JP6811824B2 - 加工用ノズルおよび加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、水中にて被加工物に対して加工を行う際に加工部位に向けて配置されて気体領域をなす加工用ノズル、および当該加工用ノズルが適用される加工装置に関する。

例えば、特許文献１に、レーザ切断装置が示されている。このレーザ切断装置は、レーザビームを通す切断用ノズルを備えている。切断用ノズルは、レーザビームによって溶融した溶融物を吹き飛ばすためのアシストガスを噴射するアシストガスノズルと、アシストガスを保護するためのシールドガスを噴射するシールドガスノズルとを有し、アシストガスノズルは、内側ノズルと外側ノズルとからなる二重ノズル構造を有し、内側ノズルは、レーザビームを通すとともに酸素含有ガスを噴射し、外側ノズルは、内側ノズルと同軸的に配置されることが示されている。また、特許文献１は、レーザ切断装置を水中切断に用いるため、アシストガス、シールドガスおよび加圧水カーテンを噴射することが示されている。加圧水カーテンは、アシストガスノズルおよびシールドガスノズルを囲むように環状に配置され、アシストガスノズルおよびシールドガスノズルに対して同軸的に配置される加圧水カーテンノズルにより噴射される。

特開２０１１−１７７７８８号公報

特許文献１に示される加圧水カーテンノズルでは、加圧水カーテンを形成する水は、水タンクから水ポンプによって切断用ヘッドに供給され、切断用ヘッドに供給された水は、水通路を通じて環状ノズルから噴射される。この構成においては、水通路から環状ノズルに供給された水は、環状ノズルの周方向に沿って流動する。このため、環状ノズルにおいて、水通路に近い部分の水流量が多くなり、水通路から遠ざかるほど水流量が少なくなり、周方向の水噴射の流量分布に大きな偏差が生じてしまう。この結果、周方向で水の噴射の弱い箇所が発生し、アシストガスおよびシールドガスからなる気体領域であるドライスポットに周囲の水が浸入するおそれがある。溶接時の水の存在は溶接欠陥に繋がるため、水の浸入は問題となる。

ところで、溶接を行う気体領域への水の浸入のリスクを低減するには、気体領域に供給するガスの噴出流量を増加させて気体領域のガス圧力を増加することが望ましい。しかし、ガスの噴出流量を増加させると、溶接箇所におけるガス流速が増加してしまい、例えば、溶けた溶接部に周囲のガスを巻き込むことで溶接欠陥が生じるなど、溶接品質の低下が生じるおそれがあるため、単純にガスの噴出流量を増加できず制限が生じる。従って、本発明は、上述した課題を解決するものであり、溶接品質を確保しつつ気体領域への水の浸入を防止するシールド性能を向上することのできる加工用ノズルおよび加工装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の加工用ノズルは、先端部が開放して筒状に形成されて内外にガスを通過させつつ前記ガスの流動抵抗となる流動抵抗体と、前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向け、かつ前記流動抵抗体の周囲を取り囲むように配置されるシールドガス噴射ノズルと、前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向け、かつ前記シールドガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、を備えることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、流動抵抗体は、シールドガス噴射ノズルに囲まれる内側において、その筒状で加工部位を囲むように配置される。そして、流動抵抗体は、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスに流動抵抗を付与するため、シールドガスが加工部位に流入し難くなる。これにより、気体領域であるドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスの噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

また、本発明の加工用ノズルでは、前記シールドガス噴射ノズルは、前記流動抵抗体の外周に沿う側または離れる側に噴射口を向けて配置されていることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、シールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスが流動抵抗体に直接衝突することを防ぐ。この結果、シールドガスを加工部位に流入し難くすることができる。

また、本発明の加工用ノズルでは、前記流動抵抗体は、先端部が外側に反り返って形成されることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、流動抵抗体の先端部が外側に反り返って形成されることで、加工用ノズルを移動させながら加工部位の加工を行う場合に、この移動に追従して流動抵抗体の先端部を加工部位の周囲に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位に流入し難くすることができる。

また、本発明の加工用ノズルでは、前記流動抵抗体の筒状内部で前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向けて配置されるアシストガス噴射ノズルをさらに備えることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、流動抵抗体の筒状内部にアシストガスを供給できる。このため、気体領域内である流動抵抗体の筒状内部のドライスポットＤａと、気体領域内である流動抵抗体の筒状外部のドライスポットＤｂと、ドライスポットの外部（気体領域の外部）の水中領域Ｗとの各領域の圧力を、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｗとすることが可能になる。この結果、流動抵抗体の筒状内部のドライスポットＤａでは、ガス噴出流量を抑えてガス圧力を高めてアシストガスを加工部位に流入し難くすることができ、流動抵抗体の筒状外部のドライスポットＤｂではガス噴出流量を増加させて水中領域Ｗからの水の流入を防ぐことができる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

また、本発明の加工用ノズルでは、前記シールドガス噴射ノズルの噴射口と前記水噴射ノズルの噴射口との間で前記シールドガス噴射ノズルの噴射口の周囲を取り囲むように環状に形成されていると共に、基端部が前記水噴射ノズルの径方向内側に取り付けられて先端部が基端部よりも径方向外側に位置して設けられた遮蔽部材をさらに備え、前記シールドガス噴射ノズルは、前記遮蔽部材の内面に沿う方向に噴射口を向けて配置されていることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、遮蔽部材の内面に沿う方向に噴射口を向けてシールドガス噴射ノズルが配置されていることで、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスが、気体領域であるドライスポットにおいて加工部位から最も離れた遮蔽部材の内面に沿って流動するため、加工部位に向けたシールドガスのガス流量を低減することができる。これにより、ドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

また、本発明の加工用ノズルでは、前記シールドガス噴射ノズルは、前記遮蔽部材の基端部との間に段部をおいて噴射口が配置されていることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、遮蔽部材の基端部と噴射口との間に設けた段部により、噴射口から噴射されたシールドガスによって循環流れが発生し、この循環流れによるコアンダ効果で噴射口から噴射されたシールドガスの主流が遮蔽部材側に引き寄せられ、遮蔽部材の内面に付着するように遮蔽部材の内面に沿って流動する。これにより、ドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる効果が顕著になる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

また、本発明の加工用ノズルでは、前記流動抵抗体は、先端部が前記遮蔽部材の先端部の位置よりも延出して形成されていることを特徴とする。

この加工用ノズルによれば、遮蔽部材は環状に形成されているため先端部を基準として環状に囲む面が形成される。この先端部の位置よりも流動抵抗体の先端部を延出させることで、先端部を基準として環状に囲む面から遮蔽部材が囲む領域の外側に流動抵抗体の先端部が突出する。従って、加工の際には、流動抵抗体の先端部を加工部位の周囲に対して十分に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位に流入し難くする効果が顕著になる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の加工装置は、上述したいずれか１つの加工用ノズルと、前記シールドガス噴射ノズルにガスを供給するシールドガス供給部と、アシストガス噴射ノズルが配置されている場合に当該アシストガス噴射ノズルにガスを供給するアシストガス供給部と、前記水噴射ノズルに水を供給する水供給部と、前記流動抵抗体の筒状内部を加工領域として設けられた加工ヘッドと、を備えることを特徴とする。

この加工装置によれば、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスに流動抵抗体が流動抵抗を付与するため、シールドガスが加工部位に流入し難くなる。これにより、気体領域であるドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスの噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができることから、水中での加工性を向上することができる。

本発明によれば、溶接品質を確保しつつ気体領域への水の浸入を防止するシールド性能を向上することができる。

図１は、本開示の実施形態に係る加工装置の概略構成図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視図である。 図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 図４は、本開示の実施形態１に係る加工装置の他の例の概略構成図である。 図５は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図６は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図７は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図８は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図９は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図１０は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図１１は、本開示の実施形態１に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図１２は、本開示の実施形態２に係る加工装置の概略構成図である。 図１３は、図１２におけるＡ’−Ａ’矢視図である。 図１４は、図１２におけるＢ’−Ｂ’断面図である。 図１５は、本開示の実施形態２に係る加工装置の他の例の概略構成図である。 図１６は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの概略構成図である。 図１７は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図１８は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図１９は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図２０は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図２１は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図２２は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 図２３は、本開示の実施形態２に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。

［実施形態１］
以下に、本開示に係る実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの開示が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る加工装置の概略構成図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように、本実施形態の加工装置１は、水中において被加工物１００を加工するものである。加工としては、例えば、溶接、切断があり、加工方法としては、例えば、図１に示すＴＩＧ溶接がある。本実施形態では、ＴＩＧ溶接による肉盛溶接を主として説明する。

本実施形態の加工装置１は、図１に示すように、加工ヘッド２、加工用ノズル３、ガス供給部４、水供給部５を備えている。

加工ヘッド２は、溶接トーチ２Ａを備える。溶接トーチ２Ａは、加工用ノズル３のトーチ挿入ノズル３Ａを貫通して設けられている。また、加工装置１は、溶接トーチ２Ａの先端部に対応する位置に溶接ワイヤ２Ｂを備える。溶接ワイヤ２Ｂは、加工用ノズル３を貫通して支持されている。

加工用ノズル３は、円柱形状に形成されて加工ヘッド２に設けられた溶接トーチ２Ａの先端部を、水中の被加工物１００の加工部位１００Ａの加工に適した距離で設置するように図示しない保持手段（例えば、マニピュレータ）により水中にて保持される。この加工用ノズル３は、トーチ挿入ノズル３Ａ、ガス噴射ノズル３Ｂ、水噴射ノズル３Ｃを備えている。

トーチ挿入ノズル３Ａは、加工用ノズル３の中央に設けられて加工ヘッド２の溶接トーチ２Ａを挿通させる穴であって溶接トーチ２Ａを被加工物１００の加工部位１００Ａに配置するための開口３Ａａを有する。

ガス噴射ノズル３Ｂは、アシストガス（アルゴンガスや窒素ガスなど）を噴射するもので、図１に示すように、トーチ挿入ノズル３Ａの周囲を取り囲むように配置され、溶接トーチ２Ａの先端部側に噴射口３Ｂａを向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、ガス噴射ノズル３Ｂは、図２に示すように、トーチ挿入ノズル３Ａの周囲を取り囲むように加工用ノズル３の円柱形状の中心軸Ｃの周りに環状に形成された穴として形成されている。その他、ガス噴射ノズル３Ｂは、図には明示しないが、トーチ挿入ノズル３Ａの周囲を取り囲むように配置された複数の穴として形成されていてもよい。なお、本実施形態において、ガス噴射ノズル３Ｂは、図１に示すように、トーチ挿入ノズル３Ａの開口３Ａａと同じ平面上に噴射口３Ｂａが形成されている。その他、ガス噴射ノズル３Ｂは、図には明示しないが、トーチ挿入ノズル３Ａの開口３Ａａに対してトーチ挿入ノズル３Ａの向きの後側（溶接トーチ２Ａの先端部とは反対側）に窪んだ位置に噴射口３Ｂａが設けられていてもよく、トーチ挿入ノズル３Ａの開口３Ａａに対してトーチ挿入ノズル３Ａの向きの前側（溶接トーチ２Ａの先端部側）に突出した位置に噴射口３Ｂａが設けられていてもよい。

水噴射ノズル３Ｃは、水を噴射するもので、図１〜図３に示すように、ガス噴射ノズル３Ｂの周囲を取り囲むように配置され、ガス噴射ノズル３Ｂの向きに沿う方向に向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、水噴射ノズル３Ｃは、図２および図３に示すように、ガス噴射ノズル３Ｂの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。

水噴射ノズル３Ｃは、図１〜図３に示すように、水供給通路３Ｃａと、キャビティ３Ｃｂと、ノズル部３Ｃｃと、を有する。

水供給通路３Ｃａは、水供給部５が接続されるもので、環状の穴として構成された水噴射ノズル３Ｃにおいて、環状ではなく少なくとも１つの通路穴として構成されている。図３において、水供給通路３Ｃａは、周方向に等間隔で４つ設けられている。また、水供給通路３Ｃａは、図１に示すように、接続口３Ｃａａを介してキャビティ３Ｃｂに接続される。

キャビティ３Ｃｂは、図２および図３に示すように、ガス噴射ノズル３Ｂの周囲を取り囲むように環状の空洞部として形成され、かつガス噴射ノズル３Ｂの向きに沿う方向に向けて開口して形成されている。キャビティ３Ｃｂは、上述したように、水供給通路３Ｃａが接続口３Ｃａａを介して接続される。

ノズル部３Ｃｃは、図２および図３に示すように、ガス噴射ノズル３Ｂの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。ノズル部３Ｃｃは、図１に示すように、接続口３Ｃｃａを介してキャビティ３Ｃｂに接続される。また、ノズル部３Ｃｃは、図１に示すように、ガス噴射ノズル３Ｂの向きに沿う方向に向けて噴射口３Ｃｃｂが開口して形成されている。このノズル部３Ｃｃは、図１に示すように、接続口３Ｃｃａから噴出口３Ｃｃｂに至り、中心軸Ｃから離れるように形成されている。なお、本実施形態において、ノズル部３Ｃｃは、図１に示すように、ガス噴射ノズル３Ｂの噴射口３Ｂａと同じ平面上に噴射口３Ｃｃｂが形成されている。その他、ノズル部３Ｃｃは、図には明示しないが、ガス噴射ノズル３Ｂの噴射口３Ｂａに対してガス噴射ノズル３Ｂの向きの後側（アシストガスが噴射される向きの反対側）に窪んだ位置に噴射口３Ｃｃｂが設けられていてもよく、ガス噴射ノズル３Ｂの噴射口３Ｂａに対してガス噴射ノズル３Ｂの向きの前側（アシストガスが噴射される側）に突出した位置に噴射口３Ｃｃｂが設けられていてもよい。

このような水噴射ノズル３Ｃは、水供給部５により供給された水が水供給通路３Ｃａ、キャビティ３Ｃｂ、ノズル部３Ｃｃの順で加工用ノズル３内を通過し、ノズル部３Ｃｃの噴射口３Ｃｃｂから噴射される。また、水噴射ノズル３Ｃは、ノズル部３Ｃｃが接続口３Ｃｃａから噴出口３Ｃｃｂに至り、前記中心軸Ｃから離れるように形成されていることから、噴射口３Ｃｃｂから噴射される水が中心軸Ｃから離れるように斜めに放射状に噴射される。

ガス供給部４は、ガス噴射ノズル３Ｂにアシストガスを供給するものである。ガス供給部４は、ガス噴射ノズル３Ｂに対してガス供給管４Ａを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しないガス貯留タンクを備え、このガス貯留タンクからガス供給管４Ａにガスをコンプレッサなどで圧送することでガス噴射ノズル３Ｂにアシストガスを供給し、ガス噴射ノズル３Ｂからアシストガスを噴射させる。

水供給部５は、水噴射ノズル３Ｃに水を供給するものである。水供給部５は、水噴射ノズル３Ｃに対して水供給管５Ａを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しない水貯留タンクを備え、この水貯留タンクから水供給管５Ａに水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル３Ｃに水を供給し、水噴射ノズル３Ｃから水を噴射させる。なお、水供給部５は、加工用ノズル３が配置される水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル３Ｃに水を供給し、水噴射ノズル３Ｃから水を噴射させる構成であってもよい。また、水噴射ノズル３Ｃにおいて水供給通路３Ｃａが複数設けられていることから、水供給部５は、水供給管５Ａが各水供給通路３Ｃａに対応して複数に分岐して構成されている。

ところで、図４は、本実施形態に係る加工装置の他の例の概略構成図である。図４に示す加工装置１は、レーザ加工を行うもので、上述した加工ヘッド２に代えて加工ヘッド６を有する。加工ヘッド６は、レーザビーム６Ａを照射するもので加工用ノズル３に取り付けられている。加工ヘッド６が取り付けられる加工用ノズル３は、加工ヘッド６から照射されたレーザビーム６Ａを、水中の被加工物１００の加工部位１００Ａの加工に適した距離で照射するように図示しない保持手段（例えば、マニピュレータ）により水中にて保持される。この加工用ノズル３は、上述したトーチ挿入ノズル３Ａに代えてレーザ照射ノズル３Ｄを備える。レーザ照射ノズル３Ｄは、加工用ノズル３の中央に設けられて加工ヘッド６から照射されたレーザビーム６Ａを通過させる穴であってレーザビーム６Ａを被加工物１００の加工部位１００Ａに照射するための照射口３Ｄａを有する。その他の構成は、図１に示す加工装置１と同様であるため、同等部分に同一符号を付して説明を省略する。

上述した加工装置１は、図１（または図４）に示すように、加工用ノズル３が、水中の被加工物１００の加工部位１００Ａに対して所定間隔をおいてトーチ挿入ノズル３Ａの開口３Ａａ（またはレーザ照射ノズル３Ｄの照射口３Ｄａ）を向けた形態で保持される。そして、加工装置１は、ガス供給部４により供給されたアシストガスがガス噴射ノズル３Ｂから噴射される。ガス噴射ノズル３Ｂから噴射されたアシストガスは、溶接トーチ２Ａ（またはレーザビーム６Ａ）により溶接される周囲で被加工物１００の加工部位１００Ａの一部に至り、当該部分のガス噴射領域が気体領域であるドライスポットＤとして形成される。加工ヘッド２（６）は、ガス噴射ノズル３Ｂのガス噴射領域内を加工領域として設けられる。また、加工装置１は、水供給部５により供給された水が水噴射ノズル３Ｃから噴射される。水噴射ノズル３Ｃから噴射された水は、ドライスポットＤの周囲で被加工物１００に至り、ドライスポットＤの周囲に水流により水カーテンＷＳを形成する。この水カーテンＷＳによりドライスポットＤへの水の流入を防ぐ。

このように構成された加工装置１に適用される加工用ノズル３において、水噴射ノズル３Ｃは、キャビティ３Ｃｂの中心軸Ｃに沿う方向の通路断面積が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａの開口面積よりも大きく形成されている。キャビティ３Ｃｂの中心軸Ｃに沿う方向の通路断面積とは、通路の断面積であって、キャビティ３Ｃｂは環状の通路をなすものであるから、図１および図４に示す中心軸Ｃの両側の２つの断面形状のうちの一方の断面積となる。また、接続口３Ｃｃａの開口面積は、環状のノズル部３Ｃｃにおいて環状に連続した接続口３Ｃｃａの開口面積である。

さらに、加工用ノズル３において、水噴射ノズル３Ｃは、図１、図３および図４に示すように、キャビティ３Ｃｂの通路径方向寸法Ｄ１が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａの開口寸法Ｄ２よりも大きく形成されている。径方向とは、中心軸Ｃに直交する方向である。

この加工用ノズル３によれば、キャビティ３Ｃｂの中心軸Ｃに沿う方向の通路断面積が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａの開口面積よりも大きく形成されていることで、水噴射ノズル３Ｃにおいて水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに供給された水は、キャビティ３Ｃｂ内において流速が低下して静圧が回復することで、キャビティ３Ｃｂの環状の周方向の各位置における流れの圧力（周方向全体の圧力）の偏差が低減される。しかも、キャビティ３Ｃｂの通路径方向寸法Ｄ１が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａの開口寸法Ｄ２よりも大きく形成されていることで、キャビティ３Ｃｂからノズル部３Ｃｃに水が流れる際に縮流が生じて抵抗となるため、キャビティ３Ｃｂの環状の周方向の各位置における流れの圧力（周方向全体の圧力）の偏差が低減される。これらの結果、環状に形成されたノズル部３Ｃｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化することができる。従って、周方向で水の噴射の弱い箇所が発生を抑制し、気体領域であるドライスポットＤに周囲の水が浸入する事態を防ぐことができる。

また、本実施形態の加工用ノズル３では、キャビティ３Ｃｂの通路断面積Ｓ１と、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａの開口面積Ｓ２との比が、０．０１≦Ｓ２／Ｓ１≦０．１５の範囲を満たすことが好ましい。

Ｓ２／Ｓ１が０．１５を超えると、キャビティ３Ｃｂが比較的小さくなることから、ノズル部３Ｃｃで流速を低下させる作用が得難くなる。一方、Ｓ２／Ｓ１が０．０１未満であると、キャビティ３Ｃｂが比較的大きくなることから、水噴射ノズル３Ｃに供給する必要圧力が増大し、かつ加工用ノズル３の大型化を招く。従って、０．０１≦Ｓ２／Ｓ１≦０．１５の範囲を満たすことで、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。

図５および図６は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図５および図６に示すように、本実施形態の加工用ノズル３では、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａから外れて設けられることが好ましい。

水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向は、水供給通路３Ｃａの向きであって、水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに流入する水の流入方向である。

図５に示す例では、水供給通路３Ｃａが中心軸Ｃに沿う向きで設けられてノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａから外れて設けられている。また、図６に示す例では、水供給通路３Ｃａが中心軸Ｃに交差する向きで設けられていることで、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａから外れて設けられる構成としてもよい。

従って、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａから外れて設けられていることで、水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに流入する水が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに直接向かわずに、キャビティ３Ｃｂの内壁面に一旦衝突する。このため、水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに流入する水のエネルギー（動圧）が抑制されてから、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに流入することから、ノズル部３Ｃｃに水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。

図７および図８は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図７および図８に示すように、本実施形態の加工用ノズル３では、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａと、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａとの間に仕切部材３Ｃｄが設けられることが好ましい。

仕切部材３Ｃｄは、図７および図８に示すように、キャビティ３Ｃｂの内部に設けられキャビティ３Ｃｂの環状に沿って環状に形成されている。仕切部材３Ｃｄは、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在してキャビティ３Ｃｂの内部の一部を仕切るように設けられ、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに至り連通する開口３Ｃｄａが設けられている。開口３Ｃｄａは、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在しない。仕切部材３Ｃｄは、図７や図８に示すように、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在し、開口３Ｃｄａが水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在しなければ、その配置に限定はない。つまり、図７や図８に示す形態は一例である。また、仕切部材３Ｃｄは、複数設けられていてもよい。また、図６に示す例のように、水供給通路３Ｃａが中心軸Ｃに交差する向きで設けられていてもよい。

従って、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に仕切部材３Ｃｄが設けられていることで、水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに流入する水が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに直接向かわずに、仕切部材３Ｃｄに一旦衝突する。このため、水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに流入する水のエネルギー（動圧）が抑制されてから、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに流入することから、ノズル部３Ｃｃに水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。

図９および図１０は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図９および図１０に示すように、本実施形態の加工用ノズル３では、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａと、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａとの間に流動抵抗部材３Ｃｅが設けられることが好ましい。

流動抵抗部材３Ｃｅは、図９および図１０に示すように、キャビティ３Ｃｂの内部に設けられキャビティ３Ｃｂの環状に沿って環状に形成されている。流動抵抗部材３Ｃｅは、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在してキャビティ３Ｃｂの内部の一部を仕切るように設けられた多孔板であり、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに至り連通する多数の小孔が形成されている。流動抵抗部材３Ｃｅは、図９や図１０に示すように、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在していれば、その配置に限定はない。つまり、図９や図１０に示す形態は一例である。また、多孔板としての流動抵抗部材３Ｃｅは、複数設けられていてもよい。また、図６に示す例のように、水供給通路３Ｃａが中心軸Ｃに交差する向きで設けられていてもよい。

また、流動抵抗部材３Ｃｅは、図９および図１０に示す多孔板に限らず、図には明示しないが、多孔質材をなす金属材やセラミックスやガラスや樹脂であってもよく、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａと、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａとの間であって、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在して設けられる。また、流動抵抗部材３Ｃｅは、図には明示しないが、ワイヤブラシであってもよく、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａと、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａとの間であって、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に存在して設けられる。

従って、水供給通路３Ｃａにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃａａの開口方向に流動抵抗部材３Ｃｅが設けられていることで、水供給通路３Ｃａからキャビティ３Ｃｂに流入する水が、ノズル部３Ｃｃにおけるキャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａに至る以前に流動抵抗部材３Ｃｅにより流動抵抗を付与される。このため、キャビティ３Ｃｂ内において相対的に流量分配にかかる流動抵抗の割合が減少され、周方向の全流量抵抗が均一化されることから、ノズル部３Ｃｃに水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。

図１１は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図１１に示すように、本実施形態の加工用ノズル３では、ノズル部３Ｃｃは、キャビティ３Ｃｂとの接続口３Ｃｃａから噴射口３Ｃｃｂに向けて断面積が漸次小さく形成されることが好ましい。

従って、ノズル部３Ｃｃの水の流れ方向に向かって流路面積が小さくなるため、流れの縮流による整流効果により流れの流速偏差（流量偏差）を低減することができ、水噴流の周方向の水流量の偏差が抑制できる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。

なお、図５〜図１１に示す形態は、適宜組み合わせて用いることで、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。また、図６に示す例のように、水供給通路３Ｃａが中心軸Ｃに交差する向きで設けられていてもよい。

また、本実施形態の加工用ノズル３が適用された加工装置１にあっては、加工用ノズル３と、ガス噴射ノズル３Ｂにガスを供給するガス供給部４と、水噴射ノズル３Ｃの水供給通路３Ｃａに水を供給する水供給部５と、ガス噴射ノズル３Ｂのガス噴射領域内を加工領域として設けられた加工ヘッド２，６と、を備える。

この加工装置１によれば、環状に形成された水噴射ノズル３Ｃから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を得ることができ、周方向で水の噴射の弱い箇所の発生を抑制し、加工領域であるドライスポットＤに周囲の水が浸入する事態を防ぐことができることから、水中での加工性を向上することができる。

ところで、上述した実施形態において、加工用ノズル３は、水噴射ノズル３Ｃにおいて水供給通路３Ｃａが設けられているが、水供給部５の水供給管５Ａをキャビティ３Ｃｂに直接接続して水供給通路３Ｃａの代わりとしてもよい。

［実施形態２］
以下に、本開示に係る実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの開示が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１２は、本実施形態に係る加工装置の概略構成図である。図１３は、図１２におけるＡ’−Ａ’矢視図である。図１４は、図１２におけるＢ’−Ｂ’断面図である。

図１２に示すように、本実施形態の加工装置１１は、水中において被加工物１１００を加工するものである。加工としては、例えば、溶接、切断があり、加工方法としては、例えば、図１２に示すＴＩＧ溶接がある。本実施形態では、ＴＩＧ溶接による肉盛溶接を主として説明する。

本実施形態の加工装置１１は、図１２に示すように、加工ヘッド１２、加工用ノズル１３、シールドガス供給部１４、水供給部１５を備えている。

加工ヘッド１２は、溶接トーチ１２Ａを備える。溶接トーチ１２Ａは、加工用ノズル１３のトーチ挿入ノズル１３Ａ（図１３および図１４では省略している）を貫通して設けられている。また、加工装置１１は、溶接トーチ１２Ａの先端部に対応する位置に溶接ワイヤ１２Ｂを備える。溶接ワイヤ１２Ｂは、加工用ノズル１３を貫通して支持されている。

加工用ノズル１３は、円柱形状に形成されて加工ヘッド１２に設けられた溶接トーチ１２Ａの先端部を、水中の被加工物１１００の加工部位１１００Ａの加工に適した距離で設置するように図示しない保持手段（例えば、マニピュレータ）により水中にて保持される。この加工用ノズル１３は、トーチ挿入ノズル１３Ａ、シールドガス噴射ノズル１３Ｂ、水噴射ノズル１３Ｃを備えている。

トーチ挿入ノズル１３Ａは、加工用ノズル１３の中央に設けられて加工ヘッド１２の溶接トーチ１２Ａを挿通させる穴であって溶接トーチ１２Ａを被加工物１１００の加工部位１１００Ａに配置するための開口１３Ａａを有する。

シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、シールドガス（アルゴンガスや窒素ガスなど）を噴射するもので、図１２に示すように、溶接トーチ１２Ａの周囲を取り囲むように配置され、溶接トーチ１２Ａの先端部側に噴射口１３Ｂａを向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、図１３に示すように、加工用ノズル１３の円柱形状の中心軸Ｃの周りに環状に形成された穴として形成されている。その他、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、図には明示しないが、加工用ノズル１３の円柱形状の中心軸Ｃの周りに環状に配置された複数の穴として形成されていてもよい。なお、本実施形態において、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、図１２に示すように、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａと同じ平面上に噴射口１３Ｂａが形成されている。その他、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、図には明示しないが、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａに対してトーチ挿入ノズル１３Ａの向きの後側（溶接トーチ１２Ａの先端部とは反対側）に窪んだ位置に噴射口１３Ｂａが設けられていてもよく、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａに対してトーチ挿入ノズル１３Ａの向きの前側（溶接トーチ１２Ａの先端部側）に突出した位置に噴射口１３Ｂａが設けられていてもよい。

水噴射ノズル１３Ｃは、水を噴射するもので、図１２〜図１４に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの周囲を取り囲むように配置され、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの向きに沿う方向に向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、水噴射ノズル１３Ｃは、図１３および図１４に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。

水噴射ノズル３Ｃは、図１２〜図１４に示すように、水供給通路１３Ｃａと、環状通路１３Ｃｂと、ノズル部１３Ｃｃと、を有する。

水供給通路１３Ｃａは、水供給部１５が接続されるもので、環状の穴として構成された水噴射ノズル１３Ｃにおいて、環状ではなく少なくとも１つの通路穴として構成されている。図１４において、水供給通路１３Ｃａは、周方向に等間隔で４つ設けられている。また、水供給通路１３Ｃａは、図１２に示すように、環状通路１３Ｃｂに接続される。

環状通路１３Ｃｂは、図１３および図１４に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの周囲を取り囲むように環状の穴として形成され、かつシールドガス噴射ノズル１３Ｂの向きに沿う側に向けて開口して形成されている。環状通路１３Ｃｂは、上述したように、水供給通路１３Ｃａが接続される。

ノズル部１３Ｃｃは、図１３に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。ノズル部１３Ｃｃは、図１２に示すように、接続口１３Ｃｃａを介して環状通路１３Ｃｂに接続される。また、ノズル部１３Ｃｃは、図１２に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの向きに沿う方向に向けて噴射口１３Ｃｃｂが開口して形成されている。このノズル部１３Ｃｃは、図１２に示すように、接続口１３Ｃｃａから噴出口１３Ｃｃｂに至り、中心軸Ｃから離れるように形成されている。なお、本実施形態において、ノズル部１３Ｃｃは、図１２に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの噴射口１３Ｂａと同じ平面上に噴射口１３Ｃｃｂが形成されている。その他、ノズル部１３Ｃｃは、図には明示しないが、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの噴射口１３Ｂａに対してシールドガス噴射ノズル１３Ｂの向きの後側（シールドガスが噴射される向きの反対側）に窪んだ位置に噴射口１３Ｃｃｂが設けられていてもよく、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの噴射口１３Ｂａに対してシールドガス噴射ノズル１３Ｂの向きの前側（シールドガスが噴射される側）に突出した位置に噴射口１３Ｃｃｂが設けられていてもよい。

このような水噴射ノズル１３Ｃは、水供給部１５により供給された水が水供給通路１３Ｃａ、環状通路１３Ｃｂ、ノズル部１３Ｃｃの順で加工用ノズル１３内を通過し、ノズル部１３Ｃｃの噴射口１３Ｃｃｂから噴射される。また、水噴射ノズル１３Ｃは、ノズル部１３Ｃｃが接続口１３Ｃｃａから噴出口１３Ｃｃｂに至り、前記中心軸Ｃから離れるように形成されていることから、噴射口１３Ｃｃｂから噴射される水が中心軸Ｃから離れるように斜めに放射状に噴射される。

シールドガス供給部１４は、シールドガス噴射ノズル１３Ｂにシールドガスを供給するものである。シールドガス供給部１４は、シールドガス噴射ノズル１３Ｂに対してガス供給管１４Ａを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しないガス貯留タンクを備える。そして、ガス貯留タンクからガス供給管１４Ａにシールドガスをコンプレッサなどで圧送することでシールドガス噴射ノズル１３Ｂにシールドガスを供給し、シールドガス噴射ノズル１３Ｂからシールドガスを噴射させる。

水供給部１５は、水噴射ノズル１３Ｃに水を供給するものである。水供給部１５は、水噴射ノズル１３Ｃに対して水供給管１５Ａを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しない水貯留タンクを備えている。そして、水貯留タンクから水供給管１５Ａに水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル１３Ｃに水を供給し、水噴射ノズル１３Ｃから水を噴射させる。なお、水供給部１５は、加工用ノズル１３が配置される水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル１３Ｃに水を供給し、水噴射ノズル１３Ｃから水を噴射させる構成であってもよい。また、水噴射ノズル１３Ｃにおいて水供給通路１３Ｃａが複数設けられていることから、水供給部１５は、水供給管１５Ａが各水供給通路１３Ｃａに対応して複数に分岐して構成されている。

ところで、図１５は、本実施形態に係る加工装置の他の例の概略構成図である。図１５に示す加工装置１１は、レーザ加工を行うもので、上述した加工ヘッド１２に代えて加工ヘッド１６を有する。加工ヘッド１６は、レーザビーム１６Ａを照射するもので加工用ノズル１３に取り付けられている。加工ヘッド１６が取り付けられる加工用ノズル１３は、加工ヘッド１６から照射されたレーザビーム１６Ａを、水中の被加工物１１００の加工部位１１００Ａの加工に適した距離で照射するように図示しない保持手段（例えば、マニピュレータ）により水中にて保持される。この加工用ノズル１３は、上述したトーチ挿入ノズル１３Ａに代えてレーザ照射ノズル１３Ｄを備える。レーザ照射ノズル１３Ｄは、加工用ノズル１３の中央近傍に設けられて加工ヘッド１６から照射されたレーザビーム１６Ａを通過させる穴であってレーザビーム１６Ａを被加工物１１００の加工部位１１００Ａに照射するための照射口１３Ｄａを有する。その他の構成は、図１２に示す加工装置１１と同様であるため、同等部分に同一符号を付して説明を省略する。

上述した加工装置１１は、図１２（または図１５）に示すように、加工用ノズル１３が、水中の被加工物１１００の加工部位１１００Ａに対して所定間隔をおいてトーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａ（またはレーザ照射ノズル１３Ｄの照射口１３Ｄａ）を向けた形態で保持される。そして、加工装置１１は、シールドガス供給部１４により供給されたシールドガスがシールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射される。シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されたシールドガスは、溶接トーチ１２Ａ（またはレーザビーム１６Ａ）により溶接される周囲で被加工物１１００の加工部位１１００Ａの一部に至り、当該部分のガス噴射領域が気体領域であるドライスポットＤとして形成される。加工ヘッド１２（１６）は、シールドガス噴射ノズル１３Ｂのガス噴射領域内を加工領域として設けられる。また、加工装置１１は、水供給部１５により供給された水が水噴射ノズル１３Ｃから噴射される。水噴射ノズル１３Ｃから噴射された水は、ドライスポットＤの周囲で被加工物１１００に至り、ドライスポットＤの周囲に水流により水カーテンＷＳを形成する。この水カーテンＷＳによりドライスポットＤへの水の流入を防ぐ。

図１６は、本実施形態に係る加工用ノズルの概略構成図である。

加工装置１１に適用される加工用ノズル１３において、図１６に示すように、流動抵抗体１７を備える。

流動抵抗体１７は、筒状に形成されて、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの環状に配置された噴射口１３Ｂａに囲まれる環状の内側であって、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａ（またはレーザ照射ノズル１３Ｄの照射口１３Ｄａ）を囲むように、基端部１７ａが加工用ノズル１３に取り付けられ、先端部１７ｂが開放して設けられている。この流動抵抗体１７は、多孔質材、多孔板、ブラシなどで構成されて筒状の内外にガスを通過させつつガスの流動抵抗となる。なお、流動抵抗体１７は、その筒状の形態として、基端部１７ａと先端部１７ｂの径が同様のもの、基端部１７ａより先端部１７ｂの径が大きいもの、基端部１７ａより先端部１７ｂの径が小さいもの、基端部１７ａと先端部１７ｂと途中の径が変化するもの、などがある。

従って、流動抵抗体１７は、シールドガス噴射ノズル１３Ｂに囲まれる内側において、その筒状で加工部位１１００Ａを囲むように配置される。そして、流動抵抗体１７は、シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されたシールドガスに流動抵抗を付与するため、シールドガスが加工部位１１００Ａに流入し難くなる。これにより、水カーテンＷＳからドライスポットＤへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位１１００Ａにおけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、本実施形態の加工用ノズル１３によれば、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

図１７は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。

本実施形態の加工用ノズル１３では、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、図１６に示すように、流動抵抗体１７の外周に沿う側または、図１７に示すように、離れる側に噴射口１３Ｂａを向けて配置されていることが好ましい。

すなわち、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、噴射口１３Ｂａから噴射されるシールドガスが流動抵抗体１７の外周に沿って流動し、または流動抵抗体１７の外周から離れるように流動する。従って、この加工用ノズル１３によれば、シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスが流動抵抗体１７に直接衝突することを防ぐ。この結果、シールドガスを加工部位１１００Ａに流入し難くすることができる。

図１８は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。

本実施形態の加工用ノズル１３では、図１８に示すように、流動抵抗体１７は、先端部１７ｂが外側に反り返って形成されることが好ましい。

この加工用ノズル１３によれば、流動抵抗体１７の先端部１７ｂが外側に反り返って形成されることで、加工用ノズル１３を移動させながら加工部位１１００Ａの加工を行う場合に、この移動に追従して流動抵抗体１７の先端部１７ｂを加工部位１１００Ａの周囲に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位１１００Ａに流入し難くすることができる。なお、加工用ノズル１３の移動に追従して流動抵抗体１７の先端部１７ｂを加工部位１１００Ａの周囲に接触させる効果を顕著に得るため、少なくとも流動抵抗体１７の先端部１７ｂが可撓性を有していることが好ましい。

図１９は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。

本実施形態の加工用ノズル１３では、図１９に示すように、アシストガス噴射ノズル１３Ｅをさらに備えることが好ましい。アシストガス噴射ノズル１３Ｅは、アシストガス（アルゴンガスや窒素ガスなど）を噴射するもので、図には明示しないが、溶接トーチ１２Ａの近傍に配置され、流動抵抗体１７の筒状内部で流動抵抗体１７の先端部１７ｂの開口する側に噴射口１３Ｅａを向けて開口する穴として形成されている。このアシストガス噴射ノズル１３Ｅは、単一または複数の穴として形成される。なお、本実施形態において、アシストガス噴射ノズル１３Ｅは、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａと同じ平面上に噴射口１３Ｅａが形成されるように図示しているが、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａに対してトーチ挿入ノズル１３Ａの向きの後側（溶接トーチ１２Ａの先端部とは反対側）に窪んだ位置に噴射口１３Ｅａが設けられていても、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａに対してトーチ挿入ノズル１３Ａの向きの前側（溶接トーチ１２Ａの先端部側）に突出した位置に噴射口１３Ｅａが設けられていてもよい。

また、本実施形態の加工装置１１では、図１９に示すように、アシストガス噴射ノズル１３Ｅを備える場合、アシストガス供給部１８を備える。アシストガス供給部１８は、アシストガス噴射ノズル１３Ｅにアシストガスを供給するものである。アシストガス供給部１８は、アシストガス噴射ノズル１３Ｅに対してガス供給管１８Ａを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しないガス貯留タンクを備える。そして、ガス貯留タンクからガス供給管１８Ａにアシストガスをコンプレッサなどで圧送することでアシストガス噴射ノズル１３Ｅにアシストガスを供給し、アシストガス噴射ノズル１３Ｅからアシストガスを噴射させる。

このように、本実施形態の加工用ノズル１３では、流動抵抗体１７の筒状内部で流動抵抗体１７の先端部１７ｂの開口する側に噴射口１３Ｅａを向けて配置されるアシストガス噴射ノズル１３Ｅをさらに備えることが好ましい。

この加工用ノズル１３によれば、流動抵抗体１７の筒状内部にアシストガスを供給できる。このため、気体領域内である流動抵抗体１７の筒状内部のドライスポットＤａと、気体領域内である流動抵抗体１７の筒状外部のドライスポットＤｂと、ドライスポットＤの外部（気体領域の外部）の水中領域Ｗとの各領域の圧力を、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｗとすることが可能になる。この結果、流動抵抗体１７の筒状内部のドライスポットＤａでは、ガス噴出流量を抑えてガス圧力を高めてアシストガスを加工部位１１００Ａに流入し難くすることができ、流動抵抗体１７の筒状外部のドライスポットＤｂではガス噴出流量を増加させて水中領域Ｗからの水の流入を防ぐことができる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

図２０〜図２３は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。

本実施形態の加工用ノズル１３は、図２０〜図２３に示すように、遮蔽部材１９をさらに備えることが好ましい。

遮蔽部材１９は、図２０に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの噴射口１３Ｂａと水噴射ノズル１３Ｃの噴射口１３Ｃｃｂとの間で、シールドガス噴射ノズル１３Ｂの噴射口１３Ｂａの周囲を取り囲むように環状に形成されている。遮蔽部材１９は、基端部１９ａが水噴射ノズル１３Ｃの径方向内側に取り付けられて先端部１９ｂが基端部１９ａよりも径方向外側に位置して設けられ、かつ水噴射ノズル１３Ｃの噴射口１３Ｃｃｂの向きに対して交差して配置されることが好ましい。径方向とは、中心軸Ｃに直交する方向であり、径方向内側は中心軸Ｃに近づく側で、径方向外側は中心軸Ｃから遠ざかる側である。この遮蔽部材１９は、加工時に先端部１９ｂが被加工物１１００の面に接触される。

この遮蔽部材１９は、先端部１９ｂが被加工物１１００の面に接触し、トーチ挿入ノズル１３Ａの開口１３Ａａ（またはレーザ照射ノズル１３Ｄの照射口１３Ｄａ）であって加工部位１１００Ａを囲むように配置される。そして、加工装置１１は、シールドガス供給部１４により供給されたシールドガスがシールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射される。シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されたシールドガスは、溶接トーチ１２Ａ（またはレーザビーム１６Ａ）により溶接される周囲で被加工物１１００の加工部位１１００Ａの一部に至り、遮蔽部材１９が囲むガス噴射領域が気体領域であるドライスポットＤとして形成される。加工ヘッド１２は、シールドガス噴射ノズル１３Ｂのガス噴射領域内を加工領域として設けられる。遮蔽部材１９が囲むドライスポットＤは、シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスにより遮蔽部材１９の外側の水中よりも高い圧力とされる。また、加工装置１１は、水供給部１５により供給された水が水噴射ノズル１３Ｃから噴射される。水噴射ノズル１３Ｃから噴射された水は、遮蔽部材１９が水噴射ノズル１３Ｃの噴射口１３Ｃｃｂの向きに対して交差して配置されている場合に遮蔽部材１９に衝突し、その水流により遮蔽部材１９をドライスポットＤ側に押圧する。これにより、遮蔽部材１９の先端部１９ｂと被加工物１１００の面との隙間の周方向の偏差を抑制でき、周方向で局所的な遮蔽効果の低下を抑制できる。従って、遮蔽部材１９を備えることで、気体領域であるドライスポットＤへの水の流入を遮断し、水中加工を行う際の気体領域の内側への水の浸入を防止することができる。

本実施形態の加工用ノズル１３では、このように機能する遮蔽部材１９に対し、シールドガス噴射ノズル１３Ｂが、遮蔽部材１９の内面に沿う方向に噴射口１３Ｂａを向けて配置されていることが好ましい。

この加工用ノズル１３によれば、遮蔽部材１９の内面に沿う方向に噴射口１３Ｂａを向けてシールドガス噴射ノズル１３Ｂが配置されていることで、シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されたシールドガスが、気体領域であるドライスポットＤにおいて加工部位１１００Ａから最も離れた遮蔽部材１９の内面に沿って流動するため、加工部位１１００Ａに向けたシールドガスのガス流量を低減することができる。これにより、ドライスポットＤへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位１１００Ａにおけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

本実施形態の加工用ノズル１３では、図２１に示すように、シールドガス噴射ノズル１３Ｂは、遮蔽部材１９の基端部１９ａとの間に段部１３Ｂｂをおいて噴射口１３Ｂａが配置されていることが好ましい。

この加工用ノズル１３によれば、遮蔽部材１９の基端部１９ａと噴射口１３Ｂａとの間に設けた段部１３Ｂｂにより、図２１に矢印Ｇで示すように、噴射口１３Ｂａから噴射されたシールドガスによって循環流れが発生し、この循環流れによるコアンダ効果で噴射口１３Ｂａから噴射されたシールドガスの主流が遮蔽部材１９側に引き寄せられ、遮蔽部材１９の内面に付着するように遮蔽部材１９の内面に沿って流動する。これにより、ドライスポットＤへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位１１００Ａにおけるガス流速の上昇を抑制できる効果が顕著になる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

また、本実施形態の加工用ノズル１３では、流動抵抗体１７は、先端部１７ｂが遮蔽部材１９の先端部１９ｂの位置よりも延出して形成されていることが好ましい。すなわち、遮蔽部材１９は環状に形成されているため先端部１９ｂを基準として環状に囲む面が形成される。この先端部１９ｂの位置よりも流動抵抗体１７の先端部１７ｂを延出させることで、先端部１９ｂを基準として環状に囲む面から遮蔽部材１９が囲む領域の外側に流動抵抗体１７の先端部１７ｂが突出する。従って、加工の際には、流動抵抗体１７の先端部１７ｂを加工部位１１００Ａの周囲に対して十分に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位１１００Ａに流入し難くする効果が顕著になる。この結果、本実施形態の加工用ノズル１３によれば、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。

ところで、本実施形態の加工用ノズル１３では、図２０に示すように、遮蔽部材１９は、先端部１９ｂが外側に反り返って形成されることが好ましい。遮蔽部材１９は、先端部１９ｂが、設置時に被加工物１１００の面から遠ざかるように延在方向とは逆であって径方向外側に折り返し状に反り返って形成されている。これにより、遮蔽部材１９は、先端部１９ｂが水噴射ノズル１３Ｃの噴射口１３Ｃｃｂの向きに対して交差して配置される。

従って、遮蔽部材１９の先端部１９ｂが外側に反り返って形成されることで、水噴射ノズル１３Ｃから噴射された水は、遮蔽部材１９の先端部１９ｂで転向する。このため、水噴射ノズル１３Ｃの噴射方向であって被加工物１１００の面に向けて押圧する反力が遮蔽部材１９の先端部１９ｂに働き、遮蔽部材１９の先端部１９ｂと被加工物１１００の面との隙間の周方向の偏差を抑制でき、周方向で局所的な遮蔽効果の低下をさらに抑制できる。この結果、気体領域であるドライスポットＤへの水の流入を遮断し、水中加工を行う際の気体領域の内側への水の浸入を防止する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の加工用ノズル１３では、図２０に示すように、支持部材２０を備えることが好ましい。支持部材２０は、遮蔽部材１９に沿って径方向に延在して遮蔽部材１９の環状の内側に沿って設けられる。支持部材２０は、基端部２０ａが水噴射ノズル１３Ｃの径方向内側に取り付けられ、先端部２０ｂが遮蔽部材１９の先端部１９ｂよりも短く形成されている。この支持部材２０は、周方向に複数設けられている。

従って、支持部材２０を備えることで、遮蔽部材１９が水噴射ノズル１３Ｃから噴射された水により径方向内側に変形しないように補強することができる。なお、支持部材２０の基端部２０ａは、加工用ノズル１３に支承されて中心軸Ｃに沿って揺動可能に取り付けられていることが好ましく、シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスの圧力や、水噴射ノズル１３Ｃから噴射された水の圧力による遮蔽部材１９の移動に追従することができる。また、支持部材２０の先端部２０ｂは、球状に形成されていることが好ましく、加工用ノズル１３を被加工物１１００に沿って移動させた際の移動を妨げることなく支持部材２０を円滑に被加工物１１００の面に添わせることができる。

また、本実施形態の加工用ノズル１３では、遮蔽部材１９は、可撓性を有することが好ましい。

可撓性を有する構成は、遮蔽部材１９を形成する材料として、例えば、ゴム、樹脂、金属で撓むことが可能なものを選択することで実現できる。また、可撓性を有する構成は、図２２に示すように、遮蔽部材１９が基端部１９ａから先端部１９ｂに向かって山谷が交互に形成された蛇腹状に形成されることで実現できる。また、可撓性を有する構成は、図２３に示すように、遮蔽部材１９が周方向に山谷が交互に形成された蛇腹状に形成されることで実現できる。

従って、遮蔽部材１９が可撓性を有することで、シールドガス噴射ノズル１３Ｂから噴射されるシールドガスの圧力や、水噴射ノズル１３Ｃから噴射された水の圧力により遮蔽部材１９が追従して撓むため、遮蔽部材１９の先端部１９ｂを被加工物１１００の面に常に添わせることができる。

なお、上述した実施形態２の加工用ノズル１３の構成を実施形態１の加工用ノズル３に適用することも可能であり、実施形態１の加工用ノズル３の効果に加えて実施形態２の加工用ノズル１３の効果を得ることができる。

１ 加工装置
２ 加工ヘッド
２Ａ 溶接トーチ
２Ｂ 溶接ワイヤ
３ 加工用ノズル
３Ａ トーチ挿入ノズル
３Ａａ 開口
３Ｂ ガス噴射ノズル
３Ｂａ 噴射口
３Ｃ 水噴射ノズル
３Ｃａ 水供給通路
３Ｃａａ 接続口
３Ｃｂ キャビティ
３Ｃｃ ノズル部
３Ｃｃａ 接続口
３Ｃｃｂ 噴射口
３Ｃｄ 仕切部材
３Ｃｄａ 開口
３Ｃｅ 流動抵抗部材
３Ｄ レーザ照射ノズル
３Ｄａ 照射口
４ ガス供給部
４Ａ ガス供給管
５ 水供給部
５Ａ 水供給管
６ 加工ヘッド
６Ａ レーザビーム
１００ 被加工物
１００Ａ 加工部位
Ｃ 中心軸
Ｄ ドライスポット
Ｄ１ 通路径方向寸法
Ｄ２ 開口寸法
Ｓ１ 通路断面積
Ｓ２ 開口面積
ＷＳ 水カーテン
１１ 加工装置
１２ 加工ヘッド
１２Ａ 溶接トーチ
１２Ｂ 溶接ワイヤ
１３ 加工用ノズル
１３Ａ トーチ挿入ノズル
１３Ａａ 開口
１３Ｂ シールドガス噴射ノズル
１３Ｂａ 噴射口
１３Ｂｂ 段部
１３Ｃ 水噴射ノズル
１３Ｃａ 水供給通路
１３Ｃｂ 環状通路
１３Ｃｃ ノズル部
１３Ｃｃａ 接続口
１３Ｃｃｂ 噴射口
１３Ｄ レーザ照射ノズル
１３Ｄａ 照射口
１３Ｅ アシストガス噴射ノズル
１３Ｅａ 噴射口
１４ シールドガス供給部
１４Ａ ガス供給管
１５ 水供給部
１５Ａ 水供給管
１６ 加工ヘッド
１６Ａ レーザビーム
１７ 流動抵抗体
１７ａ 基端部
１７ｂ 先端部
１８ アシストガス供給部
１８Ａ ガス供給管
１９ 遮蔽部材
１９ａ 基端部
１９ｂ 先端部
２０ 支持部材
２０ａ 基端部
２０ｂ 先端部
１１００ 被加工物
１１００Ａ 加工部位
Ｄ（Ｄａ，Ｄｂ） ドライスポット
Ｗ 水中領域

Claims (8)

1. 先端部が開放して筒状に形成されて内外にガスを通過させつつ前記ガスの流動抵抗となる流動抵抗体と、
   前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向け、かつ前記流動抵抗体の周囲を取り囲むように配置されるシールドガス噴射ノズルと、
   前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向け、かつ前記シールドガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、
   を備えることを特徴とする加工用ノズル。
2. 前記シールドガス噴射ノズルは、前記流動抵抗体の外周に沿う側または離れる側に噴射口を向けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加工用ノズル。
3. 前記流動抵抗体は、先端部が外側に反り返って形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の加工用ノズル。
4. 前記流動抵抗体の筒状内部で前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向けて配置されるアシストガス噴射ノズルをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の加工用ノズル。
5. 前記シールドガス噴射ノズルの噴射口と前記水噴射ノズルの噴射口との間で前記シールドガス噴射ノズルの噴射口の周囲を取り囲むように環状に形成されていると共に、基端部が前記水噴射ノズルの径方向内側に取り付けられて先端部が基端部よりも径方向外側に位置して設けられた遮蔽部材をさらに備え、
   前記シールドガス噴射ノズルは、前記遮蔽部材の内面に沿う方向に噴射口を向けて配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の加工用ノズル。
6. 前記シールドガス噴射ノズルは、前記遮蔽部材の基端部との間に段部をおいて噴射口が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の加工用ノズル。
7. 前記流動抵抗体は、先端部が前記遮蔽部材の先端部の位置よりも延出して形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の加工用ノズル。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の加工用ノズルと、
   前記シールドガス噴射ノズルにガスを供給するシールドガス供給部と、
   アシストガス噴射ノズルが配置されている場合に当該アシストガス噴射ノズルにガスを供給するアシストガス供給部と、
   前記水噴射ノズルに水を供給する水供給部と、
   前記流動抵抗体の筒状内部を加工領域として設けられた加工ヘッドと、
   を備えることを特徴とする加工装置。

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