JP6618526B2 - ラベルの印字／裁断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラベルの印字／裁断方法に関し、特にライナーレスラベルの印字／裁断方法および装置に関する。より具体的には、本方法および装置は、変色技術を使用してラベル内またはラベル上に画像を形成することが可能な、且つラベルを裁断または穿孔することが可能な一つ以上のレーザを備えている。

ラベルのインクレス印字は、顔料がラベル基体に貼付されるインクジェットや熱転写のような従来のラベル印字技術に代わるものである。インクレスの印字方法は、放射パターンを含むレーザビームの照射によって物理的特性（特に、その色）が変化し得る基体を利用している。

ラベルの貼付方法および装置は、包装産業では周知である。典型的には、多くのラベル貼付方法は、裏打ちライナー上に支持された事前裁断ラベルを使用して動作する。各ラベルは、同一のデザインで印字されても、可変情報で印字される領域を有してもよい。ラベルと裏打ちライナーは、印字された後にリール上に巻き戻される。リールは、ライナーとラベルの連続ストリップ（細片）を前方に引っ張るようにラベル貼付装置に嵌められている。次に、ラベルはライナーから分離され、対象物（ｏｂｊｅｃｔ）（典型的には、パッケージ、ケース、箱、カートンまたは製品）に貼付される。そのようなラベルの一例がＭａｃｓａ ｉｄによって販売されている。その事前裁断ラベルは裏打ちライナー上に設けられ、ＣＯ２レーザがラベル上の画像形成に使用されている。

上述の全ての技術では、裏打ちライナーは廃棄物となって処分され、または再生利用処理にまわさなければならないという欠点がある。さらに、裏打ちライナーは全体に厚みを加えるため、ラベリング装置で使用されるリール上に設けられるラベルの数が制限される。また、事前裁断ラベルの使用は、ラベルが裏打ちライナー上に形成されてから裁断される必要があり、製造にはさらに高いレベルが要求される。

上記問題に鑑み、ライナーレスラベルの開発の取り組みがなされている。ラベル基体の連続ストリップ上に印字された個々のラベルを一連の対象物に貼付するために、ラベル基体を裁断することが必要である。一つの周知の技術は、基体を裁断する機械的な刃を使用することである。これは、刃が長期にわたる使用で摩耗し、交換されなければならないという欠点がある。加えて、刃には、使用中に埃および接着剤が蓄積し、したがって、定期的に清掃が必要である。

機械的な刃の使用を回避するために、事前形成された穿孔をラベル基体に設ける試みがなされている。このアプローチでは、たとえ印字エリアのサイズが印字システムまたは画像形成システムによって変更できるとしても、貼付時にラベルの長さを調整することができない。また、特にラベル基体のストリップが製造処理中に巻き戻されるとき、ラベル基体に印加される張力のバラツキ（或いは、穿孔のバラツキ）が、時期早尚な引き裂きを引き起こし得る。したがって、通常の張力よりもかなり低い張力で巻き戻し処理を実施することが必要であり、ラベル基体の所与の長さに対してより長い直径のリールの使用につながる。典型的には、巻き戻し中の張力の減少は、裏打ちライナー上のラベルのリールよりも著しく小さくないリール直径の使用につながる。したがって、機械を再装填する間隔を増加することに関してラベルからライナーを除去することの利点が失われる。

本出願人の同時係属の英国特許出願第１５０６３１２．６号（およびファミリー）では、正確な位置において個々のラベルの印字および裁断が可能なレーザ照射手段を使用するライナーレスラベルの印字方法および装置が開示されている。コストを最小限にするために、ラベルの印字および裁断の両方のために一つのレーザ照射手段を使用することが好ましく、印字時および裁断時は、レーザ照射手段の出力およびレーザスポットの走査速度を変更することによって夫々に区別されている。典型的には、印字時は、走査速度６０００ｍｍ／ｓで最大出力の約２５％で実行される可能性があり、裁断時は、走査速度を３００ｍｍ／ｓまで低減して１００％の出力を必要とする可能性がある。印字と裁断のために同一のレーザ照射手段を使用することの問題点の一つは、印字のために最適化されたレーザのスポット径が、裁断には最適ではないことである。典型的には、走査速度の上昇の難しさによって印字速度に重大な制限がかかるため、印字にはより大きなスポット径が好まれる。しかしながら文字を描くための最適なスポット径は、大きな一次元バーコード（ｌｉｎｅａｒ ｂａｒ ｃｏｄｅｓ）を印字するために必要とされる最適なスポット径とは異なる可能性がある。

印字に必要なスポット径が大きくなることは、裁断のためにレーザを使用する場合、裁断に必要な時間が長くなり、コストが増大することを意味する。さらに、裁断幅が所望の幅よりも広くなり、ヒューム排出システムに対して潜在的に大きな影響を与えるため、その排出システムのフィルタの耐用年数が短縮される。

印字のために比較的大きなスポット径が使用されても、大きな一次元バーコードは、１本の黒線につき１回から６回の走査を必要とする可能性がある。複数回の走査を必要とすることにより、ラベルの最大印字速度が制限される。これは、スポット径をさらに拡大することによって対処可能であるが、裁断には一層重大な影響を与えることになる。

したがって、本発明の目的は、上述の課題を少なくとも部分的に克服または軽減した、改良されたラベルの印字／裁断方法および装置を提供することである。

本発明の第一の態様は、製品に貼付されるラベルの印字／裁断方法であって、変色層を備えるラベル基体のストリップを提供するステップと、レーザ照射手段を使用してラベル基体の一部を変色層の変色を誘起するために選択的に露出して、印字画像を形成するステップと、レーザ照射手段を使用してラベル基体を裁断する裁断ステップとを備え、印字および裁断のためにレーザのスポット径が変更されることを特徴としている。

本発明の第二の態様は、ラベル基体のストリップと共に使用されるのに適したラベルの印字／裁断装置であって、ラベル基体は、印字画像が形成可能な変色層を備え、ラベルの印字／裁断装置は：ラベル基体のストリップを保持／供給するラベル保管部と、保管部から印字エリアにラベル基体を搬送する搬送手段と、ラベル基体が印字エリアを通って搬送されるとき、変色層に変色を誘起してそれによって印字画像を形成するように、ラベル基体を選択的に照射するように動作可能なレーザ照射手段を備え、レーザ照射手段は、ラベル基体が印字エリアを通って搬送されるとき、ラベル基体を裁断するようにさらに動作可能であって、レーザ照射手段は、印字および裁断のためにレーザのスポット径を変更するように動作可能なスポット径調整手段を備えることを特徴としている。

したがって、本発明は、ラベルストックが任意の適切なサイズのラベルを提供するための印字／裁断方法および装置を提供している。さらに、本発明では、レーザ照射手段のスポット径を動作毎に最適化できるため、ラベルの印字および裁断の速度を上昇させることができる。特に、スポット径が印字のために拡大されると印字速度は著しく上昇し、スポット径が裁断のために縮小されるとより狭い幅の裁断が可能になり、裁断時にラベル基体から取り除かれる材料の量が低減する。その結果、装置に対応するヒューム排出システムのフィルタ交換の間隔が引き延ばされるので有益である。

この方法は、印字画像の縁部の位置を裁断前に決定するステップを含んでもよい。印字／裁断装置は、印字画像の縁部の位置を決定する位置センサを備えてもよい。これらの実施形態では、位置センサに応答してラベル基体が印字エリアを通って搬送されるときに、ラベル基体の裁断が実施されてもよい。位置センサは、画像の縁部を検出、および／またはその画像の縁部を識別する位置合わせマークを検出することによって画像の縁部の位置を決定するように動作可能な光センサを備えてもよい。或いは、この位置センサは、印字画像のサイズと搬送手段の動作に基づいて、印字画像の縁部の位置を決定するように動作可能な搬送センサを備えてもよい。

ラベル基体は、ライナーレスラベル基体を備えてもよい。或いは、ラベル基体は、裏打ちライナー上に支持されてもよい。

本方法は、印字および裁断されたラベルを対象物に貼付する追加的ステップを含んでもよい。これは、貼付装置を使用して達成することができる。貼付装置は、ラベルを対象物上に押圧するように動作可能なローラまたはブラシを備えてもよい。

搬送手段は、一つ以上のベルトまたはローラを備えてもよい。好適な一実施形態では、搬送手段は、接着剤層と接合しないように構成された材料から形成される支持ベルトを備えている。これによって、選択的照射中に搬送手段がラベルを支持できる。

裁断は、裁断領域で生じることが好ましい。裁断領域は、支持ベルトの端部を越えて存在してもよい。このようにして、裁断中に支持ベルトに損傷が発生しない。或いは、裁断領域は、一つ以上のベルトまたはローラの間に設けられてもよい。代替的な実施形態では、シールドが、裁断中に搬送手段を保護するために設けられている。

保管部は、スピンドルを備えてもよい。スピンドルは、ラベル基体のリールを保持するように構成されてもよい。

ラベル基体の一部を選択的に照射するため、ラベルは、実質的に連続的または指標付けステップでレーザ照射手段を通過するように搬送されてもよい。加えてまたは或いは、ラベル基体は、選択照射中に搬送が停止されてもよい。これによって、より高精細な画像または一部がより高精細となっている画像の形成が可能となる。これは、画像内へのバーコードの印字のためには特に有利である。

レーザ照射手段は、印字および／または裁断のために、生成されたレーザビームを基体の選択されたエリアに向けるように動作可能な走査ユニットを備えてもよい。走査ユニットは、印字のために、生成されたレーザビームをラベル基体に集光する印字用集光手段をさらに備えてもよい。印字用集光手段は、ビームが走査ユニットに入射する位置よりも手前または後ろに設けられてもよい。

生成されたレーザビームは、印字および／または裁断のために、基体の選択されたエリアに向けられる前に拡大されてもよい。これにより、十分に小さいスポット径が適切な画像照射野面積に確保される。ビームの拡大は、レーザ照射手段と走査ユニットとの間に配置されるビームエキスパンダによって達成することができる。

レーザのスポット径調整手段は、走査ユニットからのビームを偏向して裁断用集光手段へ通すように動作可能な裁断用ビーム偏向器を備えてもよい。裁断用ビーム偏向器は、ミラーまたはプリズム回折格子等を備えてもよい。

裁断用ビーム偏向器は、走査ユニットから向けられたビームを遮るように移動可能であってもよい。或いは走査ユニットは、一部の実施形態では、印字範囲外にビームを偏向することによって、裁断用ビーム偏向器へビームを向けるように動作可能である。裁断のための裁断用集光手段は、受光したビームをラベル基体に集光するように動作可能であってもよい。最も好ましくは、裁断用集光手段は、裁断のために、ビームをより小さなスポット径に集光するように動作可能である。裁断用集光手段は、スポット径を一つの寸法方向のみまたは二つの寸法方向において縮小するように動作可能であってもよい。裁断用集光手段は、レンズおよび／またはミラーの任意の適切な組み合わせを備えてもよい。

さらなる一実施形態では、スポット径調整手段は、追加的にまたは代替的に、レーザ照射手段と走査ユニットとの間に設けられる高速偏向器を備えてもよい。高速偏向器は、好ましくは、レーザ照射手段によって放射されたビームを走査方向に略垂直な方向に偏向するように動作可能である。ビームを迅速に走査方向に垂直な方向に偏向する高速偏向器を使用することにより、スポット径が走査方向に垂直な方向において効果的に拡大される。

さらなる一実施形態では、スポット径調整手段は、追加的にまたは代替的に、可変ビームエキスパンダを備えてもよい。可変ビームエキスパンダは、走査ユニットに提供されたビームの直径および／または拡がり角を制御可能に変更するように動作可能であってもよい。このようにして、印字および／または裁断用のレーザスポット径は変更されてもよい。可変ビームエキスパンダは、一つ以上のレンズおよび／またはミラーを備えてもよい。特に、可変ビームエキスパンダは、二対のレンズペアと、そのペアにおける各レンズの間隔を変更するための手段とを備えてもよい。可変ビームエキスパンダは、スポット径を一つの寸法方向のみまたは二つの寸法方向において変更するように動作可能であってもよい。

さらなる一実施形態では、スポット径調整手段は、レーザ照射手段から放射されたビームを複数の光路のうちの選択された一つに偏向するように動作可能な一つ以上のインデクサブル（指標付け可能）ビーム偏向器を備えてもよく、各光路は、ビームの直径および／または拡がり角を変更するように動作可能な一つ以上の光学素子を備えてもよい。各光路は、ビームの直径および／または拡がり角の効果が異なることが好ましい。したがって、対応する光路を選択することによってスポット径が選択できる。複数の光路は、スポット径の一つの寸法方向のみまたは二つの寸法方向において効果が夫々に異なってもよい。インデクサブルビーム偏向器は、ガルバノスキャナミラー、電気光学または音響光学手段、または微小電気機械（ＭＥＭＳ）手段を必要に応じてまたは適切に備えてもよい。

レーザ照射手段は、可変出力レベルで動作可能であってもよい。好適な一実装例において、レーザ照射手段は、裁断が印字よりも高い出力レベルで動作可能であってもよい。

裁断時のレーザ照射手段は、基体の全厚を貫通して裁断するように動作可能であっても、ラベル基体の厚さの一部を裁断するように動作可能であってもよい。レーザ照射手段は、ラベル基体の全幅を通過して裁断するように動作可能であってもよい。或いは、レーザ照射手段は、ラベル基体の幅を途中まで横断および／またはラベル基体の全幅を横切って一連の穿孔を裁断するように動作可能である。一連の穿孔を裁断するために、レーザ照射手段はパルス化モードで動作可能であってもよい。

レーザ照射手段は、２００ｎｍ〜２０μｍの範囲内の動作波長を有してもよい。特に、レーザ照射手段は、以下の領域、すなわち、２００〜３５０ｎｍ、３５０〜４００ｎｍ、３９０〜４５０ｎｍ、４００〜４１０ｎｍ、４１０〜４５０ｎｍ、４５０〜７００ｎｍ、８００〜１０００ｎｍ、１〜５μｍ、または９〜１１μｍの内の任意の１つまたは複数の動作周波数帯を有してもよい。

特に、レーザ照射手段は、ＣＯ２レーザであってもよい。驚くべきことに、ＣＯ２レーザは、剥離層を介する明瞭な画像の形成を可能とすることが分かった。そのような実施形態では、ＣＯ２レーザの動作周波数帯が、実質的に１０．６μｍで標準の動作領域にあってもよい。より好ましくは、ＣＯ２レーザの動作周波数帯が、実質的に９．４μｍまたは１０．４μｍでＰまたはＲの分岐であってもよい。

基体は、一方側に設けられた接着剤層を有するベース層と他方側の剥離層によって覆われた変色層とを備えてもよい。或いは、基体は、一方側に設けられた剥離層を有するベース層と他方側の接着剤層によって覆われた変色層とを備えてもよい。ベース層は、紙またはポリマーフィルムより構成されてもよい。適切なポリマーフィルムは、制限するわけではないが、ポリプロピレンまたはポリエチレンを含む。ベース層が紙の場合、変色層が省略され、紙に変色材料が含侵されてもよい。

ＮＩＲ（近赤外線）吸収体がベース層および／または変色層に追加されてもよい。吸収体が、ＮＩＲレーザ照射手段から変色層へのエネルギーの転送を促進してもよい。加えて、吸収体は、ＮＩＲレーザ照射手段から基体へのエネルギーの転送を促進して裁断のために必要なレーザフルエンスを減じてもよい。適切なＮＩＲレーザ照射手段は、制限するわけではないが、走査システムを備えるファイバレーザまたはダイオードレーザ、レーザアレイ、ファイバ結合レーザアレイまたはファイバレーザアレイを含んでいる。

変色層は、金属オキシアニオン、ロイコ染料、ジアセチレン、電荷移動剤またはジアセチレンよりなってもよい。金属オキシアニオンは、モリブデン酸塩でもよい。特に、モリブデン酸塩は、オクタモリブデン酸アンモニウムであってもよい。変色層は、さらに、酸発生剤よりなってもよい。酸発生剤は、有機ホウ素または有機ケイ素複合体のアミン塩であってもよい。特に有機ホウ素または有機ケイ素複合体のアミン塩は、ボロジサリチル酸トリブチルアンモニウムであってもよい。

接着剤層は、制限するわけではないが、感圧接着剤（ＰＳＡ）、活性化可能接着剤、ホットメルト接着剤、を含む任意の接着剤よりなってもよい。接着剤は、アクリル系接着剤またはエラストマーを含む天然のまたは合成ゴムのような感圧接着剤である。接着剤層は、可塑剤、粘着付与剤、接着剤系ポリマーをさらに含んでもよい。接着剤系ポリマーは、制限するわけではないが、アクリル酸ブチル、スチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸、およびアクリル酸を含んでもよい。接着剤は、透明または不透明またはそれらの間のいかなる透明度であってもよい。

剥離層は、シリコン型、非シリコン型、またはそれらの混合物であってもよい。適切なシリコン系剥離層は、制限するわけではないが、ビニルシリコンを含んでいる。シリコン剥離層の一例は、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇによって供給されるＳｙｌ−ｏｆｆ（登録商標）を含んでいる。適切な非シリコン剥離層は、制限するわけではないが、ワックスおよび非ワックス、ポリエチレン、アルコールエトキシレート、アルキドポリマー、ポリビニルアルキルカルバメートを含んでいる。剥離層は、無溶剤、溶剤系エマルジョン、熱硬化性またはＵＶ硬化性であってもよい。剥離剤は、レーザ放射に対して透過性であっても、小さなレベルのレーザ放射吸収性を有していてもよい。剥離層が小さいレベルのレーザ吸収性を有する場合、これは画像形成に役立つ。

本発明が明瞭に理解されるよう、本発明の実施形態が、添付図面を参照して単に一例として以下に記載されている。
図１ａは、本発明の第一の実施形態に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。 図１ｂは、本発明の第一の実施形態の変形例に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。 図２ａは、本発明の第二の実施形態に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。 図２ｂは、本発明の第二の実施形態の変形例に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。 図３ａは、本発明の第三の実施形態に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。 図３ｂは、本発明の第三の実施形態の変形例に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。 図４は、本発明の第三の実施形態の変形例に係るラベルの印字／裁断装置の模式図であって、可変ビームエキスパンダの光学素子の模式図も含んでいる。 図５は、本発明の第四の実施形態に係るラベルの印字／裁断装置の模式図である。

本発明は、ラベル基体に印字し、そのラベル基体を裁断する方法および装置に関する。特に、本発明は、ライナーレスラベル基体からのラベルの印字および裁断のために適用されてもよい。本出願人の同時係属の英国特許出願第１５０６３１２．６号（およびファミリー）にも開示されているこのようなラベル基体は、紙またはポリマーフィルムより構成されたベース層と、レーザによる照射に応じて色が変化可能な変色成分を有する変色層と、接着剤層と、接着剤層への低接着性を有するよう構成された剥離層とを備えてもよい。剥離層によってラベル基体は、保管リールに巻かれることができるとともに、リールから分配されることができる。

本発明の動作時には、ラベル基体は保管リールから印字エリアへ搬送される。印字エリアでは、ラベル基体はレーザによって選択的に照射され、変色層に画像が形成される。次に、さらなるレーザ照射がラベル基体を裁断するために使用され、それによって、対象物に貼付する単一のラベルが提供される。

図１ａおよび図１ｂには、本発明の一実施形態に係るラベル基体６の印字／裁断装置の二つの変形例が模式的に示されている。特にこの装置は、レーザ１と、ビームエキスパンダ３と、走査ユニット４と、印字用集光手段５とを備えている。ビームエキスパンダ３は任意であり、典型的には、十分に小さなスポット径を得るために含まれている。走査ユニット４は、印字のために、レーザビームを必要に応じて基体に向けるように動作可能である。印字用集光手段５は印字用レンズであり、印字のために、生成されたレーザビームを走査ユニット４からラベル基体６に集光するために選択されている。レーザ１および走査ユニット４は、コントローラ７からの信号に応答して動作する。

上記に加えて、印字／裁断装置には、レーザのスポット径調整手段が設けられている。この実施形態では、スポット径調整手段は、裁断用ビーム偏向器８と、裁断用集光手段９、１０とを備えている。裁断用ビーム偏向器８は、ミラー、プリズム、標準回折格子またはホログラフィック回折格子等の光学素子を備えてもよい。裁断用ビーム偏向器は、さらにこれらの光学素子の組み合わせを備えてもよい。図１ａおよび図１ｂに示されている裁断用集光手段９、１０は、拡散レンズ９と集光レンズ１０とを備えている。拡散レンズ９の目的は、印字用レンズ５に集光されたレーザビームの直径を、裁断用レンズ１０にて裁断方向に垂直な平面において拡大することである。その結果、裁断用レンズ１０は基体の平面に、より小さな集光点を生成する。特に、レンズ９は、アナモフィックレンズ、すなわち円柱形の拡散レンズであってもよく、レンズ１０は、アナモフィックレンズ、すなわち円柱形の集光レンズであってもよい。これらのレンズによってスポット径は裁断方向に垂直な方向において縮小されて、より狭い幅の裁断が可能となる。これらの円柱形のレンズは、印字用レンズ５によって画定される走査長に影響を与えないので、特に有益である。

図１ａの変形例に示されているように、レーザビームは、通常の印字範囲外に向くように走査ユニット４を使用することによって、裁断中に裁断用ビーム偏向器８へ向けられる。或いは、図１ｂの変形例に示されているように、裁断用ビーム偏向器８は、レーザビームを遮るように裁断中に移動されてもよい。典型的には、この移動は、裁断用ビーム偏向器８が傾くように移動すること、または平行移動することを含んでもよい。

裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０は、実視野の中心におけるいずれかの側部に配置されてもよく、基体の移動方向によって位置決めされる。選択された裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０は、ラベル基体６の全幅を裁断するために必要な走査に対応可能な口径を有している。上述の例では裁断用集光手段９、１０はレンズとして説明されているが、一つの軸のみにおいて円柱形、放物面形、または楕円形のミラーを代替的に使用して同等の配置を構成できることを、当業者であれば理解するであろう。

上記に加えて、図１ａおよび図１ｂには、印字用レンズの手前に設けられた走査ユニットが示されているが、代替的に、走査ユニットの手前に印字用レンズを設けてもよい。その場合、裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０は、走査ユニット４の後ろに配置される。

図２ａおよび図２ｂには、本発明の他の実施形態に係るラベル基体６の印字／裁断装置の二つの変形例が模式的に示されている。図１ａおよび図１ｂの装置のように、夫々の装置は、レーザ１と、ビームエキスパンダ３と、走査ユニット４と、印字用集光手段５と、スポット径調整手段とを備え、スポット径調整手段は、裁断用ビーム偏向器８と、裁断用集光手段９、１０とを備えている。スポット径をさらに制御するために、図２ａおよび図２ｂの装置におけるスポット径調整手段は、典型的には音響光学方式（Ａ／Ｏ）または電気光学方式（Ｅ／Ｏ）の偏向器である高速偏向器２をさらに備えている。高速偏向器は、任意選択されたビームエキスパンダ３の手前（図２ａ）または後ろ（図２ｂ）のいずれかに設けられてもよい。

高速偏向器２の設置によって、バーコード、太字テキスト、グラフィックス等の印字時間が短縮される。これは、高速偏向器２を使用してビームを走査方向に略垂直な方向に偏向することによって達成することができる。このビームの偏向によって有効ビーム幅は拡大し、走査数が減少されるため、バーコード、太字テキストまたはグラフィックス内のブロックを印字するために必要な時間が短縮される。

一実装例では、高速偏向器２は、生成されたビームを、バーコードまたはテキストの印字に必要なライン幅を形成するために迅速に偏向するように動作可能であってもよい。他の実装例では、高速偏向器２は、予め設定されたスポット径の倍率においてビームを迅速に偏向するように動作可能であってもよい。予め設定されたスポット径の倍率は、利用可能なパワーおよびフルエンス要件によって決定されてもよい。典型的には、偏向の範囲は、通常のスポット径の２〜４倍の範囲内であってもよい。これらの実装例では、高速偏向器によるレーザビームの偏向は連続的または複数の指標付けステップを伴ってもよい。

図１ａおよび図１ｂの実施形態と同様に、裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０の夫々の変形例は、図２ａおよび図２ｂの装置に対して使用されてもよい。また図１ａおよび図１ｂに関して説明したように、走査ユニット４および印字用レンズ５の配置順は、必要に応じてまたは所望に応じて入れ替えられてもよい。

図３ａおよび図３ｂには、本発明の他の実施形態に係るラベル基体６の印字／裁断装置の二つの変形例が模式的に示されている。図１ａおよび図１ｂの装置のように、夫々の装置は、レーザ１と、走査ユニット４と、印字用集光手段５と、を備えている。図１ａおよび図１ｂの装置のように、図３ａの変形例には、図１ａに設けられているタイプと同様の裁断用ビーム偏向器８と裁断用集光手段９、１０とが設けられ、図３ｂの変形例には、図１ｂに設けられているタイプと同様の裁断用ビーム偏向器８と裁断用集光手段９、１０とが設けられている。図３ａおよび図３ｂの装置におけるスポット径調整手段は、ビームエキスパンダ３の代わりに可変ビームエキスパンダ１３をさらに備えている。可変ビームエキスパンダ１３は、印字用レンズ５におけるレーザビームの直径と拡がり角とを調整するように動作可能である。この調整は、バーコードの印字、テキストの印字、またはラベルの裁断に必要とされる動作に応じて、コントローラ７の制御の下で行われる。可変ビームエキスパンダ１３が十分な調整範囲を提供できる場合、裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０は省かれてもよい。

印字用レンズ５によって集光されたビームのスポット径ｄ_０は、次式から決定されてもよい。

上記式において、ｆは印字用レンズ５の焦点距離、λはレーザ波長、Ｍ^２はビーム品質パラメータ、およびＤ_０は印字用レンズ５に入射するレーザビームの直径である。このように、集光されたビームのスポット径ｄ_０が印字用レンズ５に入射するレーザビームの直径に反比例することは明らかである。可変ビームエキスパンダ１３を適切に使用して印字用レンズ５の入射するビームの直径を調整することによって、集光されたビームのスポット径を調整する。この場合、スポット径に対する主要な影響はビームの直径によって与えられるが、特に、入射ビームの拡がり角によって印字用レンズ５の焦点位置が位置決めされるため、ビームの拡がり角は、スポット径に対して副次的な影響を与える可能性がある。

一般的なテキストの印字時には、レーザビームは標準的なスポット径を有してもよい。裁断のためには、レーザビームは縮小されたスポット径を有する必要がある。可変ビームエキスパンダ１３を適切に調整することによって、印字用レンズ５におけるビーム直径は拡大される。可変ビームエキスパンダは、ビーム直径が約１．３〜２倍、好ましくは約２〜３倍、最も好ましくは４〜９倍の範囲内の倍率に拡大されるように動作可能である。その結果、ラベル基体６におけるスポット径は同等の倍率で縮小される。バーコード等の印字のためには、生成されたビームは拡大されたスポット径を有する。また、可変ビームエキスパンダ１３を適切に調整することによって、印字用レンズ５におけるビーム直径は縮小される。可変ビームエキスパンダは、ビーム直径が約１．３〜２倍、好ましくは約２〜３倍、最も好ましくは４〜９倍の範囲内の倍率で縮小されるように動作可能である。その結果、ラベル基体６におけるスポット径は同等の倍率で拡大される。

一部の実装例では、可変ビームエキスパンダ１３は、一つの軸のみにおいてビームの寸法を調整するように動作可能であってもよい。好ましくは、この軸は走査方向に垂直であり、より効果的な裁断／ブロック印字のためにスポット径はこの方向において適切に変更される。

図１ａおよび図１ｂの実施形態と同様に、裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０の夫々の変形例は、図３ａおよび図３ｂの装置に対して使用されてもよい。また図１ａおよび図１ｂに関して説明したように、走査ユニット４および印字用レンズ５の配置順は、必要に応じてまたは所望に応じて入れ替えられてもよい。

図４には、本発明に係る装置において使用される可変ビームエキスパンダ１３の模式図が示されている。この例では、可変ビームエキスパンダ１３は、入射ビームの拡がり角を拡大するように動作可能なレンズペア２８、２９と、その拡がり角を縮小して、ビームを実質的に再コリメートするように動作可能なレンズペア２６、２７とを備えている。レンズペア２８、２９の間隔の調整によって、一つ目のレンズペアが提供するビームの拡がり角が変更可能となる。レンズペア２６、２７の間隔の調整によって、印字用レンズ５に入射するビームの拡がり角は可変に制御される。したがって、レンズペア２８、２９の有効焦点距離によって倍率が設定され、レンズペア２６、２７によって拡がり角、すなわち焦点面の位置が制御される。さらなる制御のために、レンズペア２８、２９およびレンズペア２６、２７の間隔はさらに調整されてもよい。

可変ビームエキスパンダ１３の上述の構成は、レンズペア２８、２９およびレンズペア２６、２７の二対のレンズペアを含むが、複数のレンズ（二対の集光レンズを含む）、変形可能なレンズ、またはミラーによる組み合わせであっても同一の結果が得られることを、当業者であれば理解するであろう。

図１ａおよび図１ｂの実施形態と同様に、裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０の夫々の変形例は、図４の装置に対して使用されてもよい。また図１ａおよび図１ｂに関して説明したように、走査ユニット４および印字用レンズ５の配置順は、必要に応じてまたは所望に応じて入れ替えられてもよい。

図５には、本発明に係る装置のさらなる一実施形態が示されている。この装置には、レーザビームを複数の光路２２、３０、３１に偏向するように動作可能なインデクサブルビーム偏向器２０、２１が設けられている。典型的には、インデクサブルビーム偏向器２０、２１は、ガルバノスキャナミラー、電気光学または音響光学手段、または微小電気機械（ＭＥＭＳ）手段を所望に応じてまたは適切に備えてもよい。

各光路２２、３０、３１は、ビームの直径および／または拡がり角を変更するように動作可能な一つ以上の光学素子を備えている。例えば、光路２２は、さらなる光学素子を備えておらず、ビーム直径は変更されない。これにより、印字のための標準的なスポット径が適切に提供される。所望のスポット径を得るために、光路２２の一部に任意選択のビームエキスパンダ３が必要に応じて設けられてもよいことを、当業者であれば理解するであろう。

光路３０は、インデクサブルビーム偏向器２０からのビームをビーム拡大レンズペア３８、３９に向けるように動作可能なミラー３３と、ビーム拡大レンズペア３８、３９からのビームをインデクサブルビーム偏向器２１へ向けるように動作可能なミラー３４とを備えている。したがって、走査ユニット４および印字用レンズ５における入射ビームの直径は拡大されて、ビームは裁断のための縮小されたスポット径に集光される。

光路３１は、インデクサブルビーム偏向器２０からのビームをビーム拡大レンズペア３６、３７に向けるように動作可能なミラー３２と、ビーム拡大レンズペア３６、３７からのビームをインデクサブルビーム偏向器２１へ向けるように動作可能なミラー３５とを備えている。したがって、走査ユニット４および印字用レンズ５における入射ビームの直径は縮小され、ビームはバーコード等を印字するためのより大きなスポット径に集光される。

他の実施形態では、インデクサブルビーム偏向器２０、２１は、図５に示されているようにビームエキスパンダの外側にある必要はなく、可変ビームエキスパンダと一体化可能であることを、当業者であれば理解するであろう。

一部の実装例では、光路３０、３１は、一つの軸のみにおいてビームの寸法を調整するように動作可能な光学素子を備えてもよい。好ましくは、この軸は走査方向に垂直であり、より効果的な裁断／ブロック印字のためにスポット径はこの方向において変更される。

図１ａおよび図１ｂに示されている実施形態と同様に、裁断用ビーム偏向器８および裁断用集光手段９、１０の夫々の変形例は、図５の装置に対して使用されてもよい。また図１ａおよび図１ｂに関して説明したように、走査ユニット４および印字用レンズ５の配置順は、必要に応じてまたは所望に応じて入れ替えられてもよい。

好適な実装例では、レーザ１は、驚くべきことに、剥離層の中に明瞭な印字画像の形成を可能とすることが分かったＣＯ２レーザである。さらに、ＣＯ２レーザの出力は、ラベル基体６のベース層によって容易に吸収される。そのように、このレーザ１は、印字および裁断の両方のために使用できる。驚くべきことに、画像を印字し、ラベル基体６を裁断するためにそのレーザを使用することは、ラベル基体６の裁断縁部で大きな変色を生じないことが分かった。

典型的には、通常のＣＯ２レーザ波長は約１０．６μｍであり、これは多くのポリマーフィルムに吸収されるため、裁断には適切である。しかしながら、この動作波長は、これが裁断に必要なレーザフルエンスを減少できるので、ベース層の最適吸収のために調整することができる。ポリプロピレンのベース層の場合、ポリプロピレンの吸収は、９．３μｍと１０．３μｍでＣＯ２レーザの通常の動作波長（１０．６μｍ）におけるよりも顕著に高い。したがって、必須ではないが、９．４μｍと１０．４μｍで夫々ＣＯ２分子の所謂「Ｐ」および「Ｒ」振動帯から動作波長を選択することが望ましい。

図に示されている例では、対となっているレンズ／ビームエキスパンダを有するガリレオ式構成が使用されているが、ケプラー式または他の構成が代替的に使用可能であることを、当業者であれば理解するであろう。

本発明の実施形態は一例として記載されたに過ぎない。添付の請求項に定義された発明から逸脱しない範囲で、多くの変形例が可能である。

Claims (26)

1. 製品に貼付されるラベルの印字／裁断方法であって、
   変色層を備えるラベル基体のストリップを提供するステップと、
   レーザ照射手段を使用して前記ラベル基体の一部を前記変色層の変色を誘起するために選択的に露出して、印字画像を形成するステップと、
   前記レーザ照射手段を使用して前記ラベル基体を裁断する裁断ステップと、を備え、
   印字および裁断のためにレーザビームのスポット径を変更するスポット径の調整が行われ,
   前記スポット径の調整は、印字用集光手段および少なくとも一つのアナモフィックレンズを通じて行われ、
   前記少なくとも一つのアナモフィックレンズは、前記印字用集光手段と前記ラベル基体との間に配置されている
   ことを特徴とする方法。
2. 前記印字画像の縁部の位置を裁断前に決定するステップを含む、請求項１に記載のラベルの印字／裁断方法。
3. 印字および裁断された前記ラベルを対象物に貼付する追加的ステップを含む、請求項１または２に記載のラベルの印字／裁断方法。
4. 生成された前記レーザビームは、印字および／または裁断のために、走査ユニットによって前記基体の選択エリアに向けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断方法。
5. 生成された前記レーザビームは、印字および／または裁断のために、前記基体の選択エリアに向けられる前に拡大される、請求項４に記載のラベルの印字／裁断方法。
6. 前記スポット径は、前記走査ユニットからの前記レーザビームを偏向させて裁断用集光手段へ通すように動作可能な裁断用ビーム偏向器を使用することによって、裁断のために縮小される、請求項４または５に記載のラベルの印字／裁断方法。
7. 前記スポット径は、走査方向に略垂直な方向に前記レーザビームを迅速に偏向するように動作可能な高速偏向器を使用することによって、印字のために拡大される、請求項１から６のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断方法。
8. 前記スポット径の印字または裁断のための調整は、前記走査ユニットに提供される前記レーザビームの直径および／または拡がり角を制御可能に変更する可変ビームエキスパンダを使用することによって達成される、請求項４から６のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断方法。
9. 前記スポット径の調整は、前記レーザ照射手段から放射された前記レーザビームを複数の光路のうちの選択された一つに偏向する一つ以上のインデクサブルビーム偏向器を使用することによって達成され、各光路は、前記レーザビームの直径および／または拡がり角を変更するように動作可能な一つ以上の光学素子を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断方法。
10. 前記スポット径は一つの寸法方向のみにおいて調整される、請求項１から９のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断方法。
11. 前記スポット径の調整は、円柱形のレンズよりなる裁断用集光手段の使用によって行われる、請求項１０に記載のラベルの印字／裁断方法。
12. ラベル基体のストリップと共に使用されるのに適したラベルの印字／裁断装置であって、
    前記ラベル基体は、印字画像が形成可能な変色層を備え、
    前記印字／裁断装置は、
    − 前記ラベル基体のストリップを保持／供給するラベル保管部と、
    − 前記保管部から印字エリアに前記ラベル基体を搬送する搬送手段と、
    − 前記ラベル基体が前記印字エリアを通って搬送されるとき、前記変色層に変色を誘起してそれによって前記印字画像を形成するように、前記ラベル基体を選択的に照射するように動作可能なレーザ照射手段と、を備え、
    前記レーザ照射手段は、
    − 前記ラベル基体が前記印字エリアを通って搬送されるとき、前記ラベル基体を裁断するようにさらに動作可能であって、
    前記レーザ照射手段は、印字および裁断のためにレーザビームのスポット径を変更するように動作可能なスポット径調整手段を備え、
    前記スポット径調整手段は、印字用集光手段および少なくとも一つのアナモフィックレンズよりなり、
    前記少なくとも一つのアナモフィックレンズは、前記印字用集光手段と前記ラベル基体との間に配置されている
    ことを特徴とする、ラベルの印字／裁断装置。
13. 前記印字画像の縁部の位置を決定する位置センサを備える、請求項１２に記載のラベルの印字／裁断装置。
14. 裁断／印字された前記ラベルを対象物に貼付するための貼付装置を備える、請求項１２または１３に記載のラベルの印字／裁断装置。
15. 前記レーザ照射手段は、印字および／または裁断のために、生成された前記レーザビームを前記基体に向けるように動作可能な走査ユニットを備える、請求項１２から１４のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断装置。
16. ビームエキスパンダが、前記レーザ照射手段と前記走査ユニットとの間に設けられる、請求項１５に記載のラベルの印字／裁断装置。
17. 前記スポット径調整手段は、前記走査ユニットからの前記レーザビームを偏向して裁断用集光手段へ通すように動作可能な裁断用ビーム偏向器を備える、請求項１５または１６に記載のラベルの印字／裁断装置。
18. 前記裁断用集光手段は、前記スポット径を一つの寸法方向のみにおいて縮小するよう動作可能である、請求項１７に記載のラベルの印字／裁断装置。
19. 前記裁断用集光手段は、円柱形のレンズよりなる、請求項１８に記載のラベルの印字／裁断装置。
20. 前記スポット径調整手段は、前記レーザ照射手段と前記走査ユニットとの間に設けられる高速偏向器を備える、請求項１５から１９のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断装置。
21. 前記スポット径調整手段は、前記走査ユニットに提供された前記レーザビームの直径および／または拡がり角を制御可能に変更するように動作可能である可変ビームエキスパンダを備える、請求項１５から２０のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断装置。
22. 前記スポット径調整手段は、複数の光路のうちの選択された一つに前記レーザ照射手段から放射された前記レーザビームを偏向するように動作可能な一つ以上のインデクサブルビーム偏向器を備え、各光路は、前記レーザビームの直径および／または拡がり角を変更するように動作可能な一つ以上の光学素子を備える、請求項１２から２１のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断装置。
23. 前記レーザ照射手段は、２００ｎｍから２０μｍの範囲の動作波長を有する、請求項１２から２２のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断装置。
24. 前記基体は、一方側に設けられた接着剤層を有するベース層と、他方側の剥離層によって覆われた変色層を備え、または、一方側に設けられた剥離層を有するベース層と、他方側の接着剤層によって覆われた変色層とを備える、請求項１２から２３のいずれか１項に記載のラベルの印字／裁断装置。
25. ＮＩＲ（近赤外線）吸収体が、前記ベース層および／または前記変色層に追加される、請求項２４に記載のラベルの印字／裁断装置。
26. 前記変色層は、金属オキシアニオン、ロイコ染料、ジアセチレン、電荷移動剤またはジアセチレンよりなる、請求項２４または２５に記載のラベルの印字／裁断装置。

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