WO2010119995A1 - 繊維強化複合材料のレーザ加工方法と加工部材 - Google Patents

Abstract

本発明の繊維強化複合材料のレーザ加工方法は、１０ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅を持つ超短パルスレーザで、そのパルスエネルギーが１ｍＪ～５００Ｊの範囲の固体レーザを用いて、繊維強化複合材料あるいは複合材料合板（金属や無機材と繊維強化複合材料との合板）を、数１０Ｈｚ～数１００ｋＨｚの高繰り返し数で照射して切断することを特徴とする。本発明によれば、ＣＦＲＰを含む繊維強化複合材料について、精度良く、高品質で切断、穴あけ、溝加工、彫刻加工などのレーザ除去加工が可能となる。また、繊維強化複合材料に適正な形状の溶接継手を作製することができ、従来は困難であった複合材料の突合せ溶接が、モザイク継手を利用することで可能となる。また、このモザイク継手の接合法を用いて所望の大きさ（幅、長さ、厚さ）の板部材を得ることができるので、さらに軽量なパネルやＨ型コラムなどの構造部材を製作することができる。

Description

繊維強化複合材料のレーザ加工方法と加工部材

　本発明は繊維強化複合材料のレーザ加工方法および該レーザ加工方法を用いて得られる加工部材に関する。特に、難加工材であるＣＦＲＰやＣＦＲＭの複合材料のレーザ加工方法と加工部材に関する。

　自動車、航空機、船舶、鉄道車両などの産業が抱えている現在のエネルギー問題、環境問題、資源問題を解決するために、軽量化、高性能化、高効率化、省資源・リサイクル化を実現しうる新材料とその加工技術の開発が叫ばれている。
　近年、軽量な輸送機器の開発が急務で、各種複合材料が採用されつつあり、なかでもＣＦＲＰはすでに航空機産業では機体の多くの部分に適用されるようになった。
　従来、ＣＦＲＰの穴あけや切断にはダイヤモンドカッターやウオータジェット切断などが利用されている。しかし、ＣＦＲＰやＦＲＭなどの複合材料はマトリックスと強化繊維が異なる材質であるために、その切断、穴あけ、溝加工などの除去加工が困難であるばかりでなく、溶接・接合加工も非常に困難であることが知られている。たとえば、ダイヤモンド切削時や研削時には炭素繊維が空中に飛散して作業環境を低下させる虞がある。また、加工速度が遅く、加工費が高価である。このため航空機以外の量産品としては、レジャー品のゴルフクラブや釣り竿以外には十分適用されていないという課題があった。
　複合材料は強化炭素繊維や強化ガラスなどの繊維材料がプラスチックや金属のマトリッックスに複合化されてなり、その切断、穴あけ、溝加工および溶接、接合加工は非常に困難である。ダイヤモンドカッターやウオータジェット切断などの機械加工では、小さい半径をもつ曲線切断やコーナー加工などは非常に困難である。特にミクロンオーダーの加工物になれば不可能である。また、切断面の繊維のほぐれの問題や加工コストが高いことも応用分野の拡大を阻害する要因となっている。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その第１の目的は、切断加工時に細かい繊維が空中に飛散することなく、高精度でかつ安価に実施できる繊維強化複合材料のレーザ加工方法を提供することである。また、その第２の目的は、繊維強化複合材料同士を高強度で接合することで得られるパネルやＨ型コラムなどの軽量化部材を提供することである。

　本発明者は、上記のような難加工材料について、ピコ秒パルスあるいはナノ秒パルス等の超短パルスレーザを用い、１億分の１秒程度の超高速で材料を加熱除去することにより、高品質に、高速で、熱影響なく、低コストで切断、穴あけ、溝加工を可能にする２重レーザ切断法およびカスケードレーザ切断法と称する新たなレーザ加工法を案出した。
　１００ピコ秒から５０ナノ秒のパルスでレーザを物体に照射すると、レーザ光が物体の原子構造中の電子と瞬時に作用し、物体の表面を数万度に加熱する。物質の熱拡散時間よりもパルスの時間幅が短いので、熱の蓄積が表面に生じて、材料（物質）の照射面近傍でのみ熱が発生し、その熱により材料に加熱、溶融、蒸発が起こり、イオン化・分解も起こる。この結果、材料内部への熱伝達はほとんどなく、熱歪みも生じないので、この特性をＣＦＲＰなどの複合材料に適用すると、炭素繊維がまるでダイコンを包丁で輪切りしたように見事に切断できる。このように従来法では不可能であったＣＦＲＰなどの複合材料のレーザ加工がピコ秒パルスレーザやナノ秒パルスレーザを用いることで可能となる。
　すなわち、本発明の繊維強化複合材料のレーザ加工方法は、１０ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅を持つ超短パルスレーザで、そのパルスエネルギーが１ｍＪ~５００Ｊの範囲の固体レーザを用いて、炭素繊維強化プラスチック（以下ＣＦＲＰと呼ぶ）を含む繊維強化複合材料（以下ＦＲＰまたはＦＲＭと呼ぶ）や複合材料合板（金属や無機材と繊維強化複合材料との合板）を、数１０Ｈｚ~数１００ｋＨｚの高繰り返し数で照射して切断することを特徴とする。
　本発明の繊維強化複合材料のレーザ加工方法によれば、材料は溶融、蒸発してしまうので切断加工時に細かい繊維が空中に飛散することはない。また、得られる切断面を高精度なものとすることができる。
　ここで、超短パルスレーザは、Ｑ—スイッチＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ピコ秒固体レーザのうちのいずれか一の固体レーザであることが望ましい。また、このような固体レーザの基本波長は約８００ｎｍ~１０８０ｎｍの範囲にあり、その２倍波（ＹＡＧレーザの場合、波長が５３２ｎｍ）、３倍波（ＹＡＧレーザの場合、波長が３５５ｎｍ）を含むレーザを用いることができる。
　なお、本明細書において、「切断加工」は、レーザ光を照射することで所定部分の材料を溶融あるいは蒸発させて取り去る除去加工全般を意味し、レーザ切断、穴あけ加工、マーキング加工、溝加工、彫刻加工などを例示することができる。
　本発明のレーザ加工方法において、繊維強化複合材料あるいは複合材料合板を出力１０Ｗ以上で２０ｋＷまでの範囲の高出力連続発振固体レーザを用いて切断加工（粗加工）した後に、さらに上記のレーザ加工方法を用いて、粗加工後の切断加工面の両面または片面にレーザ加工（仕上加工）を施すことが望ましい（以後、重ね除去加工ともいう）。
　このような重ね除去加工によれば、高出力連続発振固体レーザによる粗加工は高速で実施することができ、粗加工後の切断加工面に仕上加工を施すことで、高精度の切断面とすることができる。すなわち、高精度の切断加工を高い生産性で実施することができる。
　より具体的には、高出力連続発振固体レーザの直後約１ｍｍ~１００ｍｍ後方に、１ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅で、該高出力連続発振固体レーザのビームスポット径より大きなビームスポット径を持つ超短パルスレーザビームを配置して、切断加工される両面を同時に連続して加工するようにしてもよい。また、高出力連続発振固体レーザの直後約１ｍｍ~１００ｍｍ後方に、１ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅で、該高出力連続発振固体レーザのビームスポット径より小さなビームスポット径を持つ超短パルスレーザビームを配置して切断加工される片面を同時に連続して加工するようにしてもよい。
　ところで、複合材料とは、軽量で高強度の複合材料である炭素繊維やガラス繊維で強化されたプラスチック（ＦＲＰ）、またはこれらで強化された金属（ＦＲＭ）であり、マトリックスの材料（プラスチックまたは金属）と繊維材料（炭素繊維、ガラス繊維、ウイスカーなど）とでは著しく材料特性が異なるものを意味する。これらはレーザ吸収特性も異なり、融点も大きく異なるために、数億分の１秒というナノ秒で切断することにより、除去加工中の熱伝導を著しく抑制でき、レーザ切断、レーザ穴あけ、レーザマーキング、レーザ溝加工およびレーザ微細除去加工などの除去（切断）面の品質を数段向上できるという特徴を有する。
　本発明のレーザ加工方法における好適な加工条件として、レーザの波長が８００ｎｍから１０８０ｎｍの範囲にあるピコ秒またはナノ秒パルス固体レーザで、１００ピコ秒から５０ナノ秒の範囲の超短パルス幅で、０．１~２０ＧＷ／ｃｍ^２の高出力密度を持ち、繰り返し数の大きい固体レーザを用いて空気中または水中で行うことを例示することができる。
　また、高出力連続発振固体レーザを用い、超短パルスレーザとしてナノ秒パルス固体レーザを用いて、重ね除去加工する場合、まず、高出力連続発振固体レーザを用いて複合材料をレーザ除去加工したところを数１０μｍ~数１００μｍ進行方向に垂直にずらして、再度同じ切断線に沿って切断、穴あけ、溝加工のレーザ除去加工を超短パルス固体レーザでビームスポット径をより大きく（図１の場合）またはより小さくして（図２の場合）、両面または片面をそれぞれ仕上げ加工することにより、前の粗加工の切断面に露出した繊維およびマトリックスの樹脂を後加工（仕上げ加工）で蒸発除去（アブレーション）するようにしてもよい。
　本発明のレーザ加工方法において、板厚の厚い複合材料または複合材料合板を超短パルス固体レーザのみを用いて切断する場合には、図３に示すようにカスケード状に表面より板底部に向かい順にレーザを照射し、多パス多層で材料を蒸発・除去させ、深くまで切断することも可能である。（以後、カスケードレーザ切断法と称する。）
　本発明のレーザ加工方法によれば、繊維強化複合材料を所望の切断線に沿って高精度に切断することができる。これ故、繊維強化複合材料よりなる溶接継手の開先形状を、嵌合可能なモザイク状に切断加工するには好適な手法であり、このようにして、繊維強化複合材料または複合材料合板のモザイク（ファスナー状）継手（図４参照）を得ることができる。複合材料において、従来の直線状の突き合わせ継手形状では、高い継手強度を得ることができない。しかし、図４に示すようなモザイク継手の接合線に沿って溶接を施すことにより高い継手強度を得ることができる。つまり、波長が５３２ｎｍから１０７０ｎｍの固体レーザを用いて、繊維強化複合材料および／又は複合材料合板同志、または繊維強化複合材料と金属との異種材料継手の接合部に溶加材を充填しつつレーザ溶接することである。ここで、溶加材は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物に、強化繊維、強化ガラスおよびウイスカーの群から選ばれる１種以上を含む強化材を重量％で数％~８０％含有するワイヤ、棒、粉体あるいはペースト状組成物のうちの何れか一であることが好ましい。また、溶加材は、前記混合物が、熱可塑性樹脂に重量％で１０％~９９％の範囲で熱硬化性樹脂を配合した混合樹脂であり、さらに前記強化材を数重量％から５０重量％含有するようにしてもよい。繊維強化材を添加することにより、複合材料溶接部の強度を向上することができる。
　図５は溶加材の充填方法の一例を示す。溶加材の充填方法としては、ワイヤまたは棒状のものを機械的に接合部に充填する方法、溶接継手の接合面または接合部上部に塗布または配置しておく方法、または、樹脂と強化繊維または樹脂と強化ガラスの混合物の粉体をアルゴンガスやシールドガスを送給ガスとして接合部に充填する方法を用いて行うなどの方法を例示することができる。
　上記のモザイク継手または繊維強化複合材料を単層のプリプレグとし、これをさらに接着またはレーザ溶着することにより、多層に積層した板厚が大きい高強度複合材料部材を図６のようにして製造することも可能である。
　さらに、繊維強化複合材料の単層部材または金属母材およびＣＦＲＰ母材を上板および／または下板に用い、コルゲート板、チャンネル材または／及びコラム材をこれら上下平板の間に挟むコア材として用い、これらの部材を圧接または接合面に熱可塑性土たは熱硬化性の樹脂を塗布して、それぞれの可塑化温度または硬化温度以上にレーザまたはオーブンで加熱して圧接することにより軽量のサンドイッチパネル部材を得ることができる。
　複合材料および金属材料で構成して製作されるこのような軽量のサンドウイッチパネル部材において、複合材料を前記の技術で製作したモザイク継手を持つ多層積層の複合材料部材として、図７のように上面板、中板（コンゲート板）または下面板として用いて、これらの接合面に接着剤を塗布して接着するか、または熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を塗布してそれぞれの可塑化温度または硬化温度以上にレーザまたはオーブンで加熱して圧接して軽量のサンドウイッチパネルなどの構造部材を得ることもできる。このようにして得られたサンドウイッチパネル部材は、高強度、高じん性および高疲労強度の軽量パネルとして好適である。
　また、上記の上面板および下面板に前記重ねレーザ除去加工法やカスケードレーザ切断法を用いて、図８および図９に示すような所定の切り込み２８を形成し、その会合面を上記の溶加材を用いる接合方法で接合し、中板とこれら上面板および下面板の面接合は接着またはレーザ溶着法で溶接して軽量パネル（図８）やＨ型コラム（図９）などの構造部材とすることもできる。
　本発明によれば、ＣＦＲＰを含む繊維強化複合材料が革新的なレーザ加工法により、精度良く、高品質で切断、穴あけ、溝加工、彫刻加工などの除去加工が可能となる。この精密な除去加工により、ＣＦＲＰを含む複合材料の微細レーザ加工が可能になり、炭素粉体の飛散も防止でき、人体への影響も低減できる。さらに繊維強化複合材料に適正な形状の溶接継手を作製することができ、従来は困難であった複合材料の突合せ溶接が、モザイク継手を利用することで可能となる。また、このモザイク継手の接合法を用いて所望の大きさ（幅、長さ、厚さ）の板部材を得ることができるので、さらに軽量なパネルやＨ型コラムなどの構造部材を製作することができる。

　図１は、第１実施形態を説明する説明図であり、両面２重レーザ切断法を示す。１は高出力連続発振固体レーザ、２は第１集光レンズ、３は超短パルスレーザ、４は第２集光レンズ、５は高出力連続発振レーザ切断後の切断溝、６は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）または金属（ＦＲＭ）、７は超短パルスレーザ切断後の切断溝を示す。
　図２は、第１実施形態を説明する説明図であり、片面２重レーザ切断法を示す。
　図３は、第２実施形態の超短パルスレーザによるカスケード切断法を説明する説明図である。
　図４は、第３実施形態のモザイク継手の例を模式的に示す説明図である。１６は溶接開先面である。
　図５は、第４実施形態を説明する説明図であり、溶加材（ワイヤ）１７を用いたレーザ溶接法を示す。１８はシールドガスノズル、１９はワイヤ送給装置（ローラー）を示す。
　図６は、第３実施形態を説明する説明図であり、モザイク継手の積層材の例を断面模式図で示す。２０はモザイク継手単層材であり、２１はモザイク継手多層材である。
　図７は、第５実施形態を説明する説明図である。複合材料１４、１５を用いたサンドウイッチパネルの例を示す。
　図８は、第５実施形態において、差し込み継手２８のあるサンドウイッチパネルの例を示す。
　図９は、第５実施形態において、差し込み継手２８のあるＨ型コラムの製作例を示す説明図である。
　図１０は、第１実施形態において、高出力連続発振固体レーザ１によるＣＦＲＰの切断溝５を示すレーザ顕微鏡写真である。
　図１１は、第１実施形態において、超短パルス固体レーザ３によるＣＦＲＰの切断面７を示すレーザ顕微鏡写真である。

　以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　第１実施形態では超短パルス固体レーザのみの切断法、両面２重レーザ切断法および片面２重レーザ切断法について説明する。通常、高出力連続発振固体レーザ１（例えばファイバーレーザ）でＣＦＲＰのような複合材料６をレーザ切断すると図１０のように炭素繊維が剥き出て、かつその先端は溶融炭化して丸くなる。これを１００ピコ秒から５０ナノ秒超短パルスレーザ（例えば１０ナノ秒のナノ秒パルスレーザ）３で切断すると、レーザ光が物体の原子構造中の電子と瞬時に作用し、物体の表面を数万度に加熱する。物質の熱拡散時間よりもパルスの時間幅が短いので、熱の蓄積が表面に生じて、材料（物質）の照射面近傍でのみ熱が発生し、その熱により材料は加熱、溶融、蒸発が起こり、イオン化・分解も起こる。この結果、材料内部への熱伝達はほとんどなく、熱歪みも生じないので、この特性をＣＦＲＰなどの複合材料に適用すると、炭素繊維がまるでダイコンを包丁で輪切りしたように図１１に示すように見事に切断できる。
　超短パルスのパルスエネルギーが６．５ｍＪのＱースウイッチＹＡＧレーザ装置を用いて、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の板材（板厚：０．７ｍｍ）の除去加工（レーザ切断）を２０Ｈｚでアシストガスを用いないで大気中で実施したところ、従来のＣＯ_２レーザやファイバーレーザで切断した場合に切断部に見られる図１０に示すような炭素繊維のむき出しが見られなかった。図１１に示すような非常に良好な切断品質の切断面が得られた。このような切断面は従来のレーザでは得られなかった。レーザパルス幅がピコ秒やナノ秒になるとこのような切断が可能となる。
　他方、出力１０Ｗ以上で２０ｋＷまでの範囲の高出力連続発振固体レーザを用いて、ＦＲＰ材料及びＦＲＭ（繊維強化金属）材料を含む複合材料および複合材料合板を切断し、粗加工した後に、図１に示すように、その切断面５の両面を超短パルスレーザ３で、小出力で、高繰り返し数のレーザで切断する。例えば、第１集光レンズ２で集光された先行のレーザ１と第２集光レンズ４で集光された後行のレーザ３の間隔は約１ｍｍ~１００ｍｍとし、１００ピコ秒から５０ナノ秒の範囲のパルス幅で、高出力連続発振固体レーザ１のビームスポット径より大きなビームスポット径を持つ超短パルスレーザビーム３を配置し、切断面両面を同時に２重切断すると、厚いＣＦＲＰ材も高品質で切断できる。これを「両面２重レーザ切断法」とここでは呼ぶ。他方、図２に示すように高出力連続発振固体レーザのビームスポット径よりも小さいビームスポット径の超短パルスレーザビームを配置し、切断面５の片面を２重レーザ切断する方法を「片面２重レーザ切断法」と呼ぶ。その結果、図１１に示すような切断面７が得られる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態では、超短パルスレーザを用いたカスケード切断法について説明する。図３はレーザパスを全切断線の内、その数分の１に分けて、表面からカスケード切断第１パス８、カスケード切断第２パス９、カスケード切断第ｎパス１０を切断し、次の部分を
またカスケード切断第（ｎ＋１）パス１１、カスケード切断第（ｎ＋２）パス１２、カス
ケード切断第（ｎ＋３）パス１３と順次切断をして行く方法で厚い板厚の複合材料を切断する方法である。これを超短パルスレーザカスケード切断法とここでは呼ぶ。なぜなら
超短パルスレーザの１パスで除去される材料の量は数立方ｍｍと少ないからである。しかし、それが故、切断面の品質は非常によく、図１１に示すような切断面となる。
　このために、超短パルスレーザのパルス繰り返し数は数ｋＨｚから数１００ｋＨｚの範囲のものが適切である。よって、多パス多層でＣＦＲＰなどを切断することになる。高出力連続発振固体レーザやＣＯ_２レーザを用いたレーザ切断にはアシストガスが通常用いられるが、超短パルスレーザによる切断では必ずしもアシストガスは必要ではない。
　（第３実施形態）
　図４はモザイク継手を示す。１４は複合材料Ａ、１５は複合材料Ｂまたは金属材料、１６は溶接開先面である。複合材料または複合材料合板の溶接継手の開先として、推奨されるもので、第１および２の実施形態の技術により開先の形状をジグザグとしたり、モザイク状に精密に開先加工することができ、複合材料または複合材料合板の溶接継手として、適切な継手となる。
　図６はこのような継手を溶接してできたモザイク溶接継手の単層材および多層材を示す。
２０はモザイク継手単層材、２１はモザイク継手多層材、２２はモザイク継手多層材（第１層）、２３はモザイク継手多層材（第２層）、２４はモザイク継手多層材（第３層）、２５はモザイク継手多層材（第４層）、２６はモザイク継手多層材（第５層）を示す。単層材をさらに接着材を塗布してオーブン加熱して面接合したり、レーザで加熱して溶着することにより、多層に積層した板厚の大きい高強度複合材料部材を製造することが可能となる。
　（第４実施形態）
　図５は複合材料のための溶加材を用いたレーザ溶接法を示す。１は高出力連続発振固体レーザ、２は集光レンズ１、６は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）または金属（ＦＲＭ）、１７は溶加材（ワイヤ）、１８はシールドガスノズル、１９はワイヤ送給装置（ローラー）である。
　波長が５３２ｎｍから１０８０ｎｍの高出力連続発振固体レーザ１を用いて、ＦＲＰ部材及びＦＲＭ（繊維強化金属）などの複合材料および複合材料合板６同志、または複合材料と金属の異種材料継手の突合せ継手、重ね継手、へり継手、すみ肉継手の接合部に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合したものに、強化繊維、強化ガラス、ウイスカーを含む強化材を重量％で数％~８０％添加した溶加材１７（ワイヤ、棒、粉体、ペースト状のもの）を充填しつつ、複合材料および複合材料合板６とをレーザ溶接する方法である。
　図５は溶加材の充填方法の一例であるワイヤ形態の実施例を示す。溶加材の充填方法としては、ワイヤまたは棒状のものを機械的に接合部に充填する方法、溶接継手の接合面または接合部上部に塗布または配置しておく方法、または、樹脂と強化繊維または樹脂と強化ガラスの混合物の粉体をアルゴンガスやシールドガスを送給ガスとして接合部に充填する方法などがあるが、どのような溶接姿勢でも供給が容易なワイヤ方式を示している。
　この第４実施形態における熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の混合物である溶加材は、熱可塑性樹脂に重量％で１０％~９９％の範囲の熱硬化性樹脂を混合した樹脂をベース組成として、これにさらに炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、各種ウイスカーなどの繊維強化材を数％~８０％添加したものを用いる。それにより複合材料溶接部の強度やじん性が向上する。
　（第５実施形態）
　比強度の高いＣＦＲＰなどの複合材料をさらにサンドウイッチパネルやＨ型コラムにして構造物や部品に適用するとさらに軽くて、強度の高い部材を提供できる。図７は複合材料を用いたサンドウイッチパネルの例を示す。１４は複合材料Ａ、１５は複合材料Ｂ（または金属材料）、１６は溶接開先面、２７はパネル接合面である。
　複合材料１４および複合材料または金属材料１５を上板および／または下板に用い、コルゲート板、チャンネル材または／及びコラム材をこれら上下平板の間に挟むコア材として用い、これらの部材を圧接または接合面に熱可塑性または熱硬化性の樹脂を塗布して、それぞれの可塑化温度または硬化温度以上にレーザまたはオーブンで加熱して圧接することで軽量サンドイッチ部材を製造できる。
　図８は差し込み継手をもつ軽量サンドイッチ部材である。２８は差し込み継手を示す。
軽量部材のサンドウイッチパネルを複合材料１４および複合材料または金属材料１５で構成して製作することにおいて、モザイク継手を持つ多層積層の複合材料１４を従来の複合材料と併用して、上面板、中板（コンゲート板）または下面板として用い、この上面板および下面板に所定の切り込み２８をレーザ切断法で入れ、その会合面をレーザ溶接で接合し、中板とこれら上面板および下面板の面接合は接着またはレーザ溶着法で溶接してパネルを作成すると、強度的にも高い軽量の構造用パネルや図９で示すようなＨ型コラムを製造できる。

　本発明は、複合材料を航空機部材のみならず、自動車、高速列車、船舶、建築、産業機械、航空宇宙機器、駐車施設、圧力容器などの部材を軽量化する上で多大な効果を奏する。

Claims (16)

1. 　１０ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅を持つ超短パルスレーザで、そのパルスエネルギーが１ｍＪ~５００Ｊの範囲の固体レーザを用いて、繊維強化複合材料あるいは複合材料合板（金属や無機材と繊維強化複合材料との合板）を、数１０Ｈｚ~数１００ｋＨｚの高繰り返し数で照射して切断することを特徴とする繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
2. 　前記繊維強化複合材料あるいは複合材料合板を出力１０Ｗ以上で２０ｋＷまでの範囲の高出力連続発振固体レーザを用いて切断加工した後に、その切断加工面の両面または片面にさらに請求の範囲第１項のレーザ加工を施すことを特徴とする繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
3. 　前記高出力連続発振固体レーザの直後約１ｍｍ~１００ｍｍ後方に、１ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅で、該高出力連続発振固体レーザのビームスポット径より大きなビームスポット径を持つ超短パルスレーザビームを配置して、切断加工される両面を同時に連続して加工する請求の範囲第２項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
4. 　前記高出力連続発振固体レーザの直後約１ｍｍ~１００ｍｍ後方に、１ピコ秒から１００ナノ秒の範囲のパルス幅で、該高出力連続発振固体レーザのビームスポット径より小さなビームスポット径を持つ超短パルスレーザビームを配置して切断加工される片面を同時に連続して加工する請求の範囲第２項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
5. 　前記超短パルスレーザは、Ｑ—スイッチＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ピコ秒固体レーザのうちのいずれか一の固体レーザである請求の範囲第１項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
6. 　前記固体レーザの基本波長は約８００ｎｍ~１０８０ｎｍの範囲にあり、その２倍波（ＹＡＧレーザの場合、波長が５３２ｎｍ）、３倍波（ＹＡＧレーザの場合、波長が３５５ｎｍ）を含むレーザを用いる請求の範囲第５項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
7. 　前記パルス幅は１００ピコ秒から５０ナノ秒の範囲であり、エネルギー密度が０．１~２０ＧＷ／ｃｍ^２であるレーザビームを用いて空気中または水中で行う請求の範囲第１項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
8. 　前記高出力連続発振固体レーザとしてファイバーレーザを用いて粗加工を施し、該粗加工の切断面に露出した繊維およびマトリックスの樹脂を、前記超短パルスレーザとしてＱースイッチＹＡＧレーザを用いて施す後加工で除去する請求の範囲第２項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
9. 　前記繊維強化複合材料を表面から内部に向かってカスケード状に蒸発・除去することを繰り返す請求の範囲第１項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
10. 　繊維強化複合材料よりなる溶接継手の開先形状を、嵌合可能なモザイク状に切断加工する請求の範囲第１または２項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
11. 　波長が５３２ｎｍから１０７０ｎｍの固体レーザを用いて、繊維強化複合材料および／又は複合材料合板同志、または繊維強化複合材料と金属との異種材料継手の接合部に溶加材を充填しつつレーザ溶接することを特徴とする繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
12. 　前記溶加材は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物に、強化繊維、強化ガラスおよびウイスカーの群から選ばれる１種以上を含む強化材を重量％で数％~８０％含有するワイヤ、棒、粉体あるいはペースト状組成物のうちの何れか一である請求の範囲第１１項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
13. 　前記溶加材は、前記混合物が、熱可塑性樹脂に重量％で１０％~９９％の範囲で熱硬化性樹脂を配合した混合樹脂であり、さらに前記強化材を数重量％から５０重量％含有する請求の範囲第１２項に記載の繊維強化複合材料のレーザ加工方法。
14. 　請求の範囲第１０項により得られたモザイク継手または繊維強化複合材料を単層のプリプレグとし、複数の該プリプレグを接着またはレーザ溶着してなることを特徴とする高強度複合材料部材。
15. 　請求の範囲第１４項により得られたモザイク継手を有する高強度複合材料部材を、上面板、中板（コンゲート板）または下面板とするとともに、これらの面接合を接着技術またはレーザ透過溶着法で行うことを特徴とする軽量パネル。
16. 　請求の範囲第１４項により得られたモザイク継手を有する高強度複合材料部材を従来の複合材料と併用して、上面板、中板（コンゲート板）または下面板として用い、この上面板および下面板に所定の切り込みを形成し、その会合面を接合し、中板とこれら上面板および下面板の面接合は接着技術またはレーザ透過溶着法で溶接して形成することを特徴とする構造部材。

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