WO2015129362A1 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工方法及びレーザ加工装置 Download PDF

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WO2015129362A1
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short pulse
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metal layer
laser processing
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呉屋　真之
雅人 木ノ内
篤史 瀧田
団野　実
渡辺　俊哉
石出　孝
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三菱重工業株式会社
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    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for performing laser processing.
  • Patent Document 1 describes a laser processing method for performing hole processing by irradiating a workpiece with laser light having at least two types of wavelengths. Specifically, a step of irradiating and processing a first laser beam having a spot diameter smaller than the hole diameter along the inner periphery of the hole, a first laser beam having a spot diameter smaller than the hole diameter, and the first laser beam. It describes that processing is performed by irradiating a second laser beam having a wavelength longer than that of the light to the inside of the periphery of the hole.
  • Patent Document 1 describes that a laser beam is irradiated while rotating to make a hole.
  • Patent Document 2 describes a method using electromagnetic drive as a mechanism for rotating laser light.
  • JP 2011-110598 A Japanese Patent No. 2828871
  • the object to be processed there is a structure in which a protective layer made of a material having characteristics different from that of the metal layer is laminated on the metal layer.
  • the protective layer is laminated on the metal layer as a layer that protects the metal layer from at least one of heat, stress, and contact with foreign matter.
  • a laminated body in which a protective layer is laminated on such a metal layer is a processing target, it is difficult to process the protective layer appropriately, and the processing speed is increased while maintaining the quality of both the metal layer and the protective layer. It was difficult to improve.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser processing method and a laser processing apparatus capable of processing a workpiece with a protective layer laminated on a metal layer with high quality and high accuracy.
  • the present invention is a laser processing method for processing an object to be processed using a laser processing head that emits at least a short pulse laser for processing the object to be processed.
  • the object to be processed has a laminated structure in which a protective layer is formed on a metal layer, a short pulse laser processing step of irradiating the protective layer with a short pulse laser to cut the protective layer, and the short pulse laser.
  • the metal layer is preferably cut to a depth of 0.001 mm or more and 50% or less of the thickness of the metal layer in a direction orthogonal to the surface of the metal layer. .
  • the metal layer is preferably cut to a depth of 0.001 mm or more and 50% or less of the thickness of the metal layer in the direction of irradiation with the short pulse laser. .
  • the present invention is a laser processing method for processing the processing object using at least a laser processing head that irradiates a laser for processing the processing object
  • the object to be processed has a laminated structure in which a protective layer is formed on a metal layer, and a metal layer processing step for cutting the protective layer and the metal layer together, and a region cut in the metal layer processing step.
  • the present invention is a laser processing method for processing the processing object using at least a laser processing head that irradiates a laser for processing the processing object
  • the object to be processed has a laminated structure in which a protective layer is formed on a metal layer, and a metal layer processing step of cutting the metal layer of the object to be processed on which the protective layer is not formed, and the metal layer processing step A laminating step of laminating the protective layer on the workpiece cut in step, and a short pulse in a region overlapping the region cut in the metal layer machining step of the workpiece to which the protective layer was laminated in the laminating step A short pulse laser processing step of irradiating a laser to cut the protective layer.
  • the short pulse laser processing step and the metal layer processing step are processing for forming a hole in the workpiece, and the short pulse laser processing step is a hole formed in the metal layer by the metal layer processing step. It is preferable to form a hole having a larger diameter in the protective layer.
  • the region cut in the short pulse laser processing step is irradiated with a fiber laser to cut the metal layer.
  • the protective layer is preferably formed of a heat resistant material or an abrasion resistant material.
  • the protective layer is preferably a thermal barrier coat.
  • the protective layer is made of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), nixiri (NiCrAl), cocrally (CoCrAl), alumina-titania (Al 2 O 3 —TiO 2 ).
  • chromia (Cr 2 O 3), chromium carbide (Cr 3 C 2 -NiCr) or tungsten carbide (Cr3C 2 -NiCr, Cr 3 C 2 -CoCr, Cr 3 C 2 -Co) is preferably.
  • the laser processing head includes a laser turning unit that turns the short pulse laser with respect to the workpiece, and a condensing optical system that collects the short pulse laser turned by the laser turning unit.
  • a position at which the laser beam is irradiated onto the object to be processed is rotated by the laser turning unit.
  • the present invention is a laser processing apparatus, a stage unit including a stage that supports a workpiece, a fiber laser light source that outputs a fiber laser, and a short pulse laser.
  • a laser processing unit including a short-pulse laser light source that outputs a laser processing head that irradiates a laser that processes the processing object, a Y-axis moving mechanism that relatively moves the laser processing head and the stage in the Y-axis direction, An X-axis movement mechanism that moves the laser processing head in the X-axis direction relative to the Y-axis movement mechanism, and a Z-axis movement that is fixed to the X-axis movement mechanism and moves the laser processing head in the Z-axis direction.
  • a moving unit having a mechanism and a control unit for controlling the operation of each unit, wherein the laser processing head records the fiber laser.
  • a switching mechanism for switching between a state of entering the turning unit and a state of causing the short pulse laser to enter the laser turning unit, a laser turning unit for turning the laser with respect to the workpiece, and the laser turning And a condensing optical system that condenses the laser swung by the unit, and the laser swirl unit rotates a position at which the laser beam is irradiated onto the workpiece.
  • a trajectory adjusting mechanism that is disposed in the path of the short pulse laser, offsets the irradiation position of the short pulse laser to the outside of the center of the path of rotation of the laser, and adjusts the trajectory to which the fiber laser does not enter. It is preferable to further comprise.
  • the trajectory adjusting mechanism is a prism installed in the laser turning section.
  • the trajectory adjustment mechanism is preferably a lens installed in the condensing optical system.
  • an irradiation position adjusting mechanism that is arranged in a path of the short pulse laser and adjusts an irradiation position of the short pulse laser, and the control unit adjusts the irradiation position based on the irradiation position of the fiber laser. It is preferable to adjust the irradiation position of the short pulse laser by a mechanism.
  • the object to be processed has a laminated structure in which a protective layer is formed on a metal layer, and the control unit irradiates the object to be processed with the short pulse laser from the laser processing unit, so that the protective layer is formed. It is preferable to cut.
  • dross adhesion and cracking can be suppressed by cutting the protective layer laminated on the metal layer with a short pulse laser.
  • the influence which acts on a protective layer can be decreased and the precision of a process can be made higher.
  • the metal layer can be processed in a short time by processing the metal layer by a processing means different from the short pulse laser.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser processing head.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing head.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing head.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing head.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing head.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing head.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the structure of the workpiece.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 10A is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 10B is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 12A is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 12B is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 14A is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 14B is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of a switching mechanism of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of a switching mechanism of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of a switching mechanism of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of the laser processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 25 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the prism as viewed from the incident direction of the laser.
  • FIG. 26 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the prism viewed from a direction orthogonal to the laser incident direction.
  • FIG. 27 is an enlarged view showing the vicinity of the laser irradiation position.
  • FIG. 28 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 29 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of the laser processing apparatus shown in FIG. FIG.
  • FIG. 30 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the condenser lens as viewed from the incident direction of the laser.
  • FIG. 31 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the condenser lens as viewed from a direction orthogonal to the laser incident direction.
  • FIG. 32 is an enlarged view showing the vicinity of the laser irradiation position.
  • FIG. 33 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 34A is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 34B is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 35A is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 35B is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser processing head.
  • 3 to 7 are explanatory diagrams for explaining the operation of the laser processing head, respectively.
  • the laser processing apparatus 10 is an apparatus that performs various types of processing such as cutting and drilling on the workpiece 100.
  • the laser processing apparatus 10 of this embodiment performs cutting processes, such as drilling and a cutting
  • the laser processing apparatus 10 includes a frame 12, a moving unit 14, a stage unit 16, a laser processing unit 22 including a laser processing head 60, and a control unit 24.
  • the laser processing apparatus 10 irradiates the processing object 100 held by the stage unit 16 with a laser beam by the laser processing unit 22 to laser process the processing object 100.
  • the horizontal plane is the XY plane including the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the X-axis
  • the direction orthogonal to the horizontal plane is the Z-axis direction.
  • the direction rotating around the Y axis is defined as the ⁇ Y direction.
  • the frame 12 is a housing of the laser processing apparatus 10 and is fixed to an installation surface such as a ground surface or a foundation.
  • the frame 12 has a gate 12a and a base 12b inserted into the space of the gate 12a.
  • the fixed part of the moving unit 14 is fixed to the frame 12.
  • a moving unit 14 is fixed to the gate 12 a and the base 12 b of the frame 12, and the moving unit 14 moves the workpiece 100 and the laser processing unit 22 relative to each other so-called gate-shaped processing. Device.
  • the moving unit 14 moves the workpiece 100 and the laser processing head 60 relative to each other.
  • the moving unit 14 includes a Y-axis moving mechanism 30, an X-axis moving mechanism 34, a Z-axis moving mechanism 38, and a ⁇ Y rotating mechanism 39.
  • the Y-axis moving mechanism 30 includes a rail 30a that is disposed on the base 12b of the frame 12 and extends in the Y-axis direction, and a Y-axis moving member 30b that moves along the rail 30a. In the Y-axis moving mechanism 30, the stage unit 16 is fixed to the Y-axis moving member 30b.
  • the Y-axis moving mechanism 30 moves the stage unit 16 in the Y-axis direction by moving the Y-axis moving member 30b along the rail 30a.
  • the Y-axis moving mechanism 30 can use various mechanisms as a mechanism for moving the Y-axis moving member 30b in the Y-axis direction. For example, a mechanism that inserts a ball screw into the Y-axis moving member 30b and rotates the ball screw with a motor, a linear motor mechanism, a belt mechanism, or the like can be used. Similarly, various mechanisms can be used for the X-axis moving mechanism 34 and the Z-axis moving mechanism 38.
  • the X-axis moving mechanism 34 includes a rail 33 that is disposed on the gate 12a of the frame 12 and extends in the X-axis direction, and an X-axis moving member 34a that moves along the rail 33.
  • a Z axis moving mechanism 38 is fixed to an X axis moving member 34a.
  • the X-axis moving mechanism 34 moves the Z-axis moving mechanism 38 in the X-axis direction by moving the X-axis moving member 34 a along the rail 33.
  • the Z-axis moving mechanism 38 includes a rail 38a that is fixed to the X-axis moving member 34a and extends in the Z-axis direction, and a Z-axis moving member 38b that moves along the rail 38a.
  • the ⁇ Y rotating mechanism 39 is fixed to the Z-axis moving member 38b.
  • the Z-axis moving mechanism 38 moves the ⁇ Y rotating mechanism 39 in the Z-axis direction by moving the ⁇ Y rotating mechanism 39 along the rail 38a.
  • the ⁇ Y rotation mechanism 39 is fixed to the Z-axis moving member 38b, and the laser processing head 60 is fixed.
  • the ⁇ Y rotation mechanism 39 rotates the laser processing head 60 in the ⁇ Y direction by rotating the laser processing head 60 in the ⁇ Y direction with respect to the Z-axis moving member 38b.
  • the moving unit 14 uses the Y-axis moving mechanism 30, the X-axis moving mechanism 34, and the Z-axis moving mechanism 38 to move the workpiece 100 and the laser processing head 60 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Move relative to each other. Further, the moving unit 14 rotates the laser processing head 60 with respect to the processing object 100 using the ⁇ Y rotation mechanism 39. Thereby, the direction of the laser irradiated to the workpiece 100 from the laser processing head 60 can be adjusted.
  • the moving unit 14 may include a mechanism for rotating the laser processing head 60 around the X axis. Further, a mechanism for adjusting the direction of laser irradiation may be provided in the laser processing head 60.
  • the stage unit 16 is disposed on the Y-axis moving member 30b of the Y-axis moving mechanism 30.
  • the stage unit 16 is a stage that supports the workpiece 100.
  • the member integrated with the Y-axis moving member 30b that is, the Y-axis moving member 30b is used as the stage of the stage unit 16, but another support member is provided on the Y-axis moving member 30b. It may be provided as a stage.
  • the stage unit 16 serves as a stage moving mechanism 42 that causes the Y-axis moving mechanism 30 to move the workpiece 100.
  • the stage unit 16 includes a fixing mechanism that fixes the workpiece 100 at a predetermined position of the Y-axis moving member 30b.
  • the stage unit 16 may further include an adjustment mechanism that adjusts the orientation of the workpiece 100 relative to the Y-axis moving member 30b, that is, the posture, as the stage moving mechanism 42.
  • an adjustment mechanism that adjusts the orientation of the workpiece 100 relative to the Y-axis moving member 30b, that is, the posture, as the stage moving mechanism 42.
  • a mechanism for rotating the workpiece 100 may be provided as the stage moving mechanism 42.
  • the laser processing unit 22 includes a laser processing head 60, a fiber laser light source 62, and a short pulse laser light source 64.
  • the fiber laser light source 62 is a device that outputs a laser using an optical fiber as a medium.
  • the fiber laser output device for example, a Fabry-Perot type fiber laser output device or a ring type fiber laser output device can be used, and the laser is oscillated when these output devices are excited.
  • the fiber of the fiber laser output device for example, silica glass to which a rare earth element such as erbium (Er), neodymium (Nd), ytterbium (Yb) is added can be used.
  • the short pulse laser light source 64 outputs a laser with a short pulse, for example, with a frequency of 20 kHz.
  • a titanium sapphire laser can be used as a laser oscillation source, and a pulse having a pulse width of 100 picoseconds or less can be oscillated.
  • a laser that oscillates in nanosecond order pulses such as a YAG laser or a YVO4 laser can be used.
  • the short pulse laser outputs the laser with a short pulse having a pulse width of 100 nanoseconds or less.
  • the short pulse laser is preferably a short pulse having a pulse width of 10 nanoseconds or more, and more preferably a laser having a pulse width of less than 1 nanosecond.
  • the laser processing head 60 receives the fiber laser output from the fiber laser light source 62 and the short pulse laser output from the short pulse laser light source 64, and one of the incident lasers. Is irradiated onto the processing object 100 to laser-process the processing object 100.
  • the fiber laser output from the fiber laser light source 62 and the short pulse laser output from the short pulse laser light source 64 are guided to the laser processing head 60 by an optical member that guides laser light such as an optical fiber.
  • the laser processing head 60 includes collimating optical systems 70 and 72, a switching mechanism 74, a laser turning unit 76, a condensing optical system 80, and a nozzle 81.
  • the collimating optical system 70 is an optical member that collimates the fiber laser L1 output from the fiber laser light source 62, and emits the collimated fiber laser L1 toward the switching mechanism 74.
  • the collimating optical system 72 is an optical member that collimates the short pulse laser L 2 output from the short pulse laser light source 64, and emits the collimated short pulse laser L 2 toward the switching mechanism 74.
  • the switching mechanism 74 is a mechanism for switching whether the fiber laser L1 output from the fiber laser light source 62 or the short pulse laser L2 output from the short pulse laser light source 64 is incident on the laser turning unit 76.
  • the switching mechanism 74 includes a mirror 74a that reflects the laser, a support bar 74b that is coupled to the mirror 74a, and a drive unit 74c that moves the support bar 74b.
  • the drive unit 74c arranges the mirror 74a at the position shown in FIG. 2, specifically, at the position where the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 overlap.
  • the mirror 74a is disposed between the collimating optical system 70 and the laser turning unit 76 and at a position where the short pulse laser L2 that has passed through the collimating optical system 72 reaches.
  • the switching mechanism 74 is configured such that the drive unit 74 c disposes the mirror 74 a at a position deviated from the path of the fiber laser L 1, that is, the mirror is positioned at the position where the fiber laser L 1 and the short pulse laser L 2 overlap. 74a is not disposed, and the fiber laser L1 is allowed to pass through the fiber laser L1 as it is, so that the fiber laser L1 enters the laser swivel unit 76.
  • the short pulse laser L2 may be reflected by a mirror and irradiated to a position where the laser is absorbed, or a shutter is provided between the collimating optical system 72 and the mirror 74a. You may make it block.
  • the short pulse laser light source 64 blocks the short pulse laser L2 does not reach the mirror 74a.
  • the mirror 74a is arranged at the position where the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 overlap with each other in the drive unit 74c, the short pulse laser L2 is reflected by the mirror 74a, and the fiber laser L1 is By blocking, the short pulse laser L2 enters the laser turning unit 76.
  • the fiber laser L1 since the fiber laser L1 is blocked by the fiber laser light source 62, the fiber laser L1 does not reach the mirror 74a.
  • the laser turning unit 76 rotates the laser around the center of the optical path (for example, arrow c in the drawing) to turn the laser irradiated to the workpiece 100, that is, the irradiation position IP of the laser L in the same direction.
  • the laser turning unit 76 includes a first prism unit 82 and a second prism unit 84.
  • the first prism unit 82 includes a first prism that refracts the laser L and tilts it with respect to the optical axis, and a rotation mechanism that rotates the first prism.
  • the second prism unit 84 includes a second prism that refracts the laser refracted by the first prism unit 82 again and controls a position where the laser is condensed, and a rotation mechanism that rotates the second prism.
  • a wedge prism can be used as the first prism and the second prism.
  • the laser turning unit 76 rotates the irradiation position of the laser as shown in FIG. 5 by rotating the first prism of the first prism unit 82 and the second prism of the second prism unit 84.
  • the laser turning unit 76 can synchronously rotate and relatively rotate the first prism of the first prism unit 82 and the second prism of the second prism unit 84.
  • the laser swivel unit 76 can change the phase angle difference between the first prism of the first prism unit 82 and the second prism of the second prism unit 84.
  • the laser irradiation point can be decentered to the irradiation position IP separated from the center P of the optical path of the rotation axis by a distance corresponding to the difference in phase angle between the first prism and the second prism. it can. That is, the laser swivel unit 76 rotates the first prism of the first prism unit 82 and the second prism of the second prism unit 84 while maintaining the phase angle difference between the first prism and the second prism.
  • the laser irradiation point draws a circular orbit IC having a turning radius R.
  • the first prism of the first prism unit 82 and the second prism of the second prism unit 84 are asynchronously rotated (rotated at different rotation periods)
  • laser irradiation is performed while increasing or decreasing the turning diameter of the laser irradiation point.
  • the point can be swung and an arbitrary curved trajectory can be drawn.
  • the turning radius R means the distance from the center of the optical path to the irradiation position of the laser irradiated on the workpiece 100, and the radius at which the laser irradiated on the workpiece 100 turns around the center.
  • the turning radius R is variable because the turning radius R of the laser irradiated on the workpiece 100 is changed by changing the phase angle difference between the first prism and the second prism.
  • the number of turns refers to the number of times per unit time that the irradiation position of the laser irradiated on the workpiece 100 turns around the center.
  • the condensing optical system 80 has a plurality of lenses, and condenses the laser that has passed through the laser swivel unit 76 with the plurality of lenses, thereby forming a laser having a predetermined focal length and depth of focus.
  • the condensing optical system 80 irradiates the workpiece 100 with a laser having a predetermined spot diameter.
  • the condensing optical system 80 has a cooling mechanism.
  • the cooling mechanism is, for example, a cooling jacket for cooling the plurality of lenses.
  • the nozzle 81 has a hollow conical shape whose diameter gradually decreases toward the front side in the traveling direction of the laser L.
  • the nozzle 81 is attached to the condensing optical system 80.
  • the nozzle 81 has a translucent member for preventing the condensing optical system 80 from being soiled by sputtering or the like generated at the processing point of the processing object 100.
  • the nozzle 81 is supplied with an assist gas from an assist gas supply source 86 and can eject the assist gas toward the workpiece 100.
  • air, nitrogen gas, oxygen gas, argon gas, xenon gas, helium gas, or a mixed gas thereof can be used as the assist gas.
  • oxygen gas that can use oxidation reaction heat for processing is used as the assist gas
  • the processing speed for the processing object 100 such as metal can be further improved.
  • generation of the oxide film as a heat influence layer as assist gas can be improved more.
  • the gas type of the assist gas, the mixing ratio, the ejection amount (pressure) from the nozzle 81, and the like can be changed according to the processing conditions such as the type of the processing object 100 and the processing mode.
  • the laser processing unit 22 may include a photographing unit for photographing an image at a position where the laser is irradiated, for example, a camera having a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or the like. Thereby, the laser irradiation position and the like can be adjusted based on the acquired image.
  • a photographing unit for photographing an image at a position where the laser is irradiated for example, a camera having a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or the like.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the laser processing unit 22 irradiates the processing object 100 with the laser output from the fiber laser light source 62 or the short pulse laser light source 64 from the laser processing head 60, thereby forming the hole Wb.
  • FIG. 6 illustrates the case where drilling is performed, the workpiece can be cut with a line by moving the laser irradiation position, and the workpiece can be cut.
  • the laser processing unit 22 performs processing by irradiating a laser, a heat affected layer Wa is generated around the processed hole Wb.
  • the heat-affected layer Wa has a thickness of TH.
  • the control unit 24 controls the operation of each unit of the moving unit 14, the stage unit 16, and the laser processing unit 22.
  • the control unit 24 controls the operation of the stage moving mechanism 42 of the moving unit 14 and the stage unit 16 to move the workpiece 100 and the laser processing head 60 relative to each other.
  • the control part 24 controls the drive of the laser processing unit 22, and controls laser processing.
  • the control unit 24 determines whether to perform processing using a fiber laser or a short pulse laser based on the processing procedure of the processing object 100, and includes a switching mechanism 74 based on the determination. Each part operates to irradiate the workpiece 100 with laser.
  • control unit 24 generates a control map (swivel condition control map) that defines the correlation between the thickness of the heat-affected layer Wa, the number of turns of the laser L, and the turning radius R based on the allowable thickness of the heat-affected layer Wa.
  • a control map tilt condition control map
  • the allowable turning number range and the allowable turning diameter range of the laser L in which the thickness TH of the heat affected layer Wa does not exceed the allowable thickness are determined.
  • the heat-affected layer Wa of the workpiece 100 is remelted by a laser L (a laser of either a fiber laser L1 or a short pulse laser L2) irradiated on the workpiece 100.
  • a laser L a laser of either a fiber laser L1 or a short pulse laser L2
  • the remelted layer is a layer in which the solid of the workpiece 100 is liquefied by irradiation with the laser L during processing and is solidified again.
  • the remelted layer differs depending on the processing mode, in the case of drilling or cutting, the remelted layer is not a layer formed at the tip of the laser L irradiation direction (traveling direction), but is orthogonal to the laser L irradiation direction (traveling direction). It is a layer formed in the direction, and is formed on the inner peripheral surface of the hole Wb formed by irradiating the laser L or on the cut surface of the cut workpiece 100.
  • the oxide layer is an oxide film formed on the inner peripheral surface or cut surface of the hole Wb of the workpiece 100 when oxygen is used as the assist gas when the workpiece 100 is a metal or the like.
  • the crack is a fine crack (micro crack) generated on the inner peripheral surface or cut surface of the hole Wb of the workpiece 100 during the rapid heating of the workpiece 100 by the laser L irradiation.
  • the dross is a deposit that is solidified by adhering to the inner peripheral surface or the cut surface of the hole Wb of the workpiece 100 as a molten material that has been liquefied when the workpiece 100 is drilled or cut. is there.
  • the thickness TH of the heat-affected layer Wa of the workpiece 100 includes the thickness of the remelted layer, the thickness of the oxide film, the depth of cracks, and the thickness of the deposit.
  • the allowable thickness is determined when the inner peripheral surface of the hole Wb and the thickness TH of the heat-affected layer Wa at the cut portion are processed when a cutting process including at least one of cutting and drilling is performed on the workpiece 100. It is the thickness within the range which can be accepted in processing object 100 as a product given.
  • the allowable thickness differs depending on the processing mode, but in the case of drilling or cutting, the allowable thickness is a length in a direction orthogonal to the irradiation direction (traveling direction) of the laser L.
  • the laser processing apparatus 10 when the laser processing apparatus 10 is turned ON / OFF at a constant cycle and irradiates the processing object 100 with the laser L, for example, when processing with a short pulse laser, as shown in FIG. It is preferable that the OFF cycle is a non-integer multiple of the turning cycle of the irradiation position IP. That is, the laser processing apparatus 10 irradiates the irradiation position IPa with the laser L in the first round and the laser L in the second round by shifting the ON / OFF cycle of the laser L and the turning period of the irradiation position IP.
  • the irradiation position IPb can be irradiated.
  • the laser processing apparatus 10 can sequentially shift the irradiation position by repeating ON / OFF of the laser L similarly in the third and subsequent rounds. As a result, the laser processing apparatus 10 can irradiate the laser L efficiently onto the region to be processed of the processing object 100 by shifting the irradiation position of the laser L at each turn.
  • the laser processing apparatus 10 continuously changes the phase angle difference between the first prism of the first prism unit 82 and the second prism of the second prism unit 84, while changing the first prism of the first prism unit 82.
  • the laser beam L can be applied to the workpiece 100 along a spiral locus that gradually moves away from the center P.
  • the laser processing apparatus 10 can process the processing object 100 having a thickness that makes it difficult for the laser L to enter by accurately irradiating the laser L in a spiral shape.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the structure of the workpiece.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • 10A and 10B are explanatory diagrams for explaining the operation of the laser processing apparatus, respectively.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • 12A and 12B are explanatory diagrams for explaining the operation of the laser processing apparatus, respectively.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • 14A and 14B are explanatory diagrams for explaining the operation of the laser processing apparatus, respectively.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • a protective layer 104 is laminated on a metal layer 102.
  • the protective layer 104 is a layer that protects the metal layer 102 from at least one of heat, stress, and foreign matter contact.
  • the protective layer 104 is preferably formed of a heat resistant material or an abrasion resistant material.
  • the protective layer 104 is made of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), or Nixiri (NiCrAl).
  • a turbine blade As the processing object 100, a turbine blade is exemplified.
  • a protective film 104 serving as a TBC (thermal barrier coat) is formed on the surface of a metal layer 102 made of heat-resistant steel by thermal spraying or the like.
  • the protective layer 104 is a film that contributes to improving the heat resistance of the turbine blade.
  • the laser processing apparatus 10 forms a through hole as a cooling hole for film cooling in the metal layer 102 and the protective layer 104 of the turbine blade.
  • the turbine blade was shown as an example of the processing target object 100, a processing target object is not limited to this.
  • the processing object 100 can target various members in which the protective layer 104 is laminated on the metal layer 102.
  • an engine combustor is a part where a thermal spray film to be the protective layer 104 is formed on the surface of the heat resistant steel to be the metal layer 102.
  • the laser processing apparatus 10 determines processing conditions (step S12). Specifically, a processing time, a laser rotation speed, a laser output, and the like are determined based on the thickness, material, and the like of the metal layer 102 and the protective layer 104 of the processing object 100.
  • the laser processing apparatus 10 After determining the processing conditions, the laser processing apparatus 10 performs processing with a short pulse laser (step S14). Specifically, the laser processing apparatus 10 causes the switching mechanism 74 to irradiate the workpiece 100 with the short pulse laser L2 emitted from the short pulse laser light source 64, and uses the short pulse laser L2 as the workpiece 100. And the workpiece 100 is cut. The laser processing apparatus 10 cuts the protective layer 104 of the workpiece 100 with the short pulse laser L2. Thereby, a hole 110 is formed in the protective layer 104 of the workpiece 100 as shown in FIG. 10A. A heat-affected layer 114 is formed around the hole 110.
  • the heat-affected layer 114 is formed in a region radially outside the hole 110 from the wall surface of the hole 110 by being irradiated with the short pulse laser L2.
  • the laser processing apparatus 10 irradiates the inner side of the hole 110 for processing the short pulse laser L2.
  • the diameter of the short pulse laser L2 is 1 mm
  • the distance d1 between the end face of the short pulse laser L2 and the side surface to be cut is 0.5 mm (the distance between the center of the short pulse laser L2 and the side surface to be cut is 1. 0 mm).
  • d1 is preferably 0.001 mm or more and 1 mm or less.
  • the laser processing apparatus 10 When the laser processing apparatus 10 performs processing with a short pulse laser, it performs processing with a fiber laser (step S16). Specifically, in the laser processing apparatus 10, the switching mechanism 74 causes the fiber laser L ⁇ b> 1 irradiated from the fiber laser light source 62 to be irradiated onto the workpiece 100, and the fiber laser L ⁇ b> 1 is placed in the hole 110 of the workpiece 100. Irradiate the region where the is formed, and the workpiece 100 is cut. The laser processing apparatus 10 cuts the metal layer 102 of the workpiece 100 with the fiber laser L1. Thereby, as shown in FIG. 10B, a hole 120 connected to the protective layer 104 and the metal layer 102 of the workpiece 100 is formed.
  • a heat-affected layer 122 is formed in the portion of the metal layer 102 around the hole 120.
  • the heat-affected layer 122 is formed in a region on the radially outer side of the hole 120 from the wall surface of the portion of the metal layer 102 of the hole 120 by being irradiated with the fiber laser L1.
  • the laser processing apparatus 10 irradiates the inner diameter side of the hole 120 for processing the fiber laser L1.
  • the diameter of the fiber laser L1 is 1 mm
  • the distance d2 between the end surface of the fiber laser L1 and the side surface to be cut is 0.5 mm (the distance between the center of the fiber laser L1 and the side surface to be cut is 1.0 mm).
  • the laser processing apparatus 10 is provided with a distance d2 between the side surface cut by the fiber laser L1 and the fiber laser L1, so that the wall surface (heat affected layer 114) of the protective layer 104 processed by the short pulse laser L2 is provided.
  • the metal layer 102 can be cut without being hit by the fiber laser L1.
  • the laser processing apparatus 10 ends the processing after processing with the fiber laser.
  • the laser processing apparatus 10 can make the heat-affected layer 114 generated in the protective layer 104 smaller by cutting the protective layer 104 with a short pulse laser. Moreover, the laser processing apparatus 10 can shorten the time for cutting the metal layer 102 by cutting the metal layer 102 with a fiber laser. Thereby, the laser processing apparatus 10 can reduce the heat-affected layer 114 of the protective layer 104 while suppressing an increase in the processing time of the processing object 100, and can process the processing object 100 with high accuracy. It can be done at high speed.
  • TBC protective layer
  • heat-resistant steel metal layer
  • TBC and heat-resistant steel have different thermal expansion coefficients with respect to heat input, and heat-affected layers such as cracks are likely to occur in TBC.
  • the surface of the TBC has a larger surface roughness than the heat-resistant steel, and dross easily adheres and is difficult to remove, that is, the heat-affected layer tends to be large.
  • the laser processing apparatus 10 can perform cutting while reducing the heat-affected layer by cutting the protective layer 104 with a short pulse laser.
  • the laser processing apparatus 10 can process the metal layer 102 in a short time by processing the metal layer 102 with a fiber laser.
  • the laser processing apparatus 10 is provided with the fiber laser light source 62 and the short pulse laser light source 64, and the laser to be irradiated can be switched by the switching mechanism 74, whereby the size, thickness, The laser to be used can be switched depending on the material and the like. Thereby, the process according to a use can be performed in high precision and for a short time.
  • the laser processing apparatus 10 can reduce the heat-affected layer, it is possible to further reduce the margin (performance or shape margin taking into account errors and the like) to be provided in the cut surface, hole, and the like at the time of design. Thereby, by processing with the laser processing apparatus 10, the performance of the processing target object 100 can be made higher.
  • the laser processing apparatus 10 can process the metal layer 102 in a state where the fiber laser L1 does not hit the protective layer 104 by irradiating the inner side of the hole 120 for processing the fiber laser L1. Thereby, the laser processing apparatus 10 can suppress that the heat affected layer 114 of the protective layer 104 increases at the time of irradiation of the fiber laser L1.
  • the laser processing apparatus 10 can perform processing by a fiber laser and processing by a short pulse laser by one laser processing unit 22. Thereby, it can process while maintaining the fixed state of the process target object 100, and it can suppress that an axial shift
  • the laser processing apparatus 10 uses the switching mechanism 74 to switch the laser incident on the laser swivel unit 76, so that even when the wavelengths of the fiber laser and the short pulse laser are close, the laser swivel unit 76 is suitably used. Can be made incident. Specifically, the loss that occurs in both the fiber laser and the short pulse laser can be reduced by passing through the laser processing head 60, and the laser beam output from the light source can be efficiently irradiated onto the workpiece 100. it can.
  • the hole formed in the protective layer 104 and the hole formed in the metal layer 102 have the same size (same diameter), but the present invention is not limited to this.
  • the hole formed in the protective layer 104 is preferably formed with a larger diameter than the hole formed in the metal layer 102.
  • the laser processing apparatus 10 preferably forms a hole in which the diameter of the hole formed in the protective layer 104 is several tens ⁇ m larger than the diameter of the hole formed in the metal layer 102.
  • the heat influence layer which arises in the protective layer 104 at the time of a process can be decreased more reliably.
  • this embodiment demonstrated the case where the hole was formed in the process target object 100 by a process, also in the case of the process etc. which move a laser linearly and cut
  • the protective layer 104 is preferably processed more widely than the metal layer 102.
  • the hole is formed in the protective layer 104 by the short pulse laser L2, but the present invention is not limited to this.
  • the laser processing apparatus 10 may cut only a portion that becomes the inner surface of the hole of the protective layer 104 of the workpiece 100 with the short pulse laser L2. Specifically, a process of forming a ring-shaped hole in the protective layer may be performed by the short pulse laser L2.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser processing apparatus.
  • the laser processing apparatus 10 may form a ring-shaped opening 140 in the protective layer 104 with a short pulse laser L2.
  • the opening 140 is an outer diameter of a hole formed by an outer diameter (a portion farthest from the rotation center).
  • the opening 140 has a shape similar to the hole 110 in FIG. 10A on the outer diameter side.
  • the laser processing apparatus 10 forms a ring-shaped opening 140 in the protective layer 104 with the short pulse laser L ⁇ b> 2, so that the pillar 142 of the protective layer 104 remains inside the opening 140. It becomes.
  • the laser processing apparatus 10 After forming the opening 140 with the short pulse laser L2, the laser processing apparatus 10 performs a process of cutting a part of the metal layer 102 and the pillar 142 with the fiber laser L1, thereby forming the hole 120 shown in FIG. 10B. .
  • the laser processing apparatus 10 uses a short pulse laser L2 as a ring-shaped opening 140, selectively processes the inner wall surface portion of the protective layer 104 of the hole 120 to be formed, and forms the column 142 into a fiber.
  • processing time by the short pulse laser L2 can be further shortened.
  • the column 142 is separated from the inner periphery of the hole 120, it can be cut by the fiber laser L1 without affecting the inner periphery of the hole 120, and the quality of the hole 120 can be maintained. .
  • the processing can be performed in a shorter time, only the protective layer 104 is processed with the short pulse laser L2, but the present invention is not limited to this.
  • the laser processing apparatus 10 may cut a part of the protective layer 104 and the metal layer 102 of the workpiece 100 with the short pulse laser L2. Specifically, thin metal processing of the metal layer 102 may be performed.
  • the laser processing apparatus 10 cuts a part of the protective layer 104 and the metal layer 102 of the workpiece 100 with the short pulse laser L2.
  • a hole 110a extending to a part of the metal layer 102 on the protective layer 104 side is formed.
  • heat-affected layers 114 and 116a are formed around the hole 110a.
  • the heat-affected layer 114 is formed in a region on the radially outer side of the hole 110a from the wall surface of the hole 110a of the protective layer 104 by being irradiated with the short pulse laser L2.
  • the heat-affected layer 116a is formed in a region outside the hole 110a in the radial direction from the wall surface of the hole 110a of the metal layer 102 by being irradiated with the short pulse laser L2.
  • the laser processing apparatus 10 irradiates the inner side of the hole 110a for processing the short pulse laser L2.
  • the depth of the hole 110a in the metal layer 102 is d3.
  • the switching mechanism 74 causes the fiber laser L1 irradiated from the fiber laser light source 62 to be irradiated onto the workpiece 100, and the fiber laser L1 is processed.
  • the region of the object 100 where the hole 110a is formed is irradiated, and the object 100 is cut.
  • the laser processing apparatus 10 cuts the metal layer 102 of the workpiece 100 with the fiber laser L1. Thereby, as shown to FIG. 12B, the hole 120a connected to the protective layer 104 and the metal layer 102 of the workpiece 100 is formed. Further, a heat-affected layer 122a is formed in the portion of the metal layer 102 around the hole 120a.
  • the heat-affected layer 122a is formed in a radially outer region of the hole 120a from the wall surface of the metal layer 102 portion of the hole 120a by being irradiated with the fiber laser L1.
  • the heat affected layer 122a is adjacent to the heat affected layer 116a. That is, in the metal layer 102, the heat-affected layer 116a is formed on the protective layer 104 side, and the heat-affected layer 122a is formed on the side opposite to the protective layer 104 side.
  • the laser processing apparatus 10 forms a hole 110a in a part of the metal layer 102 with the short pulse laser L2, thereby irradiating the metal layer 102 with the fiber laser L1, thereby protecting the thermal effect generated in the metal layer 102. Propagation to the membrane can be suppressed. Thereby, it can suppress that the heat influence layer 114 produced by processing with the short pulse laser L2 becomes large by irradiation of the fiber laser L1.
  • the depth d3 of the hole 110a in the metal layer 102 is 0.001 mm or more and 50% or less of the thickness of the metal layer 102. That is, it is preferable to cut the metal layer 102 to 0.001 mm or more and 50% or less of the thickness of the metal layer 102 in a direction orthogonal to the surface of the metal layer 102.
  • the fiber laser L1 is irradiated onto the metal layer 102 and processing is performed, so that the influence on the protective layer 104 can be further reduced.
  • the laser processing apparatus 10 is formed by irradiation with a pulsed laser, the depth of the hole in the metal layer in the laser irradiation direction (the depth of the hole in the laser traveling direction) is 0.001 mm or more, and The depth is preferably 50% or less of the thickness of the metal layer.
  • the angle formed by the direction in which the laser is irradiated and the direction perpendicular to the surface of the workpiece is preferably 10 ° or more and 60 ° or less.
  • the laser processing apparatus 10 determines processing conditions (step S22). Specifically, a processing time, a laser rotation speed, a laser output, and the like are determined based on the thickness, material, and the like of the metal layer 102 and the protective layer 104 of the processing object 100.
  • the laser processing apparatus 10 After determining the processing conditions, the laser processing apparatus 10 performs processing with a fiber laser (step S24). Specifically, the laser processing apparatus 10 causes the switching mechanism 74 to irradiate the processing object 100 with the fiber laser L1 irradiated from the fiber laser light source 62, and irradiates the processing object 100 with the fiber laser L1. Then, the workpiece 100 is cut.
  • the laser processing apparatus 10 cuts the protective layer 104 and the metal layer 102 of the workpiece 100 with the fiber laser L1. That is, the laser processing apparatus 10 processes the protective layer 104 and the metal layer 102 of the processing object 100 at once with the fiber laser L1. As a result, holes 120b are formed in the protective layer 104 and the metal layer 102 of the workpiece 100 as shown in FIG. 14A.
  • heat-affected layers 122b and 124 are formed around the hole 120b.
  • the heat-affected layer 122b is formed in a radially outer region of the hole 120b from the wall surface of the metal layer 102 of the hole 120b by being irradiated with the fiber laser L1.
  • the heat-affected layer 124 is formed in a radially outer region of the hole 120b from the wall surface of the protective layer 104 of the hole 120b by being irradiated with the fiber laser L1.
  • the laser processing apparatus 10 irradiates the inner diameter side of the hole 120b for processing the fiber laser L1.
  • the laser processing apparatus 10 performs processing with a short pulse laser after processing with a fiber laser (step S26). Specifically, the laser processing apparatus 10 causes the switching mechanism 74 to irradiate the workpiece 100 with the short pulse laser L2 emitted from the short pulse laser light source 64, and uses the short pulse laser L2 as the workpiece 100. The region in which the hole 120b is formed is irradiated, and the workpiece 100 is cut. The laser processing apparatus 10 cuts the protective layer 104 of the workpiece 100 with the short pulse laser L2. Thereby, as shown to FIG. 14B, a part of wall surface of the protective layer 104 of the workpiece 100 is cut.
  • the heat-affected layer 124 generated by the irradiation with the fiber laser L1 is scraped, and the heat-affected layer 114a is formed.
  • the hole formed in the protective layer 104 has a larger diameter than the hole formed in the metal layer 102.
  • the laser processing apparatus 10 forms the hole 120b penetrating with the fiber laser L1, and then irradiates the short pulse laser L2 near the wall surface of the hole 120b of the protective layer 104, thereby surrounding the hole 120b.
  • the heat-affected layer of the protective layer 104 can be reduced.
  • the processing time can be shortened by forming the hole 120b penetrating with the fiber laser L1.
  • the object 100 to be processed at the start of processing is only in the state of the metal layer 102 on which the protective layer 104 is not formed.
  • the laser processing apparatus 10 determines processing conditions (step S32). Specifically, a processing time, a laser rotation speed, a laser output, and the like are determined based on the thickness, material, and the like of the metal layer 102 and the protective layer 104 of the processing object 100.
  • the laser processing apparatus 10 determines the processing conditions, the laser processing apparatus 10 performs drilling (step S34). Specifically, a hole is formed in the metal layer 102.
  • the method of forming the hole may use the above-described fiber laser, but may be performed by machining using a cutting tool.
  • the laser processing apparatus 10 may be provided with a machining head that performs machining separately from the frame 12 or may be provided with a machining head installed on the frame 12.
  • the laser processing apparatus 10 forms a protective film after drilling (step S36).
  • the protective film is formed by performing thermal spraying or the like on the metal layer 102 in which the holes are formed.
  • the protective film becomes the protective layer 104 of this embodiment.
  • the protective layer 104a having no holes is formed on the metal layer 102a in which the holes 130 are formed.
  • the laser processing apparatus 10 After forming the protective film, the laser processing apparatus 10 performs processing with a short pulse laser (step S38). Specifically, as shown in FIG. 16, the short pulse laser L2 is irradiated to the position corresponding to the portion where the hole 130 of the protective layer 104a is formed. Here, it is preferable to irradiate the short pulse laser L ⁇ b> 2 from a direction along the wall surface of the hole 130.
  • the present processing ends.
  • the region 132 of the protective layer 104a is processed by the short pulse laser L2 to form the hole, thereby forming the protective layer 104a.
  • the heat-affected layer of the hole to be formed can be reduced.
  • the switching mechanism 74 is used to switch the laser applied to the workpiece 100 to a fiber laser or a short pulse laser, but the present invention is not limited to this.
  • FIGS. another example of the laser processing apparatus will be described with reference to FIGS.
  • the following examples are the same as the laser processing apparatus of the said embodiment except the structure of a switching mechanism, only the structure of the laser processing unit 22 containing a switching mechanism is shown.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • a laser processing head 160 of the laser processing unit 22 shown in FIG. 17 has a half mirror 174 instead of the switching mechanism 74.
  • the half mirror 174 is disposed at a position where the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 overlap.
  • the half mirror 174 is disposed between the collimating optical system 70 and the laser turning unit 76 and at a position where the short pulse laser L2 that has passed through the collimating optical system 72 reaches.
  • the half mirror 174 has a characteristic of reflecting light having the wavelength of the short pulse laser L2 and transmitting light having the wavelength of the fiber laser L1.
  • the fiber laser L1 passes through the half mirror 174 and enters the laser swivel unit 76, and the short pulse laser L2 is reflected by the half mirror 174 and enters the laser swivel unit 76. .
  • the laser processing apparatus can also make both the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 enter the laser swivel unit 76 by using the half mirror 174 instead of the switching mechanism 74.
  • the half mirror 174 instead of the switching mechanism 74.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 19 to FIG. 21 are schematic views showing a partial configuration of a switching mechanism of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • a laser processing head 260 of the laser processing unit 22 shown in FIG. 18 has a switching optical system 274 instead of the switching mechanism 74.
  • the switching optical system 274 includes a partial light shielding plate 274a and a partial reflection plate 274b.
  • the partial light shielding plate 274a is disposed downstream of the collimating optical system 70 through which the fiber laser L1 passes, and the fiber laser L1 that has passed through the collimating optical system 70 is incident thereon. As shown in FIGS. 19 and 20, the partial light shielding plate 274 a is provided with a light shielding portion 280 that shields circular light on the center side of the region through which the fiber laser L ⁇ b> 1 passes, and transmits light outside the light shielding portion 280. A transmitting portion 281 is provided. The partial light shielding plate 274a blocks the light incident on the light shielding portion 280 of the incident fiber laser L1, and transmits the light incident on the transmission portion 281 to make the fiber laser L1 ring-shaped light.
  • the partial reflector 274b is disposed at a position where the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 overlap. Specifically, the partial reflection plate 274b passes between the collimating optical system 70 and the laser turning portion 76 (more specifically, the partial light shielding plate 274a and the laser turning portion 76) and passes through the collimating optical system 72.
  • the short pulse laser L2 is arranged at a position where it reaches. As shown in FIGS. 19 and 21, the partial reflection plate 274 b is provided with a reflection portion 282 that reflects circular light on the center side of the region through which the short pulse laser L2 passes, and emits light outside the reflection portion 282.
  • a transmissive portion 284 that transmits light is provided.
  • the short pulse laser L2 is incident on the reflection portion 282, and the ring-shaped fiber laser L1 is incident on the transmission portion 284.
  • the partial reflection plate 274 b reflects the incident short pulse laser L ⁇ b> 2 by the reflection unit 282 and makes it incident on the laser turning unit 76.
  • the partial reflector 274 b transmits the incident ring-shaped fiber laser L 1 through the transmission unit 284 and enters the laser turning unit 76. That is, in the ring-shaped fiber laser L 1, the hollow portion corresponds to the reflecting portion 282, and passes through the transmitting portion 284 that is a region around the reflecting portion 282.
  • the laser processing apparatus can cause the two lasers to enter the laser swivel unit 76 in the same direction by overlapping the light paths. .
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • a laser processing head 360 of the laser processing unit 22 shown in FIG. 22 has a switching optical system 374 instead of the switching mechanism 74.
  • the switching optical system 374 includes a reflection optical system 376 and a partial reflection plate 378.
  • the reflection optical system 376 includes a plurality of reflection plates 380a, 380b, 380c, and 380d.
  • the reflecting plates 380a, 380b, 380c, and 380d are members that reflect light, reflect the short pulse laser L2 irradiated from the short pulse laser light source 64 and collimated by the collimating optical system 72, and set to the partial reflecting plate 278.
  • the incident light is incident in a direction perpendicular to the fiber laser L1.
  • the reflection optical system 376 is used, but it may be guided by an optical fiber.
  • the partial reflector 378 is disposed at a position where the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 overlap. Specifically, the partial reflection plate 378 is disposed between the collimating optical system 70 and the laser swivel unit 76 and at a position where the short pulse laser L2 that has passed through the reflection optical system 376 arrives.
  • the partial reflection plate 378 is provided with a circular light opening 378a on the center side of a region through which the short pulse laser L2 passes, and a reflection portion 378b that reflects light outside the opening 378a.
  • the short pulse laser L2 is incident on the surrounding reflector 378b, and the fiber laser L1 is incident on the center opening 378a.
  • the partial reflector 378 reflects the portion excluding the center of the incident short pulse laser L ⁇ b> 2 by the reflection portion 378 b and makes it incident on the laser turning portion 76.
  • the partial reflection plate 378 passes through an opening 378 a formed at the center of the incident ring-shaped fiber laser L 1 and enters the laser swivel unit 76.
  • the partial reflector 378 has a portion on the center side of the incident short pulse laser L2 that passes through the opening 378a.
  • the light emitted from the fiber laser light source 62 is collimated through the collimating optical system 70, then passes through the partial reflector 378 and enters the laser swivel unit 76.
  • the light emitted from the short pulse laser light source 64 is collimated through the collimating optical system 72 and then enters the reflecting optical system 376.
  • the short pulse laser L ⁇ b> 2 is reflected by the reflection optical system 376, a part (a ring-shaped part excluding a part on the center side) is reflected by the partial reflection plate 378, and enters the laser swivel unit 76.
  • the laser processing apparatus can cause the two lasers to enter the laser swivel unit 76 in the same direction by overlapping the light paths. .
  • the fiber laser is guided along a straight path and guided along a path that reflects a short pulse laser.
  • the present invention is not limited to this, and the arrangement may be reversed, or both lasers may be reflected. You may make it make it.
  • two types of lasers are used, but three or more types of lasers may be used.
  • FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of the laser processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 25 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the prism as viewed from the incident direction of the laser.
  • FIG. 26 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the prism viewed from a direction orthogonal to the laser incident direction.
  • FIG. 27 is an enlarged view showing the vicinity of the laser irradiation position.
  • the laser processing apparatus shown in FIG. 23 is basically the same as the laser processing apparatus 10 except for the structure of the laser processing head. Hereinafter, points peculiar to the laser processing apparatus shown in FIG. 23 will be described.
  • the laser processing apparatus shown in FIG. 23 guides the short pulse laser L2 output from the short pulse laser light source 64 through a straight path and guides the fiber laser L1 output from the fiber laser light source 62 through a path.
  • the laser processing head 460 is basically a laser except that the position where the short pulse laser light source 64 and the fiber laser light source 62 are arranged is opposite to the arrangement of the laser processing head 360 and is provided with a trajectory adjusting mechanism 420.
  • the configuration is the same as that of the machining head 360.
  • the laser swivel unit 476 of the laser processing head 460 rotates the first prism unit 82 having the prism 82a and the second prism unit 84 having the prism 84a as a unit, so that the fiber laser L1 and the short pulse laser are rotated.
  • the irradiation position with L2 is rotated.
  • the condensing optical system 480 of the laser processing head 460 includes a lens 480a, a lens 480b, and a lens 480c.
  • the laser processing head 460 reflects the fiber laser L1 with the partial reflection plate 478 of the switching optical system 474 after reflecting the fiber laser L1 with the reflection optical system 376.
  • the partial reflection plate 478 includes a reflection plate 478a and a reflection plate 478b. As shown in FIG. 24, the two reflectors 478a and 478b are arranged at positions shifted from the traveling direction of the fiber laser L1.
  • the partial reflection plate 478 is disposed at a position shifted with respect to the traveling direction of the fiber laser L1, so that a space 478c is formed between the reflection plate 478a and the reflection plate 478b.
  • the short pulse laser L2 passes through the space 478c.
  • the short pulse laser L2 passes near the rotation center, and the fiber laser L1 passes around the short pulse laser L2.
  • FIG. 23 the state where the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 are shifted in the center axis by the laser swivel unit 476 is emphasized, but the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 are shown in FIG.
  • the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 are shown in FIG.
  • they pass through different regions and do not overlap.
  • the laser processing head 460 includes a trajectory adjusting mechanism 420.
  • the trajectory adjustment mechanism 420 is a mechanism that adjusts the trajectory of the short pulse laser L2, and is fixed to the flat surface of the prism 82a of the first prism unit 82 of the laser turning unit 476. Specifically, as shown in FIG. 25, the trajectory adjustment mechanism 420 is disposed in a region through which the short pulse laser L2 at the rotation center of the prism 82a passes. Further, the trajectory adjusting mechanism 420 is disposed inside the region through which the fiber laser L1 passing through a position farther from the rotation center than the short pulse laser L2 passes. That is, the trajectory adjusting mechanism 420 is not disposed in the region through which the fiber laser L1 passes.
  • the trajectory adjusting mechanism 420 of this embodiment is a prism as shown in FIG. 26, and refracts the incident short pulse laser L2 in a predetermined direction.
  • the trajectory adjustment mechanism 420 rotates together with the prism 82a of the first prism unit 82.
  • the laser processing head 460 is provided with a trajectory adjusting mechanism 420, which refracts the short pulse laser L 2 and does not refract the fiber laser L 1, so that the relative phase between the first prism unit 82 and the second prism unit 84 of the laser swivel unit 476.
  • the short pulse laser L2 can be irradiated to a position farther from the rotation center than the fiber laser L1 at the position where the object 100 is irradiated. Thereby, when switching between processing by the short pulse laser L2 and processing by the fiber laser L1, the relative phase between the first prism unit 82 and the second prism unit 84 is shifted to change the laser turning diameter.
  • the processing using both the short pulse laser L2 and the fiber laser L1 can be executed in a shorter time, and the processing speed of the processing object 100 can be improved. Further, by providing the orbit adjustment mechanism 420 in the laser swivel unit 476, the optical system through which the short pulse laser L2 and the fiber laser L1 pass can be made different optical systems without shifting the irradiation position without increasing the size of the apparatus. Can do.
  • the trajectory adjustment mechanism 420 is disposed near the rotation center. However, like the laser processing head 360, the short pulse laser L2 is positioned closer to the rotation center. In the case of incidence on the outside, the trajectory adjustment mechanism 420 has a ring shape, the trajectory adjustment mechanism 420 is disposed in the region through which the short pulse laser L2 passes, and the trajectory adjustment mechanism 420 is not disposed in the region through which the fiber laser L1 passes. That's fine.
  • FIG. 28 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 29 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of the laser processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 30 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the condenser lens as viewed from the incident direction of the laser.
  • FIG. 31 is a schematic view of the trajectory adjusting mechanism and the condenser lens as viewed from a direction orthogonal to the laser incident direction.
  • FIG. 32 is an enlarged view showing the vicinity of the laser irradiation position.
  • the laser processing head of the laser processing apparatus shown in FIG. 28 is basically the same as the laser processing head shown in FIG. 23 except for the structure of the trajectory adjustment mechanism. Hereinafter, points peculiar to the laser processing head shown in FIG. 28 will be described.
  • a trajectory adjusting mechanism 520 is provided in the condensing optical system 580.
  • the laser swivel unit 76 of the laser processing head 560 integrally rotates the first prism unit 82 having the prism 82a and the second prism unit 84 having the prism 84a, so that the fiber laser L1 and the short pulse laser are rotated.
  • the irradiation position with L2 is rotated.
  • the condensing optical system 580 of the laser processing head 560 includes a lens 580a, a lens 580b, and a lens 580c.
  • the trajectory adjusting mechanism 520 is a mechanism for adjusting the trajectory of the short pulse laser L2, and includes a lens 521 and a lens 522.
  • the lens 521 is fixed to a flat surface or a part of the surface of the lens 580a of the condensing optical system 580. Specifically, as shown in FIG. 30, the lens 521 is disposed in a region through which the short pulse laser L2 at the rotation center of the lens 580a passes. Further, the lens 521 is disposed inside the region through which the fiber laser L1 passing through a position farther from the rotation center than the short pulse laser L2 passes. That is, the lens 521 is not arranged in the region through which the fiber laser L1 passes.
  • the lens 521 of the present embodiment is a lens as shown in FIG.
  • the lens 522 is fixed to the flat surface of the lens 580b of the condensing optical system 580.
  • the lens 522 has the same function at the same arrangement position as the lens 521 except for the arrangement position.
  • the laser processing head 560 is provided with a trajectory adjustment mechanism 520, and allows the short pulse laser L2 to pass therethrough and prevents the fiber laser L1 from passing therethrough, so that the relative phase between the first prism unit 82 and the second prism unit 84 of the laser swivel unit 76 is reached. As shown in FIG. 32, the focal positions of the short pulse laser L2 and the fiber laser L1 can be shifted. In the present embodiment, the focal position of the short pulse laser L2 is the surface 590, and the focal position of the fiber laser L1 is on the surface of the workpiece 100.
  • the focal position of the short pulse laser L2 By shifting the focal position in this way, specifically, by setting the focal position of the short pulse laser L2 to the near side of the focal position of the fiber laser L1, the position at which the workpiece 100 is irradiated is short.
  • the pulse laser L2 can be irradiated to a position farther from the rotation center than the fiber laser L1. Thereby, when switching between processing by the short pulse laser L2 and processing by the fiber laser L1, the relative phase between the first prism unit 82 and the second prism unit 84 is shifted to change the laser turning diameter. Without executing the above, it is possible to irradiate the short pulse laser L2 outside the fiber laser L1.
  • the processing using both the short pulse laser L2 and the fiber laser L1 can be executed in a shorter time, and the processing speed of the processing object 100 can be improved. Further, by providing the trajectory adjusting mechanism 520 in the condensing optical system 580, the optical system through which the short pulse laser L2 and the fiber laser L1 pass is made different, and the irradiation position is shifted without increasing the size of the apparatus. be able to.
  • the trajectory adjusting mechanism 520 is disposed in the vicinity of the rotation center. However, like the laser processing head 360, the short pulse laser L2 is positioned closer to the rotation center. When the light is incident on the outside, the trajectory adjustment mechanism 520 is formed in a ring shape, the trajectory adjustment mechanism 520 is disposed in the region through which the short pulse laser L2 passes, and the trajectory adjustment mechanism 520 is not disposed in the region through which the fiber laser L1 passes. That's fine.
  • FIG. 33 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment.
  • the laser processing head of the laser processing apparatus shown in FIG. 33 is basically the same as the laser processing head shown in FIG. 23 except that it includes an irradiation position adjustment mechanism in addition to the trajectory adjustment mechanism.
  • the points peculiar to the laser processing head shown in FIG. 33 will be described.
  • the 33 has a focus adjustment mechanism 624 and an inclination adjustment mechanism 626 as an irradiation position adjustment mechanism.
  • the focus adjustment mechanism 624 and the tilt adjustment mechanism 626 are disposed between the collimating optical system 70 and the partial reflection plate 478 on the path (optical path) through which the short pulse laser L2 passes. That is, only the path of the focus adjustment mechanism 624, the inclination adjustment mechanism 626, and the short pulse laser L2 is provided at a position where the short pulse laser L2 passes and the fiber laser L1 does not pass.
  • the focus adjustment mechanism 624 is a mechanism that adjusts the focal position of the short pulse laser L2, and the focus adjustment mechanism 624 can use an optical system in which a plurality of lenses are combined.
  • the tilt adjustment mechanism 626 adjusts the angle of the short pulse laser L2, specifically, the angle of the laser turning unit 76 with respect to the turning axis (turning center).
  • the laser processing head 660 includes the focus adjustment mechanism 624, so that the focal position 630 of the fiber laser L1 and the focal position 632 of the short pulse laser L2 in the height direction (laser traveling direction) are provided. Is adjusted, the focus position 632 of the short pulse laser L2 is adjusted by the focus adjustment mechanism 624 so that the position of the focus position 632a of the short pulse laser L2 matches the position of the focus 630 as shown in FIG. 34B. Can do.
  • the laser processing head 660 can adjust the focal position of the short pulse laser L2 by including the focus adjustment mechanism 624. Thereby, the focal position of the short pulse laser L2 with respect to the focal position of the fiber laser L1 can be quickly adjusted, and the two lasers can be adjusted without adjusting the entire position of the laser processing head 660 or the laser swivel unit 76. The processing using can be switched quickly.
  • the laser processing head 660 includes the tilt adjustment mechanism 626, so that the focal position 630 of the fiber laser L1 and the short pulse laser L2 are provided on a plane orthogonal to the height direction (laser traveling direction) as shown in FIG. 35A.
  • the tilt adjustment mechanism 626 adjusts the focal position 634 of the short pulse laser L2 to adjust the position of the focal position 634a of the short pulse laser L2 as shown in FIG. Can be adjusted to the position.
  • the laser processing head 660 can adjust the focal position of the short pulse laser L2 by including the tilt adjustment mechanism 626. Thereby, the focal position of the short pulse laser L2 with respect to the focal position of the fiber laser L1 can be quickly adjusted, and the two lasers can be adjusted without adjusting the entire position of the laser processing head 660 or the laser swivel unit 76. The processing using can be switched quickly.
  • the laser processing head 660 may include only one of the focus adjustment mechanism 624 and the tilt adjustment mechanism 626.
  • the workpiece 100 is moved in the Y-axis direction by the moving unit 14 and the laser processing head 60 is moved in the X-axis direction and the Z-axis direction.
  • the laser processing apparatus 10 may move the workpiece 100 in the three directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis, or may move the laser processing head 60 in the three directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • the laser processing apparatus 10 may be provided with a stage moving mechanism in the stage unit 16 and adjust the posture (direction, position in the rotational direction) of the workpiece 100 by the stage moving mechanism.
  • the laser processing apparatus 10 of the said embodiment irradiated two types of lasers with two laser processing heads, it is not limited to this.
  • the laser processing apparatus 10 should just be able to irradiate at least a short pulse laser.
  • the laser is not limited to a fiber laser, and various lasers that can be used can be used.
  • the laser processing apparatus 10 includes a head for irradiating a short pulse laser and a head for irradiating a laser other than the short pulse laser (fiber laser, CO 2 laser). Laser processing may be performed.
  • the means for performing processing (processing of the metal layer) other than the processing by the short pulse laser is not limited to laser processing, and may be performed by machining (drilling or lathe processing).
  • the laser processing apparatus 10 of the above-described embodiment can be suitably used when processing a processing object in which a protective layer is laminated on a metal layer, but is not limited thereto.
  • the laser processing apparatus 10 can also be used for processing a workpiece having another structure.

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Abstract

　金属層（１０２）に保護層（１０４）が積層された加工対象物（１００）を、短パルスレーザ（Ｌ２）を少なくとも照射するレーザ加工ヘッドを用いて、加工対象物（１００）を加工するレーザ加工方法であって、保護層（１０４）に短パルスレーザ（Ｌ２）を照射し、保護層（１０４）を切削する短パルスレーザ加工工程と、短パルスレーザ加工工程で切削した領域の金属層（１０２）を切削する金属層加工工程とにより、高品質かつ高精度で加工することが可能とする。

Description

レーザ加工方法及びレーザ加工装置
　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。
　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。
特開２０１１－１１０５９８号公報 特許第２８２８８７１号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　また、前記短パルスレーザ加工工程は、前記短パルス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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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軌道調整機構をさらに備えることが好ましい。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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Ｌ２が到達する位置に配置されている。
　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Ｌ１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Ｌ１と短パルスレーザＬ２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Ｌ１をそのまま通過させることで、ファイバレーザＬ１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Ｌ１をそのまま通過させる場合、短パルスレーザＬ２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Ｌ２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。
　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Ｌ１と短パルスレーザＬ２とが重なる位置に配置し、短パルスレーザＬ２をミラー７４ａで反射し、ファイバレーザＬ１を遮ることで、短パルスレーザＬ２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Ｌ１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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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１０２に形成する穴より径が大きい穴を保護層１０４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１０４に形成する穴の径を金属層１０２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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、金属層１０２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、金属層１０２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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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１０２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１０４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。
　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。
　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。
　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であるので、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。
　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Ｌ２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Ｌ２の波長の光を反射し、ファイバレーザＬ１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Ｌ１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Ｌ２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。
　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Ｌ１と短パルスレーザＬ２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Ｌ１と短パルスレーザＬ２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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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１００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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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１００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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (16)

  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、を含むレーザ加工方法。
  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。
  3. 　前記短パルスレーザ加工工程は、前記短パルス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。
  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、
    　を含むレーザ加工方法。
  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、
    　を含むレーザ加工方法。
  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。
  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。
  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７のいずれか一項にレーザ加工方法。
  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。
  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。
  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るレーザ加工装置。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。 
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