青色半導体レーザー光源で世界最高出力の6kWを達成世界で初めて照射ビームの形状調整機能を実装【島津製作所】

2024年5月22日

青色半導体レーザー光源で世界最高出力の6kWを達成
世界で初めて照射ビームの形状調整機能を実装

島津製作所は、当社製の青色半導体レーザー光源「BLUE IMPACT」について世界最高出力となる6kWを達成するとともに、青色レーザーでは世界で初めて加工対象に合わせて照射ビームの形状を調整できる「オンデマンドプロファイル制御技術」を搭載しました。これにより「高出力でも安定した溶接を実現し、高品質で高スループットな加工」を可能にしました。青色半導体レーザー光源の出力6kWは、2020年度にNEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）プロジェクトで記録した出力の約4倍です。当社は、開発した光源で加工した溶接サンプルを「人とくるまのテクノロジー展」（5月22～24日、パシフィコ横浜および7月17～19日、愛知県国際展示場）に展示します。

電動化に伴い、自動車の主要部品はエンジンや変速機からモーターやバッテリーなどに置き換わり、電気と熱の伝導率の高い純銅材の加工需要が拡大しています。従来のレーザー加工で用いられてきた赤外線と比べて、波長400nm～460nmの青色光を発振する青色半導体レーザーは、金属に対する光吸収効率が高く、純銅材の加工に適しています。また、半導体レーザーは従来のレーザーより応答速度や遠隔操作性に優れており、メンテナンスフリーという特長があります。そのため青色半導体レーザーは、今後の電気自動車（EV）普及で重要となる純銅材の溶接に欠かせないツールです。

6kW青色半導体レーザー光源は、新たに開発した1kW青色半導体レーザー光源と、同レーザー6台の出力光を結合する独自の加工ヘッドで構成されています。1kW青色半導体レーザーの出力ファイバーには長方形のコア形状(200um×400um)を採用しました。従来の円形形状だと走査した場合、中心部と周辺で熱の伝わり方に差が生じますが、長方形の場合は全域で均一に熱を伝えることができ、かつ照射面積の拡大で高輝度化が図れるため、安定した高速加工が可能となります。さらに、束ねたレーザー6台の出力や照射位置をそれぞれ独立制御できる、世界初のオンデマンドプロファイル制御を実装しました。加工対象物の形状に合わせて、溶接の中心部には強いレーザー光を照射し、その周りは弱いレーザー光を照射するように制御することにより、溶接時に溶融した金属粒子の飛散を抑制でき、高品質な加工を実現できます。

島津製作所では2016年度から高輝度・高効率レーザーを用いた加工技術に関するNEDOプロジェクトに参画し、大阪大学接合科学研究所接合プロセス研究部門レーザプロセス学分野の塚本雅裕教授とともに多数の青色半導体レーザー素子出力を束ねる独自のコンバイン技術を開発し、加工用光源に求められる高輝度と高出力を両立してきました。島津製作所は、現在、大手工作機械メーカーと協力し、本技術の社会実装を目指しています。長年培ってきた「BLUE IMPACT」技術を活かして、EV用モーターやバッテリー、インバーターなどの溶接に使える光源を開発していきます。