(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ガルバノ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、
前記ガルバノミラーを２つ備えてこれら２つのガルバノミラーにレーザ光を交互に導入することにより、これら２つのガルバノミラーによるスキャンを交互に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】
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ガルバノ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、
前記ガルバノミラーを３つ以上の複数備え、これら複数のガルバノミラーにレーザ光を順繰りにかつ繰り返し導入することにより、これら複数のガルバノミラーによる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３】
ある幅を持ち幅方向に直角な送り方向に送られる加工対象物に、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その一端側から反対端側に向けてスキャンするためのガルバノ光学系を搭載した回転ステージ機構と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を前記ガルバノ光学系に導くための光学経路と、
前記回転ステージ機構の１回転の間に、前記スキャンを１回行なうように前記ガルバノ光学系と前記回転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、前記ガルバノ光学系による前記スキャンを前記ガルバノ光学系の回転軸が前記送り方向と平行な状態で開始させ、しかも回転ステージ機構が所定の回動角度θだけ回動する間に、前記加工対象物の送り速度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同じ方向に徐々にずらすように前記回転ステージ機構を制御し、
前記ガルバノ光学系を、スキャン用の２つの第１のガルバノミラーと、これら２つの第１のガルバノミラーに前記レーザ光を交互に導入する切換え手段とで構成することにより、これら２つの第１のガルバノミラーによるスキャンを交互に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。
【請求項４】
ある幅を持ち幅方向に直角な送り方向に送られる加工対象物に、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その一端側から反対端側に向けてスキャンするためのガルバノ光学系を搭載した回転ステージ機構と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を前記ガルバノ光学系に導くための光学経路と、
前記回転ステージ機構の１回転の間に、前記スキャンを１回行なうように前記ガルバノ光学系と前記回転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、前記ガルバノ光学系による前記スキャンを前記ガルバノ光学系の回転軸が前記送り方向と平行な状態で開始させ、しかも回転ステージ機構が所定の回動角度θだけ回動する間に、前記加工対象物の送り速度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同じ方向に徐々にずらすように前記回転ステージ機構を制御し、
前記ガルバノ光学系を、スキャン用の３つ以上の複数の第１のガルバノミラーと、これら複数の第１のガルバノミラーに前記レーザ光を順繰りにかつ繰り返し導入する切換え手段とで構成することにより、これら複数の第１のガルバノミラーによる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装置。
【請求項５】
請求項３あるいは４記載のミシン目加工装置において、前記制御装置は、前記速度センサの検出信号を受けて、前記ガルバノ光学系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転ステージ機構を制御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６】
請求項３あるいは４記載のミシン目加工装置において、前記切換え手段は第２のガルバノミラーであ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７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載のミシン目加工装置において、前記第１のガルバノミラーと前記加工対象物との間に介在して前記第１のガルバノ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。
【請求項８】
請求項７記載のミシン目加工装置において、前記ｆθレンズと前記加工対象物との間に更に、前記加工対象物の幅方向にわたって延在するロッドレンズを介在させて該ロッド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所望のピッチでミシン目を形成するミシン目加工方法及び加工装置に関する。
【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、ミシン目の加工間隔を任意に設定できるミシン目加工方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のより他の課題は、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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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ガルバノ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。
【０００９】
本加工方法においては、前記ガルバノミラーを２つ備えてこれら２つのガルバノミラーにレーザ光を交互に導入することにより、これら２つのガルバノミラーによるスキャンを交互に行うようにしても良い。
【００１０】
また、前記ガルバノミラーを３つ以上の複数備えて、これら複数のガルバノミラーにレーザ光を順繰りにかつ繰り返し導入することにより、これら複数のガルバノミラーによるスキャンを行うようにしても良い。
【００１１】
本発明によればまた、ある幅を持ち幅方向に直角な送り方向に送られる加工対象物に、幅方向にミシン目を形成するミシン目加工装置であって、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その一端側から反対端側に向けてスキャンするためのガルバノ光学系を搭載した回転ステージ機構と、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記ガルバノ光学系に導くための光学経路と、前記回転ステージ機構の１回転の間に、前記スキャンを１回行なうように前記ガルバノ光学系と前記回転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、前記ガルバノ光学系による前記スキャンを前記ガルバノ光学系の回転軸が前記送り方向と平行な状態で開始させ、しかも回転ステージ機構が所定の回動角度θだけ回動する間に、前記加工対象物の送り速度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同じ方向に徐々にずらすように前記回転ステージ機構を制御するようにしたミシン目加工装置が提供される。
【００１２】
前記制御装置は、前記速度センサの検出信号を受けて、前記ガルバノ光学系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転ステージ機構を制御することが好ましい。
【００１３】
前記ガルバノ光学系はガルバノミラーで実現することができる。
【００１４】
特に、前記ガルバノ光学系を、スキャン用の２つのガルバノミラーと、これら２つのガルバノミラーに前記レーザ光を交互に導入する切換え手段とで構成することにより、これら２つのガルバノミラーによるスキャンを交互に行うようにしても良い。
【００１５】
本加工装置においても、前記ガルバノ光学系を、スキャン用の３つ以上の複数のガルバノミラーと、これら複数のガルバノミラーに前記レーザ光を順繰りにかつ繰り返し導入する切換え手段とで構成することにより、これら複数のガルバノミラーによるスキャンを行うようにしても良い。
【００１６】
前記切換え手段もガルバノミラーで実現できる。
【００１７】
前記ガルバノミラーと前記加工対象物との間に介在して前記ガルバノ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。
【００１８】
前記ｆθレンズと前記加工対象物との間に更に、前記加工対象物の幅方向にわたって延在するロッドレンズを介在させて該ロッドレンズを通してスキャンを行うようにしても良い。
【００１９】
【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一定の送り速度で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。
【００２０】
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ガルバノミラー１２を搭載して、このガルバノミラー１２を変位させるための回転ステージ機構１３と、レーザ発振器１１からのレーザ光をガルバノミラー１２に導くための光学経路１４と、ガルバノミラー１２と回転ステージ機構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。ガルバノミラー１２は、周知のように、モータによりミラーを回動させることでミラーに入射したレーザ光を振らせるためのものである。
【００２１】
回転ステージ機構１３は、モータによる駆動機構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。
【００２２】
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とこの平行光をガルバノミラー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は回転ステージ機構１３の回転中心軸上に搭載されて回転ステージ機構１３と共に回転する。ガルバノミラー１２のレーザ光入射側における回転ステージ機構１３上には、集光レンズ１４−４を搭載している。なお、回転ステージ機構１３の円板状部分、特にレーザ光のスキャン範囲部分は、レーザ光の透過可能な透明部材で作られている。
【００２３】
回転ステージ機構１３には更に、ガルバノミラー１２と紙１０との間に介在してガルバノミラー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。ｆθレンズ１７は、紙１０の中央部と端部での光路長差を補正するためのものである。これは、集光レンズ１４−４から紙１０までの光路長が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、ｆθレンズ１７が無い場合には、紙１０の中央部に焦点を結ぶように設定したとすると、紙１０の端部に近付くほど光路長は長くなるのでレーザ光の焦点がぼけることになる。ｆθレンズ１７はこのような焦点ぼけの補正機能を有し、レーザ光が常に紙１０に対して焦点を結ぶようにする。
【００２４】
なお、この補正機能が不十分である場合には、図２中に破線で示すように、ｆθレンズ１７の直下に、ｆθレンズ１７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、半円形等のロッドレンズ１８を設けるようにしても良い。勿論、このロッドレンズ１８もガルバノミラー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幅を持つ。
【００２５】
制御装置は、ガルバノミラー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転ステージ機構１３を制御する。具体的には、図１の場合、制御装置は、回転ステージ機構１４を回転させることにより、ガルバノミラー１２の１回のスキャンの間にその全体を回動させ、ミラーの回転軸が紙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するようにする。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。
【００２６】
以上の動作は、紙１０の送り速度が定速の場合である。
【００２７】
紙１０の送り速度は定速であることが望ましいが、様々な原因で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。
【００２８】
本形態では、上記のような紙１０の送り速度の変化をも考慮して、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転ステージ１３を制御するようにしている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
ガルバノミラー１２による１回のスキャンが終了すると、回転ステージ機構１３は１回転してガルバノミラー１２が図１の元の位置に戻り、回動したガルバノミラー１２のミラー部分も元の位置に戻る。スキャンを終了してから元の位置に戻るまでの間のレーザ光は、レーザ発振器１１の発振を停止して遮断することができるが、レーザ発振器１１の出射側あるいは光学経路１４中にシャッタ機構（図示せず）を配置してレーザ光を遮断するか、切換え機構（図示せず）を配置してレーザ光を冷却機構付きのダンパ部材に照射するのが好ましい。
【００３２】
ガルバノミラー１２が図１の元の位置に戻り、回動したガルバノミラー１２のミラー部分も元の位置に戻ると、次の列のミシン目のための上記のようなスキャンを始めることができる。言い換えれば、次の列のミシン目が到達する前にガルバノミラー１２が図１の元の位置に戻り、回動したガルバノミラー１２のミラー部分も元の位置に戻るという条件を満足していれば、ミシン目の間隔Ｐは自由に設定することができる。
【００３３】
しかしながら、ガルバノミラー１２においては、１回のスキャンが終了したらモータを逆回転させて、上記のようにミラー部分を元の位置に戻す必要がある。ここで、紙１０の幅が大きくてガルバノミラー１２のミラーの振れ角度が大きかったり、紙１０の送り速度が速い場合、あるいはまたこれらの両方の条件を含む場合、次に加工されるべき紙１０の部分が加工領域に到達していてもミラーが元の位置に戻り切れない場合がある。
【００３４】
このような問題点を解消できる第２の実施の形態について図３、図４を参照して説明する。第２の実施の形態では、スキャン用に２つのガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂを備え、これら２つのガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂにレーザ光を交互に導入する切換え手段としてガルバノミラー１２Ｃを備えている。このような構成とすることにより、２つのガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂによるスキャンを交互に行うようにしている。この構成以外の部分については第１の実施の形態とほぼ同じである。これらのガルバノミラー１２Ａ〜１２Ｃもまた制御装置で制御される。
【００３５】
ガルバノミラー１２Ｃは、反射ミラー１４−２からのレーザ光をガルバノミラー１２Ａに入射させる第１の角度位置と、反射ミラー１４−２からのレーザ光をガルバノミラー１２Ｂに入射させる第２の角度位置との間で回動するように制御される。例えば、ガルバノミラー１２Ａによるスキャンが終了すると、そのミラーはすぐに元の位置に戻るように制御される。これと同時にガルバノミラー１２Ｃは入射したレーザ光がガルバノミラー１２Ｂに入射し得る角度位置に切換えられる。そして、次に加工されるべき紙１０の部分が加工領域に到達したら、ガルバノミラー１２Ｂにレーザ光が入射して次の列のミシン目加工が行われる。この加工が行われている間に、ガルバノミラー１２Ａのミラーは元の位置に戻ることができる。以下、同様にして、ガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂによるスキャン、すなわちミシン目加工が交互に行われる。
【００３６】
なお、ガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂは、それらの照射開始位置が同じになるように設置されることは言うまでも無い。そして、ガルバノミラー１２Ｃと１２Ａとを結ぶ光軸とガルバノミラー１２Ｃと１２Ｂとを結ぶ光軸との間の角度はできるだけ小さい方が望ましい。図３では、ガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂのそれぞれのミラーの回転軸が紙１０の送り方向に一直線上に並ぶように配置されているが、ガルバノミラー１２Ａ、１２Ｂの配置形態は任意である。
【００３７】
この実施の形態によれば、紙１０の幅が大きくてガルバノミラー１２のミラーの振れ角度が大きかったり、紙１０の送り速度が速い場合、あるいはまたこれらの両方の条件を含む場合であっても、所望の間隔Ｐでミシン目加工を行うことができる。勿論、スキャン用のガルバノミラーは２台に限らず、複数台備えられても良い。この場合、これら複数のガルバノミラーに、ガルバノミラー１２Ｃのような切換え手段によりレーザ光を順次、すなわち順繰りにかつ繰り返し導入することにより、これら複数のガルバノミラーによるスキャンを行うようにすれば良い。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、パルス状の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】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示した平面図である。
【図４】図１の構成を側面から見た図である。
【符号の説明】
１０    紙
１１    レーザ発振器
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ    ガルバノミラー
１３    回転ステージ機構
１３−１    駆動機構
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
１７    ｆθレンズ
１８    ロッドレンズ
【図１】
0004312922.tif 000002
【図２】
0004312922.tif 000003
【図３】
0004312922.tif 000004
【図４】
0004312922.tif 000005