(57)【要約】【課題】変化し得る搬送速度で搬送される被加工物に対して、その搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向にレーザ加工を行うレーザ加工装置において、搬送速度の急激な変化にも対応することができるようにする。【解決手段】レーザ発振器２２と、レーザ発振器２２から出射されるレーザ光を被加工物１２に向けて誘導する光学装置２４と、を備える。光学装置２４は、レーザ光を被加工物に向けて反射するポリゴンミラー４０と、該ポリゴンミラー４０を回転駆動するサーボモータ４６と、を備える。さらに、搬送速度に対応する周期で信号を送出する第１センサ６０と、ポリゴンミラー４０の回転速度に対応する周期で信号を送出する第２センサ６２と、を備え、第１センサからの信号の周期の変化に応じて、前記レーザ光の発射タイミングを制御すると共に、前記第２センサ６２からの信号が第１センサからの信号に追従するように、サーボモータ４６の回転速度を制御する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変化し得る搬送速度で搬送される被加工物に対して、その搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向にレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されるレーザ光を前記被加工物に向けて反射するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーを回転駆動する回転駆動部と、
前記搬送速度に対応する周期で信号を送出する第１センサと、
前記ポリゴンミラーの回転速度に対応する周期で信号を送出する第２センサと、
前記第１センサからの信号の周期の変化に応じて、前記レーザ光の発射タイミングを制御すると共に、前記第２センサからの信号が第１センサからの信号に追従するように、回転駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第１センサは、前記被加工物の搬送方向に所定間隔毎に設けられた第１マーカが所定位置を通過するのに対応して信号を送出するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第２センサは、前記回転するポリゴンミラーの各角部に対応して設けられた第２マーカが所定位置を通過するのに対応して信号を送出するものであることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、搬送速度に応じて、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の強度を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
筒状形状をなした前記被加工物内部に配置されるインナーガイドをさらに備え、該インナーガイドは搬送路近傍の固定体との間の磁力によって前記レーザ光の照射位置に位置決めされることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ発振器から出射されるレーザ光を回転駆動されるポリゴンミラーで反射して、被加工物に照射して、被加工物に対して、その搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向にレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
被加工物の搬送速度に対応する周期で第１信号を生成すると共に、ポリゴンミラーの回転速度に対応する周期で第２信号を生成し、
前記第１信号の周期の変化に応じて、前記レーザ光の発射タイミングを制御すると共に、前記第２信号が第１信号に追従するように、ポリゴンミラーの回転を制御することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項７】
前記レーザ光の強度を、搬送速度に反比例するように制御することを特徴とする請求項６記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変化し得る搬送速度で搬送される被加工物に対して、その搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向にレーザ加工を行って、スリット、ミシン目といった穴あけ加工や表面の粗面加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の搬送速度で搬送される被加工物に対して穴あけ加工を行うものとしては、カッタを使った装置が考えられるが、このようなカッタを使ったものでは、搬送しながら被加工物に対してその搬送方向と非平行な方向に加工を行うのは困難であるという問題がある。
【０００３】
これに対してレーザ光及びポリゴンミラーを使って加工を行うものとして、特許文献１、２に開示されたものが知られている。
【０００４】
特許文献１に開示されたものでは、レーザ発振器で発生されるレーザ光をポリゴンミラーによりスキャンさせ、このスキャンの間は被加工物の搬送速度の変化量に応じてポリゴンミラーを変位させてレーザ光の照射位置を送り方向と平行な方向に移動させており、これによって、被加工物の搬送速度が変化しても対応できるようにしている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されたものも、レーザ光源から出力されるレーザビームをポリゴンミラーにより一定面内で走査させて、その走査面を被加工物に対して被加工物の搬送速度に応じた角度に変更しており、具体的には、ポリゴンミラーを支持する支持体を被加工物の搬送速度に応じて回転駆動している。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８００８１号公報
【特許文献２】特開２００１−６２５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示されるレーザ加工装置においては、搬送速度に応じてポリゴンミラーが移動するようになっているために、応答が遅く、搬送速度が速い場合、及び搬送速度が急激に変化する場合に迅速に追従することができない、という問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、速い搬送速度または搬送速度の急激な変化にも対応することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、変化し得る搬送速度で搬送される被加工物に対して、その搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向にレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されるレーザ光を前記被加工物に向けて反射するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーを回転駆動する回転駆動部と、
前記搬送速度に対応する周期で信号を送出する第１センサと、
前記ポリゴンミラーの回転速度に対応する周期で信号を送出する第２センサと、
前記第１センサからの信号の周期の変化に応じて、前記レーザ光の発射タイミングを制御すると共に、前記第２センサからの信号が第１センサからの信号に追従するように、回転駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記第１センサが、前記被加工物の搬送方向に所定間隔毎に設けられた第１マーカが所定位置を通過するのに対応して信号を送出するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の前記第２センサが、前記回転するポリゴンミラーの各角部に対応して設けられた第２マーカが所定位置を通過するのに対応して信号を送出するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の前記制御部が、搬送速度に応じて、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の強度を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のものが、筒状形状をなした前記被加工物内部に配置されるインナーガイドをさらに備え、該インナーガイドは搬送路近傍の固定体との間の磁力によって前記レーザ光の照射位置に位置決めされることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、レーザ発振器から出射されるレーザ光を回転駆動されるポリゴンミラーで反射して、被加工物に照射して、被加工物に対して、その搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向にレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
被加工物の搬送速度に対応する周期で第１信号を生成すると共に、ポリゴンミラーの回転速度に対応する周期で第２信号を生成し、
前記第１信号の周期の変化に応じて、前記レーザ光の発射タイミングを制御すると共に、前記第２信号が第１信号に追従するように、ポリゴンミラーの回転を制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の前記レーザ光の強度を、搬送速度に反比例するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１及び６記載の本発明によれば、搬送速度に対応する第１センサからの信号の周期の変化に応じて、レーザ光の発射タイミングを制御すると共に、第２センサからの信号が第１センサからの信号に追従するように、回転駆動部を制御することにより、ポリゴンミラーの回転速度を変化させて、搬送速度の変化に対応させることができる。ポリゴンミラー自体の位置を変えるのではなく、ポリゴンミラーの回転速度を変えるので、搬送速度が急激に変化する場合でも、その急激な変化に応答性良く追従することができ、被加工物に対して、搬送方向に所定間隔毎に搬送方向と非平行な方向に精度良く加工を行うことができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、第１センサが送出する信号が、被加工物の搬送方向に所定間隔毎に設けられた第１マーカが所定位置を通過するのに対応していると、レーザ光の発射タイミングを被加工物の所定間隔に正確に合わせることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、第２センサが送出する信号が、回転するポリゴンミラーの各角部に対応して設けられた第２マーカが所定位置を通過するのに対応していると、レーザ光の発射タイミングとポリゴンミラーの角度の位置合わせを正確に行うことができる。
【００１９】
請求項４及び７記載の発明によれば、搬送速度に応じてレーザ強度を変化させることにより、被加工物への単位面積当たりの照射エネルギを一定にすることができて、一定の加工を行うことができる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、インナーガイドを被加工物の内部に配置することによって、レーザ光による加工が筒状形状の被加工物の下側にまで及ぶことを防ぐことができる。インナーガイドを磁力によって非接触式に位置決めするために、摩耗、摩擦を防ぎ、耐久性を持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
【００２２】
この実施形態では、被加工物１２はフィルムであり、フィルムは、長尺の筒型形状をなし、搬送手段によってその長手方向に搬送されている。この例のフィルム１２には、所定間隔で印刷部分１４が設けられており、レーザ加工装置１０は、搬送方向に所定間隔の印刷部分１４の予め決められた位置に搬送方向に直交する幅方向に所定長さのスリット１６を加工するためのものである。印刷部分１４と隣り合う印刷部分１４との間は透明部分１５となっている。
【００２３】
図１ないし図４において、レーザ加工装置１０は、レーザ発振器２２と、レーザ発振器２２から発射されるレーザ光を誘導する光学装置２４を備えている。レーザ発振器２２としては、ＣＯ２レーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ等を用いることができる。
【００２４】
光学装置２４は、第１ミラー３０、第２ミラー３２、第３ミラー３４、第４ミラー３６、第５ミラー３８、ポリゴンミラー４０、ｆθレンズ４２、照射範囲を制限するマスク４４、ポリゴンミラー４０を回転駆動する回転駆動部としてのサーボモータ４６及び第１ミラー３０と第２ミラー３２との間に配置されるシャッター４８を備えている。
【００２５】
光学装置２４によって形成されるレーザ光の光学経路は、第１ミラー３０から第２ミラー３２まで垂直方向に進行した後、第２ミラー３２から第３ミラー３４まで第１水平方向に進行し、第３ミラー３４から第４ミラー３６まで第１水平方向に直交する第２水平方向に進行し、第４ミラー３６から第５ミラー３８まで垂直方向に進行し、第５ミラー３８で再び第１水平方向に進行するようになっている。
【００２６】
第２ミラー３２が固定される第１支持台５２は、基台５０に対して水平面内で回転調整可能となっており、第３ミラー３４及び第４ミラー３６が固定される第２支持台５４は、第１支持台５２に対して前記第１水平方向に沿って移動調整可能となっている。また、第５ミラー３８、ポリゴンミラー４０、ｆθレンズ４２及びマスク４４が支持される第３支持台５６は、第２支持台５４に対して垂直方向に沿って移動調整可能となっている。
【００２７】
ポリゴンミラー４０は、任意の多角形とすることができる。第５ミラー３８からのレーザ光はポリゴンミラー４０の辺部において反射され、ｆθレンズ４２を通して、且つマスク４４の中央を通過し、被加工物１２に照射される。
【００２８】
レーザ加工装置１０は、さらに、被加工物１２の搬送速度を検出する第１センサ６０と、ポリゴンミラー４０の回転速度を検出する第２センサ６２と、搬送手段の搬送速度即ち駆動速度を検出する第３センサ６４と、を備える。
【００２９】
第１センサ６０は発光器と受光器とからなる光センサとすることができ、被加工物１２を挟んで配置される。第１センサ６０の光路上を、被加工物１２の第１マーカとなる透明部分１５が通過する毎に受光器が受光して信号を送出する。よって、第１センサ６０から送出される信号は、被加工物１２の搬送速度に対応する周期の信号となる。尚、第１マーカとしては、透明部分１５に限るものではなく、被加工物１２にその加工周期毎に設けられる任意のものをマーカとすることができる。
【００３０】
図４及び図５に示すように、第２センサ６２も発光器と受光器とからなる光センサとすることができ、ポリゴンミラー４０と同軸上で一体的に回転する回転盤６６を挟んで配置される。回転盤６６には、ポリゴンミラー４０の多角形の角部に対応して第２マーカとなる貫通孔６６ａが形成されている。そして第２センサ６２の光路上を貫通孔６６ａが通過する度に受光器が受光して信号を送出する。よって、第２センサ６２から送出される信号は、ポリゴンミラー４０の回転速度に対応する周期の信号となる。尚、第２マーカは、貫通孔６６ａ以外に任意のものとすることができ、また、必ずしもポリゴンミラー４０の角部に整列する必要はなく、例えば、辺部の中点に整列することであってもよく、これによっても、ポリゴンミラー４０の角部が所定位置を通過するのに対応した信号を生成することができる。
【００３１】
第３センサ６４は、搬送手段である搬送ローラの回転速度を検出するロータリエンコーダとすることができる。この第３センサ６４は第１センサ６０と兼用として省略することも可能である。
【００３２】
これらのセンサ６０、６２、６４の信号は図６に示すように、制御部７０に入力される。制御部７０は、モータドライバ７６を介してサーボモータ４６の回転速度を制御すると共に、レーザドライバ７８を介してレーザ発振器２２から出射されるレーザ光の発射タイミング及びその強度を制御するものである。
【００３３】
また、この実施形態では、筒状形状をなす被加工物１２に対応して、図７に示したように、ポリゴンミラー４０によって照射される領域における搬送路に、筒状の被加工物１２がその外側を通過するインナーガイド８０が設けられる。インナーガイド８０は、被加工物１２にレーザ光が照射されたときに、被加工物１２の上側の部分のみ加工が施され、下側の部分には加工が施されないようにレーザ光を遮蔽するものである。
【００３４】
インナーガイド８０の端部は、その断面形状が先端に向かうに連れて肉薄になった流線形状をなしており、その材料としては、アルミニウム等の軽量な金属を主体とすることができる。また、その上面の中央部には、レーザ光の照射位置に対応して凹部８０ａが形成される。この照射部分はカーボン等を用いて構成されるとよい。インナーガイド８０の下側には磁石８２が埋め込まれている。
【００３５】
インナーガイド８０の磁石８２に対向して、搬送路には固定体８３に設けられた磁石８４が配置される。このインナーガイド８０の磁石８２と固定の磁石８４との間では、磁力の吸引力と反発力を利用して、インナーガイド８０の位置及び姿勢が保持されるように、Ｓ極またはＮ極の配置が設定される。
【００３６】
以上のように構成されるレーザ加工装置１０においてその作用を説明する。
【００３７】
まず、レーザ加工装置１０は、予め、前記第１支持台５２の角度を調整することによって、ポリゴンミラー４０が被加工物１２の搬送方向に対してある程度の角度を持つようにして配置される。また、第２支持台５４の位置を調整することによって、ポリゴンミラー４０が、被加工物１２の幅方向に適切な位置になるように配置され、第３支持台５６の位置を調整することによって、ｆθレンズ４２と被加工物１２との距離が適切な距離になるように配置される。
【００３８】
調整後、レーザ発振器２２からはパルス波のレーザ光が発射され、ポリゴンミラー４０が回転することによって、ポリゴンミラー４０の各辺部で反射したレーザ光が被加工物１２に照射されて、被加工物１２の搬送方向に間隔を空けて加工を施すことができる。また、ポリゴンミラー４０の向きが搬送方向に対して傾斜しているので、ポリゴンミラー４０の回転による走査により、搬送方向に非平行、この場合であれば、搬送方向に垂直な被加工物１２の幅方向に加工を施すことができる。
【００３９】
しかしながら、被加工物１２の搬送速度は、様々に変動する。例えば、上流での被加工物１２の交換の際には、搬送速度が最小になるまで減速されて、交換作業は最小搬送速度において行われ、交換後は再び搬送速度が最大になるまで加速される。それ以外にも搬送速度は、搬送ラインの状況に応じて変動する。被加工物１２の搬送速度が変動すると、加工間隔が変化し、または加工方向が変化する。そのため、本実施形態の制御部７０は、レーザ光の発射タイミングを変化させると共に、ポリゴンミラー４０の走査速度を変化させて、加工間隔及び加工方向が変化しないようにし、且つ、ポリゴンミラー４０の辺部で必ずレーザ光を反射し、角部でレーザ光を反射することのないように制御する。
【００４０】
制御部７０は、具体的には、プログラマブルコントローラで構成することができ、第１センサ６０及び第２センサ６２からの信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ取り込み、図８（ａ）に示すように、第１センサ６０からの信号Ｓ１に基づき、信号Ｓ１の立ち上がり後、ある遅延時間経過後に立ち上がる照射許可信号Ｓ３を生成する。照射許可信号Ｓ３に同期して、レーザ光が発射される。この照射許可信号Ｓ３の遅延時間は、第１センサ６０の位置で第１マーカである透明部分１５を検出してから、レーザ光の照射位置に加工するべき部分が到達するまでの時間に相当する。制御部７０は、照射許可信号Ｓ３の生成タイミングを、信号Ｓ１の周期の変化に応じて変化させて、信号Ｓ１の周期に遅延時間が比例するように制御する。
【００４１】
さらに、制御部７０は、照射許可信号Ｓ３と第２センサ６２からの信号Ｓ２との関係に基づき、サーボモータ４６の回転速度を制御する。
【００４２】
図８（ｂ）に示すように、搬送速度が加速されると、第１センサ６０の周期が短くなっていくので、第２センサ６２からの信号Ｓ２の立ち下がりは、照射許可信号Ｓ３のＬレベル期間にずれるため、その場合には、サーボモータ４６の回転速度を上げて、信号Ｓ２の周期を短くなるようにして、信号Ｓ２の立ち上がりと立ち下がりが両方とも照射許可信号Ｓ３のＨレベル期間にくるように常に調整する。
【００４３】
反対に、図８（ｃ）に示すように、搬送速度が減速されると、第１センサ６０の周期が長くなっていくので、第２センサ６２からの信号Ｓ２の立ち上がりが、照射許可信号Ｓ３のＬレベル期間にずれるため、その場合には、サーボモータ４６の回転速度を下げて、信号Ｓ２の周期を長くなるようにして、信号Ｓ２の立ち上がりと立ち下がりの両方が照射許可信号Ｓ３のＨレベル期間にくるように常に調整する。
【００４４】
第２センサ６２からの信号Ｓ２の立ち上がりと立ち下がりの両方が、照射許可信号Ｓ３のＬレベル期間になる場合には、適切な加工ができないので、加工不良として、警告信号を出力する。
【００４５】
こうして、第１センサ６０からの信号Ｓ１の周期の変化に応じて、照射許可信号Ｓ３の生成タイミングを変化させると共に、照射許可信号Ｓ３のタイミングに、ポリゴンミラー４０の角部の位置を合わせるようにすると、被加工物１２の予め決められた位置に、搬送方向に垂直な幅方向に所定長さのスリット１６を加工することができる。
【００４６】
これらの調整は電気的に行われ、サーボモータ４６の回転速度を応答性良く加減速することができるので、精度良く搬送速度の加減速に追従することができる。
【００４７】
具体例を挙げると、４０ｍ／ｍｉｎ〜４００ｍ／ｍｉｎの間で変化する搬送速度に対して、１００ｍｍ±２ｍｍの間隔毎に、搬送方向に対して９０度±２度の角度で加工を行うことが可能となる。
【００４８】
さらに、搬送速度が変化すると、制御部７０に入力される第３センサ６４からの信号の周波数も変化する。制御部７０は、Ｆ／Ｖ変換器を備え、第３センサ６４からの信号の周波数の変化に応じてレーザドライバ７８への供給電圧を変化させ、周波数が上がると電圧を上げて、周波数が下がると電圧を下げる。これによって、レーザ発振器２２からのレーザ光の強度を変化させることができる。
【００４９】
このようにレーザ強度を搬送速度に反比例させるようにすると、被加工物への単位面積当たりの照射エネルギを一定にすることができて、搬送速度が加減速したときにも、一定の加工程度、例えば、一定の加工幅を保持することができる。
【００５０】
また、レーザの照射領域に対応してインナーガイド８０が配置されるために、レーザ強度の如何にかかわらず、被加工物１２の上側の部分にのみ加工を施すことができ、下側の部分まで加工が及ぶことを防ぐことができる。インナーガイド８０は磁力によって非接触方式でその位置及び傾きが規定されているために、摩擦・摩耗等を防ぐことができて、耐久性を持たせることができる。
【００５１】
尚、以上の実施形態では、加工方向は搬送方向に垂直な方向としているが、これに限るものではなく、搬送方向に非平行な任意の角度とすることができる。また、スリット加工に限らず、任意のレーザ加工に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の全体概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の概略平面図である。
【図３】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の概略側面図である。
【図４】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の概略背面図である。
【図５】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の一部の分解斜視図である。
【図６】本発明の実施形態によるレーザ加工装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の部分断面図である。
【図８】本発明の実施形態によるレーザ加工装置のセンサの信号のタイミングチャートであり、（ａ）は搬送速度が一定、（ｂ）は搬送速度が加速中、（ｃ）は搬送速度が減速中を表す。
【符号の説明】
【００５３】
１０  レーザ加工装置
１２  被加工物
１５  第１マーカ
２２  レーザ発振器
４０  ポリゴンミラー
４６  サーボモータ（回転駆動部）
６０  第１センサ
６２  第２センサ
６６ａ  第２マーカ
７０  制御部
８０  インナーガイド
Ｓ１  第１信号
Ｓ２  第２信号
【図１】
2008254029.tif 000003
【図２】
2008254029.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008254029.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008254029.tif 000008
【図７】
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【図８】
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