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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025127208
(43)【公開日】2025-09-01
(54)【発明の名称】付加加工用ヘッドおよび加工機械
(51)【国際特許分類】
B23K 26/34 20140101AFI20250825BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20250825BHJP
B23K 26/70 20140101ALI20250825BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20250825BHJP
H01S 5/02253 20210101ALI20250825BHJP
H01S 5/11 20210101ALI20250825BHJP
H01S 5/183 20060101ALI20250825BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20250825BHJP
【ＦＩ】
B23K26/34
B23K26/21 Z
B23K26/70
B33Y30/00
H01S5/02253
H01S5/11
H01S5/183
H01S5/42
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024023798
(22)【出願日】2024-02-20
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2025-06-20
(71)【出願人】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504132272
【氏名又は名称】国立大学法人京都大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野田 進
(72)【発明者】
【氏名】デ ゾイサ メーナカ
(72)【発明者】
【氏名】吉田 昌宏
(72)【発明者】
【氏名】深田 豊
【テーマコード（参考）】
4E168
5F173
【Ｆターム（参考）】
4E168BA33
4E168BA34
4E168BA35
4E168BA81
4E168CB03
4E168CB08
4E168DA13
4E168DA26
4E168DA32
4E168DA33
4E168EA08
4E168FC07
4E168KB01
4E168KB05
5F173AC03
5F173AC52
5F173AC70
5F173AD02
5F173MA08
5F173MC12
5F173MD07
5F173MD59
5F173MD65
5F173ME54
5F173MF39
(57)【要約】
【課題】簡易な構成を備える付加加工用ヘッドおよび加工機械、を提供する。
【解決手段】付加加工用ヘッド（２００）は、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう。付加加工用ヘッド（２００）は、ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部（２１１）と、ヘッド部（２１１）に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部（３００）と、表面発光部（３００）からのレーザ光をワークの表面に集光するためにレーザ光の出射方向である直線（２１０）上に配される集光レンズ（２２１）とを備える。
【選択図】図２
【解決手段】付加加工用ヘッド（２００）は、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう。付加加工用ヘッド（２００）は、ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部（２１１）と、ヘッド部（２１１）に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部（３００）と、表面発光部（３００）からのレーザ光をワークの表面に集光するためにレーザ光の出射方向である直線（２１０）上に配される集光レンズ（２２１）とを備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう付加加工用ヘッドであって、
ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、を備える、付加加工用ヘッド。
ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、を備える、付加加工用ヘッド。
【請求項2】
前記集光レンズは、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向において、前記表面発光部と対向して配置される、請求項１に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項3】
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記表面発光部と、前記集光レンズとの間の距離は、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記集光レンズと、前記レーザ光の焦点位置との間の距離よりも小さい、請求項２に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項4】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記レーザ光を出射する出射面を有する素子本体を含み、
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項5】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記出射面の周縁に沿って設けられる表面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項6】
前記素子本体は、前記出射面の裏側に配置される裏面をさらに有し、
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項7】
請求項１から３のいずれか１項に記載の前記付加加工用ヘッドと、
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、付加加工用ヘッドおよび加工機械に関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば、特開２０１８－２４００６号公報（特許文献１）には、ワークに対して材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射しながら相対移動可能な付加加工用ヘッドを備える加工機械が開示されている。付加加工用ヘッドには、光ファイバーを通じてレーザ光が導かれる。
【0003】
また、特許第６１３２９９５号公報（特許文献２）、特許第７３８４３４９号公報（特許文献３）および特許第７０８６５０１号公報（特許文献４）には、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を備えた各種のレーザ加工機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－２４００６号公報
【特許文献2】特許第６１３２９９５号公報
【特許文献3】特許第７３８４３４９号公報
【特許文献4】特許第７０８６５０１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に開示される加工機械においては、金属溶融に必要なエネルギーを得るために、ファイバーレーザ、ファイバーカップリング半導体レーザまたはＣＯ２レーザ等の大型のレーザ発振器を機外に設置し、光ファイバを用いてレーザ光を加工エリア内の付加加工用ヘッドに伝送している。また、ビーム品質に劣る（ビームの広がりが大きい）レーザ光が用いられるため、付加加工用ヘッドに、コリメートレンズ等のレーザ光を適切に成形するための光学部品が設けられている。これらの場合に、付加加工用ヘッドの構造が複雑になるという問題がある。
【0006】
この発明の目的は、簡易な構成を備える付加加工用ヘッドおよび加工機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に従った付加加工用ヘッドは、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう。付加加工用ヘッドは、ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部と、表面発光部からのレーザ光をワークの表面に集光するためにレーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズとを備える。
【0008】
この発明に従った加工機械は、上記の付加加工用ヘッドと、加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備える。工具主軸には、工具、および、付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着される。付加加工用ヘッドは、ヘッド部に設けられ、工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する。
【発明の効果】
【0009】
この発明に従えば、簡易な構成を備える付加加工用ヘッドおよび加工機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】加工機械を示す正面図である。
【図7】ＰＣＳＥＬ素子を示す断面図である。
【図8】表面発光部、集光レンズおよびワークの相互の位置関係を示す図である。
【図15】参考例における付加加工用ヘッドを示す正面図である。
【図17】表面発光部を発光面側から見た図である。
【図20】この発明の実施の形態２における表面発光装置を示す斜視図である。
【図23】表面発光装置における発光の別の態様を示す平面図である。
【図24】表面発光装置における発光のさらに別の態様を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【0012】
【0013】
図１を参照して、加工機械１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive Manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive Manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である。加工機械１００は、ＳＭ加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。
【0014】
加工機械１００は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically Controlled）加工機械である。
【0015】
なお、本明細書においては、加工機械１００の左右方向（幅方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｚ軸」といい、加工機械１００の前後方向（奥行き方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｙ軸」といい、鉛直方向に延びる軸を「Ｘ軸」という。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する３軸である。
【0016】
まず、加工機械１００の全体構造について説明する。加工機械１００は、カバー体１６１を有する。カバー体１６１は、加工エリア１５０を形成するとともに、加工機械１００の外観をなしている。
【0017】
加工エリア１５０は、ワークの加工が行なわれる空間である。加工エリア１５０は、ワークの除去加工に伴う切屑およびクーラント（ミスト）、ならびに、ワークの付加加工に伴うヒュームが加工エリア１５０の外側に漏出しないように、カバー体１６１によって密閉されている。
【0018】
加工機械１００は、ベッド１４１と、第１ワーク主軸１１１と、第２ワーク主軸１１６と、工具主軸１２１と、刃物台１３１とを有する。
【0019】
ベッド１４１は、第１ワーク主軸１１１、第２ワーク主軸１１６、工具主軸１２１および刃物台１３１等を支持するためのベース部材であり、工場などの床面に設置されている。
【0020】
第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６は、Ｚ軸方向において、互いに対向して配置されている。第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６の各ワーク主軸は、ワークを保持可能である。第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６の各ワーク主軸には、ワークを着脱可能に保持するためのチャック機構が設けられている。第１ワーク主軸１１１は、保持したワークをＺ軸に平行な回転中心軸１０１を中心に回転させる。第２ワーク主軸１１６は、保持したワークをＺ軸に平行な回転中心軸１０２を中心に回転させる。
【0021】
第１ワーク主軸１１１は、ベッド１４１に固定されている。第２ワーク主軸１１６は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｚ軸方向に移動可能である。第２ワーク主軸１１６は、ベッド１４１に固定される構成であってもよい。
【0022】
なお、第２ワーク主軸１１６に替わって、第１ワーク主軸１１１に保持されたワークの回転中心を支持するための心押し台が設けられてもよいし、第１ワーク主軸１１１に保持されたワークをその外周上から支持し、ワークの振れを防ぐためのワーク振れ止め装置が設けられてもよい。
【0023】
工具主軸１２１は、加工エリア１５０に設けられている。工具主軸１２１は、ワークの除去加工のための工具を保持可能である。工具主軸１２１は、ワークのミーリング加工のための回転工具を保持可能である。工具主軸１２１には、工具を着脱可能に保持するためのクランプ機構１２６（後出の図３を参照）が設けられている。工具主軸１２１は、回転工具を用いたワークのミーリング加工時に、保持した回転工具をＸ軸－Ｚ軸平面に平行な回転中心軸１０５を中心に回転させる。
【0024】
工具主軸１２１は、さらに、所定軸１０４を中心に旋回可能である（Ｂ軸旋回）。所定軸１０４は、Ｙ軸と平行である。一例として、工具主軸１２１の旋回範囲は、工具主軸１２１の主軸端面１２３が下方を向く基準姿勢（図１中に示す姿勢）に対して±１２０°の範囲である。
【0025】
工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド１４１上に支持されている。工具主軸１２１は、加工エリア１５０において移動可能である。工具主軸１２１は、コラム等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能である。工具主軸１２１に装着された回転工具による加工位置は、３次元的に移動する。
【0026】
なお、図１中には示されていないが、第１ワーク主軸１１１の周辺には、工具主軸１２１に保持される工具を自動交換するための自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）と、工具主軸１２１に保持する交換用の工具を収容する工具マガジンとが設けられている。
【0027】
刃物台１３１は、旋削加工のための複数の固定工具を装着する。刃物台１３１は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。
【0028】
刃物台１３１は、旋回部１３２を有する。旋回部１３２は、Ｚ軸に平行な旋回中心軸１０６を中心に旋回可能である。旋回中心軸１０６を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、固定工具を保持するための工具ホルダが取り付けられている。旋回部１３２が旋回中心軸１０６を中心に旋回することによって、工具ホルダに保持された固定工具が周方向に移動し、旋削加工に用いられる固定工具が割り出される。
【0029】
刃物台１３１は、図示しないサドル等によりベッド１４１上に支持されている。刃物台１３１は、サドル等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能である。刃物台１３１は、回転工具を回転させるミーリング機能を備えてもよい。
【0030】
続いて、付加加工用ヘッド２００の構造について説明する。図２は、図１中の工具主軸により保持された付加加工用ヘッドを示す正面図である。図１および図２を参照して、加工機械１００は、付加加工用ヘッド２００をさらに有する。
【0031】
付加加工用ヘッド２００は、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう（指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition））。付加加工用ヘッド２００は、ワークに対して材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射することにより付加加工を行なう。材料粉末としては、ステンレス、ニッケル基合金、コバルト基合金またはチタン等の金属粉末が用いられる。なお、付加加工用ヘッド２００からワークに向けて供給される材料は、金属であればよく、たとえば、線状の金属製ワイヤーであってもよい。
【0032】
付加加工用ヘッド２００は、ヘッド部２１１を有する。ヘッド部２１１は、ワークと相対的に移動可能である。ヘッド部２１１は、付加加工用ヘッド２００の外観をなす筐体からなる。ヘッド部２１１は、金属製である。
【0033】
工具主軸１２１には、工具および付加加工用ヘッド２００のいずれか一方が選択的に装着される。図１および図２中には、付加加工用ヘッド２００が装着された工具主軸１２１が示されている。ワークの付加加工時、付加加工用ヘッド２００は、工具主軸１２１に保持されることにより、工具主軸１２１と一体となって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動したり、所定軸１０４を中心に旋回したりする。ワークの除去加工時、付加加工用ヘッド２００は、工具主軸１２１から離脱される。
【0034】
なお、図１中には示されていないが、第２ワーク主軸１１６の周辺には、工具主軸１２１から離脱された付加加工用ヘッド２００を収容するためのヘッドストッカが設けられている。
【0035】
図３は、図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す断面図である。図３を参照して、工具主軸１２１は、主軸本体１２２を有する。主軸本体１２２は、回転中心軸１０５を中心とする筒体からなる。主軸本体１２２は、回転中心軸１０５を中心に回転可能なように支持されている。主軸本体１２２は、前述の主軸端面１２３を有する。主軸端面１２３は、回転中心軸１０５と直交する平面からなる。
【0036】
工具主軸１２１（主軸本体１２２）には、工具挿入孔１２５が設けられている。工具挿入孔１２５は、回転中心軸１０５の軸方向に延び、主軸端面１２３に開口する孔形状をなしている。ワークの除去加工時、工具主軸１２１に工具が装着される場合に、工具挿入孔１２５に工具（のシャンク部）が挿入される。
【0037】
工具主軸１２１は、クランプ機構１２６をさらに有する。クランプ機構１２６は、主軸本体１２２に設けられている。クランプ機構１２６は、ワークの除去加工時に、工具を工具主軸１２１に保持するための機構である。クランプ機構１２６は、工具をクランプするクランプ状態と、工具をアンクランプするアンクランプ状態との間で動作が可能である。本実施の形態では、クランプ機構１２６により保持可能な工具のシャック仕様が、ポリゴンテーパシャンクである。
【0038】
付加加工用ヘッド２００は、シャンク部２３１をさらに有する。シャンク部２３１は、クランプ機構１２６により保持可能な工具のシャンク仕様（ポリゴンテーパシャンク）に対応するシャック形状を有する。ワークの付加加工時に、工具主軸１２１に付加加工用ヘッド２００が装着される場合に、工具挿入孔１２５にシャンク部２３１が挿入される。
【0039】
クランプ機構１２６は、ドローバ１２８と、コレット１２７と、バネ部材１２９と、アンクランプシリンダ（不図示）とを有する。
【0040】
ドローバ１２８は、回転中心軸１０５の軸上に設けられている。ドローバ１２８は、回転中心軸１０５の軸方向にスライド移動が可能なように設けられている（回転中心軸１０５の軸方向において、主軸端面１２３が位置する側を「前方側」といい、その反対側を「後方側」という）。
【0041】
コレット１２７は、ドローバ１２８の前端部に取り付けられている。コレット１２７は、円筒形状を有するシャンク部２３１の内側に配置されている。コレット１２７は、回転中心軸１０５の軸方向におけるドローバ１２８のスライド移動に伴って、回転中心軸１０５を中心に縮径したり、拡径したりするように変形する。バネ部材１２９は、ドローバ１２８の外周上に設けられている。バネ部材１２９は、ドローバ１２８に対して回転中心軸１０５の軸方向の後方側に向けた弾性力を作用させている。アンクランプシリンダは、ドローバ１２８の後端部に設けられている。アンクランプシリンダは、油圧が供給されることによって、ドローバ１２８を回転中心軸１０５の軸方向の前方側にスライド移動させるように動作する。
【0042】
このような構成において、工具主軸１２１に対する付加加工用ヘッド２００の装着時、バネ部材１２９の弾性力によって、ドローバ１２８を回転中心軸１０５の軸方向の後方側に向けてスライド移動させる。コレット１２７は、回転中心軸１０５を中心に拡径するように変形しつつ、シャンク部２３１を回転中心軸１０５の軸方向の後方側に引き込む。これにより、クランプ機構１２６によるシャンク部２３１のクランプ状態が得られる。
【0043】
一方、工具主軸１２１からの付加加工用ヘッド２００の離脱時、アンクランプシリンダに油圧を供給することによって、ドローバ１２８を回転中心軸１０５の軸方向の前方側に向けてスライド移動させる。コレット１２７が回転中心軸１０５を中心に縮径するように変形しつつ、ドローバ１２８がシャンク部２３１を回転中心軸１０５の軸方向の前方側に押し出す。これにより、クランプ機構１２６によるシャンク部２３１のアンクランプ状態が得られる。
【0044】
なお、工具主軸においてクランプ機構により保持可能な工具のシャック仕様は、ポリゴンテーパシャンクに限定されず、たとえば、中空テーパシャンクであってもよい。
【0045】
図２に示されるように、付加加工用ヘッド２００は、材料粉末吐出部２１７をさらに有する。材料粉末吐出部２１７は、ヘッド部２１１に設けられている。材料粉末吐出部２１７は、材料粉末が流通可能な管部材からなる。材料粉末吐出部２１７は、後述する中心軸２０１からその半径方向外側に離れた位置で開口している。材料粉末吐出部２１７は、材料粉末をワークに向けて吐出する。
【0046】
図４は、図２中の付加加工用ヘッドからワークに向けたレーザ光の照射を示す図である。図５は、図２中の表面発光部を発光面側から見た平面図である。図６は、図２中の表面発光部を示す回路図である。図６、ならびに、後出の図１４および図２１中では、レーザ光を発するＰＣＳＥＬ素子３３１に対して２本の矢印が付されている。図７は、ＰＣＳＥＬ素子を示す断面図である。
【0047】
図２から図７を参照して、付加加工用ヘッド２００は、表面発光部３００（３００Ａ）をさらに有する。表面発光部３００は、ヘッド部２１１に搭載されている。表面発光部３００は、ヘッド部２１１の内部に固定されている。
【0048】
表面発光部３００は、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子３３１（３３１－１～３３１－３６）を有する。
【0049】
図７に示されるように、ＰＣＳＥＬ素子３３１は、素子本体３１０と、表面電極３２１と、裏面電極３２６と、ＡＲ(Anti Reflection)コート（無反射コート）層３２２とを有する。
【0050】
素子本体３１０は、たとえば、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）から形成されている。素子本体３１０は、基板３１１と、ｎ型クラッド層３１２と、活性層３１３と、ｐ型ドープ層であるキャリアブロック層３１４と、フォトニック結晶層３１５と、ｐ型クラッド層３１７と、裏面反射鏡（分布ブラッグ反射鏡）３１９と、ｐ型コンタクト層３１８とを有する。基板３１１、ｎ型クラッド層３１２、活性層３１３、キャリアブロック層３１４、フォトニック結晶層３１５、ｐ型クラッド層３１７、裏面反射鏡３１９およびｐ型コンタクト層３１８は、挙げた順に、素子本体３１０の厚み方向に積層されている。フォトニック結晶層３１５には、発振波長程度の周期的な構造として、複数の空孔３１６が設けられている。
【0051】
なお、活性層３１３、キャリアブロック層３１４およびフォトニック結晶層３１５が積層される順番は、逆転してもよい。
【0052】
素子本体３１０は、出射面３１０ａと、裏面３１０ｂとを有する。出射面３１０ａは、基板３１１側の素子本体３１０の表面である。裏面３１０ｂは、ｐ型コンタクト層３１８側の素子本体３１０の表面であり、出射面３１０ａの反対側に配置されている。
【0053】
表面電極３２１は、出射面３１０ａの周縁に沿って設けられている。表面電極３２１は、円形に開口する額縁形状を有する。ＡＲコート層３２２は、表面電極３２１の開口部に設けられている。裏面電極３２６は、裏面３１０ｂに設けられている。表面電極３２１および裏面電極３２６の間に電圧が印加されると、活性層３１３で発光が生じる。その光は、フォトニック結晶層３１５により共振を生じ、出射面３１０ａを通じて表面電極３２１の開口部からレーザ光として放出される。
【0054】
ＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の出射方向は、素子本体３１０（フォトニック結晶層３１５）と直交する方向である。ＰＣＳＥＬ素子３３１において生じたレーザ光は、出射面３１０ａおよび裏面３１０ｂに向かって進行し、後者の裏面３１０ｂに向かったレーザ光は、裏面反射鏡３１９で逆向きに反射されて、前者の出射面３１０ａに向かったレーザ光とともに、出射面３１０ａを通じて表面電極３２１の開口部から放出される。
【0055】
フォトニック結晶層３１５の格子形状（複数の空孔３１６の配列）は、正方格子、三角格子または直交格子など任意である。空孔３１６の開口形状は、特に限定されず、たとえば、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、三角形であってもよい。また、円形と孔と、楕円形の孔とが、対になって、各空孔３１６を構成してもよい（二重格子フォトニック結晶）。
【0056】
レーザ光の発光面をなす表面電極３２１の開口寸法は、特に限定されず、たとえば、直径１ｍｍであってもよいし、直径３ｍｍであってもよいし、直径１０ｍｍであってもよい。表面電極３２１の開口寸法は、直径３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であってもよい。表面電極３２１の開口寸法は、直径１０ｍｍを越える範囲であってもよい。
【0057】
たとえば、ＰＣＳＥＬ素子３３１（表面電極３２１の開口寸法が直径１ｍｍ）からのレーザ光を集光することによって、出力１０Ｗおよびスポット径約１０μｍのレーザ照射が可能であり、ＰＣＳＥＬ素子３３１（表面電極３２１の開口寸法が直径３ｍｍ）からのレーザ光を集光することによって、出力５０Ｗおよびスポット径約５０μｍのレーザ照射が可能である。
【0058】
図５に示されるように、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、面状に配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、平面状に配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、互いに間隔を開けて配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、等間隔に配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、マトリクス状に配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、正方形の平面視を有するエリアに配列されている。
【0059】
複数のＰＣＳＥＬ素子３３１（３３１－１～３３１－３６）は、６×６のマトリクス状に配列されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－６が、図５を示す紙面の縦方向に一列に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１２～３３１～７が、縦方向に一列に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３～３３１～１８が、縦方向に一列に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２４～３３１～１９が、縦方向に一列に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２５～３３１～３０が、縦方向に一列に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３６～３３１～３１が、縦方向に一列に並んでいる。
【0060】
各ＰＣＳＥＬ素子３３１には、ｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３からなる電極積層体３７１が電気的に接続されている。
【0061】
ＰＣＳＥＬ素子３３１－１は、複数のワイヤー３６６を介して、ｐ側総端子３５１と電気的に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－３６は、複数のワイヤー３６７を介して、ｎ側総端子３５２と電気的に接続されている。縦方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１同士は、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続されている。図５を示す紙面の横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－６およびＰＣＳＥＬ素子３３１－７が、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続され、横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－１２およびＰＣＳＥＬ素子３３１－１３が、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続され、横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－１８およびＰＣＳＥＬ素子３３１－１９が、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続され、横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－２４およびＰＣＳＥＬ素子３３１－２５が、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続され、横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－３０およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３１が、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続されている。
【0062】
ｐ側総端子３５１は、電源３４１のプラス側と電気的に接続され、ｎ側総端子３５２は、電源３４１のマイナス側と電気的に接続されている。このような構成により、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、電気的に直列に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３６は、挙げた順に、直列の電気回路上に並んでいる。
【0063】
なお、隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１同士を接続するための電極構造については、後で詳細に説明する。
【0064】
複数のＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の出射方向は、互いに平行である。ＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の出射方向は、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が配列される仮想上の平面と直交する方向である。
【0065】
ＰＣＳＥＬ素子３３１単体では、理論上、５０～１００Ｗの出力が可能である。ＰＣＳＥＬ素子３３１単体の出力が８０Ｗである場合を想定した場合、上記の６×６のＰＣＳＥＬ素子アレイでは、約３ｋＷの出力が可能である。この出力値は、指向性エネルギー堆積法（ＤＥＤ）による付加加工で求められるレーザ出力性能を満たすものである。
【0066】
図２および図４に示されるように、付加加工用ヘッド２００は、集光レンズ２２１をさらに有する。集光レンズ２２１は、ヘッド部２１１に搭載されている。集光レンズ２２１は、ヘッド部２１１の内部に固定されている。
【0067】
集光レンズ２２１は、表面発光部３００からのレーザ光をワークＷの表面に集光するためにレーザ光の出射方向である直線２１０上に配されている。直線２１０は、各ＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の光軸である。直線２１０は、各ＰＣＳＥＬ素子３３１における表面電極３２１の開口中心を通り、各ＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の出射方向（直線２１０で示される矢印の方向）に延びる仮想上の直線である。集光レンズ２２１は、直線２１０と交わる位置に設けられている。集光レンズ２２１は、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１からそれぞれ延びる複数の直線２１０と交わる位置に設けられている。
【0068】
集光レンズ２２１は、表面発光部３００（複数のＰＣＳＥＬ素子３３１）からのレーザ光をワークＷの表面に集光する。集光レンズ２２１からワークＷに向かうレーザ光は、中心軸２０１を中心に進行する。中心軸２０１は、集光レンズ２２１からワークＷに向かうレーザ光の光軸である。中心軸２０１は、直線２１０と平行である。
【0069】
集光レンズ２２１は、凸面２２３と、平面２２２とを有する凸レンズである。集光レンズ２２１は、平面２２２が直線２１０と直交するように配置されている。集光レンズ２２１は、中心軸２０１を中心に配置されている。凸面２２３は、表面発光部３００からワークＷに向かうレーザ光の経路上において、表面発光部３００の側に配置され、平面２２２は、表面発光部３００からワークＷに向かうレーザ光の経路上において、ワークＷの側に配置されている。
【0070】
集光レンズ２２１は、表面発光部３００からのレーザ光の出射方向において、表面発光部３００と対向している。集光レンズ２２１は、表面発光部３００からのレーザ光の出射方向において、表面発光部３００と直接、対向している。表面発光部３００からのレーザ光の出射方向は、中心軸２０１の軸方向と平行である。表面発光部３００から出射されたレーザ光は、反射鏡またはコリメートレンズ等の光学部品を介することなく、集光レンズ２２１に入射する。
【0071】
なお、本実施の形態では、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１に対して１つの集光レンズ２２１が設けられる構成を説明したが、これに限られず、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の各々に対して集光レンズが設けられる構成であってもよい。たとえば、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３６を有する表面発光部３００に対して、３６個の集光レンズ２２１が対向配置されてもよい。
【0072】
図１、図２および図４に示されるように、付加加工用ヘッド２００は、レーザ光出射部２１６をさらに有する。レーザ光出射部２１６は、ヘッド部２１１に設けられている。レーザ光出射部２１６は、ワークＷと向かい合って開口している。集光レンズ２２１からのレーザ光は、レーザ光出射部２１６を通ってワークＷに向けて進行する。
【0073】
表面発光部３００、集光レンズ２２１およびレーザ光出射部２１６は、中心軸２０１の軸上に並んで設けられている。集光レンズ２２１は、表面発光部３００およびレーザ光出射部２１６の間に配置されている。
【0074】
付加加工用ヘッド２００が工具主軸１２１に装着された状態において、中心軸２０１が、工具主軸１２１の回転中心軸１０５と同一直線上に配置されている。このような構成において、シャンク部２３１は、中心軸２０１を中心に配置されている。シャンク部２３１、表面発光部３００、集光レンズ２２１およびレーザ光出射部２１６は、中心軸２０１の軸上に並んで設けられている。表面発光部３００は、中心軸２０１の軸方向において、シャンク部２３１および集光レンズ２２１の間に配置されている。
【0075】
シャンク部２３１は、中心軸２０１の軸方向において、表面発光部３００を挟んで集光レンズ２２１の反対側に配置されている。
【0076】
【0077】
続いて、表面発光部３００のサイズ、表面発光部３００、集光レンズ２２１およびワークＷの相互の距離、ならびに、ワークＷの表面上に形成されるレーザ光のスポット径の具体例について説明する。
【0078】
図５に示されるように、レーザ光の発光面をなす表面電極３２１の開口寸法Ｄが、直径３ｍｍである場合を想定する。
【0079】
この場合に、各ＰＣＳＥＬ素子３３１は、正方形の平面視を有し、その一辺の長さＥは４．５ｍｍである。各ＰＣＳＥＬ素子３３１に対応して設けられた電極積層体３７１は、正方形の平面視を有し、その一辺の長さＢは８ｍｍである。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、縦方向および横方向に隣り合う電極積層体３７１間の間隔Ｃが１ｍｍとなるように配列されている。このような構成において、表面発光部３００は、正方形の平面視を有し、その一辺の長さＬは５３ｍｍとなる。
【0080】
図８に示されるように、表面発光部３００からのレーザ光の出射方向（中心軸２０１の軸方向）における、表面発光部３００と、集光レンズ２２１（凸面２２３）との間の距離Ｓａは、５０ｍｍである。表面発光部３００からのレーザ光の出射方向（中心軸２０１の軸方向）における、集光レンズ２２１（平面２２２）と、レーザ光の焦点位置Ｆとの間の距離Ｓｂは、２００ｍｍである。
【0081】
図８および図９に示されるように、集光レンズ２２１からのレーザ光の、中心軸２０１を中心とする直径は、集光レンズ２２１から離れるに従った小さくなり、焦点位置Ｆで最小となり、さらに焦点位置Ｆから離れるに従って大きくなる。焦点位置Ｆにおけるレーザ光のスポット径ｄは、３ｍｍである。
【0082】
表面電極３２１の開口寸法Ｄが直径３ｍｍであるＰＣＳＥＬ素子３３１を用いた表面発光部３００の一辺の長さＬは、５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の範囲であってもよい。表面電極３２１の開口寸法Ｄが直径３ｍｍ以上であるＰＣＳＥＬ素子３３１を用いた表面発光部３００の一辺の長さＬは、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲であってもよいし、５０ｍｍ以上７５ｍｍ以下の範囲であってもよい。
【0083】
表面発光部３００および集光レンズ２２１の間の距離Ｓａは、集光レンズ２２１およびレーザ光の焦点位置Ｆの間の距離Ｓｂよりも小さいことが好ましい（Ｓａ＜Ｓｂ）。表面発光部３００および集光レンズ２２１の間の距離Ｓａは、集光レンズ２２１およびレーザ光の焦点位置Ｆの間の距離Ｓｂの１／２倍以下であってもよい（Ｓａ≦１／２Ｓｂ）。焦点位置Ｆにおけるレーザ光のスポット径ｄは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であってもよいし、１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲であってもよい。
【0084】
表面発光部３００および集光レンズ２２１の間の距離Ｓａは、表面発光部３００からのレーザ光の出射方向（中心軸２０１の軸方向）における、シャンク部２３１および表面発光部３００の間の距離以下であってもよいし、表面発光部３００からのレーザ光の出射方向（中心軸２０１の軸方向）における、シャンク部２３１および表面発光部３００の間の距離よりも大きくてもよい。表面発光部３００からのレーザ光の出射方向（中心軸２０１の軸方向）における、シャンク部２３１および表面発光部３００の間の距離は、集光レンズ２２１およびレーザ光の焦点位置Ｆの間の距離Ｓｂ以下であってもよいし、集光レンズ２２１およびレーザ光の焦点位置Ｆの間の距離Ｓｂよりも大きくてもよい。
【0085】
図１０は、図２中の付加加工用ヘッドの変形例を示す正面図である。図１０を参照して、本変形例では、付加加工用ヘッド２００が工具主軸１２１に装着された状態において、集光レンズ２２１からのレーザ光の光軸に対応する中心軸２０１が、工具主軸１２１の回転中心軸１０５からずれて配置されている。中心軸２０１は、工具主軸１２１の回転中心軸１０５と平行である。
【0086】
図１１は、図２中の付加加工ヘッドにおける、シャンク部、表面発光部、集光レンズおよびレーザ光のスポットの関係を示す上面図である。図１２は、図１０中の付加加工ヘッドにおける、シャンク部、表面発光部、集光レンズおよびレーザ光のスポットの関係を示す上面図である。
【0087】
図２および図１１を参照して、中心軸２０１の軸方向に見た場合に、レーザ光のスポットＳＰ、シャンク部２３１および表面発光部３００は、集光レンズ２２１の外形の内側に配置されている。スポットＳＰおよびシャンク部２３１は、表面発光部３００の外形の内側に配置されている。スポットＳＰは、シャンク部２３１の外形（回転中心軸１０５を中心とする最大径部分）の内側に配置されている。
【0088】
中心軸２０１の軸方向に見た場合に、表面発光部３００が、シャンク部２３１の外形の内側に配置される構成であってもよいし、表面発光部３００の一部と、シャンク部２３１の一部とが、互いに重なり合う構成であってもよい。
【0089】
中心軸２０１を中心とする集光レンズ２２１の直径は、表面発光部３００の対角線の長さ以上である。表面発光部３００の対角線の長さは、回転中心軸１０５を中心とするシャンク部２３１の最大直径以上である。表面発光部３００の対角線の長さは、回転中心軸１０５を中心とするシャンク部２３１の最大直径未満であってもよい。
【0090】
図１０および図１２を参照して、本変形例においては、中心軸２０１が、工具主軸１２１の回転中心軸１０５から、Ｚ軸方向、かつ、Ｙ軸方向にずれている。中心軸２０１は、工具主軸１２１の回転中心軸１０５から、Ｚ軸方向のみにずれる構成であってもよいし、Ｙ軸方向のみにずれる構成であってもよい。
【0091】
【0092】
図１３および図１４を参照して、本変形例における表面発光部３００Ｂでは、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１が、複数のワイヤー３６６を介して、ｐ側総端子３５１と電気的に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１２は、複数のワイヤー３６７を介して、ｎ側総端子３５２と電気的に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３は、複数のワイヤー３６６を介して、ｐ側総端子３５１と電気的に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－２４は、複数のワイヤー３６７を介して、ｎ側総端子３５２と電気的に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－２５は、複数のワイヤー３６６を介して、ｐ側総端子３５１と電気的に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－３６は、複数のワイヤー３６７を介して、ｎ側総端子３５２と電気的に接続されている。
【0093】
縦方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１同士は、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続されている。横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－６およびＰＣＳＥＬ素子３３１－７は、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続され、横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－１８およびＰＣＳＥＬ素子３３１－１９は、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続され、横方向に隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１－３０およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３１は、複数のワイヤー３６１を介して、電気的に接続されている。
【0094】
３つのｐ側総端子３５１は、電源３４１のプラス側と電気的に接続され、３つのｎ側総端子３５２は、電源３４１のマイナス側と電気的に接続されている。このような構成により、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－１２が、挙げた順に、電気的に直列に接続され、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３～３３１－２４が、挙げた順に、電気的に直列に接続され、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２５～３３１－３６が、挙げた順に、電気的に直列に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－１２と、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－１２と、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３～３３１－２４とは、互いに電気的に並列に接続されている。
【0095】
【0096】
図１５および図１６を参照して、本参考例では、加工機械１００の機外に設置されたレーザ発振器でレーザ光が発振され、そのレーザ光が、光ファイバ６１１を通じて、付加加工用ヘッド６００に導入される。レーザ光は、コリメートレンズ６１２を通過することにより平行光とされる。コリメートレンズ６１２からのレーザ光は、付加加工用ヘッド６００の内部で、第１反射鏡６１３、第２反射鏡６１４、第３反射鏡６１５、第４反射鏡６１６および第５反射鏡６１７で反射されながら、集光レンズ２２１に向けて進行する。集光レンズ２２１で集光されたレーザ光は、レーザ光出射部２１６を通じてワークに向けて出射される。
【0097】
上記の参考例においては、金属溶融に必要なエネルギーーを得るために、ファイバーレーザ、ファイバーカップリング半導体レーザまたはＣＯ２レーザ等の大型のレーザ発振器を加工エリア外に設置し、光ファイバ６１１を用いてレーザ光を加工エリア内の付加加工用ヘッド６００に伝送している。また、付加加工用ヘッド６００にコリメートレンズ６１２を設けることによって、光ファイバ６１１からのレーザ光を平行光とし、さらに、付加加工用ヘッド６００に複数の反射鏡６１３～６１７を設けることによって、光ファイバ６１１により付加加工用ヘッド６００に導入されたレーザ光を集光レンズ２２１まで導いている。
【0098】
図１から図１４を参照して、これに対して、本実施の形態における付加加工用ヘッド２００では、ワークと相対的に移動可能なヘッド部２１１に、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１を含む表面発光部３００と、表面発光部３００からのレーザ光をワークＷの表面に集光可能な集光レンズ２２１とが搭載されている。
【0099】
このような構成において、発光素子としてＰＣＳＥＬ素子３３１を用いた表面発光部３００は、小型で高出力のレーザ照射が可能であるため、表面発光部３００を付加加工用ヘッド２００に直接搭載することができる。これにより、レーザ光を付加加工用ヘッド２００に伝送するための光ファイバを省略して、付加加工用ヘッド２００の構成を簡易化することができる。また、ＰＣＳＥＬ素子３３１は、高ビーム品質（ビームの拡がりが小さい）の特性を有する。このため、コリメートレンズ等のレーザ光を成形するための光学部品を省略して、付加加工用ヘッド２００の構成をさらに簡易化することができる。
【0100】
また、集光レンズ２２１は、表面発光部３００からのレーザ光の出射方向において、表面発光部３００と対向して配置されている。
【0101】
上記のとおり、表面発光部３００は小型である。このため、表面発光部３００を付加加工用ヘッド２００に搭載した場合に、ヘッド部２１１内のスペースの制約に拘わらず、表面発光部３００および集光レンズ２２１を互いに対向して配置することができる。これにより、反射鏡等のレーザ光を案内するための光学部品を省略して、付加加工用ヘッド２００の構成をさらに簡易化することができる。
【0102】
また、表面発光部３００および集光レンズ２２１の間の距離Ｓａが、集光レンズ２２１およびレーザ光の焦点位置Ｆの間の距離Ｓｂよりも小さい場合、ヘッド部２１１内に表面発光部３００および集光レンズ２２１をよりコンパクトな空間に配置することができる。
【0103】
また、本実施の形態における加工機械１００では、付加加工用ヘッド２００が、工具主軸１２１によりクランプされるシャンク部２３１を有する。このような構成において、工具主軸１２１によりシャンク部２３１をクランプすることによって、付加加工用ヘッド２００を工具主軸１２１に装着する。これにより、付加加工用ヘッド２００を工具主軸１２１と一体に移動させながら、付加加工用ヘッド２００からワークＷに対してレーザ光を照射することができる。
【0104】
また、シャンク部２３１は、中心軸２０１の軸方向において、表面発光部３００を挟んで集光レンズ２２１の反対側に配置されている。このような構成によれば、表面発光部３００から出射されたレーザ光の進行に影響を与えることなく、ヘッド部２１１にシャンク部２３１を設けることができる。
【0105】
続いて、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１同士を電気的に接続するための電極構造について説明する。
【0106】
図１７は、表面発光部を発光面側から見た図である。図１８は、図１７中のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線上の矢視方向に見た表面発光部を示す断面図である。図１７および図１８中には、簡略化のため、互いに電気的に直列に接続された２つのＰＣＳＥＬ素子３３１ＡおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ｂが示されている。図１９は、図１７中の電極積層体を示す斜視図である。
【0107】
図１７から図１９を参照して、表面発光部３００は、電極積層体３７１（３７１Ａ，３７１Ｂ）をさらに有する。電極積層体３７１Ａおよび電極積層体３７１Ｂは、それぞれ、ＰＣＳＥＬ素子３３１ＡおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ｂに対応して設けられている。電極積層体３７１Ａおよび電極積層体３７１Ｂは、互いに間隔を開けて設けられている。
【0108】
電極積層体３７１は、ｐ側電極３７２と、ｎ側電極３７３とを有する。ｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３の各電極は、たとえば、銅枠から構成されている。
【0109】
ｐ側電極３７２は、素子本体３１０の出射面３１０ａを平面視した場合に（素子本体３１０の厚み方向に見た場合に）、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りに配置されている。ｐ側電極３７２は、素子本体３１０の出射面３１０ａを平面視した場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びている。ｎ側電極３７３は、素子本体３１０の出射面３１０ａを平面視した場合に（素子本体３１０の厚み方向に見た場合に）、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りに配置されている。ｎ側電極３７３は、素子本体３１０の出射面３１０ａを平面視した場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びている。ｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３は、絶縁層３７４を介して、素子本体３１０の厚み方向に積層されている。
【0110】
ｐ側電極３７２は、素子本体３１０の厚み方向と直交し、素子本体３１０が配置される仮想平面と交わる位置に設けられている。ｐ側電極３７２は、ｐ側電極３７２およびＰＣＳＥＬ素子３３１の間に隙間を設けつつ、ＰＣＳＥＬ素子３３１の外周縁に沿って矩形状に延びている。ｎ側電極３７３は、素子本体３１０の厚み方向と直交し、素子本体３１０が配置される仮想平面よりも、ＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の出射方向に突出した位置に設けられている。
【0111】
素子本体３１０の厚み方向に直交する平面により切断された場合のｐ側電極３７２の断面積は、素子本体３１０の厚み方向に直交する平面により切断された場合のｎ側電極３７３の断面積よりも大きい。素子本体３１０の厚み方向に見た場合に、ｐ側電極３７２の外周縁は、ｎ側電極３７３の外周縁よりも、素子本体３１０から離れる方向に張り出している。素子本体３１０の厚み方向に見た場合に、ｐ側電極３７２の内周縁と、ｎ側電極３７３の内周縁とは、揃っている。
【0112】
表面発光部３００は、サブマウント３８１（３８１Ａ，３８１Ｂ）と、導電層３８２（３８２Ａ，３８２Ｂ）とをさらに有する。
【0113】
サブマウント３８１Ａおよびサブマウント３８１Ｂは、それぞれ、ＰＣＳＥＬ素子３３１ＡおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ｂに対応して設けられている。導電層３８２Ａおよび導電層３８２Ｂは、それぞれ、ＰＣＳＥＬ素子３３１ＡおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ｂに対応して設けられている。
【0114】
導電層３８２は、素子本体３１０からのレーザ光の出射方向が厚み方向となるように層状に設けられている。導電層３８２は、導電性の材料から形成されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１および電極積層体３７１は、導電層３８２を介して、サブマウント３８１に搭載されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１の裏面電極３２６と、電極積層体３７１のｐ側電極３７２とは、メッキ層である導電層３８２に接合されている。サブマウント３８１は、高熱伝導性の材料から形成されている。サブマウント３８１Ａおよびサブマウント３８１Ｂは、互いに間隔を開けて設けられている。
【0115】
表面発光部３００は、ヒートシンク３８６をさらに有する。ヒートシンク３８６には、冷却油等の冷媒が循環されている。サブマウント３８１（３８１Ａ，３８１Ｂ）は、はんだ層３８３を介して、ヒートシンク３８６に接続されている。ヒートシンク３８６は、ＰＣＳＥＬ素子３３１からの放熱を促進させる機能と、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１を一体に保持する機能とを発揮している。
【0116】
各ＰＣＳＥＬ素子３３１において、ｐ側電極３７２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１と電気的に接続されている。ｐ側電極３７２は、導電層３８２を介して、裏面電極３２６と電気的に接続されている。ｐ側電極３７２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びる全周において、導電層３８２と接合している。裏面電極３２６の全面が、導電層３８２と接合している。
【0117】
各ＰＣＳＥＬ素子３３１において、ｎ側電極３７３は、ＰＣＳＥＬ素子３３１と電気的に接続されている。ｎ側電極３７３は、複数のワイヤー３６２を介して、表面電極３２１と電気的に接続されている。ワイヤー３６２は、ｎ側電極３７３および表面電極３２１に接続されている。複数のワイヤー３６２は、ｎ側電極３７３上において互いに間隔を開けて設けられている。複数のワイヤー３６２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びるｎ側電極３７３の周方向において、互いに間隔を開けて設けられている。複数のワイヤー３６２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びるｎ側電極３７３の全周に渡って設けられている。複数のワイヤー３６２は、矩形状に延びるｎ側電極３７３の四辺に設けられている。
【0118】
なお、複数のワイヤー３６２は、ｎ側電極３７３の周方向における一部区間に設けられてもよい。複数のワイヤー３６２は、たとえば、矩形状に延びるｎ側電極３７３の、互いに対向する二辺に設けられてもよい。
【0119】
互いに隣り合うＰＣＳＥＬ素子３３１ＡおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ｂは、複数のワイヤー３６１を介して、互いに電気的に接続されている。ワイヤー３６１は、電極積層体３７１Ａのｎ側電極３７３と、電極積層体３７１Ｂのｐ側電極３７２とに接続されている。複数のワイヤー３６１は、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びるｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３の周方向において、互いに間隔を開けて設けられている。複数のワイヤー３６１は、ｎ側電極３７３の一辺と、そのｎ側電極３７２の一辺と隣り合って平行に延びるｐ側電極３７２の一辺とに設けられている。
【0120】
電極積層体３７１Ａのｐ側電極３７２は、複数のワイヤー３６６を介して、ｐ側総端子３５１と電気的に接続されている。電極積層体３７１Ｂのｎ側電極３７３は、複数のワイヤー３６７を介して、ｎ側総端子３５２と電気的に接続されている。
【0121】
図１８に示されるように、ｐ側総端子３５１からの電流は、ワイヤー３６６を通じて、電極積層体３７１Ａのｐ側電極３７２に流れる。電流は、電極積層体３７１Ａのｐ側電極３７２から、導電層３８２Ａを通じて、ＰＣＳＥＬ素子３３１Ａの裏面電極３２６に流れる。ＰＣＳＥＬ素子３３１Ａを流れた電流は、表面電極３２１から、複数のワイヤー３６２を通じて、電極積層体３７１Ａのｎ側電極３７３に流れる。
【0122】
電極積層体３７１Ａのｎ側電極３７３からの電流は、複数のワイヤー３６１を通じて、電極積層体３７１Ｂのｐ側電極３７２に流れる。電流は、上記の電極積層体３７１ＡおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ａにおける電流流れと同様の順番で、電極積層体３７１ＢおよびＰＣＳＥＬ素子３３１Ｂを流れる。電極積層体３７１Ｂのｎ側電極３７３からの電流は、複数のワイヤー３６７を通じて、ｎ側総端子３５２に流れる。
【0123】
本実施の形態における表面発光部３００においては、金属溶融に必要な高出力を実現するために、出射面３１０ａを平面視した場合に大面積を有するＰＣＳＥＬ素子３３１が用いられている。この場合に、大面積のＰＣＳＥＬ素子３３１に対して、平面的に一様に電流を流通させることが必要である。
【0124】
これに対して、本実施の形態では、絶縁層３７４を介して積層されたｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３からなる電極積層体３７１を、出射面３１０ａを平面視した場合にＰＣＳＥＬ素子３３１の周りに配置しつつ、ｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３の各電極を、ＰＣＳＥＬ素子３３１と電気的に接続する。このような構成によれば、出射面３１０ａを平面視した場合のＰＣＳＥＬ素子３３１の周囲から、ＰＣＳＥＬ素子に向けて電流を流入させるとともに、ＰＣＳＥＬ素子３３１から、出射面３１０ａを平面視した場合のＰＣＳＥＬ素子３３１の周囲に向けて電流を流出させることが可能となるため、大面積のＰＣＳＥＬ素子３３１に対しても、平面的に一様に電流を流通させることができる。
【0125】
また、ｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３の積層構造によって、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１同士の間隔をより小さくすることができる。これにより、表面発光部３００のさらなる小型化を図ることができる。
【0126】
また、ＰＣＳＥＬ素子３３１は、出射面３１０ａの周縁に沿って設けられる表面電極３２１を有する。ＰＣＳＥＬ素子３３１およびｎ側電極３７３は、ｎ側電極３７３上において互いに間隔を開けて設けられ、各々がｎ側電極３７３および表面電極３２１の間で延びる複数のワイヤー３６２によって電気的に接続されている。このような構成によれば、ＰＣＳＥＬ素子３３１から、複数のワイヤー３６２を通じて、出射面３１０ａを平面視した場合のＰＣＳＥＬ素子３３１の周囲に向けて電流を流出させることができる。
【0127】
また、ＰＣＳＥＬ素子３３１は、素子本体３１０の裏面３１０ｂに設けられる裏面電極３２６を有する。ＰＣＳＥＬ素子３３１およびｐ側電極３７２は、裏面電極３２６およびｐ側電極３７２が接合される導電層３８２によって電気的に接続されている。このような構成によれば、出射面３１０ａを平面視した場合のＰＣＳＥＬ素子３３１の周囲から、導電層３８２を通じて、ＰＣＳＥＬ素子３３１に向けて電流を流入させることができる。
【0128】
なお、本実施の形態では、ｐ側電極３７２およびｎ側電極３７３の各電極が、ＰＣＳＥＬ素子の四方を取り囲む枠構造を有する構成を説明したが、本発明におけるｐ側電極およびｎ側電極の各電極は、ＰＣＳＥＬ素子の周りの少なくとも一部の範囲に配置されていればよい。たとえば、ｐ側電極およびｎ側電極の各電極は、ＰＣＳＥＬ素子を三方から取り囲む形状を有してもよい。また、ｐ側電極およびｎ側電極の各電極は、ＰＣＳＥＬ素子を挟んで互いに対向する２つの部分からなる分割構造を有してもよいし、ＰＣＳＥＬ素子の四隅に配置される４つの部分からなる分割構造を有してもよい。
【0129】
【0130】
本実施の形態における表面発光装置３００Ｃは、実施の形態１における表面発光部３００Ａと比較して、基本的には同様の構成を備える。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。
【0131】
図２０および図２１を参照して、本実施の形態における表面発光装置３００Ｃは、実施の形態１における表面発光部３００（３００Ａ，３００Ｂ）に対応している。表面発光装置３００Ｃは、ワークの付加加工に用いられている。より特定的には、表面発光装置３００Ｃは、指向性エネルギー堆積法によるワークの付加加工に用いられている。表面発光装置３００Ｃは、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１（３３１－１～３３１－３６）を有する。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、互いに電気的に直列に接続されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３６は、挙げた順に、直列の電気回路上に並んでいる。
【0132】
複数のＰＣＳＥＬ素子３３１（３３１－１～３３１－３６）は、６×６のマトリクス状に配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、第１方向５１０および第２方向５２０を含む平面内に面状に配列されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、第１方向５１０と、第１方向５１０と直交する第２方向５２０とに並んでいる。
【0133】
なお、本明細書においては、図２１を示す紙面における右方向が、第１方向５１０におけるプラス方向に対応し、図２１を示す紙面における左方向が、第１方向５１０におけるマイナス方向に対応するものとする。また、図２１を示す紙面における上方向が、第２方向５２０におけるプラス方向に対応し、図２１を示す紙面の下方向が、第２方向５２０におけるマイナス方向に対応するものとする。
【0134】
ＰＣＳＥＬ素子３３１－１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３は、挙げた順に、第１方向５１０のプラス側からマイナス側に並んでいる。ＰＣＳＥＬ素子３３１－４、ＰＣＳＥＬ素子３３１－５およびＰＣＳＥＬ素子３３１－６は、挙げた順に、第１方向５１０のプラス側からマイナス側に並んでいる。ＰＣＳＥＬ素子３３１－１およびＰＣＳＥＬ素子３３１－４は、挙げた順に、第２方向５２０のプラス側からマイナス側に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２およびＰＣＳＥＬ素子３３１－５は、挙げた順に、第２方向５２０のプラス側からマイナス側に並び、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３およびＰＣＳＥＬ素子３３１－６は、挙げた順に、第２方向５２０のプラス側からマイナス側に並んでいる。
【0135】
上記と同様の順序で、ＰＣＳＥＬ素子３３１－７～３３１－９、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１０～３３１－１２、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３～３３１－１５、および、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１６～３３１－１８が、第１方向５１０および第２方向５２０に配列されている。
【0136】
ＰＣＳＥＬ素子３３１－１９～３３１－３６は、それぞれ、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～１８を、表面発光装置３００Ｃの発光面の中心に対して点対称に移動させた位置に設けられている。
【0137】
複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－９のグループと、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１０～３３１－１８のグループと、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１９～３３１－２７のグループと、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２８～３３１－３６のグループとのグループ毎にヒートシンク３８６上に搭載されている。
【0138】
表面発光装置３００Ｃは、複数のスイッチング素子４３１（４３１－１～４３１－３６）と、複数のゲートドライバ４４０とをさらに有する。
【0139】
複数のスイッチング素子４３１は、それぞれ、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１に対して電気的に並列に接続されている。スイッチング素子４３１－１～４３１－３６は、それぞれ、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３６に対応して設けられている。スイッチング素子４３１は、大電流に対応可能なトランジスタから構成されている。スイッチング素子４３１は、たとえば、ＧａＮ－ＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなる。
【0140】
複数のスイッチング素子４３１は、マトリクス状に配列された複数のＰＣＳＥＬ素子３３１と隣り合って配置されている。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１は、第１方向５１０および第２方向５２０を含む平面内に面状に配列されている。複数のスイッチング素子４３１は、マトリクス状に配列された複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の周縁に沿って直線状に配列されている。
【0141】
スイッチング素子４３１－１～４３１－３６は、それぞれ、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３６に対応して設けられている。スイッチング素子４３１－１～４３１－１８は、挙げた順に、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－４、ＰＣＳＥＬ素子３３１－７、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１０、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３、および、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１６に沿って第２方向５２０に並んでいる。スイッチング素子４３１－１～４３１－３は、第２方向５２０において、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１と対向し、スイッチング素子４３１－４～４３１－６は、第２方向５２０において、ＰＣＳＥＬ素子３３１－４と対向し、スイッチング素子４３１－７～４３１－９は、第２方向５２０において、ＰＣＳＥＬ素子３３１－７と対向し、スイッチング素子４３１－１０～４３１－１２は、第２方向５２０において、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１０と対向し、スイッチング素子４３１－１３～４３１－１５は、第２方向５２０において、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１３と対向し、スイッチング素子４３１－１６～４３１－１８は、第２方向５２０において、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１６と対向している。
【0142】
スイッチング素子４３１－１９～４３１－３６は、それぞれ、スイッチング素子４３１－１～４３１－１８を、表面発光装置３００Ｃの発光面の中心に対して点対称に移動させた位置に設けられている。
【0143】
複数のゲートドライバ４４０は、それぞれ、複数のスイッチング素子４３１に対応して設けられている。ゲートドライバ４４０は、スイッチング素子４３１のゲートに電圧を印加することによって、スイッチング素子４３１を駆動制御している。
【0144】
複数のゲートドライバ４４０は、第１方向５１０において、複数のスイッチング素子４３１とそれぞれ対向して配置されている。複数のスイッチング素子４３１および複数のゲートドライバ４４０は、スイッチング素子４３１－１～４３１－１８、および、スイッチング素子４３１－１～４３１－１８に対応する複数のゲートドライバ４４０のグループと、スイッチング素子４３１－１９～４３１－３６、および、スイッチング素子４３１－１９～４３１－３６に対応する複数のゲートドライバ４４０のグループとのグループ毎に、プリント基板４４１上に搭載されている。
【0145】
図２２は、図２１中の表面発光装置における発光の一態様を示す平面図である。図２１において各ＰＣＳＥＬ素子３３１に付された２本の矢印は、図２２に示された発光の態様に対応している。また、図２１中では、電流流れが矢印により示されている。図２０から図２２を参照して、スイッチング素子４３１がオフにされた場合、電流は、そのスイッチング素子４３１を流れず、そのスイッチング素子４３１と電気的に並列に接続されたＰＣＳＥＬ素子３３１が通電される。一方、スイッチング素子４３１がオンにされた場合、電流は、そのスイッチング素子４３１を流れて、そのスイッチング素子４３１と電気的に並列に接続されたＰＣＳＥＬ素子３３１が非通電とされる。
【0146】
図２１および図２２に示される表面発光装置３００Ｃにおいては、スイッチング素子４３１－１、スイッチング素子４３１－９、スイッチング素子４３１－１２、スイッチング素子４３１－１６、スイッチング素子４３１－１９、スイッチング素子４３１－２７、スイッチング素子４３１－３０およびスイッチング素子４３１－３４が、オンとされ、残る複数のスイッチング素子４３１が、オフとされている。これにより、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－９、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１２、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１６、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１９、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２７、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３０およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３４が、非発光とされ、残る複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が、発光している。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の発光の態様は、表面発光装置３００Ｃの発光面の中心を通り、第１方向５１０および第２方向５２０に延びる各直線に対して、対称である。
【0147】
図２３および図２４は、表面発光装置における発光の別の態様を示す平面図である。図２３を参照して、スイッチング素子４３１－１～４３１－３６の全てがオフとされている。これにより、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３６の全てが、発光している。
【0148】
図２４を参照して、スイッチング素子４３１－１２、スイッチング素子４３１－１５、スイッチング素子４３１－１７、スイッチング素子４３１－１８、スイッチング素子４３１－２０、スイッチング素子４３１－２１、スイッチング素子４３１－２４およびスイッチング素子４３１－２７が、オンとされ、残る複数のスイッチング素子４３１が、オフとされている。これにより、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１２、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１５、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１７、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１８、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２０、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２４およびＰＣＳＥＬ素子３３１－２７が、非発光とされ、残る複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が、発光している。複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の発光の態様は、表面発光装置３００Ｃの発光面の中心を通り、第１方向５１０に延びる直線に対して、非対称である一方、表面発光装置３００Ｃの発光面の中心を通り、第２方向５２に延びる直線に対して、対称である。
【0149】
以上に説明したように、本実施の形態における表面発光装置３００Ｃでは、複数のスイッチング素子４３１を選択的にオンオフ制御することによって、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１のうちの任意のＰＣＳＥＬ素子３３１を発光させることができる。これにより、ワーク表面の形状、ワークを溶融させる範囲、または、ワークに対する付加加工用ヘッド２００の走査方向といった付加加工における各種加工条件に合わせて、ワーク表面に形成されるレーザ光のスポット形状を変化させることができる。
【0150】
なお、集光レンズ２２１から出射されたレーザ光のスポット形状は、焦点位置からの距離に応じて変化する。たとえば、焦点位置から集光レンズ２２１側に１５ｍｍ寄った位置では、表面発光装置３００Ｃにおける発光の態様に近いスポット形状が得られ、焦点位置から集光レンズ２２１側に近づき、レーザ光のスポットが小さくなるに従って、スポット形状のコーナー部が丸みを帯びてゆき、焦点位置においては、単峰型のスポット形状が得られる。
【0151】
図２５は、図２０中の２点鎖線ＸＸＶで囲まれた範囲の表面発光装置を示す平面図である。図２６は、図２５中の矢印ＸＸＶＩに示される方向に見た表面発光装置を示す側面図である。図２７は、図２６中のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。図２８は、図２６中のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。図２９は、図２６中のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。
【0152】
【0153】
図２５から図３１を参照して、表面発光装置３００Ｃは、電極積層体４６１をさらに有する。以下では、代表的に、第１方向５１０に並ぶＰＣＳＥＬ素子３３１－１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３に対して設けられる電極積層体４６１の構造を説明するが、ＰＣＳＥＬ素子３３１－４～３３１－３６に対して設けられる電極積層体４６１も同様の構造である。
【0154】
電極積層体４６１は、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１に対する電流経路と、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２に対する電流経路と、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３に対する電流経路とを構成している。電極積層体４６１は、第１方向５１０および第２方向５２０と直交する第３方向５３０において層構造をなしている。第３方向５３０は、ＰＣＳＥＬ素子３３１からのレーザ光の出射方向（素子本体３１０の厚み方向）である。
【0155】
電極積層体４６１は、第１層４７１（４７１Ａ，４７１Ｂ，４７１Ｃ）と、第２層４７２（４７２Ａ，４７２Ｂ，４７２Ｃ）とを有する。
【0156】
第１層４７１は、ＰＣＳＥＬ素子３３１に流入する電流経路を構成している。第２層４７２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１から流出する電流経路を構成している。第１層４７１および第２層４７２は、対になって、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３の各ＰＣＳＥＬ３３１に対応して設けられている。
【0157】
第１層４７１は、ｐ側電極部４７１ｐと、第１延伸部４７１ｅとを有する。ｐ側電極部４７１ｐは、実施の形態１において説明したｐ側電極３７２に対応する構成である。ｐ側電極部４７１ｐは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びている。ｐ側電極部４７１ｐは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１の外周縁に沿って矩形状に延びている。
【0158】
ｐ側電極部４７１ｐは、ＰＣＳＥＬ素子３３１と電気的に接続されている。ｐ側電極部４７１ｐは、導電層４５６を介して、メッキ層である導電層３８２に接合されている。ＰＣＳＥＬ素子３３１の裏面電極３２６は、メッキ層である導電層３８２に接合されている。ｐ側電極３７２は、導電層４５６および導電層３８２を介して、裏面電極３２６と電気的に接続されている。
【0159】
第１延伸部４７１ｅは、ｐ側電極部４７１ｐからスイッチング素子４３１に向けて第１方向５１０に延びている。第１延伸部４７１ｅは、ＰＣＳＥＬ素子３３１から第２方向５２０にずれた位置で第１方向５１０に延びている。第１延伸部４７１ｅは、第２方向５２０におけるＰＣＳＥＬ素子３３１の両側で第１方向５１０に延びている。
【0160】
第２層４７２は、ｎ側電極部４７２ｎと、第２延伸部４７２ｅとを有する。ｎ側電極部４７２ｎは、実施の形態１において説明したｎ側電極３７３に対応する構成である。ｎ側電極部４７２ｎは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びている。ｎ側電極部４７２ｎは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１の外周縁に沿って矩形状に延びている。ｎ側電極部４７２ｎは、第３方向５３０において、絶縁層４８１を介してｐ側電極部４７１ｐと層構造をなしている。
【0161】
ｎ側電極部４７２ｎは、ＰＣＳＥＬ素子３３１と電気的に接続されている。ｎ側電極部４７２ｎは、複数のワイヤー３６２を介して、表面電極３２１と電気的に接続されている。ワイヤー３６２は、ｎ側電極部４７２ｎおよび表面電極３２１に接続されている。複数のワイヤー３６２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１の周りで枠状に延びるｎ側電極３７３の周方向において、互いに間隔を開けて設けられている。複数のワイヤー３６２は、矩形状に延びるｎ側電極部４７２ｎの、第１方向５１０において互いに対向する二辺に設けられている。
【0162】
第２延伸部４７２ｅは、ｎ側電極部４７２ｎからスイッチング素子４３１に向けて第１方向５１０に延びている。第２延伸部４７２ｅは、ＰＣＳＥＬ素子３３１から第２方向５２０にずれた位置で第１方向５１０に延びている。第２延伸部４７２ｅは、第２方向５２０におけるＰＣＳＥＬ素子３３１の両側で第１方向５１０に延びている。第２延伸部４７２ｅは、第３方向５３０において、絶縁層４８１を介してｎ側電極部４７２ｎと層構造をなしている。
【0163】
第１層４７１Ａおよび第２層４７２Ａは、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１に対応して設けられている。第１層４７１Ｂおよび第２層４７２Ｂは、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２に対応して設けられている。第１層４７１Ｃおよび第２層４７２Ｃは、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３に対応して設けられている。
【0164】
第１層４７１Ａのｐ側電極部４７１ｐは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１の周りで枠状に延びている。第１層４７１Ａの第１延伸部４７１ｅは、第１層４７１Ａのｐ側電極部４７１ｐからスイッチング素子４３１－１～４３１－３に向けて第１方向５１０に延びている。第１層４７１Ｂのｐ側電極部４７１ｐは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２の周りで枠状に延びている。第１層４７１Ｂの第１延伸部４７１ｅは、第１層４７１Ｂのｐ側電極部４７１ｐからスイッチング素子４３１－１～４３１－３に向けて第１方向５１０に延びている。第１層４７１Ｃのｐ側電極部４７１ｐは、第３方向５３０に見た場合に、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３の周りで枠状に延びている。第１層４７１Ｃの第１延伸部４７１ｅは、第１層４７１Ｃのｐ側電極部４７１ｐからスイッチング素子４３１－１～４３１－３に向けて第１方向５１０に延びている。
【0165】
図２７および図３０に示されるように、第１方向５１０におけるＰＣＳＥＬ素子３３１－１からスイッチング素子４３１－１～４３１－３に向けた範囲において、第１層４７１Ａ、第１層４７１Ｂ、第１層４７１Ｃ、第２層４７２Ａ、第２層４７２Ｂおよび第２層４７２Ｃが、絶縁層４８１を介して、第３方向５３０において層構造をなしている。図２８および図３０に示されるように、第１方向５１０におけるＰＣＳＥＬ素子３３１－２からＰＣＳＥＬ素子３３１－１の手前までの範囲において、第１層４７１Ｂ、第１層４７１Ｃ、第２層４７２Ｂおよび第２層４７２Ｃが、絶縁層４８１を介して、第３方向５３０において層構造をなしている。図２９および図３０に示されるように、第１方向５１０におけるＰＣＳＥＬ素子３３１－３からＰＣＳＥＬ素子３３１－２の手前までの範囲において、第１層４７１Ｃおよび第２層４７２Ｃが、絶縁層４８１を介して、第３方向５３０において層構造をなしている。
【0166】
図３１に示されるように、表面発光装置３００Ｃは、第１配線５５１と、第２配線５５２と、第３配線５５３と、第４配線５５４と、第５配線５５６と、第６配線５５７と、第７配線５５８とをさらに有する。第１配線５５１、第２配線５５２、第３配線５５３、第４配線５５４、第５配線５５６、第６配線５５７および第７配線５５８は、図２０中のプリント基板４４１に設けられている。
【0167】
第１配線５５１は、図２１中の電源３４１のプラス側から延び、第１層４７１Ａに接続されている。第２配線５５２は、第２層４７２Ａおよび第１層４７１Ｂに接続されている。第３配線５５３は、第２層４７２Ｂおよび第１層４７１Ｃに接続されている。第４配線５５４は、第２層４７２Ｃと、図２１中のＰＣＳＥＬ素子３３１－４に対応して設けられた第１層４７１Ａとに接続されている。
【0168】
第５配線５５６は、第１配線５５１および第２配線５５２に接続されている。第５配線５５６の経路上には、スイッチング素子４３１－１が設けられている。第６配線５５７は、第２配線５５２および第３配線５５３に接続されている。第６配線５５７の経路上には、スイッチング素子４３１－２が設けられている。第７配線５５８は、第３配線５５３および第４配線５５４に接続されている。第７配線５５８の経路上には、スイッチング素子４３１－３が設けられている。
【0169】
このような構成により、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２およびＰＣＳＥＬ素子３３１－３は、第１配線５５１、第２配線５５２、第３配線５５３および電極積層体４６１によって、電気的に直列に接続されている。スイッチング素子４３１－１は、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１に対して電気的に並列に接続され、スイッチング素子４３１－２は、ＰＣＳＥＬ素子３３１－２に対して電気的に並列に接続され、スイッチング素子４３１－３は、ＰＣＳＥＬ素子３３１－３に対して電気的に並列に接続されている。
【0170】
本実施の形態では、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が、第１方向５１０と、第１方向５１０と直交する第２方向５２０とに並ぶようにマトリクス状に配列されている。このような構成において、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１のうちの任意のＰＣＳＥＬ素子３３１を発光させることによって、ワーク表面に形成されるレーザ光のスポット形状を、ワークの付加加工の条件に合った形状に自在に変化させることができる。
【0171】
また、複数のスイッチング素子４３１は、第２方向５２０に延びる複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の周縁に沿って、直線状に配列されている。このような構成によれば、スイッチング素子４３１を複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が配置されるエリアに設置する場合と比較して、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１同士の間隔を小さく抑えることができる。
【0172】
また、電極積層体４６１は、ｐ側電極部４７１ｐおよび第１延伸部４７１ｅを有する第１層４７１と、ｎ側電極部４７２ｎおよび第２延伸部４７２ｅを有する第２層４７２とを有し、ｐ側電極部４７１ｐおよびｎ側電極部４７２ｎが、第３方向５３０において層構造をなし、第１延伸部４７１ｅおよび第２延伸部４７２ｅが、第３方向５３０において層構造をなしている。このような構成によれば、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が配列される平面方向において電極積層体４６１の設置面積を小さく抑えながら、ＰＣＳＥＬ素子３３１およびスイッチング素子４３１間の電気的な接続を電極積層体４６１を通じて可能にできる。
【0173】
また、第１層４７１および第２層４７２が、第１方向５１０に並ぶ複数のＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３の各ＰＣＳＥＬ素子３３１に対応して設けられており、これら複数組の第１層４７１および第２層４７２が、第３方向５３０において層構造をなしている。このような構成によれば、複数のＰＣＳＥＬ素子３３１が配列される平面方向において電極積層体４６１の設置面積を小さく抑えながら、ＰＣＳＥＬ素子３３１－１～３３１－３と、スイッチング素子４３１－１～４３１－３との間の電気的な接続を電極積層体４６１を通じて可能にできる。
【0174】
なお、本実施の形態では、複数のスイッチング素子４３１を第２方向５２０に延びる複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の周縁に沿って直線状に配置したが、これに限られない。電極積層体の構造を変更することによって、複数のスイッチング素子４３１を、第１方向５１０に延びる複数のＰＣＳＥＬ素子３３１の周縁に沿って直線状に配置してもよいし、複数のスイッチング素子４３１のうちの一部を第１方向５１０に沿って直線状に配置し、複数のスイッチング素子４３１のうちの他の部分を第２方向５２０に沿って直線状に配置してもよい。
【0175】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0176】
１００ 加工機械、１０１，１０２，１０５ 回転中心軸、１０４ 所定軸、１０６ 旋回中心軸、１１１ 第１ワーク主軸、１１６ 第２ワーク主軸、１２１ 工具主軸、１２２ 主軸本体、１２３ 主軸端面、１２５ 工具挿入孔、１２６ クランプ機構、１２７ コレット、１２８ ドローバ、１２９ バネ部材、１３１ 刃物台、１３２ 旋回部、１４１ ベッド、１５０ 加工エリア、１６１ カバー体、２００，６００ 付加加工用ヘッド、２０１ 中心軸、２１０ 直線、２１１ ヘッド部、２１６ レーザ光出射部、２１７ 材料粉末吐出部、２２１ 集光レンズ、２２２ 平面、２２３ 凸面、２３１ シャンク部、３００，３００Ａ，３００Ｂ 表面発光部、３００Ｃ 表面発光装置、３１０ 素子本体、３１０ａ 出射面、３１０ｂ 裏面、３１１ 基板、３１２ ｎ型クラッド層、３１３ 活性層、３１４ キャリアブロック層、３１５ フォトニック結晶層、３１６ 空孔、３１７ ｐ型クラッド層、３１８ ｐ型コンタクト層、３１９ 裏面反射鏡、３２１ 表面電極、３２２ ＡＲコート層、３２６ 裏面電極、３３１，３３１Ａ，３３１Ｂ ＰＣＳＥＬ素子、３４１ 電源、３５１ ｐ側総端子、３５２ ｎ側総端子、３６１，３６２，３６６，３６７ ワイヤー、３７１，３７１Ａ，３７１Ｂ，４６１ 電極積層体、３７２ ｐ側電極、３７３ ｎ側電極、３７４，４８１ 絶縁層、３８１，３８１Ａ，３８１Ｂ サブマウント、３８２，３８２Ａ，３８２Ｂ，４５６ 導電層、３８３ はんだ層、３８６ ヒートシンク、４３１ スイッチング素子、４４０ ゲートドライバ、４４１ プリント基板、４７１，４７１Ａ，４７１Ｂ，４７１Ｃ 第１層、４７１ｅ 第１延伸部、４７１ｐ ｐ側電極部、４７２ｎ ｎ側電極部、４７２，４７２Ａ，４７２Ｂ，４７２Ｃ 第２層、４７２ｅ 第２延伸部、５１０ 第１方向、５２０ 第２方向、５３０ 第３方向、５５１ 第１配線、５５２ 第２配線、５５３ 第３配線、５５４ 第４配線、５５６ 第５配線、５５７ 第６配線、５５８ 第７配線、６１１ 光ファイバ、６１２ コリメートレンズ、６１３ 第１反射鏡、６１４ 第２反射鏡、６１５ 第３反射鏡、６１６ 第４反射鏡、６１７ 第５反射鏡。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【手続補正書】
【提出日】2024-11-25
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工機械に着脱可能であり、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なうための付加加工用ヘッドであって、
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、（i）平面的に配列される複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子と、（ii）複数の前記ＰＣＳＥＬ素子を一体に保持するとともに、前記ＰＣＳＥＬ素子からの熱を放熱させるヒートシンクと、を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、を備える、付加加工用ヘッド。
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、（i）平面的に配列される複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子と、（ii）複数の前記ＰＣＳＥＬ素子を一体に保持するとともに、前記ＰＣＳＥＬ素子からの熱を放熱させるヒートシンクと、を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、を備える、付加加工用ヘッド。
【請求項2】
加工機械に着脱可能であり、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なうための付加加工用ヘッドであって、
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、
前記ヘッド部に設けられ、前記ヘッド部が前記加工機械に装着された状態で前記加工機械により保持される保持部とを備え、
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子は、所定領域に平面的に配列され、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記所定領域の中心と、前記保持部とが、互いに離れている、付加加工用ヘッド。
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、
前記ヘッド部に設けられ、前記ヘッド部が前記加工機械に装着された状態で前記加工機械により保持される保持部とを備え、
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子は、所定領域に平面的に配列され、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記所定領域の中心と、前記保持部とが、互いに離れている、付加加工用ヘッド。
【請求項3】
前記集光レンズは、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向において、前記表面発光部と対向して配置される、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項4】
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記表面発光部と、前記集光レンズとの間の距離は、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記集光レンズと、前記レーザ光の焦点位置との間の距離よりも小さい、請求項３に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項5】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記レーザ光を出射する出射面を有する素子本体を含み、
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項6】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記出射面の周縁に沿って設けられる表面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項7】
前記素子本体は、前記出射面の裏側に配置される裏面をさらに有し、
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項8】
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子に対してそれぞれ電気的に接続される複数のスイッチング素子をさらに備え、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記ヒートシンクの少なくとも一部が、複数のＰＣＳＥＬ素子が平面的に配列される第１領域と重なり合い、かつ、複数の前記スイッチング素子が、前記第１領域と隣り合う第２領域に配置される、請求項１に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記ヒートシンクの少なくとも一部が、複数のＰＣＳＥＬ素子が平面的に配列される第１領域と重なり合い、かつ、複数の前記スイッチング素子が、前記第１領域と隣り合う第２領域に配置される、請求項１に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項9】
請求項１に記載の前記付加加工用ヘッドと、
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。
【手続補正書】
【提出日】2025-03-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工機械に着脱可能であり、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なうための付加加工用ヘッドであって、
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、（i）平面的に配列される複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子と、（ii）複数の前記ＰＣＳＥＬ素子を一体に保持するとともに、前記ＰＣＳＥＬ素子からの熱を放熱させるヒートシンクと、を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子に対してそれぞれ電気的に接続される複数のスイッチング素子と、を備え、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記ヒートシンクの少なくとも一部が、複数のＰＣＳＥＬ素子が平面的に配列される第１領域と重なり合い、かつ、複数の前記スイッチング素子が、前記第１領域と隣り合う第２領域に配置される、付加加工用ヘッド。
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、（i）平面的に配列される複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子と、（ii）複数の前記ＰＣＳＥＬ素子を一体に保持するとともに、前記ＰＣＳＥＬ素子からの熱を放熱させるヒートシンクと、を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子に対してそれぞれ電気的に接続される複数のスイッチング素子と、を備え、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記ヒートシンクの少なくとも一部が、複数のＰＣＳＥＬ素子が平面的に配列される第１領域と重なり合い、かつ、複数の前記スイッチング素子が、前記第１領域と隣り合う第２領域に配置される、付加加工用ヘッド。
【請求項2】
加工機械に着脱可能であり、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なうための付加加工用ヘッドであって、
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、
前記ヘッド部に設けられ、前記ヘッド部が前記加工機械に装着された状態で前記加工機械により保持される保持部とを備え、
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子は、所定領域に平面的に配列され、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記所定領域の中心と、前記保持部とが、互いに離れている、付加加工用ヘッド。
前記加工機械に装着された状態でワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を有する表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、
前記ヘッド部に設けられ、前記ヘッド部が前記加工機械に装着された状態で前記加工機械により保持される保持部とを備え、
複数の前記ＰＣＳＥＬ素子は、所定領域に平面的に配列され、
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向に沿って見た場合に、前記所定領域の中心と、前記保持部とが、互いに離れている、付加加工用ヘッド。
【請求項3】
前記集光レンズは、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向において、前記表面発光部と対向して配置される、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項4】
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記表面発光部と、前記集光レンズとの間の距離は、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記集光レンズと、前記レーザ光の焦点位置との間の距離よりも小さい、請求項３に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項5】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記レーザ光を出射する出射面を有する素子本体を含み、
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項6】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記出射面の周縁に沿って設けられる表面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項7】
前記素子本体は、前記出射面の裏側に配置される裏面をさらに有し、
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項５に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項8】
請求項１に記載の前記付加加工用ヘッドと、
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。