JP2013224021A

JP2013224021A - 包装フィルムへのレーザマーキング方法、及び包装フィルムへのレーザマーキング装置

Info

Publication number: JP2013224021A
Application number: JP2013057907A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takayama; 崇高山; Daisuke Moriya; 大介守矢; Kenichi Tago; 健一多胡
Original assignee: QP Corp
Current assignee: Kewpie Corp
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-10-31

Abstract

【課題】
本発明が解決しようとする課題は、包装袋に製造年月日、製造者記号等の印字が、製品の外表面は変化させずに、しかも特殊なインキを使用せずに包装フィルムにレーザマーキングにより日付、製造者記号などを印字する包装フィルムへのレーザマーキング方法と包装フィルムへのマーキング装置を提供する。
【解決手段】
少なくとも表面層及びシール層が積層してなる包装フィルムに、レーザマーキングする方法において、フィルムとフィルムでサンドイッチされた酸化チタンを着色剤に用いた白色インキ層にレーザ光を照射して白色インキ層を黒変させるにあたり、該包装フィルムの表面層またはシール層を冷却しながらマーキングを行なう。
【選択図】図３

Description

本発明は、食品等を包装する包装フィルムへのレーザマーキング方法、及び包装フィルムへのレーザマーキング装置に関するものである。更に詳しくは、レーザ光の照射により、印刷層を変色させるレーザマーキングの技術に関する。

一般に、食品等を包装する包装材料には、製造年月日、賞味期限、品質管理番号、ロット番号、有効期限等の管理情報が表示されているが、従来の表示は日付をはじめとする製造者記号など個々に印字する場合にはジェットプリンタで表面に印字されているものがある。これらの管理情報はその改ざんを防ぐために、特殊なインキを用いた記録部を包装材料の内部に設置し、レーザ光を包装材料の最外層側から照射して記録部に熱印加することによって包装材料の内部に管理情報を印字することが可能となっている。これらのレーザ光照射による印字方法及び印字装置が特許文献１で提案されている。

特開２０１１−２５９３１号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のレーザマーキングでは、ロイコ染料等を発色材とした特殊なインキを介在させて、レーザ光が当たった照射部分は特殊塗装が熱発色をさせている。表層の裏面印刷等にレーザ受光インキを用いた層にレーザマーキングを行なうと、インキが消失的に発泡、あるいはガス化するなどの問題があり、保護層の設置が好ましいとされている。そこで包装袋に特殊なインキを用いることなく、製造者記号、製造年月日等の情報印字が、外部摩擦によって消失することがなく、表示を実現するものである。
すなわち、製品の外表面は変化させずに、しかも従来の特殊なインキを介在させずに表示をおこない、包装のコストを極力低下させた包装フィルムへのレーザマーキング方法、及びレーザマーキングされた包装体を提供することである。

本発明の包装フィルムへのレーザマーキング方法は、
少なくとも表面層及びシール層が積層してなる包装フィルムに、レーザマーキングする方法において、前記表面層と前記シール層の間にある酸化チタンを顔料として用いた白色インキ層にレーザ光を照射して白色インキ層を黒変させるにあたり、前記包装フィルムの少なくとも前記表面層または前記シール層に冷却用のエアを吹付けて前記包装フィルムを冷却しながらマーキングを行なうことを特徴としている。

レーザマーキングは、レーザの照射によって照射部分を変質、溶融や蒸発させることで文字、記号等のしるしを直接被加工物に刻印する加工であり、樹脂を溶かす、焦がす、酸化などの化学変化、変色させるなどで刻印を行なうのであるが、加工物が開放の状態であると昇華などで蒸発してしまい、刻印ができない。また、ラミネートなどで封じ込めた状態で印字すると照射部分が発泡してしまい、ピンホールや印字の乱れが生じる原因となる。そこで、この方法は、酸化チタンが着色顔料として用いられているとレーザ照射による発熱により変色乃至黒変が起こることを見出した。この際、インキ層は表層と接着剤層で密封されていることが必要であり、発熱のエネルギーを変色乃至黒変にのみ利用して速やかに冷却することで安定的にマーキングを行なえるものである。

さらに、本発明の包装フィルムへのレーザマーキング装置は、酸化チタンを顔料として用いた白色インキを含む印刷層が、表面層をなす外層透明フィルムと、シール層をなす最内層ヒートシールフィルムとの間に積層された包装フィルムにレーザマーキングする装置であって、当接乃至微接触にてフィルムを支持する冷却部材と、前記包装フィルムを介して前記冷却部材と対向するように配置され、前記印刷層に向かってレーザ光を照射するレーザマーカーとを備えており、かつ冷却部材が前記包装フィルムの少なくとも前記外層透明フィルムまたは前記最内層ヒートシールフィルムにエアを吹付けて前記包装フィルムを冷却することを特徴としている。

また、冷却部材はエアを噴出するブロック型冷却部材であることを特徴としている。

さらに、冷却部材がエアを噴出するローラ型冷却部材であることを特徴としている。
これらエアを噴出する冷却部材を用いることにより、フィルムと冷却部材の間に加熱により発生する熱をスムーズに移動させることができるので良い。そしてこれらの包装フィルムへのレーザマーキング装置は、グラビア印刷で特殊なインキを用いることなく、製造者記号、製造年月日等の情報印字が、外部摩擦によって消失することがなく、表示を提供できるものである。

本発明による包装フィルムへのレーザマーキング方法、及び包装フィルムへのレーザマーキング装置によれば、レーザ光が表面の表層を透過して、特殊なインキを使用せずとも白色のインキ層の成分を変色乃至黒変させることで白地にマーキングが可能となり、表面の表層越しに、商品名、日付、製造者記号などのマーキングを判読ができる。

図１は、本発明に係る一実施例の包装フィルムの代表的な構成を示す説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る包装材料の印字装置の説明図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る包装材料の印字装置の機能を説明する模式図である。図４は、本発明の第２の実施形態に係る包装材料の印字装置の説明図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る包装材料の印字装置の機能を説明する模式図である。

本発明を以下、図面をもとに説明する。
図１に包装体に用いられる包装フィルムの代表的な構成を表した。すなわち、本発明に係る一実施例の包装フィルムは少なくとも表面層、印刷層、接着層、内面層のシーラント材から構成され、印刷層は表面層の内側に印刷されている包装フィルムであり、（ｂ）に例として示した中間層は表面層だけでは使用目的に対し、充分な物が得られない場合に、それを補う物性のものを合わせることをしめしている。本発明の説明は、主に（ａ）を用いて説明する。

表面層は、非晶質無延伸ＰＥＴ（ＡＰＥＴ）、延伸ＰＥＴ（ＯＰＥＴ）、結晶性ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）、延伸ＰＰ（ＯＰＰ）、無延伸ＰＰ（ＣＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、延伸Ｎｙ（ＯＮｙ）、無延伸Ｎｙ（ＣＮｙ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、延伸ＰＳ（ＯＰＳ）などが挙げられるものであれば特に限定されない。

また、内面層としては、ヒートシール性のある直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、あるいは無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）などが挙げられる。

接着剤層は、目的に応じた接着剤及び樹脂を使用すればよく、押出しラミネートの場合、接着促進剤としてアンカーコート（AC剤）使用することが望ましい。接着剤層は中間層、内面層がフィルム同士、又は中間層が押出し樹脂で内面層が違う材質時には必要になる。
接着剤層は、印刷層より内面層側に塗工されている層であり、積層体全体を接合一体化するための層である。接着剤層１２に使用される接着剤としては、通常の食品包装材料等に使用される積層フィルムの層間接着剤として使用されるものが使用可能である。例えば、ポリウレタン系、アクリル系、エポキシ系等が挙げられるが、本実施の形態における包装材料２においてはポリウレタン系が好ましい。接着剤層１０の塗工量は、積層体全体を接着一体化して、包装材料２としての使用時に相間剥離等が生起することがない接着力が得られる限り、特に制限はなく、通常、１．０ｇ／ｍ^２〜６．０ｇ／ｍ^２の範囲である。

そして、包装フィルムは、最外面層透明フィルムの内面に印刷層を印刷形成し、該印刷層を覆うように必要に応じて、全面を覆った印刷層１１を形成した後、最外面層内面側全面に接着剤を塗工（接着剤層）し、内面層シーラント材のフィルムを重ね合わせて押圧接着することによって製造することもできる。

印刷層は、例えば図１（ａ）の断面図に示すように、表面層の透明延伸ポリプロピレンフィルムの内面に、グラビア印刷などによる印刷層が形成されている。より詳しくは、透明な延伸ポリプロピレンなどのフィルムの内面に、グラビア印刷などによる絵柄、文字情報の印刷層が形成され、さらにその上に白インキによる白色インキ層が形成されて見栄えを良くすることもできる。この白色インキ層の一部に本発明のレーザマーキング方法による印字を行なうことができる。当然、レーザマーキング用に白色インキ層を設けることもできる。また、図１（ｂ）の断面図に示すように表面層だけでは使用目的に対し、充分なものが得られない場合に、それを補う物性のものを貼り合わせて使用目的にあわせることができる。

また、白色の印刷層としては、個別情報の印刷が読みやすくする為に設けるもので、酸化チタンを含有するグラビア用白インキあるいはフレキソ用白インキを主に用いるが、完全な白色でなくともよく、チタン白等白色顔料を含む淡色のインキでもよく、それぞれグラビア印刷法あるいはアニロックスロールを介してインキを転移するフレキソ印刷法で部分印刷される。

また、絵柄、文字印刷層としては、グラビア用あるいはフレキソ用プロセスインキを用い、それぞれグラビア印刷法あるいはアニロックスロールを介してインキを転移するフレキソ印刷法で印刷される。

さらにまた、絵柄、文字印刷層の下地として設けられる白色インキ層としては、酸化チタンを含有するグラビア用白インキあるいはフレキソ用白インキを用い、それぞれグラビア印刷法あるいはアニロックスロールを介してインキを転移するフレキソ印刷法で全面に印刷されて得られるインキ層の一部を使用することもできる。

特に包装用フィルムに印刷を行なう製版にはレーザーストリームと電子彫刻製版があるが、レーザーストリーム製版方法を使用し、１００本以上の線数の版を使用することにより本発明のレーザマーキング方法を実施する際して高速印字が対応できるものです。
本発明のレーザマーキング方法（炭化によるレーザ印字）で発色性を上げる（より読みやすさを追求する）ためには、「インクの種類」と「白インクが均一かつ平滑に塗布されていること」の影響が大きいことが挙げられます。
一般的に、白べた印刷は、電子彫刻製版方法を使用しており、版における線数は６０から７０本であるが、版の線数を倍とする事で、塗布後のインク状態は、インクの凸凹がなく均一となっています。故に版における線数は１００本以上が好ましく、一般的な線数の２倍から３倍の線数がより好ましい。

白色の印刷層の塗工量は０．１ｇ／ｍ^２〜５ｇ／ｍ^２、好ましくは１．０ｇ／ｍ^２〜２．０ｇ／ｍ^２である。０．１ｇ／ｍ^２未満では効果を発揮することができない場合があるし、５ｇ／ｍ^２を超えて塗工しても、塗工量の増加に見合う効果は得られない。

一般に、レーザマーキングに用いられるレーザは、発振波長によって２つに大別される。その１は、発振波長が１０６４ｎｍの近辺にあるものであり、光を増幅させる媒質・方式等の違いによって印字等の可能な対象物が異なっている。この発振波長１０６４ｎｍのレーザは、樹脂及び金属の加工は良好であるが、透明な物体の加工を行うことはできない。この種のレーザの代表的なものとしては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＦＡＹｂレーザをあげることができる。ＹＡＧレーザは、金属の彫刻が可能であり、波長の低いものも提供されている。ＹＶＯ４レーザは、金属の印字が可能であり、微細なマーキングに向いている。また、ＦＡＹｂレーザでは、機種によりパルス幅を短くして、熱影響が少なく、印字に有利な方式という特徴を有している。

その２は、発振波長が１０６００ｎｍの近辺にあるものであり、この発振波長１０６００ｎｍのレーザは、紙や透明な物体への印字が可能である。この種のレーザの代表的なものとしては、ＣＯ２レーザをあげることができる。ＣＯ２レーザは、樹脂及び透明な物体の加工は可能であるが、金属を加工することはできないという特徴を有している。

また、レーザ印字には、弱いパワーで数回に分けて重ね印字をすることでより鮮明な印字の仕上がりを行なう方法を行なう場合もある。しかし、包装用フィルムは印字されるフィルムのラインスピードが速く、弱いパワーで回数を分けて重ねて印字する時間が取れない。さらに、印字の対象が樹脂やガラスなどのブロックに比較するとその厚みが薄く、レーザ光により、印刷層の黒変箇所に再度レーザ光を照射すると、黒変箇所はレーザ光の影響を強く受けてしまうため、レーザ光が当たった照射部分は焼け焦げてフィルムに孔があいてしまう問題となる。

白色インキ層を設けた包装用フィルムには、近赤外線領域の波長が１０６４nmのＹＶＯ４レーザ光線を照射することが好ましい。このＹＶＯ４レーザ光は、小さい文字や加工などの精細マーキングが可能で、高速印字性に優れる。特に、シングルモードビームは、ビーム光が真円で均一かつ、パーティクルレスの印字が可能であると共に、レーザーパワーの安定度に優れ、ムラのない印字が可能であるので、レーザーパワー、スキャンスピード、印字パルス周期を調整することにより、樹脂の発色具合も調整が可能である。

この点、ＹＶＯ４レーザは、微妙なパワー調整ができるため、略透明な表層を透過して、二酸化チタンを顔料として添加しているインキ層に黒色の発色を起こして文字等の印字ができるという特徴がある。また、黒変によるマーキングは、下地の白とのコントラストが大きく、判読可能に表示させることができるものである。しかし、一度黒変させた箇所に再度レーザ光を照射すると黒変が一気に加速され、ガスが発生して表層とシール層の断面中に空洞が発生してしまうため、鮮明な印字は出力の調整に相まって、レーザ光が同じ場所に照射しない工夫が必要となる。

レーザの制御は、照射することにより発熱させ、変色乃至炭化をさせることから、照射状態を均一にすることが、鮮明に且つ読みやすくするに当たり重要である。即ち、炭化を均一にするには、同じ熱量が発生し続けることが重要であることから、レーザ側の設定も、カーブと直線部の熱量を一定にするよう、例えば、Ｒ部は遅く書くよう設定するなどコントロールすることが重要。

前述したように版の線数を大きくして塗布量を均一にすることと合間って、従来はスキャンを遅くする設定（3000ｍｍ／ｓｅｃ以下）でないと、良好に発色出来なかったが、本発明により、レーザ側の最高速12,000mm/sでも良好に発色されることができるので、高速のラッパーに用いる日付の印字も行なうことができきるものである。

次に、本発明の第１の実施形態に係る印字装置を図２に基いて、図３も参照して説明する。
本発明の第１の実施形態に係る印字装置は、図２、３に示すように、ロール状体１から引き出されたフィルムの印字位置の内面に当接乃至微接触するエアの吹き付けノズルである冷却部材と、フィルムを介して対向するように配置され前記印刷層に向かってレーザ光を照射するレーザマーカーとから構成される。
なお、本第１の実施の形態では、詳細の説明図である図３に示すようにレーザマーカー側にも冷却ノズルを設置して、フィルムの両側から強制的にフィルムを冷却することが望ましい。冷却はレーザ光を照射した際に発生する熱を強制的に冷却することにより、発泡を抑える目的である。

冷却部材はフィルムを透過したレーザ光を受ける位置に配置されていることから、フィルムにレーザ光を反射させないものが好ましい。また、熱を逃がす為には熱伝導の良い金属が好ましいので表面にブラスト処理を行なったアルミ部材を用いることが好ましい。
冷却部材は図２に示すように、案内ローラ５５、５５の間にて、フィルムに印字される範囲を効率的に冷却できるようにフィルム４の外面と当接乃至微接触するように配置される。冷却部材は、図３に示すように、案内ローラ５５よりフィルム側に配置して湾曲状に突出して設置される。なお、本実施の形態では、この湾曲凸状面の曲率は適宜値に設定される。

図４は包装機にレーザ装置を設置した他の実施例の一例を示したものである。
ロールのフィルムが搬送中にレーザ装置５０で所定の位置に印字した後にフォーマー２０で被包装体３１を包む込み、背シール２１で筒状に成形され、その後エンドシール２２により上下がシールされ、そのシール上を切断することにより個別の包装体３０を製造することを説明している。

次に、本発明の第２の実施形態に係る印字装置を図４に基いて、図５も参照して説明する。
本発明の第２の実施形態に係る印字装置は、図４に示すように、第１の実施形態に係る印字装置で採用された冷却部材５１に代わってローラ型冷却部材５２が採用されたものであり、その他の構成は第１の実施形態に係る印字装置と略同等である。
なお、第２の実施形態に係る印字装置に採用されるローラ型冷却部材５２の直径は、印字範囲によっても変わるが２０〜１２０ｍｍ、好ましくは４０〜８０ｍｍの適宜値に設定される。
ローラ型冷却部材は、ローラから冷却エアを噴出させ、さらにローラ自身に蓄積する熱も外部に放出させる必要がある。そこで、図５に示すようにフィルムの外側から冷却ノズルによりフィルムを直接冷却することが好ましい。
ローラ型冷却部材５２の直径が２０ｍｍでは、印字の歪みとともに冷却効果が得られる限界である。また、ローラの製作においても限界である。また、大きい場合は設置の問題、回転の問題があることから４０〜８０ｍｍの適宜値に設定される。

実施例に使用した包装用フィルム１の構成は表面層１１からＯＰＰ／印刷層／接着性ＣＰＰのシール層１２構成で総厚みが３０μｍから５０μｍであった。
印刷層１０は表層１１の内面にレーザ印字箇所を含み文字、絵柄印刷後に文字、絵柄を目立たせるように酸化チタンを着色剤として含有した白インキにより印刷されたフィルムを使用した。
文字の大きさ：高さ３ｍｍ幅２．５ｍｍ
スキャンスピード：１２０００ｍｍ／ｓ
フイルムスピード：７０ｍ/ｓ
マーキング内容：賞味期限、製造所略号

１包装フィルム
４レーザ光軌跡
１０印刷層
１１表面層（第1基材）
１２接着剤層
１３中間層(補助層)
１４内面層（シーラント材）
２０フォーマー
２１背シール
２２エンドシール
３０包装体
３１被包装体
５０レーザ装置
５１冷却部材
５２ローラ型冷却部材
５３冷却ノズル
５５ローラ

Claims

少なくとも表面層及びシール層が積層してなる包装フィルムに、レーザマーキングする方法において、
前記表面層と前記シール層の間にある酸化チタンを顔料として用いた白色インキ層にレーザ光を照射して白色インキ層を黒変させるにあたり、
前記包装フィルムの少なくとも前記表面層または前記シール層に冷却用のエアを吹付けて前記包装フィルムを冷却しながらマーキングを行なうことを特徴とする包装フィルムへのレーザマーキング方法。
酸化チタンを顔料として用いた白色インキを含む印刷層が、表面層をなす外層透明フィルムと、シール層をなす最内層ヒートシールフィルムとの間に積層された包装フィルムにレーザマーキングする装置であって、
当接乃至微接触にてフィルムを支持する冷却部材と、
前記包装フィルムを介して前記冷却部材と対向するように配置され、前記印刷層に向かってレーザ光を照射するレーザマーカーとを備えており、
かつ冷却部材が前記包装フィルムの少なくとも前記外層透明フィルムまたは前記最内層ヒートシールフィルムにエアを吹付けて前記包装フィルムを冷却することを特徴とする包装フィルムへのレーザマーキング装置。
冷却部材がエアを噴出するブロック型冷却部材である請求項２に記載の包装フィルムへのレーザマーキング装置。
冷却部材がエアを噴出するローラ型冷却部材である請求項２に記載の包装フィルムへのレーザマーキング装置。