JPS5845839B2 - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光励起形のレーザ加工装置に係り、特にレーザ
光の出力エネルギーを制御する手段の改良に関する。

レーザ光を用いてルビー、サファイヤ、ダイヤモンド等
の被加工物に微小径の穴をあける穴あけ加工においては
、加工の進行に伴う加工条件の変化に従ってレーザ光の
出力エネルギーを制御することにより良好な穴あけ加工
が可能となる。

例えばダイヤモンドに微小径の深い穴をあける場合、レ
ーザ光の出力エネルギーを最初小さく照射し、穴あけ加
工の進行に従い照射するレーザ光の出力エネルギーを漸
増することにより微小径の深い穴あけが可能となる。

しかるにこのような加工法を採用した場合、従来のレー
ザ加工装置ではレーザパルスの繰返し速度を上げること
が困難になるという問題があった。

即ちレーザ光の出力の繰返し周波数を高くするに従いレ
ーザ光の出力エネルギーを制御する装置が追従できなく
なるという欠点があった。

この欠点の為に被加工物にクラック等の破損を招くこと
が多くレーザ加工装置の改良が望まれていた。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものでレーザ光
の出力の繰返し周波数が高い場合でもレーザ光の出力エ
ネルギーを所定値に正確に制御することのできるレーザ
加工装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施例を第１図に示す。

トランス、ダイオード等からなる整流回路１には、直流
電荷蓄積用の第１のコンデンサ２が接続される。

この第１のコンデンサ２の両端（こは、共振充電素子と
してのインダクタンス３及び充電制御回路群Ａを直列に
介して充放電用の第２のコンデンサ６が接続される。

充電制御回路群Ａは複数個の例えば４個のサイリスタ４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにそれぞれ直列にインピーダンス
素子としての抵抗６５ａ。

５ｂ、５ｃ、５ｄを接続した複数個のインピーダンスの
異なる充電回路を並列に接続したものである。

前記第２のコンデンサ６の両端には、波形成形用のイン
ダクタンスＴと放電電流検出用の抵抗器８とを直列に介
して、例えばキセノンフラッシュランプ等のレーザ励起
ランプ９が接続される。

このレーザ励起ランプ９のトリガ電極１０はパルス発生
回路１２の一つの出力端に接続されている。

上記パルス発生回路１２は端子１１にスタートパルスを
与えることによって動作し、その出力端Ｘａ。

Ｘｂ 、Ｘｃ 、Ｘｄ 、ＸｅからＸａ−Ｘｅ、ＸｂＸ
ｅ 、Ｘｃ−Ｘｅ 、Ｘｄ−Ｘｅの順序でパルスを送出
するものである。

端子Ｘａ 、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄから出力されるパルスは
予め選択的に閉成操作されるスイッチ１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ、１３ｄをそれぞれ介してサイリスタ４ａ、４ｂ
、４ｃ、４ｄの各ゲートに与えられ、端子Ｘｅから出力
されるパルスは前記トリが電極１０に与えられる。

なお上記パルス発生回路１２には前記抵抗器８によって
検出されたレーザ励起ランプ９の閃光放電電流に相当す
る信号によってパルス発生のタイミングを制御される。

前記レーザ励起ランプ９の近傍にはレーザ共振器が設置
されている。

このレーザ共振器はレーザ励起ランプ９の閃光放電によ
り励起されたレーザ活性物質１４を、共振ミラー１５ａ
。

１５ｂにより光ポンピングしたのち集光レンズを通すこ
とによりレーザ光１７を出力するものである。

このレーザ光１７は被加工物１８に照射され、被加工物
１８を加工する。

次にこのように構成された装置の動作を第２図に示す波
形図を適宜参照して説明する。

先ず充電制御回路群Ａをすべて使用する場合にはスイッ
チ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ全部を閉成状態にす
る。

そして電源を投入し整流回路１によって第１のコンデン
サ２を充電状態（こする。

この状態で、時刻ｔ１において端子１１にスタートパル
スを与えると、パルス発生回路１２は作動を開始し、先
ず出力端子ＸａからパルスＶＧａを送出する。

このパルスＶＧａはスイッチ１３ａを介してサイリスタ
４ａのゲート０こ与えられるのでサイリスタ４ａは点弧
導通する。

そうすると、第１のコンデンサ２に蓄積されていた電荷
はインダクタンス３、抵抗器５ａ１サイリスタ４ａを介
して第２のコンデンサ６に共振充電される。

従ってこの第２のコンデンサ６の充電電圧は第２図ｆに
示すように所定の電圧Ｖａとなる。

時刻ｔ２にてパルス発生回路１２の端子Ｘｅからパルス
Ｖｔｒが第２図ｅに示す如く送出されると、このパルス
Ｖｔｒによってリーザ励起ランプ９はトリガされて始動
する。

この施策２のコンデンサ６に充電されている電荷がイン
ダクタンス７と抵抗器８を介してレーザ励起ランプ９に
放電電流ＩＬとなって供給されるので、このレーザ励起
ランプ９は閃光放電する。

従ってレーザ光１７が出力され、被加工物１８の加工が
なされる。

このときのレーザ光１７ａの出力エネルギーＰａは第２
図りに示す如く、レーザ励起ランプ９の放電電流ＩＬ及
び第２のコンデンサ６の充電電圧Ｖａに対応したものと
なる。

前記閃光放電による放電電流ＩＬは抵抗器８により検出
され、パルス発生回路１２に与えられる。

従って、パルス発生回路１２は時刻１３）こおいて出力
端子ｘｂから第２図すに示す如くパルスｖｏｂを送出す
る。

このパルス■Ｇｂはスイッチ１３ｂを介してサイノスタ
４ｂのゲ゛−トに印加される。

これにより、サイリスタ４ｂは点弧導通し前述と同様Ｏ
こ第１のコンデンサ２の充電電荷がインダクタンス３、
抵抗５ｂ、サイリスタ４ｂを介して第２のコンデンサ６
に充電される。

このときのコンデンサ６に充電される充電電圧は抵抗器
５ｂの値が前記抵抗器５ａより小さいことから第２図ｆ
（こ示す如＜ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）となる。

時刻ｔ４にてパルス発生回路１２の端子Ｘｅからパルス
Ｖｔｒが送出されるとレーザ励起ランプ９は前述同様に
閃光放電しレーザ光１７を出力する。

このレーザ光１７の出力エネルギーＰｂは第２図りに示
すように第２のコンデンサ６の充電電圧ｖｂに応対した
ものとなり、前回の出力エネルギーＰａよりも大きなも
のとなる。

以下同様の動作を繰返すことζこより、被加工物１８は
出力エネルギ゛−がＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄと次第に大
きくなるレーザ光１７によって加工されることになる。

即ち抵抗器５ａｊｓｂｔｓｃ。５ｄのそれぞれの抵抗値
をＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄとし、Ｒａ ＞ Ｒｂ ＞
Ｒｃ ＞ Ｒｄなる関係を有するとすれば抵抗器５ａ、
、ｓｂ 、５ｃ 、５ｄにおける共振損失は抵抗値の大
小関係に依存し、抵抗値が大きい場合には共振損失が多
く、抵抗値が小さい場合には共振損失が少い。

従ってコンデンサ３の各々の充電電圧Ｖ ａ 、 Ｖｂ
、 Ｖｃ 、 Ｖｄ！こはＶａ＜Ｖ ｂ ＜Ｖ ｃ
＜Ｖ ｄなる関係が生じ、この関係に従いレーザ光１７
の出力エネルギーＰａ 、 Ｐｂ 。

Ｐｃ 、ＰｄにもＰａ＜Ｐｂ＜Ｐｃ＜Ｐｄなる関係が生
じ順次レーザ光１７の出力エネルギーを増加することに
なる。

このように本装置は抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃ＋５ｄの値
を設定することにより容易に出力エネルギーを設定でき
、又、充電制御回路群Ａのサイリスタ４ａ、４ｂ、４ｃ
、４ｄを適宜選択することにより容易に出力エネルギー
を変化することができる。

更にこの装置では出力エネルギーの変化をサイリスタ４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの選択のみによる為、レーザ光１
７の出力の繰返し周波数が高い場合においても十分制御
することができ、常Ｏこ再現性のあるレーザ光１７を得
ることができる。

従って被加工物の違いｌこより加工条件が変っても常ζ
こ最適加工条件に設定できる為に被加工物にクラック等
の破損を招くたとがなく、特にダイヤモンドの穴あけ加
工等においてクラックが生じることがなく実用上極めて
有効なことが判明した。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。

例えば充電制御回路は４個に限らず複数個であれば良く
、抵抗値を任意【こ設定したり、あるいはサイリスクの
点弧順序等を任意に設定することにより、レーザ光の出
力エネルギーを適宜変化させれば良い。

更【こインピーダンス素子として抵抗体を用いたが、他
のインピーダンス素子例えばインダクタンスを用いて共
振条件を変化させても良い。

又、スイッチ１３ａ、１３ｂ、ｔ３ｃ。１３ｄは加工条
件によっては除いても良く、あるいはパルス発生回路１
２にスイッチ１３ａ 、 １３ｂ。

１３ｃ、１３ｄの機能を含ませても良い。

更に本発明（こおいては、１つの充放電用のコンデンサ
を用いて行ったが、各々の充電制御回路にそれぞれ充放
電用のコンデンサを設け、これらの充放電用のコンデン
サを互いＯこダイオード等で電気的分離してレーザ励起
ランプ９に接続しても良い。

この場合、コンデンサの容量を各々変えることによりコ
ンデンサの共振充電条件を変えレーザ光１７の出力を変
化させることが可能となる。

要するに本発明においては、インピーダンスの異る複数
個の充電回路を持ち、この充電回路を適宜選択してレー
ザ光１７の出力エネルギーを変化させることが可能であ
れば、各々の回路の数、手段等は特に限定されるもので
はない。

以上説明したように、本発明は複数個のインピーダンス
の異る充電回路を持ち、その充電回路を適宜選択するこ
とにより、レーザ光の出力エネルギーを変化することが
できる為、レーザ光の出力の繰返し周波数が高い場合で
もレーザ光の出力エネルギーを制御でき、常（こ最適加
工条件において加工を行うことのできるレーザ加工装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図ａ〜ｈは同
実施例における各部の波形を示す図であり、ａ ＝ ｄ
は各々サイリスタ４ａ、４ｂ、４ｃ。 ４ｄのゲートｃこ印加されるサイリスク点弧パルスの波
形図、ｅはレーザ励起ランプに印加されるトリガの波形
図、ｆはコンデンサ３の充電電圧Ｖａ。 Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄの波形図、ｇはレーザ励起ランプ９に
流れる放電電流の波形図、ｈはレーザ光の出力エネルギ
゛−Ｐａ 、Ｐｂ 、Ｐｃ 、Ｐｄを示す波形図である
。 １・・・・・・整流回路、２，６・・・・・・コンデン
サ、４ａ。 ４ｂ 、４ｃ 、４ｄ−・−−−−サイリスク、５ａ、
５ｂ。 ５ｃ 、 ｓｃｔ 、 ８・・・・・・抵抗器、３，７
・・・・・・インダクタンス、９・・・・・・レーザ励
起ランプ、１０・・・・・・トリガ電極、１１・・・・
・・スタートパルス入力端子、１２・・・・・・パルス
発生回路、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ。 １３ｄ・・・・・・スイッチ、１４・・・・・・レーザ
活性物質、１５ａ、１５ｂ・・・・・・共振ミラー、１
６・・・・・・集光レンズ、１７・・・・・・レーザ光
、１８・・・・・・被加工物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流電荷蓄積用の第１のコンデンサと、インピーダ
   ンスの異る複数個の回路と、これらの回路を通して前記
   第１のコンデンサの電荷を充電される充放電用の第２の
   コンデンサと、この第２のコンデンサの充電電荷により
   レーザ光を出力する手段とを具備し、前記インピーダン
   スの異る複数個の回路を選択することにより、前記第２
   のコンデンサの充電電荷量を変え、レーザ光の出力エネ
   ルギーを変えるようにしたことを特徴とするレーザ加工
   装置。