レーザービームホモジナイザーの仕組みとは? 導入方法や業者選びなど解説


ホモジナイザーは、液体中の粒子を均一にするための装置です。たとえば、牛乳やチーズなどの乳製品を乳化・均質化するために使われることが多く、製品の品質向上に役立ちます。そんなホモジナイザーにもさまざまな種類があり、光学素子を用いるのが「レーザービームホモジナイザー」です。導入を考えている方は、どのようなものなのか基礎知識を理解しておくと良いでしょう。そこで、本記事では、レーザービームホモジナイザーの基礎知識や使い方・導入方法などについて説明します。

  1. レーザービームホモジナイザーとは
  2. ホモジナイザーの必要性
  3. レーザービームホモジナイザーの使い方
  4. レーザービームホモジナイザー導入のために
  5. レーザービームホモジナイザーに関してよくある質問

この記事を読むことで、レーザービームホモジナイザーを導入するために必要な知識を身につけることができます。気になっている方はぜひ参考にしてください。

1.レーザービームホモジナイザーとは

まずは、ホモジナイザーの基礎知識を身につけることが大切です。ホモジナイザーについて理解した上で、レーザービームホモジナイザーの原理や種類についてチェックしておきましょう。

1-1.ホモジナイザーとは

液体に含まれる粒子を均一化するための機械が「ホモジナイザー」です。たとえば、微細な粒子が無数に入っている牛乳は水に溶けますが、脂肪・カゼインなどは溶けません。そのため、牛乳と脂肪・カゼインを混ぜ合わせると、液体の中に粒子が残ってしまうのです。これらの粒子をきちんと混ぜ合わせて均一にしなければ、商品として成り立たなくなります。そこで、役立つのがホモジナイザーなのです。

1-2.レーザービームホモジナイザーとは

粒子を均一にしたり、物質を安定させたりすることができるホモジナイザーは、さまざまな種類があります。その中で、レーザービームを作る光学素子を用いたホモジナイザーが、「レーザービームホモジナイザー」です。または、「ビームホモジナイザー」「回折光学素子(かいせつこうがくそし)」とも呼ばれています。レーザーを用いて加工処理を行う場合は、均一な光強度分布を持つビーム形状が必要です。

1-3.原理・種類

ビームホモジナイザーは、フライアイレンズ・非球面レンズ・回折光学素子を用いる3つの方式があります。それぞれの特徴についてチェックしておきましょう。

1-3-1.フレイアイレンズ

フライアイレンズを用いる方式は、単レンズを縦・横に配列したレンズ体(レンズアレイ)によって、照射面で一様な照度分布を得ることができます。水銀ランプなど大型高出力の光源が均質化可能です。

1-3-2.非球面レンズ

非球面レンズを用いる方式は、レンズから特定の位置へ均質な照射面をつくることができます。シンプルな構造となっているため、設置スペースが少ないことがメリットです。しかし、大型ランプ・LED光源などには対応できないデメリットがあります。

1-3-3.回折光学素子

回折光学素子を用いる方式は、エネルギー効率の高い方法でレーザービームの形状を調整・分岐する方法です。光損失を最小限に抑え、レーザービームを容易にいろいろな形状へ変更することができます。印刷・材料加工・非接触検査・光学計測などに使用されている方式です。

2.レーザービームホモジナイザーの必要性

それでは、レーザービームホモジナイザーはどんなときに使用されているのでしょうか。目的・使用される分野について説明します。

2-1.どんな場合に必要か

レーザーで熱加工を処理する場合は、均一な光強度分布を持つビーム形状が必要です。たとえば、通常のレーザービームとなるビームプロファイルは、ビーム中心の強度が高めとなります。よって、中央部が強く、周辺部が弱い不均一な状態になってしまうのです。不均一なレーザービームを使用した場合、ビーム中央部だけ加工され、周辺部は加工されないなど、加工精度が低くなります。均一されているレーザービームホモジナイザーを使用すれば、望ましい加工精度が可能です。

2-2.目的・使用される分野について

レーザー加工に適したレーザービームを使用する際に、レーザービームホモジナイザーが大活躍します。食品など商品の製造施設におけるレーザー加工で使われることが多いでしょう。そのほかにも、医療現場のレーザー治療・診断機・照明・印刷技術・測定と測量システム・バイオテクノロジー・非接触検査など、幅広い分野で使用されています。

3.レーザービームホモジナイザーの使い方

実際に、レーザービームホモジナイザーを使用する際、どのようにすれば良いのでしょうか。あらかじめ、使用方法や使用上の注意点・メンテナンスなどを把握しておけば、スムーズに使うことができます。

3-1.使用方法

具体的な使用方法は、装置の種類によって異なりますが、使い方はシンプルです。簡単に説明すると、対象物を機器にセットしてスイッチを入れる流れとなります。自分でレンズを並べなければならないなどという手間はかかりませんので安心してください。種類によっては、要望に合わせて、入射ビーム経や均一強度分布経などをカスタマイズすることもできます。具体的な使用方法に関しては、業者スタッフに尋ねてみてください。

3-2.使用上の注意点

レーザーを用いる光学部品は、さまざまなパーツが使われています。たとえば、最も一般的に使用されている単レンズや反射ミラー、レンズ・ミラーなどをセットするための光学コンポーネント、組み合わせレンズのモジュールです。これらの部品を正しく選択することで、レーザーの能力が最大限に発揮できます。使用する際は、どのような部品が備わっているのか確認して、カスタマイズする場合は間違った選択をしないように注意してくださいね。

3-3.メンテナンスについて

一般的に、ホモジナイザーの耐用年数はおよそ30~40年といわれています。レーザービームホモジナイザーを長く使い続けるためには、メンテナンスが必要不可欠です。メンテナンスでは、光学素子の補修や専門機器を使用した装置メンテナンスを実施することになるでしょう。交換すべき部品がないか、異常がないかどうかなど、メンテナンスをすることで30年以上使い続けられることもあります。業者を選びの際は、メンテナンスを行っているか確認しておかなければなりません。後ほど、【4-2.業者選びのポイント】で説明するのでぜひチェックしてください。

3-4.そのほかの注意点

レーザービームホモジナイザーの種類によって特徴が異なります。たとえば、回折光学素子は非常に小型で、軽量につくることが長所です。レーザー用途に限定されるものではないため、LEDやほかの光源も調整することができます。このように、レーザービームホモジナイザーの種類で特徴が異なるので、何のために使用するのか明確にしておかなければなりません。

4.レーザービームホモジナイザー導入のために

目的や使用用途に適した種類を選ぶためには、導入のポイントを押さえておかなければなりません。ここでは、レーザービームホモジナイザーの導入方法・業者選びのポイント・カスタマイズ・省エネと小メンテナンス・アフターフォローについて説明します。

4-1.導入方法

ホモジナイザーの導入方法は、新品・中古・レンタルの3つがあります。それぞれの特徴についてチェックしておきましょう。

4-1-1.新品

新品は中古品よりも価格が高めというデメリットがありますが、新しい状態で使用することができます。そのため、不具合や故障の心配をせずに、安心して使い続けることができるでしょう。使用目的や分野に適したレーザービームホモジナイザーがすぐに導入できるのも、大きなメリットです。中古品を購入する際は、目的の機器が見つかるまで導入できません。すぐに使いたい方や購入費用に余裕がある方は、新品の購入を考えると良いでしょう。

4-1-2.中古

中古のメリットは、新品よりも低費用で購入できることです。1度使用したものである中古品ですが、中には新品状態に近いホモジナイザーもあります。中古のホモジナイザーを取り扱っている業者によって、商品の種類が異なるのです。商品が充実していない業者は、故障の可能性が高い中古品を販売しているところもあります。実際に、中古品を購入した後、すぐに壊れて動かなくなったというトラブルが起きているのです。導入の失敗をしないためには、業者選びが大切なポイントでしょう。

4-1-3.レンタル

一定期間だけ使用する場合は、レンタルという選択肢があります。ホモジナイザーを扱っている業者やメーカーの中には、レンタルサービスを実施しているところがあるでしょう。レンタルは期間が限られているため、安い費用で使うことができます。ただし、レンタル期間が長くなるほど費用もかかってしまうので要注意です。レンタルを使用する際は、料金や期間を踏まえた上で見積書を出してもらいましょう。

4-2.業者選びのポイント

ホモジナイザーを導入する際、どの業者に依頼すべきか迷いますよね。そんなときは、以下の項目に注目してください。

  • 丁寧かつスピーディーな対応
  • ホモジナイザーの種類が充実している
  • テスト機の貸し出しを行っている
  • 無料見積もりや無料技術相談を受けつけている
  • 保証・アフターフォローが充実している
  • ホモジナイザーに関する知識が豊富

使用目的に適したホモジナイザーを選ぶために、知識が豊富な業者を選んでください。たとえば、高圧式ホモジナイザーを中心に扱っている「三丸機械工業」では、食品製造ライン・ケミカル化学・医薬品・研究開発テストなど幅広い利用分野に適した種類を提示します。無料で技術相談も受けつけているので、ぜひ1度ご相談ください。

4-3.カスタマイズについて

ホモジナイザーは、使用目的に合わせてカスタマイズが可能です。レーザービームホモジナイザーの場合は、レーザー光を集光点で、線・丸形・四角・長方形などさまざまな形にカスタマイズできます。また、加熱材料のサイズに応じて、ビームサイズ・均一性(%)も自由にカスタマイズ可能です。業者スタッフと相談しながら、使用目的に合ったホモジナイザーにカスタマイズしてみてください。

4-4.省エネ・小メンテナンス

レーザービームホモジナイザーを使用するためには、エネルギーが必要不可欠です。エネルギー消費量が多いほど、光熱費がかかってしまいます。そのため、ホモジナイザーを導入する際は、省エネにも注目しなければなりません。また、メンテナンスのしやすさにも注目です。メンテナンスが難しい設備は、使いにくくなってしまいます。

4-5.アフターフォロー

アフターフォローが充実している業者は、保証期間中にトラブルが起きたら無償で対応してくれます。設置後にトラブルが起きたとしても、安心して使い続けることができるでしょう。「三丸機械工業」では、24時間365日緊急対応が可能です。万一のときでも対応可能な業者を選んでくださいね。

5.レーザービームホモジナイザーに関してよくある質問

レーザービームホモジナイザーに関してよくある質問を5つピックアップしてみました。

Q.レーザー用光学部品は何があるのか?
A.主な部品としては、レンズ・ミラー・放物面鏡(ほうぶつめんきょう)などがあります。ミラーはレーザー光を集めるために必要な集光レンズ、ミラーはレーザーパワーを確実に伝えるために必要です。放物面鏡は凹面積の1種で、内側が放物線の回転体となっている放物面の鏡となります。

Q.小型ビームホモジナイザーの特徴が知りたい
A.面積を制御した照射が可能で、試料の均一加熱や反応・特定波長の照射試験などに最適なタイプです。中には、レーザー・LD・LEDとの組み合わせが可能な種類もあり、使用用途が幅広くなっています。

Q.レーザービームホモジナイザー以外の種類とは?
A.液体に高い圧力をかける「高圧式ホモジナイザー」、超音波振動を与える「超音波ホモジナイザー」、回転内刃が高速回転する「超高速ホモジナイザー」があります。ほかのホモジナイザーとの違いを把握することも、レーザービームホモジナイザーの特徴が分かるポイントです。

Q.テスト機ってどんなものか?
A.「試しに使ってみたい」と考えている方に提供しているのがテスト機です。実際に使用してみなければ、分からないこともたくさんあるでしょう。テスト機を使用したい方は、サービスを実施している業者を選んでくださいね。

Q.不正業者の特徴とは?
A.ホモジナイザーの知識が乏しい・対応が悪い・商品の取扱数が少ない業者は、不正業者の可能性があります。ホモジナイザーに詳しい知識を持っていないため、技術相談も受けつけていないでしょう。複数の業者を比較して、優良業者と不正業者を見極めてください。

まとめ

いかがでしたか? ホモジナイザーは固体と液体、液体と液体を均一に混ぜ合わせるために必要な機械です。商品の製造過程や医療品・美容関係・研究など幅広い分野で使われています。ホモジナイザーの中でも、レーザー光を用いているのが「レーザービームホモジナイザー」と呼ばれるもので、均一な光強度分布を持つビーム形状が必要なときに使われるのです。レーザービームホモジナイザーを導入する際は、知識が豊富な業者に依頼してくださいね。安心して依頼できる業者に依頼すれば、使用目的に適したホモジナイザーが導入できます。


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