JP4688560B2

JP4688560B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP4688560B2
Application number: JP2005131056A
Authority: JP
Inventors: 薫水谷
Original assignee: Panasonic Electric Works SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006305597A

Description

本発明はレーザ加工装置に関する。

例えば、レーザ光を照射して文字や図形等を被加工物に描くレーザ加工装置が知られている。このレーザ加工装置は、レーザ媒質、励起用レーザ光源、Ｑスイッチ等を備えるものである。このレーザ加工装置は、レーザ媒質が励起用レーザ光源から入射されたレーザ光によって励起されてレーザ光を発生し、当該レーザ光を、誘導放出によって増幅しＱスイッチを開放して被加工物に照射するものである。
特開平１０−１９０１１７号公報

しかしながら、このレーザ加工装置は、レーザ媒質が発生させるレーザ光の光強度を被加工物に文字や図形等を描くことができるものとするため、励起用レーザ光源を常時駆動しておかなければならず、電力の消費量が増えてしまうものであった。

さらに、このレーザ加工装置は、励起用レーザ光源を常時駆動してレーザ光が増幅されているが、Ｑスイッチの繰り返し周波数が高くなると、パルスレーザ光のパルス点灯間隔が短くなり、レーザ媒質が、文字等を被加工物に描くことができる光強度のレーザ光を発生させる励起状態とはならず、光強度の低いレーザ光が放出されるものとなる。このため、このレーザ加工装置は、被加工物に照射するレーザ光の光強度が変動して一定とはならないという問題を有していた。

本発明は、このような状況に鑑み提案されたものであって、電力の消費量を抑えることができるとともにレーザ光の光強度を一定にすることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、レーザ媒質と、当該レーザ媒質にレーザ光を入射して前記レーザ媒質を励起状態とする励起用レーザ光源とを備えてパルスレーザ光を発生するレーザ発生手段と、前記レーザ発生手段から出射されたレーザ光を被加工物に集光させる集光レンズと、制御手段と、を有するレーザ加工装置であって、前記レーザ発生手段から出射され前記集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置され、当該レーザ光の遮断と通過とを択一的に行う開閉手段を有し、前記制御手段は、前記レーザ光を前記被加工物に集光させて当該被加工物を加工する加工動作の直前に、前記開閉手段を閉鎖した状態で、前記励起用レーザ光源を駆動して、前記レーザ媒質が当該被加工物の加工が可能となる光強度のレーザ光を発生する高励起状態となったことを条件として、前記開閉手段を開放して前記レーザ光を通過するように制御するとともに、１つの前記加工動作を構成する１の単位加工動作と他の単位加工動作との間の非加工動作時間が、前記励起用レーザ光源が駆動してから前記レーザ媒質が高励起状態となるまでの前記立ち上がり時間より短い場合には、前記励起用レーザ光源を前記非加工動作時間中も駆動するように制御し、当該制御手段は、前記非加工動作時間が前記立ち上がり時間よりも長い場合には、前記励起用レーザ光源を前記非加工動作時間中は停止するように制御することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記パルスレーザ光のパルス点灯間隔の逓倍の間隔を前記開閉手段の開閉間隔として設定可能な設定手段を有し、前記制御手段は、前記設定手段によって設定された前記開閉手段の開閉間隔に基づいて当該開閉手段を開閉することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記レーザ発生手段は、前記レーザ媒質が希土類ドープ光ファイバで構成されるファイバレーザであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記励起用レーザ光源は、前記希土類ドープ光ファイバを前記レーザ光の光強度が前記被加工物の加工に必要な強度よりも低い励起状態とする第１半導体レーザと、前記希土類ドープ光ファイバを前記レーザ光の光強度が被加工物の加工が可能な強度となる励起状態とする第２半導体レーザとを備えるものであることを特徴とする。

＜請求項１の発明＞
本発明によれば、励起用レーザ光源を被加工物の加工動作を開始する直前に駆動して被加工物の加工が可能な光強度のレーザ光を発生させており、当該半導体レーザを常時駆動させて被加工物の加工が可能な光強度のレーザ光を発生させる必要がなく電力の消費量を抑えることができるとともに、開閉手段が、レーザ光の光強度が被加工物の加工が可能となったことを条件として開放されることから、通過させるレーザ光の光強度を一定にすることができる。また、非加工動作時間が立ち上がり時間よりも短い場合には励起用レーザ光源を当該非加工動作時間中も駆動するように制御し、被加工物の加工を連続して行うことができるとともに、非加工動作時間が立ち上がり時間よりも長い場合には励起用レーザ光源を当該非加工動作時間中は停止するように制御し、前記励起用レーザ光源を停止して電力の消費量を抑えることができる。

＜請求項２の発明＞
本発明によれば、制御手段が、開閉手段を、レーザ発生手段が発生するパルスレーザ光のパルス点灯間隔の逓倍の間隔で開閉することができ、レーザ光を、光強度を一定にしつつ開閉手段の開閉間隔を変更して通過させることができる。

＜請求項３の発明＞
本発明によれば、レーザ発生手段は、レーザ媒質が希土類ドープ光ファイバで構成されており、光変換効率が高い希土類ドープ光ファイバを用い、電力の消費量を抑えることができる。

＜請求項４の発明＞
本発明によれば、励起用レーザ光源が、第１半導体レーザと第２半導体レーザとを備えており、第１半導体レーザによって希土類ドープ光ファイバを予備的励起状態にすることができるとともに、第２半導体レーザによって前記希土類ドープ光ファイバが発生するレーザ光が被加工物の加工が可能となる光強度に到達する時間を早めることができる。

＜実施形態１＞
１．実施形態１の構成
本発明の実施形態１のレーザ加工装置１０を図１に従って説明する。このレーザ加工装置１０は、いわゆるガルバノスキャニング式のレーザ加工装置であり、例えば１対のガルバノミラー４２Ａ，４２Ｂを備えた光走査機構４２（ガルバノスキャナ）を有する。このレーザ加工装置１０は、図示するように、本体ユニット２０と、ヘッドユニット３０と、伝送ケーブル５０とを有する。図中の一点鎖線によって囲まれた部分は、この発明のレーザ発生手段９０を示す。

本体ユニット２０は、図示するように、第１励起用半導体レーザ２４Ｃと第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂとを有する。第１励起用半導体レーザ２４Ｃは本発明の第１半導体レーザに、第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂは本発明の第２半導体レーザに、それぞれ相当する。

第１励起用半導体レーザ２４Ｃは、ドライバ２５Ｃを介して制御回路２３（ＣＰＵを含む。）によって駆動され、パルスレーザ光を光強度が一定となるようにして発生する。制御回路２３は、コンソール５１が接続されている。このコンソール５１は、被加工物に描く文字，図形等のデータを入力するものである。なお、この制御回路２３は、本発明の制御手段に相当する。

本体ユニット２０は、図示するように、レーザ予備増幅器７１を有する。このレーザ予備増幅器７１は、第１励起用半導体レーザ２４Ｃが発生するパルスレーザ光を、光強度が文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度よりも低い強度まで増幅する。このレーザ予備増幅器７１は、希土類ドープ光ファイバ７２と、当該光ファィバ７２の一端に接続された光導入部７３と、光アイソレータ７４とによって構成される。

光導入部７３は、第１励起用半導体レーザ２４Ｃが発生するレーザ光を希土類ドープ光ファイバ７２に誘導する。光アイソレータ７４は、希土類ドープ光ファイバ７２の出射端面７２Ａに設けられ、レーザ光が、伝送ケーブル５０にのみ誘導されて第１励起用半導体レーザ２４Ｃに逆流することを防止する。希土類ドープ光ファイバ７２は、希土類元素である例えばイットリビウム（Ｙｂ）を含むガラスファイバである。

第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂは、発振波長が、後述する希土類ドープ光ファイバ３２の希土類元素を励起するために適した値に設定されている。なお、本体ユニット２０は、各種の信号をヘッドユニット３０と交換するため、信号入力回路２６を有する。

伝送ケーブル５０は、図示するように、伝送用光ファイバＦ１，Ｆ２，Ｆ３によって構成される。伝送用光ファイバＦ１は、希土類ドープ光ファイバ７２によって増幅されたパルスレーザ光を、ヘッドユニット３０に伝送する。伝送用光ファイバＦ２は、第２励起用半導体レーザ２４Ａが発生するパルスレーザ光をヘッドユニット３０に伝送する。また、伝送用光ファイバＦ３は、第２励起用半導体レーザ２４Ｂが発生するパルスレーザ光をヘッドユニット３０に伝送する。

ヘッドユニット３０は、図示するように、レーザ増幅器３１と、コリメータレンズ４１と、前記光走査機構４２と、集光レンズ４３と、入出力回路４４、シャッター４５とを有する。このレーザ増幅器３１は、第１励起用半導体レーザ２４Ｃが発生するパルスレーザ光を、光強度が文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度に増幅する。入出力回路４４は、本体ユニット２０から送信される信号を受信して光走査機構４２に出力するためのものである。シャッター４５は、制御回路２３から送信される開放信号若しくは閉鎖信号を受信して開閉される。なお、シャッター４５（具体的には、音響光学素子（ＡＯＭ））は本発明の開閉手段に相当する。

レーザ増幅器３１は、図示するように、希土類ドープ光ファイバ３２（レーザ媒質）を備えている。希土類ドープ光ファイバ３２は、希土類元素である例えばイットリビウム（Ｙｂ）を含むガラスファイバである。この希土類ドープ光ファイバ３２は、屈曲可能であり、図示しないボビンに巻着される。これによって、所要長の光路を確保することができる。この希土類ドープ光ファイバ３２は、図示するように、両端部に光結合部３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ設けられている。

光結合部３３Ａは、図示するように、伝送用光ファイバＦ１に入射した第１励起用半導体レーザ２４Ｃからのパルスレーザ光と、伝送用光ファイバＦ２に入射した第２励起用半導体レーザ２４Ａからのパルスレーザ光とを、希土類ドープ光ファイバ３２の一端（前端）に入射させるものである。

一方、光結合部３３Ｂは、図示するように、伝送用光ファイバＦ３に入射した第２励起用半導体レーザ２４Ｂからのパルスレーザ光を、希土類ドープ光ファイバ３２の後端に入射させるものである。なお、図示しないが、光結合部３３Ａ，３３Ｂは、直方体のケース内に収容され、シリコン樹脂を充填することにより固定されている。

この希土類ドープ光ファイバ３２は、レーザ光を出射端面３２Ａから出射する。出射されたレーザ光は、シャッター４５が開放されると、コリメータレンズ４１によって平行光とされて光走査機構４２に誘導される。Ｘ軸ガルバノミラー４２Ａ及びＹ軸ガルバノミラー４２Ｂは、コリメータレンズ４１を通過したレーザ光を縦横に走査する。

さらに、ヘッドユニット３０は、レーザ光を被加工物Ｗに集光させて照射する集光レンズ（ｆθレンズ）４３を備えている。なお、図示しないが、レーザ加工装置１０は、冷却装置や各装置に動作電力を供給する電源回路等も有している。

２．実施形態１のレーザ加工装置の動作
次に、本実施形態のレーザ加工装置１０の動作を説明する。最初に、被加工物Ｗに描く文字，図形等のデータを、コンソール５１を操作して入力する。制御回路２３は、この文字，図形等の設定データや記憶されたプログラムによって、動作制御信号Ｓ１，Ｓ２を各ドライバ２５Ａ〜２５Ｃに送信するとともに、駆動制御信号Ｓ４を、入出力回路４４を経由してＸ軸ガルバノミラー４２Ａ及びＹ軸ガルバノミラー４２Ｂに送信する。この制御回路２３は、各信号Ｓ１〜Ｓ４を送信するとともに、閉鎖信号Ｓ５を、シャッター４５に送信する。

制御回路２３は、文字，図形等の設定データがコンソール５１によって入力され、レーザ加工装置１０が例えば文字，図形等を被加工物Ｗに描く加工動作を開始する直前（図２の（ａ）図中の時刻ｔ１）に、動作制御信号Ｓ１をドライバ２５Ｃに送信する。第１励起用半導体レーザ２４Ｃは、図２の（ａ）図に図示するように、ドライバ２５Ｃによって起動され、パルスレーザ光を出射する。図中の符号Ｈはパルスレーザ光の光強度を示す。この光強度Ｈは、文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度よりも低くなるように設定した。出射されたパルスレーザ光は、光導入部７３、伝送用光ファイバＦ１及び光結合部３３Ａを介して希土類ドープ光ファイバ３２に入射される。この希土類ドープ光ファイバ３２は、入射されたパルスレーザ光によって励起されて予備的励起状態となり、パルスレーザ光を発生する。発生したパルスレーザ光は、光強度が文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度よりも低いものである。

また、制御回路２３は、レーザ加工装置１０が例えば文字，図形等を被加工物Ｗに描く加工動作を開始する直前（図２の（ｂ）図中の時刻ｔ１）に、前記動作制御信号Ｓ１をドライバ２５Ｃに送信するとともに、動作制御信号Ｓ２をドライバ２５Ａ，２５Ｂに送信する。第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂは、図２の（ｂ）図に図示するように、それぞれドライバ２５Ａ，２５Ｂによって起動され、パルスレーザ光を出射する。図中の符号Ｈ１はパルスレーザ光の光強度を示す。この光強度Ｈ１は、希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光が、文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度となるように設定した。出射されたパルスレーザ光は、伝送用光ファイバＦ２，Ｆ３及び光結合部３３Ａ，３３Ｂを介して希土類ドープ光ファイバ３２に入射される。この希土類ドープ光ファイバ３２は、入射されたパルスレーザ光によって励起されて高励起状態となり、パルスレーザ光を出射端面３２Ａから出射する。シャッター４５は、制御回路２３から送信される閉鎖信号を受信し、閉鎖されている。

出射端面３２Ａから出射されるパルスレーザ光は、図２の（ｃ），（ｄ）に図示するように、立ち上がり時間Ｔ２まではシャッター４５を閉鎖し、光強度が文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができるものものとなるまで増幅される。ここでは、出射端面３２Ａから出射されるパルスレーザ光は、同（ｃ）図に図示するように、光強度がＨ２となるまで増幅される。なお、本実施形態では、制御回路２３が、記憶手段（ＲＯＭ等）に記憶されたプログラムによって、前記各動作制御信号Ｓ１〜Ｓ３が制御回路２３によって送信されてから立ち上がり時間Ｔ２が経過した否かを判断するようにした。この立ち上がり時間Ｔ２は、試験等によって求めて制御回路２３に記憶されている。

シャッター４５は、図２の（ｄ）図に図示するように、立ち上がり時間Ｔ２以後に、制御回路２３から送信される開放信号Ｓ６を受信して開放される。ここでは、シッターター４５が、同（ｃ）図に図示するように、光強度がＨ２となった時からｔ２の時間が経過したときに開放される。このように、シャッター４５は、パルスレーザ光の光強度Ｈ２が被加工物Ｗの加工が可能となる光強度になった時から所定の時間（ｔ２）が経過したときに開放される。

出射端面３２Ａから出射されるパルスレーザ光は、図２の（ｄ）図及び（ｅ）図に図示するように、シャッター４５の開放時間Ｔ３に亘ってシャッター４５を通過する。シャッター４５を通過したパルスレーザ光は、図１に図示するように、コリメータレンズ４１によって平行光にされる。この平行光は、光走査機構４２によって反射し、集光レンズ４３によってスポット光とされて被加工物Ｗに照射される。

文字、図形等は、スポットレーザ光を、Ｘ軸ガルバノミラー４２Ａによって一つの方向に走査し、Ｙ軸ガルバノミラー４２ＢによってＸ軸ガルバノミラー４２Ａの走査方向と直交する方向に走査することにより、被加工物Ｗに描かれる。シャッター４５の開放時間Ｔ３は、コンソール５１によって、被加工物Ｗに描く文字，図形等に合わせて変更される。

シャッター４５の開放時間Ｔ３は、図２の（ｃ）図及び（ｄ）図に図示するように、コンソール５１によって入力された文字，図形等のデータ及び制御回路２３により、パルス点灯間隔ｔ２の６倍（定数倍）の間隔とされている。シャッター４５は、コンソールを操作してパルス点灯間隔ｔ２の６倍の値を設定し、この設定された値に基づいて制御回路２３から送信される開放信号を受信し、開放時間Ｔ３に亘って開放される。シャッター４５は、図示するように、コンソール５１を操作して入力された文字，図形等のデータに対応したパルス点灯間隔ｔ２の８倍の値を設定し、開放時間Ｔ６に亘って開放される。なお、コンソール５１は、本発明の設定手段に相当する。

このレーザ加工装置１０は、図２の（ａ）図ないし（ｃ）図に図示するように、１の単位加工動作から他の単位加工動作のまでの間である文字を被加工物Ｗに描くことがない時間Ｔ５（非加工動作時間）、具体的には、１つの単位加工動作である文字を被加工物Ｗに描いてから次の単位加工動作である文字を被加工物Ｗに描くまでの時間が立ち上がり時間Ｔ２（具体的には、予め試験によって求めた時間）よりも短い場合には、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃが、ドライバ２５Ａ〜２５Ｃによって駆動され、希土類ドープ光ファイバ３２がパルスレーザ光を出射する。なお、例えば、非加工動作時間Ｔ５は、図３に図示するように、２つの線を被加工物Ｗに描くときに、一方の線Ｌ１の終点ＥＰから他方の線Ｌ２の始点ＳＰの間のように、線を被加工物Ｗに描くことがない時間である。この非加工動作時間Ｔ５は、線Ｌ１（ＥＰ）から線Ｌ２（ＳＰ）に移動する速度と、終点ＥＰから始点ＳＰまでの距離とによって求められる。なお、非加工動作時間Ｔ５は、１つの文字（例えばローマ字Ａ）の終点から他の文字（例えばローマ字Ｂ）の始点の間のように、文字を被加工物Ｗに描くことがない時間としてもよい。本発明で規定する単位加工動作は、上述した１つの文字以外の１つ記号や１つの図形であってもよいし、１つ記号等を構成する線分単位であってもよく、文字列，記号列，図形群であってもよい。

希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光は、図２の（ｃ）図及び（ｄ）図に図示するように、シャッター４５の開放時間Ｔ６に亘ってシャッター４５を通過する。シャッター４５を通過したパルスレーザ光は、コリメータレンズ４１によって平行光にされ、光走査機構４２によって反射し、集光レンズ４３によってスポット光とされて被加工物Ｗに照射される。

このシャッター４５は、図４の（ａ）及び（ｂ）図に図示するように、コンソール５１を操作し、パルスレーザ光の各パルス光が交互に（逓倍の間隔で）通過するように開閉することができる。希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光は、同（ｃ）図に図示するように、シャッター４５の開閉に合わせて当該シャッター４５を通過し、被加工物Ｗに照射される。

３．実施形態１の効果
本実施形態のレーザ加工装置１０は、制御回路２３が、第１及び第２励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃを、図２の（ａ）図及び（ｂ）図に図示するように、レーザ加工装置１０が例えば文字，図形等を被加工物Ｗに描く加工動作を開始する直前（図中の時刻ｔ１）に駆動させ、パルスレーザ光を出射させる。これによって、第１及び第２の半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃを、文字，図形等を被加工物Ｗに描く直前に駆動させるのみで常時駆動させる必要がなく、レーザ加工装置１０が消費する電力量を抑えることができる。

このレーザ加工装置１０は、レーザ媒質を希土類ドープ光ファイバ３２によって構成し、励起光をレーザ光に変換する効率（光変換効率）が高い希土類ドープ光ファイバ３２を用いることによっても、消費する電力量を抑えることができる。

また、このレーザ加工装置１０は、図２の（ｃ）図及び（ｄ）図に図示するように、希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光を、立ち上がり時間Ｔ２まではシャッター４５を閉鎖して増幅し、光強度がＨ２となった時からｔ２の時間が経過したときにシャッター４５を開放し、被加工物Ｗに照射する。これによって、希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光は、シャッター４５を開放した後は、光強度がＨ２の値を保って変動することがない。

このレーザ加工装置１０は、図２の（ｃ）図及び（ｄ）図に図示するように、非加工動作時間Ｔ５が立ち上がり時間Ｔ２よりも短い場合には、希土類ドープ光ファイバ３２のパルスレーザ光によって、文字，図形等を開放時間Ｔ６に亘って被加工物Ｗに描くことができる。

一方、このレーザ加工装置１０は、同（ｂ）図及び（ｃ）図に図示するように、非加工動作時間Ｔ７が立ち上がり時間Ｔ２よりも長い場合には、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃを停止させる。このレーザ加工装置１０は、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃを、非加工動作時間Ｔ７が経過したときに駆動し、当該時間Ｔ７が経過するまでは停止させる。これによって、このレーザ加工装置１０は、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃの駆動と停止を効果的に行って、電力の消費量を抑えることができる。シャッター４５は、同（ｄ）図に図示するように、非加工動作時間Ｔ７以降に開放時間Ｔ８に亘って開放される。

このレーザ加工装置１０は、図４の（ａ）図及び（ｂ）図に図示するように、シャッター４５を、パルスレーザ光の各パルス光が交互に（逓倍の間隔で）通過若しくは遮断するように開閉し、パルスレーザ光を逓倍の間隔でシャッター４５を通過させることができる。これによって、パルスレーザ光を、光強度がＨ２の値を保ちながら、各パルス光がシャッター４５を通過させることができるものとすることができる。また、希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光は、シャッター４５の開閉間隔をコンソール５１によって変更することにより、例えば、１つのパルス光を通過させた後に２つのパルス光を通過させないようなレーザ光とすることもできる。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２のレーザ加工装置１０Ａを図５に従って説明する。このレーザ加工装置１０Ａは、レーザ媒質と、当該レーザ媒質にレーザ光を入射して前記レーザ媒質を励起状態とする励起用レーザ光源とを備えてパルスレーザ光を発生するレーザ発生手段と、前記レーザ発生手段から出射されたレーザ光を被加工物に集光させる集光レンズと、制御手段と、を有するレーザ加工装置であって、前記レーザ発生手段から出射され前記集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置され、当該レーザ光の遮断と通過とを択一的に行う開閉手段を有するとともに、前記レーザ発生手段は、反射ミラーとＱスイッチとを有し、前記制御手段は、前記レーザ光を前記被加工物に集光させて当該被加工物を加工する加工動作の直前に、前記開閉手段を閉鎖した状態で、前記励起用レーザ光源を駆動して、前記レーザ媒質が発生するレーザ光を前記反射ミラーによって繰り返し反射させて当該レーザ媒質が高励起状態となったことを条件として、前記開閉手段を開放して前記レーザ光を通過するように制御することを特徴とする。

ここでは、実施形態１のレーザ加工装置１０と同一の装置等は同一の符号を付しその説明を省略する。本実施形態では、ヘッドユニット３０が、レーザ増幅器６１を備えている。このレーザ増幅器６１は、レーザ媒質となるＹＡＧ結晶６２と、全反射ミラー６３と、部分透過ミラー６４と、Ｑスイッチ６５とによって構成される。

第１励起用半導体レーザ２４Ｃ及び第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂは、レーザ加工装置１０Ａが例えば文字，図形等を被加工物Ｗに描く加工動作を開始する直前（図２の（ａ）図中の時刻ｔ１）に、ドライバ２５Ｃ及びドライバ２５Ａ，２５Ｂによって駆動され、レーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、伝送用光ファイバＦ１〜Ｆ３を介してＹＡＧ結晶６２に入射される。このＹＡＧ結晶６２は、入射されたレーザ光によって高励起状態となり、レーザ光を出射する。

ＹＡＧ結晶６２から出射されたレーザ光は、Ｑスイッチ６５が制御回路２３からの制御信号を受信してオフ状態のときに、ＹＡＧ結晶６２を直進して全反射ミラー６３と部分透過ミラー６４の間で反射を繰り返す。それに伴って、レーザ光は、誘導放出によって、立ち上がり時間Ｔ２（図２参照。）まではシャッター４５を閉鎖し、光強度Ｈ２（図２参照。）が文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができるものものとなるまで増幅されつつ部分透過ミラー６４を透過する。ＹＡＧ結晶６２から出射されたレーザ光は、Ｑスイッチ６５が繰り返し周波数によってオンオフ動作を繰り返すことにより、パルスレーザ光となる。本実施形態では、制御回路２３が、記憶手段（ＲＯＭ等）に記憶されたプログラムによって、立ち上がり時間Ｔ２が経過した否かを判断するようにした。

シャッター４５は、立ち上がり時間Ｔ２以後に、制御回路２３から送信される開放信号Ｓ６を受信して開放される。シャッター４５を通過したパルスレーザ光は、コリメータレンズ４１によって平行光にされる。この平行光は、光走査機構４２によって反射し、集光レンズ４３によってスポット光とされて被加工物Ｗに照射される。

本実施形態では、実施形態１と同様に、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃは、文字等を被加工物に描くことがない時間（非加工動作時間）Ｔ５が立ち上がり時間Ｔ２よりも短い場合には、ドライバ２５Ａ〜２５Ｃによって駆動される。

また、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃは、非加工動作時間Ｔ７が立ち上がり時間Ｔ２よりも長い場合には、停止される。レーザ加工装置１０Ａは、第１及び第２の励起用半導体レーザ２４Ａ〜２４Ｃを、非加工動作時間Ｔ７が経過したときに駆動し、当該非加工動作時間Ｔ７が経過するまでは停止させる。

シャッター４５は、コンソール５１を操作し、Ｑスイッチ６５の繰り返し周波数の２倍の値を設定することにより、パルスレーザ光の各パルス光が交互に通過するように開閉することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において構成の一部を適宜変更して実施することができる。
（１）例えば、図６に図示するように、レーザ加工装置１０Ｂは、本体ユニット２０が、信号用半導体レーザ２１、当該信号用半導体レーザ２１，第１励起用半導体レーザ２４Ｃからのそれぞれのパルスレーザ光を合流させる光結合部７５を有するものであってもよい。このレーザ加工装置１０Ｂは、第１励起用半導体レーザ２４Ｃをドライバ２５Ｃによって駆動した後に、信号用半導体レーザ２１及び第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂをそれぞれドライバ２２，２５Ａ，２５Ｂによって駆動させ、パルスレーザ光を、光強度が文字等を被加工物Ｗに描くことができるものとして出射する。このレーザ加工装置１０Ｂは、信号用半導体レーザ２１が出射するレーザ光を、光強度の値を高いものとすることができるとともに、第１励起用半導体レーザ２４Ｃによって予備励起状態とされた希土類ドープ光ファイバ３２を、第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂによって高励起状態とし、信号用半導体レーザ２１が出射するレーザ光を、所定の光強度に到達する時間を早めたものとすることができる。
（２）レーザ加工装置は１０，１０Ａは、第１励起用半導体レーザを１つ、第２励起用半導体レーザを２つとして構成したが、第１励起用半導体レーザを２つ、第２励起用半導体レーザを１つとして構成したものであってもよい。
（３）レーザ加工装置１０，１０Ａは、シャッター４５を、希土類ドープ光ファイバの出射端面３２Ａ若しくは部分透過ミラー６４とコリメータレンズ４１と間に配置したが、コリメータレンズ４１と光走査機構４２との間に配置したものであってもよい。
（４）レーザ加工装置１０，１０Ａは、シャッター４５を、文字，図形等の設定データが設定手段５１によって入力されたときに、制御回路２３からの閉鎖信号を受信して閉鎖するようにしたが、初期状態（電源投入時）は、閉鎖するようにしたものであってもよい。
（５）レーザ加工装置１０，１０Ａは、希土類ドープ光ファイバ３２が出射するパルスレーザ光を、シャッター４５の開閉間隔をコンソール５１によって変更することにより、例えば、２つのパルス光を通過させた後に１つパルス光を通過させないようなレーザ光としたものであってもよい。
（６）レーザ加工装置１０，１０Ａは、立ち上がり時間Ｔ２が経過したことを、制御回路２３に記憶されたプログラムによって判断しているが、希土類ドープ光ファイバ３２等が出射するレーザ光を光パワーメータによって測定し、測定した光強度が所定値になったことにより判断するものであってもよい。
（７）レーザ加工装置１０，１０Ａは、文字，図形，線等を被加工物Ｗに描くものとしたが、孔を被加工物に設ける加工を行うものであってもよい。
（８）レーザ加工装置１０，１０Ａは、１対のガルバノミラー４２Ａ，４２Ｂを備えた光走査機構４２に代えて、反射ミラー等を用いて構成したものであってもよい。
（９）レーザ加工装置１０，１０Ａは、レーザ光を出射させる時刻を、第１励起用半導体レーザ２４Ｃと第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂとで異ならせるものであってもよい。例えば、第１励起用半導体レーザ２４Ｃのみがレーザ光を出射するときは、当該レーザ光の光強度を文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度よりも低くなるように設定することにより、希土類ドープ光ファイバ３２等が出射するレーザ光の光強度を抑えて予備励起状態とすることができる。また、第１励起用半導体レーザ２４Ｃに続けて第２励起用半導体レーザ２４Ａ，２４Ｂがレーザ光が出射するときは、当該レーザ光の光強度を文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる強度となるように設定することにより、予備励起状態の希土類ドープ光ファイバ３２にレーザを入射し、当該希土類ドープ光ファイバ３２等が出射するレーザ光が文字，図形等を被加工物Ｗに描くことができる光強度に到達する時間を早めることができる。
（１０）レーザ加工装置１０，１０Ａは、希土類ドープ光ファイバ３２の希土類元素が、Ｙ（イットリウム）やＥｒ（エルビューム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｎｄ（ネジウム）等のランダノイドを含む他の希土類元素であってもよい。
（１１）レーザ加工装置１０，１０Ａは、シャッター４５を、電気光学素子（ＥＯＭ）のＱスイッチ、機械式のもの、液晶シャッターとしたものであってもよい。
（１２）レーザ加工装置１０，１０Ａは、設定手段を、コンソール５１によって構成したが、パーソナルコンピュータ等の入力設定手段によって構成したものであってもよい。

本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置の概略構成図実施形態１のレーザ加工装置の動作に関するタイミングチャート図被加工物に描く線と非加工動作時間との関係を示す概略図実施形態１のシャッターとレーザ光出力波形の関係を示すタイミングチャート図本発明の実施形態２に係るレーザ加工装置の概略構成図他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ・・レーザ加工装置
２３・・・制御回路
２４Ａ，２４Ｂ・・・第２励起用半導体レーザ
２４Ｃ・・・第１励起用半導体レーザ
３２，７２・・・希土類ドープ光ファイバ
４３・・・集光レンズ
４５・・・シャッター
６２・・・ＹＡＧ結晶
Ｈ，Ｈ１，Ｈ２・・・光強度
Ｔ２・・・立ち上がり時間
ｔ２・・・パルス点灯間隔
Ｔ５，Ｔ７・・・非加工動作時間
Ｔ３，Ｔ６，Ｔ８・・・シャッター開放時間

Claims

レーザ媒質と、当該レーザ媒質にレーザ光を入射して前記レーザ媒質を励起状態とする励起用レーザ光源とを備えてパルスレーザ光を発生するレーザ発生手段と、
前記レーザ発生手段から出射されたレーザ光を被加工物に集光させる集光レンズと、
制御手段と、を有するレーザ加工装置であって、
前記レーザ発生手段から出射され前記集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置され、当該レーザ光の遮断と通過とを択一的に行う開閉手段を有し、
前記制御手段は、前記レーザ光を前記被加工物に集光させて当該被加工物を加工する加工動作の直前に、前記開閉手段を閉鎖した状態で、前記励起用レーザ光源を駆動して、前記レーザ媒質が当該被加工物の加工が可能となる光強度のレーザ光を発生する高励起状態となったことを条件として、前記開閉手段を開放して前記レーザ光を通過するように制御するとともに、１つの前記加工動作を構成する１の単位加工動作と他の単位加工動作との間の非加工動作時間が、前記励起用レーザ光源が駆動してから前記レーザ媒質が高励起状態となるまでの前記立ち上がり時間より短い場合には、前記励起用レーザ光源を前記非加工動作時間中も駆動するように制御し、当該制御手段は、前記非加工動作時間が前記立ち上がり時間よりも長い場合には、前記励起用レーザ光源を前記非加工動作時間中は停止するように制御することを特徴とするレーザ加工装置。
前記パルスレーザ光のパルス点灯間隔の逓倍の間隔を前記開閉手段の開閉間隔として設定可能な設定手段を有し、前記制御手段は、前記設定手段によって設定された前記開閉手段の開閉間隔に基づいて当該開閉手段を開閉することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記レーザ発生手段は、前記レーザ媒質が希土類ドープ光ファイバで構成されるファイバレーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
前記励起用レーザ光源は、前記希土類ドープ光ファイバを前記レーザ光の光強度が前記被加工物の加工に必要な強度よりも低い励起状態とする第１半導体レーザと、前記希土類ドープ光ファイバを前記レーザ光の光強度が被加工物の加工が可能な強度となる励起状態とする第２半導体レーザとを備えるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ加工装置。