【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用レーザ出射鏡筒に関し、特に光ファイバから出射された数百ワットのレーザ光を集光させてシーム溶接等を行う場合に好適に適用できる光ファイバ用レーザ出射鏡筒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を用いたシーム溶接において、レーザ発振器の出力を光ファイバの一端に入射し、光ファイバの他端から出射したレーザ光を、複数枚のレンズを用いて集光させて溶接する方法が知られている。
【０００３】
図３に従来のレーザ出射鏡筒２１を示す。光ファイバ２２から出射されたレーザ光は広がって出射し、レンズ２３により平行光とされた後、レンズ２４により集光されて保護ガラス２５を透過して集光点２６に集光される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年はレーザ発振器の高出力化が要請されており、それに伴って数百ワットのレーザ光をレーザ出射鏡筒２１で集光させる必要が生じてきた。レーザ出射鏡筒２１内のレンズ２３、２４や保護ガラス２５には反射防止膜が施されているが、レーザ光の一部は反射してレーザ出射鏡筒２１内で散乱することになり、そのため高出力の場合には発熱する。また、レンズ２３、２４自体も微少であるがレーザ光を吸収して発熱する。そのため、レーザ出射鏡筒２１の熱膨張による変形のために集光性が劣化したり、レンズ２３、２４や保護ガラス２５の発熱によってその中央部が膨張して熱レンズ効果が発生し、焦点位置がずれてしまうなどの問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、レーザ光の一部の散乱や吸収による発熱で焦点位置ずれや集光性の劣化が発生するのを防止できる光ファイバ用レーザ出射鏡筒を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ用レーザ出射鏡筒は、光ファイバの接続部と、光ファイバから出射したレーザ光を集光する１枚若しくは複数枚のレンズと、レンズを保持するとともにレーザ光の出射口を有するレンズ保持筒部とを備えたレーザ出射鏡筒において、レンズ保持筒部に冷却機構を設けたものである。
【０００７】
このような構成により、レーザ光の一部がレンズ表面で散乱したり、レンズに吸収されて発熱しても、レンズ保持筒部に設けた冷却機構にて冷却されるので、熱レンズ効果により焦点位置ずれが発生したり、レンズ保持筒部の熱膨張による変形で集光性の劣化が発生するのを防止できる。
【０００８】
また、冷却機構としてレンズ保持筒部の外周に冷却媒体通路を設けると、冷却媒体通路を流れる冷却媒体にてレンズ保持筒部が冷却されるので、簡単な構成にて効率的に冷却することができ、特に冷却媒体として液体を用いると、コンパクトな構成で高い冷却能力を得ることができる。
【０００９】
また、冷却媒体通路を、レーザ光軸を中心とする螺旋状に形成すると、レーザ光軸を中心として均一に冷却することができ、レンズ保持筒部の変形による集光性の劣化をより効果的に防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の光ファイバ用レーザ出射鏡筒の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。
【００１１】
図１において、１はレーザ出射鏡筒であり、その一端に設けられた接続部３に光ファイバの出射端部２が接続されている。光ファイバの出射端部２から出射されたレーザ光は、凸レンズから成るレンズ４により平行光とされ、その後凸レンズからなるレンズ５により集光され、レンズ保護用の保護ガラス６が配設された出射口７から出射して集光点８に結像される。２枚のレンズ４、５及び保護ガラス６はレンズ保持筒部９にて保持されている。レンズ保持筒部９の外周には、冷却媒体通路１０が設けられ、その光軸方向一端に冷却媒体の流入口１１が、他端に流出口１２が設けられている。冷却媒体通路１０は、具体的にはレンズ保持筒部９の外周に環状凹部を形成するとともに、その外周に外筒体１３を外嵌し、環状凹部の軸芯方向外側位置でレンズ保持筒部９の外周と外筒体１３の間にシール用のＯリング１４を配設して構成されている。
【００１２】
以上の構成において、光ファイバの出射端部２から拡大して出射されたレーザ光がレンズ４にて平行光とされ、レンズ５にて集光され、保護ガラス６を通して集光点８に結像される際に、レンズ４、５や保護ガラス６には反射防止膜が施されているが、これらレンズ４、５や保護ガラス６のレーザ光の透過率は９９％〜９９．８％であり、残りのレーザ光はレンズ４、５や保護ガラス６で散乱されてレンズ保持筒部９内で発熱したり、またレンズ４、５や保護ガラス６の内部に吸収されて発熱することになる。
【００１３】
そのため、何らの対策を講じなかたった場合にはレンズ保持筒部９の熱膨張による変形にて集光性の劣化を来したり、レンズ４、５や保護ガラス６の中心部の発熱による膨張による熱レンズ効果によって焦点位置がずれるなどの問題が発生することになるが、本実施形態ではレンズ保持筒部９の外周の冷却媒体通路１０を流れる冷却媒体にて効果的に冷却されるため、レンズ保持筒部９の変形による集光性の劣化や熱レンズ効果による焦点位置ずれを確実に防止でき、効率的にレーザエネルギーを投入することができる。
【００１４】
また、レンズ保持筒部９の冷却機構として、冷却媒体通路１０を設けて冷却媒体の流通にて冷却するようにしているので、簡単な構成にて効率的に冷却することができ、特に冷却媒体として液体を用いることにより、コンパクトな構成で高い冷却能力を得ることができる。
【００１５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の光ファイバ用レーザ出射鏡筒の第２の実施形態について、図２を参照して説明する。なお、図１を参照して説明した第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点について説明する。
【００１６】
上記第１の実施形態の冷却媒体通路１０は円筒状で、一端に流入口１１、他端に流出口１２を設けた構成であったが、本実施形態では、レンズ保持筒部９の外周に、レーザ光軸を中心とする螺旋状の冷却媒体通路１５が設けられており、その一端に流入口１１が、他端に流出口１２が配設されている。
【００１７】
本実施形態によれば、冷却媒体が、レンズ保持筒部９の外周をレーザ光軸を中心とする螺旋状に流通することにより、レンズ４、５や保護ガラス６がレーザ光軸を中心として均一に冷却することができ、レンズ保持筒部９の変形による集光性の劣化をより効果的に防止できる。
【００１８】
以上の実施形態の説明では、レンズ保持筒部９の冷却機構として、冷却媒体通路１０や螺旋状の冷却媒体通路１５を設けて冷却媒体を流通させるようにした例を示したが、ペルチェ素子等を配設して冷却するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ用レーザ出射鏡筒によれば、光ファイバから出射したレーザ光を集光する１枚若しくは複数枚のレンズを保持するレンズ保持筒部に冷却機構を設けたので、レーザ光の一部がレンズ表面で散乱したり、レンズに吸収されて発熱しても、レンズ保持筒部が冷却され、従って熱レンズ効果により焦点位置ずれが発生したり、レンズ保持筒部の熱膨張による変形で集光性の劣化が発生するのを防止できる。
【００２０】
また、冷却機構としてレンズ保持筒部の外周に冷却媒体通路を設けると、冷却媒体通路を流れる冷却媒体にてレンズ保持筒部が冷却されるので、簡単な構成にて周囲に熱影響を与えずに効率的に冷却することができる。
【００２１】
また、冷却媒体通路を、レーザ光軸を中心とする螺旋状に形成すると、レーザ光軸が中心として均一に冷却することができ、レンズ保持筒部の変形による集光性の劣化をより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の光ファイバ用レーザ出射鏡筒を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の光ファイバ用レーザ出射鏡筒を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】従来例の光ファイバ用レーザ出射鏡筒の縦断面図である。
【符号の説明】
１ レーザ出射鏡筒
２ 光ファイバの出射端部
３ 接続部
４ レンズ
５ レンズ
７ 出射口
９ レンズ保持筒部
１０ 冷却媒体通路
１５ 螺旋状の冷却媒体通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser emission barrel for an optical fiber, and more particularly, to a laser emission barrel for an optical fiber that can be suitably applied when performing laser seam welding or the like by condensing several hundred watts of laser light emitted from an optical fiber. Is.
[0002]
[Prior art]
In seam welding using laser light, a method is known in which the output of a laser oscillator is incident on one end of an optical fiber, and the laser light emitted from the other end of the optical fiber is condensed and welded using a plurality of lenses. It has been.
[0003]
FIG. 3 shows a conventional laser emission barrel 21. The laser light emitted from the optical fiber 22 spreads and exits, is converted into parallel light by the lens 23, is collected by the lens 24, passes through the protective glass 25, and is collected on the condensing point 26.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in recent years, there has been a demand for higher output of laser oscillators, and accordingly, it has become necessary to collect laser light of several hundred watts with the laser emission barrel 21. The lenses 23 and 24 and the protective glass 25 in the laser emitting barrel 21 are provided with an antireflection film, but a part of the laser light is reflected and scattered in the laser emitting barrel 21. It generates heat at high output. Further, although the lenses 23 and 24 are very small, they absorb the laser light and generate heat. For this reason, the light condensing performance deteriorates due to the deformation due to the thermal expansion of the laser emitting lens barrel 21 or the central portion thereof expands due to the heat generation of the lenses 23 and 24 and the protective glass 25 to generate the thermal lens effect. There were problems such as slipping.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a laser emission barrel for an optical fiber that can prevent the occurrence of focal position shift and light condensing deterioration due to heat generation due to partial scattering or absorption of laser light. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An optical fiber laser emitting barrel according to the present invention includes an optical fiber connecting portion, one or more lenses for condensing laser light emitted from the optical fiber, a lens holding hole and a laser light exit port. In the laser emitting lens barrel having the lens holding cylinder portion, the lens holding cylinder portion is provided with a cooling mechanism.
[0007]
With such a configuration, even if a part of the laser light is scattered on the lens surface or is absorbed by the lens and generates heat, it is cooled by the cooling mechanism provided in the lens holding cylinder, so that the focal point is generated by the thermal lens effect. It is possible to prevent the occurrence of misalignment and the deterioration of the light collecting property due to the deformation due to the thermal expansion of the lens holding cylinder.
[0008]
Further, when a cooling medium passage is provided on the outer periphery of the lens holding cylinder portion as a cooling mechanism, the lens holding cylinder portion is cooled by the cooling medium flowing through the cooling medium passage, so that it can be efficiently cooled with a simple configuration. In particular, when a liquid is used as the cooling medium, a high cooling capacity can be obtained with a compact configuration.
[0009]
In addition, if the cooling medium passage is formed in a spiral shape with the laser optical axis as the center, the cooling medium passage can be uniformly cooled with the laser optical axis as the center, and the condensing deterioration due to the deformation of the lens holding cylinder portion is more effective. Can be prevented.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a laser emitting lens barrel for an optical fiber according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0011]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser emission barrel, and an emission end portion 2 of an optical fiber is connected to a connection portion 3 provided at one end thereof. The laser beam emitted from the emission end 2 of the optical fiber is converted into parallel light by a lens 4 made of a convex lens, and then condensed by a lens 5 made of a convex lens, and is emitted with a protective glass 6 for protecting the lens. The light is emitted from the mouth 7 and imaged at the condensing point 8. The two lenses 4 and 5 and the protective glass 6 are held by a lens holding cylinder portion 9. A cooling medium passage 10 is provided on the outer periphery of the lens holding cylinder portion 9, and an inlet 11 for the cooling medium is provided at one end in the optical axis direction, and an outlet 12 is provided at the other end. Specifically, the cooling medium passage 10 is formed with an annular recess on the outer periphery of the lens holding cylinder 9, and an outer cylinder 13 is fitted around the outer periphery of the lens holding cylinder 9. A sealing O-ring 14 is disposed between the outer periphery of the cylinder 9 and the outer cylinder 13.
[0012]
In the above-described configuration, the laser beam enlarged and emitted from the emission end 2 of the optical fiber is converted into parallel light by the lens 4, condensed by the lens 5, and imaged on the condensing point 8 through the protective glass 6. In this case, the lenses 4 and 5 and the protective glass 6 are provided with antireflection films, and the laser light transmittance of these lenses 4 and 5 and the protective glass 6 is 99% to 99.8%. The remaining laser light is scattered by the lenses 4, 5 and the protective glass 6 to generate heat in the lens holding cylinder 9, or is absorbed into the lenses 4, 5 and the protective glass 6 to generate heat.
[0013]
Therefore, if no measures are taken, the light condensing performance is deteriorated due to the deformation due to the thermal expansion of the lens holding tube portion 9, or due to the expansion due to the heat generation of the central portions of the lenses 4, 5 and the protective glass 6. Although there is a problem that the focal position is shifted due to the thermal lens effect, in the present embodiment, the lens is effectively cooled by the cooling medium flowing through the cooling medium passage 10 on the outer periphery of the lens holding cylinder portion 9. It is possible to reliably prevent deterioration in light condensing performance due to deformation of the holding cylinder portion 9 and focus position shift due to the thermal lens effect, and to efficiently apply laser energy.
[0014]
In addition, since the cooling medium passage 10 is provided as a cooling mechanism for the lens holding cylinder portion 9 and cooling is performed by circulation of the cooling medium, the cooling can be efficiently performed with a simple configuration. As a liquid, a high cooling capacity can be obtained with a compact configuration.
[0015]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the laser emitting lens barrel for an optical fiber according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those of the first embodiment described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
[0016]
The cooling medium passage 10 of the first embodiment is cylindrical and has a configuration in which the inlet 11 is provided at one end and the outlet 12 is provided at the other end. A spiral cooling medium passage 15 centering on the laser optical axis is provided, and an inlet 11 is provided at one end and an outlet 12 is provided at the other end.
[0017]
According to the present embodiment, the cooling medium circulates in the spiral shape around the laser optical axis around the outer periphery of the lens holding tube portion 9, so that the lenses 4, 5 and the protective glass 6 are uniform around the laser optical axis. Therefore, it is possible to more effectively prevent the deterioration of the light collecting property due to the deformation of the lens holding cylinder portion 9.
[0018]
In the above description of the embodiment, an example in which the cooling medium passage 10 and the spiral cooling medium passage 15 are provided as the cooling mechanism of the lens holding cylinder portion 9 to circulate the cooling medium has been described. It may be arranged to cool.
[0019]
【The invention's effect】
According to the laser emitting barrel for an optical fiber of the present invention, since the cooling mechanism is provided in the lens holding cylinder portion that holds one or a plurality of lenses for condensing the laser light emitted from the optical fiber, Even if some of the light is scattered on the lens surface or absorbed by the lens to generate heat, the lens holding cylinder is cooled, and therefore the focal position shift occurs due to the thermal lens effect, or the lens holding cylinder is deformed by thermal expansion. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the light collecting property.
[0020]
In addition, when a cooling medium passage is provided on the outer periphery of the lens holding cylinder portion as a cooling mechanism, the lens holding cylinder portion is cooled by the cooling medium flowing through the cooling medium passage. Can be efficiently cooled.
[0021]
In addition, if the cooling medium passage is formed in a spiral shape with the laser optical axis as the center, it can be cooled uniformly with the laser optical axis as the center, and the condensing deterioration due to the deformation of the lens holding cylinder portion is more effective. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a laser emission barrel for an optical fiber according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG.
FIGS. 2A and 2B show a laser emission barrel for an optical fiber according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a longitudinal sectional view and FIG. 2B is a view taken along the line B-B in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional laser emitting lens barrel for an optical fiber.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser output lens barrel 2 Optical fiber output end part 3 Connection part 4 Lens 5 Lens 7 Output port 9 Lens holding cylinder part 10 Cooling medium path 15 Helical cooling medium path