JP3915700B2 - 反射鏡ユニット - Google Patents
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Description
この発明は、レーザ加工装置等に用いられ、レーザ光の光路を設定するための反射鏡ユニットに関するものである。
背景技術
第6図は、例えば実開昭63−164701号公報に示された従来の反射鏡ユニットであるベンドミラー装置を示す断面図である。第6図において、1はミラー、3はミラー1を収納するミラー容器で、ミラー1はこのミラー容器3に押圧部材7によって固定される。この押圧部材7には、ミラー1を空気冷却するために空気導入口13と空気排出口15が設けてある。また、5は球面体、9はこの球面体5とミラー容器3を固定するネジ、17は球面体5の外周面を内側球面で受ける支持体、25はネジ23によって支持体17に固定されるキャップ、27はキャップ25に取り付けられたアジャストボルト、35は支持体17を固定するブロックである。
次に、動作について説明する。入射光Liはミラー1の反射面上の点Pで反射し、出射光Loとなる。この出射光Loの光軸調整、すなわちミラー1の反射角度調整は、アジャストボルト27がミラー容器3の背面を押すことにより、球面体5が支持体17と摺動しながら角度を変えることによって行われる。
従来の反射鏡ユニットは、以上に説明したような構成となっており、アジャストボルト27によるミラー1の角度(反射面方向)調整後、そのミラー1を固定する手段がないので、振動及び温度変化等により、ミラー1の角度がずれてしまう等の問題点があった。この対策のために、定期的な検査等のメンテナンスをしなければならず、その調整には熟練技能が必要であった。さらに、このずれ量は経時的に不均一な変化があるため、精度管理の信頼性が乏しかった。
また、ミラー1の角度調整後に、アジャストボルト27にさらにトルクを加えることによってその角度を固定した場合、均一に固定力がかからないためにモーメントが働き、ミラー1の角度がずれるなどの問題点があった。また、固定力による残留応力が時間の経過とともに解放され、角度が次第に狂うなどの問題点があった。
また、アジャストボルト27等の角度調整機構は、ひとたびミラー1の角度調整を終えた後は、当該反射鏡ユニットの故障,部品の交換など、ごく稀な場合を除き、使用されることはないが、通常の状態、すなわちレーザ加工装置の使用時等にも、当該角度調整機構が常に反射鏡ユニット本体に一体化して存在するため、ミラー1の背面部分が大きくなり、第6図に寸法tとして示す、反射鏡ユニット全体としての厚みも厚くなる。
上述のように、通常は用いることのない角度調整機構が一体化されているために、軽量化,小型化することが困難であり、また、他の構成部品等と干渉し易い、等の問題点があった。
さらに、従来例の場合、球面体5の外周面と摺動する支持体17の内側に形成された凹形状部が球面であるが、球面体5の挿入及び角度調整動作のために、実際には球面体5と支持体17との両方の球面(凸球面と凹球面)の間には若干の隙間がなくてはならず、そのため、支持体17の内側の凹形状(凹球面)は球面体5の外周面の球面形状(凸球面)よりわずかに曲率半径を大きく製作する必要がある。また、支持体17と球面体5との両方の面を球面(凹球面と凸球面)に加工する場合、所望の精度に加工を仕上げることは容易ではない。そのため実際には、球面体5の球面と支持体17の凹球面とが或る範囲の面積をもって接することにはならず、球面体5の球面が支持体17の凹球面に内接する部位は、支持体17の内側の凹球面の円弧の端部、すなわちエッジ部18となる場合が多い。通常エッジ部18は、加工歪みのために変形しており、またその部分は薄く、応力による弾性変形及び塑性変形をしやすい。そのため、そのエッジ部18に球面体5が押圧され応力集中が起こると、接触部であるエッジ部18の変形が容易に起こり、このことによっても、ミラー1の角度のずれが生じる、といった問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ミラーの角度調整後の固定状態が確実に維持され、しかも、小型(薄型)・軽量化が可能な、反射鏡ユニットを得るものである。
発明の開示
この発明は、ミラーと、このミラーの周縁部を保持し前記ミラーの反射面と垂直方向の断面外周部が円弧形状であるミラー保持手段と、このミラー保持手段のミラー反射面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第一の支持体と、この第一の支持体と前記ミラー保持手段を介して対向し前記ミラー保持手段のミラー背面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第二の支持体と、前記第一の支持体と前記第二の支持体とを夫々前記ミラー保持手段に圧接させる圧接固定手段とを備えた反射鏡ユニットを提供するものである。
したがって、ミラー保持手段の表面と第一の支持体の表面とは、その断面を見ると、直線と円弧とで当接することになるが、この直線と円弧とによる当接は、円弧同志で当接させようとした場合よりも、実際の加工精度等を考慮すると有利であり、ミラー保持手段と第一の支持体との当接部の変形等も起こり難い。結果的に、ミラーの角度調整,保持固定を高精度で実施することができ、ミラーの角度ずれを大幅に低減できるものである。
また、この発明は、ミラーとこのミラーの周縁部を保持し前記ミラーの反射面と垂直方向の断面外周部が円弧形状であるミラー保持手段とこのミラー保持手段のミラー反射面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第一の支持体とこの第一の支持体と前記ミラー保持手段を介して対向し前記ミラー保持手段のミラー背面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第二の支持体と前記第一の支持体と前記第二の支持体とを夫々前記ミラー保持手段に圧接させる圧接固定手段とを有するユニット本体部と、このユニット本体部と分離可能に設けられ、前記ミラー保持手段と前記第一の支持体とが当接した状態で前記ミラーの反射方向を調整するミラー調整手段とを備えた反射鏡ユニットを提供するものである。
したがって、ミラー調整手段を、第二の支持体を始めとする反射鏡ユニットの主要部を有するユニット本体部と分離可能な構成としたことにより、反射鏡ユニットの小型化、特に薄型化、及び軽量化を可能にするものである。
また、この発明は、第二の支持体の内側円錐面のうち、ミラー保持手段との当接部位を含む範囲に内周方向に有限の幅を有する弾性部材を設けた反射鏡ユニットを提供するものである。
したがって、ミラーの固定が、より精度良く実現でき、固定作業時のミラーの角度(反射方向)ずれを防止することができるものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態1.
第1図乃至第3図は、この発明の第1の実施の形態による反射鏡ユニットを説明するための説明図である。第1図は、ミラーの角度調整手段を取り付けていない状態であり、反射鏡ユニットの通常の状態を示す。第2図及び第3図は、ミラー調整手段を組付けた状態であり、ミラーの角度調整時の状態を示す。
第1図乃至第3図において、1はミラー、5は円弧形状の断面を呈する凸形状部を外周に有し、ミラー1の周縁部を保持する、ミラー保持手段としての球面体、7はミラー1を球面体5に固定する押圧部材である。ミラー1と球面体5と押圧部材7との3部材を一体として、適宜、反射体100と称することとする。
17は球面体5を支持固定する支持体であり、この支持体17は図示するように、第一の支持体としての反射面側支持体17aと、第二の支持体としての背面側支持体17bとに分割された構造となっている。
反射面側支持体17aの内側には円錐形状の凹形状部17cが、背面側支持体17bの内側には同じく円錐形状の凹形状部17dがそれぞれ形成されている。第1図に示すとおり、反射面側支持体17aの凹形状部17cの表面と球面体5の表面とは、断面で見ると、直線と円弧とが1点(A)で当接することになり、その当接状態で球面体5を保持固定することとなる。背面側支持体17bの凹形状部17dの表面と球面体5の表面とも同様に接するものである。
反射面側支持体17aの内側表面を円錐形状に加工することは、従来のものの様な凹球面に加工することよりも表面の精度を上げる点で有利であり、また、上述したように、反射面側支持体17aの凹形状部17cの表面と球面体5の表面とが、断面上、直線と円弧とによる当接となることにより、従来の様な円弧同志の当接の場合と較べて、結果的に、ミラー1の角度調整,保持固定についても精度を上げることができる。
101は、固定用ネジ穴17hに挿入することによって角度の調整が終了した球面体5の固定を行う、圧接固定手段としてのネジである。
さらに第2図及び第3図に示すように、105は調整板、23は調整板用ネジ穴17eに挿入して調整板105を支持体17に固定する調整板仮固定ネジ、27(27a,27b,27c,27d)は球面体5を角度調整するために調整板105に取り付けられたアジャストボルトである。調整板105,固定ネジ23,アジャストボルト27がミラー調整手段としての機能を有する。
次に、この実施の形態の反射鏡ユニットによるミラー1の角度調整及び固定について説明する。なお、説明は、第3図中に示したxyz座標系による。
まず、調整板仮固定ネジ23によって、調整板105を、反射体100すなわち球面体5が当接されている状態の反射面側支持体17aに、背面側支持体17bを介して直接的または間接的に固定する。この状態において背面側支持体17bを押圧固定する4本のネジ101は緩めておく。次に各アジャストボルト27を押圧部材7に当て、アジャストボルト27aと27cとの押し引きにより、ミラー1の、zx平面内での角度調整を、またアジャストボルト27bと27dとの押し引きにより、yz平面内の角度調整を行う。
角度調整が終了した状態で、支持体17a及び17bで反射体100を挟み込み、ネジ101を締めることにより固定を行う。最後に、調整板仮固定ネジ23を緩めて、調整板105を反射面側支持体17aから取り外す。
この発明のものはこのように、従来例のものでは一体不可分に構成されたミラー角度調整手段を、反射鏡ユニット本体に対し、分離,着脱可能とした構成である。この構成により、通常は用いることのない角度調整機構を、ひとたびミラー1の角度調整を終えた後は反射鏡ユニット本体から取り外すことにより、通常の使用状態における反射鏡ユニットの軽量化,小型化を実現することができ、ひいては小型化によって、他の構成部品等との干渉を防止できるものである。
また、この発明のものにおいては、支持体17aに形成された凹形状部の形状として円錐形状を採用した。円錐形状の場合、母線と中心線とのなす角度を調節することにより、球面体と支持体の接触部の位置を比較的容易に所望の位置に設定することができる。また、先にも述べたように、内表面を円錐形状を加工することは球面状に加工するよりも高精度の加工が容易である。
また、支持体17と反射体100の接触面の応力集中による塑性変形を防止するために、接触面に硬化処理を施すとよい。硬化処理には、アルマイト処理等が適当である。
上述の第一の実施の形態では、反射体100をミラー1,球面体5,押圧部材7の3部品からなる分割構造としたが、この場合、ミラー1の交換が容易でしかも安価に行える。例えば、反射体100すなわち球面体5を固定した後でも、球面体5の背面側から押圧部材7を取り外すことで、球面体5からのミラー1の着脱は可能となり、ミラー1を交換する場合でも、その都度、光軸調整を行う必要がない。しかし、軽量化及び部品点数の削減が必要で、ミラー1の交換が頻繁でないと想定される場合は、球面体5とミラー1とを一体成形品としてもよい。
実施の形態2
第4図は、この発明を実施するための第二の実施の形態による反射鏡ユニットを説明するための図である。第4図において、第1図乃至第3図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る。
第4図において、102は支持体17aと球面体5の接触面である凹形状部17cの表面上に設けられた高摩擦係数面、103は背面側支持体17bと球面体5の接触面である凹形状部17dの表面に形成された弾性部材としてのシート状弾性体である。さらにこの実施の形態のものにおいては、104はシート状弾性体103の表面に、低摩擦係数面104を設けている。
この第二の実施の形態のものにおけるミラー1の角度調整及び固定の要領については、基本的に第一の実施の形態のものと同じである。
次に、この固定に際して通常発生する現象を第4図及び第5図により説明する。なお、第5図は、理解を助けるために、第4図中の球面体5のみを取り出して簡略化した斜視図である。また、第5図において、上面側が、ミラー1の反射面を有する反射面側支持体17aと接する側で、下面側が、ミラー1の背面側で背面側支持体17bと接する側である。
上述の第一の実施の形態で示したような、ミラー1の調整が終了した状態では、反射面側支持体17aと球面体5とは、理想的には、円周(断面では、支持体17aのテーパ断面と反射体100の円弧との接点)で接することになるが、実際には、双方の面の精度等の事情から、3点(P1,P2,P3)で接触していることになる。この3点での支持を維持したまま、球面体5を固定すれば、調整のずれは発生しない。しかし、ただ単に、背面側支持体17bにより、球面体5に背面側から押して固定しようとした場合、第5図に示すように、背面側支持体17bと球面体5とは、反射面側支持体17aと球面体5との接し方と同様に特定の3点(Q1,Q2,Q3)で接触していることになる。押す点Q2が接触点P2を通る作用線t上に存在するのは稀であり、実際には点P1と点Q1のように作用線上からずれているのがふつうである。この状態で点Q1に固定力をかけると、その作用線s上に支点となる接触点がないため、点P1と点P2を支持点として球面体100は変位してしまう。すなわち、ミラー1の反射面1aの角度ずれが発生する。また、この変位にともない、作用点Q1が移動する。このようにしてミラー1の角度ずれが発生する。これらのような現象による角度ずれは微々たるものであるが、反射面からの距離に比例して、光軸のずれは大きくなり、遠方では、重大な誤差を生じる場合がある。
このようなずれを回避し、より高精度な角度調整を実現するための対策として、第4図に示したように、背面側支持体17bと球面体5との接触を、3点のみによる接触ではなく、確実に或る面積を持った接触となるようにして、応力の集中をなくし、固定作業中に発生するずれを抑制するようにする。そのために、背面側支持体17bから球面体5に掛る応力を分散させるために、背面側支持体17bの円錐形状の面に、一周する円環シート状弾性体103を設ける。さらに、このシート状弾性体103の表面に低摩擦率面104を形成することにより、固定作業時に球面体5及び背面側支持体17bの弾性変形移動に起因する摩擦力による反射体100(球面体5)に働く移動力を抑制する。
また一方、接触点Pがずれないように、凹形状部17cの表面には高摩擦率面102を形成し、ひとたびミラー1の角度を決定した後の固定作業時に生じるミラー1の角度ずれを抑制するとよい。
なお、高摩擦係数面として、摩擦力を上げるために、面の粗度を上げてもよいし、或いは、例えば接触面に磁力吸引力が作用するようにしてもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる反射鏡ユニットは、例えば3次元レーザ加工機において用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、第一の実施の形態の反射鏡ユニットを説明するための概略断面図である。
第2図は、第一の実施の形態の反射鏡ユニットと着脱式のミラー調整手段とを説明するための概略断面図である。
第3図は、第一の実施の形態の反射鏡ユニットと着脱式のミラー調整手段とを説明するための斜視図である。
第4図は、第二の実施の形態の反射鏡ユニットを説明するための概略断面図である。
第5図は、反射体の押圧・固定状態を説明するための図である。
第6図は、従来の反射鏡ユニットを説明するための図である。
Claims (3)
- ミラーと、このミラーの周縁部を保持し前記ミラーの反射面と垂直方向の断面外周部が円弧形状であるミラー保持手段と、このミラー保持手段のミラー反射面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第一の支持体と、この第一の支持体と前記ミラー保持手段を介して対向し前記ミラー保持手段のミラー背面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第二の支持体と、前記第一の支持体と前記第二の支持体とを夫々前記ミラー保持手段に圧接させる圧接固定手段とを備えたことを特徴とする反射鏡ユニット。
- ミラーとこのミラーの周縁部を保持し前記ミラーの反射面と垂直方向の断面外周部が円弧形状であるミラー保持手段とこのミラー保持手段のミラー反射面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第一の支持体とこの第一の支持体と前記ミラー保持手段を介して対向し前記ミラー保持手段のミラー背面側外周部の一部と内側円錐面の一部で当接する第二の支持体と前記第一の支持体と前記第二の支持体とを夫々前記ミラー保持手段に圧接させる圧接固定手段とを有するユニット本体部と、このユニット本体部と分離可能に設けられ前記ミラー保持手段と前記第一の支持体とが当接した状態で前記ミラーの反射方向を調整するミラー調整手段とを備えたことを特徴とする反射鏡ユニット。
- 第二の支持体の内側円錐面のうち、ミラー保持手段との当接部位を含む範囲に内周方向に有限の幅を有する弾性部材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の反射鏡ユニット。
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