JP2022066134A - Pattern formation device and pattern formation method for base material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材のパターン形成装置およびパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a substrate pattern forming apparatus and a pattern forming method.
特許文献1(特開2011‐011819)には、表記事項をボトル2に直接熱加工による刻印印字または金型成型により刻印印字することによる表示で、ラベルを用いず、ペットボトルの構成をキャップとボトルとにすることが記載されている。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-011819), the notation is directly printed on the bottle 2 by engraving or printing by mold molding, and the structure of the PET bottle is defined as a cap without using a label. It is stated that it will be a bottle.
本発明は、複数の基材に形成されるパターンのばらつきを低減することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce variations in patterns formed on a plurality of substrates.
本発明に係るパターン形成装置は、搬送される複数の基材のそれぞれに対して、光路長または基材の位置でのビームサイズが略一定になるようにレーザを照射し、複数の基材のそれぞれの表面にパターンを形成する。 In the pattern forming apparatus according to the present invention, each of the plurality of substrates to be conveyed is irradiated with a laser so that the optical path length or the beam size at the position of the substrate is substantially constant, and the plurality of substrates are subjected to laser irradiation. A pattern is formed on each surface.
本発明によれば、複数の基材に形成されるパターンのばらつきを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce variations in patterns formed on a plurality of substrates.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted. Further, the embodiments shown below exemplify an apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments shown below. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described below are not intended to limit the scope of the present invention to the specific description, but are intended to be exemplified. It is a thing. In addition, the size and positional relationship of the members shown in the drawings may be exaggerated in order to clarify the explanation.
本発明の実施形態に係る基材は、パターンを構成する所定の形状が、少なくとも一部の領域に形成された基材である。基材は物体の素材部分を意味する。物体には、例えば収容器が挙げられる。また収容器には、PET等の樹脂を含んで構成され、飲料を収容するPETボトル等が挙げられる。但し、物体に特段の制限はなく、如何なる物であってもよい。収容器も、形状及び材質に制限はなく、如何なる形状の如何なる材質の収容器であってもよい。 The base material according to the embodiment of the present invention is a base material in which a predetermined shape constituting the pattern is formed in at least a part of the region. The base material means the material part of an object. The object may be, for example, a container. Further, the container includes a PET bottle containing a resin such as PET and accommodating a beverage. However, there are no particular restrictions on the object, and any object may be used. The container is not limited in shape and material, and may be an container of any shape and any material.
基材における「少なくとも一部の領域」には、基材の表面の領域が含まれる。基材の表面は、素材における外部の空気等に触れる面を意味する。実施形態では、基材の内部と対称になる用語として基材の表面という用語を用いるため、例えば板状の基材の場合には、基材の表側の面と裏側の面は何れも基材の表面に該当する。また筒状の基材の場合には、基材の外側の面と内側の面は何れも基材の表面に該当する。 "At least a part of the region" in the substrate includes an region on the surface of the substrate. The surface of the base material means a surface of the material that comes into contact with external air or the like. In the embodiment, the term "surface of the substrate" is used as a term symmetrical to the inside of the substrate. Therefore, for example, in the case of a plate-shaped substrate, both the front surface and the back surface of the substrate are the substrate. Corresponds to the surface of. Further, in the case of a cylindrical base material, both the outer surface and the inner surface of the base material correspond to the surface of the base material.
パターンは、文字や、バーコード等のコード、図形、画像等を含み、例えば、収容器、又は収容器に収容される飲料等の被収容物の、名称や識別番号、製造業者、製造日時等の被収容物に関する情報を表示するものである。 The pattern includes characters, codes such as barcodes, figures, images, etc., for example, the name and identification number, the manufacturer, the date and time of manufacture, etc. of the container or the contained object such as a beverage contained in the container. It displays information about the contents of the contents.
PETボトル等の収容器では、これらの情報が記録された記録媒体を収容器の表面に貼り付けることで、これらの情報を表示する場合があるが、実施形態では、収容器を構成する基材の表面に、これらの情報を示すパターンを形成することで、記録媒体を用いずにこれらの情報を表示する。 In a container such as a PET bottle, the information may be displayed by attaching a recording medium on which the information is recorded to the surface of the container, but in the embodiment, the base material constituting the container is used. By forming a pattern showing these information on the surface of the above, these information is displayed without using a recording medium.
図1は、本実施形態に係る基材に形成された所定の形状の一例を説明する図である。図1は、パターン11が表面に形成された収容器1を構成する基材1aの一部を示している。収容器1と被収容物は、収容体を構成する。収容器1は、一例として可視光に対して透過性を有するPET樹脂を素材とする基材1aにより構成されている。なお、可視光は、下界の波長が約360nmから約400nmで、上界の波長が約760nmから約1600nmの光である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a predetermined shape formed on the base material according to the present embodiment. FIG. 1 shows a part of the
パターン11は、「ラベルレス」という文字列を構成している。領域Aは、パターン11における文字「ス」の中の一部の領域である。斜視図Bは、パターン11の構成の詳細を説明するために、領域Aを拡大して模式的に示した図である。
The
斜視図Bに示すように、領域Aには複数のドット部110が含まれている。このドット部110は、基材の少なくとも一部の領域に形成され、パターンを構成する所定の形状の一例である。なお、所定の形状には、基材の表面に形成された形状と、基材の表面に形成された形状の表面下にある空隙部等の内部形状とが含まれる。
As shown in the perspective view B, the region A includes a plurality of
ドット部110は、視覚的な一例として白濁部であり、凹部111と、凸部112とを含んでいる。凹部111は、収容器1を構成する基材1aの表面に対して窪んだ部分であり、所定の凹部の一例である。凸部112は、収容器1を構成する基材1aの表面に対して突起した部分であり、所定の凸部の一例である。凸部112は、凹部111の囲むように凹部111の周囲に形成されている。
The
複数のドット部110は、収容器1を構成する基材1aに集合体として形成されることで、パターン11における「ラベルレス」という文字列を構成している。ここで、集合体とは、個々のものが集合してでき上がったものをいい、パターン11は、複数のドット部110の集合体により構成されている。
The plurality of
基材1aにおいて、複数のドット部110によりパターン11が形成されたパターン領域13は、第1の領域に対応する。また基材1aにおける第1の領域以外の非パターン領域12は、第2の領域に対応する。
In the
パターン領域13には複数のドット部110が形成されているため、収容器1に入射する光の反射方向や光拡散性が非パターン領域12とは異なる。これにより、パターン領域13と非パターン領域12では、収容器1に入射する光に対する光透過率、又は光反射率の少なくとも一方が異なっている。光透過率、又は光反射率の少なくとも一方が異なることで、収容器1を視る者は、収容器1に形成されたパターン11を視認することが可能になる。
Since the
また、複数のドット部110のそれぞれの全体幅(ドット幅)、及び複数のドット部110同士の間隔(ドット間隔)は、パターン11に対して小さい。これにより、収容器1を視る者は、ドット部110そのものについては視認せずに、パターン11の「ラベルレス」という文字を視認可能になる。
Further, the overall width (dot width) of each of the plurality of
ドット部110そのものが視認されないためのドットとドットの隙間は、収容器1を視る者の視力や、目と収容器1との間の距離等によって異なるが、100μm以下であることが好ましい。また、ドット幅に関しても小さいほど良いが、ドット部自体の形を判別ができなくなるサイズとして、100um程度より小さいことが好ましい。この点について、さらに詳しく説明する。
The gap between dots so that the
視力1.5程度の者(人)が、収容器1を30cm程度離して視た際には、一般に50μmの白黒の点(ドット)を識別可能である。白黒のコントラストが低いとこの限界値も大きくなるが、大方50μm程度である。但し、ドットの存在だけであれば30μmのドットでも視認でき、またコントラストが高いドットであれば10μmのドットでも視認できる場合もある。
When a person (person) with a visual acuity of about 1.5 looks at the
またドット部110が隣接して2つある場合には、2つのドット部110が視認できるかは人の目の分解能等によって決まる。なお、分解能とは、2点を分離した2点として認識できる最小距離をいう。
Further, when there are two
人の目の分解能は、視力にもよるが、一般に30cm離れたところで100μmである。30cmとは、飲料水等を収容したPETボトルを手に取って、PETボトルに表示されるラベル等の情報を視認する際の距離に対応する。つまり、軽くひじを曲げた状態でPETボトルを手に取ると、人の目とペットボトルの間隔は30cm程度となる。人の体格を考慮すると、この距離は30cm乃至50cm程度の範囲で変化する。分解能は、30cm離れたところで100μm、50cm離れたところで160μm程度である。 The resolution of the human eye depends on the visual acuity, but is generally 100 μm at a distance of 30 cm. 30 cm corresponds to the distance when a PET bottle containing drinking water or the like is picked up and information such as a label displayed on the PET bottle is visually recognized. That is, when the PET bottle is picked up with the elbow slightly bent, the distance between the human eye and the PET bottle is about 30 cm. Considering the physique of a person, this distance varies in the range of about 30 cm to 50 cm. The resolution is about 100 μm at a distance of 30 cm and about 160 μm at a distance of 50 cm.
また、別の指標では、解像度の境界として200dpi(dot per inch)を保証する場合には、隣接するドット間の隙間が130μm以下であれば、ドットが一つ一つ分解されずにひと固まりに視認される。 In another index, when guaranteeing 200 dpi (dot per inch) as the boundary of resolution, if the gap between adjacent dots is 130 μm or less, the dots are not decomposed one by one and are grouped together. It is visually recognized.
以上より、ドットとドットの隙間は、好ましくは160μm以下、より好ましくは100μm以下にすることで、ドット部110が一つ一つ分かれていると視認されずに連続体として視認され、パターン11の「ラベルレス」という文字等のパターンを視認可能になる。また、ドットの大きさも100μmより大きくなると、ドット自体の形状変化が視認される場合も生じてくる。そのため、ドットも好ましくは160μm以下、より好ましくは100μm以下にすることで、ドット内の形状変化があったとしても均一な模様としてドットを知覚可能になり、その集合体である文字等のパターンを粒状感のない均一なパターンとして視認可能になる。
From the above, by setting the gap between the dots to preferably 160 μm or less, more preferably 100 μm or less, the
ドット部110を形成するためには、レーザ加工、放電加工、エッチング加工、切削加工、又は金型を用いた成形加工等の様々な加工方法を適用できる。但し、これらのうちのレーザ加工法は、基材に対して非接触で加工でき、またレーザ光の走査や、光源のアレイ化、またパターン露光等により高速加工ができるため、好適である。
In order to form the
レーザ加工では、照射するレーザ光(レーザビーム)の光エネルギー、レーザビームのサイズ、照射時間等を調整することで、ドット部110の大きさ、形、深さ等を変化させることができる。また、レーザビームの断面強度分布は一般にガウシアン分布であるが、アレイ光源のレーザビームを組み合わせて強度分布を調整したり、照射光学系の設計により中央の強度分布が平らなトップハット状の強度分布を生成したりすることもできる。また、光源・光学系によりレーザの照射サイズを調整し、加工においてはレーザの照射サイズをほぼ一定にすることが望ましい。なお、ここで一定は、加工精度の許容範囲内で、実質的に変動がないことを意味し、加工精度によっては数%程度の許容範囲内で変動するものも含む。
In laser processing, the size, shape, depth, etc. of the
ドット部110における凹部111は、レーザ光の照射位置で基材1aの一部が溶融、焼失、気化又は変形することで形成される。凸部112は、凹部111から離散した基材1aの一部が焼失又は気化せずに凹部111の周囲に付着して固化することで形成される。主に熱エネルギーを利用した加工であるため、基材1aの素材には熱伝導率が比較的低い樹脂等が好適であるが、ガラス等の他の素材にも適用可能である。
The
また、熱伝導率を制御することで、ドット部110等の様々な所定の形状を形成することもできる。熱伝導率の制御には、例えば、基材1aそのものを熱伝導性の高いものにしたり、或いは熱伝導性の高い他の部材を基材1aに密着させて、レーザ光の照射による基材1aの発熱を急激に逃がしたりすること等が考えられる。熱伝導性の高い他の部材は、冷却液や金属等が挙げられる。
Further, by controlling the thermal conductivity, various predetermined shapes such as the
また、レーザ加工における溶融、蒸発、結晶化又は発泡等の現象は、照射領域内で不規則に発生するため、パターン領域13の表面が荒れて非パターン領域12と比較して表面粗さが大きくなりやすい。表面粗さが大きいことで、パターン領域13では、収容器1に入射する光に対する光拡散性が非パターン領域12に対して高くなる。その結果、パターン11のコントラストが上がり、視認性がより向上する。この点においてもレーザ加工の適用がより好適である。
Further, since phenomena such as melting, evaporation, crystallization or foaming in laser processing occur irregularly in the irradiation region, the surface of the
また、本実施形態では、凹部111と、凸部112の少なくとも一方を含む複数のドット部110の集合体でパターンを構成しているため、凹部111と凸部112の形状に沿って表面積が大きくなることで、塊としての溝や窪みでパターンを構成する場合と比較して、表面粗さが大きい領域がさらに大きくなる。また複数のドット部110の集合体でパターンを構成するため、複数のドット部110の形状に沿って表面積がさらに大きくなる。これにより、光拡散性がさらに高くなり、コントラストが上がることで、視認性がさらに向上する。
Further, in the present embodiment, since the pattern is composed of an aggregate of the
なお、斜視図Bで示した例では、ドット部110は正方格子状に規則的に配列して形成されているが、これに限定されるものではない。三角格子状やハニカム状に配列して形成されてもよいし、規則的に配列せずに配置間隔が相互に異なるようにして不規則に形成されてもよい。
In the example shown in the perspective view B, the
また「ラベルレス」という文字列を含むパターン11を例示したが、これに限定されるものではない。任意の文字列や、図形又は写真、バーコード又はQRコード等の記号又はコード、並びにこれらの組み合わせによってパターン11を構成することもできる。パターン11は、換言すると画像であり、ドット部110等の所定の形状により、画像を形成することができる。
Further, although the
<ドット部110の構成例>
図2は、本実施形態に係るドット部110の構成の一例を説明する図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のC-C矢視断面図である。図3は、本実施形態に係るドット部110の走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)写真であり、(a)は上面方向から視た斜視図、(b)は(a)のD-D矢視断面方向から視た斜視図である。図3は、パターン領域13内の一部を拡大観察したSEM写真である。図3(a)では、複数のドット部110のうちの2つの全体が観察され、またY軸正方向側に2つのドット部110の一部が僅かに観察され、Y軸負方向側に2つのドット部110の一部が僅かに観察されている。また、ドット幅は約100um程度で形成されている。
<Structure example of
2A and 2B are views for explaining an example of the configuration of the
図2及び図3に示すように、ドット部110は、凹部111と、凸部112とを含んで構成されている。凹部111は、第1の傾斜面1111(斜線ハッチング部分)と、底部1112(黒塗り潰し部分)とを含み、椀状の形状に形成されている。凹部幅Dcは凹部111の幅を表し、深さdpは、非パターン領域12の表面に対する底部1112の高さ(Z軸方向の長さ)を表している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、凸部112は、頂部1121(縦線ハッチング部分)と、第2の傾斜面1122(梨地ハッチング部分)とを含み、円環面状に形成されている。なお、円環面とは円周を回転して得られる回転面をいう。円環幅Drは、凸部112の円環面部分の半径方向の幅を表し、高さhは、非パターン領域12の表面に対する頂部1121の高さ(Z軸方向の長さ)を表している。
Further, the
ドット幅Wは、ドット部110全体の幅を表している。第1の傾斜面1111と第2の傾斜面1122は連続した面である。連続した面は、同じ材質で段差がなく繋がった面を意味する。
The dot width W represents the width of the
また、図3に示すように、凹部111及び凸部112のそれぞれを構成する面には、微小な凹凸部113が形成され、表面が荒れている。この凹凸部113は、所定の形状より小さい凹部及び凸部からなる凹凸部の一例である。凹凸部113はドット部110のドット幅Wより小さい幅の凹部と凸部からなり、典型的には1μm乃至10μm程度の幅の凹部と凸部からなる。
Further, as shown in FIG. 3, minute
また図3(a)に示すように、各ドット部110間の領域にも、ドット部110を加工した際の加工片が飛散しており、これらによっても面が荒れている。パターン領域13では、凹凸部113や加工片による表面の荒れにより、非パターン領域と比較して表面粗さが大きくなる。
Further, as shown in FIG. 3A, the processed pieces obtained by processing the
ドット部110は、例えば、基材1aに対してレーザ光を照射し、基材1aの表面を変性させることで形成できる。1つのドット部110は、レーザ光を基材1a上の1点に集光させることで形成される。また、このレーザ光を2次元走査することで、複数のドット部110が形成される。或いは、アレイ化した複数のレーザ光源のそれぞれから射出された複数のレーザ光によっても形成できる。さらに各ドット部110の位置に対応した複数の光透過開口を有するマスク部材に、拡大したレーザ光を照射し、マスク部材の各光透過開口を透過した複数の透過レーザ光群のそれぞれにより、複数のドット部110を1回の露光で並行して形成することもできる。
The
レーザ光を照射するレーザ光源としては、各種のレーザ光源を使用可能である。フェムト秒、ピコ秒からナノ秒等のパルス発振可能なものが好ましい。固体レーザとしては、YAGレーザ、チタンサファイアレーザ等がある。気体レーザとしては、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、炭酸ガスレーザ等がある。半導体レーザも小型で好ましい。また、増幅媒質に光ファイバーを使った固体レーザの一種であるファイバーレーザは、そのピークエネルギーの高さと小型化可能な面で適した光源の一例である。 As the laser light source for irradiating the laser light, various laser light sources can be used. Those capable of pulse oscillation such as femtoseconds and picoseconds to nanoseconds are preferable. Examples of the solid-state laser include a YAG laser and a titanium sapphire laser. Examples of the gas laser include an argon laser, a helium neon laser, and a carbon dioxide gas laser. Semiconductor lasers are also preferable because they are small in size. A fiber laser, which is a kind of solid-state laser using an optical fiber as an amplification medium, is an example of a light source suitable for its high peak energy and miniaturization.
図4は、本実施形態に係る製造装置を示す図である。図4に示す製造装置は、円筒形状の収容器1を搬送する搬送部の一例である製造ライン200と、回転ローラ250と、収容器1を密閉するキャップ(口部)160を保持する固定板220と、製造ライン200により搬送される収容器1に対してレーザを照射し、収容器1の基材1aにパターン11を形成する照射部300と、を備える。製造装置は、パターン形成装置の一例である。図4に示す製造装置は、工場内において収容器1または収容体の製造装置の中に組み込まれており、収容器1または収容体の製造ラインの流れ順に取り決められた一工程に含まれる。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing apparatus according to the present embodiment. The manufacturing apparatus shown in FIG. 4 is a fixing plate that holds a
回転ローラ250は、製造ライン200に対して位置決めされた軸を中心に所定の速度で回転駆動される。
The
固定板220は、製造ライン200に対して位置決めされており、回転ローラ250とともにキャップ160を挟み込み、回転ローラ250と連動して製造ライン200上で収容器1を回転させる。固定板220は、収容器1が上に飛び出すことを防止する構成を備えていてもよい
The fixing
製造ライン200は、収容器1の底面のくぼみ150を保持する回転板210を備える。回転板210は、収容器1の底面のくぼみ150に合わせた円錐形状で形成され、移動する製造ライン200上に固定された中心軸を中心に回転可能である。
The
照射部300は、追尾水平偏向装置310と、垂直偏向照射装置320を備える。垂直偏向照射装置320は、光路の上流側から、レーザ321、レンズ322、ミラー323、ミラー324、PTZアクチュエータ325、広角化レンズ326を備える。
The
制御装置400は、製造ライン200を制御して収容器1を搬送するとともに、製造ライン200による収容器1の搬送速度に同期して、回転ローラ250を回転させる。これにより、収容器1は、回転ローラ250の回転に連動して、製造ライン200による収容器1の搬送速度に同期した回転速度で、垂直方向の中心軸を中心に回転する。
The
制御装置400は、照射部300の垂直偏向照射装置320および追尾水平偏向装置310を制御して、収容器1にレーザ照射する。
The
垂直偏向照射装置320は、製造ライン200に対して位置決めされており、描画制御装置から送られたラベル画像データに応じて変調されたレーザー光を垂直に繰り返し走査し、追尾水平偏向装置310にレーザー光線を入射する。
The vertical
追尾水平偏向装置310は、製造ライン200に対して位置決めされて固定された軸を中心に所定の速度で回転可能であり、垂直偏向照射装置320から入射されたレーザー光線を反射し、収容器1を垂直方向に走査し、水平に旋回しながら追尾する。
The tracking
これにより、追尾水平偏向装置310は、回転しながら移動する収容器1を追尾して走査することができる。
As a result, the tracking
基材1aがポリエチレンテレフタレートの場合、紫外領域および赤外領域の光吸収帯のピーク波長が存在することが測定により確かめられた。レーザ321の光源として光吸収ピーク波長のプラスマイナス50nmの範囲に適合するレーザー光源を使用する。適合する範囲は吸収帯の半値幅であってもよい。2020年現在では例えば光吸収ピーク波長1660nmに適合するレーザーとしてAkelaLaser社のALC-1680-14000-FM400.22-Doppiaが該当する。
When the
図5は、本実施形態に係るレーザ照射を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating laser irradiation according to the present embodiment.
r:キャップ半径、R1:回転ローラー半径、R2:固定板半径=R1+r、R3:製造ラインの中心部半径=(R1+R2)÷2、θ1:キャップ1周時の回転ローラ角度、θ2:キャップ回転終了時角度、θ3:製造ラインの終了回転角度、θ:ポリゴンミラーの回転角度、Ω1:回転ローラ角速度、Ω2:固定板-キャップ接点角速度(ラインの角速度)、L:円錐回転軸間の距離≧2×π×r、とする。 r: Cap radius, R1: Rotating roller radius, R2: Fixed plate radius = R1 + r, R3: Production line center radius = (R1 + R2) ÷ 2, θ1: Rotating roller angle at one round of cap, θ2: Cap rotation end Time angle, θ3: End rotation angle of production line, θ: Rotation angle of polygon mirror, Ω1: Rotation roller angular velocity, Ω2: Fixed plate-cap contact angular velocity (angle angular velocity of line), L: Distance between conical rotation axes ≧ 2 Let it be × π × r.
転がり軌道の各接点線の相対的関係から、R1×θ1=r×2π×2、R2×θ2=r×2πとなり、よって回転ローラーの回転角は以下の計算式で回転させる。 From the relative relationship of each contact line of the rolling track, R1 × θ1 = r × 2π × 2, R2 × θ2 = r × 2π, and therefore the rotation angle of the rotating roller is rotated by the following formula.
θ1=2×θ2×R2÷R1
従って回転ローラの角速度Ω1は、Ω1=2×Ω2×R2÷R1
n角形ポリゴンミラーの形成条件は下式を満たすこととなる。
θ1 = 2 × θ2 × R2 ÷ R1
Therefore, the angular velocity Ω1 of the rotating roller is Ω1 = 2 × Ω2 × R2 ÷ R1.
The conditions for forming the n-sided polygon mirror satisfy the following equation.
θ3=L÷((R1+R2)÷2)
θ=θ3÷2
n=2π÷θ・・・整数値
よって、
n=2π×(2×R1+r)÷L・・・整数値
とならなければならない角速度はΩ2÷2となる。
θ3 = L ÷ ((R1 + R2) ÷ 2)
θ = θ3 / 2
n = 2π ÷ θ ・ ・ ・ Integer value Therefore
n = 2π × (2 × R1 + r) ÷ L ... The angular velocity that must be an integer value is Ω2 ÷ 2.
図6は、本実施形態に係るレーザ照射を時系列で説明する図である。本実施形態に係る製造装置は、図6(a)~(d)の過程を繰り返すことで高速に収容器1に直接パターン11を形成することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating laser irradiation according to the present embodiment in chronological order. The manufacturing apparatus according to the present embodiment can form the
図6(a)では、収容体1のキャップ160が、固定板220と回転ローラ250の間隙に侵入し、固定板220と回転ローラ250との協働で挟まれて回転板210の軸上で回転を開始する。垂直偏向照射装置320は、画像データに応じて変調されたレーザ光を垂直方向に走査する。追尾水平偏向装置310は、垂直偏向照射装置320から入射するレーザ光を反射して、収容体1を垂直方向に走査する。
In FIG. 6A, the
図6(b)では、製造ライン200により搬送されながら、収容体1のキャップ160が、固定板220と回転ローラ250との協働で挟まれて回転板210の軸上で回転を継続する。垂直偏向照射装置320は、画像データに応じて変調されたレーザ光を垂直方向に走査を継続する。追尾水平偏向装置310は、回転しながら、垂直偏向照射装置320から入射するレーザ光を反射することにより、レーザの光路Lの方向を変更して、収容体1を追尾しながら垂直方向に走査する。この状態では、収容体1の全周面の3分の1ほどが、レーザ照射により描画されている。
In FIG. 6B, the
図6(c)では、製造ライン200によりさらに搬送されながら、収容体1のキャップ160が、固定板220と回転ローラ250との協働で挟まれて回転板210の軸上で回転を継続する。垂直偏向照射装置320は、画像データに応じて変調されたレーザ光を垂直方向に走査を継続する。追尾水平偏向装置310は、回転しながら、垂直偏向照射装置320から入射するレーザ光を反射することにより、レーザの光路Lの方向をさらに変更して、収容体1を追尾しながら垂直方向に走査する。この状態では、収容体1の全周面の3分の2ほどが、レーザ照射により描画されている。
In FIG. 6C, the
図6(e)では、収容体1のキャップ160が、固定板220の端部に達して、固定板220と回転ローラ250との協働で挟まれて回転板210の軸上で回転するのを終了する。垂直偏向照射装置320は、収容体1が回転を終了するのと同期して、画像データに応じて変調されたレーザ光を垂直方向に走査することを終了する。追尾水平偏向装置310は、回転しながら、垂直偏向照射装置320から入射するレーザ光を反射することにより、レーザの光路Lの方向をさらに変更して、収容体1を追尾しながら垂直方向に走査する。この状態では、収容体1の全周面が、レーザ照射により描画されている。
In FIG. 6E, the
図6(f)では、次に搬送される収容体1のキャップ160が、固定板220と回転ローラ250の間隙に侵入しようとしている。この後、上記した図6(a)~(f)を繰り返す。
In FIG. 6 (f), the
図4~図6に示したように、本実施形態に係る製造装置は、製造ライン200により搬送される複数の収容器1のそれぞれに対してレーザを照射する照射部300を備え、複数の収容器1のそれぞれの表面にパターンを形成するとともに、製造ライン200は、収容器1を回転させる回転板210を移動可能に備えており、収容器1を回転させながら搬送する。
As shown in FIGS. 4 to 6, the manufacturing apparatus according to the present embodiment includes an
これにより、レーザの照射方向に対する収容器1の照射位置の向きを変更できるため、レーザの照射方向に対する収容器1の照射位置の向きに起因するパターンのゆがみを低減することができる。
As a result, the orientation of the irradiation position of the
追尾水平偏向装置310が回転しながらレーザ光を反射することにより、照射部300は、収容器1が搬送される方向に沿って、レーザが照射される方向を変更可能である。
By reflecting the laser beam while the tracking
これにより、搬送される収容器1をレーザで追尾することが可能になるため、収容器1の照射位置に対するレーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきを低減でき、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを低減することができる。
As a result, it becomes possible to track the transported
製造ライン200は、レーザを照射する照射部30における追尾水平偏向装置310が内側に位置する経路、好ましくは追尾水平偏向装置310の回転中心に対して同心円状の経路で、収容器1を搬送する。ここで、同心円状とは厳密に同心円でなくとも、照射部300における追尾水平偏向装置310への経路の延長上ですべての線が交わる状態を言う。
The
これにより、搬送される収容器1に同期して追尾水平偏向装置310を回転させながら、追尾水平偏向装置310の反射面と搬送される収容器1の間のレーザの光路長または収容器1の位置でのビームサイズを略一定にすることができ、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを確実に低減することができる。ここで略一定とは、収容器1に対する加工精度の許容範囲内で、実質的に変動がないことを意味し、加工精度によっては数%程度の許容範囲内で変動するものも含む。あるいは、略一定とは、複数の収容器1に形成されるパターンが目視で差が出ない許容範囲であって、一例として±10%の程度の許容範囲内で変動するものも含む。
As a result, the optical path length of the laser between the reflecting surface of the tracking
製造ライン200上の複数の収容器1が配置される間隔は、収容器1が1周するのに必要な距離と収容器1の直径のどちらか長い方に設定される。これにより1つの収容器1が一周してレーザ照射により描画を終了するとともに、次の収容器1にレーザ照射により描画を開始できるため、複数の収容器1に間断なくレーザ照射により描画を行なうことができて、生産性が向上する。
The interval at which the plurality of
図7は、図4に示した製造装置の変形例を示す図である。図7に示す製造装置は、図4に示した製造装置と同様に、収容器1の底部140を支持する製造ライン200と、制御装置400を備えるとともに、製造ライン200の搬送方向に向かって左側に配置された照射部300Lと、収容器1の肩部120と胴部130の境界に接触する回転部230L、230Rと、複数の収容器1の間隔を固定する間隔固定部240を備える。
FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the manufacturing apparatus shown in FIG. Similar to the manufacturing apparatus shown in FIG. 4, the manufacturing apparatus shown in FIG. 7 includes a
照射部300Lは、レーザを出射するレーザアレイ部301と、レーザアレイ部301の角度を変更する角度変更部302と、を備え、収容器1の胴部130にレーザ照射する。
The
制御装置400は、製造ライン200を制御して収容器1を搬送するとともに、回転部230L、230Rを制御して収容器1を回転させる。
The
制御装置400は、照射部300Lのレーザアレイ部301および角度変更部302を制御して、収容器1にレーザ照射する。
The
図8は、図7に示した変形例の上面図である。回転部230L、230Rは、収容器1を回転させることにより、複数の収容器1の向きをそろえて、先行する収容器1に対して間隔固定部240を介して後続の収容器1を押し当てる。特に収容器1が四角い形の場合、回転部230L、230Rは、隣接する収容器1が密着しやすい方向にそろえる。
FIG. 8 is a top view of the modified example shown in FIG. 7. By rotating the
本変形例に係る製造装置は、製造ライン200により搬送される複数の収容器1のそれぞれに対してレーザを照射する照射部300を備え、複数の収容器1のそれぞれの表面にパターンを形成するとともに、回転部230L、230Rは、収容器1を回転させることにより、複数の収容器1の向きをそろえる。
The manufacturing apparatus according to this modification includes an
これにより、断面が円筒形状以外の収容器1であっても、搬送される収容器1に対するレーザの光路長または収容器1の位置でのビームサイズを略一定にすることができ、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを確実に低減することができる。ここで略一定とは、収容器1に対する加工精度の許容範囲内で、実質的に変動がないことを意味し、加工精度によっては数%程度の許容範囲内で変動するものも含む。あるいは、略一定とは、複数の収容器1に形成されるパターンが目視で差が出ない許容範囲であって、一例として±10%の程度の許容範囲内で変動するものも含む。
As a result, even if the
図9は、図7に示した変形例の側面図である。製造ライン200は、レーザが照射される収容器1を搬送する製造ライン200Bと、製造ライン200Bよりも上流側でレーザが照射されない収容器1を搬送する製造ライン200Aと、製造ライン200Bよりも下流側でレーザが照射されない収容器1を搬送する製造ライン200Cと、を備える。
FIG. 9 is a side view of the modified example shown in FIG. 7. The
製造ライン200A~200Cは、それぞれ搬送ベルトにより構成される。製造ライン200Bは、複数の間隔固定部240を等間隔で備えている。
Each of the
図7に示した制御装置400は、製造ライン200Bにより収容器1を搬送する速度が、製造ライン200Aおよび製造ライン200Cにより収容器1を搬送する速度よりも遅くなるように制御する。
The
これにより、製造ライン200Aにより高速で搬送される収容器1は、回転部230L、230Rにより、製造ライン200Bにより低速で搬送される収容器1に対して間隔固定部240を介して、押し当てられて密着する。
As a result, the
また、製造ライン200Bにより低速で搬送される収容器1は、製造ライン200Bの
Further, the
終点において、間隔固定部240により、高速で搬送する製造ライン200Cに押し出される。
At the end point, it is pushed out to the
照射部300は、間隔固定部240を介して密着して搬送される複数の収容器1に対してレーザ照射する。
The
以上の構成により、低速の製造ライン200Bで収容器1を搬送することにより、収容器1に対するレーザ照射時間を長くして、収容器1にパターンを確実に形成できるとともに、高速の製造ライン200A、200Cで収容器1を搬送することにより、レーザが照射されない収容器1を搬送する速度を速くして、生産性を向上することができる。
With the above configuration, by transporting the
さらに、照射部300は、収容器1の進行方向に一定の角度αをなした直線上に、レーザアレイ部301を配置することで、複数のレーザ光を同時に照射して生産性を向上することができる。制御装置400は、30度から150度の範囲で、角度αを変更可能である。
Further, the
図10は、図7に示した変形例のレーザ照射を説明する図である。制御装置400は、レーザアレイ部301が傾斜する角度αに対応して傾斜するスライスラインSLに沿って、画像Pにおけるスライス画像情報を有しており、当該スライス画像情報に応じてレーザアレイ部301から複数のレーザ光を同時に照射する。
FIG. 10 is a diagram illustrating laser irradiation of the modified example shown in FIG. 7. The
制御装置400は、製造ライン200Bによる収容器1の搬送と同期して、スライスラインSLを移動させ、スライス画像情報を変化させる。制御装置400は、各スライス画像情報をレーザアレイ部301のレーザー光の数に応じて分割して、各レーザー光の位置に対応した照射指令に変換し、照射部300に該指令を伝達する。縦方向の精細度は、下式に従って角度αに応じて変化する。
The
精細さ(αが90度の場合に対する倍率)=1÷SIN(α)倍 Fineness (magnification when α is 90 degrees) = 1 ÷ SIN (α) times
αが30度から150度の範囲では精細さは1から2倍の範囲となる。これに伴いスライス可能な縦4方向の画像の範囲は1から2分の1倍となる。 When α is in the range of 30 to 150 degrees, the fineness is in the range of 1 to 2 times. Along with this, the range of images in four vertical directions that can be sliced becomes one to one-half times.
以上のように、レーザアレイ部301およびスライスラインSLに一定の角度αを設けることで、レーザー光の縦方向の間隔を密にして、必要とされる精細さで収容器1の基材1aに豊富な情報を高速に記載することができる。
As described above, by providing the laser array portion 301 and the slice line SL with a constant angle α, the vertical spacing of the laser light is made close, and the
なお、同時に基材1aへの記録する縦方向の範囲が狭まるというデメリットを生じるため、広い領域を比較的必要とせず精細さが必要な情報記載、例えば小さな文字フォントによる文字列情報を含む豊富な情報の場合は、一定の角度αに設定することが好ましい。
At the same time, there is a demerit that the range in the vertical direction to be recorded on the
他方、比較的広い範囲を必要とし比較的精細さを要求されない豊富な情報、例えば図柄の場合は、直角に近い角度αに設定することが好ましい。 On the other hand, in the case of abundant information that requires a relatively wide range and does not require relatively fineness, for example, a design, it is preferable to set the angle α close to a right angle.
図11は、図4に示した製造装置の第2の変形例を示す図である。図12は、図11に示した第2の変形例の上面図である。図13は、図11に示した第2の変形例のレーザ照射を説明する図である。 FIG. 11 is a diagram showing a second modification of the manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 12 is a top view of the second modification shown in FIG. FIG. 13 is a diagram illustrating laser irradiation of the second modification shown in FIG.
図11~図13に示す第2の変形例は、図8~図10に示した変形例における照射部300Lに代えて、製造ライン200の搬送方向に向かって右側に配置された照射部300Rを備える。その他は、図8~図10に示した変形例と同様である。
In the second modification shown in FIGS. 11 to 13, instead of the
図14は、図4に示した製造装置の第3の変形例を示す図である。図15は、図14に示した第3の変形例の上面図である。 FIG. 14 is a diagram showing a third modification of the manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 15 is a top view of the third modification shown in FIG.
図14および図15に示す第3の変形例は、図8~図10に示した変形例における照射部300Lと、図11~図13に示した第2の変形例における照射部300Rをともに備える。その他は、図8~図10に示した変形例と同様である。
The third modification shown in FIGS. 14 and 15 includes both the
●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係るパターン形成装置の一例である製造装置は、搬送部の一例である製造ライン200により搬送される複数の収容器1のそれぞれに対して、光路長または収容器1の位置でのビームサイズが略一定になるようにレーザを照射する照射部300を備え、複数の収容器1のそれぞれの表面にパターンを形成する。収容器1は、基材1aを含む。製造装置は、複数の収容器1にそれぞれ被収容物が収容された複数の収容体に対して、光路長または収容体の位置でのビームサイズが略一定になるようにレーザを照射する照射部300を備え、複数の収容体のそれぞれの表面にパターンを形成してもよい。
● Summary ●
As described above, the manufacturing apparatus, which is an example of the pattern forming apparatus according to the embodiment of the present invention, has an optical path for each of the plurality of
これにより、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを低減することができる。
Thereby, it is possible to reduce the variation in the pattern due to the variation in the beam size at the laser optical path length or the position of the
本発明の一実施形態に係るパターン形成装置の一例である製造装置は、製造ライン200により搬送される複数の収容器1のそれぞれに対してレーザを照射する照射部300を備え、複数の収容器1のそれぞれの表面にパターンを形成するとともに、製造ライン200は、収容器1を回転させる回転板210を移動可能に備えており、収容器1を回転させながら搬送する。
The manufacturing apparatus, which is an example of the pattern forming apparatus according to the embodiment of the present invention, includes an
これにより、レーザの照射方向に対する収容器1の照射位置の向きを変更できるため、レーザの照射方向に対する収容器1の照射位置の向きに起因するパターンのゆがみを低減することができる。
As a result, the orientation of the irradiation position of the
照射部300は、収容器1が搬送される方向に沿って、レーザが照射される方向を変更可能である。
The
これにより、搬送される収容器1をレーザで追尾することが可能になるため、収容器1の照射位置に対するレーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきを低減でき、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを低減することができる。
As a result, it becomes possible to track the transported
製造ライン200は、搬送される収容器1に対するレーザの光路長または収容器1の位置でのビームサイズが略一定になるような経路で、収容器1を搬送する。
The
これにより、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを確実に低減することができる。なお、照射部300側により、搬送される収容器1に対するレーザの光路長または収容器1の位置でのビームサイズが略一定になるように対応しても良い。
As a result, it is possible to reliably reduce the variation in the pattern due to the variation in the beam size at the laser optical path length or the position of the
本発明の一実施形態に係るパターン形成装置の一例である製造装置は、製造ライン200により搬送される複数の収容器1のそれぞれに対してレーザを照射する照射部300を備え、複数の収容器1のそれぞれの表面にパターンを形成するとともに、製造ライン200は、レーザを照射する照射部30における追尾水平偏向装置310が内側に位置する経路、好ましくは追尾水平偏向装置310の回転中心に対して同心円状の経路で、収容器1を搬送する。
The manufacturing apparatus, which is an example of the pattern forming apparatus according to the embodiment of the present invention, includes an
これにより、搬送される収容器1に対するレーザの光路長または収容器1の位置でのビームサイズを略一定にすることができ、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを確実に低減することができる。
As a result, the optical path length of the laser or the beam size at the position of the
製造ライン200は、レーザが照射される収容器1を搬送する製造ライン200Bと、製造ライン200Bよりも上流側でレーザが照射されない収容器1を搬送する製造ライン200Aと、製造ライン200Bよりも上流側でレーザが照射されない収容器1を搬送する製造ライン200Cと、を備え、製造ライン200Bにより収容器1を搬送する速度を、製造ライン200Aおよび製造ライン200Cにより収容器1を搬送する速度よりも遅くする。製造ライン200Bは第1の搬送部の一例であり、製造ライン200Aおよび200Cは第2の搬送部の一例である。
The
これにより、収容器1に対するレーザ照射時間を長くして、収容器1にパターンを確実に形成できるとともに、レーザが照射されない収容器1を搬送する速度を速くすることにより、生産性を向上することができる。
As a result, the laser irradiation time for the
本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の一例である製造方法は、複数の収容器1を搬送するステップと、搬送される複数の収容器1のそれぞれに対して光路長または収容器1の位置でのビームサイズが略一定になるようにレーザを照射し、複数の収容器1のそれぞれの表面にパターンを形成するステップと、を備える。
The manufacturing method, which is an example of the pattern forming method according to the embodiment of the present invention, is a step of transporting a plurality of
これにより、レーザ光路長または収容器1の位置でのビームサイズのばらつきに起因するパターンのばらつきを低減することができる。
Thereby, it is possible to reduce the variation in the pattern due to the variation in the beam size at the laser optical path length or the position of the
1 収容器
1a 基材
11 パターン
110 ドット部(所定の形状、ドットの一例)
111 凹部(所定の凹部の一例)
1111 第1の傾斜面
1112 底部
112 凸部(所定の凸部の一例)
1121 頂部
1122 第2の傾斜面
113 凹凸部
12 非パターン領域(第2の領域の一例)
13 パターン領域(第1の領域の一例)
120 肩部
130 胴部
140 底部
150 底面のくぼみ
160 キャップ(口部の一例)
200 製造ライン(搬送部の一例)
200A 製造ライン(第2の搬送部の一例)
200B 製造ライン(第1の搬送部の一例)
200C 製造ライン(第2の搬送部の一例)
210 回転板
220 固定板
230 回転部
240 間隔固定部
250 回転ローラ
300 照射部
301 レーザアレイ部
302 角度変更部
310 追尾水平偏向装置
320 垂直偏向照射装置
321 レーザ
322 レンズ
323 ミラー
324 ミラー
325 PTZアクチュエータ
326 広角化レンズ
400 制御装置
L 光路
A 領域
B 斜視図
dp 深さ
Dc 凹部幅
Dr 円環幅
h 高さ
W ドット幅
400制御部
1
111 Recess (an example of a predetermined recess)
1111 First inclined
1121
13 Pattern area (an example of the first area)
120
200 production line (example of transport unit)
200A production line (an example of the second transport unit)
200B production line (an example of the first transport unit)
200C production line (an example of the second transport unit)
210
400 control unit
Claims (8)
前記搬送される複数の基材のそれぞれに対して光路長または前記基材の位置でのビームサイズが略一定になるようにレーザを照射し、前記複数の基材のそれぞれの表面にパターンを形成するステップと、を備えたパターン形成方法。 Steps to transport multiple substrates and
A laser is applied to each of the plurality of conveyed substrates so that the optical path length or the beam size at the position of the substrate is substantially constant, and a pattern is formed on the surface of each of the plurality of substrates. A pattern forming method with steps to be performed.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
EP21202411.1A EP3995249B1 (en) | 2020-10-16 | 2021-10-13 | Pattern formation apparatus for base material and pattern formation method |
US17/500,968 US20220118553A1 (en) | 2020-10-16 | 2021-10-14 | Pattern formation apparatus for base material and pattern formation method |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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JP2020174705 | 2020-10-16 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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2021
- 2021-06-08 JP JP2021095700A patent/JP2022066134A/en active Pending
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