JP2001353586A - レーザ・アーク複合溶接ヘッド及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク電極への金属蒸気の付着を効果的に防
止することが出来ると共に、レーザ光照射位置に対する
アーク電極の最適な配置条件下で複合溶接を行うことが
出来るレーザ・アーク複合溶接ヘッド及び方法を提供す
る。 【解決手段】 アーク電極位置調整機能とアーク電極傾
斜角度調整機能とアーク電極距離調整機能とを兼ね備え
たアーク電極調整機構として、一対のフランジ取付面１
５と、第１フランジ１６と、Ｏリング２０と、第２フラ
ンジ１８と、Ｏリング２２とを有してなるアーク電極調
整機構をアーク電極１０（アーク電極支持部材３１）に
対して備える。或いは、アーク電極支持部材８１を揺動
自在に支持する支持部材７１と、第１縦スライドガイド
６５と、第２縦スライドガイド６６と、横送りねじ６８
と、スイング用送りねじ６９と、縦送りねじ９２とを有
してなるアーク電極調整機構をアーク電極６０（アーク
電極支持部材８１）に対して備える。

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・アーク複合
溶接ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板などの金属同士を接合する溶接技術
の一種としてレーザ溶接とアーク溶接とがある。レーザ
光は光学機器により集光して高いエネルギー密度が得ら
れることから、このレーザ光を用いたレーザ溶接では狭
い溶融範囲において深溶け込みの溶接を行うことができ
る。一方、ＴＩＧ溶接などのアーク溶接ではアークが比
較的広範囲に広がるため、ビード幅の広い溶接となり、
開先裕度の高い溶接が可能である。

【０００３】そこで、近年では溶融幅が広く（開先裕度
が高く）且つ溶け込み深さの深い溶接を行うため、レー
ザ溶接とアーク溶接とを同時に行うレーザ・アーク複合
溶接ヘッドの研究がなされている。

【０００４】なお、レーザ溶接とアーク溶接とを同時に
行う効果としては、上記の他、レーザ光の照射により鋼
板などの被溶接材が蒸発してプラズマ状態となり、これ
にアークが誘導されてアークが安定するためアーク溶接
の効率が向上するという効果や、同じ出力で比較した場
合、アーク溶接装置に比べてレーザ溶接装置は非常に高
価であるため、レーザ溶接にアーク溶接を加えることに
より、レーザ溶接単独の場合に比べて装置価格を大幅に
低減させることができるという効果もある。

【０００５】なお、レーザ溶接とアーク溶接とを同時に
行うレーザ・アーク複合溶接ヘッドとしては、例えば特
開平１１−１５６５７３号公報において提案されている
同軸溶接ヘッドがある。この同軸溶接ヘッドは、図示は
省略するが、レーザ光を凸型ルーフミラーの凸面で反射
して第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割
し、更にこれらの分割レーザ光を凹型ルーフミラーの凹
面で反射して第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との
間に空間部を形成し、この空間部にアーク電極を配置し
て、レーザ光とアーク電極とが同軸状になるようにした
ものである。この場合、レーザ光とアーク電極とを同軸
状にすることより、溶接ヘッドを小型化できるという効
果や、溶接ヘッドを任意の方向に容易に移動させること
ができるという効果などが得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
溶接とアーク溶接とを同時に行う場合、図２５に示すよ
うに、鋼板などの被溶接材４０３へのレーザ光４０１の
照射によって発生した金属蒸気４０５が、アーク電極
（アークロッド）４００の先端部に付着してしまう。こ
のため、アーク電極４００が放電しにくくなったり、付
着金属がレーザ光路の邪魔をしてレーザ光４０１のエネ
ルギーを減少させてしまう。つまり、被溶接材４０３に
対してアーク放電を確実に行うという観点からは、アー
ク電極４００をなるべく被溶接材４０３のレーザ光照射
位置４０３ａに近づけたほうがよいが、アーク電極先端
部への金属蒸気４０５の付着を回避するという観点から
は、アーク電極４００をなるべくレーザ光照射位置４０
３ａから遠ざけたほうがよい。そこで、両者を満足する
最適な位置にアーク電極４００を設定したいが、従来は
アーク電極調整機構がないため、最適な配置条件が得ら
れなかった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、アーク電極への
金属蒸気の付着を効果的に防止してレーザ光照射位置に
対するアーク電極の最適な配置条件下で複合溶接を行う
ことが出来るレーザ・アーク複合溶接ヘッド及び方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明のレーザ・アーク複合溶接ヘッドは、被溶接材に対
しレーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶
接材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおい
て、アーク電極を、前記被溶接材に照射されるレーザ光
の光軸方向と直交する方向に移動することにより、レー
ザ光照射位置に対する前記アーク電極の前記直交方向位
置を調整するアーク電極位置調整手段を設けたことを特
徴とする。

【０００９】また、第２発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電と
を同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク
複合溶接ヘッドにおいて、アーク電極をレーザ光照射位
置に対して傾斜させることにより、レーザ光照射位置に
対する前記アーク電極の傾斜角度を調整するアーク電極
傾斜角度調整手段を設けたことを特徴とする。

【００１０】また、第３発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電と
を同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク
複合溶接ヘッドにおいて、アーク電極をレーザ光照射位
置に対して近接又は離間させることにより、レーザ光照
射位置と前記アーク電極との距離を調整するアーク電極
距離調整手段を備えたことを特徴とする。

【００１１】また、第４発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電と
を同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク
複合溶接ヘッドにおいて、アーク電極を、前記被溶接材
に照射されるレーザ光の光軸方向と直交する方向に移動
することにより、レーザ光照射位置に対する前記アーク
電極の前記直交方向位置を調整するアーク電極位置調整
手段と、アーク電極をレーザ光照射位置に対して傾斜さ
せることにより、レーザ光照射位置に対する前記アーク
電極の傾斜角度を調整するアーク電極傾斜角度調整手段
と、アーク電極をレーザ光照射位置に対して近接又は離
間させることにより、レーザ光照射位置と前記アーク電
極との距離を調整するアーク電極距離調整手段と、を有
するアーク電極調整機構を備えたことを特徴とする。

【００１２】また、第５発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、前記アーク電極調整機構は、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
溶接ヘッドのノズルの両側部に平行に形成するととも
に、前記被溶接材に照射するレーザ光の光軸方向に長い
長穴を有し、この長穴にアーク電極支持部材の両端部を
挿通させる一対のフランジ取付面と、前記光軸方向に長
い長穴を有し、この長穴を介してねじによりフランジ取
付面に固定されるとともに、前記アーク電極支持部材が
傾動可能な大きさの穴を有し、この穴に前記アーク電極
支持部材の両端部を挿通する第１フランジと、前記フラ
ンジ取付面と前記第１フランジとの間に介設され、且
つ、前記フランジ取付面の長穴の周囲を囲む第１シール
部材と、前記第１フランジの外面にねじにより固定され
るとともに、前記アーク電極支持部材の両端部を挿通す
るための前記第１フランジの穴よりも大きな穴を有し、
且つ、この穴の外側部分には、全周に亘って内側に突設
するとともに内周がアーク電極支持部材の外周よりも大
きくて前記アーク電極支持部材の傾動が可能な突部を有
する第２フランジと、この第２フランジの穴の内周面に
沿って配置されてアーク電極支持部材の外周を囲み、ね
じを締めて前記第２フランジを前記第１フランジに固定
したとき、前記第２フランジの突部によって押しつぶさ
ることにより、前記アーク電極支持部材と前記第２フラ
ンジとの隙間を塞ぎ、且つ、反力で前記アーク電極支持
部材を固定する第２シール部材とを有してなることを特
徴とする。

【００１３】また、第６発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、前記アーク電極調整機構は、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
アーク電極支持部材を揺動自在に支持する支持部材と、
溶接ヘッドのノズルの側部に固定された第１縦スライド
ガイドと、この第１縦スライドガイドによって前記被溶
接材に照射されるレーザ光の光軸方向に案内される第２
縦スライドガイドと、前記第１縦スライドガイドに螺合
され、且つ、先端部が前記支持部材に回転自在に結合さ
れて、前記支持部材及び前記アーク電極支持部材ととも
にアーク電極を前記光軸方向と直交する方向に移動させ
る横送りねじと、前記第１縦スライドガイドに螺合さ
れ、且つ、先端部が前記アーク電極支持部材に回転自在
で且つ揺動可能に結合されて、前記アーク電極支持部材
とともに前記アーク電極を揺動させるスイング用送りね
じと、前記第１縦スライドガイドに螺合され、先端が前
記第２縦スライドガイドの底面に当接して、前記第２縦
スライドガイド、前記支持部材及び前記アーク電極支持
部材とともに前記アーク電極を前記光軸方向に移動させ
る縦送りねじとを有してなることを特徴とする。

【００１４】また、第７発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電と
を同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク
複合溶接ヘッドにおいて、アーク電極の支持部にアーク
電極の軸線に沿うガス流を噴出・生起するガス流生起手
段を設けたことを特徴とする。

【００１５】また、第８発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、第１乃至第６発明において、前記アーク電極
の支持部にアーク電極の軸線に沿うガス流を噴出・生起
するガス流生起手段を設けたことを特徴とする。

【００１６】また、第９発明のレーザ・アーク複合溶接
ヘッドは、レーザ光の外側にアーク電極を配置して被溶
接材に対しレーザ光照射とアーク放電とを同時に行って
前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク複合溶接装置に
おいて、アーク電極を同一の溶接ヘッド内においてレー
ザ光の外側に配置すると共に、同アーク電極の支持部に
アーク電極の軸線に沿うガス流を噴出・生起するガス流
生起手段を設けたことを特徴とする。

【００１７】また、第１０発明のレーザ・アーク複合溶
接ヘッドは、前記アーク電極は、レーザ光を囲繞するリ
ング状の支持部材に周方向へ所定間隔離間して複数本取
り付けられ、溶接方向によって選択的に使用可能になっ
ていることを特徴とする。

【００１８】また、第１１発明のレーザ・アーク複合溶
接方法は、レーザ光の外側にアーク電極を周方向に複数
本配置して被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電と
を同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク
複合溶接方法において、前記複数本のアーク電極を溶接
方向によって選択的に使用して溶接を行うことを特徴と
する。

【００１９】また、第１２発明のレーザ・アーク複合溶
接ヘッドは、被溶接材に対しレーザ光の照射とアーク放
電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・ア
ーク複合溶接ヘッドにおいて、アーク電極を、レーザ光
照射位置よりも溶接ヘッド移動方向の下流側に配置して
なることを特徴とする。

【００２０】また、第１３発明のレーザ・アーク複合溶
接ヘッドは、第１乃至第１１発明において、前記アーク
電極を、レーザ光照射位置よりも溶接ヘッド移動方向の
下流側に配置してなることを特徴とする。

【００２１】また、第１４発明のレーザ・アーク複合溶
接方法は、被溶接材に対しレーザ光の照射とアーク放電
とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アー
ク複合溶接方法において、アーク電極を、レーザ光照射
位置よりも溶接ヘッド移動方向の下流側に配置して溶接
を行うことを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２３】［実施の形態１］図１は本発明の実施の形
態１に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの断面図、図
２は図１のＡ−Ａ線矢視断面拡大図、図３は図２のＢ方
向矢視図、図４は図２のＣ−Ｃ線矢視断面図、図５は一
部破断して示す図２のＤ方向矢視図、図６はフランジ取
付面の構造図（図２のＢ方向矢視図）、図７は図２のＥ
部拡大図である。また、図８、図９及び図１０は前記レ
ーザ・アーク複合溶接ヘッドに備えたアーク電極調整機
構によるアーク電極配置の調整状態を示す説明図であ
る。

【００２４】＜構成＞図１に示すように、レーザ・アー
ク複合溶接ヘッド１００の上部には光ファイバ１の先端
部が接続されている。光ファイバ１の基端部は図示しな
いＹＡＧレーザ発振器に接続されており、このＹＡＧレ
ーザ発振器から発振されたレーザ光２を、光ファイバ１
により伝送して溶接ヘッド１００内へと導入するように
なっている。

【００２５】光ファイバ１の先端から出たレーザ光２
は、溶接ヘッド１００内に設けられたコリメートレンズ
群３によって平行光となった後、その半分がレーザ光２
の光軸方向に対して４５度に傾斜させた板状の第１反射
ミラー４によって横方向に反射され、更に、同方向に第
１反射ミラー４に対して所定の間隔で対向配置された板
状の第２反射ミラー５により下方に反射される。かくし
て、横断面が円形のレーザ光２が、横断面が半円形の第
１分割レーザ光２ａと第２分割レーザ光２ｂとに２分割
され、これらの分割レーザ光２ａ，２ｂの間に空間部６
が形成される。

【００２６】分割レーザ光２ａ，２ｂは、溶接ヘッド１
００内に設けられた集光レンズ群７により集光されて鋼
板などの被溶接材８に照射される。また、分割レーザ光
２ａ，２ｂの間の空間部６には、タングステンなどから
なる棒状のアーク電極（アークロッド）１０が配置され
ており、このことによってレーザ光２（分割レーザ光２
ａ，２ｂ）とアーク電極１０とが同軸状となっている。

【００２７】そして、このアーク電極１０の配置は、ア
ーク電極位置調整機能とアーク電極傾斜角度調整機能と
アーク電極距離調整機能とを兼ね備えたアーク電極調整
機構により、適宜調整することができるようになってい
る。

【００２８】以下、この調整機構に関する具体的な構成
を、図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。

【００２９】図２に示すように、溶接ヘッド１００の下
部には円錐台状のノズル１２が取り付けられている。溶
接時には、アルゴンガスなどの不活性ガス２１が、チュ
ーブ１４によってノズル１２内に導入され、ノズル１２
の先端（下端）の開口部１２ａから被溶接材８に向かっ
て噴射されるようになっている。

【００３０】アーク電極１０は円柱状のアーク電極支持
部材３１の中央部に下方へ向けた状態で支持されてお
り、アーク電極部全体はＴ字状となっている。アーク電
極支持部材３１は、銅製の導電部材１１と、この導電部
材１１の外周を覆う電気的絶縁材としてのセラミックス
チューブ１３とを有してなるものであり、ノズル１２を
径方向（図１中の左右方向）に貫通している。

【００３１】導電部材１１には図示しない電線が接続さ
れ、この導電部材１１を介して図示しない電源からアー
ク電極１０へ電圧が印加されるようになっている。ま
た、アーク電極支持部材３１には冷却水路３１ａが形成
されており、この冷却水路３１ａに冷却水を流すことに
よってアーク電極１０を冷却するようになっている。

【００３２】図２〜図７に示すように、アーク電極支持
部材３１の両端部が貫通されたノズル１２の両側部に
は、被溶接材８に照射されるレーザ光２（分割レーザ光
２ａ，２ｂ）の光軸方向（照射方向：図２中の上下方
向）に平行にフランジ取付面１５が形成されている。即
ち、これら一対のフランジ取付面１５は互いに平行とな
っている。フランジ取付面１５の中央部には前記光軸方
向に長い長穴１５ａが形成されており、これらの長穴１
５ａにアーク電極支持部材３１の両端部が挿通されてい
る。従って、アーク電極支持部材３１は、フランジ取付
面１５に対して長穴１５ａの長さ分だけ上下方向に移動
可能となっている。

【００３３】フランジ取付面１５には第１フランジ１６
が固定されている。第１フランジ１６とフランジ取付面
１５との間には、シール部材であるＯリング２０が挟ま
れている。このＯリング２０は、フランジ取付面１５の
長穴１５ａの周囲を囲むように配置されている。第１フ
ランジ１６の四隅には前記光軸方向に長い長穴１６ａが
形成されており、これらの長穴１６ａを介してねじ１７
により、第１フランジ１６をフランジ取付面１５に固定
している。

【００３４】従って、ねじ１７により第１フランジ１６
をフランジ取付面１５に固定したときには、第１フラン
ジ１６とフランジ取付面１５とによって押圧されたＯリ
ング２０により、ノズル１２内を流れる不活性ガス２１
が、フランジ取付面１５と第１フランジ１６との隙間か
ら漏洩するのを防ぐ。一方、ねじ１７を緩めると、第１
フランジ１６を、フランジ取付面１５に対して長穴１６
ａの長さ分だけ上下方向に移動することができる。

【００３５】第１フランジ１６の中央部には円形の穴１
６ｃが形成されており、この穴１６ｃにアーク電極支持
部材３１の両端部が挿通されている。穴１６ｃの内径は
アーク電極支持部材３１の外径よりも多少大きくなって
いる。即ち、穴１６ｃの内周をアーク電極支持部材３１
の外周よりも大きくしてアーク電極支持部材３１と穴１
６ｃとの間に適宜の隙間を形成することにより、アーク
電極支持部材３１の傾動（図９参照）が可能となるよう
にしている。

【００３６】また、第１フランジ１６の外面１６ｂに
は、第２フランジ１８がねじ１９により固定されてい
る。第２フランジ１８の中央部には円形の穴１８ａが形
成されており、この穴１８ａにアーク電極支持部材３１
の両端部が挿通されている。第２フランジ１８の穴１８
ａは第１フランジ１６の穴１６ｃよりも多少大きくなっ
ている。

【００３７】図７に拡大して示すように、Ｏリング２２
は第２フランジ１８の穴１８ａの内周面に沿って配置さ
れ、アーク電極支持部材３１の外周を囲んでいる。一
方、第２フランジ１８の穴１８ａの外側部分には、全周
に亘って内側に突設した突部１８ｂが形成されている。
従って、ねじ１９を締めて第２フランジ１８を第１フラ
ンジ１６に固定すると、Ｏリング２２が第２フランジ１
８の突部１８ｂにより押しつぶされて変形する。その結
果、Ｏリング２２により、アーク電極支持部材３１と第
２フランジ１６との隙間が塞がれて、この隙間からの不
活性ガス２１の漏洩が防止され、且つ、Ｏリング２２の
反力でアーク電極支持部材３１が固定される。

【００３８】逆に、ねじ１９を緩めれば、第２フランジ
１８の突部１８ｂによるＯリング２２の押圧が緩み、そ
の結果、Ｏリング２２によるアーク電極支持部材３１の
押圧も緩む。このため、アーク電極支持部材３１を、軸
方向（前記光軸方向と直交する方向）に移動させること
ができる。

【００３９】なお、突部１８ｂの内径はアーク電極支持
部材３１の外径よりも多少大きくなっている。即ち、突
部１８ｂの内周をアーク電極支持部材３１の外周よりも
大きくして、アーク電極支持部材３１と突部１８ｂとの
間に適宜の隙間を設けることにより、アーク電極支持部
材３１の傾斜を可能としている。

【００４０】＜作用・効果＞上記のように、本実施の形
態１のレーザ・アーク複合溶接ヘッド１００では、アー
ク電極調整機構として、アーク電極位置調整機能とアー
ク電極傾斜角度調整機能とアーク電極距離調整機能とを
兼ね備えた機構を設けた。

【００４１】即ち、溶接ヘッド１００のノズル１２の両
側部に平行に形成するとともに、被溶接材８に照射され
るレーザ光２（分割レーザ光２ａ，２ｂ）の光軸方向に
長い長穴１５ａを有し、この長穴１５ａにアーク電極支
持部材３１の両端部を挿通させる一対のフランジ取付面
１５と、前記光軸方向に長い長穴１６ａを有し、この長
穴１６ａを介してねじ１７によりフランジ取付面１５に
固定されるとともに、アーク電極支持部材３１が傾動可
能となる大きさの穴１６ｃを有し、この穴１６ｃにアー
ク電極支持部材３１の両端部を挿通する第１フランジ１
６と、フランジ取付面１５と第１フランジ１６との間に
介設され、且つ、フランジ取付面１５の長穴１５ａの周
囲を囲むＯリング２０と、第１フランジ１６の外面１６
ｃにねじ１９により固定されるとともに、アーク電極支
持部材３１の両端部を挿通するための第１フランジ１６
の穴１６ｃよりも大きな穴１８ａを有し、且つ、この穴
１８ａの外側部分には、全周に亘って内側に突設すると
ともに、内周がアーク電極支持部材３１の外周よりも大
きくてアーク電極支持部材３１の傾動が可能な突部１８
ｂを有する第２フランジ１８と、第２フランジ１８の穴
１８ａの内周面に沿って配置されてアーク電極支持部材
３１の外周を囲み、ねじ１９を締めて第２フランジ１８
を第１フランジ１６に固定したとき、第２フランジ１８
の突部１８ｂによって押しつぶさることにより、アーク
電極支持部材３１と第２フランジ１６との隙間を塞ぎ、
且つ、反力でアーク電極支持部材３１を固定するＯリン
グ２２とを有してなるアーク電極調整機構を備えた。

【００４２】従って、このアーク電極調整機構によれ
ば、図８に示すようにアーク電極１０を、被溶接材８に
照射されるレーザ光２（分割レーザ光２ａ，２ｂ）の光
軸方向３２と直交する方向（矢印Ｇ方向）に移動させる
ことにより、レーザ光２（分割レーザ光２ａ，２ｂ）の
照射位置８ａに対するアーク電極１０の前記直交方向位
置を調整することができる。

【００４３】具体的には、ねじ１９を緩めることより、
第２フランジ１８の突部１８ｂによるＯリング２２の押
圧が緩むため、矢印Ｇのようにアーク電極支持部材３１
を光軸方向３２と直交する方向に移動させて、アーク電
極１０を同方向に移動させることにより、レーザ光照射
位置８ａに対するアーク電極１０の前記直交方向位置を
適宜調整することができる。なお、ねじ１９を再び締め
れば、Ｏリング２２によって、アーク電極支持部材３１
と第２フランジ１６との隙間からの不活性ガス２１の漏
洩を確実に防止することができ、アーク電極支持部材３
１を固定することもできる。

【００４４】また、図９に示すようにアーク電極１０を
レーザ光照射位置８ａに対して傾斜させることにより、
レーザ光照射位置８ａに対するアーク電極１０の傾斜角
度を調整することができる。

【００４５】具体的には、ねじ１７を緩めることによ
り、第１フランジ１６を光軸方向３２に動かすことがで
きるようになるため、何れか一方の第１フランジ１６を
上方に移動させ且つ他方の第１フランジ１６を下方に移
動させる、或いは、何れか一方の第１フランジ１６だけ
を上方又は下方に移動させることによってレーザ光照射
位置８ａに対するアーク電極１０の傾斜角度を適宜調整
することができる。なお、ねじ１７を再び締めれば、Ｏ
リング２０によって、フランジ取付面１５と第１フラン
ジ１６との隙間からの不活性ガス２１の漏洩を確実に防
止することができる。

【００４６】また、図１０に示すようにアーク電極１０
をレーザ光照射位置８ａに対して近接又は離間させるこ
とにより、レーザ光照射位置８ａとアーク電極１０との
距離を調整することができる。

【００４７】具体的には、上記のようにねじ１７を緩め
ることにより、第１フランジ１６を光軸方向３２に動か
すことができるようになるため、両方の第１フランジ１
６を上方に移動させ、或いは、下方に移動させることに
よってレーザ光照射位置８ａとアーク電極１０との距離
を適宜調節することができる。

【００４８】以上のことから、本実施の形態１のレーザ
・アーク複合溶接ヘッド１００によれば、アーク電極調
整機構により、アーク電極１０に対するきめ細かな配置
調整を行うことができるため、被溶接材８へのアーク放
電を確実に行うことができ、且つ、アーク電極先端部へ
の金属蒸気２３（図８参照）の付着を防止することがで
きる最適な配置条件を選択することができる。

【００４９】［実施の形態２］図１１は本発明の実施の
形態２に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの断面図、
図１２は図１１のＦ−Ｆ線矢視断面拡大図、図１３は図
１２のＧ方向矢視図（ゴムカバーを取り外した状態）、
図１４（ａ）は図１２のＨ−Ｈ線矢視断面図、図１４
（ｂ）は図１４（ａ）のＩ−Ｉ線矢視断面図、図１５
（ａ）は図１２のＪ−Ｊ線矢視断面図、図１５（ｂ）は
一部破断して示す図１５（ａ）のＫ方向矢視図、図１６
は前記レーザ・アーク複合溶接ヘッドに備えたアーク電
極調整機構を抽出し一部破断して示す拡大斜視図であ
る。また図１７、図１８及び図１９は前記アーク電極調
整機構によるアーク電極配置の調整状態を示す説明図で
ある。

【００５０】＜構成＞図１１に示すように、レーザ・ア
ーク複合溶接ヘッド２００の上部には光ファイバ５１の
先端部が接続されている。光ファイバ５１の基端部は図
示しないＹＡＧレーザ発振器に接続されており、このＹ
ＡＧレーザ発振器から発振されたレーザ光５２を、光フ
ァイバ５１により伝送して溶接ヘッド２００内へと導入
するようになっている。

【００５１】光ファイバ５１の先端から出たレーザ光５
２は、溶接ヘッド２００内に設けられたコリメートレン
ズ群５３によって平行光となった後、その半分がレーザ
光５２の光軸方向に対して４５度に傾斜させた板状の第
１反射ミラー５４によって横方向に反射され、更に、同
方向に第１反射ミラー５４に対して所定の間隔で対向配
置された板状の第２反射ミラー５５により下方に反射さ
れる。かくして、横断面が円形のレーザ光５２が、横断
面が半円形の第１分割レーザ光５２ａと第２分割レーザ
光５２ｂとに２分割され、これらの分割レーザ光５２
ａ，５２ｂの間に空間部５６が形成される。

【００５２】分割レーザ光５２ａ，５２ｂは、溶接ヘッ
ド２００内に設けられた集光レンズ群５７により集光さ
れて鋼板などの被溶接材５８に照射される。また、分割
レーザ光５２ａ，５２ｂの間の空間部５６には、タング
ステンなどからなる棒状のアーク電極（アークロッド）
６０が配置されており、このことによってレーザ光５２
（分割レーザ光５２ａ，５２ｂ）とアーク電極６０とが
同軸状となっている。

【００５３】そして、このアーク電極６０の配置は、ア
ーク電極位置調整機能とアーク電極傾斜角度調整機能と
アーク電極距離調整機能とを兼ね備えたアーク電極調整
機構により、適宜調整することができるようになってい
る。

【００５４】以下、この調整機構に関する具体的な構成
を、図１１〜図１９に基づいて詳細に説明する。

【００５５】図１２に示すように、溶接ヘッド２００の
下部には円錐台状のノズル６２が取り付けられている。
溶接時には、アルゴンガスなどの不活性ガス９１が、チ
ューブ６４によってノズル６２内に導入され、ノズル６
２の先端（下端）の開口部６２ａから被溶接材５８に向
かって噴射されるようになっている。

【００５６】アーク電極６０は四角柱状のアーク電極支
持部材８１の端部に下方へ向けた状態で支持されてお
り、アーク電極部全体はＬ字状となっている。アーク電
極支持部材８１は、銅製の導電部材６１と、この導電部
材６１の外周を覆う電気的絶縁材としてのセラミックス
チューブ６３とを有してなるものであり、ノズル１２内
に径方向（図１２中の左右方向）に沿って配置してい
る。

【００５７】導電部材６１にはネジ７６によって電線８
５が接続されており、この導電部材６１を介して図示し
ない電源からアーク電極６０へ電圧が印加されるように
なっている。また、アーク電極支持部材８１には冷却水
路８１ａが形成されており、この冷却水路８１ａに冷却
水を流すことによってアーク電極６０を冷却するように
なっている。

【００５８】図１２，図１４及び図１６に示すように、
ノズル６２の側部には、コ字状の第１縦スライドガイド
６５が固定されており、この第１縦スライドガイド６５
の内面６５ａには、被溶接材５８に照射されるレーザ光
５２（分割レーザ光５２ａ，５２ｂ）の光軸方向（照射
方向：図１４中の上下方向）に延びた溝６５ｂが形成さ
れている。一方、第２縦スライドガイド６６は直方体状
のものであり、側面６６ａには前記光軸方向に延びた突
部６６ｂが形成されている。そして、第１縦スライドガ
イド６５の溝６５ｂと第２縦スライドガイド６６の突部
６６ｂとが、前記光軸方向に摺動自在に嵌合されてい
る、即ち、第２縦スライドガイド６６は、第１縦スライ
ドガイド６５の溝６５ａに案内されて前記光軸方向に移
動するようになっている。

【００５９】第１縦スライドガイド６５の下部には２本
の六角穴付き縦送りねじ９２が螺合されており、これら
の縦送りねじ９２の先端（上端）は第２縦スライドガイ
ド６６の底面に当接している。従って、縦送りねじ９２
を一方に回すと、縦送りねじ９２によって第２縦スライ
ドガイド６６が押し上げられる。縦送りねじ９２を他方
に回せば、第２縦スライドガイド６６を下げることがで
きる。即ち、縦送りねじ９２によって第２縦スライドガ
イド６６の上下位置（アーク電極６０の上下位置）を調
整することができるようになっている。

【００６０】なお、第１縦スライドガイド６５には固定
ねじ６７が螺合されており、これらの固定ねじ６７を締
めると、固定ねじ６７の先端が第１縦スライドガイド６
６の側面６６ａ（突部６６ｂ）に当接して第２縦スライ
ドガイド６６を固定することができる。即ち、固定ねじ
６７により、設定した第２縦スライドガイド６６（アー
ク電極６０）を、縦送りねじ９２によって調整した位置
に確実に固定する。

【００６１】また、第２縦スライドガイド６６には、ノ
ズル６２の径方向に沿うようにして、六角穴付きの横送
りねじ６８とスイング用送りねじ６９とが螺合され、ま
た、３本の横スライド用ガイド軸７０が固定されてい
る。横スライド用ガイド軸７０は、Ｌ字状の支持部材７
１に形成された３つの穴７１ａにそれぞれ摺動自在に挿
入されている。

【００６２】横送りねじ６８は先端部６８ａが細くなっ
ており、この先端部６８ａの先に頭部６８ｂが形成され
ている。横送りねじ６８の先端部６８ａは、支持部材７
１の穴７１ｂに回転自在に挿入されている。横送りねじ
６８の頭部６８ｂは、支持部材７１において穴７１ｂの
先に形成された他の穴７１ｃ内に回転自在に配置されて
おり、横送りねじ６８を軸方向に移動させても穴７１ｂ
から抜け出ないようになっている。即ち、横送りねじ６
８は、頭部６８ａを有する先端部６８が、支持部材７１
に回転自在に結合されている。

【００６３】従って、横送りねじ６８を回すと、支持部
材７１が横送りねじ６８に押される又は引かれることよ
り、横スライド用ガイド軸７０に案内されて前記光軸方
向と直交する方向に移動する。即ち、横送りねじ６８に
よって支持部材７１の左右位置（アーク電極６０の左右
位置）を調整することができるようになっている。な
お、このときには、同時にスイング用送りねじ６９も回
して、横送りねじ６８による横送りの妨げにならないよ
うにする必要がある（図１７参照）。

【００６４】支持部材７１の内側端部（図１２中の右端
部）とアーク電極支持部材８１の内側端部（図１２中の
左端部）は、スイングピン（揺動軸）７２を介して揺動
自在に連結されたヒンジ構造となっている。スイング用
送りねじ６９は、支持部材７１の穴７１ｄに摺動自在に
挿通されている。このスイング用送りねじ６９も、先端
部６９ａが細くなっており、この先端部６９ａの先に頭
部６９ｂが形成されている。

【００６５】スイング用送りねじ６９の先端部６９ａ
は、アーク電極支持部材８１の穴８１ｂに挿入されてお
り、この先端部６９ａとアーク電極支持部材８１との間
には、アーク電極６０が所定の角度だけ傾斜することが
できる程度の隙間を有している。スイング用送りねじ６
９の頭部６９ｂは、アーク電極支持部材８１において穴
８１ｂの先に形成された他の穴８１ｃ内に位置してい
る。この頭部６９ｂとアーク電極支持部材８１との間に
も、アーク電極６０が所定の角度だけ傾斜することがで
きる程度の隙間を有しており、且つ、スイング用送りね
じ６９を軸方向に移動させても、頭部６９ｂが穴８１ｂ
から抜け出ないようになっている。即ち、スイング用送
りねじ６９は、頭部６９ｂを有する先端部６９ａが、ア
ーク電極支持部材３１に回転自在で且つ揺動可能に結合
されている。

【００６６】従って、スイング用送りねじ６９を回す
と、アーク電極支持部材８１が、スイング用送りねじ６
９に押される又は引かれることにより、スイングピン７
２回りに揺動して傾斜する。即ち、スイング用送りねじ
６９によってアーク電極支持部材８１の傾斜角度（アー
ク電極６０の傾斜角度）を調整することがきるようにな
っている。

【００６７】なお、図１２に示すように、第１縦スライ
ドガイド６５及び第２縦スライドガイド６６は、ノズル
６２に着脱自在に設けたゴムカバー７３によって覆われ
ており、このゴムカバー７３によって、ノズル６２内を
流れる不活性ガス９１が外部に漏れるのを防止してい
る。

【００６８】また、図１２，図１３及び図１５に示すよ
うに、アーク電極支持部材８１の外側端部（図２中の右
端部）は、ノズル６２の側部に固定されたコ字状のガイ
ド部材７５に嵌合されて前記光軸方向に摺動自在となっ
ている。このアーク電極支持部材８１の外側端部もゴム
カバー７３によって覆われている。

【００６９】＜作用・効果＞上記のように、本実施の形
態２のレーザ・アーク複合溶接ヘッド２００では、アー
ク電極調整機構として、アーク電極位置調整機能とアー
ク電極傾斜角度調整機能とアーク電極距離調整機能とを
兼ね備えた機構を設けた。

【００７０】即ち、アーク電極支持部材８１を揺動自在
に支持する支持部材７１と、溶接ヘッド２００のノズル
６２の側部に固定された第１縦スライドガイド６５と、
この第１縦スライドガイド６５によって被溶接材５８に
照射されるレーザ光５２（分割レーザ光５２ａ，５２
ｂ）の光軸方向に案内される第２縦スライドガイド６６
と、第１縦スライドガイド６５に螺合され、且つ、先端
部６５ａが支持部材７１に回転自在に結合されて、支持
部材７１及びアーク電極支持部材８１とともにアーク電
極６０を前記光軸方向と直交する方向に移動させる横送
りねじ６８と、第１縦スライドガイド６５に螺合され、
且つ、先端部６６ａがアーク電極支持部材８１に回転自
在で且つ揺動可能に結合されて、アーク電極支持部材８
１とともにアーク電極６０を揺動させるスイング用送り
ねじ６９と、第１縦スライドガイド６５に螺合され、先
端が第２縦スライドガイド６６の底面に当接して、第２
縦スライドガイド６６、支持部材７１及びアーク電極支
持部材８１とともにアーク電極６０を前記光軸方向に移
動させる縦送りねじ９２とを有してなるアーク電極調整
機構を備えた。

【００７１】従って、このアーク電極調整機構によれ
ば、図１７に示すようにアーク電極６０を、被溶接材８
に照射されるレーザ光５２（分割レーザ光５２ａ，５２
ｂ）の光軸方向８２と直交する方向（矢印Ｇ方向）に移
動させることにより、レーザ光５２（分割レーザ光５２
ａ，５２ｂ）の照射位置５８ａに対するアーク電極６０
の前記直交方向位置を調整することができる。具体的に
は、横送りねじ６８を回すことにより、支持部材７１及
びアーク電極支持部材８１とともにアーク電極６０が、
矢印Ｇのように光軸方向８２と直交する方向に移動する
ため、アーク電極６０の前記直交方向位置を適宜調整す
ることができる。

【００７２】また、図１８に示すようにアーク電極６０
をレーザ光照射位置５８ａに対して傾斜させることによ
り、レーザ光照射位置５８ａに対するアーク電極６０の
傾斜角度を調整することができる。具体的には、スイン
グ用送りねじ６９を回すと、アーク電極支持部材８１と
ともにアーク電極６０が矢印Ｍのように揺動するため、
アーク電極６０の傾斜角度を適宜調整することができ
る。

【００７３】また、図１９に示すようにアーク電極６０
をレーザ光照射位置５８ａに対して近接又は離間させる
ことにより、レーザ光照射位置５８ａとアーク電極６０
との距離を調整することができる。具体的には、縦送り
ねじ９２を回すことにより、第２縦スライドガイド６
６、支持部材７１及びアーク電極支持部材８１とともに
アーク電極６０を、矢印Ｎのように光軸方向８２に移動
させることができるため、レーザ光照射位置５８ａとア
ーク電極６０との距離を適宜調節することができる。

【００７４】以上のことから、本実施の形態２のレーザ
・アーク複合溶接ヘッド２００によれば、アーク電極調
整機構により、アーク電極６０に対するきめ細かな配置
調整を行うことができるため、被溶接材５８へのアーク
放電を確実に行うことができ、且つ、アーク電極先端部
への金属蒸気９３（図１７参照）の付着を防止すること
ができる最適な配置条件を選択することができる。

【００７５】［実施の形態３］図２０は本発明の実施の
形態３に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの要部断面
図である。

【００７６】＜構成＞本実施の形態は、図２０に示すよ
うに、先の実施の形態１におけるアーク電極支持部材３
１にガス流生起手段を付設し、該ガス流生起手段によっ
てアーク電極１０の軸線に沿うガス流３４を噴出・生起
するようにしたものである。

【００７７】即ち、前記ガス流生起手段として、アーク
電極支持部材３１のコレットホルダ３５の下端に、アー
ク電極１０に所定の周間隙を有して嵌合した補助ノズル
３６の上端が連接されると共に、アーク電極支持部材３
１の絶縁カバー３７内に、ユニバーサルエルボ３８及び
ホース３９を介して図示しないガス供給源よりアルゴン
ガス等の不活性ガスが導入される。

【００７８】そして、絶縁カバー３７内に導入された不
活性ガスは、絶縁カバー３７の内周面と冷却ブロック４
０の外周面との間の図示しない溝通路を通って、前記コ
レットホルダ３５の内部に形成したガス通路４１を流
れ、ここからコレットチャック４２の外周面に形成した
図示しない溝通路を通って前記補助ノズル３６内に至
り、これよりアーク電極１０との周間隙を通って、前述
したガス流３４として噴出するようになっている。

【００７９】＜作用・効果＞本実施の形態によれば、実
施の形態１で説明したアーク電極調整機構によるアーク
電極１０の最適配置に加えて、チューブ１４より導入さ
れて上下分割式のノズル１２から噴出される不活性ガス
２１とは別に、補助ノズル３６からアーク電極１０の軸
線に沿ったガス流３４が所定の流速（通路径の設定によ
り不活性ガス２１より速いが、溶接ビードに悪影響を与
えない程度の流速）で噴出・生起されることにより、レ
ーザ光２の照射によって発生した被溶接材８からの金属
蒸気がアーク電極１０の軸線周りから積極的に掃気さ
れ、当該金属蒸気のアーク電極１０への付着がより一層
防止される。

【００８０】この結果、被溶接材８のレーザ光照射位置
にアーク電極１０を可及的に近づけられ、アーク溶接の
効率向上が図れてレーザ・アーク複合溶接ヘッド１００
の効果を最大限に発揮することができる。

【００８１】［実施の形態４］図２１は本発明の実施の
形態４に係るレーザ・アーク複合溶接ヘッドの断面図、
図２２は同じく要部切欠き斜視図、図２３は同じく発展
例の要部切欠き斜視図、図２４は同じく発展例のアーク
電極のスイッチング回路図である。

【００８２】＜構成＞本実施の形態は、図２１に示すよ
うに、先の実施の形態３におけるガス流生起手段をレー
ザ光の外側に配置されるアーク電極をレーザ光の溶接ヘ
ッド内に一体的に設置したレーザ・アーク複合溶接ヘッ
ドに適用したものである。

【００８３】図２１に示すように、レーザ・アーク複合
溶接ヘッド３００の本体上部には光ファイバ１０１の先
端部が接続されている。光ファイバ１０１の基端部は図
示しないＹＡＧレーザ発振器に接続されており、このＹ
ＡＧレーザ発振器から発振されたレーザ光１０２を、光
ファイバ１０１により伝送して溶接ヘッド３００内へと
導入するようになっている。

【００８４】光ファイバ１０１の先端から出たレーザ光
１０２は、溶接ヘッド３００内に設けられた各種レンズ
群１０３の内の集光レンズ群により最終的に集光されて
鋼板などの被溶接材１０４に照射されるようになってい
る。

【００８５】そして、上下に分割されたノズル１０５
ａ，１０５ｂの内の下方ノズル１０５ｂの内面にリング
状のアーク電極支持部材１０６が押えナット１０７を介
して固設され、このアーク電極支持部材１０６にアーク
電極１０８が前記レーザ光１０２の外側に位置して支持
されている。

【００８６】前記アーク電極支持部材１０６には、図２
２に示すように、周方向に等間隔で複数個（図示例では
８個）の電極支持用の斜孔１０９が形成されると共に、
これら斜孔１０９の両側に位置してガス流生起手段とし
てのスリット１１０が形成され、該スリット１１０によ
ってアーク電極１０８の軸線に沿うガス流１１１が噴出
・生起されるようになっている。

【００８７】即ち、前記アーク電極支持部材１０６の上
方に押えナット１０７により画成されたジャケット１１
２内に、下方ノズル１０５ｂに形成したガス通路１１３
に連通する直角エルボ１１４及びチューブ１１５を介し
て図示しないガス供給源よりアルゴンガス等の不活性ガ
スが導入され、この導入された不活性ガスが前記各スリ
ット１１０より前記ガス流１１１となって噴出するので
ある。

【００８８】また、前記ジャケット１１２内のアーク電
極支持部材１０６の上面には、導電性のパイプ１１６が
下方ノズル１０５ｂを貫通してリング状に配管され、該
パイプ１１６には直角エルボ１１７及びチューブ１１８
が接続される。そして、前記パイプ１１６には図示しな
い電線が接続され、このパイプ１１６を介して図示しな
い電源からアーク電極１０８へ電圧が印加されるように
なっている。また、パイプ１１６内には前記エルボ１１
７及びチューブ１１８からの冷却水が循環され前記アー
ク電極１０８が水冷されるようになっている。

【００８９】尚、図２１中１２０は下方ノズル１０５ｂ
にねじ込まれてアーク電極１０８を固定する固定ねじ、
１２１は溶接ヘッド３００の被溶接材１０４に対する高
さ方向の位置決めを行う位置決め棒、１２２は溶接ヘッ
ド３００内に各種レンズ群１０３のレンズを冷却・保護
するためのアルゴンガス等の不活性ガスを直角エルボ１
２３及びチューブ１２４を介して図示しないガス供給源
より導入する導入孔、１２５はシールドカップである。

【００９０】＜作用・効果＞本実施の形態によれば、レ
ーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う際に、実施の形態
１乃至３で説明したアーク電極調整機構によるアーク電
極１０８の配置調整は行われないが、導入孔１２２より
導入されて上下分割式のノズル１０５ａ，１０５ｂから
噴出される不活性ガスとは別に、アーク電極１０８両側
のスリット１１０からアーク電極１０８の軸線に沿った
ガス流１１１が所定の流速（スリット径の設定により導
入孔１２２よりの不活性ガスより速いが、溶接ビードに
悪影響を与えない程度の流速）で噴出・生起されること
により、レーザ光１０２の照射によって発生した被溶接
材１０４からの金属蒸気がアーク電極１０８の軸線周り
から積極的に掃気され、当該金属蒸気のアーク電極１０
８への付着が確実に防止される。

【００９１】この結果、被溶接材１０４のレーザ光照射
位置にアーク電極１０８を可及的に近づけられ、アーク
溶接の効率向上が図れてレーザ・アーク複合溶接ヘッド
３００の効果を最大限に発揮することができる。また、
本実施の形態によれば、レーザ光１０２の外側に配置さ
れるアーク電極１０８をレーザ光１０２の溶接ヘッド３
００内に一体的に設置したので、アーク電極１０８の溶
接ヘッドを別に設ける場合に比べてはるかに溶接装置の
コンパクト化が図れる。

【００９２】更に、本実施の形態によれば、アーク電極
支持部材１０６に複数個の斜孔１０９及びスリット１１
０を形成することにより、図２３に示すように、複数本
（図示例では８本）のアーク電極１０８を適宜絶縁手段
を介して取り付けることができる。これにより、溶接の
際に、溶接方向が変わっても、レーザ光１０２による蒸
発ガスの出る方向に近いアーク電極１０８からアークを
出せる構造が得られ、溶接方向に影響されない安定した
溶接ビードを得ることができる。

【００９３】この場合、複数本のアーク電極１０８に電
位差を与えるか、図２４に示すように、溶接方向によっ
てアーク電極１０８を選択できるスイッチ手段１２６を
各アーク電極１０８と電源１２７との回路途中に設ける
ことで、より安定した品質の高い溶接が可能になる。

【００９４】尚、上記各実施の形態において、溶接ヘッ
ドの移動方向（溶接方向）が例えば右方向（図８，図１
７中の矢印Ｆ方向参照）であった場合、金属蒸気は一般
にレーザ照射位置から左方向（溶接ヘッド移動方向の上
流側）に流れる。このため、金属蒸気の付着を防止する
には、一般に、アーク電極をレーザ光照射位置よりも溶
接ヘッド移動方向の下流側に移動（配置）させることが
望ましい。

【００９５】また、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能
であることはいうまでもない。例えば、アーク電極調整
機構を実施の形態１乃至３のレーザ光分割方式に限ら
ず、レーザ光とアーク電極とが同軸状になっているレー
ザ・アーク複合溶接ヘッドにも広く適用することができ
る。また、ガス流生起手段をアーク電極調整機構を有し
ないレーザ光分割方式のレーザ・アーク複合溶接ヘッド
にも広く適用することができる。

【００９６】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明によれば、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
アーク電極を、前記被溶接材に照射されるレーザ光の光
軸方向と直交する方向に移動することにより、レーザ光
照射位置に対する前記アーク電極の前記直交方向位置を
調整するアーク電極位置調整手段を設けたので、アーク
電極の前記直交方向位置における最適な配置条件、即
ち、被溶接材へのアーク放電を確実に行うことができ、
且つ、アーク電極先端部への金属蒸気の付着を防止する
ことができる最適な配置条件を選択することができる。

【００９７】また、第２発明によれば、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
アーク電極をレーザ光照射位置に対して傾斜させること
により、レーザ光照射位置に対する前記アーク電極の傾
斜角度を調整するアーク電極傾斜角度調整手段を設けた
ので、アーク電極の傾斜角度における最適な配置条件、
即ち、被溶接材へのアーク放電を確実に行うことがで
き、且つ、アーク電極先端部への金属蒸気の付着を防止
することができる最適な配置条件を選択することができ
る。

【００９８】また、第３発明によれば、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
アーク電極をレーザ光照射位置に対して近接又は離間さ
せることにより、レーザ光照射位置と前記アーク電極と
の距離を調整するアーク電極距離調整手段を備えたの
で、レーザ光照射位置とアーク電極との距離における最
適な配置条件、即ち、被溶接材へのアーク放電を確実に
行うことができ、且つ、アーク電極先端部への金属蒸気
の付着を防止することができる最適な配置条件を選択す
ることができる。

【００９９】また、第４発明によれば、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
アーク電極を、前記被溶接材に照射されるレーザ光の光
軸方向と直交する方向に移動することにより、レーザ光
照射位置に対する前記アーク電極の前記直交方向位置を
調整するアーク電極位置調整手段と、アーク電極をレー
ザ光照射位置に対して傾斜させることにより、レーザ光
照射位置に対する前記アーク電極の傾斜角度を調整する
アーク電極傾斜角度調整手段と、アーク電極をレーザ光
照射位置に対して近接又は離間させることにより、レー
ザ光照射位置と前記アーク電極との距離を調整するアー
ク電極距離調整手段と、を有するアーク電極調整機構を
備えたので、アーク電極調整機構によりアーク電極に対
するきめ細かな配置調整を行って、被溶接材へのアーク
放電を確実に行うことができ、且つ、アーク電極先端部
への金属蒸気の付着を防止することができる最適な配置
条件を選択することができる。

【０１００】また、第５発明によれば、前記アーク電極
調整機構は、被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電
とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アー
ク複合溶接ヘッドにおいて、溶接ヘッドのノズルの両側
部に平行に形成するとともに、前記被溶接材に照射する
レーザ光の光軸方向に長い長穴を有し、この長穴にアー
ク電極支持部材の両端部を挿通させる一対のフランジ取
付面と、前記光軸方向に長い長穴を有し、この長穴を介
してねじによりフランジ取付面に固定されるとともに、
前記アーク電極支持部材が傾動可能な大きさの穴を有
し、この穴に前記アーク電極支持部材の両端部を挿通す
る第１フランジと、前記フランジ取付面と前記第１フラ
ンジとの間に介設され、且つ、前記フランジ取付面の長
穴の周囲を囲む第１シール部材と、前記第１フランジの
外面にねじにより固定されるとともに、前記アーク電極
支持部材の両端部を挿通するための前記第１フランジの
穴よりも大きな穴を有し、且つ、この穴の外側部分に
は、全周に亘って内側に突設するとともに内周がアーク
電極支持部材の外周よりも大きくて前記アーク電極支持
部材の傾動が可能な突部を有する第２フランジと、この
第２フランジの穴の内周面に沿って配置されてアーク電
極支持部材の外周を囲み、ねじを締めて前記第２フラン
ジを前記第１フランジに固定したとき、前記第２フラン
ジの突部によって押しつぶさることにより、前記アーク
電極支持部材と前記第２フランジとの隙間を塞ぎ、且
つ、反力で前記アーク電極支持部材を固定する第２シー
ル部材とを有してなるので、アーク電極に対するきめ細
かな配置調整を行って、被溶接材へのアーク放電を確実
に行うことができ、且つ、アーク電極先端部への金属蒸
気の付着を防止することができる最適な配置条件を選択
することができる。

【０１０１】また、第６発明によれば、前記アーク電極
調整機構は、被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電
とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・アー
ク複合溶接ヘッドにおいて、アーク電極支持部材を揺動
自在に支持する支持部材と、溶接ヘッドのノズルの側部
に固定された第１縦スライドガイドと、この第１縦スラ
イドガイドによって前記被溶接材に照射されるレーザ光
の光軸方向に案内される第２縦スライドガイドと、前記
第１縦スライドガイドに螺合され、且つ、先端部が前記
支持部材に回転自在に結合されて、前記支持部材及び前
記アーク電極支持部材とともにアーク電極を前記光軸方
向と直交する方向に移動させる横送りねじと、前記第１
縦スライドガイドに螺合され、且つ、先端部が前記アー
ク電極支持部材に回転自在で且つ揺動可能に結合され
て、前記アーク電極支持部材とともに前記アーク電極を
揺動させるスイング用送りねじと、前記第１縦スライド
ガイドに螺合され、先端が前記第２縦スライドガイドの
底面に当接して、前記第２縦スライドガイド、前記支持
部材及び前記アーク電極支持部材とともに前記アーク電
極を前記光軸方向に移動させる縦送りねじとを有してな
るので、アーク電極に対するきめ細かな配置調整を行っ
て、被溶接材へのアーク放電を確実に行うことができ、
且つ、アーク電極先端部への金属蒸気の付着を防止する
ことができる最適な配置条件を選択することができる。

【０１０２】また、第７発明によれば、被溶接材に対し
レーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶接
材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、
アーク電極の支持部にアーク電極の軸線に沿うガス流を
噴出・生起するガス流生起手段を設けたので、アーク電
極先端部への金属蒸気の付着を確実に防止して、良好な
レーザ・アーク複合溶接を行うことができる。

【０１０３】また、第８発明によれば、第１乃至第６発
明において、前記アーク電極の支持部にアーク電極の軸
線に沿うガス流を噴出・生起するガス流生起手段を設け
たので、アーク電極の最適な配置条件を選択することが
できると共にアーク電極先端部への金属蒸気の付着を確
実に防止して、良好なレーザ・アーク複合溶接を行うこ
とができる。

【０１０４】また、第９発明によれば、レーザ光の外側
にアーク電極を配置して被溶接材に対しレーザ光照射と
アーク放電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレ
ーザ・アーク複合溶接装置において、アーク電極を同一
の溶接ヘッド内においてレーザ光の外側に配置すると共
に、同アーク電極の支持部にアーク電極の軸線に沿うガ
ス流を噴出・生起するガス流生起手段を設けたので、溶
接装置のコンパクト化が図れると共にアーク電極先端部
への金属蒸気の付着を確実に防止して、良好なレーザ・
アーク複合溶接を行うことができる。

【０１０５】また、第１０発明によれば、前記アーク電
極は、レーザ光を囲繞するリング状の支持部材に周方向
へ所定間隔離間して複数本取り付けられ、溶接方向によ
って選択的に使用可能になっているので、アーク電極先
端部への金属蒸気の付着をより確実に防止して、良好な
レーザ・アーク複合溶接を行うことができる。

【０１０６】また、第１１発明によれば、レーザ光の外
側にアーク電極を周方向に複数本配置して被溶接材に対
しレーザ光照射とアーク放電とを同時に行って前記被溶
接材を溶接するレーザ・アーク複合溶接方法において、
前記複数本のアーク電極を溶接方向によって選択的に使
用して溶接を行うので、アーク電極先端部への金属蒸気
の付着を防止して、良好なレーザ・アーク複合溶接を行
うことができる。

【０１０７】また、第１２発明によれば、被溶接材に対
しレーザ光の照射とアーク放電とを同時に行って前記被
溶接材を溶接するレーザ・アーク複合溶接ヘッドにおい
て、アーク電極を、レーザ光照射位置よりも溶接ヘッド
移動方向の下流側に配置してなるので、アーク電極先端
部への金属蒸気の付着を防止して、良好なレーザ・アー
ク複合溶接を行うことができる。

【０１０８】また、第１３発明によれば、第１乃至第１
１発明において、前記アーク電極を、レーザ光照射位置
よりも溶接ヘッド移動方向の下流側に配置してなるの
で、アーク電極の最適な配置条件を選択することができ
ると共にアーク電極先端部への金属蒸気の付着を確実に
防止して、良好なレーザ・アーク複合溶接を行うことが
できる。

【０１０９】また、第１４発明によれば、被溶接材に対
しレーザ光の照射とアーク放電とを同時に行って前記被
溶接材を溶接するレーザ・アーク複合溶接方法におい
て、アーク電極を、レーザ光照射位置よりも溶接ヘッド
移動方向の下流側に配置して溶接を行うので、アーク電
極先端部への金属蒸気の付着を防止して、良好なレーザ
・アーク複合溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ・アーク複
合溶接ヘッドの断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面拡大図である。

【図３】図２のＢ方向矢視図である。

【図４】図２のＣ−Ｃ線矢視断面図である。

【図５】一部破断して示す図２のＤ方向矢視図である。

【図６】フランジ取付面の構造図である。

【図７】図２のＥ部拡大図である。

【図８】前記レーザ・アーク複合溶接ヘッドに備えたア
ーク電極調整機構によるアーク電極配置の調整状態を示
す説明図である。

【図９】前記レーザ・アーク複合溶接ヘッドに備えたア
ーク電極調整機構によるアーク電極配置の調整状態を示
す説明図である。

【図１０】前記レーザ・アーク複合溶接ヘッドに備えた
アーク電極調整機構によるアーク電極配置の調整状態を
示す説明図である。

【図１１】本発明の実施の形態２に係るレーザ・アーク
複合溶接ヘッドの断面図である。

【図１２】図１１のＦ−Ｆ線矢視断面拡大図である。

【図１３】図１２のＧ方向矢視図である。

【図１４】（ａ）は図１２のＨ−Ｈ線矢視断面図、
（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線矢視断面図である。

【図１５】（ａ）は図１２のＪ−Ｊ線矢視断面図、
（ｂ）は一部破断して示す（ａ）のＫ方向矢視図であ
る。

【図１６】前記レーザ・アーク複合溶接ヘッドに備えた
アーク電極調整機構を抽出し一部破断して示す拡大斜視
図である。

【図１７】前記アーク電極調整機構によるアーク電極配
置の調整状態を示す説明図である。

【図１８】前記アーク電極調整機構によるアーク電極配
置の調整状態を示す説明図である。

【図１９】前記アーク電極調整機構によるアーク電極配
置の調整状態を示す説明図である。

【図２０】本発明の実施の形態３に係るレーザ・アーク
複合溶接ヘッドの要部断面図である。

【図２１】本発明の実施の形態４に係るレーザ・アーク
複合溶接ヘッドの断面図である。

【図２２】同じく要部切欠き斜視図である。

【図２３】同じく発展例の要部切欠き斜視図である。

【図２４】同じく発展例のアーク電極のスイッチング回
路図である。

【図２５】従来のレーザ・アーク複合溶接の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ レーザ光 ２ａ 第１分割レーザ光 ２ｂ 第２分割レーザ光 ３ コリメートレンズ群 ４ 第１反射ミラー ５ 第２反射ミラー ６ 空間部 ７ 集光レンズ群 ８ 被溶接材 ８ａ レーザ光照射位置 １０ アーク電極 １１ 導電部材 １２ ノズル １２ａ 先端開口部 １３ セラミックスチューブ １４ チューブ １５ フランジ取付面 １５ａ 長穴 １６ 第１フランジ １６ａ 長穴 １６ｂ 外面 １６ｃ 穴 １７ ねじ １８ 第２フランジ １８ａ 穴 １８ｂ 突部 １９ ねじ ２０ Ｏリング ２１ 不活性ガス ２２ Ｏリング ２３ 金属蒸気 ３１ アーク電極支持部材 ３１ａ 冷却水路 ３２ 光軸方向 ３４ ガス流 ３５ コレットホルダ ３６ 補助ノズル ３７ 絶縁カバー ３８ ユニバーサルエルボ ３９ ホース ４０ 冷却ブロック ４１ ガス通路 ５１ 光ファイバ ５２ レーザ光 ５２ａ 第１分割レーザ光 ５２ｂ 第２分割レーザ光 ５３ コリメートレンズ群 ５４ 第１反射ミラー ５５ 第２反射ミラー ５６ 空間部 ５７ 集光レンズ群 ５８ 被溶接材 ５８ａ レーザ光照射位置 ６０ アーク電極 ６１ 導電部材 ６２ ノズル ６２ａ 先端開口部 ６３ セラミックチューブ ６４ チューブ ６５ 第１縦スライドガイド ６５ａ 内面 ６５ｂ 溝 ６６ 第２縦スライドガイド ６６ａ 側面 ６６ｂ 突部 ６７ 固定ねじ ６８ 横送りねじ ６８ａ 先端部 ６８ｂ 頭部 ６９ スイング用送りねじ ６９ａ 先端部 ６９ｂ 頭部 ７０ 横スライド用ガイド軸 ７１ 支持部材 ７１ａ 穴 ７１ｂ 穴 ７１ｃ 穴 ７１ｄ 穴 ７２ スイングピン ７３ ゴムカバー ７５ ガイド部材 ７６ ねじ ７７ 冷却パイプ ８１ アーク電極支持部材 ８１ａ 冷却水路 ８１ｂ 穴 ８１ｃ 穴 ８２ 光軸方向 ８５ 電線 ９１ 不活性ガス ９２ 縦送りねじ ９３ 金属蒸気 １００ レーザ・アーク複合溶接ヘッド １０１ 光ファイバ １０２ レーザ光 １０３ レンズ群 １０４ 被溶接材 １０５ａ 上方ノズル １０５ｂ 下方ノズル １０６ アーク電極支持部材 １０７ 押えナット １０８ アーク電極 １０９ 斜孔 １１０ スリット １１１ ガス流 １１２ ジャケット １１３ ガス通路 １１４ 直角エルボ １１５ チューブ １１６ パイプ １１７ 直角エルボ １１８ チューブ １２０ 固定ねじ １２１ 位置決め棒 １２２ 導入孔 １２３ 直角エルボ １２４ チューブ １２５ シールドカップ １２６ スイッチ手段 １２７ 電源 ２００ レーザ・アーク複合溶接ヘッド ３００ レーザ・アーク複合溶接ヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長島 是 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 石出 孝 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 4E068 BC01 CB05 CD15 CH08 CJ01

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放
   電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・ア
   ーク複合溶接ヘッドにおいて、 アーク電極を、前記被溶接材に照射されるレーザ光の光
   軸方向と直交する方向に移動することにより、レーザ光
   照射位置に対する前記アーク電極の前記直交方向位置を
   調整するアーク電極位置調整手段を設けたことを特徴と
   するレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
2. 【請求項２】 被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放
   電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・ア
   ーク複合溶接ヘッドにおいて、 アーク電極をレーザ光照射位置に対して傾斜させること
   により、レーザ光照射位置に対する前記アーク電極の傾
   斜角度を調整するアーク電極傾斜角度調整手段を設けた
   ことを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
3. 【請求項３】 被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放
   電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・ア
   ーク複合溶接ヘッドにおいて、 アーク電極をレーザ光照射位置に対して近接又は離間さ
   せることにより、レーザ光照射位置と前記アーク電極と
   の距離を調整するアーク電極距離調整手段を備えたこと
   を特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
4. 【請求項４】 被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放
   電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・ア
   ーク複合溶接ヘッドにおいて、 アーク電極を、前記被溶接材に照射されるレーザ光の光
   軸方向と直交する方向に移動することにより、レーザ光
   照射位置に対する前記アーク電極の前記直交方向位置を
   調整するアーク電極位置調整手段と、 アーク電極をレーザ光照射位置に対して傾斜させること
   により、レーザ光照射位置に対する前記アーク電極の傾
   斜角度を調整するアーク電極傾斜角度調整手段と、 アーク電極をレーザ光照射位置に対して近接又は離間さ
   せることにより、レーザ光照射位置と前記アーク電極と
   の距離を調整するアーク電極距離調整手段と、を有する
   アーク電極調整機構を備えたことを特徴とするレーザ・
   アーク複合溶接ヘッド。
5. 【請求項５】 前記アーク電極調整機構は、 溶接ヘッドのノズルの両側部に平行に形成するととも
   に、前記被溶接材に照射するレーザ光の光軸方向に長い
   長穴を有し、この長穴にアーク電極支持部材の両端部を
   挿通させる一対のフランジ取付面と、 前記光軸方向に長い長穴を有し、この長穴を介してねじ
   によりフランジ取付面に固定されるとともに、前記アー
   ク電極支持部材が傾動可能な大きさの穴を有し、この穴
   に前記アーク電極支持部材の両端部を挿通する第１フラ
   ンジと、 前記フランジ取付面と前記第１フランジとの間に介設さ
   れ、且つ、前記フランジ取付面の長穴の周囲を囲む第１
   シール部材と、 前記第１フランジの外面にねじにより固定されるととも
   に、前記アーク電極支持部材の両端部を挿通するための
   前記第１フランジの穴よりも大きな穴を有し、且つ、こ
   の穴の外側部分には、全周に亘って内側に突設するとと
   もに内周がアーク電極支持部材の外周よりも大きくて前
   記アーク電極支持部材の傾動が可能な突部を有する第２
   フランジと、 この第２フランジの穴の内周面に沿って配置されてアー
   ク電極支持部材の外周を囲み、ねじを締めて前記第２フ
   ランジを前記第１フランジに固定したとき、前記第２フ
   ランジの突部によって押しつぶさることにより、前記ア
   ーク電極支持部材と前記第２フランジとの隙間を塞ぎ、
   且つ、反力で前記アーク電極支持部材を固定する第２シ
   ール部材と、を有してなることを特徴とする請求項４記
   載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
6. 【請求項６】 前記アーク電極調整機構は、 アーク電極支持部材を揺動自在に支持する支持部材と、 溶接ヘッドのノズルの側部に固定された第１縦スライド
   ガイドと、 この第１縦スライドガイドによって前記被溶接材に照射
   されるレーザ光の光軸方向に案内される第２縦スライド
   ガイドと、 前記第１縦スライドガイドに螺合され、且つ、先端部が
   前記支持部材に回転自在に結合されて、前記支持部材及
   び前記アーク電極支持部材とともにアーク電極を前記光
   軸方向と直交する方向に移動させる横送りねじと、 前記第１縦スライドガイドに螺合され、且つ、先端部が
   前記アーク電極支持部材に回転自在で且つ揺動可能に結
   合されて、前記アーク電極支持部材とともに前記アーク
   電極を揺動させるスイング用送りねじと、 前記第１縦スライドガイドに螺合され、先端が前記第２
   縦スライドガイドの底面に当接して、前記第２縦スライ
   ドガイド、前記支持部材及び前記アーク電極支持部材と
   ともに前記アーク電極を前記光軸方向に移動させる縦送
   りねじと、を有してなることを特徴とする請求項４記載
   のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
7. 【請求項７】 被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放
   電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・ア
   ーク複合溶接ヘッドにおいて、 アーク電極の支持部にアーク電極の軸線に沿うガス流を
   噴出・生起するガス流生起手段を設けたことを特徴とす
   るレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
8. 【請求項８】 前記アーク電極の支持部にアーク電極の
   軸線に沿うガス流を噴出・生起するガス流生起手段を設
   けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに
   記載のレーザ・アーク複合溶接ヘッド。
9. 【請求項９】 レーザ光の外側にアーク電極を配置して
   被溶接材に対しレーザ光照射とアーク放電とを同時に行
   って前記被溶接材を溶接するレーザ・アーク複合溶接装
   置において、 アーク電極を同一の溶接ヘッド内においてレーザ光の外
   側に配置すると共に、同アーク電極の支持部にアーク電
   極の軸線に沿うガス流を噴出・生起するガス流生起手段
   を設けたことを特徴とするレーザ・アーク複合溶接ヘッ
   ド。
10. 【請求項１０】 前記アーク電極は、レーザ光を囲繞す
    るリング状の支持部材に周方向へ所定間隔離間して複数
    本取り付けられ、溶接方向によって選択的に使用可能に
    なっていることを特徴とする請求項９記載のレーザ・ア
    ーク複合溶接ヘッド。
11. 【請求項１１】 レーザ光の外側にアーク電極を周方向
    に複数本配置して被溶接材に対しレーザ光照射とアーク
    放電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ・
    アーク複合溶接方法において、前記複数本のアーク電極
    を溶接方向によって選択的に使用して溶接を行うことを
    特徴とするレーザ・アーク複合溶接方法。
12. 【請求項１２】 被溶接材に対しレーザ光の照射とアー
    ク放電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ
    ・アーク複合溶接ヘッドにおいて、 アーク電極を、レーザ光照射位置よりも溶接ヘッド移動
    方向の下流側に配置してなることを特徴とするレーザ・
    アーク複合溶接ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記アーク電極を、レーザ光照射位置
    よりも溶接ヘッド移動方向の下流側に配置してなること
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の
    レーザ・アーク複合溶接ヘッド。
14. 【請求項１４】 被溶接材に対しレーザ光の照射とアー
    ク放電とを同時に行って前記被溶接材を溶接するレーザ
    ・アーク複合溶接方法において、 アーク電極を、レーザ光照射位置よりも溶接ヘッド移動
    方向の下流側に配置して溶接を行うことを特徴とするレ
    ーザ・アーク複合溶接方法。