特許 6355496 レーザ加工装置及びパルスレーザビームの出力方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6355496

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びパルスレーザビームの出力方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20180702BHJP

   H01S 3/097 20060101ALI20180702BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 N

   H01S3/097 A

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-188369(P2014-188369)

(22)【出願日】2014年9月17日

(65)【公開番号】特開2016-59932(P2016-59932A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】原 章文

【審査官】 岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１９４９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９４８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｈ０１Ｓ ３／０９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の放電電極を含み、パルスレーザビームを出力するレーザ発振器と、
入力される励振指令信号のデューティサイクルに応じてスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、高周波電圧を前記放電電極に印加するレーザ電源と、
デューティサイクル情報を含む励振パターン指令信号、及びパルスレーザビームの出力タイミングを指令するパルス出力タイミング信号が入力されると、前記励振パターン指令信号に含まれる前記デューティサイクル情報に基づいて、前記レーザ電源に前記励振指令信号を与えるレーザ制御装置と、
前記パルス出力タイミング信号、及び前記励振パターン指令信号を前記レーザ制御装置に与える加工機制御装置と
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に導光する光学系と
を有し、
前記加工機制御装置は、前記励振パターン指令信号に含まれる前記デューティサイクル情報を変化させる機能を持つレーザ加工装置。

【請求項2】

さらに、
前記加工機制御装置に前記デューティサイクル情報を入力する入力装置を有し、
前記加工機制御装置は、前記入力装置を通して入力された前記デューティサイクル情報に基づいて、前記励振パターン指令信号を前記レーザ電源に与える請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記加工機制御装置は、前記パルス出力タイミング信号の出力ごとに、前記励振パターン指令信号を変化させる請求項１または２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記レーザ発振器は、炭酸ガスレーザ発振器である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記レーザ電源は、
２本のブリッジアームを含むＨブリッジ回路と、
前記Ｈブリッジ回路に直流電圧を印加する直流電源と
を含み、
前記ブリッジアームの各々は、相互に直列に接続された２つのスイッチング素子を含み、
一対の前記放電電極は、それぞれ２本の前記ブリッジアームの中間点に接続されており、
前記励振指令信号は、前記Ｈブリッジ回路の前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記励振パターン指令信号に、さらに前記Ｈブリッジ回路のスイッチングを行うスイッチング周波数情報が含まれており、
前記レーザ制御装置は、前記励振パターン指令信号に含まれている前記デューティサイクル情報及び前記スイッチング周波数情報に基づいて、前記レーザ電源に前記励振指令信号を与える請求項５に記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

一対の放電電極を含み、パルスレーザビームを出力するレーザ発振器と、
入力される励振指令信号のデューティサイクルに応じてスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、高周波電圧を前記放電電極に印加するレーザ電源と、
デューティサイクル情報が入力されると、入力された前記デューティサイクル情報に基づいて、前記レーザ電源に前記励振指令信号を与える制御装置と、
前記制御装置に前記デューティサイクル情報を入力する入力装置と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に導光する光学系と
を有するレーザ加工装置。

【請求項8】

ガスレーザ発振器の放電電極に、スイッチング素子を含むＨブリッジ回路を通してパルス的に高周波電圧を印加することにより、プラズマを励起させてパルスレーザビームを出力する方法であって、
前記Ｈブリッジ回路の前記スイッチング素子のオンオフ周期に対するオン状態の時間の比を、レーザパルスごとに変化させることにより、前記レーザパルスのパルス幅内平均パワーを変化させるパルスレーザビームの出力方法。

【請求項9】

さらに、前記Ｈブリッジ回路のスイッチング周波数を、前記レーザパルスごとに変化させることにより、前記レーザパルスのパルス幅内平均パワーを変化させる請求項８に記載のパルスレーザビームの出力方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パルスレーザビームを加工対象物に入射させて加工を行なうレーザ加工装置、及びレーザ加工装置に適用されるパルスレーザビームの出力方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭酸ガスレーザの放電電極に供給する高周波電圧を印加することにより、レーザ出力を制御する電源装置が、特許文献１〜３に開示されている。

【0003】

特許文献１に開示された電源装置では、被加工物の加工条件に応じてパルス周波数変調された指令パルスに基づいて、インバータのオンオフ制御が行なわれる。インバータから、パルス周波数変調された電圧パルスが出力され、放電電極に印加される。これにより、加工品質の向上を図ることができる。

【0004】

特許文献２に開示された電源装置では、放電電流の検出値が設定値に一致するように、インバータの出力電圧のパルス幅が制御される。インバータの出力電流の立ち上がりがインバ−タの出力電圧の立ち上がりより遅れるように、放電電流の減少に応じてインバ−タのスイッチング周波数を増加させる。これにより、レーザ用電源の高効率化、及び低ノイズ化を図ることができる。

【0005】

特許文献３に開示された電源装置では、ガス放電レーザのＲＦ電源の出力を制御するためにパルス幅変調が採用される。ＲＦ電源に与えられるデジタルパルス列内のデジタルパルスの持続時間を漸増的に変動させることにより、デジタルパルス列の平均パワーを選択的に変化させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−０８９７８８号公報

【特許文献2】特許第０３４９６３６９号公報

【特許文献3】特表２０１３−５０７７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

レーザ加工品質を高めるために、パルスレーザビームのパルスエネルギを制御することが求められる。パルスエネルギは、レーザパワーの瞬間値を、立ち上がり時点から立ち下がり時点まで時間積分することにより求まる。パルスエネルギを大きくしたい場合、パルス幅を長くする方法と、レーザパワーを大きくする方法が考えられる。レーザ光源に炭酸ガスレーザを用いる場合、従来は、レーザパルスのパルス幅を変化させることにより、パルスエネルギを変化させていた。これは、レーザパルスごとにレーザパワーを変化させることが困難であり、パルス幅を変化させることが容易であったためである。

【0008】

ところが、パルスエネルギが同一であっても、パルス幅及びレーザパワーが異なれば、加工品質も異なることが判明した。パルス幅の調整によってパルスエネルギを変化させる方法のみでは、高品質の加工を行なうためには不十分であり、レーザパワーを調整してパルスエネルギを変化させる技術が望まれる。

【0009】

本発明の目的は、レーザパルスごとに、レーザパワーを調整して、パルスエネルギを変化させることが可能なレーザ加工装置を提供することである。本発明の他の目的は、レー
ザ加工装置に適用されるパルスレーザビームの出力方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一観点によると、
一対の放電電極を含み、パルスレーザビームを出力するレーザ発振器と、
入力される励振指令信号のデューティサイクルに応じてスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、高周波電圧を前記放電電極に印加するレーザ電源と、
デューティサイクル情報を含む励振パターン指令信号、及びパルスレーザビームの出力タイミングを指令するパルス出力タイミング信号が入力されると、前記励振パターン指令信号に含まれる前記デューティサイクル情報に基づいて、前記レーザ電源に前記励振指令信号を与えるレーザ制御装置と、
前記パルス出力タイミング信号、及び前記励振パターン指令信号を前記レーザ制御装置に与える加工機制御装置と
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に導光する光学系と
を有し、
前記加工機制御装置は、前記励振パターン指令信号に含まれる前記デューティサイクル情報を変化させる機能を持つレーザ加工装置が提供される。

【0011】

本発明の他の観点によると、
一対の放電電極を含み、パルスレーザビームを出力するレーザ発振器と、
入力される励振指令信号のデューティサイクルに応じてスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、高周波電圧を前記放電電極に印加するレーザ電源と、
デューティサイクル情報が入力されると、入力された前記デューティサイクル情報に基づいて、前記レーザ電源に前記励振指令信号を与える制御装置と、
前記制御装置に前記デューティサイクル情報を入力する入力装置と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に導光する光学系と
を有するレーザ加工装置が提供される。

【0012】

本発明のさらに他の観点によると、
ガスレーザ発振器の放電電極に、スイッチング素子を含むＨブリッジ回路を通してパルス的に高周波電圧を印加することにより、プラズマを励起させてパルスレーザビームを出力する方法であって、
前記Ｈブリッジ回路の前記スイッチング素子のオンオフ周期に対するオン状態の時間の比を、レーザパルスごとに変化させることにより、前記レーザパルスのパルス幅内平均パワーを変化させるパルスレーザビームの出力方法が提供される。

【発明の効果】

【0013】

励振指令信号のデューティサイクルに応じて高周波電圧を放電電極に印加することにより、パルスレーザビームのパルス幅内平均パワーを変化させることができる。レーザパルスごとに励振指令信号のデューティサイクルを変化させることにより、レーザパルスごとにパルス幅内平均パワーを変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施例によるレーザ加工装置の光学系の概略図及び制御系のブロック図である。

【図2】図２は、レーザ発振器の断面図である。

【図3】図３は、高周波電源の等価回路図である。

【図4】図４は、励振パターン指令信号、パルス出力タイミング信号、励振指令信号、高周波電圧、放電電流、パルスレーザビームのタイミングチャートである。

【図5】図５Ａは、励振パターン指令信号、励振指令信号、及びパルスレーザビームの波形の一例を示すグラフであり、図５Ｂは、励振パターン指令信号、励振指令信号、及びパルスレーザビームの波形の他の例を示すグラフである。

【図6】図６は、スイッチング周波数と、パルスレーザビームのパルス幅内平均パワーとの関係の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１に、実施例によるレーザ加工装置の光学系の概略図及び制御系のブロック図を示す。レーザ電源１１が、レーザ発振器１０の放電電極１２にパルス的に高周波電圧Ｖｅを印加する。レーザ電源１１は、直流電源１３及び高周波電源１４を含む。レーザ発振器１０には、例えば炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。レーザ制御装置１５が、加工機制御装置３５からの指令に基づき、直流電源１３に制御値Ｃｖを与え、高周波電源１４に励振指令信号Ｅｃを与える。

【0016】

直流電源１３は、制御値Ｃｖに基づいて、高周波電源１４に与える直流電圧の制御を行う。高周波電源１４は、励振指令信号Ｅｃに基づいて、放電電極１２に高周波電圧Ｖｅを印加する。具体的には、制御値Ｃｖによって、パルスレーザビームのパルス幅内平均出力が制御される。ここで、「パルス幅内平均出力」は、レーザ出力を、レーザパルスが出力されている期間で平均した値を意味し、パルスエネルギをパルス幅で除した値に等しい。これに対し、一般的に用いられる「パルスレーザの平均出力」は、レーザ出力を、レーザパルスが出力されていない時間も含めて単位時間で平均した値を意味する。パルスレーザの平均出力は、パルス幅内平均出力より小さい。

【0017】

例えば、プリント基板等の穴あけ加工を行う場合、パルス幅内平均出力、パルス幅、パルスの繰り返し周波数等が、目標値に一致するように制御される。

【0018】

高周波電源１４は、複数のスイッチング素子１４ａを含み、直流電源１３から供給される直流電流をスイッチングして交流に変換する。このスイッチング素子１４ａは、レーザ制御装置１５から入力される励振指令信号Ｅｃによりオンオフ制御される。高周波電源１４の詳細な構成については、後に図３を参照して説明する。

【0019】

レーザ発振器１０のレーザ媒質ガスとして、例えば炭酸ガスと窒素ガスとの混合ガスが用いられる。レーザ電源１１から放電電極１２に高周波電圧Ｖｅが印加されると、放電電極間にプラズマが励起され、レーザ発振器１０からパルスレーザビームＬｐが出力される。

【0020】

レーザ発振器１０から出力されたパルスレーザビームＬｐが、部分反射鏡２１により透過ビームと反射ビームとに分岐される。反射ビームが光検出器２０に入射する。光検出器２０は、光を検出すると、レーザ制御装置１５に、光強度に応じた検出値Ｄｖを送出する。光検出器２０は、例えば、炭酸ガスレーザの波長域に感度を持つ水銀カドミウムテルル（ＭＣＴ）光導電素子を含む。

【0021】

部分反射鏡２１を直進した透過ビームが、導光光学系を通って加工対象物３１に入射する。導光光学系は、スポット位置安定化光学系２２、非球面レンズ２３、コリメートレンズ２４、マスク２５、フィールドレンズ２６、折り返しミラー２７、ビーム走査器２８、及びｆθレンズ２９を含む。加工対象物３１は、ステージ３０に保持されている。

【0022】

スポット位置安定化光学系２２を透過したパルスレーザビームＬｐが、非球面レンズ２３に入射する。スポット位置安定化光学系２２は、複数の凸レンズを含み、レーザ発振器１０から出力されたパルスレーザビームＬｐの進行方向にぶれが生じても、非球面レンズ
２３が配置された位置におけるビームスポットの位置を安定化させる。非球面レンズ２３は、パルスレーザビームＬｐのビームプロファイルを変化させる。例えば、ガウシアン形状のビームプロファイルを、トップフラット形状のビームプロファイルに変化させる。

【0023】

非球面レンズ２３を透過したパルスレーザビームＬｐが、コリメートレンズ２４によってコリメートされた後、マスク２５に入射する。マスク２５は、透過窓及び遮光部を含み、パルスレーザビームＬｐのビーム断面を整形する。マスク２５の透過窓を透過したパルスレーザビームＬｐがフィールドレンズ２６、及び折り返しミラー２７を経由して、ビーム走査器２８に入射する。ビーム走査器２８は、加工機制御装置３５からの指令により、レーザビームを二次元方向に走査する。ビーム走査器２８として、例えばガルバノスキャナが用いられる。

【0024】

ビーム走査器２８で走査されたパルスレーザビームＬｐが、ｆθレンズ２９で集光されて加工対象物３１に入射する。フィールドレンズ２６及びｆθレンズ２９は、マスク２５の透過窓を、加工対象物３１の表面に結像させる。ステージ３０は、加工機制御装置３５からの指令により、加工対象物３１を、その表面に平行な方向に移動させることができる。ビーム走査器２８及びステージ３０の少なくとも一方が、加工対象物３１の表面においてパルスレーザビームＬｐの入射位置を移動させるための移動機構として機能する。

【0025】

加工機制御装置３５は、レーザ制御装置１５に、パルス出力タイミング信号Ｐｔ及び励振パターン指令信号Ｅｐを与える。レーザ制御装置１５は、パルス出力タイミング信号Ｐｔが入力されている期間、励振指令信号Ｅｃをレーザ発振器１０に与える。励振パターン指令信号Ｅｐによって、励振指令信号Ｅｃのデューティサイクル及びパルスの繰り返し周波数が指定される。励振指令信号Ｅｃのパルスの繰り返し周波数は、高周波電源１４のスイッチング周波数に一致する。

【0026】

図２に、レーザ発振器１０の断面図を示す。レーザチャンバ５０の内部に、送風機４０、一対の放電電極１２、熱交換器４６、及びレーザ媒質ガスが収容されている。一対の放電電極１２の間に放電空間４２が画定される。放電空間４２で放電が生じることにより、レーザ媒質ガスが励起される。図２では、放電電極１２の長さ方向に直交する断面が示されている。放電電極１２の各々は、導電部材４３とセラミック部材４４とを含む。セラミック部材４４は、導電部材４３と放電空間４２とを隔離する。

【0027】

送風機４０から、放電空間４２及び熱交換器４６を経由して送風機４０に戻る循環経路が、レーザチャンバ５０内に形成されている。熱交換器４６は放電によって高温になったレーザ媒質ガスを冷却する。

【0028】

一対の端子５１が、レーザチャンバ５０の壁面に取り付けられている。放電電極１２の導電部材４３が、それぞれチャンバ内電流路５２により端子５１に接続されている。端子５１は、チャンバ外電流路５５により、レーザ電源１１に接続されている。

【0029】

図３に、高周波電源１４の等価回路図を示す。高周波電源１４は、２本のブリッジアーム１４Ａ、１４Ｂを有するＨブリッジ回路を含む。ブリッジアーム１４Ａ、１４Ｂの各々は、相互に直列に接続された２つのスイッチング素子１４ａを含む。放電電極１２が、変圧器１４Ｃを介して、２本のブリッジアーム１４Ａ、１４Ｂの中間点に接続されている。直流電源１３がＨブリッジ回路に直流電圧を印加する。レーザ制御装置１５からの励振指令信号Ｅｃによって、スイッチング素子１４ａのオンオフ制御が行われる。

【0030】

全てのスイッチング素子１４ａがオフの状態から、一方のブリッジアーム１４Ａの高電位側のスイッチング素子１４ａと、他方のブリッジアーム１４Ｂの低電位側のスイッチン
グ素子１４ａとをオン状態に切り替えた後、オフ状態に戻し、その後、一方のブリッジアーム１４Ａの低電位側のスイッチング素子１４ａと、他方のブリッジアーム１４Ｂの高電位側のスイッチング素子１４ａとをオン状態に切り替えた後、オフ状態に戻す手順を繰り返すことにより、放電電極１２に高周波電圧が印加される。

【0031】

図４に、励振パターン指令信号Ｅｐ、パルス出力タイミング信号Ｐｔ、励振指令信号Ｅｃ、高周波電圧Ｖｅ、放電電流Ｉｅ、パルスレーザビームＬｐのタイミングチャートの一例を示す。励振パターン指令信号Ｅｐは、デューティサイクル情報及びスイッチング周波数情報を含む。一例として、励振パターン指令信号Ｅｐは、一般的なシリアル通信またはパラレル通信で、加工機制御装置３５（図１）からレーザ制御装置１５（図１）に伝達される。加工機制御装置３５は、励振パターン指令信号Ｅｐを送信した後、パルス出力タイミング信号Ｐｔを立ち上げる。１つのレーザパルス内で、デューティサイクルまたはスイッチング周波数を変化させたい場合には、励振パターン指令信号Ｅｐに、複数のデューティサイクル情報及びスイッチング周波数情報を含めるとともに、切替タイミングを指令する情報を含めればよい。

【0032】

パルス出力タイミング信号Ｐｔは、その立ち上がり及び立ち下がりによって、励振指令信号Ｅｃの出力の開始及び停止を指令する。時刻ｔ１においてパルス出力タイミング信号Ｐｔが立ち上がると、レーザ制御装置１５は、高周波電源１４への励振指令信号Ｅｃの出力を開始する。時刻ｔ３においてパルス出力タイミング信号Ｐｔが立ち下がると、レーザ制御装置１５は、高周波電源１４への励振指令信号Ｅｃの出力を停止する。

【0033】

図４において、励振指令信号Ｅｃが状態Ｅｃ０の時、高周波電源１４（図３）の全てのスイッチング素子１４ａがオフ状態であることを示す。励振指令信号Ｅｃが状態Ｅｃ１の時、一方のブリッジアーム１４Ａの高電位側のスイッチング素子１４ａ、及び他方のブリッジアーム１４Ｂの低電位側のスイッチング素子１４ａがオン状態であることを示し、励振指令信号Ｅｃが状態Ｅｃ２の時、一方のブリッジアーム１４Ａの低電位側のスイッチング素子１４ａ、及び他方のブリッジアーム１４Ｂの高電位側のスイッチング素子１４ａがオン状態であることを示す。

【0034】

高周波電源１４に励振指令信号Ｅｃが与えられると、高周波電源１４は、励振指令信号Ｅｃのデューティサイクル及びスイッチング周波数に応じて、放電電極１２に高周波電圧Ｖｅを印加する。放電電極１２に高周波電圧Ｖｅが印加されると、放電電極１２の間にプラズマが励起され、放電電流Ｉｅが流れる。パルス出力タイミング信号Ｐｔの立ち上がり時刻ｔ１よりやや遅れて、時刻ｔ２においてパルスレーザビームＬｐの出力が開始される。

【0035】

時刻ｔ３において、励振指令信号Ｅｃが停止すると、放電電極１２への高周波電圧Ｖｅの印加も停止され、放電電流Ｉｅが減少し始める。これにより、パルスレーザビームＬｐの出力パワーも低下し始める。

【0036】

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、励振パターン指令信号Ｅｐのデューティサイクル情報、励振指令信号Ｅｃ、及びパルスレーザビームＬｐとの関係について説明する。

【0037】

図５Ａに、励振指令信号Ｅｃ及びパルスレーザビームＬｐの波形の一例を示す。励振指令信号Ｅｃの１周期内に、状態Ｅｃ１、Ｅｃ０、Ｅｃ２、Ｅｃ０がこの順番に出現する。状態Ｅｃ１及び状態Ｅｃ２の各々の時間Ｔ１、及び励振指令信号Ｅｃの周期Ｔ２は、励振パターン指令信号Ｅｐ（図４）により指令される。高周波電源１４のスイッチング周波数ｆｓは、１／Ｔ２である。励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃ、すなわち高周波電源１４（図３）を構成するＨブリッジ回路の導通時間のデューティサイクルは、２×
Ｔ１／Ｔ２で表される。

【0038】

励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃ及びスイッチング周波数ｆｓが、図５Ａに示した条件のとき、パルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーはＷａ１である。パルス幅内平均パワーＷａ１にパルス幅を乗ずることにより、パルスエネルギが求まる。

【0039】

図５Ｂに、励振指令信号Ｅｃ及びパルスレーザビームＬｐの波形の他の例を示す。図５に示した励振指令信号Ｅｃの状態Ｅｃ１及び状態Ｅｃ２の各々の時間Ｔ１が、図５Ａに示した励振指令信号Ｅｃの時間Ｔ１よりも短い。励振指令信号Ｅｃの周期Ｔ２は、図５Ａに示した励振指令信号Ｅｃの周期Ｔ２と等しい。このため、図５Ｂに示した励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃは、図５Ａに示した励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃより小さい。図５Ｂに示した励振指令信号Ｅｃのスイッチング周波数ｆｓは、図５Ａに示した励振指令信号Ｅｃのスイッチング周波数ｆｓと等しい。励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃが小さくなると、放電電極１２（図３）に供給される高周波電力が減少し、パルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーが低下する。従って、励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃ及びスイッチング周波数ｆｓが図５Ｂに示した条件のときにおけるパルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーＷａ２は、図５Ａに示したパルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーＷａ１より小さい。

【0040】

図５Ａ及び図５Ｂに示したように、励振パターン指令信号Ｅｐによってレーザ制御装置１５に指令されるデューティサイクル情報を変化させることにより、パルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーを変化させることができる。

【0041】

直流電源１３（図１）の出力電圧を変化させることによっても、放電電極１２に供給される高周波電力を変化させ、パルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーを制御することができる。ところが、直流電源１３の出力電圧は、平滑キャパシタ等によって平滑化されている。このため、パルスレーザビームのパルス間隔程度の短い時定数で、直流電源１３の出力電圧を変化させることは困難である。

【0042】

上記実施例では、高周波電源１４（図１）に印加される直流電圧は一定に維持したまま、励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃを変化させることにより、パルスレーザビームのパルス幅内平均パワーを変化させている。励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃは、パルス出力タイミング信号Ｐｔの出力ごとに変化させることが可能である。このため、レーザパルスごとに、パルス幅内平均パワーを制御することが可能である。

【0043】

図５Ａ〜図５Ｂでは、励振指令信号Ｅｃのスイッチング周波数ｆｓを一定にし、デューティサイクルＤｃｃを変化させることにより、パルス幅内平均パワーを変化させた。反対に、デューティサイクルＤｃｃを一定にし、スイッチング周波数ｆｓを変化させても、パルス幅内平均パワーを変化させることができる。

【0044】

励振指令信号Ｅｃのスイッチング周波数ｆｓは、図３に示した変圧器１４Ｃ及び放電電極１２を含む共振回路の共振周波数ｆｒの近傍に設定される。これにより、レーザ発振器１０に高周波電力を効率的に供給することができる。スイッチング周波数ｆｓが共振周波数ｆｒからずれると、レーザ発振器１０に供給される高周波電力が低下する。

【0045】

図６に、スイッチング周波数ｆｓと、パルスレーザビームＬｐのパルス幅内平均パワーＷａとの関係の一例を示す。スイッチング周波数ｆｓが共振周波数ｆｒと等しいとき、レーザ発振器１０に効率的に高周波電力が供給されるため、パルス幅内平均パワーＷａが最大値を示す。スイッチング周波数ｆｓが共振周波数ｆｒからずれると、レーザ発振器１０に供給される高周波電力が減少し、パルス幅内平均パワーＷａが低下する。従って、スイ
ッチング周波数ｆｓを変化させることによっても、パルス幅内平均パワーＷａを変化させることができる。

【0046】

パルス幅内平均パワーＷａを変化させるために、励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃ及びスイッチング周波数ｆｓの両方を変化させてもよい。励振指令信号ＥｃのデューティサイクルＤｃｃ及びスイッチング周波数ｆｓは、加工機制御装置３５からレーザ制御装置１５に送信される励振パターン指令信号Ｅｐによって指令される。

【0047】

実施例によるレーザ加工装置を、プリント基板の穴あけ加工に用いる場合、レーザパルスごとにパルス幅内平均パワーを制御することにより、加工品質を高めることが可能になる。デューティサイクル情報及びスイッチング周波数情報は、入力装置３６を通して加工機制御装置３５に入力される。

【0048】

上記実施例では、レーザ発振器１０（図１）として、炭酸ガスレーザ発振器を用いたが、他のガスレーザ発振を用いることも可能である。

【0049】

また、上記実施例では、レーザ制御装置１５と加工機制御装置３５とを、異なる装置で実現したが、レーザ制御装置１５と加工機制御装置３５とを一体化し、１つの装置として実現してもよい。この場合には、一体化された制御装置が、入力装置３６を通して入力されたデューティサイクル情報に基づいて、レーザ電源１１に励振指令信号Ｅｃを与える。

【0050】

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0051】

１０ レーザ発振器
１１ レーザ電源
１２ 放電電極
１３ 直流電源
１４ 高周波電源
１４ａ スイッチング素子
１４Ａ、１４Ｂ ブリッジアーム
１４Ｃ 変圧器
１５ レーザ制御装置
２０ 光検出器
２１ 部分反射鏡
２２ スポット位置安定化光学系
２３ 非球面レンズ
２４ コリメートレンズ
２５ マスク
２６ フィールドレンズ
２７ 折り返しミラー
２８ ビーム走査器
２９ ｆθレンズ
３０ ステージ
３１ 加工対象物
３５ 加工機制御装置
３６ 入力装置
４０ 送風機
４２ 放電空間
４３ 導電部材
４４ セラミック部材
４６ 熱交換器
５０ レーザチャンバ
５１ 端子
５２ チャンバ内電流路
５５ チャンバ外電流路
Ｃｖ 制御値
Ｄｃｃ デューティサイクル
Ｄｖ 検出値
Ｅｃ 励振指令信号
Ｅｐ 励振パターン指令信号
Ｉｅ 放電電流
Ｌｐ パルスレーザビーム
Ｐｔ パルス出力タイミング信号
Ｖｅ 高周波電圧
Ｗａ パルス幅内平均パワー
ｆｒ 共振周波数
ｆｓ スイッチング周波数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】