レーザー加工を分類しますと「接合加工」、「除去加工」、「表面改質」の3つに大別されます。
　「接合加工」はレーザー溶接であり、「除去加工」の代表的な加工例としては、切断、穴明け、マーキング。「表面改質」は焼き入れなどとなります。
　今回のテーマは、YAGレーザーによる「接合加工」にあたります。ちなみに、CO2レーザーでの用途は切断、穴明け等が最も多く全体の約75％、溶接が20％，その他が5％となってます。
　YAGレーザーの用途は切断穴明けと溶接まで含めても40％、マーキングが40％、その他20％という内訳で、レーザー発振の種類や出力、照明方法、制御などの条件によって、活用事例の比率が大きく異なっているのがお分かりかと思います。
　説明させていただくYAGレーザーを利用しての微細肉盛補修は、「接合加工」に属した溶接加工方法となりますが、弊社の場合、他社ではみられない独自の技術を複数備えており、これまで不可能と考えられてきた領域にまで踏み込んだ加工まで可能にしています。

　CCDカメラによって、加工箇所が確認可能なことも大きな特徴のひとつです。同様の機器を生産しているメーカーは存在していますが、それらメーカー製品は、実作業で微細肉盛を行うには、操作性や機能にやや問題点が見受けられ、現状の能力では微細肉盛には不向きと思われます。
　ではなぜ、ビジョン社製YAGレーザー溶接機は微細肉盛が可能なのか。
　最大の要因は光学系焦点装置、つまりマイクロスコープが装備されている点に尽きると言えます。
　国内メーカーでは、先ほどもお伝えした需要の観点からか、殆ど生産されていないものも実状です。一方、この分野で先進国であるドイツですら、ドイツ・ビジョン社ほどの技術レベルには到達していないと感じています。
　弊社が知り得ている限りでも、ドイツでは8社がこのタイプを生産しています。ロシアのメーカーやイタリアのメーカーも製品化しています。
　ドイツは世界的にもレーザーの最先進国と評されており、多数のメーカーが多角的な用途開発を行っています。この方式のYAGレーザー溶接機が開発されたのも、貴金属への正確な溶接や肉盛が行えるため、ジュエリー関連や歯科技工分野にマーケットを見出したのが始まりとなっています。その能力の延長線上に、精密部品類や金型への微細な肉盛を施し再生させるマーケットを開拓したいきさつがあります。
　実際に国内でのこのタイプの稼働機の現状は、ジュエリー関連や歯科技工関連に片寄っています。出力も50W機が大半を占めています。密閉型というの構造上、あまり大きな部品への肉盛は不可能だったことも一因と言えます。
　高出力で加工ワークへの対応力、つまり自由度を増したオープンタイプの機種を日本市場に投入したことで、とくに金型肉盛補修や精密部品への補修作業がやりやすくなり、急速に普及し始めていると言うのが現状です。

　弊社では、120W、200Wタイプと60Wタイプを軸に、標準タイプから特別仕様に至るまで、用途に応じた機種構成を確立しています。並行して研修センターの開設や技術指導、お客様のワークに即応した専用システムの設計も積極的に行っています。導入されたお客様は、自社の加工に止まらずワークショップとして新事業化されるケースも増えており、そのネットワークは全国規模で広がりつつあります。
　標準タイプだけでなく、お客様ごとの特別仕様に力を入れているのには大きな理由があります。
YAGレーザーを照射する場合は、先ほどもご説明したとおり、レンズで集光したレーザー光を、設定焦点距離に設定した焦点径にエネルギーを集中させる必要があります。
　例えば、ワークが自由形状で、なおかつ単一物の高さ方向、つまりZ方向がまちまちの場合、照射する一点一点において焦点距離の設定が必要となります。そのつど、段取りしていることは加工精度だけでなく、時間的なロスも無視できず、せっかくのコストダウンの意味が薄れてしまいます。
　しかし、この場合でも光学系焦点装置が装備されていると、マイクロスコープの焦点がそのまま設定焦点距離となっているため、専用架台や電動調整用アタッチメント、専用ジグなどとの組み合わせによって、焦点距離設定も容易に行えるようになります。複数形状が多い金型部品などでも、簡単に追随可能としたことはお客様に大変喜ばれ、高い評価を頂いています。
　他社の追随を許さないと自負していますが、機械性能としては、初期設定済焦点距離190mmの部分に、φ0.25mm〜φ2.0mmの焦点径を0.05mm単位で任意に選択が可能です。1パルス当りの照射時間を、1/1,000秒〜20/1,000秒まで1/1,000秒単位で設定可能なうえ、照射回数をシングルパルスから1回〜20回／秒のパルス照射条件も選択できます。その時点での最大1パルスエネルギー量が80Jまで設定でき、出力も5％〜100％の間で調整が行えます。
過去に不可能だった領域で再生可能としたのは、こうした独自の特徴と加工ノウハウを組み合わせたからこそと言えます。

その事例は写真で見ていただく通りで、これまで困難を極めた肉盛加工を、これほど簡単、正確にしたものは皆無であったと思われます。
　写真は、部品のエッジ部分に肉盛を施し、その面を削って断面を観察したものです。材質は本体部品、肉盛材ともNAK80を使用しています。一目瞭然ですが、ヒケはまったく発生していません。
　照射条件は、肉盛材径φ0.3mm、焦点径φ0.4mm、照射時間6ms、電圧190〜200V・出力20〜22％、シングルパルスで肉盛後、8Hzで肉盛部のみをレーザ照射、1パルス4?6J前後の条件で行いました。
　この時の熱量4〜6Jの事前設定はできず照射後に表示されるのですが、投入熱量のコントロールは照明時間や出力調整で簡単に行うことが可能です。ただし、このデータは焦点径をφ0.4mmに設定した時の数値であるため、焦点径の大小によって、単位面積当りの熱入力量を変動させなければ、不完全融合や反対に熱入力量が多すぎた場合などにはヒケを発生させる原因となるので注意が必要となります。

　光学20倍のマイクロスコープで、目視確認を行いながらの作業となるため、溶接状態の判断がわずかな慣れで簡単にできることなり、出力コントロールで問題点の解消は簡単に行えます。
　このように、必要とされるエネルギー量を、肉盛材のみに照射して融合密着ます。部品本体への熱拡散も加わり蓄熱しないため、低熱入力にて加工が施され、例えば薄物への肉盛作業にでも熱変形がほとんど発生せずに済みます。
　レーザの熱源を利用する金属溶融密着技術であるため、どのような金属でも有融密着させることが可能です。
　さらに、同一鋼種の肉盛はもちろんですが、異なる材質間でも急速加熱、急速冷却の溶融凝固形態を取るために、他の溶接方法より極めて簡単に加工できます。とくに、同時に焼き入れ硬度も得られるため、金型補修では画期的な技術と評価されています。

　チタンなどの材質でも良好な結果が得られており、樹脂材料など常識にはなかった加工領域への研究も始まっています。超硬につきましてもこの間、良好な結果が得られており、さらなる効果が得られるよう研究開発を進めています。

　作業の方法としては、最初にレーザーの照明ユニット架台とワーク台、それぞれの電動Z方向調整治具により作業高さとワークへの焦点距離をマイクロスコープで確認します。次に補修材の材質や材料径を選択し、使用する線材に見合った出力方法を行います。設定は制御盤、照明ユニット、フットスイッチの3箇所のみで行いますので、熟練度は必要としません。
　具体的には、照射ユニットのマイクロスコープを作業者の作業姿勢の良い高さに調整します。次に、ワークテーブルに乗せたワークの補修部分にマイクロスコープの中心の罫線部分で焦点距離設定を行います。そして補修材を置き、補修材に出力コントロールされたレーザを照射して溶融密着させて行くことになります。連続的な作業になるため、加工ワークと補修材を常に罫線部分に移動させて行く必要が生じますが、X-Y移動治具との組み合わせや、小物ではハンドワークによる位置決めなどで簡単に形状追随が行えます。高さを必要とする場合は、同じ部分に重ね打ちを施すことで、ミリ単位の肉盛も簡単に実行できます。
　重ね打ちを行う場合は気泡を抱き込む確立が高くなりますので、ピンホールの発生の要因となります。少しばかりの経験が伴いますが、レーザー光のみを照射する作業を交えながら行うと好結果が得られます。
　このように、補修材を送り込める部分なら、レーザ自体は非接触加工となるため、既存の電極などを使用する補修方法とは違い優れた結果が生まれます。なかでも隅角や溝の中、穴の奥や壁面など、今までは困難とされてきた部分にでも肉盛や溶接を行うことが可能となりました。
　今回はレーザの種類から用途に進み、微細肉盛を可能としたYAGレーザ溶接機を中心に説明させていただきました。鉄系、SUS系、アルミ系、真鍮、チタン、マグネシウム、金、銀、銅、高融点金属など、ほとんどの金属を溶融密着させることが可能なことがご理解いただけたと思います。欠損部分への肉盛補修という活用方法以外でも応用できる範囲は広いと考えています。ぜひ、YAGレーザー溶接機、加工技術導入のご検討を賜りますれば幸いです。