(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、しかも前記ポリゴンミラーと前記加工対象物との間に前記加工対象物の幅方向にわたって延在する円柱レンズを介在させて該円柱レンズを通してスキャン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方法。
【請求項２】
請求項１記載のミシン目加工方法において、前記円柱レンズと前記ポリゴンミラーとの間にｆθレンズを介在させることにより、前記加工対象物の中央部と端部での光路差を補正する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３】
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、
前記回動ステージ機構に搭載され、前記ポリゴンミラーによる照射域と前記加工対象物との間に介在し、かつ前記加工対象物の幅方向にわたって延在するように設けられた円柱レンズと、
前記速度センサの検出信号を受け、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４】
請求項３記載のミシン目加工装置において、前記円柱レンズと前記ポリゴンミラーとの間に、前記回動ステージと一体的に回動可能にｆθレンズを配置し、前記加工対象物の中央部と端部での光路差を補正する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、ある幅を持ち定速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、しかも前記ポリゴンミラーと前記加工対象物との間に前記加工対象物の幅方向にわたって延在する円柱レンズを介在させて該円柱レンズを通してスキャン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、前記回動ステージ機構に搭載され、前記ポリゴンミラーによる照射域と前記加工対象物との間に介在し、かつ前記加工対象物の幅方向にわたって延在するように設けられた円柱レンズと、前記速度センサの検出信号を受け、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、いずれの発明においても、前記円柱レンズと前記ポリゴンミラーとの間に、ｆθレンズを配置することにより、前記加工対象物の中央部と端部での光路差を補正することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１、図２を参照して、本発明の第１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。
【００１１】
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と、集光レンズ１４−４とを配設している。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。回動ステージ機構１３には更に、ポリゴンミラー１２による照射域と紙１０との間に介在し、かつ紙１０の幅方向にわたって延在するように断面円形の円柱レンズ１５が設けられている。なお、回動ステージ機構１３はの円板状部分は、レーザ光の透過可能な透明部材で作られている。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
円柱レンズ１５は、ポリゴンミラー１２からの反射光を紙１０上に小幅のスポットの焦点を結ぶように集光させるためのものであり、以下の理由により使用される。ポリゴンミラー１２の幅寸法（図２の紙面に対して垂直な方向の寸法）を１０（ｍｍ）とすると、そこに入力するレーザ光のビーム径も１０（ｍｍ）以下である必要がある。ここで、集光レンズ１４−４として焦点距離ｆ＝５００のものを使用すると、紙１０の面上でのレーザ光のスポット径を１（ｍｍ）とすることができる。このようなスポット径は、ミシン目を形成するためには大きいので、一方向でもスポットサイズを小さくするために円柱レンズ１５を配置する。これにより、レーザ光のスポットの幅を０．０５（ｍｍ）程度にすることができる。なお、円柱レンズに代えて、図４に示すようなシリンドリカルレンズ１５−１を使用しても良い。
【００１８】
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。一方、一列のミシン目が形成される最大時間は、１００（ｍｍ）／１３０（ｍ／ｍｉｎ）で４６（ｍｓｅｃ）となる。レーザ光１ショットで紙１０にミシン目が形成されるものとすると、幅０．０５（ｍｍ）、長さ１（ｍｍ）のスポットサイズで１（ｍｍ）のピッチで照射する場合、４６７／２＝２３４（個）のミシン目を形成することになり、それを最大４６（ｍｓｅｃ）で形成するためには、２３４／４６（ｍｓｅｃ）＝５０８７（Ｈｚ）の周波数でレーザを発振させれば良い。
【００１９】
図５を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。本形態では、ポリゴンミラー１２と円柱レンズ１５との間に、回動ステージ１３と一体的に回動可能にｆθレンズ２０を配置することにより、紙１０の中央部と端部での光路差を補正するようにしたものである。これは、ｆθレンズ２０が無い場合には、集光レンズ１４−４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からである。すなわち、紙１０の端部に近付くほど上記距離は長くなり、焦点がぼけることになる。ｆθレンズ２０はこのような距離の補正機能を有し、レーザ光が常に紙１０に対して焦点を結ぶようにする。なお、ｆθレンズ２０は円形状のもの、円柱レンズ１５に対応した細長い形状のもののいずれでも良い。その他の要素は、第１の実施の形態と同じである。
【００２０】
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。
【００２１】
【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】本発明の第１の実施の形態による装置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】本発明に使用される円柱レンズの他の例を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による装置の概略構成を示した平面図である。
【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    コリメーションレンズ
１４−２、１４−３    反射ミラー
１４−４    集光レンズ
１５    円柱レンズ
１５−１    シリンドリカルレンズ
２０    ｆθレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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