JP2018108694A - 情報を有するシート状物及びそのシート状物の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】情報を付与する基材を制限することなく、かつ、あらかじめ基材を加工せずとも、様々な基材に情報を付与することができ、付与した情報の認識率を向上させたシート状物及びその製造方法を提供する。【解決手段】紙、樹脂、金属のいずれか又は複合する材料にて構成される基材１上の少なくとも一部に、彫刻による非貫通の凹部１１領域を備え、凹部１１領域の表面の少なくとも一部に基材１と異なる色彩を有するパーティクル７を着接して成る情報を付与したシート状物。【選択図】図２

Description

本発明は、基材へ直接付するマーキング方法に関し、特に、視認性の高い情報を有するシート状物及びその作製方法に関するものである。

一般にレーザ照射装置を使用し基材へレーザビームを照射することで、情報コード等情報をマーキングすることが知られている。そして、レーザ彫刻は着色、プリント模様又は被覆が施された基材の一部へ照射出力を設計したレーザビームを適宜照射することで特定箇所が蒸散除去（アブレーション）され、基材色と異なる色彩が表出することにより、情報を視認させる。

現在のレーザマーキングは、その特徴の一つである蒸散除去を実現するため、あらかじめ基材へ着色、被覆等を施しておく必要がある。ここで、着色等のない基材、例えば、基材が白色、白近似色、透明色又は半透明色であった場合、基材を直接彫刻してもマーキングされた情報が視認し難いという問題点がある。しかし、基材の着色、被覆等については、あらかじめ着色等がなされた基材を手配することや、基材への着色等を施す新たな工程を追加する必要があるなど、コスト又は生産性の観点から少なからず課題があり、現状、レーザビームによるマーキングはインクジェットプリンタ等に代表されるインクによるマーキングと比較して汎用性に乏しい。

例えば、着色等のない基材へ直接レーザ照射した場合、基材の凹凸状態から斜視することである程度の情報を認識することは可能であるが、基材をほぼ鉛直に眺めた場合、経験のない観察者には視認し難い。現在まで、これら基材へ直にレーザマーキングを施した際におけるマーキングの視認性を向上させるため、マーキングがなされる基材の色彩を変えるほか、特定箇所に捺染等を施しその箇所を蒸散除去することによるマーキング、また、それ以外にもレーザエネルギーを加えることにより変色される化学材料の基材への塗布等、様々な提案がなされてきた。

公知技術の一例として、レーザパラメータの制御と陰影レーザマーキングを製造する材料構築に関して、レーザマークされる材料は、加熱したとき泡立つ熱可塑性樹脂、レーザエネルギー吸収剤及び有機顔料、無機顔料又は高分子可溶色素から選ばれる一つ又はそれ以上の色剤から構成される。また、この発明のレーザマーク製品は、少なくとも一つの樹脂上に形成される明るいレーザマーク及び少なくとも一つの暗いレーザマークから構成されるプラスチックのカラーレーザマーキングの技術が開示されている（特許文献１参照）。

また、対照インク被覆を必要としないレーザマーク付与システムで使用されるレーザマーク付与性シートに関して、レーザマーク付与性シートは、感熱性前表面を有するベースシート及びベースシートの前表面に接着された透明な頂シートを有する。透明な頂シートを通ってベースシートの感熱性前表面に入射するレーザ光線は感熱性前表面を活性化し、レーザ光線に衝突した地域にマークを形成する。マークの付与の結果として遊離する粒子はベースシートと頂シートの間に捕えられる。頂シートを通過するレーザ光線は頂シートを傷つけないレーザマーク付与性積層シートである技術が開示されている（特許文献２参照）。

米国特許第６０１７９７２号公報 米国特許第５３４０６２８号公報

特許文献１の技術は、熱可塑性樹脂の陰影デザインやカラーレーザマークを安価かつ迅速に行える手段であり、コンピュータのキーボード、携帯電話のポリマー製品の多重装飾等に有効である。しかしながら、特許文献１の技術はレーザビームにより色材を変化させるものであり、基材への色材変化する材料の塗布が必須である。また、色材全体を変化させるため、反射光のコントラストが十分でなく、情報の認識率を高めることが難しいという問題がある。

また、特許文献２の技術は、対照インク被覆を必要としないことから被覆に係る工程を必要とせず、基材へ容易にレーザマークを施すことが可能である。しかしながら、特許文献２の技術は基材を積層化させる必要があり、単一基材を直接加工するものではないことから使用する基材が制限される。

いずれの先行技術も基材をあらかじめ加工する必要があり、基材単体へのマーキングを対象としているものではないことから、現状、本課題のマーキングを実現するには多くの課題があり、少なからず改善の余地がある。

前述の課題を解決するため、本発明における情報を有するシート状物は、紙、樹脂、金属のいずれか又は複合する材料にて構成される基材上の少なくとも一部に、彫刻による非貫通の凹部領域を備え、凹部領域の表面の少なくとも一部に基材と異なる色彩を有するパーティクルを着接されて成るものである。

また、本発明における情報を有するシート状物のパーティクルは、ポリエーテルポリオール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラメチレングリコール及びポリエステルの群から選択される樹脂残滓としている。

また、本発明における情報を有するシート状物の凹部領域において、凹部は長軸と短軸とを有する細長い断面形状又は無稜の曲線形状としている。

また、本発明の情報を有するシート状物の作製方法は、基材の上方に位置し基材へ指向しレーザビームを照射するレーザ照射装置と、基材とレーザ照射装置との間にフィルムを連続に介在及びフィードするフィルム供給装置と、レーザ照射装置を制御し任意の情報を書込指示するレーザ制御装置とを用いて、レーザ照射装置からレーザビームを照射することで基材へ非貫通の凹部を形成する工程と、フィルム供給装置からフィルムをレーザビーム照射路に適宜供給する工程と、レーザ制御装置を操作する工程とを包含することによって作製される。

また、本発明の情報を有するシート状物の作製方法は、レーザ照射装置として、エキシマレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザ、アルゴンレーザ又は炭酸ガスレーザのいずれかを使用し作製される。

さらに、本発明の情報を有するシート状物の作製方法は、基材を生産機械から連続供給されるシート状物としている。

本発明における情報を有するシート状物は、基材に配した凹部の表面へパーティクルとして水溶性の色彩を有した樹脂残滓が着接している態様であり、観察者が任意のどの方向から観察しても、設計した情報が確認しやすく、視認性に富んだシート状物を得ることができる。

また、あらかじめ基材への着色又は特定物質の塗布等が必要ないことから容易にマーキングを施すことができるほか、基材へ与えるダメージを最小限に抑えることが可能であり、基材の変形がほとんどない、意匠性を阻害しないシート状物を得ることができる。

また、基材表面への着色等が不要であるため、従前、蒸散除去により発生していた塵芥といった異物の付着やそれを清掃する手間も不要であり、作業負荷の低減及びマーキングに費やすコストの低廉化が実現できる。

さらに、本発明における情報を有するシート状物の作製方法においては、レーザビームがフィルムを透過し基材を直接加工するものであることから、通常の基材加工とほぼ同等であり、大掛かりな工程が必要でなく、容易に所望する情報を基材へ付加することができる。また、レーザビームは高速で走査され、かつ、所定箇所に集中的に照射されるため、その近傍への影響もほとんどなく、効率的に精度良くマーキングを施すことができる。

本発明のレーザ照射方法を示す概略図である。 本発明の基材態様の一例を示す断面模式図である。 本発明の基材（シート状物）に記された情報の一例を示す概略図である。 本発明の情報の一例を示す概略図である。 本発明のマーキング方法の一例を示すフロー図である。 一般的なレーザ照射装置の概略図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。しかしながら、本願発明は以下に述べる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載における技術的思想の範囲内であれば、その他様々な形態がある。

本発明を実施するための形態を図１のレーザ照射方法を示す概略図、図２の基材態様の一例を示す断面模式図、図３の基材（シート状物）に記された情報の一例を示す概略図、図４の情報の一例を示す概略図及び図６の一般的なレーザ照射装置の概略図を参照して詳細に説明する。

最初に一般的なレーザマーキングの一例について説明する。一般的なレーザ照射装置は図６に示すように、基材の上方に位置し基材へ指向しレーザビーム（３）を照射するレーザ照射装置（２）と、レーザ照射装置（２）に連接されレーザ照射装置（２）を制御し任意の情報を書込指示するレーザ制御装置（６）とから構成され、表層に捺染部（９）を有する基材（１）を基台（１０）へ載置させ、基材（１）の必要箇所にレーザ照射を行い、捺染部（９）を蒸散除去することで、あらかじめレーザ制御装置（６）により設定した情報（１２、１２’、１２’’）をマーキングするものである。

一方、本発明のマーキング方法は、図１に示すとおり、レーザビーム（３）を照射するレーザ照射装置（２）と、レーザ照射装置（２）に連接されレーザ照射装置（２）を制御し任意の情報を書込指示するレーザ制御装置（６）に加えて、基台（１０）に載置した基材（１）とレーザ照射装置（２）との間にフィルム（５）を連続に介在及びフィードするフィルム供給装置（４、４’）が配される構成の装置であり、レーザ照射装置（２）からのレーザビーム（３）がフィルム（５）を貫通させるとともに基材（１）表面へ非貫通の凹部加工を施すものである。ここで、図２に示すとおり、フィルム（５）の一部残滓であるパーティクル（７）は凹部（１１）表面へ無作為に着接している態様である。これにより、レーザマーキングの所望箇所のみが発色することになる。

また、フィルム（５）はフィルム制御装置（８）からの指示により、フィルム供給装置（送り側）（４）からフィルム供給装置（受け側）（４’）へ必要量がフィードされる。このフィルムとしては、基材（１）のリサイクル等を勘案し、ポリエーテルポリオール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラメチレングリコール及びポリエステルの群から選択される任意色に着色された水溶性樹脂であることが好適である。

また、レーザ照射装置（２）としては、エキシマレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザ、アルゴンレーザ又は炭酸ガスレーザのいずれかを用いることとしているが、短いパルスが発生でき、かつ、高い製造頻度にも対応することが可能であるＮｄ−ＹＶＯ４レーザの使用が好適である。また、基材（１）に対してレーザビーム（３）を照射する際、基材（１）の「焼け」を防ぐ目的として、窒素などの保護気体の存在下にて実施する場合もある。

また、レーザビーム（３）が凹部（１１）を形成する間に、基材（１）を載置させた基台（１０）が移動することで、ストリーム形式で適宜供給される基材（１）に対しても効果的にマーキングを施すことができる。また、凹部（１１）は、長軸と短軸とを有する細長い断面形状又は無稜の曲線形状として形成された情報（１２、１２’、１２’’）であり、例えば、図３又は図４に示すように基材（１）の特定領域に設計され、数字、記号又は文字やそれらの組合せとする場合がある。それ以外にも、ロゴマークやバーコードなど作製者の所望するものでよい。

また、基材（１）は必ず平滑である必要はなく、ある程度、波打ちしている態様であってもレーザ照射が可能であれば所望する情報（１２、１２’、１２’’）を有する基材（１）を得ることができる。

以下、本発明を具体化した一実施例について、図１のレーザ照射方法を示す概略図、図２の基材態様の一例を示す断面模式図及び図５のマーキング方法の一例を示すフロー図を参照して説明する。

本実施の形態では、フォーム印刷機を用いて、連続的に供給される枚葉紙を基材（１）とし、用紙供給部の近傍にレーザ照射装置（２）及びフィルム供給装置（４、４’）を配して、基材（１）へのマーキングを行った。ここで、レーザ照射装置（２）としては、赤外域の波長１，０６４ｎｍのレーザビーム（３）を照射することができるキーエンス社製のＹＶＯ４レーザ（ＭＤ−Ｘ１５００シリーズ）を用いた。また、レーザ照射装置（２）の条件をレーザ出力約２０Ｗ、走査スピード約２，０００ｍｍ／ｓｅｃに設定した。また、フィルム（５）としては厚さ０．０５ｍｍの赤色ポリエステルフィルムを使用した。

また、図１に示すレーザ照射装置（２）とフィルム（５）との間の距離を約９５ｍｍ、フィルム（５）と基材（１）との間の距離を約８５ｍｍに設定した。そして、フィルム供給装置（送り側）（４）からフィルム供給装置（受け側）（４’）へのフィルム（５）の送り量をフィルム制御装置（８）により４０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。ここで、レーザ照射装置（２）とフィルム（５）、又はフィルム（５）と基材（１）との間の距離について、設定値より小さく設計した場合、時にフィルム（５）がレーザ照射装置（２）又は基材（１）へ接触し、レーザ照射装置（２）又は基材（１）が汚れることから有用でなく、逆に設定値より大きく設計した場合、フィルム（５）の一部残滓がターゲットとする基材（１）の凹部（１１）以外の箇所に着接することから有用でないことを本出願人は承知している。なお、レーザ照射条件については、彫刻加工したい幅や精度によって若干の変化が生じるため、必ずしも精緻な数値ではない。

これより、図５に示すフロー図を参照して説明する。まず、フォーム印刷機からストリーム供給される枚葉紙（１）を基台（１０）へ供給する（ＳＴＥＰ１）。同時に、フィルム制御装置（８）にてポリエステルフィルム（５）をフィルム供給装置（送り側）（４）からフィルム供給装置（受け側）（４’）へ４０ｍｍ／ｓｅｃにてレーザビーム照射路に供給する（ＳＴＥＰ２）。次に、レーザ制御装置（６）にて所望する任意の情報、ここでは、「５／Ｂ１２＿４５ＧＢ＿Ｎ」をマーキングするように書込指示する（ＳＴＥＰ３）。そして、レーザ制御装置（６）に連接されたレーザ照射装置（２）からレーザビーム（３）を照射することで、枚葉紙（１）へ非貫通の凹部を形成する。この時、フィルム制御装置（８）からの指示により、フィルム供給装置（４）からフィルム（５）がレーザビーム照射路に適宜供給される（ＳＴＥＰ４）。最後に、表面にパーティクル（７）が着接した凹部（１１）が形成された枚葉紙（１）は次工程に搬出される（ＳＴＥＰ５）。

前述のフローにおいて所定箇所をマーキングした結果、図２に示すように基材（１）には非貫通の凹部（１１）が彫刻されており、その凹部（１１）の表面には樹脂残滓であるパーティクル（７）が無作為に着接していることを確認した。また、このパーティクル（７）は、所望する箇所へ連続的に着接していることも確認した。ここで、基材であるシート状物（１）を観察すると凹部（１１）の一部が設計した色彩を有する態様となっており、情報の認識しやすいシート状物（１）であった。加えて、マーキングに関する公知のあらゆる不具合の発生もなく、基材（１）に捺染が施されてなくとも視認性の良いシート状物（１）が適宜得られることを確認した。

また、別形態の実施として、長網式抄紙機を用いて、連続的に製造される用紙の特定箇所へのマーキングを行った。長網式抄紙機（図示せず）は、一般にリフラから供給された紙料をヘッドボックスにあるスクリーンにて異物除去を行った後、移動する長網部にある長網の上で湿紙を形成、そして、その湿紙は圧搾部で脱水され、乾燥部にて乾かされた後、薬液塗布部において紙の品質を向上させるため薬液の塗布が行われ、その後、再び乾燥部において乾燥を行い、冷却部での冷却後、光沢部にある光沢機にて用紙への艶出しがなされ、その後、最下流にある巻取機に抄紙された用紙が巻き取られることで一連の用紙製造が行われるものである。ここで、レーザ照射装置（２）及びフィルム供給装置（４、４’）は、光沢機の下流かつ巻取機の上流の位置に配した。

また、使用したレーザ照射装置（２）は、前述の実施例１と同様、キーエンス社製のＹＶＯ４レーザ（ＭＤ−Ｘ１５００シリーズ）を用いた。レーザ照射装置（２）の条件としては、レーザ出力約１８Ｗ、走査スピード約１，８００ｍｍ／ｓｅｃに設定した。そして、フィルム（５）は厚さ０．０４ｍｍの青色ポリエステルフィルムを使用した。

また、レーザ照射装置（２）とフィルム（５）との間の距離を約８４ｍｍ、フィルム（５）と基材（１）との間の距離を約８０ｍｍに設定した。そして、フィルム供給装置（送り側）（４）からフィルム供給装置（受け側）（４’）へのフィルム（５）の送り量をフィルム制御装置（８）により３０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。ここで、レーザ照射装置（２）とフィルム（５）、又はフィルム（５）と基材（１）との間の距離については、前述の実施例１に記載のとおり、設定値より小さく設計した場合、基材（１）等が汚れることから有用でなく、逆に設定値より大きく設計した場合、所望箇所以外に着接することから有用でない。なお、ここでのマーキング方法については、基材が枚葉紙から巻取紙へ変更されていることが主であり、その他については前述のフォーム印刷機を使用した実施例１とほぼ同様であるので詳細な記載は省略する。

長網式抄紙機において所定箇所をマーキングした結果、用紙（１）には非貫通の凹部（１１）が彫刻されており、その凹部（１１）の表面には樹脂残滓であるパーティクル（７）が無作為に着接していることを確認した。また、このパーティクル（７）は、所望する箇所へ連続的に着接していることも確認しており、視認性の良い用紙（１）であることを確認した。

１ 基材（シート状物）
２ レーザ照射装置
３ レーザビーム
４ フィルム供給装置（送り側）
４’ フィルム供給装置（受け側）
５ フィルム
６ レーザ制御装置
７ パーティクル
８ フィルム制御装置
９ 捺染部
１０ 基台
１１ 凹部
１２、１２’、１２’’ 情報

Claims (6)

1. 紙、樹脂、金属のいずれか又は複合する材料にて構成される基材上の少なくとも一部に、彫刻による非貫通の凹部領域を備え、前記凹部領域の表面の少なくとも一部に基材と異なる色彩を有するパーティクルを着接されて成ることを特徴とする情報を有するシート状物。
2. 前記パーティクルは、ポリエーテルポリオール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラメチレングリコール及びポリエステルの群から選択される樹脂残滓であることを特徴とする請求項１記載の情報を有するシート状物。
3. 前記凹部領域において、凹部は長軸と短軸とを有する細長い断面形状又は無稜の曲線形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の情報を有するシート状物。
4. 基材の上方に位置し前記基材へ指向しレーザビームを照射するレーザ照射装置と、前記基材と前記レーザ照射装置との間にフィルムを連続に介在及びフィードするフィルム供給装置と、前記レーザ照射装置を制御し任意の情報を書込指示するレーザ制御装置とを用いて情報を有するシート状物の作製方法において、
   前記レーザ照射装置からレーザビームを照射することで前記基材へ非貫通の凹部を形成する工程と、前記フィルム供給装置からフィルムをレーザビーム照射路に適宜供給する工程と、前記レーザ制御装置を操作する工程とを包含していることを特徴とする情報を有するシート状物の作製方法。
5. 前記レーザ照射装置は、エキシマレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザ、アルゴンレーザ又は炭酸ガスレーザのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の情報を有するシート状物の作製方法。
6. 前記基材は、生産機械から連続供給されるシート状物であることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載の情報を有するシート状物の作製方法。

Images