(57)【要約】【課題】楕円光束のレーザ光を出射し作業が容易なハンディトーチを提供する。【解決手段】把持可能な本体部(11)と、本体部(11)の内部に配置されレーザ光(Ls3)の光束を楕円光束に整形するシリンドリカルレンズ(73)と、楕円光束に整形されたレーザ光(Ls)を出射するノズル部(13)と、  前記本体部(11)を把持した手の指によって操作可能とされ、シリンドリカルレンズ(73)をレーザ光(Ls)の光軸(CLs)まわりに回動させる操作部(15)と、を備えた。【選択図】図２
2019195822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持可能な本体部と、
前記本体部の内部に配置されレーザ光の光束を楕円光束に整形するシリンドリカルレンズと、
前記楕円光束に整形された前記レーザ光を出射するノズル部と、
前記本体部を把持した手の指によって操作可能とされ、前記シリンドリカルレンズを前記レーザ光の光軸まわりに回動させる操作部と、
を備えたハンディトーチ。
【請求項２】
前記操作部は、前記光軸まわりに回動可能であり、前記シリンドリカルレンズは、前記操作部の回動と連動して回動することを特徴とする請求項１記載のハンディトーチ。
【請求項３】
前記操作部の回動において、所定の回動角度間隔でクリック感を生成するクリック感生成部を有していることを特徴とする請求項２記載のハンディトーチ。
【請求項４】
前記操作部を前記指で操作することによって、前記ノズル部から出射する前記レーザ光の楕円光束の長軸方向を、前記光軸まわりの任意の方向に設定可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハンディトーチ。
【請求項５】
レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ光が供給され把持可能な本体部と、前記本体部の内部に配置されて供給された前記レーザ光の光束を楕円光束に整形するシリンドリカルレンズと、前記楕円光束に整形された前記レーザ光を出射するノズル部と、前記本体部を把持した手の指によって操作可能とされ、前記シリンドリカルレンズを前記レーザ光の光軸まわりに回動させる操作部と、を有するハンディトーチと、
を備えたレーザ溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンディトーチ及びレーザ溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンドリカルレンズを用いて光束の横断面形状を楕円形に整形したレーザ光（以下、単に楕円光束のレーザ光と称する）を、ノズルから出射するレーザ加工ヘッドが知られており、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されたレーザ加工ヘッドは、シリンドリカルレンズを保持したレンズホルダをモータによって回動させて、レーザ光の光束の長軸方向を変更できるようになっている。
【０００３】
一方、溶接作業を、レーザを出射するトーチをより自由な姿勢にして行えるように、そのトーチを把持可能としたハンディトーチと称されるものが知られており、特許文献２に記載されている。
一般に、ハンディトーチには、レーザ発振器から出力されたレーザ光がフレキシブルな光ケーブルによって供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５４３８０号公報
【特許文献２】特開平９−２２０６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶接に用いるトーチを楕円光束のレーザ光を出射するものとし、トーチを溶接ラインに沿って移動させる際に楕円光束の長軸方向をその溶接ラインの方向に併せることで、高いエネルギ効率で溶接できる。
一方、ハンディトーチを用いたレーザ溶接においては、ハンディトーチ自体の姿勢の自由度は高い反面、比較的堅牢に形成されている光ケーブルを肩にかついで作業するのが一般的である。
そのため、ハンディトーチを、出射するレーザ光の長軸方向を溶接ラインに併せた姿勢にしてその溶接ラインに沿って移動させる作業は、溶接ラインの向きや曲がり度合いによって光ケーブルを支える身体への負担が大きくなる場合があった。
楕円光束の長軸方向の調整を、特許文献１に記載されているようなモータで行うことも検討されるが、ハンディトーチにモータを搭載すると、把持するトーチが大きくかつ重くなって作業者の負担が大きくなる、という問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、楕円光束のレーザ光を出射し作業が容易なハンディトーチ及びレーザ溶接機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
１）把持可能な本体部と、
前記本体部の内部に配置されレーザ光の光束を楕円光束に整形するシリンドリカルレンズと、
前記楕円光束に整形された前記レーザ光を出射するノズル部と、
前記本体部を把持した手の指によって操作可能とされ、前記シリンドリカルレンズを前記レーザ光の光軸まわりに回動させる操作部と、
を備えたハンディトーチである。
２）前記操作部は、前記光軸まわりに回動可能であり、前記シリンドリカルレンズは、前記操作部の回動と連動して回動することを特徴とする１）に記載のハンディトーチである。
３）前記操作部の回動において、所定の回動角度間隔でクリック感を生成するクリック感生成部を有していることを特徴とする２）に記載のハンディトーチである。
４）前記操作部を前記指で操作することによって、前記ノズル部から出射する前記レーザ光の楕円光束の長軸方向を、前記光軸まわりの任意の方向に設定可能であることを特徴とする１）〜３）のいずれか一つに記載のハンディトーチである。
５）レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ光が供給され把持可能な本体部と、前記本体部の内部に配置されて供給された前記レーザ光の光束を楕円光束に整形するシリンドリカルレンズと、前記楕円光束に整形された前記レーザ光を出射するノズル部と、前記本体部を把持した手の指によって操作可能とされ、前記シリンドリカルレンズを前記レーザ光の光軸まわりに回動させる操作部と、を有するハンディトーチと、
を備えたレーザ溶接機である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、楕円光束のレーザ光を出射し作業が容易である、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ溶接機の実施例であるレーザ溶接機５１の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、レーザ溶接機５１が備えるハンディトーチ１を示す左側面図である。
【図３】図３は、ハンディトーチ１の部分断面図である。
【図４】図４は、ハンディトーチ１に備えられた操作部１５を示す斜視図である。
【図５】図５は、ハンディトーチ１のノズル部１３及び本体部１１の先端部分を示す部分左側面図である。
【図６】図６は、操作部１５の変形例の操作部１５Ａの横断面図である。
【図７】図７は、レーザ光Ｌｓの光束の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係るレーザ溶接機を、実施例であるレーザ溶接機５１により説明する。
【００１１】
（実施例）
レーザ溶接機５１は、被溶接部材としてのワークに対しレーザ溶接を行うための装置である。
まず、レーザ溶接機５１の全体構成を、図１を参照して説明する。
【００１２】
図１に示されるように、レーザ溶接機５１は、ハンディトーチ１と、制御装置２と、レーザ発振器３と、を含んで構成されている。
レーザ発振器３は、例えばファイバレーザ発振器であって、レーザ光を制御装置２の制御により生成し出力する。
ハンディトーチ１は、把持可能な直棒状を呈し、レーザ発振器３からフレキシブルな光ケーブル６１を介して供給されたレーザ光Ｌｓを、内蔵したレンズ群７により所望の光束形状などにしてノズル部１３の先端から出射する。
【００１３】
ハンディトーチ１と制御装置２との間は、制御ケーブル６２で接続されている。
ハンディトーチ１は、レーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦ操作をするためのスイッチボックス１４及びスイッチレバー１４ａを備えている。
スイッチレバー１４ａは、指で押し下げ可能であり、指を離すと自動的に復帰する。スイッチレバー１４ａの押し下げ／復帰に伴い、スイッチボックス１４からＯＮ／ＯＦＦ情報が制御ケーブル６２を介して制御装置２に伝達される。
制御装置２は、レーザ発振器３の動作を、伝達されたＯＮ／ＯＦＦ情報に基づいて制御する。
【００１４】
次に、図２及び図３も併せて参照し、ハンディトーチ１について詳述する。
図２はハンディトーチ１の左側面図であり、図３はハンディトーチ１の先端側の部分縦断面図である。説明の便宜上、前後上下の各方向を、図２及び図３に示した矢印により規定する。左右方向は紙面表裏方向であって、左方が紙面の表方側であり右方が紙面の裏方側である。
【００１５】
ハンディトーチ１は、本体部１１と、ノズル部１３と、スイッチボックス１４と、を有する。
本体部１１は、把持可能な太さの直棒状に形成されており、前後方向の中央部に、窓となる切り込み部１１ａを有する。切り込み部１１ａにおいて、環状の操作部１５の一部が露出している。
操作部１５は、本体部１１の軸線ＣＬ１１を中心として回動可能となっている。
本体部１１の後方端からは、光ファイバが内部に通された光ケーブル６１が延び出ている。
【００１６】
本体部１１の上面には、スイッチボックス１４が取り付けられており、スイッチボックス１４の前端から前方に板状のスイッチレバー１４ａが延び出ている。
また、スイッチボックス１４の後端からは、制御ケーブル６２が延び出ている。
本体部１１は、スイッチレバー１４ａ及び操作部１５の配置位置及び形状等が、作業者が本体部１１を上方から把持した際に、親指でスイッチレバー１４ａを押し下げでき、かつ人差し指で操作部１５を回動できるようになっている。
【００１７】
本体部１１の前端には、本体部１１より細く前方に延びるノズル部１３が取り付けられている。本体部１１の前端側の内部には、軸線ＣＬ１１を光軸ＣＬｓとする既述のレンズ群７が配置されている。
レンズ群７は、後方側から順に配置されたコリメーションレンズ７１，集光レンズ７２，及びシリンドリカルレンズ７３を含んで構成されている。
レンズ群７にシリンドリカルレンズ７３を含むことで、ノズル部１３の先端から出射するレーザ光Ｌｓの光束は、横断面形状が楕円となる。
【００１８】
ハンディトーチ１は、操作部１５を回動させると、その回動に連動してレンズ群７全体又はシリンドリカルレンズ７３のみが回動するようになっている。
これにより、シリンドリカルレンズ７３の長軸の方向を、操作部１５を回動させることで光軸ＣＬｓとなる軸線ＣＬ１１まわりの１８０°の範囲の任意の方向に設定できる。
すなわち、本体部１１を把持した手の指で操作部１５を回動して、出射するレーザ光の楕円光束の長軸方向を１８０°の範囲内の任意の方向に変えることができる。
【００１９】
ハンディトーチ１の構造例として、操作部１５の回動によりレンズ群７全体が回動する構造を図３〜図５を参照して説明する。
図３は、ハンディトーチ１の前方側部分の縦断面図である。
【００２０】
図３に示されるように、ハンディトーチ１の本体部１１は、前後に貫通する貫通孔１１ｂを有する。
貫通孔１１ｂには、後方側から光ケーブル６１が、その前端部６１ａの位置が概ねスイッチレバー１４ａの位置に対応するように挿入されている。
貫通孔１１ｂにおける前後方向中央部付近には、既述の操作部１５が、光ケーブル６１の外側に嵌められて回動自在に配置されている。
【００２１】
図４は、操作部１５を示す斜視図である。
この例における操作部１５は環状部材である。操作部１５は、本体部１１に取り付けられた状態での後方側の基部１５ｂと、前方側の指掛かり部１５ａと、を有する。基部１５ｂは外周面に凹凸がなく、指掛かり部１５ａは外周面に平目のローレットが形成されている。
基部１５ｂには、周方向において９０°間隔に、内側に窪む凹部１５ｃが形成されている。
【００２２】
図３に戻り、本体部１１の貫通孔１１ｂには、凹部１５ｃ（図３には不図示）に対応した位置に、プランジャ１１ｃが取り付けられている。プランジャ１１ｃの軸線ＣＬ１１側先端に配置されたボールは、通常時において軸線ＣＬ１１に向け突出し、外力が付与されることで弾性的に本体内に退避可能となっている。
これにより、操作部１５を回動させた際に、通常時に基部１５ｂの当接によって退避させられているプランジャ１１ｃのボールは、回動角度が９０°毎に凹部１５ｃ内に進入し操作部１５の更なる回動で凹部１５ｃから離脱する。
これにより、使用者は、操作部１５の回動に伴いクリック感を得られるようになっている。すなわち、凹部１５ｃとプランジャ１１ｃとは、クリック感生成部８として機能する。
【００２３】
操作部１５の前端部には、光ケーブル６１の外側に嵌められた筒状の連結筒１６に一体的に連結されている。
連結筒１６は、摺動性に優れた樹脂又は摺動性を向上させる内面処理をした金属で形成された支持筒１７の内側に摺動回動可能に挿入されている。支持筒１７は、本体部１１の貫通孔１１ｂの内周面に固定されている。
これにより、操作部１５を回動させると、連結筒１６は、操作部１５と一体的にスムースに回動する。
【００２４】
連結筒１６の前端部には、筒状のレンズ支持筒１８が一体的に連結されている。レンズ支持筒１８の先端部には、ノブリング１９を挟んでノズル部１３が一体的に連結されている。
ノブリング１９及びノズル部１３は、本体部１１の前端部１１ｅから前方に露出している。
レンズ支持筒１８は、貫通孔１１ｂにおける前方部分の内側に、軸線ＣＬ１１を中心に回動可能に挿着されている。
【００２５】
これにより、操作部１５を回動させると、連動してレンズ支持筒１８，ノブリング１９，及びノズル部１３が一体的に回動する。
【００２６】
レンズ支持筒１８は、内側に、軸線ＣＬ１１を光軸ＣＬｓとしてレンズ群７を保持している。
レンズ群７のコリメーションレンズ７１は、光ケーブル６１の前端部６１ａからの円形光束の拡散光として出射したレーザ光Ｌｓ１を、円形光束の平行光であるレーザ光Ｌｓ２にする。
集光レンズ７２は、レーザ光Ｌｓ２を、所定の位置に集光する円形光束の収束光であるレーザ光Ｌｓ３にする。
シリンドリカルレンズ７３は、入射光の光束を、直交２軸の一方の軸方向に整形する。例えば、図３においては、レーザ光Ｌｓ３の光束を、上下方向について収束するように整形する。
【００２７】
これにより、シリンドリカルレンズ７３に入射した円形光束の収束光であるレーザ光Ｌｓ３は、シリンドリカルレンズ７３によって楕円光束に整形された収束光であるレーザ光Ｌｓとしてノズル部１３内に出射する。
シリンドリカルレンズ７３が図３に示される姿勢では、レーザ光Ｌｓ３は、上下方向が短軸で左右方向が長軸Ｌｓａ（図７における実線参照）の楕円光束のレーザ光Ｌｓとしてノズル部１３内へ出射する。
【００２８】
操作部１５の回動に連動してレンズ支持筒１８が回動すると、レンズ群７は、軸線ＣＬ１１まわりに回動する。すなわち、シリンドリカルレンズ７３は回動し、回動角度に応じて出射するレーザ光Ｌｓにおける光束の長軸Ｌｓａの方向を変えることができる。
例えば、図７に実線で示される長軸Ｌｓａは、操作部１５を例えば４５°回動させることで、４５°傾いた破線で示される長軸Ｌｓａに方向を変更することができる（矢印ＤＲａ）。
【００２９】
上述のハンディトーチ１において、作業者が楕円光束の長軸Ｌｓａの方向を把握し易いように操作部１５の回動に伴いクリック感が得られるようにしてもよい。
図５は、図２におけるノズル部１３及び本体部１１の先端部分を拡大した左側面図である。
【００３０】
図５に示されるように、本体部１１の前端部１１ｅには、軸線ＣＬ１１を中心とする等角度間隔に、複数のプランジャ１１ｄが前方を先端ボール側とする姿勢で設置されている。この例では、４５°間隔で８個が、ドグとして機能させることができるように設置されている。
【００３１】
プランジャ１１ｄに当接する部材は、レンズ支持筒１８と一体で回動するノブリング１９のノブ１９ａである。
ノブ１９ａは、ノブリング１９の周方向の一箇所において、径方向外方に延びる部分であり、プランジャ１１ｄのボールに当接可能な径方向位置まで延びている。
【００３２】
ノブリング１９が回動したときに、ノブ１９ａはプランジャ１１ｄの先端のボールに当たり、ノブ１９ａが回動してプランジャ１１ｄを通過する際に、ボールを弾性的に退避させる。
これにより、作業者は、操作部１５を回動させたときに４５°感覚でクリック感が得られ、概ねの回動量を触感で把握することができる。
【００３３】
また、ノブリング１９をノズル部１３と共に交換可能にすると共に、ノブ１９ａがプランジャ１１ｄの本体に当たって回動を規制する形状のノブリング１９を装着し、２つのプランジャ１１ｄを所望の可動角度範囲の両端となる位置に配置してもよい。
この場合、２つのプランジャ１１ｄそれぞれの本体にノブ１９ａが当接することにより、ノブリング１９の回動が規制される。
そのため、シリンドリカルレンズ７３の回動範囲を所望の角度範囲内に規制することができる。
【００３４】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。
【００３５】
ノブ１９ａの周方向位置と、レンズ支持筒１８に保持されたシリンドリカルレンズ７３の収束方向（通過光束の短軸となる方向）又は非収束方向（通過光束の長軸となる方向）とを関連づけておくことで、レーザ光Ｌｓを出射させることなく、その光束の長軸Ｌｓａの方向を把握することも可能である。
【００３６】
一例を図６及び図７も参照して説明する。
図６は、操作部１５の変形例である操作部１５Ａの横断面図であり、図７は、ノズル部１３から出射したレーザ光Ｌｓの光束の横断面図である。
【００３７】
図６に示されるように、操作部１５Ａは、凹部１５ｃを周方向に１８０°離隔した２箇所のみ形成したものとする。そして、図７に示されるようにレーザ光Ｌｓの光束の長軸方向が左右方向になるときに、図５に示されるプランジャ１１ｄの内の特定のプランジャ１１ｄ１とノブ１９ａとの当接と、操作部１５Ａの凹部１５ｃへのプランジャ１１ｃの係合と、を同期発生させて、クリック感が大きくなるようにする。
これにより、作業者は、レーザ光Ｌｓを出射させなくても、操作部１５を少なくとも１８０°回動させることで、レーザ光Ｌｓの光束の長軸方向が左右方向である操作部１５Ａの回動位置を把握できる。
【００３８】
操作部１５（１５Ａ），連結筒１６，及びレンズ支持筒１８の材料は限定されない。金属や耐熱性に優れる樹脂など適宜選択してよい。
【００３９】
例えば、レーザ発振器３は、ファイバレーザに限定されるものではない。
操作部１５，連結筒１６，及びレンズ支持筒１８の３つの部材は、それぞれが独立したものであることに限定されない。
３つの部材のうちの少なくとも２つを、一つの部材として形成してもよい。
【００４０】
操作部１５の指掛かり部１５ａは、ローレットを形成されたものに限定されない。径方向に突出したレバー状に形成されていてもよい。
ただし、指掛かり部１５ａをレバー状とした場合、切り込み部１１ａの形状の制約から、操作部１５は所定の回動角度の間で回動させるものとする。所定の回動角度は、レーザ光Ｌｓの光束の長軸Ｌｓａを１８０°以上回動させることが好ましいことから、長軸Ｌｓａに連動するよう少なくとも１８０°以上の回動を可能とするよう切り込み部１１ａを形成するとよい。
【００４１】
操作部１５は、回動によってシリンドリカルレンズ７３を回動させるものに限定されない。例えば、本体部１１に、直動と回動とを変換する動力変換部を設けて、操作部１５を軸線ＣＬ１１方向に直道させることでシリンドリカルレンズ７３を回動させるよう構成してもよい。
すなわち、操作部１５は、本体部１１を把持した手の指で操作できるものであればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  ハンディトーチ
１１  本体部、    １１ａ  切り込み部、    １１ｂ  貫通孔
１１ｃ1，１１ｄ，１１ｄ１  プランジャ，    １１ｅ  前端部
１３  ノズル部、    １４  スイッチボックス、    １４ａ  スイッチレバー
１５，１５Ａ  操作部、    １５ａ  指掛かり部、    １５ｂ  基部
１５ｃ  凹部、    １６  連結筒、    １７  支持筒
１８  レンズ支持筒、    １９  ノブリング、    １９ａ  ノブ
２  制御装置
３  レーザ発振器
７  レンズ群
７１  コリメーションレンズ、    ７２  集光レンズ
７３  シリンドリカルレンズ
６１  光ケーブル、    ６１ａ  前端部
６２  制御ケーブル
８  クリック感生成部
ＣＬｓ  光軸、    ＣＬ１１  軸線
Ｌｓ，Ｌｓ１〜Ｌｓ３  レーザ光、    Ｌｓａ  長軸
【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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