JP3686529B2 - 帯状材の開孔装置 - Google Patents

Description

【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、高精度に微細孔を形成し得る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、シガレットの通気度を調整する為の微細孔を形成したものがある。この種の微細孔を帯状材（チップペーパ）に形成するための開孔装置は、例えば特開平５−１３８３８１号公報に開示されるように、ロールから繰り出されて一定速度で走行（搬送）されるチップペーパに、レーザ発振器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偏向することで所定の周期でパルス的に照射し、これによって上記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。ちなみに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る。これ故、微細光の開孔仕様に対処するには、例えば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。これ故、レーザ発振器から出力されるレーザ光の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】
ちなみにレーザ光の強度の調整は、一般的にはレーザ発振器を駆動する電源の動作をフィードバック制御し、その駆動電圧を可変する等して行われるが、駆動電圧の可変によるレーザ光の強度変化までの応答性がさほど良くないと言う問題がある。特に最近ではシガレットの巻上速度が益々高められる傾向にあり、これに伴って高速に供給（走行）されるチップペーパに照射するレーザ光を如何にして高精度に制御し、一定間隔で、且つ一定の大きさの微細孔を精度良く形成するかが問題となる。
【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、帯状材（チップペーパ）に照射するレーザ光の強度を応答性良くフィードバック制御することができ、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のできる制御性に優れた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、帯状材に照射して該帯状材に微細孔を形成するためのレーザ光を発振出力するレーザ発振器と、所定周波数の駆動電圧が加えられて作動して前記レーザ発振器から導かれたレーザ光を上記駆動電圧の周波数によって特定される向きに偏向して出力する音響光学モジュールとを備え、
特に上記音響光学モジュールを介して偏向出力されたレーザ光の一部を分光して該偏向レーザ光の強度を検出し（光検出器）、偏向レーザ光を用いて前記帯状材に形成された微細孔の情報に従って前記音響光学モジュールへの前記駆動電圧の印加を制御すると共に、光検出器にて検出された偏向レーザ光の強度に応じて前記音響光学モジュールの駆動電圧の振幅をフィードバック制御して該音響光学モジュールを介して偏向出力されるレーザ光の強度（出力効率）を可変する出力制御部を備えたことを特徴としている。
【０００７】
より具体的には、所定周波数ｆの交流電圧からなり、所定の周期Ｔで、且つパルス幅制御してパルス幅ＰＷのバースト信号として前記音響光学モジュールに加えられる駆動電圧の振幅Ｖを偏向レーザ光の出力強度をモニタする光検出器の出力に応じてフィードバック制御することで、偏向レーザ光を用いた帯状材の開孔制御（レーザ光の偏向制御）とは独立に、該音響光学モジュールによる偏向レーザ光の出力効率を可変して、その強度を応答性良く調整することを特徴としている。ちなみにレーザ光が照射されて微細孔が形成される帯状材は、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り、所定の速度で走行（搬送）されるチップペーパに照射するレーザ光の強度を前記音響光学モジュールを用いてフィードバック制御することを特徴としている。
【０００８】
【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。
【０００９】
図１は帯状材としてのチップペーパＰ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６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。
【００１０】
前記巻出し基台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。
【００１１】
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２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。
【００１２】
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、例えばレーザ開孔ヘッド１４が設けられている。このレーザ開孔ヘッド１４はチップペーパＰにレーザ光（ビーム）を照射して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。尚、レーザ開孔ヘッド１４はリニアアクチュエータ１６に支持されており、走行経路上のチップペーパＰの幅方向に移動されて前記レーザ光の照射位置が可変設定される。ちなみに上記レーザ開孔ヘッド１４は、後述するように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レーザ光を偏向制御してパルス化する音響光学モジュールと、パルス化されたレーザ光を前記走行経路上のチップペーパＰに照射する集光レンズ等の光学系とからなる。
【００１３】
尚、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１８は、レーザ光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１８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。
【００１４】
基本的には上述した如く構成される開孔装置において、本発明の特徴的な構成有するレーザ開孔ヘッド１４について詳しく説明すると、このレーザ開孔ヘッド１４は、例えば図２に示すように構成されている。
【００１５】
即ち、レーザ開孔ヘッド１４は、孔開け加工可能な大出力のレーザ光（例えばＣＯ₂レーザ）を発振出力する炭酸ガスレーザ発振器２１と、このレーザ発振器２１を発振駆動する電源２２と、上記レーザ発振器２１から出力されたレーザ光を入力し、該レーザ光を所定の角度に偏向する音響光学モジュール（ＡＯＭ；Acousto Opticic Modulater）２３と、この音響光学モジュール２３にて偏向されたレーザ光を所定のレーザ加工部位に照射する光学系２４と、上記音響光学モジュール２３にて偏向されなかったレーザ光、つまり音響光学モジュール２３を介して直進するレーザ光を吸収して、その外部出力を阻止する光ダンパ２５とを備える。
【００１６】
ちなみに上記光学系２４は、例えばレーザ光を反射してその光路（光軸方向）を変更する反射ミラー２４ａ,２４ｂ,２４ｃや、レーザ光の光路中に配置されて該レーザ光を分光するビームスプリッタ２４ｄ,２４ｅ、およびレーザ光を収束してレーザ加工部位に照射する集光レンズ２４ｆ,２４ｇを備えて構成される。尚、図２においてはビームスプリッタ２４ｅにより分光した２本のレーザ光を集光レンズ２４ｆ,２４ｇをそれぞれ介して出力するように構成されているが、１本のレーザ光だけを出力するものであっても良く、或いはレーザ光を３本以上に分光してそれぞれ出力するものであっても勿論良い。
【００１７】
しかして前記ビームスプリッタ２４ｅの前段に設けられたビームスプリッタ２４ｄにより分光された前記レーザ光の一部は、強度検出器（パワーデテクタ；ＰＤ）２６により受光されてその強度が検出されている。そしてこの強度検出器２６にて検出されたレーザ光の強度は出力制御部２７に与えられ、該出力制御部２７により前記音響光学モジュール２３の駆動がフィードバック制御されるようになっている。
【００１８】
さて前記音響光学モジュール２３は、レーザ光に対して透明なＳi単結晶等の光学素材を主体とするもので、例えばその端面に貼着されたピエゾ素子に加えられる所定周波数ｆの駆動電圧Ｖを受けて振動して、該光学素材に入射されたレーザ光をその結晶方位によって特定される向きに所定の角度θだけ偏向する機能を有する。ちなみにこの音響光学モジュール２３は、図３(ａ)に示すようにその振動周波数ｆに応じた角度θ方向に上記レーザ光を偏向し、また図３(ｂ)に示すようにその駆動電圧Ｖに応じてレーザ光の出力効率％を変化させて上記の如く偏向出力するレーザ光の強度を可変する特性を有している。
【００１９】
しかして前記出力制御部２７は、図４に示すように所定の周波数ｆ（例えば４０ＭＨz）の駆動電圧Ｖを所定の周期Ｔ毎にパルス幅変調し、パルス幅ＰＷのバースト信号を音響光学モジュール２３に加えることで、上記パルス幅ＰＷの期間に亘って角度θ方向に偏向したレーザ光を該音響光学モジュール２３からパルス出力するように制御動作する。この際、出力制御部２７は、前記強度検出器２６にて検出されたレーザ光の強度に応じて上記駆動電圧Ｖをフィードバック制御してレーザ光の出力効率％を変化させ、これによってレーザ光の強度を一定化制御するものとなっている。
【００２０】
かくして上述した如く構成されたレーザ開孔ヘッド１４によれば、音響光学モジュール２３を用いてレーザ光をパルス化制御し、そのレーザ光の強度を上記音響光学モジュール２３に加える駆動電圧Ｖをフィードバック制御して一定化するので、該レーザ開孔ヘッド１４から出射するレーザ光を非常に安定したものとすることができる。しかもレーザ発振器２１自体の作動を制御するものと異なり、該レーザ発振器２１から出力されたレーザ光を偏向制御する音響光学モジュール２３の作動をフィードバック制御するので、高速に応答性良くレーザ光の強度やそのパルス幅を制御することができる。特に音響光学モジュール２３に対する駆動電圧Ｖをフィードバック制御し、該音響光学モジュール２３が偏向出力するレーザ光の出力効率％を可変することでレーザ光の強度を一定化するので、安定度の高いレーザ光を得ることが可能となる。
【００２１】
この結果、レーザ光を照射してチップペーパＰに開孔された微細孔の大きさや形状に応じて、或いは微細孔を介するチップペーパＰの通気度に応じて前述した如くレーザ光をパルス制御し、その周期Ｔやパルス幅ＰＷを可変するに場合であっても、その制御を簡易に、且つ高精度に、しかも安定に行うことが可能となる等の効果が奏せられる。
【００２２】
尚、上述した実施形態においては音響光学モジュール２３を用いてパルス制御したレーザ光を分光して２本のレーザ光を得るようにしたが、例えば図５に示すように、レーザ発振器２１から出力されるレーザ光をビームスプリッタ２４ｅを用いて分光し、分光されたレーザ光のそれぞれを音響光学モジュール２３ａ,２３ｂを用いて各別にパルス制御するように構成しても良い。この場合には上記各音響光学モジュール２３ａ,２３ｂによりそれぞれパルス制御（偏向制御）されたレーザ光毎にその強度を検出し、これらの検出された強度に応じて前記各音響光学モジュール２３ａ,２３ｂの作動をそれぞれフィードバック制御するように出力制御部２７ａ,２７ｂを設けるようにすれば良い。このようにレーザ開孔ヘッド１４を構成すれば、分光した２本のレーザ光のそれぞれを独立に制御することが可能となり、微細孔に対するより細かい開孔制御が可能となる。
【００２３】
その他、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、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。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザ発振器から出力されたレーザ光を音響光学モジュールを用いて偏向制御してそのパルス化を制御すると共に、音響光学モジュールに対する駆動電圧をフィードバック制御してレーザ光の出力強度を一定化するので、安定で精度の高いパルスレーザ光を得ることができる。しかもパルスレーザ光に対する制御応答性に優れているので、例えばレーザ光を用いて開孔される微細孔に対する制御性にも優れている等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る帯状材の開孔装置の全体的な概略構成を示す図。
【図２】図１に示す開孔装置に組み込まれるレーザ開孔ヘッドの構成例を示す図。
【図３】レーザ開孔ヘッドにおける音響光学モジュールのレーザ光に対する特性を示す図。
【図４】レーザ光をパルス制御するに際して音響光学モジュールに加える駆動電圧の例を示す図。
【図５】レーザ開孔ヘッドの別の構成例を示す図。
【符号の説明】
２ 巻出し基台
４ 開孔基台
６ 巻取り基台
１４ レーザ開孔ヘッド
１８ 検査装置
２１ レーザ発振器
２３,２３ａ,２３ｂ 音響光学モジュール
２４ 光学系
２５,２５ａ,２５ｂ 光ダンパ
２６,２６ａ,２６ｂ 強度検出器
２７,２７ａ,２７ｂ 出力制御部

Claims (3)

1. 帯状材にレーザビームを照射して該帯状材に微細孔を形成する開孔装置であって、
   レーザ発振器と、所定周波数の駆動電圧が加えられて上記レーザ発振器から出力されたレーザ光を特定の向きに偏向すると共に、上記駆動電圧が印加されていないときには上記レーザ光をそのまま透過させる音響光学モジュールと、この音響光学モジュールを介して特定の向きに偏向出力されたレーザ光の一部を分光して該偏向レーザ光の出力強度を検出する光検出器と、前記偏向レーザ光を用いて前記帯状材に形成された微細孔の情報に従って前記音響光学モジュールへの前記駆動電圧の印加を制御すると共に、上記光検出器にて検出された偏向レーザ光の出力強度に応じて前記駆動電圧の振幅を制御する出力制御部とを具備したことを特徴とする帯状材の開孔装置。
2. 前記出力制御部は、前記レーザ光の偏向角度θに応じた周波数ｆの交流電圧の振幅Ｖを所定の周期Ｔ毎にパルス幅変調して、パルス幅ＰＷのバースト信号を前記音響光学モジュールの駆動電圧として得るものであって、
   前記光検出器にて検出される偏向レーザ光の強度に応じて前記交流電圧の振幅Ｖをフィードバック制御して前記偏向レーザ光の強度を一定化するものである請求項１に記載の帯状材の開孔装置。
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って、所定の速度で搬送されて前記レーザ光の照射による微細孔の形成に供されるものであって、
   前記出力制御部は、前記レーザ光の偏向角度θに応じた周波数ｆの交流電圧の振幅Ｖを所定の周期Ｔ毎にパルス幅変調して、パルス幅ＰＷのバースト信号を前記音響光学モジュールの駆動電圧として得るに際して、
   前記帯状材に開孔された微細孔の形状に応じて前記バースト信号のパルス幅ＰＷを可変すると共に、上記微細孔の開孔ピッチに応じて前記バースト信号の周期Ｔを可変するものである請求項１に記載の帯状材の開孔装置。

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