(57)【要約】【課題】レーザ加工と機械加工とを連続または並行して加工の高速化を図ること。【解決手段】被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具Ｅの加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、前記レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具Ｅにより加工する機械加工工程と、を含む。【選択図】図１
2014117767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工するレーザの照射位置と、前記被加工物を加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、
前記レーザにより前記被加工物を加工するレーザ加工工程と、
前記レーザ加工工程に続けて前記レーザにより加工した前記被加工物の位置を前記工具により加工する機械加工工程と、
を含むことを特徴とする複合加工方法。
【請求項２】
前記被加工物を加工するレーザの照射位置と、前記被加工物を加工する工具の加工位置とを直線の移動基準に合わせてスライド移動させることを特徴とする請求項１に記載の複合加工方法。
【請求項３】
前記被加工物を加工するレーザの照射位置と、前記被加工物を加工する工具の加工位置とを同一軸心の移動基準に合わせて回転移動させるとともに、前記軸心に沿って直線移動させることを特徴とする請求項１に記載の複合加工方法。
【請求項４】
前記レーザ加工工程は、前記レーザにより前記被加工物を粗加工し、前記機械加工工程は、前記レーザにより加工した前記被加工物の位置を前記工具により仕上げ加工することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の複合加工方法。
【請求項５】
前記レーザ加工工程は、前記レーザにより前記被加工物を熱変質させ、前記機械加工工程は、前記レーザにより熱変質された前記被加工物の位置を前記工具により加工することを特徴とする請求項１に記載の複合加工方法。
【請求項６】
被加工物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドと、
前記被加工物を加工する工具を有する機械加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザの照射位置および前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置を所定の移動基準に合わせて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを一体に支持し、かつ前記移動基準に基づいて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを移動させる移動機構と、
を含むことを特徴とする複合加工装置。
【請求項７】
前記移動機構は、前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザの照射位置および前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置を直線の移動基準に合わせて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを一体に支持し、かつ前記直線の移動基準に沿って前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドをスライド移動させることを特徴とする請求項６に記載の複合加工装置。
【請求項８】
加工時の移動方向の前側に前記レーザ加工ヘッドを配置し、かつ前記レーザ加工ヘッドと前記機械加工ヘッドとの間に前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザで切断された前記被加工物の切断片に対して押圧接触し得る接触部を有することを特徴とする請求項７に記載の複合加工装置。
【請求項９】
前記移動機構は、前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザの照射位置および前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置が同一軸心の移動基準に合わせて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを一体に支持し、さらに、レーザの照射位置および前記工具の加工位置をそれぞれ前記軸心の周りに回転移動させ、かつ前記軸心に沿って前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを直線移動させることを特徴とする請求項６に記載の複合加工装置。
【請求項１０】
前記レーザ加工ヘッドと前記機械加工ヘッドとの間に防振部材を配置することを特徴とする請求項６〜９の何れか１つに記載の複合加工装置。
【請求項１１】
前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部を含むことを特徴とする請求項６〜１０の何れか１つに記載の複合加工装置。
【請求項１２】
前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部を含むことを特徴とする請求項６〜１１の何れか１つに記載の複合加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ヘッドおよび機械加工ヘッドにより双方のヘッドを用いた複合加工を行う複合加工方法および複合加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の複合加工装置（複合加工機）は、ワークに対してレーザ加工または機械加工を選択的に施すものである。具体的に、この複合加工装置は、光ファイバの側面からレーザを入射してレーザを励起するサイドポンプ方式のファイバレーザを用いてワークを加工するレーザビームを照射するレーザ加工ヘッドと、ワークを切削または研削するための工具を装着する主軸を有した機械加工ヘッドと、レーザ加工ヘッドのレーザビームの光軸と機械加工ヘッドの主軸とが平行になるように、かつ両ヘッド間で相対移動できないように両ヘッドを固定する主軸台と、ワークを取付け、主軸台との間で相対移動するように設けられたテーブルと、レーザ加工ヘッドのレーザビームの焦点位置合せおよびワークの形状寸法の計測を行う計測手段であって、主軸台とテーブルとのＸ、Ｙ、Ｚ軸の相対移動の現在位置を検出する現在位置検出装置、およびレーザ加工ヘッドのレーザビームと同じ集光レンズを通るように投光された計測用光線のワーク表面からの反射光をとらえるＣＣＤカメラを有する計測手段と、を具備し、機械加工ヘッドの主軸に工具を取り付け、レーザ加工ヘッドのレーザビームの出力をＯＦＦとするか、または主軸から工具を取外し、レーザビームの出力をＯＮとするかによってレーザ加工と機械加工とを切り換え可能にする。
【０００３】
この特許文献１に記載の複合加工装置は、以下の効果を図る。レーザ加工と機械加工との切り換えを、機械加工ヘッドの主軸への工具の着脱またはレーザ加工ヘッドのレーザビームの出力のＯＮ、ＯＦＦにより迅速に行える。また、その切り換え時にレーザビームの光軸中心出しを行わなくても光軸振れはないので、すぐにレーザ加工を開始でき、機械の稼動率が上る。しかも光軸振れがないことは高精度な加工が行えることであり、特に微細加工に適す。また、レーザ加工ヘッドと機械加工ヘッドのＺ軸方向の位置関係、およびＸＹ平面内における位置関係を適切に設定することにより、レーザ加工または機械加工中にワークとレーザ加工ヘッドまたは機械加工ヘッドとがぶつかることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７２１８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の複合加工装置は、レーザ加工と機械加工とを切り換えることを前提とし、この切り換えを迅速に行うことで加工の高速化を図っている。しかし、近年では、さらなる加工の高速化が求められ、レーザ加工と機械加工とを切り換えることなく、レーザ加工と機械加工とを連続または並行して行うことが切望されている。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、レーザ加工と機械加工とを連続または並行して加工の高速化を図ることのできる複合加工方法および複合加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、第１の発明の複合加工方法は、被加工物を加工するレーザの照射位置と、前記被加工物を加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、前記レーザにより前記被加工物を加工するレーザ加工工程と、前記レーザ加工工程に続けて前記レーザにより加工した前記被加工物の位置を前記工具により加工する機械加工工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
この複合加工方法によれば、レーザの照射位置と工具の加工位置とが所定の移動基準に基づき移動しつつ、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて行う。このため、加工の高速化を図ることができる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することができる。
【０００９】
第２の発明の複合加工方法は、第１の発明において、前記被加工物を加工するレーザの照射位置と、前記被加工物を加工する工具の加工位置とを直線の移動基準に合わせてスライド移動させることを特徴とする。
【００１０】
この複合加工方法によれば、レーザ加工工程を行いながら、機械加工工程を行って被加工物を切断する。このため、被加工物の切断加工を高速で行うことができる。
【００１１】
第３の発明の複合加工方法は、第１の発明において、前記被加工物を加工するレーザの照射位置と、前記被加工物を加工する工具の加工位置とを同一軸心の移動基準に合わせて回転移動させるとともに、前記軸心に沿って直線移動させることを特徴とする。
【００１２】
この複合加工方法によれば、レーザ加工工程を行いながら、機械加工工程を行って被加工物に穴を貫設する。このため、被加工物への穴の貫設加工を高速で行うことができる。
【００１３】
第４の発明の複合加工方法は、第１〜第３の発明において、前記レーザ加工工程は、前記レーザにより前記被加工物を粗加工し、前記機械加工工程は、前記レーザにより加工した前記被加工物の位置を前記工具により仕上げ加工することを特徴とする。
【００１４】
この複合加工方法によれば、複合材の加工においては、レーザ加工だけでは加工面が粗くなるが、レーザにより粗加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、高品質の加工を高速で行うことができる。
【００１５】
第５の発明の複合加工方法は、第１の発明において、前記レーザ加工工程は、前記レーザにより前記被加工物を熱変質させ、前記機械加工工程は、前記レーザにより熱変質された前記被加工物の位置を前記工具により加工することを特徴とする。
【００１６】
この複合加工方法によれば、レーザの加熱により被加工物を熱変質させた後、機械加工を行うことで、機械加工の加工抵抗を下げることができ、機械加工の工具寿命を延ばすことができ、工具のコスト低減および工具交換に係わる時間を低減することができ、ランニングコストの低減、単位時間当たりの処理能力の向上に寄与することができる。
【００１７】
上述の目的を達成するために、第６の発明の複合加工装置は、被加工物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドと、前記被加工物を加工する工具を有する機械加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザの照射位置および前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置を所定の移動基準に合わせて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを一体に支持し、かつ前記移動基準に基づいて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを移動させる移動機構と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
この複合加工装置によれば、被加工物を加工するレーザの照射位置と、被加工物を加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザにより被加工物を加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザにより加工した被加工物の位置を工具により加工する機械加工工程とを行う本発明の複合加工方法を実施することができる。すなわち、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて連続して行う。このため、加工の高速化を図ることができる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することができる。
【００１９】
第７の発明の複合加工装置は、第６の発明において、前記移動機構は、前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザの照射位置および前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置を直線の移動基準に合わせて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを一体に支持し、かつ前記直線の移動基準に沿って前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドをスライド移動させることを特徴とする。
【００２０】
この複合加工装置によれば、レーザ加工を行いながら、機械加工を行って被加工物を切断する。このため、被加工物の切断加工を高速で行うことができる。
【００２１】
第８の発明の複合加工装置は、第７の発明において、加工時の移動方向の前側に前記レーザ加工ヘッドを配置し、かつ前記レーザ加工ヘッドと前記機械加工ヘッドとの間に前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザで切断された前記被加工物の切断片に対して押圧接触し得る接触部を有することを特徴とする。
【００２２】
この複合加工装置によれば、接触部によりレーザで切断された切断片を押圧することで、レーザで切断加工された後に機械加工ヘッドの工具が切断された被加工物の切断片に接触して機械加工の妨げになる事態を防ぐことができる。
【００２３】
第９の発明の複合加工装置は、第６の発明において、前記移動機構は、前記レーザ加工ヘッドにおけるレーザの照射位置および前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置が同一軸心の移動基準に合わせて前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを一体に支持し、さらに、レーザの照射位置および前記工具の加工位置をそれぞれ前記軸心の周りに回転移動させ、かつ前記軸心に沿って前記レーザ加工ヘッドおよび前記機械加工ヘッドを直線移動させることを特徴とする。
【００２４】
この複合加工装置によれば、レーザ加工を行いながら、機械加工を行って被加工物に穴を貫設する。このため、被加工物への穴の貫設加工を高速で行うことができる。
【００２５】
第１０の発明の複合加工装置は、第６〜第９の何れか１つの発明において、前記レーザ加工ヘッドと前記機械加工ヘッドとの間に防振部材を配置することを特徴とする。
【００２６】
この複合加工装置によれば、機械加工ヘッドの振動をレーザ加工ヘッドに伝達する事態を抑えるため、当該振動によるレーザ加工の影響を抑制することができる。
【００２７】
第１１の発明の複合加工装置は、第６〜第１０の何れか１つの発明において、前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部を含むことを特徴とする。
【００２８】
この複合加工装置によれば、機械加工ヘッドによる加工において生じる加工屑が、送風部により飛ばされることで、機械加工ヘッドの工具やレーザ加工ヘッドのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドのレンズに付着しレーザの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことができる。
【００２９】
第１２の発明の複合加工装置は、第６〜第１１の何れか１つの発明において、前記機械加工ヘッドにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部を含むことを特徴とする。
【００３０】
この複合加工装置によれば、機械加工ヘッドによる加工において生じる加工屑が、吸引部により吸引されることで、機械加工ヘッドの工具やレーザ加工ヘッドのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドのレンズに付着しレーザの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、レーザ加工と機械加工とを連続または並行して加工の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る複合加工装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る複合加工方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態２に係る複合加工装置の構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２に係る複合加工装置のレーザ加工ヘッドの構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態２に係る複合加工装置のレーザ加工ヘッドの動作を説明するための説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態２に係る複合加工装置のレーザ加工ヘッドの動作を説明するための説明図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態２に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態３に係る複合加工装置の構成図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態３に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態３に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態３に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態３に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態４に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００３４】
［実施形態１］
図１は、本実施形態に係る複合加工装置の構成図であり、図２は、本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を示すフローチャートである。
【００３５】
図１に示すように、複合加工装置１は、被加工物支持機構２と、ヘッド支持機構３とを含む。
【００３６】
被加工物支持機構２は、複合加工装置１の固定フレーム１ａに対して被加工物Ｗを支持するものである。被加工物支持機構２は、本実施形態では、例えば、固定フレーム１ａである載置台の上に載置された被加工物Ｗの周囲を締め付けて固定するチャック部２ａを有する。
【００３７】
ここで、本実施形態の被加工物Ｗとしては、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）などの繊維強化プラスチック、鋼板以外の鉄合金、アルミ合金などの各種金属を用いることができ、特に、ＣＦＲＰを含む複合材やＧＦＲＰが適用される。また、被加工物Ｗは、インコネル、ハステロイ、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、ガラスなどで作成された部材を用いることもできる。
【００３８】
ヘッド支持機構３は、複合加工装置１の固定フレーム１ａに対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを支持するものである。ヘッド支持機構３は、本実施形態では、例えば、固定フレーム１ａである水平梁に対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動可能に支持するもので、水平梁に移動機構３１を介してレーザ加工ヘッドＨや機械加工ヘッドＭを支持する。
【００３９】
移動機構３１は、例えば、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、およびＺ軸移動機構を含む。移動機構３１のＸ軸移動機構は、Ｘ軸方向（図１における左右方向）に延在するＸ軸レール３１ａが、固定フレーム１ａである水平梁の下部に対して平行に１対固定されている。そして、Ｘ軸移動機構は、１対のＸ軸レール３１ａに対して直交するＹ軸方向（図１における奥行き方向）に延在するＹ軸レール３１ｂが、１対のＸ軸レール３１ａの延在方向に沿ってＸ軸方向に移動可能に設けられている。
【００４０】
移動機構３１のＹ軸移動機構は、Ｙ軸移動部材３１ｃが、１対のＹ軸レール３１ｂの延在方向に沿ってＹ軸方向に移動可能に設けられている。
【００４１】
移動機構３１のＺ軸移動機構は、Ｙ軸移動部材３１ｃにＺ軸支持部材３１ｄが設けられ、このＺ軸支持部材３１ｄに対してＺ軸方向（図１における上下方向）に延在するＺ軸レール３１ｅが、平行に１対固定されている。そして、Ｚ軸移動機構は、Ｚ軸移動部材３１ｆが、１対のＺ軸レール３１ｅの延在方向に沿ってＺ軸方向に移動可能に設けられている。そして、このＺ軸移動部材３１ｆに対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭが設置されている。
【００４２】
すなわち、移動機構３１は、Ｘ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＹ軸方向に移動させ、Ｚ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＺ軸方向に移動させる。
【００４３】
レーザ加工ヘッドＨは、レーザ加工ヘッド駆動部（レーザ出力装置）により出力されたレーザＬを照射するものである。このレーザ加工ヘッドＨは、機械加工ヘッドＭとともにＺ軸移動部材３１ｆに対して設置されていることから、機械加工ヘッドＭからの伝熱（例えば、約５０［℃］）を抑制するため、冷却手段４を有する。冷却手段４は、本実施形態では、図１に示すように、レーザ加工ヘッドＨの内部に冷却水を供給する冷却水管を配置した水冷式として構成されている。また、レーザ加工ヘッドＨは、被加工物Ｗとして複合材を用いる場合、複合材の燃焼を抑制するため、アシストガス供給手段５を有する。アシストガス供給手段５は、例えば、図１に示すように、レーザ加工ヘッドＨの側部に配置したガス供給管からアシストガス（例えば、窒素やアルゴン）をレーザＬと同軸に供給するものや、図には明示しないが、被加工物ＷのレーザＬが照射される部分にアシストガスを噴射するものがある。
【００４４】
機械加工ヘッドＭは、本実施形態では、レーザ加工を行った後に、レーザ加工部分を切削により仕上げ加工を行うもので、切削工具としてのエンドミルＥが適用される。そして、機械加工ヘッドＭは、このエンドミルＥを回転させるモータなどの駆動源を備える。また、機械加工ヘッドＭは、被加工物Ｗが複合材である場合、その主軸や摺動面の油が工具（エンドミルＥ）に伝わって被加工物Ｗに付着することで複合材が変質する事態を防ぐために、適宜シール構造を備える。
【００４５】
本実施形態の複合加工装置１は、Ｚ軸移動部材３１ｆに対して設置されるレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭについて、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具（エンドミルＥ）の加工位置とが所定の移動基準に合わせて配置されている。具体的に、本実施形態では、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とが、直線の移動基準であるＸ軸方向に合うように、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭがＺ軸移動部材３１ｆに対して設置されている。このため、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭは、移動機構３１のＸ軸移動機構により、例えば、図１の矢印Ａ方向への移動において、レーザ加工ヘッドＨがＸ軸方向に先行して移動し、続けて機械加工ヘッドＭがＸ軸方向に移動する。
【００４６】
また、本実施形態の複合加工装置１は、レーザ加工ヘッドＨをＸ軸方向に移動させることで、板状の被加工物Ｗは切断加工される。この場合、その後に機械加工ヘッドＭの工具が切断された被加工物Ｗの切断片に接触して機械加工の妨げになるおそれがある。そこで、本実施形態の複合加工装置１では、Ｚ軸移動部材３１ｆに対し、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間に、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬで切断された被加工物Ｗの切断片に押圧接触し得る接触部６を有している。接触部６は、ローラとして構成され、Ｚ軸方向（図１における下側）に切断片を押圧するように、レーザ加工ヘッドＨのレーザＬの加工位置よりも下側に押圧力を付与された形態でＺ軸移動部材３１ｆに取り付けられている。
【００４７】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭが、回転駆動や、被加工物Ｗの加工時に振動を伴うことから、この振動のレーザ加工ヘッドＨへの伝達を抑えるため、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間にゴム材などからなる防振部材７が配置されている。図１では、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭが配置されるＺ軸移動部材３１ｆとレーザ加工ヘッドＨとの間に防振部材７が配置された形態を示している。その他、Ｚ軸移動部材３１ｆと機械加工ヘッドＭとの間に防振部材７が配置されていてもよい。また、Ｚ軸移動部材３１ｆに配置された機械加工ヘッドＭにレーザ加工ヘッドＨが取り付けられる場合、機械加工ヘッドＭとレーザ加工ヘッドＨとの取り付け部分に防振部材７が介在される。
【００４８】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭによる加工において加工屑が生じ、この加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着した場合は工具を傷つけて工具の耐久性が低下するおそれがあり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着した場合は、レーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下するおそれがある。このため、本実施形態の複合加工装置１では、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部（例えば、エアまたはガスを噴射するノズルおよび図示しないエア供給源）８ａと、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部（例えば、吸引ファン）８ｂとを有する。このため、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑は、送風部８ａにより飛ばされて機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事がなくなる。また、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑、または送風部８ａにより飛ばされる加工屑は、吸引部８ｂにより吸引されて機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事がなくなる。なお、図には明示しないが、吸引部８ｂは、その吸引の下流側にダクトを介してフィルタに接続され、加工屑を回収するように構成されていることが好ましい。また、送風部８ａと吸引部８ｂとは何れか一方のみ設けられていてもよい。
【００４９】
また、複合加工装置１は、制御装置９を有する。制御装置９は、上述したレーザ加工ヘッドＨの駆動や、機械加工ヘッドＭの駆動や、移動機構３１による移動を制御するもので、制御部９１、記憶部９２、入力部９３、表示部９４、レーザ加工ヘッド駆動部（レーザ出力装置）９５、機械加工ヘッド駆動部９６、およびヘッド移動部９７を含む。
【００５０】
制御部９１は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit：中央演算装置）であり、入力部９３からの入力や記憶部９２からデータの入力を受け付け、当該入力に応じてレーザ加工ヘッド駆動部９５、機械加工ヘッド駆動部９６、およびヘッド移動部９７に指令を出力する。記憶部９２は、一例として、ハードディスク装置または半導体記憶デバイスである。記憶部９２は、被加工物データベース９２ａを有する。被加工物データベース９２ａは、被加工物Ｗの加工に基づく設計情報（例えば、被加工物Ｗの形状や材質など）が格納される。この記憶部９２は、制御部９１と通信回線を通じて接続されるもの（例えば、データサーバー）であってもよい。入力部９３は、キーボードやマウスなどからなる。表示部９４は、画面を有し、当該画面に入力部９３で入力された内容や、記憶部９２から入力された内容や、レーザ加工ヘッド駆動部９５によるレーザ加工ヘッドＨの駆動状況や、機械加工ヘッド駆動部９６による機械加工ヘッドＭの駆動状況や、ヘッド移動部９７によるレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭの移動状況などが表示される。
【００５１】
レーザ加工ヘッド駆動部９５は、レーザＬを出力する装置である。レーザ加工ヘッド駆動部９５は、光ファイバを媒質に用いてレーザＬ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Ｌを出力する短パルスレーザ出力装置を用いることができる。ファイバレーザ出力装置としては、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置が励磁される。また、ファイバレーザ出力装置は、連続波発振（Continuous  Wave  Operation）とパルス発振（Plused  Operation）のいずれの方式を用いるものでもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバは、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Ｌ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。このレーザ加工ヘッド駆動部９５は、制御部９１からの指令に基づいてレーザＬの出力を制御する。本実施形態では、板状の複合材である被加工物Ｗの板厚を１［ｉｎ］以下（好ましくは１／２［ｉｎ］以下）とし、レーザＬの波長を１．０［μｍ］〜１．１［μｍ］の赤外光（可視光や紫外光でもよい）を適用し、レーザＬの出力を１００［Ｗ］〜５０［ｋＷ］とする。この場合、アシストガス圧は、０．１［ＭＰａ］〜１．０［ＭＰａ］が好ましい。
【００５２】
機械加工ヘッド駆動部９６は、制御部９１からの指令に基づいて工具の回転速度を制御する。
【００５３】
ヘッド移動部９７は、制御部９１からの指令に基づいてレーザ加工ヘッドＨの上記移動を制御する。本実施形態では、板状の複合材である被加工物Ｗの板厚を１［ｉｎ］以下（好ましくは１／２［ｉｎ］以下）とし、機械加工ヘッドＭの主軸テーパ（工具を取り付ける取付具（アーバ）のサイズ）を４０番以上とし、主軸出力を１５［ｋＷ］以上とする。
【００５４】
以下、図２を参照して本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を説明する。図２に示すように、制御部９１は、入力部９３からの入力にしたがって加工すべき被加工物Ｗの設計情報を記憶部９２の被加工物データベース９２ａから取得する（ステップＳ１）。次に、制御部９１は、被加工物Ｗの設計情報から、加工する被加工物Ｗの位置や、レーザ加工ヘッドＨによるレーザＬの出力や、機械加工ヘッドＭによる工具の回転速度や、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭの移動速度（加工時間）などの加工条件を決定する（ステップＳ２）。次に、制御部９１は、決定した加工条件に基づきレーザ加工ヘッド駆動部９５、機械加工ヘッド駆動部９６およびヘッド移動部９７に指令を出力し加工を実施する（ステップＳ３）。
【００５５】
ステップＳ２において、制御部９１は、図１に示すようにレーザ加工ヘッドＨを移動方向の前側とし、直線の移動基準であるＸ軸方向（図１中矢印Ａ方向）にレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動させるように加工条件を決定する。このため、ステップＳ３において、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを直線の移動基準に合わせてスライド移動させ、レーザ加工に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する。これにより、被加工物Ｗが、レーザＬにより切断されつつ続けて切断部分が工具により仕上げ加工される。
【００５６】
このように、本実施形態の複合加工方法は、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する機械加工工程と、を含む。
【００５７】
この複合加工方法によれば、レーザＬの照射位置と工具の加工位置とが所定の移動基準に基づき移動しつつ、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて行う。このため、加工の高速化を図ることが可能になる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することが可能になる。
【００５８】
また、本実施形態の複合加工方法は、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを直線の移動基準に合わせてスライド移動させる。
【００５９】
この複合加工方法によれば、レーザ加工工程を行いながら、機械加工工程を行って被加工物Ｗを切断する。このため、被加工物Ｗの切断加工を高速で行うことが可能になる。
【００６０】
また、本実施形態の複合加工方法では、レーザ加工工程は、レーザＬにより被加工物Ｗを粗加工し、機械加工工程は、レーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により仕上げ加工する。
【００６１】
この複合加工方法によれば、複合材の加工においては、レーザ加工だけでは加工面が粗くなるが、レーザＬにより粗加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、高品質の加工を高速で行うことが可能になる。
【００６２】
また、本実施形態の複合加工装置１は、被加工物Ｗを加工するレーザＬを照射するレーザ加工ヘッドＨと、被加工物Ｗを加工する工具を有する機械加工ヘッドＭと、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬの照射位置および機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置を所定の移動基準に合わせてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを一体に支持し、かつ前記移動基準に基づいてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動させる移動機構３１と、を含む。
【００６３】
この複合加工装置１によれば、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する機械加工工程とを行う本実施形態の複合加工方法を実施することが可能になる。すなわち、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて連続して行う。このため、加工の高速化を図ることが可能になる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することが可能になる。
【００６４】
また、本実施形態の複合加工装置１では、移動機構３１は、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬの照射位置および機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置を直線の移動基準に合わせてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを一体に支持し、かつ前記直線の移動基準に沿ってレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをスライド移動させる。
【００６５】
この複合加工装置１によれば、レーザ加工を行いながら、機械加工を行って被加工物Ｗを切断する。このため、被加工物Ｗの切断加工を高速で行うことが可能になる。
【００６６】
また、本実施形態の複合加工装置１は、加工時の移動方向の前側にレーザ加工ヘッドＨを配置し、かつレーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間にレーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬで切断された被加工物Ｗの切断片に対して押圧接触し得る接触部６を有する。
【００６７】
この複合加工装置１によれば、接触部６によりレーザＬで切断された切断片を押圧することで、レーザＬで切断加工された後に機械加工ヘッドＭの工具が切断された被加工物Ｗの切断片に接触して機械加工の妨げになる事態を防ぐことが可能になる。
【００６８】
また、本実施形態の複合加工装置１は、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間に防振部材７を配置する。
【００６９】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭの振動をレーザ加工ヘッドＨに伝達する事態を抑えるため、当該振動によるレーザ加工の影響（例えば、レーザＬの照射位置の精度低下など）を抑制することが可能になる。
【００７０】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部８ａを含む。
【００７１】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑が、送風部８ａにより飛ばされることで、機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着しレーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことが可能になる。
【００７２】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部８ｂを含む。
【００７３】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑が、吸引部８ｂにより吸引されることで、機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着しレーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことが可能になる。
【００７４】
［実施形態２］
図３は、本実施形態に係る複合加工装置の構成図であり、図４は、本実施形態に係る複合加工装置のレーザ加工ヘッドの構成図であり、図５および図６は、本実施形態に係る複合加工装置のレーザ加工ヘッドの動作を説明するための説明図であり、図７〜図１４は、本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【００７５】
図３に示すように、複合加工装置１は、被加工物支持機構２（図７参照）と、ヘッド支持機構３とを含む。
【００７６】
被加工物支持機構２は、複合加工装置１の固定フレーム１ａに対して被加工物Ｗを支持するものである。被加工物支持機構２は、本実施形態では、例えば、図７に示すように、固定フレーム１ａである載置台の上に載置された被加工物Ｗの周囲を締め付けて固定するチャック部２ａを有する。
【００７７】
ここで、本実施形態の被加工物Ｗとしては、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）などの繊維強化プラスチック、鋼板以外の鉄合金、アルミ合金などの各種金属を用いることができ、特に、ＣＦＲＰを含む複合材やＧＦＲＰが適用される。また、被加工物Ｗは、インコネル、ハステロイ、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、ガラスなどで作成された部材を用いることもできる。
【００７８】
ヘッド支持機構３は、複合加工装置１の固定フレーム１ａに対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを支持するものである。ヘッド支持機構３は、本実施形態では、例えば、固定フレーム１ａである水平梁に対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動可能に支持するもので、水平梁に移動機構３１を介してレーザ加工ヘッドＨや機械加工ヘッドＭを支持する。
【００７９】
移動機構３１は、例えば、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、およびＺ軸移動機構を含む。移動機構３１のＸ軸移動機構は、Ｘ軸方向（図３における左右方向）に延在するＸ軸レール３１ａが、固定フレーム１ａである水平梁の下部に対して平行に１対固定されている。そして、Ｘ軸移動機構は、１対のＸ軸レール３１ａに対して直交するＹ軸方向（図３における奥行き方向）に延在するＹ軸レール３１ｂが、１対のＸ軸レール３１ａの延在方向に沿ってＸ軸方向に移動可能に設けられている。
【００８０】
移動機構３１のＹ軸移動機構は、Ｙ軸移動部材３１ｃが、１対のＹ軸レール３１ｂの延在方向に沿ってＹ軸方向に移動可能に設けられている。
【００８１】
移動機構３１のＺ軸移動機構は、Ｙ軸移動部材３１ｃにＺ軸支持部材３１ｄが設けられ、このＺ軸支持部材３１ｄに対してＺ軸方向（図３における上下方向であって後述する軸心Ｓの延在方向）に延在するＺ軸レール３１ｅが、平行に１対固定されている。そして、Ｚ軸移動機構は、Ｚ軸移動部材３１ｆが、１対のＺ軸レール３１ｅの延在方向に沿ってＺ軸方向に移動可能に設けられている。そして、このＺ軸移動部材３１ｆに対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭが設置されている。
【００８２】
すなわち、移動機構３１は、Ｘ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＹ軸方向に移動させ、Ｚ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＺ軸方向に移動させる。
【００８３】
レーザ加工ヘッドＨは、レーザ加工ヘッド駆動部（レーザ出力装置）により出力されたレーザＬを照射するものである。ここで、本実施形態のレーザ加工ヘッドＨの構成について図３〜図６を参照して説明する。
【００８４】
レーザ加工ヘッドＨは、後述のレーザ加工ヘッド駆動部９５から光ファイバＦを介して出力されるレーザＬを被加工物Ｗに照射する。このレーザ加工ヘッドＨは、レーザＬの光路の光軸を軸心Ｓとして回転させることで、被加工物Ｗ上の照射位置を回転させる。すなわち、レーザ加工ヘッドＨは、図５に示すように、円を描くようにレーザＬの照射位置を移動させる。
【００８５】
具体的に、レーザ加工ヘッドＨは、全体として円柱状に形成され、図３および図４に示すように、光ファイバＦから出力されるレーザＬを案内する光学系ユニットをなす。光学系ユニットは、レーザＬの光路上に光ファイバＦ側から順にコリメート光学系１０１と、偏光光学系１０２と、集光光学系１０３とが、配置されている。つまり光ファイバＦから出力されたレーザＬは、コリメート光学系１０１を通過した後、偏光光学系１０２を通過し、集光光学系１０３を通過して、被加工物Ｗに照射される。
【００８６】
コリメート光学系１０１は、コリメータレンズなどを備えており、光ファイバＦから出力されたレーザＬを平行光とする。偏光光学系１０２は、レーザＬの光路を中心から一定距離ずらす（偏光する）光学ユニットであり、第一プリズム１０２ａと、第二プリズム１０２ｂとを有する。第一プリズム１０２ａは、レーザＬを屈折させて、光軸（軸心Ｓ）に対して傾ける。第二プリズム１０２ｂは、第一プリズム１０２ａで屈折されたレーザＬを再度屈折させて、集光する位置を制御する。これにより、図５に示すように偏光光学系１０２を通過したレーザＬは、通過前のレーザＬの光路に対してずれた光路で出力される。集光光学系１０３は、偏光光学系１０２で光軸（軸心Ｓ）からずれたレーザＬを集光するレンズを有する。
【００８７】
コリメート光学系１０１および集光光学系１０３のレンズは、光学系ユニットの固定のレンズであり、光学系支持部１０４に支持されている。この光学系支持部１０４は、後述する回転機構１０５の固定部１０５ａも支持する。
【００８８】
回転機構１０５は、本実施形態の移動機構３１に含まれるもので、偏光光学系１０２の通過前のレーザＬの光路を回転中心として、偏光光学系１０２を回転させる機構である。回転機構１０５は、固定部１０５ａと、回転部１０５ｂと、軸受１０５ｃと、を有する。固定部１０５ａは、コリメート光学系１０１および集光光学系１０３に固定されている。回転部１０５ｂは、固定部１０５ａに対して軸受１０５ｃを介して光軸（軸心Ｓ）周りに回転可能に支持されている。回転部１０５ｂは、レーザＬの光路に対応する部分が空間となっている空中の筒状部材である。回転部１０５ｂは、偏光光学系１０２の第一プリズム１０２ａおよび第二プリズム１０２ｂを支持している。
【００８９】
回転機構１０５は、上記構成により固定部１０５ａと回転部１０５ｂとが光軸（軸心Ｓ）周りに相対的に回転可能に設けられている。そして、回転部１０５ｂを図４中の矢印Ｂの方向に回転させることで、偏光光学系１０２を回転させることができる。回転機構１０５は、その回転中心が、偏光される前のレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）と重なる。
【００９０】
回転機構１０５は、偏光される前のレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）を中心として偏光光学系１０２を回転させることで、図５に示すように、被加工物Ｗ上のレーザＬの照射位置を偏光される前のレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）を中心とし、当該中心から偏光光学系１０２で偏光した距離を半径とする円状で照射位置を移動させることができる。つまり、回転機構１０５は、回転部１０５ｂを図４中の矢印Ｂの方向に回転させ偏光光学系１０２を回転させることで、図５および図６に示すように、光軸（軸心Ｓ）を中心とした仮想円Ｖ上で照射位置ｉを矢印Ｂの方向に回転移動させることができる。
【００９１】
また、レーザ加工ヘッドＨは、エンコーダ１０６を有する。エンコーダ１０６は、回転機構１０５の回転部１０５ｂの回転を検出する回転センサである。エンコーダ１０６は、検出部１０６ａと移動部１０６ｂとを有する。検出部１０６ａは、回転機構１０５の固定部１０５ａに固定されている。移動部１０６ｂは回転機構１０５の回転部１０５ｂに固定され、この回転部１０５ｂとともに回転移動する。移動部１０６ｂは、回転方向の位置に目印となる識別子が設けられている。検出部１０６ａは、移動部１０６ｂの識別子を検出することで、移動部１０６ｂの回転を検出することができ、これにより、回転機構１０５において固定部１０５ａに対する回転部１０５ｂの回転を検出することができる。
【００９２】
このようなレーザ加工ヘッドＨは、図３に示すように、フレーム１００に支持されている。フレーム１００は、円柱状のレーザ加工ヘッドＨを収容するように円筒状に形成されている。そして、フレーム１００は、移動機構３１のＺ軸移動部材３１ｆに固定されている。このフレーム１００に対し、レーザ加工ヘッドＨは、コリメート光学系１０１および集光光学系１０３が固定され、これらコリメート光学系１０１および集光光学系１０３に伴い回転機構１０５の固定部１０５ａもフレーム１００に固定されている。また、回転機構１０５の回転部１０５ｂは、フレーム１００との間に軸受１００ａを介して光軸（軸心Ｓ）を中心として回転可能に支持されている。すなわち、レーザ加工ヘッドＨは、回転機構１０５の回転部１０５ｂがフレーム１００に対して回転可能に支持され、それ以外の部分がフレーム１００に対して固定されている。
【００９３】
また、レーザ加工ヘッドＨは、移動機構３１である回転機構１０５における回転部１０５ｂを回転させるモータ１０７を有する。モータ１０７は、図３に示すように、レーザ加工ヘッドＨのコリメート光学系１０１側に設けられ、フレーム１００に固定されている。このモータ１０７は、その出力軸がレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）を中心として円筒状に形成され、コリメート光学系１０１を内部に配置しつつ回転機構１０５の回転部１０５ｂに接続されている。このため、モータ１０７の出力軸の回転が、コリメート光学系１０１を除外して回転機構１０５の回転部１０５ｂに伝達される。なお、回転機構１０５の回転部１０５ｂを回転させる駆動源は、モータ１０７に限らず、例えば、図には明示しないが、軸受１０５ｃを静圧軸受（流体軸受）とし、ポンプにより固定部１０５ａと回転部１０５ｂとの間の閉じられた空間に空気を供給することで回転部１０５ｂを回転させる構成であってもよい。その他、例えば、図には明示しないが、回転部１０５ｂをロータとし、その周囲にフレーム１００に固定のステータを配置し、ロータまたはステータを永久磁石とする一方、ステータまたはロータにコイルを巻き付けて磁化することで、回転部１０５ｂを回転させるように構成してもよい。
【００９４】
また、レーザ加工ヘッドＨは、機械加工ヘッドＭとともにＺ軸移動部材３１ｆに対して設置されていることから、機械加工ヘッドＭからの伝熱（例えば、約５０［℃］）を抑制するため、冷却手段１０８を有する。冷却手段１０８は、ポンプ１０８ａと連結管１０８ｂとを有する。ポンプ１０８ａは、連結管１０８ｂの流入部に空気を供給する。連結管１０８ｂは、光学系ユニットにおける光学部材と光学部材との間の閉じられた空間と閉じられた空間とを繋げる配管である。連結管１０８ｂは、当該空間との繋がっている開口が光学部材の近傍に配置されている。また、連結管１０８ｂは、同じ空間からそれぞれ他の空間に繋がる場合、同じ空間の離れた位置（例えば、光軸を挟んだ反対側）に各開口が形成されている。冷却手段１０８は、ポンプ１０８ａで連結管１０８ｂに空気を供給することで、光学部材と光学部材との間の閉じられた空間に空気を流すことができ、光学部材を冷却することができる。なお、連結管１０８ｂは、光学系ユニット全体で閉じられた空間を介して１つの流路となるように繋がっており、ポンプ１０８ａにより１箇所から空気を供給することで、光学系ユニット全体に空気を流すことができる。
【００９５】
また、レーザ加工ヘッドＨは、被加工物Ｗとして複合材を用いる場合、複合材の燃焼を抑制するため、アシストガス供給手段１０９を有する。アシストガス供給手段１０９は、例えば、図４に示すように、レーザ加工ヘッドＨの集光光学系１０３の側部に配置したガス供給管からアシストガス（例えば、窒素やアルゴン）をレーザＬと同軸に供給するものや、図には明示しないが、被加工物ＷのレーザＬが照射される部分にアシストガスを噴射するものがある。
【００９６】
機械加工ヘッドＭは、本実施形態では、レーザ加工を行いつつ、レーザ加工部分を切削により仕上げ加工を行うもので、切削工具としてのドリルＤおよび面取カッタＣが適用される。そして、機械加工ヘッドＭは、図３に示すように、ドリルＤおよび面取カッタＣを回転させる回転機構１１０を有する。回転機構１１０は、本実施形態の移動機構３１に含まれるもので、回転部１１０ａを有する。回転部１１０ａは、フレーム１００の外側を覆うように筒状に形成され、フレーム１００との間に軸受１００ｂを介して光軸（軸心Ｓ）を中心として回転可能に支持されている。この回転部１１０ａに対し、光軸（軸心Ｓ）の延在方向に沿ってドリルＤが固定されている。ドリルＤは、その内部をレーザ加工ヘッドＨのレーザＬが通過するように円筒状に形成されている。また、ドリルＤの付け根部分に、面取カッタＣが固定されている。また、回転機構１１０は、回転部１１０ａを回転させるモータ１１０ｂを有する。モータ１１０ｂは、フレーム１００とともに移動機構３１のＺ軸移動部材３１ｆに固定されている。そして、モータ１１０ｂは、その出力軸に設けられた歯車１１０ｃが、回転部１１０ａに設けられた歯車１１０ｄに噛合する。このため、モータ１１０ｂの出力軸の回転が、回転部１１０ａに伝達される。
【００９７】
また、機械加工ヘッドＭは、被加工物Ｗが複合材である場合、回転機構１１０の回転部１１０ａの軸受１００ｂや摺動面の油が工具に伝わって被加工物Ｗに付着することで複合材が変質する事態を防ぐために、適宜シール構造を備える。
【００９８】
本実施形態の複合加工装置１は、フレーム１００を介してＺ軸移動部材３１ｆに対して設置されるレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭについて、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具（ドリルＤおよび面取カッタＣ）の加工位置とが所定の移動基準に合わせて配置されている。具体的に、本実施形態では、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とが、同一軸心Ｓの移動基準に合うように、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭがフレーム１００に対して設置されている。このため、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭは、移動機構３１である回転機構１０５，１１０により、それぞれ軸心Ｓを中心に回転移動する。
【００９９】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭが、回転駆動や、被加工物Ｗの加工時に振動を伴うことから、この振動のレーザ加工ヘッドＨへの伝達を抑えるため、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間にゴム材などからなる防振部材１１１が配置されている。図３では、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを支持するフレーム１００と軸受１００ａとの間および軸受１００ａとレーザ加工ヘッドＨとの間に防振部材１１１が配置された形態を示している。その他、フレーム１００と軸受１００ｂとの間および軸受１００ｂと機械加工ヘッドＭとの間に防振部材１１１が配置されていてもよい。
【０１００】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭによる加工において加工屑が生じ、この加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着した場合は工具を傷つけて工具の耐久性が低下するおそれがあり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着した場合は、レーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下するおそれがある。このため、本実施形態の複合加工装置１では、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部（例えば、エアまたはガスを噴射するノズルおよび図示しないエア供給源）８ａと、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部（例えば、吸引ファン）８ｂとを有する。このため、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑は、送風部８ａにより飛ばされて機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事がなくなる。また、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑、または送風部８ａにより飛ばされる加工屑は、吸引部８ｂにより吸引されて機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事がなくなる。なお、図には明示しないが、吸引部８ｂは、その吸引の下流側にダクトを介してフィルタに接続され、加工屑を回収するように構成されていることが好ましい。また、送風部８ａと吸引部８ｂとは何れか一方のみ設けられていてもよい。
【０１０１】
また、複合加工装置１は、制御装置９を有する。制御装置９は、上述したレーザ加工ヘッドＨの駆動や、機械加工ヘッドＭの駆動や、移動機構３１による移動を制御するもので、制御部９１、記憶部９２、入力部９３、表示部９４、レーザ加工ヘッド駆動部（レーザ出力装置）９５、機械加工ヘッド駆動部９６、およびヘッド移動部９７を含む。
【０１０２】
制御部９１は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit：中央演算装置）であり、入力部９３からの入力や記憶部９２からデータの入力を受け付け、当該入力に応じてレーザ加工ヘッド駆動部９５、機械加工ヘッド駆動部９６、およびヘッド移動部９７に指令を出力する。記憶部９２は、一例として、ハードディスク装置または半導体記憶デバイスである。記憶部９２は、被加工物データベース９２ａを有する。被加工物データベース９２ａは、被加工物Ｗの加工に基づく設計情報（例えば、被加工物Ｗの形状や材質など）が格納される。この記憶部９２は、制御部９１と通信回線を通じて接続されるもの（例えば、データサーバー）であってもよい。入力部９３は、キーボードやマウスなどからなる。表示部９４は、画面を有し、当該画面に入力部９３で入力された内容や、記憶部９２から入力された内容や、レーザ加工ヘッド駆動部９５によるレーザ加工ヘッドＨの駆動状況や、機械加工ヘッド駆動部９６による機械加工ヘッドＭの駆動状況や、ヘッド移動部９７によるレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭの移動状況などが表示される。
【０１０３】
レーザ加工ヘッド駆動部９５は、レーザＬを出力する装置である。レーザ加工ヘッド駆動部９５は、光ファイバを媒質に用いてレーザＬ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Ｌを出力する短パルスレーザ出力装置を用いることができる。ファイバレーザ出力装置としては、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置が励磁される。また、ファイバレーザ出力装置は、連続波発振（Continuous  Wave  Operation）とパルス発振（Plused  Operation）のいずれの方式を用いるものでもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバは、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Ｌ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。このレーザ加工ヘッド駆動部９５は、制御部９１からの指令に基づいてレーザＬの出力を制御する。本実施形態では、複合材である被加工物Ｗの厚さを１／４［ｉｎ］〜１［ｉｎ］とし、レーザＬの波長を１．０［μｍ］〜１．１［μｍ］の赤外光（可視光や紫外光でもよい）を適用し、レーザＬの出力を１００［Ｗ］〜５０［ｋＷ］とする。この場合、アシストガス圧は、０．１［ＭＰａ］〜１．０［ＭＰａ］が好ましい。また、レーザ加工ヘッド駆動部９５は、制御部９１からの指令に基づいて、レーザ加工ヘッドＨにおける回転機構１０５の回転部１０５ｂを回転させるモータ１０７の回転速度（レーザＬの回転速度）を制御する。
【０１０４】
機械加工ヘッド駆動部９６は、制御部９１からの指令に基づいて、機械加工ヘッドＭにおける回転機構１１０のモータ１１０ｂの回転速度（工具の回転速度）を制御する。
【０１０５】
ヘッド移動部９７は、制御部９１からの指令に基づいてレーザ加工ヘッドＨの上記移動を制御する。本実施形態では、複合材である被加工物Ｗの厚さを１／４［ｉｎ］〜１［ｉｎ］とし、主軸出力を１５［ｋＷ］以上とする。
【０１０６】
以下、図２、図７〜図１４を参照して本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を説明する。ここで、図７、図９、図１１、図１３は、複合加工装置１の動作を示し、図８は図７での、図１０は図９での、図１２は図１１での、図１４は図１３での被加工物Ｗの加工状態を示す。
【０１０７】
図２に示すように、制御部９１は、入力部９３からの入力にしたがって加工すべき被加工物Ｗの設計情報を記憶部９２の被加工物データベース９２ａから取得する（ステップＳ１）。次に、制御部９１は、被加工物Ｗの設計情報から、加工する被加工物Ｗの位置や、レーザ加工ヘッドＨによるレーザＬの出力や、機械加工ヘッドＭによる工具の回転速度や、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭの移動速度（加工時間）などの加工条件を決定する（ステップＳ２）。次に、制御部９１は、決定した加工条件に基づきレーザ加工ヘッド駆動部９５、機械加工ヘッド駆動部９６およびヘッド移動部９７に指令を出力し加工を実施する（ステップＳ３）。
【０１０８】
ステップＳ２において、制御部９１は、図７に示すようにレーザ加工ヘッドＨからレーザＬを照射し、回転機構１０５の回転部１０５ｂを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させるとともに、被加工物Ｗに近づくようにレーザ加工ヘッドＨを軸心Ｓに沿ってＺ軸方向に直線移動（下降）させる。これにより、被加工物Ｗに対してレーザＬの照射位置が軸心Ｓを中心に円状に移動し、図８に示すように、被加工物Ｗに穴Ｗ１が形成される。この際、穴Ｗ１の内壁面（加工面）は、所定範囲Ｗ２においてレーザＬの入熱により粗密な状態になる。
【０１０９】
ステップＳ２において、制御部９１は、次に、図９に示すようにレーザ加工ヘッドＨからレーザＬを照射し、回転機構１０５の回転部１０５ｂを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させ、かつ機械加工ヘッドＭの回転機構１１０の回転部１１０ａを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させるとともに、被加工物Ｗに近づくようにレーザ加工ヘッドＨを軸心Ｓに沿ってＺ軸方向に直線移動（下降）させる。これにより、被加工物Ｗに対してレーザＬの照射位置が軸心Ｓを中心に円状に移動し、図１０に示すように、被加工物Ｗのさらに下側に向けて穴Ｗ１が貫通形成される。この際、さらに下側の穴Ｗ１の内壁面（加工面）は、所定範囲Ｗ２においてレーザＬの入熱により粗密な状態になる。また、被加工物Ｗに対して機械加工ヘッドＭのドリルＤが軸心Ｓを中心に回転し、図１０に示すように、先に穴Ｗ１の内壁面が入熱された部分がドリルＤにより切削されて穴Ｗ３が形成される。また、制御部９１は、被加工物Ｗに穴Ｗ１が貫通形成された場合、レーザＬの照射を止める。
【０１１０】
ステップＳ２において、制御部９１は、次に、図１１に示すように、機械加工ヘッドＭの回転機構１１０の回転部１１０ａを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させるとともに、被加工物Ｗに近づくようにレーザ加工ヘッドＨを軸心Ｓに沿ってＺ軸方向に直線移動（下降）させる。これにより、被加工物Ｗに対して機械加工ヘッドＭのドリルＤが軸心Ｓを中心に回転し、図１２に示すように、先に貫通した穴Ｗ１（図１０参照）の内壁面が入熱された部分がドリルＤにより切削されて穴Ｗ３が貫通形成される。
【０１１１】
ステップＳ２において、制御部９１は、次に、図１３に示すように、機械加工ヘッドＭの回転機構１１０の回転部１１０ａを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させるとともに、被加工物Ｗに近づくようにレーザ加工ヘッドＨを軸心Ｓに沿ってＺ軸方向に直線移動（下降）させる。これにより、被加工物Ｗに対して機械加工ヘッドＭの面取カッタＣが軸心Ｓを中心に回転し、図１４に示すように、先に貫通した穴Ｗ３の上側の開口縁が面取カッタＣにより切削されて面取部Ｗ４が形成される。
【０１１２】
このように、本実施形態の複合加工方法は、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する機械加工工程と、を含む。
【０１１３】
この複合加工方法によれば、レーザＬの照射位置と工具の加工位置とが所定の移動基準に基づき移動しつつ、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて行う。このため、加工の高速化を図ることが可能になる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することが可能になる。
【０１１４】
また、本実施形態の複合加工方法は、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを同一軸心Ｓの移動基準に合わせて回転移動させるとともに、軸心Ｓに沿って直線移動させる。
【０１１５】
この複合加工方法によれば、レーザ加工工程を行いながら、機械加工工程を行って被加工物Ｗに穴Ｗ３を貫設する。このため、被加工物Ｗへの穴Ｗ３の貫設加工を高速で行うことが可能になる。
【０１１６】
また、本実施形態の複合加工方法では、レーザ加工工程は、レーザＬにより被加工物Ｗを粗加工し、機械加工工程は、レーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により仕上げ加工する。
【０１１７】
この複合加工方法によれば、複合材の加工においては、レーザ加工だけでは加工面が粗くなるが、レーザＬにより粗加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、高品質の加工を高速で行うことが可能になる。
【０１１８】
また、本実施形態の複合加工装置１は、被加工物Ｗを加工するレーザＬを照射するレーザ加工ヘッドＨと、被加工物Ｗを加工する工具を有する機械加工ヘッドＭと、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬの照射位置、および機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置が所定の移動基準に合う態様でレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを一体に支持し、前記移動基準に基づいてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動させる移動機構３１と、を含む。
【０１１９】
この複合加工装置１によれば、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する機械加工工程とを行う本実施形態の複合加工方法を実施することが可能になる。すなわち、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて連続して行う。このため、加工の高速化を図ることが可能になる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することが可能になる。
【０１２０】
また、本実施形態の複合加工装置１では、移動機構３１は、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬの照射位置および機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置が同一軸心Ｓの移動基準に合わせてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを一体に支持し、さらに、レーザＬの照射位置および工具の加工位置をそれぞれ軸心Ｓの周りに回転移動させ、かつ軸心Ｓに沿ってレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを直線移動させる。
【０１２１】
この複合加工装置１によれば、レーザ加工を行いながら、機械加工を行って被加工物Ｗに穴Ｗ３を貫設する。このため、被加工物Ｗへの穴Ｗ３の貫設加工を高速で行うことが可能になる。
【０１２２】
また、本実施形態の複合加工装置１は、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間に防振部材１１１を配置する。
【０１２３】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭの振動をレーザ加工ヘッドＨに伝達する事態を抑えるため、当該振動によるレーザ加工の影響（例えば、レーザＬの照射位置の精度低下など）を抑制することが可能になる。
【０１２４】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部８ａを含む。
【０１２５】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑が、送風部８ａにより飛ばされることで、機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着しレーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことが可能になる。
【０１２６】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部８ｂを含む。
【０１２７】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑が、吸引部８ｂにより吸引されることで、機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着しレーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことが可能になる。
【０１２８】
［実施形態３］
図１５は、本実施形態に係る複合加工装置の構成図であり、図１６〜図１９は、本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。
【０１２９】
図１５に示すように、複合加工装置１は、被加工物支持機構２（図１６参照）と、ヘッド支持機構３とを含む。
【０１３０】
被加工物支持機構２は、複合加工装置１の固定フレーム１ａに対して被加工物Ｗを支持するものである。被加工物支持機構２は、本実施形態では、例えば、図１６に示すように、固定フレーム１ａである載置台の上に載置された被加工物Ｗの周囲を締め付けて固定するチャック部２ａを有する。
【０１３１】
ここで、本実施形態の被加工物Ｗとしては、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）などの繊維強化プラスチック、鋼板以外の鉄合金、アルミ合金などの各種金属を用いることができ、特に、ＣＦＲＰを含む複合材やＧＦＲＰが適用される。また、被加工物Ｗは、インコネル、ハステロイ、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、ガラスなどで作成された部材を用いることもできる。
【０１３２】
ヘッド支持機構３は、複合加工装置１の固定フレーム１ａに対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを支持するものである。ヘッド支持機構３は、本実施形態では、例えば、固定フレーム１ａである水平梁に対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動可能に支持するもので、水平梁に移動機構３１を介してレーザ加工ヘッドＨや機械加工ヘッドＭを支持する。
【０１３３】
移動機構３１は、例えば、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、およびＺ軸移動機構を含む。移動機構３１のＸ軸移動機構は、Ｘ軸方向（図１５における左右方向）に延在するＸ軸レール３１ａが、固定フレーム１ａである水平梁の下部に対して平行に１対固定されている。そして、Ｘ軸移動機構は、１対のＸ軸レール３１ａに対して直交するＹ軸方向（図１５における奥行き方向）に延在するＹ軸レール３１ｂが、１対のＸ軸レール３１ａの延在方向に沿ってＸ軸方向に移動可能に設けられている。
【０１３４】
移動機構３１のＹ軸移動機構は、Ｙ軸移動部材３１ｃが、１対のＹ軸レール３１ｂの延在方向に沿ってＹ軸方向に移動可能に設けられている。
【０１３５】
移動機構３１のＺ軸移動機構は、Ｙ軸移動部材３１ｃにＺ軸支持部材３１ｄが設けられ、このＺ軸支持部材３１ｄに対してＺ軸方向（図１５における上下方向であって後述する軸心Ｓの延在方向）に延在するＺ軸レール３１ｅが、平行に１対固定されている。そして、Ｚ軸移動機構は、Ｚ軸移動部材３１ｆが、１対のＺ軸レール３１ｅの延在方向に沿ってＺ軸方向に移動可能に設けられている。そして、このＺ軸移動部材３１ｆに対してレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭが設置されている。
【０１３６】
すなわち、移動機構３１は、Ｘ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＹ軸方向に移動させ、Ｚ軸移動機構によりレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭをＺ軸方向に移動させる。
【０１３７】
レーザ加工ヘッドＨは、レーザ加工ヘッド駆動部（レーザ出力装置）により出力されたレーザＬを照射するものである。ここで、本実施形態のレーザ加工ヘッドＨの構成について図１５、図４〜図６を参照して説明する。
【０１３８】
レーザ加工ヘッドＨは、後述のレーザ加工ヘッド駆動部９５から光ファイバＦを介して出力されるレーザＬを被加工物Ｗに照射する。このレーザ加工ヘッドＨは、レーザＬの光路の光軸を軸心Ｓとして回転させることで、被加工物Ｗ上の照射位置を回転させる。すなわち、レーザ加工ヘッドＨは、図５に示すように、円を描くようにレーザＬの照射位置を移動させる。
【０１３９】
具体的に、レーザ加工ヘッドＨは、全体として円柱状に形成され、図１５および図４に示すように、光ファイバＦから出力されるレーザＬを案内する光学系ユニットをなす。光学系ユニットは、レーザＬの光路上に光ファイバＦ側から順にコリメート光学系１０１と、偏光光学系１０２と、集光光学系１０３とが、配置されている。つまり光ファイバＦから出力されたレーザＬは、コリメート光学系１０１を通過した後、偏光光学系１０２を通過し、集光光学系１０３を通過して、被加工物Ｗに照射される。
【０１４０】
コリメート光学系１０１は、コリメータレンズなどを備えており、光ファイバＦから出力されたレーザＬを平行光とする。偏光光学系１０２は、レーザＬの光路を中心から一定距離ずらす（偏光する）光学ユニットであり、第一プリズム１０２ａと、第二プリズム１０２ｂとを有する。第一プリズム１０２ａは、レーザＬを屈折させて、光軸（軸心Ｓ）に対して傾ける。第二プリズム１０２ｂは、第一プリズム１０２ａで屈折されたレーザＬを再度屈折させて、集光する位置を制御する。これにより、図５に示すように偏光光学系１０２を通過したレーザＬは、通過前のレーザＬの光路に対してずれた光路で出力される。集光光学系１０３は、偏光光学系１０２で光軸（軸心Ｓ）からずれたレーザＬを集光するレンズを有する。
【０１４１】
コリメート光学系１０１および集光光学系１０３のレンズは、光学系ユニットの固定のレンズであり、光学系支持部１０４に支持されている。この光学系支持部１０４は、後述する回転機構１０５の固定部１０５ａも支持する。
【０１４２】
回転機構１０５は、本実施形態の移動機構３１に含まれるもので、偏光光学系１０２の通過前のレーザＬの光路を回転中心として、偏光光学系１０２を回転させる機構である。回転機構１０５は、固定部１０５ａと、回転部１０５ｂと、軸受１０５ｃと、を有する。固定部１０５ａは、コリメート光学系１０１および集光光学系１０３に固定されている。回転部１０５ｂは、固定部１０５ａに対して軸受１０５ｃを介して光軸（軸心Ｓ）周りに回転可能に支持されている。回転部１０５ｂは、レーザＬの光路に対応する部分が空間となっている空中の筒状部材である。回転部１０５ｂは、偏光光学系１０２の第一プリズム１０２ａおよび第二プリズム１０２ｂを支持している。
【０１４３】
回転機構１０５は、上記構成により固定部１０５ａと回転部１０５ｂとが光軸（軸心Ｓ）周りに相対的に回転可能に設けられている。そして、回転部１０５ｂを図４中の矢印Ｂの方向に回転させることで、偏光光学系１０２を回転させることができる。回転機構１０５は、その回転中心が、偏光される前のレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）と重なる。
【０１４４】
回転機構１０５は、偏光される前のレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）を中心として偏光光学系１０２を回転させることで、図５に示すように、被加工物Ｗ上のレーザＬの照射位置を偏光される前のレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）を中心とし、当該中心から偏光光学系１０２で偏光した距離を半径とする円状で照射位置を移動させることができる。つまり、回転機構１０５は、回転部１０５ｂを図４中の矢印Ｂの方向に回転させ偏光光学系１０２を回転させることで、図５および図６に示すように、光軸（軸心Ｓ）を中心とした仮想円Ｖ上で照射位置ｉを矢印Ｂの方向に回転移動させることができる。
【０１４５】
また、レーザ加工ヘッドＨは、エンコーダ１０６を有する。エンコーダ１０６は、回転機構１０５の回転部１０５ｂの回転を検出する回転センサである。エンコーダ１０６は、検出部１０６ａと移動部１０６ｂとを有する。検出部１０６ａは、回転機構１０５の固定部１０５ａに固定されている。移動部１０６ｂは回転機構１０５の回転部１０５ｂに固定され、この回転部１０５ｂとともに回転移動する。移動部１０６ｂは、回転方向の位置に目印となる識別子が設けられている。検出部１０６ａは、移動部１０６ｂの識別子を検出することで、移動部１０６ｂの回転を検出することができ、これにより、回転機構１０５において固定部１０５ａに対する回転部１０５ｂの回転を検出することができる。
【０１４６】
このようなレーザ加工ヘッドＨは、図１５に示すように、フレーム１００に支持されている。フレーム１００は、円柱状のレーザ加工ヘッドＨを収容するように円筒状に形成されている。そして、フレーム１００は、移動機構３１のＺ軸移動部材３１ｆに固定されている。このフレーム１００に対し、レーザ加工ヘッドＨは、コリメート光学系１０１および集光光学系１０３が固定され、これらコリメート光学系１０１および集光光学系１０３に伴い回転機構１０５の固定部１０５ａもフレーム１００に固定されている。また、回転機構１０５の回転部１０５ｂは、フレーム１００との間に軸受１００ａを介して光軸（軸心Ｓ）を中心として回転可能に支持されている。すなわち、レーザ加工ヘッドＨは、回転機構１０５の回転部１０５ｂがフレーム１００に対して回転可能に支持され、それ以外の部分がフレーム１００に対して固定されている。
【０１４７】
また、レーザ加工ヘッドＨは、移動機構３１である回転機構１０５における回転部１０５ｂを回転させるモータ１０７を有する。モータ１０７は、図１５に示すように、レーザ加工ヘッドＨのコリメート光学系１０１側に設けられ、フレーム１００に固定されている。このモータ１０７は、その出力軸がレーザＬの光路の光軸（軸心Ｓ）を中心として円筒状に形成され、コリメート光学系１０１を内部に配置しつつ回転機構１０５の回転部１０５ｂに接続されている。このため、モータ１０７の出力軸の回転が、コリメート光学系１０１を除外して回転機構１０５の回転部１０５ｂに伝達される。なお、回転機構１０５の回転部１０５ｂを回転させる駆動源は、モータ１０７に限らず、例えば、図には明示しないが、軸受１０５ｃを静圧軸受（流体軸受）とし、ポンプにより固定部１０５ａと回転部１０５ｂとの間の閉じられた空間に空気を供給することで回転部１０５ｂを回転させる構成であってもよい。その他、例えば、図には明示しないが、回転部１０５ｂをロータとし、その周囲にフレーム１００に固定のステータを配置し、ロータまたはステータを永久磁石とする一方、ステータまたはロータにコイルを巻き付けて磁化することで、回転部１０５ｂを回転させるように構成してもよい。
【０１４８】
また、レーザ加工ヘッドＨは、機械加工ヘッドＭとともにＺ軸移動部材３１ｆに対して設置されていることから、機械加工ヘッドＭからの伝熱（例えば、約５０［℃］）を抑制するため、冷却手段１０８を有する。冷却手段１０８は、ポンプ１０８ａと連結管１０８ｂとを有する。ポンプ１０８ａは、連結管１０８ｂの流入部に空気を供給する。連結管１０８ｂは、光学系ユニットにおける光学部材と光学部材との間の閉じられた空間と閉じられた空間とを繋げる配管である。連結管１０８ｂは、当該空間との繋がっている開口が光学部材の近傍に配置されている。また、連結管１０８ｂは、同じ空間からそれぞれ他の空間に繋がる場合、同じ空間の離れた位置（例えば、光軸を挟んだ反対側）に各開口が形成されている。冷却手段１０８は、ポンプ１０８ａで連結管１０８ｂに空気を供給することで、光学部材と光学部材との間の閉じられた空間に空気を流すことができ、光学部材を冷却することができる。なお、連結管１０８ｂは、光学系ユニット全体で閉じられた空間を介して１つの流路となるように繋がっており、ポンプ１０８ａにより１箇所から空気を供給することで、光学系ユニット全体に空気を流すことができる。
【０１４９】
また、レーザ加工ヘッドＨは、被加工物Ｗとして複合材を用いる場合、複合材の燃焼を抑制するため、アシストガス供給手段１０９を有する。アシストガス供給手段１０９は、例えば、図４に示すように、レーザ加工ヘッドＨの集光光学系１０３の側部に配置したガス供給管からアシストガス（例えば、窒素やアルゴン）をレーザＬと同軸に供給するものや、図には明示しないが、被加工物ＷのレーザＬが照射される部分にアシストガスを噴射するものがある。
【０１５０】
機械加工ヘッドＭは、本実施形態では、レーザ加工を行いつつ、レーザ加工部分を切削により仕上げ加工を行うもので、切削工具としての面取カッタＣが適用される。そして、機械加工ヘッドＭは、図１５に示すように、面取カッタＣを回転させる回転機構１１０を有する。回転機構１１０は、本実施形態の移動機構３１に含まれるもので、回転部１１０ａを有する。回転部１１０ａは、フレーム１００の外側を覆うように筒状に形成され、フレーム１００との間に軸受１００ｂを介して光軸（軸心Ｓ）を中心として回転可能に支持されている。この回転部１１０ａに対し、カッタ取付部を介して面取カッタＣが固定されている。カッタ取付部は、その内部をレーザ加工ヘッドＨのレーザＬが通過するように円筒状に形成されている。また、回転機構１１０は、回転部１１０ａを回転させるモータ１１０ｂを有する。モータ１１０ｂは、フレーム１００とともに移動機構３１のＺ軸移動部材３１ｆに固定されている。そして、モータ１１０ｂは、その出力軸に設けられた歯車１１０ｃが、回転部１１０ａに設けられた歯車１１０ｄに噛合する。このため、モータ１１０ｂの出力軸の回転が、回転部１１０ａに伝達される。
【０１５１】
また、機械加工ヘッドＭは、被加工物Ｗが複合材である場合、回転機構１１０の回転部１１０ａの軸受１００ｂや摺動面の油が工具に伝わって被加工物Ｗに付着することで複合材が変質する事態を防ぐために、適宜シール構造を備える。
【０１５２】
本実施形態の複合加工装置１は、フレーム１００を介してＺ軸移動部材３１ｆに対して設置されるレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭについて、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具（面取カッタＣ）の加工位置とが所定の移動基準に合わせて配置されている。具体的に、本実施形態では、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とが、同一軸心Ｓの移動基準に合うように、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭがフレーム１００に対して設置されている。このため、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭは、移動機構３１である回転機構１０５，１１０により、それぞれ軸心Ｓを中心に回転移動する。
【０１５３】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭが、回転駆動や、被加工物Ｗの加工時に振動を伴うことから、この振動のレーザ加工ヘッドＨへの伝達を抑えるため、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間にゴム材などからなる防振部材１１１が配置されている。図１５では、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを支持するフレーム１００と軸受１００ａとの間および軸受１００ａとレーザ加工ヘッドＨとの間に防振部材１１１が配置された形態を示している。その他、フレーム１００と軸受１００ｂとの間および軸受１００ｂと機械加工ヘッドＭとの間に防振部材１１１が配置されていてもよい。
【０１５４】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭによる加工において加工屑が生じ、この加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着した場合は工具を傷つけて工具の耐久性が低下するおそれがあり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着した場合は、レーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下するおそれがある。このため、本実施形態の複合加工装置１では、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部（例えば、エアまたはガスを噴射するノズルおよび図示しないエア供給源）８ａと、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部（例えば、吸引ファン）８ｂとを有する。このため、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑は、送風部８ａにより飛ばされて機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事がなくなる。また、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑、または送風部８ａにより飛ばされる加工屑は、吸引部８ｂにより吸引されて機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事がなくなる。なお、図には明示しないが、吸引部８ｂは、その吸引の下流側にダクトを介してフィルタに接続され、加工屑を回収するように構成されていることが好ましい。また、送風部８ａと吸引部８ｂとは何れか一方のみ設けられていてもよい。
【０１５５】
また、複合加工装置１は、制御装置９を有する。制御装置９は、上述したレーザ加工ヘッドＨの駆動や、機械加工ヘッドＭの駆動や、移動機構３１による移動を制御するもので、制御部９１、記憶部９２、入力部９３、表示部９４、レーザ加工ヘッド駆動部（レーザ出力装置）９５、機械加工ヘッド駆動部９６、およびヘッド移動部９７を含む。
【０１５６】
制御部９１は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit：中央演算装置）であり、入力部９３からの入力や記憶部９２からデータの入力を受け付け、当該入力に応じてレーザ加工ヘッド駆動部９５、機械加工ヘッド駆動部９６、およびヘッド移動部９７に指令を出力する。記憶部９２は、一例として、ハードディスク装置または半導体記憶デバイスである。記憶部９２は、被加工物データベース９２ａを有する。被加工物データベース９２ａは、被加工物Ｗの加工に基づく設計情報（例えば、被加工物Ｗの形状や材質など）が格納される。この記憶部９２は、制御部９１と通信回線を通じて接続されるもの（例えば、データサーバー）であってもよい。入力部９３は、キーボードやマウスなどからなる。表示部９４は、画面を有し、当該画面に入力部９３で入力された内容や、記憶部９２から入力された内容や、レーザ加工ヘッド駆動部９５によるレーザ加工ヘッドＨの駆動状況や、機械加工ヘッド駆動部９６による機械加工ヘッドＭの駆動状況や、ヘッド移動部９７によるレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭの移動状況などが表示される。
【０１５７】
レーザ加工ヘッド駆動部９５は、レーザＬを出力する装置である。レーザ加工ヘッド駆動部９５は、光ファイバを媒質に用いてレーザＬ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Ｌを出力する短パルスレーザ出力装置を用いることができる。ファイバレーザ出力装置としては、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置が励磁される。また、ファイバレーザ出力装置は、連続波発振（Continuous  Wave  Operation）とパルス発振（Plused  Operation）のいずれの方式を用いるものでもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバは、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Ｌ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。このレーザ加工ヘッド駆動部９５は、制御部９１からの指令に基づいてレーザＬの出力を制御する。本実施形態では、板状の複合材である被加工物Ｗの板厚を１／２［ｉｎ］以下とし、レーザＬの波長を１．０［μｍ］〜１．１［μｍ］の赤外光（可視光や紫外光でもよい）を適用し、レーザＬの出力を１００［Ｗ］〜５０［ｋＷ］とする。この場合、アシストガス圧は、０．１［ＭＰａ］〜１．０［ＭＰａ］が好ましい。また、レーザ加工ヘッド駆動部９５は、制御部９１からの指令に基づいて、レーザ加工ヘッドＨにおける回転機構１０５の回転部１０５ｂを回転させるモータ１０７の回転速度（レーザＬの回転速度）を制御する。
【０１５８】
機械加工ヘッド駆動部９６は、制御部９１からの指令に基づいて、機械加工ヘッドＭにおける回転機構１１０のモータ１１０ｂの回転速度（工具の回転速度）を制御する。
【０１５９】
ヘッド移動部９７は、制御部９１からの指令に基づいてレーザ加工ヘッドＨの上記移動を制御する。本実施形態では、板状の複合材である被加工物Ｗの板厚を１／２［ｉｎ］以下とし、主軸出力を１５［ｋＷ］以上とする。
【０１６０】
以下、図２、図１６〜図１９を参照して本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を説明する。ここで、図１６、図１８は、複合加工装置１の動作を示し、図１７は図１６での、図１９は図１８での被加工物Ｗの加工状態を示す。
【０１６１】
図２に示すように、制御部９１は、入力部９３からの入力にしたがって加工すべき被加工物Ｗの設計情報を記憶部９２の被加工物データベース９２ａから取得する（ステップＳ１）。次に、制御部９１は、被加工物Ｗの設計情報から、加工する被加工物Ｗの位置や、レーザ加工ヘッドＨによるレーザＬの出力や、機械加工ヘッドＭによる工具の回転速度や、レーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭの移動速度（加工時間）などの加工条件を決定する（ステップＳ２）。次に、制御部９１は、決定した加工条件に基づきレーザ加工ヘッド駆動部９５、機械加工ヘッド駆動部９６およびヘッド移動部９７に指令を出力し加工を実施する（ステップＳ３）。
【０１６２】
ステップＳ２において、制御部９１は、図１６に示すようにレーザ加工ヘッドＨからレーザＬを照射し、回転機構１０５の回転部１０５ｂを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させるとともに、被加工物Ｗに近づくようにレーザ加工ヘッドＨを軸心Ｓに沿ってＺ軸方向に直線移動（下降）させる。これにより、被加工物Ｗに対してレーザＬの照射位置が軸心Ｓを中心に円状に移動し、図１７に示すように、被加工物Ｗに穴Ｗ５が貫通形成される。また、制御部９１は、被加工物Ｗに穴Ｗ５が貫通形成された場合、レーザＬの照射を止める。
【０１６３】
ステップＳ２において、制御部９１は、続いて、図１８に示すように、機械加工ヘッドＭの回転機構１１０の回転部１１０ａを軸心Ｓの基準位置に合わせて回転移動させるとともに、被加工物Ｗに近づくようにレーザ加工ヘッドＨを軸心Ｓに沿ってＺ軸方向に直線移動（下降）させる。これにより、被加工物Ｗに対して機械加工ヘッドＭの面取カッタＣが軸心Ｓを中心に回転し、図１９に示すように、先に貫通した穴Ｗ５の上側の開口縁が面取カッタＣにより切削されて面取部Ｗ６が形成される。
【０１６４】
このように、本実施形態の複合加工方法は、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する機械加工工程と、を含む。
【０１６５】
この複合加工方法によれば、レーザＬの照射位置と工具の加工位置とが所定の移動基準に基づき移動しつつ、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて行う。このため、加工の高速化を図ることが可能になる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することが可能になる。
【０１６６】
また、本実施形態の複合加工方法は、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを同一軸心Ｓの移動基準に合わせて回転移動させるとともに、軸心Ｓに沿って直線移動させる。
【０１６７】
この複合加工方法によれば、レーザ加工工程を行いながら、機械加工工程を行って被加工物Ｗに穴Ｗ５を貫設するとともに面取部Ｗ６を形成する。このため、被加工物Ｗへの穴Ｗ５の貫設加工および面取部Ｗ６の面取加工を高速で行うことが可能になる。
【０１６８】
また、本実施形態の複合加工方法では、レーザ加工工程は、レーザＬにより被加工物Ｗを粗加工し、機械加工工程は、レーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により仕上げ加工する。
【０１６９】
この複合加工方法によれば、複合材の加工においては、レーザ加工だけでは加工面が粗くなるが、レーザＬにより粗加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、高品質の加工を高速で行うことが可能になる。
【０１７０】
また、本実施形態の複合加工装置１は、被加工物Ｗを加工するレーザＬを照射するレーザ加工ヘッドＨと、被加工物Ｗを加工する工具を有する機械加工ヘッドＭと、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬの照射位置、および機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置が所定の移動基準に合う態様でレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを一体に支持し、前記移動基準に基づいてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを移動させる移動機構３１と、を含む。
【０１７１】
この複合加工装置１によれば、被加工物Ｗを加工するレーザＬの照射位置と、被加工物Ｗを加工する工具の加工位置とを所定の移動基準に合わせて移動させ、レーザＬにより被加工物Ｗを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程に続けてレーザＬにより加工した被加工物Ｗの位置を工具により加工する機械加工工程とを行う本実施形態の複合加工方法を実施することが可能になる。すなわち、レーザ加工工程に続けて機械加工工程を行うことで、機械加工では加工時間のかかる加工をレーザ加工で行い、その仕上げとして機械加工を行う各工程を、所定の移動基準で続けて連続して行う。このため、加工の高速化を図ることが可能になる。特に、複合材の加工においては、機械加工では工具の消耗が激しくランニングコストが嵩むが、レーザ加工を先に行い、その仕上げとして機械加工を行うことから、工具の長寿命化を図り、ランニングコストを低減することが可能になる。
【０１７２】
また、本実施形態の複合加工装置１では、移動機構３１は、レーザ加工ヘッドＨにおけるレーザＬの照射位置および機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置が同一軸心Ｓの移動基準に合わせてレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを一体に支持し、さらに、レーザＬの照射位置および工具の加工位置をそれぞれ軸心Ｓの周りに回転移動させ、かつ軸心Ｓに沿ってレーザ加工ヘッドＨおよび機械加工ヘッドＭを直線移動させる。
【０１７３】
この複合加工装置１によれば、レーザ加工を行いながら、機械加工を行って被加工物Ｗに穴Ｗ５を貫設するとともに面取部Ｗ６を形成する。このため、被加工物Ｗへの穴Ｗ５の貫設加工および面取部Ｗ６の面取加工を高速で行うことが可能になる。
【０１７４】
また、本実施形態の複合加工装置１は、レーザ加工ヘッドＨと機械加工ヘッドＭとの間に防振部材１１１を配置する。
【０１７５】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭの振動をレーザ加工ヘッドＨに伝達する事態を抑えるため、当該振動によるレーザ加工の影響（例えば、レーザＬの照射位置の精度低下など）を抑制することが可能になる。
【０１７６】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて送風する送風部８ａを含む。
【０１７７】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑が、送風部８ａにより飛ばされることで、機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着しレーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことが可能になる。
【０１７８】
また、本実施形態の複合加工装置１は、機械加工ヘッドＭにおける工具の加工位置に向けて吸引する吸引部８ｂを含む。
【０１７９】
この複合加工装置１によれば、機械加工ヘッドＭによる加工において生じる加工屑が、吸引部８ｂにより吸引されることで、機械加工ヘッドＭの工具やレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着する事態を防ぐ。このため、加工屑が機械加工ヘッドＭの工具に付着し工具を傷つけて工具の耐久性が低下したり、加工屑がレーザ加工ヘッドＨのレンズに付着しレーザＬの光学系を傷つけて光学系の耐久性が低下したりする事態を防ぐことが可能になる。
【０１８０】
［実施形態４］
図２０は、本実施形態に係る複合加工方法の処理手順を示す工程図である。本実施形態の複合加工方法は、上述した実施形態２に対応するものである。この複合加工方法は、図２０（ａ）に示すように、はじめにレーザ加工ヘッドにより被加工物ＷにレーザＬを照射し機械加工する位置を熱変質させる。この場合、加工穴を貫通させてもよく、また貫通させなくても被加工物Ｗの機械加工する位置を熱変質させればよい。その後、図２０（ｂ）に示すように、機械加工ヘッドにより被加工物Ｗを工具で機械加工する。
【０１８１】
レーザＬの出力は、１００［Ｗ］〜５０［ｋＷ］が好ましく、より好ましくは１［ｋＷ］〜３０［ｋＷ］である。レーザ加熱による熱変質層を加工エリア外に必要以上に広げない用途には、パルス発振モードが望ましい。高いピークパワーと狭いパルス幅が好適であり、ピークパワーが１［ｋＷ］〜３０［ｋＷ］、パルス幅が１０マイクロ秒〜１００ミリ秒が望ましい。
【０１８２】
上記条件でレーザ加工穴を開ける、または熱変質させることにより、その後に機械加工ヘッドにより機械加工を行なう際のスラスト力を低下することができる。これは、機械加工の切削速度を向上させることができること、または工具寿命を延ばすことができることを意味する。さらに、スラスト力を低下させることは、被加工物Ｗの穴あけにおいて被加工物Ｗの欠けなどを抑制することができ、加工後の品質も向上させることができる。
【符号の説明】
【０１８３】
１  複合加工装置
１ａ  固定フレーム
２  被加工物支持機構
２ａ  チャック部
３  ヘッド支持機構
３１  移動機構
３１ａ  Ｘ軸レール
３１ｂ  Ｙ軸レール
３１ｃ  Ｙ軸移動部材
３１ｄ  Ｚ軸支持部材
３１ｅ  Ｚ軸レール
３１ｆ  Ｚ軸移動部材
４  冷却手段
５  アシストガス供給手段
６  接触部
７  防振部材
８ａ  送風部
８ｂ  吸引部
９  制御装置
９１  制御部
９２  記憶部
９２ａ  被加工物データベース
９３  入力部
９４  表示部
９５  レーザ加工ヘッド駆動部
９６  機械加工ヘッド駆動部
９７  ヘッド移動部
１００  フレーム
１００ａ，１００ｂ  軸受
１０１  コリメート光学系
１０２  偏光光学系
１０２ａ  第一プリズム
１０２ｂ  第二プリズム
１０３  集光光学系
１０４  光学系支持部
１０５  回転機構（移動機構）
１０５ａ  固定部
１０５ｂ  回転部
１０５ｃ  軸受
１０６  エンコーダ
１０６ａ  検出部
１０６ｂ  移動部
１０７  モータ
１０８  冷却手段
１０８ａ  ポンプ
１０８ｂ  連結管
１０９  アシストガス供給手段
１１０  回転機構（移動機構）
１１０ａ  回転部
１１０ｂ  モータ
１１０ｃ，１１０ｄ  歯車
１１１  防振部材
Ｃ  面取カッタ（工具）
Ｄ  ドリル（工具）
Ｅ  エンドミル（工具）
Ｆ  光ファイバ
Ｈ  レーザ加工ヘッド
ｉ  照射位置
Ｌ  レーザ
Ｍ  機械加工ヘッド
Ｓ  軸心
Ｖ  仮想円
Ｗ  被加工物
Ｗ１  穴
Ｗ２  所定範囲
Ｗ３  穴
Ｗ４  面取部
Ｗ５  穴
Ｗ６  面取部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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