带状材料的开孔装置 本发明涉及一种带状材料的开孔装置，适合于在连接香烟和过滤嘴所使用的端纸等带状材料上以一定间隔形成微孔。
近期，形成有调整通气度的微孔的端纸被用于制造带有过滤嘴的香烟。在端纸上形成微孔的开孔装置例如由特开平5-138381号公报公开。此开孔装置的结构为，由激光源连续发射的激光束由多棱镜偏转而得到偏转激光束，此偏转激光束通过光学系统照射在以一定速度行进的端纸上，在端纸上以一定间隔形成微孔。
在上述开孔装置中，由于微孔的形成间隔由端纸的行进速度和多棱镜的回转速度之间的关系所决定，所以开孔装置难以迅速适应香烟制造机中生产的过滤嘴香烟的种类变换时端纸的变换的需要。
就是说，端纸上适宜的微孔形成间隔根据过滤嘴香烟的品种而不同。此外，在成列形成微孔地场合，端纸上的列数根据过滤嘴香烟的品种而不同。上述开孔装置要满足列数及形成间隔的条件，必须改变光学系统的结构、端纸的行进速度或多棱镜的回转速度。但是，在改变多棱镜回转速度的场合，由于照射端纸的偏转激光束的强度变化而使微孔的尺寸变化。此外，在改变端纸行进速度的场合，微孔的尺寸也会有变化。因此，在端纸的品种变更时多棱镜回转速度或端纸行进速度变更的场合中要维持所需的微孔的尺寸，必须调整激光束的输出强度。
此外，最近公开了一种香烟制造机，与将烟丝卷入卷烟纸的卷烟机构相连动，在端纸上形成微孔，同时，向用端纸连接香烟杆、过滤嘴的滤嘴设备连续供给已形成有微孔的端纸。在这样的香烟制造机中，随着卷烟速度加快，向滤嘴设备供给端纸的速度有必要提高，因此端纸的行进在较高速下进行。
为在高速行进的端纸上以小间隔形成微孔，有必要例如使多棱镜高速回转。但是，由于多棱镜回转速度加快是有极限的，所需的微孔形成间隔小时，会发生不能形成微孔的情况。此外，由于多棱镜回转加快引起多棱镜回转速度的变动加大，容易引起微孔的尺寸及形成间隔变动。
由于上述理由，使用以往具有多棱镜的开孔装置，在高速行进的端纸上难以以所需的间隔形成所需尺寸的微孔。这样，由于端纸上形成的微孔的尺寸及形成间隔对于端纸的通气度有较大的影响，所以当微孔的尺寸及形成间隔与所需不同时，难于制造有所需通气度的端纸。
本发明的目的是提供一种带状材料开孔装置，即使在带状材料以高速行进的场合，也能在带状材料上稳定地以所需间隔形成所需尺寸的微孔。
本发明的开孔装置具有：设置于此开孔装置上的使带状材料沿行进路线行进的行进单元；在行进路线上沿带状材料行进方向相互隔开的多个位置上分别间歇照射激光束，在沿前述行进路线行进的带状材料上形成微孔的多个激光单元；使前述多个激光单元的激光束照射动作相互同步进行的，控制这些激光束照射动作的控制单元。
根据本发明的开孔装置，能够使多个激光单元在行进路线上的多个位置同时照射激光束。因此，所有激光单元的激光束照射周期缩短为实际各激光单元照射周期除以激光单元数。从而即使不实际缩短各激光单元的激光束照射周期，也能够减小由激光照射在带状材料上产生的微孔的形成间隔。换言之，设置有多个激光单元的本发明的装置适合于带状材料行进的高速化。此外，在伴随带状材料的种类变更等而变化带状材料的目标行进速度的场合，通过由控制单元进行的激光照射动作控制，也能够得到所需的微孔尺寸及形成间隔。
最好开孔装置还含有检测带状材料的行进速度的速度检测器，控制单元根据检测出的带状材料行进速度，控制前述多个激光单元的激光束照射动作。
通过这种优选形态，能够消除或抑制由于带状材料行进速度的变动而产生的微孔的尺寸及形成间隔的变化。
最好各激光单元被脉冲驱动输出脉冲激光束。控制单元脉冲驱动前述多个激光单元。同时最好控制单元至少控制驱动脉冲产生时间间隔及脉冲宽度中的一个，同时向各激光单元供给驱动脉冲。各激光单元包含有根据驱动脉冲的供给产生脉冲激光束的激光振荡器。
通过这种优选形态，由于采用脉冲驱动式的激光单元，与使用多棱镜型的开孔装置比较，能够使激光单元的结构及激光束照射动作控制简化。此外，能够减小微孔的尺寸及形成间隔，并能够正确地控制。
最好开孔装置至少包含有3个脉冲驱动的激光单元。
通过这种优选形态，不需要过度缩短供给各激光单元的驱动脉冲的发生时间间隔，从而，即使微孔形成间隔相当小，激光单元也能够稳定动作。
最好前述控制单元将供给向前述多个位置中带状材料行进方向最下游或最上游侧的位置上照射激光束的激光单元的基准驱动脉冲时间延迟，将所得的延迟驱动脉冲供给其他激光单元或剩下的激光单元中的一个。
通过这种优选形态，多个激光单元的激光束照射动作可以良好地同步进行，特别是能够正确地控制微孔的形成间隔。此外，通过控制基准驱动脉冲的宽度(持续时间)，能够正确地控制微孔的尺寸。
最好，延迟驱动脉冲相对于基准驱动脉冲的延迟时间根据带状材料的行进速度来确定。
通过这种优选形态，能够消除或减小带状材料行进速度的变动对微孔的形成间隔的影响。
最好，延迟驱动脉冲相对于基准驱动脉冲的延迟时间要根据带状材料上的微孔的目标形成间隔、带状材料的行进速度及被供给基准驱动脉冲的激光单元的激光束照射位置与被供给延迟驱动脉冲的激光单元的激光束照射位置的距离来确定。
通过这种优选形态，在伴随带状材料的种类变更、带状材料的目标行进速度变化的场合，不改变激光单元的结构及位置关系，也能够以所需间隔形成微孔。此外，通过适当的基准脉冲宽度，能够得到所需尺寸的微孔。
最好前述带状材料为连接香烟和过滤嘴所使用的端纸。
通过此优选形态，端纸的微孔形成得到控制，能够由此将端纸的通气度调整到所需的值，这样能够提高使用这样的端纸的过滤嘴香烟的质量。
附图的简要说明
图1为本发明一个实施例的开孔装置的简略立体图；
图2为图1所示激光开孔装置的主要部分和沿行进路线行进的端纸的简略示图；
图3为表示图2所示的控制器的各种功能部分的框图；
图4为形成排列间距与脉冲激光束照射位置的间隔相等的微孔时、供给多个激光开孔头的驱动脉冲的时序图；
图5为形成比脉冲激光束照射位置间隔大的排列间距的微孔时、供给多个激光开孔头的驱动脉冲的时序图；
图6为形成比脉冲激光束照射位置间隔小的排列间距的微孔时，供给多个激光开孔头的驱动脉冲的时序图；
图7为形成在端纸上的通过图2中所示的照像机光学检测出的微孔的图像的示例图。
以下参照附图对本发明的带状材料开孔装置的实施例进行说明。
图1示出了在作为带状材料的端纸上使用激光束开出微孔的单卷轴型开孔装置。开孔装置具有开卷基台2、开孔基台4及卷取基台6，这些设备相互分开设置。在开卷基台2的回转轴(图中未示出)上，装置有安装着端纸P的放出卷筒R1的卷轴8。此外，在卷取基台4的回转轴(图中未示出)上，装置有卷取在前述开孔基台4上开出微孔的端纸P用卷取轴10。标记R2表示卷取轴上卷取端纸的卷筒。
开卷基台2、开孔基台4及卷取基台6上分别安装有可自由回转的导向滚12、12a，由放出卷筒R1放出的端纸P由导向滚12、12a导引，通过开孔基台4导入至卷取轴10。同时，导向滚12、12a限定了端纸P的行进路线，特别是在开卷基台2的上下一对导向滚12a具有端纸P的蛇行修正功能。卷取基台6与导向滚12、12a共同构成端纸P行进的行进单元。
图中未示出，在卷取基台6的回转轴上通过电磁粉末离合器(powderclutch)连接着电机，此外，开卷基台4的回转轴上安装有电磁粉末制动器(powder brake)。这样，通过电机驱动卷取轴10向一个方向回转。随着卷取轴10的回转，由放出卷筒R1放出端纸P，在通过前述开孔基台4时形成微孔，由卷取轴10卷取。在此期间，端纸P由放出卷筒R1沿行进路线向卷取轴10以一定速度行进。出自放出卷筒R1的端纸P的放出张力由电磁粉末制动器控制，此外卷取轴10的端纸P的卷取张力也由上述电磁粉末离合器控制。
在开孔基台4上位于端纸P的行进路线的上方，设置有例如3个作为激光单元的第一、第二、及第三激光开孔头141、142、143，这些激光开孔头141、142、143从端纸行进方向上游顺序设置。以下，激光开孔头141、142、143由参照符号14一并表示，此外，也有其中的每个以参照符号14表示的情况。
如图2所示，3个激光开孔头14在临近端纸行进路线上游部分相互间隔设置，其每个对应于行进路线上端纸行进方向上以微小间隔L0相间的3个位置中的一个，通过例如脉冲激光束照射来间歇照射激光束。从而，每当3个激光开孔头14同时照射时，在行进路线上以所定速度V行进的端纸P上3个微孔以微小间隔L一次形成。
另外，在本实施例中，3个小型激光开孔头14以与激光束照射位置间隔L0相同的间隔并列设置，以形成相互平行的激光束照射。但是，会发生这样的情况，即与激光束照射间隔L0相比，激光开孔头14的宽度尺寸大，这些激光开孔头14不能以与激光照射间隔L0相同的间隔并列设置。这样的场合，如有必要可使激光开孔头14在端纸行进路线方向相互分开设置的同时，激光束的光轴相互倾斜，来自这些激光开孔头14的激光束在端纸行进路线上以微小间隔L0的相互隔开的位置上照射。
在本实施例中，各激光开孔头14由脉冲驱动产生脉冲激光束的碳酸气体激光振荡器14a、以及含有聚焦此脉冲激光束以照射于端纸P上的聚焦透镜14b的光学系统构成。第一、第二及第三激光开孔头141、142及143各自的激光振荡器在标以参照符号141a、142a及143a以示区别的同时，有时也称为第一、第二及第三激光振荡器。
最好以图中未示出的适合的支撑方式使3个激光开孔头14可在行进路线的宽度方向和或长度方向上分别可自由移动地支撑，使脉冲激光束的照射位置可以进行微调。
此外，在开孔基台4与卷取基台6之间设置有检测装置16。检测装置16对由激光照射在端纸P上形成的微孔进行光学检测，检测出提供激光开孔头14的激光照射动作控制用信息，例如微孔的尺寸(面积S和或长度(在本实施例中为面积S))及其排列间距L。如图2所示，检测装置16设置于临近端纸行进路线下游部分中比激光开孔头14更下游处，由例如对端纸P的表面图像摄像用的摄像机22和由其摄像图像对微孔H的面积S及微孔H的排列间距L进行测算的图像处理部24构成。图像处理部24输出表示微孔面积S的数据及表示微孔间距L的数据。
开孔装置还包含有作为控制单元的控制器26，控制器在功能上由图3所示构成。即控制器26具有：由速度传感器28输入端纸行进速度数据V的行进速度数据输入部31；根据由检测装置16得到的微孔面积数据S，输出使检测出的实际脉冲宽度与目标脉冲宽度的偏差为0的脉冲宽度信号PWS的脉冲宽度信号输出部32；根据由检测装置16得到的间距数据L输出使检测出的实际脉冲周期与目标脉冲周期的偏差为0的脉冲周期信号PPS的脉冲周期信号输出部33。各目标脉冲宽度及目标脉冲周期，由于根据端纸的品种及端纸行进速度V两者而进行变化，所以被预定为各脉冲宽度信号输出部32及脉冲周期信号输出部33这两个参数的函数。
控制器26还具有：根据脉冲宽度信号PWS及脉冲周期信号PPS，产生适合于在端纸P上以所需的间隔形成所需尺寸的微孔H的标准驱动脉冲SDP的脉冲发生器34；根据脉冲周期信号PPS输出第一、第二及第三延迟控制信号DS1、DS2及DS3，以延迟第一、第二及第三激光振荡器141a、142a及143a的驱动脉冲供给开始时间的延迟控制部38；根据延迟控制信号DS1、DS2及DS3将标准驱动脉冲SDP仅按延迟时间延迟，以得到第一、第二及第三延迟驱动脉冲的第一、第二及第三延迟电路35、36及37。
延迟控制部38可通过选择成为动作状态或非动作状态。延迟控制部38为非动作状态时，延迟电路35、36及37不动作，标准驱动脉冲SDP被供给第一、第二及第三激光振荡器141a、142a及143a。当延迟控制部38为动作状态时，延迟驱动脉冲被供给各激光振荡器。
控制器26的基本功能为根据由行进速度传感器28检测出的端纸P的行进速度V在周期T将驱动脉冲同时供给3个激光开孔头14，这些激光开孔头14相互同步脉冲驱动，在端纸行进方向并列形成3个微孔H。
这时，控制器26根据由检测装置16的图像处理部24所得的有关微孔间距L的检测结果，如后所述控制对于激光开孔头14的激光振荡器14a的驱动脉冲供给时间，这样在端纸P上以所定的排列间距L形成微孔H。同时，控制器26根据由检测装置16所得的有关微孔面积S的检测结果，由可变控制驱动脉冲宽度PW，使微孔H的尺寸恒定。
具体为，控制器26根据目标间距与由检测装置16对微孔H的排列间距L的检测结果(实际间距)之间的偏差对激光开孔头14的激光振荡器的脉冲驱动周期T进行反馈控制，使微孔H的排列间距L恒定。此外，控制器26根据目标面积与由检测装置16对微孔H的面积S的检测结果(实际面积)之间的偏差对脉冲激光束的脉冲宽度PW和或脉冲激光束的输出强度进行反馈控制，使微孔H的尺寸恒定。
以下对有关由检测装置16对微孔H的光学检测及其图像分析进行说明。
对端纸P上形成的微孔H进行光学检测的摄像机22由例如对端纸P的微小区域在所定的时间进行高速摄像的CCD摄像机构成。此摄像机22的摄像时间设定为与根据端纸P的行进速度V而变化的激光开孔头14的脉冲驱动时间相同步。图7示出了通过摄像机22摄像的微孔H的图像的一例。
图像处理部24对这样的微孔H的图像进行分析，测算出端纸P上形成一列的微孔H的面积S及间距L。
在间距L的测算中，图像处理部24由在上述摄像时间内所得到的图像中提取微孔的中心位置c。由于端纸P以一定的行进速度V行进，微孔H的摄像时间与形成微孔H的脉冲激光束的照射时间同步，在各摄像时间得到的图像中微孔H的图像的位置c基本是一定的。因此，图像处理部24由在各摄像时间微孔H的图像的位置c相对标准位置的偏离检测出微孔H的排列间距L的变动。
在测算微孔H(一般为椭圆形)的面积S时，图像处理部24分别测算前述图像中的微孔H的图像的长径a与短径b，根据这些测算尺寸求出微孔H的面积S。
于是控制器26根据上述图像分析结果，调整激光开孔头14的激光振荡器14a的驱动脉冲宽度PW，改变激光振荡器的输出，以使微孔H的面积S成为规定值S0(图示略)。与此同时，控制器26根据求得的微孔H的排列间距L，反馈控制激光开孔头14的激光振荡器14a的脉冲驱动周期T。
以下对通过控制器26对第一、第二及第三激光振荡器141a、142a及143a的驱动脉冲供给控制进行说明。
如上所述，控制器26的脉冲发生器34发出的标准驱动脉冲SDP分别通过第一、第二及第三延迟电路35、36及37加至第一、第二及第三激光振荡器141a、142a、143a。这些延迟电路35、36、37的驱动脉冲的延迟时间在延迟控制电路38的控制下，根据激光束照射位置间隔L0与微孔H的目标排列间距L可变地设定。
具体为，在端纸P上以与激光束照射位置间隔L0相等的排列间距L形成微孔H的场合，延迟控制电路38如图4所示将延迟器35、36、37的延迟时间分别设定为零(0)，不经延迟的标准驱动脉冲SDP供给3个激光开孔头14的激光振荡器14a，同时驱动这些激光开孔头。这样，标准驱动脉冲的反复周期T设定为与行进速度V下的端纸P恰好移动相当于激光光束照射位置间隔L0的3倍距离所需的时间T0相等。
这样，端纸P以一定速度V行进，3个激光开孔头14在每个反复周期T0中同时被脉冲驱动时，以3个脉冲激光束在端纸P上一次形成沿端纸行进方向以间隔L(＝L0)相隔的3个微孔H。这样，在经过激光开孔头14的脉冲驱动周期T0，同时端纸P正好行进3L0距离时，激光开孔头14再次脉冲驱动，形成3个微孔H。这样，在端纸P上依次形成间距为间隔L的微孔H。
并且，由于端纸P以间距L的3倍的距离每行进一次，各激光开孔头14脉冲驱动，所以脉冲驱动周期T0能够变得较长。这种情况特别是在端纸P高速行进的场合，激光开孔头14的动作可靠性较好。
在以比激光束照射位置间隔L0长的间隔L1形成微孔H的场合，如图5所示，端纸行进方向下游侧的激光开孔头14的脉冲驱动时间比其上游侧的激光开孔头14的驱动时间延迟。具体为，第一延迟器35延迟时间设定为零(0)，第二延迟器36延迟时间设定为(d)，第三延迟器37延迟时间设定为(2d)。其结果，端纸行进方向最下游侧的第三激光开孔头143的脉冲激光束照射时间比第二激光开孔头142的照射时间延迟时间d，第二激光开孔头142照射时间比最上游侧的第一激光开孔头141的照射时间延迟时间d。此外，激光开孔头14的脉冲驱动周期设定为端纸P在行进速度V下移动间隔L1的3倍距离所需时间(T0+ΔT)。
如此，下游侧的激光开孔头142、143比上游侧的141、142滞后延迟时间(d)脉冲驱动时，上游侧开孔头形成微孔动作到下游侧开孔头动作之间，即经过延迟时间d之间，由于端纸P的移动，通过以不同的时间照射的3个脉冲激光束，以比激光束照射位置间隔L0宽的所需间距L1在端纸P上形成微孔。
与此相对，在以比激光束照射位置间隔L0短的间隔L2形成微孔H的场合，如图6所示，端纸行进方向上游侧的激光开孔头14的脉冲驱动时间此其下游侧的激光开孔头14的开孔头14的驱动时间延迟。具体为，第一延迟器35延迟时间设定为(2d)，第二延迟器36延迟时间设定为(d)，第三延迟器37延迟时间设定为零(0)，第一或第二激光开孔头141或142的激光束照射时间比第二或第三激光开孔头142或143延迟时间d。此外，脉冲驱动激光开孔头14的脉冲驱动周期设定为端纸P在行进速度V下移动间隔L2的3倍长度所需时间(T0-ΔT)。
如此，控制3个激光开孔头14的驱动时间，由最上游侧的第一激光开孔头141形成微孔时间开始，提前时间d，由第二激光开孔头142形成微孔，进一步，在比后者的微孔形成时间提前时间(d)时，由最下游侧第三激光开孔头143形成微孔。由于下游开孔头142或143形成的微孔与上游侧开孔头141或142形成的微孔的间隔缩短了驱动时间提前的量，在端纸P上形成的微孔H的间隔L控制为比激光束照射位置间隔L0短的所需间隔L2。
按照本实施例的开孔装置，不需改变激光束照射位置，也不需改变装置的光学系统结构，仅通过控制各激光开孔头14的驱动时间，就能够以所需的间隔连续地形成微孔H。并且由于能够由多个激光开孔头14一次形成多个微孔，各激光开孔头14的脉冲驱动周期能够变长。其结果，在确保各激光开孔头14的动作可靠的同时，能够在端纸P高速行进中连续形成微孔H。
此外，根据有关微孔H图像分析结果，利用反馈控制激光开孔头14的激光振荡器的脉冲驱动的本装置，不需实际测定形成有微孔H的端纸P的通气度，能够以与端纸通气度的条件相应的所需间距L稳定地形成所需尺寸(面积S)的微孔H。其中该微孔H的尺寸与通气度的条件相适应。
本发明不仅限于上述实施例，可以有各种变形。
例如，各激光开孔头的个数不限定于上述的3个，特别是端纸以高速行进的场合，可以设置4个以上。此外，在使用2个激光开孔头的场合也会有一定程度的效果。
各激光开孔头的驱动脉冲的延迟时间也可根据激光束照射位置间隔、微孔所需的排列间距及端纸行进速度确定。
另外，在实施例中通过改变驱动脉冲的脉冲宽度调整微孔的尺寸，也可通过改变激光束的输出强度自身来调整微孔的尺寸。
此外，可根据端纸行进速度的改变而变化调整激光开孔头的驱动脉冲供给的延迟时间，使端纸不受行进速度的变化影响，微孔的形成间隔恒定。
驱动脉冲的延迟控制可为例如微处理器控制下的以数字方式进行工作的形式。
此外，可用光学的轮廓传感器或面积传感器代替摄像机22，同样能够测算出微孔的尺寸及其排列间距。
此外，在上述实施例中，对在端纸上形成一列微孔的单卷轴型开孔装置进行了说明，本发明也能够适用于在每一条端纸上形成2列以上微孔的开孔装置，或在开卷基台与卷取基台之间同时行进2卷以上的端纸，分别形成一列或多列微孔的开孔装置。在各种场合，应按微孔列数之和的2倍以上的个数在开孔基台上设置激光开孔头。
此外，在不脱离本发明宗旨的范围内，实施中可有多种变形。