(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ発振器の定格が同じであっても、加工時におけるレーザのピーク強度のばらつきを小さくすることにより加工品質を向上させると共に、レーザの発振周波数を高くした場合であっても、レーザを連続して発振させることにより加工能率を向上させることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】ＲＦ電場を形成することによりパルス状のレーザ４を形成し、形成したレーザを加工部に照射して加工を行うようにしたＣＯ２レーザ加工方法において、１個のレーザ出力時に、ＲＦ電源を間欠的にオンオフしてＲＦ電場の形成を断続させる。この場合、１個のレーザ４出力時におけるＲＦ電場の形成を、加工内容に応じて連続させることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ電場を形成することによりパルス状のレーザを出力させ、前記レーザを加工部に照射して加工を行うようにしたＣＯ２レーザ加工方法において、
前記ＲＦ電場を間欠的に形成することにより１個の前記レーザを出力させることを特徴とするＣＯ２レーザ加工方法。
【請求項２】
ＲＦ電場を形成することによりパルス状のレーザを出力させ、前記レーザを加工部に照射して加工を行うようにしたＣＯ２レーザ加工方法において、
前記ＲＦ電場を連続あるいは間欠的に形成することにより１個の前記レーザを出力させることを特徴とするＣＯ２レーザ加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＣＯ２レーザ加工方法によりワークを加工をすることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＲＦ電場を形成することによりパルス状のレーザを出力させ、出力されたレーザを加工部に照射して加工を行うようにしたＣＯ２レーザ加工方法およびレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、ＣＯ２レーザ発振器の模式図である。
発振器１には、図示を省略するインピーダンス整合回路網が接続されている。ＲＦ電源６は、このインピーダンス整合回路網により、出力されるレーザ４が仕様を満足するように調整されている。１対の放電電極２の一方はＲＦ電源６に、他方はアース７に、それぞれ接続されている。発振器１の内部には、１対の共振器ミラー３が設置されている（特許文献１）。
【０００３】
ＲＦ電源６は発振指令５が入力されると、発振器１内部に設置された放電電極２に電力を供給し、供給された電力により、放電電極２間にＲＦ電場が形成される。このＲＦ電場によりＣＯ２を含む混合ガスが電気的に励起され、放電電極２間にプラズマが形成される。このプラズマを利得媒質として放電電極２と直交する方向に配置された共振器ミラー３により、レーザ４が生成される。
【０００４】
次に、パルスの発振過程について説明する。
図５は、従来のレーザ４の波形を示す図であり、横軸は時間、縦軸はエネルギ強度である。
発振指令５がＲＦ電源６に入力されている間、放電電極２にはＲＦ電場が形成される。このＲＦ電場によってプラズマが生成され、ある時間が経過した後（図では発振指令５が入力されてから約１０μｓ）レーザ４の出力が始まり、レーザ４の強度は時間と共に指数関数的に成長する。そして、発振指令５が停止されるとＲＦ電場が消滅し、利得の緩和と共にレーザ４の強度は指数関数的に立ち下がり、その後消滅する。
【０００５】
図６は、レーザ強度の時間的な変化を示す図であり、（ａ）は発振直後、（ｂ）は発振１秒後である。
レーザの発振周期が１ｋＨｚ、最大デューティが１０％であるＣＯ２レーザ発振器（以下、「基準レーザ発振器」という）を、発振周波数１ｋＨｚ、パルス幅３５μｓ（つまり、デューティ３．５％）で動作させた場合、発振直後と発振１秒後におけるパルス２０個のピーク強度はほぼ同じである。（なお、発振１秒後のピーク強度は、発振が継続される限りその後も維持される。）
【特許文献１】米国特許第４，１６９，２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した基準レーザ発振器は、ピーク強度が大きく、かつ、パルスエネルギが大きいレーザ発振器であり、大きな穴を高能率で加工することができる。
【０００７】
しかし、加工する穴の直径は大きいものばかりでなく、小さいものもある。しかも、加工速度をより高速化することが望まれている。
【０００８】
図７は、従来の制御方法によるレーザパルスの時間的変化を示す図であり、基準レーザ発振器を、パルス幅３５μｓ、レーザ発振周期２５０μｓ（デューティ１４％）で動作させた場合の発振直後（同図（ａ））と発振1秒後（同図（ｂ））の２０個のパルスのピーク強度を示す図である。
同図に示すように、レーザ発振器の仕様を超えてデューティを大きくした場合、発振直後の３パルス以降のパルスは強度が急激に減少し、1秒後には発振直後の約７０％にまで低下する。したがって、この条件で穴明け加工を行うと、穴形状がばらついてしまい、加工品質が低下する。
【０００９】
なお、説明を省略するが、基準レーザ発振器により、デューティが仕様以下になる条件でレーザの発振周波数を定格周波数以上（例えば、４ｋＨｚ）にした場合、レーザのピーク強度は発振直後から減少する傾向にある。
【００１０】
しかも、レーザの発振周波数を定格周波数以上（例えば、４ｋＨｚ）にする場合、レーザを連続して発振することができなくなるため、例えば、数パルスのレーザを発振させた後に、１ｍｓ程度の休止時間を設ける必要がある。
【００１１】
このように、レーザの発振周波数およびデューティを仕様以上に大きくした場合、レーザパルスのピーク強度のばらつきが大きくなるだけでなく、加工能率を向上させることができないが、基準レーザ発振器の定格は、現在入手できる最大の定格である。
【００１２】
ピーク強度変化を抑制する手段としては、例えば、発振周期２５０μｓ、デューティ１４％の条件でインピーダンスの整合を行えばよい。しかし、レーザ加工装置では加工パターンやワークの種類によってレーザの照射周期やパルス幅を変える必要がある。したがって、時間を要するインピーダンスの整合を加工毎に行うことは実用的でない。
【００１３】
本発明の目的は、レーザ発振器の定格が同じであっても、加工時におけるレーザのピーク強度のばらつきを小さくすることにより加工品質を向上させると共に、レーザの発振周波数を高くした場合（例えば、４ｋＨｚ）であっても、レーザを連続して発振させることにより加工能率を向上させることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、ＲＦ電場を形成することによりパルス状のレーザを出力させ、前記レーザを加工部に照射して加工を行うようにしたＣＯ２レーザ加工方法において、前記ＲＦ電場を間欠的に形成することにより１個の前記レーザを出力させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２の発明は、ＲＦ電場を形成することによりパルス状のレーザを出力させ、前記レーザを加工部に照射して加工を行うようにしたＣＯ２レーザ加工方法において、前記ＲＦ電場を連続あるいは間欠的に形成することにより１個の前記レーザを出力させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３の発明は、レーザ加工装置として、請求項１または請求項２に記載のＣＯ２レーザ加工方法によりワークを加工をすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
レーザのピーク強度のばらつきを小さくすることができるので、加工品質を向上させることができる。
また、レーザの発振周波数を高くすることができるので、加工能率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
なお、本発明は、ＲＦ電場を間欠的に形成して１個のレーザを出力させるようにしている。
【００１９】
図１は、本発明に係るレーザの時間的変化を示す図であり、基準レーザ発振器をパルス幅３５μｓ、レーザ発振周期２５０μｓ（デューティ１４％）で動作させた場合である。なお、横軸は時間、縦軸はエネルギ強度である。また、１個のレーザを出力させるのにＲＦ電場を周期２μｓ（ＲＦ電源６のオン時間１μｓ、オフ時間１μｓ）で形成している。
【００２０】
図示の場合、レーザのパルスエネルギは、点線で示す従来の場合に比べて約２５％低下する。
【００２１】
図２は、本発明によるレーザのピーク強度の時間的な変化を示す図であり、（ａ）は発振直後、（ｂ）は発振開始から１秒後である。
同図に示されているように、本発明に依れば、発振開始から１秒後におけるピーク強度は、発振直後の９０％程度である。したがって、加工形状に大きな差は発生しない。すなわち、本発明に依れば、レーザのパルスエネルギが小さくても良い場合、レーザの発振周波数を４倍にして加工を行うことが可能になり加工能率を従来の４倍にすることができ、しかも加工形状のばらつきが小さい。
【００２２】
なお、パルス発生時におけるＲＦ電場の形成方法としては、図３（ａ）に示すように、ＲＦ電源６のオン時間１３とオフ時間１４を１組としてオン時間１３とオフ時間１４を繰返してもよいし、数種類のオン時間１３とオフ時間１４を組み合わせる方式、例えば同図（ｂ）に示すように、パルス立上りまでは連続してＲＦ電場を形成し、パルスが立上った後にＲＦ電場を間欠的に形成するようにしてもよい。
【００２３】
なお、発明者の試験では、（ｂ）に対して（ａ）に示すスイッチングの方がパルス列全体のピーク強度を揃えることができた。
【００２４】
また、大きなパルスエネルギを必要とする場合には、従来のＲＦ電場の形成方法、すなわち、レーザを出力する間、連続的にＲＦ電場を形成するようにすればよい。
【００２５】
また、本発明に依れば、同図（ｃ）に示すように、１個のレーザを出力する場合にＲＦ電源６のオン時間１３とオフ時間１４の組み合わせを変えることによりパルスエネルギの大きさを制御することができるので、加工品質を向上させることができる。
【００２６】
なお、ＲＦ電場の形成を断続させることによりピーク強度を一定にすることができるのは、ＲＦ電場間に生成されたプラズマのＲＦ電場から供給されるエネルギを吸収する効率がデューティの大きさに関係なくほぼ一定であるためであると推定される。
【００２７】
なお、同一形状の穴を加工する場合、ＲＦ電場を間欠的に形成するようにすると、ＲＦ電場を連続的に形成する場合に比べて、消費エネルギを小さくできることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るレーザの時間的変化を示す図である。
【図２】本発明によるレーザのピーク強度の時間的な変化を示す図である。
【図３】本発明に係るＲＦ電場のオンオフ制御方法を示す図である。
【図４】ＣＯ２レーザ発振器の模式図である。
【図５】従来のレーザの波形を示す図である。
【図６】従来のレーザ強度の時間的な変化を示す図である。
【図７】従来の制御方法によるレーザパルスの時間的変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＲＦ電源
４  レーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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