JP2003504213A - 複合レーザおよびプラズマアーク加工トーチならびに方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザーおよびプラズマアーク技術を組み合わせ、加工物の表面に高エネルギー密度を効率よく作り出すことかできるようにする溶接用のトーチが、透明な入出力端部および中心軸を有し、内部空間を有したメインボディと、メインボディの入力端部を通して入力レーザービームを入力させるための入力レーザービーム供給源と、メインボディ内に設けられて、入力レーザービームを中心軸と同軸に導く第１機構と、メインボディの出力端部に設けられた電気絶縁ブッシュと、絶縁ブッシュの出力端に設けられた、基端および先端を有する収縮ノズルと、絶縁ブッシュの空洞内に配設され、収縮ノズルの断面の近くで中心軸と交差する長手軸を有した少なくとも一つの電極と、トーチ内にプラズマガスを供給する第２機構と、少なくとも一つの電極と加工物との間に電気アークを形成させる第３機構とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の分野および背景】 本発明は、溶接、切断、被膜形成、金属板被覆等の処理用のプロセッシングト
ーチ、特に、レーザーおよびプラズマアーク重合溶接用トーチに関する。本発明
はまた、本発明に係るレーザーおよびプラズマアーク重合溶接用トーチ用いた処
理方法に関し、この方法は、レーザーおよびプラズマアーク溶接技術の特性を組
み合わせてなり、従来のレーザーおよびプラズマアーク溶接装置を用いて得られ
るよりも高エネルギー密度を有するとともにより高い溶接対象物の接合効率を有
する。 【図面の簡単な説明】 【図１】 従来のプラズマアークトーチの概略図である。 【図２】 従来のレーザーおよびプラズマアーク重合溶接トーチの概略図である。 【図３】 従来のレーザーおよびプラズマアーク重合溶接トーチの概略図である。 【図４】 本発明の第１実施形態に係るレーザーおよぴプラズマアーク重合溶接トーチの
断面図である。 【図５】 本発明の第２実施形態に係るレーザーおよぴプラズマアーク重合溶接トーチの
断面図である。 【図６】 同期装置を有した本発明に係るレーザーおよぴプラズマアーク重合溶接トーチ
の下部断面図である。 【図７】 整流装置を有した本発明に係るレーザーおよぴプラズマアーク重合溶接トーチ
の下部断面図である。

【手続補正書】 【提出日】平成１４年２月２０日（２００２．２．２０） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】全文 【補正方法】変更 【補正の内容】 【発明の名称】 複合レーザおよびプラズマアーク加工トーチならびに方法 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザおよびプラズマアーク技術を組み合わせ、被加工物の
表面に効率的に高エネルギー密度を生成できる溶接に使用するトーチであって、 （ａ）内部キャビティ、光学的に透明な入力および出力端部、および中心軸を
有する主本体と； （ｂ）前記主本体の前記入力端部を通して入力レーザビームを入力する入力レ
ーザビーム源と、 （ｃ）前記中心軸と共線的に前記入力レーザビームを方向付ける主本体内にあ
る第１の機構であって、前記入力レーザビームは前記光学的に透明な出力端部に
おいてビーム半径を有する、第１の機構と、 （ｄ）前記主本体の前記出力端部に配置した電気絶縁ブッシュであって、 （i）前記中心軸と共線的である開口部と、 （ii）電極を配置するための少なくとも１つのキャビティと、 （iii）出力端部とを含む、電気絶縁ブッシュと、 （ｅ）近位端部と遠位端部とを有する圧縮ノズルであって、前記圧縮ノズルを
前記絶縁ブッシュ出力端部に配置し、前記圧縮ノズルは、前記中心軸に中心があ
る貫通開口部、および前記遠位端部に断面を有し、前記断面は前記中心軸に垂直
であり、前記圧縮ノズルの前記貫通開口部は前記入力レーザビーム半径よりも大
きい半径を有する、圧縮ノズルと、 （ｆ）前記絶縁ブッシュのキャビティ内に設け、前記圧縮ノズルの前記断面に
近い前記中心軸と交差する長手方向軸を有する少なくとも１本の電極であって、
前記少なくとも１本の電極の長手方向軸と前記中心軸とが前記主本体に面する鋭
角を形成する、少なくとも１本の電極と、 （ｇ）前記圧縮ノズルと前記少なくとも１本の電極との間の領域内に、トーチ
内部のプラズマガスを提供する第２の機構と、 （ｈ）前記少なくとも１本の電極と被加工物との間に電気アークを形成し、そ
れにより前記プラズマガスを前記圧縮ノズルから発するプラズマとなるようにし
、前記主本体から発する前記レーザビームと相互作用させて複合プラズマレーザ
放電を形成する第３の機構と、 を具備するトーチ。 【請求項２】 （ｉ）前記圧縮ノズルを包囲する保護ノズルと、 （ｊ）前記保護ノズルと前記圧縮ノズルとの間の領域内に保護ガスを供給する
第４の機構と、をさらに具備する、請求項１に記載のトーチ。 【請求項３】 前記少なくとも１本の電極は、 （i）遠位端部と近位端部と、 （ii）前記遠位端部近くに配置した蓄熱球と、 （iii）前記少なくとも１本の電極の前記近位端部への熱伝達を低減し、前記
電極の前記蓄熱球と近位端部との間に位置する第４の機構と、をさらに含む、請
求項１に記載のトーチ。 【請求項４】 前記少なくとも１本の電極内の熱伝達を低減する前記第４の
機構は、前記電極の前記蓄熱球と前記近位端部との間に設けたストラップを含む
、請求項３に記載のトーチ。 【請求項５】 前記少なくとも１本の電極は、不活性ガスを前記電極の遠位
端部周りの領域内に供給し、それにより保護ガスエンベロープを前記少なくとも
１本の電極のまわりに発生させる第４の機構をさらに含み、前記ガスエンベロー
プは前記少なくとも１本の電極の安定性および寿命を増す、請求項１に記載のト
ーチ。 【請求項６】 前記少なくとも１本の電極はその長手方向軸に沿って往復移
動可能である、請求項１に記載のトーチ。 【請求項７】 前記中心軸と前記少なくとも１本の電極との間の最短距離は
、前記中心軸と垂直な断面のレーザビーム半径よりも小さく、前記少なくとも１
本の電極の前記遠位端部に位置する、請求項１に記載のトーチ。 【請求項８】 前記絶縁ブッシュのキャビティ内に配置され、前記断面に近
い前記中心軸と交差する長手方向軸を有する少なくとも２本の電極を具備し、前
記長手方向軸は円錐体の母線上にあり、前記円錐体は、前記中心軸上に頂点を備
え、前記円錐体は前記主本体に面するベースを備えている、請求項１に記載のト
ーチ。 【請求項９】 前記中心軸と前記少なくとも２本の電極の各々の近接点との
間の前記距離は前記レーザビーム半径よりも小さい、請求項７に記載のトーチ。 【請求項１０】 少なくとも２本の電極を具備し、前記電極の各々は陰極で
ある、請求項８に記載のトーチ。 【請求項１１】 少なくとも２本の電極を具備し、前記電極の各々は陽極で
ある、請求項８に記載のトーチ。 【請求項１２】 ２本の電極を具備し、前記２本の電極のうちの１本は陰極
であり、前記２本の電極のうちの１本は陽極である、請求項８に記載のトーチ。 【請求項１３】 前記レーザビームを方向付ける前記第１の機構はビーム集
束機構を有する光学系を含み、前記光学系を前記主本体の前記入力端部に配置し
、前記レーザビームを、トーチ外部の少なくとも一点および前記圧縮ノズルの前
記断面背後に集束させる、請求項１に記載のトーチ。 【請求項１４】 前記光学系は、対物レンズおよび集束反射体から成る群か
ら選択される少なくとも１種類の光学要素を含む、請求項１３に記載のトーチ。 【請求項１５】 前記入力レーザビーム源は、固体レーザ、ガスレーザおよ
びダイオードレーザから成る群から選択される少なくとも１種類のレーザであり
、前記少なくとも１種類のレーザは、連続およびパルスから成る群から選択され
るモードで動作する、請求項１に記載のトーチ。 【請求項１６】 前記圧縮ノズルは円錐状外部表面と貫通開口部とを有し、
前記貫通開口部は内部表面と断面積とを有し、前記圧縮ノズルは、プラズマ流の
付加的圧縮および安定化の第４の機構を備えている、請求項１に記載のトーチ。 【請求項１７】 前記プラズマ流の付加的圧縮および安定化の第４の機構は
、前記圧縮ノズルの前記円錐状外部表面に配置され、前記円錐状外部表面から間
隔を空けた反対側の円錐状表面に配置された溝を含む、請求項１６に記載のトー
チ。 【請求項１８】 前記プラズマ流の付加的圧縮および安定化の前記第４の機
構は、前記圧縮ノズルの前記円錐状外部表面および前記円錐状外部表面に近接し
た反対側の円錐状表面に配置された溝を含む、請求項１６に記載のトーチ。 【請求項１９】 前記溝の少なくとも２本を前記圧縮ノズルの前記円錐状外
部表面の母線と平行に前記円錐状外部表面上に配置し、前記溝は、前記圧縮ノズ
ルの前記貫通開口部の前記断面積にほぼ等しい総断面積を有する、請求項１６に
記載のトーチ。 【請求項２０】 前記反対側円錐状表面は保護ノズルの貫通開口部の内部表
面であり、前記反対側円錐状表面を、前記圧縮ノズルの前記円錐状外部表面と同
心に配置し、前記円錐状外部表面から間隔を空けて配置している、請求項１７に
記載のトーチ。 【請求項２１】 円錐状ブッシュをさらに含み、前記円錐状ブッシュは内部
表面を有し、前記円錐状ブッシュを前記圧縮ノズルと保護ノズルとの間のギャッ
プ内に位置決めしている、請求項１７に記載のトーチ。 【請求項２２】 前記円錐状ブッシュの前記内部表面は前記圧縮ノズルの前
記円錐状外部表面に近接している、請求項２１に記載のトーチ。 【請求項２３】 前記少なくとも１本の電極と被加工物との間に前記電気ア
ークを形成する前記機構は、前記入力レーザビームのパルスをアーク電流のパル
スと同期化させるための同期装置を含む、請求項１に記載のトーチ。 【請求項２４】 前記電気アークを形成する前記機構は、前記少なくとも２
本の電極を前記機構に接続するための整流器を含む、請求項１に記載のトーチ。 【請求項２５】 ２本の電極を具備し、前記電気アークを形成する前記第３
の機構は、２個のダイオードを介して前記２本の電極と接続した交流電流源を含
み、前記２個のダイオードのうちの第１のダイオードの陽極は、前記２本の電極
の負電極と前記２個のダイオードのうちの第２のダイオードの陰極とに接続され
、前記第２のダイオードの前記陰極は前記２本の電極の正電極と接続されている
、請求項１に記載のトーチ。 【請求項２６】 表面を有する被加工物上に高エネルギー密度スポットを形
成する方法であって、 （ａ）（i）内部キャビティ、光学的に透明な入力および出力端部、および中心
軸を有する主本体と、 （ii）前記主本体の前記入力端部を通して入力レーザビームを入力するための
入力レーザビーム源と、 （iii）前記中心軸と共線的に前記入力レーザビームを方向付けるための前記
主本体にある第１の機構であって、前記入力レーザビームは前記光学的に透明な
出力端部において半径を有する、第１の機構と、 （iv）前記主本体の前記出力端部に配置した電気絶縁ブッシュであって、 （１）前記中心軸と共線的である開口部と、 （２）電極を配置するための少なくとも１つのキャビティと、 （３）出力端部と、を含む電気絶縁ブッシュと、 （v）近位端部と遠位端部とを有する圧縮ノズルであって、前記圧縮ノズルを
前記絶縁ブッシュ出力端部に配置し、前記圧縮ノズルは、前記中心軸に中心があ
る貫通開口部と前記遠位端部に断面とを有し、前記断面は前記中心軸と垂直をな
し、前記圧縮ノズルの前記貫通開口部は前記入力レーザビーム半径よりも大きい
半径を有する、圧縮ノズルと、 （vi）前記絶縁ブッシュのキャビティ内に配置され、前記圧縮ノズルの前記断
面に近い前記中心軸と交差する長手方向軸を有する少なくとも１本の電極であっ
て、前記少なくとも１本の電極の長手方向軸と前記中心軸とは前記主本体に面す
る鋭角を形成する、少なくとも１本の電極と、 （vii）前記圧縮ノズルと前記少なくとも１本の電極との間の領域に、トーチ
内部のプラズマガスを提供する第２の機構と、 （viii）前記少なくとも１本の電極と被加工物との間に電気アークを形成し、
それにより前記プラズマガスを前記圧縮ノズルから発するプラズマにし、前記主
本体から発する前記レーザビームと相互作用させて複合プラズマレーザ放電を形
成する第３の機構と、 を含む複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチを提供するステップと、 （ｂ）前記主本体の前記中心軸に沿って前記レーザビームを方向付け、それによ
り前記少なくとも１本の電極を前記レーザビームで加熱し、前記レーザビームを
前記主本体外部の焦点で集束させるステップと、 （ｃ）前記主本体と被加工物との間の領域に圧縮したプラズマジェットを形成し
、それにより前記レーザビームと前記プラズマジェットとを相互作用させ、被加
工物に衝突させるより高いエネルギー密度を有するさらに高圧縮したプラズマジ
ェットを生成し、それにより被加工物上に高エネルギー密度スポットを形成する
、ステップと、を含む方法。 【請求項２７】 前記溶接トーチがは、 （ix）前記圧縮ノズルを包囲する保護ノズルと、 （x）前記保護ノズルと前記圧縮ノズルとの間の領域に保護ガスを供給する第
４の機構と、をさらに含む、請求項２６に記載の方法。 【請求項２８】 前記少なくとも１本の電極は、前記レーザビームが前記少
なくとも１本の電極の前記遠位端部に位置する断面でビーム半径を有するように
前記レーザビームを方向付けることによって加熱され、前記ビーム半径は回転の
前記中心軸と前記少なくとも１本の電極の近接点との間の半径よりも大きい、請
求項２６に記載の方法。 【請求項２９】 前記圧縮プラズマジェットは保護ガスジェットで付加的に
圧縮および冷却され、前記保護ガスジェットはプラズマ流の付加的圧縮および安
定化の第４の機構によって発生される、請求項２６に記載の方法。 【請求項３０】 ２本の前記電極を有する前記溶接トーチの場合、前記２本
の電極の第１は陰極であり、前記２本の電極の第２は陽極であり、前記２本の電
極の各々は律動化電流で給電され、前記陽極がゼロである回路内の前記陰極と前
記被加工物との間で負の前記律動化電流を前記電気アークが点弧し、前記陰極が
ゼロである前記回路内の前記陽極と前記被加工物との間で正の前記律動化電流を
前記電気アークが点弧するとき、前記律動化電流はオンである、請求項２６に記
載の方法。 【請求項３１】 前記電気アークを形成する前記機構は、所定の周波数およ
び持続時間の電流パルスを発生させることを含み、前記アーク電流パルスは定期
的休止をもって加えられ、それにより同期装置が前記アーク電流パルスの前記所
定周波数および持続時間を前記入力レーザビームのパルスと調和させるので前記
レーザビームパルスを反復する期間は前記アーク電流パルスを反復する期間に等
しく、前記レーザビームパルスの各々は２つの連続した前記アーク電流パルス毎
の間の前記定期的休止中に開始し、前記２つの連続した前記アーク電流パルス毎
の２回目の間に終了する、請求項２６に記載の方法。 【請求項３２】 ２本の前記電極を有する前記溶接トーチの場合、前記電気
アークを形成する前記機構は、所定の周波数および持続時間のアーク電流パルス
を発生させることを含む、請求項２６に記載の方法。 【請求項３３】 ２本の電極を含む溶接トーチの場合、前記電気アークを形
成する前記機構は整流器に接続され、前記整流器は、前記２本の電極を所定の周
波数および持続時間のアーク電流を発生させる第４の機構と接続する、請求項２
６に記載の方法。 【請求項３４】 ３本の前記電極を含む前記溶接トーチの場合、前記電気ア
ークを形成する前記機構は整流器に接続され、前記整流器は、前記３本の電極を
シーケンスおよび周波数を有するアーク電流パルスを発生させる第４の機構と接
続し、前記３本の電極の各々は、前記整流器の完全動作サイクルの２回の連続間
隔中に接続される、請求項２６に記載の方法。 【発明の詳細な説明】 【０００１】 【本発明の分野および背景】 本発明は、一般に、溶接、切断、コーティング、クラッッドに使用する加工ト
ーチ装置に、より詳しくは、レーザおよびプラズマアーク溶接装置の現在の構成
を利用して達成可能であるよりも高いエネルギー密度と、被加工物を溶接するた
めの結合効率とを生成する、レーザおよびプラズマアーク溶接技術の特徴を結合
した、複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチ、および本発明の複合レーザ
およびプラズマアーク溶接トーチを使用するための対応する方法に関する。 【０００２】 溶接は、多くの産業で極めて重要な製造技術である。溶接加工は、それらが、
液状材料のたまりを造り、移動するために高エネルギー密度を生成しなければな
らないので、エネルギー集約型といえる。最も良く知られている溶接法において
、溶接ツールと被加工物との間のエネルギー結合効率は、使用される材料および
溶接技術にもよるが、せいぜい２０〜３０パーセントである。従って、結合効率
を増加できれば重大な経済的利益を得ることができる。溶接品質や生産性のよう
な、溶接加工の他の局面もまた重要なものであり、溶接加工の経済的側面に大き
な影響を与え得る。これらの要因の全ては、ある程度、被加工物上で起こり得る
エネルギー密度に依存するので、付加的な技術や溶接ツールを開発することによ
りこの品質を高めるべくより多大な努力がなされている。 【０００３】 以下、用語「被加工物」は、溶接トーチの使用を含む溶接加工を受ける材料、
典型的に、金属を指す。以下、用語「高エネルギー密度スポット」は、溶接トー
チから生じる大いに集中させたエネルギーの、被加工物上への、非常に局所化し
た領域、または部分を指す。 【０００４】 これらの技術の１つであるプラズマ溶接は、圧縮したアークを２枚の金属片を
溶融させ、一緒に融着させるエネルギー源として使用する加工法である。プラズ
マ溶接は、シングルパスで厚板を速やかに溶接するために使用でき、しかも高品
質の溶接部を生成できるので重工業でごく普通に使用されている。この技術は、
電気アークに強制的に不活性ガスを送り込むことで高温の一部イオン化ガス流を
生成させることに基づいている。電気アークは、ガスがイオン化状態になり、導
電状態になる温度までガスを加熱する。 【０００５】 電界が電極と被加工物との間に励起される場合、イオン化したガスで形成され
たプラズマアークは、被加工物に衝突し、材料を溶融させる。プラズマアーク溶
接において、プラズマガス流量、アーク電流、および溶接移動速度を適正に選択
すると、プラズマアークの高エネルギーおよび運動量が、材料の溶融池をアーク
に貫通させる動的圧力を生成し、母材金属を完全に貫通する小孔を形成させる条
件を造る。その孔は、「キーホール」と称され、そのような特徴が形成される溶
接技術は、「キーホール溶接」と称される。キーホール技術において、プラズマ
蒸気が材料を貫通し、キーホールを形成するとき溶融金属をその蒸気によって材
料のビードの頂部表面に移動させる。プラズマアークトーチを溶接接合部に沿っ
て移動させると、キーホールの前で溶融した金属がプラズマアークの周りから後
方に流れて溶接池を形成する。この形式の溶接の主な利点は、最小限の接合部の
準備で、材料の溶接をシングルパスで比較的速く実行できることである。加えて
、プラズマ溶接の一般的利点は、プラズマアークをキーホール内部に集中させる
ので、被加工物内の応力すなわち変形を低減することにある。 【０００６】 図１は、典型的な従来技術のプラズマアーク溶接トーチ１０の構成部分を示す
。トーチ１０は、出口オリフィス１５を有する圧縮ノズル１４の内部に引き込ま
れ、そのノズル１４で包囲されている電極１２から構成される。電極１２とノズ
ル１４との間に形成された空間をプレナムチャンバ１６と称する。そのノズル１
４は、外部すなわちシールドガスノズル１７で部分的に包囲されている。 【０００７】 トーチ１０の動作において、電流を電極１２と被加工物１８との間、または電
極１２とノズル１４との間に流す。オリフィスガスをプレナムチャンバ１６内に
強制的に送り込み、それにより、電極１２を包囲する。オリフィスガスが電気ア
ーク内でイオン化状態となり、それにより、プラズマを形成する。プラズマは、
プラズマジェット２０としてオリフィス１５から噴出し、被加工物１８に衝突す
る。電極１２はプレナムチャンバ１６内部に引き込まれるので、プラズマジェッ
ト２０を、視準し、圧縮ノズル１４（およびそのような場合、電極１２と被加工
物１８との間に加えられた電界）によって被加工物１８の局所領域上に集束させ
る。これは、被加工物１８へのエネルギー密度を増大させるように働く。通常、
補助シールドガスを外部ノズル１７を通して強制的に送り込み、プラズマジェッ
トが衝突する被加工物１８の領域を覆うように使用して、プラズマジェットによ
って形成される材料溶融池の雰囲気汚染を低減する。 【０００８】 プラズマジェット溶接が、溶接法として多くの重要な利点を備えていても、プ
ラズマ溶接技術には幾つかの重大な限界がある。達成可能な溶接速度だけでなく
、貫通キーホールの深さ、故に溶接可能な材料の厚みが、プラズマアークのエネ
ルギー密度によって限定される。加えて、キーホールは、ある動作条件下で潰れ
る恐れがあり、それにより、溶接接合部を仕上げる障害となる。他の限界は、プ
ラズマのバラツキおよびプラズマ幅のため、ある種類の材料へのこの技術の使用
が限定されることである。 【０００９】 プラズマ溶接において、被加工物の位置におけるエネルギー密度は、キーホー
ルを確立する際の最重要パラメータである。キーホールは、溶接トーチに対する
被加工物の材料および速度にもよるが、１０〜２５０アンペアの溶接電流範囲で
形成する。加えて、プラズマアーク内、ゆえに被加工物上の加熱スポット内の有
効エネルギー密度は、プラズマアーク内の熱伝達の機構に依存する。 【００１０】 これに関して、プラズマアークから環境への三種類の熱伝達損失モード：対流
伝熱；熱伝導；および放射伝熱、がある。熱伝達のこれらのモードは、プラズマ
アークの温度を、しいては被加工物におけるエネルギー密度を減少させる。熱伝
導機構は、通常、ほとんどの動作条件下で無視できるほどのものである。プラズ
マアークが比較的低温度で動作する場合、環境への対流熱損失が顕著となる。但
し、プラズマアークの温度が増すと、温度の四乗に比例する放射伝熱損失が顕著
となる。散逸的な電流の流れや温度に因りプラズマアークがいかに増大しても放
射伝熱損失で相殺される熱平衡状態が存在する。この状態が、プラズマ溶接加工
の最大出力密度を限定し、それにより、より厚みのある板を溶接、すなわち溶接
速度を増す能力を、ゆえに、この溶接加工の生産性を制限することになる。 【００１１】 通常プラズマアーク溶接中、放射熱伝達は、約２００〜２５０アンペアの電流
、および約３〜３．５キロワットのプラズマ出力密度で顕著となる。プラズマ溶
接でより高い出力パワー密度を達成するのは、既存技術では物理的に不可能であ
る。溶接トーチからの電力消費を増大させることによって出力密度を増大させる
いかなる試みも、溶接効率を低下させることになる。溶接速度をより高速にする
と、プラズマアークが不安定になり、溶接品質が低下することになる。被加工物
上の加熱スポットが溶接トーチ軸からたちまち遅れるので、高速プラズマ溶接を
達成することは難しい。このような空間的不安定性が溶接品質を低下させる原因
である。 【００１２】 被加工物上の溶接ポイントにおいて高エネルギー密度を達成できる他の種類の
溶接加工法には、レーザビーム溶接がある。この溶接加工も、溶接される材料内
にキーホールを形成することに依存し、工業界で多くの用途があることが分かっ
ている。被加工物に加えられる出力密度に関して、レーザビーム溶接を電子ビー
ム溶接と比較することができる。レーザビーム溶接の利点は、これを異なる雰囲
気条件におけるだけでなく大気中でも実行できるが、電子ビーム溶接は真空中で
なければ実行できないことにある。レーザビームが伝搬する雰囲気を調節して、
被加工物へのエネルギー伝達を最適化する、故に、溶接加工を最適化することが
できる。キーホールモードでのレーザビーム溶接は比較的大きな貫通深さを提供
し、他の従来型溶接技術と比べて比較的高速度で、より厚みのある材料の溶接が
できるようになる。レーザビーム溶接はまた、非常に精密であり、被加工物内で
熱歪が小さく、溶加材料の使用を最小限に抑え、それによりコストの節減となり
、より経済的に使用できる溶接技術である。 【００１３】 レーザビーム溶接にもまた幾つかの重大な限界がある。これには典型的に、キ
ーホールを生成し、維持するために大規模高出力ガスレーザ、固体レーザ、また
はダイオードレーザが必要である。溶接可能な材料の貫通深さや厚みは、被加工
物に結合されるレーザビームの出力と量とによって決まる。これは、レーザ出力
を増大させることで性能を改善できることを示唆している。この方法は、レーザ
誘起プラズマが形成されるので、限られた値のものとなる、つまり、このような
プラズマはレーザビームエネルギーを反射し、それにより、被加工物に伝わるエ
ネルギー量を減少させるからである。 【００１４】 被加工物へのレーザビームの伝達も、このプラズマの組成および伝搬特性の影
響を受ける。金属プラズマは、キーホール壁上に発生する圧力のため、溶接加工
中にキーホールを維持するために不可欠であることが分かっている。但し、プラ
ズマの元素状態で存在する組成または電子密度がレーザビームの反射を引き起こ
すほど高くなる場合には有害となる。その密度が過度に低くなるか、または過度
に高くなる場合、溶接加工の効率が低下するか、またはその加工が全体的に終了
する。 【００１５】 プラズマからのエネルギー損失に加えて、レーザビーム溶接は、高い金属表面
反射率がインピンジングレーザビームを、金属表面に送り込む代わりにその表面
で反射させるので、金属のような材料で開始するのが難しい。これには通常、キ
ーホールを確立するためにかなり高いレーザービーム出力を使用しなければなら
ない。一旦、溶接を開始し、キーホールを形成すると、金属本体がレーザ放射加
熱の黒体として作用するので、レーザエネルギーを低減してその溶接を継続する
ことができる。被加工物表面から、およびイオン化蒸気プラズマから去る反射エ
ネルギーの量を減少させることによって、被加工物へ伝達されるレーザビーム出
力の量を改良すると、溶接効率をかなり高めることができ、レーザの出力要求を
低減できる。他の重要な限界は、レーザが本質的に、レーザビームの入力側から
出力側への出力変換に関して非常に効率が悪いことである。 【００１６】 レーザビーム溶接中、熱が被加工物に伝わる幾つかの機構がある。これら機構
の各々の相対的重要性は、レーザビームのエネルギーと出力密度とによって決ま
る。質的に、レーザ出力が１〜２キロワット未満である場合、レーザビームエネ
ルギーは、光学的に吸収され、入射スポットで材料を溶融させる。この状況にお
いて、レーザビームと材料との間の熱伝達は、材料の熱特性による決まる。材料
の表面反射率は、表面に伝送されるレーザエネルギーの何分の一かを厳格に低減
し得る。この場合の被加工物へのレーザエネルギーの有効結合率は、５〜１０％
程度である。 【００１７】 レーザビーム出力が約１〜２キロワットよりも大きいと、材料表面がその沸点
温度に達し、金属蒸気プルームが形成する。表面加熱モードからキーホールモー
ドまでの出力の正確な遷移が、レーザービームの出力、溶接速度、および材料の
熱特性に依存するエネルギーレベルで起こる。プルーム反動圧力がレーザビーム
エネルギーをして溶融金属を貫通させてキーホールを形成する。レーザビームは
今やキーホール内を通過し、放射熱伝達によって被加工物にエネルギーを伝える
。この場合、溶接池内へのレーザビームの吸収は、キーホールが黒体として作用
するので、レーザビームが反射表面と相互作用する場合よりもはるかに高い（あ
る理想的な場合で７０％だけより高くなる）。但し、このモードでは、材料が蒸
発し、プラズマリンクが確立されると、プラズマが過度に高温になり、その表面
からレーザエネルギーをシールドする。レーザビーム溶接は、通常、キーホール
モードで行われるが、特にスレッショルドエネルギーレベル近辺で動作する場合
、または溶接速度が過度に速い場合には、レーザビームのバラツキがキーホール
の崩壊を引き起こし、重大な製造問題にまで至ることがある。 【００１８】 金属被加工物で反射したレーザ光の量を低減する装置は、「Ｌａｓｅｒ−ｂｅ
ａｍ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」の名称で
米国特許第４，６８９，４６６号に記載されている。この特許は、レーザビーム
を非圧縮ノズルを通して強制的に送り込み、被加工物上に衝突させるようにした
溶接装置について記載している。環状電極をノズル端部に配置して、電極と被加
工物の表面との間に電気アーク放電を形成できるようしている。ノズルを通して
補助ガスを強制的に送り込み、それが電気アークによってイオン化するとプラズ
マに変換する。プラズマは反射レーザ光の一部を吸収し、吸収したエネルギーの
この部分を被加工物の表面に伝達する。このように、反射が原因で通常失われる
少量のエネルギーを、捕獲し、溶接を形成する加工工程に加える、それにより、
加工効率を増大させる。したがって、この溶接装置において、レーザトーチによ
って生成されたエネルギー量に基づく、レーザトーチと被加工物との間の結合効
率は、通常では失われていたであろう少量の反射エネルギーを戻す局部プラズマ
を形成することで増大される。 【００１９】 上記特許は、レーザビームが非圧縮アークと相互作用する、ゆえに、プラズマ
の温度がプラズマアークのものよりも低くなる、装置について記載している。そ
の結果、非圧縮アーク内へのレーザビームの吸収を表している吸収係数は比較的
低い。したがって、アーク内へのレーザエネルギーの顕著な吸収は、一般に、高
出力レーザ（ガスレーザのような）が使用される場合にしか起こらない。これは
、このようなレーザを特定用途で使用するにはコストがかかりすぎるような状況
では欠点となる。 【００２０】 加えて、先に記述したように、溶接される材料の表面は、その沸点温度に達し
、金属蒸気プルームを生成する恐れがある。このプルームは、材料の表面に到達
するレーザビームをシールドするように作用し、溶接加工の実行を困難にする。
さらに、電気アーク動的圧力は、特に低出力固体レーザ、ガスレーザ、またはダ
イオードレーザが使用される場合、キーホールモードの動作を開始させるのに不
十分となる恐れがある。 【００２１】 数グループの研究者が、レーザビームで電気アーク溶接装置を強化することに
よってレーザ溶接効率を増大させる可能性について調査した。米国特許第５，８
６６，８７０号に記載の最近の試みにおいて、アークは角度をもってレーザビー
ム下を通過し、そのビームの僅か手前に位置している。組み合わせた溶接能力は
、レーザビームのエネルギーをアークのエネルギーに単に加えた場合よりも高い
。効率の改良に関する予想される理由は、被加工物の加熱が材料の吸収率の増加
を招くからである。複合効果は、溶接トーチが被加工物の位置に十分な高エネル
ギー密度を生成することができる場合にのみ達成され、それにより、別々にプラ
ズマアークまたはレーザ溶接トーチを加えることで目下達成可能であるよりも、
溶接トーチによって生成されたより大きな割合のエネルギーを被加工物に結合さ
せることができる。 【００２２】 複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチについては、米国特許第５，７０
０，９８９号および第５，７０５，７８５号に記載され、図２〜３で例示されて
いる。これらの溶接トーチ３０（図２）および３０’（図３）は、レーザおよび
プラズマアーク溶接トーチの両方の特徴を組み合わせている。例えば、図２にお
いて、レーザビーム３４を、プラズマアークトーチ３０の中心軸３１と共線的と
なるように対物レンズ３２によって方向付ける。レーザビーム３４は、トーチ３
０の底部オリフィスに位置する平面または円錐状の陰極電極３６を通過する。レ
ーザビーム３４の直径よりも小さい直径の同軸開口部３７を陰極３６にドリル穴
あけ加工し、レーザビーム３４が陰極３６を通過できるようにする。圧縮ノズル
４０は陰極３６を越えて延在するが、レーザビーム３４はノズル４０の中心軸を
通過する。外部すなわちシールドノズル４２は、シールドガスを噴射するために
使用される２本のノズル間に空間４１を設けて、圧縮ノズル４０を包囲する。標
準プラズマアークトーチでは、陰極３６および陽極４０を底端部に備えたチャン
バを通してガスを送り込む。陰極３６がレーザ放射で加熱されると、シールドガ
スがイオン化され、プラズマアークが形成される。レーザビーム３４がノズル４
０を通過すると、集束し、陰極３６と被加工物５０との間に形成されたプラズマ
アークと相互に作用する。プラズマアークとレーザビームとの間で結果として生
じた相互作用は、レーザビームとプラズマアークとをさらに圧縮させるように働
くプラズマレーザ放電を形成し、被加工物５０に形成された溶接スポットのエネ
ルギー密度を増大させる。 【００２３】 記載のトーチについて示した全ての利点は別として、これもまた、アルゴンや
キセノン以外の雰囲気内での陰極動作の低信頼性、所望の円錐形状を有する陰極
の製造に関わる製造の複雑さおよび高コスト、溶接加工中に偶然起こり得る溶融
金属の飛沫による陰極開口部の潜在的汚染、および交流電源から給電されるその
ような陰極を使用する限定的動作構成のような特定の限界を有する。 【００２４】 したがって、被加工物を溶接するための高エネルギー密度および結合効率を生
成し、レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの現在使用されている構成につい
ての上記限界を克服する特徴を有する、複合レーザおよびプラズマアーク溶接ト
ーチ、およびそれに対応する方法に対する要求があり、それを有することが有用
となろう。 【００２５】 【発明の開示】 本発明は、レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの現在の構成を使用するこ
とによって達成可能なものと比べ被加工物を溶接するためにより高いエネルギー
密度および結合効率を生成するためのレーザおよびプラズマアーク溶接技術の特
徴を組み合わせて成る、複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチ、および本
発明の複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチを使用する対応方法に関する
ものである。 【００２６】 本発明によれば、レーザおよびプラズマアーク技術を組み合わせ、被加工物の
表面に高エネルギー密度を効率的に生成することができる、溶接に使用するトー
チを提供し、（ａ）内部キャビティ、光学的に透明な入力および出力端部、およ
び中心軸を有する主本体と；（ｂ）入力レーザビーム源と；（ｃ）入力レーザビ
ームを中心軸と共線的に方向付ける第１の機構であって、前記入力レーザビーム
は前記光学的に透明な出力端部においてビーム半径を有する、第１の機構と；（
ｄ）主本体の出力端部に配置した電気絶縁ブッシュであって：（i）中心軸と共
線的な開口部；（ii）電極を配置するための少なくとも１つのキャビティ；およ
び（iii）出力端部を含む、電気絶縁ブッシュと；（ｅ）近位端部および遠位端
部を有する圧縮ノズルであって、圧縮ノズルは、中心軸上に中心がある貫通開口
部および遠位端部の断面を有し、断面は中心軸と垂直をなし、圧縮ノズルの貫通
開口部は入力レーザビーム半径よりも大きな半径を有する、圧縮ノズルと；（ｆ
）絶縁ブッシュのキャビティ内に配置され、圧縮ノズルの断面に近い中心軸と交
差する長手方向軸を有する少なくとも１本の電極であって、少なくとも１本の電
極の長手方向軸と中心軸とが、主本体に面する鋭角を形成する、少なくとも１本
の電極と；（ｇ）圧縮ノズルと少なくとも１本の電極との間の領域内に、ト−チ
内部のプラズマガスを提供する第２の機構と；（ｈ）少なくとも１本の電極と被
加工物との間に電気アークを形成し、それによりプラズマガスを圧縮ノズルから
噴射するプラズマとなるようにし、主本体から放出するレーザビームと相互作用
させて複合プラズマレーザ放電を形成するための第３の機構とを含む。 【００２７】 以下に記載の本発明の好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは：（ｉ）
圧縮ノズルを包囲する同心の保護ノズルと、（ｊ）保護ガスを保護ノズルと圧縮
ノズルとの間の領域内に供給するための第４の機構とをさらに含む。 【００２８】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも１本の電極は：（i
）遠位および近位端部；（ii）遠位端部近くに配置した蓄熱球；および（iii）
少なくとも１本の電極の近位端部への熱伝達を減少させるための第４の機構であ
って、蓄熱球と電極の近位端部との間に配置している、第４の機構をさらに含む
。 【００２９】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも１本の電極内の熱伝
達を減少させるための第４の機構は、蓄熱球と電極の近位端部との間に配置した
ストラップを含む。 【００３０】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも１本の電極は、不活
性ガスを電極の遠位端部周りに供給し、それにより、電極のまわりに保護ガスエ
ンベロープを発生させるための機構を含み、保護ガスエンベロープは電極の安定
性および寿命を増大させる。 【００３１】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも１本の電極はその長
手方向軸に沿って往復運動可能である。 【００３２】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、中心軸と少なくとも１本の電極
との間の最短距離は、中心軸と垂直をなす断面でレーザビーム半径よりも小さく
、少なくとも１本の電極の遠位端部に位置している。 【００３３】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは、絶縁ブッシュのキャ
ビティ内に配置され、断面に近い中心軸と交差する長手方向軸を有する少なくと
も２本の電極をさらに含み、長手方向軸は円錐体の母線上に位置し、円錐体は中
心軸上にある頂点を備え、円錐体は、主本体に面するベースを備えている。 【００３４】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、中心軸と各電極の近接点との間
の距離はレーザビーム半径よりも小さい。 【００３５】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは２本の電極を含み、２
本の電極の各々は陰極である。 【００３６】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは２本の電極を含み、２
本の電極の各々は陽極である。 【００３７】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは２本の電極を含み、２
本の電極の一方は陰極であり、２本の電極の他方は陽極である。 【００３８】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、レーザビームを方向付けるため
の機構は、ビーム集束機構を有する光学系を含み、光学系を、主本体の入力端部
に配置し、レーザビームをトーチ外部および圧縮ノズルの断面背後の点に集束さ
せる。 【００３９】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、光学系は、対物レンズと集束反
射体とから成る群から選択された少なくとも１種類の光学要素を含む。 【００４０】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、入力レーザビーム源は固体レー
ザ、ガスレーザおよびダイオードレーザから成る群から選択される少なくとも１
種類のレーザであり、少なくとも１種類のレーザは、連続およびパルスから成る
群から選択されたモードで動作する。 【００４１】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、圧縮ノズルは円錐状外部表面と
貫通開口部とを有し、貫通開口部は内部表面と断面積とを有し、圧縮ノズルは、
プラズマ流の付加的圧縮および安定化のための機構を備えている。 【００４２】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、プラズマ流の付加的圧縮および
安定化の機構は、圧縮ノズルの円錐状外部表面に配置され、円錐状外部表面から
間隔を空けた反対側の円錐状表面に配置された溝を含む。 【００４３】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、プラズマ流の付加的圧縮および
安定化の機構は、圧縮ノズルの円錐状外部表面に配置され、円錐状外部表面に近
接した反対側の円錐状表面に配置された溝を含む。 【００４４】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも２本の溝は、圧縮ノ
ズルの円錐状外部表面の母線に平行な円錐状外部表面に均一に配置され、これら
の溝は総断面積を有し、総断面積は圧縮ノズルの貫通開口部の断面積にほぼ等し
い。 【００４５】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、反対側の円錐状表面は、保護ノ
ズルの貫通開口部の内部表面であり、反対側円錐状表面は、圧縮ノズルの円錐状
外部表面と同心に、円錐状外部表面から間隔を空けて配置されている。 【００４６】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは円錐状ブッシュをさら
に含み、円錐状ブッシュは内部表面を有し、円錐状ブッシュは圧縮ノズルと保護
ノズルとの間のギャップ内に配置されている。 【００４７】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、円錐状ブッシュの内部表面は圧
縮ノズルの円錐状外部表面に近接している。 【００４８】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも１本の電極と被加工
物との間に電気アークを形成するための機構は、入力レーザビームのパルスをア
ーク電流のパルスと同期させる同期化装置を含む。 【００４９】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、電気アークを形成するための機
構は、その機構に少なくとも１本の電極を接続させるための整流器を含む。 【００５０】 記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、トーチは少なくとも１本の電極
を２本含み、電気アークを形成するための機構は、２個のダイオードを介して２
本の電極と接続させた交流電流源を含み、２個のダイオードの第１の陽極は負電
極と２個のダイオードの第２の陰極とに接続され、第２のダイオードの陰極は正
電極と接続されている。 【００５１】 本発明の他の態様によれば、表面を有する被加工物上に高エネルギー密度スポ
ットを形成する方法が提供され：（ａ）（i）内部キャビティ、光学的に透明な
入力および出力端部、および中心軸を有する主本体と、（ii）主本体の入力端部
を通じて入力レーザビームを入力するための入力レーザビーム源と、（iii）光
学的に透明な出力端部において半径を有する入力レーザビームを中心軸と共線的
に方向付けるための第１の機構と、（iv）（１）中心軸と共線的な開口部、（２
）電極を配置するための少なくとも１つのキャビティ、および（３）出力端部：
を含む、主本体の出力端部に配置した電気絶縁ブッシュと、（v）近位端部およ
び遠位端部を有する圧縮ノズルであって、電気絶縁ブッシュ出力端部に配置され
、中心軸上に中心がある貫通開口部と遠位端部に断面とを有し、断面が中心軸と
垂直をなし、圧縮ノズルの貫通開口部が入力レーザビーム半径よりも大きな半径
を有する、圧縮ノズルと、（vi）絶縁ブッシュのキャビティ内に配置され、圧縮
ノズルの断面に近い中心軸と交差する長手方向軸を有する少なくとも１本の電極
であって、少なくとも１本の電極の長手方向軸と中心軸とが、主本体に面する鋭
角を形成する、少なくとも１本の電極と、（vii）圧縮ノズルと少なくとも１本
の電極との間の領域に、トーチ内部のプラズマガスを提供するための第２の機構
と、（viii）少なくとも１本の電極と被加工物との間に電気アークを形成し、そ
れによってプラズマガスを圧縮ノズルから発するプラズマとなるようにし、主本
体から発するレーザビームと相互作用させて複合プラズマレーザ放電を形成する
ための第３の機構とを含む、複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチを提供
し；（ｂ）主本体の中心軸に沿ってレーザを方向付け、それにより、少なくとも
１本の電極をレーザビームで加熱し、レーザビームを主本体外部の焦点で集束さ
せ；（ｃ）主本体と被加工物との間の領域に圧縮したプラズマジェットを形成し
、それにより、レーザビームとプラズマジェットとを相互作用させ、より高圧縮
させたプラズマジェットを生成させるステップを含み、より高圧縮させたプラズ
マジェットは、被加工物に衝突させるためのより高いエネルギー密度を有し、そ
れにより被加工物に高エネルギー密度スポットを形成させる。 【００５２】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、溶接トーチは：
（ix）圧縮ノズルを包囲する保護ノズルと；（x）保護ノズルと圧縮ノズルとの
間の領域に保護ガスを供給するための第４の機構とを含む。 【００５３】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、少なくとも１本
の電極は、レーザビームが少なくとも１本の電極の遠位端部に位置した断面でビ
ーム半径を有し、それにより、ビーム半径が回転の中心軸と少なくとも１本の電
極の近接点との間の半径よりも大きくなるようにレーザビームを方向付けること
によって加熱される。 【００５４】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、圧縮したプラズ
マジェットは保護ガスジェットで付加的に圧縮され、冷却され、保護ガスジェッ
トはプラズマ流の付加的圧縮および安定化のための第４の機構によって発生され
る。 【００５５】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、２本の電極を有
する溶接トーチの場合、２本の電極の第１は陰極であり、２本の電極の第２は陽
極であり、２本の電極の各々は律動電流で給電され、律動電流は、陽極がゼロで
ある回路内の陰極と被加工物との間で負律動電流を電気アークが点弧し、陰極が
ゼロである回路内の陽極と被加工物との間で正律動電流を電気アークが点弧する
ときオンである。 【００５６】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、電気アークを形
成するための機構は、所定の周波数および持続時間のアーク電流パルスの発生を
含み、アーク電流パルスは、定期的に休止して加えられ、それにより、同期装置
がアーク電流パルスの所定周波数および持続時間を入力レーザビームのパルスと
調和させるので、反復レーザビームパルスの期間が反復アーク電流パルスの期間
に等しくなり、それにより、２つの連続アーク電流パルス毎の間の定期的休止中
に開始し、２つの連続アーク電流パルス毎の２回目の間に終了する。 【００５７】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、２本の電極を有
する溶接トーチの場合、電気アークを形成するための機構は、所定の周波数およ
び持続時間のアーク電流パルスを発生させることを含む。 【００５８】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、２本の電極を含
む溶接トーチの場合、電気アークを形成するための機構は整流器に接続され、整
流器は、所定の周波数および持続時間のアーク電流パルスを発生するための第４
の機構と２本の電極を接続する。 【００５９】 本発明の方法の記載した好適な実施形態の他の特徴によれば、３本の電極を含
む溶接トーチの場合、電気アークを形成するための機構は整流器に接続され、整
流器は、シーケンスおよび周波数を有するアーク電流パルスを発生するための第
４の機構と３本の電極を接続し、それにより、３本の電極の各々が整流器の完全
動作サイクルの２回の連続間隔中に接続される。 【００６０】 【好適な実施態様の説明】 本発明は、複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの現在の構成を使用す
ることで達成可能であるよりも被加工物を溶接するための高いエネルギー密度お
よび結合効率を生成するためのレーザおよびプラズマアーク溶接技術の特徴を組
み合わせて成る複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチ、および本発明の複
合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチを使用するための対応する方法に関す
るものである。 【００６１】 本発明の少なくとも１つの形態を詳細に説明する前に、本発明は以下の説明で
詳述する、または図で例示した構成部分の構造および配置構成の細部へのその用
途に限定されるものではないことが理解されるべきである。本発明は、他の形態
、または様々に実施すなわち実行されることができる。さらに、ここで採用した
術語および用語は、説明を目的としたものであり、限界と見なされるべきではな
いことが理解されるべきである。したがって、本発明による複合レーザおよびプ
ラズマアーク溶接トーチの構成部分、動作、および実行方法は、図面および説明
を参照することでより良く理解されよう。ここで示した本発明の例示は説明を目
的としたものであり、限界を意味するものではないことに留意すべきである。 【００６２】 図を参照して、図４〜７は、以後、溶接トーチ１００と称される本発明の複合
レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの好適形態を例示する。 【００６３】 本発明の溶接トーチ１００は、中心軸１１１を有する主トーチ本体１１０を含
む。主トーチ本体１１０の一端に、対物レンズ１１２を含む光学系を配置する。
対物レンズ１１２は、レーザビーム１１４がトーチ本体１１０の中心軸１１１と
共線的であり、トーチ１００の外部に位置する焦点ＦＰにおいて集束するように
、レーザビーム１１４を集束させるように働く。 【００６４】 図４において、トーチ１００は圧縮ノズル１２０、１本または２本の電極１３
０および２３０、電気アークを形成するための機構１４０（図６および７に図示
示）、保護ノズル１５０、および保護ノズル１５０内部に保護ガスを供給するた
めのチャネル１９０を含む。主本体１１０は内部キャビティ１１６を有する。レ
ンズ１１２でレーザビームを方向付けるための機構は、圧縮ノズル１２２の開口
部でレーザビーム１１４を一定の半径ｒにする。 【００６５】 主本体１１０の出力端部に電気絶縁材料から製造した絶縁ブッシュ１６０を配
置する。絶縁ブッシュ１６０は、中心軸１１１上に中心がある開口部１６２と、
電極１３０および２３０を配置するための２つのキャビティ１６４および１６４
’とを有する。 【００６６】 圧縮ノズル１２０は、近位端部１２１と遠位端部１２２とを含み、絶縁ブッシ
ュ１６０の遠位端部１５８に配置されている。圧縮ノズル１２０は、中心軸１１
１に中心がある貫通開口部１２２を含む。圧縮ノズル１２０の遠位端部に位置す
る断面１２４は中心軸１１１に垂直である。圧縮ノズル１２０の開口部１２２は
、開口部１２２におけるｒよりも大きい半径Ｒを有する。半径Ｒは、０．５〜５
ｍｍ、好ましくは、０．５〜３ｍｍ、より好ましくは、１〜２ｍｍである。半径
ｒは、０．１〜４ｍｍ、好ましくは、０．１５〜２ｍｍ、より好ましくは、０．
２〜１ｍｍである。 【００６７】 絶縁ブッシュ１６０のキャビティ内には、２本の電極１３０および２３０があ
り、それらは圧縮ノズル１２０の断面１２４に近い中心軸１１１と交差する各々
の長手方向軸１３２および２３２を有する。電極１３０および２３０の長手方向
軸１３２および２３２と中心軸１１１とは、主本体１１０に面する鋭角Ａを形成
する。角度Ａは、４〜６０グラード、好ましくは、５〜４５グラード、より好ま
しくは５〜２５グラード、最も好ましくは、５〜１５グラードである。 【００６８】 機構１７０はプラズマトーチ１００内部のプラズマガスを、圧縮ノズル１２０
と電極１３０および２３０との間の領域内に生じさせる。好ましくは、機構１４
０（図６および７）は、電極１３０および２３０と被加工物１８０との間に電気
アークを発生でき、それによってプラズマガスをプラズマに変換し、圧縮ノズル
１２０から発するプラズマを、これも圧縮ノズル１２０から発するレーザビーム
１１４と相互作用させて複合プラズマレーザ放電を形成する。トーチ１００はま
た圧縮ノズル１２０を包囲し、圧縮ノズル１２０と同心である保護ノズル１５０
を含む。チャネル１９０は、保護ノズル１５０と圧縮ノズル１２０との間の領域
に保護ガスを供給する。 【００６９】 図４から７において、各電極１３０および２３０は、遠位端部、近位端部、お
よび遠位端部に蓄熱球２００を有する。電極１３０および２３０は、各電極１３
０および２３０の近位端部への熱伝達を減少させる機構を備えている。この機構
は、蓄熱球２００と近接電極端部との間に位置決めされ、ストラップ２１０を含
む。電極１３０および２３０は、電極１３０および２３０の遠位端部周りの領域
に不活性ガスを供給し、それによって電極１３０および２３０の安定性および寿
命を増す保護ガスエンベロープを形成するための導管２２０（図６および７に示
された）を含む。電極１３０および２３０は、長手方向軸１３２および２３２に
沿って往復運動可能である。トーチ１００において、中心軸１１１と電極１３０
および２３０の近接点との間の最短距離は、レーザビーム１１４の半径ｒよりも
小さい。 【００７０】 図６に示すように、本発明の他の形態では、トーチ１００は、絶縁ブッシュ１
６０のキャビティ１６４および２６４の内部に配置され、断面１２４に近い中心
軸と交差する長手方向軸１３２および２３２を有する２本の電極１３０および２
３０を含む。電極１３０および２３０の長手方向軸１３２および２３２は、円錐
体の母線上にあり、その頂点は中心軸１１１上にあり、ベースは主本体１１０に
面している。この場合、トーチ１００内での、中心軸１１１と各電極１３０およ
び２３０の近接点との間の距離は、レーザビーム１１４の半径ｒよりも小さい。
両方の電極１３０および２３０が陰極、または陽極であるか、または一方が陰極
で、他方が陽極であっても良い。 【００７１】 トーチ１００は、３本、４本、またはそれ以上の電極１３０、２３０を包含で
き、それによって、電極１３０および２３０の長手方向軸１３２および２３２は
、それぞれ、その頂点が中心軸１１１上にある円錐体の母線上に位置し、円錐体
のベースが主本体１１０に面している。トーチ１００の多電極形態の場合、中心
軸１１１と各電極１３０または２３０の近接点との間の距離は、１本または２本
の電極を含むトーチ１００の場合と同様にレーザビーム１１４の半径ｒよりも小
さい。 【００７２】 トーチ１００の主本体１１０は、入力端部２４０（図４）を有する。レーザビ
ーム１１４を方向付けるための機構は、ビーム１１４を集束させるための機構２
５０を備えている光学系を含み、そこでは、光学系がこの入力端部に配置され、
レーザビーム１１４を焦点ＦＰ、トーチ１００の外部、および圧縮ノズル１２０
の断面の背後に集束させる。レンズ１１２および反射体２６０は、レーザビーム
１１４を集束させるための機構の例である。図４の形態は、レーザビーム１１４
を集束させるためのレンズ系１１２を含む。図５の形態では、レーザビーム１１
４を集束させるための放物面集束反射体２６０を有する。 【００７３】 入力レーザビーム源１１４（図４および５）は、レーザが連続またはパルスモ
ードのいずれかで動作する固体レーザ、ガスレーザ、またはダイオードレーザで
あっても良い。圧縮ノズル１２０は貫通開口部１２２と円錐状外部表面１２６と
を有し、円錐状外部表面１２６および円錐状外部表面１２６に近接するか、また
はそれから間隔を空けた反対側の円錐状表面に配置した溝１２８のようなプラズ
マ流の付加的圧縮および安定化の機構を包含しても良い。圧縮ノズル１２０の円
錐状外部表面１２６の母線と平行に、円錐状外部表面１２６上に均一に構成され
る３本またはそれ以上の溝１２８があっても良い。溝１２８の総面積は、ほぼ圧
縮ノズル１２０の開口部１２２の断面積に等しい。反対側の円錐状表面の例は、
保護ノズル１５０の内部表面１５２であり、その表面は圧縮ノズル１２０の円錐
状外部表面１２６と同心であり、それから間隔を空けて配置されている。あるい
は、反対側円錐状表面は、圧縮ノズル１２０の円錐状外部表面１２６に近接し、
圧縮ノズル１２０と保護ノズル１５０との間のギャップ内にある付加円錐状ブッ
シュ１５４の内部表面であっても良い。 【００７４】 図６に例示したトーチ１００の代わりの形態において、電極１３０および２３
０と被加工物１８０との間に電気アークを同期して発生させるための機構１４０
を包含する。機構１４０は、入力レーザビーム１１４のパルスをアーク電流のパ
ルスと同期させるための同期装置２８０と連結している。２本またはそれ以上の
電極１３０および２３０を含むトーチ１００の場合、電気アークを発生させるた
めの機構１４０は、一組の多電極に適切な接続を行うために整流器２９０と連結
している。 【００７５】 電気アークを発生させるための機構１４０の例は、２個のダイオード２９２お
よび２９４を介して、電極１３０および２３０に、それぞれ接続した交流電流源
であり、図７に例示したように、第１のダイオード２９２の陽極は負電極１３０
と第２のダイオード２９４の陰極とに接続され、第２のダイオード２９４の陰極
は正電極２３０に接続されている。 【００７６】 本発明の溶接トーチ１００を動作させる場合、電流を電極２３０と陽極、典型
的には被加工物１８０との間に確立する。外部レーザ源（図示せず）から供給さ
れたレーザービーム１１４を対物レンズ１１２（図４）に通過させて、レーザビ
ーム１１４を主本体１１０の中心軸１１１に沿って共線的に伝搬させる。圧縮ノ
ズル１２０は、中心軸１１１とレーザビーム１１４とに共線的となるようにプラ
ズマ束を方向付ける。その結果、トーチ１００から発する高圧縮されたエネルギ
ーの高エネルギー密度スポット、すなわち非常に局所化した領域を被加工物１８
０の表面上に形成させる。レーザビーム１１４は、主本体１１０の中心軸１１１
に沿って伝搬するので、電極１３０および２３０をレーザビーム１１４で加熱さ
せる。レーザビーム１１４は、主本体１１０の外部の焦点ＦＰに集束する。主本
体１１０と被加工物１８０との間の領域において、圧縮したプラズマジェットが
形成され、それにより、レーザビームとプラズマジェットとを相互作用させ、被
加工物１８０上に伝達される非常に高エネルギー密度を有するより高圧縮された
プラズマジェットを生成させる。 【００７７】 トーチ１００の動作中、圧縮ノズル１２０から発するプラズマを、プラズマ流
の付加的圧縮および安定化の機構で発生させた保護ガスジェットによって付加的
に圧縮および冷却する。このような機構は、例えば、圧縮ノズル１２０の円錐状
外部表面１２６に、および円錐状外部表面１２６に近接するか、またはそれから
間隔を空けた反対側の円錐状表面に設けた溝１２８（図４および５）を含む。 【００７８】 例えば図６に示したように、２本の電極１３０および２３０を備えたトーチ１
００の場合、一方の電極は陰極であり、他方が陽極であり、交流電流で給電され
、電気アークは、陰極と被加工物１８０との間を負電流半サイクルで点弧し、陽
極と被加工物１８０との間を正電流半サイクルで点弧する。このような電気構成
において、交流電流は被加工物１８０を通過する。この加工中、被加工物１８０
の表面の酸化物層は破戒され、これは溶接加工にとって都合が良く、溶接接合部
の品質および信頼性を改良させる。さらに、同時に、律動直流電流が各電極に流
れ、それにより各電極への熱負荷を減少させる、つまり各電極１３０および２３
０の寿命を延長させることになる。この現象の重要性は、純粋タングステンから
陽極、およびトリウムタングステンから陰極のような、異なる材料から各電極を
造ることが可能となることにある。 【００７９】 本発明の複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの機能に重要なレーザプ
ラズマ放電の形成は、以下のように起こる。図４〜７で例示したトーチ１００の
形態によれば、中心軸１１１と各電極１３０または２３０の近接点との間の距離
は、レーザビーム１１４の半径ｒよりも小さい。このような幾何学的構成では、
レーザビーム１１４の有限部分が、トーチ中心軸１１１に面する電極１３０また
は２３０の蓄熱球２００の露出表面のこれらの領域で吸収される。 【００８０】 この効果は、電極１３０または２３０を加熱することになり、それにより、熱
電子の放出を増大させる。ゆえに、レーザビーム１１４による電極１３０または
２３０の電流と加熱との両方の複合効果が、電子を放出させることとなる。主本
体１１０と圧縮ノズル１２０との間に形成したチャンバを通してプラズマガスを
ポンプ供給し、そこでプラズマガスがイオン化され、プラズマアークを形成する
。レーザビーム１１４は、その軸方向に沿ってプラズマアークと相互作用し、次
に被加工物１８０と相互作用する複合レーザプラズマ放電を形成する。レーザビ
ーム１１４がプラズマアークを通過すると、少量のレーザビームの光学的吸収が
起こり、レーザビームとプラズマアークとの両方のエネルギー分布に影響を与え
る。プラズマに大量のレーザビームエネルギーを吸収させるために、Ｋ（λ）Ｌ
＝１であることが望ましく、ここでＫ（λ）は波長λを有するレーザビームにつ
いてのプラズマガスの吸収率であり、Ｌはプラズマを通るレーザビームの伝搬路
の長さである。この効果に対し、電極１３０または２３０の蓄熱球２００がレー
ザビーム１１４で加熱されることが重要である。 【００８１】 非消費性電極を用いてトーチ内に確立したアークが存在する間、微小高温スポ
ット、例えば、陰極スポットまたは活性スポットが陰極の端部表面上に存在する
ことは良く知られている。全強度の溶接電流がその高温スポットを通して流れる
。溶接電流は、陰極の表面から電子を熱放出させるエネルギーを供給する。電子
放出は、溶接電流を維持するのに不可欠である。陰極１３０および２３０の電子
放出表面に付加的活性溶接成分または添加剤を加えることは、陰極１３０および
２３０を効率的動作させるのに極めて重要なことである。 【００８２】 アーク電流のみによる単純な陰極加熱の場合、高温スポットの中心温度は、例
えば、約３，７００゜Ｋに至るほど非常に高い。高温になると、陰極表面の過度
な蒸発および崩壊が起こる。レーザビームによる付加的外部陰極加熱は、この場
合、より低密度の放出電子が必要なので、高温スポットの大きさの増大、不均一
加熱の減少、および陰極スポットのピーク温度の減少につながる。陰極スポット
のピーク温度を低く抑えると、陰極の寿命がかなり増大する。 【００８３】 加えて、例えば、タングステン金属から造られた陰極の熱電子放出は、非常に
低仕事関数を有する金属酸化物、例えば、トリウム、ランタン、およびジルコニ
ウムでそれを合金にすることによって改良される。陰極の寿命は、陰極スポット
内でのその合金の存在持続期間で決まる。金属酸化原子供給源を形成する主機構
は、主陰極体積から陰極スポットの領域近くの陰極表面への原子の拡散である。
このような拡散の係数は、温度の高速増加関数であることが知られている。標準
陰極の温度は、陰極の内部本体体積の方向で速やかに低下し、その結果として、
小部分の陰極体積しか陰極表面に金属酸化物を供給しない。ストラップ２１０を
備えた陰極の端部に蓄熱球２００を有する陰極の、本発明の形態は、陰極本体体
積の方向で低速の温度減少となり、より多くの陰極体積を残して金属酸化原子を
供給する。レーザビームによる付加的加熱の場合、その結果は、高温にある陰極
の先端近くでより大きな体積となり、それにより高温でこのより大きな体積が溶
接加工中により多くの酸化物を供給し、その結果として、陰極寿命が延長する。 【００８４】 活性ガス、例えば、二酸化炭素の雰囲気内だけでなく、不活性ガス、例えば、
ヘリウムの雰囲気内で、低電圧によるアークの点弧、および点弧したアークの安
定化を達成することは非常に困難であることが知られている。これらの要因は、
レーザおよびプラズマアーク技術の組合せをＣＯ_２レーザ、自動化用途、または
合金鋼の溶接中に適用する場合には特に重要である。２本または任意数の電極１
３０および２３０の各陰極先端部の領域に、アルゴンまたはキセノンのような不
活性ガスの独立した流れを構成すると、これらの限界を克服することができ、し
かもアークの主要体積への他の活性ガスの使用に関わる利点を維持することがで
きる。そのような独立ガス流を構成することは、各独立電極周りの空間に導管を
配置することで実現できる。これは、交流電流の使用を含む。 【００８５】 律動化レーザビームが使用される場合、レーザパルスの放射中、比較的大量の
材料が被加工物１８０の表面から蒸発する。この表面材料は、インピンジングレ
ーザ照射とアーク内の熱イオン化との両方でイオン化される。この場合、多数の
金属イオンを備えている発生されたプラズマは、レーザエネルギーの一部を吸収
する。複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの形態によれば、電気アーク
を形成する機構１４０は、所定の周波数および持続時間のアーク電流パルスを続
いて発生させることを含み、これらのアーク電流パルスは、定期的休止をもって
加えられ、それによって同期装置２８０（図６および７）が所定の周波数および
持続時間のアーク電流パルスを入力レーザビーム１１４のパルスと調和させるの
で、反復レーザビームパルスの期間が反復アーク電流パルスの期間に等しい、そ
れにより、各レーザビームパルスは２つの連続アーク電流パルス毎の間の定期的
休止中に開始し、２つの連続アーク電流パルス毎の２回目の間に終了する。複合
レーザおよびプラズマアーク加工は、被加工物１８０上への高出力律動化レーザ
の作用によって発生される金属蒸気のイオン加速度を減少させる。このような加
工において、金属蒸気プルームによるエネルギー吸収が低減される。 【００８６】 例えば、Ａｌ、Ｍｇおよびそれらの合金など、難溶性酸化膜を使用する可融性
金属を溶接する場合、酸化膜の除去が被加工物回路内に交流電流を使用すること
で容易になる。たった１本の電極を使用すると、電極の急速な劣化を招いてしま
う。正規の極性構成を有する電流が流れる少なくとも２本の電極１３０および２
３０を使用すると、実質的に電極の耐久性および寿命を増大させる。２本の電極
１３０および２３０を有するトーチ１００の電気アークを形成するための機構１
４０は、所定周波数で電流の交流パルスを発生する。この場合、順極性電流が第
１（負）電極を通じて流れ、逆極性電流が第２（正）電極を通じて流れ、それで
、機構１４０は、互いに連結されている２個のダイオード２９２および２９４を
介してそれぞれの電極に接続されている。 【００８７】 溶接加工を行うある条件下では、高エネルギー密度スポットの作用下で被加工
物１８０に形成される溶接バス内で円状または線状に運動する溶融金属波を発生
させる必要がある。この溶融金属波は、溶接バス内の溶融金属の表面領域上のプ
ラズマ柱圧力を変更することで形成される。これを実行するために、図６で例示
したように、２本の電極１３０および２３０を備えたトーチから電気アークを形
成するための機構１４０は整流器２９０を含み、それにより、整流器２９０は電
極１３０および２３０を、既知シーケンスおよび周波数を有する交流電流のアー
クを形成するための機構１４０に接続する。３本の電極を備えたトーチ１００か
ら電気アークを形成するための機構１４０は、整流器２９０を含み、それは３本
の電極を、所定シーケンスおよび周波数の交流電流のアークを形成するための機
構に接続する、ここで、各電極は整流器２９０の完全動作サイクル時間の２回の
連続した間隔中に接続される。 【００８８】 レーザビーム１１４は、プラズマと相互作用し、吸収されるので、レーザビー
ム軸に沿ってプラズマ温度および電流密度が増す。プラズマアークの安定性は、
一部、プラズマ内の電流密度の増大に関連した電界および磁界の結合の結果とし
て、増大する。プラズマアークの動作電圧の減少は、修正した電界により、実現
されても良い。 【００８９】 レーザビームとプラズマとの間の直接相互作用についてのこれらの特徴に加え
て、レーザービーム１１４と被加工物１８０との間に間接的相互作用があり、そ
れらはエネルギー密度、ゆえに、被加工物１８０の表面における結合効率をさら
に増すように作用する。レーザビーム１１４が被加工物１８０に衝突すると、被
加工物１８０のアブレーションが起こる。被加工物１８０の表面が蒸発すると、
それが表明プラズマジェットを形成する。表面ジェットのイオン化電位は、通常
に使用するオリフィスおよびシールドガスのものよりも低い。その結果、被加工
物１８０のレーザスポット上の位置におけるプラズマの表面プラズマのイオン化
および導電性の程度が増す。この増大のため、電気アークからの電流がこの領域
に流入する。これは、プラズマアークをさらに圧縮させるように作用し、プラズ
マアークが被加工物１８０に衝突する位置におけるエネルギー密度および結合効
率を増す。 【００９０】 レーザビーム１１４とプラズマアークとの間でのこの増大する相互作用で起こ
る主要な物理的効果は、（i）増大したエネルギー密度を生成するプラズマアー
クの圧縮；（ii）被加工物１８０の熱を受けるゾーン、または高温スポットの低
減；（iii）プラズマ温度の増大；（iv）プラズマアーク安定性の増大；および
（v）エネルギー消費の低減を含む。この総正味効果は、被加工物１８０に高エ
ネルギー密度スポットを生成し、レーザビームおよび電気アークの複合エネルギ
ーをより効率的に被加工物１８０へ結合、すなわち伝えることである。レーザビ
ーム１１４のエネルギーは、幾つかの要因によってより効率的に被加工物１８０
へ結合される。プラズマアーク、またはプラズマジェットによるキーホールの形
成は、レーザビーム１１４の黒体表面放射体として作用し、それによって、被加
工物１８０へのレーザビーム１１４エネルギーの吸収を増す。レーザビームエネ
ルギーはキーホールを形成するために不要であるので、より高い割合のレーザビ
ームエネルギーが被加工物１８０上に到達する。加えて、増大させたプラズマ結
合のような通常のレーザ溶接加工と比べて、誘起した金属、または表面プラズマ
がキーホールを維持するために不要であるので、より効率的な結合が起こる。 【００９１】 同様に、プラズマアーク、またはプラズマジェットは、プラズマアーク軸に沿
ってレーザ誘起イオン化が起こるので、より効率的に被加工物１８０へ結合され
る。プラズマアーク、またはプラズマジェットは、レーザビーム１１４で加熱さ
れるので、他の場合では不可欠あったよりも低い電圧／電流で動作する。溶接ト
ーチ１００において、主本体１１０から圧縮ノズル１２０までの体積領域にわた
るレーザ発生イオン化チャンバは、プラズマアークに対してより低い電気抵抗を
有する高電子密度を提供する。この複合レーザおよびプラズマアーク相互作用は
また、プラズマアークを圧縮および安定させる付加効果を有し、ここで電子密度
の比較的小さな増加でこれらの効果を達成することができる。 【００９２】 発明者は、プラズマの温度および電子密度を含む、プラズマ状態の関数として
レーザエネルギーをプラズマアークまたはプラズマジェットに結合することにつ
いての物理的特性および熱伝達特性を調査した。助変数の研究は、光学的高温計
やレーザプローブビーム偏向技術を用いて、空間的に、温度および電子密度勾配
を測定することによるプラズマアークの特徴を含んだ。試験は、低出力およびよ
り高いエネルギー効率のレーザ源の使用となる最適プラズマアーク条件を決定す
ることによって、所定レーザ源で被加工物の表面におけるエネルギー密度を増大
させることを目的に行った。 【００９３】 発明者は、被加工物へのレーザプラズマ放電のより良好な結合を達成するには
、固体レーザ、ガスレーザ、またはダイオードレーザのいずれの場合も、プラズ
マアーク出力は、レーザ出力値の０．１〜１０倍、好ましくは、０．２５〜５倍
、より好ましくは、０．５〜２倍であることが望ましいと決定した。本発明の複
合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの動作について記述した条件下で、レ
ーザを溶接装置として単独で使用する場合の溶接動作を実行するのに必要な出力
の約半分で、固体レーザ、ガスレーザ、またはダイオードレーザを用いて同じ動
作を行うことができる。 【００９４】 発明者は、本発明の複合溶接トーチおよび方法の使用に適用可能な溶接動作の
以下の特性および変数も研究した：（i）レーザ出力、電流、電圧、混合体、お
よびオリフィスおよびシールドガスの流れの関数としてプラズマアーク内のレー
ザビームの強度および光学的吸収率；および（ii）レーザ出力の関数として放電
軸上のプラズマアーク温度。これらの調査結果は、プラズマアークの特性に関わ
るレーザ出力を増大させる効果が主にプラズマの吸収率の変化によるものである
ことを示す。さらに、レーザ出力の増加は一般にプラズマ温度の上昇を招くが、
それにはスレッショルドレベルがあり、それを超えてレーザ出力が増大すると複
合放電の強度、つまり、被加工物の表面における出力密度が減少することになる
。 【００９５】 本発明を、その特定の形態に関して説明してきたが、多くの代替物、修正、お
よび変形が当業者には容易に理解されようことは明らかである。従って、本発明
は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内にあるこのような代替物、修正、
および変形の全てを包含することを意図としている。 【図面の簡単な説明】 【図１】 典型的な従来技術のプラズマアーク溶接トーチの構成部分を例示
する概略図である。 【図２】 従来技術の複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの構成部
分を例示する概略図である。 【図３】 従来技術の複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの構成部
分を例示する概略図である。 【図４】 本発明による、複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの第
１の好適形態の断面を例示する概略図である。 【図５】 本発明による、複合レーザおよびプラズマアーク溶接トーチの第
２の好適形態の断面を例示する概略図である。 【図６】 本発明による、同期装置を含む、複合レーザおよびプラズマアー
ク溶接トーチの下部を例示する概略図である。 【図７】 本発明による、整流器を含む、複合レーザおよびプラズマアーク
溶接トーチの下部を例示する概略図である。 （訂正の理由） 現地からの手続依頼から翻訳文提出期限までの時間的不足により、充分な対応
が出来なかったため誤訳が生じた。今回、全般的な見直しを行い、正しい翻訳文
を作成し直したので、これを提出したい。 【手続補正書】 【提出日】平成１４年２月２１日（２００２．２．２１） 【手続補正１】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】全図 【補正方法】変更 【補正の内容】 【図１】 【図２】 【図３】 【図４】 【図５】 【図６】 【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 イゴール ディンクノ イスラエル国、キリヤト バイアリク 27068、ヤフダ ストリート ９．９ (72)発明者 ジョージー イグナットチェンコ イスラエル国、キリヤト バイアリク 27203、ダリヤ ストリート 18／２ (72)発明者 エヴェニー ボガチェンコ イスラエル国、キリヤト バイアリク 27203、ダリヤ ストリート 18／２ Ｆターム(参考） 4E001 ME04 ME06 4E068 BC01 CD15 CH02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザーおよびプラズマアーク技術を組み合わせ、加工物の
   表面に高エネルギー密度を効率よく作り出すことかできるようにする溶接用のト
   ーチであって、 （ａ）透明な入出力端部および中心軸を有し、内部空間を有したメインボディ
   と、 （ｂ）前記メインボディの前記入力端部を通して入力レーザービームを入力さ
   せるための入力レーザービーム供給源と、 （ｃ）前記メインボディ内に設けられて、前記入力レーザービームを前記中心
   軸と同軸に導く第１機構と、 （ｄ）前記メインボディの前記出力端部に設けられた電気絶縁ブッシュと、 （ｅ）前記絶縁ブッシュの出力端に設けられた、基端および先端を有する収縮
   ノズルと、 （ｆ）前記絶縁ブッシュの空洞内に配設され、前記収縮ノズルの断面の近くで
   前記中心軸と交差する長手軸を有した少なくとも一つの電極と、 （ｇ）トーチ内にプラズマガスを供給する第２機構と、 （ｈ）前記少なくとも一つの電極と前記加工物との間に電気アークを形成させ
   る第３機構と からなることを特徴とする溶接用トーチ。