JP2022136452A - 樹脂基材の加工方法、樹脂基材、収容器および収容体 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂基材に含有させる色素の自由度を向上させること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る基材の一例である樹脂基材１ａの加工方法は、レーザの一例である加工レーザビーム２０の照射により、樹脂基材１ａに色素を含有させ、樹脂基材１ａ上に、色素を含有する第１の組成物の一例であるインク３０と、インク３０よりも加工レーザビーム２０の波長の吸収率が高く、インク３０よりも相変化または熱分解する温度が低い第２の組成物の一例である光熱変換材４００と、を隣接して配置する配置ステップと、少なくとも樹脂基材１ａ上に配置された光熱変換材４００に対してレーザを照射することにより、インク３０および樹脂基材１ａを溶融させて、樹脂基材１ａに色素を含有させる照射ステップと、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、樹脂基材の加工方法、樹脂基材、収容器および収容体に関する。

特許文献１には、被印刷物１の表面に、印刷皮膜が剥離性を有するインキを用いてラベル支持体層２を直接印刷で形成し、さらに、該ラベル支持体層２上に図柄や文字３の印刷を施してなる積層印刷皮膜４が、前記ラベル支持体層２によって被印刷物１に保持力を有しながら、かつ、手で容易に剥離可能としたことを特徴とする印刷のみにより形成されたラベルを施した合成樹脂成形品が記載されている。

特許第４５０５８７５号公報

本発明は、樹脂基材に含有させる色素の自由度を向上させることを目的とする。

本発明に係る樹脂基材の加工方法は、レーザ照射により、樹脂基材に色素を含有させる樹脂基材の加工方法であって、樹脂基材上に、色素を含有する第１の組成物と、第１の組成物よりもレーザの波長の吸収率が高く、第１の組成物よりも相変化または熱分解する温度が低い第２の組成物と、を隣接して配置する配置ステップと、少なくとも樹脂基材上に配置された第２の組成物に対してレーザを照射することにより、第１の組成物および樹脂基材を溶融させて、樹脂基材に色素を含有させる照射ステップと、を備える。

本発明によれば、樹脂基材に含有させる色素の自由度を向上させることができる。

本発明の前提となる樹脂基材の加工方法を説明する図である。 図１に示した加工方法を施した樹脂基材の断面を説明する写真である。 本発明の実施形態および比較例に係る樹脂基材の加工方法を示す図である。 本実施形態および比較例に係る樹脂基材を示す写真である。 本実施形態に係る樹脂基材を示す写真および樹脂基材の断面を示す図である。 本実施形態に係るレーザ照射領域とインク領域の関係を示す図である。 本実施形態に係る樹脂基材の加工方法の具体例を示す図である。 本実施形態に係る樹脂基材の加工方法の他の具体例を示す図である。 本実施形態に係る樹脂基材の加工装置を示す図である。 本実施形態に係るレーザ照射部を示す図である。 本実施形態に係る収容体の具体例を示す図である。

図１は、本発明の前提となる樹脂基材の加工方法を説明する図である。

まず、図１（ａ）に示すように、樹脂基材１ａ上に第１の組成物の一例であるインク３０を配置する。

次に、図１（ｂ）に示すように、樹脂基材１ａ上に配置されたインク３０に対して、レーザの一例である加工レーザビーム２０を照射すると、加工レーザビーム２０の光エネルギーにより、インク３０は、一部はインク片６等として飛散し、一部は加熱されて蒸発し、一部は光エネルギーを吸収して熱溶解し、一部は熱を樹脂基材１ａに伝熱する。加工レーザビーム２０を照射された樹脂基材１ａの表面は、インク３０から伝熱された熱により、熱溶融する。

樹脂基材１ａの表面で発生した熱、及び、インク３０から伝熱された熱は、図中Ａで示すように伝熱し、図中Ｂで示すように、樹脂基材１ａの内部も蒸発、熱溶融する。また、樹脂基材１ａの表面におけるインク３０が配置された部分には、図中Ｃで示すようにアブレーション及び、熱溶解し、熱をＢに伝える。

その後、加工レーザビーム２０の照射を終了すると、図１（ｃ）のＤで示すように、加工レーザビーム２０の照射中に生じた発泡が、インク３０を含有した状態で樹脂基材１ａ内部に含有される。

図１に示す樹脂基材の加工方法では、樹脂基材１ａの内部にインク３０を含有するため、樹脂基材１ａの表面にインク３０を塗布する場合に比べて、表面がこすれることによりインク３０が剥がれることが防止される。これにより、表面擦れによる剥がれを見越してインク３０を多めに塗布する必要がなく、インク３０の量が低減できる。

また、同様に、インク３０の量が少なく、ごく表面に存在するため、リサイクル工程で除去しやすく、アルカリで洗浄が必要なＵＶ硬化インクなどの特殊なインクを使わなくてもよい。

さらに、表面にインクを塗布する場合、下地を塗布した後に、必要なインクを塗布し、最後に耐性アップのためにコーティング剤を塗布するなどの多層構造にする場合もあり、厚くなってしまうが、図１に示す樹脂基材の加工方法であれば、厚みを低減するとともに、下地やコーティング剤を省略できる。

しかしながら、図１に示す樹脂基材の加工方法では、樹脂基材１ａの内部に含有されるインク３０の色素が、加工レーザビーム２０の波長に依存する課題があった。すなわち、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が低いインク３０を用いた場合、加工レーザビーム２０を照射しても、インク３０が熱エネルギーを蓄えられず、樹脂基材１ａに伝熱することができず、インク３０の色素が樹脂基材１ａに含有されない。

本実施形態は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が低いインク３０であっても、インク３０が含有する色素を樹脂基材１ａに含有させて、インク３０が含有する色素により文字や画像等の情報を表示させることを目的とする。

図２は、本実施形態に係る樹脂基材の断面を説明する写真である。

図２（ａ）は、図１に示す樹脂基材の加工方法において、インク３０として黒色インクを用いた場合の樹脂基材の断面を示す写真であり、樹脂基材の表面から数ｕｍ程度の範囲内に黒色の色素が含有されている。

図２（ｂ）は、樹脂基材上にインクを配置することなく、樹脂基材をＵＶレーザで照射した場合の樹脂基材の断面を示す写真であり、樹脂基材の表面から５０ｕｍ程度の凹部が形成されている。

図２（ａ）に示すように、図１に示す樹脂基材の加工方法を施された樹脂基材は、図２（ｂ）と比較して、樹脂基材表面から浅い領域に色素を含有することがわかる。

図３は、本発明の実施形態および比較例に係る樹脂基材の加工方法を示す図である。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る樹脂基材の加工方法を示し、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、比較例に係る樹脂基材の加工方法を示す。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、樹脂基材１ａ上に白色インク３０Ｗを含有する白色インク積層体３００Ｗを配置するとともに、白色インク積層体３００Ｗ上に隣接して第２の組成物の一例である光熱変換材４００を配置する（配置ステップの一例）。そして、白色インク積層体３００Ｗを介して、樹脂基材１ａ上に配置された光熱変換材４００に対して、赤外線レーザからなる加工レーザビーム２０を照射する（照射ステップの一例）。

ここで、光熱変換材４００は、黒色インクを含有し、白色インク積層体３００Ｗよりも加工レーザビーム２０の波長である赤外線の吸収率が高く、白色インク積層体３００Ｗよりも相変化または熱分解する温度が低い材料で構成されている。ここで、相変化は、昇華、気化を含み、熱分解は、相変化以外の化学変化を伴うものとする。一例として、黒ＵＶインクは、明確な沸点をもたないため相変化は無く、５００℃まで上がった辺りでＣＯ２などに分解する。

加工レーザビーム２０を照射すると、加工レーザビーム２０の光エネルギーにより、光熱変換材４００が熱溶融し、光熱変換材４００で発生した熱により、白色インク積層体３００Ｗおよび樹脂基材１ａの表面も熱溶融する。これにより、図１（ｂ）および図１（ｃ）で説明したように、白色インク３０Ｗが樹脂基材１ａ内部に含有される。

ここで、光熱変換材４００の相変化または熱分解する温度が白色インク積層体３００Ｗの相変化または熱分解する温度よりも高いことに基づき、光熱変換材４００は蒸発するが、白色インク積層体３００Ｗは蒸発しないように、加工レーザビーム２０の光エネルギーを制御する。

これにより、図３（ｂ）に示すように、白色インク３０Ｗが樹脂基材１ａ内部に含有されて、光熱変換材４００が含有する黒色インクは樹脂基材１ａ内部に含有されない。

すなわち、加工レーザビーム２０の波長である赤外線の吸収率が低い白色インク３０Ｗであっても、インク３０Ｗが含有する白色色素を単独で樹脂基材１ａに含有させることができて、白色により文字や画像等の情報を表示することができる。

さらに、光熱変換材４００が含有する黒色インクを水溶性とし、白色インク積層体３００Ｗが含有する白色インク３０Ｗを油性とすることにより、加工レーザビーム２０の照射中に、黒色インクと、白色インク３０Ｗが混ざりにくくなり、インク３０Ｗが含有する白色色素を単独で樹脂基材１ａに含有させることができる。

一方、比較例では、図３（ｃ）に示すように、樹脂基材１ａ上に白色インク３０を含有する白色インク積層体３００Ｗを配置するとともに、白色インク積層体３００Ｗ上に光熱変換材４０１を配置し、光熱変換材４０１に対して、赤外線レーザからなる加工レーザビーム２０を照射する。

ここで、光熱変換材４０１は、黒色インクを含有し、白色インク積層体３００Ｗよりも加工レーザビーム２０の波長である赤外線の吸収率が高いが、白色インク積層体３００Ｗよりも相変化または熱分解する温度が同じ材料で構成されている。すなわち、光熱変換材４０１は、図３（ａ）および図３（ｂ）で説明した光熱変換材４００よりも、相変化または熱分解する温度が低い材料で構成される。

加工レーザビーム２０を照射すると、加工レーザビーム２０の光エネルギーにより、光熱変換材４００が熱溶融し、光熱変換材４００で発生した熱により、白色インク積層体３００Ｗおよび樹脂基材１ａの表面も熱溶融する。これにより、図１（ｂ）および図１（ｃ）で説明したように、白色インク３０Ｗが樹脂基材１ａ内部に含有される。

ここで、光熱変換材４０１の相変化または熱分解する温度は白色インク積層体３００Ｗの相変化または熱分解する温度と同じであるため、白色インク３０Ｗとともに光熱変換材４０１が含有する黒色インクが樹脂基材１ａ内部に含有される。

これにより、図３（ｄ）に示すように、白色インク３０Ｗに黒色インクが混色した灰色インク３０Ｇが樹脂基材１ａ内部に含有される。

すなわち、比較例では、白色の色素を単独で樹脂基材１ａに含有させることができないため、白色により文字や画像等の情報を表示することができない。

なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した本実施形態に係る樹脂基材の加工方法では、赤外線レーザからなる加工レーザビーム２０の例で説明したが、赤外線以外の特定波長のレーザから加工レーザビーム２０を用いてもよい。この場合、インク３０は、当該特定波長の吸収率が低い色素を含有し、光熱変換材４００は、インク３０が含有する色素よりも、当該特定波長の吸収率が高い材料にて構成される。光熱変換材４００は、色々な波長に対応できる透明のものが知られており、どのような波長のレーザでも対応可能である。

以上説明したように、本実施形態では、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が低いインク３０が含有する色素を樹脂基材１ａに含有させることができる。

なお、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が低いインク３０が含有する色素とともに、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が高いインクが含有する色素を樹脂基材１ａに含有させてもよい。

図４は、本実施形態および比較例に係る樹脂基材を示す写真である。

図４（ａ）は、本実施形態にかかる実施例１の樹脂基材表面を示す写真であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した写真の拡大写真である。

［実施例１］
樹脂基材１ａ：ＰＥＴ
光熱変換材４００：カラメル（水溶性）
白色インク積層体３００Ｗ：白マーカー（油性）
加工レーザビーム２０の光源：９６０ｎｍ赤外ＬＤ
加工レーザビーム２０のパワー：１０Ｗ
加工レーザビーム２０のビーム径：１２５ｕｍ
加工レーザビーム２０の照射時間：２ｍｓ
図４（ｃ）は、本実施形態にかかる実施例２の樹脂基材表面を示す写真であり、図４（ｄ）は、図４（ｃ）に示した写真の拡大写真である。

［実施例２］
樹脂基材１ａ：ＰＥＴ
光熱変換材４００：カーボンインク（水溶性）
白色インク積層体３００Ｗ：白マーカー（油性）
加工レーザビーム２０の光源：９６０ｎｍ赤外ＬＤ
加工レーザビーム２０のパワー：１０Ｗ
加工レーザビーム２０のビーム径：１２５ｕｍ
加工レーザビーム２０の照射時間：２ｍｓ

図４（ｅ）は、比較例１の樹脂基材表面を示す写真であり、図４（ｆ）は、図４（ｅ）に示した写真の拡大写真である。

［比較例１］
樹脂基材１ａ：ＰＥＴ
光熱変換材４００：黒マーカー（油性）
白色インク積層体３００Ｗ：白マーカー（油性）
加工レーザビーム２０の光源：９６０ｎｍ赤外ＬＤ
加工レーザビーム２０のパワー：１０Ｗ
加工レーザビーム２０のビーム径：１２５ｕｍ
加工レーザビーム２０の照射時間：２ｍｓ

図４（ｂ）に示す実施例１、および図４（ｄ）に示す実施例２では、樹脂基材内部に白色が溶け込んでいるが、図４（ｆ）に示す比較例１では、樹脂基材内部に灰色が溶け込んでいる。

なお、実施例１、実施例２および比較例１とも、加工レーザビーム２０のパルス数が多いため、ドットが潰れたベタ画像になっている。

図５は、本実施形態に係る樹脂基材を示す写真および樹脂基材の断面を示す図である。

図５（ａ）は、本実施形態にかかる実施例３の樹脂基材表面を示す写真である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した写真の拡大写真である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示した樹脂基材の断面を示す図である。

［実施例３］
樹脂基材１ａ：ＰＥＴ
光熱変換材４００：カラメル（水溶性）
インク積層体３００：顔料系インク
加工レーザビーム２０の光源：９６０ｎｍ赤外ＬＤ
加工レーザビーム２０のパワー：１０Ｗ
加工レーザビーム２０のビーム径：１２５ｕｍ
加工レーザビーム２０の照射時間：２ｍｓ

図５（ｄ）は、本実施形態にかかる実施例３の樹脂基材表面を示す写真である。図５（ｅ）は、図５（ｄ）に示した写真の拡大写真である。図５（ｆ）は、図５（ｄ）に示した樹脂基材の断面を示す図である。

［実施例４］
樹脂基材１ａ：ＰＥＴ
光熱変換材４００：カラメル（水溶性）
インク積層体３００：染料系インク
加工レーザビーム２０の光源：９６０ｎｍ赤外ＬＤ
加工レーザビーム２０のパワー：１０Ｗ
加工レーザビーム２０のビーム径：１２５ｕｍ
加工レーザビーム２０の照射時間：２ｍｓ

図５（ａ）～（ｃ）に示すように、顔料系インクは粒子でコーヒーステインでエッジに運ばれるため、ドット周辺に多くなるが、図５（ｄ）～（ｆ）に示すように、染料系インクは液体で混ざり合いやすく比較的広い領域、幅をもった領域に存在するので、顔料系インクよりも染料系インクのほうが比較的均一に色づいて見える。なお、ステイン現象で対流がある限り、色素はエッジに運ばれてしまうため、インクの粘性を高くしたり、インクに含まれる粒子を重くしたりして、インクの動きを抑えることにより、色素をビームスポット中央に残すことが望ましい。

図６は、本実施形態に係るレーザ照射領域とインク領域の関係を示す図である。

図６（ａ）は、レーザー照射領域２０Ｓ＜インク領域３０Ｓを示す図である。この場合、樹脂基材の内部に混ぜ込めるインクの量は多いが、樹脂基材の表層に残るインクの量も多い。

図６（ｂ）は、レーザー照射領域２０Ｓ＝インク領域３０Ｓを示す図である。この場合、図６（ａ）に比べて、樹脂基材の表層に残るインクの量は少なくなり、後述する図６（ｃ）に比べて、樹脂基材の内部に混ぜ込めるインクの量は多くなる。

図６（ｃ）は、レーザー照射領域２０Ｓ＞インク領域３０Ｓを示す図である。この場合、樹脂基材の内部に混ぜ込めるインクの量、および樹脂基材の表層に残るインクの量とも、少なくなる。

図７は、本実施形態に係る樹脂基材の加工方法の具体例を示す図である。

図７（ａ）に示す樹脂基材の加工方法は、図３で説明したのと同様に、樹脂基材１ａ上にインク積層体３００を配置するとともに、インク積層体３００上に隣接して光熱変換材４００を配置し、光熱変換材４００に対して、赤外線レーザからなる複数の加工レーザビーム２０を照射する。具体的には、光熱変換材４００は、樹脂基材１ａとの間でインク積層体３００を挟むように配置されている。

インク積層体３００は、白色色素等の赤外光の吸収率が低い色素を含有する。インク積 層体３００は、白色色素および白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素を含有してもよい。

光熱変換材４００は、インク積層体３００よりも加工レーザビーム２０の波長である赤外線の吸収率が高く、インク積層体３００よりも相変化または熱分解する温度が低い材料で構成されている。

図７（ａ）に示す樹脂基材の加工方法は、図６（ａ）に対応して、加工レーザビーム２０のビーム径＜インク積層体３００の面積の関係となっており、さらに、光熱変換材４００を加えて、加工レーザビーム２０のビーム径＜光熱変換材４００の面積＝インク積層体３００の面積の関係となっている。

加工レーザビーム２０を照射すると、図３で説明したのと同様に、図７（ｂ）に示すように、インク３０が樹脂基材１ａ内部に含有される。

ここで、複数の加工レーザビーム２０の配置は、樹脂基材１ａ内部に含有されるインク３０により表示される文字、画像等の情報に基づき決定される。また、複数の加工レーザビーム２０のビーム径は、樹脂基材１ａ内部に含有されるインク３０により表示される文字、画像等の情報の１ビットに基づき決定される。

図８は、本実施形態に係る樹脂基材の加工方法の他の具体例を示す図である。

図８（ａ）に示す樹脂基材の加工方法は、樹脂基材１ａ上にインク積層体３００を配置するとともに、インク積層体３００上に隣接して複数の光熱変換材４００を配置し、複数の光熱変換材４００のそれぞれに対して、赤外線レーザからなる複数の加工レーザビーム２０のそれぞれを照射する。具体的には、光熱変換材４００は、樹脂基材１ａとの間でインク積層体３００を挟むように配置されている。これにより、図７（ｂ）で説明したのと同様に、インク３０が樹脂基材１ａ内部に含有される。

図８（ａ）に示す樹脂基材の加工方法は、図６（ａ）に対応して、加工レーザビーム２０のビーム径＜インク積層体３００の面積の関係となっており、さらに、光熱変換材４００を加えて、光熱変換材４００の面積＜加工レーザビーム２０のビーム径＜インク積層体３００の面積の関係となっている。

図８（ａ）に示す樹脂基材の加工方法は、図７（ａ）に示す樹脂基材の加工方法に比べて、光熱変換材４００の面積が小さいため、光熱変換材４００は、加工レーザビーム２０の照射時にほぼ全て蒸発するため、加工レーザビーム２０の照射後に樹脂基材１ａの表面に残存する光熱変換材４００を除去する工数が低減される。

図８（ｂ）に示す樹脂基材の加工方法は、樹脂基材１ａ上に複数のインク積層体３００を配置するとともに、複数のインク積層体３００のそれぞれの上に隣接して複数の光熱変換材４００のそれぞれを配置し、複数の光熱変換材４００のそれぞれに対して、赤外線レーザからなる複数の加工レーザビーム２０のそれぞれを照射する。具体的には、光熱変換材４００は、樹脂基材１ａとの間でインク積層体３００を挟むように配置されている。これにより、図７（ｂ）で説明したのと同様に、インク３０が樹脂基材１ａ内部に含有される。

図８（ｂ）に示す樹脂基材の加工方法は、図６（ｃ）に対応して、インク積層体３００の面積＜加工レーザビーム２０のビーム径の関係となっており、さらに、光熱変換材４００を加えて、光熱変換材４００の面積＝インク積層体３００の面積＜加工レーザビーム２０のビーム径の関係となっている。

図８（ｂ）に示す樹脂基材の加工方法は、図８（ａ）に示す樹脂基材の加工方法に比べて、インク積層体３００の面積が小さいため、インク積層体３００は、加工レーザビーム２０の照射時にほぼ全て樹脂基材１ａの内部に含有されるため、加工レーザビーム２０の照射後に樹脂基材１ａの表面に残存するインク積層体３００を除去する工数が低減される。

図８（ｃ）に示す樹脂基材の加工方法は、樹脂基材１ａ上に複数のインク積層体３００および複数の光熱変換材４００を配置し、複数の光熱変換材４００のそれぞれに対して、赤外線レーザからなる複数の加工レーザビーム２０のそれぞれを照射する。ここで、複数の光熱変換材４００のそれぞれは、樹脂基材１ａ上に配置される複数のインク積層体３００のそれぞれに隣接して、樹脂基材１ａ上に配置されている。これにより、図７（ｂ）で説明したのと同様に、インク３０が樹脂基材１ａ内部に含有される。

図８（ｃ）に示す樹脂基材の加工方法は、図８（ｂ）と同様に、インク積層体３００の面積＜加工レーザビーム２０のビーム径の関係となっており、さらに、光熱変換材４００を加えて、光熱変換材４００の面積＝インク積層体３００の面積＜加工レーザビーム２０のビーム径の関係となっている。

図８（ｃ）に示す樹脂基材の加工方法は、図８（ｂ）に示す樹脂基材の加工方法と同様に、インク積層体３００の面積が小さいため、インク積層体３００は、加工レーザビーム２０の照射時にほぼ全て樹脂基材１ａの内部に含有されるため、加工レーザビーム２０の照射後に樹脂基材１ａの表面に残存するインク積層体３００を除去する工数が低減される。

＜製造装置１００の構成例＞
図９は樹脂基材の加工装置の一例としての製造装置１００の構成を示す図である。

図９に示すように、製造装置１００は、レーザ照射部２００と、樹脂基材を含む被加工物である収容器１を回転させる回転機構３と、保持部３１と、移動機構４と、集塵部５と、制御部６とを備えている。収容器１の樹脂基材の表面にはインク積層体３００が配置されるとともに、インク積層体３００上に隣接して光熱変換材４００が配置される。製造装置１００は、円筒状の容器である収容器１を、保持部３１を介して収容器１の円筒軸１０回りに回転可能に保持する。そして、レーザ照射部２００から収容器１に加工レーザビーム２０を照射して、収容器１における樹脂基材の内部にインクを含有させることで、収容器１における樹脂基材の内部にインクによるパターンを形成する。製造装置１００は、工場内において収容器１または収容器１と収容器１に収容されている被収容物を含んで構成される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。

レーザ照射部２００は、レーザ光源から射出されるレーザ光を図４のＹ方向に走査し、Ｚ軸正方向に配置されている収容器１に向けて、加工レーザビーム２０を照射する。なお、このレーザ照射部２００については、後述する図１０を用いて詳述する。

回転機構３は、保持部３１を介して収容器１を保持している。保持部３１は回転機構３の備える駆動部としてのモータ（図示を省略）のモータ軸に接続されるカップリング部材であり、一端を収容器１の口部に挿し込んで収容器１を保持する。モータ軸の回転により、保持部３１を回転させることで、保持部３１に保持された収容器１を円筒軸１０回りに回転させる。

移動機構４は、テーブルを備える直動ステージであり、移動機構４のテーブル上には回転機構３が載置されている。移動機構４は、テーブルをＹ方向に進退させることで、回転機構３、保持部３１及び収容器１を一体にしてＹ方向に進退させる。

集塵部５は、収容器１における加工レーザビーム２０が照射される部分の近傍に配置されたエアー吸引装置である。加工レーザビーム２０の照射により第１パターンを形成する際に生じるプルームや粉塵をエアーの吸引により収集することで、プルームや粉塵による製造装置１００、収容器１及び周辺の汚れを防止する。

制御部６は、レーザ光源２１、走査部２３、回転機構３、移動機構４及び集塵部５のそれぞれにケーブル等を介して電気的に接続されており、制御信号を出力することでそれぞれの動作を制御する。

製造装置１００は、制御部６による制御下で、回転機構３により収容器１を回転させながら、Ｙ軸方向に走査される加工レーザビーム２０をレーザ照射部２００により収容器１に照射する。そして、収容器１における樹脂基材の内部にインクによるパターンを２次元的に形成する。

ここで、レーザ照射部２００による加工レーザビーム２０のＹ軸方向への走査領域は、範囲が制限される場合がある。そのため、走査領域より広い範囲にパターンを形成する場合には、製造装置１００は移動機構４で収容器１をＹ軸方向に移動させることで、収容器１における加工レーザビーム２０の照射位置をＹ方向にずらす。その後、再び回転機構３により収容器１を回転させながら、レーザ照射部２００で加工レーザビーム２０をＹ軸方向に走査することで、収容器１における樹脂基材の内部にインクによるパターンを形成する。これにより、収容器１のより広い領域（ボトルの口部から底面部にいたる任意の領域）にパターンを形成できる。

＜レーザ照射部２００の構成例＞
図１０は、レーザ照射部２００の構成の一例を示す図である。図１０に示すように、レーザ照射部２００は、レーザ光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、走査部２３と、走査レンズ２４と、同期検知部２５とを備える。

レーザ光源２１は例えばレーザ光を射出するパルスレーザである。レーザ光源２１は、レーザ光が照射された収容器１における樹脂基材の内部にインクを含有させるために好適な出力（光強度）のレーザ光を射出する。

レーザ光源２１は、レーザ光の射出のオン又はオフの制御、射出周波数の制御、及び光強度制御等が可能になっている。レーザ光源２１の一例として、波長が７８０ｎｍ～１１００μｍの間にピーク波長を有する、好ましくはピーク波長９６０ｎｍの赤外ＬＤで、パワーが１０Ｗのレーザ光源を用いることができる。収容器１における樹脂基材の内部にインクを含有させる領域でのレーザ光のビーム径は１μｍ以上で２００μｍ以下であることが好ましい。レーザ光源２１の他の例として、３８０ｎｍ以下の波長のＵＶ光を用いても良い。

また、レーザ光源２１は、１つのレーザ光源で構成されてもよいし、複数のレーザ光源で構成されてもよい。複数のレーザ光源を用いる場合、レーザ光源毎にオン又はオフの制御、射出周波数の制御及び光強度制御等を独立に行えるようにしてもよいし、共通にしてもよい。

レーザ光源２１から射出された平行光のレーザ光は、ビームエキスパンダ２２により直径が拡大され、走査部２３に入射する。

走査部２３は、モータ等の駆動部により反射角度を変化させる走査ミラーを備える。走査ミラーによる反射角度を変化させることで、入射するレーザ光をＹ軸方向に走査する。この走査ミラーには、ガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー等を用いることができる。

なお、実施形態では走査部２３がレーザ光をＹ軸方向に１次元走査する例を示すが、これに限定されるものではない。走査部２３は、直交する２方向に反射角度を変化させる走査ミラーを用いてレーザ光をＸＹ方向に２次元走査してもよい。

但し、円筒状の収容器１の表面にレーザ光を照射する場合は、Ｘ軸及びＹ軸方向に２次元走査すると、Ｘ軸方向への走査に応じて収容器１の表面上でのビームスポット径が変化するため、このような場合は１次元走査のほうが好ましい。

走査部２３により走査されるレーザ光は、加工レーザビーム２０として収容器１における基材の表面に照射される。

走査レンズ２４は、走査部２３により走査される加工レーザビーム２０の走査速度を一定にするとともに、収容器１における基材の表面の所定位置に、加工レーザビーム２０を収束させるｆθレンズである。収容器１における樹脂基材の内部にインクによるパターンを形成させる領域で、加工レーザビーム２０のビームスポット径が最小になるように走査レンズ２４と収容器１が配置されることが好ましい。なお、走査レンズ２４は複数のレンズの組み合わせにより構成されてもよい。

同期検知部２５は、加工レーザビーム２０の走査と回転機構３による収容器１の回転とを同期させるために用いられる同期検知信号を出力する。同期検知部２５は、受光した光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備え、フォトダイオードによる電気信号を同期検知信号として制御部６に出力する。

図１０では、加工レーザビームを走査する例を示したが、加工レーザビームを例えば印字幅の範囲に多数設けて加工レーザビームアレイとし、収容器１を回転させることで、収容器１上を多数のレーザビームで１方向に走査する構成とすることも可能である。

図１１は、本実施形態に係る収容体の具体例を示す図である。

図１１に示す収容体は、収容器１と、キャップ２と、収容器１に収容される液体飲料等の被収容物１ｂを含む。

収容器１に含まれる樹脂基材１ａには、文字を含むパターン１１Ａ、記号を含むパターン１１Ｂ、記号を含むパターン１１Ｃが、赤外線の加工レーザビーム２０の照射により樹脂基材１ａ内部に含有されるインクの色素により形成されている。

被収容物１ｂは、水やお茶、紅茶などの透明のものもあるが、図１１の例では、コーヒー、コーラ、ジュースなどの黒、茶色、又は黄色等の有色のものを示しており、パターン１１Ａ、１１Ｂは、赤外光を吸収する色素により構成されており、パターン１１Ｃは、赤外光の吸収率が低い色素の一例として白色色素で形成されている。

パターン１１Ｃは、白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素によって構成されてもよく、白色色素および白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素の両方を含んでもよい。

さらに、パターン１１Ｃは、赤外光の吸収率が低い色素および赤外光を吸収する色素の両方を含んでもよい。

●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る基材の一例である樹脂基材１ａの加工方法は、レーザの一例である加工レーザビーム２０の照射により、樹脂基材１ａに色素を含有させ、樹脂基材１ａ上に、色素を含有する第１の組成物の一例であるインク３０と、インク３０よりも加工レーザビーム２０の波長の吸収率が高く、インク３０よりも相変化または熱分解する温度が低い第２の組成物の一例である光熱変換材４００と、を隣接して配置する配置ステップと、少なくとも樹脂基材１ａ上に配置された光熱変換材４００に対してレーザを照射することにより、インク３０および樹脂基材１ａを溶融させて、樹脂基材１ａに色素を含有させる照射ステップと、を備える。ここで、相変化は、昇華、気化を含み、熱分解は、相変化以外の化学変化を伴うものとする。

これにより、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が低いインク３０が含有する色素を樹脂基材１ａに含有させることができる。すなわち、加工レーザビーム２０の波長に関わらず、樹脂基材１ａに含有させる色素の自由度を向上させることができる。

なお、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が低いインク３０が含有する色素とともに、加工レーザビーム２０の波長の吸収率が高いインクが含有する色素を樹脂基材１ａに含有させてもよい。

配置ステップにおいて、光熱変換材４００は、樹脂基材１ａとの間で第１の組成物を挟むように配置される。これにより、インク３０を溶融させて、樹脂基材１ａに色素を含有させることが確実にできる。

加工レーザビーム２０は赤外線レーザであり、インク３０に含有される色素は、赤外光の吸収率が低い色素であり、光熱変換材４００は赤外光を吸収する。これにより、赤外線レーザを用いて、赤外光の吸収率が低い色素を樹脂基材１ａに含有させることができる。

インク３０に含有される色素は、白色色素である。これにより、赤外線レーザを用いて、白色色素を樹脂基材１ａに含有させることができる。なお、白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素を樹脂基材１ａに含有させてもよく、白色色素および白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素を樹脂基材１ａに含有させてもよい。

赤外線レーザは、７８０ｎｍ～１１００μｍの間にピーク波長を有する。これにより、７８０ｎｍ～１１００μｍの間にピーク波長を有する赤外線レーザを用いて、７８０ｎｍ～１１００μｍの間にピーク波長を有する赤外光の吸収率が低い色素を樹脂基材１ａに含有させることができる。

本発明の一実施形態に係る基材の一例である樹脂基材１ａは、レーザ照射による赤外光の吸収率が低い色素が含有された構成からなるパターン１１を備える。これにより、色素の自由度のあるパターン１１を備えた樹脂基材１ａを提供することができる。

赤外光の吸収率が低い色素は、白色色素を含む。これにより、白色色素により構成されるパターン１１Ｃを備えた樹脂基材１ａを提供することができる。パターン１１は、白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素により構成されてもよい。

また、パターン１１は、白色色素および白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素により構成されてもよい。具体的には、樹脂基材１ａは、白色色素により構成されるパターンと、白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素により構成されるパターン１１を別々に備えても良く、白色色素および白色色素以外の赤外光の吸収率が低い色素により構成される同一のパターンを備えても良い。

パターン１１は、赤外光の吸収率が低い色素および赤外光を吸収する色素により構成される。具体的には、樹脂基材１ａは、赤外光の吸収率が低い色素により構成されるパターン１１Ｃと、赤外光を吸収する色素により構成されるパターン１１Ａ、１１Ｂを別々に備えても良く、赤外光の吸収率が低い色素および赤外光を吸収する色素により構成される同一のパターンを備えても良い。

本発明の一実施形態に係る収容器１は、レーザ照射により含有された赤外光の吸収率が低い色素によって構成されるパターン１１を備える基材の一例である樹脂基材１ａを含む。これにより、色素の自由度のあるパターン１１を備えた収容器１を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る収容体は、レーザ照射により含有された赤外光の吸収率が低い色素によって構成されるパターン１１を備える基材の一例である樹脂基材１ａを含む収容器１と、収容器１に収容されている被収容物１ｂと、からなる。これにより、色素の自由度のあるパターン１１を備えた収容体を提供することができる。

１ 収容器
１ａ 樹脂基材（基材の一例）
１ｂ 被収容物
２ キャップ
１０ 円筒軸
１１Ａ、１１Ｂ パターン
１１Ｃ パターン（白色パターン）
１００ 製造装置
２００ レーザ照射部
２０ 加工レーザビーム（レーザの一例）
２１ レーザ光源
２２ ビームエキスパンダ
２３ 走査部
２４ 走査レンズ
２５ 同期検知部
３ 回転機構
３０ インク（第１の組成物の一例）
３００ インク積層体
４ 移動機構
４００ 光熱変換材（第２の組成物の一例）
４０１ 光熱変換材（相変化または熱分解する温度が低い材料）
５ 集塵部
６ 制御部
Ａ 伝熱
Ｂ 熱溶融
Ｃ アブレーション
Ｄ 発泡

Claims (10)

1. レーザ照射により、樹脂基材に色素を含有させる樹脂基材の加工方法であって、
   前記樹脂基材上に、色素を含有する第１の組成物と、前記第１の組成物よりも前記レーザの波長の吸収率が高く、前記第１の組成物よりも相変化または熱分解する温度が低い第２の組成物と、を隣接して配置する配置ステップと、
   少なくとも前記樹脂基材上に配置された前記第２の組成物に対してレーザを照射することにより、前記第１の組成物および前記樹脂基材を溶融させて、前記樹脂基材に前記色素を含有させる照射ステップと、
   を備えた樹脂基材の加工方法。
2. 前記配置ステップにおいて、前記第２の組成物は、前記樹脂基材との間で前記第１の組成物を挟むように配置される請求項１記載の樹脂基材の加工方法。
3. 前記レーザは赤外線レーザであり、
   前記第１の組成物に含有される前記色素は、赤外光の吸収率が低い色素であり、
   前記第２の組成物は赤外光を吸収する請求項１または２記載の樹脂基材の加工方法。
4. 前記第１の組成物に含有される前記色素は、白色色素である請求項３記載の樹脂基材の加工方法。
5. 前記赤外線レーザは、７８０ｎｍ～１１００μｍの間にピーク波長を有する請求項３または４記載の樹脂基材の加工方法。
6. レーザ照射による赤外光の吸収率が低い色素が含有された構成からなるパターンを備えた樹脂基材。
7. 前記赤外光の吸収率が低い色素は、白色色素を含む請求項６記載の樹脂基材。
8. 前記パターンは、前記赤外光の吸収率が低い色素および赤外光を吸収する色素により構成される請求項６または７記載の樹脂基材。
9. 請求項６～８の何れか記載の樹脂基材を含む収容器。
10. 請求項９記載の収容器と、
    前記収容器に収容されている被収容物と、からなる収容体。

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