レーザー切断品の指定——切断面・ドロス・熱影響・寸法をどう決めるか

レーザー切断品を、どの規格で読むか

板金部品の多くはレーザー切断で外形と穴を抜き、そのまま使うか、曲げや溶接に進む。ところが、図面に寸法公差が書いていない寸法をどう読むかは、切断の方法によって手がかりが違う。

JIS には、熱切断品の普通許容差として JIS B 0417（ガス切断加工鋼板普通許容差）がある。1979 年に制定され、2024 年 6 月 20 日に確認された現行の規格である^[4]。しかしその適用範囲は、厚さ 6 mm 以上 100 mm 以下の熱間圧延鋼板をガス切断機で直線切断した加工鋼板の長さ・幅の普通許容差、切断縁の真直度と直角度、切断面の倒れと粗さの普通許容値で、備考で「プラズマ切断機により切断したものは、この規格を適用しない」と書いている^[4]。切断面が垂直な矩形以外のもの、焼入れ焼もどしをした鋼板、コイル鋼板にも適用しない^[4]。レーザー切断品をこの規格で読むことはできない。

熱切断の国際規格としては ISO 9013 がある。溶接学会誌の実用講座は、もともとガス切断面の品質基準だった ISO 9013 が、改訂でガス切断面だけでなくプラズマ切断面やレーザ切断面を含むすべての熱切断面の品質を一つの物差しで評価する形に変わり、日本で別途定められていた切断寸法精度も取り込まれたと説明している^[3]。同じ講座は、改訂規格では品質等級の代わりにレンジが使われ、各切断方法の性能とは無関係にレンジが決められているので、構造設計者が最上級のレンジを要求しても実現できるかどうかは保証できず、どうしても最上級を実現したい場合は後加工の機械加工との組合せさえ必要になる、と述べている^[3]。この講座は 2002 年のもので、規格はその後も改訂されうるので、引用するときは現行版を確かめる。

実務での結論は単純で、図面に、寸法をどの規格のどの区分で読むのかを名指しで書くか、機能に効く寸法に個別の公差を書くことである。プレス品・せん断品の普通公差の規格（JIS B 0408・JIS B 0410）の選び方はプレス・板金品の普通公差の指定で扱っている。レーザーで抜いた板を曲げる部品なら、切断の公差と曲げの公差を分けて考える必要がある。

レーザー切断の寸法と面は、何で決まるか

溶接学会誌の解説は、レーザ切断の特徴として、高速で切断部の熱ひずみや熱影響が少ないこと、複雑な形状の高精度な微細切断ができること、切断溝の幅（カーフ）が狭いこと、非接触なので摩耗する工具が要らないこと、加工面や形状などの切断品質が高いことなどを挙げている^[1]。一方で、切断品質に影響する加工因子は非常に多いとして、レーザの波長、出力、切断速度、レンズ、焦点はずし距離、アシストガスの種類と圧力を順に説明している^[1]。

前出の実用講座は、切断ヘッドを載せた走行装置の精度と運動特性が十分に維持されていれば、レーザ切断ではプラズマ切断やガス切断より 1 桁上の精度が実現でき、通常精度のプレス加工機に匹敵するとしたうえで、走行装置の整備不良や日々の管理不良があるとこの精度の確保はおぼつかず、レーザ切断では機器の管理技術の向上がとくに重要だと書いている^[3]。つまり、同じ「レーザー切断」でも、仕入先の設備と管理で精度は大きく変わる。見積で比べるときは、価格だけでなく、要求する公差を満たした実績（測定結果）を出してもらう。

切り幅（カーフ）は、図面ではなく加工の条件

レーザー光はレンズで集光して照射するので、焦点でのスポット径と焦点深度が切断の特性を決める。解説は、焦点はずし距離（焦点の位置と材料表面との関係）が切断性能を左右する要因の中で最も影響が大きいとされ、焦点はずし距離が 0 のときに上部の溝幅が最小になって精度の高い加工ができ、正負どちらに外しても溝幅は広がると説明している^[1]。薄板では短焦点レンズで切り幅の小さい切断ができ、厚板では長焦点レンズで切り幅を広げて溶けた金属を排出しやすくする、とも書いている^[1]。

切り幅は、板厚や材料、仕入先の機械と条件で変わる値である。だから発注側が図面やデータで切り幅を見込んで形状を小さく（あるいは大きく）描くと、仕入先の加工データ側でも補正した場合に二重に補正されるおそれがある。図面と CAD データは完成寸法で渡し、「切り幅の補正は加工側で行うこと」と明記するのが安全である。2D データを渡すときは、どのデータを正とするか（図面か、データか）も決めておく。

切断面の品質で決めておくこと

ドロス

ドロスは、切断溝で生じた溶けた金属が切断溝の下縁で再び固まって付着したものである^[1]。解説は、レーザ切断の切断品質の中でも特に重要とされているのがドロスの付着状況だとし、軟鋼のレーザ切断では切断速度の増加によって、セルフバーニング、低速ドロス付着、ドロスフリー切断、高速ドロス付着、ガウジングと形態が変わり、このうちドロスフリー切断のみが正常な切断とされることが多いと説明している^[1]。適正な切断速度の範囲は、板厚が薄いほど広く、厚いほど狭くなる^[1]。

厚い板ほど、ドロスが出ない条件の幅が狭いということである。図面に「ドロス無きこと」と書くなら、どの面の、どの程度の付着を不可とするのか（手で触れて取れる付着は可か、裏面の縁に沿った線状の付着はどうか）を、限度見本で合わせる。ドロスの除去を仕入先の工程に含めるなら、それも書く。

切断面の粗さと条痕

酸素をアシストガスにした鋼板のレーザ切断では、切断面の上部にピッチの細かい条痕が規則正しく並ぶ層ができ、下部には上で生じた溶けた金属が下に移動して酸素による燃焼が支配的な領域ができる。解説は、上部を自然条痕、下部をドラグラインと呼ぶ場合と、条痕全体をドラグラインと呼び上部を第一条痕・下部を第二条痕と呼ぶ場合があるので注意が必要だと書いている^[1]。用語が人によって違うので、「ドラグラインの深さ ○○ 以下」と書いても、仕入先と同じものを指しているとは限らない。粗さで指定するなら、測る位置（板厚方向のどの高さか）と測定条件まで決める。表面粗さの指定と測定条件の合わせ方は表面粗さの指定と測定条件で扱っている。

アシストガスと切断面の酸化

解説は、軟鋼や低合金鋼の切断には通常酸素が使われ、ステンレス鋼やアルミニウム合金の切断には窒素を使うのが一般的で、軟鋼でも窒素を使えば、鉄の燃焼熱は期待できないが酸化が抑えられた良好な切断面が得られると書いている^[1]。アシストガスの圧力の例として、軟鋼では 0.15〜0.3 MPa の酸素、ステンレス鋼では 0.7〜0.8 MPa の窒素が、ドロスフリー切断のための圧力として採用されると紹介している^[1]。

酸素で切った軟鋼の切断面は、酸化した面になる。そのまま塗装・溶接・めっきに進む部品では、切断面の酸化膜をどう扱うか（除去するのか、そのままでよいのか）を、後工程の要求から決めて発注書に書く。窒素切断を指定すると酸化は抑えられるが、切断能力は大幅に下がると実用講座は書いている^[3]。指定すれば単価と納期に響くので、本当に必要な部品にだけ指定する。溶接で接合する部品の要求は溶接を含む部品の発注と溶接記号の読み方と指定で扱う。

熱の影響と変形

実用講座は、切断に伴う熱影響部の幅は特に切断速度に影響され、熱影響部の幅が広いことは板に多くの熱が入ったことに対応するので、その場合は切断変形も大きいと判断できる、と述べている^[3]。同じ講座は、長尺ものでは同時に両側を切る、ブリッジを付けるといった工夫に触れ、板の中からピアシングで切り始めて周囲を枠のように残した状態で切る方が切断精度は良いといわれていることも紹介している^[3]。

細長い部品や、穴の多い部品では、切断の順序と固定のしかたで反りや寸法が変わる。平面度が効く部品なら、平面度を図面に書いたうえで、測る状態（定盤に置いた自重の状態か、拘束した状態か）を決めておく。

材料の表面状態も、切断品質を変える

厚板では、材料の表面状態が切断品質に効く。熱間圧延した鋼板の表面には黒皮と呼ばれる酸化被膜ができる。溶接学会の論文は、19 種類の厚鋼板（板厚 16〜25 mm）について黒皮の特性とレーザ切断品質の関係を調べ、同じ鋼板の黒皮を除去したものを同一の条件で切断すると、切断面に大きな凹凸が目立ち、下部にはドロスの付着が見られたと報告している^[2]。論文は、黒皮の有無が切断面品質を左右する要因の一つだと考えられるとしている^[2]。

発注側にとっての意味は、材料の手配を変えると、同じ仕入先・同じ機械でも切断品質が変わりうることである。支給材で切断を依頼する場合や、黒皮付きの材料から酸洗材に変える場合、海外の別の鋼材に変える場合は、切断品質の確認をやり直す。鋼板の材料記号と表面仕上げの指定は鋼板の材料記号と表面仕上げの指定で扱っている。

切断した縁を曲げる・伸ばす部品は、切り方を固定する

切断した縁を後で伸ばすように成形する部品（穴を広げる、フランジを立てるなど）では、縁の切り方が成形性に効く。鉄と鋼に載った研究は、超高強度の TRIP 鋼板（ベイニティックフェライト母相）について、レーザで切断した穴とパンチで打ち抜いた穴の穴広げ性を比べ、この鋼ではレーザ切断の方がパンチ打抜きよりはるかに高い伸びフランジ性を示したと報告している^[5]。同じ研究は、レーザの平均出力によっても結果が変わることを示している^[5]。

この結果をすべての鋼に一般化することはできない。ただ、縁の切り方（レーザか打抜きか）と条件で、後の成形の結果が変わりうることは分かる。試作をレーザで、量産をプレスの打抜きで、というように工程を変える計画なら、量産の工程で成形の確認をやり直す。逆に、レーザ切断で成形性を確かめた部品を、仕入先の判断で打抜きに変えられないよう、工程の変更は事前に連絡する取り決めにしておく。

発注書と図面に書くこと

バリ・エッジの処理は別に指定する

レーザー切断の縁には、ドロスとは別に、上縁の溶けや小さな突起が残ることがある。実用講座は、各切断方法とも条件や機種を適正に選べば上縁の肩だれやドロスの問題はほぼ解消できる段階に達していると書いているが^[3]、それは条件が適正な場合の話である。手で触れる縁、ケーブルが当たる縁、パッキンが当たる縁など、機能や安全に効く縁は、エッジの状態を図面で指示する。「バリなきこと」「糸面取り」の曖昧さと、記号での指示の方法はエッジ・バリ・面取りの指示で扱っている。図面の一般注記にまとめて書く場合の書き方は図面の一般注記に何を書くかを参照してほしい。

基準は発注のときに出す

切断面の状態や反りを、届いてから「この程度では困る」と不合格にすることはできない。取適法のテキストは、受領を拒めない場合として、委託内容が明示されていなかったり検査基準が明確でなかったりしたために給付の内容が委託内容と異なることが明らかでない場合を挙げている^[6]。レーザー切断品は「普通に切ってあれば十分」と考えがちだが、普通の水準を決める規格が無い以上、発注側が基準を書かなければ判定ができない。

よくある質問

ガス切断品と同じ JIS B 0417 で受け入れてよいですか

JIS B 0417 の適用範囲はガス切断機で切った熱間圧延鋼板で、プラズマ切断品には適用しないと明記されている^[4]。レーザー切断品をこの規格で読むと決めるなら、それは当事者間の取り決めであって規格の適用ではない。図面にそう書いて合意しておく。

仕入先から「この板厚ではドロスが少し付く」と言われました

厚い板ほどドロスが出ない条件の幅が狭いことは、技術的な事実として解説されている^[1]。許容できる付着の程度を限度見本で決めるか、ドロスの除去を工程に含めて単価に入れるかを、見積の段階で決める。

図面の寸法に切り幅を見込んで描いてほしいと設計から言われました

切り幅は加工の条件で変わる値なので^[1]、図面に見込むと仕入先の補正と二重になるおそれがある。図面は完成寸法で描き、補正は加工側で行う、と注記するのが安全である。

試作では問題が無かったのに、量産で反りが出ました

切断の順序、枠の残し方、材料のロットや表面状態が変わっていないかを確かめる^[2][3]。試作と量産で仕入先の条件が変わる場合は、量産の初品で平面度を確かめ直す。

まとめ

レーザー切断品には専用の普通許容差の JIS が無く、ガス切断品の JIS B 0417 は適用範囲外である。熱切断面の国際規格はあるが、最上級を求めても切断だけで実現できる保証は無い。図面と発注書には、寸法をどの規格で読むか、完成寸法のデータと切り幅補正の扱い、ドロス・粗さ・酸化の許容、平面度と測る状態、材料の表面状態、切断方法の変更の扱いを書く。精度は仕入先の設備と管理で大きく変わるので、見積では要求する公差の測定実績を出してもらう。

出典・参考資料

1. 尾崎仁志「レーザ切断」溶接学会誌 第 89 巻 第 1 号（溶接学会／2020 年）
2. 山根圭悟ほか「各種厚鋼板のレーザ切断品質におよぼす黒皮の影響」溶接学会論文集 第 41 巻 第 2 号（溶接学会／2023 年）
3. 松山欽一「熱切断のうまい使い方」溶接学会誌 第 71 巻 第 6 号（溶接学会／2002 年）
4. JIS B 0417:1979 ガス切断加工鋼板普通許容差（JIS 検索で閲覧）（日本産業標準調査会／1979 年 3 月 1 日制定、2024 年 6 月 20 日確認）
5. A. Nagasaka ほか「Effect of YAG Laser Cutting on Stretch-flangeability of Ultra High Strength TRIP Sheet Steel with Bainitic Ferrite Matrix」鉄と鋼 Vol.94 No.9（日本鉄鋼協会／2008 年）
6. 中小受託取引適正化法テキスト「下請法」から「取適法」へ（公正取引委員会・中小企業庁／令和 7 年 11 月）

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