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レーザービームとは

レーザビームは数種類のパラメータにより特徴付けられます。レーザの基本的な特性として、単色性(単波長)と指向性(発散角の狭さ)です。通常の光とは異なり、レーザビームは、非常に小さい面積に集光できます。大出力レーザによる強力で、小スポット径ビームは、材料を溶融、気化させることができます。

レーザは、材料加工の分野では、切断や溶接のアプリケーションに用いられます。レーザビームは材料に非接触で加工できるので、ドリルやフライス加工のように、加工中に工具の劣化を心配する必要はありません。レーザビームは、発振器により生成され、ミラーや光ファイバーにより加工ヘッドに伝送されます。加工用レーザでは、焦点距離を調整し集光します。集光レーザビームの特性は、最小スポット径(焦点)とビームコースティックに現れます。コースティックは、集光光学系から加工部分である焦点の前後に現れます。

レーザ加工の重要なパラメータは、「レイリー長」で定義される「焦点深度」です。スポット径に対してビーム断面面積が2倍になるポイントまでの距離を意味します。例えば、レイリー長とシートメタルの厚さをフィットさせてレーザ切断した場合、直線状の切断面を生み出すことができます。シートメタルが厚すぎると、切断面は丸みを帯びます。

レーザビームは以下のように定義されます:

  • レーザパワーは、加工ツールとしての「strength」(強さ)や「force」(力)を表します。
  • 加工対象物の表面または焦点面でのビーム分布は、「加工ツールの形状」を表します。
  • 加工対象物の表面または焦点面におけるスポット径は、「sharpness」(鋭さ)あるいは「tool width」(ツール幅)を表します。
  • 焦点深度(レイリー長)は、加工可能な厚みを表します。


レーザビーム解析では、上記の4つのポイントに注目します。加工は、これらの相互作用によるものであり、解析結果から加工不具合の原因特定も可能となります。