レーザー加工とは

LASER

レーザーとはLight Amplication by Stimulated Emission of Radiationの略です。


Theodore Maiman
(セオドア・メイマン)

1917年、アインシュタインがレーザーの基礎概念である『光の誘導放出論』を提唱し、
1954年には米国物理学者チャールズ・タウンズらによる軍事用レーダー研究の中で レーザーの前身である「メーザー」が発明 されました。

そして、1960年に米国の物理学者セオドア・メイマンによる固体ルビーを使った初の可視光線でのレーザー発振が成功してから、現在にいたるまで、ほぼ半世紀近い歴史の中で様々なレーザーが発明されてきました。


炭酸ガスレーザー

一口にレーザーといっても、レーザーは媒質の種類によって固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザ、液体レーザなどに分類され、その数は数百種類にも及びます。

その中でも加工用のレーザーは大きな出力を安定して得ることのできるレーザー発振器が必要とするため、これらの条件を満たす「炭酸ガスレーザー(CO2レーザー)」とYAGレーザーがその主流となっています。

当社の取り扱う「炭酸ガスレーザー(CO2レーザー)」は、炭酸ガスを含むレーザーガスと呼ばれ、
ガスの中で放電を行うことによって、レーザー発振を行い、レーザーの中でも非常に発振効率に優れています。
金属の切断や医療用など、さまざまな用途に利用されています。

レーザーの汎用化

ALT-2010
ALT-2010(ユニバーサルレーザー社)

レーザーという言葉から連想されるのは数千ワットという高出力の工業用レーザーによる金属の切断や溶接、軍事用レーザー兵器もしくは医療用のレーザーなどですが…
1988年に設立されたユニバーサルレーザー社の前身である米国Applied Laser Technology社がコンピュータ制御された初の汎用レーザー加工機「ALT-2010」を開発しました。

ユニバーサルレーザーシステムズ
Universal Laser Systems

最初の1台はコンピューターの部品の一つであるリボン・ケーブルを制作する会社に納められ ケーブルの皮膜剥がしのために利用されました。
1992年にApplied Laser Technology社はUniversal Laser Systems社と改名し、汎用レーザー加工機の基礎となるプロッター方式のレーザー加工機の開発に取り組み続けました。

プロッター方式のレーザー加工機とは、密閉された筐体の中にX-Yプロッターを組み込み、複数のミラーを使って対象物にレーザーを照射する光伝送を用いたシステムです。
このプロッターシステムと小型のレーザー発振器を組み合わせることにより、誰にでも扱える安全性に優れた汎用型のレーザー加工機が誕生しました。

パーソナルギフトから工業製品の二次加工まで

ユニバーサルレーザー社の汎用レーザー加工機の開発とパーソナルコンピューターの飛躍的な進歩によって、レーザー加工は誰にでも簡単に行うことができるようになりました。

今ではサイン・ディスプレイ業界、木工加工、建築模型、プラスチックなどの樹脂加工、アクリル加工、ファブリック(衣料繊維)加工、ギフト商品、文房具の名入れなど、身近なところでレーザー加工機が使われています。

レーザー加工機本体も小型レーザー加工機・中型レーザー加工機・大型レーザー加工機と種類も豊富になり、操作性もパソコンのプリンターのように簡単に扱えるようになりました。
レーザー加工機は使い手を選ばす、そしてアイディア次第でさまざまな用途に応用することができます。

レーザーの仕組み

1.指向性
太陽光や電球などの光は、あらゆる方向に拡散しますが、レーザー光は直進します。
このことを指向性が良いといいます。
2.単色性
太陽光などはプリズムに通すと7色の光に分解されますが、
これは太陽光がいろいろな波長の光が混ざっているからです。
レーザーは同じ波長の光の集まりなので分解されません。これを単色性といいます。
3.収束性
レーザーは普通の光と違って位相(光の波長の山と谷の部分)が揃い、
収束性が良いのできわめて高密度の光のエネルギーを集めることができます。

自然放出

自然放出

基底状態
全ての物質は原子から構成されており、さらに原子は原子核と電子から成り立っています。原子の持つ定常状態で最も安定した状態を基底状態といいます。

励起状態
基底状態の原子に光や電子などのエネルギーを与えると電子がより外の軌道に移り、高エネルギー状態になります。

自然放出
励起状態の原子は不安定なので、すぐにもとの軌道に戻ろうとします。この時にエネルギーを光として放出します。

誘導放出

誘導放出

放出された光が高エネルギー状態の原子に入射されると、その原子からも同じ性質・ 同じ方向の光が放出されます。
そして意図的に高エネルギー状態の原子を増やしてやると誘導放出が促進され、より強力な光を放出することができます。(光の増幅)

レーザー媒質(CO2レーザー加工機・彫刻機の場合はCO2”炭酸ガス”)の中を自然放出光が進むと誘導放出により光が増幅されます。

励起源

さらに2枚の反射鏡で形成された発振管(レーザーチューブ)の中を往復することによって光は特定方向のみ増幅され、
増加したエネルギーが発振管内の損出エネルギーを超えるとレーザー光が放出されます。

レーザーの仕組み

弊社の取り扱うレーザー加工機・彫刻機の基本的な構造は、このようになっております。
レーザー発振器から射出されたレーザー光はコーナーミラーで90度に折り曲げられます。
そのままフォーカスキャリッジの中にあるミラーを経由して凸レンズによって集光され、材料に照射されます。

フォーカスキャリッジは、X-Yプロッターのアーム上に取り付けられているため、加工エリアの中を
自在に移動することができ、どんな位置に材料があっても、垂直にレーザーを照射することができます。

レーザー加工事例