JP2018153814A - レーザ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光学ヘッドによりレーザ処理対象物にレーザ処理を行う場合に、処理ずれを抑制して良好なレーザ処理を施すこと。【解決手段】レーザ光を感熱記録媒体ＲＬに照射してレーザ処理を施すレーザ処理装置１０であって、複数のレーザ光をＺ軸方向に並べて出射するアレイヘッド４４と、出射された複数のレーザ光をＺ軸方向と直交するＸ軸方向にアレイヘッド４４に対して相対的に搬送される感熱記録媒体ＲＬに集光する光学部４３と、を有する複数の光学ヘッド２０を備え、複数の光学ヘッド２０は、光学ヘッド２０同士をＺ軸方向に隣接させた第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群とを有し、第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、Ｘ軸方向に隣接させるとともに、Ｚ軸方向に所定間隔ずらして配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ処理装置に関する。

従来からレーザ照射対象物にレーザ光を照射して加熱することで、レーザ照射対象物に加工処理や画像等のレーザ処理を施すレーザ処理装置が知られている。

例えば、複数のレーザ発光素子である半導体レーザをアレイ状に配置し、各半導体レーザから出射されたレーザ光を、所定の方向において互いに異なる位置に照射するレーザアレイなどのレーザ照射装置を備えた画像記録装置が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１の画像記録装置では、上記所定の方向とは異なる方向に、レーザ照射装置に対して相対的に移動する記録対象物にレーザ光を照射し、記録対象物に可視像を記録している。

レーザ処理装置では、レーザ処理対象物の大きさによってレーザ処理を施す幅（レーザ処理幅）が異なるが、一機種のレーザ処理装置によって様々なレーザ処理幅に対応できれば効率的である。一方で、複数のレーザ発光素子をアレイ状に配置したレーザ照射装置によってレーザ照射対象物にレーザ光を照射する場合、レーザ発光素子が並ぶ方向の長さが長くなると光学系（光学レンズ）が大きくなってしまい、さらには当該光学系を備える光学ヘッドも大きくなってしまうという課題がある。

そこで、所定の長さの光学ヘッドを複数組み合わせることで、異なるレーザ処理幅に対応可能なレーザ処理装置が提案されている。このレーザ処理装置では、光学ヘッドがアレイ状のレーザ光より大きくなるため、複数の光学ヘッドを一直線に並べて配置することができない。そのため、光学ヘッドを、複数のレーザ発光素子が並ぶ方向とは異なる方向（例えばレーザ処理対象物の搬送方向）にずらして配置する。そうすると、当該レーザ処理装置の各光学ヘッドから照射されるレーザ光は、レーザ処理対象物の搬送方向の垂直方向に対して異なるタイミングでレーザ処理を行うことになる。

ここで、レーザ処理装置では、レーザ処理対象物を高速で移動（搬送）させながらレーザ光を照射するため、レーザ処理対象物を所定の移動方向に等速で搬送し続けることは困難である。特に、レーザ処理対象物が薄膜フィルムなどの場合には、撓みなどにより蛇行してしまうことがある。しかしながら、レーザ照射対象物を所定の移動方向に等速で搬送できない場合、各光学ヘッドでのレーザ処理において処理ずれが発生してしまう。この処理ずれは、レーザ処理対象物の移動方向の距離が大きくなるほど大きくなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の光学ヘッドによりレーザ処理対象物にレーザ処理を行う場合に、処理ずれを抑制して良好なレーザ処理を施すことを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ光をレーザ処理対象物に照射してレーザ処理を施すレーザ処理装置であって、複数のレーザ光を所定方向に並べて出射するレーザヘッド部と、出射された複数のレーザ光を前記所定方向と交差する搬送方向に前記レーザヘッド部に対して相対的に搬送される前記レーザ処理対象物に集光する光学系と、を有する複数の光学ヘッドを備え、前記複数の光学ヘッドは、前記光学ヘッド同士を前記所定方向に隣接させた第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群とを有し、前記第１の光学ヘッド群と前記第２の光学ヘッド群は、前記搬送方向に隣接させるとともに、前記所定方向に所定間隔ずらして配置される。

本発明によれば、複数の光学ヘッドによりレーザ処理対象物にレーザ処理を行う場合に、処理ずれを抑制して良好なレーザ処理を施すことができるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかるレーザ処理装置の構成図である。 図２は、レーザ処理装置の構成を示す概略図である。 図３−１は、光ファイバの拡大概略図である。 図３−２は、アレイヘッド付近の拡大図である。 図４は、光学ヘッドを複数並べた従来のレーザ処理装置の説明図である。 図５は、実施形態１にかかるレーザ処理装置の説明図である。 図６は、実施形態２にかかるレーザ処理装置の説明図である。

以下、本発明を適用したレーザ処理装置の実施形態について説明する。レーザ処理装置は、レーザ処理対象物にレーザ光を照射して、レーザ処理対象物の表面を加工処理したり、レーザ処理対象物に画像形成・記録を行うレーザ処理を施すものである。

表面の加工処理とは、対象物の表面を変形、変質させる処理である。画像とは、視認可能な情報であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。画像としては、例えば、文字、記号、線、図形、ベタ画像、又はこれらの組み合わせ、バーコード、ＱＲコード（登録商標）などの二次元コードなどが挙げられる。

また、レーザ処理対象物としては、レーザで記録処理や加工処理を施すことができるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。画像が記録されるレーザ処理対象物としては、光を吸収して熱に変換し、画像を形成するものであれば何でもよく、例えば金属への刻印なども含まれる。また、レーザ処理対象物として、感熱記録媒体、感熱記録部を有する構造体などが挙げられる。

感熱記録媒体としては、支持体と、該支持体上に、画像記録層を有し、更に必要に応じてその他の層を有してなる。これら各層は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、更に前記支持体の他方の面に有していてもよい。

−画像記録層−
画像記録層は、ロイコ染料、及び顕色剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。

ロイコ染料としては、特に制限はなく、通常感熱記録材料に使用されているものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ロイコ染料としては、トリフェニルメタン系、フルオラン系、フェノチアジン系、オーラミン系、スピロピラン系、インドリノフタリド系等の染料のロイコ化合物が好ましく用いられる。

顕色剤としては、ロイコ染料を接触時発色させる電子受容性の種々の化合物、又は酸化剤等が適用できる。

その他の成分としては、バインダ樹脂、光熱変換材料、熱可融性物質、酸化防止剤、光安定剤、界面活性剤、滑剤、填料などが挙げられる。

−支持体−
支持体としては、その形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、形状としては、例えば、平板状などが挙げられる。構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。大きさとしては、感熱記録媒体の大きさ等に応じて適宜選択することができる。

−その他の層−
その他の層としては、光熱変換層、保護層、アンダー層、紫外線吸収層、酸素遮断層、中間層、バック層、接着剤層、粘着剤層などが挙げられる。

感熱記録媒体は、その用途に応じて所望の形状に加工することができる。形状としては、例えば、カード状、タグ状、ラベル状、シート状、ロール状などが挙げられる。

カード状に加工されたものとしては、例えば、プリペイドカード、ポイントカード、クレジットカードなどが挙げられる。カード状のサイズよりも小さなタグ状のサイズでは、値札等に利用できる。また、カードサイズよりも大きなタグ状のサイズでは、工程管理、出荷指示書、チケット等に使用できる。ラベル状のものは、貼り付けることができるために、様々な大きさに加工され、繰り返し使用する台車、容器、箱、コンテナ等に貼り付けて工程管理、物品管理等に使用することができる。また、カードサイズよりも大きなシート状のサイズでは、画像記録する範囲が広くなるため一般文書、工程管理用の指示書等に使用することができる。

構造体が有する感熱記録部は、例えば、構造体の表面にラベル状の感熱記録媒体を貼り付けた部位、構造体の表面に感熱記録材料を塗布した部位などが挙げられる。また、感熱記録部を有する構造体としては、構造体の表面に感熱記録部を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ビニール袋、ＰＥＴボトル、缶詰等の各種商品、段ボール、コンテナ等の搬送容器、仕掛品、工業製品などが挙げられる。

以下、一例として、レーザ処理対象物として感熱記録部を有する構造体、具体的には、ロールに巻き付けた感熱記録媒体（レーザ処理対象物）をロール回転で移動させて画像を記録するレーザ処理装置およびレーザ処理システムについて説明する。

図１は、実施形態にかかるレーザ処理装置の構成図である。図１に示すように、以下の説明では、感熱記録媒体ＲＬの搬送方向をＸ軸方向、上下方向をＺ軸方向、搬送方向および上下方向いずれにも直交する方向をＹ軸方向として説明する。

本実施形態のレーザ処理装置１０は、以下に詳述するように、レーザ処理対象物である感熱記録媒体ＲＬにレーザ光を照射して、表面の加工処理や画像の記録処理を行う。レーザ処理装置１０は、感熱記録媒体ＲＬを搬送する搬送手段、レーザ光を照射する光学ヘッド２０、光学ヘッド２０を制御する本体部３０、光学ヘッド２０と本体部３０とを接続する光ファイバ４２、システム制御装置などを備えている。レーザ処理装置１０は、レーザ処理対象物に光学ヘッド２０からレーザ光を照射して、レーザ処理対象物の表面に加工処理を施したり、可視可能な画像を記録するものである。

ここで、レーザ処理対象物の一例である感熱記録媒体ＲＬについて説明する。

感熱記録媒体ＲＬは、例えば、紙やフィルムなどを支持体とし、該支持体上に感熱発色する感熱記録層を有する媒体であって、画像の記録は、熱により色調が変化することで行われる。本実施形態では、感熱記録媒体ＲＬとして、１回の画像記録を行う媒体を用いているが、複数回記録ができる熱可逆記録媒体を用いることもできる。

本実施形態に用いる感熱記録媒体ＲＬは、レーザ光を吸収し熱に変換する材料（光熱変換材料）と熱により色相や反射率等の変化を生じる材料とを含んでなる感熱記録媒体を用いた。

光熱変換材料は、無機系材料と有機系材料とに大別できる。無機系材料としては、例えば、カーボンブラックや、金属ホウ化物及びＧｅ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｃｒ等の金属酸化物の少なくともいずれかの粒子が挙げられる。無機系材料としては、近赤外波長領域の光の吸収が大きく、可視域波長領域の光の吸収が少ない材料が好ましく、金属ホウ化物及び金属酸化物が好ましい。無機系材料は、例えば、６ホウ化物、酸化タングステン化合物、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、及びアンチモン酸亜鉛から選択される少なくとも１種が好適である。

６ホウ化物としては、例えばＬａＢ_６、ＣｅＢ_６、ＰｒＢ_６、ＮｄＢ_６、ＧｄＢ_６、ＴｂＢ_６、ＤｙＢ_６、ＨｏＢ_６、ＹＢ_６、ＳｍＢ_６、ＥｕＢ_６、ＥｒＢ_６、ＴｍＢ_６、ＹｂＢ_６、ＬｕＢ_６、ＳｒＢ_６、ＣａＢ_６、(Ｌａ，Ｃｅ)Ｂ_６、などが挙げられる。

酸化タングステン化合物としては、例えば、国際公開第２００５／０３７９３２号パンフレット、特開２００５−１８７３２３号公報等に記載されているような、一般式：ＷｙＯｚ（ただし、Ｗはタングステン、Ｏは酸素、２.２≦ｚ／ｙ≦２.９９９）で表されるタングステン酸化物の微粒子、又は一般式：ＭｘＷｙＯｚ（ただし、Ｍは、Ｈ、Ｈｅ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｂｉ、及びＩから選択される１種類以上の元素、Ｗはタングステン、Ｏは酸素、０.００１≦ｘ／ｙ≦１、２.２≦ｚ／ｙ≦３.０である）で表される複合タングステン酸化物の微粒子、などが挙げられる。これらの中でも、酸化タングステン化合物としては、近赤外領域の吸収が大きく、可視領域の吸収が小さい点から、セシウム含有酸化タングステンが特に好ましい。

また、酸化タングステン化合物としては、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、及びアンチモン酸亜鉛の中でも、近赤外領域の吸収が大きく、可視領域の吸収が小さい点から、ＩＴＯが特に好ましい。これらは、真空蒸着法や粒子状の材料を樹脂等で接着して層状に形成される。

有機系材料としては、吸収すべき光波長に応じて各種の染料を適宜用いることができるが、光源として半導体レーザを用いる場合には、６００ｎｍ〜１，２００ｎｍ付近に吸収ピークを有する近赤外吸収色素が用いられる。具体的には、シアニン色素、キノン系色素、インドナフトールのキノリン誘導体、フェニレンジアミン系ニッケル錯体、フタロシアニン系色素などが挙げられる。

光熱変換材料は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、光熱変換材料は、画像記録層に設けてもよく、画像記録層以外に設けてもよい。光熱変換材料は、画像記録層以外に用いる場合は、熱可逆記録層に隣接して光熱変換層を設けることが好ましい。光熱変換層は、少なくとも光熱変換材料とバインダ樹脂を含有してなる。

熱により色相や反射率等の変化を生じる材料としては、例えば従来の感熱紙に用いられる電子供与性染料前駆体と電子受容性顕色剤との組み合わせ等公知の物が使用できる。また、熱と光の複合反応、例えばジアセチレン系化合物の加熱と紫外光照射による固相重合に伴う変色反応なども含まれる。

次に、レーザ処理装置１０の詳細について説明する。図２は、レーザ処理装置の構成を示す概略図である。

本実施形態のレーザ処理装置１０では、複数の光ファイバのレーザ出射部を感熱記録媒体ＲＬの移動方向である副走査方向（Ｘ軸方向）と直交する主走査方向（Ｚ軸方向）にアレイ状に配置したファイバアレイを用いて、表面加工処理、画像記録を行うものである。以下では、レーザ処理装置１０による画像記録を例に挙げて説明する。

レーザ処理装置１０は、レーザ発光素子４１からのレーザ光の出射を制御することで、感熱記録媒体ＲＬに照射するレーザ処理により、描画単位からなる可視像を記録する。具体的には、レーザ処理装置１０は、レーザアレイ部１４ａおよびファイバアレイ部１４ｂからなるレーザ照射装置１４と、光学部４３とを備えている。

レーザアレイ部１４ａは、アレイ状に配置された複数のレーザ発光素子４１と、レーザ発光素子４１を冷却する冷却ユニット５０と、レーザ発光素子４１に対応して設けられ、対応するレーザ発光素子４１を駆動するための複数の駆動ドライバ４５と、複数の駆動ドライバ４５を制御するコントローラ４６とを備えている。コントローラ４６には、レーザ発光素子４１に電力を供給するための電源４８および画像情報を出力するパーソナルコンピュータなどの画像情報出力部４７が接続されている。

レーザ発光素子４１は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体レーザ、固体レーザ、色素レーザなどを用いることができる。レーザ発光素子４１は、これらの中でも、波長選択性が広い点、小さいことから装置の小型化が可能な点、及び低価格化が可能な点から、半導体レーザが好ましい。

また、レーザ発光素子４１が出射するレーザ光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、好ましくは７００ｎｍ〜２０００ｎｍが好ましく、７８０ｎｍ〜１６００ｎｍがより好ましい。

出射手段であるレーザ発光素子４１では、印加するエネルギーの全てがレーザ光に変換されず、通常、レーザ光に変換されないエネルギーが熱に変換されることで発熱する。そのため、レーザ発光素子４１は、冷却手段である冷却ユニット５０により冷却される。

また、レーザ照射装置１４は、ファイバアレイ部１４ｂを用いることで、各レーザ発光素子４１を離して配置することが可能となっている。これにより、隣接するレーザ発光素子４１からの熱の影響を小さくすることが可能となり、レーザ発光素子４１の冷却を効率的に行うことができる。このため、レーザ発光素子４１の温度上昇を回避したり、レーザ光の出力バラツキを低減でき、濃度ムラ、白抜けを改善できる。

なお、レーザ光の出力とは、パワーメータで計測される平均出力である。レーザ光の出力制御方法としては、２種類あり、ピークパワーを制御する方法と、パルスの発行比率（デューティ：レーザー発光時間／周期時間）を制御する方法とがある。

冷却ユニット５０は、冷却液を循環させてレーザ発光素子４１を冷却する液冷方式であり、冷却液が各レーザ発光素子４１から熱を受ける受熱部５１と、冷却液の熱を放熱する放熱部５２とを備えている。受熱部５１と放熱部５２とは、冷却パイプ５３ａ、５３ｂにより接続されている。

受熱部５１は、良熱伝導性部材で形成されたケース内部に良熱伝導性部材で形成された冷却液が流れるための冷却管が設けられている。複数のレーザ発光素子４１は、受熱部５１にアレイ状に配置されている。

放熱部５２は、ラジエータと、冷却液を循環させるためのポンプとを備えている。放熱部５２のポンプにより送り出された冷却液は、冷却パイプ５３ａを通って、受熱部５１へ流入する。そして、冷却液は、受熱部５１内の冷却管を移動しながら受熱部５１に配列されたレーザ発光素子４１の熱を奪ってレーザ発光素子４１を冷やす。受熱部５１から流出したレーザ発光素子４１の熱を奪って温度上昇した冷却液は、冷却パイプ５３ｂ内を移動して放熱部５２のラジエータへ流れ込み、ラジエータにより冷却される。ラジエータにより冷却された冷却液は、再びポンプにより受熱部５１へ送り出される。

ファイバアレイ部１４ｂは、レーザ発光素子４１に対応して設けられた複数の光ファイバ４２と、これら光ファイバ４２のレーザ出射部４２ａ（図３−２参照）付近を、上下方向（Ｚ軸方向）にアレイ状に保持するアレイヘッド４４とを備えている。各光ファイバ４２のレーザ入射部は、対応するレーザ発光素子４１のレーザ出射面に取り付けられている。アレイヘッド４４が光学ヘッドの一例である。また、Ｚ軸方向が所定方向の一例であり、Ｚ軸方向である所定方向は、Ｘ軸方向である搬送方向と直交している。

図３−１は、光ファイバの拡大概略図である。図３−２は、アレイヘッド付近の拡大図である。

光ファイバ４２は、レーザ発光素子４１から出射されたレーザ光の光導波路である。光ファイバ４２の形状、大きさ（直径）、材質、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

光ファイバ４２の大きさ（直径ｄ１）としては、１５μｍ以上１０００μｍ以下が好ましい。光ファイバ４２の直径ｄ１が１５μｍ以上１０００μｍ以下であると、画像の精細性の点で有利である。本実施形態では、直径１２５μｍの光ファイバを用いている。

また、光ファイバ４２の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、樹脂、石英などが挙げられる。

光ファイバ４２の構造としては、レーザ光を通過させる中心部のコア部と、コア部の外周に設けられたクラッド層とからなる構造が好ましい。

コア部の直径ｄ２としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。本実施形態では、コア部の直径ｄ２が１０５μｍの光ファイバを用いている。また、コア部の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ゲルマニウムやリンをドープしたガラスなどが挙げられる。

クラッド層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０μｍ以上２５０μｍ以下が好ましい。クラッド層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素やフッ素をドープしたガラスなどが挙げられる。

図３−２に示すように、各光ファイバ４２のレーザ出射部４２ａのピッチが１２７μｍとなるように、複数の光ファイバのレーザ出射部４２ａ付近がアレイヘッド４４によりアレイ状に保持されている。解像度２００ｄｐｉの画像が記録可能なように、レーザ出射部４２ａのピッチを１２７μｍとしている。

一つのアレイヘッド４４で全ての光ファイバ４２を保持しようとした場合、アレイヘッド４４が長尺となり、変形しやすくなる。その結果、一つのアレイヘッド４４では、ビーム配列の直線性やビームピッチの均一性を保つのが難しい。このため、アレイヘッド４４は、光ファイバ４２を１００個〜２００個保持するものとする。そのうえで、レーザ照射装置１４は、１００個〜２００個の光ファイバ４２を保持した複数のアレイヘッド４４を、感熱記録媒体ＲＬの搬送方向に対して直交する方向であるＺ軸方向に並べて配設するのが好ましい。本実施形態においては、２００個のアレイヘッド４４をＺ軸方向に並べて配設している。

また、図２に示すように、光学系の一例である光学部４３は、各光ファイバ４２から出射した発散光束のレーザ光を平行光束に変換するコリメートレンズ４３ａと、レーザ照射面である感熱記録媒体ＲＬの表面にレーザ光を集光する集光レンズ４３ｂとを有している。また、上記光学部４３を設けるか否かは、目的に応じて適宜選択すればよい。

パーソナルコンピュータなどの画像情報出力部４７は、画像データをコントローラ４６に入力する。コントローラ４６は、入力された画像データに基づいて各駆動ドライバ４５を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号を各駆動ドライバ４５へ送信する。具体的には、コントローラ４６は、クロックジェネレータを備えている。コントローラ４６は、クロックジェネレータが発振するクロック数が、規定のクロック数となったら、各駆動ドライバ４５を駆動するための駆動信号を各駆動ドライバ４５へ送信する。

各駆動ドライバ４５は、駆動信号を受信すると、対応するレーザ発光素子４１を駆動する。レーザ発光素子４１は、駆動ドライバ４５の駆動信号に従い、レーザ光を照射する。レーザ発光素子４１から照射されたレーザ光は、対応する光ファイバ４２に入射し、光ファイバ４２のレーザ出射部４２ａから出射される。光ファイバ４２のレーザ出射部４２ａから出射されたレーザ光は、光学部４３のコリメートレンズ４３ａ、集光レンズ４３ｂを透過した後、感熱記録媒体ＲＬの表面に照射される。そして、感熱記録媒体ＲＬの表面に照射されたレーザ光により、感熱記録媒体ＲＬが加熱され、感熱記録媒体ＲＬの表面に画像が記録される。

レーザ照射装置１４として、ガルバノミラーを用いてレーザを偏向して感熱記録媒体ＲＬに画像を記録するものを用いた場合、文字等の画像は、ガルバノミラーの回転で一筆書きするように、レーザ光を照射して記録する。そのため、ある一定の情報量を感熱記録媒体ＲＬに記録する場合、感熱記録媒体ＲＬの搬送を停止させないと、記録が間に合わないという不具合がある。

一方、本実施形態のレーザ照射装置１４のように複数のレーザ発光素子４１をアレイ状に配置したレーザアレイを用いることで、各画素に対応する半導体レーザのＯＮ／ＯＦＦ制御で、感熱記録媒体ＲＬに画像を記録することができる。これにより、情報量が多くても、感熱記録媒体ＲＬの搬送を停止させずに画像を記録することができる。よって、多くの情報を感熱記録媒体ＲＬに記録する場合でも、生産性を落とさずに、画像を記録することができる。

後述するように、本実施形態のレーザ照射装置１４は、レーザ光を照射して感熱記録媒体ＲＬを加熱することで、感熱記録媒体ＲＬに画像を記録するため、ある程度高出力のレーザ発光素子４１を用いる必要がある。そのため、レーザ発光素子４１の発熱量が多い。

ファイバアレイ部１４ｂを有さない従来のレーザ照射装置においては、解像度に応じた間隔でレーザ発光素子４１をアレイ状に配置する必要がある。従って、従来のレーザ照射装置においては、２００ｄｐｉの解像度にするためには、レーザ発光素子４１を非常に狭いピッチで配置することになる。その結果、レーザ発光素子４１の熱が逃げ難く、レーザ発光素子４１が高温となる。レーザ発光素子４１が高温となると、レーザ発光素子４１の波長や光出力が変動してしまい、感熱記録媒体ＲＬを規定の温度にまで加熱することができず、良好な画像を得ることができなくなる。

また、従来のレーザ照射装置においては、このようなレーザ発光素子４１の温度上昇を抑えるために、感熱記録媒体ＲＬの搬送スピードを落としてレーザ発光素子４１の発光間隔を開ける必要があり、生産性を十分高めることができない。

通常、冷却ユニット５０はチラー方式を用いることが多く、本方式では加熱を行わず冷却のみを行う。そのため、光源の温度はチラーの設定温度より高くなることはないが、環境温度より冷却ユニット５０及び接触させているレーザ光源であるレーザ発光素子４１の温度は変動することになる。

一方、レーザ発光素子４１として半導体レーザを用いた場合、レーザ発光素子４１の温度に応じてレーザ光の出力が変化する現象が発生する（レーザ発光素子４１の温度が低温になるとレーザ光の出力が高くなる）。従って、レーザ光の出力を制御するためには、レーザ発光素子４１の温度又は冷却ユニット５０の温度を計測して、その結果に応じてレーザ光の出力が一定になるようにレーザ光の出力を制御する駆動ドライバ４５への入力信号を制御することで、正常な画像形成を行うことが好ましい。

これに対し、本実施形態のレーザ照射装置１４は、ファイバアレイ部１４ｂを用いたファイバアレイレーザ処理装置である。ファイバアレイレーザ処理装置を用いることで、ファイバアレイのレーザ出射部４２ａを、解像度に応じたピッチで配置すればよく、レーザアレイ部１４ａのレーザ発光素子４１間のピッチを画像解像度に応じたピッチにする必要がなくなる。

これにより、本実施形態のレーザ照射装置１４によれば、レーザ発光素子４１の熱が十分放熱できるように、レーザ発光素子４１間のピッチを十分広くすることができる。これにより、レーザ発光素子４１が高温となるのを抑制することができ、レーザ発光素子４１の波長やレーザ光の出力が変動するのを抑制することができる。その結果、本実施形態のレーザ照射装置１４によれば、感熱記録媒体ＲＬに良好な画像を記録することができる。また、レーザ発光素子４１の発光間隔を短くしても、レーザ発光素子４１の温度上昇を抑制することができるため、感熱記録媒体ＲＬの搬送速度をあげて生産性を高めることができる。

また、本実施形態のレーザ照射装置１４においては、冷却ユニット５０を設けて、レーザ発光素子４１を液冷することで、レーザ発光素子４１の温度上昇をより一層抑制することができる。その結果、さらに、レーザ発光素子４１の発光間隔を短くして、感熱記録媒体ＲＬの搬送速度を上げることができ、生産性を高めることができる。

本実施形態のレーザ照射装置１４では、レーザ発光素子４１を液冷しているが、冷却ファンなどを用いてレーザ発光素子４１を空冷するようにしてもよい。液冷の方が冷却効率が高く、レーザ発光素子４１を良好に冷却できるというメリットがある。一方、空冷とすることで、冷却効率は落ちるが、安価にレーザ発光素子４１を冷却することができるというメリットがある。

本実施形態のレーザ処理装置１０において、図１に示す光学ヘッド２０は、アレイヘッド４４、および光学部４３から構成されている。また、図１に示す本体部３０は、レーザ照射装置１４、および電源４８から構成されている。

ここで、レーザ処理対象物（感熱記録媒体ＲＬ）は、様々な大きさのものがあるが、Ｚ軸方向（レーザ照射対象物の搬送方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向）に対するレーザ処理が可能な幅（レーザ処理幅）は、レーザ処理装置１０に依存する。レーザ処理装置１０のレーザ発光素子４１を増やしてレーザ処理幅を広げると光学部４３（光学レンズ系）が大きくなり光学ヘッド２０が大きくなってしまうという課題がある。また、様々なレーザ処理幅に対応する機種を保有すると在庫、製品コストへの課題が新たに生じる。

これに対し、複数の光学ヘッド２０を配置することで、Ｚ軸方向におけるレーザ処理幅を広げることが可能なレーザ処理装置がある。しかし、照射されるレーザ光のＺ軸方向における幅に対して、レーザ光を照射する光学ヘッド２０のＺ軸方向の幅の方が大きいために、各光学ヘッド２０は、Ｘ軸方向にずらして配置する。このため、各光学ヘッド２０から出射されるレーザ光は、Ｚ軸方向に対して異なるタイミングでレーザ処理を行うことになる。従って、感熱記録媒体ＲＬが搬送方向（Ｘ軸方向）に正確に搬送できないと、各光学ヘッド２０から出射されるレーザ光によるレーザ処理において処理ずれが発生する。光学ヘッド２０から出射されるレーザ光のＸ軸方向の距離が大きくなるほど、この処理ずれが大きくなる。

（比較形態）
図４は、光学ヘッドを複数並べた従来のレーザ処理装置の説明図である。図４では、説明のため、レーザ処理装置の光学ヘッドのみが示された図である。

光学ヘッドには、光学レンズやレーザアレイ等が入っているため、小型化するには限界がある。そのため、図４に示すように、Ｚ軸方向（上下方向）にレーザ処理幅を広げるために複数の光学ヘッド２００を用いると、レーザ光が感熱記録媒体ＲＬの移動方向に離れてしまう。

感熱記録媒体ＲＬを高速で搬送させた場合、感熱記録媒体ＲＬを所定の移動方向に等速で搬送することは困難である。特に、例えば、感熱記録媒体ＲＬが薄膜フィルムである場合には、撓みなどにより蛇行が発生することがある。このような場合、光学ヘッド２００から照射されるレーザ光のＸ軸方向（感熱記録媒体ＲＬの搬送方向）の距離が大きくなるほど処理タイミングのずれが大きくなる。従って、それぞれの光学ヘッド２００から照射されるアレイ状のレーザ光で処理される加工処理、画像形成などはムラや抜けがなくとも、各光学ヘッド２００間での処理においてムラや抜け等が発生し、良好なレーザ処理を施すことができなかった。

（実施形態１）
これに対し、実施形態１のレーザ処理装置について説明する。図５は、実施形態１にかかるレーザ処理装置の説明図である。

本実施形態にかかるレーザ処理装置１０の光学ヘッド２０は、上述したように、複数のレーザ光をＺ軸方向（所定方向）に並べて出射するアレイヘッド４４（レーザヘッド部）と、出射された複数のレーザ光をＺ軸方向と直交するＸ軸方向（感熱記録媒体ＲＬの搬送方向）にアレイヘッド４４に対して相対的に搬送される感熱記録媒体ＲＬに集光する光学部４３とを有している（図２参照）。

そして、実施形態１のレーザ処理装置１０では、図５に示すように、複数の光学ヘッド２０（２０ａ〜２０ｄ）を備えている。複数の光学ヘッド２０は、Ｚ軸方向の長さである高さＨが、複数の光学ヘッド２０から照射されるレーザ光のＺ軸方向の長さｈの２倍以下である。すなわちＨ≦２ｈとなる。

そして、この複数の光学ヘッド２０ａ〜２０ｄは、光学ヘッド同士をＺ軸方向に隣接させて配置された光学ヘッド２０ａおよび光学ヘッド２０ｃからなる第１の光学ヘッド群と、光学ヘッド同士をＺ軸方向に隣接させて配置された光学ヘッド２０ｂおよび光学ヘッド２０ｄからなる第２の光学ヘッド群とを有している。第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、Ｘ軸方向（感熱記録媒体ＲＬの搬送方向）に隣接させて配置されている。

さらに、第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、Ｚ軸方向に所定間隔ずらして、すなわちＺ軸方向に所定間隔だけ下げて配置されている。本実施形態のレーザ処理装置１０では、所定の間隔がレーザ光のＺ軸方向の長さｈとなっている。従って、第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、Ｚ軸方向においてレーザ光の長さｈだけずれて配置されている。

また、図５に示すように、実施形態１の複数の光学ヘッド２０は、アレイヘッド４４がＺ軸方向における中央部付近、かつＸ軸方向における中央部付近に配置された例を示している。

複数の光学ヘッド２０ａ〜２０ｄは、図５に示すＺ軸方向の上から、光学ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの順に配置されている。従って、上記を換言すると、複数の光学ヘッド２０ａ〜２０ｄは、Ｚ軸方向の上から順に数えた場合、奇数番目の光学ヘッド２０ａ、２０ｃと、偶数番目の光学ヘッド２０ｂ、２０ｄが、Ｚ軸方向である上下方向に積層して配置されている。そして、それぞれの光学ヘッドがＸ軸方向において接触されて配置されている。

以上より、図５のグラフを参照すると、図４のグラフと比べて、第１の光学ヘッド群（奇数番目の光学ヘッド２０ａ、２０ｃ）のレーザ光と、第２の光学ヘッド群（偶数番目の光学ヘッド２０ｂ、２０ｄ）のレーザ光とのＸ軸方向における距離が近くなっている。このように、本実施形態のレーザ処理装置１０では、複数の光学ヘッド２０のレーザ光のＸ軸方向における距離を狭くすることができる。これにより、各光学ヘッド２０の処理間でのムラや抜け等を抑制し、加工処理、画像形成における処理ずれを抑制して良好なレーザ処理を施すことができる。また、１種類の光学ヘッド２０によって実現できるため、在庫をかかえる必要がなくコストを削減することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２のレーザ処理装置について説明する。図６は、実施形態２にかかるレーザ処理装置の説明図である。

実施形態１のレーザ処理装置１０の複数の光学ヘッド２０では、アレイヘッド４４がＺ軸方向における中央部付近、かつＸ軸方向における中央部付近に配置された例を示した。これに対して、本実施形態のレーザ処理装置１０の複数の光学ヘッド２１では、アレイヘッド４４がＺ軸方向における中央部付近に配置されているが、Ｘ軸方向においては偏って配置された例を示す。

実施形態２のレーザ処理装置１０では、図６に示すように、複数の光学ヘッド２１（２１ａ〜２１ｄ）を備えている。複数の光学ヘッド２１は、実施形態１と同様に、Ｚ軸方向の長さである高さＨが、複数の光学ヘッド２１から照射されるレーザ光のＺ軸方向の長さｈの２倍以下である。すなわちＨ≦２ｈとなる。

そして、この複数の光学ヘッド２１ａ〜２１ｄは、光学ヘッド同士をＺ軸方向に隣接させて配置された光学ヘッド２１ａおよび光学ヘッド２１ｃからなる第１の光学ヘッド群と、光学ヘッド同士をＺ軸方向に隣接させて配置された光学ヘッド２１ｂおよび光学ヘッド２１ｄからなる第２の光学ヘッド群とを有している。第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、実施形態１と同様に、Ｘ軸方向（感熱記録媒体ＲＬの搬送方向）に隣接させて配置されている。

さらに、第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、Ｚ軸方向に所定間隔ずらして、すなわちＺ軸方向に所定間隔だけ下げて配置されている。本実施形態のレーザ処理装置１０では、所定の間隔がレーザ光のＺ軸方向の長さｈとなっている。従って、実施形態１と同様に、第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群は、Ｚ軸方向においてレーザ光の長さｈだけずれて配置されている。

また、図６に示すように、実施形態２の第１の光学ヘッド群の光学ヘッド２１は、アレイヘッド４４がＺ軸方向における中央部付近に配置されており、Ｘ軸方向における第２の光学ヘッド群側に偏って配置されている。また、第２の光学ヘッド群の光学ヘッド２１は、アレイヘッド４４がＺ軸方向における中央部付近に配置されており、かつＸ軸方向における第１の光学ヘッド群側に偏って配置されている。また、第２の光学ヘッド群の光学ヘッド２１は、第１の光学ヘッド群の光学ヘッド２１を上下に反転させて配置されてもよい。

複数の光学ヘッド２１ａ〜２１ｄは、図６に示すＺ軸方向の上から、光学ヘッド２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの順に配置されている。従って、上記を換言すると、複数の光学ヘッド２１ａ〜２１ｄは、Ｚ軸方向の上から順に数えた場合、奇数番目の光学ヘッド２１ａ、２１ｃと、奇数番目の光学ヘッドを反転させた偶数番目の光学ヘッド２１ｂ、２１ｄが、Ｚ軸方向である上下方向に積層して配置されている。そして、それぞれの光学ヘッドがＸ軸方向において接触されて配置されている。

以上より、図６のグラフを参照すると、図４、図５のグラフと比べて、第１の光学ヘッド群（奇数番目の光学ヘッド２１ａ、２１ｃ）のレーザ光と、第２の光学ヘッド群（偶数番目の光学ヘッド２１ｂ、２１ｄ）のレーザ光とのＸ軸方向における距離がより近くなっている。このように、本実施形態のレーザ処理装置では、複数の光学ヘッド２１のレーザ光のＸ軸方向における距離をより狭くすることができる。これにより、各光学ヘッド２１の処理間でのムラや抜け等を抑制し、加工処理、画像形成における処理ずれを抑制して良好なレーザ処理を施すことができる。また、１種類の光学ヘッド２０によって実現できるため、在庫をかかえる必要がなくコストを削減することができる。

（検証実験）
次に、本出願人が行った検証実験について説明する。図２に示すレーザ処理装置１０を用いて、比較形態（図４）、実施形態１（図５）、実施形態２（図６）に対して検証実験を行った。

＜実施例１＞
ここでは、Ｚ軸方向の幅が２４．４ｍｍ（０．１２７ｍｍピッチで１９２光源）のレーザ光を照射する光学ヘッドを４台用いて実験を行った。この光学ヘッドは、図５に示す高さ（Ｚ軸方向）４８ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２００ｍｍ、奥行き（Ｙ軸方向）３００ｍｍのサイズである。また、光学ヘッドは、レーザ光が幅方向（Ｘ軸方向）に１００ｍｍの位置（すなわち、中央位置）で照射される。そして、図５に示すように、上から１番目、３番目の光学ヘッドを積層して左に、２番目、４番目の光学ヘッドを積層して右に、２４．４ｍｍ下げて配置した。これにより、左右のレーザ光の幅は２００ｍｍとなった。

次に、本実施例のレーザ処理装置を用いて、レーザ記録可能な感熱記録媒体ＲＬ（光熱変換材料を含有）を、０．５ｍ/ｓ、２．０ｍ/ｓ、５．０ｍ/ｓの搬送速度で移動させてグレースケール画像を３０ｍ記録させた。

評価方法として、各レーザ照射装置との間で隙間、重なりを目視で確認して、以下の判定を行い表に記載した。
○：隙間、重なりなし
△：１ドット以内で隙間、重なり発生
×：１ドット以上で隙間、重なり発生

＜実施例２＞
ここでも、Ｚ軸方向の幅が２４．４ｍｍ（０．１２７ｍｍピッチで１９２光源）のレーザ光を照射する光学ヘッドを４台用いて実験を行った。この光学ヘッドは、図６に示す高さ（Ｚ軸方向）４８ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２００ｍｍ、奥行き（Ｙ軸方向）３００ｍｍのサイズである。また、光学ヘッドは、レーザ光が幅方向（Ｘ軸方向）に隣接する光学ヘッドから２０ｍｍの位置で照射される。そして、図６に示すように、上から１番目、３番目の光学ヘッドを積層して左に、２番目、４番目の光学ヘッドを上下反転して積層して右に、２４．４ｍｍ下げて配置した。これにより、左右のレーザ光の幅は４０ｍｍとなった。それ以外は、実施例１と同じ評価を行い、結果を表に記載した。

＜比較例＞
ここでは、Ｚ軸方向の幅が２４．４ｍｍ（０．１２７ｍｍピッチで１９２光源）のレーザ光を照射する光学ヘッドを４台用いて実験を行った。この光学ヘッドは、図４に示す高さ（Ｚ軸方向）１００ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）１５０ｍｍ、奥行き（Ｙ軸方向）３００ｍｍのサイズである。また、光学ヘッドは、レーザ光が幅方向（Ｘ軸方向）に７５ｍｍの位置（すなわち、中央位置）で照射される。そして、図４に示すように、１番目から４番目の光学ヘッドを横並びに高さ方向に２４．４ｍｍずつずらして配置した。レーザ光の最大幅は４５０ｍｍとなった。それ以外は、実施例１と同じ評価を行い、結果を表に記載した。

上記表１に示すように、本比較例のレーザ処理装置では、今までの「レーザ光の最大幅」が大きくなると隙間や重なりが発生し、感熱記録媒体ＲＬの搬送速度が速くなると、顕著に不具合が発生することになる。

１０ レーザ処理装置
１４ レーザ照射装置
１４ａ レーザアレイ部
１４ｂ ファイバアレイ部
２０、２１、２００ 光学ヘッド
３０ 本体部
４１ レーザ発光素子
４２ 光ファイバ
４２ａ レーザ出射部
４３ 光学部
４３ａ コリメートレンズ
４３ｂ 集光レンズ
４４ アレイヘッド
４５ 駆動ドライバ
４６ コントローラ
４７ 画像情報出力部
４８ 電源
５０ 冷却ユニット
５１ 受熱部
５２ 放熱部
５３ａ、５３ｂ 冷却パイプ
ＲＬ 感熱記録媒体

特開２０１０−５２３５０号公報

Claims (8)

1. レーザ光をレーザ処理対象物に照射してレーザ処理を施すレーザ処理装置であって、
   複数のレーザ光を所定方向に並べて出射するレーザヘッド部と、出射された複数のレーザ光を前記所定方向と交差する搬送方向に前記レーザヘッド部に対して相対的に搬送される前記レーザ処理対象物に集光する光学系と、を有する複数の光学ヘッドを備え、
   前記複数の光学ヘッドは、前記光学ヘッド同士を前記所定方向に隣接させた第１の光学ヘッド群と第２の光学ヘッド群とを有し、前記第１の光学ヘッド群と前記第２の光学ヘッド群は、前記搬送方向に隣接させるとともに、前記所定方向に所定間隔ずらして配置される、レーザ処理装置。
2. 前記複数の光学ヘッドは、前記所定方向の長さが、前記複数のレーザ光の前記所定方向の長さの２倍以下である、請求項１に記載のレーザ処理装置。
3. 前記所定間隔は、前記複数のレーザ光の前記所定方向の長さである、請求項１または２に記載のレーザ処理装置。
4. 前記複数の光学ヘッドは、前記レーザヘッド部が前記所定方向における中央部付近、かつ前記搬送方向における中央部付近に配置される、請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ処理装置。
5. 前記第１の光学ヘッド群は、前記レーザヘッド部が前記所定方向における中央部付近、かつ前記第２の光学ヘッド群側に配置され、
   前記第２の光学ヘッド群は、前記レーザヘッド部が前記所定方向における中央部付近、かつ前記第１の光学ヘッド群側に配置される、請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ処理装置。
6. 前記第２の光学ヘッド群は、前記第１の光学ヘッド群を反転させて配置される、請求項５に記載のレーザ処理装置。
7. レーザ光を出射するレーザ発光素子をさらに備え、
   前記レーザ発光素子からのレーザ光の出射を制御することで、前記レーザ処理により前記レーザ処理対象物に可視像を記録する、請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーザ処理装置。
8. 前記所定方向は、前記搬送方向と直交する方向である、請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーザ処理装置。

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