(57)【要約】【課題】レーザ発振の安定性を向上する。【解決手段】電圧電源部からの電圧を所定のガスが封入されたチャンバ内に設けられた電極に供給し、前記電極による放電により連続してレーザビームをパルス発振させるガスレーザ装置において、発振したレーザビームのエネルギーの一部を所定回数分取得するためのエネルギー検出部と、前記電圧電源部から前記電極までの回路上に流れる逆電流を検出し、検出結果に基づいて異常放電の発生を検出する異常放電検出部と、前記エネルギー検出部により得られるエネルギーの平均値と最小値及び／又は最大値とを抽出し、抽出した結果と前記異常放電検出部により得られる検出結果とに基づいて、前記電圧電源部に対して所定の電圧を所定回数分供給させる指令信号を出力するよう制御する出力制御部とを有することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧電源部からの電圧を所定のガスが封入されたチャンバ内に設けられた電極に供給し、前記電極による放電により連続してレーザビームをパルス発振させるガスレーザ装置におけるガスレーザ出力制御方法において、
前記ガスレーザ装置から発振されたレーザビームのエネルギーの一部を所定回数分取得するエネルギー取得ステップと、
前記エネルギー取得ステップにより得られるエネルギーの平均値と最小値及び／又は最大値とを抽出する抽出ステップと、
前記電圧電源部から前記電極までの回路上に流れる逆電流を検出し、検出した結果に基づいて異常放電の発生を検出する異常放電検出ステップと、
前記抽出ステップにより得られる抽出結果と、前記異常放電検出ステップにより得られる検出結果とに基づいて、前記電圧電源部に対して所定の電圧を所定回数分供給させる指令信号を出力する指令信号出力ステップとを有することを特徴とするガスレーザ出力制御方法。
【請求項２】
前記指令信号出力ステップは、
既に取得している前回のレーザエネルギーの平均値と、所定の電圧を所定回数分供給させることで得られるレーザエネルギーの平均値とを比較し、比較したエネルギーの増減値に基づいて、電圧を変換する指令信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ出力制御方法。
【請求項３】
前記指令信号出力ステップは、
前記異常放電検出ステップにより異常放電の発生が検出された場合に、前記電圧電源部による電圧の供給を所定時間停止させる指令信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスレーザ出力制御方法。
【請求項４】
電圧電源部からの電圧を所定のガスが封入されたチャンバ内に設けられた電極に供給し、前記電極による放電により連続してレーザビームをパルス発振させるガスレーザ装置において、
発振したレーザビームのエネルギーの一部を所定回数分取得するためのエネルギー検出部と、
前記電圧電源部から前記電極までの回路上に流れる逆電流を検出し、検出結果に基づいて異常放電の発生を検出する異常放電検出部と、
前記エネルギー検出部により得られるエネルギーの平均値と最小値及び／又は最大値とを抽出し、抽出した結果と前記異常放電検出部により得られる検出結果とに基づいて、前記電圧電源部に対して所定の電圧を所定回数分供給させる指令信号を出力するよう制御する出力制御部とを有することを特徴とするガスレーザ装置。
【請求項５】
前記出力制御部は、
既に取得している前回のレーザエネルギーの平均値と、所定の電圧を所定回数分供給させることで得られるレーザエネルギーの平均値とを比較し、比較したエネルギーの増減値に基づいて、電圧を変換する指令信号を生成することを特徴とする請求項４に記載のガスレーザ装置。
【請求項６】
前記出力制御部は、
前記異常放電検出部により異常放電の発生が検出された場合に、前記電圧電源部による電圧の供給を所定時間停止させる指令信号を出力することを特徴とする請求項４又は５に記載のガスレーザ装置。
【請求項７】
前記請求項４乃至６の何れか１項に記載のガスレーザ装置を備えたレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレーザ出力制御方法、ガスレーザ装置、及び該ガスレーザ装置を備えたレーザ加工装置に係り、特にレーザ発振の安定性を向上させるためのガスレーザ出力制御方法、ガスレーザ装置、及び該ガスレーザ装置を備えたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスレーザ装置は、加工、医療、計測等の分野で広く用いられている。従来のガスレーザ装置は、エキシマガスやＣＯ２等の所定のガスが充満した空間内に予備電離ピンや電極を設け、パルス電源より発生した高電圧パルスが予備電離ピン及び電極に印加し、放電を発生させることでパルス状のレーザビームを発生させる。また、ガスレーザ装置は、レーザビームを作用させる対象物体の属性（材料、寸法等）や要求される加工精度等に対応させた最適な品質のレーザビームが発振できるように、各種加工条件が予め固定的に設定されている。
【０００３】
また、ガスレーザ装置は、上述した発振動作を繰り返し継続していくと、放電が悪化し、徐々にパルスエネルギーが低下するといういわゆるスパイキング現象が現れるため、そのようなパルス放電の異常を防止するための技術が存在する（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
特許文献１に示される技術は、出力制御部において、連続パルスの各パルスのエネルギーを所望の同一の値にする放電電圧のデータが連続パルスの各パルス毎に予め記憶され、出力モニタでは、発振されたパルスのエネルギーが検出され、前回までに行われた連続パルス発振時におけるパルスエネルギーの検出値とパルスエネルギーの所望値とを比較し、この比較結果に基づいて予め記憶しておいた各パルスに対応する各充電電圧が、出力制御部において補正される。
【０００５】
また、特許文献２に示される技術は、連続するパルス発振を行ったときの各パルスの電源電圧を、それぞれのパルスを特定する識別子に対応付けて１サイクル分記憶する記憶手段と、１つのパルスを発振する際には、そのパルスと同じ識別子を持つパルスの電源電圧を前記記憶手段から読み出し、この電源電圧に基づいてパルス発振を行う出力制御手段を備えている。
【特許文献１】特開平７−１０６６７８号公報
【特許文献２】特開平９−８５４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来手法は、異常放電の発生を防止するためのものであり、異常放電が実際に発生した場合に対するものではない。したがって、アーキング等の異常な放電が発生した場合には、迅速に元の正常な状態に復旧することができず、安定したレーザ発振を長時間継続することができない。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、レーザ発振の安定性を向上させるためのガスレーザ出力制御方法、ガスレーザ装置、及び該ガスレーザ装置を備えたレーザ加工装置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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明は、電圧電源部からの電圧を所定のガスが封入されたチャンバ内に設けられた電極に供給し、前記電極による放電により連続してレーザビームをパルス発振させるガスレーザ装置におけるガスレーザ出力制御方法において、前記ガスレーザ装置から発振されたレーザビームのエネルギーの一部を所定回数分取得するエネルギー取得ステップと、前記エネルギー取得ステップにより得られるエネルギーの平均値と最小値及び／又は最大値とを抽出する抽出ステップと、前記電圧電源部から前記電極までの回路上に流れる逆電流を検出し、検出した結果に基づいて異常放電の発生を検出する異常放電検出ステップと、前記抽出ステップにより得られる抽出結果と、前記異常放電検出ステップにより得られる検出結果とに基づいて、前記電圧電源部に対して所定の電圧を所定回数分供給させる指令信号を出力する指令信号出力ステップとを有することを特徴とする。これにより、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。
【０００９】
更に、前記指令信号出力ステップは、既に取得している前回のレーザエネルギーの平均値と、所定の電圧を所定回数分供給させることで得られるレーザエネルギーの平均値とを比較し、比較したエネルギーの増減値に基づいて、電圧を変換する指令信号を生成することを特徴とすることが好ましい。これにより、電圧を急激に上昇させることを防止させることができる。したがって、異常放電が連続して発生しやすくなってしまう状態において、過度に充電エネルギーを投入してしまうことがなく、エネルギーフィードバックの異常が長時間続いたり、高電圧部品を故障させてしまうことを防止することができる。
【００１０】
更に、前記指令信号出力ステップは、前記異常放電検出ステップにより異常放電の発生が検出された場合に、前記電圧電源部による電圧の供給を所定時間停止させる指令信号を出力することを特徴とすることが好ましい。これにより、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。
【００１１】
また本発明は、電圧電源部からの電圧を所定のガスが封入されたチャンバ内に設けられた電極に供給し、前記電極による放電により連続してレーザビームをパルス発振させるガスレーザ装置において、発振したレーザビームのエネルギーの一部を所定回数分取得するためのエネルギー検出部と、前記電圧電源部から前記電極までの回路上に流れる逆電流を検出し、検出結果に基づいて異常放電の発生を検出する異常放電検出部と、前記エネルギー検出部により得られるエネルギーの平均値と最小値及び／又は最大値とを抽出し、抽出した結果と前記異常放電検出部により得られる検出結果とに基づいて、前記電圧電源部に対して所定の電圧を所定回数分供給させる指令信号を出力するよう制御する出力制御部とを有することを特徴とする。これにより、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。
【００１２】
更に、前記出力制御部は、既に取得している前回のレーザエネルギーの平均値と、所定の電圧を所定回数分供給させることで得られるレーザエネルギーの平均値とを比較し、比較したエネルギーの増減値に基づいて、電圧を変換する指令信号を生成することを特徴とすることが好ましい。これにより、充電電圧を急激に上昇させることを防止させることができる。したがって、異常放電が連続して発生しやすくなってしまう状態において、過度に充電エネルギーを投入してしまうことがなく、エネルギーフィードバックの異常が長時間続いたり、高電圧部品を故障させてしまうことを防止することができる。
【００１３】
更に、前記出力制御部は、前記異常放電検出部により異常放電の発生が検出された場合に、前記電圧電源部による電圧の供給を所定時間停止させる指令信号を出力することを特徴とすることが好ましい。これにより、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。
【００１４】
また本発明は、前記ガスレーザ装置を備えたレーザ加工装置を提供する。これにより、より安定した放電を実現することができる。したがって、高精度なレーザビームを取得することができ、そのレーザビームを用いて高精度な加工を実現することができる。また、装置のメンテナンスを行う間隔を延ばすことができると共に、チャンバの清掃作業も短縮できるため、レーザ加工装置自体の稼動率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、上述したような特徴を有する本発明におけるガスレーザ出力制御方法、ガスレーザ装置、及び該ガスレーザ装置を備えたレーザ加工装置を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
＜本発明におけるガスレーザ装置＞
まず、本発明におけるガスレーザ装置の機能構成例について、図を用いて説明する。図１は、本発明に適用されるガスレーザ装置の一構成例を示す図である。また、図２は、本発明に適用されるガスレーザ装置におけるレーザビームの出射の様子を説明するための一例の図である。
【００１８】
なお、図１のガスレーザ装置１０は、レーザビームの出射方向と垂直な方向に対するレーザチャンバの断面図と、電圧電源部としてのパルス電源部の回路構成を具体的に示し、図２のガスレーザ装置１０は、レーザビームの出射方向に対するレーザチャンバの断面図と、エネルギー検出部を具体的に示している。
【００１９】
図１に示すガスレーザ装置１０は、電圧電源部としてのパルス電源部１１と、トリガ発生部１２と、異常放電検出部１３と、出力制御手段１４と、レーザチャンバ１５と、主放電電極１６−１，１６−２と、予備電離ピン１７−１，１７−２と、ピーキングコンデンサ（Ｃｐ）１８−１，１８−２と、循環用ファン１９と、熱交換器２０と、ガス供給装置２１と、ガス真空排気装置２２と、循環ポンプ２３と、ダスト除去装置２４とを有するよう構成されている。
【００２０】
また、パルス電源部１１には、充電電源としての高圧電源（ＨＶＰＳ：Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）３０と、充電コンデンサ（Ｃｓ）３１と、スイッチ部（ＳＷ）３２と、共振コイル（Ｌ）３３とが同じ回路上に有するよう構成されている。
【００２１】
また、図２に示すように、ガスレーザ装置１０は、窓（ウィンドウ）４１−１，４１−２と、共振器（４２−１，４２−２）と、ビームスプリッタ４３と、エネルギー検出部４４とを有するよう構成されている。
【００２２】
パルス電源部１１は、高電圧パルスを回路上に供給し、ピーキングコンデンサ１８−１，１８−２からなる充電電圧を放電電極の放電開始電圧に到達させることで、放電を発生させてレーザ発光を行わせる。
【００２３】
ここで、パルス電源部１１について具体的に説明する。パルス電源部１１における高圧電源３０は、所定の高電圧パルスを回路上に供給する。また、充電コンデンサ（Ｃｓ）３１は、高圧電源３０からの電流により充電を行う。スイッチ部（ＳＷ）３２は、トリガ発生部１２からの切替制御信号等により、所定のタイミングでスイッチ（オン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ））の切り替えを行い、回路上の電流の流れをコントロールする。また、共振コイル（Ｌ）３３は、回路上の変圧を行う。
【００２４】
トリガ発生部１２は、出力制御手段１４からの制御信号により、所定のタイミングでスイッチ部３２のスイッチを切り替えるための切替制御信号を生成し、生成した切替制御信号をパルス電源部１１（スイッチ部３２）に出力する。
【００２５】
異常放電検出部１３は、スイッチ部３２への回路に流れる逆電流を検知し、その検知値に基づいて異常放電の発生を検出する。また、異常放電検出部１３は、異常放電があったと検知した場合には、その検知信号を出力制御部１４に出力する。
【００２６】
出力制御手段１４は、ガスレーザ装置１０の各構成全体を制御する。具体的には、出力制御手段１４は、高圧電源３０に所定の電圧を回路上に供給させるための指令信号を生成して高圧電源３０に出力したり、ガスレーザ装置１０が所定のタイミングでレーザビームを発振できるように、所定のタイミングでトリガ発生部１２に対して切替制御信号を生成させたり、異常放電検出部１３、レーザチャンバ１５内の各構成、ガス供給装置２１、ガス真空排気装置２２、循環ポンプ２３、ダスト除去装置２４等における動作制御等を行う。
【００２７】
また、出力制御手段１４は、後述するエネルギー検出部４４からのエネルギー検出結果及び異常放電検出部１３からの検出結果等に基づいて、エネルギーの平均値、最小値及び／又は最大値を抽出したり、レーザ発振中におけるアーキング等の異常放電が発生した場合に、エネルギーフィードバック制御（異常放電出力制御）を行う。なお、出力制御手段１４におけるエネルギーフィードバック制御手法については後述する。
【００２８】
レーザチャンバ１５は、ガス供給装置２１から得られるレーザガスをチャンバ内に封入して、電極の放電によりレーザビームを発振（出射）させる。また、主放電電極１６は、プラスの電極（カソード電極）１６−１と、マイナスの電極（アノード電極）１６−２を有しており、高電圧のパルスを付加することにより、所望のタイミングで所定の強さのレーザビームを発振させることができる。なお、図１に示す主放電電極１６−１は、アース（ＧＮＤ）接続されている。
【００２９】
予備電離電極である予備電離ピン１７−１，１７−２は、主放電電極１６の近傍に配設し、例えばコロナ放電等による紫外光等を用いて、予備励起を起こさせる。なお、図１では、主放電電極１６−２側に設けられているが、本発明においてはこれに限定されず、例えば主放電電極１６−１側等、主放電電極１６−１，１６−２の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に設けられていればよい。
【００３０】
つまり、本実施形態において、予備電離ピン１７は、気体レーザにおける予備電離方法の１つである直流あるいは交流高電圧間に比較的薄い誘電体物質を挿入することにより、誘電体表面に電荷を発生させることで、高電圧下に局所的な放電（コロナ放電）が起こることを利用したコロナ放電予備電離法を用いている。したがって、コロナ放電が発生すると、ガスは電離されるため高温になり、紫外線領域の光を放出させることができる。
【００３１】
ピーキングコンデンサ１８−１，１８−２は、高圧電源３０からのパルス電流によって高圧充電を行う。循環用ファン１９は、主放電電極１６−１と主放電電極１６−２との間に供給するガスの主放電による劣化の影響を緩和させるため、レーザチャンバ１５内のガスを循環している。また、熱交換器２０は、レーザチャンバ１５内の温度を所定の温度に調整する。
【００３２】
ガス供給装置２１は、レーザチャンバ１５から電極の放電によりレーザビームを発振（出射）させるためのガスをレーザチャンバ１５内に導入する。なお、ガス供給装置２１によりレーザチャンバ１５内に導入されるガスの種類としては、エキシマガスやＣＯ２ガス等があるが、本発明においてはこれに限定されず、例えばヘリウムネオンレーザ、アルゴンイオンレーザ等を用いることもできる。また、ガス真空排気装置２２は、運転終了後や所定のタイミングでレーザチャンバ１５内のガスを取り除く。これにより、運転再開時には、ガス供給装置２１から新たなガスを供給して所望する適切なレーザビームを発振させることができる。
【００３３】
更に、循環ポンプ２３は、ダスト除去装置２４を介してレーザチャンバ１５内のガスを循環させることで、放電により主放電電極１６や予備電離ピン１７等から発生した塵やゴミ、スパッタ等のダストを除去させる。また、循環ポンプ２３は、循環経路上でレーザチャンバ１５内の気圧等の調整を行う。また、ダスト除去装置２４は、ガス中のダストをフィルタ等により除去する。
【００３４】
また、図２に示すように、主放電電極１６−１と主放電電極１６−２との間に供給するガスの主放電により発生したガスは、両端に設けられた窓部４１−１，４２−２、及び、その先にある各共振器４２−２，４２−２を有する光学素子により、その放電光が所定のエネルギーまで増幅され、増幅されたエネルギーを有するレーザビームが出射される。
【００３５】
また、ビームスプリッタ４３は、出射されたレーザパルスビームの一部（例えば、全体の約１／１００程度）を反射させて抽出（残りのビームは通過）し、抽出したレーザビームをジュールメータ等のエネルギー検出部４４により検出する。エネルギー検出部４４は、入力されるレーザビームからレーザエネルギーに相当する電圧信号を生成し、生成した電圧信号を出力制御手段１４に出力する。
【００３６】
なお、図１及び図２に示すガスレーザ装置１０は、パルス電源部１１にパルスを圧縮整形するために、例えばＰＦＮ（Ｐｕｌｓｅ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ：パルス圧縮回路）を設けてよい。
【００３７】
＜レーザビームの出射（発振）動作＞
次に、上述したガスレーザ装置１０を用いたレーザビームの出射（発振）動作手順について説明する。図３は、レーザビームの出射動作の一例を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、ガス供給装置２１よりレーザチャンバ１５内にガスを供給する（Ｓ０１）。次に、充電電源ＨＶＰＳ３０より、充電コンデンサ（Ｃｓ）３１に電荷を貯める（Ｓ０２）また、出力制御手段１４からトリガ発生部１２に対して出力した制御信号をトリガ発生部１２において切替制御信号に変換し、変換された信号が高電圧ＳＷであるスイッチ部３２に入力され、スイッチ部３２のスイッチがオン（ＯＮ）になり高電圧パルスが発生する（Ｓ０３）。
【００３９】
パルス電源部１１より発生した高電圧パルスが予備電離ピン１７及び主放電電極１６に印加することで放電を発生させ、パルス状のレーザビームを発生させる（Ｓ０４）。
【００４０】
なお、上述のＳ０２〜Ｓ０４の処理は、所定の周波数により、連続的に運転する。その際、レーザ出力を安定に保つためには、放電によって劣化したガスを取り除き、常に新しいガスを電極間に供給する必要がある。このため、ガス循環用ファンを高速で回転し、ガスを循環している。
【００４１】
また、運転中は、循環ポンプ２３よりレーザチャンバ１５内ガスの一部を循環することによってダスト除去装置２４に取り込み、放電により主放電電極１６及び予備電離ピン１７からスパッタされたダストの一部を除去する。また、ある期間連続運転すると、レーザチャンバ１５内のダストが増加し、ガスが徐々に劣化するため、所定の性能が得られなくなる。
【００４２】
そこで、異常放電の発生の検出と、それに伴うエネルギーフィードバック制御を有する異常放電出力制御処理を行う（Ｓ０５）。具体的には、レーザチャンバ１５から出射されたレーザビームのエネルギーやスイッチ部３２の回路上の逆電流を検出し、その検出内容に基づいて異常放電の有無を判断することで、異常放電の発生を検出し、検出した結果に基づいて出力制御を行う。なお、Ｓ０５の処理における詳細な説明は後述する。
【００４３】
次に、運転を終了するか否かを判断し（Ｓ０６）、運転を終了しない場合（Ｓ０６において、ＮＯ）、次にレーザチャンバ１５内のガス交換が必要か否かを判断する（Ｓ０７）。なお、ガス交換が必要か否かの判断は、予め設定される運転時間等の時間情報やレーザチャンバ１５内のガス中の塵濃度等を検出し、その検出結果等に基づいて判断する。ここで、ガス交換が必要な場合（Ｓ０７において、ＹＥＳ）、運転を停止し、ガス真空排気装置２２により劣化したガスを真空排気し、その後ガス供給装置２１により新しいガスを供給する（Ｓ０８）。
【００４４】
また、Ｓ０８の処理が終了後、又はガス交換が必要でない場合（Ｓ０７において、ＮＯ）には、上述したＳ０２の処理に戻り、以降の処理を継続して行う。更に、上述したＳ０６の処理において、運転を終了する場合（Ｓ０６において、ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００４５】
＜Ｓ０５：異常放電出力制御処理＞
次に、上述したＳ０５の処理における異常放電出力制御処理について、図を用いて説明する。図４は、異常放電出力制御処理手順の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、異常放電出力制御処理は、まず所定回数（例えば、Ｎ回）分のパルスレーザビームのエネルギーを取り込み（Ｓ１１）、取り込んだＮ回分のエネルギーの平均値、及び最小値及び／又は最大値を抽出する（Ｓ１２）。なお、抽出結果は、例えばメモリ等のバッファに一時的に記録される。
【００４６】
次に、スイッチ部３２の回路における放電時にアース側の電極から流れてくる逆電流の電圧値を取り込む（Ｓ１３）。具体的には、高電圧ＳＷの電流路に取付けた電流モニタによって放電が発生した場合に生じる逆電流パルスをモニタし、異常放電検出部１３によって、発生した逆電流パルスのピーク値をホールドして取り込む。
【００４７】
また、そのホールドした値と、異常放電時の逆電流パルス閾値との比較を行う（Ｓ１４）。なお、Ｓ１４の処理においては、逆電流パルスの閾値を超えた場合（異常放電（アーク放電）が発生した場合）、出力制御部１４に異常放電の発生を示す信号が入力される。なお、Ｓ１１及びＳ１２の処理と、Ｓ１３及びＳ１４の処理とは、入れ替えてもよい。
【００４８】
次に、最小値が正常な数値で、かつアーク放電（異常放電）が発生しているか否かを判断する（Ｓ１５）。ここで、最小値が正常な数値か否かの判断は、例えばＳ１２で抽出した最小値と予め設定された閾値とを比較し、最小値が予め設定された閾値以下の場合には、正常でないと判断する。また、アーク放電が発生しているか否かの判断は、上述したＳ１４の処理において行われる。
【００４９】
Ｓ１５の処理において、最小値が正常、かつアーク放電が発生していると判断した場合（Ｓ１５において、ＹＥＳ）、本発明では、予め設定された電圧（定電圧）を用いて予め設定された回数（例えば、Ｍ回）分の定電圧運転を行う（Ｓ１６）。このように、異常放電が発生した場合に、予め異常放電が安定となるまでの時間を設定しておき、それに相当するエネルギーフィードバック周期（Ｍ回）分充電電圧を固定し、その後、上述の処理を行うことで安定した運転を提供することができる。また、Ｓ１６の処理によれば、充電電圧を急激に上昇させることを防止させることができる。したがって、異常放電が連続して発生しやすくなってしまう状態において、過度に充電エネルギーを投入してしまうことがなく、エネルギーフィードバックの異常が長時間続いたり、高電圧部品を故障させてしまうことを防止することができる。
【００５０】
Ｓ１６の処理が終了後、又はＳ１５の処理において最小値が正常で、かつアーク放電が発生していると判断されない場合（Ｓ１５において、ＮＯ）、次に、Ｓ１２の処理にて得られる平均値と、前回の処理で取得した平均値との比較を行い（Ｓ１７）、設定値以上の電圧差があるか否かを判断する（Ｓ１８）。なお、前回の平均値は、Ｓ１２の処理における抽出時にメモリ等のバッファに一時的に記録されている。
【００５１】
Ｓ１８の処理において、設定値以上の電圧差がある場合（Ｓ１８において、ＹＥＳ）、エネルギーの増減値をΔ電圧値に変換し（Ｓ１９）、そのΔ電圧値に基づいた電圧指令を生成する（Ｓ２０）。また、Ｓ１８の処理において、設定値以上の電圧差がない場合（Ｓ１８において、ＮＯ）、前回の電圧値による電圧指令を生成する（Ｓ２１）。また、Ｓ２０の処理及びＳ２１の処理後、生成された電圧指令を出力する（Ｓ２２）。
【００５２】
これにより、異常放電出力制御処理において、レーザエネルギーパルスの最小値処理等を行い、異常放電が発生した場合、指令電圧値を一定時間固定することで放電を長時間安定させることができる。
【００５３】
ここで、上述した実施形態では、Ｓ１５の処理において最小値が正常であるか否かを判断しているが、本発明においてはこれに限定されず、例えば最大値が正常であるかを判断してもよく、最小値と最大値の両方が正常であるか否かを判断してもよい。これにより、安定性をより向上させることができる。
【００５４】
また、上述のＳ１６の処理では、予め設定された電圧でＭ回分の放電処理を行ったが、本発明においてはこれに限定されず、例えば出力制御部１４で異常放電の発生を示す信号が入力されると、放電が不安定になることを避けるため、定期的に送られる次放電のトリガ信号を所定回数（例えば、１〜３回程度）又は所定時間分休ませ、その後、電極間のガスやダスト、不純物の状態が定常に戻ったところ（時間的なタイミング）で、次放電のトリガを発生させてもよい。これにより、レーザチャンバ１５内のガスを安定させることができ、アーク放電を回避することができる。
【００５５】
これにより、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。
【００５６】
ここで、通常のエネルギーの変化は、窓部４１の透過率の低下やレーザチャンバ１５内ガスの劣化によって徐々に増加していくため、（充電）電圧の指令値の変化量もそれに対応させて徐々に増加させていくことになる。しかしながら、従来では、スイッチ部３２のセルフトリガやトリガ発生部１２の誤動作、電極間ガスのダスト増加等の要因によりアーキング等の異常な放電が発生する場合がある。
【００５７】
このような状況において連続的に運転した場合、異常放電が発生後、次の放電を行う場合に、アーキングによる紫外線発生により、次放電時の電極間ガスの予備電離状態が定常と異なったり、異常放電により電極のスパッタが一時的に増加し、次放電時の電極間のダストあるいは不純物の滞在状態が定常と異なるため、放電が不安定となり所定のエネルギより低いエネルギパルスが長時間（数十秒）続く、または異常放電が連続して発生してしまう。
【００５８】
そこで、本発明では、上述した図１及び図２に示すガスレーザ装置のように、スイッチ部３２の回路（電流路）に逆電流の検出機能を設け、さらに逆電流から異常放電の発生を検出することにより、放電が不安定となり所定のエネルギーより低いエネルギパルスが長時間（数十秒）続く、又は異常放電が連続して発生してしまう欠点を回避することができる。
【００５９】
＜ガスレーザ装置を適用したレーザ加工装置＞
次に、上述した本発明におけるガスレーザ装置を適用したレーザ加工装置の構成例について図を用いて説明する。図５は、本発明におけるガスレーザ装置を適用したレーザ加工装置の一構成例を示す図である。図５に示すレーザ加工装置５０は、上述したガスレーザ装置１０と、反射ミラー５１と、ビーム成形光学系５２と、ステージ駆動手段５３と、ステージ５４と、加工制御手段５５とを有するよう構成されている。
【００６０】
ガスレーザ装置１０は、加工制御手段５５から得られるレーザ加工を行うためのレーザビームの周波数やパワー、ショット数、パルス幅、照射タイミング、照射位置等の各照射条件に基づいて、所定のタイミングでレーザビームを照射する。また、ガスレーザ装置１０は、設定された照射条件に基づいてレーザビームを照射した後、照射完了信号を加工制御手段５５に出力する。
【００６１】
反射ミラー５１は、ガスレーザ装置１０から照射されたレーザビームを所定の加工対象物５６の方向に導く。また、ビーム成形光学系５２は、入力した反射ミラー５１からのレーザビームを所定の形状にビーム成形して加工対象物５６へ出力する。
【００６２】
ステージ駆動手段５３は、加工制御手段５５から得られるステージの移動情報に基づいて、レーザ加工を行う加工対象物５６が載置されたステージ５４を加工条件に対応した所定の高さ（Ｚ方向）及び／又は平面上の位置（ＸＹ方向）に移動させる。また、ステージ駆動手段５３は、ステージ５４の移動が完了した場合、移動完了信号を加工制御手段５５に出力する。
【００６３】
加工制御手段５５は、レーザ加工装置５０の各構成全体を制御する。具体的には、加工対象物５６に加工を行うための各制御情報（照射条件、ステージの移動情報等）を生成し、対応するガスレーザ装置１０、ステージ駆動手段５３のそれぞれに制御情報を出力する。
【００６４】
更に、加工制御手段５５は、本発明におけるダスト除去を行うための制御情報を生成してガスレーザ装置１０に出力する。ガスレーザ装置１０は、ダスト除去を行うための制御情報により上述したダスト除去を行った後、ダスト除去完了信号を加工制御手段５５に出力する。
【００６５】
上述したレーザ加工装置５０を用いることで、加工対象物５６に所定の加工を行うことができる。なお、本発明におけるレーザ加工装置は、加工対象物の穴あけや溶接、切断、アニール等のレーザ加工全般に適用することができる。
【００６６】
このように、本発明におけるガスレーザ装置をレーザ加工装置に適用することで、レーザ装置のより安定化した放電を実現することができる。また、該ガスレーザ装置からのレーザビームを用いて長時間継続して高精度な加工を実現することができる。
【００６７】
したがって、高精度なレーザビームを取得することができ、そのレーザビームを用いて高精度な加工を実現することができる。更に、本発明によれば、レーザ加工装置のメンテナンスを行う間隔を延ばすことができると共に、チャンバの清掃作業も短縮できるため、レーザ加工装置自体の稼動率を向上させることができる。
【００６８】
上述したように本発明によれば、より安定化した放電を実現することができる。したがって、レーザ発振の安定性を向上することができる。また、高精度なレーザビームを取得することができ、そのレーザビームを用いて高精度な加工を実現することができる。更に、メンテナンスを行う間隔を延ばすことができると共に、チャンバの清掃作業も短縮できるため、レーザ加工装置自体の稼動率を向上させることができる。
【００６９】
なお、上述したガスレーザ装置は、例えば、コロナ（パルス）を用いた放電方式のガスレーザ装置に適用することができ、例えばガスレーザ装置から出力されるレーザビームとしては、上述したエキシマレーザの他に、ＣＯ２レーザ等のガスレーザ装置全般に適用することができる。
【００７０】
また、本発明におけるガスレーザ装置を用いたレーザ加工は、穴あけや溶接、切断、アニール等のレーザ加工全般に適用することができる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に適用されるガスレーザ装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明に適用されるガスレーザ装置におけるレーザビームの出射の様子を説明するための一例の図である。
【図３】レーザビームの出射動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】異常放電出力制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明におけるガスレーザ装置を適用したレーザ加工装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ガスレーザ装置
１１  パルス電源部
１２  トリガ発生部
１３  異常放電検出部
１４  出力制御手段
１５  レーザチャンバ
１６  主放電電極
１７  予備電離ピン
１８  ピーキングコンデンサ（Ｃｐ）
１９  循環用ファン
２０  熱交換器
２１  ガス供給装置
２２  ガス真空排気装置
２３  循環ポンプ
２４  ダスト除去装置
３０  高圧電源（ＨＶＰＳ：Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）
３１  充電コンデンサ（Ｃｓ）
３２  スイッチ部（ＳＷ）
３３  共振コイル（Ｌ）
４１  窓（ウィンドウ）
４２  共振器
４３  ビームスプリッタ
４４  エネルギー検出部
５０  レーザ加工装置
５１  反射ミラー
５２  ビーム成形光学系
５３  ステージ駆動手段
５４  ステージ
５５  加工制御手段
５６  加工対象物
【図１】
2008211081.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008211081.tif 000006
【図５】
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