(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットを有する回転チョッパによるＱスイッチ装置を備え、ＣＯ２とＮ２とＨｅとを含有するレーザガスをパルス放電励起してＱスイッチ発振するＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法において、
上記レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を１以下に設定し、かつ上記レーザガスの全圧を、該レーザガスによって最大出力が得られる全圧よりも大きく設定したことを特徴とするＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法。
【請求項２】
ガルバノミラーを用いたビアホール加工に用いられることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法に関し、詳しくはスリットを有する回転チョッパによるＱスイッチ装置を備えたＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スリットを有する回転チョッパによるＱスイッチ装置を備え、ＣＯ２とＮ２を含有するレーザガスをパルス放電励起してＱスイッチ発振するＣＯ２レーザ発振器は既に広く知られている。そしてこのＣＯ２レーザ発振器を用いてプリント基板などにビアホール加工を行うことも知られている。
上記ＣＯ２レーザ発振器では、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）は１を超えた値に設定していた。つまり、ＣＯ２の分圧よりもＮ２の分圧を大きく設定しており、これによりポンプアップしたＮ２分子のエネルギーを効率的にＣＯ２分子に移乗させて高効率発振を達成できるようにしている。さらにこの際、レーザガスの全圧は、該レーザガスによって最大出力が得られる大きさに設定している。
また上記Ｑスイッチ装置は、回転チョッパによってレーザビームの光軸を遮蔽した状態でレーザガスを励起させ、該レーザガスが充分に励起された状態となったら回転チョッパのスリットをレーザビームの光軸に横切らせることにより、そのスリットを通過させて高ピーク出力、短パルスのレーザビームを発振させるものである。ビアホール加工の場合、高ピーク出力だと１度に深くビアホールを形成することができ、また短パルスだとビアホール形状がシャープになり、炭化しにくいことになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述したＣＯ２レーザ発振器を用いて、つまりレーザガスのＮ２に対するＣＯ２の分圧比を１未満に設定するとともに、レーザガスの全圧を該レーザガスによって最大出力が得られる大きさに設定したＣＯ２レーザ発振器を用いて、パルス放電励起した後、Ｑスイッチ装置によりＱスイッチパルスレーザ（１ｓｔパルスレーザ）を発振させると、レーザガスを励起しなくてもスリットが再びレーザビームの光軸を横切った際に、大きなエネルギーを有する２ｎｄパルスレーザが発生するという問題が生じる。
すなわち、Ｎ２に対するＣＯ２の分圧比を１未満に設定した場合には、Ｎ２分子密度に対してＣＯ２の分子密度が相対的に低いため、１回のＱスイッチ発振ではＮ２分子の有するエネルギーが充分にＣＯ２分子に移乗されず、この１ｓｔパルスレーザの発振が終了した後でもＮ２分子のエネルギーが継続してＣＯ２分子に移乗されるようになる。この状態でスリットが再びレーザビームの光軸を横切ると、レーザガスが励起されていなくても再びＱスイッチパルスレーザ（２ｎｄパルスレーザ）が発振されてしまうことになる。
上記２ｎｄパルスレーザは意図された発振ではなく、特にガルバノミラーを用いてプリント基板にビアホール加工を施し、１つのビアホール加工が終了したら上記ガルバノミラーにより次のビアホール加工に移るようにした場合には、その移動の最中に、予期しない部分に２ｎｄパルスレーザが照射されて、最悪の場合プリント基板が使用不能になる虞があった。
以上のような問題に鑑み、本発明は、２ｎｄパルスレーザのピーク出力を可及的に抑制することができるＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、スリットを有する回転チョッパによるＱスイッチ装置を備え、ＣＯ２とＮ２とＨｅとを含有するレーザガスをパルス放電励起してＱスイッチ発振するＣＯ２レーザ発振器のＱスイッチ発振方法において、上記レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を１以下に設定し、かつ上記レーザガスの全圧を、該レーザガスによって最大出力が得られる全圧よりも大きく設定したものである。
【０００５】
以上の構成によれば、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を１以下に設定してあるので、Ｎ２の分子密度に対するＣＯ２の分子密度が相対的に高くなり、したがってパルス放電の間にＮ２分子の有するエネルギーが充分にＣＯ２分子に移乗されるようになる。その結果、１ｓｔパルスレーザの発振後にＣＯ２分子に移乗されるＮ２分子の有するエネルギーが少なくなるので、２ｎｄパルスレーザのピーク出力が抑制されるようになる。
またこれに加えて、レーザガスの全圧を、該レーザガスによって最大出力が得られる全圧よりも大きく設定してあるので、レーザガス中の各分子の平均自由行程が短くなる。その結果、１ｓｔパルスレーザの発振後にポンプアップされているＣＯ２分子は、Ｈｅ、ＣＯ、Ｎ２等の他の分子と衝突する確率が高くなり、その衝突によりＣＯ２分子のエネルギーが放出される。また、エネルギーの移乗元となるＮ２分子も他の分子と衝突してエネルギーが放出されるので、これによっても２ｎｄパルスレーザのピーク出力が抑制されるようになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１はＣＯ２レーザ発振器１の該略図を示すもので、このＣＯ２レーザ発振器はＱスイッチ装置２を備えている。
上記ＣＯ２レーザ発振器１は、レーザチューブ３と、該レーザチューブ３の左方に設けられ、レーザチューブ３で励起された後に発振されたレーザビームＬを反射するリアミラー４と、レーザチューブ３の右方に設けられ、該レーザチューブ３で発振されたレーザビームＬを反射するとともにそのレーザビームＬを通過させる出力鏡５とを備えている。
上記レーザチューブ３内にはレーザガスが循環供給されるようになっており、このレーザガスはＣＯ２、Ｎ２、Ｈｅ等を含有している。
そして上記ＣＯ２レーザ発振器１から照射されるレーザビームＬは、図示しないガルバノミラーやｆθレンズを経てプリント基板に照射されるようになっている。このとき、レーザビームＬがプリント基板に効率よく吸収されるためには、その波長が９．３μｍであることが好ましい。
【０００７】
また上記Ｑスイッチ装置２は、レーザチューブ３とリアミラー４との間に配置されており、このＱスイッチ装置２は、リアミラー４の手前でレーザビームＬを集光させるテレスコープレンズ１１と、回転手段としてのモータ１２と、このモータ１２の回転軸に一体に取付けられ、レーザビームＬの径が最も小さくなる集光部分に挿入される円板状の回転チョッパ１３とを備えている。
上記ＣＯ２レーザ発振器１とＱスイッチ装置２とは、それぞれ制御装置１４によって制御されるようになっている。
【０００８】
上記回転チョッパ１３には、図２に示すように、回転チョッパ１３の回転中心を中心とする円周上の等間隔位置に、本実施例では４つのスリット１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを形成している。各スリットはレーザビームＬの光軸上を横切るようになっており、各スリットがレーザビームＬの光軸上を横切った際にレーザビームＬを通過させることができるようになっている。
また、図１に示すように、レーザビームＬの光軸とは異なる位置に投受光センサ１６を設けてあり、この投受光センサ１６はこれの光軸上を上記スリットが横切ることによりその通過を検出することができるようになっている。
上記投受光センサ１６からの信号は制御装置１４に入力され、制御装置１４はその信号を入力したら、すなわち１つのスリットが投受光センサ１６の光軸を横切ったら、それから所定時間経過後にＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起を開始させ、当該スリットがレーザビームＬの光軸を横切る寸前となったらＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起を終了させるようになっている。
なお、上記構成を有するＱスイッチＣＯ２レーザ発振器は、従来公知のものと同様な構成を有するものである。
【０００９】
以上の構成において、制御装置１４はＱスイッチ装置２のモータ１２を介して回転チョッパ１３を回転させる。また制御装置１４は、投受光センサ１６の信号から例えばスリット１５Ａの位置を検出したら、上述したようにそれから所定時間経過後にＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起を開始させ、当該スリット１５ＡがレーザビームＬの光軸を横切る寸前となったらＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起を終了させる。
上記スリット１５ＡはＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起が終了された直後にレーザビームＬの光軸上を横切るようになり、これによってレーザチューブ３内で励起されていたレーザビームＬはそのスリット１５Ａを通過して出力鏡５から外部にＱスイッチ発振され、上述したように図示しないガルバノミラーやｆθレンズを経てプリント基板に照射されてビアホール加工を施す。
そして上記スリット１５Ａに後続するスリット１５Ｂが投受光センサ１６を介して制御装置１４によって検出されると、それから所定時間経過後にＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起を開始させ、当該スリット１５ＢがレーザビームＬの光軸を横切る寸前となったらＣＯ２レーザ発振器１のパルス放電励起を終了させる。そしてこの直後にスリット１５ＢがレーザビームＬの光軸上を横切ることにより、ＣＯ２レーザ発振器１から再びレーザビームＬがＱスイッチ発振されるようになる。
以後同様に、順次スリットがレーザビームＬの光軸上を横切る度にＣＯ２レーザ発振器１からレーザビームＬが発振されるようになる。
【００１０】
次に、１つのビアホール加工が終了した際には、次のビアホール加工を開始するまで、ＣＯ２レーザ発振器１からのレーザビームＬの発振を停止させる必要がある。
図３はレーザビームＬの発振を停止させた際の状態を示したもので、この場合、制御装置１４は最後にパルス放電励起の信号ａをＣＯ２レーザ発振器１に送った後は、次のビアホール加工を開始するまではＣＯ２レーザ発振器１にパルス放電励起の信号を送ることはない。
そして最後のパルス放電励起の信号ａが送られた直後に、例えばスリット１５ＡがレーザビームＬの光軸上を横切ってその光軸を開くと（図３参照）、それによってＣＯ２レーザ発振器１はＱスイッチパルスレーザビーム（１ｓｔパルスレーザ）を発振させる。
この後、制御装置１４はＣＯ２レーザ発振器１をパルス放電励起することはないが、スリット１５Ａに後続するスリット１５ＢがレーザビームＬの光軸上を横切ってその光軸を開くと、前述したように２ｎｄパルスレーザが発生するようになる。さらにこの後、スリット１５Ｂに後続するスリット１５ＣがレーザビームＬの光軸上を横切ってその光軸を開くと、３ｒｄパルスレーザが発生するようになるが、一般に３ｒｄパルスレーザが有するエネルギーは小さく、これが問題となることはない。
【００１１】
図４および図５は上記ＣＯ２レーザ発振器１より放射される１ｓｔパルスレーザと２ｎｄパルスレーザの出力状態を表したものである。図４は縦軸にパルスレーザの出力を、横軸にＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を取ったものである。また、図５は縦軸にパルスレーザの出力、横軸にレーザチューブ３内のレーザガスの全圧を取っている。
図４に示すように、１ｓｔパルスレーザの出力は、ＣＯ２に対するＮ２の分圧比が大きくなるにしたがって大きくなっており、このことから従来は高効率発振を達成するために、ＣＯ２の分圧よりもＮ２の分圧を大きく設定していた。その結果、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）は１を超えた値となっていた。
しかしながら、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を１を超えた値とすると、２ｎｄパルスレーザの出力も急激に大きくなっていた。他方、２ｎｄパルスレーザの出力に着目すれば、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を１以下とすることにより、２ｎｄパルスレーザの出力を小さくできることが理解される。
【００１２】
また、図５に示すように、１ｓｔパルスレーザの出力はレーザガスの全圧の大きさによって変化するので、従来は、レーザガスの全圧は１ｓｔパルスレーザの出力が最大となる値に設定していた。
しかしながら、２ｎｄパルスレーザの出力に着目すれば、レーザガスの全圧は、該レーザガスによって１ｓｔパルスレーザの最大出力が得られる全圧よりも大きく設定することにより、２ｎｄパルスレーザの出力を小さくできることが理解される。
なお、最大出力が得られるレーザガスの全圧というのは、使用するＣＯ２レーザ発振器１内のレーザガスの組成比、レーザガス流の方向や速度などによって異なるものである。
【００１３】
そこで本発明は、上記レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）を１以下に設定し、かつ上記レーザガスの全圧を、該レーザガスによって最大出力が得られる全圧よりも大きく設定することにより、２ｎｄパルスレーザのピーク出力を可及的に小さくすることができるようにしたものである。
図６、図７は本発明の作用効果を示す実験結果図で、図６が本発明の結果を、図７が従来の結果を示している。
図７に示す従来のものにおいては、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）は１．５に設定してあり、したがってＮ２の分圧はＣＯ２の分圧の１．５倍となっている。またレーザガスの全圧は、１ｓｔパルスレーザが最大出力となる１５ｔｏｒｒに設定した。
他方、図６に示す本発明のものにおいては、レーザガスのＣＯ２に対するＮ２の分圧比（Ｎ２／ＣＯ２）は０．８に設定してある。またレーザガスの全圧は、１ｓｔパルスレーザが最大出力となる１５ｔｏｒｒよりも大きな値である２０ｔｏｒｒに設定した。
図６と図７との比較から理解されるように、図７の従来装置では大きな１ｓｔパルスレーザと２ｎｄパルスレーザとが現れているのに対し、図６の本発明装置では１ｓｔパルスレーザの出力は従来の１ｓｔパルスレーザとほぼ同出力になる上に、２ｎｄパルスレーザの発生は殆ど認められなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば２ｎｄパルスレーザの発生を抑制することができるので、プリント基板の不必要な部分等へ２ｎｄパルスレーザが照射されることによる損傷を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すＣＯ２レーザ発振器の該略図。
【図２】図１の回転チョッパの正面図。
【図３】ＣＯ２レーザ発振器の作動タイミングを表すグラフ。
【図４】ＣＯ２に対するＮ２の分圧比とパルスレーザの出力との関係を示したグラフ。
【図５】レーザガスの全圧とパルスレーザの出力との関係を示したグラフ。
【図６】本発明装置によるパルスレーザの出力を示すグラフ。
【図７】従来装置によるパルスレーザの出力を示すグラフ。
【符号の説明】
１  ＣＯ２レーザ発振器        ２  Ｑスイッチ装置
【図１】
0004491964.tif 000002
【図２】
0004491964.tif 000003
【図３】
0004491964.tif 000004
【図４】
0004491964.tif 000005
【図５】
0004491964.tif 000006
【図６】
0004491964.tif 000007
【図７】
0004491964.tif 000008