(57)【要約】【課題】レーザ施工装置による施工対象の加工を高精度かつ効率よく行うことができ、さらに、レーザ施工装置の小型化を図りながら、レーザ施工装置に備える光学部品に対する昇華蒸気の蒸着も抑制できるようにする。【解決手段】施工対象の一部を包含する真空チャンバー２と、内部にガスが導入される筒状をなし、真空チャンバー２内に連通する一端から真空チャンバー２内にガスを導出するガス導出部３と、ガス導出部３の他端側から、ガス導出部３の一端を介して真空チャンバー２内の施工対象にレーザＬを照射するレーザ照射部４と、を備え、ガス導出部３が、その他端側から一端に向かうに従って漸次縮径する縮径部３１を有するレーザ施工装置１を提供する。【選択図】図１
2013180310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工対象の少なくとも一部を包含する真空チャンバーと、
内部にガスが導入される筒状をなし、前記真空チャンバー内に連通する一端から該真空チャンバー内にガスを導出するガス導出部と、
前記ガス導出部の他端側から、該ガス導出部の一端を介して前記真空チャンバー内の前記施工対象にレーザを照射するレーザ照射部と、を備え、
前記ガス導出部が、その他端側から一端に向かうに従って漸次縮径する縮径部を有することを特徴とするレーザ施工装置。
【請求項２】
前記レーザの光軸及び前記ガス導出部の軸線は、前記レーザが照射される前記施工対象の被照射面に直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のレーザ施工装置。
【請求項３】
前記ガス導出部が、前記縮径部の前記一端側に連設されて前記一端に向かうに従って漸次拡径する拡径部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ施工装置。
【請求項４】
前記ガス導出部が、前記縮径部の前記一端側に連設されて、前記縮径部の前記一端側の開口径と同一の内径を有する筒状部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ施工装置。
【請求項５】
前記縮径部が、前記ガス導出部の軸線方向に複数連設され、
前記軸線方向に隣り合う二つの縮径部のうち一方の縮径部の前記他端側の内径が、当該一方の縮径部の前記他端側に開口する他方の縮径部の前記一端側の内径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ施工装置。
【請求項６】
前記ガス導出部に、少なくとも当該ガス導出部の他端側を前記真空チャンバー内に対して区画する遮蔽板が設けられ、
該遮蔽板には、前記ガス導出部の他端側から照射される前記レーザによって厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ施工装置。
【請求項７】
前記ガス導出部が、前記真空チャンバーに一体に固定され、
前記ガス導出部の他端側には、前記真空チャンバー内を該真空チャンバーの外側に対して気密に封止すると共に、前記レーザを透過可能な光学部品が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ施工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ施工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ施工装置には、例えば特許文献１のように、真空中でレーザを施工対象（例えば金属）に照射して、各種加工（例えば溶接加工、穴あけ加工、切断加工）を施すものがある。このようなレーザ施工装置では、真空の蒸気圧が大気の蒸気圧よりも低いことを利用することで、レーザによって溶融した施工対象の溶融部分が固相から気相に昇華し易くなるため、施工対象を効率よく溶融することが可能である。
この種のレーザ施工装置では、施工対象（特にレーザを照射する部分）を真空チャンバーにより包含して真空状態に保持する必要がある。そこで、特許文献１のレーザ施工装置では、レーザを真空チャンバーの外側から内側に透過させるためのレーザ透過ガラス（光学部品）を、真空チャンバーの壁部に嵌合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６２−１５１０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、真空中で施工対象にレーザを照射した場合には、施工対象が溶けて昇華した蒸気（以下、昇華蒸気と呼ぶ。例えば施工対象が金属である場合には金属蒸気。）が発生し、この昇華蒸気が勢いよく上昇してレーザ透過ガラスに付着（蒸着）してしまう。その結果、真空チャンバー内へのレーザの照射を阻害する、という問題が生じる。なお、大気中で施工対象にレーザを照射した場合には、昇華蒸気が発生したとしても大気と化学反応する（例えば、施工対象が金属である場合、金属蒸気は大気中の酸素と反応して酸化物（粉塵）となる。）等して昇華蒸気が上昇する勢いは弱まるが、真空中では大気中のように昇華蒸気の勢いを弱める要因が存在しないあるいは微小であるため、昇華蒸気が勢いよく上昇してレーザ透過ガラスに付着（蒸着）しやすい。
また、従来では、レーザ透過ガラスを使用せずに、レーザを光ファイバ等で真空チャンバー内に導入した上で、集光レンズ（光学部品）によってレーザの焦点を施工対象に合わせることも考えられる。しかしながら、この場合であっても、昇華蒸気が集光レンズに蒸着してしまう、という問題は生じる。
【０００５】
さらに、従来では、昇華蒸気がレーザ透過ガラスや集光レンズ等の光学部品に到達しないように、光学部品を施工対象から十分に離間させることも考えられているが、この場合には、レーザ施工装置の大型化が避けられず、レーザ施工装置の汎用性が低下する、という問題が生じる。また、この場合には、レーザの焦点距離が長くなることで焦点におけるレーザ径が大きくなり、さらに、焦点におけるレーザのエネルギー密度も低くなるため、施工対象に対して高精度な加工ができなくなったり、施工対象の加工を効率よく行えなかったりする問題も発生する。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、施工対象の加工を高精度かつ効率よく行うことができ、さらに、小型化を図りながら、光学部品に対する昇華蒸気の蒸着も抑制できるレーザ施工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明のレーザ施工装置は、施工対象の少なくとも一部を包含する真空チャンバーと、内部にガスが導入される筒状をなし、前記真空チャンバー内に連通する一端から該真空チャンバー内にガスを導出するガス導出部と、前記ガス導出部の他端側から、該ガス導出部の一端を介して前記真空チャンバー内の前記施工対象にレーザを照射するレーザ照射部と、を備え、前記ガス導出部が、その他端側から一端に向かうに従って漸次縮径する縮径部を有することを特徴とする。
【０００８】
上記レーザ施工装置では、レーザをレーザ照射部からガス導出部の他端から一端に通して、真空チャンバー内に位置する施工対象に照射することで、施工対象に対して各種加工を施すことができる。この際には、従来の場合と同様に、施工対象が溶けて昇華した昇華蒸気が発生する。
ここで、ガス導出部の一端側に位置する縮径部の一端の内径（開口径）は、縮径部の中で最も小さく設定されているため、ガス導出部が縮径部を有さない単純な筒状である場合と比較して、施工対象から勢いよく上昇する昇華蒸気が、ガス導出部の縮径部内に入り込み難くなる。
【０００９】
また、上記レーザ施工装置では、ガス導出部内のガスが、ガス導出部の一端に向かうに従って縮径する縮径部を通って真空チャンバー内に導出されるため、縮径部が無い場合と比較して、ガス導出部の一端から真空チャンバー内に導出されるガスの流速が高くなる。したがって、上述した昇華蒸気は、流速が高められた状態で真空チャンバー内に導出されるガスによっても、ガス導出部の縮径部内に入り込み難くなる。
【００１０】
以上のように、上記レーザ施工装置では、縮径部の形状、及び、流速が高められたガスによって、昇華蒸気がガス導出部の縮径部内に入り込み難くなるため、筒状に形成されたガス導出部の軸線方向の長さを短く設定しても、昇華蒸気はガス導出部の他端側に到達し難くなる。
言い換えれば、ガス導出部の他端側に、レーザの焦点を施工対象に合わせるレーザ照射部の集光レンズや、真空チャンバーの外側から内側にレーザを透過させるレーザ透過部材等の光学部品が配される場合に、施工対象から光学部品までの距離を小さく設定しても、これら光学部品に上述した昇華蒸気が付着（蒸着）することを抑制できる。
【００１１】
また、ガス導出部の軸線方向の長さを小さく設定できることから、レーザ施工装置の小型化が可能となり、レーザ施工装置の汎用性を向上できる。
さらに、施工対象から集光レンズまでの距離を小さく設定できることから、レーザの焦点距離を短く設定して、焦点におけるレーザ径を小さくし、また、焦点におけるレーザのエネルギー密度も高めることができる。したがって、施工対象に対して高精度な加工を施せると共に、施工対象の加工を効率よく行うことが可能となる。
【００１２】
そして、前記レーザ施工装置においては、前記レーザの光軸及び前記ガス導出部の軸線は、前記レーザが照射される前記施工対象の被照射面に直交する方向に対して傾斜しているとよい。
【００１３】
上記レーザ施工装置によれば、縮径部の一端の開口は、昇華蒸気の発生位置に対して被照射面に沿う方向にずれて位置することになるため、昇華蒸気が施工対象から被照射面の上方に上昇しても、縮径部の一端の開口に近づき難くなる。
さらに、ガス導出部から真空チャンバー内に導出されるガスは、ガス導出部の軸線方向に沿って流れ、被照射面において斜めに反射するため、反射したガスは縮径部の一端の開口から離れる方向に流れ、縮径部の一端の開口に近づくことは無い。すなわち、昇華蒸気がガスの流れに乗って縮径部の一端の開口に近づくことも無い。
以上のことから、昇華蒸気はさらに縮径部内に入り込み難くなる。
【００１４】
また、前記レーザ施工装置においては、前記ガス導出部が、前記縮径部の前記一端側に連設されて前記一端に向かうに従って漸次拡径する拡径部を備えることが好ましい。
【００１５】
また、前記レーザ施工装置においては、前記ガス導出部が、前記縮径部の前記一端側に連設されて前記一端に向かうに従って漸次拡径する拡径部を備えていてもよい。
【００１６】
これらレーザ施工装置では、縮径部の一端に連設された拡径部や筒状部によって、昇華蒸気が縮径部内に入り込むことをさらに抑制することが可能である。
なお、縮径部の一端に拡径部が連設されたレーザ施工装置では、縮径部及び拡径部によって所謂ラバール・ノズルが構成されるように、縮径部及び拡径部の形状を設定することにより、縮径部において加速されたガスを、拡径部においてさらに加速させることが可能となる。すなわち、ガス導出部の一端から真空チャンバー内に導出されるガスの流速をさらに高めることで、縮径部内への昇華蒸気の侵入をさらに抑制することができる。
【００１７】
また、縮径部の一端に筒状部が連設されたレーザ施工装置では、小さい内径を有する筒状部が縮径部の一端からガス導出部の一端側に延長しているため、縮径部によって高められたガスの流速を筒状部内で保持しながら、ガスを真空チャンバー内に導出することができる。このように、筒状部内においてガスの流速が保持されていることで、昇華蒸気が縮径部内に入り込むことをさらに抑制することができる。
【００１８】
また、前記レーザ施工装置においては、前記縮径部が、前記ガス導出部の軸線方向に複数連設され、前記軸線方向に隣り合う二つの縮径部のうち一方の縮径部の前記他端側の内径が、当該一方の縮径部の前記他端側に開口する他方の縮径部の前記一端側の内径よりも大きく設定されているとよい。
すなわち、上記レーザ施工装置では、一方の縮径部が他方の縮径部よりもガス導出部の一端側に配されている。
【００１９】
上記レーザ施工装置によれば、一方の縮径部はその一端側から他端側に向かうに従って漸次拡径しているため、仮に、昇華蒸気が一方の縮径部の一端から一方の縮径部内に入り込んだとしても、一方の縮径部内に入り込んだ昇華蒸気は、一方の縮径部の一端側から他端側に向かうに従って拡散することになる。
そして、一方の縮径部の他端側には、当該他端側の内径よりも小さい他方の縮径部の一端が開口しているため、昇華蒸気は、一方の縮径部から他方の縮径部に入り込み難くなる。したがって、仮に昇華蒸気が一方の縮径部に入り込んだとしても、昇華蒸気はガス導出部の他端にさらに到達し難くなる。
【００２０】
さらに、前記レーザ施工装置においては、前記ガス導出部に、少なくとも当該ガス導出部の他端側を前記真空チャンバー内に対して区画する遮蔽板が設けられ、該遮蔽板には、前記ガス導出部の他端側から照射される前記レーザによって厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。
すなわち、上記レーザ施工装置では、貫通孔の孔径が、遮蔽板を配した位置におけるレーザ径と同等になる。また、この貫通孔によってガス導出部の他端側と真空チャンバー内とが連通することになる。
【００２１】
上記レーザ施工装置によれば、ガス導出部の他端側と真空チャンバー内とを連通させる貫通孔の孔径が、レーザを通過させるための最小限の径寸法に設定されるため、昇華蒸気が、真空チャンバー内からガス導出部の他端に到達することをさらに抑えることが可能となる。
また、遮蔽板の貫通孔は、遮蔽板をガス導出部に取り付けた後にレーザ施工装置のレーザによって形成されるため、予めレーザ径と同等の貫通孔が形成された遮蔽板をガス導出部に取り付ける場合と比較して、貫通孔が形成された遮蔽板を、高い位置精度で容易に設けることができる。
【００２２】
そして、前記レーザ施工装置において、前記ガス導出部が、前記真空チャンバーに一体に固定される場合には、前記ガス導出部の他端側に、前記真空チャンバー内を該真空チャンバーの外側に対して気密に封止すると共に、前記レーザを透過可能な光学部品が設けられているとよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、真空中でのレーザ照射による施工対象の加工を高精度かつ効率よく行いながら、光学部品に対する昇華蒸気の蒸着も抑制することが可能となる。また、レーザ施工装置の小型化が可能となるため、レーザ施工装置の汎用性向上を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態に係るレーザ施工装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すレーザ施工装置の変形例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るレーザ施工装置の要部を示す概略断面図である。
【図４】図３に示すレーザ施工装置の変形例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係るレーザ施工装置の要部を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係るレーザ施工装置を示しており、（ａ）はレーザ施工装置の要部を示す概略断面図、（ｂ）は、ガス導出部に取り付けられる遮蔽板の概略平面図である。
【図７】図６に示すレーザ施工装置の変形例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るレーザ施工装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第一実施形態〕
以下、図１を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
本実施形態に係るレーザ施工装置は、図１に示すように、施工対象Ｗ上で移動させながら真空中でレーザＬによる施工対象の溶接加工を施す局所真空型レーザ溶接装置である。このレーザ施工装置１は、真空チャンバー２と、ガス導出部３と、レーザ照射部４と、を備えている。
【００２６】
真空チャンバー２は、施工対象Ｗのうち溶接箇所を含む表面（被照射面）Ｗａの一部を覆う箱状に形成された局所真空チャンバーである。この真空チャンバー２により施工対象Ｗの表面Ｗａを覆った状態では、真空チャンバー２と施工対象Ｗの表面Ｗａとによって区画される真空チャンバー２の内部空間２１が画成されている。
そして、施工対象Ｗの表面Ｗａに接触する真空チャンバー２の開口端は、施工対象Ｗの表面Ｗａと真空チャンバー２との隙間を埋めるシール部２２によって構成されている。したがって、真空チャンバー２を施工対象Ｗの表面Ｗａに配した状態では、真空チャンバー２内（内部空間２１）が真空チャンバー２の外側に対して気密に封止されている。なお、図示例のシール部２２は、ブラシシールであるが、これに限ることは無い。
この真空チャンバー２には、真空ポンプ等の減圧手段２３が接続されている。この減圧手段２３により真空チャンバー２内を減圧することで、真空チャンバー２内を真空状態に保持することができる。
【００２７】
ガス導出部３は、筒状に形成されると共に、真空チャンバー２の内部空間２１を真空チャンバー２の外側に連通させるように、真空チャンバー２の壁部に一体に固定されている。なお、図示例では、ガス導出部３が、施工対象Ｗの表面Ｗａに対向する真空チャンバー２の上壁部２４に固定されているが、例えば上壁部２４から施工対象Ｗの表面Ｗａに向けて延びる側壁部２５に固定されてもよい。また、図示例では、ガス導出部３の軸線Ｏ方向の一端側が真空チャンバー２内に挿入されているが、例えば挿入されていなくてもよい。
【００２８】
このガス導出部３の他端側には、ガス導出部３の内部空間を、真空チャンバー２内に連通するガス導出部３の軸線Ｏ方向の一端側の空間と、真空チャンバー２の外側に連通するガス導出部３の他端側の空間とに区画するレーザ透過部材（光学部品）３２が設けられている。真空チャンバー２内の気密性は、このレーザ透過部材３２によって保たれるようになっている。なお、レーザ透過部材３２は、真空チャンバー２内の施工対象Ｗに照射するレーザ照射部４のレーザＬを、ガス導出部３の他端側から一端側に透過可能なガラス等の光透過性材料によって形成されている。
【００２９】
また、ガス導出部３には、レーザ透過部材３２よりもガス導出部３の他端側において、ガス導出部３の内周面に開口するガス供給管３３が接続されている。これにより、ガス供給源３４からのガスを、ガス導出部３の内部に導入して、ガス導出部３の一端から真空チャンバー２内に導出することが可能となっている。なお、本実施形態においてガス導出部３に導入されるガスは、溶接加工に好適な窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスである。
そして、本実施形態のガス導出部３は、その他端側から一端側に向かうに従って漸次縮径する縮径部３１のみによって構成されている。なお、縮径部３１の一端の内径（開口径）は、少なくともレーザＬが通過できる大きさに設定されていればよいが、縮径部３１の一端におけるレーザ径との差が小さいことがより好ましい。
以上のように構成されるガス導出部３の軸線Ｏ方向は、真空チャンバー２を施工対象Ｗ上に配した状態において、施工対象Ｗの表面Ｗａに直交する方向に設定されている。すなわち、ガス導出部３の一端の開口が施工対象Ｗの表面Ｗａ（特にレーザＬが照射される領域）に対向することになる。
【００３０】
レーザ照射部４は、ガス導出部３の他端側から、ガス導出部３の一端を介して真空チャンバー２内の施工対象ＷにレーザＬを照射するものである。
具体的に説明すれば、本実施形態のレーザ照射部４は、レーザ発振器４１、集光部４２及び光ファイバ４３を備えている。なお、レーザ発振器４１の具体例としては、例えばＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等が挙げられる。また、集光部４２は、筒状ケース４４及び集光レンズ（光学部品）４５を備えている。なお、本実施形態では、集光部４２の筒状ケース４４がガス導出部３の他端に一体に固定されており、これによって、集光部４２はガス導出部３と共に施工ヘッド５を構成している。また、集光レンズ４５は、筒状ケース４４の内部空間を、ガス導出部３側に開口する一端側の空間と、レーザＬが導入される他端側の空間とに区画するように配されている。
【００３１】
以上のように構成されるレーザ照射部４では、レーザ発振器４１から出力されたレーザＬが、ガス導出部３内を通過して施工対象Ｗに照射されるように、光ファイバ４３によって集光部４２の筒状ケース４４内に導入される。さらに、レーザＬの焦点は、筒状ケース４４内に配された集光レンズ４５によって施工対象Ｗに合うように設定されている。
なお、このレーザ照射部４において、ガス導出部３を通過するレーザＬの光軸は、図示例のようにガス導出部３の軸線Ｏ方向に一致することが好ましいが、少なくともガス導出部３の一端から施工対象Ｗに向けて照射されれば、例えばガス導出部３の軸線Ｏ方向に対して傾斜していても構わない。
【００３２】
次に、上記構成のレーザ施工装置１の使用方法について説明する。
レーザ施工装置１を用いて施工対象Ｗに溶接加工を施す場合には、はじめに、施工対象Ｗのうち表面Ｗａのうち溶接加工を施す部分を真空チャンバー２により覆った上で、減圧手段２３により真空チャンバー２内（内部空間）を減圧して真空状態に保持する。また、ガス供給源３４からガス導出部３内にガスを導入して、ガス導出部３の一端から真空チャンバー２内にガスを導出する。これにより、真空チャンバー２内に導出されたガスは、施工対象ＷのうちレーザＬが照射される部分に向けて流れることになる。
【００３３】
そして、この状態において、施工対象Ｗに向けてレーザＬを照射することにより、照射された施工対象Ｗの部分が溶け、施工対象Ｗに溶接加工が施される。なお、本実施形態のレーザ施工装置１では、真空チャンバー２内の真空状態を保持しながら、真空チャンバー２を施工対象Ｗ上で移動させることが可能であり、これによって、広範囲の溶接加工を施すことができる。
ところで、上記のようにレーザＬを照射すると、施工対象Ｗの部分が溶けて昇華した蒸気（昇華蒸気）が発生する。この昇華蒸気は、真空中で生じるため、ガス導出部３の一端の開口に向けて勢いよく上昇しようとする。
【００３４】
ここで、ガス導出部３内のガスは、ガス導出部３の一端に向かうに従って漸次縮径する縮径部３１を通って真空チャンバー２内に導出されるため、ガスはその流速が縮径部３１によって加速された状態で真空チャンバー２内に導出されることになる。すなわち、縮径部３１がない場合と比較して、真空チャンバー２内に導出されるガスの流速が高くなる。さらに、真空チャンバー２内に導出されるガスが流れる向きは、ガス導出部３の軸線Ｏ方向となるため、本実施形態では、昇華蒸気の上昇方向と逆向きとなる。したがって、このガスの流れによって昇華蒸気が上昇する勢いを効果的に弱めることができる。
また、真空チャンバー２内に開口する縮径部３１の一端の内径（開口径）は、縮径部３１の中で最も小さく設定されているため、ガス導出部３が縮径部３１を有さない単純な筒状である場合と比較して、ガス導出部３に向けて上昇する昇華蒸気は、ガス導出部３の縮径部３１内に入り込み難くなる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態のレーザ施工装置１によれば、流速が高められたガス、及び、縮径部３１の形状によって、昇華蒸気が縮径部３１内に入り込み難くなる。このため、ガス導出部３の他端側に配されたレーザ透過部材３２から施工対象Ｗまでの距離が短くなるように、ガス導出部３の軸線Ｏ方向の長さを短く設定しても、昇華蒸気はレーザ透過部材３２に到達し難くなる。すなわち、レーザ透過部材３２に昇華蒸気が付着（蒸着）することを抑制できる。
【００３６】
さらに、施工対象Ｗから集光レンズ４５までの長さも短く設定することも可能となる。このため、レーザＬの焦点距離を短く設定して、焦点におけるレーザＬの径を小さくし、また、焦点におけるレーザＬのエネルギー密度も高めることができる。したがって、施工対象Ｗに対して高精度な加工を施せると共に、施工対象Ｗの加工を効率よく行うことが可能となる。
また、ガス導出部３や筒状ケース４４の軸線Ｏ方向の長さを短く設定できることから、レーザ施工装置１の小型化が可能となり、レーザ施工装置１の汎用性を向上できる。特に、本実施形態のレーザ施工装置１では、小型化によって施工ヘッド５を一体に固定した真空チャンバー２を移動させ易くなる、という利点がある。
【００３７】
なお、上記第一実施形態では、ガス導出部３の軸線Ｏが、施工対象Ｗの表面Ｗａの直交方向に設定されているが、例えば図２に示すように、施工対象Ｗの表面Ｗａの直交方向に対して傾斜していてもよい。この場合、レーザＬの光軸も同様にして施工対象Ｗの表面Ｗａの直交方向に対して斜めに傾斜することになる。
この構成のレーザ施工装置では、縮径部３１の一端の開口が、昇華蒸気の発生位置に対して施工対象Ｗの表面Ｗａに沿う方向にずれて位置することになるため、昇華蒸気が施工対象Ｗから施工対象Ｗの表面Ｗａの上方に上昇しても、縮径部３１の一端の開口に近づき難くなる。
【００３８】
さらに、ガス導出部３から真空チャンバー２内に導出されるガスは、ガス導出部３の軸線Ｏ方向に流れ、施工対象Ｗの表面Ｗａにおいて斜めに反射するため、反射したガスは縮径部３１の一端の開口から離れる方向に流れ、縮径部３１の一端の開口に近づくことは無い。すなわち、昇華蒸気がガスの流れに乗って縮径部３１の一端の開口に近づくことも無い。
以上のことから、昇華蒸気はさらに縮径部３１内に入り込み難くなる。
【００３９】
〔第二実施形態〕
次に、図３を参照して本発明の第二実施形態について説明する。なお、この実施形態のレーザ施工装置は、ガス導出部３の構成のみについて第一実施形態と異なっているため、第一実施形態のレーザ施工装置１の構成要素と同一の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態に係るレーザ施工装置のガス導出部３は、第一実施形態と同様の縮径部３１に加え、縮径部３１の一端側に連接された拡径部３５を備えて構成されている。この拡径部３５は、縮径部３１側からガス導出部３の一端に向かうに従って漸次拡径するように形成されている。すなわち、本実施形態のガス導出部３では、拡径部３５がガス導出部３の一端の開口をなしている。
【００４０】
このように構成されるガス導出部３では、縮径部３１及び拡径部３５によって所謂ラバール・ノズルが構成されている。具体的に説明すれば、縮径部３１において加速されたガスが縮径部３１の一端（拡径部３５の他端）において音速となるように、また、縮径部３１の一端から拡径部３５に入り込んだガスが超音速でさらに加速されるように、縮径部３１及び拡径部３５の形状が設定されている。
したがって、本実施形態のレーザ施工装置では、第一実施形態と同様の効果を奏する他、ガス導出部３の一端から真空チャンバー２に導出されるガスの流速がさらに高めることもできるため、縮径部３１内への昇華蒸気の侵入をさらに抑制することが可能となる。
【００４１】
なお、上記第二実施形態のガス導出部３は、縮径部３１の一端側に拡径部３５を連接して構成されているが、例えば図４に示すように、縮径部３１の一端側に筒状部３６を連接して構成されてもよい。この筒状部３６の内径は、縮径部３１の一端側の開口径と同一に設定されている。
この構成では、小さい内径を有する筒状部３６が縮径部３１の一端からガス導出部３の一端側に延長しているため、縮径部３１によって高められたガスの流速を筒状部３６内で保持しながら、ガスを真空チャンバー２内に導出することができる。このように、筒状部３６内においてガスの流速が保持されていることで、昇華蒸気が縮径部３１内に入り込むことをさらに抑制することができる。
上述した図３，４の構成は、図１，２に示す構成にも各々適用することが可能である。
【００４２】
〔第三実施形態〕
次に、図５を参照して本発明の第三実施形態について説明する。なお、この実施形態のレーザ施工装置は、ガス導出部３の構成のみについて第一実施形態と異なっているため、第一実施形態のレーザ施工装置１の構成要素と同一の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態に係るレーザ施工装置のガス導出部３は、縮径部３１をガス導出部３の軸線Ｏ方向に二つ連接して構成されている。
具体的に説明すれば、各縮径部３１は、第一実施形態の場合と同様に、ガス導出部３の他端側から一端側に向かうに従って漸次縮径するように形成されている。
【００４３】
そして、隣り合う二つの縮径部３１のうちガス導出部３の一端側に配される第一縮径部（一方の縮径部）３１Ａは、第一実施形態の縮径部３１と同様に、真空チャンバー２の壁部に一体に固定されており、ガス導出部３の一端をなす第一縮径部３１Ａの一端が真空チャンバー２内に開口している。なお、図示例では、第一縮径部３１Ａの一端側が真空チャンバー２内に挿入されているが、例えば挿入されなくてもよい。また、第一縮径部３１Ａには、第一実施形態と同様に、その内部にガスを導入するためのガス供給管３３Ａが接続されている。そして、第一縮径部３１Ａの他端の開口は、閉塞壁部３７によって閉塞されている。
【００４４】
一方、第一縮径部３１Ａに対してガス導出部３の他端側に隣り合わせて配される第二縮径部３１Ｂ（他方の縮径部）３１Ｂのうち、ガス導出部３の他端をなす部分（第二縮径部３１Ｂの他端）は、第一実施形態の縮径部３１と同様に、レーザ照射部４の筒状ケース４４に固定されている。また、第二縮径部３１Ｂの他端側には、第二縮径部３１Ｂの内部空間を、ガス導出部３の軸線Ｏ方向の一端側の空間と、筒状ケース４４内に連通するガス導出部３の他端側の空間とに区画する第一実施形態と同様のレーザ透過部材３２が設けられている。さらに、第二縮径部３１Ｂには、第一実施形態と同様に、第二縮径部３１Ｂの内部のうちレーザ透過部材３２よりもガス導出部３の一端側の空間にガスを導入するためのガス供給管３３Ｂが接続されている。
そして、前述した第一縮径部３１Ａの他端側に位置する第二縮径部３１Ｂの一端は、第一縮径部３１Ａの閉塞壁部３７に固定され、第一縮径部３１Ａ内に開口している。ここで、閉塞壁部３７に固定される第二縮径部３１Ｂの一端側の内径は、第一縮径部３１Ａの他端の内径よりも小さく設定されている。なお、図示例では、第二縮径部３１Ｂの一端側が第一縮径部３１Ａ内に挿入されているが、例えば挿入されなくてもよい。
【００４５】
以上のように構成される本実施形態のレーザ施工装置は、第一実施形態と同様の縮径部３１（特に第一縮径部３１Ａ）を備えているため、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、このレーザ施工装置では、第一縮径部３１Ａがその一端側から他端側に向けて漸次拡径しているため、仮に、昇華蒸気が第一縮径部３１Ａの一端から第一縮径部３１Ａ内に入り込んだとしても、第一縮径部３１Ａ内に入り込んだ昇華蒸気は、第一縮径部３１Ａの一端側から他端側に向かうに従って拡散することになる。
そして、第一縮径部３１Ａの他端側には、当該他端側の内径よりも小さい第二縮径部３１Ｂの一端が開口しているため、昇華蒸気は、第一縮径部３１Ａから第二縮径部３１Ｂに入り込み難くなる。したがって、仮に昇華蒸気が第一縮径部３１Ａに入り込んだとしても、この昇華蒸気はガス導出部３の他端側（特にレーザ透過部材３２）にさらに到達し難くなる。
【００４６】
なお、縮径部３１は、上記第三実施形態のように二つ連接されることに限らず、例えば三つ以上連接されていてもよい。
また、複数の縮径部３１を連接する構成では、上記第三実施形態のように、全ての縮径部３１内部に対してガスが導入されることに限らず、少なくとも一つの縮径部３１内部にガスが導入されればよい。
以上説明した本実施形態の構成は、図１〜４に示す構成にも各々適用することが可能である。
【００４７】
〔第四実施形態〕
次に、図６を参照して本発明の第四実施形態について説明する。なお、この実施形態のレーザ施工装置は、ガス導出部３の構成のみについて第一実施形態と異なっているため、第一実施形態のレーザ施工装置１の構成要素と同一の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ施工装置のガス導出部３は、第一実施形態と同様に一つの縮径部３１を備えて構成されている。そして、このガス導出部３の一端には、該一端の開口を塞ぐように、遮蔽板３８が設けられており、この遮蔽板３８によってガス導出部３の内部空間が、真空チャンバー２内に対して区画されている。そして、この遮蔽板３８には、ガス導出部３の他端側から一端側に向けて照射されるレーザ照射部４（図１参照）のレーザＬによって、遮蔽板３８の厚さ方向に貫通する貫通孔３９が形成されている（図６（ｂ）参照）。
【００４８】
すなわち、遮蔽板３８の貫通孔３９は、施工ヘッド５を組み立てた後に、レーザ照射部４のレーザＬを遮蔽板３８に照射することによって形成される。ここで、遮蔽板３８の厚さは、レーザＬによって貫通孔３９を容易に形成できるように、箔や薄膜等のように薄いことが好ましい。このような遮蔽板３８の具体例としては、例えばアルミ箔、銅箔、セラミックス薄膜などが挙げられる。
このように貫通孔３９が形成されることで、貫通孔３９の孔径は、遮蔽板３８を配した位置におけるレーザＬの径と同等になる。また、ガス導出部３の内部空間は、この貫通孔３９のみによって真空チャンバー２内に連通することになる。
【００４９】
本実施形態のレーザ施工装置によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、ガス導出部３の内部空間と真空チャンバー２内とを連通させる貫通孔３９の孔径が、レーザＬを通過させるための最小限の径寸法に設定されるため、昇華蒸気が、真空チャンバー２内からガス導出部３内に入り込み、ガス導出部３の他端側（特にレーザ透過部材３２）に到達することをさらに抑えることが可能となる。
さらに、遮蔽板３８の貫通孔３９は、遮蔽板３８をガス導出部３に取り付けた後にレーザ照射部４のレーザＬによって形成されるため、予めレーザＬの径と同等の貫通孔３９が形成された遮蔽板３８をガス導出部３に取り付ける場合と比較して、貫通孔３９が形成された遮蔽板３８を、高い位置精度で容易に設けることができる。
【００５０】
なお、遮蔽板３８は、上記第四実施形態のようにガス導出部３の一端に設けられることに限らず、少なくともガス導出部３の他端側を真空チャンバー２内に対して区画するように設けられればよい。したがって、遮蔽板３８は、例えば図７に示すように、ガス導出部３の内部空間を一端側と他端側とに区画するように、ガス導出部３の内部に設けられてもよい。なお、図７に示す構成では、遮蔽板３８よりもガス導出部３の一端側の内部空間にガスが導入されるが、例えば図６の場合と同様に、遮蔽板３８よりもガス導出部３の他端側の内部空間にガスが導入されても構わない。
以上説明した本実施形態の構成は、図１〜５に示す構成にも各々適用することが可能である。
【００５１】
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上述した全ての実施形態では、ガス導出部３内にレーザ透過部材３２が配されているが、特に配されなくてもよい。この構成では、例えば、集光部４２に備えてガス導出部３の他端側に配される集光レンズ（光学部品）４５によって、真空チャンバー２の内部空間２１が真空チャンバー２の外側に対して気密に封止されればよい。
【００５２】
このようにレーザ透過部材３２が無い構成であっても、上記実施形態でも述べたように、昇華蒸気はガス導出部３の他端まで到達し難いため、集光レンズ４５に昇華蒸気が付着（蒸着）することを抑制できる。
また、この構成では、レーザ透過部材３２を有する上記実施形態の構成と比較して、集光レンズ４５から施工対象までの距離を短く設定できるため、施工ヘッド５の軸線Ｏ方向の長さをさらに短く設定して、レーザ施工装置のさらなる小型化も図ることができる。
【００５３】
さらに、上述した全ての実施形態では、レーザＬが照射される施工対象Ｗの表面Ｗａが平坦面となっているが、これに限ることは無く、例えば曲面であってもよい。
また、レーザ発振器４１から集光部４２へのレーザＬの導入は、上述した実施形態のように光ファイバ４３によって行われることに限らず、例えば反射鏡など任意の部品を用いてもよい。さらに、例えば、レーザ発振器４１を集光部４２に固定して、レーザＬをレーザ発振器４１から直接集光部４２に導入してもよい。
【００５４】
そして、本発明のレーザ施工装置は、上述した実施形態のように、施工対象Ｗの一部のみを真空チャンバー２内に包含する局所真空型レーザ溶接装置に適用されることに限らず、例えば図８に示すように、施工対象Ｗの全体を真空チャンバー１２内に包含（収容）する全真空型のレーザ溶接装置にも適用することが可能である。
具体的に説明すれば、図８に示すレーザ施工装置１０は、上記実施形態と同様のガス導出部３及び集光部４２からなる施工ヘッド５を、真空チャンバー１２内に配して構成されている。また、この施工ヘッド５は、真空チャンバー１２内のロボットアーム１１に取り付けられ、ロボットアーム１１の駆動力によって真空チャンバー１２内において移動可能となっている。
【００５５】
なお、ガス導出部３内にガスを導入するガス供給源３４は、真空チャンバー１２の外側に配され、ガス供給源３４のガスは、例えば真空チャンバー１２の内外に挿通された配管４０によって、真空チャンバー内のガス導出部３に導入される。また、レーザ発振器４１も、真空チャンバー１２の外側に配され、レーザ発振器４１のレーザＬは、真空チャンバーの内外に挿通された光ファイバ４３によって真空チャンバー１２内の集光部４２に伝送される。
以上のように構成されるレーザ施工装置１０では、前述した第一実施形態と同様の効果を奏する。特に、施工ヘッド５の小型化を図ることができるため、真空チャンバー１２内において施工ヘッド５を移動させる自由度が向上する。すなわち、レーザ施工装置１０の汎用性向上を図ることができる。
【００５６】
また、本発明のレーザ施工装置は、溶接装置に適用されることに限らず、少なくとも真空中でレーザＬによる施工対象に、溶接加工、穴あけ加工、切断加工等の任意の加工を施すレーザ施工装置に適用することが可能である。また、これに伴って、ガス導出部３の内部に導出されるガスは、第一実施形態において示した不活性ガスに限らず、少なくとも施工対象Ｗに対するレーザＬの照射を妨げないガスであればよい。すなわち、上記ガスは、施工対象Ｗに施す加工に応じて適宜変更することが可能であり、例えば酸素や大気成分と同様の空気などであってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，１０…レーザ施工装置、２，１２…真空チャンバー、２１…内部空間、３…ガス導出部、３１…縮径部、３１Ａ…第一縮径部（一方の縮径部）、３１Ｂ…第二縮径部（他方の縮径部）、３２…レーザ透過部材（光学部品）、３５…拡径部、３６…筒状部、３８…遮蔽板、３９…貫通孔、４…レーザ照射部、４５…集光レンズ（光学部品）、Ｌ…レーザ、
Ｏ…軸線、Ｗ…施工対象、Ｗａ…表面（被照射面）
【図１】
2013180310.tif 000003
【図２】
2013180310.tif 000004
【図３】
2013180310.tif 000005
【図４】
2013180310.tif 000006
【図５】
2013180310.tif 000007
【図６】
2013180310.tif 000008
【図７】
2013180310.tif 000009
【図８】
2013180310.tif 000010