JP2018202441A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の光路を横切る方向に空気を流す場合に、その空気がレーザ照射位置に流れ込むことを抑制できるレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】レーザスキャナ本体６から照射されるレーザ光の光路Ｌよりも空気の流れ方向の下流側に案内板７３ｂを備えさせ、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ方向が、該空気の流れ方向の下流側に向かってワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから離れる方向に変更されるようにする。これにより、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ方向の延長線上にワークＷの一部が存在する場合であっても、この空気がワークＷの一部に衝突することは回避され、この空気の流れ方向がワークＷの一部によって反転されてワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに流れ込むといったことは抑制される。その結果、ワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏでの加工環境が乱されることが抑制できる。【選択図】図７

Description

本発明はレーザ溶接装置に係る。特に、本発明は、ワークに向けて照射されるレーザ光の光路を横切る方向に気体を流すようにしたレーザ溶接装置の改良に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、レーザ溶接装置のレーザスキャナ（スキャナヘッドと呼ばれる場合もある）には、レーザ光学系を構成するミラーやレンズの前側（レーザ光を照射する側）に保護ガラスが設けられている。これにより、レーザ溶接時に加工点（ワーク上のレーザ照射位置）から飛散してくるスパッタがミラーやレンズに衝突することを防止し、これらミラーやレンズを保護している。

また、この特許文献１では、レーザスキャナから照射されたレーザ光の光路を横切る方向に空気を流すことで（以下、この空気の流れをエアブローという）、前記スパッタを、このエアブローにより押し流して排除し、スパッタが保護ガラスに付着することを防止している。これにより、スパッタが保護ガラスに付着した状態でレーザ照射が行われた際に、このスパッタが吸熱してしまってワーク上のレーザ照射位置にレーザ光のエネルギが十分に到達しなくなったり、保護ガラスが損傷したりすることを防止している。

特開２００７−２６８６１０号公報

しかしながら、レーザ光の光路を横切った後の空気の流れ方向の下流側にワークの一部や他のワーク等の構造物が存在する場合であって、エアブローの流線がこの構造物に衝突する状況では、このエアブローの流線方向が構造物によって変更され（流線方向が反転され）、空気がワーク上のレーザ照射位置に流れ込むことがある。

図９は、従来技術におけるエアブローの課題を説明するための模式図である。この図９に示すものは、レーザスキャナａの内部に２個のレンズｂ１，ｂ２が収容され、このレーザスキャナａにおけるレーザ光の出射開口部近傍に保護ガラスｃが取り付けられている。そして、図中の左側に、空気を噴射するエアブローノズルｄが配設されている。この図９に示すように、レーザ光の光路ｌを横切った後の空気の流れ方向の下流側にワークｗの一部である垂直部ｗ１が存在している場合、エアブローの流線がこの垂直部ｗ１に衝突し、この流線方向が反転されて空気がワークｗ上のレーザ照射位置ｅに流れ込むことになる（図中の矢印を参照）。

このような状況になると、レーザ照射位置ｅでの加工環境が乱されることになり（例えばレーザ照射位置ｅへの空気供給量が過剰となり）、溶接不良が発生してしまう虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザ光の光路を横切る方向に気体を流す場合に、その気体がワーク上のレーザ照射位置に流れ込むことを抑制できるレーザ溶接装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、ワークに向けてレーザ光を照射するレーザスキャナ本体と、該レーザスキャナ本体から照射されたレーザ光の光路を横切るように一方側から他方側に向けて気体を噴射する噴射ノズルとを備えたレーザ溶接装置を前提とする。そして、このレーザ溶接装置は、前記レーザ光の光路よりも前記気体の流れ方向の下流側に配設され、前記レーザ光の光路を横切った後の前記気体の流れ方向が、該気体の流れ方向の下流側に向かって前記ワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に変更されるように、前記他方側に向かうに従って前記ワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に延在する案内板を備えていることを特徴とする。

この特定事項により、レーザスキャナ本体からワークに向けてレーザ光を照射することでレーザ溶接が行われる際、ワーク上のレーザ照射位置からスパッタがレーザスキャナ本体側に向かって飛散したとしても、噴射ノズルから噴射されている気体によってスパッタが押し流されることで該スパッタはレーザスキャナ本体には到達し難くなる。そして、この噴射ノズルから噴射されている気体は、レーザ光の光路を横切った後、案内板によって案内され、その流れ方向は、下流側に向かってワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に変更されることになる。このため、レーザ光の光路を横切った後の気体の流れ方向の延長線上（気体の流れ方向が変更されなかったと仮定した場合のその流れ方向の延長線上）にワークの一部や他のワーク等の構造物が存在する場合であっても、気体が構造物に衝突することは回避され、気体の流れ方向が構造物によって反転されてワーク上のレーザ照射位置に流れ込むといったことは抑制される。その結果、ワーク上のレーザ照射位置での加工環境が乱されることが抑制できて、溶接不良の発生が抑制される。

また、前記案内板における前記気体の流れ方向の上流側端には、前記レーザ光の光路よりも前記気体の流れ方向の下流側に配設され且つ前記レーザ光の光路を横切った後の前記気体の流れ方向に沿う方向に延在する導入板が連続して設けられていることが好ましい。

これによれば、噴射ノズルから噴射され、レーザ光の光路を横切った後の気体の流れを、その流れ方向に沿って延在する導入板によって案内した後に、案内板によって、その気体の流れ方向を、下流側に向かってワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に変更することになる。案内板における気体の流れ方向の上流側端にあっては、気体の流れ方向が変更される起点となる（気体の流線が案内板に衝突する）ことに伴って圧力が高まることになり、気体の流速が低くなる可能性があるが、この案内板における気体の流れ方向の上流側端は前記導入板の存在によってレーザ光の光路から離れた位置に設定されているためレーザ光の光路を横切る気体の流速に影響を及ぼすことは殆どない。つまり、このレーザ光の光路を横切る気体の流速を高く維持でき、この気体によるスパッタの押し流し効果を十分に得ることができる。

また、レーザ光の光路を横切った後の気体の流れ（案内板に達するまでの気体の流れ）は導入板によって案内されるため、レーザ光の光路を横切った後の気体の流れが拡散してしまうこと（ワーク上のレーザ照射位置側に向かって拡散してしまうこと）を導入板によって抑制した上で、この気体の流れ方向を案内板によって変更することができる。このため、気体の流れが拡散してその一部がワーク上のレーザ照射位置に流れ込んでしまって該レーザ照射位置での加工環境が乱されるといったことを抑制できる。

前記噴射ノズルは複数設けられており、これら噴射ノズルは、それぞれから噴射されて混合された気体が前記導入板と前記案内板との境界部に向かう流れとなる向きに配置されていることが好ましい。

これによれば、各噴射ノズルそれぞれから噴射された気体の大部分を、案内板の長さ方向（気体の流れに沿う方向）の略全体に亘って流すことで、その流れ方向を、ワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に確実に指向させることができる。このため、気体の一部がワーク上のレーザ照射位置に流れ込んでしまうことを確実に防止できる。

前記レーザ光の光路を横切った後の前記気体が流れる流通空間を挟んで前記案内板との間に所定間隔を存して対向する位置に、前記レーザ光の光路側へのヒュームの巻き込みを防止するヒューム巻き込み防止板が配設されていることが好ましい。

レーザ光の光路を横切った後に案内板によって案内された気体は、その周囲に存在するヒューム（ワークの金属材料が昇華することによる金属蒸気等）を巻き込むことになるが、案内板との間に所定間隔を存して対向する位置にヒューム巻き込み防止板が配設されていることにより、前記気体が流れる空間のうちヒュームが巻き込まれる領域は、このヒューム巻き込み防止板から外れた領域、つまり、レーザ光の光路から離れた領域となる。これにより、レーザ光の光路やレーザスキャナ本体におけるレーザ光の出射側にヒュームが巻き込まれることが前記ヒューム巻き込み防止板によって抑制される。その結果、ヒュームがレーザ光の光路に流れ込んだりレーザスキャナ本体におけるレーザ光の出射部分（例えば保護ガラス等）にヒュームが付着したりしてワーク上のレーザ照射位置に到達するレーザ光のエネルギが十分に得られなくなるといった状況を抑制することができる。

また、前記ヒューム巻き込み防止板は、前記ワーク上の前記レーザ照射位置に向かう側の面が凹状の曲面で形成されていることが好ましい。

ワーク上のレーザ照射位置から飛散したスパッタがヒューム巻き込み防止板（ヒューム巻き込み防止板においてワーク上のレーザ照射位置に向かう側の面）に衝突した場合、このスパッタは、ヒューム巻き込み防止板によって跳ね返されることになるが、このヒューム巻き込み防止板においてワーク上のレーザ照射位置に向かう側の面は凹状の曲面で形成されているため、このスパッタがレーザスキャナ本体側に跳ね返ることは抑制される。つまり、スパッタがヒューム巻き込み防止板によってレーザスキャナ本体側に跳ね返ってレーザ光の出射部分（例えば保護ガラス等）に付着するといったことが抑制される。これにより、ヒューム巻き込み防止板の機能（レーザ光の光路やレーザスキャナ本体におけるレーザ光の出射側にヒュームが巻き込まれることを抑制する機能）を維持しながらも、このヒューム巻き込み防止板の存在に起因してスパッタがレーザスキャナ本体におけるレーザ光の出射部分に付着するといったことが抑制される。

本発明では、レーザスキャナ本体から照射されたレーザ光の光路を横切った後の気体の流れ方向をワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に変更する案内板を備えさせている。これにより、レーザ光の光路を横切った後の気体がワーク上のレーザ照射位置に流れ込むことが抑制され、このレーザ照射位置での加工環境が乱されることが抑制できて、溶接不良の発生を抑制できる。

実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略構成図である。 レーザスキャナの一部を簡略して示す正面図である。 レーザスキャナの一部を簡略して示す左側面図である。 レーザスキャナの一部を簡略して示す右側面図である。 レーザスキャナの一部を簡略して示す下面図である。 レーザスキャナの一部を簡略して示す斜視図である。 実施形態に係るレーザ溶接装置によるレーザ溶接動作を説明するための図である。 実施形態に係るレーザ溶接装置におけるヒューム巻き込み防止板によるスパッタの跳ね返り方向を説明するための図である。 従来技術におけるエアブローの課題を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車の車体の製造工程で使用されるレーザ溶接装置に本発明を適用した場合について説明する。特に、本実施形態では、リモートレーザ溶接が可能なレーザ溶接装置に本発明を適用した場合について説明する。

−レーザ溶接装置の概略構成−
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置１を示す概略構成図である。この図１に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザ発振器２、レーザスキャナ３、溶接ロボット４、および、ロボットコントローラ５を備えている。

レーザ発振器２はレーザ光を生成する。この生成されたレーザ光は、光ファイバーケーブル２１を経てレーザスキャナ３に導かれる。レーザ光としては、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ等を用いることができる。

レーザスキャナ３は、光ファイバーケーブル２１を経て導かれたレーザ光を、鋼板（複数枚が重ね合わされた鋼板）で成るワークＷに照射する（図１の一点鎖線を参照）。レーザスキャナ３の内部には図示しないレンズ群や複数のミラーが収容されている。レンズ群としては、レーザ光を平行光にするためのコリメートレンズや、レーザ光をワークＷの加工点（ワークＷ上の所定のレーザ照射位置Ｗｏ）において焦点を結ぶように集光させる集光レンズ等が備えられている。また、各ミラーはそれぞれ１つの回動軸を中心に回動可能に構成されている。これらミラーによってレーザ光を走査し、ワークＷの所定範囲内でレーザ光を走査することが可能となっている。これにより、レーザスキャナ３自体を移動させることなくレーザ光の照射方向を変更することが可能であり、ワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏを所定領域内で移動させることが可能となっている。各ミラーは例えばガルバノミラーを用いて構成することができる。

溶接ロボット４は、レーザスキャナ３を移動可能とするように構成されている。この溶接ロボット４は、多関節ロボットによって構成されている。具体的に、本実施形態のものでは、ベース台４１、ベース台４１の内部に収容された回転機構（図示省略）、関節４２，４３，４４、および、アーム４５，４６，４７を備えている。回転機構の回転動作および各関節４２，４３，４４によるアーム４５，４６，４７の揺動動作により、レーザスキャナ３を任意の方向に移動することが可能となっている。

ロボットコントローラ５には、予めオフラインティーチングによって、溶接箇所に向けてレーザスキャナ３を移動させるための情報（各関節４２，４３，４４の回動角度量等の情報）が記憶されている。そして、車体製造ライン上の溶接工程まで車体が搬送されてきた際に、ロボットコントローラ５からの制御信号に従い、前記情報に基づいて溶接ロボット４が作動することで、各溶接箇所に対して順次レーザ溶接が行われていくことになる。

−レーザスキャナの構成−
次に、前記レーザスキャナ３の構成について説明する。図２〜図６は、レーザ光の照射方向を下向きとした場合において、レーザスキャナ３の一部（後述するレーザスキャナ本体６）を簡略して示す図であり、図２は正面図、図３は左側面図、図４は右側面図、図５は下面図、図６は斜視図（斜め下側から見た斜視図）である。

以下では、前記集光レンズの光軸に沿う方向（図２における上下方向）をＺ方向とする。また、このＺ方向に直交する方向であってレーザスキャナ３の幅方向（図２における左右方向）をＸ方向とする。また、前記Ｚ方向に直交する方向であってレーザスキャナ３の厚さ方向（図３における左右方向）をＹ方向とする。そして、前記Ｚ方向において図２の下側（レーザ光を照射する方向）をＺ１方向と呼び、図２の上側をＺ２方向と呼ぶ。また、前記Ｘ方向において図２の右側をＸ１方向と呼び、図２の左側をＸ２方向と呼ぶ。また、前記Ｙ方向において図３の右側をＹ１方向と呼び、図３の左側をＹ２方向と呼ぶ。

図２〜図６に示すように、レーザスキャナ３は、レーザスキャナ本体６およびエアブローユニット７を備えている。

（レーザスキャナ本体）
レーザスキャナ本体６は、ワークＷ（図１を参照）に向けてレーザ光を照射するものであって、内部に前述したレンズ群や複数のミラー等が収容されている。レーザスキャナ本体６の側面（Ｙ１方向側に位置する側面）６１には、前記光ファイバーケーブル２１が接続されるコネクタ６２が設けられている。つまり、このコネクタ６２を経てレーザスキャナ本体６の内部に導かれたレーザ光が、各ミラーによってその方向が変更され（Ｙ２方向からＸ２方向に変更された後、Ｚ１方向に変更され；レーザ光の光軸を示す図２の一点鎖線を参照）、エアブローユニット７の内部空間を通過してワークＷに向けて照射されるようになっている。

また、このレーザスキャナ本体６の側面（Ｙ１方向側に位置する側面）６１には、溶接ロボット４のアーム４７が接続されるアーム取付部６３を有している。

（エアブローユニット）
次に、本実施形態において特徴とする部分であるエアブローユニット７について説明する。

エアブローユニット７は、レーザスキャナ本体６から照射されたレーザ光の光路Ｌ（図７を参照）を横切る方向に空気（気体）を流すことで、レーザ溶接時にワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから飛散してくるスパッタが、レーザスキャナ本体６の出射開口部近傍に取り付けられた保護ガラスＧ（図２および図７の破線を参照）に付着することを防止するためのものである。

このエアブローユニット７は、前記レーザスキャナ本体６におけるレーザ出射面６４（Ｚ１方向側に位置する面；図２における下面）に取り付けられている。このエアブローユニット７は、ユニット本体７１、エアブローノズル（噴射ノズル）７２ａ〜７２ｄ、ガイドフィン７３、および、ヒューム巻き込み防止板７４を備えている。

ユニット本体７１は、平板状の複数のパネル７１ａ〜７１ｄが一体的に組み付けられて成っている。具体的には、Ｙ１方向側に位置する前面パネル７１ａ、この前面パネル７１ａに対向するようにＹ２方向側に位置する背面パネル７１ｂ、Ｚ２方向側に位置する入射側パネル７１ｃ、この入射側パネル７１ｃに対向するようにＺ１方向側に位置する出射側パネル７１ｄが一体的に組み付けられて構成されている。そして、入射側パネル７１ｃがレーザスキャナ本体６のレーザ出射面６４にボルト止め等の手段によって取り付けられている。

前記入射側パネル７１ｃおよび出射側パネル７１ｄには、前記レーザ光の光軸が通過する位置に対応して、レーザ光を通過させるための開口７１ｅ（各開口のうち出射側パネル７１ｄの開口７１ｅのみが図５および図６に現れている）が形成されている。これにより、前記各パネル７１ａ〜７１ｄで囲まれた空間（ユニット本体７１の内部空間）が、レーザ光の通過空間として構成されている。前述したように本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、レーザスキャナ３自体を移動させることなくレーザ光の照射方向を変更する（ワークＷの所定範囲内でレーザ光を走査する）リモートレーザ溶接が可能となっている（図７におけるレーザ光の光路Ｌ１，Ｌ２を参照）。このため、前記開口７１ｅは、このレーザ光の走査範囲に対応するべく比較的大型の開口で形成されている。なお、このユニット本体７１の内部空間は、後述するようにエアブロー空間（スパッタを押し流すための空気を流す空間）としても構成されている。

エアブローノズル７２ａ〜７２ｄは、レーザスキャナ本体６から照射されたレーザ光の光路Ｌを横切るように一方側（Ｘ２方向側）から他方側（Ｘ１方向側）に向けて空気を噴射するものであって、ユニット本体７１におけるＸ２方向側の部分に配設されている。本実施形態では、４本のエアブローノズル７２ａ〜７２ｄが備えられている。これらエアブローノズル７２ａ〜７２ｄは、ユニット本体７１におけるＸ２方向側の部分においてＺ方向に沿って一列に配置され、その先端部（Ｘ１方向側の先端部）がユニット本体７１の内部空間で開口されている。具体的に、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄは、それぞれノズル固定ブラケット７６，７６，…（図３を参照）に支持されており、各ノズル固定ブラケット７６，７６，…が、前記ユニット本体７１の前面パネル７１ａおよび背面パネル７１ｂにそれぞれボルト止め等の手段によって固定されていることにより、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄはユニット本体７１に支持され且つその先端部がユニット本体７１の内部空間で開口されている。

これらエアブローノズル７２ａ〜７２ｄには、図示しないエア供給管を介してエアポンプが接続されており、このエアポンプから圧送される空気が各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄに分流され、これらエアブローノズル７２ａ〜７２ｄからユニット本体７１の内部空間に向けて空気が噴射されるようになっている。

各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄは、それぞれの中心線の方向が僅かに異なっており、それに伴って、それぞれにおける空気の噴射方向が互いに異なることになる。ここでは、４本のエアブローノズル７２ａ〜７２ｄのうち、最もＺ１方向側（図２における下側）に位置するエアブローノズル７２ａを第１エアブローノズル７２ａと呼び、この第１エアブローノズル７２ａに対してＺ２方向側に隣接するエアブローノズル７２ｂを第２エアブローノズル７２ｂと呼び、以下同様に、Ｚ２方向側に向けて順に配置されたエアブローノズルを、第３エアブローノズル７２ｃ、第４エアブローノズル７２ｄと呼ぶこととする。

各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄそれぞれは、Ｚ２方向側に位置するエアブローノズルほど、その中心線の延長方向がノズル先端側に向かってＺ１方向側に傾くように（下側に傾くように）配置されている。このため、Ｚ２方向側に位置するエアブローノズルほど、そのエアブローノズルから噴射される空気の流線方向もＺ１方向側に傾く（下向きとされる）ことになる。図２における一点鎖線ｆ１は第１エアブローノズル７２ａから噴射された空気の流線の方向を表し（この流線の方向はＸ１方向に沿っている）、一点鎖線ｆ２は第２エアブローノズル７２ｂから噴射された空気の流線の方向を表し、一点鎖線ｆ３は第３エアブローノズル７２ｃから噴射された空気の流線の方向を表し、一点鎖線ｆ４は第４エアブローノズル７２ｄから噴射された空気の流線の方向を表している。

各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄから空気が噴射されると、この空気がエアブローとしてユニット本体７１の内部空間を流れることで、このユニット本体７１の内部空間では、Ｘ１方向に対して僅かにＺ１方向側に傾いた方向（図２における斜め下向きの方向）に空気が流れることになる。レーザ溶接時にワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから飛散したスパッタがユニット本体７１の内部空間に入り込んだ場合の該スパッタの飛散方向はＺ２方向またはこのＺ２方向に対して僅かに傾斜した方向となっている。これに対して、ユニット本体７１の内部空間を流れている空気の流れ方向はＺ１方向側に傾いている。つまり、この空気の流れは、スパッタの飛散方向に対して反対向きの流れ成分（Ｚ１方向の流れ成分）を有している。このため、ユニット本体７１の内部空間にスパッタが入り込んできたとしても、このスパッタを保護ガラスＧに到達させることなく、エアブローにより押し流して排除し、スパッタが保護ガラスＧに付着することを防止できるようになっている。

ガイドフィン７３は、レーザスキャナ本体６から照射されたレーザ光の光路（ユニット本体７１の内部空間におけるレーザ光の光路）Ｌよりも前記空気の流れ方向の下流側に配設されて、前記各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄから噴射された空気の流れ方向を案内するものである。

このガイドフィン７３は、空気の流れ方向の上流側に位置する導入板７３ａと、この導入板７３ａにおける空気の流れ方向の下流側端に連続する案内板７３ｂとにより構成されている。具体的には、１枚の金属板が所定角度をもって折り曲げられることにより、この折り曲げ部分の一方側（Ｘ２方向側）が導入板７３ａとして構成され、他方側（Ｘ１方向側）が案内板７３ｂとして構成されている。以下、導入板７３ａおよび案内板７３ｂそれぞれについて説明する。

導入板７３ａは平板状の金属板で成り、その一端縁（Ｘ２方向側の端縁）が前記ユニット本体７１に溶接等の手段によって接合されている。また、この導入板７３ａにおけるＺ２方向側に位置する面（図２における上面）７３ｃの大部分は、前記出射側パネル７１ｄにおけるＺ２方向側に位置する面（図２における上面であってＸ方向に沿って延びる面）に連続し且つこの面に対して所定の傾斜角度をもってＺ１方向側に傾斜（Ｘ１方向に向かうに従ってＺ１方向に傾斜）している。具体的に、この導入板７３ａにおけるＺ２方向側に位置する面７３ｃは各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄそれぞれから噴射された空気が混合された状態での流線の方向に沿うようにＸ方向に対して僅かに傾斜（図２における下側（Ｚ１方向側）に傾斜）している。言い替えると、この導入板７３ａは、ユニット本体７１の内部空間を通過するレーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ方向に沿う方向に延在して、このレーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れをガイドするようになっている。例えば、この導入板７３ａは、Ｘ１方向に向かうに従ってＺ１方向に向けて２５°程度の傾斜角度をもって傾斜している。

案内板７３ｂは、導入板７３ａのＸ１方向側の端縁に連続した平板状の金属板で成り、導入板７３ａの一端縁（Ｘ１方向側の一端縁）からＸ１方向に向かうに従ってＺ２方向に向けて所定の傾斜角度をもって傾斜している。つまり、この案内板７３ｂにおけるＺ２方向側に位置する面（図２における上面）７３ｄは、Ｘ１方向に向かうに従ってＺ２方向に向けて所定の傾斜角度をもって傾斜している。例えば、図２に示す状態において水平方向（Ｘ方向）に対して５０°程度の傾斜角度をもって傾斜している。つまり、この案内板７３ｂは、ユニット本体７１の内部空間を経た後（レーザ光の光路Ｌを横切った後）、導入板７３ａに沿って流れる空気の流れ方向（レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ方向）が、Ｘ１方向に向かうに従ってＺ２方向に向けて所定の傾斜角度をもって傾斜する方向となるようになっている。即ち、この案内板７３ｂは、空気の流れ方向を、その流れ方向の下流側に向かってワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから離れる方向に変更するように案内する構成となっている。この案内板７３ｂが、本発明でいう「レーザ光の光路よりも気体の流れ方向の下流側に配設され、レーザ光の光路を横切った後の気体の流れ方向が、該気体の流れ方向の下流側に向かってワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に変更されるように、前記他方側（Ｘ１方向側）に向かうに従ってワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に延在する案内板」に相当する。

前記導入板７３ａと案内板７３ｂとの境界部Ａ、つまり、導入板７３ａにおける空気の流れ方向の下流側端と案内板７３ｂにおける空気の流れ方向の上流側端とが繋がる部分Ａは、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄそれぞれから噴射された空気が混合された状態で流れる流路上に位置している。言い替えると、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄは、それぞれから噴射されて混合された空気が導入板７３ａと案内板７３ｂとの境界部（導入板７３ａにおける空気の流れ方向の下流側端であり案内板７３ｂにおける空気の流れ方向の上流側端でもある部分）Ａに向かう流れとなる向きに配置されていることになる。

ヒューム巻き込み防止板７４は、前記レーザ光の光路Ｌ側へのヒューム（ワークＷの金属材料が昇華することによる金属蒸気等）の巻き込みを防止するためのものであって、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気が流れる流通空間Ｂを挟んでガイドフィン７３との間に所定間隔を存して対向する位置に配置された円弧形状（Ｙ方向から見た形状が円弧形状）の金属板で成っている。このヒューム巻き込み防止板７４は、その一端縁（Ｘ２方向側の端縁）が前記ユニット本体７１に溶接等の手段によって接合されている。

また、ヒューム巻き込み防止板７４の円弧形状（ヒューム巻き込み防止板７４においてワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに向かう側の面７４ａ（以下、内面７４ａという場合もある）の形状）は、凹状の曲面となっている。これにより、ユニット本体７１の内部空間にスパッタが入り込んできた際に、このスパッタがヒューム巻き込み防止板７４の内面７４ａに衝突した場合の跳ね返り方向が、レーザスキャナ本体６側とならないように、Ｚ１方向とＸ２方向との間の方向に跳ね返される形状とされている。

具体的には、このヒューム巻き込み防止板７４の内面７４ａの全体に亘って、各位置での接線に対して直交する方向が、Ｚ１方向とＸ２方向との間の方向となるような内面形状となっている（例えば図２における点Ｏ１における接線に対して直交する仮想直線Ｓ１や、点Ｏ２における接線に対して直交する仮想直線Ｓ２を参照）。

また、前記ガイドフィン７３およびヒューム巻き込み防止板７４それぞれにおける、Ｙ１方向側の端縁同士の間およびＹ２方向側の端縁同士の間に亘ってカバー板７５ａ，７５ｂが設けられている。つまり、ガイドフィン７３およびヒューム巻き込み防止板７４それぞれのＹ１方向側の端縁に亘って前面側のカバー板７５ａが設けられ、ガイドフィン７３およびヒューム巻き込み防止板７４それぞれのＹ２方向側の端縁に亘って背面側のカバー板７５ｂが設けられている。これらカバー板７５ａ，７５ｂの外縁形状としては、Ｚ１方向側に位置する端縁が前記ガイドフィン７３の導入板７３ａおよび案内板７３ｂの形状に略合致し、Ｚ２方向側に位置する端縁が前記ヒューム巻き込み防止板７４の形状に略合致している。また、これらカバー板７５ａ，７５ｂのＸ２方向側の端縁は前記ユニット本体７１に接合されている。これにより、エアブローユニット７は、ユニット本体７１、ガイドフィン７３、ヒューム巻き込み防止板７４、各カバー板７５ａ，７５ｂによってダクト形状に構成されている。これにより、前記各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄから噴射された空気は、ユニット本体７１の内部空間を流れた後、ガイドフィン７３の案内板７３ｂとヒューム巻き込み防止板７４との間に形成されている空間からエアブローユニット７の外側に排出されることになる（図７において空気の流れを表す矢印Ａｉを参照）。

（レーザ溶接動作）
次に、前述の如く構成されたレーザ溶接装置１によるレーザ溶接動作について説明する。

車体製造ライン上の溶接工程まで車体が搬送されてきた際に、ロボットコントローラ５からの制御信号に従い、前記情報に基づいて溶接ロボット４が作動する。これにより、レーザスキャナ本体６が所定位置まで移動され、対象とする加工位置に対してレーザ光を照射するレーザ溶接が行われる。この際、図７に示すように、レーザ光は、レーザスキャナ本体６のレーザ出射面６４に形成されている出射開口部、保護ガラスＧ、および、入射側パネル７１ｃの開口を経た後、ユニット本体７１の内部空間を通過し、出射側パネル７１ｄの開口７１ｅ（図６を参照）からワークＷ上の所定のレーザ照射位置Ｗｏに照射されることになる。

このレーザ溶接の開始に伴い、前記エアポンプが作動し、このエアポンプから圧送された空気がエア供給管を介してエアブローノズル７２ａ〜７２ｄに分流され、これらエアブローノズル７２ａ〜７２ｄからユニット本体７１の内部空間に向けて空気が噴射される。

前述したように、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄから噴射される空気の噴射方向は互いに異なっており、これら空気が混合されて成るエアブローは、ユニット本体７１の内部空間にあっては、Ｘ１方向に対して僅かにＺ１方向側に傾いた流れとなっている。つまり、前述したように、この空気の流れは、スパッタの飛散方向に対して反対向きの流れ成分を有している。このため、前記出射側パネル７１ｄの開口７１ｅからユニット本体７１の内部空間にスパッタが入り込んできたとしても、このスパッタが保護ガラスＧに到達することは抑制される。このスパッタは、ワークＷ側に戻されるか、または、エアブローに沿ってガイドフィン７３側に流されることになる。

また、この空気は、レーザ光の光路Ｌを横切った後、ガイドフィン７３の導入板７３ａにおけるＺ２方向側に位置する面（図２における上面７３ｃ）に沿って流れる。つまり、この導入板７３ａによって空気の流れがガイドされることにより、この空気の流れが拡散してしまうことが抑制される。

この導入板７３ａの端縁（Ｘ１方向側の端縁）を通過した空気は、案内板７３ｂに達する。この案内板７３ｂは、空気の流れ方向の下流側に向かってワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから離れる方向に変更されるように、空気の流れを案内する構成となっているため、この空気がワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに流れ込むことは抑制される。これにより、レーザ照射位置Ｗｏでの加工環境が乱されることが抑制でき、溶接不良の発生が抑制されることになる。

従来技術にあっては、図９を用いて前述したように、エアブローの流線がワークｗの垂直部ｗ１に衝突し、この流線方向が反転されて空気がワークｗ上のレーザ照射位置ｅに流れ込むことがあり、この場合、レーザ照射位置ｅでの加工環境が乱されて、溶接不良が発生してしまう虞があった。特に、近年、加工時間の短縮化を目的としてレーザ光の高出力化を図った場合、スパッタの発生量が増加する傾向にあることに鑑みてエアブローの風量を増加させていることに起因し、空気がレーザ照射位置ｅに流れ込む可能性が高くなってきている。また、車体の溶接作業の高効率化を図るべく、レーザスキャナａを車体内部（車室内）にまで移動させて溶接作業を行う場合、レーザ照射位置ｅの周囲に様々な板金パネルが存在することになるのに起因して、エアブローの流線方向が反転されて空気がレーザ照射位置ｅに流れ込む可能性が高くなってきている。更には、前述したように、スパッタの飛散方向に対して反対向きの流れ成分を有するエアブローを行っている場合に、そのエアブローの流線がワークｗの一部や他のワーク等の構造物に衝突しやすくなり、それに起因して空気がレーザ照射位置ｅに流れ込む可能性が高くなる。

本実施形態では、前述したように、案内板７３ｂによって、空気の流れ方向の下流側に向かってワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから離れる方向に変更されるように空気の流れが案内されるため、この空気がワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに流れ込むことが抑制され、レーザ照射位置Ｗｏでの加工環境が乱されることが抑制できて、溶接不良の発生を抑制することができる。

また、案内板７３ｂに案内されてエアブローユニット７から排出される空気の流速は比較的高く、その周囲に存在する空気を巻き込むことになる。前記レーザ溶接にあっては、レーザ照射位置Ｗｏでヒュームが発生しており、このヒュームが、前記エアブローユニット７から排出される空気の流れに巻き込まれることになるが、本実施形態にあっては、前記ヒューム巻き込み防止板７４が設けられていることにより、前記空気が流れる空間のうちヒュームが巻き込まれる領域は、このヒューム巻き込み防止板７４の先端位置（Ｘ１方向側の端縁位置）よりもＸ１方向側の領域となる。つまり、レーザ光の光路Ｌから離れた領域においてヒュームが巻き込まれることになり（図７においてヒュームの巻き込みを表す矢印Ｈを参照）、このヒュームがレーザ光の光路Ｌに流れ込んだり保護ガラスＧに付着したりしてワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに到達するレーザ光のエネルギが十分に得られなくなるといった状況を抑制することができる。

また、本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、前記ミラーによってレーザ光を走査することで、レーザスキャナ３自体を移動させることなくレーザ光の照射方向を変更するリモートレーザ溶接が可能となっている。このため、図７で示したレーザ溶接を行っている状態から、ミラーによってレーザ光を走査することで、例えば、図７における二点鎖線Ｌ１で示したレーザ光の光路を二点鎖線Ｌ２で示したレーザ光の光路に変更してワークＷに照射し、前述したレーザ溶接でのレーザ照射位置Ｗｏとは異なるレーザ照射位置Ｗｏ’にレーザ光を照射してレーザ溶接を行うことができる。この場合、レーザ照射位置Ｗｏ，Ｗｏ’が変化することに伴ってスパッタの発生箇所も変化し、このスパッタがレーザスキャナ本体６に向けて飛散する場合の飛散方向も変化することになる。このような場合においても、前述の場合と同様に、エアブローによって、スパッタが保護ガラスＧに到達することは抑制される。また、案内板７３ｂによって、空気の流れ方向の下流側に向かってワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏ’から離れる方向に変更されるように空気の流れが案内されるため、この空気がワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏ’に流れ込むことが抑制され、レーザ照射位置Ｗｏ’での加工環境が乱されることが抑制できて、溶接不良の発生を抑制することができる。

（実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態では、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ方向が、該空気の流れ方向の下流側に向かってワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから離れる方向に変更されるように、前記空気の流れを案内する案内板７３ｂが備えられている。このため、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ方向の延長線上（空気の流れ方向が変更されなかったと仮定した場合のその流れ方向の延長線上）にワークＷの一部や他のワーク等の構造物が存在する場合であっても、空気が構造物に衝突することは回避され、空気の流れ方向が構造物によって反転されてワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに流れ込むといったことは抑制される。その結果、ワークＷのレーザ照射位置Ｗｏでの加工環境が乱されることが抑制できて、溶接不良の発生が抑制される。

また、案内板７３ｂにおける空気の流れ方向の上流側端にあっては、空気の流れ方向が変更される起点となる（空気の流線が案内板７３ｂに衝突する）ことに伴って圧力が高まることになり、空気の流速が低くなる可能性があるが、この案内板７３ｂにおける空気の流れ方向の上流側端は前記導入板７３ａの存在によってレーザ光の光路Ｌから離れた位置に設定されていることになるためレーザ光の光路Ｌを横切る空気の流速に影響を及ぼすことは殆どない。つまり、このレーザ光の光路Ｌを横切る空気の流速を高く維持でき、この空気によるスパッタの押し流し効果を十分に得ることができる。

また、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れ（案内板７３ｂに達するまでの空気の流れ）は導入板７３ａによって案内されるため、レーザ光の光路Ｌを横切った後の空気の流れが拡散してしまうこと（ワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏ側に向かって拡散してしまうこと）を導入板７３ａによって抑制した上で、この空気の流れ方向が案内板７３ｂによって変更されることになる。このため、空気の流れが拡散してその一部がワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに流れ込んでしまって該レーザ照射位置Ｗｏでの加工環境が乱されるといったことを抑制できる。

また、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄは、それぞれから噴射されて混合された空気が導入板７３ａと案内板７３ｂとの境界部（導入板７３ａにおける空気の流れ方向の下流側端であり案内板７３ｂにおける空気の流れ方向の上流側端でもある部分）Ａに向かう流れとなる向きに配置されていることから、各エアブローノズル７２ａ〜７２ｄそれぞれから噴射された空気の大部分を、案内板７３ｂの長さ方向（空気の流れに沿う方向）の略全体に亘って流すことで、その流れ方向を、ワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏから離れる方向に確実に指向させることができる。このため、空気の一部がワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに流れ込んでしまうことを確実に防止できる。

また、前記ヒューム巻き込み防止板７４が配設されていることにより、前記空気が流れる空間のうちヒュームが巻き込まれる領域は、このヒューム巻き込み防止板７４から外れた領域、つまり、レーザ光の光路Ｌから離れた領域となる。これにより、レーザ光の光路Ｌやレーザスキャナ本体６におけるレーザ光の出射側にヒュームが巻き込まれることがヒューム巻き込み防止板７４によって抑制される。その結果、ヒュームがレーザ光の光路Ｌに流れ込んだりレーザスキャナ本体６の出射開口部近傍に取り付けられた保護ガラスＧにヒュームが付着したりしてワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに到達するレーザ光のエネルギが十分に得られなくなるといった状況を抑制することができる。

また、このヒューム巻き込み防止板７４は、ワークＷ上のレーザ照射位置Ｗｏに向かう側の面が凹状の曲面（前述した曲面で成る内面７４ａ）で形成されているため、スパッタがヒューム巻き込み防止板７４に衝突した際に、このスパッタがレーザスキャナ本体６側に跳ね返ることは抑制される。つまり、スパッタがヒューム巻き込み防止板７４によってレーザスキャナ本体６側に跳ね返って前記保護ガラスＧに付着するといったことが抑制される。これにより、ヒューム巻き込み防止板７４の機能を維持しながらも、このヒューム巻き込み防止板７４の存在に起因してスパッタが保護ガラスＧに付着するといったことが抑制される。

具体的には、図８に仮想線で示すように、ヒューム巻き込み防止板７４’を平板（図８において鉛直方向に延びる平板）で構成した場合には、図中に矢印Ｉで示すようにスパッタがヒューム巻き込み防止板７４’によってレーザスキャナ本体６側に跳ね返ってしまう可能性が高く、保護ガラスＧにスパッタが付着する虞がある。これに対し、本実施形態では、ヒューム巻き込み防止板７４の内面７４ａを凹状の曲面で形成していることにより、図中に矢印Ｊで示すようにスパッタがヒューム巻き込み防止板７４によってレーザスキャナ本体６側に跳ね返ってしまうことが抑制され、保護ガラスＧにスパッタが付着するといったことが抑制される。

（他の実施形態）
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態では、自動車の車体の製造工程で使用されるレーザ溶接装置１に本発明を適用した場合について説明したが、その他の部材のレーザ溶接を行うためのレーザ溶接装置に対しても本発明は適用することが可能である。

また、前記実施形態では、空気の流れ方向を案内するガイドフィン７３を導入板７３ａおよび案内板７３ｂによって構成していた。本発明はこれに限らず、ガイドフィン７３を案内板７３ｂのみによって構成するようにしてもよい。但し、この場合、案内板７３ｂによって空気の流れ方向を変更する位置がレーザ光の光路Ｌに近付きすぎないようにすることが望まれる。このため、例えばユニット本体７１のＸ方向の長さを長く設定し、このユニット本体７１におけるＸ１方向側の端縁位置を、前記実施形態のものよりもＸ１方向側に位置させて、案内板７３ｂの端縁位置（Ｘ２方向側の端縁位置）とレーザ光の光路Ｌとの間に所定間隔を設けておくようにすることが好ましい。

また、前記実施形態では、エアブローユニット７に、ガイドフィン７３とヒューム巻き込み防止板７４との間に亘ってカバー板７５ａ，７５ｂを設けていた。本発明は、このカバー板７５ａ，７５ｂは必ずしも必要ではなく、このカバー板７５ａ，７５ｂを設けない構成としてもよい。

また、前記実施形態では、エアブローユニット７においてレーザ光の光路Ｌを横切る方向に流れる気体を空気としていた。本発明はこれに限らず、その他の気体を使用するようにしてもよい。

本発明は、保護ガラスへのスパッタの付着を防止するためにレーザ光の光路を横切る方向に気体を流すようにしたレーザ溶接装置に適用可能である。

１ レーザ溶接装置
３ レーザスキャナ
６ レーザスキャナ本体
７２ａ〜７２ｄ エアブローノズル（噴射ノズル）
７３ ガイドフィン
７３ａ 導入板
７３ｂ 案内板
７４ ヒューム巻き込み防止板
Ｗ ワーク
Ｗｏ レーザ照射位置
Ａ 導入板と案内板との境界部
Ｂ 流通空間

Claims (5)

1. ワークに向けてレーザ光を照射するレーザスキャナ本体と、該レーザスキャナ本体から照射されたレーザ光の光路を横切るように一方側から他方側に向けて気体を噴射する噴射ノズルとを備えたレーザ溶接装置において、
   前記レーザ光の光路よりも前記気体の流れ方向の下流側に配設され、前記レーザ光の光路を横切った後の前記気体の流れ方向が、該気体の流れ方向の下流側に向かって前記ワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に変更されるように、前記他方側に向かうに従って前記ワーク上のレーザ照射位置から離れる方向に延在する案内板を備えていることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 請求項１記載のレーザ溶接装置において、
   前記案内板における前記気体の流れ方向の上流側端には、前記レーザ光の光路よりも前記気体の流れ方向の下流側に配設され且つ前記レーザ光の光路を横切った後の前記気体の流れ方向に沿う方向に延在する導入板が連続して設けられていることを特徴とするレーザ溶接装置。
3. 請求項２記載のレーザ溶接装置において、
   前記噴射ノズルは複数設けられており、これら噴射ノズルは、それぞれから噴射されて混合された気体が前記導入板と前記案内板との境界部に向かう流れとなる向きに配置されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
4. 請求項１、２または３記載のレーザ溶接装置において、
   前記レーザ光の光路を横切った後の前記気体が流れる流通空間を挟んで前記案内板との間に所定間隔を存して対向する位置には、前記レーザ光の光路側へのヒュームの巻き込みを防止するヒューム巻き込み防止板が配設されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
5. 請求項４記載のレーザ溶接装置において、
   前記ヒューム巻き込み防止板は、前記ワーク上の前記レーザ照射位置に向かう側の面が凹状の曲面で形成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。

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