JP6331345B2 - レンズホルダ - Google Patents

Description

本発明は、レーザ装置に使用されるレンズホルダに関し、特に、レンズホルダに取り付けられたレンズを冷却ガスにより冷却する冷却機構を有するレンズホルダに関する。

光ファイバを接続したレーザ加工機（特許文献１）においては、レーザ加工機に備えたコリメートレンズに対してアシストガスを吹き付けることによって冷却することが行われている。

しかし、レーザ加工機内へ供給されるパージエア（ガス）を利用してコリメートレンズを冷却する場合には、コリメートレンズにパージエアが接触しているのみである。このため、コリメートレンズ付近のパージエアは、流れることなく滞留する傾向にあるため、コリメートレンズを効果的に冷却することが困難であった。

そこで、パージエアを流通させるための気体通路をレンズホルダに設け、気体通路にパージエアを流すことにより、レンズホルダを冷却すると共に、レンズを冷却している（特許文献２）。

また、特許文献３に記載されたレーザ加工光学系は、図１０に示すように、本体１０１の入口側に光ファイバ１０５がカップリング１０８を介してＯリング１１０でシールされて取り付けられている。光学レンズ１０３，１０３ａは、テーパ孔１１５を有するレンズホルダ１１４で本体に保持されている。

これによれば、ガスがテーパ孔１１５を通過し、後方の光学レンズの周囲を流れて、光学レンズの冷却が行われる。

特開平９−８５４８１号公報 特開２０１２−２４７７３号公報 特開平６−５１２３５号公報

しかしながら、特許文献２では、パージエアが直接的に接触するレンズの表側やレンズホルダとの接触部分は、効率良く冷却されるが、レンズの裏側やレーザ光が通過するために特に高温になるレンズ中央部分には効果が低下することになる。

特に、複数のレンズにより構成されるコリメートレンズ装置等では、レンズ間の空間が狭いので、この空間にはパージエアが滞留してしまう。このため、冷却効果がさらに低下してしまう。

また、特許文献３では、テーパ孔１１５を通過したガスはそのまま次のテーパ孔に流れるため、レンズ１０３の裏側は効率よく冷却されないという課題を有していた。

本発明の課題は、複数のレンズ間の空間に冷却ガスを滞留させることなく流通させることによりレンズの中心部まで効率よく冷却することができるレンズホルダを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るレンズホルダは、第１レンズと第２レンズとを保持するレンズホルダであって、第１円環体からなり、前記第１レンズを固定するとともに、冷却ガスを流入する第１気体通路が周方向に沿って複数個形成された第１レンズ固定部と、第２円環体からなり、前記第１レンズ及び前記第２レンズを固定するとともに、前記第１気体通路からの冷却ガスを流入する第２気体通路が前記第２円環体の一方の面に周方向に沿って複数個形成され且つ前記第２気体通路からの冷却ガスを流入する第３気体通路が前記第２円環体の他方の面に周方向に沿って複数個形成された第２レンズ固定部と、第３円環体からなり、前記第２レンズを固定するとともに、前記第３気体通路からの前記冷却ガスを流入する第４気体通路が周方向に沿って複数個形成された第３レンズ固定部とを備え、前記複数の第２気体通路のそれぞれは、前記第１レンズ及び第２レンズの中心軸に対して垂直な面上に、前記第１レンズ及び第２レンズの中心方向に対して時計方向又は反時計方向の一方に所定角度に傾いて形成され、前記複数の第３気体通路のそれぞれは、前記第１レンズ及び第２レンズの中心軸に対して垂直な面上に、前記第１レンズ及び第２レンズの中心方向に対して前記時計方向又は反時計方向の他方に所定角度に傾いて形成されてなることを特徴とする。

本発明に係るレンズホルダによれば、第２レンズ固定部は、第１気体通路からの冷却ガスを流入する第２気体通路が第２円環体の一方の面に周方向に沿って複数個形成され且つ第２気体通路からの冷却ガスを流入する第３気体通路が第２円環体の他方の面に周方向に沿って複数個形成され、第２気体通路のそれぞれは、第１レンズ及び第２レンズの中心軸に対して垂直な面上に、第１レンズ及び第２レンズの中心方向に対して時計方向又は反時計方向の一方に所定角度に傾いて形成され、第３気体通路のそれぞれは、第１レンズ及び第２レンズの中心軸に対して垂直な面上に、第１レンズ及び第２レンズの中心方向に対して時計方向又は反時計方向の他方に所定角度に傾いて形成されてなるので、冷却ガスが第１レンズ及び第２レンズの中心方向へ向かう渦状の気流を形成するため、複数のレンズ間の空間に冷却ガスを滞留させることなく流通させることにより第１レンズ及び第２レンズの中心部まで効率よく冷却することができるレンズホルダを提供することができる。

本発明の実施例１に係るレンズホルダを備えるコリメートレンズ装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施例１に係るレンズホルダの断面図である。 本発明の実施例１に係るレンズホルダの斜視図である。 本発明の実施例１に係るレンズホルダのハウジング内部の構成図である。 本発明の実施例１に係るレンズホルダ内の第２レンズ固定部の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る第１レンズ固定部の気体通路から第２レンズ固定部の気体通路にパージエアが流れる様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る第２レンズ固定部の気体通路がレンズ中心方向に対して傾いているときのパージエアの流れを示す図である。 本発明の実施例１に係る第２レンズ固定部の気体通路から第３レンズ固定部の気体通路にパージエアが流れる様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る第３レンズ固定部の気体通路から第２レンズ出射面上の中心方向にパージエアが流れる様子を示す図である。 従来のレーザ加工光学系の構成を示す断面図である。

以下、本発明のレンズホルダの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るレンズホルダを備えるコリメートレンズ装置の構成を示す断面図である。このコリメートレンズ装置は、ハウジング１と、ハウジング１にボルト締めにより固定されたレンズホルダ２，２ａと、第１レンズ３ａ，第２レンズ３ｂ、第３レンズ３ｃを有して構成されている。

第１レンズ３ａ及び第２レンズ３ｂは、円形状の平凸レンズからなり、レンズホルダ２に設けられている。第３レンズ３ｃは、円形状の平凹レンズからなり、レンズホルダ２ａに設けられている。

図２は、本発明の実施例１に係るレンズホルダの断面図である。図３は、本発明の実施例１に係るレンズホルダの斜視図である。図４は、本発明の実施例１に係るレンズホルダのハウジング内部の構成図である。

レンズホルダ２は、１つのハウジング１と、第１レンズ３ａ、第２レンズ３ｂ、第１レンズ固定部６、第２レンズ固定部７、第３レンズ固定部８、Ｏリング４ａ〜４ｃ、ロックリング９を有して構成されている。

ハウジング1は、図３に示すように、円筒状をなし、この円筒状のハウジング1の内部に、第１レンズ３ａ、第２レンズ３ｂ、第１レンズ固定部６、第２レンズ固定部７、第３レンズ固定部８が配置されている。

第１レンズ固定部６は、図３及び図４に示すように、円環状をなし、第１レンズ３ａを固定するとともに、パージエアＰＡ（本発明の冷却ガスに対応）を流入する気体通路１０ａ（本発明の第２気体通路に対応）が周方向に沿って複数個形成されている。

第２レンズ固定部７は、図３及び図４に示すように、円環状をなし、第１レンズ３ａ及び第２レンズ３ｂを固定するとともに、複数の気体通路１０ａからのパージエアＰＡを流入する複数の気体通路１０ｂ（本発明の第１気体通路に対応）が周方向に沿って複数個形成されている。

第３レンズ固定部８は、図３及び図４に示すように、円環状をなし、第２レンズ３ｂを固定するとともに、複数の気体通路１０ｂからのパージエアＰＡを流入する気体通路１０ｃ（本発明の第３気体通路に対応）が複数個形成されている。

第１レンズ３ａは、第１レンズ固定部６と第２レンズ固定部７とにより挟まれた状態でハウジング１内に配置されている。第２レンズ３ｂは、第２レンズ固定部７と第３レンズ固定部８とにより挟まれた状態でハウジング１内に配置されている。

図５は、本発明の実施例１に係るレンズホルダ内の第２レンズ固定部７の構成を示す図である。図５（ａ）は、第２レンズ固定部７を第１レンズ固定側（パージエア流入側）から見た図、図５（ｃ）は、第２レンズ固定部７を第２レンズ固定側（パージエア流出側）から見た図、図５（ｂ）は、第２レンズ固定部７の断面図である。

第１レンズ固定部６、第２レンズ固定部７、第３レンズ固定部８は、Ｏリング４ａ〜４ｃとロックリング９によりハウジング１に固定されている。

第２レンズ固定部７に形成された気体通路１０ｂは、図５に示すように、第１レンズ３ａ及び第２レンズ３ｂの各々のレンズの中心軸に対して垂直な面上に、レンズ３ａ，３ｂの中心方向に対して所定角度（例えば４５°）に傾いて形成されている。

次にこのように構成された実施形態のレンズホルダの動作を図５乃至図９を参照しながら説明する。

まず、図６に示すように、パージエアＰＡが第１レンズ３ａの入射面上を外周方向へ流れていき、第１レンズ固定部６の気体通路１０ａから第２レンズ固定部７の気体通路１０ｂに到達する。

次に、図５及び図７に示すように、第２レンズ固定部７の気体通路１０ｂがレンズ３ａの中心方向に対して、所定角度、例えば４５°傾いているので、レンズの中心に向かって時計方向に渦状の気流が発生する。渦状の気流が第２レンズ３ｂの入射面へ向かって流れていく。

次に、図８に示すように、渦状の気流が第２レンズ３ｂの入射面に到達すると、渦状の気流は、第２レンズ３ｂの入射面上をレンズ外周方向へ流れ、第２レンズ３ｂの気体通路１０ｂとは逆方向に傾けられて形成されている気体通路を通り、第２レンズ固定部７の気体通路１０ｂから排出される。そして、渦状の気流は第３レンズ固定部８の気体通路１０ｃへ到達する。

次に、図９に示すように、パージエアＰＡは、第３レンズ固定部８の気体通路１０ｃから第２レンズ３ｂの出射面上の中心方向へ排出される。

このように、実施形態のレンズホルダによれば、レンズホルダに設けられた第１気体通路１０ｂを、レンズ３ａ，３ｂの中心軸に対して垂直な面上に、レンズ中心方向に対して所定角度で傾けて配置したことで、パージエアＰＡがレンズ中心方向へ向かう渦状の気流を形成するため、複数のレンズ３ａ，３ｂ間の空間にパージエアＰＡを滞留させることなく流通させる。これにより、レンズ３ａ，３ｂの中心部まで効率よく冷却することができるレンズホルダを提供することができる。

なお、本発明は前述した実施形態のレンズホルダに限定されるものではない。実施形態では、レーザ加工機内へ供給されるパージエアを冷却ガスとして利用したが、専用の冷却ガスを供給するように構成することも可能である。

また、実施形態のレンズホルダでは、２つのレンズをレンズホルダに配置したが、３つ以上のレンズをレンズ固定部で固定してレンズホルダに配置しても同様な効果が得られる。

また、実施形態では、第２気体通路１０ａ、第１気体通路１０ｂ、第３気体通路１０ｃの各々について、複数個設けたが、例えば、第２気体通路１０ａ、第１気体通路１０ｂ、第３気体通路１０ｃの各々について、１個設けても良い。

本発明は、レーザ装置に用いられるコリメートレンズ装置に利用できる。

１ ハウジング
２，２ａ レンズホルダ
３ａ 第１レンズ
３ｂ 第２レンズ
３ｃ 第３レンズ
４ａ〜４ｃ Ｏリング
６ 第１レンズ固定部
７ 第２レンズ固定部
８ 第３レンズ固定部
９ ロックリング
１０ａ 第２気体通路
１０ｂ 第１気体通路
１０ｃ 第３気体通路
２０ ベース
ＰＡ パージエア

Claims (2)

1. 第１レンズと第２レンズとを保持するレンズホルダであって、
   第１円環体からなり、前記第１レンズを固定するとともに、冷却ガスを流入する第１気体通路が周方向に沿って複数個形成された第１レンズ固定部と、
   第２円環体からなり、前記第１レンズ及び前記第２レンズを固定するとともに、前記第１気体通路からの冷却ガスを流入する第２気体通路が前記第２円環体の一方の面に周方向に沿って複数個形成され且つ前記第２気体通路からの冷却ガスを流入する第３気体通路が前記第２円環体の他方の面に周方向に沿って複数個形成された第２レンズ固定部と、
   第３円環体からなり、前記第２レンズを固定するとともに、前記第３気体通路からの前記冷却ガスを流入する第４気体通路が周方向に沿って複数個形成された第３レンズ固定部とを備え、
   前記複数の第２気体通路のそれぞれは、前記第１レンズ及び第２レンズの中心軸に対して垂直な面上に、前記第１レンズ及び第２レンズの中心方向に対して時計方向又は反時計方向の一方に所定角度に傾いて形成され、
   前記複数の第３気体通路のそれぞれは、前記第１レンズ及び第２レンズの中心軸に対して垂直な面上に、前記第１レンズ及び第２レンズの中心方向に対して前記時計方向又は反時計方向の他方に所定角度に傾いて形成されてなることを特徴とするレンズホルダ。
2. 前記複数の第２気体通路は、前記複数の第１気体通路と対向する位置に形成され、
   前記複数の第３気体通路は、前記複数の第２気体通路と対向する位置に形成され、
   前記複数の第４気体通路は、前記複数の第３気体通路と対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズホルダ。

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