JPH03128187A

JPH03128187A - レーザ切断装置

Info

Publication number: JPH03128187A
Application number: JP1263985A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Yoshizawa; 吉澤　昭宣
Original assignee: Yoshizawa Industry Inc
Current assignee: Yoshizawa Industry Inc
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1991-05-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、可変焦点機構によりレーザビームの焦点を堂
にワーク上に形成保持し、以て該ワークの切断を行うレ
ーザ切断装置に関し、段ボールシート等の非接触切断に
用いて好適なものである。

〈従来の技術及び発明が解決しようとする課題〉段ボー
ルケースの製造では、まず原紙をコルゲータに投入して
連続した帯状の段ボールシートを作り、これを一定の長
さに切断して枚葉シートとしストックする。次に、この
ストックされた枚葉シートに印刷を施した後、抜き型に
よって所望の形状に打抜き、さらに所定の組立てを行う
。

しかしながら、この抜き型による打抜きは、前述しｔこ
如く、連続した段ボールシートを予め一定長さの枚葉シ
ートに切断した後、ストックされた枚葉シートの束に対
して行われるのであって、連続して製造送出される段ボ
ールシートの製造ラインが一旦ここで途切れろことを余
儀なくされる。このため製造効率の低下が避けられない
と共に、枚葉シートの経時変化（いわゆるエージング）
を招いて後の加工工程に悪影響を与える。

しかも、この打抜き切断では、該打抜き時におけるシー
トのつぶれが生じ、シート強度が著しく低下してしまう
という問題があると井に、製品ごとに抜き型を製作し且
つこれを塑成き機械に付は換えろ必要がある。このため
、抜き型の製作、交換に要する費用、時間がかさんで、
近年特に顕著な、製品の小ロツト化・短納期化傾向に対
し、その対応が極めて困難になるという問題がある。

さらにこの段ボールシートの打抜き切断に際しては、該
段ボールシートの表裏夫々のライナ間に挾まれる申しん
が紙粉として飛び散り、これが後の印刷工程を大きく阻
害してしまうという問題もある。

このような問題を解決するためには、従来の抜き型を用
いない、レーザ切断等の非接触切断が考えられる。この
レーザ切断とは、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ等のレ
ーザビーム熱を利用して切断を行うものであり、金属で
は、薄いはく状のものから数ｍ−程度のものまで精度の
高い穿孔、切断が行えると共に、もちろん非金属に対し
ても同様の加工を施すことができる。

しかるに係るレーザ切断に用いられろ従来のレーザ切断
装置とは例えば、レーザの光束と焦点とを固定し、この
固定したレーザビームに対するワークの位置を数値制御
ＸＹテーブルにより可変とする構造のものであって、移
動状態にあるワークを加工することは本来的に不可能で
ある。

またあえてこのようなレーザ切断装置を用いろ場合でも
、２　ｍ　Ｘ・１ｍ程度の寸法の切断が日常的である段
ボールシートの切断においては、該シートを載せるため
の大型のＸＹテーブルを用いる必要がある。このため必
然的に重量が増大し、もともと最高でもＩｎ／秒程にし
か達し得ないＸＹテーブルの移動速度はさらに低下して
、その加工速度は実用の範囲をはるかに下回ってしまう
。

まｔこ、移動するワークに対し固定焦点のレーザビーム
の照射ノズルを移動させて切断を行う方法もあるが、照
射ノズルの移動には前述したＸＹテーブルと同様な機械
的駆動機構を用いる他はなく、従ってその加工速度も極
めて低速である。

このように従来のレーザ切断装置には、高速で移動する
ワークに対する切断加工が本質的に不可能であるという
、大きな技術的困難が存在したのである。

〈課題を解決するための手段〉本発明によるレーザ切断装置は、レーザ発振器から出る
ビームを反射する第１の反射鏡と、該第１の反射鏡で反
射された前記ビームを反射する第２の反射鏡と、該第２
の反射鏡で反射された前記ビームを反射すると共に該ビ
ームに対する反射角を自在に変えてワーク上の任意位置
へと前記ビームを自在に照射し得ろ可動反射鏡とを備え
たレーザ切断装置であって、前記第１と第２の反射鏡の
夫々は、これら反射鏡の反射面を放物面状に変形させ且
つ前記ビームの焦点位置を常に前記ワーク上に形成保持
する支持制御装置によって支持され、且つこれら反射鏡
の夫々に形成される放物面の軸が互いに垂直に交差して
いることを特徴とするものである。

く作　　　用〉可撓性を有する第１の反射鏡の反射面を、支持制御装置
が放物面状に変形させると共に、レーザ発振器から出た
ビームが該反射面によって反射され且つビーム断面が絞
られる。さらに第２の反射鏡の反射面を、支持制御装置
が放物面状に変形させろと共に、第１の反射鏡で反射し
たビームが該反射面によって反射され且つビーム断面が
絞られる。ここで第１と第２の反射鏡に形成される放物
面の夫々は、互いにその軸を垂直に交差させるよう配さ
れているため、反射されたビームは最終的に焦点を結ぶ
ことができろ。

さらに、第２の反射鏡によって反射されたビームは、反
射角を変更できる可動反射鏡によって反射され、ワーク
上に移動自在に照射されると共に、該ビームの移動に伴
い、ビームの焦点距離が各々の反射鏡を変形させる支持
制御装置により変更される結果、ビームは常にワーク上
の任意位置にて焦点を結び切断が行われろ。

く実　施　例〉以下、本発明によろレーザ切断装置を、段ボールシート
の切断に用いた一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

との一実施例に係る概念図を第１図に示したように、所
定の形状に切断すべき段ボールシート５１は、図示しな
い搬送装置上に載置固定された状態で矢印Ｔ方向に搬送
移動されている。本例では、このように移動状態にある
段ボールシートが、以下のような構成を有するレーザ切
断装置によって連続的に切断される。

即ち図中、段ボールシート５１の上方には、炭酸ガスレ
ーザ等のレーザビーム５２を発生ずるレーザ発振器５３
が設けられている。該レーザ発振器５３より照射された
レーザビーム５２は、レーザ発振Ｗｊ５３の照射孔５４
と略対向して設けられた反射鏡５５によって反射される
。さらに、該反射鏡５５により反射されｔこレーザビー
ム５６の光路上には、いま１つの反射鏡５７が設けられ
ている。そして、該反射ｔ！５７は、レーザビーム５６
を反射して可動反射鏡５８へと送る。該可動反射ｆｉ５
８は、２軸ジンバル駆動機構等によって支持され、入射
するレーザビーム５９に対する反射角を自在に変更でき
ろようになっており、反射したレーザビーム６０を、段
ボールシート５１上の任意位置に移動させることができ
る。

前述しｔコ反射［５５，５７の夫々は、可撓性を有する
薄板で形成され且つその反射面に鏡面金メツキ等を施し
てなるものである。さらに反射鏡５５．５７の夫々は、
これら反射鏡５５．５７の反射面を放物面状に撓ませ得
る抑圧支持Ｉｊｃｕによって支持されている。しかも、
反射鏡５５．５７の夫々に形成され得る放物面の軸１．
Ｊの夫々は、互いに垂直に交差するように設定されてい
る。ここで、本明細書における放物面の軸とは、該放物
面の切断面に形成される放物線の頂点を結ぶ線分に平行
する直線である。

このように反射１ｉ５５．５７の夫々を配置し、且つ抑
圧支持装置によってこれら反射鏡５５゜５７の反射面を
適切な放物面状とすることにより、レーザ発振器５３か
ら照射されたレーザビーム５２は焦点を結ぶことができ
る。

２つの反射鏡５５．５７によって絞られたレーザビーム
５９は、さらに可動反射＠５Ｂによって反射されて段ボ
ールシート５１上の任意位置に照射されろ。この際、レ
ーザビーム６０の段ボールシート５１上における照射位
置の移動に伴い、レーザ発振Ｗ４５３から前記照射位置
に至るレーザビームの光路長が変化する。このため、反
射鏡５５．５７の反射面の夫々に形成される放物面の形
状は、前記抑圧支持装置により随時変更されて、レーザ
ビーム６０が常に段ボールシート５１上にて焦点を結ぶ
ように制御されている。

また、切断に際しては、レーザ発振器５３より照射され
るレーザビーム５２を断続させる必要を生ずる。しかし
ながら、レーザ発振器５３をｏｎ−ｏｆｆするのは立ち
上がり時間等の必要から望ましくない。そのため、レー
ザ発振器５３と反射鏡５５との間には、レーザビーム５
２を随時遮ぎ得る両面反射鏡６１が、レーザビーム５２
の方向と略４５°の角度をなして且つ上下駆動自在に支
持されている。

この両面反射鏡６１の駆動は、例えばソレノイドと空気
圧駆動とを組み合わせた機構により行われる。従って、
レーザビーム５２を遮る際には、該両面反射［６１をレ
ーザビーム５２内に位置させることにより該ビーム５２
を反射し、且つ側方に設けられたレーザ透過性の塩化ビ
ニル製等の水槽６２内にこれを導いて吸収させる。切断
を再開する際には、両面反射鏡６１をレーザビーム５２
内より退避させればよい。

さらに、該両面反射ｔＵ６１を用いて装置起動時或いは
再起動時の調整が行われる。つまり、両面反射１１１６
１を挾んで水槽６２と対向する位置には、例えば危険性
の小さいＨｅ−Ｎ。

レーザ発＠器とビームエクスパンダとを組み合わせた調
整用レーザ発振器６３が設けられている。従って該調整
用レーザ発振器６３より出たレーザビーム６４は、両面
反射鏡６１で反射した後、レーザ発振器５３からのレー
ザビームと全く同じ経路をたどって段ボールシーｔ・５
１上に至り、これによって、反射鏡５５．５７、可動反
射鏡５８及び照射基準点などの種々のｖ８整がなされる
。

ところで、既述した如く、反射＠５５．５７の夫々の反
射面を放物面状に変形させ且つ該放物面形状を自在に変
え得る抑圧支持装置を詳述ずろと以下のようになる。

この押圧支持装置７０の概略斜視図を第２図に、平面図
を第３図に、正面図を第４図に、また第３図中のＡ矢視
図を第５図に夫々表した。

これらの図に示したように、略コの字形断面を有するブ
ラケット７１の一方の突出部７２には、路円柱状のホル
ダ７３が回転自在に支持されている。つまりホルダ７３
は、該ホルダ７３の下端部に同心状に突設された針状の
ピボット軸７４と、ホルダ７３の上端部を同心状に支承
する針状のピボットＩユじ７５とを介して、前記突出部
７２に回転自在に支持されている。

前記突出部７２と他方の突出部７６との間には、ブラケ
ット７１の本体部分７７に回動自在に支持されて、突出
部７２と略同形状の揺動部材７８が設けられている。該
揺動部材７８の先ｇＩ４１！６には、いま１つのホルダ
７９が、前述したホルダ７３と同様の支持構造によって
回転自在に支持されている。そして、これら２つのホル
ダ７３の外８部には、夫々互いに対向して長溝９０が切
られ、これらの長溝７９内に既述した略矩形状の反射鏡
５５，５７の両端部が挿入され自由端支持されている。

なお、この支持部分は、第４図中のＢ−Ｂ矢視断面図を
表す第６図によって拡大して示した。

このように支持された反射ｔＩ１５５．５７は、これら
反射鏡の一端側を支持する揺動部材７８を、反射鏡５５
，５７側へと僅かに回動させることにより押圧され放物
面形状に撓む。その押圧に係る機構は以下のように設け
られる。

つまり、揺動部材７８と対向して位置する突出部７６に
は、揺＊部材７８に当接押圧してこれを僅かに回動させ
得る圧＊＊子８０が、位置調整用のマイクロメータねじ
８１を介して設けられている。さらに、該突出部７６と
揺動部材７８との間には、引っ張りばね８２が介装され
て、揺動部材７８を常に圧ｍ素子８０側へと付勢してい
る。また、引っ張りばね８２の端部は、突出部７６に設
けられた調整ねじ８３に連結され、該調整ねじ８３を操
作することにより、引っ張りばね８２の付勢力を自在に
調整できるようになっている。

従って、圧電素子８０を作動させることにより、揺動部
材７８が反射鏡５５．５７側へと僅かに回動し、以て反
射鏡５５．５７が放物面形状に、ブラケット７１の本体
部分７７側へとへこむようにして撓む。このようにして
撓む状態を極めて誇張して表したのが第３図であり、ま
た反射！！１５５．５７に形成される放物面の軸Ｘを第
４図中において示した。

つまり本実施例において該放物面の軸Ｘは、ホルダ７３
．７９の中心軸に平行して形成されるのであり、該軸Ｘ
が、第１図において既述した放物面の軸１．Ｊの夫々に
一致するよう、該押圧支持装置７０を夫々配設すればよ
いのである。

また、レーザビーム５２．５６を反射する反射鏡５５．
５７の反射率は極めて高く、はとんどのレーザビ・−ム
を反射するものの、そのごく一部は反射鏡５５．５７に
吸収されてこれら反射鏡の温度を上昇させる。従って、
これらの反射鏡５５．５７を冷却するための冷却器８４
が、反射１５５．５７裏面側のケーシング７１に取り付
けられている。

この冷却器８４単独の斜視図が、第７図である。同図に
示したように、該冷却器８４は、入口管８５より供給さ
れる水等の冷却液を、本体８６の側面に設けられた放出
口８７から放出し、且つ該放出水を反射ｆｉ５５．５７
の裏面にて薄膜を形成するように流下させることにより
冷却を行うものである。流下した冷却液は、本体８６の
下部に設けられた受は皿８８に集められ、出口管８９よ
り外部へ導かれるようになっている。

以上のような構成を有する反射Ｉ！５５．５７夫々の抑
圧支持装置７０や、可動反射鏡５８、両面反ｑｔ鏡６１
等は、夫々図示しない制御部分によって、３！ｌ！動し
て動き、以て本例では、移動状態の段ボールシート５１
を非接触にて連続的にレーザ切断する。

この切断の一例を第８図に示したように、同図では、段
ボールシート５１の図中上下に並列して２つの段ボール
９１が夫々切り抜かれる場合である。ここでは、段ボー
ルシート５１の両側端縁を示す実線を除く、全ての実線
が切断すべき部分である。

例えば、段ボール９１ののりしろ９２を形成するために
切り取られる長孔９３は、図中二点鎖線で示されろ経路
９４の沿ってレーザビームの焦点位置を移動させること
で切り抜かれ、また図中中央部分の細孔９５を切り抜く
には、経Ｗ８９６の如くレーザビームの焦点位置を移動
させればよい。そして、このような一連の切断を、段ボ
ー２レシート５１がレーザビームの切断可能範囲内を移
動する間に、全て完了すればよいのである。

なお前述の如き切断作業を行うには、レーｆＭ振ＷＪ５
３から連続発振モードのレーザビームを発生させなけれ
ばならないが、一方、該レーザ発１Ｗ５３からパルスモ
ードのレーザビームを発生させれば、本装置を好適なけ
い線入れ装置として用いることもできる。ここでけい線
とは、段ボールシート等板材の祈り目に形成される凹部
、またはミシン目状の間欠孔であって、前記パルスモー
ドのレーザビームを用いれば、段ボールシート５１の表
層部分にミシン目状の間欠孔を形成したけい線を容易に
作製できる。

段ボールシート５１では、第８図中の破線部分がけい線
９７であり、従来抜き型でしか加工できなかったミシン
目けい線を非接触で形成できるので、出来上がった段ボ
ール箱の強度を高いレベルで維持することができる。

ところで本実施例では、レーザ切断すべきワークを段ボ
ールシート５１としたが、もちろん他のいかなるワーク
であってもよく、また該ワークは必ずしも移動状態にな
くともよい。さらには、反射ｔ１１５５，５７を放物面
状に変形させる抑圧支持手段の詳細も、必ずしも本実施
例に限定されない。

〈発明の効果〉本発明のレーザ切断装置によれば、レーザ発振器より出
たレーザビームを、第１と第２の反射鏡の夫々で順に反
射させ且つそのビームを可動反射鏡にて自在にワーク上
の任意位置に照射移動させるに際し、支持制御装置によ
り、可撓性のある第１と第２の反射鏡の夫々を放物面状
に変形させ自在にレーザビームの焦点距離を変え、以て
常にワーク上の任意位置にレーザビームの焦点を結ばせ
てワークの切断を行うことができる。

従って、レーザビーム″を固定しワークを移動させる従
来のレーザ切断装置に比して、より大きなワークをより
ｇ速で移動させながら切断することが可能となり、切断
作業の−層の高速化と効率化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるレーザ切断装置の一実施例を表
す概略構成図、第２図は反射鏡の抑圧支持装置の一例を
表す概略斜視図、第３図。第４図、第５図は夫々、抑圧支持装置の平面図、正面図
、側面図、第６図は第４図中のｌ３−Ｂ矢視断面図、第
７図は冷却器の概略斜視図、第８図は段ボールシートの
切断例を表す説明図である。５１は段ボールシート、５２，５６，５９゜６０はレー
ザビーム、５３はレーザ発振器、５５．５７は反射鏡、
５８は可動反射鏡、６１は両面反射鏡、６２は水槽、６
３は調整用レーザ発振器、７０は抑圧支持装置、７３は
ホルダ、７８は揺動部材、８０は圧電素子、８１はマイ
クロメータねし、８２は引っ張りばね、８４は冷却器で
ある。第２図第３図第４図第５図第７図５

Claims

【特許請求の範囲】

レーザ発振器から出るビームを反射する第１の反射鏡と
、該第１の反射鏡で反射された前記ビームを反射する第
２の反射鏡と、該第２の反射鏡で反射された前記ビーム
を反射すると共に該ビームに対する反射角を自在に変え
てワーク上の任意位置へと前記ビームを自在に照射し得
る可動反射鏡とを備えたレーザ切断装置であって、前記
第１と第２の反射鏡の夫々は、これら反射鏡の反射面を
放物面状に変形させ且つ前記ビームの焦点位置を常に前
記ワーク上に形成保持する支持制御装置によって支持さ
れ、且つこれら反射鏡の夫々に形成される放物面の軸が
互いに垂直に交差していることを特徴とするレーザ切断
装置。