(57)【要約】  本発明のレーザ装置は、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発振器と；前記第１のレーザ光を、コアを通して伝送するダブルクラッドファイバであるパッシブファイバと；このパッシブファイバの内側クラッドに入射される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発振器と；を有する。また、本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ装置と；コリメートレンズ及び集光レンズを有する照射光学系と；を備える。
2012053045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発振器と；
前記第１のレーザ光を、コアを通して伝送するダブルクラッドファイバであるパッシブファイバと；
このパッシブファイバの内側クラッドに入射される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発振器と；
を有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第１のレーザ発振器が、コアに希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであるアクティブファイバを有するレーザ共振器と、前記アクティブファイバの内側クラッドに入射される励起光を出射する励起用光源と、を有し；
前記アクティブファイバの下流側に前記パッシブファイバが接続されている；
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記パッシブファイバのコアに入射される前記第１のレーザ光の入射角θＦＬが、前記パッシブファイバの前記内側クラッドに入射される前記第２のレーザ光の入射角θＬＤよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１のレーザ光の波長λ１と、前記第２のレーザ光の波長λ２とが、０．６≦λ２／λ１≦０．９７を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
レーザ光を集光して被加工材に照射するレーザ加工装置であって、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置と；
コリメートレンズ及び集光レンズを有する照射光学系と；
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第２のレーザ光のパワー密度Ｉｂが、前記第１のレーザ光のパワー密度Ｉａよりも小さいことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記第２のレーザ光の前記パワー密度Ｉｂが、下式（１）を満たすことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
Ｉｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２＞０．２・（１／Ａ）・κ・｛ρＣｐ（Ｔｍ−Ｔ０）+ρＬｍ｝・・・（１）
ここで、
Ｄ１：前記第１のレーザ光の集光スポット径
Ｄ２：前記第２のレーザ光の集光スポット径
Ａ：前記被加工材に対する前記第２のレーザ光の吸収率
κ：前記被加工材の熱拡散係数
ρ：前記被加工材の密度
Ｃｐ：前記被加工材の比熱
Ｔｍ：前記被加工材の融点
Ｔ０：前記被加工材の初期温度（常温）
Ｌｍ：前記被加工材の融解潜熱
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料等を加工する際に用いるレーザ装置と、このレーザ装置を備えたレーザ加工装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力レーザ加工分野においては、希土類元素添加光ファイバを用いたレーザ装置による加工が注目を集めている。レーザ装置から出力されるレーザ光の波長は１μｍ帯であり、従来用いられてきたＣＯ２レーザと異なり、ファイバ伝送が可能である。また、ＣＯ２レーザよりも微小に集光できるため、切断や溶接等の高速加工や微細加工に適している。このレーザ装置に関しては、既に多くの公知技術がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
図１３に、従来のレーザ加工装置１００の一例を模式的に示す。このレーザ加工装置１００は、レーザ装置１０１と、光ファイバ１２２と、照射光学系（コリメータレンズ１０５及び集光レンズ１０６）と、から概略構成されている。レーザ装置１０１で発生され、光ファイバ１２２で導光及び伝送されて出射端１０３を出たレーザ光１０４は、コリメータレンズ１０５及び集光レンズ１０６を通過して、被加工材１０７の照射点αに至る。
図１４に、上記レーザ装置１０１の従来例を示す。このレーザ装置１０１は、コアの母材に希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであるアクティブファイバ１２０と、このアクティブファイバ１２０の両端近傍に形成され、レーザ共振器のミラーとして機能するファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと略記する）１２１と、マルチカップラ１２３と、複数の半導体レーザ光源１２６と、接続点１２９を介してアクティブファイバ１２０に接続された光ファイバ１２２と、から概略構成されている。
ダブルクラッドファイバとは、コアの周りに二重のクラッドを有する光ファイバである。従来、このダブルクラッドファイバは、コアの母材に希土類元素等を添加し、レーザ媒体としている。内側のクラッドは、コア内の光を閉じ込める作用と、コア内のレーザ媒体を励起する励起光を閉じ込める作用との二通りの作用を有している。外側のクラッドは、励起光を閉じ込める作用を有している。
アクティブファイバ１２０の内側クラッドには、複数の半導体レーザ光源１２６から出射された励起光が、光ファイバ１２５及びマルチカップラ１２３を介して入射される。アクティブファイバ１２０のコアに発生するレーザ光は、両ＦＢＧ１２１間で往復する間に増幅され、その一部が、一方のＦＢＧ１２１（紙面右側のＦＢＧ１２１）から取り出される。このレーザ光は、接続点１２９よりも下流の光ファイバ１２２に入射され、出力端１０３より外部空間に出射される。なお、接続点１２９より下流の光ファイバ１２２としては、クラッドが単層の通常の伝送用の光ファイバが用いられる。以上のように、アクティブファイバをレーザ媒体として用いる構成のレーザ装置は、ファイバレーザと呼ばれる。【０００４】
光ファイバ１２２内でのファイバ断面におけるレーザ光のパワー密度の空間分布形状としては、ガウシアン形状に近いシングルモードと、トップハット形状に近いマルチモードとがありえる。
１ｍｍ厚以上の鋼の切断といったマクロな加工には、２ｋＷ以上の出力のレーザ光が用いられる。この出力領域において、シングルモードでは、光ファイバコア内での誘導ブリルアン散乱やラマン散乱による非線形効果によって伝送時の光損失が大きくなる。そのため、ファイバ伝送可能な距離が数ｍ程度に限られてしまう。そこで、レーザ加工装置には、通常、ファイバ伝送距離を大きく取れるマルチモードのファイバレーザが用いられる。【０００５】
照射点αにおけるレーザ光のパワー密度の空間分布は、光ファイバ１２２の出口（レーザ装置１０１の出射端１０３）のパワー密度の空間分布を、コリメータレンズ１０５と集光レンズ１０６から成る照射光学系にて結像した形を有す。光ファイバ１２２におけるパワー密度の空間分布がマルチモードとなるファイバレーザの場合、照射点αでのパワー密度の空間分布が、図１５に示すように光ファイバ１２２内における分布と同じほぼ均一なトップハット形状となる。なお、図１５において、Ｘは照射点αにおけるレーザ光の中心Ｏからの距離、Ｉがレーザ光のパワー密度を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開平５−２７５７９２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】P. Hilton, Proceedings of LAMP2009 - the 5th International Congress on Laser Advanced Materials Processing, 2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のマルチモードの光ファイバを有するレーザ装置を用いた金属加工では、ＣＯ２レーザによる加工と比べて、切断や溝ほり加工において切断面の粗度が劣化する、あるいは溶接や肉盛り加工においては被加工材の飛散物量が多くなる、などの理由により、期待する品質にて加工が行えない場合があった（例えば、非特許文献１参照）。この問題は、特に被加工材が厚物の場合や、切断速度が低速な場合に顕著となる。【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバによって伝送された高出力のレーザ光を用いて金属等を加工するレーザ加工において、加工面の粗度の改善が図れ、また被加工材の飛散物量の低減が図れるレーザ装置と、このレーザ装置を備えたレーザ加工装置との提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、レーザ光の伝播方向と直交する断面でのパワー密度の空間分布に裾野を付加することで加工面の品質の改善及び被加工材からの飛散物の量の低減が図れることを見出し、これを実現するのに適したレーザ装置及びレーザ加工装置を開発するに至った。【００１１】
（ａ）本発明の一態様にかかるレーザ装置は、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発振器と；前記第１のレーザ光を、コアを通して伝送するダブルクラッドファイバであるパッシブファイバと；このパッシブファイバの内側クラッドに入射される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発振器と；を有する。【００１２】
（ｂ）上記（ａ）に記載のレーザ装置では、前記第１のレーザ発振器が、コアに希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであるアクティブファイバを有するレーザ共振器と、前記アクティブファイバの内側クラッドに入射される励起光を出射する励起用光源と、を有し；前記アクティブファイバの下流側に前記パッシブファイバが接続されている；構成を採用してもよい。【００１３】
（ｃ）上記（ａ）に記載のレーザ装置では、前記パッシブファイバのコアに入射される前記第１のレーザ光の入射角θＦＬが、前記パッシブファイバの前記内側クラッドに入射される前記第２のレーザ光の入射角θＬＤよりも小さくてもよい。【００１４】
（ｄ）上記（ａ）に記載のレーザ装置では、前記第１のレーザ光の波長λ１と、前記第２のレーザ光の波長λ２とが、０．６≦λ２／λ１≦０．９７を満たしてもよい。【００１５】
（ｅ）本発明の一態様にかかるレーザ加工装置は、レーザ光を集光して被加工材に照射するものであって、上記（ａ）〜（ｄ）のいずれか１項に記載のレーザ装置と；コリメートレンズ及び集光レンズを有する照射光学系と；を備える。【００１６】
（ｆ）上記（ｅ）に記載のレーザ加工装置では、前記第２のレーザ光のパワー密度Ｉｂが、前記第１のレーザ光のパワー密度Ｉａよりも小さくてもよい。【００１７】
（ｇ）上記（ｆ）に記載のレーザ加工装置の場合、前記第２のレーザ光の前記パワー密度Ｉｂが、下式（１）を満たしてもよい。
Ｉｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２＞０．２・（１／Ａ）・κ・｛ρＣｐ（Ｔｍ−Ｔ０）+ρＬｍ｝・・・（１）
ここで、
Ｄ１：前記第１のレーザ光の集光スポット径
Ｄ２：前記第２のレーザ光の集光スポット径
Ａ：前記被加工材に対する前記第２のレーザ光の吸収率
κ：前記被加工材の熱拡散係数
ρ：前記被加工材の密度
Ｃｐ：前記被加工材の比熱
Ｔｍ：前記被加工材の融点
Ｔ０：前記被加工材の初期温度（常温）
Ｌｍ：前記被加工材の融解潜熱
【発明の効果】
【００１８】
上記（ａ）に記載のレーザ装置では、第１のレーザ光がパッシブファイバのコアから出射され、第２のレーザ光がパッシブファイバの内側クラッドから出射される。レーザ光を移動させながら加工を行うときには、第２のレーザ光が加工部位に照射された後、第２のレーザ光と第１のレーザ光との重畳成分が同加工部位に照射される。
すなわち、被加工部材が第２のレーザ光によって予熱された後に、加工に十分なエネルギーを有したレーザ光により被加工材の加工が行われる。この際、予熱された箇所ではレーザ光のエネルギー吸収が生じるが、上記（ａ）に記載のレーザ装置では、第２のレーザ光のパワー密度が第１のレーザ光と第２のレーザ光との重畳成分のパワー密度よりも小さくなっている。このため、このエネルギー吸収が過度に生じることがない。その結果、加工速度が低速である場合や被加工材の厚さが厚い場合であったとしても、加工面の品質が改善され、また飛散物量の低減が図れる。【００１９】
また、上記（ｅ）に記載のレーザ加工装置では、被加工材を予熱するのに適したエネルギーを有する第２のレーザ光と、被加工材を加工するのに十分なエネルギーを有した第２のレーザ光と第１のレーザ光との重畳成分が同軸で出射される。これらのレーザ光は異なる光源から出射されるため、これらのレーザ光のエネルギーを、各加工に適した値に容易に、かつ互いに独立して設定できる。その結果、加工速度が低速である場合や被加工材の厚さが厚い場合であったとしても、加工面の粗度が小さくなり、かつ飛散量の低減が図れることから、加工部位の品質の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置を模式的に示した図である。
【図２】同実施形態に係るレーザ装置を模式的に示した図である。
【図３】同実施系形態のレーザ装置に用いられているダブルクラッドファイバ（アクティブファイバ）の断面を模式的に示した図である。
【図４】ダブルクラッドファイバ（パッシブファイバ）のコアおよび内側クラッドにレーザ光および半導体レーザ光がそれぞれ入射される様子を模式的に示した断面図である。
【図５】同実施形態のレーザ装置の照射点αにおけるレーザ光のパワー密度の空間分布を示す図である。
【図６】レーザ切断の様子を模式的に示した断面図である。
【図７】レーザ切断時に発生する凸部とレーザ光のパワー密度との関係を示す図である。
【図８】本発明のレーザ加工装置の変形例を模式的に示した図である。
【図９】本発明のレーザ加工装置の他の変形例を模式的に示した図である。
【図１０】実施例１における半導体レーザの出力と切断面粗度との関係を示す図である。
【図１１】実施例２と比較例とにおける切断板厚と切断面粗度との関係を示す図である。
【図１２】実施例３と比較例とにおける溶接速度と質量減少との関係を示す図である。
【図１３】従来のレーザ加工装置を模式的に示した図である。
【図１４】従来のレーザ加工装置に用いられているレーザ装置を模式的に示した図である。
【図１５】従来のレーザ加工装置を用いた場合の、照射点αにおけるレーザ光のパワー密度の空間分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置１０を模式的に示した図である。本実施形態のレーザ加工装置１０は、レーザ装置１と、照射光学系７と、筐体８と、から概略構成されている。照射光学系７は、例えばコリメータレンズ５と集光レンズ６とから構成される。コリメータレンズ５と集光レンズ６とは、筐体８内に互いに独立して上下動可能に設置されている。レーザ装置１の出力端３（パッシブファイバ２２の出力端３）は、筐体８に接続されている。このパッシブファイバ２２の出力端３から出射されたレーザ光４（４ａ、４ｂ）は、コリメータレンズ５で平行光となり、集光レンズ６によって適切なサイズに集光され、被加工材９に照射される。
本実施形態のレーザ加工装置１０は、例えば金属等の切断や溝ほり、溶接や肉盛り等を行なう際に使用される。金属の切断や溝ほりを行なう際には、筐体８に形成されたガス導入口８ａから、アシストガスとして、例えば酸素ガスや、窒素ガスを導入しながら行なう。筐体８内に導入されたアシストガスは、筺体８の先端の開口８ｂから噴出され、溶融金属を切りしろから除去する。金属の溶接や肉盛りを行なう際には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスをガス導入口８ａから筐体８内に導入し、筺体８の先端の開口８ｂからこの不活性ガスを噴出しながら行なう。なお、開口を同軸多重構造とし、対応するガス導入口を複数設けても良い。
【００２２】
図２は、前記レーザ装置１を模式的に示した図である。本実施形態のレーザ装置１Ａ（１）は、前記レーザ加工装置１０のレーザ発振器として用いられる。
このレーザ装置１Ａは、第１のレーザ発振器と、この第１のレーザ発振器から出射される第１のレーザ光をコアにて伝送するダブルクラッドファイバであるパッシブファイバ２２と、このパッシブファイバ２２の内側クラッドに入射されるレーザ光を出射する第２のレーザ発振器と、から概略構成されている。第１のレーザ発振器は、レーザ動作し、ダブルクラッドファイバであるアクティブファイバ２０と、アクティブファイバ２０の両端近傍に形成されたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）２１（２１ａ，２１ｂ）と、各ＦＢＧ２１の内側に配置された第１のマルチカップラ２３（２３ａ，２３ｂ）と、複数の励起用光源２６（２６ａ，２６ｂ）と、第１のマルチカップラ２３（２３ａ，２３ｂ）と励起用光源２６（２６ａ，２６ｂ）とを光学的に接続する第１の光ファイバ２５（２５ａ，２５ｂ）と、から概略構成されている。第１のレーザ光を伝送するパッシブファイバ２２は、接続点２９を介してアクティブファイバ２０と接続されている。第２のレーザ発振器は、複数の半導体レーザ光源２８からなる。パッシブファイバ２２上には第２のマルチカップラ２４が配置され、第２のマルチカップラ２４と各半導体レーザ光源２８とが、複数本の第２の光ファイバ２７により光学的に接続されている。なお、ＦＢＧ２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されたアクティブファイバ２０が、レーザ共振器として機能する。すなわち、ＦＢＧ２１ａは全反射ミラー、ＦＢＧ２１ｂは部分反射ミラーである。また、接続点２９ではアクシブファイバ２０とパッシブファイバ２２のコア同士が融着等により接続される。
【００２３】
図３は、本実施形態のレーザ装置１Ａに用いられているアクティブファイバ２０の断面を模式的に示した図である。このアクティブファイバ２０は、コア２０ａと、コア２０ａの周囲に設けられた内側クラッド２０ｂと、この内側クラッド２０ｂの周囲に設けられた外側クラッド２０ｃと、から構成されている。
コア２０ａは、例えば、基材として石英からなり、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が石英に添加されている。また、ゲルマニウム（Ｇｅ）やリン（Ｐ）等の屈折率を高めるドーパントが添加されていてもよい。このコア２０ａがレーザ媒体となる。アクティブファイバ２０の両端近傍のコア２０ａには、ＦＢＧ２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されている。
内側クラッド２０ｂは、コア２０ａよりも屈折率が低く、例えばフッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）が添加された石英から形成される。コア２０ａにＧｅやＰが添加されている場合は、石英のみから形成されていてもよい。この内側クラッド２０ｂには、励起用光源２６（２６ａ，２６ｂ）から出射された励起光が、それぞれ第１の光ファイバ２５（２５ａ，２５ｂ）及び第１のマルチカップラ２３（２３ａ，２３ｂ）を介して入射し、コア２０ａの希土類元素を光励起する。光励起されたコア２０aでは、レーザ発振が発生され、その出力の第１のレーザ光（ファイバレーザ光）が部分反射ミラーＦＢＧ２１ｂを経て下流のパッシブファイバ２２のコアに導入される。内側クラッド２０ｂの断面形状は、レーザ発振が可能であれば、図３に示すように円形状であってもよいし、多角形状やＤ字状であってもよい。
外側クラッド２０ｃは、その屈折率が内側クラッド２０ｂよりも低く、コア２０ａ及び内側クラッド２０ｂを導光する励起光のクラッドとして作用する。この外側クラッド２０ｃは、例えば樹脂から形成される。あるいは、ＦやＢ等が添加された石英からなってもよい。
【００２４】
図２を再び参照する。励起用光源２６（２６ａ，２６ｂ）としては、半導体レーザが好適である。その数や出力は特に限定されるものではなく、必要とされるファイバレーザ光の出力に応じて適宜設定される。各励起用光源２６（２６ａ，２６ｂ）から出射される励起光の波長は、コア２０ａに添加された希土類元素の吸収波長に合わせられる。半導体レーザで構成した励起用光源２６を第１の半導体レーザ光源２６ともいうことにする。
第１の光ファイバ２５（２５ａ，２５ｂ）としては、励起光を導光できれば特に限定されるものではなく、通常のクラッドが単層のシングルクラッドファイバが使用できる。
【００２５】
パッシブファイバ２２は、アクティブファイバ２０と同様に、コア２２ａと、このコア２２ａの周囲に設けられた内側クラッド２２ｂと、この内側クラッド２２ｂの周囲に設けられた外側クラッド２２ｃと、から成るダブルクラッド構造である。しかしながら、パッシブファイバ２２のコア２２ａには希土類元素を添加しない点、及びＦＢＧを形成しない点でアクティブファイバ２０とは異なっている。また、内側クラッド２２ｂの断面形状は、円形状であるのが好ましい。
このパッシブファイバ２２のコア２２ａは、アクティブファイバ２０のコア端面から出射されるファイバレーザ光が導入される。
パッシブファイバ２２の内側クラッド２２ｂには、半導体レーザ光源（第２の半導体レーザ光源ともいう）２８から出射された半導体レーザ光（第２のレーザ光）が、第２の光ファイバ２７及び第２のマルチカップラ２４を介して入射される。
すなわち、２本のレーザ光（ファイバレーザ光４ａと半導体レーザ光４ｂ）は、パッシブファイバ２２に結合されることにより同軸化する。このため、ミラー等を用いて２本のレーザ光４（４ａ，４ｂ）を同軸化する場合よりも簡便に、かつ周囲の環境変化（温度変化等）や振動等に対して安定してこれらのレーザ光４（４ａ，４ｂ）の同軸化が行える。そして、このパッシブファイバ２２からは、すなわち、レーザ装置１Ａの出射端３からは、同軸化されたファイバレーザ４ａ光と半導体レーザ光４ｂとが出射される。これらは、コリメータレンズ５、集光レンズ６等からなる照射光学系７を介して、照射点αに照射される。
パッシブファイバ２２のコア径は、アクティブファイバ２０のそれと同一以上であるのが好ましい。パッシブファイバ２２の内側クラッド２２ｂ及び外側クラッド２２ｃの屈折率は、アクティブファイバ２０の屈折率と同様であってもよいし、異なっていてもよい。パッシブファイバ２２の内側クラッド２２ｂに入射される半導体レーザ光の波長によって、これら内側クラッド２２ｂ及び外側クラッド２２ｃの屈折率を適宜設定できる。
【００２６】
第２の半導体レーザ光源２８の数や出力は特に限定されるものではなく、必要とされる半導体レーザ光４ｂの出力に応じて適宜設定される。第２の半導体レーザ光源２８から出射される半導体レーザ光の波長は、励起用光源（第１の半導体レーザ光源）２６（２６ａ，２６ｂ）と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
第２の光ファイバ２７としては、半導体レーザ光を導光できれば特に限定されるものではなく、通常のクラッドが単層のシングルクラッドファイバが使用できる。
【００２７】
図４は、パッシブファイバ２２に入射するファイバレーザ光４ａと半導体レーザ光４ｂの様子を模式的に示した図であり、ファイバの軸を含む面で切断したパッシブファイバ２２の断面図である。本実施形態では、コア２２ａに入射するファイバレーザ光４ａの入射角θＦＬと内側クラッド２２ｂに入射する半導体レーザ光４ｂの入射角θＬＤとに関し、θＦＬ＜θＬＤであるのが好ましい。θＦＬ＜θＬＤとすることで、同一の光学系で集光した場合、集光点において自動的に半導体レーザ光４ｂがファイバレーザ光４ａの外側に配置される。
θＦＬ＜θＬＤを満たすには、パッシブファイバ２２のコア２２ａと内側クラッド２２ｂの屈折率を適切な値に調整すればよい。すなわち、コア２２ａと内側クラッド２２ｂとの比屈折率差ΔをΔ＞０とすることで、θＦＬ＜θＬＤが得られる。ここで、比屈折率差△は、コア２２ａの屈折率をｎ１、内側クラッド２２ｂの屈折率をｎ２としたとき、Δ≡（ｎ１−ｎ２）／ｎ１で定義される。
【００２８】
図５は、照射点αにおける（本実施形態のレーザ装置１Ａで得られる）レーザ光４（４ａ，４ｂ）のパワー密度の空間分布を示す図であり、Ｘが照射点αにおけるレーザ光４の中心Ｏからの距離、Ｉがレーザ光４のパワー密度の大きさを示している。
上述したように、照射点αには、レーザ共振器（アクティブファイバ２０）から出射されるファイバレーザ光４ａと、半導体レーザ光源２８から出射される半導体レーザ光４ｂとが照射される。そのため、図５に示すように、これらレーザ光４のパワー密度の空間分布にも、ファイバレーザ光４ａに由来する第１領域４１（集光スポット径Ｄ１）と、半導体レーザ光４ｂに由来する第２領域４２（集光スポット径Ｄ２）とがある。２本のレーザ光４（４ａ，４ｂ）それぞれについて、照射点αでのパワー密度の空間分布は、ほぼ均一なトップハット形状となる。
本実施形態では、ファイバレーザ光４ａのパワー密度Ｉａと半導体レーザ光４ｂのパワー密度Ｉｂとが、Ｉａ＞Ｉｂであるのが好ましく、Ｉａ／１０≧Ｉｂであるのがより好ましい。
ここで、照射点αでのファイバレーザ光４ａのパワー密度Ｉａは、このレーザ光の空間分布が均一、すなわち、トップハット形状であることから、ファイバレーザ光４ａの出力Ｐａ（Ｗ）をスポット面積Ｓａ（ｍｍ２）で除算することで得られる。すなわち、ファイバレーザ光４ａのパワー密度Ｉａは、以下の式（２）にて求められる。
【００２９】
2012053045.tif 000003
【００３０】
同様に、照射点αでの半導体レーザ光４ｂのパワー密度Ｉｂは、半導体レーザ光４ｂの出力Ｐｂ（Ｗ）をスポット面積Ｓｂ（ｍｍ２）で除算することで得られる。すなわち、半導体レーザ光４ｂのパワー密度Ｉｂは、以下の式（３）にて求められる。
【００３１】
2012053045.tif 000004
【００３２】
照射点αでのファイバレーザ光４ａの集光スポット径Ｄ１と半導体レーザ光４ｂの集光スポット径Ｄ２とは、それぞれ以下の式（４）、（５）で表される。
【００３３】
2012053045.tif 000005
【００３４】
2012053045.tif 000006
【００３５】
ここで、ｄ１（ｍｍ）は、ファイバレーザ光４ａを伝送するパッシブファイバ２２のコア径、ｄ２（ｍｍ）が、半導体レーザ光４ｂを伝送するパッシブファイバ２２の内側クラッド径である。ｆａはコリメータレンズ５の焦点距離（ｍｍ）、ｆｂが集光レンズ６の焦点距離（ｍｍ）である。
【００３６】
上述したように、ファイバレーザ光４ａはパッシブファイバ２２のコア２２ａのみを伝播する。従って、パッシブファイバ２２の出口におけるファイバレーザ光４ａの径は、パッシブファイバ２２のコア径ｄ１で与えられる。一方、半導体レーザ光４ｂは、パッシブファイバ２２のコア２２ａの他に内側クラッド２２ｂにも広がって伝播する。従って、パッシブファイバ２２の出口における半導体レーザ光４ｂの径は、パッシブファイバ２２の内側クラッド２２ｂの径ｄ２で与えられる。ここで、ｄ１＜ｄ２であるから、これらのレーザ光４ａ，４ｂの集光スポット径は、Ｄ１＜Ｄ２となる（半導体レーザ光４ｂの方が大きくなる）。
【００３７】
以上より、レーザ装置１Ａから出射されるレーザ光４は、Ｉａ＞ＩｂかつＤ１＜Ｄ２であるため、図５に示すような、メインとなるファイバレーザ光４ａと半導体レーザ光４ｂとの重畳成分の周囲に、半導体レーザ光４ｂによる裾野が付加された形態となる。従って、レーザ光４を移動させながら被加工材９を加工する時に、ファイバレーザ光４ａと半導体レーザ４ｂ光との重畳成分よりも先に、半導体レーザ光４ｂが加工部位に照射される。従って、この半導体レーザ光４ｂによって加工部位を十分に予熱した後に、ファイバレーザ４ａと半導体レーザ４ｂとの重畳成分によって加工が行われる。この際、上述したようにＩａ＞Ｉｂ、より好ましくはＩａ／１０≧Ｉｂであるため、加工部位が過度に予熱されることがない。そのため、加工面の粗度の劣化や、被加工材９の飛散物量の低減が図れる。
【００３８】
本実施形態のレーザ装置１Ａによると、２本のレーザ光４ａ，４ｂはそれぞれ異なる光源から出射されたものである。そのため、各レーザ光４ａ，４ｂのパワー密度Ｉａ，Ｉｂを独立に調整できる。また、アクティブファイバ２０及びパッシブファイバ２２のコア２０ａ，２２ａの外径や内側クラッド２０ｂ，２２ｂの外径を変更することで、それぞれのレーザ光４ａ，４ｂの集光スポット径Ｄ１，Ｄ２を調整できる。したがって、本実施形態では、２本のレーザ光４ａ，４ｂを、各加工に適した形に容易に最適化できる。
【００３９】
本実施形態では、ファイバレーザ光４ａの中心波長λ１と、半導体レーザ光４ｂの中心波長λ２とが異なっているのが好ましい。すなわち、λ２／λ１が０．６〜０．９７程度であるのが好ましい。これにより、照射点αにおけるファイバレーザ光４ａと半導体レーザ光４ｂとの色収差を抑制できる。その結果、安定したパワー密度にて、被加工材９の加工が行える。
【００４０】
次に、本実施形態のレーザ加工装置１０を、切断装置として用いる場合に関して記述する。レーザ切断の場合は、上述した通り、溶融物を切りしろから除去するためのアシストガスを用いる。
図６は、レーザ切断のメカニズムを模式的に説明するための図であり、レーザ光と切断線からなる平面での断面を示したものである。なお、１波長のレーザ光７１のみを照射した場合を示している。
レーザ切断は大きく分けると、レーザ光７１による切断前線７２の加熱及び溶融過程と、アシストガス流れ７４による溶融層７３の除去過程と、からなる。図６は切断中のある一時点の様子を示したものであるが、切断過程は矢印７５で示す通り図６の左側に随時進行していく。
レーザ光７１を用いて被加工材７９を切断する場合、従来のレーザ装置を用いた切断ではＣＯ２レーザを用いた場合と比べて、切断面の粗度が劣化する問題があった。この問題は、特に被加工材７０の厚さが厚い場合や、低速で切断する時に顕著となる。
【００４１】
この問題について本発明者らが検討した結果、以下の（Ａ）〜（Ｃ）を見出した。
（Ａ）高速切断時には切断前線７２の進行がレーザ光７１の進行に同調する。その結果、溶融が連続的にスムーズに起こる。
【００４２】
（Ｂ）低速切断になると、切断前線７２の進行がレーザ光７１の進行に同調することができない。すなわち、切断線上にて溶融が間欠的に生じる。結果として、切断面粗度の劣化につながる。切断速度をＶとし、切断面粗度の劣化が生じない速度の閾値をＶ０とすると、Ｖ＜Ｖ０の時に、切断面粗度の劣化が生じる。このＶ０は以下の式（６）で表せる。
【００４３】
2012053045.tif 000007
【００４４】
ここで、ρは被加工材の密度、Ｔｍが被加工材の融点、Ｃｐが比熱を示している。Ｉ０は、被加工材の表面温度ＴがＴｍに到達する位置におけるレーザ光のパワー密度を示している。
図７は、従来のレーザ装置を用い、かつＶ＜Ｖ０の時に切断面粗度の劣化が生じる様子を模式的に示した図である。図７に示すように、低速域（Ｖ＜Ｖ０）においては、被加工材７９の表面付近７９ａにて溶融現象が不連続になり、カーフフロントに局所的にレーザ光の吸収パワー密度の高い領域Ｐ（凸部７６）が現れる。これにより、表面粗度の劣化が生じる。
【００４５】
（Ｃ）低速時での切断面粗度の改善策として、レーザ光のパワー密度の空間分布に裾野を付加し、切断方向前方の被加工材を予熱することで、金属の溶融を連続的にスムーズに起こすことができる。これは、上記式（６）から推測できる。上記式（６）によると、Ｉ０の値が小さい方が、閾値Ｖ０が小さくなる。すなわち、Ｉ０の値が小さい方が、切断面粗度が劣化することなく被加工材の切断が行える速度の範囲が広くなる。
【００４６】
図７には、レーザ光の位置と、被加工材７９の表面温度ＴがＴｍに到達する位置との関係も示している。この図７には、ＣＯ２レーザ光のパワー密度の空間分布７７（ガウシアン形状）と、ファイバレーザ光のパワー密度の空間分布７８（トップハット形状）とを便宜的に同時に示している。図７から分かるように、Ｉ０の値は、ガウシアン形状の空間分布を有したＣＯ２レーザ光の方が、トップハット形状の空間分布を有したファイバレーザ光よりも小さくなっている。従って、従来のレーザ装置を用いた場合だと、上記式（６）に記載のＩ０が大きくなり、ＣＯ２レーザを用いた場合よりも、切断面粗度の劣化が生じる速度の範囲が広くなる。
【００４７】
本実施形態のレーザ加工装置１０を切断加工装置として用いる際は、切断箇所を移動していく時に、パワー密度Ｉｂを有する半導体レーザ光４ｂが始めに被加工材に照射される。そのため、切断箇所前方の被加工材を予熱することが出来る。この際、予熱された箇所はファイバレーザ光４ｂのエネルギー吸収が生じるが、本実施形態では、Ｉａ＞Ｉｂであるため、このエネルギー吸収が過度に生じることがなく、かつＣＯ２レーザを用いた場合と同様に、Ｉ０の値を従来のレーザ装置よりも小さくできる。そのため、切断面粗度の劣化を抑制しつつ、より広範囲の速度にて被加工材の切断が可能となる。
【００４８】
この際、半導体レーザ光４ｂのパワー密度Ｉｂを最適な値とすることで、切断線前方部分の予熱効果がより高められ、上記で述べた切断の時に生じる凸部７６の形成が更に抑制され、切断断面を更に滑らかな状態にできる。
すなわち、半導体レーザ光４ｂのパワー密度Ｉｂが以下の式（７）を満たすのが好ましい。これにより、加工速度が低速の場合や被加工材９の厚さが厚い場合であっても、切断面粗度の劣化を抑制しつつ、被加工材９の切断が可能となる。Ｉｂが下式（７）を満たし、例えば被加工材９としてＳＵＳ３０４を用いた場合、被加工材９の厚さが４〜１２ｍｍ、切断速度が０．５〜３メートル毎分(ｍｐｍ)にて、切断面粗度３０μｍ程度以下でのレーザ光４による切断が可能となる。
【００４９】
Ｉｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２＞  ０．２・（１／Ａ）・κ・｛ρＣｐ（Ｔｍ−Ｔ０）+ρＬｍ｝・・・（７）
【００５０】
ここでＩｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２は、図５の斜線部４２ａの面積（半導体レーザ光４ｂのパワー密度の空間分布において、第２領域４２のうち、第１領域の外側にある一方の領域４２ａのパワー密度の積分値）に対応する。Ａは被加工材９に対する半導体レーザ光４ｂの吸収率、κが被加工材９の熱拡散係数、ρが被加工材９の密度、Ｃｐが被加工材９の比熱、Ｔｍが被加工材９の融点、Ｔ０が被加工材９の初期温度（常温）、Ｌｍが被加工材９の融解潜熱を示す。
【００５１】
上記の実施形態では、被加工材９の切断に関して記載したが、被加工材９に溝ほり加工を施す場合に関しても同様なことがいえる。本実施系形態のレーザ装置１Ａ及びファイバ加工装置１０を用いることで、より広範囲の速度で溝ほり加工が可能となり、かつ形成された溝の粗度が改善される。
また、本実施形態のレーザ装置１Ａ及びレーザ加工装置１０は、溶接や肉盛り加工にも適用できる。従来のレーザ装置を用いた溶接や肉盛り加工では、ＣＯ２レーザを用いた加工と比較し、被加工材の飛散物量が多くなり、所望の品質にて同加工が出来ない場合があった。特に、加工速度が遅い場合に、この現象が顕著となる。この原因も、上述した切断加工と同様に、従来のレーザ装置を用いた場合では、ＣＯ２レーザを用いた場合よりもＩ０の値が大きくなることに起因している。本実施形態のレーザ装置１Ａを備えたレーザ加工装置１０によれば、上記と同様にＩ０の値を小さく出来るため、広範囲の加工速度にて、被加工材の飛散物量を抑えた溶接、肉盛り加工が可能となる。
【００５２】
上記の実施形態では、レーザ共振器であるアクティブファイバ２０から出射されるファイバレーザ光４ａを用いる場合を示したが、この方式のみに限定されるものではない。このレーザ光としては、パッシブファイバ２２のコア２２ａを伝搬できれば特に限定されるものではない。構成例を図８に示す。図８は、本発明のレーザ装置の変形例を模式的に示している。このレーザ装置１Ｂ（１）が上述のレーザ装置１Ａ（１）と異なる点は、第１のレーザ発振器５１から出射される第１のレーザ光５２が、レンズ５３にて集光されて、入射端５４からパッシブファイバ２２に入射する点である。
別の変形例として、図９に示すレーザ装置１Ｃ（１）がある。このレーザ装置１Ｃ（１）が上述のレーザ装置１Ａ（１）と異なる点は、第１のレーザ発振器５１から出射される第１のレーザ光５２が、レンズ５３にて集光されて、入射端５４からクラッドが単層である通常の光ファイバ５５に入射し、この光ファイバ５５の下流側にパッシブファイバ２２が接続されている点である。これらの構成によりパッシブファイバ２２に入射した第１のレーザ光は、このファイバ２２のコア２２ａを伝搬する。このパッシブファイバ２２の内側クラッド２２ｂには、第２のレーザ発振器としての第２の半導体レーザ光源２８から出射された半導体レーザ光が、光ファイバ２７及び第２のマルチカップラ２４を介して入射される。かくして第１のレーザ光と半導体レーザ光はパッシブファイバ２２に結合されることにより同軸化する。ここで半導体レーザ光のパワー密度Ｉｂを、第１のレーザ発振器から出射される第１のレーザ光のパワー密度Ｉａよりも小さくすることで、上述と同様の効果を得ることが可能である。第１のレーザ発振器としては、例えば、ディスクレーザを用いることができる。
【実施例】
【００５３】
＜実施例１＞
本発明の実施例１として、図２に示したレーザ装置１Ａを組み立て、さらにはこれを用いて図１に示したレーザ加工装置１０を組み立てた。
信号光の波長を１０８５ｎｍ、励起光及び半導体レーザ光の波長を９７６ｎｍとした。
アクティブファイバとして、コア径０．２ｍｍ、内側クラッド径０．８ｍｍ、コアにＹｂがドープされたダブルクラッドファイバを用いた。
パッシブファイバとしては、コア径０．２ｍｍ、内側クラッド径０．８ｍｍ、コアに希土類元素が添加されていないダブルクラッドファイバを使用した。コアと内側クラッドとの比屈折率差は、０．００２とした。
レーザ装置１Ａの出力端から得られる最大出力は、波長１０８５ｎｍのファイバレーザ光では４ｋＷ、波長９７６ｎｍの半導体レーザ光では２ｋＷであった。以下の実施例では、ファイバレーザ光の出力は４ｋＷに固定し、半導体レーザ光の出力を適宜変化させた。
レーザ加工装置１０の照射光学系７について、コリメータレンズ５は、焦点距離ｆａ＝２００ｍｍのものを用いた。集光レンズ６は、焦点距離ｆｂ＝２００ｍｍのものを用いた。照射点αでのファイバレーザ光４ａの集光スポット径Ｄ１と半導体レーザ光４ｂの集光スポット径Ｄ２とは、上述の式（４）、（５）から計算される通り、Ｄ１＝０．２ｍｍ、Ｄ２＝０．８ｍｍであった。ファイバレーザ光の出力を４ｋＷに固定したため、Ｉaは常に１．３×１０１１（Ｗ／ｍ２）であった。【００５４】
＜比較例＞
実施例１における半導体レーザ光の出力をゼロとしたものを、比較例（従来例に相当する）とした。【００５５】
アシストガスとして窒素ガスを用いて、実施例１及び比較例のレーザ加工装置によりＳＵＳ３０４の切断を行った。この際、ＳＵＳ３０４の厚さは１０ｍｍで一定とし、切断速度を１(ｍｐｍ)で一定とした。切断面粗度は、材料表面から深さ１ｍｍにおける切断線方向の粗度を測定した。実施例１に関しては、半導体レーザ光の出力（Ｐ２）を変えながらＳＵＳ３０４の切断を行い、切断面粗度（Ｒｚ）を調査した。
結果を表１と図１０に示す。なお、Ｐ２は半導体レーザ光の出力（Ｗ）であり、Ｉｂが半導体レーザ光のパワー密度（Ｗ／ｍ２）であり、Ｒｚが測定された切断面粗度（μｍ）の平均である。【００５６】
【表１】
2012053045.tif 000008
【００５７】
比較例（Ｐ２＝０）では、切断面粗度Ｒｚが５３．６μｍであったのに対し、実施例１では比較例と比べ、切断面粗度Ｒｚが低下していた。特に、半導体レーザ光の出力（Ｐ２）を上げるほど、切断面粗度Ｒｚが低下した。
Ｐ２が５０Ｗ以上、即ち上記式（７）の左辺Ｉｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２が３．０×１０４（Ｗ／ｍ）以上となると、切断面の平滑化に大きな効果が発現することが判る。なお、図１０に示す線分において、この線分を曲線とすると、Ｐ２＝５０の部位がこの曲線の変曲点となる位置である。
ＳＵＳ３０４に対しては、上記式（７）に記載の右辺０．２・（１／Ａ）・κ・｛ρＣｐ（Ｔｍ−Ｔ０）+ρＬｍ｝の値は、２．８×１０４（Ｗ／ｍ）である。従って、より効果が発現する条件は、上記式（７）に記載された範囲であることが判る。【００５８】
＜実施例２＞
上述の実施例１及び比較例と同様のレーザ加工装置を用い、ＳＵＳ３０４の板厚を１〜１２ｍｍまでの範囲で変えて切断した。
各板厚について、まずＰ２＝０にて切断面粗度Ｒｚを最小とする切断速度を求めた（比較例）。板厚が厚くなるほど、切断速度が低下した。次に、求めた切断速度にて今度はＰ２を変化させ、最小の切断面粗度Ｒｚが得られるＰ２を求めた（実施例２）。なお、実施例２における各Ｐ２の値は、上記式（７）を満たす。
結果を表２と図１１に示す。【００５９】
【表２】
2012053045.tif 000009
【００６０】
比較例（Ｐ２＝０）では板厚が厚くなるほど、即ち切断速度が低下するほど、切断面粗度Ｒｚが劣化していた。これに対して、実施例２のレーザ加工装置では、切断面粗度Ｒｚの値が小さく劣化が抑えられていた。特に、板厚が厚く、切断速度が遅いほど、切断面粗度Ｒｚの劣化がより効果的に抑制されていた。【００６１】
＜実施例３＞
上述の実施例１及び比較例と同様のレーザ加工装置１０を用いて、２ｍｍ厚同士の鋼の重ね溶接を行った。この際、溶接速度を表３に示すとおりに変えて行った。溶接する長さは、１００ｍｍである。溶接前後での鋼の質量を測定し、質量減少量を求めた。結果を表３と図１２とに示す。実施例３では、質量減少量が最小となるときのＰ２の値を求め、そのときのＰ２の値及び質量減少値を記載している。なお、実施例３における各Ｐ２の値は、上記式（７）を満たす。【００６２】
【表３】
2012053045.tif 000010
【００６３】
比較例では溶接速度が遅いほど質量減少量が増加するのに対して、実施例３ではどの溶接速度においても質量の減少が比較例よりも抑えられていた。すなわち、被加工材（鋼）の溶接中に発生する飛散物量の低減が観察された。従って本実施例３の方法は、溶接のスパッタの付着の抑制やビードの凹みの抑制に対しても効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のレーザ装置及びレーザ加工装置の導入が進むことにより、ＣＯ２レーザの加工装置と比較して生産性が上がるとともにランニングコストが下がるなど、産業上極めて有用な効果を奏する。
【符号の説明】
【００６５】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）  レーザ装置
３      出力端
４      レーザ光
４ａ    ファイバレーザ光（第１のレーザ光）
４ｂ    半導体レーザ光（第２のレーザ光）
５      コリメータレンズ
６      集光レンズ
７      照射光学系
８      筐体
８ａ    ガス導入口
８ｂ    先端の開口
９      被加工材
１０    レーザ加工装置
２０    アクティブファイバ
２０ａ  コア
２０ｂ  内側クラッド
２０ｃ  外側クラッド
２１（２１ａ，２１ｂ）  ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
２２    パッシブファイバ
２２ａ  コア
２２ｂ  内側クラッド
２２ｃ  外側クラッド
２３（２３ａ，２３ｂ）  第１のマルチカップラ
２４    第２のマルチカップラ
２５（２５ａ，２５ｂ）  第１の光ファイバ
２６（２６ａ，２６ｂ）  励起用光源（第１の半導体レーザ光源）
２７    第２の光ファイバ
２８    第２の半導体レーザ光源
２９    接続点
４１    第１領域
４２    第２領域
５１    第１のレーザ発振器
５２    第１のレーザ光
５３    集光レンズ
５４    入射端
５５    光ファイバ
７１    レーザ光
７２    切断前線
７３    溶融層
７４    アシストガス流れ
７５    レーザ光進行方向
７６    凸部
７７    ＣＯ２レーザ光のパワー密度の空間分布
７８    ファイバレーザ光のパワー密度の空間分布
７９    被加工材
α      照射点
１００  レーザ加工装置
１０１  レーザ装置
１０３  出射端
１０４  レーザ光
１０５  コリメータレンズ
１０６  集光レンズ
１０７  被加工材
１２０  アクティブファイバ
１２１  ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
１２２  光ファイバ
１２３  マルチカップラ
１２５  光ファイバ
１２６  半導体レーザ光源
１２９  接続点
【図１】
2012053045.tif 000011
【図２】
2012053045.tif 000012
【図３】
2012053045.tif 000013
【図４】
2012053045.tif 000014
【図５】
2012053045.tif 000015
【図６】
2012053045.tif 000016
【図７】
2012053045.tif 000017
【図８】
2012053045.tif 000018
【図９】
2012053045.tif 000019
【図１０】
2012053045.tif 000020
【図１１】
2012053045.tif 000021
【図１２】
2012053045.tif 000022
【図１３】
2012053045.tif 000023
【図１４】
2012053045.tif 000024
【図１５】
2012053045.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月26日(2013.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発振器と；
前記第１のレーザ光を、コアを通して伝送するダブルクラッドファイバであるパッシブファイバと；
このパッシブファイバ上に配置されたマルチカップラを介して内側クラッドに入射される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発振器と；
を有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第１のレーザ発振器が、コアに希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであるアクティブファイバを有するレーザ共振器と、前記アクティブファイバの内側クラッドに入射される励起光を出射する励起用光源と、を有し；
前記アクティブファイバの下流側に前記パッシブファイバが接続されている；
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記パッシブファイバのコアに入射される前記第１のレーザ光の入射角θＦＬが、前記パッシブファイバの前記内側クラッドに入射される前記第２のレーザ光の入射角θＬＤよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１のレーザ光の波長λ１と、前記第２のレーザ光の波長λ２とが、０．６≦λ２／λ１≦０．９７を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
レーザ光を集光して被加工材に照射するレーザ加工装置であって、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置と；
コリメートレンズ及び集光レンズを有する照射光学系と；
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第２のレーザ光のパワー密度Ｉｂが、前記第１のレーザ光のパワー密度Ｉａよりも小さいことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記第２のレーザ光の前記パワー密度Ｉｂが、下式（１）を満たすことを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ加工装置。
Ｉｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２＞０．２・（１／Ａ）・κ・｛ρＣｐ（Ｔｍ−Ｔ０）+ρＬｍ｝・・・（１）
ここで、
Ｄ１：前記第１のレーザ光の集光スポット径
Ｄ２：前記第２のレーザ光の集光スポット径
Ａ：前記被加工材に対する前記第２のレーザ光の吸収率
κ：前記被加工材の熱拡散係数
ρ：前記被加工材の密度
Ｃｐ：前記被加工材の比熱
Ｔｍ：前記被加工材の融点
Ｔ０：前記被加工材の初期温度（常温）
Ｌｍ：前記被加工材の融解潜熱
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（ａ）本発明の一態様にかかるレーザ装置は、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発振器と；前記第１のレーザ光を、コアを通して伝送するダブルクラッドファイバであるパッシブファイバと；このパッシブファイバ上に配置されたマルチカップラを介して内側クラッドに入射される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発振器と；を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（ｃ）上記（ａ）又は（ｂ）に記載のレーザ装置では、前記パッシブファイバのコアに入射される前記第１のレーザ光の入射角θＦＬが、前記パッシブファイバの前記内側クラッドに入射される前記第２のレーザ光の入射角θＬＤよりも小さくてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（ｄ）上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかに記載のレーザ装置では、前記第１のレーザ光の波長λ１と、前記第２のレーザ光の波長λ２とが、０．６≦λ２／λ１≦０．９７を満たしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（ｇ）上記（ｅ）又は（ｆ）に記載のレーザ加工装置の場合、前記第２のレーザ光の前記パワー密度Ｉｂが、下式（１）を満たしてもよい。
Ｉｂ・（Ｄ２−Ｄ１）／２＞０．２・（１／Ａ）・κ・｛ρＣｐ（Ｔｍ−Ｔ０）+ρＬｍ｝・・・（１）
ここで、
Ｄ１：前記第１のレーザ光の集光スポット径
Ｄ２：前記第２のレーザ光の集光スポット径
Ａ：前記被加工材に対する前記第２のレーザ光の吸収率
κ：前記被加工材の熱拡散係数
ρ：前記被加工材の密度
Ｃｐ：前記被加工材の比熱
Ｔｍ：前記被加工材の融点
Ｔ０：前記被加工材の初期温度（常温）
Ｌｍ：前記被加工材の融解潜熱
【国際調査報告】
2012053045.tif 000026
2012053045.tif 000027