JPS60198881A - レ−ザ加工法 - Google Patents
レ−ザ加工法Info
- Publication number
- JPS60198881A JPS60198881A JP59056522A JP5652284A JPS60198881A JP S60198881 A JPS60198881 A JP S60198881A JP 59056522 A JP59056522 A JP 59056522A JP 5652284 A JP5652284 A JP 5652284A JP S60198881 A JPS60198881 A JP S60198881A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- energy density
- laser beam
- output
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は、レーザによる加工の精密度の向上に関する
。
。
一般に、レーザとは、原子や分子による放射の誘導放出
を利用して、光の増幅１発振を行う装置を意味する。レ
ーザには、通常、気体、液体、固体、半導体レーザの４
種類がある。
を利用して、光の増幅１発振を行う装置を意味する。レ
ーザには、通常、気体、液体、固体、半導体レーザの４
種類がある。
レーザは、能動物質や動作波長帯、出力特性等の多様性
にもかかわらず、動作を行わせる１組のエネルギー準位
間に負温度状態を作って、誘導放出を吸収よりも上回ら
せるといった、物質や波長域に限定されない普遍的な原
理に従うものであるため、普通は、第１図にみるような
基本的構成を採る。同図において、励起源１は、レーザ
物質２に、選択的に負温度状態を得るためのエネルギー
を供給するもので、光、放電、電子ビーム等が用いられ
る。光共振器用素子３，３は、レーザ物質２で増幅され
る光ビームに正帰還を加えて発振を実現させるものであ
る。発振制御素子４は、連続発振およびバルヌ発振の両
者の場合の発振モードの選択、さらに、１／−ザの内部
変調による出力波形の制御等のために使用される。
にもかかわらず、動作を行わせる１組のエネルギー準位
間に負温度状態を作って、誘導放出を吸収よりも上回ら
せるといった、物質や波長域に限定されない普遍的な原
理に従うものであるため、普通は、第１図にみるような
基本的構成を採る。同図において、励起源１は、レーザ
物質２に、選択的に負温度状態を得るためのエネルギー
を供給するもので、光、放電、電子ビーム等が用いられ
る。光共振器用素子３，３は、レーザ物質２で増幅され
る光ビームに正帰還を加えて発振を実現させるものであ
る。発振制御素子４は、連続発振およびバルヌ発振の両
者の場合の発振モードの選択、さらに、１／−ザの内部
変調による出力波形の制御等のために使用される。
レーザから出力される光（レーザ光）５は、周波数・波
数・偏波面（あるいは、エネルギー・運動量・偏り）の
決まったごく限られた数の電磁界モードに、極めて多数
の光子が集中されて形成されている。このレーザ光５は
、極めて時間幅の短いパルス光（レーザ物質によって１
０−１２〜１０−１３秒程度の時間幅まで）から形成さ
れている。
数・偏波面（あるいは、エネルギー・運動量・偏り）の
決まったごく限られた数の電磁界モードに、極めて多数
の光子が集中されて形成されている。このレーザ光５は
、極めて時間幅の短いパルス光（レーザ物質によって１
０−１２〜１０−１３秒程度の時間幅まで）から形成さ
れている。
それゆえ、レーザ光５の照射される部分である集束部の
パワー密度（エネルギー密度）は、極めて大きいものと
なる。この大きさは、従来の他の装置等では得られない
ものである。さらに、光学系をうまく使うことにより、
微小スポットに絞ることができるので、微細な加工も可
能である。
パワー密度（エネルギー密度）は、極めて大きいものと
なる。この大きさは、従来の他の装置等では得られない
ものである。さらに、光学系をうまく使うことにより、
微小スポットに絞ることができるので、微細な加工も可
能である。
パルス発振レーザがしばしば使用される加工として、孔
（穴）あけがある。たとえば、ダイヤモンドタイスのＦ
孔あけにレーザを用いて、１朗厚のものに対し１秒足ら
ずで孔あけを行なったりしている。この他、化学繊維ノ
ズル、１Ｉｌｌ＠乳びん用乳首、コンタクトレンズの通
気孔、たばこのフィルタ部、ジェットエンジン用ノズル
ガイド等への孔あけに用いられている。
（穴）あけがある。たとえば、ダイヤモンドタイスのＦ
孔あけにレーザを用いて、１朗厚のものに対し１秒足ら
ずで孔あけを行なったりしている。この他、化学繊維ノ
ズル、１Ｉｌｌ＠乳びん用乳首、コンタクトレンズの通
気孔、たばこのフィルタ部、ジェットエンジン用ノズル
ガイド等への孔あけに用いられている。
これらの場合において、従来、問題があった。
それは、レーザによってあけられる孔の大きさく孔径）
にバラツキが生じる点である。このことは、各々の孔が
正確に大きさく孔径）が合致しなけれはならないものに
対しては、非常に重大な問題であった。
にバラツキが生じる点である。このことは、各々の孔が
正確に大きさく孔径）が合致しなけれはならないものに
対しては、非常に重大な問題であった。
〔発明の目的Ｊ
以上の事情に鑑みて、この発明は、パルス発振レーザを
用いてあけられた孔の大きさく孔径）にバラツキが生じ
ないようにする方法等レーザ加工を正確に行なえる方法
を提供することをその目的とする。
用いてあけられた孔の大きさく孔径）にバラツキが生じ
ないようにする方法等レーザ加工を正確に行なえる方法
を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するために、発明者は鋭意検討を重ねて
、ここにこの発明を完成した。
、ここにこの発明を完成した。
この発明は、パルス発振式レーザを用いてレーザ光によ
る加工を行うに当たり、発振されるパルスの出力を時間
の経過につれ漸増させるようにしたことを特徴とするレ
ーザ加工法をその要旨とする。以下、この発明をその実
施例をあられす図に基づいて詳しく説明する。
る加工を行うに当たり、発振されるパルスの出力を時間
の経過につれ漸増させるようにしたことを特徴とするレ
ーザ加工法をその要旨とする。以下、この発明をその実
施例をあられす図に基づいて詳しく説明する。
まず、発明者は、何故パルス発振レーザ加工による孔あ
けの際に孔の大きさく孔径）にバラツキが生じるのかを
検討した。第２図にみるように、レーザを用いて出力さ
れたレーザ光５では、時間間隔が１＋ １パルス幅が１
．、励起ランプ印加電圧が一定値ＶＣでパルスが発振さ
れている。そして、孔あけには数パルス以上の連続照射
が必要とされる。
けの際に孔の大きさく孔径）にバラツキが生じるのかを
検討した。第２図にみるように、レーザを用いて出力さ
れたレーザ光５では、時間間隔が１＋ １パルス幅が１
．、励起ランプ印加電圧が一定値ＶＣでパルスが発振さ
れている。そして、孔あけには数パルス以上の連続照射
が必要とされる。
このようにして、第３図にみるように、孔あけがなされ
る材料６０表面に照射されるパルスレーザのレーザ光５
が集光レンズ７を通して、スポット８を形成する。スポ
ット８内の円９は、あけられた孔を示している。この場
合において、パルスレーザのエネルギー密度分布を、単
純化して示したものが第４図である。図中、曲線ｌＯは
、レーザのエネルギー密度分布を示している。縦軸１１
は、エネルギー密度を示している。横軸１２は照射され
たレーザ光のスポット８の直径の大きさを示している。
る材料６０表面に照射されるパルスレーザのレーザ光５
が集光レンズ７を通して、スポット８を形成する。スポ
ット８内の円９は、あけられた孔を示している。この場
合において、パルスレーザのエネルギー密度分布を、単
純化して示したものが第４図である。図中、曲線ｌＯは
、レーザのエネルギー密度分布を示している。縦軸１１
は、エネルギー密度を示している。横軸１２は照射され
たレーザ光のスポット８の直径の大きさを示している。
この場合のスポット８の直径は、Ａで示している範囲と
なる。
なる。
このスポットにおいて、第４図からも明らかなように、
゛中心部に至るほどエネルギー密度が大きくなっており
、逆に、周辺部に行くに連れて、エネルギー密度は小さ
くなっている。レーザから出力光が照射された瞬間にお
ける、孔があけられるべき材料の表面部分の温度分布は
、はぼ、４ＪＩＩＩ４図であられしたエネルギー密度分
布と比例関係にあると考えられる。したがって、図中Ｂ
を、前記材料の沸点に相当するエネルギー密度レベルと
すると、ａで示した範囲が、この材料が溶融、蒸発する
範囲となる。もし、この材料が非常に薄いものである場
合には、はぼ、このａに相当する範囲（直径）の孔があ
けられる。
゛中心部に至るほどエネルギー密度が大きくなっており
、逆に、周辺部に行くに連れて、エネルギー密度は小さ
くなっている。レーザから出力光が照射された瞬間にお
ける、孔があけられるべき材料の表面部分の温度分布は
、はぼ、４ＪＩＩＩ４図であられしたエネルギー密度分
布と比例関係にあると考えられる。したがって、図中Ｂ
を、前記材料の沸点に相当するエネルギー密度レベルと
すると、ａで示した範囲が、この材料が溶融、蒸発する
範囲となる。もし、この材料が非常に薄いものである場
合には、はぼ、このａに相当する範囲（直径）の孔があ
けられる。
以上述べたごとき孔のあけられる作用において、孔の大
きさく孔径）には次のような要素によってバラツキが生
じてくる。それは、レーザの出力エネルギー、スボツ１
の直径、および、１右記材料の、レーザの出力光反射率
、熱伝導車、比熱、密度。
きさく孔径）には次のような要素によってバラツキが生
じてくる。それは、レーザの出力エネルギー、スボツ１
の直径、および、１右記材料の、レーザの出力光反射率
、熱伝導車、比熱、密度。
沸点等である。これらのバラツキの原因となる要素は、
第４図において、孔があけられるべき材料の沸点に相当
するエネルギー密度レベルであるＢのバラツキと考える
ことができる。それゆえ、このＢのバラツキを同図に示
すごとく、ΔＢとしてやると、この場合、ΔＢのバラツ
キは、あけられる孔の直径（孔径）のバラツキΔａに相
当する。
第４図において、孔があけられるべき材料の沸点に相当
するエネルギー密度レベルであるＢのバラツキと考える
ことができる。それゆえ、このＢのバラツキを同図に示
すごとく、ΔＢとしてやると、この場合、ΔＢのバラツ
キは、あけられる孔の直径（孔径）のバラツキΔａに相
当する。
こむで、発明者は、エネルギー密度分布曲線１０と前記
Ｂとの交点Ｃ９Ｃにおいて、この曲線ｌＯの勾配を急に
してやれば、Δａの値を小さくすることができ、したが
って、ΔＢのバラツキが生じても孔径のバラツキを小さ
くすることができることを見いだした。
Ｂとの交点Ｃ９Ｃにおいて、この曲線ｌＯの勾配を急に
してやれば、Δａの値を小さくすることができ、したが
って、ΔＢのバラツキが生じても孔径のバラツキを小さ
くすることができることを見いだした。
そして、発明者は、この発明の１実施例として第５図に
みるような、パルス発振中の励起ランプ印加電圧を、ス
タート時ＫＶｉと設定しておき、徐々に増加させてスト
ップ時にはｖｖまで段階的に上昇させてやればよいこと
に気づいた。このようにすれば、第４図で示したような
エネルギー密度分布とは異なったエネルギー密度分布が
生じるため、孔をあけられるべき材料の温度分布が、こ
の異なったエネルギー密度分布に比例したものとなる。
みるような、パルス発振中の励起ランプ印加電圧を、ス
タート時ＫＶｉと設定しておき、徐々に増加させてスト
ップ時にはｖｖまで段階的に上昇させてやればよいこと
に気づいた。このようにすれば、第４図で示したような
エネルギー密度分布とは異なったエネルギー密度分布が
生じるため、孔をあけられるべき材料の温度分布が、こ
の異なったエネルギー密度分布に比例したものとなる。
したがって、第２図で示したような一定の励起ランプ印
加電圧で、パルス発振をさせたレーザにおいては決して
得られなかった、エネルギー密度分布曲線が得られる。
加電圧で、パルス発振をさせたレーザにおいては決して
得られなかった、エネルギー密度分布曲線が得られる。
、この場合において、前記交点Ｃ９Ｃにおいて、エネル
ギー密度分布曲線１０の勾配が急になるように、第５図
において、上限・下限電圧（Ｖｖ 、 ＶＩ）および印
加電圧の上昇勾配等のパラメータ（助変数）を適切に選
択してやればよい。このようにして得られたエネルギー
密紛橿朦１０’と従来のパルス信号により得られたエネ
ル＊ −簡紛制醜ｉ ｏの勾配を比較したのが、第６図
である。同図にみるように、ΔＢに対して、この発明に
がかるレーザ加工法によるエネルギ１渡分布曲線の孔径
のバラツキΔａ′は、従来の方法による孔径のバラツキ
Δａと比べて非常に小さいものとなっている。
ギー密度分布曲線１０の勾配が急になるように、第５図
において、上限・下限電圧（Ｖｖ 、 ＶＩ）および印
加電圧の上昇勾配等のパラメータ（助変数）を適切に選
択してやればよい。このようにして得られたエネルギー
密紛橿朦１０’と従来のパルス信号により得られたエネ
ル＊ −簡紛制醜ｉ ｏの勾配を比較したのが、第６図
である。同図にみるように、ΔＢに対して、この発明に
がかるレーザ加工法によるエネルギ１渡分布曲線の孔径
のバラツキΔａ′は、従来の方法による孔径のバラツキ
Δａと比べて非常に小さいものとなっている。
この実施例においては、レーザを用いて行なうレーザ加
工の対象として孔あけについて述べたが、他のレーザ加
工である切断、スクライビング、トリミング１、チュー
ニング、バランスとり等の材料除去、溶接、および熱処
理、溶解、蒸着等の熱源として用いる場合においても、
当然利用可能である。すなわち、この発明にがかるレー
ザ加工法によれば、エネルギー密度分布曲線を、前記交
点Ｃ１Ｃにおいてその勾配を急にさせることにより、種
々のバラツキの要因となるものの影響を受けることを最
小限度に抑えているため、どのような用途であれ、レー
ザを用いることのでき得るものであれば、利用すること
ができるのである。
工の対象として孔あけについて述べたが、他のレーザ加
工である切断、スクライビング、トリミング１、チュー
ニング、バランスとり等の材料除去、溶接、および熱処
理、溶解、蒸着等の熱源として用いる場合においても、
当然利用可能である。すなわち、この発明にがかるレー
ザ加工法によれば、エネルギー密度分布曲線を、前記交
点Ｃ１Ｃにおいてその勾配を急にさせることにより、種
々のバラツキの要因となるものの影響を受けることを最
小限度に抑えているため、どのような用途であれ、レー
ザを用いることのでき得るものであれば、利用すること
ができるのである。
以上のように、この発明にがかるレーザ加工法は、パル
ス発振式レーザを用いてレーザ光による加工を行うに当
たり、発振されるパルスの出力を時間の経過につれ漸増
させるようにしたことを特徴とするので、従来問題とな
っていたレーザ光による加工部分の大きさのバラツキが
ほとんどなくなった。また、レーザの発振系統、光学系
統に対して何んら装置を付加することなく、ランプ印加
電圧を電気的に制御するのみで、従来なし得なかった前
記バラツキの減少を達成し得る。
ス発振式レーザを用いてレーザ光による加工を行うに当
たり、発振されるパルスの出力を時間の経過につれ漸増
させるようにしたことを特徴とするので、従来問題とな
っていたレーザ光による加工部分の大きさのバラツキが
ほとんどなくなった。また、レーザの発振系統、光学系
統に対して何んら装置を付加することなく、ランプ印加
電圧を電気的に制御するのみで、従来なし得なかった前
記バラツキの減少を達成し得る。
第１図は、レーザの基本的構成図、第２図は、従来のパ
ルス発振レーザによるパルス信号をあられすグラフ、第
３図は、レーザ光が孔をあけられるべき相料に照射され
ている図、第４図は、第３図におけふレーザ光照射部分
のエネルギー密度分布をあられすグラフ、第５図はこの
発明にがかるレーザ加工法の１実施例のパルス信号をあ
られすグラフ、第６図は、従来のパルス信号とこの発明
にかかるパルス信号によるエネルギー密度分布曲線の勾
配を比較した図である。 ６・・・材料 ８・・・スポット ９・・・孔 １０゜
１σ・・・エネルギー密度分布曲ａ ｌｌ・・・エネル
ギー密度 １２・・・スポットの直径代理人 弁理士
松 本 武 彦 第１図 第２図 第３図 第４図 手続補正書（０如 １、事件の表示 Ｈｇｆロ５９荊五Ｙ願第０５６５２２号２、発明の名称 レーザ加工法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 任 所 大阪府門真市大字門真１０４８番地名 称（５
８３）松下電工株式会社 代表者 ＰＵＮ帝役 小 林 郁 ４、代理人 ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 （１１第２図を別紙のとおりに訂正する。 第２図 λ９−ト λト・ノｒ ｔ（−関）
ルス発振レーザによるパルス信号をあられすグラフ、第
３図は、レーザ光が孔をあけられるべき相料に照射され
ている図、第４図は、第３図におけふレーザ光照射部分
のエネルギー密度分布をあられすグラフ、第５図はこの
発明にがかるレーザ加工法の１実施例のパルス信号をあ
られすグラフ、第６図は、従来のパルス信号とこの発明
にかかるパルス信号によるエネルギー密度分布曲線の勾
配を比較した図である。 ６・・・材料 ８・・・スポット ９・・・孔 １０゜
１σ・・・エネルギー密度分布曲ａ ｌｌ・・・エネル
ギー密度 １２・・・スポットの直径代理人 弁理士
松 本 武 彦 第１図 第２図 第３図 第４図 手続補正書（０如 １、事件の表示 Ｈｇｆロ５９荊五Ｙ願第０５６５２２号２、発明の名称 レーザ加工法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 任 所 大阪府門真市大字門真１０４８番地名 称（５
８３）松下電工株式会社 代表者 ＰＵＮ帝役 小 林 郁 ４、代理人 ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 （１１第２図を別紙のとおりに訂正する。 第２図 λ９−ト λト・ノｒ ｔ（−関）
Claims (1)
- （１）パルス発振式レーザを用いてレーザ光による加工
を行うに当たり、発振されるバルヌの出力を時間の経過
につれ漸増させるよう圧したことを特徴とするレーザ加
工法・
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59056522A JPS60198881A (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | レ−ザ加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59056522A JPS60198881A (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | レ−ザ加工法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60198881A true JPS60198881A (ja) | 1985-10-08 |
Family
ID=13029442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59056522A Pending JPS60198881A (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | レ−ザ加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60198881A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02143481A (ja) * | 1988-11-24 | 1990-06-01 | Shimadzu Corp | エキシマレーザ装置 |
| JPH0327885A (ja) * | 1989-06-22 | 1991-02-06 | Canon Inc | レーザーによる加工方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4967298A (ja) * | 1972-10-31 | 1974-06-29 | ||
| JPS5236400A (en) * | 1975-09-17 | 1977-03-19 | Nippon Steel Corp | Method of and device for fastening bolts |
-
1984
- 1984-03-23 JP JP59056522A patent/JPS60198881A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4967298A (ja) * | 1972-10-31 | 1974-06-29 | ||
| JPS5236400A (en) * | 1975-09-17 | 1977-03-19 | Nippon Steel Corp | Method of and device for fastening bolts |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02143481A (ja) * | 1988-11-24 | 1990-06-01 | Shimadzu Corp | エキシマレーザ装置 |
| JPH0714099B2 (ja) * | 1988-11-24 | 1995-02-15 | 株式会社島津製作所 | エキシマレーザ装置 |
| JPH0327885A (ja) * | 1989-06-22 | 1991-02-06 | Canon Inc | レーザーによる加工方法 |
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