(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある幅を持つ加工対象物に、幅方向にミシン目を形成するミシン目加工方法において、
レーザ発振器で発生されるミシン目加工用のパルス状のレーザ光を、前記加工対象物の幅方向の一端側から反対端側に向けて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前記加工対象物の送り速度の変化量に応じて前記ポリゴンミラーを変位させて前記レーザ光の照射位置を、前記加工対象物の送り方向と平行な方向に移動させることにより、前記加工対象物の幅方向にミシン目を形成できるようにしたことを特徴とするレーザによるミシン目加工方法。
【請求項２】
ある幅を持つ加工対象物に、幅方向にミシン目を形成するミシン目加工装置において、
前記加工対象物の送り速度を検出するための速度センサと、
ミシン目加工用のパルス状のレーザ光を発生するためのレーザ発振器と、
前記レーザ光を前記加工対象物の幅方向に振らせるためのポリゴンミラーを搭載し、該ポリゴンミラーを前記加工対象物の送り方向に平行な状態から前記加工対象物の送り方向と角度θをなす状態に変位される回動ステージ機構と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を前記ポリゴンミラーに導くための光学経路と、
前記ポリゴンミラーと前記回動ステージ機構とを制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記ポリゴンミラーによるスキャンに際しては前記加工対象物の送り速度の変化量に応じて前記レーザ光の照射位置を、前記加工対象物の送り方向と平行な方向に移動させるように前記回動ステージ機構を制御することにより、前記加工対象物の幅方向にミシン目を形成できるようにしたことを特徴とするレーザによるミシン目加工装置。
【請求項３】
請求項２記載のミシン目加工装置において、前記光学経路中に、前記レーザ光を平行光にするためのレンズを配設し、前記ポリゴンミラーのレーザ光入射側における前記回動ステージ機構上には、前記ポリゴンミラーに対して接近・離反可能な駆動機構を介して加工レンズを搭載し、該加工レンズは、前記レンズからの平行光を前記加工対象物上に集光させるためのものであり、前記制御装置は、前記ポリゴンミラーによる前記加工対象物の一端から反対端に向かうスキャンの間に変化する前記ポリゴンミラーから前記加工対象物までの距離の変化を補正するように前記駆動機構を制御して、前記加工レンズから前記ポリゴンミラーを経由した前記加工対象物までの距離を一定にすることを特徴とするレーザによるミシン目加工装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のミシン目加工装置において、前記回動ステージ機構には更に、前記ポリゴンミラーと前記加工対象物との間に介在して前記ポリゴンミラーによるレーザ光の照射範囲をカバーすることのできる口径を持つｆθレンズを配置して、該ｆθレンズを通してレーザ光の照射を行うようにしたことを特徴とするレーザによるミシン目加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある幅を持ちある速度で送られる加工対象物、特に長尺の薄板、例えば紙に、長さ方向に間隔をおいてしかも幅方向にわたって定ピッチでミシン目を形成するミシン目加工方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、例えばロール状のトイレットペーパのような長尺の紙に、長さ方向に一定間隔をおいてしかも幅方向にわたって定ピッチでミシン目を形成するような加工は、パンチローラによる機械装置を用いて行われていた。簡単に言えば、パンチローラは、紙の幅と同程度の長さを持つローラに、上記ピッチと同じピッチで列をなすように多数の針を設け、このような列を周方向に間隔を置いて複数形成して成る。そして、走行している紙の上面側あるいは下面側に隣接させてパンチローラを配設して回転させることにより、列をなす多数の針で一度に幅方向にわたる定ピッチのミシン目を形成するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械装置によるミシン目加工では、打ち抜かれたミシン目の微小なくずが大量に発生する。そして、このような微小なくずが飛散すると、職場環境を悪化させるので、防塵対策やくずを収集するような対策が必要であり、収集されたくずの処理も必要となる。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、レーザ光を利用することで打ち抜きくずの発生しないミシン目加工方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の課題は、加工中の加工対象物の送り速度の変動にも対応できるミシン目加工方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の更に他の課題は、上記の加工方法に適したミシン目加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ある幅を持つ加工対象物に、幅方向にミシン目を形成するミシン目加工方法において、レーザ発振器で発生されるミシン目加工用のパルス状のレーザ光を、前記加工対象物の幅方向の一端側から反対端側に向けて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前記加工対象物の送り速度の変化量に応じて前記ポリゴンミラーを変位させて前記レーザ光の照射位置を、前記加工対象物の送り方向と平行な方向に移動させることにより、前記加工対象物の幅方向にミシン目を形成できるようにしたことを特徴とするレーザによるミシン目加工方法が提供される。
【０００８】
本発明によればまた、ある幅を持つ加工対象物に、幅方向にミシン目を形成するミシン目加工装置において、前記加工対象物の送り速度を検出するための速度センサと、ミシン目加工用のパルス状のレーザ光を発生するためのレーザ発振器と、前記レーザ光を前記加工対象物の幅方向に振らせるためのポリゴンミラーを搭載し、該ポリゴンミラーを前記加工対象物の送り方向に平行な状態から前記加工対象物の送り方向と角度θをなす状態に変位される回動ステージ機構と、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記ポリゴンミラーに導くための光学経路と、前記ポリゴンミラーと前記回動ステージ機構とを制御するための制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ポリゴンミラーによるスキャンに際しては前記加工対象物の送り速度の変化量に応じて前記レーザ光の照射位置を、前記加工対象物の送り方向と平行な方向に移動させるように前記回動ステージ機構を制御することにより、前記加工対象物の幅方向にミシン目を形成できるようにしたことを特徴とするレーザによるミシン目加工装置が提供される。
【０００９】
なお、上記のミシン目加工装置においては、前記光学経路中に、前記レーザ光を平行光にするためのレンズを配設し、前記ポリゴンミラーのレーザ光入射側における前記回動ステージ機構上には、前記ポリゴンミラーに対して接近・離反可能な駆動機構を介して加工レンズを搭載しても良い。該加工レンズは、前記レンズからの平行光を前記加工対象物上に集光させるためのものであり、この場合、前記制御装置は、前記ポリゴンミラーによる前記加工対象物の一端から反対端に向かうスキャンの間に変化する前記ポリゴンミラーから前記加工対象物までの距離の変化を補正するように前記駆動機構を制御して、前記加工レンズから前記ポリゴンミラーを経由した前記加工対象物までの距離を一定にする。
【００１０】
前記回動ステージ機構に更に、あるいはまた前記駆動機構に代えて、前記ポリゴンミラーと前記加工対象物との間に介在して前記ポリゴンミラーによるレーザ光の照射範囲をカバーすることのできる口径を持つｆθレンズを配置して、該ｆθレンズを通してレーザ光の照射を行うようにしても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１、図２を参照して、本発明の実施の形態を、給紙ロールのような紙供給手段から送られてくる長尺の紙にミシン目を形成するミシン目加工装置について説明する。図１、図２において、このミシン目加工装置は、ミシン目加工用のパルス状のレーザ光を発生するためのレーザ発振器１１と、レーザ光を紙１０の幅方向に振らせるためのポリゴンミラー１２を搭載し、このポリゴンミラー１２の回転軸を変位させる回動ステージ機構１３と、レーザ発振器１１からのレーザ光をポリゴンミラー１２に導くための光学経路１４と、ポリゴンミラー１２と回動ステージ機構１３とを制御するための制御装置（図示せず）とを備えている。回転駆動機構１３は、モータによる駆動源１３−１を備えている。レーザ発振器１１には、紙１０の材質に応じて、紙１０に貫通孔を形成できるエネルギーを持つレーザ光を発生できるもの、例えばＣＯ2 レーザ発振器、固体レーザ発振器が使用される。更には、固体レーザから波長変換素子により生成される２ω、３ω等のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）レーザ光を使用しても良い。
【００１２】
本形態では更に、光学経路１４中に、レーザ発振器１１からのレーザ光を平行光にするためのコリメーションレンズ１４−１とこの平行光をポリゴンミラー１２まで導く反射ミラー１４−２、１４−３を配設している。なお、反射ミラー１４−３は回動ステージ機構１３上に搭載されて回動ステージ機構１３と共に回動する。ポリゴンミラー１２のレーザ光入射側における回動ステージ機構１３上には、ポリゴンミラー１２に対して接近・離反可能な駆動機構１５を介して加工レンズ１６を搭載している。なお、回動ステージ機構１３の円板状部分は、レーザ光の透過可能な透明部材で作られている。
【００１３】
回動ステージ機構１３には更に、ポリゴンミラー１２と紙１０との間に介在してポリゴンミラー１２によるレーザ光の照射範囲をカバーすることのできる口径を持つｆθレンズ１７が配置されており、このｆθレンズ１７を通してレーザ光が紙１０に照射されるようにしている。
【００１４】
制御装置は、図３に示すように、ポリゴンミラー１２による１回のスキャン、すなわち紙１０の一端側から反対端側へのスキャンに際しては、紙１０の送り速度に応じてレーザ光の照射位置を、反対端に近づくにつれて紙１０の送り方向と同じ方向に徐々にずらすように回動ステージ機構１３を制御する。具体的には、制御装置は、ポリゴンミラー１２の１回のスキャンの間にその回転軸を紙１０の送り方向に平行な状態から紙１０の送り方向と角度θをなす状態まで変位させるように回動ステージ機構１４を回動させる。この場合、紙１０の反対端でのずれ量をｄとする。その結果、紙１０には、幅方向に対して見かけ上、角度θをなすようなスキャンが行われることになるが、実際には紙１０の幅方向の端部に直角にミシン目が形成されることになる。この角度θは、実際には紙１０の送り速度と紙１０の幅寸法により決定される。
【００１５】
ところで、紙１０の送り速度は定速であることが望ましいが、速度変化が生じることは避けられない。そして、スキャン中にこのような速度変化が生じると、上記のような制御だけでは紙１０の幅方向の端部に直角にミシン目を形成することが困難になる。
【００１６】
本発明は、上記のような紙１０の送り速度の変化を考慮して、スキャンに際しては紙１０の送り速度の変化量に応じてレーザ光の照射位置を、紙１０の送り方向と平行な方向に移動させるように回動ステージ１３を制御するようにした点に特徴を有する。
【００１７】
このために、紙１０の送り速度を検出するための速度センサが設けられ、この速度検出信号は制御装置にフィードバックされる。制御装置は、スキャン中に紙１０の送り速度に変化があった場合には、その変化量に応じてレーザ光の照射位置を移動させる。例えば、紙１０の送り速度が上昇してしまった場合には、レーザ光の照射位置を紙１０の送り方向と同じ方向に移動させる。逆に、紙１０の送り速度が低下してしまった場合には、レーザ光の照射位置を紙１０の送り方向と反対方向に移動させる。このようにして、１回のスキャン中に送り速度に変化が生じたとしても、紙１０の幅方向の端部に直角にミシン目を形成することができる。
【００１８】
上記のような制御は、スキャン中のみならず、加工を開始する際の紙１０の走行開始直後及び加工を終了する際の走行停止直前にも適用される。例えば、加工を開始する際には、紙１０の送り速度は徐々に上昇してある速度に達して定速走行に移る。このような送り速度の上昇時には、送り速度に応じて角度θを徐々に増加させるようにする。逆に、加工を終了する際の送り速度の減少時には、送り速度に応じて角度θを徐々に減少させるようにする。勿論、このような送り速度の上昇あるいは減少時においてスキャン中に送り速度が変動した場合には、上記と同様の制御が行われる。
【００１９】
加工レンズ１６は、レンズ１４−１からの平行光を紙１０上に焦点を結ぶように集光させるためのものである。しかしながら、図４から明らかなように、実際には、ポリゴンミラー１２の反射面から紙１０までの距離は、レーザ光の照射位置により変化する。すなわち、紙１０の端部に近づくほど上記距離は長くなる。これは、加工レンズ１６の焦点距離を例えば、紙１０の幅方向中心において焦点を結ぶように設定したとすると、加工レンズ１６が固定であれば紙１０の端部に近づくほど焦点がぼけることを意味する。このため、加工レンズ１６を駆動機構１５によりポリゴンミラー１２に対して接近・離反する方向に可動としている。そして、ポリゴンミラー１２による紙１０の一端から反対端に向かうスキャンの間に変化するポリゴンミラー１２から紙１０までの距離の変化を補正するように、制御装置が駆動機構１５の移動距離を制御して、加工レンズ１６からポリゴンミラー１２を経由した紙１０までの距離を一定に維持できるようにしている。その結果、紙１０に同じレーザビーム径によるミシン目を形成することができる。
【００２０】
なお、加工レンズ１６を駆動機構１５で移動させて上記の補正動作を行うためには、駆動機構１５の高速応答動作が必要である。これに対し、ポリゴンミラー１２と紙１０との間にｆθレンズ１７を介在させると、ｆθレンズ１７は上記のような距離を補正する機能を有しているので、ｆθレンズ１７が完全に距離を補正できれば駆動機構１５は省略される。補正が不十分な場合、その残りの補正量を加工レンズ１６の駆動機構１５で補正することになる。
【００２１】
仕様の一例を説明すると、紙１０の幅４５７（ｍｍ）、送り速度１３０（ｍ／ｍｉｎ）、ずれ量ｄを約１００（ｍｍ）とすると、実際のスキャン長は約４６７（ｍｍ）となる。この場合、ポリゴンミラー１２として６面の反射ミラーを持ち、４６７（ｍｍ）のストロークで１回のスキャンを行うものとすると、１／６回転を４６（ｍｓｅｃ）で回転することになり、ポリゴンミラー１２の回転速度は２１７．４（ｒｐｍ）となる。
【００２２】
なお、本発明は、紙に限らず、布や樹脂あるいは金属板のような薄板にも適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、レーザ光により薄板の幅方向にわたってミシン目を形成できるようにしたことにより、ミシン目形成の際にくずが生じることが無く、防塵対策やくずを収集するような対策が不要となる。また、ミシン目形成中に薄板の送り速度が変化しても、薄板の縁部に直角にミシン目を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための概略構成を示した平面図である。
【図２】図１の構成を側面から見た図である。
【図３】図１のポリゴンミラーによるスキャンを説明するための図である。
【図４】図１のポリゴンミラーによるスキャンを説明するための図である。
【符号の説明】
１０    紙
１１    レーザ発振器
１２    ポリゴンミラー
１３    回動ステージ機構
１４    光学経路
１４−１    レンズ
１４−２、１４−３    反射ミラー
１５    駆動機構
１６    加工レンズ
１７    ｆθレンズ
【図１】
0004044238.tif 000002
【図２】
0004044238.tif 000003
【図３】
0004044238.tif 000004
【図４】
0004044238.tif 000005