JP4326257B2 - レーザ加工システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送される枚葉の加工媒体にレーザ光を照射して所定数の微小孔を形成する加工を行うレーザ加工システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、用紙等の加工媒体にレーザ光を照射してレーザ加工することが盛んになってきている。レーザ加工の適用例としては、例えば透かし形成や偽造防止加工等があり、当該加工媒体に厚さ方向の貫通孔を形成する場合の他に、当該厚さ方向に対して斜め方向に形成することも行われている。このような斜め方向の貫通孔を形成する場合におけるシステムの構成簡易化の実現が望まれている。
【０００３】
従来、用紙等の加工媒体にレーザ光を照射して所定の加工を行うものとして、例えば、偽造防止加工を行うものとして、以下の特許文献に記載されているものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１１５５８号公報
【０００５】
上記特許文献に記載されているレーザ加工は、真贋判定用の識別マークを３つの異なる角度でレーザ光を照射して透設した微小孔の集合体で形成するものであり、当該３つの異なる角度としては厚さ方向に対して、斜め（左下がり）、垂直、斜め（右下がり）とすることが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献において、真贋判定用の識別マークを３つの異なる角度で形成する場合に、加工媒体（商品券）の厚さ方向に対してレーザ照射角度を当該レーザ発振器や所定のレンズ構成で調整し、または固定されたレーザ照射角度（加工媒体の厚さ方向に対して垂直方向）に対して加工媒体（商品券）を当該角度で傾斜させることが概念的に示されている。上記レーザ照射による加工媒体への所定角度での微小孔形成にあたって、重要なことは所定角度とさせるための機構構成を簡易とすることにある。
【０００７】
すなわち、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、枚葉加工媒体の加工表面に対して構成簡易に加工領域で所定角度とさせるレーザ加工システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、加工ステージ上に搬送される枚葉加工媒体に対し、レーザ光を照射して当該枚葉加工媒体の厚さ方向に対して所定角度の微小孔を所定数形成するための加工を行うレーザ加工システムであって、前記加工ステージ上に搬送される前記枚葉加工媒体に対して、レーザ光を当該枚葉加工媒体の搬送方向又は当該搬送方向とは異なる方向である搬送方向に対する垂直方向に走査して照射することにより前記所定数の微小孔を形成するレーザ照射手段と、前記加工ステージを上下動させる垂直ロッドを備える上下駆動手段、及び当該上下駆動手段と同一駆動構成で走査ロッドを備え、当該走査ロッドが上下駆動手段の垂直ロッドと回転自在に連結されて当該加工ステージを前記レーザ照射手段によるレーザ照射走査方向と異なる方向に可動させて当該加工ステージ上の前記枚葉加工媒体を走査させる走査駆動手段の組を２組として当該走査駆動手段同士を直線上に固定した構成とし、直線上に固定した走査駆動手段を、当該加工ステージの下部の対向する端部にそれぞれ設けることで当該加工ステージ上の枚葉加工媒体を所定角度に傾斜させる傾斜手段と、少なくとも、前記レーザ照射手段を所定の加工データに基づいて駆動すると共に、前記枚葉加工媒体にレーザ照射で形成する前記微小孔の角度を、前記傾斜手段を上下駆動させて前記加工ステージの傾斜角度を特定することで調整する制御処理手段と、を有する構成とする。
【０００９】
請求項２の発明では、「前記加工ステージは、搬送される前記枚葉加工媒体を当該加工ステージ上で固定させる固定手段を備える」構成である。
【００１０】
このように、枚葉加工媒体に対してレーザ加工する加工ステージに対して、当該加工ステージをレーザ照射方向に対して上下動させる垂直ロッドを備える上下動駆動手段、及び当該上下駆動手段と同一駆動構成で走査ロッドを備えて垂直ロッドと回転自在に連結されてレーザ照射手段によるレーザ光を枚葉加工媒体の搬送方向又は当該搬送方向とは異なる方向である搬送方向に対する垂直方向に走査されるレーザ照射走査方向と異なる方向に可動させることで当該加工ステージ上の枚葉加工媒体を走査させる走査駆動手段を組として各隅部分に設けることで当該加工ステージ上の枚葉加工媒体を所定角度に傾斜させ、走査させる。すなわち、加工ステージの各隅部分を上下動させて枚葉加工媒体を所望の角度で傾斜させ、またレーザ照射方向と異なる方向に走査させることで、レーザ照射手段の構成を変更させずに構成簡易で当該枚葉加工媒体に所定角度の微小孔を容易に形成させることが可能となるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図により説明する。
図１に、本発明に係るレーザ加工システムの概略構成図を示す。図１において、レーザ加工システム１１は、加工ステージ（図２（Ａ）で説明する）１２が配置され、その両側に既存のベルト搬送手段１３，１４が配置される。このベルト搬送手段１３，１４により用紙、フィルム等の枚葉加工媒体（図４に示す６１）が上記加工ステージ１２を介在させて搬送させる。
【００１２】
上記加工ステージ１２の上方にはレーザ照射手段１５および撮像手段としてのカメラ１６が配置される。上記レーザ照射手段１５は、枚葉加工媒体にレーザ光を照射することにより厚さ方向に対して所定角度の微小孔を所定数形成するもので、図示しないが、レーザ発生機構およびスキャン機構を備えた既存のシステムを使用することができる。
【００１３】
上記レーザ発生機構は、例えば既存のレーザ発生の機構によりＣＯ₂レーザ、ＹＡＧレーザ等の適宜選択されたレーザ光を発生させる。また、スキャン機構は、レーザ加工の種類により、例えば一次元的にレーザ光をスキャンする場合にはポリゴンミラースキャン機構やミラーおよび集光レンズ構成部の一次元移動機構等が採用され、二次元的にレーザ光をスキャンさせる場合にはガルバノスキャン機構が採用される。
【００１４】
なお、一次元的にレーザ光を走査させることで当該枚葉加工媒体に対して照射焦点位置を略一定とさせることができるもので、本実施形態では、例えば媒体搬送方向に走査させることとしている。
【００１５】
上記カメラ１６は、加工ステージ１２上に位置された枚葉加工媒体の位置を撮像して後述の移送手段による移送位置決めを行わせるものである。すなわち、ベルト搬送手段１３と加工ステージ１２との間には第１移送手段１７が配置され、加工ステージ１２とベルト搬送手段１４との間には第２移送手段１８が配置される。第１および第２移送手段１７，１８は、図示しない吸引手段と接続されて先端に吸着盤が設けられたもので、当該吸着盤が共に上下駆動および略搬送方向に回動駆動される。
【００１６】
すなわち、上記第１移送手段１７はベルト搬送手段１３より搬送されてきた枚葉加工媒体を吸着盤で吸着して加工ステージ１２上に移送するもので、上述のようにカメラ１６による撮像データに基づいて当該加工ステージ１２の定められた位置に位置決めさせる。また、上記第２移送手段１８は加工ステージ１２上でのレーザ加工が行われた枚葉加工媒体をベルト搬送手段１４上に移送させて、所定の排出位置に搬送させるものである。
【００１７】
上記加工ステージ１２の下部における例えばベルト搬送手段１３側の端部に第１傾斜手段１９が設けられ、例えばベルト搬送手段１４側の端部に第２傾斜手段２０が設けられる。すなわち、これら第１および第２傾斜手段１９，２０がレーザ照射手段１５のレーザ照射方向に対して上下動されることで当該加工ステージ１２上の枚葉加工媒体が所定角度に傾斜されるものである。
【００１８】
ここで、図２に、図１の加工ステージおよび傾斜手段の説明図を示す。図２（Ａ）は、加工ステージ１２を示したもので、枚葉加工媒体が位置される面側に吸引孔１２Ａが所定数形成されたものである。また、その内部空間が例えば下部の所定部分で可撓性ダクト２１を介して吸引手段２２と連通される。すなわち、当該加工ステージ１２上に枚葉加工媒体が位置されたときに吸引手段２２により吸引孔１２Ａを介して吸引固定するもので、当該加工ステージ１２が第１および第２傾斜手段１９，２０で傾斜される場合であっても可撓性ダクト２１により吸引を確保している。上記吸引孔１２Ａを含めて可撓性ダクト２１および吸引手段２２により固定手段が構成される。
【００１９】
また、図２（Ｂ）は第１および第２傾斜手段１９，２０を示したもので、第１傾斜手段１９が第１および第２上下駆動手段３１，３２と、第１および第２走査駆動手段３３，３４とにより構成される。当該第１および第２走査駆動手段３３，３４は直線上に固定されもので、第１上下駆動手段３１の第１垂直ロッド３１Ａと第１走査駆動手段３３の第１走査ロッド３３Ａとが回転自在に連結されると共に、第２上下駆動手段３２の第２垂直ロッド３２Ａと第２走査駆動手段３４の第２走査ロッド３４Ａとが回転自在に連結される。
【００２０】
一方、第２傾斜手段２０が第３および第４上下駆動手段３５，３６と、第３および第４走査駆動手段３７，３８とにより構成される。上記第３および第４走査駆動手段３７，３８は直線上に固定されもので、第３上下駆動手段３５の第３垂直ロッド３５Ａと第３走査駆動手段３７の第３走査ロッド３７Ａとが回転自在に連結されると共に、第４上下駆動手段３６の第４垂直ロッド３６Ａと第４走査駆動手段３８の第４走査ロッド３８Ａとが回転自在に連結される。
【００２１】
なお、上記第１〜第４上下駆動手段３１，３２，３５，３６および第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８としては、例えば電動シリンダにより実現することができるものである。すなわち、第１〜第４上下駆動手段３１，３２，３５，３６が加工ステージ１２を上下動させることで当該加工ステージ１２上の枚葉加工媒体を所定角度に傾斜させる。また、上記第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８が加工ステージ１２をレーザ照射手段１５によるレーザ照射走査方向と異なる方向に可動させて当該加工ステージ１２上の枚葉加工媒体を走査させるもので、レーザ照射範囲をカバーするものである。
【００２２】
また、図３に、本システムを駆動制御するための制御処理手段のブロック構成図を示す。図３において、制御処理手段４１は、適宜設定加工データを入力するための入力手段４２が接続されるもので、少なくとも、レーザ照射手段１５を所定の加工データに基づいて駆動すると共に、枚葉加工媒体にレーザ照射で形成する微小孔の角度を、第１および第２傾斜手段１９，２０を上下駆動させて加工ステージ１２の傾斜角度を特定することで調整する。そのために、制御手段５１、バス５２、インタフェース（ＩＦ）５３Ａ，５３Ｂ、加工データファイル作成手段５４、レーザ照射制御手段５５、上下駆動制御種案５６、走査駆動制御手段５７および搬送制御手段５８を適宜備える。
【００２３】
上記制御手段５１は、このシステムの駆動制御を統括するもので、そのためのプログラムを格納する。上記ＩＦ５３Ａは、レーザ照射手段１５、カメラ１６、移送手段１７，１８および吸引手段２２との信号授受の整合性をとるためのもので、上記ＩＦ５３Ｂは、第１〜第４上下駆動手段３１，３２，３５，３６および第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８への出力信号の整合性をとるためのものである。
【００２４】
上記加工データファイル作成手段５４は、上記入力手段４２より入力される加工位置等の設定加工データに基づく加工データファイルを作成する。上記レーザ照射制御手段５５は、上記作成された加工データファイルに基づいてレーザ照射位置、照射タイミング、レーザパワー等の加工データをレーザ照射手段１５に送出する。また、上記上下動駆動制御手段５６は、上記入力手段４２より設定された微小孔の形成角度に応じて第１〜第４上下駆動手段３１，３２，３５，３６に対して駆動制御信号を生成して出力する。駆動量は、例えば予め形成角度に応じたものをテーブルとしてもよく、形成角度に応じてその都度演算により算出してもよい。
【００２５】
上記走査駆動制御手段５７は、上記入力手段４２より設定された枚葉加工媒体の大きさ、加工ステージ１２上での位置状態に応じて加工領域範囲（ここでは搬送方向に対して幅方向の範囲）で当該加工ステージ１２を走査すべく、上記第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８に対して駆動制御信号を生成して出力する。そして、上記移送制御手段５８は、上記カメラ１６による撮像データに基づいて枚葉加工媒体の加工ステージ１２上への位置決めを行わせつつ上記第１移送手段１７に対して駆動制御信号を生成して出力すると共に、第２移送手段１８に対して駆動制御信号を生成して出力する。
【００２６】
なお、ベルト搬送手段１３，１４、吸引手段２２に対する駆動制御や、上記第１および第２移送手段１７，１８を駆動するタイミングを得るためのセンサ、カメラ１６で撮像させるためのセンサ等の図示は省略する。
【００２７】
続いて、図４に、本システムによるレーザ加工におけるステージ傾斜の説明図を示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、一例として枚葉加工媒体に所定角度の右下がり傾斜（左下がり傾斜も動作原理は同様）で微小孔を形成する場合を示したもので、図４（Ａ）に示すように各ステージ１２上に位置された枚葉加工媒体６１を水平状態としたときを例えば基準としている。
【００２８】
因みに、当該枚葉加工媒体６１に厚さ方向に対して垂直方向に微小孔６１Ａを形成する場合には、この水平状態でレーザ照射手段１５よりレーザ光が照射されて微小孔６１Ａが形成されるものである。この場合、上述のようにレーザ光の照射は、図面手前より奥側（当該枚葉加工媒体６１の搬送方向）に一次元的に走査させるものとして、第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８が当該搬送方向を垂直方向に加工ステージ１２を可動させることで当該枚葉加工媒体６１を当該方向に走査させるものである。
【００２９】
そこで、図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）の基準水平状態より第２および第４上下駆動手段３２，３６が駆動されて第２および第４垂直ロッド３２Ａ，３６Ａが傾斜角度に応じた駆動量で上昇され、第１および第３上下駆動手段３１，３５が駆動されて第１および第３垂直ロッド３１Ａ，３５Ａが傾斜角度に応じた駆動量で下降される。この場合、レーザ照射の位置Ｐが変動しない駆動量で当該ステージ１２（枚葉加工媒体６１）を傾斜させることでレーザ照射手段１５の照射焦点を略一定とさせる。
【００３０】
そして、図４（Ｃ）に示すように、第１および第３走査駆動手段３３，３７が駆動されて第１および第３走査ロッド３３Ａ，３７Ａが短縮され、第２および第４走査手段３４，３８が駆動されて第２および第４走査ロッド３４Ａ，３８Ａが伸張された状態を例えばレーザ加工開始位置とし、図４（Ｄ）に示すように、第１および第３走査駆動手段３３，３７を駆動して第１および第３走査ロッド３３Ａ，３７Ａを順次伸張させ、第２および第４走査手段３４，３８を駆動して第２および第４走査ロッド３４Ａ，３８Ａを順次短縮させながら、レーザ照射することにより当該枚葉加工媒体６１の形成領域に微小孔６１Ａを形成していくものである。
【００３１】
次に、図５に、本システムによるレーザ加工処理のフローチャートを示す。ここでは枚葉加工媒体６１の厚さ方向に対して、例えば垂直方向（９０度）、右下がり斜めおよび左下がり斜めの３種類の微小孔６１Ａを順次形成する場合として説明する。
【００３２】
図５において、まず、カメラ１６により枚葉加工媒体６１が加工ステージ１２上の所定位置に位置されたことが確認された後に、入力される設定加工データより作成された加工データファイルに基づいて垂直方向の微小孔６１Ａを形成する加工データを抽出すると共に、当該枚葉加工媒体６１を吸引手段２２より吸引固定させながら上下駆動制御手段５６が第１〜第４上下駆動手段３１，３２，３５，３６を駆動して第１〜第４垂直ロッド３１Ａ，３２Ａ，３５Ａ，３６Ａを図４（Ａ）に示すような水平状態の基準位置とさせて枚葉加工媒体６１を水平状態とさせる（ステップ（Ｓ）１）。なお、当初より水平状態の場合には駆動は行われない。
【００３３】
また、走査駆動制御手段５７が第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８を駆動して第１〜第４走査ロッド３３Ａ，３４Ａ，３７Ａ，３８Ａを上述のように伸縮させてレーザ照射開始位置に可動させ、当該第１〜第４走査ロッド３３Ａ，３４Ａ，３７Ａ，３８Ａを上述のように伸縮させながらレーザ照射制御手段５５が加工データファイルより抽出した加工データに基づいてレーザ加工制御信号をレーザ照射手段１５に送出して駆動させることにより垂直方向の微小孔６１Ａを順次形成させる（Ｓ２）。
【００３４】
枚葉加工媒体６１上で総ての垂直方向の微小孔６１Ａが形成されると（Ｓ３）、上記作成された加工データファイルに基づいて右下がり斜めの微小孔６１Ａを形成する加工データを抽出すると共に、第２および第４上下駆動手段３２，３６を駆動して第２および第４垂直ロッド３２Ａ，３６Ａを適応量上昇させ、第１および第３上下駆動手段３１，３５を駆動して第１および第３垂直ロッド３１Ａ，３５Ａを適応量下降させて当該枚葉加工媒体６１を所定角度の右下がり斜めに傾斜させる（Ｓ４）。
【００３５】
続いて、走査駆動制御手段５７が第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８を駆動して第１〜第４走査ロッド３３Ａ，３４Ａ，３７Ａ，３８Ａを伸縮させてレーザ照射開始位置に可動させ、当該第１〜第４走査ロッド３３Ａ，３４Ａ，３７Ａ，３８Ａを伸縮させながらレーザ照射制御手段５５が加工データファイルより抽出した加工データに基づいてレーザ加工制御信号をレーザ照射手段１５に送出して駆動させることで所定角度の右下がり斜めの微小孔６１Ａを順次形成させる（Ｓ５）。
【００３６】
また、枚葉加工媒体６１上で総ての右下がり斜めの微小孔６１Ａが形成されると（Ｓ６）、上記作成された加工データファイルに基づいて左下がり斜めの微小孔６１Ａを形成する加工データを抽出すると共に、第１および第３上下駆動手段３１，３５を駆動して第１および第３垂直ロッド３１Ａ，３５Ａを適応量上昇させ、第２および第４上下駆動手段３２，３６を駆動して第２および第４垂直ロッド３２Ａ，３６Ａを適応量下降させて当該枚葉加工媒体６１を所定角度の左下がり斜めに傾斜させる（Ｓ７）。
【００３７】
そして、走査駆動制御手段５７が第１〜第４走査駆動手段３３，３４，３７，３８を駆動して第１〜第４走査ロッド３３Ａ，３４Ａ，３７Ａ，３８Ａを伸縮させてレーザ照射開始位置に可動させ、当該第１〜第４走査ロッド３３Ａ，３４Ａ，３７Ａ，３８Ａを伸縮させながらレーザ照射制御手段５５が加工データファイルより抽出した加工データに基づいてレーザ加工制御信号をレーザ照射手段１５に送出して駆動させることで所定角度の左下がり斜めの微小孔６１Ａを順次形成させることで（Ｓ８）、総ての左下がり斜めの微小孔６１Ａを形成するものである（Ｓ９）。
【００３８】
このように、加工ステージ１２を第１〜第４上下駆動手段３１，３２，３５，３６により上下動させて枚葉加工媒体６１を所望の角度で傾斜させることができるもので、レーザ照射手段の構成を変更させずに構成簡易で当該枚葉加工媒体６１に所定角度の微小孔を容易に形成させることができるものである。
【００３９】
ところで、上記実施形態では、加工ステージ１２に２つの第１および第２傾斜手段１９，２０を設けた場合を示したが、一方端を回転ヒンジ等で支点として他方端に単一の傾斜手段（上下駆動手段）を設けることとしてもよい。この場合、レーザ照射手段によるレーザ照射がその焦点位置を随時変化させながら行われる。
【００４０】
また、上記実施形態では、第１および第２傾斜手段１９，２０を加工ステージ１２の下部両端で媒体搬送方向と垂直方向に設けた場合を示したが、当該媒体搬送方向と同方向で当該加工ステージ１２の下部両端に設けてもよい。この場合には、レーザ照射走査方向が媒体搬送方向と垂直方向になる。
【００４１】
さらに、上記実施形態では、第１および第２傾斜手段１９，２０により２系統で上下駆動させる場合を示したが、各上下駆動手段３１，３２，３５，３６をそれぞれ別個に駆動させることとしてもよい。これにより、微小孔６１Ａを、枚葉加工媒体６１上であらゆる方向の角度でも形成することができるものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、枚葉加工媒体に対してレーザ加工する加工ステージに対して、当該加工ステージをレーザ照射方向に対して上下動させる垂直ロッドを備える上下動駆動手段、及び当該上下駆動手段と同一駆動構成で走査ロッドを備えて垂直ロッドと回転自在に連結されてレーザ照射手段によるレーザ光を枚葉加工媒体の搬送方向又は当該搬送方向とは異なる方向である搬送方向に対する垂直方向に走査されるレーザ照射走査方向と異なる方向に可動させることで当該加工ステージ上の枚葉加工媒体を走査させる走査駆動手段を組として各隅部分に設けることで当該加工ステージ上の枚葉加工媒体を所定角度に傾斜させることにより、枚葉加工媒体の加工表面に対して構成簡易に加工領域で所定角度とさせ、容易に所定角度の微小孔を形成させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工システムの概略構成図である。
【図２】図１の加工ステージおよび傾斜手段の説明図である。
【図３】本システムを駆動制御するための制御処理手段のブロック構成図である。
【図４】本システムによるレーザ加工におけるステージ傾斜の説明図である。
【図５】本システムによるレーザ加工処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１１ レーザ加工システム
１２ 加工ステージ
１３，１４ ベルト搬送手段
１５ レーザ照射手段
１６ カメラ
１７，１８ 移送手段
１９ 第１傾斜手段
２０ 第２傾斜手段
２１ 可撓性ダクト
２２ 吸引手段
３１，３２，３５，３６ 上下駆動手段
３３，３４，３７，３８ 走査駆動手段
４１ 制御処理手段
４２ 入力手段
６１ 枚葉加工媒体

Claims (2)

1. 加工ステージ上に搬送される枚葉加工媒体に対し、レーザ光を照射して当該枚葉加工媒体の厚さ方向に対して所定角度の微小孔を所定数形成するための加工を行うレーザ加工システムであって、
   前記加工ステージ上に搬送される前記枚葉加工媒体に対して、レーザ光を当該枚葉加工媒体の搬送方向又は当該搬送方向とは異なる方向である搬送方向に対する垂直方向に走査して照射することにより前記所定数の微小孔を形成するレーザ照射手段と、
   前記加工ステージを上下動させる垂直ロッドを備える上下駆動手段、及び当該上下駆動手段と同一駆動構成で走査ロッドを備え、当該走査ロッドが上下駆動手段の垂直ロッドと回転自在に連結されて当該加工ステージを前記レーザ照射手段によるレーザ照射走査方向と異なる方向に可動させて当該加工ステージ上の前記枚葉加工媒体を走査させる走査駆動手段の組を２組として当該走査駆動手段同士を直線上に固定した構成とし、直線上に固定した走査駆動手段を、当該加工ステージの下部の対向する端部にそれぞれ設けることで当該加工ステージ上の枚葉加工媒体を所定角度に傾斜させる傾斜手段と、
   少なくとも、前記レーザ照射手段を所定の加工データに基づいて駆動すると共に、前記枚葉加工媒体にレーザ照射で形成する前記微小孔の角度を、前記傾斜手段を上下駆動させて前記加工ステージの傾斜角度を特定することで調整する制御処理手段と、
   を有することを特徴とするレーザ加工システム。
2. 請求項１記載のレーザ加工システムであって、前記加工ステージは、搬送される前記枚葉加工媒体を当該加工ステージ上で固定させる固定手段を備えることを特徴とするレーザ加工システム。

Images