JP2010135852A - Laser oscillator - Google Patents

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mirror
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Koji Funaoka
幸治 船岡
Manabu Kawakami
学 川上
Masahiko Hasegawa
正彦 長谷川
Motoaki Tamaya
基亮 玉谷
Satoshi Nishida
聡 西田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser oscillator in which a mirror is installed with its deformation amount kept within an acceptable level without enhancing the accuracy of processing a contact surface with the mirror of a mirror holder. <P>SOLUTION: The laser oscillator includes: a circular mirror 1 which reflects a laser light beam; a holder 2 for holding the mirror, the holder being made of a heat conductive material and provided with a cooling pipe; and a coiled spring 16 formed as an elastic member which presses to fix the mirror 1 to the holder 2 from a reflective surface side. The coiled spring 16 presses the mirror 1 with a total pressing force F derived from an expression expressed on the basis of the mass, the thickness, the radius, and the longitudinal elastic modulus of the mirror 1, the friction coefficient between the mirror 1 and the holder 2, wavelength of the laser light, and the gravitational acceleration. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to mounting a mirror that reflects laser light in a laser oscillator.

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。   In a conventional laser oscillator, a mirror that reflects laser light is provided inside the laser oscillator. The reflecting surface of the mirror is required to have high flatness corresponding to 1/20 or less of the wavelength of the laser beam in order to keep the wavefront aberration of the laser beam within an allowable range. Further, since the mirror absorbs part of the laser beam, it is necessary to cool the mirror for heat dissipation. In the case of a laser oscillator for processing, the laser light inside the laser oscillator has high output and high light intensity. For this reason, a high cooling performance is required for the mirror holder that holds the mirror.

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）。   Therefore, when the mirror is mounted with the reflecting surface side of the mirror being brought into contact with the bend block (mirror holding portion), the contact surface of the bend block that contacts the mirror is subjected to ultrahigh-precision planar processing. This prevents the mirror from being deformed by the pressing force for attaching the mirror, and maintains a high flatness on the reflecting surface of the mirror. The mirror is cooled via a mirror holder. Although the contact area between the mirror and the mirror holder is small, since the mirror is strongly pressed with a bolt, the heat transfer performance at the contact surface between the mirror and the mirror holder is good, and the cooling performance is high (see, for example, Patent Document 1). Further, the mirror is attached by bringing the reflecting surface side of the mirror into contact with the holding plate and pressing the mirror from the opposite side of the reflecting surface of the mirror with an elastic member such as a leaf spring (see, for example, Patent Document 2).

特開平８−２５７７８２公報（第２−３頁、第１図）JP-A-8-257772 (page 2-3, FIG. 1) 特開平９−６１６８４公報（第３頁、第１図）JP-A-9-61684 (page 3, FIG. 1)

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。   In the conventional laser oscillator, since the mirror is strongly pressed with a bolt, it is necessary to ensure high flatness on the reflecting surface of the mirror. For this reason, it is necessary to perform ultra-high precision planar processing (for example, flatness of 0.5 μm or less) on the mirror holding portion, and there is a problem that it is difficult to process the mirror holding portion. In addition, when mounting the mirror by bringing the reflecting surface side of the mirror into contact with the holding plate, the reflecting surface side is occupied by the optically effective area for reflecting the laser beam, so the contact between the mirror and the holding plate The area becomes smaller. For this reason, the heat transfer characteristics between the mirror and the pressing plate are poor, and the cooling performance is lowered. In order to improve the heat transfer characteristics, when the pressing force of the pressing plate to the mirror is increased, the pressing plate is not subjected to high-precision planar processing, so the pressing deforms the mirror following the pressing surface, There was a problem that the flatness of the reflecting surface of the mirror was deteriorated.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the amount of deformation of the reflection surface of the mirror is within an allowable range without increasing the processing accuracy of the contact surface of the mirror holding portion that contacts the mirror. Thus, a laser oscillator that can be mounted with a mirror in a state of being housed in a mirror is obtained.

この発明に係るレーザ発振器は、反射面でレーザ光を反射する円形状のミラーと、ミラーより大きく、熱伝導性のよい材質でできた、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、ミラー保持部にはミラーを冷却するための冷却管が設けられており、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。   A laser oscillator according to the present invention includes a circular mirror that reflects laser light on a reflecting surface, a mirror holding portion that is made of a material that is larger than the mirror and has good thermal conductivity, and a mirror on the reflecting surface side. And an elastic member that is pressed and fixed to the mirror holding portion. The mirror holding portion is provided with a cooling pipe for cooling the mirror, and the elastic member presses the mirror with a predetermined pressing force F. It is what.

この発明に係るレーザ発振器は、反射面でレーザ光を反射する円形状のミラーと、ミラーより大きく、熱伝導性のよい材質でできた、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、ミラー保持部にはミラーを冷却するための冷却管が設けられており、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。   A laser oscillator according to the present invention includes a circular mirror that reflects laser light on a reflecting surface, a mirror holding portion that is made of a material that is larger than the mirror and has good thermal conductivity, and a mirror on the reflecting surface side. And an elastic member for pressing and fixing to the mirror holding portion, and the mirror holding portion is provided with a cooling pipe for cooling the mirror, and the elastic member presses the mirror with a predetermined pressing force F. Even if the processing accuracy of the contact surface of the mirror holding portion in contact with the mirror is not increased, a laser oscillator capable of mounting the mirror in a state where the deformation amount of the reflection surface of the mirror is within an allowable range can be obtained. In addition, the cooling performance of the mirror can be increased.

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。It is a block diagram of the mirror attachment part of the laser oscillator which shows Embodiment 1 of this invention. 図１に示すミラー取付け部のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of the mirror attachment part shown in FIG. 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。It is a model figure for estimating the deformation amount of the reflective surface of the mirror in Embodiment 1 of this invention. 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。It is a block diagram of the mirror attachment part of the laser oscillator which shows Embodiment 2 of this invention. 図４に示すミラー取付け部のＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of the mirror attachment part shown in FIG. 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。It is a block diagram of the mirror attachment part of the laser oscillator which shows Embodiment 3 of this invention. 図６に示すミラー取付け部のＣ−Ｃ断面図である。It is CC sectional drawing of the mirror attachment part shown in FIG. 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。It is a model figure for estimating the deformation of the reflective surface of the mirror in Embodiment 3 of this invention. 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。It is a block diagram of the mirror attachment part of the laser oscillator which shows Embodiment 4 of this invention. 図９に示すミラー取付け部のＤ−Ｄ断面図である。It is DD sectional drawing of the mirror attachment part shown in FIG.

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。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a mirror mounting portion of a laser oscillator in Embodiment 1 for carrying out the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the mirror mounting portion shown in FIG. In FIG. 1, the holder 2 is not shown. 1 and 2, the mirror 1 has a circular shape and reflects the laser light oscillated inside the laser oscillator. The optical axis of the laser beam is adjusted by adjusting the direction of the reflecting surface of the mirror 1. The mirror 1 is inserted and held in a concave portion of a holder 2 that is a mirror holding portion. Of the two planes of the mirror 1, the surface on which the laser light is reflected is the reflecting surface (the surface that contacts the leaf spring 3). By making the thickness of the mirror 1 larger than the depth of the concave portion of the holder 2, a step is formed between the reflecting surface of the mirror 1 and the leaf spring mounting surface of the holder 2. This step corresponds to the deflection amount L of the leaf spring 3.

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。   The surface of the mirror 1 opposite to the reflecting surface is in contact with the holder 2. The mirror 1 is pressed and fixed to the holder 2 by the pressing force of the leaf spring 3. The leaf spring 3 is an elastic member that presses and fixes the mirror 1 to the holder 2 from the reflection surface side. The leaf spring 3 is fixed to the holder 2 with screws 4. In the present embodiment, the mirror 1 is made of silicon. The surface of the reflecting surface of the mirror 1 is coated with a reflecting film. The material of the holder 2 is aluminum with good thermal conductivity.

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。   The mirror mounting surface of the holder 2, which is the surface to which the mirror 1 is attached, is not subjected to ultra-high precision processing, but is subjected to general machining with a flatness of 3 to 5 μm. The holder 2 is provided with a cooling pipe 5 for flowing cooling water to cool the mirror 1. The mirror 1 is cooled from the surface opposite to the reflecting surface via the holder 2. Since the entire surface opposite to the reflecting surface of the mirror 1 is in close contact with the holder 2, the cooling performance can be enhanced.

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。   In general, in order to keep the wavefront aberration of a laser beam within an allowable range, the flatness of the reflecting surface of the mirror needs to be 1/20 or less of the wavelength λ of the laser beam. When the laser oscillator is a carbon dioxide laser, the wavelength λ of the laser beam is 10.6 μm, so the flatness of the reflecting surface of the mirror needs to be 0.53 μm or less. If the pressing force when mounting the mirror to the holder is strong, the mirror reflecting surface follows the surface shape of the mirror mounting surface of the holder, and the flatness of the mirror reflecting surface is equivalent to the flatness of the mirror mounting surface of the holder. Transforms into In this case, since the mirror is distorted, the optical axis of the laser beam is deviated and the laser beam cannot be transmitted accurately.

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。   Therefore, a description will be given of conditions for mounting the mirror 1 so that the bending deformation amount falls within an allowable range as the deformation amount of the reflecting surface of the mirror 1. FIG. 3 is a model diagram for estimating the amount of bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 in the first embodiment. FIG. 3A is a rear view of the mirror 1 viewed from the side opposite to the reflecting surface of the mirror 1. It can be considered that the mirror 1 and the holder 2 are in contact at three points. The contact position between the mirror 1 and the holder 2 varies depending on the machining state of the mirror mounting surface of the holder 2. As shown in FIG. 3A, the largest bending moment acts on the mirror 1 when the mirror 1 and the holder 2 are in contact at the three contact points 6a, 6b, and 6c. However, the contact reaction force does not act on the contact point 6b depending on the balance condition of the moment of force. For this reason, regardless of the position of the contact point 6b, when the contact point 6a and the contact point 6c face each other with the center of the lens 1 therebetween, the bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 becomes maximum. FIG. 3B is a schematic diagram of a cross section of the mirror 1 in which the bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 is maximized.

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。   Regarding the pressing force of the leaf spring 3 against the mirror 1, the worst state such as a case where a minute foreign matter is sandwiched between the mirror 1 and the leaf spring 3 is considered. In this case, half of the total pressing force F applied to the mirror 1 by the leaf spring 3 acts on the two pressing force load points 7a and 7b shown in FIG. The bending deformation of the reflecting surface is maximized. The mirror 1 is regarded as a rectangular parallelepiped having three sides circumscribing the mirror 1, and the bending deformation amount y of the reflecting surface of the mirror 1 is calculated by the beam bending theory. The bending deformation amount y [m] of the reflecting surface of the mirror 1 can be expressed as shown in Expression (1).

Figure 2010135852
Figure 2010135852

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。   Here, F is the total pressing force [N] on the mirror 1 by the leaf spring 3, E is the longitudinal elastic modulus [Pa] of the mirror 1, t is the thickness [m] of the mirror 1, and r is the radius [m] of the mirror 1. ]. In the laser oscillator, the bending deformation amount y of the reflecting surface allowed for the mirror 1 needs to satisfy y ≦ λ / 20. By substituting the relational expression of the bending deformation amount y of the reflecting surface into Expression (1), Expression (2) is obtained.

Figure 2010135852
Figure 2010135852

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。   Here, λ is the wavelength [m] of the laser beam. By setting the total pressing force F [N] so as to satisfy the expression (2), the flatness of the reflecting surface of the mirror 1 is within an allowable range, so that an accurate laser beam can be transmitted. By the way, in order to prevent the mirror 1 from being displaced with respect to the holder 2 with respect to the vibration to the laser oscillator from the outside, the total pressing force F [N] needs to satisfy Expression (3).

Figure 2010135852
Figure 2010135852

ここで、Ｍはミラー質量［Ｋｇ］、ａは加速度［ｍ/ｓ２］、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/ｓ２］（＝１０×９．８［ｍ/ｓ２］）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。 Here, M is the mirror mass [Kg], a is the acceleration [m / s 2 ], and μ is the coefficient of friction between the mirror 1 and the holder 2. The acceleration a represents the impact resistance that the laser oscillator can withstand external impacts. In general equipment, impact resistance of 10 G or more is necessary, and in this embodiment, a is 98 [m / s 2 ] (= 10 × 9.8 [m / s 2 ]). From Formula (2) and Formula (3), the total pressing force F [N] needs to satisfy Formula (4).

Figure 2010135852
Figure 2010135852

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。   When the mirror 1 is attached, the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 1 is brought into contact with the mirror mounting surface of the holder 2. And the mirror 1 is pressed and attached from the reflective surface side of the mirror 1 with the leaf | plate spring 3 which is an elastic member arrange | positioned so that equal pressing force may be added. The mirror 1 is pressed so that the total pressing force F of the pressing force of the leaf spring 3 satisfies the formula (4). By pressing the mirror 1 against the holder 2 with the total pressing force F of the leaf spring 3 so as to satisfy the formula (4), the amount of bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 can be within an allowable range. For this reason, since the wavefront aberration of the laser light is within an allowable range, the laser beam can be accurately transmitted with a small deviation of the optical axis.

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。   The method of pressing the mirror 1 with the total pressing force F is as follows. When the leaf spring 3 having a known spring constant k is fixed, the dimensions of the mirror 1 and the holder 2 are set so that the deflection amount L of the leaf spring 3 becomes a predetermined value. Since the reaction force Fs [N] of the leaf spring 3 corresponding to the total pressing force F can be obtained from the equation (5), the spring constant k [N / m] and the reaction force Fs satisfy the equation (4). A deflection amount L [m] is set.

Figure 2010135852
Figure 2010135852

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。   As described above, by adjusting the total pressing force F of the leaf spring 3, the deformation amount of the reflecting surface of the mirror 1 is kept within an allowable range without increasing the processing accuracy of the mirror mounting surface of the holder 2. In this state, a laser oscillator capable of mounting the mirror 1 can be obtained. Further, by attaching the surface opposite to the reflection surface of the mirror 1 in contact with the mirror mounting surface of the holder 2, the contact area between the mirror 1 and the holder 2 is increased, and the cooling performance of the mirror 1 is improved.

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。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of the mirror mounting portion of the laser oscillator in the second embodiment for carrying out the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of the mirror mounting portion shown in FIG. FIG. 4 does not show the holder 2. 4 and 5, the mirror mounting portion is different from the first embodiment in that the mirror 1 is pressed against the holder 2 by the coil spring 12 via the mirror pressing plate 11. 4 and FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 and FIG. 2 are the same or corresponding parts, and this is common throughout the entire specification. Moreover, the aspect of the component which appears in the whole specification is an illustration to the last, and is not limited to these description.

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。   The mirror 1 is attached to the holder 2 by the pressing force of the coil spring 12 through the mirror pressing plate 11. That is, the coil spring 12 presses the mirror 1 through the mirror pressing plate 11. The coil spring 12 is an elastic member that presses and fixes the mirror 1 to the holder 2 from the reflection surface side of the mirror 1. The mirror pressing plate 11 includes a donut-shaped portion that holds the mirror 1 and three protruding portions to the outer diameter side that are fixed to the holder 2 by the coil spring 12 and the screw 13. The position is fixed by screws 13 so that the mirror pressing plate 11 is not greatly displaced with respect to the direction parallel to the reflecting surface of the mirror 1. The coil spring 12 is pressed and fixed to the mirror pressing plate 11 with a screw 13. The screw 13 is a stepped screw, and the amount of elastic deformation of the coil spring 12 can be set to a desired value by screwing the holder 2. The holder 2 is provided with a cooling pipe 5 through which cooling water flows in order to cool the mirror 1.

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。   Similar to the first embodiment, the total pressing force F of the coil spring 12 is set so that the amount of deformation of the reflecting surface of the mirror 1 falls within an allowable range. The mirror 1 is fixed as follows. Using the coil spring 12 having a known spring constant k, the mirror pressing plate 11 and the screw 13 are adjusted so that the length S of the coil spring 12 when the mirror 1 is fixed via the mirror pressing plate 11 becomes a predetermined value. Install. In the present embodiment, since the coil springs 12 are installed at three locations, the reaction force Fsi [N] (i = 1) of the coil spring 12 so that the action point of the resultant force of each coil spring 12 is located at the center of the mirror 1. , 2, 3) respectively. Then, the spring constant k [N / m] of the coil spring 12 and the contraction amount Li [m] (i =) so that the total pressing force F (= ΣFsi (i = 1, 2, 3)) satisfies the expression (4). 1, 2, 3) is set. The contraction amount Li of each coil spring 12 is a length obtained by subtracting the length S in the stationary state of the mirror 1 from the length S0 in the steady state of each coil spring 12. The relationship between the reaction force Fsi of the coil spring 12, the spring constant k, and the contraction amount Li can be obtained by replacing Fs with Fsi and L with Li in Equation (5). In FIG. 4, three coil springs 12 are arranged at positions obtained by dividing a concentric circle whose center is the center of the reflecting surface of the mirror 1 into three equal parts, but the action point of the resultant force of each coil spring 12 is the center of the mirror 1. The coil spring 12 may be disposed at an arbitrary position.

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。   The coil spring 12 uses a torsional reaction force. Since the coil spring 12 has a long elastic portion, a small spring constant can be obtained, and the stress generated inside the coil spring 12 when the coil spring 12 is distorted is evenly distributed. Can be obtained. Further, since there are manufacturing variations in the dimensions of members such as the mirror 1, the holder 2, and the mirror pressing plate 11 of the mirror mounting portion, the amount of elastic deformation of the coil spring 12 to be mounted also varies. For this reason, the pressing force to the mirror 1 also varies. However, since the coil spring 12 has a smaller spring constant than other elastic members such as a plate spring, the use of the coil spring 12 reduces the variation in the pressing force against the mirror 1 and provides a selectable range of the mirror pressing force. Can be wide.

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。   In addition, since the mirror 1 is pressed through the mirror pressing plate 11, the coil spring 12 can be disposed outside the mirror 1. For this reason, since the reflecting surface of the mirror 1 can be used effectively when reflecting the laser beam, it is not necessary to increase the diameter of the mirror 1 in order to fix the mirror 1.

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。   As described above, by adjusting the total pressing force F of the coil spring 12 via the mirror pressing plate 11, the amount of deformation of the reflecting surface of the mirror 1 can be reduced without increasing the processing accuracy of the mirror mounting surface of the holder 2. A laser oscillator in which the mirror 1 can be attached while being within an allowable range can be obtained. Further, by attaching the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 1 to the mirror mounting surface of the holder 2, the contact area between the mirror 1 and the holder 2 is increased and the cooling performance of the mirror 1 is improved.

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。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram of the mirror mounting portion of the laser oscillator in the third embodiment for carrying out the present invention. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of the mirror mounting portion shown in FIG. In FIG. 6, the holder 14 is not shown. In FIG. 6 and FIG. 7, it differs from Embodiment 2 in providing the convex part in the holder 14 and the mirror pressing board 15. In FIG.

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。   The mirror 1 is attached to the holder 14 by the pressing force of the coil spring 16 through a mirror pressing plate 15 provided with a projection 15a that is convex on the mirror 1 side. The coil spring 16 is an elastic member that presses and fixes the mirror 1 to the holder 14 from the reflecting surface side. The mirror pressing plate 15 includes a donut-shaped portion that holds the mirror 1 and three protruding portions to the outer diameter side that are fixed to the holder 14 by a coil spring 16 and a screw 17. The position is fixed by screws 17 so that the mirror pressing plate 15 is not greatly displaced with respect to the direction parallel to the reflecting surface of the mirror 1. Further, the mirror pressing plate 15 has three protrusions 15a on the mirror 1 side corresponding to positions obtained by dividing a concentric circle whose center is the center of the reflecting surface of the mirror 1 into approximately three equal parts. The protrusion 15 a is provided on the center side of the reflection surface of the mirror 1 corresponding to the position where the coil spring 16 is installed.

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。   The coil spring 16 is pressed and fixed to the mirror pressing plate 15 by a screw 17. The screw 17 is a stepped screw, and the amount of elastic deformation of the coil spring 16 can be set to a desired value by screwing the holder 14. The holder 14 has a relief part which is a stepped part having a wedge shape with an angle of less than 60 ° spreading to a position where the concentric circle centered on the center of the reflecting surface of the mirror 1 is divided into approximately three equal parts on the contact surface with the mirror 1. 14 a are provided at three positions corresponding to the protrusions 15 a of the mirror pressing plate 15. The holder 14 is provided with a cooling pipe 5 through which cooling water flows to cool the mirror 1.

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。   Next, the mounting conditions of the mirror 1 will be described in which the amount of bending deformation falls within an allowable range as the amount of deformation of the reflecting surface of the mirror 1. FIG. 8 is a model diagram for estimating the amount of bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 according to the third embodiment. FIG. 8A is a rear view of the mirror 1 viewed from the side opposite to the reflecting surface of the mirror 1. In FIG. 8 (a), the pressing force of the coil spring 16 acts at three points of pressing force load points 20a, 20b, and 20c positioned at 120 ° intervals on the reflecting surface side of the mirror 1 corresponding to the respective protrusions 15a. The pressing force acting on the pressing force load points 20a, 20b and 20c is 1/3 of the total pressing force F of the spring. It can be considered that the mirror 1 and the holder 14 are in contact at three points. Although the contact position between the mirror 1 and the holder 14 varies depending on the machining state of the mirror mounting surface of the holder 14, as shown in FIG. 8A, the mirror 1 and the holder are contacted at three contact points 19a, 19b, and 19c. When 14 is in contact, the largest bending moment acts on the mirror 1. According to the balance condition of the moment of force, the contact reaction force does not act on the contact point 19b, so that the contact point 19a and the contact point 19c are centered on the lens 1 regardless of the position of the contact point 19b. The bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 is maximized when the positions are opposed to each other.

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。   FIG. 8B shows a schematic diagram of a cross section of the mirror 1 in which the bending deformation of the reflecting surface of the mirror 1 is maximized. In FIG. 8B, the force application point x is x = −r × cos (120 °) = r / 2. As the pressing force, F / 3 force is applied to two locations of the pressing force load point 20a and the pressing force load point 20c, the resultant force is F / 3 × 2 = 2 × F / 3. Assuming that the mirror 1 is a cantilever beam having a uniform cross section with 3r lengths of 2r, 2r, and t, and calculating the bending deformation amount y [m] of the reflecting surface of the mirror 1 from the beam bending theory, The bending deformation amount y [m] of the reflecting surface can be expressed as shown in Equation (6).

Figure 2010135852
Figure 2010135852

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。   Here, F is the total pressing force [N] on the mirror 1 by the coil spring 16, E is the longitudinal elastic modulus [Pa] of the mirror 1, t is the thickness [m] of the mirror 1, and r is the radius [m] of the mirror 1. It is. In order to transmit laser light accurately in the laser oscillator, the bending deformation amount y allowed for the mirror 1 needs to satisfy y ≦ λ / 20. Therefore, by comparing Equation (6) with Equation (1), Equation (7) indicating the allowable range of the total pressing force F [N] in the present embodiment can be derived from Equation (4).

Figure 2010135852
Figure 2010135852

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/ｓ２］、μはミラー１とホルダ１４との摩擦係数である。 Here, λ is the wavelength [m] of the laser beam, M is the mirror mass [Kg], a is the acceleration [m / s 2 ], and μ is the coefficient of friction between the mirror 1 and the holder 14.

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。   Since the mirror pressing plate 15 is provided with a projection 15a for applying the pressing force of the coil spring 16 to the mirror 1, the upper limit of the total pressing force F of the coil spring 16 that is an elastic member is determined from the value expressed by the equation (4). The value can be increased to the value shown in Equation (7). When the total pressing force F of the coil spring 16 does not change, the bending deformation amount y of the reflecting surface of the mirror 1 can be reduced by providing the projection 15a on the mirror pressing plate 15.

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。   Moreover, the following effects are acquired by providing the holder 14 with the relief part 14a. If there is no relief 14a and the angle formed by the contact point 19a and the contact point 19c is exactly 180 °, the contact reaction force at the contact point 19b is zero from the balance condition of the moment of force. For this reason, when an inertial force acts on the mirror 1 due to external vibration, the contact point 19b is lifted, so that the mirror 1 may tilt. In the present embodiment, since the wedge-shaped relief portion 14a having a spread of an angle of less than 60 ° is provided at a position obtained by dividing the concentric circle into approximately three equal parts, the mirror 1 and the mirror mounting surface of the holder 14 are respectively One point is contacted at the relief portion 14a, and the maximum value of the angle formed by the contact point 19a and the contact point 19b is less than 180 °. For this reason, the contact reaction force of the contact point 19b becomes larger than 0 from the balance condition of the moment of force, the mirror is not tilted by the external vibration, and the installation state of the mirror 1 becomes stable.

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。   The mirror 1 is fixed as follows. Using the coil spring 16 having a known spring constant k, the mirror pressing plate 15 and the screw 17 are installed so that the length S of the coil spring 16 when fixing the mirror 1 via the mirror pressing plate 15 becomes a predetermined value. . In the present embodiment, since the coil springs 16 are installed at three places, the reaction force Fs [N] of the coil spring 16 corresponding to 1/3 of the total pressing force F is obtained by each coil spring 16. Then, the spring constant k [N / m] of the coil spring 16 and the contraction amount Li [m] of the coil spring 16 (i = 1, 2, so that the total pressing force F (= Fs × 3) satisfies the expression (7). 3) is set. The contraction amount Li of each coil spring 16 is a length obtained by subtracting the length S0 of the fixed state of the mirror 1 from the length S0 of each coil spring 16 in the steady state.

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。   As described above, by adjusting the total pressing force F of the coil spring 16 via the mirror pressing plate 15 having the protrusion 15a, the reflecting surface of the mirror 1 can be obtained without increasing the processing accuracy of the mirror mounting surface of the holder 14. Thus, it is possible to obtain a laser oscillator in which the mirror 1 can be attached in a state in which the amount of deformation is within an allowable range. Further, by attaching the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 1 in contact with the mirror mounting surface of the holder 14, the contact area between the mirror 1 and the holder 14 is increased and the cooling performance of the mirror 1 is improved.

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。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a configuration diagram of the mirror mounting portion of the laser oscillator in the fourth embodiment for carrying out the present invention. 10 is a DD cross-sectional view of the mirror mounting portion shown in FIG. In FIG. 9, the holder 2 is not shown. 9 and 10, the mirror 1 is pressed and fixed by a coil spring 23, which is different from the third embodiment.

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。   The mirror 1 is attached to the holder 2 by the pressing force of the coil spring 23. The coil spring 23 is pressed against the reflection surface of the mirror 1 by a coil spring presser 24 that is an elastic member holding portion that holds the coil spring 23. The coil spring presser 24 has a shape that encloses the coil spring 23 so that the coil spring 23 is not displaced. The coil spring retainer 24 is fixed to the holder 2 with a screw 25. The coil spring presser 24 is individually provided corresponding to the three coil springs 23. The coil spring 23 is an elastic member that presses and fixes the mirror 1 to the holder 2 from the reflection surface side. The coil spring 23 is installed between the coil spring presser 24 and the mirror 1. The holder 2 is provided with a cooling pipe 5 through which cooling water flows in order to cool the mirror 1.

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。   In the present embodiment, the mirror 1 is pressed in the same manner as in the third embodiment by disposing three coil springs 23 at positions obtained by dividing a concentric circle whose center is the center of the reflecting surface of the mirror 1 into approximately three equal parts. be able to. For this reason, the total pressing force F by the coil spring 23 is set so as to satisfy the expression (7) so that the bending deformation amount y of the reflecting surface of the mirror 1 is within the allowable range.

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。   Since there are manufacturing variations in the dimensions of the members such as the mirror 1, the holder 2, and the coil spring retainer 24 in the mirror mounting portion, the amount of elastic deformation of the coil spring 23 varies, and the amount of deformation of the reflecting surface of the mirror 1 also varies. When a leaf spring using a bending reaction force is used, the stress is concentrated on the root of the leaf spring, so the spring constant cannot be reduced. In the present embodiment, since the coil spring 23 has a long elastic portion, a small spring constant can be obtained. Even when the coil spring 23 is distorted, the stress generated in the coil spring 23 is evenly distributed, so that a sufficient pressing force can be obtained without damaging the coil spring 23. For this reason, when the coil spring 23 is used, the pressing force to the mirror 1 is constant even if the holder 2 has dimensional variations during manufacturing, and the flatness of the reflecting surface of the mirror 1 is kept within an allowable range. Can do. In addition, you may use the holder which has a relief part as shown in Embodiment 3. FIG.

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。   The mirror 1 is fixed as follows. The screw 25 is installed so that the length S of the coil spring 23 when the mirror 1 is fixed using the coil spring 23 with a known spring constant k becomes a predetermined value. In the present embodiment, since the coil springs 23 are installed at three locations, the reaction force Fs [N] of the coil spring 23 corresponding to 1/3 of the total pressing force F is obtained by each coil spring 23. The spring constant k [N / m] of the coil spring 23 and the contraction amount Li [m] of the coil spring 23 (i = 1, 2, so that the total pressing force F (= Fs × 3) satisfies the expression (7). 3) is set. The contraction amount Li of each coil spring 23 is a length obtained by subtracting the length S of the coil spring 23 in the stationary state from the length S0 of the coil spring 23 in the steady state.

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。   As described above, the mirror 1 is pressed and fixed by the coil spring 23 and the total pressing force F of the coil spring 23 is adjusted, so that the processing accuracy of the mirror mounting surface of the holder 2 can be increased without increasing the processing accuracy of the mirror 1. A laser oscillator capable of mounting the mirror 1 in a state where the deformation amount is within an allowable range can be obtained. Further, by attaching the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 1 to the mirror mounting surface of the holder 2, the contact area between the mirror 1 and the holder 2 is increased and the cooling performance of the mirror 1 is improved.

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。   In any of the embodiments, instead of using a coil spring or a leaf spring, an elastic member such as another spring or rubber may be used.

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。   1 mirror, 2, 14 holder, 3 leaf spring, 4, 13, 17, 25 screw, 5 cooling pipe, 6a, 6b, 6c, 19a, 19b, 19c contact point, 7a, 7b, 20a, 20b, 20c pressing force Load point, 11, 15 Mirror pressing plate, 12, 16, 23 Coil spring, 14a Relief part, 15a Protrusion, 24 Coil spring presser.

Claims (7)

反射面でレーザ光を反射する円形状のミラーと、
前記ミラーより大きく、熱伝導性のよい材質でできた、前記ミラーを保持するミラー保持部と、
前記ミラーを前記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、
前記ミラー保持部には前記ミラーを冷却するための冷却管が設けられており、
前記弾性部材は、式（１）の関係を満たす総押付力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。
Figure 2010135852
 ただし、
Ｆ：総押付力［Ｎ］
Ｍ：ミラーの質量［Ｋｇ］
ａ：レーザ発振器の加速度［ｍ/ｓ２］
μ：ミラーとミラー保持部との間の摩擦係数
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］ A circular mirror that reflects the laser beam on the reflecting surface;
A mirror holding part for holding the mirror, which is made of a material having a larger thermal conductivity than the mirror;
An elastic member that presses and fixes the mirror to the mirror holding portion from the reflecting surface side,
The mirror holding part is provided with a cooling pipe for cooling the mirror,
The laser oscillator, wherein the elastic member presses the mirror with a total pressing force F satisfying the relationship of the formula (1).
Figure 2010135852
 However,
F: Total pressing force [N]
M: Mass of mirror [Kg]
a: Laser oscillator acceleration [m / s2]
μ: Coefficient of friction between mirror and mirror holder E: Longitudinal elastic modulus [Pa] of mirror
t: mirror thickness [m]
r: Mirror radius [m]
λ: wavelength of laser beam [m] ミラーの反射面の反対側の面の全面がミラー保持部に押付け固定されることを特徴とする請求項１にレーザ発振器。 2. The laser oscillator according to claim 1, wherein the entire surface of the mirror opposite to the reflecting surface is pressed and fixed to the mirror holding portion. 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または２に記載のレーザ発振器。 The laser oscillator according to claim 1 or 2, wherein the elastic member presses the mirror through a mirror pressing plate. 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３に記載のレーザ発振器。 4. The laser oscillator according to claim 3, wherein the mirror pressing plate has a donut shape. 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または２に記載のレーザ発振器。 The laser oscillator according to claim 1, wherein the elastic member is disposed between an elastic member holding portion that holds the elastic member and a mirror. 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５のいずれか１項に記載のレーザ発振器。 6. The laser oscillator according to claim 1, wherein the elastic member is a coil spring. 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。 The laser oscillator according to claim 1, wherein the elastic member uses a leaf spring.
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