JP2008505298A - 温水器又は蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

本発明の水加熱器または蒸気発生器（２）は、打ち抜きにより形成された２個の部分容器（５、６）からなる容器（４）を有する。この容器（４）の内部には加熱素子（８）が配置される。加熱素子（８）は、らせん形状の主部分（１０）と、容器の２個の円形開口を貫通する２個の端部部分（１１、１２）とを有する。この２個の端部部分（１１、１２）は、容器にレーザビームで溶接される。この溶接は、連続し、加熱素子の良好な機械的構造を確保して、水加熱器または蒸気発生器に十分な強固さを与える。さらに、容器の２つの部分容器は、広がったエッジ（２８）を有するため、この２つの部分容器を効率的にレーザ溶接で結合できる。

Description

本発明は、加熱するあるいは蒸気にする液体を収納する容器と加熱素子とを有する温水（水加熱）器または蒸気発生器に関する。特に、本発明は、容器内に収納される液体を直接加熱するために、容器内に収納される加熱素子を有する装置に関する。

特に、本発明は、コーヒー・メーカ等に搭載される温水器または蒸気発生器に関する。本発明は、温水あるいは蒸気を生成する、特に急速にミルクを加熱するような類似の装置にも適用可能である。

本発明は、より大きな容積の装置、特に洗濯機または食器洗浄機にも採用される温水器にも適用可能である。

温水器とは、液体、特に水あるいは他の液体を加熱する装置である。

温水器と蒸気発生器は、コーヒー・メーカに搭載されるものとして公知である。通常コーヒー・メーカは、金属、特にアルミを鋳造することにより形成される剛性のある容器を有する。容器は、加熱すべき流体が入れられる容器の外側に加熱素子を配置するためのリセス（凹部）を有する。容器を形成する２つのメインセクションが互いに数本のネジで結合され、流体を入れたり注いだりする部品が、この剛性のあるケースにネジ止めされる。このケースは、これらの場所においては、比較的厚い壁で形成されており、これらの要素を保持するために、ネジ孔が機械加工できる程度十分厚い。このような温水器または蒸気発生器は、特に高価である。流体への加熱は、容器の壁を介して行われる。この壁は、加熱素子から、加熱するあるいは蒸気にする流体への熱の移送に対し、ある種の蓄熱体を形成し、このため、大きな熱損失が発生する。

加熱すべき流体が入る容器内に加熱素子を入れる温水器は、特許文献１で公知である。この特許文献１は、加熱素子を、容器内に、容器の上部平面壁に形成された開口を介して入れる方式を開示している。加熱素子は、溶接または「はんだ」により上部壁に固定される。特許文献２は、温水器の閉鎖プレートを開示し、この閉鎖プレートを貫通して、加熱素子がこの閉鎖プレートに溶接される。加熱素子が通るようプレートに形成された開口は、平面プレートの１つの開口から構成される。この特許文献２は、強固な溶接は、レーザ溶接で得られることを開示している。
英国特許第２２９０６０１号明細書 ドイツ国特許第１９７４１０９３号明細書

本発明の目的は、低コストで信頼性が高く、特に流体を加熱する強固な容器を具備する温水器または蒸気発生器を提供することである。

製造コストを下げるために、薄い金属プレートを打ち抜くことにより、容器を形成することが提案されている。特に、平面状で薄肉のカバー板（容器）の場合には、前記の２つの特許文献に開示されたように、加熱素子をこのカバーにレーザ溶接で確実に取り付けることは、特に加熱素子が貫通する通路が平坦なカバー板に形成された１個の孔の場合には、困難である。実際に、機械加工の許容差により、円筒形状の加熱素子と加熱用の容器の壁に形成された孔との間に溝（すきま）が生成される。それ故に、加熱素子をレーザビームの手段により板に溶接するためには、プレートが薄いために、この溝をしっかりと充填するために、材料を少し溶融する必要がある。それ故に、溶接領域はもろくなり、温水器または蒸気発生器の製造中あるいは使用中のいずれかで、この領域の堅牢さが確保できなくなる（壊れやすくなる）。

加熱素子は、種々の機械的あるいは熱的ストレスに耐えなければならない。前記の従来技術においては、加熱素子は、平坦なカバー（板）に直交して配置される。それ故に、溶接がレーザビームで行われる時には、加熱素子は、カバーの厚さにほぼ対応する非常に短い距離しか保持されていない。それ故に、固定場所は、このような場合、比較的もろくなる。

それ故に、本発明の目的は、蒸気の従来技術の欠点を解決することである。

本発明によれば、容器と加熱素子とを有する温水器または蒸気発生器において、前記加熱素子は、前記容器内に配置される主部分と、前記容器から突出する少なくとも１個の端部部分とを有する。前記端部部分は、前記容器の壁に形成された開口を介して、前記容器内を通る。前記容器は、フランジを有する。前記フランジは、前記開口の周囲に配置され、前記容器の壁の主表面から、この開口のレベルで、前記端部部分の軸方向に突起する。前記加熱素子は、前記容器に、レーザ溶接で固定される。前記レーザ溶接は、前記フランジの上部のレベルで、前記軸方向に対し斜めに向けてレーザビームを当てることにより、行われる。

レーザビームの手段により行われる溶接によって、加熱素子に損傷を与えないように制御される熱源により、完全な溶接が得られる。特に、外側チューブと、この加熱素子を形成する内側の導電体との間の電気的短絡を防止する。

本発明の特徴により、加熱素子は、効率的且つ再現可能な方法で、レーザ溶接により容器に固定することができる。これにより、溶接場所の良好な取り付けと確実な固定が可能となる。フランジは、加熱素子の端部セクション用のガイドとして機能する。かくして、正確な側面方向からの保持と連続的な溶接を形成するのに必要な材料の供給が確保できる。これにより、容器の壁をもろくなったり、薄くなったりすることはなく、端部セクションとフランジとの間の溝を充填することができる。

かくして、フランジを、レーザ溶接の品質を確保しながら、薄くすることができる。さらに、このフランジは、容器が開口周辺で変形するのを阻止し、熱応力が容器の周辺領域に伝わるのを押さえることができる。この理由は、溶接を行うために供給されるエネルギー量を減らすことができるからである。

本発明は、少なくとも２個のセクションにより形成される容器を含む温水器または蒸気発生器に関する。本発明によれば、これら２つのセクションは、レーザビームにより溶接され、これらの２つのセクションの内の少なくとも一方は、前記容器の主表面から突出した突起部を形成するエッジを有する。これらの２つのセクションの溶接は、突起したエッジのレベルで行われる。

本発明の第１の主題に関し述べた利点は、加熱素子が通過できるような端部セクションの開口を規定するフランジを具備することである。これは、本発明の第２の主題にも適用可能である。すなわち、容器の良好な堅固さを確保する良質の連続的溶接を生成するための材料の供給場所にも適用される。これは、溶接領域をもろくしたり、あるいは溶接領域の厚さを増加させることなく、行うことができる。

本発明は、導管が容器に組み込まれるような他のさまざまなアプリケーションにも使用できる。特に、容器が、温度あるいは圧力の上昇に耐えなければならないような場合、およびこれらの状況下において堅固さを確保しなければならない場合に適用できる。導管は、剛性導管あるいは柔軟性導管のいずれでもよい。特に、導管は、容器の内容物を加熱したり冷却したりするために電流を流したり電源に接続される。これにより、容器内にあるいは容器外、例えば真空技術の分野においては粒子の通路あるいは分子の通路用の容器を形成する。

本発明の温水器を、図１−３を参照して以下説明する。この温水器２は、容器４を有する。この容器４は、２個の部分容器５、６により形成される。温水器２は、さらに加熱素子８を有する。この加熱素子８は、容器４内に具備されたラセン形状の主部分１０と、容器４から出る２個の端部分１１、１２とを有する。この２個の端部分１１、１２は、円筒形状をし直線状に伸びる。その端面１６上に、容器の上部分容器５は、２個の円形状の開口１３、１４を有する。これらの開口１３，１４の直径は、加熱素子の端部分１１、１２の直径に対応する。これらの端部分１１、１２は、上部分容器５の内部から開口１３、１４内に挿入される。これらの端部分１１，１２は、容器４の壁を貫通する。この端面１６は、若干湾曲し、２個のフランジ１８が、それぞれ開口１３、１４を規定する。本発明によれば、これらのフランジ１８は、この端面１６のメイン表面からフランジの開口の対応する端部分１１，１２の軸方向に沿って突出する。フランジ１８は、各開口のエッジが温水器２の縦軸１９に直交する面に配置されるよう、形成される。フランジ１８のエッジは、円を規定する。

温水器の製造過程において、２個の端部分１１、１２は、２個のそれぞれ対応する開口１３、１４内に挿入される。その結果、主部分１０は、閉鎖後は容器４内に配置される。加熱素子８は、容器４の上部分容器５に固定される。この固定は、２個の端部分１１、１２が挿入された２個の開口１３、１４の位置にレーザビーム溶接することにより、行われる。このレーザビームにより、開口１３、１４における堅固さが確保できる。加熱素子８は、上部分容器５に対し、加熱素子を容器の中心に配置するような配置ツールにより、配置される。この配置ツールを図１０、１１に示す。

重要なことは、加熱素子を容器に溶接で固定する時には、加熱素子が容器の壁に近すぎないよう、容器の中心に配置することである。製造の好ましい方法においては、加熱素子を容器の上部分容器５に溶接した後、下部分容器６を用意し、これら２個の部分容器５，６を組み立てることにより、容器４を閉鎖構成する。加熱素子を溶接するためには、図１０、１１に示すツール１７０を用いる。正確な溶接を行うために、加熱素子を上部分容器５に対し正しく且つ安定して配置することは難しい。加熱素子がラセン形状をしていること、およびその直径が部品ごとに異なるためである。このような部品の製造許容差は、通常±１ｍｍ以上、特に±１．５ｍｍ以上である。

図１３，１４に示すように、本発明を実行するために開発されたツール１７０は、レーザ溶接装置に固定されるベース１７２から形成される。把持用アゴ部１７４、１７６、１７８は、同軸に配置され、このベース１７２上を半径方向に移動する。このベース１７２上には、上部セクション１８０が搭載される。この上部セクション１８０は、把持用アゴ部１７４、１７６、１７８の取り付け場所と、加熱素子の挿入を行うためのチャネル１８２を形成する。凹部１８６は、各アゴ部の外側側壁１８４の外側に形成される。スプリング１８８が、そこに挿入されて、上部セクション１８０の内壁１９０に当たる。図から明らかなように、凹部１８６は、把持用アゴ部から外れた位置にある。さらに、凹部１９４は、内壁１９０に形成される。スプリング１９６が、その中に配置されて、外側側壁１８４に当たる。各スプリング１９６により付勢される力は、スプリング１８８により付勢される力よりも、小さいかあるいは大きい。

その上部セクション１８０上で、アゴ部は、傾斜面２００を有する。この傾斜面２００が、加熱素子のラセン形状がアゴ部の間に挿入される時にガイドの役目をする。アゴ部の間の直径は、前記ラセンの最小直径よりも最初は若干小さい。かくして、その挿入時には、加熱素子はアゴ部を広げる。その結果、このアゴ部が加熱素子を正しく中心に来るよう把持する。容器４の上部分容器５が、上部セクション１８０上に配置され、チャネル１８２の壁２０２が、ガイドを形成し、加熱素子の端部分１１、１２が、容器の開口１３、１４に対し正しく配置されるようになる。壁２０２が、レーザ溶接作業中に容器の上部分容器５の位置決めを行う。

端部分１１、１２は、中央導体２０により形成される。この中央導体２０は、金属製外側管２２により包囲される。この金属製外側管２２は、中央導体２０から一定距離離間して配置される。セラミック製絶縁部２４は、金属製外側管２２の端部に配置される。このセラミック製絶縁部２４は、開口１３、１４と同程度に長く伸びる。フランジ１８のエッジは、レーザビームにより金属製外側管２２に溶接される。かくして、この溶接部は、金属製外側管２２の縦軸２５に中心がある円を規定する。この溶接は、パルスレーザビームにより行うのが好ましい。このレーザビームにより、部分的に重なり合う一連の溶接ポイントを形成する。かくして、堅固な連続溶接が、フランジ１８のエッジにより規定された全円周にわたって行われる。以下に説明するように、レーザビームは、縦軸２５の周囲を回転して、環状溶接部２６を形成する。溶接用のレーザ・パルスの形状を、図４Ａ、４Ｂに示す。図４Ａ、４Ｂは、レーザ溶接装置により供給されるパルスを形成する２つの電力カーブ４０、４２をそれぞれ示す。これらのレーザ・パルスのプロファイルは、第１期間Ｐ１により特徴付けられる。この第１期間Ｐ１においては、瞬時パワーは、第１期間Ｐ１の後の第２期間Ｐ２の瞬時パワーよりも大きい。さらに、第２期間Ｐ２のパワーは、全体的に減少カーブを描く。

一例として、次のような作業条件を考える。ステンレス製外側壁と容器の温水器にたいし、レーザ・パルスの周波数を３０Ｈｚと１００Ｈｚの間に設定する。第１期間Ｐ１のパワーを１ｋＷと２ｋＷの間に設定する。パルスの持続時間Ｔは、４ミリ秒と１０ミリ秒の間である。好ましくは、各パルスのエネルギーは、３−８ジュールであり、その平均パワーは、１５０Ｗと５００Ｗの間にある。上記の条件で、レーザビームの移動速度を毎分４００ｍｍと１０００ｍｍとして試験を行った。

パルスのパワー・プロファイルは、温水器または蒸気発生器に必要とされる機械的構造物とその堅固さを確保しながら、溶接に必要とされるエネルギー量を減らすよう選択した。さらに、パルスの形状により、環状溶接部２６の光学品質の改善と、第２期間Ｐ２のパワー・プロファイルから得られる長期の冷却期間による熱応力の低減を行えるようにした。

容器４の部分容器５、６を打ち抜きで形成し、薄い壁に構成した。レーザ溶接は、厚い壁を必要としない。それ故に、容器４は、低コストで打ち抜きにより製造することができる。加熱素子のラセン形状部分１０を容器内に配置し、それをその中心に保持するために、構造体７が、弾性ラグ９を有する容器の下部分容器６のベースに配置される。この弾性ラグ９に、ラセン１０が、容器が閉じられた時に、当たる。

温水器２は、加熱すべき流体の循環に関連するコネクタの取付口３０、３１を有する。この取付口３０、３１は、それぞれ２つの開口３２に配置され、レーザビームで、きっちりと溶接される。加熱素子の溶接の場合と同様に、この溶接も、環状で連続している。これらの取り付け口の溶接のプロセスは、容器に加熱素子を溶接する上記のプロセスに類似する。さらに、温水器は、接地端子３４を有する。この接地端子３４は、容器の接触領域３６にレーザビームで溶接される。それ故に、容器４に組み込まれる全ての構成要素は、その場所にレーザ溶接により固定される。これにより、温水器の製造が合理化され、温水器の製造時間とコストも削減される。温度センサを容器４にレーザ溶接により取り付けることもできる。しかし、このようなセンサの他の取り付け手段も当業者には容易に想到し得る。

最後に、加熱素子８を金属製上部分容器５に溶接した後、部分容器５、６もレーザ溶接により組み立てられる。容器４の薄い壁を確実に溶接するために、その開放端の側に、部分容器５、６は、広がった端部である突起部２８を有する。この突起部２８は、容器４の部分容器５、６の側壁により規定された円筒表面から伸びる。

２つの部分容器５、６の広がった端部が、互いに適合されて容器の突起セクションを形成する。この突起セクションが、容器の壁が薄い場合でも、厚く堅固な溶接ができるような材料の貯蔵場所を提供する。この溶接は、結合された２つの広がったセクションの頂点で行われるが、２つの広がったセクションの間で、１つの広がったセクションに渡る溶接により、実行することもできる。これは、特に広がった領域が、容器の主表面に、少なくとも部分的に直行する方向を向いている場合である。

加熱素子は、加熱すべき流体を収納する容器の壁を貫通する１個の端部部分を有する。

図５、６は、本発明の蒸気発生器を示す。上記で既に説明したことは、詳細な説明は割愛する。

蒸気発生器５２は、第１上部分容器５５、第２下部分容器５６により形成される容器４を有する。これらの２つの部分容器は、特にステンレススチールを打ち抜いて形成される。その上部エッジ上で、第２下部分容器５６は、若干開いて突起部２８を形成する。これは、図１の温水器の容器の部分容器６と同様である。蒸気発生器は、メイン部分５８と２個の端部分１１、１２により形成される加熱素子８を有する。この端部分１１、１２は、第１上部分容器５５内に形成された開口１３、１４を貫通する２つの円筒部分を規定する。温水器について説明したのと同様に、端部分１１、１２は、容器４に、フランジ１８Ａに規定される開口１３、１４のレベルで溶接される。この溶接は、開口１３、１４のエッジと端部分１１、１２の金属壁２２の間の接合部で、溶接領域が形成されるように方向付けられたレーザビームによる強固さが得られるように行われる。この溶接は、下の部分の上に配置された上の部分容器の上で、部分的に重なり合う一連の溶接ポイントにより形成される。これにより、容器４内の圧力が上昇した時でも、堅固さが確保できるような連続的溶接が得られる。

水の注入口用の取付口３０と、生成された蒸気の放出口となる取付口３１とは、第１上部分容器５５に、２個のそれぞれの開口３２のエッジのレベルで溶接される。３個の温度センサを含む温度測定モジュール６０が、第１上部分容器５５に搭載される。

容器４と、加熱素子８を形成する外側チューブ２２は、ステンレススチール製であるのが好ましい。しかし、他の材料も当業者には公知である。好ましくは、容器４の２つの部分容器５５、５６は、互いにレーザ溶接により固定される。容器４の壁は薄いが、フランジ１８Ａと、容器の第２下部分容器５６のエッジを形成する突起部２８に起因して、レーザ溶接によりさまざまなセクションの堅固な組み立てが可能となる。さらに、レーザ溶接により、機械的応力、特に容器内の圧力上昇に対する堅固さと強度が確保できる。その結果、容器を製造する材料費は最小となり、蒸気発生器の製造コストも下がる。

図７は、加熱素子が通過する開口を具備した、図６の蒸気発生器の第１上部分容器５５の領域を示す。開口は、第１上部分容器５５の主表面から突出したフランジ１８Ａにより規定される。この変形例として、フランジ１８Ａは、その上部に円筒形セクション１８Ｂを具備する湾曲下部セクション１８Ｃを有する。円筒形セクション１８Ｂの壁は、加熱素子の端部分１１、１２の挿入方向２５に平行である。円筒形セクション１８Ｂが、フランジ１８Ａに挿入される端部分１１、１２のガイドの役目をする。これにより、加熱素子を容器に固定する剛性が増す。

図７は、端部分１１、１２がフランジ１８Ａにレーザ溶接される３個の場所を表すレーザビーム１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃを示す。縦軸２５から角度αだけ傾斜して入射するレーザビーム１１８Ｂにより、端部分１１、１２とフランジ１８Ａの上部管状表面により形成される角度で溶接を行うことができる。好ましくは、上記の所定角度は１０°と４５°の間の値を採る。フランジ１８Ａが、第１上部分容器５５の主表面からそれに直交する方向に突出しているために、フランジは、溶接用の材料貯蔵領域を形成する。特に、フランジ１１８Ａとそこを通る端部分１１，１２との間の溝を充填する材料の貯蔵場所を提供する。溶接用の材料が不足することが防止されて、レーザ溶接領域が脆くなることはない。かくして、フランジは、容器の壁に熱的あるいは機械的な応力を生成することなく、結合され得るまたは変形し得る。その結果、フランジが溶接材料の貯蔵場所を構成するために、フランジの壁は、フランジの領域にある容器の壁と同様に、薄くてよい。これにより、薄い壁の容器が低コストで製造できる。さらに、薄肉のフランジにより、溶接をするための熱量を低減でき、レーザ溶接の熱応力を吸収でき、容器のカバーあるいは壁は、溶接領域で変形することはない。かくして、このフランジにより、レーザ溶接が効率的に実行され、加熱素子を容器に堅固で且つ剛性をもって、取り付けることができる。これは厚く且つ連続的な溶接が可能なためである。

図７はレーザビーム１１８Ａも示す。これは、レーザビーム１１８Ｂの溶接に対する別の方法、あるいは円筒形セクション１８Ｂに行われる補充的な溶接の一例である。内側からレーザビーム１１８Ｃで溶接を行い、円筒状セクション１８Ｂと加熱素子の端部分１１、１２との間の内側溝を溶接で閉じる。この内側（内部）溶接は、レーザビーム１１８Ａまたはレーザビーム１１８Ｂで溶接することに加えて、行うのが好ましいが、それ単独で行うこともできる。

図８は、図２の温水器のフランジとと類似するフランジの変形例を示す。フランジ１８Ｄは、容器の内側方向に向いて開いた形状のベース１８Ｅと、若干切頭コーン形状と円筒形状の上部セクション１８Ｆとを有する。この上部セクション１８Ｆの形状により、開口の機械製作公差を小さくできるが。その理由は、端部分１１、１２が広くなったベース１８Ｅ側からフランジ内に挿入できるからである。かくして、フランジ１８Ｄは、上部セクション１８Ｆのトップを若干広げるような端部分１１，１２をガイドし、レーザ溶接の前に溝をなくす。このレーザ溶接は、その後、上部セクション１８Ｆの上部のレベルで行われ、溶接部２６Ａを形成する。

図９は、本発明のフランジの他の変形例を示す。このフランジ１８Ｇは、弾性特性を有する下部セクション１８Ｈを有する。この下部セクション１８Ｈにより、加熱素子の端部分１１、１２の挿入方向を規定する縦軸２５を傾斜させるフランジのある程度の変形が可能となる。かくして、加熱素子の挿入方向を変化させて、この加熱素子を温水器または蒸気発生器の容器内に正確に配置できるようになる。さらに、この特徴の利点は、加熱素子が、上記の実施例と同様に、２個の端部分１１、１２を有する時、およびこの２個の端部分１１、１２の最初の「ひらき」（組み立て前の）が、容器の壁内に形成された２個の開口の間の距離に、正確に対応していない時である。レーザ溶接を良好に行うために、フランジ１８Ｇは、円筒形セクション１８Ｂを有する。図９は、円筒形セクション１８Ｂと端部分１１、１２の間の溶接部２６Ｂを示す。、この溶接部２６Ｂは、図７のレーザビーム１１８Ａと同様に方向付けられたレーザビームの手段により得られる。フランジ１８Ｇの上部セクションは、図８と同様な切頭形のコーン形状をしている。

図示されたフランジは、容器の本体と一体物として形成され、特に打ち抜きにより形成される。しかし、これは限定的に解釈すべきではなく、他の変形例においては、フランジは、容器の本体上に搭載される別部品の形態で構成することもできる。

本発明のレーザ溶接装置を、図１０、１１を参照して以下説明する。レーザ溶接装置は、本発明の温水器または蒸気発生器に関連した水／蒸気の導管のコネクタ取り付け部と加熱素子の溶接を行うために開発されたものである。

このレーザ溶接装置は、パルス状のレーザビームを出力するレーザ・ソース（図示せず）を有する。レーザビームは、光ファイバ７０により溶接装置７２に向けられる。この溶接装置７２は、光ファイバに接続される固定上部セクション７４を有する。レーザビーム７６は、コリメート手段７８によりコリメートされる。溶接装置７２は、回転ヘッド８０を有する。回転ヘッド８０は、回転軸８２の周囲に旋回可能に設置されるよう、溶接装置７２に搭載される。溶接装置７２は、レーザビーム７６用の光学パス８４を規定するさまざまな光学要素を有する。第１ミラー８６は、レーザビーム７６の方向を変えるために配置される。第１ミラー８６からの光学パスは、回転軸８２に合流する。光学パスが回転軸８２に沿って伝搬すると、レーザビーム７６は回転ヘッド８０に入り、そこで第２ミラー８８により回転軸８２に直交する方向に曲がる。この第２ミラー８８は、回転ヘッド８０の第１セクション９０に配置される。第１セクション９０は、駆動手段９４により回転するよう設定される。この駆動手段９４は、第１セクション９０を回転するよう設定された回転モジュール９６に結合される。かくして、この第１セクション９０と回転モジュール９６を回転するよう結合する手段が具備される。

固定上部セクション７４と回転ヘッド８０の間に作業ガスを移送するガス移送装置１００が、回転モジュール９６の下に、配置される。この手段１００を、図１１を参照して詳述する。回転ヘッド８０は、さらにミラー１０４を有する部分１０２を有する。このミラー１０４は、第２ミラー８８からのレーザビーム７６を、回転軸８２に対し斜めに走る光学軸に沿って曲げる。レーザビームの伝搬方向を回転軸８２の方向に対し傾ける。この端部領域において、第２部分１０２は、ノズル１０６を有し、このノズル１０６を介してレーザビーム７６と作業ガスが出る。この作業ガスは、ノズル１０６のレベルに、導管１０８の手段を介して向けられる。最後に、集光手段１１０が第２部分１０２に配置される。

回転ヘッド８０の第１部分９０と第２部分１０２は、補足手段１０５（図示せず）を有する。この補足手段１０５により、第２部分１０２は、第１部分９０に対し回転軸８２に直交する方向にずれる、すなわちスライドする。第２部分１０２の位置は、溶接されるべき部分の直径に応じて調整される。この位置が決まると、第２部分１０２は、第１部分９０に確実に保持される。それ故に、これらは、回転ヘッド８０が回転設定されている時には、焦点により決まる円の半径を制御する手段である。溶接装置７２が動作すると、部分９０、１０２は、一体となる。

図１−３に記載した容器２の加熱素子の端部分１１、１２を溶接するために、光学軸１１２は、光学軸１１２と回転軸８２との間の角度が、約２０°となるよう配置される。４５°未満の角度が特に好ましい。その理由は、光学路が取付口３０があるためである。かくして、溶接装置７２を用いて、端部分１１、１２を容器２に、集光したレーザビームと作業ガスとを形成されるべき溶接部に近くに排出することにより、溶接することができる。実際に、回転ヘッド８０を配置することにより、ノズル１０６を溶接領域近傍に持っていくことができる。このノズル１０６は、レーザ溶接作業中に、加熱素子の端部分１１、１２の周囲で、回転する。

回転ヘッド８０が回転するよう設定されている時には、光学軸１１２と台形円錐状の回転表面を規定し、焦点が、回転軸８２を中心にした円を規定する。かくして、レーザ溶接を実行する際は、端部分１１、１２の縦軸２５は、回転軸８２に一致する。第２部分１０２は、焦点が容器２の孔の端部の領域内にあるように、調整／配置される。容器２を介して加熱素子の端部分１１、１２が通過する。かくして、加熱素子を容器に正確且つ高速に溶接することができる。

焦点が光学軸１１２に沿って配置され、この光学軸１１２が回転軸８２と交差する。かくして、レーザビームは、回転ヘッド８０が回転中には、ミラー１０４により反射された後、切頭コーン形状の回転表面を規定する。回転ヘッド８０が回転した時に、焦点は円を描くために、連続的な環状溶接が、レーザビームのパルスの周波数に対し、回転速度を制御することにより、得られる。その結果、好ましい堅固さが確保できる。

図１１は、溶接装置７２の固定上部セクション７４と回転ヘッド８０との間に作業ガスを移送するガス移送装置１００の詳細図である。このガス移送装置１００は、外部にある円筒リング１２０を有し、この円筒リング１２０は、固定上部セクション７４と一体に形成される。その周囲に、円筒リング１２０は、ガス供給パイプ１２２に接続される接続手段１２４を有する。この接続手段１２４の後ろに、円筒リング１２０は、通路１２６を有する。ガス移送装置１００のメインセクション１３０は、レーザビームの通路用の開口１３２とその周辺に凹部１３４とを有する。この凹部１３４は、環状で、メインセクション１３０の外側壁の方を向いて開いている。円筒リング１２０内の開口である通路１２６は、この凹部１３４内に開くために、凹部１３４に整合するよう配置される。その後、垂直方向開口１３８が、凹部１３４を接続手段１４０にリンクして、ノズル１０６を接続し、作業ガスをノズル１０６のレベルに搬送する。

メインセクション１３０は、回転ヘッド８０に回転可能に一体に形成される。シーリング手段が、円筒リング１２０とメインセクション１３０の間に具備され、その結果、溶接ヘッドがどの角度位置にある場合でも、凹部１３４に入るガスは、強制的に凹部１３４から垂直開口１３８を介して、溶接ヘッドのノズルの方向に放出されるようになる。

上記した加工装置により、環状溶接が加熱素子の周囲に正確に行われ、且つ作業ガスが集中的に供給され、圧力を十分注意することにより、本発明のレーザ溶接が可能となる。

図１２は、本発明のレーザ溶接装置の第２実施例を示す。既に記載した構成要素については再度詳述しない。この第２実施例が第１実施例と異なる点は、回転溶接ヘッド１５０の下部セクション１５２の構成である。回転溶接ヘッド１５０の第１セクション９０は、第１実施例の回転ヘッド８０のそれに類似する。下部セクション１５２が、その位置が回転軸８２に直交するよう、第１セクション９０に搭載される。９０°未満、特に６７．５°の角度でレーザビームの方向を変える第１ミラー１５４が、この下部セクション１５２に配置される。中間領域において、下部セクション１５２は、曲がり部を有し、そこに別のミラー１０４が配置されて、レーザビームの光学パスを６７．５°の角度で曲げる。かくして、ミラー１０４の下流側のレーザビームの光学軸１１２は、回転軸８２に対し４５°の角度を有する。この配列により、第１セクション９０に対する円筒状空間１５６が自由空間となる。この空間は、回転溶接ヘッド１５０が回転中には、レーザビームの焦点により規定される円１５８を断面として、有する。

この第２実施例は、光軸は回転軸に対し約４５°の角度で開いた開口を有し、これは、このヘッドの第１セクション９０の延長を必要としないために、利点がある。それ故に、このヘッドはコンパクトとなり、その回転慣性モーメントは、回転軸８２と光学軸１１２の間で４５°の開口を有するよう配置されている第１実施例のヘッドのそれよりも小さい。円１５８の半径は、下部セクション１５２の位置を第１セクション９０に対し、回転軸８２に直交する方向に調整することにより、容易に調整可能である。このような調整は、さまざまなミラーの方向の修正を必要としないために、単純である。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明の一実施例による温水器の部品展開斜視図。 容器が閉鎖され、その一部が切り取られた図１の温水器の斜視図。 加熱素子の端部が、図２の温水器の容器に溶接される状態の断面図。 図３の溶接を実行するのに用いられたレーザビームのパルスのパワー・プロファイルを表す図。 図３の溶接を実行するのに用いられたレーザビームのパルスのパワー・プロファイルを表す図。 本発明の一実施例による蒸気発生器の部品展開斜視図。 図５の容器が閉鎖された蒸気発生器の斜視図。 加熱素子の通過場所における容器の構成を示す図６の部分拡大図。 加熱素子の通過位置を包囲するフランジの一実施例を表す図。 加熱素子の通過位置を包囲するフランジの他の実施例を表す図。 本発明の第１実施例のレーザ溶接装置を表す図。 作業ガスを回転溶接ヘッドに供給する図１０のレーザ溶接装置の断面図。 本発明の第２実施例のレーザ溶接装置を表す図。 加熱素子を温水器の容器に溶接するため、図１の温水器の加熱素子を保持する保持ツールの水平方向断面図。 切断面ＸＩ−ＸＩに沿った図１０の保持ツールの垂直方向断面図。

符号の説明

２ 温水器
４ 容器
５，６ セクション
７ 構造体
８ 加熱素子
９ 弾性ラグ
１０ ラセン
１１，１２ 端部セクション
１３，１４ 開口
１６ 端面
１８ フランジ
１８Ａ フランジ
１８Ｂ 円筒形セクション
１８Ｃ 湾曲下部セクション
１８Ｄ フランジ
１８Ｅ ベース
１８Ｆ 上部セクション
１８Ｇ フランジ
１８Ｈ 下部セクション
１９ 縦軸
２０ 中央導管
２２ 金属製外側管
２４ セラミック製断熱壁
２５ 縦軸
２６ 環状溶接部
２６Ａ、２６Ｂ 溶接部
２８ 突起部
３０，３１ 取付口
３２ 開口
３４ 接地端子
３６ 接触領域
４０，４２ 電力カーブ
Ｐ１ 第１期間
Ｐ２ 第２期間
５２ 蒸気発生器
５５ 第１上部セクション
５６ 第２下部セクション
５８ メインセクション
６０ 温度計モジュール
７０ 光ファイバ
７２ 溶接装置
７４ 固定上部セクション
７６ レーザビーム
７８ コリメート手段
８０ 回転ヘッド
８２ 回転軸
８４ 光学パス
８６ 第１ミラー
８８ 第２ミラー
９０ 第１セクション
９４ 駆動手段
９６ 回転モジュール
１００ ガス移送装置
１０２ 第２セクション
１０４ ミラー
１０５ 補正手段
１０６ ノズル
１０８ 導管
１１０ 集光手段
１１２ 光学軸
１２０ 円筒リング
１２２ ガス供給パイプ
１２４ 接続手段
１２６ 通路
１３０ メインセクション
１３２ 開口
１３４ 凹部
１３８ 垂直開口
１４０ 接続手段
１５０ 回転溶接ヘッド
１５２ 下部セクション
１５４ 第１ミラー
１５６ 円筒状空間
１５８ 円
１７０ ツール
１７２ ベース
１７４，１７６，１７８ 把持用アゴ部
１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃ レーザビーム
１８０ 上部セクション
１８２ チャネル
１８４ 外側側壁
１８６ 凹部
１８８ スプリング
１９０ 内壁
１９４ 凹部
１９６ スプリング
２００ 傾斜面
２０２ 壁

Claims (15)

1. 容器（４）と加熱素子（８）とを有する温水器（２）または蒸気発生器（５２）において、
   前記加熱素子（８）は、前記容器（４）内に配置される主部分（１０、５８）と、前記容器（４）から突出する少なくとも１個の端部部分（１１、１２）とを有し、
   前記端部部分（１１、１２）は、前記容器の壁（１６、５５）に形成された開口（１３、１４）を介して、前記容器内を通り、
   前記容器（４）は、フランジ（１８、１８Ａ、１８Ｄ、１８Ｇ）を有し、
   前記フランジは、前記開口の周囲に配置され、前記容器の壁の主表面から、この開口のレベルで、前記端部部分の軸方向（２５）に突起し、
   前記加熱素子は、前記容器（４）に、レーザ溶接で固定され、
   前記レーザ溶接は、前記フランジの上部のレベルで、前記軸方向に対し斜めに向けてレーザビームを当てることにより、行われる
   ことを特徴とする温水器／蒸気発生器。
2. 前記レーザビームを、前記フランジの上部環状表面上に向け、前記端部部分を、前記上部環状表面と前記端部部分により規定される前記フランジのコーナーに溶接する
   ことを特徴とする請求項１記載の温水器／蒸気発生器。
3. 前記レーザビームと前記軸方向とのなす角度は、１０°と４５°の間である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の温水器／蒸気発生器。
4. 前記フランジ（１８、１８Ｄ）は、前記容器の内側を向いた拡張した形状を有する
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれか記載の温水器／蒸気発生器。
5. 前記フランジ（１８Ａ、１８Ｇ）は、前記端部部分の軸方向に平行な壁を有するセクション（１８Ｂ）を有し、
   前記セクション（１８Ｂ）が、前記端部部分をガイドする
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれか記載の温水器／蒸気発生器。
6. 前記フランジ（１８Ｇ）は、前記フランジのレベルで、前記端部部分の軸方向の変動を許容できる程度の弾性変形あるいは塑性変形をする
   ことを特徴とする請求項１−５のいずれか記載の温水器／蒸気発生器。
7. 前記容器は、ステンレス・スチール製である
   ことを特徴とする請求項１−６のいずれか記載の温水器／蒸気発生器。
8. 前記レーザ溶接は、互いに部分的に重なり合う一連の溶接ポイントを生成する一連のレーザ・パルスにより行われる
   ことを特徴とする請求項１−７のいずれか記載の温水器／蒸気発生器。
9. 前記各レーザパルスの、第１期間（Ｐ１）のパワーは、第１期間に続く第２期間（Ｐ２）のパワーよりも高く、前記第２期間（Ｐ２）のパワーは、時間と共に低下する
   ことを特徴とする請求項８記載の温水器／蒸気発生器。
10. レーザ溶接により組み立てられた少なくとも２個の部分容器（５、６：５５、５６）により形成された容器（４）を有する温水器／蒸気発生器において、
    前記２個の部分容器は、前記容器の主表面から突出する突起エッジ（２８）を有し、
    前記一方の部分容器の突起エッジ（２８）を、他方の部分容器の突起エッジに当てて、前記２個の部分容器の突起エッジがあたる頂点のレベルで、前記２個の部分容器をレーザビームで溶接して、容器を形成する
    ことを特徴とする温水器／蒸気発生器。
11. 前記突起エッジの少なくとも一方は、拡張した端部セクションを形成する
    ことを特徴とする請求項１０記載の温水器／蒸気発生器。
12. 前記レーザ溶接は、互いに部分的に重なり合う一連の溶接ポイントを生成する一連のレーザ・パルスにより行う
    ことを特徴とする請求項１０または１１記載の温水器／蒸気発生器。
13. 前記各レーザパルスの、第１期間（Ｐ１）のパワーは、前記第１期間に続く第２期間（Ｐ２）のパワーよりも高い
    ことを特徴とする請求項１２記載の温水器／蒸気発生器。
14. 前記第２期間（Ｐ２）のパワーは、時間と共に低下する
    ことを特徴とする請求項１３記載の温水器／蒸気発生器。
15. 前記容器は、薄い壁を有し、
    前記容器を形成する２つの部分容器は、金属製で、打ち抜きで形成される
    ことを特徴とする請求項１０−１４いずれか記載の温水器／蒸気発生器。

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