(57)【要約】【課題】缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎の刻印を行うに際して、コイル材の送り速度が変化した場合にも、コイル材の弛みを抑止して、精度の高い刻印を行うことができるようにする。【解決手段】レーザー刻印装置は、コイル材を設定速度で送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッドとを備え、フィード機構は、レーザーヘッドのコイル材送り方向下流側に設けられ、コイル材の送り速度を制御するフィードロールと、レーザーヘッドのコイル材送り方向上流側に設けられ、コイル材に張力を付与するテンションロールとを備え、テンションロールは、ロール加わる負荷が一定になるように、ロールを駆動するモータのトルク制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印装置であって、
コイル材を設定速度で送るフィード機構と、
設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドとを備え、
前記フィード機構は、
前記レーザーヘッドのコイル材送り方向下流側に設けられ、コイル材の送り速度を制御するフィードロールと、
前記レーザーヘッドのコイル材送り方向上流側に設けられ、コイル材に張力を付与するテンションロールとを備え、
前記テンションロールは、ロールに加わる負荷が一定になるように、ロールを駆動するモータのトルク制御を行うことを特徴とするレーザー刻印装置。
【請求項２】
前記レーザーヘッドが、前記フィードロールと前記テンションロールとの間のコイル材に対して、表裏両面側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザー刻印装置。
【請求項３】
前記フィードロールの近傍には、コイル材の送り速度を非接触で測定する速度センサが設けられ、前記速度センサの出力に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングが制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー刻印装置。
【請求項４】
前記レーザーヘッドに対面するコイル材の送り姿勢が水平になっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー刻印装置。
【請求項５】
前記レーザーヘッドに対面するコイル材の送り姿勢が垂直になっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー刻印装置。
【請求項６】
前記成形対象が、缶蓋のタブである請求項１〜５のいずれか１項記載のレーザー刻印装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材にレーザー刻印を行うレーザー刻印装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
缶は、その一部に情報や絵柄などを付与することによって、加飾性を高めたり、製品個体の情報提供や製品個々の広告を行ったりすることがなされている。その中で、缶蓋の開口用タブは、缶を手にした人が、開口操作する際に特に注目する箇所であり、ステイオンタブ型の場合には、開口後も缶蓋本体から切り離されることがないので、その一部に情報や絵柄などを付与することによって、効果的に加飾性を高めたり、効果的に製品個体の情報提供を行ったりすることができる。
【０００３】
缶への情報や絵柄などの付与は、缶の表面に施されている塗膜に或いは缶の表面に直接レーザー光を照射して刻印を行う、レーザー刻印（レーザーマーキング）が採用されている。前述したタブへの刻印は、レーザー刻印を採用することで、比較的小さいスペースに高精細な刻印を行うことができる。缶の一部を成形するコイル材にレーザー刻印を行う装置（レーザー刻印装置）は、帯状の板材がロール状に巻かれているコイル材のロールと、ロールから引き出されたコイル材が供給されるプレス機との間にレーザーヘッドを配備しており、プレス機による成形を行う前に、プレス機に供給されるコイル材に対して、所定の位置にレーザー刻印を行っている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１５−５３１６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなレーザー刻印装置は、コイル材をプレス機に送るフィード機構を備えており、このフィード機構の速度制御で、プレス機に送るコイル材の送り速度を調整している。これに対して、フィード機構の送り速度が変化すると、レーザーヘッドが配備されている箇所でコイル材に弛みが発生しやすくなり、弛みによってコイル材上の刻印位置に誤差が生じたり、刻印される文字などに歪みが生じたりする問題があった。
【０００６】
特に、コイル材の両面にレーザー刻印を行う場合には、コイル材の片面を台上に支持させることができないので、コイル材のレーザーヘッドに対面している部分は宙吊り状になっており、前述した弛みが生じ易くなっている。このため、コイル材の表裏両側にレーザーヘッドを配備して両面にレーザー刻印を行う場合には、前述した問題がより顕在化することになる。
【０００７】
本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎の刻印を行うに際して、コイル材の送り速度が変化した場合にも、コイル材の弛みを抑止して、精度の高い刻印を行うことができるようにすること、などが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印装置であって、コイル材を設定速度で送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドとを備え、前記フィード機構は、前記レーザーヘッドのコイル材送り方向下流側に設けられ、コイル材の送り速度を制御するフィードロールと、前記レーザーヘッドのコイル材送り方向上流側に設けられ、コイル材に張力を付与するテンションロールとを備え、前記テンションロールは、ロールに加わる負荷が一定になるように、ロールを駆動するモータのトルク制御を行うことを特徴とするレーザー刻印装置。
【発明の効果】
【０００９】
このような特徴を有する本発明のレーザー刻印装置は、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎の刻印を行うに際して、コイル材の送り速度が変化した場合にも、コイル材の弛みを抑止して、精度の高い刻印を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】タブ付きの缶蓋を成形するシステムの概略構成を説明する説明図である。
【図２】レーザー刻印装置の構成を示す説明図である。
【図３】コイル材のテンション制御を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。なお、以下の説明では、成形対象として、缶蓋のタブを例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、コイル材から成形される缶蓋自体、缶胴、金属キャップなどの缶の一部を対象としている。
【００１２】
先ず、図１において、タブ付きの缶蓋を成形するシステムの概略構成を説明する。この例では、タブの成形・蓋の加工・蓋とタブの結合を行うプレス機（コンバージョンプレス）１を用いている。タブが成形されるコイル材Ｔは、アルミニウム板の帯状板材であり、ロール状に巻かれたコイル材のロールＲから引き出されて、プレス機１に設定速度で供給される。プレス機１では、コイル材に対してのタブ成形がなされると共に、別ルートのコンベヤ２で供給される缶蓋パネルＰの加工がなされ、成形されたタブが加工された缶蓋に結合された状態の缶蓋製品Ｗがプレス機１の出口から送り出される。
【００１３】
なお、図示の例では、プレス機１としてコンバージョンプレスを行うものを例示しているが、これに限らず、プレス機１としては、タブのみを成形して、別のプレス機で缶蓋の成形とプレス機１で成形されたタブ（コイル材と分離されていないもの）とを結合するようにしてもよい。
【００１４】
タブに刻印を付与するレーザー刻印装置１０は、コイル材のロールＲから引き出されてプレス機１に供給されるコイル材Ｔに対して配備される。レーザー刻印装置１０は、タブの成形が行われる前のコイル材Ｔに対して、プレス機１のストロークに対応する所定の位置にレーザー刻印を行うものである。
【００１５】
図２に示すように、レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔを設定速度で矢印方向に送るフィード機構１１（フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂ）と、設定速度で送られるコイル材Ｔにレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッド１２（第１レーザーヘッドＬ１、第２レーザーヘッドＬ２、第３レーザーヘッドＬ３、第４レーザーヘッドＬ４、第５レーザーヘッドＬ５、第６レーザーヘッドＬ６）と、レーザーヘッド１２を制御する制御部１３と、レーザーヘッド１２に対しての刻印データを切り替えるデータ通信部１４とを備えている。
【００１６】
図示の例では、レーザー刻印装置１０は台部１０Ａを備えており、台部１０Ａ上に、フィード機構１１或いはレーザーヘッド１２が装備されるレーザー照射部１５が配備されている。また、制御部１３やデータ通信部１４は、台部１０Ａ上に配備される図示省略した制御盤などに配備される。
【００１７】
レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔの送り速度を非接触で計測する速度センサ１６が装備されている。速度センサ１６は、フィードロールの近傍（好ましくはフィードロール１１Ａと１１Ｂ間）に設けられており、コイル材Ｔにレーザー光を照射して非接触でコイル材Ｔの送り速度を計測するレーザードップラー速度計を用いることができる。速度センサ１６の出力は、制御部１３に送信され、計測された送り速度から送り量（距離）が算出されている。制御部１３は、速度センサ１６の出力（コイル材Ｔの送り量（距離））に応じてレーザーヘッド１２の刻印タイミングを制御している。また、制御部１３が、速度センサ１６の出力に応じてフィードロールの回転制御を行うようにしてもよい。
【００１８】
図３にて、フィード機構１１におけるコイル材Ｔのテンション制御を説明する。フィードロール１１Ａは、モータ（サーボモータ）２０の出力軸２０Ａにて回転駆動されている。速度制御部１３Ａは、プレス機１における生産状況等を考慮して、設定速度でモータ２０を回転させて、コイル材Ｔを設定した送り速度でプレス機１に送っている。
【００１９】
テンションロール１１Ｂは、モータ（サーボモータ）２１の出力軸２１Ａにて回転駆動され、モータ２１は、出力軸２１Ａに設けられるトルクセンサ２３によって検知される負荷トルクに応じて、トルク制御部２２から出力される制御信号によってトルク制御されている。トルク制御部２２は、フィードロール１１Ａを回転駆動するモータ２０の回転速度よりも遅い速度を初期値として設定して、トルクセンサ２３が検出する負荷トルクが一定になるように、モータ２１の回転を制御している。
【００２０】
これによると、速度制御部１３Ａによって設定されるコイル材Ｔの送り速度が適宜変更された場合であっても、テンションロール１１Ｂは、一定の負荷状態で回転駆動されることになる。テンションロール１１Ｂに加わる負荷は、コイル材Ｔのテンション（張力）と同等になるから、テンションロール１１Ｂを回転駆動するモータ２２をトルク制御することで、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間のコイル材のテンションが常時一定に制御されることになる。
【００２１】
このような制御を行うことで、コイル材の速度変化に対して、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間のコイル材のテンションを高い応答性で一定に維持することができ、ロール間のコイル材Ｔの弛みを抑止することができる。これによって、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間に配備されるレーザーヘッド１２によるコイル材への刻印を高い精度で行うことが可能になる。
【００２２】
ロール巻きのフィルム材などで一般に行われているテンション制御は、ロール間のフィルムのテンションを検出することで、前段と後段のロールの回転速度差を制御しているが、これによると、テンションの変動に対して速度応答性が低くなり、高い応答性でテンションを一定に維持することができない。
【００２３】
図３に示すように、テンションロール１１Ｂをトルク制御することで、コイル材Ｔのテンション制御を行うと、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間にテンション検出器を置く必要が無いので、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂの間に複数のレーザーヘッド１２を並べて配置するためのスペースを十分に確保することが可能になる。
【００２４】
また、図２に示すように、レーザーヘッド１２を、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間でコイル材Ｔに対して表裏両面側にそれぞれ配置した場合にも、弛みが抑えられたコイル材Ｔの表裏両面に精度の高いレーザー刻印を行うことができる。コイル材Ｔの表裏両面に同時にレーザー刻印を行おうとすると、コイル材はロール間で宙吊り状にならざるを得ないが、ロール間のコイル材Ｔの弛みが抑えられていることで、表裏のレーザー刻印を同等の精度で行うことができる。
【００２５】
前述したように、コイル材Ｔの表裏両面側にそれぞれレーザーヘッド１２を配備する際に、レーザーヘッド１２に対面するコイル材Ｔの送り姿勢は、水平であっても垂直であっても良く、また、斜めに傾斜した状態であっても良い。
【００２６】
タブＴの送り姿勢を水平にした場合には、レーザーヘッド１２はコイル材Ｔの上下に配置されることになる。この場合は、コイル材Ｔの左右のスペースを省スペース化することができる。コイル材Ｔの送り姿勢を垂直にした場合には、レーザーヘッド１２はコイル材Ｔの左右に配置されることになる。この場合には、コイル材Ｔにレーザー光を照射することで発生する塵（アルミ粉やヒュームなど）がコイル材Ｔ上やレーザーヘッドのレンズ上に落ちるリスクが少なくなる。
【００２７】
レーザーヘッド１２のレーザー光源は、ファイバーレーザー、ＵＶレーザー、ＣＯ2レーザーなど、用途に応じて様々なものを用いることができる。ファイバーレーザーは、ファイバーをレーザー媒質として利用する形式のレーザーであり、低コストでスペース効率が高く、レーザー光を光ファイバーに直接導入して目的位置まで伝送し易い。このため、レーザーマーカーに一般に用いられている。
【００２８】
ＵＶレーザーは、短波長域のレーザー光を照射することができるレーザーであり、コイル材Ｔの表面塗料の有機物に短波長のレーザー光を照射することで、表面塗料の分子構造を破壊することによる刻印が可能になる。これによると、残渣の少ない刻印を行うことできる。ＣＯ2レーザーは、長波長のレーザー光を照射することができるレーザーであり、コイル材Ｔの基材であるアルミニウムへの吸収率が低いため、基材の変質を抑えて表面塗料のみを選択的に加熱する刻印が可能になる。
【００２９】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るレーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔのテンション変動に対しての速度応答性が優れており、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間でコイル材Ｔの弛みが発生し難いので、レーザー刻印する際のコイル材Ｔのフラット面を確保することができ、精度の高い刻印が可能になる。
【００３０】
また、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間でコイル材Ｔを支持する必要が無いので、レーザーヘッド１２を複数並べて配置するスペースを十分に確保することができると共に、コイル材Ｔの表裏両面側にレーザーヘッド１２を配置して表裏への同時刻印を高い精度で行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１：プレス機，２：コンベヤ，
１０：レーザー刻印装置，１０Ａ：台部，１１：フィード機構，
１１Ａ：フィードロール，１１Ｂ：テンションロール，
１２：レーザーヘッド，１３：制御部，１３Ａ：速度制御部，
１４：データー通信部，１５：レーザー照射部，１６：速度センサ，
２０，２１：モータ（サーボモータ），２０Ａ，２１Ａ：出力軸，
２２：トルク制御部，２３：トルクセンサ，
Ｔ：コイル材，Ｒ：ロール，Ｐ：缶蓋パネル，Ｗ：缶蓋製品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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