炭酸ガスレーザ

レーザー加工では、炭酸ガスレーザが使われることが多いです。ではそもそも、炭酸ガスレーザとは何のことでしょうか。ここでは炭酸ガスレーザの仕組みや特徴についてまとめました。

「炭酸ガスレーザ」とは

レーザーは、「媒体」と「波長」の2要素で構成されます。媒体は、固体・液体・気体（ガス）など、そして波長は、赤外線(IR)・可視光線・紫外線(UV)などです。炭酸ガスレーザは、媒体のこと。詳しく見ていきましょう。

炭酸ガスレーザの仕組み

炭酸ガスレーザは、レーザー加工機で最も多く使われています。二酸化炭素（CO2）が媒体のガスレーザの一種です。二酸化炭素が窒素やヘリウムと混合した際の分子の振動によるエネルギー交換が、レーザー光として放射されます。

炭酸ガスレーザの特徴

炭酸ガスレーザーの特徴は、エネルギー効率と安定性の良さです。二酸化炭素分子と窒素分子は相性がよく、エネルギー効率が高いのが特徴。さらにヘリウムが加わることで、レーザー光の状態が安定します。

炭酸ガスレーザのメリット

炭酸ガスレーザのメリットとして、第一に対応可能な素材の種類が多いという点は重要です。また、レーザー加工機を購入する際のコストが比較的安価に抑えられており、これまでレーザー加工機を活用したことのない人や企業にとって導入しやすい点もメリットでしょう。

そのため、何かしらの目的でレーザー加工を行いたい場合、炭酸ガスレーザの適用性を検討することがおすすめです。

炭酸ガスレーザのデメリット

対応素材の幅が広い炭酸ガスレーザですが、一方で表面の反射率が高い素材では上手くレーザー加工を行いにくいといったデメリットもあります。そのためアルミ素材やシルバー素材などのように光を反射させやすい素材については、炭酸ガスレーザでの加工に注意が必要です。

またイニシャルコストは抑えやすい反面、ガス供給のためのランニングコストがかかります。

炭酸ガスレーザの冷却方法

水冷式

炭酸ガスレーザを使用していく中で、発振によって加熱していくヘリウム原子を冷却して落ち着かせるための工程が必要です。水冷式の炭酸ガスレーザは、混合ガスが封入されているガラス容器に対して、冷却水が通っている機構を装着させて発生した熱を冷却水へと移し、混合ガスの温度を下げます。特に小出力の炭酸ガスレーザで多く利用されます。

空冷式

空冷式には2種類があり、ガラス容器の側部にファンなどで吸い込んだ空気を当てて冷やすタイプのものと、レーザー加工機の外部へ冷却装置や冷却機構を設置し、混合ガスの温度上昇によって熱された空気を熱交換器で冷却して、改めて温度の下がった空気を流し込むというものがあります。後者は大出力のレーザー加工機で用いることが可能です。

冷却システムが必要な理由

ヘリウム原子の発熱によって内部で急激に上昇した温度は、レーザーの品質を低下させるだけでなく、レーザー加工機の寿命低下にもつながる点が重要です。

そのため、レーザー加工機としての性能や機能を安定的に維持しながら、少しでも長くレーザー加工機を活用していくために効果的な冷却システムが求められます。

炭酸ガスレーザの用途

炭酸ガスレーザは出力によって様々な用途に使い分けられており、例えば特に軍事分野においてはレーザーを使った距離測定などの技術に利用されます。

また、炭酸ガスレーザは医療分野でも応用が広がっており、レーザーメスとして手術の際に使用されたり、美容クリニックなどで顔にあるシミやホクロを除去したりするためにも利用されることが特徴です。炭酸ガスレーザを利用した医療用レーザーの場合、術中の出血を防いだり肌に対して必要以上のダメージを与えないよう調節したりできるため、様々な場面でメリットを追求することが可能です。

その他にも金属加工や皮革、木材といった素材を加工する産業分野や工業分野のレーザー加工機へ採用されています。