レーザ加工機用電源装置
【課題】従来よりもさらに加工品質を向上させることが可能なレーザ加工機用電源装置を提供する。
【解決手段】レーザ発振器１に対してレーザ発振用の高周波の電圧パルスを出力する電力変換用のインバータ１２の動作を制御する制御回路１５を備え、制御回路１５は被加工物の加工条件に応じて電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための情報をＬＵＴ１７から生成し、指令パルス発生回路１９はこのパルス周波数変調制御情報を反映させてパルス周波数変調された指令パルスを発生し、この指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０からインバータ１２のスイッチング素子をオンオフ制御するゲートパルスを生成することでインバータ１２からパルス周波数変調された電圧パルスを出力する。
【解決手段】レーザ発振器１に対してレーザ発振用の高周波の電圧パルスを出力する電力変換用のインバータ１２の動作を制御する制御回路１５を備え、制御回路１５は被加工物の加工条件に応じて電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための情報をＬＵＴ１７から生成し、指令パルス発生回路１９はこのパルス周波数変調制御情報を反映させてパルス周波数変調された指令パルスを発生し、この指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０からインバータ１２のスイッチング素子をオンオフ制御するゲートパルスを生成することでインバータ１２からパルス周波数変調された電圧パルスを出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ加工機用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や情報端末機器の小型化、高機能化に伴い、そこに使用されるプリント基板の高密度化、微細化が急速に進んでいる。特にプリント基板の製造方法では、従来のドリルによるスルーホール加工から、レーザによるビアホール加工が多く利用されるようになり、また穴径も３００ｕｍ程度から１００ｕｍ以下と、微細化の要求が高まっている。このような要求に対して、ＣＯ２レーザを用いたプリント基板穴あけ用のレーザ加工機が製品化され、穴径１００ｕｍ前後の微小穴を高速、高精度に加工することが可能となっている。
【０００３】
上記のようなレーザ加工機で使用されるレーザ加工機用電源装置において、レーザ媒体を励起させるためには、放電電極に数ｋＶの電圧パルスを印加する必要があり、放電時に流れる放電電流は数十Ａ、放電時の放電周波数は、数百ｋＨｚから数ＭＨｚ以上必要であり、さらに安定した放電を得るために制御を行わなければならない。そのために、微細加工に適したレーザ加工機用電源装置が開発されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、プリント基板などの被加工物に対して効率良く高速に微細加工を行うためには、被加工物の材質に応じてレーザの強度とエネルギ量とを最適化する必要がある。そのためには、被加工物の材質や加工条件に応じて放電電力を適切に制御することが重要である。
【０００５】
このため、従来、例えば、レーザ発振器のレーザ出力をコントロールする制御パラメータである、（ｉ）レーザパルスの放電電力のピーク値、（ｉｉ）レーザパルスの繰り返しパルス周波数、（ｉｉｉ）レーザパルス出力のパルス幅等をそれぞれ制御する技術が提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【０００６】
図１１（ａ）にはインバータから出力される高周波の電圧パルス（細実線）と出力電流（太実線）を、同図（ｂ）にはこのインバータ出力に伴ってレーザ発振器から出力されるレーザパルスの各波形を示している。
【０００７】
ここで、（ｉ）レーザパルスの放電電力のピーク出力Ｐｉ（図１１（ｂ）参照）は、主にレーザ発振器の放電電極に印加される放電電圧と、放電電極間に生じる放電によって流れる放電電流のピークによって決定され、そのピーク出力Ｐｉの制御は、インバータに対する直流電源の電圧を調整して放電電圧を制御したり、あるいはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）によってインバータのＤｕｔｙを制御するなどして行われる。
【０００８】
（ｉｉ）繰り返しパルス周波数（図１１（ｂ）参照）は、単位時間Ｔ当たりに照射されるレーザパルスのパルス数Ｎであり、この繰り返しパルス周波数は、図１１（ａ）に示されるように、インバータから出力される一連の電圧パルスからなる電圧パルス群の単位時間当たりの数により制御される。
【０００９】
（ｉｉｉ）レーザパルスのパルス幅Ｗｉ（図１１（ｂ）参照）は、図１１（ａ）に示されるように、インバータから出力される各電圧パルス群に含まれる電圧パルスのパルス数に相当し、したがって、このパルス幅Ｗｉはインバータのスイッチング素子をオン／オフ制御する一連のゲートパルスの数を制御することで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−４０５９号公報
【特許文献２】特開平５−１４５１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、上記の特許文献２などに記載の従来技術では、レーザ発振器のレーザ出力をコントロールする制御パラメータとして、（ｉ）レーザパルスの放電電力のピーク値、（ｉｉ）レーザパルスの繰り返しパルス周波数、（ｉｉｉ）レーザパルスのパルス幅等を制御するなどの方法が提案されているものの、従来は、インバータのスイッチング素子をオン／オフ制御するゲートパルスの周波数は常に一定に設定されている。このため、インバータから出力される高周波の電圧パルスの周波数（以下、レーザパルスの繰り返しパルス周波数と区別するため、ここでは便宜上、キャリア周波数と称する）も常に一定に設定されている。
【００１２】
このように、従来は、被加工物をレーザ加工する際、インバータから出力される高周波の電圧パルスのキャリア周波数が常に一定に保持されているため、多種多様な材質の被加工物に応じてより微細な加工を施したい場合に、レーザ強度やエネルギ量を最適化してさらに加工性能を向上させることが難しかった。
【００１３】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、加工材質や加工条件に合わせてレーザパルス出力を制御する上で、レーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅だけでなく、時間軸に対してレーザパルスの形状を変化できるようにして、従来よりもさらに加工品質を向上させることが可能なレーザ加工機用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るレーザ加工機用電源装置は、レーザ発振器に対してレーザ発振用の高周波の電圧パルスを出力する電力変換用のインバータと、このインバータの動作を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、被加工物の加工条件に応じて上記電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための情報を生成するパルス周波数変調制御情報生成手段と、このパルス周波数変調制御情報生成手段で生成されたパルス周波数変調制御情報を反映させてパルス周波数変調された指令パルスを生成する指令パルス発生手段と、この指令パルス発生手段で発生された指令パルスに基づいて上記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ駆動手段とを備え、このインバータ駆動手段の駆動により上記インバータからパルス周波数変調された上記電圧パルスを出力する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のレーザ加工機用電源装置によれば、加工材質や加工条件に合わせてレーザパルス出力を制御する上で、レーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅だけでなく、インバータから出力される電圧パルスのキャリア周波数の変調を行うので、時間軸に対してレーザパルスの形状を変化させてレーザ強度を調整することができる。これにより、多種多様な材質の被加工物に応じて、レーザの強度やエネルギ量を最適化することができるので、従来よりもさらに加工性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機の全体を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機用電源装置の構成図である。
【図３】ＬＣ直列共振回路において、放電電極に印加される電圧パルスのキャリア周波数と放電電流との関係を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１において、図２に示すレーザ加工機用電源装置の制御回路のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態４において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図９】加工条件に応じてインバータから出力される電圧パルスをＰＦＭ（パルス周波数変調）制御することにより得られるレーザ発振器の各種の放電電力を示す説明図である。
【図１０】加工位置と放電電力の関係を示す説明図である。
【図１１】インバータから出力される電圧パルスおよび出力電流と、これに伴ってレーザ発振器から出力されるレーザパルスの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるレーザ加工機の全体を示す構成図、図２は同レーザ加工機に使用されるレーザ加工機用電源装置の構成図である。
【００１８】
このレーザ加工機は、例えば炭酸ガスレーザ発振器などのレーザ発振器１と、レーザ加工機用電源装置（以降、単に「電源装置」という）２とを備え、電源装置２からの電力供給によりレーザ発振器１からレーザパルスが発振され、このレーザパルスを反射ミラー３、一対のガルバノミラー４ａ，４ｂ、および集光レンズ５を介して加工台６上に配置された被加工物７に照射して加工する。被加工物７の任意の位置にレーザパルスを照射して加工するために、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置８によりレーザパルスの出力に合わせて高速にガルバノミラー４ａ，４ｂを制御することで高速加工を実現している。
【００１９】
この実施の形態１による電源装置２は、レーザ発振器１の一対の放電電極１１ａ，１１ｂを制御対象とする。このレーザ発振器１を構成する放電電極１１ａ，１１ｂは誘電体電極であり、金属電極が放電空間に露出しておらず、セラミック等からなる誘電体で被覆されている。そして、電源装置２によりこの放電電極１１ａ，１１ｂに高周波の電圧パルスを印加することで誘電体バリア放電を起こし、この放電によって励起されたレーザ媒体の誘導放出によりレーザ発振してレーザパルスが出力される。
【００２０】
電源装置２は、図２に示すように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有するフルブリッジ型のインバータ１２を備える。インバータ１２に高圧直流電圧を印加した状態で制御回路１５による制御で各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動することにより、インバータ１２から高周波の電圧パルスが出力される。インバータ１２の出力側には共振リアクトル１３ａ，１３ｂが接続されており、放電電極１１ａ，１１ｂとＬＣ共振することでレーザ発振器１の放電に必要な高電力を得る。
【００２１】
制御回路１５は、ゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂを介してインバータ１２の制御を行うものである。この制御回路１５は、後に詳述するように、ＣＮＣ装置８から与えられる被加工物の材質を考慮した加工条件に応じて、レーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅、および時間軸に対するレーザパルスの形状といった各制御パラメータを反映させた指令パルスを生成し、この指令パルスに基づいてインバータ駆動用のゲートパルスを出力する。
【００２２】
ゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂは、制御回路１５から出力されるゲートパルスに応じてインバータ１２を構成する上下の各アームのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフ制御する。これにより、インバータ１２からは被加工物の加工条件に適合した高周波の電圧パルスが出力されてレーザ発振器１に与えられる。
【００２３】
ここで、図１１（ａ）に示したように、インバータ１２から１００ｋＨｚ程度の一連の高周波の電圧パルスからなる電圧パルス群を繰り返し出力すると、レーザ発振器１からは同図（ｂ）に示したようなレーザパルスが発振される。この場合、共振負荷であるため、インバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数によって、図１１（ｂ）のレーザパルスの強度Ｐｉが変化する。
【００２４】
すなわち、放電電極１１ａ，１１ｂと共振リアクトル１３ａ，１３ｂとからなるＬＣ直列共振回路において、放電電極１１ａ，１１ｂに印加される電圧パルスのキャリア周波数と放電電流との間には、図３に示すような特性がある。そして、図３において、ある共振周波数ｆｒにおいて放電電流が最大になり、この共振周波数ｆｒから外れた周波数、例えば周波数ｆａになるにつれて放電電流が抑制される。そして、共振周波数ｆｒに近いほど放電電流が大きくなるため、レーザパルスの強度Ｐｉも大きくなる。
【００２５】
そこで、この発明では、レーザパルスの強度やエネルギ量を制御するために、従来のインバータ１２から出力される電圧パルスのパルス幅を調整するＰＷＭ制御ではなく、電圧パルスのキャリア周波数を変調するＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス周波数変調）制御を行うようにしている。
【００２６】
次に、制御回路１５の構成および基本動作について詳述する。
図４は、図２に示す制御回路１５の詳細を示すブロック図である。
レーザ加工機は、ＣＮＣ装置８にユーザが加工条件を入力することで加工を行う。この加工条件はＣＮＣから通信回線などを介して制御回路１５に送信される。
【００２７】
図３に示したように、ＬＣ直列共振回路において、インバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数が共振周波数ｆｒからずれるのに応じて放電電流が変化することから、加工条件に合わせて予め設定された周波数に制御することで、放電電力が調整されてレーザパルスの強度やエネルギ量が制御される。
【００２８】
そこで、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）１７には、被加工物の加工条件（条件１〜ｎ）に合わせて、レーザパルスの出力開始後にインバータ１２からどの時間にどのようなキャリア周波数をもつ電圧パルスを出力するかという、時間とキャリア周波数の関係を決めるためのＰＦＭ制御用の情報が予め複数用意されて登録されている。
【００２９】
選択回路１８は、ＣＮＣ装置８から与えられた被加工物の加工条件に応じて、ＬＵＴ１７からその加工条件に応じたＰＦＭ制御用の情報の内の一つを選択し、この情報を次段の指令パルス発生回路１９に出力する。
【００３０】
指令パルス発生回路１９は、ＬＵＴ１７から与えられるＰＦＭ制御用の情報、およびＣＮＣ装置８から加工条件に応じて与えられるレーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅の制御パラメータの情報に基づいて、これらの情報を反映させたＰＦＭ制御された一連の電圧パルスからなる電圧パルス群をインバータ１２から順次繰り返して出力するための指令パルスを生成し、この指令パルスをゲートパルス生成回路２０に出力する。
【００３１】
なお、インバータ１２からＰＦＭ制御された一連の電圧パルスを発生させるには、指令パルス発生回路１９において、分周回路とカウンタを複数用意しておき、ＬＵＴ１７からのＰＦＭ制御用の情報に基づき、設定された時間ごとに周波数値に対応するカウンタのカウント値を切り替えることで、指令パルスの周波数をＰＦＭ変調することで実現可能である。また、レーザビームの繰り返し周波数を制御する上では、指令パルス発生回路１９において、ＣＮＣ装置８からの制御パラメータの情報に基づき、指令パルスの単位時間当たりのパルス群の数が設定され、またレーザパルスのパルス幅を制御する上では、一連の指令パルスからなるパルス群に含まれるパルス数が設定される。
【００３２】
ゲートパルス生成回路２０は、指令パルス発生回路１９からの指令パルスに応じて、デッドタイム等を付与したゲートパルスを生成し、このゲートパルスがゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂに与えられる。ゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂは、このゲートパルスに応じてインバータ１２の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフ制御する。その結果、インバータ１２からは所定の繰り返しパルス周波数、パルス幅、およびＰＦＭ制御された一連の電圧パルスからなる電圧パルス群が順次繰り返して出力される。その結果、レーザ発振器１からは、様々な被加工物に適合した強度とエネルギ量をもつレーザパルスが出力されるので、良好な加工品質が得られる。
【００３３】
そして、上記の制御回路１５が特許請求の範囲における制御手段に、選択回路１８とＬＵＴ１７とが特許請求の範囲におけるパルス周波数変調情報生成手段に、ＬＵＴ１７が特許請求の範囲のメモリ手段に、指令パルス発生回路１９が特許請求の範囲における指令パルス発生手段に、ゲートパルス生成回路２０とゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂが特許請求の範囲におけるインバータ駆動手段に、それぞれ対応している。
【００３４】
図５は、この発明の実施の形態１において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータ１２から出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器１で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【００３５】
図５（ａ）は、制御回路１５において指令パルス発生回路１９からの指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０から出力されるＰＦＭ制御されたゲートパルス（レーザパルスの１パルス分に相当）を示しており、また、図５（ｂ）は、このゲートパルスによってインバータ１２から出力される一連の電圧パルス（細実線）と出力電流（太実線）を示している。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、電圧パルスは最初が高い周波数から徐々に共振周波数になるようにＰＦＭ制御されている。このように、高い周波数から徐々に低くなるように設定しているのは、放電電流が放電電圧に対して遅れ位相にして、インバータ１２を構成する還流ダイオードにリカバリー電流が流れ、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に高負荷がかかるのを防ぐ目的である。
【００３７】
また、図５（ｂ）に示すようなＰＦＭ制御された一連の電圧パルスを用いると、一連の電圧パルスの前半では、電圧パルスのキャリア周波数が高いため（図３のｆａ）、放電電流ピークが抑制されている。一連の電圧パルスの後半では、共振周波数ｆｒに近づくため放電電流が徐々に大きくなる。この結果、図５（ｃ）のような放電電力が得られ、図５（ｄ）のようなレーザエネルギが得られる。
【００３８】
また、レーザビームを出力するためには、レーザ発振器１の放電電極に約４ｋＶ以上の電圧パルスを印加して安定放電させる必要があるが、この発明の場合、一定の高電圧を印加して放電電力を制御できるため、安定的に放電させることができる。
【００３９】
穴あけ加工はレーザパルスが被加工物７に照射されることで、これが被加工物７の表面で吸収されて材料の加熱および蒸散が起こり、これにより、被加工物７に対して所望の穴あけ加工が行われている。この際、被加工物７の加工状態はレーザパルスの強度に著しく依存する。
【００４０】
ここで、ガラス繊維を含むガラスエポキシ材のように、比較的レーザ照射時間が長い方が良質な加工が得られる被加工物７に対しては、レーザ照射の初期段階において、レーザパルスの強度が高すぎる場合、被加工物７の表面に発生したプラズマにレーザパルスのエネルギの大半が吸収されて、蒸散量が低下し、穴あけ加工が十分に行われない。
【００４１】
したがって、図５（ｄ）のように、レーザ照射の初期段階ではレーザエネルギを比較的小さくして被加工物７の表面に発生したプラズマにレーザパルスのエネルギの大半が吸収されるのを抑え、その後に所期のエネルギをもつレーザパルスを照射するようにすれば、上記のガラス繊維を含むガラスエポキシ材に対してレーザエネルギを効率的に照射することができ、従来よりも高速かつ安定的に加工が行える。
【００４２】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では、インバータ１２から出力される電圧パルスを高い周波数ｆａから徐々に共振周波数ｆｒになるようにＰＦＭ制御しているが、被加工物７の材質によっては、一連の電圧パルスの前半で共振周波数ｆｒの放電電圧を印加し、後半で徐々に高い周波数ｆａに移行するようにしてもよい。
【００４３】
図６は、この発明の実施の形態２において、インバータ１２駆動用のゲートパルス、インバータ１２から出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器１で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【００４４】
図６（ａ）は、制御回路１５において指令パルス発生回路１９からの指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０から出力されるＰＦＭ制御されたゲートパルス（レーザパルスの１パルス分に相当）を示しており、また、図６（ｂ）は、このゲートパルスによってインバータ１２から出力される一連の電圧パルス（細実線）と出力電流（太実線）を示している。
【００４５】
図６（ｂ）に示すように、インバータ１２から出力される電圧パルスはその前半では共振周波数ｆｒのものを印加し、後半で徐々に高い周波数ｆａに移行するようにＰＦＭ制御されている。このように、共振周波数ｆｒから徐々に高いキャリア周波数ｆａに移行させると、一連の電圧パルスからなる電圧パルス群の前半では高い放電電流が得られ、電圧パルス群の後半では放電電流が抑制される。このため、図６（ｃ）に示すような放電電力が得られ、その結果、図６（ｄ）に示すように、被加工物７に対して初期の短時間で高エネルギを照射し、少しずつ入熱量を減少させたいような加工を行う場合に最適な状態が得られる。
【００４６】
このようなエネルギをもつレーザパルスを用いれば、被加工物７がポリイミド系樹脂のように、レーザ照射時間が短い方が良質な加工が得られる場合に有効である。
【００４７】
実施の形態３．
上記の実施の形態１では、一連の電圧パルスについて高いキャリア周波数ｆａから徐々に共振周波数ｆｒになるようにＰＦＭ制御しているが、最初からインバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数を大きくとると、放電電極１１ａ，１１ｂに印加する電圧パルスのパルス幅が短くなるので、レーザ放電の初期段階において、放電のちらつきや立ち消えが起こるおそれがある。そして、放電が不安定になると、負荷のインピーダンスが変化してＬＣ共振点がずれ、放電電流がそれに応じて振動することから、所望の放電電力が得られなくなり、加工品質に影響を与える。
【００４８】
そこで、レーザ放電の立ち上り時に放電を安定化させるため、一連の電圧パルス（レーザパルスの１パルス分に相当）に含まれる各電圧パルスについて、レーザ放電の立ち上り時に電圧パルスのキャリア周波数が予め規定された周波数よりも高い場合には、図７（ａ）に示すように、指令パルス発生回路１９からの指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０から出力されるゲートパルスの周波数を一時的に低くする。つまり、図７（ｂ）に示すように、インバータ１２から出力される初期の電圧パルスのキャリア周波数を一時的に低くして（パルス幅を十分大きくして）確実に放電させる。放電が安定した後は、例えば実施の形態１の場合と同様に、高いキャリア周波数ｆａに移行して、このキャリア周波数ｆａから徐々に共振周波数ｆｒになるようにＰＦＭ制御する。これにより、ＰＦＭ制御を行う場合に常に安定した放電状態が得られる。
【００４９】
実施の形態４．
上記の実施の形態１〜３の手法を用いて、レーザパルスの１パルス単位ごとにインバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数をＰＦＭ制御すれば、例えば図８に示すような任意の放電電力、レーザエネルギが得られることになる。
【００５０】
この場合、ＬＵＴ１７に各加工条件（条件１〜ｎ）に応じて、時間とキャリア周波数の関係を決めるＰＦＭ制御用の情報を予め複数用意して登録しておけば、図９に示すように様々なレーザパルスの形状が得られ、任意の放電電力を投入できるレーザパルスを作ることができる。これにより、加工材質に適合した最適なレーザエネルギが得られる。
【００５１】
そして、レーザパルスの１パルスごとのエネルギを調整して、１パルスごとにガルバノミラー４ａ，４ｂの角度を調整すれば、図１０に示すように、被加工物７の任意の位置に応じて所望の加工エネルギを高速に投入することができ、従来よりも一層、加工性能を高めることができる。
【００５２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ発振器、２ レーザ加工機用電源装置、７ 被加工物、８ ＣＮＣ装置、
１１ａ，１１ｂ 放電電極、１２ インバータ、１３ａ，１３ｂ 共振リアクトル、
１５ 制御回路、１６ａ，１６ｂ ゲートドライブ回路、
１７ ＬＵＴ（ルックアップテーブル）、１８ 選択回路、１９ 指令パルス発生回路、２０ ゲートパルス生成回路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ加工機用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や情報端末機器の小型化、高機能化に伴い、そこに使用されるプリント基板の高密度化、微細化が急速に進んでいる。特にプリント基板の製造方法では、従来のドリルによるスルーホール加工から、レーザによるビアホール加工が多く利用されるようになり、また穴径も３００ｕｍ程度から１００ｕｍ以下と、微細化の要求が高まっている。このような要求に対して、ＣＯ２レーザを用いたプリント基板穴あけ用のレーザ加工機が製品化され、穴径１００ｕｍ前後の微小穴を高速、高精度に加工することが可能となっている。
【０００３】
上記のようなレーザ加工機で使用されるレーザ加工機用電源装置において、レーザ媒体を励起させるためには、放電電極に数ｋＶの電圧パルスを印加する必要があり、放電時に流れる放電電流は数十Ａ、放電時の放電周波数は、数百ｋＨｚから数ＭＨｚ以上必要であり、さらに安定した放電を得るために制御を行わなければならない。そのために、微細加工に適したレーザ加工機用電源装置が開発されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、プリント基板などの被加工物に対して効率良く高速に微細加工を行うためには、被加工物の材質に応じてレーザの強度とエネルギ量とを最適化する必要がある。そのためには、被加工物の材質や加工条件に応じて放電電力を適切に制御することが重要である。
【０００５】
このため、従来、例えば、レーザ発振器のレーザ出力をコントロールする制御パラメータである、（ｉ）レーザパルスの放電電力のピーク値、（ｉｉ）レーザパルスの繰り返しパルス周波数、（ｉｉｉ）レーザパルス出力のパルス幅等をそれぞれ制御する技術が提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【０００６】
図１１（ａ）にはインバータから出力される高周波の電圧パルス（細実線）と出力電流（太実線）を、同図（ｂ）にはこのインバータ出力に伴ってレーザ発振器から出力されるレーザパルスの各波形を示している。
【０００７】
ここで、（ｉ）レーザパルスの放電電力のピーク出力Ｐｉ（図１１（ｂ）参照）は、主にレーザ発振器の放電電極に印加される放電電圧と、放電電極間に生じる放電によって流れる放電電流のピークによって決定され、そのピーク出力Ｐｉの制御は、インバータに対する直流電源の電圧を調整して放電電圧を制御したり、あるいはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）によってインバータのＤｕｔｙを制御するなどして行われる。
【０００８】
（ｉｉ）繰り返しパルス周波数（図１１（ｂ）参照）は、単位時間Ｔ当たりに照射されるレーザパルスのパルス数Ｎであり、この繰り返しパルス周波数は、図１１（ａ）に示されるように、インバータから出力される一連の電圧パルスからなる電圧パルス群の単位時間当たりの数により制御される。
【０００９】
（ｉｉｉ）レーザパルスのパルス幅Ｗｉ（図１１（ｂ）参照）は、図１１（ａ）に示されるように、インバータから出力される各電圧パルス群に含まれる電圧パルスのパルス数に相当し、したがって、このパルス幅Ｗｉはインバータのスイッチング素子をオン／オフ制御する一連のゲートパルスの数を制御することで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−４０５９号公報
【特許文献２】特開平５−１４５１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、上記の特許文献２などに記載の従来技術では、レーザ発振器のレーザ出力をコントロールする制御パラメータとして、（ｉ）レーザパルスの放電電力のピーク値、（ｉｉ）レーザパルスの繰り返しパルス周波数、（ｉｉｉ）レーザパルスのパルス幅等を制御するなどの方法が提案されているものの、従来は、インバータのスイッチング素子をオン／オフ制御するゲートパルスの周波数は常に一定に設定されている。このため、インバータから出力される高周波の電圧パルスの周波数（以下、レーザパルスの繰り返しパルス周波数と区別するため、ここでは便宜上、キャリア周波数と称する）も常に一定に設定されている。
【００１２】
このように、従来は、被加工物をレーザ加工する際、インバータから出力される高周波の電圧パルスのキャリア周波数が常に一定に保持されているため、多種多様な材質の被加工物に応じてより微細な加工を施したい場合に、レーザ強度やエネルギ量を最適化してさらに加工性能を向上させることが難しかった。
【００１３】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、加工材質や加工条件に合わせてレーザパルス出力を制御する上で、レーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅だけでなく、時間軸に対してレーザパルスの形状を変化できるようにして、従来よりもさらに加工品質を向上させることが可能なレーザ加工機用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るレーザ加工機用電源装置は、レーザ発振器に対してレーザ発振用の高周波の電圧パルスを出力する電力変換用のインバータと、このインバータの動作を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、被加工物の加工条件に応じて上記電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための情報を生成するパルス周波数変調制御情報生成手段と、このパルス周波数変調制御情報生成手段で生成されたパルス周波数変調制御情報を反映させてパルス周波数変調された指令パルスを生成する指令パルス発生手段と、この指令パルス発生手段で発生された指令パルスに基づいて上記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ駆動手段とを備え、このインバータ駆動手段の駆動により上記インバータからパルス周波数変調された上記電圧パルスを出力する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のレーザ加工機用電源装置によれば、加工材質や加工条件に合わせてレーザパルス出力を制御する上で、レーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅だけでなく、インバータから出力される電圧パルスのキャリア周波数の変調を行うので、時間軸に対してレーザパルスの形状を変化させてレーザ強度を調整することができる。これにより、多種多様な材質の被加工物に応じて、レーザの強度やエネルギ量を最適化することができるので、従来よりもさらに加工性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機の全体を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機用電源装置の構成図である。
【図３】ＬＣ直列共振回路において、放電電極に印加される電圧パルスのキャリア周波数と放電電流との関係を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１において、図２に示すレーザ加工機用電源装置の制御回路のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態４において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータから出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【図９】加工条件に応じてインバータから出力される電圧パルスをＰＦＭ（パルス周波数変調）制御することにより得られるレーザ発振器の各種の放電電力を示す説明図である。
【図１０】加工位置と放電電力の関係を示す説明図である。
【図１１】インバータから出力される電圧パルスおよび出力電流と、これに伴ってレーザ発振器から出力されるレーザパルスの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるレーザ加工機の全体を示す構成図、図２は同レーザ加工機に使用されるレーザ加工機用電源装置の構成図である。
【００１８】
このレーザ加工機は、例えば炭酸ガスレーザ発振器などのレーザ発振器１と、レーザ加工機用電源装置（以降、単に「電源装置」という）２とを備え、電源装置２からの電力供給によりレーザ発振器１からレーザパルスが発振され、このレーザパルスを反射ミラー３、一対のガルバノミラー４ａ，４ｂ、および集光レンズ５を介して加工台６上に配置された被加工物７に照射して加工する。被加工物７の任意の位置にレーザパルスを照射して加工するために、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置８によりレーザパルスの出力に合わせて高速にガルバノミラー４ａ，４ｂを制御することで高速加工を実現している。
【００１９】
この実施の形態１による電源装置２は、レーザ発振器１の一対の放電電極１１ａ，１１ｂを制御対象とする。このレーザ発振器１を構成する放電電極１１ａ，１１ｂは誘電体電極であり、金属電極が放電空間に露出しておらず、セラミック等からなる誘電体で被覆されている。そして、電源装置２によりこの放電電極１１ａ，１１ｂに高周波の電圧パルスを印加することで誘電体バリア放電を起こし、この放電によって励起されたレーザ媒体の誘導放出によりレーザ発振してレーザパルスが出力される。
【００２０】
電源装置２は、図２に示すように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有するフルブリッジ型のインバータ１２を備える。インバータ１２に高圧直流電圧を印加した状態で制御回路１５による制御で各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動することにより、インバータ１２から高周波の電圧パルスが出力される。インバータ１２の出力側には共振リアクトル１３ａ，１３ｂが接続されており、放電電極１１ａ，１１ｂとＬＣ共振することでレーザ発振器１の放電に必要な高電力を得る。
【００２１】
制御回路１５は、ゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂを介してインバータ１２の制御を行うものである。この制御回路１５は、後に詳述するように、ＣＮＣ装置８から与えられる被加工物の材質を考慮した加工条件に応じて、レーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅、および時間軸に対するレーザパルスの形状といった各制御パラメータを反映させた指令パルスを生成し、この指令パルスに基づいてインバータ駆動用のゲートパルスを出力する。
【００２２】
ゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂは、制御回路１５から出力されるゲートパルスに応じてインバータ１２を構成する上下の各アームのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフ制御する。これにより、インバータ１２からは被加工物の加工条件に適合した高周波の電圧パルスが出力されてレーザ発振器１に与えられる。
【００２３】
ここで、図１１（ａ）に示したように、インバータ１２から１００ｋＨｚ程度の一連の高周波の電圧パルスからなる電圧パルス群を繰り返し出力すると、レーザ発振器１からは同図（ｂ）に示したようなレーザパルスが発振される。この場合、共振負荷であるため、インバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数によって、図１１（ｂ）のレーザパルスの強度Ｐｉが変化する。
【００２４】
すなわち、放電電極１１ａ，１１ｂと共振リアクトル１３ａ，１３ｂとからなるＬＣ直列共振回路において、放電電極１１ａ，１１ｂに印加される電圧パルスのキャリア周波数と放電電流との間には、図３に示すような特性がある。そして、図３において、ある共振周波数ｆｒにおいて放電電流が最大になり、この共振周波数ｆｒから外れた周波数、例えば周波数ｆａになるにつれて放電電流が抑制される。そして、共振周波数ｆｒに近いほど放電電流が大きくなるため、レーザパルスの強度Ｐｉも大きくなる。
【００２５】
そこで、この発明では、レーザパルスの強度やエネルギ量を制御するために、従来のインバータ１２から出力される電圧パルスのパルス幅を調整するＰＷＭ制御ではなく、電圧パルスのキャリア周波数を変調するＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス周波数変調）制御を行うようにしている。
【００２６】
次に、制御回路１５の構成および基本動作について詳述する。
図４は、図２に示す制御回路１５の詳細を示すブロック図である。
レーザ加工機は、ＣＮＣ装置８にユーザが加工条件を入力することで加工を行う。この加工条件はＣＮＣから通信回線などを介して制御回路１５に送信される。
【００２７】
図３に示したように、ＬＣ直列共振回路において、インバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数が共振周波数ｆｒからずれるのに応じて放電電流が変化することから、加工条件に合わせて予め設定された周波数に制御することで、放電電力が調整されてレーザパルスの強度やエネルギ量が制御される。
【００２８】
そこで、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）１７には、被加工物の加工条件（条件１〜ｎ）に合わせて、レーザパルスの出力開始後にインバータ１２からどの時間にどのようなキャリア周波数をもつ電圧パルスを出力するかという、時間とキャリア周波数の関係を決めるためのＰＦＭ制御用の情報が予め複数用意されて登録されている。
【００２９】
選択回路１８は、ＣＮＣ装置８から与えられた被加工物の加工条件に応じて、ＬＵＴ１７からその加工条件に応じたＰＦＭ制御用の情報の内の一つを選択し、この情報を次段の指令パルス発生回路１９に出力する。
【００３０】
指令パルス発生回路１９は、ＬＵＴ１７から与えられるＰＦＭ制御用の情報、およびＣＮＣ装置８から加工条件に応じて与えられるレーザパルスの繰り返しパルス周波数やパルス幅の制御パラメータの情報に基づいて、これらの情報を反映させたＰＦＭ制御された一連の電圧パルスからなる電圧パルス群をインバータ１２から順次繰り返して出力するための指令パルスを生成し、この指令パルスをゲートパルス生成回路２０に出力する。
【００３１】
なお、インバータ１２からＰＦＭ制御された一連の電圧パルスを発生させるには、指令パルス発生回路１９において、分周回路とカウンタを複数用意しておき、ＬＵＴ１７からのＰＦＭ制御用の情報に基づき、設定された時間ごとに周波数値に対応するカウンタのカウント値を切り替えることで、指令パルスの周波数をＰＦＭ変調することで実現可能である。また、レーザビームの繰り返し周波数を制御する上では、指令パルス発生回路１９において、ＣＮＣ装置８からの制御パラメータの情報に基づき、指令パルスの単位時間当たりのパルス群の数が設定され、またレーザパルスのパルス幅を制御する上では、一連の指令パルスからなるパルス群に含まれるパルス数が設定される。
【００３２】
ゲートパルス生成回路２０は、指令パルス発生回路１９からの指令パルスに応じて、デッドタイム等を付与したゲートパルスを生成し、このゲートパルスがゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂに与えられる。ゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂは、このゲートパルスに応じてインバータ１２の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフ制御する。その結果、インバータ１２からは所定の繰り返しパルス周波数、パルス幅、およびＰＦＭ制御された一連の電圧パルスからなる電圧パルス群が順次繰り返して出力される。その結果、レーザ発振器１からは、様々な被加工物に適合した強度とエネルギ量をもつレーザパルスが出力されるので、良好な加工品質が得られる。
【００３３】
そして、上記の制御回路１５が特許請求の範囲における制御手段に、選択回路１８とＬＵＴ１７とが特許請求の範囲におけるパルス周波数変調情報生成手段に、ＬＵＴ１７が特許請求の範囲のメモリ手段に、指令パルス発生回路１９が特許請求の範囲における指令パルス発生手段に、ゲートパルス生成回路２０とゲートドライブ回路１６ａ，１６ｂが特許請求の範囲におけるインバータ駆動手段に、それぞれ対応している。
【００３４】
図５は、この発明の実施の形態１において、インバータ駆動用のゲートパルス、インバータ１２から出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器１で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【００３５】
図５（ａ）は、制御回路１５において指令パルス発生回路１９からの指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０から出力されるＰＦＭ制御されたゲートパルス（レーザパルスの１パルス分に相当）を示しており、また、図５（ｂ）は、このゲートパルスによってインバータ１２から出力される一連の電圧パルス（細実線）と出力電流（太実線）を示している。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、電圧パルスは最初が高い周波数から徐々に共振周波数になるようにＰＦＭ制御されている。このように、高い周波数から徐々に低くなるように設定しているのは、放電電流が放電電圧に対して遅れ位相にして、インバータ１２を構成する還流ダイオードにリカバリー電流が流れ、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に高負荷がかかるのを防ぐ目的である。
【００３７】
また、図５（ｂ）に示すようなＰＦＭ制御された一連の電圧パルスを用いると、一連の電圧パルスの前半では、電圧パルスのキャリア周波数が高いため（図３のｆａ）、放電電流ピークが抑制されている。一連の電圧パルスの後半では、共振周波数ｆｒに近づくため放電電流が徐々に大きくなる。この結果、図５（ｃ）のような放電電力が得られ、図５（ｄ）のようなレーザエネルギが得られる。
【００３８】
また、レーザビームを出力するためには、レーザ発振器１の放電電極に約４ｋＶ以上の電圧パルスを印加して安定放電させる必要があるが、この発明の場合、一定の高電圧を印加して放電電力を制御できるため、安定的に放電させることができる。
【００３９】
穴あけ加工はレーザパルスが被加工物７に照射されることで、これが被加工物７の表面で吸収されて材料の加熱および蒸散が起こり、これにより、被加工物７に対して所望の穴あけ加工が行われている。この際、被加工物７の加工状態はレーザパルスの強度に著しく依存する。
【００４０】
ここで、ガラス繊維を含むガラスエポキシ材のように、比較的レーザ照射時間が長い方が良質な加工が得られる被加工物７に対しては、レーザ照射の初期段階において、レーザパルスの強度が高すぎる場合、被加工物７の表面に発生したプラズマにレーザパルスのエネルギの大半が吸収されて、蒸散量が低下し、穴あけ加工が十分に行われない。
【００４１】
したがって、図５（ｄ）のように、レーザ照射の初期段階ではレーザエネルギを比較的小さくして被加工物７の表面に発生したプラズマにレーザパルスのエネルギの大半が吸収されるのを抑え、その後に所期のエネルギをもつレーザパルスを照射するようにすれば、上記のガラス繊維を含むガラスエポキシ材に対してレーザエネルギを効率的に照射することができ、従来よりも高速かつ安定的に加工が行える。
【００４２】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では、インバータ１２から出力される電圧パルスを高い周波数ｆａから徐々に共振周波数ｆｒになるようにＰＦＭ制御しているが、被加工物７の材質によっては、一連の電圧パルスの前半で共振周波数ｆｒの放電電圧を印加し、後半で徐々に高い周波数ｆａに移行するようにしてもよい。
【００４３】
図６は、この発明の実施の形態２において、インバータ１２駆動用のゲートパルス、インバータ１２から出力される電圧パルスと出力電流、およびレーザ発振器１で生じる放電電力とレーザエネルギの相互の関係を示す説明図である。
【００４４】
図６（ａ）は、制御回路１５において指令パルス発生回路１９からの指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０から出力されるＰＦＭ制御されたゲートパルス（レーザパルスの１パルス分に相当）を示しており、また、図６（ｂ）は、このゲートパルスによってインバータ１２から出力される一連の電圧パルス（細実線）と出力電流（太実線）を示している。
【００４５】
図６（ｂ）に示すように、インバータ１２から出力される電圧パルスはその前半では共振周波数ｆｒのものを印加し、後半で徐々に高い周波数ｆａに移行するようにＰＦＭ制御されている。このように、共振周波数ｆｒから徐々に高いキャリア周波数ｆａに移行させると、一連の電圧パルスからなる電圧パルス群の前半では高い放電電流が得られ、電圧パルス群の後半では放電電流が抑制される。このため、図６（ｃ）に示すような放電電力が得られ、その結果、図６（ｄ）に示すように、被加工物７に対して初期の短時間で高エネルギを照射し、少しずつ入熱量を減少させたいような加工を行う場合に最適な状態が得られる。
【００４６】
このようなエネルギをもつレーザパルスを用いれば、被加工物７がポリイミド系樹脂のように、レーザ照射時間が短い方が良質な加工が得られる場合に有効である。
【００４７】
実施の形態３．
上記の実施の形態１では、一連の電圧パルスについて高いキャリア周波数ｆａから徐々に共振周波数ｆｒになるようにＰＦＭ制御しているが、最初からインバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数を大きくとると、放電電極１１ａ，１１ｂに印加する電圧パルスのパルス幅が短くなるので、レーザ放電の初期段階において、放電のちらつきや立ち消えが起こるおそれがある。そして、放電が不安定になると、負荷のインピーダンスが変化してＬＣ共振点がずれ、放電電流がそれに応じて振動することから、所望の放電電力が得られなくなり、加工品質に影響を与える。
【００４８】
そこで、レーザ放電の立ち上り時に放電を安定化させるため、一連の電圧パルス（レーザパルスの１パルス分に相当）に含まれる各電圧パルスについて、レーザ放電の立ち上り時に電圧パルスのキャリア周波数が予め規定された周波数よりも高い場合には、図７（ａ）に示すように、指令パルス発生回路１９からの指令パルスに基づいてゲートパルス生成回路２０から出力されるゲートパルスの周波数を一時的に低くする。つまり、図７（ｂ）に示すように、インバータ１２から出力される初期の電圧パルスのキャリア周波数を一時的に低くして（パルス幅を十分大きくして）確実に放電させる。放電が安定した後は、例えば実施の形態１の場合と同様に、高いキャリア周波数ｆａに移行して、このキャリア周波数ｆａから徐々に共振周波数ｆｒになるようにＰＦＭ制御する。これにより、ＰＦＭ制御を行う場合に常に安定した放電状態が得られる。
【００４９】
実施の形態４．
上記の実施の形態１〜３の手法を用いて、レーザパルスの１パルス単位ごとにインバータ１２から出力される電圧パルスのキャリア周波数をＰＦＭ制御すれば、例えば図８に示すような任意の放電電力、レーザエネルギが得られることになる。
【００５０】
この場合、ＬＵＴ１７に各加工条件（条件１〜ｎ）に応じて、時間とキャリア周波数の関係を決めるＰＦＭ制御用の情報を予め複数用意して登録しておけば、図９に示すように様々なレーザパルスの形状が得られ、任意の放電電力を投入できるレーザパルスを作ることができる。これにより、加工材質に適合した最適なレーザエネルギが得られる。
【００５１】
そして、レーザパルスの１パルスごとのエネルギを調整して、１パルスごとにガルバノミラー４ａ，４ｂの角度を調整すれば、図１０に示すように、被加工物７の任意の位置に応じて所望の加工エネルギを高速に投入することができ、従来よりも一層、加工性能を高めることができる。
【００５２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ発振器、２ レーザ加工機用電源装置、７ 被加工物、８ ＣＮＣ装置、
１１ａ，１１ｂ 放電電極、１２ インバータ、１３ａ，１３ｂ 共振リアクトル、
１５ 制御回路、１６ａ，１６ｂ ゲートドライブ回路、
１７ ＬＵＴ（ルックアップテーブル）、１８ 選択回路、１９ 指令パルス発生回路、２０ ゲートパルス生成回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器に対してレーザ発振用の高周波の電圧パルスを出力する電力変換用のインバータと、このインバータの動作を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、被加工物の加工条件に応じて上記電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための情報を生成するパルス周波数変調制御情報生成手段と、
上記パルス周波数変調制御情報生成手段で生成されたパルス周波数変調制御情報を反映させてパルス周波数変調された指令パルスを生成する指令パルス発生手段と、
上記指令パルス発生手段で発生された指令パルスに基づいて上記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ駆動手段とを備え、上記インバータ駆動手段の駆動により上記インバータからパルス周波数変調された上記電圧パルスを出力するレーザ加工機用電源装置。
【請求項２】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、被加工物の加工条件に応じて上記電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための時間とキャリア周波数の関係を設定した情報が予め登録されたメモリ手段で構成されている請求項１に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項３】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、被加工物の加工材質に合わせて、上記インバータからレーザパルスの１パルス分に相当する一連の電圧パルスが出力されるたびに、パルス周波数変調制御用の情報を変更するものである請求項１または請求項２に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項４】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段からの上記パルス周波数変調情報に基づいて上記インバータからパルス周波数変調されて出力される電圧パルスのキャリア周波数が予め規定された周波数よりも高い場合には、上記指令パルス発生手段はレーザパルスの１パルス分に相当する一連の上記指令パルスの内、初期の立上りパルスのみパルス幅を長くする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項５】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、上記電圧パルスのキャリア周波数が、上記レーザ発振器の共振周波数よりも高い周波数から徐々に低くなるようなパルス周波数変調制御情報を生成するものである請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項６】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、上記電圧パルスのキャリア周波数が、上記レーザ発振器の共振周波数よりも低い周波数から徐々に高くなるようなパルス周波数変調制御情報を生成するものである請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項１】
レーザ発振器に対してレーザ発振用の高周波の電圧パルスを出力する電力変換用のインバータと、このインバータの動作を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、被加工物の加工条件に応じて上記電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための情報を生成するパルス周波数変調制御情報生成手段と、
上記パルス周波数変調制御情報生成手段で生成されたパルス周波数変調制御情報を反映させてパルス周波数変調された指令パルスを生成する指令パルス発生手段と、
上記指令パルス発生手段で発生された指令パルスに基づいて上記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ駆動手段とを備え、上記インバータ駆動手段の駆動により上記インバータからパルス周波数変調された上記電圧パルスを出力するレーザ加工機用電源装置。
【請求項２】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、被加工物の加工条件に応じて上記電圧パルスのキャリア周波数をパルス周波数変調制御するための時間とキャリア周波数の関係を設定した情報が予め登録されたメモリ手段で構成されている請求項１に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項３】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、被加工物の加工材質に合わせて、上記インバータからレーザパルスの１パルス分に相当する一連の電圧パルスが出力されるたびに、パルス周波数変調制御用の情報を変更するものである請求項１または請求項２に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項４】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段からの上記パルス周波数変調情報に基づいて上記インバータからパルス周波数変調されて出力される電圧パルスのキャリア周波数が予め規定された周波数よりも高い場合には、上記指令パルス発生手段はレーザパルスの１パルス分に相当する一連の上記指令パルスの内、初期の立上りパルスのみパルス幅を長くする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項５】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、上記電圧パルスのキャリア周波数が、上記レーザ発振器の共振周波数よりも高い周波数から徐々に低くなるようなパルス周波数変調制御情報を生成するものである請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工機用電源装置。
【請求項６】
上記パルス周波数変調制御情報生成手段は、上記電圧パルスのキャリア周波数が、上記レーザ発振器の共振周波数よりも低い周波数から徐々に高くなるようなパルス周波数変調制御情報を生成するものである請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工機用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８９７８８（Ｐ２０１３−８９７８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９４１９（Ｐ２０１１−２２９４１９）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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