(57)【要約】【課題】屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を用いたレーザ溶接とアーク溶接とを複合させる、もしくは、屋根型プリズムを連続回転させることにより、施工裕度を広げ、深い溶け込みを得るツインスポットレーザ溶接方法及び装置を提供する。【解決手段】レーザ溶接を行うツインスポット光学系１と、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧトーチ２とからなり、ツインスポット光学系１に備えられた屋根型プリズム６を回転駆動機構２０によって連続回転させる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系と、アークトーチとを用いて、前記被溶接部材の同一被溶接部に対して、前記ツインスポット光学系によるレーザ溶接と、前記アークトーチによるアーク溶接とを同時に実施することを特徴とするツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記アーク溶接は、ＭＩＧ溶接であることを特徴とする請求項１記載のツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に前記アークトーチを用いて、２カ所の前記アークトーチにより２方向からアーク溶接を実施することを特徴とする請求項１または２に記載のツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記アーク溶接は、プラズマアーク溶接であることを特徴とする請求項１記載のツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記屋根型プリズムを、前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項６】
レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を用いて、前記屋根型プリズムを、前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させることを特徴とするツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項７】
一方の集光スポットが他方の集光スポットを中心として公転するように屋根型プリズムの形状を設定することを特徴とする請求項５または６記載のツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項８】
レーザ光の光軸に対する屋根型プリズムの位置を調節することにより２つの集光スポットの光量比を可変することを特徴とする請求項７記載のツインスポットレーザ溶接方法。
【請求項９】
レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を備えたツインスポットレーザ溶接装置であって、
前記被溶接部材の被溶接部に対して、前記ツインスポット光学系によるレーザ溶接に加えて、前記被溶接部にアーク溶接を同時に実施するアークトーチを備えることを特徴とするツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１０】
前記アークトーチは、ＭＩＧトーチであることを特徴とする請求項９記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１１】
前記アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方に備えることを特徴とする請求項９または１０に記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１２】
前記アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に備えることを特徴とする請求項９または１０に記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１３】
前記アークトーチは、プラズマアークトーチであることを特徴とする請求項９記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１４】
前記アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方、もしくは後方のいずれか一方に備えることを特徴とする請求項９または１３に記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１５】
前記ツインスポット光学系には、前記屋根型プリズムを前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させる回転駆動機構を備えることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１６】
レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を備えたツインスポットレーザ溶接装置であって、
前記ツインスポット光学系には、前記屋根型プリズムを前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させる回転駆動機構を備えることを特徴とするツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１７】
前記回転駆動機構は、前記屋根型プリズムを保持し、かつ従動プーリを有して回転自在なプリズム支持部と、駆動プーリが接続されたモータと、前記駆動プーリの回転力を前記従動プーリへ伝達するベルトとを備えることを特徴とする請求項９から１６のいずれかに記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１８】
一方の集光スポットが他方の集光スポットを中心として公転するように屋根型プリズムの形状を設定することを特徴とする請求項１５から１７いずれかに記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【請求項１９】
レーザ光の光軸に対する屋根型プリズムの位置を調節することにより２つの集光スポットの光量比を可変することを特徴とする請求項１８記載のツインスポットレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光により溶接を行うレーザ溶接技術に係わり、特に、被溶接部材に２つの集光スポットを照射する機能を有するツインスポットレーザ溶接方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光により金属部材を溶接するレーザ溶接装置が各種提供されている。しかしながら、単一のレーザ光によるレーザ溶接では、深い溶け込みや高速溶接等の利点がある一方、被溶接部へ照射される集光スポットの照射範囲が狭いことに起因して、被溶接部の狙い位置と集光スポットにズレが発生する可能性があり、さらに、例えば、突き合わせ溶接の場合に、２つの被溶接部材間の開先に隙間が存在すると、レーザ光が隙間を通過してしまい安定した施工を行うことができないという欠点があった。
【０００３】
これに対して、レーザ発振器から光ファイバを通してレーザ光を導入し、被溶接部材に照射する光学系において、レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを照射する、いわゆるツインスポット光学系が提案されている。
【０００４】
例えば、特開２００１−４７２７２号公報には、レーザ溶接加工方法が開示されており、ツインスポット光学系は、レーザ発振器からレーザ光を受光する受光部と、受光したレーザ光を２つに分割するための屋根型プリズムと該屋根型プリズムをレーザ光の光軸に対して直角な方向に可動な状態で保持している保持部とを含んで受光したレーザ光を可変分割比で分割するビーム分割手段と、分割されたレーザ光をスポット光として異なる位置に照射する加工レンズとからなる。
【０００５】
上記の構成によれば、屋根型プリズムを移動させることによりレーザ光の分割比を１：１から１：０の範囲で任意に設定でき、また、屋根型プリズムを変更させて傾斜部の傾斜角度を変更することにより２つのスポット光の中心間隔（スポット間隔）が変更され、２つのスポット光の適切な出力比率とスポット間隔が特定されている。
【０００６】
また、上述のツインスポット光学系のレーザ溶接に対して、広い溶接範囲において深い溶け込みが得られるように、単一のレーザ光によるレーザ溶接と、さらに従来から汎用されているＴＩＧ溶接等のアーク溶接とを同一の溶接部に対して同時に行う複合溶接の研究がなされている。
【０００７】
例えば、特開平９−１２２９５０号公報には、複合溶接ヘッドが開示されている。複合溶接ヘッドは、電極ホルダーに備えられたタングステン電極と、前記電極ホルダーの外周面に嵌装された集光レンズ光学系とからなり、タングステン電極と母材間に電圧を印加し、アークを発生させた状態で不活性ガスを送ってＴＩＧ溶接を行う。同時に、集光レンズ光学系を通してレーザ光を母材上に集光してレーザ溶接を行うので、レーザ溶接とＴＩＧ溶接を同一部分に正確に一致させた複合溶接がなされる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１２２９５０号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−４７２７２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなツインスポット光学系の従来技術においては、施工裕度が拡大するものの、レーザ光のエネルギー密度の低下により、溶け込み深さや加工速度が減少するという問題があった。
また、複合溶接の従来技術においては、レーザ光の照射によってアークの集中性が増加し、高速・高溶着量、かつ、深い溶け込みが得られるものの、広い施工裕度を得ることが難しいという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を用いたレーザ溶接とアーク溶接とを複合させる、もしくは、屋根型プリズムを連続回転させることにより、施工裕度を広げ、深い溶け込みを得るツインスポットレーザ溶接方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系と、アークトーチとを用いて、前記被溶接部材の同一被溶接部に対して、前記ツインスポット光学系によるレーザ溶接と、前記アークトーチによるアーク溶接とを同時に実施することを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接方法によれば、被溶接部材の同一被溶接部に対して、ツインスポット光学系によるレーザ溶接と、アークトーチによるアーク溶接とが同時に実施される。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、前記アーク溶接は、ＭＩＧ溶接であることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接方法によれば、アーク溶接として、ＭＩＧ溶接が採用される。
【００１４】
請求項３に記載した発明は、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に前記アークトーチを用い、２カ所の前記アークトーチにより２方向からアーク溶接を実施することを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接方法によれば、２カ所のアークトーチにより２方向からアーク溶接が実施される。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、前記アーク溶接は、プラズマアーク溶接であることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接方法によれば、アーク溶接として、プラズマアーク溶接が採用される。
【００１６】
請求項５に記載した発明は、前記屋根型プリズムを、前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接方法によれば、屋根型プリズムは、レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転される。
【００１７】
請求項６に記載した発明は、レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を用いて、前記屋根型プリズムを、前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接方法によれば、屋根型プリズムは、レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転される。
【００１８】
請求項７に記載した発明は、一方の集光スポットが他方の集光スポットを中心として公転するように屋根型プリズムの形状を設定することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載した発明は、レーザ光の光軸に対する屋根型プリズムの位置を調節することにより２つの集光スポットの光量比を可変することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載した発明は、レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を備えたツインスポットレーザ溶接装置であって、前記被溶接部材の被溶接部に対して、前記ツインスポット光学系によるレーザ溶接に加えて、前記被溶接部にアーク溶接を同時に実施するアークトーチを備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、被溶接部材の同一被溶接部に対して、ツインスポット光学系によるレーザ溶接と、アークトーチによるアーク溶接とが同時に実施される。
【００２１】
請求項１０に記載した発明は、前記アークトーチは、ＭＩＧトーチであることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、アークトーチとして、ＭＩＧトーチが採用される。
【００２２】
請求項１１に記載した発明は、前記アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方に備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、アークトーチは、レーザ光に対する溶接進行方向の前方に設置される。
【００２３】
請求項１２に記載した発明は、前記アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、アークトーチは、レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に設置される。
【００２４】
請求項１３に記載した発明は、前記アークトーチは、プラズマアークトーチであることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、アークトーチとして、プラズマアークトーチが採用される。
【００２５】
請求項１４に記載した発明は、前記アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方、もしくは後方のいずれか一方に備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方、もしくは後方のいずれか一方に設置される。
【００２６】
請求項１５に記載した発明は、前記ツインスポット光学系には、前記屋根型プリズムを前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させる回転駆動機構を備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、回転駆動機構によって、屋根型プリズムが回転される。
【００２７】
請求項１６に記載した発明は、レーザ光を２つに分割して被溶接部材に２つの集光スポットを形成させる屋根型プリズムを有するツインスポット光学系を備えたツインスポットレーザ溶接装置であって、前記ツインスポット光学系には、前記屋根型プリズムを前記レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させる回転駆動機構を備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、回転駆動機構によって、屋根型プリズムが回転される。
【００２８】
請求項１７に記載した発明は、前記回転駆動機構は、前記屋根型プリズムを保持し、かつ従動プーリを有して回転自在なプリズム支持部と、駆動プーリが接続されたモータと、前記駆動プーリの回転力を前記従動プーリへ伝達するベルトとを備えることを特徴とする。
このツインスポットレーザ溶接装置によれば、モータの駆動によって駆動プーリが回転し、ベルトを介して駆動プーリの回転力を従動プーリに伝達し、従動プーリに連設されたプリズム支持部が回転することにより、屋根型プリズムが回転される。
【００２９】
請求項１８に記載した発明は、一方の集光スポットが他方の集光スポットを中心として公転するように屋根型プリズムの形状を設定することを特徴とする。
【００３０】
請求項１９に記載した発明は、レーザ光の光軸に対する屋根型プリズムの位置を調節することにより２つの集光スポットの光量比を可変することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について図示例に基づいて説明する。
図１に示すように、ツインスポットレーザ溶接装置は、レーザ溶接を行うツインスポット光学系１と、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧトーチ２とからなる。
【００３２】
ツインスポット光学系１は、不図示のＹＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光を伝送させる光ファイバ３と、該光ファイバ３の出射端面から拡大するレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ４と、該コリメートレンズ４からの平行光を集光させて被溶接部材１００上に集光スポットを形成させる対物レンズ５と、前記集光スポットを２つに分割する屋根型プリズム６とを備えている。また、レンズ等の汚れを防止するために、光ファイバ３の出射端面とコリメートレンズ４との間に第１保護レンズ７が配設され、屋根型プリズム６と被溶接部材１００との間に第２保護レンズ８が配設されている。屋根型プリズム６は、図中下側に左右に傾斜した対称的出射面を有する。
【００３３】
上記ツインスポット光学系１を構成する各部材は、被溶接部材１００の被溶接部に対して垂直方向に設けられた加工ヘッド１０に備えられている。加工ヘッド１０は、光ファイバ３のレーザ光出射部と第１保護ガラス７とコリメートレンズ４、及び対物レンズ５とをそれぞれ支持する上部ケース１１と、屋根型プリズム６を着脱自在に支持する中間ケース１２と、第２保護レンズ８を支持し被溶接部材１００へのレーザ光の出力部となる先端部１３とからなる。
【００３４】
上部ケース１１と中間ケース１２、及び先端部１３は、それぞれ不図示のボルト等の締結手段によって着脱自在に接続されている。上部ケース１１には、不図示であるが、対物レンズ５の支持位置を昇降させる第１の可動機構を有する。さらに、中間ケース１２には、不図示であるが、屋根型プリズム６の支持位置をレーザ光の光軸に対して直角方向に移動させる第２の可動機構を有する。
【００３５】
ＭＩＧトーチ２は、アーク電極１５を備えてなり、不図示のＭＩＧ溶接装置に接続されている。また、ＭＩＧトーチ２は、垂直方向上方から被溶接部にレーザ光を照射させる加工ヘッド１０に対して、溶接方向の前方に設置されると共に、アーク電極１５が前記被溶接部に向けてアークを発生させることが可能な角度θの傾斜角を有するように設置される。
【００３６】
次に、上記図示例の作用について説明する。
不図示のレーザ発振器で発振されたレーザ光は、光ファイバ３により伝送され、光ファイバ３の出射端面から図中下方へ出射される。光ファイバ３の出射端面から発散したレーザ光は、第１保護ガラス７を通過した後、コリメートレンズ４によってコリメートされて平行光束となり、該平行光束は、直進して対物レンズ５に入射する。入射したレーザ光は、対物レンズ５によって集光されて、第２保護ガラス８を通過した後、被溶接部材１００の被溶接部上に集光スポットを形成するが、対物レンズ５と被溶接部材１００との間に配設された屋根型プリズム６によって、レーザ光は２つに分割され、被溶接部材１００の被溶接部上には２つの集光スポットが形成され、レーザ溶接が開始される。レーザ溶接が開始されると同時に、ＭＩＧトーチ２より前記被溶接部に向けてアークが発生させられ、ＭＩＧ溶接が開始される。
【００３７】
スポット間隔ｄは、通常使用時は被溶接部材１００上にて約０．８ｍｍであるが、屋根型プリズム６を傾斜角度の異なる屋根型プリズムに交換する、もしくは、不図示の第１の可動機構によって対物レンズ５の焦点距離（バックフォーカス）を変更することによって、約０．４〜１．２ｍｍの間で調整される。また、パワー分割比は、不図示の第２の可動機構によって屋根型プリズム６の位置を移動させることにより調整される。スポット径は、約０．６ｍｍであり、前記パワー分割比によらず一定である。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、ツインスポット光学系１を採用することにより施工裕度が拡大するので、被溶接部の開先が開いた場合においてもレーザ光が開先に照射すると共に、ＭＩＧトーチ２からのアークが２つの集光スポットへ集中する効果によって安定した溶接を行うことが可能となる。
【００３９】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、本図中において、図１と同一構成のものには、同一の符号を付している。
本実施形態におけるツインスポットレーザ溶接装置では、ツインスポット光学系１の基本構成とＭＩＧトーチ２の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様であるが、屋根型プリズム６をレーザ光の光軸に対する平行軸を中心として連続回転させる回転駆動機構２０を有することを特徴とする。
【００４０】
回転駆動機構２０は、屋根型プリズム６を保持し、かつ従動プーリ２１を有して回転自在なプリズム支持部２２と、駆動プーリ２３が接続されたモータ２４と、駆動プーリ２３の回転力を従動プーリ２１へ伝達するベルト２５とからなる。
【００４１】
プリズム支持部２２は、円筒状の回転体であり、内周部上方には屋根型プリズム６が着脱自在に保持されており、外周部上方には従動プーリ２１が連設されている。また、プリズム支持部２２は、回転部ケース２６内にベアリング２７を介して保持されており、さらに、回転部ケース２６は、上部ケース１１と先端部１３との間に、不図示の締結手段によって接続されている。
【００４２】
回転部ケース２６の側面には、モータ２４を保持する駆動部ケース２８が、不図示の締結手段によって接続されている。モータ２４の駆動軸２９は、カップリング３０に嵌装され、さらに、対向側には回転軸３１が嵌装される。回転軸３１は、ベアリング３２を介して駆動部ケース２８に支持されており、回転軸３１には駆動プーリ２３が嵌合されている。
【００４３】
上記図示例によれば、ツインスポット光学系１によるレーザ溶接とＭＩＧ溶接の複合溶接中に、モータ２４を駆動させることによって、ベルト２５を介して回転力がプリズム支持部２２に伝達し、屋根型プリズム６が連続回転するので、被溶接部上に照射される２つの集光スポットも回転されるという作用を奏する。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、ツインスポット光学系１を採用することにより施工裕度が拡大するので、被溶接部の開先が開いた場合においてもレーザ光が開先に照射すると共に、ＭＩＧトーチ２からのアークが集光スポットへ集中する効果によって安定した溶接を行うことが可能となる。さらに、２つの集光スポットが回転して溶融池が撹拌されるので、深い溶け込みが得られ、アークの集中性を維持することが可能となる。
また、回転力伝達機構としてベルト２５が採用されるので、回転時において屋根型プリズム６に伝達する振動を抑えることが可能となる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態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種々の変更も加え得ることは勿論である。
例えば、以下のような変形が考えられる。
【００４６】
（１）記各実施形態では、ツインスポット光学系１の構成としては、図中上部から被溶接部材１００に向かって、コリメートレンズ４と、対物レンズ５と、屋根型プリズム６とを備えるものとしたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、図中上部より、コリメートレンズ、屋根型プリズム、対物レンズと設置する構成もあり、同様に、図中上部より、屋根型プリズム、コリメートレンズ、対物レンズと設置する構成もあり得る。
【００４７】
（２）上記各実施形態では、レーザ装置としてＹＡＧレーザ発振器を採用したが、本発明は、これに限定されるものではなく、他のタイプのレーザ装置を用いても良い。例えば、他のタイプのレーザ装置を用いた場合には、レーザ光の伝送装置として光ファイバ３の代わりに反射鏡等を使用する構成もあり得る。
【００４８】
（３）上記各実施形態では、ＭＩＧトーチ２を垂直方向上方から被溶接部にレーザ光を照射させる加工ヘッド１０に対して、溶接方向の前方に設置する構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ＭＩＧトーチ２を前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に備える構成もあり得る。本実施形態によると、施工裕度が確保されると共に、溶着量を大幅に拡大させることが可能となる。また、屋根型プリズム６の回転駆動機構２０を有するツインスポット光学系１によるレーザ溶接と組み合わせた場合は、さらに深い溶け込みが得られ、アークの集中性が増すことによって、溶接速度を増加させることが可能となる。
【００４９】
（４）上記各実施形態では、ツインスポット光学系１によるレーザ溶接と、ＭＩＧ溶接との複合溶接となっているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ＭＩＧトーチ２の代わりとして、レーザ光に対する溶接進行方向の前方、もしくは後方のいずれかにプラズマアークトーチを備える構成もあり得る。本実施形態によると、深い溶け込みの溶接を安定して行うことが可能となる。また、屋根型プリズム６の回転駆動機構２０を有するツインスポット光学系１によるレーザ溶接と組み合わせた場合は、さらに深い溶け込みが得られ、アークの集中性が増すことによって、溶接速度を増加させることが可能となる。
【００５０】
（５）上記第２の実施形態では、屋根型プリズム６の回転駆動機構２０を有するツインスポット光学系１によるレーザ溶接と、ＭＩＧ溶接との複合溶接となっているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ＭＩＧ溶接を行わずに、屋根型プリズム６の回転駆動機構２０を有するツインスポット光学系１によるレーザ溶接のみとする構成もあり得る。本実施形態によっても、施工裕度が拡大し、溶融池が撹拌されるので、被溶接部の開先が開いた場合においてもレーザ光が開先に照射すると共に、深い溶け込みを得ることが可能となる。
【００５１】
〔追加事項〕
ところで、上記第２の実施形態は、屋根型プリズム６を用いて２つの集光スポットを生成すると共に、回転駆動機構２０によって屋根型プリズム６をレーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転させることによって２つの集光スポットを被溶接部上で連続的に回転させるものである。図２に示されているように屋根型プリズム６における２つの出射面（つまり光軸に直交する入射面に対して所定角度で傾斜した傾斜面）の合わせ部（つまり頂部）がレーザ光の光軸上に位置する場合、２つの集光スポットは、光軸から一定距離離間した位置に形成されると共に、この光軸を中心として公転運動する。
【００５２】
これに対して、図３（ａ）に示すように、２つの出射面６ａ，６ｂのいずれが一方の出射面６ｂが入射面６ｃに平行に設定された屋根型プリズム６Ａ、あるいは図３（ｂ）に示すように屋根型プリズム６において一方の出射面６ｂに相当する部位が欠落した形状の屋根型プリズム６Ｂを用いた場合には、図３（ｃ）に示すように、出射面６ｂあるいは欠落した部位を通過したレーザ光によって形成される集光スポット（中心集光スポット）の周囲を出射面６ａを通過したレーザ光によって形成される集光スポット（公転集光スポット）が公転運動する。
【００５３】
また、出射面６ｂあるいは欠落した部位を通過したレーザ光と出射面６ａを通過するレーザ光との比率を調整することにより、上記中心集光スポットと公転集光スポットとの光量比率を調節することができる。すなわち、屋根型プリズム６Ａ，６Ｂのレーザ光の光軸に対する位置を調節することによって中心集光スポットと公転集光スポットとの光量比率を調節することができる。
【００５４】
このような屋根型プリズム６Ａ，６Ｂを屋根型プリズム６に代えて用いることにより、屋根型プリズム６Ａ，６Ｂを回転させても被溶接部上で移動しない中心集光スポットによって基本的な溶け込みを得るようにし、屋根型プリズム６Ａ，６Ｂを回転に伴って中心集光スポットの周りを公転運動する公転集光スポットによって溶融池の撹拌を行うことが可能である。また、公転集光スポットと中心集光スポットとの光量比を調節することにより、被溶接部の溶込み深さと施工裕度とを容易に調節することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、被溶接部材の同一被溶接部に対して、ツインスポット光学系によるレーザ溶接と、アークトーチによるアーク溶接とが同時に実施されるので、施工裕度が拡大し、被溶接部の開先が開いた場合においてもレーザ光が開先に照射すると共に、アークが２つの集光スポットへ集中する効果によって安定した溶接を行うことが可能となる。
【００５６】
請求項２に記載した発明によれば、アーク溶接として、ＭＩＧ溶接が採用されるので、安定した溶接を行うことが可能となる。
【００５７】
請求項３に記載した発明によれば、２カ所のアークトーチにより２方向からアーク溶接が実施されるので、溶着量を大幅に拡大させることが可能となる。
【００５８】
請求項４に記載した発明によれば、アーク溶接として、プラズマアーク溶接が採用されるので、深い溶け込みの溶接を安定して行うことが可能となる。
【００５９】
請求項５及び６に記載した発明によれば、屋根型プリズムは、レーザ光の光軸に対する平行軸を中心として回転されるので、２つの集光スポットが回転して溶融池が撹拌され、深い溶け込みが得られると共に、アーク溶接を複合させた場合は、アークの集中性を維持することが可能となる。
【００６０】
請求項７に記載した発明によれば、一方の集光スポットが他方の集光スポットを中心として公転するように屋根型プリズムの形状を設定するので、屋根型プリズムを回転させても被溶接部上で移動しない他方の集光スポットによって基本的な溶け込み深さを得るようにし、屋根型プリズムを回転に伴って他方の集光スポットの周りを公転運動する一方の公転集光スポットによって溶融池の撹拌を行うことが可能である。
【００６１】
請求項８に記載した発明によれば、レーザ光の光軸に対する屋根型プリズムの位置を調節することにより２つの集光スポットの光量比を可変するので、一方の集光スポットと他方の集光スポットとの光量比を調節することにより、被溶接部の溶込み深さと施工裕度とを容易に調節することが可能である。
【００６２】
請求項９に記載した発明によれば、被溶接部材の同一被溶接部に対して、ツインスポット光学系によるレーザ溶接と、アークトーチによるアーク溶接とが同時に実施されるので、施工裕度が拡大し、被溶接部の開先が開いた場合においてもレーザ光が開先に照射すると共に、アークが２つの集光スポットへ集中する効果によって安定した溶接を行うことが可能となる。
【００６３】
請求項１０に記載した発明によれば、アークトーチとして、ＭＩＧトーチが採用されるので、安定した溶接を行うことが可能となる。
【００６４】
請求項１１に記載した発明によれば、アークトーチは、レーザ光に対する溶接進行方向の前方に設置されるので、集光スポットにアークを効率良く照射させることが可能となる。
【００６５】
請求項１２に記載した発明によれば、アークトーチは、レーザ光に対する溶接進行方向の前方と後方との２カ所に設置されるので、集光スポットにアークを効率良く照射させると共に、溶着量を大幅に拡大させることが可能となる。
【００６６】
請求項１３に記載した発明によれば、アークトーチとして、プラズマアークトーチが採用されるので、深い溶け込みの溶接を安定して行うことが可能となる。
【００６７】
請求項１４に記載した発明によれば、アークトーチは、前記レーザ光に対する溶接進行方向の前方、もしくは後方のいずれか一方に設置されるので、集光スポットにアークを効率良く照射させることが可能となる。
【００６８】
請求項１５及び１６に記載した発明によれば、回転駆動機構によって、屋根型プリズムが回転されるので、２つの集光スポットが回転して溶融池が撹拌され、深い溶け込みが得られると共に、アーク溶接を複合させた場合は、アークの集中性を維持することが可能となる。
【００６９】
請求項１７に記載した発明によれば、モータの駆動によって駆動プーリが回転し、ベルトを介して駆動プーリの回転力を従動プーリに伝達し、従動プーリに連設されたプリズム支持部が回転することにより、屋根型プリズムが回転されるので、特に、ベルトの採用によって、回転時において屋根型プリズに伝達する振動を抑えることが可能となる。
【００７０】
請求項１８に記載した発明によれば、一方の集光スポットが他方の集光スポットを中心として公転するように屋根型プリズムの形状を設定するので、屋根型プリズムを回転させても被溶接部上で移動しない他方の集光スポットによって基本的な溶け込み深さを得るようにし、屋根型プリズムを回転に伴って他方の集光スポットの周りを公転運動する一方の公転集光スポットによって溶融池の撹拌を行うことが可能である。
【００７１】
請求項１９に記載した発明によれば、レーザ光の光軸に対する屋根型プリズムの位置を調節することにより２つの集光スポットの光量比を可変するので、一方の集光スポットと他方の集光スポットとの光量比を調節することにより、被溶接部の溶込み深さと施工裕度とを容易に調節することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のツインスポットレーザ溶接装置の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明のツインスポットレーザ溶接装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明のツインスポットレーザ溶接装置の追加事項を示す要部概略図である。
【符号の説明】
１……ツインスポット光学系
２……アークトーチ
６，６Ａ，６Ｂ……屋根型プリズム
２０……回転駆動機構
２１……従動プーリ
２２……プリズム支持部
２３……駆動プーリ
２４……モータ
２５……ベルト
１００……被溶接部材
【図１】
2004001084.tif 000003
【図２】
2004001084.tif 000004
【図３】
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