TWI684309B - 雷射振盪器 - Google Patents

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TWI684309B
TWI684309B TW107146105A TW107146105A TWI684309B TW I684309 B TWI684309 B TW I684309B TW 107146105 A TW107146105 A TW 107146105A TW 107146105 A TW107146105 A TW 107146105A TW I684309 B TWI684309 B TW I684309B
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田中研太
河村譲一
萬雅史
岡田康弘
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日商住友重機械工業股份有限公司
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Abstract

[課題]提供一種難以受腔室的熱變形的影響之雷射振盪器。 [解決手段]雷射介質氣體收容於腔室。一對放電電極在腔室內部的放電空間產生放電。配置於腔室的內部空間之一對共振器鏡片，係相對於腔室被支撐，並且構成具有通過放電空間之光軸之光共振器。

Description

雷射振盪器
本發明有關雷射振盪器。
構成氣體雷射振盪器的光共振器之一對鏡片通常安裝於腔室的壁面(專利文獻1等)，該氣體雷射振盪器在腔室內收容有雷射介質氣體。鏡片還作為隔開收容有雷射介質氣體之空間與外部空間之腔室的壁面的一部分而發揮作用。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-298154號專利公報
[發明欲解決之課題]
在雷射振盪器的動作期間，有時會由於放電引起之發熱，腔室發生變形。若腔室發生變形，則安裝於腔室壁面之一對鏡片的相對位置關係會發生變化。其結果，導致雷射光束的中心位置、射出方向、品質等發生變動。
本發明的目的為提供一種難以受腔室的熱變形的影響之雷射振盪器。 [解決課題之手段]
依本發明的一觀點，提供一種雷射振盪器，具有： 腔室，其係收容雷射介質氣體； 一對放電電極，其係在前述腔室內部的放電空間產生放電；以及 一對共振器鏡片，其係被配置在前述腔室的內部空間，相對於前述腔室被支撐，並且構成具有通過前述放電空間之光軸之光共振器。 [發明效果]
容易採用以共振器鏡片所構成的光共振器的光軸的位置難以受腔室的熱變形的影響之結構。
參閱圖1～圖3，對基於實施例之雷射振盪器進行說明。 圖1為包含基於實施例之雷射振盪器的光軸之剖視圖。雷射介質氣體收容於腔室10。在腔室10的內部空間配置有一對放電電極11及一對共振器鏡片12。一對放電電極11在上下方向上隔開間隔而配置，在兩者之間劃定有放電空間13。放電電極11藉由在腔室10內部的放電空間13產生放電而激發雷射介質氣體。
一對共振器鏡片12係介隔著配置於腔室10的內部空間之支撐構件14，被支撐在腔室10。共振器鏡片12構成具有通過放電空間13之光軸之光共振器。支撐構件14用具有熱膨脹係數低於構成腔室10之材料的熱膨脹係數低的熱膨脹材料來形成。例如，腔室10用不鏽鋼、鋁等來形成，支撐構件14由因瓦合金(Invar)(註冊商標)等形成。在1個低熱膨脹材上，固定有一對共振器鏡片12。
而且，在腔室10的內部空間配置有使腔室10內部的雷射介質氣體循環之送風機15。雷射介質氣體所循環之路徑包括放電空間13。
於至少兩處的腔室支撐點30，腔室10被支撐在外部的基座。在該基座，支撐有從雷射振盪器輸出之雷射光束所通過之各種光學裝置。
共振器鏡片12及放電電極11配置於比腔室支撐點30更靠上方的空間，送風機15配置於比腔室支撐點30更靠下方的送風機室16。一對共振器鏡片12分別收容於沿與光共振器的光軸平行之兩個方向延伸了放電空間13之突出部分17。突出部分17從送風機室16的壁面沿光軸方向突出。腔室支撐點30位於突出部分17的底板17A。以懸掛在腔室支撐點30的下方之狀態，保持送風機室16。共振器鏡片12及放電電極11被支撐在突出部分17的底板17A的內表面。
在一個方向(圖1中的左方向)上延伸了光共振器的光軸之延長線與腔室10的壁面的交叉部位，安裝有使雷射光束透射之透光窗18。在光共振器內被激勵之雷射光束透射透光窗18而向外部放射。
在腔室10內配置有隔板20。隔板20隔開：包含送風機室16及放電空間13之雷射介質氣體的循環路徑、和配置有共振器鏡片12之空間(鏡片收容空間)27。在隔板20，在與光共振器的光軸交叉之部位設置有開口21。通過該開口21之雷射光被封入於光共振器。
圖2為與基於本實施例之雷射振盪器的光軸垂直之剖視圖。在腔室10中比突出部分17(圖1)的底板17A更靠上方的空間配置有支撐構件14及放電電極11。放電電極11及支撐構件14被支撐在突出部分17的底板17A的內表面。例如，放電電極11係介隔著門型的支撐構件23而被支撐在底板17A，該門型的支撐構件被配置成跨過支撐共振器鏡片12(圖1)的支撐構件14。
在腔室10內配置有隔板20。隔板20劃定出：以送風機室16、從送風機室16至放電空間13為止的第1氣體流路24、放電空間13及從放電空間13至送風機室16為止的第2氣體流路25所構成之雷射介質氣體的循環路徑。送風機15以使雷射介質氣體在循環路徑循環之方式產生雷射介質氣體的流動。隔板20隔開該循環路徑和配置有共振器鏡片12(圖1)之鏡片收容空間27。在隔板20設置有用於使雷射光透射之開口21。
雷射介質氣體的循環路徑中，在從送風機15朝向放電空間13之部分的隔板20，設置有使雷射介質氣體從循環路徑向鏡片收容空間27流出之流出孔28。藉由送風機15朝向第1氣體流路24之雷射介質氣體的流動中包含之一部分的雷射介質氣體，通過流出孔28，流出到鏡片收容空間27。在流出孔28設置有去除塵屑之過濾器29。例如，過濾器29塞在流出孔28，從送風機室16向鏡片收容空間27流入之雷射介質氣體，藉由通過過濾器29而被過濾。
圖3為去除了腔室10中比突出部分17的底板17A更靠上側之側面及頂板之狀態的雷射振盪器的概略立體圖。隔板20利用沿著使突出部分17的底板17A朝向腔室10的內側延長之假想平面之第1部分20A、與上側的放電電極11連續之第2部分20B、與下側的放電電極11(圖3中未示出。)連續之第3部分20C及一對第4部分20D所構成。圖3中，在第1部分20A標有陰影線。
將第2部分20B及上側的放電電極11作為外周側的壁面，並將第3部分20C及下側的放電電極11(圖2)作為內周側的壁面，形成有相對於光軸垂直之剖面呈U字狀的空間。U字狀空間的光軸方向的兩端，分別被第4部分20D塞住。在一對第4部分20D，分別設置有開口21。
在第1部分20A，沿光軸方向設置有較長長方形的一對開口22。U字狀空間的周方向的兩端分別透過一對開口22，連續到送風機室16。雷射介質氣體從送風機室16通過其中一個開口22而流入U字狀空間，雷射介質氣體從U字狀空間通過另一開口22而回收至送風機室16。圖3中，以箭頭示出雷射介質氣體通過開口22之方向。在雷射介質氣體從送風機室16流入到U字狀空間那一側的開口22的外側，設置有貫穿第1部分20A之流出孔28。進行循環的雷射介質氣體的一部分，係通過流出孔28，流入到第1部分20A的上側的鏡片收容空間27(圖1、圖2)。圖3中，以箭頭示出雷射介質氣體通過流出孔28之方向。
接著，對藉由採用基於本實施例之雷射振盪器的結構而獲得之優異效果進行說明。
在構成為共振器鏡片安裝於腔室10的壁面之構造之情況下，若在腔室10中產生熱變形，則會導致共振器鏡片的位置及姿勢發生變化。本實施例中，共振器鏡片12並未直接安裝於腔室10的壁面，而是配置於腔室10的內部空間。是故，與共振器鏡片安裝於腔室10的壁面之構造相比，即使腔室10發生熱變形，共振器鏡片12的位置及姿勢亦不會直接受到腔室10的熱變形的影響。是故，難以產生共振器鏡片12的相對的位置偏離。而且，一對共振器鏡片12被固定在1個利用低熱膨脹材所構成的支撐構件14的緣故，因此更難以產生共振器鏡片12的相對的位置偏離。
接著，與基於圖4及圖5所示之比較例之雷射振盪器進行比較，對藉由採用基於本實施例之雷射振盪器的構造而獲得之優異效果進行說明。
圖4為包含基於比較例之雷射振盪器的光軸之剖視圖。腔室50係於其底面的腔室支撐點59被支撐在外部的基座。在腔室50的內部配置有放電電極51。放電電極51係在其兩端被支撐在腔室50的側壁。在放電電極51與腔室50的底面之間，配置有送風機61。
在腔室50的上表面的上側，支撐構件54相對於腔室50被支撐。支撐構件54在光軸方向上較長，在其兩端分別安裝有共振器鏡片部55。在共振器鏡片部55安裝有共振器鏡片52。在沿光軸方向延伸了放電空間53之延伸區域與腔室50的壁面交叉之位置，設置有開口56。在使放電空間53進一步延伸至腔室50的外側之位置，配置有共振器鏡片52。開口56的邊緣與共振器鏡片52，係用波紋管57來接續。藉由波紋管57與共振器鏡片52，開口56被塞住。
圖5為與基於比較例之雷射振盪器的光軸垂直之剖視圖。在腔室50內配置有放電電極51及送風機61。配置有導管62，其係將雷射介質氣體從放電空間53引導至送風機61的吸引部。
比較例(圖4、圖5)中，共振器鏡片52並非直接安裝於腔室50的壁面，是故，難以直接受到腔室50的熱變形的影響。但是，配置於腔室50的上表面的上側之支撐構件54的支撐點，從腔室50的底面的腔室支撐點59遠離與腔室50的高度方向的尺寸相應的尺寸。若腔室50發生熱變形，則相對於腔室支撐點59，支撐構件54的支撐點的位置發生變動。依據支撐構件54的支撐點的位置的變動，導致共振器鏡片52的位置亦相對於腔室支撐點59發生變動。
本實施例中，腔室10在位於突出部分17的底板之腔室支撐點30上被支撐，放電電極11及共振器鏡片12被支撐在突出部分17的底板。如此，支撐放電電極11及共振器鏡片12之部位，靠近支撐腔室10之腔室支撐點30。是故，即使腔室10發生熱變形，亦難以產生放電電極11及共振器鏡片12相對於腔室支撐點30之位置偏離。雷射光束的光束位置相對於腔室支撐點30之變化量亦減小。
並且，本實施例中，採用送風機室16從腔室支撐點30向下方懸掛之構造，送風機室16的下端並未機械性固定，而是處於非拘束(free)狀態。是故，送風機室16的熱變形不會對共振器鏡片12和放電電極11的位置帶來影響。
為了使放電電極11及共振器鏡片12的位置偏離難以產生，設成在與腔室支撐點30所在之平板共同的平板上支撐放電電極11及共振器鏡片12之構造者為較佳。若採用這樣的構造，則即使平板向面內方向伸縮，放電電極11及共振器鏡片12的高度方向的位置亦幾乎不會發生變化。
用在光共振器的光軸方向上分離之兩個點支撐支撐構件14(圖1)時，在其中一個支撐點上，將支撐構件14固定於腔室10，在另一支撐點上，支撐成可以移動在光軸方向者為佳。若採用這樣的構造，則腔室10相對於支撐構件14在光軸方向上能夠伸縮，是故，支撐構件14難以受到腔室10的熱變形的影響。同樣地，放電電極11亦在其中一個支撐點上固定於腔室10，在另一支撐點，支撐成相對於腔室10可以移動在光軸方向者為佳。
為了使放電電極11及共振器鏡片12難以受到腔室10的熱變形的影響，使支撐放電電極11之腔室10的壁面上的電極支撐點31、支撐共振器鏡片12之腔室10的壁面上的鏡片支撐點32，靠近腔室支撐點30者為佳。例如，在高度方向上，將放電電極11的電極支撐點31、共振器鏡片12的鏡片支撐點32、腔室支撐點30的最大間隔，設為腔室10的高度方向的尺寸的20%以下者為佳。
並且，本實施例中，共振器鏡片12的鏡片支撐點32與放電電極11的電極支撐點31靠近，是故，不易產生光共振器的光軸與放電電極11的中心軸的偏心。
圖4及圖5所示之比較例中，未隔開雷射介質氣體所循環之空間與共振器鏡片52所面向之空間。是故，雷射介質氣體中的塵屑容易附著於共振器鏡片52。
圖1及圖2所示之實施例中，藉由隔板20隔開了雷射介質氣體的循環路徑與鏡片收容空間27。是故，可獲得雷射介質氣體中的塵屑不易附著於共振器鏡片12之效果。
並且，在雷射介質氣體的循環路徑相對於鏡片收容空間27成為正壓之部位的隔板20，設置有流出孔28。是故，雷射介質氣體從循環路徑通過流出孔28流入到鏡片收容空間27。其結果，鏡片收容空間27的壓力上升。若鏡片收容空間27的壓力上升，則從放電空間13通過開口21朝向共振器鏡片12之雷射介質氣體的流動被抑制。藉此，可獲得放電空間13內的塵屑不易通過開口21而附著於共振器鏡片12之效果。
從循環路徑向鏡片收容空間27流入之雷射介質氣體藉由過濾器29被過濾，是故，能夠抑制塵屑從循環路徑向鏡片收容空間27的流入。
而且，圖1、圖2所示之實施例中，用低熱膨脹材所形成的支撐構件14被配置於腔室10的內部空間，共振器鏡片12亦被配置於內部空間。故，與將支撐構件54(圖4)配置於腔室50的外側之比較例相比，可以簡化構造。
接著，參閱圖6，對基於另一實施例之雷射振盪器進行說明。以下，對與基於圖1及圖2所示之實施例之雷射振盪器的結構共通的構成，省略說明。
圖6為包含基於本實施例之雷射振盪器的光軸之剖視圖。基於圖1及圖2所示之實施例之雷射振盪器中，共振器鏡片12介隔著支撐構件14被支撐在突出部分17的底板17A，放電電極11利用門型支撐構件23被支撐在突出部分17的底板17A。圖6所示之實施例中，放電電極11亦介隔著支撐構件14被支撐在突出部分17的底板17A。亦即，共振器鏡片12及放電電極11均被支撐構件14支撐。
接著，對藉由採用圖6所示之雷射振盪器的構成而獲得之優異效果進行說明。本實施例中，共振器鏡片12和放電電極11被共通的支撐構件14支撐，是故，難以產生放電電極11的中心軸與光共振器的光軸的偏心。為了抑制支撐構件14與放電電極11的熱膨脹率之差引起之變形，以相對於支撐構件14沿光軸方向熱膨脹自如之方式支撐放電電極11者為佳。
接著，參閱圖7，對基於另一實施例之雷射加工裝置進行說明。 圖7為基於本實施例之雷射加工裝置的概略圖。雷射加工裝置包含：被支撐在基座80之雷射振盪器70、光學系統72、及載臺74。作為雷射振盪器70，使用基於圖1、圖2所示之實施例、或圖6所示之實施例之雷射振盪器。雷射振盪器70係利用腔室支撐點30被支撐在基座80。
光學系統72對從雷射振盪器70輸出之雷射光束的光束輪廓進行整形、收斂、掃描等，使雷射光束射入於保持在載臺74之加工對象物75。加工對象物75例如是印刷配線板，藉由雷射光束進行鑽孔加工。作為載臺74，例如使用XY載臺。
接著，對藉由採用圖7所示之雷射加工裝置的結構而獲得之優異效果進行說明。本實施例中，作為雷射振盪器70，使用基於圖1、圖2、圖6等所示之實施例之雷射振盪器。是故，即使雷射振盪器70的腔室10(圖1、圖2、圖7)發生熱變形，亦難以發生相對於基座80之雷射光束的光束位置的變動。光學系統72亦固定於基座80，是故，難以產生從雷射振盪器70輸出之雷射光束的光束位置與光學系統72的相對位置關係的偏離。
由於難以發生雷射光束的射束位置與光學系統72的相對位置關係的偏離，是故，不易發生光束輪廓的整形不良。是故，能夠抑制因整形不良引起之加工品質的下降。
上述各實施例為例示，理所當然可以進行不同實施例中示出之構成的局部置換或組合。對基於複數個實施例之相同構成之相同的作用效果，並未按每個實施例逐一提及。而且，本發明並不受限於上述實施例。例如，能夠進行各種變更、改良、組合等，這對本案發明所屬技術領域中具有通常知識者來講是顯而易見的。
10‧‧‧腔室 11‧‧‧放電電極 12‧‧‧共振器鏡片 13‧‧‧放電空間 14‧‧‧支撐構件 15‧‧‧送風機 16‧‧‧送風機室 17‧‧‧突出部分 17A‧‧‧突出部分的底板 18‧‧‧透光窗 20‧‧‧分隔板 20A‧‧‧隔板的第1部分 20B‧‧‧隔板的第2部分 20C‧‧‧隔板的第3部分 20D‧‧‧隔板的第4部分 21、22‧‧‧開口 23‧‧‧門型的支撐構件 24‧‧‧第1氣體流路 25‧‧‧第2氣體流路 27‧‧‧鏡片收容空間 28‧‧‧流出孔 29‧‧‧過濾器 30‧‧‧腔室支撐點 31‧‧‧電極支撐點 32‧‧‧鏡片支撐點 50‧‧‧腔室 51‧‧‧放電電極 52‧‧‧共振器鏡片 53‧‧‧放電空間 54‧‧‧支撐構件 55‧‧‧共振器鏡片部 56‧‧‧開口 57‧‧‧波紋管 59‧‧‧腔室支撐點 61‧‧‧送風機 62‧‧‧導管 70‧‧‧雷射振盪器 72‧‧‧光學系統 74‧‧‧工作臺 75‧‧‧加工對象物 80‧‧‧基座
[圖1]圖1為沿著基於實施例之雷射振盪器的光軸之剖視圖。 [圖2]圖2為與基於圖1所示之實施例之雷射振盪器的光軸垂直之剖視圖。 [圖3]圖3為去除了圖1所示之雷射振盪器的腔室中比突出部分的底板更靠上側的側面及頂板之狀態的概略立體圖。 [圖4]圖4為包含基於比較例之雷射振盪器的光軸之剖視圖。 [圖5]圖5為與基於圖4所示之比較例之雷射振盪器的光軸垂直之剖視圖。 [圖6]圖6為包含基於另一實施例之雷射振盪器的光軸之剖視圖。 [圖7]圖7為基於又一實施例之雷射加工裝置的概略圖。
10‧‧‧腔室
11‧‧‧放電電極
12‧‧‧共振器鏡片
13‧‧‧放電空間
14‧‧‧支撐構件
15‧‧‧送風機
16‧‧‧送風機室
17‧‧‧突出部分
17A‧‧‧突出部分的底板
18‧‧‧透光窗
20‧‧‧分隔板
21‧‧‧開口
27‧‧‧鏡片收容空間
30‧‧‧腔室支撐點
31‧‧‧電極支撐點
32‧‧‧鏡片支撐點

Claims (11)

  1. 一種雷射振盪器，具有： 腔室，其係收容雷射介質氣體； 一對放電電極，其係在前述腔室內部的放電空間產生放電；以及 一對共振器鏡片，其係被配置在前述腔室的內部空間，相對於前述腔室被支撐，並且構成具有通過前述放電空間之光軸之光共振器。
  2. 如請求項1的雷射振盪器，其中，還具有： 支撐構件，其係被配置於前述腔室的內部空間，並且相對於前述腔室支撐前述共振器鏡片。
  3. 如請求項2的雷射振盪器，其中， 前述支撐構件包括用具有比構成前述腔室的材料的熱膨脹係數還低的熱膨脹係數之材料所形成的低熱膨脹材； 前述共振器鏡片被固定於前述低熱膨脹材。
  4. 如請求項3的雷射振盪器，其中， 於前述光共振器的光軸方向，前述低熱膨脹材相對於前述腔室被支撐成，前述腔室相對於前述低熱膨脹材可以伸縮。
  5. 如請求項3或4的雷射振盪器，其中， 前述放電電極被前述低熱膨脹材支撐。
  6. 如請求項5的雷射振盪器，其中， 前述放電電極相對於前述低熱膨脹材被支撐成，沿前述光共振器的光軸方向自由熱膨脹。
  7. 如請求項1至4項中任1項的雷射振盪器，其中，還具有： 送風機，其係收容於前述腔室的內部空間，使前述腔室內部的雷射介質氣體循環； 前述腔室被支撐在腔室支撐點； 收容前述送風機的送風機室從前述腔室支撐點向下方懸掛。
  8. 如請求項7的雷射振盪器，其中， 前述放電電極被支撐在前述腔室的壁面上的電極支撐點，前述共振器鏡片被支撐在前述腔室的壁面上的鏡片支撐點，於前述腔室的高度方向，前述電極支撐點、前述鏡片支撐點及前述腔室支撐點的最大間隔為前述腔室的高度的20%以下。
  9. 如請求項7的雷射振盪器，其中，還具有： 隔板，其係被配置於前述腔室內，把利用前述送風機室、從前述送風機室至前述放電空間為止的第1氣體流路、前述放電空間及從前述放電空間至前述送風機室為止的第2氣體流路所構成的雷射介質氣體的循環路徑以及收容有前述共振器鏡片之空間予以隔開，並且在與前述光共振器的光軸交叉之部位設置有開口。
  10. 如請求項9的雷射振盪器，其中， 前述循環路徑中，在從前述送風機至前述放電空間為止的部分的前述隔板，設置有使雷射介質氣體從前述循環路徑向收容有前述共振器鏡片之空間流出之流出孔。
  11. 如請求項10的雷射振盪器，其中， 在前述流出孔，設置有去除塵屑之過濾器。
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