WO2015151562A1 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

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呉屋　真之
牟田　研二
渡辺　俊哉
石出　孝
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a processing apparatus and a processing method for processing a workpiece.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 perform cutting and drilling on a workpiece by irradiating the workpiece with a laser.
  • Patent Document 1 filed by the present applicant includes a CO 2 laser oscillator and an excimer laser oscillator, and uses a CO 2 laser beam and an excimer laser beam as two lasers, and irradiates the laser beam of the CO 2 laser.
  • the laser beam is then removed by irradiating the laser beam of the excimer laser to the cut surface and its vicinity to remove the carbonized layer or heat-affected layer generated on the cut surface.
  • a processing device for cutting is described.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • Patent Document 1 a CO 2 laser beam and an excimer laser beam have a limit in improving the utilization efficiency of the laser due to an increase in the size of a laser output device. Moreover, although the vertical cavity surface emitting laser of the semiconductor laser described in Patent Document 2 and Patent Document 3 can reduce the size of the apparatus, there is room for improvement.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a processing apparatus and a processing method that perform processing with a smaller size and higher accuracy.
  • the present invention is a processing apparatus that irradiates a member to be processed with laser and performs processing on the member to be processed, and a laser having a wavelength of 1070 nm or less.
  • a laser output device having a plurality of vertical cavity surface emitting laser elements to be output and a substrate having a plurality of vertical cavity surface emitting laser elements arranged in a matrix on the surface, and output from the laser output device
  • a guide optical system for guiding a laser and a control device for controlling the output of the laser output device are provided.
  • a plurality of the laser output devices are provided, and the laser output surfaces of the plurality of laser output devices are arranged adjacent to each other.
  • the plurality of laser output devices are arranged in a matrix.
  • the plurality of laser output devices are arranged in a line.
  • the present invention is a processing apparatus that performs processing on a workpiece, a processing head that processes the workpiece, and a plurality of lasers that output a laser.
  • a laser output device having a vertical cavity surface emitting laser element and a substrate on which a plurality of the vertical cavity surface emitting laser elements are arranged in a matrix on the surface, and a guide for guiding the laser output from the laser output device
  • a heating head that heats the workpiece and a control device that controls the output of the laser output device and controls the heating of the workpiece.
  • the processing head irradiates the workpiece with a laser to perform processing on the workpiece.
  • the heating head is preferably fixed to the processing head.
  • the guide optical system collects laser beams output from the plurality of vertical cavity surface emitting laser elements and irradiates the workpiece.
  • the guide optical system includes a condensing unit that condenses laser beams output from the plurality of vertical cavity surface emitting laser elements, and light that is transmitted by the laser beam condensed by the condensing unit being incident It is preferable to have a fiber.
  • the laser output device preferably has a cooling mechanism for cooling the substrate.
  • control device controls an output distribution of the vertical cavity surface emitting laser element of the laser output device.
  • processing is preferably any one of three-dimensional modeling, overlaying, welding, surface treatment, drilling, cutting, and digging.
  • the present invention is a processing method for irradiating a member to be processed with a laser and processing the member to be processed.
  • a laser having a wavelength of 1070 nm or less is output from the vertical cavity surface emitting laser element, and the output laser is guided by a guide optical system to process the workpiece.
  • the present invention is a processing method for irradiating a member to be processed with a laser and processing the member to be processed.
  • a laser is output from the vertical cavity surface emitting laser element, the output laser is guided by a guide optical system, the workpiece is heated, and the workpiece is processed by a processing head; It is characterized by including.
  • the present invention is advantageous in that it can be further miniaturized and can perform machining with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a first embodiment of a processing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the machining head shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser output device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser element of the laser output device.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a first embodiment of a processing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the machining head shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a first modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of a second modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 12 is a perspective view of the laser output device of FIG. 11 viewed from the opposite side.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a third modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cooling mechanism of the laser output device shown in FIG.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a schematic configuration of a fourth modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a first modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of a second modification of the cooling mechanism of the laser
  • FIG. 16 is a perspective view showing a schematic configuration of a fifth modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of a sixth modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a schematic configuration of a seventh modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the processing apparatus.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the third embodiment of the processing apparatus.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fourth embodiment of the processing apparatus.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the fifth embodiment of the processing apparatus.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing an arrangement configuration of the laser output device.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the sixth embodiment of the processing apparatus.
  • FIG. 25 is a flowchart illustrating an example of a processing operation of the processing apparatus
  • this invention is not limited by this embodiment.
  • this embodiment demonstrates as a case where a plate-shaped workpiece is processed
  • the shape of a workpiece is not specifically limited.
  • the shape of the workpiece can be various shapes.
  • the processing apparatus of this embodiment can perform the process which forms a hole in a to-be-processed member, and the process to cut
  • the processing apparatus can adjust the processing position on the member to be processed, that is, the laser irradiation position, to obtain a shape other than a hole or a straight line, for example, a shape having a bending point or a curved shape.
  • the processing performed by the processing apparatus is not limited to cutting and drilling.
  • the processing apparatus can also be used for processing such as three-dimensional modeling, overlaying, welding, surface treatment, and digging. Surface treatment includes quenching, heating (for example, annealing for the purpose of removing residual stress and crystal growth of metals, semiconductors, etc.), polishing, surface cleaning, coating film peeling, and the like.
  • the laser beam and the workpiece are moved relatively by moving the workpiece. However, the laser may be moved, and both the laser and the workpiece are moved. You may let them.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a first embodiment of a processing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the machining head shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser output device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser element of the laser output device.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cooling mechanism of the laser output device.
  • the processing apparatus 10 includes a processing head 13, a moving mechanism 18, a support base 20, and a control device 22.
  • the processing apparatus 10 processes the workpiece 8 by irradiating the workpiece 8 installed on the support base 20 with a laser.
  • the processing apparatus 10 sets the surface of the workpiece 8 as the XY plane and the direction orthogonal to the surface of the workpiece 8 as the Z direction.
  • the workpiece 8 of the present embodiment is a plate-like member.
  • various materials such as Inconel (registered trademark), Hastelloy (registered trademark), stainless steel, ceramic, steel, carbon steel, ceramics, silicon, titanium, tungsten, resin, plastics, glass, paint A member made of a material or the like coated with can be used.
  • the workpiece 8 includes fiber reinforced plastics such as CFRP (carbon fiber reinforced plastic, Carbon Fiber Reinforced Plastics), GFRP (glass fiber reinforced plastic), GMT (glass long fiber reinforced plastic), iron alloys other than steel plates, Members made of various metals such as aluminum alloys and other composite materials can also be used.
  • the processing head 13 processes the workpiece 8 by irradiating the workpiece 8 with laser (laser light). As shown in FIG. 2, the processing head 13 includes a laser output device 42, a guide optical system 44, and a housing 46.
  • the laser output device 42 includes a laser output unit 50 and a cooling mechanism 52 that cools the laser output unit 50.
  • the laser output unit 50 includes a substrate 54, a plurality of VCSEL elements (vertical cavity surface emitting laser elements) 56 disposed on the substrate 54, and a current control circuit 58.
  • the substrate 54 is a plate-like member, and wirings 57a and 57b are provided. On the substrate 54, wirings 59a, 59b, 59c and 59d are installed. Wirings 59 a, 59 b, 59 c and 59 d of the substrate 54 are connected to the current control circuit 58.
  • the plurality of VCSEL elements 56 are vertical cavity surface emitting laser (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) elements that output a beam in a direction perpendicular to the substrate surface.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • the VCSEL elements 56 are arranged in a matrix as shown in FIG. Further, the VCSEL element 56 is disposed on the surface of the plate-like substrate 54, and is arranged in parallel on one plane.
  • VCSEL elements 56 arranged in 5 rows and 5 columns.
  • 16 outer VCSEL elements 56 are connected in series by a wiring 57a, and are connected to the current control circuit 58 by a wiring 59a.
  • eight VCSEL elements 56 of the second circumference from the outside are connected in series by a wiring 57b, and are connected to the current control circuit 58 by a wiring 59b.
  • one central VCSEL element 56 is connected to the current control circuit 58 through a wiring 59c.
  • the common electrode of the VCSEL element 56 is connected by a wiring 59d.
  • the current control circuit 58 supplies current to each VCSEL element 56 through the wirings 59a, 59b, 59c and 59d, and controls the operation of each VCSEL element 56.
  • the current control circuit 58 connects the VCSEL elements 56 by three types of wirings, and controls the VCSEL elements 56 connected by the respective wirings in conjunction with each other.
  • the laser output unit 50 causes each VCSEL element 56 to output a laser by causing a current to flow from the current control circuit 58 to the VCSEL element 56.
  • the present invention is not limited to this. There may be more or less than 25 VCSEL elements 56.
  • the shape to be arranged is preferably rectangular or circular as in the present embodiment, but can be any shape.
  • the cooling mechanism 52 includes a copper plate 70 and a cooling water supply mechanism 72 that circulates the cooling water between the copper plate 70.
  • the copper plate 70 is in contact with the surface of the substrate 54 of the laser output unit 50 opposite to the surface on which the VCSEL element 56 is disposed.
  • a plurality of cooling water passages 74 are formed in parallel, a header 76 is connected to one end, and a header 78 is connected to the other end.
  • the cooling water supply mechanism 72 is connected to the header 76 and the header 78, supplies the cooling water to the header 76, and collects the cooling water from the header 78.
  • the cooling water supply mechanism 72 includes a pump, piping, and a cooling unit that cools the cooling water.
  • the pipe is connected to the header 76 and the header 78, and the pump and the cooling unit are connected to the pipe.
  • the copper plate 70, the pump and the cooling unit form one closed flow path.
  • the cooling mechanism 52 is a cooling water supply mechanism 72 that flows the cooling water in the order of the header 76, the cooling water passage 74, and the header 78, thereby cooling the copper plate 70, thereby cooling the substrate 54, and the laser output unit 50. Cool down.
  • the guide optical system 44 is an optical system that guides the laser output from the laser output device 42 to the workpiece 8.
  • the guide optical system 44 has a lens, condenses the laser output from the laser output device 42, and irradiates the workpiece 8.
  • the guide optical system 44 may use a combination of mirrors and lenses.
  • the processing head 13 irradiates the workpiece 8 with a laser L output from the laser output device 42 and guided by the guide optical system 44.
  • the housing 46 holds the laser output device 42 and the guide optical system 44.
  • the moving mechanism 18 includes an arm 30 and a drive source 32 that moves the arm 30.
  • the arm 30 supports the housing 46 of the processing head 13 at the tip.
  • the drive source 32 can add the arm 30 to the XYZ triaxial directions and move it in the ⁇ direction.
  • the moving mechanism 18 can irradiate the laser beam L to various positions of the workpiece 8 by moving the arm 30 in the XYZ direction or the ⁇ direction by the drive source 32.
  • the moving mechanism 18 is a mechanism that moves the machining head 13 by the arm 30 and the drive source 32, but a mechanism that moves the machining head 13 by an XY stage, an XYZ stage, or the like can also be used.
  • the support base 20 supports the workpiece 8 at a predetermined position.
  • the processing apparatus 10 is good also as an XY stage which moves the support stand 20 and the to-be-processed member 8 to an XY direction.
  • the control device 22 controls the operation of each unit.
  • the control device 22 adjusts various conditions of the laser output from the laser output device 42 or moves the machining head 13 by the moving mechanism 18 to adjust the position of the machining head 13 with respect to the workpiece 8.
  • the processing apparatus 10 is configured as described above.
  • the processing apparatus 10 causes the laser L to be output from the VCSEL element 56 of the laser output apparatus 42.
  • the processing apparatus 10 processes the processed member 8 by guiding and irradiating the output laser L to the processed member 8 with the guide optical system 44.
  • the processing apparatus 10 can downsize the apparatus by using the VCSEL element 56 in the laser output apparatus 42 that outputs a laser. Moreover, the processing apparatus 10 can suppress the temperature rise of the laser output part 50 by cooling the laser output part 50 with the cooling mechanism 52, and can be operated stably for a long time. Further, the intensity of the laser to be output can be adjusted by adjusting the number of the VCSEL elements 56 to be arranged. Furthermore, a laser with high directivity can be output from the laser output device 42, and the laser can be controlled with a simple optical system.
  • the processing apparatus 10 sets the wavelength of the laser output from the VCSEL element 56 to 1070 nm or less. Thereby, the to-be-processed member 8 can be processed suitably. Moreover, it is preferable that the output of one VCSEL element 56 is 1 mW or more and 10 mW or less.
  • the laser output device 42 preferably has an output of 10 W to 10 kW. Further, the laser output device 42 is more preferably 100 W or more and 10 kW or less, and more preferably 500 W or more and 10 kW or less.
  • the apparatus can be reduced in size by setting the output of the laser output device 42 to 10 kW or less. Specifically, the amount of heat generated by the laser output device 42 can be reduced, the cooling mechanism 52 can be reduced, and the overall size of the device can be suppressed. Moreover, the enlargement of an apparatus can be suppressed by setting it as the said more preferable range.
  • the processing apparatus 10 can adjust the intensity
  • the processing apparatus 10 can control the intensity of the laser output from the VCSEL element 56 by controlling the current supplied from the current control circuit 58 to the VCSEL element 56 by the control apparatus 22.
  • the profile of the laser L can be an arbitrary shape.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the output distribution of the laser output device.
  • the processing apparatus 10 when the output of the VCSEL element 56 on the center side and the inner peripheral side is made the same and the output of the VCSEL element 56 on the outer peripheral side is lowered, the processing apparatus 10 is a top flat type as shown in FIG. Output distribution. Thereby, a top flat type output distribution can be formed without using an optical element such as DOE.
  • the processing apparatus 10 reduces the output of the VCSEL element 56 on the center side and the outer periphery side, and increases the output of the VCSEL element 56 on the inner periphery side between the center and the outer periphery, as shown in FIGS.
  • a ring-type output distribution in which the output peak 79 forms a ring at a position away from the center can be obtained.
  • the processing apparatus 10 can output light with a Gaussian output distribution by reducing the output from the center side toward the outer periphery side.
  • the processing apparatus 10 can easily control the output distribution as compared with the case of outputting from one light emitting element, and can output a laser having an arbitrary output distribution.
  • the VCSEL elements 56 are grouped in order from the center and connected to the wiring, but the patterns for connecting the VCSEL elements can be various patterns.
  • cooling mechanism 52 of the processing apparatus 10 is not limited to the above example, and various mechanisms can be used. Another example of the cooling mechanism will be described with reference to FIGS. Note that the cooling mechanism can be combined with various features.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a first modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • the copper plate 70 a is larger than the laser output unit 50.
  • the cooling capacity of the laser output unit 50 can be increased by increasing the copper plate 70a.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of a second modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 12 is a perspective view of the laser output device of FIG. 11 viewed from the opposite side.
  • a heat sink 80 is provided on the surface of the copper plate 70a opposite to the laser output unit 50.
  • the heat sink 80 is an air-cooling mechanism in which uneven portions are formed and the contact area with air is increased by forming the uneven portions.
  • the cooling mechanism 52b can further increase the cooling capacity by providing the heat sink 80.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a third modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cooling mechanism of the laser output device shown in FIG.
  • the cooling water passage 74 a of the copper plate 70 b has a rectangular cross section and forms one flow path formed on the entire surface of the laser output unit 50. Thereby, the area of the part which overlaps with the laser output part 50 can be enlarged more, and cooling performance can be made high.
  • the cooling water passage 74a is supplied while maintaining the area contributing to cooling by shortening the length in the direction orthogonal to the contact surface between the copper plate 70b and the laser output unit 50 as compared with the other directions. The flow rate of the cooling water can be increased.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a schematic configuration of a fourth modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • the copper plate 70 c is also in contact with the side surface of the laser output unit 50. That is, the copper plate 70c is formed with a recess, and the laser output unit 50 is installed in the recess.
  • the cooling water passage 74b is also formed in a portion corresponding to the side surface of the copper plate 70c, and has a U-shaped cross section.
  • the cooling water passage 74 b is a single passage formed corresponding to the laser output unit 50. Thereby, the area of the part which overlaps with the laser output part 50 can be enlarged more, and cooling performance can be made high.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a schematic configuration of a fifth modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • two cooling water passages, a cooling water passage 74a and a cooling water passage 75, are formed in the copper plate 70d.
  • the cooling water passage 75 is formed at a position parallel to the cooling water passage 74 a and away from the laser output unit 50.
  • the laser output device 42e can improve the cooling performance by providing two cooling water passages.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of a sixth modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • the cooling mechanism 52f of the laser output device 42f shown in FIG. 17 is provided with a copper plate 70e and a cooling water supply mechanism 72a.
  • the copper plate 70e is formed with a cooling water passage 74c and headers 76a and 78a.
  • the cooling water passage 74 c is formed with a cooling water inflow port on a surface opposite to the surface in contact with the laser output unit 50, and is opposed to four surfaces orthogonal to the surface in contact with the laser output unit 50. Cooling water outlets are formed on the two surfaces.
  • the header 76 a is connected to an inflow port formed on a surface opposite to the surface in contact with the laser output unit 50.
  • the two headers 78a are respectively connected to the outlets formed on the two surfaces orthogonal to the surface in contact with the laser output unit 50.
  • the cooling water supply mechanism 72a cools the copper plate 70e by supplying the cooling water from the header 76a to the cooling water passage 74c and collecting the cooling water discharged to the two headers 78a. In this manner, by providing the cooling water inlet on the surface of the copper plate 70 e opposite to the surface in contact with the laser output unit 50, the cooling water can be supplied in the direction toward the laser output unit 50. Thereby, cooling capacity can be made higher.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a schematic configuration of a seventh modification of the cooling mechanism of the laser output device.
  • the cooling mechanism 52g of the laser output device 42g shown in FIG. 18 both the cooling water passage 82 and the heat sink 84 are formed in the copper plate 70f. That is, the cooling mechanism 52g is provided with the copper plate 70f provided with both the cooling water passage 82 and the heat sink 84 structure in the laser output unit 50. Thereby, cooling performance can be made higher with a small number of parts.
  • a cooling mechanism that does not include a heat sink may include a heat sink, or may have a shape larger than the laser output unit 50 or a shape similar to the laser output unit 50.
  • the processing apparatus is not limited to the above embodiment, and can be various embodiments. Hereinafter, another embodiment will be described with reference to FIGS. 19 to 24.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the processing apparatus.
  • the processing apparatus of 2nd Embodiment is the structure similar to the processing apparatus 10 of 1st Embodiment except the structure of a processing head. The description of the same configuration as the processing apparatus 10 is omitted.
  • the processing head 111 of the processing apparatus 110 includes a laser output device 142, a guide optical system 144, and a housing 146.
  • a laser output device 142 of the processing head 111 and a part of the guide optical system 144 are disposed outside the housing 146.
  • the laser output device 142 has the same structure as the laser output device 42 except for the arrangement position.
  • the guide optical system 144 includes a light incident side condensing unit 144a, an optical fiber 144b, and an irradiation side condensing unit 144c.
  • the light incident side condensing unit 144a condenses the laser output from the laser output device 142 and makes it incident on the optical fiber 144b.
  • the optical fiber 144b is a flexible transmitter.
  • the optical fiber 144b irradiates the incident laser toward the irradiation side condensing unit 144c.
  • the irradiation side condensing unit 144c condenses the laser beam output from the optical fiber 144b and irradiates the workpiece 8 with it.
  • the irradiation side condensing unit 144c has a collimating lens and a condensing lens, and condenses after collimating the laser output from the optical fiber 144b.
  • the housing 146 is supported by the arm 30 and supports a part of the optical fiber 144b and the irradiation side condensing part 144c.
  • the laser output from the laser output apparatus 142 may be transmitted using the optical fiber 144b.
  • the optical fiber 144b By outputting a laser using the VCSEL element 56, it is possible to output a laser having a small divergence angle, that is, a high directivity, so that it can be efficiently incident on the optical fiber 144b.
  • the optical fiber 144b can be made thin, and the quality and condensing property of the laser irradiated to the workpiece 8 can be further increased. Thereby, the precision of a process can be made higher.
  • the laser output device 142 is separated from the housing 146.
  • the laser output device 142 may be disposed inside the housing 146 and the laser may be transmitted using the optical fiber 144b.
  • the laser output device 142 can be arranged at an arbitrary position of the housing 146, and the degree of freedom in design can be increased.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the third embodiment of the processing apparatus.
  • the processing apparatus of 3rd Embodiment is the structure similar to the processing apparatus 10 of 1st Embodiment except the point provided with the heating head. The description of the same configuration as the processing apparatus 10 is omitted.
  • the processing apparatus 210 includes a processing head 13, a moving mechanism 18, a support base 20, a control device 22, and a plurality of heating heads 215.
  • the heating head 215 has a VCSEL element similarly to the processing head 13, and heats the workpiece 8 by irradiating the workpiece 8 with the laser output from the VCSEL element. Since the structure of the heating head 215 is the same as that of the processing head 13, the description thereof is omitted.
  • the heating head 215 is disposed around the casing of the processing head 13 and is fixed to the processing head 13. Therefore, the heating head 215 moves integrally with the processing head 13.
  • the heating heads 215 are arranged at equiangular intervals around the axis of the machining head 13 at four locations around the machining head 13.
  • the processing apparatus 210 is provided with the heating head 215, and can heat the region processed by the processing head 13 or the processed region with higher accuracy. Further, the processing apparatus 210 uses a VCSEL element as a laser source of the heating head 215, irradiates the workpiece 8 with the laser output from the VCSEL element, and heats the workpiece 8, so that the heating head 215
  • the portion including the laser output device can be reduced in size, and can be easily integrated with the processing head 13. By integrating the heating head 215 with the processing head 13, alignment can be easily achieved and position control can be simplified.
  • a VCSEL element is used as a laser source of the heating head 215, and the laser beam output from each VCSEL element is irradiated by irradiating the workpiece member 8 with the laser beam output from the VCSEL element and heating the workpiece member 8 respectively.
  • the laser to be irradiated can be controlled with higher accuracy, and heating can be performed with higher accuracy.
  • a top-flat output distribution can be used, and uniform heating can be performed, or local heating can be performed by increasing the strength of only a part.
  • the laser to be irradiated can be scanned (scanned) by arranging VCSEL elements in a matrix, controlling the output of the laser by pulse oscillation, and sequentially driving each row and column.
  • heating heads 215 are preferable because they can be heated more uniformly by providing them at regular intervals as in this embodiment, but the present invention is not limited to this. Only one heating head 215 may be provided for the processing head 13 or may be non-uniformly arranged.
  • a VCSEL element when used for the heating head 215, it is preferable that one VCSEL element has an output of 10 W or more and 10 kW or less. Further, the laser output device preferably has an output of 50 W to 10 kW. By setting it as the said range, it can heat appropriately with the heating head 215.
  • FIG. 1 When a VCSEL element is used for the heating head 215, it is preferable that one VCSEL element has an output of 10 W or more and 10 kW or less. Further, the laser output device preferably has an output of 50 W to 10 kW. By setting it as the said range, it can heat appropriately with the heating head 215. FIG.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fourth embodiment of the processing apparatus.
  • the processing apparatus of 4th Embodiment is the structure similar to the processing apparatus 210 of 3rd Embodiment except the structure of a processing head. The description of the same configuration as the processing device 210 is omitted.
  • the processing apparatus 310 has the processing head 313, the moving mechanism 18, the support stand 20, the control apparatus 22, and the some heating head 215, as shown in FIG.
  • the processing head 313 includes a laser output device 312, an optical fiber 314, and an irradiation head 316.
  • the laser output device 312 is a device that outputs a laser.
  • the laser output device 312 can be a fiber laser output device that outputs laser using an optical fiber as a medium, or a short pulse laser output device that outputs a short pulse laser.
  • the fiber laser output device include a Fabry-Perot type fiber laser output device and a ring type fiber laser output device.
  • the fiber laser output device may be a laser output device that uses either continuous wave operation or pulsed operation.
  • silica glass added with rare earth elements (Er, Nd, Yb) can be used.
  • a short pulse is a pulse having a pulse width of 100 picoseconds or less.
  • a laser source of the short pulse laser output device for example, a titanium sapphire laser can be used.
  • the optical fiber 314 is an optical system that guides the laser output from the laser output device 312 to the irradiation head 316.
  • the optical fiber 314 has one end connected to the laser emission port of the laser output device 312 and the other end connected to the irradiation head 316.
  • the optical fiber 314 outputs the laser L output from the laser output device 312 toward the incident end of the irradiation head 316.
  • the optical system for guiding the laser is not limited to an optical fiber.
  • the processing device 310 may guide the irradiation head 316 by using a combination of a mirror and a lens as an optical system for guiding the laser and reflecting or condensing the laser.
  • the irradiation head 316 is supported by the arm 30 and has a condensing optical system inside.
  • the irradiation head 316 collects the laser L output from the optical fiber 314 and irradiates the workpiece 8 with it.
  • the processing apparatus 310 uses a light emitting element other than the VCSEL element for the processing head 313.
  • a VCSEL element is provided in the heating head, and heating is performed with the laser output from the VCSEL element, thereby reducing the heating head as in the third embodiment. Heating can be controlled with high accuracy, and processing accuracy can be improved.
  • the processing head that performs processing by irradiating a laser is used.
  • the processing head may be a mechanism that performs machining.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the fifth embodiment of the processing apparatus.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing an arrangement configuration of the laser output device.
  • the processing apparatus of the fifth embodiment has the same configuration as the processing apparatus 10 of the first embodiment, except that the processing head 413 includes a plurality of laser output devices 42. The description of the same configuration as the processing apparatus 10 is omitted.
  • the processing head 413 of the processing apparatus 410 includes a laser output unit 442 and a guide optical system 444 as shown in FIG. As shown in FIG. 22 and FIG. 23, the laser output units 442 are arranged in a matrix so that a plurality of laser output devices 42 have a single laser output surface.
  • the guide optical system 444 collects the laser beam L output from the plurality of laser output devices 42 and irradiates the workpiece 8 with it.
  • the processing apparatus 410 can increase the laser output by irradiating the workpiece 8 with the laser L output from the plurality of laser output apparatuses 42. Thereby, processing with a larger output can be performed. Further, the laser output device 42 is smaller than a fiber laser or the like, and can be easily arranged adjacent to each other on a plane.
  • the laser output unit 442 can make the number of the laser output devices 42 an arbitrary number.
  • the laser output devices 42 are arranged in a matrix and the laser output surface to which the laser output devices 42 are connected has a rectangular shape.
  • various shapes such as a circle, an ellipse, and a polygon are used. It can be a shape.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the sixth embodiment of the processing apparatus.
  • the processing apparatus of the sixth embodiment has the same configuration as the processing apparatus 10 of the first embodiment, except that the processing head 13 includes a plurality of laser output devices 42. The description of the same configuration as the processing apparatus 10 is omitted.
  • the processing head 513 of the processing apparatus 510 includes a laser output unit 542 and a guide optical system 544 as shown in FIG. As shown in FIG. 24, the laser output units 542 are arranged in a row so that a plurality of laser output devices 42 have a single laser output surface.
  • the guide optical system 544 is a cylindrical lens that extends in the direction in which the plurality of laser output devices 42 are arranged, and condenses the laser L output from the plurality of laser output devices 42 to irradiate the workpiece 8. To do.
  • the processing apparatus 510 can irradiate the laser in a line by arranging the laser output apparatuses 42 of the laser output unit 542 in one row. Further, by controlling the output of the VCSEL element 56 of the laser output device 42, it is possible to obtain a line-shaped laser with uniform laser intensity. Thereby, the process performed in a line form can be performed suitably.
  • FIG. 25 is a flowchart illustrating an example of a processing operation of the processing apparatus.
  • FIG. 25 demonstrates the case where it processes, heating. When heating is not performed, it is only necessary to execute processing related to processing.
  • the control device 22 identifies the workpiece and the processing to be executed (step S12).
  • the control device 22 specifies the material of the workpiece, whether the processing to be executed is three-dimensional modeling, overlaying, welding, surface treatment, drilling, cutting, or digging, or the processing amount.
  • the control device 22 determines the intensity and output distribution of the laser irradiated from the processing head (step S14), and determines the intensity and output distribution of the laser irradiated from the heating head (step S14). Step S16).
  • the control device 22 may execute the processes of step S14 and step S16 in parallel or in the reverse order.
  • the control device 22 performs processing based on the determined conditions (step S18).
  • the processing apparatus has a laser output device having a plurality of VCSEL elements, so that the intensity and output distribution of the laser irradiated from the processing head and the heating head can be easily adjusted. Thereby, a more highly accurate process can be performed.
  • higher quality processing can be performed by heating with a laser irradiated from a heating head including a VCSEL element.
  • a heating head including a VCSEL element For example, by appropriately controlling the temperature of the process of melting and solidifying the material with a heating head, the cooling rate from melting to solidification can be controlled with high accuracy, and the quality of processing can be improved. Can do.
  • the output distribution of the laser to be irradiated can be set to a suitable distribution, and the processing quality can be further improved.
  • higher quality processing can be performed by heating with a laser irradiated from a heating head equipped with a VCSEL element.
  • the cooling rate can be controlled with high accuracy, and the quality of processing can be further improved.
  • the output distribution of the laser to be irradiated can be set to a suitable distribution, and the processing quality can be further improved.
  • higher quality processing can be performed by heating with a laser irradiated from a heating head including a VCSEL element.
  • the thermal shock can be mitigated by appropriately controlling the ambient temperature at which the processing head performs processing with the heating head, and cracks or lamination of brittle materials caused by processing by the processing head, particularly thermal shock by laser processing. Separation between materials can be suppressed, and processing quality can be further improved.
  • the output distribution of the laser to be irradiated can be set to a suitable distribution, and the processing quality can be further improved.
  • the processing head 13 may rotate the irradiation position on the workpiece 8 by rotating the optical path of the laser L around the rotation axis.
  • the processing head 13 can suitably perform processing such as cutting by moving the irradiation position of the laser L so as to draw a circle.
  • Workpiece member 10 Processing device 13 Processing head 18 Moving mechanism 20 Support base 22 Control device 30 Arm 32 Drive source 42 Laser output device 44 Guide optical system 46 Housing 50 Laser output portion 52 Cooling mechanism 54 Substrate 56 VCSEL elements 57a, 57b Wiring 58 Current control circuit 59a, 59b, 59c, 59d Wiring 70 Copper plate 72 Cooling water supply mechanism 74 Cooling water passage 76, 78 Header 80 Heat sink

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Abstract

　より小型で、高い精度の加工を行うことが可能である加工装置及び加工方法を提供する。加工装置は、被加工部材にレーザを照射し、被加工部材に対して加工を行う加工装置であって、１０７０ｎｍ以下の波長のレーザを出力する複数の垂直共振器型面発光レーザ素子と、複数の垂直共振器型面発光レーザ素子が表面に行列配列された基板と、を有するレーザ出力装置と、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、レーザ出力装置の出力を制御する制御装置と、を有する。

Description

加工装置及び加工方法
　本発明は、被加工部材に加工を行う加工装置及び加工方法に関する。
　被加工部材に対して切断、穴あけ、表面処理、肉盛、溶接加工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。例えば、本出願人が出願人の特許文献１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。
　また、レーザ出力装置としては、基板面に垂直方向にビームを出力する垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ、Vertical　Cavity　Surface　Emitting　Laser）が提案されている（特許文献２及び特許文献３参照）。
特許第２８３１２１５号公報 特表２０１３－５０４４５７号公報 特開２００２－２６４５２号公報
　特許文献１は、ＣＯ２レーザビームとエキシマレーザビームとは、レーザを出力する装置が大型化し、レーザの利用効率の向上に限界がある。また、特許文献２及び特許文献３に記載の半導体レーザの垂直共振器型面発光レーザは、装置を小型化することができるが、改良の余地がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より小型で、高い精度の加工を行う加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
　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、前記被加工部材に対して加工を行う加工装置であって、１０７０ｎｍ以下の波長のレーザを出力する複数の垂直共振器型面発光レーザ素子と、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子が表面に行列配列された基板と、を有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、前記レーザ出力装置の出力を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
　また、前記レーザ出力装置を複数有し、複数の前記レーザ出力装置のレーザを出力する面が隣接して配置されていることが好ましい。
　また、複数の前記レーザ出力装置は、行列配置されていることが好ましい。
　また、複数の前記レーザ出力装置は、一列に配置されていることが好ましい。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工部材に対して加工を行う加工装置であって、前記被加工部材を加工する加工ヘッドと、レーザを出力する複数の垂直共振器型面発光レーザ素子と、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子が表面に行列配列された基板と、を有するレーザ出力装置および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を備え、前記被加工部材を加熱する加熱ヘッドと、前記レーザ出力装置の出力を制御し、前記被加工部材の加熱を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
　また、前記加工ヘッドは、前記被加工部材にレーザを照射し、前記被加工部材に対して加工を行うことが好ましい。
　また、前記加熱ヘッドは、前記加工ヘッドに固定されていることが好ましい。
　また、前記案内光学系は、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子から出力されたレーザを集光し、前記被加工部材に照射させることが好ましい。
　また、前記案内光学系は、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子から出力されたレーザを集光する集光部と、前記集光部で集光されたレーザが入射され、伝送する光ファイバと、を有することが好ましい。
　また、前記レーザ出力装置は、前記基板を冷却する冷却機構を有することが好ましい。
　また、前記制御装置は、前記レーザ出力装置の前記垂直共振器型面発光レーザ素子の出力分布を制御することが好ましい。
　また、前記加工は、三次元造形、肉盛、溶接、表面処理、穴あけ、切断、掘り込みのいずれかであることが好ましい。
　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、前記被加工部材に対して加工を行う加工方法であって、表面に行列配列された複数の垂直共振器型面発光レーザ素子から１０７０ｎｍ以下の波長のレーザを出力し、出力されたレーザを案内光学系で案内し、前記被加工部材を加工することを特徴とする。
　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、前記被加工部材に対して加工を行う加工方法であって、表面に行列配列された複数の垂直共振器型面発光レーザ素子からレーザを出力し、出力されたレーザを案内光学系で案内し、前記被加工部材を加熱することと、加工ヘッドで前記被加工部材を加工すること、とを含むことを特徴とする。
　本発明は、より小型化でき、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。
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に示す加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。 図３は、レーザ出力装置の概略構成を示す模式図である。 図４は、レーザ出力装置のレーザ素子の概略構成を示す模式図である。 図５は、レーザ出力装置の冷却機構の概略構成を示す模式図である。 図６は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示すグラフである。 図７は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示すグラフである。 図８は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示すグラフである。 図９は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示す説明図である。 図１０は、レーザ出力装置の冷却機構の第１変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１１は、レーザ出力装置の冷却機構の第２変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１２は、図１１のレーザ出力装置を反対から見た斜視図である。 図１３は、レーザ出力装置の冷却機構の第３変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１４は、図１３に示すレーザ出力装置の冷却機構の概略構成を示す模式図である。 図１５は、レーザ出力装置の冷却機構の第４変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１６は、レーザ出力装置の冷却機構の第５変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１７は、レーザ出力装置の冷却機構の第６変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１８は、レーザ出力装置の冷却機構の第７変形例の概略構成を示す斜視図である。 図１９は、加工装置の第２実施形態の概略構成を示す模式図である。 図２０は、加工装置の第３実施形態の概略構成を示す模式図である。 図２１は、加工装置の第４実施形態の概略構成を示す模式図である。 図２２は、加工装置の第５実施形態の概略構成を示す模式図である。 図２３は、レーザ出力装置の配置構成を示す模式図である。 図２４は、加工装置の第６実施形態の概略構成を示す模式図である。 図２５は、加工装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。
　以下に、本発明にかかる加工装置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、本実施形態の加工装置は、被加工部材に穴を形成する加工や被加工部材を直線に切断する加工を行うことができる。また、加工装置は、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、加工装置が行う加工は、切断、穴あけに限定されない。加工装置は、三次元造形、肉盛、溶接、表面処理、掘り込み等の加工にも用いることができる。表面処理には、焼入れ、加熱（例えば、残留応力の除去や金属や半導体などの結晶成長を目的としたアニーリング）、ポリッシング、表面洗浄、塗膜剥離等が含まれる。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。
　［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に示す加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。図３は、レーザ出力装置の概略構成を示す模式図である。図４は、レーザ出力装置のレーザ素子の概略構成を示す模式図である。図５は、レーザ出力装置の冷却機構の概略構成を示す模式図である。加工装置１０は、図１に示すように、加工ヘッド１３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。
　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、塗料が塗布された材料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。
　加工ヘッド１３は、被加工部材８にレーザ（レーザ光）を照射して、被加工部材８を加工する。加工ヘッド１３は、図２に示すように、レーザ出力装置４２と、案内光学系４４と、筐体４６と、を有する。
　レーザ出力装置４２は、図３に示すように、レーザ出力部５０と、レーザ出力部５０を冷却する冷却機構５２と、を有する。レーザ出力部５０は、基板５４と、基板５４上に配置された複数のＶＣＳＥＬ素子（垂直共振器型面発光レーザ素子）５６と、電流制御回路５８と、を有する。
　基板５４は、板状の部材であり、配線５７ａ、５７ｂが設置されている。基板５４は、配線５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄが設置されている。基板５４の配線５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄは、電流制御回路５８と接続されている。
　複数のＶＣＳＥＬ素子５６は、基板面に垂直方向にビームを出力する垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ、Vertical　Cavity　Surface　Emitting　Laser）素子である。ＶＣＳＥＬ素子５６は、図４に示すように、行列状に配置されている。また、ＶＣＳＥＬ素子５６は、板状の基板５４の表面に設置されることで、１つの平面上に並列に配置される。
　図４のレーザ出力部５０は、ＶＣＳＥＬ素子５６を５行５列の２５個配置している。レーザ出力部５０は、外側の１周の１６個のＶＣＳＥＬ素子５６が配線５７ａで直列に接続され、配線５９ａで電流制御回路５８と接続されている。また、外側から２つ目となる１周の８個のＶＣＳＥＬ素子５６が配線５７ｂで直列に接続され、配線５９ｂで電流制御回路５８と接続されている。レーザ出力部５０は、中心の１つのＶＣＳＥＬ素子５６が配線５９ｃで電流制御回路５８と接続されている。また、レーザ出力部５０は、ＶＣＳＥＬ素子５６の共通電極が配線５９ｄで接続されている。
　電流制御回路５８は、配線５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄで各ＶＣＳＥＬ素子５６に電流を供給し、各ＶＣＳＥＬ素子５６の動作を制御する。電流制御回路５８は、ＶＣＳＥＬ素子５６を３種類の配線で接続しており、それぞれの配線で接続されているＶＣＳＥＬ素子５６を連動して制御する。
　レーザ出力部５０は、電流制御回路５８から、ＶＣＳＥＬ素子５６に電流を流すことで、各ＶＣＳＥＬ素子５６からレーザを出力させる。
　図４のレーザ出力部５０は、ＶＣＳＥＬ素子５６を５行５列の２５個配置した場合を示しているが、これに限定されない。ＶＣＳＥＬ素子５６は、２５個より多くてもよいし、少なくてもよい。また、配置する形状は、本実施形態のように矩形、または円形にすることが好ましいが、任意の形状とすることができる。
　冷却機構５２は、銅板７０と、銅板７０との間で冷却水を循環させる冷却水供給機構７２と、を有する。銅板７０は、レーザ出力部５０の基板５４のＶＣＳＥＬ素子５６が配置されている面とは反対側の面に接している。銅板７０には、複数の冷却水通路７４が並列に形成され、一方の端部にヘッダ７６が接続され、他方の端部にヘッダ７８が接続されている。冷却水供給機構７２は、ヘッダ７６とヘッダ７８に接続され、ヘッダ７６に冷却水を供給し、ヘッダ７８から冷却水を回収する。冷却水供給機構７２は、ポンプと、配管と、冷却水を冷却する冷却部と、を有する。配管がヘッダ７６とヘッダ７８に接続され、配管にポンプと冷却部が繋がっており、銅板７０と、ポンプと冷却部で１つの閉じられた流路を形成している。なお、冷却水供給機構７２は、閉じられた流路とせずに、使用した冷却水は廃棄するようにしてもよい。
　冷却機構５２は、冷却水供給機構７２で、ヘッダ７６、冷却水通路７４、ヘッダ７８の順で冷却水を流すことで、銅板７０を冷却することで、基板５４を冷却し、レーザ出力部５０を冷却する。
　案内光学系４４は、レーザ出力装置４２から出力されたレーザを被加工部材８に案内する光学系である。案内光学系４４は、レンズを有し、レーザ出力装置４２から出力されたレーザを集光して、被加工部材８に照射する。案内光学系４４は、ミラーやレンズの組み合わせを用いてもよい。加工ヘッド１３は、レーザ出力装置４２から出力され、案内光学系４４で案内されるレーザＬを被加工部材８に照射する。筐体４６は、レーザ出力装置４２と案内光学系４４とを保持する。
　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、先端で加工ヘッド１３の筐体４６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１８として、アーム３０と駆動源３２で加工ヘッド１３を移動させる機構としたが、ＸＹステージ、ＸＹＺステージ等で加工ヘッド１３を移動する機構も用いることができる。
　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及び被加工部材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４２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で加工ヘッド１３を移動させ被加工部材８に対する加工ヘッド１３の位置を調整したりする。加工装置１０は、以上のような構成である。
　加工装置１０は、レーザ出力装置４２のＶＣＳＥＬ素子５６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４４で被加工部材８に案内し、照射することで、被加工部材８を加工する。
　加工装置１０は、レーザを出力するレーザ出力装置４２にＶＣＳＥＬ素子５６を用いることで装置を小型化することができる。また、加工装置１０は、冷却機構５２でレーザ出力部５０を冷却することで、レーザ出力部５０の温度上昇を抑制でき、安定して長時間稼動させることができる。また、配置するＶＣＳＥＬ素子５６の数を調整することで、出力するレーザの強度も調整することができる。さらに、レーザ出力装置４２から指向性の高いレーザを出力することができ、簡単な光学系でレーザを制御することができる。
　ここで、加工装置１０は、ＶＣＳＥＬ素子５６から出力するレーザの波長を１０７０ｎｍ以下とすることが好ましい。これにより被加工部材８を好適に加工することができる。また、１つのＶＣＳＥＬ素子５６は、出力を１ｍＷ以上１０ｍＷ以下とすることが好ましい。また、レーザ出力装置４２は、出力を１０Ｗ以上１０ｋＷ以下とすることが好ましい。また、レーザ出力装置４２は、１００Ｗ以上１０ｋＷ以下とすることがより好ましく、５００Ｗ以上１０ｋＷ以下がより好ましい。１つのＶＣＳＥＬ素子５６の出力を１ｍＷ以上、また、レーザ出力装置４２の出力を１０Ｗ以上とすることで、個々の出力を高くすることができ、必要な出力を得るために必要な個数を減らすことができる。また、上記のより好ましい範囲とすることで、必要な出力を得るために必要な個数をさらに減らすことができる。また、レーザ出力装置４２の出力を１０ｋＷ以下とすることで、装置を小型化することができる。具体的には、レーザ出力装置４２の発熱量を小さくすることができ、冷却機構５２を小さくすることができ、装置全体の大型化を抑制することができる。また、上記のより好ましい範囲とすることで、装置の大型化を抑制することができる。
　また、加工装置１０は、レーザを出力するレーザ出力装置４２にＶＣＳＥＬ素子５６を用いることで、ＶＣＳＥＬ素子５６ごとに出力するレーザの強度を調整することができ、レーザＬのプロファイルを任意の形状とすることができる。具体的には、加工装置１０は、制御装置２２により、電流制御回路５８からＶＣＳＥＬ素子５６に供給する電流を制御することで、ＶＣＳＥＬ素子５６から出力されるレーザの強度を制御することができ、レーザＬのプロファイルを任意の形状とすることができる。
　図６は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示すグラフである。図７は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示すグラフである。図８は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示すグラフである。図９は、レーザ出力装置の出力分布の一例を示す説明図である。例えば、加工装置１０は、図６に示すように、中心側と内周側のＶＣＳＥＬ素子５６の出力を同じとし、外周側のＶＣＳＥＬ素子５６の出力を低くすると図７に示すようなトップフラット型の出力分布とすることができる。これにより、ＤＯＥ等の光学素子を用いずにトップフラット型の出力分布を形成することができる。また、加工装置１０は、中心側と外周側のＶＣＳＥＬ素子５６の出力を低くし、中心と外周との間の内周側のＶＣＳＥＬ素子５６の出力を高くすると図８及び図９に示すような出力のピーク７９が中心から離れた位置にリングとなるリング型の出力分布とすることができる。これにより、特開２０１２－２３０３６６号公報に記載されているような光学系を用いずにリング型の出力分布の光を出力することができる。また、加工装置１０は、中心側から外周側に向かって出力を小さくすることで、ガウシアン型の出力分布の光も出力することができる。
　これにより、加工装置１０は、１つの発光素子から出力される場合に比べて、出力分布の制御が簡単になり、任意の出力分布のレーザを出力させることができる。また、本実施形態では、ＶＣＳＥＬ素子５６を中心から順番にグループ分けして配線につないだが各ＶＣＳＥＬ素子を接続するパターンは種々のパターンとすることができる。
　また、加工装置１０の冷却機構５２は、上記例に限定されず、種々の機構を用いることができる。図１０から図１８を用いて、冷却機構の他の例について説明する。なお、冷却機構は、各種特徴を組み合わせることもできる。
　図１０は、レーザ出力装置の冷却機構の第１変形例の概略構成を示す斜視図である。図１０に示すレーザ出力装置４２ａの冷却機構５２ａは、銅板７０ａがレーザ出力部５０よりも大きい。このように、銅板７０ａを大きくすることで、レーザ出力部５０の冷却能力を高くすることができる。
　図１１は、レーザ出力装置の冷却機構の第２変形例の概略構成を示す斜視図である。図１２は、図１１のレーザ出力装置を反対側から見た斜視図である。図１１及び図１２に示すレーザ出力装置４２ｂの冷却機構５２ｂは、銅板７０ａのレーザ出力部５０とは反対側の面にヒートシンク８０が設けられている。ヒートシンク８０は、凹凸部が形成されており、凹凸部が形成されることで空気との接触面積が大きくなっている空冷機構である。冷却機構５２ｂは、ヒートシンク８０を設けることで、冷却能力をさらに高くすることができる。
　図１３は、レーザ出力装置の冷却機構の第３変形例の概略構成を示す斜視図である。図１４は、図１３に示すレーザ出力装置の冷却機構の概略構成を示す模式図である。図１３及び図１４に示すレーザ出力装置４２ｃの冷却機構５２ｃは、銅板７０ｂの冷却水通路７４ａが、断面が矩形となり、レーザ出力部５０の全面に形成された１本の流路となる。これにより、レーザ出力部５０と重なる部分の面積をより大きくすることができ、冷却性能を高くすることができる。また、冷却水通路７４ａは、銅板７０ｂとレーザ出力部５０との接触面に直交する方向の長さを他の方向に比べて短くすることで、冷却に寄与する面積を維持しつつ、供給する冷却水の流速を早くすることができる。
　図１５は、レーザ出力装置の冷却機構の第４変形例の概略構成を示す斜視図である。図１５に示すレーザ出力装置４２ｄの冷却機構５２ｄは、銅板７０ｃは、レーザ出力部５０の側面にも接している。つまり、銅板７０ｃは、凹みが形成され、凹みにレーザ出力部５０が設置されている。冷却水通路７４ｂは、銅板７０ｃの側面に対応する部分にも形成され、断面がＵ時形状となる。冷却水通路７４ｂは、レーザ出力部５０に対応して形成された１本の流路となる。これにより、レーザ出力部５０と重なる部分の面積をより大きくすることができ、冷却性能を高くすることができる。
　図１６は、レーザ出力装置の冷却機構の第５変形例の概略構成を示す斜視図である。図１６に示すレーザ出力装置４２ｅの冷却機構５２ｅは、銅板７０ｄに冷却水通路７４ａと、冷却水通路７５との２本の冷却水通路が形成されている。冷却水通路７５は、冷却水通路７４ａと並行でかつレーザ出力部５０から離れた位置に形成されている。レーザ出力装置４２ｅは、冷却水通路を２本設けることで、冷却性能を高くすることができる。
　図１７は、レーザ出力装置の冷却機構の第６変形例の概略構成を示す斜視図である。図１７に示すレーザ出力装置４２ｆの冷却機構５２ｆは、銅板７０ｅと冷却水供給機構７２ａとが設けられている。銅板７０ｅは、冷却水通路７４ｃと、ヘッダ７６ａ、７８ａとが形成されている。冷却水通路７４ｃは、レーザ出力部５０と接している面と反対側の面に冷却水の流入口が形成され、レーザ出力部５０と接している面と直交している４つの面の内対抗する２つの面に冷却水の流出口が形成されている。ヘッダ７６ａは、レーザ出力部５０と接している面と反対側の面に形成された流入口に連結している。２つのヘッダ７８ａは、レーザ出力部５０と接している面と直交する面の２つの面に形成された流出口にそれぞれ連結している。冷却水供給機構７２ａは、ヘッダ７６ａから冷却水通路７４ｃに冷却水を供給し、２つのヘッダ７８ａに排出された冷却水を回収することで、銅板７０ｅを冷却する。このように、銅板７０ｅのレーザ出力部５０と接している面と反対側の面に冷却水の流入口を設けることで、冷却水をレーザ出力部５０に向けた方向に供給することができる。これにより、冷却能力をより高くすることができる。
　図１８は、レーザ出力装置の冷却機構の第７変形例の概略構成を示す斜視図である。図１８に示すレーザ出力装置４２ｇの冷却機構５２ｇは、銅板７０ｆに冷却水通路８２とヒートシンク８４との両方が形成されている。つまり、冷却機構５２ｇは、レーザ出力部５０に冷却水通路８２とヒートシンク８４の構造の両方を備えた銅板７０ｆが設置される。これにより、少ない部品点数でより冷却性能を高くすることができる。
　また、上記変形例は、各種組み合わせることができる。例えば、ヒートシンクを備えていない冷却機構は、ヒートシンクを備えてもよいし、レーザ出力部５０よりも大きい形状としても、レーザ出力部５０と同様の形状としてもよい。
　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１９から図２４を用いて、他の実施形態について説明する。
　［第２実施形態］
　図１９は、加工装置の第２実施形態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、加工ヘッドの構造を除いて、第１実施形態の加工装置１０と同様の構成である。加工装置１０と同様の構成については説明を省略する。
　加工装置１１０の加工ヘッド１１１は、レーザ出力装置１４２と、案内光学系１４４と、筐体１４６と、を有する。加工ヘッド１１１のレーザ出力装置１４２と、案内光学系１４４の一部は、筐体１４６の外に配置されている。レーザ出力装置１４２は、配置位置以外は、レーザ出力装置４２と同様の構造である。
　案内光学系１４４は、入光側集光部１４４ａと、光ファイバ１４４ｂと、照射側集光部１４４ｃと、を有する。入光側集光部１４４ａは、レーザ出力装置１４２から出力されたレーザを集光して、光ファイバ１４４ｂに入射させる。光ファイバ１４４ｂは、フレキシブルな伝送器である。光ファイバ１４４ｂは、入射されたレーザを照射側集光部１４４ｃに向けて照射する。照射側集光部１４４ｃは、光ファイバ１４４ｂから出力されたレーザを集光して被加工部材８に照射する。照射側集光部１４４ｃは、コリメートレンズと集光レンズとを有し、光ファイバ１４４ｂから出力されたレーザをコリメートした後、集光する。筐体１４６は、アーム３０に支持され、光ファイバ１４４ｂの一部と照射側集光部１４４ｃとを支持している。
　加工装置１１０のように、光ファイバ１４４ｂを用いてレーザ出力装置１４２から出力されるレーザを伝送してもよい。ＶＣＳＥＬ素子５６を用いてレーザを出力することで、発散角が小さい、つまり指向性の高いレーザを出力することができるため、光ファイバ１４４ｂに効率よく入射させることができる。これにより、光ファイバ１４４ｂを細くすることができ、被加工部材８に照射するレーザの品質と集光性をより高くすることができる。これにより、加工の精度をより高くすることができる。
　なお、加工装置１１０は、レーザ出力装置１４２を筐体１４６とは別体としたが、レーザ出力装置１４２を筐体１４６の内部に配置し、光ファイバ１４４ｂを用いてレーザを伝送してもよい。このようにした場合も光ファイバ１４４ｂを用いることで、レーザ出力装置１４２を筐体１４６の任意の位置に配置することができ、設計の自由度を高くすることができる。
　［第３実施形態］
　図２０は、加工装置の第３実施形態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、加熱ヘッドを備えている点を除いて、第１実施形態の加工装置１０と同様の構成である。加工装置１０と同様の構成については説明を省略する。
　加工装置２１０は、図２０に示すように、加工ヘッド１３と、移動機構１８と、支持台２０と、制御装置２２と、複数の加熱ヘッド２１５と、を有する。加熱ヘッド２１５は、加工ヘッド１３と同様にＶＣＳＥＬ素子を有し、ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザを被加工部材８に照射して、被加工部材８を加熱する。加熱ヘッド２１５の構造は、加工ヘッド１３と同様であるので説明を省略する。加熱ヘッド２１５は、加工ヘッド１３の筐体の周囲に配置されており、加工ヘッド１３に固定されている。したがって、加熱ヘッド２１５は、加工ヘッド１３と一体で移動する。加熱ヘッド２１５は、加工ヘッド１３の周囲４か所に加工ヘッド１３の軸周りに等角度間隔で配置されている。
　加工装置２１０は、加熱ヘッド２１５を設け、加工ヘッド１３で加工する領域、または加工した領域を加熱することで、加工をより高精度に実行することができる。また、加工装置２１０は、加熱ヘッド２１５のレーザ源としてＶＣＳＥＬ素子を用い、ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザを被加工部材８に照射して、被加工部材８を加熱することで、加熱ヘッド２１５のレーザ出力装置を含めた部分を小型化することができ、簡単に加工ヘッド１３と一体化することができる。加熱ヘッド２１５を加工ヘッド１３と一体化することで、アライメントを容易にとることができ、位置制御を簡単にすることができる。また、加熱ヘッド２１５のレーザ源としてＶＣＳＥＬ素子を用い、ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザを被加工部材８に照射して、被加工部材８を加熱することで、各ＶＣＳＥＬ素子から出力するレーザをそれぞれ制御することができる。これにより照射するレーザをより高精度に制御することができ、加熱をより高い精度で実行することができる。例えば、トップフラット型の出力分布とし、均一な加熱を行うことも、一部分のみの強度を高くして、局所的な加熱を行うこともできる。また、ＶＣＳＥＬ素子を行列に配置し、パルス発振でレーザの出力を制御し、行ごと、列ごとに順次駆動することで、照射するレーザを走査（スキャンニング）させることもできる。
　なお、加熱ヘッド２１５は、本実施形態のように等間隔で設けることで加熱をより均一にできるため好ましいが、これに限定されない。加熱ヘッド２１５は、加工ヘッド１３に対して１つのみ設けてもよいし、不均一に配置してもよい。
　また、加熱ヘッド２１５にＶＣＳＥＬ素子を用いる場合、１つのＶＣＳＥＬ素子は、出力を１０Ｗ以上１０ｋＷ以下とすることが好ましい。さらに、レーザ出力装置は、出力を５０Ｗ以上１０ｋＷ以下とすることが好ましい。上記範囲とすることで、加熱ヘッド２１５で適切に加熱を行うことができる。
　［第４実施形態］
　図２１は、加工装置の第４実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、第４実施形態の加工装置は、加工ヘッドの構造を除いて、第３実施形態の加工装置２１０と同様の構成である。加工装置２１０と同様の構成については説明を省略する。
　加工装置３１０は、図２１に示すように、加工ヘッド３１３と、移動機構１８と、支持台２０と、制御装置２２と、複数の加熱ヘッド２１５と、を有する。加工ヘッド３１３は、レーザ出力装置３１２と、光ファイバ３１４と、照射ヘッド３１６と、を有する。
　レーザ出力装置３１２は、レーザを出力する装置である。レーザ出力装置３１２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例示される。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を用いることができる。
　光ファイバ３１４は、レーザ出力装置３１２から出力されたレーザを照射ヘッド３１６に案内する光学系である。光ファイバ３１４は、一方の端部がレーザ出力装置３１２のレーザの出射口と接続され、他方の端部が照射ヘッド３１６に接続されている。光ファイバ３１４は、レーザ出力装置３１２から出力されたレーザＬを照射ヘッド３１６の入射端に向かって出力する。なお、レーザを案内する光学系は、光ファイバに限定されない。加工装置３１０はレーザを案内する光学系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３１６に案内してもよい。
　照射ヘッド３１６は、アーム３０に支持され、内部に集光光学系が設けられている。照射ヘッド３１６は、光ファイバ３１４から出力されるレーザＬを集光して被加工部材８に照射する。
　このように、加工装置３１０は、加工ヘッド３１３にＶＣＳＥＬ素子以外の発光素子を用いている。このように、加工ヘッド３１３にＶＣＳＥＬ素子を用いない場合も加熱ヘッドにＶＣＳＥＬ素子を設け、ＶＣＳＥＬ素子から出力したレーザで加熱を行うことで、第３実施形態と同様に加熱ヘッドを小さくしつつ、加熱を高精度に制御することができ、加工の精度を向上させることができる。また、第４実施形態では、レーザを照射して加工を行う加工ヘッドを用いたが、加工ヘッドを機械加工により行う機構としてもよい。
　［第５実施形態］
　図２２は、加工装置の第５実施形態の概略構成を示す模式図である。図２３は、レーザ出力装置の配置構成を示す模式図である。なお、第５実施形態の加工装置は、加工ヘッド４１３がレーザ出力装置４２を複数備えている点を除いて、第１実施形態の加工装置１０と同様の構成である。加工装置１０と同様の構成については説明を省略する。
　加工装置４１０の加工ヘッド４１３は、図２２に示すように、レーザ出力ユニット４４２と、案内光学系４４４と、を有する。レーザ出力ユニット４４２は、図２２及び図２３に示すように、複数のレーザ出力装置４２がレーザの出力面が１つの面となるように行列状に配置されている。案内光学系４４４は、複数のレーザ出力装置４２から出力されたレーザＬを集光して被加工部材８に照射する。
　加工装置４１０は、複数のレーザ出力装置４２から出力したレーザＬを被加工部材８に照射することで、レーザの出力をより大きくすることができる。これにより、より大出力での加工を行うことができる。また、レーザ出力装置４２は、１つの装置がファイバレーザ等よりも小さく、容易に平面上に隣接して配置することができる。
　なお、レーザ出力ユニット４４２は、レーザ出力装置４２の数を任意の数とすることができる。また、本実施形態のレーザ出力ユニット４４２は、レーザ出力装置４２を行列状に配置し、レーザ出力装置４２を繋げたレーザの出力面を矩形としたが、円形、楕円形、多角形等種々の形状とすることができる。
　［第６実施形態］
　図２４は、加工装置の第６実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、第６実施形態の加工装置は、加工ヘッド１３がレーザ出力装置４２を複数備えている点を除いて、第１実施形態の加工装置１０と同様の構成である。加工装置１０と同様の構成については説明を省略する。
　加工装置５１０の加工ヘッド５１３は、図２４に示すように、レーザ出力ユニット５４２と、案内光学系５４４と、を有する。レーザ出力ユニット５４２は、図２４に示すように、複数のレーザ出力装置４２がレーザの出力面が１つの面となるように１列に配置されている。案内光学系５４４は、複数のレーザ出力装置４２が並んでいる方向に延びたシリンダ型のレンズであり、複数のレーザ出力装置４２から出力されたレーザＬを集光して被加工部材８に照射する。
　加工装置５１０は、図２４に示すように、レーザ出力ユニット５４２のレーザ出力装置４２を１列に配置することで、レーザをライン状に照射することができる。また、レーザ出力装置４２のＶＣＳＥＬ素子５６の出力を制御することで、レーザの強度が均一なライン状のレーザとすることができる。これにより、ライン状に実行する加工を好適に行うことができる。
　次に、図２５を用いて加工装置の処理動作について説明する。図２５は、加工装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。なお、図２５は、加熱しつつ加工を行う場合について説明する。加熱を行わない場合、加工に関する処理のみを実行すればよい。
　制御装置２２は、被加工部材と実行する加工を特定する（ステップＳ１２）。制御装置２２は、被加工部材の材料や、実行する加工が三次元造形、肉盛、溶接、表面処理、穴あけ、切断、掘り込みのいずれであるか、または加工量等を特定する。
　制御装置２２は、被加工部材と実行する加工を特定したら、加工ヘッドから照射するレーザの強度と出力分布を決定し（ステップＳ１４）、加熱ヘッドから照射するレーザの強度と出力分布を決定する（ステップＳ１６）。制御装置２２は、ステップＳ１４とステップＳ１６の処理を並列して実行しても逆の順序で実行してもよい。制御装置２２は、加工ヘッドと加熱ヘッドの駆動条件を決定したら、決定した条件に基づいて、加工を実行する（ステップＳ１８）。
　このように加工装置は、ＶＣＳＥＬ素子を複数有するレーザ出力装置を有することで、加工ヘッド、加熱ヘッドから照射するレーザの強度と出力分布を簡単に調整することができる。これにより、より高精度な加工を行うことができる。
　例えば、加工として三次元造形、肉盛、溶接を行う場合、ＶＣＳＥＬ素子を備える加熱ヘッドから照射するレーザで加熱を行うことで、より高品質な加工を行うことができる。例えば、材料を溶融して、凝固させる過程の温度を加熱ヘッドで適切に制御することで、溶融から凝固するまでの冷却速度を高い精度で制御することができ、加工の品質をより高くすることができる。また、ＶＣＳＥＬ素子を備える加工ヘッドを用いて上記加工を行うことで、照射するレーザの出力分布を好適な分布とすることができ、加工の品質をより高くすることができる。
　また、加工として、表面処理（焼入れ、加熱、ポリッシング、表面洗浄等）を行う場合、ＶＣＳＥＬ素子を備える加熱ヘッドから照射するレーザで加熱を行うことで、より高品質な加工を行うことができる。例えば、加工ヘッドで加工を行う周囲の温度を加熱ヘッドで適切に制御することで、冷却速度を高い精度で制御することができ、加工の品質をより高くすることができる。また、ＶＣＳＥＬ素子を備える加工ヘッドを用いて上記加工を行うことで、照射するレーザの出力分布を好適な分布とすることができ、加工の品質をより高くすることができる。
　また、加工として、脆性材料もしくは脆性材料を含む材料および積層材料の穴あけ、切断を行う場合、ＶＣＳＥＬ素子を備える加熱ヘッドから照射するレーザで加熱を行うことで、より高品質な加工を行うことができる。例えば、加工ヘッドで加工を行う周囲の温度を加熱ヘッドで適切に制御することで、熱衝撃を緩和することができ、加工ヘッドによる加工、特にレーザ加工による熱衝撃で生じる脆性材料のクラック又は積層材料間の剥離を抑制することができ、加工の品質をより高くすることができる。また、ＶＣＳＥＬ素子を備える加工ヘッドを用いて上記加工を行うことで、照射するレーザの出力分布を好適な分布とすることができ、加工の品質をより高くすることができる。
　また、加工ヘッド１３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ようにしてもよい。加工ヘッド１３は、円を描くようにレーザＬの照射位置を移動させることで、切断等の加工を好適に行うことができる。
　　８　被加工部材
　１０　加工装置
　１３　加工ヘッド
　１８　移動機構
　２０　支持台
　２２　制御装置
　３０　アーム
　３２　駆動源
　４２　レーザ出力装置
　４４　案内光学系
　４６　筐体
　５０　レーザ出力部
　５２　冷却機構
　５４　基板
　５６　ＶＣＳＥＬ素子
　５７ａ、５７ｂ　配線
　５８　電流制御回路
　５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ　配線
　７０　銅板
　７２　冷却水供給機構
　７４　冷却水通路
　７６、７８　ヘッダ
　８０　ヒートシンク

Claims (14)

  1. 　被加工部材にレーザを照射し、前記被加工部材に対して加工を行う加工装置であって、
    　１０７０ｎｍ以下の波長のレーザを出力する複数の垂直共振器型面発光レーザ素子と、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子が表面に行列配列された基板と、を有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、
    　前記レーザ出力装置の出力を制御する制御装置と、を有することを特徴とする加工装置。
  2. 　前記レーザ出力装置を複数有し、
    　複数の前記レーザ出力装置のレーザを出力する面が隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
  3. 　複数の前記レーザ出力装置は、行列配置されていることを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
  4. 　複数の前記レーザ出力装置は、一列に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
  5. 　被加工部材に対して加工を行う加工装置であって、
    　前記被加工部材を加工する加工ヘッドと、
    　レーザを出力する複数の垂直共振器型面発光レーザ素子と、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子が表面に行列配列された基板と、を有するレーザ出力装置および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を備え、前記被加工部材を加熱する加熱ヘッドと、
    　前記レーザ出力装置の出力を制御し、前記被加工部材の加熱を制御する制御装置と、を有することを特徴とする加工装置。
  6. 　前記加工ヘッドは、前記被加工部材にレーザを照射し、前記被加工部材に対して加工を行うことを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
  7. 　前記加熱ヘッドは、前記加工ヘッドに固定されていることを特徴とする請求項５または６に記載の加工装置。
  8. 　前記案内光学系は、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子から出力されたレーザを集光し、前記被加工部材に照射させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の加工装置。
  9. 　前記案内光学系は、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子から出力されたレーザを集光する集光部と、前記集光部で集光されたレーザが入射され、伝送する光ファイバと、を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の加工装置。
  10. 　前記レーザ出力装置は、前記基板を冷却する冷却機構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。
  11. 　前記制御装置は、前記レーザ出力装置の前記垂直共振器型面発光レーザ素子の出力分布を制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の加工装置。
  12. 　前記加工は、三次元造形、肉盛、溶接、表面処理、穴あけ、切断、掘り込みのいずれかであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の加工装置。
  13. 　被加工部材にレーザを照射し、前記被加工部材に対して加工を行う加工方法であって、
    　表面に行列配列された複数の垂直共振器型面発光レーザ素子から１０７０ｎｍ以下の波長のレーザを出力し、
    　出力されたレーザを案内光学系で案内し、前記被加工部材を加工することを特徴とする加工方法。
  14. 　被加工部材にレーザを照射し、前記被加工部材に対して加工を行う加工方法であって、
    　表面に行列配列された複数の垂直共振器型面発光レーザ素子からレーザを出力し、出力されたレーザを案内光学系で案内し、前記被加工部材を加熱することと、
    　加工ヘッドで前記被加工部材を加工することと、を含むことを特徴とする加工方法。
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