特開 2023-94402 レーザ加工方法およびプリフォーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023094402

(43)【公開日】2023-07-05

(54)【発明の名称】レーザ加工方法およびプリフォーム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20230628BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021209856

(22)【出願日】2021-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(72)【発明者】

【氏名】市川 陽一

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AA02

4E168DA03

4E168DA04

4E168DA32

4E168DA38

4E168JA17

(57)【要約】

【課題】
プリフォームで形成されたマークの形状を成形品でも維持することを目的とする。
【解決手段】
プリフォームにマークを形成するレーザ加工方法であって、マークは凹部を含むことを特徴とする。さらに、前記プリフォームから拡大する際の拡大率が高い方向における隣り合う２つの凹部の中心間距離が、前記拡大率が低い方向における前記隣り合う２つの凹部の中心間距離が狭くなるように前記複数の凹部の形成することを特徴とするレーザ加工方法である。

【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリフォームにマークを形成するレーザ加工方法であって、
前記マークは凹部を含むことを特徴とするレーザ加工方法。

【請求項2】

前記凹部に隣接して凸部を形成することを特徴とする
請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項3】

前記マークは複数の凹部を含むことを特徴とする
請求項１または２に記載のレーザ加工方法。

【請求項4】

前記複数の凹部における
２つの凹部は隣接して形成されることを特徴とする
請求項１～３に記載のレーザ加工方法。

【請求項5】

前記プリフォームから拡大する際の拡大率が高い方向における
隣り合う２つの凹部の中心間距離が、
前記拡大率が低い方向における前記隣り合う２つの凹部の中心間距離が
狭くなるように前記複数の凹部の形成することを特徴とする
請求項１～４に記載のレーザ加工方法。

【請求項6】

前記複数の凹部における一の凹部は、複数の方向において、複数の他の凹部と隣接して形成されたことを特徴とする
請求項１～５に記載のレーザ加工方法。

【請求項7】

前記複数の凹部における一の凹部は、
周囲に配置された全ての複数の他の凹部と隣接して形成されたことを特徴とする
請求項１～６に記載のレーザ加工方法。

【請求項8】

前記複数の凹部における
前記隣り合う凹部の間の加工していない領域が、
成形品上で０．２ｍｍ以下であることを特徴とする
請求項１～７に記載のレーザ加工方法。

【請求項9】

前記凹部の断面が矩形状であることを特徴とする
請求項１～８に記載の製造方法

【請求項10】

前記プリフォームをブロー成形した後に、
レーザ加工する工程を含むことを特徴とする
請求項１～８に記載のレーザ加工方法。

【請求項11】

レーザ加工によりマークが形成されたプリフォームであって、
前記マークは凹部を含むことを特徴とするプリフォーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工方法およびプリフォームに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、結晶性樹脂を主材とし、かつ、光学的特性の異なる部分が、結晶性樹脂の結晶構造が異なる部分であるプラスチック包装体であり、リサイクル性が非常によく、また、化学的発色と異なる、深色と光沢を有する鮮やかな色調を有するプラスチック包装体が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許４５３９１２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、プリフォームで形成されたマークの形状を維持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、プリフォームにマークを形成するレーザ加工方法であって、マークは凹部を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明は、プリフォームで形成されたマークの形状を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態のレーザ加工方法の工程図である。

【図2】本実施形態の構成を示す図である。

【図3】比較例を説明する工程図である。

【図4】本実施形態におけるマークを説明する図である。

【図5】本実施形態を説明する工程図である。

【図6】本実施形態の第１の変形例であるマークの断面が矩形状であることを説明する図である。

【図7】本実施形態の第１の変形例の凹部の深さを示す図である。

【図8】本実施形態の第２の変形例であるマークを説明する図である。

【図9】本実施形態における凹部間の距離を説明する図である。

【図10】複数の凹部を形成する際の課題を説明する図である。

【図11】本実施形態の第３の変形例であるマークを説明する図である。

【図12】本実施形態の第３の変形例であるマークの非加工部の大きさを説明する図である。

【図13】本実施形態の第４の変形例を説明する図である。

【図14】本実施形態の第４の変形例の顕微鏡写真である。

【図15】本実施形態の第５の変形例を説明する図である。

【図16】本実施形態の第６の変形例を説明する図である。

【図17】本実施形態の第７の変形例を説明する図である。

【図18】第７の変形例であるマークの電子顕微鏡写真である。

【図19】第７の変形例を説明する工程図である。

【図20】本実施形態の第８の変形例であるレーザ加工方法の工程図である。

【図21】本実施形態の第９の変形例であるレーザ加工方法の工程図である。

【図22】本実施形態の第１０の変形例であるレーザ加工方法の工程図である。

【図23】本実施形態におけるマークの一例を説明する図である。

【図24】本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。

【図25】本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。

【図26】本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。

【図27】本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。

【図28】本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0009】

（実施の形態）
図１は、本実施形態のレーザ加工方法の工程図である。

【0010】

まず、成形品のプリフォームを形成（ステップＳ１）し、そのプリフォームにレーザ加工によってマーキングを形成（ステップＳ２）し、その後、ブロー成形（ステップＳ３）によって樹脂容器の成形品を得る。

【0011】

図２は、本発明の実施形態における基本構成を説明する図である。図２（ａ）は、プリフォーム１００の一例を示し、図２（ｂ）は、成形品１０１の一例を示す図である。

【0012】

本実施形態では、ブロー成形する前のプリフォーム１００に、マーク１０３が形成され、ブロー成形後の成形品１０１も、マーク１０３を備える。

【0013】

マーク１０２の領域は、レーザ光による溶融、蒸散、起泡などの反応によって、プリフォーム材料を変形させている。これにより、マークの表面は、微細な凹凸、もしくは表面近傍に気泡が形成されている。この形態になると、光散乱係数が高くなり、白色化される。これは、コンピューターグラフィックで用いられるマイクロファセット理論に準ずる。プリフォーム表面は平坦で透明なため、白色化したマーク１０２とのコントラストが発生し、マーク１０２は視認性を有する。

【0014】

成形品１０１におけるマーク１０３に比べて、プリフォーム１００のマーク１０３は小さいため、成形品１０１にレーザ加工してマーク１０３を形成するのに比べて、プリフォーム１００にレーザ加工してマーク１０３を形成する方が、レーザ加工する領域を小さくすることができるため、生産性が向上する。

【0015】

マーク１０３は、プリフォーム１００に形成された段階では、必ずしも視認可能でなくてもよく、プリフォームが加熱、延伸された成形品１０１の段階で、視認可能なように形成されればよい。

【0016】

図３（ａ）～（ｅ）に比較例にかかるレーザ加工方法の概念図を示す。図３（ａ）は、プリフォーム１００にレーザ光１３０を照射する工程を示している。図３（ｂ）には、レーザ光によって熱反応もしくは化学反応を起こし、プリフォーム１００表面にマーク１０２を形成したことが示されている。図３（ｃ）に示すように、プリフォーム１００が加熱される工程では、ブロー成形のための金型１３１が配置される。図３（ｄ）は、気体がプリフォーム１００に注入されプリフォーム１００が膨張し、金型１３１へプリフォーム表面が押し付けられる工程を示している。この際、プリフォーム表面に形成されたマーク１０２は金型１３１に押し付けられ、マークの形状は変形する。図３（ｅ）はブロー成形後の成形品１０１を示す。マーク１０２が意図しない変形を起こし、マーク１０３となって形成されたことを示している。

【0017】

図４は本発明の実施形態の一例であるプリフォーム１００を示す。

【0018】

図４（ａ）に示すようにプリフォーム１００には、マーク１０２が形成されている。図４（ｂ）は、マーク１０２の拡大図１２１および切断線１２０によるプリフォーム断面１２２を示す。プリフォーム断面１２２に示すように、プリフォームの表面１２３に対して凹形状のマーク表面１２４が形成されている。

【0019】

図５は、本発明の実施形態の一例であるレーザ加工方法の概念図を示す。図５（ａ）は、プリフォーム１００にレーザ光１３０を照射する工程を示している。図５（ｂ）には、レーザ加工によって凹形状に形成されたマーク１０２が示されている。図５（ｃ）に示すように、プリフォーム１００が加熱される工程では、ブロー成形のための金型１３１が配置される。図５（ｄ）は、気体がプリフォーム１００に注入されプリフォーム１００が膨張し、金型１３１へ押し付けられる工程を示している。この際、プリフォーム表面１２３は金型に押し付けられるが、マーク１０２は凹形状に形成されているため、金型へは接触しない。図３（ｅ）はブロー成形後の成形品１０１を示す。成形品１０１に形成されたマーク１０３は、金型へは接触していないため、形状を維持したまま視認可能となっている。

【0020】

マーク１０２の形成方法として、レーザ加工による熱反応や光化学反応による着色、顔料添加による化学反応による形成方法もあり、図５に示したレーザ加工方法と併用しても良い。この場合は、レーザ加工に用いるレーザ光の波長は、０．７μｍ～１．１μｍであると、顔料を選択的に反応させることが可能となり、望ましい。

【0021】

図６には、本実施形態の第一の変形例を示す。本変形例の特徴は、マークの断面形状が矩形状になっており、マーク側面１２５が図４の実施例に比べ、急斜面となっている。

【0022】

ここで、矩形状とはプリフォームの表面１２３とマーク側面１２５がなす角度が９０度から４５度となる角度がよく、好適には９０度から６０度である。矩形状の凹部の形状は、一般的なレーザ光のプロファイルであるガウシアンよりも、トップハットに近い形状であり、先述のなす角度が大きくなるようにレーザ光のビーム形状や走査条件を調整している。

【0023】

矩形状であることで、隣接するプリフォーム表面１２３とマーク表面１２４の境界が明確となると同時に、マーク表面１２４が金型１３１と接触しなくなる。

【0024】

図７は、図６に示した第１の変形例の具体例を示す図である。

【0025】

マークのより好適である条件を、図７により説明する。本実施形態においてマークは、ブロー成形後の成形品である成形品の機械強度や機能にも影響の無いように施される必要がある。図７（ａ）には、プリフォームの大きさを示している。お互いに垂直となる方向Ａと方向Ｂに対して、Ｌ＿ａ１とＬ＿ｂ１とする。図７（ｂ）には成形品の大きさを示す。プリフォームと同様に、方向Ａおよび方向Ｂに対して、Ｌ＿ａ２とＬ＿ｂ２とする。ここで、Ｌ＿ａ１をＬ＿ａ２で割った値およびＬ＿ｂ１をＬ＿ｂ２で割った値を拡大率とする。この拡大率は、方向Ａと方向Ｂとは異なり、異方性を有している。この２つの拡大率の大きい値を最大拡大率とする。図７（ｃ）には、プリフォームの拡大図およびプリフォームの断面図を示している。プリフォームの断面図には、マークの深さ１８０とプリフォームの厚さ１８１を図示している。

【0026】

マークの深さ１８０は、プリフォームの厚さ１８１を最大拡大率で割った値を超えないことを条件とした。これにより、プロフォームが拡張され壁面が引き延ばされても、マークによって成形品に穴の開くことない。

【0027】

図８は、本実施形態の第２の変形例を示す。マーク１０２は、微小な複数の凹部１５０により形成される。これにより、ブロー成形時にマーク全体として変形しにくい。

【0028】

図９は、微小な複数の凹部１５０により形成されたマーク１０２の説明図である。
マーク１０２は、互いに垂直である方向Ａおよび方向Ｂに対する凹部間の距離を、スペース１７０とスペース１７１とし、ほぼ均等に配置している。

【0029】

図１０は、図９で説明したマーク１０２のブロー成形前後における説明図である。図１０（ａ）は、プリフォームにおけるマーク１０２を示し、図１０（ｂ）は、成形品のマーク１０３を示す。

【0030】

ブロー成形前後で、プリフォームでは視認されなかった凹部以外の部分１４２が、成形品ではマークの崩れとして視認されることがあった。

【0031】

図１１は、第３の変形例を示す。複数の凹部１５０に形成された２つの凹部は、隣接して形成されている。これにより、凹部と凹部の間に平坦な未加工部分が存在しないため、未加工部分がブロー成形時に、拡張され、マークが崩れる可能性がない。以下に詳細に説明する。

【0032】

ブロー成形時に起きる拡大率が大きい場合でも、凹部が隣接している場合、凹部が拡張するだけで、平坦化した部分は発生しない。それに対し、凹部と凹部の間に平坦な非加工部分が存在していると、その非加工部分が拡張し、その平坦化した透明もしくは暗い領域が拡張してしまう。この平坦化した領域が白色化したマーク内に存在し、視認されると、平坦化部分が際立って目立ち、『マークの崩れ』という視覚的印象の原因となる。凹部が隣接することで、平坦部が存在しない均質に白色化したマークを形成することができる。

【0033】

図１１では、さらに、凹部は複数の方向で他の凹部に隣接している。少なくとも２方向に凹部が隣接していることで、２方向の拡張には、マークの崩れが発生しない。ブロー成形時に拡張する方向は、一般的に、異方性を有している。そのため、一方向のみに隣接させている場合、その方向に対して垂直方向に、スリット状に平坦部が発生してしまう。この不具合を解決するために、少なくとも略垂直関係にある２方向に対して、隣接することが好ましい。これによって、ブロー成形時に異方性のある拡張が起きても、マークの崩れが発生しない。

【0034】

図１１では、さらに、凹部は周囲に配置された全ての複数の他の凹部と隣接している。これによって、いかなる方向にプリフォームが拡張されても、マークの崩れは発生しない。

【0035】

非加工部である平坦部が、０．２ｍｍ以上あると、視認可能となりマークの崩れと認識される。ブロー成形によって拡張されるプリフォームにおいて、その拡大率を逆算して、凹部間の距離を決めることが望ましい。

【0036】

図１２にはプリフォーム上での加工部であるマーク１０２、非加工部２２０が示されている。ブロー成形時の方向Ａおよび方向Ｂでの拡大率、ＡｍおよびＢｍに対して非加工部の概形の幅Ｌｃｗ２２１及びＬｃｈ２２２が、
Ｌｃｗ（ｍｍ） ≦ ０．２（ｍｍ） ／Ａｍ
Ｌｃｈ（ｍｍ） ≦ ０．２（ｍｍ） ／Ｂｍ
であることが好ましい。これによって、良好な視認性を得る。

【0037】

図１３は第４の変形例を示す。図１３に示す第４の変形例は、図９に示したマーク１０２に比べてさらに視認性が向上している。

【0038】

具体的には、図９では、凹部と凹部の間に未加工部分を配置している。これにより、凹部を形成するレーザ加工の工数を減らし加工コストを低減することができる。しかし、不用意に未加工部分を配置すると、マークの視認性を低下させる。特に、マークの白色化の不均一性は、官能評価に影響する。

【0039】

図１３（ａ）は、プリフォーム１００の大きさを示している。お互いに垂直となる方向Ａと方向Ｂに対して、開口部を方向Ａに合わせ、その大きさをＬ＿ａ１とＬ＿ｂ１とする。ブロー成形によって、プリフォームの大きさは拡大される。図１３（ｂ）には成形品１０１の大きさを示す。プリフォームと同様に、方向Ａおよび方向Ｂに対して、Ｌ＿ａ２とＬ＿ｂ２とする。ここで、Ｌ＿ａ１をＬ＿ａ２で割った値および、Ｌ＿ｂ１をＬ＿ｂ２で割った値を拡大率とする。この拡大率は、方向Ａと方向Ｂとでは異なり、異方性を有している。図１３（ｃ）には、プリフォーム１００の凹部１５０の配列方法を示している。方向Ａの凹部間のスペースは、方向Ｂの凹部間のスペースより小さい。また、図１３（ｄ）には、プリフォーム１００の配列方法を示している。方向Ｂの凹部間のスペースが、方向Ａの凹部間のスペースより小さくした例を示している。

【0040】

本変形例のプリフォーム１００では、プリフォームから拡大する際の拡大率が高い方向における隣り合う２つの凹部１５０の中心間距離は、前記拡大率が低い方向における隣り合う２つの凹部１５０の中心間距離よりも狭い。これによって、ブロー成形後の成形品１０１において、プリフォームから拡大された拡大率が高い方向における隣り合う２つの凹部の中心間距離は、前記拡大率が低い方向における隣り合う２つの凹部１５０の中心間距離と同じにできるため、均質に白色化したマークを形成することが可能となる。官能評価が良好なマークを提供できる。

【0041】

凹部のプリフォーム面内での密度を高くすることは、より多くレーザ光の照射を必要とすることと同義となるため、凹部の配列が密度を高くする方向を、成形条件に合わせて選択することで、より装置負荷の小さい状況で、成形品に情報を付加することができる。

【0042】

図１４には、第４の変形例の顕微鏡写真を記す。

【0043】

本発明のマークはレーザ光の照射によって形成されるため、レーザ光をプリフォーム表面上で適切に走査させることで形成することになる。このときレーザ光がパルス光もしくは連続光での制限はない。また、単一もしくは複数のレーザ光で形成されてもよい。

【0044】

凹部の形状は円形に制限するものではない。例えば、楕円形、線形、矩形等の形状の凹部を、レーザ光の走査方法を変えることで形成できる。

【0045】

図１５は第５の変形例を示す。図１５（ａ）は、プリフォーム１００の大きさを示している。お互いに垂直となる方向Ａと方向Ｂに対して、開口部を方向Ａに合わせ、その大きさをＬ＿ａ１とＬ＿ｂ１とする。ブロー成形によって、プリフォームの大きさは拡大される。図１５（ｂ）には成形品１０１の大きさを示す。プリフォームと同様に、方向Ａおよび方向Ｂに対して、Ｌ＿ａ２とＬ＿ｂ２とする。ここで、Ｌ＿ａ１をＬ＿ａ２で割った値および、Ｌ＿ｂ１をＬ＿ｂ２で割った値を拡大率とする。この拡大率は、方向Ａと方向Ｂとでは異なり、異方性を有している。図１５（ｃ）には、プリフォーム１００の凹部１５０の配列方法を示している。方向Ａに長辺をもつ形状である。また、図１５（ｄ）には、プリフォーム１００の配列方法を示している。方向Ｂに長辺をもつ形状である。

【0046】

本変形例のプリフォームでは、プリフォームから成形品への拡張の際に、倍率が大きい方向における凹部の長さが、倍率が小さい方向における凹部の長さより長くなるように、凹部は楕円形状に形成される。第４の変形例と同様の効果が得られる。

【0047】

図１６は第６の変形例を示す。図１６（ａ）はプリフォーム１００を示す。図１６（ｂ）はプリフォームの拡大図１２１およびプリフォームの断面図１２２を示す。マークの凹部１９１、および凸部１９０が示されている。断面図には、凹部の表面１９３および凸部の表面１９２が示されている。

【0048】

本実施形態は、凹部１９１に隣接するプリフォーム表面に凸部１９０を備える。凸部を備えることで、ブロー成型時において、さらに凹部１９０が金型と接触しづらくなっている。また、凸部１９０はレーザ照射により溶融したプリフォーム材料がマランゴニ対流等の流動により、凹部１９１と隣接するプリフォーム壁面に堆積することで形成される。これにより、流体が冷却されて形成された凸部１９０の表面は平滑であるため、凹部１９１と比較して拡散反射率が低く、ブロー成形時の金型に接触してプリフォームの面内方向に伸びても、マークのエラーとは混同されない。

【0049】

図１７には第７の変形例が示されている。図１７（ａ）はプリフォーム１００を示し、図１７（ｂ）はプリフォームの拡大図１２１およびプリフォームの断面図１２２を示す。マーク１０２の中には、円形状の凹部２００および凸部２０１がそれぞれ複数配列されており、複数の凸部２０１のそれぞれは、複数の凹部２００のそれぞれの周囲に形成されている。断面図には、凹部の表面２０２および凸部の表面２０３が示されている。

【0050】

図１８は、第７の変形例の電子顕微鏡写真を示す。図１８（ａ）には、プリフォーム表面の斜視図および、図１８（ｂ）には断面図が示されている。凹部２００の周囲に凸部２０１が形成されている。断面図には、凹部の底２０５からプリフォーム表面１２３までの距離を、凹部の深さ２０４として示している。

【0051】

図１９は、第７の変形例であるレーザ加工方法の概念図を示す。図１９（ａ）は、プリフォーム１００にレーザ光１３０を照射する工程を示している。図１９（ｂ）には、レーザ加工によって凹形状および凸形状に形成されたマーク１０２が示されている。図１９（ｃ）に示すように、プリフォーム１００が加熱される工程では、ブロー成形のための金型１３１が配置される。図１９（ｄ）は、気体がプリフォーム１００に注入されプリフォーム１００が膨張し、金型１３１へ押し付けられる工程を示している。この際、プリフォーム表面１２３は金型に押し付けられるが、マーク１０２は凹形状に形成されているため、金型へは接触しない。さらに、凸部があることにより、凹部は金型への接触しにくくなる。図１９（ｅ）はブロー成形後の成形品１０１を示す。成形品１０１に形成されたマーク１０２は、金型へは接触していないため、形状を維持したまま視認可能となっている。

【0052】

図２０は、第８の変形例のレーザ加工方法の工程図を示す。レーザ照射では少なからず照射領域が加熱されるため、ブロー成形中のプリフォームの温度分布が不均一になり、拡大率も不均一になり、意図しない成形が起きる。図２０に示すように、ブロー成形中の容器の温度分布をより均一化させるために、レーザ照射した後に、プリフォームは放熱され、プリフォーム材料の最もガラス転移点が低い温度まで冷却された状態が好ましい。これは、本実施形態に最も相性が良いと思われるコールドパリソンによる工程とほぼ同等である。

【0053】

図２１は第９の変形例の工程図を示す。プリフォームを成形した際の温度をキープして、冷却および固体化せずに成形品形状まで拡張する。熱的なエネルギーの無駄が少ない製造が可能となる。この場合はレーザによる温度変化の影響を低減するために、レーザの条件を工夫することが有効である。特にレーザ加工において熱影響が抑えられるピコ秒オーダーのパルスレーザを利用して、１００ピコ秒より短いパルス条件とすると、熱影響が抑えられて良い。

【0054】

図２２は第１０の変形例の工程図を示す。ブロー成形によってプリフォームは成形品にその大きさが拡張される。その拡張される拡大率分、プリフォームで形成されたマークは、成形品では面積が大きくなる。したがって、成形品上で面積の大きなブランドロゴ等は、プリフォームの状態で付与し（ステップＳ４２）、例えば成分表示等の成形品上で微細なマークは成形品を形成した後で付与する（ステップＳ４４）。

【0055】

以上のように、面積の大きなマークは、プリフォームで形成されるため、ブロー成形後に形成される場合に比べて、高速に形成される。一方、微細なマークは、ブロー成形後に形成されるため、プリフォームで形成される場合に比べて、精細に形成される。すなわち、レーザ加工をプリフォームと成形品とで２回に分けて実施することで、精細と高速を両立できる。また、ブロー成形後にレーザ加工をしても、微細情報は少量なので、工数の負荷にはならない。

【0056】

プリフォームではより微細なマーキングを必要とされる。レーザ光の波長が短い方が回折限界により、小さい焦点を形成できるメリットがある。レーザ光にＵＶレーザを用いるのが良い。さらに、波長が０．２μｍ～０．４μｍであると、微細情報の書き込みに好ましいと同時に、多くの樹脂材料で吸収があるため、基材を変質させやすい。

【0057】

図２３は本実施形態のプリフォームにバーコードを付与したものである。ラベルレスである製品をイーコマース以外に広げていくにあたり、本体に付与する情報でもっとも重要なもののひとつにバーコードがある。例えばＪＡＮコードであればバーコードを構成する最小単位であるモジュールのサイズは、標準サイズにおいて、およそ０．３３ｍｍ／１モジュールである。プリフォームは縮小させてマーキングするため、サイズは大きい方が好ましく、ＪＡＮコードの許容最大倍率２．０倍を考慮すると、０．６６ｍｍ／モジュールである。

【0058】

また、ラベルレス化の最も進んでいる飲料業界において、なおかつ販売数の多い５００ｍｌ樹脂容器において、プリフォーム径にほぼ等しいと考えられるキャップの取り付け部の径がおよそ２４ｍｍ、成形品の径を６０～７０ｍｍと想定すると、拡大率は２．５倍である。

【0059】

倍率分、マークはプリフォームでは縮小する必要があり、つまりプリフォーム上には１モジュール０．２６４ｍｍ、つまり２６４μｍで描画する必要があり、照射するレーザ光の照射領域も２６４μｍ以下である必要がある。さらに好ましくは、印字する量は少ない方がよく、ＪＡＮコード許容最小倍率８０％を考慮すると１０５μｍで、照射するビームの照射領域も１０５μｍ以下であるのが好ましい。

【0060】

また、パルスレーザを用いて複数の円形の凹部を配列してマーキング部を形成する場合、コードの読み取りのエラーの無いように可能な限り照射するレーザ光の照射領域は小さい方が好ましく、例えば１モジュールの幅は、複数列の円形凹部を並べて形成するのが良く、２列であれば５２．５μｍ、３列であれば３５μｍ、４列であれば２６．２５μｍ、５列であれば２１μｍのビーム径が好ましい。

【0061】

本実施形態では、レーザ光のビーム径が１μｍ～１３２μｍであることを特徴とした。これにより、プリフォーム径を２４ｍｍ（キャップは共通の２８ｍｍ）、５００ｍｌボトルの直径を６０～７０ｍｍとして２．５倍の拡大率であるので、 ＪＡＮコードを１００％で書くときモジュール幅０．３３ｍｍとなる。単線１モジュールでも線幅は０．３３／２．５の１３２μｍである。

【0062】

レーザ光のビーム幅を１３２μｍ以下とすることで、バーコードの加工が汎用的に可能となる。また、ビーム径は１μｍ以上であれば、回折限界を超えず簡易なレンズ構成で絞り込むことができ、長いワーキングティスタンスがとれるため、製造コストが低減できる。

【0063】

図２４は本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。プリフォームにレーザ照射を実施するにあたり、リフォーム自体の保持機構等のレイアウト性の都合で、レーザ光源とプリフォームとの距離を大きくする必要が出ると考えられる。

【0064】

特にレーザ走査によるマークを形成する場合、レンズからの距離を取ることで、マーキングを施す平面方向において、マーキング可能な領域を広くすることができる。そのため、図２４に示すように、レーザ光の１回の走査で複数のプリフォームの印字を行うことで、レンズ側の性能を最大限活用し生産性も高めることができる。光源装置台数を少なくすることができる。

【0065】

図２５は本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。プリフォームから容器を製造する複数のラインにまたがって、複数のプリフォームへのマーキングを行うことで、製造ラインに対するマーキング装置の台数を少なくすることができ、製造ラインあたりのレーザ光源の台数を少なくすることができる。

【0066】

図２６は本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。複数のラインにまたがる場合、安全性のために、レーザ光は通常のカメラ等で認識可能な可視光である方が良い。ナノ秒領域のパルス光とすることで樹脂材料の加工を可能とした可視光光源を用いる方が良い。具体的には、レーザ光の波長は０．４μｍ～０．７μｍ、パルス幅１マイクロ秒以下のパルスレーザ光であると、図２６にあるように、レーザ加工が可能であり、かつ通常のカメラで認識が可能である。

【0067】

図２７は本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。プリフォームから距離を大きくすることで、走査範囲の走査系の実力がマーキング領域より大きくなると、プリフォームではキャップの取り付け部をマーキング部の距離が近いため、キャップ部が装置としてレーザ照射可能な領域に入ることが考えられる。キャップ部へのレーザ照射は容器成型後の機能不全にかかわるため、図２７に示すように保護部材を用いて保護された状態でマーキング部を形成することが好ましい。これによりキャップ部の機能不全が起きることを防ぐことができる。

【0068】

図２８は本実施形態における一例であるレーザ加工方法を説明する図である。レーザ照射によるマーキング部では材料の気化等発生する副産物がプリフォーム内部に入ることが懸念される。図２８に示すように重力方向に開口部を傾けてマーキングすることで、レーザ照射による副産物のプリフォームの混入を避けることができる。図２８は開口部の位置を制限するものではなく、水平に対して重力方向へ傾いていればよい。

【0069】

本実施形態および変形例では、プリフォームの透明性に関して限定するものではない。マークのコントラストが発現すればよく、プロフォームが不透明でも構わない。本実施形態および変形例では、マーク部が凹部であるため、不透明でもコントラストを作ることができる。

【0070】

以上説明したように、本実施形態にかかるレーザ加工方法は、プリフォームにマークを形成するレーザ加工方法であって、マークは凹部を含むことを特徴とする。これにより、プリフォームで形成されたマークの形状を成形品でも維持することができる。

【0071】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、凹部に隣接して凸部を形成することを特徴とする。これにより、プリフォームで形成されたマークの形状を確実に成形品で維持することができる。

【0072】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、マークは複数の凹部を含むことを特徴とする。これにより、ブロー成形時にマーク全体として変形しにくい。

【0073】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、複数の凹部における２つの凹部は隣接して形成されることを特徴とする。これにより、均質に白色化したマークを形成することができる。

【0074】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、プリフォームから拡大する際の拡大率が高い方向における隣り合う２つの凹部の中心間距離が、拡大率が低い方向における前記隣り合う２つの凹部の中心間距離が狭くなるように複数の凹部の形成することを特徴とする。これにより、拡大率が異なる方向において均質に白色化したマークが形成された成形品を得ることができる。

【0075】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、複数の凹部における一の凹部は、複数の方向において、複数の他の凹部と隣接して形成されたことを特徴とする。これにより、複数の方向において均質に白色化したマークが形成された成形品を得ることができる。

【0076】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、複数の凹部における一の凹部は、周囲に配置された全ての複数の他の凹部と隣接して形成されたことを特徴とする。これにより、あらゆる方向において均質に白色化したマークが形成された成形品を得ることができる。

【0077】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、前記複数の凹部における前記隣り合う凹部の間の加工していない領域が、成形品において０．２ｍｍ以下であることを特徴とする。これにより、均質に白色化したマークが形成された成形品を得ることができる。

【0078】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、前記凹部の断面が矩形状であることを特徴とする。これにより、隣接するプリフォーム表面とマーク表面の境界が明確となると同時に、マーク表面と金型と接触しなくなり、プリフォームで形成されたマークを成形品で維持することができる。

【0079】

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、前記プリフォームをブロー成形した後に、レーザ加工する工程を含むことを特徴とする。これにより、精細なマーク形成と生産コストを低減できる高速な生産とを両立できる。

【符号の説明】

【0080】

１００ プリフォーム
１０１ 成形品
１０２ マーク（プリフォーム）
１０３ マーク（成形品）
１２０ 切断線
１２１ プリフォーム拡大図
１２２ プリフォーム断面
１２３ プリフォーム表面
１２４ マーク表面
１２５ マーク側面
１３０ レーザ光
１３１ 金型
１３２ レンズ
１４１ 成形品表面
１４２ マークの崩れ
１５０ 凹部
１７０ スペースａ
１７１ スペースｂ
１８０ マークの深さ
１８１ プリフォームの厚さ
１９０ 凸部
１９１ 凹部（凸部に隣接する）
１９２ 凸部表面
１９３ 凹部表面
２００ 凹部（円形）
２０１ 凸部（円形）
２０２ 凹部表面（円形）
２０３ 凸部表面（円形）
２０４ 凹部の深さ
２０５ 凹部の底部
２１０ バーコード
２２０ 非加工部
２２１ 非加工部の幅Ｌｃｗ
２２２ 非加工部の幅Ｌｃｈ
２３０ レーザ光の走査範囲
２３１ 搬送経路Ａ
２３２ 搬送経路Ｂ
２４０ カメラ
２４１ 可視光
２５０ 保護機構
２５１ キャップ部
２５２ レーザ光線照射方向
２６０ 開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】