JP2002059286A - レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置

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JP2002059286A JP2000242367A JP2000242367A JP2002059286A JP 2002059286 A JP2002059286 A JP 2002059286A JP 2000242367 A JP2000242367 A JP 2000242367A JP 2000242367 A JP2000242367 A JP 2000242367A JP 2002059286 A JP2002059286 A JP 2002059286A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、しかも、光学機器を損傷する虞がな
く且つ安価な同軸レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレ
ーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 コリメートレンズ群２６と、レーザ光を
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに分割する第１
反射ミラー２７と、第１分割レーザ光を更に反射して両
分割レーザ光の間に空間部２４ｄを設ける第２反射ミラ
ー２８と、両分割レーザ光を被溶接部３４ａに集光する
集光レンズ群２９と、空間部にレーザ光と同軸状に配設
したＧＭＡ電極３３とを備えて構成する。或いは、コリ
メートレンズ群と、レーザ光の一部を反射してレーザ光
本体に空間部を形成する第１反射ミラーと、レーザ光の
一部を更に反射する第２反射ミラーと、レーザ光本体と
レーザ光の一部とを被溶接部に集光する集光レンズ群
と、空間部にレーザ光本体と同軸状に配設したＧＭＡ電
極とを備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工ヘッド及
びこれを備えたレーザ加工装置に関し、レーザ溶接とア
ーク溶接とを同時に行う場合などに適用して有用なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】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。レーザ溶接はＣＯ
2 レーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器を用いて行われ
る。ＣＯ 2 レーザ光はミラー伝送しなければならないた
め、その調整に手間がかかるのに対し、ＹＡＧレーザ光
は光ファイバによる伝送が可能である。このようなこと
などから、ＹＡＧレーザ発振器を用いたレーザ溶接に対
する期待が高まっている。一方、アーク溶接としては、
ＭＩＧ溶接などのガスシールド消耗電極式アーク溶接
（ＧＭＡ溶接）や、ＴＩＧ溶接などのガスシールド非消
耗電極式アーク溶接などがある。
【０００３】そして、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、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、ＧＭＡ溶接（ＭＩＧ溶接等）や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。
【０００４】このため、近年では溶接範囲が広く且つ深
溶け込みの溶接を行うことなどを目的として、レーザ溶
接とアーク溶接とを同時に行う方法が研究されている。
【０００５】レーザ溶接とアーク溶接とを同時に行うレ
ーザ加工ヘッドとしては、例えば特開平１０−２１６９
７２号公報に開示されているような構成のものがある。
図１１に示すように本レーザ加工ヘッドでは、母材１の
被溶接部１ａに対してガス噴射ノズル６からシールドガ
スを噴射しながら、レーザ溶接ヘッド２からレーザ光３
を照射し、ＧＭＡ溶接ヘッド４の電極５からアーク放電
を行うことにより、レーザ溶接とアーク溶接とを行うよ
うになっている。
【０００６】しかし、このレーザ加工ヘッドではレーザ
溶接ヘッド２とＧＭＡ溶接ヘッド４とが独立しているた
め、レーザ加工ヘッド全体が大型になり、しかも、溶接
位置や溶接姿勢の変化に対してレーザ溶接ヘッド２とＧ
ＭＡ溶接ヘッド４の相対位置関係を常に一定に保持する
のが面倒である。このため、特にロボットによる３次元
加工には適さない。
【０００７】そこで本発明者等は、かかる問題点等を解
決することができるレーザ加工ヘッドを特開平１１−１
５６５７３号公報において提案している。図１２に示す
ように本レーザ加工ヘッドでは、光ファイバ１１で伝送
されてきたレーザ光１２を凸型ルーフミラー１３と凹型
ルーフミラー１４とで反射して第１分割レーザ光１２ａ
と第２分割レーザ光１２ｂとに２分割することにより、
両者間に空間部１７を形成し、これらの分割レーザ光１
２ａ，１２ｂを集光レンズ群１５によって被溶接部に集
光するようなっている。
【０００８】そして凹型ルーフミラー１４及び集光レン
ズ群１５の中心部には貫通孔１４ａ，１５ａがそれぞれ
開けられており、これらの貫通孔１４ａ，１５ａにＴＩ
Ｇ電極やＧＭＡ電極などのアーク電極を保持する電極保
持管１６を挿通することにより、この電極保持管１６に
保持されたアーク電極が分割レーザ光１２ａ，１２ｂ間
の空間部１７に位置して同レーザ光と同軸状になってい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の同軸レーザ加工ヘッドでは、凹型ルーフミラー１４
や集光レンズ群１５に貫通孔１４ａ，１５ｂを設けるた
め、これらの加工に手間がかかり高価なものとなってし
まう。また、貫通孔１４ａ，１５ｂ部分が損傷し易い。
更には、凸型ルーフミラー１３と凹型ルーフミラー１４
とによってレーザ光１２を２分割しているが、これらの
凹凸ルーフミラー１３，１４は非常に高価なものであ
る。
【００１０】従って本発明は上記の問題点に鑑み、小型
で、しかも、光学機器を損傷する虞がなく且つ安価な同
軸レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置を
提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つ
のコリメート光学系と、コリメート光学系で平行にされ
たレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光
を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する
第１反射ミラーと、第１反射ミラーで反射された第１分
割レーザ光を更に反射して、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設ける第２反射ミラーと、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集
光する１つの集光光学系と、第１分割レーザ光と第２分
割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設
した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とす
る。
【００１２】また、第２発明のレーザ加工ヘッドは、第
１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第２反射ミラーを
回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先
端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可
能に構成したことを特徴とする。
【００１３】また、第３発明のレーザ加工ヘッドは、第
１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第１反射ミラーを
移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割
レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反
射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光
の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔
を調整可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】また、第４発明のレーザ加工ヘッドは、第
１，第２又は第３発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コ
リメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と
直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集
光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方
側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レー
ザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
【００１５】また、第５発明のレーザ加工ヘッドは、レ
ーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメ
ート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレ
ーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に
空間部を形成する反射ミラーと、この空間部が形成され
たレーザ光本体を被加工部に集光する１つの集光光学系
と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に
配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴と
する。
【００１６】また、第６発明のレーザ加工ヘッドは、レ
ーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメ
ート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレ
ーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に
空間部を形成する第１反射ミラーと、レーザ光本体の外
側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一
部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面
に接する又は近接するように反射する第２反射ミラー
と、第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光
本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレー
ザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光光学系
と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に
配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴と
する。
【００１７】また、第７発明のレーザ加工ヘッドは、第
６発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第１反射ミラー
は、コリメート光学系で平行にされたレーザ光に対し、
同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光
軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの
挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光
の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成
したことを特徴とする。
【００１８】また、第８発明のレーザ加工ヘッドは、第
６又は第７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コリメー
ト光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交す
る方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学
系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第
１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部
を入射させるように構成したことを特徴とする。
【００１９】また、第９発明のレーザ加工ヘッドは、第
１，第２，第３，第４，第５，第６，第７又は第８発明
のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部
は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシスト
ガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とする。
【００２０】また、第１０発明のレーザ加工ヘッドは、
第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７又は第８発
明のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部
はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガス
はダイバージェントノズルであることを特徴とする。
【００２１】また、第１１発明のレーザ加工装置ドは、
第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７，第８，第
９又は第１０発明のレーザ加工ヘッドと、レーザ光を発
振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレ
ーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手
段と、レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動す
るレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とす
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に係るレーザ加工装置のシステム構成を示す斜視
図、図２（ａ）は前記レーザ加工装置に備えたレーザ加
工ヘッドの要部構成を示す側面図、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【００２４】また、図３は前記レーザ加工装置に備える
各種の加工手段を示す斜視図、図４は前記レーザ加工ヘ
ッドにおいて分割するレーザ光の集光先端部の間隔を開
けた状態を示す説明図、図５は前記レーザ加工ヘッドに
おいて分割するレーザ光の分割比を変え且つその集光先
端部の間隔を開けた状態を示す説明図である。
【００２５】＜構成＞図１に示すように、本実施の形態
１のレーザ加工装置はＹＡＧレーザ発振器２１、レーザ
光伝送手段である光ファイバ２５、レーザ加工ヘッド２
２、レーザ加工ヘッド移動手段である多軸ＮＣロボット
２３などを備えている。
【００２６】ＹＡＧレーザ発振器２１から発振されたレ
ーザ光２４は、光ファイバ２５によってレーザ加工ヘッ
ド２２の入力部まで伝送される。レーザ加工ヘッド２２
は多軸ＮＣロボット２３に装着されており、この多軸Ｎ
Ｃロボット２３によって任意の位置に位置決め移動され
る。
【００２７】そして、レーザ加工ヘッド２２は外筒３０
内に１つのコリメート光学系としてのコリメートレンズ
群２６と、第１反射ミラー２７と、第２反射ミラー２８
と、１つの集光光学系としての集光レンズ群２９と、Ｇ
ＭＡ溶接手段（ＭＩＧ溶接手段等）の先端加工部である
ＧＭＡ電極（ＭＩＧ電極等）３３とを備えている。
【００２８】また、第２反射ミラー２８を回動可能とす
る場合にはミラー回動手段として電動機などからなるミ
ラー回動装置３２を備え、更に、第１反射ミラー２７を
移動可能とする場合にはミラー移動手段として電動機な
どからなるミラー移動装置３１を備える。
【００２９】図１及び図２に基づきレーザ加工ヘッド２
２について詳述すると、コリメートレンズ群２６は直列
に配置された複数枚のレンズから構成されており、光フ
ァイバ２５によって伝送されてきたレーザ光２４を平行
光にする。そして、このコリメートレンズ群２６の図中
下方に第１反射ミラー２７と第２反射ミラー２８とが配
設され、これらの反射ミラー２７，２８の図中下方に集
光レンズ群２９が配設されている。
【００３０】第１反射ミラー２７はフラットミラーであ
り、コリメートレンズ群２６によって平行にされたレー
ザ光２４ａに対して、このレーザ光２４ａの光軸と直交
する方向にレーザ光２４ａの横断面の中央部まで挿入さ
れるとともに、反射面２７ａが上向き（コリメートレン
ズ群側）で且つ外側（図中左側）に傾けられている。従
って、この第１反射ミラー２７では、レーザ光２４ａの
一部（図中左半分）を外側（図中左側）に反射すること
により、レーザ光２４ａを第１分割レーザ光２４ｂと第
２分割レーザ光２４ｃとに２等分割する。
【００３１】第２反射ミラー２８は第１反射ミラー２７
と同様のフラットミラーであり、第１反射ミラー２７の
側方に配置されるとともに、反射面２８ａが下向き（集
光レンズ群側）で且つ第１反射ミラー２７側（図中右
側）に傾けられている。従って、この第２反射ミラー２
８では、第１反射ミラー２７によって反射された第１分
割レーザ光２４ｂを更に図中下方へと第１分割ミラー２
４ｃと平行に反射して、第１分割レーザ光２４ｂと第２
分割レーザ光２４ｃとの間に空間部（間隔）２４ｄを設
ける。
【００３２】集光レンズ群２９は直列に配置された複数
枚のレンズから構成されており、第１及び第２反射ミラ
ー２７，２８によって反射された第１分割レーザ光２４
ｂと、第１反射ミラー２７によって反射されずにそのま
ま図中下方へと伝送された第２分割レーザ光２４ｃと
を、母材３４の被溶接部３４ａに集光する。このとき第
１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃは一点
に集光される。即ち、レーザ光２４ａは平行光であるた
め、コリメートレンズ群２６と集光レンズ群２９との間
で第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃの
光路長に差があっても、これらの分割レーザ光２４ｂ，
２４ｃを集光レンズ群２９によって一点に集光すること
ができる。
【００３３】また、集光レンズ群２９はコリメートレン
ズ群２６よりも多少径が大きくなっている。そして、コ
リメートレンズ群２６の光軸と集光レンズ群２９の光軸
とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメー
トレンズ群２６を集光レンズ群２９に対して一方側（図
中右側）に寄せ、この集光レンズ群２９の他方側（図中
左側）に第１及び第２反射ミラー２７，２８で反射され
た第１分割レーザ光２４ｂを入射させるように構成して
いる。
【００３４】このことにより、コリメートレンズ群２６
から集光レンズ群２９へと真直ぐに伝送される第２分割
レーザ光２４ｃと、この第２分割レーザ光２４ｃに対し
て光軸と直交する方向（図中左方向）に離間する第１分
割レーザ光２４ｂとが１つの集光レンズ群２９に入射さ
れるようになっている。このようして１つの集光レンズ
群２９により両方の分割レーザ光２４ｂ，２４ｃを集光
する構成であるため、レーザ加工ヘッド全体が非常に小
型となっている。なお、集光レンズ群２９の直径は例え
ば７０ｍｍ程度である。
【００３５】そして、集光レンズ群２９の出力側（図中
下側）には、ＧＭＡ電極３３が外筒３０に支持されて第
１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間
の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設されてい
る。かかる構成によってＧＭＡ・ＹＡＧ同軸溶接が可能
となっている。ＧＭＡ溶接手段では、案内管３８を介し
て、先端のＧＭＡヘッド３５へのＧＭＡ溶接機３６から
の給電及び不活性ガスの送給と、ワイヤ送り装置３７か
らのＧＭＡ電極（フィラワイヤ）３３の送給とを行うこ
とにより、ＧＭＡ溶接を行うようになっている。
【００３６】なお、このＧＭＡ溶接手段に代えて、図３
に示すような他の加工手段の先端加工部を、第１分割レ
ーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部
２４ｄに配設するようにしてもよい。
【００３７】図３（ａ）に示すＴＩＧ溶接手段では、Ｔ
ＩＧヘッド４１によってＴＩＧ（タングステン）電極４
２を保持し、これに案内管４４を介してＴＩＧ溶接機４
３から給電及び不活性ガスの送給を行うことにより、Ｔ
ＩＧ溶接を行うようになっている。この場合にはＴＩＧ
電極４２を第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光
２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配
設し、この状態でレーザ溶接とＴＩＧ溶接とを同時に行
う。
【００３８】図３（ｂ）に示すフィラワイヤ供給手段で
は、先端のフィラワイヤヘッド５１へ案内管５４を介し
てワイヤ送り装置５３からフィラワイヤ５２を送給する
ようになっている。この場合にはＴＩＧ電極４２を第１
分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の
空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設し、この状態
でフィラワイヤ５２を被溶接部に供給しながらレーザ光
を照射してレーザ溶接を行う。
【００３９】図３（ｃ）に示すアシストガス供給手段で
は、アシストガス供給装置６２から案内管６３を介して
送給されるアシストガスを、先端のアシストガスノズル
６１から噴射するようになっている。この場合にはアシ
ストガスノズル６１を第１分割レーザ光２４ｂと第２分
割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と
同軸状に配設し、この状態で被切断部又は被穴あけ部に
アシストガスを噴射しながらレーザ光を照射してレーザ
切断又は穴あけを行う。そして、この場合にはアシスト
ガスノズル６１を、図３（ｄ）に示すように流路が一旦
狭められた後に広がるような形状のノズルとすることが
望ましい。このようなノズルはダイバージェントノズル
としてガス切断などにおいては一般に知られている。
【００４０】従来は、図１３に示すように集光レンズ群
１０５によって集光されたレーザ光１０４の周囲を囲む
ようにアシストガスノズル１０３が設けられ、このアシ
ストガスノズル１０３の先端開口部１０３ａからアシス
トガスを母材１０６の被切断部１０６ａに噴射する構成
となっていた。このため、アシストガスの流速を増加さ
せたり、アシストガスを被切断部１０６ａに効率よく送
り込むために先端開口部１０３ａを細くしようとして
も、レーザ光との干渉を避ける必要があるため、限界が
あった。また、アシストガスの圧力を上げようとして
も、この圧力が集光レンズ群１０５の図示しない保護ガ
ラスにも作用することから、保護ガラスの損傷を避ける
必要があるため、やはり限界があった。
【００４１】これに対して上記のように第１分割レーザ
光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４
ｄに同レーザ光と同軸状にアシストガスノズル６１を配
設するようにした場合には、アシストガスノズル６１を
所望の細さにすることができ、このことによってアシス
トガスの流速を増加させたり、アシストガスを被切断部
に効率よく送り込むことができる。また、アシストガス
を所望の圧力にして流速や流量の向上を図ることもでき
る。しかも、アシストガスノズル６１としてダイバージ
ェントノズルを採用することができることから、アシス
トガスを非常に高速で噴射することができるため切断速
度が大幅に向上する。例えば１００ｍｍの板厚の金属板
を切断するのに、図１３に示すような従来の同軸アシス
トガスノズルでは例えば８ｋｗのレーザ光で０．０５ｍ
／ｍｉｎ程度の切断速度であったが、本実施の形態の同
軸アシストガスノズルでは例えば４ｋｗのレーザ光で
０．１ｍ／ｍｉｎの高速切断が可能となる。
【００４２】図３（ｅ）に示す粉末供給手段では、粉末
供給装置７２から案内管７３を介して送給される金属
（鉄、ステンレス、アルミニウム等）の粉末を、先端の
粉末ノズル７１から吐出するようになっている。この場
合には粉末ノズル７１を第１分割レーザ光２４ｂと第２
分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光
と同軸状に配設し、この状態で粉末ノズル７１から金属
粉末を吐出しながら、この金属粉末にレーザ光を照射し
て任意の３次元形状を成形する。
【００４３】また、図１及び図２に示すように、ミラー
回動装置３２では、第２反射ミラー２８を中心軸２８ｂ
回りに矢印Ａ方向又は逆の矢印Ｂ方向に回動する。従っ
て、図４に示すようにミラー回動装置３２により第２反
射ミラー２８を矢印Ｂ方向に回動すると、第２反射ミラ
ー２８による第１分割レーザ光２４ｂの反射角度が変化
して、第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４ｂ−１
と第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−１との
間隔ｄが開く。この間隔ｄは第２反射ミラー２８の回動
角度を調整することによって適宜設定することができ
る。
【００４４】また、図１及び図２に示すように、ミラー
移動装置３１では、第１反射ミラー２７をレーザ光２４
ａの光軸と直交する方向（矢印Ｃ方向又は逆の矢印Ｄ方
向）に移動する。従って、図５に示すようにミラー移動
装置３１によって第１反射ミラー２７を矢印Ｃ方向に移
動させると、第１反射ミラー２７によって反射する第１
分割レーザ光２４ｂの割合が減少し、第２分割レーザ光
２４ｃの割合が増加する。この分割比は第１反射ミラー
２７の移動位置を調整することによって適宜設定するこ
とができる。また、これと同時にミラー回動装置３２に
よって第２反射ミラー２８を矢印Ｂ方向に回動させれ
ば、第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４ｂ−１と
第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−１との間
隔ｄが開く。
【００４５】なお、第１反射ミラー２７の移動や第２反
射ミラー２８の回動は、必ずしもミラー移動装置３１や
ミラー移動装置３２によって行う場合に限定するもので
はなく、手動で行うようにしてもよい。
【００４６】＜作用・効果＞以上のように本実施の形態
１によれば、レーザ光２４を平行にする１つのコリメー
トレンズ群２６と、コリメートレンズ群２６によって平
行にされたレーザ光２４ａの一部分を反射することによ
り同レーザ光２４ａを第１分割レーザ光２４ｂと第２分
割レーザ光２４ｃとに２分割する第１反射ミラー２７
と、第１反射ミラー２７で反射された第１分割レーザ光
２４ｂを更に反射して第１分割レーザ光２４ｂと第２分
割レーザ光２４ｃとの間に空間部２４ｄを設ける第２反
射ミラー２８と、第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レ
ーザ光２４ｃとを被切断部３４ａに集光する１つの集光
レンズ群２９と、第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レ
ーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸
状に配設したＧＭＡ電極３３とを備えてレーザ加工ヘッ
ド２２を構成したため、次のような作用・効果が得られ
る。
【００４７】即ち、従来のようにレーザ溶接ヘッドとＧ
ＭＡ溶接ヘッドとが独立している場合や、穴あきレンズ
を用いて同軸化したり凹凸ルーフミラーを用いてレーザ
光を２分割したりする場合に比べて、本レーザ加工ヘッ
ド２２は非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損
傷する虞もない。なお、本発明者等は三角錐ミラーでレ
ーザ光を２分割し、これらの分割レーザ光をそれぞれ個
別の集光レンズ群で集光するように構成したレーザ加工
ヘッドも開発しているが、この場合にはレーザ加工ヘッ
ド全体の幅が例えば３００ｍｍ程度にもなり、これと比
べても、１つの集光レンズ群２９で両方の分割レーザ光
２４ｂ，２４ｃを集光するように構成した本レーザ加工
ヘッド２２は非常に小型である。
【００４８】そして、このようにレーザ加工ヘッド２２
は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３にも容易
に装着することができ、且つ、ＧＭＡ電極３３とＹＡＧ
レーザ光２４（分割レーザ光２４ｂ，２４ｃ）とが同軸
状になっていることから、多軸ＮＣロボット２３によっ
てレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め
移動することができ、３次元加工も容易に行うことがで
きる。
【００４９】また、ＧＭＡ電極３３とＹＡＧレーザ光２
４（分割レーザ光２４ｂ，２４ｃ）との同軸溶接によ
り、非常に高速で溶接することができるようになる。例
えば、従来のＧＭＡ溶接では０．４ｍｍ／ｓ程度の溶接
速度であったのに対し、ＧＭＡ・ＹＡＧ同軸溶接では２
ｍｍ／ｓの高速溶接が可能となる。高速溶接が可能な主
な理由としては、分割レーザ光２４ｂ，２４ｃの照射に
より金属（母材３４）が蒸発して、その一部がイオン化
（Ｆｅイオン、Ｃｒイオン、Ｎｉイオン等）し、これに
アーク放電が誘導されることから、アークが安定するた
めである。
【００５０】分割レーザ光２４ｂ，２４ｃを照射せずに
ＧＭＡ溶接だけで高速化を図ろうとしても、ＧＭＡ電極
３３を高速で移動させたときにアークがふらついて非常
に不安定となるため、連続したビードが形成されず、不
可能である。これに対してレーザ光２４ｂ，２４ｃを照
射したときには、ＧＭＡ電極３３が高速で移動してもア
ークが安定するため連続した綺麗なビードが形成され
る。また、ＧＭＡ電極３３の先端部が、アーク放電によ
る熱やジュール熱によって加熱されるだけでなく、レー
ザ光２４ｂ，２４ｃの照射によっても加熱されることも
高速化の一因であると考えられる。
【００５１】また、シールドガスとして純Ａｒガスを用
いた溶接はアーク安定性の点で困難であったが、このよ
うな純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶
接が可能となる。つまり、一般にアークを安定させるた
めには不活性ガスにＯ2 やＣＯ2 を僅かに混合したもの
をにシールドガスとして用いるが、ＳＵＳ材や高Ｃｒ材
などを溶接するときには耐蝕性の問題から純Ａｒガスを
シールドガスとして用いるとともに、アークを安定させ
るためにＧＭＡ電極としてフィラワイヤにアーク安定化
元素を入れたコアドワイヤを用いていた。これに対し、
本レーザ加工ヘッド２２では、上記のようにレーザ光２
４ｂ，２４ｃの照射によってアークを安定させることが
できるため、特殊なワイヤを用いることなく、純Ａｒガ
ス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接が可能とな
る。
【００５２】なお、レーザ加工ヘッド２２にＴＩＧ電極
４２をレーザ光と同軸状に配置した場合にも、上記と同
様の作用・効果を得ることができる。即ち、レーザ加工
ヘッド２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２
３への装着も容易であり、多軸ＮＣロボット２３によっ
てレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め
移動することができる。また、安価であり、光学機器を
損傷する虞もなく、更には、高速溶接が可能となり、純
Ａｒガス雰囲気での溶接も可能となる。
【００５３】レーザ加工ヘッド２２にフィラワイヤ５２
を同軸状に配置した場合にも、レーザ加工ヘッド２２は
非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への装着も
容易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工
ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動すること
ができ、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もな
い。
【００５４】レーザ加工ヘッド２２にアシストガスノズ
ル６１を同軸状に配置した場合にも、レーザ加工ヘッド
２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への
装着も容易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレー
ザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動す
ることができ、また、安価であり、光学機器を損傷する
虞もない。しかも、アシストガスノズル６１を所望の細
さにしてアシストガスの流速を増加させたり、アシスト
ガスを被切断部又は被穴空け部に効率よく送り込むこと
ができ、また、アシストガスを所望の圧力にして流速や
流量の向上を図ることができる。しかも、アシストガス
ノズル６１としてダイバージェントノズルを採用するこ
とができることから、アシストガスを非常に高速で噴射
することができるため切断速度又穴空け速度が大幅に向
上する。
【００５５】レーザ加工ヘッド２２に粉末ノズル７１を
同軸状に配置した場合にも、レーザ加工ヘッド２２は非
常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への装着も容
易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工ヘ
ッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動することが
でき、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もな
い。
【００５６】また、本実施の形態１によれば、第２反射
ミラー２８をミラー回動装置３２又は手動によって回動
可能とすることにより第１分割レーザ光２４ｂと第２分
割レーザ光２４ｃの間隔を調整可能に構成した場合に
は、図４に示すように第２反射ミラー２８の回動角度を
適宜設定して第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４
ｂ−１と第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−
１との間隔ｄを適宜広げることにより、広いギャップ幅
（例えば１ｍｍのギャップ幅）の母材３４を溶接するこ
とも可能となる。
【００５７】また、第１反射ミラー２７をミラー移動装
置３１又は手動によって移動可能とすることにより第１
分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの分割
比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラー２８をミ
ラー移動装置３２又は手動によって回動可能とすること
により第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４
ｂの間隔を調整可能に構成した場合には、図５に示すよ
うに第１反射ミラー２７の移動位置を適宜設定して第１
分割レーザ光２４ｂの割合を適宜小さくし第２分割レー
ザ光２４ｃの割合を適宜大きくするとともに、第２反射
ミラー２８の回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光
２４ｂの集光先端部２４ｂ−１と第２分割レーザ光２４
ｃの集光先端部２４ｃ−１との間隔ｄを適宜広げること
により、矢印Ｆのように母材３４に対して先に第２分割
レーザ光２４ｂを照射して深溶け込みをし、続いて第１
分割レーザ光２４ｃを照射して綺麗なビードを形成する
ことができる。
【００５８】このときにはポロシティ（空孔）のない良
好な溶接が可能となる。即ち、単独のレーザ光を照射す
る場合には被溶接部にポロシティが生じ易いが、先に第
２分割レーザ光２４ｂを照射し、続いて第１分割レーザ
光２４ｃを照射する場合には、第２分割レーザ光２４ｂ
の照射時に一旦閉じたポロシティを第１分割レーザ光２
４ｂの照射によって開けることによりポロシティを消滅
させることができる。
【００５９】また、コリメートレンズ群２６の光軸と集
光レンズ群２９の光軸とを同光軸と直交する方向にずら
すことによりコリメートレンズ群２６を集光レンズ群２
９に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群２９の他方
側に第１及び第２反射ミラー２７，２８で反射された第
１分割レーザ光２４ｂを入射させるように構成したこと
により、コリメートレンズ群２６の光軸と集光レンズ群
２９の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径
の集光レンズ群２９でも第１分割レーザ光２４ｂと第２
分割レーザ光２４ｃとを集光することができ、レーザ加
工ヘッド全体をより小型にすることができる。
【００６０】そして、上記のようなレーザ加工ヘッド２
２を備えたレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や
切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
【００６１】［実施の形態２］図６は本発明の実施の形
態２に係るレーザ加工装置のシステム構成を示す斜視図
である。図７は前記レーザ加工装置に備えたレーザ加工
ヘッドの要部構成を示す側面図であり、図７（ａ）は図
９のＧ方向矢視図、図７（ｂ）は図９のＨ方向矢視図で
ある。また、図８は反射ミラーによって反射されるレー
ザ光の一部のみを表した側面図であり、図８（ａ）は図
７（ａ）に対応する図、図８（ｂ）は図７（ｂ）に対応
する図である。図９（ａ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ線矢視
断面拡大図、図９（ｂ）は図７（ａ）のＪ−Ｊ線矢視断
面拡大図、図９（ｃ）は図７（ａ）のＫ−Ｋ線矢視断面
拡大図である。
【００６２】また、図１０は反射ミラーの他の配置例を
示す説明図であり、図１０（ａ）は側面図、図１０
（ｂ）は図１０（ａ）のＬ方向矢視図、図１０（ｃ）は
図１０（ａ）のＭ−Ｍ線矢視断面図、図１０（ｄ）は図
１０（ａ）のＮ−Ｎ線矢視断面図である。
【００６３】＜構成＞図６に示すように、本実施の形態
２のレーザ加工装置はＹＡＧレーザ発振器８１、レーザ
光伝送手段である光ファイバ８５、レーザ加工ヘッド８
２、レーザ加工ヘッド移動手段である多軸ＮＣロボット
８３などを備えている。
【００６４】ＹＡＧレーザ発振器８１から発振されたレ
ーザ光８４は、光ファイバ８５によってレーザ加工ヘッ
ド８２の入力部まで伝送される。レーザ加工ヘッド８２
は多軸ＮＣロボット８３に装着されており、この多軸Ｎ
Ｃロボット８３によって任意の位置に位置決め移動され
る。
【００６５】そして、レーザ加工ヘッド８２は外筒９０
内に１つのコリメート光学系としてのコリメートレンズ
群８６と、第１反射ミラー８７と、第２反射ミラー８８
と、１つの集光光学系としての集光レンズ群８９と、Ｇ
ＭＡ溶接手段（ＭＩＧ溶接手段等）の先端加工部である
ＧＭＡ電極（ＭＩＧ電極等）９３とを備えている。
【００６６】図６〜図１０に基づきレーザ加工ヘッド８
２について詳述すると、コリメートレンズ群８６は直列
に配置された複数枚のレンズから構成されており、光フ
ァイバ８５によって伝送されてきたレーザ光８４を平行
光にする。そして、このコリメートレンズ群８６の図中
下方に第１反射ミラー８７と第２反射ミラー８８とが配
設され、これらの反射ミラー８７，８８の図中下方に集
光レンズ群８９が配設されている。
【００６７】第１反射ミラー８７は所定の幅（所望の幅
の空間部をレーザ光本体に形成可能な幅）を有する細長
い長方形状のフラットミラーである。この第１反射ミラ
ー８７は、コリメートレンズ群８６により平行にされた
レーザ光８４ａに対して、レーザ光８４ａの横断面の径
方向に沿って水平（レーザ光８４ａの光軸と直交する方
向）に前記横断面の中央部まで挿入されるとともに（図
７（ａ），図８（ａ），図９（ａ）参照）、反射面８７
ａが上向き（コリメートレンズ群側）で且つ第１反射ミ
ラー８７の挿入方向と直交する方向に傾けられている
（図７（ｂ），図８（ｂ）参照、図示例では図中右方向
に傾けられている）。従って、この第１反射ミラー８７
では、レーザ光８４ａの一部８４ｂを反射してレーザ光
本体８４ｃの外へ取り出す。その結果、レーザ光本体８
４ｃには細長い空間部８４ｄが形成される（図７
（ｂ），図８（ｂ））。
【００６８】第２反射ミラー８８は第１反射ミラー８７
と同様の細長いフラットミラーであり、レーザ光本体８
４ｃの外側に配置されるとともに、反射面８８ａが下向
き（集光レンズ群側）で且つ第１反射ミラー８７側に傾
けられている。従って、この第２反射ミラー８８では、
第１反射ミラー８７で反射されたレーザ光の一部８４ｂ
を、レーザ光本体８４ｃと平行で且つレーザ光本体８４
ｃの外周面に接する又は近接するように反射する（図７
（ｂ），図９（ｂ）参照）。図示例ではレーザ光の一部
８４ｂがレーザ光本体８４ｃの外周面に接する場合を示
しており、このことによって集光レンズ群８９の径をで
きるだけ小さくしている。
【００６９】また、第１及び第２反射ミラー８７，８８
の配置は、上記にような配置に限らず、図１０のように
してもよい。即ち、図１０に示すように、第１反射ミラ
ー８７は、反射面８７ａを上向き（コリメートレンズ群
側）にした状態で、レーザ光８４ａに対して、レーザ光
８４ａの横断面の径方向に沿い且つレーザ光８４ａの光
軸に対して斜めに（集光レンズ群側に向かって斜めに）
挿入するとともに（図１０（ａ）参照）、第１反射ミラ
ー８７の挿入方向と直交する方向に傾ける（図１０
（ｂ）参照）。このことにより、第１反射ミラー８７で
は、レーザ光の一部８４ｂを、レーザ光本体８４ｃの外
側に斜めに反射する（図１０（ｃ）参照）。
【００７０】第２反射ミラー８８は、レーザ光本体８４
ｃの外側において、反射面８８ａを下向き（集光レンズ
群側）にした状態で、第１反射ミラー８７と同様にレー
ザ光８４ａの光軸に対して斜めにするとともに、第１反
射ミラー８７側に傾けることにより（図１０（ｂ）参
照）、第１反射ミラー８７で反射されたレーザ光の一部
８４ｂを、レーザ光本体８４ｃと平行で且つレーザ光本
体８４ｃの外周面に接する又は近接するように反射する
（図１０（ｂ）参照）。
【００７１】そして、この場合には図１０（ｄ）に示す
ようにレーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真
横に位置するため、図９（ｂ）のようにレーザ光の一部
８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真横からずれた位置にあ
る場合に比べて、より集光レンズ群８９の径を小さくす
ることができるようになる。
【００７２】集光レンズ群８９は直列に配置された複数
枚のレンズから構成されており、第１反射ミラー８７に
よって空間部８４ｄが形成されたレーザ光本体８４ｃ
と、第１及び第２反射ミラー８７，８８によって反射さ
れたレーザ光の一部８４ｂとを母材９４の被溶接部９４
ａに集光する。このときレーザ光本体８４ｃとレーザ光
の一部８４ｂは一点に集光される。即ち、レーザ光８４
ａは平行光であるため、コリメートレンズ群８６と集光
レンズ群８９との間でレーザ光本体８４ｃとレーザ光の
一部８４ｂの光路長に差があっても、これらのレーザ光
８４ｂ，８４ｃを集光レンズ群８９によって一点に集光
することができる。
【００７３】また、集光レンズ群８９はコリメートレン
ズ群８６よりも多少径が大きくなっている。そして、コ
リメートレンズ群８６の光軸と集光レンズ群８９の光軸
とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメー
トレンズ群８６を集光レンズ群８９に対して一方側（図
７（ｂ）中左側）に寄せ、この集光レンズ群８９の他方
側（図７（ｂ）中右側）に第１及び第２反射ミラー８
７，８８で反射されたレーザ光の一部８４ｂを入射させ
るように構成している。
【００７４】このことによって、コリメートレンズ群８
６から集光レンズ群８９へと真直ぐに伝送されるレーザ
光本体８４ｃと、このレーザ光本体８４ｃの外に取り出
されたレーザ光の一部８４ｂとが、１つの集光レンズ群
８９に入射されるようになっている。このようにして１
つの集光レンズ群８９によりレーザ光本体８４ｃとレー
ザ光の一部８４ｂとを集光する構成であるため、レーザ
加工ヘッド全体が非常に小型となっている。なお、集光
レンズ群８９の直径は例えば７０ｍｍ程度である。
【００７５】そして、集光レンズ群８９の出力側（図中
下側）には、ＧＭＡ電極９３が、外筒９０に支持されて
レーザ光本体８４ｃの空間部８４ｄに同レーザ光本体と
同軸状に配設されている。かかる構成によってＧＭＡ・
ＹＡＧ同軸溶接が可能となっている。なお、ＧＭＡ溶接
手段では、先端のＧＭＡヘッド９５に対し案内管９８を
介してＧＭＡ溶接機９６から給電及び不活性ガスを送給
し、ワイヤ送り装置９７からＧＭＡ電極（フィラワイ
ヤ）９３を送給することにより、ＧＭＡ溶接を行うよう
になっている。
【００７６】なお、ここでの具体的な説明は省略する
が、上記実施の形態１の場合と同様に、ＧＭＡ溶接手段
に代えて、図３に示す他の加工手段の先端加工部を、レ
ーザ光本体８４ｃの空間部８４ｄに同レーザ光本体と同
軸状に配設するようにしてもよい。
【００７７】＜作用・効果＞本実施の形態２によれば、
上記実施の形態１と同様の作用・効果を得ることができ
る。
【００７８】即ち、レーザ光８４を平行にする１つのコ
リメートレンズ群８６と、コリメートレンズ群８６によ
って平行にされたレーザ光８４ａの一部８４ｂを反射す
ることによってレーザ光本体８４ｃの外に取り出すこと
によりレーザ光本体８４ｃに空間部８４ｄを形成する第
１反射ミラー８７と、レーザ光本体８４ｃの外側に位置
し第１反射ミラー８７で反射されたレーザ光の一部８４
ｂをレーザ光本体８４ｃと平行で且つレーザ光本体８４
ｃの外周面に接する又は近接するように反射する第２反
射ミラー８８と、第１反射ミラー８７よって空間部８４
ｄが形成されたレーザ光本体８４ｃと第１及び第２反射
ミラー８７，８８によって反射されたレーザ光の一部８
４ｂとを被溶接部９４ａに集光する１つの集光レンズ群
８９と、レーザ光本体８４ｃの空間部８４ｄに同レーザ
光本体と同軸状に配設したＧＭＡ電極９３とを備えてレ
ーザ加工ヘッド８２を構成したため、従来に比べて本レ
ーザ加工ヘッド８２は非常に小型で安価なものとなり、
光学機器を損傷する虞もない。
【００７９】そして、上記のようにレーザ加工ヘッド８
２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット８３にも容
易に装着することができ、且つ、ＧＭＡ電極８３とＹＡ
Ｇレーザ光８４（レーザ光本体８４ｃ）とが同軸状にな
っていることから、多軸ＮＣロボット８３によってレー
ザ加工ヘッド８２を任意の位置に容易に位置決め移動す
ることができ、３次元加工も容易に行うことができる。
また、ＧＭＡ電極８３とＹＡＧレーザ光８４（レーザ光
本体８４ｃ及びレーザ光の一部８４ｂ）との同軸溶接に
より、非常に高速で溶接することができるようになると
ともに、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材など
の溶接も可能となる。
【００８０】また、具体的な説明は省略するが、ＧＭＡ
溶接手段に代えて図３に示す他の加工手段を用いた場合
にも、上記実施の形態１と同様の作用・効果が得られ
る。
【００８１】しかも、本実施の形態１では、第１反射ミ
ラー８７によってレーザ光本体８４ｃの外に取り出した
レーザ光の一部８４ｂを、第２反射ミラー８８で更に反
射してレーザ光本体８４ｃとともに集光レンズ群８９に
よって被溶接部９４ａに集光するようにしたため、レー
ザ光８４のエネルギーを無駄にせず有効に利用してレー
ザ光８４の損失を極力押さえることができる。
【００８２】更に、図１０のように第１反射ミラー８７
はコリメートレンズ群８６で平行にされたレーザ光８４
ａに対し、同レーザ光８４ａの横断面の径方向に沿い且
つ同レーザ光８４ａの光軸に対して斜めに挿入するとと
もに、第１反射ミラー８７の挿入方向と直交する方向に
傾けることにより、レーザ光の一部８４ｂをレーザ光本
体８４ｃの外へ斜めに反射するようにした場合には、レ
ーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真横に位置
するため、図９（ｂ）のようにレーザ光の一部８４ｂが
レーザ光本体８４ｃの真横からずれた位置にある場合に
比べて、より集光レンズ群８９の径を小さくすることが
でき、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることがで
きる。
【００８３】また、コリメートレンズ群８６の光軸と集
光レンズ群８９の光軸とを同光軸と直交する方向にずら
すことによりコリメートレンズ群８６を集光レンズ群８
９に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群８９の他方
側に第１及び第２反射ミラー８７，８８により反射され
たレーザ光の一部８４ｂを入射させるように構成したこ
とにより、コリメートレンズ群８６の光軸と集光レンズ
群８９の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな
径の集光レンズ群８９でもレーザ光本体８４ｃとレーザ
光の一部８４ｂとを集光することができ、レーザ加工ヘ
ッド全体をより小型にすることができる。
【００８４】そして、上記のようなレーザ加工ヘッド８
２を備えたレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や
切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
【００８５】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、第１発明のレーザ加工ヘッドは、レー
ザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメー
ト光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射するこ
とにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レ
ーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、第１反射ミラ
ーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、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設け
る第２反射ミラーと、第１分割レーザ光と第２分割レー
ザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、第１
分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レ
ーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備
えたことを特徴とする。
【００８６】従って、この第１発明のレーザ加工ヘッド
によれば、従来比べて非常に小型で安価なものとなり、
光学機器を損傷する虞もない。そして、このレーザ加工
ヘッドは非常に小型であるため例えば多軸ＮＣロボット
にも容易に装着することができ、且つ、加工手段の先端
加工部とレーザ光（第１及び第２分割レーザ光）とが同
軸状になっていることから、多軸ＮＣロボットによって
レーザ加工ヘッドを容易に任意の位置に位置決め移動す
ることができ、３次元加工も容易に行うことができる。
【００８７】また、加工手段の先端加工部がＧＭＡ電極
である場合には、このＧＭＡ電極とレーザ光との同軸溶
接により、非常に高速で溶接することができるようにな
る。更には、レーザ光の照射によってアークを安定させ
ることができるため、特殊なワイヤを用いることなく、
純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も
可能となる。
【００８８】また、第２発明のレーザ加工ヘッドは、第
１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第２反射ミラーを
回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先
端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可
能に構成したことを特徴とする。
【００８９】従って、この第２発明のレーザ加工ヘッド
によれば、第２反射ミラーの回動角度を適宜設定して第
１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光
先端部との間隔を適宜広げることにより、広いギャップ
幅の母材を溶接することも可能となる。
【００９０】また、第３発明のレーザ加工ヘッドは、第
１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第１反射ミラーを
移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割
レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反
射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光
の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔
を調整可能に構成したことを特徴とする。
【００９１】従って、この第３発明のレーザ加工ヘッド
によれば、第１反射ミラーの移動位置を適宜設定して第
１分割レーザ光の割合を適宜小さくし第２分割レーザ光
の割合を適宜大きくするとともに、第２反射ミラーの回
動角度を適宜設定して第１分割レーザ光の集光先端部と
第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を適宜広げるこ
とにより、母材に対して先に第２分割レーザ光を照射し
て深溶け込みをし、続いて第１分割レーザ光を照射して
綺麗なビードを形成することができる。このときにはポ
ロシティ（空孔）のない良好な溶接が可能となる。
【００９２】また、第４発明のレーザ加工ヘッドは、第
１，第２又は第３発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コ
リメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と
直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集
光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方
側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レー
ザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
【００９３】従って、この第４発明のレーザ加工ヘッド
によれば、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸
とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光光学
系でも第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを集光す
ることができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にする
ことができる。
【００９４】また、第５発明のレーザ加工ヘッドは、レ
ーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメ
ート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレ
ーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に
空間部を形成する反射ミラーと、この空間部が形成され
たレーザ光本体を被加工部に集光する１つの集光光学系
と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に
配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴と
する。
【００９５】従って、この第５発明のレーザ加工ヘッド
によれば、従来に比べて非常に小型で安価なものとな
り、光学機器を損傷する虞もない。そして、レーザ加工
ヘッドは非常に小型であるため多軸ＮＣロボットにも容
易に装着することができ、且つ、加工手段の先端加工部
とレーザ光本体とが同軸状になっていることから、多軸
ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを任意の位置に
容易に位置決め移動することができ、３次元加工も容易
に行うことができる。また、加工手段の先端加工部がＧ
ＭＡ電極である場合には、同軸溶接により、非常に高速
で溶接することができるようになるとともに、純Ａｒガ
ス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能とな
る。
【００９６】また、第６発明のレーザ加工ヘッドは、レ
ーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメ
ート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレ
ーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に
空間部を形成する第１反射ミラーと、レーザ光本体の外
側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一
部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面
に接する又は近接するように反射する第２反射ミラー
と、第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光
本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレー
ザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光光学系
と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に
配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴と
する。
【００９７】従って、この第６発明のレーザ加工ヘッド
にも、従来に比べて非常に小型で安価なものとなり、光
学機器を損傷する虞もない。そして、レーザ加工ヘッド
は非常に小型であるため多軸ＮＣロボットにも容易に装
着することができ、且つ、加工手段の先端加工部とレー
ザ光本体とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロ
ボットによってレーザ加工ヘッドを任意の位置に容易に
位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行う
ことができる。また、加工手段の先端加工部がＧＭＡ電
極である場合には、同軸溶接により、非常に高速で溶接
することができるようになるとともに、純Ａｒガス雰囲
気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能となる。
【００９８】しかも、第１反射ミラーによってレーザ光
本体の外に取り出したレーザ光の一部を、第２反射ミラ
ーで更に反射してレーザ光本体とともに集光光学系によ
って被加工部に集光するようにしたため、レーザ光のエ
ネルギーを無駄にせず有効に利用してレーザ光の損失を
極力押さえることができる。
【００９９】また、第７発明のレーザ加工ヘッドは、第
６発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第１反射ミラー
は、コリメート光学系で平行にされたレーザ光に対し、
同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光
軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの
挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光
の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成
したことを特徴とする。
【０１００】従って、この第７発明のレーザ加工ヘッド
によれば、レーザ光本体の外に取り出されたレーザ光の
一部がレーザ光本体の真横に位置するため、レーザ光の
一部がレーザ光本体の真横からずれた位置にある場合に
比べて、より集光光学系の径を小さくすることができ、
レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
【０１０１】また、第８発明のレーザ加工ヘッドは、第
６又は第７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コリメー
ト光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交す
る方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学
系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第
１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部
を入射させるように構成したことを特徴とする。
【０１０２】従って、この第８発明のレーザ加工ヘッド
によれば、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸
とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光光学
系でもレーザ光本体とレーザ光の一部とを集光すること
ができるため、レーザ加工ヘッド全体をより小型にする
ことができる。
【０１０３】また、第９発明のレーザ加工ヘッドは、第
１，第２，第３，第４，第５，第６，第７又は第８発明
のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部
は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシスト
ガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とする。
【０１０４】従って、この第９発明のレーザ加工ヘッド
でも、非常に小型であるため多軸ＮＣロボットへの装着
も容易であり、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘ
ッドを容易に任意の位置に位置決め移動することがで
き、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もない。
【０１０５】また、第１０発明のレーザ加工ヘッドは、
第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７又は第８発
明のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部
はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガス
はダイバージェントノズルであることを特徴とする。
【０１０６】従って、この第１０発明のレーザ加工ヘッ
ドによれば、アシストガスを非常に高速で噴射すること
ができるため切断速度又穴空け速度が大幅に向上する。
【０１０７】また、第１１発明のレーザ加工装置は、第
１，第２，第３，第４，第５，第６，第７，第８，第９
又は第１０発明のレーザ加工ヘッドと、レーザ光を発振
するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレー
ザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段
と、レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動する
レーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とす
る。
【０１０８】従って、この第１１発明のレーザ加工装置
は、安価で、しかも、溶接や切断などの加工能力に優れ
たレーザ加工装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の
システム構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は前記レーザ加工装置に備えたレーザ加
工ヘッドの要部構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＥ
−Ｅ線矢視断面図である。
【図３】前記レーザ加工装置に備える各種の加工手段を
示す斜視図である。
【図４】前記レーザ加工ヘッドにおいて分割するレーザ
光の集光先端部の間隔を開けた状態を示す説明図であ
る。
【図５】前記レーザ加工ヘッドにおいて分割するレーザ
光の分割比を変え且つその集光先端部の間隔を開けた状
態を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の
システム構成を示す斜視図である。
【図７】前記レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッド
の要部構成を示す側面図であり、（ａ）は図９のＧ方向
矢視図、（ｂ）は図９のＨ方向矢視図である。
【図８】反射ミラーによって反射されるレーザ光の一部
のみを表した側面図であり、（ａ）は図７（ａ）に対応
する図、（ｂ）は図７（ｂ）に対応する図である。
【図９】（ａ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ線矢視断面拡大
図、（ｂ）は図７（ａ）のＪ−Ｊ線矢視断面拡大図、
（ｃ）は図７（ａ）のＫ−Ｋ線矢視断面拡大図である。
【図１０】反射ミラーの他の配置例を示す説明図であ
り、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＬ方向矢視図、
（ｃ）は（ａ）のＭ−Ｍ線矢視断面図、（ｄ）は（ａ）
のＮ−Ｎ線矢視断面図である。
【図１１】従来のレーザ加工ヘッドの構成図である。
【図１２】従来のレーザ加工ヘッドの構成図である。
【図１３】従来の同軸アシストガスノズルの構成図であ
る。
【符号の説明】
２１ ＹＡＧレーザ発振器 ２２ レーザ加工ヘッド ２３ 多軸ＮＣロボット ２４ レーザ光 ２４ａ 平行なレーザ光 ２４ｂ 第１分割レーザ光 ２４ｂ−１ 集光先端部 ２４ｃ 第２分割レーザ光 ２４ｃ−１ 集光先端部 ２４ｄ 空間部 ２５ 光ファイバ ２６ コリメートレンズ群 ２７ 第１反射ミラー ２７ａ 反射面 ２８ 第２反射ミラー ２８ａ 反射面 ２８ｂ 回動軸 ２９ 集光レンズ群 ３０ 外筒 ３１ ミラー移動装置 ３２ ミラー回動装置 ３３ ＧＭＡ電極 ３５ ＧＭＡヘッド ３６ ＧＭＡ溶接機 ３７ ワイヤ送り装置 ３８ 案内管 ４１ ＴＩＧヘッド ４２ ＴＩＧ電極 ４３ ＴＩＧ溶接機 ４４ 案内管 ５１ フィラワイヤヘッド ５２ フィラワイヤ ５３ ワイヤ送り装置 ５４ 案内管 ６１ アシストガスノズル ６２ アシストガス供給装置 ６３ 案内管 ７１ 粉末ノズル ７２ 粉末供給装置 ７３ 案内管 ８１ ＹＡＧレーザ発振器 ８２ レーザ加工ヘッド ８３ 多軸ＮＣロボット ８４ レーザ光 ８４ａ 平行なレーザ光 ８４ｂ レーザ光の一部（反射された部分） ８４ｃ レーザ光本体 ８４ｄ 空間部 ８５ 光ファイバ ８６ コリメートレンズ群 ８７ 第１反射ミラー ８７ａ 反射面 ８８ 第２反射ミラー ８８ａ 反射面 ８９ 集光レンズ群 ９０ 外筒 ９３ ＧＭＡ電極 ９５ ＧＭＡヘッド ９６ ＧＭＡ溶接機 ９７ ワイヤ送り装置 ９８ 案内管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 義男 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 (72)発明者 渡辺 眞生 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 赤羽 崇 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 藤江 大二郎 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB07 BB08 BB12 CA03 DC01 4E068 BC01 CB05 CD03 CD12 CD15 CE02 CE08 CH02

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光を平行にする１つのコリメート
    光学系と、 コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反
    射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第
    ２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、 第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反
    射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に
    空間部を設ける第２反射ミラーと、 第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集
    光する１つの集光光学系と、 第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に
    同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部と
    を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載するレーザ加工ヘッドに
    おいて、 第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割
    レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部
    との間隔を調整可能に構成したことを特徴とするレーザ
    加工ヘッド。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載するレーザ加工ヘッドに
    おいて、 第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レ
    ーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成
    し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより
    第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集
    光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とす
    るレーザ加工ヘッド。
  4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載するレーザ加
    工ヘッドにおいて、 コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸
    と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を
    集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他
    方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レ
    ーザ光を入射させるように構成したことを特徴とするレ
    ーザ加工ヘッド。
  5. 【請求項５】 レーザ光を平行にする１つのコリメート
    光学系と、 コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射
    してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光
    本体に空間部を形成する反射ミラーと、 この空間部が形成されたレーザ光本体を被加工部に集光
    する１つの集光光学系と、 レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設
    した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする
    レーザ加工ヘッド。
  6. 【請求項６】 レーザ光を平行にする１つのコリメート
    光学系と、 コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射
    してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光
    本体に空間部を形成する第１反射ミラーと、 レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射さ
    れたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレー
    ザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する
    第２反射ミラーと、 第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体
    と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光
    の一部とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、 レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設
    した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする
    レーザ加工ヘッド。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載するレーザ加工ヘッドに
    おいて、 第１反射ミラーは、コリメート光学系で平行にされたレ
    ーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ
    同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第
    １反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることに
    より、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射
    するように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッ
    ド。
  8. 【請求項８】 請求項６又は７に記載するレーザ加工ヘ
    ッドにおいて、 コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸
    と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を
    集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他
    方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ
    光の一部を入射させるように構成したことを特徴とする
    レーザ加工ヘッド。
  9. 【請求項９】 請求項１，２，３，４，５，６，７又は
    ８に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、 加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フ
    ィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルである
    ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  10. 【請求項１０】 請求項１，２，３，４，５，６，７又
    は８に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、 加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且
    つ、このアシストガスはダイバージェントノズルである
    ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  11. 【請求項１１】 請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９又は１０に記載するレーザ加工ヘッドと、 レーザ光を発振するレーザ発振器と、 レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッ
    ドへと伝送するレーザ光伝送手段と、 レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレー
    ザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とするレー
    ザ加工装置。
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