(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物を加工する短パルスレーザを少なくとも照射するレーザ加工ヘッドを用いて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、
前記保護層に短パルスレーザを照射し、前記保護層を切削する短パルスレーザ加工工程と、
前記短パルスレーザ加工工程で切削した領域の前記金属層を切削する金属層加工工程と、を含み、
前記短パルスレーザは、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスのレーザであるレーザ加工方法。
【請求項２】
前記短パルスレーザ加工工程は、前記金属層の表面に直交する方向において、前記金属層を０．００１ｍｍ以上、かつ、前記金属層の厚みの５０％以下の深さに切削する請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記短パルスレーザ加工工程は、前記レーザが照射される方向において、前記金属層を０．００１ｍｍ以上、かつ、前記金属層の厚みの５０％以下の深さに切削する請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
少なくとも加工対象物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドを用いて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、
前記保護層と前記金属層とを一括して切削する金属層加工工程と、
前記金属層加工工程で切削した領域の端面を含む前記保護層に短パルスレーザを照射し、前記保護層を切削する短パルスレーザ加工工程と、
を含み、
前記短パルスレーザは、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスのレーザであるレーザ加工方法。
【請求項５】
少なくとも加工対象物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドを用いて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、
前記保護層が形成されていない前記加工対象物の前記金属層を切削する金属層加工工程と、
前記金属層加工工程で切削された前記加工対象物に前記保護層を積層する積層工程と、
前記積層工程で前記保護層が積層された前記加工対象物の前記金属層加工工程で切削した領域と重なる領域に短パルスレーザを照射し、前記保護層を切削する短パルスレーザ加工工程と、
を含み、
前記短パルスレーザは、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスのレーザであるレーザ加工方法。
【請求項６】
前記短パルスレーザ加工工程及び前記金属層加工工程は、前記加工対象物に穴を形成する加工であり、
前記短パルスレーザ加工工程は、前記金属層加工工程が前記金属層に形成する穴より径が大きい穴を前記保護層に形成する請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記短パルスレーザ加工工程は、前記保護層にリング形状の開口を形成する加工であり、
前記金属層加工工程は、前記加工対象物に穴を形成する加工であり、
前記短パルスレーザ加工工程は、前記金属層加工工程が前記金属層に形成する穴より外径が大きいリング形状を前記保護層に形成する請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記金属層加工工程は、前記短パルスレーザ加工工程で切削した領域にファイバレーザを照射し、前記金属層を切削する請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記保護層は、耐熱性材料もしくは、耐摩耗性材料で形成される請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記レーザ加工ヘッドは、前記短パルスレーザを前記加工対象物に対して旋回させるレーザ旋回部と、前記レーザ旋回部で旋回された前記短パルスレーザを集光させる集光光学系と、を有し、
前記短パルスレーザ加工工程は、前記レーザ旋回部で、前記レーザが前記加工対象物に照射される位置を回転させる請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
加工対象物を支持するステージを含むステージユニットと、
ファイバレーザを出力するファイバレーザ光源、短パルスレーザを出力する短パルスレーザ光源及び前記加工対象物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドを含むレーザ加工ユニットと、
前記レーザ加工ヘッドと前記ステージとをＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動機構、前記Ｙ軸移動機構に対して、前記レーザ加工ヘッドをＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動機構及び前記Ｘ軸移動機構に固定され、前記レーザ加工ヘッドをＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動機構を有する移動ユニットと、
各部の動作を制御する制御部と、を含み、
前記レーザ加工ヘッドは、前記ファイバレーザをレーザ旋回部に入射させる状態と、前記短パルスレーザを前記レーザ旋回部に入射させる状態と、を切り換える切換機構と、前記レーザを前記加工対象物に対して旋回させるレーザ旋回部と、前記レーザ旋回部で旋回されたレーザを集光させる集光光学系と、を有し、前記レーザ旋回部で、前記レーザが前記加工対象物に照射される位置を回転させ、
前記短パルスレーザは、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスのレーザであるレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記短パルスレーザの経路に配置され、前記短パルスレーザの照射位置を、前記レーザの旋回する経路の中心よりも外側にオフセットし、前記ファイバレーザが入射しない軌道に調整する軌道調整機構をさらに備える請求項１１に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記軌道調整機構は、前記レーザ旋回部に設置されたプリズムである請求項１２に記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記軌道調整機構は、前記集光光学系に設置されたレンズである請求項１２に記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
前記短パルスレーザの経路に配置され、前記短パルスレーザの照射位置を、調整する照射位置調整機構をさらに備え、
前記制御部は、前記ファイバレーザの照射位置に基づいて、前記照射位置調整機構により前記短パルスレーザの照射位置を調整する請求項１１から１４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、
前記制御部は、前記レーザ加工ユニットから前記加工対象物に前記短パルスレーザを照射して、前記保護層を切削する請求項１１から１５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工を行うレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物を加工する方法及び装置として、レーザを用いるレーザ加工方法及びレーザ加工装置がある。例えば、特許文献１には、被加工物に少なくとも２種類の波長のレーザ光を照射して穴加工を行うレーザ加工方法が記載されている。具体的には、穴の径よりも小さなスポット径の第１のレーザ光を穴の内周に沿って照射して加工するステップと、穴の径よりも小さなスポット径で、かつ第１のレーザ光よりも波長の長い第２のレーザ光を穴の周よりも内側に照射するステップとで、加工を行うことが記載されている。また、後のステップによって、前のステップで加工されずに残った部分を加工することが記載されている。また、特許文献１は、レーザ光を回転させつつ照射し、穴をあけることが記載されている。また、特許文献２には、レーザ光を回転させる機構として、電磁駆動を用いる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１０５９８号公報
【特許文献２】特許第２８２８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、加工対象物としては、金属層に、金属層とは異なる特性の材料の保護層が積層された構造体がある。保護層は、例えば、金属層を熱、応力及び異物の接触の少なくとも１つから保護する層として金属層上に積層されている。このような金属層に保護層が積層された積層体を加工対象物とした場合、保護層を適切に加工することが難しく、金属層と保護層の両方の品質を維持したまま、加工速度を向上させることが困難であった。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、金属層に保護層が積層された加工対象物を高品質かつ高精度に加工することのできるレーザ加工方法およびレーザ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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工対象物を加工する短パルスレーザを少なくとも照射するレーザ加工ヘッドを用いて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、前記保護層に短パルスレーザを照射し、前記保護層を切削する短パルスレーザ加工工程と、前記短パルスレーザ加工工程で切削した領域の前記金属層を切削する金属層加工工程と、を含む。
【０００７】
また、前記短パルスレーザ加工工程は、前記金属層の表面に直交する方向において、前記金属層を０．００１ｍｍ以上、かつ、前記金属層の厚みの５０％以下の深さに切削することが好ましい。
【０００８】
また、前記短パルスレーザ加工工程は、前記レーザが照射される方向において、前記金属層を０．００１ｍｍ以上、かつ、前記金属層の厚みの５０％以下の深さに切削することが好ましい。
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも加工対象物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドを用いて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、前記保護層と前記金属層とを一括して切削する金属層加工工程と、前記金属層加工工程で切削した領域の端面を含む前記保護層に短パルスレーザを照射し、前記保護層を切削する短パルスレーザ加工工程と、を含む。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも加工対象物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドを用いて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、前記保護層が形成されていない前記加工対象物の前記金属層を切削する金属層加工工程と、前記金属層加工工程で切削された前記加工対象物に前記保護層を積層する積層工程と、前記積層工程で前記保護層が積層された前記加工対象物の前記金属層加工工程で切削した領域と重なる領域に短パルスレーザを照射し、前記保護層を切削する短パルスレーザ加工工程と、を含む。
【００１１】
また、前記短パルスレーザ加工工程及び前記金属層加工工程は、前記加工対象物に穴を形成する加工であり、前記短パルスレーザ加工工程は、前記金属層加工工程が前記金属層に形成する穴より径が大きい穴を前記保護層に形成することが好ましい。
【００１２】
また、前記金属層加工工程は、前記短パルスレーザ加工工程で切削した領域にファイバレーザを照射し、前記金属層を切削することが好ましい。
【００１３】
また、前記保護層は、耐熱性材料もしくは耐摩耗性材料で形成されることが好ましい。また、前記保護層は、サーマルバリアコートであることが好ましい。また、前記保護層は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ニクシリー（ＮｉＣｒＡｌ）、コクラリー（ＣｏＣｒＡｌ）、アルミナ−チタニア（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２）、クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２−ＮｉＣｒ）またはタングステンカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２−ＮｉＣｒ、Ｃｒ３Ｃ２−ＣｏＣｒ、Ｃｒ３Ｃ２−Ｃｏ）であることが好ましい。
【００１４】
また、前記レーザ加工ヘッドは、前記短パルスレーザを前記加工対象物に対して旋回させるレーザ旋回部と、前記レーザ旋回部で旋回された前記短パルスレーザを集光させる集光光学系と、を有し、前記短パルスレーザ加工工程は、前記レーザ旋回部で、前記レーザが前記加工対象物に照射される位置を回転させることが好ましい。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ加工装置であって、加工対象物を支持するステージを含むステージユニットと、ファイバレーザを出力するファイバレーザ光源、短パルスレーザを出力する短パルスレーザ光源及び前記加工対象物を加工するレーザを照射するレーザ加工ヘッドを含むレーザ加工ユニットと、前記レーザ加工ヘッドと前記ステージとをＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動機構、前記Ｙ軸移動機構に対して、前記レーザ加工ヘッドをＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動機構及び前記Ｘ軸移動機構に固定され、前記レーザ加工ヘッドをＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動機構を有する移動ユニットと、各部の動作を制御する制御部と、を含み、前記レーザ加工ヘッドは、前記ファイバレーザをレーザ旋回部に入射させる状態と、前記短パルスレーザを前記レーザ旋回部に入射させる状態と、を切り換える切換機構と、前記レーザを前記加工対象物に対して旋回させるレーザ旋回部と、前記レーザ旋回部で旋回されたレーザを集光させる集光光学系と、を有し、前記レーザ旋回部で、前記レーザが前記加工対象物に照射される位置を回転させることを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記短パルスレーザの経路に配置され、前記短パルスレーザの照射位置を、前記レーザの旋回する経路の中心よりも外側にオフセットし、前記ファイバレーザが入射しない軌道へ調整する機構をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、前記軌道調整機構は、前記レーザ旋回部に設置されたプリズムであることが好ましい。
【００１８】
また、前記軌道調整機構は、前記集光光学系に設置されたレンズであることが好ましい。
【００１９】
また、前記短パルスレーザの経路に配置され、前記短パルスレーザの照射位置を、調整する照射位置調整機構をさらに備え、前記制御部は、前記ファイバレーザの照射位置に基づいて、前記照射位置調整機構により前記短パルスレーザの照射位置を調整することが好ましい。
【００２０】
また、前記加工対象物は、金属層に保護層が形成された積層構造であり、前記制御部は、前記レーザ加工ユニットから前記加工対象物に前記短パルスレーザを照射して、前記保護層を切削することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金属層に積層された保護層の切削を、短パルスレーザで行うことでドロスの付着やクラックの発生を抑制することができる。これにより、保護層に与える影響を少なくすることができ、加工の精度をより高くすることができる。また、金属層を短パルスレーザとは異なる加工手段で加工することで、金属層の加工を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、レーザ加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、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４】図４は、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５】図５は、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、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、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８】図８は、加工対象物の構造の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、レーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、レーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１５】図１５は、レーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１６は、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図１７】図１７は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の切換機構の一部の構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の切換機構の一部の構成を示す模式図である。
【図２１】図２１は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の切換機構の一部の構成を示す模式図である。
【図２２】図２２は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図２３】図２３は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図２４】図２４は、図２３に示すレーザ加工装置の光学系の概略構成を示す模式図である。
【図２５】図２５は、軌道調整機構及びプリズムをレーザの入射方向から見た模式図である。
【図２６】図２６は、軌道調整機構及びプリズムをレーザの入射方向に直交する方向から見た模式図である。
【図２７】図２７は、レーザの照射位置近傍を拡大して示す拡大図である。
【図２８】図２８は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図２９】図２９は、図２８に示すレーザ加工装置の光学系の概略構成を示す模式図である。
【図３０】図３０は、軌道調整機構及び集光レンズをレーザの入射方向から見た模式図である。
【図３１】図３１は、軌道調整機構及び集光レンズをレーザの入射方向に直交する方向から見た模式図である。
【図３２】図３２は、レーザの照射位置近傍を拡大して示す拡大図である。
【図３３】図３３は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図３４Ａ】図３４Ａは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図３５Ａ】図３５Ａは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【図３５Ｂ】図３５Ｂは、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
【００２４】
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図２は、レーザ加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。図３から図７は、それぞれ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。
【００２５】
図１に示すように、レーザ加工装置１０は、加工対象物１００に対して、切断加工、穴あけ加工等の各種加工を行う装置である。なお、加工の種類は特に限定されないが、本実施形態のレーザ加工装置１０は、穴あけ、切断等の切削加工を行う。また、レーザ加工装置１０は、加工対象物１００の計測も行う。
【００２６】
レーザ加工装置１０は、フレーム１２と、移動ユニット１４と、ステージユニット１６と、レーザ加工ヘッド６０を含むレーザ加工ユニット２２と、制御部２４と、を有する。レーザ加工装置１０は、ステージユニット１６に保持される加工対象物１００にレーザ加工ユニット２２によりレーザを照射し、加工対象物１００をレーザ加工する。ここで、本実施形態では、水平面をＸ軸方向とＸ軸に直交するＹ軸方向を含むＸＹ平面とし、水平面に直交する方向をＺ軸方向とする。また、Ｙ軸周りに回転する方向をθＹ方向とする。
【００２７】
フレーム１２は、レーザ加工装置１０の筐体であり、地面、土台等の設置面に固定されている。フレーム１２は、門１２ａと門１２ａの空間に挿入された土台１２ｂとを有する。フレーム１２は、移動ユニット１４の固定部が固定されている。レーザ加工装置１０は、フレーム１２の門１２ａと土台１２ｂとに移動ユニット１４が固定され、移動ユニット１４により加工対象物１００と、レーザ加工ユニット２２とを相対的に移動させる、いわゆる門型の加工装置である。
【００２８】
移動ユニット１４は、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とを相対移動させる。移動ユニット１４は、Ｙ軸移動機構３０と、Ｘ軸移動機構３４と、Ｚ軸移動機構３８と、θＹ回転機構３９と、を有する。Ｙ軸移動機構３０は、フレーム１２の土台１２ｂ上に配置され、Ｙ軸方向に延在するレール３０ａと、レール３０ａに沿って移動するＹ軸移動部材３０ｂと、を有する。Ｙ軸移動機構３０は、Ｙ軸移動部材３０ｂにステージユニット１６が固定されている。Ｙ軸移動機構３０は、レール３０ａに沿って、Ｙ軸移動部材３０ｂを移動させることで、ステージユニット１６をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動機構３０は、Ｙ軸移動部材３０ｂをＹ軸方向に移動させる機構として、種々の機構を用いることができる。例えば、Ｙ軸移動部材３０ｂにボールねじを挿入し、ボールねじをモータ等で回転させる機構や、リニアモータ機構、ベルト機構等を用いることができる。Ｘ軸移動機構３４と、Ｚ軸移動機構３８も同様に種々の機構を用いることができる。
【００２９】
Ｘ軸移動機構３４は、フレーム１２の門１２ａ上に配置され、Ｘ軸方向に延在するレール３３と、レール３３に沿って移動するＸ軸移動部材３４ａと、を有する。Ｘ軸移動機構３４は、Ｘ軸移動部材３４ａにＺ軸移動機構３８が固定されている。Ｘ軸移動機構３４は、レール３３に沿って、Ｘ軸移動部材３４ａを移動させることで、Ｚ軸移動機構３８をＸ軸方向に移動させる。Ｚ軸移動機構３８は、Ｘ軸移動部材３４ａに固定され、Ｚ軸方向に延在するレール３８ａと、レール３８ａに沿って移動するＺ軸移動部材３８ｂと、を有する。Ｚ軸移動機構３８は、Ｚ軸移動部材３８ｂにθＹ回転機構３９が固定されている。Ｚ軸移動機構３８は、レール３８ａに沿って、θＹ回転機構３９を移動させることで、θＹ回転機構３９をＺ軸方向に移動させる。θＹ回転機構３９は、Ｚ軸移動部材３８ｂに固定され、レーザ加工ヘッド６０が固定されている。θＹ回転機構３９は、Ｚ軸移動部材３８ｂに対して、レーザ加工ヘッド６０をθＹ方向に回転させることで、レーザ加工ヘッド６０をθＹ方向に回転させる。
【００３０】
移動ユニット１４は、Ｙ軸移動機構３０とＸ軸移動機構３４とＺ軸移動機構３８とを用いて、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに相対移動させる。また、移動ユニット１４は、θＹ回転機構３９を用いて、加工対象物１００に対してレーザ加工ヘッド６０を回転させる。これにより、レーザ加工ヘッド６０から加工対象物１００に対して照射されるレーザの向きを調整することができる。移動ユニット１４は、レーザ加工ヘッド６０をＸ軸周りに回転させる機構を備えていてもよい。また、レーザが照射される向きを調整する機構は、レーザ加工ヘッド６０に設けてもよい。
【００３１】
ステージユニット１６は、Ｙ軸移動機構３０のＹ軸移動部材３０ｂ上に配置されている。ステージユニット１６は、加工対象物１００を支持するステージである。本実施形態のステージユニット１６は、Ｙ軸移動部材３０ｂと一体化させた部材、つまり、Ｙ軸移動部材３０ｂをステージユニット１６のステージとしたが、Ｙ軸移動部材３０ｂ上に別の支持部材をステージとして設けてもよい。ステージユニット１６は、Ｙ軸移動機構３０が加工対象物１００を移動させるステージ移動機構４２となる。ステージユニット１６は、加工対象物１００をＹ軸移動部材３０ｂの所定の位置に固定する固定機構を備えている。また、ステージユニット１６は、ステージ移動機構４２として、さらにＹ軸移動部材３０ｂに対して加工対象物１００の向きを、つまり姿勢を調整する調整機構を備えていてもよい。具体的には、ステージ移動機構４２として、加工対象物１００を回転させる機構を備えていてもよい。
【００３２】
レーザ加工ユニット２２は、レーザ加工ヘッド６０と、ファイバレーザ光源６２と、短パルスレーザ光源６４と、を有する。ファイバレーザ光源６２は、光ファイバを媒質としてレーザを出力する装置である。ファイバレーザ出力装置としては、例えば、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置を用いることができ、これらの出力装置が励起されることによりレーザが発振される。ファイバレーザ出力装置のファイバは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加されたシリカガラスを用いることができる。短パルスレーザ光源６４は、レーザを短パルス、例えば、周波数２０ｋＨｚで出力する。短パルスレーザ出力装置としては、レーザの発振源として例えば、チタンサファイアレーザを用いることができ、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスを発振することができる。また、ＹＡＧレーザやＹＶＯ４レーザ等のナノ秒オーダーパルス発振をするレーザも使用可能である。ここで、本実施形態において、短パルスレーザは、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスでレーザを出力するものである。なお、レーザ加工ユニット２２は、短パルスレーザを、パルス幅が１０ナノ秒以上の短パルスとすることが好ましく、パルス幅が１ナノ秒未満のレーザとすることがより好ましい。
【００３３】
次に、レーザ加工ヘッド６０について、説明する。レーザ加工ヘッド６０は、図２に示すように、ファイバレーザ光源６２から出力されたファイバレーザと、短パルスレーザ光源６４から出力された短パルスレーザと、が入射され、入射されたレーザのうち一方を加工対象物１００に照射することで、加工対象物１００をレーザ加工する。なお、ファイバレーザ光源６２から出力されたファイバレーザと、短パルスレーザ光源６４から出力された短パルスレーザとは、光ファイバ等のレーザ光を導く光学部材でレーザ加工ヘッド６０まで案内される。
【００３４】
レーザ加工ヘッド６０は、コリメート光学系７０、７２と、切換機構７４と、レーザ旋回部７６と、集光光学系８０と、ノズル８１と、を含む。コリメート光学系７０は、ファイバレーザ光源６２から出力されたファイバレーザＬ１をコリメートする光学部材であり、コリメートしたファイバレーザＬ１を切換機構７４に向けて射出する。コリメート光学系７２は、短パルスレーザ光源６４から出力された短パルスレーザＬ２をコリメートする光学部材であり、コリメートした短パルスレーザＬ２を切換機構７４に向けて射出する。
【００３５】
切換機構７４は、レーザ旋回部７６にファイバレーザ光源６２から出力されたファイバレーザＬ１を入射させるか、短パルスレーザ光源６４から出力された短パルスレーザＬ２を入射させるかを切り換える機構である。切換機構７４は、レーザを反射するミラー７４ａと、ミラー７４ａに連結された支持棒７４ｂと、支持棒７４ｂを移動させる駆動部７４ｃと、を有する。切換機構７４は、駆動部７４ｃでミラー７４ａを図２に示す位置、具体的には、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２とが重なる位置に配置する。具体的には、ミラー７４ａは、コリメート光学系７０とレーザ旋回部７６との間で、かつ、コリメート光学系７２を通過した短パルスレーザが到達する位置に配置されている。
【００３６】
また、切換機構７４は、図３に示すように、駆動部７４ｃでミラー７４ａをファイバレーザの経路からはずれた位置に配置し、つまり、ファイバレーザと短パルスレーザとが重なる位置にミラー７４ａが配置されていない状態とし、ファイバレーザをそのまま通過させることで、ファイバレーザがレーザ旋回部７６に入射する状態とする。ファイバレーザをそのまま通過させる場合、短パルスレーザは、ミラーで反射させてレーザを吸収する位置に照射するようにしてもよいし、コリメート光学系７２とミラー７４ａとの間にシャッタを設けて遮るようにしてもよい。図３に示す例では、短パルスレーザ光源６４で短パルスレーザを遮っているため、短パルスレーザＬ２は、ミラー７４ａまで到達しない。
【００３７】
切換機構７４は、図４に示すように、駆動部７４ｃでミラー７４ａをファイバレーザと短パルスレーザとが重なる位置に配置し、短パルスレーザをミラー７４ａで反射し、ファイバレーザを遮ることで、短パルスレーザがレーザ旋回部７６に入射する状態とする。なお、図４に示す例では、ファイバレーザ光源６２でファイバレーザを遮っているため、ファイバレーザＬ１は、ミラー７４ａまで到達しない。
【００３８】
レーザ旋回部７６は、光路の中心周り（例えば、図中の矢印ｃ）にレーザを回転させて、加工対象物１００に照射するレーザ、つまりレーザＬの照射位置ＩＰを同方向に旋回させる。レーザ旋回部７６は、図２に示すように、第１プリズムユニット８２と、第２プリズムユニット８４と、を有する。
【００３９】
第１プリズムユニット８２は、レーザＬを屈折させて、光軸に対して傾ける第１プリズムと、第１プリズムを回転させる回転機構と、を有する。第２プリズムユニット８４は、第１プリズムユニット８２で屈折されたレーザを再度屈折させ、集光する位置を制御する第２プリズムと、第２プリズムを回転させる回転機構と、を有する。第１プリズム、第２プリズムとしては、例えばウェッジプリズムを用いることができる。
【００４０】
レーザ旋回部７６は、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとを回転させることで、図５に示すように、レーザの照射位置を回転させる。レーザ旋回部７６は、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとを同期回転および相対回転可能である。
【００４１】
また、レーザ旋回部７６は、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとの位相角の差を変えることができる。これにより、図５に示すように、レーザ照射点を回転軸の光路の中心Ｐから第１プリズムと第２プリズムとの位相角の差に対応する距離だけ離れた照射位置ＩＰまで偏心させることができる。つまり、レーザ旋回部７６は、第１プリズムと第２プリズムとの位相角の差を維持しながら、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとを同回転周期で同期回転させることで、レーザ照射点は旋回径Ｒの円軌道ＩＣを描く。また、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとを非同期回転（異なる回転周期で回転）させる場合には、レーザ照射点の旋回径を増減させながらレーザ照射点を旋回させることができ、任意の曲線軌道を描くことも可能である。
【００４２】
また、旋回径Ｒとは、光路の中心から加工対象物１００に照射されるレーザの照射位置までの距離のことをいい、加工対象物１００に照射されるレーザが中心周りに旋回する半径のことをいう。旋回径Ｒは、第１プリズムと第２プリズムとの位相角の差を変えることにより加工対象物１００に照射されるレーザの旋回径Ｒが変わるので、可変である。旋回数とは、加工対象物１００に照射されるレーザの照射位置が中心周りに旋回する単位時間当たりの回数のことをいう。
【００４３】
集光光学系８０は、複数のレンズを有し、複数のレンズにより、レーザ旋回部７６を通過したレーザを集光し、所定の焦点距離、焦点深度となるレーザを形成する。集光光学系８０は、加工対象物１００に所定のスポット径のレーザを照射する。また、集光光学系８０は、冷却機構を有することが好ましい。冷却機構は、例えば、上記複数のレンズを冷却するための冷却ジャケット等である。
【００４４】
ノズル８１は、レーザＬの進行方向の先側に向かうにつれて次第に径が縮小する中空の円錐形状である。ノズル８１は、集光光学系８０に装着される。ノズル８１は、加工対象物１００の加工点で生じるスパッタ等により集光光学系８０が汚損するのを防ぐための透光部材を有する。また、ノズル８１は、アシストガス供給源８６からアシストガスが供給され、このアシストガスを加工対象物１００に向けて噴射可能である。
【００４５】
本実施形態において、アシストガスは、例えば、空気、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、キセノンガス、ヘリウムガス、または、これらの混合ガスを用いることができる。アシストガスとして、酸化反応熱を加工処理に利用できる酸素ガスを用いた場合、金属等の加工対象物１００に対する加工速度をより向上させることができる。また、アシストガスとして、熱影響層としての酸化被膜の生成を抑える窒素ガスやアルゴンガス等を用いた場合、金属等の加工対象物１００に対する加工精度をより向上させることができる。アシストガスのガス種、混合比、および、ノズル８１からの噴出量（圧力）などは、加工対象物１００の種類や加工モード等の加工条件に応じて変えることができる。
【００４６】
また、レーザ加工ユニット２２は、レーザを照射する位置の画像を撮影する撮影手段、例えば、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサ等を有するカメラを備えていてもよい。これにより、取得した画像に基づいてレーザの照射位置等を調整することができる。
【００４７】
レーザ加工ユニット２２は、ファイバレーザ光源６２または短パルスレーザ光源６４から出力されるレーザをレーザ加工ヘッド６０から加工対象物１００に照射することで、穴Ｗｂがあけられる。図６は、穴あけを行う場合として、説明しているが、レーザの照射位置を移動させることで、加工対象物を線で切削することができ、加工対象物を切断することもできる。レーザ加工ユニット２２は、レーザを照射して加工を行った場合、加工した穴Ｗｂの周囲に熱影響層Ｗａが生じる。本実施形態では、熱影響層Ｗａは厚みがＴＨとなる。
【００４８】
制御部２４は、移動ユニット１４、ステージユニット１６、レーザ加工ユニット２２の各部の動作を制御する。制御部２４は、移動ユニット１４とステージユニット１６のステージ移動機構４２の動作を制御し、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とを相対移動させる。また、制御部２４はレーザ加工ユニット２２の駆動を制御し、レーザ加工を制御する。具体的には、制御部２４は、加工対象物１００の加工手順に基づいて、ファイバレーザで加工を行うか、短パルスレーザで加工を行うかを決定し、決定に基づいて切換機構７４を含む各部を動作し、加工対象物１００にレーザを照射する。また、制御部２４は、熱影響層Ｗａの許容厚みに基づいて、熱影響層Ｗａの厚みとレーザＬの旋回数と旋回径Ｒとの相関関係を定めた制御マップ（旋回条件制御マップ）を参照して、熱影響層Ｗａの厚みＴＨが許容厚みを超えないレーザＬの許容旋回数範囲および許容旋回径範囲を決定する。
【００４９】
ここで、本実施形態において、加工対象物１００の熱影響層Ｗａは、加工対象物１００に照射されたレーザＬ（ファイバレーザＬ１、短パルスレーザＬ２のいずれかのレーザ）により形成される再溶融層、酸化層、クラック、ドロスを少なくとも１つ含む。再溶融層は、加工時に、レーザＬの照射により加工対象物１００の固体が液体化し、再び固体化した層である。再溶融層は、加工モードにより異なるが、穴あけ加工、切断加工の場合、レーザＬの照射方向（進行方向）の先に形成される層ではなく、レーザＬの照射方向（進行方向）に直交する方向に形成される層であり、レーザＬを照射することで形成された穴Ｗｂの内周面や、切断された加工対象物１００の切断面に形成されるものである。
【００５０】
酸化層は、加工対象物１００が金属等である場合、アシストガスとして酸素を使用した際に、加工対象物１００の穴Ｗｂの内周面や切断面に形成される酸化被膜である。クラックは、レーザＬの照射により加工対象物１００が急速加熱され、この急速加熱時に加工対象物１００の穴Ｗｂの内周面や切断面に生じる微細なひび割れ（マイクロクラック）である。ドロスは、加工対象物１００の穴あけ時や切断時などに液体化した材料が溶融物となって、加工対象物１００の穴Ｗｂの内周面や切断面に付着して固体化した付着物である。加工対象物１００の熱影響層Ｗａの厚みＴＨは、再溶融層の厚み、酸化被膜の厚み、ひび割れの深さ、付着物の厚みを含む。
【００５１】
許容厚みは、切断加工、穴あけ加工の少なくとも１つを含む切削加工処理を加工対象物１００に施した際に、穴Ｗｂの内周面、切断部分の熱影響層Ｗａの厚みＴＨが、加工処理を施された製品としての加工対象物１００において許容できる範囲内の厚みである。また、許容厚みは、加工モードにより異なるが、穴あけ加工、切断加工の場合、レーザＬの照射方向（進行方向）に直交する方向の長さである。
【００５２】
また、レーザ加工装置１０は、一定周期でＯＮ／ＯＦＦさせて加工対象物１００にレーザＬを照射する場合、例えば短パルスレーザで加工を行う場合、図７に示すように、レーザＬのＯＮ／ＯＦＦの周期を、照射位置ＩＰの旋回周期の非整数倍とすることが好ましい。すなわち、レーザ加工装置１０は、レーザＬのＯＮ／ＯＦＦの周期と、照射位置ＩＰの旋回周期とをずらすことにより、一周目はレーザＬを照射位置ＩＰａに照射し、二周目はレーザＬを照射位置ＩＰｂに照射することができる。つまり、レーザ加工装置１０は、三周目以降も同様にレーザＬのＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、照射位置を順次ずらすことができる。これにより、レーザ加工装置１０は、レーザＬの照射位置が各周回でずれ、加工対象物１００の加工対象の領域に効率よくレーザＬを照射することができる。
【００５３】
また、レーザ加工装置１０は、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとの位相角の差を連続的に変化させつつ、第１プリズムユニット８２の第１プリズムと、第２プリズムユニット８４の第２プリズムとを回転させる場合、中心Ｐから徐々に離れる渦巻状の軌跡でレーザＬを加工対象物１００に照射することができる。これにより、レーザ加工装置１０は、渦巻状にレーザＬを照射することで、レーザＬが入りにくくなる厚みを有する加工対象物１００に対しても精度良く加工することができる。
【００５４】
次に、図８から図１６を用いて、レーザ加工装置１０の動作、つまりレーザ加工方法の一例について説明する。図８は、加工対象物の構造の一例を示す模式図である。図９は、レーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。図１１は、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。図１３は、レーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。図１５は、レーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１６は、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【００５５】
まず、図８を用いて、加工対象物１００の構造を説明する。加工対象物１００は、金属層１０２に保護層１０４が積層されている。保護層１０４は、金属層１０２を熱、応力及び異物の接触の少なくとも１つから保護する層である。保護層１０４は、耐熱性材料もしくは、耐摩耗性材料で形成することが好ましい。ここで、耐熱性材料または耐摩耗性材料としては、より具体的には、保護層１０４は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ニクシリー（ＮｉＣｒＡｌ）、コクラリー（ＣｏＣｒＡｌ）、アルミナ−チタニア（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２）、クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２−ＮｉＣｒ）、タングステンカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２−ＮｉＣｒ、Ｃｒ３Ｃ２−ＣｏＣｒ、Ｃｒ３Ｃ２−Ｃｏ）を用いることが好ましい。上記材料を用いることで、耐熱性及び耐摩耗性のうち少なくとも一方を高くすることができる。また、金属層１０２と保護層１０４との間には、金属層１０２と保護層１０４とを接合する接着層１０６が形成されている。なお、金属層１０２に保護層１０４を直接形成できる場合、接着層１０６はなくてもよい。
【００５６】
加工対象物１００としては、タービン翼が例示される。タービン翼の場合、耐熱鋼で形成された金属層１０２の表面にＴＢＣ（サーマルバリアコート）となる保護膜１０４が溶射等により形成されている。保護層１０４は、タービン翼の耐熱性の向上に寄与する膜である。また、加工対象物１００がタービン翼の場合、レーザ加工装置１０は、タービン翼の金属層１０２及び保護層１０４にフィルム冷却用の冷却穴として、貫通穴を形成する。また、加工対象物１００の例として、タービン翼を示したが、加工対象物は、これに限定されない。加工対象物１００は、金属層１０２に、保護層１０４が積層された各種部材を対象とすることができる。例えば、タービン翼と同様に、金属層１０２となる耐熱鋼の表面に保護層１０４となる溶射膜を形成する部分としては、エンジン燃焼器がある。
【００５７】
次に、図９を用いて、レーザ加工方法の一例を説明する。レーザ加工装置１０は、加工条件を決定する（ステップＳ１２）。具体的には、加工対象物１００の金属層１０２、保護層１０４のそれぞれ厚み、材料等に基づいて、加工時間、レーザの回転速度、レーザの出力等を決定する。
【００５８】
レーザ加工装置１０は、加工条件を決定したら、短パルスレーザで加工を行う（ステップＳ１４）。具体的には、レーザ加工装置１０は、切換機構７４で、短パルスレーザ光源６４から照射される短パルスレーザＬ２が加工対象物１００に照射される状態とし、短パルスレーザＬ２を加工対象物１００に照射し、加工対象物１００の切削を行う。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で加工対象物１００の保護層１０４を切削する。これにより、図１０Ａに示すように加工対象物１００の保護層１０４に穴１１０が形成される。また、穴１１０の周囲には、熱影響層１１４が形成される。熱影響層１１４は、短パルスレーザＬ２が照射されることで、穴１１０の壁面から穴１１０の径方向外側の領域に形成されている。ここで、レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２を加工する穴１１０よりも内径側に照射する。短パルスレーザＬ２の径が１ｍｍの場合、短パルスレーザＬ２の端面と切削される側面との距離ｄ１は、０．５ｍｍ（短パルスレーザＬ２の中心と切削される側面との距離は、１．０ｍｍ）となる。ｄ１は、０．００１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５９】
レーザ加工装置１０は、短パルスレーザで加工を行ったら、ファイバレーザで加工を行う（ステップＳ１６）。具体的には、レーザ加工装置１０は、切換機構７４で、ファイバレーザ光源６２から照射されるファイバレーザＬ１が加工対象物１００に照射される状態とし、ファイバレーザＬ１を加工対象物１００の穴１１０が形成された領域に照射し、加工対象物１００の切削を行う。レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１で加工対象物１００の金属層１０２を切削する。これにより、図１０Ｂに示すように加工対象物１００の保護層１０４と金属層１０２に繋がった穴１２０が形成される。また、穴１２０の周囲のうち金属層１０２の部分には、熱影響層１２２が形成される。熱影響層１２２は、ファイバレーザＬ１が照射されることで、穴１２０の金属層１０２の部分の壁面から穴１２０の径方向外側の領域に形成されている。ここで、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１を加工する穴１２０よりも内径側に照射する。ファイバレーザＬ１の径が１ｍｍの場合、ファイバレーザＬ１の端面と切削される側面との距離ｄ２は、０．５ｍｍ（ファイバレーザＬ１の中心と切削される側面との距離は、１．０ｍｍ）となる。ｄ２は、０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１により切削される側面とファイバレーザＬ１との間に距離ｄ２が設けられることで、短パルスレーザＬ２で加工された保護層１０４の壁面（熱影響層１１４）にファイバレーザＬ１があたらない状態で、金属層１０２を切削することができる。レーザ加工装置１０は、ファイバレーザで加工を行ったら、本処理を終了する。
【００６０】
レーザ加工装置１０は、短パルスレーザで保護層１０４を切削することで、保護層１０４に生じる熱影響層１１４をより小さくすることができる。また、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザで金属層１０２を切削することで、金属層１０２を切削する時間を短くすることができる。これにより、レーザ加工装置１０は、加工対象物１００の加工時間が長くなることを抑制しつつ、保護層１０４の熱影響層１１４を小さくすることができ、加工対象物１００の加工を高精度かつ高速で行うことができる。
【００６１】
例えば、上述したガスタービンのタービン翼のように、金属層（耐熱鋼）１０２に保護層（ＴＢＣ）１０４を溶射等の方法により形成する構造の場合、複合材料のため、耐熱鋼だけの場合に比べて、高品質な加工を行なうことが困難である。具体的には、金属層１０２と保護層１０４では、適正加工条件が異なるため、どちらか一方の加工に適正な条件を設定すると、他方の品質が低下する。また、ＴＢＣと耐熱鋼では入熱に対する熱膨張率が異なり、ＴＢＣにクラックなどの熱影響層が生じやすい。ＴＢＣの表面は耐熱鋼に比べて表面粗さが大きく、ドロスが付着しやすく、とれにくい、つまり熱影響層が大きくなりやすい。これに対して、レーザ加工装置１０は、保護層１０４を短パルスレーザで切削することで、熱影響層を小さくしつつ切削加工を行うことができる。
【００６２】
また、レーザ加工装置１０は、金属層１０２はファイバレーザで加工することで、金属層１０２の加工を短時間で行うことができる。
【００６３】
以上より、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザ光源６２と、短パルスレーザ光源６４と、を設け、切換機構７４により照射するレーザを切り換え可能とすることで、加工対象物１００の大きさ、厚み、材料等に応じて、使用するレーザを切り換えることができる。これにより用途に応じた加工を高い精度かつ短時間で行うことができる。
【００６４】
また、レーザ加工装置１０は、熱影響層を小さくできることで、設計時に切断面、穴等に設ける余裕（誤差等を加味した性能や形状の余裕）をより小さくすることができる。これにより、レーザ加工装置１０で加工を行うことで、加工対象物１００の性能をより高くすることができる。
【００６５】
また、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１を加工する穴１２０よりも内径側に照射することで、ファイバレーザＬ１が保護層１０４にあたらない状態で、金属層１０２を加工することができる。これにより、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１の照射時に保護層１０４の熱影響層１１４が増加することを抑制することができる。
【００６６】
また、レーザ加工装置１０は、１つのレーザ加工ユニット２２でファイバレーザによる加工と短パルスレーザによる加工ができる。これにより、加工対象物１００の固定状態を維持したまま、加工を行うことができ、加工した部分で軸ズレが生じることを抑制できる。また、レーザを回転させることで、効果的にレーザ加工を行うことができる。
【００６７】
また、レーザ加工装置１０は、切換機構７４で、レーザ旋回部７６に入射するレーザを切り換えることで、ファイバレーザと短パルスレーザとの波長が近い場合でも、それぞれのレーザを好適にレーザ旋回部７６に入射させることができる。具体的には、レーザ加工ヘッド６０の通過によって、ファイバレーザと短パルスレーザとの両方で生じる損失を少なくすることができ、光源から出力されたレーザを効率よく加工対象物１００に照射させることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、保護層１０４に形成する穴と金属層１０２に形成する穴とを同じ大きさ（同径）としたが、これに限定されない。レーザ加工装置１０は、保護層１０４に形成する穴を金属層１０２に形成する穴よりも大きい径で形成することが好ましい。具体的には、短パルスレーザ加工工程で、金属層加工工程が金属層に形成する穴より径が大きい穴を保護層に形成することが好ましい。ここで、レーザ加工装置１０は、保護層に形成する穴の径を金属層に形成する穴の径よりも数１０μｍ大きくした穴を形成することが好ましい。これにより、加工時に保護層１０４に生じる熱影響層をより確実に少なくすることができる。なお、本実施形態は、加工により加工対象物１００に穴を形成する場合で説明したが、レーザを線状に移動させ、加工対象物１００を切断する加工等の場合も同様に、表面から見た場合、金属層１０２よりも保護層１０４をより広く加工していることが好ましい。
【００６９】
ここで、図１０Ａに示す例では、短パルスレーザＬ２で保護層１０４に穴を形成したが、これに限定されない。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で加工対象物１００の保護層１０４の穴の内面となる部分のみを切削してもよい。具体的には、短パルスレーザＬ２で保護層にリング状の穴を形成する加工を行ってもよい。
【００７０】
図１１は、レーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。レーザ加工装置１０は、図１１に示すように、短パルスレーザＬ２で保護層１０４にリング状の開口１４０を形成してもよい。開口１４０は、外径（回転中心から最も遠い部分）が形成する穴の外径となる。開口１４０は、外径側の形状が図１０Ａの穴１１０と同様の形状である。また、レーザ加工装置１０は、図１１に示すように、短パルスレーザＬ２で保護層１０４にリング状の開口１４０を形成することで、開口１４０の内側に保護層１０４の柱１４２が残った状態となる。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で開口１４０を形成した後、ファイバレーザＬ１で、金属層１０２の一部と、柱１４２とを切削する加工を行い、図１０Ｂに示す穴１２０を形成する。
【００７１】
レーザ加工装置１０は、図１１に示すように、短パルスレーザＬ２による加工をリング形状の開口１４０とし、形成する穴１２０の保護層１０４の内壁面部分を選択的に加工し、柱１４２をファイバレーザＬ１で加工することで、短パルスレーザＬ２による加工の時間をより短くすることができる。また、柱１４２は、穴１２０の内周から距離が離れているため、穴１２０の内周に影響を与えずにファイバレーザＬ１で切削することができ、穴１２０の品質を維持することができる。
【００７２】
また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す例、図１１に示す例では、加工をより短時間にできるため、短パルスレーザＬ２で保護層１０４のみを加工したが、これに限定されない。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で加工対象物１００の保護層１０４と金属層１０２の一部を切削してもよい。具体的には、金属層１０２の薄皮加工を行ってもよい。
【００７３】
例えば、レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で加工対象物１００の保護層１０４と金属層１０２の一部を切削する。これにより、図１２Ａに示すように加工対象物１００の保護層１０４に加え、金属層１０２の保護層１０４側の一部まで延びた穴１１０ａが形成される。また、穴１１０ａの周囲には、熱影響層１１４、１１６ａが形成される。熱影響層１１４は、短パルスレーザＬ２が照射されることで、保護層１０４の穴１１０ａの壁面から穴１１０ａの径方向外側の領域に形成されている。熱影響層１１６ａは、短パルスレーザＬ２が照射されることで、金属層１０２の穴１１０ａの壁面から穴１１０ａの径方向外側の領域に形成されている。ここで、レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２を加工する穴１１０ａよりも内径側に照射する。また、レーザ加工装置１０は、金属層１０２における穴１１０ａの深さがｄ３となる。
【００７４】
レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で穴１１０ａを形成したら、切換機構７４で、ファイバレーザ光源６２から照射されるファイバレーザＬ１が加工対象物１００に照射される状態とし、ファイバレーザＬ１を加工対象物１００の穴１１０ａが形成された領域に照射し、加工対象物１００の切削を行う。レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１で加工対象物１００の金属層１０２を切削する。これにより、図１２Ｂに示すように加工対象物１００の保護層１０４と金属層１０２に繋がった穴１２０ａが形成される。また、穴１２０ａの周囲のうち金属層１０２の部分には、熱影響層１２２ａが形成される。熱影響層１２２ａは、ファイバレーザＬ１が照射されることで、穴１２０ａの金属層１０２の部分の壁面から穴１２０ａの径方向外側の領域に形成されている。熱影響層１２２ａは、熱影響層１１６ａに隣接している。つまり、金属層１０２は、保護層１０４側に熱影響層１１６ａが形成され、保護層１０４側とは反対側に熱影響層１２２ａが形成される。
【００７５】
レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で金属層１０２の一部にも穴１１０ａを形成することで、ファイバレーザＬ１が金属層１０２に照射されることで、金属層１０２に生じる熱影響が保護膜に伝わることを抑制することができる。これにより、短パルスレーザＬ２で加工して生じる熱影響層１１４がファイバレーザＬ１の照射により、大きくなることを抑制することができる。
【００７６】
また、レーザ加工装置１０は、金属層１０２における穴１１０ａの深さｄ３を０．００１ｍｍ以上、かつ、前記金属層の厚みの５０％以下とすることが好ましい。つまり、前記金属層１０２の表面に直交する方向において、金属層１０２を０．００１ｍｍ以上、かつ、前記金属層の厚みの５０％以下に切削することが好ましい。深さｄ３を上記深さとすることで、ファイバレーザＬ１が金属層１０２に照射されて加工が行われることで、生じる保護層１０４への影響をより小さくすることができる。
【００７７】
また、レーザ加工装置１０は、パルスレーザの照射により形成される、レーザが照射される方向における金属層の穴の深さ（レーザの進行方向におおける穴の深さ）を０．００１ｍｍ以上、かつ、金属層の厚みの５０％以下の深さとすることが好ましい。ここで、レーザが照射される方向と、加工対象物の表面に直交する方向と、のなす角は、１０°以上６０°以下とすることが好ましい。これにより、ファイバレーザＬ１が金属層１０２に照射されて加工が行われることで、生じる保護層１０４への影響をより小さくすることができる。
【００７８】
次に、図１３を用いて、レーザ加工方法の一例を説明する。レーザ加工装置１０は、加工条件を決定する（ステップＳ２２）。具体的には、加工対象物１００の金属層１０２、保護層１０４のそれぞれ厚み、材料等に基づいて、加工時間、レーザの回転速度、レーザの出力等を決定する。
【００７９】
レーザ加工装置１０は、加工条件を決定したら、ファイバレーザで加工を行う（ステップＳ２４）。具体的には、レーザ加工装置１０は、切換機構７４で、ファイバレーザ光源６２から照射されるファイバレーザＬ１が加工対象物１００に照射される状態とし、ファイバレーザＬ１を加工対象物１００に照射し、加工対象物１００の切削を行う。レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１で加工対象物１００の保護層１０４及び金属層１０２を切削する。つまり、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１で加工対象物１００の保護層１０４及び金属層１０２を一括で加工する。これにより、図１４Ａに示すように加工対象物１００の保護層１０４及び金属層１０２に穴１２０ｂが形成される。また、穴１２０ｂの周囲には、熱影響層１２２ｂ、１２４が形成される。熱影響層１２２ｂは、ファイバレーザＬ１が照射されることで、穴１２０ｂの金属層１０２の壁面から穴１２０ｂの径方向外側の領域に形成されている。熱影響層１２４は、ファイバレーザＬ１が照射されることで、穴１２０ｂの保護層１０４の壁面から穴１２０ｂの径方向外側の領域に形成されている。ここで、レーザ加工装置１０は、ファイバレーザＬ１を加工する穴１２０ｂよりも内径側に照射する。
【００８０】
レーザ加工装置１０は、ファイバレーザで加工を行ったら、短パルスレーザで加工を行う（ステップＳ２６）。具体的には、レーザ加工装置１０は、切換機構７４で、短パルスレーザ光源６４から照射される短パルスレーザＬ２が加工対象物１００に照射される状態とし、短パルスレーザＬ２を加工対象物１００の穴１２０ｂが形成された領域に照射し、加工対象物１００の切削を行う。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザＬ２で加工対象物１００の保護層１０４を切削する。これにより、図１４Ｂに示すように加工対象物１００の保護層１０４の壁面の一部が切削される。これにより、ファイバレーザＬ１が照射されて生じる熱影響層１２４の一部が削られ、熱影響層１１４ａが形成される。また、短パルスレーザＬ２で保護層１０４を加工することで、金属層１０２に形成される穴よりも保護層１０４に形成される穴の方が大きな径の穴となる。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザで加工を行ったら、本処理を終了する。
【００８１】
レーザ加工装置１０は、以上のように、ファイバレーザＬ１で貫通した穴１２０ｂを形成し、その後、短パルスレーザＬ２を保護層１０４の穴１２０ｂの壁面近傍に照射することで、穴１２０ｂの周囲の保護層１０４の熱影響層を小さくすることができる。また、ファイバレーザＬ１で貫通した穴１２０ｂを形成することで、加工時間をより短くすることができる。
【００８２】
次に、図１５を用いて、レーザ加工方法の一例を説明する。ここで、図１５に示す例は、加工開始時の加工対象物１００は、保護層１０４が形成されていない金属層１０２のみの状態となる。レーザ加工装置１０は、加工条件を決定する（ステップＳ３２）。具体的には、加工対象物１００の金属層１０２、保護層１０４のそれぞれ厚み、材料等に基づいて、加工時間、レーザの回転速度、レーザの出力等を決定する。
【００８３】
レーザ加工装置１０は、加工条件を決定したら、穴あけ加工を行う（ステップＳ３４）。具体的には、金属層１０２に穴を形成する。穴を形成する方法は、上述したファイバレーザを用いてもよいが、切削工具を用いた機械加工によって行ってもよい。なお、この場合、レーザ加工装置１０は、フレーム１２とは別体で機械加工を行う機械加工ヘッドを設けてもよいし、フレーム１２に設置された機械加工ヘッドを設けてもよい。
【００８４】
レーザ加工装置１０は、穴あけ加工を行ったら、保護膜を形成する（ステップＳ３６）。保護膜は、穴が形成された金属層に溶射等を行うことで、形成される。保護膜が本実施形態の保護層となる。これにより、図１６に示すように、穴１３０が形成された金属層１０２ａの上に穴が開いていない保護層１０４ａが形成される。
【００８５】
レーザ加工装置１０は、保護膜を形成したら、短パルスレーザで加工を行う（ステップＳ３８）。具体的には、図１６に示すように、保護層１０４ａの穴１３０が形成されている部分に対応する位置に短パルスレーザＬ２を照射する。ここで、短パルスレーザＬ２は、穴１３０の壁面に沿った方向から照射することが好ましい。レーザ加工装置１０は、短パルスレーザで加工を行ったら、本処理を終了する。
【００８６】
このように、金属層１０２ａに穴１３０を形成した後、保護層１０４ａを形成する場合も、短パルスレーザＬ２により保護層１０４ａの領域１３２を加工し、穴を形成することで、保護層１０４ａに形成する穴の熱影響層を少なくすることができる。
【００８７】
ここで、上記実施形態では、切換機構７４を用いて、加工対象物１００に照射されるレーザをファイバレーザにするか、短パルスレーザにするかを切り換えたがこれに限定されない。以下、図１７から図２１を用いて、レーザ加工装置の他の例について説明する。なお、以下の例は、切換機構の構成以外は、上記実施形態のレーザ加工装置と同様あるので、切換機構を含むレーザ加工ユニット２２の構成のみを示す。
【００８８】
図１７は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図１７に示すレーザ加工ユニット２２のレーザ加工ヘッド１６０は、切換機構７４に換えて、ハーフミラー１７４を有する。ハーフミラー１７４は、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２とが重なる位置に配置されている。具体的には、ハーフミラー１７４は、コリメート光学系７０とレーザ旋回部７６との間で、かつ、コリメート光学系７２を通過した短パルスレーザが到達する位置に配置されている。ハーフミラー１７４は、短パルスレーザの波長の光を反射し、ファイバレーザの波長の光を透過する特性を有する。レーザ加工ヘッド１６０は、ファイバレーザが、ハーフミラー１７４を透過することで、レーザ旋回部７６に入射し、短パルスレーザがハーフミラー１７４で反射されることで、レーザ旋回部７６に入射する。
【００８９】
このようにレーザ加工装置は、切換機構７４に換えてハーフミラー１７４を用いることでも、ファイバレーザと短パルスレーザの両方をレーザ旋回部７６に入射させることができる。なお、本実施形態のようにハーフミラーを用いる場合、ファイバレーザと短パルスレーザとして、波長が離れているレーザを用いることが好ましい。
【００９０】
図１８は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図１９から図２１は、それぞれ他の実施形態に係るレーザ加工装置の切換機構の一部の構成を示す模式図である。図１８に示すレーザ加工ユニット２２のレーザ加工ヘッド２６０は、切換機構７４に換えて、切換光学系２７４を有する。切換光学系２７４は、図１８及び図１９に示すように、部分遮光板２７４ａと、部分反射板２７４ｂと、を有する。
【００９１】
部分遮光板２７４ａは、ファイバレーザＬ１が通過するコリメート光学系７０の下流側に配置されおり、コリメート光学系７０を通過したファイバレーザＬ１が入射する。部分遮光板２７４ａは、図１９及び図２０に示すように、ファイバレーザＬ１が通過する領域の中心側に円形の光を遮光する遮光部２８０が設けられ、遮光部２８０よりも外側に光を透過する透過部２８１が設けられている。部分遮光板２７４ａは、入射したファイバレーザＬ１のうち、遮光部２８０に入射した光を遮り、透過部２８１に入射した光を透過させることで、ファイバレーザＬ１をリング形状の光とする。
【００９２】
部分反射板２７４ｂは、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２とが重なる位置に配置されている。具体的には、部分反射板２７４ｂは、コリメート光学系７０とレーザ旋回部７６（より具体的には、部分遮光板２７４ａとレーザ旋回部７６）との間で、かつ、コリメート光学系７２を通過した短パルスレーザＬ２が到達する位置に配置されている。部分反射板２７４ｂは、図１９及び図２１に示すように、短パルスレーザＬ２が通過する領域の中心側に円形の光を反射する反射部２８２が設けられ、反射部２８２よりも外側に光を透過する透過部２８４が設けられている。部分反射板２７４ｂは、短パルスレーザＬ２が反射部２８２に入射し、リング形状のファイバレーザＬ１が透過部２８４に入射する。部分反射板２７４ｂは、入射した短パルスレーザＬ２を反射部２８２で反射させて、レーザ旋回部７６に入射させる。また、部分反射板２７４ｂは、入射したリング形状のファイバレーザＬ１を透過部２８４に透過させてレーザ旋回部７６に入射させる。つまり、リング形状のファイバレーザＬ１は、中空部分が反射部２８２に対応し、反射部２８２の周囲の領域である透過部２８４を透過する。
【００９３】
このように、レーザ加工装置は、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２の形状を調整した後、光の経路を重ねることで、２つのレーザを同じ向きで、レーザ旋回部７６に入射させることができる。
【００９４】
図２２は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図２２に示すレーザ加工ユニット２２のレーザ加工ヘッド３６０は、切換機構７４に換えて、切換光学系３７４を有する。切換光学系３７４は、反射光学系３７６と、部分反射板３７８と、を有する。
【００９５】
反射光学系３７６は、複数の反射板３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄを有する。反射板３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄは、光を反射する部材であり、短パルスレーザ光源６４から照射され、コリメート光学系７２でコリメートされた短パルスレーザＬ２を反射させ、部分反射板２７８に設定された向き、ファイバレーザＬ１に対して直交する向きで入射させる。なお、本実施形態は、反射光学系３７６を用いたが、光ファイバで導光してもよい。
【００９６】
部分反射板３７８は、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２とが重なる位置に配置されている。具体的には、部分反射板３７８は、コリメート光学系７０とレーザ旋回部７６との間で、かつ、反射光学系３７６を通過した短パルスレーザＬ２が到達する位置に配置されている。部分反射板３７８は、短パルスレーザＬ２が通過する領域の中心側に円形の光の開口３７８ａが設けられ、開口３７８ａよりも外側に光を反射する反射部３７８ｂが設けられている。部分反射板３７８は、短パルスレーザＬ２が周囲の反射部３７８ｂに入射し、ファイバレーザＬ１が中心の開口３７８ａに入射する。部分反射板３７８は、入射した短パルスレーザＬ２の中心を除く部分を反射部３７８ｂで反射させて、レーザ旋回部７６に入射させる。また、部分反射板３７８は、入射したリング形状のファイバレーザＬ１が中心に形成した開口３７８ａを通過して、レーザ旋回部７６に入射する。また、部分反射板３７８は、入射した短パルスレーザＬ２の中心側の一部が開口３７８ａを通過する。
【００９７】
レーザ加工ヘッド３６０は、ファイバレーザ光源６２から照射された光は、コリメート光学系７０を通過してコリメートされた後、部分反射板３７８を通過して、レーザ旋回部７６に入射する。短パルスレーザ光源６４から照射された光は、コリメート光学系７２を通過してコリメートされた後、反射光学系３７６に入射する。短パルスレーザＬ２は、反射光学系３７６で反射されて、部分反射板３７８で一部（中心側の一部を除いたリング形状の部分）が反射され、レーザ旋回部７６に入射する。
【００９８】
このように、レーザ加工装置は、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２の形状を調整した後、光の経路を重ねることで、２つのレーザを同じ向きで、レーザ旋回部７６に入射させることができる。
【００９９】
なお、上記実施形態では、いずれもファイバレーザを直線の経路で案内し、短パルスレーザを反射させる経路で案内したが、これに限定されず、逆の配置としてもよいし、両方のレーザを反射させるようにしてもよい。また、本実施形態では、２種類のレーザを用いる場合としたが、３種類以上のレーザを用いるようにしてもよい。
【０１００】
次に、図２３から図２７を用いて、レーザ加工装置の他の実施形態について説明する。図２３は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図２４は、図２３に示すレーザ加工装置の光学系の概略構成を示す模式図である。図２５は、軌道調整機構及びプリズムをレーザの入射方向から見た模式図である。図２６は、軌道調整機構及びプリズムをレーザの入射方向に直交する方向から見た模式図である。図２７は、レーザの照射位置近傍を拡大して示す拡大図である。
【０１０１】
図２３に示すレーザ加工装置は、レーザ加工ヘッドの構造以外は、基本的にレーザ加工装置１０と同様である。以下、図２３に示すレーザ加工装置に特有の点を説明する。図２３に示すレーザ加工装置は、短パルスレーザ光源６４から出力される短パルスレーザＬ２を直線の経路で案内し、ファイバレーザ光源６２から出力されるファイバレーザＬ１を反射させる経路で案内する。
【０１０２】
レーザ加工ヘッド４６０は、短パルスレーザ光源６４とファイバレーザ光源６２との配置される位置がレーザ加工ヘッド３６０の配置と逆となっており、軌道調整機構４２０を備えている以外、基本的にレーザ加工ヘッド３６０と同様の構成である。また、レーザ加工ヘッド４６０のレーザ旋回部４７６は、プリズム８２ａを有する第１プリズムユニット８２と、プリズム８４ａを有する第２プリズムユニット８４と、を一体で回転させることで、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２との照射位置を回転させる。また、レーザ加工ヘッド４６０の集光光学系４８０は、レンズ４８０ａとレンズ４８０ｂとレンズ４８０ｃとを有する。
【０１０３】
レーザ加工ヘッド４６０は、ファイバレーザＬ１を反射光学系３７６で反射させた後、切り換え光学系４７４の部分反射板４７８でファイバレーザＬ１を反射する。部分反射板４７８は、反射板４７８ａと反射板４７８ｂとを有する。２つの反射板４７８ａ、４７８ｂは、図２４に示すように、ファイバレーザＬ１の進行方向に対してずれた位置に配置されている。部分反射板４７８は、ファイバレーザＬ１の進行方向に対してずれた位置に配置されることで反射板４７８ａと反射板４７８ｂとの間に空間４７８ｃが形成される。レーザ加工ヘッド４６０は、短パルスレーザＬ２が、空間４７８ｃを通過する。このように、レーザ加工ヘッド４６０は、短パルスレーザＬ２が回転中心の近傍を通過し、ファイバレーザＬ１は、短パルスレーザＬ２の周囲を通過する。ここで、図２３では、ファイバレーザＬ１及び短パルスレーザＬ２がレーザ旋回部４７６で中心軸がずれる状態を強調して示しているが、ファイバレーザＬ１及び短パルスレーザＬ２は、図２４に示すように、レーザ旋回部４７６及び集光光学系４８０を通過する際、別々の領域を通過し重ならない。
【０１０４】
ここで、レーザ加工ヘッド４６０は、軌道調整機構４２０を備えている。軌道調整機構４２０は、短パルスレーザＬ２の軌道を調整する機構であり、レーザ旋回部４７６の第１プリズムユニット８２のプリズム８２ａの平坦な面に固定されている。具体的には、軌道調整機構４２０は、図２５に示すように、プリズム８２ａの回転中心の短パルスレーザＬ２が通過する領域に配置されている。また、軌道調整機構４２０は、短パルスレーザＬ２よりも回転中心から離れた位置を通過するファイバレーザＬ１が通過する領域よりも内側に配置されている。つまり、軌道調整機構４２０は、ファイバレーザＬ１が通過する領域には配置されていない。本実施形態の軌道調整機構４２０は、図２６に示すようなプリズムであり、入射した短パルスレーザＬ２を所定の方向に屈折させる。軌道調整機構４２０は、第１プリズムユニット８２のプリズム８２ａとともに回転する。
【０１０５】
レーザ加工ヘッド４６０は、軌道調整機構４２０を設け、短パルスレーザＬ２を屈折させ、ファイバレーザＬ１を屈折させないことで、レーザ旋回部４７６の第１プリズムユニット８２と第２プリズムユニット８４との相対位相を同じ位置としても、図２７に示すように、加工対象物１００に照射される位置において、短パルスレーザＬ２をファイバレーザＬ１よりも回転中心から離れた位置に照射させることができる。これにより、短パルスレーザＬ２による加工と、ファイバレーザＬ１による加工と、を切り換える際に、第１プリズムユニット８２と第２プリズムユニット８４との相対位相をずらして、レーザの旋回径を変更する制御を実行せずに、短パルスレーザＬ２をファイバレーザＬ１よりも外側に照射させることができる。したがって、短パルスレーザＬ２とファイバレーザＬ１の両方を用いた加工をより短時間で実行することができ、加工対象物の加工速度を向上させることができる。また、軌道調整機構４２０を、レーザ旋回部４７６に設けることで、装置を大型化せずに、短パルスレーザＬ２とファイバレーザＬ１とが通過する光学系を異なる光学系とし、照射位置をずらすことができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、短パルスレーザＬ２を回転中心側に入射させたため、軌道調整機構４２０を回転中心近傍に配置したが、レーザ加工ヘッド３６０のように、短パルスレーザＬ２を回転中心よりも外側に入射させる場合、軌道調整機構４２０をリング形状とし、短パルスレーザＬ２が通過する領域に軌道調整機構４２０を配置し、ファイバレーザＬ１が通過する領域に軌道調整機構４２０を配置しない構造とすればよい。
【０１０７】
ここで、軌道調整機構は、レーザ旋回部に配置するプリズムに限定されない。図２８から図３２を用いて、軌道調整機構の他の例について説明する。図２８は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図２９は、図２８に示すレーザ加工装置の光学系の概略構成を示す模式図である。図３０は、軌道調整機構及び集光レンズをレーザの入射方向から見た模式図である。図３１は、軌道調整機構及び集光レンズをレーザの入射方向に直交する方向から見た模式図である。図３２は、レーザの照射位置近傍を拡大して示す拡大図である。
【０１０８】
図２８に示すレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドは、軌道調整機構の構造以外、基本的に、図２３に示すレーザ加工ヘッドと同様である。以下、図２８に示すレーザ加工ヘッドに特有の点を説明する。
【０１０９】
レーザ加工ヘッド５６０は、図２８及び図２９に示すように、軌道調整機構５２０が、集光光学系５８０に設けられている。また、レーザ加工ヘッド５６０のレーザ旋回部７６は、プリズム８２ａを有する第１プリズムユニット８２と、プリズム８４ａを有する第２プリズムユニット８４と、を一体で回転させることで、ファイバレーザＬ１と短パルスレーザＬ２との照射位置を回転させる。また、レーザ加工ヘッド５６０の集光光学系５８０は、レンズ５８０ａとレンズ５８０ｂとレンズ５８０ｃとを有する。
【０１１０】
軌道調整機構５２０は、短パルスレーザＬ２の軌道を調整する機構であり、レンズ５２１と、レンズ５２２とを有する。レンズ５２１は、集光光学系５８０のレンズ５８０ａの平坦な面または、面の一部に固定されている。具体的には、レンズ５２１は、図３０に示すように、レンズ５８０ａの回転中心の短パルスレーザＬ２が通過する領域に配置されている。また、レンズ５２１は、短パルスレーザＬ２よりも回転中心から離れた位置を通過するファイバレーザＬ１が通過する領域よりも内側に配置されている。つまり、レンズ５２１は、ファイバレーザＬ１が通過する領域には配置されていない。本実施形態のレンズ５２１は、図３１に示すようなレンズであり、入射した短パルスレーザＬ２の焦点位置を調整する。また、レンズ５２２は、集光光学系５８０のレンズ５８０ｂの平坦な面に固定されている。レンズ５２２は、配置位置が異なるのみでレンズ５２１と同様の配置位置で同様の機能を備えている。
【０１１１】
レーザ加工ヘッド５６０は、軌道調整機構５２０を設け、短パルスレーザＬ２を通過させ、ファイバレーザＬ１を通過させないことで、レーザ旋回部７６の第１プリズムユニット８２と第２プリズムユニット８４との相対位相を同じ位置としても、図３２に示すように、短パルスレーザＬ２とファイバレーザＬ１の焦点位置をずらすことができる。本実施形態では、短パルスレーザＬ２の焦点位置を面５９０とし、ファイバレーザＬ１の焦点位置を加工対象物１００の面上とする。このように焦点位置をずらすことで、具体的には、短パルスレーザＬ２の焦点位置をファイバレーザＬ１の焦点位置よりも手前側とすることで、加工対象物１００に照射される位置において、短パルスレーザＬ２をファイバレーザＬ１よりも回転中心から離れた位置に照射させることができる。これにより、短パルスレーザＬ２による加工と、ファイバレーザＬ１による加工と、を切り換える際に、第１プリズムユニット８２と第２プリズムユニット８４との相対位相をずらして、レーザの旋回径を変更する制御を実行せずに、短パルスレーザＬ２をファイバレーザＬ１よりも外側に照射させることができる。したがって、短パルスレーザＬ２とファイバレーザＬ１の両方を用いた加工をより短時間で実行することができ、加工対象物の加工速度を向上させることができる。また、軌道調整機構５２０を、集光光学系５８０に設けることで、装置を大型化せずに、短パルスレーザＬ２とファイバレーザＬ１とが通過する光学系を異なる光学系とし、照射位置をずらすことができる。
【０１１２】
また、本実施形態では、短パルスレーザＬ２を回転中心側に入射させたため、軌道調整機構５２０を回転中心近傍に配置したが、レーザ加工ヘッド３６０のように、短パルスレーザＬ２を回転中心よりも外側に入射させる場合、軌道調整機構５２０をリング形状とし、短パルスレーザＬ２が通過する領域に軌道調整機構５２０を配置し、ファイバレーザＬ１が通過する領域に軌道調整機構５２０を配置しない構造とすればよい。
【０１１３】
次に、図３３を用いて、レーザ加工装置の他の実施形態を説明する。図３３は、他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図３３に示すレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドは、軌道調整機構に加えて、照射位置調整機構を備えている以外、基本的に、図２３に示すレーザ加工ヘッドと同様である。以下、図３３に示すレーザ加工ヘッドに特有の点を説明する。
【０１１４】
図３３に示すレーザ加工ヘッド６６０は、照射位置調整機構として、ピント調整機構６２４と、傾斜調整機構６２６と、を有する。ピント調整機構６２４と、傾斜調整機構６２６とは、短パルスレーザＬ２が通過する経路（光路）上のコリメート光学系７０と部分反射板４７８との間に配置されている。つまり、ピント調整機構６２４と、傾斜調整機構６２６と、短パルスレーザＬ２の経路のみ、短パルスレーザＬ２が通過しファイバレーザＬ１が通過しない位置に設けられている。ピント調整機構６２４は、短パルスレーザＬ２の焦点位置を調整する機構であり、ピント調整機構６２４は、複数のレンズを組み合わせた光学系を用いることができる。傾斜調整機構６２６は、短パルスレーザＬ２の角度、具体的には、レーザ旋回部７６の旋回軸（旋回中心）に対する角度を調整する。
【０１１５】
図３４Ａ及び図３４Ｂは、それぞれレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。レーザ加工ヘッド６６０は、ピント調整機構６２４を備えることで、図３４Ａに示すように、高さ方向（レーザの進行方向）において、ファイバレーザＬ１の焦点位置６３０と、短パルスレーザＬ２の焦点位置６３２とがずれている場合、ピント調整機構６２４で短パルスレーザＬ２の焦点位置６３２を調整することで、図３４Ｂに示すように短パルスレーザＬ２の焦点位置６３２ａの位置を焦点６３０の位置に合わせることができる。
【０１１６】
レーザ加工ヘッド６６０は、ピント調整機構６２４を備えることで、短パルスレーザＬ２の焦点位置を調整することができる。これにより、ファイバレーザＬ１の焦点位置に対する短パルスレーザＬ２の焦点位置を迅速に調整することができ、レーザ加工ヘッド６６０の全体の位置や、レーザ旋回部７６を調整しなくても、２つのレーザを用いる加工を迅速に切り換えることができる。
【０１１７】
図３５Ａ及び図３５Ｂは、それぞれレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。レーザ加工ヘッド６６０は、傾斜調整機構６２６を備えることで、図３５Ａに示すように、高さ方向（レーザの進行方向）に直交する面において、ファイバレーザＬ１の焦点位置６３０と、短パルスレーザＬ２の焦点位置６３４とがずれている場合、傾斜調整機構６２６で短パルスレーザＬ２の焦点位置６３４を調整することで、図３５Ｂに示すように短パルスレーザＬ２の焦点位置６３４ａの位置を焦点６３０の位置に合わせることができる。
【０１１８】
レーザ加工ヘッド６６０は、傾斜調整機構６２６を備えることで、短パルスレーザＬ２の焦点位置を調整することができる。これにより、ファイバレーザＬ１の焦点位置に対する短パルスレーザＬ２の焦点位置を迅速に調整することができ、レーザ加工ヘッド６６０の全体の位置や、レーザ旋回部７６を調整しなくても、２つのレーザを用いる加工を迅速に切り換えることができる。
【０１１９】
なお、レーザ加工ヘッド６６０は、ピント調整機構６２４と、傾斜調整機構６２６との一方のみを備えていてもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態において、移動ユニット１４により加工対象物１００をＹ軸方向に移動させ、かつレーザ加工ヘッド６０をＸ軸方向、Ｚ軸方向に移動させたがこれに限定されない。レーザ加工装置１０は、加工対象物１００をＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３方向に移動させても、レーザ加工ヘッド６０をＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３方向に移動させてもよい。また、レーザ加工装置１０は、ステージユニット１６にステージ移動機構を設け、ステージ移動機構により加工対象物１００の姿勢（向き、回転方向の位置）を調整してもよい。
【０１２１】
また、上記実施形態のレーザ加工装置１０は、２つのレーザ加工ヘッドで２種類のレーザを照射させたが、これに限定されない。レーザ加工装置１０は、少なくとも短パルスレーザを照射することができればよい。また、もう１つのレーザを用いる場合、レーザはファイバレーザに限定されず、可能に用いる種々のレーザを用いることができる。また、レーザ加工装置１０に、短パルスレーザを照射するヘッドと、短パルスレーザ以外のレーザ（ファイバレーザ、ＣＯ２レーザ）を照射するヘッドとを備え、上記短パルスレーザによる加工と、それ以外のレーザ加工を行うようにしてもよい。また、上記短パルスレーザによる加工以外の加工（金属層の加工）を行う手段は、レーザ加工に限定されず、機械加工（ドリル加工、旋盤加工）で切削加工を行ってもよい。
【０１２２】
上記実施形態のレーザ加工装置１０は、上述したように、金属層に保護層が積層された加工対象物を加工する際に好適に用いることができるが、これに限定されない。レーザ加工装置１０は、他の構造の加工対象物の加工にも用いることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  レーザ加工装置
１２  フレーム
１４  移動ユニット
１６  ステージユニット
２２  レーザ加工ユニット
２４  制御部
３０  Ｙ軸移動機構
３４  Ｘ軸移動機構
３８  Ｚ軸移動機構
３９  θＹ回転機構
６０  レーザ加工ヘッド
６２  ファイバレーザ光源
６４  短パルスレーザ光源
７６  レーザ旋回部
８０  集光光学系
８１  ノズル
８２  第１プリズムユニット
８４  第２プリズムユニット
８６  アシストガス供給源
１００  加工対象物
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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