WO2017209086A1 - レーザ加工装置 - Google Patents

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laser
gas
laser processing
processing apparatus
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赤星秀明
藤倉幸太郎
金谷康平
山口晃
下田章雄
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本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus in which a cylindrical member is interposed between a lens provided at a laser output port and a workpiece.
  • the lens here is a general term for a condensing lens, a protective glass for protecting an optical component, and the like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-1107994 proposes a laser processing apparatus in which a substantially cylindrical cross jet gas injection unit is interposed between a lens and a workpiece.
  • the cross jet gas injection unit is formed with a through-passage through which a laser passes, and a discharge pipe that discharges the cross jet gas in a direction intersecting the traveling direction of the laser, and the cross jet gas.
  • a suction pipe for inhalation is connected.
  • the flow velocity of the cross jet gas flowing in the vicinity of the discharge pipe and the suction pipe is naturally larger than that of the surrounding air. Due to the difference in flow velocity between the cross jet gas and the surrounding air, the surrounding air may be entrained and a secondary air flow toward the lens side of the through path may be generated.
  • the fumes are made of metal vapor that heats up from a workpiece that has been irradiated with a laser and melted at a high temperature, and easily move on the airflow because of its small density. For this reason, even if the cross jet gas is circulated, it is difficult to sufficiently prevent the fume from adhering to the lens.
  • the main object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can effectively prevent fume from adhering to the lens.
  • a cylindrical member in which a laser scanner provided with a lens at a laser output port and a through-passage through which the laser output through the lens passes is formed on the radial center side.
  • a cylindrical filter is disposed on an inner wall portion of the cylindrical member facing the through passage, and the cylindrical member discharges gas from the filter to the through passage.
  • a condensing lens for condensing the laser, a protective glass for protecting the optical component, and the like are provided as a lens at the laser output port.
  • the laser output from the laser scanner via this lens is irradiated to the workpiece through a through path formed on the radial center side of the cylindrical filter disposed on the inner wall of the cylindrical member. The That is, the cylindrical member and the filter are disposed between the workpiece and the lens so that the laser passes through the through path.
  • the cylindrical member discharges gas from the filter to the through passage by allowing the gas to pass through the filter so that the outer surface side on the radially outer side of the filter is upstream and the inner surface side of the center in the radial direction is downstream.
  • the speed difference of the gas is leveled by the resistance passing through the filter or the like. For this reason, the gas which reduced the speed difference for every position is discharged to a penetration path.
  • a high-pressure layer in which generation of turbulence is suppressed is formed between the workpiece and the lens while being at a higher pressure than the outside air. Even if such a high-pressure layer is formed in the through passage, an air flow that draws fumes closer to the lens than the high-pressure layer is not generated. In addition, a quiet gas flow from the high-pressure layer toward the workpiece can be generated.
  • the filter is preferably a sintered metal filter.
  • a sintered metal filter can be used stably even if spatter or the like comes into contact with it because the filter itself can be prevented from being altered. That is, by using a sintered metal filter, for example, durability of the laser processing apparatus can be improved, maintenance can be facilitated, and the like.
  • the filter has a cylindrical shape whose diameter is constant in the axial direction.
  • the manufacturing cost of the filter can be reduced, and consequently the manufacturing cost of the laser processing apparatus can be reduced.
  • the diameter of the filter is constant in the axial direction, it is possible to effectively suppress variation in the velocity of the gas that passes through the filter and is discharged into the through passage in the axial direction. As a result, a high-pressure layer can be satisfactorily formed and fume can be prevented from adhering to the lens.
  • the filter is supplied with the gas through a chamber formed between the filter and an inner surface of the outer wall portion of the cylindrical member, and the outer surface of the filter is supplied to the chamber.
  • the gas is supplied from the gas supply pipe so that the inflow direction of the gas follows at least a part of the gas.
  • the gas is supplied so that the internal pressure of the chamber increases while avoiding the direction in which the gas flows in a direction perpendicular to the outer surface of the filter.
  • the gas having a uniform pressure difference in the chamber is supplied substantially uniformly to the entire filter.
  • it is possible to more effectively suppress the variation in the velocity of the gas that passes through the filter and is discharged into the through passage, thereby forming a high-pressure layer, thereby preventing fume from adhering to the lens. it can.
  • FIG. 1 is a schematic overall side view of a laser processing apparatus according to the present invention. It is principal part sectional drawing of the laser processing apparatus of FIG. It is a schematic perspective view of the cylindrical member of the laser processing apparatus of FIG. It is a schematic plan view of the cylindrical member of FIG. It is a schematic perspective view of the cylindrical member of the laser processing apparatus which concerns on other embodiment of this invention.
  • the laser processing apparatus can be suitably used when performing laser welding on a workpiece to perform welding, cutting, drilling, or the like.
  • FIG. 1 an example is described in which the laser processing apparatus 10 uses a set of workpieces 12 as workpieces and welds the flanges 14 of the workpieces 12 that are in contact with each other.
  • the laser processing apparatus 10 uses a set of workpieces 12 as workpieces and welds the flanges 14 of the workpieces 12 that are in contact with each other.
  • it is not particularly limited to this.
  • the laser processing apparatus 10 mainly includes, for example, a laser scanner 18 supported at the tip of an articulated robot 16 and a cylindrical member 22 that is detachably attached to a laser output port 20 described later of the laser scanner 18.
  • the articulated robot 16 moves, for example, the laser scanner 18 along the flange 14 of the work 12 supported on the work table 26 by the clamper 24, or moves the laser scanner 18 closer to the work 12.
  • a well-known thing which can be spaced apart can be used. Therefore, the description of the specific configuration of the articulated robot 16 is omitted.
  • the laser scanner 18 has a scanner main body 28 optically connected to a laser oscillator (not shown), and optical system members such as a mirror 30 and a condenser lens (not shown) are accommodated in the scanner main body 28.
  • the scanner main body 28 is provided with a laser output port 20 as an opening for outputting the laser LB oscillated from the laser oscillator and then deflected by the optical system member, and is protected so as to cover the laser output port 20.
  • a glass 32 (lens) is detachably attached. That is, the laser scanner 18 outputs the laser LB from the laser output port 20 through the protective glass 32.
  • the cylindrical member 22 includes annular end surfaces (base end surface portion 34 a and distal end surface portion 34 b) having an inner diameter substantially equal to or larger than the size of the laser output port 20, the both end surface portions 34 a, A cylindrical outer wall portion 36 having a diameter substantially equal to the outer diameter of 34b. Both end surface portions 34a, 34b and the outer wall portion 36 are preferably formed integrally from a relatively light material such as aluminum.
  • the cylindrical member 22 has, for example, a cylindrical inner wall portion 37 having an inner diameter substantially equal to the inner diameter of both end surface portions 34a and 34b and a diameter smaller than the outer diameter of both end surface portions 34a and 34b, and substantially coaxial with the outer wall portion 36. It is arranged to become.
  • a cylindrical filter 38 is disposed on the inner wall portion 37 over the entire circumference.
  • the inner surface 38a of the filter 38 preferably occupies 50% or more of the inner surface of the inner wall portion 37. Further, it is preferable that the outer surface 38 b of the filter 38 occupy 50% or more of the outer surface of the inner wall portion 37. The reason will be described later.
  • the cylindrical member 22 is attached in the vicinity of the laser output port 20 of the laser scanner 18 so that a through path 39 through which the laser LB output from the laser output port 20 passes is formed on the center side in the radial direction of the filter 38.
  • the inner diameter of the filter 38 is not limited to the above-described size, and may be any size as long as the laser LB can pass through the through passage 39 without being blocked by the filter 38.
  • the chamber 40 is formed between the inner surface 36a of the outer wall portion 36 and the outer surface 38b of the filter 38 facing the inner surface 36a. That is, the chamber 40 is formed by the outer wall portion 36, the inner wall portion 37, and both end surface portions 34a and 34b. As shown in FIGS. 3 and 4, the chamber 40 is supplied with gas from a gas supply source (not shown) through a gas supply pipe 42 connected to the outer wall portion 36. For convenience of explanation, the gas supply pipe 42 is not shown in FIGS. 1 and 2.
  • the gas supply pipe 42 to the chamber 40 is arranged so that the inflow direction of the gas supplied to the chamber 40 is along at least a part of the outer surface 38b of the filter 38, in other words, not perpendicular to the outer surface 38b. It is preferable that the extending direction of is adjusted. The reason will be described later.
  • two gas supply pipes 42 are respectively connected to the outer wall portion 36 of the cylindrical member 22, and each gas supply pipe 42 extends in the direction of the filter 38. It adjusts so that it may incline with respect to radial direction. Further, the gas supply pipes 42 extend so that the gases respectively supplied from the two gas supply pipes 42 are in the same flow direction along the circumferential direction of the chamber 40 as indicated by arrows in FIG. The relationship between directions is set.
  • the gas for example, factory air can be suitably used because it can be easily supplied with a simple configuration, but is not particularly limited thereto.
  • the gas may be anything as long as it is a gas, and can be selected from various materials according to the material of the workpiece 12, the use of the laser processing apparatus 10, and the like.
  • the filter 38 is supplied with gas from the outer surface 38b side through the chamber 40, and thereby discharges the gas that has been passed so that the outer surface 38b side is upstream and the inner surface 38a side of the filter 38 is downstream to the through passage 39.
  • the material, thickness, hole diameter, and the like of the filter 38 can discharge the gas into the through passage 39 by uniformizing the speed difference depending on the position by the resistance when the gas passes through the filter 38. May be set so that
  • the material of the filter 38 examples include sintered metals, ceramics, resins, and the like, and sintered metals are preferable from the following viewpoints. That is, the filter 38 (sintered metal filter) made of sintered metal is a porous body obtained by sintering a metal powder such as copper or stainless steel, and even when sputtered or the like is in contact with it. Since the filter 38 itself can be prevented from being altered, it can be used stably. Therefore, by using the filter 38 made of sintered metal, for example, the durability of the laser processing apparatus 10 can be improved, maintenance can be facilitated, and the like.
  • the shape of the filter 38 is not particularly limited as long as it is cylindrical, but it is preferably a cylindrical shape having a constant diameter in the axial direction.
  • the manufacturing cost of the filter 38 can be reduced by the amount that the filter 38 can have a simple shape, and consequently the manufacturing cost of the laser processing apparatus 10 can be reduced.
  • the diameter of the filter 38 is constant in the axial direction, it is possible to effectively suppress variations in the velocity of the gas that passes through the filter 38 and is discharged into the through passage 39 in the axial direction.
  • a filter with a filtration accuracy as fine as possible.
  • a filter having a thickness of about 5 ⁇ m is used.
  • the laser processing apparatus 10 may include a cross jet gas injection unit (not shown) as described in, for example, the above-mentioned JP-A-1-107994, between the workpiece 12 and the cylindrical member 22.
  • a cross jet gas injection unit (not shown) as described in, for example, the above-mentioned JP-A-1-107994, between the workpiece 12 and the cylindrical member 22.
  • the laser beam LB that has passed through the through passage 39 of the filter 38 further passes through the inside of the cross jet gas and is irradiated onto the workpiece 12. That is, the cross jet gas is injected in a direction intersecting the traveling direction of the laser LB by a discharge pipe and a suction pipe (both not shown) connected to the cross jet gas injection unit.
  • the laser processing apparatus 10 is basically configured as described above. Next, the operation and effect of the laser processing apparatus 10 is related to the operation of performing laser welding using the laser processing apparatus 10. explain. Hereinafter, a case where the laser processing apparatus 10 includes a cross jet gas injection unit will be described.
  • the laser scanner 18 is moved by the articulated robot 16 so that the welding position of the workpiece 12 can be irradiated with the laser LB.
  • a laser output port 20 is disposed.
  • gas is supplied from the gas supply source to the chamber 40 of the cylindrical member 22 through the gas supply pipe 42, and the cross jet gas is provided between the discharge pipe and the suction pipe of the cross jet gas irradiation unit.
  • the laser LB is oscillated by the above-mentioned laser oscillator in a state in which is distributed.
  • the extending direction of the gas supply pipe 42 is adjusted as described above, so that the gas inflow direction is perpendicular to the outer surface 38 b of the filter 38 as shown in FIGS. 2 and 4.
  • the gas is supplied to the chamber 40 while avoiding the injection of the gas at a right angle toward the filter 38.
  • the pressure difference is leveled in the chamber 40, whereby the gas is supplied to the entire filter 38 substantially uniformly.
  • the suppressed high pressure layer can be formed satisfactorily. As shown in FIG. 2, a quiet gas flow toward the workpiece 12 can be generated from the high pressure layer.
  • the outer surface 38b of the filter 38 becomes the gas suction surface and the inner surface 38a becomes the gas discharge surface. Therefore, as described above, the outer surface 38b of the filter 38 occupies 50% or more of the outer surface of the inner wall portion 37, so that gas can be taken in from a large area of the inner wall portion 37. Further, by making the inner surface 38a of the filter 38 occupy 50% or more of the inner surface of the inner wall portion 37, a large amount of gas with a reduced flow rate can be discharged from a wide area.
  • the inside of the through passage 39 can be filled with a gas slightly higher in pressure than the surrounding air, thereby suppressing the entrainment of the surrounding air and further improving the high-pressure layer in which the generation of turbulence is suppressed. Can be formed.
  • the laser scanner 18 outputs the laser LB guided from the laser oscillator to the optical system member in the scanner main body 28 from the laser output port 20 through the protective glass 32.
  • the laser LB passes through the through passage 39 of the filter 38 disposed in the cylindrical member 22, and then passes through the cross jet gas so as to be irradiated on the welding portion of the workpiece 12.
  • the entire welding location of the workpiece 12 is laser welded by moving the scanner body 28 along the welding location by the articulated robot 16 while welding the location of the workpiece 12 irradiated with the laser LB. Can do.
  • spatter and fumes generated from the workpiece 12 are first prevented from moving to the protective glass 32 side by the cross jet gas.
  • the movement of spatter having a higher density than that of fume can be effectively avoided by the cross jet gas.
  • the laser processing apparatus 10 it is possible to effectively avoid spatter and fumes generated from the workpiece 12 during laser welding from adhering to the protective glass 32.
  • the two gas supply pipes 42 are connected to the outer wall portion 36 of the cylindrical member 22, and the extending direction of each of the gas supply pipes 42 is the radial direction of the filter 38. It was decided to adjust so that it might incline with respect to.
  • the number of gas supply pipes 42 is not limited to two and may be one or three or more.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the cylindrical member 22 in which two gas supply pipes 50 are respectively connected to the base end face portion 34a. 5 that have the same or similar functions and effects as those shown in FIGS. 1 to 4 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the extending direction of the gas supply pipe 50 is inclined with respect to the axial direction of the tubular member 22 as shown in FIG. Further, the relationship between the extending directions of the gas supply pipes 50 is set so that the gases respectively supplied from the two gas supply pipes 50 are in the same flow direction along the circumferential direction of the chamber 40. Is preferred. Accordingly, the gas flowing in the chamber 40 can be supplied along the at least part of the outer surface 38b of the filter 38 so that the gas having a well-balanced speed in the chamber 40 can be supplied to the filter 38.
  • the chamber 40 is formed between the inner surface 36 a of the outer wall portion 36 of the cylindrical member 22 and the outer surface 38 b of the filter 38, and the filter 38 is interposed via the chamber 40. It was decided that gas would be supplied. However, if it is possible to form the high-pressure layer as described above in the through passage 39, the gas may be supplied to the filter 38 without going through the chamber 40.
  • the cylindrical member 22 is detachably attached in the vicinity of the laser output port 20 of the laser scanner 18 including the protective glass 32.
  • the cylindrical member 22 may be detachably attached in the vicinity of the laser output port 20 of the laser scanner 18 that does not include the protective glass 32. In this case, it is possible to effectively suppress fume or spatter from adhering to the condenser lens or the like.

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Abstract

本発明は、ヒュームがレンズに付着することを効果的に回避できるレーザ加工装置である。レーザ加工装置は、レーザ出力口に保護ガラス（３２）が設けられたレーザスキャナ（１８）と、保護ガラス（３２）を介して出力されたレーザ（ＬＢ）が通過する貫通路（３９）を半径方向中心側に形成した筒状部材（２２）とを備える。筒状部材（２２）の貫通路（３９）に面する内壁部（３７）には、筒状のフィルタ（３８）が配設される。筒状部材（２２）は、フィルタ（３８）から貫通路（３９）にガスを吐出する。

Description

レーザ加工装置
　この発明は、レーザの出力口に設けられたレンズと被加工物との間に筒状部材を介在させたレーザ加工装置に関する。
　レーザ溶接やレーザ切断等を行うためのレーザ加工装置では、レーザを照射した被加工物から生じるスパッタやヒュームが、レーザの出力口に設けられたレンズに付着することを回避する必要がある。なお、ここでのレンズは、集光用レンズや、光学部品を保護する保護ガラス等の総称である。
　そこで、例えば、特開平１－１０７９９４号公報には、レンズと被加工物との間に略筒状のクロスジェットガス噴射部を介在させたレーザ加工装置が提案されている。具体的には、クロスジェットガス噴射部は、その内部にレーザが通過する貫通路が形成され、該レーザの進行方向に交差する方向にクロスジェットガスを吐出する吐出管と、該クロスジェットガスを吸入する吸入管とが接続されている。このようにクロスジェットガスを流通させることで、スパッタやヒュームが、貫通路を通ってレンズに到達することを遮ることができるため、レンズに対するスパッタやヒュームの付着を回避できるとのことである。
　ところで、吐出管及び吸入管の近傍を流れるクロスジェットガスの流速は、当然ながら周囲の空気に対し大きい。このようなクロスジェットガスと周囲の空気との流速差等によって、周囲の空気が巻き込まれ、貫通路のレンズ側に向かう二次的な気流が生じることがある。
　この場合、上記の気流に乗ったスパッタやヒュームが、クロスジェットガスよりも貫通路のレンズ側に移動して、レンズに付着してしまう懸念がある。特にヒュームは、レーザが照射され高温で溶融したワークから熱上昇する金属の蒸気からなり、その密度が小さい分、上記の気流に乗って容易に移動してしまう。このため、クロスジェットガスを流通させても、ヒュームがレンズに付着することを十分に回避することは困難である。
　本発明の主たる目的は、ヒュームがレンズに付着することを効果的に回避できるレーザ加工装置を提供することにある。
　本発明の一実施形態によれば、レーザの出力口にレンズが設けられたレーザスキャナと、前記レンズを介して出力された前記レーザが通過する貫通路を半径方向中心側に形成した筒状部材と、を備えるレーザ加工装置において、前記筒状部材の前記貫通路に面する内壁部には、筒状のフィルタが配設され、前記筒状部材は、前記フィルタから前記貫通路にガスを吐出するレーザ加工装置が提供される。
　本発明に係るレーザ加工装置は、レーザの出力口にレンズとして、レーザを集光する集光レンズや、光学部品を保護する保護ガラス等が設けられる。このレンズを介してレーザスキャナから出力されたレーザは、筒状部材の内壁部に配設された筒状のフィルタの半径方向中心側に形成される貫通路を通って、被加工物に照射される。つまり、筒状部材及びフィルタは、貫通路にレーザが通過するように被加工物とレンズとの間に配設される。
　筒状部材は、フィルタの半径方向外側の外面側が上流となり、半径方向中心側の内面側が下流となるように、フィルタにガスを通過させることで、該フィルタから貫通路にガスを吐出する。ガスは、フィルタを通過する抵抗等により速度差が均される。このため、貫通路には位置ごとの速度差を低減させたガスが吐出される。これによって、被加工物とレンズとの間には、外気よりも高圧でありながら、乱流の発生が抑制された高圧層が形成される。このような高圧層を貫通路に形成しても、ヒュームを該高圧層よりもレンズ側に引き込むような気流を生じさせることがない。また、高圧層から被加工物側に向かう静かなガスの流れを生じさせることができる。
　従って、このレーザ加工装置によれば、被加工物とレンズとの間に、上記の高圧層を形成することができるため、該被加工物から生じるヒュームが高圧層よりもレンズ側に移動することを抑制できる。その結果、レンズにヒュームが付着することを効果的に回避することが可能になる。
　上記のレーザ加工装置において、前記フィルタは焼結金属フィルタであることが好ましい。このようなフィルタは、仮にスパッタ等が接触した場合であっても、該フィルタ自体が変質することを抑制できるため、安定して使用することができる。つまり、焼結金属フィルタを用いることで、例えば、レーザ加工装置の耐久性を向上させることや、メンテナンスを容易にすること等が可能となる。
　上記のレーザ加工装置において、前記フィルタは、直径が軸方向に一定の円筒状であることが好ましい。この場合、フィルタを単純な形状とすることができる分、該フィルタの製造コストを低減することができ、ひいては、レーザ加工装置の製造コストを低減することができる。また、フィルタの直径が軸方向に一定であるため、該軸方向において、フィルタを通過して貫通路に吐出されるガスの速度にばらつきが生じることを効果的に抑制できる。これによって、良好に高圧層を形成して、ヒュームがレンズに付着することを回避できる。
　上記のレーザ加工装置において、前記フィルタは、該フィルタと、前記筒状部材の外壁部の内面との間に形成されたチャンバを介して前記ガスが供給され、前記チャンバには、前記フィルタの外面の少なくとも一部に対し、前記ガスの流入方向が沿うように、ガス供給管から前記ガスが供給されることが好ましい。この場合、ガスの流入方向が、フィルタの外面に面直となる方向を避けつつ、チャンバにその内圧が上昇するようにガスが供給される。これによって、チャンバ内で圧力差が均されたガスが、フィルタ全体に略均等に供給されることになる。その結果、フィルタを通過して貫通路に吐出されるガスの速度にばらつきが生じることを一層効果的に抑制して、高圧層を形成することができるため、ヒュームがレンズに付着することを回避できる。
本発明に係るレーザ加工装置の概略全体側面図である。 図１のレーザ加工装置の要部断面図である。 図１のレーザ加工装置の筒状部材の概略斜視図である。 図３の筒状部材の概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザ加工装置の筒状部材の概略斜視図である。
　本発明に係るレーザ加工装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
　本発明に係るレーザ加工装置は、被加工物にレーザを照射して、溶接、切断、穿孔等を行う場合に好適に用いることができる。本実施形態では、図１に示すように、レーザ加工装置１０が、一組のワーク１２を被加工物とし、該ワーク１２の互いに当接させたフランジ１４同士を溶接するものである例について説明するが、特にこれには限定されない。
　レーザ加工装置１０は、例えば、多関節ロボット１６の先端に支持されるレーザスキャナ１８と、該レーザスキャナ１８の後述するレーザ出力口２０に対して着脱自在に装着される筒状部材２２とを主に備える。なお、多関節ロボット１６は、例えば、クランパ２４により作業台２６上に支持されたワーク１２のフランジ１４に沿ってレーザスキャナ１８を移動させることや、該ワーク１２に対してレーザスキャナ１８を接近又は離間させること等が可能な公知のものを用いることができる。このため、多関節ロボット１６の具体的な構成については、その説明を省略する。
　レーザスキャナ１８は、レーザ発振器（不図示）に光学的に接続されたスキャナ本体２８を有し、該スキャナ本体２８の内部に、ミラー３０や集光レンズ（不図示）等の光学系部材が収容されている。また、スキャナ本体２８には、レーザ発振器から発振された後、光学系部材により偏向されたレーザＬＢを出力するための開口としてレーザ出力口２０が設けられ、該レーザ出力口２０を覆うように保護ガラス３２（レンズ）が着脱可能に取り付けられている。すなわち、レーザスキャナ１８は、レーザ出力口２０から保護ガラス３２を介してレーザＬＢを出力する。
　図２に示すように、筒状部材２２は、レーザ出力口２０の大きさと略等しいか、それより大きい内径の環状の両端面部（基端面部３４ａ及び先端面部３４ｂ）と、該両端面部３４ａ、３４ｂの外径と略等しい径の筒状の外壁部３６とを有する。両端面部３４ａ、３４ｂと外壁部３６とは、例えば、アルミニウム等の比較的軽量である材料から一体に形成されることが好ましい。
　筒状部材２２は、例えば、両端面部３４ａ、３４ｂの内径と略等しい内径であり、且つ両端面部３４ａ、３４ｂの外径より小さい径の筒状の内壁部３７が、外壁部３６と略同軸となるように配設されている。この内壁部３７には、その全周にわたって、筒状のフィルタ３８が配設されている。なお、内壁部３７の内面のうち、５０％以上をフィルタ３８の内面３８ａが占めることが好ましい。また、内壁部３７の外面のうち、５０％以上をフィルタ３８の外面３８ｂが占めることが好ましい。その理由については、後述する。
　フィルタ３８の半径方向中心側に、レーザ出力口２０から出力されたレーザＬＢが通過する貫通路３９が形成されるように、筒状部材２２は、レーザスキャナ１８のレーザ出力口２０近傍に取り付けられる。なお、フィルタ３８の内径は、上記の大きさに限定されず、レーザＬＢがフィルタ３８に妨げられることなく貫通路３９を通過することが可能な大きさであればよい。
　また、外壁部３６の内面３６ａと、該内面３６ａに臨むフィルタ３８の外面３８ｂとの間にチャンバ４０が形成される。つまり、チャンバ４０は、外壁部３６と、内壁部３７と、両端面部３４ａ、３４ｂとによって形成される。このチャンバ４０には、図３及び図４に示すように、外壁部３６に接続されたガス供給管４２を介してガス供給源（不図示）からガスが供給される。なお、説明の便宜上、図１及び図２では、ガス供給管４２の図示を省略している。この際、チャンバ４０に供給されるガスの流入方向が、フィルタ３８の外面３８ｂの少なくとも一部と沿うように、言い換えれば、外面３８ｂに対して直角とならないように、チャンバ４０に対するガス供給管４２の延在方向が調整されることが好ましい。その理由については後述する。
　本実施形態では、図３及び図４に示すように、２つのガス供給管４２が筒状部材２２の外壁部３６にそれぞれ接続され、ガス供給管４２の各々の延在方向が、フィルタ３８の径方向に対して傾斜するように調整される。また、２つのガス供給管４２からそれぞれ供給されたガスが、図４の矢印で示すように、チャンバ４０の周方向に沿って、互いに同じ流通方向となるように、ガス供給管４２の延在方向同士の関係が設定される。
　ガスの種類としては、簡素な構成で容易に供給することが可能であることから、例えば、工場エア等を好適に用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。ガスは、気体であれば何でもよく、ワーク１２の材質や、レーザ加工装置１０の用途等に応じて、種々のものから選定することができる。
　フィルタ３８は、チャンバ４０を介して外面３８ｂ側からガスが供給され、これによって、外面３８ｂ側が上流となり、フィルタ３８の内面３８ａ側が下流となるように通過させたガスを貫通路３９に吐出する。フィルタ３８の材料、厚さ、孔径等は、ガスがフィルタ３８を通過する際の抵抗等により、位置による速度差を均して一様な流れとしたガスを貫通路３９に吐出することが可能となるようにそれぞれ設定されればよい。
　このようなフィルタ３８の材料の一例としては、焼結金属、セラミックス、樹脂等が挙げられるが、以下の観点から焼結金属であることが好ましい。すなわち、燒結金属からなるフィルタ３８（焼結金属フィルタ）は、銅やステンレス鋼等の金属の粉体を焼結して得られる多孔質体であり、仮にスパッタ等が接触した場合であっても、該フィルタ３８自体が変質することを抑制できるため、安定して使用することができる。従って、焼結金属からなるフィルタ３８を用いることで、例えば、レーザ加工装置１０の耐久性を向上させることや、メンテナンスを容易にすること等が可能となる。
　また、フィルタ３８の形状は、筒状であれば特に限定されるものではないが、直径が軸方向に一定の円筒状であることが好ましい。この場合、フィルタ３８を単純な形状とすることができる分、該フィルタ３８の製造コストを低減することができ、ひいては、レーザ加工装置１０の製造コストを低減することができる。また、フィルタ３８の直径が軸方向に一定であるため、該軸方向において、フィルタ３８を通過して貫通路３９に吐出されるガスの速度にばらつきが生じることを効果的に抑制できる。
　さらに、フィルタ３８は、吐出速度を下げてレイノルズ数を低くして層流にするために、できるだけ細かいろ過精度のものを選定するとよく、本実施形態では、略５μｍのものを使用している。
　レーザ加工装置１０は、ワーク１２と筒状部材２２との間に、例えば、上記の特開平１－１０７９９４号公報に記載されるようなクロスジェットガス噴射部（不図示）を備えてもよい。この場合、フィルタ３８の貫通路３９を通過したレーザＬＢが、さらにクロスジェットガスの内部を通過して、ワーク１２に照射される。つまり、クロスジェットガス噴射部に接続された吐出管及び吸入管（何れも不図示）によって、レーザＬＢの進行方向に交差する方向にクロスジェットガスが噴射される。
　本実施形態に係るレーザ加工装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、レーザ加工装置１０を用いてレーザ溶接を行う動作との関係で説明する。なお、以下では、レーザ加工装置１０がクロスジェットガス噴射部を備える場合について説明する。
　レーザ加工装置１０を用いたレーザ溶接では、図１に示すように、先ず、多関節ロボット１６によりレーザスキャナ１８を移動させ、ワーク１２の溶接箇所に対して、レーザＬＢを照射可能となるようにレーザ出力口２０を配置する。
　次に、上記のガス供給源からガス供給管４２を介して筒状部材２２のチャンバ４０にガスを供給し、且つ上記のクロスジェットガス照射部の吐出管と吸入管との間にクロスジェットガスを流通させた状態で、上記のレーザ発振器によりレーザＬＢを発振する。
　筒状部材２２では、上記のようにガス供給管４２の延在方向が調整されていることで、図２及び図４に示すように、ガスの流入方向が、フィルタ３８の外面３８ｂに面直となる方向を避けつつ、換言すると、フィルタ３８に向かって直角にガスが噴射されることを避けつつ、チャンバ４０にガスが供給される。これによって、チャンバ４０内で圧力差が均され、それにより、ガスがフィルタ３８全体に略均等に供給される。その結果、フィルタ３８を通過して貫通路３９に吐出されるガスの速度にばらつきが生じることを効果的に抑制して、該貫通路３９に外気よりも高圧でありながら、乱流の発生が抑制された高圧層を良好に形成することができる。図２に示すように、この高圧層からは、ワーク１２側に向かう静かなガスの流れを生じさせることができる。
　このようにして、筒状部材２２が、フィルタ３８から貫通路３９にガスを吐出する際、フィルタ３８の外面３８ｂがガスの吸入面となり、内面３８ａがガスの吐出面となる。このため、上記のように、内壁部３７の外面の５０％以上をフィルタ３８の外面３８ｂが占めるようにすることで、内壁部３７の広い面積からガスを取り入れることができる。また、内壁部３７の内面の５０％以上をフィルタ３８の内面３８ａが占めるようにすることで、流速を低下させたガスを広い面積から大量に吐出することができる。その結果、貫通路３９内を、周りの空気よりも若干高圧なガスで満たすことができ、それにより、周りの空気の巻き込みを抑制できて、乱流の発生が抑制された高圧層を一層良好に形成することができる。
　また、レーザスキャナ１８は、レーザ発振器からスキャナ本体２８内の光学系部材に導かれたレーザＬＢを、保護ガラス３２を介してレーザ出力口２０から出力する。このレーザＬＢは、筒状部材２２内に配設されたフィルタ３８の貫通路３９を通過した後、上記のクロスジェットガスを通過してワーク１２の溶接箇所に照射される。
　このようにして、ワーク１２のレーザＬＢを照射した箇所を溶接しつつ、多関節ロボット１６により、スキャナ本体２８を溶接箇所に沿って移動させることで、ワーク１２の溶接箇所全体をレーザ溶接することができる。このレーザ溶接の際、ワーク１２から生じたスパッタやヒュームは、先ず、クロスジェットガスによって、保護ガラス３２側に移動することが妨げられる。特に、ヒュームに比して密度が大きいスパッタの移動を、クロスジェットガスによって有効に回避することができる。
　また、周囲の空気との流速差が大きいクロスジェットガスを流通させることで、二次的な気流が生じ、該気流にヒュームが巻き込まれたとしても、ヒュームが貫通路３９の保護ガラス３２側に移動することを効果的に抑制できる。クロスジェットガス照射部と保護ガラス３２との間には、上記の高圧層が形成されており、ヒュームが該高圧層を通過することを回避できるためである。
　すなわち、上記のように、乱流の発生が抑制された高圧層を貫通路３９に形成しても、ヒュームを該高圧層よりも保護ガラス３２側に引き込むような二次的な気流を生じさせることがない。また、図２に示すように、高圧層からワーク１２側に向かう静かなガスの流れによって、ヒュームを保護ガラス３２とは反対側に導くことができる。なお、図２では、ガスの流れを実線の矢印で示し、ヒュームを含む気流の流れを破線の矢印で示している。
　以上から、このレーザ加工装置１０によれば、レーザ溶接時にワーク１２から生じるスパッタやヒュームが保護ガラス３２に付着することを効果的に回避することができる。
　本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　上記の実施形態に係るレーザ加工装置１０では、２つのガス供給管４２が筒状部材２２の外壁部３６に接続され、これらのガス供給管４２の各々の延在方向が、フィルタ３８の径方向に対して傾斜するよう調整されることとした。しかしながら、ガス供給管４２の個数は２つに限定されず、１つであっても、３つ以上であってもよい。
　また、ガス供給管４２は、筒状部材２２の外壁部３６に代えて、両端面部３４ａ、３４ｂの両方又は何れか一方に接続されてもよい。例えば、２つのガス供給管５０が基端面部３４ａにそれぞれ接続された筒状部材２２の斜視図を図５に示す。なお、図５における構成要素のうち、図１～図４に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　この場合、図５に示すように、ガス供給管５０の延在方向を、筒状部材２２の軸方向に対してそれぞれ傾斜させることが好ましい。また、２つのガス供給管５０からそれぞれ供給されたガスが、チャンバ４０の周方向に沿って、互いに同じ流通方向となるように、ガス供給管５０の延在方向同士の関係が設定されることが好ましい。これらによって、チャンバ４０に対するガスの流入方向を、フィルタ３８の外面３８ｂの少なくとも一部に沿わせて、チャンバ４０内で速度を良好に均したガスをフィルタ３８に供給することができる。従って、フィルタ３８を通過して貫通路３９に吐出されるガスの速度にばらつきが生じることを効果的に抑制して、乱流の発生が抑制された高圧層を良好に形成することができ、ひいては、保護ガラス３２にヒュームが付着することを効果的に抑制することが可能になる。
　また、上記の実施形態に係るレーザ加工装置１０では、筒状部材２２の外壁部３６の内面３６ａと、フィルタ３８の外面３８ｂとの間にチャンバ４０が形成され、該チャンバ４０を介してフィルタ３８にガスが供給されることとした。しかしながら、貫通路３９に上記のような高圧層を形成することが可能であれば、チャンバ４０を介さずにフィルタ３８にガスを供給してもよい。
　さらに、上記の実施形態に係るレーザ加工装置１０では、筒状部材２２が、保護ガラス３２を備えるレーザスキャナ１８のレーザ出力口２０近傍に着脱自在に取り付けられることとした。しかしながら、筒状部材２２は、保護ガラス３２を備えていないレーザスキャナ１８のレーザ出力口２０近傍に着脱自在に取り付けられてもよい。この場合、集光レンズ等にヒュームやスパッタが付着することを効果的に抑制することが可能になる。

Claims (4)

  1. 　レーザ（ＬＢ）の出力口（２０）にレンズ（３２）が設けられたレーザスキャナ（１８）と、
    　前記レンズ（３２）を介して出力された前記レーザ（ＬＢ）が通過する貫通路（３９）を半径方向中心側に形成した筒状部材（２２）と、を備えるレーザ加工装置（１０）において、
    　前記筒状部材（２２）の前記貫通路（３９）に面する内壁部（３７）には、筒状のフィルタ（３８）が配設され、
    　前記筒状部材（２２）は、前記フィルタ（３８）から前記貫通路（３９）にガスを吐出することを特徴とするレーザ加工装置（１０）。
  2. 　請求項１記載のレーザ加工装置（１０）において、
    　前記フィルタ（３８）は焼結金属フィルタであることを特徴とするレーザ加工装置（１０）。
  3. 　請求項１又は２記載のレーザ加工装置（１０）において、
    　前記フィルタ（３８）は、直径が軸方向に一定の円筒状であることを特徴とするレーザ加工装置（１０）。
  4. 　請求項１～３の何れか１項に記載のレーザ加工装置（１０）において、
    　前記フィルタ（３８）は、該フィルタ（３８）と、前記筒状部材（２２）の外壁部（３６）の内面（３６ａ）との間に形成されたチャンバ（４０）を介して前記ガスが供給され、
    　前記チャンバ（４０）には、前記フィルタ（３８）の外面（３８ｂ）の少なくとも一部に対し、前記ガスの流入方向が沿うように、ガス供給管（４２）から前記ガスが供給されることを特徴とするレーザ加工装置（１０）。
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