JP2007534529A - 薄膜上でのマーキング - Google Patents

Abstract

製品（キャンディバーまたはポテトチップス）を包装するための包装材料に対して保護層および吸収層を適用する技術。この保護層は、レーザーマーキングツールが膜に穴を開けるのを防ぐ。この吸収層は、このレーザーマーキングツールから放射エネルギーを吸収して、一連の記号および文字（例えば、日付、バーコード、イメージ、またはロゴ）を示す。薄膜上に符号をマーキングするための別の技術は、薄膜上にサーマルコーティングまたは感熱インクを適用する工程を包含し得る。リボンレス非接触式サーマルプリントヘッドを備えるデバイスが、このサーマルコーティングの特定部分に熱を適用して記号および文字をマーキングし得る。このサーマルコーティングの熱に対して暴露された部分は、色を変化させる。

Description

（関連出願の引用）
本願は、２００４年５月１１日に出願された米国仮出願第６０／５７０，３１５号の優先権の利益を主張する。

（背景）
現在の製造実務は、しばしば、商品および容器に識別符号をプリントすることを伴う。これらの符号は、商品（例えば、食品、ソーダの缶、化粧品、およびペットフードの容器）にて容易に観察される。政府の規制官庁（例えば、米国食品医薬品局）には、特定の製品がこのような符号を備えることを要求し得るものがある。

これらの符号は、しばしば、その製品が製造された時間および場所に特有の情報を含む。例えば、多くの符号は、製品に関連するロット番号を伝達する。多くの符号は、さらに進んで、実際の製造時刻および製造日を示す。ある符号は、独特の製造パラメーター（例えば、時間および日付）に関するので、あるコードは、製品のラベルに予めプリントできない。従って、符号は、しばしば、その製品が製造された後にそのラベルにプリントされる。現在の符号プリント技術は、インクジェット（これは、インクをラベル上にスプレーする）の使用を伴う。

（要旨）
レーザーシステムが、製品（ポテトチップス、キャンディーバー、および他の食品）を包装するための薄膜上に文字または記号をマーキングするために使用され得る。しかし、このレーザーシステムは、レーザーが強力すぎる場合、レーザーの滞留時間が長すぎる場合、または薄膜がレーザーマーキングに適していない場合には、その薄膜に穴を開け（ｐｕｎｃｔｕｒｅ）得る。

薄膜上に符号をマーキングするためのある技術は、その薄膜上に保護層および放射エネルギー（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）吸収層を形成する工程を包含する。その保護層は、レーザーマーキングツールがその膜に穴を開けるのを防ぐ。その放射エネルギー吸収層は、そのレーザーマーキングツールから放射エネルギー（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を吸収して、符号、または記号および文字の列（例えば、日付、場所、バーコード、グラフィックイメージ、またはロゴ）を形成する。

この技術の一局面は、包装材料を形成するための方法に関する。この方法は、第一層（ｉｎｉｔｉａｌ ｌａｙｅｒ）の上に保護層を形成する工程を包含する。この保護層は、マーキングレーザービームがその膜に穴を開けるのを実質的に防ぐ。この方法は、この保護層の上に、このマーキングレーザービームから放射エネルギーを吸収するための放射エネルギー吸収層を形成する工程をさらに包含する。

別の局面は、包装材料に関し、この包装材料は、第一層、保護層、および放射エネルギー吸収層を備える。この保護層は、この第一層の上に形成される。この保護層は、レーザービームがこの第一層に穴を開けることを適切にかまたは実質的に防ぐ特性を有する。この保護層は、放射エネルギー反射層であり得る。この放射エネルギー反射層は、この第一層から離れるようにレーザー光線を反射する。この放射エネルギー反射層は、銀材料またはアルミニウム材料を使用して作製された薄層であり得る。この放射エネルギー吸収層は、この保護層の上に形成される。この放射エネルギー吸収層は、レーザービームから放射エネルギーを吸収する特性を有する。この放射エネルギー吸収層は、炭素材料および／またはグラファイト材料を使用して作製された薄層であり得る。さらに、この放射エネルギー吸収層は、包装材料上に特定の位置においてレーザーエネルギーを熱へと変えるために使用され得、そしてこの熱は、その包装材料中のサーマルコーティングまたは感熱インクを活性化し得る。

別の局面は、製品を包装するために使用される材料を形成するためのシステムに関する。このシステムは、第一ユニットおよび第二ユニットを備える。この第一ユニットは、第一層の上に保護層を形成する。この保護層は、レーザービームがこの第一層に穴を開けるのを実質的に防ぐ特性を有する。この第二ユニットは、この保護層の上に放射エネルギー吸収層を形成する。この放射エネルギー吸収層は、レーザービームから放射エネルギーを吸収する特性を有する。

この多層膜は、この膜の内側に包装された製品を、外部空気および汚染物質に対する暴露から防ぐという利点を有する。

薄膜上に符号をマーキングするための別の技術は、薄膜上にサーマルコーティングまたは感熱インクを適用する工程を包含し得る。リボンレス（ｒｉｂｂｏｎｌｅｓｓ）非接触式（ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ）サーマルプリントヘッドを備えるデバイスは、そのサーマルコーティングの特定部分に対して熱を適用して記号および文字をマーキングし得る。熱に対して暴露されたこのサーマルコーティングの部分は、色を変化させる。この技術は、比較的安価なプリンターを使用し得、薄膜包装紙を作製するコストを低減し得る。この技術は、高価でありかつ扱いづらい接触式熱転写デバイスおよび高価なサーマルプリントリボンを回避し得る。リボン前進機構および接触圧は、失敗、膜の破損、および製造休止時間を引き起こすことが公知である。従って、リボンレス非接触式サーマルプリンティングは、これらの問題を回避または低減し得る。

上記の第二の技術の一局面は、包装材料を形成するための方法に関する。この方法は、一枚の膜を形成する工程；およびその膜上にサーマルコーティングを適用する工程；を包含する。このコーティングは、温度上昇に応答して光学的特徴を変化させる。

上記の第二の技術の別の局面は、包装材料を形成するためのシステムに関する。このシステムは、複数の材料層から膜を作製するためのデバイスを備える。この膜は、製品を包装するために適している。このシステムは、このフィルム上にサーマルコーティングを適用するためのアプリケーターをさらに備える。このサーマルコーティングは、温度上昇に応答して外観を変化させる。

１つ以上の実施に関する詳細が、添付の図面および下記の説明において示される。他の特徴および利点は、この説明、図面、および／または特許請求の範囲から明らかであり得る。

（詳細な説明）
本開示は、製品（例えば、キャンディバーまたはポテトチップス）を包装するために使用される包装紙に保護層および放射エネルギー吸収層を適用するための方法に関する。この保護層は、レーザーマーキングツールがこの包装紙に穴を開けるのを防ぐ。この放射エネルギー吸収層は、このレーザーマーキングツールから放射エネルギーを吸収して、記号および文字の列もしくは符号（例えば、日付、バーコード、イメージ、またはロゴ）をマーキングする。さらなる保護層が、この吸収層の上部に付加され得る。

図１は、レーザーマーキングシステム１０に近接して配置された製品２２にマーキングするためのレーザーマーキングシステム１０を示す。例えば、このレーザーマーキングシステム１０は、Ｍａｒｋｅｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｋｅｅｎｅ，ＮＨ）によって製造されるＳｍａｒｔＬａｓｅ^ＴＭレーザーマーキングシステムであり得る。このレーザーマーキングシステム１０は、マーキングビーム１４を生成するためのレーザー１６を備える。任意のレーザー１６が、このレーザーマーキングシステム１０において使用され得る。このレーザー１６は、比較的低出力のレーザーであり得る。例えば、このレーザー１６は、１０Ｗ（ワット）のレーザー、１５Ｗ（ワット）のレーザー、２０Ｗ（ワット）のレーザー、または３０Ｗ（ワット）のレーザーであり得る。

このレーザーマーキングシステム１０は、言語処理プログラムに由来する記号（例えば、英数記号、および製品ロット、日付などを識別するために使用される他の任意の記号）をマーキングし得る。その符号は、読むことができる文字（製品名または識別子）であり得る。その符号は、英数字である必要はなく、代表的な言語処理プログラムにより作製されない記号を含み得る。例えば、その符号は、バーコードであり得る。

このレーザーマーキングシステム１０とともに使用するための製品は、小売される製品または小売製品のパッケージであり得る。さらに、その製品は、他の会社に販売される製品であり得る。製品の例としては、薬剤、薬剤包装材、食品包装材、化粧品、食品（例えば、卵、乳製品、アイスクリーム）、コンピューター部品、自動車部品、医療デバイス、洗剤、および飲料（例えば、ソフトドリンクおよびワイヤ）が挙げられる。

その符号は、製品上の複数の位置において形成され得る。例えば、プラスチック製薬ボトルは、そのプラスチックボトル上に直接マーキングされた１つの符号と、そのプラスチックボトルに添付されたラベル上に形成された別の符号とを有し得る。

その符号は、レーザーによりマーキングされた複数のスポットから形成され得る。スポットは、マーキングビームが製品上に入射された位置においてその材料の光学的特徴を変化させることによって、その製品上に形成される。そのマーキングビームは、製品の種々の光学的特徴を変化させ得る。例えば、そのマーキングビームは、１つ以上の材料層を除去させ得、その結果、下にある層が目に見えるようになる。材料の上層部は、しばしば、紙の上にインク層を有するので、そのインク層を除去すると、周囲のインク層に対してその紙が見えているスポットが残る。材料の屈折特徴もまた、変化され得る。例えば、マーキングビームは、プラスチック（例えば、ソフトドリンクのボトル）上に符号をマーキングするために使用され得る。そのマーキングビームは、そのプラスチックの屈折特徴を変化させる。その符号は、容易に目に見える。なぜなら、眼は、対照的な屈折特徴を有する部分に気付き得るからである。さらに、そのマーキングビームは、特定の材料をエッチングし得る。

図２は、製品２２上の望ましい領域３４においてマーキングするレーザーマーキングシステム１０の例を示す。このレーザーマーキングシステム１０は、この望ましい領域３４中に記号または符号を形成する。そのレーザービーム１４は、製品２２上の種々の位置において、その位置の光学的特徴が変化するまでその位置を残すことによって、複数のスポットを形成する。

図３Ａ〜図３Ｄは、材料２０上にスポット８３を形成するレーザービーム１４を示す。このスポット形成は、その材料２０から放射エネルギー吸収層８６を除去することによるか、またはその放射エネルギー吸収層８６の光学的特徴を少なくとも変化させることによる。図３Ａおよび図３Ｂは、特定位置において材料２０上に入射するレーザービーム１４を示し、これは、その材料２０上にスポット８３（図３Ｃ）を形成する。その材料２０は、第一層または基材８２を備える。この第一層または基材は、プラスチック、金属、スズ箔、紙、ファイバーガラスなどから作製され得る。この基材８２は、巻かれているかまたはシートとして広げられている、薄膜であり得る。この薄膜は、後に、より小さな片になるように切断され得る。このより小さな片は、個々の製品（例えば、キャンディ、ポテトチップス、および他の食品）を包装するために使用され得る。

保護層８４が、この基材８２の上に形成される。この保護層８４は、薄膜であり得るか、または塗料、プラスチック、金属、紙などのコーティングであり得る。この保護層８４は、レーザービーム１４が基材８２に穴を開けるのを防ぐ、力学的特性または化学的特性を有し得る。この保護層８４は、このレーザービーム１４のうちのいくらかまたはすべてを反射し得る。この保護層８４は、特定波長を有するレーザーを反射するように選択または製造され得る。

放射エネルギー吸収層８６が、この保護層８４の上に形成される。この放射エネルギー吸収層８６は、入射レーザービーム１４から少なくともいくらかの放射エネルギーを吸収する力学的特性または化学的特性を有し得る。この放射エネルギー吸収層８６は、プラスチックの薄膜、金属の薄膜、接着剤の薄膜、塗料の薄膜、ワックスの薄膜などであり得る。この放射エネルギー吸収層８６は、パッケージを保護しかつそのパッケージに魅力的な外観を与える、ワックスの層であり得る。この放射エネルギー吸収層８６は、多くの市販製品のラベルにおいて使用されるいくつかの種々のインク型およびいくつかの種々の色を含み得る。

この基材８２は、組立ラインまたは製造ラインにおいて、層８４および層８６が形成されながら移動し得る。この層８４、８６は、レーザーマーキングユニット１０と同じ組立ラインにおいてか、または別個のプロセスもしくは別個の製造位置において、この基材８２上に形成され得る。

図３Ｃ〜図３Ｄは、材料２０上の特定の位置においてスポット８３が形成された後の材料２０を示す。プリントビーム１４がその特定の位置において滞留する時間は、そのプリントビーム１４が基材８２を焼くことなくその材料２０から放射エネルギー吸収層８６を除去するように、調節され得る。このレーザーマーキングの後に、保護層８４および／または基材８２が、その材料２０上の特定の位置において眼に見える。

図３Ｅは、基材８２、第一保護層８４、放射エネルギー吸収層８６、および第二保護層８８を示す。この第二保護層８８は、この放射エネルギー吸収層８６の擦過または腐食を防ぎ得る。この第二保護層８８は、レーザービーム１４から放射エネルギーを吸収し得るか、またはレーザービーム１４を透過してそのレーザービームがこの第二保護層８８を通って放射エネルギー吸収層８６に達するようなものであり得る。

図４は、上記の多層材料２０を形成するためのフローダイアグラムである。ブロック４００において、保護層が、基材の上に形成される。ブロック４０２において、放射エネルギー吸収層が、この保護層の上に形成される。ブロック４０４において、第二保護層が、この放射エネルギー吸収層の上に形成される。これらの層は、スプレー、コーティング、接着剤、または他の方法によって、互いの上に形成される。ブロック４０６において、レーザーマーキングシステム１０（図１）が、レーザービーム１４を生成し、多層材料上に方向付けかつ／または集束させて、この放射エネルギー吸収層の光学的特徴を変化させる。

（膜上でのリボンレス非接触式サーマルマーキング）
図５は、製品（例えば、食品（例えば、キャンディ、ポテトチップス、および他のスナック））を包装またはパッケージングするために使用される膜における、リボンレス非接触式サーマルマーキングの技術を示す。リボンレスサーマルプリンティングはまた、「ダイレクトサーマルプリンティング」とも呼ばれ、マーキングされるべき媒体上またはその媒体中に「インク」が形成される。図６は、図５の技術の構成部分を示す。図５のブロック５００において、サーマルコーティングまたは感熱インク６０２が、薄膜６００上に適用される。このサーマルコーティングまたは感熱インク６０２は、Ａｐｐｌｅｔｏｎ（Ａｐｐｌｅｔｏｎ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）から入手され得る。あるいは、閾値温度に対する暴露または温度上昇の際に色もしくは外観を変化させる他のコーティング、インク、および組成物が、使用され得る。

図６における変換マシーンまたは変換デバイス６０４が、いくつかの層からこの膜６００を作製する。この膜６００は、積層膜であり得る。この膜６００は、紙と比較して可塑性であり得かつ紙と比較して比較的非多孔性であり得る。この変換マシーン６０４は、アプリケーター６０６とともに作動し、このアプリケーターは、この変換マシーン６０４とは別個であっても一体的であってもよい。このアプリケーター６０６は、サーマルコーティングまたは感熱インク６０２を膜６００上に適用する。このサーマルコーティングまたは感熱インク６０２は、この膜６００にこのサーマルコーティングまたは感熱インクを結合させる化学的特性を有し得る。あるいは、このコーティングまたはインク６０２は、この膜６００に結合された中間層に結合され得る。

ブロック５０２において、リボンレス非接触式サーマルプリントヘッド６１２を備えたプリンター６１０が、サーマルコーティング６０２の特定部分に熱を適用して符号、記号、文字、イメージなどをマーキングし得る。このサーマルコーティング６０２の熱に対して暴露された部分は、色を変化させるか、または視覚的に目立つ何らかの光学的特徴を変化させる。このプリンター６１０およびサーマルプリントヘッド６１２は、Ａｐｐｌｅｔｏｎによって製造されるコーティング済み感熱紙（例えば、販売領収書および航空チケット）上に文字をプリントするために使用される標準的なプリンターおよびサーマルプリントヘッドと類似し得る。ある構成において、このプリンター６１０および変換マシーン６０４は、１つのシステム中に統合され得る。この非接触式サーマルプリンター６１０は、従来の接触式サーマルプリンターとは異なる。この従来の接触式サーマルプリンターは、インクをリボンから材料（例えば、膜）へと転写させるために圧力を適用する。

本技術およびデバイスは詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲によって記載される本願の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変化、組み合わせ、置換、および改変が本技術およびデバイスに対してなされ得ることが、理解されるべきである。

図１は、レーザーマーキングシステムの側面図である。 図２は、製品の望ましい領域においてマーキングする図１のレーザーマーキングシステムを示す。 図３Ａは、複数の層を備える材料の特定の位置に入射されるレーザーマーキングビームの側面図であり、この特定の位置において、この材料上にスポットが形成される。 図３Ｂは、図３Ａのレーザーマーキングビームの斜視図であり、このレーザーマーキングビームは、その材料上にスポットが形成される位置においてその材料に入射される。 図３Ｃは、そのレーザーマーキングビームが材料中にスポットを形成した後の、図３Ａの材料の側面図である。 図３Ｄは、そのレーザーマーキングビームが材料中にスポットを形成した後の、図３Ｃの材料の側面図である。 図３Ｅは、第一層、保護層、吸収層、および別の保護層を示す。 図４は、多層材料を形成するための方法のフローダイアグラムである。 図５は、製品を包装またはパッケージングするために使用される膜における、リボンレス非接触式サーマルマーキングの技術を示す。 図６は、図５における技術の構成要素を示す。

Claims (22)

1. 包装材料を形成するための方法であって、該方法は、
   第一層の上に保護層を形成する工程であって、該保護層は、マーキングレーザービームが該第一層に穴を開けることを実質的に防ぐ、工程；および
   該保護層の上に、該マーキングレーザービームから放射エネルギーを吸収するための放射エネルギー吸収層を形成する工程；
   を包含する、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記放射エネルギー吸収層に対してレーザービームを方向付けて、該放射エネルギー吸収層の光学的特徴を変化させかつ可視パターンを形成する工程；
   をさらに包含する、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記保護層は、前記レーザービームの少なくとも一部が該保護層によって反射されるように形成される、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記保護層は、特定波長を有するレーザーを反射するように作製される、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記材料で製品を包装する工程；
   をさらに包含する、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記放射エネルギー吸収層の上に、該放射エネルギー吸収層を保護するための第二保護層を形成する工程；
   をさらに包含する、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   サーマルコーティングを含むさらなる層を形成する工程であって、該サーマルコーティングは、前記レーザービームが前記放射エネルギー吸収層と相互作用する場合に生じる熱によって活性化される、工程；
   をさらに包含する、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記保護層および前記放射エネルギー吸収層を形成する工程は、材料をスプレーする工程；材料をコーティングする工程；および材料を接着剤により付着させる工程；のうちの少なくとも１つを含む、方法。
9. 包装材料であって、
   第一層；
   該第一層の上に形成された保護層であって、該保護層は、レーザービームが該第一層に穴を開けることを実質的に防ぐ特性を有する、保護層；および
   該保護層の上に形成された放射エネルギー吸収層であって、該放射エネルギー吸収層は、該レーザービームから放射エネルギーを吸収する特性を有する、放射エネルギー吸収層；
   を含む、包装材料。
10. 請求項９に記載の包装材料であって、前記保護層は、前記レーザービームの少なくとも一部が該保護層によって反射されるように形成されている、包装材料。
11. 請求項１０に記載の包装材料であって、前記保護層は、特定波長を有するレーザーを反射するように選択されている、包装材料。
12. 請求項９に記載の包装材料であって、前記放射エネルギー吸収層は、前記レーザービームに暴露されて可視パターンを形成するように適合されている、包装材料。
13. 請求項１２に記載の包装材料であって、前記放射エネルギー吸収層は、前記レーザービームが該放射エネルギー吸収層と相互作用した場合に生じる熱によってサーマルコーティングを活性化するように適合されている、包装材料。
14. 包装材料を形成するための方法であって、該方法は、
    一枚の膜を形成する工程；および
    該膜上にサーマルコーティングを適用する工程であって、該コーティングは、温度上昇に応答して光学的特徴を変化させる、工程；
    を包含する、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記膜を形成する工程は、複数の材料層から該膜を作製する工程を包含する、方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記サーマルコーティングの特定部分に対して熱を適用して該サーマルコーティング上にパターンをマーキングする工程；
    をさらに包含する、方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記サーマルコーティングの特定部分に対して熱を適用して該サーマルコーティング上にパターンをマーキングする工程は、リボンレス非接触式サーマルプリンティングデバイスを使用する、方法。
18. 請求項１４に記載の方法であって、前記光学的特徴は、色である、方法。
19. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記膜を切断して複数の片にする工程；および
    製品を、該膜の片のうちの１つで包装する工程；
    をさらに包含する、方法。
20. 包装材料を形成するためのシステムであって、該システムは、
    複数の材料層から膜を作製するためのデバイスであって、該膜は、製品を包装するために適している、デバイス；および
    該膜上にサーマルコーティングを適用するためのアプリケーターであって、該サーマルコーティングは、温度上昇に応答して外観を変化させる、アプリケーター；
    を備える、システム。
21. 請求項２０に記載のシステムであって、
    前記サーマルコーティング上にパターンをマーキングするためのリボンレス非接触式サーマルプリンティングデバイス；
    をさらに備える、システム。
22. 請求項２０に記載のシステムであって、前記外観は、色である、システム。

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