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レーザによる横ミシン目加工装置及び方法 - 住友重機械工業株式会社
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発明の名称 レーザによる横ミシン目加工装置及び方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−121283(P2001−121283A)
公開日 平成13年5月8日(2001.5.8)
出願番号 特願平11−299870
出願日 平成11年10月21日(1999.10.21)
代理人 【識別番号】100071272
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4E068
【Fターム(参考)】
4E068 AF00 CA03 CB02 CC05 CC06 CD11 CE03 CE04 DB09 
発明者 小平 一穂
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 所定方向に向かって搬送される加工対象物にパルス状のレーザ光を照射し、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成する、レーザによる横ミシン目加工装置において、前記ミシン目のパターンを表すパラメータを設定するためのミシン目パターン設定器と、前記加工対象物の位置及び搬送速度を検出し検出信号を出力するエンコーダと、動作指令を受けて前記レーザ光の照射位置を変更するXYスキャナーと、前記ミシン目パターン設定器に設定された前記パラメータと、前記エンコーダからの前記検出信号とに基づいて、前記XYスキャナーに対して前記動作指令を出力するスキャナー動作演算器とを備え、前記レーザ光の照射位置を前記搬送速度と同速度で前記所定方向に向かって移動させながら、前記所定方向と直交する方向に沿って移動させることにより、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成するようにしたことを特徴とするレーザによる横ミシン目加工装置。
【請求項2】 前記XYスキャナーが、一対のガルバノミラーを有していることを特徴とする請求項1のレーザによる横ミシン目加工装置。
【請求項3】 前記スキャナー動作演算器が、前記ミシン目の形成を開始すべきか否かの判定を、予め定められた第1の周期で繰り返し行うことを特徴とする請求項1又は2のレーザによる横ミシン目加工装置。
【請求項4】 トリガー信号に応答して前記レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記ミシン目パターン設定器に設定された前記パラメータ及び前記XYスキャナーが出力する前記レーザ光の照射位置を表す位置信号とに基づいて、前記トリガー信号を発生するトリガー演算器と、を備えたことを特徴とする請求項1,2、又は3のレーザによる横ミシン目加工装置。
【請求項5】 前記トリガー演算器が、前記トリガー信号を発生すべきか否かの判断を、予め定められた第2の周期で繰り返し行うことを特徴とする請求項4のレーザによる横ミシン目加工装置。
【請求項6】 所定方向に向かって搬送される加工対象物にパルス状のレーザ光を照射し、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成する、レーザによる横ミシン目加工方法において、予め前記ミシン目のパターンを表すパラメータをミシン目パターン設定器に設定しておき、前記加工対象物の位置及び搬送速度を検出して、検出した前記加工対象物の位置及び搬送速度と前記ミシン目パターン設定器に設定された前記パラメータとに基づいて、XYスキャナーを制御し、前記レーザ光の照射位置を前記搬送速度と同速度で前記所定方向に向かって移動させながら、前記所定方向と直交する方向に沿って移動させることにより、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成するようにしたことを特徴とするレーザによる横ミシン目加工方法。
【請求項7】 前記XYスキャナーが出力するレーザ光照射位置を表す位置信号に基づいて、前記レーザ光を発生するレーザ発振器の発振動作を制御するようにしたことを特徴とする請求項6のレーザによる横ミシン目加工方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、搬送される加工対象物に、その搬送方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成する、レーザによる横ミシン目加工装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】横ミシン目加工装置は、紙などの薄い長尺物である加工対象物(例えば、連続用紙)に、長さ方向に関して一定の間隔で、横(即ち、幅)方向に沿ったミシン目を形成する装置である。
【0003】従来の横ミシン目加工装置は、外周面にミシン目加工用ミシン刃を埋め込んだドラムを、加工対象物の搬送速度に合わせて回転させ、その加工対象物にミシン刃を押し付けることによって加工対象物を部分的に切断してミシン目加工を行っている。
【0004】ところが、このような従来の横ミシン目加工装置では、加工寸法や加工パターンを変えようとする度にドラムの交換、あるいはミシン刃の着脱交換及びセッティングが必要となるため、作業効率が悪いという欠点がある。また、このような従来の横ミシン目加工装置では、バリの発生や紙粉の発生があるという欠点もある。
【0005】そこで、上記のよう欠点を持たない横ミシン目加工装置として、レーザ光を用いてミシン目加工を行うものが提案されている。
【0006】例えば、特公平6−65479号公報には、図3に示すような横ミシン目加工装置が記載されている。この横ミシン目加工装置は、レーザ発振器31、反射ミラー32,33、凹円筒レンズ34、スリット35、及び凸円筒レンズ36を有しており、レーザ発振器31からのレーザ光を凹円筒レンズ34を用いて帯状に拡大し、スリット35を通過させることでアレイ状のレーザ光とした後、凸円筒レンズ36で集光して、矢印で示す所定方向に搬送される加工対象物37に照射するというものである。この横ミシン目加工装置では、レーザ発振器31の発振周波数とパルス幅を調整することで、加工対象物37の長さ方向(即ち、搬送方向)に関して任意の間隔Lで、任意の幅(例えば、幅方向一端から他端まで)のミシン目を形成することができる。また、スリット35の開口パターンを変えることで、任意のミシン目のカットの長さ及びタイの長さを実現することができる。
【0007】なお、レーザ発振器の発振周波数及びパルス幅を、加工対象物の搬送速度に基づいて制御する制御装置としては、例えば、特開平9−38789号公報に記載されたものがある。
【0008】この制御装置は、図4に示すように、加工対象物41の端部を検出する端部検出器42と、加工対象物41の搬送速度に応じたパルス信号を発生するパルス・エンコーダー43と、パルス・エンコーダー43からのパルス信号と同じ周期のパルスを発生するパルス発生器44と、パルス発生器44からのパルスを通過/阻止するゲート45と、端部検出器42及びパルス・エンコーダー43の出力と、外部から供給される加工情報とに基づいて、パルス発生器44が発生するパルスの幅を制御し、かつ、ゲート45の通過/阻止を制御する制御部46とを有している。
【0009】この制御装置は、端部検出器42とパルス・エンコーダー43からの出力により、レーザ発振器47からのレーザ光が、加工対象物41のどこに照射されるのかを知ることができる。従って、この制御装置を用いれば、外部からの加工情報が指定する位置に、指定された間隔のミシン目加工(縦ミシン目であるが)を行うことができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来のミシン刃とドラムを用いる横ミシン目加工装置には、作業効率が悪いという問題点がある。また、このような横ミシン目加工装置には、バリの発生や紙粉の発生があるという問題点がある。
【0011】また、特公平6−65479号に記載された横ミシン目加工装置においても、加工寸法や加工パターンを変えようとする度に、スリットの交換が必要となるため、作業効率が悪いという問題点がある。また、この横ミシン目加工装置では、レーザ光を帯状に拡散させて加工を行う為、出力の大きいレーザ発振器が必要となり、エネルギー消費が大きいという問題点もある。
【0012】なお、特開平9−38789号公報には、横ミシン目加工を行うことについての記載は無い。
【0013】本発明は、バリや紙粉の発生がなく、作業効率が高い、レーザによる横ミシン目加工装置及び方法を提供することを目的とする。また、本発明は、エネルギー消費の小さい、レーザによる横ミシン目加工装置及び方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定方向に向かって搬送される加工対象物にパルス状のレーザ光を照射し、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成する、レーザによる横ミシン目加工装置において、前記ミシン目のパターンを表すパラメータを設定するためのミシン目パターン設定器と、前記加工対象物の位置及び搬送速度を検出し検出信号を出力するエンコーダと、動作指令を受けて前記レーザ光の照射位置を変更するXYスキャナーと、前記ミシン目パターン設定器に設定された前記パラメータと、前記エンコーダからの前記検出信号とに基づいて、前記XYスキャナーに対して前記動作指令を出力するスキャナー動作演算器とを備え、前記レーザ光の照射位置を前記搬送速度と同速度で前記所定方向に向かって移動させながら、前記所定方向と直交する方向に沿って移動させることにより、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成するようにしたことを特徴とするレーザによる横ミシン目加工装置が得られる。
【0015】ここで、前記XYスキャナーは、一対のガルバノミラーを有している。また、前記スキャナー動作演算器は、前記ミシン目の形成を開始すべきか否かの判定を、予め定められた第1の周期で繰り返し行う。
【0016】また、本発明の横ミシン目加工装置は、トリガー信号に応答して前記レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記ミシン目パターン設定器に設定された前記パラメータ及び前記XYスキャナーが出力する前記レーザ光の照射位置を表す位置信号とに基づいて、前記トリガー信号を発生するトリガー演算器とを備えたことを特徴とする。
【0017】ここで、前記トリガー演算器は、前記トリガー信号を発生すべきか否かの判断を、予め定められた第2の周期で繰り返し行う。
【0018】また、本発明によれば、所定方向に向かって搬送される加工対象物にパルス状のレーザ光を照射し、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成する、レーザによる横ミシン目加工方法において、予め前記ミシン目のパターンを表すパラメータをミシン目パターン設定器に設定しておき、前記加工対象物の位置及び搬送速度を検出して、検出した前記加工対象物の位置及び搬送速度と前記ミシン目パターン設定器に設定された前記パラメータとに基づいて、XYスキャナーを制御し、前記レーザ光の照射位置を前記搬送速度と同速度で前記所定方向に向かって移動させながら、前記所定方向と直交する方向に沿って移動させることにより、前記所定方向と直交する方向に沿ったミシン目を形成するようにしたことを特徴とするレーザによる横ミシン目加工方法が得られる。
【0019】また、本発明の横ミシン目加工方法は、前記XYスキャナーが出力するレーザ光照射位置を表す位置信号に基づいて、前記レーザ光を発生するレーザ発振器の発振動作を制御するようにしたことを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0021】図1に、本発明の一実施の形態による横ミシン目加工装置を示す。図1の横ミシン目加工装置は、加工対象物である連続用紙11を所定方向(図の左方)に搬送する用紙搬送用ローラー12、用紙搬送用ローラー12の回転に基づいて連続用紙の位置(搬送量)及び搬送速度を示す検出信号を出力するエンコーダ13、ミシン目パターンを表すための各種パラメータを設定するためのミシン目パターン設定器14、トリガー信号に応答してレーザ光を発生するレーザ発振器15、レーザ発振器15からのレーザ光の照射位置を変更するXYスキャナー16、ミシン目パターン設定器14に設定された各種パラメータに基づいてXYスキャナー16の動作を決定する動作指令を生成するスキャナー動作演算器17、ミシン目パターン設定器14に設定されたパラメータとXYスキャナー16からのX位置信号とに基づいてレーザ発振器15の発振動作を制御するトリガー信号を発生するトリガー演算器18とを有している。
【0022】用紙搬送用ローラー12は、連続用紙を図の左方向に向かって一定速度で搬送する。
【0023】エンコーダ13は、用紙搬送ローラー12の回転に応じたパルスを発生し、短時間当たりのパルス数から連続用紙11の搬送速度を求めるとともに、全パルス数から連続用紙11の位置(搬送量)を求める。そして、エンコーダ13は、求めた連続用紙11の搬送速度及び位置を表す検出信号を出力する。
【0024】ミシン目パターン設定器14は、例えばパーソナルコンピュータであって、入力部(図示せず)と記憶部(図示せず)とを有し、入力部から入力されたミシン目パターンを表す各種パラメータを設定データとして記憶部に記憶する。記憶部に記憶された設定データは、外部から読み出すことができる。なお、設定データには、ミシン目のカット(切断部分)及びタイ(未切断部分)の長さをそれぞれ表すパラメータ、連続用紙の表面における横(幅)方向加工開始位置及び加工終了位置を表すパラメータ、連続用紙の表面における搬送方向(長さ方向)加工間隔を表すパラメータなどが含まれる。
【0025】レーザ発振器15は、例えばCOレーザであって、トリガー演算器18から供給されるトリガー信号に応答してパルス状のレーザ光を発生する。
【0026】XYスキャナー16は、一対のガルバノミラーを有し、連続用紙11の幅方向中央付近の上方に固定されている。一対のガルバノミラーは、連続用紙11の表面に、連続用紙11の横方向(図の表裏方向)にX軸、搬送方向(図の左右方向)にY軸を持つXY座標を規定した場合に、それぞれ、レーザ光の出射方向をX軸及びY軸に沿って変化させることができる。このXYスキャナー16は、スキャナー動作演算器17からの動作指令に基づいて、これら一対のガルバノミラーを駆動し、入射したレーザ光の出射方向を変える。その結果、XYスキャナー16は、XY平面におけるレーザ光の照射位置を変更(あるいはレーザ光をスキャン)することができる。また、XYスキャナー16は、レーザ光の照射位置(XY座標上の位置)を表す位置信号(ここでは、X軸方向の位置を示すX位置信号のみ)をトリガー演算器18へ出力する。
【0027】スキャナー動作演算器17は、ミシン目パターン設定器14に記憶されている設定データを読み出し、読み出した設定データとエンコーダ13からの検出信号とに基づいて、XYスキャナー16に供給すべき動作指令を生成する。動作指令の生成を行うか否かの判断は、一定時間毎、例えば、100μs毎に行われる。スキャナー動作演算器17が生成する動作指令は、XYスキャナー16に対して、ミシン目加工の始点及び終点(共に、XY平面上の座標)、始点から終点までレーザ光照射位置を移動させる際の移動速度及び移動開始タイミングを与える。
【0028】トリガー演算器18は、ミシン目パターン設定器14に記憶されている設定データを読み出し、読み出した設定データとXYスキャナー16からのX位置信号とに基づいて、トリガー信号を出力すべきか否か判断し、トリガー信号を発生すべきであると判断したときに、トリガー信号をレーザ発振器15へ出力する。トリガー信号を出力すべきか否かの判断は、一定時間毎、例えば、10μs毎に行われる。
【0029】次に、この横ミシン目加工装置の動作について説明する。
【0030】まず、オペレータは、加工を開始するに当り、ミシン目のパターンを表す各種パラメータを、ミシン目パターン設定器14に設定する。
【0031】その後、用紙搬送用ローラー12により連続用紙11の搬送が開始される。連続用紙11の搬送が開始されると、エンコーダ13は、用紙搬送用ローラー12の回転に応じたパルスを発生し、連続用紙11の位置及び搬送速度を表す検出信号をスキャナー動作演算器17へ出力する。
【0032】スキャナー動作演算器17は、ミシン目パターン設定器14から設定データを読み出して、X軸方向に関する加工開始位置x1及び加工終了位置x2(x1<x2)を得る。加工開始位置x1及び加工終了位置x2は、例えば、それぞれ連続用紙の左端及び右端である。そして、これら加工開始位置x1及び加工終了位置x2と、XYスキャナ16のX軸方向のスキャン速度vxとから、加工開始位置から加工終了位置までレーザ光照射位置を移動(レーザ光をスキャン)させるのに必要な時間t=(x2−x1)/vxを求める。なお、スキャン速度vxは、レーザ発振器の性能等、このミシン目加工装置の構成により決まる。それから、スキャナー動作演算器17は、エンコーダ13からの検出信号が示す連続用紙11の搬送速度vyに基づいて、時間tが経過する間に搬送される連続用紙の移動量(長さ)dy=vy×tを求める。これは、加工開始位置x1から加工終了位置x2までレーザ光照射位置を移動させるのに必要な時間tが経過する間に、y1に位置していた連続用紙が、y2=y1+dy(y2>y1)にまで搬送されることを表している。つまり、座標(x1、y1)から(x2、y2)に向けてレーザ光照射位置を移動させれば、搬送される連続用紙11に対して、搬送方向に直交する方向にレーザ光をスキャンさせることができる。
【0033】以上の計算を行った後、スキャナー動作演算器17は、一定時間毎に、設定データに含まれる加工間隔を表すパラメータと、エンコーダ13からの検出信号が示す連続用紙11の搬送量とに基づいて、XYスキャナー16を駆動すべきか否か判断する。そして、XYスキャナー16を駆動すべきであると判断したときには、ガルバノミラーの駆動を開始するように、加工始点座標(x1、y1)、加工終点座標、(x2、y2)、及びスキャン速度(vx、vy)を含む動作指令信号を、XYスキャナー16へ出力する。即ち、スキャナー動作演算器17は、連続用紙11に、長さ方向に所定の間隔でミシン目を形成するよう、動作指令信号を出力する。
【0034】XYスキャナー18は、スキャナー動作演算器17からの動作指令信号を受けて、図2に示すように、固定座標系(XY座標)から見た場合に用紙を斜めに横切るよう、レーザ光照射位置を移動させる。これは、レーザ光照射位置を、X軸方向に沿って加工開始位置x1から加工終了位置x2まで移動させる間に、連続用紙11の搬送速度vyと同速度でy軸に沿って移動させることを意味する。その結果、連続用紙11上では、レーザ光照射位置が搬送方向と直交する方向に移動する。
【0035】一方、トリガー演算器18は、ミシン目パターン設定器14に設定された設定データを読み出し、カット及びタイの各々長さを表すパラメータを得る。そして、一定の時間毎に、このパラメータに基づいて、XYスキャナー16からのX位置信号が示すX座標が、カット位置に相当するのか、タイ位置に相当するのかを判断し、カット位置に相当する場合にトリガー信号を発生する。ここで、初期状態(スキャナ動作指令が入力されない状態)において、XYスキャナー16が向けられたXY平面上の位置を座標(x0、y0)(x0<x1)としておくことにより、XYスキャナ16が動作してはじめてトリガー信号を発生するようにできる。
【0036】レーザ発振器15は、トリガー演算器18からのトリガー信号を受け取ると、所定パルス幅のレーザ光を発生する。
【0037】レーザ発振器15からのパルス状のレーザ光は、XYスキャナー16を介して連続用紙11上に照射されるが、XYスキャナー16は、上述のように連続用紙11に、長さ方向に所定の間隔でミシン目を形成するようレーザ光照射位置を移動させる。また、このレーザ光照射位置の移動に伴って、レーザ光照射位置がミシン目のカット位置に位置するときに、レーザ光がレーザ発振器より出射する。その結果、連続用紙11には、その幅方向に沿ったミシン目が形成される。なお、形成されたミシン目のカット及びタイの各々の長さは、ミシン目パターン設定器14に設定されたこれらの長さを表すパラメータを変更することで、容易に変更することができる。
【0038】以上のようにして、XYスキャナー16のスキャン動作と、レーザ発振器15の発振動作を制御することにより、所定方向に搬送される連続用紙に、搬送方向と直交する方向のミシン目を、任意のカット長さ及びタイ長さで、形成することができる。
【0039】なお、上記実施の形態では、連続用紙11の搬送速度が一定であると仮定して、スキャナー動作演算器17が予めXYスキャナーへ出力すべき動作指令を作成しておき、周期定期にその動作指令を出力するか否かの判断を行うようにしたが、搬送速度の変化を検出して、出力する動作指令の内容を修正するようにしてもよい。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、設定されたミシン目パターンを表すパラメータと、検出した加工対象物の搬送速度とに基づいて、XYスキャナーを制御するようにしたことで、出力の小さいレーザ発振器を用いて、搬送される連続用紙に、搬送方向と直交する方向のミシン目を形成することができる。
【0041】また、本発明によれば、設定されたミシン目パターンと、XYスキャナーの動きとに基づいて、レーザ発振器のレーザ発振を制御するようにしたことで、任意のカットとタイとを有するミシン目を、機械的な設定変更を行うことなく容易に実現することができ、作業の効率化、生産性の向上を実現することができる。




 

 


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