JP6060513B2 - レーザーマーキング手法およびレーザーマーキング装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明ハイバリアフィルムの真空蒸着工程で使用する不良検出システムに連動して動作するレーザーマーキング装置およびレーザーマーキング手法に関する。

レトルト食品など長期保存を必要とする食品包材には、内容物の品質保持のために酸素や水蒸気の透過を遮断する機能が必要で、一般的にアルミ箔が多く使用されている。しかし、環境意識の高まりや、電子レンジ対応商品の開発、品質保証のための金属探知機利用の需要増などに伴い、非金属素材でアルミ箔同等のバリア性能を持つハイバリアフィルムへのニーズが高まっている。

加えて、介護食や輸液など医療医薬品の包装用途、さらには太陽電池バックシートをはじめとした産業資材などへ用途が拡がっており、透明ハイバリアフィルムを使用した包材・部材の需要が大幅に拡大している。

この透明ハイバリアフィルムは、プラスチックフィルムを基材として例えば真空蒸着などのドライコーティングとウェットコーティングの多層構成をベースにしたガスバリア層を形成することで酸素などに対するガスバリア性や水蒸気に対する防湿性などの機能を有する。

透明ハイバリアフィルムの製造工程として、ガスバリア層をプラスチックフィルム基材上に形成するために真空蒸着を行っている。この真空蒸着工程において蒸着機起因による蒸着不良が発生するため、蒸着不良箇所と正常に蒸着された箇所を分別する必要がある。

しかしながら、プラスチックフィルム基材と蒸着層は透明であるため、蒸着不良発生箇所の特定が困難である。そのため、不良発生箇所の除去をするときに良品も含めて除去してしまい、収率低下という問題が発生している。

上記の問題を解決するための従来技術として、特許文献１に記載のフィルム用欠陥マーキング装置及び欠陥マーキング方法が開示されている。しかし特許文献１に記載の欠陥マーキング方法は、マーキング位置の安定性向上のため、マーキングエリアでは間欠送りとしており、連続送りでのマーキングが不可欠な場合は適用できないという問題がある。また、真空蒸着工程などで発生した蒸着機起因による蒸着不良については、不良箇所の特定が困難であるという問題がある。

現状では、蒸着不良箇所の特定は蒸着機からの異常発生信号でしか行えず、後工程を進めていくと異常発生箇所の特定が困難となる。蒸着不良箇所の流出を防止するため、異常発生信号と前後に良品である箇所を含めて除去を行っており、生産性低下の原因となっている。

特開２０１１−７７７９号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、蒸着中におけるレーザーマ
ーキングによる不良箇所の特定を確実に行えるレーザーマーキング手法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、フィルム基材に巻取り方式で真空蒸着を行う蒸着機の真空チャンバー内でレーザーマーキングを行うレーザーマーキング装置のレーザーマーキング手法であって、少なくとも、
蒸着機は、蒸着機の異常を検知する異常検知機構と、蒸着層厚み不良を検知する膜厚測定システムを備えており、
前記異常検知機構が蒸着機の異常を検知した場合、あるいは、前記膜厚測定システムが蒸着層厚み不良を検知した場合に、蒸着不良信号を発する異常検出工程と、
前記異常検出工程から発せられた信号を受けて、前記フィルム基材にレーザーマーキングを行うレーザーマーキング工程と、からなり、
前記レーザーマーキング工程は、前記真空チャンバーの外に設置されたレーザー光源から、前記真空チャンバーの中に導入するための窓部を通過させてレーザー光を照射するようにしたことを特徴とするレーザーマーキング手法である。

また請求項２に記載の発明は、レーザー光線によるマーキングがハーフカット加工であることを特徴とする請求項１に記載のレーザーマーキング手法である。

また請求項３に記載の発明は、基材フィルムが、レーザーマーキング時においても、繰出しロールから巻取りロールに向って連続的に搬送されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザーマーキング手法である。

また請求項４に記載の発明は、基材フィルムを送り出す繰り出しロールと、基材フィルムに真空蒸着を行なう蒸着機と、レーザー光照射装置と、巻取りロールとを備えてなり、
前記蒸着機は、少なくとも、蒸着機の異常を検知する異常検知機構と、蒸着層厚み不良を検知する膜厚測定システムを備えており、
前記レーザー光照射装置は、少なくとも、真空チャンバーの外に設置されたレーザー光源と、レーザー光を真空チャンバーの中に導入するための窓部と、前記真空チャンバー内に導入されたレーザー光の進行方向を変化させて前記基材フィルムに照射するためのビームベンダーと、から構成されており、
前記蒸着機の異常や蒸着層厚み不良を検知した場合に、前記異常検知機構や前記膜厚測定システムが発する蒸着不良信号に基づいて、前記基材フィルムにレーザーマーキングするように、前記レーザー光照射装置が制御されていることを特徴とするレーザーマーキング装置である。

本発明の真空蒸着加工中における不良検出システムに連動して動作するレーザーマーキング装置のレーザーマーキング手法により、透明ハイバリアフィルムの製造工程において発生する不良箇所の特定を、インラインかつ生産機の動作に影響することなく実施することが可能となり、収率改善による生産性の向上が実現する。

蒸着機の真空チャンバー内部の一例を示す概略説明図。 本発明のレーザーマーキング装置の構成の一例を上面から見た概略説明図。 本発明のレーザーマーキング装置でマーキングされた基材フィルムの一例を示す概略説明図であり、（Ａ）は俯瞰的概略図、（Ｂ）は（Ａ）の概略断面図である。

以下に本発明のレーザーマーキング装置の一実施形態に基づいて詳細を説明する。
本発明のレーザーマーキング装置の一実施形態を説明する。図１は、蒸着機の真空チャンバー内部の例を側面から見た概略説明図である。図２は、レーザーマーキング装置の構成の例を上面から見た概略説明図である。なお、本発明では、蒸着機を少なくとも、真空チャンバーの内部に設けられた繰出しロール０２と蒸着室０６と巻取りロール０３とレーザー光照射装置から構成されているものとする。また、レーザー光照射装置は、少なくとも、真空チャンバーの外に設置されたレーザー光源１２とレーザー光を真空チャンバーの中に導入するための窓としてのジンクセレンレンズとそれを保持するためのジンクセレンレンズホルダー１３と真空チャンバー内に導入されたレーザー光の進行方向を９０°曲げて基材フィルム０１に照射するためのビームベンダー１４から構成されているものとする。

真空チャンバー１１内部は、フィルム搬送巻取室０５と蒸着室０６とで区切られている。フィルム搬送巻取室０５は繰出しロール０２から搬送された基材フィルム０１がガイドロール０９を通り、蒸着室０６にある成膜ロール０４を通り、巻取ロール０３にて巻き取られる。前記搬送経路における繰出しロール０２と成膜ロール０４との間、または成膜ロール０４と巻取りロール０３との間、のどちらかにあるガイドロールの間にレーザーマーキングを行うレーザー光線を照射するためのビームベンダー１４が設置される。

レーザーマーキングのための構成は、大気圧環境である真空チャンバー１１の外側にレーザー光源１２を設置する。前記レーザー光源１２から照射されるレーザー光線１５は真空チャンバー１１の外壁１０に設置されているジンクセレンレンズを保持するジンクセレンホルダー１３を通過して、前記ビームベンダー１４に入射し、ビームベンダー１４によって進行方向を９０°曲げることで、基材フィルム０１にレーザー光線１５が照射され、レーザーマーキングが施される。

レーザー光源１２は、蒸着不良（蒸着機の異常や蒸着層厚み不良など）が発生したことを示すエラー信号である蒸着不良信号（蒸着機の各種検知器や蒸着層の膜厚センサーからの警報信号）を受信する機構を備えている。レーザー光源１２によるレーザー光線の出力タイミングは、前記信号を受信する機構にて、受信した蒸着不良信号によって制御される。加工中に発生した不良を示す蒸着不良信号をリアルタイムで受信することで、インラインで不良箇所へのレーザーマーキングを行う。

図３に本発明のレーザーマーキング装置でマーキングを施された基材フィルム０１の概略説明図の一例を示す。レーザー光線によるマーキングは基材フィルム０１を完全に断裁せず、図３に示すようにハーフカットにてマーキングを行う。

これは、基材フィルム０１がマーキングのためのレーザー光線によって断裁されることで、基材フィルム０１が搬送中に断裁されたレーザーマーキング部から損傷することを防ぐ目的がある。また、後工程にて基材フィルム０１の表面処理を行う工程がある場合、表面処理のために液体物、例えば溶剤を使用すると、断裁されたマークから溶剤がこぼれることで、搬送用ロールなどの搬送系設備に付着し、基材フィルム０１の良品部分に付着する恐れがある。

前記問題点を解決するために、レーザー光線によるマーキングはハーフカットで行う。レーザー光源１２の出力は、フィルム基材０１の材質や厚み、搬送速度によって適切に設定をすることでハーフカット加工を行うことができる条件にて設定する。

図１には基材フィルム０１が繰出しロール０２より搬送され、ガイドロール０９を含むいくつかのガイドロールと蒸着室０６を通り、巻取りロール０３にて巻き取られる搬送系を持った蒸着機にて本発明のレーザーマーキング手法の実施例を示す。

まず、繰出しロール０２より搬送される基材フィルム０１が、蒸着室０６にてフィルム表面に蒸着されながら、巻取りロール０３まで連続的に搬送される。

ビームベンダー１４の設置位置は何通りかあるが、例えば、図１の蒸着室の上流側に設置したビームベンダー１４Ａのような蒸着室０６以前とすることが望ましい。これは蒸着工程にて基材フィルム０１の表面に蒸着層を蒸着すると基材フィルム０１にレーザーマーキングし難くなるためである。そこで前記のように蒸着前にレーザー光線を照射し、レーザーマーキングを行っている。この場合、後で不良箇所を除去する際に、蒸着室の上流側に設置したビームベンダー１４Ａと成膜ロール０４の間の搬送経路長よりも長い長さを余
分に除去するようにする必要がある。

あるいはビームベンダー１４は図１の設置位置として蒸着室の下流側に設置したビームベンダー１４Ｂのように、蒸着室０６から基材フィルム０１を排出した後の位置としても良い。この場合、蒸着機の異常が検出されるからである。例えば、蒸着機の異常を検出すると同時に、レーザー光線を照射して、レーザーマーキングを行うと、そのレーザーマーキングされた基材フィルム０１の直後から蒸着不良が始まることになる。そこで前記のように蒸着前にレーザー光線を照射し、レーザーマーキングを行っている。

図１に示す蒸着機での生産中に、蒸着工程における蒸着機の異常、例えば電子銃０７のアーキングの発生や、蒸着層厚み不良などによる製品不良が発生すると蒸着機から不良が発生したことを知らせる蒸着不良信号が発せられる。蒸着機の異常は蒸着機自身が備えている異常検知機構により、蒸着機の異常を知らせる蒸着不良信号が発せられる。蒸着層厚み不良は、蒸着機に備えられている膜厚測定システムが、予め設定しておいた上限と下限の膜厚範囲を逸脱すると蒸着不良信号が発せられる機構が備えられている。この蒸着不良信号を、レーザー光源１２を制御する機構に向けて発信する。

レーザー光源１２と蒸着機の間で蒸着不良信号をやり取りする機構によって、蒸着不良信号がレーザー光源１２へ入力される。蒸着不良信号がレーザー光源１２に入力されることによって、レーザー光源１２よりレーザー光線が出力される。

ここでレーザー光源１２から出力されるレーザー光線の出力タイミングは、蒸着機異常が発生したことを示す蒸着不良信号の出力開始時と、蒸着機異常が終了し正常に蒸着を行える状態となった蒸着不良信号の出力終了時としている。

これは、蒸着不良信号の出力開始から終了までの区間は蒸着機異常が発生している区間であり、この区間の基材フィルム０１は不良と判別される。また、レーザー光線によるマーキングは基材フィルム０１表面に傷をつけるため、ハーフカット加工であっても基材フィルム０１に凹凸が残る。基材フィルム０１はロール状に巻き取られるため、凹凸が発生することで巻取りロール０３に巻き取られるところで良品部分に凹凸の跡が付く恐れがある。

また、蒸着異常の区間すべてでレーザー光線１５によるハーフカット加工を施すことで、基材フィルム０１の強度が低下し、搬送中に基材フィルム０１が破断する可能性がある。これらの問題があるため、レーザー光線１５の出力タイミングは前記のように、蒸着不良信号の出力開始時と終了時のみレーザーマーキングを行う。

レーザー光線１５の出力タイミングでレーザーマーキングを行う時のレーザー光線の出力時間は搬送速度によって任意に設定する。レーザー光線の出力時間と基材フィルム０１の搬送速度によってレーザーマーキングによるマークの距離が決まるため、その検出が容易に行える程度の照射時間で行う。今回は１秒間で実施した。

蒸着不良信号によってレーザー照射タイミングを制御しながらレーザーマーキングされた基材フィルム０１の巻取りロール０３は、次工程のスリット工程にて、スリット加工される際に、蒸着不良部分のレーザーマーキングをカメラなどで検出し、除去を行った。

以上、本発明の真空蒸着加工中における不良検出システムに連動して作動するレーザーマーキング装置のレーザーマーキング手法は、真空環境中で蒸着不良の特定を行うことが可能となるため、次工程のスリット工程にて不良箇所のみを除去することが出来るため、生産効率の向上となるロス削減が可能となる。

０１…基材フィルム
０２…繰出しロール
０３…巻取りロール
０４…成膜ロール
０５…フィルム搬送巻取室
０６…蒸着室
０７…電子銃
０８…蒸着材料セット用トレイ
０９…ガイドロール
１０…蒸着機壁面
１１…真空チャンバー内部
１２…レーザー光源
１３…ジンクセレンホルダー
１４…ビームベンダー
１４Ａ…蒸着室の上流側に設置したビームベンダー
１４Ｂ…蒸着室の下流側に設置したビームベンダー
１５…レーザー光線
１６…レーザーマーキング
１７…蒸着機

Claims (4)

1. フィルム基材に巻取り方式で真空蒸着を行う蒸着機の真空チャンバー内でレーザーマーキングを行うレーザーマーキング装置のレーザーマーキング手法であって、少なくとも、
   蒸着機は、蒸着機の異常を検知する異常検知機構と、蒸着層厚み不良を検知する膜厚測定システムを備えており、
   前記異常検知機構が蒸着機の異常を検知した場合、あるいは、前記膜厚測定システムが蒸着層厚み不良を検知した場合に、蒸着不良信号を発する異常検出工程と、
   前記異常検出工程から発せられた信号を受けて、前記フィルム基材にレーザーマーキングを行うレーザーマーキング工程と、からなり、
   前記レーザーマーキング工程は、前記真空チャンバーの外に設置されたレーザー光源から、前記真空チャンバーの中に導入するための窓部を通過させてレーザー光を照射するようにしたことを特徴とするレーザーマーキング手法。
2. レーザー光線によるマーキングがハーフカット加工であることを特徴とする請求項１に記載のレーザーマーキング手法。
3. 基材フィルムが、レーザーマーキング時においても、繰出しロールから巻取りロールに向って連続的に搬送されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザーマーキング手法。
4. 基材フィルムを送り出す繰り出しロールと、基材フィルムに真空蒸着を行なう蒸着機と、レーザー光照射装置と、巻取りロールとを備えてなり、
   前記蒸着機は、少なくとも、蒸着機の異常を検知する異常検知機構と、蒸着層厚み不良を検知する膜厚測定システムを備えており、
   前記レーザー光照射装置は、少なくとも、真空チャンバーの外に設置されたレーザー光源と、レーザー光を真空チャンバーの中に導入するための窓部と、前記真空チャンバー内に導入されたレーザー光の進行方向を変化させて前記基材フィルムに照射するためのビームベンダーと、から構成されており、
   前記蒸着機の異常や蒸着層厚み不良を検知した場合に、前記異常検知機構や前記膜厚測定システムが発する蒸着不良信号に基づいて、前記基材フィルムにレーザーマーキングするように、前記レーザー光照射装置が制御されていることを特徴とするレーザーマーキング装置。