JP4193082B2

JP4193082B2 - レーザ溶接用ノズル

Info

Publication number: JP4193082B2
Application number: JP35101298A
Authority: JP
Inventors: 村卓磨中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP2000176672A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接に用いられるガスノズルに係わり、さらに詳しくは加工点である溶接部から飛散するスパッタの飛来軌跡を変化させることができ、もってスパッタの集光レンズ、あるいは保護ガラスへの付着を防止することができるレーザ溶接用ノズルに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ溶接において、溶接用加工ヘッドに備えた集光レンズを溶融金属部から飛散するスパッタから保護し、レンズの汚染を防止する試みとして、特開平９−１３７２号公報には、加工ヘッドのハウジングの内側全域をエアカーテン状に横断するシールドガスを吹込むスリット状の吹込孔を設けると共に、この吹込孔に相対する側にシールドガスの排出孔を設け、吹込孔から多量のシールドガスを吹込むことによって得られるカーテン状の高速気流により、加工点で発生し、集光レンズに向かって飛来するスパッタの軌跡を変化させるようにした溶接用加工ヘッドが提案されている。
【０００３】
しかしながら、上記公報に記載された溶接用加工ヘッドにおいては、スパッタの飛来軌跡を変化させているのがエアカーテンの発生ポイント、すなわち吹込孔のみであることから、必ずしも十分な軌跡変化が生じるとは限らず、軌跡変化が不十分な場合にはスパッタが集光レンズにまで到達してレンズを汚染することがある。また、軌跡変化が十分な場合でもハウジングの内壁で跳ね返ったスパッタが集光レンズに付着する可能性があるという問題点があり、このような問題点を解消して、スパッタの付着防止効果を十分なものとすることが上記のようなレーザ溶接用ノズルにおける課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、従来のレーザ溶接用ノズルにおける上記課題に着目してなされたものであって、加工点における溶融金属から飛来するスパッタの軌跡を大きく変化させることができ、集光レンズあるいは集光レンズをカバーする保護ガラスへのスパッタの付着を効果的に阻止することができ、集光レンズの汚染、損傷を防止し、保護ガラスの交換頻度を大幅に低減、あるいは交換を不要にすることのできるレーザ溶接用ノズルを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わるレーザ溶接用ノズルは、集光レンズと加工点の間に、レーザ光の中心からオフセットした位置を中心として配設された略円筒状のガス旋回槽と、該ガス旋回槽の底部にレーザ光と同軸に配設されたセンターガスノズルを備え、前記ガス旋回槽の中心からオフセットした位置にシールドガスの吹出口が設けてある構成としたことを特徴としており、レーザ溶接用ノズルにおけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
本発明に係わるレーザ溶接用ノズルの実施態様として請求項２に係わるノズルにおいては、ガス旋回槽中心のレーザ光中心からのオフセット距離が前記集光レンズの半径以上である構成とし、同じく実施態様として請求項３に係わるレーザ溶接用ノズルにおいては、ガス旋回槽中心のレーザ光中心からのオフセット距離が前記集光レンズを覆う保護ガラスの半径以上である構成とし、さらに実施態様として請求項４に係わるレーザ溶接用ノズルにおいては、センターガスノズルから吐出されるシールドガス流を横切るエアカーテン状のシールドガス流を発生する噴出口を備えている構成としたことを特徴としている。
【０００７】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるレーザ溶接用ノズルにおいては、レーザ光の中心からオフセットした位置を中心とする略円筒状のガス旋回槽を備えると共に、ガス旋回槽の底部にレーザ光と同軸に配設されたセンターガスノズルを備えており、このガス旋回槽の中心からオフセットした位置にシールドガスの吹出口が設けてあるので、吹出口からガス旋回槽中に送給されたシールドガスは、旋回槽内壁に沿って方向を変え、レーザ光を横切るスパイラル状の旋回流となってセンターガスノズルの出口から加工点に向かって吐出されることになる。したがって、加工点である溶接部から飛散したスパッタが、センターガスノズル内を流れ、当該ガスノズルの出口から吐出されるシールドガス流に抗してガス旋回槽内に飛来したとしても、旋回槽中を流れるシールドガスの旋回流によって集光レンズ方向に直交する方向の力を連続的に受けることになるので、スパッタの飛来軌跡が大きく変化し、たとえ当該ノズルのハウジング内壁で跳ね返ったとしても集光レンズ、あるいは集光レンズ前面に配設された保護ガラスに到達することはない。
【０００８】
本発明に係わるレーザ溶接用ノズルの実施態様として請求項２に係わるノズルにおいては、ガス旋回槽の中心が集光レンズの半径以上の距離となるようにレーザ光の中心からオフセットしてあるので、シールドガスの旋回流が集光レンズの前面をその全域に亘って横切るようになることから、集光レンズへのスパッタの付着が確実に防止されることになり、同じく実施態様として請求項３に係わるレーザ溶接用ノズルにおいては、ガス旋回槽の中心位置が集光レンズを覆う保護ガラスの半径以上の距離だけレーザ光の中心からオフセットしてあるので、シールドガスの旋回流が同様に保護ガラスの前面全域を横切ることから、集光レンズが保護ガラスによってカバーされている場合に保護ガラスへのスパッタの付着が確実に防止され、保護ガラスの交換が不要、あるいはその交換頻度が大幅に減少することになる。
【０００９】
また、実施態様として請求項４に係わるレーザ溶接用ノズルは、さらにエアカーテン状のシールドガス流を発生する噴出口（エアナイフ）を備え、当該噴出口から噴出する高速のシールドガス流によって、ガス旋回槽の底部に配設されたセンターガスノズルから吐出されるシールドガス流を横切るようにしてあるので、溶接部から飛来するスパッタの大部分がこのエアカーテン状のシールドガス流によってガスノズル内への飛来が阻止されると共に、センターガスノズルから加工点に向けて吐出されるシールドガスの流れがこのエアカーテン状のシールドガス流によって遮られることから、シールドガスの溶接ビードへの影響が最小限に抑えられる。また、前記噴出口からのエアカーテン状のシールドガス流およびセンターガスノズルから吐出されるシールドガス流に逆らってガスノズル内にスパッタが侵入したとしても、旋回槽中を流れるシールドガスの旋回流によって、スパッタの飛来軌跡が大きく変化し、集光レンズや保護ガラスに付着するようなことはない。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるレーザ溶接用ノズルは、上記構成、とくにレーザ光の中心からオフセットした位置を中心とする略円筒状のガス旋回槽を備え、このガス旋回槽の中心からオフセットした位置にシールドガスの吹出口を設けた構成を備えたものであるから、加工点から飛来したスパッタが、センターガスノズルから吐出されるシールドガス流に逆らって当該ノズル内に侵入したとしても、旋回槽中を流れるシールドガスの旋回流によって、スパッタの飛来軌跡を大きく変化させることができ、集光レンズや保護ガラスへの付着を防止することができるという極めて優れた効果をもたらすものである。
【００１１】
また、本発明に係わるレーザ溶接用ノズルの実施態様として請求項２に係わるノズルにおいては、ガス旋回槽中心のレーザ光中心からのオフセット距離を集光レンズの半径以上とした構成のものであるから、シールドガスの旋回流が集光レンズの前面をその全域に亘って横切ることになり、集光レンズへのスパッタ付着防止効果をより確実なものとすることができ、同じく実施態様として請求項３に係わるレーザ溶接用ノズルにおいては、ガス旋回槽中心のレーザ光中心からのオフセット距離を集光レンズを覆う保護ガラスの半径以上とした構成のものであるから、シールドガスの旋回流が同様に保護ガラスの前面全域を横切ることになり、保護ガラスへのスパッタの付着をより確実に防止することができ、保護ガラスの交換をほとんど不要にすることができるようになり、さらに実施態様として請求項４に係わるレーザ溶接用ノズルにおいては、センターガスノズルから吐出されるシールドガス流を横切るエアカーテン状のシールドガス流を発生する噴出口を備えた構成のものであるから、エアカーテン状のシールドガス流によって、溶接部から飛来するスパッタの大部分を吹き飛ばして、スパッタのノズル内への飛来をほとんど阻止することができると共に、センターガスノズルから加工点に向けて吐出されるシールドガスの流れを遮ってシールドガスの溶接ビードへの影響を低減することができるというさらに優れた効果がもたらされる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて、さらに具体的に説明する。
実施例１
図１および図２は、本発明の一実施例に係わるレーザ溶接用ノズルの構造を示すものであって、図１（ａ）は当該レーザ溶接用ノズルの縦断面図、図１（ｂ）はその平面図、図２はその側面図である。
【００１３】
図に示すレーザ溶接用ノズル１は、集光レンズ２およびその前面に位置する保護ガラス３の図中直下位置に装着されたガス旋回槽４と、このガス旋回槽４の底面に取付けられたセンターガスノズル５から主に構成され、センターガスノズル５は、漏斗状をなし、集光レンズ２によって加工点Ｗに集光されるレーザ光Ｌと同軸となるように配設されている。
【００１４】
ガス旋回槽４は、図中の上方側にやや開いたバケット形の中空円筒状をなし、その中心Ｃを加工点Ｗ、すなわちレーザ光Ｌの中心から距離ｄだけオフセットされた位置に備えている。なお、このガス旋回槽４の中心Ｃのレーザ光Ｌからのオフセット距離ｄは、集光レンズ２および保護ガラス３の半径より僅かに大きな寸法に設定してある。
【００１５】
そして、ガス旋回槽４には中心Ｃから前記オフセット距離ｄにほぼ等しい距離だけ離れた外周上にシールドガスの供給ノズル６を備えており、シールドガスをガス旋回槽４内に開口する吹出口６ａからほぼ水平に噴出するようになっている。
【００１６】
このような構造を備えたレーザ溶接用ノズル１においては、供給ノズル６からシールドガスの供給を開始すると、吹出口６ａから噴出したシールドガスは、レーザ光Ｌを横切ったのち、ガス旋回槽４の内壁に衝突し、内壁に沿って方向を変えスパイラル状の旋回流となったのち、センターガスノズル５の出口５ａから加工点Ｗに向かって吐出される。
【００１７】
したがって、加工点Ｗ、すなわち溶接部の溶融プールから飛散したスパッタの多くは、センターガスノズル５から吐き出されるシールドガス流によってその飛散方向が変えられ、センターガスノズル５およびガス旋回槽４内への飛来が阻止されるが、一部のスパッタがセンターガスノズル５からのシールドガス流に逆らって、ガス旋回槽４内に飛来したとしても、旋回槽４内を流れるシールドガスの旋回流から水平方向の力を連続的に受けることになり、スパッタの飛来軌跡が大きく変化するので、集光レンズ２や、その前面に配設された保護ガラス３に到達することはない。また、スパッタがセンターガスノズル５やガス旋回槽４の内壁に衝突して跳ね返ったとしても、同様に水平方向の力を連続的に受けることになるので、集光レンズや保護ガラスに付着するようなことはなく、保護ガラスの交換回数を大幅に削減、あるいは交換の必要をなくすることができる。また、保護ガラスを配置していない場合であっても、集光レンズの損傷をほぼ確実に防止することができるようになる。
実施例２
図３は、本発明の他の実施例に係わるレーザ溶接用ノズルの構造を示すものであって、図３（ａ）は当該レーザ溶接用ノズルの縦断面図、図３（ｂ）はその側面図である。
【００１８】
この実施例に係わるレーザ溶接用ノズル１１は、センターガスノズル５の下方に、エアカーテン状のシールドガス流を発生する噴出口を備え、この噴出口から噴出する高速のシールドガス流によって、センターガスノズル５から吐出されるシールドガスの加工点Ｗに向かう流れを遮るようにしたことを除いて、先に説明した実施例１に係わるノズル１と基本的に同じ構造を備えているので、構造的に同じ部分については、実施例１と同じ符号を付すことによって、説明を省略あるいは簡略化する。
【００１９】
すなわち、図に示すレーザ溶接用ノズル１１は、実施例１に係わるレーザ溶接用ノズルノズル１と同様のガス旋回槽４を集光レンズ２および保護ガラス３の直下位置に備え、レーザ光Ｌの中心から同様にオフセットされた外周上にシールドガスの供給ノズル６を備え、吹出口６ａから当該旋回槽４内にシールドガスがほぼ水平に噴出されるようになっている。
【００２０】
そして、ガス旋回槽４の底面には、同様の形状のセンターガスノズル５がレーザ光Ｌと同軸となるように配設されていて、供給ノズル６を経て吹出口６ａから旋回槽４内に供給されたシールドガスを加工点Ｗに向けて吐き出すようになっていると共に、前記ガス旋回槽４に連通するガス送給路１７が形成されており、当該ガス送給路１７の先端部の噴出口１７ａをセンターガスノズル５の出口５ａの側方に配設することによって、ガス旋回槽４内に供給されたシールドガスの一部をエアカーテン状のシールドガス流として噴出口１７ａから噴出させ、この高速シールドガス流がセンターガスノズル５から加工点Ｗに向けて吐出されるシールドガス流を横断するようにしてある。
【００２１】
このような構造を備えたレーザ溶接用ノズル１１において、供給ノズル６を介して吹出口６ａからガス旋回槽４内に吹出されたシールドガスは、旋回槽４内において旋回流となったのち、センターガスノズル５の出口５ａから加工点Ｗに向かって吐出されると共に、ガス送給路１７を経て噴出口１７ａからエアカーテン状の高速シールドガス流となって噴出し、前記センターガスノズル５から吐出されて加工点Ｗに向かうシールドガスの流れを遮断する。
【００２２】
したがって、加工点Ｗから飛散したスパッタの大部分は、噴出口１７ａから噴出される高速シールドガス流によって吹き飛ばされることから、ノズル内へのスパッタの飛来がほとんど阻止されることになると共に、このカーテン状の高速シールドガス流およびセンターガスノズル５から吐出されるシールドガス流に抗してガスノズル内に侵入するスパッタがあったとしても、旋回槽４中を流れるシールドガスの旋回流によって、上記同様に当該スパッタの飛来軌跡が大きく変化することから、集光レンズ２や保護ガラス３に付着してこれらを汚染、損傷するようなことがない。
【００２３】
また同時に、センターガスノズル５から吐出されて加工点Ｗに向かうシールドガスの流れが、噴出口１７ａから噴出するエアカーテン状の高速シールドガス流によって遮られることから、溶接ビードに対するシールドガスの影響を最小限に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施例に係わるレーザ溶接用ノズルの構造を示す縦断面図である。
（ｂ）図１（ａ）に示したレーザ溶接用ノズルの平面図である。
【図２】図１（ａ）に示したレーザ溶接用ノズルの側面図である。
【図３】（ａ）本発明の他の実施例に係わるレーザ溶接用ノズルの構造を示す縦断面図である。
（ｂ）図３（ａ）に示したレーザ溶接用ノズルの側面図である。
【符号の説明】
１，１１レーザ溶接用ノズル
２集光レンズ
３保護ガラス
４ガス旋回槽
５センターガスノズル
６ａ吹出口
１７ａ噴出口
Ｌレーザ光
Ｗ加工点

Claims

集光レンズと加工点の間に、レーザ光の中心からオフセットした位置を中心として配設された略円筒状のガス旋回槽と、該ガス旋回槽の底部にレーザ光と同軸に配設されたセンターガスノズルを備え、前記ガス旋回槽の中心からオフセットした位置にシールドガスの吹出口が設けてあることを特徴とするレーザ溶接用ノズル。
ガス旋回槽中心のレーザ光中心からのオフセット距離が前記集光レンズの半径以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接用ノズル。
ガス旋回槽中心のレーザ光中心からのオフセット距離が前記集光レンズを覆う保護ガラスの半径以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接用ノズル。
前記センターガスノズルから吐出されるシールドガス流を横切るエアカーテン状のシールドガス流を発生する噴出口を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ溶接用ノズル。