JP2018116102A - ホルダ付きレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの位置ずれが生じ難く、かつレンズが破損し難い、ホルダ付きレンズを提供する。【解決手段】レンズ２と、レンズ２を保持しているホルダ３とを備え、ホルダ３が、レンズ２に当接されている内壁面３ａを有し、レンズ２に当接されている内壁面３ａの部分に、少なくとも１つの溝部４が設けられていることを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、ホルダ付きレンズに関するものである。

筒状のホルダ内にレンズを保持したホルダ付きレンズは、光通信等の分野において用いられている。下記の特許文献１に、ホルダ付きレンズの一例が記載されている。光通信デバイス内に配置された従来のホルダ付きレンズは、半導体レーザ等の経年劣化を防止するために、気密性が高い構造とされている。

一方で、近年、内燃機関の点火に用いるためのホルダ付きレンズが研究されている。下記の特許文献２には、ホルダ付きレンズを有するレーザ点火装置の一例が記載されている。内燃機関の混合気体中に高エネルギー密度のレーザ光を、ホルダ付きレンズによって集光することにより、火炎核を発生させることができる。

国際公開第２０１２／１１７７５５号 特開２０１３−０９６３９２号公報

一般的に、ホルダ付きレンズは、切削加工されたホルダ内に硝材を投入し、加熱しながらプレス成形することにより作製される。ホルダの内壁面には切削加工により凹凸部が形成されており、レンズはホルダの内壁面の凹凸部に当接している。ここで、レンズとホルダとの熱膨張係数の差や熱伝導率の差等により、レンズはホルダの内壁面に押圧され、レンズの位置が固定されている。このとき、ホルダの内壁面の凸状の部分に、レンズを押圧する力が過剰に集中することとなる。内燃機関の稼働に伴う温度変化によって、より大きい力がレンズに加わるため、レンズが破損し易い。

一方で、ホルダの内壁面を研磨することにより、内壁面を平滑とすることができる。内壁面が平滑であるホルダをホルダ付きレンズに用いる場合には、内燃機関の稼働に伴う温度変化によってもレンズは破損し難い。しかしながら、この場合には、ホルダの内壁面とレンズとの摩擦抵抗が小さくなるため、温度変化によりレンズの高さ位置にずれが生じ易い。そのため、所望の光学特性を安定的に得ることが困難となる。

本発明の目的は、レンズの位置ずれが生じ難く、かつレンズが破損し難い、ホルダ付きレンズを提供することにある。

本発明に係るホルダ付きレンズは、レンズと、レンズを保持しているホルダとを備え、ホルダが、レンズに当接されている内壁面を有し、レンズに当接されている内壁面の部分に、少なくとも１つの溝部が設けられていることを特徴としている。

本発明においては、内壁面の最大高さ粗さＲｚが２５μｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、溝部の深さが５０μｍ以上であることが好ましい。溝部の深さが５００μｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、レンズとホルダとの熱膨張係数の差が、１×１０^−６／℃以上、７×１０^−６／℃以下である。

本発明によれば、レンズの位置ずれが生じ難く、かつレンズが破損し難い、ホルダ付きレンズを提供することができる。

本発明の第１の実施形態のホルダ付きレンズを示す断面図である。 本発明の第１の実施形態のホルダ付きレンズを示す斜視図である。 比較例のホルダ付きレンズを示す断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のホルダ付きレンズを示す断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態のホルダ付きレンズを示す斜視図である。なお、図２においては、後述するレンズをハッチングにより示す。

本実施形態のホルダ付きレンズ１は、レーザ点火装置等に使用できる。図１及び図２に示すように、ホルダ付きレンズ１は、レンズ２と、レンズ２を保持しているホルダ３とを備える。より具体的には、レンズ２は側面２ａを有する。ホルダ３は、略円筒状の形状を有し、かつ内壁面３ａを有する。レンズ２の側面２ａが、ホルダ３の内壁面３ａに当接している。レンズ２の側面２ａはホルダ３の内壁面３ａにより押圧されている。それによって、レンズ２がホルダ３内において固定されている。これは、ホルダ３の熱膨張係数がレンズ２の熱膨張係数よりも大きいことによる。

より詳細には、ホルダ付きレンズ１の製造に際しては、例えば、使用温度よりも高温の状態において、レンズ２をホルダ３内に配置する。次に、レンズ２をホルダ３内に配置した状態において、レンズ２及びホルダ３の冷却を行う。ホルダ３の熱膨張係数はレンズ２の熱膨張係数よりも大きいため、ホルダ３はレンズ２よりも大きく収縮する。これにより、レンズ２の側面２ａはホルダ３の内壁面３ａにより押圧される。それによって、接着剤等を用いずに、レンズ２を固定することができる。

本実施形態では、レンズ２は凸レンズであるが、レンズ２は凹レンズであってもよい。

ホルダ３の内壁面３ａは平滑化されている。より具体的には、本実施形態では、内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚは２５μｍ以下である。また、内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚは、極めて経済的な機械仕上げ面であれば、一般的には、２５μｍ以上である。なお、内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚは、後述する溝部４が設けられている部分以外の部分の最大高さ粗さＲｚである。

ここで、本明細書における最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３において規定される最大高さ粗さＲｚである。

ホルダ３の内壁面３ａには複数の溝部４が設けられている。各溝部４は、筒状であるホルダ３の内壁面３ａの全周に設けられている。溝の断面形状としては、特に限定されないが、略三角形形状や略半円形状、略台形形状であることが好ましい。本実施形態では、各溝部４の幅は０．４ｍｍであり、深さは２００μｍである。なお、溝部４の幅及び深さは上記に限定されない。また、溝部４は少なくとも１つ設けられていればよく、溝部４はらせん状に設けられていてもよい。

レンズ２の側面２ａは、溝部４が設けられている内壁面３ａの部分に当接されている。図１に示すように、レンズ２の側面２ａの一部は、溝部４に入り込んでいる。これは、上記のようにレンズ２をホルダ３内に配置する際、レンズ２が高温となっており、レンズ２がある程度の流動性を有しているためである。なお、ホルダ３内においてレンズ２をプレス成形により作製する場合には、レンズ２の側面２ａの一部は、溝部４により一層入り込む。

レンズ２はガラスからなる。レンズ２に用いられるガラスの組成は、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラスまたはＢｉ_２Ｏ_３系ガラス等である。なお、レンズ２に用いられるガラスの組成は上記に限定されない。

レンズ２に用いられるガラスの熱膨張係数は、特に限定されないが、好ましくは５×１０^−６／℃以上、より好ましくは６×１０^−６／℃以上、好ましくは１２×１０^−６／℃以下、より好ましくは１１×１０^−６／℃以下である。

ホルダ３は、例えば、ＳＵＳ材料からなる。ホルダ３に用いられるＳＵＳ材料としては、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＦ−２０Ｆ、ＳＦ−２０Ｔ等を挙げることができる。なお、ホルダ３は、ＳＵＳ材料以外の金属材料からなっていてもよい。

ホルダ３に用いられる材料の熱膨張係数は、１０×１０^−６／℃以上、１２×１０^−６／℃以下であることが好ましい。

本実施形態の特徴は、内壁面３ａに溝部４が設けられており、かつ内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚが２５μｍ以下であるホルダ３に、レンズ２が保持されていることにある。それによって、レンズ２の位置ずれが生じ難く、かつレンズが破損し難い。これを、本実施形態と比較例とを比較することにより、以下において説明する。

図３は、比較例のホルダ付きレンズを示す断面図である。比較例のホルダ付きレンズ１０１においては、ホルダ１０３の内壁面３ａに溝部が設けられていない。なお、ホルダ１０３の内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚは、本実施形態と同様に２５μｍ以下である。

例えば、ホルダ付きレンズ１０１をレーザ点火装置に用いた場合、点火の前後において、ホルダ１０３及びレンズ２の温度は変化する。ホルダ１０３の熱膨張係数はレンズ２の熱膨張係数より大きい。そのため、温度が上昇したときの、ホルダ１０３の内径が大きくなる変化量の方がレンズ２の外径が大きくなる変化量よりも大きい。よって、温度が高くなったときに、ホルダ１０３がレンズ２を固定する力が弱くなる。さらに、内壁面３ａは平滑であるため、レンズ２の位置ずれが生じ易い。従って、ホルダ付きレンズ１０１において、所望の光学特性を安定的に得ることは困難となる。

これに対して、図１に示す本実施形態では、レンズ２は、ホルダ３の、溝部４が設けられた内壁面３ａの部分に当接されており、レンズ２の側面２ａの一部は、溝部４に入り込んでいる。これにより、レンズ２をホルダ３内において効果的に固定することができる。よって、ホルダ付きレンズ１において温度変化が生じた際においても、レンズ２の位置ずれが生じ難い。従って、ホルダ付きレンズ１において、所望の光学特性を安定的に得ることができる。

なお、ホルダ３の内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚは２５μｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは２０μｍ以下であり、さらに好ましくは１６μｍ以下、最も好ましくは１２．５μｍ以下である。このようにホルダ３の内壁面３ａの最大高さ粗さＲｚを小さくすることで、ホルダ３の内壁面３ａの凹凸が小さくなり、内壁面３ａによりレンズ２の側面２ａを押圧する力の過度な集中が生じ難い。従って、レンズ２は破損し難い。

また、溝部４の深さは、５０μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは１００μｍ以上であり、さらに好ましくは１５０μｍ以上、最も好ましくは２００μｍ以上である。この場合には、溝部４においてホルダ３とレンズ２とが接触する面積を大きくすることができる。よって、レンズ２の位置ずれがより一層生じ難い。溝部４の深さは、５００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは４００μｍ以下であり、さらに好ましくは３５０μｍ以下、最も好ましくは３００μｍ以下である。この場合には、ホルダ３の一部に極端に肉厚が薄い部分が形成され難くなり、ホルダ３の強度が低下し難い。

さらに、溝部４の深さに対する溝部４の幅の比（＝［幅］／［深さ］）は２以上であることが好ましい。より好ましくは３以上、さらに好ましくは５以上である。この場合には、プレス成形により、溝部４に入り込んだレンズ２の側面２ａ部に対する応力を小さくすることができ、レンズ２が破損することを抑えることができる。［幅］／［深さ］は２０以下であることが好ましい。より好ましくは１８以下、さらに好ましくは１５以下である。この場合には、溝部４にレンズ２が適切に固定することができる。

溝部４の断面形状は、略半円形状とすることが好ましい。また、溝部４の断面形状を略三角形形状や略台形形状とした場合でも、略三角形形状の頂部や略台形形状の角部となる部分を、半径Ｒが０．０１ｍｍ以上、より好ましくは０．０２ｍｍ以上、さらに好ましくは０．０３ｍｍ以上であるラウンド状とすることが好ましい。この場合、溝部４に入り込んだレンズ２の側面２ａ部に対する応力をより小さくすることができ、レンズ２が破損することをより抑えることができる。また、半径Ｒが０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下であるラウンド状とすることが好ましい。この場合、溝部４にレンズ２が適切に固定することができる。

レンズ２とホルダ３との熱膨張係数の差は、１×１０^−６／℃以上であることが好ましい。この場合には、ホルダ３の内壁面３ａがレンズ２の側面２ａを押圧する力を十分に大きくすることができ、レンズ２の位置ずれがより一層生じ難い。レンズ２とホルダ３との熱膨張係数の差は、７×１０^−６／℃以下であることが好ましい。この場合には、ホルダ３の内壁面３ａがレンズ２の側面２ａを押圧する力が過度に大きくなり難く、レンズ２が破損し難い。

本実施形態では、溝部４は内壁面３ａの全周に設けられているが、溝部４の配置は上記に限定されない。例えば、複数の溝部４が内壁面３ａの周方向に分散して配置されていてもよい。あるいは、溝部４がらせん状に設けられていてもよい。

１…ホルダ付きレンズ
２…レンズ
２ａ…側面
３…ホルダ
３ａ…内壁面
４…溝部
１０１…ホルダ付きレンズ
１０３…ホルダ

Claims (5)

1. レンズと、
   前記レンズを保持しているホルダとを備え、
   前記ホルダが、前記レンズに当接されている内壁面を有し、
   前記レンズに当接されている前記内壁面の部分に、少なくとも１つの溝部が設けられている、ホルダ付きレンズ。
2. 前記内壁面の最大高さ粗さＲｚが２５μｍ以下である、請求項１に記載のホルダ付きレンズ。
3. 前記溝部の深さが５０μｍ以上である、請求項１または２に記載のホルダ付きレンズ。
4. 前記溝部の深さが５００μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のホルダ付きレンズ。
5. 前記レンズと前記ホルダとの熱膨張係数の差が、１×１０^−６／℃以上、７×１０^−６／℃以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のホルダ付きレンズ。

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