(57)【要約】本発明の方法は、長手方向であるウエブ内の主要な張力を維持しながら、ウエブを長手方向にレーザ切断ウィンドウを横切って移動させ；ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかけ；ウエブの前記移動中に、および、レーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向でレーザビームにおける特定の張力の少なくとも一部分を保持したまま、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の部分を切断することを含み得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動するウエブにおける輪郭のレーザ切断方法であって、その方法は、
長手方向であるウエブ内の主要な張力を維持しながら、ウエブを長手方向にレーザ切断ウィンドウを横切って移動させ；
ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかけ；および、
ウエブの前記移動中に、および、レーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向でレーザビームでの特定の張力の少なくとも一部分を保持したまま、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の部分を切断する、ことからなる方法。
【請求項２】
輪郭の一部分は輪郭の次の部分であり、さらに、輪郭の次の部分を切断する段階の前に、ウエブの前記移動中に、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の前の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の前の部分を切断し、それによって、主要な張力からウエブの一部分を解放することからなること、特定の張力をかける段階は、ウエブの前記解放された部分を残りのウエブから引っぱることを含むこと、を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
輪郭の次の部分は、輪郭の前の部分と少なくとも部分的に長手方向に整列していることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
特定の張力をかける段階は、長手方向とは異なる方向で特定の張力をかけることを含み、また、輪郭の一部分を切断する段階は、レーザビームを長手方向に移動させることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記切断はさらに、特定の張力で輪郭の部分をウエブから分離することからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ウエブの前記解放された部分に前記の特定の張力をかけることはさらに、特定の張力で解放された部分をウエブから分離することからなることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
ウエブの少なくとも一部分に前記の特定の張力をかけることはさらに、そこから横断方向に方向づけられたウエブの平面内の成分を有する特定の張力をかけることからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
レーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向でレーザビームでの特定の張力の少なくとも一部分を保持することは、さらに、特定の張力を、レーザビームの移動の瞬間的な方向と鋭角で維持することからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ウエブの少なくとも一部分に前記の特定の張力をかけることはさらに、ウエブにミラー化した特定の張力をかけることからなり、ミラー化した特定の張力は、特定の張力の横断方向の成分を補正する横断方向の成分を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
輪郭の前の部分に沿ってレーザビームを移動させることによる輪郭の前の部分の前記切断は、さらに、輪郭の次の部分を切断する段階の前に、ウエブの輪郭の解放された部分に十分な量の特定の張力をかけることを可能にすることからなることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
ウエブの前記解放された部分に前記の特定の張力をかける前記段階は、ニップローラ間にウエブの前記解放された部分をはめ込むことを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
移動するウエブにおける輪郭のレーザ切断装置であって、その装置は、
長手方向であるウエブ内の主要な張力を維持しながら、ウエブを長手方向にレーザ切断ウィンドウを横切って移動させる手段；
ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかける手段；および、
ウエブの前記移動中に、および、前記の特定の張力をかける手段がレーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向でレーザビームでの特定の張力の少なくとも一部分を保持したまま、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の部分を切断する手段、
からなる装置。
【請求項１３】
輪郭の一部分は輪郭の次の部分であり、さらに、輪郭の次の部分を切断する段階の前に、ウエブの前記移動中に、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の前の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の前の部分を切断し、それによって主要な張力からウエブの一部分を解放する手段からなること、特定の張力をかける手段は、ウエブの前記解放された部分を残りのウエブから引っぱることができること、を特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
輪郭の次の部分は、輪郭の前の部分と少なくとも部分的に長手方向に整列していることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
特定の張力をかける手段は、長手方向とは異なる方向で特定の張力をかける手段を含み、また、輪郭の一部分を切断する手段は、レーザビームを長手方向に移動させる手段を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記切断手段はさらに、特定の張力で輪郭の部分をウエブから分離する手段からなることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
ウエブの前記解放された部分に特定の張力をかける前記手段はさらに、特定の張力で解放された部分をウエブから分離する手段からなることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかける前記手段はさらに、そこから横断方向に方向づけられたウエブ平面内の成分を有する特定の張力をかける手段からなることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかける前記手段はさらに、ウエブの少なくとも一部分に、レーザビームの移動の瞬間的な方向と鋭角に特定の張力をかける手段からなることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかける前記手段はさらに、ウエブにミラー化した特定の張力をかける手段からなり、ミラー化した特定の張力は、特定の張力の横断方向の成分を補正する横断方向の成分を有することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
ウエブの前記解放された部分に特定の張力をかける前記手段は、その間にウエブの前記解放された部分を収容するニップローラを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年５月１６日に出願された米国特許仮出願第６１／８２４１６１号の非仮出願であって、その内容は参照することによって本書に取り込まれている。
【０００２】
本発明の改善点は、移動するウエブ（ｗｅｂ）の形態で供与される材料での輪郭の切断の分野に関するものであり、より詳細にはレーザを使用する切断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ウエブの形態で供与される材料における規則的な輪郭の切断は、通常、刃を使用して行われた。これはある程度までは満足のいくものであったが、まだいくつかの制約を含んでいた。たとえば、刃は規則的なメンテナンスを必要とし、切断輪郭の変更は通常、完全に設置されている刃の変更を必要とした。したがって、特にそのような装置に付随する多用途性、および／またはメンテナンスコストへの対処という点から、改良の余地が残されていた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの特徴によると、移動するウエブにおける輪郭のレーザ切断方法が提供されており、その方法は、長手方向であるウエブ内の主要な張力を維持しながら、ウエブを長手方向にレーザ切断ウィンドウを横切って移動させ；ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかけ；ウエブの前記移動中に、および、レーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向でレーザビームにおける特定の張力の少なくとも一部分を維持したまま、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の部分を切断することからなるものである。
【０００５】
輪郭の一部分は輪郭の次の部分であり得、また、方法はさらに、輪郭の次の部分を切断する段階の前に、ウエブの前記移動中に、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の前の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の前の部分を切断し、それによって主要な張力からウエブの一部分を解放する段階を含むことがあり、また、特定の張力をかける段階は、ウエブの前記解放された部分に特定の張力をかけることを含むことがある。
【０００６】
輪郭の次の部分は、輪郭の前の部分と少なくとも部分的に、長手方向に整列していることがある。
【０００７】
特定の張力をかける段階は、長手方向とは異なる方向で特定の張力をかけることを含むことがあり、また、輪郭の一部分を切断する段階は、レーザビームを長手方向に移動させることを含んでいる。
【０００８】
特定の張力は、長手方向に対して鋭角を有する方向にかけられ得る。
【０００９】
ウエブの解放された部分に特定の張力をかける段階は、ニップローラ間にウエブの解放された部分をはめ込むことを含むことがある。
【００１０】
もう一つの特徴によると、移動するウエブにおいて輪郭をレーザ切断する装置が提供されており、その装置は、ウエブ内の長手方向である主要な張力を維持しながらウエブを長手方向にレーザ切断ウィンドウを横切って移動させる手段；ウエブの少なくとも一部分に特定の張力をかける手段；ウエブの前記移動中に、および、レーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向でレーザビームにおける特定の張力の少なくとも一部分を維持したまま、レーザ切断ウィンドウ内で、輪郭の部分に沿ってレーザビームを移動させることによって輪郭の一部分を切断する手段を備えるものである。
【００１１】
本改善に関する多数の他の特徴およびそれらの組み合わせが、検討中の説明を読むことにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ウエブの形態で供与される材料において切断される輪郭の一実施例の上面図である。
【図２Ａ．２Ｂ．２Ｃ】レーザ切断ウィンドウを横切って移動するウエブを示した連続図である。
【図３】ニップローラを使用して、ウエブの解放された部分に特定の張力をかけることを示した上面図である。
【図４Ａ．４Ｂ．４Ｃ】ウエブにおける別の輪郭のレーザ切断を示す連続図である。
【図５Ａ．５Ｂ】ウエブに特定の張力をかけることを示した変形例である。
【図６】二つのレーザビームを使用して切断される輪郭の一実施例を示している。
【図７】二つのレーザビームを使用して切断される輪郭の別の一実施例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、移動するウエブ１０の形態で供与される材料１４から切り抜かれる輪郭１２の第一の実施例を図示しており、ここでウエブ１０は、本明細書中で長手方向１６として示される方向に移動する。この輪郭１２は、例えば点Ａから点Ｂまで、またその後点Ｃまで切断することによって、切断できる。点Ｃから点Ａへの切断もいくつかの実施例では可能であるが、それには装置により多くの要件が付与されるので、この実施例では好ましくなかった。レーザ出力要件、および／または切断品質の点から満足のいくためには、レーザによる切断は、材料内に張力を維持したまま、その張力の少なくとも一つの成分が常時レーザビームの瞬間切断方向を横断する状態で実施されるべきであることが分かった。
【００１４】
ウエブ１０の形態で供与される材料は、ウエブ１０内に自然に備えられ、かつ長手方向の向き１６に方向づけられている主要な張力１８を通常有する。この主要な張力は、通常は複数のローラを含むウエブ移動装置によって、ウエブ１０に付与される。
【００１５】
これ以降、図１に示したような輪郭の第一の部分、例えば、点Ａおよび点Ｂのような間に見られる部分の切断は、いかなる特定の適合条件もなく、レーザを使用することによって効率的に実施することができる。一実施例を下記に示す。
【００１６】
ウエブ１０は、例えば、レーザのレーザビームが移動できる境界を表わすことができ、かつ地面に対して固定することができるレーザ切断ウィンドウ２０を横切って移動する。これ以降、切断される輪郭１２は、図２Ａ〜２Ｃに示したようにレーザ切断ウィンドウ２０を横切って徐々に進み、その間レーザビームは、レーザ切断ウィンドウ２０内で輪郭１２に沿って移動し、そこには、レーザ切断ウィンドウ２０に対して（一次元または二次元で）レーザビームを移動させることも通常含まれる。実際、レーザの出力要件は、輪郭１２の部分に沿ったレーザビームの瞬間移動速度によって変化するので、輪郭に沿ってレーザビームの一定速度を維持することが好適であり得ることが理解されよう。これはウエブの移動速度を考慮するとき、レーザビームを輪郭に沿って一定速度で移動させることに対応するであろう、レーザ切断ウィンドウ２０に対する、レーザビーム軌道に沿った、可変の速度でレーザビームの移動を制御するために使用されるソフトウェアによって、実現できる。本明細書では、レーザビームという表現は、レーザビームが連続的であるかパルス状であるかにかかわらず、レーザ装置によって目的とされた地点に適用するものとして一般的に使用される。ウエブに対するレーザビームの速度は、しばしば当業者には「マーキング速度」として示される。
【００１７】
図１に戻って参照すると、第一の部分、例えば部分Ｉを切断する間、主要な張力１８は、レーザビームが部分Ｉに沿って進行しているときレーザビームにおいてウエブ１０に連続的に張力をかけ、また、主要な張力１８は長手方向１６であるので、部分Ｉの全体に沿ったレーザビームの移動の瞬間的な方向とはかなり異なる（すなわち平行ではない）方向にとどまることが理解されよう。これによって、部分Ｉに沿ったレーザ切断能力は満足できるものになる。
【００１８】
しかしながらこの実施例では、点Ｂに達した後にあり得る輪郭ＡＢＣに沿った一つの点において、レーザビームの移動の瞬間的な方向は、主要な張力１８の長手方向１６に対して十分に平行になり、レーザ切断が不十分なものになる。
【００１９】
さらに部分ＡＢの切断は、ウエブ１０内の主要な張力１８から切断の「上流で」、即座にウエブの一部分を解放する。これは、満足のいく切断を提供するには張力が不十分であるウエブ１０の部分２２を形成することになり、ウエブ１０のこの部分２２は、切断の上流で長手方向に、ある程度の距離まで伸ばすことができる。ウエブ１０内の主要な張力１８から実質的に解放されたウエブ１０のそのような部分２２は、ここではウエブ１０の解放された部分２２ａと呼ばれる。
【００２０】
例えば軌道ＢＣに沿った部分Ｊまたは部分Ｋのような輪郭の次の部分は、それにもかかわらず、満足できる方法でレーザ切断できることが分かった。これは、レーザビームをそのような部分に沿って移動させる前に、ウエブの解放された部分２２ａに特定の張力２４をかけることによって実現できる。主要な張力１８が、例えばある距離内で部分（Ｋ）の上流または下流でのウエブ１０の先の切断によって失われたときに、Ｋのような部分に沿う、または部分Ｊに沿うような長手方向１６に、レーザビームが移動するときでさえ、特定の張力２４は、レーザビームの移動の瞬間的な方向とは異なる方向で、レーザビームに十分な張力を維持することができる。
【００２１】
長手方向の切断、例えば部分Ｊに沿った切断は、横断方向にウエブ１０に特定の張力をかけることによって満足できるように実現され、一方、先の切断部分と長手方向に整列したウエブ１０の部分の切断は、ここでは主要な張力１８が失われているので、ウエブ１０の解放された部分２２ａに特定の張力をかけることによって満足のいくように実現される。
【００２２】
図３に例示した一実施態様では、特定の張力２４ａが、解放された部分２２ａに、長手方向に対して鋭角θを有する方向にかけられる。切断する輪郭に応じて鋭角θを適切に選択することによって、単一の特定の張力２４ａが、この場合は部分ＪおよびＫの両方を切断することができる。この実施態様では特定の張力２４ａは、区間ＢＣを切断する前に、ウエブ１０の解放された部分２２ａを「捕捉する」、ウエブ１０の両側のニップローラ２６を使用することによって、ウエブ１０にかけられる。ニップローラは、解放された部分２２ａの相対する側で反対方向に回転する二つのローラを含む装置であり得る。ローラは緊密に接触するように調節でき、トリム上のグリップを大きくするために特定の表面仕上げを有するように設計することができる。十分な量の特定の張力をかけるために、ニップローラの接線速度は、移動するウエブの長手方向速度よりわずかに速いように調節でき、例えば約４％の材料伸びは、十分であり得る。この実施態様では、ニップローラは長手方向に垂直な方向に対して小さい角度で配置され、それによって、切断方向に対して垂直な成分を有する張力がトリム内に発生することを可能にする。代替的な実施態様では、そのような特定の張力は、例えば真空吸引のようなニップローラとは異なる機構を使用してかけることができ、ウエブの残りの部分からウエブの解放された部分を引っぱる作用も有する。さらに代替的な実施態様で追加の例を挙げると、特定の張力は、例えば長手方向に張力をかけるニップローラや、横断方向に張力をかけるバナナローラまたはバナナバーなどの、異なる方向に張力をかける機構の組み合わせから生みだすことができる。例えばウエブの第一の端部に近接し主要な張力に対して斜めに方向づけられたニップローラによって、張力の成分が一つの横断方向にかけられるとき、この張力を、例えばウエブの第二の端部に近接し主要な張力に対して相対する斜めの方向に向いたもう一つのニップローラによって、反対の横断方向にかけられるミラー化張力で補正して、ウエブをどちらか一方へ「引っぱる」ことを回避することが好ましい可能性があることが理解されよう。そのようなミラー化張力は、例えば図７に示した輪郭５４のようなウエブのもう一方の側の対応する第二の輪郭で、解放された部分に同じ「捕捉」および「引っぱり」を単純に繰り返すことによって、容易にかけることができる。
【００２３】
図３に図示した実施例では、点Ｂを切断位置とみなすことができるが、ここでは主要な張力が小さくなりすぎて、材料の移動に対して垂直方向の、この切断位置とウエブの端部との間の横断方向距離として、軌道ＪおよびＸに沿った効果的な切断を確保することができない。また、ウエブ上の入力点と特定の張力２４ａをかける位置との間の長手方向の距離をＹ、ウエブ速度をＺ、およびＡからＢまでのレーザビーム横断平均速度をＺ’とみなすことができる。そのような場合、レーザビームのコントローラは、以下を確保することが好適であり得る。
【００２４】
Ｘ／Ｚ’＞Ｙ／Ｚ＋ｔ                                        （１）
【００２５】
上記式において、ｔは十分な量の特定の張力を形成するのに必要とされる時間の量である。
【００２６】
さらに、切断方法をレーザビームとウエブとの間で一定の相対速度で実施するために、ならびに図示した切断輪郭を実現するために、レーザビームの移動装置は、レーザビームが横断方向に限定されない軌道を通ることを可能にしなければならない。一例として二次元ビーム軌道３０を実例として示したが、この場合関係式（１）はまた、好ましくは保持される。
【００２７】
図３に示したような実施態様では、ニップローラはウエブの平面と整列するように配置され得ることが、注目されるであろう。しかし代替的な実施態様では、ニップローラは、例えばウエブの平面の上方または下方に位置づけられ、ウエブの平面に対して斜めに方向づけられた付加角度で特定の張力をかけることが理解されよう。
【００２８】
図４Ａ〜４Ｃは、移動するウエブの材料内で主要な長手方向の張力下で、輪郭がレーザ切断される別の実施態様を図示している。この実施態様では、図示された連続図に見られるように、単一のレーザビーム３２は、閉じた輪郭３４に沿って移動して、ウエブから所望の輪郭を完全に切断する。代替的な実施態様では、単一のレーザビームの代わりに、輪郭の異なる二つの部分をたどる二つのレーザビームのようなレーザビームを組み合わせて使用することができる。
【００２９】
図４Ａ〜４Ｃに示した実施態様において、ウエブ内の主要な張力はそれ自体、図４Ａから図４Ｂまでの切断として図示された下流部分３６をレーザ切断するのに十分であり得ることが理解されよう。しかし、図４Ｂおよび図４Ｃ間で切断される上流部分３８は、長手方向に方向づけられた複数の部分、および下流部分３６の切断によって主要な張力が失われた部分を含む。
【００３０】
この特定の実施態様において二つの例を挙げると、上流部分の満足のいく切断は、図５Ａに示したように、長手方向に対し各々鋭角に傾斜した二組のニップローラの組み合わせによって、または図５Ｂに示したように、解放された部分に長手方向の張力をかける、横横断方向に方向づけられた一組のニップローラと、横断方向の張力をかける異なる機構との組み合わせによって、実現される。
【００３１】
図６は、ウエブ内で切断される輪郭の別の実施例を図示しており、この場合、二つの異なるレーザビームを、対応するレーザ切断ウィンドウ、および輪郭５０の対応する横断サイド４４、４６に各々組み合わせて使用する。
【００３２】
図７は、二つの輪郭５２、５４の反復パターンがウエブの対応する端部で切断され、各々の端部が対応するレーザ切断ウィンドウ５６、５８、および組み合わされたレーザビーム（図示せず）に組み合わされているウエブの別の実施例を図示している。
【００３３】
二つの切断ウィンドウ、および二つの対応するレーザビームは、対応するレーザ切断ウィンドウに各々組み合わされた二つの２軸または３軸スキャナ間でレーザビームを分離するビームスプリッタを用いて、単一レーザ（例えば、ＣＯ2レーザ）を使用して得ることができる。別の実施例では、アクティブビームスプリッタ、例えば音響光学変調器を使用して、二つの３軸スキャナから選択した一つに対して交互に単一のレーザビームを向けて、二つのパルスビームを生成することができる。代替的な実施態様では、ビームスプリッタよりむしろ二つのレーザを使用することが好ましく、その二つのレーザは各々、例えば対応するスキャナおよび切断ウィンドウに組み合わされている。スキャンヘッドは、ウエブの進行速度を測定するエンコーダ、ならびに切断される輪郭と近接する輪郭との間の距離についての情報を内蔵するメモリと通信することができる。そのような装置でビームスプリッタを使用することは、当業者には理解されるように、二つの独立したレーザを使用することと同等であるとみなすことができる。
【００３４】
本明細書に記載し図示したようなレーザ切断方法は、ウエブの形態で供与される多くの様々な材料を切断するのに役立つ。一つの例を挙げると、そのようなレーザ切断方法は、例えばおむつのような個人衛生用品の製造ラインで使用することができ、その場合、ビームスプリッタ、およびマーキング速度が約５ｍ／秒にプログラムされた二つの２００Ｗヘッドを有する装置が、例えば満足のいく切断品質を提供することが分かった。
【００３５】
理解されるであろうが、上述の図示された実施例は、単に例示するために意図されたものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ウエブ
１２，５２，５４  輪郭
１４  材料
１６  長手方向
１８  主要な張力
２０，５６，５８  レーザ切断ウィンドウ
２４  特定の張力
２６  ニップローラ
３２  レーザビーム
【図１】
2016522752.tif 000003
【図２Ａ】
2016522752.tif 000004
【図２Ｂ】
2016522752.tif 000005
【図２Ｃ】
2016522752.tif 000006
【図３】
2016522752.tif 000007
【図４Ａ】
2016522752.tif 000008
【図４Ｂ】
2016522752.tif 000009
【図４Ｃ】
2016522752.tif 000010
【図５Ａ】
2016522752.tif 000011
【図５Ｂ】
2016522752.tif 000012
【図６】
2016522752.tif 000013
【図７】
2016522752.tif 000014
【国際調査報告】
2016522752.tif 000015
2016522752.tif 000016