CO2レーザーとファイバーレーザーの違い｜仕組み・コスト比較
スポンサーリンク
金属の切断など、ものづくりの現場ではレーザーがよく使われています。この記事では、産業用の切断でよく使われる CO2レーザーとファイバーレーザーの違い を、できるだけかんたんにまとめます。
結論から言うと、例えるなら CO2レーザーは蛍光灯、ファイバーレーザーはLED です。CO2レーザーは買うときは安いけれど動かすお金がかかり、ファイバーレーザーは買うときは高いけれど動かすお金が安く済みます。
違いの早見表
| 比べるところ | CO2レーザー | ファイバーレーザー |
|---|---|---|
| レーザーの作り方 | ガスの中で放電させる（気体レーザー） | 半導体レーザーの光をファイバーの中で増幅（固体レーザー） |
| 波長 | 10.6μm（遠赤外線） | 約1.07μm（近赤外線）。CO2の約10分の1 |
| レーザーの通り道 | ミラーで反射させて運ぶ | 光ファイバーで運ぶ |
| 電気の効率の目安 | 10〜20%程度 | 30〜50%程度 |
| 本体の値段 | 安め | 高め |
| 動かすお金 | 電気代とミラーの交換で高め | 安め |
| 得意なこと | 厚い板の切断、切り口のきれいさ | 薄い〜中くらいの金属を速く切る |
そもそもレーザーとは
いろいろなサイトで難しい説明がされていますが、ひと言でいうと 「人工的に作った、まっすぐ進むまとまった電磁波」 です。
「光ではないの？」と思う方もいるかもしれませんが、光は電磁波の一種です。ここではこれ以上深く掘り下げません。
電磁波は波長で性質が変わる
電磁波は、波長（波1つ分の長さ）によって性質が大きく変わります。
- 約380〜760nmが、目に見える光（可視光線）です
- 波長が長くなると、赤外線や電波になり、ラジオや携帯電話などに使われます
- 波長が短くなると、紫外線やX線になり、レントゲンなどに使われます
波長が短くなるほどエネルギーが高くなります。「紫外線は肌に悪い」と言われるのはこのためです。
CO2レーザーの仕組み
レーザーの作り方
CO2レーザーは「気体レーザー」と呼ばれます。ガラス管などの中に混合ガスを入れて放電させ、中にあるミラーの間で増幅させてレーザーを取り出します。
レーザーの通り道
レーザーは、ミラーで反射させて加工するところまで運びます。波長が長いので、光ファイバーでは運べません。
波長
波長は10.6μm（10,600nm）で、遠赤外線です。
ファイバーレーザーの仕組み
レーザーの作り方
ファイバーレーザーは「固体レーザー」の一種です。半導体レーザー（大きなLEDのようなもの）から出た光を、細く伸ばしたガラスのファイバーの中で増幅させてレーザーを作ります。
レーザーの通り道
レーザーは、光ファイバーで加工するところまで運びます。
波長
波長は約1.07μm（約1,070nm）で、近赤外線です。CO2レーザーの約10分の1の長さです。
レーザー光完全吸収メガネ YL-717 ファイバーレーザー /1-6700-13
ファイバーレーザーのメリット
電気の効率がよい
CO2レーザーは放電でレーザーを作るので、たくさんの電気を使い、その多くが熱になってしまいます。熱を冷やすための冷却設備も必要で、その冷却設備も電気を使います。
ファイバーレーザーは半導体でレーザーを作るので、電気からレーザーに変わる割合が高く、熱もあまり出ません。メーカーなどの資料では、電気の効率はCO2レーザーが10〜20%程度、ファイバーレーザーが30〜50%程度とされています。消費電力はCO2レーザーの3分の1程度とよく言われます。機種や使い方で変わるので、あくまで目安です。
ミラーの交換がいらない
CO2レーザーはミラーでレーザーを運ぶので、むき出しのミラーが汚れたり傷ついたりします。立体を加工する3次元レーザーになると、ミラーが6〜8枚と多くなり、メーカーによる光軸の調整（アライメント）も必要です。定期的なミラーの交換は部品が多く、部品代や交換の費用が高くなります。
ファイバーレーザーは、発振器からレンズまでファイバーでつながっているので、汚れや傷のリスクが少なく、光軸がずれることもありません。
こうした理由から、ファイバーレーザーのほうが動かすお金（ランニングコスト）が安いといえます。
ファイバーレーザーのデメリット
目への危険が大きく、全体を囲う必要がある
ファイバーレーザーの近赤外線は、目に入ると奥の網膜まで届き、深刻なダメージを受けます。最悪の場合、失明します。そのため、加工機は全体をカバーで囲って使うのが絶対です。
なお、CO2レーザーも目や皮膚をやけどさせる危険があります。どちらのレーザーでも、波長に合った保護メガネが必要です。
本体の値段が高い
買うときの値段は、まだCO2レーザーのほうが安い傾向です。
厚い板の切断はCO2レーザーが得意
厚い板も切れないわけではありませんが、切り口のきれいさはCO2レーザーのほうが上だと言われています。
まとめ
- CO2レーザーは蛍光灯、ファイバーレーザーはLEDに例えるとわかりやすいです
- CO2レーザーは本体が安く、動かすお金が高め。技術としては成熟しています
- ファイバーレーザーは本体が高く、動かすお金が安め。まだまだ発展しています
- ファイバーレーザーは目への危険が大きいので、全体を囲って使います
この記事は、個人的な調べものと考えをもとに書いています。間違いや誤解を招く表現があれば、コメントで教えてもらえると助かります。
スポンサーリンク
