レーザ穿孔方法
【課題】レーザ光によって溶融した溶融金属による形成しようとする細長い微細径の貫通孔の閉塞を解消できるレーザ穿孔方法を提供する。
【解決手段】金属部材（鋳造用金型３０）の上方からレーザ光Ｓを照射して貫通孔（ガス抜き孔４７）を形成するレーザ穿孔方法であって、予め、レーザ光Ｓが金属部材を通過して射出されるレーザ射出側（キャビティ面３８）を隔房９９によって密閉し該隔房内にガスＧを供給し、その圧力を金属部材のレーザ入射側の圧力より高くするレーザ射出側加圧工程と、レーザ入射側にレーザ光Ｓを照射するレーザ光照射工程と、照射されたレーザ光が貫通孔を形成して金属部材から射出されるときレーザ射出側に形成されるレーザ射出側開口部（キャビティ面開口部７７）を通って貫通孔にガスを吹き込むガス流生成工程と、を含み、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属Ｍがレーザ射出側開口部を閉塞することを防止する。
【解決手段】金属部材（鋳造用金型３０）の上方からレーザ光Ｓを照射して貫通孔（ガス抜き孔４７）を形成するレーザ穿孔方法であって、予め、レーザ光Ｓが金属部材を通過して射出されるレーザ射出側（キャビティ面３８）を隔房９９によって密閉し該隔房内にガスＧを供給し、その圧力を金属部材のレーザ入射側の圧力より高くするレーザ射出側加圧工程と、レーザ入射側にレーザ光Ｓを照射するレーザ光照射工程と、照射されたレーザ光が貫通孔を形成して金属部材から射出されるときレーザ射出側に形成されるレーザ射出側開口部（キャビティ面開口部７７）を通って貫通孔にガスを吹き込むガス流生成工程と、を含み、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属Ｍがレーザ射出側開口部を閉塞することを防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ穿孔方法に関する。詳しくは、金属部材に細長い微細径の孔を形成するレーザ穿孔方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト等の金属部品は、一般に鋳造用金型のキャビティに溶湯を充填して製造されるが、鋳造のときキャビティ内に残っているガス、及び溶湯から発生するガスを除去するために鋳造用金型のキャビティ面の各所にガス抜き連通路としてキャビティ外部と連通したガス抜き用の細孔、またはスリットを設ける、または多孔性部材を配置することが公知である（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
ここで、鋳造用金型に設けるガス抜き連通路は、ガスを抜き溶湯を止める必要があるが、金型にスリットを設ける方式、及び多孔性部材を配置する方式は、いずれもそのための追加構成部品が必要になる。この追加構成部品はそれぞれのガス抜き連通路に必要であり、通常鋳造用金型は多数のガス抜き連通路を必要とするため、鋳造用金型を形成する部品点数が大幅に増加する。また、異材であるため、熱膨張率の差から鋳造用金型内部に応力が発生し鋳造用金型寿命に影響を与える場合もある。
一方、鋳造用金型に細孔を設ける方式は、追加構成部品が不要であり、簡単な構造で形成できる。しかしながら、鋳造用金型に細孔を設ける方式は構造的に簡単ではあるが、金属部材に細長い微細径の孔を正確に加工形成することは容易ではない。
【０００４】
金属部材に細長い微細径の孔を形成する方式としては、マイクロドリルを用いた微小深穴加工、微細放電加工機を用いた微細穴加工が公知であるが、マイクロドリルを用いた微小深穴加工においては、要求される微小孔がしばしばドリル加工の最少径限界を超え、また最少径限界近くでは刃先の摩耗による孔径の変化を抑えるため加工に非常な時間を掛ける必要がある。また、放電加工においても、要求される微小孔がしばしば加工の最少径限界を超え、同様に最少径限界近くでは加工に非常な時間を掛ける必要がある。
【０００５】
また、金属部材に細長い微細径の孔を形成する方式としては、レーザ光（ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、又はＵＶ個体レーザ）を用いたレーザ穿孔方法が公知である。また、レーザ穿孔方法において、レーザを用いて加工対象物に形成した貫通孔からレーザ穿孔によって発生する溶融物等の加工残渣を効率的に排出する技術が提案されている（特許文献３及び４参照）。
【０００６】
しかしながら、レーザ穿孔方法を用いて金属部材に細長い微細径の孔を形成する場合に発生しやすい、レーザ光によって溶融した溶融金属による貫通孔の閉塞に関するものは見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平５−２７０号公報（実願昭６２−１２０６３６号）
【特許文献２】特開昭２００２−１１３５５０号公報（特願２０００−３０９６８７号）
【特許文献３】特開昭５９−４７０８４号公報（特願昭５７−１５７１１６号）
【特許文献４】特開平８−１５５６７０号公報（特願平６−３００７６９号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消し、レーザ穿孔方法を用いて金属部材に細長い微細径の孔を形成する場合に発生しやすいレーザ光によって溶融した溶融金属による貫通孔の閉塞を解消できるレーザ穿孔方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１） 金属部材（例えば、後述の鋳造用金型３０、固定型３２）の上方からレーザ光（例えば後述のレーザ光Ｓ）を照射して当該金属部材に貫通孔（例えば、後述のガス抜き孔４１、４３、４５、４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ））を形成するレーザ穿孔方法であって、予め、レーザ光が金属部材を通過して金属部材から射出される金属部材のレーザ射出側（例えば、後述のキャビティ面３８、第１乃至第４の環状溝部４０乃至４６、閉鎖空間Ｃ）を隔房（例えば、後述の隔房９９）によって密閉し該隔房内にガス（例えば、後述のガスＧ）を供給することにより、金属部材のレーザ射出側の圧力を金属部材のレーザ入射側（例えば、導管底面１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ））の圧力より高くするレーザ射出側加圧工程と、
金属部材のレーザ入射側にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
照射されたレーザ光が貫通孔を形成して金属部材から射出されるとき金属部材のレーザ射出側に形成されるレーザ射出側開口部（例えば、レーザ射出側開口部１１４ｅ、キャビティ面開口部７７（７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ））を通って貫通孔にガスを吹き込むガス流生成工程と、を含み、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属（例えば、後述の溶融金属Ｍ）がレーザ射出側開口部を閉塞することを防止するレーザ穿孔方法。
【００１０】
（１）のレーザ穿孔方法によれば、あらかじめ、レーザ光が金属部材を通過して金属部材から射出される金属部材のレーザ射出側を隔房によって密閉し該隔房内にガスを供給することにより、金属部材のレーザ射出側の圧力を金属部材のレーザ入射側の圧力より高くしておく。
次に、レーザ光照射によって入射したレーザ光が貫通孔を形成して金属部材から射出されるときレーザ射出側にレーザ射出側開口部が形成されるが、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属がその重量によって貫通孔の内部壁面を下向きに移動し、一旦形成されたレーザ射出側開口部を閉塞しようとする。
【００１１】
ここで、金属部材のレーザ射出側の圧力は金属部材のレーザ入射側の圧力より高くされているため、一旦金属部材のレーザ射出側にレーザ射出側開口部が形成され貫通孔が形成されると、隔房内のガスはレーザ射出側開口部を通って貫通孔に吹き込まれ、この貫通孔に吹き込まれる上向きのガス流によって、溶融された金属部材である貫通孔内の溶融金属をその重量に抗して逆流させ貫通孔のレーザ入射側開口部から排出する。
【００１２】
従って、このガス流によって、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属が貫通孔を閉塞することを防止できる。また、レーザ射出側開口部は、一旦形成された後このガス流がなければ溶融金属によってその内径が縮小する（更には閉塞する）ところを、このガス流により溶融金属を押し返しその内径を拡大しようとする反作用を与えて、その両者のバランスによってその内径が定まるものであるため、レーザ射出側開口部の内径の意図しない拡大を抑制することができる。
【００１３】
また、（１）のレーザ穿孔方法は、金属部材が、軽合金または鉄系部品を鋳造するための鋳造金型のキャビティ面であり、且つ金属部材の材料が銅、銅合金または鋼であり、更に貫通孔がガス抜き孔であってよい。
【００１４】
（２） （１）のレーザ穿孔方法であって、貫通孔は、レーザ射出側開口部に向かってその内径が小さくなり、レーザ射出側開口部の内径は、ガスの圧力及び／または流量を制御することによって所望の値とするレーザ穿孔方法。
【００１５】
（２）のレーザ穿孔方法によれば、貫通孔はレーザ射出側開口部に向かってその内径が小さくなっているためレーザ射出側開口部の内径が最も小さく、従って貫通孔に吹き込まれるガス流の流速はレーザ射出側開口部で最も速く、溶融金属を吹き飛ばす、または押し返す作用は最も強い。一方照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属は重力によって最下部のレーザ射出側開口部に集まりレーザ射出側開口部を閉塞しようとしている。従って、最も閉塞しやすい部分に、最も溶融金属を吹き飛ばす、または押し返す作用を与えることができるので、レーザ射出側開口部の内径を効果的に調整することができる。
【００１６】
レーザ射出側開口部は、このガス流がなければ溶融金属によってその内径が縮小するところを、このガス流により溶融金属を押し返しその内径を拡大しようとする反作用を与えて、その両者のバランスによってその内径が定まるものであるため、吹き込まれるガス流の圧力及び／または流量を制御することによってレーザ射出側開口部の内径を所望の値とすることができる。
【００１７】
（３） （１）または（２）に記載のレーザ穿孔方法であって、レーザ射出側開口部の内径（φＤ）が０．２ｍｍ以下であるとき、貫通孔の長さ（Ｌ）のレーザ射出側開口部の内径に対する比（Ｌ／φＤ）が１５以上であるレーザ穿孔方法。
【００１８】
（３）のレーザ穿孔方法によれば、形成しようとする貫通孔のレーザ射出側開口部の内径（φＤ）に対して十分な貫通孔の長さ（Ｌ）があるため、レーザ照射によって金属部材に開口部が生じたとたんに、一気に溶融金属が吹き込まれたガスによって貫通孔のレーザ照射側に吹き飛ばされることがなく、生成されるガス流によってレーザ射出側開口部の内径（φＤ）が０．２ｍｍ以下の微細孔を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、レーザ穿孔方法を用いて金属部材に細長い微細径の孔を形成する場合に発生しやすいレーザによって溶融した溶融金属による貫通孔の閉塞を解消できるレーザ穿孔方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって製造した鋳造用金型の要部を示す部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は全体を示し、（ｂ）は１つの貫通孔の細部を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に用いるレーザ穿孔装置の概要斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法を説明する概要斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法の動作を示す模式図である。（ａ）は１つの貫通孔の全体を示し、（ｂ）は貫通孔のレーザ射出側開口部の近傍を示す。
【図７】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に関するレーザ射出側の圧力とレーザ射出側開口部（キャビティ面開口部）の内径との関係を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に用いるレーザ穿孔装置を構成するレーザ装置の出力パターンを示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に用いるレーザ穿孔装置を構成するレーザ光射出光学ユニット及び撮像デバイスの概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図１乃至７に基づき説明する。
【００２２】
図１及び２は、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって製造した鋳造用金型３０を示す。図１は、鋳造用金型３０の要部を示す側面視の部分断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は全体を示し、（ｂ）は１つの貫通孔の細部を示す。この鋳造用金型３０は、カムシャフト等の鉄製部品の製造に好適なものである。鋳造用金型３０は、固定型３２及び可動型３４を型締めすることによってキャビティ面３８を形成し、このキャビティ面３８で、カムシャフトのように小径部と大径部とが混在する異径棒状材を鋳造するものである。
【００２３】
この鋳造用金型３０は、クイックキャスティング用のものであり、金型冷却回路（図示省略）と協働させることによりキャビティ面３８を強冷できるように、熱伝導性が高い銅製、または銅合金製、または鋼製であることが好ましい。中子３６は、鋳造する異径棒状材を中空に形成するためのものである。
図1において、ＴＯＰ方向は天側を示し、ＢＯＴＴＯＭ方向は地側を示す。従って、鋳造用金型３０において、ワークである異径棒状材は垂直方向に伸びる体勢で形成される。
【００２４】
この鋳造用金型３０は、型締めすることにより、異径棒状材の複数の大径部を囲う第１乃至第４の部位（以下、「環状溝部」）４０、４２、４４、及び４６をキャビティ面３８に備える。鋳造用金型３０は、これら第１乃至第４の環状溝部４０乃至４６のうちの最上段の第４の環状溝部４６にその上コーナ部において開口するキャビティ面開口部７７を有し、そのキャビティ面開口部７７から、固定型３２及び可動型３４のそれぞれにおいて、水平に伸びるガス抜き孔４７を備える。キャビティ面開口部７７及びガス抜き孔４７は、この実施形態では固定型３２及び可動型３４のそれぞれにおいて、５個のキャビティ面開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ（図１では切断面上の７７ｃのみを図示する）、及び５個のガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ（図１では切断面上の４７ｃのみを図示する）から構成されているが、ワークである異径棒状材の形状、材質、鋳造条件等により、適宜増減してよい。
【００２５】
ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）の一端を構成するキャビティ面開口部７７（キャビティ面開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ）は、所定の内径φＤを有する。ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）は、いずれも所定の長さＬを有する細長い微細径の貫通孔であり、その他端は、固定型３２及び可動型３４にそれぞれに形成された導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）の底面である導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）に、導管底面開口部８７（導管底面開口部８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄ、８７ｅ）において開口している。導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、固定型３２及び可動型３４のキャビティ面３８の反対側である外面３７、３９のそれぞれに開口部６８（開口部６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅ）を有する円柱状の有底孔である。
【００２６】
また、導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）がそれぞれ所定の長さＬになるように、それぞれその深さを設定されている。ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）は、導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）と同軸に形成されていることが好ましい。また、ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ、及び導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅは、お互いに平行になるように形成されていることが好ましい。
【００２７】
また、鋳造用金型３０は、固定型カバー３１に第１のエア通路５０を、可動型カバー３３に第２のエア通路５２をそれぞれ備え、固定型カバー３１を固定型３２に、可動型カバー３３を可動型３４にそれぞれ固定することにより、これら第１、第２のエア通路５０、５２を導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）に連通させている。この状態では、第４の環状溝部４６は、ガス抜き孔４７（固定型３２及び可動型３４のそれぞれのガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を介して第１、第２のエア通路５０、５２と連通している。
【００２８】
また、鋳造用金型３０は、固定型３２及び可動型３４のそれぞれにおいて、同様に第１乃至第３の環状溝部４０、４２、４４の上コーナ部に開口する所定の内径φＤを有するキャビティ面開口部７１、７３、７５を一端とするガス抜き孔４１、４３、４５を備える。ガス抜き孔４１、４３、４５は、いずれも所定の長さＬを有する細長い微細径の貫通孔であり、それぞれ他端は導管６１、６３、６５に、導管底面開口部８１、８３、８５において開口している。同様に、ガス抜き孔４１、４３、４５は、導管６１、６３、６５と同軸に形成されていることが好ましい。また、同様に、キャビティ面開口部７１、７３、７５、ガス抜き孔４１、４３、４５、導管底面開口部８１、８３、８５、導管６１、６３、６５は、同様に、それぞれ複数のキャビティ面開口部、ガス抜き孔、キャビティ面開口部、導管より構成される。例えば、キャビティ面開口部７１は、キャビティ面開口部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅより構成されていてよい。
これらのガス抜き孔４１、４３、４５は、それぞれ導管６１、６３、６５を介して同様に第１、第２のエア通路５０、５２に連通されている。従って、第１の環状溝部４０は、ガス抜き孔４１を介して、第２の環状溝部４２は、ガス抜き孔４３を介して、第３の環状溝部４４は、ガス抜き孔４５を介して、それぞれ第１、第２のエア通路５０、５２と連通している。
【００２９】
第１、第２のエア通路５０、５２は、それぞれ第１、第２の流路５４、５５に接続され、この第１、第２の流路５４、５５は第３の流路５６を介して流路切換弁５７に接続されている。この流路切換弁５７の一方のポートは、真空ポンプ５８を接続され、流路切換弁５７の他方のポートはコンプレッサ５９に接続されている。流路切換弁５７を制御して真空ポンプ５８を第３流路５６に連通し、この状態で真空ポンプ５８を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６から脱気することができる。一方、流路切換弁５７を制御してコンプレッサ５９を第３流路５６に連通し、この状態でコンプレッサ５９を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６にエアを吹き出すことができる。
【００３０】
次に、鋳造用金型３０の操作について説明する。
型締めの後、鋳造を行うときは、流路切換弁５７を制御して真空ポンプ５８を第３流路５６に連通し、真空ポンプ５８を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６から脱気する。
キャビティ３８の下方から図示しない溶湯が供給されるとき、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部に残留エアが溜まり易いが、真空ポンプ５８を駆動して第１、第２のエア通路５０、５２及びガス抜き孔４１、４３、４５、４７及びキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７を介して第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部から残留エアを逃がすことができる。これにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部にも溶湯を確実に進入させることができる。
【００３１】
鋳造用金型３０を型開きし、ワークである異径棒状材（図示しない）を取り除いた後、流路切換弁５７を制御してコンプレッサ５９を第３流路５６に連通し、コンプレッサ５９を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部に開口しているキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７からエアを吹き出す。これにより、キャビティ面開口部７１、７３、７５、７７に付着した溶湯を除去することができる。
【００３２】
ここで、ガス抜き孔４１、４３、４５、４７は、前述の通り細長い微細径の貫通孔であるが、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６に開口しているキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７の内径φＤは、ガスを確実に抜くと同時にガス抜き孔４１、４３、４５、４７への溶湯の侵入を確実に防ぐ必要があるため、０．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ程度であることが更に好ましい。ガス抜き孔４１、４３、４５、４７のキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７以外の部分の内径φＤ１は、キャビティ面開口部７１、７３、７５、７７の内径φＤより大きくてもよい。
【００３３】
ガス抜き孔４１、４３、４５、４７の長さＬは、キャビティ面開口部の内径φＤが０．２ｍｍ以下である貫通孔を形成するための工程上の理由（後述する）により、長さＬのキャビティ面開口部の内径φＤに対する比（Ｌ／φＤ）が１５以上であることが好ましく、長さＬは５ｍｍ程度であることが更に好ましい。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって鋳造用金型３０を製造するレーザ穿孔装置９０につき説明する。図３は、レーザ穿孔装置９０の概要斜視図である。
レーザ穿孔装置９０は、穿孔のためのレーザ光を形成するためのレーザ装置２５、レーザ装置２５と光ファイバ伝送光学系２４によって接続されレーザ光を照射するためのレーザ光射出光学ユニット２０、レーザ光射出光学ユニット２０に取り付けられたレーザ光による穿孔の状況をモニターする撮像デバイス２３、レーザ光射出光学ユニット２０を所定の位置に移動させるロボット装置Ｒ、鋳造用金型３０のキャビティ面３８を密閉し内部に閉鎖空間Ｃ（図４参照）を形成する隔房９９、閉鎖空間ＣにガスＧを供給し閉鎖空間Ｃの圧力を高めるポンプＰ、閉鎖空間Ｃの圧力を計測する圧力計９８、これらを制御する制御装置Ｔを備える。
【００３５】
レーザ装置２５は、レーザ穿孔のためのレーザ光を生成するための装置である。レーザ装置２５は、制御装置Ｔの指令により、連続、好ましくはパルス状のレーザ光を生成し、金属を溶接・溶断に適した領域（高エネルギー）のレーザ光として調整するものであり、例えば、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザを使用し、レーザ出力は３０ｗクラスであってよい。
レーザには、微細加工に適した高ピーク出力のもの（金属を昇華させる領域を利用）があるが、これらはエネルギーが小さく深孔加工が困難である。従って、溶接・溶断に適した領域である低ピーク出力であるが高エネルギーのレーザを用いる。この領域を使用すれば深孔加工が可能であるが、集光性が悪く最小集光径が０．２ｍｍ程度であり、微細加工性は本来高くない。
【００３６】
レーザ装置２５は、ランプ劣化やＹＡＧロッドの熱レンズ効果によるレーザ出力変動要因に対してレーザ出力を安定化するためランプ投入エネルギーをリアルタイムで自動補正する機能を有することが好ましい。
レーザ装置２５は、制御装置Ｔの指令に基づきレーザ出力を除々に変化させるフェードインやフェードアウト機能を備えていてよい。例えば、図８に示すように、レーザ装置２５は、時間ｔ１から時間ｔ２でレーザ出力をゼロから定格出力まで所定の傾きで立ち上げ、時間ｔ２から時間ｔ３まで定格出力を維持し、時間ｔ３から時間ｔ４までレーザ出力を急激に低下させ、時間ｔ４から時間ｔ５までレーザ出力を所定の緩い傾きでフェードアウトさせる等、その出力パターンを自由に設定できる。また、例えば、出力低下を開始する時間ｔ３は、固定値でなく、後述するようにレーザ穿孔の状況をモニターして、その測定値に基づき時間ｔ３を決定し、出力低下を開始するように設定することもできる。
【００３７】
図９は、レーザ光射出光学ユニット２０及び撮像デバイス２３の概要を示す。レーザ光射出光学ユニット２０は、レーザ装置２５と光ファイバ伝送光学系２４によって接続されている。従って、レーザ装置２５によって生成されたレーザ光は、光ファイバ伝送光学系２４によってレーザ光射出光学ユニット２０に伝達される。レーザ光射出光学ユニット２０は、その内部にレーザ光を９０度曲げるための反射ミラー２１を備える。また、レーザ光射出光学ユニット２０は、その先端部に集光レンズ２２を備え、反射ミラー２１によって反射されたレーザ光を集光レンズ２２によって小径高エネルギー化し、小径高エネルギー化されたレーザ光Ｓを穿孔しようとする加工部分に照射できる。
集光レンズ２２は、可動式のものであってよく、制御装置Ｔの指令に基づきサーボ機構からなる集光レンズ調整装置２６によって移動され、レーザ光Ｓの焦点距離、及びレーザ光径を変えることができる。集光レンズ２２の焦点距離は、３ｃｍから１５ｃｍ程度の間で調整できることが好ましい。上述の通り、レーザ装置２５で生成されるレーザ光の性格上、焦点における最小集光径は０．２ｍｍ以上であり、形成しようとする連通孔の内径より大きい。
【００３８】
レーザ光射出光学ユニット２０は、反射ミラー２１に対して集光レンズ２２と反対側に、フィルタ１１及び観察用顕微鏡１０を備え、光学的に集光レンズ２２の側から、集光レンズ２２、反射ミラー２１、フィルタ１１、観察用顕微鏡１０の順に配置される。更に、レーザ光射出光学ユニット２０には、撮像デバイス２３が、観察用顕微鏡１０の画像を取得するように配置され、制御装置Ｔはこの画像によりレーザ光Ｓの照射による穿孔の状況をモニターできる。撮像デバイス２３は、ＣＣＤイメージセンサ、またはＣＭＯＳセンサであってよく、その画像信号を無線、または有線の信号伝達経路により制御装置Ｔに伝達できる。
【００３９】
図３に示すように、ロボット装置Ｒは、その先端に取り付けられたレーザ光射出光学ユニット２０を上昇または下降させたり、水平移動させたり、斜め移動させたりして、レーザ光射出光学ユニット２０の位置を移動させるための手段である。例えば、ロボット装置Ｒは、アーム部とサーボ機構からなる６個のひねり可動部を備えた回転軸ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６を有する自由度６の多関節型アーム式ロボットであってよい。また、レーザ光射出光学ユニット２０は、回転軸ＣＬ７を軸に自由回転可能である。
【００４０】
レーザ光射出光学ユニット２０は、ロボット装置Ｒの動きによって、回転軸ＣＬ７を垂直に維持した状態で、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸各方向の移動を組み合わせた移動が可能である。このようなロボット装置Ｒによって、あらかじめ複数の穿孔しようとする位置を制御装置Ｔに記憶させておき、鋳造用金型３０をセットした後は、制御装置Ｔからの移動制御信号によって所定の移動軌跡に沿ってレーザ光射出光学ユニット２０を移動させ、自動的に穿孔を行うことが可能になる。また、個々の穿孔位置は、制御装置Ｔにあらかじめ記憶させた位置情報に加えて、ロボット装置Ｒの先端に設けられたカメラ装置からの画像情報により補正されるものであることが好ましい。
【００４１】
隔房９９は、その上面９９ａに開口部を有する空間Ｃ１を有し、キャビティ面３８を下側にセットされた鋳造用金型３０のキャビティ面３８を上面９９ａによって密閉し、キャビティ面３８側の空間Ｃ２とともに内部に閉鎖空間Ｃ（Ｃ＝空間Ｃ１＋空間Ｃ２）を形成することができる（図４参照）。また、閉鎖空間Ｃは、後述する鋳造用金型３０のレーザ射出側からレーザ入射側へのガス流Ｂによってその内部の圧力が変動しないだけの十分な容積を有するものであるとともに、ポンプＰによる応答性のよい内部圧力調整が可能である容積範囲内であることが好ましい（図６参照）。
【００４２】
ポンプＰは、隔房９９に接続されていて、制御装置Ｔの指令によって、隔房９９と鋳造用金型３０との間に形成された閉鎖空間ＣにガスＧを供給し閉鎖空間Ｃ内の圧力を高めることができる。また、ポンプＰは、後述の圧力計９８の信号に基づき閉鎖空間Ｃ内の圧力を所定の圧力に維持することができる。ガスＧは、空気であってよい。
【００４３】
圧力計９８は、閉鎖空間Ｃの圧力を計測するものであり、閉鎖空間Ｃの圧力に基づく信号を制御装置Ｔに伝達できる。圧力計９８は、隔房９９に配置されていてもよいが、鋳造用金型３０の側に取り付けるものであってもよい。
【００４４】
制御装置Ｔは、レーザ穿孔装置９０の動作を制御するものであり、ロボット装置Ｒからのレーザ光射出光学ユニット２０の位置に関する信号、撮像デバイス２３からの穿孔の状況に関する信号、集光レンズ調整装置２６からの集光レンズ２２の位置に関する信号、圧力計９８からの閉鎖空間Ｃの圧力に関する信号を受信し、あらかじめ記憶された制御データに基づきロボット装置Ｒを制御することによってレーザ光射出光学ユニット２０の位置を、レーザ装置２５を制御することによってレーザ光Ｓの出力及び出力パターンを、集光レンズ調整装置２６を制御することによってレーザ光Ｓの焦点距離、及びレーザ光径を、ポンプＰを制御することによって閉鎖空間Ｃの圧力を、それぞれ制御することができる。
【００４５】
次に、図４乃至６を用いて、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって鋳造用金型３０を製造する工程を説明する。図４は、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法を示す部分概要斜視図であり、一例として固定型３２にガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を形成する工程を示しているが、ガス抜き孔４５、４３、４１の場合、または可動型３４の場合の工程でも同様である。図５及び６は、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法の動作を示す模式図であり、一例としてガス抜き孔４７ｅの場合を示しているが、ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄの場合、ガス抜き孔４５、４３、４１の場合、可動型３４の場合も同様である。
【００４６】
先ず、「導管形成工程」につき説明する。
鋳造用金型３０の固定型３２に対して、キャビティ面３８の反対側である外面３７の側から、形成しようとするガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）に対応した位置に、円柱形状の下孔である導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）を形成する。導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、外面３７に開口部６８（開口部６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅ）を有し、その深さは、形成しようとするそれぞれのガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）が所定の長さＬを有する、すなわち、形成しようとするキャビティ面開口部７７（キャビティ面開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ）と導管底面開口部８７（導管底面開口部８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄ、８７ｅ）との距離がそれぞれ所定の長さＬになるように形成される。従って、導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）における固定型３２（すなわち、レーザ穿孔の対象である金属部材）のキャビティ面３８までの厚みは、距離Ｌに等しい。
【００４７】
導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、形成しようとするガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）と同軸が好ましく、またお互いに平行であることが好ましい。導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）の内径は、それぞれの導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）にレーザ穿孔によりガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を形成するために必要な内径に形成されている。（図５、６参照）また、導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、ドリルによって形成すればよく、その導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）は、平面であっても、すり鉢状であってもよい。
【００４８】
次に「レーザ射出側加圧工程」につき説明する。
先ず、固定型３２をそのキャビティ面３８（第４の環状溝部４６を含む）が下向きに、外面３７が上向きになるようにセットする。ここで、外面３７は水平であることが好ましい。次に、固定型３２に対して隔房９９を取り付け、そのキャビティ面３８を上面９９ａによって密閉する。これは、先ず隔房９９を配置しその上面に、固定型３２をそのキャビティ面３８（第４の環状溝部４６を含む）が下向きに、外面３７が上向きになるように載置するものであってもよい。隔房９９は、その内部に空間Ｃ１を有し、キャビティ面３８で囲まれた空間Ｃ２とともに閉鎖空間Ｃ（Ｃ＝空間Ｃ１＋空間Ｃ２）を形成する。
【００４９】
次に、制御装置Ｔの指令によって、隔房９９に接続されたポンプＰによって、隔房９９と固定型３２との間に形成された閉鎖空間ＣにガスＧを供給し閉鎖空間Ｃ内の圧力を高め、圧力計９８の信号に基づき閉鎖空間Ｃ内の圧力を所定の圧力に維持する。ここで、ガスＧは、空気であってよい。
【００５０】
ここで、後述のようにガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を形成するためのレーザ穿孔は、上側である導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）の側から下側である閉鎖空間Ｃに向けて行われるので、レーザ光は貫通孔が形成されたとき貫通孔を通過して閉鎖空間Ｃに射出する。従って、レーザ穿孔の対象である金属部材（ここでは固定型３２が相当）に対して、上側がレーザ入射側（ここでは、導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）が相当）、下側がレーザ射出側（ここでは、後述のキャビティ面３８、第１乃至第４の環状溝部４０乃至４６、閉鎖空間Ｃが相当）であり、閉鎖空間Ｃ内の圧力を外部の圧力に対して所定の高圧に維持することは、レーザ穿孔の対象である金属部材のレーザ射出側の圧力を反対側のレーザ入射側の圧力に対して所定の高圧に維持することになる。
【００５１】
次に、「レーザ光照射工程」につき説明する。
ロボット装置Ｒの先端に取り付けられたレーザ光射出光学ユニット２０は、ロボット装置Ｒがあらかじめ記憶された制御データに基づき制御されることにより、所定の位置、例えば「直前にガス抜き孔４７ｄの穿孔が終了し、次にガス抜き孔４７ｅを穿孔する」場合であれば、軌跡ＬＭに沿って導管６７ｄの真上から導管６７ｅの真上のＸ軸Ｙ軸方向位置に移動する。同時に、レーザ光射出光学ユニット２０のＺ軸方向位置は、レーザ光射出光学ユニット２０が他部位と干渉しないで導管６７ｅの導管底面１０２ｅに最も接近できるように設定される。これは、制御装置Ｔに記憶されている鋳造用金型３０の形状情報から可能である。
【００５２】
また、レーザ光射出光学ユニット２０は、ロボット装置Ｒの先端に設けられたカメラ装置からの導管６７ｅの画像情報によりそのレーザ光Ｓの照射軸が導管底面１０２ｅの中心に一致する位置に補正されることが好ましい。レーザ光射出光学ユニット２０は、ガス抜き孔４７ｅの穿孔のための狙い位置に到着するとその位置で停止される。
【００５３】
次に、ガス抜き孔４７ｅの穿孔につき説明する。レーザ装置２５は、レーザ光射出光学ユニット２０が狙い位置に到着すると、制御装置Ｔの指令により、前述の通り金属を溶接・溶断に適した領域の連続、好ましくはパルス状のレーザ光を生成する。レーザ光の立ち上がりは、加工を精度良く行うために、例えば図７に示すように、レーザ出力をゼロから定格出力まで所定の傾きで立ち上げるものであることが好ましい。レーザ装置２５がレーザ光を生成すると、レーザ光射出光学ユニット２０は、導管６７ｅの導管底面１０２ｅの中心に向けてレーザ光Ｓを照射する。レーザ光Ｓを照射された導管底面１０２ｅの中心表面は、溶融し始める。
【００５４】
このときレーザ光Ｓの焦点は、形成しようとするガス抜き孔４７ｅのキャビティ面開口部７７ｅ、すなわち、レーザ射出側の近傍に設定されていることが好ましい。レーザ光Ｓの焦点がレーザ射出側であるガス抜き孔４７ｅのキャビティ面開口部７７ｅの近傍に固定されていても、レーザ光Ｓは、焦点位置より距離Ｌ（前述の通り５ｍｍ程度）だけ集光レンズ２２に近い導管底面１０２ｅの位置でも十分小径高エネルギー化されていて導管底面１０２ｅを溶融させる。
【００５５】
導管底面１０２ｅの溶融が進むと導管底面１０２ｅには開口部１０４ｅを有する円錐状凹部１０７ｅが形成され、図５に示す通り、円錐状凹部１０７ｅは、レーザ光Ｓの照射によって徐々にその深さを増大する。円錐状凹部１０７ｅの開口部１０４ｅは、形成しようとするガス抜き孔４７ｅの導管底面開口部８７ｅより小径であり、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅは、形成しようとするガス抜き孔４７ｅより小径である。溶融壁面１０１ｅは、照射されているレーザ光Ｓの形状に対応した、開口部１０４ｅから底部１０３に向かって小径になる略円錐形状に形成されている。
溶融壁面１０１ｅは、溶融金属Ｍで覆われているが、溶融金属Ｍは重力によって底部１０３ｅに向かって移動し底部１０３ｅに溶融金属Ｍの溜まりを形成する。
【００５６】
レーザ光Ｓの焦点は、レーザ射出側であるキャビティ面開口部７７ｅの近傍に固定されているのでなく、集光レンズ調整装置２６を制御して集光レンズ２２の位置を移動させることによって、レーザ光Ｓの導管底面１０２ｅへの照射開始時点では導管底面１０２ｅに合わせ、円錐状凹部１０７ｅの深さが増大するのに合わせてキャビティ面開口部７７ｅに近づけるように穿孔の工程の間に移動させてもよい。
【００５７】
次に、「ガス流生成工程」につき説明する。
図６（ａ）に示すように、円錐状凹部１０７ｅは、レーザ光Ｓの照射によって溶融が進行し更にその深さを増大させ、ある時点でレーザ射出側の第４の環状溝部４６（キャビティ面３８）に貫通する。一旦円錐状凹部１０７ｅ（後述の通り、ガス抜き孔４７ｅに形成される）がレーザ射出側に貫通すると、そこに貫通によって形成されたレーザ射出側開口部１１４ｅから閉鎖空間Ｃに蓄積されていたガスＧが勢いよく流入し始める。ガスＧによるガス流Ｂは、円錐状凹部１０７ｅをレーザ射出側開口部１１４ｅから開口部１０４ｅに向かって流れ込み、底部１０３ｅに溜まっている溶融金属Ｍを吹き飛ばし開口部１０４ｅから排出する。このとき以降も、レーザ光Ｓは依然照射されているので、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅは溶融の進行によって徐々に拡大し、この溶融によって生じた溶融金属Ｍは同様にガスＧによるガス流Ｂによって吹き飛ばされ開口部１０４ｅから排出される。従って、溶融金属Ｍがレーザ射出側開口部１１４ｅを閉塞することはない。
【００５８】
図６（ｂ）は、このときのレーザ射出側開口部１１４ｅの近傍を示し、レーザ射出側開口部１１４ｅ近傍に溜まった少量の溶融金属Ｍがその重力Ｗ（下向きの力）と吹き込まれるガス流Ｂから受ける風圧（上向きの力）とのバランスによって環状に保持されており、吹き込まれるガス流Ｂの強さに応じた開口径を維持する「安定状態」になっている。尚、残りの溶融金属Ｍはガス流Ｂによって吹き飛ばされ開口部１０４ｅから排出されている。また、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅは、ガス流Ｂの風圧によってその断面が実質的に円形の平滑面に形成される。
【００５９】
撮像デバイス２３は、その取得画像によりレーザ射出側開口部１１４ｅの内径の大きさを観測している。制御装置Ｔは、撮像デバイス２３の取得画像から（具体的には、例えば、上記開口径が所定の範囲内であることを確認）、またはレーザ光Ｓの照射時間から溶融金属Ｍが「安定状態」に入ったものとし、レーザ光Ｓの照射を停止する。レーザ光Ｓの照射の停止は、直ちにオフにするものでもよいが、仕上げ精度向上のため、例えば、図７のようなフェードアウト機能を用いてオフにすることが好ましい。具体的には、時間ｔ３からレーザ出力を一旦急激に低下させ、その後時間ｔ４から時間ｔ５まで所定の緩い傾きで低下させてもよい。
【００６０】
レーザ光Ｓの照射を停止すると、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅ及びレーザ射出側開口部１１４ｅは、ガス流Ｂにより冷却固化され、ガス抜き孔４７ｅの穿孔が終了する。ここで、穿孔終了後、レーザ射出側開口部１１４ｅはキャビティ面開口部７７ｅに、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅはガス抜き孔４７ｅに、それぞれ対応する。
【００６１】
図７に示すように、所定の穿孔条件（例えば、鋳造用金型の材料、ガス抜き孔の長さＬ）において、レーザ射出側の圧力（閉鎖空間Ｃの圧力）が大きく、その結果ガス流Ｂの流量が大きいほど、穿孔されたレーザ射出側開口部１１４ｅ（すなわち、キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤは、より大きくなるという正の相関関係を示す。これは、レーザ光Ｓの照射中の「安定状態」において、レーザ射出側開口部１１４ｅ（すなわち、キャビティ面開口部７７ｅ）は、このガス流Ｂがなければ溶融金属Ｍによってその内径が縮小するところを、このガス流Ｂにより溶融金属Ｍを押し返しその内径を拡大しようとする反作用を与えて、その両者のバランスによってその内径が定まるものであり、「安定状態」における内径は固化後のレーザ射出側開口部１１４ｅ（すなわち、キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤと強い相関関係があるためと考えられる。
【００６２】
吹き込まれるガス流の圧力及び／または流量を制御することによってレーザ射出側開口部の内径を所望の値とすることができる。
従って、レーザ射出側の圧力（閉鎖空間Ｃの圧力）を制御することによりガス流Ｂの流量を制御し、穿孔されたレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤを制御することが可能である。
【００６３】
また、形成される貫通孔（ガス抜き孔４７ｅ）はレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）に向かってその内径φＤ１が小さくなっているためレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤが最も小さく、従って貫通孔に吹き込まれるガス流Ｂの流速はレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）で最も速く、溶融金属Ｍを吹き飛ばす、または押し返す作用は最も強い。一方照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属Ｍは重力によって最下部のレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）に集まりレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）を閉塞しようとしている。従って、最も閉塞しやすい部分に、最も溶融金属Ｍを吹き飛ばす、または押し返す作用を与えることができるので、レーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤを効果的に調整することができる。
【００６４】
また、言うまでもなく、形成される貫通孔（ガス抜き孔４７ｅ）において、レーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤの精度が重要である。他の部分の内径φＤ１は、余り精度を要求されない。
【００６５】
ガス抜き孔４７ｅの穿孔が終了すると、同様に、ロボット装置Ｒの先端に設けられたレーザ光射出光学ユニット２０が、あらかじめ記憶された次の穿孔箇所（例えば、ガス抜き孔４７ｂ）に向かって移動し導管６７ｂ真上の狙い位置に到着するとその位置で停止され、レーザ穿孔装置９０は、「レーザ光照射工程」及び「ガス流生成工程」を行う。以降、同様に「レーザ光照射工程」及び「ガス流生成工程」を繰り返すことができる。
【００６６】
以下、本実施形態の効果を実証するための実験につき説明する。
加工対象として鋳造型の典型的な材料である銅製鋳造型を試料として用いて、本実施形態を用いて、複数種類のレーザ射出側開口部（すなわち、キャビティ面開口部）の内径φＤ、複数種類のガス抜き孔の長さＬ（すなわち、加工すべき金属部材の厚み）のそれぞれの細長い連通孔の穿孔を行い、その成否を確認する実験を行った。
【００６７】
実験は、レーザ射出側開口部の内径φＤとして０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍの３種類、ガス抜き孔の長さＬとして２．５ｍｍ、５．０ｍｍ、７．５ｍｍの３種類とし、これらの９通りの組み合わせに関する「複数の細長い連通孔」の自動穿孔に関する実験を行った。その結果、９通り全ての組み合わせにおいて、問題なく設定通りのガス抜き孔を形成できることが確認された。
【００６８】
また、最も微細径φＤ＝０．０５ｍｍに関して、連通孔の長さＬ（すなわち、加工すべき金属部材の厚み）を小さくしてみたが、長さＬ＝０．７５ｍｍでは、問題なく内径φＤ＝０．０５ｍｍの連通孔を形成できたが、更に厚みを減少させて長さＬ＝０．７ｍｍとすると、内径φＤ＝０．０５ｍｍの連通孔は形成できず、内径φＤ＝０．０６ｍｍの連通孔が限度であった。
連通孔の形状としては、レーザ射出側開口部（キャビティ面開口部）に向かってその内径が小さくなり、レーザ射出側開口部の内径φＤが最も小さいものであった。
【００６９】
従って、本実施形態によれば、鋳造用金型に対して、所定の位置の０．２ｍｍ以下の所望の内径（例えば、０．１ｍｍφ）であって長さ５ｍｍ程度の多数の細長い微細径の孔（ガス抜き孔）を、精度よく且つ効率的に形成することができる。
【００７０】
本発明のレーザ穿孔方法は、鋳造用金型を対象とするものに限定されるものではなく、他の多様な金属部材に対しても同様に適用できる。また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
３０ 鋳造用金型（金属部材）
３８ キャビティ面（金属部材のレーザ射出側）
４０ 第１の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
４１、４３、４５、４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ） ガス抜き孔（連通孔）
４２ 第２の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
４４ 第３の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
４６ 第４の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
７７（７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ） キャビティ面開口部（レーザ射出側開口部）
９９ 隔房
１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ） 導管底面（金属部材のレーザ入射側）
１１４ｅ レーザ射出側開口部（レーザ射出側開口部）
Ｃ 閉鎖空間（金属部材のレーザ射出側）
Ｇ ガス
Ｌ 貫通孔の長さ
Ｍ 溶融金属
Ｓ レーザ光
φＤ レーザ射出側開口部の内径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ穿孔方法に関する。詳しくは、金属部材に細長い微細径の孔を形成するレーザ穿孔方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト等の金属部品は、一般に鋳造用金型のキャビティに溶湯を充填して製造されるが、鋳造のときキャビティ内に残っているガス、及び溶湯から発生するガスを除去するために鋳造用金型のキャビティ面の各所にガス抜き連通路としてキャビティ外部と連通したガス抜き用の細孔、またはスリットを設ける、または多孔性部材を配置することが公知である（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
ここで、鋳造用金型に設けるガス抜き連通路は、ガスを抜き溶湯を止める必要があるが、金型にスリットを設ける方式、及び多孔性部材を配置する方式は、いずれもそのための追加構成部品が必要になる。この追加構成部品はそれぞれのガス抜き連通路に必要であり、通常鋳造用金型は多数のガス抜き連通路を必要とするため、鋳造用金型を形成する部品点数が大幅に増加する。また、異材であるため、熱膨張率の差から鋳造用金型内部に応力が発生し鋳造用金型寿命に影響を与える場合もある。
一方、鋳造用金型に細孔を設ける方式は、追加構成部品が不要であり、簡単な構造で形成できる。しかしながら、鋳造用金型に細孔を設ける方式は構造的に簡単ではあるが、金属部材に細長い微細径の孔を正確に加工形成することは容易ではない。
【０００４】
金属部材に細長い微細径の孔を形成する方式としては、マイクロドリルを用いた微小深穴加工、微細放電加工機を用いた微細穴加工が公知であるが、マイクロドリルを用いた微小深穴加工においては、要求される微小孔がしばしばドリル加工の最少径限界を超え、また最少径限界近くでは刃先の摩耗による孔径の変化を抑えるため加工に非常な時間を掛ける必要がある。また、放電加工においても、要求される微小孔がしばしば加工の最少径限界を超え、同様に最少径限界近くでは加工に非常な時間を掛ける必要がある。
【０００５】
また、金属部材に細長い微細径の孔を形成する方式としては、レーザ光（ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、又はＵＶ個体レーザ）を用いたレーザ穿孔方法が公知である。また、レーザ穿孔方法において、レーザを用いて加工対象物に形成した貫通孔からレーザ穿孔によって発生する溶融物等の加工残渣を効率的に排出する技術が提案されている（特許文献３及び４参照）。
【０００６】
しかしながら、レーザ穿孔方法を用いて金属部材に細長い微細径の孔を形成する場合に発生しやすい、レーザ光によって溶融した溶融金属による貫通孔の閉塞に関するものは見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平５−２７０号公報（実願昭６２−１２０６３６号）
【特許文献２】特開昭２００２−１１３５５０号公報（特願２０００−３０９６８７号）
【特許文献３】特開昭５９−４７０８４号公報（特願昭５７−１５７１１６号）
【特許文献４】特開平８−１５５６７０号公報（特願平６−３００７６９号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消し、レーザ穿孔方法を用いて金属部材に細長い微細径の孔を形成する場合に発生しやすいレーザ光によって溶融した溶融金属による貫通孔の閉塞を解消できるレーザ穿孔方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１） 金属部材（例えば、後述の鋳造用金型３０、固定型３２）の上方からレーザ光（例えば後述のレーザ光Ｓ）を照射して当該金属部材に貫通孔（例えば、後述のガス抜き孔４１、４３、４５、４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ））を形成するレーザ穿孔方法であって、予め、レーザ光が金属部材を通過して金属部材から射出される金属部材のレーザ射出側（例えば、後述のキャビティ面３８、第１乃至第４の環状溝部４０乃至４６、閉鎖空間Ｃ）を隔房（例えば、後述の隔房９９）によって密閉し該隔房内にガス（例えば、後述のガスＧ）を供給することにより、金属部材のレーザ射出側の圧力を金属部材のレーザ入射側（例えば、導管底面１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ））の圧力より高くするレーザ射出側加圧工程と、
金属部材のレーザ入射側にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
照射されたレーザ光が貫通孔を形成して金属部材から射出されるとき金属部材のレーザ射出側に形成されるレーザ射出側開口部（例えば、レーザ射出側開口部１１４ｅ、キャビティ面開口部７７（７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ））を通って貫通孔にガスを吹き込むガス流生成工程と、を含み、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属（例えば、後述の溶融金属Ｍ）がレーザ射出側開口部を閉塞することを防止するレーザ穿孔方法。
【００１０】
（１）のレーザ穿孔方法によれば、あらかじめ、レーザ光が金属部材を通過して金属部材から射出される金属部材のレーザ射出側を隔房によって密閉し該隔房内にガスを供給することにより、金属部材のレーザ射出側の圧力を金属部材のレーザ入射側の圧力より高くしておく。
次に、レーザ光照射によって入射したレーザ光が貫通孔を形成して金属部材から射出されるときレーザ射出側にレーザ射出側開口部が形成されるが、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属がその重量によって貫通孔の内部壁面を下向きに移動し、一旦形成されたレーザ射出側開口部を閉塞しようとする。
【００１１】
ここで、金属部材のレーザ射出側の圧力は金属部材のレーザ入射側の圧力より高くされているため、一旦金属部材のレーザ射出側にレーザ射出側開口部が形成され貫通孔が形成されると、隔房内のガスはレーザ射出側開口部を通って貫通孔に吹き込まれ、この貫通孔に吹き込まれる上向きのガス流によって、溶融された金属部材である貫通孔内の溶融金属をその重量に抗して逆流させ貫通孔のレーザ入射側開口部から排出する。
【００１２】
従って、このガス流によって、照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属が貫通孔を閉塞することを防止できる。また、レーザ射出側開口部は、一旦形成された後このガス流がなければ溶融金属によってその内径が縮小する（更には閉塞する）ところを、このガス流により溶融金属を押し返しその内径を拡大しようとする反作用を与えて、その両者のバランスによってその内径が定まるものであるため、レーザ射出側開口部の内径の意図しない拡大を抑制することができる。
【００１３】
また、（１）のレーザ穿孔方法は、金属部材が、軽合金または鉄系部品を鋳造するための鋳造金型のキャビティ面であり、且つ金属部材の材料が銅、銅合金または鋼であり、更に貫通孔がガス抜き孔であってよい。
【００１４】
（２） （１）のレーザ穿孔方法であって、貫通孔は、レーザ射出側開口部に向かってその内径が小さくなり、レーザ射出側開口部の内径は、ガスの圧力及び／または流量を制御することによって所望の値とするレーザ穿孔方法。
【００１５】
（２）のレーザ穿孔方法によれば、貫通孔はレーザ射出側開口部に向かってその内径が小さくなっているためレーザ射出側開口部の内径が最も小さく、従って貫通孔に吹き込まれるガス流の流速はレーザ射出側開口部で最も速く、溶融金属を吹き飛ばす、または押し返す作用は最も強い。一方照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属は重力によって最下部のレーザ射出側開口部に集まりレーザ射出側開口部を閉塞しようとしている。従って、最も閉塞しやすい部分に、最も溶融金属を吹き飛ばす、または押し返す作用を与えることができるので、レーザ射出側開口部の内径を効果的に調整することができる。
【００１６】
レーザ射出側開口部は、このガス流がなければ溶融金属によってその内径が縮小するところを、このガス流により溶融金属を押し返しその内径を拡大しようとする反作用を与えて、その両者のバランスによってその内径が定まるものであるため、吹き込まれるガス流の圧力及び／または流量を制御することによってレーザ射出側開口部の内径を所望の値とすることができる。
【００１７】
（３） （１）または（２）に記載のレーザ穿孔方法であって、レーザ射出側開口部の内径（φＤ）が０．２ｍｍ以下であるとき、貫通孔の長さ（Ｌ）のレーザ射出側開口部の内径に対する比（Ｌ／φＤ）が１５以上であるレーザ穿孔方法。
【００１８】
（３）のレーザ穿孔方法によれば、形成しようとする貫通孔のレーザ射出側開口部の内径（φＤ）に対して十分な貫通孔の長さ（Ｌ）があるため、レーザ照射によって金属部材に開口部が生じたとたんに、一気に溶融金属が吹き込まれたガスによって貫通孔のレーザ照射側に吹き飛ばされることがなく、生成されるガス流によってレーザ射出側開口部の内径（φＤ）が０．２ｍｍ以下の微細孔を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、レーザ穿孔方法を用いて金属部材に細長い微細径の孔を形成する場合に発生しやすいレーザによって溶融した溶融金属による貫通孔の閉塞を解消できるレーザ穿孔方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって製造した鋳造用金型の要部を示す部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は全体を示し、（ｂ）は１つの貫通孔の細部を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に用いるレーザ穿孔装置の概要斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法を説明する概要斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法の動作を示す模式図である。（ａ）は１つの貫通孔の全体を示し、（ｂ）は貫通孔のレーザ射出側開口部の近傍を示す。
【図７】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に関するレーザ射出側の圧力とレーザ射出側開口部（キャビティ面開口部）の内径との関係を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に用いるレーザ穿孔装置を構成するレーザ装置の出力パターンを示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法に用いるレーザ穿孔装置を構成するレーザ光射出光学ユニット及び撮像デバイスの概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図１乃至７に基づき説明する。
【００２２】
図１及び２は、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって製造した鋳造用金型３０を示す。図１は、鋳造用金型３０の要部を示す側面視の部分断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は全体を示し、（ｂ）は１つの貫通孔の細部を示す。この鋳造用金型３０は、カムシャフト等の鉄製部品の製造に好適なものである。鋳造用金型３０は、固定型３２及び可動型３４を型締めすることによってキャビティ面３８を形成し、このキャビティ面３８で、カムシャフトのように小径部と大径部とが混在する異径棒状材を鋳造するものである。
【００２３】
この鋳造用金型３０は、クイックキャスティング用のものであり、金型冷却回路（図示省略）と協働させることによりキャビティ面３８を強冷できるように、熱伝導性が高い銅製、または銅合金製、または鋼製であることが好ましい。中子３６は、鋳造する異径棒状材を中空に形成するためのものである。
図1において、ＴＯＰ方向は天側を示し、ＢＯＴＴＯＭ方向は地側を示す。従って、鋳造用金型３０において、ワークである異径棒状材は垂直方向に伸びる体勢で形成される。
【００２４】
この鋳造用金型３０は、型締めすることにより、異径棒状材の複数の大径部を囲う第１乃至第４の部位（以下、「環状溝部」）４０、４２、４４、及び４６をキャビティ面３８に備える。鋳造用金型３０は、これら第１乃至第４の環状溝部４０乃至４６のうちの最上段の第４の環状溝部４６にその上コーナ部において開口するキャビティ面開口部７７を有し、そのキャビティ面開口部７７から、固定型３２及び可動型３４のそれぞれにおいて、水平に伸びるガス抜き孔４７を備える。キャビティ面開口部７７及びガス抜き孔４７は、この実施形態では固定型３２及び可動型３４のそれぞれにおいて、５個のキャビティ面開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ（図１では切断面上の７７ｃのみを図示する）、及び５個のガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ（図１では切断面上の４７ｃのみを図示する）から構成されているが、ワークである異径棒状材の形状、材質、鋳造条件等により、適宜増減してよい。
【００２５】
ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）の一端を構成するキャビティ面開口部７７（キャビティ面開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ）は、所定の内径φＤを有する。ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）は、いずれも所定の長さＬを有する細長い微細径の貫通孔であり、その他端は、固定型３２及び可動型３４にそれぞれに形成された導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）の底面である導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）に、導管底面開口部８７（導管底面開口部８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄ、８７ｅ）において開口している。導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、固定型３２及び可動型３４のキャビティ面３８の反対側である外面３７、３９のそれぞれに開口部６８（開口部６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅ）を有する円柱状の有底孔である。
【００２６】
また、導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）がそれぞれ所定の長さＬになるように、それぞれその深さを設定されている。ガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）は、導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）と同軸に形成されていることが好ましい。また、ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ、及び導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅは、お互いに平行になるように形成されていることが好ましい。
【００２７】
また、鋳造用金型３０は、固定型カバー３１に第１のエア通路５０を、可動型カバー３３に第２のエア通路５２をそれぞれ備え、固定型カバー３１を固定型３２に、可動型カバー３３を可動型３４にそれぞれ固定することにより、これら第１、第２のエア通路５０、５２を導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）に連通させている。この状態では、第４の環状溝部４６は、ガス抜き孔４７（固定型３２及び可動型３４のそれぞれのガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を介して第１、第２のエア通路５０、５２と連通している。
【００２８】
また、鋳造用金型３０は、固定型３２及び可動型３４のそれぞれにおいて、同様に第１乃至第３の環状溝部４０、４２、４４の上コーナ部に開口する所定の内径φＤを有するキャビティ面開口部７１、７３、７５を一端とするガス抜き孔４１、４３、４５を備える。ガス抜き孔４１、４３、４５は、いずれも所定の長さＬを有する細長い微細径の貫通孔であり、それぞれ他端は導管６１、６３、６５に、導管底面開口部８１、８３、８５において開口している。同様に、ガス抜き孔４１、４３、４５は、導管６１、６３、６５と同軸に形成されていることが好ましい。また、同様に、キャビティ面開口部７１、７３、７５、ガス抜き孔４１、４３、４５、導管底面開口部８１、８３、８５、導管６１、６３、６５は、同様に、それぞれ複数のキャビティ面開口部、ガス抜き孔、キャビティ面開口部、導管より構成される。例えば、キャビティ面開口部７１は、キャビティ面開口部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅより構成されていてよい。
これらのガス抜き孔４１、４３、４５は、それぞれ導管６１、６３、６５を介して同様に第１、第２のエア通路５０、５２に連通されている。従って、第１の環状溝部４０は、ガス抜き孔４１を介して、第２の環状溝部４２は、ガス抜き孔４３を介して、第３の環状溝部４４は、ガス抜き孔４５を介して、それぞれ第１、第２のエア通路５０、５２と連通している。
【００２９】
第１、第２のエア通路５０、５２は、それぞれ第１、第２の流路５４、５５に接続され、この第１、第２の流路５４、５５は第３の流路５６を介して流路切換弁５７に接続されている。この流路切換弁５７の一方のポートは、真空ポンプ５８を接続され、流路切換弁５７の他方のポートはコンプレッサ５９に接続されている。流路切換弁５７を制御して真空ポンプ５８を第３流路５６に連通し、この状態で真空ポンプ５８を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６から脱気することができる。一方、流路切換弁５７を制御してコンプレッサ５９を第３流路５６に連通し、この状態でコンプレッサ５９を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６にエアを吹き出すことができる。
【００３０】
次に、鋳造用金型３０の操作について説明する。
型締めの後、鋳造を行うときは、流路切換弁５７を制御して真空ポンプ５８を第３流路５６に連通し、真空ポンプ５８を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６から脱気する。
キャビティ３８の下方から図示しない溶湯が供給されるとき、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部に残留エアが溜まり易いが、真空ポンプ５８を駆動して第１、第２のエア通路５０、５２及びガス抜き孔４１、４３、４５、４７及びキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７を介して第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部から残留エアを逃がすことができる。これにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部にも溶湯を確実に進入させることができる。
【００３１】
鋳造用金型３０を型開きし、ワークである異径棒状材（図示しない）を取り除いた後、流路切換弁５７を制御してコンプレッサ５９を第３流路５６に連通し、コンプレッサ５９を駆動することにより、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６の上コーナ部に開口しているキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７からエアを吹き出す。これにより、キャビティ面開口部７１、７３、７５、７７に付着した溶湯を除去することができる。
【００３２】
ここで、ガス抜き孔４１、４３、４５、４７は、前述の通り細長い微細径の貫通孔であるが、第１乃至第４の環状溝部４０、４２、４４、４６に開口しているキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７の内径φＤは、ガスを確実に抜くと同時にガス抜き孔４１、４３、４５、４７への溶湯の侵入を確実に防ぐ必要があるため、０．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ程度であることが更に好ましい。ガス抜き孔４１、４３、４５、４７のキャビティ面開口部７１、７３、７５、７７以外の部分の内径φＤ１は、キャビティ面開口部７１、７３、７５、７７の内径φＤより大きくてもよい。
【００３３】
ガス抜き孔４１、４３、４５、４７の長さＬは、キャビティ面開口部の内径φＤが０．２ｍｍ以下である貫通孔を形成するための工程上の理由（後述する）により、長さＬのキャビティ面開口部の内径φＤに対する比（Ｌ／φＤ）が１５以上であることが好ましく、長さＬは５ｍｍ程度であることが更に好ましい。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって鋳造用金型３０を製造するレーザ穿孔装置９０につき説明する。図３は、レーザ穿孔装置９０の概要斜視図である。
レーザ穿孔装置９０は、穿孔のためのレーザ光を形成するためのレーザ装置２５、レーザ装置２５と光ファイバ伝送光学系２４によって接続されレーザ光を照射するためのレーザ光射出光学ユニット２０、レーザ光射出光学ユニット２０に取り付けられたレーザ光による穿孔の状況をモニターする撮像デバイス２３、レーザ光射出光学ユニット２０を所定の位置に移動させるロボット装置Ｒ、鋳造用金型３０のキャビティ面３８を密閉し内部に閉鎖空間Ｃ（図４参照）を形成する隔房９９、閉鎖空間ＣにガスＧを供給し閉鎖空間Ｃの圧力を高めるポンプＰ、閉鎖空間Ｃの圧力を計測する圧力計９８、これらを制御する制御装置Ｔを備える。
【００３５】
レーザ装置２５は、レーザ穿孔のためのレーザ光を生成するための装置である。レーザ装置２５は、制御装置Ｔの指令により、連続、好ましくはパルス状のレーザ光を生成し、金属を溶接・溶断に適した領域（高エネルギー）のレーザ光として調整するものであり、例えば、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザを使用し、レーザ出力は３０ｗクラスであってよい。
レーザには、微細加工に適した高ピーク出力のもの（金属を昇華させる領域を利用）があるが、これらはエネルギーが小さく深孔加工が困難である。従って、溶接・溶断に適した領域である低ピーク出力であるが高エネルギーのレーザを用いる。この領域を使用すれば深孔加工が可能であるが、集光性が悪く最小集光径が０．２ｍｍ程度であり、微細加工性は本来高くない。
【００３６】
レーザ装置２５は、ランプ劣化やＹＡＧロッドの熱レンズ効果によるレーザ出力変動要因に対してレーザ出力を安定化するためランプ投入エネルギーをリアルタイムで自動補正する機能を有することが好ましい。
レーザ装置２５は、制御装置Ｔの指令に基づきレーザ出力を除々に変化させるフェードインやフェードアウト機能を備えていてよい。例えば、図８に示すように、レーザ装置２５は、時間ｔ１から時間ｔ２でレーザ出力をゼロから定格出力まで所定の傾きで立ち上げ、時間ｔ２から時間ｔ３まで定格出力を維持し、時間ｔ３から時間ｔ４までレーザ出力を急激に低下させ、時間ｔ４から時間ｔ５までレーザ出力を所定の緩い傾きでフェードアウトさせる等、その出力パターンを自由に設定できる。また、例えば、出力低下を開始する時間ｔ３は、固定値でなく、後述するようにレーザ穿孔の状況をモニターして、その測定値に基づき時間ｔ３を決定し、出力低下を開始するように設定することもできる。
【００３７】
図９は、レーザ光射出光学ユニット２０及び撮像デバイス２３の概要を示す。レーザ光射出光学ユニット２０は、レーザ装置２５と光ファイバ伝送光学系２４によって接続されている。従って、レーザ装置２５によって生成されたレーザ光は、光ファイバ伝送光学系２４によってレーザ光射出光学ユニット２０に伝達される。レーザ光射出光学ユニット２０は、その内部にレーザ光を９０度曲げるための反射ミラー２１を備える。また、レーザ光射出光学ユニット２０は、その先端部に集光レンズ２２を備え、反射ミラー２１によって反射されたレーザ光を集光レンズ２２によって小径高エネルギー化し、小径高エネルギー化されたレーザ光Ｓを穿孔しようとする加工部分に照射できる。
集光レンズ２２は、可動式のものであってよく、制御装置Ｔの指令に基づきサーボ機構からなる集光レンズ調整装置２６によって移動され、レーザ光Ｓの焦点距離、及びレーザ光径を変えることができる。集光レンズ２２の焦点距離は、３ｃｍから１５ｃｍ程度の間で調整できることが好ましい。上述の通り、レーザ装置２５で生成されるレーザ光の性格上、焦点における最小集光径は０．２ｍｍ以上であり、形成しようとする連通孔の内径より大きい。
【００３８】
レーザ光射出光学ユニット２０は、反射ミラー２１に対して集光レンズ２２と反対側に、フィルタ１１及び観察用顕微鏡１０を備え、光学的に集光レンズ２２の側から、集光レンズ２２、反射ミラー２１、フィルタ１１、観察用顕微鏡１０の順に配置される。更に、レーザ光射出光学ユニット２０には、撮像デバイス２３が、観察用顕微鏡１０の画像を取得するように配置され、制御装置Ｔはこの画像によりレーザ光Ｓの照射による穿孔の状況をモニターできる。撮像デバイス２３は、ＣＣＤイメージセンサ、またはＣＭＯＳセンサであってよく、その画像信号を無線、または有線の信号伝達経路により制御装置Ｔに伝達できる。
【００３９】
図３に示すように、ロボット装置Ｒは、その先端に取り付けられたレーザ光射出光学ユニット２０を上昇または下降させたり、水平移動させたり、斜め移動させたりして、レーザ光射出光学ユニット２０の位置を移動させるための手段である。例えば、ロボット装置Ｒは、アーム部とサーボ機構からなる６個のひねり可動部を備えた回転軸ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６を有する自由度６の多関節型アーム式ロボットであってよい。また、レーザ光射出光学ユニット２０は、回転軸ＣＬ７を軸に自由回転可能である。
【００４０】
レーザ光射出光学ユニット２０は、ロボット装置Ｒの動きによって、回転軸ＣＬ７を垂直に維持した状態で、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸各方向の移動を組み合わせた移動が可能である。このようなロボット装置Ｒによって、あらかじめ複数の穿孔しようとする位置を制御装置Ｔに記憶させておき、鋳造用金型３０をセットした後は、制御装置Ｔからの移動制御信号によって所定の移動軌跡に沿ってレーザ光射出光学ユニット２０を移動させ、自動的に穿孔を行うことが可能になる。また、個々の穿孔位置は、制御装置Ｔにあらかじめ記憶させた位置情報に加えて、ロボット装置Ｒの先端に設けられたカメラ装置からの画像情報により補正されるものであることが好ましい。
【００４１】
隔房９９は、その上面９９ａに開口部を有する空間Ｃ１を有し、キャビティ面３８を下側にセットされた鋳造用金型３０のキャビティ面３８を上面９９ａによって密閉し、キャビティ面３８側の空間Ｃ２とともに内部に閉鎖空間Ｃ（Ｃ＝空間Ｃ１＋空間Ｃ２）を形成することができる（図４参照）。また、閉鎖空間Ｃは、後述する鋳造用金型３０のレーザ射出側からレーザ入射側へのガス流Ｂによってその内部の圧力が変動しないだけの十分な容積を有するものであるとともに、ポンプＰによる応答性のよい内部圧力調整が可能である容積範囲内であることが好ましい（図６参照）。
【００４２】
ポンプＰは、隔房９９に接続されていて、制御装置Ｔの指令によって、隔房９９と鋳造用金型３０との間に形成された閉鎖空間ＣにガスＧを供給し閉鎖空間Ｃ内の圧力を高めることができる。また、ポンプＰは、後述の圧力計９８の信号に基づき閉鎖空間Ｃ内の圧力を所定の圧力に維持することができる。ガスＧは、空気であってよい。
【００４３】
圧力計９８は、閉鎖空間Ｃの圧力を計測するものであり、閉鎖空間Ｃの圧力に基づく信号を制御装置Ｔに伝達できる。圧力計９８は、隔房９９に配置されていてもよいが、鋳造用金型３０の側に取り付けるものであってもよい。
【００４４】
制御装置Ｔは、レーザ穿孔装置９０の動作を制御するものであり、ロボット装置Ｒからのレーザ光射出光学ユニット２０の位置に関する信号、撮像デバイス２３からの穿孔の状況に関する信号、集光レンズ調整装置２６からの集光レンズ２２の位置に関する信号、圧力計９８からの閉鎖空間Ｃの圧力に関する信号を受信し、あらかじめ記憶された制御データに基づきロボット装置Ｒを制御することによってレーザ光射出光学ユニット２０の位置を、レーザ装置２５を制御することによってレーザ光Ｓの出力及び出力パターンを、集光レンズ調整装置２６を制御することによってレーザ光Ｓの焦点距離、及びレーザ光径を、ポンプＰを制御することによって閉鎖空間Ｃの圧力を、それぞれ制御することができる。
【００４５】
次に、図４乃至６を用いて、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法によって鋳造用金型３０を製造する工程を説明する。図４は、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法を示す部分概要斜視図であり、一例として固定型３２にガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を形成する工程を示しているが、ガス抜き孔４５、４３、４１の場合、または可動型３４の場合の工程でも同様である。図５及び６は、本発明の実施形態に係るレーザ穿孔方法の動作を示す模式図であり、一例としてガス抜き孔４７ｅの場合を示しているが、ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄの場合、ガス抜き孔４５、４３、４１の場合、可動型３４の場合も同様である。
【００４６】
先ず、「導管形成工程」につき説明する。
鋳造用金型３０の固定型３２に対して、キャビティ面３８の反対側である外面３７の側から、形成しようとするガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）に対応した位置に、円柱形状の下孔である導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）を形成する。導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、外面３７に開口部６８（開口部６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅ）を有し、その深さは、形成しようとするそれぞれのガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）が所定の長さＬを有する、すなわち、形成しようとするキャビティ面開口部７７（キャビティ面開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ）と導管底面開口部８７（導管底面開口部８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄ、８７ｅ）との距離がそれぞれ所定の長さＬになるように形成される。従って、導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）における固定型３２（すなわち、レーザ穿孔の対象である金属部材）のキャビティ面３８までの厚みは、距離Ｌに等しい。
【００４７】
導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、形成しようとするガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）と同軸が好ましく、またお互いに平行であることが好ましい。導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）の内径は、それぞれの導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）にレーザ穿孔によりガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を形成するために必要な内径に形成されている。（図５、６参照）また、導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）は、ドリルによって形成すればよく、その導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）は、平面であっても、すり鉢状であってもよい。
【００４８】
次に「レーザ射出側加圧工程」につき説明する。
先ず、固定型３２をそのキャビティ面３８（第４の環状溝部４６を含む）が下向きに、外面３７が上向きになるようにセットする。ここで、外面３７は水平であることが好ましい。次に、固定型３２に対して隔房９９を取り付け、そのキャビティ面３８を上面９９ａによって密閉する。これは、先ず隔房９９を配置しその上面に、固定型３２をそのキャビティ面３８（第４の環状溝部４６を含む）が下向きに、外面３７が上向きになるように載置するものであってもよい。隔房９９は、その内部に空間Ｃ１を有し、キャビティ面３８で囲まれた空間Ｃ２とともに閉鎖空間Ｃ（Ｃ＝空間Ｃ１＋空間Ｃ２）を形成する。
【００４９】
次に、制御装置Ｔの指令によって、隔房９９に接続されたポンプＰによって、隔房９９と固定型３２との間に形成された閉鎖空間ＣにガスＧを供給し閉鎖空間Ｃ内の圧力を高め、圧力計９８の信号に基づき閉鎖空間Ｃ内の圧力を所定の圧力に維持する。ここで、ガスＧは、空気であってよい。
【００５０】
ここで、後述のようにガス抜き孔４７（ガス抜き孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ）を形成するためのレーザ穿孔は、上側である導管６７（導管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ）の側から下側である閉鎖空間Ｃに向けて行われるので、レーザ光は貫通孔が形成されたとき貫通孔を通過して閉鎖空間Ｃに射出する。従って、レーザ穿孔の対象である金属部材（ここでは固定型３２が相当）に対して、上側がレーザ入射側（ここでは、導管底面１０２（導管底面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ）が相当）、下側がレーザ射出側（ここでは、後述のキャビティ面３８、第１乃至第４の環状溝部４０乃至４６、閉鎖空間Ｃが相当）であり、閉鎖空間Ｃ内の圧力を外部の圧力に対して所定の高圧に維持することは、レーザ穿孔の対象である金属部材のレーザ射出側の圧力を反対側のレーザ入射側の圧力に対して所定の高圧に維持することになる。
【００５１】
次に、「レーザ光照射工程」につき説明する。
ロボット装置Ｒの先端に取り付けられたレーザ光射出光学ユニット２０は、ロボット装置Ｒがあらかじめ記憶された制御データに基づき制御されることにより、所定の位置、例えば「直前にガス抜き孔４７ｄの穿孔が終了し、次にガス抜き孔４７ｅを穿孔する」場合であれば、軌跡ＬＭに沿って導管６７ｄの真上から導管６７ｅの真上のＸ軸Ｙ軸方向位置に移動する。同時に、レーザ光射出光学ユニット２０のＺ軸方向位置は、レーザ光射出光学ユニット２０が他部位と干渉しないで導管６７ｅの導管底面１０２ｅに最も接近できるように設定される。これは、制御装置Ｔに記憶されている鋳造用金型３０の形状情報から可能である。
【００５２】
また、レーザ光射出光学ユニット２０は、ロボット装置Ｒの先端に設けられたカメラ装置からの導管６７ｅの画像情報によりそのレーザ光Ｓの照射軸が導管底面１０２ｅの中心に一致する位置に補正されることが好ましい。レーザ光射出光学ユニット２０は、ガス抜き孔４７ｅの穿孔のための狙い位置に到着するとその位置で停止される。
【００５３】
次に、ガス抜き孔４７ｅの穿孔につき説明する。レーザ装置２５は、レーザ光射出光学ユニット２０が狙い位置に到着すると、制御装置Ｔの指令により、前述の通り金属を溶接・溶断に適した領域の連続、好ましくはパルス状のレーザ光を生成する。レーザ光の立ち上がりは、加工を精度良く行うために、例えば図７に示すように、レーザ出力をゼロから定格出力まで所定の傾きで立ち上げるものであることが好ましい。レーザ装置２５がレーザ光を生成すると、レーザ光射出光学ユニット２０は、導管６７ｅの導管底面１０２ｅの中心に向けてレーザ光Ｓを照射する。レーザ光Ｓを照射された導管底面１０２ｅの中心表面は、溶融し始める。
【００５４】
このときレーザ光Ｓの焦点は、形成しようとするガス抜き孔４７ｅのキャビティ面開口部７７ｅ、すなわち、レーザ射出側の近傍に設定されていることが好ましい。レーザ光Ｓの焦点がレーザ射出側であるガス抜き孔４７ｅのキャビティ面開口部７７ｅの近傍に固定されていても、レーザ光Ｓは、焦点位置より距離Ｌ（前述の通り５ｍｍ程度）だけ集光レンズ２２に近い導管底面１０２ｅの位置でも十分小径高エネルギー化されていて導管底面１０２ｅを溶融させる。
【００５５】
導管底面１０２ｅの溶融が進むと導管底面１０２ｅには開口部１０４ｅを有する円錐状凹部１０７ｅが形成され、図５に示す通り、円錐状凹部１０７ｅは、レーザ光Ｓの照射によって徐々にその深さを増大する。円錐状凹部１０７ｅの開口部１０４ｅは、形成しようとするガス抜き孔４７ｅの導管底面開口部８７ｅより小径であり、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅは、形成しようとするガス抜き孔４７ｅより小径である。溶融壁面１０１ｅは、照射されているレーザ光Ｓの形状に対応した、開口部１０４ｅから底部１０３に向かって小径になる略円錐形状に形成されている。
溶融壁面１０１ｅは、溶融金属Ｍで覆われているが、溶融金属Ｍは重力によって底部１０３ｅに向かって移動し底部１０３ｅに溶融金属Ｍの溜まりを形成する。
【００５６】
レーザ光Ｓの焦点は、レーザ射出側であるキャビティ面開口部７７ｅの近傍に固定されているのでなく、集光レンズ調整装置２６を制御して集光レンズ２２の位置を移動させることによって、レーザ光Ｓの導管底面１０２ｅへの照射開始時点では導管底面１０２ｅに合わせ、円錐状凹部１０７ｅの深さが増大するのに合わせてキャビティ面開口部７７ｅに近づけるように穿孔の工程の間に移動させてもよい。
【００５７】
次に、「ガス流生成工程」につき説明する。
図６（ａ）に示すように、円錐状凹部１０７ｅは、レーザ光Ｓの照射によって溶融が進行し更にその深さを増大させ、ある時点でレーザ射出側の第４の環状溝部４６（キャビティ面３８）に貫通する。一旦円錐状凹部１０７ｅ（後述の通り、ガス抜き孔４７ｅに形成される）がレーザ射出側に貫通すると、そこに貫通によって形成されたレーザ射出側開口部１１４ｅから閉鎖空間Ｃに蓄積されていたガスＧが勢いよく流入し始める。ガスＧによるガス流Ｂは、円錐状凹部１０７ｅをレーザ射出側開口部１１４ｅから開口部１０４ｅに向かって流れ込み、底部１０３ｅに溜まっている溶融金属Ｍを吹き飛ばし開口部１０４ｅから排出する。このとき以降も、レーザ光Ｓは依然照射されているので、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅは溶融の進行によって徐々に拡大し、この溶融によって生じた溶融金属Ｍは同様にガスＧによるガス流Ｂによって吹き飛ばされ開口部１０４ｅから排出される。従って、溶融金属Ｍがレーザ射出側開口部１１４ｅを閉塞することはない。
【００５８】
図６（ｂ）は、このときのレーザ射出側開口部１１４ｅの近傍を示し、レーザ射出側開口部１１４ｅ近傍に溜まった少量の溶融金属Ｍがその重力Ｗ（下向きの力）と吹き込まれるガス流Ｂから受ける風圧（上向きの力）とのバランスによって環状に保持されており、吹き込まれるガス流Ｂの強さに応じた開口径を維持する「安定状態」になっている。尚、残りの溶融金属Ｍはガス流Ｂによって吹き飛ばされ開口部１０４ｅから排出されている。また、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅは、ガス流Ｂの風圧によってその断面が実質的に円形の平滑面に形成される。
【００５９】
撮像デバイス２３は、その取得画像によりレーザ射出側開口部１１４ｅの内径の大きさを観測している。制御装置Ｔは、撮像デバイス２３の取得画像から（具体的には、例えば、上記開口径が所定の範囲内であることを確認）、またはレーザ光Ｓの照射時間から溶融金属Ｍが「安定状態」に入ったものとし、レーザ光Ｓの照射を停止する。レーザ光Ｓの照射の停止は、直ちにオフにするものでもよいが、仕上げ精度向上のため、例えば、図７のようなフェードアウト機能を用いてオフにすることが好ましい。具体的には、時間ｔ３からレーザ出力を一旦急激に低下させ、その後時間ｔ４から時間ｔ５まで所定の緩い傾きで低下させてもよい。
【００６０】
レーザ光Ｓの照射を停止すると、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅ及びレーザ射出側開口部１１４ｅは、ガス流Ｂにより冷却固化され、ガス抜き孔４７ｅの穿孔が終了する。ここで、穿孔終了後、レーザ射出側開口部１１４ｅはキャビティ面開口部７７ｅに、円錐状凹部１０７ｅの溶融壁面１０１ｅはガス抜き孔４７ｅに、それぞれ対応する。
【００６１】
図７に示すように、所定の穿孔条件（例えば、鋳造用金型の材料、ガス抜き孔の長さＬ）において、レーザ射出側の圧力（閉鎖空間Ｃの圧力）が大きく、その結果ガス流Ｂの流量が大きいほど、穿孔されたレーザ射出側開口部１１４ｅ（すなわち、キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤは、より大きくなるという正の相関関係を示す。これは、レーザ光Ｓの照射中の「安定状態」において、レーザ射出側開口部１１４ｅ（すなわち、キャビティ面開口部７７ｅ）は、このガス流Ｂがなければ溶融金属Ｍによってその内径が縮小するところを、このガス流Ｂにより溶融金属Ｍを押し返しその内径を拡大しようとする反作用を与えて、その両者のバランスによってその内径が定まるものであり、「安定状態」における内径は固化後のレーザ射出側開口部１１４ｅ（すなわち、キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤと強い相関関係があるためと考えられる。
【００６２】
吹き込まれるガス流の圧力及び／または流量を制御することによってレーザ射出側開口部の内径を所望の値とすることができる。
従って、レーザ射出側の圧力（閉鎖空間Ｃの圧力）を制御することによりガス流Ｂの流量を制御し、穿孔されたレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤを制御することが可能である。
【００６３】
また、形成される貫通孔（ガス抜き孔４７ｅ）はレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）に向かってその内径φＤ１が小さくなっているためレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤが最も小さく、従って貫通孔に吹き込まれるガス流Ｂの流速はレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）で最も速く、溶融金属Ｍを吹き飛ばす、または押し返す作用は最も強い。一方照射されたレーザ光によって溶融された金属部材の溶融金属Ｍは重力によって最下部のレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）に集まりレーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）を閉塞しようとしている。従って、最も閉塞しやすい部分に、最も溶融金属Ｍを吹き飛ばす、または押し返す作用を与えることができるので、レーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤを効果的に調整することができる。
【００６４】
また、言うまでもなく、形成される貫通孔（ガス抜き孔４７ｅ）において、レーザ射出側開口部１１４ｅ（キャビティ面開口部７７ｅ）の内径φＤの精度が重要である。他の部分の内径φＤ１は、余り精度を要求されない。
【００６５】
ガス抜き孔４７ｅの穿孔が終了すると、同様に、ロボット装置Ｒの先端に設けられたレーザ光射出光学ユニット２０が、あらかじめ記憶された次の穿孔箇所（例えば、ガス抜き孔４７ｂ）に向かって移動し導管６７ｂ真上の狙い位置に到着するとその位置で停止され、レーザ穿孔装置９０は、「レーザ光照射工程」及び「ガス流生成工程」を行う。以降、同様に「レーザ光照射工程」及び「ガス流生成工程」を繰り返すことができる。
【００６６】
以下、本実施形態の効果を実証するための実験につき説明する。
加工対象として鋳造型の典型的な材料である銅製鋳造型を試料として用いて、本実施形態を用いて、複数種類のレーザ射出側開口部（すなわち、キャビティ面開口部）の内径φＤ、複数種類のガス抜き孔の長さＬ（すなわち、加工すべき金属部材の厚み）のそれぞれの細長い連通孔の穿孔を行い、その成否を確認する実験を行った。
【００６７】
実験は、レーザ射出側開口部の内径φＤとして０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍの３種類、ガス抜き孔の長さＬとして２．５ｍｍ、５．０ｍｍ、７．５ｍｍの３種類とし、これらの９通りの組み合わせに関する「複数の細長い連通孔」の自動穿孔に関する実験を行った。その結果、９通り全ての組み合わせにおいて、問題なく設定通りのガス抜き孔を形成できることが確認された。
【００６８】
また、最も微細径φＤ＝０．０５ｍｍに関して、連通孔の長さＬ（すなわち、加工すべき金属部材の厚み）を小さくしてみたが、長さＬ＝０．７５ｍｍでは、問題なく内径φＤ＝０．０５ｍｍの連通孔を形成できたが、更に厚みを減少させて長さＬ＝０．７ｍｍとすると、内径φＤ＝０．０５ｍｍの連通孔は形成できず、内径φＤ＝０．０６ｍｍの連通孔が限度であった。
連通孔の形状としては、レーザ射出側開口部（キャビティ面開口部）に向かってその内径が小さくなり、レーザ射出側開口部の内径φＤが最も小さいものであった。
【００６９】
従って、本実施形態によれば、鋳造用金型に対して、所定の位置の０．２ｍｍ以下の所望の内径（例えば、０．１ｍｍφ）であって長さ５ｍｍ程度の多数の細長い微細径の孔（ガス抜き孔）を、精度よく且つ効率的に形成することができる。
【００７０】
本発明のレーザ穿孔方法は、鋳造用金型を対象とするものに限定されるものではなく、他の多様な金属部材に対しても同様に適用できる。また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
３０ 鋳造用金型（金属部材）
３８ キャビティ面（金属部材のレーザ射出側）
４０ 第１の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
４１、４３、４５、４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ） ガス抜き孔（連通孔）
４２ 第２の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
４４ 第３の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
４６ 第４の環状溝部（金属部材のレーザ射出側）
７７（７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ） キャビティ面開口部（レーザ射出側開口部）
９９ 隔房
１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ） 導管底面（金属部材のレーザ入射側）
１１４ｅ レーザ射出側開口部（レーザ射出側開口部）
Ｃ 閉鎖空間（金属部材のレーザ射出側）
Ｇ ガス
Ｌ 貫通孔の長さ
Ｍ 溶融金属
Ｓ レーザ光
φＤ レーザ射出側開口部の内径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材の上方からレーザ光を照射して当該金属部材に貫通孔を形成するレーザ穿孔方法であって、
予め、レーザ光が前記金属部材を通過して前記金属部材から射出される前記金属部材のレーザ射出側を隔房によって密閉し該隔房内にガスを供給することにより、前記金属部材の前記レーザ射出側の圧力を前記金属部材のレーザ入射側の圧力より高くするレーザ射出側加圧工程と、
前記金属部材の前記レーザ入射側にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
照射されたレーザ光が貫通孔を形成して前記金属部材から射出されるとき前記金属部材の前記レーザ射出側に形成されるレーザ射出側開口部を通って前記貫通孔に前記ガスを吹き込むガス流生成工程と、を含み、前記照射されたレーザ光によって溶融された前記金属部材の溶融金属が前記レーザ射出側開口部を閉塞することを防止するレーザ穿孔方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ穿孔方法であって、
前記貫通孔は、前記レーザ射出側開口部に向かってその内径が小さくなり、
前記レーザ射出側開口部の内径は、前記ガスの圧力及び／または流量を制御することによって所望の値とするレーザ穿孔方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ穿孔方法であって、
前記レーザ射出側開口部の内径（φＤ）が０．２ｍｍ以下であるとき、前記貫通孔の長さ（Ｌ）の前記レーザ射出側開口部の前記内径に対する比（Ｌ／φＤ）が１５以上であるレーザ穿孔方法。
【請求項１】
金属部材の上方からレーザ光を照射して当該金属部材に貫通孔を形成するレーザ穿孔方法であって、
予め、レーザ光が前記金属部材を通過して前記金属部材から射出される前記金属部材のレーザ射出側を隔房によって密閉し該隔房内にガスを供給することにより、前記金属部材の前記レーザ射出側の圧力を前記金属部材のレーザ入射側の圧力より高くするレーザ射出側加圧工程と、
前記金属部材の前記レーザ入射側にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
照射されたレーザ光が貫通孔を形成して前記金属部材から射出されるとき前記金属部材の前記レーザ射出側に形成されるレーザ射出側開口部を通って前記貫通孔に前記ガスを吹き込むガス流生成工程と、を含み、前記照射されたレーザ光によって溶融された前記金属部材の溶融金属が前記レーザ射出側開口部を閉塞することを防止するレーザ穿孔方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ穿孔方法であって、
前記貫通孔は、前記レーザ射出側開口部に向かってその内径が小さくなり、
前記レーザ射出側開口部の内径は、前記ガスの圧力及び／または流量を制御することによって所望の値とするレーザ穿孔方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ穿孔方法であって、
前記レーザ射出側開口部の内径（φＤ）が０．２ｍｍ以下であるとき、前記貫通孔の長さ（Ｌ）の前記レーザ射出側開口部の前記内径に対する比（Ｌ／φＤ）が１５以上であるレーザ穿孔方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２０６７９１（Ｐ２０１１−２０６７９１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５０９８（Ｐ２０１０−７５０９８）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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