CN1382266A - 反射镜装置 - Google Patents

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Abstract

一种反射镜装置,具有:反射镜、保持该反射镜的周缘部且与述反射镜的反射面垂直的方向的截面外周部为圆弧形状的反射镜保持装置、以内侧圆锥面的局部与该反射镜保持装置的靠近反射镜反射面的外周部的局部抵接的第一支承体、隔着所述反射镜保持装置与该第一支承体相对且以内侧圆锥面的局部与所述反射镜保持装置的靠近反射镜背面的外周部的局部抵接的第二支承体、将所述第一支承体和所述第二支承体分别压在所述反射镜保持装置上的压接固定装置。本发明能可靠保持反射镜在角度调节后的固定状态,且可实现小型轻量化。

Description

反射镜装置
技术领域
本发明涉及在激光装置等上使用、设定激光的光路用的反射镜装置。
背景技术
图6是表示如实开昭63-164701号公报的传统反射镜装置、即折光镜(bendmirror)装置的剖视图。在图6中，1是反射镜，3是容纳反射镜的容器，反射镜1被推压构件7固定于该容器3中。在该推压构件7上，为了对反射镜1进行空气冷却而设有空气导入口13和空气排出口15。另外，5是球面体，9是固定该球面体5和容器3的螺钉，17是用内侧球面支承球面体5的外周面的支承体，25是被螺钉23固定在支承体17上的帽构件，27是安装在帽构件25上的调节螺栓，35是固定支承体17的块构件。
以下说明其动作。入射光Li在反射镜1的反射面上的P点反射，成为射出光Lo。该射出光Lo的光轴调节、即反射镜1的反射角度调节是通过调节螺栓27推压容器3的背面、使球面体5与支承体17之间边滑动边改变角度来实现的。
传统的反射镜装置形成上述的结构，在用调节螺栓27调节了反射镜1的角度(反射面方向)后，由于没有固定该反射镜1的装置，因此振动及温度变化等因素会使反射镜1的角度错位。为了解决这一问题，必须定期检查，而且调节需要熟练的技能。又由于这种错位量随着时间的推移而不均匀变化，因此精度控制缺乏可靠性。
另外，在调节了反射镜1的角度后，当对调节螺栓27进一步施加扭矩以固定其角度时，由于不能施加均匀的固定力而产生力矩，导致反射镜1的角度错位等。再有，由固定力产生的残余应力随着时间推移而释放，角度会逐渐发生变化。
又，调节螺栓27等角度调节机构在完成一次反射镜1的角度调节后，除非该反射镜装置发生故障或需更换零件等，是不会用到的，但即使是在平时的状态下，即在用于激光加工装置时，该角度调节机构也总是在与反射镜本体一体存在，因此反射镜1的背面部分很大，如图6中t所示，反射镜装置整体的厚度增大。
如上所述，由于将平常不用的角度调节机构做成一体化，因此难以实现小型轻量化，而且容易与其他构成相互干扰。
再有，采用传统结构时，在与球面体5的外周面之间进行滑动的支承体17的内侧形成的凹形部为球面，而为了插入球面体5及调节角度，实际上球面体5与支承体17双方的球面(凸球面和凹球面)之间不得不留出一定间隙，因此要将支承体17内侧的凹形部(凹球部)做成出曲率半径略大于球面体5外周面的球面形状(凸球部)。另外，在将支承体17和球面体5双方的面(凹球面和凸球面)加工成球面时，很难加工到所需的精度。因此实际球面体5的天面与支承体17的凹球面之间并不是以一定的面积相接触，球面体5的球面与支承体17的凹球面内接的部位往往在支承体17内侧的凹球面的圆弧端部、即边缘部18。通常边缘部18会因加工的原因而发生变形，而且该部分较薄，容易因应力而发生弹性变形及塑性变形。因此，一旦球面体5推压该边缘部18而产生应力集中，作为接触部，边缘部18很容易产生变形，这种变形也会导致反射镜1的角度错位。
本发明正是为了解决上述问题，目的在于提供一种能可靠地保持反射镜调节角度后的固定状态，而且可实现小型(薄型)轻量化的反射镜装置。
发明的公开
本发明是一种反射镜装置，具有：反射镜、保持该反射镜的周缘部且与前述反射镜的反射面垂直的方向的截面外周部为圆弧形状的反射镜保持装置、以内侧圆锥面的局部与该反射镜保持装置的靠近反射镜反射面的外周部的局部抵接的第一支承体、隔着前述反射镜保持装置与该第一支承体相对且以内侧圆锥面的局部与前述反射镜保持装置的靠近反射镜背面的外周部的局部抵接的第二支承体、将前述第一支承体和前述第二支承体分别压在前述反射镜保持装置上的压接固定装置。
从而，从截面看，反射镜保持装置的表面和第一支承体的表面是以直线和圆弧抵接，而若考虑到实际的加工精度，则该直线与圆弧的抵接比圆弧之间的抵接更为有利，而且反射镜保持装置与第一支承体间的抵接部不易发生变形。结果是，可以高精度地实施反射镜的角度调节和保持固定，大幅度地减轻反射镜的角度错位。
另外，本发明反射镜装置具有装置本体部和反射镜调节装置，装置本体部具有：反射镜、保持该反射镜的周缘部且与前述反射镜的反射面垂直的方向的截面外周部为圆弧形状的反射镜保持装置、以内侧圆锥面的局部与该反射镜保持装置的靠近反射镜反射面的外周部的局部抵接的第一支承体、隔着前述反射镜保持装置与该第一支承体相对且以内侧圆锥面的局部与前述反射镜保持装置的靠近反射镜背面的外周部的局部抵接的第二支承体、将前述第一支承体和前述第二支承体分别压在前述反射镜保持装置上的压接固定装置，反射镜调节装置可与该装置本体部分离，在前述反射镜与与前述支承体抵接的状态下调节前述反射镜的反射方向。
从而，通过将反射镜调节装置做成可与具有以第二支承体为主的反射镜装置主要部分的装置本体部分离的结构，可实现反射镜装置的小型化，特别是薄型化，以及轻量化。
另外，本发明的反射镜装置在第二支承体的内侧圆锥面中包括与反射镜保持装置间的抵接部位在内的范围内，沿圆周方向设置一定宽度的弹性构件。
从而，能够实现精度更佳的反射镜的固定，可防止固定作业时反射镜的角度(反射方向)错位。
附图的简单说明
图1是说明第一实施形态的反射镜装置的概略剖视图。
图2是说明第一实施形态的反射镜装置和拆卸式反射镜调节装置的概略剖视图。
图3是说明第一实施形态的反射镜装置和拆卸式反射镜调节装置的立体图。
图4是说明第二实施形态的反射镜装置的概略剖视图。
图5是说明反射体的推压·固定状态的图
图6是说明传统反射镜装置的图。
实施发明的最佳形态
实施形态1
图1至图3是说明本发明第1实施形态的反射镜装置的图。图1是未安装反射镜角度调节装置的状态，表示反射镜装置的平常状态。图2及图3表示安装了反射镜调节装置后的状态，是调节反射镜角度时的状态。
在图1至图3中，1是反射镜，5作为反射镜保持装置的球面体，外周具有圆弧形截面的凸形部，保持反射镜1的周缘部。7是固定在球面体5上的推压构件。将反射镜1、球面体5及推压构件7这三个构件一并称为反射体100。17是支承固定球面体5的支承体，如图所示，该支承体17分成作为第一支承体的反射面侧支承体17a和作为第二支承体的背面侧支承体17b。
在反射面侧支承体17a的内侧形成圆锥形凹形部17c，在背面侧支承体17b的内侧形成圆锥形凹形部17d。如图1所示，从截面看，反射面侧支承体17a的凹形部17c的表面与球面体5的表面是直线与圆弧在1个点(A)上抵接，以该抵接状态保持固定球面体5。背面侧支承体17b的凹形部17d的表面与球面体5的表面同样地接触。
将反射面侧支承体17a的内侧表面加工成圆弧形比传统装置的凹球面更有利于提高表面精度，而且，如上所述，反射面侧支承体17a的凹形部17c的表面与球面体5的表面从截面上看是直线与圆弧的抵接，与传统的圆弧之间抵接的场合相比，反射镜1的角度调节和保持固定的精度都得到提高。
101是作为压接固定装置的螺钉，通过插入固定用螺纹孔17h而将完成角度调节的球面体固定。
又如图2和图3所示，105是调节板，23是插入调节板用螺纹孔17e以将调节板105固定于支承体17上的调节板临时固定螺钉，27(27a、27b、27c、27d)是为了调节球面体5的角度而安装在调节板105上的调节螺栓。调节板105、固定螺钉23、调节螺栓27具有作为反射镜调节装置的功能。
以下说明用该实施形态的反射镜装置进行的反射镜角度调节及固定。用图3中所示的xyz座标系来说明。
首先，用调节板临时固定螺钉23将调节板105隔着背面侧支承体17b而直接或间接地固定在被反射体100、即球面体15抵接状态下的反射面侧支承体17a上。在此状态下，松开推压固定背面侧支承体17b的4根螺钉101。然后将各调节螺栓27抵接在推压构件7上，再拉出调节螺栓27a和27c，由此调节反射镜1在zx平面内的角度，再拉出调节螺栓27b和27d，由此调节yz平面内的角度。
在完成角度调节后，用支承体17a及17b夹入反射体100，并旋紧螺钉101以进行固定。最后，松动调节板临时固定螺钉23，从反射面侧支承体17a上取下调节板105。
本发明如上所述，将在传统装置中一体不可分的反射镜角度调节装置做成可在反射镜装置本体上装拆的结构。采用这种结构，平常不用的角度调节机构可以在完成一次角度调节后从反射镜本体上取下，这样可使反射镜实现平常使用状态下的小型轻量化，并通过实现小型化而防止与其他构成部件间的相互干扰。
另外，在本发明的装置上，形成于支承体17a上的凹形部的形状为圆锥形。做成圆锥形时，通过调节母线与中心线间的角度，可以比较容易地将球面体与支承体的接触位置设定在所需的位置。另外，如前所述，将内表面加工成圆锥形比加工成球面更容易得到高精度。
另外，为了防止支承体17与反射体100的接触面因应力集中而发生变形，可以在接触面上施行硬化处理。硬化处理最好用氧化铝膜处理。
上述第一实施形态是将反射体100做成由反射镜1、球面体5、推压构件7这三个零件组成的可分割结构，这样便于更换反射镜1，且成本低。譬如，即使在将反射体100、即球面体5固定后，也可从球面体5的背面侧取下推压构件7，由此在球面体5上装拆反射镜1，而且在更换反射镜时，不必每次都调节光轴。但为以实现轻量化及减少零件数量，在估计不会频繁更换反射镜1时，也可将球面体5和反射镜1做成一体化成形品。
实施形态2
图4表示本发明第二实施形态的反射镜装置。在图4中，凡与图1至图3相同的符号，均表示相同或相当的零部件。
在图4中，102是设在支承体17a与球面体5的接触面、即凹形部17c表面的高摩擦系数面，103是在背面侧支承体17b与球面体5的接触面、即凹形部17d表面形成的片状弹性体，104是设于片状弹性体103表面的低摩擦系数面。
在第二实施形态的装置上，反射镜1的角度调节及固定的方式基本上与第一实施形态相同。
以下用图4和图5说明固定时经常发生的现象。为了便于理解，图5是将图4中的球面体5简化了的立体图。另外，在图5中，上面侧是与具有反射镜1的反射面的反射面侧支承体17a接触的一侧，下面侧是在反射镜的背面与背面侧支承体17b接触的一侧。
在上述第一实施形态所示的反射镜1调节完毕的状态下，反射面侧支承体17a与球面体5最理想的是在圆周上接触(在截面上，支承体17a的锥形截面与反射体100的圆弧间的接点)，但实际上，由于两个面的精度等原因，是在3点上(P1、P2、P3)接触。如果在用3点支承的状态下固定球面体5，就不会发生调节错位。不过，如果要只用背面侧支承体17b从背面侧推压固定在球面体5上，则如图5所示，背面侧支承体17b和球面体5就与反射面侧支承体17a与球面体5之间的接触关系同样，是在特定的3点上(Q1、Q2、Q3)接触。推压点Q2很少存在于通过接触点P2的作用线t上，实际上经常如点P1和点Q1那样偏离作用线。如果在此状态下对Q1施加固定力，则因其作用线s上不存在成为支点的接触点，球面体100会以点P1和点Q1为支点发生位移。即，发生反射镜1的反射面1a的角度错位。而且随着上述位移，作用点Q1移动。这样一来，就会发生反射镜1的角度错位。这些现象引起的角度错位虽然很小，但光轴的错位与其和反射面间的距离成正比，如果距离较远，就会产生重大偏差。
为了避免上述错位，实现更高精度的角度调节，如图4所示，使背面侧支承体17b与球面体5之间的接触不限于3点，而且是使之成为具有一定面积的接触，以避免应力集中，减轻在固定作业中发生的错位。为了分散从背面侧支承体17b施加于球面体5的应力，在背面侧支承体17b的圆锥面上设置环绕一周的圆环片状弹性体103。再在该片状弹性体103的表面形成低摩擦率面104，由此减轻固定作业时球面体5及背面侧支承体17b的弹性变形移动引起的摩擦力施加给反射体100(球面体5)的移动力。
另一方面，为了避免接触点P错位，可在凹形部17c的表面形成高摩擦率面102，减轻反射镜1角度调节后固定作业时发生的反射镜1角度错位。
作为高摩擦系数面，为了提高摩擦力，也可增加面的粗糙度，或在接触面上作用磁吸力。
工业上利用的可能性
如上所述，本发明的反射镜装置适用于譬如3维激光加工机。

Claims (3)

1.一种反射镜装置，其特征在于，具有：反射镜、保持该反射镜的周缘部且与所述反射镜的反射面垂直的方向的截面外周部为圆弧形状的反射镜保持装置、以内侧圆锥面的局部与该反射镜保持装置的靠近反射镜反射面的外周部的局部抵接的第一支承体、隔着所述反射镜保持装置与该第一支承体相对且以内侧圆锥面的局部与所述反射镜保持装置的靠近反射镜背面的外周部的局部抵接的第二支承体、将所述第一支承体和所述第二支承体分别压在所述反射镜保持装置上的压接固定装置。
2.一种反射镜装置，其特征在于，具有装置本体部和反射镜调节装置，装置本体部具有：反射镜、保持该反射镜的周缘部且与所述反射镜的反射面垂直的方向的截面外周部为圆弧形状的反射镜保持装置、以内侧圆锥面的局部与该反射镜保持装置的靠近反射镜反射面的外周部的局部抵接的第一支承体、隔着所述反射镜保持装置与该第一支承体相对且以内侧圆锥面的局部与所述反射镜保持装置的靠近反射镜背面的外周部的局部抵接的第二支承体、将所述第一支承体和所述第二支承体分别压在所述反射镜保持装置上的压接固定装置，反射镜调节装置可与该装置本体部分离，在所述反射镜与与所述支承体抵接的状态下调节所述反射镜的反射方向。
3.根据权利要求1所述的反射镜装置，其特征在于，在第二支承体的内侧圆锥面中包括与反射镜保持装置间的抵接部位在内的范围内，沿圆周方向设置一定宽度的弹性构件。
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