JP2020059030A - 気体供給吸引装置、吸引装置およびレーザ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工品質の低下を抑制することができる気体供給吸引装置、吸引装置およびレーザ処理装置を提供すること。【解決手段】本発明の一形態は、対象物と、この対象物にエネルギーを照射する照射装置との間に配置され、気体の供給および吸引を行う気体供給吸引装置であって、エネルギーの照射方向に延在する第１筒部と、第１筒部の外周を囲むように配置される第２筒部と、第１筒部の内周に沿って第１気体を供給する供給路と、第２筒部の内周に沿って気体を吸引する吸引路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、気体供給吸引装置、吸引装置およびレーザ処理装置に関するものである。

エネルギーとしてレーザ光を利用したレーザ処理装置は、対象物にレーザ光を照射して表面処理、溶接、切断などの加工を行う装置である。例えば、レーザ溶接装置では、対象物の接合箇所にレーザ光をレンズで集束させて照射する。これにより、レーザ光が照射された部分を加熱して溶融接合を行う。この際、溶接箇所の酸化を防止するため、レーザ光の照射とともに溶接箇所に不活性ガス（シールドガス）を吹き付けるようにしている。また、レーザ処理装置において、処理箇所から粉塵等の飛散物が発生するため、これを吸引しながら処理を行う必要がある。

特許文献１には、ビードの断面形状にばらつきが生じることを抑制するレーザ溶接装置が開示される。このレーザ溶接装置は、溶接部にシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、溶接部から放射されたプラズマ光の光強度を測定する光強度測定手段と、光強度測定手段で測定された光強度の変化率を算出する変化率算出手段とを備え、ガス供給量制御手段によって、算出された光強度の変化率に応じて溶接部に供給するシールドガスの流量を制御している。

特許文献２，３には、レーザ光を横切る方向に不活性ガスを供給するレーザ溶接装置が開示される。特許文献４〜７には、レーザ光によって溶接を行う際にシールドガスを供給するとともに、溶接箇所から蒸発して飛散する材料を吸引するレーザ溶接装置が開示される。

特許文献８，９には、被溶接材の溶接部に酸化膜が生成したり、ガスを巻き込んだりすることを抑制するため、レーザ溶接ヘッドの集束レーザ照射口に、被溶接材に向かうイナートガスノズルを同軸状に設け、このイナートガスノズルの外周側に、１個以上のシールドガスノズルを設ける構成が開示されている。

特開２０１６−０９３８２５号公報 特開２０１８−０２３９８６号公報 特開２０１８−０６５１５４号公報 特開２０１１−１９４４４２号公報 特開平１０−３０５３７６号公報 特開平１０−３０９９００号公報 特開平１０−３０９９００号公報 特開２００１−３１４９８５号公報 特開２００１−３２１９７６号公報

しかしながら、レーザ光などのエネルギーを照射して処理を行う際、処理箇所から発生する粉塵等の飛散物を効率良く吸引できないと、飛散物によってエネルギーが遮られてしまう。また、不活性ガスの供給と飛散物の吸引との両方を行う場合、気体の供給および吸引といった全く逆の動作を行う必要がある。このような気体の供給と吸引とが同じ空間内で同時に行われることで、それぞれの役目を十分に果たせない状態になり得る。例えば、不活性ガスの供給よりも吸引が強いと、処理箇所に十分な不活性ガスが到達する前に吸引されてしまい、酸化抑制作用を低下させてしまう。一方、吸引が弱いと処理箇所周辺に飛散材料などによる粉塵や煙が充満し、周辺部材への不純物の付着やレーザ光の減衰による加工品質の低下の原因となる。

本発明は、加工品質の低下を抑制することができる気体供給吸引装置、吸引装置およびレーザ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態は、対象物と、この対象物にエネルギーを照射する照射装置との間に配置され、気体の供給および吸引を行う気体供給吸引装置であって、エネルギーの照射方向に延在する第１筒部と、第１筒部の外周を囲むように配置される第２筒部と、第１筒部の内周に沿って第１気体を供給する供給路と、第２筒部の内周に沿って気体を吸引する吸引路と、を備える。

このような構成によれば、対象物にエネルギーを照射する際、供給路から第１気体を供給し、吸引路により気体吸引を行う。第１気体は第１筒部の内周に沿って供給されるため、第１筒部内に第１気体による内側回転気流が形成される。また、吸引路での気体吸引によって第２筒部の内周に沿って気体が回転する外側回転気流が形成される。したがって、第１筒部内に形成される内側回転気流によって第１気体を対象物に向けて吹き付けることができるとともに、その外側に形成される外側回転気流によって気体を吸引路に吸引できるようになる。

上記気体供給吸引装置において、エネルギーを通過させる窓部を有し、第１筒部および第２筒部の一端側に設けられ、第１筒部と第２筒部との間を塞ぐ壁部材をさらに備えていてもよい。これにより、第１筒部および第２筒部の一端側が壁部材によって塞がれるため、一端側から他端側に向けて第１気体を効率良く噴射できるとともに、他端側から一端側に向けて効率良く気体吸引を行うことができる。

上記気体供給吸引装置において、第２筒部の他端は、第１筒部の他端よりも対象物に近い位置に配置されていてもよい。これにより、対象物の処理箇所周辺を第２筒部で覆うとともに、第１筒部の他端側に気体の供給および吸引を行う空間を確保することができる。

上記気体供給吸引装置において、第１筒部の内側に配置される第３筒部をさらに備え、照射方向にみて、第１筒部と第３筒部との隙間である第１隙間は、第１筒部と第２筒部との隙間である第２隙間よりも狭く設けられていてもよい。これにより、第３筒部と第１筒部との隙間である第１隙間に第１気体を供給することで、第１筒部内に形成される内側回転気流の流速を高めることができる。

上記気体供給吸引装置において、供給路での第１気体の流速は、吸引路での気体吸引の流速よりも速いことが好ましい。さらにこの場合、供給路での第１気体の流量を、吸引路での気体吸引の流量よりも少なくすることが好ましい。これにより、第１気体による内側回転気流の流速を高めるとともに、外側回転気流によって十分な量の気体吸引を行うことができる。

本発明の一態様は、対象物と、対象物にエネルギーを照射する照射装置との間に配置され、気体の吸引を行う吸引装置であって、エネルギーの照射方向に延在する第１筒部と、第１筒部の外周を囲むように配置される第２筒部と、第１筒部の内側の気体を吸引する第１吸引路と、第２筒部の内周に沿って気体を吸引する第２吸引路と、を備えた吸引装置である。

このような構成によれば、対象物にエネルギーを照射する際、第１吸引路および第２吸引路により気体吸引を行う。第１吸引路での気体吸引によって第１筒部の内側の気体が吸引される内側吸引気流が形成される。内側吸引気流は、第１筒部の内周に沿って回転する内側回転気流や、第１筒部の内側を直線的に吸引される内側直線気流である。また、吸引路での気体吸引によって第２筒部の内周に沿って気体が回転する外側回転気流が形成される。したがって、第１筒部内に形成される内側吸引気流によって気体を第１吸引路に吸引するとともに、その外側に形成される外側回転気流によって気体を第２吸引路に吸引できるようになる。

上記吸引装置において、第１筒部の他端は、第２筒部の他端よりも対象物に近い位置に配置されていてもよい。これにより、対象物の処理箇所近傍から発生した粉塵等を第１筒部で効果的に吸引し、周辺に拡がった粉塵等を第２筒部で吸引できるようになる。

本発明の一態様は、対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射ヘッドと、対象物の上方に配置された上記気体供給吸引装置と、を備えたレーザ処理装置である。このレーザ処理装置において、レーザ光を第１筒部の筒内を通して対象物に照射する際、供給路から第１気体を供給して第１筒部内に第１気体による内側回転気流が形成されるとともに、吸引路での気体吸引によって第２筒部内に外側回転気流が形成される。

このような構成によれば、対象物にレーザ光を照射する際、第１筒部内に形成される内側回転気流によって第１気体を対象物に向けて吹き付けることができるとともに、その外側に形成される外側回転気流によって照射箇所から発生する粉塵等の飛散物質を含む気体を効率良く吸引路に吸引できるようになる。

本発明の一態様は、対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射ヘッドと、対象物の上方に配置された上記吸引装置と、を備えたレーザ処理装置である。このレーザ処理装置において、レーザ光を第１筒部の筒内を通して対象物に照射する際、第１吸引路での気体吸引によって第１筒部内に内側回転気流が形成されるとともに、第２吸引路での気体吸引によって第２筒部内に外側回転気流が形成される。

このような構成によれば、対象物にレーザ光を照射する際、第１筒部内に形成される内側回転気流によってレーザ光の照射箇所の直上に舞い上がった粉塵等の飛散物質を含む気体を効率良く吸引できるとともに、その外側に漏れた粉塵等の飛散物質を含む気体を外側回転気流によって効率良く吸引できるようになる。

本発明によれば、加工品質の低下を抑制することができる気体供給吸引装置、吸引装置およびレーザ処理装置を提供するが可能になる。

レーザ処理装置の構成例を示す模式斜視図である。 レーザ処理装置の構成例を示す模式断面図である。 気体供給吸引装置を例示する模式断面図（その１）である。 気体供給吸引装置を例示する模式断面図（その２）である。 気体供給吸引装置による気体の流れを例示する模式断面図（その１）である。 気体供給吸引装置による気体の流れを例示する模式断面図（その２）である。 第２実施形態に係る気体供給吸引装置を例示する模式断面図である。 第３実施形態に係る気体供給吸引装置を例示する模式断面図である。 第４実施形態に係る吸引装置を例示する模式断面図である。 第５実施形態に係る吸引装置を例示する模式断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、レーザ処理装置の構成例を示す模式斜視図である。
図２は、レーザ処理装置の構成例を示す模式断面図である。
図１に示すレーザ処理装置１００は、レーザ光ＬＳのエネルギーを利用して対象物Ｗに所定の加工を行う装置である。本実施形態では、対象物Ｗを溶接するレーザ溶接装置を例とする。

レーザ処理装置１００は、対象物Ｗに照射するレーザ光ＬＳを出射するレーザ出射ヘッド１１０と、対象物Ｗとレーザ出射ヘッド１１０との間に配置された気体供給吸引装置１とを備える。レーザ出射ヘッド１１０は、対象物Ｗにエネルギー（レーザ光ＬＳ）を照射する照射装置の一例である。レーザ出射ヘッド１１０は、レーザ光ＬＳを発生させる光源１１１と、光源１１１から放出されたレーザ光ＬＳを集束させる光学系１１２とを有する。

レーザ溶接装置における光源１１１としては、例えばＹＡＧレーザ（固体レーザ）が用いられる。光源１１１と光学系１１２との間に光ファイバが設けられていてもよい。また、光源１１１は、ファイバレーザ、ＣＯ_２レーザ（気体レーザ）や半導体レーザなど、ＹＡＧレーザ（固体レーザ）以外であってもよい。光源１１１から放出されたレーザ光ＬＳは光学系１１２を通過することで対象物Ｗの処理箇所Ｐに集束する。レーザ溶接装置では、処理箇所Ｐである接合箇所にレーザ光ＬＳを照射して溶融接合する。対象物Ｗとレーザ光ＬＳの照射位置との相対的な位置を変更することで連続的な処理を行ってもよい。

（気体供給吸引装置の構成）
レーザ処理装置１００に用いられる気体供給吸引装置１は、レーザ出射ヘッド１１０と対象物Ｗとの間に配置される。すなわち、気体供給吸引装置１は、レーザ出射ヘッド１１０の対象物Ｗの側に取り付けられ、レーザ光ＬＳによる処理を行う際には処理箇所Ｐの周りを囲むように配置される。

レーザ溶接装置では、溶接箇所の酸化等を抑制するためレーザ光ＬＳが照射される処理箇所Ｐに向けて不活性ガス（窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）など）が供給される。気体供給吸引装置１は、例えば不活性ガスである第１気体Ａ１を処理箇所Ｐに向けて供給するとともに、処理箇所Ｐおよびその周辺の気体を吸引する。説明の便宜上、吸引される気体を第２気体Ａ２とも言う。第２気体Ａ２には、処理箇所Ｐの周辺の空気、溶接の際に対象物Ｗから飛散する材料、煙、粉塵などが含まれる。また、第２気体Ａ２には、処理箇所Ｐに向けて噴射され、対象物Ｗで跳ね返る第１気体Ａ１も含まれる。

気体供給吸引装置１は、レーザ光ＬＳの照射方向に延在する第１筒部１０と、第１筒部１０の外周１０ｂを囲むように配置される第２筒部２０と、第１筒部１０の内周１０ａに沿って第１気体Ａ１を供給する供給路５０と、第２筒部２０の内周２０ａに沿って気体を吸引する吸引路６０とを備える。

第１筒部１０は円筒型または円錐型、第２筒部２０は円筒型が好ましく、レーザ光ＬＳの光軸を中心とした同心円状に配置される。第１筒部１０および第２筒部２０の一端側（対象物Ｗから遠い側）は壁部材４０に接続され、他端１０ｃ、２０ｃ側（対象物Ｗに近い側）は開放されている。これにより、第１筒部１０および第２筒部２０の一端側において、第１筒部１０と第２筒部２０との間は壁部材４０によって塞がれている。

壁部材４０の中央部分には窓部４５が設けられる。窓部４５は開口であってもよいし、レーザ光ＬＳを透過する素材で封止されていてもよい。レーザ光ＬＳはこの窓部４５から気体供給吸引装置１内に入射され、開放端側から対象物Ｗの処理箇所Ｐに照射される。第１筒部１０はこの窓部４５を中心としてレーザ光ＬＳの照射方向に延びる筒型に設けられる。また、第２筒部２０は、第１筒部１０の外径よりも大きな内径を有し、第１筒部１０と同様、レーザ光ＬＳの照射方向に延びる筒型に設けられる。これにより、第１筒部１０と第２筒部２０とによる多重の筒構造となり、第１筒部１０の外周１０ｂと第２筒部２０の内周２０ａとの間にはドーナツ状の空間が構成される。

第１筒部１０の筒内には供給路５０から第１気体Ａ１が供給される。供給路５０は例えばパイプ状になっており、外部から第１筒部１０の筒内に第１気体Ａ１を送り込む役目を果たす。第１筒部１０には第１ポート１０ｐが設けられ、この第１ポート１０ｐに供給路５０が接続される。供給路５０は例えば第２筒部２０を貫通して第１筒部１０の第１ポート１０ｐに接続される。供給路５０は第１筒部１０の内周１０ａの接線方向に延在するように第１ポート１０ｐに接続される。

第２筒部２０には第２ポート２０ｐが設けられる。この第２筒部２０の第２ポート２０ｐに吸引路６０が接続される。吸引路６０は第２筒部２０の内周２０ａの接線方向に延在するように第２ポート２０ｐに接続される。第２ポート２０ｐの開口径は第１ポート１０ｐの開口径よりも大きい。第２筒部２０内の第２気体Ａ２は、第２ポート２０ｐから吸引路６０へ吸引され、外部に排出される。

第１ポート１０ｐおよび第２ポート２０ｐのいずれにおいても、第１筒部１０および第２筒部２０の一端側（対象物Ｗから遠い側、壁部材４０が設けられている側）に設けられていることが好ましい。

本実施形態に係る気体供給吸引装置１のように、第１筒部１０の内側に第３筒部３０が設けられていてもよい。第３筒部３０の一端側は壁部材４０に接続される。第３筒部３０の壁部材４０からの長さは、第２筒部２０の壁部材４０からの長さよりも短い。第３筒部３０は第１ポート１０ｐと対向する位置に設けられる。これにより、第１ポート１０ｐから供給される第１気体Ａ１は、第１筒部１０の内周１０ａと第３筒部３０の外周３０ｂとの間に送り込まれる。第３筒部３０の形状は円筒型または円錐型が望ましい。

図３は、気体供給吸引装置を例示する模式断面図（その１）である。
図３には、第１筒部１０および第２筒部２０の他端側（開放端側）からみた断面図が示される。
第１筒部１０の第１ポート１０ｐの位置と、第２筒部２０の第２ポート２０ｐの位置とは、中心（筒の中心、窓部４５の中心およびレーザ光ＬＳの光軸のいずれか）に対して互いに反対側に設けられている。すなわち、第１ポート１０ｐは中心に対して一方側にオフセットして設けられ、第２ポート２０ｐは中心に対して他方側にオフセットして設けられる。

供給路５０から第１気体Ａ１を供給して第１ポート１０ｐから第１筒部１０内に送り込むと、第１気体Ａ１は第１筒部１０の内周１０ａに沿って回転しながら他端側（開放端側）に向けて送り出される。すなわち、第１気体Ａ１は第１筒部１０の内周１０ａの接線方向の延長上から第１筒部１０内に送り込まれ、内周１０ａに当たって渦を巻くように回転しながら供給される。

一方、吸引路６０により気体吸引を行うと、第２筒部２０の他端側（開放端側）から第２気体Ａ２が吸い込まれ、第２筒部２０の内周２０ａに沿って回転しながら第２ポート２０ｐに向けて吸い上げられる。すなわち、吸引路６０により第２気体Ａ２を第２筒部２０の内周２０ａの接線方向に吸引することで、第２筒部２０内では第２気体Ａ２が内周２０ａに沿って渦を巻くように回転しながら吸い上げられることになる。そして、第２ポート２０ｐから吸引路６０を介して外部に排出される。

図４は、気体供給吸引装置を例示する模式断面図（その２）である。
図４には、気体供給吸引装置１の側面側からみた断面図が示される。
気体供給吸引装置１において、第２筒部２０の他端２０ｃは、第１筒部１０の他端１０ｃよりも対象物Ｗに近い位置に配置される。すなわち、第２筒部２０の延出長さは第１筒部１０の延出長さよりも短い。これにより、第２筒部２０の他端２０ｃと対象物Ｗとの間隔ｈ１は、第１筒部１０の他端１０ｃと対象物Ｗとの間隔ｈ２よりも狭くなる。その結果、対象物Ｗの処理箇所Ｐの周辺を第２筒部２０で覆うとともに、第１筒部１０の他端１０ｃ側の筒内に気体の供給および吸引を行う空間を確保することができる。

また、第１筒部１０と第３筒部３０との隙間である第１隙間ｄ１は、第１筒部１０と第２筒部２０との隙間である第２隙間ｄ２よりも狭く設けられていてもよい。これにより、第３筒部３０と第１筒部１０との隙間である第１隙間ｄ１に第１気体Ａ１を供給することで、第１筒部１０内で回転する気流の速度を高めることができる。

（気体供給吸引装置による気体流れ）
次に、気体供給吸引装置１による気体の流れについて詳細に説明する。
図５は、気体供給吸引装置による気体の流れを例示する模式断面図（その１）である。図５には、気体供給吸引装置１の側面側からみた断面図による気体の流れが例示される。
図６は、気体供給吸引装置による気体の流れを例示する模式断面図（その２）である。図６には、第１筒部１０および第２筒部２０の他端側（開放端側）からみた断面図による気体の流れが例示される。

先ず、気体を供給した際の流れについて説明する。
供給路５０から第１気体Ａ１を供給すると、第１気体Ａ１は第１ポート１０ｐから第１筒部１０内に送り込まれる。ここで、第１ポート１０ｐは第１筒部１０の中心に対してオフセットしているため、第１気体Ａ１は第１筒部１０の内周１０ａに沿って回転しながら供給される。図６に示す例では、第１気体Ａ１は第１筒部１０内で反時計回りに回転し、内側回転気流ＲＡ１となる。

なお、第１筒部１０の内側に第３筒部３０が設けられていると、第１気体Ａ１の供給流路が狭くなり、第１筒部１０内に供給される第１気体Ａ１の流速を高めることができる。これにより、第３筒部３０が設けられていない場合に比べ、第１筒部１０内に形成される内側回転気流ＲＡ１の流速（回転速度）を高めることができる。

第１筒部１０の一端側の第３筒部３０との間は壁部材４０によって塞がれているため、供給路５０から第１気体Ａ１を供給することで、第１気体Ａ１による内側回転気流ＲＡ１は第１筒部１０の開放端である他端側（対象物Ｗ側）へ進むことになる。すなわち、第１気体Ａ１は、螺旋状の内側回転気流ＲＡ１になって他端側へ吹き出すことになる。

次に、気体を吸引した際の流れについて説明する。
吸引路６０により気体吸引を行うと、第２気体Ａ２が第２ポート２０ｐから吸引路６０に引き込まれる。ここで、第２ポート２０ｐは第２筒部２０の中心に対してオフセットしているため、第２気体Ａ２は第２筒部２０の内周２０ａに沿って回転しながら吸引される。第２ポート２０ｐは、中心に対して第１ポート１０ｐとは反対側にオフセットしていることから、第２気体Ａ２の吸引による回転方向は、第１気体Ａ１の供給による回転方向と同じ反時計回りに回転し、外側回転気流ＲＡ２となる。

第２筒部２０の一端側は壁部材４０によって塞がれているため、開放端である他端２０ｃ側から第２気体Ａ２が吸引され、第２筒部２０内で外側回転気流ＲＡ２となって第２筒部２０の他端２０ｃ側（対象物Ｗ側）から一端側へ進むことになる。すなわち、第２気体Ａ２は、螺旋状の外側回転気流ＲＡ２になって一端側へ吸い上げられることになる。

気体供給吸引装置１において、第１気体Ａ１の供給および第２気体Ａ２の吸引は制御部８０によって制御される。この際、制御部８０は、供給路５０からの第１気体Ａ１の流速を、吸引路６０での第２気体Ａ２の吸引の流速よりも速くする制御を行うことが好ましい。これにより、第１気体Ａ１による内側回転気流ＲＡ１の流速を、第２気体Ａ２による外側回転気流ＲＡ２の流速よりも高めることができる。

また、制御部８０は、上記の第１気体Ａ１および第２気体Ａ２のそれぞれの流速制御に加え、供給路５０での第１気体Ａ１の流量を、吸引路６０での第２気体Ａ２の吸引の流量よりも少なくする制御を行うことが好ましい。これにより、第１気体Ａ１による内側回転気流の流速を第２気体Ａ２による外側回転気流の流速よりも高めるとともに、外側回転気流によって十分な量の第２気体Ａ２を吸引することができる。

このような制御部８０による第１気体Ａ１の供給および第２気体Ａ２の吸引のバランス制御によって、第１筒部１０内の気圧が第２筒部２０内の気圧に対して相対的に高くなる。また、第２筒部２０内の気圧は、気体供給吸引装置１の外側の気圧（例えば大気圧）に対して負圧となる。これにより、第１筒部１０内に供給された第１気体Ａ１は旋回する内側回転気流ＲＡ１になって他端１０ｃ側から処理箇所Ｐに向けて吹き出す。すなわち、第１筒部１０の他端１０ｃから吹き出した第１気体Ａ１が処理箇所Ｐに到達する前に外側回転気流ＲＡ２に引き込まれることなく、確実に処理箇所Ｐまで到達する。

また、第２筒部２０の他端２０ｃ側の筒内の第２気体Ａ２は、外側回転気流ＲＡ２となって吸い上げられる。この際、第１筒部１０の他端１０ｃから出て処理箇所Ｐに吹きつけられた第１気体Ａ１は、対象物Ｗ（処理箇所Ｐ）に当たった後に外側に拡がり、第２筒部２０の外側回転気流ＲＡ２に巻き込まれていく。第２気体Ａ２による外側回転気流ＲＡ２は、第２筒部２０の内周２０ａに沿って螺旋状に吸い上げられ、吸引路６０から外部へ排出されることになる。

（レーザ溶接動作）
次に、レーザ処理装置１００によるレーザ溶接動作（レーザ処理方法）について説明する。
先ず、先に説明したように、気体供給吸引装置１によって第１気体Ａ１の供給と、第２気体Ａ２の吸引とを行う。次に、気体供給吸引装置１の中心位置の下方に処理箇所Ｐが位置するように配置する。これにより、処理箇所Ｐには内側回転気流ＲＡ１によって第１気体Ａ１が吹き付けられ、処理箇所Ｐの周辺の第２気体Ａ２が外側回転気流ＲＡ２によって吸い上げられる。

次に、この状態でレーザ出射ヘッド１１０からレーザ光ＬＳを出射する。レーザ光ＬＳは窓部４５を通過して第１筒部１０（第３筒部３０）の中心を進み、処理箇所Ｐに照射される。これにより、処理箇所Ｐの対象物Ｗがレーザ光ＬＳのエネルギーによって溶接される。

溶接によって処理箇所Ｐからは対象物Ｗの材料の飛散、煙、粉塵などの飛散物質が発生する。処理箇所Ｐから発生したこれらの飛散物質は第２気体Ａ２として外側回転気流に巻き込まれ、第２筒部２０内を旋回しながら吸い上げられる。そして、第２ポート２０ｐから吸引路６０へ吸い込まれ、外部に排出される。

また、必要に応じてレーザ光ＬＳの照射位置と処理箇所Ｐとの相対的な位置を移動しながら連続した溶接が行われる。

このような処理において、レーザ光ＬＳは第１気体Ａ１による内側回転気流ＲＡ１の中心を通過して処理箇所Ｐへ到達する。この際、内側回転気流ＲＡ１は外側回転気流ＲＡ２に比べて流速が速いため、第１気体Ａ１は外側回転気流ＲＡ２に吸い込まれる前に処理箇所Ｐへ到達する。つまり、第１筒部１０と処理箇所Ｐとの間は不活性ガスによる第１気体Ａ１によって支配的に満たされた状態となる。これにより、レーザ光ＬＳによる溶接の際の酸化等を抑制することができる。

また、第１筒部１０の内側に対して第２筒部２０の内側のほうが負圧になっているため、処理箇所Ｐから発生した飛散物質は処理箇所Ｐから速やかに外側回転気流ＲＡ２に吸い込まれていくことになる。これにより、処理箇所Ｐから発生した飛散物質がレーザ光ＬＳの光路や処理箇所Ｐに留まることはない。

したがって、このレーザ溶接動作（レーザ処理方法）によれば、不活性ガス等の第１気体Ａ１を確実に処理箇所Ｐに供給できるとともに、処理箇所から発生した飛散物質を効果的に吸引して外部へ排出できるようになる。これにより、飛散物質によってレーザ光ＬＳが減衰したり、飛散物質が光学系１１２などの周辺部材に付着したりすることを抑制でき、加工品質の低下を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る気体供給吸引装置を例示する模式断面図である。
図７には、第２実施形態に係る気体供給吸引装置１Ｂの側面側からみた断面図が示される。
第２実施形態に係る気体供給吸引装置１Ｂでは、第１筒部１０の長さを変更できる構成になっている。例えば、第１筒部１０が一端側（壁部材４０側）の第１部分１１と、他端１０ｃ側（開放端側）の第２部分１２とを有しており、第１部分１１に対して第２部分１２をスライドさせて伸縮できるようになっている。これにより、第１筒部１０の延出方向の長さを調整できる。

第１筒部１０の延出方向の長さが長いほど他端１０ｃの位置が処理箇所Ｐに近くなり、第１気体Ａ１を処理箇所Ｐに供給しやすくなる。一方、第１筒部１０の延出方法の長さが短いほど他端１０ｃの位置が処理箇所Ｐから遠くなり、飛散物質を吸い込みやすくなる。この第１筒部１０の延出方向の長さを調節することで、第１気体Ａ１の供給と第２気体Ａ２の吸引とのバランスを変化させることができる。

なお、本実施形態では第１筒部１０の延出方向の長さを調節可能とする構成を例示したが、第２筒部２０の延出方向の長さを調整可能とする構成でもよいし、第１筒部１０および第２筒部２０の両方の長さを調整可能とする構成でもよい。また、第３筒部３０の延出方向の長さを調節可能に構成してもよい。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る気体供給吸引装置を例示する模式断面図である。
図８には、第３実施形態に係る気体供給吸引装置１Ｃの側面側からみた断面図が示される。
第３実施形態に係る気体供給吸引装置１Ｃでは、第２筒部２０の他端２０ｃの形状を対象物Ｗの形状に対応させた構成となっている。例えば、対象物Ｗが湾曲していたり、曲面になっていたりした場合、この形状に合わせて第２筒部２０の他端２０ｃを曲面に構成している。これにより、第２筒部２０の他端２０ｃと対象物Ｗの表面との間隔Ｇ１がほぼ一定となり、この間隔Ｇ１から第２筒部２０内への第２気体Ａ２の吸い込みばらつきを抑制することができる。吸い込みのばらつきが抑制されると、第２気体Ａ２による外側回転気流を安定して形成することができる。

なお、第２筒部２０の他端２０ｃを対象物Ｗの形状に対応させるほか、第１筒部１０の他端１０ｃも同様に対象物Ｗの形状に対応させてもよい。また、第３筒部３０の他端３０ｃも同様に対象物Ｗの形状に対応させてもよい。

以上説明したように、第１〜第３実施形態によれば、処理箇所Ｐへの第１気体Ａ１の十分な供給と飛散物質を含む第２気体Ａ２の効率の良い吸引とを両立することができ、加工品質の低下を抑制することができる気体供給吸引装置１およびレーザ処理装置１００を提供することが可能になる。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る吸引装置を例示する模式断面図である。
図９に示す吸引装置２は、第１筒部１０および第２筒部２０の両方で気体の吸引を行う装置である。吸引装置２は、例えばレーザ処理装置１００に用いられる。この場合、吸引装置２は、対象物Ｗとレーザ出射ヘッド１１０との間に配置される。
吸引装置２の構成は、先に説明した気体供給吸引装置１、１Ｂおよび１Ｃと同様であるが、第１筒部１０の第１ポート１０ｐには供給路５０の代わりに吸引路６５が接続される。ここで、第１筒部１０の第１ポート１０ｐに接続される吸引路６５は第１吸引路であり、第２筒部２０の第２ポート２０ｐに接続される吸引路６０は第２吸引路である。

これにより、第１筒部１０内の気体は、第１ポート１０ｐから吸引路６５へ吸引され、外部に排出される。これと同時に、第２筒部２０内の気体は、第２ポート２０ｐから吸引路６０へ吸引され、外部に排出される。

吸引装置２において、吸引路６５により気体吸引を行うと、気体が第１ポート１０ｐから吸引路６５に引き込まれる。ここで、第１ポート１０ｐは第１筒部１０の中心に対してオフセットしているため、気体は第１筒部１０の内周１０ａに沿って回転しながら吸引される。図９に示す例では、気体は第１筒部１０内で反時計回りに回転し、内側回転気流ＲＡ１となる。

なお、第１筒部１０の内側に第３筒部３０が設けられていると、気体の吸引流路が狭くなり、第１筒部１０で吸引される気体の流速を高めることができる。これにより、第３筒部３０が設けられていない場合に比べ、第１筒部１０内に形成される内側回転気流ＲＡ１の流速（回転速度）を高めることができる。また、レーザ溶接やレーザ切断加工のように処理箇所Ｐからスパッタが大量に発生する処理の場合、第１筒部１０の延出長さを第２筒部２０の延出長さよりも長くするほうが有利な場合もある。すなわち、第１筒部１０で処理箇所Ｐから発生するスパッタを効果的に吸引し、処理箇所Ｐから周辺に拡がる煙を含む粉塵を第２筒部２０で効果的に吸引できるようになる。

吸引路６５による気体吸引とともに、吸引路６０により気体吸引を行うと、第２筒部２０内の気体が第２ポート２０ｐから吸引路６０に引き込まれる。ここで、第２ポート２０ｐは第２筒部２０の中心に対してオフセットしているため、気体は第２筒部２０の内周２０ａに沿って回転しながら吸引される。第２ポート２０ｐは、中心に対して第１ポート１０ｐとは反対側にオフセットしていることから、第２筒部２０での気体の回転方向は、第１筒部１０での気体の回転方向と同じ反時計回りに回転し、外側回転気流ＲＡ２となる。

このように、吸引装置２では第１筒部１０および第２筒部２０の両方で気体吸引を行うことになる。この際、第１筒部１０の内径は第２筒部２０の内径よりも小さいため、内側回転気流ＲＡ１による吸引圧力が外側回転気流ＲＡ２による吸引圧力よりも高くなる。
したがって、処理箇所Ｐの上方で発生する内側回転気流ＲＡ１による吸引が主となり、この周囲で発生する外側回転気流ＲＡ２による吸引が従となって、全体として効率のよい吸引を行うことができる。

例えば、レーザ光ＬＳを使用したアブレーション加工や被膜除去加工を行う場合、処理箇所Ｐから発生する微細な粉塵を対象物Ｗの表面に付着させないため、吸引装置２による粉塵吸引が有効となる。吸引装置２では、レーザ加工の際に舞い上がった粉塵等の飛散物質を処理箇所Ｐの真上に発生させた内側回転気流ＲＡ１によって強力に引き上げ、これで除去しきれない飛散物質を外側回転気流ＲＡ２によって引き上げることができる。

電子部品やディスプレイ等の製造工程では、レーザ光ＬＳを使用しての素材の被膜除去を行う場合がある。レーザ加工の際に発生する粉塵等が素材の表面に落下し、表面に残ってしまうことが問題となる。本実施形態に係る吸引装置２を用いることで、レーザ加工時に舞い上がった粉塵等をそのまま真上方向に吸引することができ、粉塵等が素材に付着すること防止することができる。

上記説明した第４実施形態によれば、処理箇所Ｐから発生する粉塵等の飛散物質を効率の良く吸引することができ、加工品質の低下を抑制することができる吸引装置２およびレーザ処理装置１００を提供することが可能になる。

なお、第４実施形態に係る吸引装置２において、第１筒部１０による気体吸引の量を増加したい場合、第１ポート１０ｐおよび吸引路６５の内径を第１筒部１０の内径と同等程度に大きくしてもよい。この場合、第３筒部３０の他端３０ｃは、第１ポート１０ｐおよび吸引路６５よりも対象物Ｗに近い側まで伸ばしておく。この構成では、第１筒部１０の内側吸引気流は、回転成分（内側回転気流ＲＡ１）よりも直接的に吸引路６５まで引き込まれる成分（内側直線気流）が優勢となる。

また、吸引装置２では、第１筒部１０の他端１０ｃおよび第３筒部３０の他端３０ｃ少なくとも一方が、第２筒部２０の他端２０ｃよりも対象物Ｗに近い位置に配置されていてもよい。これにより、処理箇所Ｐから発生するスパッタなどの粉塵を第１筒部１０で効果的に吸引し、周辺への拡散を抑制することができる。

（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態に係る吸引装置を例示する模式断面図である。
図１０に示す吸引装置２Ｂは、図９に示す吸引装置２と同様に、第１筒部１０および第２筒部２０の両方で気体の吸引を行う装置である。吸引装置２Ｂは、例えばレーザ処理装置１００に用いられる。
吸引装置２Ｂでは、第１筒部１０に接続される吸引路６５の内径が吸引装置２における吸引路６５の内径よりも大きく設けられている。吸引装置２Ｂにおける吸引路６５の内径の最大は、第１筒部１０の内径である。

これにより、第１筒部１０内の気体は筒内に沿って直線的に吸引され、第１ポート１０ｐを介して吸引路６５から外部に排出される。これと同時に、第２筒部２０内の気体は、第２ポート２０ｐから吸引路６０へ吸引され、外部に排出される。

吸引装置２Ｂでは、吸引路６５の内径が第１筒部１０の内径と同様であり、第１筒部１０の中心に対して第１ポート１０ｐがオフセットしていない。このため、第１筒部１０の内側吸引気流は、内側を直線的に吸引される内側直線気流ＲＡ３となる。したがって、第１筒部１０内の気体を真っ直ぐ吸引して効率良く吸引路６５から外部へ排出することができる。

図１０に示す例では、第１筒部１０の他端１０ｃが、第２筒部２０の他端２０ｃよりも対象物Ｗに近い位置に配置されていることが好ましい。これにより、処理箇所Ｐから発生するスパッタなどの粉塵を第１筒部１０で効果的に吸引し、周辺への拡散を抑制することができる。また、第３筒部３０の他端３０ｃの位置は、第１筒部１０の他端１０ｃと、第１ポート１０ｐの対象物Ｗ側の端との間であることが好ましい。これにより、処理箇所Ｐから発生する粉塵等を吸引路６５に誘導しつつ、窓部４５からの吸気を最小限に抑制することができる。

上記説明した第５実施形態によれば、処理箇所Ｐに近い部分において直線的に気体吸引を行い、処理箇所Ｐから発生する粉塵等の飛散物質を効率の良く吸引することができる。また、処理箇所Ｐの周囲に拡がった粉塵等は第２筒部２０の外側回転気流ＲＡ２によって効率良く吸引することができる。これにより、加工品質の低下を抑制することができる吸引装置２Ｂおよびレーザ処理装置１００を提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態およびその具体例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、第１筒部１０、第２筒部２０および第３筒部３０の形状は円柱形以外の例えば多角柱型や楕円柱型であってもよい。また、第１筒部１０、第２筒部２０および第３筒部３０は必ずしも同心円状に配置されていなくてもよい。また、内側回転気流ＲＡ１および外側回転気流ＲＡ２の回転方向を反時計回りとして説明したが、時計回りでもよいし、内側回転気流ＲＡ１および外側回転気流ＲＡ２の回転方向が互いに逆であってもよい。また、第１筒部１０に複数本の供給路５０を接続してもよいし、第２筒部２０に複数本の吸引路６０を接続してもよい。

また、気体供給吸引装置１、１Ｂおよび１Ｃの実施形態では、第１筒部１０から第１気体Ａ１を供給し、第２筒部２０で第２気体Ａ２を吸引する例を示したが、反対に、第２筒部２０から第１気体Ａ１を供給し、第１筒部１０で第２気体Ａ２を吸引するようにしてもよい。この場合、第１筒部１０の第１ポート１０ｐに吸引路６０が接続され、第２筒部２０の第２ポート２０ｐに供給路５０が接続される。さらにまた、第１気体Ａ１や第２気体Ａ２には液体など気体以外の物質が含まれていてもよい。

また、吸引装置２および２Ｂにおいて、第１筒部１０、第２筒部２０および第３筒部３０の少なくともいずれかの延出方向の長さを調整可能とする構成にしてもよい。

また、前述の各実施形態またはその具体例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

本願は、以下の付記に記載の発明の構成を含む。
（付記）
第１筒部と、
前記第１筒部の外周を囲むように配置される第２筒部と、
前記第１筒部の内周に沿って第１媒体を供給または吸引する第１流路と、
前記第２筒部の内周に沿って第２媒体を吸引または供給する第２流路と、
を備えた媒体供給吸引装置。
ここで、媒体は気体、液体、ゲルなどの各種の状態の物質を含む。第１流路によって媒体を供給する場合は第２流路によって媒体を吸引し、第１流路によって媒体を吸引する場合は第２流路によって媒体を供給する。第２媒体は第２筒部内の媒体および第１媒体を含む。

本実施形態に係る気体供給吸引装置１は、レーザ処理装置１００以外の装置、例えば、レーザ以外のエネルギーを用いた処理装置（加熱装置など）や、３次元造形装置（３Ｄプリンタ）など、加工処理の際に気体の供給および吸引を行う処理装置に好適に利用可能である。

１，１Ｂ，１Ｃ…気体供給吸引装置
２，２Ｂ…吸引装置
１０…第１筒部
１０ａ…内周
１０ｂ…外周
１０ｃ…他端
１０ｐ…第１ポート
１１…第１部分
１２…第２部分
２０…第２筒部
２０ａ…内周
２０ｃ…他端
２０ｐ…第２ポート
３０…第３筒部
３０ｂ…外周
３０ｃ…他端
４０…壁部材
４５…窓部
５０…供給路
６０，６５…吸引路
８０…制御部
１００…レーザ処理装置
１１０…レーザ出射ヘッド
１１１…光源
１１２…光学系
Ａ１…第１気体
Ａ２…第２気体
Ｇ１…間隔
ＬＳ…レーザ光
Ｐ…処理箇所
ＲＡ１…内側回転気流
ＲＡ２…外側回転気流
Ｗ…対象物
ｄ１…第１隙間
ｄ２…第２隙間
ｈ１，ｈ２…間隔

Claims (10)

1. 対象物と、前記対象物にエネルギーを照射する照射装置との間に配置され、気体の供給および吸引を行う気体供給吸引装置であって、
   前記エネルギーの照射方向に延在する第１筒部と、
   前記第１筒部の外周を囲むように配置される第２筒部と、
   前記第１筒部の内周に沿って第１気体を供給する供給路と、
   前記第２筒部の内周に沿って気体を吸引する吸引路と、
   を備えた気体供給吸引装置。
2. 前記エネルギーを通過させる窓部を有し、前記第１筒部および前記第２筒部の一端側に設けられ、前記第１筒部と前記第２筒部との間を塞ぐ壁部材をさらに備えた、請求項１記載の気体供給吸引装置。
3. 前記第２筒部の他端は、前記第１筒部の他端よりも前記対象物に近い位置に配置された、請求項２記載の気体供給吸引装置。
4. 前記第１筒部の内側に配置される第３筒部をさらに備え、
   前記照射方向にみて、前記第１筒部と前記第３筒部との隙間である第１隙間は、前記第１筒部と前記第２筒部との隙間である第２隙間よりも狭い、請求項１または２に記載の気体供給吸引装置。
5. 前記供給路での前記第１気体の流速は、前記吸引路での気体吸引の流速よりも速い、請求項１から４のいずれか１項に記載の気体供給吸引装置。
6. 前記供給路での前記第１気体の流量は、前記吸引路での気体吸引の流量よりも少ない、請求項５記載の気体供給吸引装置。
7. 対象物と、前記対象物にエネルギーを照射する照射装置との間に配置され、気体の吸引を行う吸引装置であって、
   前記エネルギーの照射方向に延在する第１筒部と、
   前記第１筒部の外周を囲むように配置される第２筒部と、
   前記第１筒部の内側の気体を吸引する第１吸引路と、
   前記第２筒部の内周に沿って気体を吸引する第２吸引路と、
   を備えた吸引装置。
8. 前記第１筒部の他端は、前記第２筒部の他端よりも前記対象物に近い位置に配置された、請求項７記載の吸引装置。
9. 対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射ヘッドと、
   前記対象物と前記レーザ出射ヘッドとの間に配置された請求項１から６のいずれか１項に記載の気体供給吸引装置と、
   を備え、
   前記レーザ光を前記第１筒部の筒内を通して前記対象物に照射する際、前記供給路から前記第１気体を供給して前記第１筒部内に前記第１気体による内側回転気流が形成されるとともに、前記吸引路での気体吸引によって前記第２筒部内に外側回転気流が形成される、レーザ処理装置。
10. 対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射ヘッドと、
    前記対象物と前記レーザ出射ヘッドとの間に配置された請求項７または８に記載の吸引装置と、
    を備え、
    前記レーザ光を前記第１筒部の筒内を通して前記対象物に照射する際、前記第１吸引路での気体吸引によって前記第１筒部内に内側吸引気流が形成されるとともに、前記第２吸引路での気体吸引によって前記第２筒部内に外側回転気流が形成される、レーザ処理装置。
    
    

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