(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材にレーザを照射し、被加工部材に対して切断または穴あけの加工を行う加工装置であって、
レーザを出力するレーザ出力装置と、
前記レーザ出力装置から出力されたレーザを案内する案内光学系と、
前記案内光学系から出力されたレーザを案内し、前記被加工部材に照射する照射ヘッドと、を有し、
前記照射ヘッドは、前記レーザを屈折させる第１プリズムと、前記第１プリズムと対面する位置に配置され前記レーザを屈折させる第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを一体で回転させる回転機構と、
前記回転機構の動作を制御する制御装置と、を有し、
前記回転機構で前記第１プリズムと前記第２プリズムとを一体で回転させることで、前記レーザの光路を前記回転機構の回転軸周りで回転させ、前記被加工部材に照射位置を回転させつつ照射させ、
前記制御装置は、前記被加工部材の再溶融層の許容厚みと回転数との関係または前記被加工部材の酸化層の許容厚みと回転数との関係に基づいて、前記レーザの許容回転数範囲を算出し、前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で前記回転機構を回転させることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記レーザ出力装置は、前記レーザをパルスで出力し、
前記制御装置は、レーザのＯＮ／ＯＦＦの周期を、照射位置の回転の周期の非整数倍とすることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記被加工部材の再溶融層の許容厚みは、予め設定された値または前記被加工部材の材質、厚み及び加工条件の少なくとも１つに基づいて算出された値であることを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記被加工部材は、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、ステンレス、セラミック、鋼、炭素鋼、セラミックス、シリコン、チタン、タングステン、樹脂、プラスチックス、繊維強化プラスチック、鋼板以外の鉄合金、アルミ合金のいずれかの材料で作成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項５】
前記レーザ出力装置は、ファイバレーザ出力装置である請求項１から４のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項６】
前記レーザ出力装置は、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスでレーザを出力する短パルスレーザ出力装置である請求項１から４のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項７】
前記回転機構は、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを回転させる回転部の駆動源が、前記第１プリズムと前記平行光学系との間に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項８】
前記照射ヘッドは、前記光学系から出力された前記レーザをコリメートして前記第１プリズムに入射させる平行光学系と、前記第２プリズムから出力された前記レーザを集光させる集光光学系と、を有することを特徴とする請求項１から７のいずれ一項に記載の加工装置。
【請求項９】
前記回転機構は、前記第１プリズム及び前記第２プリズムを保持する保持機構と、
前記レーザの光路が空間となる回転軸が中空であり、かつ、前記機構を回転させるモータと、を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項１０】
前記回転機構は、前記第１プリズム及び前記第２プリズムを保持する保持機構と、
前記保持機構と回転力を伝達する伝達機構と、
前記伝達機構を回転させ駆動源と、を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項１１】
前記保持機構は、前記レーザの光路の部分が中空のスピンドルであることを特徴とする請求項９または１０に記載の加工装置。
【請求項１２】
前記照射ヘッドは、前記保持機構を支持する支持部と、
前記保持機構を回転可能な状態で前記支持部に支持させる軸受と、を有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項１３】
前記軸受は、静圧軸受を含むことを特徴とする請求項１２に記載の加工装置。
【請求項１４】
前記軸受は、転がり軸受を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の加工装置。
【請求項１５】
前記回転機構は、回転数が１２０ｒｐｍ以上であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項１６】
前記照射ヘッドは、前記第１プリズム及び前記第２プリズムを冷却する冷却機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項１７】
前記照射ヘッドは、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの相対位置を変化させ位置調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項１８】
前記位置調整機構は、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの相対角度を変化させることを特徴とする請求項１７に記載の加工装置。
【請求項１９】
前記位置調整機構は、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの相対距離を変化させることを特徴とする請求項１７に記載の加工装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の第１の加工装置と、
前記第１の加工装置がレーザを照射した位置に前記第１の加工装置が出力したレーザと同一もしくは短パルスのレーザを照射させる請求項１から１９のいずれか一項に記載の第２の加工装置と、を有することを特徴とする加工ユニット。
【請求項２１】
前記第１の加工装置は、前記レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、
前記第２の加工装置は、前記レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下で出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする請求項２０に記載の加工ユニット。
【請求項２２】
前記第１の加工装置は、前記レーザをピーク出力１００Ｗ以上かつパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、
前記第２の加工装置は、前記レーザを０．５Ｗ以上５００Ｗ以下で出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする請求項２０に記載の加工ユニット。
【請求項２３】
前記第１の加工装置は、前記レーザをパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し
前記第２の加工装置は、前記レーザをパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力することを特徴とする請求項２０に記載の加工ユニット。
【請求項２４】
前記第１の加工装置は、前記レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記回転機構を回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、
前記第２の加工装置は、前記レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下かつパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする請求項２０に記載の加工ユニット。
【請求項２５】
被加工部材にレーザを照射し、被加工部材に対して切断または穴あけの加工を行う加工方法であって、
前記被加工部材の再溶融層の許容厚みと回転数との関係または前記被加工部材の酸化層の許容厚みと回転数との関係に基づいて、前記レーザの許容回転数範囲を算出する回転数範囲決定ステップと、
前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定する回転数決定ステップと、
前記レーザを出力する出力ステップと、
決定した回転数で前記レーザの光路を回転軸中心に回転させる回転ステップと、
回転軸中心に前記光路が回転する前記レーザを前記被加工部材に照射する照射ステップと、を有し、
前記回転ステップは、前記レーザを回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする加工方法。
【請求項２６】
前記回転ステップは、前記レーザを屈折させる第１プリズムと前記第１プリズムと対面する位置に配置され前記レーザを屈折させる第２プリズムとを一体で回転させて、前記レーザの光路を回転軸中心に回転させることを特徴とする請求項２５に記載の加工方法。
【請求項２７】
前記レーザ出力装置は、前記レーザをパルスで出力し、
前記回転数決定ステップは、レーザのＯＮ／ＯＦＦの周期が照射位置の回転の周期の非整数倍となる回転数を前記回転機構の回転数とすることを特徴とする請求項２５または２６に記載の加工方法。
【請求項２８】
前記被加工部材の再溶融層の許容厚みまたは前記被加工部材の酸化層の許容厚みは、予め設定された値または前記被加工部材の材質、厚み及び加工条件の少なくとも１つに基づいて算出された値であることを特徴とする請求項２５から２７のいずれか一項に記載の加工方法。
【請求項２９】
被加工部材にレーザを照射し、被加工部材に対して切断または穴あけの加工を行う加工方法であって、
第１レーザ及び前記第１レーザと同一もしくは短パルスの第２レーザを出力する出力ステップと、
前記被加工部材の再溶融層の許容厚みと回転数との関係または前記被加工部材の酸化層の許容厚みと回転数との関係に基づいて、前記第１レーザの許容回転数範囲を算出する回転数範囲決定ステップと、
前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定する回転数決定ステップと、
決定した回転数で前記第１レーザの光路を回転軸中心に回転させる第１回転ステップと、
回転軸中心に前記光路が回転する前記第１レーザを前記被加工部材に照射する第１照射ステップと、
前記被加工部材の再溶融層の許容厚みと回転数との関係または前記被加工部材の酸化層の許容厚みと回転数との関係に基づいて、前記第２レーザの許容回転数範囲を算出する回転数範囲決定ステップと、
前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定する回転数決定ステップと、
決定した回転数で前記第２レーザの光路を回転軸中心に回転させる第２回転ステップと、
回転軸中心に前記光路が回転する前記第２レーザを前記被加工部材に照射する第２照射ステップと、を有し、
前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、
前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする加工方法。
【請求項３０】
前記第１回転ステップは、前記第１レーザを屈折させる前記第１プリズムと前記第２プリズムとを一体で回転させて、前記第１レーザの光路を回転軸中心に回転させ、
前記第２回転ステップは、前記第２レーザを屈折させる前記第１プリズムと前記第２プリズムとを一体で回転させて、前記第２レーザの光路を回転軸中心に回転させることを特徴とする請求項２９に記載の加工方法。
【請求項３１】
前記出力ステップは、前記第１レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記第２レーザを０．５Ｗ以上５００Ｗ以下で出力し、
前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、
前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする請求項２９または３０に記載の加工方法。
【請求項３２】
前記出力ステップは、前記第１レーザをピーク出力１００Ｗ以上かつパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下で出力し、
前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、
前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする請求項２９または３０に記載の加工方法。
【請求項３３】
前記出力ステップは、前記第１レーザをパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記第２レーザをパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力することを特徴とする請求項２９または３０に記載の加工方法。
【請求項３４】
前記出力ステップは、前記第１レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下かつパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力し、
前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、
前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする請求項２９または３０に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象の部材にレーザを照射して加工を行う加工装置、加工ユニット及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工部材に対して切断や穴あけ等の加工を行う加工装置として、レーザを用いる加工装置がある（特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２に記載の加工装置は、被加工部材にレーザを照射することで、被加工部材に対して切断や穴あけを行う。また、特許文献１には、被加工物に少なくとも２種類の波長のレーザ光を照射して穴加工を行うレーザ加工方法であって、穴の径よりも小さなスポット径の第１のレーザ光を穴の内周に沿って照射して加工するステップと、穴の径よりも小さなスポット径で、かつ第１のレーザ光よりも波長の長い第２のレーザ光を穴の周よりも内側に照射するステップを有し、後のステップによって、前のステップで加工されずに残った部分を加工するレーザ加工方法が記載されている。また、特許文献１には、ガルバノミラーを組み合わせて、第１のレーザの照射位置をずらす装置が記載されている。特許文献２には、レンズを保持する構造体にコイルを設け、ベースに永久磁石を設けた構成とし、コイルを駆動することでレンズを回転運動させて、集光点を回転させることが記載されている。
【０００３】
また、本出願人が出願人の特許文献３には、ＣＯ２レーザ発振器及びエキシマレーザ発振器を備え、ＣＯ２レーザビームとエキシマレーザビームを２つのレーザとして用い、ＣＯ２レーザのレーザビームを照射することによりプラスチック部材あるいはＦＲＰ部材の切断又は穴あけを行った後、引き続いてエキシマレーザのレーザビームをその切断面及びその近傍に照射して切断面に生起した炭化層或いは熱影響層を除去するレーザによる切断を行う加工装置が記載されている。特許文献３に記載の加工装置は、エキシマレーザビームをその横断面がリング状のレーザビームとし、該レーザビームの中空部にＣＯ２レーザビームを挿通して、両レーザビームの光軸を同一にした後、両レーザビームを同一の伝送経路で伝送し、プラスチック部材あるいはＦＲＰ部材の切断又は穴あけ加工部の近傍まで導き、該近傍にて再び両レーザビームを分離することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１０５９８号公報
【特許文献２】特許第２８２８８７１号公報
【特許文献３】特許第２８３１２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に記載の加工装置のように、レーザの照射位置を回転させることで、被加工部材を適切に加工することができる。また、特許文献３に記載の加工装置のように、２つのレーザを用いることで被加工部材を適切に加工することができる。しかしながら、特許文献１から３に記載の加工装置は、加工精度を高くするためには装置構成が複雑になり、大型化してしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より簡単な構成で、高い精度の加工を行うことが可能である加工装置、加工ユニットおよび加工方法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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工部材にレーザを照射し、被加工部材を加工する加工装置であって、レーザを出力するレーザ出力装置と、前記レーザ出力装置から出力されたレーザを案内する案内光学系と、前記案内光学系から出力されたレーザを案内し、前記被加工部材に照射する照射ヘッドと、を有し、前記照射ヘッドは、前記レーザを屈折させる第１プリズムと、前記第１プリズムと対面する位置に配置され前記レーザを屈折させる第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを一体で回転させる回転機構と、前記回転機構の動作を制御する制御装置と、を有し、前記回転機構で前記第１プリズムと前記第２プリズムとを一体で回転させることで、前記レーザの光路を前記回転機構の回転軸周りで回転させ、前記被加工部材に照射位置を回転させつつ照射させることを特徴とする。
【０００８】
また、前記照射ヘッドは、前記案内光学系から出力された前記レーザをコリメートして前記第１プリズムに入射させる平行光学系と、前記第２プリズムから出力された前記レーザを集光させる集光光学系と、を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記回転機構は、前記第１プリズム及び前記第２プリズムを保持する保持機構を有し、前記レーザの光路が空間となる回転軸が中空であり、かつ、前記機構を回転させるモータと、を有することが好ましい。
【００１０】
また、前記回転機構は、前記第１プリズム及び前記第２プリズムを保持する保持機構と、前記保持機構と回転力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を回転させ駆動源と、を有することが好ましい。
【００１１】
また、前記保持機構は、前記レーザの光路の部分が中空のスピンドルであることが好ましい。
【００１２】
また、前記照射ヘッドは、前記保持機構を支持する支持部と、前記保持機構を回転可能な状態で前記支持部に支持させる軸受と、を有することが好ましい。
【００１３】
また、前記軸受は、静圧軸受を含むことが好ましい。
【００１４】
また、前記軸受は、転がり軸受を含むことが好ましい。
【００１５】
また、前記回転機構は、回転数が１２０ｒｐｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
また、前記照射ヘッドは、前記第１プリズム及び前記第２プリズムを冷却する冷却機構をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、前記照射ヘッドは、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの相対位置を変化させ位置調整機構をさらに備えることが好ましい。
【００１８】
また、前記位置調整機構は、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの相対角度を変化させることが好ましい。
【００１９】
また、前記位置調整機構は、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの相対距離を変化させることが好ましい。
【００２０】
また、前記制御装置は、前記被加工部材の再溶融層の許容厚みと前記レーザの回転数との関係に基づいて許容回転数範囲を算出し、前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で前記回転機構を回転させることが好ましい。
【００２１】
また、前記制御装置は、前記被加工部材の酸化層の許容厚みと前記レーザの回転数との関係に基づいて許容回転数範囲を算出し、前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で前記回転機構を回転させることが好ましい。
【００２２】
また、前記制御装置は、前記被加工部材の飛散物の量と前記レーザの回転数との関係に基づいて許容回転数範囲を算出し、前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で前記回転機構を回転させることが好ましい。
【００２３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工ユニットであって、上記のいずれかに記載の第１の加工装置と、前記第１の加工装置がレーザを照射した位置に前記第１の加工装置が出力したレーザと同一もしくは短パルスのレーザを照射させる上記のいずれかに記載の第２の加工装置と、を有することを特徴とする。
【００２４】
また、前記第１の加工装置は、前記レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、前記第２の加工装置は、前記レーザを０．５Ｗ以上５００Ｗ以下で出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【００２５】
また、前記第１の加工装置は、前記レーザをピーク出力１００Ｗ以上かつパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、前記第２の加工装置は、前記レーザを０．５Ｗ以上５００Ｗ以下で出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【００２６】
また、前記第１の加工装置は、前記レーザをパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記第２の加工装置は、前記レーザをパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力することが好ましい。
【００２７】
また、前記第１の加工装置は、前記レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記回転機構を回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、前記第２の加工装置は、前記レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下かつパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【００２８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工部材にレーザを照射し、被加工部材を加工する加工方法であって、レーザを出力する出力ステップと、前記レーザの光路を回転軸中心に回転させる回転ステップと、回転軸中心に前記光路が回転する前記レーザを前記被加工部材に照射する照射ステップと、を有し、前記回転ステップは、前記レーザの光路を回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする。
【００２９】
また、前記回転ステップは、前記レーザを屈折させる第１プリズムと前記第１プリズムと対面する位置に配置され前記レーザを屈折させる第２プリズムとを一体で回転させて、前記レーザの光路を回転軸中心に回転させることが好ましい。
【００３０】
また、前記被加工部材の再溶融層の許容厚みと前記レーザの回転数との関係に基づいて、許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定するステップをさらに有し、前記回転ステップは、決定した回転数で前記レーザを回転させることが好ましい。
【００３１】
また、前記制御装置は、前記被加工部材の酸化層の許容厚みと前記レーザの回転数との関係に基づいて、許容回転数範囲を算出し、前記許容回転数範囲に含まれる回転数を前記回転機構の回転数に決定するステップをさらに有し、前記回転ステップは、決定した回転数で前記レーザを回転させることが好ましい。
【００３２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１レーザ及び前記第１レーザと同一もしくは短パルスの第２レーザを出力する出力ステップと、前記第１レーザの光路を回転軸中心に回転させる第１回転ステップと、回転軸中心に前記光路が回転する前記第１レーザを前記被加工部材に照射する第１照射ステップと、前記第２レーザの光路を回転軸中心に回転させる第２回転ステップと、回転軸中心に前記光路が回転する前記第２レーザを前記被加工部材に照射する第２照射ステップと、を有し、前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする。
【００３３】
また、前記第１回転ステップは、前記第１レーザを屈折させる第１プリズムと前記第１プリズムと対面する位置に配置され前記第１レーザを屈折させる第２プリズムとを一体で回転させて、前記レーザの光路を回転軸中心に回転させ、前記第２回転ステップは、前記第２レーザを屈折させる第１プリズムと前記第１プリズムと対面する位置に配置され前記第２レーザを屈折させる第２プリズムとを一体で回転させて、前記レーザの光路を回転軸中心に回転させることが好ましい。
【００３４】
また、前記出力ステップは、前記第１レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下で出力し、前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【００３５】
また、前記出力ステップは、前記第１レーザをピーク出力１００Ｗ以上かつパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下で出力し、前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【００３６】
また、前記出力ステップは、前記第１レーザをパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記第２レーザをパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力することが好ましい。
【００３７】
また、前記出力ステップは、前記第１レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、前記第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下かつパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力し、前記第１回転ステップは、前記第１レーザを回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、前記第２回転ステップは、前記第２レーザを回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、より簡単な構成で、高い精度の加工を行うことが可能であるという効果を奏する。また、本発明は、を小型化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、加工装置の第１実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図４】図４は、加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図５】図５は、加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図６】図６は、加工装置の第２実施形態の照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、加工装置の第３実施形態の照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図９】図９は、加工装置を用いる加工ユニットの概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、光ファイバの概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、光ファイバが案内するレーザの出力分布を説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、加工ユニットの動作を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、加工ユニットの動作を説明するための説明図である。
【図１４】図１４は、加工装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、加工装置で加工した被加工部材を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、図１５とは反対側から被加工部材を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、本発明にかかる加工装置、加工ユニットおよび加工方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例えば、本実施形態では、板状の被加工部材を加工する場合として説明するが、被加工部材の形状は特に限定されない。被加工部材の形状は、種々の形状とすることができる。また、本実施形態では、被加工部材に穴を形成する場合または被加工部材を直線上に切断する場合として説明するが、被加工部材上における加工位置、つまりレーザの照射位置を調整することで、穴や直線以外の形状、例えば、屈曲点を有する形状、湾曲した形状とすることもできる。また、本実施形態では、被加工部材を移動させることで、レーザと被加工部材とを相対的に移動させたが、レーザを移動させるようにしてもよく、レーザと被加工部材の両方を移動させてもよい。
【００４１】
［第１実施形態］
図１は、加工装置の第１実施形態の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。図３は、加工装置の動作を説明するための説明図である。図４は、加工装置の動作を説明するための説明図である。加工装置１０は、図１に示すように、レーザ出力装置１２と、案内光学系１４と、照射ヘッド１６と、移動機構１８と、支持台２０と、制御装置２２と、を有する。加工装置１０は、支持台２０に設置された被加工部材８にレーザを照射することで、被加工部材８を加工する。ここで、本件において、加工装置１０は、被加工部材８の表面をＸＹ平面とし、被加工部材８の表面に直交する方向をＺ方向とする。
【００４２】
ここで、本実施形態の被加工部材８は、板状の部材である。被加工部材８としては、種々の材料、例えば、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、ステンレス、セラミック、鋼、炭素鋼、セラミックス、シリコン、チタン、タングステン、樹脂、プラスチックス、ガラス等で作成された部材を用いることができる。また、被加工部材８には、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック、Carbon Fiber Reinforced Plastics）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＧＭＴ（ガラス長繊維強化プラスチック）等の繊維強化プラスチック、鋼板以外の鉄合金、アルミ合金等の各種金属、その他複合材料等で作成された部材も用いることができる。
【００４３】
レーザ出力装置１２は、レーザを出力する装置である。レーザ出力装置１２には、光ファイバを媒質に用いてレーザを出力するファイバレーザ出力装置や、短パルスのレーザを出力する短パルスレーザ出力装置を用いることができる。ファイバレーザ出力装置としては、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置が励磁される。また、ファイバレーザ出力装置は、連続波発振（Continuous Wave Operation）とパルス発振（Pulsed Operation）のいずれの方式を用いるレーザ出力装置でもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバには、例えば希土類元素（Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ）を添加したシリカガラスを使用することができる。また、短パルスとは、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスである。短パルスレーザ出力装置のレーザの発生源としては、例えばチタンサファイアレーザーを用いることができる。
【００４４】
案内光学系１４は、レーザ出力装置１２から出力されたレーザを照射ヘッド１６に案内する光学系である。本実施形態の案内光学系１４は、光ファイバである。案内光学系１４は、一方の端部がレーザ出力装置１２のレーザの出射口と接続され、他方の端部が照射ヘッド１６に接続されている。案内光学系１４は、レーザ出力装置１２から出力されたレーザＬを照射ヘッド１６の入射端に向かって出力する。なお、案内光学系１４の構成はこれに限定されない。加工装置１０は、案内光学系１４としてミラーやレンズの組み合わせを用い、レーザを反射、集光等することで、照射ヘッド１６に案内してもよい。
【００４５】
照射ヘッド１６は、案内光学系１４から出力されるレーザＬを被加工部材８に照射する。ここで、照射ヘッド１６は、レーザＬの光路を回転軸周りに回転させることで、被加工部材８上の照射位置を回転させる。照射ヘッド１６は、円を描くようにレーザＬの照射位置を移動させる。
【００４６】
以下、図２を用いて照射ヘッド１６の構成を説明する。照射ヘッド１６は、図２に示すように、筐体４０と光学系ユニット４２と光学系支持部５０と回転機構６０とエンコーダ６４と冷却機構６５とを有する。筐体４０は、光学系ユニット４２と回転機構６０とエンコーダ６４と冷却機構６５を内部に収納する箱である。照射ヘッド１６は、筐体４０が固定側の各部を支持している。
【００４７】
光学系ユニット４２は、案内光学系１４から出力されたレーザを案内する機構である。光学系ユニット４２は、レーザの光路上に案内光学系１４側から順にコリメート光学系４４と、偏光光学系４６と、集光光学系４８とが、配置されている。つまり案内光学系１４から出力されたレーザＬは、コリメート光学系４４を通過した後、偏光光学系４６を通過し、集光光学系４８を通過して、被加工部材８に照射される。コリメート光学系４４は、コリメータレンズ等を備えており、案内光学系１４から出力されたレーザを平行光とする。
【００４８】
偏光光学系４６は、レーザＬの光路を中心から一定距離ずらす（偏光する）光学ユニットであり、第１プリズム５２と、第２プリズム５４とを有する。第１プリズム５２は、レーザＬを屈折させて、光軸の中心に対して傾ける。第２プリズム５４は、第１プリズム５２で屈折されたレーザＬを再度屈折させて、集光する位置を制御する。これにより、図３に示すように偏光光学系４６を通過したレーザＬは、通過前のレーザの光路に対してずれた光路で出力される。集光光学系４８は、偏光光学系４６で光軸中心からずれたレーザを集光するレンズを有する。
【００４９】
光学系支持部５０は、光学系ユニット４２の固定部のレンズ、具体的には、コリメート光学系４４と集光光学系４８のレンズを支持している。光学系支持部５０は、筐体４０に固定されている。また、光学系支持部５０は、後述する回転機構の固定部も支持する。
【００５０】
回転機構６０は、偏光光学系４６の通過前のレーザの光路を回転中心として、偏光光学系４６を回転させる機構である。回転機構６０は、固定部７０と、回転部７２と、軸受７４と、モータ８０と、ベルト８２と、を有する。固定部７０は、筐体４０に固定されている。また、固定部７０は、偏光光学系４６以外の光学系と共に所定位置に固定されている。回転部７２は、固定部７０の内部に配置されており、軸受７４を介して固定部７０に支持されている。つまり回転部７２は、固定部７０に対して回転可能な状態で支持されている。回転部７２は、レーザＬの光路に対応する部分が空間となっている中空の筒状部材である。回転部７２は、偏光光学系４６の第１プリズム５２と第２プリズム５４とを支持している。軸受７４は、固定部７０と回転部７２との間に配置されている。本実施形態の軸受７４は、転がり玉軸受等の転がり軸受である。モータ（駆動源）８０は、回転部７２に隣接して配置されている。モータ８０は、筐体４０に固定されたステータ８０ａとステータ８０ａにより回転されるロータ８０ｂとロータ８０ｂの先端に連結された接触端８０ｃとを有する。ベルト（伝達要素）８２は、モータ８０のロータ８０ｂの接触端８０ｃと回転部７２にかけられたタイミングベルトである。なお、ベルト８２は、接触端８０ｃと回転部７２に所定の張力で連結するための張力調整機構で回転する位置を調整される。
【００５１】
回転機構６０は、以上のような構成であり、モータ８０でベルト８２を矢印８４の方向または反対方向に回転させることで、回転部７２を矢印８６の方向に回転させる。回転機構６０は、回転部７２を回転させることで、偏光光学系４６を回転させることができる。回転機構６０は、回転中心が偏光される前のレーザＬの光路の中心と重なる。
【００５２】
回転機構６０は、回転中心が偏光される前のレーザＬの光路の中心として偏光光学系４６を回転させることで、図３に示すように、被加工部材８上のレーザＬの照射位置を偏光される前のレーザＬの光路の中心を中心として、当該中心から偏光光学系４６で偏光した距離を半径とする円状で照射位置を移動させることができる。つまり、回転機構６０は、偏光光学系４６を回転させることで、図４に示すように、中心９０を中心とした仮想円９２上で照射位置９４を移動させることができる。
【００５３】
エンコーダ６４は、回転機構６０の回転部７２の回転を検出する回転センサである。エンコーダ６４は、検出部６６と回転部６８とを有する。検出部６６は、固定部７０に固定されている。回転部６８は回転部７２に固定され、回転部７２と共に回転する。回転部６８は、回転方向の位置に目印となる識別子が設けられている。検出部６６は、回転部６８の識別子を検出することで、回転部６８の回転を検出することができ、これにより、固定部７０に対する回転部７２の回転を検出することができる。
【００５４】
冷却機構６５は、ポンプ８８と連結管８９とを有する。ポンプ８８は、筐体４０の内部に配置されており連結管８９の流入部に空気を供給する。連結管８９は、光学系ユニット４２の光学部材と光学部材との間の閉じられた空間と閉じられた空間とを繋げる配管である。光学ユニット４２の光学部材と光学部材との間の閉じられた空間は、連結管８９でつながっている。連結管８９は、当該空間との繋がっている開口が光学部材の近傍に配置されている。また、連結管８９は、同じ空間と繋がっている連結管８９の開口と離れた位置に自身の開口が形成されている。冷却機構６５は、ポンプ８８で連結管８９に空気を供給することで、光学部材と光学部材との間の閉じられた空間に空気を流すことができ、光学部材を冷却することができる。なお、冷却機構６５は、連結管８９で１つの流路となるように繋がっているため、ポンプ８８は、一箇所から空気を供給することで、全体に空気を流すことができる。
【００５５】
移動機構１８は、アーム３０とアーム３０を移動させる駆動源３２とを有する。アーム３０は、先端で照射ヘッド１６を支持している。駆動源３２は、アーム３０をＸＹＺの３軸方向に加え、θ方向に移動させることができる。移動機構１８は、駆動源３２でアーム３０をＸＹＺ方向やθ方向に移動させることで、被加工部材８の種々の位置にレーザＬを照射することができる。なお、本実施形態は、移動機構として、アーム３０と駆動源３２で照射ヘッド１６を移動させる機構としたが、ＸＹステージ、ＸＹＺステージ等で照射ヘッド１６を移動する機構も用いることができる。
【００５６】
支持台２０は、被加工部材８を所定位置に支持する。なお、加工装置１０は、支持台２０を被加工部材８をＸＹ方向に移動させるＸＹステージとしてもよい。制御装置２２は、各部の動作を制御する。制御装置２２は、レーザ出力装置１２から出力するレーザの各種条件を調整したり、移動機構１８で照射ヘッド１６を移動させ被加工部材８に対する照射ヘッド１６の位置を調整したり、照射ヘッド１６のモータ８０の回転数を制御してレーザの回転数を制御したりする。加工装置１０は、以上のような構成である。
【００５７】
加工装置１０は、レーザ出力装置１２からレーザＬを出力させる。加工装置１０は、出力されたレーザＬを案内光学系１４で照射ヘッド１６に案内する。加工装置１０は、照射ヘッド１６の回転機構６０で偏光光学系４６を回転させることでレーザＬの照射位置を回転させつつ、被加工部材８に照射する。これにより、加工装置１０は、図４に示すようにレーザＬの照射位置９４を円状に回転させることができる。
【００５８】
加工装置１０は、回転機構６０で偏光光学系４６を回転させるのみでレーザＬの照射位置９４を円状に回転させることができる。これにより、簡単な構成でレーザＬの照射位置を回転させることができ、装置を小型化、軽量化することができる。また、加工装置１０は、偏光光学系４６のみを回転させるため、回転部分を小さくすることができ、照射ヘッドを小型化できる。これにより、加工装置１０は、本実施形態のように照射ヘッド１６をアーム３０に取り付けることができ、加工を実行しやすくすることができる。また、２つのプリズムを一体で回転させるため、簡単な構成でも高い精度で照射位置を移動させることができる。また、加工装置１０は、回転機構６０で偏光光学系４６を回転させる構成であるため、アシストガスを使用した環境下でも使用することができる。
【００５９】
図５は、加工装置の動作を説明するための説明図である。ここで、加工装置１０は、レーザを一定周期でＯＮ／ＯＦＦさせて照射する場合、レーザのＯＮ／ＯＦＦの周期を、照射位置の回転の周期の非整数倍とすることが好ましい。このように、加工装置１０は、レーザのＯＮ／ＯＦＦの周期と、照射位置の回転の周期とをずらすことで、図５に示すように、回転機構６０で偏光光学系４６を一回転、回転させる間に、照射位置９６にレーザを照射した場合、次の周は、照射位置９８にレーザを照射させることができる。これにより、加工の対象の領域に効率よくレーザを照射させることができる。
【００６０】
ここで、加工装置１０は、２つのプリズムの相対位置を調整する機構を備えることが好ましい。相対位置として、相対角度、相対距離を用いることができる。加工装置１０は、２つのプリズムの相対位置を調整することで、照射位置が回転する円の半径を調整することができる。照射位置が回転する円の半径を調整することで、加工時の加工穴径を調整すすることができる。加工装置１０は、偏光光学系よりも下流側（照射位置側）の光学部材は、偏光光学系によってずれるレーザの光路の距離に対応できるように、レーザの通過領域を広くすることが好ましい。つまり、偏光光学系よりも下流側（照射位置側）の光学部材は、より上流側の光学部材よりも広い領域にレーザが通過する前提で設計することが好ましい。なお、相対位置を移動させる機構は、手動としてもよいがモータ等の駆動力で自動で調整できる機構とすることが好ましい。
【００６１】
また、加工装置１０は、回転機構６０で偏光光学系をレーザの発振周波数１ｋＨｚ未満では１２０ｒｐｍ以上で回転させることが好ましく、発振周波数１ｋＨｚ以上では１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。つまり、加工装置１０は、レーザの照射位置の回転数をレーザの発振周波数を１ｋＨｚ以下では１２０ｒｐｍ以上とすることが好ましく、発振周波数１ｋＨｚ以上では１２００ｒｐｍ以上で回転させることがより好ましい。加工装置１０は、回転機構６０で偏光光学系の回転数を上記範囲とし、レーザの照射位置の回転数を上記範囲とすることで、加工をより高速にすることができ、さらに加工精度をより向上させることができる。つまり、回転数を高速にすることで、一定範囲でより均一にレーザを照射することができ、一部にレーザの出力が集中することを抑制できる。これにより加工精度を高くすることができる。また、レーザを高速で回転できることで、レーザの出力をより高くしても熱影響を抑制し、加工品質を維持したまま、加工速度を速くすることができる。
【００６２】
また、加工装置１０は、冷却機構６５で供給する空気として、大気を用いてもよいが、窒素ガスまたは乾燥エアーなどクリーンなガスを用いることが好ましい。これにより光学部材の性能の低下を抑制することができる。また加工装置１０は、本実施形態のようにレンズ等の光学部材の表面に空気が吹き付けられるように空気を流すことが好ましい。また上記実施形態では、冷却機構を空冷機構としたが水冷機構としてもよい。この場合、各光学部材を支持している筐体を冷却するように冷却配管を供給すればよい。
【００６３】
加工装置は、上記実施形態に限定されず、種々の実施形態とすることができる。以下、図６から図８を用いて、他の実施形態について説明する。
【００６４】
［第２実施形態］
図６は、加工装置の第２実施形態の照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。なお、第２実施形態の加工装置は、照射ヘッド１０２の回転機構１０４の構造を除いて他の構成は、第１実施形態の加工装置１０と同様である。加工装置１０と同様の構成については説明を省略する。
【００６５】
照射ヘッド１０２の回転機構１０４は、固定部１１０と、回転部１１２と、軸受１１４と、モータ１１９と、を有する。固定部１１０と、回転部１１２と、軸受１１４とは、固定部７０と、回転部７２と、軸受７４と、基本的に同様の構成である。回転部１１２は、アダブトプレートを介して偏光光学系４６を支持している。回転機構１０４は、モータ１１９が固定部１１０の内部に配置されている。モータ１１９は、ステータ１２０とロータ１２２とを有する。ステータ１２０は、外周側が固定部１１０に固定されている。ロータ１２２はステータ１２０の内部に配置されている。ロータ１２２は内部が中空形状であり、内径側に回転部１１２が挿入され、回転部１１２に固定されている。モータ１１９は、ロータ１２２を回転させることで回転部１１２を回転させる。
【００６６】
照射ヘッド１０２は、モータ１１９を、回転部１１２と同軸上に配置し、内部にレーザＬが通過する経路を設けることで、装置をより小型化することができる。つまり、駆動源も固定部１１０の内部に配置できるため、筐体４０も小さくまたは省略することができる。
【００６７】
また、照射ヘッド１０２は、エンコーダを設けて回転速度を検出する。もしくは、エンコーダを設けずにモータ１１９の逆起電力を検出することで、回転速度を検出することもできる。
【００６８】
［第３実施形態］
図７は、加工装置の第３実施形態の照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。なお、第３実施形態の加工装置は、照射ヘッド１５０の回転機構１５４の構造を除いて他の構成は、第２実施形態の加工装置の照射ヘッド１０２と同様である。照射ヘッド１０２と同様の構成については説明を省略する。
【００６９】
照射ヘッド１５０の回転機構１５４は、固定部１１０と、回転部１１２と、軸受１５８と、モータ１１９と、を有する。固定部１１０と、回転部１１２と、モータ１１９とは、照射ヘッド１０２の各部同様の構成である。軸受１５８は、静圧軸受（流体軸受）であり、固定部１１０と回転部１１２との間の閉じられた空間に空気を供給し、回転部１１２を固定部１１０に対して回転可能な状態で支持する。ポンプ１５９は、軸受１５８に空気を供給し、固定部１１０と回転部１１２との間の空気圧を調整する。
【００７０】
照射ヘッド１５０は、軸受１５８を静圧軸受とすることで、より回線精度をより向上することができる。なお、照射ヘッド１５０は、使用目的に応じて軸受の構成を適宜調整すればよい。また、照射ヘッド１５０は、軸受１５８は、多孔質の静圧軸受を用いることが好ましい。これにより、回転したまま加工装置を移動してもかじり等により軸受が焼きつく危険性が少ない。また加工装置は、軸受として転がり軸受、静圧軸受の両方を備えていてもよい。この場合、加工装置は、高精度な加工が必要な場合（回転精度が０．０５μｍ以下が必要な加工の場合）、静圧軸受の固定部１１０と回転部１５６との間の圧力を高くし、精度が必要ない場合、静圧軸受の固定部１１０と回転部１５６との間の圧力を低くし、転がり軸受で固定部１１０と回転部１５６とを支持してもよい。
【００７１】
図８は、加工装置の動作を説明するための説明図である。加工装置は、図８に示すように、照射ヘッド１６を矢印１７０方向に走査させることで、線分１７２に示すように、照射位置を回転させつつ、一方向に移動させることができる。これにより、被加工部材８に幅１７４の線の加工を行うことができ、例えば被加工部材８を切断することもできる。
【００７２】
次に、加工装置の変形例として、２つの加工装置を有する加工ユニットについて説明する。図９は、加工ユニットの概略構成を示す模式図である。図１０は、光ファイバの概略構成を示す断面図である。図１１は、光ファイバが案内するレーザの出力分布を説明するための説明図である。図１２は、加工ユニットの動作を説明するための説明図である。図１３は、加工ユニットの動作を説明するための説明図である。加工ユニット２００は、図９に示すように、ファイバレーザ出力装置（第１レーザ出力装置）２１２と、短パルスレーザ出力装置（第２レーザ出力装置）２１４と、レーザ案内光学系２１６と、光ファイバ２１８と、照射機構２２０と、移動機構２２２と、を有する。ここで、加工ユニット２００は、ファイバレーザ出力装置（第１レーザ出力装置）２１２と、レーザ案内光学系２１６と、光ファイバ２１８と、照射機構２２０と、の組み合わせが第１加工装置２０２となる。また、加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置（第２レーザ出力装置）２１４と、レーザ案内光学系２１６と、光ファイバ２１８と、照射機構２２０と、の組み合わせが第２加工装置２０４となる。つまり、加工ユニット２００は、レーザ案内光学系２１６と、光ファイバ２１８と、照射機構２２０と、の一部が２つの加工装置で供給された構成となる。
【００７３】
加工ユニット２００は、移動機構２２２に設置された被加工部材８にレーザを照射することで、被加工部材８を加工する。ここで、本件において、加工ユニット２００は、被加工部材８の表面をＸＹ平面とし、被加工部材８の表面に直交する方向をＺ方向とする。なお、加工ユニット２００は、加工位置の走査方向（被加工部材８とレーザとの相対的な移動方向）をＸ方向とする。被加工部材８は、上述した実施形態の同じ板状の部材である。
【００７４】
ファイバレーザ出力装置（第１レーザ出力装置）２１２は、光ファイバを媒質に用いてレーザを出力する装置である。ファイバレーザ出力装置２１２は、第１レーザＬ１を出力する。ファイバレーザ出力装置２１２は、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置を用いることができる。また、ファイバレーザ出力装置２１２は、連続波発振（Continuous Wave Operation）とパルス発振（Plused Operation）のいずれの方式を用いるレーザ出力装置でもよい。ファイバレーザ出力装置２１２のファイバには、例えば希土類元素（Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ）を添加したシリカガラスを使用することができる。
【００７５】
短パルスレーザ出力装置（第２レーザ出力装置）２１４は、短パルスのレーザを出力する装置である。短パルスレーザ出力装置２１４は、第２レーザＬ２を短パルスで出力する。ここで、短パルスとは、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスである。短パルスレーザ出力装置２１４は、レーザの発生源として例えば、チタンサファイアレーザーを用いることができる。
【００７６】
レーザ案内光学系２１６は、ファイバレーザ出力装置２１２から出力された第１レーザＬ１と、短パルスレーザ出力装置２１４から出力された第２レーザＬ２と、を光ファイバ２１８に案内する光学系である。レーザ案内光学系２１６は、光ファイバ２３０と、光ファイバ２３２と、アキシコンレンズユニット２３４と、反射部材２３６と、ハーフミラー２３８と、を有する。レーザ案内光学系２１６は、光ファイバ２３０で第１レーザＬ１を案内し、光ファイバ２３２とアキシコンレンズユニット２３４と反射部材２３６とハーフミラー２３８とで第２レーザＬ２を案内する。また、レーザ案内光学系２１６は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力された第２レーザＬ２の形状を案内する光学系で変形し、中空のリング形状とする。
【００７７】
光ファイバ２３０は、一方の端部がファイバレーザ出力装置２１２に接続され、他方の端部が光ファイバ２１８の入射端と対面している。光ファイバ２３０は、ファイバレーザ出力装置２１２から出力された第１レーザＬ１を光ファイバ２１８の入射端に向かって出力する。なお、光ファイバ２３０と光ファイバ２１８との間にはハーフミラー２３８が配置されている。なお、光ファイバ２３０は、ファイバレーザ出力装置２１２の光ファイバの一部としてもよい。
【００７８】
光ファイバ２３２は、一方の端部が短パルスレーザ出力装置２１４に接続され、他方の端部がアキシコンレンズユニット２３４の入射端と対面している。光ファイバ２３２は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力された第２レーザＬ２をアキシコンレンズユニット２３４の入射端に向かって出力する。なお、光ファイバ２３２は、必ずしも設けなくてもよい。
【００７９】
アキシコンレンズユニット２３４は、光ファイバ２３２と反射部材２３６との間に配置されている。アキシコンレンズユニット２３４は、２枚のアキシコンレンズの円錐部分を対向する向きで配置したレンズであり、入射された光（光束）の円形状をリング形状（円環形状、円筒形状）、つまり光束の中心に穴が空いた形状とする光学部材である。アキシコンレンズユニット２３４は、入射した円形状の第２レーザＬ２を、リング形状の第２レーザＬ２ａとして出力する。
【００８０】
反射部材２３６は、アキシコンレンズユニット２３４から出力された第２レーザＬ２ａを、ハーフミラー２３８に向けて反射させる。ハーフミラー２３８は、第１レーザＬ１を透過し、第２レーザＬ２ａを反射させる光学部材である。ハーフミラー２３８は、上述したように第１レーザＬ１の光路上に配置されている。ハーフミラー２３８は、反射部材２３６で反射された第２レーザＬ２ａを光ファイバ２１８に向けて反射させる。ここで、反射された第２レーザＬ２ａは、第１レーザＬ１と平行な方向に進む光となる。また、第１レーザＬ１は、第２レーザＬ２ａのリング形状の中空部分（穴の部分）を進む光となる。
【００８１】
レーザ案内光学系２１６は、以上のような構成であり、第２レーザＬ２をリング形状の第２レーザＬ２ａとし、さらに、第１レーザＬ１が第２レーザＬ２ａの中空部分を通るように、２つのレーザの位置及び向きを調整して、光ファイバ２１８に入射させる。
【００８２】
光ファイバ２１８は、第１レーザＬ１と第２レーザＬ２ａとを照射機構２２０に案内する導光部材（導波部材）である。光ファイバ２１８は、第１レーザＬ１と第２レーザＬ２ａとを別々に案内するいわゆるスイッチコアファイバである。光ファイバ２１８は、図１０に示すように、断面形状が、第１コア層２６０と、クラッド層２６２と、第２コア層２６４と、クラッド層２６６と、で構成されている。第１コア層２６０と、クラッド層２６２と、第２コア層２６４と、クラッド層２６６と、は、同心円上に、径方向内側から外側に向かって、この順に配置されている。つまり光ファイバ２１８は、第１コア層２６０と第２コア層２６４との間にクラッド層２６２が配置され、第２コア層２６４の外側がクラッド層２６６に覆われている。このように、第１コア層２６０は、外周にクラッド層２６２が配置され、断面が中実の円形状となる。第２コア層２６４は、内周にクラッド層２６２が配置され、外周にクラッド層２６６が配置され、断面がリング形状となる。第１コア層２６０と第２コア層２６４とは、光を透過する光学部材で形成されている。クラッド層２６２は、表面の両面（内周面及び外周面）が光を反射する部材で形成されている。クラッド層２６６は、内周面が光を反射する部材で形成されている。
【００８３】
光ファイバ２１８は、第１コア層２６０に入射された光と、第２コア層２６４に入射された光と、をクラッド層２６２、２６６で反射させつつ案内することで、２つの光を別々に案内することができる。光ファイバ２１８は、断面の中心側に配置された第１コア層２６０に第１レーザＬ１が入射され、断面の外径側に配置された第２コア層２６４に第１レーザＬ１の外周を囲う位置で案内されるリング形状の第２レーザＬ２ａが入射される。これにより、光ファイバ２１８が案内する光の強度分布は、図１１に示す分布となる。光ファイバ２１８は、第１コア層２６０で、中心に向かうほど出力が大きくなる第１レーザＬ１を案内する。また、光ファイバ２１８は、第２コア層２６４で、リング状の出力分布となる第２レーザＬ２ａを案内する。以上より、光ファイバ２１８は、第１コア層２６０の一方の端部（ハーフミラー２３８と向かい合う面）から入射された第１レーザＬ１を他方の端部（照射機構２２０と向かい合う面）から出力させる。光ファイバ２１８は、第２コア層２６４の一方の端部（ハーフミラー２３８と向かい合う面）から入射されたリング形状の第２レーザＬ２ａを他方の端部（照射機構２２０と向かい合う面）からリング形状で出力させる。
【００８４】
照射機構２２０は、光ファイバ２１８から出力される第１レーザＬ１及び第２レーザＬ２ａを分離し、第１レーザＬ１を照射位置２５０に照射させ、第２レーザＬ２ａを照射位置２５２に照射させる機構である。照射機構２２０は、ハーフミラー２４０と、反射部材２４２と、照射ヘッド２４４、２４６と、を有する。
【００８５】
ハーフミラー２４０は、第１レーザＬ１を透過し、第２レーザＬ２ａを反射させる光学部材である。ハーフミラー２４０は、光ファイバ２１８の出射面と対面する位置に配置されている。ハーフミラー２４０は、光ファイバ２１８から出力された第１レーザＬ１を透過させ、ハーフミラー２４０は、光ファイバ２１８から出力された第２レーザＬ２ａを反射部材２４２に向けて反射させる。反射部材２４２は、ハーフミラー２３８で反射された第２レーザＬ２ａを、照射位置２５２に向けて反射させる。
【００８６】
照射ヘッド２４４は、ハーフミラー２４０と照射位置２５０との間に配置されている。照射ヘッド２４４は、上述した照射ヘッドと同様の構成であり、ハーフミラー２４０を通過した第１レーザＬ１を偏光させる方向を周期的に変化させることで照射位置２５０を回転させる。これにより、照射位置２５０には、照射ヘッド２４４を通過した第１レーザＬ１が到達する。また、照射位置２５０は、回転軸を中心として、回転する。照射ヘッド２４６は、反射部材２４２と照射位置２５２との間に配置されている。照射ヘッド２４６は、上述した照射ヘッドと同様の構成であり、反射部材２４２で反射された第２レーザＬ２ａを偏光させる方向を周期的に変化させることで照射位置２５２を回転させる。これにより、照射位置２５２には、照射ヘッド２４６を通過した第２レーザＬ２ａが到達する。また、照射位置２５２は、回転軸を中心として、回転する。
【００８７】
移動機構２２２は、被加工部材８を支持しており、照射機構２２０に対して被加工部材８を所定方向、本実施形態では矢印α方向に移動させる。なお、移動機構２２２は、被加工部材８を、矢印α方向以外の方向、つまり、ＸＹＺの３軸のそれぞれの方向に移動させることができる。
【００８８】
加工ユニット２００は、ファイバレーザ出力装置２１２から第１レーザＬ１を出力させ、短パルスレーザ出力装置２１４から第２レーザＬ２を出力させる。加工ユニット２００は、出力された第１レーザＬ１と第２レーザＬ２をレーザ案内光学系２１６で光ファイバ２１８に案内する。レーザ案内光学系２１６は、第２レーザＬ２を案内しつつ、リング形状の第２レーザＬ２ａとする。加工ユニット２００は、レーザ案内光学系２１６で案内した第１レーザＬ１を光ファイバ２１８の第１コア層２６０に入射させ、第２レーザＬ２ａを第２コア層２６４に入射させる。加工ユニット２００は、光ファイバ２１８で案内され、出射された第１レーザＬ１及び第２レーザＬ２ａを照射機構２２０でそれぞれに分離し、第１レーザＬ１を照射位置２５０に照射させ、第２レーザＬ２ａを照射位置２５２に照射させる。また、加工ユニット２００は、照射ヘッド２４４、２４６で照射位置２５０、２５２を所定周期で回転させる。また、加工ユニット２００は、照射位置２５０、２５２にレーザが照射されている間、移動機構２２２で被加工部材８を矢印α方向に移動させる。
【００８９】
これにより、加工ユニット２００は、図１２及び図１３に示すように、第１レーザＬ１を照射位置２５０に照射させ、第２レーザＬ２ａを照射位置２５２に照射させることで、照射位置２５０、２５２にある被加工部材８を加工することができる。また、加工ユニット２００は、それぞれの照射位置２５０、２５２を回転させることで上述した効果を得ることができる。
【００９０】
また、加工ユニット２００は、移動機構２２２により被加工部材８を移動させることで、被加工部材８上における照射位置２５０と照射位置２５２が矢印α方向に移動される。これにより、加工ユニット２００は、被加工部材８の任意の部分が照射位置２５０を通過し、第１レーザＬ１で加工された加工領域２５４となる。また、加工ユニット２００は、被加工部材８の加工領域２５４となった部分が照射位置２５２を通過し、第２レーザＬ２ａで加工された加工領域２５６となる。つまり、加工ユニット２００は、被加工部材８の加工対象の部分に第１レーザＬ１を照射して加工（粗加工）した後、第２レーザＬ２ａを照射して加工（仕上げ加工）する。これにより、加工ユニット２００は、被加工部材８の加工対象の領域を切断したり、穴あけしたりする。
【００９１】
加工ユニット２００は、以上のように、ファイバレーザで出力される第１レーザＬ１で被加工部材８を粗加工し、第１レーザＬ１よりも出力が低いリング形状の第２レーザＬ２ａで仕上げ加工を行うことで、被加工部材８の加工精度を高くすることができる。加工ユニット２００は、第１レーザＬ１で加工することで、被加工部材８を短時間で加工（切断、穴あけ）することができ、その後、第２レーザＬ２ａで加工することで、加工端面の熱影響を除去、低減することができる。
【００９２】
加工ユニット２００は、仕上げ加工を行う第２レーザＬ２ａをリング形状とすることで、第２レーザＬ２ａを出力強度が強い周囲の部分で形成されたレーザとすることができ、効率よく加工を行うことができる。これにより、短パルスレーザ出力装置２１４から出力する第２レーザを効率よく使用することができ、エネルギー効率を向上させ、かつ加工時間をより短時間にすることができる。
【００９３】
また、加工ユニット２００は、第２レーザＬ２ａとして、短パルスで出力されるレーザを用いることで、仕上げ加工をより高い精度で行うことができる。
【００９４】
また、加工ユニット２００は、ファイバレーザ出力装置２１２と短パルスレーザ出力装置２１４とを用いて、上記加工を行うことでアシストガスを使用しなくても、また少ないアシストガスで好適に被加工部材８を加工することができる。なお、加工ユニット２００は、アシストガスを使用しなくても好適に被加工部材８を加工することができるが、窒素、酸素等のアシストガスを用いても同様に加工を行うことができる。加工装置１０は、被加工部材の材料等によっては、窒素、酸素等のアシストガスを用いることで、加工速度をより速くすることが出来る場合もある。このように加工ユニット２００は、レーザの照射位置にアシストガスを供給するアシストガス供給手段をさらに設けていてもよい。
【００９５】
また、加工ユニット２００は、２つのコア層が同心円上に配置された１本の光ファイバ２１８を用いて、第１レーザＬ１と第２レーザＬ２ａを案内することで、２つのレーザを案内する機構を簡単にすることができる。これにより、装置構成を簡単にすることができる。具体的には、光ファイバ２１８を用いることで、レーザの光路を直線以外とすることが可能となる。これにより、ファイバレーザ出力装置２１２及び短パルスレーザ出力装置２１４のレーザの出力位置から照射機構２２０へのレーザの入射位置までの光路の自由度を向上させることができる。つまり、装置構成を簡単にすることができ、かつ取り扱いを簡単にすることができる。また、１本の光ファイバ２１８で出力位置のレーザの向きに対する入射位置のレーザの向きを変えることができる。つまり、ミラー等を用いなくても、レーザの向きや位置を変更することができる。これにより、簡単な装置構成で、所望の位置にレーザを案内することができる。また、装置内に設けるレーザが通過する直線の部分を低減することができる。また、加工ユニット２００は、光ファイバ２１８を用いることで、一方のレーザが他方のレーザに緩衝することを抑制しつつ、２つのレーザを同軸で案内することができる。これにより、光路の断面において、第２レーザＬ２ａが第１レーザＬ１の外周を囲う配置で、２つのレーザを案内した場合でも、２つのレーザを好適に案内することができる。
【００９６】
さらに、加工ユニット２００は、光ファイバ２１８を用いることで、第１レーザ及び第２レーザを案内する光学系のずれを生じにくくすることができる。具体的には、光ファイバの内部を案内することで、レンズ等の光学系よりの相対位置のずれを生じにくくすることができ、振動やオペレータの干渉によって光軸がずれることを抑制することができる。また、加工ユニット２００は、光ファイバ２１８を用いることで、安全性を高くすることができる。具体的には、被加工部材８を加工するレーザを光ファイバ２１８の中に通すことで、レーザが露出している領域を減らすことができる。これにより、レーザが予期せぬ部分に照射されることを抑制でき、安全性を高くすることができる。また、加工ユニット２００は、光ファイバ２１８を用いることで、メンテナンスを行いやすくすることができる。また、加工ユニット２００は、光ファイバ２１８を用いることで、レーザを案内する光学系の交換を安価に行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる。
【００９７】
また、加工ユニット２００は、第２レーザＬ２ａをより外周側の第２コア層２６４で案内することで、リング状の第２レーザＬ２ａをリング状のまま、案内することができる。これにより、リング状の第２レーザＬ２ａを照射位置２５２で照射することができ、被加工部材８の仕上げ加工を好適に行うことができ、加工精度を向上させることができる。
【００９８】
なお、加工ユニット２００は、ハーフミラー２３８、２４０に代えて第１レーザＬ１が到達する部分が透明または空洞で、第２レーザＬ２ａが到達する部分に反射部材が配置されたリング型の反射部材を設けてもよい。このように、反射部材を選択的に設けた構成とすることでも、２つのレーザの光路を同心円上にしたり、同心円上の２つのレーザを分離したりすることができる。
【００９９】
ここで、短パルスレーザ出力装置２１４は、パルス幅が１０００フェムト秒未満下のパルスのレーザを出力させることが好ましい。加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力させるレーザのパルス幅を１０００フェムト秒未満とすることで、第２レーザＬ２ａによる仕上げ加工の精度をより向上させることができる。
【０１００】
短パルスレーザ出力装置２１４は、周波数１ｋＨｚ以上のパルスでレーザを出力することが好ましい。加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力させるレーザのパルスの周波数を１ｋＨｚ以上とすることで、第２レーザＬ２ａによる仕上げ加工の精度をより向上させることができる。
【０１０１】
短パルスレーザ出力装置２１４は、パルス幅を１００ピコ秒よりも短い時間で出力することが好ましい。加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力させるレーザのパルスのパルス幅を１００ピコ秒より短い時間とすることで、第２レーザＬ２ａによる仕上げ加工の精度をより向上させることができる。
【０１０２】
ここで、第１レーザの出力は、５０Ｗ以上２ｋＷ以下とすることが好ましい。第１レーザの出力を上記範囲とすることで、短時間でかつ適切に被加工部材を粗加工することができる。第２レーザの出力は、０．５Ｗ以上５０Ｗ以下とすることが好ましい。第２レーザの出力を上記範囲とすることで、短時間でかつ適切に被加工部材を仕上げ加工することができ、熱影響を好適に低減または除去することができる。
【０１０３】
また、加工ユニット２００は、ファイバレーザ出力装置２１２から出力させる第１レーザＬ１の出力、レーザの種類や、短パルスレーザ出力装置２１４から出力させる第２レーザＬ２の出力、周波数、パルス幅等を調整可能とすることが好ましい。これにより、加工ユニット２００は、加工する被加工部材８の厚みや材質、加工時間、許容される加工精度等に対応した適切な第１レーザＬ１及び第２レーザＬ２を出力させることができる。これにより、加工ユニット２００は、より短時間かつより適切な精度で被加工部材を加工することができる。
【０１０４】
加工装置は、矢印αに直交する面において、第２レーザＬ２ａの進行方向と第１レーザＬ１の進行方向とのなす角を０度よりも大きくしてもよい。つまり、矢印αに直交する面において、第２レーザＬ２ａの進行方向が、第１レーザＬ１の進行方向に対して傾斜してしてもよい。なお、第２レーザＬ２ａは、矢印αに直交する面において、加工を行う対象の切断面に向けてレーザを照射できる方向に傾斜している。
【０１０５】
このように、加工装置は、第２レーザＬ２ａの進行方向を第１レーザＬ１の進行方向に対して傾斜させることで、切断面（第１レーザＬ１の進行方向に平行な面）の全面に第２レーザＬ２ａを照射しやすくすることができる。これにより、第１レーザＬ１を照射して加工した面の熱影響をより好適に低減または除去することができる。また、第２レーザＬ２ｃの進行方向と第１レーザＬ１の進行方向とのなす角を９０度未満とすることで、第１レーザＬ１で加工され、切断（分断）された面のうち切断面を加工しない側の面が残っている場合でも、第２レーザＬ２ａを対象の切断面に照射しやすくすることができる。これにより、例えば、切断した部分を変形させて切断面を露出させるための案内部材を設けなくても、対象の切断面に第２レーザＬ２ａを照射することができ、かつ、切断面の全面に第２レーザＬ２ａを照射しやすくすることができる。
【０１０６】
また、上記実施形態の加工ユニット２００は、第２レーザＬ２をリング形状にする光学部材として、アキシコンレンズユニット２３４を用いたがこれに限定されない。加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力された第２レーザＬ２を光ファイバ２１８のリング形状の第２コア層２６４に選択的に入射させることができればよい。例えば、加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４から出力された第２レーザＬ２の光路に、第２レーザＬ２の中心部分の成分を吸収する吸収部材（黒い板）や、第２レーザＬ２の中心部分の成分を反射する反射部材を配置し、第２レーザＬ２の外径側の一部の領域のみ通過させて、第２レーザＬ２をリング形状としてもよい。また、加工ユニット２００の第１レーザＬ１をリング形状にする光学部材として、アキシコンレンズユニット２３４を用いたがこれに限定されない。第１レーザＬ１をリング形状とする光学部材も、第２レーザＬ２をリング形状とする光学部材と同様に種々の構成とすることができる。
【０１０７】
上記実施形態の加工ユニット２００は、ファイバレーザ出力装置２１２を用い、粗加工を行うレーザとして、つまり先に被加工部材８に照射されるレーザとしてファイバレーザを用いたがこれに限定されない。加工ユニット２００は、ファイバレーザ出力装置２１２以外のレーザ出力装置を用いてもよい。例えば、粗加工を行うレーザを出力するレーザ出力装置として、ＣＯ２レーザ出力装置を用いてもよい。
【０１０８】
上記実施形態の加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４を用い、仕上げ加工を行うレーザとして、つまり先に被加工部材８に照射されるレーザとして短パルスのレーザを用いたがこれに限定されない。加工ユニット２００は、短パルスレーザ出力装置２１４以外のレーザ出力装置を用いてもよい。例えば、仕上げ加工を行うレーザを出力するレーザ出力装置として、エキシマレーザ出力装置を用いてもよい。
【０１０９】
上記実施形態の加工ユニット２００は、２つのレーザをファイバレーザ出力装置２１２と短パルスレーザ出力装置２１４の２つの出力装置でそれぞれ出力させたがこれに限定されない。加工ユニット２００、１つのレーザ出力装置から出力されたレーザを２つのレーザに分岐し、それぞれを第１レーザ、第１レーザよりも出力が弱い第２レーザとしてもよい。この場合、レーザ出力装置は、出力したレーザを、波長や、出力割合で分岐させる光学部材を設けることで、レーザを２つに分岐することができる。また、加工ユニット２００は、第２レーザを第１レーザと同一（つまり同一の波形、波長）もしくは短パルスのレーザとすることが好ましい。
【０１１０】
上記実施形態の加工ユニット２００は、粗加工を行う第１レーザと仕上げ加工を行う第２レーザの２種類のレーザを順番に被加工部材８に照射することで、被加工部材８を加工したが、これに限定されない。加工装置１０は、粗加工を行うレーザ、つまり仕上げ加工を行う前のレーザを複数種類、つまり粗加工を行うレーザの照射位置を複数位置としてもよい。加工ユニット２００は、例えば、熱の耐久性が低い第１層と熱の耐久性が高い第２層の２つが積層された部材を加工する場合、粗加工用のレーザを被加工部材８の第１層切断用と、第２層切断用の２つに分けてもよい。この場合、第１層切断用のレーザは、焦点が合っていない状態で被加工部材８に照射させる。これにより、一定の範囲の耐久性の低い第１層を切断することができる。また、第２層切断用のレーザは、焦点が合っている状態で被加工部材８に照射させる。これにより、耐久性が高い第２層を好適に切断することができる。また、加工ユニット２００は、仕上げ加工を複数のレーザで行うように、つまり仕上げ加工を行うレーザの照射位置を複数位置としてもよい。
【０１１１】
加工ユニット２００は、３つ以上の複数の照射位置にレーザを照射する場合、１つのレーザ出力装置から出力されたレーザを２つに分岐して、２つのレーザとしてもよい。この場合、レーザを波長で２つに分割してもよいし、単純にレーザの出力を２つに分けてもよい。なお、加工ユニット２００は、同一の波長のレーザを複数のレーザとして用いる場合、光ファイバ２１８で同軸上に案内した当該複数のレーザを、各レーザの領域に対応した位置に配置した反射部材で反射して分離することが好ましい。これにより、同一の波長のレーザの場合でも、光ファイバを通過したコア層毎に分離することができる。また、光ファイバ２１８は、レーザの本数に合わせてコア層を増やすことで、３つ以上のレーザを同軸上で別々に案内することができる。これにより、レーザを案内する機構を簡単にすることができ、装置を簡略化することができる。
【０１１２】
上記実施形態の加工ユニット２００は、鋼板の加工に用いることで、鋼板を好適に切断することができ、かつ、切断面の形状をより好適な形状とすることができる。これにより、加工精度を高くすることができる。加工装置１０は、上記効果を得ることができるため、被加工部材として、鋼板等の金属材料を用いることが好ましいが、これに限定されない。加工装置１０は、被加工部材として上述した各種材料を用いることができる。なお、加工装置１０は、鋼板と同様の効果を得ることができるため、熱影響（熱ダメージの影響）を低減、除去して、加工を行う必要がある各種裁量に用いることが好ましい。
【０１１３】
ここで、第１の加工装置は、第１レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、かつ、第２の加工装置は、第２レーザを０．５Ｗ以上５００Ｗ以下で出力し、回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【０１１４】
また、第１の加工装置は、第１レーザをピーク出力１００Ｗ以上かつパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、前記回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以下で回転させ、かつ、第２の加工装置は、第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下で出力し、回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【０１１５】
また、第１の加工装置は、第１レーザをパルス幅が１ナノ秒以上のパルスで出力し、第２の加工装置は、第２レーザをパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力することが好ましい。
【０１１６】
また、第１の加工装置は、第１レーザを５０Ｗ以上２ｋＷ以下かつ連続出力で出力し、回転機構を回転数１２０ｒｐｍ以上で回転させ、かつ、第２の加工装置は、第２レーザを０．５Ｗ以上５０Ｗ以下かつパルス幅が１ナノ秒未満のパルスで出力し、回転機構を回転数１２００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
【０１１７】
加工ユニットは、第１の加工装置と、第２の加工装置との関係が上記関係を満足することで、被加工部材に与える熱影響を低減しつつ、加工を行うことができる。
【０１１８】
次に、図１４を用いて、加工装置の制御動作の一例について説明する。図１４は、加工装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、回転数を決定する処理の一例である。制御装置２２は、ステップＳ１２として被加工部材の材質、厚み情報を取得する。ここで、制御装置２２は、被加工部材の材質、厚み以外にも必要な情報を取得する。制御装置２２は、ステップＳ１２で被加工部材のパラメータを取得したら、ステップＳ１４として加工条件を取得する。ここで、加工条件とは、目標の穴の径、切断長さ、使用可能なレーザの各種性能の値等である。制御装置２２は、ステップＳ１４で加工条件を検出したら、ステップＳ１６として再溶融層の許容厚みを検出する。再溶融層の許容厚みは、予め設定された値を読み出したり、ステップＳ１２やステップＳ１４の値から演算により算出したりすることで、検出することができる。
【０１１９】
制御装置２２は、ステップＳ１６で再溶融層の許容厚みを検出したら、ステップＳ１８として、各種条件に基づいて回転数を決定し、ステップＳ２０として決定した条件で加工を実行し、本処理を終了する。ここで、制御装置２２は、各種条件に基づいて再溶融層の厚みが許容厚みを超えない回転数を算出する。具体的には、制御装置は、被加工部材の再溶融層の厚みとレーザの回転数との関係に基づいて、レーザの許容回転数範囲（つまり再溶融層の厚みが許容厚みを超えない許容回転数）を算出し、許容回転数範囲に含まれる回転数を回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で回転機構を回転させる。
【０１２０】
制御装置２２は、以上ように回転数を決定することで、再溶融層の厚みを許容厚み以下としつつ、被加工部材を加工することができる。また、制御装置２２は、再溶融層の厚みを再溶融層の許容厚みよりも薄い厚みとするために、レーザの回転速度を上げる条件や、レーザのパルスを短くする方法がある。
【０１２１】
また、制御装置は、被加工部材の酸化層の許容厚みとレーザの回転数との関係に基づいて、レーザの許容回転数範囲を算出し、許容回転数範囲に含まれる回転数を回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で回転機構を回転させることも好ましい。
【０１２２】
また、制御装置は、被加工部材の飛散物の量とレーザの回転数との関係に基づいて、許容回転数範囲を算出し、許容回転数範囲に含まれる回転数を回転機構の回転数に決定し、決定した回転数で前記回転機構を回転させることも好ましい。
【０１２３】
［実験例］
図１５は、加工装置で加工した被加工部材を説明するための説明図である。図１６は、図１５とは反対側から被加工部材を示す説明図である。上記実施形態の加工装置１０を用いて、被加工部材に加工を行った。加工装置１０は、照射するレーザをレーザピークパワー６０００Ｗ、周波数１０００Ｈｚ、パルス幅０．１ｍｓとした。また、加工装置１０は、レーザの回転速度を５９０ｒｐｍとした。また、レーザの照射時間を０．２秒とし、焦点距離を０．５ｍｍとした。また、本実験例では、酸素をアシストガスとして用い、アシストガスの圧力を０．８ＭＰａとした。また、被加工部材は、厚さ０．８ｍｍのインコネルとした。
【０１２４】
上記条件で加工を行った結果を図１５、１６に示す。ここで、図１５は、被加工部材の表面を示し、図１６は、被加工部材の裏面を示す。図１５、１６に示すように、本実験例では、被加工部材２７０に穴２８０を形成している。図１５、１６に示すように、上記条件で加工を行うことで、レーザの照射時間が０．２秒であっても、穴２８０の端面にゆがみや凹凸が少なく、高い精度で加工できていることがわかる。
【符号の説明】
【０１２５】
８  被加工部材
１０  加工装置
１２  レーザ出力装置
１４  案内光学系
１６、１０２、１５０、２４４、２４６  照射ヘッド
１８  移動機構
２０  支持台
２２  制御装置
３０  アーム
３２  駆動源
４０  筐体
４２  光学系ユニット
４４  コリメート光学系
４６  偏光光学系
４８  集光光学系
５０  光学系支持ユニット
５２  第１プリズム
５４  第２プリズム
６０、１０４、１５４  回転機構
６４  エンコーダ
６５  冷却機構
６６  検出部
６８  回転部
７０、１１０、１５４  固定部
７２、１１２、１５６  回転部
７４、１１４  軸受
８０、１１９  モータ
８２  ベルト
８４、８６  矢印
８８  ポンプ
８９  連結管
９０  中心
９２  仮想円
９４、９６、９８  照射位置
１２０  ステータ
１２２  ロータ
１５８  流体軸受（静圧軸受）
１５９  ポンプ
２００  加工ユニット
２０２  第１加工装置
２０４  第２加工装置
２１２  ファイバレーザ出力装置
２１４  短パルスレーザ出力装置
２１６  レーザ案内光学系
２１８、２３０、２３２  光ファイバ
２２０  照射機構
２２２  移動機構
２３４  アキシコンレンズユニット
２３６、２４２  反射部材
２３８、２４０  ハーフミラー
２５０、２５２  照射位置
２５４、２５６  加工領域
２６０  第１コア層
２６２、２６６  クラッド層
２６４  第２コア層
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ  レーザ
【図１】
0005496375.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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