特許 7567831 レーザ加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】レーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/142 20140101AFI20241008BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

B23K26/142

B23K26/16

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022024686

(22)【出願日】2022-02-21

(65)【公開番号】P2023121375

(43)【公開日】2023-08-31

【審査請求日】2023-11-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松尾 隆太

(72)【発明者】

【氏名】山本 健史

(72)【発明者】

【氏名】本吉 隆

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／２０９０８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／２３０１９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２０３８６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１５７３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／１４２

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ加工機であって、
レーザ光を出射するためのレーザ出射部であって、前記レーザ光を透過可能な保護ガラスを有するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部に取り付けられ、前記レーザ出射部から出射された前記レーザ光の光路を囲むように設けられる筒状のハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、
前記保護ガラスと面する第一開口端部と、
前記第一開口端部とは逆側の第二開口端部と、
前記第一開口端部の内側の全周に亘って設けられ、前記ハウジングの中心軸に向かって気体を吹き出すための第一吹出部と、
前記ハウジングの内部の全周に亘って設けられ、気体を前記第一吹出部へと供給するための第一供給路と、
前記第一供給路に気体を導入するための複数の第一気体導入口と、を備え、
前記第一供給路は、前記ハウジングの内部を流動する気体を分流させるための複数の分流部を備え、
前記複数の分流部は、
前記第一供給路において前記複数の第一気体導入口のそれぞれの近傍に設けられ、前記複数の第一気体導入口から導入される気体を前記ハウジングの周方向に向かって流動させるための第一分流部と、
前記第一供給路において、前記複数の第一気体導入口のうち一の第一気体導入口と、前記一の第一気体導入口に隣接する他の第一気体導入口との間に設けられる第二分流部と、を含む、
レーザ加工機。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ加工機であって、
前記複数の分流部は、さらに、前記第一供給路において前記第一分流部と前記第二分流部との間かつ前記第一供給路と前記第一吹出部との境界に設けられる第三分流部を含む、
レーザ加工機。

【請求項3】

レーザ加工機であって、
レーザ光を出射するためのレーザ出射部であって、前記レーザ光を透過可能な保護ガラスを有するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部に取り付けられ、前記レーザ出射部から出射された前記レーザ光の光路を囲むように設けられる筒状のハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、
前記保護ガラスと面する第一開口端部と、
前記第一開口端部とは逆側の第二開口端部と、
前記第一開口端部の内側の全周に亘って設けられ、前記ハウジングの中心軸に向かって気体を吹き出すための第一吹出部と、を備え、
前記第一吹出部は、前記ハウジングの中心軸において前記第二開口端部から前記第一吹出部までの距離の５０％以上８０％以下のいずれかの位置に向かって気体を吹き出すように傾斜している、
レーザ加工機。

【請求項4】

請求項３に記載のレーザ加工機であって、
前記第一吹出部は、前記ハウジングの中心軸において前記第二開口端部から前記第一開口端部までの距離の７０％の位置に向かって気体を吹き出すように傾斜している、
レーザ加工機。

【請求項5】

レーザ加工機であって、
レーザ光を出射するためのレーザ出射部であって、前記レーザ光を透過可能な保護ガラスを有するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部に取り付けられ、前記レーザ出射部から出射された前記レーザ光の光路を囲むように設けられる筒状のハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、
前記保護ガラスと面する第一開口端部と、
前記第一開口端部とは逆側の第二開口端部と、
前記第一開口端部の内側の全周に亘って設けられ、前記ハウジングの中心軸に向かって気体を吹き出すための第一吹出部と、
前記第二開口端部の全周に亘って設けられ、前記第二開口端部から前記レーザ出射部とは逆側に向かって気体を吹き出すための第二吹出部と、
前記ハウジングの内部の全周に亘って設けられ、気体を前記第二吹出部へと供給するための第二供給路と、
前記第二供給路に気体を導入するための複数の第二気体導入口と、を備え、
前記第二供給路は、
前記第二供給路において、前記複数の第二気体導入口のそれぞれの近傍に設けられ、前記複数の第二気体導入口から導入される気体を前記ハウジングの周方向に向かって流動させるための第四分流部と、
前記第二供給路において、前記複数の第二気体導入口のうち一の第二気体導入口と、前記一の第二気体導入口に隣接する他の第二気体導入口との間に設けられる第五分流部と、を備える、
レーザ加工機。

【請求項6】

レーザ加工機であって、
レーザ光を出射するためのレーザ出射部であって、前記レーザ光を透過可能な保護ガラスを有するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部に取り付けられ、前記レーザ出射部から出射された前記レーザ光の光路を囲むように設けられる筒状のハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、
前記保護ガラスと面する第一開口端部と、
前記第一開口端部とは逆側の第二開口端部と、
前記第一開口端部の内側の全周に亘って設けられ、前記ハウジングの中心軸に向かって気体を吹き出すための第一吹出部と、
前記第二開口端部の全周に亘って設けられ、前記第二開口端部から前記レーザ出射部とは逆側に向かって気体を吹き出すための第二吹出部と、を備え、
前記第二吹出部の開口面積は、前記第一吹出部の開口面積よりも小さい、
レーザ加工機。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のレーザ加工機であって、
さらに、前記ハウジングから離間して設けられ、前記ハウジングの中心軸に交差する向きに気流を発生させる気流発生部を備える、
レーザ加工機。

【請求項8】

請求項７に記載のレーザ加工機であって、
前記気流発生部は、前記ハウジングの中心軸に沿った長さ以上の距離だけ前記ハウジングから離間させて設けられる、
レーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ溶接時に加工点から飛散してくるスパッタがレーザ光学系のミラーやレンズに衝突することを防止するために、レーザスキャナに保護ガラスを配置したレーザ溶接装置が知られている（例えば、特許文献１）。このレーザ溶接装置は、レーザ光の光路を横切る方向に空気を流すことにより、スパッタが保護ガラスに付着することを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】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】

しかしながら、従来の技術では、保護ガラスに対する異物の付着を完全に除去することはできないことがある。この結果、保護ガラスの交換が必要となることがある。そのため、保護ガラスに対する異物の付着を改善するための技術が求められていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、レーザ加工機が提供される。このレーザ加工機は、レーザ光を出射するためのレーザ出射部であって、前記レーザ光を透過可能な保護ガラスを有するレーザ出射部と、前記レーザ出射部に取り付けられ、前記レーザ出射部から出射された前記レーザ光の光路を囲むように設けられる筒状のハウジングと、を備える。前記ハウジングは、前記保護ガラスと面する第一開口端部と、前記第一開口端部とは逆側の第二開口端部と、前記第一開口端部の内側の全周に亘って設けられ、前記ハウジングの中心軸に向かって気体を吹き出すための第一吹出部と、を備える。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングの内部空間に保護ガラスを覆う気流を発生させることができ、スパッタやヒュームなどの異物が保護ガラスへ衝突することを抑制または防止することができる。
（２）上記形態のレーザ加工機において、前記ハウジングは、さらに、前記ハウジングの内部の全周に亘って設けられ、気体を前記第一吹出部へと供給するための第一供給路を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングを利用することにより効率良く第一吹出部に気体を導くための流路を設けることができる。
（３）上記形態のレーザ加工機において、前記ハウジングは、さらに、前記第一供給路に気体を導入するための複数の第一気体導入口を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第一供給路に対して複数の位置から気体を導入することにより、単数の第一気体導入口から第一供給路に気体が導入される場合に比べて、第一供給路の圧力ばらつきを抑制することができる。
できる。
（４）上記形態のレーザ加工機において、前記第一供給路は、前記ハウジングの内部を流動する気体を分流させるための複数の分流部を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングの内部に管路を設ける場合と比較して簡易な構造により、気体を所望の方向に導くことができる。
（５）上記形態のレーザ加工機において、前記複数の分流部は、前記第一供給路において前記複数の第一気体導入口のそれぞれの近傍に設けられ、前記複数の第一気体導入口から導入される気体を前記ハウジングの周方向に向かって流動させるための第一分流部と、前記第一供給路において、前記複数の第一気体導入口のうち一の第一気体導入口と、前記一の第一気体導入口に隣接する他の第一気体導入口との間に設けられる第二分流部と、を含んでよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第一分流部および第二分流部が備えられない場合と比較して、第一供給路を流動する気体の圧力や流速を分散させることができる。
（６）上記形態のレーザ加工機において、前記複数の分流部は、さらに、前記第一供給路において前記第一分流部と前記第二分流部との間かつ前記第一供給路と前記第一吹出部との境界に設けられる第三分流部を含んでよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第三分流部を備えない場合と比較して、第一吹出部から吹き出される気体の圧力や流速を、第一開口端部の周縁部全体で均一化することができる。
（７）上記形態のレーザ加工機において、前記第一吹出部は、前記ハウジングの中心軸において前記第二開口端部から前記第一吹出部までの距離の５０％以上８０％以下のいずれかの位置に向かって気体を吹き出すように傾斜していてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングの内部空間に局所的な負圧が発生することを抑制することができる。
（８）上記形態のレーザ加工機において、前記第一吹出部は、前記ハウジングの中心軸において前記第二開口端部から前記第一開口端部までの距離の７０％の位置に向かって気体を吹き出すように傾斜していてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングの内部空間に局所的な負圧が発生することをより確実に抑制することができる。
（９）上記形態のレーザ加工機において、前記ハウジングは、さらに、前記第二開口端部の全周に亘って設けられ、前記第二開口端部から前記レーザ出射部とは逆側に向かって気体を吹き出すための第二吹出部を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第二吹出部から吹き出される気体により、異物がハウジングの内部空間に進入することを抑制または防止することができる。
（１０）上記形態のレーザ加工機において、前記ハウジングは、さらに、前記ハウジングの内部の全周に亘って設けられ、気体を前記第二吹出部へと供給するための第二供給路を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングを利用することにより効率良く第二吹出部に気体を導くための流路を設けることができる。
（１１）上記形態のレーザ加工機において、前記ハウジングは、さらに、前記第二供給路に気体を導入するための複数の第二気体導入口を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第二供給路に対して複数の位置から気体を導入することにより、単数の第二気体導入口から第二供給路に気体が導入される場合に比べて、第二供給路の圧力ばらつきを抑制することができる。
（１２）上記形態のレーザ加工機において、前記第二供給路は、前記第二供給路において、前記複数の第二気体導入口のそれぞれの近傍に設けられ、前記複数の第二気体導入口から導入される気体を前記ハウジングの周方向に向かって流動させるための第四分流部と、前記第二供給路において、前記複数の第二気体導入口のうち一の第二気体導入口と、前記一の第二気体導入口に隣接する他の第二気体導入口との間に設けられる第五分流部と、を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第四分流部および第五分流部が備えられない場合と比較して、第二供給路を流動する気体の圧力や流速を安定させることができる。
（１３）上記形態のレーザ加工機において、前記第二吹出部の開口面積は、前記第一吹出部の開口面積よりも小さくてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、第二吹出部から吹き出される気流を、第一吹出部から吹き出される気流よりも高圧とすることで、ハウジングの内部空間に異物が進入することを抑制することができる。
（１４）上記形態のレーザ加工機において、さらに、前記ハウジングから離間して設けられ、前記ハウジングの中心軸に交差する向きに気流を発生させる気流発生部を備えてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ワークから飛散する異物を第一気流発生部の気流によって押し流すことができ、異物がレーザ出射部に到達することを抑制または防止することができる。
（１５）上記形態のレーザ加工機において、前記気流発生部は、前記ハウジングの中心軸に沿った長さ以上の距離だけ前記ハウジングから離間させて設けられてよい。
この形態のレーザ加工機によれば、ハウジングの内部空間に発生させた気流が第一気流発生部から吹き出される気流により乱されることを抑制することができる。
本開示は、レーザ加工機以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、レーザ加工機に用いられるハウジング、レーザ加工機の製造方法、ハウジングの製造方法、レーザ加工方法、気流発生方法等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係るレーザ溶接装置の概略構成を正面視で示す説明図。

【図2】ハウジングの内部構成を断面視で示す説明図。

【図3】ハウジング内の気体の流動経路を示す説明図。

【図4】本実施形態のレーザ溶接装置を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第一の説明図。

【図5】本実施形態のレーザ溶接装置を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第二の説明図。

【図6】本実施形態のレーザ溶接装置を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第三の説明図。

【図7】比較例としてのハウジングの内部構成を断面視で示す説明図。

【図8】比較例としてのハウジングを用いて流体シミュレーションを行った結果を示す説明図。

【図9】比較例としてのハウジングを用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第二の説明図。

【図10】比較例としてのハウジングを用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第三の説明図。

【図11】比較例としてのレーザ溶接装置と、本実施形態に係るレーザ溶接装置との焦点位置ずれ量の評価結果を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態に係るレーザ加工機としてのレーザ溶接装置１００の概略構成を正面視で示す説明図である。レーザ溶接装置１００は、例えば、自動車の車体の製造工程で用いられるリモートレーザ装置である。レーザ溶接装置１００は、レーザ光を、例えば、ステージＳＴの上に配置されたワークＷＫに照射してワークＷＫを溶接する。ワークＷＫは、例えば、互いに重ねられた複数の鋼板などである。レーザ溶接装置１００は、レーザ発振器３０と、レーザスキャナ５０と、エア供給ユニット６０と、ハウジング７０と、第一気流発生部６２と、第二気流発生部６４と、を備えている。

【0009】

レーザ発振器３０は、レーザ光を生成し、光ファイバケーブルなどを介してレーザスキャナ５０へと導く。レーザ発振器３０は、例えば、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、エキシマレーザ等のレーザ光を生成することができる。

【0010】

レーザスキャナ５０は、レーザ発振器３０から導かれたレーザ光を出射口５８から出射するレーザ出射部として機能する。レーザスキャナ５０は、スキャナヘッドとも呼ばれることがある。レーザスキャナ５０は、レーザ光学系と、保護ガラス５４と、を備えている。レーザ光学系には、例えばガルバノミラーなどのミラー５２と、図示しないレンズ群とが含まれる。レンズ群には、例えば、レーザ光を平行光にするためのコリメートレンズや、ワークＷＫ上の加工点Ｗ０にレーザ光の焦点を結ぶための集光レンズなどが含まれる。なお、図１には、ミラー５２からワークＷＫまでのレーザ光の光路ＬＺが模式的に示されている。

【0011】

ミラー５２は、例えば、軸周りを回動可能に設けられている。レーザ溶接装置１００は、ミラー５２の回転を操作することにより、レーザスキャナ５０を固定した状態であっても、図１に示す所定の範囲ＬＲでレーザ光を走査することができる。本開示において、ミラー５２からワークＷＫ上の加工点Ｗ０までの距離を、「焦点距離」とも呼ぶ。

【0012】

保護ガラス５４は、レーザスキャナ５０におけるレーザ光の出射口５８に備えられている。保護ガラス５４は、光学系からのレーザ光を透過することができる。保護ガラス５４は、レーザ加工時に、ワークＷＫ上の加工点Ｗ０から飛散してくるスパッタや、ワークＷＫに含まれる金属が昇華したヒュームなどがミラー５２やレンズ群に衝突することを防止している。

【0013】

保護ガラス５４には、スパッタやヒュームなどの異物が付着することがある。保護ガラス５４に異物が付着すると、熱レンズ効果（thermal lens effect）によって、レーザ光の焦点距離が変化することがある。「熱レンズ効果」とは、保護ガラス５４に付着した異物にレーザ光が吸収されて発熱し、保護ガラス５４の熱膨張を引き起こすことによって、保護ガラス５４の屈折率が変化する現象である。この結果、レーザ溶接装置１００は、レーザ光をワークＷＫ上の加工点Ｗ０に適切に集光できなくなることがある。

【0014】

本実施形態では、レーザスキャナ５０は、ロボット４０に連結されている。ロボット４０は、いわゆる多関節アームを有している。多関節アームは、曲げ関節やねじり関節を含む複数の関節で順次接続されている。ロボット４０は、ロボット制御部２０によって制御される。ロボット制御部２０には、例えば、アームの回転角や移動量など、任意の位置にレーザスキャナ５０を移動させるための情報が格納されている。ロボット４０は、ロボット制御部２０からの制御信号に従い、ワークＷＫに対するレーザスキャナ５０の相対的な位置を調節する。ロボット４０は、１個以上の関節を有する任意の機構のアームを有してよい。ただし、レーザスキャナ５０は、必ずしもロボット４０に連結されている必要はなく、例えば、ロボット４０を省略してレーザスキャナ５０を定置型としてもよい。

【0015】

ハウジング７０は、レーザスキャナ５０に取り付けられる略円筒状の金属製の部材である。ハウジング７０は、レーザスキャナ５０の出射口５８近傍に取り付けられている。ハウジング７０は、出射口５８ならびに保護ガラス５４を覆うように配置され、スパッタやヒュームなどの異物が保護ガラス５４に付着することを抑制または防止する。ハウジング７０は、金属には限らず、樹脂製やセラミック製とされてもよい。ハウジング７０は、円筒形状には限らず、断面形状が多角形の角筒形状であってもよく、内部空間をレーザ光が通過可能な任意の筒形状であってもよい。

【0016】

ハウジング７０の内壁は、ハウジング７０の内部空間を規定している。ハウジング７０の内部空間を通過する軸線を、「中心軸ＡＸ」とも呼ぶ。ハウジング７０の内壁は、保護ガラス５４を通過して出射口５８から出射されたレーザ光の光路ＬＺを囲むように設けられる。換言すれば、ハウジング７０は、レーザスキャナ５０から出射されるレーザ光がハウジング７０の内部空間を通過可能な位置となるように、レーザスキャナ５０の出射口５８に取り付けられている。以降の説明において、中心軸ＡＸに沿った方向を「軸方向」とも呼び、軸方向に垂直な平面において中心軸ＡＸ周りにおけるハウジング７０の外縁に沿った方向を「ハウジング７０の周方向」とも呼ぶ。中心軸ＡＸに沿ったハウジング７０の両端のうち、レーザスキャナ５０および保護ガラス５４と面する端部を、第一開口端部７０Ｔとも呼び、第一開口端部７０Ｔとは逆側の端部を、第二開口端部７０Ｂとも呼ぶ。第二開口端部７０Ｂは、加工時にはワークＷＫと面する。

【0017】

本実施形態では、ハウジング７０には、後述するように、気体を流通させるための流路が設けられている。ハウジング７０に供給された気体は、ハウジング７０の所定の位置から吹き出されることによって、図１に示す気流ＡＲ１を発生させる。気流ＡＲ１は、ハウジング７０の内部空間と、第二開口端部７０ＢからワークＷＫに向かう所定の範囲とを含んでいる。ハウジング７０の内部空間に負圧となる領域が存在すると、スパッタやヒューム等の異物を吸い込む要因となり得る。そのため、保護ガラス５４への異物の付着をより効果的に実現するためには、気流ＡＲ１の全体が均一な圧力を有していることが好ましい。なお、図１では、技術の理解を容易にするために気流ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３についてハッチングを付している。

【0018】

第一気流発生部６２は、図１に示す高速高圧の気流ＡＲ２を発生させる。第一気流発生部６２は、エアナイフとも呼ばれることがある。第一気流発生部６２は、ハウジング７０の中心軸ＡＸに交差する向きに略平面状の範囲の気流ＡＲ２を吹き出している。気流ＡＲ２は、レーザ光を走査する範囲ＬＲのいずれにおいてもレーザ光の光路ＬＺに交差する。これにより、レーザ溶接時に加工点Ｗ０からレーザスキャナ５０に向かって飛散するスパッタは、第一気流発生部６２から発生された気流によって押し流される。その結果、スパッタがレーザスキャナ５０に到達することを抑制または防止することができる。気流によって押し流された異物がワークＷＫに衝突することを抑制するために、気流ＡＲ２は、ワークＷＫとは重ならないことが好ましい。

【0019】

本実施形態では、第一気流発生部６２は、図１に距離Ｌ２で示すように、第二開口端部７０Ｂから離間して設けられている。これにより、ハウジング７０の内部空間に発生する気流ＡＲ１が気流ＡＲ２により乱されることを抑制している。本実施形態では、第二開口端部７０Ｂから第一気流発生部６２までの距離Ｌ２は、ハウジング７０の中心軸ＡＸに沿った長さＬ１以上となるように設定されている。なお、第二気流発生部６４は第一気流発生部６２よりもワークＷＫに近い位置に配置されることから、第一気流発生部６２よりもさらに離れた状態で、第二開口端部７０Ｂから離間して設けられている。

【0020】

第二気流発生部６４は、図１に示す高速高圧の気流ＡＲ３を発生させる。第二気流発生部６４は、ワークＷＫ全体を覆うように、第二気流発生部６４を頂点とする略円錐状の範囲の気流ＡＲ３を吹き出している。これにより、レーザ溶接時に発生するワークＷＫから発生するヒュームは、第二気流発生部６４から発生された気流によって押し流される。その結果、ヒュームがレーザスキャナ５０に到達することを抑制または防止することができる。気流ＡＲ２と、気流ＡＲ３とは、各範囲に発生する気流同士が干渉して機能が低下することを抑制する観点から、互いに重ならないことが好ましい。第二気流発生部６４は、第一気流発生部６２よりもワークＷＫに近い位置に配置されている。

【0021】

エア供給ユニット６０は、図示しないエアポンプにより、第一気流発生部６２と、第二気流発生部６４と、ハウジング７０とに対して個別に空気を圧送することができる。なお、エア供給ユニット６０は、例えば、空気に代えて、窒素などの他の気体を用いてもよい。

【0022】

図２および図３を用いてハウジング７０に形成された流路について説明する。図２は、ハウジング７０の内部構成を断面視で示す説明図である。ハウジング７０は、第一気体導入口７４と、第一供給路７２２と、第一吹出部７２０とを備えている。第一気体導入口７４、第一供給路７２２、ならびに第一吹出部７２０は、エア供給ユニット６０から圧送された空気を用いて、ハウジング７０の内部空間ＳＰに気流ＡＲ１を発生させる。

【0023】

第一気体導入口７４は、図１で示したエア供給ユニット６０に接続されている。第一気体導入口７４は、ハウジング７０の外壁面に対して略垂直に設けられている。第一気体導入口７４は、ハウジング７０内の第一供給路７２２に接続されており、エア供給ユニット６０から供給された空気を第一供給路７２２へと導く。

【0024】

本実施形態では、ハウジング７０は、複数の第一気体導入口７４を備えている。複数の第一気体導入口７４により、一つの第一供給路７２２に対して複数の位置から空気を導入している。図２では、第一気体導入口７４は、２つのみ図示されているが、本実施形態では、４つ設けられている。本実施形態では、４つの第一気体導入口７４は、ハウジング７０の外壁面において、中心軸ＡＸ周りに略等間隔となるように配置されている。なお、第一気体導入口７４は、単数とすることもでき、４つに限らず２以上の任意の数で設定されてもよい。

【0025】

第一供給路７２２は、第一気体導入口７４から供給される空気を、第一吹出部７２０へと導く。第一供給路７２２は、ハウジング７０の内部において周方向に沿って全周に亘って形成された一つの帯状の空間である。「ハウジング７０の内部」とは、ハウジングの内壁面と、ハウジング７０の外壁面との間を意味する。第一供給路７２２は、第一気体導入口７４から供給された空気を第一吹出部７２０へと導く間に空気の圧力を分散させる。したがって、例えば、第一吹出部７２０と第一気体導入口７４とが直接接続される場合と比較して、第一供給路７２２などの流路全体の圧力を略均等にすることができる。第一供給路７２２は、ハウジング７０の内部には限らず、例えば、ハウジング７０の外壁面上に設けることもできる。この場合には、第一供給路７２２は、例えば、ホースやパイプなどの管路をハウジング７０の外壁面に取り付けることによって形成することができる。

【0026】

第一吹出部７２０は、第一供給路７２２から導かれてきた空気を、第一開口端部７０Ｔの内側の全周からハウジング７０の中心軸ＡＸに向かって吹き出す。第一吹出部７２０から吹き出される空気により内部空間ＳＰに気流が発生する。本実施形態では、第一吹出部７２０は、第一開口端部７０Ｔの内側の全周に亘って設けられている、いわゆるスリット状の１つの開口である。「第一吹出部７２０が第一開口端部７０Ｔに設けられる」とは、第一吹出部７２０が第一開口端部７０Ｔ近傍に設けられる状態をも含み、例えば、第一吹出部７２０が第一開口端部７０Ｔから離間して備えられる状態をも含む。所定の距離としては、例えば、第一供給路７２２の流路の厚さと、ハウジング７０の厚さとを足し合わせて得られる距離などである。

【0027】

第一吹出部７２０から吹き出された空気は、図２に示す気流ＡＲ１１を発生させる。気流ＡＲ１１の気流は、図１に示した気流ＡＲ１の発生に寄与する。第一吹出部７２０は、１つのスリットには限らず、例えば、複数のスリットであってもよい。また、第一吹出部７２０は、ハウジング７０の内部空間ＳＰに向かって略均等な圧力で吹き出すことができることを前提に、任意の形状にすることができる。例えば、第一吹出部７２０は、スリット状に変えて複数の開口であってよく、この場合には、複数の開口を第一開口端部７０Ｔの周縁部の全体に亘って連続的に配列してもよい。

【0028】

図２に示すように、第一吹出部７２０は、保護ガラス５４に近い上面７２０Ａと、上面７２０Ａに対向する下面７２０Ｂとを含んでいる。上面７２０Ａは、中心軸ＡＸに対する傾斜角を設定することにより、第一吹出部７２０から吹き出される気体の流動方向を調節することができる。本実施形態では、上面７２０Ａは、空気の流動方向が中心軸ＡＸに向かう方向成分と、保護ガラス５４から離れる方向成分とで規定される向きに傾斜している。これにより、気流ＡＲ１１を、第一開口端部７０Ｔから第二開口端部７０Ｂに向かう方向（保護ガラス５４から離れる方向）に傾斜させている。

【0029】

第一吹出部７２０から吹き出される気体の流動方向は、ハウジング７０の中心軸ＡＸ上において第二開口端部７０Ｂから第一吹出部７２０の上面７２０Ａの開口端の位置までの距離（以下、「第一吹出部７２０の高さ」とも呼ぶ。）を１００％としたとき、第一吹出部７２０の高さの８０％の距離となる位置ＰＡから、５０％の距離となる位置ＰＢまでに含まれるいずれかの方向であることが好ましい。気流ＡＲ１１を傾斜させた状態で中心軸ＡＸ上において互いに衝突させるとともに、衝突後の気流を第二開口端部７０Ｂに向かって流動させることにより、ハウジング７０の内部空間ＳＰに局所的な負圧が発生することを抑制している。例えば、第二開口端部７０Ｂから位置ＰＡよりも離れた位置に向けて空気が吹き出される場合には、第一吹出部７２０から吹き出される気流同士が傾斜しない状態で高速高圧の状態で互いに衝突しやすくなる。その結果、ハウジング７０内の気流が乱れる可能性がある。位置ＰＢよりも第二開口端部７０Ｂに近い位置に向けて空気が吹き出される場合には、第一吹出部７２０から吹き出される気流同士が衝突しにくくなり、中心軸ＡＸ上に負圧が発生しやすくなる。この結果、スパッタやヒュームなどの異物が中心軸ＡＸ上の負圧によって保護ガラス５４に向かって吸い上げられる可能性がある。本実施形態では、第一吹出部７２０から吹き出される気体の流動方向は、流体シミュレーションの結果に基づいて内部空間ＳＰでの負圧の発生をより確実に抑制する観点から、第一吹出部７２０の高さの７０％の距離となる位置ＰＴに設定されている。

【0030】

第一吹出部７２０の下面７２８Ｂは、傾斜角の調節により、気流ＡＲ１１の厚みを調節することができる。本実施形態では、中心軸ＡＸ上において第二開口端部７０Ｂと重なる位置に向かう方向に下面７２８Ｂを傾斜させることで、気流ＡＲ１１の厚みが比較的厚くなるように設定されている。例えば、気流ＡＲ１１の厚みは、図２に示す気流ＡＲ１２の厚みよりも厚い。なお、気流ＡＲ１１は、薄く設定されてもよく、例えば、気流ＡＲ１２の厚みと同様の厚さとされてもよい。

【0031】

本実施形態では、ハウジング７０は、さらに、隔壁７２４と、第二気体導入口７６と、第二供給路７２６と、第二吹出部７２８と、を備えている。第二気体導入口７６、第二供給路７２６、ならびに第二吹出部７２８は、隔壁７２４により、第一気体導入口７４、第一供給路７２２、ならびに第一吹出部７２０とは異なる流路として機能する。第二気体導入口７６、第二供給路７２６、ならびに第二吹出部７２８は、エア供給ユニット６０から圧送された空気を用いて、ハウジング７０の第二開口端部７０Ｂからハウジング７０の外部に気流を発生させる。

【0032】

第二気体導入口７６は、エア供給ユニット６０に接続されている。第二気体導入口７６は、ハウジング７０の外壁面に対して略垂直に設けられている。第二気体導入口７６は、ハウジング７０内の第二供給路７２６に接続されており、エア供給ユニット６０から供給された空気を第二供給路７２６へと導く。

【0033】

本実施形態では、ハウジング７０は、複数の第二気体導入口７６を備えている。複数の第二気体導入口７６により、一つの第二供給路７２６に対して複数の位置から空気を導入している。本実施形態では、第一気体導入口７４と同様に、４つの第二気体導入口７６が、ハウジング７０の外壁面において中心軸ＡＸ周りに略等間隔で配置されている。ただし、第二気体導入口７６は、第一気体導入口７４と同数でなくともよく、単数であってもよく、２以上の任意の数であってもよい。

【0034】

第二供給路７２６は、第二気体導入口７６から供給される吸気を、第二吹出部７２８へと導く。本実施形態では、第二供給路７２６は、ハウジング７０の内部において周方向に沿って全周に亘って形成された一つの帯状の空間である。ただし、第二供給路７２６は、ハウジング７０の外壁面上に設けられてもよい。

【0035】

第二吹出部７２８は、第二供給路７２６から導かれてきた空気を、第二開口端部７０Ｂの全周からレーザスキャナ５０とは逆側に向かって吹き出す。本実施形態では、第二吹出部７２８は、第二開口端部７０Ｂの内側の全周に亘って設けられている、いわゆるスリット状の１つの開口である。「第二吹出部７２８が第二開口端部７０Ｂに設けられる」とは、第二吹出部７２８が第二開口端部７０Ｂ近傍に設けられる状態をも含み、第二吹出部７２８が第二開口端部７０Ｂから所定の距離だけ離間して備えられてもよい。所定の距離としては、例えば、第二供給路７２６の流路の厚さと、ハウジング７０の厚さとを足し合わせて得られる距離などである。

【0036】

第二吹出部７２８から吹き出された空気は、図２に示す気流ＡＲ１２を発生させる。気流ＡＲ１２は、気流ＡＲ１１とともに、気流ＡＲ１の気流の発生に寄与する。第二吹出部７２８は、１つのスリットには限らず、例えば、複数のスリットであってもよく、スリット状に変えて複数の開口であってもよい。

【0037】

図２に示すように、第二吹出部７２８は、第二開口端部７０Ｂに至る下面７２８Ｂと、下面７２８Ｂに対向する上面７２８Ａとを含んでいる。上面７２８Ａおよび下面７２８Ｂは、第二開口端部７０Ｂから中心軸ＡＸに向かう方向成分と、第二開口端部７０Ｂからレーザスキャナ５０とは逆側に向かう方向成分とで規定される向きに傾斜している。これにより、気流ＡＲ１２を、第二開口端部７０ＢからワークＷＫに向かう方向に傾斜させている。ただし、これに限らず、第二吹出部７２８は、中心軸ＡＸから離れる方向成分と、第二開口端部７０Ｂからレーザスキャナ５０とは逆側に向かう方向成分とで規定される向きに傾斜していてもよい。

【0038】

本実施形態では、図２に示すように、第二吹出部７２８の開口面積は、比較的小さく設定されている。第二吹出部７２８の開口面積は、例えば、第一吹出部７２０の開口面積よりも小さい。そのため、気流ＡＲ１２の発生範囲の厚みは、気流ＡＲ１１の発生範囲の厚みよりも薄くなり得る。この結果、第二吹出部７２８から吹き出される気流ＡＲ１２は、第一吹出部７２０から吹き出される気流ＡＲ１１よりも高速高圧となり得る。

【0039】

図３は、ハウジング７０内の気体の流動経路を示す説明図である。図３には、説明の便宜のため、ハウジング７０内の第一供給路７２２および第二供給路７２６の構造を図示し、ハウジング７０の外壁部の図示は省略されている。図３に示すように、本実施形態において、第一供給路７２２および第二供給路７２６は、ハウジング７０の周方向に沿って形成された２つの帯状の流路であり、隔壁７２４によって互いに独立して設けられている。

【0040】

図３に示すように、第一供給路７２２には、第一気体導入口７４から第一供給路７２２に導入された空気を分流させるための複数の分流部が形成されている。具体的には、第一供給路７２２は、互いに機能が異なる第一分流部７２１と、第二分流部７２３と、第三分流部７２５と、を備えている。

【0041】

第一分流部７２１は、４つの第一気体導入口７４のそれぞれの近傍に設けられている。第二分流部７２３は、一の第一気体導入口７４Ａと、第一気体導入口７４Ａに隣接する他の第一気体導入口７４Ｂとの間に設けられている。本実施形態では、４つの第一気体導入口７４が等間隔で設けられていることから、第一気体導入口７４それぞれの中間に配置されている。第一分流部７２１および第二分流部７２３は、周方向ＤＲに沿って長尺な形状を有している。

【0042】

方向Ｆ１０で示すように、エア供給ユニット６０から供給される空気は、第一気体導入口７４Ａから第一供給路７２２に導入されて、第一供給路７２２の壁面に衝突する。第一供給路７２２に導入された空気は、第一分流部７２１および隔壁７２４によって分流され、方向Ｆ１２で示すように、周方向ＤＲに沿った両側に流動する。このとき、一部の空気は、方向Ｆ１１で示すように、第一分流部７２１と第二分流部７２３との間に向かって流動する。

【0043】

方向Ｆ１２に沿って流動した空気は、隣接する第一気体導入口７４Ｂから導入された空気と衝突することにより、方向Ｆ１２と交差する方向Ｆ１３へと流動方向が切り替えられる。方向Ｆ１３に流動した空気は、第二分流部７２３によって分流され、方向Ｆ１４で示すように、周方向ＤＲに沿った両側に流動する。方向Ｆ１４に流動した空気は、第一分流部７２１と第二分流部７２３との間を流動して第一吹出部７２０に向かって流動する。

【0044】

第三分流部７２５は、第一供給路７２２において、第一分流部７２１と第二分流部７２３との間の位置、かつ第一供給路７２２と第一吹出部７２０との境界となる位置に設けられている。第三分流部７２５の配置位置は、上述した方向Ｆ１１に流動する空気と、方向Ｆ１４に流動する空気とが互いに衝突し得る予測位置に相当する。本実施形態では、第三分流部７２５は、図３に示すように、当該位置ごとに２つずつ設けられている。ただし、第三分流部７２５の数は、２つずつには限らず１つであってもよく、３以上の任意の数であってもよい。

【0045】

本実施形態では、第三分流部７２５の形状は略三角形状である。底辺が第一吹出部７２０近傍に配置され、頂点が第一吹出部７２０から離れた位置に配置されている。第三分流部７２５の周方向ＤＲでの幅は、第一吹出部７２０に近い位置の方が、第一吹出部７２０から離れた位置よりも大きいことが好ましい。すなわち、第一吹出部７２０に近い位置の幅の方が広く設定されていることが好ましい。第三分流部７２５は略三角形状には限らず、円形、楕円形、多角形、矩形などの任意の形状であってもよい。また、第三分流部７２５は軸方向ＤＸに沿って長尺な形状とされてもよい。

【0046】

第一分流部７２１と第二分流部７２３との間から第一吹出部７２０へと流動する空気は、方向Ｆ１５で示すように、第三分流部７２５によって第三分流部７２５の数に基づく複数の方向に分断される。分断された複数の位置から第一吹出部７２０へと導かれた空気は、方向Ｆ１６で示すように、第一吹出部７２０から吹き出される。このように、第一供給路７２２に導入された空気は、第一分流部７２１、第二分流部７２３、ならびに第三分流部７２５によって分流されるとともに、空気同士での衝突を繰り返しながら第一吹出部７２０へと導かれる。その結果、第一吹出部７２０に導かれた空気は、圧力や流速が第一開口端部７０Ｔの全周に亘って略均一の状態で、第一吹出部７２０からハウジング７０内へと吹き出される。

【0047】

図３に示すように、第二供給路７２６には、第二気体導入口７６から第二供給路７２６に導入された空気を分流させるための複数の分流部が形成されている。具体的には、第二供給路７２６は、互いに機能が異なる第四分流部７２７と、第五分流部７２９と、を備えている。

【0048】

第四分流部７２７および第五分流部７２９は、周方向ＤＲに沿って長尺な形状を有しており、上述した第一分流部７２１および第二分流部７２３と同様な機能を有している。第四分流部７２７は、第一分流部７２１と同様に、４つの第二気体導入口７６のそれぞれの近傍に設けられている。第五分流部７２９は、第二分流部７２３と同様、一の第二気体導入口７６Ａと、第二気体導入口７６Ａに隣接する他の第二気体導入口７６Ｂとの中間に設けられている。

【0049】

方向Ｆ２０で示すように、エア供給ユニット６０から供給される空気は、第二気体導入口７６Ａから第二供給路７２６に導入されて、第二供給路７２６の壁面に衝突する。第二供給路７２６に導入された空気は、第四分流部７２７および隔壁７２４によって分流され、方向Ｆ２２で示すように、周方向ＤＲに沿って両側に流動する。このとき、一部の空気は、方向Ｆ２１で示すように、第四分流部７２７と第五分流部７２９との間に向かって流動する。

【0050】

方向Ｆ２２に沿って流動した空気は、隣接する第二気体導入口７６Ｂから導入された空気と衝突することにより、方向Ｆ２２と交差する方向Ｆ２３へと流動方向が切り替えられる。方向Ｆ２３に流動した空気は、第五分流部７２９によって分流され、方向Ｆ２４で示すように、周方向ＤＲに沿った両側に分流され、第四分流部７２７と第五分流部７２９との間を流動して第二吹出部７２８に向かって流動する。このように、第二供給路７２６に導入された空気は、第四分流部７２７および第五分流部７２９によって分流され、空気同士での衝突を繰り返しながら第二吹出部７２８へと導かれる。その結果、第二吹出部７２８に導かれた空気は、方向Ｆ２６で示すように、圧力や流速が第二開口端部７０Ｂの全周に亘って略均一の状態で、第二吹出部７２８からハウジング７０の外部へと吹き出される。

【0051】

図４は、本実施形態のレーザ溶接装置１００を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第一の説明図である。「流体シミュレーション」とは、例えば、コンピュータを用いた数値流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）を利用した流体解析である。図４には、レーザ溶接装置１００におけるハウジング７０の断面視でのシミュレーション結果が示されている。シミュレーション結果では、流体の速度（単位は、例えば、ｍ／ｓ）の分布が色の違いによって２０段階で示されている。例えば、流速が遅い箇所は青色で示され、それよりも流速が早い箇所は緑色で示され、最も流速が早い箇所は赤色で示されている。図４では、説明の便宜のため、最も流速が早い箇所ならびに最速から５段階目の速さまでの箇所が実線で囲むことによって図示されている。なお、本開示におけるそれぞれのシミュレーション結果は、第二気流発生部６４がオフの状態で行った結果である。図４に示すように、シミュレーション結果によれば、流速が早い領域は、上述した気流ＡＲ１１と、気流ＡＲ１２と、気流ＡＲ２とのそれぞれの形状と略一致していることが理解できる。

【0052】

図５は、本実施形態のレーザ溶接装置１００を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第二の説明図である。図５では、ハウジング７０の上面視でのシミュレーション結果が示されている。具体的には、第一吹出部７２０を含む位置を中心軸ＡＸに沿って見た場合の流体の流速のシミュレーション結果が示されている。シミュレーション結果での流速の表示方法は、図４と同様であるので説明を省略する。図５では、図４と同様に、説明の便宜のため、最も流速が早い箇所ならびに最速から５段階目の速さまでの箇所が実線で囲むことによって図示されている。

【0053】

図５に示すように、流速が早い領域は、第一吹出部７２０からハウジング７０の内部空間ＳＰに吹き出された方向Ｆ１６に流動する気流によって発生する。シミュレーション結果によれば、流速が早い領域は、内部空間ＳＰの周縁部の全体に亘って略均一な大きさであり、気流ＡＲ１１が第一吹出部７２０から内部空間ＳＰへの気流が略均一の圧力および流速で吹き出されていることが分かる。

【0054】

図４および図５で示したシミュレーション結果によれば、以下のことが理解できる。
（１）図４に示すように、ハウジング７０の内部空間ＳＰは、流速が早い気流ＡＲ１２により覆われている。これにより、スパッタやヒュームなどの異物がハウジング７０の内部空間ＳＰに進入することを抑制または防止することができる。
（２）図４および図５に示すように、ハウジング７０の内部空間ＳＰにおいて、略均一の圧力および流速の気流ＡＲ１１により保護ガラス５４の全体が覆われている。これにより、スパッタやヒュームなどの異物がハウジング７０の内部空間ＳＰに進入した場合であっても保護ガラス５４に衝突することを抑制または防止することができる。
（３）図４に示すように、気流ＡＲ１１および気流ＡＲ１２は、中心軸ＡＸに対して略線対称の形状を有しており、流速の分布が一様な安定した気流を発生させている。
（４）第一気流発生部６２から吹き出される気流ＡＲ２が気流ＡＲ１１や、気流ＡＲ１２のうちハウジング７０近傍の気流を乱すことを抑制できている。

【0055】

図６は、本実施形態のレーザ溶接装置１００を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第三の説明図である。図６には、レーザ溶接装置１００におけるハウジング７０の断面視でのシミュレーション結果が示されている。シミュレーション結果では、圧力（単位は、例えば「Ｐａ」）の分布が色の違いによって２０段階で示されている。例えば、圧力が大気圧と等しい箇所は緑色で示され、大気圧よりも圧力が高い箇所、すなわち正圧の箇所は、赤色で示され、負圧の箇所は、青色で示されている。図６に示すシミュレーション結果では、ハウジング７０の内部空間ＳＰおよびハウジング７０の近傍において略全域が緑色を示し、正圧の領域と負圧の領域とがほぼ無く、気圧がハウジング７０の内部空間ＳＰおよびその近傍において安定していることを確認できた。

【0056】

図７から図１０を用いて、比較例としてのハウジング２００の流体シミュレーションの結果について説明する。図７は、比較例としてのハウジング２００の内部構成を断面視で示す説明図である。ハウジング２００は、本実施形態のレーザ溶接装置１００が備えるハウジング７０とは、吹出部の構成が異なる点において相違し、その他の構成は、ハウジング７０と同様である。

【0057】

ハウジング２００は、第一供給路２２２と、複数の第一吹出部２２０と、隔壁２２４と、第二供給路２２６と、第二吹出部２２８と、複数の第三吹出部２２３とを備えている。第一供給路２２２および第二供給路２２６は、ハウジング２００の内部において周方向に沿って形成された帯状の空間であり、エア供給ユニット６０からの空気が導入される。第一供給路２２２と、第二供給路２２６とは、隔壁２２４によって互いに区分されている。第一供給路２２２には、第一気体導入口７４と同様に構成された後述する４つの第一気体導入口２３０が接続され、第二供給路２２６には、第二気体導入口７６と同様に構成された図示しない４つの第二気体導入口が接続されている。なお、第一供給路２２２および第二供給路２２６には、分流部は形成されていない。

【0058】

第一吹出部２２０は、第一供給路２２２と連通し、第一供給路２２２に供給された空気をハウジング２００の内部空間に向かって吹き出す。第一吹出部２２０は、第一吹出部７２０とは異なり、第一開口端部２００Ｔから離間した位置に配置されている。また第一吹出部２２０を構成する上面および下面は傾斜されていない。第三吹出部２２３は、第二供給路２２６と連通し、第二供給路２２６に供給された空気を内部空間に向かって吹き出す。第一吹出部２２０および第三吹出部２２３を規定する上面および下面は傾斜していない。第一吹出部２２０および第三吹出部２２３は、それぞれ周方向に沿って長尺な形状を有している。第二吹出部２２８は、第二開口端部２００Ｂの周縁部の全体に亘って設けられている、いわゆるスリット状の１つの開口である。第二吹出部２２８は、第二開口端部２００Ｂからハウジング２００の外部に向かって気体を吹き出す。

【0059】

図８は、比較例としてのハウジング２００を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す説明図である。図８には、第一吹出部２２０を含む位置、具体的には、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置を中心軸ＡＸ２に沿って見た場合における流体の流速のシミュレーション結果が示されている。シミュレーション結果での流速の表示方法は、図４と同様であるので説明を省略する。図８では、図４と同様に、説明の便宜のため、最も流速が早い箇所ならびに最速から５段階目の速さまでの箇所が実線で囲むことによって図示されている。図８に示すように、ハウジング２００の内部空間には、流速が早い気流ＳＲ１が発生していることが分かる。

【0060】

図８に方向Ｆ１１０で示すように、第一気体導入口２３０Ａから導入された空気は、第一供給路２２２の壁面に衝突し、例えば、第一供給路２２２の壁面に沿って方向Ｆ１２０に向かって流動する。このとき方向Ｆ１２０に流動する空気は、第一気体導入口２３０Ａ近傍の第一吹出部２２０Ａに到達するものの、第一吹出部２２０Ａから噴出されず、方向Ｆ１２０に沿って継続して流動している。方向Ｆ１２０に沿って流動する空気は、隣接する他の第一気体導入口２３０Ｂから導入されて、方向Ｆ１２０に流動しつつ第一吹出部２２０Ｂを通過する空気と、第一気体導入口２３０Ａ，２３０Ｂの互いの中間となる位置の第一吹出部２２０Ｔ近傍で衝突する。この結果、空気の流動方向は方向Ｆ１３０に切り替えられ、空気は第一吹出部２２０Ｔから吹き出す気流ＳＲ１となる。なお、第二供給路２２６および第三吹出部２２３でも同様なシミュレーション結果を示した。

【0061】

図９は、比較例としてのハウジング２００を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第二の説明図である。図９には、ハウジング２００の断面視でのシミュレーション結果が示されている。シミュレーション結果での流速の表示方法は、図４と同様であるので説明を省略する。図９では、説明の便宜のため、最も流速が早い箇所ならびに最速から５段階目の速さまでの箇所が実線で囲むことによって図示されている。

【0062】

図９に示すシミュレーション結果によれば、以下のことが理解できる。
（１）第一吹出部２２０から吹き出す気流ＳＲ１と、第三吹出部２２３から吹き出す気流ＳＲ２の気流とが発生している。気流ＳＲ１および気流ＳＲ２は、保護ガラス５４を覆うことができていない。
（２）第二吹出部２２８から吹き出される気流ＳＲ３の流速は気流ＳＲ１および気流ＳＲ２よりも小さい。

【0063】

図１０は、比較例としてのハウジング２００を用いて流体シミュレーションを行った結果を示す第三の説明図である。図１０には、ハウジング２００の断面視での圧力分布が示されている。シミュレーション結果における圧力分布の表示方法は、図６と同様であるので説明を省略する。

【0064】

図１０に示すように、シミュレーション結果によれば、ハウジング２００の内部空間には、正圧を示す範囲ＰＰ１，ＰＰ２と、負圧を示す範囲ＰＮ１，ＰＮ２と、が存在することを確認できた。範囲ＰＰ１の正圧は、第一吹出部２２０および第三吹出部２２３から吹き出される気流ＳＲ１，ＳＲ２によって発生している。範囲ＰＰ２の正圧と、範囲ＰＮ１，ＰＮ２の負圧とは、図８で示したようにハウジング２００の内部空間で不均一に発生する気流ＳＲ１，ＳＲ２に起因して発生したと推測される。図１０に示す範囲ＰＮ１，ＰＮ２のように、ハウジング２００の内部空間に発生した負圧は、スパッタやヒュームなどの異物を吸い込み、保護ガラス５４へと異物を衝突させる要因となり得る。また、図９で示したように、気流ＳＲ３の流速が小さいことから、異物がハウジング２００の内部空間に進入することを抑制または防止することが難しい。

【0065】

図１１は、比較例としてのハウジング２００を備えたレーザ溶接装置と、本実施形態に係るレーザ溶接装置１００との焦点位置ずれ量の評価結果を示す説明図である。図１１に示すグラフにおいて、縦軸は焦点位置ずれ量（単位：ｍｍ）を示し、横軸はレーザ溶接装置の稼働日数を示している。図１１に示すグラフＧＲは、比較例としてのハウジング２００を備えるレーザ溶接装置による評価結果を示し、グラフＧ１は、本実施形態のレーザ溶接装置１００による評価結果を示している。焦点距離のずれは、上述したように、熱レンズ効果により発生し得る。すなわち、保護ガラス５４に対する異物の付着量が多いほど焦点距離のずれ量は大きくなり得る。

【0066】

焦点位置のずれ量は、例えば、レーザ光のワークＷＫからの反射光の強度を測定することで導出することができる。具体的には、測定の開始位置として予め定められた焦点距離でワークＷＫにレーザ光を照射して反射光の強度を測定するとともに、焦点距離を所定の間隔でずらしながらワークＷＫからの反射光の強度を測定する。反射光の強度がピークになる位置が現在の焦点距離を示す。そのため、検出したピーク強度が得られた焦点距離と、予め定められた基準位置とのずれ量との差分を求めることにより、焦点位置のずれ量を算出することができる。

【0067】

図１１に示す閾値ＴＲは、レーザ溶接装置１００に要求される焦点位置ずれ量の許容上限値である。焦点位置ずれ量が閾値ＴＲ以上となると保護ガラス５４の交換が必要になる。グラフＧＲで示すように、比較例としてのハウジング２００では、稼働日数に対する焦点位置のずれ量の増加の傾きが大きい。これは、保護ガラス５４に異物が付着する速度が速いことを意味する。ハウジング２００では、稼働日数が４日に到達した時点で焦点位置のずれ量が閾値ＴＲを超えている。これに対して、本実施形態のレーザ溶接装置１００では、グラフＧ１で示すように、稼働日数が１０日に到達した時点で焦点距離のずれ量が閾値ＴＲを超えている。すなわち、図１１に示す実験結果によれば、本実施形態のレーザ溶接装置１００は、比較例としてのハウジング２００を備える場合と比較して、スパッタやヒュームなどの異物が保護ガラス５４に付着する速度を低減できていることが分かる。具体的には、本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、比較例としてのハウジング２００を備える場合と比較して、保護ガラス５４の交換頻度を２．５分の１にまで下げられることが分かる。

【0068】

以上、説明したように、本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０は、第一開口端部７０Ｔの内側の全周に亘って設けられ、ハウジング７０の中心軸ＡＸに向かって空気を吹き出すための第一吹出部７２０を備えている。第一吹出部７２０を介して第一開口端部７０Ｔの内側の全周からハウジング７０の内部空間ＳＰに向かって空気が吹き出される。したがって、ハウジング７０の内部空間ＳＰにおいて保護ガラス５４を覆う気流を発生させることができ、スパッタやヒュームなどの異物がハウジング７０の内部空間ＳＰに進入した場合であっても保護ガラス５４への衝突を抑制または防止できる。内部空間ＳＰの周縁部の全体に亘って略均一な流速の気流を発生させることができる。この結果、ハウジング７０の内部空間ＳＰにおいて気圧を安定させることができ、内部空間ＳＰに異物が導かれることを抑制または防止することができる。

【0069】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０の内部の全周に亘って設けられ、空気を第一吹出部７２０へと供給するための第一供給路７２２を備える。したがって、ハウジング７０を利用して効率良く第一吹出部７２０に空気を導くための流路を設けることができる。

【0070】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０は、さらに、ハウジング７０における複数の位置から第一供給路７２２に空気を導入するための４つの第一気体導入口７４を備える。第一供給路７２２に対して複数の位置から空気を導入することにより、単数の第一気体導入口７４から第一供給路７２２に空気が導入される場合に比べて、第一供給路７２２の圧力ばらつきを抑制することができる。

【0071】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第一供給路７２２は、空気を分流させるための複数の分流部を備えている。したがって、ハウジング７０の内部に、溝状の流路や管路を設ける場合と比較して簡易な構造により、空気を所望の方向に導くことができる。

【0072】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第一供給路７２２には、複数の第一気体導入口７４のそれぞれの近傍に設けられる第一分流部７２１と、複数の第一気体導入口７４のうち一の第一気体導入口７４Ａと、第一気体導入口７４Ａに隣接する他の第一気体導入口７４Ｂとの間に設けられる第二分流部７２３とが設けられている。第一分流部７２１は、複数の第一気体導入口７４から導入される気体をハウジング７０の周方向ＤＲに向かって流動させる。したがって、第一気体導入口７４から第一供給路７２２に導入された空気を、周方向ＤＲに向かって流動させることができる。周方向ＤＲに向かって流動する空気は、隣接する第一気体導入口７４Ａ，７４Ｂから導入される空気同士で衝突させることができ、第二分流部７２３によって拡散できる。したがって、本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、例えば、第一分流部７２１および第二分流部７２３が備えられない場合と比較して、第一供給路７２２を流動する空気の圧力や流速を分散させて均一化することができる。

【0073】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第一供給路７２２は、さらに、第一分流部７２１と第二分流部７２３との間かつ第一供給路７２２と第一吹出部７２０との境界に設けられる第三分流部７２５を備えている。隣接する第一気体導入口７４Ａ，７４Ｂから導入される空気同士が衝突し第二分流部７２３によって拡散された空気を、さらに分散させたうえで第一吹出部７２０へと送り込むことができる。したがって、第三分流部７２５を備えない場合と比較して、第一吹出部７２０から吹き出される空気の圧力や流速を、第一開口端部７０Ｔの周縁部全体で均一化することができる。

【0074】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第一吹出部７２０は、ハウジング７０の中心軸ＡＸにおいて第二開口端部７０Ｂから第一吹出部７２０までの距離の５０％以上８０％以下のいずれかの位置に向かって気体を吹き出すように傾斜されている。したがって、第一吹出部７２０から吹き出される気流を傾斜させた状態で中心軸ＡＸ上において互いに衝突させるとともに、衝突後の気流を第二開口端部７０Ｂに向かって流動させることができる。したがって、ハウジング７０の内部空間ＳＰに局所的な負圧が発生することを抑制することができる。

【0075】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第一吹出部７２０は、ハウジング７０の中心軸ＡＸにおいて第二開口端部７０Ｂから第一吹出部７２０までの距離の７０％の位置ＰＴに向かって気体を吹き出すように傾斜されている。したがって、ハウジング７０の内部空間ＳＰに局所的な負圧が発生することをより確実に抑制することができる。

【0076】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０は、さらに、第二開口端部７０Ｂの全周に亘って設けられ、第二開口端部７０Ｂから中心軸ＡＸに向かう方向成分および第二開口端部７０Ｂからレーザスキャナ５０とは逆側に向かう方向成分で規定される方向Ｆ１０に向かって気体を吹き出すための第二吹出部７２８を備えている。第二吹出部７２８から吹き出される空気により、ハウジング７０の内部空間ＳＰを覆うことができ、スパッタやヒュームなどの異物がハウジング７０の内部空間ＳＰに進入することを抑制または防止することができる。また、第二開口端部７０Ｂの周縁部の全体から略均一な流速の気流を発生させることができる。この結果、ハウジング７０の内部空間ＳＰ近傍の気圧を安定させ、ハウジング７０の内部空間ＳＰの気流が乱されることを抑制することができる。

【0077】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０は、さらに、ハウジング７０の内部の全周に亘って設けられ、空気を第二吹出部７２８へと供給するための第二供給路７２６を備えている。したがって、ハウジング７０を利用して効率良く第二吹出部７２８に空気を導くための流路を設けることができる。

【0078】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０は、さらに、ハウジング７０における複数の位置から第二供給路７２６に気体を導入するための４つの第二気体導入口７６を備えている。第二供給路７２６に対して複数の位置から空気を導入することにより、単数の第二気体導入口から第二供給路７２６に空気が導入される場合に比べて、第二供給路７２６の圧力ばらつきを抑制することができる。

【0079】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第二供給路７２６は、複数の第二気体導入口７６のそれぞれの近傍に設けられ、複数の第二気体導入口７６から導入される気体をハウジング７０の周方向ＤＲに向かって流動させるための第四分流部７２７と、複数の第二気体導入口７６のうち一の第二気体導入口７６Ａと、第二気体導入口７６Ａに隣接する他の第二気体導入口７６Ｂとの間に設けられる第五分流部７２９と、を備えている。第四分流部７２７により、第二気体導入口７６から第二供給路７２６に導入された空気を、周方向ＤＲに向かって流動させることができる。また、周方向ＤＲに向かって流動する空気同士を衝突させて、第五分流部７２９によって拡散することができる。したがって、本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第四分流部７２７および第五分流部７２９が備えられない場合と比較して、第二供給路７２６を流動する空気の圧力や流速を安定させることができる。

【0080】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第二吹出部７２８の開口面積は、第一吹出部７２０の開口面積よりも小さい。第二吹出部７２８から吹き出される気流を、第一吹出部７２０から吹き出される気流よりも高速高圧とすることで、ハウジング７０の内部空間ＳＰを高速高圧の気流ＡＲ１２の気流で覆うことができる。これにより、スパッタやヒュームなどの異物がハウジング７０の内部空間ＳＰに進入することをより確実に抑制または防止することができる。

【0081】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、ハウジング７０の第二開口端部７０Ｂから離間して設けられ、レーザ光の光路ＬＺに交差する向きに気流を発生させる第一気流発生部６２を備えている。ワークＷＫの加工点Ｗ０から飛散するスパッタを第一気流発生部６２からの気流によって押し流すことができ、スパッタがレーザスキャナ５０に到達することを抑制または防止することができる。

【0082】

本実施形態のレーザ溶接装置１００によれば、第一気流発生部６２は、ハウジング７０の中心軸ＡＸに沿った長さＬ１以上の距離Ｌ２だけハウジング７０の第二開口端部７０Ｂから離間させて設けられている。これにより、ハウジング７０の内部空間ＳＰに発生させた気流が第一気流発生部６２から吹き出される気流により乱されることを抑制することができる。

【0083】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態では、レーザ加工機の一例としてレーザ溶接装置１００を用いて説明した。これに対して、レーザ加工機は、レーザ溶接装置１００には限らず、レーザによる切断、穴開け、マーキングなどの種々の用途のレーザ加工機であってよい。

【0084】

（Ｂ２）上記実施形態では、ハウジング７０と、レーザスキャナ５０とが別体である例を示した。これに対して、ハウジング７０とレーザスキャナ５０とが、例えば、一つの筐体として一体的に形成されていてもよい。この場合において、ハウジング７０の第一開口端部７０Ｔは、例えば、保護ガラス５４と、ハウジング７０の内部空間ＳＰとの境界とすることができる。

【0085】

（Ｂ３）上記実施形態では、ハウジング７０は、第一気体導入口７４と、第一供給路７２２と、第一吹出部７２０とともに、第二気体導入口７６、第二供給路７２６、ならびに第二吹出部７２８を備える例が示されている。これに対して、例えば、第一気体導入口７４と、第一供給路７２２と、第一吹出部７２０とによって保護ガラス５４への異物の付着を充分に抑制できるような場合には、第二気体導入口７６、第二供給路７２６、ならびに第二吹出部７２８は省略することもできる。

【0086】

（Ｂ４）上記第１実施形態では、第一供給路７２２および第二供給路７２６には、複数の分流部が形成されている例を示した。これに対して、第一供給路７２２および第二供給路７２６には分流部が備えられなくてもよい。また、第一供給路７２２および第二供給路７２６が上述した空気の流動経路に沿った溝状で形成されてもよい。このように構成されたレーザ溶接装置１００によれば、第一供給路７２２および第二供給路７２６に供給された気体を、第一吹出部７２０の所望の位置に導くことが容易となる。

【0087】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0088】

２０…ロボット制御部、３０…レーザ発振器、４０…ロボット、５０…レーザスキャナ、５２…ミラー、５４…保護ガラス、５８…出射口、６０…エア供給ユニット、６２…第一気流発生部、６４…第二気流発生部、７０…ハウジング、７０Ｂ…第二開口端部、７０Ｔ…第一開口端部、７４，７４Ａ，７４Ｂ…第一気体導入口、７６，７６Ａ，７６Ｂ…第二気体導入口、１００…レーザ溶接装置、２００…ハウジング、２００Ｂ…第二開口端部、２００Ｔ…第一開口端部、２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｔ…第一吹出部、２２２…第一供給路、２２３…第三吹出部、２２４…隔壁、２２６…第二供給路、２２８…第二吹出部、２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ…第一気体導入口、７２０…第一吹出部、７２０Ａ…上面、７２０Ｂ…下面、７２１…第一分流部、７２２…第一供給路、７２３…第二分流部、７２４…隔壁、７２５…第三分流部、７２６…第二供給路、７２７…第四分流部、７２８…第二吹出部、７２８Ａ…上面、７２８Ｂ…下面、７２９…第五分流部、ＡＲ１，ＡＲ１１，ＡＲ１２，ＡＲ２，ＡＲ３…気流、ＡＸ，ＡＸ２…中心軸、ＤＲ…周方向、ＤＸ…軸方向、ＬＺ…光路、ＳＰ…内部空間、ＳＲ１～ＳＲ３…気流、ＳＴ…ステージ、Ｗ０…加工点、ＷＫ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】