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レーザーで加工できるガラスとレーザー加工の種類

このページでは、ガラスに対するレーザー加工の特徴の注意点、レーザー加工が可能なガラスの種類などをまとめて解説しています。ガラスとレーザー加工の相性や特性を理解した上で、加工メリットを追求していきましょう。

ガラスにできるレーザー加工

窓やコップ、容器などに使われているガラスは、レーザー加工によって切断や彫刻を行うことのできる代表的な素材です。例えばワインボトルにレーザー加工で名前を彫って贈答用としたり、シリアル番号を彫り込んで管理に利用したりすることができます。

ガラスへのレーザー加工について詳しく紹介します。

彫刻

レーザー加工で彫刻されたガラスの事例写真

引用元:https://tecnologic.jp/column/column13.html

レーザー照射によってガラスの表面へ局所的な熱を与えることで、材料の表面に微少な亀裂が発生することがポイントです。この加工を繰り返して微少亀裂を徐々に拡大することで、レーザー照射部位のガラスを破砕して素材表面を彫刻することが可能です。

一方、ガラスを過度に熱しすぎたり、亀裂を拡大させすぎたりすると、ガラスが割れてしまう恐れもあるため適切な調節が必要となります。

マーキング

レーザーマーキングの図解イラスト

一般的にガラスは光を透過する素材とされていますが、レーザーによってガラス表面に微少亀裂が生じると、その部分だけ光の通り方が変わって見え方にも変化が生じます。

この特性により、レーザー加工によってガラスの表面にロゴや文字、番号などをマーキングすることが可能です。

ガラスへのレーザーマーキングでは、明るくつや消しされたような仕上がりになります。

レーザー加工機でできる
「刻印(マーキング)」について詳しく見る

内部加工

贈答品の置物や土産物のキーホルダーなどで見かけるガラス内部に3次元の絵を彫刻した製品は、レーザーを使って内部加工を施したものです。超短パルスレーザーをガラス内部に集光照射することで、高密度の光エネルギーによって焦点付近の材質が変化し、透明な材料の内部に目に見える立体的な像を描くことが可能。

ガラスへの内部加工の方法としては、ガラス材料を乗せたステージを3次元的に移動させてレーザーを走査する、またはホログラム・レンズを利用してガラス内部に一括でレーザーを照射する方法があります。

レーザー加工機でできる
「内部加工」について詳しく見る

レーザー加工の長所

破損リスクを抑えられる

ガラスは割れやすく、ねじれや歪みに弱い素材です。また、一部の破損が亀裂として全体へ広がって破壊されることもあり、ガラスの加工には適切な加工機と技術が求められます。

あらかじめ適切に出力調整されたレーザー加工機を利用することで、破損リスクを抑えて均一な品質の加工を目指すことが可能です。

工数が抑えられる

単にガラス表面へ彫刻やマーキングを施す場合、高圧で砂を吹き付けてガラス表面を削り飛ばすサンドブラストの方が適していることもあります。しかし、サンドブラストでは彫刻時にテンプレートなどを用意しなければなりませんが、レーザー加工ではガラスへ直接デザインを彫刻できるため、工数を大幅に減らせることが特徴です。

レーザー加工できるガラスの種類

ガラスといっても実際には成分などによって複数の種類が存在します。

ガラスへのレーザー加工のメリットを最大化しようとすれば、まずガラスの種類とそれぞれの特性を理解した上で、適切なレーザーの加工機や出力を選択しなければなりません。

レーザー加工に使われやすいガラスの種類をご紹介します。

ソーダ石灰ガラス

ソーダ石灰ガラス(ソーダ石灰シリカガラス)は一般的に「ガラス」と呼ばれるタイプのガラスです。国内で製造されているガラスの大半がソーダ石灰ガラスであり、二酸化ケイ素(シリカ:SiO2)と酸化ナトリウム(ソーダ)、さらに酸化カルシウム(石灰)などがベースになっています。また、ここへ色を調整するための添加物や合成物が含まれます。

ソーダ石灰ガラスではCO2レーザーによって表面を加熱し、均一の微細亀裂を生じさせることで複雑なデザインも彫刻・マーキング可能です。

鉛クリスタルガラス

鉛クリスタルガラスは、成分として18~40%の一酸化鉛(PbO)を含有しているガラスです。一般的なガラスよりも屈折率や分散率、密度が高くなっており、装飾品や外装・内装品などに利用されやすいガラス素材となっています。

鉛クリスタルガラスへのレーザー加工では、コントラストが低くて、均一で滑らかなマーキングを再現することが可能です。ただし鉛は熱を発生させやすく、レーザー加工を行う際にガラスが破損しないよう適切に調節させなければなりません。

石英ガラス

非晶質シリカ(SiO)だけで構成されているガラスが石英ガラスです。高純度のガラスであり、他のガラスに比べて光学特性や熱特性が優れていることも特徴です。そのため、石英ガラスではレーザー光を透過しやすく、CO2レーザーによる波長によって加工します。

波長が1.06ミクロンのファイバーレーザーでは光が透過してしまい、石英ガラスの加工に適しません。

アルミノケイ酸ガラス

アルミノケイ酸ガラスはアルミナ(酸化アルミニウム:Al2O3)とシリカ(SiO2)を主成分として構成されているガラスです。ソーダ石灰ガラスよりも摩擦耐性に優れており、擦り傷が付きにくいことが特徴です。また、衝撃抵抗に優れているため、頑丈さを獲得しやすい点も見逃せません。

アルミノケイ酸ガラスの加工はCO2レーザーによって行われ、レーザー彫刻やマーキングに適しています。

ホウケイ酸ガラス

シリカに三酸化ホウ素(B2O3)と酸化ナトリウム(Na2O)、さらにアルミナ(Al2O3)を添加されたガラスです。三酸化ホウ素の添加によって融点が上昇し、レーザーによって局所的な熱を発生させやすくなります。そのため、十分なレーザー出力を確保すれば材料表面を効率的に彫刻・マーキングできることが特徴です。

レーザーでガラスに加工をした事例

引用元:https://yslaser.com/glass/

引用元:https://www.uesltd.co.jp/processing_case/acrylic_glass.html

引用元:https://www.hikarikikai.co.jp/laser/case/

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