溶接トーチノズル
【課題】製造コストの上昇および溶接トーチノズルの大型化を抑制しつつ、プラズマ炎による溶接トーチノズル先端部の焼損を抑制する。
【解決手段】ノズルチップ３１の外周側を、チップホルダ４１のカバー部４４により間隙４５を介在させつつ包囲すると共に、ノズルチップ３１の周壁部に複数の流通孔３６を形成し、流通孔３６を介してノズルチップ３１内と間隙４５内とを連通させる。ノズルチップ３１内を流通して出射口３４から吐出されるシールドガスの一部は、流通孔３６を介して間隙４５内に流入し、間隙４５内を流通して吐出口４６から吐出される。これにより、ノズルチップ３１が冷却され、ノズルチップ３１の酸化が抑制される。
【解決手段】ノズルチップ３１の外周側を、チップホルダ４１のカバー部４４により間隙４５を介在させつつ包囲すると共に、ノズルチップ３１の周壁部に複数の流通孔３６を形成し、流通孔３６を介してノズルチップ３１内と間隙４５内とを連通させる。ノズルチップ３１内を流通して出射口３４から吐出されるシールドガスの一部は、流通孔３６を介して間隙４５内に流入し、間隙４５内を流通して吐出口４６から吐出される。これにより、ノズルチップ３１が冷却され、ノズルチップ３１の酸化が抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接トーチに取り付けられる溶接トーチノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、炭酸ガスレーザ溶接加工においては、ワークの溶接部の表面酸化を防止するために、溶接トーチノズルから溶接部にアルゴンガス等の不活性ガスからなるシールドガスを噴射しながら、当該溶接トーチノズルから溶接部にレーザ光を照射して溶接を行う。特許文献１および２には、このような炭酸ガスレーザ溶接加工に用いられるレーザ溶接トーチが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１１８０６２号公報
【特許文献２】実開平５−００５２８０号公報
【特許文献３】特開平５−２２８６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、炭酸ガスレーザ溶接加工に用いられるレーザ溶接トーチにおいては、溶接トーチノズルから吐出されるシールドガスが、当該溶接トーチノズルから照射させるレーザ光を受けてプラズマ炎を発する。例えば、３ＫＷ級かこれを超えるような大出力で溶接を行う場合や、例えば数百ｍｍ間隔で高頻度に連続的に溶接を行う場合には、このプラズマ炎の発生により、溶接トーチノズルの先端部が加熱されて高温となり、溶接トーチノズルの先端部が焼損し、変形してしまうおそれがある。さらに、溶接トーチノズルの放熱性が悪い場合には、このような事態が起こりやすくなる。
【０００５】
溶接トーチノズルの先端部が焼損し、変形すると、シールドガスの吐出方向が不安定になり、また、大気を巻き込んでプラズマ炎が発生しやすい状態を作り出し、溶接トーチノズルの先端部の焼損をさらに進行させてしまうといった悪循環を引き起こす。また、溶接トーチノズルの先端部が変形してシールドガスの吐出方向が不安定になると、溶接の品質が低下する。
【０００６】
溶接トーチノズルの先端部の焼損を抑制するために、特許文献３に記載されているように、銅製のトーチノズルをモリブデンでコーティングすることにより、トーチノズルの耐久性を高める方法が考えられる。しかし、この方法では、トーチノズルが高価となり、また、この方法によればプラズマ炎による焼損の頻度を減らすことができるものの、当該焼損の頻度をさらに減らして製造コストを削減することが望まれる。
【０００７】
また、溶接トーチノズルの先端部の焼損を抑制するために、溶接トーチノズルの外周側にガス噴出機構を追加し、溶接トーチノズルの内部を貫通して溶接部へ噴射されるシールドガスとは別のガスを外部から当該ガス噴出機構に供給し、当該ガス噴出機構から溶接トーチノズルの先端部へ向けてガスを噴射させ、これにより、溶接トーチノズルの先端部がプラズマ炎により加熱するのを抑制する方法が考えられる。しかし、製品の形状等により、溶接すべき領域が極めて小さい場合があるため、溶接トーチノズルを小型化することが望まれる。溶接トーチノズルの外周側にガス噴射機構を追加する方法では、溶接トーチノズルが大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
また、溶接トーチノズルの焼損による溶接の品質低下を防止するために、溶接トーチノズルの先端部に着脱可能なノズルチップを取り付け、焼損する前にノズルチップを交換する方法が考えられる。しかし、この方法では、金属材料を削り出すことにより製造されるノズルチップを高頻度に交換することとなるため、決して安価ではないノズルチップを多数用いることとなり、製品の製造コストの上昇を招くという問題がある。
【０００９】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、製造コストの上昇および溶接トーチノズルの大型化を抑制しつつ、プラズマ炎による溶接トーチノズル先端部の焼損を抑制することができる溶接トーチノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の溶接トーチノズルは、レーザ溶接トーチに設けられる溶接トーチノズルであって、前記レーザ溶接トーチに取り付けられ、内部にレーザ光およびガスを通過させる供給通路が形成されたノズル本体と、前記ノズル本体の先端部に設けられ、基端側には前記供給通路に連通する連通口が形成され、先端側には出射口が形成され、前記連通口と前記出射口との間が出射通路となり、前記供給通路から前記連通口を介して前記出射通路に進入する前記レーザ光および前記ガスを前記出射口から出射および吐出させる筒状のノズルチップと、前記ノズルチップの基端側を前記ノズル本体の先端側に保持するチップホルダとを備え、前記チップホルダは、前記ノズルチップの先端側外周を前記ノズルチップとの間に間隙を介在させながら包囲するカバー部を有し、前記ノズルチップは、当該ノズルチップの周壁部に径方向に形成され、前記出射通路と前記間隙との間を連通させ、前記出射通路に進入したガスの一部を前記間隙に流入させる流入孔を有し、前記ノズルチップの先端部と前記カバー部の先端部との間には、前記間隙に流入したガスを吐出させる吐出口が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の溶接トーチノズルによれば、ノズルチップの先端側外周をチップホルダのカバー部で包囲することにより、ノズルチップの先端側とプラズマ炎との間を遮断することができる。これにより、ノズルチップの先端側がプラズマ炎から受ける熱量を減らすことができ、ノズルチップの焼損を抑制することができる。
【００１２】
また、ノズルチップの出射通路に進入したガスの一部を流入孔を介してノズルチップとチップホルダのカバー部との間の間隙に流入させ、このガスを吐出口から吐出することにより、ノズルチップの先端外周側にガスを流通させることができる。これにより、ノズルチップの先端側を冷却することができ、プラズマ炎から受けたノズルチップの熱を放熱することができる。また、ノズルチップの先端外周側にガスを流通させることにより、ノズルチップの外周面の酸化を抑制することができる。したがって、ノズルチップの焼損を抑制することができる。
【００１３】
また、ノズルチップの先端側をチップホルダのカバー部で包囲する構造も、ノズルチップの出射通路に進入したガスの一部を分流させてノズルチップの先端外周側に導く構造も、溶接トーチノズルを大型化させることなく容易に実現することができる。したがって、溶接トーチノズルの小型化を図ることができる。また、小型の溶接トーチノズルにより、溶接すべき領域が小さい場合でも、溶接を確実に行うことが可能になる。
【００１４】
また、ノズルチップの外周側をチップホルダで包囲し、ノズルチップの外周側にガスを流通させることによりノズルチップを保護するので、ノズルチップを銅合金等の安価な材料で形成しても、プラズマ炎の熱に対する耐久性を確保することができる。
【００１５】
また、ノズルチップの冷却または酸化抑制を実現するために、溶接トーチノズルの外部からノズルチップに向けて冷却ガス等を供給する新たな機構を溶接トーチノズルに追加する必要がないので、溶接トーチノズルの製造コストの上昇を抑えることができる。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１の溶接トーチノズルにおいて、前記流入孔は、前記ノズルチップの周壁部に周方向に所定の間隔をもって複数形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の溶接トーチノズルによれば、所定の間隔をもって複数形成された流入孔を介して、ノズルチップとチップホルダのカバー部との間の間隙にガスを流入させることができるので、ガスをノズルチップの全周に亘って流通させることができ、ノズルチップの冷却効果および酸化抑制効果を高めることができる。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の第３の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１または第２の溶接トーチノズルにおいて、前記ノズルチップは、大径の基端部に前記連通口が形成され、小径の先端部に前記出射口が形成された略円錐状の筒部と、前記筒部の基端側に設けられ、前記筒部から径方向外側に突出した鍔部とを有し、前記チップホルダは、前記ノズルチップの鍔部を前記ノズル本体との間で狭持しつつ前記ノズル本体の先端部に取り付けることにより、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持するチップ保持部を有し、前記チップホルダのカバー部は、前記チップ保持部の先端側に設けられ、前記ノズルチップの筒部の外径よりも大きい内径を有する略円錐筒状に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の溶接トーチノズルによれば、チップホルダにノズルチップを挿入して、チップホルダをノズル本体の先端部に取り付けるだけで、ノズルチップの位置決めと取付を容易に行うことができる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第４の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１ないし第３のいずれかの溶接トーチノズルにおいて、前記チップホルダのカバー部の先端部は、前記ノズルチップの先端部よりも軸方向に後退し、前記吐出口が前記出射口よりも前記ノズルチップの基端側寄り配置されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第４の溶接トーチノズルによれば、吐出口から吐出されるガスにより、出射口から吐出されるガスに大気が巻き込まれるのを抑制することができ、プラズマ炎の発生を抑えることができる。また、吐出口から吐出されるガスは、ノズルチップの先端外周部を包囲するように流出するので、このガスにより、ノズルチップの先端部をプラズマ炎から遮断する効果を得ることができ、ノズルチップの先端部を冷却し、ノズルチップの先端部の酸化を抑制することができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の第５の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１ないし第４のいずれかの溶接トーチノズルにおいて、前記ノズルチップの基端部および前記ノズル本体の先端部には互いに面接触する接触面がそれぞれ形成され、前記チップホルダは、前記ノズルチップの前記接触面と前記ノズル本体の前記接触面とを当接させた状態で、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第５の溶接トーチノズルによれば、ノズルチップとノズル本体とを面接触させることにより、ノズルチップとノズル本体との接触面積を大きくすることができる。これにより、例えばノズルチップをノズル本体に螺着する場合と比較して、ノズルチップからノズル本体に逃げる熱量を増やすことができ、ノズルチップの放熱性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、製造コストの上昇および溶接トーチノズルの大型化を抑制しながら、プラズマ炎による溶接トーチノズル先端部の焼損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による溶接トーチノズルを有するレーザ溶接トーチを示す一部破断の正面図である。
【図２】本発明の実施形態による溶接トーチノズルを示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態による溶接トーチノズルにおけるノズルチップを示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態による溶接トーチノズルの動作を示す説明図である。
【図５】比較例による溶接トーチノズルを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による溶接トーチノズルを有するレーザ溶接トーチを示している。図１において、レーザ溶接トーチ１は、炭酸ガスレーザ溶接加工に用いられる。レーザ溶接トーチ１は、溶接トーチ本体１０および溶接トーチノズル２０を備えている。溶接トーチ本体１０は、筐体１１を備え、筐体１１内には、レーザ光およびシールドガスを溶接トーチノズル２０に導く案内通路１２が形成されている。また、案内通路１２の途中には、ベンドミラー１３および放物面鏡１４が配置されている。案内通路１２内に入射したレーザ光は、光路Ｌに沿って進行する。すなわち、案内通路１２内において、レーザ光は、ベンドミラー１３に反射し、続いて放物面鏡１４に反射し、さらに放物面鏡１４によって集光され、筐体１１の先端側に設けられたノズル取付部１５に取り付けられた溶接トーチノズル２０に入射する。
【００２７】
また、筐体１１の途中の所定の位置には、シールドガス供給口１６が形成されている。シールドガス供給口１６には、図示しないシールドガス供給配管が接続される。シールドガス供給配管からシールドガス供給口１６を介して供給されたシールドガスは、矢示Ｇに示すように、案内通路１２の下流側を流通して溶接トーチノズル２０に流入する。シールドガスには、例えばアルゴン等の不活性ガスが用いられる。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０を示している。図３は溶接トーチノズル２０に設けられたノズルチップを示している。図２に示すように、溶接トーチノズル２０は、溶接トーチ本体１０の先端側に取り付けられるノズル本体２１と、ノズル本体２１の先端部に設けられたノズルチップ３１と、ノズルチップ３１をノズル本体２１に保持するチップホルダ４１とを備えている。
【００２９】
ノズル本体２１は、例えば真鍮等の銅合金等または鋼等の金属材料により略円柱状に形成されている。ノズル本体２１の基端側（図２中上側）は、溶接トーチ本体１０のノズル取付部１５に取り付けられ、固定される。また、ノズル本体２１の先端側には、チップホルダ４１を取り付けるためのホルダ取付部２２が設けられている。ホルダ取付部２２の外周面には、チップホルダ４１のチップ保持部４２の内周面に形成されたねじと螺合するねじが形成されている。また、ホルダ取付部２２の先端面は平面に形成され、ノズルチップ３１の接触面３８と面接触する接触面２３となっている。
【００３０】
また、ノズル本体２１の内部には、レーザ光およびシールドガスを通過させる供給通路２４が形成されている。供給通路２４は、横断面円形状に形成され、ノズル本体２１の軸方向に伸長しており、供給通路２４の基端側は溶接トーチ本体１０の案内通路１２に連通し、先端側はノズルチップ３１の出射通路３５に連通している。供給通路２４は、その基端側から先端側に向かってレーザ光の光路Ｌ（図１参照）に接触することのないように漸次縮径している。
【００３１】
ノズルチップ３１は、例えばクロム銅、真鍮等の銅合金等により形成されている。ノズルチップ３１は筒部３２を備え、筒部３２は、図３に示すように、外形が基端側から先端側に向かって縮径する略円錐状の筒状に形成されている。また、筒部３２において、大径の基端側にはノズル本体２１の供給通路２４に連通する連通口３３が形成され、小径の先端側には出射口３４が形成され、連通口３３と出射口３４との間が出射通路３５となっている。レーザ光およびシールドガスは、供給通路２４から連通口３３を介して出射通路３５内に進入し、出射口３４から出射および吐出する。
【００３２】
また、筒部３２の周壁部には筒部３２の径方向に複数の流入孔３６が形成されている。各流通孔３６は、出射通路３５と後述する間隙４５との間を連通させ、出射通路３５に進入したシールドガスの一部を間隙４５に流入させる孔である。各流入孔３６は、筒部３２の周方向において所定の間隔、例えば互いに等しい間隔をもって配置されている。本実施形態において流入孔３６の個数は４つであるが、流通孔３６の個数は、シールドガスを間隙４５に適切に流入および分流させる点等を考慮し、２つ、３つまたは５つ以上（例えば８つ）でもよい。また、本実施形態において各流入孔３６は、筒部３２の図３中上下方向の中間部よりも基端側寄りに配置されているが、各流通孔３６を当該中間部に配置してもよいし、当該中間部よりも先端側寄りに配置してもよい。もっとも、各流入孔３６を筒部３２の上記中間部よりも基端側寄りに配置することで、筒部３２の外周面の基端側から先端側にかけての広い範囲を、各流通孔３６から間隙４５に流入したシールドガスで覆うことができ、ノズルチップ３１の冷却効果および酸化抑制効果を高めることができる。各流通孔３６の径寸法は、シールドガスを間隙４５に適切に流入および分流させる点等を考慮して設定されている。
【００３３】
また、筒部３２の基端側には、筒部３２からその全周にわたって径方向外側に突出した鍔部３７が設けられている。また、鍔部３７の基端面は平面に形成され、ノズル本体２１の接触面２３と面接触する接触面３８となっている。
【００３４】
チップホルダ４１は、図２に示すように、ノズルチップ３１の基端側をノズル本体２１の先端側に設けられたホルダ取付部２２に保持する部材である。さらに、チップホルダ４１は、シールドガスをノズルチップ３１の外周側に流通させ、ノズルチップ３１を冷却し、ノズルチップ３１の酸化を抑制する機能をも有している。チップホルダ４１は、例えば真鍮等の銅合金等または鋼等の金属材料により形成され、基端側に位置するチップ保持部４２と、先端側に位置するカバー部４４とから大略構成されている。
【００３５】
チップ保持部４２は筒状に形成され、内周面には、ホルダ取付部２２の外周面に形成されたねじと螺合するねじが形成されている。また、チップ保持部４２の先端側には、径方向内向きに突出する環状の段部４３が形成されている。チップ保持部４２は、ノズルチップ３１の鍔部３７を、段部４３とホルダ取付部２２との間で狭持しつつホルダ取付部２２に螺着される。これにより、ノズルチップ３１がホルダ取付部２２に保持され、固定される。
【００３６】
また、チップ保持部４２の段部４３の内向きの突出した端部の内径（チップ保持部４２の先端側開口部の内径）は、ノズルチップ３１の筒部３２の基端部であって筒部３２の外周面と鍔部３７の基端部とが相互に接続された部分３２Ａの外径とほぼ等しい。これにより、段部４３とホルダ取付部２２との間でノズルチップ３１の鍔部３７を狭持しつつチップ保持部４２をホルダ取付部２２に取り付けたとき、部分３２Ａと段部４３の端部とが互いに全周にわたって接触する。したがって、段部４３とホルダ取付部２２との間でノズルチップ３１の鍔部３７を狭持しつつチップ保持部４２をホルダ取付部２２に取り付けるだけで、ノズルチップ３１の軸線がノズル本体２１の軸線（レーザ光の光軸）に一致するように、ノズルチップ３１がノズル本体２１に対して位置決めされる。これにより、ノズルチップ３１の交換作業を容易にかつ正確に行うことができる。
【００３７】
また、段部４３とホルダ取付部２２との間でノズルチップ３１の鍔部３７を狭持しつつチップ保持部４２をホルダ取付部２２に締着することにより、ノズルチップ３１の接触面３８とノズル本体２１の接触面２３とが面接触した状態で当接または密接する。これにより、ノズルチップ３１とノズル本体２１とが広い面積をもって互いに接触するので、ノズルチップ３１の熱をノズル本体２１側に効果的に逃がすことができ、ノズルチップ３１の放熱性を高めることができる。
【００３８】
一方、チップホルダ４１のカバー部４４は、チップ保持部４２の先端側に設けられ、ノズルチップ３１の筒部３２の外径よりも大きい内径を有する略円錐筒状に形成されている。そして、カバー部４４は、筒部３２の外周を筒部３２との間に間隙４５を介在させながら包囲する。筒部３２の外面とカバー部４４の内面との間の距離（径方向における間隙４５の距離）は、筒部３２の全周にわたって一定であり、筒部３２の基端側から先端側にかけてほぼ一定である。間隙４５の基端側は、ノズルチップ３１の筒部３２に形成された複数の流通孔３６を介して、ノズルチップ３１の筒部３２内の出射通路３５に連通している。これにより、出射通路３５に供給されたシールドガスが各流通孔３６を介して間隙４５に流入する。なお、筒部３２の外面とカバー部４４の内面との間の距離（径方向における間隙４５の距離）を、筒部３２の基端側から先端側にかけて漸次小さくなるようにしてもよい。
【００３９】
また、ノズルチップ３１の先端部とカバー部４４の先端部との間には環状の吐出口４６が形成されている。吐出口４６は間隙４５に連通しており、間隙４５に流入したシールドガスは、吐出口４６から外部に吐出する。
【００４０】
また、チップホルダ４１のカバー部４４の先端部は、ノズルチップ３１の筒部３２の先端部よりも軸方向に後退し、吐出口４６が出射口３４よりもノズルチップ３１の筒部３２の基端側寄り配置されている。
【００４１】
図４は、溶接トーチノズル２０によりワークに溶接を行う様子を示している。図４において、ワーク５の溶接すべき領域は小さな領域であり、その径寸法Ｄは例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。また、ワーク５の溶接すべき領域には、押さえ構造６が設けられ、互いに重なり合ったワーク５は、押さえ構造６によりワーク５間に隙間が生じないように押さえ付けられている。そして、溶接すべき領域は押さえ構造６の内側に位置している。また、ワーク５の溶接すべき領域の周囲には、ワーク５に事前に取り付けられた部品７の一部が上向きに突出している。溶接トーチノズル２０は、押さえ構造６や部品７と接触しないようにワーク５に接近し、ワーク５の溶接すべき領域に対向した位置に配置されている。
【００４２】
溶接トーチ本体１０の案内通路１２を介し、溶接トーチノズル２０におけるノズル本体２１の供給通路２４に入射したレーザ光は、光路Ｌに示すように、ノズルチップ３１における連通口３３から出射通路３５に流入し、出射通路３５を通過して出射口３４から出射し、ワーク５の溶接すべき領域に照射される。これにより、ワーク５の溶接すべき領域には溶接部８が形成される。
【００４３】
また、溶接トーチ本体１０のシールドガス供給口１６から供給され、案内通路１２の下流側を介して溶接トーチノズル２０におけるノズル本体２１の供給通路２４に流入したシールドガスは、矢示Ｇに示すように、ノズルチップ３１における連通口３３から出射通路３５に流入する。出射通路３５に流入したシールドガスのうち、一部は各流入孔３６を介して間隙４５内に流入し、残部は、出射通路３５を通過して出射口３４から吐出され、ワーク５の溶接すべき領域に吹き付けられる。これにより、ワーク５の溶接すべき領域の酸化が抑制される。
【００４４】
各流入孔３６を介して間隙４５内に流入したシールドガスは、ノズルチップ３１の筒部３２の外周面に沿うように筒部３２の基端側から先端側に向かって流通し、吐出口４６から外部に流出する。これにより、筒部３２の外周側はその基端側から先端側にかけて全周にわたってシールドガスにより覆われる。出射孔３４から吐出されるシールドガスに出射口３４から照射されるレーザ光が当たると、プラズマ炎が発生し、このプラズマ炎による熱がノズルチップ３１の筒部３２に伝わり、筒部３２が熱せられる。しかし、間隙４５を流通するシールドガスにより、筒部３２がその外周側から冷却される。これにより、プラズマ炎の熱による筒部３２の温度の上昇を抑制することができる。また、筒部３２の外周側がシールドガスに覆われることにより、筒部３２の外周側の酸化が抑制される。
【００４５】
また、チップホルダ４１のカバー部４４の先端部がノズルチップ３１の筒部３２の先端部よりも軸方向に後退し、吐出口４６が出射口３４よりもノズルチップ３１の筒部３２の基端側寄り配置されているので、吐出口４６から吐出したシールドガスが、筒部３２の先端部周囲のプラズマ炎を吹き飛ばす。これにより、図４中の矢示Ｆに示すように、プラズマ炎が筒部３２の先端部に接近するのを抑制することができ、出射口３４から吐出されるシールドガスによりプラズマ炎が巻き込まれ、筒部３２の先端部に接触するのを抑制することができる。
【００４６】
また、筒部３２の外周側はチップホルダ４１のカバー部４４により包囲されているので、プラズマ炎が筒部３２に接触するのを抑制することができ、これによっても、筒部３２の温度上昇および酸化を抑制することができる。
【００４７】
以上説明したとおり、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０によれば、ノズルチップ３１を効果的に冷却することができ、かつノズルチップ３１の酸化を抑制することができる。これにより、ノズルチップ３１がプラズマ炎の熱により焼損するのを抑制することができ、ノズルチップ３１の寿命を長くすることができる。また、プラズマ炎の熱によりノズルチップ３１の先端部が変形するのを抑制することができ、出射口３４から吐出されるシールドガスの吐出方向が変わってしまったり、シールドガスの吐出が不安定になるのを防止することができ、溶接の品質が低下するのを防ぐことができる。
【００４８】
ここで、このようなノズルチップ３１の長寿命化について、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０と比較例による溶接トーチノズル１００とを比較しながら具体的に説明する。図５に示すように、比較例による溶接トーチノズル１００は、略円筒状に形成されたノズル本体１０１の先端部に、円筒状に形成されたノズルチップ１０２を取り付けることにより構成されている。溶接トーチノズル１００は、シールドガスを分流させてノズルチップ１０２の外周側に導く構造を有しておらず、ノズル本体１０１内に流入したシールドガスの全部がノズルトップ１０２内を通過してノズルチップ１０２の先端部から吐出される。このような構造の溶接トーチノズル１００では、溶接時に発生するプラズマ炎によりノズルチップ１０２が熱せられて高温になり易く、かつノズルチップ１０２の酸化の進行が激しく、ノズルチップ１０２が短期間で焼損してしまう。ノズルチップ１０２が焼損する前にノズルチップ１０２を交換することとした場合、溶接長の累計がおよそ３５００ｍに達するごとにノズルチップ１０２を交換する必要があることが実験により判明した。
【００４９】
これに対し、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０を用いた場合には、溶接長の累計がおよそ４４１０００ｍに達するごとにノズルチップ３１を交換すれば足りることが実験により判明した。すなわち、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０のノズルチップ３１の寿命は、比較例による溶接トーチノズル１００のノズルチップ１０２の寿命の１００倍を超えることが実験により明らかになった。
【００５０】
また、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０によれば、ノズルチップ３１の外周側をチップホルダ４１のカバー部４４で覆うと共に、ノズルチップ３１とカバー部４４との間の間隙４５にシールドガスを流通させてノズルチップ３１の外周側をシールドガスによっても覆う構成としたから、ノズルチップ３１をプラズマ炎の熱から保護することができる。これにより、ノズルチップ３１をクロム銅、真鍮等の銅合金等の比較的安価な材料で形成しても、ノズルチップ３１の寿命を長くすることができる。したがって、ノズルチップ３１の交換頻度を低くし、製品の製造に用いるノズルチップ３１の個数を減らすことができると共に、個々のノズルチップ３１の価格を下げることができる。よって、溶接トーチノズル２０を利用して製造する製品の製造コストを削減することができる。
【００５１】
また、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０では、ノズル本体２１の供給通路２４に供給されたシールドガスを、ノズルチップ３１に形成された流通孔３６を介して、チップホルダ４１のカバー部４４とノズルチップ３１との間隙４５に分流させることにより、ノズルチップ３１の外周側にシールドガスを流通させ、ノズルチップ３１を冷却し、ノズルチップ３１の酸化を抑制する。すなわち、溶接トーチノズル２０では、ノズルチップ３１の冷却および酸化抑制を図るためのガスとして、出射口３４から吐出させるためのシールドガスの一部を利用している。また、溶接トーチノズル２０では、シールドガスの一部をノズルチップ３１の外周側に導く経路を溶接トーチノズル２０の内部に形成している。このように、溶接トーチノズル２０では、簡単な機構を溶接トーチノズル２０の内部に形成することにより、ノズルチップ３１の冷却および酸化抑制を実現している。したがって、溶接トーチノズル２０によれば、ノズルチップ３１の冷却および酸化抑制を実現しつつも、溶接トーチノズル２０の小型化を図ることができる。これにより、図４に示すように、ワーク５に押さえ構造６が設けられ、または、溶接すべき領域の周囲に部品７が突出しているために、溶接すべき領域が小さく、溶接すべき部分が奥まった場所に配置されている場合でも、溶接を確実に行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う溶接トーチノズルもまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ溶接トーチ
１０ 溶接トーチ本体
２０ 溶接トーチノズル
２１ ノズル本体
２２ ホルダ取付部
２３ 接触面
２４ 供給通路
３１ ノズルチップ
３２ 筒部
３３ 連通口
３４ 出射口
３５ 出射通路
３６ 流入孔
３７ 鍔部
３８ 接触面
４１ チップホルダ
４２ チップ保持部
４４ カバー部
４５ 間隙
４６ 吐出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接トーチに取り付けられる溶接トーチノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、炭酸ガスレーザ溶接加工においては、ワークの溶接部の表面酸化を防止するために、溶接トーチノズルから溶接部にアルゴンガス等の不活性ガスからなるシールドガスを噴射しながら、当該溶接トーチノズルから溶接部にレーザ光を照射して溶接を行う。特許文献１および２には、このような炭酸ガスレーザ溶接加工に用いられるレーザ溶接トーチが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１１８０６２号公報
【特許文献２】実開平５−００５２８０号公報
【特許文献３】特開平５−２２８６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、炭酸ガスレーザ溶接加工に用いられるレーザ溶接トーチにおいては、溶接トーチノズルから吐出されるシールドガスが、当該溶接トーチノズルから照射させるレーザ光を受けてプラズマ炎を発する。例えば、３ＫＷ級かこれを超えるような大出力で溶接を行う場合や、例えば数百ｍｍ間隔で高頻度に連続的に溶接を行う場合には、このプラズマ炎の発生により、溶接トーチノズルの先端部が加熱されて高温となり、溶接トーチノズルの先端部が焼損し、変形してしまうおそれがある。さらに、溶接トーチノズルの放熱性が悪い場合には、このような事態が起こりやすくなる。
【０００５】
溶接トーチノズルの先端部が焼損し、変形すると、シールドガスの吐出方向が不安定になり、また、大気を巻き込んでプラズマ炎が発生しやすい状態を作り出し、溶接トーチノズルの先端部の焼損をさらに進行させてしまうといった悪循環を引き起こす。また、溶接トーチノズルの先端部が変形してシールドガスの吐出方向が不安定になると、溶接の品質が低下する。
【０００６】
溶接トーチノズルの先端部の焼損を抑制するために、特許文献３に記載されているように、銅製のトーチノズルをモリブデンでコーティングすることにより、トーチノズルの耐久性を高める方法が考えられる。しかし、この方法では、トーチノズルが高価となり、また、この方法によればプラズマ炎による焼損の頻度を減らすことができるものの、当該焼損の頻度をさらに減らして製造コストを削減することが望まれる。
【０００７】
また、溶接トーチノズルの先端部の焼損を抑制するために、溶接トーチノズルの外周側にガス噴出機構を追加し、溶接トーチノズルの内部を貫通して溶接部へ噴射されるシールドガスとは別のガスを外部から当該ガス噴出機構に供給し、当該ガス噴出機構から溶接トーチノズルの先端部へ向けてガスを噴射させ、これにより、溶接トーチノズルの先端部がプラズマ炎により加熱するのを抑制する方法が考えられる。しかし、製品の形状等により、溶接すべき領域が極めて小さい場合があるため、溶接トーチノズルを小型化することが望まれる。溶接トーチノズルの外周側にガス噴射機構を追加する方法では、溶接トーチノズルが大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
また、溶接トーチノズルの焼損による溶接の品質低下を防止するために、溶接トーチノズルの先端部に着脱可能なノズルチップを取り付け、焼損する前にノズルチップを交換する方法が考えられる。しかし、この方法では、金属材料を削り出すことにより製造されるノズルチップを高頻度に交換することとなるため、決して安価ではないノズルチップを多数用いることとなり、製品の製造コストの上昇を招くという問題がある。
【０００９】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、製造コストの上昇および溶接トーチノズルの大型化を抑制しつつ、プラズマ炎による溶接トーチノズル先端部の焼損を抑制することができる溶接トーチノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の溶接トーチノズルは、レーザ溶接トーチに設けられる溶接トーチノズルであって、前記レーザ溶接トーチに取り付けられ、内部にレーザ光およびガスを通過させる供給通路が形成されたノズル本体と、前記ノズル本体の先端部に設けられ、基端側には前記供給通路に連通する連通口が形成され、先端側には出射口が形成され、前記連通口と前記出射口との間が出射通路となり、前記供給通路から前記連通口を介して前記出射通路に進入する前記レーザ光および前記ガスを前記出射口から出射および吐出させる筒状のノズルチップと、前記ノズルチップの基端側を前記ノズル本体の先端側に保持するチップホルダとを備え、前記チップホルダは、前記ノズルチップの先端側外周を前記ノズルチップとの間に間隙を介在させながら包囲するカバー部を有し、前記ノズルチップは、当該ノズルチップの周壁部に径方向に形成され、前記出射通路と前記間隙との間を連通させ、前記出射通路に進入したガスの一部を前記間隙に流入させる流入孔を有し、前記ノズルチップの先端部と前記カバー部の先端部との間には、前記間隙に流入したガスを吐出させる吐出口が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の溶接トーチノズルによれば、ノズルチップの先端側外周をチップホルダのカバー部で包囲することにより、ノズルチップの先端側とプラズマ炎との間を遮断することができる。これにより、ノズルチップの先端側がプラズマ炎から受ける熱量を減らすことができ、ノズルチップの焼損を抑制することができる。
【００１２】
また、ノズルチップの出射通路に進入したガスの一部を流入孔を介してノズルチップとチップホルダのカバー部との間の間隙に流入させ、このガスを吐出口から吐出することにより、ノズルチップの先端外周側にガスを流通させることができる。これにより、ノズルチップの先端側を冷却することができ、プラズマ炎から受けたノズルチップの熱を放熱することができる。また、ノズルチップの先端外周側にガスを流通させることにより、ノズルチップの外周面の酸化を抑制することができる。したがって、ノズルチップの焼損を抑制することができる。
【００１３】
また、ノズルチップの先端側をチップホルダのカバー部で包囲する構造も、ノズルチップの出射通路に進入したガスの一部を分流させてノズルチップの先端外周側に導く構造も、溶接トーチノズルを大型化させることなく容易に実現することができる。したがって、溶接トーチノズルの小型化を図ることができる。また、小型の溶接トーチノズルにより、溶接すべき領域が小さい場合でも、溶接を確実に行うことが可能になる。
【００１４】
また、ノズルチップの外周側をチップホルダで包囲し、ノズルチップの外周側にガスを流通させることによりノズルチップを保護するので、ノズルチップを銅合金等の安価な材料で形成しても、プラズマ炎の熱に対する耐久性を確保することができる。
【００１５】
また、ノズルチップの冷却または酸化抑制を実現するために、溶接トーチノズルの外部からノズルチップに向けて冷却ガス等を供給する新たな機構を溶接トーチノズルに追加する必要がないので、溶接トーチノズルの製造コストの上昇を抑えることができる。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１の溶接トーチノズルにおいて、前記流入孔は、前記ノズルチップの周壁部に周方向に所定の間隔をもって複数形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の溶接トーチノズルによれば、所定の間隔をもって複数形成された流入孔を介して、ノズルチップとチップホルダのカバー部との間の間隙にガスを流入させることができるので、ガスをノズルチップの全周に亘って流通させることができ、ノズルチップの冷却効果および酸化抑制効果を高めることができる。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の第３の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１または第２の溶接トーチノズルにおいて、前記ノズルチップは、大径の基端部に前記連通口が形成され、小径の先端部に前記出射口が形成された略円錐状の筒部と、前記筒部の基端側に設けられ、前記筒部から径方向外側に突出した鍔部とを有し、前記チップホルダは、前記ノズルチップの鍔部を前記ノズル本体との間で狭持しつつ前記ノズル本体の先端部に取り付けることにより、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持するチップ保持部を有し、前記チップホルダのカバー部は、前記チップ保持部の先端側に設けられ、前記ノズルチップの筒部の外径よりも大きい内径を有する略円錐筒状に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の溶接トーチノズルによれば、チップホルダにノズルチップを挿入して、チップホルダをノズル本体の先端部に取り付けるだけで、ノズルチップの位置決めと取付を容易に行うことができる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第４の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１ないし第３のいずれかの溶接トーチノズルにおいて、前記チップホルダのカバー部の先端部は、前記ノズルチップの先端部よりも軸方向に後退し、前記吐出口が前記出射口よりも前記ノズルチップの基端側寄り配置されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第４の溶接トーチノズルによれば、吐出口から吐出されるガスにより、出射口から吐出されるガスに大気が巻き込まれるのを抑制することができ、プラズマ炎の発生を抑えることができる。また、吐出口から吐出されるガスは、ノズルチップの先端外周部を包囲するように流出するので、このガスにより、ノズルチップの先端部をプラズマ炎から遮断する効果を得ることができ、ノズルチップの先端部を冷却し、ノズルチップの先端部の酸化を抑制することができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の第５の溶接トーチノズルは、上述した本発明の第１ないし第４のいずれかの溶接トーチノズルにおいて、前記ノズルチップの基端部および前記ノズル本体の先端部には互いに面接触する接触面がそれぞれ形成され、前記チップホルダは、前記ノズルチップの前記接触面と前記ノズル本体の前記接触面とを当接させた状態で、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第５の溶接トーチノズルによれば、ノズルチップとノズル本体とを面接触させることにより、ノズルチップとノズル本体との接触面積を大きくすることができる。これにより、例えばノズルチップをノズル本体に螺着する場合と比較して、ノズルチップからノズル本体に逃げる熱量を増やすことができ、ノズルチップの放熱性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、製造コストの上昇および溶接トーチノズルの大型化を抑制しながら、プラズマ炎による溶接トーチノズル先端部の焼損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による溶接トーチノズルを有するレーザ溶接トーチを示す一部破断の正面図である。
【図２】本発明の実施形態による溶接トーチノズルを示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態による溶接トーチノズルにおけるノズルチップを示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態による溶接トーチノズルの動作を示す説明図である。
【図５】比較例による溶接トーチノズルを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による溶接トーチノズルを有するレーザ溶接トーチを示している。図１において、レーザ溶接トーチ１は、炭酸ガスレーザ溶接加工に用いられる。レーザ溶接トーチ１は、溶接トーチ本体１０および溶接トーチノズル２０を備えている。溶接トーチ本体１０は、筐体１１を備え、筐体１１内には、レーザ光およびシールドガスを溶接トーチノズル２０に導く案内通路１２が形成されている。また、案内通路１２の途中には、ベンドミラー１３および放物面鏡１４が配置されている。案内通路１２内に入射したレーザ光は、光路Ｌに沿って進行する。すなわち、案内通路１２内において、レーザ光は、ベンドミラー１３に反射し、続いて放物面鏡１４に反射し、さらに放物面鏡１４によって集光され、筐体１１の先端側に設けられたノズル取付部１５に取り付けられた溶接トーチノズル２０に入射する。
【００２７】
また、筐体１１の途中の所定の位置には、シールドガス供給口１６が形成されている。シールドガス供給口１６には、図示しないシールドガス供給配管が接続される。シールドガス供給配管からシールドガス供給口１６を介して供給されたシールドガスは、矢示Ｇに示すように、案内通路１２の下流側を流通して溶接トーチノズル２０に流入する。シールドガスには、例えばアルゴン等の不活性ガスが用いられる。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０を示している。図３は溶接トーチノズル２０に設けられたノズルチップを示している。図２に示すように、溶接トーチノズル２０は、溶接トーチ本体１０の先端側に取り付けられるノズル本体２１と、ノズル本体２１の先端部に設けられたノズルチップ３１と、ノズルチップ３１をノズル本体２１に保持するチップホルダ４１とを備えている。
【００２９】
ノズル本体２１は、例えば真鍮等の銅合金等または鋼等の金属材料により略円柱状に形成されている。ノズル本体２１の基端側（図２中上側）は、溶接トーチ本体１０のノズル取付部１５に取り付けられ、固定される。また、ノズル本体２１の先端側には、チップホルダ４１を取り付けるためのホルダ取付部２２が設けられている。ホルダ取付部２２の外周面には、チップホルダ４１のチップ保持部４２の内周面に形成されたねじと螺合するねじが形成されている。また、ホルダ取付部２２の先端面は平面に形成され、ノズルチップ３１の接触面３８と面接触する接触面２３となっている。
【００３０】
また、ノズル本体２１の内部には、レーザ光およびシールドガスを通過させる供給通路２４が形成されている。供給通路２４は、横断面円形状に形成され、ノズル本体２１の軸方向に伸長しており、供給通路２４の基端側は溶接トーチ本体１０の案内通路１２に連通し、先端側はノズルチップ３１の出射通路３５に連通している。供給通路２４は、その基端側から先端側に向かってレーザ光の光路Ｌ（図１参照）に接触することのないように漸次縮径している。
【００３１】
ノズルチップ３１は、例えばクロム銅、真鍮等の銅合金等により形成されている。ノズルチップ３１は筒部３２を備え、筒部３２は、図３に示すように、外形が基端側から先端側に向かって縮径する略円錐状の筒状に形成されている。また、筒部３２において、大径の基端側にはノズル本体２１の供給通路２４に連通する連通口３３が形成され、小径の先端側には出射口３４が形成され、連通口３３と出射口３４との間が出射通路３５となっている。レーザ光およびシールドガスは、供給通路２４から連通口３３を介して出射通路３５内に進入し、出射口３４から出射および吐出する。
【００３２】
また、筒部３２の周壁部には筒部３２の径方向に複数の流入孔３６が形成されている。各流通孔３６は、出射通路３５と後述する間隙４５との間を連通させ、出射通路３５に進入したシールドガスの一部を間隙４５に流入させる孔である。各流入孔３６は、筒部３２の周方向において所定の間隔、例えば互いに等しい間隔をもって配置されている。本実施形態において流入孔３６の個数は４つであるが、流通孔３６の個数は、シールドガスを間隙４５に適切に流入および分流させる点等を考慮し、２つ、３つまたは５つ以上（例えば８つ）でもよい。また、本実施形態において各流入孔３６は、筒部３２の図３中上下方向の中間部よりも基端側寄りに配置されているが、各流通孔３６を当該中間部に配置してもよいし、当該中間部よりも先端側寄りに配置してもよい。もっとも、各流入孔３６を筒部３２の上記中間部よりも基端側寄りに配置することで、筒部３２の外周面の基端側から先端側にかけての広い範囲を、各流通孔３６から間隙４５に流入したシールドガスで覆うことができ、ノズルチップ３１の冷却効果および酸化抑制効果を高めることができる。各流通孔３６の径寸法は、シールドガスを間隙４５に適切に流入および分流させる点等を考慮して設定されている。
【００３３】
また、筒部３２の基端側には、筒部３２からその全周にわたって径方向外側に突出した鍔部３７が設けられている。また、鍔部３７の基端面は平面に形成され、ノズル本体２１の接触面２３と面接触する接触面３８となっている。
【００３４】
チップホルダ４１は、図２に示すように、ノズルチップ３１の基端側をノズル本体２１の先端側に設けられたホルダ取付部２２に保持する部材である。さらに、チップホルダ４１は、シールドガスをノズルチップ３１の外周側に流通させ、ノズルチップ３１を冷却し、ノズルチップ３１の酸化を抑制する機能をも有している。チップホルダ４１は、例えば真鍮等の銅合金等または鋼等の金属材料により形成され、基端側に位置するチップ保持部４２と、先端側に位置するカバー部４４とから大略構成されている。
【００３５】
チップ保持部４２は筒状に形成され、内周面には、ホルダ取付部２２の外周面に形成されたねじと螺合するねじが形成されている。また、チップ保持部４２の先端側には、径方向内向きに突出する環状の段部４３が形成されている。チップ保持部４２は、ノズルチップ３１の鍔部３７を、段部４３とホルダ取付部２２との間で狭持しつつホルダ取付部２２に螺着される。これにより、ノズルチップ３１がホルダ取付部２２に保持され、固定される。
【００３６】
また、チップ保持部４２の段部４３の内向きの突出した端部の内径（チップ保持部４２の先端側開口部の内径）は、ノズルチップ３１の筒部３２の基端部であって筒部３２の外周面と鍔部３７の基端部とが相互に接続された部分３２Ａの外径とほぼ等しい。これにより、段部４３とホルダ取付部２２との間でノズルチップ３１の鍔部３７を狭持しつつチップ保持部４２をホルダ取付部２２に取り付けたとき、部分３２Ａと段部４３の端部とが互いに全周にわたって接触する。したがって、段部４３とホルダ取付部２２との間でノズルチップ３１の鍔部３７を狭持しつつチップ保持部４２をホルダ取付部２２に取り付けるだけで、ノズルチップ３１の軸線がノズル本体２１の軸線（レーザ光の光軸）に一致するように、ノズルチップ３１がノズル本体２１に対して位置決めされる。これにより、ノズルチップ３１の交換作業を容易にかつ正確に行うことができる。
【００３７】
また、段部４３とホルダ取付部２２との間でノズルチップ３１の鍔部３７を狭持しつつチップ保持部４２をホルダ取付部２２に締着することにより、ノズルチップ３１の接触面３８とノズル本体２１の接触面２３とが面接触した状態で当接または密接する。これにより、ノズルチップ３１とノズル本体２１とが広い面積をもって互いに接触するので、ノズルチップ３１の熱をノズル本体２１側に効果的に逃がすことができ、ノズルチップ３１の放熱性を高めることができる。
【００３８】
一方、チップホルダ４１のカバー部４４は、チップ保持部４２の先端側に設けられ、ノズルチップ３１の筒部３２の外径よりも大きい内径を有する略円錐筒状に形成されている。そして、カバー部４４は、筒部３２の外周を筒部３２との間に間隙４５を介在させながら包囲する。筒部３２の外面とカバー部４４の内面との間の距離（径方向における間隙４５の距離）は、筒部３２の全周にわたって一定であり、筒部３２の基端側から先端側にかけてほぼ一定である。間隙４５の基端側は、ノズルチップ３１の筒部３２に形成された複数の流通孔３６を介して、ノズルチップ３１の筒部３２内の出射通路３５に連通している。これにより、出射通路３５に供給されたシールドガスが各流通孔３６を介して間隙４５に流入する。なお、筒部３２の外面とカバー部４４の内面との間の距離（径方向における間隙４５の距離）を、筒部３２の基端側から先端側にかけて漸次小さくなるようにしてもよい。
【００３９】
また、ノズルチップ３１の先端部とカバー部４４の先端部との間には環状の吐出口４６が形成されている。吐出口４６は間隙４５に連通しており、間隙４５に流入したシールドガスは、吐出口４６から外部に吐出する。
【００４０】
また、チップホルダ４１のカバー部４４の先端部は、ノズルチップ３１の筒部３２の先端部よりも軸方向に後退し、吐出口４６が出射口３４よりもノズルチップ３１の筒部３２の基端側寄り配置されている。
【００４１】
図４は、溶接トーチノズル２０によりワークに溶接を行う様子を示している。図４において、ワーク５の溶接すべき領域は小さな領域であり、その径寸法Ｄは例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。また、ワーク５の溶接すべき領域には、押さえ構造６が設けられ、互いに重なり合ったワーク５は、押さえ構造６によりワーク５間に隙間が生じないように押さえ付けられている。そして、溶接すべき領域は押さえ構造６の内側に位置している。また、ワーク５の溶接すべき領域の周囲には、ワーク５に事前に取り付けられた部品７の一部が上向きに突出している。溶接トーチノズル２０は、押さえ構造６や部品７と接触しないようにワーク５に接近し、ワーク５の溶接すべき領域に対向した位置に配置されている。
【００４２】
溶接トーチ本体１０の案内通路１２を介し、溶接トーチノズル２０におけるノズル本体２１の供給通路２４に入射したレーザ光は、光路Ｌに示すように、ノズルチップ３１における連通口３３から出射通路３５に流入し、出射通路３５を通過して出射口３４から出射し、ワーク５の溶接すべき領域に照射される。これにより、ワーク５の溶接すべき領域には溶接部８が形成される。
【００４３】
また、溶接トーチ本体１０のシールドガス供給口１６から供給され、案内通路１２の下流側を介して溶接トーチノズル２０におけるノズル本体２１の供給通路２４に流入したシールドガスは、矢示Ｇに示すように、ノズルチップ３１における連通口３３から出射通路３５に流入する。出射通路３５に流入したシールドガスのうち、一部は各流入孔３６を介して間隙４５内に流入し、残部は、出射通路３５を通過して出射口３４から吐出され、ワーク５の溶接すべき領域に吹き付けられる。これにより、ワーク５の溶接すべき領域の酸化が抑制される。
【００４４】
各流入孔３６を介して間隙４５内に流入したシールドガスは、ノズルチップ３１の筒部３２の外周面に沿うように筒部３２の基端側から先端側に向かって流通し、吐出口４６から外部に流出する。これにより、筒部３２の外周側はその基端側から先端側にかけて全周にわたってシールドガスにより覆われる。出射孔３４から吐出されるシールドガスに出射口３４から照射されるレーザ光が当たると、プラズマ炎が発生し、このプラズマ炎による熱がノズルチップ３１の筒部３２に伝わり、筒部３２が熱せられる。しかし、間隙４５を流通するシールドガスにより、筒部３２がその外周側から冷却される。これにより、プラズマ炎の熱による筒部３２の温度の上昇を抑制することができる。また、筒部３２の外周側がシールドガスに覆われることにより、筒部３２の外周側の酸化が抑制される。
【００４５】
また、チップホルダ４１のカバー部４４の先端部がノズルチップ３１の筒部３２の先端部よりも軸方向に後退し、吐出口４６が出射口３４よりもノズルチップ３１の筒部３２の基端側寄り配置されているので、吐出口４６から吐出したシールドガスが、筒部３２の先端部周囲のプラズマ炎を吹き飛ばす。これにより、図４中の矢示Ｆに示すように、プラズマ炎が筒部３２の先端部に接近するのを抑制することができ、出射口３４から吐出されるシールドガスによりプラズマ炎が巻き込まれ、筒部３２の先端部に接触するのを抑制することができる。
【００４６】
また、筒部３２の外周側はチップホルダ４１のカバー部４４により包囲されているので、プラズマ炎が筒部３２に接触するのを抑制することができ、これによっても、筒部３２の温度上昇および酸化を抑制することができる。
【００４７】
以上説明したとおり、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０によれば、ノズルチップ３１を効果的に冷却することができ、かつノズルチップ３１の酸化を抑制することができる。これにより、ノズルチップ３１がプラズマ炎の熱により焼損するのを抑制することができ、ノズルチップ３１の寿命を長くすることができる。また、プラズマ炎の熱によりノズルチップ３１の先端部が変形するのを抑制することができ、出射口３４から吐出されるシールドガスの吐出方向が変わってしまったり、シールドガスの吐出が不安定になるのを防止することができ、溶接の品質が低下するのを防ぐことができる。
【００４８】
ここで、このようなノズルチップ３１の長寿命化について、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０と比較例による溶接トーチノズル１００とを比較しながら具体的に説明する。図５に示すように、比較例による溶接トーチノズル１００は、略円筒状に形成されたノズル本体１０１の先端部に、円筒状に形成されたノズルチップ１０２を取り付けることにより構成されている。溶接トーチノズル１００は、シールドガスを分流させてノズルチップ１０２の外周側に導く構造を有しておらず、ノズル本体１０１内に流入したシールドガスの全部がノズルトップ１０２内を通過してノズルチップ１０２の先端部から吐出される。このような構造の溶接トーチノズル１００では、溶接時に発生するプラズマ炎によりノズルチップ１０２が熱せられて高温になり易く、かつノズルチップ１０２の酸化の進行が激しく、ノズルチップ１０２が短期間で焼損してしまう。ノズルチップ１０２が焼損する前にノズルチップ１０２を交換することとした場合、溶接長の累計がおよそ３５００ｍに達するごとにノズルチップ１０２を交換する必要があることが実験により判明した。
【００４９】
これに対し、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０を用いた場合には、溶接長の累計がおよそ４４１０００ｍに達するごとにノズルチップ３１を交換すれば足りることが実験により判明した。すなわち、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０のノズルチップ３１の寿命は、比較例による溶接トーチノズル１００のノズルチップ１０２の寿命の１００倍を超えることが実験により明らかになった。
【００５０】
また、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０によれば、ノズルチップ３１の外周側をチップホルダ４１のカバー部４４で覆うと共に、ノズルチップ３１とカバー部４４との間の間隙４５にシールドガスを流通させてノズルチップ３１の外周側をシールドガスによっても覆う構成としたから、ノズルチップ３１をプラズマ炎の熱から保護することができる。これにより、ノズルチップ３１をクロム銅、真鍮等の銅合金等の比較的安価な材料で形成しても、ノズルチップ３１の寿命を長くすることができる。したがって、ノズルチップ３１の交換頻度を低くし、製品の製造に用いるノズルチップ３１の個数を減らすことができると共に、個々のノズルチップ３１の価格を下げることができる。よって、溶接トーチノズル２０を利用して製造する製品の製造コストを削減することができる。
【００５１】
また、本発明の実施形態による溶接トーチノズル２０では、ノズル本体２１の供給通路２４に供給されたシールドガスを、ノズルチップ３１に形成された流通孔３６を介して、チップホルダ４１のカバー部４４とノズルチップ３１との間隙４５に分流させることにより、ノズルチップ３１の外周側にシールドガスを流通させ、ノズルチップ３１を冷却し、ノズルチップ３１の酸化を抑制する。すなわち、溶接トーチノズル２０では、ノズルチップ３１の冷却および酸化抑制を図るためのガスとして、出射口３４から吐出させるためのシールドガスの一部を利用している。また、溶接トーチノズル２０では、シールドガスの一部をノズルチップ３１の外周側に導く経路を溶接トーチノズル２０の内部に形成している。このように、溶接トーチノズル２０では、簡単な機構を溶接トーチノズル２０の内部に形成することにより、ノズルチップ３１の冷却および酸化抑制を実現している。したがって、溶接トーチノズル２０によれば、ノズルチップ３１の冷却および酸化抑制を実現しつつも、溶接トーチノズル２０の小型化を図ることができる。これにより、図４に示すように、ワーク５に押さえ構造６が設けられ、または、溶接すべき領域の周囲に部品７が突出しているために、溶接すべき領域が小さく、溶接すべき部分が奥まった場所に配置されている場合でも、溶接を確実に行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う溶接トーチノズルもまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ溶接トーチ
１０ 溶接トーチ本体
２０ 溶接トーチノズル
２１ ノズル本体
２２ ホルダ取付部
２３ 接触面
２４ 供給通路
３１ ノズルチップ
３２ 筒部
３３ 連通口
３４ 出射口
３５ 出射通路
３６ 流入孔
３７ 鍔部
３８ 接触面
４１ チップホルダ
４２ チップ保持部
４４ カバー部
４５ 間隙
４６ 吐出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接トーチに設けられる溶接トーチノズルであって、
前記レーザ溶接トーチに取り付けられ、内部にレーザ光およびガスを通過させる供給通路が形成されたノズル本体と、
前記ノズル本体の先端部に設けられ、基端側には前記供給通路に連通する連通口が形成され、先端側には出射口が形成され、前記連通口と前記出射口との間が出射通路となり、前記供給通路から前記連通口を介して前記出射通路に進入する前記レーザ光および前記ガスを前記出射口から出射および吐出させる筒状のノズルチップと、
前記ノズルチップの基端側を前記ノズル本体の先端側に保持するチップホルダとを備え、
前記チップホルダは、前記ノズルチップの先端側外周を前記ノズルチップとの間に間隙を介在させながら包囲するカバー部を有し、
前記ノズルチップは、当該ノズルチップの周壁部に径方向に形成され、前記出射通路と前記間隙との間を連通させ、前記出射通路に進入したガスの一部を前記間隙に流入させる流入孔を有し、
前記ノズルチップの先端部と前記カバー部の先端部との間には、前記間隙に流入したガスを吐出させる吐出口が形成されていることを特徴とする溶接トーチノズル。
【請求項２】
前記流入孔は、前記ノズルチップの周壁部に周方向に所定の間隔をもって複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチノズル。
【請求項３】
前記ノズルチップは、大径の基端部に前記連通口が形成され、小径の先端部に前記出射口が形成された略円錐状の筒部と、前記筒部の基端側に設けられ、前記筒部から径方向外側に突出した鍔部とを有し、
前記チップホルダは、前記ノズルチップの鍔部を前記ノズル本体との間で狭持しつつ前記ノズル本体の先端部に取り付けることにより、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持するチップ保持部を有し、
前記チップホルダのカバー部は、前記チップ保持部の先端側に設けられ、前記ノズルチップの筒部の外径よりも大きい内径を有する略円錐筒状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接トーチノズル。
【請求項４】
前記チップホルダのカバー部の先端部は、前記ノズルチップの先端部よりも軸方向に後退し、前記吐出口が前記出射口よりも前記ノズルチップの基端側寄り配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接トーチノズル。
【請求項５】
前記ノズルチップの基端部および前記ノズル本体の先端部には互いに面接触する接触面がそれぞれ形成され、
前記チップホルダは、前記ノズルチップの前記接触面と前記ノズル本体の前記接触面とを当接させた状態で、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の溶接トーチノズル。
【請求項１】
レーザ溶接トーチに設けられる溶接トーチノズルであって、
前記レーザ溶接トーチに取り付けられ、内部にレーザ光およびガスを通過させる供給通路が形成されたノズル本体と、
前記ノズル本体の先端部に設けられ、基端側には前記供給通路に連通する連通口が形成され、先端側には出射口が形成され、前記連通口と前記出射口との間が出射通路となり、前記供給通路から前記連通口を介して前記出射通路に進入する前記レーザ光および前記ガスを前記出射口から出射および吐出させる筒状のノズルチップと、
前記ノズルチップの基端側を前記ノズル本体の先端側に保持するチップホルダとを備え、
前記チップホルダは、前記ノズルチップの先端側外周を前記ノズルチップとの間に間隙を介在させながら包囲するカバー部を有し、
前記ノズルチップは、当該ノズルチップの周壁部に径方向に形成され、前記出射通路と前記間隙との間を連通させ、前記出射通路に進入したガスの一部を前記間隙に流入させる流入孔を有し、
前記ノズルチップの先端部と前記カバー部の先端部との間には、前記間隙に流入したガスを吐出させる吐出口が形成されていることを特徴とする溶接トーチノズル。
【請求項２】
前記流入孔は、前記ノズルチップの周壁部に周方向に所定の間隔をもって複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチノズル。
【請求項３】
前記ノズルチップは、大径の基端部に前記連通口が形成され、小径の先端部に前記出射口が形成された略円錐状の筒部と、前記筒部の基端側に設けられ、前記筒部から径方向外側に突出した鍔部とを有し、
前記チップホルダは、前記ノズルチップの鍔部を前記ノズル本体との間で狭持しつつ前記ノズル本体の先端部に取り付けることにより、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持するチップ保持部を有し、
前記チップホルダのカバー部は、前記チップ保持部の先端側に設けられ、前記ノズルチップの筒部の外径よりも大きい内径を有する略円錐筒状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接トーチノズル。
【請求項４】
前記チップホルダのカバー部の先端部は、前記ノズルチップの先端部よりも軸方向に後退し、前記吐出口が前記出射口よりも前記ノズルチップの基端側寄り配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接トーチノズル。
【請求項５】
前記ノズルチップの基端部および前記ノズル本体の先端部には互いに面接触する接触面がそれぞれ形成され、
前記チップホルダは、前記ノズルチップの前記接触面と前記ノズル本体の前記接触面とを当接させた状態で、前記ノズルチップを前記ノズル本体に保持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の溶接トーチノズル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６６２９０（Ｐ２０１２−６６２９０Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３９９３（Ｐ２０１０−２１３９９３）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
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