JPH1114945A - レーザビームコリメーション装置およびそれを用いるレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コリメーションミラーを容易に精度良く理想
的な放物面を有するように変化させることができるよう
にされたレーザビームコリメーション装置、および被加
工物を常に一定のエネルギー密度で高精度に加工するこ
とができるようにされたレーザ加工機を提供する。 【解決手段】 コリメーションミラー１１の周縁もしく
は周縁付近を、固定することなくミラーホルダー１８の
裏側から押し板２０の支持部２１により支持するととも
に、押し板２０の支持部２１よりも中心側の位置にてコ
リメーションミラー１１を表側からミラーホルダー１８
の支持部１９により支持し、アクチェータ１７等の加圧
手段により押し板２０を裏側から加圧し得るようにし
た。冷却板４０によりコリメーションミラー１１の周縁
部分を間接的に冷却するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームコリ
メーション装置（コリメータ）およびそれを用いるレー
ザ加工機に関し、さらにはレーザビームの光路中に配置
された反射鏡の曲率を制御することによりレーザビーム
のビーム径および焦点位置を制御可能なコリメーション
装置およびそれを用いるレーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば平板状の被加工物を切
断する加工装置の一つにレーザ加工機がある。このレー
ザ加工機には、一般に、レーザ発振器から加工ヘッド内
のレーザビーム集光用のレンズまでの光路長が一定であ
る光軸固定方式と、レーザ発振器から加工ヘッド内のレ
ーザビーム集光用のレンズまでの光路長が加工中に変化
する光走査方式とがある。

【０００３】光走査方式のレーザ加工機では、レーザ発
振器から集光用のレンズまでの光路長が一定でないた
め、その集光用レンズに入射するレーザビームのビーム
径が変化し、それによって集光位置でのビーム径が一定
にならず、被加工物の切断面に悪影響を及ぼすおそれが
ある。

【０００４】そこで、加工中の集光用レンズへの入射レ
ーザビームのビーム径を一定に保つため、レーザ発振器
から発振されたレーザビームを、光軸に対して発散およ
び収束することなく進むコリメート光に変換してから、
集光用レンズに入射させるようにした光走査方式のレー
ザ加工機が開発されている。特開平１−１６６８９４号
公報には、レーザビームをコリメート光に変換するコリ
メーション装置を備えたレーザ加工機について開示され
ている。

【０００５】図１４に、特開平１−１６６８９４号公報
に開示されたレーザ加工機の構成を示す。

【０００６】この従来のレーザ加工機は、レーザの励起
媒質２を全反射鏡３と部分反射鏡４とで挟むことにより
光共振器を構成しレーザビームを出射するレーザ発振器
１、そのレーザ発振器１から出射されたレーザビーム５
ａ（図中、一点鎖線で示す）をコリメート光５ｂ（図
中、一点鎖線で示す）に変換するレーザビームコリメー
ション装置６Ｂ、そのコリメーション装置６Ｂにより変
換されてなるコリメート光５ｂを反射してその光路の向
きを９０度変換させる平面反射鏡７、およびその平面反
射鏡７により反射されたコリメート光５ｂが入射される
加工ヘッド８、レーザビームコリメーション装置６Ｂの
コリメーションミラー１１の曲率を制御するコリメーシ
ョン制御装置１５、加工ヘッド８内の集光レンズ９に入
射するコリメート光５ｂのビーム径を検出するビーム径
検出機構１３、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ：数値制御）装置１４およびＮＣ装置１４により駆
動制御される駆動機構（図示省略）を備えている。

【０００７】コリメーション装置６Ｂ内には、曲率Ｒを
変化可能としたコリメーションミラー１１、および収差
を抑えるために小さな角度でコリメーションミラー１１
にレーザビーム５ａを入射させるための平面鏡１２が設
けられている。

【０００８】コリメーションミラー１１の曲率は、コリ
メーション制御装置１５により生成され出力される制御
信号Ｓ１６に基づいて、制御される。

【０００９】全反射鏡３および部分反射鏡４からなる光
共振器の内部でレーザ共振が起こると、その一部は部分
反射鏡４からレーザ発振器１の外部にレーザビーム５ａ
となって発振される。このレーザ発振器１の外部に発振
されたレーザビーム５ａは、コリメーション装置６Ｂを
通過し、平面反射鏡７で反射されて９０度方向を変え、
加工ヘッド８の集光レンズ９に入射し、集光レンズ９に
より集光されて被加工物１０に照射される。被加工物１
０上に集光され照射されたレーザビームは、ＮＣ装置１
４により制御される駆動機構（図示せず）によって被加
工物１０上を任意に移動され、被加工物１０を所望の形
状に加工する。

【００１０】また、加工中は、ビーム径検出機構１３に
より集光レンズ９に入射するコリメート光５ｂのビーム
径が検出される。そして、ＮＣ装置１４において、その
検出されたビーム径が所望の径になっているか判断さ
れ、検出されたビーム径が所望の径になっていない場合
には、コリメーション制御装置１５からコリメーション
装置６Ｂに制御信号Ｓ１６が送られる。それによって、
集光レンズ９に入射するコリメート光５ｂのビーム径が
所望の径になるように、コリメーションミラー１１の曲
率Ｒが変えられる。

【００１１】図１５には、従来のレーザビームコリメー
ション装置６Ｂが示されている。このコリメーション装
置６Ｂは、円盤状のコリメーションミラー１１、そのコ
リメーションミラー１１の裏面中央部を裏側から加圧す
るピエゾ素子からなるアクチェータ１７、そのアクチェ
ータ１７およびコリメーションミラー１１を収納し、か
つコリメーションミラー１１の周縁を固定する固定手段
を兼ねたミラーホルダー１８Ａにより構成されている。

【００１２】コリメーション制御装置１５（図１４参
照）からアクチェータ１７に信号線１６を介して駆動制
御信号Ｓ１６が送られてくると、アクチェータ１７はそ
の駆動制御信号Ｓ１６に応じた力でもってコリメーショ
ンミラー１１の背面を押す。それによって、ミラーホル
ダー１８Ａにその周縁が固定されたコリメーションミラ
ー１１は変形し、その曲率が変化する。

【００１３】ここで、図１５に示すように、円盤状のコ
リメーションミラー１１をその周縁を固定し、中央部を
荷重Ｐで押した時の任意の半径ｒにおけるたわみ量Ｗ
は、ミラー有効半径をａ、板の曲げ合成をＤで表すと、
つぎの（１）式で表される。

【００１４】

【数１】

【００１５】この（１）式から明らかなように、半径ｒ
におけるたわみ量Ｗは、半径ｒの二次関数になっていな
い。

【００１６】なお、特開平１−１６６８９４号公報に
は、コリメーションミラー１１の背面に加えられる気体
（または液体）の圧力を変化させることにより、コリメ
ーションミラー１１の曲率を変化させるようにしてい
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザビームコリメーション装置では、コリメーシ
ョンミラー１１の曲率を変化させることはできるが、コ
リメーションミラー１１の周縁がミラーホルダー１８Ａ
に固定されているため、曲率を変化させるのに大きな力
が必要であったり、コリメーションミラー１１の反射面
が理想的な放物面にならず（上記式（１）参照）、レー
ザビームの集光性等が低下し、被加工物１０を常に一定
状態で加工することができないという問題点がある。

【００１８】また、アクチェータ１７にピエゾ素子を用
いた場合、ピエゾ素子では押す方向の力しか得られない
ため、単純にコリメーションミラー１１の背面を押すこ
としかできず、コリメーションミラー１１の反射面を凸
面鏡に変化させることしかできない、すなわち凹面鏡に
変化させることができないという問題点がある。

【００１９】さらに、コリメート光（レーザビーム）の
入射に起因するコリメーションミラー１１の熱歪みによ
るビーム径の変化を、加工ヘッド８内の集光レンズ９に
入射するコリメート光５ｂのビーム径をビーム径検出機
構１３により検出することにより制御する上記従来のレ
ーザ加工機では、コリメーションミラー１１の熱歪みに
よるビーム径の変化の速さにビーム径検出機構１３が追
随できず、集光レンズ９に入射するコリメート光５ｂの
ビーム径を常時高精度で一定に制御することができない
という問題がある。加えて、加工ヘッド８に高価なビー
ム径検出機構１３を取り付けるスペースを設けなければ
ならず、ビーム径検出機構１３の取付けは困難である。

【００２０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、コリメーションミラーを容易に精度良く理想的な放
物面を有するように変化させることができるようにされ
たレーザビームコリメーション装置、および被加工物を
常に一定のエネルギー密度で高精度に加工することがで
きるようにされたレーザ加工機を得ることを目的として
いる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明に係るレーザビームコリメーション装置
にあっては、レーザビームが入射され、その入射された
レーザビームをコリメート光に変換可能なレーザビーム
コリメーション装置において、入射レーザビームを反射
して出射するとともに、その反射面の曲率を変え得るよ
うに変形可能なコリメーションミラーと、前記コリメー
ションミラーの周縁もしくは周縁付近を固定することな
く、前記コリメーションミラーの反射面の周縁もしくは
周縁付近に接触して、前記コリメーションミラーを反射
面側から支持する支持手段と、前記コリメーションミラ
ーの中心部、または前記支持手段による支持部位よりも
中心寄りの部位を、反射面の裏側から加圧可能な加圧手
段とを具備することを特徴とするものである。

【００２２】この発明によれば、従来のようにコリメー
ションミラーの周縁が固定された構成のレーザビームコ
リメーション装置と比較して、少ない力でもってコリメ
ーションミラーの中心部分における同一のたわみ量を得
ることができるため、より少ない力でもってコリメーシ
ョンミラーを所望の曲率の反射面を有する凸面鏡に変形
させることができる。

【００２３】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、レーザビームが入射され、その入
射されたレーザビームをコリメート光に変換可能なレー
ザビームコリメーション装置において、入射レーザビー
ムを反射して出射するとともに、その反射面の曲率を変
え得るように変形可能なコリメーションミラーと、前記
コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固定す
ることなく、前記コリメーションミラーの反射面の周縁
もしくは周縁付近よりも中心寄りの部位に接触して、前
記コリメーションミラーを反射面側から支持する第１の
支持手段と、前記コリメーションミラーの周縁もしくは
周縁付近を固定することなく、前記コリメーションミラ
ーの反射面の裏側面の、周縁もしくは前記第１の支持手
段による支持部位よりも周縁寄りの部位に接触して、前
記コリメーションミラーを反射面の裏側から支持する第
２の支持手段と、前記第２の支持手段を前記コリメーシ
ョンミラー側に加圧可能な加圧手段とを具備することを
特徴とするものである。

【００２４】この発明によれば、コリメーションミラー
を所望の曲率の曲面を有する凹面鏡に変形させることが
できる。

【００２５】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、レーザビームが入射され、その入
射されたレーザビームをコリメート光に変換可能なレー
ザビームコリメーション装置において、入射レーザビー
ムを反射して出射するとともに、その反射面の曲率を変
え得るように変形可能なコリメーションミラーと、前記
コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固定す
ることなく、前記コリメーションミラーの反射面の周縁
もしくは周縁付近に接触して、前記コリメーションミラ
ーを反射面側から支持する第１の支持手段と、前記コリ
メーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固定するこ
となく、前記コリメーションミラーの反射面の裏側面
の、前記第１の支持手段による支持部位よりも中心寄り
の部位に接触して、前記コリメーションミラーを反射面
の裏側から支持する第２の支持手段と、前記第２の支持
手段を前記コリメーションミラー側に加圧可能な加圧手
段とを具備することを特徴とするものである。

【００２６】この発明によれば、コリメーションミラー
を所望の曲率の曲面を有する凸面鏡に変形させることが
できる。

【００２７】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、前記コリメーションミラーの反射
面は、前記加圧手段により加圧されていない状態では、
凹状の曲面となっていることを特徴とする。

【００２８】この発明によれば、コリメーションミラー
を凹面鏡から凸面鏡までの広い曲率範囲で任意に変化さ
せることができる。

【００２９】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、前記コリメーションミラーの反射
面は、前記加圧手段により加圧されていない状態では、
凸状の曲面となっていることを特徴とする。

【００３０】この発明によれば、コリメーションミラー
を凸面鏡から凹面鏡までの広い曲率範囲で任意に変化さ
せることができる。

【００３１】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、前記第１の支持手段および前記第
２の支持手段は、前記コリメーションミラーに同心円状
に接触していることを特徴とする。

【００３２】この発明によれば、コリメーションミラー
に作用する力は、第１または第２の支持手段を支点とし
たモーメントとして作用し、そのモーメントによりコリ
メーションミラーが湾曲する。

【００３３】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、前記コリメーションミラーの周縁
寄りの部分を間接的に冷却する冷却手段を具備すること
を特徴とする。

【００３４】この発明によれば、レーザビームより吸収
した熱によるコリメーションミラーの変形を補正するこ
とができる。

【００３５】つぎの発明に係るレーザビームコリメーシ
ョン装置にあっては、前記コリメーションミラーの変形
量を検出する検出手段を具備することを特徴とする。

【００３６】この発明によれば、検出手段によりコリメ
ーションミラーの変形量が検出されるため、その検出結
果に基づいてコリメーションミラーの曲率を制御するこ
とができる。

【００３７】つぎの発明に係るレーザ加工機にあって
は、レーザビームを出射するレーザ発振器と、前記レー
ザ発振器から出射されたレーザビームが入射され、前記
レーザビームをコリメート光に変換するレーザビームコ
リメーション装置と、前記レーザビームコリメーション
装置の、同レーザビームコリメーション装置内のコリメ
ーションミラーの変形量を検出する検出手段による前記
コリメーションミラーの変形量の検出結果に基づいて、
同レーザビームコリメーション装置内の加圧手段を制御
するコリメーション制御装置とを具備することを特徴と
するものである。

【００３８】この発明によれば、コリメーションミラー
の熱歪みの変化の速さおよび光路長の変化の速さに対し
て、コリメーションミラーの曲率制御の応答性が十分追
随し得るため、コリメーションミラーの曲率を即座に制
御することができる。

【００３９】つぎの発明に係るレーザ加工機にあって
は、前記検出手段によるコリメーションミラーの変形量
の検出結果に基づいて、前記レーザ発振器の駆動を停止
するインターロック機構を具備することを特徴とする。

【００４０】この発明によれば、レーザビームコリメー
ション装置の動作不良や、コリメーション制御装置の誤
動作が起きた際に、レーザ発振器の駆動が停止される。

【００４１】つぎの発明に係るレーザ加工機にあって
は、前記インターロック機構により前記レーザ発振器の
駆動が停止されたことを報知する報知手段を具備するこ
とを特徴とする。

【００４２】この発明によれば、レーザビームコリメー
ション装置の動作不良や、コリメーション制御装置の誤
動作の発生および加工ラインの停止が、速やかにレーザ
加工機のオペレータに報知される。

【００４３】つぎの発明に係るレーザ加工機にあって
は、レーザ媒質を励起することによってレーザ光を出力
するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光
を光学的に集光させる加工ヘッドと、前記加工ヘッドに
より集光されたレーザ光の位置と被加工物との相対位置
関係を制御して所望の位置に前記加工ヘッドを移動させ
るＮＣ装置および駆動機構と、から構成されるレーザ加
工機において、前記レーザ発振器と加工ヘッドとの間に
設けられ、ミラーの曲率を変化させることが可能なコリ
メーション機構を用いることにより、加工ヘッドにおい
て集光されたレーザビームを、加工に適するようにビー
ム径と集光位置を能動的に変化させるものである。

【００４４】この発明によれば、加工ヘッドにおいて集
光されたレーザビームを、加工に適するようにビーム径
と集光位置を能動的に変化させるために、レーザ発振器
と加工ヘッドとの間に設けられたミラーの曲率を変化さ
せることが可能なコリメーション機構を用いる。

【００４５】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下に、本発明に係るレーザビームコ
リメーション装置の実施の形態１を説明する。

【００４６】図３には、本発明に係るレーザビームコリ
メーション装置の一適用例であるレーザ加工機の概略が
示されている。このレーザ加工機は、レーザビームを出
射するレーザ発振器１、そのレーザ発振器１から出射さ
れたレーザビーム５ａ（図中、一点鎖線で示す）をコリ
メート光５ｂ（図中、一点鎖線で示す）に変換するレー
ザビームコリメーション装置６、そのコリメーション装
置６により変換されてなるコリメート光５ｂを反射して
その光路の向きを９０度変換させる平面反射鏡７、およ
びその平面反射鏡７により反射されたコリメート光５ｂ
が入射される加工ヘッド８を備えている。

【００４７】コリメーション装置６内には、変化可能な
曲率Ｒを有するコリメーションミラー１１、および収差
を抑えるために小さな角度でコリメーションミラー１１
にレーザビーム５ａを入射させるための平面鏡１２が設
けられている。

【００４８】そして、レーザ加工機は、コリメーション
ミラー１１の曲率を制御するコリメーション制御装置１
５を備えている。このコリメーション制御装置１５によ
り生成され出力される制御信号Ｓ１６に基づいて、コリ
メーションミラー１１の曲率が変化される。

【００４９】加工ヘッド８に入射したコリメート光５ｂ
は、そのヘッド内の集光レンズ９により集光され収束す
るレーザビームとなって被加工物１０に照射される。加
工ヘッド８は、ＮＣ装置１４により制御される駆動機構
（図示省略）によって被加工物１０上を任意の位置に移
動される。

【００５０】図１に、レーザビームコリメーション装置
のコリメーションミラー部の実施の形態１を示す。この
レーザビームコリメーション装置は、円盤状のコリメー
ションミラー１１、そのコリメーションミラー１１の裏
面中央部を裏側から加圧するアクチェータ１７等の加圧
手段、その加圧手段およびコリメーションミラー１１を
収納するケースであるとともに、コリメーションミラー
１１の周縁もしくは周縁付近を表側（本明細書では、コ
リメーションミラー１１の反射面側を表側とする）から
支持するミラーホルダー１８、並びにコリメーション制
御装置１５（図３参照）からアクチェータ１７等の加圧
手段に伝達される、アクチェータ１７等の駆動制御信号
（Ｓ１６）用の信号線１６より構成されてなるコリメー
ションミラー部を有している。

【００５１】そして、信号線１６を介してコリメーショ
ン制御装置１５（図３参照）から送られてきた制御信号
（Ｓ１６）に基づいて、アクチェータ１７等が駆動され
ることにより、コリメーションミラー１１の中央部が裏
側から押される。それによって、ミラーホルダー１８に
より周縁もしくは周縁付近が表側から支持されたコリメ
ーションミラー１１は、その中央部が表側に膨出するよ
うに湾曲して、曲率が変化することになる。

【００５２】ミラーホルダー１８の、コリメーションミ
ラー１１を表側から支持する支持部１９は、円盤状のコ
リメーションミラー１１およびアクチュエータ１７等の
他の構成要素と同心円をなすように形成されており、コ
リメーションミラー１１を単純支持するようになってい
る。

【００５３】つまり、アクチュエータ１７等の中心軸
（図示せず）がコリメーションミラー１１の中心位置を
通るとともに、ミラーホルダー１８の支持部１９とコリ
メーションミラー１１との接触部分の形状が環状である
場合には、その環状形状の中心位置を通る。あるいは、
アクチュエータ１７等の中心軸（図示せず）がコリメー
ションミラー１１の中心位置を通るとともに、ミラーホ
ルダー１８の支持部１９とコリメーションミラー１１と
の接触部分の形状が環状でない場合には、ミラーホルダ
ー１８の支持部１９とコリメーションミラー１１との全
接触部分に外接する円の中心位置を通るように、ミラー
ホルダー１８の支持部１９は形成され、かつ配置されて
いる。

【００５４】そして、コリメーションミラー１１は、そ
の中心部がミラーホルダー１８の裏側からアクチュエー
タ１７等により支持されているとともに、その周縁もし
くは周縁付近が表側からミラーホルダー１８の支持部１
９により支持されていることにより、ホルダー１８に固
定されることなく、ホルダー１８内に保持されている。

【００５５】ミラーホルダー１８の支持部１９は、コリ
メーションミラー１１に、例えば環状に線接触するよう
になっていてもよいし、複数箇所で円弧状に線接触する
ようになっていてもよいし、少なくとも３点で点接触す
るようになっていてもよい。

【００５６】アクチェータ１７等は、特に限定しない
が、例えばピエゾ素子でできている。ピエゾ素子は、制
御信号１６に基づいて、アクチュエータ１７等の動作量
を微小に変化させるのに適しており、コリメーションミ
ラー１１の裏面を精度良く加圧することができるからで
ある。

【００５７】図１に示す構成のコリメーションミラー部
の作用は以下の通りである。すなわち、アクチェータ１
７等は、コリメーション制御装置１５（図３参照）から
送られてきた制御信号（Ｓ１６）を受け取ると、駆動を
開始し、その受け取った制御信号に対応した力でもっ
て、図２矢印で示すように、コリメーションミラー１１
の中央部を裏側から押す。それによって、コリメーショ
ンミラー１１は、図２に示すように、その中央部が表側
に膨出するように湾曲し、制御信号に対応した曲率を有
する凸面鏡に変化する。

【００５８】このように、コリメーションミラー１１を
ミラーホルダー１８に固定せずに単純支持するような構
成としたことにより、従来のようにコリメーションミラ
ーの周辺部が固定された構成のもの（図１５参照）と比
較して、少ない力でもってコリメーションミラー１１の
中心部分における同一のたわみ量を得ることができる。

【００５９】具体的には、図１に示す構成のコリメーシ
ョンミラー１１を従来の構成のもの（図１５参照）と中
心部分を同じだけたわませるのに要する力Ｆは、従来要
する力Ｆ０に対して、つぎの（２）式で表される。ただ
し、νはポアソン比（０＜ν＜０．５）である。

【００６０】

【数２】

【００６１】ここで、上記（２）式の導出過程について
説明する。最大たわみ量を生じる中心部分のたわみ量が
同じ場合に必要な力を比較する。中心部分のたわみ量を
比較すると、（２）式は平板の曲げに対する既知の事実
（清家政一郎著：「工学基礎材料力学」、共立出版 Ｐ
１３６〜１３８／日本機械学会編：「機械工学便覧基礎
編 Ａ４ 材料力学」第５章“平板の曲げ”）より簡単
に導出可能である。

【００６２】円盤状のミラーが周辺固定されて、中心に
集中荷重を受けた場合に得られる任意の半径ｒにおける
たわみ量Ｗ₁ は、荷重をＰ₀ 、ミラー有効半径ａ、板の
曲げ合成Ｄとすると、つぎの（３）式で表される。

【００６３】

【数３】

【００６４】上記（３）式の第２項は、ｒ→０のとき０
となるので最大たわみ量を得られる中心のたわみ量Ｗ
_1maxは、つぎの（４）式で表される。

【００６５】

【数４】

【００６６】つぎに、同型状のミラーが単純支持されて
中心に集中荷重を受けた場合に得られる任意の半径ｒに
おけるたわみ量は荷重をＰ、ポアソン比ν、その他の記
号を上記（１）式と同様とすると、つぎの（５）式が成
り立つ。

【００６７】

【数５】

【００６８】また、上記（４）式と同様最大たわみ量を
得られる中心のたわみ量Ｗ_2maxは、つぎの（６）式で表
される。

【００６９】

【数６】

【００７０】ここで、Ｗ_1max＝Ｗ_2maxとすると、上記
（４）式、（６）式より、つぎの（７）式が成り立ち、
上記（２）式が導出できる。

【００７１】

【数７】

【００７２】従って、例えばνが約０．３である銅の場
合には、上記（２）式より、図１に示す構成のコリメー
ションミラー１１を従来の構成のもの（図１５参照）と
中心部分を同じだけたわませるには、従来要する力の約
２／５の力で済むことになる。

【００７３】上記実施の形態によれば、ミラーホルダー
１８の支持部１９によりコリメーションミラー１１を、
その周縁もしくは周縁付近を固定することなく表側から
単純支持するとともに、アクチェータ１７等の加圧手段
によりコリメーションミラー１１の裏面中央部を裏側か
ら加圧し得るようにしたため、従来のようにコリメーシ
ョンミラーの周縁が固定された構成のもの（図１５参
照）と比較して、少ない力でもってコリメーションミラ
ー１１の中心部分における同一のたわみ量を得ることが
できるので、より少ない力でもってコリメーションミラ
ー１１を所望の曲率の反射面を有する凸面鏡に変形させ
ることができる。

【００７４】なお、本発明に係るレーザビームコリメー
ション装置は、上述したようにレーザ加工機に限らず、
レーザビームをコリメート光に変換するコリメーション
装置を用いる他の装置にも適用可能であるのはいうまで
もない（他の実施の形態においても同じ）。

【００７５】（実施の形態２）図４に、レーザビームコ
リメーション装置のコリメーションミラー部の実施の形
態２を示す。

【００７６】このレーザビームコリメーション装置は、
円盤状の平板よりなるコリメーションミラー１１、その
コリメーションミラー１１の周縁もしくは周縁付近を、
固定することなく裏側から単純支持する第２の支持部２
１を有する押し板２０、その押し板２０の裏面中央部を
裏側から加圧するアクチェータ１７等の加圧手段、その
加圧手段と押し板２０とコリメーションミラー１１を収
納するケースであるとともに、コリメーションミラー１
１の周縁寄りの部分を、固定することなく表側から単純
支持する第１の支持部１９を有するミラーホルダー１
８、並びにコリメーション制御装置１５（図３参照）か
らアクチェータ１７等の加圧手段に伝達される、アクチ
ェータ１７等の駆動制御信号（Ｓ１６）用の信号線１６
より主に構成されてなるコリメーションミラー部を有し
ている。

【００７７】そして、信号線１６を介してコリメーショ
ン制御装置１５（図３参照）から送られてきた制御信号
（Ｓ１６）に基づいて、アクチェータ１７等が駆動され
ることにより、押し板２０が裏側から押されて表側に移
動し、押し板２０の第２の支持部２１によりコリメーシ
ョンミラー１１の周縁部分が裏側から押される。それに
よって、ミラーホルダー１８の第１の支持部１９により
周縁寄りの部分が表側から支持されたコリメーションミ
ラー１１は、その中央部が裏側に凹むように湾曲して、
曲率が変化することになる。

【００７８】ミラーホルダー１８の第１の支持部１９お
よび押し板２０の第２の支持部２１は、何れも、円盤状
のコリメーションミラー１１およびアクチュエータ１７
等の他の構成要素と同心円をなすように形成されてお
り、コリメーションミラー１１を単純支持するようにな
っている。

【００７９】つまり、アクチュエータ１７等の中心軸
（図示せず）がコリメーションミラー１１の中心位置を
通るとともに、ミラーホルダー１８の支持部１９および
押し板２０の支持部２１の中心位置（それら支持部１
９，２１とコリメーションミラー１１との接触部分の形
状が環状である場合）を通るように、ミラーホルダー１
８の支持部１９および押し板２０の支持部２１は形成さ
れ、かつ配置されている。

【００８０】ミラーホルダー１８の支持部１９もしくは
押し板２０の支持部２１とコリメーションミラー１１と
の接触部分の形状が環状でない場合には、アクチュエー
タ１７等の中心軸（図示せず）は、ミラーホルダー１８
の支持部１９とコリメーションミラー１１との全接触部
分に外接する円の中心位置、もしくは押し板２０の支持
部２１とコリメーションミラー１１との全接触部分に外
接する円の中心位置を通るようになっている。

【００８１】そして、コリメーションミラー１１は、そ
の周縁もしくは周縁付近がミラーホルダー１８の裏側か
ら押し板２０の支持部２１により支持されているととも
に、押し板２０の支持部２１よりも中心側の位置にて表
側からミラーホルダー１８の支持部１９により支持され
ていることにより、ホルダー１８に固定されることな
く、ホルダー１８内に保持されている。

【００８２】ミラーホルダー１８の第１の支持部１９お
よび押し板２０の第２の支持部２１は、いずれもコリメ
ーションミラー１１に、例えば環状に線接触するように
なっていてもよいし、複数箇所で円弧状に線接触するよ
うになっていてもよいし、少なくとも３点で点接触する
ようになっていてもよい。

【００８３】アクチェータ１７等は、特に限定しない
が、上記実施の形態１と同様に、ピエゾ素子等でできて
いる。ピエゾ素子を用いることにより、押し板２０の裏
面を精度良く加圧することができ、コリメーションミラ
ー１１の曲率を精度良く制御することができるからであ
る。

【００８４】また、図４に示すレーザビームコリメーシ
ョン装置では、コリメーションミラー１１の裏面中心位
置までの距離を計測するギャップセンサ３０が支え３０
ａにより取り付けられている。この例において使用可能
なセンサとして、渦電流式のセンサや静電容量式のセン
サが挙げられる。

【００８５】このギャップセンサ３０によりコリメーシ
ョンミラー１１の裏面中心位置までの距離を計測し、そ
れをコリメーションミラー１１の曲率制御機構にフィー
ドバックすることによって、常にコリメーションミラー
１１の曲率を適正に保ち、集光レンズ９により集光され
たレーザビームのビーム径と集光位置を極めて高精度で
一定に保つことが可能となる。

【００８６】ここで、ギャップセンサ３０は、コリメー
ションミラー１１の変形量を検出する検出手段としての
機能を有している。なお、図４中、符号３１で示したも
のは、ギャップセンサ３０の検出信号を伝える信号線で
ある。

【００８７】図４に示す構成のコリメーションミラー部
の作用は以下の通りである。すなわち、アクチェータ１
７等は、コリメーション制御装置１５（図３参照）から
送られてきた制御信号（Ｓ１６）を受け取ると、駆動を
開始し、その受け取った制御信号に対応した力でもっ
て、図５矢印で示すように、押し板２０の中央部を裏側
から押す。

【００８８】それによって、押し板２０が表側に向かっ
て移動し、コリメーションミラー１１の周縁を裏側から
押す。コリメーションミラー１１の周縁を裏側から押す
力は、コリメーションミラー１１に、ミラーホルダー１
８の支持部１９を支点としたモーメントとして作用す
る。

【００８９】そのモーメントにより、コリメーションミ
ラー１１は、図５に示すように、その中央部が裏側に凹
むように湾曲し、制御信号に対応した所望の曲率を有す
る凹面鏡に変化する。

【００９０】ここで、押し板２０の支持部２１の半径を
ｂ（支持部２１とコリメーションミラー１１との接触部
分の形状が環状であると仮定した場合）、荷重をＰ、ミ
ラー有効半径をａ、ポアソン比をν、および板の曲げ合
成をＤで表すと、コリメーションミラー１１の中心位置
から任意の半径ｒにおけるたわみ量Ｗは、つぎの（８）
式で表される。

【００９１】

【数８】

【００９２】上記（８）式の導出過程については、平板
の曲げに対する既知の事実（日本機械学会編：「機械工
学便覧 基礎編 Ａ４ 材料力学」第５章“平板の曲
げ”）より簡単に導出可能である。

【００９３】上記（８）式から明らかなように、コリメ
ーションミラー１１の中心位置から任意の半径ｒにおけ
るたわみ量Ｗは半径ｒを変数とする２次式であり、レー
ザビームの反射面は放物面をなす凹面となることがわか
る。

【００９４】また、ミラー有効半径ａ、押し板２０の支
持部２１の半径ｂ、および押し板２０を押す力Ｐを変化
させることにより、コリメーションミラー１１の曲率変
化の範囲を変更できることがわかる。

【００９５】この実施の形態２によれば、コリメーショ
ンミラー１１の周縁もしくは周縁付近を、固定すること
なくコリメーションミラー１１の裏側から押し板２０の
支持部２１により支持するとともに、押し板２０の支持
部２１よりも中心側の位置にてコリメーションミラー１
１を表側からミラーホルダー１８の支持部１９により支
持し、アクチェータ１７等の加圧手段により押し板２０
を裏側から加圧し得るようにしたため、コリメーション
ミラー１１を所望の曲率の曲面を有する凹面鏡に変形さ
せることができる。

【００９６】なお、上記実施の形態２では、コリメーシ
ョンミラー１１は、アクチュエータ１７等の加圧手段に
よる荷重が作用していない初期状態において円盤状の平
板よりなり、図５に示すようにアクチュエータ１７等の
駆動により凹面鏡に変化するとしたが、これに限らず、
図６に実線で示すように、初期状態において凸面鏡にな
っていて、アクチュエータ１７等の駆動により二点鎖線
で示す凹面鏡に変化するようにしてもよい。

【００９７】このようにすれば、コリメーションミラー
１１を凸面鏡から凹面鏡までの広い曲率範囲で任意に変
化させることができるため、これを用いたレーザ加工機
においては、より一層広い範囲で、レーザビームの集光
性等の低下を防ぐことができるので、被加工物を常に一
定の状態で加工することができる。

【００９８】（実施の形態３）図７に、レーザビームコ
リメーション装置のコリメーションミラー部の実施の形
態３を示す。

【００９９】このレーザビームコリメーション装置は、
円盤状の平板よりなるコリメーションミラー１１、その
コリメーションミラー１１の周縁よりも中心寄りの位置
を、固定することなく裏側から単純支持する第２の支持
部２１を有する押し板２０、その押し板２０の裏面中央
部を裏側から加圧するピエゾ素子等からなるアクチェー
タ１７等の加圧手段、その加圧手段と押し板２０とコリ
メーションミラー１１を収納するケースであるととも
に、コリメーションミラー１１の周縁もしくは周縁付近
（第２の支持部２１の支持部位よりも外側の位置）を、
固定することなく表側から単純支持する第１の支持部１
９を有するミラーホルダー１８、並びにコリメーション
制御装置１５（図３参照）からアクチェータ１７等の加
圧手段に伝達される、アクチェータ１７等の駆動制御信
号（Ｓ１６）用の信号線１６より主に構成されてなるコ
リメーションミラー部を有している。

【０１００】そして、信号線１６を介してコリメーショ
ン制御装置１５（図３参照）から送られてきた制御信号
（Ｓ１６）に基づいて、アクチェータ１７等が駆動され
ることにより、押し板２０が裏側から押されて表側に移
動し、押し板２０の第２の支持部２１によりコリメーシ
ョンミラー１１の周縁よりも中心寄りの部分が裏側から
押される。

【０１０１】それによって、ミラーホルダー１８の第１
の支持部１９により周縁もしくは周縁付近の部分が表側
から支持されたコリメーションミラー１１は、その中央
部が表側に膨出するように湾曲して、曲率が変化するこ
とになる。

【０１０２】上記実施の形態２と同様に、ミラーホルダ
ー１８の第１の支持部１９および押し板２０の第２の支
持部２１は、何れも、円盤状のコリメーションミラー１
１およびアクチュエータ１７等の他の構成要素と同心円
をなすように形成されており、コリメーションミラー１
１を単純支持するようになっている。

【０１０３】つまり、アクチュエータ１７等の中心軸
（図示せず）がコリメーションミラー１１の中心位置を
通るとともに、ミラーホルダー１８の支持部１９および
押し板２０の支持部２１の中心位置（それら支持部１
９，２１とコリメーションミラー１１との接触部分の形
状が環状である場合）を通るように、ミラーホルダー１
８の支持部１９および押し板２０の支持部２１は形成さ
れ、かつ配置されている。

【０１０４】ミラーホルダー１８の支持部１９もしくは
押し板２０の支持部２１とコリメーションミラー１１と
の接触部分の形状が環状でない場合には、アクチュエー
タ１７等の中心軸（図示せず）は、ミラーホルダー１８
の支持部１９とコリメーションミラー１１との全接触部
分に外接する円の中心位置、もしくは押し板２０の支持
部２１とコリメーションミラー１１との全接触部分に外
接する円の中心位置を通るようになっている。

【０１０５】そして、コリメーションミラー１１は、そ
の周縁もしくは周縁付近が表側からミラーホルダー１８
の支持部１９により支持されているとともに、ミラーホ
ルダー１８の支持部１９よりも中心側の位置にてコリメ
ーションミラー１１の裏側から押し板２０の支持部２１
により支持されていることにより、ホルダー１８に固定
されることなく、ホルダー１８内に保持されている。

【０１０６】また、上記実施の形態２と同様に、ミラー
ホルダー１８の第１の支持部１９および押し板２０の第
２の支持部２１は、いずれもコリメーションミラー１１
に、例えば環状に線接触するようになっていてもよい
し、複数箇所で円弧状に線接触するようになっていても
よいし、少なくとも３点で点接触するようになっていて
もよい。

【０１０７】また、図７に示すレーザビームコリメーシ
ョン装置では、上記実施の形態２と同様に、渦電流式や
静電容量式のギャップセンサ３０が支え３０ａにより取
り付けられており、コリメーションミラー１１の裏面中
心位置までの距離を計測し、それをコリメーションミラ
ー１１の曲率制御機構にフィードバックするようになっ
ている。なお、図７中、符号３１で示したものは、ギャ
ップセンサ３０の検出信号を伝える信号線である。

【０１０８】図７に示す構成のコリメーションミラー部
の作用は以下の通りである。すなわち、アクチェータ１
７等は、コリメーション制御装置１５（図３参照）から
送られてきた制御信号（Ｓ１６）を受け取ると、駆動を
開始し、その受け取った制御信号に対応した力でもっ
て、図８矢印で示すように、押し板２０の中央部を裏側
から押す。

【０１０９】それによって、押し板２０が表側に向かっ
て移動し、コリメーションミラー１１の周縁よりも中心
寄りの部分を裏側から押す。コリメーションミラー１１
の周縁は、ミラーホルダー１８の支持部１９により表側
から支持されているため、コリメーションミラー１１
は、図８に示すように、その中央部が表側に膨出するよ
うに湾曲し、制御信号に対応した曲率を有する凸面鏡に
変化する。

【０１１０】この実施の形態３によれば、コリメーショ
ンミラー１１の周縁もしくは周縁付近を、固定すること
なく表側からミラーホルダー１８の支持部１９により支
持するとともに、ミラーホルダー１８の支持部１９より
も中心側の位置にてコリメーションミラー１１をコリメ
ーションミラー１１の裏側から押し板２０の支持部２１
により支持し、アクチェータ１７等の加圧手段により押
し板２０を裏側から加圧し得るようにしたため、コリメ
ーションミラー１１を所望の曲率の曲面を有する凸面鏡
に変形させることができる。

【０１１１】なお、上記実施の形態３では、コリメーシ
ョンミラー１１は、アクチュエータ１７等の加圧手段に
よる荷重が作用していない初期状態において円盤状の平
板よりなり、図８に示すようにアクチュエータ１７等の
駆動により凸面鏡に変化するとしたが、これに限らず、
図９に実線で示すように、初期状態において凹面鏡にな
っていて、アクチュエータ１７等の駆動により二点鎖線
で示す凸面鏡に変化するようにしてもよい。

【０１１２】このようにすれば、コリメーションミラー
１１を凹面鏡から凸面鏡までの広い曲率範囲で任意に変
化させることができるため、これを用いたレーザ加工機
においては、より一層広い範囲で、レーザビームの集光
性等の低下を防ぐことができるので、被加工物を常に一
定の状態で加工することができる。

【０１１３】（実施の形態４）図１０に、レーザビーム
コリメーション装置のコリメーションミラー部の実施の
形態４を示す。

【０１１４】このレーザビームコリメーション装置は、
図４に示す上記実施の形態２と同様の構成のコリメーシ
ョンミラー部、すなわちコリメーションミラー１１、第
２の支持部２１を有する押し板２０、アクチェータ１７
等の加圧手段、第１の支持部１９を有するミラーホルダ
ー１８、ギャップセンサ３０および信号線１６，３１を
有する構成のコリメーションミラー部と、そのコリメー
ションミラー部の、レーザビームを反射する側の端面上
に取り付けられた冷却板４０とからできている。

【０１１５】なお、コリメーションミラー１１、押し板
２０、アクチェータ１７等の加圧手段、ミラーホルダー
１８、ギャップセンサ３０および信号線１６，３１から
なるコリメーションミラー部の構成および作用等につい
ては、上記実施２の形態と同じであるため、その詳細な
説明を省略する。

【０１１６】冷却板４０には、冷却水を通す水路４５が
設けられている。そして、その水路４５が冷却水の供給
手段に接続され、冷却水が供給されることにより、コリ
メーションミラー部が冷却されるようになっている。

【０１１７】また、冷却板４０には、レーザビームを通
す窓部４１が設けられている。

【０１１８】図１０に示す構成のコリメーションミラー
部の作用は以下の通りである。例えば、コリメーション
ミラー１１が、図１０に符号５０で示すような強度分布
を有するレーザビームを反射することにより、そのレー
ザビームから吸収した熱は、ミラーホルダー１８の支持
部１９を介してミラーホルダー１８に伝導し、さらに冷
却板４０へと伝導する。

【０１１９】このように、コリメーションミラー１１の
中心に強度の高い熱が入射されるとともに、コリメーシ
ョンミラー１１がミラーホルダー１８の開口部の端部よ
り間接的に冷却されると、熱によりコリメーションミラ
ー１１が放物面形状に近似した形状で膨らむことがわか
っている。

【０１２０】従って、レーザビームより吸収した熱が原
因でコリメーションミラー１１が変形した場合でも、そ
の変形量を加算してコリメーションミラー１１の曲率の
変形量を制御することができ、それによってレーザビー
ムより吸収した熱によるコリメーションミラー１１の変
形を補正することが可能となる。

【０１２１】この実施の形態４によれば、ミラーホルダ
ー１８の開口部の端部を冷却板４０により冷却すること
によりコリメーションミラー１１の周縁部分を間接的に
冷却するようにしたため、レーザビームより吸収した熱
によるコリメーションミラー１１の変形を補正すること
ができので、この実施の形態４のコリメーションミラー
１１をレーザ加工機に用い、コリメーションミラー１１
の曲率を適宜制御することにより、レーザビームの集光
性等の低下防止効果が高くなり、被加工物を常に一定の
状態で加工することができる。

【０１２２】なお、上記実施の形態４では、実施の形態
２（図４参照）と同様の構成のコリメーションミラー部
に冷却板４０を取り付けたが、これに限らず、図１また
は図４に示す構成のコリメーションミラー部に冷却板４
０を取り付けてもよい。

【０１２３】（実施の形態５）図１１に、本発明に係る
レーザビームコリメーション装置を用いたレーザ加工機
の一例を示す。

【０１２４】このレーザ加工機は、レーザの励起媒質２
を全反射鏡３と部分反射鏡４とで挟むことにより光共振
器を構成しレーザビームを出射するレーザ発振器１、そ
のレーザ発振器１から出射されたレーザビーム５ａ（図
中、一点鎖線で示す）をコリメート光５ｂ（図中、一点
鎖線で示す）に変換する例えば上記実施２〜４の形態の
いずれかと同様の構成のコリメーションミラー部を有す
るレーザビームコリメーション装置６、そのコリメーシ
ョン装置６により変換されてなるコリメート光５ｂを反
射してその光路の向きを９０度変換させる平面反射鏡
７、その平面反射鏡７により反射されたコリメート光５
ｂが入射される加工ヘッド８、レーザビームコリメーシ
ョン装置６のコリメーションミラー１１の曲率を制御す
るコリメーション制御装置１５、ＮＣ装置１４およびＮ
Ｃ装置１４により駆動制御される駆動機構（図示省略）
を備えている。コリメーション装置６についての詳細な
説明は省略する。

【０１２５】この実施の形態のレーザ加工機の作用は以
下の通りである。すなわち、加工プログラムにより、加
工ヘッド８の位置を変化させる必要がある場合、ＮＣ装
置１４により加工ヘッド８の駆動機構（図示省略）に加
工ヘッド８の移動位置の情報が伝達されるとともに、Ｎ
Ｃ装置１４内においてレーザ発振器１から加工ヘッド８
に至るまでの距離が計算される。

【０１２６】その計算により得られたレーザ発振器１と
加工ヘッド８との距離に基づいて、詳細は後述するが、
集光レンズに入射するレーザビームの特性が一定となる
ようＮＣ装置１４において、コリメーションミラー１１
の曲率Ｒの必要な変化量が算出され、その算出された変
化量に応じた制御信号Ｓ１６がコリメーション制御装置
１５からレーザビームコリメーション装置６に送られ
る。制御信号Ｓ１６がアクチェータ１７に伝達される
と、レーザビームコリメーション装置６内のアクチェー
タ１７等が作動してコリメーションミラー１１の曲率が
変化する。

【０１２７】また、レーザビームコリメーション装置６
内の上述したギャップセンサ３０（図１１では図示省
略、図４，７，１０参照）により、コリメーションミラ
ー１１の裏面中央部との間のギャップが検出される。そ
の検出されたギャップの実測値は、ＮＣ装置１４にフィ
ードバックされる。

【０１２８】一方、ＮＣ装置１４において、レーザビー
ムのビーム径と焦点位置を一定にし得るコリメーション
ミラー１１の曲率が計算され、それにより得られた曲率
に基づいてコリメーションミラー１１の裏面中央部との
間のギャップの計算値が計算される。

【０１２９】そして、ＮＣ装置１４において、ギャップ
センサ３０により得られたギャップの実測値が、ＮＣ装
置１４により算出されたギャップの計算値に対して比較
される。その比較の結果、コリメーションミラー１１の
実際の曲率Ｒが適正でない（すなわち、ギャップの実測
値が計算値に対する許容範囲から外れている）場合に
は、適正な曲率となるように、コリメーション制御装置
１５より制御信号Ｓ１６が生成されアクチェータ１７等
に伝達される。

【０１３０】それによって、図１１に示すレーザ加工機
では、コリメーションミラー１１の曲率Ｒを、レーザ発
振器１と加工ヘッド８との間の距離に対応した適正な曲
率とすることができる。図１２に示すように、レーザ発
振器１と加工ヘッド８内にある集光レンズ９間の光路長
が最も近いＮ点（Ｎ点までの光路を実線で示す）と、そ
のＮ点よりΔＬだけ離れた最も遠いＦ点（Ｆ点までの光
路を破線で示す）との間の加工ヘッド８の可動範囲内に
おいて、集光レンズ９に入射するレーザビームのビーム
径ｄとレンズ入射位置におけるビーム発散角θを一定に
保つことができる。

【０１３１】集光レンズ９に入射するレーザビームのビ
ーム径ｄと集光位置での集光ビーム径ｄｆは反比例の関
係にあり、またレンズ入射位置におけるビーム発散角θ
は集光位置を決める変数であるが、図１１に示すレーザ
加工機では、上述したようにレーザ発振器１からの距離
が変化しても集光レンズ９に入射するレーザビームのビ
ーム径ｄとレンズ入射位置におけるビーム発散角θを一
定に保つことができるので、加工を決定づける集光位置
ｆと集光位置ｆでの集光ビーム径ｄｆを一定に保つこと
ができる。

【０１３２】また、図１１に示すレーザ加工機では、上
述した構成および作用の他に、コリメーションミラー１
１の曲率Ｒに応じて、レーザ発振器１でのレーザ発振を
停止可能なインターロック機構を備えている。

【０１３３】このインターロック機構は、ＮＣ装置１４
において、ギャップセンサ３０により得られたギャップ
の実測値と、ＮＣ装置１４により算出されたギャップの
計算値との比較が行なわれた際に、ギャップの実測値が
所定の値を超えた場合に、それをＮＣ装置１４により検
出してレーザ発振器１に発振停止信号を送り、レーザ発
振を停止するようになっている。これによって、レーザ
ビームコリメーション装置６内のアクチェータ１７等の
動作不良や、コリメーション制御装置１５の誤動作によ
り、加工不良やレーザビームの広がりすぎによる光路周
辺物の焼損を防ぐことができる。

【０１３４】また、図１１に示すレーザ加工機では、Ｎ
Ｃ装置１４によりインターロック機構が作動した場合、
ＮＣ装置１４の制御により速やかに加工が中断されると
ともに、コリメーションミラー１１の曲率が不適正であ
ることに起因してレーザビームに異常が発生したこと
を、ＮＣ装置１４の表示部１４ａに表示したり、スピー
カ１４ｂから警告音等の警報を発したり、ランプを点灯
もしくは点滅させたりすることによって、レーザ加工機
のオペレータに異常の発生およびおよび加工ラインの停
止を知らせるようになっている。

【０１３５】それによって、レーザ加工機のオペレータ
は異常発生を速やかに知ることができ、迅速な対応をす
ることが可能となる。これら表示部１４ａ、スピーカ１
４ｂおよびランプは報知手段としての機能を有してい
る。

【０１３６】この実施の形態５によれば、レーザビーム
コリメーション装置６内のギャップセンサ３０により、
コリメーションミラー１１の裏面中央部との間の実際の
ギャップを検出するとともに、ＮＣ装置１４においてコ
リメーションミラー１１の裏面中央部との間の理論的な
ギャップを計算し、それらギャップの実測値と計算値と
をＮＣ装置１４において比較し、その比較結果に基づき
レーザビームコリメーション装置６内のアクチェータ１
７等を制御してコリメーションミラー１１の曲率Ｒを制
御するようにしたため、コリメーションミラー１１の熱
歪みの変化の速さおよび加工テーブル６０の移動速度
（すなわち、光路長の変化の速さ）に対してギャップセ
ンサ３０とアクチェータ１７等の応答性が十分追随し得
るので、コリメーションミラー１１の曲率を即座に制御
することができ、集光レンズ９により集光されたレーザ
ビームのビーム径および集光位置を極めて高精度で一定
に保つことができる。

【０１３７】なお、上記実施の形態５では、レーザビー
ムコリメーション装置６内のギャップセンサ３０によ
り、コリメーションミラー１１の裏面中央部との間の実
際のギャップを検出するとしたが、ギャップの検出をコ
リメーションミラー１１の中央部だけでなく、例えば複
数のギャップセンサをコリメーションミラー１１の一半
径もしくは複数の半径の円周に対応して配置し、その円
周に対応するコリメーションミラー１１の裏面の各点と
のギャップを各ギャップセンサで検出し、得られた複数
の検出値に基づきコリメーションミラー１１の反射面と
理想の放物面とのずれの情報をより正確に得るようにし
てコリメーションミラー１１の曲率をより高精度に制御
するようにしてもよい。

【０１３８】（実施の形態６）図１３に、本発明に係る
レーザビームコリメーション装置を用いたレーザ加工機
の他の例を示す。

【０１３９】このレーザ加工機は、レーザの励起媒質２
を全反射鏡３と部分反射鏡４とで挟むことにより光共振
器を構成しレーザビームを出射するレーザ発振器１、そ
のレーザ発振器１から出射されたレーザビーム５ａ（図
中、一点鎖線で示す）をコリメート光５ｂ（図中、一点
鎖線で示す）に変換するレーザビームコリメーション装
置６Ａ、そのコリメーション装置６Ａにより変換されて
なるコリメート光５ｂを反射してその光路の向きを９０
度変換させる平面反射鏡７、その平面反射鏡７により反
射されたコリメート光５ｂが入射される加工ヘッド８、
レーザビームコリメーション装置６Ａのコリメーション
ミラー１１ａ，１１ｂの曲率を制御するコリメーション
制御装置１５、ＮＣ装置１４およびＮＣ装置１４により
駆動制御される駆動機構（図示省略）を備えている。

【０１４０】そして、このレーザ加工機では、コリメー
ションミラー１１ａ、１１ｂの曲率を制御することによ
り、加工条件に合わせて集光レンズ９により集光される
ビームの集光位置と集光位置におけるビーム径を能動的
に変更することができるようになっている。

【０１４１】コリメーション装置６Ａは、例えば上記実
施の形態２〜４のいずれかと同様の構成のコリメーショ
ンミラー部を２つ有している。そのうち一方のコリメー
ションミラー部は、レーザ発振器１から発振されたレー
ザビーム５ａが入射され、その入射ビームのビーム径を
任意のビーム径に変えて反射し得るコリメーションミラ
ー１１ａを有している。

【０１４２】反射ビームのビーム径は、コリメーション
ミラー１１ａの曲率によって決まる。そのコリメーショ
ンミラー１１ａの曲率は、コリメーション制御装置１５
から送られてくる制御信号Ｓ１６に基づいて調整され
る。

【０１４３】もう一方のコリメーションミラー部は、コ
リメーションミラー１１ａにより反射された反射ビーム
をコリメート光５ｂに変換するコリメーションミラー１
１ｂを有している。このコリメーションミラー１１ｂの
曲率も、コリメーション制御装置１５から送られてくる
制御信号Ｓ１６に基づいて調整される。

【０１４４】また、加工ヘッド８の先端部には、集光レ
ンズ９を粉塵から保護するとともに、被加工物１０を冷
却するための加工ガス６５を、レーザビーム（コリメー
ト光５ｂ）と同軸に流すノズル８０が設けられている。
そして、加工ガス６５が被加工物１０の加工面以外へ発
散するのを抑えるため、通常、加工中のノズル８０と被
加工物１０との間の距離Ｌは１〜２ｍｍ程度に保たれ
る。

【０１４５】この実施の形態のレーザ加工機の作用は以
下の通りである。すなわち、コリメーションミラー１１
ａ、１１ｂの曲率を制御することにより、加工条件に合
わせて集光レンズ９により集光されるビームの集光位置
とその集光位置におけるビーム径を調整することができ
るので、被加工物の材質および板厚に応じて集光位置を
最適な位置にすることができるとともに、その集光位置
におけるビーム径も最適にすることができる。

【０１４６】例えば、一般に炭酸ガスレーザを用いて被
加工物１０の切断加工を行う場合、被加工物１０の表面
に集光位置を合わせると良好な切断面が得られるが、ア
ルミニウムやステンレスなどの一部の材料では、その切
断加工に際して集光位置を被加工物１０の裏面の位置に
合わせると良好な切断面が得られることがわかってい
る。

【０１４７】従って、通常は集光位置を被加工物１０の
表面に合せ、アルミニウムやステンレスなどを切断する
際には、集光位置でのビーム径を変えずに集光位置のみ
を被加工物１０の裏面に合せればよい。

【０１４８】また、同じ材質の板を切断する場合でも、
その板の厚みが例えば１mmと１９mmというように異なる
と、それぞれの集光位置における最適なビーム径が異な
る場合がある。そのような場合には、２枚のコリメーシ
ョンミラー１１ａ，１１ｂの各曲率を最適に制御して集
光位置におけるビーム径を調整すればよい。

【０１４９】この実施の形態６によれば、コリメーショ
ン装置６Ａが、その曲率を変化させることができる２枚
のコリメーションミラー１１ａ，１１ｂを有しているた
め、それらコリメーションミラー１１ａ，１１ｂの各曲
率を最適に制御することにより、被加工物１０の材質や
厚さに応じて、集光位置でのビーム径を変えずに集光位
置のみを変えたり、集光位置におけるビーム径を最適な
径にすることができる。

【０１５０】なお、従来は、加工中のノズルと被加工物
との間の距離Ｌは１〜２ｍｍ程度であるため、集光位置
を板厚の裏面の位置に合わせるために可動軸等により加
工ヘッドを下降させると、被加工物とノズルとが干渉し
てしまうので、集光位置を板厚の裏面位置に合わせるこ
とは不可能であった。

【０１５１】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【０１５２】例えば、コリメーションミラー１１を加圧
する加圧手段は、ピエゾ素子等からなるアクチェータ１
７に限らず、コリメーションミラー１１の曲率を変え得
るようにコリメーションミラー１１を押すことができれ
ば、他の素子を用いたアクチェータでもよいし、またア
クチェータ以外のものでもよい。

【０１５３】

【発明の効果】この発明によれば、従来のようにコリメ
ーションミラーの周縁が固定された構成のレーザビーム
コリメーション装置と比較して、少ない力でもってコリ
メーションミラーの中心部分における同一のたわみ量を
得ることができるため、より少ない力でもってコリメー
ションミラーを所望の曲率の反射面を有する凸面鏡に変
形させることができるので、このレーザビームコリメー
ション装置をレーザ加工機に用い、コリメーションミラ
ーの曲率を適宜制御するようにすれば、レーザビームの
集光性等の低下を防ぐことができるので、被加工物を常
に一定の状態で加工することができる。

【０１５４】つぎの発明によれば、コリメーションミラ
ーを所望の曲率の曲面を有する凹面鏡に変形させること
ができるため、このレーザビームコリメーション装置を
レーザ加工機に用い、コリメーションミラーの曲率を適
宜制御するようにすれば、レーザビームの集光性等の低
下を防ぐことができるので、被加工物を常に一定の状態
で加工することができる。

【０１５５】つぎの発明によれば、コリメーションミラ
ーを所望の曲率の曲面を有する凸面鏡に変形させること
ができるため、このレーザビームコリメーション装置を
レーザ加工機に用い、コリメーションミラーの曲率を適
宜制御するようにすれば、レーザビームの集光性等の低
下を防ぐことができるので、被加工物を常に一定の状態
で加工することができる。

【０１５６】つぎの発明によれば、コリメーションミラ
ーを凹面鏡から凸面鏡までの広い曲率範囲で任意に変化
させることができるため、これを用いたレーザ加工機に
おいては、より一層広い範囲で、レーザビームの集光性
等の低下を防ぐことができるので、被加工物を常に一定
の状態で加工することができる。

【０１５７】つぎの発明によれば、コリメーションミラ
ーを凸面鏡から凹面鏡までの広い曲率範囲で任意に変化
させることができるため、これを用いたレーザ加工機に
おいては、より一層広い範囲で、レーザビームの集光性
等の低下を防ぐことができるので、被加工物を常に一定
の状態で加工することができる。

【０１５８】つぎの発明によれば、コリメーションミラ
ーに作用する力は、第１または第２の支持手段を支点と
したモーメントとして作用し、そのモーメントにより、
コリメーションミラーが湾曲するため、所望の形状の反
射面が得られる。

【０１５９】つぎの発明によれば、レーザビームより吸
収した熱によるコリメーションミラーの変形を補正する
ことができるため、このレーザビームコリメーション装
置をレーザ加工機に用い、コリメーションミラーの曲率
を適宜制御するようにすれば、レーザビームの集光性等
の低下防止効果が高くなり、被加工物を常に一定の状態
で加工することができる。

【０１６０】つぎの発明によれば、検出手段によりコリ
メーションミラーの変形量が検出されるため、その検出
結果に基づいてコリメーションミラーの曲率を制御する
ことができるので、そのようにすることによって、常に
コリメーションミラーの曲率を適正に保ち、集光された
レーザビームのビーム径と集光位置を極めて高精度で一
定に保つことが可能となる。

【０１６１】つぎの発明によれば、コリメーションミラ
ーの熱歪みの変化の速さおよび光路長の変化の速さに対
して、コリメーションミラーの曲率制御の応答性が十分
追随し得るため、コリメーションミラーの曲率を即座に
制御することができ、集光レンズにより集光されたレー
ザビームのビーム径および集光位置を極めて高精度で一
定に保つことができる。

【０１６２】つぎの発明によれば、レーザビームコリメ
ーション装置の動作不良や、コリメーション制御装置の
誤動作が起きた際に、レーザ発振器の駆動が停止される
ため、加工不良やレーザビームの広がりすぎによる光路
周辺物の焼損を防ぐことができる。

【０１６３】つぎの発明によれば、レーザビームコリメ
ーション装置の動作不良や、コリメーション制御装置の
誤動作の発生および加工ラインの停止が、速やかにレー
ザ加工機のオペレータに報知されるため、レーザ加工機
のオペレータは異常発生を速やかに知ることができ、迅
速な対応をすることが可能となる。

【０１６４】つぎの発明によれば、レーザ発振器と加工
ヘッドとの間に設けられたミラーの曲率を変化させるこ
とが可能なコリメーション機構を用いて集光位置や集光
位置におけるビーム径を調整することができるため、被
加工物の材質や厚さに応じて、集光位置でのビーム径を
変えずに集光位置のみを変えたり、集光位置におけるビ
ーム径を最適な径にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態１を示す断面
図である。

【図２】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施１の形態を示す部分
拡大断面図である。

【図３】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置の一適用例であるレーザ加工機の概略を示すブロック
図である。

【図４】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態２を示す断面
図である。

【図５】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態２を示す部分
拡大断面図である。

【図６】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態２の変形例を
示す部分拡大断面図である。

【図７】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態３を示す断面
図である。

【図８】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態３を示す部分
拡大断面図である。

【図９】 本発明に係るレーザビームコリメーション装
置のコリメーションミラー部の実施の形態３の変形例を
示す部分拡大断面図である。

【図１０】 本発明に係るレーザビームコリメーション
装置のコリメーションミラー部の実施の形態４を示す断
面図である。

【図１１】 本発明に係るレーザ加工機の一例の概略を
示すブロック図である。

【図１２】 本発明に係るレーザ加工機における光路を
示す概略図である。

【図１３】 本発明に係るレーザ加工機の他の例の概略
を示すブロック図である。

【図１４】 従来のレーザ加工機の概略を示すブロック
図である。

【図１５】 従来のレーザビームコリメーション装置の
コリメーションミラー部を示す断面図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器、５ａ レーザビーム、５ｂ コリメ
ート光、６，６Ａ レーザビームコリメーション装置、
９ 集光レンズ、１１，１１ａ，１１ｂ コリメーショ
ンミラー、１４ａ 表示部（報知手段）、１４ｂ スピ
ーカ（報知手段）、１５ コリメーション制御装置、１
７ アクチェータ（加圧手段）、１９支持部（支持手
段、第１の支持手段）、２１ 支持部（第２の支持手
段）、３０ギャップセンサ（検出手段）。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームが入射され、その入射され
   たレーザビームをコリメート光に変換可能なレーザビー
   ムコリメーション装置において、 入射レーザビームを反射して出射するとともに、その反
   射面の曲率を変え得るように変形可能なコリメーション
   ミラーと、 前記コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固
   定することなく、前記コリメーションミラーの反射面の
   周縁もしくは周縁付近に接触して、前記コリメーション
   ミラーを反射面側から支持する支持手段と、 前記コリメーションミラーの中心部、または前記支持手
   段による支持部位よりも中心寄りの部位を、反射面の裏
   側から加圧可能な加圧手段と、 を具備することを特徴とするレーザビームコリメーショ
   ン装置。
2. 【請求項２】 レーザビームが入射され、その入射され
   たレーザビームをコリメート光に変換可能なレーザビー
   ムコリメーション装置において、 入射レーザビームを反射して出射するとともに、その反
   射面の曲率を変え得るように変形可能なコリメーション
   ミラーと、 前記コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固
   定することなく、前記コリメーションミラーの反射面の
   周縁もしくは周縁付近よりも中心寄りの部位に接触し
   て、前記コリメーションミラーを反射面側から支持する
   第１の支持手段と、 前記コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固
   定することなく、前記コリメーションミラーの反射面の
   裏側面の、周縁もしくは前記第１の支持手段による支持
   部位よりも周縁寄りの部位に接触して、前記コリメーシ
   ョンミラーを反射面の裏側から支持する第２の支持手段
   と、 前記第２の支持手段を前記コリメーションミラー側に加
   圧可能な加圧手段と、 を具備することを特徴とするレーザビームコリメーショ
   ン装置。
3. 【請求項３】 レーザビームが入射され、その入射され
   たレーザビームをコリメート光に変換可能なレーザビー
   ムコリメーション装置において、 入射レーザビームを反射して出射するとともに、その反
   射面の曲率を変え得るように変形可能なコリメーション
   ミラーと、 前記コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固
   定することなく、前記コリメーションミラーの反射面の
   周縁もしくは周縁付近に接触して、前記コリメーション
   ミラーを反射面側から支持する第１の支持手段と、 前記コリメーションミラーの周縁もしくは周縁付近を固
   定することなく、前記コリメーションミラーの反射面の
   裏側面の、前記第１の支持手段による支持部位よりも中
   心寄りの部位に接触して、前記コリメーションミラーを
   反射面の裏側から支持する第２の支持手段と、 前記第２の支持手段を前記コリメーションミラー側に加
   圧可能な加圧手段と、 を具備することを特徴とするレーザビームコリメーショ
   ン装置。
4. 【請求項４】 前記コリメーションミラーの反射面は、
   前記加圧手段により加圧されていない状態では、凹状の
   曲面となっていることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れか一つに記載のレーザビームコリメーション装置。
5. 【請求項５】 前記コリメーションミラーの反射面は、
   前記加圧手段により加圧されていない状態では、凸状の
   曲面となっていることを特徴とする請求項２に記載のレ
   ーザビームコリメーション装置。
6. 【請求項６】 前記第１の支持手段および前記第２の支
   持手段は、前記コリメーションミラーに同心円状に接触
   していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つ
   に記載のレーザビームコリメーション装置。
7. 【請求項７】 前記コリメーションミラーの周縁寄りの
   部分を間接的に冷却する冷却手段を具備することを特徴
   とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーザビー
   ムコリメーション装置。
8. 【請求項８】 前記コリメーションミラーの変形量を検
   出する検出手段を具備することを特徴とする請求項２〜
   ７のいずれか一つに記載のレーザビームコリメーション
   装置。
9. 【請求項９】 レーザビームを出射するレーザ発振器
   と、 前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射さ
   れ、前記レーザビームをコリメート光に変換する上記請
   求項８に記載のレーザビームコリメーション装置と、 前記レーザビームコリメーション装置の、同レーザビー
   ムコリメーション装置内のコリメーションミラーの変形
   量を検出する検出手段による前記コリメーションミラー
   の変形量の検出結果に基づいて、同レーザビームコリメ
   ーション装置内の加圧手段を制御するコリメーション制
   御装置と、 を具備することを特徴とするレーザ加工機。
10. 【請求項１０】 前記検出手段によるコリメーションミ
    ラーの変形量の検出結果に基づいて、前記レーザ発振器
    の駆動を停止するインターロック機構を具備することを
    特徴とする請求項９に記載のレーザ加工機。
11. 【請求項１１】 前記インターロック機構により前記レ
    ーザ発振器の駆動が停止されたことを報知する報知手段
    を具備することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ
    加工機。
12. 【請求項１２】 レーザ媒質を励起することによってレ
    ーザ光を出力するレーザ発振器と、 前記レーザ発振器からのレーザ光を光学的に集光させる
    加工ヘッドと、 前記加工ヘッドにより集光されたレーザ光の位置と被加
    工物との相対位置関係を制御して所望の位置に前記加工
    ヘッドを移動させるＮＣ装置および駆動機構と、 から構成されるレーザ加工機において、 前記レーザ発振器と加工ヘッドとの間に設けられ、ミラ
    ーの曲率を変化させることが可能なコリメーション機構
    を用いることにより、加工ヘッドにおいて集光されたレ
    ーザビームを、加工に適するようにビーム径と集光位置
    を能動的に変化させることを特徴とするレーザ加工機。