JP5156244B2 - Galvo system focus lens cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、ガルバノシステムのレーザーの焦点距離を調整するためのレンズであって、光軸に対し平行に可動調整されるレンズと、当該レンズを保持するレンズホルダとを効率良く冷却し、レンズ及びレンズホルダの温度をレーザー照射前の温度と比べて、できる限り昇温させないようにするためのレンズ系冷却システムに関するものである。 The present invention is a lens for adjusting the focal length of a laser of a galvano system, which efficiently cools a lens that is movably adjusted in parallel to the optical axis and a lens holder that holds the lens. The present invention relates to a lens system cooling system for preventing the temperature of the lens holder from being raised as much as possible as compared with the temperature before laser irradiation.
レーザーを用いて金属粉末を焼結したり、又は、ワークピースの表面を加工する技術が従来から知られており、そのようなレーザーシステムは、例えば、金属光造形複合加工装置や、レーザーマーカー装置などに代表されるレーザー加工装置に用いられている。当該レーザーは、金属光造形複合加工装置では、薄く堆積させた金属粉末を焼結するために用いられ、レーザーマーカー装置では、ワークピース表面に所望のパターンを作り出すために用いられる。 Techniques for sintering metal powder using a laser or processing the surface of a workpiece have been conventionally known, and such laser systems include, for example, metal stereolithography combined processing apparatuses and laser marker apparatuses. It is used in laser processing equipment represented by The laser is used to sinter the thinly deposited metal powder in the metal stereolithography combined processing apparatus, and is used to create a desired pattern on the workpiece surface in the laser marker apparatus.
上述したような装置に用いられるレーザーシステムでは、レーザーのスポット径を一定にするなど適切なレーザー光がワークピースの加工表面等に当たるように、レーザー光の焦点深度を調節しなければならない。そのため、レーザーの焦点深度を調整するためのレンズが必要となる。当該レンズは、一般にフォーカスレンズと呼ばれており、レーザー光軸方向に可動調整されてレーザー光の焦点深度を調節する。 In the laser system used in the apparatus as described above, the depth of focus of the laser beam must be adjusted so that an appropriate laser beam strikes the workpiece processing surface or the like, for example, by making the laser spot diameter constant. Therefore, a lens for adjusting the focal depth of the laser is required. The lens is generally called a focus lens, and is movably adjusted in the laser optical axis direction to adjust the focal depth of the laser light.
上述のレーザー光は、ワークピースを加工乃至焼結させるため通常高出力である。したがって、レーザー照射時には、当該レーザー光を直接照射されるフォーカスレンズは、レーザーのエネルギーを受けて非常に高温となる。レンズを何ら冷却せずに使用すると、レンズが高温になることで膨張し、焦点深度の性能に悪影響を及ぼすこととなる。さらに、レンズ及びレンズホルダが高温である状態が長時間続くと、レンズの周辺機器(例えば、レンズホルダの取付け機器や駆動機器)に高温雰囲気が影響して、当該機器等に熱歪みが生じる場合もある。熱歪みが周辺機器に生じれば、レーザー光軸の位置ずれが発生し、その結果、ワークピース製造における形状精度に悪影響を及ぼすことになる。したがって、レーザーシステムの高精度な信頼性を常に確保するためには、レンズ及びレンズホルダの温度を、レーザー照射前の温度と比較してできる限り昇温しないように維持しておく必要がある。すなわち、少なくともレーザー照射時には、レンズ及びレンズホルダを冷却する必要がある。 The laser beam described above is usually high in power to process or sinter the workpiece. Therefore, at the time of laser irradiation, the focus lens that is directly irradiated with the laser beam receives the energy of the laser and becomes very hot. If the lens is used without any cooling, it will expand due to the high temperature of the lens, which will adversely affect the depth of focus performance. Furthermore, if the lens and the lens holder are in a high temperature state for a long time, the peripheral device of the lens (for example, the lens holder mounting device and the driving device) is affected by the high temperature atmosphere, and the device is thermally distorted. There is also. If thermal distortion occurs in the peripheral device, the laser optical axis is displaced, and as a result, the shape accuracy in manufacturing the workpiece is adversely affected. Therefore, in order to always ensure highly accurate reliability of the laser system, it is necessary to maintain the temperature of the lens and the lens holder so as not to increase as much as possible as compared with the temperature before laser irradiation. That is, it is necessary to cool the lens and the lens holder at least during laser irradiation.
従来技術におけるフォーカスレンズを冷却する方法としては、駆動機器に保持されたままでむき出しのレンズ及びレンズホルダ(図5参照)に、冷却された圧縮エアを直接吹き付けることで、当該冷却圧縮エアによる直接的な強制冷却を行う方法が知られている。 As a method of cooling the focus lens in the prior art, the cooled compressed air is directly blown onto the exposed lens and the lens holder (see FIG. 5) while being held in the driving device, so that the cooled compressed air is directly used. A method of performing forced cooling is known.
しかしながら、冷却圧縮エアの吹き付けを用いて、レンズ及びレンズホルダを冷却する従来技術において、適切な冷却効果を得るためには、非常に大量の冷却圧縮エアを必要とする。大量の冷却圧縮エアが用いられると、レンズ系の周囲にある粉塵が巻き上がり、加えて、レンズ系の付近から巻き込まれる粉塵等が存在するため、レンズを汚染する要因の一つとなることが経験から判明している。レンズの汚染がある程度進めば、当然ながら装置の運転を停止させてレンズを清掃乃至交換しなければならず、装置の連続運転に支障をきたすこととなる。そのため、できるだけレンズの汚染を防止する必要がある。さらに、冷却圧縮エアを大量に用いると、圧縮エアの消費及び当該圧縮エアの冷却にかかる費用がかさみ、装置の運用面において負担が生じることもある。 However, in the prior art that cools the lens and the lens holder by using cooling compressed air blowing, a very large amount of cooled compressed air is required to obtain an appropriate cooling effect. When a large amount of cooling and compressed air is used, dust around the lens system rises, and in addition, there is dust that gets caught from the vicinity of the lens system, which is one of the factors that contaminate the lens. It turns out. If the contamination of the lens progresses to some extent, naturally, the operation of the apparatus must be stopped and the lens must be cleaned or replaced, which hinders continuous operation of the apparatus. Therefore, it is necessary to prevent lens contamination as much as possible. Furthermore, if a large amount of cooled compressed air is used, the consumption of compressed air and the cost for cooling the compressed air increase, which may cause a burden on the operation of the apparatus.
また、冷却圧縮エアを送気するには、経済上あるいは変形容易性からフレキシブルチューブ、例えばPVC製チューブを用いることが多いが、当該チューブ類は、外気温の影響を受けやすい。そのため、送気距離が長い場合は、冷却圧縮エアは外気温に影響され、冷却されるべきレンズ及びレンズホルダに冷却圧縮エアが達する時には、外気温と等しくなってしまうこともある。そうなると、夏場等で外気温が元々高い場合には、十分に効果的な冷却を実行することができないという問題点もある。 In order to supply the cooled compressed air, a flexible tube, for example, a tube made of PVC is often used from the viewpoint of economy or ease of deformation, but the tubes are easily affected by the outside air temperature. Therefore, when the air supply distance is long, the cooling compressed air is affected by the outside air temperature, and when the cooling compressed air reaches the lens and the lens holder to be cooled, it may become equal to the outside air temperature. In such a case, there is a problem that sufficient effective cooling cannot be performed when the outside air temperature is originally high in summer or the like.
特許文献1、特許文献2、特許文献3には、冷却水等と圧縮エアとを冷却媒体として併用することで、レーザーシステムに用いられるレンズを冷却する冷却システムが開示されている。当該特許文献らに開示された冷却方法においては、レンズ固定部を冷却水等で冷却することで、レンズを間接的に冷却し、更に、冷却圧縮エアにより直接的にレンズを冷却する。しかしながら、当該特許文献らに開示される装置乃至システムで用いられるレンズは固定されており、本願発明のように可動する必要のあるレンズにそのまま適用することはできない。また、冷却圧縮エアに直接的な冷却効果を持たせることをも特徴としているため、外気温に起因する冷却効果の問題点も解決することができない。
本発明は、上記問題に照らし、圧縮エアに直接的な冷却効果を持たせないことで、大量の圧縮エアの消費を防止しながらも、安定的な冷却効果をレンズ及びレンズホルダにもたらし、レンズ及びレンズホルダの温度上昇を極力抑えるためのレンズ系冷却システムを提供することを課題とするものである。 In light of the above problems, the present invention prevents the compressed air from having a direct cooling effect, thereby providing a stable cooling effect to the lens and the lens holder while preventing a large amount of compressed air from being consumed. And a lens system cooling system for suppressing the temperature rise of the lens holder as much as possible.
上記課題は、本発明にしたがって、逆C型乃至三日月型の断面形状のトンネル状空洞部を有する冷却ジャケットであって、レンズ及びレンズホルダの可動領域をこのトンネル状空洞部で覆うように構成される冷却ジャケットと、前記可動領域に圧縮エアを送気するための圧縮エア流路と、が設けられ、レンズ及びレンズホルダの直線移動が、前記トンネル状空洞部の開放側に位置した駆動部によって実現し、前記冷却ジャケットには、レンズ及びレンズホルダとの間の輻射による熱交換を利用して、レンズ及びレンズホルダを冷却するために、内部に冷却ジャケット本体を冷却するための冷却オイル流路が設けられ、前記圧縮エア流路からの圧縮エアが、レンズ及びレンズホルダ周辺雰囲気を置換するために、冷却ジャケットと、レンズ及びレンズホルダとの間のクリアランスを貫通する、レンズ系冷却システムによって解決される。 According to the present invention , there is provided a cooling jacket having a tunnel-shaped cavity having an inverted C-shaped or crescent-shaped cross section , and configured to cover the movable region of the lens and the lens holder with the tunnel-shaped cavity. A cooling jacket and a compressed air flow path for supplying compressed air to the movable region, and the linear movement of the lens and the lens holder is performed by a drive unit located on the open side of the tunnel-shaped cavity. realized, the cooling jacket, using heat exchange by radiation between the lens and the lens holder, in order to cool the lens and the lens holder, the cooling oil passage for cooling the cooling jacket body therein is provided, the compressed air from the compressed airflow path, to replace the lens and the lens holder the surrounding atmosphere, and a cooling jacket, lenses and Through the clearance between the Nzuhoruda it is solved by the lens system cooling system.
冷却ジャケットを流れるオイルは、レンズ及びレンズホルダを冷却するために用いられるが、当該冷却ジャケットが、直接レンズ及びレンズホルダと接触するわけではない。あくまで、冷却オイルが直接的に冷却するのは、冷却ジャケットである。すなわち、冷却ジャケットを冷却する目的は、低温雰囲気をレンズ及びレンズホルダの可動領域周辺に維持し、輻射を利用することによりレンズ及びレンズホルダを冷却することにある。加えて、圧縮エアにより当該レンズ及びレンズホルダ周辺雰囲気を常に置換することで、間接的ではあるが、効率よくレンズ及びレンズホルダの冷却、すなわち温度上昇を抑えることが可能になる。 Oil flowing through the cooling jacket is used to cool the lens and lens holder, but the cooling jacket does not directly contact the lens and lens holder. The cooling jacket is directly cooled by the cooling oil. In other words, the purpose of cooling the cooling jacket is to maintain the low temperature atmosphere around the movable region of the lens and the lens holder and to cool the lens and the lens holder by using radiation. In addition, the compressed air by substitution the lens and the lens holder ambient atmosphere always, although it is indirectly efficiently the lens 21 and the lens holder cooling, i.e. it is possible to suppress the temperature rise.
圧縮エアは、主として、レンズホルダ可動領域周辺雰囲気を置換するために用いられる。その結果、レンズにレーザーが照射されることで昇温したレンズの温度影響を受けて、やはり昇温するレンズ及びレンズホルダ周辺の雰囲気は、常に圧縮エアにより置換され、よってレンズ及びレンズホルダは冷却ジャケットとの間の低温雰囲気に常にさらされることになる。このように、圧縮エア自体には直接的な冷却効果を持たせず、冷却オイルで冷やされた冷却ジャケットの低温雰囲気をレンズの可動領域全体に分散させるために用いることで、必要とされる圧縮エア消費量は、レンズホルダ周りの雰囲気を置換するために必要とされる量で十分であり、大量の圧縮エアの消費を抑える事ができる。 The compressed air is mainly used to replace the atmosphere around the lens holder movable region. As a result, the atmosphere around the lens and the lens holder, which is also heated, is always replaced by the compressed air under the influence of the temperature of the lens that has been heated by the laser irradiation, so that the lens and the lens holder are cooled. will always exposed is that the low temperature atmosphere between the jacket. In this way, the compressed air itself does not have a direct cooling effect, but is used to disperse the low temperature atmosphere of the cooling jacket cooled with cooling oil over the entire movable area of the lens. The amount of air consumed is sufficient for replacing the atmosphere around the lens holder, and the consumption of a large amount of compressed air can be suppressed.
さらに、冷却ジャケットの輻射による冷却効果を好適に利用するために、及び、圧縮エアにより置換される雰囲気の体積を最小限にするために、レンズホルダ外周面と当該冷却ジャケット内周面との間に形成されるクリアランス乃至間隙は、レンズの可動に影響を与えない程度で、すなわち、ジャケットがレンズホルダ駆動用構成部品及びレンズホルダ本体に接触しない程度に、できる限り最小限にするのが好ましい。クリアランスを大きくすればするほど、冷却ジャケットに起因する冷却効果が薄れることとなり、本願発明による冷却効果は減少することになる。言い換えれば、本願発明は、冷却ジャケットの冷却雰囲気を輻射により有効に利用することで達成される。 Further, in order to suitably use the cooling effect due to the radiation of the cooling jacket and to minimize the volume of the atmosphere replaced by the compressed air, the lens holder is provided between the outer peripheral surface of the lens holder and the inner peripheral surface of the cooling jacket. It is preferable to minimize the clearance or gap formed in the lens to the extent that does not affect the movement of the lens, that is, to the extent that the jacket does not contact the lens holder driving component and the lens holder body. As the clearance is increased, the cooling effect due to the cooling jacket is reduced, and the cooling effect according to the present invention is reduced. In other words, the present invention is achieved by effectively utilizing the cooling atmosphere of the cooling jacket by radiation.
上記のように構成することで、圧縮エアの消費量は、レンズ及びレンズホルダ周囲の雰囲気を置換するのに最小限の必要量に抑えることが可能となり、また、効率よくレンズ及びレンズホルダを冷却することが可能となる。 By configuring as described above, the consumption of compressed air can be suppressed to the minimum amount necessary to replace the atmosphere around the lens and the lens holder, and the lens and the lens holder can be efficiently cooled. It becomes possible to do.
加えて、レンズ及びレンズホルダを冷却する低温雰囲気は、レンズホルダに近接する冷却ジャケットの低温雰囲気に起因するものであり、圧縮エアが外気温に影響を受けたとしても、レンズの冷却効果に与える影響を極力低減することが可能となる。 In addition, the low temperature atmosphere for cooling the lens and the lens holder is caused by the low temperature atmosphere of the cooling jacket adjacent to the lens holder, and even if the compressed air is affected by the outside air temperature, it has an effect on the lens cooling effect. It is possible to reduce the influence as much as possible.
また、レーザーシステムにおけるフォーカスレンズの下流側には、レーザー光がフォーカスレンズの後に衝突する集光レンズが存在する場合が多い。そのため、圧縮エアをレーザー光の進行方向で見て、上流側から下流側に吹き付けると、粉塵等の汚染物質を下流側に追いやることになり、結果、集光レンズを汚染する可能性がある。そのため、圧縮エアは、フォーカスレンズの下流側で且つ集光レンズより上流側から、冷却ジャケットと、レンズ及びレンズホルダとの間のクリアランスに向けて送気されることが好ましい。 In many cases, a condensing lens in which laser light collides after the focus lens is present downstream of the focus lens in the laser system. For this reason, when the compressed air is viewed in the traveling direction of the laser beam and blown from the upstream side to the downstream side, contaminants such as dust are driven to the downstream side, and as a result, the condensing lens may be contaminated. For this reason, the compressed air is preferably sent from the downstream side of the focus lens and the upstream side of the condenser lens toward the clearance between the cooling jacket and the lens and the lens holder .
圧縮エアを効率よくレンズホルダ可動領域に分散させる目的のために、及び、レンズ及びレンズホルダが冷却ジャケットとの間の輻射を利用できる面積を大きくする目的のために、ガイド溝をレンズホルダの外周面に設けることもできる。当該ガイド溝を設けることで、圧縮エアの確実な経路が確保されるだけでなく、一様に圧縮エアをレンズ可動領域に流すことが可能となり、更に冷却ジャケットとの間の輻射にさらされる面積が大きくなることで、レンズ及びレンズホルダの冷却効率が上昇する。 For the purpose of efficiently distributing the compressed air to the lens holder movable region and for the purpose of increasing the area where the lens and the lens holder can use the radiation between the cooling jacket, the guide groove is formed on the outer periphery of the lens holder. It can also be provided on the surface. Providing the guide groove not only secures a reliable path of compressed air, but also allows the compressed air to flow uniformly to the lens movable area, and is further exposed to radiation from the cooling jacket. As the value increases, the cooling efficiency of the lens and the lens holder increases.
請求項1に係る発明によれば、外気温に影響されることなく、効率よくレンズ及びレンズホルダを冷却することが可能となり、レンズ性能への悪影響を削減する事が可能となる。また、圧縮エアの量を必要最小限に抑えることができるようになるため、レンズ周囲に飛散させられる粉塵等の汚染物質を最小限に抑えることが可能となる。したがって、高信頼性を維持したままで、レンズのメンテナンス頻度を低減することが可能となる。 According to the first aspect of the invention, the lens and the lens holder can be efficiently cooled without being affected by the outside air temperature, and adverse effects on the lens performance can be reduced. In addition, since the amount of compressed air can be minimized, it is possible to minimize contaminants such as dust scattered around the lens. Therefore, it is possible to reduce the maintenance frequency of the lens while maintaining high reliability.
また、請求項2に係る発明によれば、圧縮エアをフォーカスレンズの下流側で且つ集光レンズより上流側から、冷却ジャケットと、レンズ及びレンズホルダとの間のクリアランスに向けて送気することにより、フォーカスレンズの下流側にある集光レンズに汚染物が吹き付けられることを防止できるようになる。したがって、レンズのメンテナンス頻度において更に有利になる。また、請求項3に係る発明によれば、ガイドホルダの外周面に、圧縮エアを流通させるガイド溝が施されることにより、レンズホルダにおける圧縮エアの流れをより均一にすることが可能となり、更に、レンズ及びレンズホルダと、冷却ジャケットとの間で輻射を利用できる面積が増えることから更に効果的な冷却を行うことができるようになる。
According to the second aspect of the invention, compressed air is supplied from the downstream side of the focus lens and the upstream side of the condenser lens toward the clearance between the cooling jacket and the lens and the lens holder. As a result, it is possible to prevent contaminants from being sprayed onto the condenser lens on the downstream side of the focus lens. Accordingly, the lens maintenance frequency is further advantageous. Further, according to the invention according to
以下に図面を参照して、本願発明を金属光造形複合加工装置のレーザーシステムに適用した実施形態を説明する。本願発明は、可動するフォーカスレンズ及びレンズホルダを有する装置に適用可能であり、本実施形態に限定されるものではない。そのため、金属光造形複合加工装置については説明を省略し、フォーカスレンズ周りのみを説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a laser system of a metal stereolithography composite processing apparatus will be described with reference to the drawings. The present invention is applicable to an apparatus having a movable focus lens and a lens holder, and is not limited to this embodiment. Therefore, description of the metal stereolithography combined machining apparatus is omitted, and only the periphery of the focus lens will be described.
図1は、本発明にしたがう冷却ジャケット(1)の断面図を示し、図2は、冷却ジャケット(1)が装着された状態のレンズ系冷却システムの正面図を示す。図中で参照番号(3)及び(4)は、本願発明の冷却対象であるレンズ及びレンズホルダをそれぞれ示す。図1からも明らかなように、冷却ジャケット(1)は、楕円形の半円状に近い逆C型乃至三日月型の断面形状を有し、冷却ジャケット(1)の中央部には、トンネル状の空洞部(2)が存在する。当該トンネル状空洞部(2)には、光軸に対し平行に移動可能なレンズ(3)及びレンズホルダ(4)が配置され、冷却ジャケット(1)は、当該レンズ(3)及びレンズホルダ(4)の可動領域を覆うように構成される。図1からも明らかなように、冷却ジャケット(1)は、レンズホルダ駆動部(5)とは、接触していないが、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)の可動領域がトンネル形状になるように、レンズホルダ駆動部(5)に嵌るように配置される。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a cooling jacket (1) according to the present invention, and FIG. 2 shows a front view of the lens system cooling system with the cooling jacket (1) attached. In the figure, reference numerals (3) and (4) indicate a lens and a lens holder, respectively, which are the objects of cooling of the present invention. As is clear from FIG. 1, the cooling jacket (1) has an inverted C-shaped or crescent-shaped cross-sectional shape close to an elliptical semicircular shape, and a tunnel-like shape is formed at the center of the cooling jacket (1). The cavity (2) exists. In the tunnel-like cavity (2), a lens (3) and a lens holder (4) that are movable in parallel to the optical axis are arranged, and the cooling jacket (1) is connected to the lens (3) and the lens holder ( 4) is configured to cover the movable region. As is clear from FIG. 1, the cooling jacket (1) is not in contact with the lens holder driving unit (5), but the movable regions of the lens (3) and the lens holder (4) are tunnel-shaped. Thus, it arrange | positions so that it may fit in a lens holder drive part (5).
図1及び2において、点線で示されているのは、冷却ジャケット(1)内部に設けられる冷却オイル流路(6)である。本実施形態で示される冷却オイル流路(6)は、一本で構成され、且つ、冷却ジャケット(1)内部で長方形の外周部を描くように構成されているが、冷却オイル流路(6)は、この形態に限られるものではない。例えば、より細い流路直径の複数本の流路を設けてもよいし、また、冷却ジャケット(1)本体を、所定厚さを有する空洞で構成し、当該空洞部を冷却オイルで満たしながら冷却オイルを循環させてもよい。本発明における冷却オイル流路(6)の役割は、冷却ジャケット(1)を所定の温度まで冷却し、冷却ジャケット(1)を当該温度に維持するための冷却オイルを流すことにあり、所定の温度まで冷却ジャケット(1)を冷却し、当該温度に維持することができれば、冷却オイル経路(6)の本数、直径、あるいは、形状には制約されない。 In FIGS. 1 and 2, a dotted line indicates a cooling oil flow path (6) provided inside the cooling jacket (1). The cooling oil flow path (6) shown in the present embodiment is constituted by one and is configured so as to draw a rectangular outer periphery inside the cooling jacket (1). ) Is not limited to this form. For example, a plurality of channels having a smaller channel diameter may be provided, and the cooling jacket (1) body is constituted by a cavity having a predetermined thickness, and cooling is performed while filling the cavity with cooling oil. Oil may be circulated. The role of the cooling oil flow path (6) in the present invention is to cool the cooling jacket (1) to a predetermined temperature, and to flow cooling oil for maintaining the cooling jacket (1) at the predetermined temperature. If the cooling jacket (1) can be cooled to the temperature and maintained at the temperature, the number, the diameter, or the shape of the cooling oil path (6) is not limited.
図1〜4から見て取れるように、冷却オイル入口(8)と冷却オイル出口(9)とが冷却ジャケット(1)に設けられる。本実施形態では、当該入口(8)及び出口(9)に、適当な大きさの通常公知の菅継ぎ手が装着されている(図4参照)。冷却オイルは、冷却ジャケット(1)壁面に設けられたこの冷却オイル入口(8)から入り、冷却ジャケット(1)を通って冷却オイル出口(9)から排出される。本実施形態において、冷却オイル流路(6)を流れる冷却オイルは、金属光造形複合加工装置全体を温度調節するオイルを分岐して用いるように構成されている(図示せず)。このような構成で冷却ジャケット(1)は、冷却オイルにより金属光造形複合加工装置全体の調節温度にまで冷却され、当該温度に維持される。冷却ジャケット(1)が、金属光造形複合加工装置全体の調節温度に維持される結果、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)は、レーザー照射前の温度にできるだけ近づくように、冷却されることになる。 As can be seen from FIGS. 1-4, a cooling oil inlet (8) and a cooling oil outlet (9) are provided in the cooling jacket (1). In the present embodiment, normally known joints having appropriate sizes are attached to the inlet (8) and the outlet (9) (see FIG. 4). The cooling oil enters from the cooling oil inlet (8) provided on the wall surface of the cooling jacket (1), passes through the cooling jacket (1), and is discharged from the cooling oil outlet (9). In the present embodiment, the cooling oil flowing through the cooling oil flow path (6) is configured to branch and use oil for adjusting the temperature of the entire metal stereolithography composite processing apparatus (not shown). With such a configuration, the cooling jacket (1) is cooled to the adjusted temperature of the whole metal stereolithography composite processing apparatus by the cooling oil, and is maintained at the temperature. As a result of the cooling jacket (1) being maintained at the regulated temperature of the entire metal stereolithography complex processing apparatus, the lens (3) and the lens holder (4) are cooled so as to be as close as possible to the temperature before laser irradiation. become.
レンズ(3)及びレンズホルダ(4)は、レンズ光軸に対して平行に動作するので、レンズホルダ(4)と冷却ジャケット(1)は、直接には接触しないように構成される。しかしながら、トンネル状の空洞部(2)において、レンズホルダ(4)と冷却ジャケット(1)との間に設けられるクリアランスは、できる限り小さくなるように構成されるのが好ましい。当該クリアランスが小さければ小さいほど、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)の冷却効率が上がり、また、圧縮エアの必要量も低下させることができる。本実施形態で採用されたクリアランスは、3mmであるが、冷却ジャケット(1)と、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)との間の輻射による熱交換が、利用できれば当該クリアランス量は本実施形態に限られるものではない。 Since the lens (3) and the lens holder (4) operate in parallel with the lens optical axis, the lens holder (4) and the cooling jacket (1) are configured not to be in direct contact with each other. However, it is preferable that the clearance provided between the lens holder (4) and the cooling jacket (1) in the tunnel-shaped cavity (2) is configured to be as small as possible. The smaller the clearance, the higher the cooling efficiency of the lens (3) and the lens holder (4), and the required amount of compressed air can be reduced. Clearance scan which is adopted in this embodiment is 3 mm, the cooling jacket (1), the heat exchange by radiation between the lens (3) and the lens holder (4) is the amount of clearance is present if available It is not limited to the embodiment.
図3は、本願発明の冷却システムを上面からの眺めで説明するための断面図である。図から見て取ることができるように、冷却ジャケット(1)は、レーザー光の進行方向で見て、下流側の保持プレート(12)により、位置決めされ、且つ、保持される。本実施形態では、冷却ジャケット(1)の、図3で見て左側の下流側保持プレート当接面に段差を設けて、所謂印籠式に下流側保持プレート(12)の円筒状開口部(図4参照)に保持され、且つ、位置決めされている(詳細には図示せず)。しかしながら、通常公知の位置決めピンなどを用いて冷却ジャケットを保持且つ位置決めしても本願発明の目的は達せられる。冷却ジャケット(1)のより正確な位置決めのために、上流側保持プレート(11)とも接続され、保持されるほうが好ましい。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the cooling system of the present invention from a top view. As can be seen from the figure, the cooling jacket (1) is positioned and held by the holding plate (12) on the downstream side when viewed in the direction of travel of the laser beam. In this embodiment, the cooling jacket (1) is provided with a step on the downstream holding plate abutting surface on the left side in FIG. 3, so as to form a cylindrical opening (see FIG. 4) and is positioned (not shown in detail). However, even if the cooling jacket is held and positioned using a generally known positioning pin or the like, the object of the present invention can be achieved. For more accurate positioning of the cooling jacket (1), it is preferred that it is also connected and held with the upstream holding plate (11).
本実施形態における圧縮エア流路(7)は、レーザー光の進行方向から見て下流側から、レンズ可動領域に向かって斜めに圧縮エアを送気できるように、下流側保持プレート(12)を横方向から斜めに貫通して設けられている。発明の理解を助けるために、図3には、圧縮エアの流れを矢印を用いて記載しているが、圧縮エアは、矢印の方向だけに流れるのではなく、レンズホルダ(4)と冷却ジャケット(1)との間に形成されるクリアランスを全体的に通って流れる。本願発明の圧縮エアの利用目的は、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)周辺雰囲気を置換することにあるので、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)周辺に適切な圧縮エアの吹き付けが可能なように構成されるのであれば、圧縮エア流路(7)の形態は本実施形態に限られるものではない。例えば、上記斜めからの圧縮エアの送気と冷却ジャケット(1)を貫通する送気を併用しても良い。また、レーザーの進行方向から見て上流側から下流側に圧縮エアを送気しても本願発明の目的は達せられる。 The compressed air flow path (7) in the present embodiment has the downstream holding plate (12) so that compressed air can be sent obliquely from the downstream side toward the lens movable region when viewed from the traveling direction of the laser beam. It is provided so as to penetrate diagonally from the lateral direction. In order to assist the understanding of the invention, in FIG. 3, the flow of compressed air is described using arrows, but the compressed air does not flow only in the direction of the arrows, but the lens holder (4) and the cooling jacket. It flows through the entire clearance formed between (1) and (1). Purpose of the compressed air of the present invention, since the lens (3) and the lens holder (4) surrounding atmosphere and child replacement lens (3) and the lens holder (4) suitable compressed air around blown The configuration of the compressed air flow path (7) is not limited to this embodiment as long as it is configured as possible. For example, it may be used in combination air passing through the compressed air of the air and cooling the jacket from the top Symbol diagonally (1). Further, the object of the present invention can be achieved even when compressed air is supplied from the upstream side to the downstream side as viewed from the laser traveling direction.
上述のように圧縮エアは、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)周辺雰囲気であって、レンズ(3)が高温になることにより暖められる雰囲気と、冷却ジャケット(1)の冷却された雰囲気とを、常に置換するために用いられる。 As described above, the compressed air is an atmosphere around the lens (3) and the lens holder (4), which is warmed when the lens (3) is at a high temperature, and the cooled atmosphere of the cooling jacket (1). and it is always used to replace.
図4に本発明の冷却システムをより詳細に示す斜視図を示す。図には、圧縮エア流路入口と冷却オイル入口(8)及び出口(9)が記載されている。レンズホルダ駆動部(5)上に円筒状に突出しているのは、レンズホルダ(4)の駆動モータである。当該レンズホルダ駆動部(5)の背面に取付けられているプレートで本願発明の冷却システムを含めたフォーカスレンズシステムが、金属光造形複合加工装置内で所定位置に固定される。レーザー光は図4の矢印方向に照射され、冷却ジャケット(1)によって覆われたレンズ(3)を通って集光レンズ(図示せず)へ進む。図4の左手側に見える、下流側保持プレート(12)の円筒状の貫通部は、レーザー光線の経路用に設けられたものである。当該貫通部の円周面に沿った側面に圧縮エアの噴出孔(15)が設けられているのが見て取れる。当該噴出孔(15)から、圧縮エアがレンズ(3)及びレンズホルダ(4)の可動領域に送気される。 FIG. 4 is a perspective view showing the cooling system of the present invention in more detail. In the figure, a compressed air passage inlet, a cooling oil inlet (8) and an outlet (9) are described. Projecting in a cylindrical shape on the lens holder driving section (5) is a driving motor for the lens holder (4). A focus lens system including the cooling system of the present invention is fixed at a predetermined position in the metal stereolithography composite processing apparatus by a plate attached to the back surface of the lens holder driving section (5). The laser light is irradiated in the direction of the arrow in FIG. 4 and proceeds to a condenser lens (not shown) through a lens (3) covered with a cooling jacket (1). The cylindrical penetrating portion of the downstream holding plate (12) visible on the left hand side of FIG. 4 is provided for the path of the laser beam. It can be seen that a jet hole (15) for compressed air is provided on the side surface along the circumferential surface of the penetrating portion. From the ejection hole (15), compressed air is supplied to the movable region of the lens (3) and the lens holder (4).
図5に従来から知られているレンズ冷却方法を図解する。レンズ(3)及びレンズホルダ(4)は、所定の位置にむき出しで、すなわち冷却ジャケット(1)無しで配置されているのを見て取ることができる。当該レンズホルダ(4)の上方には、冷却圧縮エアを吹き付けるためのエアノズルが取付けられている。当該ノズルから冷却圧縮エアを吹き付けることで、レンズの冷却を図っているが、むき出しであることから周囲の粉塵等によるレンズ(3)の汚染が起きやすいこと、及び、冷却効率も本願発明に比べ非常に低いことが理解されよう。 FIG. 5 illustrates a conventionally known lens cooling method. It can be seen that the lens (3) and the lens holder (4) are arranged in place, ie without the cooling jacket (1). An air nozzle for blowing cooling compressed air is attached above the lens holder (4). Although cooling and compressed air is blown from the nozzle to cool the lens, since it is exposed, the lens (3) is easily contaminated by surrounding dust and the like, and the cooling efficiency is also higher than that of the present invention. It will be understood that it is very low.
本願発明にしたがって、上述したようにレンズ系冷却システムを構成することで、少なくとも図5に示されるような従来型の冷却システムで冷却されるレンズの温度低下量と比較しても、遜色がないばかりか、十分に効果的な温度低下量を確保することが可能となり、本願発明の目的は達成される。 By configuring the lens system cooling system as described above according to the present invention, there is no inferiority compared to the amount of temperature drop of the lens cooled by at least the conventional cooling system as shown in FIG. In addition, it is possible to ensure a sufficiently effective temperature decrease amount, and the object of the present invention is achieved.
図6では、本願発明の改良型レンズホルダ(4)を図解する。図中の(a)は、上記実施形態に使用されたレンズホルダ(4)を示し、当該レンズホルダ(4)の外周には、なんらの加工処理も施されていない。(b)及び(c)に示されるレンズホルダ(4)の外周面には、圧縮エアが流れるガイド溝(12)及び(13)がそれぞれ施されている。ガイド溝(12)は、レンズホルダ(4)の外周面を削って、当該外周面上に半円状の窪みを設けたものである。ガイド溝(13)は、レンズホルダ(4)の外周面に沿った複数の溝を削って設け、当該溝の間を連通する窪みを適所に配置したものである。当該ガイド溝(12、13)により、レンズホルダ(4)における圧縮エアの流れをより均一にすることが可能となり、また、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)と、冷却ジャケット(1)との間で輻射を利用できる面積が増えることから更に効果的な冷却を行うことができるようになる。 FIG. 6 illustrates an improved lens holder (4) of the present invention. (A) in a figure shows the lens holder (4) used for the said embodiment, and what kind of processing is not given to the outer periphery of the said lens holder (4). Guide grooves (12) and (13) through which compressed air flows are provided on the outer peripheral surface of the lens holder (4) shown in (b) and (c), respectively. The guide groove (12) is formed by cutting the outer peripheral surface of the lens holder (4) and providing a semicircular recess on the outer peripheral surface. The guide groove (13) is formed by cutting a plurality of grooves along the outer peripheral surface of the lens holder (4), and arranging depressions communicating between the grooves at appropriate positions. The guide grooves (12, 13) make it possible to make the flow of compressed air in the lens holder (4) more uniform, and the lens (3), the lens holder (4), and the cooling jacket (1). More effective cooling can be performed since the area where radiation can be used increases.
1 冷却ジャケット
2 冷却ジャケット空洞部
3 レンズ
4 レンズホルダ
5 レンズホルダ駆動部
6 冷却オイル流路
7 圧縮エア流路
8 冷却オイル入口
9 冷却オイル出口
10 冷却ジャケット壁面
11 上流側保持プレート
12 下流側保持プレート
13 圧縮エアガイド溝
14 圧縮エアガイド溝
15 圧縮エア噴出孔
DESCRIPTION OF
Claims (3)
当該レンズ系冷却システムでは、逆C型乃至三日月型の断面形状のトンネル状空洞部を有する冷却ジャケット(1)であって、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)の可動領域をこのトンネル状空洞部で覆うように構成される冷却ジャケット(1)と、前記可動領域に圧縮エアを送気するための圧縮エア流路(7)と、が設けられ、
レンズ(3)及びレンズホルダ(4)の直線移動が、前記トンネル状空洞部の開放側に位置した駆動部によって実現し、
前記冷却ジャケット(1)には、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)との間の輻射による熱交換を利用して、レンズ(3)及びレンズホルダ(4)を冷却するために、内部に冷却ジャケット(1)本体を冷却するための冷却オイル流路(6)が設けられ、
前記圧縮エア流路(7)からの圧縮エアは、レンズ及びレンズホルダ周辺雰囲気を置換するために、冷却ジャケットと、レンズ及びレンズホルダとの間のクリアランスを貫通する、
レンズ系冷却システム。 A lens system cooling system for cooling the lens (3) and the lens holder (4) moving parallel to the optical axis in the galvano system,
The lens system cooling system includes a cooling jacket (1) having a tunnel-shaped cavity having a cross-sectional shape of an inverted C shape or a crescent shape, and the movable region of the lens (3) and the lens holder (4) is provided in the tunnel-shaped cavity. A cooling jacket (1) configured to be covered with a portion , and a compressed air flow path (7) for supplying compressed air to the movable region,
The linear movement of the lens (3) and the lens holder (4) is realized by a drive unit located on the open side of the tunnel-shaped cavity,
Wherein the cooling jacket (1) utilizes the heat exchange by radiation between the lens (3) and the lens holder (4), in order to cool the lens (3) and the lens holder (4), the interior A cooling oil passage (6) for cooling the cooling jacket (1) main body is provided;
Compressed air from the compressed air channel (7) penetrates the clearance between the cooling jacket and the lens and lens holder to replace the atmosphere around the lens and lens holder.
Lens system cooling system.
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