JP2000280082A - レーザによるミシン目加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 レーザ発振器１１で発生されるミシン目
加工用のパルス状のレーザ光を、ある速度で送られてい
る紙１０の幅方向の一端側から反対端側に向けてスキャ
ンさせ、このスキャンに際しては紙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、前記紙の送り方向
と平行な方向に移動させることにより、紙の幅方向にミ
シン目を形成できるようにした。

Description

【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スキャンさせ、こ
の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、レーザ光を振らせるた
めのスキャナを搭載し、該スキャナを、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移動させる駆動
機構と、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記スキャ
ナに導くための光学系と、前記速度センサの検出信号を
受け、前記スキャナと前記駆動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、前記駆動機構によ
る前記スキャナの移動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
前記スキャナ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、前記駆動機構には更に、前記スキャ
ナのレーザ光入射側に、該レーザ光を前記加工対象物上
に焦点を結ぶように集光させる集光レンズを搭載するこ
とが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１〜図４を参照して、本発明の
実施の形態を、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、レーザ光を振らせ
るためのスキャナ１２を搭載してこのスキャナ１２を、
ある速度で送られている紙１０の幅方向の一端側から反
対端側に向けて移動させる駆動機構１３と、レーザ発振
器１１からのレーザ光をスキャナ１２に導くための光学
経路１４と、スキャナ１２と駆動機構１３とを制御する
ための制御装置（図示省略）とを備えている。

【００１１】レーザ発振器１１には、紙１０の材質に応
じて、紙１０に貫通穴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。
また、スキャナ１２としては、図２に示すように、ガル
バノミラー１２−１を１つ備えた１軸式ガルバノスキャ
ナが使用される。スキャナ１２は、ガルバノミラー１２
−１をモータ１２−２で回動させることにより、ミラー
に入射するレーザ光を所定の範囲に渡ってスキャンする
ことができる。光学経路１４としては、ここでは、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、レーザ光の角度を変えるた
めの反射ミラー１４−２が組合わされる。

【００１２】駆動機構１３は、紙１０の走行経路を直角
方向に跨ぐように架け渡されたガイド機構１５に沿って
移動可能に設けられる。特に、このガイド機構１５は、
紙１０の一端側からの駆動機構１５の移動開始時の加速
区間、反対端での移動停止のための減速区間を設定でき
るような長さを持つ。すなわち、紙１０に対するレーザ
光のスキャンは定速で行う必要があるので、紙１０を実
際にスキャンする前に駆動機構１３の立上がり時間に対
応する移動区間が紙１０の一端より外側に確保されるよ
うにすると共に、紙１０のスキャンが終了してから減速
を開始して完全に停止するまでの時間に対応する移動区
間が紙１０の反対端より外側に確保されるようにしてい
る。

【００１３】図３において、コリメーションレンズ１４
−１からの平行光は、反射ミラー１４−２を経由して加
工レンズ１２−３によりその焦点距離ｆにより決まる位
置に焦点を結ぶように集光される。加工レンズ１２−３
は、スキャナ１２の手前の位置でスキャナ１２と共に移
動するように駆動機構１３に搭載されている。そして、
加工レンズ１２−３からスキャナ１２を経由した紙１０
までの距離が焦点距離ｆに等しくなるように設定され
る。その結果、加工レンズ１２−３とスキャナ１２との
位置関係は駆動機構１３による移動にかかわらず常に一
定であり、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。これは、加工レンズ１２−３
は、その移動により反射ミラーレンズ１４−２との間の
距離が変化するが、コリメーションレンズ１４−１から
常に平行光を受けることができるからである。

【００１４】本形態では、制御装置が、駆動機構１３に
よるスキャナ１２の移動に際しては紙１０の送り速度に
応じてレーザ光の照射位置を、紙１０の反対端に近づく
につれて紙１０の送り方向と同じ方向に徐々にずらすよ
うにスキャナ１２を制御することにより、紙１０の幅方
向の端部に直角にミシン目を形成できるようにしてい
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、スキャン中、すなわちスキャナ１２
の移動に際しては紙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
移動させるようにスキャナ１２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】図４において、ガルバノスキャナによるス
キャナ１２は、通常、入射するレーザ光を幅数（ｃｍ）
程度の線状エリア内をスキャンできる能力を有してい
る。これを利用して、スキャナ１２は、移動している紙
１０に対し、紙１０の幅方向に関してみかけ上、角度θ
をなすように斜めにレーザ光を照射するように制御され
る。その結果、紙１０にはその端部に直角なミシン目が
形成されることとなる。このためには、みかけ上の角度
θは、紙１０の幅にもよるが、紙１０の送り速度に応じ
て、これを幅方向にスキャンしていった時の反対端にお
ける送り方向のずれ量ｄが上記の数（ｃｍ）の範囲内に
入るようにする必要がある。言い換えれば、紙１０の送
り速度及び紙１０の幅に応じて制御装置によりみかけ上
の角度θが調整される。加えて、スキャン中に送り速度
の変化があった場合には、制御装置はその変化量に応じ
て上記の角度θを調整する。

【００１９】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。

【００２０】ガルバノスキャナは、通常、幅４００（ｍ
ｍ）程度を持つ紙１０に対して位置決め精度±０．１
（ｍｍ）のレーザ光照射を行うことができる。一方、レ
ーザ光のスポット径を０．４（ｍｍ）とし、紙１０の送
り方向の最短ミシン目ピッチを１００（ｍｍ）とし、レ
ーザ発振器１０の周波数５（ｋＨｚ）の場合、その性能
を落とすことなくスキャナ１２を移動させるとすると、
駆動機構１３による移動速度は２（ｍ／ｓｅｃ）とな
る。そして、このような駆動機構１３によれば、数十
（ｍ／ｍｉｎ）程度の紙１０の送り速度に対応できる。
このような駆動機構１３は、例えばリニアモータを利用
した直線運動機構や、ガイド機構１５の全長にわたって
無端式ベルトを設けて駆動機構１３を走行可能にし、無
端式ベルトを固定部材に配置したサーボモータで駆動す
る機構を使用できる。また、ガイド機構１５に沿った運
動を円滑にするためには、エアスライド機構を組合せる
のが好ましい。

【００２１】一方、スキャナ１２は、紙１０からの高さ
４００（ｍｍ）、図１に示す紙１０の送り方向に平行な
方向の光路差約１２（ｍｍ）の場合、紙１０に照射され
るレーザ光のスポットは±７（ｍｍ）の焦点深度に入
る。

【００２２】なお、上記の説明では、スキャナ１２の紙
１０の一端から反対端に向かう移動により一列分のミシ
ン目を形成する場合について説明したが、この後の反対
端から一端に向かう移動により次の列のミシン目が形成
されることは言うまでも無い。そして、この場合、スキ
ャナ１２は、紙１０の一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照射位置をずらすようにされ
る。また、ある列のミシン目形成から次の列のミシン目
形成までの間のレーザ光は、光学経路１４中に回動ミラ
ーを設けてそらせることにより捨て打ちするか、レーザ
発振器１１の発振を停止させるようにする。

【００２３】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。

【００２４】

【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
を示した図である。

【図２】図１のスキャナを説明するための図である。

【図３】図１の一部を拡大して示した図である。

【図４】図１のスキャナ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 スキャナ １２−１ ガルバノミラー １２−２ モータ １２−３ 加工レンズ １３ 駆動機構 １４ 光学経路 １４−１ コリメーションレンズ １４−２ 反射ミラー １５ ガイド機構

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月５日（２０００．１．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【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移動させながら照
射し、この移動に際しては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。この場合、前記移動に際し、更
に前記加工対象物の送り速度の変化量をも考慮して前記
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が好ましい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【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、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
象物の幅方向の一端側から反対端側に向けて移動させな
がら照射すると共に、この移動に際しては前記レーザ光
の照射位置を、前記加工対象物の送り方向と平行な方向
に移動させるための照射手段と、前記レーザ発振器から
のレーザ光を前記照射手段に導くための光学系とを備
え、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。この場合、前記照射手段は、前記レー
ザ光を前記加工対象物の送り方向と平行な方向に振らせ
るためのスキャナと、該スキャナを、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移動させる駆動機
構とを含むことで実現される。更に、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、該速度センサ
の検出信号を受け、前記スキャナと前記駆動機構とを制
御するための制御装置とを備え、前記制御装置は、前記
駆動機構による前記スキャナの移動に際し、前記加工対
象物の送り速度の変化量をも考慮し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スキャナを制御することが望まし
い。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   端側に向けてスキャンさせ、この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。
2. 【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、 レーザ光を振らせるためのスキャナを搭載し、該スキャ
   ナを、前記加工対象物の幅方向の一端側から反対端側に
   向けて移動させる駆動機構と、 前記レーザ発振器からのレーザ光を前記スキャナに導く
   ための光学系と、 前記速度センサの検出信号を受け、前記スキャナと前記
   駆動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、前記駆動機構による前記スキャナの移
   動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スキャナを制御
   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。
3. 【請求項３】 請求項２記載のミシン目加工装置におい
   て、前記駆動機構には更に、前記スキャナのレーザ光入
   射側に、該レーザ光を前記加工対象物上に焦点を結ぶよ
   うに集光させる集光レンズを搭載したことを特徴とする
   レーザによるミシン目加工装置。