JP2015217423A

JP2015217423A - 複合溶接装置

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Publication number: JP2015217423A
Application number: JP2014103794A
Authority: JP
Inventors: 幸成望田; Yukinari Mochida
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: JP6308865B2

Abstract

【課題】気体の噴射による保護ガラスへのスパッタ付着防止と気体へのシールドガス巻き込み低減との両立を図ることができる複合溶接装置を提供すること。
【解決手段】一対の整流板４２は、気体の噴射方向上流側における端部から第１通過孔４１ａを超える位置まで延設される第１整流部４２ａが、その対向間隔が均一となるように気体の噴射方向に沿って形成されているので、ノズル装置４４から噴射された気体が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に、気体が側方へ拡散することを防止できる。また、一対の整流板４２は、第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側に形成される一対の第２整流部４２ｂの対向間隔が、気体の噴射方向上流側から下流側へ向かうにつれて幅広くなっているので、第１通過孔４１ａの上方を通過して一対の第２整流部４２ｂの間に進入する気体の流速を低下させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合溶接装置に関し、特に、気体の噴射による保護ガラスへのスパッタ付着防止と気体へのシールドガス巻き込み低減との両立を図ることができる複合溶接装置に関するものである。

レーザ溶接とガスシールドアーク溶接とを組み合わせて行う複合溶接装置が知られている。こうした複合溶接装置には、レーザ溶接に用いられるレーザ光を集光して溶接位置に照射する集光レンズを、溶接時に飛散するスパッタから保護するための保護ガラスに付着することを抑制するため、種々の対策が講じられている。

例えば、保護ガラスと溶接位置との間に高速エアー（気体）を噴射するエアーブロー装置（ノズル装置）を設け、エアーブロー装置により噴射される高速エアーによってスパッタを弾き飛ばすことで、スパッタの保護ガラスへの付着を防止する技術が知られている（特許文献１）。

特開２０００−２６３２７６号公報（図１（イ）など）

ここで、上述した従来の技術では、スパッタを吹き飛ばすために高速エアーを勢いよく吹き付けると、高速エアーにシールドガスが巻き込まれ、シールドガスによるアークと大気との遮断が阻害される。その一方、高速エアーの勢いを弱めた場合には、スパッタを吹き飛ばすことができず、保護ガラスへのスパッタの付着を十分に防止できない。このように、上述した従来の技術では、保護ガラスへのスパッタの付着防止と気体へのシールドガスの巻き込み防止との両立が困難であるという問題点があった。

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あり、気体の噴射による保護ガラスへのスパッタ付着防止と気体へのシールドガス巻き込み低減との両立を図ることができる複合溶接装置を提供することを目的としている。

問題を解決するための手段および発明の効果

請求項１記載の複合溶接装置によれば、スパッタ遮蔽部は、溶接時に発生するスパッタの大部分を遮蔽板より遮蔽すると共に、第１通過孔を通過したスパッタをノズル装置から噴射される気体により吹き飛ばすことで、保護ガラスにスパッタが付着することを防止できる。

また、遮蔽板の上面側には一対の整流板が第１通過孔を挟んだ位置に立設され、それら一対の整流板が気体の噴射方向に沿って延設されると共に、少なくとも第１通過孔よりも気体の噴射方向下流側に位置する一部分において、一対の整流板の対向間隔が気体の噴射方向上流側から下流側端部へ向けて幅広くなっている。これにより、第１通過孔の上方を通過し終えた気体の流速を低下させることができる。

よって、ノズル装置から気体を勢いよく噴射することで、第１通過孔を通過するスパッタを吹き飛ばしやすくしつつ、第１通過孔よりも気体の噴射方向下流側では、気体の流速を低下させることで、遮蔽板の上面側を通過し終えた気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを抑制できる。従って、第１通過孔を通過したスパッタに吹き付ける気体の流速を確保することによるスパッタの保護ガラスへの付着防止と、一対の整流板の間を通過し終えた気体の流速を低下させることによる気体へのシールドガス巻き込み低減との両立を図ることができるという効果がある。

請求項２記載の複合溶接装置によれば、請求項１記載の複合溶接装置の奏する効果に加え、ノズル装置による気体の噴射位置から少なくとも遮蔽板の第１通過孔を超える位置において、一対の整流板の対向間隔が均一に設定されているので、ノズル装置から噴射された気体の流速が第１通過孔の上方を通過するまでの間に低下することを抑制できる。よって、第１通過孔を通過したスパッタに気体を勢いよく吹き付けることができるので、スパッタを吹き飛ばしやすくすることができるという効果がある。

請求項３記載の複合溶接装置によれば、請求項１又は２に記載の複合溶接装置の奏する効果に加え、第１通過孔に対応する位置に形成されると共にレーザ光が通過可能な第２通過孔を有する蓋板が、一対の整流板に架設されることで遮蔽板に対向して配設されると共に、ノズル装置による気体の噴射位置から少なくとも遮蔽板の第１通過孔よりも気体の噴射方向下流側まで延設されているので、少なくともノズル装置から噴射した気体が第１通過孔および第２通過孔の間を通過するまでの間において、気体が上方へ拡散することを抑制できる。これにより、第１通過孔を通過したスパッタに吹き付ける気体の流速の低下を抑制できるので、スパッタを吹き飛ばしやすくすることができるという効果がある。

請求項４記載の複合溶接装置によれば、請求項３記載の複合溶接装置の奏する効果に加え、遮蔽板の第１通過孔から気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法が、蓋板の第２通過孔から気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法よりも大きく設定されているので、蓋板と遮蔽板との間を通過し終えた気体を上方へ拡散させることができる。即ち、遮蔽板の上方を通過し終えた気体に遮蔽板の下面側の大気が巻き込まれることを抑制できるので、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できるという効果がある。

請求項５記載の複合溶接装置によれば、請求項４記載の複合溶接装置の奏する効果に加え、一対の整流板の第２通過孔から気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法が、蓋板の第２通過孔から気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法よりも大きく設定されているので、蓋板と遮蔽板との間を通過し終えた気体を上方へ拡散させることができる。よって、遮蔽板の上面側を通過し終えた気体に遮蔽板の下面側の大気が巻き込まれることを抑制できるので、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できるという効果がある。

請求項６記載の複合溶接装置によれば、請求項５記載の複合溶接装置の奏する効果に加え、一対の整流板のうち蓋板よりも気体の噴射方向下流側に位置する部分の遮蔽板からの高さ寸法が、蓋板と遮蔽板との対向間隔よりも大きく設定されているので、蓋板と遮蔽板との間を通過し終えた気体を上方へ拡散させる際に、その気体が整流板を越えて側方へ拡散することを抑制できる。よって、遮蔽板の下面側の大気が遮蔽板の上面側を通過し終えた気体に巻き込まれることを抑制できるので、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できるという効果がある。

請求項７記載の複合溶接装置によれば、請求項１から６のいずれかに記載の複合溶接装置の奏する効果に加え、遮蔽板のうち第１通過孔よりも気体の噴射方向下流側であって少なくとも一対の整流板の間に位置する部分には、気体の噴射方向下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜する傾斜底部を備えているので、遮蔽板の上面側を通過し終えた気体を傾斜底部に沿って上方へ案内することができる。これにより、遮蔽板の上面側を通過し終えた気体に遮蔽板の下面側の大気が巻き込まれることを抑制でき、その結果、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できるという効果がある。

本発明の第１実施の形態における複合溶接装置の要部を表した模式図である。スパッタ遮蔽部の上面図である。（ａ）は、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線におけるスパッタ遮蔽部の断面図であり、（ｂ）は、図２のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線におけるスパッタ遮蔽部の断面図である。第２実施の形態における複合溶接装置の要部を表した模式図である。（ａ）は、第３実施の形態におけるスパッタ遮蔽部の上面図であり、（ｂ）は、第４実施の形態におけるスパッタ遮蔽部の上面図である。第５実施の形態における複合溶接装置の要部を表した模式図である。スパッタ遮蔽部の上面図である。第６実施の形態における複合溶接装置のスパッタ遮蔽部の上面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の第１実施の形態における複合溶接装置１００の概略構成について説明する。図１は、本発明の第１実施の形態における複合溶接装置１００の要部を模式的に表した模式図である。

図１に示すように、複合溶接装置１００は、レーザ溶接とガスシールドアーク溶接とを組み合わせた、いわゆるレーザ・アークハイブリッド溶接装置であり、母材ｗが配設される溶接位置の上方に配設されるレーザ照射部２０と、そのレーザ照射部２０よりも下方であって溶接位置の上方に配設されるトーチ部３０と、そのトーチ部３０及び溶接位置よりも上方であってレーザ照射部２０の下方に配設されるスパッタ遮蔽部４０とを主に備えている。

レーザ照射部２０は、溶接位置に配設された母材ｗに対しレーザ溶接を行うものであり、レーザ光Ｌを発生させるレーザ発信器（図示せず）と、そのレーザ発信器から発生したレーザ光Ｌを集光して母材ｗに照射する集光レンズ２１と、その集光レンズ２１を保護する保護ガラス２２とを備えている。

保護ガラス２２は、溶接位置に配設された母材ｗに対する溶接加工時に発生するスパッタが集光レンズ２１に付着することを防止するための部材であり、集光レンズ２１と溶接位置との間に配設されると共に集光レンズ２１により集光されたレーザＬが透過可能に構成されている。

トーチ部３０は、母材ｗに対しガスシールドアーク溶接を行うものであり、母材ｗとの間にアークを発生させるアーク発生手段（図示せず）と、そのアーク発生手段から発生するアークを大気から遮蔽するためのシールドガスを母材ｗへ向けて噴射するシールドガス噴射手段（図示せず）とを備えている。

なお、本実施の形態における複合溶接装置１００では、集光レンズ２１に集光されたレーザ光Ｌが鉛直方向（図１上下方向）に沿って照射され、そのレーザＬが照射される方向に対して３０度傾斜した方向からシールドガスが母材ｗへ向けて噴射されている。

スパッタ遮蔽部４０は、スパッタが保護ガラス２２に付着することを防止するためのものである。

次に、図２及び図３を参照して、スパッタ遮蔽部４０の詳細構成について説明する。図２は、スパッタ遮蔽部４０の上面図である。図３（ａ）は、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線におけるスパッタ遮蔽部４０の断面図であり、図３（ｂ）は、図２のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線におけるスパッタ遮蔽部４０の断面図である。なお、図２及び図３（ｂ）では、ノズル装置４４から噴射された気体の流れを矢印で模式的に図示している。

図２に示すように、スパッタ遮蔽部４０は、板状の遮蔽板４１と、その遮蔽板４１の上面側（図２紙面手前側）に立設される一対の整流板４２と、それら一対の整流板４２に架設される蓋板４３と、それら遮蔽板４１、一対の整流板４２及び蓋板４３により包囲された空間内へ向けて気体を噴射するノズル装置４４とを主に備えている。

遮蔽板４１は、レーザ光Ｌの通過を許容しつつ保護ガラス２２（図１参照）へ向けて飛散するスパッタを遮蔽するための部位である。遮蔽板４１は、レーザ光Ｌが通過可能に貫通形成される第１通過孔４１ａを備え、レーザ光Ｌが照射される位置と対応する位置に第１通過孔４１ａを配置した状態で、遮蔽板４１がレーザ光Ｌの照射方向（図２紙面垂直方向）に直交する方向に沿って配設されている。

また、遮蔽板４１のうち気体の噴射方向に直交する方向に位置する側端部分（図２上下方向における端部）には、遮蔽板４１の上面側（図２紙面手前側）へ向けて上昇傾斜する傾斜側端部４１ｂが形成されている。

一対の整流板４２は、ノズル装置４４から噴射された気体を案内する部位であり、気体の噴射方向（図２左右方向）に沿って延設されている。

一対の整流板４２は、その延設方向一側（気体の噴射方向上流側、図２右側）に形成される一対の第１整流部４２ａと、その第１整流部４２ａの延設方向他側（気体の噴射方向下流側、図２左側）の端部に延設方向一側の端部が連設される一対の第２整流部４２ｂと、その第２整流部４２ｂの延設方向他側の端部に延設方向一側の端部が連設される第３整流部４２ｃとを備えている。

第１整流部４２ａは、矩形板状に形成され、第１通過孔４１ａを挟んだ両側に一対の整流部４２ａが立設されている。一対の第１整流部４２ａは、その対向間隔が均一となるように気体の噴射方向に沿って延設されている。

第１整流部４２ａは、その延設方向一側の端部が気体の噴射方向上流側における遮蔽板４１の端部に位置し、第１整流部４２ａの延設方向他側の端部が第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側に位置している。また、第１整流部４２ａは、その延設方向において遮蔽板４１からの高さ寸法が一定となっている。

第２整流部４２ｂは、矩形板状に形成されている。一対の第２整流部４２ｂは、それら一対の第２整流部４２ｂの対向間隔が気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて徐々に幅広くなるように配設されている。また、第２整流部４２ｂは、遮蔽板４１からの高さ寸法が気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。

第３整流部４２ｃは、矩形板状に形成されている。一対の第３整流部４２ｃは、その対向間隔が均一となるように気体の噴射方向に沿って延設され、各第３整流部４２ｃの延設方向他側の端部が気体の噴射方向下流側における遮蔽板４１の端部に位置している。また、第３整流部４２ｃは、その延設方向において遮蔽板４１からの高さ寸法が一定となっている。

このように、一対の整流板４２は、気体の噴射方向上流側における遮蔽板４１の端部から第１通過孔４１ａを超える位置までは、対向間隔が均一となるように第１整流部４２ａが気体の噴射方向に沿って形成され、第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側では、一対の第１整流部４２ａよりも対向間隔が幅広くなるように一対の第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃが形成されている。

また、一対の整流板４２は、第１整流部４２ａが、延設方向において遮蔽板４１からの高さ寸法が一定に設定されると共に、その第１整流部４２ａの遮蔽板４１ａからの高さ寸法よりも第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法が大きくなるように設定されている。

なお、遮蔽板４１のうち第３整流部４２ｃの間に位置する部分には、気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜する傾斜底部４５が形成されている。

蓋板４３は、レーザ光Ｌの通過を許容しつつノズル装置４４から噴射された気体が上方へ拡散することを抑制する部位であり、遮蔽板４１に対向して配設されている。また、蓋板４３には、遮蔽板４１の第１通過孔４１ａと対応する位置に、レーザ光Ｌが通過可能な第２通過孔４３ａが貫通形成されている。

なお、レーザ光Ｌの照射方向（図２紙面垂直方向）から視た第１通過孔４１ａの開口面積が第２通過孔４３ａの開口面積よりも小さく設定されている。遮蔽板４１に形成される第１通過孔４１ａの開口面積を小さくすることで、第１通過孔４１ａを通過するスパッタを少なくすることができる。

ここで、スパッタ遮蔽部４０は、遮蔽板４１の第１通過孔４１ａから気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法が、蓋板４３の第２通過孔４３ａから気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法よりも大きく設定され、蓋板４３が、一対の整流板４２のうち第１整流部４２ａのみに対して架設されている。これにより、一対の整流板４２の間に形成される空間のうち、一対の第１整流部４２ａの間に形成される空間は上方が蓋板４３により閉塞されるのに対し、第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの間に形成される空間は上方が開放されている。

また、蓋板４３が一対の整流板４２のうち第１整流部４２ａにのみ架設されることで、第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法が、蓋板４３と遮蔽板４１との対向間隔よりも大きくなっている。

図３（ａ）に示すように、ノズル装置４４は、第１通過孔４１ａを通過したスパッタを吹き飛ばすための気体を噴射する装置である。ノズル装置４４には、気体が噴射される噴出口４４ａが形成され、その噴出口４４ａから噴射される気体が第１通過孔４１ａと第２通過孔４３ａとの間を通過するようにノズル装置４４が配置されている。

なお、噴出口４４ａの幅寸法（図３（ａ）左右寸法）は、第１通過孔４１ａの内径よりも大きく、かつ、第２通過孔４３ａの内径よりも小さい寸法に設定されている。これにより、第１通過孔４１ａを通過したスパッタに気体を確実に吹き付けることができると共に、噴出口４４ａの開口面積の大型化を抑制することで、気体を噴射するためのエネルギーを抑制しつつ気体を噴出口４４ａから勢いよく噴射することができる。

図３（ｂ）に示すように、溶接加工時において、保護ガラス２２（図１参照）へ向けて飛散するスパッタの大部分は、遮蔽板４１に遮蔽される。しかしながら、遮蔽板４１には、レーザ光Ｌを通過させるための第１通過孔４１ａが形成されているので、スパッタの一部は第１通過孔４１ａを通過する。

これに対し、ノズル装置４４から第１通過孔４１ａの上方へ向けて気体を噴射する。このノズル装置４４から噴射する気体によって第１通過孔４１ａを通過したスパッタを吹き飛ばすことで、スパッタが保護ガラス２２に付着することを回避できる。

ここで、ノズル装置４４から噴射される気体の勢いを強くすることで、スパッタを確実に吹き飛ばすことができる一方、勢いよく噴射された気体が拡散すると、遮蔽板４１の下面側の大気が気体に巻き込まれ、母材ｗ（図１参照）へ向けて噴射されるシールドガスも気体に巻き込まれる。この場合、シールドガスによるアークと大気との遮断が不安定となり、却ってスパッタの飛散量を増加させる要因となる。

一方、ノズル装置４４から噴射される気体の勢いを弱めると、スパッタを十分に吹き飛ばすことができず、保護ガラス２２へのスパッタの付着が多くなる。

これに対し、スパッタ遮蔽部４０は、遮蔽板４１、一対の整流板４２及び蓋板４３により包囲された空間内に向けて気体を噴射する。

一対の整流板４２は、気体の噴射方向上流側における端部から第１通過孔４１ａを超える位置まで延設される第１整流部４２ａが、その対向間隔が均一となるように気体の噴射方向に沿って形成されているので、ノズル装置４４から噴射された気体の流速が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に低下することを抑制できる。よって、第１通過孔４１ａを通過したスパッタに気体を勢いよく吹き付けることができるので、スパッタを吹き飛ばしやすくすることができる。さらに、ノズル装置４４から噴射された気体が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に、気体が側方（図３（ｂ）紙面手前方向）へ拡散することを防止できる。

また、一対の整流板４２は、第１整流部４２ａに蓋板４３が架設されることで遮蔽板４１に対向して配設され、一対の第１整流部４２ａの間に形成される空間の上方が蓋板４３により閉塞されているので、ノズル装置４４から噴射された気体が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に、気体が上方（図３（ｂ）上方）へ拡散することを防止できる。

このように、遮蔽板４１、一対の整流板４２及び蓋板４３により包囲された空間内に向けて気体を噴射することで、ノズル装置４４から噴射された気体が上方や側方へ拡散することを防止できる。これにより、ノズル装置４４から噴射された気体の流速が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に低下することを抑制できるので、第１通過孔４１ａを通過したスパッタに対して気体を勢いよく吹き付けることができると共に、第１通過孔４１ａの上面側に気体を確実に通過させることで第１通過孔４１ａを通過したスパッタを確実に吹き飛ばすことができる。

また、一対の整流板４２は、第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側に形成される一対の第２整流部４２ｂの対向間隔が、気体の噴射方向上流側から下流側へ向かうにつれて幅広くなっている。これにより、第１通過孔４１ａの上方を通過して一対の第２整流部４２ｂの間に進入する気体を側方へ拡散することができるので、気体の流速を低下させることができる。

また、一対の第２整流部４２ｂは、その対向間隔が気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて徐々に幅広くなっているので、一対の第２整流部４２ｂが気体の噴射方向下流側における第１整流部４２ａの端部に垂直に連設され、互いに離間する方向へ向けて延設されている場合と比べて、気体を拡散しやすくすることができ、その結果、気体の流速を低下させやすくすることができる。

さらに、スパッタ遮蔽部４０は、一対の整流板４２のうち、一対の第１整流部４２ａには蓋板４３が架設され、一対の第１整流部４２ａの間に形成された空間の上方は蓋板４３により閉塞されているのに対し、一対の第２整流部４２ｂ及び一対の第３整流部４２ｃには蓋板４３が架設されておらず、一対の第２整流部４２ｂ及び一対の第３整流部４２ｃの間に形成された空間の上方は開放されている。よって、一対の第２整流部４２ｂ及び一対の第３整流部４２ｃの間に進入した気体を上方へ拡散させやすくすることができる。

これに加え、スパッタ遮蔽部４０は、第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法が、蓋板４３と遮蔽板４１との対向間隔よりも大きく設定され、第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの上端が蓋板４３よりも上方（図３（ｂ）上側）へ突出している。

これにより、第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃに進入した気体を上方へ拡散させる際に、その気体が第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃを越えて側方（図３（ｂ）紙面垂直方向）へ拡散することを抑制できる。

さらに、遮蔽板４１のうち第３整流部４２ｃの間に位置する部分には、気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜する傾斜底部４５が形成されているので、第３整流部４２ｃの間を通過した気体を傾斜底部４５により上方へ案内できる。

また、一対の第３整流部４２ｃは、その対向間隔が均一に設定されているので、側方へ流れようとする気体を上方へ案内しやすくすることができる。

さらに、遮蔽板４１の側端部には、傾斜側端部４１ｂが形成されているので、遮蔽板４１の側方へ拡散した気体を上方へ案内できる。

このように、第１通過孔４１ａの上方を通過し、一対の第２整流部４２ｂ及び一対の第３整流部４２ｃの間に進入した気体を上方へ拡散させやすくすることで、ノズル装置４４から気体を勢いよく噴射したとしても、遮蔽板４１の下面側の大気が遮蔽板４１の上面側を通過し終えた気体の流れに巻き込まれることを抑制できるので、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できる。

このように、ノズル装置４４から気体を勢いよく噴射すると共に、第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間における気体の流速低下を抑制することで、スパッタに対して気体を勢いよく噴射して第１通過孔４１ａを通過するスパッタを吹き飛ばしやすくすることができる。さらに、第１通過孔４１ａを通過した後の気体の流速を低下させることで、遮蔽板４１の上面側を通過し終えた気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できる。

よって、第１通過孔４１ａを通過したスパッタに対して吹き付ける気体の流速を確保することによるスパッタの保護ガラス２２（図１参照）への付着防止と、一対の整流板４２の間を通過し終えた気体の流速を低下させることによる気体へのシールドガス巻き込み低減との両立を図ることができる。

次に、図４を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態における複合溶接装置１００では、集光レンズ２１に集光されたレーザ光Ｌが鉛直方向に沿って照射される場合について説明したが、第２実施の形態における複合溶接装置２００では、トーチ部３０から噴射されるシールドガスを鉛直方向に沿って噴射している。図４は、第２実施の形態における複合溶接装置２００の要部を模式的に表した模式図である。なお、第１実施の形態と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図４に示すように、複合溶接装置２００では、トーチ部３０から噴射されるシールドガスを鉛直方向に沿って噴射し、集光レンズ２１に集光されたレーザ光がシールドガスの噴射方向に対して３０度傾斜した方向から照射されている。

これにより、レーザ光Ｌを鉛直方向に沿って照射する場合と比べて、飛散して遮蔽板４１の第１通過孔４１ａを通過するスパッタの量を少なくすることができるので、保護ガラス２２へのスパッタの付着を防止しやすくすることができる。

次に、図５（ａ）を参照して、第３実施の形態について説明する。第１実施の形態では、一対の第１整流部４２ａと一対の第２整流部４２ｂと一対の第３整流部４２ｃとを備える一対の整流板４２のうち、一対の第２整流部４２ｂのみが気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて対向間隔が幅広くなるように設定されていたが、第３実施の形態では、一対の整流板３４２が、延設方向全体に亘って噴射方向上流側から下流側へ向けて対向間隔が幅広くなるように設定されている。図５（ａ）は、第３実施の形態におけるスパッタ遮蔽部３４０の上面図であり、ノズル装置４４から噴射される気体の流れを矢印で模式的に図示している。なお、上記した各実施の形態と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、スパッタ遮蔽部３４０は、第１通過孔４１ａを有する遮蔽板４１と、その遮蔽板４１の第１通過孔４１ａを挟んだ両側に立設される一対の整流板３４２と、それら一対の整流板３４２に架設される蓋板３４３と、ノズル装置４４とを備えている。

整流板３４２は、ノズル装置４４から噴射される気体の噴射方向に沿って延設されると共に、一対の整流板３４２の対向間隔が気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて徐々に幅広くなっている。また、遮蔽板４１のうち一対の整流板３４２の間であって第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側に位置する部分には、気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜する傾斜底部３４５が形成されている。

これにより、ノズル装置４４から気体を勢いよく噴射したとしても、遮蔽板４１の下面側の大気が遮蔽板４１の上面側を通過し終えた気体の流れに巻き込まれることを抑制できるので、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できる。

次に、図５（ｂ）を参照して、第４実施の形態について説明する。第１実施の形態では、一対の第１整流部４２ａと一対の第２整流部４２ｂと一対の第３整流部４２ｃとを備える一対の整流板４２のうち、一対の第２整流部４２ｂのみが気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて対向間隔が幅広くなるように設定されていたが、第４実施の形態では、一対の整流板４４２のうち第３整流部４４２ｃのみが噴射方向上流側から下流側へ向けて対向間隔が幅広くなるように設定されている。図５（ｂ）は、第４実施の形態におけるスパッタ遮蔽部４４０の上面図であり、ノズル装置４４から噴射される気体の流れを矢印で模式的に図示している。なお、上記した各実施の形態と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図５（ｂ）に示すように、スパッタ遮蔽部４４０は、第１通過孔４１ａを有する遮蔽板４１と、その遮蔽板４１の第１通過孔４１ａを挟んだ両側に立設される一対の整流板４４２と、蓋板４３と、ノズル装置４４とを備えている。

一対の整流板４４２は、一対の第１整流部４２ａと、その第１整流部４２ａの延設方向他側（気体の噴射方向下流側、図５（ｂ）左側）の端部に延設方向一側の端部が連設される一対の第２整流部４４２ｂと、その第２整流部４４２ｂの延設方向他側の端部に延設方向一側の端部が連設される第３整流部４４２ｃとを備えている。

第２整流部４４２ｂは、矩形板状に形成され、一対の第２整流部４４２ｂの対向間隔が均一となるように気体の噴射方向に沿って設定されている。

第３整流部４４２ｃは、湾曲した板状に形成されると共に、一対の第３整流部４４２ｃの対向間隔が気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて互いに離間するように配設されている。また、遮蔽板４１のうち一対の第３整流部４４２ｃの間に位置する部分には、気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜する傾斜底部４４５が形成されている。

スパッタ遮蔽部４４０は、気体が一対の第１整流部４２ａの間および一対の第２整流部４４２ｂの間を通過するまでの間において、気体の流速が低下することを抑制できるので、第１通過孔４１ａを通過したスパッタに対して気体を勢いよく吹き付けることができる。一方、一対の第３整流部４４２ｃの間に進入した気体を上方または側方（図５（ｂ）紙面垂直方向または上下方向）へ拡散しやすくすることができるので、気体の流速を効率よく低下させることができる。

次に、図６及び図７を参照して、第５実施の形態について説明する。第１実施の形態では、ノズル装置４４から噴射された気体が一対の整流板４２、蓋板４３及び傾斜底部４５に案内される場合について説明したが、第５実施の形態では、ノズル装置４４から噴射された気体が整流部５４２及び排出部５４５に案内される。図６は、第５実施の形態における複合溶接装置５００の要部を模式的に表した模式図であり、排出部５４５から排出された気体の流れを矢印で模式的に図示している。図７は、スパッタ遮蔽部５４０の上面図である。なお、上記した各実施の形態と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図６及び図７に示すように、スパッタ遮蔽部５４０は、遮蔽板４１と、その遮蔽板４１の上面側に配設される整流部５４２と、その整流部５４２に連設される排出部５４５と、ノズル装置４４とを主に備えて構成されている。

整流部５４２は、ノズル装置４４から噴射された気体を案内するための部位であり、円筒状に形成されている。整流部５４２は、第１通過孔４１ａの上方に配置され、遮蔽板４１に立設された板状のリブ５４２ａによって遮蔽板４１に支持されている。また、整流部５４２には、第１通過孔４１ａと対応する位置にレーザ光Ｌが通過可能な２つの貫通孔５４２ｂが貫通形成されている。なお、貫通孔５４２ｂは、その開口面積が第１通過孔４１ａの開口面積よりも大きくなるように形成されている。

整流部５４２は、その一端側（図７右側）をノズル装置４４の噴出口４４ａ（図３参照）に対向させた状態で配置されている。これにより、噴出口４４ａから噴射される気体が整流部５４２の内部に吹き付けられるので、第１通過孔４１ａ及び貫通孔５４２ｂを通過して整流部５４２の内部へ進入したスパッタを気体によって吹き飛ばすことができ、その結果、スパッタが保護ガラス２２に付着することを防止できる。

排出部５４５は、蛇腹状に構成された蛇腹部５４５ａを有する円筒状に形成されており、排出部５４５の一端側が整流部５４２の他端側（図７右側）に連通されると共に、排出部５４５の他端側（図７左側）が上方へ向けられた状態で開口している。よって、整流部５４２を通過し終えて排出部５４５へ流入した気体は、排出部５４５の他端側から上方へ向けて排出される。

従って、複合溶接装置５００は、整流部５４２に進入したスパッタをノズル装置４４から勢いよく噴射した気体によって確実に吹き飛ばしつつ、整流部５４２を通過し終えた気体にシールドガスが巻き込まれることを防止でき、スパッタの保護ガラス２２への付着防止と気体へのシールドガスの巻き込み防止との両立を図ることができる。

また、排出部５４５には蛇腹部５４５ａが形成されているので、排出部５４５を変形させて開口する排出部５４５の他端部の向きを変更することができる。これにより、複合溶接装置５００を設置するために必要とされるスペースを小さくすることができる。

ここで、排出部５４５の軸心に沿った寸法は、排出部５４５の外径の５倍以下の寸法に設定することが望ましい。即ち、排出部５４５の軸心に沿った寸法が排出部５４５の外径の５倍よりも大きい寸法である場合には、気体が排出部５４５の他端側まで到達せずに逆流し、その結果、貫通孔５４２ｂから排出部５４５の外部へ流出し、その流出した気体にシールドガスが巻き込まれる。

これに対し、排出部５４５の軸心に沿った寸法を小さくすることで、気体を確実に上方へ向けて排出することができるので、シールドガスが気体に巻き込まれることを防止できる。

次に、図８を参照して、第６実施の形態について説明する。第１実施の形態では、ノズル装置４４から噴射された気体が一対の整流板４２、蓋板４３及び傾斜底部４５に案内される場合について説明したが、第６実施の形態では、ノズル装置４４から噴射された気体が一対の整流板６４２及び排出部５４５に案内される。図８は、第６実施の形態におけるスパッタ遮蔽部６４０の上面図である。なお、上記した各実施の形態と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図８に示すように、スパッタ遮蔽部６４０は、遮蔽板４１と、その遮蔽板４１の上面側（図８紙面手前側）に立設される一対の整流板６４２と、それら一対の整流板６４２に架設される蓋板４３と、それら一対の整流板６４２及び蓋板４３に連結される排出部５４５と、ノズル装置４４とを主に備えている。

一対の整流板６４２は、矩形板状に形成され、第１通過孔４１ａを挟んだ両側に立設され、一対の第１整流板４２ａは、その対向間隔が均一となるように気体の噴射方向に沿って延設されているので、ノズル装置４４から噴射された気体を第１通過孔４１ａの上方を通過するように案内しつつ、気体が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に、気体が側方（図８上下方向）へ拡散することを防止できる。

また、一対の整流板６４２の間に形成される空間の上方が蓋板４３により閉塞されているので、ノズル装置４４から噴射された気体が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に、気体が上方（図８紙面手前方向）へ拡散することを防止できる。

このように、遮蔽板４１、一対の整流板６４２及び蓋板４３により包囲された空間内に向けて気体を噴射することで、ノズル装置４４から噴射された気体が上方や側方へ拡散することを防止できる。これにより、ノズル装置４４から噴射された気体の流速が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に低下することを抑制できるので、第１通過孔４１ａを通過したスパッタに気体を勢いよく吹き付けることができると共に、第１通過孔４１ａの上面側に気体を確実に通過させることで第１通過孔４１ａを通過したスパッタを確実に吹き飛ばすことができる。

なお、一対の整流板６４２及び蓋板４３と排出部５４５とが筒状のジョイント部６４６に介して連結されている。ジョイント部６４６は、その一端側が遮蔽板４１、一対の整流板６４２及び蓋部４３により形成された開口部分に対して嵌合可能な断面略矩形状に形成されると共に、ジョイント部６４６の他端側が排出部５４５の一端側に嵌合可能な断面略円形状に形成されている。

一対の整流板６４２及び蓋板４３に排出部５４５が連結され、遮蔽板４１、一対の整流板６４２及び蓋板４３により包囲された内部空間と排出部５４５とが連通されているので、一対の整流板６４２の間を通過し終えた気体は、排出部５４５へ流入し、その流入した気体が排出部５４５の他端側から上方へ向けて排出される。

これにより、ノズル装置４４から勢いよく噴射した気体によって、第１通過孔４１ａを通過したスパッタを確実に吹き飛ばしつつ、一対の整流板６４２を通過し終えた気体にシールドガスが巻き込まれることを防止できるので、スパッタの保護ガラス２２（図６参照）への付着防止と気体へのシールドガスの巻き込み防止との両立を図ることができる。

以上、各実施の形態に基づき、本発明を実施したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記各実施の形態では、遮蔽板４１がレーザＬの照射方向に直交する方向へ沿って配設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、遮蔽板４１が少なくともレーザＬの照射方向に交わる方向に沿って配設されていればよい。

上記各実施の形態では、遮蔽板４１に形成される第１通過孔４１ａの開口面積が、蓋板４３，３４３に形成される第２通過孔４３ａ又は整流部５４２に形成される貫通孔５４２ｂの開口面積よりも小さく形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、第１通過孔４１ａの開口面積が第２通過孔４３ａ又は貫通孔５４２ｂの開口面積以上であってもよい。これにより、第１通過孔４１ａ及び第２通過孔４３ａ又は貫通孔５４２ｂの寸法管理を簡素化してスパッタ遮蔽部４０，３４０，４４０の製造コストを抑制できる。

上記第１実施から第４実施の形態では、遮蔽板４１が傾斜底部４５，３４５，４４５を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、傾斜底部４５，３４５，４４５を省略してもよい。これにより、スパッタ遮蔽部４０，３４０，４４０の形状を簡素化してスパッタ遮蔽部４０，３４０，４４０の製造コストを抑制できる。

また、上記第１実施から第４実施の形態では、傾斜底部４５，３４５，４４５が、遮蔽板４１のうち一対の整流板４２，３４２，４４２の間（一対の第３整流板４２ｃ，４４２ｃの間）に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、遮蔽板４１のうち第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側に位置する部分全体（一対の整流板４２，３４２，４４２の内側および外側）を、気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜するように形成してもよい。

上記第１実施および第４実施の形態では、蓋板４３が、一対の整流板４２，４４２のうち一対の第１整流板４２ａにのみ架設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、蓋板４３が、一対の第１整流部４２ａに加えて一対の第２整流部４２ｂの一部もしくは全体または一対の第３整流部４２ｃの一部に架設されていてもよい。これにより、第１通過孔４１ａの上方を通過し終えた気体を、第１通過孔４１ａからより離間した位置において上方へ拡散することができるので、シールドガスが気体の流れに巻き込まれることを低減できる。

上記第１実施から第４実施および第６実施の形態では、スパッタ遮蔽部４０，３４０，４４０，６４０が蓋板４３，３４３を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、蓋板４３，３４３を省略してもよい。これにより、スパッタ遮蔽部の部品コストを抑制できる。

上記第１実施から第４実施および第６実施の形態では、一対の整流板４２，３４２，４４２，６４２の延設方向一側における端部が、気体の噴射方向上流側における遮蔽板４１の端部に位置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、一対の整流板４２，３４２，４４２，６４２の延設方向一側における端部が、少なくとも気体の噴射方向におけるノズル装置４４の噴出口４４ａと対応する位置よりも気体の噴射方向上流側に配置されていればよい。これにより、ノズル装置４４から噴射された気体を一対の整流板４２，３４２，４４２，６４２によって案内できるので、気体が側方へ拡散することを防止できる。

なお、請求項２における「ノズル装置による気体の噴射位置」は、ノズル装置４４の噴出口４４ａの位置に相当する。

また、上記第１実施から第４実施の形態では、一対の整流板４２，３４２，４４２の延設方向他側における端部が、気体の噴射方向下流側における遮蔽板４１の端部に位置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、一対の整流板４２，３４２，４４２の延設方向他側における端部が、少なくとも第１通過孔４１ａよりも気体の噴射方向下流側まで延設されていればよい。これにより、ノズル装置４４から噴射された気体が第１通過孔４１ａの上方を通過するまでの間に、気体の流速が低下することを抑制できる。

上記第１実施の形態では、一対の整流板４２の第１整流部４２ａの遮蔽板４１からの高さ寸法が第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法よりも小さく設定されている場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、第１整流部４２ａの遮蔽板４１からの高さ寸法が第２整流部４２ｂまたは第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法と同等に設定されていてもよい。第１整流部４２ａ、第２整流部４２ｂ及び第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法をすべて一定にした場合には、一対の整流板４２の形状を簡素化できるので、部品コストを抑制することができる。

上記第１実施の形態では、一対の整流板４２の第１整流部４２ａの遮蔽板４１からの高さ寸法が、第１整流部４２ａの延設方向において一定に設定されると共に、第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法が、第３整流部４２ｃの延設方向において一定に設定される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、第１整流部４２ａの遮蔽板４１からの高さ寸法又は第３整流部４２ｃの遮蔽板４１からの高さ寸法を、気体の噴射方向上流側から下流側へ向かうにつれて徐々に大きくなるように設定してもよい。

第１整流部４２ａの遮蔽板４１からの高さ寸法を、気体の噴射方向上流側から下流側へ向かうにつれて徐々に大きくなるように設定した場合には、一対の第１整流部４２ａに架設される蓋板４３が気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて上昇傾斜するように配設される。これにより、ノズル装置４４から気体を勢いよく噴射したとしても、遮蔽板４１の下面側の大気が遮蔽板４１の上面側を通過し終えた気体の流れに巻き込まれることを抑制できるので、気体の流れにシールドガスが巻き込まれることを低減できる。

上記第５実施および第６実施の形態では、排出部５４５が蛇腹部５４５ａを有する場合について説明したが、必ずこれに限られるものではなく、排出部が蛇腹部５４５ａを省略した軸心方向に沿って湾曲または屈曲する筒状に形成されていてもよい。これにより、排出部５４５の構成を簡素化して排出部の製造コストを抑制できる。

上記第５実施および第６実施の形態では、排出部５４５が円筒状に形成される場合について説明したが、必ずこれに限られるものではなく、排出部５４５が断面略多角形状に形成された筒状に形成されていてもよい。

１００，２００，５００複合溶接装置
２０レーザ照射部
２１集光レンズ
２２保護ガラス
３０トーチ部
４０，３４０，４４０，５４０，６４０スパッタ遮蔽部
４１遮蔽板
４１ａ第１通過孔
４２，３４２，４４２，６４２整流板
５４２整流部
４３，３４３蓋板
４３ａ第２通過孔
４４ノズル装置
４４ａ噴出口
４５傾斜底部
５４５排出部
Ｌレーザ光
ｗ母材

Claims

レーザ光を発生させるレーザ発信器、そのレーザ発信器から発生した前記レーザ光を集光して母材の溶接位置へ照射する集光レンズ、及び、その集光レンズと前記溶接位置との間に位置する保護ガラスを有するレーザ照射部と、
そのレーザ照射部から前記レーザ光が照射される前記溶接位置において前記母材との間にアークを発生させるアーク発生手段、及び、そのアーク発生手段から発生するアークを大気から遮蔽するシールドガスを前記母材へ向けて噴射するシールドガス噴射手段を有するトーチ部と、を備えた複合溶接装置において、
前記レーザ照射部の保護ガラス及び前記溶接位置の間に配設されるスパッタ遮蔽部を備え、
前記スパッタ遮蔽部は、
前記レーザ光の照射方向と交わる方向に沿って配設され、前記レーザ光が通過可能な第１通過孔を有する板状の遮蔽板と、
その遮蔽板の上面側に配設され、前記第１通過孔の上方であって前記集光レンズから照射される前記レーザ光と交わる方向へ向けて気体を噴射するノズル装置と、
そのノズル装置から噴射される気体の噴射方向に沿って延設されると共に前記遮蔽板の上面側であって第１通過孔を挟んだ位置に立設される一対の整流板と、を備え、
前記一対の整流板は、少なくとも前記第１通過孔よりも前記気体の噴射方向下流側に位置する一部分において、前記一対の整流板の対向間隔が前記気体の噴射方向上流側から下流側へ向けて幅広くなっていることを特徴とする複合溶接装置。
前記スパッタ遮蔽部は、前記ノズル装置による前記気体の噴射位置から少なくとも前記遮蔽板の第１通過孔を超える位置において、前記一対の整流板の対向間隔が均一に設定されていることを特徴とする請求項１記載の複合溶接装置。
前記スパッタ遮蔽部は、前記レーザ光が通過可能な第２通過孔を有し、前記一対の整流板に架設されることで前記第２通過孔を前記第１通過孔と対応する位置に配置しつつ前記遮蔽板に対向して配設されると共に、前記ノズル装置による気体の噴射位置から少なくとも前記遮蔽板の第１通過孔よりも前記気体の噴射方向下流側まで延設される蓋板を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合溶接装置。
前記スパッタ遮蔽部は、前記遮蔽板の第１通過孔から前記気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法が、前記蓋板の第２通過孔から前記気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３記載の複合溶接装置。
前記スパッタ遮蔽部は、前記一対の整流板の前記第２通過孔から前記気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法が、前記蓋板の第２通過孔から前記気体の噴射方向下流側への延設長さ寸法よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項４記載の複合溶接装置。
前記スパッタ遮蔽部は、前記一対の整流板のうち前記蓋板よりも前記気体の噴射方向下流側に位置する部分の遮蔽板からの高さ寸法が、前記蓋板と前記遮蔽板との対向間隔よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項５記載の複合溶接装置。
前記スパッタ遮蔽部は、前記遮蔽板のうち前記第１通過孔よりも前記気体の噴射方向下流側であって少なくとも前記一対の整流板の間に位置する部分に形成されると共に、前記気体の噴射方向下流側へ向けて水平面に対して上昇傾斜する傾斜底部を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の複合溶接装置。