抜き型用の弾性部材の製造方法および加工装置
【課題】 加工性に優れ、廃液等の問題がないレーザー加工により、煤の発生なく抜き型用の弾性部材を加工することが可能な弾性部材の製造方法およびこの加工装置を提供する。
【解決手段】 弾性部材加工装置１は、おもにレーザー発振装置３と、レーザーを弾性体素材１５に照射するユニットである加工ヘッド５、ノズル７等から構成される。加工ヘッド５は内部に反射板９が設けられる。反射板９はレーザー光を集光レンズ１１方向に反射させる部位である。加工ヘッド５内には、反射板９からのレーザー光を絞る集光レンズ１１が設けられる。集光レンズ１１は、所定の集光距離で焦点を絞ることが可能である。集光レンズ１１の下方には、外部よりエアを導入可能なエア供給口が設けられる。エアは、コンプレッサにより供給される。コンプレッサの能力は、エア圧力が０．７ＭＰａ以上、流量２１０Ｌ／分以上を発生可能であることが望ましい。
【解決手段】 弾性部材加工装置１は、おもにレーザー発振装置３と、レーザーを弾性体素材１５に照射するユニットである加工ヘッド５、ノズル７等から構成される。加工ヘッド５は内部に反射板９が設けられる。反射板９はレーザー光を集光レンズ１１方向に反射させる部位である。加工ヘッド５内には、反射板９からのレーザー光を絞る集光レンズ１１が設けられる。集光レンズ１１は、所定の集光距離で焦点を絞ることが可能である。集光レンズ１１の下方には、外部よりエアを導入可能なエア供給口が設けられる。エアは、コンプレッサにより供給される。コンプレッサの能力は、エア圧力が０．７ＭＰａ以上、流量２１０Ｌ／分以上を発生可能であることが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、梱包用の紙材や段ボール材の抜き型に用いられる弾性部材の製造方法およびこの加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、紙材などを打ち抜き加工する際には、抜き型が用いられる。図６は、従来使用されている抜き型３１の模式図である。抜き型３１には、刃３７および弾性部材３９が設けられる。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、厚紙や段ボールなどのワーク３５は、受け部３３上に配置されており、ワーク３５の切断個所には刃３７が設けられる。刃３７の周囲にはさらに弾性部材３９が設けられる。通常時、弾性部材３９の厚みは、刃３７の抜き型３１表面からの突出代よりも厚い。このため、通常時は、刃３７が弾性部材３９に埋没している。
【０００４】
次に、図６（ｂ）に示すように、抜き型３１をワーク３５側に下降させる（図中矢印Ｐ方向）。抜き型３１の下降に伴い、弾性部材３９がワーク３５に押し付けられて変形する。弾性部材３９がつぶれるため、弾性部材３９から刃３７が突出し、ワーク３５が切断される。
【０００５】
次に、抜き型３１を上方に上昇させ（図中矢印Ｑ方向）、刃３７をワーク３５から抜き取る。この際、弾性部材３９は元の形状に戻ろうとする。したがって、弾性部材３９によってワーク３５は下方に押し戻される。したがって、刃３７がワーク３５より抜き取られる。下降されたワーク３５は後工程に移動する。弾性部材３９を用いることで、ワーク３５から刃３７が確実に抜き取られる。このため、ワーク３５が刃３７に突き刺さった状態で持ち上げられることによる後工程へのワーク３５の移動が妨げられることがない。
【０００６】
このような弾性部材３９は、抜き型３１毎に製造され、抜き型３１に貼り付けられる。ところで、弾性部材３９はゴム等の樹脂製であるため、素材より必要形状の弾性部材３９を切断加工する際には、ウォータージェットなどが利用されている。弾性部材３９をカッティングマシン等により機械的に切断すると、コーナー部の切断等が困難であり、精度が悪くなるためである。
【０００７】
また、樹脂をレーザー加工すると、切断面に煤が発生する。このため、図６に示す工程において、ワーク３５に煤が落下し、ワーク３５の表面を汚す。ワーク３５への煤の落下は、その後の印刷工程等にも悪影響を及ぼすため、煤が付着した弾性部材を使用することはできない。このため、弾性部材３９は、切断精度や品質の問題から、ウォータージェットによる切断が一般的である。
【０００８】
しかし、近年、環境問題が注目されており、ウォータージェットによる切断により発生する廃液処理等が問題となっている。また、ウォータージェットは装置自体が非常に高価である。さらに、ウォータージェットによれば、弾性部材を煤が発生することなく切断可能ではあるが、すべり止め等の特殊な表面加工を施した弾性部材を加工するためには、あらかじめ表面に凹凸加工が施された特殊な素材を使用する必要がある。このような特殊な素材はコストが高く、特殊な用途にのみに利用され、一般的に多くは使用されてこなかった。これは、ウォータージェットにより、弾性部材の表面に細かな凹凸加工を施すことが困難であったためである。
【０００９】
このような問題を踏まえ、煤の発生がなく、ウォータージェットに替わる、より効率的な加工方法が望まれている（レーザー加工については、例えば特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１４１０７０号公報
【特許文献２】特開２００６−７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１、特許文献２に記載のレーザー加工は、切断時に発生する煤については考慮されていない。そもそも、レーザーによって樹脂を煤の発生なく切断することは、従来、不可能とされてきたものであり、本発明のように、抜き型用の弾性部材としては、煤が問題となることから、レーザーにより加工された例はこれまでに報告がない。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、加工性に優れ、廃液等の問題がないレーザー加工により、煤の発生なく抜き型用の弾性部材を加工することが可能な弾性部材の製造方法およびこの加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、レーザー発振装置によりレーザー光を発振し、集光レンズにより前記レーザー光の焦点を絞り、前記レーザー光をノズルを介して弾性体に照射しつつ、前記レーザー光の照射方向に向けて前記ノズルを通じてエアを噴射することにより、前記弾性体を所定形状に切断する抜き型用の弾性部材の製造方法であって、前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記ノズルからの前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の製造方法である。
【００１４】
前記集光レンズの焦点距離が１．５インチ〜２．５インチであり、前記レーザー光の前記弾性体への照射ビーム径が、０．１０ｍｍ〜０．１４ｍｍであることが望ましい。
【００１５】
エアの噴射部の上方に整流板が設けられ、前記整流板の下面には、外周に向かうにつれて上方に傾斜するテーパ部が形成されることが望ましい。
【００１６】
前記レーザー光および前記エアによって、前記弾性体を切断するとともに、前記弾性体の表面に凹凸加工を施してもよい。
【００１７】
前記レーザー発振装置の出力が、１８Ｗ〜２８．５Ｗであることが望ましい。また、前記弾性体はスポンジゴムであってもよい。
【００１８】
第１の発明によれば、エア圧およびエア流量を、従来使用される条件よりも極めて大きく増加させ、適切な条件とすることで、樹脂製の弾性部材を煤が発生することがなく加工することができる。また、廃液処理等の問題もない。
【００１９】
また、集光レンズの焦点距離および照射ビーム径を従来のレーザー加工条件よりも小さくすることで、弾性部材の切断面の形状を適切に維持して弾性部材の加工を行うことができる。
【００２０】
また、ノズルからのエアーを整流するため、噴射したエアや塵が機器等に付着したり、加工空間に乱流を起こすことがなく、上方または下方に設けられたエア吸引部にスムーズにエア等を流すことができる。
【００２１】
また、レーザーによって、切断のみならず弾性部材の表面加工が可能であるため、特殊な素材を使用しなくとも、表面にスリップ防止の凹凸形状を有する弾性部材を得ることができる。このため、一つの素材から任意の表面性状を有する弾性部材を一の製造工程で製造することができる。
【００２２】
また、レーザー発振装置の出力を適正とすることで、より確実に煤の発生を抑え、安定した製造を行うことができる。
【００２３】
また、弾性部材がスポンジゴムであれば、従来より使用されている弾性部材と同材質のものをレーザー加工によって製造でき、かつ、煤が弾性部材に付着することがない。
【００２４】
第２の発明は、抜き型用の弾性部材の加工装置であって、レーザー光を発するレーザー発振装置と、前記レーザー光を集光する集光レンズが内部に取り付けられるヘッドと、前記ヘッドの先端に設けられ、内部にエアを供給可能なノズルと、前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上となるコンプレッサと、エアの噴射部の上方に設けられ下面にテーパ部を有する整流板と、を具備し、前記ノズルの先端から前記レーザー光の照射方向に向けて前記エアを噴射することが可能であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の加工装置である。
【００２５】
第２の発明によれば、煤が付着することなく、樹脂製の弾性部材をレーザーによって加工することができる。また、一つの装置によって弾性部材の切断と表面加工の両方を行うことが可能である。また、ノズルからのエアを整流するため、噴射したエアや塵が機器等に付着したり、加工空間に乱流を起こすことがない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、加工性に優れ、廃液等の問題がないレーザー加工により、煤の発生なく抜き型用の弾性部材を加工することが可能な弾性部材の製造方法およびこの加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】弾性部材加工装置１の構成を示す模式図。
【図２】集光レンズ１１を保持するレンズホルダ１７ａ、１７ｂを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図。
【図３】整流板２４ａを示す図。
【図４】弾性部材２３を示す図。
【図５】弾性素材１５の切断面を示す図で、（ａ）は切断面がまっすぐに切断された状態を示す図、（ｂ）は切断面がタイコ状に切断された状態を示す図、（ｃ）は切断面が逆タイコ状に切断された状態を示す図、（ｄ）は切断面に煤２９が付着した状態を示す図。
【図６】抜き型３１に弾性部材３９が設けられ、抜き型３１によってワーク３５を切断する工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態について説明する。前述の通り、通常のレーザー加工により弾性部材を製造すると、煤の発生が避けられない。また、ウォータージェットでは廃液の問題等があり、機械的なカッティングマシン等では、加工精度やコーナー部の加工等に問題が生じる。このため、煤が発生せず、廃液等が発生せず、加工精度や加工能率等に優れる加工方法を見出す必要がある。
【００２９】
本発明者らは、鋭意努力し、上記の課題を達成すべく、製造方法および製造条件等を様々な観点から検討を重ねた結果、以下についての知見を得た。すなわち、レーザー加工による方法であっても、従来のエア圧およびエア量を大幅に増大させることで、煤の発生が抑えられることを見出した。
【００３０】
すなわち、従来のレーザー加工では、レーザー光により対象物を切断し、これに付随して冷却用のエア等が使用されてきたが、レーザー光により樹脂等を切断すると、切断部周囲に炭化層が形成され、その結果、煤が発生する。これに対し、微細なレーザー光によりわずかな切れ込みを対象物に入れつつ、大量のエアを対象物へ噴射することで、レーザー光による切り込みがエアにより広げられつつ切断が進行するため、煤の発生が抑えられることを見出した。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態にかかる弾性部材加工装置１について詳細を説明する。図１は、本発明にかかる弾性部材加工装置１を示す模式図である。
【００３２】
弾性部材加工装置１は、主にレーザー発振装置３と、レーザー光を弾性体素材１５に照射するユニットである加工ヘッド５、ノズル７等から構成される。レーザー発振装置３はレーザー光の発振装置であり、例えば炭酸ガスレーザー発振器が使用できる。
【００３３】
なお、レーザー発振器の能力が強すぎると、レーザー光の照射径を絞ることが困難となり、煤が発生しやすくなる。したがって、レーザー発振器の容量としては、３０Ｗ以下であることが望ましく、特に望ましい加工出力範囲は１８〜２８．５Ｗである。レーザー光が強すぎると樹脂に切り込みを入れる際に炭化層が厚くなるため煤の発生のおそれがあり、弱すぎると、表面に切り込みを入れることができなくなるためである。
【００３４】
加工ヘッド５は内部に反射板９が設けられる。反射板９はレーザー光を集光レンズ１１方向に反射させる部位である。加工ヘッド５内には、反射板９からのレーザー光を絞る集光レンズ１１が設けられる。集光レンズ１１は、所定の集光距離で焦点を絞ることが可能である。すなわち、反射レンズ９より反射したレーザー光は、集光レンズ１１に入射し、集光レンズ１１の焦点距離分だけ下方の位置で最も焦点が絞られる。なお、この焦点距離におけるレーザー光の照射径をビーム径（またはビームモード）と称する。
【００３５】
ここで、集光レンズ１１の焦点距離は、１．５〜２．５インチであることが望ましい。集光レンズ１１の焦点距離が短くなりすぎると、切断部がタイコ状となる。また、焦点距離を長くしすぎると切断部が逆タイコ状となるためである。切断部の形状については後述する。
【００３６】
集光レンズ１１の下方には、外部よりエアを導入可能なエア供給口がノズル方向に向けて斜めに設けられる。エアは、コンプレッサにより供給される。コンプレッサの能力は、エア圧力が０．７ＭＰａ以上、ノズルからの流量２１０Ｌ／分以上を発生可能であることが望ましく、さらに好ましくは、エア圧力０．７５ＭＰａ以上、エア流量２５０Ｌ／分以上であることが望ましい。コンプレッサとしては、たとえば、２．２ｋＷクラス以上のコンプレッサを用いればよい。なお、エアに代えて不活性ガス等を用いることもできる。
【００３７】
加工ヘッド５の下方は筒状のノズル７が接続される。ノズル７の先端には孔が設けられる。ノズル７は、加工対象物の加工部位にレーザー光およびエアを噴射する部位である。なお、加工ヘッド５およびノズル７は図示を省略したモータ等により加工対象である弾性体素材１５上をＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ移動可能である。ノズル７の外周には、整流板２４ａが設けられる。整流板２４ａについては後述する。
【００３８】
次に、弾性部材加工装置１の動作について説明する。まず、レーザー発振装置３は反射板９に対してレーザー光を発振する（図中矢印Ａ方向）。反射板９に照射されたレーザー光は、反射板９で反射し、加工ヘッド５内の集光レンズ１１に照射される（図中矢印Ｂ方向）。集光レンズ１１で集光されたレーザー光は、ノズル７内を通過して、ノズル７の先端より下方の弾性体素材１５に照射される（図中矢印Ｃ方向）。
【００３９】
一方、エアは、エア供給口１３より加工ヘッド５内に導入される（図中矢印Ｄ方向）。エアは、ノズル７の孔を通してレーザー光とともに下方に噴射される（図中矢印Ｅ方向）。ノズル７の下方は、隙間をあけて加工対象である弾性体素材１５が配置されている。したがって、弾性体素材１５の加工対象部位にレーザー光およびエアが照射・噴射される。
【００４０】
ここで、集光レンズ１１から加工対象である弾性体素材１５表面までの距離Ｌは、前述の集光レンズ１１に応じた焦点距離となる。たとえば、焦点距離が２インチの集光レンズ１１を用いれば、Ｌは２インチとなる。焦点距離を変更する場合には、集光レンズとともにノズル７を交換する。すなわち、ノズル７の長さＭは、集光レンズ１１の焦点距離に応じて設定される。
【００４１】
なお、ノズル７の先端から弾性体素材１５までの距離は、０．５〜０．７ｍｍ程度が望ましい。ノズル７の先端と弾性体素材１５との接触を防止するとともに、供給されるエアを効率良く弾性体素材１５に噴射するためである。また、ノズル先端の孔径は、例えば３．５〜４．５ｍｍ程度である。ノズル先端の孔径が小さすぎると、流量損失が大きくなり、エア圧は増大するが煤の発生を抑制することができない。例えばノズル先端径を１ｍｍとすると、エア圧は１．０ＭＰａを確保できるが、エア流量が４．２ｍｍ径のノズルに対して、１／３以下になるため、エア流量が不足する。また、ノズル先端の孔径を大きくしすぎると（例えば４．５ｍｍ以上）エアが弾性体素材の切断部に集中されず、エアによる切断効率が悪くなるためである。
【００４２】
次に、集光レンズ１１の取り付け方法について説明する。図２は、集光レンズ１１とこれを保持するレンズホルダ１７ａ、１７ｂを示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【００４３】
集光レンズ１１は、加工ヘッド５内に設けられたレンズホルダ１７ａ、１７ｂによって保持される。レンズホルダ１７ａは中央に孔が設けられた矩形の板状部材である。板状部材の孔に対して、一対の爪２３が形成される。爪２３は、レンズホルダ１７ａの孔の両側方より孔側に突出しており、突出された部分の先端が、略垂直に折曲げられている。レンズホルダ１７ｂは、中央に集光レンズ１１と略同一の径の孔を有し、下方に集光レンズ１１の脱落を防止する保持部２３ｂを有する。保持部２３ｂはレンズホルダ１７ｂの孔側に突出した部位である。
【００４４】
集光レンズ１１は、爪２３ａおよび保持部２３ｂにより上下方向より保持される。レンズホルダ１７ａ、１７ｂには雌ねじ加工が施されており、上下の板状部材はボルト１９およびワッシャ２１により固定される。すなわち、集光レンズ１１は、レンズホルダ１７ａ、１７ｂの孔部に収められ、上下それぞれの爪２３ａおよび保持部２３ｂによって保持され、レンズホルダ１７ａ、１７ｂによりボルト１９等で挟みこまれて固定される。
【００４５】
なお、大きな圧力のエアが加工ヘッド５内に供給されるため、ボルト１９の緩み止めとして、ボルト１９とレンズホルダ１７ａ、１７ｂの雌ねじ部との螺合部には、緩み止め剤が塗布されることが望ましい。また、集光レンズ１１の取付部の周囲にはウレタンゴム等でシールがなされており、エア供給口１３（図１）から流入したエアが、集光レンズ１１の上方にリークすることがない。
【００４６】
次に、ノズル７先端近傍の構造について説明する。図３（ａ）は、ノズル７に整流板２４ａを設けた状態を示す図である。ノズル７先端のエア噴射部の上方には、整流板２４ａが設けられる。整流板２４ａは、ノズル７上にフランジ状に設けられる板状部材である。整流板２４ａは、外周に行くにつれて厚みが薄くなっており、整流板２４ａ下面には、上方に向かって傾斜するテーパ部２６が形成される。
【００４７】
本発明の加工方法では、極めて大きな容量のエアを吹き付ける。このため、噴射されたエアが弾性体素材１５と衝突し、上方に巻きあげられる。本発明の整流板２４ａを用いれば、弾性体素材１５と衝突して上方に舞い上げられたエアが、スムーズに周囲に逃がされる（図中矢印Ｇ方向）。このため、加工部で発生した塵が、機器等に侵入し、集光レンズ等を汚染することがなく、また、加工空間に塵が舞うことがない。なお、機器上方および弾性体素材下方には、ブロアと接続されたエア吸引部が設けられ、噴射されたエアおよび塵等は、エア吸引部より吸引される。整流板２４ａによれば、エアの流れが整流されるため、この吸引の効果も高まる。
【００４８】
これに対し、図３（ｂ）に示す用意、整流板２４ａを用いなければ、弾性体素材１５と衝突し、上方に巻きあげられたエアや塵が機器へ浸入・付着等する（図中矢印Ｈ方向）ため望ましくない。
【００４９】
また、テーパ部を設けないフラットな整流板２４ｂでは、大容量のエアが整流板２４ｂと衝突すると、下方へエアが舞い戻り（図中矢印Ｊ方向）、加工空間に乱流を発生させ、周囲の埃を舞い上げるため望ましくない。なお、整流板２４ａとしては、例えば、外径３０〜４０ｍｍ程度とし、外周厚みを１ｍｍ、ノズル７との接触部厚みを５ｍｍ程度とすればよい。
【００５０】
次に、弾性部材加工装置１により加工された弾性部材３０について説明する。図４は、弾性部材３０を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は斜視図である。弾性部材３０は、弾性体素材１５から弾性部材加工装置１により加工される。弾性部材３０の側面が切断面２５となる。また、弾性部材３０の上表面である部材表面２７には必要に応じて凹凸加工が施される。凹凸加工は、抜き型に用いられた際に、ワークとのスリップを防止するためのものである。なお、凹凸としては深さ１０〜２０μｍ程度で良い。
【００５１】
弾性部材加工装置１によれば、弾性体素材１５の切断と部材表面２７の表面加工を、同一の装置で、かつ同一工程で行うことができる。すなわち、切断面２５は加工ヘッド等の送り速度（加工速度）を落とすことで、弾性部材１５を切断するとともに、部材表面２７は送り速度を速めることで表面のみの加工を施すことができる。いずれの加工の際にも煤の発生はない。
【００５２】
なお、弾性体素材１５としては、例えばスチレンブタジエンゴムなどのスポンジゴムが使用できる。レーザーによって毒性のガスが発生する塩素系等でなければ、いずれの材質でも良い。
【００５３】
次に、弾性体素材１５の切断面２５について詳細を説明する。図５は、切断面２５の形態を示す図である。
【００５４】
図５（ａ）に示すように、最も望ましい切断面２５は、弾性体素材１５の表面に対して略垂直な切断面であり、切断面１５の表面に煤等が発生していない形態である。本発明にかかる弾性部材製造装置１によれば、図５（ａ）に示すような切断面２５を得ることができる。
【００５５】
一方、図５（ｂ）は切断面２５がタイコ状となったものである。これは、主にレーザー光の焦点距離が短すぎる際に生じる形態である。同様に、図５（ｃ）は切断面２５が逆タイコ状の形態を示す図である。逆タイコ状の切断面は、レーザー光の焦点距離が長すぎると生じやすい。なお、製品に応じて、切断面の形状に特に規制がなければ、図５（ｂ）、図５（ｃ）のものも使用可能である。
【００５６】
図５（ｄ）は、切断面２５に煤が発生した状態を示す図である。切断面２５に煤が発生すると、当該部材は、もはや抜き型等に用いることができない。本願発明の弾性部材加工装置１によれば、このような煤の発生を抑えることができる。
【実施例】
【００５７】
各種条件のもとで弾性部材を加工し、その際の煤の発生等について調査した。使用したレーザー発振器は３０Ｗの容量のものを用い、加工出力を２８．５Ｗ以下で調整した。また、加工対象の弾性体素材は、スチレンーブタジエンスポンジゴムを用いた。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
集光レンズの焦点距離は１．０〜４．０インチのものを用いた。ノズル長は、ノズル先端と加工対象物までの隙間が０．５〜０．７ｍｍとなるように焦点距離に応じて長さを調整した。エア圧およびノズルからのエア流量は、従来３０Ｗクラスのレーザー発振器に標準的に使用される０．３ＭＰａ、３０Ｌ／分のもの（試験Ｎｏ．１１）と、０．６ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、１６０Ｌ／分〜３２０Ｌ／分について評価した。ビームモードとは、加工対象物に照射されるビーム径であり、０．１０ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲で評価した。コンプレッサは２．２ｋｗのものを用い、コンプレッサと加工機との間には、レギュレータを介してホースで接続した。ホースは、レギュレータから２ｍ程度であり、外径６ｍｍ、内径４ｍｍのものを用いた。なお、エア圧は、レギュレータにより各圧力に調整した。また、エア流量は、各種条件におけるノズル先端からのエア流量である。
【００６０】
切断形状とは、切断面の形状が、完全にタイコ状または逆タイコ状となった物をＸとして、わずかにタイコ状または逆タイコ状であるものを△、略垂直な切断面のものを○とした。煤の発生は、目視で煤の発生が明らかに確認されたものを×とし、わずかに見られたが使用可能な程度のものを△、煤が見られなかったものを○として評価した。
【００６１】
表１から分かるように、従来のエア圧、エア流量である試験Ｎｏ．１１は、完全に煤が発生した。また、エア圧を約倍にして、エア流量を５倍超とした試験Ｎｏ．６においても煤が発生した。
【００６２】
一方、従来条件よりもエア圧およびエア流量を増大させた試験Ｎｏ．６に対して、エア圧およびエア流量のみを更に増加させた試験Ｎｏ．７は、煤の発生がかなり抑えられ、さらにエア圧およびエア流量を増加させた試験Ｎｏ．８〜１０では煤の発生が見られなかった。すなわち、エア圧で０．７ＭＰａ以上、エア流量で２１０Ｌ／分以上で煤の発生が抑えられ、エア圧０．７５ＭＰａ以上、エア流量２３０Ｌ／分以上であれば、略確実に煤の発生が抑えられた。
【００６３】
試験Ｎｏ．４、Ｎｏ．５では、エア圧が０．８ＭＰａ、エア流量が２５０Ｌ／分であるにも拘らず、煤の発生がわずかにみられた。これは、集光レンズの焦点距離を伸ばしたことで、ビームモードが大きくなったためである。ビームモード（照射ビーム径）が大きくなると、切断面の炭化層の厚みが厚くなり、煤が発生しやすくなる。
【００６４】
なお、結果を省略するが、５０Ｗ以上の容量のレーザー発振装置を用い、加工出力を同様に２８．５Ｗ以下に絞った場合では、エア圧等を増加させても煤の発生がみられた。容量の大きなレーザー発振器によるレーザー光は、集光レンズによってもビーム径を絞りきることができず、ビーム径が大きく（０．１５ｍｍ以上）なるためである。したがって、煤の発生を抑えるためには、ビーム径を０．１４ｍｍ以下とすることが望ましく、さらに望ましくは０．１３ｍｍ以下である。このためには、レーザー発振器の容量自体を小さくすることが望ましく、例えば３０Ｗ以下の容量のレーザー発振器を用い、焦点距離を適正化すれば、この条件を満たすことができる。
【００６５】
同様に、切断形状の結果についてみると、集光レンズの焦点距離が１インチの試験Ｎｏ．１では、切断形状がタイコ状となった。焦点距離が１．５インチの試験Ｎｏ．２では、タイコ形状はほぼ解消され、焦点距離が２インチの試験Ｎｏ．３ではほぼ垂直な切断面が得られた。
【００６６】
一方、焦点距離が２．５インチの試験Ｎｏ．４では、やや逆タイコ状の切断面となり、焦点距離が３インチの試験Ｎｏ．５では、完全な逆タイコ状断面となった。以上により、焦点距離は、１．５〜２．５インチが望ましく、特に２インチ前後の焦点距離が最も切断形状に優れた。
【００６７】
なお、結果を省略するが、３０Ｗのレーザー発振器を用い、焦点距離２インチ（ビーム径０．１３ｍｍ）、エア圧を０．８〜０．９ＭＰａ、エア流量を２５０〜２８０Ｌ／分の条件で、各種材料の切断を行ったところ、いずれの切断面にも煤は見られなかった。
【００６８】
たとえば、硬度２０〜硬度４０、厚み７〜１２ｍｍのスチレンーブタジエンスポンジゴムは、硬度および厚み等に応じて加工出力を２１〜２８．５Ｗの範囲で調整し、適切な加工速度を選定すれば煤の発生がなく加工が可能であった。また、硬度３５〜７０、厚み７ｍｍの独立発泡構造のポリウレタンスポンジゴム（商品名バルコラン）に対しても、加工出力１８〜２１Ｗにより煤の発生がなく加工が可能であった。なお、上述の硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準じたものである。
【００６９】
以上説明したように、本発明によれば、廃液処理等の心配がなく、加工精度および加工効率に優れた弾性部材の加工方法を提供することができる。
【００７０】
特に、エア圧およびエア流量を従来の冷却等に用いられていた方法に対して、数倍に増加させたため、煤の発生がない。ここで、従来、コンプレッサの容量はできるだけ小さいものが使用されていた。これは、必要以上の大きさのコンプレッサの使用は、ランニングコストの増加や装置の巨大化を招き、また騒音の増加や機器の強度不足、弾性体素材等のずれなどの恐れがあるためである。従来レーザー加工に使用されるエアは、加工部位の冷却や細かなごみを飛ばす程度で良く、３０Ｗ程度のレーザー加工機では、標準的に０．３ＭＰａ、３０Ｌ／分程度であった。
【００７１】
本発明では、エア圧およびエア量を、加工部の冷却等のみではなく、直接切断に寄与できる程度に増大させたため、レーザーによる切り込みとエアー（およびレーザー）による切断の効果で、煤の発生を極限まで抑えることが可能である。このため、従来よりもエア圧で２倍以上、エア流量で７倍以上という極めて大容量のエアの供給が必要となる。
【００７２】
また、レーザー発振器の容量を３０Ｗ以下としたため、焦点距離にもよるが、ビームモードを０．１４ｍｍ以下とすることができる。３０Ｗを超えるレーザー発振器では、通常の集光レンズの使用ではビーム径が０．１５ｍｍ以上となるためである。これに対し、３０Ｗ以下のレーザー発振器を用いた場合、集光レンズの焦点距離を２．５インチ以下とすることで、ビーム径を０．１４ｍｍ以下と小さくすることができる。ビーム径をより小さくすることで、炭化層の生成厚さを抑えることができる。したがって、煤の発生がより抑えられる。
【００７３】
また、このような大容量のエアに対しても、下面にテーパ部２６を有する整流板２４ａが設けられるため、エアの流れが整流され、加工空間での塵等の舞い上げや、塵等の機器への付着等が抑えられ、効率良く噴射エアを吸引することができる。
【００７４】
すなわち、本発明は、従来全く検討もされていなかった、３０Ｗ以下の小容量のレーザー発振器と、エア圧０．７ＭＰａ以上、エア流量２１０Ｌ／分以上という極めて大容量のエア供給とを組み合わせ、種々の条件を満たすことで、抜き型用の弾性部材の加工を、煤を発生させることなくレーザー加工機を用いて可能としたものである。本発明におけるエア条件は、従来の単なる冷却等のエアブローではなく、レーザーによる微細な切り込みを押し広げながら切断を進行させるために必須の構成である。すなわち、本発明における切断は、単なるレーザー加工のように、素材の局部を深さ方向に完全に溶融させながら切断するものとは切断の進行原理が全く異なるものである。
【００７５】
本発明は、従来のレーザー加工機の加工条件を適宜設定したものではなく、発明者が２０年以上に及ぶ試行錯誤の結果得られた知見に基づいたものである。先にも述べたが、レーザー加工の分野においては、ゴムをレーザー加工機で加工すると煤が出ることが常識化しており、ゴムをレーザー加工しようとすることは常識に反するものであった。発明者は、この常識に対して疑いを持ち、２０年もの間試行錯誤を重ねた結果、レーザー加工機により煤を発生することなくゴムを切断することに成功した。
【００７６】
用途発明では、すでに物質自体は公知であっても、新たな用途が見つかれば特許される。本発明も、それと同様である。すなわち、レーザー加工機自体は公知のものであるが、レーザー加工の諸条件を２０年以上にわたり試行錯誤を重ねた結果、煤を発生することなく、ゴムを切断することができたものである。
【００７７】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７８】
１………弾性部材加工装置
３………レーザー発振装置
５………加工ヘッド
７………ノズル
９………反射板
１１………集光レンズ
１３………エア供給口
１５………弾性体素材
１７ａ、１７ｂ………レンズホルダ
１９………ボルト
２１………ワッシャ
２３ａ………爪
２３ｂ………保持部
２４ａ、２４ｂ………整流板
２５………切断面
２６………テーパ部
２７………部材表面
２９………煤
３０………弾性部材
３１………抜き型
３３………受け型
３５………ワーク
３７………刃
３９………弾性部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、梱包用の紙材や段ボール材の抜き型に用いられる弾性部材の製造方法およびこの加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、紙材などを打ち抜き加工する際には、抜き型が用いられる。図６は、従来使用されている抜き型３１の模式図である。抜き型３１には、刃３７および弾性部材３９が設けられる。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、厚紙や段ボールなどのワーク３５は、受け部３３上に配置されており、ワーク３５の切断個所には刃３７が設けられる。刃３７の周囲にはさらに弾性部材３９が設けられる。通常時、弾性部材３９の厚みは、刃３７の抜き型３１表面からの突出代よりも厚い。このため、通常時は、刃３７が弾性部材３９に埋没している。
【０００４】
次に、図６（ｂ）に示すように、抜き型３１をワーク３５側に下降させる（図中矢印Ｐ方向）。抜き型３１の下降に伴い、弾性部材３９がワーク３５に押し付けられて変形する。弾性部材３９がつぶれるため、弾性部材３９から刃３７が突出し、ワーク３５が切断される。
【０００５】
次に、抜き型３１を上方に上昇させ（図中矢印Ｑ方向）、刃３７をワーク３５から抜き取る。この際、弾性部材３９は元の形状に戻ろうとする。したがって、弾性部材３９によってワーク３５は下方に押し戻される。したがって、刃３７がワーク３５より抜き取られる。下降されたワーク３５は後工程に移動する。弾性部材３９を用いることで、ワーク３５から刃３７が確実に抜き取られる。このため、ワーク３５が刃３７に突き刺さった状態で持ち上げられることによる後工程へのワーク３５の移動が妨げられることがない。
【０００６】
このような弾性部材３９は、抜き型３１毎に製造され、抜き型３１に貼り付けられる。ところで、弾性部材３９はゴム等の樹脂製であるため、素材より必要形状の弾性部材３９を切断加工する際には、ウォータージェットなどが利用されている。弾性部材３９をカッティングマシン等により機械的に切断すると、コーナー部の切断等が困難であり、精度が悪くなるためである。
【０００７】
また、樹脂をレーザー加工すると、切断面に煤が発生する。このため、図６に示す工程において、ワーク３５に煤が落下し、ワーク３５の表面を汚す。ワーク３５への煤の落下は、その後の印刷工程等にも悪影響を及ぼすため、煤が付着した弾性部材を使用することはできない。このため、弾性部材３９は、切断精度や品質の問題から、ウォータージェットによる切断が一般的である。
【０００８】
しかし、近年、環境問題が注目されており、ウォータージェットによる切断により発生する廃液処理等が問題となっている。また、ウォータージェットは装置自体が非常に高価である。さらに、ウォータージェットによれば、弾性部材を煤が発生することなく切断可能ではあるが、すべり止め等の特殊な表面加工を施した弾性部材を加工するためには、あらかじめ表面に凹凸加工が施された特殊な素材を使用する必要がある。このような特殊な素材はコストが高く、特殊な用途にのみに利用され、一般的に多くは使用されてこなかった。これは、ウォータージェットにより、弾性部材の表面に細かな凹凸加工を施すことが困難であったためである。
【０００９】
このような問題を踏まえ、煤の発生がなく、ウォータージェットに替わる、より効率的な加工方法が望まれている（レーザー加工については、例えば特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１４１０７０号公報
【特許文献２】特開２００６−７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１、特許文献２に記載のレーザー加工は、切断時に発生する煤については考慮されていない。そもそも、レーザーによって樹脂を煤の発生なく切断することは、従来、不可能とされてきたものであり、本発明のように、抜き型用の弾性部材としては、煤が問題となることから、レーザーにより加工された例はこれまでに報告がない。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、加工性に優れ、廃液等の問題がないレーザー加工により、煤の発生なく抜き型用の弾性部材を加工することが可能な弾性部材の製造方法およびこの加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、レーザー発振装置によりレーザー光を発振し、集光レンズにより前記レーザー光の焦点を絞り、前記レーザー光をノズルを介して弾性体に照射しつつ、前記レーザー光の照射方向に向けて前記ノズルを通じてエアを噴射することにより、前記弾性体を所定形状に切断する抜き型用の弾性部材の製造方法であって、前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記ノズルからの前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の製造方法である。
【００１４】
前記集光レンズの焦点距離が１．５インチ〜２．５インチであり、前記レーザー光の前記弾性体への照射ビーム径が、０．１０ｍｍ〜０．１４ｍｍであることが望ましい。
【００１５】
エアの噴射部の上方に整流板が設けられ、前記整流板の下面には、外周に向かうにつれて上方に傾斜するテーパ部が形成されることが望ましい。
【００１６】
前記レーザー光および前記エアによって、前記弾性体を切断するとともに、前記弾性体の表面に凹凸加工を施してもよい。
【００１７】
前記レーザー発振装置の出力が、１８Ｗ〜２８．５Ｗであることが望ましい。また、前記弾性体はスポンジゴムであってもよい。
【００１８】
第１の発明によれば、エア圧およびエア流量を、従来使用される条件よりも極めて大きく増加させ、適切な条件とすることで、樹脂製の弾性部材を煤が発生することがなく加工することができる。また、廃液処理等の問題もない。
【００１９】
また、集光レンズの焦点距離および照射ビーム径を従来のレーザー加工条件よりも小さくすることで、弾性部材の切断面の形状を適切に維持して弾性部材の加工を行うことができる。
【００２０】
また、ノズルからのエアーを整流するため、噴射したエアや塵が機器等に付着したり、加工空間に乱流を起こすことがなく、上方または下方に設けられたエア吸引部にスムーズにエア等を流すことができる。
【００２１】
また、レーザーによって、切断のみならず弾性部材の表面加工が可能であるため、特殊な素材を使用しなくとも、表面にスリップ防止の凹凸形状を有する弾性部材を得ることができる。このため、一つの素材から任意の表面性状を有する弾性部材を一の製造工程で製造することができる。
【００２２】
また、レーザー発振装置の出力を適正とすることで、より確実に煤の発生を抑え、安定した製造を行うことができる。
【００２３】
また、弾性部材がスポンジゴムであれば、従来より使用されている弾性部材と同材質のものをレーザー加工によって製造でき、かつ、煤が弾性部材に付着することがない。
【００２４】
第２の発明は、抜き型用の弾性部材の加工装置であって、レーザー光を発するレーザー発振装置と、前記レーザー光を集光する集光レンズが内部に取り付けられるヘッドと、前記ヘッドの先端に設けられ、内部にエアを供給可能なノズルと、前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上となるコンプレッサと、エアの噴射部の上方に設けられ下面にテーパ部を有する整流板と、を具備し、前記ノズルの先端から前記レーザー光の照射方向に向けて前記エアを噴射することが可能であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の加工装置である。
【００２５】
第２の発明によれば、煤が付着することなく、樹脂製の弾性部材をレーザーによって加工することができる。また、一つの装置によって弾性部材の切断と表面加工の両方を行うことが可能である。また、ノズルからのエアを整流するため、噴射したエアや塵が機器等に付着したり、加工空間に乱流を起こすことがない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、加工性に優れ、廃液等の問題がないレーザー加工により、煤の発生なく抜き型用の弾性部材を加工することが可能な弾性部材の製造方法およびこの加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】弾性部材加工装置１の構成を示す模式図。
【図２】集光レンズ１１を保持するレンズホルダ１７ａ、１７ｂを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図。
【図３】整流板２４ａを示す図。
【図４】弾性部材２３を示す図。
【図５】弾性素材１５の切断面を示す図で、（ａ）は切断面がまっすぐに切断された状態を示す図、（ｂ）は切断面がタイコ状に切断された状態を示す図、（ｃ）は切断面が逆タイコ状に切断された状態を示す図、（ｄ）は切断面に煤２９が付着した状態を示す図。
【図６】抜き型３１に弾性部材３９が設けられ、抜き型３１によってワーク３５を切断する工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態について説明する。前述の通り、通常のレーザー加工により弾性部材を製造すると、煤の発生が避けられない。また、ウォータージェットでは廃液の問題等があり、機械的なカッティングマシン等では、加工精度やコーナー部の加工等に問題が生じる。このため、煤が発生せず、廃液等が発生せず、加工精度や加工能率等に優れる加工方法を見出す必要がある。
【００２９】
本発明者らは、鋭意努力し、上記の課題を達成すべく、製造方法および製造条件等を様々な観点から検討を重ねた結果、以下についての知見を得た。すなわち、レーザー加工による方法であっても、従来のエア圧およびエア量を大幅に増大させることで、煤の発生が抑えられることを見出した。
【００３０】
すなわち、従来のレーザー加工では、レーザー光により対象物を切断し、これに付随して冷却用のエア等が使用されてきたが、レーザー光により樹脂等を切断すると、切断部周囲に炭化層が形成され、その結果、煤が発生する。これに対し、微細なレーザー光によりわずかな切れ込みを対象物に入れつつ、大量のエアを対象物へ噴射することで、レーザー光による切り込みがエアにより広げられつつ切断が進行するため、煤の発生が抑えられることを見出した。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態にかかる弾性部材加工装置１について詳細を説明する。図１は、本発明にかかる弾性部材加工装置１を示す模式図である。
【００３２】
弾性部材加工装置１は、主にレーザー発振装置３と、レーザー光を弾性体素材１５に照射するユニットである加工ヘッド５、ノズル７等から構成される。レーザー発振装置３はレーザー光の発振装置であり、例えば炭酸ガスレーザー発振器が使用できる。
【００３３】
なお、レーザー発振器の能力が強すぎると、レーザー光の照射径を絞ることが困難となり、煤が発生しやすくなる。したがって、レーザー発振器の容量としては、３０Ｗ以下であることが望ましく、特に望ましい加工出力範囲は１８〜２８．５Ｗである。レーザー光が強すぎると樹脂に切り込みを入れる際に炭化層が厚くなるため煤の発生のおそれがあり、弱すぎると、表面に切り込みを入れることができなくなるためである。
【００３４】
加工ヘッド５は内部に反射板９が設けられる。反射板９はレーザー光を集光レンズ１１方向に反射させる部位である。加工ヘッド５内には、反射板９からのレーザー光を絞る集光レンズ１１が設けられる。集光レンズ１１は、所定の集光距離で焦点を絞ることが可能である。すなわち、反射レンズ９より反射したレーザー光は、集光レンズ１１に入射し、集光レンズ１１の焦点距離分だけ下方の位置で最も焦点が絞られる。なお、この焦点距離におけるレーザー光の照射径をビーム径（またはビームモード）と称する。
【００３５】
ここで、集光レンズ１１の焦点距離は、１．５〜２．５インチであることが望ましい。集光レンズ１１の焦点距離が短くなりすぎると、切断部がタイコ状となる。また、焦点距離を長くしすぎると切断部が逆タイコ状となるためである。切断部の形状については後述する。
【００３６】
集光レンズ１１の下方には、外部よりエアを導入可能なエア供給口がノズル方向に向けて斜めに設けられる。エアは、コンプレッサにより供給される。コンプレッサの能力は、エア圧力が０．７ＭＰａ以上、ノズルからの流量２１０Ｌ／分以上を発生可能であることが望ましく、さらに好ましくは、エア圧力０．７５ＭＰａ以上、エア流量２５０Ｌ／分以上であることが望ましい。コンプレッサとしては、たとえば、２．２ｋＷクラス以上のコンプレッサを用いればよい。なお、エアに代えて不活性ガス等を用いることもできる。
【００３７】
加工ヘッド５の下方は筒状のノズル７が接続される。ノズル７の先端には孔が設けられる。ノズル７は、加工対象物の加工部位にレーザー光およびエアを噴射する部位である。なお、加工ヘッド５およびノズル７は図示を省略したモータ等により加工対象である弾性体素材１５上をＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ移動可能である。ノズル７の外周には、整流板２４ａが設けられる。整流板２４ａについては後述する。
【００３８】
次に、弾性部材加工装置１の動作について説明する。まず、レーザー発振装置３は反射板９に対してレーザー光を発振する（図中矢印Ａ方向）。反射板９に照射されたレーザー光は、反射板９で反射し、加工ヘッド５内の集光レンズ１１に照射される（図中矢印Ｂ方向）。集光レンズ１１で集光されたレーザー光は、ノズル７内を通過して、ノズル７の先端より下方の弾性体素材１５に照射される（図中矢印Ｃ方向）。
【００３９】
一方、エアは、エア供給口１３より加工ヘッド５内に導入される（図中矢印Ｄ方向）。エアは、ノズル７の孔を通してレーザー光とともに下方に噴射される（図中矢印Ｅ方向）。ノズル７の下方は、隙間をあけて加工対象である弾性体素材１５が配置されている。したがって、弾性体素材１５の加工対象部位にレーザー光およびエアが照射・噴射される。
【００４０】
ここで、集光レンズ１１から加工対象である弾性体素材１５表面までの距離Ｌは、前述の集光レンズ１１に応じた焦点距離となる。たとえば、焦点距離が２インチの集光レンズ１１を用いれば、Ｌは２インチとなる。焦点距離を変更する場合には、集光レンズとともにノズル７を交換する。すなわち、ノズル７の長さＭは、集光レンズ１１の焦点距離に応じて設定される。
【００４１】
なお、ノズル７の先端から弾性体素材１５までの距離は、０．５〜０．７ｍｍ程度が望ましい。ノズル７の先端と弾性体素材１５との接触を防止するとともに、供給されるエアを効率良く弾性体素材１５に噴射するためである。また、ノズル先端の孔径は、例えば３．５〜４．５ｍｍ程度である。ノズル先端の孔径が小さすぎると、流量損失が大きくなり、エア圧は増大するが煤の発生を抑制することができない。例えばノズル先端径を１ｍｍとすると、エア圧は１．０ＭＰａを確保できるが、エア流量が４．２ｍｍ径のノズルに対して、１／３以下になるため、エア流量が不足する。また、ノズル先端の孔径を大きくしすぎると（例えば４．５ｍｍ以上）エアが弾性体素材の切断部に集中されず、エアによる切断効率が悪くなるためである。
【００４２】
次に、集光レンズ１１の取り付け方法について説明する。図２は、集光レンズ１１とこれを保持するレンズホルダ１７ａ、１７ｂを示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【００４３】
集光レンズ１１は、加工ヘッド５内に設けられたレンズホルダ１７ａ、１７ｂによって保持される。レンズホルダ１７ａは中央に孔が設けられた矩形の板状部材である。板状部材の孔に対して、一対の爪２３が形成される。爪２３は、レンズホルダ１７ａの孔の両側方より孔側に突出しており、突出された部分の先端が、略垂直に折曲げられている。レンズホルダ１７ｂは、中央に集光レンズ１１と略同一の径の孔を有し、下方に集光レンズ１１の脱落を防止する保持部２３ｂを有する。保持部２３ｂはレンズホルダ１７ｂの孔側に突出した部位である。
【００４４】
集光レンズ１１は、爪２３ａおよび保持部２３ｂにより上下方向より保持される。レンズホルダ１７ａ、１７ｂには雌ねじ加工が施されており、上下の板状部材はボルト１９およびワッシャ２１により固定される。すなわち、集光レンズ１１は、レンズホルダ１７ａ、１７ｂの孔部に収められ、上下それぞれの爪２３ａおよび保持部２３ｂによって保持され、レンズホルダ１７ａ、１７ｂによりボルト１９等で挟みこまれて固定される。
【００４５】
なお、大きな圧力のエアが加工ヘッド５内に供給されるため、ボルト１９の緩み止めとして、ボルト１９とレンズホルダ１７ａ、１７ｂの雌ねじ部との螺合部には、緩み止め剤が塗布されることが望ましい。また、集光レンズ１１の取付部の周囲にはウレタンゴム等でシールがなされており、エア供給口１３（図１）から流入したエアが、集光レンズ１１の上方にリークすることがない。
【００４６】
次に、ノズル７先端近傍の構造について説明する。図３（ａ）は、ノズル７に整流板２４ａを設けた状態を示す図である。ノズル７先端のエア噴射部の上方には、整流板２４ａが設けられる。整流板２４ａは、ノズル７上にフランジ状に設けられる板状部材である。整流板２４ａは、外周に行くにつれて厚みが薄くなっており、整流板２４ａ下面には、上方に向かって傾斜するテーパ部２６が形成される。
【００４７】
本発明の加工方法では、極めて大きな容量のエアを吹き付ける。このため、噴射されたエアが弾性体素材１５と衝突し、上方に巻きあげられる。本発明の整流板２４ａを用いれば、弾性体素材１５と衝突して上方に舞い上げられたエアが、スムーズに周囲に逃がされる（図中矢印Ｇ方向）。このため、加工部で発生した塵が、機器等に侵入し、集光レンズ等を汚染することがなく、また、加工空間に塵が舞うことがない。なお、機器上方および弾性体素材下方には、ブロアと接続されたエア吸引部が設けられ、噴射されたエアおよび塵等は、エア吸引部より吸引される。整流板２４ａによれば、エアの流れが整流されるため、この吸引の効果も高まる。
【００４８】
これに対し、図３（ｂ）に示す用意、整流板２４ａを用いなければ、弾性体素材１５と衝突し、上方に巻きあげられたエアや塵が機器へ浸入・付着等する（図中矢印Ｈ方向）ため望ましくない。
【００４９】
また、テーパ部を設けないフラットな整流板２４ｂでは、大容量のエアが整流板２４ｂと衝突すると、下方へエアが舞い戻り（図中矢印Ｊ方向）、加工空間に乱流を発生させ、周囲の埃を舞い上げるため望ましくない。なお、整流板２４ａとしては、例えば、外径３０〜４０ｍｍ程度とし、外周厚みを１ｍｍ、ノズル７との接触部厚みを５ｍｍ程度とすればよい。
【００５０】
次に、弾性部材加工装置１により加工された弾性部材３０について説明する。図４は、弾性部材３０を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は斜視図である。弾性部材３０は、弾性体素材１５から弾性部材加工装置１により加工される。弾性部材３０の側面が切断面２５となる。また、弾性部材３０の上表面である部材表面２７には必要に応じて凹凸加工が施される。凹凸加工は、抜き型に用いられた際に、ワークとのスリップを防止するためのものである。なお、凹凸としては深さ１０〜２０μｍ程度で良い。
【００５１】
弾性部材加工装置１によれば、弾性体素材１５の切断と部材表面２７の表面加工を、同一の装置で、かつ同一工程で行うことができる。すなわち、切断面２５は加工ヘッド等の送り速度（加工速度）を落とすことで、弾性部材１５を切断するとともに、部材表面２７は送り速度を速めることで表面のみの加工を施すことができる。いずれの加工の際にも煤の発生はない。
【００５２】
なお、弾性体素材１５としては、例えばスチレンブタジエンゴムなどのスポンジゴムが使用できる。レーザーによって毒性のガスが発生する塩素系等でなければ、いずれの材質でも良い。
【００５３】
次に、弾性体素材１５の切断面２５について詳細を説明する。図５は、切断面２５の形態を示す図である。
【００５４】
図５（ａ）に示すように、最も望ましい切断面２５は、弾性体素材１５の表面に対して略垂直な切断面であり、切断面１５の表面に煤等が発生していない形態である。本発明にかかる弾性部材製造装置１によれば、図５（ａ）に示すような切断面２５を得ることができる。
【００５５】
一方、図５（ｂ）は切断面２５がタイコ状となったものである。これは、主にレーザー光の焦点距離が短すぎる際に生じる形態である。同様に、図５（ｃ）は切断面２５が逆タイコ状の形態を示す図である。逆タイコ状の切断面は、レーザー光の焦点距離が長すぎると生じやすい。なお、製品に応じて、切断面の形状に特に規制がなければ、図５（ｂ）、図５（ｃ）のものも使用可能である。
【００５６】
図５（ｄ）は、切断面２５に煤が発生した状態を示す図である。切断面２５に煤が発生すると、当該部材は、もはや抜き型等に用いることができない。本願発明の弾性部材加工装置１によれば、このような煤の発生を抑えることができる。
【実施例】
【００５７】
各種条件のもとで弾性部材を加工し、その際の煤の発生等について調査した。使用したレーザー発振器は３０Ｗの容量のものを用い、加工出力を２８．５Ｗ以下で調整した。また、加工対象の弾性体素材は、スチレンーブタジエンスポンジゴムを用いた。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
集光レンズの焦点距離は１．０〜４．０インチのものを用いた。ノズル長は、ノズル先端と加工対象物までの隙間が０．５〜０．７ｍｍとなるように焦点距離に応じて長さを調整した。エア圧およびノズルからのエア流量は、従来３０Ｗクラスのレーザー発振器に標準的に使用される０．３ＭＰａ、３０Ｌ／分のもの（試験Ｎｏ．１１）と、０．６ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、１６０Ｌ／分〜３２０Ｌ／分について評価した。ビームモードとは、加工対象物に照射されるビーム径であり、０．１０ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲で評価した。コンプレッサは２．２ｋｗのものを用い、コンプレッサと加工機との間には、レギュレータを介してホースで接続した。ホースは、レギュレータから２ｍ程度であり、外径６ｍｍ、内径４ｍｍのものを用いた。なお、エア圧は、レギュレータにより各圧力に調整した。また、エア流量は、各種条件におけるノズル先端からのエア流量である。
【００６０】
切断形状とは、切断面の形状が、完全にタイコ状または逆タイコ状となった物をＸとして、わずかにタイコ状または逆タイコ状であるものを△、略垂直な切断面のものを○とした。煤の発生は、目視で煤の発生が明らかに確認されたものを×とし、わずかに見られたが使用可能な程度のものを△、煤が見られなかったものを○として評価した。
【００６１】
表１から分かるように、従来のエア圧、エア流量である試験Ｎｏ．１１は、完全に煤が発生した。また、エア圧を約倍にして、エア流量を５倍超とした試験Ｎｏ．６においても煤が発生した。
【００６２】
一方、従来条件よりもエア圧およびエア流量を増大させた試験Ｎｏ．６に対して、エア圧およびエア流量のみを更に増加させた試験Ｎｏ．７は、煤の発生がかなり抑えられ、さらにエア圧およびエア流量を増加させた試験Ｎｏ．８〜１０では煤の発生が見られなかった。すなわち、エア圧で０．７ＭＰａ以上、エア流量で２１０Ｌ／分以上で煤の発生が抑えられ、エア圧０．７５ＭＰａ以上、エア流量２３０Ｌ／分以上であれば、略確実に煤の発生が抑えられた。
【００６３】
試験Ｎｏ．４、Ｎｏ．５では、エア圧が０．８ＭＰａ、エア流量が２５０Ｌ／分であるにも拘らず、煤の発生がわずかにみられた。これは、集光レンズの焦点距離を伸ばしたことで、ビームモードが大きくなったためである。ビームモード（照射ビーム径）が大きくなると、切断面の炭化層の厚みが厚くなり、煤が発生しやすくなる。
【００６４】
なお、結果を省略するが、５０Ｗ以上の容量のレーザー発振装置を用い、加工出力を同様に２８．５Ｗ以下に絞った場合では、エア圧等を増加させても煤の発生がみられた。容量の大きなレーザー発振器によるレーザー光は、集光レンズによってもビーム径を絞りきることができず、ビーム径が大きく（０．１５ｍｍ以上）なるためである。したがって、煤の発生を抑えるためには、ビーム径を０．１４ｍｍ以下とすることが望ましく、さらに望ましくは０．１３ｍｍ以下である。このためには、レーザー発振器の容量自体を小さくすることが望ましく、例えば３０Ｗ以下の容量のレーザー発振器を用い、焦点距離を適正化すれば、この条件を満たすことができる。
【００６５】
同様に、切断形状の結果についてみると、集光レンズの焦点距離が１インチの試験Ｎｏ．１では、切断形状がタイコ状となった。焦点距離が１．５インチの試験Ｎｏ．２では、タイコ形状はほぼ解消され、焦点距離が２インチの試験Ｎｏ．３ではほぼ垂直な切断面が得られた。
【００６６】
一方、焦点距離が２．５インチの試験Ｎｏ．４では、やや逆タイコ状の切断面となり、焦点距離が３インチの試験Ｎｏ．５では、完全な逆タイコ状断面となった。以上により、焦点距離は、１．５〜２．５インチが望ましく、特に２インチ前後の焦点距離が最も切断形状に優れた。
【００６７】
なお、結果を省略するが、３０Ｗのレーザー発振器を用い、焦点距離２インチ（ビーム径０．１３ｍｍ）、エア圧を０．８〜０．９ＭＰａ、エア流量を２５０〜２８０Ｌ／分の条件で、各種材料の切断を行ったところ、いずれの切断面にも煤は見られなかった。
【００６８】
たとえば、硬度２０〜硬度４０、厚み７〜１２ｍｍのスチレンーブタジエンスポンジゴムは、硬度および厚み等に応じて加工出力を２１〜２８．５Ｗの範囲で調整し、適切な加工速度を選定すれば煤の発生がなく加工が可能であった。また、硬度３５〜７０、厚み７ｍｍの独立発泡構造のポリウレタンスポンジゴム（商品名バルコラン）に対しても、加工出力１８〜２１Ｗにより煤の発生がなく加工が可能であった。なお、上述の硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準じたものである。
【００６９】
以上説明したように、本発明によれば、廃液処理等の心配がなく、加工精度および加工効率に優れた弾性部材の加工方法を提供することができる。
【００７０】
特に、エア圧およびエア流量を従来の冷却等に用いられていた方法に対して、数倍に増加させたため、煤の発生がない。ここで、従来、コンプレッサの容量はできるだけ小さいものが使用されていた。これは、必要以上の大きさのコンプレッサの使用は、ランニングコストの増加や装置の巨大化を招き、また騒音の増加や機器の強度不足、弾性体素材等のずれなどの恐れがあるためである。従来レーザー加工に使用されるエアは、加工部位の冷却や細かなごみを飛ばす程度で良く、３０Ｗ程度のレーザー加工機では、標準的に０．３ＭＰａ、３０Ｌ／分程度であった。
【００７１】
本発明では、エア圧およびエア量を、加工部の冷却等のみではなく、直接切断に寄与できる程度に増大させたため、レーザーによる切り込みとエアー（およびレーザー）による切断の効果で、煤の発生を極限まで抑えることが可能である。このため、従来よりもエア圧で２倍以上、エア流量で７倍以上という極めて大容量のエアの供給が必要となる。
【００７２】
また、レーザー発振器の容量を３０Ｗ以下としたため、焦点距離にもよるが、ビームモードを０．１４ｍｍ以下とすることができる。３０Ｗを超えるレーザー発振器では、通常の集光レンズの使用ではビーム径が０．１５ｍｍ以上となるためである。これに対し、３０Ｗ以下のレーザー発振器を用いた場合、集光レンズの焦点距離を２．５インチ以下とすることで、ビーム径を０．１４ｍｍ以下と小さくすることができる。ビーム径をより小さくすることで、炭化層の生成厚さを抑えることができる。したがって、煤の発生がより抑えられる。
【００７３】
また、このような大容量のエアに対しても、下面にテーパ部２６を有する整流板２４ａが設けられるため、エアの流れが整流され、加工空間での塵等の舞い上げや、塵等の機器への付着等が抑えられ、効率良く噴射エアを吸引することができる。
【００７４】
すなわち、本発明は、従来全く検討もされていなかった、３０Ｗ以下の小容量のレーザー発振器と、エア圧０．７ＭＰａ以上、エア流量２１０Ｌ／分以上という極めて大容量のエア供給とを組み合わせ、種々の条件を満たすことで、抜き型用の弾性部材の加工を、煤を発生させることなくレーザー加工機を用いて可能としたものである。本発明におけるエア条件は、従来の単なる冷却等のエアブローではなく、レーザーによる微細な切り込みを押し広げながら切断を進行させるために必須の構成である。すなわち、本発明における切断は、単なるレーザー加工のように、素材の局部を深さ方向に完全に溶融させながら切断するものとは切断の進行原理が全く異なるものである。
【００７５】
本発明は、従来のレーザー加工機の加工条件を適宜設定したものではなく、発明者が２０年以上に及ぶ試行錯誤の結果得られた知見に基づいたものである。先にも述べたが、レーザー加工の分野においては、ゴムをレーザー加工機で加工すると煤が出ることが常識化しており、ゴムをレーザー加工しようとすることは常識に反するものであった。発明者は、この常識に対して疑いを持ち、２０年もの間試行錯誤を重ねた結果、レーザー加工機により煤を発生することなくゴムを切断することに成功した。
【００７６】
用途発明では、すでに物質自体は公知であっても、新たな用途が見つかれば特許される。本発明も、それと同様である。すなわち、レーザー加工機自体は公知のものであるが、レーザー加工の諸条件を２０年以上にわたり試行錯誤を重ねた結果、煤を発生することなく、ゴムを切断することができたものである。
【００７７】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７８】
１………弾性部材加工装置
３………レーザー発振装置
５………加工ヘッド
７………ノズル
９………反射板
１１………集光レンズ
１３………エア供給口
１５………弾性体素材
１７ａ、１７ｂ………レンズホルダ
１９………ボルト
２１………ワッシャ
２３ａ………爪
２３ｂ………保持部
２４ａ、２４ｂ………整流板
２５………切断面
２６………テーパ部
２７………部材表面
２９………煤
３０………弾性部材
３１………抜き型
３３………受け型
３５………ワーク
３７………刃
３９………弾性部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振装置によりレーザー光を発振し、
集光レンズにより前記レーザー光の焦点を絞り、
前記レーザー光をノズルを介して樹脂製の弾性体に照射しつつ、前記レーザー光の照射方向に向けて前記ノズルを通じてエアを噴射することにより、前記弾性体を所定形状に切断する抜き型用の弾性部材の製造方法であって、
前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記ノズルからの前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項２】
前記集光レンズの焦点距離が１．５インチ〜２．５インチであり、
前記レーザー光の前記弾性体への照射ビーム径が、０．１０ｍｍ〜０．１４ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項３】
エアの噴射部の上方に整流板が設けられ、前記整流板の下面には、外周に向かうにつれて上方に傾斜するテーパ部が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項４】
前記レーザー光および前記エアによって、前記弾性体を切断するとともに、前記弾性体の表面に凹凸加工を施すことを特徴とする請求項１から請求項３いずれかに記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項５】
前記レーザー発振装置の出力が、１８Ｗ〜２８．５Ｗであることを特徴とするに請求項１から請求項４のいずれかに記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項６】
前記弾性体はスポンジゴムであることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項７】
抜き型用の弾性部材の加工装置であって、
レーザー光を発するレーザー発振装置と、
前記レーザー光を集光する集光レンズが内部に取り付けられるヘッドと、
前記ヘッドの先端に設けられ、内部にエアを供給可能なノズルと、
前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上となるコンプレッサと、
エアの噴射部の上方に設けられ下面にテーパ部を有する整流板と、
を具備し、
前記ノズルの先端から前記レーザー光の照射方向に向けて前記エアを噴射することが可能であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の加工装置。
【請求項１】
レーザー発振装置によりレーザー光を発振し、
集光レンズにより前記レーザー光の焦点を絞り、
前記レーザー光をノズルを介して樹脂製の弾性体に照射しつつ、前記レーザー光の照射方向に向けて前記ノズルを通じてエアを噴射することにより、前記弾性体を所定形状に切断する抜き型用の弾性部材の製造方法であって、
前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記ノズルからの前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項２】
前記集光レンズの焦点距離が１．５インチ〜２．５インチであり、
前記レーザー光の前記弾性体への照射ビーム径が、０．１０ｍｍ〜０．１４ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項３】
エアの噴射部の上方に整流板が設けられ、前記整流板の下面には、外周に向かうにつれて上方に傾斜するテーパ部が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項４】
前記レーザー光および前記エアによって、前記弾性体を切断するとともに、前記弾性体の表面に凹凸加工を施すことを特徴とする請求項１から請求項３いずれかに記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項５】
前記レーザー発振装置の出力が、１８Ｗ〜２８．５Ｗであることを特徴とするに請求項１から請求項４のいずれかに記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項６】
前記弾性体はスポンジゴムであることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の抜き型用の弾性部材の製造方法。
【請求項７】
抜き型用の弾性部材の加工装置であって、
レーザー光を発するレーザー発振装置と、
前記レーザー光を集光する集光レンズが内部に取り付けられるヘッドと、
前記ヘッドの先端に設けられ、内部にエアを供給可能なノズルと、
前記エアの圧力が０．７ＭＰａ以上であり、かつ、前記エアの流量が２１０Ｌ／分以上となるコンプレッサと、
エアの噴射部の上方に設けられ下面にテーパ部を有する整流板と、
を具備し、
前記ノズルの先端から前記レーザー光の照射方向に向けて前記エアを噴射することが可能であることを特徴とする抜き型用の弾性部材の加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２７９９７８（Ｐ２０１０−２７９９７８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６１０９（Ｐ２００９−１３６１０９）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（５０９１５９４８１）アッツ・ジャパン株式会社 (1)
【出願人】（５００４５４４０４）コムネット株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（５０９１５９４８１）アッツ・ジャパン株式会社 (1)
【出願人】（５００４５４４０４）コムネット株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]