(57)【要約】【課題】レーザ加工により発生したスパッタやヒュームなどの飛散物の保護ガラスへの付着を適切に防止することができるレーザトーチを提供すること。【解決手段】筒状のレーザトーチ本体１と、レーザトーチ本体１の内部に配置された集光レンズ１１と、レーザトーチ本体１における集光レンズ１１より先端側に設けられた保護ガラス１２とを備え、集光レンズ１１によって集光されたレーザ光を保護ガラス１２を通して被加工物Ｗに照射するレーザトーチＡ１であって、レーザトーチ本体１には、保護ガラス１２の外側に近接した位置において、被加工物方向Ｙ１への気流を発生させる第１の気流発生手段２と、第１の気流発生手段２よりも被加工物Ｗ側の位置において、レーザ光を横断する方向への気流を発生させる第２の気流発生手段３とが付設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のレーザトーチ本体と、このレーザトーチ本体の内部に配置された集光レンズと、上記レーザトーチ本体における上記集光レンズより先端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記集光レンズによって集光されたレーザ光を上記保護ガラスを通して被加工物に照射するレーザトーチであって、
上記レーザトーチ本体には、上記保護ガラスの外側に近接した位置において、被加工物方向への気流を発生させる第１の気流発生手段と、上記第１の気流発生手段よりも被加工物側の位置において、上記レーザ光を横断する方向への気流を発生させる１または複数の第２の気流発生手段とが、上記レーザ光の進路に沿うようにして付設されていることを特徴とする、レーザトーチ。
【請求項２】
上記第１の気流発生手段は、上記レーザトーチ本体の先端側から延出するスカート部と、このスカート部の内面に設けられた気体噴出ノズルとを備えて構成されている、請求項１に記載のレーザトーチ。
【請求項３】
上記気体噴出ノズルは、上記スカート部の内面に沿って所定角度間隔おきに複数設けられており、かつ、各気体噴出ノズルは、上記スカート部の軸方向視において、このスカート部の半径方向に対して同一方向に傾斜する方向に向けられている、請求項２に記載のレーザトーチ。
【請求項４】
上記スカート部の内面は、被加工物方向に向かうにつれて縮径するテーパ内面状となっている、請求項３に記載のレーザトーチ。
【請求項５】
上記第２の気流発生手段は、上記レーザ光の側方において、上記レーザ光を横断する方向を向けて配置された気体噴出ノズルと、上記気体噴出ノズルから噴出させられ、上記レーザ光を横断した後の気流をそのまま外部に放出するように形成された気流排出路とを備えて構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザトーチ。
【請求項６】
上記第１の気流発生手段の上記気体噴出ノズルから噴出させられる気流の速度は、第２の気流発生手段の上記気体噴出ノズルから噴出させられる気流の速度より低速とされている、請求項５に記載のレーザトーチ。
【請求項７】
各第２の気流発生手段の各気体噴出ノズルは、膜状の気流が上記レーザ光を横断するように、スリット状に形成されている、請求項６に記載のレーザトーチ。
【請求項８】
上記第１の気流発生手段とこの第１の気流発生手段に最も近い第２の気流発生手段との間、および、各第２の気流発生手段間には、各第２の気流発生手段の各気体噴出ノズルによって発生させられた気流に吸引されて周囲の空気が流入しうる周囲空気流入路が形成されている、請求項７に記載のレーザトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工に用いられるレーザトーチに関し、より詳しくはレーザ光学系の集光レンズの先端側に保護ガラスが設けられたレーザトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接などのレーザ加工に用いられるレーザトーチにおいては、一般に、集光レンズの先端側、すなわち集光レンズよりも被加工物側に保護ガラスが設けられており、集光レンズによって集光されたレーザ光は保護ガラスを通して被加工物に照射される。このため、レーザ加工により発生したスパッタやヒュームなどの飛散物がレーザトーチへ飛来しても、当該飛散物は保護ガラスによって遮られ、当該飛散物が集光レンズに付着することは回避される。その一方、レーザトーチに飛来した飛散物が保護ガラスに付着する場合がある。保護ガラスに飛散物が付着すると、加工部位におけるレーザ光の出力が低下し、溶融、切断等の加工品質の低下を招くこととなる。
【０００３】
このような問題に対処すべく、保護ガラスよりも被加工物側に気流発生手段を設けたレーザトーチが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたレーザトーチにおいては、レーザ光の進路の側方に、気流発生手段として複数のノズルがレーザ光の進路に沿って設けられている（同文献の図１および図２参照）。レーザ加工時には、上記複数のノズルからレーザ光を横断する水平方向（レーザ光の進路に対して垂直方向）へガスが噴出されることにより、被加工物からレーザ光の進路に沿って上昇する飛散物は、上記ノズルからのガス流によって水平方向に吹き飛ばされる。したがって、保護ガラスへの飛散物の付着は抑制される。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、上記のようにレーザ光の進路に沿って上昇する飛散物については保護ガラスへの付着が防止されるものの、レーザ光の進路の側方を迂回して上昇する飛散物については保護ガラスへの付着が有効に防止されない。すなわち、レーザ光の進路の側方を迂回して上昇する飛散物は、上記ノズルからの噴出ガスの影響を受けないので、保護ガラス付近まで到達し得る。一方、上記ノズルからのガス流の近傍は負圧状態になり、ガス流の周囲の空気は当該ガス流に吸引されるように流動する。そして、保護ガラス付近に存在する飛散物は、空気の流動に巻き込まれ、保護ガラスに付着する場合がある。また、レーザ光の進路に沿って上昇する飛散物の保護ガラスへの付着を的確に防止すべく上記複数のノズルからのガス流の流速を大きくすれば、ガス流による周囲の空気の吸引力が増大するとともにガス流の周囲に存在する飛散物も巻き込まれやすくなり、結果として、保護ガラス付近に存在する飛散物はより一層保護ガラスに付着しやすくなるという不都合を招くことになる。
【特許文献１】特開２００２−１９２３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情のもとに考え出されたものであって、レーザ加工により発生したスパッタやヒュームなどの飛散物の保護ガラスへの付着を的確に防止することができるレーザトーチを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
【０００７】
本発明によって提供されるレーザトーチは、筒状のレーザトーチ本体と、このレーザトーチ本体の内部に配置された集光レンズと、上記レーザトーチ本体における上記集光レンズより先端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記集光レンズによって集光されたレーザ光を上記保護ガラスを通して被加工物に照射するレーザトーチであって、上記レーザトーチ本体には、上記保護ガラスの外側に近接した位置において、被加工物方向への気流を発生させる第１の気流発生手段と、上記第１の気流発生手段よりも被加工物側の位置において、上記レーザ光を横断する方向への気流を発生させる１または複数の第２の気流発生手段とが、上記レーザ光の進路に沿うようにして付設されていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成のレーザトーチによれば、レーザ加工時には、被加工物からレーザ光の進路に沿って保護ガラスに向かう飛散物については、第２の気流発生手段によってレーザ光を横断する方向への気流を発生させることにより、レーザ光の進路の側方に吹き飛ばすことができる。一方、レーザ光の進路の側方を迂回して保護ガラス付近に到達する飛散物については、保護ガラスの外側に近接した位置において第１の気流発生手段によって被加工物方向への気流を発生させることにより、被加工物側へ吹き出すことができる。したがって、上記構成によれば、被加工物からの飛散物のうち、レーザ光の進路に沿って保護ガラスに向かうものに加え、レーザ光の進路の側方を迂回して保護ガラス付近に到達したものについても、保護ガラスへの付着を的確に防止することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の気流発生手段は、上記レーザトーチ本体の先端側から延出するスカート部と、このスカート部の内面に設けられた気体噴出ノズルとを備えて構成されている。
【００１０】
このような構成によれば、レーザトーチ本体の先端側において、保護ガラスの外側の表面付近はスカート部によって包囲された状態となる。また、スカート部の内面には気体噴出ノズルが設けられているため、当該気体噴出ノズルから圧縮気体が噴出されると、当該圧縮気体がスカート部に誘導され、保護ガラスから離間する方向、すなわち被加工物方向への気流が発生する。一方、保護ガラスの表面付近はスカート部によって包囲されているため、当該表面付近の側方から飛来してきた飛散物は、スカート部により遮られる。したがって、このような構成は、保護ガラスへの飛散物の付着を的確に防止するうえで好適である。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記気体噴出ノズルは、上記スカート部の内面に沿って所定角度間隔おきに複数設けられており、かつ、各気体噴出ノズルは、上記スカート部の軸方向視において、このスカート部の半径方向に対して同一方向に傾斜する方向に向けられている。
【００１２】
このような構成によれば、スカート部の内面に設けられた複数の気体噴出ノズルから圧縮気体が噴出されると、旋回流が発生する。この場合、スカート部の開放端付近に飛散物が到達しても、当該飛散物は旋回流に乗って被加工物側に適切に排出される。したがって、このような構成は、飛散物が保護ガラスへの飛散物の付着を的確に防止するうえで好適である。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記スカート部の内面は、被加工物方向に向かうにつれて縮径するテーパ内面状となっている。
【００１４】
このような構成は、旋回流を効率よく発生させるうえで好適である。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２の気流発生手段は、上記レーザ光の側方において、上記レーザ光を横断する方向を向けて配置された気体噴出ノズルと、上記気体噴出ノズルから噴出させられ、上記レーザ光を横断した後の気流をそのまま外部に放出するように形成された気流排出路とを備えて構成されている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の気流発生手段の上記気体噴出ノズルから噴出させられる気流の速度は、第２の気流発生手段の上記気体噴出ノズルから噴出させられる気流の速度より低速とされている。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、各第２の気流発生手段の各気体噴出ノズルは、膜状の気流が上記レーザ光を横断するように、スリット状に形成されている。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の気流発生手段とこの第１の気流発生手段に最も近い第２の気流発生手段との間、および、各第２の気流発生手段間には、各第２の気流発生手段の各気体噴出ノズルによって発生させられた気流に吸引されて周囲の空気が流入しうる周囲空気流入路が形成されている。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明に係るレーザトーチをレーザ溶接トーチに適用した一例を表す。レーザ溶接トーチＡ１は、筒状のレーザトーチ本体１と、第１の気流発生手段２と、第２の気流発生手段３とを備える。
【００２１】
図１および図２に表れているように、レーザトーチ本体１は筒状とされており、その一端側（同図において上方、図示せず）において、図外のレーザ発振装置から出力されたレーザ光が図外の光ファイバーなどを介して導入されるように構成されている。レーザトーチ本体１の内部には、レーザ光学系の集光レンズ１１が設けられており、レーザトーチ本体１の集光レンズ１１よりも先端側（レーザトーチ本体１のレーザ光導入端とは反対側）には、保護ガラス１２が設けられている。保護ガラス１２は、レーザトーチ本体１の内部に異物が侵入することを防止するためのものであり、レーザトーチ本体１の先端側開口部を閉塞するように取り付けられている。レーザトーチ本体１にレーザ光が導入されると、当該レーザ光は集光レンズ１１で集光されたうえで保護ガラス１２を通して被溶接物Ｗの溶接部位に照射される。なお、上記レーザ発振装置の種類は特に限定されるものではなく、例えばファイバーレーザやＹＡＧレーザなど種々のレーザ発振装置を採用することができる。
【００２２】
第１の気流発生手段２は、レーザトーチ本体１の先端側に設けられた保護ガラス１２の外側に近接して設けられており、被溶接物Ｗが配された方向（以下、被溶接物方向Ｙ１という）への気流を発生させるためのものである。第１の気流発生手段２は、スカート部２１と、当該スカート部２１の内面２１ａに設けられた複数の気体噴出ノズル２２とを備える。
【００２３】
スカート部２１は、略円筒状とされており、レーザトーチ本体１の先端側の外周部から延出するように設けられている。スカート部２１の内面２１ａは、被溶接物方向Ｙ１に向かうにつれて縮径するテーパ内面状に形成されている。
【００２４】
図３に表れているように、複数の気体噴出ノズル２２は、スカート部２１の内面２１ａに沿って所定角度間隔ごと（本実施形態では９０度ごとの合計４箇所）に設けられており、より詳細には、スカート部２１の軸方向視においてスカート部２１の半径方向に対して同一方向に傾斜する方向に向けられている。また、各気体噴出ノズル２２には、配管Ｌ１を介して図示しない圧縮機が接続されており、当該圧縮機が作動すると、圧縮空気が各気体噴出ノズル２２からスカート部２１の内側に噴出される。
【００２５】
図１および図２に表れているように、第２の気流発生手段３は、保護ガラス１２を通して出射されたレーザ光を横断する方向への気流を発生させるためのものであり、第１の気流発生手段２よりも被溶接物Ｗ側においてレーザ光の進路に沿う２箇所に設けられている。
【００２６】
各第２の気流発生手段３は、ベース部３１と、気体噴出ノズル３２と、気流排出路３３とを備える。ベース部３１は、切欠き部を有する略円筒状とされており、当該略円筒状の内面がレーザ光の進路を包囲する姿勢にて配置されている。気体噴出ノズル３２は、レーザ光の光軸Ｓに対する垂直面に沿って一定長さに延びたスリット状とされており、レーザ光の進路に臨むように形成されている。上記切欠き部は、レーザ光の進路を挟んで気体噴出ノズル３２に対向する位置に、当該気体噴出ノズル３２の長さＤ１よりも大きい幅Ｄ２を有するように形成されており、気流排出路３３として機能する部分である。気体噴出ノズル３２には、配管Ｌ２を介して図示しない圧縮機が接続されており、当該圧縮機が作動すると、圧縮空気が気体噴出ノズル３２から気流排出路３３に向けて噴出される。
【００２７】
第１の気流発生手段２を構成するスカート部２１、および第２の気流発生手段３を構成するベース部３１は、それぞれ、レーザ光の光軸Ｓに平行な方向に形成された複数の貫通孔（図示せず）を有しており、当該貫通孔に嵌挿されたボルト４により、レーザトーチ本体１の先端部に固定されている。また、スカート部２１とスカート部２１に最も近いベース部３１との間、および２つのベース部３１の間には、上記ボルト４が嵌挿される状態にてスペーサ５が適宜設けられている。これにより、スカート部２１とスカート部２１に最も近いベース部３１との間、および２つのベース部３１の間には、周囲空気流入路６，７が形成されている。
【００２８】
図２に表れているように、被溶接物Ｗ付近にはシールドガス用パイプＰが配されている。シールドガス用パイプＰは、レーザ溶接時における溶接部位の酸化を防止するためのシールドガスを供給するものであり、例えば図示しないブラケットを介してレーザトーチ本体１に取り付けられている。シールドガスとしては、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスが挙げられる。
【００２９】
レーザ溶接トーチＡ１を用いて溶接を行なう際には、レーザ発振装置の作動により、当該レーザ発振装置から出力されたレーザ光がレーザトーチ本体１に導入される。レーザトーチ本体１に導入されたレーザ光は、集光レンズ１１で集光されたうえで保護ガラス１２を通して被溶接物Ｗの溶接部位に照射される。溶接部位では、溶接作業に伴なってスパッタやヒュームなどが発生し、これらが飛散物として溶接部位の周辺に飛散する。また、溶接時には、溶接部位の周囲に、シールドガス用パイプＰを通じてシールドガスが連続的に供給される。
【００３０】
第１の気流発生手段２においては、配管Ｌ１に接続された圧縮機の作動により、配管Ｌ１を通じて供給された所定圧の圧縮空気が各気体噴出ノズル２２から噴出され、気流Ｃ１が発生する（図３参照）。気体噴出ノズル２２から噴出される直前の圧縮空気の圧力は、例えば６ｋｇｆ／ｃｍ2である。上記したように、各気体噴出ノズル２２は、スカート部２１の軸方向視においてスカート部２１の半径方向に対して同一方向に傾斜する方向に向けられている。このため、スカート部２１の内側では気流Ｃ１がスカート部の内面に沿って旋回し、いわゆる旋回流Ｃ２が形成される（図２参照）。一方、保護ガラス１２の表面１２ａ付近はスカート部２１によって包囲された状態であるので、旋回流Ｃ２はスカート部２１に誘導され、スカート部２１の内側空間全体として見れば、保護ガラス１２から離間する方向、すなわち被溶接物方向Ｙ１への気流が形成される。なお、スカート部２１の内面２１ａは被溶接物方向Ｙ１に向かうほど縮径するテーパ面とされているため、スカート部２１の内面２１ａに沿う旋回流Ｃ２の流速は、殆ど低下しない。
【００３１】
第２の気流発生手段３においては、配管Ｌ２に接続された圧縮機の作動により、配管Ｌ２を通じて供給された所定圧の圧縮空気が各気体噴出ノズル３２から噴出され、気流Ｃ３が発生する。気体噴出ノズル３２から噴出される直前の圧縮空気の圧力は、例えば８ｋｇｆ／ｃｍ2である。このように、第２の気流発生手段３の気体噴出ノズル３２に与えられる圧縮空気の圧力が上記第１の気流発生手段２の気体噴出ノズル２２に与えられる圧縮空気の圧力より高圧であることから、第２の気流発生手段３によって発生させられる気流Ｃ３の速度は、第１の気流発生手段２によって発生させられる気流Ｃ２の速度より高速となる。上記したように、気体噴出ノズル３２は、レーザ光の光軸Ｓに対する垂直面に沿って延びたスリット状とされている。このため、ベース部３１の内側では、膜状の気流Ｃ３が形成され、当該気流Ｃ３はレーザ光の進路を横断し、気流排出路３３を通じて外部に放出される。ここで、気流排出路３３は、その幅Ｄ２が気体噴出ノズル３１の長さＤ１よりも大きくされている。このため、気体噴出ノズル３２を通じて形成された気流Ｃ３は、その流れを妨げられることなく気流排出路３３から放出される。
【００３２】
また、第２の気流発生手段３により気流Ｃ３が形成されると、この気流Ｃ３によって発生する負圧に吸引されるようにして、周囲の空気は周囲空気流入路６，７を介してベース部３１の内部に流入する。これにより、ベース部３１の内部の気圧が必要以上に低下して上記気流Ｃ３の速度が減じられることが抑制される。また、この気流Ｃ３は、上記気流Ｃ２より高速であることから、上記気流Ｃ２が下向きに向かうのを助成する役割を担うとともに、上記気流Ｃ２が溶接部位におけるシールドガス雰囲気を乱してしまうことを防止する役割をも担う。
【００３３】
本実施形態では、被溶接物Ｗの周辺に飛散した飛散物のうち、レーザ光の進路に沿って保護ガラス１２に向かうものについては、第２の気流発生手段３にて形成された気流Ｃ３により、レーザ光の進路の側方に吹き飛ばされる。上記したように、上記気流Ｃ３は、流速が減じられることなくレーザ光の進路を横断して比較的高速で流れるし、しかも、この実施形態では第２の気流発生手段３が２段に形成されているので、気流Ｃ３を横断するように進入した飛散物は、ほぼ確実に外部に吹き飛ばされる。
【００３４】
一方、被溶接物Ｗの周辺に飛散した飛散物のうち、レーザ光の進路の側方を迂回して上昇し、周囲空気流入路６から保護ガラス１２付近に到達する飛散物、あるいは、上記第２の気流発生手段３にて形成される気流Ｃ３によっても吹き飛ばされずに保護ガラス１２付近に上昇してきた飛散物は、第１の気流発生手段２にて形成される旋回流Ｃ２により、被溶接物Ｗ側へ吹き出される。より詳細には、スカート部２１の下側開放端付近に飛散物が到達しても、当該飛散物は旋回流Ｃ２に乗って被溶接物方向Ｙ１に流され、続いて、第２の気流発生手段３にて形成された気流Ｃ３により、レーザ光の進路の側方へ吹き飛ばされる。
【００３５】
このようなことから理解できるように、本実施形態においては、被溶接物Ｗの周辺に飛散した飛散物のうち、レーザ光の進路に沿って保護ガラス１２に向かうものに加え、レーザ光の進路の側方を迂回して保護ガラス１２付近に到達したものについても、保護ガラス１２への付着を的確に防止することができる。
【００３６】
また、保護ガラス１２の表面１２ａ付近はスカート部２１によって包囲されているため、当該表面１２ａ付近の側方から飛来する飛散物は、スカート部２１で遮られる。このような構成は、保護ガラス１２への飛散物の付着を的確に防止するうえで好適である。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るレーザトーチの各部の具体的な構成は、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。
【００３８】
上記実施形態では、本発明に係るレーザトーチをレーザ溶接に適用した一例について説明したが、本発明はレーザ溶接以外の各種レーザトーチに適用することができる。
【００３９】
本発明における第１の気流発生手段は、被加工物方向への気流を発生させる構成であればよく、上記実施形態のような旋回流が形成される構造とは異なる構造を採用してもよい。
【００４０】
上記実施形態では、第１の気流発生手段を１箇所、第２の気流発生手段を２箇所に設ける構成としたが、第１および第２の気流発生手段の配設数はこれに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るレーザトーチの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ１    レーザ溶接トーチ
Ｗ      被溶接物（被加工物）
Ｙ１    被溶接物方向（被加工物方向）
１      レーザトーチ本体
２      第１の気流発生手段
３      第２の気流発生手段
６，７    周囲空気流入路
１１    集光レンズ
１２    保護ガラス
２１    スカート部
２２    気体噴出ノズル
３１    ベース部
３２    気体噴出ノズル
３３    気流排出路
【図１】
2007216290.tif 000003
【図２】
2007216290.tif 000004
【図３】
2007216290.tif 000005