JP6852031B2

JP6852031B2 - 溶接装置及びノズル装置

Info

Publication number: JP6852031B2
Application number: JP2018180145A
Authority: JP
Inventors: 貴洋寺田; 靖明甚目; 井手　秀樹; 秀樹井手
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: US20200094342A1; JP2020049505A; US11298772B2

Description

本発明の実施形態は、溶接装置及びノズル装置に関する。

対象物にレーザ光を照射し、当該対象物を溶接する溶接装置が知られる。当該溶接装置は、レーザ光の照射位置における酸化を抑制するため、照射位置にシールドガスを供給するノズルを有する。

特開２０１７−１２７８９３号公報

レーザ光が照射されることで、照射位置から金属ヒュームが発生する。ノズルは照射位置の近傍に位置するため、金属ヒュームがノズルの表面に付着して凝固する虞がある。凝固した金属粒子が対象物へ剥落すると、溶接歩留まりが低下してしまう。

一つの実施形態に係る溶接装置は、照射装置と、ノズルとを備える。前記照射装置は、エネルギー線を対象物の表面に照射可能である。前記ノズルは、シールドガスが流れる第１の流路と、前記第１の流路から隔てられるとともにガスが流れる第２の流路と、が設けられ、前記表面における前記エネルギー線の照射位置から離間し、前記表面に沿う方向であって前記照射位置に向かう照射側方向へ前記対象物に対して相対的に移動可能であり、前記照射位置に前記シールドガスを供給可能である。前記ノズルは、前記表面に向く端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記照射側方向に位置する外面と、を有する。前記端部に、前記第１の流路に連通するとともに前記シールドガスを前記表面に向かって吐出可能な第１の開口が設けられる。前記外面に、前記第２の流路に連通するとともに、前記外面から前記照射側方向に離れる方向に前記ガスを吐出可能な第２の開口が設けられる。

図１は、第１の実施形態に係る溶接装置を概略的に示す例示的な断面図である。図２は、第１の実施形態のノズルを概略的に示す例示的な斜視図である。図３は、第１の実施形態のノズル及びマニホールドを概略的に示す例示的な断面図である。図４は、第２の実施形態に係るノズル及びマニホールドを概略的に示す例示的な断面図である。図５は、第３の実施形態に係るノズルを概略的に示す例示的な断面図である。

（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素及びその説明は、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称で特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によって説明され得る。

図１は、第１の実施形態に係る溶接装置１を概略的に示す例示的な断面図である。本実施形態における溶接装置１は、レーザビーム溶接により、対象物２を溶接する。なお、溶接装置１は、この例に限られず、例えば、レーザビーム溶接とアーク溶接とを組み合わせて対象物２を溶接しても良い。

本実施形態において、対象物２は、金属製の部材であり、略平坦な表面２ａを有する。溶接装置１は、表面２ａにレーザ光Ｌを照射することで、対象物２を溶接する。レーザ光Ｌは、エネルギー線の一例である。なお、対象物２は、上記の例に限られず、例えば曲面状の表面２ａを有しても良い。

図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸及びＹ軸は、表面２ａに沿う。Ｚ軸は、表面２ａと直交する。

以下の説明では、Ｚ軸の正方向（Ｚ軸の矢印が示す方向）が鉛直上方であり、Ｚ軸の負方向（Ｚ軸の矢印の反対方向）が鉛直下方であるものとする。なお、溶接装置１及び対象物２の位置及び方向は、以下の説明に限定されない。

溶接装置１は、光学装置１１と、ガス供給装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、吸引装置１４と、移動装置１５とを有する。光学装置１１は、照射装置の一例である。ガス供給装置１２は、ノズル装置の一例である。なお、溶接装置１は、ワイヤ供給装置１３を省略されても良い。

光学装置１１は、対象物２の上方に位置し、レーザ光Ｌを対象物２の表面２ａに照射する。光学装置１１は、例えば、ＣＷレーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅｌａｓｅｒ）であり、発振素子の発振によりレーザ光Ｌを出射する。なお、光学装置１１は、パルスレーザであっても良い。また、光学装置１１は、例えば、表面２ａにおけるレーザ光Ｌの照射位置Ｐを移動（走査）可能なガルバノスキャナをさらに有しても良い。

ガス供給装置１２は、ノズル２１を有する。ノズル２１は、例えば、部材とも称され得る。また、ノズル２１は、単体でノズル装置の一例たり得る。ノズル２１は、表面２ａから上方に離間するとともに、照射位置ＰからＸ軸の負方向（Ｘ軸の矢印の反対方向）に離間する。なお、ノズル２１の一部が、照射位置Ｐの上方に位置しても良い。

ガス供給装置１２は、ノズル２１から、吐出方向ＤｅにシールドガスＧ１を吐出する。吐出方向Ｄｅは、第１の方向の一例である。シールドガスＧ１は、シールドガス及び第１のガスの一例である。シールドガスＧ１は、窒素、アルゴン、又はヘリウムのような不活性ガスである。

本実施形態において、吐出方向Ｄｅは、Ｘ軸の正方向（Ｘ軸の矢印が示す方向）とＺ軸の負方向との間の方向（斜め下方向）である。なお、吐出方向Ｄｅは、この例に限られず、例えばＺ軸の負方向であっても良い。

吐出方向Ｄｅは、表面２ａに向く方向でもある。このため、ノズル２１から吐出されたシールドガスＧ１は、表面２ａに衝突するとともに、表面２ａに沿って広がり、照射位置Ｐに到達する。このように、ノズル２１は、照射位置ＰにシールドガスＧ１を供給する。なお、吐出方向Ｄｅは、ノズル２１から照射位置Ｐに向かう方向であっても良い。

ワイヤ供給装置１３は、照射位置ＰからＸ軸の正方向に離間する。このため、照射位置Ｐは、Ｘ軸方向において、ノズル２１とワイヤ供給装置１３との間に位置する。ワイヤ供給装置１３は、ワイヤＷを照射位置Ｐに供給する。ワイヤＷは、例えば、溶接棒、溶加材、又は電極とも称され得る。

吸引装置１４は、照射位置ＰからＸ軸の正方向に離間するとともに、ワイヤ供給装置１３の上方に位置する。このため、照射位置Ｐは、Ｘ軸方向において、ノズル２１と吸引装置１４との間に位置する。吸引装置１４は、例えば、シールドガスＧ１のような気体を吸引する。

移動装置１５は、例えば、対象物２を支持する。移動装置１５は、対象物２を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。これにより、光学装置１１、ガス供給装置１２、ワイヤ供給装置１３、及び吸引装置１４は、対象物２に対して相対的に移動する。なお、移動装置１５は、光学装置１１、ガス供給装置１２、ワイヤ供給装置１３、及び吸引装置１４を移動させても良い。

移動装置１５は、光学装置１１、ガス供給装置１２、ワイヤ供給装置１３、及び吸引装置１４を、進行方向Ｄａへ対象物２に対して相対的に移動させる。進行方向Ｄａは、照射側方向及び第２の方向の一例であり、走査方向とも称され得る。なお、移動装置１５は、光学装置１１、ガス供給装置１２、ワイヤ供給装置１３、及び吸引装置１４を、進行方向Ｄａの反対方向や、Ｙ軸方向のような他の方向にも移動させることができる。

本実施形態において、進行方向Ｄａは、Ｘ軸の正方向である。すなわち、進行方向Ｄａは、対象物２の表面２ａに沿う方向であって、ノズル２１から照射位置Ｐに向かう方向である。このため、ノズル２１は、レーザ光Ｌによって溶融した部分に向かって、対象物２に対して相対的に移動する。また、進行方向Ｄａは、吐出方向Ｄｅと交差する方向である。なお、光学装置１１、ガス供給装置１２、ワイヤ供給装置１３、及び吸引装置１４が、進行方向Ｄａの反対方向へ対象物２に対して相対的に移動しても、溶接は可能である。

ガス供給装置１２は、網部材２２と、マニホールド２３と、第１の調整装置２４と、第２の調整装置２５とをさらに有する。なお、ガス供給装置１２は、第１の調整装置２４又は第２の調整装置２５が省略されても良い。

図２は、第１の実施形態のノズル２１を概略的に示す例示的な斜視図である。ノズル２１は、例えば、金属により一体に形成される。ノズル２１は、例えば、３Ｄプリンタのような積層造形装置により製造されることで、容易に作られ得る。なお、ノズル２１は、組み合わされた複数の部材によって形成されても良い。

図３は、第１の実施形態のノズル２１及びマニホールド２３を概略的に示す例示的な断面図である。図２及び図３に示すように、ノズル２１は、大よそ吐出方向Ｄｅに延びる。ノズル２１は、第１の端面３１と、第２の端面３２と、前面３３と、後面３４と、二つの側面３５と、フランジ３６とを有する。第１の端面３１は、端部の一例である。前面３３は、外面の一例である。前面３３、後面３４、及び側面３５の名称は、進行方向Ｄａを基準として便宜上付されるものであり、前面３３、後面３４、及び側面３５の位置及び向きを限定するものではない。

第１の端面３１、第２の端面３２、前面３３、後面３４、及び側面３５は、ノズル２１の外部に露出された、ノズル２１の外面である。なお、第１の端面３１、第２の端面３２、前面３３、後面３４、及び側面３５の少なくとも一部が、他の部材に覆われても良い。

図１に示すように、第１の端面３１は、吐出方向Ｄｅにおけるノズル２１の端部である。また、第１の端面３１は、Ｚ軸の負方向におけるノズル２１の端部でもある。第１の端面３１は、Ｘ−Ｙ平面に広がり、Ｚ軸の負方向に向く略平坦な面である。このため、第１の端面３１は、対象物２の表面２ａと略平行な面である。第１の端面３１は、間隔を介して表面２ａに向く。第２の端面３２は、第１の端面３１の反対側に位置する。

前面３３、後面３４、及び側面３５はそれぞれ、第１の端面３１と、第２の端面３２との間に設けられる。前面３３、後面３４、及び側面３５の一方の端部は、第１の端面３１に接続される。言い換えると、前面３３、後面３４、及び側面３５は、第１の端面３１から、第２の端面３２に向かって延びる。

前面３３は、Ｘ軸方向において、Ｘ軸の正方向に向く。別の表現によれば、前面３３が向く方向の単位ベクトルは、Ｘ軸の正方向の成分を含む。また、前面３３の少なくとも一部は、第１の端面３１、第２の端面３２、後面３４、及び側面３５に対してＸ軸の正方向に位置する。

図３に示すように、前面３３は、曲面３３ａと、平面３３ｂとを有する。曲面３３ａは、第１の端面３１に接続され、平面３３ｂよりも第１の端面３１に近い、略円弧状の曲面である。曲面３３ａは、Ｘ軸の正方向とＺ軸の負方向との間の方向（斜め下方向）に向く部分と、Ｘ軸の正方向に向く部分と、Ｘ軸の正方向とＺ軸の正方向との間の方向（斜め上方向）に向く部分と、を有する。平面３３ｂは、曲面３３ａから第２の端面３２に向かって延び、斜め上方向に向く、略平坦な面である。なお、前面３３は、この例に限られない。

後面３４は、前面３３の反対側に位置する。後面３４は、Ｘ軸方向において、Ｘ軸の負方向に向く。図２に示すように、側面３５は、Ｙ軸方向に向く。フランジ３６は、側面３５からＹ軸方向に突出する。フランジ３６は、例えばネジによって、マニホールド２３に取り付けられる。

図３に示すように、ノズル２１に、第１の流路４１と、第１の流入口４２と、第１の流出口４３と、第２の流路４４と、第２の流入口４５と、第２の流出口４６とが設けられる。第１の流出口４３は、第１の開口の一例である。第２の流出口４６は、第２の開口の一例である。

第１の流路４１は、ノズル２１の内部に設けられ、吐出方向Ｄｅに延びる。このため、前面３３は、第１の流路４１に対してＸ軸の正方向（進行方向Ｄａ）に位置（離間）する。本実施形態では、第１の流路４１の断面積は、吐出方向Ｄｅに向かうにつれて大きくなる。なお、第１の流路４１は、この例に限られない。

第１の流入口４２は、第２の端面３２に設けられ、第１の流路４１に連通する。言い換えると、第１の流入口４２は、第２の端面３２に開口する第１の流路４１の一方の端部である。

第１の流出口４３は、第１の端面３１に設けられ、第１の流路４１に連通する。言い換えると、第１の流出口４３は、第１の端面３１に開口する第１の流路４１の他方の端部である。第１の流出口４３は、対象物２の表面２ａに向かって開口する。

第２の流路４４は、ノズル２１の内部に設けられ、大よそ吐出方向Ｄｅに延びる。第２の流路４４は、第１の流路４１と前面３３との間に位置する。なお、第２の流路４４は、この例に限られない。例えば、第１の流路４１と第２の流路４４とが、Ｙ軸方向に並んでも良い。第２の流路４４は、第１の流路４１から隔てられる。別の表現によれば、第２の流路４４は、第１の流路４１から独立して設けられる。

第２の流入口４５は、第２の端面３２に設けられ、第２の流路４４に連通する。言い換えると、第２の流入口４５は、第２の端面３２に開口する第２の流路４４の一方の端部である。

第２の流出口４６は、前面３３に設けられ、第２の流路４４に連通する。言い換えると、第２の流出口４６は、前面３３に開口する第２の流路４４の他方の端部である。第２の流出口４６は、複数の孔５１を有する。複数の孔５１は、複数の第１の孔５５と、複数の第２の孔５６とを含む。

図２に示すように、第１の孔５５は、前面３３の曲面３３ａに設けられる。第１の孔５５は、Ｙ軸方向に延びるスリットである。第１の孔５５は、Ｚ軸方向に並べられる。なお、第１の孔５５は、この例に限られず、例えば略円形の孔であっても良い。

第２の孔５６は、平面３３ｂに設けられる。このため、第２の孔５６は、第１の孔５５よりも第１の端面３１から離間している。第２の孔５６は、略円形の孔である。第２の孔５６は、例えば、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に格子状に並べられる。なお、第２の孔５６は、この例に限られず、例えばスリットであっても良い。

それぞれの第１の孔５５は、それぞれの第２の孔５６よりも大きい。また、孔５１の密度は、第１の端面３１に近いほど大きい。孔５１の密度は、前面３３における単位面積当たりの孔５１の面積である。

図３に示すように、網部材２２は、第１の流路４１に配置される。網部材２２は、例えば、網、多孔質、又はスチールウールのような、気体が通行可能な部材である。網部材２２は、例えば、ピンによってノズル２１に保持される。

図１に示すように、マニホールド２３に、第１の供給流路６１と、第２の供給流路６２とが設けられる。第１の供給流路６１は、第１の調整装置２４と第１の流入口４２とを接続する。第２の供給流路６２は、第２の調整装置２５と第２の流入口４５とを接続する。

第１の調整装置２４は、シールドガスＧ１を、第１の供給流路６１を介して第１の流路４１に供給する。第１の調整装置２４は、例えば、シールドガスＧ１を収容するタンクと、当該タンクと第１の供給流路６１との間に設けられたバルブと、を有する。第１の調整装置２４は、例えばバルブにより、第１の流路４１へのシールドガスＧ１の流入を調整可能である。例えば、第１の調整装置２４は、第１の流路４１へのシールドガスＧ１の供給の有無や、シールドガスＧ１の流量を調整できる。

第２の調整装置２５は、保護ガスＧ２を、第２の供給流路６２を介して第２の流路４４に供給する。第２の調整装置２５は、例えば、保護ガスＧ２を収容するタンクと、当該タンクと第２の供給流路６２との間に設けられたバルブと、を有する。第２の調整装置２５は、例えばバルブにより、第２の流路４４への保護ガスＧ２の流入を調整可能である。例えば、第２の調整装置２５は、第２の流路４４への保護ガスＧ２の供給の有無や、保護ガスＧ２の流量を調整できる。

本実施形態において、保護ガスＧ２は、シールドガスＧ１と同じガスである。すなわち、保護ガスＧ２は、窒素、アルゴン、又はヘリウムのような不活性ガスである。このため、シールドガスＧ１を収容するタンクと、保護ガスＧ２を収容するタンクとが、一つのタンクであっても良い。なお保護ガスＧ２は、この例に限られず、空気のような他のガスであっても良い。

以上の溶接装置１において、光学装置１１が、対象物２に対して相対的に移動しながら、対象物２の表面２ａにレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、対象物２及びワイヤＷを溶融し、対象物２を溶接する。

第１の調整装置２４から、第１の流路４１にシールドガスＧ１が流入する。第１の流出口４３は、第１の流路４１を流れるシールドガスＧ１を、表面２ａに向かって、吐出方向Ｄｅに吐出する。例えば、シールドガスＧ１は、表面２ａに衝突するとともに、表面２ａに沿って広がり、照射位置Ｐに到達する。これにより、照射位置ＰがシールドガスＧ１によって大気から遮蔽され、照射位置Ｐにおいて酸化が生じることが抑制される。

レーザ光Ｌにより対象物２及びワイヤＷが溶融すると、照射位置Ｐから金属ヒュームＦが発生する。金属ヒュームＦは、蒸発した対象物２及びワイヤＷの蒸気や、当該蒸気が凝集した粒子を含む。金属ヒュームＦは、照射位置Ｐから略上方向に上る。このため、対象物２に対して進行方向Ｄａに相対的に移動するノズル２１は、金属ヒュームＦに近づく。

第２の調整装置２５から、第２の流路４４に保護ガスＧ２が流入する。第２の流出口４６の複数の孔５１は、第２の流路４４を流れる保護ガスＧ２を、Ｘ軸の正方向、又はＸ軸の正方向とＺ軸の正方向との間の方向（斜め上方向）に吐出する。複数の孔５１は、保護ガスＧ２をＸ軸の正方向に吐出する孔５１と、保護ガスＧ２を斜め上方向に吐出する孔５１と、を含んで良い。

Ｘ軸の正方向は、前面３３から進行方向Ｄａに離れる方向であって、表面２ａと平行な方向である。斜め上方向は、前面３３から進行方向Ｄａに離れる方向であって、表面２ａから離間する方向である。

複数の孔５１が保護ガスＧ２を吐出することで、前面３３の近傍に、保護ガスＧ２の層が形成される。保護ガスＧ２の層は、前面３３と金属ヒュームＦとの間に介在し、金属ヒュームＦが前面３３に付着することを抑制する。

第２の流出口４６から吐出される保護ガスＧ２は、金属ヒュームＦを進行方向Ｄａへ流す。さらに、第１の流出口４３から吐出され、表面２ａに沿って広がるシールドガスＧ１も、金属ヒュームＦを進行方向Ｄａへ流す。これにより、金属ヒュームＦは、前面３３から遠ざかり、前面３３に付着することが抑制される。

さらに、吸引装置１４は、シールドガスＧ１及び保護ガスＧ２を吸引する。このため、ノズル２１から吸引装置１４へ向かうシールドガスＧ１及び保護ガスＧ２の流れが生じる。金属ヒュームＦは、当該流れに乗って吸引装置１４に吸引される。これにより、金属ヒュームＦは、前面３３から遠ざかり、前面３３に付着することが抑制される。

以上説明された第１の実施形態に係る溶接装置１において、ノズル２１は、表面２ａに向く第１の端面３１と、第１の端面３１に接続されるとともに第１の流路４１に対して進行方向Ｄａに位置する前面３３と、を有する。第１の端面３１に、第１の流路４１に連通するとともにシールドガスＧ１を表面２ａに向かって吐出方向Ｄｅに吐出可能な第１の流出口４３が設けられる。前面３３に、第２の流路４４に連通するとともに、前面３３から進行方向Ｄａに離れる方向に保護ガスＧ２を吐出可能な第２の流出口４６が設けられる。ノズル２１が進行方向Ｄａに移動すると、ノズル２１の前面３３が、照射位置Ｐに生じた金属ヒュームＦに向かって移動する。しかし、前面３３に設けられた第２の流出口４６から保護ガスＧ２が吐出されることで、保護ガスＧ２の層が金属ヒュームＦと前面３３との間に介在し、金属ヒュームＦが前面３３に付着することを抑制する。これにより、前面３３に付着した金属ヒュームＦが対象物２へと剥落して溶接歩留まりが低下すること、が抑制される。

第２の流出口４６から吐出される保護ガスＧ２は、シールドガスＧ１と同じガスである。これにより、第２の流出口４６から吐出される保護ガスＧ２が、シールドガスＧ１と異なる影響を溶接に生じさせることが抑制される。

第１の調整装置２４が第１の流路４１へのシールドガスＧ１の流入を調整し、第２の調整装置２５が第２の流路４４への保護ガスＧ２の流入を調整する。これにより、照射位置Ｐへ供給されるシールドガスＧ１の流量と、前面３３を保護する保護ガスＧ２の流量と、をそれぞれ独立して調整することができる。従って、シールドガスＧ１の流量と保護ガスＧ２の流量とが、互いを制限することが抑制される。

前面３３は第１の端面３１に近いほど、照射位置Ｐに近く、金属ヒュームＦが付着しやすい。本実施形態では、第２の流出口４６は、第１の孔５５と、第１の孔５５よりも第１の端面３１から離間した第２の孔５６とを含む。第１の孔５５は、第２の孔５６よりも大きい。これにより、第１の端面３１に近い第１の孔５５から吐出される保護ガスＧ２の流量が、第１の端面３１から遠い第２の孔５６から吐出される保護ガスＧ２の流量より多くなり、前面３３の第１の端面３１に近い部分に金属ヒュームＦが付着することが抑制される。

第２の流出口４６は、表面２ａと平行な方向に、又は表面２ａから離間する方向に、保護ガスＧ２を吐出可能である。これにより、第２の流出口４６から吐出された保護ガスＧ２がシールドガスＧ１に干渉することが抑制される。従って、保護ガスＧ２に干渉されたシールドガスＧ１に渦が生じて照射位置Ｐに酸化が生じることが抑制される。

前面３３は第１の端面３１に近いほど、照射位置Ｐに近く、金属ヒュームＦが付着しやすい。本実施形態では、第２の流出口４６は、複数の孔５１を有する。複数の孔５１の密度は、第１の端面３１に近いほど大きい。これにより、第１の端面３１に近い位置で孔５１から吐出される保護ガスＧ２の流量が、第１の端面３１から遠い位置で孔５１から吐出される保護ガスＧ２の流量より多くなり、前面３３の第１の端面３１に近い部分に金属ヒュームＦが付着することが抑制される。

吸引装置１４は、照射位置Ｐから進行方向Ｄａに離間し、保護ガスＧ２を吸引可能である。これにより、第２の流出口４６から吸引装置１４までの保護ガスＧ２の流れが生じる。従って、金属ヒュームＦが保護ガスＧ２によって吸引装置１４に向かって流され、金属ヒュームＦが前面３３に付着することが抑制される。

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

図４は、第２の実施形態に係るノズル２１及びマニホールド２３を概略的に示す例示的な断面図である。図４に示すように、第２の実施形態の第２の流路４４は、第１の部分７１と、第２の部分７２と、第３の部分７３とを有する。

第２の流入口４５が、第１の部分７１に連通する。言い換えると、第２の流入口４５は、第２の端面３２に開口する第１の部分７１の一方の端部である。このため、保護ガスＧ２が、第２の供給流路６２を介して第１の部分７１に流入する。

第２の部分７２は、第１の部分７１と前面３３との間に位置する。言い換えると、第２の部分７２は、第１の部分７１よりも前面３３に近い。なお、第２の部分７２は、この例に限られない。例えば、第１の部分７１と第２の部分７２とが、Ｙ軸方向に並んでも良い。第２の流出口４６が、第２の部分７２に連通する。

第３の部分７３は、第２の流出口４６の少なくとも一部よりも第１の端面３１に近い位置で、第１の部分７１と第２の部分７２とを接続する。本実施形態では、第３の部分７３は、第２の流出口４６の第２の孔５６よりも第１の端面３１に近い位置で、第１の部分７１の他方の端部と第２の部分７２の他方の端部とを接続する。このため、第２の孔５６は、第３の部分７３よりも下流に位置する。一方、第１の孔５５と第１の端面３１との間の距離は、第３の部分７３と第１の端面３１との間の距離と略等しい。

第２の調整装置２５は、第２の供給流路６２を介して、第１の部分７１に保護ガスＧ２を供給する。保護ガスＧ２は、第１の部分７１から、第３の部分７３を通って、第２の部分７２へと流れる。

第２の実施形態において、第１の孔５５は、第２の孔５６よりも上流で第２の流路４４に連通する。このため、保護ガスＧ２は、第２の孔５６よりも先に、第１の孔５５に到達する。第１の孔５５から吐出される保護ガスＧ２の流量は、第２の孔５６から吐出される保護ガスＧ２の流量よりも多くなる。

以上説明されたように、前面３３は第１の端面３１に近いほど、照射位置Ｐに近く、金属ヒュームＦが付着しやすい。第２の実施形態の溶接装置１において、第２の流路４４は、保護ガスＧ２が流入可能な第１の部分７１と、第２の流出口４６に連通された第２の部分７２と、第２の流出口４６の少なくとも一部よりも第１の端面３１に近い位置で第１の部分７１と第２の部分７２とを連通する第３の部分７３と、を有する。これにより、第１の部分７１から第３の部分７３を介して第２の部分７２に流入した保護ガスＧ２は、第２の流出口４６の、第１の端面３１に近い部分から吐出されやすい。従って、第２の流出口４６から吐出される保護ガスＧ２の流量は、第１の端面３１に近いほど多くなり、前面３３の第１の端面３１に近い部分に金属ヒュームＦが付着することが抑制される。

（第３の実施形態）
以下に、第３の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、第３の実施形態に係るノズル２１を概略的に示す例示的な断面図である。図５に示すように、第３の実施形態は、前面３３の形状が第２の実施形態と異なる。なお、図５において第１の部分７１及び第２の部分７２を二点鎖線で区切るように、第３の実施形態は、第１の実施形態の溶接装置１にも適用可能である。

第３の実施形態において、前面３３は、Ｘ軸の正方向（進行方向Ｄａ）に向かって凸に突き出た形状を有する。例えば、前面３３は、頂部３３ｃと、斜部３３ｄとを有する。頂部３３ｃは、斜部３３ｄ及び側面３５に対してＸ軸の正方向に位置する。斜部３３ｄは、頂部３３ｃと側面３５との間に設けられ、Ｘ軸の正方向に向かうに従って頂部３３ｃに近づく。第２の流出口４６の複数の孔５１は、頂部３３ｃ及び斜部３３ｄに設けられる。

図５の例では、頂部３３ｃは、Ｙ軸方向における前面３３の略中央に位置する。しかし、頂部３３ｃはこの例に限られない。例えば、頂部３３ｃは、Ｙ軸方向において、一方の側面３５と略同一位置に設けられても良い。

また、図５の例では、斜部３３ｄは、略平坦に形成される。しかし、斜部３３ｄはこの例に限られない。例えば、斜部３３ｄは、頂部３３ｃと側面３５との間の仮想平面から、窪んでも良いし、突出しても良い。

以上説明された第３の実施形態の溶接装置１において、前面３３は、進行方向Ｄａに向かって凸に突き出た形状を有する。すなわち、前面３３が略流線形に形成されるため、金属ヒュームＦが前面３３に沿って流れやすくなる。従って、金属ヒュームＦが前面３３に付着することが抑制される。また、頂部３３ｃに第２の流出口４６が設けられることで、頂部３３ｃに金属ヒュームＦが付着することが抑制される。

以上の複数の実施形態において、第２の流出口４６は、複数の孔５１を有する。しかし、第２の流出口４６は、吐出方向Ｄｅに延びるスリットのような一つの孔であっても良い。また、第２の流出口４６は、前面３３のみならず、側面３５に設けられても良い。

以上説明された少なくとも一つの実施形態によれば、ノズルは、表面に向く端部と、端部から延びるとともに第１の流路に対して照射側方向に位置する外面と、を有する。端部に、第１の流路に連通するとともにシールドガスを表面に向かって吐出可能な第１の開口が設けられる。外面に、第２の流路に連通するとともに、外面から照射側方向に離れる方向にガスを吐出可能な第２の開口が設けられる。ノズルが照射側方向に移動すると、ノズルの外面が、照射位置に生じた金属ヒュームに向かって移動する。しかし、外面に設けられた第２の開口からガスが吐出されることで、ガスの層が金属ヒュームと外面との間に介在し、金属ヒュームが外面に付着することを抑制する。これにより、外面に付着した金属ヒュームが対象物へと剥落して溶接歩留まりが低下することが抑制される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
エネルギー線を対象物の表面に照射可能な照射装置と、
シールドガスが流れる第１の流路と、前記第１の流路から隔てられるとともにガスが流れる第２の流路と、が設けられ、前記表面における前記エネルギー線の照射位置から離間し、前記表面に沿う方向であって前記照射位置に向かう照射側方向へ前記対象物に対して相対的に移動可能であり、前記照射位置に前記シールドガスを供給可能な、ノズルと、
を具備し、
前記ノズルは、前記表面に向く端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記照射側方向に位置する外面と、を有し、
前記端部に、前記第１の流路に連通するとともに前記シールドガスを前記表面に向かって吐出可能な第１の開口が設けられ、
前記外面に、前記第２の流路に連通するとともに、前記外面から前記照射側方向に離れる方向に前記ガスを吐出可能な第２の開口が設けられる、
溶接装置。
［２］
前記ガスは、前記シールドガスと同じガスである、［１］の溶接装置。
［３］
前記第１の流路への前記シールドガスの流入を調整可能な第１の調整装置と、
前記第２の流路への前記ガスの流入を調整可能な第２の調整装置と、
をさらに具備する［１］又は［２］の溶接装置。
［４］
前記第２の開口は、第１の孔と、前記第１の孔よりも前記端部から離間した第２の孔と、を含み、
前記第１の孔は、前記第２の孔よりも大きい、
［１］乃至［３］のいずれか一つの溶接装置。
［５］
前記第２の開口は、前記表面と平行な方向に、又は前記表面から離間する方向に、前記ガスを吐出可能である、［１］乃至［４］のいずれか一つの溶接装置。
［６］
前記第２の流路は、前記ガスが流入可能な第１の部分と、前記第２の開口に連通された第２の部分と、前記第２の開口の少なくとも一部よりも前記端部に近い位置で前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有する、［１］乃至［５］のいずれか一つの溶接装置。
［７］
前記外面は、前記照射側方向に向かって凸に突き出た形状を有する、［１］乃至［６］のいずれか一つの溶接装置。
［８］
前記第２の開口は、複数の孔を有し、
前記複数の孔の密度は、前記端部に近いほど大きい、
［１］乃至［７］のいずれか一つの溶接装置。
［９］
前記照射位置から前記照射側方向に離間し、前記ガスを吸引可能な吸引装置、をさらに具備する［１］乃至［８］のいずれか一つの溶接装置。
［１０］
第１の流路と、前記第１の流路から隔てられる第２の流路と、が設けられたノズル、
を具備し、
前記ノズルは、第１の方向における端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に位置する外面と、を有し、
前記端部に、前記第１の流路に連通し、前記第１の流路を流れる第１のガスを前記第１の方向に吐出可能な第１の開口、が設けられ、
前記外面に、前記第２の流路に連通し、前記外面から前記第２の方向に離れる方向に、前記第２の流路を流れる第２のガスを吐出可能な第２の開口、が設けられる、
ノズル装置。
［１１］
前記第１の流路への前記第１のガスの流入を調整可能な第１の調整装置と、
前記第２の流路への前記第２のガスの流入を調整可能な第２の調整装置と、
をさらに具備する［１０］のノズル装置。
［１２］
前記第２の開口は、第１の孔と、前記第１の孔よりも前記端部から離間した第２の孔と、を含み、
前記第１の孔は、前記第２の孔よりも大きい、
［１０］又は［１１］のノズル装置。
［１３］
前記第２の流路は、前記第２のガスが流入可能な第１の部分と、前記第２の開口に連通された第２の部分と、前記第２の開口の少なくとも一部よりも前記端部に近い位置で前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有する、［１０］乃至［１２］のいずれか一つのノズル装置。
［１４］
前記外面は、前記第２の方向に向かって凸に突き出た形状を有する、［１０］乃至［１３］のいずれか一つのノズル装置。
［１５］
前記第２の開口は、複数の孔を有し、
前記複数の孔の密度は、前記端部に近いほど大きい、
［１０］乃至［１４］のいずれか一つのノズル装置。

１…溶接装置、２…対象物、２ａ…表面、１１…光学装置、１２…ガス供給装置、１４…吸引装置、２１…ノズル、２４…第１の調整装置、２５…第２の調整装置、３１…第１の端面、３３…前面、４１…第１の流路、４３…第１の流出口、４４…第２の流路、４６…第２の流出口、５１…孔、５５…第１の孔、５６…第２の孔、７１…第１の部分、７２…第２の部分、７３…第３の部分、Ｌ…レーザ光、Ｐ…照射位置、Ｄｅ…吐出方向、Ｄａ…進行方向、Ｇ１…シールドガス、Ｇ２…保護ガス。

Claims

エネルギー線を対象物の表面に照射可能な照射装置と、
シールドガスが流れる第１の流路と、前記第１の流路から隔てられるとともにガスが流れる第２の流路と、が設けられ、前記表面における前記エネルギー線の照射位置から離間し、前記表面に沿う方向であって前記照射位置に向かう照射側方向へ前記対象物に対して相対的に移動可能であり、前記照射位置に前記シールドガスを供給可能な、ノズルと、
を具備し、
前記ノズルは、前記表面に向く端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記照射側方向に位置する外面と、を有し、
前記端部に、前記第１の流路に連通するとともに前記シールドガスを前記表面に向かって吐出可能な第１の開口が設けられ、
前記外面に、前記第２の流路に連通するとともに、前記外面から前記照射側方向に離れる方向に前記ガスを吐出可能な第２の開口が設けられる、
溶接装置。
前記ガスは、前記シールドガスと同じガスである、請求項１の溶接装置。
前記第１の流路への前記シールドガスの流入を調整可能な第１の調整装置と、
前記第２の流路への前記ガスの流入を調整可能な第２の調整装置と、
をさらに具備する請求項１又は請求項２の溶接装置。
前記第２の開口は、第１の孔と、前記第１の孔よりも前記端部から離間した第２の孔と、を含み、
前記第１の孔は、前記第２の孔よりも大きい、
請求項１乃至請求項３のいずれか一つの溶接装置。
前記第２の開口は、前記表面と平行な方向に、又は前記表面から離間する方向に、前記ガスを吐出可能である、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの溶接装置。
前記第２の流路は、前記ガスが流入可能な第１の部分と、前記第２の開口に連通された第２の部分と、前記第２の開口の少なくとも一部よりも前記端部に近い位置で前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有する、請求項１乃至請求項５のいずれか一つの溶接装置。
前記外面は、前記照射側方向に向かって凸に突き出た形状を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか一つの溶接装置。
前記第２の開口は、複数の孔を有し、
前記複数の孔の密度は、前記端部に近いほど大きい、
請求項１乃至請求項７のいずれか一つの溶接装置。
前記照射位置から前記照射側方向に離間し、前記ガスを吸引可能な吸引装置、をさらに具備する請求項１乃至請求項８のいずれか一つの溶接装置。
第１の流路と、前記第１の流路から隔てられる第２の流路と、が設けられたノズル、
を具備し、
前記ノズルは、第１の方向における端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に位置する外面と、を有し、
前記端部に、前記第１の流路に連通し、前記第１の流路を流れる第１のガスを前記第１の方向に吐出可能な第１の開口、が設けられ、
前記外面に、前記第２の流路に連通し、前記外面から前記第２の方向に離れる方向に、前記第２の流路を流れる第２のガスを吐出可能な第２の開口、が設けられ、
前記第２の流路は、前記第２のガスが流入可能な第１の部分と、前記第２の開口に連通された第２の部分と、前記第２の開口の少なくとも一部よりも前記端部に近い位置で前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有する、
ノズル装置。
第１の流路と、前記第１の流路から隔てられる第２の流路と、が設けられたノズル、
を具備し、
前記ノズルは、第１の方向における端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に位置する外面と、を有し、
前記端部に、前記第１の流路に連通し、前記第１の流路を流れる第１のガスを前記第１の方向に吐出可能な第１の開口、が設けられ、
前記外面に、前記第２の流路に連通し、前記外面から前記第２の方向に離れる方向に、前記第２の流路を流れる第２のガスを吐出可能な第２の開口、が設けられ、
前記外面は、前記第２の方向に向かって凸に突き出た形状を有する、
ノズル装置。
第１の流路と、前記第１の流路から隔てられる第２の流路と、が設けられたノズル、
を具備し、
前記ノズルは、第１の方向における端部と、前記端部に接続されるとともに前記第１の流路に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に位置する外面と、を有し、
前記端部に、前記第１の流路に連通し、前記第１の流路を流れる第１のガスを前記第１の方向に吐出可能な第１の開口、が設けられ、
前記外面に、前記第２の流路に連通し、前記外面から前記第２の方向に離れる方向に、前記第２の流路を流れる第２のガスを吐出可能な第２の開口、が設けられ、
前記第２の開口は、複数の孔を有し、
前記複数の孔の密度は、前記端部に近いほど大きい、
ノズル装置。
前記第１の流路への前記第１のガスの流入を調整可能な第１の調整装置と、
前記第２の流路への前記第２のガスの流入を調整可能な第２の調整装置と、
をさらに具備する請求項１０乃至請求項１２のいずれか一つのノズル装置。
前記第２の開口は、第１の孔と、前記第１の孔よりも前記端部から離間した第２の孔と、を含み、
前記第１の孔は、前記第２の孔よりも大きい、
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一つのノズル装置。