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JP7121383B2 - Gas laser oscillation method, and gas laser oscillation device, laser welding device, and laser processing device using this method - Google Patents
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Gas laser oscillation method, and gas laser oscillation device, laser welding device, and laser processing device using this method Download PDF

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Description

本発明は、ガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置に関し、具体的には、レーザ光の第一の出力波形と第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置に係る。更に詳しくは、レーザ光のフラットな第一の出力波形と、パルス状の第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a gas laser oscillation method, and a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method. , a gas laser oscillation method for oscillating laser light having a third output waveform that is a combination of both output waveforms, and a gas laser oscillation apparatus, laser welding apparatus, and laser processing apparatus using this method. More specifically, based on a flat first output waveform and a pulsed second output waveform of laser light, a gas laser oscillation method for oscillating laser light with a third output waveform that is a combination of both output waveforms; and a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method.

従来の軸方向励起短パルス炭酸ガスレーザ装置では、ガラスなどの絶縁体からなる放電管内に、レーザ媒質として炭酸ガスと、窒素ガスと、ヘリウムガスを混合した励起媒質ガス(レーザガス、以下、略して「励起ガス」と記載)を封入し、放電管には主電極を設け、これら主電極には主電源を接続して、放電管内に放電を発生させるように構成している。この放電で生じた高速の電子が、N2分子を励起して高エネルギー準位に上げ、この励起されたN2分子が、CO2分子に衝突してCO2分子にエネルギーを与えて励起させ、エネルギー準位を上げる。その際、N2分子はエネルギー準位が下がる。反転分布したCO2分子は放電管の両端にそれぞれ対向するように配置したリアミラー(全反射鏡)とハーフミラー(部分反射鏡)により共振器内で増幅され、レーザ光を誘導放出し、ハーフミラーから外部にレーザ光を出力させている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional axial excitation short-pulse carbon dioxide laser device, an excitation medium gas (laser gas, hereinafter abbreviated as " The discharge tube is provided with main electrodes, and a main power supply is connected to the main electrodes to generate discharge in the discharge tube. The high-speed electrons generated by this discharge excite the N2 molecules to a high energy level, and the excited N2 molecules collide with the CO2 molecules to give energy to the CO2 molecules and excite them. , raises the energy level. At that time, the energy level of the N2 molecule is lowered. The reversed distribution of CO 2 molecules is amplified in the cavity by a rear mirror (total reflection mirror) and a half mirror (partial reflection mirror) placed facing each other at both ends of the discharge tube, causing stimulated emission of laser light, and the half mirror laser light is output to the outside (see Patent Document 1, for example).

図16に、従来の軸方向励起短パルス炭酸ガスレーザ装置で出力されるレーザ光の出力波形を示した。図16では、縦軸にレーザ強度(W)を、横軸に時間をとって、レーザ光の出力波形を示している。レーザ光の出力を始めると、尖塔パルスとして図16のレーザ強度がO点(t1時点)から、P点まで急に立ち上がり、その後低下する。低下の状況は、一旦、尖塔パルスのピークであるP点の半分以下のレーザ強度のQ点(t2時点)まで低下したのち、パルステール(尾)を引くようにレーザ強度が徐々に小さくなって、レーザ強度がゼロのS点(t3時点)に移行する。図16の、O点、P点、Q点、S点を線で結んだ形が、レーザ光の一般的な出力波形である。 FIG. 16 shows an output waveform of laser light output from a conventional axially pumped short-pulse carbon dioxide gas laser device. In FIG. 16, the vertical axis represents the laser intensity (W) and the horizontal axis represents time, showing the output waveform of the laser light. When the output of laser light is started, the laser intensity in FIG. 16 rises sharply from point O (time t1) to point P as a steeple pulse, and then decreases. The state of decrease is that after the laser intensity once decreases to point Q (time t2), which is less than half of point P, which is the peak of the steeple pulse, the laser intensity gradually decreases so as to draw a pulse tail. , to point S (time t3) where the laser intensity is zero. A shape connecting points O, P, Q, and S in FIG. 16 is a general output waveform of laser light.

一方、レーザ光の工業的利用方法として、レーザ光を複数の重ねた合成樹脂材に照射してレーザ溶着することや、レーザ光を合成樹脂材に照射して孔をあけることが行われている。 On the other hand, as a method of industrially using laser light, laser welding is performed by irradiating a plurality of laminated synthetic resin materials with laser light, and laser light is irradiated to synthetic resin materials to form holes. .

例えば、合成樹脂材をレーザ溶着するときは、図17のように、透明のレーザ光透過性樹脂材80の下に、不透明又は有色のレーザ光吸収性樹脂材81を配置し、レーザ光透過性樹脂材80の上からレーザ光50を照射している。 For example, when laser welding synthetic resin materials, as shown in FIG. A laser beam 50 is irradiated from above the resin material 80 .

レーザ光50はレーザ光吸収性樹脂材81に吸収され、レーザ光吸収性樹脂材81は溶融して、内部に溶融部分83ができる。溶融部分83の表面83aは、対向し当接しているレーザ光透過性樹脂材80の対向面80aと溶け合い、レーザ光50の照射が止まると冷却、固化して溶着する。 The laser light 50 is absorbed by the laser light absorbing resin material 81, and the laser light absorbing resin material 81 is melted to form a melted portion 83 inside. The surface 83a of the melted portion 83 melts with the facing surface 80a of the laser light transmitting resin material 80 facing and abutting thereon.

しかし、図17でレーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の表面の凹凸を強調して描いたように、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81のそれぞれの表面粗さが粗かったり、反りがあったりして、上記説明した対向面80aと表面83aの一部に隙間ができるなど、密着程度が弱いときには、対向面80aと表面83aが密着して互いに溶け合うのに時間がかかる。対向面80aと表面83aが密着していても、軽く接する程度の密着力では、迅速で確実な溶着ができず、溶着作業後の溶着強度が不足することがあった。 However, as shown in FIG. 17 emphasizing the irregularities on the surfaces of the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81, the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 each When the degree of adhesion is weak, such as when the surface roughness is rough or there is warpage, and a gap is formed between the facing surface 80a and the surface 83a described above, the facing surface 80a and the surface 83a are in close contact with each other. It takes time to melt into each other. Even if the facing surface 80a and the surface 83a are in close contact with each other, the adhesive force of light contact may not allow quick and reliable welding, resulting in insufficient welding strength after the welding operation.

そこで従来から、合成樹脂材のレーザ溶着を行う際に、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の溶着対象範囲を、ヒータ加熱、電磁誘導加熱、熱風加熱、赤外線ランプ加熱等の手段で予備加熱して軟化させ、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81を密着させてから、レーザ光を照射して迅速に確実な溶着を行い、所望の溶着強度を得ることが提案されていた(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, conventionally, when performing laser welding of synthetic resin materials, the range to be welded between the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 is heated by heater heating, electromagnetic induction heating, hot air heating, infrared lamp heating, or the like. After the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 are brought into close contact with each other, the resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 are preheated and softened by means of . It has been proposed to obtain (see, for example, Patent Document 2).

すなわち、図18(a)に示したように、レーザ光を照射する前(t0~t1時点)に他の熱源で予備加熱する。すると、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の表面粗さが粗くても、レーザ光透過性樹脂材80とレーザ光吸収性樹脂材81の溶着対象範囲が予備加熱で軟化して密着する。レーザ光50を照射すると、密着した状態でレーザ光吸収性樹脂材81が溶融する。溶融部分83の表面83aとレーザ光透過性樹脂材80の対向面80aは溶け合い、レーザ光50の照射が止まると冷却、固化して溶着する。図18(a)に示したように、予備加熱すると迅速に確実なレーザ溶着ができる。 That is, as shown in FIG. 18(a), preheating is performed by another heat source before laser light irradiation (time points t0 to t1). Then, even if the surface roughness of the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 is rough, the area to be welded between the laser light transmitting resin material 80 and the laser light absorbing resin material 81 is softened by preheating. and adhere to it. When the laser beam 50 is irradiated, the laser beam absorbing resin material 81 is melted while being in close contact with each other. The surface 83a of the melted portion 83 and the facing surface 80a of the laser light transmitting resin material 80 are melted together, and when the irradiation of the laser beam 50 is stopped, they are cooled, solidified and welded. As shown in FIG. 18(a), preheating enables rapid and reliable laser welding.

ここで、図18(a)のような波形、つまり図18(b)の点線で示したような波形のレーザ光を照射できれば、予備加熱を必要としない。他の予備加熱手段を設けていない、一つのレーザ光出力手段を持つ装置で、迅速に確実なレーザ溶着が、あるいはその他各種のレーザ加工ができる。 Here, preheating is not required if laser light having a waveform as shown in FIG. 18A, that is, a waveform as shown by the dotted line in FIG. 18B can be irradiated. An apparatus having only one laser light output means, which is not provided with other preheating means, can perform rapid and reliable laser welding or other various laser processing.

しかし、従来のガスレーザ発振装置で図16のような普通のレーザ光の波形(O点、P点、Q点、S点を線で結んだ形の波形)の前に、予備加熱相当分のレーザ光出力波形を加えることは難しかった。 However, in the conventional gas laser oscillator, before the normal laser beam waveform (waveform in the form of a line connecting points O, P, Q, and S) as shown in FIG. Adding an optical output waveform was difficult.

たとえば、従来のガスレーザ発振装置では図19のように、一つの放電管(レーザ管)に複数の放電領域D1、D2・・・D5を備えた気体レーザ発振器で、各放電領域へパルス電圧を同時的あるいは適宜の位相差をもって印加していた。このように、各放電領域でレーザ発振を行わせてレーザの出力パルスの波形を任意に形成するパルスレーザのパルス整形方法は知られていた(特許文献3参照)。 For example, in a conventional gas laser oscillator, as shown in FIG. 19, a single discharge tube (laser tube) is provided with a plurality of discharge areas D1, D2, . It was applied with a target or an appropriate phase difference. Thus, a pulse shaping method for a pulsed laser is known, in which laser oscillation is performed in each discharge region to arbitrarily shape the waveform of the output pulse of the laser (see Patent Document 3).

しかし、一つの放電管に一種類の励起ガスを流すため、一種類の波形のレーザ光が出力される。図19の装置では、隣り合う一対の電極C(C1~C5)と電極A(A1~A5)の放電タイミングをずらしてレーザ光の波形を作っているが、その波形を、図18(b)の点線で示したようにすることは難しかった。 However, since one type of excitation gas is allowed to flow through one discharge tube, laser light with one type of waveform is output. In the apparatus of FIG. 19, the discharge timings of a pair of adjacent electrodes C (C1 to C5) and electrodes A (A1 to A5) are shifted to form a laser beam waveform. It was difficult to do as indicated by the dotted line in

また、図20のように、全反射鏡と半反射鏡(部分通過鏡)の間に、同じ励起ガスを流す複数の放電管を配置したガスレーザ発振装置も知られていたが、同じ励起ガスを流す複数の放電管では、一種類の波形のレーザ光が出力される。複数の放電管ごとに放電のオンオフを組み合わせてレーザ光の出力を可変してレーザ光の出力強度を増減させることはできても、レーザ光の波形を、図18(b)の点線で示したように、レーザ光の波形を任意に作り上げるものではなかった(特許文献4参照)。 Also, as shown in FIG. 20, a gas laser oscillator is known in which a plurality of discharge tubes for flowing the same excitation gas are arranged between a total reflecting mirror and a semi-reflecting mirror (partially passing mirror). A plurality of discharged discharge tubes output laser light having one type of waveform. Although it is possible to increase or decrease the output intensity of the laser light by varying the output of the laser light by combining the on/off of the discharge for each of the plurality of discharge tubes, the waveform of the laser light is shown by the dotted line in FIG. 18(b). Thus, the waveform of the laser light was not created arbitrarily (see Patent Document 4).

特開2000-301477号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-301477 特開2004-74734号公報JP 2004-74734 A 特開昭61-14785号公報JP-A-61-14785 実開平2-140865号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-140865

本発明は、レーザ光の第一の出力波形と第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置を提供することを課題としている。 The present invention provides a gas laser oscillation method for oscillating laser light having a third output waveform, which is a combination of both output waveforms, based on a first output waveform and a second output waveform of laser light, and a method using this method. An object of the present invention is to provide a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device.

より詳しくは、レーザ光のフラットな第一の出力波形と、パルス状の第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置を提供することを課題としている。 More specifically, a gas laser oscillation method for oscillating laser light having a third output waveform that is a combination of the first flat output waveform and the second pulse-shaped output waveform of the laser light, It is another object of the present invention to provide a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method.

特に本発明は、複数の励起ガスを使用して、レーザ光の第一の出力波形と第二の出力波形をもとに、両出力波形を組み合わせた第三の出力波形のレーザ光を発振させるガスレーザ発振方法、及びこの方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、レーザ加工装置を提供することを課題としている。 In particular, the present invention uses a plurality of excitation gases to oscillate laser light having a third output waveform that is a combination of the first output waveform and the second output waveform of the laser light. An object of the present invention is to provide a gas laser oscillation method, and a gas laser oscillation device, a laser welding device, and a laser processing device using this method.

上記した課題を達成するために、本発明に係るガスレーザ発振装置では、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラーとハーフミラーの間に、第一の励起ガスを入れた第一の放電管と、第二の励起ガスを入れた第二の放電管を直列に並べ、第一の放電管を第一のパルス電源の発振トリガー手段を用いて放電させ、第二の放電管にパルス電源の発振トリガー手段を用いて放電させ、フラットな波形と尖塔状のパルス波形の加わったレーザ光を発生させるように構成した。 In order to achieve the above object, in the gas laser oscillator according to the present invention, a first excitation gas is introduced between a rear mirror and a half mirror facing each other with a predetermined resonator length (L). and a second discharge tube containing a second excitation gas are arranged in series, the first discharge tube is discharged using the oscillation trigger means of the first pulse power supply, and the second discharge tube It is configured to discharge using the oscillation trigger means of the pulse power source to generate a laser beam with a flat waveform and a steeple-shaped pulse waveform.

第一の放電管の第一のパルス電源の発振トリガー手段を動作させるタイミングに対して第二の放電管の第二のパルス電源の発振トリガー手段を動作させるタイミングを任意に設定することにより、フラットな波形に加わる尖塔状のパルス波形の位置を任意に設定できるように構成している。 By arbitrarily setting the timing of operating the oscillation triggering means of the second pulse power supply of the second discharge tube with respect to the timing of operating the oscillation triggering means of the first pulse power supply of the first discharge tube, flat It is configured so that the position of the steeple-shaped pulse waveform added to the normal waveform can be set arbitrarily.

本発明に係るガスレーザ発振装置は、第一の放電管に、第一の励起ガスとして例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを体積比で、1:3:4の比率で混合したガスを入れて、フラットな波形をつくるようにしておき、第二の放電管に、第二の励起ガスとして例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを体積比で、20:1:5~40の比率で混合したガスを入れて、尖塔パルス状の波形をつくるようにしている。 In the gas laser oscillator according to the present invention, a first excitation gas, such as carbon dioxide, nitrogen, and helium, mixed in a volume ratio of 1:3:4 is introduced into the first discharge tube. A flat waveform is formed, and a second excitation gas such as carbon dioxide, nitrogen, and helium is mixed at a volume ratio of 20:1:5 to 40 as a second excitation gas in the second discharge tube. to create a steeple pulse-like waveform.

そして、共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー(全反射鏡)1とハーフミラー(半反射鏡)2の間に、第一の励起ガスを入れた第一の放電管と、第二の励起ガスを入れた第二の放電管を直列に並べ、リアミラー1とハーフミラー2の間で、第一の放電管と第二の放電管を通して増幅させ、フラットな波形と尖塔パルス状の波形とが加わった波形にしたレーザ光を出力している。 Between a rear mirror (total reflection mirror) 1 and a half mirror (semi-reflection mirror) 2 facing each other with a cavity length (L), a first discharge tube containing a first excitation gas and a second A second discharge tube containing two excitation gases is arranged in series, and amplified through the first discharge tube and the second discharge tube between the rear mirror 1 and the half mirror 2 to produce a flat waveform and a steeple pulse shape. A laser beam with a waveform added with a waveform is output.

本発明に係るガスレーザ発振装置によりレーザ溶着をしたときは、例えば、フラットの波形部分のレーザ光が溶着対象物の当接面を照射して予備加熱し、次に、尖塔パルス状の波形をしたレーザ光が溶着対象物の当接面を強く照射して溶融し、その後、フラットの波形部分のレーザ光が溶着対象物を照射して加熱し、溶着対象物を溶着することも可能である。 When laser welding is performed by the gas laser oscillator according to the present invention, for example, the contact surface of the object to be welded is preheated by irradiating the contact surface of the object to be welded with the laser beam of the flat waveform portion, and then the waveform is formed into a steeple pulse shape. It is also possible to strongly irradiate the contact surface of the object to be welded with the laser beam to melt it, and then irradiate the object to be welded with the laser beam of the flat wave portion to heat the object, thereby welding the object to be welded.

また、本発明に係るガスレーザ発振装置により合成樹脂材やガラス材に孔あけるときは、例えば、フラットの波形部分のレーザ光が加工対象物を照射してある程度の予備加熱をし、直ぐに尖塔パルス状の波形をしたレーザ光が加工対象物を強く照射して孔をあけ、その後、フラットの波形部分のレーザ光が加工対象物を照射して加熱し、孔あけ後の加工対象物の飛び散り、ダレなどの発生の程度を抑制するようにすることも可能である。 Further, when a hole is made in a synthetic resin material or a glass material by the gas laser oscillator according to the present invention, for example, the object to be processed is preheated by irradiating the laser beam of the flat wave portion to a certain extent, and then the object is immediately pierced in the shape of a steeple pulse. The wavy laser beam strongly irradiates the workpiece to make a hole, and then the flat wavy laser beam irradiates the workpiece to heat it, causing the workpiece to scatter and sag after drilling. It is also possible to suppress the degree of occurrence of such as.

また、本発明に係るガスレーザ発振装置は、リアミラーとハーフミラーの間に3つ以上の放電管を直列に配置し、各放電管にはそれぞれ専用の励起ガスを入れて、それぞれの放電管で作られる波形を加えられるようにしている。このことにより、本発明に係るガスレーザ発振装置が所望の波形を加えたレーザ光を出力することを可能にしている。 Further, in the gas laser oscillator according to the present invention, three or more discharge tubes are arranged in series between the rear mirror and the half mirror, each discharge tube is filled with a dedicated excitation gas, and each discharge tube is used to produce a laser beam. It allows you to add waveforms that This enables the gas laser oscillator according to the present invention to output laser light with a desired waveform.

本発明によれば、フラットの波形と尖塔パルス状の波形が加わった、尖塔パルスの前、または前と後にフラットなレーザ出力部分のある波形をしたレーザ光をつくるガスレーザ発振方法を提供可能にしている。 According to the present invention, it is possible to provide a gas laser oscillation method for producing a waveform laser beam in which a flat waveform and a steeple pulse waveform are added, and which has a flat laser output portion before the steeple pulse, or before and after the steeple pulse. there is

特に本発明は、複数の励起ガスを使用する新しいガスレーザ発振方法を提供可能にしている。 In particular, the present invention makes it possible to provide a new gas laser oscillation method using multiple excitation gases.

また本発明は、このガスレーザ発振方法を用いて、尖塔パルスの前、または前と後ろにフラットなレーザ出力部分のある波形をしたレーザ光をつくるガスレーザ発振装置を提供可能にしている。 Further, the present invention makes it possible to provide a gas laser oscillator that generates a waveform laser beam having flat laser output portions before, or before and after, a steeple pulse by using this gas laser oscillation method.

また本発明は、このガスレーザ発振装置を用いて、合成樹脂材のレーザ溶着装置や、合成樹脂材、ガラス材やガラスブロックに孔をあけたり、溝や凹部を形成したりするガスレーザ加工装置を提供することを可能にしている。 The present invention also provides a laser welding device for synthetic resin materials, and a gas laser processing device for punching holes in synthetic resin materials, glass materials, and glass blocks and forming grooves and recesses using this gas laser oscillation device. make it possible to

本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の構成図。1 is a configuration diagram of a gas laser oscillator according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. (a)(b)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置から出力されるレーザ光の出力波形。(a) and (b) output waveforms of laser light output from the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention. (a)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第一の放電管に入れる第一の励起ガスの混合比の一例を模式的に示した図、(b)(a)に示した第一の励起ガスによって生じたレーザ光の波形を測定して示した図。(a) A diagram schematically showing an example of the mixing ratio of the first excitation gas put into the first discharge tube of the gas laser oscillation device according to the first embodiment of the present invention, (b) The figure which measured and showed the waveform of the laser beam produced by one excitation gas. (a)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第二の放電管に入れる第二の励起ガスの混合比の一例を模式的に示した図、(b)(a)に示した第二の励起ガスによって生じたレーザ光の波形を測定して示した図。(a) A diagram schematically showing an example of the mixing ratio of the second excitation gas put into the second discharge tube of the gas laser oscillation device according to the first embodiment of the present invention, (b) the second excitation gas shown in (a) FIG. 4 is a diagram showing measured waveforms of laser light generated by two excitation gases; 本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で、第一と第二の放電管の波形を加えたレーザ光の波形を示した図。FIG. 4 is a diagram showing waveforms of laser light to which waveforms of the first and second discharge tubes are added in the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention; 本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で、第一と第二の放電管の波形を加えたレーザ光の波形を示した図。FIG. 4 is a diagram showing waveforms of laser light to which waveforms of the first and second discharge tubes are added in the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention; (a)~(d)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置を用いて、レーザ光透過樹脂材とレーザ光吸収樹脂材を重ねてレーザ溶着する工程の断面と、レーザ光の出力タイミングを対にして示した図。(a) to (d) Using the gas laser oscillation device according to the first embodiment of the present invention, the cross section of the process of overlapping and laser-welding the laser light transmitting resin material and the laser light absorbing resin material and the output timing of the laser light. Figures shown in pairs. (a)~(d)本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置を用いて、レーザ光吸収性樹脂材に孔あけ加工する工程の断面と、レーザ光の出力タイミングを対にして示した図。(a) to (d) are diagrams showing a pair of a cross section of a process of drilling a laser light absorbing resin material and output timing of laser light using the gas laser oscillation device according to the first embodiment of the present invention. . 本発明の実施形態2にかかるガスレーザ発振装置の構成図。The block diagram of the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. (a)本発明の実施形態2にかかる第一の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(b)本発明の実施形態2にかかる第二の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(c)本発明の実施形態2にかかる第三の放電管でできるレーザ光の波形、(d)本発明の実施形態2にかかる第一の放電管から第三の放電管の波形を加えてできるレーザ光の出力波形を示した図。(a) A diagram showing the waveform of laser light produced by the first discharge tube according to Embodiment 2 of the present invention, (b) The waveform of laser light produced by the second discharge tube according to Embodiment 2 of the present invention. (c) Waveform of laser light produced by the third discharge tube according to Embodiment 2 of the present invention, (d) From the first discharge tube to the third discharge tube according to Embodiment 2 of the present invention The figure which showed the output waveform of the laser beam formed by adding a waveform. (a)本発明の実施形態2の変形例にかかる第一の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(b)本発明の実施形態2の変形例にかかる第二の放電管でできるレーザ光の波形、(c)本発明の実施形態2の変形例にかかる第三の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(d)本発明の実施形態2の変形例にかかる第一から第三の放電管の波形を加えてできるレーザ光の出力波形を示した図。(a) Diagram showing the waveform of laser light produced by the first discharge tube according to the modification of the second embodiment of the present invention, (b) In the second discharge tube according to the modification of the second embodiment of the present invention Waveform of laser light produced, (c) Diagram showing waveform of laser light produced by the third discharge tube according to the modification of the second embodiment of the present invention, (d) According to the modification of the second embodiment of the present invention The figure which showed the output waveform of the laser beam which added the waveform of the 1st to 3rd discharge tube. 本発明の実施形態3にかかるガスレーザ発振装置の構成図。The block diagram of the gas laser oscillation apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. (a)本発明の実施形態3にかかる第一の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(b)本発明の実施形態3にかかる第二の放電管でできるレーザ光の波形を示した図、(c)本発明の実施形態3にかかる第三の放電管でできるレーザ光の波形、(d)本発明の実施形態3にかかる第四の放電管でできるレーザ光の波形、(e)第一から第四の放電管の波形を加えてできるレーザ光の出力波形を示した図。(a) A diagram showing the waveform of laser light produced by the first discharge tube according to Embodiment 3 of the present invention, (b) The waveform of laser light produced by the second discharge tube according to Embodiment 3 of the present invention. (c) Waveform of laser light produced by the third discharge tube according to Embodiment 3 of the present invention, (d) Waveform of laser light produced by the fourth discharge tube according to Embodiment 3 of the present invention, (e) A diagram showing output waveforms of laser light obtained by adding waveforms of the first to fourth discharge tubes. 本発明の実施形態4にかかるガラス材に孔あけするガスレーザ加工装置の孔あけ加工作業中の状態を示した図。The figure which showed the state during the drilling process of the gas laser processing apparatus which perforates the glass material concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4にかかるガラス材に孔あけするガスレーザ加工装置で孔あけ加工したガラスの拡大断面図。FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of glass drilled by a gas laser processing apparatus for drilling a glass material according to a fourth embodiment of the present invention; 従来のレーザ光のパルスの波形の一例を示した図。The figure which showed an example of the waveform of the pulse of the conventional laser beam. 従来のレーザ溶着方法でレーザ光透過樹脂材とレーザ光吸収樹脂材を重ねてレーザ溶着している状態を示した図。FIG. 10 is a view showing a state in which a laser beam transmitting resin material and a laser beam absorbing resin material are overlapped and laser welded by a conventional laser welding method; (a)従来のレーザ光のパルスの波形に、予備加熱のエネルギーが加わる部分を模式的にして示した図、(b)(a)の予備加熱のエネルギーで加わる部分をレーザ光のパルスの波形に組み入れるときの波形を点線で示した図。(a) A diagram schematically showing a portion to which preheating energy is applied to a conventional laser beam pulse waveform, (b) A laser beam pulse waveform showing a portion to which preheating energy is applied in (a). A diagram showing the waveform when incorporated into the dotted line. 従来の他のガスレーザ発振装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of another conventional gas laser oscillator. 従来の更に他のガスレーザ発振装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of still another conventional gas laser oscillator.

本発明のガスレーザ発振方法は、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、二以上の放電管と、リアミラー(全反射鏡)と、ハーフミラー(半反射鏡)と、レーザ光励起電源と、レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、レーザ光励起制御手段と、を用い、前記二以上の放電管に異なる混合比の励起ガスを入れ、所定の共振器長(L)だけ離して対向させた前記リアミラーと前記ハーフミラーの間に前記放電管を長手方向の軸芯を一致させた状態で直列に並べ、前記レーザ光励起制御手段で、前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記リアミラーと前記ハーフミラーの間の前記放電管でレーザ光を発振させ、前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を出力するようにしている。 The gas laser oscillation method of the present invention includes a plurality of excitation gases in which carbon dioxide gas, nitrogen gas and helium gas are mixed at different mixing ratios, two or more discharge tubes, a rear mirror (total reflection mirror), and a half mirror (semi-reflection mirror). , a laser light excitation power supply, an oscillation triggering means for the laser light excitation power supply, and a laser light excitation control means, and pumping gases of different mixing ratios are put into the two or more discharge tubes, and a predetermined cavity length (L) Between the rear mirror and the half mirror facing apart, the discharge tubes are arranged in series with their longitudinal axes aligned, and the laser light excitation control means controls the laser light excitation power source and the laser light excitation power source. By controlling the oscillation trigger means, the discharge tube between the rear mirror and the half mirror oscillates the laser light, and the laser light to which the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes is added is output. there is

そして、本発明のガスレーザ発振方法を用いたガスレーザ発振装置、レーザ溶着装置、ガスレーザ加工装置は、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、二以上の放電管と、リアミラーと、ハーフミラーと、レーザ光励起電源と、レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、レーザ光励起制御手段と、を有し、前記二以上の放電管に異なる混合比の励起ガスを入れ、所定の共振器長(L)だけ離して対向させた前記リアミラーと前記ハーフミラーの間に前記放電管を長手方向の軸芯を一致させた状態で直列に並べ、前記レーザ光励起制御手段で、前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記リアミラーと前記ハーフミラーの間の前記放電管でレーザ光を発振させ、前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を出力するように構成している。以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。 The gas laser oscillation device, the laser welding device, and the gas laser processing device using the gas laser oscillation method of the present invention include a plurality of excitation gases obtained by mixing carbon dioxide gas, nitrogen gas, and helium gas at different mixing ratios, and two or more discharge tubes. , a rear mirror, a half mirror, a laser light excitation power source, oscillation trigger means for the laser light excitation power source, and laser light excitation control means; Between the rear mirror and the half mirror facing each other with a cavity length (L), the discharge tubes are arranged in series with their longitudinal axes aligned, and the laser light excitation control means controls the laser light excitation. By controlling the oscillation trigger means of the power source and the laser light excitation power source, the discharge tube between the rear mirror and the half mirror oscillates laser light, and the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes is added to the laser. It is configured to emit light. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

(実施形態1)
まず実施形態1について説明する。図1に、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の構成図を示した。図1では、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー1とハーフミラー2の間に、第一の放電管10と第二の放電管20を直列に長手方向の軸を一致させて配置している。各放電管10、20は一端にガス入口10a、20a、他端にガス出口10b、20bが形成され、ガス入口10a、20aはそれぞれ、第一の励起ガスボンベ13と第二の励起ガスボンベ23に接続している。
(Embodiment 1)
First, Embodiment 1 will be described. FIG. 1 shows a block diagram of a gas laser oscillation device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a first discharge tube 10 and a second discharge tube 20 are connected in series between a rear mirror 1 and a half mirror 2 facing each other with a predetermined resonator length (L), and the longitudinal axes of the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 are aligned. Let it be placed. Each discharge tube 10, 20 has a gas inlet 10a, 20a at one end and a gas outlet 10b, 20b at the other end. The gas inlets 10a, 20a are connected to a first excitation gas cylinder 13 and a second excitation gas cylinder 23, respectively. is doing.

第一の放電管10には、第一の励起ガスボンベ13からフラットな波形のレーザ光を作る第一の励起ガスを入れ、第二の放電管20には第二の励起ガスボンベ23から、尖塔パルス状の波形のレーザ光を作る第二の励起ガスを入れる。 In the first discharge tube 10, a first excitation gas that produces a flat waveform laser beam is put from a first excitation gas cylinder 13, and in the second discharge tube 20, a steeple pulse is supplied from a second excitation gas cylinder 23. A second excitation gas is introduced that produces a laser beam with a wavy shape.

なお、本発明では、励起ガスは使い捨てにしており、第一の放電管10と第二の放電管20の第一の励起ガスと第二の励起ガスが古くなったときには、各放電管10、20のガス出口10b、20bから、それぞれ外気に排出するようにしている。 In the present invention, the excitation gas is disposable, and when the first excitation gas and the second excitation gas of the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 become old, each discharge tube 10, Gas outlets 10b and 20b of 20 are respectively exhausted to the outside air.

第一の放電管10と第二の放電管20には、それぞれ第一のパルス電源11と第二のパルス電源21を接続している。なお、レーザ光励起制御手段については、図1では記載を省略しているが、第一と第二のパルス電源11、21の発振トリガー手段12、22を制御して、第一と第二の放電管10、20を放電させている。 A first pulse power source 11 and a second pulse power source 21 are connected to the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20, respectively. Although not shown in FIG. 1, the laser light excitation control means controls the oscillation trigger means 12, 22 of the first and second pulse power sources 11, 21 to generate the first and second discharges. The tubes 10, 20 are being discharged.

なお、既に説明したように、軸方向励起短パルス炭酸ガスレーザ装置では、ガラスなどの絶縁体からなる放電管内に、レーザ媒質として炭酸ガスと、窒素ガスと、ヘリウムガスを混合した励起ガスを封入している。放電管には主電極を設け、これら主電極には主電源を接続して、放電管内に放電を発生させるように構成している。この放電で生じた高速の電子が、N2分子を励起して高エネルギー準位に上げ、この励起されたN2分子が、CO2分子に衝突してCO2分子にエネルギーを与えて励起させ、エネルギー準位を上げる。その際、N2分子はエネルギー準位が下がる。反転分布したCO2分子は放電管の両端にそれぞれ対向するように配置したリアミラー(全反射鏡)とハーフミラー(部分反射鏡)により共振器内で増幅され、レーザ光を誘導放出し、ハーフミラーから外部にレーザ光を出力する。この原理は、本発明のガスレーザ発振装置でも同じである。 As already explained, in the axial excitation short-pulse carbon dioxide laser device, an excitation gas, which is a mixture of carbon dioxide gas, nitrogen gas, and helium gas, is sealed as a laser medium in a discharge tube made of an insulating material such as glass. ing. The discharge tube is provided with main electrodes, and a main power supply is connected to the main electrodes to generate discharge in the discharge tube. The high-speed electrons generated by this discharge excite the N2 molecules to a high energy level, and the excited N2 molecules collide with the CO2 molecules to give energy to the CO2 molecules and excite them. , raises the energy level. At that time, the energy level of the N2 molecule is lowered. The reversed distribution of CO 2 molecules is amplified in the cavity by a rear mirror (total reflection mirror) and a half mirror (partial reflection mirror) placed facing each other at both ends of the discharge tube, causing stimulated emission of laser light, and the half mirror output laser light to the outside. This principle also applies to the gas laser oscillator of the present invention.

本発明のガスレーザ発振装置では、まず、第一のパルス電源11の発振トリガー手段12により、第一の放電管10を放電させる。また、第二のパルス電源21の発振トリガー手段22により、第二の放電管20を放電させる。すると、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー1とハーフミラー2の間で増幅され、レーザ光を誘導放出し、ハーフミラー2から外部にレーザ光を出力するようにしている。 In the gas laser oscillator of the present invention, first, the first discharge tube 10 is caused to discharge by the oscillation trigger means 12 of the first pulse power source 11 . Also, the second discharge tube 20 is discharged by the oscillation trigger means 22 of the second pulse power supply 21 . Then, the laser light is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 facing each other with a predetermined cavity length (L) apart, stimulated emission of the laser light, and the laser light is output from the half mirror 2 to the outside. .

すなわち、第一の放電管10も第二の放電管20も、ガラス管でできていて、端部には放電電極があるが、レーザ光を通すウィンドゥ(窓)10c、20cになっているので、レーザ光は、リアミラー1から第一の放電管10と第二の放電管20を突き抜けてハーフミラー2に当たり、ハーフミラー2で反射して、第二の放電管20と第一の放電管10を突き抜けてリアミラー1に当たり、リアミラー1で反射し増幅される。 That is, both the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 are made of a glass tube, and although there are discharge electrodes at the ends, they are windows 10c and 20c through which the laser light passes. , the laser light passes through the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 from the rear mirror 1, hits the half mirror 2, is reflected by the half mirror 2, and is reflected by the second discharge tube 20 and the first discharge tube 10. , hits the rear mirror 1, is reflected by the rear mirror 1, and is amplified.

ちなみに、レーザ光は、リアミラー1から第一の放電管10と第二の放電管20を突き抜けてハーフミラー2に当たり、ハーフミラー2で反射して、第二の放電管20と第一の放電管10を突き抜けてリアミラー1に当たり、リアミラー1で反射すること、を繰り返す構成は、従来例を説明した図20と類似している。図20の構成では、複数の放電管に一つの混合比の励起ガスを共通に用いていたが、本発明では、放電管ごとに異なる混合比の励起ガスを用いている。 Incidentally, the laser light passes through the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 from the rear mirror 1, hits the half mirror 2, is reflected by the half mirror 2, and is reflected by the second discharge tube 20 and the first discharge tube. The structure in which the light passes through 10, strikes the rear mirror 1, and is reflected by the rear mirror 1, is repeated, and is similar to that shown in FIG. In the configuration of FIG. 20, one mixture ratio of excitation gas is commonly used for a plurality of discharge tubes, but in the present invention, different mixture ratios of excitation gas are used for each discharge tube.

このことにより、第一の放電管10を通過するときに、第一の放電管10によりフラットな波形(第一の時間波形、W1)がレーザ光に加わり、第二の放電管20により、尖塔パルス状の波形(第二の時間波形、W2)がレーザ光に加わる。第一の放電管10によるフラットな波形は長く、第二の放電管20による尖塔パルス状の波形は短いため、レーザ光出力はフラットな波形をしているところに尖塔パルス状の波形が加わった波形になる。 As a result, when passing through the first discharge tube 10, the first discharge tube 10 adds a flat waveform (first time waveform, W1) to the laser light, and the second discharge tube 20 adds a spire to the laser light. A pulsed waveform (second time waveform, W2) is added to the laser light. Since the flat waveform of the first discharge tube 10 is long and the peak pulse waveform of the second discharge tube 20 is short, the peak pulse waveform is added to the flat waveform of the laser light output. become a waveform.

図2(a)(b)には、図1に示した本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で、第一の放電管10を放電させて第一の放電管10でフラットな波形を作り、次いで、第二のパルス電源21の発振トリガー手段22により、第二の放電管20を放電させて第二の放電管20で尖塔パルス状の波形を作るようにし、所定の共振器長(L)だけ離して対向させたリアミラー1とハーフミラー2の間で増幅され、レーザ光を誘導放出して、ハーフミラー2から出力されるレーザ光の波形を示した。 2(a) and 2(b) show, in the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. Then, the second discharge tube 20 is discharged by the oscillation trigger means 22 of the second pulse power supply 21 so that the second discharge tube 20 produces a spire pulse waveform, and the predetermined resonator length ( L) shows the waveform of the laser light output from the half mirror 2, which is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 facing each other with a distance of L), and stimulated emission of the laser light.

図2(a)は、フラットな波形があって、後半のタイミングで尖塔パルス状の波形が加わった出力波形(PW1)をしている。図2(b)は、フラットな波形があって、前半のタイミングで尖塔パルス状の波形が加わった出力波形(PW2)をしている。第一と第二のパルス電源11、21のそれぞれの発振トリガー手段12、22で、第一の放電管10と第二の放電管20を放電させるタイミングを任意に設定することにより、フラットな波形に対して、どのタイミングで尖塔パルス状の波形が加わった波形とするかを調整することができる。 FIG. 2(a) shows an output waveform (PW1) having a flat waveform and adding a steeple pulse waveform at the latter half of the timing. FIG. 2(b) shows an output waveform (PW2) with a flat waveform and a steeple pulse waveform added in the first half of the timing. By arbitrarily setting the timing of discharging the first discharge tube 10 and the second discharge tube 20 by the oscillation trigger means 12, 22 of the first and second pulse power sources 11, 21, respectively, a flat waveform can be obtained. , it is possible to adjust the timing at which the spire pulse waveform is added.

図3(a)は、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第一の放電管10に入れた第一の励起ガスの混合比を模式的に示した。”長パルス”といっているガス組成の混合比は、体積比で例えば、CO2:N2:He=1:3:4が挙げられる。N2が多くて、ガス圧が高いほど(放電時間が長いほど)長いパルス、フラットなレーザ光50が出る。図3(b)に、ガス組成の混合比を、体積比で例えば、CO2:N2:He=1:3:4のときに実測した波形(第一の時間波形、W1-1)を一例として示した。図3(b)では、横軸を時間軸(t)として、1目盛を20μsecとして示した。縦軸は、レーザ強度(w)として、1目盛を1kwとして示した。ちなみに、このときのパルスエネルギー(斜線部分)は、50mJ(ミリジュール)であった。 FIG. 3(a) schematically shows the mixing ratio of the first excitation gas put into the first discharge tube 10 of the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention. The mixing ratio of the gas composition referred to as "long pulse" is, for example, CO 2 :N 2 :He=1:3:4 in terms of volume ratio. The more N 2 and the higher the gas pressure (the longer the discharge time), the longer the pulse and the flatter the laser light 50 is emitted. FIG. 3(b) shows a waveform (first time waveform, W1-1) actually measured when the mixing ratio of the gas composition is, for example, CO 2 :N 2 :He=1:3:4 by volume. shown as an example. In FIG. 3B, the horizontal axis is the time axis (t), and one scale is 20 μsec. The vertical axis represents the laser intensity (w), with one scale being 1 kw. Incidentally, the pulse energy (hatched portion) at this time was 50 mJ (millijoules).

図4(a)は、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置の第二の放電管20に入れた第二の励起ガスの混合比を模式的に示した図である。第二の放電管20には、第二の励起ガスとして、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを体積比で、CO2:N2:He=20:1:5~40の比率で入れている。出願人は、この混合比でテールのない尖塔パルス状の波形をつくることを発明し、既に特開2014-107349で公表している。必要により同公報を参照されたい。 FIG. 4(a) is a diagram schematically showing the mixing ratio of the second excitation gas put into the second discharge tube 20 of the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention. The second discharge tube 20 contains carbon dioxide, nitrogen and helium as a second excitation gas in a volume ratio of CO 2 :N 2 :He=20:1:5-40. The applicant invented the creation of a steeple pulse waveform with no tail at this mixing ratio, and has already disclosed it in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-107349. Please refer to the publication if necessary.

図4(b)に、ガス組成の混合比を、体積比で、CO2:N2:He=20:1:5~40としたときに実測した波形(第二の時間波形、W2-1)を一例として示した。図4(b)では、波形を見やすくするため、図3(b)とは違って、横軸を時間軸(t)として、1目盛を1μsecとして示した。縦軸は、レーザ強度(w)として、1目盛を10kwとして示した。ちなみに、このときのパルスエネルギー(斜線部分)は、10mJ(ミリジュール)であった。 FIG. 4(b) shows waveforms ( second time waveform, W2-1 ) is shown as an example. In FIG. 4(b), unlike FIG. 3(b), the horizontal axis is the time axis (t) and one scale is 1 .mu.sec in order to make the waveform easier to see. The vertical axis represents the laser intensity (w), with one scale being 10 kw. Incidentally, the pulse energy (hatched portion) at this time was 10 mJ (millijoules).

図5、図6は、本発明の実施形態1にかかるガスレーザ発振装置で出力されるレーザ光の波形(波形PW1-1、PW2-1)である。図5は、先に図2(a)で示した波形に対応する。図6は、先に図2(b)で示した波形に対応する。発振トリガー22のタイミングを変えると、フラットな波形のレーザ光のどこに尖塔パルス状の波形のレーザ光が加わるかが変化する。 5 and 6 show waveforms (waveforms PW1-1 and PW2-1) of laser light output from the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 corresponds to the waveforms previously shown in FIG. 2(a). FIG. 6 corresponds to the waveform previously shown in FIG. 2(b). When the timing of the oscillation trigger 22 is changed, where in the laser light with a flat waveform the laser light with a steeple pulse waveform is added changes.

レーザ溶着で予備加熱の時間を長くするときは図5のように複数の波形を加え、予備加熱の時間を短くするときは図6のように複数の波形を加える。 When the preheating time is lengthened in laser welding, a plurality of waveforms are added as shown in FIG. 5, and when the preheating time is shortened, a plurality of waveforms are added as shown in FIG.

なお、図3から図6を用いて説明したものは本発明の実施形態1の一例であり、他の混合比の励起ガスを用いれば、他の波形を組み合わせた波形のレーザ出力が可能である。 It should be noted that what has been described with reference to FIGS. 3 to 6 is an example of Embodiment 1 of the present invention, and if an excitation gas with a different mixture ratio is used, a laser output with a waveform combining other waveforms is possible. .

以下に図7を用いて、2つの放電管10、20、を直列に並べた本発明の実施形態1のガスレーザ発振装置60で出力したレーザ光50で、レーザ溶着する場合について説明する。 A case of laser welding with a laser beam 50 output from a gas laser oscillator 60 according to Embodiment 1 of the present invention in which two discharge tubes 10 and 20 are arranged in series will be described below with reference to FIG.

なお、本発明の実施形態1のガスレーザ発振装置60は、既に示した図1の基本構成を装置に仕上げたもので、図7では、レーザ光50の出力口であるノズルの一部を示してガスレーザ発振装置60と溶着対象物との位置関係を説明することとした。 The gas laser oscillator 60 according to the first embodiment of the present invention is obtained by finishing the basic configuration shown in FIG. 1, and FIG. The positional relationship between the gas laser oscillator 60 and the object to be welded will be explained.

図7(a)から(d)では、図示しない台座の上に、不透明又は、黒色などの有色でレーザ光50を吸収するレーザ光吸収性樹脂材81を置き、その上に、透明でレーザ光を透過するレーザ光透過性樹脂材80を重ねて、溶着対象物である両者をレーザ溶着する工程を示している。なお、図7の左側の図は、溶着対象物の断面とレーザ光との位置関係を示している。図7の右側の図は、左側の図の工程を行っている時のレーザ光照射タイミングを示している。 7A to 7D, an opaque or colored, such as black, laser light absorbing resin material 81 that absorbs the laser light 50 is placed on a pedestal (not shown), and a transparent laser light absorbing resin material 81 is placed thereon. It shows a process of superimposing a laser beam transmitting resin material 80 that transmits laser light and laser welding the two objects to be welded. Note that the diagram on the left side of FIG. 7 shows the positional relationship between the section of the object to be welded and the laser beam. The diagram on the right side of FIG. 7 shows the timing of laser light irradiation during the process of the diagram on the left side.

ガスレーザ発振装置60は、図7(a)で、レーザ光吸収性合成樹脂材81表面に向けてフラットな波形をしたレーザ光50を照射して予備加熱(以下、略して「予熱」と記載)を開始する(t11時点)。図7(b)で、予熱を続けて予熱部分82を拡大する(t12時点)。図7(c)で、高エネルギーの尖塔パルス状の波形をしたレーザ光50を照射して、予熱部分82を一気に溶融部分83にする(t13時点)。そして、図7(d)で、フラットな波形をしたレーザ光50で加熱した後(t14時点)、冷却し、固化させて溶着部分84にてレーザ光吸収性合成樹脂材81とレーザ光透過性合成樹脂材80とを溶着し、レーザ溶着を終了している。 In FIG. 7A, the gas laser oscillator 60 preheats the surface of the laser light-absorbing synthetic resin material 81 by irradiating it with a laser beam 50 having a flat waveform (hereinafter abbreviated as "preheating"). is started (at time t11 ). In FIG. 7(b), preheating is continued to enlarge the preheated portion 82 (time t12 ). In FIG. 7(c), the preheated portion 82 is melted 83 at once by irradiating a laser beam 50 having a high-energy steeple pulse waveform ( time t13). Then, in FIG. 7(d), after heating with a flat wave-shaped laser beam 50 ( at time t14), the laser beam absorbing synthetic resin material 81 and the laser beam transmitting material 81 at the welded portion 84 are cooled and solidified. The synthetic resin material 80 is welded to complete the laser welding.

図7では、レーザ光の波形を、フラットな波形が始まった後、尖塔パルス状の波形が来て、再び、フラットな波形になって、最終的に消える出力波形(波形PW1)にしている。そのため、レーザ光吸収性樹脂材81を発熱させる予熱を行い、レーザ光吸収性樹脂材81とレーザ光透過性樹脂材80の当接面を軟化させ、互いに密着させ、互いに密着した当接面近傍を一気に尖塔パルス状の波形で急加熱して溶融させている。このことで、迅速かつ確実にレーザ溶着し、所定の溶着強度を得ることを実現している。 In FIG. 7, the waveform of the laser light is an output waveform (waveform PW1) in which a flat waveform starts, a spire pulse-shaped waveform appears, becomes a flat waveform again, and finally disappears. Therefore, the laser light absorbing resin material 81 is preheated to generate heat, the contact surfaces of the laser light absorbing resin material 81 and the laser light transmitting resin material 80 are softened, and the contact surfaces are brought into close contact with each other. is rapidly heated and melted in a steeple pulse-like waveform at once. As a result, laser welding can be performed quickly and reliably, and a predetermined welding strength can be obtained.

次に図8を用いて、本発明の実施形態1のガスレーザ発振装置で出力させたレーザ光でレーザ光吸収性樹脂材に、孔を開ける場合について説明する。 Next, with reference to FIG. 8, the case where the laser light emitted from the gas laser oscillator according to the first embodiment of the present invention is used to form a hole in the laser light-absorbing resin material will be described.

図8(a)から(d)では、図示しない孔あき台座の上に、加工対象物である不透明又は黒色などの有色でレーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂材81を置いて、レーザ光50を当てて孔あけする工程を示している。なお、図8の左側の図は、加工対象物の断面とレーザ光との位置関係を示している。図8の右側の図は、左側の図の工程を行っている時のレーザ光照射タイミングを示している。 In FIGS. 8A to 8D, a laser light-absorbing resin material 81, which is an object to be processed and is colored such as opaque or black and absorbs laser light, is placed on a perforated pedestal (not shown). 50 is applied and the process of making a hole is shown. Note that the diagram on the left side of FIG. 8 shows the positional relationship between the cross section of the object to be processed and the laser beam. The diagram on the right side of FIG. 8 shows the timing of laser light irradiation during the process of the diagram on the left side.

図8(a)で、ガスレーザ発振装置60は、レーザ光吸収性合成樹脂材81表面に向けてフラットな波形をしたレーザ光50を照射して予熱を開始する(t21時点)。図8(b)で、高エネルギーの尖塔パルス状の波形をしたレーザ光50を照射して、予熱部分82-1を溶融部分83-1にする(t22時点)。図8(c)で、孔85をあける(t23時点)。そして、図8(d)で、ガスレーザ発振装置60は、フラットな波形をしたレーザ光50により加熱して(t24時点)、冷却し、固化させて孔あけを終了している。 In FIG. 8A, the gas laser oscillator 60 irradiates the surface of the laser light absorbing synthetic resin material 81 with a flat wavy laser light 50 to start preheating (time t21 ). In FIG. 8(b), the preheated portion 82-1 is turned into the melted portion 83-1 by irradiating the laser beam 50 having a high-energy steeple pulse waveform ( time t22). In FIG. 8(c), a hole 85 is made (time t23 ). Then, in FIG. 8(d), the gas laser oscillator 60 is heated by the flat-wavy laser beam 50 (time t24 ), cooled, and solidified to complete drilling.

レーザ光を照射してレーザ光吸収性樹脂材やガラス材に孔あけをするときは、孔になる範囲の周辺部分がまだ熱せられておらず、低い温度で一定の強度があるうちに、孔になる範囲のレーザ光吸収性樹脂材やガラス材を瞬時に加熱して溶融させてしまうことが望ましい。そのため、図8(a)から(d)の工程では、予熱が始まって直ぐに高エネルギーの尖塔パルス状の波形をしたレーザ光を照射して、一気に孔をあけるようにしている。 When irradiating a laser beam to make a hole in a laser light-absorbing resin material or glass material, the peripheral portion of the area where the hole will be formed has not yet been heated, and while it has a certain strength at a low temperature, the hole should be removed. It is desirable to instantaneously heat and melt the laser light-absorbing resin material or the glass material within the range of . Therefore, in the steps of FIGS. 8A to 8D, a high-energy steeple pulse-shaped laser beam is irradiated immediately after the preheating is started to open the hole at once.

このように、本発明は、従来のように尖塔パルスとテールでできた出力波形のレーザ光をそのまま使うのではなく、複数の波形、具体的にはフラットな波形と尖塔パルス状の波形を加えたレーザ光を出力させ、そのレーザ光を使って、合成樹脂材のレーザ溶着や、合成樹脂材やガラス材の孔あけ、溝彫り、その他のレーザ加工を可能にしている。 As described above, the present invention does not use the laser light with the output waveform composed of the spire pulse and the tail as it is as in the conventional art, but adds a plurality of waveforms, specifically, a flat waveform and a spire pulse waveform. The laser beam is output, and the laser beam is used to perform laser welding of synthetic resin materials, drilling and grooving of synthetic resin materials and glass materials, and other laser processing.

また、各放電管の励起タイミングを一部が同じで残りが異なるタイミングの中で調整することで、複数の波形を加えたレーザ光を出力させて、溶着対象あるいは加工対象物に適したレーザ溶着やレーザ加工を行うことを可能にしている。 In addition, by adjusting the excitation timing of each discharge tube so that some are the same and others are different, laser light with multiple waveforms is output to achieve laser welding suitable for the object to be welded or the object to be processed. and laser processing.

(実施形態2)
次に実施形態2について説明する。本発明の実施形態2のガスレーザ発振装置では、3つの放電管、第一、第二、第三の放電管10、20、30を直列に並べている。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 will be described. In the gas laser oscillator according to Embodiment 2 of the present invention, three discharge tubes, first, second and third discharge tubes 10, 20 and 30 are arranged in series.

図9は、実施形態2にかかるガスレーザ発振装置の構成図である。図9の左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2の間に、第一の放電管10、第二の放電管20、第三の放電管30が長手方向の軸芯を合わせて一直線に並べてある。左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2は、それぞれの反射面を所定の共振器長の間隔をあけて対向させている。そして、リアミラー1、ハーフミラー2の反射面の中心を結ぶ線上に、第一の放電管10から第三の放電管30の三つの放電管の軸心を一致させて並べている。 FIG. 9 is a configuration diagram of a gas laser oscillator according to a second embodiment. A first discharge tube 10, a second discharge tube 20, and a third discharge tube 30 are aligned in a straight line between the left rear mirror 1 and the right half mirror 2 in FIG. be. The left rear mirror 1 and the right half mirror 2 have their reflecting surfaces opposed to each other with a predetermined cavity length therebetween. Three discharge tubes, the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30, are aligned on a line connecting the centers of the reflecting surfaces of the rear mirror 1 and the half mirror 2 with their axial centers aligned.

各放電管10、20、30には一端にガス入口10a、20a、30aが、他端にガス出口10b、20b、30bが形成され、ガス入口10a、20a、30aはそれぞれ、第一の励起ガスボンベ13、第二の励起ガスボンベ23、第三の励起ガスボンベ33に接続していることは、図1で示した実施形態1の構成と同じである。 Each discharge tube 10, 20, 30 is formed with a gas inlet 10a, 20a, 30a at one end and a gas outlet 10b, 20b, 30b at the other end. 13, a second excitation gas cylinder 23, and a third excitation gas cylinder 33 are connected to each other, which is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG.

第一の放電管10には、第一の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=1:3:4の混合比のガス)を入れるようにしていて、第二の放電管20と第三の放電管30には、第二の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=20:1:5~40の混合比のガス)を入れるようにしている。第一の放電管10から第三の放電管30の三つの放電管には、それぞれ第一から第三のパルス電源11、21、31と、第一から第三のパルス電源のトリガー手段12、22、32を取り付けている。 The first discharge tube 10 is filled with a first excitation gas (for example, a gas with a mixing ratio of CO 2 :N 2 :He=1:3:4). The third discharge tube 30 is filled with a second excitation gas (for example, a mixture ratio of CO 2 :N 2 :He=20:1:5 to 40). The three discharge tubes from the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 are respectively provided with first to third pulse power sources 11, 21 and 31, trigger means 12 for the first to third pulse power sources, 22 and 32 are installed.

なお、レーザ光励起制御手段については、図9では記載を省略しているが、第一から第三のパルス電源11、21、31の発振トリガー手段12、22、32を制御して、第一から第三の放電管10、20、30を放電させている。 9, the laser light excitation control means controls the oscillation trigger means 12, 22, 32 of the first to third pulse power sources 11, 21, 31, The third discharge tubes 10, 20, 30 are discharged.

そして、第一の放電管10では、第一のパルス電源11を立ち上げて第一のパルス電源11のトリガー手段12で放電させて、レーザ光50にフラットな波形を加えるようにしている。また、第二の放電管20と第三の放電管30では、パルス電源21、31を立ち上げてパルス電源のトリガー手段22、32で放電させて、レーザ光50に尖塔パルス状の波形を加えるようにしている。 Then, in the first discharge tube 10, the first pulse power source 11 is activated, and the trigger means 12 of the first pulse power source 11 discharges the laser light 50 so as to add a flat waveform. Further, in the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30, the pulse power sources 21 and 31 are activated and discharged by the trigger means 22 and 32 of the pulse power sources to add a steeple pulse waveform to the laser light 50. I'm trying

本発明の実施形態2のガスレーザ発振装置では、第一の放電管10から第三の放電管30をほぼ同時に放電させて、レーザ光50にそれぞれの放電管が生じさせる波形を加えるようにしている。 In the gas laser oscillator according to Embodiment 2 of the present invention, the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 are discharged almost simultaneously, and the waveforms generated by each discharge tube are added to the laser light 50. .

図10(a)~(c)に、第一の放電管10から第三の放電管30において、それぞれの波形を生じさせるタイミングを示した。図10(a)では、タイミング(t31)でレーザ光50にフラットな波形を加えている。図10(b)と(c)では、レーザ光50にそれぞれの尖塔パルス状の波形を加えている。第一の放電管10では、タイミング(t31)で、第二の放電管20と第三の放電管30では、タイミング(t32)で放電が始まる。そして、リアミラー1とハーフミラー2の間で増幅して、第一の放電管10から第三の放電管30のそれぞれの放電管が生じさせた波形を加えたレーザ光50として誘導放出し、レーザ光を出力している。 FIGS. 10A to 10C show timings for generating respective waveforms in the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30. FIG. In FIG. 10(a), a flat waveform is added to the laser light 50 at timing ( t31 ). In FIGS. 10(b) and 10(c), the laser light 50 is added with respective steeple pulse waveforms. The first discharge tube 10 starts discharging at the timing (t 31 ), and the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30 start discharging at the timing (t 32 ). Then, it is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2, and stimulatedly emitted as laser light 50 to which the waveforms generated by the first discharge tube 10 to the third discharge tube 30 are added. emits light.

すなわち、図10(d)では、レーザ光50にそれぞれの放電管10、20、30が生じさせた各波形が加わった一つの波形になっている。 That is, in FIG. 10(d), the laser light 50 is combined with the waveforms generated by the discharge tubes 10, 20, and 30 to form one waveform.

図10(d)では、レーザ光50に1つのフラットな波形と2つの尖塔パルス状の波形とが加わった波形になっている。図10(d)の波形では、レーザ光が、フラットな波形で立ち上げて予熱をしてから、2つの尖塔パルス状の波形が同時に加わり急加熱をし、その後にフラットな波形の加熱をしてレーザ光照射を終えている。図10では、第二の放電管20と第三の放電管30を同じタイミング(t32)で放電させているので、2つの尖塔パルス状の波形が重なっている。そのため、2つの尖塔パルス状の波形は、一つの尖塔パルス状の波形の高さを重ねた2倍に高さの波形としてレーザ光の波形に加えられる。 In FIG. 10(d), the laser beam 50 has a waveform in which one flat waveform and two steeple pulse waveforms are added. In the waveform of FIG. 10(d), the laser light rises in a flat waveform and preheats, then two steeple pulse waveforms are added simultaneously to perform rapid heating, and then flat waveform heating is performed. , the laser beam irradiation is completed. In FIG. 10, since the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30 are discharged at the same timing ( t32 ), two steeple pulse waveforms overlap. Therefore, the two steeple pulse-shaped waveforms are added to the waveform of the laser light as a double height waveform obtained by overlapping the height of one steeple pulse-shaped waveform.

このように予熱してから、複数の尖塔パルス状の波形の高さを重ねた高さの急加熱をするレーザ光の照射方法は、例えば厚さの厚い合成樹脂の孔あけ作業などに有効とされる。 After preheating in this way, the method of irradiating a laser beam with rapid heating to a height obtained by stacking a plurality of steeple pulse-shaped waveforms is effective, for example, for drilling a thick synthetic resin. be done.

なお、図11には、第二の放電管20と第三の放電管30を放電させるタイミングを第一の放電管10でフラットな波形を生じさせたタイミング(t41)の後、早いタイミング(t42)で同時に放電させたときの状況を示した。図10と図11を対比して見れば、第一の放電管10でフラットな波形を生じさせた後、任意のタイミングで一つの尖塔パルス状の波形の高さを重ねた2倍に高さの波形としてレーザ光の波形に加えて急加熱することができることが、容易に理解される。 Note that FIG. 11 shows that the timing of discharging the second discharge tube 20 and the third discharge tube 30 is the timing (t 41 ) at which the flat waveform is generated in the first discharge tube 10, and the earlier timing ( t 42 ), the situation is shown when they are discharged at the same time. 10 and 11, after a flat waveform is generated in the first discharge tube 10, the height of one steeple pulse waveform is doubled at an arbitrary timing. It is easily understood that rapid heating can be performed in addition to the waveform of the laser light as the waveform of .

(実施形態3)
実施形態3について説明する。本発明の実施形態3のガスレーザ発振装置では、4つの放電管10、20、30、40を直列に並べている。
(Embodiment 3)
A third embodiment will be described. In the gas laser oscillator according to Embodiment 3 of the present invention, four discharge tubes 10, 20, 30 and 40 are arranged in series.

図12は、実施形態3にかかるガスレーザ発振装置の構成図である。図12の左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2の間に、第一の放電管10、第二の放電管20、第三の放電管30、第四の放電管40が一直線に並べてある。左側のリアミラー1と、右側のハーフミラー2は、それぞれの反射面を所定の共振器長の間隔をあけて対向させている。そして、リアミラー1、ハーフミラー2の反射面の中心を結ぶ線上に、第一の放電管10から第四の放電管40の四つの放電管の軸心を一致させて並べている。 FIG. 12 is a configuration diagram of a gas laser oscillator according to a third embodiment. A first discharge tube 10, a second discharge tube 20, a third discharge tube 30, and a fourth discharge tube 40 are arranged in a straight line between the left rear mirror 1 and the right half mirror 2 in FIG. . The left rear mirror 1 and the right half mirror 2 have their reflecting surfaces opposed to each other with a predetermined cavity length therebetween. Four discharge tubes from the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 are arranged on a line connecting the centers of the reflecting surfaces of the rear mirror 1 and the half mirror 2 with their axial centers aligned.

各放電管10、20、30、40には一端にガス入口10a、20a、30a、40aが、他端にガス出口10b、20b、30b、40bが形成され、ガス入口10a、20a、30a、40aはそれぞれ、第一の励起ガスボンベ13、第二の励起ガスボンベ23、第三の励起ガスボンベ33、第四の励起ガスボンベ43に接続していることは、図1で示した実施形態1の構成と同じである。 Each discharge tube 10, 20, 30, 40 has a gas inlet 10a, 20a, 30a, 40a at one end and a gas outlet 10b, 20b, 30b, 40b at the other end. are connected to the first excitation gas cylinder 13, the second excitation gas cylinder 23, the third excitation gas cylinder 33, and the fourth excitation gas cylinder 43, respectively, which is the same as the configuration of Embodiment 1 shown in FIG. is.

第一の放電管10と第三の放電管30には、第一の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=1:3:4の混合比のガス)を入れるようにしていて、第二の放電管20と第四の放電管40には、第二の励起ガス(例えば、CO2:N2:He=20:1:5~40の混合比のガス)を入れるようにしている。第一の放電管10から第四の放電管40の四つの放電管には、それぞれ第一から第四のパルス電源11、21、31、41と、第一から第四のパルス電源のトリガー手段12、22、32、42を取り付けている。 The first discharge tube 10 and the third discharge tube 30 are filled with a first excitation gas (for example, a gas with a mixing ratio of CO 2 :N 2 :He=1:3:4), The second discharge tube 20 and the fourth discharge tube 40 are filled with a second excitation gas (for example, a gas with a mixing ratio of CO 2 :N 2 :He=20:1:5 to 40). there is The four discharge tubes from the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 are provided with first to fourth pulse power sources 11, 21, 31 and 41 and trigger means for the first to fourth pulse power sources, respectively. 12, 22, 32 and 42 are attached.

なお、レーザ光励起制御手段については、図12では記載を省略しているが、第一から第四のパルス電源11、21、31、41の発振トリガー手段12、22、32、42を制御して、第一から第四の放電管10、20、30、40を放電させている。 Although the laser light excitation control means is omitted in FIG. , the first to fourth discharge tubes 10, 20, 30, 40 are discharged.

そして、第一の放電管10と第三の放電管30では、パルス電源11、31を立ち上げてパルス電源のトリガー手段12、32で放電させると、レーザ光のフラットな波形を生じさせるようにしている。また、第二の放電管20と第四の放電管40では、パルス電源21、41を立ち上げてパルス電源のトリガー手段22、42で放電させると、レーザ光の尖塔パルス状の波形を生じさせるようにしている。 In the first discharge tube 10 and the third discharge tube 30, when the pulse power sources 11 and 31 are activated and the trigger means 12 and 32 of the pulse power sources discharge, a flat waveform of laser light is generated. ing. Further, in the second discharge tube 20 and the fourth discharge tube 40, when the pulse power sources 21 and 41 are activated and the trigger means 22 and 42 of the pulse power sources discharge, a steeple pulse waveform of the laser light is generated. I'm trying

本発明の実施形態3のガスレーザ発振装置では、第一の放電管10から第四の放電管40をそれぞれ所定のタイミングに放電させて、レーザ光にそれぞれの放電管が生じさせた波形を持たせている。 In the gas laser oscillator according to Embodiment 3 of the present invention, each of the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 is discharged at a predetermined timing so that the laser light has a waveform generated by each discharge tube. ing.

図13(a)~(e)に、第一の放電管10から第四の放電管40がどのタイミングでそれぞれの波形を生じさせるかを示した。図13(a)に示す第一の放電管10と図13(c)に示す第三の放電管30では、レーザ強度は異なるが、レーザ光にフラットな波形を生じさせている。図13(b)に示す第二の放電管20と図13(d)に示す第四の放電管40では、ピークのレーザ強度とパルスの立ち上がりタイミングが異なるが、レーザ光に尖塔パルス状の波形を生じさせている。第一の放電管10では、タイミング(t51)、第二の放電管20では、タイミング(t52)で、第三の放電管30では、タイミング(t52)、第四の放電管40では、タイミング(t53)で放電が始まる。 FIGS. 13(a) to 13(e) show at what timing the first discharge tube 10 to the fourth discharge tube 40 generate respective waveforms. The first discharge tube 10 shown in FIG. 13(a) and the third discharge tube 30 shown in FIG. 13(c) have different laser intensities, but produce a flat waveform in the laser light. The second discharge tube 20 shown in FIG. 13B and the fourth discharge tube 40 shown in FIG. is causing Timing (t 51 ) for the first discharge tube 10, timing (t 52 ) for the second discharge tube 20, timing (t 52 ) for the third discharge tube 30, and timing (t 52 ) for the fourth discharge tube 40 , discharge starts at timing (t 53 ).

そして、レーザ光は、リアミラー1とハーフミラー2の間で増幅され、第一の放電管10から第四の放電管40のそれぞれの放電管が生じさせた波形を加えている。 The laser light is amplified between the rear mirror 1 and the half mirror 2 and adds waveforms generated by the first to fourth discharge tubes 10 to 40 .

すなわち、図13(e)では、レーザ光にそれぞれの放電管が生じさせた各波形が加わった一つの波形になっている。 In other words, in FIG. 13(e), the laser light is combined with each waveform generated by each discharge tube to form one waveform.

図13(e)では、レーザ光に2つのフラットな波形と2つの尖塔パルス状の波形とを加えた出力波形を得ている。図13(e)の波形では、レーザ光が、フラットな波形で立ち上げて予熱をしてから、1回目の尖塔パルス状の波形で急加熱をし、一旦フラットな波形の加熱をし、2回目の尖塔パルス状の波形で急加熱をし、最後にフラットな波形の加熱をしてレーザ光照射を終えている。 In FIG. 13(e), an output waveform is obtained by adding two flat waveforms and two steeple pulse waveforms to the laser light. In the waveform of FIG. 13( e ), the laser light rises with a flat waveform for preheating, then rapidly heats with the first spire pulse waveform, then heats with a flat waveform once, and then heats with a flat waveform. Rapid heating is performed with a steeple pulse-shaped waveform for the second time, and finally, flat waveform heating is performed to complete the laser beam irradiation.

このように予熱してから、複数段階の尖塔パルス状の急加熱を繰り返すレーザ光の照射方法は、例えば比較的直径の大きな孔あけ作業などに有効とされる。 A method of irradiating a laser beam that repeats such preheating and then rapid heating in a plurality of steps in the shape of a spire pulse is effective, for example, for drilling a hole having a relatively large diameter.

図14は、ドーム状のガラス容器87に孔あけするガスレーザ孔あけ加工装置の外観を示した。ロボットアーム100の先端に本発明のガスレーザ発振装置90を取り付け、ガスレーザ発振装置90から既に説明したように複数の波形を加えた波形のレーザ光を保持治具110に取り付固定されたドーム状のガラス容器87に照射している。 FIG. 14 shows the appearance of a gas laser drilling device for drilling a dome-shaped glass container 87 . A gas laser oscillating device 90 of the present invention is attached to the tip of a robot arm 100, and a dome-shaped laser beam having a plurality of waveforms added from the gas laser oscillating device 90 is attached and fixed to a holding jig 110 as already described. A glass container 87 is irradiated.

図15には、ドーム状のガラス容器87に孔88をあけた後の拡大断面図を示した。 FIG. 15 shows an enlarged cross-sectional view of the dome-shaped glass container 87 after the holes 88 are formed.

なお、上記の実施形態1から3のガスレーザ発振装置の説明では、レーザ光励起制御手段で、少なくとも二つの前記放電管に、一部が同じで残りが異なるタイミングで前記レーザ光励起電源を供給し、全反射鏡と半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を重ねたレーザ光を出力するように構成した場合を説明した。 In the description of the gas laser oscillators of Embodiments 1 to 3 above, the laser excitation control means supplies the laser excitation power to at least two of the discharge tubes at the same timing for some and different timings for the rest. A case has been described in which laser light is oscillated in the discharge tube between the reflecting mirror and the semi-reflecting mirror, and the waveform of the laser light generated by each discharge tube is superimposed to output the laser light.

しかし、本発明のガスレーザ発振方法は、複数の放電管でつくる複数の波形を出力波形に加えるときに、複数の波形をタイミング的に離して加えることもできる。レーザ溶着やレーザ加工の現実的な必要により、複数の波形が重なっておらず、タイミング的に離れていたほうが好都合な場合がある。本発明のガスレーザ発振方法は、現実的な必要により、好ましい形の出力波形にして用いることができる。 However, according to the gas laser oscillation method of the present invention, when adding a plurality of waveforms generated by a plurality of discharge tubes to the output waveform, the plurality of waveforms can be added at different timings. Due to the practical needs of laser welding or laser machining, it may be advantageous for the waveforms to be non-overlapping and separated in timing. The gas lasing method of the present invention can be used with a preferred form of output waveform according to practical needs.

本発明のガスレーザ発振方法は、この方法を用いたガスレーザ発振装置、合成樹脂材のレーザ溶着装置や、合成樹脂材やガラス材に孔あけや溝を彫るガスレーザ加工装置に適用できるほか、半導体製造装用の産業用のガスレーザ加工装置や、歯科用のガスレーザ加工装置に適用することができる。 The gas laser oscillation method of the present invention can be applied to a gas laser oscillation apparatus using this method, a laser welding apparatus for synthetic resin materials, a gas laser processing apparatus for drilling holes or grooves in synthetic resin materials or glass materials, and semiconductor manufacturing equipment. industrial gas laser processing equipment and dental gas laser processing equipment.

1: リアミラー
2: ハーフミラー
10 :第一の放電管
10a:第一の放電管のガス入口
10b:第一の放電管のガス出口
10c:第一の放電管のウィンドウ
11 :第一のパルス電源
12 :第一のパルス電源の発振トリガー手段
13 :第一の励起ガスボンベ
20 :第二の放電管
20a:第二の放電管のガス入口
20b:第二の放電管のガス出口
20c:第二の放電管のウィンドウ
21 :第二のパルス電源
22 :第二のパルス電源の発振トリガー手段
23 :第二の励起ガスボンベ
30 :第三の放電管
40 :第四の放電管
50:レーザ光
60、90 :ガスレーザ発振装置
70、71:ガス収納容器
80:レーザ光透過性樹脂材
81:レーザ光吸収性樹脂材
82:予熱部分
83:溶融部分
84:溶着部分
85、88:孔
87:ガラス容器
L:共振器長
Reference Signs List 1: rear mirror 2: half mirror 10: first discharge tube 10a: gas inlet of first discharge tube 10b: gas outlet of first discharge tube 10c: window of first discharge tube 11: first pulse power supply 12: Oscillation trigger means of first pulse power supply 13: First excitation gas cylinder 20: Second discharge tube 20a: Gas inlet of second discharge tube 20b: Gas outlet of second discharge tube 20c: Second discharge tube Window of discharge tube 21: second pulse power supply 22: oscillation trigger means for second pulse power supply 23: second excitation gas cylinder 30: third discharge tube 40: fourth discharge tube 50: laser light 60, 90 : Gas laser oscillator 70, 71: Gas container 80: Laser light transmitting resin material 81: Laser light absorbing resin material 82: Preheating part 83: Melting part 84: Welding part 85, 88: Hole 87: Glass container L: resonator length

Claims (9)

レーザ光波形がフラットになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第一の励起ガスと、レーザ光波形が尖塔パルスになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第二の励起ガスを含む、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、
二以上の放電管と、
全反射鏡と、
半反射鏡と、
レーザ光励起電源と、
レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、
レーザ光励起制御手段と、を有し、
前記二以上の放電管に異なる混合比の前記励起ガスを入れ、
前記全反射鏡と前記半反射鏡の間に前記放電管を直列に並べ、
前記レーザ光励起制御手段で前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記全反射鏡と前記半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、
前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を、尖塔パルスの波形を含むように前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えて出力するように構成した、
ことを特徴とするガスレーザ発振装置。
The first excitation gas is a mixture of carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas at a mixing ratio that makes the laser beam waveform flat, and the second excitation gas is a mixture of carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas at a mixture ratio that makes the laser beam waveform a steep pulse. a plurality of excitation gases obtained by mixing carbon dioxide gas, nitrogen gas and helium gas at different mixing ratios, including the excitation gas of
two or more discharge tubes;
a total reflecting mirror;
a semi-reflector;
a laser light excitation power supply;
an oscillation trigger means for a laser light excitation power source;
and laser light excitation control means,
putting the excitation gas in different mixing ratios into the two or more discharge tubes;
arranging the discharge tubes in series between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror;
controlling the laser light excitation power supply and the oscillation trigger means of the laser light excitation power supply by the laser light excitation control means to cause the discharge tube between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror to oscillate a laser light;
The laser light to which the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes is added is output by adding the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes so as to include the waveform of the spire pulse .
A gas laser oscillator characterized by:
前記レーザ光励起制御手段で前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記全反射鏡と前記半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、controlling the laser light excitation power supply and the oscillation trigger means of the laser light excitation power supply by the laser light excitation control means to cause the discharge tube between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror to oscillate a laser light;
前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光の波形が、フラットな波形が始まった後、尖塔パルス状の波形が来て、再び、フラットの波形になるようにした請求項1に記載のガスレーザ発振装置。 2. The waveform of the laser light added with the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes is such that after a flat waveform starts, a steeple pulse-shaped waveform comes and then becomes a flat waveform again. 2. The gas laser oscillation device according to .
前記第二の励起ガスとして、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスの混合比を体積比で、20 :1:5~40の比率として、レーザ光波形が尖塔パルスになるようにした請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置。 2. The second excitation gas is carbon dioxide gas, nitrogen gas, and helium gas in a volume ratio of 20:1:5 to 40, so that the laser light waveform becomes a steeple pulse. Item 3. The gas laser oscillation device according to item 2. 請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置を用いて、溶着対象物を溶着するように構成したレーザ溶着装置。 3. A laser welding apparatus configured to weld an object to be welded by using the gas laser oscillator according to claim 1 or claim 2. 請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置を用いて、加工対象物を加工するように構成したレーザ加工装置。 3. A laser processing apparatus configured to process an object using the gas laser oscillation apparatus according to claim 1 or 2. 請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ発振装置を用いて、加工対象物に穴、溝又は 凹部を形成するように構成したレーザ加工装置。 3. A laser processing apparatus configured to form holes, grooves or recesses in an object using the gas laser oscillation apparatus according to claim 1 or 2. レーザ光波形がフラットになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第一の励起ガスと、レーザ光波形が尖塔パルスになる混合比に炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを混合した第二の励起ガスを含む、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスを異なる混合比で混合した複数の励起ガスと、
二以上の放電管と、
全反射鏡と、
半反射鏡と、
レーザ光励起電源と、
レーザ光励起電源の発振トリガー手段と、
レーザ光励起制御手段と、を用い、
前記二以上の放電管に異なる混合比の前記励起ガスを入れ、
前記全反射鏡と前記半反射鏡の間に前記放電管を直列に並べ、
前記レーザ光励起制御手段で前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、
前記全反射鏡と前記半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、
前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光を、尖塔パルスの波形を含むように前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えて出力するようにした、
ことを特徴とするガスレーザ発振方法。
The first excitation gas is a mixture of carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas at a mixing ratio that makes the laser beam waveform flat, and the second excitation gas is a mixture of carbon dioxide gas, nitrogen, and helium gas at a mixture ratio that makes the laser beam waveform a steep pulse. a plurality of excitation gases obtained by mixing carbon dioxide gas, nitrogen gas and helium gas at different mixing ratios, including the excitation gas of
two or more discharge tubes;
a total reflecting mirror;
a semi-reflector;
a laser light excitation power supply;
an oscillation trigger means for a laser light excitation power source;
using laser light excitation control means,
putting the excitation gas in different mixing ratios into the two or more discharge tubes;
arranging the discharge tubes in series between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror;
The laser light excitation control means controls the laser light excitation power supply and the oscillation trigger means of the laser light excitation power supply,
oscillating a laser beam in the discharge tube between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror;
The laser light to which the waveform of the laser light generated by each discharge tube is added is output by adding the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes so as to include the waveform of the spire pulse .
A gas laser oscillation method characterized by:
前記レーザ光励起制御手段で前記レーザ光励起電源と前記レーザ光励起電源の前記発振トリガー手段を制御して、前記全反射鏡と前記半反射鏡の間の前記放電管でレーザ光を発振させ、controlling the laser light excitation power supply and the oscillation trigger means of the laser light excitation power supply by the laser light excitation control means to cause the discharge tube between the total reflection mirror and the semi-reflection mirror to oscillate a laser light;
前記それぞれの放電管によって生じるレーザ光の波形を加えたレーザ光の波形が、フラットな波形が始まった後、尖塔パルス状の波形が来て、再び、フラットの波形になるようにした請求項7に記載のガスレーザ発振方法。 8. The waveform of the laser light added with the waveform of the laser light generated by each of the discharge tubes is such that after a flat waveform starts, a spire pulse-like waveform comes and then becomes a flat waveform again. The gas laser oscillation method described in .
前記第二の励起ガスとして、炭酸ガスと窒素とヘリウムガスの混合比を体積比で、20:1:5~40の比率とし、レーザ光波形尖塔パルス波形になるようにした請求項7又は請求項8に記載のガスレーザ発振方法。 8. The second excitation gas is carbon dioxide gas, nitrogen gas and helium gas in a mixing ratio of 20:1: 5 to 40 by volume, so that the laser light waveform becomes a steeple pulse waveform. Or the gas laser oscillation method according to claim 8 .
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