JP2015077604A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクタ機構、又はエジェクタ機構及びヒュームコレクタ機構の組合せを有しながらシンプルかつ小型化可能である溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接ヘッドに取付けられた中空のノズルの内部空間における圧力を減少可能とする溶接装置であって、内部空間を画定するノズルの周壁の内面が、ノズルの基端部からその先端部に向かって広がるようにスカート形状に形成され、周壁の内面に吸引口が形成され、吸引口が吸引用ガス通過経路に接続され、吸引用ガス通過経路が、吸引口に対してガス流上流寄り及び下流寄りのそれぞれに位置する吸引用流入口及び吸引用流出口を有し、吸引用流入口から吸引用ガス通過経路を通って吸引用流出口に向かってガスを流すことによって、ノズルの内部空間のガスが吸引口から吸引されるように構成されている、溶接装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接に用いられる熱を発するように構成された溶接ヘッドに中空のノズルを取付けて、そのノズルの内部空間の圧力を減少させた状態で溶接を行うことができる溶接装置に関する。

溶接の技術分野においては、真空環境下で溶接を行った場合に溶接箇所の溶込み深さが増えることが知られている。例えば、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）は、溶込み深さを増やすべく、−１０１．３ｋＰａＧ程度、詳細には、１．３×１０^−３Ｐａ〜１．３×１０^−２Ｐａの高真空環境下にて行われており、電子ビーム溶接では、高真空環境を実現するための加工室を有する溶接装置が用いられている。しかしながら、高真空環境を実現するための加工室は複雑かつ大掛かりなものであり、このような加工室を有する溶接装置もまた複雑かつ大掛かりなものとなる。そこで、高真空環境下で溶接された溶接箇所のような大きな溶込み深さを必要としないが、溶接箇所の溶込み深さを増やそうとする場合には、高真空環境下の圧力よりも高い圧力である低真空環境下にて、電子ビーム溶接及びレーザ溶接が行われている。

例えば、低真空環境下のレーザ溶接に用いられる局所真空式レーザ溶接装置においては、レーザビームを出射する溶接ヘッド（出射光部）と、開口を形成した先端部及び基端部を有する共に基端部を溶接ヘッドに取付けた中空のノズルとを備え、このノズルが基端部から先端部に向かって先細り形状に形成されている。さらに、ノズルの内部空間を画定する周壁にはこの周壁を貫通するように排気孔が形成され、排気孔は、排気管を介して排気ポンプ、コンプレッサ等の排気機構（排気装置）に接続されている。このような構造において、排気装置によってノズルの内部空間が真空引きされた低真空状態で、溶接ヘッドから出射するレーザビームが、ノズルの基端部の開口から内部空間を通って先端部の開口に向かうようになっている。（例えば、特許文献１を参照）

特開平９−２７１９７９号公報

しかしながら、真空引きに用いられる排気ポンプ、コンプレッサ等の排気機構は複雑かつ大掛かりであるので、排気機構を有する溶接装置が複雑かつ大型化して、ひいては、溶接装置の製造コストが増加するという問題がある。そのため、ノズルの内部空間の圧力を減少させるための機構（以下、「エジェクタ機構」という）を有する溶接装置を、シンプルかつ小型化することが望まれている。さらに、局所真空式レーザ溶接装置では、溶接時に発生するヒュームを収集するための機構（以下、「ヒュームコレクタ機構」という）を設けることが要求されることがある。そこで、ヒュームコレクタ機構を別途設けた場合、溶接装置がさらに複雑かつ大型化してひいては、溶接装置の製造コストがさらに増加するという問題がある。そのため、エジェクタ機構に加えてヒュームコレクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することもまた望まれている。

そこで、本発明の目的は、エジェクタ機構、又はエジェクタ機構及びヒュームコレクタ機構の組合せを有しながらシンプルかつ小型化可能である溶接装置を提供することにある。

課題を解決するために、本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様に係る溶接装置は、溶接に用いられる熱を発するように構成された溶接ヘッドと、開口を形成した先端部及び基端部を有すると共に前記基端部を前記溶接ヘッドに取付けた中空のノズルとを備え、前記ノズルの内部空間の圧力を減少させた状態で、前記溶接ヘッドから発せられる熱を前記ノズルの基端部の開口から前記内部空間を通って前記先端部の開口に向けることができるように構成されている溶接装置であって、前記内部空間を画定する前記ノズルの周壁の内面が、前記ノズルの基端部から前記先端部に向かって広がるようにスカート形状に形成され、前記ノズルの周壁の内面に吸引口が形成され、前記吸引口が、ガスを通過可能とするように構成された吸引用ガス通過経路に接続され、前記吸引用ガス通過経路が、前記吸引口に対してガス流上流寄り及び下流寄りのそれぞれに位置する吸引用流入口及び吸引用流出口を有し、前記吸引用流入口から前記吸引用ガス通過経路を通って前記吸引用流出口に向かってガスを流すことによって、前記ノズルの内部空間のガスが前記吸引口から吸引されるように構成されている。そのため、吸引口に接続される吸引用ガス通過経路にガスを流すというシンプルな構造によって、ノズルの内部空間のガスを吸引口から吸引してノズルの内部空間の圧力を減少させることができる。特に、ガスを吸引用ガス通過経路に供給する機構は、従来の排気ポンプ、コンプレッサ等のような排気機構と比較してシンプルかつ小型化可能であるので、エジェクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。

本発明の第１態様及び第２態様に係る溶接装置では、前記吸引用ガス通過経路が前記ノズルの周壁の内部に位置している。そのため、エジェクタ機構をノズル内に集約することができるので、エジェクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。

本発明の第１態様に係る溶接装置では、前記吸引用流出口が、前記ノズルの先端部における開口の周縁領域に位置している。そのため、溶接時にノズルの先端部をワークピースに向けた状態で、吸引用流出口からガスを放出して、ノズルの先端部とワークピースとの間における隙間にシールドを形成することができる。その結果、ノズルの内部空間がノズルの外部に対して効率的に遮断されて、ノズルの内部空間の圧力を効率的に減少させることができる。よって、ノズルの内部空間の圧力を効率的に減少可能とするエジェクタ機構を有する溶接装置を、シンプルかつ小型化することができる。

本発明の第２態様に係る溶接装置では、前記ノズルの周壁の内部に、ガスを通過可能とするように構成されたシールド用ガス通過経路がさらに設けられ、前記シールド用ガス通過経路は、前記吸引用ガス通過経路に対して前記ノズルの周方向に間隔を空けて位置しており、前記シールド用ガス通過経路が、前記ノズルの先端部における開口の周縁領域に位置するシールド用流出口と、前記シールド用流出口に対してガス流上流に位置するシールド用流入口とを有し、前記吸引用ガス通過経路の吸引用流出口が、ガスを通過可能とするように構成された吸引経路に接続されており、前記シールド用流入口から前記シールド用ガス通過経路を通って前記シールド用流出口に向かって流されたガスが、前記シールド用流出口から前記ノズルの外部に放出されように構成され、その一方で、前記吸引用ガス通過経路の吸引用流出口を通過したガスが、前記吸引経路に送られて収集されるように構成されている。そのため、溶接時にノズルの先端部をワークピースに向けた状態で、シールド用ガス通過経路のシールド用流出口からガスを放出して、ノズルの先端部とワークピースとの間における隙間にシールドを形成することができる。その結果、ノズルの内部空間がノズルの外部に対して効率的に遮断されて、ノズルの内部空間の圧力を効率的に減少させることができる。また、溶接時に発生するヒュームが、吸引口から吸引されると共に吸引用ガス通過経路の吸引用流出口を通過した後に、吸引経路を通って収集されることとなる。よって、ノズルの内部空間の圧力を効率的に減少可能とするエジェクタ機構に加えてヒュームコレクタ機構を有する溶接装置を、シンプルかつ小型化することができる。

本発明の第３態様に係る溶接装置は、前記ノズルの周壁の外面に取付けられるエジェクタユニットをさらに備え、前記吸引口が前記ノズルの周壁を貫通しており、前記吸引用ガス通過経路が前記エジェクタユニットの内部に位置している。そのため、ノズルの内部空間の圧力を減少させるために、吸引用ガス通過経路を有するエジェクタユニットをノズルに取付ければよいので、エジェクタ機構を有する溶接装置の構造をシンプルにすることができる。

本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様に係る溶接装置は、エジェクタ機構、又はエジェクタ機構及びヒュームコレクタ機構の組合せを有しながらシンプルかつ小型化可能になっている。

本発明の第１実施形態に係る溶接装置のノズル及びその周辺部分を示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接装置のノズルを、図１のＡ−Ａ線に沿って切断した状態で示す斜視断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接装置のノズルを、図２のＢ部にて拡大すると共に図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した状態で示す拡大斜視断面図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接装置のノズル及びその周辺部分を示す概略斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接装置のノズルを、図５のＤ−Ｄ線に沿って切断した状態で示す斜視断面図である。 図５のＤ−Ｄ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接装置のノズルを、図６のＥ部にて拡大すると共に図７のＦ−Ｆ線に沿って切断した状態で示す拡大斜視断面図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接装置のノズルを、図６の矢印Ｇから見ると共に図７のＨ−Ｈ線に沿って切断した状態で示す拡大矢視断面図である。 本発明の第３実施形態に係る溶接装置のノズル及びその周辺部分を示す概略正面図である。 図１０のＩ−Ｉ線断面図である。 本発明の第４実施形態に係る溶接装置のノズル及びその周辺部分を、図１のＡ−Ａ線と同様の線に沿って切断した状態で示す概略断面図である。

本発明の第１実施形態〜第４実施形態に係る溶接装置を以下に説明する。第１実施形態〜第４実施形態においては、溶接装置はレーザ溶接を行うように構成されている。すなわち、溶接装置はレーザ溶接装置となっている。しかしながら、溶接装置は、これに限定されず、溶接に用いられる熱を発するように構成されていればよい。例えば、溶接装置が、レーザ溶接の代わりに、電子ビーム溶接を行うように構成されていてもよい。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る溶接装置を以下に説明する。図１に示すように、溶接装置は、溶接に用いられる熱としてレーザビームＬ（仮想線により示す）を発するように構成された溶接ヘッド１を備えている。また、溶接装置は、中空に形成されたノズル２を備えている。

図２〜図４を参照してノズル２の詳細を説明する。図２及び図３に示すように、ノズル２の基端部２ａには開口（以下、「基端部開口」という）２ｂが形成されている。基端部２ａに対向するノズル２の先端部２ｃにもまた開口（以下、「先端部開口」という）２ｄが形成されている。このような基端部開口２ｂと先端部開口２ｄとの間に内部空間２ｅが形成されている。図３に示すように、ノズル２の基端部２ａは溶接ヘッド１に取付けられている。溶接ヘッド１から発せられるレーザビームＬは、ノズル２の基端部開口２ｂから内部空間２ｅを通過して先端部開口２ｄに向かうようになっている。先端部開口２ｄを通過したレーザビームＬはノズル２の外部に向けて発せられることとなる。

図２及び図３に示すように、ノズル２は、その内部空間２ｅを画定する周壁３を有している。周壁３は、内部空間２ｅに面する内面３ａを有している。この内面３ａは、ノズル２の基端部２ａからその先端部２ｃに向かって広がるようにスカート形状に形成されている。周壁３はまた、内面３ａに対向するようにノズル２の外周に位置する外面３ｂを有している。この外面３ｂもまた、ノズル２の基端部２ａからその先端部２ｃに向かって広がるようにスカート形状に形成されている。本実施形態において、周壁３は、内面３ａ及び外面３ｂを円形状に形成した横断面を有している。しかしながら、周壁３は、これに限定されず、内面３ａ及び外面３ｂをそれぞれ円形状、楕円形状、多角形状等に形成した横断面を有していればよい。

また、図２〜図４に示すように、ノズル２の周壁３の内部には、ノズル２の内部空間２ｅの圧力を減少させる作用（以下、「減圧作用」という）と、ノズル２の先端部２ｃ及び溶接対象のワークピースＷの間における隙間をシールドする作用（以下、「シールド作用」という）とをもたらすためにガスを通過可能とするように構成された吸引用ガス通過経路４が設けられている。ノズル２の半分のみが示された図４においては、３個の吸引用ガス通過経路４の全部と、２個の吸引用ガス通過経路４の半分とが示されているに過ぎないが、本実施形態においては、８個の吸引用ガス通過経路４がノズル２の周壁３の内部に設けられている。しかしながら、吸引用ガス通過経路４の数はこれに限定されず、ノズル２の周壁３の内部に少なくとも１つの吸引用ガス通過経路４が設けられていればよい。

図２及び図３に示すように、吸引用ガス通過経路４は、周壁３の内面３ａに沿ってノズル２の基端部２ａからその先端部２ｃに向かうように配置されている。図４に示すように、隣り合う吸引用ガス通過経路４間には、吸引用ガス通過経路４の長手方向に沿って延びるように仕切部５が設けられている。この仕切部５によって隣り合う吸引用ガス通過経路４は互いに分離されている。そのため、複数の吸引用ガス通過経路４はノズル２の周方向に互いに間隔を空けて位置することとなる。

図２及び図３に示すように、各吸引用ガス通過経路４は、ノズル２の基端部２ａにおける周壁３の内部に位置する吸引用流入口６と、吸引用ガス通過経路４の長手方向中間部分に位置する吸引口７と、ノズル２の先端部２ｃにおける先端部開口２ｄの周縁領域に位置する吸引用流出口８とを有している。このような吸引用流入口７及び吸引用流出口８のそれぞれは、吸引口７に対してガス流上流寄り及び下流寄りに位置することとなる。吸引口７は、吸引用ガス通過経路４と接続するようにノズル２の周壁３の内面３ａに形成されている。この吸引口７が、内部空間２ｅと吸引用ガス通過経路４との間に連通をもたらすこととなる。吸引口７は、ノズル２の長手方向中央に対して基端部２ａ寄りに位置していると好ましい。

図３及び図４に示すように、ノズル２の基端部２ａにおける周壁３の内部には、ノズル２の周方向に延びるように供給経路９が形成されている。供給経路９は８個の吸引用流入口６同士を接続している。ノズル２の基端部２ａにおける周壁３の外面３ｂには、供給経路９と接続する供給口１０が形成されている。供給口１０には、アシストガスが供給されるようになっている。アシストガスは、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム等を含むとよく、例えば、アシストガスとして、空気、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、これらの混合ガス等が用いられるとよい。

ここで、図３を参照して吸引用ガス通過経路４の詳細を説明する。図３に示すように、吸引用ガス通過経路４は、吸引用流入口６のガス流下流寄りに位置する上流側ラバル部４ａと、上流側ラバル部４ａのガス流下流寄りに位置する下流側ラバル部４ｂと、下流側ラバル部４ｂのガス流下流寄りに位置する吸引口接続部４ｃと、吸引口接続部４ｃのガス流下流寄りに位置する上流側ディフューザ部４ｄと、上流側ディフューザ部４ｄのガス流下流寄りに位置する中間ディフューザ部４ｅと、中間ディフューザ部４ｅのガス流下流寄りに位置する下流側ディフューザ部４ｆとを有している。

図３に示すように、上流側ラバル部４ａは、吸引用流入口６を介して供給経路９に接続されている。上流側ラバル部４ａは、吸引用流入口６から下流側ラバル部４ｂに向かって略直線状に延びるように形成されている。上流側ラバル部４ａの幅は、供給経路９の太さよりも小さくなっている。下流側ラバル部４ｂの幅は、上流側ラバル部４ａから吸引口接続部４ｃに向かうに従って大きくなっている。吸引口接続部４ｃは吸引口７に接続されている。吸引口接続部４ｃの幅は、下流側ラバル部４ｂのガス流下流側端における最大幅よりも大きくなっており、下流側ラバル部４ｂと吸引口接続部４ｃとの間には段差が形成されている。上流側ディフューザ部４ｄの幅は、吸引口接続部４ｃから中間ディフューザ部４ｅに向かうに従って小さくなっている。上流側ディフューザ部４ｄのガス流上流側端における最大幅は、吸引口接続部４ｃの幅より小さくなっており、吸引口接続部４ｃと上流側ディフューザ部４ｄとの間には段差が形成されている。中間ディフューザ部４ｅは、上流側ディフューザ部４ｄから下流側ディフューザ部４ｆに向かって略直線状に延びるように形成されている。下流側ディフューザ部４ｆは、吸引用流出口８に接続されている。下流側ディフューザ部４ｆの幅は、中間ディフューザ部４ｅから吸引用流出口８に向かうに従って大きくなっている。

本実施形態において、減圧作用及びシールド作用をもたらすための方法について説明する。図３に示すように、溶接装置を、そのノズル２の先端部２ｃと溶接対象のワークピースＷとの間に隙間を形成するように配置した状態で、アシストガスを供給口１０に供給する。図４に示すように、供給されたアシストガスは、供給口１０を通過して供給経路９に送られる。このアシストガスは各吸引用流入口６に送られる。

図３に示すように、吸引用流入口６に送られたアシストガスは、吸引用ガス通過経路４の上流側ラバル部４ａを通過することによって加速される。加速されたアシストガスは、下流側ラバル部４ｂを通過することによって膨張し、かつこの膨張に伴って減圧される。減圧されたアシストガスが吸引口接続部４ｃに到達した際に、ノズル２の内部空間２ｅのガス（以下、「内部ガス」という）が吸引口７から吸引されることとなる。さらに、吸引用ガス通過経路４の吸引口接続部４ｃを通過したアシストガス及び内部ガスは、上流側ディフューザ部４ｄ及び中間ディフューザ部４ｅを通過することによって加速される。加速されたアシストガス及び内部ガスが、下流側ディフューザ部４ｆを通って吸引用流出口８からノズル２の外部に放出される。このように吸引用流出口８からノズル２の外部に放出されたガスが、ノズル２の先端部２ｃとワークピースＷとの間における隙間にシールドを形成することとなる。

このような方法によってノズル２の内部空間２ｅの圧力を減少させた低真空状態で、溶接ヘッド１からレーザビームＬが発せられ、このレーザビームＬが低真空状態の内部空間２ｅを通過した後にワークピースＷに照射されて、ワークピースＷが溶接されることとなる。なお、一例として、低真空状態におけるノズル２の内部空間２ａの圧力は、−８５ｋＰａＧ以上であるとよい。

以上、本実施形態によれば、ノズル２の内部空間２ｅの圧力を減少可能とする機構（以下、「エジェクタ機構」という）を有する溶接装置において、吸引口７に接続される吸引用ガス通過経路４にアシストガスを流すというシンプルな構造によって、ノズル２の内部ガスを吸引口７から吸引してノズル２の内部空間２ｅの圧力を減少させることができる。特に、アシストガスを吸引用ガス通過経路４に供給する機構は、従来の排気ポンプ、コンプレッサ等のような排気機構と比較してシンプルかつ小型化可能であるので、エジェクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。ひいては、エジェクタ機構を有する溶接装置の製造コストを低減することができる。

本実施形態によれば、吸引用ガス通過経路４がノズル２の周壁３の内部に位置している。そのため、エジェクタ機構をノズル２内に集約することができるので、エジェクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。なお、付随的効果として、ノズル２の周壁３の内部にアシストガスが流れるので、ノズル２を効率的に冷却することができる。

本実施形態によれば、吸引用流出口８がノズル２の先端部２ｃにおける先端部開口２ｄの周縁領域に位置しており、吸引用ガス通過経路４を通過したアシストガス及び内部ガスが、吸引用流出口８からノズル２の外部に放出されるように構成されている。そのため、溶接時にノズル２の先端部２ｃをワークピースＷに向けた状態で、吸引用流出口４からアシストガス及び内部ガスを放出して、ノズル２の先端部２ｃとワークピースＷとの間にシールドを形成することができる。その結果、ノズル２の内部空間２ｅがノズル２の外部に対して効率的に遮断されて、ノズル２の内部空間２ｅの圧力を効率的に減少させることができる。よって、ノズル２の内部空間２ｅの圧力を効率的に減少可能とするエジェクタ機構を有する溶接装置を、シンプルかつ小型化することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る溶接装置について以下に説明する。図５に示すように、溶接装置は、第１実施形態と同様に構成された溶接ヘッド１を備えている。また、溶接装置は、中空に形成されたノズル２１を備えている。

図５〜図９を参照してノズル２１の詳細を説明する。図６及び図７に示すように、ノズル２１は、第１実施形態と同様に構成された基端部２１ａ、基端部開口２１ｂ、先端部２１ｃ、先端部開口２１ｄ、及び内部空間２１ｅを有している。図７に示すように、ノズル２１の基端部２１ａは溶接ヘッド１に取付けられている。図６及び図７に示すように、ノズル２１は、内部空間２１ｅを画定する周壁２２を有している。この周壁２２は、第１実施形態と同様に構成された内面２２ａ及び外面２２ｂを有している。

図６〜図９に示すように、周壁２２の内部には、減圧作用、及びヒュームを収集する作用（以下、「ヒュームコレクタ作用」という）をもたらすためにガスを通過可能とするように構成された吸引用ガス通過経路２３と、シールド作用をもたらすためにガスを通過可能とするように構成されたシールド用ガス通過経路２４とが設けられている。ノズル２１の半分のみが示された図８及び図９においては、４個の吸引用ガス通過経路２３の全部と、１個の吸引用ガス通過経路２３の一部と、４個のシールド用ガス通過経路２４の全部と、１個のシールド用ガス通過経路２４の一部とが示されているに過ぎないが、本実施形態においては、８個の吸引用ガス通過経路２３と８個のシールド用ガス通過経路２４とがノズル２１の周壁２２の内部に設けられている。しかしながら、吸引用ガス通過経路２３及びシールド用ガス通過経路２４の数はこれに限定されず、ノズル２１の周壁２２の内部に少なくとも１つの吸引用ガス通過経路２３及び少なくとも１つのシールド用ガス通過経路２４が設けられていればよい。

図６及び図７に示すように、吸引用ガス通過経路２３及びシールド用ガス通過経路２４は、周壁２２の内面２２ａに沿ってノズル２１の基端部２１ａからその先端部２１ｃに向かうように配置されている。吸引用ガス通過経路２３とシールド用ガス通過経路２４とは、ノズル２１の周方向に交互に並んで位置している。図８及び図９に示すように、隣り合う吸引用ガス通過経路２３とシールド用ガス通過経路２４との間には、それらの長手方向に沿って延びるように仕切部２５が設けられている。この仕切部２５によって、隣り合う吸引用ガス通過経路２３とシールド用ガス通過経路２４とは互いに分離されている。そのため、吸引用ガス通過経路２３とシールド用ガス通過経路２４とは、ノズル２１の周方向に互いに間隔を空けて配置されることとなる。なお、吸引用ガス通過経路２３におけるノズル２１の周方向の長さは、シールド用ガス通過経路２４におけるノズル２１の周方向の長さより短くなっていると好ましい。

図６及び図７に示すように、各吸引用ガス通過経路２３は、ノズル２１の基端部２１ａにおける周壁２２の内部に位置する吸引用流入口２６と、吸引用ガス通過経路２３の長手方向中間部分に位置する吸引口２７と、ノズル２１の先端部２１ｃにおける周壁２２の外面２２ｂに位置する吸引用流出口２８とを有している。このような吸引用流入口２６及び吸引用流出口２８のそれぞれは、吸引口２７に対してガス流上流寄り及び下流寄りに位置することとなる。吸引口２７は、吸引用ガス通過経路２３と接続するようにノズル２１の周壁２２の内面２２ａに形成されている。この吸引口２７が、内部空間２１ｅと吸引用ガス通過経路２３との間に連通をもたらすこととなる。吸引口２７は、ノズル２１の長手方向中央に対して基端部２１ａ寄りに位置していると好ましい。さらに、図９に示すように、複数の吸引用ガス通過経路２３の吸引用流出口２８は、ガスを通過可能とするように構成された吸引経路２９に接続されている。吸引経路２９は、ノズル２１の周壁２２の外面２２ｂにてノズル２１の周方向に沿って延びるように形成されている。吸引経路２９には、この吸引経路２９を通過するガスを排出可能とする排出口３０が形成されている。

図７に示すように、吸引用ガス通過経路２３は、第１実施形態と同様に構成された上流側ラバル部２３ａ、下流側ラバル部２３ｂ、吸引口接続部２３ｃ、上流側ディフューザ部２３ｄ、及び中間ディフューザ部２３ｅを有している。吸引用ガス通過経路２３に設けられた下流側ディフューザ部２３ｆは、周壁２２の外面２２ｂに位置する吸引用流出口２８に接続されていることを除いて、第１実施形態と同様に構成されている。

図６及び図７に示すように、各シールド用ガス通過経路２４は、ノズル２１の基端部２１ａにおける周壁２２の内部に位置するシールド用流入口３１と、ノズル２１の先端部２１ｃにおける先端部開口２１ｄの周縁領域に位置するシールド用流出口３２とを有している。このようなシールド用流入口３１は、シールド用流出口３２に対してガス流上流寄りに位置している。

図７及び図８に示すように、ノズル２１の基端部２１ａにおける周壁２２の内部には、ノズル２１の周方向に延びるように供給経路３３が形成されている。供給経路３３は８個の吸引用流入口２６及び８個のシールド用流入口３１同士を接続している。ノズル２１の基端部２１ａにおける周壁２２の外面２２ｂには、供給経路３３と接続する供給口３４が形成されている。供給口３４にはアシストガスが供給されるようになっている。

本実施形態において、減圧作用、ヒュームコレクタ作用、及びシールド作用をもたらすための方法について説明する。図７に示すように、溶接装置を、そのノズル２１の先端部２１ｃと溶接対象のワークピースＷとの間に隙間を形成するように配置した状態で、アシストガスを供給口３４に供給する。図８に示すように、供給されたアシストガスは、供給口３４を通過して供給経路３３に送られる。このアシストガスは各吸引用流入口２６及び各シールド用流入口３１に送られる。

図７に示すように、吸引用流入口２６に送られたアシストガスは、吸引用ガス通過経路２３の上流側ラバル部２３ａを通過することによって加速される。加速されたアシストガスは、下流側ラバル部２３ｂを通過することによって膨張し、かつこの膨張に伴って減圧される。減圧されたアシストガスが吸引口接続部２３ｃに到達した際に、ノズル２１の内部ガスが吸引口２７から吸引されることとなる。さらに、吸引用ガス通過経路２３の吸引口接続部２３ｃを通過したアシストガス、内部ガス、及びヒュームは、上流側ディフューザ部２３ｄ及び中間ディフューザ部２３ｅを通過することによって加速される。加速されたアシストガス、内部ガス、及びヒュームが、下流側ディフューザ部２３ｆを通って吸引用流出口２８に送られる。その後、吸引用流出口２８を通過したアシストガス、内部ガス、及びヒュームが吸引経路２９に送られる。このように吸引経路２９に送られたヒュームが、排出口３０を通ってアシストガス及び内部ガスと共に収集される。

その一方で、図７に示すように、シールド用ガス通過経路２４に送られたアシストガスは、シールド用流出口３２に送られる。その後、アシストガスは、シールド用流出口３２からノズル２１の外部に放出される。このようにシールド用流出口３２からノズル２１の外部に放出されたアシストガスが、ノズル２１の先端部２１ｃとワークピースＷとの間の隙間にシールドを形成することとなる。

このような方法によってノズル２１の内部空間２１ｅの圧力を減少させた低真空状態で、溶接ヘッド１からレーザビームＬが発せられ、このレーザビームＬが低真空状態の内部空間２１ｅを通過した後にワークピースＷに照射されて、ワークピースＷが溶接されることとなる。また、このような溶接時に発生するヒュームが、ノズル２１の吸引口２７から吸引された後に、吸引経路２９を通って排出口３０から収集されることとなる。

以上、本実施形態によれば、エジェクタ機構と、溶接時に発生するヒュームを収集する機構（以下、「ヒュームコレクタ機構」という）とを有する溶接装置において、吸引口２７に接続される吸引用ガス通過経路２３にアシストガスを流すというシンプルな構造によって、ノズル２１の内部ガスを吸引口２７から吸引してノズル２１の内部空間２１ｅの圧力を減少させることができる。特に、アシストガスを吸引用ガス通過経路２３に供給する機構は、従来の排気ポンプ、コンプレッサ等のような排気機構と比較してシンプルかつ小型化可能であるので、エジェクタ機構に加えてヒュームコレクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。ひいては、エジェクタ機構に加えてヒュームコレクタ機構を有する溶接装置の製造コストを低減することができる。

本実施形態によれば、吸引用ガス通過経路２３がノズル２１の周壁２２の内部に位置している。そのため、エジェクタ機構をノズル２１内に集約することができるので、エジェクタ機構に加えてヒュームコレクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。なお、付随的効果として、ノズル２１の周壁２２の内部にアシストガスが流れるので、ノズル２１を効率的に冷却することができる。

本実施形態によれば、ノズル２１の周壁２２の内部に、ガスを通過可能とするように構成されたシールド用ガス通過経路２４がさらに設けられ、シールド用ガス通過経路２４は、吸引用ガス通過経路２３に対してノズル２１の周方向に間隔を空けて位置しており、シールド用ガス通過経路２４が、ノズル２１の先端部２１ｃにおける開口２１ｄの周縁領域に位置するシールド用流出口３２と、シールド用流出口３２に対してガス流上流に位置するシールド用流入口３１とを有し、吸引用ガス通過経路２３の吸引用流出口２８が、ガスを通過可能とするように構成された吸引経路２９に接続されており、シールド用流入口３１からシールド用ガス通過経路２４を通ってシールド用流出口３２に向かって流されたアシストガスが、シールド用流出口３２からノズル２１の外部に放出されように構成され、吸引用流出口２８を通過したガスが、吸引経路２９に送られて収集されるように構成されている。そのため、溶接時にノズル２１の先端部２１ｃをワークピースＷに向けた状態で、シールド用流出口３２からアシストガスを放出して、ノズル２１の先端部２１ｃとワークピースＷとの間における隙間にシールドを形成することができる。その結果、ノズル２１の内部空間２１ｅがノズル２１の外部に対して効率的に遮断されて、ノズル２１の内部空間２１ｅの圧力を効率的に減少させることができる。また、溶接時に発生するヒュームが、吸引口２７から吸引された後に、吸引経路２９を通って収集されることとなる。よって、ノズル２１の内部空間２１ｅの圧力を効率的に減少可能とするエジェクタ機構に加えて、ヒュームコレクタ機構を有する溶接装置を、シンプルかつ小型化することができる。ひいては、エジェクタ機構に加えてヒュームコレクタ機構を有する溶接装置の製造コストをさらに低減することができる。

なお、本実施形態において、吸引用ガス通過経路２３におけるノズル２１の周方向の長さが、シールド用ガス通過経路２４におけるノズル２１の周方向の長さより短くなっている場合には、ノズル２１の先端部２１ｃにてシールド用流出口３２の占める範囲を大きくすることができる。その結果、ノズル２１の先端部２１ｃのより広い範囲からアシストガスを放出できて、より広い範囲にてノズル２１の先端部２１ｃとワークピースＷとの間における隙間にシールドを形成することができる。よって、ノズル２１の内部空間２１ｅがノズル２１の外部に対してさらに効率的に遮断されて、ノズル２１の内部空間２１ｅの圧力をさらに効率的に減少させることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る溶接装置について以下に説明する。図１０に示すように、溶接装置は、第１実施形態と同様に構成された溶接ヘッド１を備えている。溶接装置は、中空に形成されたノズル４１を備えている。さらに、溶接装置は、減圧作用をもたらすためのエジェクタユニット４２を備えている。

図１０及び図１１を参照してノズル４１の詳細を説明する。図１１に示すように、ノズル４１は、第１実施形態と同様に構成された基端部４１ａ、基端部開口４１ｂ、先端部４１ｃ、先端部開口４１ｄ、及び内部空間４１ｅを有している。図１０及び図１１に示すように、ノズル４１の基端部４１ａは溶接ヘッド１に取付けられている。ノズル４１は、内部空間４１ｅを画定する周壁４３を有している。図１１に示すように、この周壁４３は、第１実施形態と同様に構成された内面４３ａ及び外面４３ｂを有している。また、ノズル４１には、周壁４３を貫通する吸引口４４が形成されている。

図１１を参照してエジェクタユニット４２の詳細を説明する。図１１に示すように、エジェクタユニット４２は、縦断面視で略Ｔ字形状に形成されている。このようなエジェクタユニット４２は、ノズル４１の周壁４３の外面４３ｂに取付けられる一方端部を有する取付部４２ａと、取付部４２ａにおける一方端部に対向する他方端部と交差するように延びる本体部４２ｂとを有している。エジェクタユニット４２の取付部４２ａの内部には、ガスを通過可能とするように構成された接続経路４５が形成されている。エジェクタユニット４２の本体部４２ｂの内部には、ガスを通過可能とするように構成された吸引用ガス通過経路４６が形成されている。

図１１に示すように、接続経路４５の一方端部は、ノズル４１の吸引口４４と接続している。接続経路４５における一方端部に対向する他方端部は、吸引用ガス通過経路４６の長手方向中間部分に接続されている。吸引用ガス通過経路４６は、その一方端部に位置する吸引用流入口４７と、吸引用ガス通過経路４６における一方端部に対向する他方端部に位置する吸引用流出口４８とを有している。このような吸引用流入口４７及び吸引用流出口４８のそれぞれは、接続経路４５に接続された吸引口４４に対してガス流上流寄り及び下流寄りに位置することとなる。吸引用ガス通過経路４６は、ノズル４１の内部ガスを吸引口４４から吸引するために、接続経路４５と接続する吸引用ガス通過経路４６の吸引口接続部４６ａの圧力を減少可能とするように構成されている。なお、このような吸引用ガス通過経路４６は、第１実施形態の吸引用ガス通過経路４と同様の形状を有していてもよい。

本実施形態において、減圧作用をもたらすための方法について説明する。図１１に示すように、溶接装置を、そのノズル４１の先端部４１ｃと溶接対象のワークピースＷとの間に隙間を形成するように配置した状態で、アシストガスを、エジェクタユニット４２の吸引用流入口４７に供給する。供給されたアシストガスが、エジェクタユニット４２の吸引用ガス通過経路４６を通過する際に、ノズル４１の内部ガスが吸引口４４から吸引されることとなる。さらに、吸引用ガス通過経路４６の吸引口接続部４６ａを通過したアシストガス及び内部ガスは、エジェクタユニット４２の吸引用流出口４８からエジェクタユニット４２の外部に放出されることとなる。

このような方法によってノズル４１の内部空間４１ｅの圧力を減少させた低真空状態で、溶接ヘッド１からレーザビームＬが発せられ、このレーザビームＬが低真空状態の内部空間４１ｅを通過した後にワークピースＷに照射されて、ワークピースＷが溶接されることとなる。

以上、本実施形態によれば、エジェクタ機構を有する溶接装置において、吸引口４４に接続される吸引用ガス通過経路４６にアシストガスを流すというシンプルな構造によって、ノズル４１の内部ガスを吸引口４４から吸引してノズル４１の内部空間４１ｅの圧力を減少させることができる。特に、アシストガスを吸引用ガス通過経路４６に供給する機構は、従来の排気ポンプ、コンプレッサ等のような排気機構と比較してシンプルかつ小型化可能であるので、エジェクタ機構を有する溶接装置をシンプルかつ小型化することができる。ひいては、エジェクタ機構を有する溶接装置の製造コストを低減することができる。

本実施形態によれば、溶接装置が、ノズル４１の周壁４３の外面４３ｂに取付けられるエジェクタユニット４２を備えており、吸引口４４がノズル４１の周壁４３を貫通しており、吸引用ガス通過経路４６がエジェクタユニット４２の本体部４２ｂの内部に位置している。そのため、ノズル４１の内部空間４１ｅの圧力を減少させるために、吸引用ガス通過経路４６を有するエジェクタユニット４２をノズル４１に取付ければよいので、エジェクタ機構を有する溶接装置の構造をシンプルにすることができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係る溶接装置について以下に説明する。図１２に示すように、本実施形態に係る溶接装置は、第１実施形態に係る溶接装置の構成に加えて、シールド部材６１を備えている。なお、図１２にて、シールド部材６１は、ワークピースＷに押し付けられることによって変形した状態で示されているが、以下においては、図１２を参照しながら、変形していない状態のシールド部材６１について説明する。

シールド部材６１は弾性部材として構成されている。一例として、シールド部材６１はゴム等を用いて作製されているとよい。シールド部材６１は、ノズル２の先端部２ｃにおける周壁３の内面３ａに沿って筒形状に形成されている。詳細には、シールド部材６１は、シールド部材６１の基端部６１ａからその先端部６１ｂに向かって広がるようにスカート形状に形成されている。シールド部材６１の基端部６１ａは、ノズル２の先端部２ｃにおける周壁３の内面３ａに取付けられている。シールド部材６１の先端部６１ｂは、ノズル２の先端部開口２ｄからノズル２の外部に突出している。このようなシールド部材６１をワークピースＷに押し付けた状態で、溶接が実施されることとなる。また、シールド部材６１は、弾性部材として構成されているので、溶接時における溶接ヘッド１の移動に追従可能となっている。

以上、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、溶接時に、シールド部材６１をワークピースＷに押し付けることによって、ノズル２の先端部２ｃとワークピースＷとの間に確実にシールドを形成することができる。その結果、ノズル２の内部空間２ｅがノズル２の外部に対して効率的に遮断されて、ノズル２の内部空間２ｅの圧力を効率的に減少させることができる。よって、ノズル２の内部空間２ｅの圧力を効率的に減少可能とするエジェクタ機構を有する溶接装置を、シンプルかつ小型化することができる。

ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、本発明の変形例として、第２実施形態及び第３実施形態の溶接装置が、第４実施形態と同様のシールド部材６１を備えていてもよい。

［実施例］
本発明の実施例について説明する。本実施例では、第１実施形態と同様の溶接装置において、ノズル２の内部ガスを吸引することによってノズル２の内部空間２ｅの圧力を減少させた状態とする。このような状態の内部空間２ｅの圧力を測定すると、その圧力は約−５０ｋＰａＧとなる。よって、本実施例の溶接装置においては、そのノズル２の内部空間２ｅの圧力が確実に減少可能であることが確認できる。

１ 溶接ヘッド
２，２１，４１ ノズル
２ａ，２１ａ，４１ａ 基端部
２ｂ，２１ｂ，４１ｂ 開口（基端部開口）
２ｃ，２１ｃ，４１ｃ 先端部
２ｄ，２１ｄ，４１ｄ 開口（先端部開口）
２ｅ，２１ｅ，４１ｅ 内部空間
３，２２，４３ 周壁
３ａ，２２ａ，４３ａ 内面
４，２３，４６ 吸引用ガス通過経路
６，２６，４７ 吸引用流入口
７，２７，４４ 吸引口
８，２８，４８ 吸引用流出口
２４ シールド用ガス通過経路
２９ 吸引経路
３１ シールド用流入口
３２ シールド用流出口
４２ エジェクタユニット
Ｌ レーザビーム
Ｗ ワークピース

Claims (5)

1. 溶接に用いられる熱を発するように構成された溶接ヘッドと、
   開口を形成した先端部及び基端部を有すると共に前記基端部を前記溶接ヘッドに取付けた中空のノズルと
   を備え、
   前記ノズルの内部空間の圧力を減少させた状態で、前記溶接ヘッドから発せられる熱を前記ノズルの基端部の開口から前記内部空間を通って前記先端部の開口に向けることができるように構成されている溶接装置であって、
   前記内部空間を画定する前記ノズルの周壁の内面が、前記ノズルの基端部から前記先端部に向かって広がるようにスカート形状に形成され、
   前記ノズルの周壁の内面に吸引口が形成され、
   前記吸引口が、ガスを通過可能とするように構成された吸引用ガス通過経路に接続され、
   前記吸引用ガス通過経路が、前記吸引口に対してガス流上流寄り及び下流寄りのそれぞれに位置する吸引用流入口及び吸引用流出口を有し、
   前記吸引用流入口から前記吸引用ガス通過経路を通って前記吸引用流出口に向かってガスを流すことによって、前記ノズルの内部空間のガスが前記吸引口から吸引されるように構成されている、溶接装置。
2. 前記吸引用ガス通過経路が前記ノズルの周壁の内部に位置している、請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記吸引用流出口が、前記ノズルの先端部における開口の周縁領域に位置している、請求項２に記載の溶接装置。
4. 前記ノズルの周壁の内部に、ガスを通過可能とするように構成されたシールド用ガス通過経路がさらに設けられ、
   前記シールド用ガス通過経路は、前記吸引用ガス通過経路に対して前記ノズルの周方向に間隔を空けて位置しており、
   前記シールド用ガス通過経路が、前記ノズルの先端部における開口の周縁領域に位置するシールド用流出口と、前記シールド用流出口に対してガス流上流に位置するシールド用流入口とを有し、
   前記吸引用ガス通過経路の吸引用流出口が、ガスを通過可能とするように構成された吸引経路に接続されており、
   前記シールド用流入口から前記シールド用ガス通過経路を通って前記シールド用流出口に向かって流されたガスが、前記シールド用流出口から前記ノズルの外部に放出されように構成され、
   その一方で、前記吸引用ガス通過経路の吸引用流出口を通過したガスが、前記吸引経路に送られて収集されるように構成されている、請求項２に記載の溶接装置。
5. 前記ノズルの周壁の外面に取付けられるエジェクタユニットをさらに備え、
   前記吸引口が前記ノズルの周壁を貫通しており、
   前記吸引用ガス通過経路が前記エジェクタユニットの内部に位置している、請求項１に記載の溶接装置。

Images