穴あけ

このページでは、レーザー加工機を使って行う「穴あけ」加工について解説しています。レーザーで穴あけ加工を行える仕組みやシステムの概要、穴あけ加工に適したレーザーの種類や素材なども合わせて解説していますので参考にしてください。

レーザーで穴あけ加工ができる原理

レーザーで穴あけ加工を行う原理は、基本的にはレーザーのエネルギーを照射部位へ一点集中させることで高熱を発生させ、対象素材の表面を融解・蒸発させて削り飛ばし、そのまま穴が空く深さまで加工するというものになります。

当然ながらレーザーの波長や出力によって穴あけ加工にかかる時間や精度が異なり、素材に対して適切なレーザー加工機を選択することで高精度な穴あけ加工を実現することが可能です。

また、穴あけ加工の要領でレーザーを走査させれば対象物をくりぬくといったこともできます。

レーザー加工機でできる
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レーザー加工機でできる
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レーザー加工機でできる
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レーザー加工機でできる
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穴あけ加工に用いられるレーザーの種類

「Nd:YAGレーザー」は傾斜穴あけが可能

レーザー加工による穴あけと、ドリルなどの工具による穴あけとの大きな違いは、素材に対して非接触加工か接触加工かという点です。

ドリルのような接触加工の場合、ワークの形状や作業角度によって穴あけ加工の難易度も異なりますが、レーザーのような非接触加工の場合、事前の条件設定さえきちんと行えば傾斜した素材や曲面であっても穴あけ加工を施すことができます。

なお、Nd:YAGレーザー(波長1064nm)の他にも素材によってはファイバーレーザー(波長1070nm)やKrFエキシマレーザー(波長248nm)を利用できることもあるでしょう。

「エキシマレーザー」は樹脂の穴あけ・円形以外の穴あけが可能

KrFエキシマレーザー(波長248nm)は樹脂への加工に適した紫外線領域のレーザー波長（短波長）です。

一般論として、レーザーの波長が短いほど素材へのレーザー吸収率が向上するため、効率的な穴あけ加工を進められます。またナノ秒単位という極めて短い時間で照射を繰り返すので、素材へ与える熱影響が過剰になりにくいことも重要です。

このような特性から、熱に弱い樹脂の穴あけにはエキシマレーザーが採用されます。

「半導体励起固体レーザー」は2マイクロメートル以下の微細穴あけが可能

半導体励起固体レーザーとは、Nd:YAGレーザーなどの光を、波長変換素子を経由させることで異なる波長へ変換させて用いるレーザー加工機です。

半導体励起固体レーザーを効果的に活用することで素材に適した波長へレーザーを調整することが可能になり、特にユーザー側で波長変換素子を交換できるレーザー発振器であればその自由度も高まります。

短波長のレーザーであれば集光範囲を絞れるようになり、微細な穴あけにも用いられます。

レーザーによる穴あけ加工の基礎知識

レーザーで穴あけ加工を行うメリット

さまざまな材質に対して穴あけ加工が可能

レーザー加工機で加工できる素材は多種多様です。そのため、様々な素材や材質のものに対して彫刻やマーキング、切断、穴あけなど色々な加工を施せることがレーザー加工機のメリットです。

ただし各素材には適したレーザーの波長や種類があり、事前に穴あけ加工に適切なレーザーの選択や条件設定を行っておくことが欠かせません。

傾斜穴あけが可能

非接触加工であるレーザーを使った穴あけ加工では、素材の表面に傾斜があったり局面があったりしても、その角度に合わせてレーザーを照射し、穴あけ加工を施すことが可能です。

ただし、レーザー加工の難易度だけを比較した場合、滑らかで平坦な素材への加工の方が簡単であり、傾斜穴あけや複雑な形状の素材への穴あけは専門家へ相談してください。

加工速度が優れている

レーザー加工機は事前に設定・登録したデータや条件に合わせて、システムが自動的に穴あけ加工を行います。また、レーザーの波長や出力といった条件を適正化しておけば、速やかに穴あけ加工を施せることが強みです。

均一の素材であれば量産品に対しても最初の条件設定で効率的に穴あけを行えるため、トータルの加工速度も高められます。

条件の設定・変更が容易

素材や目的に応じた加工条件をあらかじめ決定しておけば、素材を変更したり穴のサイズを変更したりする際にも速やかに設定変更を行えます。

設定変更や条件の切り替えが容易に行えるということは、作業全体の効率化が進んで工期の短縮にもつながり、作業者の負担軽減にもつながることがメリットです。

工具の交換などが不要

レーザー加工は加工機が素材へ接触しない、非接触加工です。そのため、例えば加工機の金属が素材に触れて摩耗したり、部品が変形したりといったこともありません。

そのため、ドリルなどの工具を使った穴あけ加工機に対して、消耗品の交換やメンテナンスの頻度を抑えやすいことが重要です。

同時に素材へダメージを与えにくいこともメリットです。

異物混入リスクを低減できる

工具の交換が不要というメリットに関連しますが、レーザー加工は非接触加工だからこそ、加工時に削れたり折れたりした加工機の部品が混入するといったリスクも抑えられます。

また、素材の固定などの工程も省略できるため、作業全体をスムーズに進めてトータルのトラブル発生リスクを下げられることもポイントです。

レーザーによる穴あけが活用される例・用途

レーザーによる穴あけ加工は、身近な食品の製造から精密な機械の製造まで、様々な場所で活用されています。

例えば、食品が封入されているビニール袋へレーザー加工で微細な穴あけを施すことで、袋の中の空気を放出させて、梱包・積上げをした時に袋が破裂するといったリスクを回避します。

また、その他にも精密機器に用いられる微少な部品へ穴を開けて軸受けを作ったり、電子部品の製造に必要な基板の加工にレーザーによる穴あけ加工が用いられたりすることもあるでしょう。

レーザーによる穴あけ加工は、日常的な生活範囲から最先端分野の業界や技術まで幅広く活用されていることが特徴です。

なお、一口に穴あけ加工といってもレーザーの波長や素材との相性といった候補は多岐にわたるため、目的とする素材や加工に合わせてレーザーをプランニングしていくことが大切です。