JP2007266387A - レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー保持部のミラーとの接触面の加工精度を高くしなくても、ミラーの変形量が許容範囲内に収まるようなミラーの取付けができるレーザ発振器を得る。
【解決手段】レーザ光を反射する円形状のミラー１と、ミラーを保持するホルダ２と、ミラー１を反射面側からホルダ２に押付け固定する弾性部材であるコイルバネ１６とを備え、コイルバネ１６は、ミラー１の質量、厚み、半径および縦弾性率ならびにミラー１とホルダ２との間の摩擦係数、レーザ光の波長および重力加速度に基づく式によって導出される押付力Ｆでミラー１を押付けた。
【選択図】図７

Description

この発明は、レーザ発振器における、レーザ光を反射するミラーの取付けに関する。

従来のレーザ発振器においては、レーザ発振器の内部にレーザ光を反射するミラーが備えられている。ミラーの反射面には、レーザ光の波面収差を許容範囲内に収めるために、レーザ光の波長の１／２０以下に相当する高い平面度が求められる。また、ミラーはレーザ光の一部を吸収するので、放熱のためにミラーを冷却する必要がある。加工用のレーザ発振器の場合には、レーザ発振器の内部のレーザ光は高出力であり、光強度が高い。このため、ミラーを保持するミラーホルダには、高い冷却性能が要求される。

そこで、ミラーの反射面側をベンドブロック（ミラー保持部）に当接させてミラーを取付ける場合には、ミラーに接触するベンドブロックの接触面に超高精度平面加工を施している。これによって、ミラーを取付けるための押付力によるミラーの倣い変形を防止し、ミラーの反射面には高い平面度が維持される。ミラーは、ミラーホルダを介して冷却されている。ミラーとミラーホルダとの接触面積は小さいが、ミラーをボルトで強く押付けているので、ミラーとミラーホルダと接触面での熱伝達性が良く、冷却性能は高い（例えば、特許文献１参照）。また、ミラーの反射面側を押さえ板に当接させ、板バネ等の弾性部材によって、ミラーの反射面の反対側からミラーを押付けて、ミラーを取付けていた（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２５７７８２公報（第２−３頁、第１図） 特開平９−６１６８４公報（第３頁、第１図）

従来のレーザ発振器では、ミラーをボルトで強く押付けているので、ミラーの反射面に高い平面度を確保する必要があった。このため、ミラー保持部に超高精度平面加工（例えば、平面度０．５μｍ以下）を施す必要があり、ミラー保持部の加工が困難であるという問題点があった。また、ミラーの反射面側を押さえ板に当接させてミラーを取付ける場合には、反射面側はレーザ光の反射のための光学的有効領域に占有されるので、ミラーと押さえ板との接触面積が小さくなる。このため、ミラーと押さえ板との熱伝達特性が悪く、冷却性能が低くなる。熱伝達特性を良くするために、押さえ板のミラーへの押付力を大きくした場合には、押さえ板に高精度平面加工が施されていないので、押付けによってミラーが押し当て面に倣い変形し、ミラーの反射面の平面度が悪くなるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ミラーに接触するミラー保持部の接触面の加工精度を高くしなくても、ミラーの反射面の変形量を許容範囲内に収めた状態でミラーの取付けができるレーザ発振器を得るものである。

この発明に係るレーザ発振器は、レーザ光を反射する円形状のミラーと、ミラーを保持するミラー保持部と、ミラーを反射面側からミラー保持部に押付け固定する弾性部材とを備え、弾性部材は、所定の押付力Ｆでミラーを押付けたことを特徴とするものである。

この発明に係るレーザ発振器は、レーザ光を反射する円形状のミラーと、ミラーを保持するミラー保持部と、ミラーを反射面側からミラー保持部に押付け固定する弾性部材とを備え、弾性部材は、所定の押付力Ｆでミラーを押付けたので、ミラーに接触するミラー保持部の接触面の加工精度を高くしなくても、ミラーの反射面の変形量を許容範囲内に収めた状態でミラーの取付けが可能なレーザ発振器を得ることができる。また、ミラーの冷却性能を高くすることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。図２は、図１に示すミラー取付け部のＡ−Ａ断面図である。図１には、ホルダ２を図示していない。図１および図２において、ミラー１は、円形状をしており、レーザ発振器内部で発振されたレーザ光を反射する。ミラー１の反射面の向きを調整することによって、レーザ光の光軸を調整する。ミラー１は、ミラー保持部であるホルダ２の凹部に挿入されて、保持されている。ミラー１の２つの平面のうちのレーザ光が反射する面が反射面（板バネ３と接触する面）である。ミラー１の厚みを、ホルダ２の凹部の深さより大きくすることによって、ミラー１の反射面とホルダ２の板バネ取付け面との間に段差ができるようにしている。この段差が板バネ３のたわみ量Ｌに相当する。

ミラー１の反射面の反対側の面は、ホルダ２と接触している。ミラー１は、板バネ３の押付力によってホルダ２へ押付け固定される。板バネ３は、ミラー１を反射面側からホルダ２に押付け固定する弾性部材である。板バネ３は、ネジ４によってホルダ２に固定される。本実施の形態において、ミラー１の材質は、シリコンである。ミラー１の反射面の表面には反射膜がコーティングされている。ホルダ２の材質は、熱伝導性のよいアルミニウムである。

ミラー１を取付ける面であるホルダ２のミラー取付け面には、超高精度加工が施されているわけではなく、平面度３〜５μｍの一般的な機械加工が施されている。ホルダ２には、ミラー１を冷却するために、冷却水を流すための冷却管５が設けられている。ミラー１は、ホルダ２を介して反射面の反対側の面から冷却される。ミラー１の反射面の反対側の面の全面がホルダ２に密着しているので、冷却性能を高くすることができる。

一般的に、レーザ光の波面収差を許容範囲内に収めるためには、ミラーの反射面の平面度をレーザ光の波長λの１／２０以下にする必要がある。レーザ発振器が炭酸ガスレーザの場合には、レーザ光の波長λが１０．６μｍであるので、ミラーの反射面の平面度を０．５３μｍ以下にする必要がある。ミラーをホルダへ取付ける際の押付力が強い場合には、ミラーの反射面がホルダのミラー取付け面の表面形状に倣って、ミラーの反射面の平面度がホルダのミラー取付け面の平面度と同等に変形する。この場合、ミラーが歪むので、レーザ光の光軸がずれて、正確なレーザビームの伝送ができない。

そこで、ミラー１の反射面の変形量として曲げ変形量が許容範囲内に収まるミラー１の取付け条件について説明する。図３は本実施の形態１におけるミラー１の反射面の曲げ変形量を見積もるためのモデル図である。図３（ａ）はミラー１の反射面の反対側から見たミラー１の背面図である。ミラー１とホルダ２とは３点で接触しているとみなすことができる。ミラー１とホルダ２との接触位置は、ホルダ２のミラー取付け面の加工状態によって変化する。図３（ａ）に示すように、接触点６ａ，６ｂ，６ｃの３点でミラー１とホルダ２とが接触している場合に、ミラー１に最も大きな曲げモーメントが作用する。しかしながら、力のモーメントの釣り合い条件によって、接触点６ｂには接触反力は作用していない。このため、接触点６ｂの位置に関係なく、接触点６ａと接触点６ｃとがレンズ１の中心を挟んで対向する位置となった場合に、ミラー１の反射面の曲げ変形が最大となる。図３（ｂ）に、ミラー１の反射面の曲げ変形が最大となるミラー１の断面の模式図を示す。

板バネ３によるミラー１への押付力については、ミラー１と板バネ３との間に微小な異物が挟まった場合等の最悪の状態を考慮する。この場合、図３（ａ）に示した押付力負荷点７ａ，７ｂの２点に対して、板バネ３によるミラー１への総押付力Ｆの１／２の力が作用し、ミラー１の反射面の曲げ変形が最大となる。ミラー１を、ミラー１に外接する３辺の長さが２ｒ，２ｒ，ｔの直方体とみなし、梁の曲げ理論によってミラー１の反射面の曲げ変形量ｙを算出する。ミラー１の反射面の曲げ変形量ｙ［ｍ］は、式（１）のように表わすことができる。

ここで、Ｆは板バネ３によるミラー１への総押付力［Ｎ］、Ｅはミラー１の縦弾性率［Ｐａ］、ｔはミラー１の厚み［ｍ］、ｒはミラー１の半径［ｍ］である。レーザ発振器において、ミラー１に許容される反射面の曲げ変形量ｙはｙ≦λ／２０を満たす必要がある。この反射面の曲げ変形量ｙの関係式を式（１）に代入すると、式（２）が得られる。

ここで、λはレーザ光の波長［ｍ］である。式（２）を満たすように総押付力Ｆ［Ｎ］を設定することによって、ミラー１の反射面の平面度は許容範囲内に収まるので、正確なレーザビームの伝送ができる。ところで、外部からのレーザ発振器への振動に対して、ミラー１がホルダ２に対して位置ずれしないためには、総押付力Ｆ［Ｎ］は式（３）を満たす必要がある。

ここで、Ｍはミラー質量［Ｋｇ］、ａは加速度［ｍ/ｓ^２］、μはミラー１とホルダ２との摩擦係数である。加速度ａは、レーザ発振器が外部からの衝撃に耐えられる耐衝撃性を表わしている。一般的な機器では、１０Ｇ以上の耐衝撃性が必要であり、本実施の形態においても、ａを９８［ｍ/ｓ^２］（＝１０×９．８［ｍ/ｓ^２］）とする。式（２）および式（３）より、総押付力Ｆ［Ｎ］は式（４）を満たす必要がある。

ミラー１を取付ける際には、ミラー１の反射面の反対側の面をホルダ２のミラー取付け面に当接させる。そして、均等な押付力が加わるように配置した弾性部材である板バネ３によってミラー１の反射面側からミラー１を押付けて取付ける。板バネ３の押付力の総押付力Ｆが式（４）を満たすように、ミラー１を押付ける。式（４）を満たすように板バネ３の総押付力Ｆでミラー１をホルダ２に押付けることによって、ミラー１の反射面の曲げ変形量を許容範囲内に収めることができる。このため、レーザ光の波面収差が許容範囲内に収まるので、光軸のずれが小さい、正確なレーザビームの伝送ができる。

総押付力Ｆでミラー１を押付ける方法は次のとおりである。バネ定数ｋが既知である板バネ３を固定する際に、板バネ３のたわみ量Ｌが所定値になるようにミラー１およびホルダ２の寸法を設定する。総押付力Ｆに相当する板バネ３の反力Ｆｓ［Ｎ］は式（５）より求めることができるので、反力Ｆｓが式（４）を満たすようにバネ定数ｋ［Ｎ／ｍ］およびたわみ量Ｌ［ｍ］を設定する。

以上のように、板バネ３の総押付力Ｆを調整することによって、ホルダ２のミラー取付け面の加工精度を高くしなくても、ミラー１の反射面の変形量を許容範囲内に収めた状態でミラー１の取付けが可能なレーザ発振器を得ることができる。また、ミラー１の反射面の反対側の面をホルダ２のミラー取付け面に接触させて取付けることによって、ミラー１とホルダ２との接触面積が増加し、ミラー１の冷却性能が高くなる。

実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２におけるレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。図５は、図４に示したミラー取付け部のＢ−Ｂ断面図である。図４には、ホルダ２を図示していない。図４および図５において、ミラー取付け部は、ミラー押付板１１を介してコイルバネ１２によってミラー１をホルダ２に押付けていることが実施の形態１と異なる。図４および図５において、図１および図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

ミラー１は、ミラー押付板１１を介してコイルバネ１２の押付力によってホルダ２に取付けられる。つまり、コイルバネ１２は、ミラー押付板１１を介してミラー１を押付けている。コイルバネ１２は、ミラー１の反射面側からミラー１をホルダ２に押付け固定する弾性部材である。ミラー押付板１１は、ミラー１を押えるドーナツ形状の部分と、コイルバネ１２およびネジ１３によってホルダ２に固定される３箇所の外径側への突き出し部分とよって構成されている。ミラー１の反射面に平行な方向に対して、ミラー押付板１１が大きく位置ずれしないように、ネジ１３によって位置が固定されている。コイルバネ１２は、ネジ１３によってミラー押付板１１に押付けられて固定されている。ネジ１３は段付きネジであり、ホルダ２に対してネジ締めを行うことで、コイルバネ１２の弾性変形量を所望の値にすることができる。ホルダ２には、ミラー１を冷却するために、冷却水を流す冷却管５が設けられている。

実施の形態１と同様に、コイルバネ１２の総押付力Ｆは、ミラー１の反射面の変形量が許容範囲内に収まるように設定される。ミラー１の固定は次のように行う。バネ定数ｋが既知のコイルバネ１２を用いて、ミラー押付板１１を介してミラー１を固定する際のコイルバネ１２のそれぞれの長さＳが所定値になるように、ミラー押付板１１およびネジ１３を設置する。本実施の形態では、コイルバネ１２が３箇所に設置されているので、それぞれのコイルバネ１２の合力の作用点がミラー１の中心に位置するようにコイルバネ１２の反力Ｆｓｉ［Ｎ］（ｉ＝１，２，３）をそれぞれ求める。そして、総押付力Ｆ（＝ΣＦｓｉ（ｉ＝１，２，３））が式（４）を満たすように、コイルバネ１２のバネ定数ｋ［Ｎ／ｍ］および縮み量Ｌｉ［ｍ］（ｉ＝１，２，３）を設定する。それぞれのコイルバネ１２の縮み量Ｌｉは、それぞれのコイルバネ１２の定常状態での長さＳ０からミラー１の固定状態での長さＳを差し引いた長さになる。なお、コイルバネ１２の反力Ｆｓｉとバネ定数ｋおよび縮み量Ｌｉとの関係は、式（５）においてＦｓをＦｓｉ、ＬをＬｉと読み替えれば求めることができる。なお、図４ではミラー１の反射面の中心を円心とする同心円を３等分割した位置に３つのコイルバネ１２が配置されているが、それぞれのコイルバネ１２の合力の作用点がミラー１の中心に位置するのであれば、コイルバネ１２は任意の位置に配置してよい。

コイルバネ１２は、ねじれ反力を利用している。コイルバネ１２は、弾性部分が長いので小さなバネ定数が得られ、コイルバネ１２が歪んだときにコイルバネ１２内部に生じる応力が均等に分布しているため、コイルバネ１２が破損することなく、十分な押付力を得ることができる。また、ミラー取付け部のミラー１、ホルダ２、ミラー押付板１１などの部材の寸法には製造ばらつきがあるので、取付けられるコイルバネ１２の弾性変形量にもばらつきが生じる。このため、ミラー１への押付力もばらつく。しかしながら、コイルバネ１２は、板バネなどの他の弾性部材と比較してバネ定数が小さいので、コイルバネ１２を用いることによって、ミラー１への押付力のばらつきが小さく、ミラー押付力の選定可能範囲を広くすることができる。

また、ミラー押付板１１を介してミラー１を押付けているので、コイルバネ１２はミラー１の外側に配置することができる。このため、レーザ光を反射する際にミラー１の反射面を有効に利用できるので、ミラー１を固定するためにミラー１の直径を大きくする必要はない。

以上のように、ミラー押付板１１を介してコイルバネ１２の総押付力Ｆを調整することによって、ホルダ２のミラー取付け面の加工精度を高くしなくても、ミラー１の反射面の変形量を許容範囲内に収めた状態でミラー１の取付けが可能なレーザ発振器を得ることができる。また、ミラー１の反射面の反対側の面をホルダ２のミラー取付け面に接触させて取付けることによって、ミラー１とホルダ２との接触面積が増加しミラー１の冷却性能が高くなる。

実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３におけるレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。図７は、図６に示したミラー取付け部のＣ−Ｃ断面図である。図６には、ホルダ１４を図示していない。図６および図７において、ホルダ１４およびミラー押付板１５に凸部を設けたことが実施の形態２と異なる。

ミラー１は、ミラー１側に凸である突起１５ａを設けたミラー押付板１５を介してコイルバネ１６の押付力によってホルダ１４に取付けられる。コイルバネ１６は、ミラー１を反射面側からホルダ１４に押付け固定する弾性部材である。ミラー押付板１５は、ミラー１を押えるドーナツ形状の部分と、コイルバネ１６およびネジ１７によってホルダ１４に固定される３箇所の外径側への突き出し部分とよって構成されている。ミラー１の反射面に平行な方向に対して、ミラー押付板１５が大きく位置ずれしないように、ネジ１７によって位置が固定されている。また、ミラー押付板１５は、ミラー１の反射面の中心を円心とする同心円を略３等分割した位置に対応してミラー１側に３つの突起１５ａを有している。突起１５ａは、コイルバネ１６が設置される位置に対応して、ミラー１の反射面の中心側に設けられる。

コイルバネ１６は、ネジ１７によってミラー押付板１５に押付けられて固定されている。ネジ１７は段付きネジであり、ホルダ１４に対してネジ締めを行うことで、コイルバネ１６の弾性変形量を所望の値にすることができる。ホルダ１４には、ミラー１との当接面においてミラー１の反射面の中心を円心とする同心円を略３等分割した位置に広がり角度６０°未満のくさび形を成す段差部である浮彫部１４ａが、ミラー押付板１５の突起１５ａに対応する３箇所の位置に設けられている。また、ホルダ１４には、ミラー１を冷却するために、冷却水を流す冷却管５が設けられている。

次に、ミラー１の反射面の変形量として曲げ変形量が許容範囲内に収まるミラー１の取付け条件について説明する。図８は、本実施の形態３におけるミラー１の反射面の曲げ変形量を見積もるためのモデル図である。図８（ａ）はミラー１の反射面の反対側から見たミラー１の背面図である。図８（ａ）において、コイルバネ１６の押付力が、それぞれの突起１５ａに対応するミラー１の反射面側の１２０°間隔で位置する押付力負荷点２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３点において作用しており、押付力負荷点２０ａ，２０ｂ，２０ｃに作用する押付力は、バネの総押付力Ｆの１／３がそれぞれ作用している。ミラー１とホルダ１４とは３点で接触しているとみなせる。ミラー１とホルダ１４との接触位置は、ホルダ１４のミラー取付け面の加工状態によって変化するが、図８（ａ）に示すように、接触点１９ａ，１９ｂ，１９ｃの３点でミラー１とホルダ１４とが接触している場合に、ミラー１に最も大きな曲げモーメントが作用する。なお、力のモーメントの釣り合い条件によれば、接触点１９ｂには接触反力は作用していないため、接触点１９ｂの位置に関係なく、接触点１９ａと接触点１９ｃとがレンズ１の中心を挟んで対向する位置となった場合に、ミラー１の反射面の曲げ変形が最大となる。

図８（ｂ）に、ミラー１の反射面の曲げ変形が最大となるミラー１の断面の模式図を示す。図８（ｂ）において、力の作用点ｘは、ｘ＝−ｒ×ｃｏｓ（１２０°）＝ｒ／２となる。押付力は、押付力負荷点２０ａと押付力負荷点２０ｃとの２カ所にＦ／３の力が作用しているので、合力はＦ／３×２＝２×Ｆ／３となる。ミラー１を３辺の長さが２ｒ，２ｒ，ｔの一様断面の片持ち梁とみなし、梁の曲げ理論からミラー１の反射面の曲げ変形量ｙ［ｍ］を算出すると、ミラー１の反射面の曲げ変形量ｙ［ｍ］は式（６）のように表わすことができる。

ここで、Ｆはコイルバネ１６によるミラー１への総押付力［Ｎ］、Ｅはミラー１の縦弾性率［Ｐａ］、ｔはミラー１の厚み［ｍ］、ｒはミラー１の半径［ｍ］である。レーザ発振器において正確にレーザ光を伝送するためには、ミラー１に許容される曲げ変形量ｙはｙ≦λ／２０を満たす必要がある。そこで、式（６）と式（１）とを比較して、式（４）から本実施の形態における総押付力Ｆ［Ｎ］の許容範囲を示す式（７）が導出できる。

ここで、λはレーザ光の波長［ｍ］、Ｍはミラー質量［Ｋｇ］、ａは加速度［ｍ/ｓ^２］、μはミラー１とホルダ１４との摩擦係数である。

ミラー押付板１５にコイルバネ１６の押付力をミラー１へ負荷するための突起１５ａが設けられているので、弾性部材であるコイルバネ１６の総押付力Ｆの上限を式（４）で示した値から式（７）で示した値へ大きくできる。また、コイルバネ１６の総押付力Ｆが変わらない場合には、ミラー押付板１５に突起１５ａを設けたことによって、ミラー１の反射面の曲げ変形量ｙを小さくすることができる。

また、ホルダ１４に浮彫部１４ａを設けたことによって、次のような効果が得られる。浮彫部１４ａがなく接触点１９ａと接触点１９ｃのなす角度が丁度１８０°の場合には、力のモーメントの釣り合い条件から、接触点１９ｂの接触反力は０となる。このため、外部振動によって、ミラー１に慣性力が作用した場合には、接触点１９ｂが浮き上がるので、ミラー１が傾く可能性がある。本実施の形態においては、同心円を略３等分割した位置に角度６０°未満の広がりを有するくさび形を成す浮彫部１４ａを設けたので、ミラー１とホルダ１４のミラー取付け面とは、それぞれの浮彫部１４ａにおいて１点ずつ接触し、接触点１９ａと接触点１９ｂとのなす角の最大値が１８０°未満となる。このため、力のモーメントの釣り合い条件から接触点１９ｂの接触反力は０より大きくなり、外部振動によってミラーが傾くことがなく、ミラー１の設置状態は安定になる。

ミラー１の固定は次のように行う。バネ定数ｋが既知のコイルバネ１６を用いて、ミラー押付板１５を介してミラー１を固定する際のコイルバネ１６の長さＳが所定値になるように、ミラー押付板１５およびネジ１７を設置する。本実施の形態では、コイルバネ１６が３箇所に設置されているので、それぞれのコイルバネ１６で総押付力Ｆの１／３に相当するコイルバネ１６の反力Ｆｓ［Ｎ］を求める。そして、総押付力Ｆ（＝Ｆｓ×３）が式（７）を満たすように、コイルバネ１６のバネ定数ｋ［Ｎ／ｍ］およびコイルバネ１６の縮み量Ｌｉ［ｍ］（ｉ＝１，２，３）を設定する。それぞれのコイルバネ１６の縮み量Ｌｉは、それぞれのコイルバネ１６の定常状態での長さＳ０からミラー１の固定状態での長さＳを差し引いた長さになる。

以上のように、突起１５ａを有するミラー押付板１５を介してコイルバネ１６の総押付力Ｆを調整することによって、ホルダ１４のミラー取付け面の加工精度を高くしなくても、ミラー１の反射面の変形量を許容範囲内に収めた状態でミラー１の取付けが可能なレーザ発振器を得ることができる。また、ミラー１の反射面の反対側の面をホルダ１４のミラー取付け面に接触させて取付けることによって、ミラー１とホルダ１４との接触面積が増加しミラー１の冷却性能が高くなる。

実施の形態４．
図９は、この発明を実施するための実施の形態４におけるレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。図１０は、図９に示したミラー取付け部のＤ−Ｄ断面図である。図９には、ホルダ２を図示していない。図９および図１０において、コイルバネ２３でミラー１を押付け固定したことが実施の形態３と異なる。

ミラー１は、コイルバネ２３の押付力によってホルダ２へ取付けられる。コイルバネ２３は、コイルバネ２３を保持する弾性部材保持部であるコイルバネ押え２４によってミラー１の反射面へ押付けられている。コイルバネ押え２４は、コイルバネ２３が位置ずれしないように、コイルバネ２３を包み込む形状になっている。コイルバネ押え２４は、ネジ２５によってホルダ２に固定される。なお、コイルバネ押え２４は、３箇所のコイルバネ２３に対応して個別に設けられている。コイルバネ２３は、ミラー１を反射面側からホルダ２に押付け固定する弾性部材である。また、コイルバネ２３は、コイルバネ押え２４とミラー１との間に設置されている。ホルダ２には、ミラー１を冷却するために、冷却水を流す冷却管５が設けられている。

本実施の形態においては、ミラー１の反射面の中心を円心とする同心円を略３等分割した位置に３つのコイルバネ２３を配置することによって、実施の形態３と同様にミラー１を押付けることができる。このため、コイルバネ２３による総押付力Ｆは、ミラー１の反射面の曲げ変形量ｙが許容範囲内に収まるように、式（７）を満たすように設定する。

ミラー取付け部のミラー１、ホルダ２、コイルバネ押え２４などの部材の寸法には製造ばらつきがあるので、コイルバネ２３の弾性変形量がばらつき、ミラー１の反射面の変形量にもばらつきが発生する。曲げ反力を利用した板バネを用いた場合には、板バネの根本に応力が集中するため、バネ定数を小さくできない。本実施の形態においては、コイルバネ２３は、弾性部分が長いので小さなバネ定数が得られる。コイルバネ２３が歪んだ場合でもコイルバネ２３内部に生じる応力が均等に分布するので、コイルバネ２３が破損することなく、十分な押付力を得ることができる。このため、コイルバネ２３を用いた場合には、ホルダ２において製造時の寸法ばらつきが生じても、ミラー１への押付力が一定となり、ミラー１の反射面の平面度を許容範囲内に保つことができる。なお、実施の形態３で示したような浮彫部を有するホルダを用いてもよい。

ミラー１の固定は次のように行う。バネ定数ｋが既知のコイルバネ２３を用いてミラー１を固定する際のコイルバネ２３の長さＳが所定値になるように、ネジ２５を設置する。本実施の形態では、コイルバネ２３が３箇所に設置されているので、それぞれのコイルバネ２３で総押付力Ｆの１／３に相当するコイルバネ２３の反力Ｆｓ［Ｎ］を求める。そして、総押付力Ｆ（＝Ｆｓ×３）が式（７）を満たすように、コイルバネ２３のバネ定数ｋ［Ｎ／ｍ］およびコイルバネ２３の縮み量Ｌｉ［ｍ］（ｉ＝１，２，３）を設定する。それぞれのコイルバネ２３の縮み量Ｌｉは、それぞれのコイルバネ２３の定常状態での長さＳ０からミラー１の固定状態での長さＳを差し引いた長さになる。

以上のように、コイルバネ２３でミラー１を押付け固定し、コイルバネ２３の総押付力Ｆを調整することによって、ホルダ２のミラー取付け面の加工精度を高くしなくても、ミラー１の反射面の変形量を許容範囲内に収めた状態でミラー１の取付けが可能なレーザ発振器を得ることができる。また、ミラー１の反射面の反対側の面をホルダ２のミラー取付け面に接触させて取付けることによって、ミラー１とホルダ２との接触面積が増加しミラー１の冷却性能が高くなる。

なお、いずれの実施の形態においても、コイルバネ、板バネを用いる代わりに、他のバネ、ゴムなどの弾性部材を用いても良い。

この発明の実施の形態１を示すレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。 図１に示すミラー取付け部のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態１におけるミラーの反射面の変形量を見積もるためのモデル図である。 この発明の実施の形態２を示すレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。 図４に示すミラー取付け部のＢ−Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態３を示すレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。 図６に示すミラー取付け部のＣ−Ｃ断面図である。 この発明の実施の形態３におけるミラーの反射面の変形量を見積もるためのモデル図である。 この発明の実施の形態４を示すレーザ発振器のミラー取付け部の構成図である。 図９に示すミラー取付け部のＤ−Ｄ断面図である。

符号の説明

１ ミラー、２，１４ ホルダ、３ 板バネ、４，１３，１７，２５ ネジ、５ 冷却管、６ａ，６ｂ，６ｃ，１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 接触点、７ａ，７ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 押付力負荷点、１１，１５ ミラー押付板、１２，１６，２３ コイルバネ、１４ａ 浮彫部、１５ａ 突起、２４ コイルバネ押え。

Claims (8)

1. レーザ光を反射する円形状のミラーと、
   前記ミラーを保持するミラー保持部と、
   前記ミラーを反射面側から前記ミラー保持部に押付け固定する弾性部材とを備え、
   前記弾性部材は、式（１）の関係を満たす押付力Ｆで前記ミラーを押付けたことを特徴とするレーザ発振器。
   

   

   ただし、
   Ｆ：押付力［Ｎ］
   Ｍ：ミラーの質量［Ｋｇ］
   ａ：加速度［ｍ/ｓ^２］
   μ：摩擦係数
   Ｅ：ミラーの縦弾性率［Ｐａ］
   ｔ：ミラーの厚み［ｍ］
   ｒ：ミラーの半径［ｍ］
   λ：レーザ光の波長［ｍ］。
2. 弾性部材は、ミラー押付板を介してミラーを押付けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
3. ミラー押付板は、ドーナツ形状であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ発振器。
4. ミラー押付板は、ミラーの反射面の中心を円心とする同心円を略３分割した位置に対応して前記ミラー側に３つの突起を有することを特徴とする請求項２に記載のレーザ発振器。
5. ミラー保持部は、ミラー押付板の突起に対応した位置に段差部を有することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
6. 弾性部材は、前記弾性部材を保持する弾性部材保持部とミラーとの間に設置されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
7. 弾性部材は、コイルバネを用いたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
8. 弾性部材は、板バネを用いたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。

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