(57)【要約】【課題】レーザ溶接機の高出力化を図りつつ、透過板への異物の付着を十分に防止して、ウィービング溶接を安定的に行うこと。【解決手段】ウィービングハウジング３８の内部に、揺動ケース４０が設けられている。揺動ケース４０の基端側の内部に、主動ギア５６が回転可能に設けられている。揺動ケース４０の先端側の内部に、筒状の従動回転体６８が回転可能に設けられており、従動回転体６８の外周部には、主動ギア５６に噛合した環状の従動ギア７２が形成されている。従動回転体６８の内側に設けられた透過板７６は、揺動ケース４０の揺動によって、レーザ光ＬＢの光路上においてウィービング溶接を行うためのウィービング位置と、ウィービング位置から退避した退避位置との間で移動するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザ光の光路の一部が形成されたウィービングハウジングと、
前記ウィービングハウジングの内部に設けられ、基端側の揺動軸心回りに揺動可能に構成された揺動ケースと、
前記揺動ケースを揺動させる揺動アクチュエータと、
前記揺動ケースの基端側の内部に回転可能に設けられた主動ギアと、
前記主動ギアを回転させる回転アクチュエータと、
前記揺動ケースの先端側の内部に回転可能に設けられ、上部及び下部が前記ウィービングハウジングの内部空間側に向かって開放され、外周部に前記主動ギアに噛合した環状の従動ギアが形成された筒状の従動回転体と、
前記従動回転体の内側に設けられ、前記揺動ケースの揺動によって、レーザ光の光路上においてウィービング溶接を行うためのウィービング位置と、前記ウィービング位置から退避した退避位置との間で移動するように構成され、レーザ光の光軸を偏心させる透過板と、を備えたことを特徴とするレーザ溶接機。
【請求項２】
前記揺動ケースの基端側の下部又は上部に設けられ、前記ウィービングハウジングの下部又は上部に回転可能に支持された中空状の第１サポート部材と、
前記揺動ケースの基端側の上部又は下部に設けられ、前記第１サポート部材と同軸上に位置し、前記ウィービングハウジングの上部又は下部に回転可能に支持された中空状の第２サポート部材と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接機。
【請求項３】
前記揺動アクチュエータの出力軸が前記第１サポート部材に連結され、
前記主動ギアの回転軸が前記揺動ケースの基端側に回転可能に支持されかつ前記第２サポート部材を同軸上に貫通し、
前記回転アクチュエータの出力軸が前記回転軸に連結されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接機。
【請求項４】
前記従動回転体の上部側及び下部側に、前記ウィービングハウジングの内部空間側への異物の流出を抑えるためのラビリンス構造がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製のワークに対して通常のレーザ溶接とウィービング溶接を選択して行うレーザ溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のレーザ溶接とウィービング溶接を選択して行うレーザ溶接機として、特許文献１に示すものがある。その先行技術は、ウィービング溶接を行うためのウィービング装置を備えており、ウィービング装置は、レーザ溶接機の加工ヘッドの一部を構成している。そして、先行技術に係るウィービング装置の構成等について簡単に説明すると、次の通りである。
【０００３】
ウィービング装置は、ウィービングハウジングを備えており、ウィービングハウジングの内部には、レーザ光の光路の一部が形成されている。ウィービングハウジングの内部には、揺動アームが設けられており、揺動アームは、その基端側の揺動軸心回りに揺動可能に構成されている。揺動アームの先端側には、環状の支持部が形成されている。ウィービングハウジングの外壁部には、揺動アームを回転させる揺動アクチュエータが設けられている。
【０００４】
ウィービンハウジングの内部におけるレーザ光の光路上には、主動ギアが回転可能に設けられており、主動ギアは、揺動アームに対してレーザ光の光軸方向に位置をずらしている。ウィービングハウジングの外壁部には、主動ギアを回転させる回転アクチュエータが設けられている。また、揺動アームの支持部の内側には、筒状の従動回転体が回転可能に設けられており、従動回転体の外周部には、主動ギアに噛合した環状の従動ギアが形成されている。
【０００５】
従動回転体の内側には、レーザ光の光軸を偏心させる透過板としてのガラス板が一体的に設けられている。ガラス板は、揺動アームの揺動によって、レーザ光の光路上においてウィービング溶接を行うためのウィービング位置と、ウィービング位置から退避した退避位置との間で移動するように構成されている。
【０００６】
従って、揺動アクチュエータの駆動により揺動アームを揺動させることにより、ガラス板を退避位置からウィービング位置に移動させる。そして、回転アクチュエータの駆動により主動ギアを回転させることにより、従動回転体（従動ギア）を連動して回転させて、ガラス板を従動回転体と一体的に回転させる。これにより、レーザ光の光軸を偏心回転させて、溶接幅を拡大したウィービング溶接を行うことができる。
【０００７】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１の他に、特許文献２に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−５８４５２号公報
【特許文献２】特開２０１３−３９５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、レーザ溶接機の高出力化に伴い、従動回転体の回転速度が高速化する傾向にある。また、従動回転体の回転速度が高速化すると、主動ギアと従動ギアの間からの摩耗粉、従動回転体を支持するベアリングからのグリース（油）等が異物としてウィービングハウジングの内部空間に流入し易くなる。一方、ウィービングハウジングの内部空間に流入した摩耗粉等の異物がガラス板に付着すると、ウィービング溶接の不良を招くことになる。つまり、レーザ溶接機の高出力化を図りつつ、ウィービング溶接を安定的に行うことが困難であるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、前述の問題を解決するために、従動回転体の回転速度が高速化しても、ウィービングハウジングの内部空間への異物の流入を抑制できる、新規な構成からなるレーザ溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施態様に係るレーザ溶接機は、内部にレーザ光の光路の一部が形成されたウィービングハウジングと、前記ウィービングハウジングの内部に設けられ、基端側の揺動軸心回りに揺動可能に構成された揺動ケースと、前記揺動ケースを揺動させる揺動アクチュエータと、前記揺動ケースの基端側の内部に回転可能に設けられた主動ギアと、前記主動ギアを回転させる回転アクチュエータと、を備えている。本発明の実施態様に係るレーザ溶接機は、前記揺動ケースの先端側の内部に回転可能に設けられ、上部及び下部が前記揺動ケースの外側（前記ウィービングハウジングの内部空間側）に向かって開放され、外周部に前記主動ギアに噛合した環状の従動ギアが形成された筒状（環状）の従動回転体と、前記従動回転体の内側に設けられ、前記揺動ケースの揺動によって、レーザ光の光路上においてウィービング溶接を行うためのウィービング位置と、前記ウィービング位置から退避した退避位置との間で移動するように構成され、レーザ光の光軸を偏心させる透過板と、を備えている。
【００１２】
本発明の実施態様に係るレーザ溶接機は、前記揺動ケースの基端側の下部又は上部に設けられ、前記ウィービングハウジングの下部又は上部に回転可能に支持された中空状の第１サポート部材と、前記揺動ケースの基端側の上部又は下部に設けられ、前記第１サポート部材と同軸上に位置し、前記ウィービングハウジングの上部又は下部に回転可能に支持された中空状の第２サポート部材と、を備えてもよい。この場合に、前記揺動アクチュエータの出力軸が前記第１サポート部材に連結され、前記主動ギアの回転軸が前記揺動ケースの基端側に回転可能に支持されかつ前記第２サポート部材を同軸上に貫通し、前記回転アクチュエータの出力軸が前記回転軸に連結されてもよい。
【００１３】
本発明の実施態様では、前記従動回転体の上部側及び下部側に、前記ウィービングハウジングの内部空間側（前記揺動ケースの外側）への異物の流出を抑えるためのラビリンス構造がそれぞれ形成されてもよい。
【００１４】
本発明の実施態様によると、前述のように、前記ウィービングハウジングの内部に前記揺動ケースが設けられている。前記揺動ケースの基端側の内部に前記主動ギアが回転可能に設けられている。前記揺動ケースの先端側の内部に筒状の前記従動回転体が回転可能に設けられ、前記従動回転体の外周部に前記主動ギアに噛合した環状の前記従動ギアが形成されている。そのため、前記主動ギア、及び前記従動ギアを含む前記従動回転体を前記揺動ケースによって前記ウィービングハウジングの内部空間から隔離することができる。これにより、前記従動回転体の回転速度が高速化しても、前記主動ギアと前記従動ギアの間からの摩耗粉、前記従動回転体を支持するベアリングからのグリース等が異物として前記ウィービングハウジングの内部空間に流入することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記レーザ溶接機の高出力化を図りつつ、前記透過板への異物の付着を十分に防止して、ウィービング溶接を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る溶接ロボットの一部を示す図であり、図１の大部分は、断面図になっている。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るウィービング装置を含む加工ヘッドの部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るウィービング装置の主要部の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、ガラス板がウィービング位置に位置した状態を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、ガラス板が退避位置に位置した状態を示している。
【図５】図５は、図３における矢視部Ｖの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。
【００１８】
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「加工ヘッドにおける上部、上側、上端、又は上面」とは、加工ヘッドのノズルを鉛直下方に向けた状態において、上部、上側、上端、又は上面であることをいう。「加工ヘッドにおける下部、下側、下端、又は下面」とは、加工ヘッドのノズルを鉛直下方に向けた状態において、下部、下側、下端、又は下面であることをいう。換言すれば、「加工ヘッドにおける上下方向の向き」は、加工ヘッドのノズルを鉛直下方に向けた状態を基準とする。図面中、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る溶接ロボット１０は、金属製のワークＷに対して通常のレーザ溶接とウィービング溶接を選択して行うレーザ溶接機である。溶接ロボット１０は、多関節のロボットアーム１２（一部のみ図示）を備えており、ロボットアーム１２の先端部には、ワークＷに対してレーザ光ＬＢを照射する加工ヘッド１４が連結具１６を介して設けられている。また、溶接ロボット１０の構成のうち加工ヘッド１４を除く構成は、特許文献２に示すような公知の構成からなり、加工ヘッド１４を除く構成の詳細の説明を省略する。
【００２０】
続いて、加工ヘッド１４の全体的な構成について説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、加工ヘッド１４は、ロボットアーム１２の先端部に連結具１６を介して設けられた筒状の加工ヘッド本体１８を備えている。加工ヘッド１４は、加工ヘッド本体１８の基端部（上端部）の近傍に配設された支持筒２０を備えており、支持筒２０には、伝送ファイバ２２を保持するファイバホルダ２４が設けられている。伝送ファイバ２２は、レーザ光ＬＢを発振するファイバレーザ発振器等のレーザ発振器（図示省略）に光学的に接続されている。換言すれば、加工ヘッド１４は、伝送ファイバ２２を介してレーザ発振器に光学的に接続されている。
【００２２】
加工ヘッド本体１８の先端部（下端部）には、レーザ光ＬＢを照射するためのノズル２６が設けられている。加工ヘッド本体１８内には、環状の上部レンズホルダ２８が設けられている。上部レンズホルダ２８の内側には、伝送ファイバ２２から射出されたレーザ光ＬＢをコリメートするコリメートレンズ３０が設けられている。また、加工ヘッド本体１８内における上部レンズホルダ２８の下側には、下部レンズホルダ３２が設けられている。下部レンズホルダ３２の内側には、コリメートされたレーザ光ＬＢをワークＷに向かって集束させる集束レンズ３４が設けられている。ここで、加工ヘッド１４の内部における伝送ファイバ２２の射出端からノズル２６にかけて、レーザ光ＬＢの光路が形成される。
【００２３】
加工ヘッド１４は、ワークＷに対してウィービング溶接を行うためのウィービング装置３６を備えている。ウィービング装置３６は、加工ヘッド本体１８と支持筒２０との間に配設されている。
【００２４】
続いて、加工ヘッド１４の一部を構成するウィービング装置３６の具体的な構成について説明する。
【００２５】
図２から図４Ｂに示すように、ウィービング装置３６は、加工ヘッド本体１８と支持筒２０との間に配設されたウィービングハウジング３８を備えている。ウィービングハウジング３８は、加工ヘッド本体１８と支持筒２０を一体的に連結する。ウィービングハウジング３８の上部には、上開口部３８ａが形成されており、ウィービングハウジング３８の下部には、下開口部３８ｂが上開口部３８ａに整合するように形成されている。ウィービングハウジング３８の上開口部３８ａの周縁部は、支持筒２０の一端部（下端部）に接合されている。ウィービングハウジング３８の下開口部３８ｂの周縁部は、加工ヘッド本体１８の基端部（上端部）に接合されている。ウィービングハウジング３８の内部には、上開口部３８ａ及び下開口部３８ｂによってレーザ光ＬＢの光路の一部が形成される。
【００２６】
ウィービングハウジング３８の内部には、密閉型の揺動ケース４０が設けられており、揺動ケース４０は、レーザ光ＬＢの光軸に直交する方向に延びている。揺動ケース４０の先端側の上部には、上開口部４０ａが形成されており、揺動ケース４０の先端側の下部には、下開口部４０ｂが上開口部４０ａに整合するように形成されている。
【００２７】
揺動ケース４０の基端側の下部には、中空状（スリーブ状）の第１サポート部材４２の基端部が一体的に設けられており、第１サポート部材４２の先端部は、ウィービングハウジング３８の下部にベアリング４４を介して回転可能に支持されている。揺動ケース４０の基端側の上部には、中空状の第２サポート部材４６の基端部が一体的に設けられており、第２サポート部材４６は、第１サポート部材４２と同軸上に位置している。第２サポート部材４６の先端部は、ウィービングハウジング３８の上部にベアリング４８を介して回転可能に支持されている。換言すれば、揺動ケース４０は、第１サポート部材４２及び第２サポート部材４６等によって揺動ケース４０の基端側の揺動軸心回りに揺動可能に構成されている。そして、ウィービングハウジング３８の外壁部の下部には、揺動ケース４０を揺動させる揺動アクチュエータとして揺動モータ５０が設けられている。揺動モータ５０の出力軸５２は、連結部材５４によって第１サポート部材４２に同軸上に一体的に連結されている。
【００２８】
なお、第１サポート部材４２の先端部がウィービングハウジング３８の下部の代わりに上部に回転可能に支持され、かつ第２サポート部材４６の先端部がウィービングハウジング３８の上部の代わりに下部に回転可能に支持されるようにしてもよい。この場合には、第１サポート部材４２の基端部がウィービングハウジング３８の上部に回転可能に支持され、かつ第２サポート部材４６の先端部がウィービングハウジング３８の下部に回転可能に支持される。
【００２９】
揺動ケース４０の基端側の内部には、主動ギア５６が回転可能に設けられている。主動ギア５６の回転軸５８は、揺動ケース４０の基端側に複数のベアリング６０を介して回転可能に支持されており、回転軸５８は、第２サポート部材４６を同軸上に貫通している。そして、ウィービングハウジング３８の外壁部の上部には、主動ギア５６を回転させる回転アクチュエータとして回転モータ６２が設けられている。回転モータ６２の出力軸６４は、カップリング６６によって回転軸５８に同軸上に一体的に連結されている。
【００３０】
揺動ケース４０の先端側の内部には、筒状（環状）の従動回転体６８が複数の接触ゴムシール形のベアリング７０を介して回転可能に設けられている。従動回転体６８の上部は、揺動ケース４０の上開口部４０ａからウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳ側（揺動ケース４０の外側）に向かって開放されている。従動回転体６８の下部は、揺動ケース４０の下開口部４０ｂからウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳ側に向かって開放されている。また、従動回転体６８の外周部には、主動ギア５６に噛合した環状の従動ギア７２が形成されており、従動回転体６８は、主動ギア５６の回転に連動して回転する。
【００３１】
従動回転体６８の内側には、筒状のガラスホルダ７４が一体的に設けられている。ガラスホルダ７４の内側には、レーザ光ＬＢの光軸を偏心させる透過板としてのガラス板７６がガラス押え７８等を介して設けられている。換言すれば、従動回転体６８の内側には、ガラス板７６がガラスホルダ７４等を介して一体的に設けられている。ガラス板７６は、レーザ光ＬＢの光軸に対して傾斜しており、従動回転体６８と一体的に回転する。
【００３２】
なお、ガラス板７６がレーザ光ＬＢの光軸を偏心させる機能を有していれば、ガラス板７６全体をレーザ光ＬＢの光軸に対して傾斜させる代わりに、ガラス板７６の上面又は下面をレーザ光ＬＢの光軸に直交する方向に対して僅かに傾斜させてもよい。また、透過板としてガラス板７６を用いる代わりに、例えば石英、フッ化カルシウム等の透過性材料からなる他の透過板を用いてもよい。
【００３３】
ガラス板７６は、揺動ケース４０の揺動によって、レーザ光ＬＢの光路上においてウィービング溶接を行うためのウィービング位置（図４Ａに示す位置）と、ウィービング位置から退避した退避位置（図４Ｂに示す位置）との間で移動するように構成されている。ここで、揺動ケース４０は、ガラス板７６がウィービング位置に位置すると、ウィービングハウジング３８の内部の適宜位置に設けた第１ストッパ部材（図示省略）に当接する。揺動ケース４０は、ガラス板７６が退避位置に位置すると、ウィービングハウジング３８の内部の適宜位置に設けた第２ストッパ部材（図示省略）に当接する。
【００３４】
図３及び図５に示すように、従動回転体６８の上部には、環状の外フランジ８０が形成されている。揺動ケース４０の上開口部４０ａの周縁には、環状の内フランジ８２が形成されており、内フランジ８２は、外フランジ８０の上側に微小な間隔を置いて重なっている。外フランジ８０と内フランジ８２との間には、ウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳ側（揺動ケース４０の外側）へのグリース等の異物の流出を抑えるためのラビリンス構造８４が形成されている。換言すれば、従動回転体６８の上部側には、屈曲した通路であるラビリンス構造８４が形成されている。
【００３５】
同様に、従動回転体６８の下部には、環状の外フランジ８６が形成されている。揺動ケース４０の下開口部４０ｂの周縁には、環状の内フランジ８８が形成されており、内フランジ８８は、外フランジ８６の下側に微小な間隔を置いて重なっている。外フランジ８６と内フランジ８８との間には、ウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳ側へのグリース等の異物の流出を抑えるためのラビリンス構造９０が形成されている。換言すれば、従動回転体６８の下部側には、屈曲した通路であるラビリンス構造９０が形成されている。
【００３６】
図３に示すように、ウィービングハウジング３８の上開口部３８ａの内側には、ガラス板７６にパージエアを供給する環状のエア供給部材９２が設けられている。
【００３７】
続いて、本発明の実施形態の作用効果について説明する。
【００３８】
揺動モータ５０の駆動により揺動ケース４０を一方向へ揺動させることにより、ガラス板７６を退避位置からウィービング位置に移動させる（図４Ａ参照）。そして、回転モータ６２の駆動により主動ギア５６を回転させることにより、従動回転体６８（従動ギア７２）を連動して回転させ、ガラス板７６を従動回転体６８と一体的に回転させる。これにより、伝送ファイバ２２から射出されたレーザ光ＬＢの光軸を偏心回転させて、溶接幅を拡大したウィービング溶接を行うことができる。
【００３９】
ウィービング溶接後に通常のレーザ溶接を行う場合には、揺動モータ５０の駆動により揺動ケース４０を他方向へ揺動させることにより、ガラス板７６をウィービング位置から退避位置からウィービング位置に移動させる（図４Ｂ参照）。
【００４０】
そして、本発明の実施形態によると、前述のように、ウィービングハウジング３８の内部に密閉型の揺動ケース４０が設けられ、揺動ケース４０の基端側の内部に主動ギア５６が回転可能に設けられている。揺動ケース４０の先端側の内部に筒状の従動回転体６８が回転可能に設けられ、従動回転体６８の外周部に主動ギア５６に噛合した環状の従動ギア７２が形成されている。そのため、主動ギア５６、従動ギア７２を含む従動回転体６８を揺動ケース４０によってウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳから隔離することができる。これにより、従動回転体６８の回転速度が高速化しても、主動ギア５６と従動ギア７２の間からの摩耗粉、従動回転体６８を支持する接触ゴムシール形のベアリング７０からのグリース等が異物としてウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳに流入することを抑制できる。特に、前述のように、従動回転体６８が複数の接触ゴムシール形のベアリング７０によって回転可能に支持され、従動回転体６８の上部側及び下部側にそれぞれラビリンス構造８４，９０が形成されているため、従動回転体６８の回転速度が高速化しても、ウィービングハウジング３８の内部空間ＩＳへの異物の流入を十分に抑制することができる。
【００４１】
従って、本発明の実施形態によれば、レーザ溶接機の高出力化を図りつつ、ガラス板７６への異物の付着を十分に防止して、ウィービング溶接を安定的に行うことができる。
【００４２】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、ウィービング装置３６において、コリメートされる前のレーザ光ＬＢの光軸を偏心回転させているが、コリメートされたレーザ光ＬＢの光軸を偏心回転させる等、その他、種々の態様で実施可能である。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０    溶接ロボット（レーザ溶接機）
１２    ロボットアーム
１４    加工ヘッド
１６    連結具
１８    加工ヘッド本体
２０    支持筒
２２    伝送ファイバ
２４    ファイバホルダ
２６    ノズル
２８    上部レンズホルダ
３０    コリメートレンズ
３２    下部レンズホルダ
３４    集束レンズ
３６    ウィービング装置
３８    ウィービングハウジング
３８ａ  上開口部
３８ｂ  下開口部
４０    揺動ケース
４０ａ  上開口部
４０ｂ  下開口部
４２    第１サポート部材
４４    ベアリング
４６    第２サポート部材
４８    ベアリング
５０    揺動モータ（揺動アクチュエータ）
５２    出力軸
５４    連結部材
５６    主動ギア
５８    回転軸
６０    ベアリング
６２    回転モータ（回転アクチュエータ）
６４    出力軸
６６    カップリング
６８    従動回転体
７０    接触ゴムシール形のベアリング
７２    従動ギア
７４    ガラスホルダ
７６    ガラス板（透過板）
７８    ガラス押え
８０    外フランジ
８２    内フランジ
８４    ラビリンス構造
８６    外フランジ
８８    内フランジ
９０    ラビリンス構造
９２    エア供給部材
ＩＳ    内部空間
ＬＢ    レーザ光
Ｗ    ワーク
【図１】
2020199541.tif 000003
【図２】
2020199541.tif 000004
【図３】
2020199541.tif 000005
【図４Ａ】
2020199541.tif 000006
【図４Ｂ】
2020199541.tif 000007
【図５】
2020199541.tif 000008