(57)【要約】【課題】パルス発振時のパルス出力波形のバラツキを低減し、パルスピーク・波尾の変動率を安定化させ、微細加工での加工能力を向上させたレーザ発振装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部はそれぞれ所定の時間差で放電の点灯、消灯が行なわれるレーザ発振装置や、レーザ発振装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機としたことにより、パルス出力波形のピークや波尾のバラツキを低減させ、安定したパルス出力波形を得ることができる。【選択図】  図１
2004241606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部はそれぞれ所定の時間差で放電の点灯，消灯が行なわれるレーザ発振装置。
【請求項２】
レーザ発振装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機であって、前記レーザ発振装置は、レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部はそれぞれ所定の時間差で放電の点灯，消灯を行いレーザ光を発振し、発振されたレーザ光によりワークが加工されるレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ発振装置とレーザ加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に従来のレーザ発振装置について説明する。図５は従来のレーザ発振装置の構成を示すものである。
【０００３】
図５において１０１，１０２は放電管、１０３はレーザ媒質、１０４，１０５は平行に配置されたレーザ増幅用ミラー、１０６，１０７，１０８はミラー１０４，１０５および放電管１０１，１０２を保持するためのフランジ、１０９はフランジ１０６，１０７，１０８間を接続するための支持材、１１０はレーザ増幅用ミラー１０４から共振器外部へ取り出されるレーザ光、１１１は制御部、１１２は高電圧電源、１１３は電極である。
【０００４】
以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作について説明する。
【０００５】
まず、放電管１０１，１０２内にレーザ媒質１０３を充填し、レーザ媒質１０３に電極１１３を介して高電圧電源１１２から電気エネルギーを加えることで放電励起させレーザ光を発生させる。発生したレーザ光は平行に配置されたミラー１０４，１０５間を往復しながら増幅され共振状態となる。
【０００６】
また、ミラー１０４，１０５はフランジ１０６，１０７，１０８および支持材１０９によって保持されており、放電管１０１，１０２、ミラー１０４，１０５、フランジ１０６，１０７，１０８、支持材１０９によって光共振器を形成している。
【０００７】
そして、この共振状態からレーザ光の一部が部分透過鏡１０４からレーザ光１１０として共振器の外部へ取り出され、板金切断などの加工に用いられている。
【０００８】
この場合、加工品の板厚，材質，形状などによりレーザ光１１０は連続出力だけでなく、パルス出力として照射され加工を行っている。
【０００９】
レーザ光１１０は放電管が放電している場合にのみ出力され、放電が消えている場合は出力されない。つまり放電の点灯、消灯を繰り返すことでパルス出力を得ることができる。そして通常、パルス出力の場合、放電管１０１，１０２は双方ともに同じタイミングで点灯、消灯するように制御されている。
【００１０】
このときの放電タイミング図を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。放電管１０１の放電タイミング図が図６（ａ）に示され、放電管１０２が図６（ｂ）に示されている。またレーザ光１１０のパルス出力波形は、図６（ｃ）に示されており、このパルス出力波形は図６（ａ），（ｂ）で示された放電管１０１，１０２の放電の足し合わせである。
【００１１】
また、別の従来のレーザ装置を図７に示す。図において、レーザ発振装置１０１からのレーザビーム１１１が検出部１０４や制御部１０５によって高圧電源１０６または１０７を制御することによって、増幅装置である放電部１０２または１０３でそれぞれレーザビーム１１２，１１３が放電され、増幅出力レーザ１１４が得られるものである（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
図８は上記のレーザ装置におけるレーザビームの増幅過程を示す図で、同図（ａ）に示すタイミングでレーザビーム１１１が出射され、、放電部１０２，１０３ではそれぞれ同図（ｂ），（ｃ）に示されるタイミングで交互にレーザビーム１１２，１１３が得られる。
【００１３】
そして、増幅されたレーザビームは同図（ｄ）に示されるタイミングで増幅出力レーザ１１４として外部に出射される。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭６３−９２０７３号公報（第２頁−３頁、第１，２図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のレーザ発振器の構成では、パルス出力時のレーザ光１１０の出力波形のバラツキが大きいという課題が存在した。
【００１６】
通常、レーザ光１１０のパルス出力波形は図９に示すような形状をしているが、波形のピークと波尾が一つ一つのパルス波形ごとにバラツキを持っており、これらのピーク、波尾はレーザ媒質１０３の圧力変動，圧力分布，媒質成分のバラツキ、放電点弧時間の遅れ，進みなどの要素により生じる。
【００１７】
このとき従来のレーザ発振器のように放電管１０１，１０２を同じタイミングで点灯、消灯した場合には、出力されるレーザ光１１０のパルス波形は放電管両者の足し合わせによるため、双方のバラツキが重なりあった状態となっていた。
【００１８】
この状態を図１０を用いて説明する。
【００１９】
図１０（ａ）は放電管１０１のパルス出力波形を示し、図１０（ｂ）は放電管１０２のパルス出力波形を示し、図１０（ｃ）は図１０（ａ），（ｂ）で示された放電管１０１，１０２両者が足し合わされたパルス出力波形を示している。
【００２０】
従って、図１０（ｃ）に示されるパルス出力時のレーザ光１１０の出力波形は、上記のように放電管双方のバラツキが足し合わされているため、波尾は単独の場合よりも長くなり、また、パルスのピークも両者のバラツキが足し合わされるため、変化が大きくなっていた。
【００２１】
このような状態において、特に微細加工を行う場合には、パルス出力波形のバラツキが、加工品の形状に影響をおよぼし、安定した加工が困難になるといった問題点が存在した。
【００２２】
特に、コーナーエッジ部やスクライビング（完全な切断ではなく加工品の表面に均一な深さの楔形の割り傷をつける加工で、レーザ加工後に小さな力を加えることで簡単に分割することが可能となる）などの微細加工を行う場合にはレーザ光１１０をパルスとし、加工物への入熱を制御することが加工精度を向上させるのに必要であったが、従来のレーザ発振装置ではパルス波形のピーク、波尾の変動率が大きいため、楔形割り傷の深さが不均一になる。
【００２３】
また、レーザ加工後に力を加えて加工品を分割しようとしたときに、楔形の深さが浅い部分では、割り傷に沿って分割できず、加工品の形状に欠け、割れを発生させ、不良品となっていたため、微細加工に限界があった。
【００２４】
このようなパルス出力波形のバラツキを抑制するため、レーザ媒質１０３の圧力変動，圧力分布，媒質成分のバラツキなどを低減する検討もなされてきたが、より微細な加工を行うためには従来の検討手法のみでは不十分であった。
【００２５】
また、図７，８に示したレーザ装置では、レーザ発振装置１０１からのレーザビーム１１１に同期して放電部１０２，１０３で増幅してレーザビーム１１２や１１３を得て高出力レーザ１１４を出射するもので、レーザビーム１１２，１１３のバラツキを低減して増幅出力レーザ１１４として出射するものではなかった。
【００２６】
本発明者らは、各放電管のバラツキの重畳がなくし、パルスピーク、波尾の変動率を低減するため、上述のように放電管１，２の放電のタイミングに所定の時間差を持たせるようにしたレーザ発振装置やレーザ加工機を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本願発明のレーザ発振装置は、レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部はそれぞれ所定の時間差で放電の点灯、消灯が行なわれるため、パルス出力波形のピークや波尾のバラツキを低減させ、安定したパルス出力波形を得ることができるという作用を有するものである。
【００２８】
また、本願発明のレーザ加工機は、レーザ発振装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機であって、前記レーザ発振装置は、レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部はそれぞれ所定の時間差で放電の点灯、消灯を行いレーザ光を発振し、発振されたレーザ光によりワークが加工されるため、パルス出力波形のピークや波尾のバラツキを低減させ、安定したパルス出力波形を得ることができ、複雑形状切断、微細加工を行うことができるという作用を有するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は本実施の形態におけるレーザ発振装置を示すものである。
【００３１】
図１において１，２はそれぞれ放電管、３はレーザ媒質、４，５は平行に配置されたレーザ増幅用ミラーでそれぞれ部分透過鏡と全反射鏡、６，７，８は部分透過鏡４，全反射鏡５および放電管１，２を保持するためのフランジ、９はフランジ６，７および８間を接続するための支持材、１０はレーザ増幅用ミラー４から共振器外部へ取り出されるレーザ光、１１は制御部、１２は高電圧電源、１３は電極である。
【００３２】
以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作について説明する。
【００３３】
放電管１，２内にレーザ媒質３を充填させ、レーザ媒質３に電極１３を介して高電圧電源１２から電気エネルギーを加えることで放電励起させレーザ光を発生させる。発生したレーザ光は平行に配置された部分透過鏡４，全反射鏡５間を往復しながら増幅され光共振を発生する。
【００３４】
これらの部分透過鏡４，全反射鏡５はフランジ６，７，８および支持材９によって保持されており、放電管１，２、部分透過鏡４、全反射鏡５、フランジ６，７，８、支持材９によって光共振器を形成している。この共振状態からレーザ光の一部が部分透過鏡４からレーザ光１０として共振器の外部へ取り出され、板金切断などの加工に用いられている。
【００３５】
加工品の板厚、材質、形状などによりレーザ光１０は連続出力だけでなく、パルス出力として照射され加工を行っている。レーザ光１０は放電管１，２が放電している場合にのみ出力され、放電が消えている場合には出力されない。
【００３６】
つまり放電の点灯、消灯を繰り返すことでパルス出力を得ることができる。
【００３７】
そして本実施の形態は、放電管１，２は同時に放電させず、所定の時間差で放電の点灯，消灯を行なうに制御されている。
【００３８】
このときの放電管１，２の放電タイミング図を図２で示しており、放電管１の放電タイミング図を図２（ａ）に、放電管２の放電タイミング図を図２（ｂ）に示す。このとき図２（ｃ）はレーザ光１０のパルス出力波形であり、このときの図２（ｃ）のパルス出力波形は図２（ａ），図２（ｂ）で示される放電管１，２の放電によって発生したレーザ光の足し合わせによるものである。
【００３９】
この所定の時間差の適用は、１回のパルスＯＮ時間で点灯させる放電管の数を１本とすることと増幅しないことがより適している。これはパルスピーク、波尾の重畳や増幅がなく、放電管複数が同じに点灯する場合より変動率を低くできるためである。
【００４０】
以上の構成から、本実施の形態では放電管１，２を所定の時間で交互に点灯、消灯する。
【００４１】
例えば、複数ある放電管が同時に点灯すると、出力されるレーザ光は、各放電管で発生した光波形の足しあわせになるため、パルスピーク、波尾のバラツキが重畳されるので変動率が増加することとなる。
【００４２】
また、あるレーザビームに同期して複数の放電部で交互にレーザビームを増幅させても、パルスピーク、波尾のバラツキが増幅されるので変動率が増加することとなる。
【００４３】
これに対し、本実施の形態では、放電管１，２を増幅することなく交互に点灯するので出力されるレーザ光は、各放電管それぞれが点灯したときに発生する光波形のみであり、放電管ごとのバラツキの足し合わせや増幅はなく、ピークや波尾のバラツキの少ない安定したパルス出力波形を得ることができる。
【００４４】
この効果について、図３，４を用いて説明する。
【００４５】
図３はパルスピーク変動率について、従来と本実施の形態との比較図で、図４は波尾変動率について、従来と本実施の形態との比較図である。従来では出力されるレーザ光は各放電管が点灯したときに発生する光波形の足しあわせであり、放電管ごとのパルスピーク、波尾の変動が全て足し合わされた状態であるため、変動率が大きいものとなっていた。
【００４６】
また、あるレーザビームに同期して複数の放電部で交互にレーザビームを増幅させても、同様に変動率が大きくなる。
【００４７】
しかし本実施の形態では、各放電管が増幅されることなく交互に点灯するので、出力されるレーザ光は各放電管個々の光波形なので、放電管ごとのバラツキの足し合わせや増幅は発生しない。
【００４８】
この図から明らかなように、放電管ごとのバラツキの足し合わせや増幅がないので、いずれも従来と比べ変動率が低減されている。これにより、レーザ光６のパルス波形を安定化でき、パルス出力の安定したレーザ発振装置を実現できる。
【００４９】
また、このレーザ発振装置を用いたレーザ加工機により、従来では困難な加工を行うことが可能となる。これは加工物への入熱を高い精度で制御することが可能となるため、より微細な加工を行うことができるからである。
【００５０】
例えば、コーナーエッジ切断の場合、角度が鋭角になるとエッジ付近では軸移動の加減速があり、一時的に切断速度が低下するので、照射されるレーザ光６の単位時間当たりの入熱が直線切断の場合より増加する。
【００５１】
このため入熱過多により、エッジ付近では溶融が発生しやすかった。これを防止するため、コーナーエッジでは速度の低下に合わせて、入熱過多にならないようレーザ出力を適切に制御することが必要である。このとき安定したパルス出力によって切断することで、エッジ付近の溶融を抑制することが可能となり、複雑な形状のワークを切断できる。
【００５２】
本発明の実施の形態では、このパルス出力波形を、従来より安定化させることができ、加工物への入熱を高い精度で維持できる。パルス出力が不安定であるとコーナーエッジなどで欠け、割れが発生しやすかったが、本発明の実施の形態のレーザ加工機では従来以上に安定しているため、より複雑で微細な加工を行うことが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本願発明のレーザ発振装置によれば、レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部は所定の時間差で放電の点灯、消灯が行なわれるため、パルス出力波形のピーク、波尾のバラツキを低減させ、安定したパルス出力波形を得ることができる。
【００５４】
また、本願発明のレーザ加工機によれば、レーザ発振装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機であって、前記レーザ発振装置は、レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生させる複数の放電部と、前記レーザ光を発振させる共振器部とを備え、前記複数の放電部は所定の時間差で放電の点灯、消灯を行いレーザ光を発振し、発振されたレーザ光によりワークが加工されるため、複雑形状切断、微細加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の構成図
【図２】（ａ）同実施の形態における放電管のタイミング図
（ｂ）同実施の形態における放電管のタイミング図
（ｃ）同実施の形態におけるレーザ出力波形図
【図３】同実施の形態と従来のパルスピーク変動率比較図
【図４】同実施の形態と従来のパルス波尾変動率比較図
【図５】従来における第１のレーザ発振装置の構成図
【図６】（ａ）同第１のレーザ発振装置における放電管のタイミング図
（ｂ）同第１のレーザ発振装置における放電管のタイミング図
（ｃ）同第１のレーザ発振装置におけるレーザ出力波形図
【図７】パルス出力波形図
【図８】（ａ）同第２のレーザ発振装置におけるレーザビームのタイミング図
（ｂ）同第２のレーザ発振装置における一方の放電部のタイミング図
（ｃ）同第２のレーザ発振装置における他方の放電部のタイミング図
（ｄ）同第２のレーザ発振装置における増幅出力レーザのタイミング図
【図９】従来における第２のレーザ発振装置のブロック図
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はパルス出力波形のバラツキ説明図
【符号の説明】
１，２  放電管
３  レーザ媒質
４  部分透過鏡
５  全反射鏡
６，７，８  フランジ
９  支持材
１０  レーザ光
１１  制御部
１２  高電圧電源
１３  電極
【図１】
2004241606.tif 000003
【図２】
2004241606.tif 000004
【図３】
2004241606.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004241606.tif 000009
【図８】
2004241606.tif 000010
【図９】
2004241606.tif 000011
【図１０】
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