JP2004337925A

JP2004337925A - レーザ加工機

Info

Publication number: JP2004337925A
Application number: JP2003137745A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Motoki; 裕本木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】現在の生産性を維持しながらＴＥＡレーザ光なみの加工品質が達成できるようにすること。
【解決手段】多モードで直線偏光状態のレーザ光３０の伝搬光路に電気信号により選択的にレーザ光の進路が変更できる音響光学素子（ＡＯ）２９を挿入し、加工完了に至る手前の１ショットまたは２ショットまでの数ショットは、通過光３２として合成素子４０に導き、照射系に引き渡す。そして、加工完了に至る手前の１ショットまたは２ショットを取出光３１として別の光路に引き出し、ミラー４１，分光素子４２を介してパルス圧縮装置４３に導き、パルス圧縮装置４３にて高ピーク短パルス幅に圧縮整形されたレーザ光を分光素子４２，ミラー４４を介して元の光路である合成素子４０に導き、照射系に引き渡す。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光パルスを加工対象材料に照射して止まり穴や貫通穴を形成するレーザ加工機に係り、特にプリント基板の穴あけ加工に好適なレーザ加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やパソコンマザーボードに用いられるプリント基板の代表的材料にガラスエポキシ材があるが、近年では、プリント基板の低価格化および高信頼性の要求を満たすものとして、このガラスエポキシ材の需要が延びてきている。このガラスエポキシ材にレーザ加工機にて穴加工を行った場合、品質的な評価のポイントは、主にガラスクロスの突き出しと穴底径バラツキとの２点がある。
【０００３】
図１１は、ガラスエポキシ材加工時のガラス突き出しの様子を説明する図である。図１１では、ガラスエポキシ材のプリント基板に内層ランド１０１に至る穴あけ加工を施した場合が示されている。ガラスエポキシ材は、ガラスクロス１０３の周囲をエポキシ材１００で覆う構造になっている。また、ガラスクロス１０３は織物のようにガラスの細線を束ねたものを交互に織り合わせたような構造になっている。
【０００４】
エポキシ材１００は柔らかく、ガラスクロス１０３は堅い特性である。このため、ガラスクロス１０３とその周りを覆うエポキシ材１００との間でレーザ光による加工性に違いが生じ、加工後の壁面１０２には、ガラスクロス１０３が突き出した形状のクロス突き出し１０４が見られる。
【０００５】
穴底径バラツキは、加工材料の２次元的な構造面でのバラツキに起因する。ガラスエポキシ材では、広く平面的にみると、ガラスクロス１０３がある位置では多く、ある位置では少ないといったガラスクロス１０３の粗密バラツキが必ず発生する。この粗密の差が、加工性の差となり、引いては加工後の穴底径の違いとなって現れてくる。
【０００６】
従来では、これらの問題に対する方策として、レーザ光パルスの波長最適化と高ピーク短パルス幅化とを図ってきた。図１２は、ガラスクロス材の光吸収特性を示す図である。図１２では、典型的なガラスクロス材におけるレーザ光吸収率の波長依存性が示されている。図１２から、ガラスクロス材がレーザ光吸収率のピークを示す波長は９〜９．５μｍ付近であることがわかる。吸収率が高いほどエネルギーが有効に加工に寄与することは明らかであるので、レーザ光パルスの波長としては９〜９．５μｍ付近が望ましいことになる。
【０００７】
炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ光パルスの波長は、一般的には１０．６μｍであるが、実際には９〜９．５μｍ内でも発振が可能であるので、こちらの波長域を選択した炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ発振器が提案され、実用化されてきている。しかし、これによる穴あけ加工性の改善はみられたが、最適波長選択だけでは十分ではなかった。
【０００８】
また、図１３は、高ピークパルス照射と低ピークパルス照射での加工穴品質を比較した図である。一般的にレーザ加工においては、レーザ光パルスのピーク値（Ｗ／ｃｍ２）が高いほど加工のバラツキが少ないので、図１３に示すように、加工穴の品質は、（Ａ）高ピーク短パルス幅レーザ光を照射した方が、（Ｂ）低ピーク広パルス幅レーザ光を照射した場合よりも高品質である。
【０００９】
ピーク値の違いによる加工穴品質の相違を示すものの一つにパルス幅で表記されるビーム照射時間がある。レーザ光による加熱時間が短いほど、入熱が少なくなるので、炭化等熱影響の少ない加工になることが理解できる。また、短時間に強いエネルギーが照射されると、当然急峻な加熱が行われる。ガラスクロスとエポキシ材との加工性の違いを加工閾値の違いとして捉えると、ゆっくりと加熱すれば違いが大きくなることが容易に推測できる。しかし、高ピーク短パルスレーザ光で照射すれば、急激な加熱が可能になるので、ほぼ両者間では時間差なく閾値を超えて加工が進行していくと予想され、両者における加工性のバラツキが少なくなると考えられる。
【００１０】
図１４は、ガラスエポキシ材の加工に高ピーク短パルス幅のレーザ光と低ピーク広パルス幅のレーザ光とを適用した場合の加熱時間を比較した図である。図１４（Ａ）に示すように、高ピーク短パルス幅レーザ光を用いた場合は、ガラス加工閾値１１１での加工時間１２１と、エポキシ加工閾値１１２での加工時間１２２とは大差ない。しかし、図１４（Ｂ）に示すように、低ピーク広パルス幅レーザ光を用いた場合は、ガラス加工閾値１１１での加工時間１２１が短く、エポキシ加工閾値１１２での加工時間１２２が長くなり、大きな差が見られる。
【００１１】
エポキシ材の加工では、最初のレーザ光パルスを照射したときには、どちらの場所にもガラスクロスがあったとすると、最初のショットでは、加工性には差が出ない。次のレーザ光パルスを照射するときに、ガラスクロスの疎密から、一方はガラスクロスを照射し、もう一方はエポキシ材を照射することになったとしても、上記の考えから、両者に大きな差は発生しないことになる。このため、高ピーク短パルス幅レーザ光で照射すれば、ガラスクロスの疎密によるバラツキは緩和される。
【００１２】
こうした点からすると、ガラスエポキシ材を高品質で加工するには、最適波長で、かつ高ピーク短パルス幅レーザ光を使用すれば良いことになる。従来では、この要求を満たすパルスレーザ光として波長９〜９．５μｍ付近のＴＥＡレーザ光が使用されていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラスエポキシ材の加工に高ピーク短パルス幅レーザ光を用いる場合には、高品位加工とは裏腹な関係ではあるが、１回の照射で加工できる体積が少ないので、１つの穴をあけるのに、かなりの数のレーザ光パルスを照射しなければならない。つまり、通常１つの穴を加工するのに必要なパルスの数をレーザ光パルスで加工対象材料を射るという意味でショット数と呼んでいるが、高ピーク短パルス幅レーザ光では、ショット数が多くなるという問題がある。
【００１４】
また、高ピーク短パルス幅レーザ光を発生するＴＥＡレーザ発振器では、その高ピーク性を発揮するために、特殊な放電によってレーザ励起を行っている。Ｑスイッチ的なものであり、貯めこんだエネルギーを一気に解放し高い出力を得る方法である。この方法では、一度エネルギーをため込むため一定の時間を必要とする。そのため、ＴＥＡレーザ発振器では、高い繰り返し発振ができないという欠点がある。
【００１５】
要するに、ガラスエポキシ材の高品質加工には、高いピーク値が得られるＴＥＡレーザ光が適しているが、加工するのに沢山のショット数が必要であるのに関わらず、低い繰り返し発振しかできないので、材料を加工する上では、生産性が著しく低下するという問題があった。
【００１６】
図１５は、各種レーザの特徴を説明する図である。図１５に示すように、ＴＥＡレーザ１３１は、一般的な炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ１３２よりも相当にパルス幅の短いレーザ光が得られる。しかし、ＴＥＡレーザ１３１の発振器では、上記のように高い繰り返し発振ができない。そこで、近年では、低ピーク値・広パルス幅の一般的な炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ１３２と高ピーク値・短パルス幅のＴＥＡレーザ１３１の中間を目指した改良型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ１３３の発振器が開発され、実用化されている。
【００１７】
改良型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ１３３を光源とするレーザ加工機では、ＴＥＡレーザ１３１を光源とするレーザ加工機には及ばないが、高ピーク短パルス幅での加工が行える。しかも、改良型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ１３３の発振器では、特殊な高周波放電により高い繰り返し発振が行える特徴を持つので、この改良型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ１３３を光源とするレーザ加工機は、生産性よくガラスエポキシ材の高品質加工が行えるとして高い評価を得ている。しかし、ＴＥＡレーザ光による高品質加工に近い加工が実現できているに留まり、ＴＥＡレーザ光なみの加工品質は達成できないでいるのが実状である。
【００１８】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、現在の生産性を維持しながらＴＥＡレーザ光なみの加工品質が達成できるレーザ加工機を得ることを目的とする。
【００１９】
また、この発明は、直線偏光のパルスレーザ光を用いて穴加工する場合に穴形状が楕円状になるのを防止できるレーザ加工機を得ることを目的とする。
【００２０】
さらに、この発明は、パルスレーザ光を用いた加工において問題になる過加熱が抑制できるレーザ加工機を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるレーザ加工機は、多モードのレーザ光パルスを照射して穴加工を行う照射過程における任意のレーザ光パルスを穴加工を行う照射光路から取り出す任意パルス取出手段と、レーザ光パルスを圧縮し高ピーク短パルス幅のレーザ光を生成するパルス圧縮手段と、取り出された任意のレーザ光パルスを前記パルス圧縮手段に導き、生成された高ピーク短パルス幅のレーザ光を前記照射光路に戻す光学系とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、多モードのレーザ光パルスを照射して穴加工を行う照射過程で、照射光路から任意のレーザ光パルスを取り出し、高ピーク短パルス幅のレーザ光に変成して照射光路に戻すことができる。したがって、高ピーク短パルス幅のレーザ光による穴加工を必要とする時に必要な高ピーク短パルス幅のレーザ光を生成して照射することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレーザ加工機の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
実施の形態１．
この実施の形態１では、改良型炭酸ガスレーザ発振器のパルスレーザ光を用いてプリント基板に穴あけ加工を行う場合に、現状の生産性を維持しつつ加工品質を高める方法として、穴加工が完了するショット数の数ショット前（例えば１，２ショット前）までは、現状のレーザ光パルスを照射してほぼ加工穴を完成させておき、最後の１，２ショットを高ピーク短パルス幅レーザ光を照射して仕上げ加工を行う方法を採用する。
【００２５】
これを実現するには、現状のレーザ光パルスから高ピーク短パルス幅レーザ光を生成するパルス圧縮装置と、加工対象物に照射されるレーザ光パルスから任意のレーザ光パルスを取り出す任意パルス取出装置とが必要である。図１〜図５は、パルス圧縮技術に関し、図６は任意パルス取り出し技術に関し、図７は両技術を組み合わせた選択取り出し高ピーク短パルス幅レーザ光の生成を行う光学系に関する。以下、この順に従って説明する。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態１であるレーザ加工機における選択取り出し高ピーク化パルス光を生成する光学系で用いるパルス圧縮装置の構成を示す概念図である。図２は、図１に示す回折格子の動作を説明する図である。図３は、図１に示すパルス圧縮装置でのパルス圧縮動作を説明する図である。図４は、エネルギー順位とレーザ発振との関係を説明する図である。図５は、気体レーザのレーザ媒質におけるドップラー効果の影響を説明する図である。
【００２７】
炭酸ガスレーザ光にパルス圧縮技術を適用することは、従来では、考えられていなかったが、この実施の形態１では、炭酸ガスレーザ光の特徴を利用して適用できるようにしている。まず、図１〜図３を参照して、パルス圧縮の原理的説明を行う。
【００２８】
パルス圧縮技術は、固体レーザ（チタンサファイヤレーザ）や色素レーザ等で使用されているが、パルス圧縮装置の光学系は、図１に示すように、レーザ光を選択分光素子１１から対向配置される一対の回折格子１２ａ，１２ｂに導き、回折光を反射ミラー１３を用いて往復させ、その過程で圧縮されたパルス光を選択分光素子１１から反射光として取り出すように構成される。
【００２９】
図２に示すように、回折格子１２ａ，１２ｂの入射角度θｉとｍ次の回折角度φｍとの関係は、格子間隔をｄ、波長をλとして、
ｓｉｎθｉ−ｓｉｎφｍ＝（ｍλ）÷ｄ …（１）
と表され、回折方向は波長に応じて決まる。ここで、光の波長λと周波数νは、光速Ｃに対して、Ｃ＝νλの関係があるので、式（１）における波長λを周波数νに置き換えて考える。
【００３０】
この周波数νに分散が存在すると、その分散に応じて回折後の光の光路は異なることになる。図１に示した回折格子の組み合わせでは、高周波成分は短い光路を通り、低周波成分は長い光路を通ることになる。ある種のレーザ媒質から発生するパルスレーザ光や光路中の光学系を通過してきたパルスレーザ光は、図３（Ａ）に示すように、パルスの立ち上がり付近１４に低周波成分が偏って存在し、パルスの立ち下がり付近１３に高周波成分が偏って存在する傾向になる。すなわち、図３（Ａ）に示すようなパルスレーザ光を図１に示す圧縮光学系に通すと、パルス先頭部分は長い光路を進み、パルス後方部分は短い光路を進むので、圧縮光学系を通過した後には、図３（Ｂ）に示すように、パルス幅が圧縮され、高ピーク短パルス幅のレーザ光１５が得られる。
【００３１】
要するに、上記のようなパルス圧縮が行えるレーザ光は、周波数の分散が大きなレーザ光でなくてはならない。すなわち、一般のレーザ媒質では、図４（Ａ）に示すように、発振に寄与する２つのエネルギー準位Ｅ１，Ｅ２はバンド幅が狭く、Ｅ１−Ｅ２＝ｈν＝ｈ（Ｃ／λ）なる１つの波長λで発振するので、波長や周波数には、バラツキは発生しない。一方、チタンサファイヤレーザや色素レーザでは、図４（Ｂ）に示すように、発振に寄与する２つのエネルギー準位Ｅ１，Ｅ２はバンド幅１９が広いので、複数の波長で発振することが可能となり、発振波長、周波数に分散を持つことになる。これが、チタンサファイヤレーザや色素レーザでは、パルス圧縮が行える理由である。
【００３２】
しかしながら、炭酸ガスレーザの場合は、図４（Ａ）に示すようなエネルギー準位での発振となるので、通常、分散は期待できない。つまり、従来では、炭酸ガスレーザ発振器のレーザ光は、パルス圧縮に適するとは考えられていなかった。ところが、炭酸ガスレーザ等の気体レーザの場合には、レーザ媒質は気体であるので、その分子の熱運動を利用してパルス圧縮に適するレーザ光を得ることができる。
【００３３】
すなわち、炭酸ガスレーザの発振源である分子が熱運動するということは、その速度成分によりドップラー効果が発生していることを意味している。今、速度ｖで運動している分子が周波数ν０の光を放出するとすれば、図５に示すように、その周波数の変化はドップラー効果により、ν＝ν０（１±ｖ／Ｃ）の幅を持つことになる。このことは、周波数に分散が存在することを示している。
【００３４】
気体レーザでは、そのままでは、このドップラー幅の存在により発振周波数は単一モードではなく多重モードとなるので、通常は、プリズムやエタロン等により単一モードを選択して発振を行っている。つまり、これらのプリズムやエタロン等を外し分散を拡大することにより、パルス圧縮に適したパルスレーザ光が得られるようになる。
【００３５】
この実施の形態１では、従来見逃されてきたこのような気体レーザの特徴を利用して加工技術的に有効な圧縮パルスレーザ光である高ピーク短パルス幅レーザ光を得るようにしている。そして、図６に示すような任意パルス取出装置を用いてパルス圧縮が必要なときに必要なパルスレーザ光を光路から取り出すようにしている。
【００３６】
図６は、任意パルス取出装置の構成例を示す図である。図６（Ａ）は音響光学素子（ＡＯ）を用いた場合の構成を示し、図６（Ｂ）は電気光学素子（ＥＯ）を用いた場合の構成を示している。
【００３７】
図６に示す任意パルス取出装置は、多モードで直線偏光状態のレーザ光の伝搬光路途中に配置される。この多モードで直線偏光状態のレーザ光は、気体レーザ発振器から出力されるレーザ光、もしくは、伝搬光路途中で変換されたレーザ光である。
【００３８】
図６（Ａ）において、音響光学素子（ＡＯ）２９では、加える電気信号２８により素子内に超音波３３が発生し、超音波３３の定在波が形成される。この超音波３３の定在波によるブラッグ反射によって、素子内を伝搬する光の光路を曲げることができる。したがって、ＡＯ２９に多モードで直線偏光状態のレーザ光３０が入射している状態で、加える電気信号２８を調節してブラッグ反射を起こさせ、通過光３２の光路を曲げて取り出した取出光３１が得られる。
【００３９】
図６（Ｂ）において、電気光学素子（ＥＯ）３４では、印加する電気信号３５の強さを調整すると、入射した直線偏光３６を偏光方向が直交する直線偏光や円偏光に変えることができる。したがって、電気光学素子（ＥＯ）３４の後段に、偏光方向によって透過したり、反射したりする分光素子（例えばブリュスターウィンドウ）３９を設置すれば、通過光３２と取出光３１とが得られる。
【００４０】
斯くして、この発明の実施の形態１であるレーザ加工機における選択取り出し高ピーク短パルス幅レーザ光を生成する光学系は、例えば図７に示すように構成できる。図７（Ａ）は、音響光学素子を任意パルス取出装置として用いた場合の構成例である。図７（Ｂ）は、電気光学素子を任意パルス取出装置として用いた場合の構成例である。図７（Ａ）（Ｂ）において、一度分けた光路の合成部分に設ける合成素子４０，４６は、元の光路を通過してきた通過光３２，３８は透過し、取り出した取出光３１，３９に対しては反射する向きに設置されている。なお、合成素子４０，４６には、ブリュースターウィンドウ等の素子を用いることができる。
【００４１】
図７（Ａ）において、多モードで直線偏光状態のレーザ光３０の伝搬光路に電気信号により選択的にレーザ光の進路が変更できる音響光学素子（ＡＯ）２９を挿入し、加工完了に至る手前の１ショットまたは２ショットまでの数ショットは、通過光３２として合成素子４０に導き、照射系に引き渡す。そして、加工完了に至る手前の１ショットまたは２ショットを取出光３１として別の光路に引き出し、ミラー４１，分光素子４２を介してパルス圧縮装置４３に導き、パルス圧縮装置４３にて高ピーク短パルス幅に圧縮整形されたレーザ光を分光素子４２，ミラー４４を介して元の光路である合成素子４０に導き、照射系に引き渡す。
【００４２】
図７（Ｂ）において、多モードで直線偏光状態のレーザ光３０の伝搬光路に電気信号により選択的にレーザ光の偏光状態が変更できる電気光学素子（ＥＯ）３４を挿入し、加工完了に至る手前の１ショットまたは２ショットまでの数ショットは、元の偏光状態にて分光素子３７から通過光３８として取り出し合成素子４６に導き、照射系に引き渡す。そして、加工完了に至る手前の１ショットまたは２ショットは偏光状態を変更し、分光素子３７から取出光３９として別の光路に引き出し、ミラー４７，４８，４９，５０および分光素子４２を介してパルス圧縮装置４３に導き、パルス圧縮装置４３にて高ピーク短パルス幅に圧縮整形されたレーザ光を分光素子５１を介して元の光路である合成素子４６に導き、照射系に引き渡す。
【００４３】
このように、実施の形態１によれば、穴加工が完了するショット数の数ショット（例えば１，２ショット）前までは、現状のレーザ光パルスを照射してほぼ加工穴を完成させておき、仕上げのレーザ光パルスである最後の１ショットまたは２ショットをＴＥＡパルスレーザ光のような高ピーク短パルス幅レーザ光にすることができるので、この仕上げパルスの効果により、ガラスエポキシ材加工時の加工穴壁面に生ずるガラスクロスの突き出しや穴底径バラツキが緩和される。したがって、現在の生産性を維持しながらＴＥＡレーザなみの高品位な加工を行うことができる。
【００４４】
このとき、高ピーク短パルス幅レーザ光を用いてエポキシ材やポリイミド材を加工したときの樹脂残り量は、少なくなる傾向にあることが知られている。つまり、実施の形態１によれば、高ピーク短パルス幅レーザ光を仕上げ加工に使用するので、従来よりも更に樹脂残り量の少ない加工が実現できる効果が得られる。
【００４５】
また、原理的には、照射過程における任意のレーザ光パルスを高ピーク短パルス幅レーザ光とすることができるので、例えば、最初のショットは高ピーク短パルス幅レーザ光とし、次のショットは通常のレーザパルス光とし、次のショットは再び高ピーク短パルス幅レーザ光とするいわゆる鋸歯状の照射方法も採用可能である。このような多数通りの組合わせパルス照射にすれば、バラツキの少ない加工が実現でき、加えて、従来高品質に加工することが難しかった銅箔の加工にも有効であることが期待できる。
【００４６】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２であるレーザ加工機が実現する任意パルス偏光方向直交照射を可能にする光路構成を示す概念図である。図８において、この実施の形態２では、直線偏光状態にあるレーザ光５４を実施の形態１にて説明した任意パルス取出装置５５に与え、ミラー５６，合成素子５７に至る通常の光路とは異なるミラー５８，５９，６０，６１を経由して合成素子５７に至る光路に選択的に取り出す。
【００４７】
このミラー５８，５９，６０，６１を経由して合成素子５７に至る光路では、任意パルス取出装置５５からミラー５８に至る光路と、ミラー６１から合成素子５７に至る光路とは、任意パルス取出装置５５からミラー５６，合成素子５７に至る通常の光路と同一の平面内にあるが、ミラー５８からミラー５９，６０，６１に至る光路は、それと直交する平面内にある。
【００４８】
つまり、任意パルス取出装置５５にて選択的に取り出されたレーザ光は、ミラー５８にて、任意パルス取出装置５５からミラー５６，合成素子５７に至る通常の光路が存在する平面と直交する平面に向けて直角に折り曲げられてミラー５９，６０を伝搬し、ミラー６１にて再び任意パルス取出装置５５からミラー５６，合成素子５７に至る通常の光路が存在する元の平面上の光路に戻り、合成素子５７にて合成される。
【００４９】
したがって、合成素子５７では、直交する２つの直線偏光レーザ光が切り替わって射出される。一方は選択操作をしない通常用いる直線偏光レーザ光であり、他方は選択操作された直線偏光レーザ光である。その結果、加工対象材料には、通常用いる直線偏光レーザ光を照射する過程で、選択的に、それと直交する偏光方向を持つ直線偏光レーザ光が照射される。
【００５０】
穴加工に用いるレーザ加工機では、実施の形態１にて説明したように、直線偏光レーザ光が用いられるが、直線偏光レーザ光を用いて穴加工した場合には、加工穴が偏光方向に引き伸ばされて楕円形状になることがある。そのような場合に、この実施の形態２によれば、通常用いる直線偏光レーザ光パルスの複数ショットで加工を行い、その後、直線偏光方向が９０度異なる２つのレーザ光パルスを交互に照射することができるので、加工穴の楕円化を防ぐことができる。
【００５１】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３であるレーザ加工機で実現するパルスレーザ光先鋭化に用いる過飽和吸収体の動作を説明する図である。図９に示すように、過飽和吸収体６０は、透過閾値６１を超える光強度の高い部分のみを透過させ、透過閾値６１を超えない光強度の低い部分に対しては不透明になるという性質を有している。なお、炭酸ガスレーザ用の過飽和吸収体としてはフレオンガスなどが知られている。
【００５２】
この実施の形態３では、過飽和吸収体６０のこのような性質を利用してパルスレーザ光の先鋭化を図るようにしている。図１０は、レーザ光パルスの一般的な波形を示す図である。一般にレーザ波形は、図１０に示すように、急峻な立ち上がりを示す部分と、だらだらと尾を引いたようなテール部分６５が組み合わされた形をしている。
【００５３】
急峻な立ち上がりを示す部分は、レーザ発振の特徴である誘導放出によって発生する波形である。一方、テール部分６５は、自然放出によって発生してしまう波形である。そのテール長については制御が難しく、かつ加工時にも余分な加熱を行ってしまう。
【００５４】
このようなレーザ光パルスを過飽和吸収体６０に当て透過させることで、自然放出によって生じるテール部分６５をカットすることができる。この場合、炭酸ガスレーザ発振器では、過飽和吸収体６０であるフレオンガスをレーザ媒質ガスに混入させ、発振時からテール部分６５のない波形を得ることも可能である。しかし、このようにすると、ピーク値が低下し１パルスとしてのエネルギーも低下するので、生産性が低下する。
【００５５】
そこで、生産性の低下を防ぐために、実施の形態１，２にて説明した任意パルス取出装置を用いてレーザ光パルスを選択的に取り出し、取り出したレーザ光パルスを光路に挿入した過飽和吸収体６０に当て透過させることにより、テールのない先鋭化パルスレーザ光を作り出し、それを元の光路に戻すようにする。
【００５６】
このように、実施の形態３によれば、テールのない先鋭化パルスレーザ光での照射が可能となるので、余分な加熱の発生が抑制でき、熱影響の少ない仕上げ加工が可能となる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、多モードのレーザ光パルスを照射して穴加工を行う照射過程で、照射光路から任意のレーザ光パルスを取り出し、高ピーク短パルス幅のレーザ光に変成して照射光路に戻すことができる。したがって、高ピーク短パルス幅のレーザ光による穴加工を必要とする時に必要な高ピーク短パルス幅のレーザ光を生成して照射することができるので、現在の生産性を維持しながらＴＥＡレーザ光なみの加工品質が達成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるレーザ加工機における選択取り出し高ピーク化パルス光を生成する光学系で用いるパルス圧縮装置の構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す回折格子の動作を説明する図である。
【図３】図１に示すパルス圧縮装置でのパルス圧縮動作を説明する図である。
【図４】エネルギー順位とレーザ発振との関係を説明する図である。
【図５】気体レーザのレーザ媒質におけるドップラー効果の影響を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１であるレーザ加工機における選択取り出し高ピーク化パルス光を生成する光学系で用いる任意パルス取出装置の構成例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１であるレーザ加工機における選択取り出し高ピーク化パルス光を生成する光学系の構成例を示す概念図である。
【図８】この発明の実施の形態２であるレーザ加工機が実現する任意パルス偏光方向直交照射を可能にする光路構成を示す概念図である。
【図９】この発明の実施の形態３であるレーザ加工機で実現するパルスレーザ光先鋭化に用いる過飽和吸収体の動作を説明する図である。
【図１０】レーザパルス光の一般的な波形を示す図である。
【図１１】ガラスエポキシ材加工時のガラス突き出しの様子を説明する図である。
【図１２】ガラスクロス材の光吸収特性を示す図である。
【図１３】高ピークパルス照射と低ピークパルス照射での加工穴品質を比較した図である。
【図１４】ガラスエポキシ材の加工に高ピークパルスと低ピークパルスを適用した場合の加熱時間を比較した図である。
【図１５】各種レーザの特徴を説明する図である。
【符号の説明】
１１選択分光素子、１２ａ，１２ｂ回折格子、１３反射ミラー、２９音響光学素子（ＡＯ）、３４電気光学素子（ＥＯ）、３２，３８通過光、３１，３９取出光、４３パルス圧縮装置、４０，４６合成素子、５５任意パルス取出装置、６０過飽和吸収体。

Claims

多モードのレーザ光パルスを照射して穴加工を行う照射過程における任意のレーザ光パルスを穴加工を行う照射光路から取り出す任意パルス取出手段と、
レーザ光パルスを圧縮し高ピーク短パルス幅のレーザ光を生成するパルス圧縮手段と、
取り出された任意のレーザ光パルスを前記パルス圧縮手段に導き、生成された高ピーク短パルス幅のレーザ光を前記照射光路に戻す光学系と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
前記任意パルス取出手段は、
穴加工の完成に必要なショット数のうち完了に至る数ショットまでのレーザ光パルスはそのまま穴加工を行う照射光路に送出し、完了に至る数ショットのレーザ光パルスは前記光学系に取り出すように制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
前記任意パルス取出手段は、
穴加工の完成に必要なショット数のレーザ光パルスを、１のレーザ光パルスはそのまま穴加工を行う照射光路に送出し、次の１のレーザ光パルスは前記光学系に取り出すことを交互に行うように制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
直線偏光状態のレーザ光パルスを照射して穴加工を行う照射過程における任意のレーザ光パルスを穴加工を行う照射光路から取り出す任意パルス取出手段と、
取り出された任意のレーザ光パルスをその偏光方向を９０度回転させて前記照射光路に戻す光学系と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
前記任意パルス取出手段は、
穴加工の完成に必要なショット数のうち、所定数のショットまでのレーザ光パルスはそのまま穴加工を行う照射光路に送出し、その後のショットでは、１のレーザ光パルスはそのまま穴加工を行う照射光路に送出し、次の１のレーザ光パルスは前記光学系に取り出すことを交互に行うように制御される、
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。
レーザ光パルスを照射して穴加工を行う照射過程における任意のレーザ光パルスを穴加工を行う照射光路とは異なる光路に取り出す任意パルス取出手段と、
閾値を超える高強度のレーザ光に対しては透明となり、閾値を超えない低強度のレーザ光に対しては不透明となる過飽和吸収体と、
取り出された任意のレーザ光パルスを前記過飽和吸収体に導き、透過したレーザ光パルスを前記照射光路に戻す光学系と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。