射激光(154)并贯穿形成预孔的工序；以及 在保持所述预孔的激光射出侧压力比激光入射侧压力低的同时利用激光(154)对所 述预孔(166)进行扩径的工序。
6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，在利用所述激光(154)对所述预孔(166)进行扩径的工序中，使所述激光(154)的光 轴绕所述预孔(166)的轴线旋转。
全文摘要
提供一种用于在金属制工件(3)形成贯穿孔(6)的激光加工装置(10)和激光加工方法。第一激光加工方法包括用来自第一激光振荡机构(82)的纳秒激光束(L1)照射由旋转保持机构(12)保持的金属制工件(3)从而形成贯穿孔(6)的工序、以及当金属制工件(3)在旋转保持机构(12)的作用下旋转时用来自第二激光振荡机构(84)的皮秒激光束(L2)照射正旋转着的金属制工件(3)的贯穿孔(6)的内壁从而精加工贯穿孔(6)的工序。在形成贯穿孔(6)的工序的过程中，从金属制工件(3)的外侧抽吸金属蒸气。然后，从金属制工件(3)的外侧供给气体，并且从金属制工件(3)的内侧进行抽吸。在第二激光加工方法中，当贯穿的预孔(166)的径向被扩大时，保持该预孔(166)的出口侧压力比激光入射(或入口)侧压力低。
文档编号B23K26/14GK101909808SQ200980102448
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2008年1月17日
发明者中岛克幸, 小林崇, 山岩弘昭, 根本章宏 申请人:本田技研工业株式会社