JP2008068316A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光が加工部位の裏側から漏れることにより周辺の治具や機器等が損傷されるのを防止する。また、ワークの加工部位の裏面を効率よくシールドガスで覆い、高品位のレーザ加工面を得る。
【解決手段】ワーク６の加工部位に長焦点のレーザビーム５を照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工装置において、ワーク６の加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板２０を設ける。またこの遮光板２０にワーク６に向かう側壁を設けて、ワーク６の加工部位の裏面を囲むシールドガス供給室を形成してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光により溶接、孔開け、切断などの加工を行うレーザ加工装置、特に長焦点のレーザ光を溶接部位から離れた所から照射して加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。

量産工程で使用されるレーザ溶接設備は、例えば溶接母機として多自由度の溶接ロボットを用い、その溶接ロボットの先端にレーザ加工ヘッド（溶接トーチ）を持たせる一方、光ファイバーケーブルで伝達可能なＹＡＧレーザ等を用いて加工ヘッドから溶接部位に対しレーザ光を照射するようにしたものが主流を占めている。しかし、例えば溶接ポイントが広範囲に点在する場合には加工ヘッドの移動に時間がかかるほか、狭い溝等のように加工ヘッドが干渉するような部位の溶接には対応できないことになる。

そこで、近年に至り、長焦点のレーザ光（レーザビーム）を溶接部位から離れた所から照射して溶接を行う、リモートレーザ（スキャナーレーザ）溶接法と称される技術が注目されている（下記特許文献１参照）。このリモートレーザ溶接法では、レーザ光を光偏向光学系に通して走査することにより、レーザ光を瞬時に次の溶接点まで移動させて次なる溶接を施すことが可能になるとともに、溶接点ごとに焦点距離の調整を行うことも可能になる。

しかしながら、リモートレーザ溶接法では長焦点のレーザ光を取り扱うため、次のような課題がある。すなわち、治具で部品を位置決めした状態でレーザ溶接する際に、溶接部の裏側からレーザ光が漏れる。そして、この漏れたレーザ光が、治具のゲージ・ポストや、部品を固定する為の空圧機器（エアシリンダー、エアホース）などの周辺機器や、その機器に付随するセンサや、信号ケーブルなどの付帯部品に当たり、それらを損傷させることがある。しかも、長焦点のレーザ光は、焦点から大きく離れてもパワー密度があまり低下しない。溶接点の裏側から漏れたレーザ光についても同様であり、焦点から大きく離れてもパワー密度が高く保たれている為、上述したような周辺の治具や機器等を大きく損傷させることが多く起こる。

一方、レーザヘッドからのレーザビームを板材の突合せ部に照射せしめてレーザ溶接を行うと、溶接面の表面、裏面に肉の盛り上がりが発生することが知られている。そこで、レーザ加工ヘッドに隣接して設けられたプラズマ除去用ノズルからシールドガスを板材の突合せ部の裏面に噴射せしめることにより、レーザ溶接時に生成されるプラズマを除去し、高品位な溶接面とする方法が提案されている（下記特許文献２参照）。

しかし、特許文献２の従来技術は、平面を直線状に溶接するときに主に用いられるバックシールドの方法であり、線状に溶接する部位の裏側に直線状の溝を溶接ワークと密着させるように設け、その溝にシールドガスを流すものである。従って、特許文献２では、直線状以外の二次元的形状の照射加工軌跡、特に丸形やＣ字状の溶接軌跡に溶接しようとする場合には適応しにくい、という課題がある。
特開２００５−１７７８６２号公報 特開２００５−２０８２８５号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、レーザ光が加工部位の裏側から漏れることにより周辺の治具や機器等が損傷されるのを防止したレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することにある。

また本発明の他の目的は、レーザ光による照射加工軌跡が二次元的形状のものである場合にも、ワークの加工部位の裏面を効率よくシールドガスで覆い、高品位のレーザ加工面を得ることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、ワークの加工部位に長焦点のレーザビームを照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工装置において、前記ワークの加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板を設けたことを特徴とする。本発明のレーザ加工装置では、前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設け、前記遮光板と前記側壁とにより前記ワークの加工部位の裏面を囲むシールドガス供給室を形成することが好ましい。

また本発明は、ワークの加工部位に長焦点のレーザ光を照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工方法において、前記ワークの加工部位の裏側に遮光板を設けて、溶接部位の裏面側から漏れたレーザ光を遮断することを特徴とする。本発明のレーザ加工方法では、前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設け、これにより形成されるシールドガス供給室内に不活性ガスを供給し、前記ワークの加工部位の裏面を不活性ガスで覆いながらレーザ加工することが好ましい。

本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、加工部位において、裏側にレーザ光が漏れた場合でも遮光板で遮断される為、治具のゲージ・ポストや周辺機器等に照射しなくなり、これらを損傷することがなくなる。この効果は、溶接、孔開け、切断といった、いずれのレーザ加工を行う場合でも得ることができる。

また本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、遮光板と側壁によりシールドガス供給室を形成し、この内部に不活性ガスを供給して離散させないようにワークの加工部位の裏面を覆うため、シールドガスによるシールド効果を高めることができる。すなわち、本発明によれば、シールドガスの雰囲気の濃度ムラがなくなり、レーザ加工品質が向上する。例えば溶接の場合には、ビード裏表面に酸化皮膜が付きにくくなり、溶接品質が向上する。また本発明では、遮光板と側壁により囲いを設けているので、単に噴射ノズルからシールドガスを供給する形態に比べ、シールドガスの流量を低減することができる。

さらに、本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、遮光板と側壁から成る囲いにより加工部位の裏側を覆っているため、加工部位の裏側からのスパッタの飛散を無くすことができる。また少ない不活性ガスの流量で、ワーク裏面における溶接ビード部の酸化を防止できるため、防錆を目的とした塗装の密着性を悪化させることなく、効率よくレーザ溶接を実施することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接装置を図１に示す。

図１に示すように、レーザ溶接設備として、ＹＡＧレーザのレーザ発振器１と、６軸のモータにより駆動されるロボットハンド２と、その先端に装着された光学ヘッド３と、を備えており、光学ヘッド３が光ファイバーケーブルにてレーザ発振器１と接続され、光学ヘッド３から長焦点のレーザビーム５を出射させる構造となっている。また、光学ヘッド３の内部には、レーザビーム５の出射方向を偏向する光偏向光学系４（スキャナ）が設けられており、これによりレーザビーム５が所定の溶接軌跡に沿って走査されて溶接パターンが描かれる構成になっている。

なおレーザの種類は、ここではＹＡＧレーザを用いているが、炭酸ガスレーザであってもよい。また、アシストガスとして、ＡｒあるいはＨｅなどの不活性ガス３９を用いることもできる。また、基本となる溶接法として、ここではレーザビーム５を瞬時に移動することができるリモートレーザ溶接法を前提に以下説明するが、長焦点のレーザ光５Ａを扱うレーザ加工装置であれば本発明の効果が得られるため、必ずしもリモートレーザ溶接法に限定されない。

またレーザ溶接設備は、ワーク６としての二枚の鋼板７ａ、７ｂを隙間ができるように重ね合わせてクランプするクランプ手段８を備えている。

このクランプ手段８は、図２から分かるように、下側のゲージ・ポスト９と、揺動可能な上側のクランプ部材１０と、このクランプ部材１０を駆動するエアシリンダ１１とで構成される。上側のクランプ部材１０と下側のゲージ・ポスト９は上下方向から互い向き合うように内側に彎曲し、それぞれの角部で互いに交差し、軸１２で揺動自在に連結されている。すなわち、上側のクランプ部材１０には下端近傍に耳部１３を有し、この耳部１３がゲージ・ポスト９の上段角部に軸１２により枢着されている。またエアシリンダ１１は、ゲージ・ポスト９の中腹に軸１４により枢着され、そのエアシリンダ１１のピストンロッド１５の後端が、上側のクランプ部材１０の後端に軸１６により枢着されている。エアシリンダ１１にはエアホース１７および信号ケーブル１８が接続されており、エアホース１７を通して内部に供給されるエアにより、エアシリンダ１１のピストンが操作される。

かかる構造により、エアシリンダ１１を作動させると、ピストンロッド１５が押し出されて、上側のクランプ部材１０が軸１６の周りに回動し、そのクランプ部材１０の先端が下がって、下側のゲージ・ポスト９との間でワーク６を挟持する。

このようにしてクランプされたワーク６の二枚の鋼板７ａ、７ｂにレーザビーム５が照射されてレーザ溶接がなされる。このレーザ溶接の一つ一つは、溶接開始点から溶接終了点に至るループ状でかつ溶接開始点と溶接終了点とが重ならない溶接軌跡に沿ってなされる。ループ状でかつ溶接開始点と溶接終了点とが重ならない溶接軌跡の例は、Ｃ字状、Ｓ字状、丸型などの溶接軌跡であり、これによりＣ型、Ｓ型、丸型などの溶接ビードが形成される。溶接開始点と溶接終了点とを重ねないのは、重ねると溶融して孔が開く場合があるからである。そして、このような溶接ビードを形成するに際し、溶接軌跡のＣ字状などのパターンの溶接面内での向きを、当該溶接軌跡の溶接開始点が鋼板７ａ、７ｂ間の隙間の小さい方から始まるように設定する。このように設定すると、溶接軌跡の溶接開始点を鋼板７ａ、７ｂ間の隙間の大きい方から始まるように設定した場合に比べ、より隙間の広い鋼板７ａ、７ｂ間の溶接ができるようになるからである。

ところで、リモートレーザ溶接には焦点距離の長いレンズが使用され、光学ヘッド３から出射されるレーザビーム５は、例えば焦点距離が６００〜１０００ｍｍと長い。このため図３に比較例として示すように、溶接部の裏側からレーザ光５Ａが漏れる。レーザ光５Ａが漏れた場合、治具のゲージ・ポスト９や周辺機器を照射して損傷を与える。

この問題の解決手段としては、周辺機器などを防護用部材で被覆することも考えられるが、このようにすると、それらの周辺機器などをメンテナンスする際の操作性が悪くなる、という問題が生じる。

そこで、この実施形態では、レーザビーム５の照射方向に見て、ワーク６としての二枚の鋼板７ａ、７ｂの背面側に、すなわち溶接部位の裏側に、漏れたレーザ光５Ａを遮断するための遮光板２０を設ける。このように遮光板２０を設けることにより、溶接部位の裏側から漏れたレーザ光５Ａが、治具のゲージ・ポスト９や周辺機器に照射されなくなり、それらが損傷される不都合を回避することができる。

この遮光板２０は、ワーク６の裏面より離間して設けられる。これは、レーザ光５Ａの焦点より離間させて、遮光板２０の入熱密度を低減させるためである。

［遮光板２０の形態］
図４〜図７に、本発明の遮光板２０の形態を示す。

図４は、平坦な表面２１を持つ遮光板２０の例を示す。遮光板２０の遮光面には、レーザ光５Ａの熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料を用いる。例えば銅（レーザ波長１．０６μｍ、常温で吸収効率０．０５）やアルミニウム（レーザ波長１．０６μｍ、常温で吸収効率０．０６）等を用いる。このようにすると、遮光板２０に照射されたレーザ光５Ａを吸収し難くなるため、遮光板２０のレーザ光５Ａからの損傷が受け難くなり、遮光板２０の寿命を延ばすことができる。

遮光板２０の表面は、凸面状または凹面状に彎曲させることにより、光の発散領域を大きくすることができる。

図５は凸面状の表面２２を有する遮光板２０の形態を示す。凸面状の表面２２は、ここでは凸球面状に形成されている。このようにすると、平坦な表面２１を持つ図４の遮光板２０に比べ光の発散領域が大きくなるため、遮光板２０に照射されたパワー密度の高いレーザ光５Ａを効率よく発散させることができ、治具がダメージを受け難いパワー密度に低下させることができる。この作用効果は、上記遮光板２０の表面を凹球面状などの凹面状に彎曲させた場合にも得ることができる。

遮光板２０の表面は、上記凸面状または凹面状の表面に、更に凹凸を形成することにより、遮光板２０に照射されたパワー密度の高いレーザ光５Ａを乱反射させることができる。

図６は、遮光板２０の上記凸面状の表面２２、正確には凸球面状の表面に、曲率半径の小さい凸球面状の多数の突起２３を設けることにより、凹凸を付した例を示したものである。このような多数の突起２３を設けると、遮光板２０に照射されたパワー密度の高いレーザ光５Ａを、より効率良く発散させることができる。

図７は、遮光板２０の上記凸面状の表面２２に曲率半径の小さい凹球面状の多数の凹所２４を設けることにより、凹凸を付した例を示したものである。このように多数の凹所２４を設けた場合も、図６と同様に、効率良くレーザ光５Ａを発散させることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を図８に示す。これは遮光板２０の表面を鏡面に仕上げ、且つ遮光板２０を傾けて、入射光を矢印で示すように、反射光２５として影響のない方向に反射させるようにした例である。影響のない方向に反射させるとは、例えば治具の構成物のない方向に入射光を反射させることである。かかる構成によれば、溶接点の裏側から漏れたレーザ光５Ａが治具や治具の構成物に照射されるのを避けることができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態を図９に示す。これは、鏡面に仕上げた遮光板２０の表面で反射された光を受光し吸収する水冷式のレーザ光吸収器２６を配設した例である。このレーザ光吸収器２６は、内部に設けた冷却パイプ２７を通過する冷却水により、強制的に熱が排出される構造となっている。従って、複数箇所の溶接部位に各々設けた遮光板２０の入射角と反射角を調整して、各々の遮光板２０から反射された光（反射光２５）を、このレーザ光吸収器２６に集めることにより、溶接点の裏側から漏れたレーザ光５Ａを、より効率的に、無害なレベルまで低下させることができる。

［第４の実施形態］
図１０に、異常検知手段により自動的に安全管理を行う本発明の第４の実施形態を示す。

この実施形態では、治具３１に保持されたワーク６の複数箇所をレーザ溶接する例を示している。この複数箇所の溶接部位の背後に、各々鏡面仕上げの遮光板２０が設けられる。この各遮光板２０の入射角と反射角を適切に調整することにより、それらの遮光板２０で反射された光を、共通の一つのレーザ光吸収器２６に集める。また、異常検知手段の一構成要素として、温度センサやフォトダイオードなどの検知器をレーザ光吸収器２６に配設し、レーザ光吸収器２６で受光する光の強度を測定する。この測定値を、ケーブル２８を通して制御盤２９内の制御装置３０に導く。この制御装置３０には、異常検知手段の一構成要素であり、ハード的にまたはソフト的に異常判断手段を構築しておく。そして、この異常判断手段において、レーザ光吸収器２６で受光する光の強度が所定値より高い場合には、異常と判断して、異常信号を出力し、生産ラインを停止させる。

かかる異常検知手段を設けることにより、溶接品質または設備の異常状態をいち早く察知し、異常状態を迅速に回避することができる。

［第５の実施形態］
図１１に、溶接部位の裏面をシールドガスで覆うようにした本発明の第５の実施形態を示す。この実施形態においても、ワーク６の溶接部位の裏側に、漏れたレーザ光５Ａを遮断する為の遮光板２０が、ワーク６の裏面より離間して設けられている。３２はレーザビーム５に対し固定側のストールであり、上端に位置決め用のゲージ・ポスト９が設けられている。３３は割出し位置決め用の検知センサであり、この検知センサ３３からは信号ケーブル３４が引き出され、ストール３２の内側を引き回されている。

上述したように、遮光板２０は、溶接部位の裏側から漏れたレーザ光５Ａ、つまり裏抜けしたレーザ光５Ａを遮光する働きをするが、その際に発熱を伴う。従って、この遮光板２０に発生する熱を除去することが好ましい。また、上記溶接部位の裏面および表面に形成される溶接ビードは、表面に酸化皮膜ができないようにして、良好な形状とすることが好ましい。

この手段として、ノズルから直接溶接部位の裏面にシールドガスを吹き付けて、バックシールドすることが考えられる。しかし、このバックシールド方法では、シールドガスがノズル周辺の空気を巻き込みながら溶接部に到達するため、溶接部位の裏面をシールドガスで覆いきることが難しい。つまり、シールドガスが周囲の空気を巻き込むので、シールド効果が失われる。

そこで、この第５の実施形態では、図１１に示すように、上記遮光板２０にワーク６に向かう側壁３５を設け、この側壁３５と上記遮光板２０とにより、ワーク６の加工部位の裏面を囲む形状と大きさのシールドガス供給室３６を形成する。

上記側壁３５は、この実施形態の場合、レーザ光５Ａの熱の吸収効率が鉄よりも低い銅やアルミニウム等の金属材料を用いて、図１２（ａ）に示すように、遮光板２０に一体的に形成した円形の環状部材３５ａから成る。この環状部材３５ａの径は、環状部材３５ａを上方から見たとき、溶接部位をカバーする大きさ、すなわち当該環状部材３５ａの円内に、レーザビーム５が描くＣ字状などのパターンの溶接軌跡３７が入る大きさに設定される。そして、ワーク６における一の溶接部位の溶接が行われると、次の溶接部位の溶接のため、ワーク６または光学ヘッド３の光偏向光学系４が相対的に移動され、レーザ照射予定位置にセットされる。その際、クランプ手段８側を移動させる方式の場合は、遮光板２０および側壁３５もクランプ手段８と一緒に移動される。

なお、図１２（ａ）は、環状部材３５ａの円内にＣ字状の溶接軌跡３７が一つ入る形態の場合を示しているが、溶接軌跡３７の形状や数はこれに限定されるものではない。すなわち、溶接軌跡３７のＣ字状などのパターンは、環状部材３５ａの円内に単体として存在してもよいし、複数個存在してもよい。

上記シールドガス供給室３６の側壁３５を形成する環状部材３５ａには、内部と連通する接続口にシールドガス管３８が設けられ、配管を通して、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガス３９の図示してないガス供給源に接続されている。シールドガス管３８よりシールドガス供給室３６内に導入された不活性ガス３９は、図１２（ｂ）に示すように、遮光板２０、側壁３５、およびワーク裏面で囲まれて離散が防止される。このため、ワーク６の溶接部位に対応する裏面が不活性ガス３９から成るシールドガスで十分に覆われる。

よって、ノズルから直接に溶接部位の裏面にシールドガスを吹き付ける場合に比べ、溶接部位の裏面に対するシールドガスの十分なシールド効果が得られる。すなわち、シールドガスの雰囲気の濃度のムラがなくなるため、ビード裏表面に酸化皮膜が付き難くなり、溶接品質が向上する。また、シールドガスの流量を低減することができるという効果が得られる。さらにスパッタをシールドガス供給室３６に受けて、溶接部位の裏側から周囲への拡散を防止することができるという効果が得られる。

また、シールドガス供給室３６は遮光板２０を利用して設置しているため、シールドガス供給室３６の底面を専用の部材で形成する必要が無い。また、ワーク６の裏面が、上記シールドガス供給室３６の上面を形成する要素として働く点も、シールドガスによるシールド効果を高める上で有利となる。

上記において、シールドガス供給室３６における側壁３５とワーク６の裏面との間には、少なからず隙間ｄが存在する。このためシールドガス管３８からシールドガス供給室３６内に導入された不活性ガス３９は、シールドガス供給室３６内を充満してワーク６の溶接部位の裏面を覆った後、ワーク６の裏面との間の隙間ｄから、外部へ流出する。よって遮光板２０上に不活性ガス３９が流れることから、遮光板２０の熱が除去され、遮光板２０が冷却される。

図１３は、上記シールドガス供給室３６の側壁３５をワーク６の裏面より隙間Ｄだけ積極的に離間させた形態を示している。このように、ワーク６の裏面との間に、隙間Ｄを形成することで、側壁３５をレーザ光５Ａの焦点から遠ざけることができる。また、溶接ワークとの間の隙間Ｄからシールドガスを逃がすことができるので、遮光板２０を冷却する効果が得られる。

上記ワーク６の裏面と側壁３５間の隙間Ｄは、具体的には３ｍｍ〜１０ｍｍであり、開口部の単位面積当たり、つまり１ｍｍ平方当たり、毎分５リットルから１５リットルの割合でシールドガスが漏洩する大きさに設定される。従って、ワーク６の裏面との隙間Ｄから、毎分５リットルから１５リットルのシールドガスを漏らしながら溶接を行うことになる。

上記漏洩するシールドガスの流量を毎分５〜１５リットルとしたのは、シールドガスの流量が毎分５リットル未満であると、溶接部位のガス圧が不足して酸化皮膜が生じてしまうからであり、毎分１５リットルを超えると溶接部位の表面が乱れてスパッタの発生が顕著になるからである。よって、上記範囲にシールドガスの漏洩量を設定することにより、溶接部位に安定した濃度の雰囲気を供給することができ、安定した品質を確保することができる。また、雰囲気の圧力により、シールドガスが溶接部位を突き抜けることを防ぐことができる。

［第６の実施形態］
図１４に、第６の実施形態を示す。これはシールドガス供給室３６の底面の遮光板２０を傾斜面２０ａとして形成し、側壁３５の最下部にスパッタ４０を落下させる開口４１を設けた例である。開口４１はスリットや穴などの任意の形で設けることができる。図１４ではスリットにより開口４１を形成した例を示している。

この形態によれば、スパッタ４０をシールドガス供給室３６に受けて周囲への拡散を防止することができるだけでなく、スパッタ４０が傾斜面２０ａ上を滑り降り、下部の開口４１からシールドガス覆いの外部へ落下するため、シールドガス供給室３６の内部にスパッタ４０が堆積するのを防ぐことができる。

図１５に変形例を示す。これはシールドガス供給室３６の底面の遮光板２０を、図中に底面部２０ｂとして示すように、先細の載頭円錐形に形成し、その最下部にスパッタ４０を落下させる開口４２を設けた例である。図１５（ａ）の例では、上記底面部２０ｂの上端が、同じく先細の載頭円錐形に形成した側壁部３５ｂと同じ傾斜で連続しており、全体として、同一角度の連続した傾斜面４３が形成されている。しかし、上記底面部２０ｂと側壁部３５ｂとは同じ傾斜角で連続している必要はなく、図１５（ｂ）に示すように、傾斜した底面部２０ｂを傾斜していない上記側壁３５（環状部材３５ａ）に連続させた形態とすることもできる。

［第７の実施形態］
図１６に第７の実施形態を示す。これは上記シールドガス供給室３６の側壁３５の接続口３５ｂ３５ｃに、シールドガス供給室３６に連通するシールドガス管３８を、着脱自在に取り付けた構成のものである。着脱自在に取り付ける方法として、ここでは側壁３５の環状部材３５ａに設けられた接続口３５ｂ３５ｃにネジ部を形成する一方、シールドガス管３８の先端部にネジ部４４を設け、このシールドガス管３８のネジ部４４を上記接続口のネジ部４４に螺入させることで、側壁３５にシールドガス管３８をねじ込み式に取り付けている。

このようにシールドガス管３８を着脱自在に構成することで、遮光板２０や側壁３５の清掃時や破損時における取り替え時間を短縮することができる。

上記実施形態では、レーザ溶接の場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光５Ａによる溶接、孔開けまたは切断と言ったレーザ加工一般に適用することができる。

［第８の実施形態］
上記第５の実施形態（図１１〜図１３）では、シールドガス供給室３６の内部に不活性ガス３９を供給して、不活性ガス３９によりワーク６の加工部位の裏面を覆うが、不活性ガス３９の圧力が高まると溶接ビードに穴（ポロシティ）が発生する虞がある。この問題は、シールドガス供給室３６を形作っている遮光板２０および側壁３５からなる上部が解放された筒状の容器４５（以下、単に容器状ノズル４５と称する）の完全な密閉を行わないこと、すなわちワーク６の加工部位の裏面と容器状ノズル４５の側壁３５の頂部との間に若干の隙間Ｄ（図１３参照）を設けることで解消される。

しかし、新たな問題として、このような隙間Ｄを設けた場合、当該隙間Ｄから酸素が流入するのを阻止する必要がある。このため、隙間Ｄから不活性ガス３９を絶えず噴き出させていなければならず、ガスのコストが過剰にかかってしまう。

以下に述べる第８の実施形態（図１７〜図２１）、および第９の実施形態（図２３〜図２５）は、上記の問題を解決し、不活性ガス３９の流量を低減してコストを低減させる手段を提供するものである。

このうち第８の実施形態は、必要最小限の期間だけ、容器状ノズル４５をワーク６との間で密閉状態に置き、この密閉状態の間に、容器状ノズル４５内へ不活性ガス３９を流入させて、溶接部の裏面を不活性ガス雰囲気で覆いつつ溶接を実施するものである。

この実施形態の場合、可能な限り容器状ノズル４５をワーク６に対して密閉状態にしておくことが望まれる。しかし、実際には、ワーク６と容器状ノズル４５間の距離を、全ての溶接部において一定に制御することが難しく、このため、外乱によって容器状ノズル４５との間にズレが生じてしまった場合、溶接品質を保つことが難しい、という問題が明らかとなった。

そこで、第８の実施形態では、図１７に示すように、シールドガス供給室３６を形成する容器状ノズル４５の解放端部、つまり側壁３５の頂部に、密着機構４６を設けて、鋼板７ａ、７ｂからなるワーク６の裏面に対して密着し得る構造にする。そして、必要最小限の期間だけ、上記容器状ノズル４５をワーク６との間で密閉状態に置き、この密閉状態の容器状ノズル４５内へ不活性ガス３９を流入させるようにする。

図１８は、容器状ノズル４５の拡大断面図である。容器状ノズル４５の頂部（側壁３５の頂部）に設けられる密着機構４６は、鋼板７ａ、７ｂからなるワーク６の裏面に対して容器状ノズル４５を隙間無く密着させるための、弾性率の高い材質、例えばゴムからなる弾性体４７と、この弾性体４７を支持する形で側壁３５の頂部との間に設けられ、弾性体４７を常時軸方向外側に弾性的に付勢する、例えばバネからなる付勢部材４８と、から構成される。

弾性体４７は、側壁３５の頂部より上側に位置する密着用部分４７ａと、側壁３５の頂部から外周囲にかけて垂れ下がるスカート部分４７ｂとを有する。密着用部分４７ａは側壁３５の頂部の領域および側壁３５の頂部から半径方向外側の領域にかけて延在しており、またスカート部分４７ｂはこの密着用部分４７ａから断面逆Ｌ字状に垂下する形で設けられている。

上記弾性体４７のスカート部分４７ｂの長さは、非圧縮状態にある付勢部材４８を側方において被った後、さらに側壁３５の外周囲に達する長さで、設けられている。このため、弾性体４７のスカート部分４７ｂは、付勢部材４８との関係では、付勢部材４８を当該スカート部分４７ｂの内周側に収納して、安定した状態に保持する役目をする。また弾性体４７のスカート部分４７ｂは、側壁３５との関係では、側壁３５の外周囲に嵌装されていることから、弾性体４７の姿勢を安定化させる役目をする。さらに弾性体４７のスカート部分４７ｂは、側壁３５の外周囲に摺動可能に嵌装されていることから、弾性体４７が軸方向に移動する際のガイドの役目も果たす。

容器状ノズル４５の側壁３５の外周囲には、非圧縮状態にある付勢部材４８のスカート部分４７ｂの下端より軸方向下側に隙間ｇだけ離れた位置において、周方向に走る環状突起４９が設けられている。

図１９（ａ）はワーク６を容器状ノズル４５の上部に設置する直前の状態を示したもので、弾性体４７は、その密着用部分４７ａがワーク６から離れた状態にあり、またスカート部分４７ｂが側壁３５の環状突起４９から離れた状態にある。すなわち、弾性体４７および付勢部材４８は、共に上下がフリーな伸長状態にある。

このように、弾性体４７がワーク６と当接する前の非作用時においては、弾性体４７のスカート部分４７ｂが環状突起４９より上側に離れている状態となっている。

付勢部材４８を弾性体４７と比較すると、付勢部材４８は弾性体４７の弾性率よりも低弾性率となっており、弾性体４７より柔らかく変形しやく構成されている。そして、この付勢部材４８の軸方向長さを、弾性体４７の密着用部分４７ａの厚さと同程度にして、ワーク６からの反力を効率的に吸収できるようにしてある。このため、容器状ノズル４５がワーク６に押された際、付勢部材４８が弾性体４７よりも先に弾性的に収縮し、この付勢部材４８の上部に位置する弾性体４７が、容器状ノズル４５の底部（遮光板２０）の側に移動する。

したがって、ワーク６と容器状ノズル４５間に、容器状ノズル４５自体が傾いたような相対的位置ズレが生じた場合、ワーク６に遠い側の側壁３５では付勢部材４８が弱く圧縮され、またワーク６に近い側の側壁３５では付勢部材４８が強く圧縮される関係となる。すなわち、上記位置ズレが付勢部材４８の弾性的な反発作用により吸収され、弾性部材は依然として密着状態に維持される。

図１９（ｂ）は容器状ノズル４５の上部にワーク６を設置した直後の状態を示す。

この図１９（ｂ）では、弾性体４７はワーク６に密着して下方に押されており、容器状ノズル４５に対し側壁３５の頂部に近づく方向に移動している。したがって、弾性体４７は容器状ノズル４５に対する相対的位置が縮まり、元の自由位置（図１９（ａ））から沈み込んだ状態にある。そして、弾性体４７のスカート部分４７ｂが、容器状ノズル４５の側壁３５の環状突起４９に当接した状態になっている。

この状態になるまでの過程として、まずワーク６が設置されてワーク６と容器状ノズル４５の相対的距離が縮まる。これにより、付勢部材４８が上下方向の長さが弾性的に短くなり短縮状態になる。これに伴い、弾性体４７のスカート部分４７ｂが、容器状ノズル４５の側壁３５の外周囲に設けられた環状突起４９に近づいて当接し、環状突起４９から押し上げ方向の反発力を受ける。これにより、弾性体４７は上下両方向から押圧され、ワーク６と密に接触する。

図２０は、上記密着機構４６を備えた容器状ノズル４５を使用した溶接方法を示したタイムチャートである。図２１は、この実施形態で使用した容器状ノズル４５の外観を示したもので、内径がＤ１で軸方向長さがＬ１の底のある円筒状の容器からなり、容器の底部には不活性ガス３９の供給口４５ａが設けられ、これにシールドガス管３８が接続されている。

この第８の実施形態では、上記のような構造の容器状ノズル４５を使用すると共に、空気よりも比重の大きいシールドガスとして、アルゴンガスを使用する。そして、この容器状ノズル４５をワーク６の裏面に密着させるタイミングを、図２０に示すように制御する。

まず、容器状ノズル４５内の空気とアルゴンを置換するため、時刻ｔ１〜ｔ２（図２０の区間ａ）において、アルゴンガスを、容器状ノズル４５のほぼ容積分だけ、容器状ノズル４５内に流入させる。アルゴンガスは空気よりも比重が大きいシールドガスであるため、容器状ノズル４５内のシールドガス供給室３６に滞留する。

ここで、アルゴンガスを流入させる区間ａの時間長さは、容器状ノズル４５の容積と単位時間当たりに流す流量によって異なる。本実施形態では、容器状ノズル４５として、内径Ｄ１がφ８〜２７ｍｍ、長さＬが４５ｍｍの円筒形状の容器（図２１）を用いるが、この容積の容器状ノズル４５内を満たすためには、０．００２〜０．０２６リットルのアルゴンガスが必要である。そこで、アルゴンガスの開放弁を開くと直ぐに容器状ノズル４５へアルゴンガスが到達する設備であると仮定したとき、１リットル／ｍｉｎの流量で２秒間（２Ｓ）だけアルゴンガスを流入させる制御をする。

次に、時刻ｔ２〜ｔ３（図２０の区間ｂ）において、ワーク６の鋼板７ａ、７ｂを冶具に設置し、ワーク６の鋼板７ａ、７ｂをシールドガス供給室３６上に位置させる。このとき、容器状ノズル４５に取付けてある弾性体４７のゴムがワーク６に接触し、背後から付勢部材４８によりワーク６に向けて押圧される。容器状ノズル４５は、付勢部材４８であるバネの反発力、及び弾性体４７であるゴムの弾性力によって、鋼板７ｂの溶接部位の裏面に隙間無く密着する。なお、容器状ノズル４５とワーク６との間の相対距離が縮まると、図１９の（ｂ）の状態に至る。

次に、時刻ｔ３〜ｔ５（図２０の区間ｃ）において、上記の密着状態下で、容器状ノズル４５内に僅かにアルゴンガスを流入させ、この状態を必要最小限の短時間だけ維持する。この区間ｃでは、アルゴンガスの流入が続けられているので、ワーク６の鋼板７ｂの溶接部位の裏面がアルゴンガスで良好にシールドされる。

このシールド状態（図２０の区間ｃ）下において、時刻ｔ４〜ｔ５で示す所要時間だけレーザ光５Ａを出力し、レーザ溶接を行う（図２０の区間ｄ）。

このようにすれば、容器状ノズル４５へのアルゴンガスの供給量を抑え、僅かな流量で溶接ビード部の酸化を抑制することができる。本実施形態の具体例として、内径Ｄ１が２７ｍｍの容器状ノズル４５において、２リットル／ｍｉｎの流量で、レーザ溶接中も含め図２０の区間ｃとして１秒間（１Ｓ）だけ、アルゴンガスを流入させ、かつレーザ溶接時間（図２０の区間ｄ）を０．３秒として実施したところ、溶接ビード部の酸化を良好に抑制することができた。

図２２は、比較例として、ワーク６の鋼板７ａ、７ｂを設置後、容器状ノズル４５へ連続して不活性ガス３９を流しておき、その状態下でレーザ溶接を行う場合を示したものである。この図２２と図２１との比較から、本実施形態（図２１）による溶接方法の方が、僅かな流量の流入を行うだけで済み、経済的であることが分かる。

この第８の実施形態によれば、次のような利点が得られる。弾性体４７及び付勢部材４８の働きによって、容器状ノズル４５はワーク６に隙間無く密着することができる。これにより、不活性ガス３９の漏れを低減することが可能となる。加えて、容器状ノズル４５は完全に裏面の溶接ビードを覆う形で密閉することができるため、一度ノズル内に不活性ガス３９を満たしてしまえば、溶接ビードの酸化抑制を、極僅かな流量で達成することが可能である。また、極僅かな流量で酸化抑制が図られるため、容器状ノズル４５内の圧力は過剰に高まらず、これを原因としたポロシティの発生を抑制することが可能である。加えて、ワーク６の鋼板７ｂと容器状ノズル４５間の距離は、弾性体４７と付勢部材４８により、常に距離０ｍｍ（隙間なしの状態）として均一に保つことができる。これにより、外乱によって容器状ノズル４５の設置箇所にズレが生じても、僅かな調整で溶接品質を復元することが可能となる。

［第９の実施形態］
第９実施形態は、必要最小限の期間だけ、容器状ノズル４５をワーク６に対して密閉状態に置き、容器状ノズル４５内のガス圧が一定以上に高くならないように調整しつつ、容器状ノズル４５内へシールドガスを流入させて、溶接部の裏面をシールドガス雰囲気で覆い溶接を実施するものである。

図２３は、この実施形態で用いる容器状ノズル４５の構造を示す。この容器状ノズル４５が図１８のものと異なる点は、側壁３５に細孔５１を有する円筒部材５２が設けられ、この細孔５１より、容器状ノズル４５内に不活性ガス３９が充満して、容器状ノズル４５内のガス圧が予め定められた圧力域に達すると、不活性ガス３９を外部へ流出させる圧力調整機構５０が構成されている点である。

このように容器状ノズル４５の側壁３５に細孔５１を設けることで、ある一定の圧力下でのみ、シールドガス供給室３６内の不活性ガス３９が外部に流出する圧力調整機構５０を構成すると、外部からシールドガス供給室３６内に空気が入り込む不都合を防止し、また、シールドガス供給室３６内のガス圧力が高まらないうちにシールドガス供給室３６から不活性ガス３９が外部に漏れ出す不都合をなくすことができる。

図２４は、上記圧力調整機構５０を備えた容器状ノズル４５を使用した溶接方法を示したタイムチャートである。図２５は、この第９の実施形態で使用した容器状ノズル４５の外観を示したもので、容器状ノズル４５の側壁３５の底部に近い所には、不活性ガス３９の供給口４５ａが設けられ、これにシールドガス管３８が接続されている。また、この供給口４５ａの近傍においてシールドガス管３８には、逆流防止弁５３が、図２６に断面で示すように設けられている。容器状ノズル４５の内径Ｄ１および軸方向長さＬ１は、図２１のものと同じである。また図２５には示してないが、容器状ノズル４５の先端部には、弾性体４７および付勢部材４８からなる密着機構４６が図２３に示すように設けられている。なお、逆流防止弁５３を設置する場所は、シールドガス管３８に限定されるものではなく、供給口４５ａや配管の途中に設けることができる。ただし、供給口４５ａの近傍に設けることが好ましい。

第９の実施形態では、上記のような構造の容器状ノズル４５を使用すると共に、不活性ガス３９としてアルゴンガスを使用する。そして、この容器状ノズル４５をワーク６の裏面に密着させて、図２４に示すように不活性ガス３９の流入を制御する。

まず、図２４の時刻ｔ１〜ｔ２（図２４の区間ａ）において、ワーク６を冶具に設置する。このとき、容器状ノズル４５の開口端部は、そこに取り付けられている弾性体４７のゴムとこれをワーク６に向けて押圧する付勢部材４８のバネとの働きにより、ワーク６の裏面に隙間無く密着する。

次に、容器状ノズル４５内をアルゴンガスで満たすため、時刻ｔ２〜ｔ３（図２４の区間ｂ）において、アルゴンガスを容器状ノズル４５の容積分すなわちシールドガス供給室３６の容積分だけ流入させる。このとき、容器状ノズル４５内には空気があるため容器状ノズル４５内の圧力は高まって行く。供給口４５ａからシールドガス管３８への逆流は、逆流防止弁５３の働きにより生じない。したがって、容器状ノズル内に不活性ガスを満たすことが容易になる。また、ススやスパッタ４０を伴う気体がシールドガス管３８側へ逆流することを防ぐことで、シールドガス管３８における詰まりを抑制することができる。

容器状ノズル４５内の圧力が、ある一定の圧力値に達すると、圧力調整機構５０として側壁３５に設けた細孔５１から不活性ガス３９が外部へ抜ける。これによりシールドガス供給室３６は不活性ガス３９で満たされると共に、一定の圧力値、すなわち溶接ビードの酸化が抑制される圧力値に維持される。

次に、時刻ｔ３〜ｔ５（図２４の区間ｃ）において、上記の密着状態下で、容器状ノズル４５内に僅かに不活性ガス３９を流入させる。この際にも、容器状ノズル４５内の圧力が過剰に高まったときには、圧力調整機構５０による減圧が行われ、上記一定の圧力値に維持される。この不活性ガス３９を流入させる状態を必要最小限の短時間だけ保持する。区間ｃでは、このように不活性ガス３９の流入を続けているので、ワーク６の鋼板７ｂの溶接部位の裏面は、不活性ガス３９で良好にシールドされる。

このシールド状態（図２４の区間ｃ）下において、時刻ｔ４〜ｔ５で示す所要時間だけレーザ光５Ａを出力し、レーザ溶接を行う（図２４の区間ｄ）。

このようにすれば、容器状ノズル４５内の過剰な圧力によるポロシティの発生を抑え、かつ、容器状ノズル４５へのアルゴンガスの供給量を抑えて、僅かな流量で溶接ビード部の酸化を抑制することができる。したがって、溶接ビード部の溶接品質の劣化を防ぐことが可能である。

本実施形態の具体例として、内径Ｄ１が２７ｍｍの容器状ノズル４５において、圧力調整機構５０の細孔５１を直径０．５ｍｍとし、２リットル／ｍｉｎの流量で、図２４の区間ｂとして２秒間（２Ｓ）だけアルゴンガスを流入させて容器状ノズル４５内を満たした。また、２リットル／ｍｉｎの流量で、レーザ溶接中も含め図２４の区間ｃとして１秒間（１Ｓ）だけ、アルゴンガスを流入させ、圧力を０．１〜０．２５ＭＰａに維持した状態で、レーザ溶接時間（図２４の区間ｄ）を０．３秒として実施したところ、溶接ビード部の酸化を良好に抑制することができた。

この実施形態では圧力調整機構５０として側壁３５に細孔５１を設けたが、圧力調整機構５０は細孔による構成に限られるものではなく、たとえば圧力検査装置によって、密閉状態にある容器状ノズル内のガス圧が溶接ビード部へのポロシティの発生を招くのを抑制する機構を設けてもよい。

上述した第８の実施形態と第９の実施形態は、ともにシールドガス供給室３６に不活性ガス３９を流入させつつレーザ溶接を実施するものであるが、ワーク６をシールドガス供給室３６上に設置する期間については不活性ガス３９を流入させる必要はなく、レーザ光を出力する溶接実施期間だけ不活性ガス３９を流入させれば足りる。このため、シールドガス供給室３６に不活性ガス３９を流入させておく期間が短くて済むことになり、不活性ガス３９の流量が低減して溶接コストを低減させることができる。

［第１０の実施形態］
容器状ノズル４５は上記構造のものに限定されない。図２７および図２８に、不活性ガス３９を溶接ビードへ供給するのに効果的な容器状ノズル４５の形状を挙げる。

このうちの一つを図２７に第１０の実施形態として示す。この図２７の実施形態では、シールドガス供給室３６の底面の遮光板２０を、図中に底面部２０ｂとして示すように、横断面が半円状で先細の載頭円錐形に形成し、その最下部にススやスパッタ４０（図１５参照）を落下させる開口４２を設けている。さらに、この開口４２の下端には、外周囲に雄ネジ５４ａを切った円筒部材５４が同軸的に設けられ、この円筒部材５４に、内周に雌ネジ５５ａを切ったキャップ状の収納容器５５が被せられ、着脱自在に螺着されている。なお、円筒部材５４の上部には、鍔状に段差部５４ｃが形成され、キャップ状の収納容器５５を螺着させる際のストッパーとして機能する構成になっている。

このようにキャップ状の収納容器５５を被せた構成にすると、ススやスパッタ４０などの塵埃は、図２８（ａ）に示すように円筒部材５４の中空部５４ｂを通って、収納容器５５の中にゴミ５６として溜まることになる。そこで、図２８（ｂ）に示すように収納容器５５を円筒部材５４から取り外せば、簡単に収納容器５５内のゴミ５６を除去することができる。また、キャップ状の収納容器５５として形成して開口４２を閉鎖する構成としているので、ススとスパッタ４０を簡便に除去するために容器状ノズルの底部に開口４２を設けても、開口４２から不活性ガスが漏れ出ることを防止することができる。

シールドガス供給室３６の底面の遮光板２０を円錐部にする効果は２つあり、第１は、ススやスパッタ４０などなどの塵埃が、滑り落ち易くなり、底部のスス溜りとしての収納容器５５に落ち込み易くなる効果であり、第２は、不活性ガス３９が円錐の稜線部ないし斜面に沿って案内され、上部へ流れ易くなる効果である。

［第１１の実施形態］
第１１の実施形態として、図２９に不活性ガス３９を溶接ビードへ供給するのに効果的な容器状ノズル４５の形状を示す。これは、容器状ノズル４５のシールドガス供給室３６の上部に、多数の細い径の貫通孔５８を均等にあけた上面部５７を形成した例である。

上記の多数の細い貫通孔５８は、不活性ガス３９の流れをワーク６の方向に向かうように整流する役目を果たす。すなわち、不活性ガス３９は、この多数の細い貫通孔５８を通ることによって流れが均一になり、仮に容器状ノズル４５とワーク６の間に隙間が空いてしまった場合でも、単なる円筒状の容器状ノズルの場合よりも、酸化抑制効果が得られる。

本発明は、レーザビームによる溶接、孔開けまたは切断と言ったレーザ加工一般に適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した斜視図である。 比較例のレーザ溶接装置を示した図である。 本発明の平坦な表面を持つ遮光板の形態を示した図である。 発明の凸面状の表面を持つ遮光板の形態を示した図である。 本発明の遮光板の凸面状の表面に多数の突起を設けた形態を示した図である。 本発明の遮光板の凸面状の表面に多数の凹所を設けた形態を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 本発明の第４の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 本発明の第５の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 図１１におけるシールドガス供給室とレーザ溶接部位の関係を示したもので、（ａ）はシールドガス供給室を構成する環状部材と溶接軌跡の大きさの関係を例示した図、（ｂ）はシールドガス供給室内に導入された不活性ガスの向きを例示した図である。 図１１におけるシールドガス供給室の側壁をワークの裏面より隙間Ｄだけ積極的に離間させた形態を示した図である。 本発明の第６の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 図１４の形態の変形例を示した概略図である。 本発明の第７の実施形態に係るレーザ溶接装置を示した概略図である。 本発明の第８の実施形態に係るレーザ溶接装置の容器状ノズルとワークの関係を示した概略図である。 図１７の容器状ノズルの構造を示した断面図である。 図１７の容器状ノズルに設けた密着機構を示したもので、（ａ）は容器状ノズルにワークを設置する前の状態を示した部分断面図、（ｂ）は密着させた後の状態を示した部分断面図である。 本発明の第８の実施形態に係るレーザ溶接方法を示したタイミングチャートである。 本発明の第８の実施形態で用いた容器状ノズルの形状を示した概略図である。 比較例のレーザ溶接方法を示したタイミングチャートである。 本発明の第９の実施形態に係るレーザ溶接装置の容器状ノズルの構造を示した概略図である。 本発明の第９の実施形態に係るレーザ溶接方法を示したタイミングチャートである。 本発明の第９の実施形態で用いた容器状ノズルの形状を示した概略図である。 容器状ノズルへのシールドガス管に逆流防止弁を取り付けた構造を示した図である。 本発明の第１０の実施形態に係るレーザ溶接装置の容器状ノズルの構造を示した概略図である。 図２７の容器状ノズルの下部構造の説明に供するもので、（ａ）は円筒部材にキャップ状の収納容器を取り付けた状態の説明に供する図、（ｂ）は円筒部材から取り外したキャップ状の収納容器を示した図である。 本発明の第１１の実施形態に係るレーザ溶接装置の容器状ノズルの構造を示したもので、（ａ）はその上面図、（ｂ）は縦段面図である。

符号の説明

１ レーザ発振器
２ ロボットハンド
３ 光学ヘッド
４ 光偏向光学系
５ レーザビーム
５Ａ レーザ光
６ ワーク
７ａ、７ｂ 鋼板
８ クランプ手段
９ ゲージ・ポスト
１０ クランプ部材
１１ エアシリンダ
１２ 軸
１３ 耳部
１４ 軸
１５ ピストンロッド
１６ 軸
１７ エアホース
１８ 信号ケーブル
２０ 遮光板、
２１ 平坦な表面、
２２ 凸面状の表面、
２３ 突起、
２４ 凹所、
２５ 反射光、
２６ レーザ光吸収器、
２７ 冷却パイプ、
２８ ケーブル、
２９ 制御盤、
３０ 制御装置、
３１ 治具、
３２ ストール、
３３ 検知センサ、
３４ 信号ケーブル、
３５ 側壁、
３５ａ 環状部材、
３５ｂ 側壁部、
３５ｃ 接続口、
３６ シールドガス供給室、
３７ 溶接軌跡、
３８ シールドガス管、
３９ 不活性ガス、
４０ スパッタ、
４１ 開口、
４２ 開口、
４３ 傾斜面、
４４ ネジ部、
４５ 容器状ノズル、
４５ａ 供給口、
４６ 密着機構、
４７ 弾性体、
４７ａ 密着用部分、
４７ｂ スカート部分、
４８ 付勢部材、
４９ 環状突起、
５０ 圧力調整機構、
５１ 細孔、
５２ 円筒部材、
５３ 逆流防止弁、
５４ 円筒部材、
５４ａ 雄ネジ、
５５ 収納容器、
５５ａ 雌ネジ
５６ ゴミ、
５７ 上面部、
５８ 貫通孔。

Claims (35)

1. ワークの加工部位に長焦点のレーザ光を照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工装置において、
   前記ワークの加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記遮光板が前記ワークの裏面より離間していることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記遮光板の遮光面を、熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料で構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記遮光板の表面を凸面状に形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
5. 前記遮光板の表面を凹面状に形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
6. 前記遮光板の表面に凹凸を形成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
7. 前記凹凸を、前記遮光板の表面に形成した多数の突起により構成したことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
8. 前記凹凸を、前記遮光板の表面に形成した多数の凹所により構成したことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
9. 前記遮光板の表面を鏡面に仕上げ、且つ入射光を影響のない方向に反射させるように前記遮光板を傾けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のレーザ加工装置。
10. 前記遮光板の表面で反射された光を受光し吸収するレーザ光吸収器を設けたことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
11. 前記レーザ光吸収器で受光する光の強度を検知し、その受光光強度が所定値より高い場合に異常と判断し、生産ラインを停止させる手段を設けたことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工装置。
12. 前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設け、前記遮光板と前記側壁とにより前記ワークの加工部位の裏面を囲むシールドガス供給室を形成したことを特徴とする請求項１ないし８に記載のレーザ加工装置。
13. 前記側壁を、熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料で構成したことを特徴とする請求項１２に記載のレーザ加工装置。
14. 前記側壁を前記ワークの裏面より離間させて、前記側壁と前記ワークの裏面との間にシールドガスを漏洩させる隙間を形成したことを特徴とする請求項１２または１３に記載のレーザ加工装置。
15. 前記隙間の大きさを、単位面積当たり毎分５リットルから１５リットルの割合でシールドガスが漏洩する大きさとしたことを特徴とする請求項１４に記載のレーザ加工装置。
16. 前記シールドガス供給室の底面の遮光板を傾斜面として形成し、前記側壁の最下部にスパッタを落下させる開口を設けたことを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
17. 前記シールドガス供給室の底面の遮光板を先細の円錐形に形成し、その最下部にスパッタを落下させる開口を設けたことを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
18. 前記側壁に、前記シールドガス供給室に連通するシールドガス管を着脱自在に取り付けたことを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかに記載のレーザ加工装置。
19. 前記側壁の頂部に、当該側壁の開放端部をワークの裏面に対して密着し得る密着機構を設けたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のレーザ加工装置。
20. 前記密着機構が、ワークの裏面に対して当該側壁の開放端部を隙間無く密着させるための弾性体と、この弾性体を支持する形で側壁の頂部との間に設けられ、前記弾性体を常時軸方向外側に弾性的に付勢する付勢部材とから構成されていることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ加工装置。
21. 前記密着機構の弾性体がゴムからなり、前記付勢部材がバネからなることを特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工装置。
22. 前記側壁に細孔が設けられ、前記シールドガス供給室内のガス圧が予め定められた圧力域に達した際に、不活性ガスを外部へ流出させて前記シールドガス供給室内のガス圧を一定化させる圧力調整機構が構成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のレーザ加工装置。
    ている。
23. 前記シールドガス供給室に不活性ガスを供給する配管に、不活性ガスの逆流を防止する逆流防止弁を設けたことを特徴とする請求項２２に記載のレーザ加工装置。
24. 前記シールドガス供給室の底面の遮光板を先細の円錐形に形成し、その最下部にススやスパッタなどの塵埃を落下させる開口を設けたことを特徴とする請求項１９ないし２２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
25. 前記塵埃を落下させる開口の下方に、前記塵埃を溜めるカップ状の収納容器を着脱自在に設けたことを特徴とする請求項２４に記載のレーザ加工装置。
26. 前記所定のレーザ加工が、溶接、孔開けまたは切断のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
27. ワークの加工部位に長焦点のレーザ光を照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工方法において、
    前記ワークの加工部位の裏側に遮光板を設けて、溶接部位の裏面側から漏れたレーザ光を遮断することを特徴とするレーザ加工方法。
28. 前記遮光板の材料として、熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料を用いることを特徴とする請求項２７に記載のレーザ加工方法。
29. 前記遮光板を前記ワークの裏面より離間してレーザ光の焦点から遠ざけることを特徴とする請求項２７または２８に記載のレーザ加工方法。
30. 前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設け、これにより形成されるシールドガス供給室内に不活性ガスを供給し、前記ワークの加工部位の裏面を不活性ガスで覆いながらレーザ加工することを特徴とする請求項２７ないし２９のいずれかに記載のレーザ加工方法。
31. 前記側壁を前記ワークの裏面より離間させて隙間を形成し、その隙間からシールドガスを漏らしながらレーザ加工することを特徴とする請求項３０に記載のレーザ加工方法。
32. 前記隙間から、単位面積当たり毎分５リットルから１５リットルのシールドガスを漏らしながらレーザ加工することを特徴とする請求項３１に記載のレーザ加工方法。
33. 前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設けてシールドガス供給室内を形成し、前記側壁の頂部にワークに対する密着機構を設けたシールドガス供給室の内部に、空気よりも比重の大きいシールドガスを、ほぼ容積分だけ流入させて滞留させる工程と、
    次いでワークを前記シールドガス供給室上に位置させて、前記側壁の先端を前記密着機構を介してワークの裏面に密着させ、前記シールドガス供給室を密閉状態にする工程と、
    前記密閉状態のシールドガス供給室内へシールドガスを流入させつつレーザ光を照射する工程と、を有する、
    ことを特徴とする請求項２７または２８に記載のレーザ加工方法。
34. 前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設けてシールドガス供給室内を形成し、前記側壁の頂部にワークに対する密着機構を設けると共に、内部のガス圧を一定化させる圧力調整機構を設けたシールドガス供給室の解放端側にワークを位置させて、前記側壁の先端を前記密着機構を介してワークの裏面に密着させ、前記シールドガス供給室を密閉状態にする工程と、
    前記密閉状態の前記シールドガス供給室内へ不活性ガスをほぼ容積分だけ流入させて不活性ガスで満たす工程と、
    前記不活性ガスで満たされたシールドガス供給室内へ不活性ガスを流入させると共に、前記圧力調整機構により内部のガス圧を一定に維持しつつ、ワークにレーザ光を照射する工程と、を有する、
    ことを特徴とする請求項２７または２８に記載のレーザ加工方法。
35. 前記側壁の材料として、熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料を用いることを特徴とする請求項３０ないし３４のいずれかに記載のレーザ加工方法。

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