JPS5932186A - 無声放電式パルスレ−ザ装置の出力制御方式 - Google Patents

無声放電式パルスレ−ザ装置の出力制御方式

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JPS5932186A
JPS5932186A JP57142408A JP14240882A JPS5932186A JP S5932186 A JPS5932186 A JP S5932186A JP 57142408 A JP57142408 A JP 57142408A JP 14240882 A JP14240882 A JP 14240882A JP S5932186 A JPS5932186 A JP S5932186A
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voltage
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applied voltage
pulse laser
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Masaki Kuzumoto
昌樹 葛本
Shuji Ogawa
小川 周治
Shigenori Yagi
重典 八木
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、無声放電式パルスレーザ装置の出力制御方
式、特にレーザ加工におけるパルスレーザ装置の印加電
圧制御方式に関するものである。
従来、この種のレーザ装置の代表例として、第1図に示
すものがある。この回圧おいて、1は金属電極、2は誘
電体電極である。金属電極1は接地3され、誘雷、体1
!極2は金属部21とそれを被覆する誘電体22とによ
り構成されている。4は前記電極1.2間の放電空間、
5は変圧器、6は高周波電源である。1は全反射ミラー
、8は部分反射ミラーで、この全反射ミラーIと部分反
射ミラー8と放電空間4とで光共撮器を形成している。
9 Gt−レーザガスの流れを示す矢印、10はレーザ
出力を示す矢印、11はレーザ出力を曲折させるベンデ
ィングミラー、12は集光レンズ、13は速度Vで移動
する加工対象物である。
第2図は無声放電式パルスレーザ装置に印加する電圧波
形および発振出力波形を示す図である〇第2図(a)は
印加電圧波形を示し、VO,は高周波電圧のゼロピーク
値、To= l/f、は高周波電圧周期、T、は印加電
圧パルス幅、T2はパルス間隔を示す。第2図tb)は
発振出方波形を示し、W、(pk)は発振出力のピーク
値、T、は発振出力のパルス幅、i”、、は発振遅れ時
間を示す。また、上記無声放電式パルスレーザ装置に用
いるレーザガスは炭酸ガス(CO2)、窒素ガス(N、
)、ヘリウムガス()−(e )の混合気体でモル分率
5−60−35゜圧力200 Torr程度である。
次に上記無声放電式パルスレーザ装置の動作圧ついて説
明する。金属を極1と誘電体電極2との間K、高周波!
#!6から変圧器5を介して、第2図(a)に示すよう
な、周波数f。、ゼロビーク値V。。
(8KV)の高周波が、パルス幅’I’l (0,5r
ns )、パルス間隔’I’2 (0,51nS )で
パルス状に印加される。
レーザの励起分子寿命は100μs程度であり、印加高
周波電圧の周期T。=耳は約10μsであるから、レー
ザ出力は第2図tb)に示1ようなパルス状のものとな
る。すなわち期間T、 + T、を周期とする幅Tpの
パルス状の出力である。この出力パルスのパルス幅T、
、は印加パルスのパルス幅T、より小さく 0.3 m
s程度となるが、これは電圧が印加されて出力パルスが
立ち上がるまでに約02m5程度の発振遅れ時間T、を
必要とするからである。従って、印加′α圧のパルス幅
T、と発振遅れ時間TI、出力パルス幅T、との間忙は
、T1中Tl+T、の関係が成立する。
上記のままの条件でレーザ出力を発し、レーザ加工を行
うと、加工速度により加工性能が変化することになる。
その模様をセラミックスリスクライビンダ(けがき加工
)を例に示したのが第3図である。第3図(a)は加工
速度v=1m/min、第3図tb)はv = 2 m
/minの時のスクライビングをした状態を示している
。第3図において明らかなように加工速度の変化にょI
)、長径A、短径B。
穴間隔C2溶は込み深さDがそれぞれ変化している。こ
こで長径A、短径B、穴間隔C2溶は込み深さI)のそ
れぞねは、加工速度Vの関数とし又以下の(1)〜(3
)式で示すことができる。
A−T−v     ・・・・・川・・・川・・・・・
・・・・・(11B−D” W (p k ) ・v−
’    ・=121C= (1’、 4−T2) v
’E fp−’ ・v   −−(3]従来のパルスレ
ーザ加工にあっては、第3図(a)。
(11) K示1ように加工精度が加工速度Vにより大
きく変化していた。七ハは、加工速度vKよリレーザ出
力1パルス当りの受は持つ加工領域が異なること、加工
対象物130単位長さ当りの投入エネルギーが異なるこ
とに起因していた。
この発明は、上記の点にがんがみなされたもので、パル
ス用波数f2、デユーティα。、印加電圧のゼロビーク
値V。1、放電電力wd、放電電流■のそれぞれを一定
の関係のもとで、2個以上を加工速度1/に応じ変化さ
せることにより、加工速度VのいかんICかかわらすヒ
ーム出力1パルス当りのうけもつ加工領域および加工対
象物130爪位長さ当りの投入エネルギーをほぼ等しく
加工速度Vに関係なく一定のスクライビング、穴明は等
の加工が可能な無声放電式パルスレーザ装置の出力制御
方式を提供することな目的とする。以下この発明を図面
に基づいて説明する。
第4図はこの発明の一実施例としての無声放電式パルス
レーザ装置を示す図である。この図において、第1図と
同一符号を付した部分は同一部分を示すので説明は省略
する。14は前記加工対象物13の移動速度を検出する
加工速度センサ、15は印加電、圧を制御する印加電圧
制御回路、16は前記印加電圧制御回路15により制御
された高周波電源6からの印加電圧波形の一例である。
次に上記無声放電式パルスレーザ装置の動作につL’−
て説明する。まずレーザ出力lパルス当りの受は持つ加
工領域が加工対象物13の移動速度、すなわち加工速度
vlC関係なく一定にする場合は、前記第(1)式、第
(3)式で示した長径A、穴間隔Cが加工速度Vに関係
なく一定忙すればよい。前記第(11式は次のように書
き直すことができる〇= C1Tlv +C,A = C1i、’z v + C2・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(4)従って、以下の2項目ケ印加電
圧忙施すことにより出力パルス当りのうけもつ加工領域
は加工速度Vに依存しなくなる。C,、C2を定数とし
て、(1)  v−CI fpとなるようにパルス周波
数f。
を加工速度vK同期させる。
(11)  αD = CI TIV 十C2となるよ
うK チュー フイαゎを加工速度Vに同期させる。
ここで印加電圧のパルス幅+lI、 == (p−1α
。に対する発振遅れ時間Tlの測定結果を第5図に示す
。第5図に明示するよ5にパルス幅が0.3ms以上は
発振遅れ時間は約0.2msとほぼ一定となる。
次に加工対象物130単位長さ当りの投入エネルギーを
加工速度Vに関係なく一定にするには、前記第(2)式
より、以下の第(5)式を満足させる必要がある。
Wr’pk)・v−’=一定   ・・・・・・・・・
・・・・・・(5)印加電圧ゼロピーク値V。、と発振
出力ピーク値W、(pk)とは第6図に示すような関係
があるので、Wr (p k ) =Oとなる電圧ゼロ
ピーク値をい。、と才ると、 W、 (1) k ) ” (Vop   %”op 
)    ’・・・・・・・・16)と表わ1°ことが
できる。前記第(5)、第(6)式より、C,lを定数
として以下の(lli )を印加電圧に施1ことにより
、加工対象物130単位長さ当りの投入エネルギーを加
工速度Vに関係なく一定にすることができろ。
(illl  (V。、−v”。−v−’ =C3よっ
て、V、、 ” V op + C,v    ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7)となるよ
うに、印加電圧ゼロピーク値■。Il+を加工速度Vに
同期させる。
セラミックスのスフライピンクを例忙とってパルス周波
数r、とデユーティαDft加工速度Vに同期制御した
場合を第7図(a)、 (b)に、また、印加電圧ゼロ
ピーク値V。pも同時に加工速度Vに同期制御した場合
を第8図(a)、 (b)に示す。第7図、第8図にお
いて、各(a)図は加工速度v = 1m/ m i 
n 、各(b)図はv = 2 m/mi nの場合で
あ78゜第7図においては加工速度Vに無関係にはホ一
定のプロフィールが得られているが、溶は込みシ掌さD
は加工速度vKより変化している。第8図においては加
工速度Vに関係なくは+ヂ均一の加工精度が得られる。
第9図は放IW、[力Wdと発振出力ピーク値W、(p
k)の関係を示した図、第10図は放電電流工と発振出
力ピーク値W、(pk)の関係を示した図である。
第9図、第10図において発振出力ピーク値Wr(pk
)が00時の放電電力および放ml流、すなわちレーザ
発振がおこるしきい値放電、 m、力およびしきい値放
電電流はWd、 It となる。上記(lllIに対応
する関係は、この放電電力Wd、放軍、’i、流IKつ
いても考えることができる。すなわち、レーザ発振のお
こるしき(・値放電電力W−に関して、C1を定数とし
、放電電力W、をWd= W d+ C4vとなるよ’
)K加工速度Vに同期させることにより加工物m位長さ
当りの投入エネルギーを加」−速度Vに関係な(一定に
才ることができる。また、同様にレーザ発振のJdころ
しきい値放電it流ビに関して、C3を定数とし、I 
” l  −4−C!l v  となるよ5に放電電流
]を加工速度Vに同期させることにより、加工対象物1
30単位長さ当りの投入エネルギーを加工速度Vに関係
なく一定にすることができる。
なお、この発明は加工全般に適用でき、例えば紙の穴明
けなどにも有効である。
以上説明したように、この発明に係る無声放電式パルス
レーザ装置の出力制御方式は、断続的印加電圧の継続周
波数、電圧印加時間の割合、電圧ゼロピーク値または放
電電力あるいは放電電流のいずれか2個以上の関係をも
って加工速度に同期させるか、あるいは電圧ゼロピーク
値にかえて放電電力ないしは放電電流を一定の関係をも
って加工速度に応じ変化させるようにしたので、加工速
度妬関係な(一定の加工が可能となり、例えば、加工テ
ーブルが定速度忙なるまでの間にも加工ができ、材料の
節減、加工時間の短縮が可能となるという1ぐt]た効
果がある。また、加工形状により加工速度を変化しなけ
ればならない場合にも均一の精度で加工を行うことが可
能であるというすぐれた効果も有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の無声放電式パルスレーザ装置の構成を示
す原理図、第2図(a)はその印加電圧波形図、第2図
(+3)はその発振出力波形図、第3図+a)、 (b
)は従来のパルスレーザによるセラミックスのスクライ
ビング例を示す図、第4図はこの発明妊係る無声放電式
パルスレーザ装置を示す図、第5図は発振遅f1時間T
lの測定結果を示す図、第6図は印加電圧ゼロビーク電
圧V。、と発掘出力ピーク値W、!pk)との関係を示
した図、第7図(a)、  (b)、および第8図(a
)、  (b)はこの発明に係る無声放電式パルスレー
ザ装置の出力制御方弐九よるセラミックススフライピン
クの発振出力ピーク値と放電電力、ならびに発振出力ピ
ーク値と放電電流の関係を示す図、第9図、第10図は
それぞれの放を電力Wd、放電電流■と発振出力ピーク
値W、(pk)の関係を示す図である。 図中、1は金属電極、2は誘電体電極、4は放電空間、
5は変圧器、6は高周波電源、1は全反射ミラー、8は
部分反射ミラー、11はベンゾインクミラー、12は集
光レンズ、13は加工対象物、14は加工速度センサ、
15は印加電圧制御回路、21は金属部、22は誘電体
である。なお、図中の同一符号は同一または相当部分を
示す。 代理人 葛野信−(外1名) 7図 (b) 8図 第9図 第 10  図− 11許1’l長官1ル 1、  ’I(f’lの表小    Ti”)”M(5
7−t 424 o s号2 発明′)名44:   
   無7” 放電式パルスレーザ装置の出力制御方式
3、 浦i1i k 1’る古 代表R片1+ Vへ部 4、代理人 6 補正の対象 図面 7 補正の内容 図面第8図を別紙のように補正する。 以上 第 8 λ (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 2個の電極の内少なくとも一方を金属表面が誘電体で被
    覆された構造の誘電体電極とし、この両市2極間に高周
    波電圧を断続的に印加し、パルス発振出力を得ろ無声放
    電式パルスレーザ装置釦おい−〔、加工対象物の移動速
    度を検出する加工速度センサと、この加工速度センサの
    出力により印加電圧を制御する印加電圧制御回路と、断
    続的印加電圧を出力する高周波電源とからなり、前記印
    加電圧制御回路により前記断続的印加電圧の断続周波数
    、電圧印加時間の割合、電圧ゼロピーク値または放!、
    mカあるいは放電電流のいずれか2個以上を前記加工速
    度センサからの加工速度に応じて変化させ、被加工物の
    速度に関係なく所定の加工を施すパルス発振出力を発生
    せしめることを特徴と−する無声放電式パルスレーザ装
    置の出力制御方式。
JP57142408A 1982-08-17 1982-08-17 無声放電式パルスレ−ザ装置の出力制御方式 Granted JPS5932186A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6360084A (ja) * 1986-08-29 1988-03-16 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6360084A (ja) * 1986-08-29 1988-03-16 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工装置

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JPH048154B2 (ja) 1992-02-14

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