(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を集光する集光手段を備えた手動レーザ溶接ヘッドにおいて、被溶接材の水平な第一面と垂直な第二面とがほぼ直角に交差する角継手溶接部近傍の外側二面上を第一のガイド手段と第二のガイド手段とを介して移動可能に係合し、かつ前記溶接部の溶接線上方を該溶接線に沿って走行自在の走行ガイドを設け、該走行ガイドの形状は球体の下側の約１／４を切り欠いた半球状からなり、該半球状の走行ガイド上部に前記第一面上に中心を有する球面を設け、該球面に回動自在にかつ係脱自在に係合する下に凹の半球面からなる凹部を備えた走行ガイド受けを前記手動レーザ溶接ヘッド下部に設け、前記半球状の走行ガイド上部から前記第二面に沿って下方へ延伸する延伸部を設け、該延伸部に前記第二面とレーザ光の光軸との距離を調節可能な前記第二のガイド手段を設け、かつ前記レーザ光の焦点を前記走行ガイドの球面の中心に設定してなることを特徴とする手動レーザ溶接ヘッド。
【請求項２】
レーザ光を集光する集光手段を備えた手動レーザ溶接ヘッドにおいて、被溶接材の第一面と第二面とが水平に当接する突合わせ溶接部の溶接線に沿って設けた定規と、第一面または第二面の何れか一方の被溶接材とにガイド手段を介して移動可能に係合し、かつ前記溶接線上方を該溶接線に沿って走行自在の走行ガイドを設け、該走行ガイドの形状は球体の下側の約半分を切り欠いた半球状からなり、該半球状の走行ガイド上部に前記第一面または第２面上に中心を有する球面を設け、該球面に回動自在にかつ係脱自在に係合する下に凹の半球面からなる凹部を備えた走行ガイド受けを前記手動レーザ溶接ヘッド下部に設け、前記レーザ光の焦点を前記走行ガイドの球面の中心に設定してなることを特徴とする手動レーザ溶接ヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の手動レーザ溶接ヘッドにおいて、前記走行ガイド受けに、前記手動レーザ溶接ヘッドを傾斜させた際に前記走行ガイド受けと被溶接材との干渉を回避すべく、該走行ガイド受けの中心から上方に開いた切欠きを設けてなることを特徴とする手動レーザ溶接ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載の手動レーザ溶接ヘッドにおいて、第一のガイド手段と第二のガイド手段は前記被溶接材の溶接部近傍の外側二面に回転自在に係合するローラからなることを特徴とする手動レーザ溶接ヘッド。
【請求項５】
請求項２に記載の手動レーザ溶接ヘッドにおいて、前記ガイド手段は前記被溶接材と前記定規とに回転自在に係合するローラからなることを特徴とする手動レーザ溶接ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は手動レーザ溶接ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ加工機において溶接を行う場合、レーザ加工機本体のレーザ加工ヘッドを使用せずに、図７に示すような付属の手動レーザ溶接ヘッド１００を手に持って溶接を行うことがある。
【０００３】
手動レーザ溶接ヘッド１００におけるレーザ光の焦点は、ノズル１０１の先端近くにくるように設定してあるので、レーザ加工ヘッド１００のノズル１０１をワークＷに当接させることにより、ワーク表面に焦点が定まるようになっている。
【０００４】
手動レーザ溶接ヘッド１００の移動は、ノズル１０１の先端をワークＷに接触させたまま行う。また、移動経路の直進性を確保したいときには、ワーク表面に直線定規１０３を置いて、この直線定規１０３にノズル１０１の先端を沿わせて移動させるようにしている。
【０００５】
図８に示す如く、上述のノズルの先端形状は、溶接部の形状に合わせて幾種類かが用意されている。例えば、ノズル先端が平坦な突合わせ継手用（図８（ａ））、ノズル先端にヒール部を設けた角継手用（図８（ｂ））、ノズル先端を山形にした山形の角継手用（図８（ｃ））などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような従来の手動レーザ溶接ヘッドにおいては、ノズルの先端をワーク接触させた状態で移動させるので、移動中にノズルがワークに引っかかったりして、手ぶれをおこし移動速度が安定しないなどの問題がある。
【０００７】
移動速度が安定しないと、溶接の溶込が一定せず溶接不良となる危険性がある。また、出来映えが作業者の熟練度に作用されやすい。
【０００８】
本発明は上述の如き問題を解決するために成されたものであり、本発明の課題は、比較的に安定した移動速度が得られると共に、レーザ溶接ヘッドの姿勢を変えても集光位置が変化しない手動レーザ溶接ヘッドを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載の手動レーザ溶接ヘッドは、レーザ光を集光する集光手段を備えた手動レーザ溶接ヘッドにおいて、被溶接材の水平な第一面と垂直な第二面とがほぼ直角に交差する角継手溶接部近傍の外側二面上を第一のガイド手段と第二のガイド手段とを介して移動可能に係合し、かつ前記溶接部の溶接線上方を該溶接線に沿って走行自在の走行ガイドを設け、該走行ガイドの形状は球体の下側の約１／４を切り欠いた半球状からなり、該半球状の走行ガイド上部に前記第一面上に中心を有する球面を設け、該球面に回動自在にかつ係脱自在に係合する下に凹の半球面からなる凹部を備えた走行ガイド受けを前記手動レーザ溶接ヘッド下部に設け、前記半球状の走行ガイド上部から前記第二面に沿って下方へ延伸する延伸部を設け、該延伸部に前記第二面とレーザ光の光軸との距離を調節可能な前記第二のガイド手段を設け、かつ前記レーザ光の焦点を前記走行ガイドの球面の中心に設定してなることを要旨とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の手動レーザ溶接ヘッドは、レーザ光を集光する集光手段を備えた手動レーザ溶接ヘッドにおいて、被溶接材の第一面と第二面とが水平に当接する突合わせ溶接部の溶接線に沿って設けた定規と、第一面または第二面の何れか一方の被溶接材とにガイド手段を介して移動可能に係合し、かつ前記溶接線上方を該溶接線に沿って走行自在の走行ガイドを設け、該走行ガイドの形状は球体の下側の約半分を切り欠いた半球状からなり、該半球状の走行ガイド上部に前記第一面または第２面上に中心を有する球面を設け、該球面に回動自在にかつ係脱自在に係合する下に凹の半球面からなる凹部を備えた走行ガイド受けを前記手動レーザ溶接ヘッド下部に設け、前記レーザ光の焦点を前記走行ガイドの球面の中心に設定してなることを要旨とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の手動レーザ溶接ヘッドは、請求項１または請求項２に記載の手動レーザ溶接ヘッドにおいて、前記走行ガイド受けに、前記手動レーザ溶接ヘッドを傾斜させた際に前記走行ガイド受けと被溶接材との干渉を回避すべく、該走行ガイド受けの中心から上方に開いた切欠きを設けてなることを要旨とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の手動レーザ溶接ヘッドは、請求項１に記載の手動レーザ溶接ヘッドにおいて、第一のガイド手段と第二のガイド手段は前記被溶接材の溶接部近傍の外側二面に回転自在に係合するローラからなること要旨とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の手動レーザ溶接ヘッドは、請求項２に記載の手動レーザ溶接ヘッドにおいて、前記ガイド手段は前記被溶接材と前記定規とに回転自在に係合するローラからなること要旨とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１および図２を参照するに、手動レーザ溶接ヘッド１は、上下に延伸する円筒形の本体３を有し、この本体３の内部には、光ファイバケーブル５の端末から出射されたレーザ光（ＹＡＧレーザ）をコリメートする光学系（図示省略）と、コリメートされたレーザ光を集光する集光手段として、例えば凸レンズなどからなる集光用光学系（図示省略）が内蔵してある。
【００１５】
上述の手動レーザ溶接ヘッド１の下部には、被溶接材Ｗの溶接線７の上方を該溶接線７に沿って走行する走行ガイド９に係脱自在に係合する走行ガイド受け１１が装着してある。
【００１６】
走行ガイド９の形状は、球体の中心から下側の約１／２を中心から扇形に切り欠いた残りの約３／４の部分からなり、この走行ガイド９には、被溶接材Ｗのほぼ直角に交差する溶接部近傍の外側の二面上に回転自在に係合する複数のローラ１３（ａ，ｂ）がガイド手段として設けてある。
【００１７】
上述のガイド手段をより詳細に述べれば、ガイド手段は被溶接材Ｗの第一面（水平面）１５上を走行する第一ローラ１３ａと、第二面（垂直面）１７上を走行する複数（実施例では二個）の第二ローラ１３ｂとで構成してある。
【００１８】
前記走行ガイド９の右側（図１において）は、前記第一ローラ１３ａが走行する被溶接材Ｗの第一面（水平面）１５よりも下方に延伸しており、この下方に延伸した走行ガイド９の下端部に二個の第二ローラ１３ｂを回転自在に軸支したスライドプレート１９がねじ２１により装着してある。
【００１９】
スライドプレート１９の上面には、図１において左右方向に延伸する凸部１９ａが設けてあり、前記走行ガイド９の下端部に設けた凹部にこの凸部１９ａが摺動可能に嵌合してある。
【００２０】
したがって、ねじ２１を緩めれば、スライドプレート１９を左右に移動調節することができる。すなわち、前記レーザ溶接ヘッド１に内蔵した集光用光学系（図示省略）におけるレーザ光ＬＢの光軸２３ｖに対して、第二ローラ１３ｂの位置を水平方向（図１の矢印方向）に移動調節することができる。
【００２１】
なお、前記ねじ２１は、スライドプレート１９に設けた左右方向に延びる長穴（図示省略）を介して走行ガイド９のねじ穴（図示省略）に螺合してある。
【００２２】
前記走行ガイド受け１１は、前記走行ガイド９の球面２５に回動自在に係合する下に凹の半球面からなる凹部２７を有している。また、図２によく現れているように、走行ガイド受け１１の右側（図２において右側）には中心から角度約３０°（特に３０°に限定はしない）の切り欠きが設けてある。
【００２３】
また、前記走行ガイド９の中心部には、前記集光用光学系で集光されたレーザ光ＬＢを通過させる漏斗状の穴２９が設けてある。
【００２４】
図３は、前記手動レーザ溶接ヘッド１の本体３を移動方向へ３０°傾斜させた状態を示したものであり、手動レーザ溶接ヘッド１の本体３は、走行ガイド９の球面２５の中心Ｏを回転中心として回動する。なお、想像線で示すように反対方向へも同様に傾斜させることができる。また、球面２５の中心Ｏは被溶接材Ｗの第一面（水平面）１５上に在る。
【００２５】
したがって、レーザ光ＬＢの焦点を球面２５の中心Ｏに合わせておけば、手動レーザ溶接ヘッド１の本体３をどの方向へ回動させてもレーザ光ＬＢの焦点は常に球面２５の中心Ｏに一致させることができる。すなわち、常に被溶接材Ｗの第一面（水平面）１５上に焦点を持ってくることができる。
【００２６】
図４は、前記走行ガイド９と走行ガイド受け１１とを分離させた状態を示したものであり、溶接作業のときには、作業者は被溶接材の溶接部に使用する走行ガイド９をセットし、その走行ガイド９に走行ガイド受け１１を係合させれば、溶接線に沿って正確にかつ軽快にレーザ溶接ヘッド１を手動で移動させることができる。
【００２７】
次に、角継手の合わせ目に段差をつけて溶接する場合、レーザ光の焦点位置をどの様に設定するかを図５を参照しながら説明する。
【００２８】
板厚がｔ(mm)の角継手において、被溶接材Ｗの第一面（水平面）１５に対して、
第二面（垂直面）１７の端部をｂ(mm)だけ下げて、段部のコーナーにレーザ光ＬＢの光軸を垂直方向から４５度傾斜（光軸２３ｋ）させて照射する場合、レーザ溶接ヘッド１を垂直にしたときの光軸２３ｖの位置は、第二面（垂直面）１７からａ(mm)内側に移動し、第一面（水平面）１５と移動した光軸２３ｖとの交点Ｏがレーザ溶接ヘッド１の回動中心となる。したがって、レーザ光ＬＢはこの交点Ｏを通って４５°の角度で段部のコーナーに照射されることになる。
【００２９】
なお、光軸２３ｖの第二面（垂直面）１７からの距離ａは、
【数１】
ａ＝ｔ−ｂ*cot４５°
として求められるので、この数値をもとに第二ローラ１３ｂの位置を調節すればよい。例えば、ｔ＝１、ｂ＝０．５ならば、ａ＝０．５である。
【００３０】
図６は、突合せ継手に使用する走行ガイド９の例を示したものである。この場合には、被溶接材Ｗの溶接線７に平行に定規３１を固定して設け、この定規３１の基準側面３３に係合して回転する基準ローラ３５と、前記定規３１上の基準面３７と被溶接材Ｗの表面３９に係合して回転走行する走行ローラ４１ａ，４１ｂが走行ガイド４３に設けてある。
【００３１】
なお、前記定規３１の基準面３７は被溶接材Ｗの表面３９に平行になるように設けてある。また、基準側面３３と光軸２３ｖとの間の距離は適宜な値ｄに設定してあり、走行ガイド４３が走行ガイド受け１１と回動自在に係合する球面２５の中心は被溶接材Ｗの表面３９に位置する様に設けてある。
【００３２】
したがって、レーザ光ＬＢの焦点を被溶接材Ｗの溶接線７上に合うように調節しておけば、レーザ溶接ヘッド１を移動、或いは傾斜させても移動しても常に焦点が溶接線７上にあわせることができる。
【００３３】
なお、前記ガイド手段には、ローラによるガイドに代えて低摩擦材を滑り軸受けとして使用しても同様な効果を得ることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１〜請求項５の発明によれれば、レーザ溶接ヘッドのノズルの先端をワーク接触させた状態で溶接線に沿って移動させるときに、ノズル移動がスムーズに行うことができるので移動速度が比較的安定する。また、レーザ溶接ヘッドの姿勢を変えても、常に加工位置にレーザの焦点を合わせることができる。
【００３５】
その結果、作業者の熟練度に作用されることなく溶け込み品質が一定となり溶接不良が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る手動レーザ溶接ヘッドの正面図。
【図２】図１の左側面図。
【図３】レーザ溶接ヘッドの本体を移動方向へ３０°傾斜させた状態を示した図。
【図４】走行ガイドと走行ガイド受けとを分離させた状態を示した図。
【図５】段差のある角継手の合わせ目にレーザ光の焦点を設定するときの説明図。
【図６】突合せ継手に使用する走行ガイドの実施形態の一例。
【図７】従来の手動レーザ溶接ヘッドの説明図。
【図８】従来の手動レーザ溶接ヘッドにおける溶接部の形状に合わせたノズルの先端形状の例。
【符号の説明】
１  手動レーザ溶接ヘッド
３  本体
５  光ファイバケーブル
７  溶接線
９，４３  走行ガイド
１１  走行ガイド受け
１３ａ  第一ローラ
１３ｂ  第二ローラ
１５  第一面（水平面）
１７  第二面（垂直面）
１９  スライドプレート
２１  ねじ
２３ｋ，２３ｖ  光軸
２５  球面
２７  凹部
２９  漏斗状の穴
３１  定規
３３  基準側面
３５  基準ローラ
３７  基準面
３９  被溶接材の表面
４１ａ，４１ｂ  走行ローラ
ＬＢ  レーザ光
Ｗ    被溶接材
【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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