光響製レーザー加工機ポータルページ

そもそもレーザー加工機とは

レーザー加工機とは、レーザーを用いて様々な素材を

• 切断加工
• 溶接加工
• エングレービング（彫刻）加工
• 剥離（クリーニング）加工
• マーキング（印字）加工

をする工作機械です。

レーザー加工の特長

レーザー加工の特長は

• 非接触で加工することができる。
• 機械加工（切削工具など）ができなかった硬いもの、脆いもの、複雑な形のものも加工することができる。
• 刃先のような摩耗部品の交換が不要である。
• 高速で加工することができる。

です。

レーザー加工機の原理

レーザー加工機は、パソコン上の画像処理ソフトウェアと連動することで、図のようにレーザーを制御し、任意の箇所を加工（切断、溶接、マーキング）することができます。方式には、大きく分けて、フラットベッド方式とガルバノスキャン方式があります。

レーザー加工のイメージ図

フラットベッド方式は、レーザーを照射しながら、図のように駆動部分に取り付けられたレーザーヘッドをX方向やY方向に動かすことで、レーザー加工する方式です。駆動部分の動作範囲とレーザーマーキング範囲がほぼ同じであるため、広範囲にレーザーマーキングすることができます。
ガルバノスキャン方式は、図のようにレーザーをガルバノスキャナーに付いた2枚のミラーで反射し、fθレンズで集光させ、2枚のミラーをスキャン（走査）することで、レーザー加工する方式です。ガルバノスキャナーは高速動作が可能なため、高速にレーザー加工することができます。

レーザー加工機のパラメータについて

レーザー加工機のパラメータは、主に

1. レーザーの波長
2. レーザーのパワー（パルスの場合は、繰り返し周波数 × パルスエネルギー）
3. レーザーのパルス幅

などがあります。それらのパラメータは、加工したい材料や用途によって決まります。

1. レーザーの波長について

レーザーの加工材質の波長特性

高効率なレーザー加工を行うためには、レーザーの波長と加工材質の吸収波長のマッチングが重要になります。
レーザー加工材質（研磨した銀、銅、炭素鋼、ニッケル、アルミニウム）の吸収波長特性を示します。
吸収率（Absorption Rate）が高いほどレーザー加工がしやすくなるため、レーザーの波長が短いほど加工がしやすいことが分かります。

レーザー加工材質（研磨した銀、銅、炭素鋼、ニッケル、アルミニウム）の吸収波長特性

Optipediaより引用

レーザーのビームスポット径の波長特性

レンズで集光させたときのレーザーのビームスポット径は下式で表されます。
φ = 4 f λ / π D
ビームスポット径 φは、例えばレンズの焦点距離 fを100 mm、入射径 Dを10 mmとすると、

• CO2レーザー（波長10μm）の場合：127 μm
• ファイバーレーザー（波長1064nm）の場合：13.5 μm
• UVレーザー（波長355nm）の場合：4.5 μm

となります。レーザーの波長が短いほど、ビームスポット径が小さくなるため、高精密に加工することができます。

レーザーのビームスポット径の式

レーザーのビームスポット径の波長依存性

レーザー（光子）のエネルギーの波長特性

光を粒子としてとらえた場合、光子1個1個のエネルギーは波長によって決まり、
波長が短いほど光子のエネルギーは高くなります。（参照：光電効果）
光子のもつエネルギーは下式で表されます。
E = hν = hc / λ
光子のもつエネルギーEは、波長 λが小さければ小さいほど、大きくなることが分かります。

光電効果の例

光子のもつエネルギーの波長依存性

一般的に、波長が長いレーザー（CO2レーザーやファイバーレーザー）は、照射した素材を加熱し化学結合を切断するため、熱加工になりやすいです。
一方、波長が短いレーザー（UVレーザー）は、光子のエネルギーが大きいため、
素材の化学結合を光で切断する光分解加工（非熱加工）になりやすい傾向があります。
光分解加工（非熱加工）は、熱加工に比べて、加工箇所の仕上がりが滑らかで美しく、残渣も少ないというメリットがあります。

熱加工と非熱加工

レーザーマーカーでマーキングができる材料のデータベース

光響では、樹脂系、金属系、ソーダガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、磁器、陶器、紙類、ダンボール、木材、アルミナ、アルミカード、ソルダーレジスト、ガラスエポキシ基板、ジルコニア、フェルト、人工皮革など、50種類以上の材質に対して、波長別のレーザーマーキング結果を写真や動画で撮影し、データベースとして公開しております。

• 樹脂、エラストマー
  • PE
  • PP
  • PS
  • PUR
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  • POM
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  • EP
  • UF
  • 合成ゴム
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  • シリコン(Si)
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  • ニッケル（Ni）
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  • モリブデン（Mo）
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  • レニウム（Re）
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  • 金（Au）
  • 鉛（Pb）
  • ステンレス（Sus）
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  • 陽極酸化アルミニウム
  • メッキ
  • アルミ箔
  • 超硬合金
  • アルミナ
  • アルミカード
  • ジュラルミン
  • インバー / スーパーインバー
  • ウエハー
  • レアメタル合金
• 鉱石
  • ジルコニア
  • ソーダガラス
  • 石英ガラス
  • ホウケイ酸ガラス
  • 陶器
  • 磁器
• 木材
  • 紙類
  • ダンボール
  • 木材
• 布
  • フェルト
  • 人工皮革
• FRP、プリント基板、他
  • ソルダーレジスト
  • ガラスエポキシ基板

詳細はレーザーマーカーのページをご覧ください。