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ピアシングとは:レーザ加工の基礎知識2

レーザ加工の基礎知識

更新日:2018年9月13日(初回投稿)
著者:関東職業能力開発大学校 生産機械システム技術科 能開准教授 永野 善己

レーザ加工機は、焼入れ、溶接、切断、穴あけ、マーキング、彫刻など、さまざまなレーザ加工に利用されています。普及しているレーザ加工機に、CO2(炭酸ガス)レーザ加工機があります。今回は、CO2レーザ加工機を例に、レーザ加工機の特徴、ピアシング(穴あけ加工)を解説します。

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1. CO2レーザ加工機

CO2レーザ加工機は、CO2ガスを励起媒質とするレーザ加工機であり、主に金属の穴あけ・切断・溶接に使用されます。CO2レーザは、10.6μmの波長で発振します。赤外の波長なので人間の目では見えません。レーザによるピアシングや切断加工の際に見える光は、金属が溶融したときに発生した光です。レーザ光は目に入ると失明する可能性があり大変危険ですが、安全に使用すれば、便利な加工機です。図1はレーザ加工機の写真です。レーザ加工機はシールドされており、レーザ光が装置外へ漏れないための安全対策です。

図1:レーザ加工機の写真

図1:レーザ加工機の写真

レーザ加工の模式図を、図2に示します。レーザ光は、共振器から取り出され、ミラーによって曲げられて、加工ヘッドまで届きます。加工ヘッドでは、レーザ光がレンズによって集光されて、材料に照射されます。レーザ加工機の種類により、テーブルが移動して加工する方式と、加工ヘッドが移動して加工する方式があります。いずれの方式も、テーブルや加工ヘッドをNC(数値制御)プログラムにより移動させ、ピアシングや切断加工を行います。

図2:レーザ加工の模式図

図2:レーザ加工の模式図

CO2レーザ加工機では、共振器内に対向した2枚の鏡が設けられています。図3は、図1のレーザ加工機の裏側に設置されたレーザ共振器です。

図3:レーザ加工機のレーザ共振器

図3:レーザ加工機のレーザ共振器

CO2レーザの基本構造を、図4に示します。鏡の間に設置された放電管の中にレーザ媒質となる混合ガスを注入し、放電によりガス分子を励起させて、レーザ光を発生させます。共振器内に設けられた鏡は、1つが全反射鏡となり、もう1つが部分透過鏡です。全反射鏡は反射率が99.5%以上であり、部分透過鏡は透過率が35%~60%です。共振器内で発生した光は、全反射鏡と部分透過鏡の間で共振し増幅され、一定の値を超えた光が外部に取り出されます。

図4:CO<sub>2</sub>レーザの基本構造

図4:CO2レーザの基本構造

2. レーザ光の吸収率と反射率の関係

光を鏡に当てると反射するように、レーザ光も鏡で反射します。材料表面に照射されたレーザ光は、一部が反射され、残りは材料に吸収されます。材料にレーザ光が吸収される確率を吸収率、レーザが反射する確率を反射率といいます。材料表面での吸収率をβ、反射率をrとすると、吸収率βは1‐rで表されます。反射率が高い材料は、レーザ加工しにくいのです。

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3. ピアシングとは

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

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