JP4303010B2 - Laser processing apparatus and processing method using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば繊維にレーザ光を照射して極細繊維に加工することができるレーザ加工装置および加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、極細の繊維を得る場合に、A成分の繊維の中に前記繊維よりも細いB成分の繊維が含まれるように海島型に紡糸して繊維化した後に、前記A成分を除去して繊維を得る方法がある。また繊維の長さ方向に沿って複数の繊維に切断して極細の繊維を得る方法もある。しかし、上記した繊維の加工方法では、繊維を細くできる寸法に限界があり、しかも高額な設備投資が必要であった。
【0003】
また極細の繊維を得るその他の方法としては、繊維をレーザ光で加熱して延伸処理して得る種々のレーザ加工装置が提案されている。図11ないし図13はそれぞれ従来のレーザ加工装置の主要部を示す概略図である。
【0004】
図11は、レーザ光源10を繊維Fの近傍に設置し、レーザ光を繊維Fに対して一方向から照射して、繊維Fを加熱するレーザ加工装置50である。また図12は、モータMの回転駆動力で繊維Fを回転させることができるようにしたものであり、繊維Fを回転させながら繊維Fに対して一方向からレーザ光を照射することで、繊維Fに対して全周からレーザ光が照射されるレーザ加工装置60である。また図13は、繊維Fの周囲に繊維Fに向けて複数台のレーザ光源10A,10B,10Cを等間隔に設置して、繊維Fに対して異なる方向からレーザ光を照射することができるようにしたレーザ加工装置70である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のレーザ加工装置50,60,70では、以下に示す問題があった。
【0006】
すなわち、図11に示すレーザ加工装置50では、レーザ光を一方向からしか照射できず、レーザ光が照射されている部分と照射されていない部分とで温度差が生じるため、繊維Fを均等に延伸することができず、剛性の点で劣る繊維が生成されるおそれが高い。
【0007】
また図12と図13に示す前記レーザ加工装置60,70は、図11に示すレーザ加工装置50における温度むらの問題を解消すべく、繊維Fの周囲からレーザ光を照射できるようにしたものである。しかし、前記レーザ加工装置60では、繊維Fを回転させることが技術的に困難であり、また前記レーザ加工装置70では、複数台のレーザ光源が必要になるため、設備コストが高額になる問題がある。さらに図13に示すレーザ加工装置70では、繊維Fに対して3方向から照射する状態を図示しているが、さらに繊維に対して多方向から照射させるものにすると、設備コストがさらに高額になる。
【0008】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、繊維を均一に加熱することができ、しかもコスト的に安価なレーザ加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射対象物にレーザ光を当てて加熱し、前記照射対象物を軟質化させて変形させるレーザ加工装置において、
互いに独立する複数の反射面が前記照射対象物を囲んで配置されて、それぞれの反射面が互いに異なる向きに設置されており、
前記照射対象物に照射されてこの照射対象物を通過したレーザ光が、いずれかの反射面反射されて前記照射対象物が存在する向きと異なる方向へ向けられ、そのレーザ光がその直前に反射された反射面と異なる位置にある他の反射面によって反射されて、前記照射対象物に対して前回照射された向きと異なる方向から照射され、これが繰り返されて、前記反射面で囲まれた領域内で分割されることなく進む同じレーザ光によって、同じ前記照射対象物が複数回加熱されることを特徴とするものである。
【0010】
上記本発明では、単一のレーザ光源で照射対象物の周囲の複数の方向から照射できるので、照射対象物を均一に加熱することができ、しかも設備コストを低く抑えることができる。また均一に加熱できるため、剛性の高い素材を得ることが可能になる。
【0011】
例えば、レーザ光源から射出される前記レーザ光が複数に分割されて、分割されたそれぞれのレーザ光が、前記照射対象物に対して異なる方向から入射される構成にできる。これによりレーザ光が一方向から入射される場合よりも、より短時間で照射対象物に対してさらに多くの方向からレーザ光を照射できるようになる。
【0012】
また、複数の前記反射面が前記照射対象物を囲むように円形状、長円形状、あるいは楕円形状に配置されている構成にできる。例えば、前記反射面が楕円形状に配置され、前記楕円形状の内側に前記複数の照射対象物が位置している。
【0013】
また、前記反射面が、平面鏡で形成されていてもよい。
また、少なくとも一部の前記反射面が凹面鏡で形成されて、前記凹面鏡の焦点が前記照射対象物の位置または前記照射対象物の前後に位置している構成にできる。
【0014】
また、一部の反射面が凸面鏡で形成されて、この凸面鏡に照射されたレーザ光が前記照射対象物とは異なる他の反射面に伝達される構成であってもよい。
【0015】
このように平面や凹面などの反射鏡のみで構成できるので、コスト的に安価に製造できる。
【0018】
例えば、前記全ての反射面または一部の反射面が鏡面である。
【0019】
例えば、前記レーザ光は、固体、液体、気体または半導体のいずれかをレーザ媒質としたレーザ光源から照射されるものである。特に、前記レーザ媒質が炭酸ガスであると、合成樹脂で形成された繊維を加熱する場合に加熱効率の点において特に有効である。
【0020】
また、前記レーザ光の中心部の光の強度の高い領域を一部反射させて、前記中心部とその周辺部との光の強度を均一化またはほぼ均一化させる光学部品が設けられている構成にしてもよい。このような構成にすると、照射対象物とレーザ光の照射位置と位置関係が変化したとしても、照射対象物を均一な光の強度で照射することができ、照射対象物の加熱温度を均一にできる。なお、前記光学部品は、レーザ光を照射対象物に照射する前の、レーザ光源と照射対象物との間に設置すると効果的である。
【0021】
本発明の加工方法は、上記したレーザー加工装置を用い、照射対象物として単体の線状物を加熱することを特徴とするものである。
【0022】
また本発明の他の加工方法は、上記したレーザー加工装置を用い、照射対象物として複数の線状物を加熱することを特徴とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態のレーザ加工装置の主要部を示す概略図、図2はレーザ加工装置の全体を示す概略図である。なお、本実施の形態では、照射対象物として繊維を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、繊維以外に使用される素材であってもよい。
【0024】
図1に示すレーザ加工装置1は、レーザ光源10が繊維(照射対象物)Fの側方に所定の間隔を置いて設けられている。図1に示す繊維Fは、紙面に対して垂直方向に延びている。
【0025】
前記繊維Fは、紡糸された1本の糸状の繊維であり、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)などの熱可塑性繊維、またはPEとPETの複合繊維、PEとPPの複合繊維で、例えば芯側にPETまたはPP、鞘側にPEの芯鞘構造の複合繊維などである。
【0026】
前記レーザ光源10は、気体レーザの1種であるいわゆる炭酸ガス(CO)レーザであり、波長が約10.6μmの赤外領域の光線を照射できる装置である。炭酸ガスレーザによるレーザ光源を繊維Fの加工に用いると、繊維Fが光線を吸収して、繊維Fを軟質化させる際に熱エネルギーに効率的に変換できる。
【0027】
なお、前記レーザ光源としては、炭酸ガスレーザに限られるものではなく、その他の気体を媒質とした気体レーザであってもよく、あるいは固体、液体または半導体をレーザ媒質としたレーザを適用することができる。この場合、照射対象物の素材の種類に応じて前記レーザ光源を選択することが好ましい。
【0028】
図1に示すように、前記レーザ光源10と繊維Fとの間には、ハーフミラー11が設けられている。このハーフミラー11を設けると、レーザ光源10から発射されたレーザ光Lを透過及び反射させてレーザ光L1とL2に分光させることができる。このときレーザ光L1は繊維Fに入射され、レーザ光L2はさらに反射ミラー12で全反射させられて繊維Fに入射される。
【0029】
繊維Fの周囲には、レーザ光L1とL2が入射する領域を除いて円形状に計10枚の反射面20a〜20e,21a〜21eが周方向に向けて30度毎に等間隔に設けられている。ただし、反射面の設置角度は30度に限られるものではなく、設置される反射面の枚数に応じて適宜変更することができる。なお、本実施の形態では、前記各反射面により複数の反射部材が構成されている。
【0030】
前記反射面20aないし20e,21aないし21eは、全て平面鏡であり、鏡面部分が内側を向いて設置されている。また前記反射面20a,20b,20c,20d,20eでは、反射面20bと20c、反射面20dと20eがそれぞれ繊維Fを挟んで互いに対向するように設置されている。同様に反射面21a,21b,21c,21d,21eについても、反射面21bと21c、反射面21dと21eが繊維Fを挟んで互いに対向するように設置されている。
【0031】
図1に示すように、前記レーザ光源10から射出されてハーフミラー11を透過したレーザ光L1は、直接に繊維Fに入射されて、繊維Fが加熱される。繊維Fで吸収されずに通過したレーザ光L1は反射面20aに至り、そして繊維Fを通らない位置に設けられている別の反射面20bに向けて全反射される。前記反射面20bに至ったレーザ光L1は、反射面20bによって繊維Fに向けて全反射され、入射したときとは異なる方向から再び繊維Fに対して照射され、繊維Fを加熱する。そして、繊維Fに吸収されずに通過したレーザ光L1は反射面20cに至り、繊維Fを通らない位置に設けられている反射面20dに向けて全反射され、さらに反射面20dで反射されたレーザ光L1が繊維Fをさらに別の方向から再度照射する。
【0032】
なお、図1に示す実施の形態ではレーザ光L1で、繊維Fに対して異なる3方向から照射されるように構成したが、これに限られるものではなく、さらに他の反射面を設けて、前記反射面20eに至ったレーザ光L1を前記他の反射面に向けて全反射させて、さらに繊維Fが照射されるようにしてもよい。
【0033】
一方、前記レーザ光L2は、前記レーザ光L1とは入射角が30度異なる位置から繊維Fに向けて直接に照射される。繊維Fに入射したレーザ光L2は、繊維Fを加熱し、繊維Fに吸収されずに通過したレーザ光L2は反射面21aに至る。そして反射面21aで反射されたレーザ光L2は、反射面21bで全反射されて、前記とは異なる方向から繊維Fを再度照射する。さらに繊維Fを通過したレーザ光L2が反射面21cで全反射されて反射面21dに至り、反射面21dで全反射されたレーザ光L2によって、前記とはさらに異なる方向から繊維Fを再度照射する。そして繊維Fを通過したレーザ光L2は反射面21eに至る。なお、この場合も前記したように、繊維Fに対して異なる3方向から照射されるものに限らず、前記反射面21eで反射したレーザ光L2を別の反射面を設けてこの反射面に向けて反射させて、さらに繊維Fを照射するようにしてもよい。
【0034】
このように図1に示すレーザ加工装置1では、レーザ光L1とレーザ光L2によって繊維Fの周囲の異なる6方向から照射できるようになる。その結果、繊維Fを温度むらを発生させることなく均一に加熱することが可能になり、剛性の高い繊維を得ることができる。またこのように1本のレーザ光で繊維Fを複数回照射することができるので、エネルギー損失を最小限に抑えることができる。
【0035】
なお、本実施の形態では、ハーフミラー11を用いて、1本のレーザ光を分割し、各レーザ光を繊維Fに向けて照射しているが、複数のレーザ光に分割せずに各反射面で反射させながら繊維Fを照射するようにしてもよい。また、以下に示すレーザ加工装置20,30についても同様にすることができる。
【0036】
本実施の形態のレーザ加工装置1は、図2に示すように、1対のローラ部材13とローラ部材14とともに構成されている。ローラ部材13とローラ部材14との間に前記レーザ加工装置1の主要部が設けられている。この場合、ローラ部材13が回転数w1で、ローラ部材14が回転数w2でそれぞれ紙面に対して時計回り方向に回転するように所定の制御部によって制御されている。このとき、回転数w2を回転数w1より高く設定することで、ローラ部材13とローラ部材14との間において、前記繊維Fに対してP方向への引張り力が生じるようになる。
【0037】
これによって、前記レーザ加工装置1で加熱されて軟質化した繊維Fは、前記P方向への引張り力によって引き伸ばされて、加熱前の繊維Fよりも径の細い極細の繊維を得ることができる。
【0038】
なお、繊維Fに引張り力を与える装置としては、上記した1対のローラ部材13,14に限られるものではなく、繊維の長手方向の一方を固定し、他方を長手方向に可動にして引張り力を与えるものであってもよい。
【0039】
図3は、図1のレーザ加工装置の変形例を示す概略図である。このレーザ加工装置20では、繊維Fの周囲に設置される反射面の一部を平面鏡に代えて凹面鏡として、各凹面鏡の凹面部分がいずれも内側を向くように設定されている。なお、図3に示すレーザ加工装置20ではレーザ光L1の光路のみを示してレーザ光L2の光路の図示を省略している。また前記各反射面により複数の反射部材が構成されている(下記のレーザ加工装置30についても同様)。
【0040】
図3に示すように、レーザ光源10から射出されたレーザ光L1は、平行光となって繊維Fに照射されるが、このときレーザ光源10と繊維Fとの間にコリメータレンズが設けられて、レーザ光源10から射出されたレーザ光L1が平行光に調整されるようにしてもよい。
【0041】
繊維Fに入射したレーザ光L1は、繊維Fを加熱するとともにその一部が反射面20aに平行光となって照射される。反射面20aで反射されたレーザ光L1は、平行光となって反射面22bに伝達される。反射面22bでは反射面が凹面鏡で形成されているため、繊維Fに向けてレーザ光L1の焦点が絞られて、前記焦点が繊維Fの位置で一致させられる。このとき、前記凹面鏡で形成された反射面22bは、レーザ光の焦点が繊維Fの位置で一致するように凹面鏡の曲率や鏡面の向きが設定されている。このように凹面鏡を用いると、レーザ光が繊維Fに平行光で照射されるときよりも加熱効率をより高めることができる。
【0042】
さらに繊維Fを通過したレーザ光L1は反射面22cに至るが、この反射面22cは凸面鏡で形成されているので、レーザ光L1は反射面22dに向けて平行光となって反射させられる。反射面22dは前記反射面22bと同様に凹面鏡で形成されているため、レーザ光L1が繊維Fの位置で焦点が一致させられて、繊維Fが加熱される。そして繊維Fを通過したレーザ光は反射面20eに至る。
【0043】
またレーザ光L2に対しても前記と同様に、反射面23bと23dの反射面が凹面鏡とされ、反射面23cが凸面鏡とされることで、反射面23b,23dによってレーザ光L2がそれぞれ繊維Fの位置で焦点が一致させられて、繊維Fが効率的に加熱される。
【0044】
なお、図3に示す実施の形態では、繊維Fの位置で焦点が一致するものとして説明したが、焦点を必ずしも繊維Fの位置で一致させる必要はなく、繊維Fの前後で焦点が一致するように設定してもよい。
【0045】
また、繊維Fにレーザ光を照射する反射面のみを凹面鏡としたが、全ての反射面が凹面鏡で形成されたものであってもよい。またレーザ光源10から繊維Fに入射するレーザ光L1の光路上において、レーザ光L1の焦点が繊維Fの位置または繊維Fの前後で一致するように、レーザ光源10と繊維Fとの間に、所定の光学レンズなどを設置してもよい。
【0046】
図3に示すレーザ加工装置20の場合も、図2に示したように、レーザ加工装置20の主要部をローラ部材13とローラ部材14との間に設置することができる。これによって、繊維Fが加熱されて軟質化した後に延伸されて、加工前の繊維よりも細い繊維を得ることができる。
【0047】
図4は、本発明の第2の実施の形態のレーザ加工装置の主要部を示す概略図である。このレーザ加工装置30は、複数の反射面31a,31b,…,31j,31kが楕円形状に配置され、これらの反射面31a〜31kの内側に3本の繊維F1,F2,F3が設けられている。なお、各繊維F1,F2,F3は、紙面垂直方向に図2で示した1対のローラ部材によって送られるようになっている。ただし、反射面の設置枚数や設置される繊維の本数はこれに限定されるものではなく、また楕円形状に限らず例えば円形状や長円形状などの他の形状に配置されていてもよい。
【0048】
前記レーザ加工装置30では、レーザ光源10から射出されたレーザ光は、反射面31aに向けて発射される。このときレーザ光の光路上には繊維F1,F2,F3がそれぞれ直線状に位置しているので、レーザ光は繊維F1,F2,F3をそれぞれ同一方向から照射しながら、反射面31aに至る。
【0049】
反射面31aで反射されたレーザ光は、前記繊維F1,F2,F3のいずれの位置も通らない反射面31bに向けて全反射される。反射面31bで反射されたレーザ光は繊維F1に向けて前記とは異なる方向から再び照射される。繊維F1を通過したレーザ光は、反射面31cと31dを介して繊維F2に照射され、さらに反射面31eと31fを通って繊維F3に照射される。このときの繊維F2とF3に対しては、前記繊維F1を照射したときとほぼ同じ方向からレーザ光が照射される。
【0050】
そして、反射面31gに至ったレーザ光は、再度繊維F1に向けて照射される。そして、反射面31hと31iでそれぞれ反射されたレーザ光は繊維F2に向けて再び照射され、反射面31jと31kでそれぞれ反射されたレーザ光は繊維F3に向けて再度照射される。この場合の繊維F1,F2,F3のいずれに対してもほぼ同じ方向からレーザ光が照射される。
【0051】
このようにレーザ光源10から射出されたレーザ光は、それぞれの繊維F1,F2,F3に対してそれぞれ異なる3方向から照射することができるので、各繊維F1,F2,F3を繊維内部において温度差を生じさせることなく均一に加熱できる。また各繊維F1,F2,F3に対してもそれぞれほぼ同一方向から照射できるので、各繊維F1,F2,F3の加熱温度を均一にすることができ、繊維F1,F2,F3をほぼ均等に延伸できる。
【0052】
なお、前記レーザ加工装置30は、図4に示す実施の形態に限られるものではなく、レーザ光の反射経路、反射面の設置個数を適宜変更できる。また繊維の処理本数を4本以上に設定することもできる。また図1に示したように、レーザ光源10のレーザ光を複数に分光して複数の異なる方向からレーザ光が入射されるようにしてもよい。また図3で示したように、平面鏡の一部または全部を凹面鏡に変更することもできる。
【0053】
また前記レーザ加工装置1,20を並列に複数台設置して、複数本の繊維を同時に加工できるようにして生産効率を高めるようにしてもよい。
【0054】
図5(A)は、レーザ光の中心からの距離に対する光の強度との関係を示す分布図である。図5(A)に示すように、炭酸ガスを利用したレーザ光源10では、レーザ光の中心部の光の強度が強く、中心部から離れるにしたがって強度が弱くなる分布となっているため、繊維Fを前記ローラで送る際に繊維Fの送り位置がレーザ光の照射位置に対して変化すると、レーザ光の中心Oの位置で繊維Fを照射できなくなり、中心部よりも出力の弱い部分で繊維Fを照射することになって、繊維Fに対して温度むらが発生する。その結果、繊維のある部分では繊維の延伸率が高くなり、またある部分では繊維の延伸率が低くなって、繊維の伸び率が不均一となって、繊維の径が不均一になる。繊維の径が不均一になることで繊維の剛性が不均一となって繊維の剛性が低下するおそれもある。
【0055】
そこで、図6に示すように、中心部にレーザ光の一部を反射する領域R1と前記領域R1の周囲にレーザ光をすべて透過する領域R2を有する光学部品40を、レーザ光源10とハーフミラー11との間に設置すると、図5(B)に示すように、中心部とその周辺部において光の強度がほぼ一定となるレーザ光を得ることができる。よって、繊維Fに対するレーザ光の照射位置がずれたとしても繊維Fを常に一定の温度で加熱でき、繊維Fを常に一定の径で延伸することができる。
【0056】
なお、レーザ光の中心部を一部反射させる領域を設け且つ中心部の周囲を全反射させる領域を設けた光学部品を形成し、この光学部品を図1に示す反射面20a,21aや、図4に示す反射面31aに替えて設置して、反射面20a,21a,31aで反射されたレーザ光の中心部の強度をその周辺部の強度と均一に設定して、繊維の加熱むらを防止するようにしてもよい。
【0057】
図7に示す参考例としてのレーザ加工装置40Aは、図7(A)に示すように、反射面41aが筒体41の内面に照射対象物である繊維Fを取り囲むように形成されている。前記筒体41の内面の反射面41aは円筒形状となっている。なお、図7に示す参考例では、前記筒体41の内面に形成された反射面41aは、繊維Fの延びる方向に細長く形成されている。
【0058】
このようにして形成されたレーザ加工装置40Aでは、その近傍に設けられたレーザ光源10からレーザ光Lが発射されて、レーザ光Lが繊維Fに照射され、そして反射面41aに照射されまたはレーザ光Lが反射面41aに照射されて繊維Fに照射されるように、筒体41の端部の開口部からまたは筒体41の側面に形成された小径の貫通孔(図示せず)から入射させられる。これにより、レーザ光Lは、図7(B)に示すように、繊維Fに照射された後、反射面41aの別の位置の反射面で反射させられて繊維Fが照射され、これを繰り返すことでレーザ光Lが繊維Fの周囲の異なる複数の方向から照射されるようになる。これによって、繊維Fが均一に加熱されることになる。
【0059】
なお、図7に示す参考例では、図7(B)に示すように、繊維Fへの照射と反射面41aでの反射が交互に繰り返されるのが効率的であるが、レーザ光Lが反射面41aで複数回連続して反射させられた後に繊維Fに照射されるものでもよい。
【0060】
図8(A)(B)に示すレーザ加工装置は、図7に示すレーザ加工装置40Aの変形例であり、反射面42aが多角形状(図8では8角形)に形成された筒体42である。その他の構成は図7などに示す構成と同様であり、その説明を省略する。また多角形状は8角形に限られるものではない。
【0061】
図8に示す参考例では、前記筒体42に対して、その端部の開口部からまたはその側面に形成された貫通孔(図示せず)からレーザ光源10のレーザ光Lが入射される。このとき図8(B)に示すように、レーザ光Lによって繊維Fが照射され、そして反射面42aで反射させられて再び繊維Fが照射させられる。このようにして繊維Fへの照射と反射面42aでの反射が繰り返されることにより、レーザ光Lが、繊維Fに対してその周囲の複数方向から照射されるようになり、繊維Fを均一に加熱することができる。
【0062】
なお、参考例として、前記筒体41,42において、その反射面41a,42aは、その表面を鏡面または拡散面で形成することができる。図9に示す参考例は、筒体43の反射面43aが拡散面であるときのレーザ光Lの光路を示している。図9に示すレーザ加工装置では、レーザ光源10からレーザ光Lが繊維Fに向けて発射されるが、このとき繊維Fが照射されて繊維Fを透過したレーザ光Lは、反射面43aで乱反射させられた後に再び繊維Fが照射される。このようにレーザ光Lが乱反射される場合であっても、繊維Fに対してその周囲の複数の方向から照射されることになり、繊維Fを均等に加熱できる。なお、拡散面から成る反射面43aは、表面が鏡面処理された金属や樹脂の表面を粗面化処理することにより形成することができる。
【0063】
図10は、他の参考例のレーザ加工装置40Bであり、筒体44の内側にさらに筒体45が設けられているものである。ただし、この筒体45は、筒状のものに限らず、柱状のものであってもよい。
【0064】
前記筒体44の内面に形成された反射面44aと、筒体45の外面に前記反射面44aに対向して形成された反射面45aは、いずれも八角形からなる多角形状で且つ互いに相似形状である。また互いの八角形の中心Oは互いに一致している。なお、前記反射面44aと45aは、いずれも同様な鏡面処理が施されているものであるが、これに限られるものではない。
【0065】
図10に示す参考例では、中心Oから筒体45(反射面45a)のひとつの頂点P1を結ぶ延長線をTとしたときに、この延長線Tを、筒体44(反射面44a)の頂点P2とP3とを結ぶ一辺の中点に垂線を下ろしたときの点が、直線P2−P3の中点に位置するように、筒体44と筒体45の互いの向きが設定されている。なお、図10ではその一部しか図示していないが、その他の部分についても前記と同様である。
【0066】
また図10に示す参考例では、筒体44の反射面44aと筒体45の反射面45aとの間の空間に照射対象物としての複数の繊維Fが配置されている。図10において円形の破線R1で示す線上に8本の繊維Fが等間隔に位置するように配置されて、さらに円形の破線R2の線上に8本の繊維Fが等間隔に、さらに円形の破線R3,R4の線上にそれぞれ8本の繊維Fが等間隔に位置するように、配置されている。なお、各繊維Fは、延長線T付近に集中するように配置され且つ延長線Tに対して時計回り方向と半時計回り方向に交互にずれて位置するように配置されている。
【0067】
このようにして形成されたレーザ加工装置40Bでは、その外部に設けられたレーザ光源10から射出されたレーザ光Lが、筒体44の内面と筒体45の外面との間の空間に入射させられるが、このとき筒体44の内側に入射したレーザ光Lは、その入射光Laの延長線上に配置された2本の繊維Fに対して続けて照射される。そして、内側の筒体45の反射面45aで反射させられた反射光Lbは、その延長線上に位置する2本の繊維Fに続けて照射される。そして、外側の反射面44aで反射させられた反射光Lcは、その延長線上に位置する2本の繊維Fに続けて照射される。このように、単一のレーザ光L(La,Lb,Lc,・・・)が反射面44a,45aでそれぞれ反射されながら、全ての繊維Fが照射されることになる。
【0068】
また図10に示す参考例では、各繊維Fに対して一方向からレーザ光Lが照射されて互いの繊維Fが均等に加熱されるものとなっているが、入射するレーザ光Lをハーフミラーなどで分割して複数本のレーザ光を反射面44aと反射面45aとの間に入射するようにして、各繊維Fに対してその周囲の複数の方向から照射するようにしてもよい。
【0069】
前記レーザ加工装置1,20,30,40A,40Bによって形成された極細の繊維は、これを不織布に加工して、例えば、ワイピングクロス、フィルタなどに利用することができる。また繊維の原料としては、合成樹脂に限られるものではなく、石英(Si02)などの他の素材を原料として繊維を形成してもよい。また照射対象物としては、金属などの無機材料であってもよい。また繊維として使用される以外のものに適用してもよい。
【0070】
本発明の加工方法は、上記したレーザ加工装置1,20,30用い、照射対象物として単体の線状物、または複数の線状物を加熱するものである。なお、本発明の線状物としては、上記したように繊維に限らず、他の種類の合成樹脂や、石英などの無機材料であってもよい。
【0071】
【発明の効果】
以上説明した本発明は、繊維の周囲の複数方向からレーザ光を同時に照射することができるので繊維を均一に加熱することができ、しかも構造が簡単で且つコスト的に安価である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のレーザ加工装置の主要部を示す平面図、
【図2】図1のレーザ加工装置の全体を示す概略図、
【図3】図1のレーザ加工装置の変形例の一部を示す平面図、
【図4】本発明のレーザ加工装置の第2の実施の形態を示す平面図、
【図5】レーザ光の強度分布図を示し、(A)は光学部品設置前、(B)は光学部品設置後、
【図6】光学部品を示す平面図、
【図7】本発明のレーザ加工装置の参考例を示し、(A)は外観斜視図、(B)はレーザ光の反射光路の一例を示す平面図、
【図8】図7のレーザ加工装置の変形例を示し、(A)は外観斜視図、(B)はレーザ光の反射光路の一例を示す平面図、
【図9】図7のレーザ加工装置に設けられた反射部材の変形例と、レーザ光の反射光路の一例を示す平面図、
【図10】本発明のレーザ加工装置の参考例を示す平面図、
【図11】従来のレーザ加工装置を示す概略平面図、
【図12】従来の他のレーザ加工装置を示す概略平面図、
【図13】従来のさらに他のレーザ加工装置を示す概略平面図、
【符号の説明】
F、F1,F2,F3 繊維(照射対象物)
1,20,30,40A,40B レーザ加工装置
10 レーザ光源
11 ハーフミラー
12 反射ミラー
13,14 ローラ部材
20a〜20e,21a〜21e,22b〜22d,23b〜23d,31a〜31k,41a,42a,43a,44a,45a 反射面
40 光学部品
44,45 筒体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus and a processing method capable of processing, for example, a fiber into a fine fiber by irradiating the laser beam.
[0002]
[Prior art]
For example, when an ultrafine fiber is obtained, the fiber is spun into a sea-island type so that the B component fiber is thinner than the fiber in the A component fiber, and then the A component is removed to obtain a fiber. There is a way to get it. There is also a method of obtaining ultrafine fibers by cutting into a plurality of fibers along the length direction of the fibers. However, the above-described fiber processing method has a limit in the dimension in which the fiber can be thinned, and requires expensive capital investment.
[0003]
As other methods for obtaining ultrafine fibers, various laser processing apparatuses obtained by heating and stretching a fiber with laser light have been proposed. 11 to 13 are schematic views showing main parts of a conventional laser processing apparatus.
[0004]
FIG. 11 shows a laser processing apparatus 50 in which the laser light source 10 is installed in the vicinity of the fiber F, the laser beam is irradiated from one direction to the fiber F, and the fiber F is heated. Further, FIG. 12 shows that the fiber F can be rotated by the rotational driving force of the motor M, and the fiber F is irradiated with laser light from one direction while rotating the fiber F. This is a laser processing apparatus 60 that irradiates F with laser light from the entire circumference. Further, in FIG. 13, a plurality of laser light sources 10 </ b> A, 10 </ b> B, and 10 </ b> C are arranged at equal intervals around the fiber F so that the fiber F can be irradiated with laser light from different directions. This is a laser processing apparatus 70.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional laser processing apparatuses 50, 60, and 70 have the following problems.
[0006]
That is, in the laser processing apparatus 50 shown in FIG. 11, the laser beam can be irradiated only from one direction, and a temperature difference is generated between the portion irradiated with the laser beam and the portion not irradiated with the laser beam. There is a high possibility that fibers that cannot be drawn and inferior in rigidity are generated.
[0007]
Further, the laser processing devices 60 and 70 shown in FIGS. 12 and 13 are configured so that laser light can be irradiated from the periphery of the fiber F in order to eliminate the problem of temperature unevenness in the laser processing device 50 shown in FIG. is there. However, in the laser processing apparatus 60, it is technically difficult to rotate the fiber F, and in the laser processing apparatus 70, a plurality of laser light sources are required, and thus there is a problem that the equipment cost is high. is there. Furthermore, in the laser processing apparatus 70 shown in FIG. 13, a state in which the fiber F is irradiated from three directions is illustrated. However, if the fiber is irradiated from multiple directions, the equipment cost is further increased. .
[0008]
The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a laser processing apparatus and a processing method that can uniformly heat a fiber and are inexpensive.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is intended for irradiationTo thingsHeat with laser light,in frontThe object to be irradiatedSoftenIn the laser processing device to be deformed,
  Multiple reflective surfaces that are independent of each otherThe irradiation objectAre placed in different directions, and each reflective surface is placed in a different directionAnd
  The laser beam irradiated on the irradiation object and passed through the irradiation object isAnyReflective surfacesoReflected and directed in a direction different from the direction in which the irradiation object exists, the laser light isJust beforeReflectionReflected surface andDifferent positionsOther inDepending on the reflective surfaceAntiTo the object to be irradiated.And the direction of the last irradiationDifferent directionRashoShotThe same irradiation object is heated a plurality of times by the same laser light that is repeated without being divided in the region surrounded by the reflecting surface.It is characterized by this.
[0010]
In the said invention, since it can irradiate from the several direction around an irradiation target object with a single laser light source, an irradiation target object can be heated uniformly and also installation cost can be restrained low. Moreover, since it can heat uniformly, it becomes possible to obtain a highly rigid raw material.
[0011]
For example, the laser light emitted from the laser light source can be divided into a plurality of parts, and the divided laser lights can be incident on the irradiation object from different directions. As a result, it is possible to irradiate the irradiation object from more directions in a shorter time than when the laser light is incident from one direction.
[0012]
  Also,pluralReflectionFaceIt can be configured to be arranged in a circular shape, an oval shape, or an elliptical shape so as to surround the irradiation object. For example, theReflective surfaceAre arranged in an elliptical shape, and the plurality of irradiation objects are located inside the elliptical shape.
[0013]
Further, the reflection surface may be formed by a plane mirror.
Further, at least a part of the reflecting surface is formed by a concave mirror, and the focal point of the concave mirror is positioned at the position of the irradiation object or before and after the irradiation object.
[0014]
Moreover, the structure which a one part reflective surface is formed with a convex mirror, and the laser beam irradiated to this convex mirror is transmitted to the other reflective surface different from the said irradiation target object may be sufficient.
[0015]
Thus, since it can comprise only reflecting mirrors, such as a plane and a concave surface, it can manufacture at low cost.
[0018]
  For example, all or some of the reflective surfaces are mirror surfacesIt is.
[0019]
For example, the laser light is emitted from a laser light source using a solid, liquid, gas, or semiconductor as a laser medium. In particular, when the laser medium is carbon dioxide, it is particularly effective in terms of heating efficiency when heating fibers formed of synthetic resin.
[0020]
  Further, a configuration is provided in which an optical component is provided to partially or substantially uniformize the light intensity between the central portion and its peripheral portion by partially reflecting a high light intensity region at the central portion of the laser light. It may be. With such a configuration, the irradiation object and the irradiation position of the laser beamofEven if the positional relationship changes, the irradiation object can be irradiated with uniform light intensity, and the heating temperature of the irradiation object can be made uniform. In addition, it is effective that the optical component is installed between the laser light source and the irradiation object before the irradiation object is irradiated with the laser light.
[0021]
The processing method of the present invention is characterized in that a single linear object is heated as an irradiation object using the laser processing apparatus described above.
[0022]
Further, another processing method of the present invention is characterized in that a plurality of linear objects are heated as an irradiation object using the laser processing apparatus described above.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing the main part of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing the entire laser processing apparatus. In addition, in this Embodiment, although fiber is mentioned as an example and demonstrated as an irradiation target object, it is not limited to this, The raw material used other than a fiber may be sufficient.
[0024]
In the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1, a laser light source 10 is provided on a side of a fiber (irradiation target) F at a predetermined interval. The fiber F shown in FIG. 1 extends in a direction perpendicular to the paper surface.
[0025]
The fiber F is a single spun fiber, for example, a thermoplastic fiber such as PE (polyethylene), PP (polypropylene), PET (polyethylene terephthalate), or a composite fiber of PE and PET, PE and PP composite fiber, for example, PET or PP on the core side and PE core-sheath composite fiber on the sheath side.
[0026]
The laser light source 10 is a so-called carbon dioxide gas (CO 2) which is a kind of gas laser.2) A laser that can emit light in the infrared region having a wavelength of about 10.6 μm. When a laser light source using a carbon dioxide gas laser is used for processing the fiber F, the fiber F absorbs light and can be efficiently converted into thermal energy when the fiber F is softened.
[0027]
  The laser light source is not limited to a carbon dioxide laser, and may be a gas laser using another gas as a medium, orsolidA laser using a liquid or a semiconductor as a laser medium can be applied. In this case, it is preferable to select the laser light source according to the type of material of the irradiation object.
[0028]
As shown in FIG. 1, a half mirror 11 is provided between the laser light source 10 and the fiber F. When the half mirror 11 is provided, the laser light L emitted from the laser light source 10 can be transmitted and reflected to be split into laser light L1 and L2. At this time, the laser beam L1 is incident on the fiber F, and the laser beam L2 is further totally reflected by the reflection mirror 12 and incident on the fiber F.
[0029]
Around the fiber F, a total of ten reflecting surfaces 20a to 20e and 21a to 21e are provided at equal intervals every 30 degrees in the circumferential direction except for the region where the laser beams L1 and L2 are incident. ing. However, the installation angle of the reflection surface is not limited to 30 degrees, and can be appropriately changed according to the number of reflection surfaces to be installed. In the present embodiment, a plurality of reflecting members are constituted by the reflecting surfaces.
[0030]
The reflection surfaces 20a to 20e and 21a to 21e are all plane mirrors, and the mirror surface portions are installed facing inward. Further, in the reflection surfaces 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e, the reflection surfaces 20b and 20c and the reflection surfaces 20d and 20e are installed so as to face each other with the fiber F interposed therebetween. Similarly, the reflecting surfaces 21a, 21b, 21c, 21d, and 21e are also installed so that the reflecting surfaces 21b and 21c and the reflecting surfaces 21d and 21e face each other with the fiber F interposed therebetween.
[0031]
As shown in FIG. 1, the laser light L1 emitted from the laser light source 10 and transmitted through the half mirror 11 is directly incident on the fiber F, and the fiber F is heated. The laser beam L1 that has passed without being absorbed by the fiber F reaches the reflecting surface 20a, and is totally reflected toward another reflecting surface 20b provided at a position not passing through the fiber F. The laser beam L1 reaching the reflection surface 20b is totally reflected toward the fiber F by the reflection surface 20b, and is irradiated again to the fiber F from a direction different from the incident direction, thereby heating the fiber F. The laser light L1 that has passed without being absorbed by the fiber F reaches the reflecting surface 20c, is totally reflected toward the reflecting surface 20d provided at a position not passing through the fiber F, and is further reflected by the reflecting surface 20d. The laser beam L1 irradiates the fiber F again from another direction.
[0032]
In the embodiment shown in FIG. 1, the laser beam L1 is configured so that the fiber F is irradiated from three different directions. However, the present invention is not limited to this, and another reflection surface is provided. The laser beam L1 reaching the reflection surface 20e may be totally reflected toward the other reflection surface, and the fiber F may be further irradiated.
[0033]
On the other hand, the laser beam L2 is directly irradiated toward the fiber F from a position having an incident angle different from that of the laser beam L1 by 30 degrees. The laser light L2 incident on the fiber F heats the fiber F, and the laser light L2 that has passed through the fiber F without being absorbed by the fiber F reaches the reflecting surface 21a. Then, the laser beam L2 reflected by the reflecting surface 21a is totally reflected by the reflecting surface 21b, and the fiber F is irradiated again from a direction different from the above. Further, the laser beam L2 that has passed through the fiber F is totally reflected by the reflecting surface 21c to reach the reflecting surface 21d, and the fiber F is irradiated again from a direction different from the above by the laser beam L2 that is totally reflected by the reflecting surface 21d. . The laser beam L2 that has passed through the fiber F reaches the reflecting surface 21e. In this case as well, as described above, the fiber F is not limited to being irradiated from three different directions, and the laser beam L2 reflected by the reflecting surface 21e is provided with another reflecting surface and directed toward the reflecting surface. Then, the fiber F may be further irradiated.
[0034]
As described above, in the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the laser beam L1 and the laser beam L2 can be irradiated from six different directions around the fiber F. As a result, it becomes possible to heat the fiber F uniformly without generating temperature unevenness, and a highly rigid fiber can be obtained. In addition, since the fiber F can be irradiated a plurality of times with one laser beam in this way, energy loss can be minimized.
[0035]
In this embodiment, the half mirror 11 is used to divide one laser beam and irradiate each laser beam toward the fiber F. However, each reflection is performed without dividing the laser beam into a plurality of laser beams. You may make it irradiate the fiber F, making it reflect on a surface. The same can be applied to the laser processing apparatuses 20 and 30 shown below.
[0036]
As shown in FIG. 2, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment is configured with a pair of roller members 13 and a roller member 14. The main part of the laser processing apparatus 1 is provided between the roller member 13 and the roller member 14. In this case, the roller member 13 is controlled by a predetermined control unit such that the roller member 13 rotates at a rotational speed w1 and the roller member 14 rotates at a rotational speed w2 in the clockwise direction with respect to the paper surface. At this time, by setting the rotation speed w <b> 2 higher than the rotation speed w <b> 1, a tensile force in the P direction is generated on the fiber F between the roller member 13 and the roller member 14.
[0037]
Thereby, the softened fiber F heated by the laser processing apparatus 1 is stretched by the tensile force in the P direction, and an ultrafine fiber having a smaller diameter than the fiber F before heating can be obtained.
[0038]
The apparatus for applying a tensile force to the fiber F is not limited to the pair of roller members 13 and 14 described above, and one of the fibers in the longitudinal direction is fixed and the other is movable in the longitudinal direction. May be provided.
[0039]
FIG. 3 is a schematic view showing a modification of the laser processing apparatus of FIG. In this laser processing apparatus 20, a part of the reflection surface installed around the fiber F is set as a concave mirror instead of a plane mirror, and the concave part of each concave mirror is set to face inward. In the laser processing apparatus 20 shown in FIG. 3, only the optical path of the laser beam L1 is shown, and the optical path of the laser beam L2 is not shown. In addition, a plurality of reflecting members are constituted by the reflecting surfaces (the same applies to the laser processing apparatus 30 described below).
[0040]
As shown in FIG. 3, the laser light L1 emitted from the laser light source 10 becomes parallel light and is irradiated onto the fiber F. At this time, a collimator lens is provided between the laser light source 10 and the fiber F. The laser light L1 emitted from the laser light source 10 may be adjusted to parallel light.
[0041]
The laser light L1 incident on the fiber F heats the fiber F and a part of the laser light L1 is irradiated as parallel light on the reflecting surface 20a. The laser beam L1 reflected by the reflecting surface 20a is transmitted to the reflecting surface 22b as parallel light. Since the reflecting surface 22b is formed by a concave mirror, the focal point of the laser light L1 is focused toward the fiber F, and the focal point is made coincident with the position of the fiber F. At this time, the curvature of the concave mirror and the direction of the mirror surface of the reflecting surface 22b formed by the concave mirror are set so that the focal point of the laser beam coincides with the position of the fiber F. When the concave mirror is used in this way, the heating efficiency can be further increased than when the laser light is irradiated onto the fiber F with parallel light.
[0042]
Further, the laser beam L1 that has passed through the fiber F reaches the reflecting surface 22c. Since the reflecting surface 22c is formed by a convex mirror, the laser beam L1 is reflected as parallel light toward the reflecting surface 22d. Since the reflecting surface 22d is formed of a concave mirror like the reflecting surface 22b, the focal point of the laser beam L1 is made coincident with the position of the fiber F, and the fiber F is heated. And the laser beam which passed the fiber F reaches the reflective surface 20e.
[0043]
Similarly to the laser beam L2, the reflection surfaces 23b and 23d are formed as concave mirrors, and the reflection surface 23c is formed as a convex mirror, so that the laser beams L2 are reflected by the reflection surfaces 23b and 23d, respectively. The fiber F is heated efficiently by focusing at the position of.
[0044]
In the embodiment shown in FIG. 3, the focal point is matched at the position of the fiber F. However, the focal point is not necessarily matched at the position of the fiber F, and the focal point is matched before and after the fiber F. May be set.
[0045]
Moreover, although only the reflective surface which irradiates the laser beam to the fiber F was made into the concave mirror, all the reflective surfaces may be formed with the concave mirror. Further, on the optical path of the laser light L1 incident on the fiber F from the laser light source 10, the laser light L1 is positioned between the fiber F and the fiber F so that the focal point of the laser light L1 is aligned before or after the fiber F A predetermined optical lens or the like may be installed.
[0046]
Also in the case of the laser processing apparatus 20 shown in FIG. 3, the main part of the laser processing apparatus 20 can be installed between the roller member 13 and the roller member 14 as shown in FIG. 2. As a result, the fiber F is heated and softened and then stretched to obtain a fiber that is thinner than the unprocessed fiber.
[0047]
FIG. 4 is a schematic view showing the main part of the laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this laser processing apparatus 30, a plurality of reflecting surfaces 31a, 31b, ..., 31j, 31k are arranged in an elliptical shape, and three fibers F1, F2, F3 are provided inside these reflecting surfaces 31a to 31k. Yes. Each fiber F1, F2, F3 is fed by a pair of roller members shown in FIG. 2 in the direction perpendicular to the paper surface. However, the number of reflection surfaces to be installed and the number of fibers to be installed are not limited to this, and are not limited to an elliptical shape, and may be arranged in other shapes such as a circular shape or an oval shape.
[0048]
In the laser processing apparatus 30, the laser light emitted from the laser light source 10 is emitted toward the reflecting surface 31a. At this time, since the fibers F1, F2, and F3 are linearly positioned on the optical path of the laser light, the laser light reaches the reflecting surface 31a while irradiating the fibers F1, F2, and F3 from the same direction.
[0049]
The laser beam reflected by the reflecting surface 31a is totally reflected toward the reflecting surface 31b that does not pass through any of the positions of the fibers F1, F2, and F3. The laser beam reflected by the reflecting surface 31b is irradiated again from the direction different from the above toward the fiber F1. The laser beam that has passed through the fiber F1 is applied to the fiber F2 through the reflective surfaces 31c and 31d, and further applied to the fiber F3 through the reflective surfaces 31e and 31f. The fibers F2 and F3 at this time are irradiated with laser light from substantially the same direction as when the fibers F1 are irradiated.
[0050]
And the laser beam which reached the reflective surface 31g is again irradiated toward the fiber F1. Then, the laser beams reflected by the reflecting surfaces 31h and 31i are irradiated again toward the fiber F2, and the laser beams reflected by the reflecting surfaces 31j and 31k are irradiated again toward the fiber F3. In this case, the laser light is irradiated from substantially the same direction to any of the fibers F1, F2, and F3.
[0051]
As described above, the laser light emitted from the laser light source 10 can irradiate the respective fibers F1, F2, and F3 from three different directions, so that each fiber F1, F2, and F3 has a temperature difference inside the fiber. It can heat uniformly without producing. Also, since the fibers F1, F2, and F3 can be irradiated from substantially the same direction, the heating temperatures of the fibers F1, F2, and F3 can be made uniform, and the fibers F1, F2, and F3 are stretched almost uniformly. it can.
[0052]
In addition, the said laser processing apparatus 30 is not restricted to embodiment shown in FIG. 4, The number of installation of the reflection path | route of a laser beam and a reflective surface can be changed suitably. Further, the number of treated fibers can be set to 4 or more. Further, as shown in FIG. 1, the laser light from the laser light source 10 may be split into a plurality of light beams so as to be incident from a plurality of different directions. Further, as shown in FIG. 3, a part or all of the plane mirror can be changed to a concave mirror.
[0053]
Further, a plurality of the laser processing apparatuses 1 and 20 may be installed in parallel so that a plurality of fibers can be processed at the same time to increase production efficiency.
[0054]
FIG. 5A is a distribution diagram showing the relationship between the light intensity and the distance from the center of the laser light. As shown in FIG. 5A, the laser light source 10 using carbon dioxide gas has a distribution in which the intensity of light at the center of the laser light is strong and the intensity decreases as the distance from the center decreases. If the feed position of the fiber F changes with respect to the laser beam irradiation position when feeding F with the roller, the fiber F cannot be irradiated at the position of the center O of the laser beam, and the fiber is weaker than the center portion. Irradiation with F causes uneven temperature on the fiber F. As a result, the stretch ratio of the fiber is high in a certain portion of the fiber, and the stretch ratio of the fiber is low in a certain portion, the stretch rate of the fiber is non-uniform, and the fiber diameter is non-uniform. If the fiber diameter is not uniform, the fiber stiffness may be non-uniform and the fiber stiffness may be reduced.
[0055]
Therefore, as shown in FIG. 6, an optical component 40 having a region R1 that reflects part of the laser light at the center and a region R2 that transmits all of the laser light around the region R1 is replaced with a laser light source 10 and a half mirror. If it is installed between the laser beam 11 and the laser beam 11, as shown in FIG. 5 (B), it is possible to obtain a laser beam in which the light intensity is substantially constant at the central portion and its peripheral portion. Therefore, even if the irradiation position of the laser beam on the fiber F is shifted, the fiber F can always be heated at a constant temperature, and the fiber F can always be stretched with a constant diameter.
[0056]
In addition, an optical component having a region that partially reflects the central portion of the laser beam and a region that totally reflects the periphery of the central portion is formed, and this optical component is formed on the reflecting surfaces 20a and 21a shown in FIG. In place of the reflective surface 31a shown in FIG. 4, the intensity of the central portion of the laser beam reflected by the reflective surfaces 20a, 21a, 31a is set to be uniform with the intensity of the peripheral portion to prevent uneven heating of the fibers. You may make it do.
[0057]
  As shown in FIG.As a reference exampleAs shown in FIG. 7A, the laser processing apparatus 40 </ b> A is formed so that the reflection surface 41 a surrounds the fiber F that is the irradiation target on the inner surface of the cylindrical body 41.. in frontThe reflecting surface 41a on the inner surface of the recording cylinder 41 has a cylindrical shape. As shown in FIG.Reference exampleThen, the reflection surface 41a formed on the inner surface of the cylindrical body 41 is elongated in the direction in which the fibers F extend.
[0058]
In the laser processing apparatus 40A thus formed, the laser light L is emitted from the laser light source 10 provided in the vicinity thereof, the laser light L is applied to the fiber F, and the reflection surface 41a is applied to the laser F or laser. Light L is incident on the reflecting surface 41a and incident on the fiber F from an opening at the end of the cylinder 41 or from a small-diameter through hole (not shown) formed on the side of the cylinder 41. Be made. Thereby, as shown in FIG. 7B, after the laser beam L is irradiated to the fiber F, it is reflected by the reflecting surface at another position of the reflecting surface 41a and irradiated with the fiber F, and this is repeated. Thus, the laser light L is irradiated from a plurality of different directions around the fiber F. As a result, the fibers F are heated uniformly.
[0059]
  As shown in FIG.Reference exampleThen, as shown in FIG. 7B, it is efficient that the irradiation to the fiber F and the reflection on the reflection surface 41a are alternately repeated, but the laser light L is continuously reflected on the reflection surface 41a a plurality of times. The fiber F may be irradiated after being reflected.
[0060]
The laser processing apparatus shown in FIGS. 8A and 8B is a modification of the laser processing apparatus 40A shown in FIG. 7, and includes a cylindrical body 42 in which the reflecting surface 42a is formed in a polygonal shape (an octagon in FIG. 8). is there. Other configurations are the same as those shown in FIG. The polygonal shape is not limited to an octagon.
[0061]
  As shown in FIG.Reference exampleThen, the laser light L of the laser light source 10 is incident on the cylindrical body 42 from an opening at an end thereof or a through hole (not shown) formed on a side surface thereof. At this time, as shown in FIG. 8B, the fiber F is irradiated by the laser light L, and is reflected by the reflecting surface 42a, and the fiber F is irradiated again. By repeating the irradiation to the fiber F and the reflection on the reflecting surface 42a in this way, the laser light L is irradiated to the fiber F from a plurality of directions around it, and the fiber F is uniformly distributed. Can be heated.
[0062]
  In addition,As a reference example,In the cylinders 41 and 42, the reflecting surfaces 41a and 42a can be formed with mirror surfaces or diffusing surfaces. FIG.Reference examples shown inThese show the optical path of the laser beam L when the reflecting surface 43a of the cylinder 43 is a diffusing surface. In the laser processing apparatus shown in FIG. 9, the laser light L is emitted from the laser light source 10 toward the fiber F. At this time, the laser light L irradiated with the fiber F and transmitted through the fiber F is irregularly reflected by the reflecting surface 43a. Then, the fiber F is irradiated again. Thus, even when the laser beam L is irregularly reflected, the fiber F is irradiated from a plurality of directions around it, and the fiber F can be heated evenly. The reflecting surface 43a made of a diffusing surface can be formed by roughening the surface of a metal or resin whose surface is mirror-finished.
[0063]
  FIG.Of other reference examplesThis is a laser processing apparatus 40 </ b> B, in which a cylinder 45 is further provided inside the cylinder 44. However, the cylindrical body 45 is not limited to a cylindrical shape, and may be a columnar shape.
[0064]
The reflecting surface 44a formed on the inner surface of the cylindrical body 44 and the reflecting surface 45a formed on the outer surface of the cylindrical body 45 so as to face the reflecting surface 44a are both polygonal shapes made of octagons and similar to each other. It is. The centers O of the octagons coincide with each other. The reflecting surfaces 44a and 45a are subjected to the same mirror surface treatment, but are not limited thereto.
[0065]
  As shown in FIG.Reference exampleThen, when an extension line connecting the center O and one vertex P1 of the cylinder 45 (reflection surface 45a) is T, the extension line T is defined as the vertices P2 and P3 of the cylinder 44 (reflection surface 44a). The directions of the cylindrical body 44 and the cylindrical body 45 are set so that the point when a perpendicular is dropped to the midpoint of one side to be connected is located at the midpoint of the straight line P2-P3. FIG. 10 shows only a part thereof, but the other parts are the same as described above.
[0066]
  Also shown in FIG.Reference exampleThen, the some fiber F as an irradiation target object is arrange | positioned in the space between the reflective surface 44a of the cylinder 44, and the reflective surface 45a of the cylinder 45. FIG. In FIG. 10, eight fibers F are arranged at equal intervals on a line indicated by a circular broken line R1, and further, eight fibers F are arranged at equal intervals on a line of a circular broken line R2, and further a circular broken line. Eight fibers F are arranged at equal intervals on the lines R3 and R4. In addition,eachThe fibers F are arranged so as to be concentrated in the vicinity of the extension line T, and are arranged so as to be alternately shifted in the clockwise direction and the counterclockwise direction with respect to the extension line T.
[0067]
In the laser processing apparatus 40B formed as described above, the laser light L emitted from the laser light source 10 provided outside the laser processing apparatus 40B is incident on the space between the inner surface of the cylindrical body 44 and the outer surface of the cylindrical body 45. However, at this time, the laser light L incident on the inside of the cylindrical body 44 is continuously irradiated to the two fibers F arranged on the extension line of the incident light La. And the reflected light Lb reflected by the reflective surface 45a of the inner cylinder 45 is continuously irradiated to the two fibers F located on the extension line. And the reflected light Lc reflected by the outer reflective surface 44a is continuously irradiated to the two fibers F located on the extension line. Thus, all the fibers F are irradiated while the single laser beam L (La, Lb, Lc,...) Is reflected by the reflecting surfaces 44a and 45a.
[0068]
  Also shown in FIG.Reference exampleIn this case, each fiber F is irradiated with the laser light L from one direction and the fibers F are heated evenly. The laser beam may be incident between the reflecting surface 44a and the reflecting surface 45a, and each fiber F may be irradiated from a plurality of directions around it.
[0069]
  AboveThe ultrafine fibers formed by the laser processing apparatuses 1, 20, 30, 40A, and 40B can be processed into a non-woven fabric and used for, for example, a wiping cloth or a filter. Further, the raw material of the fiber is not limited to synthetic resin, and quartz (Si02) And other materials may be used as raw materials to form fibers. Further, the irradiation object may be an inorganic material such as a metal. Moreover, you may apply to things other than being used as a fiber.
[0070]
  The processing method of the present invention is the laser processing apparatus 1, 20, 30 described above.TheUsed to heat a single linear object or a plurality of linear objects as an irradiation object. Note that the linear object of the present invention is not limited to fibers as described above, but may be other types of synthetic resins or inorganic materials such as quartz.
[0071]
【The invention's effect】
In the present invention described above, laser light can be irradiated simultaneously from a plurality of directions around the fiber, so that the fiber can be heated uniformly, and the structure is simple and inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a main part of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic diagram showing the entire laser processing apparatus of FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a part of a modification of the laser processing apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention;
FIGS. 5A and 5B show intensity distribution diagrams of laser light, where FIG. 5A shows before optical components are installed, and FIG.
FIG. 6 is a plan view showing an optical component;
FIG. 7 shows a laser processing apparatus according to the present invention.Reference example(A) is an external perspective view, (B) is a plan view showing an example of a reflected light path of laser light,
8 shows a modification of the laser processing apparatus of FIG. 7, (A) is an external perspective view, (B) is a plan view showing an example of a reflected light path of laser light,
9 is a plan view showing a modification of the reflecting member provided in the laser processing apparatus of FIG. 7 and an example of a reflected light path of laser light;
FIG. 10 shows a laser processing apparatus according to the present invention.Reference exampleA plan view showing,
FIG. 11 is a schematic plan view showing a conventional laser processing apparatus,
FIG. 12 is a schematic plan view showing another conventional laser processing apparatus;
FIG. 13 is a schematic plan view showing still another conventional laser processing apparatus;
[Explanation of symbols]
F, F1, F2, F3 fiber (irradiation object)
1, 20, 30, 40A, 40B Laser processing equipment
10 Laser light source
11 Half mirror
12 Reflection mirror
13, 14 Roller member
20a-20e, 21a-21e, 22b-22d, 23b-23d, 31a-31k, 41a, 42a, 43a, 44a, 45a Reflecting surface
40 Optical components
44, 45 cylinder

Claims (12)

照射対象物にレーザ光を当てて加熱し、前記照射対象物を軟質化させて変形させるレーザ加工装置において、
互いに独立する複数の反射面が前記照射対象物を囲んで配置されて、それぞれの反射面が互いに異なる向きに設置されており、
前記照射対象物に照射されてこの照射対象物を通過したレーザ光が、いずれかの反射面反射されて前記照射対象物が存在する向きと異なる方向へ向けられ、そのレーザ光がその直前に反射された反射面と異なる位置にある他の反射面によって反射されて、前記照射対象物に対して前回照射された向きと異なる方向から照射され、これが繰り返されて、前記反射面で囲まれた領域内で分割されることなく進む同じレーザ光によって、同じ前記照射対象物が複数回加熱されることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus is heated by applying a laser beam, deforming the pre Symbol irradiation object by softening the irradiation target object,
A plurality of reflective surfaces independent of each other are arranged surrounding the irradiation object, and the respective reflective surfaces are installed in different directions ,
Is irradiated on the irradiation target object laser beam passing through the irradiation target object, either directed is reflected by the reflecting surface to the orientation direction different to the presence of the irradiated object, the laser beam just before is anti-Isa by the other reflecting surface in reflected reflecting surfaces different positions, said relative illumination object is Isa previous irradiated orientation direction different or RaTeru, this is repeated, the reflection A laser processing apparatus , wherein the same irradiation object is heated a plurality of times by the same laser light that travels without being divided within a region surrounded by a surface .
レーザ光源から射出される前記レーザ光が複数に分割されて、分割されたそれぞれのレーザ光が、互いに独立して前記反射面で囲まれた領域内に与えられて前記照射対象物に照射される請求項1記載のレーザ加工装置。The laser light emitted from the laser light source is divided into a plurality of parts, and each of the divided laser lights is given to the region surrounded by the reflection surface independently of each other and irradiated onto the irradiation object. The laser processing apparatus according to claim 1. 複数の前記反射面が前記照射対象物を囲むように円形状、長円形状、あるいは楕円形状に配置されている請求項1または2記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 1 , wherein the plurality of reflection surfaces are arranged in a circular shape, an oval shape, or an elliptical shape so as to surround the irradiation object. 前記反射面が楕円形状に配置され、前記楕円形状の内側に前記複数の照射対象物が位置している請求項3記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the reflection surface is arranged in an elliptical shape, and the plurality of irradiation objects are positioned inside the elliptical shape. それぞれの前記反射面が、平面鏡で形成されている請求項1ないし4のいずれかに記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 1, wherein each of the reflecting surfaces is formed by a plane mirror. 少なくとも一部の前記反射面が凹面鏡で形成されて、前記凹面鏡の焦点が前記照射対象物の位置または前記照射対象物の前後に位置している請求項1ないし4のいずれかに記載のレーザ加工装置。  The laser processing according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the reflecting surface is formed by a concave mirror, and a focal point of the concave mirror is located at a position of the irradiation object or before and after the irradiation object. apparatus. 一部の反射面が凸面鏡で形成されて、前記凹面鏡で反射されて前記凸面鏡に照射されたレーザ光が前記照射対象物とは異なる他の反射面に伝達される請求項記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 6 , wherein a part of the reflecting surface is formed by a convex mirror, and the laser beam reflected by the concave mirror and applied to the convex mirror is transmitted to another reflecting surface different from the irradiation object. . 前記全ての反射面が鏡面である請求項1ないし7のいずれかに記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 1, wherein all the reflecting surfaces are mirror surfaces . 前記レーザ光は、固体、液体、気体または半導体のいずれかをレーザ媒質としたレーザ光源から照射されるものである請求項1ないし8のいずれかに記載のレーザ加工装置。9. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is emitted from a laser light source using any one of solid, liquid, gas, and semiconductor as a laser medium. 前記レーザ媒質は、炭酸ガスである請求項記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 9 , wherein the laser medium is carbon dioxide gas. 前記レーザ光の中心部の光の強度の高い領域を一部反射させて、前記中心部とその周辺部との光の強度を均一化またはほぼ均一化させる光学部品が設けられている請求項または10記載のレーザ加工装置。By partially reflecting a region with high light intensity in the center of the laser beam, the center and claim the optical component to be equalized or substantially equalized intensity of light between the peripheral portion is provided 9 Or the laser processing apparatus of 10 . 請求項1ないし11のいずれかに記載のレーザ加工装置を用い、照射対象物として線状物を加熱することを特徴とするレーザ加工方法。Laser processing method characterized by claims 1 to using lasers machining apparatus according to any one of 11, heating the linear material as an object to be irradiated.
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