第4章 マクロレーザープロセシング

2. レーザー穴あけ

著者:新井 武二

1. 概要

1.1 はじめに

レーザー除去加工のなかでも穴あけ加工の歴史は古い。1960年固体ルビーレーザーが発振してレーザー元年を迎えた訳であるが、その2年後の1962年には、ルビーレーザーによる最初の材料照射が行われ、その加工ターゲットがカミソリの刃への穴あけ加工であった。それから20年も経たない内に、Nd3+:ガラスレーザーなどによる産業用の穴あけ加工機が誕生し、古くは時計の軸受け(人造ルビー)の穴あけ加工に用いられた比較的効率がよく出力増大が容易であったCO2レーザーの高出力加工機が出現し穴あけ加工も本格化した。汎用機による紙巻タバコのフィルター部やスプレーノズルなどの穴あけ加工が行われた。また、Nd3+:YAGレーザーによるエンジン部品の穴あけなども応用例として有名であり、最近ではプリント基板の高密度実装技術などにも応用されている。昨今では時代の要請に応えて、YAG高調波による微細穴加工も発展の兆しを見せている。

1.2 レーザー穴あけ加工の特徴

レーザーによる穴あけ加工は穴加工の一種であるが、前者がレーザービームとアシストガスだけの作用によって穴をあけるのに対して、後者は穴の内部を加工するか、レーザー加工機の付加的機能によって空洞部(穴)を形成することによるもので用語の厳密な意味に相違がある。付加機能とはCNC制御テーブルによる微小域回転や、偏心又は回転機能を有するレンズなどの特殊光学系によるもので、回転半径を自由に選択し得るものである。また、CNC加エテーブルによる比較的大きな領域の穴加工(板厚に依るが、薄板軟鋼では約φ2mmより大きい穴)は輪郭・形状切断加工(円形状、穴加工)に属するために、穴あけ加工とは言わないのが普通である。したがって、本章で取り扱う加工は本来のビームによる穴あけ加工である。回転ビームによる穴あけ加工は別途扱う。
レーザーによる穴あけ加工は種々の材料に適応され、使用レーザーにはCO2レーザーは元より、微細穴あけ加工にはNd3+:YAGレーザー、Nd3+:YLFレーザー、Nd3+:YVOレーザー等の固体レーザー、並びに紫外域のYAG高調波も広く用いられている。
ここで、レーザーによる穴あけ加工の特徴を述べる。

1) レーザー光を集光すると、そのスポット径は極めて小さくすることができる。一般の産業用レーザーにおいても、実際にCO2レーザーで約120/zm、Nd3+:YAGレーザーでも約40/zm前後にまで絞ることができる。さらに、非球面レンズを用いればCO2レーザーでも90μm以下にすることは可能である2)。従って、短時間にしかも極めて微細な穴あけ加工ができる。

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