JP6978934B2 - 溶接用センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの溶接を行うに好適な溶接用センサ装置に関する。

従来から、開先形状を有した一対の鉄板などのワークに対して、アーク溶接などにより突合せ溶接などの溶接を行う際には、溶接トーチをワーク（突き合わせた開先形状の部分）に近づける。この状態で、溶接トーチから送られる溶接用ワイヤの先端と、ワークとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークを発生させる。これにより、溶接用ワイヤが溶融するとともに、ワークが加熱されて溶融し、ワーク同士の溶接を行うことができる。

溶接を行う際には、溶接トーチとワークとの距離、または、ワークの形状は、ワークの溶接の品質に影響する。このような点から、例えば、特許文献１には、ワークの形状を測定する溶接用センサ装置が提案されている。

特許文献１に示す溶接用センサ装置は、レーザ光を投光する投光部と、ワークの表面から反射したレーザ光を検出する検出部と、を備え、検出されたレーザ光から、ワークの形状を測定している。投光部と検出部とは、ハウジング（ケース本体）と保護カバーとで構成された収容ケース（収容部）に収容されている。保護カバーには、溶接時に発生するワークからのスパッタを遮蔽する遮蔽部が形成されている。

特開２００４−１９５５０２号公報

ここで、特許文献１の溶接用センサ装置によれば、遮蔽部により、収容体に向かう溶接部からの輻射熱の影響を低減することができる。しかしながら、遮蔽部に、ワークからの溶接時の輻射熱が表面に入熱されると、入熱された表面が局所的に加熱されるため、この表面を含む表層と、それよりも内部との間に温度差が生じ、この温度差が起因した熱膨張差により熱応力が発生する。このような熱応力が、溶接時に繰り返し作用すると、遮蔽部が損傷することが想定される。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、溶接時にワークからセンサユニットに向かう輻射熱により、遮蔽部の内部に発生する熱応力を低減することができる溶接用センサ装置を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る溶接用センサ装置は、溶接されるワークの状態または前記ワークまでの距離を測定するセンサユニットと、前記センサユニットを収容する収容部と、前記ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、前記収容部に向かう輻射熱を遮蔽する遮蔽部と、を有した収容体と、を少なくとも備えた、溶接用センサ装置であって、前記遮蔽部は、非接着状態で複数の板状部材を重ね合わせた構造であり、前記複数の板状部材は、その一部で相互に拘束されていることを特徴とする。

本発明によれば、溶接用センサ装置の収容体が、遮蔽部を備えることにより、ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容部に向かう輻射熱を、遮蔽部で遮蔽することができる。これにより、この輻射熱により、収容部に収容されたセンサユニットが加熱されることを抑えることができる。

また、遮蔽部に入熱された輻射熱により、遮蔽部の表面の温度が、他の部分に比べて、昇温される。このような場合であっても、遮蔽部が非接着状態で複数の板状部材を重ね合わせた構造であるため、重ね合わせた板状部材のうち、隣接する板状部材同士は、独立して熱膨張および熱収縮する。これにより、熱膨張差および熱収縮差に起因した、遮蔽部の内部に作用する熱応力を低減することができ、溶接時にワークからセンサユニットに向かう輻射熱により、遮蔽部が損傷することを低減することができる。

さらに、板状部材同士は、非接着で重ね合わせられているため、例えば、前記ワークが溶接される側、すなわち遮蔽部の表側に位置する板状部材に、溶接時のスパッタが付着したとしても、その付着した板状部材のみを交換すればよい。

ここで、複数の板状部材のうち隣接する板状部材は、非接着状態であれば、接触していてもよいが、より好ましい態様としては、隣接する前記板状部材の間に隙間が形成されるように、前記隣接する板状部材の間に、スペーサが配置されている。

この態様によれば、スペーサを配置することにより、隣接する板状部材の間に隙間が形成され、この隙間が断熱空間として作用する。この結果、板状部材の間の熱伝導を低減することができるため、遮蔽部の表面の熱が、収容体を介してセンサユニットに伝達することを低減することができる。

また、別の好ましい態様としては、隣接する前記板状部材の間に隙間が形成されるように、前記隣接する板状部材のうち少なくとも一方の板状部材の表面には、他方の板状部材と対向する位置に隆起部が形成されている。

この態様によれば、隆起部が一方の板状部材に一体となって形成されているため、隣接する板状部材の間に、隙間を簡単に形成することができる。この隙間が、断熱空間となって、遮蔽部の表面の熱が、収容体を介してセンサユニットに伝達することを低減することができる。

また、隣接する板状部材同士の間に、隙間が形成されていれば、その空間が断熱空間となり、隣接する板状部材同士の熱伝導を抑制することができるが、より好ましくは、前記隙間は、冷却用の気体が流れる空間となっており、より好ましくは、前記隣接する板状部材の対向する表面には、フィンが形成されていることが好ましい。

この態様によれば、隣接する板状部材の隙間を形成するばかりでなく、この隙間の冷却用の気体により、板状部材を冷却することができる。特に、隣接する板状部材の対向する表面には、フィンを形成することにより、この隙間に板状部材の熱を効率的に放熱することができ、板状部材から放熱された熱を、冷却用の気体に伝え、これを外部に放出することができる。

さらに、複数の板状部材を非接着状態で重ね合わせることができるのであれば、これらの板状部材を重ね合わせる構造は、特に限定されるものではないが、より好ましくは、前記遮蔽部は、前記複数の板状部材を重ね合わせた状態で、挟み込み部材により、前記複数の板状部材に対して着脱自在に挟み込まれた状態で、前記複数の板状部材が、相互に拘束されている。

この態様によれば、複数の板状部材が着脱自在に挟み込み部材で挟み込まれているので、複数の板状部材を簡単に重ね合わせて、これらを拘束することができ、さらには、挟み込み部材を取り外すことで、重ね合わせた板状部材を簡単に分離することができる。これにより、板状部材の重ね合わせ、各板状部材の交換等を簡単に行うことができ、遮蔽部のメンテナンス性を高めることができる。

さらに別の好ましい態様としては、前記ワークが溶接される側を前記遮蔽部の表側とし、その反対側を裏側としたときに、前記複数の板状部材のうち、少なくとも表側の板状部材には、留め具に係合する係合部が形成されており、それ以外の板状部材には、前記留め具が挿通される貫通孔が形成されており、前記複数の板状部材は、前記裏側から、前記貫通孔に前記留め具が挿通され、前記表側の板状部材の係合部に、前記留め具が係合した状態で、前記複数の板状部材が、相互に拘束されている。

この態様によれば、遮蔽部の裏側から、留め具を貫通孔に挿通し、留め具の先端部が表側の板状部材に係合しているので、非接着状態で、複数の板状部材を簡単に拘束することができる。また、遮蔽部の裏側から留め具を挿通するので、留め具が輻射熱により、直接的に加熱されることは無く、留め具に熱が伝わり難い。これにより、遮蔽部の裏側の板状部材が加熱され難い。さらに、留め具を遮蔽部の表側から挿通した場合、留め具に溶接時のスパッタが付着して、留め具を表側の板状部材から取り外すことが阻害されることがあるが、この態様では、留め具にはスパッタが付着することがないで、留め具を板状部材から簡単に取り外すことができる。

さらに、留め具を用いたより好ましい態様としては、前記留め具は金属材料からなり、前記貫通孔には、前記留め具を挿通する樹脂材料またはセラミックス材料からなるリング材が配置されている。

この態様によれば、遮蔽部の表側の板状部材から留め具に伝導した熱は、リング材により断熱されるため、留め具により、表面側の板状部材からそれ以外の板状部材に熱が伝わり難い。これにより、留め具を介して、板状部材から収容部に伝達される熱の経路を遮断し、センサユニットが、加熱されることを抑えることができる。

ここで、複数の板状部材の材料は、収容部に向かう輻射熱を遮蔽することができ、この輻射熱により耐久性を有するのであれば、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記ワークが溶接される側を前記遮蔽部の表側とし、その反対側を裏側としたときに、前記複数の板状部材のうち、少なくとも前記表側の板状部材は、セラミックス材料からなり、少なくとも前記裏側の板状部材は、金属材料からなる。

この態様によれば、少なくとも前記表側の板状部材は、セラミックス材料からなり、少なくとも前記裏側の板状部材は、金属材料からなるので、表側の板状部材で、輻射熱を遮蔽し、輻射熱のうち伝熱された一部の熱は、裏側の板状部材で、放熱することができる。特に、裏側の板状部材に、冷却流体を吹き付けることにより、裏側の板状部材の放熱性を高めることができる。

本発明によれば、溶接時にワークからセンサユニットに向かう輻射熱により、遮蔽部の内部に発生する熱応力を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る溶接装置に取付けられた状態の溶接用センサ装置の模式的側面図である。 図１に示す溶接用センサ装置を一方側から視た模式的斜視図である。 図１に示す溶接用センサ装置を他方側から視た模式的斜視図である。 図１に示す溶接用センサ装置の模式的側面図である。 図２に示す溶接用センサ装置の遮蔽部材と保護カバーとの模式的分解斜視図である。 （ａ）は、図５に示す遮蔽部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢印方向の組み立て後の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った矢印方向の断面図であり、（ｄ）は、（ａ）の挟み込み部材の模式的斜視図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る溶接装置の遮蔽部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った矢印方向の組み立て後の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った矢印方向の断面図であり、（ｄ）は、（ａ）のスペーサの模式的斜視図である。 （ａ）は、図７に示す変形例に係る遮蔽部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った矢印方向の組み立て後の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＦ−Ｆ線に沿った矢印方向の断面図である。 第３実施形態に係る溶接用センサ装置の模式的側面図である。 図９に示す溶接用センサ装置の遮蔽部材と保護カバーとの模式的分解斜視図である。 （ａ）は、図９に示す遮蔽部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ線に沿った矢印方向の組み立て後の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＨ−Ｈ線に沿った矢印方向の断面図である。 第３実施形態の変形例に係る溶接用センサ装置を一方側から視た模式的斜視図である。 （ａ）は、図１２に示す遮蔽部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った矢印方向の組み立て後の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＪ−Ｊ線に沿った矢印方向の断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る溶接用センサ装置（以下、センサ装置という）を図１〜図１３を参照しながら詳述する。

＜第１実施形態＞
以下に図１〜図６を参照して、第１実施形態に係るセンサ装置１を説明する。
１．センサ装置１の取付け状態とセンサ装置１の全体構成について
図１に示すように、本実施形態に係るセンサ装置１は、取付け用治具８を介して、溶接装置９に取付けられている。溶接装置９の溶接トーチ９１には、溶接用ワイヤ９３が供給され、溶接の際には、溶接トーチ９１から送られる溶接用ワイヤ９３の先端と、ワークＷとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークＡを発生させる。これにより、溶接用ワイヤ９３が溶融するとともに、ワークＷに溶融池Ｐが生成され、ワークＷの溶接を行うことができる。ワークＷに溶融池Ｐを形成しつつ、図１に示す矢印の方向に溶接装置９が移動し、ワークＷ同士に溶接部（ビード）Ｂを形成する。なお、図１では、便宜的にワークＷを１つのワークとして描いているが、２つ以上のワーク同士に対して突合せ溶接、すみ肉溶接、重ね溶接等するものであり、溶接方法は、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、ワーク同士の溶接を溶接用ワイヤを用いたアーク溶接に特定しているが、この他にも、たとえば、ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、ガス溶接等の他の溶接であってもよい。

溶接装置９により、ワークＷに対して安定した溶接を行うためには、溶接トーチ９１とワークＷとの距離または、ワークＷの形状を、測定することは重要である。そこで、本実施形態では、その一例としてセンサ装置１で、ワークＷとの形状またはワークＷまでの距離を測定する。

図１に示すように、本実施形態に係るセンサ装置（センサヘッド）１は、センサユニット２と、センサユニット２を収容する収容体３Ａとを備えている。本実施形態では、収容体３Ａは、保護カバー４０が取付けられた収容ケース（収容部）３と、収容ケース３に取付けられた遮蔽部材（遮蔽部）５と、を備えている。本実施形態では、収容ケース３と、遮蔽部材５とは、分離可能な部材であるが、これらが一体化した構造であってもよい。なお、これらの構成は、後述する第２および第３実施形態に係る溶接装置も同様である。

２．センサユニット２について
センサユニット２は、検出されたレーザ光（検出光）Ｌ２により、ワークＷの形状または（センサユニット２から）ワークＷまでの距離を測定するための装置である。本実施形態では、センサユニット２は、その一例として、溶接されるワークＷの表面にレーザ光Ｌ１を投光する投光部２１と、ワークの表面から反射したレーザ光Ｌ２を検出する検出部２２と、を備えている。投光部２１は、レーザ光を発生させるレーザ光源２１ｂと、レーザ光源２１ｂから発生したレーザ光Ｌ１を、ワークＷに投光（投射）する投光装置（光学系）２１ａと、を備えている。

検出部２２は、投光装置２１ａから投光されたレーザ光Ｌ１が、ワークＷの表面から反射したレーザ光Ｌ２を受光する受光装置（光学系）２２ａと、受光装置２２ａから送られたレーザ光Ｌ２を検出する検出装置２２ｂと、を備えている。受光装置２２ａは、検出装置２２ｂに受光したレーザ光Ｌ２を送り、検出装置２２ｂは、例えば撮像装置（カメラ）であり、レーザ光Ｌ２を検出し、検出したレーザ光Ｌ２のデータを、センサ装置外部またはセンサ装置内部の画像処理装置（図示せず）に送信する。画像処理装置では、ワークＷの形状（状態）またはセンサユニット２（具体的にはレーザ光源２１ｂ）からワークＷまでの距離が測定され、例えば、測定された距離から、溶接トーチ９１とワークＷとの距離が換算される。

なお、本実施形態では、センサユニットの一例として、投光部２１と検出部２２とを備えたセンサユニット２を示したが、例えば、投光部を別ユニットとして、これを溶接用センサ装置１の外部に設け、センサユニット２の投光部２１を省略してもよい。

また、本実施形態では、センサユニット２は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を利用して、ワークＷの状態（形状）または検出部２２からワークＷまでの距離を測定したが、例えば、レーザ光を利用せず、溶接時にワークＷの例えば溶融池Ｐから発生した光、または、外部の光源等からワークＷに反射した光を検出光として検出してもよい。この場合も、本実施形態で示した、センサユニット２の投光部２１が省略され、検出部は、ワークＷの表面に向かう検出光を受光する受光装置（光学系）と、受光装置から送られた検出光を検出する撮像装置（カメラ）とを少なくとも備えればよい。溶接用センサ装置１は、投光部２１を有しないので、投光用の各部位を省略することができる。検出した検出光のデータは、センサ装置外部またはセンサ装置内部の画像処理装置（図示せず）に送信され、ワークＷの状態（例えば溶融池Ｐの溶融状態等）を測定することができる。この測定したワークＷの状態から、溶接時の溶接トーチ９１から送られる溶接用ワイヤ９３の先端と、ワークＷとの間に印加される電圧を制御してもよい。その他にも、センサユニットが、超音波または電磁波を利用して、溶接されるワークＷの状態またはワークＷまでの距離を測定してもよい。なお、これらの構成は、後述する第２および第３実施形態に係る溶接装置も同じである。

３．収容ケース３について
図１および図４に示すように、収容ケース３は、センサユニット２を収容するとともに、投光部２１から発するレーザ光Ｌ１および検出部２２へ向かうレーザ光Ｌ２が通過するように構成されている。レーザ光Ｌ１およびＬ２を透過させることができれば、例えば、開口した状態のものであってもよく、この開口した部分に、レーザ光Ｌ１およびＬ２が透過可能な材料（例えば、透明な樹脂またはガラスなど）が覆われていてもよい。本実施形態では、収容ケース３は、ケース本体３０と、保護カバー４０と、を備えている。

３−１．ケース本体３０について
本実施形態では、ケース本体３０は、センサユニット２を収容するための組立体である。図２および図３に示すように、ケース本体３０は、センサユニット２を収容する凹部（図示せず）を有した筐体３１の両側に、カバー３２ａ、３２ｂがネジなどの締結具７１を介して被着されている。なお、図２〜４では、センサ装置１の表面うち、溶接装置９が配置される側の表面を表側表面３０ａとし、その反対側を裏側表面３０ｂとして表している。

図４に示すように、ケース本体３０には、保護カバー４０に連通するパージ用の第１ガス流路３５が形成されている。第１ガス流路３５に供給される気体としては、エア（大気）、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、および、これらの気体を混合した気体等を挙げることができる。ここで、溶接時にセンサ装置１の後述する第１および第２放出口４２、４３からパージエアを放出し、センサ装置１を冷却することができ、ワークＷの溶接部に対し化学的に安定した気体であることがより好ましく、たとえば、溶接用のシールドガスの供給源（図示せず）からの気体を利用してもよい。

ケース本体３０の上面には、センサユニット２からの検出信号の出力等を行うための接続端子３７ａ、センサユニット２に向かう電力の供給、および、センサユニット２への制御信号の入力等を行うための接続端子３７ｂが、設けられている。さらに、ケース本体３０の上面には、第１ガス流路３５を介して保護カバー４０に気体を供給するガス供給口３７ｅと、が設けられている。この他にも、センサユニット２の電源のＯＮ，ＯＦＦ等の状態を表示するランプ３７ｄが設けられている。

３−２．保護カバー４０について
図２〜４に示すように、保護カバー４０は、収容ケース３の一部を構成するものである。保護カバー４０は、例えば、金属材料または樹脂材料からなり、ケース本体３０の底面側からネジなどの締結具７４により取付けられている。保護カバー４０は、ケース本体３０に取付けることにより、第１ガス流路３５に連通した第２ガス流路４５が形成されており、第２ガス流路４５には、第１放出口４２および第２放出口４３が形成されている。

第１放出口４２は、第２ガス流路４５からの気体が放出されるとともに、投光装置２１ａから投光されたレーザ光Ｌ１が通過する位置に形成されている。第１放出口４２の下流には、第２放出口４３がさらに形成されており、第２放出口４３は、第２ガス流路４５から気体が放出されるとともに、受光装置２２ａから投光されたレーザ光Ｌ２が通過する位置に形成されている。第２放出口４３は、後述する遮蔽部材５の裏面５０ｂに、放出された気体が吹き付けられるように形成されている。

さらに、図５に示すように、保護カバー４０には、後述する遮蔽部材５を取り付けるための第１取付け部４７が形成されており、第１取付け部４７には、シャフト（取付け具）７３を挿通する貫通孔４７ａが形成されている。さらに、第１取付け部４７には、レーザ光Ｌ１、Ｌ２等に対して適切な角度で、遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けるための設置面４７ｂが形成されている。なお、これらの構成は、後述する第２および第３実施形態に係る溶接装置も基本的には同じである。

４．遮蔽部材５について
図１〜５に示すように、センサ装置１を構成する遮蔽部材５は、ワークＷの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容ケース３の下方側（具体的には、第１および第２放出口４２、４３）に向かう輻射熱Ｈを遮蔽している。遮蔽部材５は、溶融池Ｐから飛散して、収容ケース３の下方側の表面に向かうスパッタＳを遮蔽している。遮蔽部材５は、板状の部材であり、収容ケース３からワークＷ側に向かって延在している。

ここで、ワークＷが溶接される側を遮蔽部材５の表側とし、その反対側を裏側としたときに、遮蔽部材５の裏面には、保護カバー４０に取付けるための一対の第２取付け部５７、５７が形成されている。遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けた状態で、保護カバー４０の第１取付け部４７は、遮蔽部材５の２つの第２取付け部５７、５７の間に配置される。

第２取付け部５７には、シャフト７３を挿通する貫通孔５７ａが形成されている。ここで、２つの第２取付け部５７、５７の間に、第１取付け部４７が配置され、かつ、設置面４７ｂに遮蔽部材５を設置した状態で、第１取付け部４７の貫通孔４７ａと、第２取付け部５７の貫通孔５７ａとが繋がり、１つの貫通孔となる。これにより、シャフト７３を、第１取付け部４７の貫通孔４７ａと、第２取付け部５７の貫通孔５７ａとに、遮蔽部材５の幅方向（横方向）から、挿通することができる。この結果、シャフト７３の頭部７３ｃと、ネジ体７３ｂの頭部７３ｄで挟み込み、遮蔽部材５を保護カバー４０に取付けることができる。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係る遮蔽部材５は、非接着状態で第１板状部材５１と第２板状部材５２を重ね合わせた構造であり、第１および第２の板状部材５１、５２は、その一部で相互に拘束されている。具体的には、遮蔽部材５は、第１板状部材５１と第２板状部材５２を重ね合わせた状態で、一対の挟み込み部材５３、５３により、第１および第２板状部材５１、５２に対して着脱自在に挟み込まれている。この挟み込まれた状態で、第１および第２板状部材５１、５２が、相互に拘束されている。

より、具体的には、第１板状部材５１と第２板状部材５２を重ね合わせた状態で、遮蔽部材５の幅方向の両側から、第１板状部材５１と第２板状部材５２を挟み込んでいる。これにより、遮蔽部材５の基端５０ｃから先端５０ｄに向かう方向に、第１板状部材５１と第２板状部材５２とが、独立して熱膨張および熱収縮することができる。遮蔽部材５の幅方向とは、遮蔽部材５の基端５０ｃから先端５０ｄに向かう方向と交差する方向であり、基端５０ｃは、遮蔽部材５が収容体３Ａの保護カバーに取り付けられている側の端であり、先端５０ｄは、そこからワークＷ側に延在する方向の端である。図６（ｄ）に示すように、各挟み込み部材５３、５３の断面はＵ字状であり、対向する一対の押圧部５３ａ、５３ａと、これを連結する連結部５３ｂと、を備えている。挟み込み部材５３は、金属材料からなり、一対の押圧部５３ａ、５３ａの対向する表面間の距離は、第１および第２板状部材５１、５２を重ね合わせた厚さよりも僅かに小さい。

第１および第２板状部材５１、５２に対して、挟み込み部材５３を挟み込む際には、押圧部５３ａ、５３ａ同士を僅かに広げて、挟み込み部材５３を弾性変形させ、第１および第２板状部材５１、５２に、挟み込み部材５３を押し込む。これにより、挟み込み部材５３の弾性変形後の復元力により、第１および第２板状部材５１、５２で、これらは押圧され、相互に拘束される。一方、挟み込み部材５３を取り外す際には、第１および第２板状部材５１、５２に対して、挟み込み部材５３を引き抜き、これを取り除くことができる。

このように、センサ装置１の収容体３Ａが、遮蔽部材５を備えることにより、図４に示すように、ワークＷの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容ケース３に向かう輻射熱Ｈを、遮蔽部材５で遮蔽することができる。これにより、この輻射熱Ｈにより、収容ケース３に収容されたセンサユニット２が加熱されることを抑えることができる。

さらに、遮蔽部材５に入熱された輻射熱により、遮蔽部材５の表面５０ａの温度が、他の部分に比べて、昇温される。このような場合であっても、遮蔽部材５が非接着状態で、第１および第２板状部材５１、５２を重ね合わせた構造であるため、重ね合わせた第１および第２板状部材５１、５２同士は、独立して熱膨張および熱収縮する。これにより、輻射熱Ｈによる熱膨張差および熱収縮差に起因した、遮蔽部材５に作用する熱応力を低減することができ、溶接時にワークＷからセンサユニット２に向かう輻射熱により、遮蔽部材５が損傷することを低減することができる。

さらに、第１および第２板状部材５１、５２は、非接着で重ね合わせられているため、例えば、前記ワークが溶接される側、すなわち遮蔽部材の表側に位置する第１板状部材５１に、溶接時のスパッタＳが付着したとしても、その付着した第１板状部材５１のみを交換すればよい。

特に、本実施形態では、第１および第２板状部材５１、５２が着脱自在に挟み込み部材５３で挟み込まれているので、挟み込み部材５３を取り外すことで、重ね合わせた状態の第１および第２板状部材５１、５２を簡単に分離することができる。分離後には、新しい第１板状部材５１と既存の第２板状部材５２とを重ね合わせて、これらを挟み込み部材５３で、拘束することができる。このような結果、第１および第２板状部材５１、５２の重ね合わせ、第１板状部材５１の交換等を簡単に行うことができ、遮蔽部材５のメンテナンス性を高めることができる。

なお、本実施形態では、遮蔽部材５は、第１および第２板状部材５１、５２からなる２枚の板状部材で構成されていたが、例えば、板状部材を非接着の状態で相互に拘束することができるのであれば、特に、第１板状部材５１と第２板状部材５２との間に、さらに、１枚以上の板状部材を備えてもよい。

ここで、第１および第２板状部材５１、５２の材料は、７００℃以上の耐熱温度（少なくとも融点）を有している材料からなることが好ましく、７００℃以上でも機械的強度が低下し難い材料がより好ましい。たとえば、第１および第２板状部材５１、５２の材料は、金属材料またはセラミックス材料などを挙げることができ、ワークＷの溶接時に発生する輻射熱に対して、耐熱性を有する材料であれば、特に限定されるものではない。たとえば、金属材料としては、鋳鉄、鋼、アルミニウム、銅、または、黄銅などを挙げることができ、セラミックス材料としては、アルミナ、イットリア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、コージライト、サーメット、ステタイト、ムライト、窒化アルミニウム、またはサファイア等を挙げることができる。

本実施形態では、その好ましい態様として、第１板状部材５１は、セラミックス材料からなり、第２板状部材５２は、金属材料からなる。これにより、セラミックス材料は、金属材料に比べて、熱伝導性が低いため、表側に位置する第１板状部材５１で、輻射熱Ｈを遮蔽することができる。一方、金属材料は、セラミックス材料に比べて、熱伝導率が高いため、輻射熱のうち伝熱された一部の熱は、裏側に位置する第２板状部材５２で、遮蔽部材５の裏面５０ｂから、より効果的に放熱することができる。特に、本実施形態では、第２板状部材５２に、流体を吹き付けているので、第２板状部材５２の放熱性を高めることができる。さらに、第１板状部材５１に、金属箔等が被覆されていてもよい。

なお、遮蔽部材５が、第１板状部材５１と第２板状部材５２との間に、さらに、１枚以上の板状部材を備える場合には、これらの間の板状部材は、金属材料またはセラミックス材料のいずれかが選択される。

＜第２実施形態＞
図７（ａ）は、図６に示す第２実施形態に係る遮蔽部材の分解斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った矢印方向の断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った矢印方向の断面図であり、（ｄ）は、図７（ａ）のスペーサの模式的斜視図である。なお、第２実施形態では、第１実施形態に対して、遮蔽部材の構造のみが、相違するので、その他の構成は、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、変形例に係る遮蔽部材５では、第１板状部材５１に、留め具７５に係合する係合孔（係合部）５１ｂが形成されている。具体的には、留め具７５は、ネジまたはボルトなどであり、留め具７５の先端には、雄ネジ部が形成されており、係合孔５１ｂには、雄ネジ部に螺着される雌ネジ部が形成されている。これにより、留め具７５の雄ネジ部を、係合孔５１ｂの雌ねじ部に螺合させることにより、留め具７５を、係合孔５１ｂに係合（螺合）することできる。なお、本実施形態では、留め具７５と係合孔５１ｂとの係合は、螺合であったが、例えば、留め具７５の先端部の外径を、係合孔５１ｂの内径よりも大きくし、留め具７５を係合孔５１ｂに嵌合させてもよい。また、留め具７５の先端部の外径を、係合孔５１ｂの内径と同じまたはそれよりも小さくし、留め具７５を係合孔５１ｂに係合した後、接着剤等により固定してもよい。

さらに、第２板状部材５２には、留め具７５が挿通される貫通孔５２ｂが形成されている。なお、第１板状部材５１と第２板状部材５２との間に、さらに１枚以上の板状部材を備える場合には、この板状部材にも、第２板状部材５２と同様に、留め具７５が挿通される貫通孔が形成されている。本実施形態では、貫通孔５２ｂの内径（具体的には後述するスペーサ５５の内径）は、留め具７５の外径よりも大きい。第１および第２板状部材５１、５２は、裏側から、貫通孔５２ｂに留め具７５が挿通され、第１板状部材５１の係合孔５１ｂに、留め具７５が係合した状態で、第１および第２板状部材５１、５２が、相互に拘束されている。

このように、本実施形態では、遮蔽部材５の裏側から、留め具７５を、第２板状部材５２に貫通孔５２ｂに挿通し、留め具７５の先端部が第１板状部材５１の係合孔に係合(螺合）しているので、非接着状態で、第１および第２板状部材５１、５２を簡単にその一部を拘束することができる。なお、本実施形態の貫通孔５２ｂは、丸穴であったが、例えば、遮蔽部材５の基端側から先端側に延在した長穴であってもよい。これにおり、第２板状部材５２の伸縮が、留め具７５により拘束され難くなる。

また、遮蔽部材５の裏側から留め具７５を挿通するので、留め具７５が溶接時の輻射熱により、直接的に加熱されることは無く、留め具７５に熱が伝わり難い。これにより、第２板状部材５２が加熱され難く、第２板状部材５２から、収容体３Ａの保護カバー４０を介して、輻射熱が伝熱することを抑えることができる。

さらに、留め具を遮蔽部材５の表側から挿通した場合、留め具に溶接時のスパッタが付着して、留め具を第１板状部材５１から取り外すことが阻害されることがあるが、本実施形態では、留め具７５にはスパッタＳが付着することがないで、留め具７５を第１板状部材５１から簡単に取り外すことができる。

さらに、本実施形態では、第１および第２板状部材５１、５２の間に隙間Ｄが形成されるように第１および第２板状部材５１、５２の間に、スペーサ５５が配置されている。ここで、第１および第２板状部材５１、５２の間に、さらに、１枚以上の板状部材を備える場合には、第１板状部材５１とこれに隣接する板状部材との間に、隙間が形成されるようにスペーサが配置してもよく、第２板状部材５２とこれに隣接する板状部材との間に、隙間が形成されるようにスペーサが配置してもよい。第１および第２板状部材５１、５２の間に、さらに、複数の板状部材を備える場合には、これらの隣接する板状部材に、隙間が形成されるようにスペーサが配置されていてもよい。

具体的には、本実施形態では、スペーサ５５は、段付き形状の筒状のスペーサであり、大径部５５ａと、これに連続して形成された小径部５５ｂを備えている。大径部５５ａが、第１および第２板状部材５１、５２の間に配置され、第１および第２板状部材５１、５２の隙間Ｄを確保する。本実施形態では、大径部５５ａの外径は、第２板状部材５２の貫通孔５２ｂの内径よりも大きく、第１板状部材５１の係合孔５１ｂの内径よりも大きい。

小径部５５ｂは、貫通孔５２ｂに挿通されるものである。本実施形態では、小径部５５ｂの外径は、挿通孔５５ｃの内径と同じ大きさまたはこれよりも小さい。留め具７５は、スペーサ５５の大径部５５ａおよび小径部５５ｂには、留め具７５を挿通する挿通孔５５ｃが形成されている。

この態様によれば、スペーサ５５を配置することにより、第１および第２板状部材５１、５２の対向する表面５１ｆ、５２ｆの間に、隙間Ｄが形成され、この隙間Ｄが断熱空間として作用する。この結果、第１および第２板状部材５１、５２の間の熱伝導を低減することができるため、遮蔽部材５の表面５０ａに入熱された輻射熱が、その裏面５０ｂから、収容体３Ａを介してセンサユニット２に伝達することを低減することができる。

本実施形態では、留め具７５は、鋼製、アルミニウム製、などの金属材料からなり、スペーサ５５は、例えば、遮蔽部材５の材料で例示したセラミックス材料、または、樹脂材料からなる。樹脂材料は、たとえば、熱硬化性樹脂が好ましく、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。

このように、遮蔽部材５の表側の第１板状部材５１から留め具７５に伝導した熱は、スペーサ５５により断熱されるため、留め具７５により、第１板状部材５１から第２板状部材５２に熱が伝わり難い。これにより、留め具７５を介して第１板状部材５１から収容ケース３に伝達される熱の経路を遮断し、センサユニット２が、加熱されることを抑えることができる。

なお、本実施形態では、スペーサ５５に小径部５５ｂを設けたが、例えば、第１および第２板状部材５１、５２の隙間Ｄを確保するのみを目的とする場合には、スペーサ５５の小径部５５ｂを省略し、スペーサが大径部５５ａのみで構成されていてもよい。

さらに、この変形例では、第１および第２板状部材５１、５２の間に隙間Ｄを設けたが、例えば、図６に示すように、第１および第２板状部材５１、５２を接触させてもよい場合には、スペーサ５５を省略してもよい。また、この場合、留め具を挿通する樹脂材料またはセラミックス材料からなるスペーサ５５に小径部５５ｂに相当するリング材を、第２板状部材５２の貫通孔５２ｂに配置してもよい。この場合であっても、リング材により、遮蔽部材５の表面５０ａから留め具７５に伝導される熱を、リング材で断熱することができる。

図８（ａ）は、図７に示す変形例に係る遮蔽部材の分解斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った矢印方向の断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＦ−Ｆ線に沿った矢印方向の断面図である。

この変形例では、隣接する第１および第２板状部材５１、５２の間に隙間Ｄが形成されるように、第１板状部材５１の表面５１ｆには、第２板状部材５２と対向する位置に隆起部５１ｄが形成されている。隆起部５１ｄには、留め具７５の先端に係合する係合孔５１ｂが形成されている。本実施形態では、より好ましい態様として、係合孔５１ｂの深さは、隆起部５１ｄの高さと同じまたはそれよりも浅い。

この変形例によれば、隆起部５１ｄが第１板状部材５１に一体となって形成されているため、隣接する第２板状部材５２の間に、隙間Ｄを簡単に形成することができる。この隙間Ｄが、断熱空間となって、遮蔽部材５の表面５０ａの熱が、収容体３Ａを介してセンサユニット２に伝達することを低減することができる。

また、隆起部５１ｄの高さ分、係合孔５１ｂの底部から第１板状部材５１の表面までの距離を確保することができるので、係合孔５１ｂの形成に伴う第１板状部材５１の強度低下を、隆起部５１ｄで補うことができる。

なお、この変形例において、上述した留め具７５を挿通する樹脂材料またはセラミックス材料からなリング材を、第２板状部材５２の貫通孔５２ｂに配置してもよい。この場合であっても、リング材により、遮蔽部材５の表面５０ａから留め具７５に伝導される熱を、リング材で断熱することができる。

さらに、図８および図９に示す遮蔽部材５は、留め具７５により、第１および第２板状部材５１、５２を拘束したが、例えば、留め具７５の代わりに、第１実施形態の如く、挟み込み部材により、第１および第２板状部材５１、５２を拘束してもよい。この場合には、第１板状部材５１の係合孔５１ｂを省略することができ、変形例の場合には、第２板状部材５２の貫通孔５２ｂを省略することができる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係る溶接用センサ装置の模式的側面図である。図１０は、図９に示す溶接用センサ装置の遮蔽部材と保護カバーとの模式的分解斜視図である。図１１（ａ）は、図９に示す遮蔽部材の分解斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＧ−Ｇ線に沿った矢印方向の断面図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）のＨ−Ｈ線に沿った矢印方向の断面図である。なお、第３実施形態に係る溶接用センサ装置は、図８に示す第２実施形態の変形例ものに対して、隙間Ｄに冷却用の気体を流れるように構成した点が相違する。したがって、第２実施形態の変形例と同じ構成は、同じ符号を付してその詳細な説明を省略し、相違する点を以下に説明する。

図９および図１０に示すように、本実施形態では、保護カバー４０には、第２ガス流路４５に連通し、第１および第２板状部材５１、５２の間に形成された隙間Ｄに、冷却用の気体を供給するための供給口４７ｃが形成されている。この冷却用の気体は、上述したパージ用の気体である。

図１１に示すように、第２板状部材５２には、保護カバー４０に形成された供給口４７ｃから、第１および第２板状部材５１、５２の間の隙間Ｄに冷却用の気体を流すための供給孔５２ｈが形成されている。これにより、隙間Ｄは、冷却用の気体が流れる空間となる。冷却用の気体が、供給口４７ｃから供給孔５２ｈに漏れなく流れるように、供給口４７ｃの周りにシール材を設けてもよい。

第１板状部材５１の表面５１ｆには、遮蔽部材５の基端５０ｃ側から先端５０ｄ側に向かって延在した複数（４つ）のフィン５１ｇが形成されており、さらに、フィン５１ｇに向かって冷却用の気体が流れるように、冷却用の気体を案内する案内凸部５１ｈが形成されている。なお、本実施形態では、４つのフィン５１ｇを設けたが、第１板状部材５１の熱を放熱することができるのであれば、フィン５１ｇの形状および個数は特に限定されるものではない。

本実施形態によれば、供給口４７ｃから供給孔５２ｈに供給された冷却用の気体は、案内凸部５１ｈに案内されて、４つのフィン５１ｇを流れて、遮蔽部材５の先端５０ｄ側から放出される。

このような結果、第１および第２板状部材５１、５２の隙間Ｄを形成するばかりでなく、この隙間Ｄの冷却用の気体により、第１および第２板状部材５１、５２を冷却することができる。特に、第１板状部材５１の表面５１ｆにフィン５１ｇを形成することにより、この隙間Ｄに第１板状部材５１の熱を効率的に放熱することができ、第１板状部材５１から放熱された熱を、冷却用の気体に伝え、これを外部に放出することができる。また、遮蔽部材５（第１および第２板状部材５１、５２）では、その基端５０ｃから先端５０ｄまでが、進行方向に向かって傾斜しているので、放出された冷却用の気体が、溶接する部分に流れ込むことを低減することができる（図９参照）。

また、冷却用の気体により、遮蔽部材５を冷却することができるのであれば、フィンを省略してもよい。本実施形態では、第１板状部材５１にフィン５１ｇを設けたが、例えば、溶接時に第２板状部材５２を効率的に冷却したい場合には、第２板状部材５２の表面５２ｆに、フィンを設けてもよい。さらに、第１板状部材５１と第２板状部材５２との間に、さらに１枚以上の板状部材を備える場合には、これらの板状部材の間にフィンを設けてもよい。

図１２は、第３実施形態の変形例に係る溶接用センサ装置を一方側から視た模式的斜視図である。図１３（ａ）は、図１２に示す遮蔽部材の分解斜視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った矢印方向の断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）のＪ−Ｊ線に沿った矢印方向の断面図である。

この変形例では、保護カバー４０に、供給口４７ｃを設けずに、別途、冷却用の気体を供給する供給管８０を設けた点が相違する。供給管８０を流れる冷却用の気体は、第２ガス流路４５に流れる気体として、例示したものと同じである。本実施形態では、供給管８０の先端８１は、遮蔽部材５の基端５０ｃにおいて、第１板状部材５１と第２板状部材５２との間に、冷却用の気体が、遮蔽部材５の先端５０ｄに向かって流れるように配置されている。

このように、供給管８０を設けることにより、図１１（ａ）に示す案内凸部５１ｈを第１板状部材５１に設けずに、かつ、供給孔５２ｈを第２板状部材５２に設けることなく、遮蔽部材５の基端５０ｃ側から、その先端５０ｄ側に、冷却用のエアを流すことができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。たとえば、第１および第２板状部材は、重ね合わせた状態で、挟み込み部材または留め具により、２カ所で相互に拘束されていたが、少なくとも１か所で拘束されていてもよい。これにより、１または２カ所で拘束されることにより、第１および第２板状部材が独立して熱膨張および熱収縮がし易くなる。

本実施形態では、センサユニットは、レーザ光をワークに投光し、ワークから反射したレーザ光を検出光として受光し、ワークの状態（形状）および検出部からワークまでの距離を測定したが、たとえば、センサユニットが、ワークから反射する光または溶接時にワークから発する光を、検出光として撮像装置（カメラ）で撮像し、ワークの溶接状態等を検出してもよい。

１：（溶接用）センサ装置、２：センサユニット、２１：投光部、２２：検出部、３Ａ：収容体、３：収容ケース、３０：ケース本体、３５：第１ガス流路、４０：保護カバー、４２：第１放出口、４３：第２放出口、４５：第２ガス流路、４６：第２取付け部、４６ｂ：設置面、４７：第１取付け部、５：遮蔽部材、５１：第１板状部材、５１ｂ：係合孔（係合部）、５１ｄ：隆起部、５１ｇ：フィン、５２：第２板状部材、５２ａ：貫通孔、５３：挟み込み部材、５５：スペーサ、５７：第２取付け部、５７ａ：貫通孔、７３：シャフト、７５：留め具、Ｌ１，Ｌ２：レーザ光、Ｗ：ワーク

Claims (5)

1. 溶接されるワークの状態または前記ワークまでの距離を測定するセンサユニットと、
   前記センサユニットを収容する収容部と、前記ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、前記収容部に向かう輻射熱を遮蔽する遮蔽部と、を有した収容体と、
   を少なくとも備えた、溶接用センサ装置であって、
   前記遮蔽部は、非接着状態で複数の板状部材を重ね合わせた構造であり、前記複数の板状部材は、その一部で相互に拘束されており、
   隣接する前記板状部材の間に隙間が形成されるように、前記隣接する板状部材の間に、スペーサが配置されている、または、隣接する前記板状部材の間に隙間が形成されるように、前記隣接する板状部材のうち少なくとも一方の板状部材の表面には、他方の板状部材と対向する位置に隆起部が形成され、
   前記隙間は、冷却用の気体が流れる空間となっており、
   前記隣接する板状部材の対向する表面には、フィンが形成されていることを特徴とする溶接用センサ装置。
2. 前記遮蔽部は、前記複数の板状部材を重ね合わせた状態で、挟み込み部材により、前記複数の板状部材に対して着脱自在に挟み込まれた状態で、前記複数の板状部材が、相互に拘束されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用センサ装置。
3. 溶接されるワークの状態または前記ワークまでの距離を測定するセンサユニットと、
   前記センサユニットを収容する収容部と、前記ワークの溶接時に発生する輻射熱のうち、前記収容部に向かう輻射熱を遮蔽する遮蔽部と、を有した収容体と、
   を少なくとも備えた、溶接用センサ装置であって、
   前記遮蔽部は、非接着状態で複数の板状部材を重ね合わせた構造であり、前記複数の板状部材は、その一部で相互に拘束されており、
   隣接する前記板状部材の間に隙間が形成されるように、前記隣接する板状部材の間に、スペーサが配置されている、または、隣接する前記板状部材の間に隙間が形成されるように、前記隣接する板状部材のうち少なくとも一方の板状部材の表面には、他方の板状部材と対向する位置に隆起部が形成され、
   前記隙間は、冷却用の気体が流れる空間となっており、
   前記ワークが溶接される側を前記遮蔽部の表側とし、その反対側を裏側としたときに、前記複数の板状部材のうち、少なくとも前記表側の板状部材には、留め具に係合する係合部が形成されており、それ以外の板状部材には、前記留め具が挿通される貫通孔が形成されており、
   前記複数の板状部材は、前記裏側から、前記貫通孔に前記留め具が挿通され、前記表側の板状部材の係合部に、前記留め具が係合した状態で、前記複数の板状部材が、相互に拘束されていることを特徴とする溶接用センサ装置。
4. 前記留め具は金属材料からなり、前記貫通孔には、前記留め具を挿通する樹脂材料またはセラミックス材料からなるリング材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の溶接用センサ装置。
5. 前記ワークが溶接される側を前記遮蔽部の表側とし、その反対側を裏側としたときに、
   前記複数の板状部材のうち、少なくとも前記表側の板状部材は、セラミックス材料からなり、少なくとも前記裏側の板状部材は、金属材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接用センサ装置。

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