産業用半導体レーザーとその可能性

ファイバーレーザーは、過去10年間で産業用レーザーの中でも間違いなく「スター」的存在であり、その用途の広さと急速な成長ぶりは目覚ましいものがあります。ある意味では、ファイバーレーザーの開発は半導体レーザーの開発、特に半導体レーザーの国内化の成果と言えるでしょう。ご存知の通り、レーザーチップ、励起光源、そしていくつかのコアコンポーネントは、実際には半導体レーザーです。しかし、本稿では、部品として使用される半導体レーザーではなく、産業製造に用いられる半導体レーザーについて解説します。

半導体レーザー - 有望な技術

光電変換効率に関して言えば、固体YAGレーザーとCO2レーザーは15%に達する。ファイバーレーザーは30%、産業用半導体レーザーは45%に達する。これは、同じ出力のレーザーであれば、半導体レーザーの方がエネルギー効率が高いことを示している。エネルギー効率が高いということはコスト削減につながり、ユーザーにとってコスト削減につながる製品は人気を集める傾向がある。そのため、多くの専門家は半導体レーザーには大きな可能性を秘めた有望な未来があると考えている。

産業用半導体レーザーは、直接出力型と光ファイバー結合出力型に分類できます。直接出力型の半導体レーザーは矩形光ビームを生成しますが、後方反射や塵埃の影響を受けやすいため、価格は比較的安価です。一方、光ファイバー結合出力型の半導体レーザーは、光ビームが円形であるため、後方反射や塵埃の影響を受けにくくなっています。さらに、ロボットシステムに組み込むことで柔軟な加工が可能になります。価格は高くなります。現在、世界の産業用高出力半導体レーザーメーカーには、DILAS、Laserline、Panasonic、Trumpf、Lasertel、nLight、Raycus、Maxなどがあります。

半導体レーザーは幅広い用途がある

半導体レーザーは切断用途にはあまり用いられず、ファイバーレーザーの方がより高性能である。半導体レーザーは、マーキング、金属溶接、クラッディング、プラスチック溶接などに広く用いられている。

レーザーマーキングに関しては、20W以下の半導体レーザーを用いたレーザーマーキングがかなり一般的になってきている。金属にも非金属にも使用可能である。

レーザー溶接やレーザー肉盛り溶接においても、半導体レーザーは重要な役割を果たしています。フォルクスワーゲンやアウディの白い車体への溶接に半導体レーザーが使われているのをよく見かけます。これらの半導体レーザーの一般的な出力は4kWと6kWです。一般的な鋼材溶接も半導体レーザーの重要な用途の一つです。さらに、半導体レーザーはハードウェア加工、造船、輸送分野でも優れた性能を発揮しています。

レーザークラッディングは、金属部品の補修や改修に利用できるため、重工業や機械工学分野で広く用いられています。ベアリング、モーターローター、油圧シャフトなどの部品は、ある程度の摩耗が生じます。交換も解決策の一つですが、費用がかさみます。しかし、レーザークラッディング技術を用いてコーティングを施すことで元の外観を回復させる方法は、最も経済的な選択肢となります。そして、半導体レーザーは、レーザークラッディングにおいて最も有望なレーザー光源であることは間違いありません。

半導体レーザー用プロ仕様冷却装置

半導体レーザーはコンパクトな設計で、高出力域では、搭載される産業用水チラーシステムの冷却性能に高い要求が課せられます。S&A Teyuは、高品質の半導体レーザー用空冷式水チラーを提供しています。CWFL-4000とCWFL-6000の空冷式水チラーは、それぞれ4kWと6kWの半導体レーザーのニーズに対応します。これらの2つのチラーモデルはどちらもデュアル回路構成で設計されており、長時間稼働が可能です。S&A Teyuの半導体レーザー用水チラーの詳細については、 https://www.teyuchiller.com/fiber-laser-chillers_c2をご覧ください。