特開 2024-121216 レーザ溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121216

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】レーザ溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/142 20140101AFI20240830BHJP

   B23K 26/12 20140101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

B23K26/142

B23K26/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028184

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】397054303

【氏名又は名称】セントラルエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】池上 裕明

(72)【発明者】

【氏名】芳田 光崇

(72)【発明者】

【氏名】五上 豪

(72)【発明者】

【氏名】大杉 晃史

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA00

4E168EA24

4E168FB03

4E168FC04

4E168FC07

(57)【要約】

【課題】空気の一部が上方へ流れて、ヒュームが保護光学部材に付着するおそれを抑制することができるレーザ溶接装置の提供。
【解決手段】本開示に係るレーザ溶接装置１００は、レーザスキャナ５とワークＷ１との間に配置された保護光学部材４と、上側ガス供給ユニット１と、上側ガス供給ユニット１よりも下側に設けられた下側ガス供給ユニット２とを備える。保護光学部材４は、板状部４ａと、板状部４ａの外縁から下方に延びる筒状部４ｂとを備える。上側ガス供給ユニット１は、保護光学部材４の板状部４ａよりも下側に設けられている。上側ガス供給ユニット１は、板状部４ａの中央に気体を噴射する複数の第１の噴射口１ｃと、板状部４ａの下側方向に気体を噴射する複数の第２の噴射口１ｄとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザスキャナと、
当該レーザスキャナとワークとの間に配置された保護光学部材と、を備えるレーザ溶接装置であって、
上側ガス供給ユニットと、
前記上側ガス供給ユニットよりも下側に設けられた下側ガス供給ユニットと、を備え、
前記保護光学部材は、板状部と、前記板状部の外縁から下方に延びる筒状部と、を備え、
前記上側ガス供給ユニットは、前記保護光学部材の板状部よりも下側に設けられ、
前記上側ガス供給ユニットは、前記板状部の中央に気体を噴射する複数の第１の噴射口と、前記板状部の下側方向に気体を噴射する複数の第２の噴射口と、を備え、
前記筒状部は、前記上側ガス供給ユニットと前記下側ガス供給ユニットとの間に設けられ、前記筒状部の外側から内側へ気体を導入する複数の気体導入口を有し、
前記下側ガス供給ユニットは、前記筒状部の下端から下側方向に気体を噴射する複数の下側噴射口を備える、
レーザ溶接装置。

【請求項2】

前記複数の第２の噴射口は、前記板状部の外縁からレーザの光軸側に傾斜した方向に気体を噴射する、
請求項１に記載のレーザ溶接装置。

【請求項3】

前記複数の第２の噴射口は、前記板状部の外縁からレーザの光軸と平行な方向に気体を噴射する、
請求項１に記載のレーザ溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はレーザ溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示のレーザ溶接装置は、レーザスキャナ本体から照射されたレーザ光の光路を横切る方向に空気を流すエアブローユニットを備える。この空気の流れによって、レーザ溶接時にワーク上のレーザ照射位置から飛散してくるスパッタが、レーザスキャナ本体の出射開口部近傍に取り付けられた保護ガラスに付着することを防止するとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２０２４４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者等は、以下の課題を発見した。
このようなレーザ溶接装置において、空気の一部が上方へ流れることがある。このような場合、ヒュームが、保護ガラス等の保護光学部材に付着するおそれがある。

【0005】

本開示は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、空気の一部が上方へ流れて、ヒュームが保護光学部材に付着するおそれを抑制することができるレーザ溶接装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係るレーザ溶接装置は、
レーザスキャナと、
当該レーザスキャナとワークとの間に配置された保護光学部材と、を備えるレーザ溶接装置であって、
上側ガス供給ユニットと、
前記上側ガス供給ユニットよりも下側に設けられた下側ガス供給ユニットと、を備え、
前記保護光学部材は、板状部と、前記板状部の外縁から下方に延びる筒状部と、を備え、
前記上側ガス供給ユニットは、前記保護光学部材の板状部よりも下側に設けられ、
前記上側ガス供給ユニットは、前記板状部の中央に気体を噴射する複数の第１の噴射口と、前記板状部の下側方向に気体を噴射する複数の第２の噴射口と、を備え、
前記筒状部は、前記上側ガス供給ユニットと前記下側ガス供給ユニットとの間に設けられ、前記筒状部の外側から内側へ気体を導入する複数の気体導入口を有し、
前記下側ガス供給ユニットは、前記筒状部の下端から下側方向に気体を噴射する複数の下側噴射口を備える。

【0007】

このような構成によれば、複数の第１の噴射口が板状部の外縁から中央に気体を噴射するため、保護光学部材の板状部の下側表面が気体によって覆われる。中央の下方に気体が流れる。また、複数の第２の噴射口が板状部の外縁から下側方向に気体を噴射する。下側ガス供給ユニットの複数の噴射口は、下側方向に気体を噴射する。複数の気体導入口が筒状部の外側から内側へ空気を導入する。これらによって、空気の一部が上方へ流れることを抑制する。したがって、ヒュームが保護光学部材に付着するおそれを抑制することができる。

【0008】

また、前記複数の第２の噴射口は、前記板状部の外縁からレーザの光軸側に傾斜した方向に気体を噴射してもよい。また、前記複数の第２の噴射口は、前記板状部の外縁からレーザの光軸と平行な方向に気体を噴射してもよい。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、空気の一部が上方へ流れて、ヒュームが保護光学部材に付着するおそれを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態１に係るレーザ溶接装置の上面図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係るレーザ溶接装置の断面図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係るレーザ溶接装置の上側ガス供給ユニットの斜視図である。

【図4】図４は、実施の形態１に係るレーザ溶接装置の下側ガス供給ユニットの斜視図である。

【図5】図５は、実施の形態１に係るレーザ溶接装置の一変形例の上側ガス供給ユニットの斜視図である。

【図6】図６は、実施例について流速を解析した場所を示す図である。

【図7】図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ実施例１、実施例２、及び比較例１について流速を解析した結果を示す図である。

【図8】図８は、実施例について流速を解析した場所を示す図である。

【図9】図９は、実施例について流速を解析した断面を示す図である。

【図10】図１０は、実施例について流速を解析した結果を示す図である。

【図11】図１１は、実施例等に係るレーザ溶接装置の保護光学部材の下方における流速を実測した、又は解析した結果を示すグラフである。

【図12】図１２は、本開示に関連する技術に係るレーザ溶接装置の上面図である。

【図13】図１３は、本開示に関連する技術に係るレーザ溶接装置の断面図である。

【図14】図１４は、本開示に関連する技術に係るレーザ溶接装置の要部の斜視図である。

【図15】図１５は、本開示に関連する技術に係るレーザ溶接装置の要部の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜関連する技術＞
本開示を適用した具体的な実施形態に先立って、図１２～図１５を参照して、本開示に関連する技術に係るレーザ溶接装置について説明する。図１２は、本開示に関連する技術に係るレーザ溶接装置の上面図である。図１３は、図１２に示すレーザ溶接装置の断面図である。図１４は、図１２に示すレーザ溶接装置の上側ガス供給ユニットの斜視図である。図１５は、図１２に示すレーザ溶接装置の下側ガス供給ユニットの斜視図である。なお、図１３において、レーザスキャナ９５と、ワークＷ９とについては、符号のみを示し、図示を省略した。

【0012】

図１２及び図１３に示すように、レーザ溶接装置９００は、上側ガス供給ユニット９１と、下側ガス供給ユニット９２と、保護光学部材９４と、レーザスキャナ９５とを備える。

【0013】

保護光学部材９４は、レーザスキャナ９５とワークＷ９との間に配置される。保護光学部材９４は、板状部９４ａと、筒状部９４ｂとを備える。板状部９４ａは、レーザスキャナ９５の直下に配置されている。筒状部９４ｂは、板状部９４ａの外縁から下方に延びる。板状部９４ａは、筒状部９４ｂの上側端部の開口を閉塞する。筒状部９４ｂの軸Ｚ９は、板状部９４ａの中心を通過する。

【0014】

上側ガス供給ユニット９１は、保護光学部材９４の板状部９４ａよりも下側に設けられている。下側ガス供給ユニット９２は、上側ガス供給ユニット９１よりも下側に設けられている。上側ガス供給ユニット９１と、下側ガス供給ユニット９２とは、保護光学部材９４の筒状部９４ｂの内部に主に配置されている。

【0015】

上側ガス供給ユニット９１は、接続管９１ａと、流路９１ｂと、１つの斜下方向噴射口９１ｃとを備える。接続管９１ａと、流路９１ｂと、斜下方向噴射口９１ｃとは相互に連通し、これらの内側は気体が移動可能である。接続管９１ａは、外部装置から気体を供給されて、流路９１ｂは、この供給された気体を斜下方向噴射口９１ｃへ導く。図１３及び図１４に示すように、斜下方向噴射口９１ｃは、筒状部９４ｂの内周面において開口している。斜下方向噴射口９１ｃは、この導かれた気体を斜下方向、具体的には、下側かつ筒状部９４ｂの軸Ｚ９側へ噴射する。

【0016】

下側ガス供給ユニット９２は、接続管９２ａと、流路９２ｂと、１つの斜下方向噴射口９２ｃとを備える。接続管９２ａと、流路９２ｂと、斜下方向噴射口９２ｃとは相互に連通し、これらの内側は気体が移動可能である。接続管９２ａは、図示しない外部装置から気体を供給されて、流路９２ｂは、この供給された気体を斜下方向噴射口９２ｃへ導く。図１３及び図１５に示すように、斜下方向噴射口９２ｃは、筒状部９４ｂの内周面において開口しており、周方向に延びる。斜下方向噴射口９２ｃは、この導かれた気体を斜下方向、具体的には、下側かつ筒状部９４ｂの軸Ｚ９側へ噴射する。

【0017】

ここで、レーザスキャナ９５は、筒状部９４ｂの軸Ｚ９に沿ってレーザを出射する。すると、レーザスキャナ９５がレーザを出射することによって、当該レーザが保護光学部材９４の板状部９４ａ及び筒状部９４ｂの内側空間を通過して、ワークＷ９に照射される。これによって、ワークＷ９の一部を溶融させて、溶接を行うことができる。また、ワークＷ９が溶融した部分から、ヒュームが発生する。

【0018】

レーザスキャナ９５がレーザを出射している間、上記したように、斜下方向噴射口９１ｃ及び斜下方向噴射口９２ｃは、気体を斜下方向へ噴射する。そのため、ヒュームが発生しても、ヒュームの多くがこの噴射によって筒状部９４ｂの下方へ流される。しかし、筒状部９４ｂの内側空間の一部において空気が上方へ流れることがあった。このような場合、ヒュームの一部が板状部９４ａ側へ流れて、保護光学部材９４に付着するおそれがある。

【0019】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0020】

＜実施の形態１＞
図１～図４を参照して実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係るレーザ溶接装置の上面図である。図２は、図１に示すレーザ溶接装置の断面図である。図３は、図１に示すレーザ溶接装置の上側ガス供給ユニットの斜視図である。図４は、図１に示すレーザ溶接装置の下側ガス供給ユニットの斜視図である。なお、図２において、レーザスキャナ５と、ワークＷ１とについては符号のみを示し、図示を省略した。

【0021】

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ＸＹＺ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、Ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ＸＹ平面が水平面であり、図面間で共通である。

【0022】

図１及び図２に示すように、レーザ溶接装置１００は、上側ガス供給ユニット１と、下側ガス供給ユニット２と、保護光学部材４と、レーザスキャナ５とを備える。

【0023】

保護光学部材４は、レーザを透過可能なガラス材料からなる部材であり、例えば、保護ガラスである。保護光学部材４は、レーザスキャナ５とワークＷ１との間に配置される。保護光学部材４は、板状部４ａと、筒状部４ｂとを備える。板状部４ａは、レーザスキャナ５の下方（ここでは、Ｚ軸負方向）に配置されている。筒状部４ｂは、板状部４ａの外縁から下方に延びる。筒状部４ｂは、円筒状体であるとよい。板状部４ａは、筒状部４ｂの上側端部の開口を閉塞する。筒状部４ｂの軸Ｚ１は、板状部４ａの中心を通過する。

【0024】

なお、板状部４ａと筒状部４ｂとは、一体でなく別体であってもよい。板状部４ａと筒状部４ｂとが別体である場合、気体が板状部４ａと筒状部４ｂとの間を殆ど通過しないよう、板状部４ａと筒状部４ｂとが密着しているとよい。また、筒状部４ｂは、レーザを透過しない材料からなるととしてもよい。

【0025】

上側ガス供給ユニット１は、保護光学部材４の板状部４ａよりも下側に設けられている。下側ガス供給ユニット２は、上側ガス供給ユニット１よりも下側に設けられている。上側ガス供給ユニット１と、下側ガス供給ユニット２とは、保護光学部材４の筒状部４ｂの内部に配置されているとよい。

【0026】

図１～図３に示すように、上側ガス供給ユニット１は、接続管１ａと、流路１ｂと、複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第２の噴射口１ｄとを備える。図１に示す例では、上側ガス供給ユニット１は、４つの接続管１ａを備える。接続管１ａと、流路１ｂと、複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第２の噴射口１ｄとは相互に連通しており、気体が、接続管１ａ、流路１ｂ、複数の第１の噴射口１ｃ、及び複数の第２の噴射口１ｄの内側を移動可能である。このような気体として、例えば、空気や不活性ガスを利用することができる。

【0027】

流路１ｂは、筒状部４ｂの内部において環状に延びる。接続管１ａは、流路１ｂから筒状部４ｂの外周面を通過して保護光学部材４の外側へ突出している。第１の噴射口１ｃと、第２の噴射口１ｄとは、流路１ｂから筒状部４ｂの内側に向いている。複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第２の噴射口１ｄは、保護光学部材４の板状部４ａの外縁に沿って配置されている。例えば、図１に示すように、複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第２の噴射口１ｄは、保護光学部材４の板状部４ａの外縁に沿って、交互に配置されているとよい。また、例えば、図３に示すように、２つの第１の噴射口１ｃと、１つの第２の噴射口１ｄとから構成される一つの組を、保護光学部材４の板状部４ａの外縁に沿って、連続して配置してもよい。

【0028】

流路１ｂは、接続管１ａを介して、図示しない外部装置から気体を供給される。流路１ｂは、この供給された気体を複数の第１の噴射口１ｃ及び複数の第２の噴射口１ｄへ導く。

【0029】

複数の第１の噴射口１ｃは、流路１ｂから導かれた気体を、保護光学部材４の板状部４ａの外縁から中央に噴射する。

【0030】

複数の第２の噴射口１ｄは、流路１ｂから導かれた気体を、板状部４ａの外縁から下側方向に噴射する。具体的には、複数の第２の噴射口１ｄは、流路１ｂから導かれた気体を、板状部４ａの外縁からレーザの光軸側に傾斜した方向に噴射する。

【0031】

下側ガス供給ユニット２は、接続管２ａと、流路２ｂと、複数の噴射口２ｃとを備える。接続管２ａと、流路２ｂと、複数の噴射口２ｃとは相互に連通しており、気体が、接続管２ａ、流路２ｂ、及び複数の噴射口２ｃの内側を移動可能である。このような気体として、例えば、空気や不活性ガスを利用することができる。

【0032】

流路２ｂは、筒状部４ｂの内部において周方向に延びる。接続管２ａは、流路２ｂから筒状部４ｂの外周面を通過して保護光学部材４の外側へ突出している。複数の噴射口２ｃは、流路２ｂから筒状部４ｂの下端において開口し、又は突出している。複数の噴射口２ｃは、保護光学部材４の筒状部４ｂの下端に沿って配置されている。例えば、図４に示すように、複数の噴射口２ｃ同士は、保護光学部材４の筒状部４ｂの下端に沿って、所定の間隔を空けて配置されているとよい。

【0033】

流路２ｂは、接続管２ａを介して、図示しない外部装置から気体を供給される。流路２ｂは、この供給された気体を複数の噴射口２ｃへ導く。

【0034】

複数の噴射口２ｃは、筒状部４ｂの下端から下側方向に気体を噴射する。具体的には、複数の噴射口２ｃは、筒状部４ｂの下端から、下側かつ筒状部４ｂの軸Ｚ１側へ噴射するとよい。複数の噴射口２ｃの開口の総面積は、図１３及び図１５に示す斜下方向噴射口９２ｃの開口面積と比較して小さいとよい。

【0035】

筒状部４ｂは、複数の気体導入口３を有する。複数の気体導入口３は、上側ガス供給ユニット１と下側ガス供給ユニット２との間に設けられている。複数の気体導入口３同士は、筒状部４ｂの周方向に間隔を空けて配置されているとよい。複数の気体導入口３は、筒状部４ｂを貫通する。気体は、筒状部４ｂの外側から、複数の気体導入口３を通過して、筒状部４ｂの内側へ移動することができる。言い換えると、複数の気体導入口３は、筒状部４ｂの外側から内側へ気体を導入することがきる。このような気体は、溶接雰囲気であり、例えば、空気や不活性ガスである。

【0036】

レーザスキャナ５は、レーザを板状部４ａを通過させてワークＷ１に照射可能なように、保護光学部材４の上方に配置されている。

【0037】

ここで、複数の第１の噴射口１ｃ、複数の第２の噴射口１ｄ、複数の噴射口２ｃが気体として空気を噴射させつつ、レーザスキャナ５は、レーザをワークＷ１に向けて出射する。すると、この出射されたレーザは、保護光学部材４の板状部４ａの中心を通過し、筒状部４ｂの軸Ｚ１に沿って進み、ワークＷ１を照射する。ワークＷ１の一部が溶融し、溶接が行われる。この溶融によって、ヒュームが発生する。複数の第１の噴射口１ｃが板状部４ａの外縁から中央に気体を噴射するため、板状部４ａの下側表面が気体によって覆われて、気体が板状部４ａの中央に集結し、板状部４ａの下方へ流れる。これによって、ヒュームが板状部４ａへ接近することを抑制する。また、複数の第２の噴射口１ｄが板状部４ａの外縁から下側方向に気体を噴射し、複数の噴射口２ｃが筒状部４ｂの下端から下側方向に気体を噴射する。さらに、複数の気体導入口３が筒状部４ｂの外側から内側へ気体を導入する。これらによって、気体を下方へ流すことによって、ヒュームが板状部４ａへ流れることを抑制する。以上より、ヒュームが保護光学部材に付着するおそれを抑制することができる。また、ヒュームの保護光学部材への付着を防止することによって、溶接品質を確保できる。

【0038】

＜変形例＞
図５を参照して実施の形態１に係るレーザ溶接装置の一変形例について説明する。図５は、図３に示すレーザ溶接装置の一変形例の上側供給ユニットの一変形例の斜視図である。

【0039】

図５に示すレーザ溶接装置１００ａは、図１～図４に示すレーザ溶接装置１００の上側ガス供給ユニット１を除いて、レーザ溶接装置１００と同じ構成を備える。レーザ溶接装置１００ａは、上側ガス供給ユニット２１を備える。上側ガス供給ユニット２１は、図３に示す第２の噴射口１ｄではなく、第３の噴射口１ｅを備えるところを除いて、図３に示す上側ガス供給ユニット１と同じ構成を備える。

【0040】

上側ガス供給ユニット２１は、図１に示す接続管１ａ、及び流路１ｂに加えて、複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第３の噴射口１ｅとを備える。複数の第３の噴射口１ｅは、気体を噴射する方向を除いて、図１に示す複数の第２の噴射口１ｄと同じ構成を有する。複数の第３の噴射口１ｅは、流路１ｂから導かれた気体を、板状部４ａの外縁からレーザの光軸と平行な方向（ここでは、Ｚ軸負方向）に噴射する。第３の噴射口１ｅは、図３に示す第２の噴射口１ｄと比較して、気体を板状部４ａの外縁から下方へ強く流すことができる。

【0041】

なお、接続管１ａと、流路１ｂと、複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第３の噴射口１ｅとは相互に連通しており、気体が、接続管１ａ、流路１ｂ、複数の第１の噴射口１ｃ、及び複数の第３の噴射口１ｅの内側を移動可能である。このような気体として、例えば、空気や不活性ガスを利用することができる。また、第１の噴射口１ｃと、複数の第３の噴射口１ｅとは、流路１ｂから筒状部４ｂの内側に向いている。複数の第１の噴射口１ｃと、複数の第３の噴射口１ｅは、保護光学部材４の板状部４ａの外縁に沿って配置されている。複数の第１の噴射口１ｃと複数の第３の噴射口１ｅとは、例えば、図１に示す複数の第１の噴射口１ｃと複数の第２の噴射口１ｄと同様に、保護光学部材４の板状部４ａの外縁に沿って、交互に配置されているとよい。また、例えば、図５に示すように、２つの第１の噴射口１ｃと１つの第３の噴射口１ｅとから構成される一つの組を、保護光学部材４の板状部４ａの外縁に沿って、連続して配置してもよい。流路１ｂは、接続管１ａを介して図示しない外部装置から供給された気体を、複数の第１の噴射口１ｃ及び複数の第３の噴射口１ｅへ導く。

【0042】

ここで、複数の第１の噴射口１ｃ、複数の第３の噴射口１ｅ、複数の噴射口２ｃが気体として空気を噴射させつつ、レーザスキャナ５は、レーザをワークＷ１に向けて出射する。すると、この出射されたレーザは、保護光学部材４の板状部４ａの中心を通過し、筒状部４ｂの軸Ｚ１に沿って進み、ワークＷ１を照射する。ワークＷ１の一部が溶融し、溶接が行われる。この溶融によって、ヒュームが発生する。複数の第１の噴射口１ｃが板状部４ａの外縁から中央に気体を噴射するため、板状部４ａの下側表面が気体によって覆われて、気体が板状部４ａの中央に集結し、板状部４ａの下方へ流れる。これによって、ヒュームが板状部４ａへ接近することを抑制する。また、複数の噴射口２ｃが筒状部４ｂの下端から下側方向に気体を噴射する。さらに、複数の気体導入口３が筒状部４ｂの外側から内側へ気体を導入する。第３の噴射口１ｅは、図３に示す第２の噴射口１ｄと比較して、気体を板状部４ａの外縁から下方へ強く流すことができる。これらによって、気体を下方へ流す速度の向上を図り、ヒュームが板状部４ａへ流れることをさらに抑制し得る。

【実施例0043】

次に、図６～図１１を参照して、実施例１及び実施例２等について解析、及び実験を行った結果について説明する。図６は、実施例について流速を解析した場所を示す図である。図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ実施例１、実施例２、及び比較例１について流速を解析した結果を示す図である。図８は、実施例について流速を解析した場所を示す図である。図９は、実施例について流速を解析した断面を示す図である。図１０は、実施例について流速を解析した結果を示す図である。図１１は、実施例等に係るレーザ溶接装置の保護光学部材の下方における流速を実測した、又は解析した結果を示すグラフである。

【0044】

なお、以下の説明の便宜のため、レーザ溶接装置１００、１００ａ、９００の各構成をそのまま用いたが、いずれの構成も実施例１、２、及び比較例１において相当する構成を示すものであることに留意する。

【0045】

実施例１は、図１～４に示すレーザ溶接装置１００と同じ構成を有するレーザ溶接装置である。実施例２は、図５に示すレーザ溶接装置１００ａと同じ構成を有するレーザ溶接装置である。溶接雰囲気は空気であり、上側ガス供給ユニット１、２１、及び下側ガス供給ユニット２は、空気を供給される。

【0046】

実施例１において、第１の噴射口１ｃ、第２の噴射口１ｄ、及び噴射口２ｃが気体を噴射した場合の、図６に示す断面Ｄ１における流速をＣＡＥ（Computer-Aided Engineering）解析を用いて算出した。その結果を図７に示した。なお、図６に示す軸Ｚ１を含む断面における流速を算出した結果は、図７に示す結果と殆ど同じ内容であることを確認している。同様に、実施例２において、第１の噴射口１ｃ、第３の噴射口１ｅ、及び噴射口２ｃが気体を噴射した場合の、図６に示す断面に相当する断面における流速をＣＡＥ解析を用いて算出した。その算出結果を図７に示した。実施例１及び実施例２における、上側ガス供給ユニット１、２１、及び下側ガス供給ユニット２への気体の供給量はいずれも同じである。

【0047】

また、実施例１において、図８に示す筒状部４ｂの軸Ｚ１を中心とした直径７０ｍｍの半円の断面形状を有する柱状体における、図９に示す各断面において、算出された流速を図１０に示した。同様に、実施例２において、図９に示す各断面において、算出された流速を図１０に示した。

【0048】

また、実施例１及び実施例２において、噴射口２ｃから１００ｍｍの位置、すなわち、Ｉ－Ｉ断面における平均流速を実測した結果と、ＣＡＥ解析を用いて算出した結果とを、図１１に示した。

【0049】

なお、比較例１は、図１２～１５に示すレーザ溶接装置９００と同じ構成を有するレーザ溶接装置である。実施例１及び実施例２と同様に、溶接雰囲気は空気であり、上側ガス供給ユニット９１、及び下側ガス供給ユニット９２は、空気を供給される。同様に、比較例１において、斜下方向噴射口９１ｃ、及び斜下方向噴射口９２ｃが空気を噴射した場合の、図６に示す断面に相当する断面における流速をＣＡＥ解析を用いて算出した。その算出結果を図７に示した。同様に、比較例１において、図９に示す断面に相当する断面において、算出された流速を図１０に示した。同様に、噴射口２ｃに相当する斜下方向噴射口９２ｃから１００ｍｍの位置における平均流速を実測した結果と、ＣＡＥ解析を用いて算出した結果とを、図１１に示した。

【0050】

図７（ｃ）に示すように、比較例１において、板状部９４ａの下側表面近傍において、空気の一部が板状部９４ａへ向かって上昇するように流れる。さらに、その空気の一部は、板状部９４ａの表面に沿って斜下方向噴射口９１ｃ側へ流れている。

【0051】

一方、図７（ａ）に示すように、実施例１において、板状部４ａの下側表面近傍において、板状部４ａへ向かって上昇するように流れを確認できない。また、実施例１において、別の空気が、第１の噴射口１ｃから板状部４ａの下側表面に沿って板状部４ａの中央へ到達して、その後、板状部４ａの下方へ流れることを確認できる。同様に、図７（ｂ）に示すように、実施例２において、そのような流れを確認できない。また、実施例２において、別の空気が、第１の噴射口１ｃから板状部４ａの下側表面に沿って板状部４ａの中央へ到達して、その後、板状部４ａの下方へ流れることを確認できる。このような流れによって、ヒュームが上昇して、板状部４ａの下側表面へ到達することを抑制することができる。

【0052】

図７（ａ）に示すように、実施例１において、板状部４ａの外縁側の下方において、空気の一部が板状部４ａへ向かって上昇するように流れることを確認できる。一方、図７（ｂ）に示すように、実施例２において、そのような流れをあまり確認できない。これによって、実施例２は、実施例１と比較して、ヒュームの上昇による板状部４ａの下側表面への到達をさらに抑制し得る。

【0053】

図１０に示すように、Ｇ－Ｇ断面、Ｈ－Ｈ断面、及びＩ－Ｉ断面において、実施例１及び実施例２の流速の多くは、比較例１の流速と比較して高い。また、Ｇ－Ｇ断面、Ｈ－Ｈ断面、及びＩ－Ｉ断面において、実施例２の流速の多くは、実施例１の流速と比較して高い。

【0054】

図１１に示すように、Ｉ－Ｉ断面において、ＣＡＥ解析によって算出された流速は、実施例２、実施例１、比較例１の順に高い。同様に、Ｉ－Ｉ断面において、実測した流速は、実施例２、実施例１、比較例１の順に高い。

【0055】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

【符号の説明】

【0056】

１００、１００ａ レーザ溶接装置
１、２１ 上側ガス供給ユニット
１ａ 接続管
１ｂ 流路
１ｃ 第１の噴射口
１ｄ 第２の噴射口
１ｅ 第３の噴射口
２ 下側ガス供給ユニット
２ａ 接続管
２ｂ 流路
２ｃ 噴射口
３ 気体導入口
４ 保護光学部材
４ａ 板状部
４ｂ 筒状部
５ レーザスキャナ
Ｗ１ ワーク
Ｚ１ （筒状部４ｂの）軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】