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レーザー加工とは

はじめに
材料を溶かして切断する切断加工分野では、ガス切断(1)、プラズマ切断(2)に並びレーザー切断が広く利用されている切断方法の一つです。本文では、切断加工分野で最も一般的で、当社が採用する炭酸ガスレーザー(CO2レーザー)を用いた金属の切断について解説します。

1.ガス切断=鉄と酸素の酸化反応熱を利用して切断する方法
2.プラズマ切断=切断材料と電極間にアーク放電をして、高熱・高密度の熱源を発生させ切断する方法
レーザーは 「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」の頭文字をとって「LASER」と表記します。全体を直訳すると、「放射の誘導放出による光の増幅」という意味みなります。要約すると「光の増幅」または「増幅された光」ということになります。
レーザー加工の原理
レーザー切断の簡単な原理を示します。実際の切断では、切断材料またはレーザー光線を移動させながら切断を継続して行っていきます。当社はレーザー光線を射出するヘッド部を移動させるタイプです。レーザー発振機から発生したレーザー光線を、反射率の高いミラーを用いて集光レンズまで導きます。この集光レンズによりレーザー光線をエネルギー密度が1センチメートルあたり10の5乗ワットの小さいスポット(金属の場合直径0.1〜0.4ミリメートル程度)に集光して切断材料に照射します。虫眼鏡で太陽光を集めて紙を燃やすようなイメージです。
レーザー加工の特徴
レーザー光線は蛍光灯や電球から発せられる光と同じ光です。しかし、蛍光灯や電球からの光にはない以下の性質を持っています。
1.広がらずに、ほぼ真っ直ぐに進む。
2.波長、周波数が単一で、その位相が揃っている。
などの特徴があります。そのため、反射ミラーを組み合わせることにより、発振機から出たレーザー光線をほぼ損失することなく所定の位置へ導くことが可能です。また、レンズによる集光性が非常によく、高エネルギー密度の光線を得ることができます。レーザー加工はこれらの特徴を利用した切断方法です。
レーザー切断加工は他の熱切断方法と比べて、
1.切断溝幅の小さい切断ができ、熱影響部や歪みの少ない切断ができる
2.金属、非金属を問わず切断ができる。
3.非接触で切断できるので工具の消耗が少ない。
4.材料の硬度に関係なく切断できる。
5.自動化が容易に行える。つまり切断した製品の寸法精度がよいと言える。
などのメリットがあります。
一方レーザー光線を反射する高反射材料(金や銀など)など、レーザー光線を透過してしまう材料の切断には不向きとされています。しかし、当社では可能な限りお客様の要望にお応えするため条件さえ揃えば、アクリルやガラス等の加工も行います。下の表,魯譟璽供疾效任罰銅鑁切断方法の各項目での比較を示していますが、多くの項目でレーザー切断が優れています。
【表  レーザー切断 プラズマ切断 ガス切断
パワー密度
切断可能材料 金属/非金属 金属 金属(鉄)
切断速度
切断溝幅
切断寸法精度 普通
切断面積斜度
切断面粗さ 普通 普通 普通
上縁の溶け 普通
多本同時切断 困難 普通 容易
自動化 最適 不適
環境汚染 普通
価格
■色部…他の切断より優れている項目
炭酸ガスレーザーが切断に適している理由
金属の切断では下記のことがレーザーに要求されます。
1.切断に必要なレーザー出力を容易かつ安価に安定して得られること
2.高品質の切断を行うため、レーザー光線の品質が高いこと
一言にレーザーといっても、その種類は数百種類に及びます。数多くのレーザーの中で、金属の加工に最も多く用いられているのは炭酸ガスレーザーです。炭酸ガスレーザーは、炭酸ガスを含むレーザーガスと呼ばれるガス中で放電を行うことにより、レーザー発振を行います。
炭酸ガスレーザーは、数キロワットのレーザー出力を発振効率10%〜20%(電気エネルギーからレーザーエネルギーへの変換効率)で容易に取り出すことができます。またこのときのビーム品質も高く、切断に適したレーザーといえます。
レーザー加工機について
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