JP2019192792A - Gas laser oscillation method, gas laser oscillation device using this method, laser deposition device, and laser processing device - Google Patents

Gas laser oscillation method, gas laser oscillation device using this method, laser deposition device, and laser processing device Download PDF

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Abstract

To provide a laser beam generation device forming a laser beam having a waveform with a flat laser output part at a timing before and after of a steeple pulse by combining smoothly a steeple pulse waveform and a flat waveform.SOLUTION: A first electric discharge tube 10 in which a first excitation gas is filled and a second electric discharge tube 20 in which a second excitation gas is filled are arranged in serial. In an outer side of one of the first electric discharge tube 10 and the second electric discharge tube 20, a rear miller (entire reflection miller) is arranged, and on the other outer side, a half miller (semi-reflection miller) is arranged. A pulse is applied from a pulse power supply 11 to the first electric discharge tube 10, and the pulse is applied from a pulse power supply 21 to the second electric discharge tube 20. Thus, a laser beam to which a flat laser waveform and an a steeple-like pulse waveform are added is generated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置に関し、具体的には、レーザ光の第一の出力波形と第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置に係る。更に詳しくは、レーザ光のフラットな第一の出力波形と、パルス状の第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a gas laser oscillation method and a gas laser oscillation apparatus, a laser welding apparatus, and a laser processing apparatus using the method, and more specifically, based on a first output waveform and a second output waveform of laser light. The present invention relates to a gas laser oscillation method for oscillating a laser beam having a third output waveform in which both output waveforms are combined, and a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method. More specifically, a gas laser oscillation method for oscillating a laser beam having a third output waveform combining both output waveforms based on the flat first output waveform of the laser beam and the pulsed second output waveform, The present invention also relates to a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method.

従来の軸方向励起短パルス炭酸ガスレーザ装置では、ガラスなどの絶縁体からなる放電管内に、レーザ媒質として炭酸ガスと、窒素ガスと、ヘリウムガスを混合した励起媒質ガス(レーザガス、以下、略して「励起ガス」と記載)を封入し、放電管には主電極を設け、これら主電極には主電源を接続して、放電管内に放電を発生させるように構成している。この放電で生じた高速の電子が、N2分子を励起して高エネルギー準位に上げ、この励起されたN2分子が、CO2分子に衝突してCO2分子にエネルギーを与えて励起させ、エネルギー準位を上げる。その際、N2分子はエネルギー準位が下がる。反転分布したCO2分子は放電管の両端にそれぞれ対向するように配置したリアミラー(全反射鏡)とハーフミラー(部分反射鏡)により共振器内で増幅され、レーザ光を誘導放出し、ハーフミラーから外部にレーザ光を出力させている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional axially excited short pulse carbon dioxide laser device, an excitation medium gas (laser gas, hereinafter abbreviated as “laser gas”) in which carbon dioxide, nitrogen gas, and helium gas are mixed as a laser medium in a discharge tube made of an insulator such as glass. The main electrode is provided in the discharge tube, and a main power source is connected to the main electrode so as to generate a discharge in the discharge tube. Fast electrons generated by this discharge, excites the N 2 molecules raised to a high energy level, the excited N 2 molecules, excited by energizing the CO 2 molecule collides with the CO 2 molecule , Raise the energy level. At that time, the energy level of the N 2 molecule decreases. Inverted distribution of CO 2 molecules is amplified in the resonator by a rear mirror (total reflection mirror) and a half mirror (partial reflection mirror) arranged to face both ends of the discharge tube, and stimulates and emits laser light. A laser beam is output to the outside (see, for example, Patent Document 1).

図16に、従来の軸方向励起短パルス炭酸ガスレーザ装置で出力されるレーザ光の出力波形を示した。図16では、縦軸にレーザ強度(W)を、横軸に時間をとって、レーザ光の出力波形を示している。レーザ光の出力を始めると、尖塔パルスとして図16のレーザ強度がO点(t1時点)から、P点まで急に立ち上がり、その後低下する。低下の状況は、一旦、尖塔パルスのピークであるP点の半分以下のレーザ強度のQ点(t2時点)まで低下したのち、パルステール(尾)を引くようにレーザ強度が徐々に小さくなって、レーザ強度がゼロのS点(t3時点)に移行する。図16の、O点、P点、Q点、S点を線で結んだ形が、レーザ光の一般的な出力波形である。   FIG. 16 shows the output waveform of the laser beam output from the conventional axially excited short pulse carbon dioxide laser device. In FIG. 16, the laser intensity (W) is plotted on the vertical axis and time is plotted on the horizontal axis, and the laser light output waveform is shown. When the output of the laser beam is started, the laser intensity in FIG. 16 suddenly rises from the O point (time t1) to the P point as a spire pulse, and then decreases. The state of decrease is that the laser intensity gradually decreases so as to pull the pulse tail (tail) after it has decreased to Q point (time t2) of the laser intensity that is less than half of the peak P of the spire pulse. The laser beam intensity shifts to S point (time t3) where the laser intensity is zero. The general output waveform of the laser beam is a shape in which the points O, P, Q, and S are connected by lines in FIG.

一方、レーザ光の工業的利用方法として、レーザ光を複数の重ねた合成樹脂材に照射してレーザ溶着することや、レーザ光を合成樹脂材に照射して孔をあけることが行われている。   On the other hand, as an industrial utilization method of laser light, laser welding is performed by irradiating a plurality of superimposed synthetic resin materials, or holes are formed by irradiating a synthetic resin material with laser light. .

例えば、合成樹脂材をレーザ溶着するときは、図17のように、透明のレーザ光透過性樹脂材80の下に、不透明又は有色のレーザ光吸収性樹脂材81を配置し、レーザ光透過性樹脂材80の上からレーザ光50を照射している。   For example, when laser welding a synthetic resin material, an opaque or colored laser light absorbing resin material 81 is disposed under a transparent laser light transmitting resin material 80 as shown in FIG. Laser light 50 is irradiated from above the resin material 80.

レーザ光50はレーザ光吸収性樹脂材81に吸収され、レーザ光吸収性樹脂材81は溶融して、内部に溶融部分83ができる。溶融部分83の表面83aは、対向し当接しているレーザ光透過性樹脂材80の対向面80aと溶け合い、レーザ光50の照射が止まると冷却、固化して溶着する。   The laser beam 50 is absorbed by the laser beam absorptive resin material 81, and the laser beam absorptive resin material 81 is melted to form a melted portion 83 inside. The surface 83a of the melted portion 83 is melted with the facing surface 80a of the laser light transmitting resin material 80 facing and abutting, and when the irradiation with the laser light 50 stops, the surface 83a is cooled and solidified to be welded.

しかし、図17でレーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の表面の凹凸を強調して描いたように、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81のそれぞれの表面粗さが粗かったり、反りがあったりして、上記説明した対向面80aと表面83aの一部に隙間ができるなど、密着程度が弱いときには、対向面80aと表面83aが密着して互いに溶け合うのに時間がかかる。対向面80aと表面83aが密着していても、軽く接する程度の密着力では、迅速で確実な溶着ができず、溶着作業後の溶着強度が不足することがあった。   However, as depicted in FIG. 17 with the surface irregularities of the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 being emphasized, the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 are respectively shown. The surface 80a and the surface 83a are in close contact with each other when the degree of close contact is weak, such as when the surface roughness of the surface is rough or warped and a gap is formed between a part of the surface 80a and the surface 83a described above. It takes time to melt together. Even if the opposed surface 80a and the surface 83a are in close contact, the contact strength that is lightly in contact with the surface 80a cannot provide quick and reliable welding, and the welding strength after the welding operation may be insufficient.

そこで従来から、合成樹脂材のレーザ溶着を行う際に、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の溶着対象範囲を、ヒータ加熱、電磁誘導加熱、熱風加熱、赤外線ランプ加熱等の手段で予備加熱して軟化させ、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81を密着させてから、レーザ光を照射して迅速に確実な溶着を行い、所望の溶着強度を得ることが提案されていた(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, conventionally, when laser welding of a synthetic resin material is performed, the range to be welded between the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 is set to heater heating, electromagnetic induction heating, hot air heating, infrared lamp heating, etc. After preheating with the above means, the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorptive resin material 81 are brought into close contact with each other, and then laser beam is irradiated to perform reliable welding promptly to obtain a desired welding strength. It has been proposed to obtain (see, for example, Patent Document 2).

すなわち、図18(a)に示したように、レーザ光を照射する前(t0〜t1時点)に他の熱源で予備加熱する。すると、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の表面粗さが粗くても、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の溶着対象範囲が予備加熱で軟化して密着する。レーザ光50を照射すると、密着した状態でレーザ光吸収性樹脂材81が溶融する。溶融部分83の表面83aとレーザ光透過性樹脂材80の対向面80aは溶け合い、レーザ光50の照射が止まると冷却、固化して溶着する。図18(a)に示したように、予備加熱すると迅速に確実なレーザ溶着ができる。   That is, as shown in FIG. 18A, preheating is performed with another heat source before the laser light irradiation (at time t0 to t1). Then, even if the surface roughness of the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 is rough, the welding target range of the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 is softened by preheating. And stick. When the laser beam 50 is irradiated, the laser beam-absorbing resin material 81 melts in a close contact state. The surface 83a of the melted portion 83 and the facing surface 80a of the laser light transmitting resin material 80 are melted together, and when the irradiation with the laser light 50 stops, the surface 83a is cooled, solidified and welded. As shown in FIG. 18A, reliable laser welding can be performed quickly when preheating is performed.

ここで、図18(a)のような波形、つまり図18(b)の点線で示したような波形のレーザ光を照射できれば、予備加熱を必要としない。他の予備加熱手段を設けていない、一つのレーザ光出力手段を持つ装置で、迅速に確実なレーザ溶着が、あるいはその他各種のレーザ加工ができる。   Here, if the laser beam having a waveform as shown in FIG. 18A, that is, a waveform shown by a dotted line in FIG. With an apparatus having one laser beam output means that is not provided with any other preheating means, it is possible to quickly and reliably perform laser welding or perform various other types of laser processing.

しかし、従来のガスレーザ発振装置で図16のような普通のレーザ光の波形(O点、P点、Q点、S点を線で結んだ形の波形)の前に、予備加熱相当分のレーザ光出力波形を加えることは難しかった。   However, in the conventional gas laser oscillation apparatus, the laser corresponding to the preheating is used before the normal laser beam waveform (a waveform in which the points O, P, Q, and S are connected by lines) as shown in FIG. It was difficult to add an optical output waveform.

たとえば、従来のガスレーザ発振装置では図19のように、一つの放電管(レーザ管)に複数の放電領域D1、D2・・・D5を備えた気体レーザ発振器で、各放電領域へパルス電圧を同時的あるいは適宜の位相差をもって印加していた。このように、各放電領域でレーザ発振を行わせてレーザの出力パルスの波形を任意に形成するパルスレーザのパルス整形方法は知られていた(特許文献3参照)。   For example, in a conventional gas laser oscillation apparatus, as shown in FIG. 19, a gas laser oscillator having a plurality of discharge regions D1, D2,... D5 in one discharge tube (laser tube) simultaneously applies a pulse voltage to each discharge region. It was applied with a target or appropriate phase difference. As described above, a pulse shaping method of a pulse laser that performs laser oscillation in each discharge region to arbitrarily form a waveform of a laser output pulse has been known (see Patent Document 3).

しかし、一つの放電管に一種類の励起ガスを流すため、一種類の波形のレーザ光が出力される。図19の装置では、隣り合う一対の電極C(C1〜C5)と電極A(A1〜A5)の放電タイミングをずらしてレーザ光の波形を作っているが、その波形を、図18(b)の点線で示したようにすることは難しかった。   However, since one type of excitation gas flows through one discharge tube, one type of laser beam with a waveform is output. In the apparatus of FIG. 19, the discharge timing of the pair of adjacent electrodes C (C1 to C5) and electrodes A (A1 to A5) is shifted to make the waveform of the laser beam. The waveform is shown in FIG. It was difficult to do as shown by the dotted line.

また、図20のように、全反射鏡と半反射鏡(部分通過鏡)の間に、同じ励起ガスを流す複数の放電管を配置したガスレーザ発振装置も知られていたが、同じ励起ガスを流す複数の放電管では、一種類の波形のレーザ光が出力される。複数の放電管ごとに放電のオンオフを組み合わせてレーザ光の出力を可変してレーザ光の出力強度を増減させることはできても、レーザ光の波形を、図18(b)の点線で示したように、レーザ光の波形を任意に作り上げるものではなかった(特許文献4参照)。   In addition, as shown in FIG. 20, a gas laser oscillation device in which a plurality of discharge tubes for flowing the same excitation gas between a total reflection mirror and a semi-reflection mirror (partial mirror) is also known. In a plurality of discharge tubes that flow, laser light having one type of waveform is output. The laser beam waveform is shown by the dotted line in FIG. 18B, although the laser beam output can be varied by increasing / decreasing the laser beam output intensity by combining ON / OFF of the discharge for each of the plurality of discharge tubes. As described above, the waveform of the laser beam was not arbitrarily created (see Patent Document 4).

特開2000−301477号公報JP 2000-301477 A 特開2004−74734号公報JP 2004-74734 A 特開昭61−14785号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-14785 実開平2−140865号公報Japanese Utility Model Publication 2-140865

本発明は、レーザ光の第一の出力波形と第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置を提供することを課題としている。   The present invention uses a gas laser oscillation method for oscillating a laser beam having a third output waveform obtained by combining both output waveforms based on the first output waveform and the second output waveform of the laser beam, and this method. It is an object to provide a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device.

より詳しくは、レーザ光のフラットな第一の出力波形と、パルス状の第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置を提供することを課題としている。   More specifically, a gas laser oscillation method for oscillating a laser beam having a third output waveform combining both output waveforms based on the flat first output waveform of the laser beam and the pulsed second output waveform, It is another object of the present invention to provide a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method.

特に本発明は、複数の励起ガスを使用して、レーザ光の第一の出力波形と第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置を提供することを課題としている。   In particular, the present invention uses a plurality of excitation gases to oscillate a laser beam having a third output waveform obtained by combining both output waveforms based on the first output waveform and the second output waveform of the laser beam. It is an object of the present invention to provide a gas laser oscillation method, and a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using the method.

上記した課題を達成するために、本発明に係るガスレーザ発振装置では、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラーとハーフミラーの間に、第一の励起ガスを入れた第一の放電管と、第二の励起ガスを入れた第二の放電管を直列に並べ、第一の放電管を第一のパルス電源の発振トリガー手段を用いて放電させ、第二の放電管にパルス電源の発振トリガー手段を用いて放電させ、フラットな波形と尖塔状のパルス波形の加わったレーザ光を発生させるように構成した。   In order to achieve the above-described problem, in the gas laser oscillation device according to the present invention, a first excitation gas is inserted between a rear mirror and a half mirror which are opposed to each other by a predetermined resonator length (L). And the second discharge tube containing the second excitation gas are arranged in series, the first discharge tube is discharged using the oscillation trigger means of the first pulse power source, and the second discharge tube It was configured to generate a laser beam having a flat waveform and a spire-shaped pulse waveform by discharging using an oscillation trigger means of a pulse power source.

第一の放電管の第一のパルス電源の発振トリガー手段を動作させるタイミングに対して第二の放電管の第二のパルス電源の発振トリガー手段を動作させるタイミングを任意に設定することにより、フラットな波形に加わる尖塔状のパルス波形の位置を任意に設定できるように構成している。   By arbitrarily setting the timing to operate the oscillation trigger means of the second pulse power supply of the second discharge tube with respect to the timing of operating the oscillation trigger means of the first pulse power supply of the first discharge tube, The position of the spire-shaped pulse waveform added to the various waveforms can be arbitrarily set.

本発明に係るガスレーザ発振装置は、第一の放電管に、第一の励起ガスとして例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを体積比で、1:3:4の比率で混合したガスを入れて、フラットな波形をつくるようにしておき、第二の放電管に、第二の励起ガスとして例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを体積比で、20:1:5〜40の比率で混合したガスを入れて、尖塔パルス状の波形をつくるようにしている。   In the gas laser oscillation device according to the present invention, a gas obtained by mixing, for example, carbon dioxide gas, nitrogen, and helium at a volume ratio of 1: 3: 4 is put in the first discharge tube as the first excitation gas. A flat waveform is formed, and a gas obtained by mixing, for example, carbon dioxide gas, nitrogen, and helium as a second excitation gas in a volume ratio of 20: 1: 5 to 40 in the second discharge tube. To make a spire pulse-like waveform.

そして、共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー(全反射鏡)1とハーフミラー(半反射鏡)2の間に、第一の励起ガスを入れた第一の放電管と、第二の励起ガスを入れた第二の放電管を直列に並べ、リアミラー1とハーフミラー2の間で、第一の放電管と第二の放電管を通して増幅させ、フラットな波形と尖塔パルス状の波形とが加わった波形にしたレーザ光を出力している。   A first discharge tube containing a first excitation gas between a rear mirror (total reflection mirror) 1 and a half mirror (half reflection mirror) 2 which are opposed to each other by a resonator length (L); A second discharge tube containing two excitation gases is arranged in series, and is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 through the first discharge tube and the second discharge tube. A laser beam having a waveform added with the waveform is output.

本発明に係るガスレーザ発振装置によりレーザ溶着をしたときは、例えば、フラットの波形部分のレーザ光が溶着対象物の当接面を照射して予備加熱し、次に、尖塔パルス状の波形をしたレーザ光が溶着対象物の当接面を強く照射して溶融し、その後、フラットの波形部分のレーザ光が溶着対象物を照射して加熱し、溶着対象物を溶着することも可能である。   When laser welding is performed by the gas laser oscillation device according to the present invention, for example, the laser beam of the flat waveform portion irradiates the contact surface of the object to be welded and preheats, and then has a spire pulse-like waveform. It is also possible that the contact surface of the object to be welded is strongly irradiated and melted by the laser beam, and then the laser beam of the flat corrugated portion irradiates and heats the object to be welded to weld the object to be welded.

また、本発明に係るガスレーザ発振装置により合成樹脂材やガラス材に孔あけるときは、例えば、フラットの波形部分のレーザ光が加工対象物を照射してある程度の予備加熱をし、直ぐに尖塔パルス状の波形をしたレーザ光が加工対象物を強く照射して孔をあけ、その後、フラットの波形部分のレーザ光が加工対象物を照射して加熱し、孔あけ後の加工対象物の飛び散り、ダレなどの発生の程度を抑制するようにすることも可能である。   When the synthetic resin material or the glass material is drilled by the gas laser oscillation device according to the present invention, for example, the laser beam of the flat corrugated portion irradiates the object to be processed to a certain degree of preheating, and the spire pulse shape immediately The laser beam with the waveform of (2) strongly irradiates the workpiece and opens a hole, and then the laser beam of the flat waveform portion irradiates and heats the workpiece and the workpiece after the drilling is scattered and sag. It is also possible to suppress the degree of occurrence.

また、本発明に係るガスレーザ発振装置は、リアミラーとハーフミラーの間に3つ以上の放電管を直列に配置し、各放電管にはそれぞれ専用の励起ガスを入れて、それぞれの放電管で作られる波形を加えられるようにしている。このことにより、本発明に係るガスレーザ発振装置が所望の波形を加えたレーザ光を出力することを可能にしている。   In the gas laser oscillation device according to the present invention, three or more discharge tubes are arranged in series between the rear mirror and the half mirror, and a dedicated excitation gas is put in each discharge tube, and each discharge tube is operated. The added waveform can be added. This enables the gas laser oscillation apparatus according to the present invention to output laser light with a desired waveform.

本発明によれば、フラットの波形と尖塔パルス状の波形が加わった、尖塔パルスの前、または前と後にフラットなレーザ出力部分のある波形をしたレーザ光をつくるガスレーザ発振方法を提供可能にしている。   According to the present invention, it is possible to provide a gas laser oscillation method for producing a laser beam having a flat laser output portion before or after a spire pulse, to which a flat waveform and a spire pulse-like waveform are added. Yes.

特に本発明は、複数の励起ガスを使用する新しいガスレーザ発振方法を提供可能にしている。   In particular, the present invention can provide a new gas laser oscillation method using a plurality of excitation gases.

また本発明は、このガスレーザ発振方法を用いて、尖塔パルスの前、または前と後ろにフラットなレーザ出力部分のある波形をしたレーザ光をつくるガスレーザ発振装置を提供可能にしている。   Further, the present invention can provide a gas laser oscillation apparatus that uses this gas laser oscillation method to produce laser light having a waveform with a flat laser output portion before or after the spire pulse.

また本発明は、このガスレーザ発振装置を用いて、合成樹脂材のレーザ溶着装置や、合成樹脂材、ガラス材やガラスブロックに孔をあけたり、溝や凹部を形成したりするガスレーザ加工装置を提供することを可能にしている。   The present invention also provides a synthetic resin material laser welding device, a synthetic resin material, a glass laser processing device for forming a hole in a glass material or a glass block, or forming a groove or a recess using the gas laser oscillation device. It is possible to do.

本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の構成図。1 is a configuration diagram of a gas laser oscillation device according to a first embodiment of the present invention. (a)(b)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置から出力されるレーザ光の出力波形。(A) (b) The output waveform of the laser beam output from the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. (a)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第一の放電管に入れる第一の励起ガスの混合比の一例を模式的に示した図、(b)(a)に示した第一の励起ガスによって生じたレーザ光の波形を測定して示した図。(A) The figure which showed typically an example of the mixing ratio of the 1st excitation gas put into the 1st discharge tube of the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention, (b) The figure shown to (a) The figure which measured and showed the waveform of the laser beam produced with one excitation gas. (a)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第二の放電管に入れる第二の励起ガスの混合比の一例を模式的に示した図、(b)(a)に示した第二の励起ガスによって生じたレーザ光の波形を測定して示した図。(A) The figure which showed typically an example of the mixing ratio of the 2nd excitation gas put into the 2nd discharge tube of the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention, (b) The figure shown to (a) The figure which measured and showed the waveform of the laser beam which arose by two excitation gas. 本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で、第一と第二の放電管の波形を加えたレーザ光の波形を示した図。The figure which showed the waveform of the laser beam which added the waveform of the 1st and 2nd discharge tube in the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で、第一と第二の放電管の波形を加えたレーザ光の波形を示した図。The figure which showed the waveform of the laser beam which added the waveform of the 1st and 2nd discharge tube in the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. (a)〜(d)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置を用いて、レーザ光透過樹脂材とレーザ光吸収樹脂材を重ねてレーザ溶着する工程の断面と、レーザ光の出力タイミングを対にして示した図。(A)-(d) Using the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention, the cross section of the process of laminating | stacking a laser beam transparent resin material and a laser beam absorption resin material, and the laser beam output timing is shown. The figure shown as a pair. (a)〜(d)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置を用いて、レーザ光吸収性樹脂材に孔あけ加工する工程の断面と、レーザ光の出力タイミングを対にして示した図。(A)-(d) The figure which showed the cross section of the process drilled in a laser beam absorptive resin material using the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention, and the output timing of a laser beam in pairs. . 本発明の実施形態2にかかるガスレーザ発振装置の構成図。The block diagram of the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. (a)本発明の実施形態2にかかる第一の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(b)本発明の実施形態2にかかる第二の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(c)本発明の実施形態2にかかる第三の放電管でできるレーザ光の波形、(d)本発明の実施形態2にかかる第一の放電管から第三の放電管の波形を加えてできるレーザ光の出力波形を示した図。(A) The figure which showed the waveform of the laser beam which can be produced with the 1st discharge tube concerning Embodiment 2 of this invention, (b) The waveform of the laser beam which can be produced with the 2nd discharge tube concerning Embodiment 2 of this invention The figure shown, (c) Waveform of the laser beam formed by the third discharge tube according to the second embodiment of the present invention, (d) From the first discharge tube to the third discharge tube according to the second embodiment of the present invention The figure which showed the output waveform of the laser beam made by adding a waveform. (a)本発明の実施形態2の変形例にかかる第一の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(b)本発明の実施形態2の変形例にかかる第二の放電管でできるレーザ光の波形、(c)本発明の実施形態2の変形例にかかる第三の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(d)本発明の実施形態2の変形例にかかる第一から第三の放電管の波形を加えてできるレーザ光の出力波形を示した図。(A) The figure which showed the waveform of the laser beam which can be performed with the 1st discharge tube concerning the modification of Embodiment 2 of this invention, (b) With the 2nd discharge tube concerning the modification of Embodiment 2 of this invention The waveform of the laser beam that can be produced, (c) the waveform of the laser beam that can be produced by the third discharge tube according to the modification of the second embodiment of the present invention, and (d) the modification of the second embodiment of the present invention. The figure which showed the output waveform of the laser beam formed by adding the waveform of the 1st to 3rd discharge tube. 本発明の実施形態3にかかるガスレーザ発振装置の構成図。The block diagram of the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. (a)本発明の実施形態3にかかる第一の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(b)本発明の実施形態3にかかる第二の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(c)本発明の実施形態3にかかる第三の放電管でできるレーザ光の波形、(d)本発明の実施形態3にかかる第四の放電管でできるレーザ光の波形、(e)第一から第四の放電管の波形を加えてできるレーザ光の出力波形を示した図。(A) The figure which showed the waveform of the laser beam which can be produced by the 1st discharge tube concerning Embodiment 3 of this invention, (b) The waveform of the laser beam which can be produced by the 2nd discharge tube concerning Embodiment 3 of this invention The figure shown, (c) The waveform of the laser beam formed by the third discharge tube according to the third embodiment of the present invention, (d) The waveform of the laser beam formed by the fourth discharge tube according to the third embodiment of the present invention, (E) The figure which showed the output waveform of the laser beam formed by adding the waveform of the 1st to 4th discharge tube. 本発明の実施形態4にかかるガラス材に孔あけするガスレーザ加工装置の孔あけ加工作業中の状態を示した図。The figure which showed the state in the drilling work of the gas laser processing apparatus drilled in the glass material concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4にかかるガラス材に孔あけするガスレーザ加工装置で孔あけ加工したガラスの拡大断面図。The expanded sectional view of the glass drilled with the gas laser processing apparatus drilled in the glass material concerning Embodiment 4 of this invention. 従来のレーザ光のパルスの波形の一例を示した図。The figure which showed an example of the waveform of the pulse of the conventional laser beam. 従来のレーザ溶着方法でレーザ光透過樹脂材とレーザ光吸収樹脂材を重ねてレーザ溶着している状態を示した図。The figure which showed the state which laminated | stacked the laser beam transmission resin material and the laser beam absorption resin material by the conventional laser welding method, and was welded. (a)従来のレーザ光のパルスの波形に、予備加熱のエネルギーが加わる部分を模式的にして示した図、(b)(a)の予備加熱のエネルギーで加わる部分をレーザ光のパルスの波形に組み入れるときの波形を点線で示した図。(A) The figure which showed typically the part to which the energy of preheating is added to the waveform of the pulse of the conventional laser beam, (b) The part added with the energy of preheating of (a) is the waveform of the pulse of the laser beam The figure which showed the waveform when it incorporates into a dotted line. 従来の他のガスレーザ発振装置の構成図。The block diagram of the other conventional gas laser oscillation apparatus. 従来の更に他のガスレーザ発振装置の構成図。The block diagram of the further another conventional gas laser oscillation apparatus.

本発明のガスレーザ発振方法は、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、二以上の放電管と、リアミラー(全反射鏡)と、ハーフミラー(半反射鏡)と、レーザ光励起電源と、レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、レーザ光励起制御手段と、を用い、前記二以上の放電管に異なる混合比の励起ガスを入れ、所定の共振器長(L)だけ離して対向させた前記リアミラーと前記ハーフミラーの間に前記放電管を長手方向の軸芯を一致させた状態で直列に並べ、前記レーザ光励起制御手段で、前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記リアミラーと前記ハーフミラーの間の前記放電管でレーザ光を発振させ、前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を出力するようにしている。   The gas laser oscillation method of the present invention includes a plurality of excitation gases obtained by mixing carbon dioxide, nitrogen and helium gases at different mixing ratios, two or more discharge tubes, a rear mirror (total reflection mirror), and a half mirror (half reflection mirror). And a laser beam excitation power source, an oscillation trigger unit of the laser beam excitation power source, and a laser beam excitation control unit, the excitation gases having different mixing ratios are put into the two or more discharge tubes, and only a predetermined resonator length (L) is obtained. The discharge tubes are arranged in series between the rear mirror and the half mirror that are spaced apart from each other with the longitudinal axis aligned, and the laser light excitation control means includes the laser light excitation power source and the laser light excitation power source. The oscillation trigger means is controlled to oscillate laser light in the discharge tube between the rear mirror and the half mirror, and the wave of the laser light generated by each discharge tube The so that outputs a laser beam added.

そして、本発明のガスレーザ発振方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、ガスレーザ加工装置は、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、二以上の放電管と、リアミラーと、ハーフミラーと、レーザ光励起電源と、レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、レーザ光励起制御手段と、を有し、前記二以上の放電管に異なる混合比の励起ガスを入れ、所定の共振器長(L)だけ離して対向させた前記リアミラーと前記ハーフミラーの間に前記放電管を長手方向の軸芯を一致させた状態で直列に並べ、前記レーザ光励起制御手段で、前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記リアミラーと前記ハーフミラーの間の前記放電管でレーザ光を発振させ、前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を出力するように構成している。以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。   The gas laser oscillation apparatus, laser welding apparatus, and gas laser processing apparatus using the gas laser oscillation method of the present invention include a plurality of excitation gases obtained by mixing carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas at different mixing ratios, two or more discharge tubes, A rear mirror, a half mirror, a laser beam excitation power source, an oscillation trigger unit of the laser beam excitation power source, and a laser beam excitation control unit, and an excitation gas having a different mixing ratio is put into the two or more discharge tubes, The discharge tubes are arranged in series between the rear mirror and the half mirror, which are opposed to each other by a resonator length (L), with the longitudinal axis aligned, and the laser light excitation control means performs the laser light excitation. Controlling the oscillation trigger means of the power source and the laser beam excitation power source to oscillate the laser beam in the discharge tube between the rear mirror and the half mirror; It is configured to output a laser beam plus laser beam waveform produced serial by each of the discharge tube. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
まず実施形態1について説明する。図1に、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の構成図を示した。図1では、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー1とハーフミラー2の間に、第一の放電管10と第二の放電管20を直列に長手方向の軸を一致させて配置している。各放電管10、20は一端にガス入口10a、20a、他端にガス出口10b、20bが形成され、ガス入口10a、20aはそれぞれ、第一の励起ガスボンベ13と第二の励起ガスボンベ23に接続している。
(Embodiment 1)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 shows a configuration diagram of a gas laser oscillation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 are arranged in series between the rear mirror 1 and the half mirror 2 which are opposed to each other by a predetermined resonator length (L), and the longitudinal axes thereof coincide with each other. It is arranged. Each discharge tube 10, 20 has gas inlets 10 a, 20 a at one end and gas outlets 10 b, 20 b at the other end, and the gas inlets 10 a, 20 a are connected to the first excitation gas cylinder 13 and the second excitation gas cylinder 23, respectively. is doing.

第一の放電管10には、第一の励起ガスボンベ13からフラットな波形のレーザ光を作る第一の励起ガスを入れ、第二の放電管20には第二の励起ガスボンベ23から、尖塔パルス状の波形のレーザ光を作る第二の励起ガスを入れる。   The first discharge tube 10 is charged with a first excitation gas for producing a laser beam having a flat waveform from the first excitation gas cylinder 13, and the second discharge tube 20 is supplied with a spire pulse from the second excitation gas cylinder 23. A second excitation gas for producing a laser beam having a waveform is inserted.

なお、本発明では、励起ガスは使い捨てにしており、第一の放電管10と第二の放電管20の第一の励起ガスと第二の励起ガスが古くなったときには、各放電管10、20のガス出口10b、20bから、それぞれ外気に排出するようにしている。   In the present invention, the excitation gas is disposable, and when the first excitation gas and the second excitation gas of the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 become old, each discharge tube 10, Each of the 20 gas outlets 10b and 20b is discharged to the outside air.

第一の放電管10と第二の放電管20には、それぞれ第一のパルス電源11と第二のパルス電源21を接続している。なお、レーザ光励起制御手段については、図1では記載を省略しているが、第一と第二のパルス電源11、21の発振トリガー手段12、22を制御して、第一と第二の放電管10、20を放電させている。   A first pulse power supply 11 and a second pulse power supply 21 are connected to the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20, respectively. The laser light excitation control means is omitted in FIG. 1, but the first and second discharges are controlled by controlling the oscillation trigger means 12 and 22 of the first and second pulse power supplies 11 and 21. The tubes 10 and 20 are discharged.

なお、既に説明したように、軸方向励起短パルス炭酸ガスレーザ装置では、ガラスなどの絶縁体からなる放電管内に、レーザ媒質として炭酸ガスと、窒素ガスと、ヘリウムガスを混合した励起ガスを封入している。放電管には主電極を設け、これら主電極には主電源を接続して、放電管内に放電を発生させるように構成している。この放電で生じた高速の電子が、N2分子を励起して高エネルギー準位に上げ、この励起されたN2分子が、CO2分子に衝突してCO2分子にエネルギーを与えて励起させ、エネルギー準位を上げる。その際、N2分子はエネルギー準位が下がる。反転分布したCO2分子は放電管の両端にそれぞれ対向するように配置したリアミラー(全反射鏡)とハーフミラー(部分反射鏡)により共振器内で増幅され、レーザ光を誘導放出し、ハーフミラーから外部にレーザ光を出力する。この原理は、本発明のガスレーザ発振装置でも同じである。 As already described, in an axially excited short pulse carbon dioxide laser device, an excitation gas in which carbon dioxide, nitrogen gas, and helium gas are mixed as a laser medium is enclosed in a discharge tube made of an insulator such as glass. ing. A main electrode is provided in the discharge tube, and a main power source is connected to these main electrodes so that a discharge is generated in the discharge tube. Fast electrons generated by this discharge, excites the N 2 molecules raised to a high energy level, the excited N 2 molecules, excited by energizing the CO 2 molecule collides with the CO 2 molecule , Raise the energy level. At that time, the energy level of the N 2 molecule decreases. The inversion-distributed CO 2 molecules are amplified in the resonator by a rear mirror (total reflection mirror) and a half mirror (partial reflection mirror) arranged so as to face both ends of the discharge tube, and stimulated emission of laser light is performed. A laser beam is output to the outside. This principle is the same in the gas laser oscillation apparatus of the present invention.

本発明のガスレーザ発振装置では、まず、第一のパルス電源11の発振トリガー手段12により、第一の放電管10を放電させる。また、第二のパルス電源21の発振トリガー手段22により、第二の放電管20を放電させる。すると、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー1とハーフミラー2の間で増幅され、レーザ光を誘導放出し、ハーフミラー2から外部にレーザ光を出力するようにしている。   In the gas laser oscillation apparatus of the present invention, first, the first discharge tube 10 is discharged by the oscillation trigger means 12 of the first pulse power supply 11. Further, the second discharge tube 20 is discharged by the oscillation trigger means 22 of the second pulse power source 21. Then, the laser beam is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 which are opposed to each other by a predetermined resonator length (L), stimulated emission is performed, and the laser light is output from the half mirror 2 to the outside. .

すなわち、第一の放電管10も第二の放電管20も、ガラス管でできていて、端部には放電電極があるが、レーザ光を通すウィンドゥ(窓)10c、20cになっているので、レーザ光は、リアミラー1から第一の放電管10と第二の放電管20を突き抜けてハーフミラー2に当たり、ハーフミラー2で反射して、第二の放電管20と第一の放電管10を突き抜けてリアミラー1に当たり、リアミラー1で反射し増幅される。   That is, both the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 are made of glass tubes, and there are discharge electrodes at the ends, but they are windows (windows) 10c and 20c through which laser light passes. The laser light penetrates the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 from the rear mirror 1 and hits the half mirror 2 and is reflected by the half mirror 2 to be reflected by the second discharge tube 20 and the first discharge tube 10. , Hits the rear mirror 1 and is reflected and amplified by the rear mirror 1.

ちなみに、レーザ光は、リアミラー1から第一の放電管10と第二の放電管20を突き抜けてハーフミラー2に当たり、ハーフミラー2で反射して、第二の放電管20と第一の放電管10を突き抜けてリアミラー1に当たり、リアミラー1で反射すること、を繰り返す構成は、従来例を説明した図20と類似している。図20の構成では、複数の放電管に一つの混合比の励起ガスを共通に用いていたが、本発明では、放電管ごとに異なる混合比の励起ガスを用いている。   By the way, the laser light penetrates the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 from the rear mirror 1 and hits the half mirror 2 and is reflected by the half mirror 2, and the second discharge tube 20 and the first discharge tube. The structure of repeatedly passing through 10 and hitting the rear mirror 1 and reflecting by the rear mirror 1 is similar to that in FIG. In the configuration of FIG. 20, an excitation gas having a single mixing ratio is commonly used for a plurality of discharge tubes, but in the present invention, an excitation gas having a different mixing ratio is used for each discharge tube.

このことにより、第一の放電管10を通過するときに、第一の放電管10によりフラットな波形(第一の時間波形、W1)がレーザ光に加わり、第二の放電管20により、尖塔パルス状の波形(第二の時間波形、W2)がレーザ光に加わる。第一の放電管10によるフラットな波形は長く、第二の放電管20による尖塔パルス状の波形は短いため、レーザ光出力はフラットな波形をしているところに尖塔パルス状の波形が加わった波形になる。   Thus, when passing through the first discharge tube 10, a flat waveform (first time waveform, W 1) is added to the laser light by the first discharge tube 10, and the second discharge tube 20 A pulse-like waveform (second time waveform, W2) is added to the laser light. Since the flat waveform by the first discharge tube 10 is long and the spire pulse-like waveform by the second discharge tube 20 is short, the spire pulse-like waveform is added where the laser light output has a flat waveform. It becomes a waveform.

図2(a)(b)には、図1に示した本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で、第一の放電管10を放電させて第一の放電管10でフラットな波形を作り、次いで、第二のパルス電源21の発振トリガー手段22により、第二の放電管20を放電させて第二の放電管20で尖塔パルス状の波形を作るようにし、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー1とハーフミラー2の間で増幅され、レーザ光を誘導放出して、ハーフミラー2から出力されるレーザ光の波形を示した。   FIGS. 2A and 2B show a flat waveform in the first discharge tube 10 by discharging the first discharge tube 10 in the gas laser oscillation apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. Next, the second discharge tube 20 is discharged by the oscillation trigger means 22 of the second pulse power source 21 so that a spire pulse-like waveform is formed in the second discharge tube 20, and a predetermined resonator length ( L) A waveform of the laser beam output from the half mirror 2 is shown by being amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 which are opposed to each other by being separated and stimulated emission of the laser beam.

図2(a)は、フラットな波形があって、後半のタイミングで尖塔パルス状の波形が加わった出力波形(PW1)をしている。図2(b)は、フラットな波形があって、前半のタイミングで尖塔パルス状の波形が加わった出力波形(PW2)をしている。第一と第二のパルス電源11、21のそれぞれの発振トリガー手段12、22で、第一の放電管10と第二の放電管20を放電させるタイミングを任意に設定することにより、フラットな波形に対して、どのタイミングで尖塔パルス状の波形が加わった波形とするかを調整することができる。   FIG. 2A shows an output waveform (PW1) having a flat waveform and having a spire pulse-like waveform added at the latter half of the timing. FIG. 2 (b) shows an output waveform (PW2) having a flat waveform and having a spire pulse-like waveform added at the first half timing. A flat waveform can be obtained by arbitrarily setting the timing at which the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 are discharged by the oscillation trigger means 12 and 22 of the first and second pulse power supplies 11 and 21, respectively. On the other hand, it is possible to adjust at which timing the waveform of the spire pulse shape is added.

図3(a)は、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第一の放電管10に入れた第一の励起ガスの混合比を模式的に示した。”長パルス”といっているガス組成の混合比は、体積比で例えば、CO2:N2:He=1:3:4が挙げられる。N2が多くて、ガス圧が高いほど(放電時間が長いほど)長いパルス、フラットなレーザ光50が出る。図3(b)に、ガス組成の混合比を、体積比で例えば、CO2:N2:He=1:3:4のときに実測した波形(第一の時間波形、W1−1)を一例として示した。図3(b)では、横軸を時間軸(t)として、1目盛を20μsecとして示した。縦軸は、レーザ強度(w)として、1目盛を1kwとして示した。ちなみに、このときのパルスエネルギー(斜線部分)は、50mJ(ミリジュール)であった。 FIG. 3A schematically shows the mixing ratio of the first excitation gas placed in the first discharge tube 10 of the gas laser oscillation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The mixing ratio of the gas composition referred to as “long pulse” is, for example, CO 2 : N 2 : He = 1: 3: 4 in volume ratio. The longer N 2 is, the higher the gas pressure is (the longer the discharge time is), the longer the pulse and the flat laser beam 50 are emitted. FIG. 3B shows a waveform (first time waveform, W1-1) measured when the mixing ratio of the gas composition is, for example, CO 2 : N 2 : He = 1: 3: 4 in volume ratio. Shown as an example. In FIG. 3B, the horizontal axis is the time axis (t) and one scale is 20 μsec. The vertical axis represents the laser intensity (w) with 1 scale being 1 kw. Incidentally, the pulse energy (shaded part) at this time was 50 mJ (millijoule).

図4(a)は、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第二の放電管20に入れた第二の励起ガスの混合比を模式的に示した図である。第二の放電管20には、第二の励起ガスとして、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを体積比で、CO2:N2:He=20:1:5〜40の比率で入れている。出願人は、この混合比でテールのない尖塔パルス状の波形をつくることを発明し、既に特開2014−107349で公表している。必要により同公報を参照されたい。 FIG. 4A is a diagram schematically showing the mixing ratio of the second excitation gas put in the second discharge tube 20 of the gas laser oscillation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The second discharge tube 20 contains carbon dioxide gas, nitrogen, and helium as a second excitation gas in a volume ratio of CO 2 : N 2 : He = 20: 1: 5 to 40. The applicant has invented the creation of a spire-like waveform without a tail with this mixing ratio, and has already been disclosed in JP-A-2014-107349. Please refer to this publication if necessary.

図4(b)に、ガス組成の混合比を、体積比で、CO2:N2:He=20:1:5〜40としたときに実測した波形(第二の時間波形、W2−1)を一例として示した。図4(b)では、波形を見やすくするため、図3(b)とは違って、横軸を時間軸(t)として、1目盛を1μsecとして示した。縦軸は、レーザ強度(w)として、1目盛を10kwとして示した。ちなみに、このときのパルスエネルギー(斜線部分)は、10mJ(ミリジュール)であった。 FIG. 4B shows a waveform (second time waveform, W2-1) measured when the mixing ratio of the gas composition is CO 2 : N 2 : He = 20: 1: 5 to 40 in volume ratio. ) As an example. In FIG. 4B, in order to make the waveform easier to see, the horizontal axis is the time axis (t), and one scale is 1 μsec, unlike FIG. 3B. The vertical axis represents the laser intensity (w) with one scale being 10 kw. Incidentally, the pulse energy (shaded part) at this time was 10 mJ (millijoule).

図5、図6は、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で出力されるレーザ光の波形(波形PW1−1、PW2−1)である。図5は、先に図2(a)で示した波形に対応する。図6は、先に図2(b)で示した波形に対応する。発振トリガー22のタイミングを変えると、フラットな波形のレーザ光のどこに尖塔パルス状の波形のレーザ光が加わるかが変化する。   5 and 6 are waveforms (waveforms PW1-1 and PW2-1) of laser light output from the gas laser oscillation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 corresponds to the waveform shown in FIG. FIG. 6 corresponds to the waveform shown in FIG. Changing the timing of the oscillation trigger 22 changes where the laser light having a spire pulse shape is added to the laser light having a flat waveform.

レーザ溶着で予備加熱の時間を長くするときは図5のように複数の波形を加え、予備加熱の時間を短くするときは図6のように複数の波形を加える。   When the preheating time is lengthened by laser welding, a plurality of waveforms are added as shown in FIG. 5, and when the preheating time is shortened, a plurality of waveforms are added as shown in FIG.

なお、図3から図6を用いて説明したものは本発明の実施形態1の一例であり、他の混合比の励起ガスを用いれば、他の波形を組み合わせた波形のレーザ出力が可能である。   In addition, what was demonstrated using FIGS. 3-6 is an example of Embodiment 1 of this invention, and if the excitation gas of another mixing ratio is used, the laser output of the waveform which combined the other waveform is possible. .

以下に図7を用いて、2つの放電管10、20、を直列に並べた本発明の実施形態1のガスレーザ発振装置60で出力したレーザ光50で、レーザ溶着する場合について説明する。   Hereinafter, a case where laser welding is performed with the laser beam 50 output from the gas laser oscillation device 60 according to the first embodiment of the present invention in which two discharge tubes 10 and 20 are arranged in series will be described with reference to FIG.

なお、本発明の実施形態1のガスレーザ発振装置60は、既に示した図1の基本構成を装置に仕上げたもので、図7では、レーザ光50の出力口であるノズルの一部を示してガスレーザ発振装置60と溶着対象物との位置関係を説明することとした。   The gas laser oscillator 60 according to the first embodiment of the present invention is obtained by finishing the basic configuration shown in FIG. 1 as an apparatus. FIG. 7 shows a part of a nozzle that is an output port of the laser light 50. The positional relationship between the gas laser oscillation device 60 and the object to be welded will be described.

図7(a)から(d)では、図示しない台座の上に、不透明又は、黒色などの有色でレーザ光50を吸収するレーザ光吸収性樹脂材81を置き、その上に、透明でレーザ光を透過するレーザ光透過性樹脂材80を重ねて、溶着対象物である両者をレーザ溶着する工程を示している。なお、図7の左側の図は、溶着対象物の断面とレーザ光との位置関係を示している。図7の右側の図は、左側の図の工程を行っている時のレーザ光照射タイミングを示している。   7A to 7D, a laser light-absorbing resin material 81 that absorbs the laser light 50 in a color such as opaque or black is placed on a pedestal (not shown), and a transparent laser light is placed thereon. The laser beam transmitting resin material 80 that passes through is overlapped, and both of the welding objects are laser welded. In addition, the figure of the left side of FIG. 7 has shown the positional relationship of the cross section of a welding target object, and a laser beam. The diagram on the right side of FIG. 7 shows the laser beam irradiation timing when performing the process of the diagram on the left side.

ガスレーザ発振装置60は、図7(a)で、レーザ光吸収性合成樹脂材81表面に向けてフラットな波形をしたレーザ光50を照射して予備加熱(以下、略して「予熱」と記載)を開始する(t11時点)。図7(b)で、予熱を続けて予熱部分82を拡大する(t12時点)。図7(c)で、高エネルギーの尖塔パルス状の波形をしたレーザ光50を照射して、予熱部分82を一気に溶融部分83にする(t13時点)。そして、図7(d)で、フラットな波形をしたレーザ光50で加熱した後(t14時点)、冷却し、固化させて溶着部分84にてレーザ光吸収性合成樹脂材81とレーザ光透過性合成樹脂材80とを溶着し、レーザ溶着を終了している。 In FIG. 7A, the gas laser oscillation device 60 irradiates the surface of the laser light absorbing synthetic resin material 81 with a laser beam 50 having a flat waveform and preheats (hereinafter referred to as “preheating” for short). the start (t 11 time). In FIG. 7 (b), a larger preheating portion 82 continues to preheating (t 12 time). In FIG. 7 (c), by irradiating a laser beam 50 which has a high energy spire pulsed waveform, once to melt portion 83 of the preheating section 82 (t 13 time). Then, in FIG. 7D, after heating with the laser beam 50 having a flat waveform (at time t 14 ), the laser beam is cooled and solidified, and the laser beam-absorbing synthetic resin material 81 and the laser beam are transmitted through the welded portion 84. The welded synthetic resin material 80 is welded, and the laser welding is finished.

図7では、レーザ光の波形を、フラットな波形が始まった後、尖塔パルス状の波形が来て、再び、フラットな波形になって、最終的に消える出力波形(波形PW1)にしている。そのため、レーザ光吸収性樹脂材81を発熱させる予熱を行い、レーザ光吸収性樹脂材81とレーザ光透過性樹脂材80の当接面を軟化させ、互いに密着させ、互いに密着した当接面近傍を一気に尖塔パルス状の波形で急加熱して溶融させている。このことで、迅速かつ確実にレーザ溶着し、所定の溶着強度を得ることを実現している。   In FIG. 7, the waveform of the laser light is changed to an output waveform (waveform PW1) that finally appears after a flat waveform starts and then a spire pulse-like waveform comes again and becomes a flat waveform. Therefore, preheating is performed to cause the laser light absorbing resin material 81 to generate heat, and the contact surfaces of the laser light absorbing resin material 81 and the laser light transmitting resin material 80 are softened and brought into close contact with each other. Is rapidly heated and melted with a spire pulse waveform. This realizes laser welding quickly and reliably to obtain a predetermined welding strength.

次に図8を用いて、本発明の実施形態1のガスレーザ発振装置で出力させたレーザ光でレーザ光吸収性樹脂材に、孔を開ける場合について説明する。   Next, with reference to FIG. 8, a description will be given of a case where a hole is formed in the laser light-absorbing resin material with the laser light output from the gas laser oscillation apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図8(a)から(d)では、図示しない孔あき台座の上に、加工対象物である不透明又は黒色などの有色でレーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂材81を置いて、レーザ光50を当てて孔あけする工程を示している。なお、図8の左側の図は、加工対象物の断面とレーザ光との位置関係を示している。図8の右側の図は、左側の図の工程を行っている時のレーザ光照射タイミングを示している。   8 (a) to 8 (d), a laser light absorbing resin material 81 that absorbs laser light in a colored color such as opaque or black, which is an object to be processed, is placed on a perforated base (not shown). 50 shows a step of making a hole by applying 50. In addition, the figure on the left side of FIG. 8 shows the positional relationship between the cross section of the workpiece and the laser beam. The diagram on the right side of FIG. 8 shows the laser beam irradiation timing when the process of the diagram on the left side is performed.

図8(a)で、ガスレーザ発振装置60は、レーザ光吸収性合成樹脂材81表面に向けてフラットな波形をしたレーザ光50を照射して予熱を開始する(t21時点)。図8(b)で、高エネルギーの尖塔パルス状の波形をしたレーザ光50を照射して、予熱部分82-1を溶融部分83-1にする(t22時点)。図8(c)で、孔85をあける(t23時点)。そして、図8(d)で、ガスレーザ発振装置60は、フラットな波形をしたレーザ光50により加熱して(t24時点)、冷却し、固化させて孔あけを終了している。 In FIG. 8 (a), the gas laser oscillator 60 starts preheating by irradiation of laser beam 50 which has a flat waveform toward the laser-absorbing synthetic resin material 81 surface (t 21 time). In FIG. 8 (b), by irradiating a laser beam 50 which has a high energy spire pulsed waveform, the preheat portion 82-1 to the molten portion 83-1 (t 22 time). In FIG. 8 (c), the a hole 85 (t 23 time). Then, in FIG. 8 (d), the gas laser oscillator 60 is heated by the laser beam 50 in which the flat waveform (t 24 time), cooled, and finished the drilling solidified.

レーザ光を照射してレーザ光吸収性樹脂材やガラス材に孔あけをするときは、孔になる範囲の周辺部分がまだ熱せられておらず、低い温度で一定の強度があるうちに、孔になる範囲のレーザ光吸収性樹脂材やガラス材を瞬時に加熱して溶融させてしまうことが望ましい。そのため、図8(a)から(d)の工程では、予熱が始まって直ぐに高エネルギーの尖塔パルス状の波形をしたレーザ光を照射して、一気に孔をあけるようにしている。   When piercing a laser light-absorbing resin material or glass material by irradiating a laser beam, the peripheral part of the range that becomes the hole is not yet heated, It is desirable to instantaneously heat and melt the laser light-absorbing resin material or glass material in the range. Therefore, in the steps of FIGS. 8A to 8D, immediately after the preheating starts, a laser beam having a high-energy spire pulse-like waveform is irradiated to make a hole at once.

このように、本発明は、従来のように尖塔パルスとテールでできた出力波形のレーザ光をそのまま使うのではなく、複数の波形、具体的にはフラットな波形と尖塔パルス状の波形を加えたレーザ光を出力させ、そのレーザ光を使って、合成樹脂材のレーザ溶着や、合成樹脂材やガラス材の孔あけ、溝彫り、その他のレーザ加工を可能にしている。   As described above, the present invention does not use the laser beam having the output waveform generated by the spire pulse and the tail as in the prior art, but adds a plurality of waveforms, specifically, a flat waveform and a spire pulse-like waveform. The laser beam is output, and the laser beam is used for laser welding of synthetic resin materials, drilling of synthetic resin materials and glass materials, groove engraving, and other laser processing.

また、各放電管の励起タイミングを一部が同じで残りが異なるタイミングの中で調整することで、複数の波形を加えたレーザ光を出力させて、溶着対象あるいは加工対象物に適したレーザ溶着やレーザ加工を行うことを可能にしている。   In addition, by adjusting the excitation timing of each discharge tube within the same timing and the rest of the timing, the laser beam with a plurality of waveforms can be output and laser welding suitable for the welding target or processing target And laser processing.

(実施形態2)
次に実施形態2について説明する。本発明の実施形態2のガスレーザ発振装置では、3つの放電管、第一、第二、第三の放電管10、20、30を直列に並べている。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 will be described. In the gas laser oscillation apparatus of Embodiment 2 of the present invention, three discharge tubes, first, second, and third discharge tubes 10, 20, and 30 are arranged in series.

図9は、実施形態2にかかるガスレーザ発振装置の構成図である。図9の左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2の間に、第一の放電管10、第二の放電管20、第三の放電管30が長手方向の軸芯を合わせて一直線に並べてある。左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2は、それぞれの反射面を所定の共振器長の間隔をあけて対向させている。そして、リアミラー1、ハーフミラー2の反射面の中心を結ぶ線上に、第一の放電管10から第三の放電管30の三つの放電管の軸心を一致させて並べている。   FIG. 9 is a configuration diagram of the gas laser oscillation apparatus according to the second embodiment. Between the left rear mirror 1 and the right half mirror 2 in FIG. 9, the first discharge tube 10, the second discharge tube 20, and the third discharge tube 30 are aligned in a straight line with their longitudinal axes aligned. is there. The rear mirror 1 on the left side and the half mirror 2 on the right side are opposed to each other with an interval of a predetermined resonator length. Then, on the line connecting the centers of the reflection surfaces of the rear mirror 1 and the half mirror 2, the axial centers of the three discharge tubes from the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 are aligned.

各放電管10、20、30には一端にガス入口10a、20a、30aが、他端にガス出口10b、20b、30bが形成され、ガス入口10a、20a、30aはそれぞれ、第一の励起ガスボンベ13、第二の励起ガスボンベ23、第三の励起ガスボンベ33に接続していることは、図1で示した実施形態1の構成と同じである。   Each discharge tube 10, 20, 30 is formed with gas inlets 10 a, 20 a, 30 a at one end and gas outlets 10 b, 20 b, 30 b at the other end. The gas inlets 10 a, 20 a, 30 a are respectively connected to the first excited gas cylinder. 13, the connection to the second excitation gas cylinder 23 and the third excitation gas cylinder 33 is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG.

第一の放電管10には、第一の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=1:3:4の混合比のガス)を入れるようにしていて、第二の放電管20と第三の放電管30には、第二の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=20:1:5〜40の混合比のガス)を入れるようにしている。第一の放電管10から第三の放電管30の三つの放電管には、それぞれ第一から第三のパルス電源11、21、31と、第一から第三のパルス電源のトリガー手段12、22、32を取り付けている。 The first discharge tube 10 is filled with a first excitation gas (for example, a gas having a mixing ratio of CO 2 : N 2 : He = 1: 3: 4). The third discharge tube 30 is filled with a second excitation gas (for example, gas having a mixing ratio of CO 2 : N 2 : He = 20: 1: 5 to 40). The three discharge tubes from the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 have first to third pulse power sources 11, 21, 31 and trigger means 12 for the first to third pulse power sources, 22 and 32 are attached.

なお、レーザ光励起制御手段については、図9では記載を省略しているが、第一から第三のパルス電源11、21、31の発振トリガー手段12、22、32を制御して、第一から第三の放電管10、20、30を放電させている。   The laser light excitation control means is omitted in FIG. 9, but the first to third oscillation trigger means 12, 22, and 32 of the pulse power supplies 11, 21, and 31 are controlled to start from the first. The third discharge tubes 10, 20, and 30 are discharged.

そして、第一の放電管10では、第一のパルス電源11を立ち上げて第一のパルス電源11のトリガー手段12で放電させて、レーザ光50にフラットな波形を加えるようにしている。また、第二の放電管20と第三の放電管30では、パルス電源21、31を立ち上げてパルス電源のトリガー手段22、32で放電させて、レーザ光50に尖塔パルス状の波形を加えるようにしている。   In the first discharge tube 10, the first pulse power supply 11 is started up and discharged by the trigger means 12 of the first pulse power supply 11 to add a flat waveform to the laser light 50. In the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30, the pulse power sources 21 and 31 are started up and discharged by the trigger means 22 and 32 of the pulse power source, and a spire pulse-like waveform is added to the laser light 50. I am doing so.

本発明の実施形態2のガスレーザ発振装置では、第一の放電管10から第三の放電管30をほぼ同時に放電させて、レーザ光50にそれぞれの放電管が生じさせる波形を加えるようにしている。   In the gas laser oscillation apparatus according to the second embodiment of the present invention, the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 are discharged almost simultaneously, and a waveform generated by each discharge tube is added to the laser light 50. .

図10(a)〜(c)に、第一の放電管10から第三の放電管30において、それぞれの波形を生じさせるタイミングを示した。図10(a)では、タイミング(t31)でレーザ光50にフラットな波形を加えている。図10(b)と(c)では、レーザ光50にそれぞれの尖塔パルス状の波形を加えている。第一の放電管10では、タイミング(t31)で、第二の放電管20と第三の放電管30では、タイミング(t32)で放電が始まる。そして、リアミラー1とハーフミラー2の間で増幅して、第一の放電管10から第三の放電管30のそれぞれの放電管が生じさせた波形を加えたレーザ光50として誘導放出し、レーザ光を出力している。 FIGS. 10A to 10C show timings at which the respective waveforms are generated in the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30. In FIG. 10A, a flat waveform is added to the laser beam 50 at the timing (t 31 ). In FIGS. 10B and 10C, the waveform of each spire pulse is added to the laser beam 50. In the first discharge tube 10, the discharge starts at the timing (t 31 ) and in the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30 at the timing (t 32 ). Then, it is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2, and is stimulated and emitted as a laser beam 50 to which the waveforms generated by the respective discharge tubes of the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 are added. Light is being output.

すなわち、図10(d)では、レーザ光50にそれぞれの放電管10、20、30が生じさせた各波形が加わった一つの波形になっている。   That is, in FIG. 10 (d), one waveform is obtained by adding the respective waveforms generated by the respective discharge tubes 10, 20, and 30 to the laser beam 50.

図10(d)では、レーザ光50に1つのフラットな波形と2つの尖塔パルス状の波形とが加わった波形になっている。図10(d)の波形では、レーザ光が、フラットな波形で立ち上げて予熱をしてから、2つの尖塔パルス状の波形が同時に加わり急加熱をし、その後にフラットな波形の加熱をしてレーザ光照射を終えている。図10では、第二の放電管20と第三の放電管30を同じタイミング(t32)で放電させているので、2つの尖塔パルス状の波形が重なっている。そのため、2つの尖塔パルス状の波形は、一つの尖塔パルス状の波形の高さを重ねた2倍に高さの波形としてレーザ光の波形に加えられる。 In FIG. 10 (d), the laser beam 50 is a waveform obtained by adding one flat waveform and two spire pulse-like waveforms. In the waveform of FIG. 10 (d), the laser beam is raised in a flat waveform and preheated, and then two spire pulse waveforms are added at the same time for rapid heating, and then the flat waveform is heated. The laser beam irradiation is finished. In FIG. 10, since the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30 are discharged at the same timing (t 32 ), two spire pulse-shaped waveforms overlap each other. Therefore, the two spire pulse-like waveforms are added to the laser light waveform as a two-fold height waveform obtained by superimposing the height of one spire pulse-like waveform.

このように予熱してから、複数の尖塔パルス状の波形の高さを重ねた高さの急加熱をするレーザ光の照射方法は、例えば厚さの厚い合成樹脂の孔あけ作業などに有効とされる。   The laser beam irradiation method that rapidly heats up the height of a plurality of spire pulse-shaped waveforms after preheating in this way is effective for drilling thick synthetic resin, for example. Is done.

なお、図11には、第二の放電管20と第三の放電管30を放電させるタイミングを第一の放電管10でフラットな波形を生じさせたタイミング(t41)の後、早いタイミング(t42)で同時に放電させたときの状況を示した。図10と図11を対比して見れば、第一の放電管10でフラットな波形を生じさせた後、任意のタイミングで一つの尖塔パルス状の波形の高さを重ねた2倍に高さの波形としてレーザ光の波形に加えて急加熱することができることが、容易に理解される。 In FIG. 11, the timing of discharging the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30 is earlier than the timing (t 41 ) at which the first discharge tube 10 generates a flat waveform. shows the situation when the discharged simultaneously t 42). When comparing FIG. 10 and FIG. 11, after a flat waveform is generated in the first discharge tube 10, the height of one spire pulse-shaped waveform is doubled at an arbitrary timing. It can be easily understood that the waveform can be rapidly heated in addition to the waveform of the laser beam.

(実施形態3)
実施形態3について説明する。本発明の実施形態3のガスレーザ発振装置では、4つの放電管10、20、30、40を直列に並べている。
(Embodiment 3)
A third embodiment will be described. In the gas laser oscillation device of Embodiment 3 of the present invention, the four discharge tubes 10, 20, 30, and 40 are arranged in series.

図12は、実施形態3にかかるガスレーザ発振装置の構成図である。図12の左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2の間に、第一の放電管10、第二の放電管20、第三の放電管30、第四の放電管40が一直線に並べてある。左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2は、それぞれの反射面を所定の共振器長の間隔をあけて対向させている。そして、リアミラー1、ハーフミラー2の反射面の中心を結ぶ線上に、第一の放電管10から第四の放電管40の四つの放電管の軸心を一致させて並べている。   FIG. 12 is a configuration diagram of the gas laser oscillation apparatus according to the third embodiment. A first discharge tube 10, a second discharge tube 20, a third discharge tube 30, and a fourth discharge tube 40 are arranged in a straight line between the left rear mirror 1 and the right half mirror 2 in FIG. . The rear mirror 1 on the left side and the half mirror 2 on the right side are opposed to each other with an interval of a predetermined resonator length. Then, on the line connecting the centers of the reflection surfaces of the rear mirror 1 and the half mirror 2, the axes of the four discharge tubes from the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 are aligned and aligned.

各放電管10、20、30、40には一端にガス入口10a、20a、30a、40aが、他端にガス出口10b、20b、30b、40bが形成され、ガス入口10a、20a、30a、40aはそれぞれ、第一の励起ガスボンベ13、第二の励起ガスボンベ23、第三の励起ガスボンベ33、第四の励起ガスボンベ43に接続していることは、図1で示した実施形態1の構成と同じである。   Each discharge tube 10, 20, 30, 40 has a gas inlet 10a, 20a, 30a, 40a at one end and a gas outlet 10b, 20b, 30b, 40b at the other end, and the gas inlets 10a, 20a, 30a, 40a. Are connected to the first excitation gas cylinder 13, the second excitation gas cylinder 23, the third excitation gas cylinder 33, and the fourth excitation gas cylinder 43, respectively, as in the configuration of the first embodiment shown in FIG. It is.

第一の放電管10と第三の放電管30には、第一の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=1:3:4の混合比のガス)を入れるようにしていて、第二の放電管20と第四の放電管40には、第二の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=20:1:5〜40の混合比のガス)を入れるようにしている。第一の放電管10から第四の放電管40の四つの放電管には、それぞれ第一から第四のパルス電源11、21、31、41と、第一から第四のパルス電源のトリガー手段12、22、32、42を取り付けている。 The first discharge tube 10 and the third discharge tube 30 are filled with a first excitation gas (for example, a gas having a mixing ratio of CO 2 : N 2 : He = 1: 3: 4), The second discharge tube 20 and the fourth discharge tube 40 are filled with a second excitation gas (for example, a gas having a mixing ratio of CO 2 : N 2 : He = 20: 1: 5 to 40). Yes. The four discharge tubes from the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 have first to fourth pulse power sources 11, 21, 31, 41 and trigger means for the first to fourth pulse power sources, respectively. 12, 22, 32 and 42 are attached.

なお、レーザ光励起制御手段については、図12では記載を省略しているが、第一から第四のパルス電源11、21、31、41の発振トリガー手段12、22、32、42を制御して、第一から第四の放電管10、20、30、40を放電させている。   The laser light excitation control means is omitted in FIG. 12, but the oscillation trigger means 12, 22, 32, 42 of the first to fourth pulse power supplies 11, 21, 31, 41 are controlled. The first to fourth discharge tubes 10, 20, 30, 40 are discharged.

そして、第一の放電管10と第三の放電管30では、パルス電源11、31を立ち上げてパルス電源のトリガー手段12、32で放電させると、レーザ光のフラットな波形を生じさせるようにしている。また、第二の放電管20と第四の放電管40では、パルス電源21、41を立ち上げてパルス電源のトリガー手段22、42で放電させると、レーザ光の尖塔パルス状の波形を生じさせるようにしている。   In the first discharge tube 10 and the third discharge tube 30, when the pulse power supplies 11 and 31 are started up and discharged by the trigger means 12 and 32 of the pulse power supply, a flat waveform of the laser beam is generated. ing. In the second discharge tube 20 and the fourth discharge tube 40, when the pulse power sources 21 and 41 are started up and discharged by the trigger means 22 and 42 of the pulse power source, a spire pulse-like waveform of the laser light is generated. I am doing so.

本発明の実施形態3のガスレーザ発振装置では、第一の放電管10から第四の放電管40をそれぞれ所定のタイミングに放電させて、レーザ光にそれぞれの放電管が生じさせた波形を持たせている。   In the gas laser oscillation apparatus of Embodiment 3 of the present invention, each of the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 is discharged at a predetermined timing, and the laser beam has a waveform generated by each discharge tube. ing.

図13(a)〜(e)に、第一の放電管10から第四の放電管40がどのタイミングでそれぞれの波形を生じさせるかを示した。図13(a)に示す第一の放電管10と図13(c)に示す第三の放電管30では、レーザ強度は異なるが、レーザ光にフラットな波形を生じさせている。図13(b)に示す第二の放電管20と図13(d)に示す第四の放電管40では、ピークのレーザ強度とパルスの立ち上がりタイミングが異なるが、レーザ光に尖塔パルス状の波形を生じさせている。第一の放電管10では、タイミング(t51)、第二の放電管20では、タイミング(t52)で、第三の放電管30では、タイミング(t52)、第四の放電管40では、タイミング(t53)で放電が始まる。 FIGS. 13A to 13E show at which timing the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 generate the respective waveforms. In the first discharge tube 10 shown in FIG. 13A and the third discharge tube 30 shown in FIG. 13C, the laser intensity is different, but a flat waveform is generated in the laser light. In the second discharge tube 20 shown in FIG. 13B and the fourth discharge tube 40 shown in FIG. 13D, the peak laser intensity and the pulse rising timing are different, but the waveform of a spire pulse is added to the laser light. Is caused. The first discharge tube 10 has a timing (t 51 ), the second discharge tube 20 has a timing (t 52 ), the third discharge tube 30 has a timing (t 52 ), and the fourth discharge tube 40 has a timing (t 52 ). The discharge starts at the timing (t 53 ).

そして、レーザ光は、リアミラー1とハーフミラー2の間で増幅され、第一の放電管10から第四の放電管40のそれぞれの放電管が生じさせた波形を加えている。   The laser light is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 and has a waveform generated by each discharge tube from the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40.

すなわち、図13(e)では、レーザ光にそれぞれの放電管が生じさせた各波形が加わった一つの波形になっている。   That is, in FIG. 13E, a single waveform is obtained by adding each waveform generated by each discharge tube to the laser light.

図13(e)では、レーザ光に2つのフラットな波形と2つの尖塔パルス状の波形とを加えた出力波形を得ている。図13(e)の波形では、レーザ光が、フラットな波形で立ち上げて予熱をしてから、1回目の尖塔パルス状の波形で急加熱をし、一旦フラットな波形の加熱をし、2回目の尖塔パルス状の波形で急加熱をし、最後にフラットな波形の加熱をしてレーザ光照射を終えている。   In FIG. 13 (e), an output waveform is obtained by adding two flat waveforms and two spire pulse waveforms to the laser beam. In the waveform of FIG. 13 (e), the laser beam is started up in a flat waveform and preheated, then rapidly heated in the first spire pulse waveform, and once in the flat waveform, Rapid heating is performed with the second spire pulse-like waveform, and finally the flat waveform is heated to finish the laser beam irradiation.

このように予熱してから、複数段階の尖塔パルス状の急加熱を繰り返すレーザ光の照射方法は、例えば比較的直径の大きな孔あけ作業などに有効とされる。   The laser beam irradiation method in which the preheating is repeated in this manner and the rapid heating of the spire pulse in a plurality of stages is effective for, for example, a drilling operation having a relatively large diameter.

図14は、ドーム状のガラス容器87に孔あけするガスレーザ孔あけ加工装置の外観を示した。ロボットアーム100の先端に本発明のガスレーザ発振装置90を取り付け、ガスレーザ発振装置90から既に説明したように複数の波形を加えた波形のレーザ光を保持治具110に取り付固定されたドーム状のガラス容器87に照射している。   FIG. 14 shows the appearance of a gas laser drilling apparatus for drilling in a dome-shaped glass container 87. The gas laser oscillation device 90 of the present invention is attached to the tip of the robot arm 100, and as described from the gas laser oscillation device 90, a laser beam having a waveform obtained by adding a plurality of waveforms is attached to the holding jig 110 and fixed. The glass container 87 is irradiated.

図15には、ドーム状のガラス容器87に孔88をあけた後の拡大断面図を示した。   FIG. 15 shows an enlarged cross-sectional view after making a hole 88 in the dome-shaped glass container 87.

なお、上記の実施形態1から3のガスレーザ発振装置の説明では、レーザ光励起制御手段で、少なくとも二つの前記放電管に、一部が同じで残りが異なるタイミングで前記レーザ光励起電源を供給し、全反射鏡と半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を重ねたレーザ光を出力するように構成した場合を説明した。   In the description of the gas laser oscillators of the first to third embodiments, the laser beam excitation control unit supplies the laser beam excitation power to at least two of the discharge tubes at the same timing and the remaining timing is different. The case has been described in which the laser beam is oscillated in the discharge tube between the reflecting mirror and the semi-reflecting mirror and the laser beam in which the waveform of the laser beam generated by each discharge tube is superimposed is output.

しかし、本発明のガスレーザ発振方法は、複数の放電管でつくる複数の波形を出力波形に加えるときに、複数の波形をタイミング的に離して加えることもできる。レーザ溶着やレーザ加工の現実的な必要により、複数の波形が重なっておらず、タイミング的に離れていたほうが好都合な場合がある。本発明のガスレーザ発振方法は、現実的な必要により、好ましい形の出力波形にして用いることができる。   However, according to the gas laser oscillation method of the present invention, when a plurality of waveforms formed by a plurality of discharge tubes are added to the output waveform, the plurality of waveforms can be added at a timing. Due to the practical need for laser welding and laser processing, it may be more convenient that the plurality of waveforms do not overlap and are separated in terms of timing. The gas laser oscillation method of the present invention can be used in the form of a preferable output waveform according to practical needs.

本発明のガスレーザ発振方法は、この方法を用いたガスレーザ発振装置、合成樹脂材のレーザ溶着装置や、合成樹脂材やガラス材に孔あけや溝を彫るガスレーザ加工装置に適用できるほか、半導体製造装用の産業用のガスレーザ加工装置や、歯科用のガスレーザ加工装置に適用することができる。   The gas laser oscillation method of the present invention can be applied to a gas laser oscillation apparatus using this method, a laser welding apparatus for a synthetic resin material, a gas laser processing apparatus for drilling or engraving a groove in a synthetic resin material or glass material, and a semiconductor manufacturing equipment The present invention can be applied to industrial gas laser processing apparatuses and dental gas laser processing apparatuses.

1: リアミラー
2: ハーフミラー
10 :第一の放電管
10a:第一の放電管のガス入口
10b:第一の放電管のガス出口
10c:第一の放電管のウィンドウ
11 :第一のパルス電源
12 :第一のパルス電源の発振トリガー手段
13 :第一の励起ガスボンベ
20 :第二の放電管
20a:第二の放電管のガス入口
20b:第二の放電管のガス出口
20c:第二の放電管のウィンドウ
21 :第二のパルス電源
22 :第二のパルス電源の発振トリガー手段
23 :第二の励起ガスボンベ
30 :第三の放電管
40 :第四の放電管
50:レーザ光
60、90 :ガスレーザ発振装置
70、71:ガス収納容器
80:レーザ光透過性樹脂材
81:レーザ光吸収性樹脂材
82:予熱部分
83:溶融部分
84:溶着部分
85、88:孔
87:ガラス容器
L:共振器長
1: Rear mirror 2: Half mirror 10: First discharge tube 10a: Gas inlet of first discharge tube 10b: Gas outlet of first discharge tube 10c: Window of first discharge tube 11: First pulse power source 12: Oscillation trigger means of the first pulse power supply 13: First excitation gas cylinder 20: Second discharge tube 20a: Gas inlet of the second discharge tube 20b: Gas outlet of the second discharge tube 20c: Second Window of discharge tube 21: Second pulse power supply 22: Oscillation trigger means of second pulse power supply 23: Second excitation gas cylinder 30: Third discharge tube 40: Fourth discharge tube 50: Laser light 60, 90 : Gas laser oscillation device 70, 71: Gas storage container 80: Laser light transmitting resin material 81: Laser light absorbing resin material 82: Preheating part 83: Melting part 84: Welding part 85, 88: Hole 8 7: Glass container L: Resonator length

Claims (9)

炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、
二以上の放電管と、
全反射鏡と、
半反射鏡と、
レーザ光励起電源と、
レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、
レーザ光励起制御手段と、を有し、
前記二以上の放電管に異なる混合比の前記励起ガスを入れ、
前記全反射鏡と前記半反射鏡の間に前記放電管を直列に並べ、
前記レーザ光励起制御手段で前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記全反射鏡と前記半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、
前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を出力するように構成した、
ことを特徴とするガスレーザ発振装置。
A plurality of excitation gases in which carbon dioxide, nitrogen, and helium gas are mixed at different mixing ratios;
Two or more discharge tubes,
A total reflector,
A semi-reflector,
A laser beam excitation power source;
An oscillation trigger means of a laser beam excitation power supply;
Laser light excitation control means,
Put the excitation gas of different mixing ratio into the two or more discharge tubes,
Arranging the discharge tubes in series between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror,
The laser light excitation control means controls the laser light excitation power source and the oscillation trigger means of the laser light excitation power source to oscillate laser light in the discharge tube between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror,
Configured to output a laser beam to which the waveform of the laser beam generated by each of the discharge tubes is added,
A gas laser oscillation device characterized by the above.
前記複数の励起ガスとして、レーザ光波形がフラットになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第一の励起ガスと、レーザ光波形が尖塔パルスになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第二の励起ガスを有する、請求項1に記載のガスレーザ発振装置。   As the plurality of excitation gases, a first excitation gas in which carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas are mixed in a mixing ratio that makes the laser light waveform flat, and a carbon dioxide gas and nitrogen in a mixing ratio that makes the laser light waveform a spire pulse. The gas laser oscillation apparatus according to claim 1, comprising a second excitation gas mixed with helium gas. 前記第二の励起ガスとして、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスの混合比を体積比で、20:1:5〜40の比率として、レーザ光波形が尖塔パルスになるようにした請求項2に記載のガスレーザ発振装置。   3. The laser light waveform is a spire pulse in which the mixing ratio of carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas is a volume ratio of 20: 1: 5 to 40 as the second excitation gas. Gas laser oscillation device. 請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置を用いて、溶着対象物を溶着するように構成したレーザ溶着装置。   A laser welding apparatus configured to weld an object to be welded using the gas laser oscillation apparatus according to claim 1. 請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置を用いて、加工対象物を加工するように構成したレーザ加工装置。   A laser processing apparatus configured to process an object to be processed using the gas laser oscillation apparatus according to claim 1. 請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置を用いて、加工対象物に穴、溝又は凹部を形成するように構成したレーザ加工装置。   A laser processing apparatus configured to form a hole, a groove, or a recess in a workpiece using the gas laser oscillation apparatus according to claim 1. 炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、
二以上の放電管と、
全反射鏡と、
半反射鏡と、
レーザ光励起電源と、
レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、
レーザ光励起制御手段と、を用い、
前記二以上の放電管に異なる混合比の前記励起ガスを入れ、
前記全反射鏡と前記半反射鏡の間に前記放電管を直列に並べ、
前記レーザ光励起制御手段で前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、
前記全反射鏡と前記半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、
前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を出力するようにした、
ことを特徴とするガスレーザ発振方法。
A plurality of excitation gases in which carbon dioxide, nitrogen, and helium gas are mixed at different mixing ratios;
Two or more discharge tubes,
A total reflector,
A semi-reflector,
A laser beam excitation power source;
An oscillation trigger means of a laser beam excitation power supply;
Using laser light excitation control means,
Put the excitation gas of different mixing ratio into the two or more discharge tubes,
Arranging the discharge tubes in series between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror,
The laser light excitation control means controls the laser light excitation power supply and the oscillation trigger means of the laser light excitation power supply,
A laser beam is oscillated in the discharge tube between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror,
The laser beam added with the waveform of the laser beam generated by each discharge tube is output.
A gas laser oscillation method characterized by the above.
前記複数の励起ガスとして、レーザ光波形がフラットになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第一の励起ガスと、レーザ光波形が尖塔パルスになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第二の励起ガスを用いた、請求項7に記載のガスレーザ発振方法。   As the plurality of excitation gases, a first excitation gas in which carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas are mixed in a mixing ratio that makes the laser light waveform flat, and a carbon dioxide gas and nitrogen in a mixing ratio that makes the laser light waveform a spire pulse. The gas laser oscillation method according to claim 7, wherein a second excitation gas mixed with helium gas is used. 前記第二の励起ガスとして、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスの混合比を体積比で、20:1:5〜40の比率としたものを用い、レーザ光波形に尖塔パルス波形を加えた波形になるようにした請求項8に記載のガスレーザ発振方法。   As the second excitation gas, a mixture ratio of carbon dioxide gas, nitrogen and helium gas in a volume ratio of 20: 1: 5 to 40 is used, and a waveform obtained by adding a spire pulse waveform to a laser beam waveform The gas laser oscillation method according to claim 8, which is configured as follows.
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