阅读说明：本技术 长条膜的激光加工方法 (Laser processing method for long film ) 是由 松尾直之 于 2018-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种生产率高的长条膜的激光加工方法。本发明所涉及的激光加工方法的特征在于包括以下工序：一边将长条膜沿长边方向连续地搬送(F),一边通过检电扫描器(13)的偏转动作使激光(L)扫描并照射长条膜,从而切断长条膜,其中,控制装置(3)基于预先设定的所期望的长条膜的切断形状和使用旋转式编码器(2)运算出的长条膜的搬送速度,来控制检电扫描器的偏转动作。(A laser processing method of a long film with high productivity, characterized by comprising a step of cutting the long film by scanning a laser beam (L) by a deflection operation of a galvano scanner (13) while continuously conveying the long film in a longitudinal direction (F) and irradiating the long film with the scanned laser beam, wherein a control device (3) controls the deflection operation of the galvano scanner based on a preset desired cut shape of the long film and a conveyance speed of the long film calculated by a rotary encoder (2).)

长条膜的激光加工方法

技术领域

本发明涉及一种使用激光来对光学膜等长条膜进行切断加工的激光加工方法。本发明尤其涉及一种生产率高的长条膜的激光加工方法。

背景技术

近年来，偏振膜等光学膜不仅被用于电视或者个人计算机，还被用于智能手机、智能手表、车载显示器等多种多样的显示器用途中。

因此，要求光学膜的形状复杂化、自由形状化，也需要高的尺寸精度。对于光学膜以外的各种膜也存在相同的需求。

作为切断加工成矩形以外的各种形状的异形加工的方法，已知立铣刀加工、冲切加工、仿形加工、激光加工等。

在这些各种的异形加工方法中，激光加工方法除了易于应对形状的复杂化、自由形状化，还具有易于得到高的尺寸精度、加工品质也优异的突出优势。

作为膜的激光加工方法，例如，考虑将片状的膜放置并吸附固定于XY两轴台，驱动XY两轴台，从而变更膜相对于激光的在XY二维平面上的相对的位置。另外，还考虑固定片状的膜的位置，使用检电扫描器或多边形扫描器来使从激光光源振荡出的激光偏转，从而变更向膜照射的激光在XY二维平面上的位置。并且，还考虑并用使用了上述XY两轴台的膜的扫描和使用了检电扫描器等的激光的扫描这两者。

然而，在使用了如上述的片状的膜的激光加工方法的情况下，需要将膜放置于XY两轴台的规定位置的时间、从XY两轴台取出并回收激光加工后的膜的时间。另外，需要将片状的膜吸附固定于XY两轴台的时间、解除吸附固定的时间。因此，无法得到充分高的生产率。

为了提高生产率，还考虑不使用如上述的片状的膜而使用卷成卷状的长条膜，通过所谓的卷对卷方式来搬送长条膜，使用检电扫描器等使从激光光源振荡出的激光偏转，从而变更向长条膜照射的激光在XY二维平面上的位置。

作为使用了卷对卷方式的长条膜的激光加工方法，例如，提出了专利文献1记载的方法。

在专利文献1记载的方法中，通过工件搬送装置30将长条膜(工件40)的规定区域搬送到加工工作台20的吸附位置，在吸附固定到加工工作台20上后使用检电扫描器15对长条膜进行激光加工。激光加工完成后，解除加工工作台20的吸附固定，通过工件搬送装置30将下一区域搬送到加工工作台20的吸附位置，进行与上述相同的动作(专利文献1的段落0034、图1等)。

即，专利文献1记载的方法是以下方法：进行交替重复长条膜的搬送、停止的间歇搬送，在停止位置将长条膜吸附固定，使用检电扫描器来进行激光加工。

根据专利文献1记载的方法，与使用片状的膜的情况相比，除了不需要向XY两轴台的放置、取出所需的时间之外，由于不是基于XY两轴台的激光的扫描，而是通过检电扫描器来使激光扫描，因而能够缩短激光加工所需的时间，提高生产率。

然而，在专利文献1记载的方法中，使用交替重复长条膜的搬送、停止的间歇搬送，因而与不停止而连续地进行搬送的情况相比，在长条膜的搬送上花费时间。另外，需要吸附固定长条膜的时间、解除吸附固定的时间，在这点上与使用前述的片状的膜的情况相同。

因此，期望生产率更高的激光加工方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2011-31248号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明为了解决如上述的现有技术的问题点而作出，作为课题，提供生产率高的长条膜的激光加工方法。

用于解决问题的方案

为了解决所述课题，本发明者认真研究，结果发现在通过卷对卷方式搬送长条膜的情况下，例如，通过将搬送辊之间的长条膜的张力设定为一定以上的大小，从而即使不进行吸附固定也能够不损坏切断形状的尺寸精度地进行激光加工。若不需要吸附固定，则在进行激光加工时，能够不使长条膜停止而连续地进行搬送。本发明者着眼于在连续搬送长条膜的情况下，若使用长条膜的搬送速度，则能够控制检电扫描器的偏转动作以得到所期望的长条膜的切断形状，从而完成了本发明。

即，为了解决所述课题，本发明提供一种长条膜的激光加工方法，其特征在于包括以下工序：一边将长条膜沿长边方向连续地搬送，一边通过检电扫描器的偏转动作使激光扫描并照射所述长条膜，从而切断所述长条膜，其中，基于预先设定的所期望的所述长条膜的切断形状和所述长条膜的搬送速度，来控制所述检电扫描器的偏转动作。

在长条膜停止的情况下，简单地控制检电扫描器的偏转动作以得到所期望的长条膜的切断形状(使激光扫描所期望的切断部位)即可。与此相对，在搬送长条膜的情况下，在激光通过检电扫描器的偏转动作进行扫描的同时，长条膜的位置根据搬送速度进行变化。即，根据基于检电扫描器的偏转动作的激光的扫描速度与长条膜的搬送速度的合成速度来决定激光在长条膜上的扫描位置。

根据本发明，基于预先设定的所期望的长条膜的切断形状和长条膜的搬送速度，来控制检电扫描器的偏转动作。换言之，控制检电扫描器的偏转动作，以使根据基于检电扫描器的偏转动作的激光的扫描速度与长条膜的搬送速度的合成速度而决定的激光在长条膜上的扫描位置与所期望的长条膜的切断形状(所期望的切断部位)一致。因此，能够一边将长条膜沿长边方向连续地搬送，一边将长条膜切断成所期望的切断形状。

根据本发明，由于在激光加工时不停止长条膜而连续地进行搬送，因而缩短了搬送长条膜所需的时间。另外，不需要吸附固定长条膜的时间、解除吸附固定的时间。因此，能够提高长条膜的激光加工的生产率。

在本发明中，作为长条膜的搬送速度，还能够使用预先设定的设定值。

然而，优选测定所述长条膜的搬送速度，基于所述所期望的所述长条膜的切断形状和进行所述测定得到的所述长条膜的搬送速度来控制所述检电扫描器的偏转动作。

根据上述的优选的方法，由于使用实际测定出的长条膜的搬送速度来控制检电扫描器的偏转动作，因而与使用搬送速度的设定值的情况相比，激光在长条膜上的扫描位置与所期望的长条膜的切断形状(所期望的切断部位)精度良好地一致，能够期待切断形状的尺寸精度提高。即，实际的搬送速度可能相对于设定值进行变动，因而能够进行考虑了因变动而产生的误差量的\尺寸精度高的切断。

发明的效果

根据本发明，能够提高长条膜的激光加工的生产率。

附图说明

图1是示意性示出本发明的一个实施方式所涉及的激光加工方法中使用的激光加工装置的配置状态的一例的立体图。

图2是示意性示出图1示出的激光加工装置的光学单元的内部结构的俯视图。

图3是示出实施例、比较例以及参考例所涉及的激光加工方法的一个循环的概略流程的图。

图4是示出评价实施例、比较例以及参考例所涉及的激光加工方法的循环时间的结果的图。

具体实施方式

以下，适当参照附图，对本发明的一个实施方式所涉及的长条膜的激光加工方法进行说明。

图1是示意性示出本发明的一个实施方式所涉及的激光加工方法中使用的激光加工装置的配置状态的一例的立体图。图2是示意性示出图1示出的激光加工装置的光学单元的内部结构的俯视图。此外，在图1和图2中，箭头X表示长条膜F的宽度方向(在长条膜F的面内与长边方向正交的方向)，箭头Y表示长条膜F的长边方向(搬送方向)，箭头Z表示长条膜F的法线方向。

如图1所示，本实施方式的激光加工装置100具备光学单元1、旋转式编码器2以及控制装置3。

如图2所示，光学单元1具备激光光源11、光学元件12以及检电扫描器13。具体地说，在图1示出的光学单元1的壳体内，内置有激光光源11、光学元件12以及检电扫描器13。

作为激光光源11，例如使用脉冲振荡出具有红外区的波长的激光L的激光光源。优选使用从激光光源11脉冲振荡出的激光L的波长为5μm以上且11μm以下的CO激光光源(振荡波长：5μm)、CO₂激光光源(振荡波长：9.3μm～10.6μm)。在使用CO激光光源的情况下，可以通过氮气等非活性气体吹扫激光L的光路。

光学元件12包括用于控制激光L的功率(强度)的声光元件(AOM)、用于调整激光L的波束大小的扩束器、用于使激光L的空间波束轮廓平坦化的均化器等各种光学部件。

从激光光源11振荡出且通过了光学元件12的激光L在检电扫描器13反射并偏转，向长条膜F照射。具体地说，在图1示出的光学单元1的壳体的下表面设置有开口部(未图示)，在检电扫描器13反射并偏转的激光L经由该开口部向长条膜F照射。

本实施方式的检电扫描器13具备可动透镜131、聚光透镜132、第一检流计镜133以及第二检流计镜134。

可动透镜131是能够在激光L的光轴方向(在图2示出的例子中是作为长条膜F的宽度方向的X方向)移位的透镜。通过可动透镜131进行移位，使被聚光透镜132聚光的激光L的焦点位置变动。

第一检流计镜133具备反射镜部133a和检流计电动机133b，反射镜部133a通过检流计电动机133b而绕长条膜F的法线方向(Z方向)摆动。第二检流计镜134具备反射镜部134a和检流计电动机134b，反射镜部134a通过检流计电动机134b而绕长条膜F的宽度方向(X方向)摆动。

入射到检电扫描器13的激光L通过可动透镜131和聚光透镜132后，依次在第一检流计镜133的反射镜部133a和第二检流计镜134的反射镜部134a反射偏转，向长条膜F照射。如前述，第一检流计镜133的反射镜部133a和第二检流计镜134的反射镜部134a摆动，因而激光L的偏转方向根据反射镜部133a和反射镜部134a的摆动角度逐次变化，在长条膜F上(在由长条膜F的宽度方向(X方向)和长边方向(Y方向)形成的XY二维平面上)进行扫描。此时，控制成可动透镜131根据反射镜部133a和反射镜部134a的摆动角度进行移位，以使在激光L的任何的扫描位置，激光L的光斑直径都均匀。

若通过检电扫描器13在长条膜F上扫描并照射的激光L的照射方向偏离长条膜F的法线方向(若激光L相对于长条膜F的法线方向倾斜地照射)，则长条膜F的切断端面成为锥状。为了抑制切断端面过度地成为锥状，优选控制检电扫描器13的偏转动作，以使激光L的入射角(激光L的照射方向与长条膜F的法线方向所成的角度)成为20°以下，更优选成为15°以下。

此外，如本实施方式所述，作为具备可动透镜131、聚光透镜132、第一检流计镜133以及第二检流计镜134的检电扫描器13，例如还能够使用Raylase社制的“3D检电扫描器”、Scanlab社制的“激光扫描系统”、Y.E.data社制的“检电扫描器系统”、Arges社制的“检电扫描头系统”这样的市面销售的装置。

另外，还能够使用具备聚光透镜132、第一检流计镜133以及第二检流计镜134(不具备可动透镜131)的检电扫描器来代替本实施方式的检电扫描器13。作为这样的检电扫描器，例如，还能够使用Raylase社制的“2D检电扫描器”这样的市面销售的装置。在使用不具备可动透镜131的检电扫描器的情况下，优选在该检电扫描器与长条膜F之间的激光L的光路上配置远心fθ透镜。从不具备可动透镜131的检电扫描器入射并从远心fθ透镜射出的激光L在长条膜F的任意的扫描位置都从长条膜F的法线方向向长条膜F上照射，并且在任何的扫描位置都通过均匀的光斑直径进行照射。

在长条膜的宽度方向(X方向)的尺寸小(例如，宽度方向的尺寸≤60mm)的情况下，优选使用不具备可动透镜131的检电扫描器和远心fθ透镜。这是因为，在任何的扫描位置，激光均从长条膜F的法线方向向长条膜F上照射，因而不会产生伴随着相对于法线方向倾斜地照射的光斑直径(沿着长条膜F的表面的光斑直径)的变动。另一方面，在长条膜的宽度方向(X方向)的尺寸大(例如，宽度方向的尺寸>60mm)的情况下，使用远心fθ透镜是不现实的，因而优选使用本实施方式这样的具备可动透镜131的检电扫描器13。当在相同的搬送线上搬送宽度方向的尺寸存在大幅不同的长条膜F的情况下，还考虑并设使用了不具备可动透镜131的检电扫描器和远心fθ透镜的激光加工装置和本实施方式这样的使用了具备可动透镜131的检电扫描器13的激光加工装置100。

旋转式编码器2例如被安装于搬送长条膜F的搬送辊R1的旋转轴，检测搬送辊R1的旋转位置并逐次输出到控制装置3。

控制装置3控制检电扫描器13的偏转动作。具体地说，在控制装置3中被预先输入所期望的长条膜F的切断形状。另外，如前述，在控制装置3中被逐次输入搬送辊R1的旋转位置，控制装置3根据基于所输入的该旋转位置而计算出的转速和搬送辊R1的直径，运算搬送辊R1的周速度，将该搬送辊R1的周速度作为长条膜F的搬送速度来进行处理。控制装置3基于被输入的所期望的长条膜F的切断形状和运算出的长条膜F的搬送速度，控制检电扫描器13的偏转动作。具体地说，控制装置3控制检电扫描器13的偏转动作，以使根据基于检电扫描器13的偏转动作的激光L的扫描速度与长条膜F的搬送速度的合成速度而决定的激光L在长条膜F上的扫描位置与所期望的长条膜F的切断形状(所期望的切断部位)一致。控制装置3将用于进行上述控制的控制信号输出到第一检流计镜133的检流计电动机133b和第二检流计镜134的检流计电动机134b。另外，将用于使可动透镜131根据反射镜部133a和反射镜部134a的摆动角度移位的控制信号输出到用于使可动透镜131移位的驱动机构(未图示)，以使在激光L的任何的扫描位置，激光L的光斑直径都均匀。

另外，控制装置3向激光光源11输出控制信号，控制从激光光源11振荡出的激光L的开启/关闭的定时、重复频率以及功率的设定。

以下，对使用了具有上述结构的激光加工装置100的本实施方式所涉及的激光加工方法进行说明。

如图1所示，本实施方式所涉及的激光加工方法包括以下步骤，一边在搬送辊R1、R2之间将长条膜F沿长边方向(Y方向)连续地搬送，一边通过检电扫描器13的偏转动作使激光L扫描并照射长条膜F，从而切断长条膜F。此时，为了将搬送辊R1、R2之间的长条膜F的张力设为一定以上的大小，优选将位于搬送方向下游侧的搬送辊R1的转速设定为稍大于位于搬送方向上游侧的搬送辊R2的转速。另外，为了抑制长条膜F的搬送时的摆动等干扰而进行稳定的切断，可以设置以能够进行连续的搬送的程度吸附长条膜F的吸附单元。另外，此时，控制装置3基于预先设定的所期望的长条膜F的切断形状和长条膜F的搬送速度(在本实施方式中为使用旋转式编码器2检测出的旋转位置而运算出的搬送速度)，控制检电扫描器13的偏转动作。作为长条膜F的切断方式，并不限于全切割，还能够进行半切割。

在本实施方式所涉及的激光加工方法中，作为成为切断对象的长条膜F，能够例示塑料膜。作为塑料膜，能够例示通过聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等丙烯树脂、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃类共聚物(COC)、聚碳酸脂(PC)、聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂(PVA)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、三醋酸纤维素(TAC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚酰胺(PA)、硅酮树脂、环氧树脂、液晶聚合物、各种树脂制发泡体等塑料材料形成的单层膜或者由多个层构成的叠层膜。

在本实施方式所涉及的激光加工方法中，作为切断对象的长条膜F优选对于照射的激光L的波长具有15％以上的吸收率。

在塑料膜是由多个层构成的叠层膜的情况下，在层间可以存在丙烯酸粘合剂、聚氨酯粘合剂、硅酮粘合剂等各种粘合剂、粘接剂。

另外，在表面也可以形成有氧化铟锡(ITO)、Ag、Au、Cu等导电性的无机膜。

本实施方式所涉及的激光加工方法尤其适用于显示器中使用的偏振膜、相位差膜等各种光学膜。

长条膜F的厚度优选为20μm～500μm。

在本实施方式所涉及的激光加工方法中，控制装置3控制检电扫描器13，以使激光L的射出间距小于激光L在长条膜F上的光斑直径。射出间距为激光L的扫描速度(激光L与长条膜F的相对的移动速度)除以重复频率(相当于每单位时间振荡出的激光L的脉冲数)得到的值，意味着以某一脉冲振荡照射出的激光L与以接下来的脉冲振荡照射出的激光L之间的间隔。

此外，在本实施方式所涉及的激光加工方法中，当在搬送辊R1、R2之间将长条膜F沿长边方向(Y方向)搬送时，长条膜F可能在宽度方向(X方向)上蛇行。为了抑制该蛇行的影响，设置检测长条膜F的边缘的传感器(例如，光学式或超声波式的传感器)，将由该传感器检测到的长条膜F的边缘位置逐次输入到控制装置3，还使用该输入的边缘位置，通过控制装置3控制检电扫描器13的偏转动作即可。具体地说，控制装置3可以控制检电扫描器13的偏转动作，以使根据基于检电扫描器13的偏转动作的激光L的扫描速度与长条膜F的搬送速度的合成速度、以及长条膜F的边缘位置而决定的激光L在长条膜F上的扫描位置与所期望的长条膜F的切断形状(所期望的切断部位)一致。

以下，说明评价本实施方式(实施例)、比较例以及参考例所涉及的激光加工方法的生产率的结果的一例。

在评价生产率时，在任意的激光加工方法中均设为，在每一个循环中进行切断加工而形成六个在切断加工前的膜的宽度方向(X方向)上为130mm且在长边方向(Y方向)上为70mm的大致矩形的智能手机用的光学膜，并计算了应用各激光加工方法的情况下的循环时间。

图3是示出实施例、比较例以及参考例所涉及的激光加工方法的一个循环的概略流程的图。图3的(a)示出实施例所涉及的激光加工方法的一个循环的流程。图3的(b)示出比较例1所涉及的激光加工方法的一个循环的流程。图3的(c)示出比较例2所涉及的激光加工方法的一个循环的流程。图3的(d)示出参考例所涉及的激光加工方法的一个循环的流程。

如图3的(a)所示，在实施例所涉及的激光加工方法中，如前述，一边在搬送辊R1、R2之间连续地搬送长条膜F，一边通过检电扫描器13的偏转动作使激光L扫描并照射长条膜F，从而切断长条膜F。

如图3的(b)所示，在比较例1所涉及的激光加工方法中，将片状的膜放置于XY两轴台并进行吸附固定，驱动XY两轴台来变更膜相对于激光L的在XY二维平面上的相对的位置，并且通过与实施例相同的检电扫描器13的偏转动作使激光L扫描并照射膜，从而切换膜。

如图3的(c)所示，在比较例2所涉及的激光加工方法中，在搬送辊R1、R2之间间歇搬送长条膜F，在长条膜F停止的位置，与专利文献1记载的方法同样地设为吸附固定的状态，通过检电扫描器13的偏转动作，使激光L扫描并照射长条膜F，从而切断长条膜F。

如图3的(d)所示，在参考例所涉及的激光加工方法中，与比较例2所涉及的激光加工方法同样地间歇搬送长条膜F，但在长条膜F停止的位置不进行吸附固定，通过检电扫描器13的偏转动作，使激光L扫描并照射长条膜F，从而切断长条膜F。

图4示出评价实施例、比较例以及参考例所涉及的激光加工方法的循环时间的结果的图。

如图4所示，在比较例1所涉及的激光加工方法中，需要将片状的膜放置于XY两轴台的规定位置的时间(图4示出的例子中为4sec)、从XY两轴台取出并回收激光加工后的膜的时间(图4示出的例子中为4sec)。另外，还需要将片状的膜吸附固定于XY两轴台的时间(在图4示出的例子中为0.3sec)、解除吸附固定的时间(在图4示出的例子中0.3sec)。并且，在比较例1所涉及的激光加工方法中，由于在使激光L扫描时驱动XY两轴台，因而与仅通过检电扫描器13的偏转动作来使激光L扫描的情况(比较例2、参考例、实施例)相比，激光加工所需要的时间(在图4示出的例子中7.8sec)变长。

如图4所示，在比较例2所涉及的激光加工方法中，由于在搬送辊R1、R2之间搬送长条膜F，因而与比较例1所涉及的激光加工方法所示的使用片状的膜的情况相比，无需向XY两轴台放置、取出膜所需的时间。

然而，由于使用交替重复长条膜F的搬送、停止的间歇搬送，因而与不停止而连续地进行搬送的情况相比，在长条膜F的搬送上花费时间(在图4示出的例子中1.8sec)。另外，与比较例1所涉及的激光加工方法同样地，也需要将长条膜F吸附固定的时间(在图4示出的例子中1.8sec)、解除吸附固定的时间(在图4示出的例子中1.8sec)。

如图4所示，在参考例所涉及的激光加工方法中，与比较例2所涉及的激光加工方法不同，在长条膜F停止的位置不进行吸附固定，因而无需吸附固定长条膜F的时间、解除吸附固定的时间。

然而，由于与比较例2所涉及的激光加工方法同样地间歇搬送长条膜F，因而与不停止而连续地搬送的情况相比，在长条膜F的搬送上花费时间(在图4示出的例子中1.8sec)。

如图4所示，在实施例所涉及的激光加工方法中，与参考例所涉及的激光加工方法不同，一边在搬送辊R1、R2之间连续地搬送长条膜F，一边通过检电扫描器13的偏转动作来使激光L进行扫描，因而与参考例所涉及的激光加工方法相比，缩短了长条膜F的搬送时间(无需停止动作和再搬送动作所需的时间)。

如图4所示，若基于针对比较例1、比较例2、参考例以及实施例计算出的循环时间来评价生产率，则在将比较例1所涉及的激光加工方法作为基准(生产率＝1.0)的情况下，可知实施例所涉及的激光加工方法的生产率为6.3，大幅提高了生产率。

如以上说明所示，根据本实施方式所涉及的激光加工方法，在激光加工时不停止长条膜F而连续地进行搬送，因而缩短了搬送长条膜F所需的时间。另外，无需吸附固定长条膜F的时间、解除吸附固定的时间。因此，能够提高长条膜F的激光加工的生产率。

附图标记说明

1：光学单元；2：旋转式编码器；3：控制装置；11：激光光源；12：光学元件；13：检电扫描器；100：激光加工装置；131：可动透镜；132：聚光透镜；133：第一检流计镜；134：第二检流计镜；F：长条膜；L：激光。