CO2レーザーは非金属材料（アクリル・木材・紙・皮革・ガラス・樹脂）の加工に適しており、YAGレーザーは金属材料（鉄・ステンレス・チタン・アルミ・銅）の加工に優れています。この違いは「波長」の特性によるもので、材料が光を吸収するか反射するかによって熱の入り方が異なるためです。レーザー加工機の選定では、まず「金属加工＝YAG／非金属加工＝CO2」を基本とし、仕上がり品質・加工速度・コスト・安全性の4つの観点から最適化することで、失敗のない選択が可能です。
目次
1. 選定の基本原則
- 金属加工にはYAGレーザー（波長1064nm）が基本。エネルギーを細く深く集中させることができ、切断・溶接・黒色アニール印字に優れた性能を発揮します。
- 非金属加工にはCO2レーザー（波長10.6µm）が基本。有機材料への光吸収率が高く、アクリル切断では鏡面仕上げが得られます。
- 例外となるケース：アルミや銅などの高反射材では、YAGレーザーでも高出力設定や加工条件の最適化が必要となります。場合によっては緑色レーザー（波長532nm）の採用を検討することもあります。
この基本原則を出発点として、仕上がり品質・加工タクト・安全性・保守性の観点から絞り込むことで、用途に最適なレーザーを選定できます。当社では、YAGレーザーとCO2レーザーの両方を保有しており、お客様の加工内容に応じた最適なご提案が可能です。
2. レーザー加工の基礎知識
レーザー加工とは、高エネルギーの光を微小な一点に集中させ、材料に熱を与える加工技術です。主に以下の3つの加工方式があります。
- 切断加工：材料を溶融・蒸発させて分離する加工です。
- マーキング・彫刻加工：材料表面に文字・図形・凹凸を形成する加工です。
- 溶接加工：金属材料を溶融させて接合する加工です。
レーザーの波長によって、材料への光の吸収率が大きく異なります。吸収率が高い材料ほど効率よく加熱でき、良好な加工結果が得られます。この波長と材料の相性こそが、CO2レーザーとYAGレーザーを使い分ける最大のポイントです。
3. CO2レーザーとYAGレーザーの波長特性
- CO2レーザー：遠赤外線領域の波長を持ち、有機材料やガラスに対して高い吸収率を示します。このため非金属材料の加工に適しています。
- YAGレーザー：近赤外線領域の波長を持ち、金属材料に対して相対的に高い吸収率を示します。金属加工において優れた性能を発揮します。
光の吸収率が高い材料ほど、少ないエネルギーで効率的に加工できるため、加工品質の向上とコスト削減の両立が可能となります。
4. 素材別の適正レーザー早見表
| 素材 | 推奨レーザー | 備考 |
|---|---|---|
| 鉄・ステンレス・チタン | YAG | 切断・溶接・黒色アニール印字に最適 |
| アルミ・銅・真鍮 | YAG（高出力） | 高反射材のため高出力設定と条件最適化が必要。緑色レーザー（532nm）の検討も有効 |
| アクリル | CO2 | 鏡面切断が可能。看板・什器業界で多用 |
| ポリカーボネート・ABS・ナイロン等の樹脂 | CO2 | 安定した加工が可能。焦げ対策として条件調整が必要 |
| 木材・紙・皮革 | CO2 | 高精細な彫刻加工に対応 |
| ガラス・セラミック | CO2 | 表面彫刻加工に適用。割れ防止のための条件管理が重要 |
※最終的な加工可否の判断には、実際のサンプルによるテスト加工を推奨いたします。当社では、加工テストのご依頼も承っております。
5. 切断加工における仕上がりと加工速度の違い
- CO2レーザー：非金属の大判材料や厚物加工において高い性能を発揮します。アクリル切断では、後工程での研磨が不要な鏡面仕上げが得られることが多く、木材や樹脂では焦げ・黄変の抑制にエアブロー条件や送り速度の調整が有効です。
- YAGレーザー：金属の薄板から中厚板において、高速かつ高品質な切断が可能です。適切な条件設定により、バリの発生を最小限に抑えた仕上がりが得られます。
加工品質向上のポイント：焦点位置の調整、アシストガス（空気・窒素・酸素）の選定、ノズル形状の最適化により、切断面の品質が大きく向上します。当社では長年の実績に基づいた最適条件で加工を行っております。
6. マーキング・彫刻加工の特性
- YAGレーザーによる黒色アニール印字：ステンレス等の金属表面に、剥離しにくい黒色マーキングを形成できます。医療機器・食品機械のトレーサビリティ用識別コードに広く採用されています。
- CO2レーザーによる彫刻加工：木材・紙・皮革・ガラスにおいて、質感のある高精細な表現が可能です。看板・ギフト製品の名入れ加工に適しています。
QRコードやバーコードのマーキングでは、印字のコントラストが読み取り精度に直結します。金属へのマーキングにはYAGレーザーが安定した品質を実現します。
7. 溶接・接合加工における品質の違い
- YAGレーザー：金属に対してピンポイントで深い溶け込みが得られるため、熱影響部が小さく、歪みを最小限に抑えた精密溶接が可能です。電池タブや精密機械部品の接合に広く採用されています。
- CO2レーザー：金属溶接にも使用されますが、省エネルギー性や再現性の観点から、現在はYAGレーザー（およびファイバーレーザー）が主流となっています。
溶接加工では、接合強度だけでなく熱変形の抑制が重要な品質指標となります。この点においてYAGレーザーは優れた特性を持っており、当社でも精密溶接の主力設備として活用しております。
8. 導入・運用コストの比較
レーザー加工機の選定では、初期導入費だけでなく、電気代・消耗品費・メンテナンス工数・ダウンタイムを含めた総保有コスト（TCO）で評価することが重要です。
- CO2レーザー：ミラーやレンズ等の光学部品の定期清掃・交換が必要です。非金属の量産加工においては高いコストパフォーマンスを発揮します。
- YAGレーザー：省エネルギー性に優れ、メンテナンス頻度も比較的低い傾向にあります。金属の量産加工ではトータルコストで優位になるケースが多くみられます。
コスト比較の考え方：「1個あたりの実コスト＝（設備費＋運用費）÷生産数」で算出することで、客観的な比較が可能です。
9. 安全管理と環境対策
- 目の保護：CO2レーザーは角膜、YAGレーザーは網膜に損傷を与える可能性があります。各波長に対応した保護メガネの着用が必須です。
- 粉じん・ヒューム対策：加工時に発生する煙・臭気・粉じんに対して、適切な集塵・脱臭設備の設置が必要です。CFRPや銅粉など導電性粉じんには特別な注意が求められます。
- 反射光対策：金属加工時のレーザー反射は重大な事故につながる可能性があります。加工角度の調整、遮光塗装、保護窓の設置等でリスクを低減します。
当社では、安全基準を遵守した設備環境で加工を行っておりますので、安心してご依頼いただけます。
10. レーザー選定チェックリスト
- 主な加工材料は何か → 金属ならYAG、非金属ならCO2を基本に検討
- 求める仕上がり品質は → アクリルの鏡面仕上げならCO2、金属への耐久性の高い印字ならYAG
- 材料の板厚とサイズは → 大判・厚物の非金属はCO2が有利、金属薄板はYAGが高速
- 生産数量とタクトタイムは → 量産でタクト短縮が必要な場合、YAGのガルバノスキャン方式や高速切断が効果的
- 保守・メンテナンス体制は → 清掃・部品交換の頻度と担当者を事前に計画
- 安全・環境対策は → 保護具・集塵設備・脱臭装置を初期見積に含める
- テスト加工の実施 → 実際のサンプルで仕上がり・タクト・精度・変形の有無を確認
11. まとめ
- レーザー選定の基本は「金属加工＝YAG／非金属加工＝CO2」です。
- 仕上がり品質・加工速度・保守性・安全性を総合的に評価して最適なレーザーを選定します。
- 判断に迷う場合は、サンプルによるテスト加工が最も確実な方法です。実際の仕上がりとタクトを確認することで、最適な選択が可能となります。
当社では、YAGレーザー・CO2レーザーの両設備を保有し、お客様の加工内容に最適な方式でご対応いたします。レーザー加工に関するご相談・テスト加工のご依頼は、お気軽にお問い合わせください。