(57)【要約】      （修正有）【課題】レンズ位置の確認が困難で焦点距離を実測できない場合でも、特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に合わせられるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法を提供する。【解決手段】加工定盤１１へ載置した厚さが好ましくは１０ｍｍ以上のレーザ吸収体１３へ、レーザ光源からのレーザ光２１を対物レンズ２３を介して照射して凹部２１を形成し、レーザ出力及びパルス幅が前記凹部２５の深度と比例関係にある場合、予め前記凹部２５の深度と焦点ズレの検量線を作成しておいて、前記凹部２１の最大深度が得られるレンズ２３とレーザ吸収体１３の距離Ｔから、レーザ吸収体の厚さａを差し引いて、加工定盤面へ焦点を合わせることを特徴とし、前記レーザ吸収体がアクリル板であり、前記レーザ光源が炭酸ガスレーザであることも特徴とする。【選択図】図１
2007105784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光を対物レンズを介して、レーザ吸収体へ照射して凹部を形成し、該凹部の深度と焦点ズレの検量線を作成しておき、該検量線から、焦点位置を合わせることをを特徴とするレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法。
【請求項２】
上記レーザ吸収体が厚さが１０ｍｍ以上であり、レーザ出力及びパルス幅が上記凹部の深度と比例関係にある場合、予め上記凹部の深度と焦点ズレの検量線を作成しておいて、加工定盤へ載置した厚さが１０ｍｍ以上のレーザ吸収体へ、レーザ光源からのレーザ光を対物レンズを介して照射し、凹部を形成し、前記凹部の最大深度が得られるレンズとレーザ吸収体の距離から、レーザ吸収体の厚さを差し引いて、加工定盤面へ焦点を合わせることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法。
【請求項３】
上記レーザ吸収体がアクリル板であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法。
【請求項４】
上記レーザ光源が炭酸ガスレーザであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の焦点位置合わせ方法に関し、さらに詳しくは、レーザ光を集光する集光レンズの焦点位置を、特別な機器を用いずに正確に位置合わせするのためのレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法に関するものである。
【０００２】
本明細書において、配合を示す「比」、「部」、「％」などは特に断わらない限り質量基準であり、「／」印は一体的に積層されていることを示す。
また、「ＯＮ」は「２軸延伸ポリアミドフィルム」、「Ｌ−ＬＤＰＥ」は「直鎖状低密度ポリエチレン」、「ＨＤＰＥ」は「高密度ポリエチレン」、「ＬＤＰＥ」は「低密度ポリエチレン」、「ＰＰ」は「ポリプロピレンフィルム」、「ＰＥＴ」は「２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム」、「ＥＶＯＨ」は「エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物フィルム」、及び「ＣＰＰ」は「無延伸ポリプロピレンフィルム」の略語、機能的表現、通称、又は業界用語である。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術）溶接、切断、溝堀、加熱、変性など手段として、レーザ光照射を用いた加工装置が多く使用されている。通常、レーザ光はレンズなどで集光されて、その焦点で加工されるので、被加工物へ正確に焦点位置を合わせる必要がある。レーザ加工装置における焦点位置合わせは、レンズの交換やクリーニングの場合、溶接機や切断機などの他の加工機に組み込まれたレーザ加工装置などのように、レンズ位置の確認が困難で焦点距離を実測できない場合でも、特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に位置合わせできる焦点位置合わせ方法が求められている。
【０００４】
（先行技術）従来、レーザ溶接装置のレンズ位置ズレ調整装置として、半透明板へレーザ光を照射し、溶けたスポット痕を撮像装置で撮像し、得られた撮像信号から位置を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、レーザ加工装置の焦点位置検出装置として、レーザ光軸面に対して斜めからスリット像を投影し、反射したスリット像を２分割光検出機へ結像させ、２分割信号から位置を検出する装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、特許文献１〜２のいずれも、レーザ光軸と直角方向（ＸＹ方向）の位置ズレ検出であり、レーザ光軸方向（Ｚ方向）の焦点に位置の検出ではない。
さらに、レーザビーム焦点計測装置として、レーザ光軸上に配置したピンホールを透したレーザ光を、電気信号へ変換する受光素子で受光し、最大出力が得られるピンホール位置から焦点を計測する装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、レーザ照射に耐えるピンホール、該ピンホールの移動装置、受光素子並びにその制御及び演算装置などの機器を、レーザ装置に組み込まねばならない。多くのレーザ照射装置は溶接機や切断機などの他の加工機に複雑かつ高精度で組み込まれているので、別途計測のために高精度で組み込む余裕もなく、また、そのような機器類は高価であるという問題点がある。
さらにまた、焦点と思われる位置にアクリル板を置き、アクリル板とレンズとの距離を少しずつ変えて、レーザ光をあてて穴をあけ、該穴が一番小さくなった所が焦点とする方法が特許文献３の従来技術に記載されている。しかしながら、穴を空ける作業も煩雑で、定性的な計測で、個人差もあり、正確に焦点位置を計測することが困難であった。さらに、焦点距離が実測できなくても、焦点位置を合わせることのついては、上記いずれの文献にも示唆も記載もされていない。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−６０２８７号公報
【特許文献２】特開平９−２０１６８９号公報
【特許文献３】特開昭６１−２３３３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点を解消するためになされたものである。その目的は、レンズ位置の確認が困難で焦点距離を実測できない場合でも、特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に位置合わせできるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係わるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法は、レーザ光源からのレーザ光を対物レンズを介して、レーザ吸収体へ照射して凹部を形成し、該凹部の深度と焦点ズレの検量線を作成しておき、該検量線から、焦点位置を合わせるようにしたものである。
請求項２の発明に係わるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法は、上記レーザ吸収体が厚さが１０ｍｍ以上であり、レーザ出力及びパルス幅が上記凹部の深度と比例関係にある場合、予め上記凹部の深度と焦点ズレの検量線を作成しておいて、加工定盤へ載置した厚さが１０ｍｍ以上のレーザ吸収体へ、レーザ光源からのレーザ光を対物レンズを介して照射し、凹部を形成し、前記凹部の最大深度が得られるレンズとレーザ吸収体の距離から、レーザ吸収体の厚さを差し引いて、加工定盤面へ焦点を合わせるようにしたものである。
請求項３の発明に係わるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法は、上記レーザ吸収体がアクリル板であるようにしたものである。
請求項４の発明に係わるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法は、上記レーザ光源が炭酸ガスレーザであるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の本発明によれば、被加工物へ照射するための、レーザ光源からのレーザ光束を対物レンズの焦点を特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に位置合わせできるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法が提供される。
請求項２の本発明によれば、レンズの交換やクリーニングの場合、溶接機や切断機などの他の加工機に組み込まれたレーザ加工装置などのように、レンズ位置の確認が困難で焦点距離を実測できない場合でも、特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に位置合わせできるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法が提供される。
請求項３の本発明によれば、コストが低くく、容易に入手可能なレーザ吸収体を用いたレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法が提供される。
請求項４の本発明によれば、高出力な炭酸ガスレーザを用いても、特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に位置合わせできるレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法を説明する要部の断面図である。
図２は、レーザ出力と凹部の深度との関係を示すグラフである。
図３は、パルス幅と凹部の深度との関係を示すグラフである。
図４は、深度と焦点ズレとの関係を示すグラフである。
【００１０】
（方法の発明）溶接や切断など加工装置（図示せず）に用いられるレーザ光照射装置は、図１に示すように、被加工物１５を載置する定盤１１と、レーザ光源（図示せず）からのレーザ光２１を対物レンズ２３で集光する要部と、他の駆動や制御機構からなるが、該駆動や制御機構は公知のものでよく、また直接関与しないので、省略する。本発明のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法は、レーザ光源からのレーザ光束を対物レンズを介して、レーザ吸収体１３へ照射して凹部２５を形成し、該凹部２５の深度と焦点ズレの検量線を作成しておき、該検量線から、焦点位置を合わせる方法である。焦点の位置としては、ＸＹＺ方向があるが、本発明ではＺ軸方向の焦点に位置合わせ方法である。
【００１１】
具体的には、まず、加工定盤１１へ、レーザ吸収体１３を載置し、レーザ出力及びパルス幅が凹部２５の深度と比例関係にあることを確認した後に、予め凹部２５の深度と焦点ズレの検量線を作成する。
【００１２】
（レーザ吸収体）レーザ吸収体１３としては、レーザを吸収する材料であれば特に限定されないが、厚さは凹部の深さより厚い１０ｍｍ以上で、また安価で、容易に入手できるものが好ましい。また、レーザ光としては、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、エキシマレーザ、アルゴンレーザなどが使用できる。但し、レーザ吸収体とレーザ光とは、該レーザ光の波長を吸収し、照射したレーザ出力及びパルス幅と凹部２５の深度が比例関係にあるような組み合わせとする。例えば、ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザではステンレスシチール板などの金属板との組み合わせ、炭酸ガスレーザではアクリル板との組み合わせが使用できる。特にアクリル板は安価で、入手し易い。レーザ吸収体１３の厚さは１０ｍｍ以上あればよく、その厚さが判っていればよく、被加工物１５の厚さに近いものが、移動距離が少ない点でより好ましい。
【００１３】
（レーザ出力と深度）図１（Ａ）に示すように、加工定盤１１上へ、レーザ吸収体１３として厚さが１０ｍｍのアクリル板を載置し、発振波長が１０．６μｍの炭酸ガスレーザ（ＵＳＡシンラッド社製、４８−１−２８Ｗ）からのレーザ光を対物レンズを介して１パルス分、レーザ出力を２〜１０Ｗで変化させて照射し、凹部２５を形成した。該凹部２５の深度を目視にて測定したところ、該凹部２５の深度はレーザ出力との間に、図２に示すグラフのように、比例関係が認められた。
【００１４】
（パルス幅と深度）次に、同じ炭酸ガスレーザを用いて、レーザ出力を１０Ｗに固定して、照射時間（パルス幅）を１００〜９００ｍｓｅｃで変えて照射し、凹部２５を形成した。該凹部２５の深度を目視にて測定したところ、該凹部２５の深度は照射時間（パルス幅）との間に、図３に示すグラフのように、比例関係が認められた。以上のように、レーザ出力と凹部の深度、及びパルス幅と凹部の深度は比例関係を示し、レーザ加工の際の指標の１つとして、アクリル板へ照射した凹部の深度が使用できることを突き止めた。
【００１５】
（深度と焦点ズレ）次に、同じ炭酸ガスレーザを用いて、レーザ出力とパルス幅を固定して、焦点距離を変えて、照射して凹部２５を形成した。該凹部２５の深度は、図４に示すグラフのように、焦点ズレ１０ｍｍのときに最大深度となり、この前後では減少した。これは加工定盤１１面とアクリル板（レーザ吸収体１３）とに１０ｍｍ厚さの差があることによるものであり、アクリル板表面に焦点がくるときに、凹部２５の深度が最大になる。また、アクリル板を順次ずらせてレーザ光を照射すれば、凹部の穴を横方向からみれば穴の深さは一目瞭然であり、最大深度を計測しなくとも、焦点位置を合わせることができる。
【００１６】
（焦点位置合わせ）従って、凹部２５の最大深度が得られるレンズとレーザ吸収体の距離をＴとし、レーザ吸収体１３の厚さをａとし、被加工物１５の厚さをｂとすれば、焦点距離はＳとなる。具体的には、加工定盤１１面に焦点を結ばせるために、この本発明のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法を用いて、図１（Ｂ）に示すように、凹部２５の最大深度が得られるレンズとレーザ吸収体の距離Ｔから、レーザ吸収体１３の厚さａを差し引いた距離（Ｔ−ａ＝焦点距離Ｓ）とすれば、焦点距離Ｓを実測しなくても、加工定盤１１面へ焦点位置を合わせることができる。
【００１７】
（被加工物への焦点合わせ）また、加工定盤１１上の被加工物１５の表面に焦点を結ばせるためには、Ｓ＋ｂとすればよい。レーザ吸収体１３の厚さａは１０ｍｍ以上で、被加工物１５の厚さｂに近いものが、焦点位置合わせの移動距離が少ない点でより好ましい。
このように、本発明のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法によれば、レンズの交換やクリーニングの場合、溶接機や切断機などの他の加工機に組み込まれたレーザ加工装置などのように、レンズ位置の確認が困難で焦点距離を実測できない場合でも、特別な機器を用いず、容易な操作で、個人差もなく、正確に位置合わせすることができる。
【００１８】
（被加工物）被加工物１５としては、内容物を密封包装し、内容物を取り出したり、使用時に内容物を他の容器に移し替えたりする包装用パウチなどのように、比較的薄く、形状が種々あるものが好ましい。該パウチ上部のコーナー部に開口性を容易にするため、幅の狭い注出口部が設けられ、該注出口部はレーザ光照射によるハーフカット線からなるものである。該包装用パウチの材料は、比較的薄いので、焦点位置が合わせにくく、また複数のフィルムを積層した状態であり、ハーフカット線を内容物が漏れないように、又は、積層材料の最上部の材料のみをカットするのは極めて困難である。
【００１９】
このような場合には、本発明のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法によれば、厚く取扱易いアクリル板で焦点を合わせられるので、好適に使用することができる。該包装用パウチとしては、主にプラスチックを主体とする積層フィルムが用いられるが、特に限定はされず、例えば、各種パウチに用いられている公知の積層フィルムが、いずれも使用できる。これらの中から、包装する内容物の種類や充填後の加熱処理の有無など使用条件に応じて適するものを自由に選択して使用することができる。
【００２０】
被加工物としてのパウチに好ましく使用できる積層フィルムの構成は特に限定されないが、例えば、以下のような構成が挙げられる。ＯＮ／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＯＮ／接着剤／一軸延伸ＨＤＰＥ／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＯＮ／接着剤／一軸延伸ＰＰ／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＯＮ／接着剤／一軸延伸ＰＰ／接着剤／Ａｌ箔／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＯＮ（シリカ蒸着層）／接着剤／一軸延伸ＨＤＰＥ／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＯＮ／アンカーコート層／共押し出しコート層（ＨＤＰＥ層／Ｌ−ＬＤＰＥ層）、ＯＮ／アンカーコート層／共押し出しコート層（ＨＤＰＥ層／ＬＤＰＥ層）／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＰＥＴ／接着剤／Ａｌ箔／接着剤／ＯＮ／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＰＥＴ／接着剤／Ａｌ箔／接着剤／ＯＮ／接着剤／ＣＰＰ、ＰＥＴ／接着剤／ＯＮ／接着剤／Ａｌ箔／接着剤／Ｌ−ＬＤＰＥ、ＰＥＴ／接着剤／ＯＮ／接着剤／Ａｌ箔／接着剤／ＣＰＰ、ＰＥＴ／接着剤／ＥＶＯＨ／接着剤／ＯＮ／接着剤／ＣＰＰ、などが挙げられるが、様々な組み合わせの積層フィルムを使用することができる。また、アンカーコートは、押し出しコーティングで樹脂を積層する際、接着性を向上させるために基材フィルム側に予めコーティングするものでプライマーコートの一種である。
【００２１】
上記パウチ用の積層フィルムの、少なくとも最内層の所謂シーラント層と当業者が呼ぶ、Ｌ−ＬＤＰＥ、ＣＰＰなどの樹脂層を残して、カットすればよい。カットする層は用途によって、適宜選択すればよい。
【００２２】
該パウチとしては、２方シール袋、３方シール袋、４方シール袋、ピロー包装袋、スタンディングパウチなど、特に限定されるものはない。また、本出願人が特開２０００−８５８０１号公報で開示しているような詰め替え用パウチにも好適である。
該詰め替え用パウチは、パウチ上部のコーナー部に注出口部が設けられ、前記注出口部の両側に切り欠き部が設けられ、更に必要に応じて、前記注出口部に易開封性手段が設けられ、パウチの壁面フィルムに、前記注出口部からパウチの本体部分にかけて、各種の形状の膨らみ部が設けられているものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のレーザ加工装置における焦点位置合わせ方法を説明する要部の断面図である。
【図２】レーザ出力と凹部の深度との関係を示すグラフである。
【図３】パルス幅と凹部の深度との関係を示すグラフである。
【図４】深度と焦点ズレとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１１：定盤
１３：レーザ吸収体
１５：被加工物
２１：レーザ光
２３：レンズ
２５：凹部
【図１】
2007105784.tif 000003
【図２】
2007105784.tif 000004
【図３】
2007105784.tif 000005
【図４】
2007105784.tif 000006