WO2021002357A1

WO2021002357A1 - レーザ溶接機及びレーザ溶接システム

Info

Publication number: WO2021002357A1
Application number: PCT/JP2020/025666
Authority: WO
Inventors: 剛士菅野; 彰教村上; 孝明直原; 大輔神崎; 義人鍵和田
Original assignee: 株式会社アマダ
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-01-07
Also published as: JP6832392B2; JP2021007970A

Abstract

加工ノズル（３０）のノズル接続部（３２）の両側に、被係止部材（３４）がそれぞれ設けられている。各被係止部材（３４）が先端側に向かって薄くなるように、各被係止部材（３４）の下側には、水平方向に対して傾斜したテーパ部（３４ｔ）が形成されている。加工ヘッド本体（２６）の本体接続部（２８）の両側には、加工ヘッド本体（２６）の本体接続部（２８）と加工ノズル（３０）のノズル接続部（３２）を接続するための接続部材（４４）が揺動可能にそれぞれ設けられている。各接続部材（４４）は、その下部側に、被係止部材（３４）のテーパ部（３４ｔ）に下方向から係止する一対の係止爪（４６）を有している。

Description

レーザ溶接機及びレーザ溶接システム

　本開示は、ワークに対してレーザ溶接を行うためのレーザ溶接機及びレーザ溶接システムに関する。

　溶接加工の現場において、レーザ溶接機としての溶接ロボットが広く普及している。溶接ロボットは、多関節のロボットアームを備えており、ロボットアームの先端部には、ワークに向かってレーザ光（レーザビーム）を照射する加工ヘッドが設けられている。加工ヘッドは、ロボットアームの先端部に設けられた筒状の加工ヘッド本体を備えており、加工ヘッド本体は、その先端側に、矩形箱状の本体接続部を有している。加工ヘッドは、加工ヘッド本体に着脱可能に設けられかつワークに向かってレーザ光を照射するための加工ノズルを備えている。加工ノズルは、その基端側に、加工ヘッド本体の本体接続部に接続可能な矩形箱状のノズル接続部を有している（特許文献１参照）。

　なお、本開示に関連する先行技術として特許文献１の他に、特許文献２に示すものがある。

特開２０１５－５８４４８号公報特開２０１６－５９９４１号公報

　ところで、溶接ロボットに用いられる加工ノズルは、一般的なレーザ切断機に用いられる加工ノズルに比べて、レーザ光の反射光の熱に耐えるため大型で、加工条件に合わせて形状も様々ある。そのため、簡易な構成で、加工ノズルの確実な装着を自動的に行うことは容易でなく、一般的なレーザ切断機においては、加工ヘッドに対して加工ノズルを自動的に着脱することがあるものの、溶接ロボットにおいては、加工ノズルを自動的に着脱することがなく、人手によって着脱するのみである。その結果、溶接ロボットにおいては、加工ノズルの交換操作に多くの手間を要し、加工ノズルの交換時間が長くなって、溶接ロボットの生産性を高めることが困難であるという問題がある。

　また、加工ノズルの着脱の自動化のためには加工ノズルを保管するノズルラックが必要であるが、加工ノズルが大型のためノズルラックの設置面積も大きくなるという問題がある。

　そこで、本開示は、前述の問題を解決するために、簡単な動作によって加工ヘッド本体に対して加工ノズルを確実に自動的に着脱できる、新規な構成からなるレーザ溶接機及びレーザ溶接システムを提供することを目的とする。

　１又はそれ以上の実施形態の第１の態様に係るレーザ溶接機は、先端側に本体接続部を有した加工ヘッド本体と、前記加工ヘッド本体に着脱可能に設けられ、基端側に前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に接続可能なノズル接続部を有し、レーザ光（レーザビーム）をワークに向かって照射するための加工ノズルと、を備える。第１の態様に係るレーザ溶接機は、前記加工ノズルの前記ノズル接続部の両側にそれぞれ設けられ、先端側に向かって薄くなるように下側に水平方向に対して傾斜したテーパ部が形成された被係止部材と、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部の両側に揺動可能にそれぞれ設けられ、下部側に前記被係止部材の前記テーパ部に下方向から係止する係止爪（係止フック）を有し、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と前記加工ノズルの前記ノズル接続部を接続するための接続部材と、前記係止爪が前記被係止部材の前記テーパ部に係止するように各接続部材を係止方向へ付勢する付勢部材と、を備える。

　第１の態様では、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に本体嵌合凹部又は本体嵌合凸部が形成され、前記加工ノズルの前記ノズル接続部に前記加工ヘッド本体の前記本体嵌合凹部又は前記本体嵌合凸部に嵌合可能なノズル嵌合凸部又はノズル嵌合凹部が形成されてもよい。また、各係止爪における前記被係止部材の前記テーパ部に接触する部位は、曲面状に形成されてもよい。

　第１の態様によると、前記加工ヘッド本体に前記加工ノズルが装着された状態で、一対の前記接続部材の上部側が両側から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧される。すると、各接続部材が前記付勢部材の付勢力に抗して前記係止方向の反対方向へ揺動して、前記被係止部材の前記テーパ部に対する各係止爪の係止状態を解除する。これにより、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と前記加工ノズルの前記ノズル接続部との接続状態を解除して、前記加工ヘッド本体から前記加工ノズルを離脱させることができる。

　前記加工ヘッド本体に前記加工ノズルが装着されていない状態で、一対の前記接続部材の上部側が両側から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧される。すると、各前記接続部材が前記付勢部材の付勢力に抗して前記係止方向の反対方向へ揺動して、各係止爪が前記加工ヘッド本体の前記本体接続部から離れる。そして、前記加工ノズルの前記ノズル接続部と前記加工ヘッド本体の前記本体接続部を接触させて、一対の前記接続部材の上部側に対する押圧状態を解除する。すると、各接続部材が前記付勢部材の付勢力によって前記係止方向へ揺動して、各係止爪が前記被係止部材の前記テーパ部に下方向から係止する。これにより、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と前記加工ノズルの前記ノズル接続部を接続して、前記加工ヘッド本体に前記加工ノズルを装着することができる。

　要するに、前述のように、各接続部材を揺動させる簡単な動作によって、前記加工ヘッド本体に対して前記加工ノズルを自動的に着脱することができる。換言すれば、簡単な動作によって前記加工ノズルを自動的に交換することができる。

　１又はそれ以上の実施形態の第２の態様に係るレーザ溶接システムは、第１の態様に係るレーザ溶接機と、支持フレームに昇降可能に設けられ、前記加工ノズルの先端部を鉛直下方に向けた状態で前記加工ノズルを保持する複数の保持部を有し、複数の前記加工ノズルを収納するための収納ベースと、前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に設けられ、前記収納ベースの各保持部の上側において一対の前記接続部材の上部側を両側から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧する押圧部を有し、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と前記加工ノズルの前記ノズル接続部との接続状態を解除するアンロック機構と、を備える。

　本第２の態様では、複数の前記保持部は、水平な所定の収納方向に沿って配置され、各保持部は、前記加工ノズルを前記所定の収納方向に直交する水平方向から導入可能かつ前記直交する方向へ導出可能であってもよい。また、各押圧部は、前記接続部材の上部側を一方側（前記所定の収納方向の一方側）から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧する第１押圧部材と、前記接続部材の上部側を他方側（前記所定の収納方向の他方側）から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧する第２押圧部材とからなってもよい。

　第２の態様では、前記アンロック機構は、前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられ、複数の第１アーム部が前記所定の収納方向に沿って間隔を置いて形成された第１可動プレートと、前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられ、複数の第２アーム部が前記所定の収納方向に沿って間隔を置いて形成された第２可動プレートと、を有してもよい。この場合に、各第１押圧部材が前記第１可動プレートの各第１アーム部に設けられ、各第２押圧部材が前記第２可動プレートの各第２アーム部に設けられてもよい。

　更に、第２の態様では、前記アンロック機構は、前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に設けられ、前記所定の収納方向に延びたガイドレールと、前記ガイドレールに前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられた複数の第１可動ブロックと、前記ガイドレールに前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられた複数の第２可動ブロックと、を有してもよい。この場合に、前記第１可動プレートは、複数の前記第１可動ブロックに連結され、前記第２可動ブロックは、複数の前記第２可動ブロックに複数のスペーサを介して連結されかつ前記第１可動プレートの上側に位置し、少なくとも１つ以上の前記スペーサは、前記第１可動プレートに形成された切欠部に挿通している。

　第２の態様では、前記第１押圧部材は、前記直交する水平方向に平行な軸心回りに回転可能な第１押圧ローラであり、前記第２押圧部材は、前記直交する水平方向に平行な軸心回りに回転可能な第２押圧ローラであってもよい。

　第２の態様によると、前記加工ヘッド本体から所定の前記加工ノズルを離脱させる場合には、まず、前記加工ヘッド本体を前記収納ベースの前記保持部の上側に位置させる。すると、前記加工ノズルが前記収納ベースの前記保持部に保持される。次に、前記アンロック機構の前記押圧部によって一対の前記接続部材の上部側を押圧する。すると、各接続部材が前記付勢部材の付勢力に抗して前記係止方向の反対方向へ揺動して、前記被係止部材の前記テーパ部に対する各係止爪の係止状態を解除する。更に、前記収納ベースを下降させて、前記加工ノズルの前記ノズル接続部を前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に対して離反させる。これにより、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と所定の前記加工ノズルの前記ノズル接続部との接続状態を解除して、前記加工ヘッド本体から所定の前記加工ノズルを離脱させることができる。

　前記加工ヘッド本体に所定の前記加工ノズルを装着する場合には、まず、前記加工ヘッド本体を前記収納ベースの前記保持部に保持された所定の前記加工ノズルの上側に位置させる。次に、前記アンロック機構の前記押圧部によって一対の前記接続部材の上部側を押圧する。すると、各接続部材が前記付勢部材の付勢力に抗して前記係止方向の反対方向へ揺動して、各係止爪が前記加工ヘッド本体の前記本体接続部から離れる。そして、前記収納ベースを上昇させて、所定の前記加工ノズルの前記ノズル接続部を前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に接触させる。更に、前記アンロック機構の前記押圧部による押圧状態を解除する。すると、各接続部材が前記付勢部材の付勢力によって前記係止方向へ揺動して、各係止爪が前記被係止部材の前記テーパ部に下方向から係止する。これにより、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と所定の前記加工ノズルの前記ノズル接続部を接続して、前記加工ヘッド本体に所定の前記加工ノズルを装着することができる。

　本開示によれば、前記加工ノズルの交換操作から多くの手間を省いて、前記加工ノズルの交換時間を短縮して、前記レーザ溶接機の生産性を高めることができる。

図１は、実施形態に係るレーザ溶接システムを示す模式的な斜視図である。図２は、実施形態に係る溶接ロボットにおける加工ヘッドを示す図である。図３Ａは、加工ヘッド本体の本体接続部と加工ノズルのノズル接続部を接続した様子を示す図である。図３Ｂは、図３ＡにおけるIIIB-IIIB線に沿った図である。図３Ｃは、図３ＡにおけるIIIC部を示す図である。図４Ａは、実施形態に係るノズルラックを右方向から見た図であり、複数の加工ノズルを収納した様子を示している。図４Ｂは、実施形態に係るノズルラックを右方向から見た図であり、加工ノズルを収納する前の様子を示している。図５Ａは、実施形態に係るノズルラックの平面図であり、複数の加工ノズルを収納した様子を示している。図５Ｂは、実施形態に係るノズルラックの平面図であり、加工ノズルを収納する前の様子を示している。図６（ａ）は、実施形態に係るノズルラックを前方向から見た図であり、複数の加工ノズルを収納した様子を示している。図６（ｂ）は、実施形態に係るノズルラックを前方向から見た図であり、加工ノズルを収納する前の様子を示している。図７（ａ）は、収納ベースを含む収納ベース周辺の平面図である。図７（ｂ）は、収納ベース周辺を右方向から見た図である。図８Ａ（ａ）は、アンロック機構の平面図である。図８Ａ（ｂ）は、アンロック機構を右方向から見た図である。図８Ｂは、図８Ａ（ｂ）におけるVIIIB-VIIIB線に沿った図である。図９Ａは、実施形態の作用を説明する図である。図９Ｂは、実施形態の作用を説明する図である。図９Ｃは、実施形態の作用を説明する図である。図９Ｄは、実施形態の作用を説明する図である。図９Ｅは、実施形態の作用を説明する図である。

　以下、実施形態について図１から図９Ｅを参照して説明する。

　なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「レーザ溶接機」とは、主としてレーザ溶接を行う加工機のことであり、レーザ溶接の他に、簡易なレーザ切断を行う補足的に加工機を含む意である。「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「加工ヘッド、加工ヘッド本体、又は加工ノズルにおける上部、上方向、又は上側」とは、加工ノズルを鉛直下方に向けた状態において、上部、上方向、又は上側であることをいう。「加工ヘッド、加工ヘッド本体、又は加工ノズルにおける下部下方向、又は下側」とは、加工ノズルを鉛直下方に向けた状態において、下部、下方向、又は下側であることをいう。「加工ヘッド、加工ヘッド本体、又は加工ノズルにおける水平」とは、加工ノズルを鉛直下方に向けた状態において、水平であることをいう。換言すれば、「加工ヘッド、加工ヘッド本体、又は加工ノズルにおける上下方向の向き」は、加工ノズルを鉛直下方に向けた状態を基準とする。

　本願の明細書において、「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つであって、実施形態にあっては左右方向のことである。「Ｙ軸方向」とは、Ｘ軸方向に直交する水平方向の１つであって、実施形態にあっては前後方向のことである。「Ｚ軸方向」とは、鉛直方向（上下方向）のことである。また、図面中、「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。

　図１に示すように、実施形態に係るレーザ溶接システム１０は、金属製のワークＷに対してレーザ溶接を行うための加工システムである。レーザ溶接システム１０は、ワークＷを載置する載置台１２を備えており、載置台１２の適宜位置には、ワークＷを載置台１２に対して固定するための治具（図示省略）が設けられている。

　レーザ溶接システム１０は、ワークＷに対してレーザ溶接を行うレーザ溶接機としての溶接ロボット１４を備えており、溶接ロボット１４は、載置台１２の後方に設置したガイドフレーム１６にＸ軸方向へ移動可能に設けられている。溶接ロボット１４は、ワークＷに対してレーザ切断を補足的に行う。また、溶接ロボット１４は、多関節のロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８の先端部には、ワークＷに向かってレーザ光（レーザビーム）を照射する筒状の加工ヘッド２０が連結具２２を介して設けられている。加工ヘッド２０は、ロボットアーム１８の動作によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ移動する。加工ヘッド２０は、レーザ光を発振するファイバレーザ発振器又はＹＡＧレーザ発振器等のレーザ発振器（図示省略）に伝送ファイバ２４を介して光学的に接続されている。なお、溶接ロボット１４の構成のうち、加工ヘッド２０を除く構成は、例えば特許文献１及び特許文献２に示す構成と等と同じである。

　続いて、加工ヘッド２０の具体的な構成について説明する。

　図１から図３Ｃに示すように、加工ヘッド２０は、ロボットアーム１８の先端部に連結具２２を介して設けられた筒状の加工ヘッド本体２６を備えている。加工ヘッド本体２６は、その先端側に、矩形箱状の本体接続部２８を有しており、本体接続部２８の中央部には、開口部２８ａが形成されている。加工ヘッド本体２６の本体接続部２８の下側には、上方向に窪んだ本体嵌合凹部２８ｄが形成されている。また、加工ヘッド本体２６内には、伝送ファイバ２４から射出されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ（図示省略）、及びコリメートされたレーザ光を集束する集束レンズ（図示省略）が設けられている。なお、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８の下側に、本体嵌合凹部２８ｄの代わりに、下方向に突出した本体嵌合凸部（図示省略）を形成してもよい。

　図２及び図４Ａに示すように、加工ヘッド２０は、加工ヘッド本体２６に着脱可能に設けられかつレーザ光をワークＷに向かって照射するための加工ノズル３０を備えている。実施形態においては、レーザ溶接システム１０は、５種類の加工ノズル３０（３０Ａ～３０Ｅ）を備えている。加工ノズル３０Ａは、全体的に細長に形成された細型の加工ノズル３０である。加工ノズル３０Ｂは、簡易なレーザ切断を行うための切断用の加工ノズル３０である。加工ノズル３０Ｃは、レーザ溶接中に自己冷却を行う自己冷却用の加工ノズル３０である。加工ノズル３０Ｄと加工ノズル３０Ｅは、それぞれ加工ノズル３０の軸心方向（レーザ光の光軸）の側方からシールドガスを噴射するサイド型の加工ノズル３０であって、シールドガスの噴射方向が異なる。なお、加工ノズル３０内に保護ガラス（図示省略）を設けることがあるが、集束レンズ等の光学部品を設けることはない。

　図２から図３Ｃに示すように、各加工ノズル３０は、その基端側に、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８に接続可能な矩形箱状のノズル接続部３２を有しており、ノズル接続部３２の中央部には、開口部３２ａが形成されている。各加工ノズル３０のノズル接続部３２の上側には、上方向に突出したノズル嵌合凸部３２ｓが形成されており、ノズル嵌合凸部３２ｓは、加工ヘッド本体２６の本体嵌合凹部２８ｄに嵌合可能である。なお、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８の下側に本体嵌合凸部を形成した場合には、各加工ノズル３０のノズル接続部３２の上側に、ノズル嵌合凸部３２ｓに代えて、加工ヘッド本体２６の本体嵌合凸部に嵌合可能でかつ下方向に窪んだノズル嵌合凹部（図示省略）を形成する。

　各加工ノズル３０のノズル接続部３２の両側（両外壁）には、水平方向に離隔した突起状の一対の被係止部材３４がそれぞれ設けられている。各被係止部材３４が先端側に向かって徐々に薄くなるように、各被係止部材３４の下側には、水平方向に対して傾斜したテーパ部（傾斜部）３４ｔが形成されている。また、各加工ノズル３０のノズル接続部３２の両側における被係止部材３４の下側には、水平方向に延びた断面Ｕ字状の被ガイド部材３６がそれぞれ設けられている。

　加工ヘッド本体２６の本体接続部２８の両側には、水平方向に離隔した一対の支持ブロック３８がそれぞれ設けられている。各一対の支持ブロック３８の間には、Ｌ字状の揺動部材４０が取付ボルト４２を介して設けられており、各揺動部材４０は、水平な揺動軸心である取付ボルト４２の軸心回りに揺動可能である。

　各揺動部材４０には、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と加工ノズル３０のノズル接続部３２を一体的に接続するための逆Ｕ字状の接続部材４４が設けられている。換言すれば、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８の両側には、接続部材４４が揺動部材４０を介して取付ボルト４２の軸心回りに揺動可能にそれぞれ設けられている。各接続部材４４は、その下部側に、被係止部材３４のテーパ部３４ｔに下方向から係止する一対の係止爪（係止フック）４６を有しており、各一対の係止爪４６は、水平方向に離隔している。各係止爪４６における被係止部材３４のテーパ部３４ｔに接触する部位は、曲面状の１つである円弧面状に形成されている。

　加工ヘッド本体２６の本体接続部２８の両側には、一対の圧縮バネ４８が支持ボルト５０を介してそれぞれ設けられている。各一対の圧縮バネ４８は、各一対の係止爪４６が被係止部材３４のテーパ部３４ｔに係止するように各接続部材４４を係止方向（図３Ａの白抜き矢印の方向）へ付勢する。また、各接続部材４４には、各接続部材４４の係止方向の揺動位置を規制するストッパ５２が揺動部材４０を介して設けられている。各接続部材４４の係止方向の反対方向の揺動位置は、支持ボルト５０の頭部によって規制される。なお、付勢部材として一対の圧縮バネ４８を用いる代わりに、ゴム等の弾性体を用いてもよい。

　図１及び図４Ａに示すように、レーザ溶接システム１０は、複数の加工ノズル３０（３０Ａ～３０Ｅ）を収納するノズルラック５４を備えており、ノズルラック５４は、ガイドフレーム１６の左側に配設されている。また、ノズルラック５４は、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と加工ノズル３０のノズル接続部３２との接続状態を解除する機能を有している。

　続いて、ノズルラック５４の具体的な構成について説明する。

　図１、図４Ａから図７に示すように、ノズルラック５４は、ガイドフレーム１６の前方に立設された支持フレーム（ラックフレーム）５６を備えている。支持フレーム５６は、ガイドフレーム１６の前方に立設された支持フレーム本体５８と、支持フレーム本体５８の上側に設けられかつＹ軸方向に延びた上部プレート６０と、上部プレート６０の上側に複数の支柱６２を介して設けられかつＹ軸方向に延びた頂部プレート６４とを有している。上部プレート６０には、加工ノズル３０との干渉を回避するための切欠部６０ｎが形成されている。頂部プレート６４には、加工ノズル３０との干渉を回避するための切欠部６４ｎが形成されている。

　上部プレート６０には、複数の加工ノズル３０を収納するための収納ベース（ノズル収納部材）６６が複数のガイドスリーブ６８及び複数の昇降ロッド７０を介して昇降可能（上下方向へ移動可能）に設けられており、収納ベース６６は、Ｘ軸方向に延びている。複数のガイドスリーブ６８は、上部プレート６０にＸ軸方向に間隔を置いて設けられている。各昇降ロッド７０は、ガイドスリーブ６８に昇降可能に設けられており、各昇降ロッド７０の先端部は、上部プレート６０に一体的に連結されている。

　収納ベース６６は、加工ノズル３０の先端部を鉛直下方に向けた状態で加工ノズル３０を保持する複数の保持部６６ｍを有しており、複数の保持部６６ｍは、水平な所定の収納方向であるＹ軸方向に間隔を置いて配置されている。収納ベース６６の各保持部６６ｍは、その両側（Ｙ軸方向の両側）に、加工ノズル３０の被ガイド部材３６をＸ軸方向へ移動可能に支持するガイド片７２を有している。換言すれば、収納ベース６６の各保持部６６ｍは、一対のガイド片７２によって加工ノズル３０をＸ軸方向の一方側（右方向）から導入可能かつＸ軸方向の一方側へ導出可能である。また、収納ベース６６の各保持部６６ｍは、各ガイド片７２のＸ軸方向の他方側（左側）に、加工ノズル３０の保持位置を規制するストッパ７４を有している。

　上部プレート６０には、収納ベース６６を昇降させる昇降アクチュエータとしての複数の昇降シリンダ７６がＹ軸方向に間隔を置いて設けられている。各昇降シリンダ７６は、昇降可能な作動ロッド７８を有しており、各作動ロッド７８の先端部は、収納ベース６６に一体的に連結されている。なお、昇降アクチュエータとして複数の昇降シリンダ７６を用いる代わりに、昇降モータ（図示省略）を用いてもよい。

　頂部プレート６４には、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と加工ノズル３０のノズル接続部３２との接続状態を解除するアンロック機構８０が設けられている。換言すれば、支持フレーム５６における収納ベース６６の上側には、アンロック機構８０が設けられている。そして、アンロック機構８０の具体的な構成は、次の通りである。

　図５Ａから図６、図８Ａ、及び図８Ｂに示すように、頂部プレート６４の左部には、Ｙ軸方向に延びたガイドレール８２が設けられており、ガイドレール８２には、複数の第１可動ブロック８４がＹ軸方向（前後方向）へ往復動可能に設けられている。ガイドレール８２には、複数の第２可動ブロック８６がＹ軸方向へ往復動可能に設けられており、第２可動ブロック８６は、第１可動ブロック８４とＹ軸方向に沿って交互に配置されている。

　複数の第１可動ブロック８４には、Ｙ軸方向に延びた第１可動プレート８８が一体的に連結されている。換言すれば、支持フレーム５６における収納ベース６６の上側には、第１可動プレート８８がガイドレール８２及び複数の第１可動ブロック８４を介してＹ軸方向へ往復動可能に設けられている。第１可動プレート８８には、右方向に突出した第１アーム部８８ａがＹ軸方向に間隔を置いて形成されており、各第１アーム部８８ａは、収納ベース６６の各保持部６６ｍのＹ軸方向の一方側（後側）に位置している。

　複数の第２可動ブロック８６には、Ｙ軸方向に延びた第２可動プレート９０が複数のスペーサ９２を介して体的に連結されている。換言すれば、支持フレーム５６における収納ベース６６の上側には、第２可動プレート９０がガイドレール８２、複数の第２可動ブロック８６、及び複数のスペーサ９２を介してＹ軸方向へ往復動可能に設けられている。第２可動プレート９０は、第１可動プレート８８の上側に位置している。最前部のスペーサ９２を除く複数のスペーサ９２は、第１可動プレート８８に形成された切欠部８８ｎに挿通している。第２可動プレート９０には、右方向に突出した第２アーム部９０ａがＹ軸方向に間隔を置いて形成されており、各第２アーム部９０ａは、収納ベース６６の各保持部６６ｍのＹ軸方向の他方側（前側）に位置している。

　第１可動プレート８８の各第１アーム部８８ａの先端部には、第１押圧部材としての第１押圧ローラ９４が支持ブラケット９６を介してＸ軸方向に平行な軸心回りに回転可能に設けられている。各第１押圧ローラ９４は、収納ベース６６の各保持部６６ｍの上側において一方の接続部材４４の上部側をＹ軸方向の一方側（後方向）から加工ヘッド本体２６の本体接続部２８側に揺動部材４０を介して押圧する。また、第２可動プレート９０の各第２アーム部９０ａの先端部には、第２押圧部材としての第２押圧ローラ９８が支持ブラケット１００を介してＸ軸方向に平行な軸心回りに回転可能に設けられている。各第２押圧ローラ９８は、収納ベース６６の各保持部６６ｍの上側において他方の接続部材４４の上部側をＹ軸方向の他方側（前方向）から加工ヘッド本体２６の本体接続部２８側に揺動部材４０を介して押圧する。ここで、第１押圧ローラ９４及び第２押圧ローラ９８は、収納ベース６６の各保持部６６ｍの上側において一対の接続部材４４の上部側をＹ軸方向の両側から加工ヘッド本体２６の本体接続部２８側に押圧する押圧部に相当する。

　頂部プレート６４の下面には、第１可動プレート８８をＹ軸方向へ往復動させる第１往復動アクチュエータとして第１往復動シリンダ１０２が設けられている。第１往復動シリンダ１０２は、Ｙ軸方向へ往復動可能な作動ロッド１０４を有しており、作動ロッド１０４の先端部は、連結部材１０６を介して第１可動プレート８８に一体的に連結されている。連結部材１０６は、頂部プレート６４に形成されかつＹ軸方向に延びた第１スリット６４ｓに挿通している。複数の第１押圧ローラ９４は、第１往復動シリンダ１０２の駆動により第１可動プレート８８と一体的にＹ軸方向（前後方向）へ往復動する。

　頂部プレート６４の下面における第１往復動シリンダ１０２の前側には、第２可動プレート９０をＹ軸方向へ往復動させる第２往復動アクチュエータとして第２往復動シリンダ１０８が設けられている。第２往復動シリンダ１０８は、Ｙ軸方向へ往復動可能な作動ロッド１１０を有しており、作動ロッド１１０の先端部は、連結部材１１２を介して第２可動プレート９０に一体的に連結されている。連結部材１１２は、頂部プレート６４に形成されかつＹ軸方向に延びた第２スリット６４ｈに挿通している。複数の第２押圧ローラ９８は、第２往復動シリンダ１０８の駆動により第２可動プレート９０と一体的にＹ軸方向（前後方向）へ往復動する。

　続いて、実施形態の作用効果について、図１、図３Ａ、図４Ａ、図４Ｂ、図９Ａから図９Ｅを参照して説明する。

　加工ヘッド本体２６から所定の加工ノズル３０（例えば３０Ａ）を離脱させる場合には、まず、ロボットアーム１８を適宜に動作させることにより、加工ヘッド本体２６をＸ軸方向の一方側（右方向）から収納ベース６６の所定の保持部６６ｍの上側に位置させる。すると、図９Ａに示すように、所定の加工ノズル３０の被ガイド部材３６がガイド片７２に支持（案内）されながら、所定の加工ノズル３０が収納ベース６６の所定の保持部６６ｍに導入され、その所定位置に保持される。

　次に、第１往復動シリンダ１０２の駆動により複数の第１押圧ローラ９４を第１可動プレート８８と一体的に前方向へ往動させることにより、収納ベース６６の所定の保持部６６ｍの上側において所定の第１押圧ローラ９４が一方の接続部材４４の上部側を押圧する。また、第２往復動シリンダ１０８の駆動により複数の第２押圧ローラ９８を第２可動プレート９０と一体的に後方向へ往動させることにより、収納ベース６６の所定の保持部６６ｍの上側において所定の第２押圧ローラ９８が他方の接続部材４４の上部側を押圧する。すると、図９Ｂに示すように、各接続部材４４が圧縮バネ４８の付勢力に抗して係止方向（図３Ａの白抜き矢印の方向）の反対方向へ揺動して、被係止部材３４のテーパ部３４ｔ（図３Ａ参照）に対する各係止爪４６の係止状態を解除する。

　更に、複数の昇降シリンダ７６の駆動により収納ベース６６を下降させる。これにより、図９Ｃに示すように、所定の加工ノズル３０のノズル接続部３２を加工ヘッド本体２６の本体接続部２８に対して離反させて、加工ヘッド本体２６の本体嵌合凹部２８ｄと所定の加工ノズル３０のノズル嵌合凸部３２ｓとの嵌合状態を解除する。

　以上により、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と所定の加工ノズル３０のノズル接続部３２との接続状態を解除して、加工ヘッド本体２６から所定の加工ノズル３０を離脱させることができる。

　所定の加工ノズル３０の離脱後に、図９Ｄに示すように、第１往復動シリンダ１０２の駆動により複数の第１押圧ローラ９４を第１可動プレート８８と一体的に後方向へ復動させて、元の位置に復帰させる。また、第２往復動シリンダ１０８の駆動により複数の第２押圧ローラ９８を第２可動プレート９０と一体的に前方向へ復動させて、元の位置に復帰させる。そして、図９Ｅに示すように、ロボットアーム１８を適宜に動作させることにより、加工ヘッド本体２６を上方向（Ｚ軸方向の一方側）へ移動させて、ノズルラック５４の上方位置に位置させる。これにより、加工ヘッド本体２６に加工ノズル３０を装着する動作を開始することができる。

　加工ヘッド本体２６に所定の加工ノズル３０（例えば３０Ａ）を装着する場合には、まず、ロボットアーム１８を適宜に動作させることにより、図９Ｅに示すように、加工ヘッド本体２６を収納ベース６６の所定の保持部６６ｍに保持された所定の加工ノズル３０の上方に位置させる。次に、図９Ｄに示すように、ロボットアーム１８を適宜に動作させることにより、加工ヘッド本体２６を下方向（Ｚ軸方向の他方側）へ移動させて、本体接続部２８を所定の第１押圧ローラ９４と所定の第２押圧ローラ９８との間に位置させる。

　そして、第１往復動シリンダ１０２の駆動により複数の第１押圧ローラ９４を前方向へ往動させることにより、収納ベース６６の所定の保持部６６ｍの上側において所定の第１押圧ローラ９４が一方の接続部材４４の上部側を押圧する。また、第２往復動シリンダ１０８の駆動により複数の第２押圧ローラ９８を後方向へ往動させることにより、収納ベース６６の所定の保持部６６ｍの上側において所定の第２押圧ローラ９８が他の接続部材４４の上部側を押圧する。すると、図９Ｃに示すように、各接続部材４４が圧縮バネ４８の付勢力に抗して係止方向の反対方向へ揺動して、各係止爪４６が加工ヘッド本体２６の本体接続部２８から離れる。

　更に、複数の昇降シリンダ７６の駆動により収納ベース６６を上昇させる。これにより、図９Ｂに示すように、所定の加工ノズル３０のノズル嵌合凸部３２ｓを加工ヘッド本体２６の本体嵌合凹部２８ｄに嵌合させながら、所定の加工ノズル３０のノズル接続部３２を加工ヘッド本体２６の本体接続部２８に接触させる。

　更に、第１往復動シリンダ１０２の駆動により複数の第１押圧ローラ９４を後方向へ復動させることにより、所定の第１押圧ローラ９４による押圧状態を解除する。また、第２往復動シリンダ１０８の駆動により複数の第２押圧ローラ９８を前方向へ復動させることにより、所定の第２押圧ローラ９８による押圧状態を解除する。すると、図３Ａ及び図９Ａに示すように、各接続部材４４が圧縮バネ４８の付勢力によって前記係止方向へ揺動して、各係止爪４６が被係止部材３４のテーパ部３４ｔに下方向から係止する。

　以上により、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と所定の加工ノズル３０のノズル接続部３２を一体的に接続して、加工ヘッド本体２６に加工ノズル３０を装着することができる。ここで、図３Ａに示すように、各係止爪４６から被係止部材３４のテーパ部３４ｔに働く力は、前記加工ノズルを前記加工ヘッド本体側に押付ける力と、所定の加工ノズル３０を加工ヘッド本体に対して芯出しする力とに分解される。その結果、加工ヘッド本体２６の所定位置において所定の加工ノズル３０の装着状態を強固に保つことができる。

　所定の加工ノズル３０の装着後に、ロボットアーム１８を適宜に動作させることにより、加工ヘッド本体２６をＸ軸方向の一方側（右方向）へ移動させる。すると、所定の加工ノズル３０が収納ベース６６の所定の保持部６６ｍから導出される。これにより、所定の加工ノズル３０を用いて、ワークＷに対してレーザ溶接又はレーザ切断を行うことができる。

　要するに、前述のように、各接続部材４４を揺動させる簡単な動作によって、加工ヘッド本体２６に対して加工ノズル３０を自動的に着脱することができる。換言すれば、人手によることなく、簡単な動作によって加工ノズル３０を自動的に交換することができる。

　また、圧縮バネ４８とテーパ部３４ｔ等によって、大型の加工ノズル３０であっても、その加工ノズル３０を加工ヘッド本体２６に確実に装着することができる。

　従って、実施形態によれば、加工ノズル３０の交換操作から多くの手間を省いて、加工ノズル３０の交換時間を短縮して、溶接ロボット１４の生産性、換言すれば、レーザ溶接システム１０の生産性を高めることができる。

　また、実施形態によると、前述のように、最前部のスペーサ９２を除く複数のスペーサ９２は、第１可動プレート８８に形成された切欠部８８ｎに挿通している。そのため、第２可動プレート９０を第１可動プレート８８の上側に位置させた状態で、第１可動プレート８８及び第２可動プレート９０を共通のガイドレール８２によってＹ軸方向へ案内することができる。よって、実施形態によれば、アンロック機構８０のＸ軸方向の寸法を短くして、アンロック機構８０のコンパクト化、換言すれば、ノズルラック５４のコンパクト化を図ることができる。

　更に、実施形態によると、前述のように、各第１押圧ローラ９４が第１可動プレート８８の各第１アーム部８８ａの先端部にＸ軸方向に平行な軸心回りに回転可能に設けられている。各第２押圧ローラ９８が第２可動プレート９０の各第２アーム部９０ａの先端部にＸ軸方向に平行な軸心回りに回転可能に設けられている。そのため、実施形態によれば、第１押圧ローラ９４及び第２押圧ローラ９８が接続部材４４に引っかかることなく、第１押圧ローラ９４及び第２押圧ローラ９８による押圧動作を安定的に行うことができる。

　なお、本開示は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、次のように種々の態様で実施可能である。

　複数の第１押圧ローラ９４及び複数の第２押圧ローラ９８をＹ軸方向へ往復動させる代わりに、所定の第１押圧ローラ９４及び所定の第２押圧ローラ９８のみを選択してＹ軸方向へ往復動させてもよい。また、溶接ロボット１４に代えて、溶接ロボット１４以外のレーザ溶接機（図示省略）をレーザ溶接システム１０に用いてもよい。

　そして、本開示に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

　本願の開示は、２０１９年７月１日に出願された特願２０１９－１２２８００号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。

Claims

　先端側に本体接続部を有した加工ヘッド本体と、
　前記加工ヘッド本体に着脱可能に設けられ、基端側に前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に接続可能なノズル接続部を有し、レーザ光をワークに向かって照射するための加工ノズルと、前記加工ノズルの前記ノズル接続部の両側にそれぞれ設けられ、先端側に向かって薄くなるように下側に水平方向に対して傾斜したテーパ部が形成された被係止部材と、
　前記加工ヘッド本体の前記本体接続部の両側に揺動可能にそれぞれ設けられ、下部側に前記被係止部材の前記テーパ部に下方向から係止する係止爪を有し、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と前記加工ノズルの前記ノズル接続部を接続するための接続部材と、
　前記係止爪が前記被係止部材の前記テーパ部に係止するように各接続部材を係止方向へ付勢する付勢部材と、を備えたことを特徴とするレーザ溶接機。
　前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に本体嵌合凹部又は本体嵌合凸部が形成され、前記加工ノズルの前記ノズル接続部に前記加工ヘッド本体の前記本体嵌合凹部又は前記本体嵌合凸部に嵌合可能なノズル嵌合凸部又はノズル嵌合凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接機。
　各係止爪における前記被係止部材の前記テーパ部に接触する部位は、曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ溶接機。
　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ溶接機と、
　支持フレームに昇降可能に設けられ、前記加工ノズルの先端部を鉛直下方に向けた状態で前記加工ノズルを保持する複数の保持部を有し、複数の前記加工ノズルを収納するための収納ベースと、
　前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に設けられ、前記収納ベースの各保持部の上側において一対の前記接続部材の上部側を両側から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧する押圧部を有し、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部と前記加工ノズルの前記ノズル接続部との接続状態を解除するアンロック機構と、を備えたことを特徴とするレーザ溶接システム。
　複数の前記保持部は、水平な所定の収納方向に沿って配置され、
　各保持部は、前記加工ノズルを前記所定の収納方向に直交する水平方向から導入可能かつ前記直交する方向へ導出可能であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接システム。
　各押圧部は、前記接続部材の上部側を一方側から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧する第１押圧部材と、前記接続部材の上部側を他方側から前記加工ヘッド本体の前記本体接続部側に押圧する第２押圧部材とからなることを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接システム。
　前記アンロック機構は、
　前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられ、複数の第１アーム部が前記所定の収納方向に沿って間隔を置いて形成された第１可動プレートと、
　前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられ、複数の第２アーム部が前記所定の収納方向に沿って間隔を置いて形成された第２可動プレートと、を有し、
　各第１押圧部材が前記第１可動プレートの各第１アーム部に設けられ、各第２押圧部材が前記第２可動プレートの各第２アーム部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接システム。
　前記アンロック機構は、
　前記支持フレームにおける前記収納ベースの上側に設けられ、前記所定の収納方向に延びたガイドレールと、
　前記ガイドレールに前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられた複数の第１可動ブロックと、
　前記ガイドレールに前記所定の収納方向へ往復動可能に設けられた複数の第２可動ブロックと、を有し、
　前記第１可動プレートは、複数の前記第１可動ブロックに連結され、前記第２可動ブロックは、複数の前記第２可動ブロックに複数のスペーサを介して連結されかつ前記第１可動プレートの上側に位置し、
　少なくとも１つ以上の前記スペーサは、前記第１可動プレートに形成された切欠部に挿通していることを特徴とする請求項７に記載のレーザ溶接システム。
　前記第１押圧部材は、前記直交する水平方向に平行な軸心回りに回転可能な第１押圧ローラであり、前記第２押圧部材は、前記直交する水平方向に平行な軸心回りに回転可能な第２押圧ローラであることを特徴とする請求項６から請求項８のうちのいずれか１項に記載のレーザ溶接システム。