1. HOME
  2. 技術情報
  3. 加工技術を支える開発
  4. レーザー加工の基礎知識

加工技術を支える開発

レーザー加工の基礎知識

レーザーによる脆性材料加工について、レーザーの基本や加工原理などを紹介します。

 

レーザーとは?

レーザ(Laser)とは、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(光の誘導放出による増幅)の頭文字を取った言葉です。特徴は、

  1. 指向性(直線に進む)
  2. コヒーレンス(干渉する)
  3. 単色性(スペクトル幅が狭い)

です。2. の特徴であるコヒーレンスを利用して、レーザービームを小さく収束させることが可能です(エネルギー密度が高くなる)。

レーザー発振器は光増幅器と光共振器によって構成されます。その出力は光共振器で光が発振することによって得られます。この発振動作は大きく分けて、連続波発振(CW)とパルス発振があります。

パルス発振は、

  1. 出力をパルス状に発振
  2. 熱影響の低減が可能
  3. 繰返し周波数やパルス幅の関係で加工条件が変えられる

などの特徴があります。一般的にパルス幅(1パルスあたりの時間幅)が短いほど熱影響が少ない加工が可能です(加工料は少なくなる)

 

 

レーザーの分類

レーザーの種類は複数の分類によって分けられています。

  1. レーザー発振媒質(固体、液体、気体、半導体)
  2. 発振特性(連続/CW、パルス)
  3. 発振波長(紫外線~赤外線)
  4. 危険度(クラス1~4)

と4つの分類があります。

発振波長は多くの場合、使用されるレーザー媒体によって決定されます。波長が長い赤外線レーザー加工は、熱的な要素が大きく、波長が短い紫外線レーザー加工は非熱加工の要素が大きく、アブレーション加工とも呼ばれます。

 

レーザー加工の原理

自然光は1つの波長ではなく、複数の波長が混ざったものですが、レーザーは1つの波長でできており、連続した一定の波になっています。このレーザービームをレンズで集光させると焦点では非常に高いエネルギー密度になります。この高エネルギー密度の光源により穴あけや切断などの加工が可能です。

レーザー加工の原理は、エネルギーの吸収、振動・分散、飛散という3ステップに分けられます。レーザー加工は、レーザー光の吸収により原子レベルが振動し、さらに共鳴振動による熱伝導が急激に起こることを利用した加工です。熱加工はレーザー光が加工物の表面で吸収され、その熱エネルギーで加工物を溶融しながら行う加工のことで、赤外線レーザーが使用されることが多い加工です。非熱加工の代表的なアブレーション加工は、レーザー光を吸収した箇所が瞬時に溶融し、蒸発・飛散することで行われる除去加工です。

レーザー加工はさまざまな材料を、高速で微細加工できる加工方法です。