連続レーザー洗浄とパルスレーザー洗浄の違いは何ですか？

レーザー洗浄技術は、効率的で環境にやさしい表面洗浄方法として、レーザーの出力方式の違いにより、主に連続レーザー洗浄とパルスレーザー洗浄に分けられます。この二つは作用メカニズム、工程パラメータ、洗浄効果、応用分野において顕著な違いがあります。
I. 作用メカニズム
連続波レーザー洗浄は、出力が一定のレーザー光線を被加工物の表面に継続的に照射する方法です。その洗浄メカニズムは主に熱効果に依存しています。汚染物質やコーティング層がレーザーエネルギーを吸収すると、温度が上昇し続け、最終的には溶融、蒸発、または熱膨張などのプロセスによって除去されます。基材への熱的影響は比較的連続的かつ深くなります。
パルスレーザー清掃は、高ピーク出力のレーザーパルスを周期的に出力するもので、各パルスの持続時間は極めて短い（通常はナノ秒、ピコ秒、あるいはフェムト秒レベル）です。この清掃メカニズムは熱的効果と機械的効果を組み合わせています。汚染物質は非常に短い時間内に急速に加熱され、蒸発またはイオン化され、強い衝撃波が発生します。これらの衝撃波がその力を利用して汚染物質を基材表面から「振動」により剥離します。作用時間が短いため、熱が基材全体に広く伝導する時間がなく、熱影響領域は比較的小さくなります。
II. 主要なプロセスパラメータ
連続レーザー清掃の主要パラメータはレーザー出力（ワット、W）と走査速度です。出力と速度を適切に組み合わせることで、単位面積あたりのエネルギー投入量（エネルギー密度）を制御できます。
パルスレーザー清掃の主要パラメータはさらに複雑であり、主に以下を含みます：
パルスエネルギー（ジュール、J）：単一のパルスに含まれるエネルギー。
パルス幅（秒、s）：単一パルスの持続時間で、出力密度を決定する。
繰り返し周波数（ヘルツ、Hz）：1秒間に出力されるパルスの数。清掃効率に影響を与える。
出力密度（ワット毎平方センチメートル、W/cm²）：パルスエネルギーとパルス幅の両方によって決まり、機械的効果を発生させる上で重要な要因。
III. 清掃効果および特性
清掃効率：同じ平均出力の場合、連続波レーザーはその途切れないエネルギー出力により、通常、材料除去率が高く、したがって清掃効率も高くなる。パルスレーザーの清掃効率は繰り返し周波数によって制限される。
熱的影響：連続波レーザーは基板に大量かつ連続的な熱を供給するため、溶融、変形、微細構造の変化など、基板への熱的損傷を引き起こしやすくなります。このリスクは熱に敏感な材料において特に高くなります。パルスレーザーの熱的影響範囲は小さく、「コールドプロセッシング」が可能であり、精密部品や熱に敏感な部品の洗浄に適しています。
洗浄精度と制御性：個々のパルスのエネルギーと回数を制御することで、パルスレーザーは汚染層を層ごとに除去でき、より高い制御精度を持ち、基板を損傷することなく選択的な洗浄を容易に実現できます。一方、連続波レーザーの制御精度は比較的低めです。
清掃メカニズムの適用範囲：連続波レーザーは、基材への付着力が比較的弱い汚れや熱的効果で効果的に除去可能な汚れ（油汚れ、塗料、ゴムなど）の除去に適しています。一方、パルスレーザーの機械的衝撃効果は、強く付着した粒子（ほこり、金属粉など）、酸化皮膜、微細粒子の除去に特に有効です。
装置コストと複雑さ：同じ平均出力の連続波レーザーと比較して、パルスレーザー、特に超短パルスレーザーは一般的に技術的複雑性が高く、製造コストも高くなります。
IV. 利用シーン
連続波レーザー清掃：この方法は、船体の塗装剥離、大型鋼構造物表面の前処理、タイヤ金型の清掃など、大規模かつ高効率なマクロレベルの清掃用途に広く使用されます。基材への熱的損傷が厳しく問われない分野に適用されます。
パルスレーザー清掃：電子部品の清掃、文化財の修復、精密金型の除染、半導体ウエハー表面からの粒子除去、航空宇宙分野の主要部品のメンテナンスなど、高精度かつ低損傷のマイクロ加工・清掃分野で広く応用されています。

連続波レーザー清掃とパルスレーザー清掃は、異なる物理メカニズムに基づく二つの技術的アプローチです。連続波レーザーは主に熱効果に依存しており、高効率で大面積の清掃が可能なことが利点です。一方、パルスレーザーは熱効果と機械的効果を組み合わせており、その核心的な利点は高精度と低熱損傷です。実際の応用では、清掃対象物の材料特性、汚染物質の種類、精度要件、熱影響に対する耐性などの要因を総合的に考慮し、適切な技術を選定する必要があります。