(57)【要約】【課題】光ファイバによるレーザ光の遠隔からの伝送を行うことなく溶接に利用するレーザ光を得ることができるレーザ・アーク複合溶接ヘッドを提供する。【解決手段】アーク溶接を行うためのアーク電極１２と、アーク電極１２の周囲にリング状に配設した多数のレーザダイオード１１ａ乃至１１ｈで構成したレーザ光源１１と、アーク電極１２が貫通する孔１５ａを中央部に有するとともに、レーザ光源１１から照射するレーザ光１３ａ乃至１３ｅを溶接部分１６に集光させる集光光学系である孔明きレンズ１５とを有すること。【選択図】  図１
2004174592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接を行うためのアーク電極と、
アーク電極の周囲にリング状に配設した多数のレーザダイオードで構成したレーザ光源と、
アーク電極と干渉することなく、レーザ光源から照射するレーザ光を溶接部分に集光させる集光光学系とを有することを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
【請求項２】
〔請求項１〕に記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
集光光学系は、中央部にアーク電極が貫通する孔を有する孔明きレンズであることを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
【請求項３】
〔請求項１〕に記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
レーザ光源は複数のレーザ光を照射するものとし、
集光光学系は各レーザ光に対応して配設した複数のレンズで構成したことを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
【請求項４】
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
レーザ光源は、それぞれ複数のレーザダイオードを内蔵する扇形の複数のブロックをリング状に集合してなり、各ブロック毎にレーザ光を照射するように構成したことを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ・アーク複合溶接ヘッドに関し、特にレーザダイオードが照射するレーザ光を溶接に利用する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板などの金属同士を接合する溶接技術の一種としてレーザ溶接とアーク溶接とがある。レーザ光は光学系により集光して高いエネルギー密度が得られることから、このレーザ光を用いたレーザ溶接では狭い溶融範囲において深溶け込みの溶接を行うことができる。一方、ＴＩＧ溶接などのアーク溶接ではアークが比較的広範囲に広がるため、ビード幅の広い溶接となり、開先裕度の高い溶接が可能である。
【０００３】
そこで、近年では溶融幅が広く（開先裕度が高く）且つ溶け込み深さの深い溶接を行うため、レーザ溶接とアーク溶接とを同時に行うレーザ・アーク複合溶接ヘッドの研究がなされている。
【０００４】
図２は従来技術に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドを示す断面図である。同図に示すように、レーザ・アーク複合溶接ヘッドＩの本体上部には光ファイバ１の先端部が接続されている。光ファイバ１の基端部は図示しないＹＡＧレーザ発振器に接続されており、このＹＡＧレーザ発振器から発振されたレーザ光２を、光ファイバ１により伝送して当該溶接ヘッドＩ内へと導入するようになっている。
【０００５】
光ファイバ１の先端から出たレーザ光２は、溶接ヘッドＩ内に設けられた各種レンズ群３の内の集光レンズ群により最終的に集光されて鋼板などの被溶接材４に照射されるようになっている。
【０００６】
そして、上下に分割されたノズル５ａ，５ｂの内の下方ノズル５ｂの内面にリング状のアーク電極支持部材６が押えナット７を介して固設され、このアーク電極支持部材６にアーク電極８が前記レーザ光２の外側に位置して支持されている。
【０００７】
なお、レーザ・アーク複合溶接ヘッドを開示する従来技術として特許文献１を挙げることができる。これは、この種のレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいてアーク電極への金属蒸気の付着を効果的に防止するとともに、レーザ照射位置に対するアーク電極の最適な配置条件下で複合溶接を行うことができるように位置調節を行い得るようにしたものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３５３５６
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいては光ファイバ１でレーザ光２を導いているので、その取りまわしのための構造が複雑になり、これが原因で当該レーザ・アーク複合溶接ヘッドを溶接線に倣わせる場合等の追従性に悪影響を及ぼす等の不都合を生起している。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ヘッド内にレーザダイオードを一体に組み込むことにより光ファイバによるレーザ光の遠隔からの伝送を行うことなく溶接に利用するレーザ光を得ることができるレーザ・アーク複合溶接ヘッドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１２】
１）  アーク溶接を行うためのアーク電極と、
アーク電極の周囲にリング状に配設した多数のレーザダイオードで構成したレーザ光源と、
アーク電極と干渉することなく、レーザ光源から照射するレーザ光を溶接部分に集光させる集光光学系とを有すること。
【００１３】
２）  上記１）に記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
集光光学系は、中央部にアーク電極が貫通する孔を有する孔明きレンズであること。
【００１４】
３）  上記１）に記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
レーザ光源は複数のレーザ光を照射するものとし、
集光光学系は各レーザ光に対応して配設した複数のレンズで構成したこと。
【００１５】
４）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
レーザ光源は、それぞれ複数のレーザダイオードを内蔵する扇形の複数のブロックをリング状に集合してなり、各ブロック毎にレーザ光を照射するように構成したこと。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの要部を示す構造図である。同図に示すように、レーザ光源１１は、アーク電極１２の周囲にリング状に配設した多数（図では８個）のレーザダイオードで構成してあり当該レーザ・アーク複合溶接ヘッドに一体的に組み込んである。すなわち、レーザ光源１１は、それぞれ複数のレーザダイオードを内蔵する扇形の複数のブロック１１ａ乃至１１ｈをリング状に集合してなり、各ブロック１１ａ乃至１１ｈ毎にレーザ光１３ａ乃至１３ｅ（ブロック１１ｆ乃至１１ｈからも照射されているが図には表れていない。以下、同じ。）を照射するように構成してある。
【００１８】
ここで、各ブロック１１ａ乃至１１ｈには、その下面にスリット１４ａ乃至１４ｈが形成してあり、前述の如く各ブロック１１ａ乃至１１ｈ内に複数個のレーザダイオードを配設して構成するレーザアレー（それ自体は図示せず。）から照射されたレーザ光を、スリット１４ａ乃至１４ｈを通すことにより帯状に成形している。
【００１９】
帯状に成形された各レーザ光１３ａ乃至１３ｅは、集光光学系である孔明きレンズ１５で溶接部分１６に集光するようになっている。また、孔明きレンズ１５はその中央部にアーク電極１２が貫通する孔１５ａを有している。すなわち、アーク電極１２は孔明きレンズ１５の孔１５ａを貫通してその先端が溶接部分１６に臨んでいる。かくして集光光学系である孔明きレンズ１５はアーク電極１２と干渉することなく、レーザ光源１１から照射するレーザ光１３ａ乃至１３ｅを溶接部分１６に集光させることができる。
【００２０】
かかる本形態によれば、アーク電極１２によるアーク１７を溶接部分１６に発生させると同時に、レーザ光源１１から照射された各レーザ光１３ａ乃至１３ｅを溶接部分１６に集光させてアーク１７とレーザ光１３ａ乃至１３ｅとによる複合的な溶接を行うことができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態において集光光学系は孔明きレンズ１５で形成したがこれに限るものではない。アーク電極１２と干渉することのないように構成することができれば、他の構成を採用することができる。たとえば、集光光学系は各レーザ光１３ａ乃至１３ｅに対応して配設した複数のレンズで構成することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、アーク溶接を行うためのアーク電極と、アーク電極の周囲にリング状に配設した多数のレーザダイオードで構成したレーザ光源と、アーク電極と干渉することなく、レーザ光源から照射するレーザ光を溶接部分に集光させる集光光学系とを有するので、
遠隔からレーザ光を伝送するための光ファイバを除去することができる。この結果、取りまわしが容易なレーザ・アーク複合溶接ヘッドとすることができ、加工の際の追従性等を良好に保持することができる。
【００２３】
〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、集光光学系は、中央部にアーク電極が貫通する孔を有する孔明きレンズであるので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、アーク電極を含むアーク溶接系とレーザダイオード及び集光光学系を含むレーザ溶接系との構造的な独立性を確保した上で両者の特徴を融合したレーザ・アーク複合溶接ヘッドとすることができる。
【００２４】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、レーザ光源は複数のレーザ光を照射するものとし、
集光光学系は各レーザ光に対応して配設した複数のレンズで構成したので、
〔請求項３〕に記載する発明と同様に、アーク電極を含むアーク溶接系とレーザダイオード及び集光光学系を含むレーザ溶接系との構造的な独立性を確保した上で両者の特徴を融合したレーザ・アーク複合溶接ヘッドとすることができる。
【００２５】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、レーザ光源は、それぞれ複数のレーザダイオードを内蔵する扇形の複数のブロックをリング状に集合してなり、各ブロック毎にレーザ光を照射するように構成したので、
レーザ光源を独立した複数のブロックに分割することができる。この結果、本発明によれば、故障が発生したブロック及び寿命がきたブロックのみを交換することで全体の機能を継続的に発揮させることができ、全部を交換乃至修理する場合等に較べ、コスト的な面でも、また稼働率の面でも合理的な装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの要部を示す図で、（ａ）はその構造図、（ｂ）はそのレーザ光源を下方から見た下面図である。
【図２】従来技術に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１１        レーザ光源
１１ａ乃至１１ｈ        ブロック
１２        アーク電極
１３ａ乃至１３ｅ        レーザ光
１５        孔明きレンズ
１５ａ        孔
１６        溶接部分
１７        アーク
【図１】
2004174592.tif 000003
【図２】
2004174592.tif 000004