(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物にレーザ光を照射して前記加工物の溶接を行うレーザ溶接装置であって、
前記加工物に前記レーザ光を照射するレーザ照射手段と、
前記レーザ照射手段が前記加工物の上方に配置されるように前記レーザ照射手段を支持する支持部と、
前記加工物の上方に配置されるように前記支持部に支持され、前記レーザ光の光軸を包囲するリング状のガスを前記加工物に向けて吐出するガス吐出手段と、
前記ガス吐出手段にガスを供給するガス供給源と、
を備え、前記ガス吐出手段は、
リング状に形成され、前記レーザ照射手段または前記レーザ光の光軸を包囲するように前記支持部に支持されたハウジングと、
前記ハウジング内にリング状に形成され、前記ガス供給源から供給されるガスを蓄えるキャビティと、
リング状に形成され、前記レーザ照射手段または前記レーザ光の光軸を包囲するように前記ハウジングの下面側に取り付けられた内側リング部材と、
リング状に形成され、前記内側リング部材の外径よりも大きい内径を有し、前記内側リング部材の外周側に位置し前記内側リング部材と同軸となるように前記ハウジングの下面側に取り付けられた外側リング部材と、
前記内側リング部材の外周側端面と前記外側リング部材の内周側端面との間に形成され、前記キャビティと連通するリング状の吐出口と、
を備え、
前記吐出口が描く円の中心を吐出基準点とし、前記吐出基準点を通り当該円と垂直に交わる直線を吐出軸とすると、前記吐出軸上であって前記吐出基準点から下方へ前記レーザ光の焦点距離の２分の１よりも短い距離離れた位置にガス集中点が設定され、前記吐出口から吐出されるガスが前記ガス集中点に集中するように当該ガスの吐出方向が定められていることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記内側リング部材の外周側端面は、その下縁が上縁よりも当該内側リング部材の中心に接近するように傾斜し、
前記外側リング部材の内周側端面は、その下縁が上縁よりも当該外側リング部材の中心に接近するように傾斜し、
前記内側リング部材の外周側端面の傾斜および前記外側リング部材の内周側端面の傾斜により前記吐出口から吐出されるガスの吐出方向が定められていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記内側リング部材および前記外側リング部材は前記ハウジングに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記ハウジングの外周側には、前記キャビティに連通し、前記ガス供給源から供給されるガスを前記キャビティに流入させる複数のガス供給口が形成され、前記複数のガス供給口は、前記ハウジングの周方向において等しい間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて溶接を行うレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスキャナ装置やレーザ加工ヘッドといったレーザ照射手段をロボットに取り付け、ロボットを遠隔操作することにより、ワーク等の加工物の溶接を行うリモートレーザ溶接が普及している。このようなレーザ溶接では、ワークから離れた位置からワークに向けてレーザ光を照射して溶接を行う。また、遠隔操作によりロボットのアームを移動させ、またはレーザ照射手段に設けられた反射鏡等を回動させることによりレーザ光の照射位置を変え、これによりワークの所望の箇所に対して溶接を行う。
【０００３】
溶接を行うためにレーザ光を金属からなるワークに照射すると、金属の溶出により金属蒸気（プルーム）が発生し、レーザ光が金属蒸気（プルーム）により遮られる。この結果、レーザ光によりワークに加えられる熱量の安定性が損なわれ、溶接の品質が低下する。そこで、従来、溶接を行う際には、例えば、ワークの側方であってワークから離れた位置にファンを設置し、ファンからエアをワーク側に吹きつけ、金属蒸気（プルーム）をエアにより吹き飛ばすといった方法が採られている。
【０００４】
また、特許文献１には、ロボットアームの先端に取り付けられたレーザ加工ヘッドにエア噴射ノズルを取り付け、エア噴射ノズルから噴射されるエアによりヒュームを吹き飛ばす構成を備えたレーザ溶接装置が記載されている。このレーザ溶接装置では、ワークないしレーザ光の側方にエア噴射ノズルを配置し、レーザ光を横切るようにエアを噴射している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ワークに対して溶接を行う際には、ワークを作業台の上に載せ、例えば棒状または板状の複数本のクランパによりワークを上から押さえ付ける場合が多い。この場合、ワークにおける溶接すべき箇所は、複数本のクランパに囲まれた凹んだ位置に配置される。このため、このクランパに囲まれた凹んだ位置に上方からレーザ光を差し込むようにして溶接を行う。
【０００７】
このようにワークをクランパによって押さえ付けながら溶接を行う場合、ワークの側方に設置されたファンからワークに向けて横方向にエアを吹き付けても、エアがクランパの側面に当たって遮られてしまい、クランパに囲まれた凹んだ領域内にエアが流れ込まない。この結果、クランパに囲まれた凹んだ領域内に金属蒸気（プルーム）が滞留してしまい、この金属蒸気（プルーム）によりレーザ光が遮られ、溶接の品質が低下する場合がある。
【０００８】
また、ワークの側方に設置されたファンからワークに向けて横方向にエアを吹き付ける方法では、ワークにおける溶接すべき箇所がファンに近い場合と遠い場合とでエアの当たり具合が大きく異なり、このため、溶接すべき箇所がファンに近い場合と遠い場合とで、エアによって吹き飛ばされずに残留する金属蒸気（プルーム）の量が異なる。この結果、ワークにおける溶接すべき箇所によって溶接の品質に差が生じる場合がある。また、クランパの設置の仕方によっては、ワーク上においてエアの当たり具合が不均一になる場合があり、この場合にも、ワークにおける溶接すべき箇所によって溶接の品質に差が生じることがある。
【０００９】
また、特許文献１に記載されたレーザ溶接装置は、ワークないしレーザ光の側方にエア噴射ノズルを配置し、レーザ光を横切るようにエアを噴射する構成であるため、特許文献１に記載されたレーザ溶接装置においても、ワークの側方に設置されたファンからワークに向けて横方向にエアを吹き付ける場合と同様の問題が生じ得る。
【００１０】
一方、ワークにレーザ光を照射したときに飛散するスパッタが、スキャナ装置の保護ガラスに衝突し、保護ガラスが傷付いてしまうという問題もある。
【００１１】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の第１の課題は、ワーク等の加工物にレーザ光を照射することによって生じる金属蒸気（プルーム）を確実に除去して溶接の品質を高めることができるレーザ溶接装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の第２の課題は、加工物において溶接すべき箇所が相互に異なる位置に複数ある場合でも、それぞれの箇所における溶接の品質の均一化を図ることができるレーザ溶接装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の第３の課題は、加工物にレーザ光を照射することによって生じるスパッタの飛散を抑制することができるレーザ溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の第１のレーザ溶接装置は、加工物にレーザ光を照射して前記加工物の溶接を行うレーザ溶接装置であって、前記加工物に前記レーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段が前記加工物の上方に配置されるように前記レーザ照射手段を支持する支持部と、前記加工物の上方に配置されるように前記支持部に支持され、前記レーザ光の光軸を包囲するリング状のガスを前記加工物に向けて吐出するガス吐出手段と、前記ガス吐出手段にガスを供給するガス供給源とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１のレーザ溶接装置によれば、加工物の上方からリング状のガスを加工物に向けて吹き付けることができる。これにより、加工物をクランパで押さえ付けながら溶接を行う場合でも、加工物においてクランパに囲まれた凹んだ領域内にガスを吹き込ませることができ、当該領域内の金属蒸気（プルーム）を外部へ吹き飛ばすことができる。したがって、レーザ光を遮る金属蒸気（プルーム）を確実に除去することができ、溶接の品質を高めることができる。
【００１６】
また、加工物の上方からリング状のガスを加工物に向けて吹き付けることができるので、加工物において溶接すべき箇所が相互に異なる位置に複数ある場合でも、すべての箇所にガスを吹き当てて、金属蒸気（プルーム）を吹き飛ばすことができる。これにより、それぞれの箇所における溶接の品質を均一化させることができる。
【００１７】
また、ガス吐出手段はレーザ照射手段と同じ支持部に支持されている。例えば支持部がロボットであり、ロボットのアームの先端部にレーザ照射手段が支持される場合には、ガス吐出手段も当該ロボットのアームの先端部に支持される。この結果、ロボットを遠隔操作してレーザ照射手段を移動させてレーザ光の照射位置を移動させると、ガス吐出手段もレーザ照射手段に追従して移動する。これにより、レーザ光を照射して溶接する箇所に常にガスを十分に吹き付けることができる。したがって、加工物における溶接すべきすべての箇所について、溶接の品質を均一化させることができる。
【００１８】
また、加工物の上方からリング状のガスを加工物に向けて吹き付けることにより、スパッタを加工物から外れた場所へ下向きに飛ばすことができる。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の第２のレーザ溶接装置は、上述した本発明の第１のレーザ溶接装置において、前記ガス吐出手段は、リング状に形成され、前記レーザ照射手段または前記レーザ光の光軸を包囲するように前記支持部に支持されたハウジングと、前記ハウジング内にリング状に形成され、前記ガス供給源から供給されるガスを蓄えるキャビティと、リング状に形成され、前記レーザ照射手段または前記レーザ光の光軸を包囲するように前記ハウジングの下面側に取り付けられた内側リング部材と、リング状に形成され、前記内側リング部材の外径よりも大きい内径を有し、前記内側リング部材の外周側に位置し前記内側リング部材と同軸となるように前記ハウジングの下面側に取り付けられた外側リング部材と、前記内側リング部材の外周側端面と前記外側リング部材の内周側端面との間に形成され、前記キャビティと連通するリング状の吐出口とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２のレーザ溶接装置によれば、リング状のガス流を簡単な構造により作り出すことができる。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の第３のレーザ溶接装置は、上述した本発明の第２のレーザ溶接装置において、前記内側リング部材の外周側端面は、その下縁が上縁よりも当該内側リング部材の中心に接近するように傾斜し、前記外側リング部材の内周側端面は、その下縁が上縁よりも当該外側リング部材の中心に接近するように傾斜し、前記内側リング部材の外周側端面の傾斜および前記外側リング部材の内周側端面の傾斜により前記吐出口から吐出されるガスの吐出方向が定められていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第３のレーザ溶接装置によれば、ガスの吐出方向を簡単な構造により設定することができる。特に、外側リング部材の内周側端面の傾斜、および内側リング部材の外周側端面の傾斜をそれぞれ変更することにより、ガスの吐出方向を容易に変更することができる。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の第４のレーザ溶接装置は、上述した本発明の第２または第３のレーザ溶接装置において、前記吐出口が描く円の中心を吐出基準点とし、前記吐出基準点を通り当該円と垂直に交わる直線を吐出軸とすると、前記吐出軸上であって前記吐出基準点から下方へ前記レーザ光の焦点距離の２分の１よりも短い距離離れた位置にガス集中点が設定され、前記吐出口から吐出されるガスが前記ガス集中点に集中するように当該ガスの吐出方向が定められていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第４のレーザ溶接装置によれば、ガス吐出手段の吐出口から吐出されたガスはガス集中点において一度集まってから、漸次拡がりつつ下方へ流れ、その後、加工物に吹き当たる。これにより、加工物において溶接すべき箇所のある面の広い範囲に均一にガスを吹き付けることができる。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の第５のレーザ溶接装置は、上述した本発明の第２ないし第４のいずれかのレーザ溶接装置において、前記内側リング部材および前記外側リング部材は前記ハウジングに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
【００２６】
本発明の第５のレーザ溶接装置によれば、内側リング部材および外側リング部材を別の内側リング部材および別の外側リング部材にそれぞれ容易に交換することができる。例えば、外周側端面の傾斜角が相互に異なる複数の内側リング部材を用意し、内周側端面の傾斜角が相互に異なる複数の外側リング部材を用意し、これら複数の内側リング部材および外側リング部材の中から任意の内側リング部材および外側リング部材を選んでハウジングに取り付けることにより、ガスの吐出方向を任意に設定ないし変更することができる。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の第６のレーザ溶接装置は、上述した本発明の第２ないし第５のいずれかのレーザ溶接装置において、前記ハウジングの外周側には、前記キャビティに連通し、前記ガス供給源から供給されるガスを前記キャビティに流入させる複数のガス供給口が形成され、前記複数のガス供給口は、前記ハウジングの周方向において等しい間隔をもって配置されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の第６のレーザ溶接装置によれば、等間隔に配置された複数のガス供給口からキャビティ内にガスを供給することにより、キャビティから吐出口を介して吐出されるガスの流速を均一化することができる。特に、キャビティの容積が小さい場合でも、ガスの流速を均一化することができる。これにより、加工物における溶接すべきすべての箇所にガスを均一に吹き当てて、金属蒸気（プルーム）を吹き飛ばすことができ、それぞれの箇所における溶接の品質を均一化させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、加工物にレーザ光を照射することによって生じる金属蒸気（プルーム）を確実に除去して溶接の品質を高めることができる。また、本発明によれば、加工物において溶接すべき箇所が相互に異なる位置に複数ある場合でも、それぞれの箇所における溶接の品質の均一化を図ることができる。また、本発明によれば、加工物にレーザ光を照射することによって生じるスパッタの飛散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置を示す全体図である。
【図２】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置におけるエアブロー装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置におけるエアブロー装置を示す下面図である。
【図４】図３中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見たエアブロー装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置におけるエアブロー装置のハウジングを示す下面図である。
【図６】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置におけるエアブロー装置の内側リング部材を示す下面図である。
【図７】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置におけるエアブロー装置の外側リング部材を示す下面図である。
【図８】エアブロー装置の別の内側リング部材の一部および別の外側リング部材の一部を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置のエアブロー装置におけるエアの吐出方向の設定方法を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置におけるエアブロー装置からワーク表面に吹き付けられるエアの分布を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置においてエアブロー装置からのエアがワークに向けて吹き付けられる様子を示す説明図である。
【図１２】比較例によるレーザ溶接装置においてエアがワークに向けて吹き付けられる様子を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施形態における内側リング部材および外側リング部材に代えて用いることが可能なリング部材を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面に従って説明する。図１は本発明の実施形態によるレーザ溶接装置を示している。図１において、本発明の実施形態によるレーザ溶接装置１は、加工物にレーザ光を照射して加工物の溶接を行う装置である。加工物としてのワーク５は作業台６上に載置されている。また、ワーク５は複数本のクランパ７により作業台６上に押さえ付けられている。
【００３２】
レーザ溶接装置１は、レーザ照射手段としてのスキャナ装置１１、ロボット１２、レーザ発振装置１４、ガス吐出手段としてのエアブロー装置１６、およびガス供給源としてのエア源１７を備えている。スキャナ装置１１は、ロボット１２のアーム１２Ａの先端部に取り付けられている。レーザ発振装置１４は光ファイバ１５を介してスキャナ装置１１に接続されている。
【００３３】
また、スキャナ装置１１は、ロボット１２により、作業台６上においてクランパ７により押さえ付けられたワーク５の上方に配置される。レーザ発振装置１４から発振されたレーザ光は、光ファイバ１５を介してスキャナ装置１１に供給され、スキャナ装置１１に設けられた光学機器（図示せず）により集光されつつ、スキャナ装置１１からワーク６に向けて照射される。また、スキャナ装置１１の下面には、スキャナ装置１１に設けられた光学機器をスパッタの衝突から保護するための保護ガラス１１Ａが取り付けられている。
【００３４】
溶接作業者は、遠隔操作によりロボット１２のアーム１２Ａを動かしてスキャナ装置１１を移動させ、または、遠隔操作によりスキャナ装置１１に設けられた光学機器を動かし、スキャナ装置１１から照射されるレーザ光の照射位置を変えることができる。例えば、遠隔操作によりスキャナ装置１１に設けられた光学機器を動かすことで、レーザ光の光軸Ｌの向きを変えることができる。このようにレーザ光の照射位置を移動させることで、作業台６上にワーク５を固定した状態であっても、ワーク５の複数の箇所において溶接を行うことができる。
【００３５】
また、エアブロー装置１６は、ワーク５における溶接する箇所およびその周囲にエアＡを吹き付け、レーザ光のワーク５への照射により発生する金属蒸気（プルーム）、およびスパッタを吹き飛ばす装置である。エアブロー装置１６はスキャナ装置１１の下部に支持され、作業台６上に載置されたワーク５の上方に配置される。また、エアブロー装置１６は後述するようにリング状の外形を有しており、スキャナ装置１１から照射されるレーザ光の光軸Ｌを包囲するように配置されている。
【００３６】
また、エア源１７はエア供給配管１８を介してエアブロー装置１６に接続され、エアをエアブロー装置１６に供給する。エアブロー装置１６は、エア源１７からエアの供給を受け、レーザ光の光軸Ｌを包囲するリング状のエアＡをワーク５に向けて吐出する。
【００３７】
図２、図３、図４はエアブロー装置１６を示している。図５、図６、図７は、エアブロー装置１６のハウジング、内側リング部材、外側リング部材をそれぞれ示している。図２に示すように、エアブロー装置１６は、ハウジング２１、内側リング部材２５および外側リング部材２７から大略構成されている。
【００３８】
ハウジング２１は、例えば金属または耐熱性を有する樹脂等の材料にリング状に形成されている。また、ハウジング２１の外周の側面には複数の取付部材２２が取り付けられ、取付部材２２を介して、レーザ光の光軸Ｌを包囲するようにスキャナ装置１１の下部に取り付けられている。
【００３９】
また、図５に示すように、ハウジング２１の内部には、ハウジング２１のリング状の外形に沿うようにリング状のキャビティ２３が形成されている。また、キャビティ２３は、ハウジング２１の下面２１Ａに開口しており、キャビティ２３の開口部は、キャビティ２３の形状に沿ってリング状である。
【００４０】
また、ハウジング２１の外周の側面には一対のエア供給口２４が４対形成されており、各エア供給口２４はキャビティ２３に連通している。また、図２に示すように、各エア供給口２４には、エア供給配管１８が接続されている。これにより、エア源１７からエア供給配管１８を通って供給されるエアは各エア供給口２４を介してキャビティ２３内に流入し、キャビティ２３内に一時的に蓄えられる。なお、詳細な図示を省略しているが、エア供給配管１８は、その一端側がエア源１７に接続され、他端側は複数本の支管に分かれて各エア供給口２４に接続されている。
【００４１】
また、４対のエア供給口２４は、一対ごとに、ハウジング２１の周方向において等しい間隔（例えば９０度間隔）をもって配置されている。これにより、エアをキャビティ２３内に相互に異なる複数の方向（例えば４方向）から同時に流入させることができる。
したがって、キャビティ２３から吐出口２９を介して吐出されるエアＡの流速を均一化することができる。特に、本実施形態のようにキャビティ２３の容積が小さい場合でも、吐出口２９から吐出されるエアＡの流速を均一化することができる。これにより、ワーク５における複数の溶接すべき箇所のすべてにエアＡを均一に吹き当てて、金属蒸気（プルーム）を吹き飛ばすことができ、それぞれの箇所における溶接の品質を均一化させることができる。
【００４２】
内側リング部材２５は、図６に示すように、例えば金属または耐熱性を有する樹脂等の材料によりリング状の平板状に形成されている。内側リング部材２５は、図３に示すように、ハウジング２１の下面２１Ａの内周部分にねじ２６を用いて着脱可能に取り付けられる。すなわち、内側リング部材２５には、図６に示すように、複数の小孔２５Ｂが全周にわたって所定の間隔をもって形成されており、一方、ハウジング２１の下面２１Ａの内周部分には、図５に示すように、内側リング部材２５に形成された小孔２５Ｂに対応するように複数のねじ穴２１Ｂが形成されており、内側リング部材２５の各小孔２５Ｂを介してハウジング２１の各ねじ穴２１Ｂにねじ２６を締着することにより、内側リング部材２５はハウジング２１の下面２１Ａの内周部分に取り付けられる。このように内側リング部材２５がハウジング２１の下面２１Ａの内周部分に取り付けられることにより、内側リング部材２５は、レーザ光の光軸Ｌを包囲するように配置される。また、内側リング部材２５の外周部分は、図３に示すように、ハウジング２１の下面２１Ａに開口したキャビティ２３の開口部の内周部分を覆う。
【００４３】
外側リング部材２７は、図７に示すように、例えば金属または耐熱性を有する樹脂等の材料によりリング状の平板状に形成されている。外側リング部材２７は、図３に示すように、ハウジング２１の下面２１Ａの外周部分にねじ２８を用いて着脱可能に取り付けられる。すなわち、外側リング部材２７には、図７に示すように、複数の小孔２７Ｂが全周にわたって所定の間隔をもって形成されており、ハウジング２１の下面２１Ａの外周部分には、図５に示すように、外側リング部材２７に形成された小孔２７Ｂに対応するように複数のねじ穴２１Ｃが形成されており、外側リング部材２７の各小孔２７Ｂを介してハウジング２１の各ねじ穴２１Ｃにねじ２８を締着することにより、外側リング部材２７はハウジング２１の下面２１Ａの外周部分に取り付けられる。このように外側リング部材２７がハウジング２１の下面２１Ａの外周部分に取り付けられることにより、外側リング部材２７は、レーザ光の光軸Ｌを包囲すると共に、内側リング部材２５と同軸となるように内側リング部材２５の外周側に配置される。また、外側リング部材２７の内周部分は、図３に示すように、ハウジング２１の下面２１Ａに開口したキャビティ２３の開口部の外周部分を覆う。
【００４４】
内側リング部材２５および外側リング部材２７をハウジング２１の下面に取り付けた状態で、内側リング部材２５の外周側端面２５Ａと外側リング部材２７の内周側端面２７Ａとの間には、キャビティ２３と連通するリング状の吐出口２９が形成される。すなわち、外側リング部材２７の内径Ｄ２（図７参照）は、内側リング部材２５の外径Ｄ１（図６参照）よりも大きいため、内側リング部材２５の外周側端面２５Ａと外側リング部材２７の内周側端面２７Ａとの間にリング状の隙間が形成される。そして、このリング状の隙間はリング状のキャビティ２３の開口部に対応した位置に配置され、キャビティ２３と連通している。これにより、このリング状の隙間は、キャビティ２３に供給されたエアを吐出する吐出口２９として機能する。
【００４５】
また、図４に示すように、吐出口２９を形成する内側リング部材２５の外周側端面２５Ａは、その下縁が上縁よりも内側リング部材２５の中心に接近するように傾斜している。また、吐出口２９を形成する外側リング部材２７の内周側端面２７Ａは、その下縁が上縁よりも外側リング部材２７の中心に接近するように傾斜している。そして、内側リング部材２５の外周側端面２５Ａの傾斜および外側リング部材２７の内周側端面２７Ａの傾斜により吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向が定められる。このエアＡの吐出方向の設定については後述する。
【００４６】
ここで、エアブロー装置１６においては、内側リング部材２５と外側リング部材２７とを別の内側リング部材および別の外側リング部材にそれぞれ交換することにより、吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向を変更することができる。
【００４７】
例えば、図８（１）中の内側リング部材３１は、その外周側端面の傾斜が、内側リング部材２５の外周側端面の傾斜（図４中の二点鎖線で囲まれた部分を参照）と比較して急である（水平面Ｈに対する傾斜角αが大きい）。また、図８（１）中の外側リング部材３２は、その内周側端面の傾斜が、外側リング部材２７の内周側端面の傾斜（図４中の二点鎖線で囲まれた部分を参照）と比較して急である。内側リング部材２５および外側リング部材２７をハウジング２１から取り外して、これらの代わりに、内側リング部材３１および外側リング部材３２をハウジング２１に取り付けることにより、吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向を、内側リング部材２５および外側リング部材２７をハウジング２１に取り付けたときに形成される吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向と比較して、水平面Ｈに垂直な方向に近づけることができる。
【００４８】
また、図８（２）中の内側リング部材３３は、その外周側端面の傾斜が、内側リング部材２５の外周側端面の傾斜（図４参照）と比較して緩やかである（水平面Ｈに対する傾斜角αが小さい）。また、図８（２）中の外側リング部材３４は、その内周側端面の傾斜が、外側リング部材２７の内周側端面の傾斜（図４参照）と比較して緩やかである。内側リング部材２５および外側リング部材２７をハウジング２１から取り外して、これらの代わりに、内側リング部材３３および外側リング部材３４をハウジング２１に取り付けることにより、吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向を、内側リング部材２５および外側リング部材２７をハウジング２１に取り付けたときに形成される吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向と比較して、水平方向に近づけることができる。
【００４９】
内側リング部材２５、３１、３３および外側リング部材２７、３２、３４はそれぞれねじ２６、２８を着脱することによりハウジング２１に対し容易に着脱することができるので、内側リング部材２５、３１、３３および外側リング部材２７、３２、３４の交換作業は容易である。そして、内側リング部材２５、３１、３３および外側リング部材２７、３２、３４を交換するだけで、吐出口２９から吐出されるエアＡの吐出方向を容易に変更することができる。
【００５０】
図９はエアブロー装置１６におけるエアＡの吐出方向の設定方法を示し、図１０はエアブロー装置１６からワーク表面に吹き付けられるエアＡの分布を示している。エアブロー装置１６におけるエアＡの吐出方向は次のように設定することが望ましい。すなわち、図９に示すように、ワークの表面Ｗが水平な面であり、スキャナ装置のレーザ照射部１３から照射されるレーザ光の焦点距離Ｄ３が６００ｍｍであり、それゆえ、レーザ照射部１３がワークの表面Ｗから６００ｍｍ離れた位置となるように配置されているとする。また、吐出口２９がワークの表面Ｗから６００ｍｍ離れた位置となるようにエアブロー装置１６が配置されているとする。
【００５１】
このようなある１つの理想的な設定状態において、エアブロー装置１６におけるエアＡの吐出方向は、リング状の吐出口２９が描く円の中心を吐出基準点Ｐ１とし、吐出基準点Ｐ１を通り当該円と垂直に交わる直線を吐出軸Ｑとすると、吐出軸Ｑ上であって吐出基準点Ｐ１から下方へレーザ光の焦点距離Ｄ３の２分の１よりも短い距離Ｄ４離れた位置にエア集中点Ｐ２を設定し、吐出口２９から吐出されるエアＡがエア集中点Ｐ２に集中するように設定することが望ましい。
【００５２】
このようにエアＡの吐出方向を設定することにより、エアＡは、吐出口２９から吐出し、エア集中点Ｐ２において一度集まってから、漸次拡がりつつ下方へ流れ、その後、ワークに吹き当たるようになる。これにより、ワークの表面Ｗの広い範囲に均一にエアＡを吹き付けることができる。具体的には、図１０に示すように、ワークの表面Ｗに吹き付けられるエアＡの流速が、吐出軸Ｑと表面Ｗとが交わる点Ｐ３から水平方向におよそ１００ｍｍ離れた領域Ｒ２〜Ｒ９において均一となり、かつ適切な値（例えば中央の領域Ｒ１における流速が１９．０ｍ／ｓである場合に、周囲の領域Ｒ２〜Ｒ９における流速がおよそ４．５ｍ／ｓ〜５．０ｍ／ｓ）となる。
【００５３】
レーザ溶接装置の理想的な設定状態を示す図９と、レーザ溶接装置１の実際の設定状態を示す図１とを比較するとわかるとおり、実際の設定状態では、エアブロー装置１６がスキャナ装置１１よりも下に配置されており、吐出口２９がスキャナ装置１１のレーザ照射部よりも低い位置にある。しかしながら、図１に示す実際の設定状態において、吐出基準点とエア集中点との間の距離が、図９に示す理想的な設定状態における吐出基準点Ｐ１とエア集中点Ｐ２との間の距離Ｄ４よりも短くなるように、エアブロー装置１６のエアＡの吐出方向を設定することにより、ワーク５の表面に吹き当たるエアＡの分布を、図１０に示すように適切に設定することができる。
【００５４】
なお、実際には、ワーク５の高さ寸法やワーク５の表面の凹凸形状等に応じてワーク５の表面に吹き当たるエアＡの分布を調整する必要が生じる場合がある。この場合には、上述したように、内側リング部材２５および外側リング部材２７を別の内側リング部材３１、３３および別の外側リング部材３２、３４等と交換してエアＡの吐出方向を変更すればよい。
【００５５】
以上説明したとおり、本発明の実施形態によるレーザ溶接装置１によれば、ワーク５の上方からリング状のエアＡをワーク５に向けて吹き付けることができる。これにより、ワーク５をクランパ７で押さえ付けながら溶接を行う場合でも、ワーク５においてクランパ７に囲まれた凹んだ領域内にエアＡを吹き込ませることができ、当該領域内の金属蒸気（プルーム）を外部へ吹き飛ばすことができる。したがって、レーザ光を遮る金属蒸気（プルーム）を除去することができ、溶接の品質を高めることができる。
【００５６】
また、レーザ溶接装置１によれば、ワーク５の上方からリング状のエアＡをワーク５に向けて吹き付けることにより、スパッタをワーク５から外れた場所へ下向きに飛ばすことができる。これにより、スキャナ装置１１の保護ガラス１１Ａにスパッタが衝突して保護ガラス１１Ａが傷付くことを防止することができる。
【００５７】
ここで、図１１および図１２に従って、レーザ溶接装置１の作用効果を具体的に説明する。図１１は、本発明の実施形態によるレーザ溶接装置１においてエアを金属蒸気（プルーム）等に吹き付ける様子を示している。図１２は、比較例によるレーザ溶接装置においてエアを金属蒸気（プルーム）等に吹き付ける様子を示している。
【００５８】
比較例によるレーザ溶接装置１０１では、図１２に示すように、ワーク５の側方にファン１１３を設置し、ファン１１３によりワーク５の側方からワーク５に向けてエアＡを吹き付けている。このため、ワーク５においてクランパ７に囲まれた凹んだ領域内にエアＡが流れ込まず、この結果、当該領域内に金属蒸気（プルーム）Ｖが滞留している。この滞留した金属蒸気（プルーム）Ｖは、スキャナ装置１１１から照射されるレーザ光の照射の妨げとなり、溶接の品質を低下させる原因となり得る。また、レーザ溶接装置１０１においては、スパッタＳがスキャナ装置１１１の保護ガラス１１１Ａに衝突して保護ガラスが傷付く場合がある。
【００５９】
これに対し、本発明の実施形態によるレーザ溶接装置１では、図１１に示すように、ワーク５の上方からワーク５に向けて吐出されたエアＡが、ワーク５においてクランパ７に囲まれた凹んだ領域内に流れ込み、このエアＡにより、当該領域内の金属蒸気（プルーム）Ｖが当該領域から外部へ吹き飛ばされている。この結果、レーザ光が安定した状態で十分にワーク５に照射されるので、溶接の品質が高まる。また、レーザ溶接装置１においては、ワーク５の上方からワーク５に向けて吐出されたエアＡにより、スパッタＳがワーク５から外れた場所へ下向きに吹き飛ばされている。この結果、スキャナ装置１１の保護ガラス１１ＡへのスパッタＳの衝突は大幅に減少する。
【００６０】
さらに、本発明の実施形態によるレーザ溶接装置１によれば、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、ワーク５の上方からリング状のエアＡをワーク５に向けて吹き付けることができるので、ワーク５において溶接すべき箇所が相互に異なる位置に複数ある場合でも、すべての箇所にエアＡを吹き当てて、金属蒸気（プルーム）を吹き飛ばすことができ、それぞれの箇所における溶接の品質を均一化させることができる。
【００６１】
また、ロボット１２のアーム１２Ａの先端にスキャナ装置１１とエアブロー装置１６が支持されているので、ロボット１２を遠隔操作してスキャナ装置１１を移動させてレーザ光の照射位置を移動させると、エアブロー装置１６がスキャナ装置１１に追従して移動する。これにより、レーザ光を照射して溶接する箇所に常にエアＡを十分に吹き付けることができる。したがって、ワーク５における溶接すべきすべての箇所について、溶接の品質を均一化させることができる。
【００６２】
なお、上述した実施形態では、エアブロー装置１６において、内側リング部材２５の外周側に外側リング部材２７を配置することで、両者間にリング状の吐出口２９を形成する場合を例にあげたが、本発明はこれに限らない。例えば、図１３に示すように、内側リング部材２５および外側リング部材２７に代えて、円弧状のスリット４１Ａが形成された単一のリング部材４１を用いることもできる。例えば円弧状の長いスリット４１Ａを周方向に狭い間隔で形成することにより、全体的に見て実質的にリング状のスリットを形成することができ、これによりリング状の吐出口を実現することができる。
【００６３】
また、上述した実施形態では、エアブロー装置１６をスキャナ装置１１に支持する場合を例にあげたが、本発明はこれに限らない。エアブロー装置１６をロボット１２のアーム１２Ａの一部に支持してもよい。また、スキャナ装置１１およびエアブロー装置１６をロボット１２ではなく、支柱や台等により支持してもよく、また、高い位置からこれらを吊してもよい。
【００６４】
また、上述した実施形態では、エアブロー装置１６によりエアをワーク５に向けて吐出する場合を例にあげたが、エアに代えて、他のガスを用いてもよい。また、例えばエア源１７とエアブロー装置１６との間に流量調整弁等を設け、エア源１７からエアブロー装置１６に供給するエアの量を調整し、これにより吐出口２９から吐出されるエアＡの流速を変えることができるようにしてもよい。
【００６５】
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うレーザ溶接装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１  レーザ溶接装置
５  ワーク（加工物）
１１  スキャナ装置（レーザ照射手段、支持部）
１２  ロボット（支持部）
１６  エアブロー装置（ガス吐出手段）
１７  エア源（ガス供給源）
２１  ハウジング
２１Ａ  下面
２３  キャビティ
２４  エア供給口（ガス供給口）
２５、３１、３３  内側リング部材
２５Ａ  外周側端面
２７、３２、３４  外側リング部材
２７Ａ  内周側端面
２９  吐出口
Ａ  エア（ガス）
Ｌ  光軸
Ｐ１  吐出基準点
Ｑ  吐出軸
Ｐ２  エア集中点（ガス集中点）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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