JP2001047273A

JP2001047273A - レーザ加工トーチ

Info

Publication number: JP2001047273A
Application number: JP11222629A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitano; 浩士北野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-20
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP3740900B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トーチ内部に配設した透光部材表面をブロー
でき、かつ、透光部材をブローした後の空気流が加工点
に向かわないようにすることができるレーザ加工トーチ
を提供する。【解決手段】開口部が形成されたトーチ本体10と、該
トーチ本体10に収納された透光部材とを備えたレーザ加
工トーチにおいて、開口部と透光部材の間に配設され、
トーチ本体内で前記透光部材表面をブローする第１の空
気ブロー手段と、第１の空気ブロー手段により形成され
る開口部から前記ワークの加工点に向かう空気流Aに対
して、その側方より空気をブローする第２の空気ブロー
手段40とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光をワーク
に照射することにより加工を行うレーザ加工トーチに関
し、詳しくはレーザ加工トーチに用いられる透光部材
（集光レンズ、保護ガラス等）表面への溶融飛散物の付
着防止技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工トーチは、トーチ本体内にレ
ーザ発振器から出射したレーザ光を導き、そのレーザ光
を透光部材を介してワーク表面に照射する。レーザ光が
ワークに照射されると、そのエネルギによりワークが溶
け、その溶融物の一部が溶融飛散物として空気中に飛散
する。飛散した溶融飛散物が透光部材（集光レンズ、集
光レンズを保護する保護ガラスを備えた加工トーチにあ
っては保護ガラス）表面に付着すると、透光部材の損傷
及びレーザエネルギの低下を招く。このため従来から、
透光部材表面への溶融飛散物の付着を防止するため、種
々の技術が提案されている。

【０００３】図７に示すレーザ加工トーチでは、トーチ
本体10内に集光レンズ22を収納し、また、トーチ本体10
の表面に保護ガラス20が配設される。レーザ発振器から
出射したレーザ光Ｌは、集光レンズ22により集光され、
保護ガラス20を透過して加工点Ｋに照射される。このレ
ーザ加工トーチにおいては、保護ガラス20の側方に保護
ガラス表面に空気Ａをブローする空気ブロー手段を設
け、保護ガラス表面への溶融飛散物の付着を防止してい
る。しかしながら、図7に示す構成のレーザ加工トーチ
では、保護ガラス20がトーチ本体10内に収納されずにト
ーチ本体10の表面に配設されているため保護ガラス20の
表面を安定して均一にブローできないという問題があっ
た。すなわち、レーザ加工トーチとワークの位置関係に
よっては、ブローした空気Ａがワークに当たって吹き返
し（点線で示す流れ）が生じ、保護ガラス20表面をブロ
ーする空気の流れを乱すためである。

【０００４】また、図8に示すレーザ加工トーチでは、
トーチ本体10に集光レンズ22を備える点については図7
に示すものと同一であるが、図8に示すものではトーチ
本体10にノズル部30を形成し、ノズル部30の内部空間33
で保護ガラス20表面を空気Ａでブローすることとしてい
る。すなわち、保護ガラス20をトーチ本体10内に収納
し、トーチ本体10の内部で保護ガラス20の表面をブロー
する。このため、図7に示すトーチで問題となったブロ
ーした空気のワークによる吹き返しという問題は発生ぜ
ず、安定して保護ガラス20表面をブローすることができ
る。しかしながら、図8に示すレーザ加工トーチでは、
保護ガラス20表面を空気Ａでブローすると、このブロー
した空気によりノズル部30の開口部35から加工点Ｋに向
かう空気流Ｂが形成される。この空気流Ｂが加工点Ｋの
被溶融物を周囲に飛散させるという問題があった。

【０００５】また、トーチ内に収納した透光部材の表面
をブローした空気により形成される空気流が、トーチ先
端から加工点Kに向かわないようにしたレーザ加工トー
チとして、図9に示すレーザ加工トーチが知られている
（特開平5-123886）。図9に示すレーザ加工トーチで
は、トーチ本体10にノズル部30を設け、また、トーチ本
体10内に集光レンズ22及び保護ガラス20を収納する点は
図8に示すものと同一である。図9に示すレーザ加工トー
チでは、トーチ本体10側壁に、集光レンズ22と保護ガラ
ス20の間の内部空間15に空気を吹き込むための吹込み孔
11が設けられる。また、保護ガラス20の側面部分で、ト
ーチ本体10の内壁の一部に、内部空間15とノズル部30の
内部空間33とを連通する連通孔13が形成される。さら
に、ノズル部30の側壁には、内部空間33の空気を外部に
吸引するための吸引孔31が形成される。吸引孔31には、
吸引装置（図示省略）が取り付けられている。このよう
な構成のレーザ加工トーチにおいては、吹込み孔11から
内部空間15内に空気Ａが吹込まれると、この吹込まれた
空気は連通孔13を通って、保護ガラス20表面をブローす
る。保護ガラス20表面をブローした空気は、吸引装置に
より吸引孔31からノズル部30の外側に吸引される。した
がって、保護ガラス20をブローする空気によって、開口
部35から加工点Ｋに向かう空気流が形成されない。しか
しながら、図９に示すレーザ加工トーチでは、吸引孔31
に取付けた吸引装置を作動させると、ノズル部30の内部
空間33が負圧となるため、ノズル部30の外側の溶融飛散
物を含んだ空気をもノズル部30内に吸引することとな
り、ノズル部30の内側に溶融飛散物が付着するという問
題が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、トーチ本体に収納した透光部
材をブローでき、かつ、トーチ本体内部に溶融飛散物を
含んだ空気を吸引することなく、透光部材をブローした
後の空気流が加工点に向かわないようにすることができ
るレーザ加工トーチを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題は、請求項
1に記載のレーザ加工トーチにより達成することができ
る。すなわち、請求項1に記載したレーザ加工トーチ
は、開口部が形成されたトーチ本体と、該トーチ本体に
収納された透光部材とを備え、前記透光部材を介して前
記開口部からワーク表面上の加工点にレーザ光を照射す
るレーザ加工トーチであって、前記開口部と前記透光部
材の間に配設された第１の空気ブロー手段と、前記第１
の空気ブロー手段により形成される前記開口部から流れ
でる空気流に対して、その側方より空気をブローする第
２の空気ブロー手段とを有する。かかる構成を有するレ
ーザ加工トーチでは、第1の空気ブロー手段により形成
される開口部から流れ出る空気流と、第2の空気ブロー
手段からブローされる空気流とが衝突するため、第1の
空気ブロー手段により形成される空気流の向きが変えら
れる。したがって、トーチ本体に収納された透光部材を
ブローでき、かつ、トーチ本体内にトーチ外部の空気を
吸引することなく、透光部材をブローすることにより形
成される空気流を加工点に向かわないようにすることが
できる。

【０００８】ここで、「透光部材」とは、集光レンズや
保護ガラス等のレーザ光を透過することができる全ての
部材をいい、レーザ加工トーチに配設された状態で飛散
する溶融飛散物が付着する可能性がある部材を意味す
る。また、「加工点」とは、レーザ光が照射され、その
エネルギによりワーク等が溶けて被溶融物が生じている
場所を意味する。また、「空気流に対して、側方より」と
は、空気流に対して垂直な方向には限られず、空気流の
流れの向きが変えられる方向であればどのような方向で
あっても良い。

【０００９】上記レーザ加工トーチにおいては、第1の
空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及び空気流量
と、第2の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及
び空気流量を適切に調整することにより、第1の空気ブ
ロー手段と第2の空気ブロー手段によって形成される空
気流による加工点の被溶融物の飛散を有効に防止するこ
とができる。

【００１０】ここで、上記構成を有するレーザ加工トー
チで、前記第1の空気ブロー手段と前記第2の空気ブロー
手段とにより形成される空気流がワーク表面に衝突する
位置を、前記加工点から所定の距離だけ離れた位置とな
る調整方法を、図5を用いて説明する。図5中、ワークを
Ｗ、トーチ本体をＮ、加工点（レーザの照射位置）をＫ
で示す。また、図５では、トーチ本体Ｎの長手方向をｙ
方向、垂直な方向をｘ方向とする。まず、上記構成を有
するレーザ加工トーチで、第1の空気ブロー手段のブロ
ー位置、ブロー方向及び空気流量Q1を決定する。第1の
空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及び空気流量
Q1が決まれば、第1の空気ブロー手段をこの条件で作動
させたときに発生する開口部から流れ出る空気流Aの流
速（運動量）等が決まる。空気流Aの流速等が決まれ
ば、この空気流Aが加工点Kから所定の距離ｓだけ離れた
位置PでワークＷに衝突するように、第2の空気ブロー手
段のブロー位置（r，l）、ブロー方向θ及び空気流量Q2
を決定することができる。ここで、「ブロー位置」と
は、各空気ブロー手段の配置される位置をいい、第２の
ブロー手段では、図5で示すようにトーチ本体Nの開口部
中心からｘ方向の距離ｒと、トーチ本体Ｎの先端からの
距離ｌで表すことができる。また、「ブロー方向」θと
は、各空気ブロー手段から吐出される空気流の方向をい
い、第２の空気ブロー手段では空気流Ｂの方向をいい、
図5のθで表される。また、「所定の距離」ｓとは、空
気流Ａと空気流Ｂによって形成される空気流によって、
加工点Kの被溶融物を飛散させないような距離をいう。

【００１１】具体的には、第２の空気ブロー手段のブロ
ー位置(ｒ，ｌ)、ブロー方向θ、空気流量Q2をパラメー
タとして変えながら、コンピュータを利用して流れの運
動方程式を解くことにより、空気流Aが点Pでワークと衝
突するようなブロー方向θ、ブロー位置(r，l)、空気流
量Q2を決めることができる。また、第1の空気ブロー手
段を前記決定した条件で作動させながら、第2の空気ブ
ロー手段のブロー位置(ｒ，ｌ)、ブロー方向θ、空気流
量Q2をパラメータとして変えながら実際に実験を行い、
加工点の被溶融物の飛散状態からブロー方向θ、ブロー
位置(r，l)、空気流量Q2を決めても良い。このように、
第1の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及び空
気流量Q1が決まれば、第2の空気ブロー手段のブロー位
置(r，l)、ブロー方向θ、空気流量Q2を決めることがで
きる。

【００１２】すなわち、このように決定された各ブロー
位置、ブロー方向及び空気流量に、第１の空気ブロー手
段と第２の空気ブロー手段とが調整されたレーザ加工ト
ーチが、請求項2に記載されたレーザ加工トーチであ
る。すなわち、請求項２に記載したレーザ加工トーチで
は、前記第1の空気ブロー手段と前記第2の空気ブロー手
段とにより形成される空気流がワーク表面に衝突する位
置を、前記加工点から所定の距離だけ離れた位置となる
ように、前記第１の空気ブロー手段のブロー位置、ブロ
ー方向及び空気流量と、前記第2の空気ブロー手段のブ
ロー位置、ブロー方向及び空気流量とが調整されてい
る。

【００１３】したがって、請求項２に記載されたレーザ
加工トーチによれば、第１の空気ブロー手段と第２の空
気ブロー手段により形成される空気流が、所定の距離ｓ
だけ離れた位置でワークＷに当るため、加工点Kの被溶
融物の飛散を少なくすることができる。

【００１４】また、第1と第2の空気ブロー手段を、この
ように決定された各ブロー位置、ブロー方向及び空気流
量となるような調節手段を備えたのが請求項３に記載さ
れたレーザ加工トーチである。すなわち、請求項３に記
載のレーザ加工トーチでは、前記第１の空気ブロー手段
のブロー位置、ブロー方向及び空気流量を調節する手段
と、前記調節されたブロー位置、ブロー方向及び空気流
量で前記第1の空気ブロー手段を作動させたときに、前
記第１の空気ブロー手段と前記第2の空気ブロー手段と
により形成される空気流が、ワーク表面に衝突する位置
を前記加工点から所定の距離だけ離れた位置となるよう
に、前記第2の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方
向及び空気流量を調節する手段を有している。

【００１５】請求項2又は３に記載したレーザ加工トー
チでは、第2の空気ブロー手段の目的は第１の空気ブロ
ー手段により形成される空気流の流れの向きを変えるこ
とが主目的であった。しかしながら、第１の空気ブロー
手段のブロー位置、ブロー方向及び空気流量Q1と、第2
の空気ブロー手段のブロー位置(r，l)、ブロー方向θ、
空気流量Q2を調整することで、より積極的に加工点Kか
ら飛散する溶融飛散物のトーチ本体内への侵入を防止す
ることができる。

【００１６】ここで、請求項1に記載されたレーザ加工
トーチにおいて、前記第1の空気ブロー手段と前記第2の
空気ブロー手段とにより形成される空気流により、加工
点Kから飛散する溶融飛散物のトーチ本体内への侵入を
防止する調整方法を、図６を用いて説明する。なお、図
5と同じ部分には同一の符号を付す。すなわち、図6の点
線で示す軌跡を描いて飛散する溶融飛散物（質量ｍ、速
度ｖ）が、図6に示す一点鎖線に示す軌跡となるよう
に、第1の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及
び空気流量Q1と、第2の空気ブロー手段のブロー位置
(r，l)、ブロー方向θ、空気流量Q2を決定する。具体的
には、第1の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向
及び空気流量Q1と、第2の空気ブロー手段のブロー位置
(r，l)、ブロー方向θ、空気流量Q2をパラメータとして
その値を変えながら、コンピュータを利用し溶融飛散物
の運動方程式を解くことにより、第1の空気ブロー手段
のブロー位置、ブロー方向及び空気流量Q1、及び第2の
空気ブロー手段のブロー位置(r，l)、ブロー方向θ、空
気流量Q2を決めれば良い。また、第1の空気ブロー手段
のブロー位置、ブロー方向及び空気流量Q1と、第2の空
気ブロー手段のブロー位置(r，l)、ブロー方向θ、空気
流量Q2をパラメータとしてその値を変えながら実験を行
い、加工点からの溶融飛散物の状態を観察することによ
り決めても良い。

【００１７】この際、第1の空気ブロー手段と第2の空気
ブロー手段を上記決定した条件で作動させた時に、第１
の空気ブロー手段と第2の空気ブロー手段により形成さ
れる空気流AがワークW表面と衝突する位置を、加工点K
から所定距離だけ離れた位置となるようにする必要があ
る。

【００１８】このように決定された各ブロー位置、各ブ
ロー方向及び各空気流量に、第１の空気ブロー手段と第
２の空気ブロー手段が調整されたレーザ加工トーチが請
求項４に記載されたレーザ加工トーチである。すなわ
ち、請求項4に記載したレーザ加工トーチは、請求項2に
記載されたトーチにおいて、ワーク表面から飛散する溶
融飛散物が前記開口部より前記トーチ本体内に侵入しな
いように、前記第１の空気ブロー手段のブロー位置、ブ
ロー方向及び空気流量と、前記第2の空気ブロー手段の
ブロー位置、ブロー方向及び空気流量とが調整されてい
る。したがって、請求項4に記載したレーザ加工トーチ
では、第1の空気ブロー手段と第2の空気ブロー手段によ
り形成される空気流がワーク表面に衝突する位置を、レ
ーザ光の照射位置から所定の距離ｓだけ離れた位置とす
ることができ、さらに、加工点Kから飛散する溶融飛散
物がトーチ本体Nの開口部からトーチ本体N内部に侵入す
ることを防止することができる。

【００１９】また、第1と第2の空気ブロー手段を、この
ように決定された各ブロー位置、ブロー方向及び空気流
量となるような調節手段を備えたのが請求項５に記載さ
れたレーザ加工トーチである。すなわち、請求項５に記
載のレーザ加工トーチは、請求項１に記載のレーザ加工
トーチにおいて、ワーク表面から飛散する溶融飛散物が
前記開口部より前記トーチ本体内に侵入しないように、
前記第2の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及
び空気流量を調節する手段と、前記調節されたブロー位
置、ブロー方向及び空気流量で前記第２の空気ブロー手
段を作動させたときに、前記第１の空気ブロー手段と前
記第２の空気ブロー手段により形成される空気流がワー
ク表面に衝突する位置を前記加工点から所定の距離だけ
離れた位置となるように、前記第１の空気ブロー手段の
ブロー位置、ブロー方向及び空気流量を調節する手段と
を有する。

【００２０】なお、上述した請求項２又は４に記載され
たレーザ加工トーチを最も簡易に実施するレーザ加工ト
ーチとしては、第1の空気ブロー手段のブロー位置とブ
ロー方向、及び第2の空気ブロー手段のブロー位置とブ
ロー方向を固定することである。このため、請求項２又
は４に記載のレーザ加工トーチでは、第1の空気ブロー
手段の空気流量と、第2の空気ブロー手段の空気流量の
みを調整すれば良い。

【００２１】なお、本発明のレーザ加工トーチは種々の
用途に実施することができるが、特にレーザ溶接用のト
ーチとして実施する場合には、トーチ本体の開口部から
の空気流により加工点の被溶融物を飛散させないので有
効である。また、近年装置の小型化の要請から、レーザ
溶接トーチのレーザ発振器として、CO_２レーザ（焦点距
離：約30cm）に代わって焦点距離の短いYAGレーザ（焦
点距離：約10cm）を使用する場合がある。この場合に
は、焦点距離が短くなる分だけトーチと加工点との距離
が短くなり溶融飛散物の透光部材への付着が問題とな
る。したがって、レーザ発振器にYAGレーザを使用した
場合に、本発明は特に有効である。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明をレーザ溶接トーチに適用
した一実施の形態について図1乃至図4を用いて説明す
る。ここで、図1は本実施の形態に係るレーザ溶接トー
チの全体構成を示す図面であり、図2はトーチボディの
構造を説明するための図面であり、図3はトーチボディ
に取り付けられるノズルの構造を説明するための図面で
あり、図4はトーチボディに取り付けられるローラステ
ィの構造を説明するための図面である。

【００２３】図1に示すように、本実施の形態のレーザ
溶接トーチは、トーチボディ10と、トーチボディ10の先
端に取り付けられるノズル30と、トーチボディ10にロー
ラスティ取付ブラケット50を介して取付けられるローラ
スティ40とを備える。ノズル30及びローラスティ40は、
流量調節バルブ（図示省略）を介して空気供給源に連結
され、空気供給源から所定流量の空気が供給されるよう
になっている。

【００２４】トーチボディ10の構造について、図2を用
いて説明する。トーチボディ10は、ファイバ取付部11a
と、ファイバ取付部11aにボルト（図示省略）により固
定されるレンズ保持部11bを主として構成される。ファ
イバ取付部11aは、内部が空洞になった中空構造を有
し、一端に光ファイバ12が取付けられ、他端にレンズ保
持部11bが取付けられるようになっている。光ファイバ1
2は、図示省略したレーザ発振器（YAGレーザ）に接続さ
れ、レーザ発振器で発生されたレーザ光をトーチボディ
に導く。ファイバ取付部11aの他端に取付けられるレン
ズ保持部11bは、その内部に反射ミラー24が保持される
と共に、反射ミラー24の上方に2枚の集光レンズ22a、22
bが保持されている。集光レンズ22a、22bは2枚の凸レン
ズからなり、お互いに凸面が向き合うように配置されて
いる。また、光ファイバ12の先端面12aと反射ミラー24
・集光レンズ22a、22bの位置関係は、光ファイバ12から
トーチボディ10内に導かれたレーザ光Ｌが、反射ミラー
24で反射され、反射されたレーザ光Ｌが集光レンズ22
a、22bにより所定の位置で焦点を結ぶよう、その位置関
係が調整されている。また、レンズ保持部11bには、集
光レンズ22a、22bを溶融飛散物等から保護するための保
護部材26が着脱可能に取付けられている。保護部材26
は、保護ガラス21aを保持する保護ガラス保持部20aと、
保護ガラス21ｂを保持する保護ガラス保持部20ｂとで構
成される。本実施の形態のレーザ溶接トーチでは、集光
レンズ22a、22bを保護する保護部材として、2枚の保護
ガラス21a、21bを使用することにより、1枚の保護ガラ
ス21aが何らかの原因で損傷しても、もう一枚の保護ガ
ラス21bにより集光レンズ22a、22bを保護することとし
ている。また、保護ガラス21a、21bを直接レンズ保持部
11bに固定するのではなく、レンズ保持部11bに着脱可能
な保護ガラス保持部20a、20bに保持させることにより、
保護ガラス21a、21bの交換を容易に行なうことができ
る。

【００２５】上述した保護ガラス保持部20aには、図3に
示すノズル30が着脱可能に取付けられる。ノズル30は、
図3に示すように、略円筒状を有し、保護ガラス21a表面
をブローする空気が導かれる環状部34と、環状部34から
テーパ状に形成されたテーパ部32を有する。環状部34に
は、空気取入れ口37が形成されると共に、空気取入れ口
37から取入れた空気が流れる空気流路36が形成される。
空気流路36は、環状部34の全周に渡って環状の空気流路
を形成し、その流路上の6箇所に空気吹出し口38が設け
られている（図3（b）参照）。空気吹出し口38の形状
は、空気吹出し口38から吹出される空気が保護ガラス21
a表面を図3（b）の矢印で示す向きにブローするように
調整されている。このように、本実施の形態では、ノズ
ル30に形成された空気取入れ口37、空気流路36、空気吹
出し口38により、請求項にいう第1の空気ブロー手段が
構成される。また、トーチボディ10とノズル30が、請求
項にいうトーチ本体を構成する。なお、空気吹出し口38
の径は、吹出された空気の流速が、図3（b）の矢印の大
きさとなるように調整されている。このように、6箇所
の空気吹出し口38から均一にブローせずに不均一にブロ
ーしているのは、均一にブローした場合には保護ガラス
21a表面をブローした空気が、ノズル30の中心付近で衝
突し、そこから上方に向かって流れるため、その中心部
分において流れが淀む箇所ができやすく、このような流
れが淀む箇所があると、一旦ノズル30内に侵入した溶融
飛散物等がノズル30外に排出されず、保護ガラス等に溶
着（付着）する原因となるからである（特に、レーザ光
のエネルギ密度が高い中心部においてこの現象を抑制し
たいという要求が強いためである。）。なお、テーパ部
32の先端開口部35は、図3（a）に示すように斜めになっ
ている。これは、ノズル30の内部空間33の空気を淀むこ
となくノズル30外に吐き出すためである。なお、本実施
の形態においては、ノズル30を熱伝導性の良い非鉄金属
とし、ワーク（鉄）からの溶融飛散物の付着を防止して
いる。

【００２６】次に、ローラスティ40について図4を用い
て説明する。ローラスティ40は、ワークWに溶接を行な
う際に、ローラによりワークＷを押さえつけワークとト
ーチとが所定の距離となるように調節する部材である。
このローラスティ40は、図4に示すようにブラケット取
付部41と、ブラケット取付部41から下方に伸びるサイド
ブロー部42とからなる。ブラケット取付部41は、図示省
略したボルトにより図1で説明したローラスティ取付ブ
ラケット50に固定される。サイドブロー部42には、その
側面（図4（ａ）に示す左側の側面）に空気取入れ口44
が形成されると共に、その空気取入れ口44から反対側の
側面近傍に続く空気流路４５が形成される。空気流路４
５の所定箇所（図4（a）における右側の側面）には、3
箇所の空気吹出し口46a、46b、46cが形成される。空気
吹出し口46a、46b、46cは、図4（ｂ）に示すようにスリ
ット状の形状を有している。これは、ノズル30の開口部
35の全領域を空気吹出し口46a、46b、46cから吹出した
空気がブローできるようにするためである。また、サイ
ドブロー部42の先端にはワーク押えローラ43が回転可能
に支持されている。なお、サイドブロー部42の長さは、
ワーク表面でレーザ光が焦点を結ぶように設計されてい
る。

【００２７】次に上述した構成を有するレーザ加工トー
チの作用について説明する。まず、溶接ロボット等のア
ームの先端に取付けられたレーザ加工トーチを、溶接す
べき位置に位置決めする（図1参照）。この時、ローラ
スティ40の先端に取付けられたワーク押えローラ43がワ
ークWに接触し、レーザ加工トーチとワークWの間の距離
が所定の距離となる。次に、図示省略したレーザ発振器
を作動させ、レーザ発振器から出射したレーザ光を、ト
ーチボディ10に導く。図2に示すように、光ファイバ12
の先端面12aから出たレーザ光は、広がりながら反射ミ
ラー24で反射される。反射したレーザ光は、集光レンズ
22a、22bで収束されながら、保護ガラス21a、21bを透過
する。保護ガラス21a、21bを透過したレーザ光は、ノズ
ル30の先端開口部35より出射されて、ワークW表面上に
所定のレーザ径で照射され、溶接が行われる。この際、
空気供給源とローラスティ40の間に配置された流量調整
弁及び空気供給源とノズル30の間に配置された流量調整
弁を調整することにより、ノズル30及びローラスティ40
に所定の空気流量の空気が供給され、図1に示すような
空気流Aと、空気流Aに対して側方より衝突する空気流B
が形成される。以下、空気流A及び空気流Bの作用につい
て詳細に説明する。

【００２８】空気流Aは、ノズル30に供給された空気に
より形成される（図3参照）。すなわち、ノズル30に供
給された空気は、空気取入れ口37からノズル30内に入
り、環状部34の空気流路36を流れる。空気流路36を流れ
る空気は、空気流路36に形成された空気吹出し口38から
保護ガラス20a表面に吹出される。この際、吹出された
空気の流速は、図3（ｂ）に示すように左右の吹出し口
で不均一に吹出されている。そして、左右の各空気吹出
し口38から保護ガラス20a表面に吹出された空気は、保
護ガラス20aの表面全体をブローし、左右の空気流同士
が衝突する。衝突した空気は、ノズル30先端の開口部35
に向かって流れ、開口部35からレーザ光の照射位置（加
工点）に向かう空気流Aとなる。このような空気の流れ
により、ノズル30内に侵入した溶融飛散物はノズル30外
に排出される。また、空気吹出し口38から吹出した空気
で保護ガラス21a表面をブローすることにより、保護ガ
ラス21a表面への溶融飛散物の付着が防止される。

【００２９】空気流Bは、ローラスティ40に供給された
空気により形成される（図4参照）。すなわち、ローラ
スティ40に供給された空気は、空気取入れ口44からロー
ラスティ40内に形成された空気流路45に流れる。空気流
路45に流れた空気は、空気流路45に形成された空気吹出
し口46a、46b、46cから吹出される。吹出された空気の
方向は、前述した空気流Aに対して垂直な方向となって
いる。本実施の形態では、この空気流Bにより、レーザ
照射位置（加工点）より飛散する溶融飛散物がノズル30
の開口部35よりノズル30内に侵入することを防止し、か
つ、ノズル30の開口部35からレーザ照射位置（加工点）
に向かう空気流Aの方向を変える働きをする。すなわ
ち、ワークWに一番近い空気吹出し口46cから吹出される
空気は、主にレーザ照射位置（加工点）から飛散する溶
融飛散物が開口部35からノズル30の内部に侵入すること
を防止し、ノズル30に一番近い空気吹出し口46aから吹
出される空気は、主に空気流Aの方向を変える働きをす
る。このように本実施の形態では、ローラスティ40に形
成された空気取入れ口44、空気流路45、空気吹出し口46
a、46b、46cが、請求項にいう第2の空気ブロー手段を構
成する。

【００３０】なお、上記のように形成される空気流Aと
空気流Bの空気流量は、以下の手順で決められている。
本実施の形態では、まずローラスティ40から吹出される
空気流Bの空気流量Q2を設定した。この空気流量Q2は、
図6で説明したように、レーザ照射点から飛散する溶融
飛散物がノズル30の先端開口部35からノズル30の内部に
侵入しないような空気流量に設定した。具体的には、ノ
ズル30の空気吹出し口38から空気を吹出さない状態でロ
ーラスティ40の空気流量を変えながら溶接を行ない、飛
んでくる溶融飛散物の軌跡を観察し、溶融飛散物がノズ
ル30の内部に侵入しない空気流量Q2を決定した。次に、
空気流量Q2でローラスティ40の空気吹出し口46a、46b、
46cから空気を吹出した時に、ノズル30から吹出す空気
流Aがレーザの照射位置から所定の距離離れた位置でワ
ークと衝突するように、ノズル30の空気吹出し口38から
吹出される空気流量Q1を決定した。具体的には、ローラ
スティ40から空気流量Q2で空気を吹出しながら、徐々に
空気流量Q1を増やしながらレーザ照射点の被溶接物の状
態を観察し、被溶接物が空気流Aにより吹き飛ばない範
囲内で最大流量となるように空気流量Q1を決定した。

【００３１】以上詳述したように、本実施の形態のレー
ザ加工トーチでは、ノズル30内で保護ガラス20a表面を
ブローしているため、ワークの形状等により影響を受け
ることなく、安定して保護ガラス20a表面をブローする
ことができる。また、ノズル30が、保護ガラス20aを衝
撃等より保護する物理的な保護部材となっている。ま
た、ノズル30内で保護ガラス20a表面をブローした空気
によりノズル30の先端開口部35よりレーザ照射点に向か
う空気流Aが形成されるが、この空気流Aは、ローラステ
ィ40に設けられた空気吹出し口46から吹出される空気に
より形成される空気流Bにより方向転換が行われるので
レーザ照射点の被溶融物を飛散させることがない。ま
た、ローラスティ40に設けられた空気吹出し口46から吹
出される空気により形成される空気流Bで、レーザの照
射点近傍から飛散する溶融飛散物の飛散する方向を変え
ることにより、積極的にノズル30内への溶融飛散物の侵
入を防止することができる。また、仮にノズル30内に溶
融飛散物が侵入したとしても、ノズル30内をブローして
いる空気により速やかに溶融飛散物がノズル外に運び出
され、保護ガラス20a表面に溶融飛散物が付着すること
を防止できる。また、本実施の形態のレーザ加工トーチ
では、ノズル30からレーザ照射点に向かって流れる空気
流Aの方向転換を行なう空気流Bの空気を吹出す位置及び
方向を一定とし、空気流量だけを調節するようにしてい
るので、調節作業を容易に行なうことができる。さら
に、ノズル30及び保護ガラス20aが空気で冷却されるの
で、ノズル30の外部等に付着した溶融飛散物が急速に冷
却され、ノズル30に溶融飛散物が溶着し堆積することを
防止することができる。

【００３２】なお、上述した実施の形態では、ローラス
ティ40に空気吹出し口46a、46b、46cを設けたが、この
ような構成とすることなく、別途空気ノズル等を配設す
ることにより行なっても良い。この際、配設する空気ノ
ズルの数、配設する位置、空気ノズルからの空気吹出し
方向は本実施の形態にとは異なる形態を採ることができ
る。また、本実施の形態のレーザ加工トーチでは、空気
吹出し口46a、46b、46cの3箇所で空気を吹出すこととし
たが、このような形態に限られず、空気吹出し口の数は
どのような数であっても構わない。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のレーザ加
工トーチによれば、トーチ本体内部に収納した透光部材
をブローでき、かつ、トーチ本体内部に溶融飛散物を含
んだ空気を吸引することなく、透光部材をブローした後
の空気流が加工点に向かわないようにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工トーチ
の概略構成図である。

【図２】トーチボディの構成を説明する図面である。

【図３】ノズルの構造を説明するための図面である。

【図４】ローラスティの構造を説明するための図面であ
る。

【図５】第1の空気ブロー手段と第2の空気ブロー手段の
空気流量を設定するための考え方を説明するための図面
である。

【図６】第1の空気ブロー手段と第2の空気ブロー手段の
空気流量を設定するための他の考え方を説明するための
図面である。

【図７】従来のレーザ加工トーチを説明するための図面
である。

【図８】従来のレーザ加工トーチを説明するための図面
である。

【図９】従来のレーザ加工トーチを説明するための図面
である。

【符号の説明】

10・・トーチボディ 21a、21b・・保護ガラス 22a、22b・・集光レンズ 30・・ノズル 37・・空気取入れ口 38・・空気吹出し口 40・・ローラスティ 42・・サイドブロー部 46a、46b、46c・・空気吹出し口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口部が形成されたトーチ本体と、該ト
ーチ本体に収納された透光部材とを備え、前記透光部材
を介して前記開口部からワーク表面上の加工点にレーザ
光を照射するレーザ加工トーチであって、前記開口部と
前記透光部材の間に配設された第１の空気ブロー手段
と、前記第１の空気ブロー手段により形成される前記開
口部から流れでる空気流に対して、その側方より空気を
ブローする第２の空気ブロー手段とを有するレーザ加工
トーチ。
【請求項２】前記第1の空気ブロー手段と前記第2の空
気ブロー手段とにより形成される空気流がワーク表面に
衝突する位置を、前記加工点から所定の距離だけ離れた
位置となるように、前記第１の空気ブロー手段のブロー
位置、ブロー方向及び空気流量と、前記第2の空気ブロ
ー手段のブロー位置、ブロー方向及び空気流量とが調整
されている請求項１に記載のレーザ加工トーチ。
【請求項３】前記第１の空気ブロー手段のブロー位
置、ブロー方向及び空気流量を調節する手段と、前記調
節されたブロー位置、ブロー方向及び空気流量で前記第
1の空気ブロー手段を作動させたときに、前記第１の空
気ブロー手段と前記第2の空気ブロー手段とにより形成
される空気流がワーク表面に衝突する位置を、前記加工
点から所定の距離だけ離れた位置となるように、前記第
2の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及び空気
流量を調節する手段とを有する請求項１に記載のレーザ
加工トーチ。
【請求項４】ワーク表面から飛散する溶融飛散物が前
記開口部より前記トーチ本体内に侵入しないように、前
記第１の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及び
空気流量と、前記第2の空気ブロー手段のブロー位置、
ブロー方向及び空気流量とが調整されている請求項２に
記載のレーザ加工トーチ。
【請求項５】ワーク表面から飛散する溶融飛散物が前
記開口部より前記トーチ本体内に侵入しないように、前
記第2の空気ブロー手段のブロー位置、ブロー方向及び
空気流量を調節する手段と、前記調節されたブロー位
置、ブロー方向及び空気流量で前記第２の空気ブロー手
段を作動させたときに、前記第１の空気ブロー手段と前
記第２の空気ブロー手段により形成される空気流がワー
ク表面に衝突する位置を、前記加工点から所定の距離だ
け離れた位置となるように、前記第１の空気ブロー手段
のブロー位置、ブロー方向及び空気流量を調節する手段
とを有する請求項１に記載のレーザ加工トーチ。