JP2008546540A - ５０〜２０００１０−３ｍｍの直径のレーザスポットを用いて、物品、特に生理用品及びその構成要素をレーザ処理するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本出願によれば、物品（Ａ）、特に生理用品及び前記生理用品の構成要素から選択される物品（Ａ）をレーザ処理に晒すための装置は、５０μｍ〜２０００μｍの直径を有するレーザスポットを物品（Ａ）に対して当てるように構成（２，３）されたレーザビーム源（１）を備えている。優先的に、レーザスポットは９．０μｍ〜１１．０μｍの波長を有し、また、レーザスポットは、００ モード、Ｄ モード及びＱ モードの間で選択されるビームモードを伴っている。好ましい態様では、レーザ源（１）が非平行ビームを形成するとともに、前記レーザビームの直径を調整するために前記レーザ源（１）と前記偏向器（３）との間の光学距離を変えることができる。レーザビームを物品（Ａ）に向けて伝えるために、加圧パイプが設けられるとともに、反射システム（２）及び偏向システム（３）が設けられる。レーザスポットと物品（Ａ）との間の走査移動を生み出すために動作システム（３，９）が設けられるとともに、物品を方向（ｚ）で供給するコンベア（９）によって優先的に得られる前記相対移動の瞬間速度に応じてレーザスポットに関連する出力を調整するように構成されたリアルタイム制御ユニット（４）と、物品（Ａ）の進行方向（ｚ）を横切る方向（ｘ）における少なくとも１つの成分を有する偏向移動をレーザスポットに対して与える少なくとも１つの偏向ユニット（３）とが設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ処理の技術に関し、特に、生理用品及び上記生理用品を製造するために使用される構成要素（原材料を含む）に対する上記処理の適用に関する。

本発明は、例えば、単なる一例として乳児用おむつ、失禁用製品、女性用のおりものシート、様々な種類の濡れティッシュ及び乾いたティッシュ、任意のタイプの単回供与パッケージの洗浄剤などの使い捨て吸収製品の製造ラインで適用されるレーザ技術を使用して、カットし、そして／又は溶着するプロセスを与えるために適用される。

現在、前述した製品などの製品に対して溶着及び／又はカッティング工程を行なうために、通常は「ヘッド」と称される機械的なユニットが使用される。

説明を簡単にするため、我々の解析をカッティングプロセスのみに限定すると（カッティングに関して言及することは、溶着プロセスにも実質的に適用されることは言うまでもない）、カッティングヘッドは、通常、フレーム、カウンタブレードローラ、ブレードローラ、及び、様々な付属要素、例えばカウンタブレード及びブレードを洗浄するためのシステム、潤滑システム、及び、カッティング力を加えるシステムを備えている。ユニットは、モータ駆動であり、その可動部品に対して動きを伝達させる。

ブレードは特定の材料から形成されている。通常、特に硬質であり、従って、耐摩耗性のカッティングエッジを得るために、例えば、工具用スチールなどの特殊鋼が使用され、又は、タングステンカーバイドから成る焼結材料（ＨＭ）が使用される。スチール及びＨＭを用いて得ることが可能な硬度は互いに同程度ではない。すなわち、実際に、前者の場合、６０〜６４ ＨＲＣの硬度が得られ、一方、後者の場合、最大で１６００ ＨＶ１０の硬度が得られる。勿論、ブレードの寿命及び関連するコストも硬度に比例する。

カッティングヘッドの現在の技術は様々な問題を抱えている。

まず第１に、スチールブレードは耐用時間が限られている。すなわち、最良の場合において（特別な解決策、特殊鋼、制御された熱処理の手段を採用した場合であっても）、スチールブレードは２０００万「カット」よりも長い耐用時間を有さない。ここで、用語「カット」は、個々のカッティング工程を意味するために使用される。

超硬合金から成るブレードは、更に長い耐用時間を有するとともに１億カットに簡単に達することができるが、鮮鋭化という問題を与える。スチールの場合には、この種のブレードを備えて作り直すことができる工作室を見出すことが容易であるのに対し、正確に鋭利にされるべき超硬合金から成るブレードは、ブレードそのものの製造メーカの介入を必要とする。この必要性により、必然的に、上記ブレードを使用する製造プロセスにおいて「障害」が生じる。

現在の技術の他の重要な限界は、サイズ（すなわち、製品の寸法及び／又はフォーマット）の変化の限界である。この場合、ヘッド全体を置き換えることが必要であり、それにより、かなりの時間が浪費され、従って、製造ロスが生じる。勿論、カッティングプロファイルの形状における任意の変更は、それが最小の変更であっても、新たなブレードローラの購入を伴う。

機械的なカッティング技術の更なる一連の問題は、製造プロセスと、カッティングプロセス自体に関連する問題との両方に起因する形状の制限に由来する。

特に、最初のケースでは、収束カッティングエッジの半径に制限が存在し、この制限は３ｍｍ未満となり得る。これに対し、２番目のケースでは、例えば、クロスカットを行なうことができない。なぜなら、この場合には、システム全体を損傷させる非常に高いカッティング圧力を有することが必要となり、それにより、ブレードの寿命が大幅に低下するからである。

機械的なカッティング技術に伴う問題を克服するため、これまでかなりの期間、レーザ技術に関連する潜在能力を利用する可能性が既に考慮されてきた。

これに関しては、少なくとも１つの第１のブランチ及び１つの第２のブランチから、物品毎に所定の処理経路に沿ってカットする機能を果たすレーザ機器を使用して、吸収製品を形成する方法を明確に記載している日本国特許出願公開Ｐ２００１−１４５６５９号を参照されたい。

より具体的な話として、文献ＥＰ−Ａ−１ ４４７ ０６８は、レーザビーム及び所定の経路を使用して、所定の方向で移動する衛生用品などの製品を処理するための方法について記載している。処理は、経路に沿った物品とレーザビームとの間の相対的な移動を伴っており、上記経路は、各物品毎に、少なくとも１つの第１のブランチと、１つの第２のブランチとを備えている。ここに記載された方法は、処理を実行するための少なくとも１つの第１のレーザビーム及び１つの第２のレーザビームの存在を想定している。ビームは、横方向に偏向され、また、優先的に、物品の進行方向にかかわる長手方向にも偏向され、また、各ビームは、各物品のそれぞれにおいて、処理経路の第１のブランチ及び第２のブランチを特定している。

文献ＥＰ−Ａ１ ４４７ ６６８は、処理される物品に対する望ましくない影響を防止するために、個々の処理アセンブリに関して、また、カッティングプロファイルに沿う正確なエネルギの分布に関して著しい改善を成している。上記文献は、簡略化のため及び所要の処理性能を向上させるために、独立して操作可能な少なくとも２つのレーザビームを処理できる発生器を使用するという選択肢について記載している。

文献ＥＰ−Ａ−１ ４４７ ６６８に記載された解決策によって表わされるかなりの進歩を考慮に入れても、依然として、前述した生理用品等の製品のレーザ技術を用いた処理に影響を与えるプロセス及びパラメータにおける介入及び更にはこれらにわたる制御を可能にする必要性が感じられる。

具体的には、前記適用分野に対応するプロセス、原材料、製品のために意図的に生み出される機械及び機器の利用可能な最適レイアウト、並びに、特定の制御を成す必要性が感じられる。

本発明の目的は、前述した必要性を完全に満たすことである。

本発明によれば、前記目的は、請求項に具体的に言及された特徴を有する方法により達成される。

また、本発明は対応する装置にも関連している。請求項は、本発明に関連して本明細書中で与えられる技術的な教示内容の一体部分を形成する。

ここで、添付図面を参照して、単なる非限定的な例として、本発明について説明する。

図１のは、既に上述した文献ＥＰ−Ａ−１ ４４７ ６６８号に記載される装置に全体として対応する装置の一般的な構成に関するものである。

図１において、参照符号１は、レーザビーム源（以下で更に詳しく説明する理由により、場合によって２つであっても良い）を示しており、このレーザビーム源は、一般的にｚで示される方向に（図１に示されるように、ここでは、一例として、一定で且つ右から左へと方向付けられるものとして仮定される速度で）移動する物品Ａの処理のための１つ以上のレーザビームを生成するように構成されている。

物品Ａは、典型例として、本明細書本文の導入部分で言及されたタイプの生理用品として構成される。

レーザ光線は、物品Ａに向けられると、物品Ａ自体の上に、相互作用スポットを形成する。前記相互作用スポットは、例えば、物品Ａ自体の境界などに対応する事前に設定された経路に沿って、溶着し或いはカットする作用を物品Ａに対して及ぼすためのものである。

以下の説明では、物品Ａを溶着し、そして／又はカットする工程の実行に関して更に言及することは何らしないが、物品Ａなどの物品或いは前述の物品又は製品Ａを製造するために使用される構成要素（原材料、様々な性質の挿入体など）をレーザ処理に晒す必要がある任意の状況下で、ここで説明する解決策を適用できることは言うまでもない。

一般に、例えばスポット溶着をもたらすため或いは別個の点又は広がり状態を成す穿孔を生じさせるために（いわゆる、プリッキング又はディンキング）、連続的に或いは不連続的に、すなわち、別個の点状態で或いは広がり状態で処理を行なうことができると仮定する。

ここに示される実施形態の例（単なる一例にすぎないことは言うまでもない）では、レーザビーム源１（既に述べたように、場合により２つ）によって生成される１又は複数のレーザビームは、２つの光伝送装置２へ送られ、これらの光伝送装置から、ビームの位置及び視準を制御するための走査機能を有するアセンブリ３へと送られる。

このようにして、物品Ａの移動方向（図１の軸ｚ）であっても良く或いは物品Ａの前記移動方向を横切る方向（図１の軸ｘ）であっても良い偏向の動きを、各ビームに対して「独立に」与える機能を伴って、少なくとも２つの別個のレーザビームを物品Ａの方向へと向けることができる。

好ましい方法において、レーザ源１は、２ｋＷの総出力を有しており、そして、各ビーム毎に１ｋＷの出力の利用を可能にするＣＯ_２タイプのものである。前記タイプのレーザ源の使用は、利用できる出力の幅広い選択のために同様に推奨され、また、これは、原材料のタイプによって、そして／又は高い処理速度（例えば、最大１０００ｍ／分）によって決定付けられる必要性がある場合に、最大５ｋＷまでの出力の管理が可能である。

通常（この態様は、この明細書本文の後段で更に幅広く取り扱われる）、レーザ源１には、動作のために、カッティングの処理のためのタイプ００ モードのビームモードと、溶着の処理のためのＤ モード又はＱ モードなどの異なるモードとが備えられている。

２つの出力ビームを発することができるビーム源又は発生器１を使用すると、製品又は物品Ａのそれぞれの側において１つのビームを用いて独立して作業することができるが、状況によっては１つのビームだけを用いて操作することもできる。

例えば、新生児用の従来型のおむつパンツ（おしめ）、すなわち「オープン」販売型のおむつパンツをレーザ処理（例えば、製品の外形のレーザカッティング）に晒す必要があるとすると、それぞれの側に１つずつ、２つのビームを用いて作業するのが便利で効果的である。

物品Ａの流れｚに対して交差する方向で処理されるプルオンタイプ（時として「トレーニングパンツ」とも称されるクローズド販売型）の同様の製品では、１つのビームだけを用いて作業することが好ましい。この場合、実際には、シートのカッティング形状は、２つの連続する製品を分離する横方向カッティングラインに中心付けられた実質的に楕円形状を有する穴である。この場合、レーザ発生器は、その前方をそれぞれの個々の製品が通過するときにビームを励起させ、その後、製品のカッティングを実行した後、次の製品が到達するまでビームの励起動作を停止させる。

ビーム視準及びレーザビームの位置制御のためのスキャナ３は、例えばウォータータウン（米国）にあるＧｅｎｅｒａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｎｃ．によって製造された光走査ヘッド モデルＨＰＭ１０Ａなどの装置から成ることができ、あるいは、Ｓｃａｎｌａｂ（ドイツ）によって製造された製品Ｈａｒｒｙｓｃａｎ ２５又はＰｏｗｅｒｓｃａｎ ３３或いはＲａｙｌａｓｅ（ドイツ）によって製造されたＡｘｉａｌｓｃａｎ又はＳｕｐｅｒｓｃａｎなどの同様の製品から成ることができる。

この場合、１又は複数のレーザ源１から出るレーザビームは、光伝送装置２を通過した後、各スキャナ３上に存在する入口開口によって受けられるとともに、各軸ｚ，ｘ毎に１つずつの、高速回復ガルバノ移動を伴う一対のミラーによって逸らされる。

従って、スキャナ３から出る各レーザビームは、予め決定できる寸法及び集光度を有する位置決めスポットの形態を成して物品Ａに到達することができる。処理ビームの最小直径（又は、システムの回折の限界）は、下記関係によって与えられる：
ｄ＝１．２７ ．ｆ ．λ／Ｄ
但し、
ｄは、スポットの最小断面（回折の限界）、
１．２７は比例定数Ｋ、
ｆは、使用されるレンズの焦点距離、
λは、レーザビームの波長、
Ｄは、スキャナに入射するレーザビームの直径である。

以上のように与えられるものは、その実用的用途において、使用される機器の品質に特有の、以下に述べる他の２つの重要なファクタと共に導入される。

第１のファクタは、レーザビームの品質のファクタ（Ｍ^２）によって表わされる。これは、使用される発生器又はレーザ源に特有のファクタである。それは、理論ガウス構造に対するレーザビームの偏りを表わしている。すなわち、理想的なレーザ源で、理論ガウスに対応するビームの場合、ファクタＭ^２は１に等しく、理想的なレーザビームにおいて、Ｍ^２は１よりも大きい。

第２のファクタは、レンズの球面収差によって表わされる。これは、原材料の純度及び表面仕上げのプロセスの精度又はタイプに関して、使用されるレンズの品質に固有のパラメータである。

通常、これらの２つのファクタは比例定数Ｋに含められる。

なお、これに関連して、先に言及したレーザ発生器は、共振器の出力ミラーの湾曲角度の関数である特定のドリフト角度を有する１つ以上のレーザビームを発することができる能力を有していることが留意される。これは、完全に平行ではないレーザビームを形成することを含んでいる。

この擬似欠陥により、採用されるスキャナのタイプによって規定される入射光の直径に適合されるビームの直径をもって偏向ユニット３に達することが可能になる。すなわち、本発明の現時点での好ましい実施形態においては、入射ビームの直径、従って、物品Ａ上に適用されるレーザスポットの直径は、レーザ源１とスキャナ３との間の光学距離を変えることにより調整される。また、これにより、装置のコストが低減されると共に、ビームを補正するための拡張ユニット及び／又はレンズに頼るのを避けることができさえすれば装置の効率も向上する。

一般的には、物品Ａの面上における各スキャナ３の作用範囲は正方形又は長方形にすることができ、この正方形又は長方形は、物品Ａの流れが生じる面（処理面）からの距離を決定するスキャナ３で使用される合焦レンズに従って、そして、採用されるスキャナのタイプ（２軸、３軸など）に従って、軸ｘ及び軸ｚに沿ってそれぞれ一般に約１００×１００ｍｍ〜約５００×５００ｍｍの範囲内で横寸法を変化させることができる。

図１の概略的表示において、参照符号４は、Ｈ／Ｗ電子制御ユニット（例えば、専用のコンピュータカードなど）を示しており、これは、システムの動作を管理し、そして、レーザビームに対してスキャナ３により成される偏向作用を制御するとともに、レーザビームの出力の変調を制御する。これは、センサの組によって発せられる信号に従って行なわれる。本明細書中で考慮される実施形態の例において、上述した組は、物品Ａの位置を検出するセンサ６を備えるとともに、軸ｚに沿う物品Ａの進行速度と点８で特定されるマスターユニットに蓄えられるプロファイルの形成における角度位置とを検出するセンサ５を備えており、これらは、マスターユニット（８）の機能及びスレーブセンサ（５）の機能をそれぞれ伴っている。これらのセンサは、一般に、点６で示されるケースでは、例えばＴＵＲＫによって製造されるタイプＢＴ２−ＥＧ０８−ＡＰＧＸ−Ｈ１３４１の光学センサであり、一方、点５で示されるケースでは、Ｌｉｎｄｅ ＡＢ−６３６０／２−５Ｖ １０００ ｐｐｒ又はＲＯＤ ４２０−５０００×２ ｐｐｒなどの絶対型又はインクリメンタル型のエンコーダである。

参照符号７は、図１に表わされる装置が挿入されるシステムの動作を管理するラインコントローラ（プログラマブル論理コントローラ、すなわち、ＰＬＣ）又は工業用途のためのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの処理ユニットを全体として示している。

レーザ発生器１のようなハードウェアカード４は、オペレータのための制御ツール及びグラフィックインタフェース（グラフィックユーザインタフェース、すなわち、ＧＵＩ）を用いて、ユニット７によって管理できる特定のソフトウェアによって制御されてプログラムされる。

図２に更に明確に示されるように、装置は、物品Ａを方向ｚで供給するために使用されるモータ駆動の搬送システム９も備えている。

上記システムは、例えば、エンドレスベルトを備えるモータ駆動のベルトシステムによって形成されると有利であり、エンドレスベルトの上端ブランチは、略平行な方向に延びて、物品Ａを搬送するためのブランチとして機能する。

勿論、搬送システム９は、図示されているタイプのものとは異なるタイプものであっても良いが、ここでは詳細に説明する必要がない技術的に良く知られた解決策の範囲に留めている。

この図２は、１０で示される明確な処理領域でレーザビームを物品Ａに作用させるようにスキャナ３が配置されていることを示している。上述した領域には、通常、任意の考えられる処理屑又は廃棄物を除去するための装置（図示しないが、既知のタイプのものであり、例えば空気吸入装置である）が設けられている。

処理領域が、どちらかと言えば、流れｚの方向で軸に沿って含まれている場合、処理される物品／材料が２つの連続するベルト間で、処理領域内に単に存在し続けられるという意味では、支持体をなくすこともできる。

処理中に物品Ａを支える支持体は、作業／処理窓のサイズに応じて、固定したり、または、移動可能にすることができる。例えば、プロセス速度及び処理される物品の形状に関与する要件に応じて、作業窓の幅が広い場合には、図２に概略的に示されるようなタイプのコンベア等の可動支持体を使用することが好ましく、あるいは、支持体がそのようにして可能であれば、０．５μｍ〜５μｍの範囲又はそれ以上の厚さの中性のシリコーン／合成材料でその表面が選択的に添加処理された負圧ドラムを使用することが好ましい。他の有効な方法は、支持体の表面上に高密度で加えられたブラシ状の毛（合成又は非合成のいずれか）を設けることである。

著しく狭い作業窓及び／又は比較的狭い作業窓の場合には、前述した表面特性と同じ表面特性を有する固定面を採用することができ、また、原材料及び／又は製品の流れ及びコンシステンシーに従って、引き出すための要素間での飛び跳ねが許容される場合には、真空中で前述したと同じ表面特性を有する固定面を採用してもよい。

レーザ源１の特性に関しては、９．６μｍ〜１１．０μｍの波長で動作することにより、また、好ましい方法では９．６μｍ〜１０．６μｍの間で選択される波長で動作することにより、全ての他のパラメータが等しい場合、最良の処理結果を得ることができることは明らかである。１０．２μｍの値は、現在、特に好ましい値に相当する。

市場で入手できるこれらの波長特性に対応するレーザ源は、例えば、会社ＰＲＣ（米国）、ＲＯＦＩＮ−ＳＩＮＡＲ（ドイツ）、Ｔｒｕｍｐｆ（ドイツ）、又は、Ｌａｓｅｒｌｉｎｅ（ドイツ）によりＣＯ_２発生器又はＹＡＧ発生器として販売されている製品である。

これに関連して、任意の特定の理論に拘束されることは望まないが、本出願人は、前述した値を使用して得られる、質における結果は、対象の衛生用品を製造するために通常使用される材料の特性に、ある意味において関連していると信じられる理由を有している。実際問題として、上記製品は、対応する構成材料と共に、処理されるべき明確なタイプの物品を特定するものである。これらは、通常、白色の材料、または、他の場合には、ほぼ明るい色の材料であって、半透明又は乳白色を呈した外観を有しており、従って、可視光に関する高い反射度合いによって特徴付けられる。これに関連して、他方では、先に示した波長の値が、むしろ、遠赤外の範囲内にある放射線に対応していることに留意すべきである。

特に、レーザ源１は、物品Ａに対して実行されるべき処理（カッティング及び／又は溶着）のタイプに適合される直径及び波長モードを有する１つ以上のレーザビームを形成できるように選択される。上記物品は、通常、図１及び図２に示されるように、搬送システム９上を移動しており、この搬送システムは、ｚで総称的に示された軸に沿って右から左へと向かう搬送方向で作動する。

一般に、装置のレイアウトにおけるレーザ発生器１の位置及び距離は、軸ｚ上の流れ方向に対して平行又は垂直であっても良い。利用可能な空間、実行されるべき処理のタイプ、偏向ユニット３の入力で必要とされるビームのサイズなどの様々なファクタに応じた選択を行なっても良い。また、以上のことに加えて、マルチビームレーザ源（場合により、複数の発生器を用いて）、すなわち、独立に処理され得る複数のビームを同時に形成できる能力を有するレーザ源を使用することが経済的に有利であることが理解される。

好ましい方法においては、レーザ放射線の伝送は、外部物質による汚染を防止するために加圧パイプ内で行なわれる。参照符号２で示される光伝送装置のような光伝送ユニット（例えば９０°の偏向角度を伴う）を設ける場合には、これらのユニットは、一般に１０℃〜３０℃の温度範囲でシステム全体としての熱的安定性を保証するために冷却システムを用いて冷却され、分極される反射システムであることが好ましい。偏向システム３に入る前に、レーザ放射線の経路上には、上記システムの光学的欠陥を減じるために、補正レンズ及び／又はフィルタなどの補助部品を設けてもよい。

偏向ユニット３を介して、１又は複数のレーザビームは移動され、伝送されるとともに、処理されるべき１又は複数の物品及び／又は原材料の一部又は全部を含む作業領域又は処理窓で合焦される。

既に言及したように、偏向ユニット又はスキャナ３、及び、レーザ発生器１は、処理の特定の要件（実行されるべき処理のタイプ、処理されるべき原材料のタイプなど）を満たすように選択された市販の部品である。

本出願人によって行なわれた実験によれば、全ての他のパラメータ（発生器から到達する入射ビームのタイプ及びサイズ）が等しい場合、作業面上、すなわち、物品Ａ上に投影される出力のレーザスポットの直径は特定の重要性を担うことが分かった。

スポットの直径は一般に上述した物理量の関数であり、一方、スキャナ３又は偏向ユニットは、原材料の速度又は処理されるべき材料の流れ速度に関連して、処理されるべき製品の寸法に従って選択される。

また、先に既に説明した理由により、レーザ源１によって生成される放射線の波長、すなわち、エネルギの注入に大きく影響される処理原材料及び／又は製品の物理的及び化学的な構造特性に関し、適切にバランスのとれた方法でレーザ処理のエネルギが与えられ／伝達されることを確かめることが重要である。

この結果は、図１に参照符号４で示されるハードウェアにより、また、レーザビームの出力、レーザスポットの瞬間速度、レーザスポット自体のサイズなどのプロセス変数をリアルタイム制御するハードウェアの作用により得ることができる。

速度及び出力は、例えば、プロセスのマスターユニット８に対して機械的に接続されたエンコーダ５及びセンサ６によって与えられる物品の流れ速度、位置及び位相のフィードバックに従って、２０ｎｓ〜５０μｓの周波数を用いてトレースされる全体のプロファイルに沿って各点毎に調整される。

速度及び出力の特性並びにレーザスポットのサイズの定義によって本明細書中に記載される解決策との関連で担われる重要性を更に良く理解できるようにするには、通常はシートメタル上で行なわれる溶接及び／又はカッティングのプロセスについて言及することが有用である。

従来の技術を使用して、例えば、被膜アークシステムを用いて金属の２つのシートが互いに溶接されるときに、電気アークは、金属の２つのシート及び電極の材料を溶かす。溶接プールを加熱して冷却するステップ中、結果として、材料の脆弱な挙動をもたらす結晶粒の拡大を伴って、溶接ビードに隣接する領域が熱的に変化する。実際に、これらのケースでは、溶接がビード自体で劣化しないが、溶接の近傍、すなわち、いわゆる熱影響部（ＨＡＺ）で劣化が生じるのが見出される場合がある。

全ての他のパラメータが等しい場合には、熱影響部の幅が溶接速度に反比例し、また、溶接速度は、間接的に比例した方法で、溶接プールのサイズに対して関連付けられる。すなわち、溶接プールが大きくなればなるほど、溶接速度が低下するとともに、熱影響部も大きくなる。レーザ技術を使用して金属のシートに対して行なわれる溶接は、高速であり、極めて小さい溶接ビードを有している結果、熱影響部が小さい。

同様に、生理用品を形成する材料などの高分子材料上のスポットは、大部分は、通常は硬化されて拡大されるエッジに対応するＨＡＺを減少させることがこの場合にも目的である限り、実質的にできる限り小さくなければならない。

先に既に述べたように、発生器１と偏向ユニット３との間でのビームの伝送は、外部からの任意の汚染を防止すると同時にオペレータを任意の放射線及び／又は思いがけない火傷から保護するために、不透明にされて加圧されたパイプ内で行なわれる。

ビームの方向の任意の変化は、偏向ユニット３に対する発生器の位置決めに従って、各レーザビーム毎に１つ以上の数の反射システム（例えば、表面がラッピングされて冷却された銅ミラー）を使用して行なわれる。

以上から分かるように、本明細書中に記載される解決策の枠組みの中で処理される原材料及び／又は製品は、それらが一般的にプラスチック材料や、例えばＰＥ、ＰＰ、結合樹脂、セルロースなどの合成物質等から形成される限り、エネルギの注入に大きく影響される。非常に高い頻度で、これらは、いずれの場合にも１０μｍ〜１０００μｍの可変厚の極めて薄い膜である。

処理される構造体の厚さは、通常、多くの材料を互いに結合するプロセスの結果として生じる。この場合、完成シートの厚さは、数ミリメートルのオーダーにすることができる。

カッティングの場合、エッジの品質は、受ける構造的変質（融解、燃焼、硬化等）を危うくするとともに、処理されるプロファイルの幅に関係しており、従って、処理を行なって直径を最小値まで減少させる傾向があるスポットの寸法に関係している。

一般に、（優先的ではあるが、先に考慮された波長の値に対する強制的な基準ではない、）上記直径は、カッティングであろうと溶着であろうと、実行しようとしているプロセスに従って５０μｍ〜２０００μｍである。

一般に、これらは、カッティング処理においては５０μｍ〜８００μｍの値であり、好ましくは１００μｍ〜３００μｍの値である。

溶着処理の場合には、製品の設計において表わされる要件に適合して、１００μｍ〜２０００μｍ、一般的には１００μｍ〜１０００μｍといった更に幅広い範囲を使用できる。

図３〜図６に示されているのは、使用できるレーザ源の異なるモード、００モード、Ｄモード、又は、Ｑモードにおける相対的エネルギ分布のパターンを伴う放射のプロファイルである。

特に、図３は、上記３つのモードに関して、基準値Ｉ_０＝２Ｐ／３、１４１Ｗ^２に対して正規化された放射の強度Ｉ／Ｉ_０の典型的なパターンを示している。ここで、Ｐは全体の出力であり、Ｗは、モード「００」におけるビームの半径にファクタ（１／ｅ^２）を掛け合わせたものである。図３の横座標のスケールは、ファクタＷに対して正規化された動径座標Ｒを表わしている。

図４〜図６は、図３の３つのダイヤグラムの３次元表示である。

先に既に述べたように、カッティング工程において、特定のガウスプロファイルが与えられる場合、００モードの使用は、それが曲線の中央領域でエネルギの高い集中を有している限り好ましい。

他の２つのビームモード、すなわち、Ｑモード及びＤモードは、非常に幅広いエネルギフロントを有するそれらの形状に起因して、溶着作業において好ましい。

いかなる場合でも、レンズの視差及び／又は球面収差及び／又はレンズの原材料の品質のエラーに起因するビームの周辺楕円化という欠陥を減少させ、そして／又は排除させることができる特定の光学素子を偏向ユニット３の下側で使用することが好ましいと思われる。これらの光学素子の好ましいタイプは、変形を５０％だけ減らすためのＳＥ（個々のレンズ）、エラーの限界を３０％にするためのＤＥ（ダブルレンズ）、及び、エラーを０％にし易くするＴＣＥ（トリプルレンズ）である。

前述したように、物品Ａに対するレーザビームの「トレース」の瞬間速度及び出力の値は、モジュール４によって調整され、制御され、同調される。上記モジュールは、既に述べたように、プロセス自体に対してリアルタイムで相互作用することにより、トレースされた全体のプロファイルに沿って瞬間毎に、装置のプログラミング中の所定の時間に反応できる能力を伴って、関与する変数を制御することができる。

生理用品の特定の材料の処理は、材料それ自体の品質を変えないように実行されなければならない。本明細書中に記載された解決策によれば、それがプロセスに関与する主要な変数の正確な調整を可能にする限り、この結果を得ることができる。上記変数は、例えば、
レーザビームの出力Ｐ、
処理されるべき材料のシートに対するレーザビームの瞬間相対速度Ｖ、
処理スポットの瞬間直径Ｄ
である。

例えば、本出願人によって行なわれた実験によれば、下記関係が確かめられるようにする良好な品質のカットを得ることができることが確認されている：

ここで、

値Ｋは、以下の大きさ：

を有している。

特に、良好なカッティング結果は、Ｋの値が２５〜１０００ｋＪ／ｍ^２において得られ、また、一方がポリプロピレン系で且つもう一方がポリエチレン系である２つの材料の組み合わせに関する選択的な値が１００〜３００ｋＪ／ｍ^２において得られる。

なお、値Ｋの定義に関与する３つの全ての物理量は、変数であり、特定の速度及び出力においては従属変数であり、一方、スポットの直径は独立変数である。

すなわち、スポットの直径は、ビームがスキャナ３の作業窓の中心に位置されているときには最小値を有し、一方、ビームが作業窓のエッジへ向かってシフトするときには、サイズが増大する。スポットのサイズのこの増大は、ビームが中央領域で動作するときには、ビームが実質的に円形であるのに対し、ビームが作業領域の周囲で動作するときには、ビームがスポットの円周の直径に等しい短径を有する楕円に変形するという事実に依存している。Ｋの決定のために、式において考慮に入れられなければならないＤは、この後者の場合、楕円の長径である。

作業領域の大きさは、得ようと望まれる製品の形状によって決定され、その結果、その作業領域の大きさは、変えることができないこと（独立変数）であることは明らかである。

許容できるカッティング品質を確保するための最小値よりも高い値に値Ｋを常に維持するために、２つの従属変数、すなわち、出力及び速度が一緒に或いは個別に調整される。

速度及び出力を制御できるようにするために、モジュール４が使用され、このモジュールは、典型的には、下記を行なうように構成されている。

− エンコーダ５によって検出される、軸ｚに沿った物品Ａの流れの速度に従って、レーザビームの出力を調整する。このエンコーダは、１物品に対して１回転の比率で、プロセスのマスターユニットに対して機械的に接続されている。このエンコーダの分解能は、プロセスの速度と処理されるプロファイルの複雑度とによって決定され、一般的には１０００〜１００００カウント／回転である。

− 軸ｚに沿った流れで規定される、プロファイルの処理の開始及び終了のためのクロックを同調させる。これは、軸ｚに沿って作用するように位置されるマスターセンサ（エンコーダ）８によって得られる。

− スポットのトレースのプロファイル上の位置に応じて、また、装置の加速及び減速の勾配の過渡における物品Ａの流れ速度に応じて、トレースの瞬間速度のベクトルの強度をリアルタイムで調整する。

− 瞬間毎に、プロファイルのトレースの過程で、物品の進行方向ｚを横切る軸ｘに沿って規定されるスポットの速度ベクトルの横方向成分の強度及び方向を調整し、それにより、Ｋの望ましい最小値を保証するのに適した合成瞬間接線速度を保証する。速度の上記調整は、それが作業窓の減少を方向ｚでもたらす限りにおいて更なる利点を生み出し、その結果、偏向システム３における合焦光学素子の視差及び／又は球面収差のエラーに起因するビームの楕円化の影響が減少される。

− スポットのトレースのプロファイル上の位置に応じて、また、物品Ａの流れ速度に応じて、カッティング／溶着のためのスポットの出力の強度をリアルタイムで調整することにより、定常状態条件下での動作中及び装置の加速及び減速の勾配の過渡中の両方において、望ましいＫの最小値を生み出すのに適した瞬間出力を保証する。

出力の調整は、制御ユニット４が、０−１０Ｖアナログ出力モジュールを有する限りにおいて可能であり、また、上記アナログ出力モジュールは、発生器の出力を制御するためのカードがそのようなアナログ駆動信号を受け入れる限りにおいてレーザ源の駆動を可能にする。

勿論、本発明の原理に対する先入観を伴うことなく、従って、添付の請求項に特定された本発明の範囲から逸脱することなく、単なる非限定的な例として本明細書中で説明されて図示されているものに関して、構成及び実施形態の詳細が幅広く変更されても良い。

本明細書中に記載される解決策に従って動作可能な装置の概略平面図である。 本明細書中に記載される解決策の動作の基準を更に詳細に示す側面図である。 本明細書中に記載される解決策に関する分野で使用可能なレーザ源の選択的特徴を示す図である。 本明細書中に記載される解決策に関する分野で使用可能なレーザ源の選択的特徴を示す図である。 本明細書中に記載される解決策に関する分野で使用可能なレーザ源の選択的特徴を示す図である。 本明細書中に記載される解決策に関する分野で使用可能なレーザ源の選択的特徴を示す図である。

Claims (65)

1. 物品（Ａ）、特に、生理用品及び前記生理用品の構成要素から選択される物品（Ａ）をレーザ処理に晒し、前記レーザ処理が前記物品に対してレーザスポットを当てる工程を含む方法であって、前記レーザスポットが５０μｍ〜２０００μｍの直径を有していることを特徴とする方法。
2. 前記処理がカッティング処理であり、前記レーザスポットが５０μｍ〜８００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記処理がカッティング処理であり、前記レーザスポットが１００μｍ〜３００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記処理が溶着処理であり、前記レーザスポットが１００μｍ〜２０００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記処理が溶着処理であり、前記レーザスポットが１００μｍ〜１０００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記レーザスポットが９．６μｍ〜１１．０μｍの波長を有していることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記レーザスポットは、９．６μｍ〜１０．６μｍの間で選択される波長、好ましくは１０．２μｍの領域の波長を有していることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記レーザスポットは、００ モード、Ｄ モード及びＱ モードの間で選択されるビームモードを伴っていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記処理がカッティング処理であり、前記レーザスポットが、００ モードのビームモードを伴っていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記処理が溶着処理であり、前記レーザスポットがＤ モード又はＱ モードの間で選択されるビームモードを伴っていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 非平行レーザビーム源（１）を用いて前記レーザスポットを生成する工程、及び、
    前記レーザビーム源（１）と前記物品（Ａ）との間の光学距離を変えることによってレーザスポットの直径を調整する工程
    を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 少なくとも１つの偏向ユニット（３）を介して前記物品（Ａ）に対して前記レーザスポットを当てる工程、及び、
    前記レーザビーム源（１）と前記少なくとも１つの偏向ユニット（３）との間の距離を変えることによってレーザスポットの直径を調整する工程
    を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. レーザビーム源（１）を用いて前記レーザスポットを生成する工程、及び、
    前記レーザビーム源（１）から加圧パイプを通じて前記物品（Ａ）へと前記レーザビームを伝える工程
    を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. レーザビーム源（１）を用いて前記レーザスポットを生成する工程、及び、
    前記レーザビーム源（１）から少なくとも１つの反射システム（２）を介して前記物品（Ａ）へと前記レーザビームを伝える工程
    を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記反射システム（２）を冷却する工程を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記レーザスポットに関連する出力を、１００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で調整する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記レーザスポットと前記物品（Ａ）との間の相対的な走査移動を生じさせる工程（３，９）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記レーザスポットに関連する出力を、物品（Ａ）の速度と、前記スポット自体による前記物品（Ａ）の走査ライン上における前記スポットの瞬間位置との間の少なくとも一方に応じて調整する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. レーザスポットによる前記物品（Ａ）の走査の瞬間速度を実質的に一定に維持する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
20. 方向（ｚ）における前記物品（Ａ）の進行移動と前記レーザスポットの偏向移動（３）との間の合成として、前記相対的な走査移動をもたらす工程（３，９）を含み、前記偏向移動は、物品（Ａ）の前記進行移動の方向（ｚ）を横切る方向（ｘ）における少なくとも１つの成分を有していることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
21. 前記走査移動で達する位置に従って、前記レーザスポットを励起状態又は非励起状態に選択的に維持する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
22. 下記関係：
    

    

    但し、
    Ｐは前記レーザスポットの出力、
    Ｖは処理される物品に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度、
    Ｄはレーザスポットの瞬間直径、
    Ｋは閾値、
    が満たされるように、前記レーザスポットの出力と、処理される物品（Ａ）に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度と、処理レーザスポットの瞬間直径とを一緒に調整する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記閾値（Ｋ）が、２５ｋＪ／ｍ^２〜１０００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
24. 前記閾値（Ｋ）が、１００ｋＪ／ｍ^２〜３００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
25. 前記レーザスポットの周辺が楕円化する欠陥を、特定の光学素子によって妨げる工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
26. ベルト及び／又はドラム要素によって前記物品（Ａ）を支持する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 温度制御された要素によって前記物品（Ａ）を支持する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 中性シリコーンなどの抗接着性材料の層でコーティングされた少なくとも１つの要素によって、前記物品（Ａ）を支持する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 物品（Ａ）、特に、生理用品及び前記生理用品の構成要素から選択される物品（Ａ）をレーザ処理に晒すための装置であって、前記レーザ処理が前記物品に対してレーザスポットを当てることを含んでいるところの装置において、５０μｍ〜２０００μｍの直径を有するレーザスポットを前記物品（Ａ）に対して当てるように構成される（２，３）レーザビーム源（１）を備えていることを特徴とする装置。
30. 前記処理がカッティング処理であり、前記レーザスポットが５０μｍ〜８００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
31. 前記処理がカッティング処理であり、前記レーザスポットが１００μｍ〜３００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
32. 前記処理が溶着処理であり、前記レーザスポットが１００μｍ〜２０００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
33. 前記処理が溶着処理であり、前記レーザスポットが１００μｍ〜２０００μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
34. 前記レーザスポットが９．６μｍ〜１１．０μｍの波長を有していることを特徴とする、請求項２９から請求項３３のいずれか１項に記載の装置。
35. 前記レーザスポットは、９．６μｍ〜１０．６μｍの間で選択される波長、好ましくは１０．２μｍの領域の波長を有していることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
36. 前記レーザスポットは、００ モード、Ｄ モード及びＱ モードの間で選択されるビームモードを伴っていることを特徴とする、請求項２９から請求項３５のいずれか１項に記載の装置。
37. 前記処理がカッティング処理であり、前記レーザスポットが、００ モードのビームモードを伴っていることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
38. 前記処理が溶着処理であり、前記レーザスポットがＤ モード又はＱ モードの間で選択されるビームモードを伴っていることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
39. 前記レーザビーム源（１）が非平行レーザビーム源であり、前記レーザスポットの直径を調整するために、前記レーザビーム源（１）と前記物品（Ａ）との間の光学距離を変えることができることを特徴とする、請求項２９から請求項３８のいずれか１項に記載の装置。
40. 前記物品（Ａ）に対して前記レーザスポットを当てるための少なくとも１つの偏向ユニット（３）を備え、前記レーザスポットの直径を調整するために、前記レーザビーム源（１）と前記少なくとも１つの偏向ユニット（３）との間の距離を変えることができることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
41. 前記レーザビームを前記レーザビーム源（１）から前記物品（Ａ）へと伝えるための加圧パイプを備えることを特徴とする、請求項２９から請求項４０のいずれか１項に記載の装置。
42. 前記レーザビームを前記レーザビーム源（１）から前記物品（Ａ）へと伝えるための少なくとも１つの反射システム（２）を備えることを特徴とする、請求項２９から請求項４１のいずれか１項に記載の装置。
43. 前記反射システム（２）が冷却され、そして／又は分極されることを特徴とする、請求項４２に記載の装置。
44. 前記レーザスポットに関連する出力が１００Ｗ〜１０００Ｗの範囲にあることを特徴とする、請求項２９から請求項４３のいずれか１項に記載の装置。
45. 前記レーザスポットと前記物品（Ａ）との間の走査移動を生じさせるための少なくとも１つの移動システム（３，９）を備えることを特徴とする、請求項２９から請求項４４のいずれか１項に記載の装置。
46. 前記レーザスポットに関連する出力を、物品（Ａ）の速度と、前記スポット自体による前記物品（Ａ）の走査ライン上における前記スポットの瞬間位置との間の少なくとも一方に応じて調整し、そして／又は変調するように構成された制御ユニット（４）を備えることを特徴とする、請求項４５に記載の装置。
47. 物品（Ａ）の速度、及び、マーキングの所定の周辺に沿うスポットの瞬間位置、延いては、結果として得られるベクトルの瞬間強度を実質的に一定に維持するように構成された制御ユニット（４）を備えることを特徴とする、請求項４５に記載の装置。
48. 前記移動システムは、
    方向（ｚ）における前記物品（Ａ）の進行移動を生じさせるためのコンベア（９）と、
    物品（Ａ）の前記進行移動の方向（ｚ）を横切る方向（ｘ）における少なくとも１つの成分を有する前記レーザスポットの偏向移動（３）を調整し、又は、生じさせるための少なくとも１つの偏向ユニット（３）と
    を備えることを特徴とする、請求項４５に記載の装置。
49. 前記走査移動で達する位置に従って、前記レーザスポットを選択的に励起させ又は励起動作を停止させるように構成された制御ユニット（４）を備えることを特徴とする、請求項４５に記載の装置。
50. 下記関係：
    

    

    但し、
    Ｐは前記レーザスポットの出力、
    Ｖは処理される物品に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度、
    Ｄはレーザスポットの瞬間直径、
    Ｋは閾値、
    が満たされるように、前記レーザスポットの出力と、処理される物品（Ａ）に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度と、処理レーザスポットの瞬間直径とを一緒に調整するように構成された制御ユニット（４）を備えることを特徴とする、請求項２９から請求項４９のいずれか１項に記載の装置。
51. 前記閾値（Ｋ）が、２５ｋＪ／ｍ^２〜１０００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
52. 前記閾値（Ｋ）が、１００ｋＪ／ｍ^２〜３００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
53. 前記レーザスポットの周辺が楕円化する」欠陥を妨げるための光学ユニットを備えることを特徴とする、請求項２９から請求項５２のいずれか１項に記載の装置。
54. 前記光学ユニットが、ＳＥ光学素子、ＤＥ光学素子、ＴＣＥ光学素子の間で選択されることを特徴とする、請求項５３に記載の装置。
55. 前記物品（Ａ）を支持するためのベルト及び／又はドラム要素を備えることを特徴とする、請求項２９から請求項５４のいずれか１項に記載の装置。
56. 前記物品（Ａ）を支持するための温度制御された要素を備えることを特徴とする、請求項２９から請求項５５のいずれか１項に記載の装置。
57. 前記物品（Ａ）を支持するための、中性シリコーンなどの抗接着性材料の層でコーティングされた少なくとも１つの要素を備えることを特徴とする、請求項２９から請求項５６のいずれか１項に記載の装置。
58. 物品（Ａ）、例えば、生理用品及び前記生理用品の構成要素から選択される物品（Ａ）を連続的にレーザカットするための方法であって、前記レーザカットは、１００μｍ〜３００μｍの直径を有するレーザスポットを前記物品に対して当てる工程と、前記レーザスポットに関連する出力を１００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で調整する工程とを含むことを特徴とする方法。
59. 下記関係：
    

    

    但し、
    Ｐは前記レーザスポットの出力、
    Ｖは処理される物品に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度、
    Ｄはレーザスポットの瞬間直径、
    Ｋは閾値、
    が満たされるように、前記レーザスポットの出力と、連続的にカットされる物品（Ａ）に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度と、レーザスポットの瞬間直径とを一緒に調整する工程を備えることを特徴とする、請求項５８に記載の方法。
60. 前記閾値（Ｋ）が、２５ｋＪ／ｍ^２〜１０００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
61. 前記閾値（Ｋ）が、１００ｋＪ／ｍ^２〜３００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
62. 物品（Ａ）、例えば、生理用品及び前記生理用品の構成要素から選択される物品（Ａ）を連続的にレーザカットするための装置であって、前記レーザカットが前記物品に対してレーザスポットを当てることを含むところの装置において、１００μｍ〜３００μｍの直径を有するレーザスポットを前記物品（Ａ）に対して当てるように構成（２，３）されたレーザビーム源（１）を備え、前記レーザスポットに関連する出力が１００Ｗ〜１０００Ｗの範囲にあることを特徴とする装置。
63. 下記関係：
    

    

    但し、
    Ｐは前記レーザスポットの出力、
    Ｖは処理される物品に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度、
    Ｄはレーザスポットの瞬間直径、
    Ｋは閾値、
    が満たされるように、前記レーザスポットの出力と、連続的にカットされる物品（Ａ）に対する前記レーザスポットの瞬間相対速度と、レーザスポットの瞬間直径とを一緒に調整するように構成された制御ユニット（４）を備えることを特徴とする、請求項６２に記載の装置。
64. 前記閾値（Ｋ）が、２５ｋＪ／ｍ^２〜１０００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項６３に記載の装置。
65. 前記閾値（Ｋ）が、１００ｋＪ／ｍ^２〜３００ｋＪ／ｍ^２の間で選択されることを特徴とする、請求項６３に記載の装置。

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