JP6576075B2 - レーザーラベルおよびそれを用いたレーザーマーキング方法 - Google Patents
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Description
レーザーマーキングは、たとえば発色剤を含むラベルにレーザー光を照射し発色させてマーキングする方法が知られている。
従来のレーザーマーキングは、高エネルギーのレーザー光を照射すると、発色剤の発色時(レーザーマーキング時)に発塵する。この発塵は、レーザーラベルの外観不良の原因となり、たとえば二次元コードをマーキングした際、識別性不良の原因となる。
このような発塵を抑えるため、レーザーラベルの表面に保護層を設ける技術が知られている。
具体的には、特許文献1の実施例1には、ポリエチレン樹脂を溶融押し出しした表面保護層と、発色剤を15質量%含みバインダー樹脂がウレタン樹脂であるレーザー発色性インキ皮膜層とを備えたレーザーラベルが記載されている。また、実施例18には、実施例1と同じ保護層と、発色剤を0.04質量%含みバインダー樹脂がアクリル樹脂であるレーザー発色性インキ皮膜層とを備えたレーザーラベルが記載されている。
[1]表面層と、中間層と、発色層とがこの順に積層し、
前記中間層が、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を重合して得られる(メタ)アクリル系共重合体の組成物であり、
前記発色層が、発色層100質量%に対し0.2〜4.0質量%の発色剤を含む
レーザーラベルである。
本発明のレーザーラベルの第一の態様は、図1に示すように、表面層11と、中間層12と、発色層13とがこの順に積層した構成である。また、中間層12は、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を重合して得られる(メタ)アクリル系共重合体の組成物を含む。さらに、発色層13は、発色層100質量%に対し0.2〜4.0質量%の発色剤を含む。
レーザーラベル1は、表面層11側からレーザー光を照射すると、レーザー光が表面層11と中間層12とを透過し、次いで発色層13が含む発色剤にレーザー光が作用し発色して、所望の情報がマーキングされる。
レーザーラベル1は、表面層11と発色層13との間に特定の組成の中間層12を有し、かつ発色層13が含む発色剤の量が特定の範囲であるため、発色剤の量が少なくても発色が十分であり、コントラストが大きく、レーザーマーキング部の識別性が極めて良好となる。さらに、発色層13が含む発色剤の量が少ないため、レーザーマーキング時の発塵が抑えられ、より識別性が向上する。
表面層11は、樹脂組成物を含む。前記樹脂組成物は、レーザー光を十分透過できるものであれば特に制約はない。
表面層11に用いられる樹脂組成物が含む樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。さらに、表面層11に用いられる樹脂組成物が含む樹脂は、たとえば(メタ)アクリル系共重合体、ビニルブチラール樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル、ポリスチレン、ポリウレタンである。
これらの樹脂は単独で用いてもよく、また2種以上を用いてもよい。
特に、レーザー光を十分透過でき、製膜性が優れ、レーザーラベルの取扱性が良好であり、耐候性が良好であるため、(メタ)アクリル系共重合体が好適である。
中間層12は、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を重合して得られる(メタ)アクリル系共重合体の組成物である。中間層12が光透過性の高い(メタ)アクリル系共重合体の組成物であるため、レーザーラベル1に照射されたレーザー光は、中間層12を十分透過し、発色層13まで到達することでレーザーマーキング部の識別性が向上する。
前記カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体がアクリル酸であれば、レーザーマーキング時に生じる熱に対してより安定であり、たとえば熱分解による揮発成分の発生量を抑え、層間の剥離や膨れが抑制できるため好ましい。また、後述する発色層13が含む発色剤との作用が十分であり、レーザーマーキング時に発色が顕著となることでレーザーマーキング部の識別性がより向上するため好ましい。
このような炭素数4以上のアルキル基を有する(メタ)アクリル系エステル単量体は、たとえばアクリル酸ブチルである。
中間層12が架橋剤を含むため、前記カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系共重合体が架橋し、たとえばレーザーマーキング時の耐膨れ性が優れる。
発色層13は、樹脂組成物と発色剤とを含む。また、発色層13は、発色層100質量%に対し0.2〜4.0質量%の発色剤を含む。発色層13は、より好ましくは、発色層100質量%に対し0.3〜3.0質量%の発色剤を、さらに好ましくは0.4〜0.6質量%の発色剤を含む。
前記発色剤の量が発色層100質量%に対し0.2質量%以上であるため、発色剤が十分であり、レーザーマーキング時に適切に発色し、レーザーマーキング部の識別性が良好となる。また、4.0質量%以下であるため、レーザーマーキング時の発塵が抑えられ、発色剤由来の望ましくない着色を抑制でき、レーザーラベルの外観が良好となるとともにレーザーマーキング部の識別性が良好となる。
なお、発色剤とは、レーザーマーキング時にレーザー光の作用で発色剤自身の酸化反応や還元反応により発色(変色)する物質および/または発色層が含む発色剤の周囲の樹脂組成物や中間層が含む樹脂組成物が炭化し発色(変色)させる物質である。
本発明者は、従来のレーザーマーキングでは、レーザー光の照射により、発色層が含む発色剤が拡散するため、十分発色できないという不具合を改善した。
本発明者は、発色層13と特定の組成の中間層12とを積層した構成であるため、レーザー光の照射時における発色層13中の発色剤および/または変色した樹脂組成物の拡散を抑えることで、レーザーラベル1が備える発色層13中の発色剤の量がたとえば発色層100質量%に対し0.2質量%程度と少なくても、本発明のレーザーラベルが優れた識別性を示すと考えている。
中間層を設けずに本発明の中間層に用いた(メタ)アクリル系共重合体の組成物を発色層の樹脂組成物に用いた態様、つまり中間層と発色層とが積層されない態様では、レーザーマーキング時に発色剤および/または変色した樹脂組成物の拡散が起こり、レーザーラベルの外観が不良となり、レーザーマーキング部が本発明のような優れた識別性を示さない。
これらの樹脂は単独で用いてもよく、また2種類以上を用いてもよい。
特に、製膜性が優れ、レーザーラベルの取扱性や、耐候性が良好であるため、たとえば(メタ)アクリル系共重合体が好適である。
なお、発色層13が含む樹脂組成物は、表面層11が含む樹脂組成物と同一であってもよい。
これらの化合物は、単独でも、また2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
図2に示すように、レーザーラベル2は、表面層21と、中間層22と、発色層23と、粘着剤層24とがこの順に積層した構成である。
粘着剤層24に用いる樹脂組成物は、たとえば(メタ)アクリル系粘着剤である。
なお、粘着剤層24に用いる樹脂組成物は、中間層22が含む(メタ)アクリル系共重合体の組成物と同一であってもよい。
本発明の別の態様は、レーザーラベルを用いたレーザーマーキング方法である。
本発明のレーザーマーキング方法は、前述したレーザーラベルに、たとえばYAGレーザー、YVO4レーザーおよびFAYbレーザーのいずれかのレーザー光を照射するレーザーマーキング方法である。
本発明のレーザーラベルは、中間層12が特定の組成であるため発色効率が高く、発色剤の量が少なくかつレーザー光の出力が低くても、識別性が優れ、発塵が起きず、外観が良好となる。そのため、本発明のレーザーラベルは、高い情報の読み取り精度が求められる二次元コードのレーザーマーキング部の識別性が良好となる。
各実施例および比較例の試験片に後述する条件でレーザーマーキングした。
各試験片のレーザーマーキング後に、レーザーラベルの外観を、層間の膨れや発塵の有無を目視にて確認した。
レーザーマーキング部の識別性は、下記の手順で作製した後述する各実施例および比較例の試験片にレーザー光を照射後、判定した。
各試験片の識別性は、20mmの正方形内に、JIS X0510:2004の図1と同一のパターンである二次元バーコードをFAYbレーザー(パナソニック デバイスSUNX社製 製品名レーザーマーカーLP−Z130)を用いて波長1064nmにてレーザーマーキングし、その読み取り性能にて識別性を判定した。
各試験片のレーザーマーキング部に二次元バーコードリーダー(キーエンス社製 製品名SR−600)を用いて10回読み取りし、次の基準により判定した。○を合格とした。
○:10回とも読み取れる。
×:1回でも読み取れない。
製造例1のレーザーラベルの中間層に用いる(メタ)アクリル系共重合体の組成物は以下の手順で作製した。
攪拌装置、滴下装置および温度計を備えた反応容器を用意した。次いでこの反応容器に、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体であるアクリル酸14質量部と、アクリル酸ブチル86質量部と、重合触媒であるアゾビスイソブチロニトリル0.4質量部と、溶媒である酢酸エチル100質量部との混合物を、まず混合物全体の1/4を入れて内温80〜85℃還流、攪拌下で重合を行った。次いで残り3/4の混合物を逐次反応容器内に滴下し、さらに重合を行った。溶媒である酢酸エチルを加えて希釈することで、(メタ)アクリル系共重合体100質量%に対し共重合体成分として14質量%のカルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を用いた(メタ)アクリル系共重合体である製造例1の樹脂組成物を得た。
製造例1で、アクリル酸の質量部を6質量部に、またアクリル酸ブチルの質量部を94質量部に変更した以外は、製造例1と同様にして製造例2の樹脂組成物を得た。
製造例1で、(メタ)アクリル系単量体としてアクリル酸エチル65質量部と、メタクリル酸メチル21質量部と、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル14質量部とを用いた以外は、製造例1と同様にして製造例3の樹脂組成物を得た。
実施例1のレーザーラベルは以下の手順で作製した。
アクリル系共重合体 商品名ニッセツ KP1876E(日本カーバイド工業社製)50質量部、アクリル系共重合体 商品名Hi−SSP 2100U7V4(日本カーバイド工業社製)50質量部、セルロース系樹脂 商品名CAB381‐0.1(イーストマンケミカル社製)4質量部、メラミン系架橋剤 商品名ニカラック MS−11(三和ケミカル社製)18質量部、リン酸エステル系硬化触媒 商品名CT−198(トクシキ社製)0.3質量部を混合し樹脂組成物を得た。この樹脂組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム 商品名エンブレットS−75(ユニチカ社製)に塗工後、加熱乾燥することで、厚みが40μmの表面層を得た。
得られた表面層は無色透明であった。
アクリル系共重合体 商品名ニッセツ KP1876E(日本カーバイド工業社製)50質量部、アクリル系共重合体 商品名Hi−SSP 2100U7V4(日本カーバイド工業社製)50質量部、セルロース系樹脂 商品名CAB381‐0.1(イーストマンケミカル社製)4質量部、白色顔料 商品名FPGS−5010W(大日精化工業社製)25質量部、ネオジム-ビスマス系の発色剤 商品名トマテック42−920A(東罐マテリアル・テクノロジー社製)1質量部、アジピン酸ポリエステル系可塑剤 商品名D663(ジェイ・プラス社製)1質量部、メラミン系架橋剤 商品名ニカラック MS−11(三和ケミカル社製)18質量部、リン酸エステル系硬化触媒 商品名CT−198(トクシキ社製)0.3質量部を混合し樹脂組成物を得た。この樹脂組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム 商品名エンブレットS−75(ユニチカ社製)に塗工後、加熱乾燥することで、厚みが60μmの発色層を得た。
得られた発色層は白色であった。
各実施例および各比較例のレーザーラベルは、発色層100質量%に対する発色剤の質量%および用いた発色剤の種類を、表1に示した組成にした以外を実施例1と同様の手順で作製した。
実施例4の発色層には、銅‐モリブデン系の発色剤である商品名トマテック42−903A(東罐マテリアル・テクノロジー社製)を用いた。実施例5の中間層には、製造例2の樹脂組成物を用いた。
比較例1の発色剤の量は、発色層100質量%に対して0.15質量%であり、また比較例2の発色剤の量は4.2質量%である。
比較例3の中間層は、製造例3の樹脂組成物を用いた。比較例3の中間層の組成は、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を含まない。
比較例4は、中間層を有さず、発色層に表面層の樹脂組成物をスクリーン印刷法で積層した。
上記で得られた各実施例および各比較例のレーザーラベルを5センチ角に切断し、外観、識別性の評価の各試験片とした。
表1によれば、各実施例の試験片は、外観、識別性のいずれも良好であった。
また、中間層の組成にカルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を含まない比較例3の試験片は、レーザーマーキング時に層間で膨れが発生し、レーザーマーキング部の識別性が劣った。
また、中間層を有さない比較例4は、外観、識別性とも不良であった。レーザーマーキング後の比較例4の試験片断面を顕微鏡観察したところ、表面層と発色層との界面で発色剤の拡散が一部見られた。そのため、精密なレーザーマーキングができず、識別性が劣ったと考えられる。
さらに、発色層が含む発色剤の量が少ない比較例1の試験片は、レーザーマーキング時に十分発色せず識別性が劣り、また、発色剤の量が多い比較例2は、レーザーマーキング時の発色剤および/または発色した樹脂組成物の拡散により識別性が劣ったと考えられる。
さらに、発色剤の量が少なく、レーザー光の照射時に発塵が抑えられるため、たとえば電子部品、衣料品、食料品の各製造現場で好適にレーザーマーキングが行える。
11 表面層
12 中間層
13 発色層
2 レーザーラベル
21 表面層
22 中間層
23 発色層
24 粘着剤層
Claims (6)
- 表面層と、中間層と、発色層とがこの順に積層し、
前記中間層が、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を重合して得られる(メタ)アクリル系共重合体の組成物であり、厚みが5μm以上80μm以下であり、
前記発色層が、(メタ)アクリル系共重合体と、発色層100質量%に対し0.2〜4.0質量%の発色剤を含む
レーザーラベル。 - 前記カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体がアクリル酸である請求項1に記載のレーザーラベル。
- 前記中間層が炭素数4以上のアルキル基を有する(メタ)アクリル系エステル単量体を重合して得られる(メタ)アクリル系共重合体を含む請求項1または請求項2に記載のレーザーラベル。
- 前記中間層が、前記(メタ)アクリル系共重合体100質量%に対し、共重合体成分として6質量%以上14質量%以下のカルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体を用いた(メタ)アクリル系共重合体を含む請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザーラベル。
- 前記発色剤が、銅化合物、モリブデン化合物、ビスマス化合物およびアンチモン化合物からなる群より選ばれる少なくとも一つである請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザーラベル。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザーラベルに、YAGレーザー、YVO4レーザーおよびFAYbレーザーのいずれかのレーザー光を照射するレーザーマーキング方法。
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