JP3517082B2 - 帯状材の開孔装置 - Google Patents

帯状材の開孔装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シガレットとフィ
ルタとの接続に使用されるチップペーパ等の帯状材に一
定の間隔で微細孔を形成するに好適な帯状材の開孔装置
に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】近時、シガレットとフィルタとの
接続に使用されるチップペーパに、通気度を調整する為
の微細孔を形成したものがある。この種の帯状材（チッ
プペーパ）に微細孔を形成する開孔装置として、例えば
特開平５−１３８３８１号公報に開示されたものがあ
る。この公報に開示される開孔装置は、ロールから繰り
出されたチップペーパを一定速度で走行させると共に、
レーザ源から連続して出射されるレーザビームをポリゴ
ンミラーを用いて所定の周期で偏向し、この偏向レーザ
ビームを光学系を介して前記チップペーパに照射するこ
とで該チップペーパに一定の間隔で微細孔を形成する如
く構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
開孔装置にあっては、チップペーパの走行速度とポリゴ
ンミラーの回転速度との関係によって微細孔の形成間隔
が決定されるので、チップペーパの切換えに容易に対処
することができないと言う問題がある。つまりチップペ
ーパに形成すべき微細孔の列数やその形成間隔は、フィ
ルタシガレットの銘柄によって異なり、これに対処する
にはその光学系を変更したり、更にはチップペーパの走
行速度とポリゴンミラーの回転速度との関係を変更する
ことが必要となる。特にポリゴンミラーの回転速度を変
更した場合、チップペーパに照射される偏向レーザビー
ムの強度が変化するので微細孔の大きさまでが変化し、
またチップペーパの走行速度を変更した場合にも、微細
孔の大きさが変化すると言う問題が生じる。これ故、レ
ーザ源の発振出力強度までも調整しなければならない等
の不具合が生じる。
【０００４】また最近ではシガレットの巻上に連動させ
てチップペーパに微細孔を形成しながら、該チップペー
パを巻上機のフィルタアタッチメントに連続供給するこ
とも行われている。この場合、シガレットの巻上速度が
高まるに従って、チップペーパの供給速度（走行速度）
を高める必要がある。しかしポリゴンミラーの回転速度
を高めるには限界があるので、高速走行されるチップペ
ーパに微小間隔で微細孔を形成することが困難となって
いる。特にポリゴンミラーの回転速度の変動に起因して
一定間隔で、且つ一定の大きさの微細孔を形成すること
が困難となっており、チップペーパの通気度を高精度に
制御する上での障害となっている。
【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、チップペーパを高速走行させる
場合であっても該チップペーパに一定間隔で、且つ一定
の大きさの微細孔を安定に形成することができ、しかも
微細孔の形成間隔の変更にも容易に対処してその通気度
を高精度に制御可能な帯状材の開孔装置を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る帯状材の開孔装置は、ロールから繰り
出された、例えばシガレットとフィルタとの接続に使用
されるチップペーパからなる帯状材を所定の速度で走行
させる走行装置と、上記帯状材の走行経路に沿って所定
の間隔を存する複数の位置にそれぞれレーザビームをパ
ルス照射して該走行経路を走行する前記帯状材にその走
行方向に並べて複数の微細孔を形成する複数のレーザ発
振ヘッドと、これらのレーザ発振ヘッドを前記帯状材の
走行速度に応じた所定の周期で互いに同期させて発振駆
動する制御手段とを具備したことを特徴としている。
【０００７】つまり所定速度で走行する帯状材の走行経
路に沿って、所定の間隔を存する複数の位置にレーザビ
ームをそれぞれ照射する複数のレーザ発振ヘッドを設
け、これらのレーザ発振ヘッドを前記帯状材の走行速度
に応じた所定の周期で互いに同期させて発振駆動するこ
とで、前記帯状材にほぼ同時的に複数の微細孔を形成す
るようにしたことを特徴としている。
【０００８】特に請求項１に記載するように前記制御手
段においては、前記帯状材の走行方向の最下流位置また
は最上流位置にレーザビームを照射するレーザ発振ヘッ
ドを前記帯状材の走行速度に応じた所定周期の駆動パル
スにて発振駆動すると共に、他のレーザ発振ヘッドを、
前記レーザビームの照射位置間隔と前記帯状材の走行速
度とに応じた時間だけ前記駆動パルスを遅延して発振駆
動することを特徴としている。
【０００９】つまり所定周期の駆動パルスを用いて複数
のレーザ発振ヘッドを発振駆動することで各レーザ発振
ヘッドからそれぞれ出力されるレーザビームを互いに同
期させ、且つ帯状材の走行方向最下流側または最上流位
置のレーザ発振ヘッドに対して、他のレーザ発振ヘッド
の駆動タイミングを前記駆動パルスを遅延することで調
整し、これによって前記帯状帯に一定の間隔で微細孔を
形成するようにしたことを特徴としている。
【００１０】更に請求項２に記載するように前記駆動パ
ルスの遅延量を、前記帯状材の走行速度に応じて可変す
ることで、帯状材の走行速度の変更・変化に対処し得る
ようにしたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る帯状材の開孔装置について説明する。図
１は帯状材としてのチップペーパに微細孔を開孔するシ
ングルボビンタイプのレーザ開孔装置の概略構成図であ
る。このレーザ開孔装置は、同一ライン上に互いに離間
して配置された巻出し基台２、開孔基台４、および巻取
り基台６を備えている。巻出し基台２には、ボビン８に
チップペーパＰを巻回してなる繰出しロールＲ1がその
回転軸（図示せず）に装着される。また巻取り基台４に
は、前記開孔基台４にて微細孔が開孔されたチップペー
パＰを巻き取るための巻取りボビン１０が、その回転軸
（図示せず）に装着される。
【００１２】また巻出し基台２、開孔基台４、および巻
取り基台６にはそれぞれガイドローラ１２が回転自在に
取り付けられており、繰出しロールＲ1から繰り出され
たチップペーパＰはガイドローラ１２に案内されなが
ら、開孔基台４を介して巻取りボビン１０まで導かれ
る。尚、ガイドローラ１２はチップペーパＰの走行経路
を規定するものであり、特に巻出し基台２における上下
一対のガイドローラ１２ａはチップペーパＰの蛇行修正
機能を備えている。
【００１３】また特に図示していないが前記巻取り基台
６の回転軸にはパウダクラッチを介して電動モータが接
続されており、一方、巻出し基台４の回転軸にはパウダ
ブレーキが装着されている。そして電動モータによって
前記巻取りボビン１０が一方向に回転駆動され、この回
転力によって前記繰出しロールＲ1からチップペーパＰ
が繰出され、前記開孔基台４を通過して微細孔が形成さ
れた後、巻取りボビン１０にて巻き取られる。つまり電
動モータによる巻取りボビン１０の回転駆動により、繰
出しロールＲ1から巻取りボビン１０に向けてチップペ
ーパＰが繰出されて一定の速度で走行する。この際、繰
出しロールＲ1からのチップペーパＰの繰出し張力は前
記パウダブレーキにより一定に維持され、また巻取りボ
ビン１０によるチップペーパＰの巻取り張力も上記パウ
ダクラッチにより一定に維持される。
【００１４】さて前記開孔基台４には、チップペーパＰ
の走行経路の上方に位置して、例えば３つのレーザ開孔
ヘッド１４が設けられている。これらレーザ開孔ヘッド
１４はチップペーパＰの走行方向に沿って所定の微小間
隔Ｌoを存する３つの位置にそれぞれレーザビームを照
射し、走行経路上のチップペーパＰに微細孔を形成する
ものである。これらのレーザ開孔ヘッド１４は、例えば
パルス駆動される炭酸ガスレーザ発振器と、この炭酸ガ
スレーザ発振器から発振出力されるパルスレーザビーム
を集光して前記チップペーパＰの走行経路に照射する集
光レンズ等の光学系とからなる。
【００１５】尚、ここでは小型のレーザ開孔ヘッド１４
を用いることで、３つのレーザビームの照射位置のピッ
チ間隔Ｌoに応じて３つのレーザ開孔ヘッド１４を平行
に並べて配置し、互いに平行なレーザビームを照射する
ものとなっている。しかしレーザビームを照射する所定
位置のピッチ間隔Ｌoに比較してレーザ開孔ヘッド１４
の形状が大きく、これらのレーザ開孔ヘッド１４を上記
ピッチ間隔Ｌoで並べて配置できないことがある。この
ような場合には、例えば複数のレーザ開孔ヘッド１４を
互いにずらして配置すると共に、各レーザビームの光軸
を互いに傾ける等して、走行経路上でのレーザビームの
照射位置が上述した所定の微小ピッチ間隔Ｌoとなるよ
うにすれば良い。
【００１６】また上記レーザ開孔ヘッド１４を備えた開
孔基台４と巻取り基台６との間に設けられた検査装置１
６は、レーザビームの照射によってチップペーパＰに形
成された微細孔を検査するものである。この検査装置１
６によってチップペーパＰに形成された微細孔の大きさ
（面積）や、その配列ピッチＬが測定され、前記レーザ
開孔ヘッド１４の駆動が制御される。
【００１７】即ち、図２に本発明の概念を示すように、
この実施形態に係るレーザ開孔装置は、所定の速度Ｖで
走行されるチップペーパＰに対して、その走行方向に所
定の間隔Ｌoを存して３つのパルスレーザビームを照射
して微細孔Ｈを形成する３つのレーザ開孔ヘッド１４を
備えている。また上記微細孔Ｈを検査する検査装置１６
は、チップペーパＰの表面画像を撮像するカメラ２２
と、その撮像画像から微細孔Ｈの大きさ（面積）や微細
孔Ｈの配列ピッチＬを計測する画像処理部２４とからな
る。そしてコントローラ２６は、基本的には前記チップ
ペーパＰの走行速度Ｖに応じた周期Ｔで前記３つのレー
ザ開孔ヘッド１４を互いに同期させてほぼ同時にパルス
駆動し、微細孔Ｈを走行方向に並べて３つずつ形成する
ものとなっている。
【００１８】この際、コントローラ２６は前記検査装置
１６による検査結果（微細孔Ｈの配列ピッチＬ）に従っ
て、後述するように前記レーザ開孔ヘッド１４の駆動タ
イミングを遅延制御し、これによってチップペーパＰ上
に微細孔Ｈを所定の配列ピッチＬで形成するものとなっ
ている。また同時にコントローラ２６は前記検査装置１
６による検査結果（微細孔Ｈの大きさ）に従って、パル
スレーザビームのパルス幅ＰＷを可変することで、微細
孔Ｈの大きさを一定化制御するものとなっている。
【００１９】ここで前記コントローラ２６による３つの
レーザ開孔ヘッド１４に対する制御について説明する
と、該コントローラ２６は機能的には図３に示すように
構成されている。即ち、コントローラ２６は、チップペ
ーパＰの走行速度Ｖを検出する速度検出部３１と、前記
検査装置１６における画像処理によって求められる微細
孔Ｈの大きさを検出する穴面積検出部３２と、微細孔Ｈ
の検出タイミングと前記チップペーパのＰの走行速度Ｖ
とから微細孔Ｈの配列ピッチＬを検出する穴ピッチ検出
部３３とを備えている。そして上記配列ピッチＬの情報
に従ってパルス発生器（パルスジェネレータ；ＰＧ）３
４を駆動し、チップペーパＰの一定の走行速度Ｖの下
で、目的とする配列ピッチＬoで微細孔Ｈを得るべく周
期Ｔoで駆動パルスを発生させている。また同時に前記
微細孔Ｈの大きさの情報に従い、上記駆動パルスのパル
ス幅ＰＷを可変している。
【００２０】しかして上記駆動パルスは、遅延器３５,
３６,３７を各別に介して３つのレーザ発振ヘッド１４
にそれぞれ加えられる。これらの遅延器３５,３６,３７
における駆動パルスの遅延量ｄは、遅延制御回路３８の
制御の下で前記微細孔Ｈの配列ピッチＬに応じて設定制
御される。具体的にはパルスレーザビームの照射位置の
間隔Ｌと等しい配列ピッチＬoでチップペーパＰ上に微
細孔Ｈを形成する場合には、遅延制御回路３８は図４に
示すように前記遅延器３５,３６,３７における遅延量ｄ
をそれぞれ零［０］に設定し、駆動パルスを遅延するこ
となく前記各レーザ発振ヘッド１４を同時に駆動する。
そして駆動パルスの繰り返し周期Ｔoを、走行速度Ｖの
下でチップペーパＰが丁度、前記パルスレーザビームの
照射位置の間隔Ｌの３倍に相当する長さ［３Ｌ(＝３Ｌ
o)］だけ移動する時間長となるように設定する。
【００２１】かくしてこのようにして３つのレーザ発振
ヘッド１４をチップペーパＰの走行速度Ｖが一定の条件
下で、繰り返し周期Ｔoに毎に同時にパルス駆動するよ
うにずれば、３つのパルスレーザビームにてチップペー
パＰの走行方向に間隔Ｌoを隔てて３つの微細孔Ｈが同
時に形成されることになる。そしてチップペーパＰの走
行に伴い、該チップペーパＰが長さ［３Ｌ(＝３Ｌo)］
だけ送られた時点で、再度、レーザ発振ヘッド１４がパ
ルス駆動され、チップペーパＰの走行方向に間隔Ｌ(＝
Ｌo)を隔てた３つの微細孔Ｈが形成されることになる。
この結果、チップペーパＰにはピッチ間隔Ｌoで微細孔
Ｈが順次連続的に形成されていくことになる。
【００２２】しかもこの場合、走行速度Ｖの下でチップ
ペーパＰが微細孔Ｈの配列ピッチＬの３倍の長さ分を移
動する毎にレーザ発振ヘッド１４をパルス駆動すれば良
いので、レーザ発振ヘッド１４を繰り返し駆動する周期
Ｔoを十分に長くすることができる。従ってレーザ発振
ヘッド１４を、十分な余裕を以て安定に駆動することが
可能となる。特にこのことはチップペーパＰの走行速度
Ｖが高速である場合、レーザ発振ヘッド１４の動作安定
化を図る上で好都合である。
【００２３】ところでチップペーパＰの走行速度Ｖが一
定の条件下で、チップペーパＰ上に前記パルスレーザビ
ームの照射位置の間隔Ｌよりも長いピッチ間隔Ｌ1で微
細孔Ｈを形成する場合には、例えば図５に示すようにチ
ップペーパＰの走行方向下流側のレーザ発振ヘッド１４
に対して、その上流側のレーザ発振ヘッド１４の駆動タ
イミングを遅延制御する。具体的には、遅延器３５の遅
延量を零［０］、遅延器３６の遅延量を［ｄ］、そして
遅延器３７の遅延量を［２ｄ］に設定し、走行方向上流
側におけるパルスレーザビームの照射タイミングを、時
間［ｄ］ずつ段階的に遅らせる。またレーザ発振ヘッド
１４をパルス駆動する駆動パルスの周期Ｔ1を、該チッ
プペーパＰが走行速度Ｖの下で前記ピッチ間隔Ｌ1の３
倍分の長さだけ移動するに要する時間（Ｔ＋ΔＴ）とし
て定める。
【００２４】かくしてこのようにして上流側に位置する
レーザ発振ヘッド１４のパルス駆動タイミングを遅延量
［ｄ］ずつ段階的に遅らせるようにすれば、パルスレー
ザビームの照射タイミングが遅れた分だけチップペーパ
Ｐが移動しているので、３つのパルスレーザビームによ
って順次形成される微細孔Ｈの配列ピッチが、そのパル
スレーザビームの照射位置の間隔Ｌよりもそれぞれ広が
ることになる。この結果、チップペーパＰには所望とす
る配列ピッチＬ1で微細孔Ｈが形成されることになる。
【００２５】これに対して前記パルスレーザビームの照
射位置の間隔Ｌよりも短いピッチ間隔Ｌ2で微細孔Ｈを
形成する場合には、例えば図６に示すようにチップペー
パＰの走行方向上流側のレーザ発振ヘッド１４に対し
て、その下流側のレーザ発振ヘッド１４の駆動タイミン
グを遅延制御する。具体的には、遅延器３５の遅延量を
［２ｄ］、遅延器３６の遅延量を［ｄ］、そして遅延器
３７の遅延量を零［０］に設定し、走行方向下流側にお
けるパルスレーザビームの照射タイミングを、時間
［ｄ］ずつ遅らせる。またレーザ発振ヘッド１４をパル
ス駆動する駆動パルスの周期Ｔ1を、該チップペーパＰ
が走行速度Ｖの下で前記ピッチ間隔Ｌ2の３倍分の長さ
だけ移動するに要する時間（Ｔ−ΔＴ）として定める。
【００２６】かくしてこのように３つのレーザ発振ヘッ
ド１４に対する駆動パルスを遅延制御すれば、最上流側
のパルスレーザビームにてチップペーパＰに微細孔Ｈを
開孔した時点から上記遅延量［ｄ］ずつ段階的に遅れた
タイミングで下流側のパルスレーザビームが照射され
る。すると上記駆動タイミングの遅れ分、チップペーパ
Ｐが移動することになるので、このパルスレーザビーム
の照射によって形成される微細孔Ｈと、既に上流側で形
成された微細孔Ｈとの間隔が詰まることになる。この結
果、チップペーパＰに連続的に形成される微細孔Ｈのピ
ッチ間隔Ｌ2が前記パルスレーザビームの照射位置の間
隔Ｌよりも短く設定されることになる。
【００２７】従って上述した装置によれば、パルスレー
ザビームの照射位置を変えることなしに、ひいてはレー
ザビームの照射光学系を変更することなく、レーザ発振
ヘッド１４の駆動タイミングを遅延制御するだけで所望
とするピッチ間隔の微細孔Ｈを連続的に形成することが
できる。しかもチップペーパＰの走行方向に沿って複数
のパルスレーザビームをそれぞれ独立に照射するべく複
数のレーザ発振ヘッド１４を設けた分、各レーザ発振ヘ
ッド１４を繰り返しパルス駆動する周期Ｔを長くするこ
とができるので、前述したように各レーザ発振ヘッド１
４の動作安定化を図ることが可能となる。更にはチップ
ペーパＰを高速に走行させながら微細孔Ｈを連続形成す
る場合にも十分に対応可能である等の効果が奏せられ
る。
【００２８】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えばレーザ発振ヘッド１４の数は上
述した３つに限定されず、チップペーパＰの走行速度Ｖ
に応じて４個以上設けることも可能であり、またレーザ
発振ヘッド１４を２個用いた場合にも或る程度の効果が
期待できる。また各レーザ発振ヘッド１４に対する駆動
パルスの遅延量ｄは、レーザビームの照射位置の間隔
Ｌ，微細孔Ｈの所望とする配列ピッチＬo,Ｌ1,Ｌ2，お
よびチップペーパＰの走行速度Ｖに応じて定めれば良い
ものである。
【００２９】また実施形態においては、駆動パルスのパ
ルス幅ＰＷを可変して微細孔Ｈの大きさを調整するよう
にしたが、パルスレーザビームの出力強度自体を可変し
て微細孔Ｈの大きさを調整するようにしても良い。更に
は検査装置１６で検出される情報に基づいてレーザ発振
ヘッド１４の駆動系に対するフィードバック制御系を構
築し、チップペーパＰの走行速度Ｖの変動量に応じて前
述した遅延量ｄを可変調整することで、チップペーパＰ
の走行速度Ｖの揺らぎに拘わらず、常に一定間隔で微細
孔Ｈを形成するようにしても良い。更には駆動パルスの
遅延制御を、例えばマイクロプロセッサの制御の下でデ
ィジタル的に実行するように構成することも勿論可能で
ある。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定の速度で走行されるチップペーパからなる帯状材の走
行経路に沿って所定の間隔を存する複数の位置にそれぞ
れレーザビームをパルス照射する複数のレーザ発振ヘッ
ドを設け、これらのレーザ発振ヘッドを前記帯状材の走
行速度に応じた所定の周期で互いに同期させて発振駆動
して前記帯状材に同時的に複数の微細孔を形成するの
で、帯状材を高速走行させる場合であっても該帯状材に
一定間隔で、且つ一定の大きさの微細孔を安定に形成す
ることができる。
【００３１】しかも請求項１に記載するように前記帯状
材の走行方向の最下流位置または最上流位置にレーザビ
ームを照射するレーザ発振ヘッドを前記帯状材の走行速
度に応じた所定周期の駆動パルスにて発振駆動すると共
に、他のレーザ発振ヘッドを前記レーザビームの照射位
置間隔と前記帯状材の走行速度とに応じた時間だけ前記
駆動パルスを遅延して発振駆動するので、微細孔の形成
間隔の変更にも容易に対処することができる。更には請
求項２に記載するように前記駆動パルスの遅延量を、前
記帯状材の走行速度に応じて可変することで、帯状材の
走行速度の変更・変化に対処しながら、一定間隔の微細
孔を安定に形成することができる等の効果が奏せられ
る。
【００３２】従って帯状材としてのチップペーパの通気
度を高品質に保ち得る微細孔を高速に、しかも安定に形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シングルボビンタイプのレーザ開孔装置を示す
概略斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ開孔装置の概
略的な構成図。
【図３】図２に示すレーザ開孔装置におけるコントロー
ラの機能的な構成図。
【図４】パルスレーザビームの照射位置間隔Ｌと等しい
配列ピッチＬoで微細孔Ｈを形成する際の、複数のレー
ザ発振ヘッドに対する駆動パルスのタイミング図。
【図５】パルスレーザビームの照射位置間隔Ｌよりも大
きい配列ピッチＬ1で微細孔Ｈを連続的に形成する際
の、複数のレーザ発振ヘッドに対する駆動パルスのタイ
ミング図。
【図６】パルスレーザビームの照射位置間隔Ｌよりも小
さい配列ピッチＬ2で微細孔Ｈを連続的に形成する際
の、複数のレーザ発振ヘッドに対する駆動パルスのタイ
ミング図。
【符号の説明】
２ 巻出し基台 ４ 開孔基台 ６ 巻取り基台 １０ 巻取りボビン １２ ガイドローラ １４ レーザ開孔ヘッド １６ 検査装置 ２２ カメラ ２４ 画像処理部 ２６ コントローラ ３１ 走行速度検出部 ３２ 穴面積検出部 ３３ 穴ピッチ検出部 ３４ パルス発生器（パルスジェネレータ） ３５ 遅延器 ３６ 遅延器 ３７ 遅延器 ３８ 遅延制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−20686（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−328276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A24C 5/14 A24D 3/02 B23K 26/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロールから繰り出された帯状材を所定の
    速度で走行させる走行装置と、 前記帯状材の走行経路に沿って所定の間隔を存する複数
    の位置にそれぞれレーザビームを照射して該走行経路を
    走行する前記帯状材にその走行方向に並べて複数の微細
    孔を形成する複数のレーザ発振ヘッドと、前記帯状材の走行方向の最下流位置または最上流位置に
    レーザビームを照射するレーザ発振ヘッドを前記帯状材
    の走行速度に応じた周期の駆動パルスにて発振駆動する
    と共に、他のレーザ発振ヘッドを上記駆動パルスを前記
    帯状材に形成する微細孔の間隔に応じて遅延して 発振駆
    動する制御手段とを具備したことを特徴とする帯状材の
    開孔装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記帯状材の走行速度
    に応じて前記駆動パルスの遅延量を可変することを特徴
    とする請求項１に記載の帯状材の開孔装置。
  3. 【請求項３】 前記帯状材は、シガレットとフィルタと
    の接続に使用されるチップペーパであることを特徴とす
    る請求項１に記載の帯状材の開孔装置。
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