特許 7530690 マーキング済み製品の生産方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-31

(45)【発行日】2024-08-08

(54)【発明の名称】マーキング済み製品の生産方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20240801BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240801BHJP

   B23K 26/066 20140101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 B

B23K26/064 G

B23K26/066

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024084424

(22)【出願日】2024-05-23

【審査請求日】2024-05-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591016334

【氏名又は名称】大塚テクノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100210251

【弁理士】

【氏名又は名称】大古場 ゆう子

(72)【発明者】

【氏名】村田 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 英秋

(72)【発明者】

【氏名】高島 望

(72)【発明者】

【氏名】小森 昌宏

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１９５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－４２７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１３０９７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送路に沿って物体を搬送することと、
レーザー発振器と前記搬送路との間に、前記レーザー発振器から発生したレーザー光を所定のパターンに従って分岐する、あるいは前記レーザー光の一部を所定のパターンに従って遮蔽することで、前記レーザー光の規則的な強度分布を形成するビーム成形機構を配置することと、
前記レーザー発振器と前記搬送路との間に、前記物体に行うマーキングのデザインに対応して前記レーザー光を透過または遮蔽するデザインパターンが形成されたマスク部材を配置することと、
前記レーザー発振器から前記レーザー光を発生させ、搬送中の前記物体に前記ビーム成形機構及び前記マスク部材を通過したレーザー光を照射することと
を備え、
前記ビーム成形機構から出射するレーザー光の進行方向は一方向であり、前記ビーム成形機構に入射する前記レーザー光の進行方向と同じである、
マーキング済み製品の生産方法。

【請求項2】

前記レーザー発振器は、エキシマレーザー発振器、ＵＶレーザー発振器、ＣＯ₂レーザー発振器、またはＹＡＧレーザー発振器である、
請求項１に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項3】

前記ビーム成形機構は、前記レーザー光を透過させる材料から構成され、前記レーザー光を透過させる平坦な平坦部と、前記平坦部に隣接する曲面状の曲面部であって、前記レーザー光を隣接する前記平坦部に分岐させる曲面部とからなる規則的なパターンを有する光学部材である、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項4】

前記ビーム成形機構は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる規則的なパターンを有するフォトマスクである、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項5】

前記ビーム成形機構は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる規則的なパターンが形成された部材であり、
前記遮蔽領域は、高反射ミラーで形成される、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項6】

前記マスク部材は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる前記デザインパターンが形成されたフォトマスクである、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項7】

前記マスク部材は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる前記デザインパターンが形成された部材であり、
前記遮蔽領域は、高反射ミラーで形成される、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項8】

前記ビーム成形機構と、前記マスク部材とは一体的に構成されている、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項9】

前記物体は、底面部と、前記底面部の外周縁から上方に延びる側面部と、上部開口を規定する口部と、前記側面部と前記口部とに連続する肩部と、を含む樹脂製の容器本体を備え、
前記底面部、側面部、及び肩部の少なくとも１つには、凹み部が形成され、
前記搬送中の物体に前記ビーム成形機構及び前記マスク部材を通過したレーザー光を照射することは、前記凹み部の内面に前記レーザー光を照射することを含む、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項10】

前記側面部に前記凹み部が形成される、
請求項９に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項11】

前記凹み部は、前記側面部の全周にわたって延びる、
請求項９に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項12】

前記凹み部は、前記底面部の外周縁から、前記側面部の上端まで延びる、
請求項１０に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項13】

前記凹み部の内面は、最奥の位置において前記容器本体の外部空間に面する平坦面を形成し、前記凹み部の内面に前記レーザー光を照射することは、前記平坦面に前記レーザー光を照射することを含む、
請求項９に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【請求項14】

前記物体は、底面部と、前記底面部の外周縁から上方に延びる側面部と、上部開口を規定する口部と、前記側面部と前記口部とに連続する肩部と、を含む樹脂製の容器本体を備え、
前記底面部、側面部、及び肩部の少なくとも１つには、外表面から突出する突出部が形成され、
前記搬送中の物体に前記ビーム成形機構及び前記マスク部材を通過したレーザー光を照射することは、前記突出部の近傍に前記レーザー光を照射することを含む、
請求項１または２に記載のマーキング済み製品の生産方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マーキング済み製品の生産方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、レーザーマーキング装置を開示する。特許文献１のレーザーマーキング装置は、同一の走査手段とレンズを用いて、複数のレーザーが物体表面を走査して加工する。走査手段は、第一の方向に走査させる第一の走査手段と、第一の方向に略直交する方向に走査させる第二の走査手段とを有し、第一の走査手段が複数のレーザーの光路が収束する光路中に位置する。物体は、走査手段のいずれかと同一方向に移動制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２３－０２５３２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のレーザーマーキング装置では、一方向に移動制御される物体に対し、描画領域を複数に分割し、これらに複数のレーザー光源を割り当てる。特許文献１によれば、このように１つのビームあたりの描画面積を低減することで、生産性の向上が図られる。しかし、レーザー光を走査しながら物体表面にドットを形成する方法では、ドットの描画速度に合わせて物体の移動速度を低減させる必要がある。このため、レーザーマーキングによる加工速度については、さらなる改善が望まれていた。

【0005】

本開示は、加工速度が向上したマーキング済み製品の生産方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、物体を搬送路に沿って搬送することと、レーザー発振器と搬送路との間に、レーザー発振器から発生したレーザー光を所定のパターンに従って分岐する、あるいはレーザー光の一部を所定のパターンに従って遮蔽することで、レーザー光の規則的な強度分布を形成するビーム成形機構を配置することと、レーザー発振器と搬送路との間に、物体に行うマーキングのデザインに対応してレーザー光を透過または遮蔽するデザインパターンが形成されたマスク部材を配置することと、レーザー発振器からレーザー光を発生させ、搬送中の物体にビーム成形機構及びマスク部材を通過したレーザー光を照射することとを備える。ビーム成形機構から出射するレーザー光の進行方向は一方向であり、ビーム成形機構に入射するレーザー光の進行方向と同じである。

【0007】

本開示の第２観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点に係るマーキング済み製品の生産方法であって、レーザー発振器は、エキシマレーザー発振器、ＵＶレーザー発振器、ＣＯ₂レーザー発振器、またはＹＡＧレーザー発振器である。

【0008】

本開示の第３観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点または第２観点に係るマーキング済み製品の生産方法であって、ビーム成形機構は、レーザー光を透過させる材料から構成され、レーザー光を透過させる平坦な平坦部と、平坦部に隣接する曲面状の曲面部であって、レーザー光を隣接する平坦部に分岐させる曲面部とからなる規則的なパターンを有する光学部材である。

【0009】

本開示の第４観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第３観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、ビーム成形機構は、レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、レーザー光を透過する透過領域とからなる規則的なパターンを有するフォトマスクである。

【0010】

本開示の第５観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第４観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記ビーム成形機構は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる規則的なパターンが形成された部材であり、前記遮蔽領域は、高反射ミラーで形成される。

【0011】

本開示の第６観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第５観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記マスク部材は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる前記デザインパターンが形成されたフォトマスクである。

【0012】

本開示の第７観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第６観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記マスク部材は、前記レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、前記レーザー光を透過する透過領域とからなる前記デザインパターンが形成された部材であり、前記遮蔽領域は、高反射ミラーで形成される。

【0013】

本開示の第８観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第７観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、ビーム成形機構と、マスク部材とは一体的に構成されている。

【0014】

本開示の第９観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第８観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、物体は、底面部と、底面部の外周縁から上方に延びる側面部と、上部開口を規定する口部と、側面部と口部とに連続する肩部と、を含む樹脂製の容器本体を備え、前記底面部、側面部、及び肩部の少なくとも１つには、凹み部が形成され、前記搬送中の物体に前記ビーム成形機構及び前記マスク部材を通過したレーザー光を照射することは、前記凹み部の内面に前記レーザー光を照射することを含む。

【0015】

本開示の第１０観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第９観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記側面部に前記凹み部が形成される。

【0016】

本開示の第１１観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第１０観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記凹み部は、前記側面部の全周にわたって延びる。

【0017】

本開示の第１２観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第１１観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記凹み部は、前記底面部の外周縁から、前記側面部の上端まで延びる。

【0018】

本開示の第１３観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第１２観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記凹み部の内面は、最奥の位置において前記容器本体の外部空間に面する平坦面を形成し、前記凹み部の内面に前記レーザー光を照射することは、前記平坦面に前記レーザー光を照射することを含む。

【0019】

本開示の第１４観点に係るマーキング済み製品の生産方法は、第１観点から第１３観点のいずれかに係るマーキング済み製品の生産方法であって、前記物体は、底面部と、前記底面部の外周縁から上方に延びる側面部と、上部開口を規定する口部と、前記側面部と前記口部とに連続する肩部と、を含む樹脂製の容器本体を備え、前記底面部、側面部、及び肩部の少なくとも１つには、外表面から突出する突出部が形成され、前記搬送中の物体に前記ビーム成形機構及び前記マスク部材を通過したレーザー光を照射することは、前記突出部の近傍に前記レーザー光を照射することを含む。

【0020】

本開示の第１５観点に係るマーキング済み製品は、底面部と、前記底面部の外周縁から上方に延びる側面部と、上部開口を規定する口部と、前記側面部と前記口部とに連続する肩部と、を含む樹脂製の容器本体を備え、前記底面部、側面部、及び肩部の少なくとも１つには、外面上に形成された複数の凹部の集合または複数の凸部の集合を含むマーキング領域であって、所定のデザインを表示するマーキング領域と、凹み部とが形成され、前記マーキング領域は、前記凹み部の内面に形成される。

【0021】

本開示の第１６観点に係るマーキング済み製品は、第１５観点に係るマーキング済み製品であって、前記側面部には、前記マーキング領域と前記凹み部とが形成される。

【0022】

本開示の第１７観点に係るマーキング済み製品は、第１５観点または第１６観点に係るマーキング済み製品であって、前記凹み部は、前記側面部の全周にわたって延びる。

【0023】

本開示の第１８観点に係るマーキング済み製品は、第１５観点から第１７観点のいずれかに係るマーキング済み製品であって、前記凹み部は、前記底面部の外周縁から前記側面部の上端まで延びる。

【0024】

本開示の第１９観点に係るマーキング済み製品は、底面部と、前記底面部の外周縁から上方に延びる側面部と、上部開口を規定する口部と、前記側面部と前記口部とに連続する肩部と、を含む樹脂製の容器本体を備え、前記底面部、側面部、及び肩部の少なくとも１つには、外面上に形成された複数の凹部の集合または複数の凸部の集合を含むマーキング領域であって、所定のデザインを表示するマーキング領域と、前記マーキング領域の近傍において、前記マーキング領域よりも外方に突出する突出部とが形成される。

【発明の効果】

【0025】

本開示によれば、加工速度が向上したマーキング済み製品の生産方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法を説明する図。

【図2A】ビーム成形機構の構成例を示す図。

【図2B】ビーム成形機構の別の構成例を示す図。

【図2C】ビーム成形機構のさらに別の構成例を示す平面図。

【図3】マスク部材の構成例を示す平面図。

【図4】マーキング済み製品の生産方法の流れの一例を示すフローチャート。

【図5】物体及びマーキング済み製品の第１の構成例を示す図。

【図6】物体及びマーキング済み製品の第２の構成例を示す図。

【図7】物体及びマーキング済み製品の第３の構成例を示す図。

【図8】物体及びマーキング済み製品の第４の構成例を示す図。

【図9】物体及びマーキング済み製品の第５の構成例を示す図。

【図10A】ビーム成形機構における入射レーザー光の挙動を説明する図。

【図10B】別のビーム成形機構における入射レーザー光の挙動を説明する図。

【図10C】さらに別のビーム成形機構における入射レーザー光の挙動を説明する図。

【図11A】変形例に係るフォトマスクのパターンを示す図。

【図11B】別の変形例に係るフォトマスクのパターンを示す図。

【図11C】さらに別の変形例に係るフォトマスクのパターンを示す図。

【図11D】さらに別の変形例に係るフォトマスクのパターンを示す図。

【図12】実施例に係る生産方法を実行するためのマーキング装置の構成を示す図。

【図13】比較例に係る生産方法を実行するためのマーキング装置の構成を示す図。

【図14】実験で使用したマスク部材の画像。

【図15】実験で作成したマーキングの顕微鏡画像。

【図16A】実施例に係るビーム成形機構を用いて作成されたマーキングの顕微鏡画像。

【図16B】実施例に係るビーム成形機構を用いて作成されたマーキングの顕微鏡画像。

【図16C】実施例に係るビーム成形機構を用いて作成されたマーキングの顕微鏡画像。

【図16D】実施例に係るビーム成形機構を用いて作成されたマーキングの顕微鏡画像。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照しつつ、本開示の一実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法について説明する。

【0028】

＜１．全体構成＞
図１は、本開示の一実施形態に係るレーザーマーキング方法（以下、単に「マーキング方法」とも称する）を含む、マーキング済み製品の生産方法を説明する図である。本実施形態に係るマーキング方法によれば、従来のマーキング方法と比較して、１回当たりのマーキングに必要な加工時間が短縮される。このため、特に、複数の物体が連続的に搬送される搬送ラインに好ましく適用することができ、効率的にマーキング済み製品を生産することができる。

【0029】

マーキングの対象となる物体としては特に限定されず、例えば、樹脂製品、金属製品、電子部品（例えば回路素子が樹脂で封止されたもの）、可食物品、ガラス製品、陶製品、木製品、革製品、紙製品、繊維製品、ゴム製品、包装材（例えばプラスチックフィルム）等が挙げられる。物体の表面はどのような材料で構成されていてもよいが、マーキングされたデザインが視認可能となる程度に、レーザー光の照射により色や光沢が変化する性状を有することが好ましい。しかしながら、物体は、マーキングの対象となるマーキング領域に予め着色がなされ、これを消失させることによりマーキングされたデザインの視認性を高めるように加工されてもよいし、マーキングをなされた後に、その部分に着色が施されてもよい。さらに、物体は、レーザー光が照射されることにより変色するような成分を含有する材料から構成されていてもよい。なお、樹脂製品の代表的な例としては、ＰＥＴボトルが挙げられる。また、可食物品の代表的な例としては、錠剤（糖衣錠、素錠、コーティング錠等）やカプセル剤等が挙げられる。

【0030】

物体にマーキングするマーキングデザインとしては特に限定されず、例えば文字、図案、バーコード等の１次元情報コード、またはＱＲコード（登録商標）等の２次元情報コード等を含むことができる。

【0031】

以下、ＰＥＴボトル１の容器本体の側面に、バーコードを含むデザインをマーキングする方法を例にして説明する。ＰＥＴボトル１は、これに限定されないが、ポリエチレンテレフタレート製の透明な容器本体と、容器本体の上部開口に取り付けられる、熱可塑性樹脂製のキャップとを含む。ＰＥＴボトル１は、ベルトコンベア等で構成される搬送ライン（搬送路）１０に一列に積載され、搬送ライン１０に沿って所定の方向に連続的に移動する。搬送ライン１０は、例えば１分間あたり６００本～１０００本程度のＰＥＴボトル１を搬送するように構成される。

【0032】

搬送ライン１０の側方には、本実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法を実行するためのマーキング装置２が設置される。マーキング装置２は、レーザー光により、所定の位置を通過するＰＥＴボトル１の側面に対して所定のデザインをマーキングする装置であり、レーザー発振器２０、フィールドレンズ２１、ビーム成形機構２２、マスク部材２３及びプロジェクションレンズ２４を備える。搬送ライン１０とマーキング装置２とは、マーキング済み製品を生産する生産システムを構成する。

【0033】

レーザー発振器２０は、レーザー光を発生させる装置である。一般に、レーザー光は指向性が高く、レーザー発振器２０から発生するレーザー光は、所定の方向に揃って進行するといってよい。レーザー発振器２０としては特に限定されず、エキシマレーザー発振器、ＵＶレーザー発振器、ＣＯ₂レーザー発振器、及びＹＡＧレーザー発振器等のいずれも用いることができる。物体がＰＥＴボトル１である場合には、レーザー発振器２０としては、エキシマレーザー発振器が好ましい。本発明者らの検討によれば、レーザー光の波長が１９３ｎｍ～３１５ｎｍ程度であると、厚さ約０．２ｍｍの透明なポリエチレンテレフタレート板に対する透過率が０％Ｔ～０．０７％Ｔ程度となり、ポリエチレンテレフタレートに対する吸収性が高いと言える。これに対し、レーザー光の波長が３５５．５ｎｍであると、同じポリエチレンテレフタレート板に対する透過率が７５％Ｔ程度となり、ポリエチレンテレフタレートに対する吸収性は相対的に低いと言える。なお、上記ポリエチレンテレフタレート板は、既存のＰＥＴボトルから切り出されたサンプルであるが、上記レーザー光の透過率は、サンプルの厚みには依存しないと考えられる。エキシマレーザーは、希ガスやハロゲン等の混合ガスを用いるレーザーであり、代表的な波長が１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３０８ｎｍ、３５１ｎｍであることから、ＰＥＴボトル１に対するマーキングに適している。本実施形態に係るレーザー発振器２０（エキシマレーザー発振器）のレーザーパルスの波長は３０８ｎｍである。

【0034】

このように、レーザー発振器２０としては、マーキングの対象となる物体に応じて、適した波長のレーザー光を発生させるものを選択することができる。

【0035】

また、各種レーザー発振器の１ショットの照射時間は、例えばエキシマレーザー発振器は約２７ナノ秒であり、ＴＥＡ－ＣＯ₂レーザー発振器は約１００ナノ秒であり、ナノ秒固体ＵＶレーザー発振器は約５０ナノ秒である。このように、エキシマレーザー発振器は、１ショットの照射時間が短いという観点からも好ましい。なお、レーザー発振器２０の繰り返し周波数は、マーキングの対象となる物体の搬送速度に応じて、適宜調整することができる。例えば、１分間に１０００本のＰＥＴボトル１に対するマーキングを行う場合は、１秒間に１７ショットの照射が必要となる。この場合、より高い繰り返し周波数を有するレーザー発振器２０の周波数を１７Ｈｚに設定することで、搬送ライン１０上を移動する物体に対し、連続的にマーキングを行うことができる。なお、ＰＥＴボトル１に限らず、搬送される物体の速度は、例えば１ｍ／秒から２ｍ／秒とすることができる。

【0036】

フィールドレンズ２１は、レーザー発振器２０とビーム成形機構２２との間に配置される光学系部材である。フィールドレンズ２１は、レーザー発振器２０から発生したレーザー光の進行方向をさらに揃えるとともに、フィールドレンズ２１から出射するレーザービームのサイズを調整する。図１の例では、レーザー光は後述するプロジェクションレンズ２４の光軸と平行になるように揃えられ、揃えられたレーザー光が形成するレーザービームは、６０ｍｍ×２０ｍｍのサイズとなるように調整される。例えば、プロジェクションレンズ２４の倍率が２倍であるとき、ＰＥＴボトル１の側面に形成されるマーキングのサイズは、３０ｍｍ×１０ｍｍとなる。

【0037】

ビーム成形機構２２は、レーザー発振器２０から発生したレーザー光（フィールドレンズ２１から出射したレーザービームを含む）が通過する規則的な通路を形成する。具体的には、ビーム成形機構２２は、上記レーザー光を所定のパターンに従って分岐する、あるいは上記レーザー光の一部を所定のパターンに従って遮蔽することにより、上記レーザー光の規則的な強度分布を形成する。これにより、ビーム成形機構２２を通過したレーザービームは、後述するプロジェクションレンズ２４の光軸と平行で、その進行方向に直交する平面において２次元的に配列される複数のレーザービームを形成する。ビーム成形機構２２のうち、レーザー光を所定のパターンに従って分岐するものとしては、例えば図２Ａ及び図２Ｂに示すような光学部材２２Ａ及び２２Ｂが挙げられる。また、レーザー光の一部を所定のパターンに従って遮蔽するものとしては、図２Ｃに示すようなフォトマスク２２Ｃが挙げられる。ビーム成形機構２２から出射するレーザー光（複数のレーザービーム）の進行方向は、ビーム成形機構２２に入射するレーザー光の進行方向と同じであり、ビーム成形機構２２に入射するレーザー光の進行方向と同様に、一方向であるといってよい。

【0038】

光学部材２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ、全体として平面視矩形の平板状であり、レーザー光を透過させる透明の無機材料から構成される。このような無機材料としては、例えば二酸化ケイ素（石英、ガラス）、二酸化ケイ素以外の無機ガラス等が挙げられる。光学部材２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ、所定の規則的なパターンが形成されたパターン領域２２０Ａ及び２２０Ｂを含む。なお、光学部材２２Ａ及び２２Ｂにおいて、パターン領域２２０Ａ及び２２０Ｂが形成された面がレーザー光の入射面となり、パターン領域２２０Ａ及び２２０Ｂが形成されていない平坦面がレーザー光の出射面となる。

【0039】

パターン領域２２０Ａは、複数の平坦部２２００Ａと、各平坦部２２００Ａに隣接する複数の曲面部２２０１Ａとからなる規則的なパターンを有する（ただし、符号は代表的なものにのみ付す）。平坦部２２００Ａは、平面視正方形状を有する平坦面を構成し、その周縁において曲面部２２０１Ａに連続する。曲面部２２０１Ａは、２つの平坦部２２００Ａの周縁に連続する曲面状の部位であり、側面視半円形状を有する。曲面部２２０１Ａは、平坦部２２００Ａに対して凹みとなっており、光学部材２２Ａの厚みは、平坦部２２００Ａにおいて最も大きく、隣り合う２つの平坦部２２００Ａの中間（曲面部２２０１Ａの描く半円の頂点）において最も小さい。各平坦部２２００Ａは、光学部材２２Ａに入射するレーザー光を、そのまま透過させる。一方、各曲面部２２０１Ａは、光学部材２２Ａに入射するレーザー光を屈折させて、規則的に配列された、レーザー光が透過しない領域を形成する（図１０Ａ参照）。つまり、各曲面部２２０１Ａは、光学部材２２Ａに入射するレーザー光を、隣接する平坦部２２００Ａに分岐させる。これにより、光学部材２２Ａを入射するレーザー光は、平坦部２２００Ａに対応する複数のレーザービームに成形される。

【0040】

パターン領域２２０Ｂは、複数の平坦部２２００Ｂ及び２２０１Ｂと、平坦部２２００Ｂ及び２２０１Ｂのそれぞれに隣接する複数の曲面部２２０２Ｂとからなる規則的なパターンを有する（ただし、符号は代表的なものにのみ付す）。平坦部２２００Ｂは、平面視正方形状を有し、その周縁において曲面部２２０２Ｂに連続する。平坦部２２０１Ｂも、同様に平面視正方形状を有し、その周縁において曲面部２２０２Ｂに連続する。ただし、平坦部２２０１Ｂは、平坦部２２００Ｂに対して凹みとなっており、光学部材２２Ｂの厚みは、平坦部２２００Ｂにおいて最も大きく、平坦部２２０１Ｂにおいて最も小さい。曲面部２２０２Ｂは、平坦部２２００Ｂの周縁と平坦部２２０１Ｂの周縁とに連続する曲面状の部位であり、断面視四分円形状を有する。各平坦部２２００Ｂ及び２２０１Ｂは、光学部材２２Ｂに入射するレーザー光を、ともにそのまま透過させる。一方、各曲面部２２０２Ｂは、光学部材２２Ｂに入射するレーザー光を屈折させて、規則的に配列された、レーザー光が透過しない領域を形成する（図１０Ｂ参照）。つまり、各曲面部２２０２Ｂは、光学部材２２Ｂに入射するレーザー光を、隣接する平坦部２２０１Ｂに分岐させる。これにより、光学部材２２Ｂを入射するレーザー光は、平坦部２２００Ｂ及び２２０１Ｂに対応する複数のレーザービームに成形される。

【0041】

光学部材２２Ａ及び２２Ｂの厚みは、例えば１．５ｍｍとすることができる。光学部材２２Ａの平坦部２２００Ａの１辺の長さ、光学部材２２Ｂの平坦部２２００Ｂの１辺の長さ及び平坦部２２０１Ｂの１辺の長さは、後述するプロジェクションレンズ２４の倍率に応じて適宜設計することができるが、例えば１０μｍ～３００μｍとすることができる。同様に、光学部材２２Ａの曲面部２２０１Ａの描く円弧の半径、及び光学部材２２Ｂの曲面部２２０２Ｂの描く円弧の半径は、適宜設計することができるが、例えば１μｍ～１００μｍとすることができる。なお、曲面部２２０２Ｂの描く円弧の半径は、平坦部２２００Ｂと平坦部２２０１Ｂとの高低差と等しい。また、光学部材２２Ａにおいて、隣接する平坦部２２００Ａの中心の間隔は、例えば１０μｍ～１００μｍとすることができ、光学部材２２ＺＢにおいて、隣接する平坦部２２００Ｂ及び平坦部２２０１Ｂの中心の間隔は、例えば１５μｍ～１５０μｍとすることができる。また、光学部材２２Ａ及び２２Ｂにより成形されるレーザービームの本数は特に限定されないが、例えばＰＥＴボトル１の表面の３０ｍｍ×１３ｍｍの範囲に３０μｍ間隔でレーザー痕を形成する場合、１００００本～１５０００本とすることができる。

【0042】

フォトマスク２２Ｃは、平面視矩形の板状の部材であり、レーザー光の入射面である面２２０Ｃを有する。フォトマスク２２Ｃは、図２Ｃに示す面２２０がレーザー光の進行方向に対して直交するように配置される。面２２０Ｃ上には、規則的に配列された複数の正方形状の透過領域２２１と、遮蔽領域２２２とが形成される。透過領域２２１は、それぞれレーザー光を透過させる。遮蔽領域２２２は、レーザー光を遮蔽し、殆ど透過させないか、全く透過させない。結果として、フォトマスク２２Ｃは、全体としてレーザー光の規則的な通路を形成する。つまり、レーザー光の進行方向に対して直交する面におけるレーザー光の強度分布は、規則的なパターンとなる。このようなフォトマスク２２Ｃは、例えば、合成石英製の基板の片面に、クロム膜を所定のパターンで積層することにより形成することができる。つまり、透過領域２２１はクロム膜が積層されていない基板の部分で形成することができ、遮蔽領域２２２は、それぞれクロム膜で形成することができる。

【0043】

なお、１つの透過領域２２１Ｃのサイズは、これを透過するレーザー光のサイズが、後述するマスク部材２３のスリット２３１の最小サイズに対して充分小さくなるように形成される。例えば、後述するマスク部材２３には複数のスリット２３１が形成されているが、本実施形態では、そのうち最も幅が狭いスリットの幅は０．２５ｍｍである。このスリットを通過するレーザービームは、同スリットの幅方向に対して１０列以上あることが好ましく、２０列以上あることがより好ましく、３０列以上あることがさらに好ましい。プロジェクションレンズ２４の倍率にもよるが、レーザー光の通路が、スリット２３１のサイズに対し、上記のような密度で形成されることで、ＰＥＴボトル１に形成されるバーコードの光学的読み取り性が向上する。なお、上記スリット２３１の最小幅や、スリット２３１のサイズに対する、好ましいレーザービームの列数（密度）の範囲は上記実施形態における例示であり、マーキングのデザインやマーキングの対象となる物体に応じて変化し得る。

【0044】

フォトマスク２２Ｃは、上述した例に限られず、透過領域２２１及び遮蔽領域２２２は、それぞれ他の材料を用いて形成することができるし、他のパターンで形成することができる。また、フォトマスク２２Ｃは、入射するレーザー光の一部を遮蔽して、全体としてレーザー光の規則的な通路を形成するビーム成形機構２２の一例であるため、このようなビーム成形機構２２は、フォトマスクに限定されない。ここで、「レーザー光の一部を遮蔽する」とは、レーザー光の一部を吸収することと、レーザー光の一部を反射し、搬送ライン１０側への透過を妨げることとを含む。

【0045】

ビーム成形機構２２の他の例としては、上記フォトマスク２２Ｃにおける遮蔽領域２２２が、高反射ミラーで形成された部材が挙げられる。高反射ミラーとしては、例えば誘電体多層膜ミラー、金属ミラー等が挙げられる。誘電体多層膜ミラーは、高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜が交互に積層されて構成されており、所定の波長に対して高い反射率を示す反射部材である。金属ミラーは、表面の金属コーティングにより光を反射する反射部材であり、例えば、アルミミラー、銀ミラー、金ミラー等が挙げられ、この中ではアルミミラーが好ましい。例えば、ビーム成形機構２２は、上記高反射ミラーに、（複数の透過領域２２１としての）複数の貫通孔またはレーザー光を透過する材料で形成される複数の透過孔部を規則的なパターンで形成することで得られる部材であってもよい。また、ビーム成形機構２２は、レーザー光を透過する基材の片面上に、遮蔽領域２２２としての上記高反射ミラーを積層することで得られる部材であってもよい。

【0046】

本実施形態に係るマスク部材２３は、ビーム成形機構２２とプロジェクションレンズ２４、あるいは物体との間に配置される。図３は、マスク部材２３の一例である。図３のマスク部材２３は、マーキングのデザインに対応する形状のデザインパターン２３０が形成された平面視矩形の板状の部材であり、例えば金属によって形成され、レーザー光を透過させない厚みを有する。図３に示す例では、バーコードに対応するデザインパターン２３０は、黒色で示される複数の透過領域によって形成される。この透過領域は、それぞれ、マスク部材２３を貫通する矩形状または線状のスリット２３１によって形成され、入射するレーザー光を通過させる。なお、スリット２３１の最小サイズは、上述したように、入射する各レーザービームの断面積よりも十分大きく、ビーム成形機構２２から出射した複数のレーザービームは、そのまま複数のレーザービームとしてスリット２３１を通過する。本実施形態に係るマスク部材２３は、図３に示す面がビーム成形機構２２の出射面に対面するように配置される。マスク部材２３は、ビーム成形機構２２と接触するように配置されてもよいし、ビーム成形機構２２から間隔を空けて配置されてもよい。

【0047】

プロジェクションレンズ２４は、マスク部材２３と物体との間に配置される光学系部材である。プロジェクションレンズ２４は、マスク部材２３から出射した複数のレーザービームを、ＰＥＴボトル１の側面上の所定の範囲に収束させる。図１の例では、プロジェクションレンズ２４により、複数のレーザービームは、ＰＥＴボトル１の側面において縦３０ｍｍ×横１０ｍｍの範囲に収束する。ＰＥＴボトル１の側面に到達した複数のレーザービームのエネルギー密度は、２００ｍＪ／ｃｍ²以上となることが好ましく、４００ｍＪ／ｃｍ²以上となることがより好ましく、５００ｍＪ／ｃｍ²以上となることがさらに好ましく、６００ｍＪ／ｃｍ²以上となることが特に好ましい。ただし、この範囲は、エキシマレーザー発振器によってＰＥＴボトル１にバーコードをマーキングする場合を例とした範囲であり、レーザーの種類、マーキングのデザイン、及びマーキングの対象となる物体によって変化し得る。ＰＥＴボトル１の側面に到達した各レーザービームは、ＰＥＴボトル１の側面のポリエチレンテレフタレートを消失させ、表面に微細な凹凸を形成する。凹凸が形成された部分は、可視光の拡散により透明性が失われ、白化する。これにより、ＰＥＴボトル１の側面において、縮小されたデザインパターン２３０の通りにマーキングのデザインを表示する、マーキング領域Ｍが形成される。

【0048】

上記微細な凹凸は、ビーム成形機構２２の平坦部２２００Ａ、平坦部２２００Ｂ及び２２０１Ｂ、あるいは透過領域２２１に対応して形成される複数の凹部と、凹部のそれぞれを囲む凸部から形成され、規則的なパターンを形成する凹凸である。この凹凸は、ミクロレベルのサイズ及び高低差を有する。マーキングのデザインの視認性を高める観点からは、単位面積当たりに形成される凹部の数は、より多いことが好ましい。

【0049】

＜２．マーキング済み製品の生産方法の流れ＞
図４は、上述したマーキング済み製品の生産方法を実行する場合の各工程の流れの一例を示すフローチャートである。以下、説明する。

【0050】

まず、所望するマーキングのデザインに対応するデザインパターン２３０が形成されたマスク部材２３を準備する（ステップＳ１）。デザインパターン２３０のサイズは、物体に形成されるマーキングの実寸と一致している必要はなく、プロジェクションレンズ２４による縮小を考慮したサイズとすることができる。

【0051】

次に、ビーム成形機構２２とマスク部材２３とを、レーザー発振器２０と搬送ライン１０との間、より具体的にはフィールドレンズ２１とプロジェクションレンズ２４との間に、この順に並ぶように配置する（ステップＳ２）。なお、レーザー発振器２０、フィールドレンズ２１、ビーム成形機構２２、マスク部材２３及びプロジェクションレンズ２４は、必ずしも一直線上に並ぶように配置される必要はなく、これらの部材が並ぶ順とは、レーザー発振器２０から発生したレーザー光が、これらを通過する順をいうものとする。搬送ライン１０上の搬送ライン１０は、レーザー発振器２０から発生し、ビーム成形機構２２及びマスク部材２３を通過したレーザー光の進行方向が、搬送ライン１０上のＰＥＴボトル１のマーキング領域Ｍとなる領域に対して垂直となるように配置されることが好ましい。

【0052】

次に、搬送ライン１０による複数のＰＥＴボトル１の搬送を開始する（ステップＳ３）。搬送速度は一定であってよい。レーザー発振器２０の周波数は、搬送速度に合わせて適宜設定することができる。

【0053】

続いて、マーキング装置２によるマーキングを開始する（ステップＳ４）。すなわち、レーザー発振器２０から搬送中のＰＥＴボトル１に向けたレーザー光照射を開始する。マーキングの開始は、例えばＰＥＴボトル１が最初にプロジェクションレンズ２４の前を通過するタイミングで行われる。本実施形態に係る生産システムには、物体検出センサ（不図示）が備えられる。物体検出センサは、各ＰＥＴボトル１がプロジェクションレンズ２４に接近したことを検出すると、マーキング装置２の動作を制御するコントローラ（不図示）に対して、検出信号を出力するように構成される。コントローラは、上記検出信号に基づき、各ＰＥＴボトル１に対してレーザー発振器２０からレーザー光を照射するタイミングを制御する。物体検出センサとしては特に限定されず、光電センサ、レーザーセンサ、超音波センサ、画像センサ等、どのようなものでも用いることができる。また、物体検出センサを設置する位置も特に限定されない。

【0054】

その後、プロジェクションレンズ２４の前を順次通過するＰＥＴボトル１の各々に対し、１ショットのレーザー光照射が同様の要領で繰り返し行われる。このマーキングの繰り返しは、例えば搬送ライン１０を停止した、搬送ライン１０においてプロジェクションレンズ２４の前を通過するＰＥＴボトル１がなくなった等の理由により、上記物体検出センサにより新たなＰＥＴボトル１が検出されない時間が一定以上継続すると停止する。

【0055】

＜３．物体及びマーキング済み製品の構成例＞
図５～９は、それぞれ、レーザーマーキングの対象となる物体と、同物体にレーザーマーキングが施されることにより生産される、マーキング済み製品の構成例を示す図である。物体は、それぞれ、樹脂製の透明な容器本体１１４Ａ～１１４Ｅを備えるＰＥＴボトル１１Ａ～１１Ｅである。容器本体１１４Ａ～１１４Ｅは、底面部１１０Ａ～１１０Ｅと、底面部１１０Ａ～１１０Ｅの外周縁から上方に延びる側面部１１１Ａ～１１１Ｅと、肩部１１２Ａ～１１２Ｅと、口部１１３Ａ～１１３Ｅとを含む。口部１１３Ａ～１１３Ｅは、上部開口を規定する。肩部１１２Ａ～１１２Ｅは、側面部１１１Ａ～１１１Ｅの上端と口部１１３Ａ～１１３Ｅの下端とに連続し、鉛直方向に対して傾斜する傾斜面、または湾曲面を構成する。

【0056】

図５に示すように、ＰＥＴボトル１１Ａの側面部１１１Ａには、その全周にわたって延びる凹み部１１５Ａが形成される。凹み部１１５Ａは、側面部１１１Ａにおいて、他の部分よりも容器本体１１４Ａの内側に窪んだ部分である。言い換えると、側面部１１１Ａは、凹み部１１５Ａの周縁１１５１Ａ、１１５２Ａと底面１１５０Ａとを規定する。底面１１５０Ａは、凹み部１１５Ａの内面において最奥の位置にあり、容器本体１１４Ａの外部空間に面する。例えば、上記マーキング済み製品の生産方法により、ＰＥＴボトル１１Ａの凹み部１１５Ａの底面１１５０Ａにレーザーマーキングを施すと、底面１１５０Ａにマーキング領域Ｍが形成されたマーキング済み製品としてのＰＥＴボトル１Ａが得られる。この場合、上記マーキング済み製品の生産方法において、搬送中のＰＥＴボトル１１Ａにレーザー光を照射することは、底面１１５０Ａにレーザー光を照射することを含む。マーキング領域Ｍは、レーザー痕により形成された複数の凹部の集合または複数の凸部の集合を含み、所定のデザインを表示する。凹み部１１５Ａの最小深さ（周縁１１５１Ａまたは周縁１１５２Ａから底面１１５０Ａまでの距離）は特に限定されず、マーキング領域Ｍの凸部が周縁１１５１Ａ及び周縁１１５２Ａに達しない程度の深さであれば良い。

【0057】

図６に示すように、ＰＥＴボトル１１Ｂの側面部１１１Ｂには、底面部１１０Ｂの外周縁から側面部１１１Ｂの上端（肩部１１２Ｂとの境界）にわたって延びる凹み部１１５Ｂが形成される。凹み部１１５Ｂは、側面部１１１Ｂにおいて、他の部分よりも容器本体１１４Ｂの内側に窪んだ部分である。言い換えると、側面部１１１Ｂは、凹み部１１５Ｂの周縁１１５１Ｂ、１１５２Ｂと底面１１５０Ｂとを規定する。底面１１５０Ｂは、容器本体１１４Ｂの外部空間に面するとともに、凹み部１１５Ｂの内面において最奥の面であり、好ましくは、平坦面である。例えば、上記マーキング済み製品の生産方法により、ＰＥＴボトル１１Ｂの底面１１５０Ｂにレーザーマーキングを施すと、底面１１５０Ｂにマーキング領域Ｍが形成されたマーキング済み製品としてのＰＥＴボトル１Ｂが得られる。この場合、上記マーキング済み製品の生産方法において、搬送中のＰＥＴボトル１１Ｂにレーザー光を照射することは、底面１１５０Ｂにレーザー光を照射することを含む。マーキング領域Ｍは、レーザー痕により形成された複数の凹部の集合または複数の凸部の集合を含み、所定のデザインを表示する。凹み部１１５Ｂの最小深さ（周縁１１５１Ｂまたは周縁１１５２Ｂから底面１１５０Ｂまでの距離）は特に限定されず、マーキング領域Ｍの凸部が周縁１１５１Ｂ及び周縁１１５２Ｂに達しない程度の深さであれば良い。

【0058】

図７に示すように、ＰＥＴボトル１１Ｃの側面部１１１Ｃには、凹み部１１５Ｃが形成される。凹み部１１５Ｃは、側面部１１１Ｃにおいて、他の部分よりも容器本体１１４Ｃの内側に窪んだ部分である。言い換えると、側面部１１１Ｃは、凹み部１１５Ｃの周縁１１５１Ｃと底面１１５０Ｃとを規定する。底面１１５０Ｃは、容器本体１１４Ｃの外部空間に面するとともに、凹み部１１５Ｃの内面において最奥の面であり、好ましくは、平坦面である。例えば、上記マーキング済み製品の生産方法により、ＰＥＴボトル１１Ｃの底面１１５０Ｃにレーザーマーキングを施すと、底面１１５０Ｃにマーキング領域Ｍが形成されたマーキング済み製品としてのＰＥＴボトル１Ｃが得られる。この場合、上記マーキング済み製品の生産方法において、搬送中のＰＥＴボトル１１Ｃにレーザー光を照射することは、底面１１５０Ｃにレーザー光を照射することを含む。なお、図７では、ＰＥＴボトル１１Ｃは凹み部１１５Ｃの側方から視た状態で、ＰＥＴボトル１Ｃは凹み部１１５Ｃの正面から視た状態でそれぞれ示されており、凹み部１１５Ｃは、正面視矩形である。マーキング領域Ｍは、レーザー痕により形成された複数の凹部の集合または複数の凸部の集合を含み、所定のデザインを表示する。凹み部１１５Ｃの最小深さ（周縁１１５１Ｃから底面１１５０Ｃまでの距離）は特に限定されず、マーキング領域Ｍの凸部が周縁１１５１Ｃに達しない程度の深さであれば良い。

【0059】

図８に示すように、ＰＥＴボトル１１Ｄの側面部１１１Ｄには、その外表面から突出する突出部１１５Ｄが形成される。突出部１１５Ｄは、周囲の他の部分から容器本体１１４Ｄの外側に突出していればよく、その形状は特に限定されない。例えば、上記マーキング済み製品の生産方法により、ＰＥＴボトル１１Ｄの突出部１１５Ｄの近傍にレーザーマーキングを施すと、突出部１１５Ｄの近傍にマーキング領域Ｍが形成されたマーキング済み製品としてのＰＥＴボトル１Ｄが得られる。この場合、上記マーキング済み製品の生産方法において、搬送中のＰＥＴボトル１１Ｄにレーザー光を照射することは、ＰＥＴボトル１１Ｄの突出部１１５Ｄの近傍にレーザー光を照射することを含む。なお、図８では、ＰＥＴボトル１１Ｄは突出部１１５Ｄの側方から視た状態で、ＰＥＴボトル１Ｄは突出部１１５Ｄの正面から視た状態でそれぞれ示されている。マーキング領域Ｍは、例えば突出部１１５Ｄの下に形成される。側面部１１１Ｄの外表面を基準とする突出部１１５Ｄの最大高さは特に限定されず、マーキング領域Ｍの凸部よりも外方に突出するような高さであれば良い。マーキング領域Ｍは、できる限り突出部１１５Ｄの周縁の近傍に形成されることが好ましい。

【0060】

図９に示すように、ＰＥＴボトル１１Ｅの側面部１１１Ｅには、その外表面から突出する複数の突出部１１５Ｅが形成される。突出部１１５Ｅは、それぞれ、周囲の他の部分から容器本体１１４Ｄの外側に突出していればよく、その形状は特に限定されない。また、図９では突出部１１５Ｅが６個形成され、略矩形状に配置されているが、突出部１１５Ｅが一定の間隔を空けて２個以上形成されていれば、その数や配置は特に限定されない。例えば、上記マーキング済み製品の生産方法により、ＰＥＴボトル１１Ｅの複数の突出部１１５Ｅで囲まれる領域にレーザーマーキングを施すと、複数の突出部１１５Ｅで囲まれる領域にマーキング領域Ｍが形成されたマーキング済み製品としてのＰＥＴボトル１Ｅが得られる。この場合、上記マーキング済み製品の生産方法において、搬送中のＰＥＴボトル１１Ｅにレーザー光を照射することは、ＰＥＴボトル１１Ｅの複数の突出部１１５Ｅで囲まれる領域、あるいは２つの突出部１１５Ｅの間の領域にレーザー光を照射することを含む。側面部１１１Ｅの外表面を基準とする各突出部１１５Ｅの最大高さは特に限定されず、マーキング領域Ｍの凸部よりも外方に突出するような高さであれば良い。

【0061】

＜４．特徴＞
（１）上記実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法によれば、ビーム成形機構２２により、レーザー光を所定の走査線に沿って繰り返し照射したときに形成されるドットパターンに相当する複数のレーザービームを形成することができる。つまり、１つの物体に対して、１ショットのレーザー光照射で所望のマーキングを施すことができるので、高速で移動中の物体に対しても、その速度を低下させることなく容易にマーキングを行うことができる。なお、レーザーマーキングの速度を向上させる方法としては、レーザー発振器を複数設置する、レーザービームを複数の物体に分割して、複数の物体に同時にマーキングを行う方法も考えられる。しかし、これらの方法では、装置が大掛かりになる、コストが増大する等のデメリットがあり、また、一般的な搬送ラインにおける物体の搬送速度に見合ったマーキング速度を達成するのにも限界があった。この点、本実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法では、１ショットの照射時間が１０～３０ナノ秒程度であるため、物体の搬送速度が高速であっても容易に対応することができる。また、１ショットの照射時間が上記範囲であると、レーザー光照射中の物体の移動距離を、マーキングデザインを表す規則的な凹凸形状の寸法に対して充分小さくできるため、上記規則的な凹凸形状が、搬送速度による影響を受けて物体に適切に形成されない事態を回避することができる。

【0062】

（２）上記実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法によれば、ビーム成形機構２２を通過した複数のレーザービームが、マスク部材２３により所望のデザインに形作られる。このため、所望のデザインに対応するデザインパターンが形成されたマスク部材２３を準備することで、容易にマーキングのデザインを変更することができる。

【0063】

（３）上記実施形態に係るマーキング済み製品の生産方法によれば、プロジェクションレンズ２４により複数のレーザービームを収束させるので、マーキング対象となる物体のサイズに合わせてマーキングを行うことができる。

【0064】

（４）図１０Ａ～Ｃは、それぞれ、上記実施形態に係る光学部材２２Ａ、光学部材２２Ｂ及びフォトマスク２２Ｃを例に、入射するレーザー光の挙動の相違を模式的に説明する図である。図１０Ａ及び図１０Ｃから分かるように、光学部材２２Ａは、フォトマスク２２Ｃ等、レーザー光を反射する材料からなる遮蔽領域が形成されたビーム成形機構２２とは異なり、入射するレーザー光の強度分布を所定のパターンに従って形成することで、ドットパターンに相当するレーザービームを形成する。このため、フォトマスク２２Ｃ等と比較して、入射するレーザー光をマーキングのために有効利用することができる。また、フォトマスク２２Ｃ等では、レーザー光を反射することにより遮蔽領域を形成する材料が劣化するおそれがあるのに対し、光学部材２２Ａでは、平坦部２２００Ａ及び曲面部２２０１Ａがともにレーザー光を透過させる材料で形成されているため、劣化のおそれがない。上述した光学部材２２Ａの利点は、光学部材２２Ｂについても同様に該当する。

【0065】

（５）上述したように、レーザー光の照射により形成されるマーキング領域Ｍは、物体表面の材料を消失させることにより形成される複数の微細な凹部の集合、または複数の微細な凸部の集合を含む微細な凹凸パターンを有する。微細な凹凸パターンは、他の物体との接触により崩れやすい。特に、マーキング済み製品がＰＥＴボトル１であると、市中に流通するときに、他の物体との接触により凹凸パターンが崩れ、マーキング領域Ｍのバーコードがバーコードリーダーにより正しく読み取れない等の問題が生じ得る。しかし、上記ＰＥＴボトル１Ａ～１Ｃでは、マーキング領域Ｍが凹み部１１５Ａ～１１５Ｃの内面に形成されているため、他の物体との接触が生じにくく、マーキング領域Ｍの凹凸パターンが崩れにくい。また、上記ＰＥＴボトル１Ｄでは、マーキング領域Ｍが突出部１１５Ｄの近傍に形成されているため、マーキング領域Ｍが他の物体と接触することが突出部１１５Ｄにより妨げられ、マーキング領域Ｍの凹凸パターンが崩れにくい。上記ＰＥＴボトル１Ｅでは、マーキング領域Ｍが複数の突出部１１５Ｅで囲まれる領域に形成されているため、マーキング領域Ｍが他の物体と接触することが複数の突出部１１５Ｅにより妨げられ、マーキング領域Ｍの凹凸パターンが崩れにくい。従って、ＰＥＴボトル１Ａ～１Ｅによれば、マーキング領域Ｍに表示されたデザインの視認性、及び、コードリーダー等による情報コードの可読性を維持する効果が奏される。

【0066】

（６）ＰＥＴボトル１１Ａでは、凹み部１１５Ａが全周にわたって延びる。これにより、搬送ライン１０での搬送中に、レーザー発振器２０に対するＰＥＴボトル１１Ａの回転位置に依存せず、凹み部１１５Ａの底面１１５０Ａにレーザー光を照射することができる。また、ＰＥＴボトル１１Ｂ及び１１Ｃでは、底面１１５０Ｂ及び底面１１５０Ｃを平坦面として形成することができる。これにより、側面部１１１Ｂ及び１１１Ｃの形状によらず、レーザー光を照射する位置による焦点距離差を解消することができ、マーキング領域Ｍにおいて、より正確なデザインを表示することができる。ＰＥＴボトル１１Ｄ及び１１Ｅでは、搬送ライン１０が所定の位置で突出部１１５Ｄ及び１１５Ｅに接触するように構成することにより、レーザー発振器２０を通過する前に、ＰＥＴボトル１１Ｄ及び１１Ｅの回転位置を自動で調整するための機構として利用することができる。

【0067】

＜５．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。

【0068】

（１）フィールドレンズ２１及びプロジェクションレンズ２４は、それぞれ１つのレンズで構成されてもよいし、複数のレンズを含んでいてもよい。

【0069】

（２）フォトマスク２２Ｃは、上記実施形態のように、正方形状の透過領域２２１が形成されたものに限られない。透過領域及び遮蔽領域で形成されるフォトマスク２２Ｃの別のパターンの例としては、例えば図１１Ａ～図１１Ｄのようなパターンが挙げられる。図１１Ａは、より大きな正方形状の透過領域２２１ａと、より小さな正方形状の透過領域２２１ｂとが組み合わされたパターンの例である。図１１Ｂは、正六角形状の透過領域２２１ｃが規則的に配列されたパターンの例である。図１１Ｃは、図１１Ａの例において、隣接する２つの透過領域２２１ａの間に、より小さな正方形状の透過領域２２１ｄをさらに配置し、連続したより大きな透過領域と、より小さな透過領域２２１ｂとが形成されたパターンの例である。図１１Ｄは、正方形状の透過領域２２１ｅの内側と外側のそれぞれに、正方形状の遮蔽領域２２２ａ及び２２２ｂが形成されたパターンの例である。なお、上述した透過領域及び遮蔽領域で形成されるパターンの構成例は、いずれも、フォトマスク２２Ｃだけではなく、遮蔽領域が高反射ミラーで形成された部材についても同様に適用することができる。

【0070】

（３）マスク部材２３は、上記実施形態のように、スリット２３１が形成されたものに限られない。例えば、フォトマスク２２Ｃと同様に、合成石英製の基板の片面に、クロム膜を所定のパターンで積層して、レーザー光を遮蔽する遮蔽領域と、レーザー光を透過させる透過領域とを形成したものとすることができる。あるいは、ビーム成形機構２２の構成例で説明したように、高反射ミラーにデザインパターン２３０に相当する貫通孔、あるいはレーザー光を透過する材料で形成される透過孔部が形成された部材でマスク部材２３を構成してもよい。また、レーザーを透過する基材の片面上に、高反射ミラーが積層された部材でマスク部材２３を構成してもよい。この場合は、基材において高反射ミラーが積層されていない部分がデザインパターン２３０に相当する。しかしながら、マーキングのデザインに対応するデザインパターン２３０は、レーザー光を透過する透過領域全体（あるいはスリット全体）で構成してもよいし、レーザー光を遮蔽する遮蔽領域全体（あるいはスリットが形成されていない部分）で構成してもよい。デザインパターン２３０が遮蔽領域全体、あるいはスリットが形成されていない部分で形成される場合、物体表面において、微細な凹凸が形成された領域に囲まれる、無加工の領域がマーキングのデザインとなる。なお、耐久性の観点及びより自由度が高いデザインパターン２３０を形成できるという観点からは、マスク部材２３としては、基材にクロム膜を積層したもの、高反射ミラーに貫通孔を形成したもの及び基材に高反射ミラーを積層したものが好ましい。

【0071】

（４）上述したビーム成形機構２２の各構成例（光学部材２２Ａ、光学部材２２Ｂ、フォトマスク２２Ｃ、高反射ミラーに貫通孔または透過孔部を形成したもの、及び基材に高反射ミラーを積層したもの）及びマスク部材２３（スリット２３１を有するもの、基材にクロム膜を積層したもの、高反射ミラーに貫通孔または透過孔部を形成したもの、及び基材に高反射ミラーを積層したもの）は、それぞれ自在に組み合わせることができる。また、ビーム成形機構２２とマスク部材２３とを一体的に形成し、１つの部材としてもよい。より具体的には、合成石英製の基板の片面に積層されたクロム膜の規則的なパターンが、レーザー光を規則的に分割するパターンと、デザインパターンとを兼ねるようにしてもよい。また別の例では、高反射ミラーと貫通孔または透過孔部、あるいは高反射ミラーと基材とで形成される規則的なパターンが、レーザー光を規則的に分割するパターンと、デザインパターンとを兼ねるようにしてもよい。つまり、レーザー光を規則的な通路により分割することと、デザインパターン２３０の通りにレーザー光を透過させることとが、同一の層で行われるようにしてもよい。ビーム成形機構２２とマスク部材２３とが１つの部材で構成される場合、上記マーキング済み製品の生産方法において、「レーザー光の規則的な強度分布を形成するビーム成形機構を配置すること」と、「デザインパターンが形成されたマスク部材を配置すること」とは、同時に実行される。

【0072】

（５）ビーム成形機構２２とマスク部材２３との位置関係は、上述したものに限られない。例えば、マスク部材２３をプロジェクションレンズ２４と搬送ライン１０（物体）との間に配置することもできる。さらに、マスク部材２３は、レーザー発振器２０とビーム成形機構２２との間に配置することもできる。しかし、マーキングのデザインをより鮮明に物体に形成する観点からは、ビーム成形機構２２とマスク部材２３とはできるだけ間隔を空けずに配置されるか、一体的に構成されることが好ましい。

【0073】

（６）上記ＰＥＴボトル１、ＰＥＴボトル１１Ａ～１１Ｅ及びＰＥＴボトル１Ａ～１Ｅの形状は、適宜変更されてよい。例えば、側面部１１１Ａ～１１１Ｅは角筒状であってもよいし、肩部１１２Ａ～１１２Ｅは水平であってもよい。また、これらは、ポリエチレンテレフタレートだけではなく、それ以外の熱可塑性樹脂から主として構成されてもよく、不透明または半透明であってもよいし、着色がなされていてもよい。凹み部１１５Ａは、側面部１１１Ａではなく、肩部１１２Ａに形成されてもよい。つまり、ＰＥＴボトル１Ａにおいて、マーキング領域Ｍは、肩部１１２Ａに形成されてもよい。凹み部１１５Ａの底面１１５０Ａは、平坦面として形成されてもよい。凹み部１１５Ｂは、側面部１１１Ｂの上端にまで延びていなくてもよいし、肩部１１２Ｂにまで延びていてもよい。凹み部１１５Ｂは、肩部１１２Ａに形成されてもよい。つまり、ＰＥＴボトル１Ｂにおいて、マーキング領域Ｍは、肩部１１２Ｂに形成されてもよい。凹み部１１５Ｂの底面１１５０Ｂは、湾曲面として形成されてもよい。凹み部１１５Ｃは、肩部１１２Ｃまたは底面部１１０Ｃに形成されてもよい。つまり、ＰＥＴボトル１Ｃにおいて、マーキング領域Ｍは、肩部１１２Ｃまたは底面部１１０Ｃに形成されてもよい。凹み部１１５Ｃの底面１１５０Ｃは、湾曲面として形成されてもよい。凹み部１１５Ｃの正面視における形状も適宜変更されてよい。なお、凹み部１１５Ａ～１１１Ｃにおいて、マーキング領域Ｍは内面に形成されていれば良く、必ずしも底面１１５０Ａ～１１５０Ｃに形成されていなくてもよい。突出部１１５Ｄは、例えば無端の環状とすることができ、突出部１１５Ｄで囲まれる領域内にマーキング領域Ｍを形成することができる。突出部１１５Ｄは、肩部１１２Ｄまたは底面部１１０Ｄに形成されてもよい。つまり、ＰＥＴボトル１Ｄにおいて、マーキング領域Ｍは、肩部１１２Ｄまたは底面部１１０Ｄに形成されてもよい。突出部１１５Ｅは、肩部１１２Ｅまたは底面部１１０Ｅに形成されてもよい。つまり、ＰＥＴボトル１Ｅにおいて、マーキング領域Ｍは、肩部１１２Ｅまたは底面部１１０Ｅに形成されてもよい。上記凹み部１１５Ａ～１１１Ｃ、突出部１１５Ｄ及び突出部１１５Ｅのうち少なくとも２種は、同じ樹脂製容器に形成されてもよい。

【0074】

（７）上記フローチャートのステップＳ１～Ｓ４の順序は、適宜変更することができる。

【0075】

（８）搬送ライン１０と、マーキング装置２との位置関係は適宜変更することができる。すなわち、生産システムの構成は、上記実施形態のものに限られず、適宜変更することができる。例えば、マーキング装置２は、搬送ライン１０の上方または下方から物体に向けてレーザー光を照射するように構成されてもよい。搬送ライン１０により搬送されるときの物体の姿勢も特に限定されず、例えばＰＥＴボトル１であれば、容器本体の側面が上方を向くように搬送されるようにする等、適宜変更することができる。搬送ライン１０は、ベルトコンベアで物体を搬送するものに限られず、バケットや板（フライト）で物体を搬送するもの、吊り下げ具で物体を搬送するもの等であってもよい。また、上記実施形態で説明した物体検出センサは省略されてもよく、他の手段によってレーザー光照射のタイミングや停止のタイミングを制御するように構成されてもよい。

【実施例】

【0076】

以下、本開示の実施例について説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されない。

【0077】

＜実験１＞
図１２に示すようなマーキング装置３を準備し、実施例１～４に係るビーム成形機構３５をそれぞれ用いて、試料４の表面に縦１３ｍｍ×横３０ｍｍのサイズのバーコードのマーキングを形成した。マーキング装置３は、ビーム成形機構３５の他に、エキシマレーザー発振器３０、ビームシェーパー３１、ビームホモジナイザー３２、コリメーターレンズ３３、フィールドレンズ３４、マスク部材３６、プロジェクションレンズ３７、及びサンプルステージ３８を備えていた。エキシマレーザー発振器３０は、波長３０８ｎｍのレーザー光を１ショットあたり約２７ナノ秒で照射し、試料４の表面に達したレーザービームのエネルギー密度が、１ショットあたり５００ｍＪ／ｃｍ²となるように構成された。ビームシェーパー３１及びビームホモジナイザー３２は、それぞれ公知のビームシェーパー及びビームホモジナイザーから構成され、エキシマレーザー発振器３０で発生させたレーザー光のビームをフラットトップ化するとともに、上記ビームの強度分布の経時変化を均一化するように構成された。マスク部材３６は、図１３に示すように、バーコードのクワイエットゾーン及びスペースに対応するスリットが形成された、金属製の板であった。マーキング装置３は、サンプルステージ３８上に載置された試料４の表面上において、１ショットで上記サイズのマーキングを形成できるように構成された。試料４は、縦１００ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ１ｍｍの透明なポリエチレンテレフタレート板とした。

【0078】

実施例１及び２に係るビーム成形機構３５は、それぞれ上記実施形態の光学部材２２Ａと同様のパターン領域２２０Ａが形成されたガラス板であり、平坦部２２００Ａの１辺の長さが互いに相違していた。また、実施例３及び４に係るビーム成形機構３５は、それぞれ上記実施形態の光学部材２２Ｂと同様のパターン領域２２０Ｂが形成されたガラス板であり、平坦部２２００Ｂ及び２２０１Ｂの１辺の長さが互いに相違していた。以下の表１に、実施例１～４に係るパターン領域の各部の寸法を示す。なお、寸法公差は、＋－０．１５μｍとした。

【表1】

【0079】

また、図１３に示すようなマーキング装置５を準備し、マーキング装置５を用いて、別の試料４の表面に縦１３ｍｍ×横３０ｍｍのサイズのバーコードのマーキングを形成した（比較例）。マーキング装置５は、ＵＶレーザー発振器５０、Ｘ軸用ガルバノスキャナ５１、Ｙ軸用ガルバノスキャナ５２、Ｆθレンズ５３、及びサンプルステージ５４を備えていた。ＵＶレーザー発振器５０は、出力３Ｗ、周波数１００ｋＨｚの条件にて波長３５５ｎｍのレーザー光を、試料４の表面における１ショットあたりの照射直径が３０μｍとなるよう照射した。試料４の表面に達したレーザービームのエネルギー密度は、１ショットあたり５．７Ｊ／ｃｍ²となる。試料４の表面において、各ショットの照射で形成されるレーザー痕が互いに重ならず、かつ最大の密度で形成されるようにＸ軸用ガルバノスキャナ５１及びＹ軸用ガルバノスキャナ５２を制御しつつ、上記マスク部材３６のスリットに相当する部分のマーキングを形成した。

【0080】

＜結果１＞
マーキング装置３を用いて形成されたマーキング全体と、マーキング装置５を用いて形成されたマーキング全体とを肉眼で観察し、いずれのマーキングでも、不透明な白色の領域と透明な領域とにより、意図したバーコードのデザインが形成されていることを確認した。次に、マーキング装置３を用いた場合とマーキング装置５を用いた場合とで、試料４にマーキングを形成するのに要した時間を比較した。マーキング装置３を用いた場合では、実施例１～４に係るビーム成形機構３５のいずれを使用しても、１ショット分のレーザー照射（約２７ナノ秒）でマーキングを形成することができた。これに対して、マーキング装置５を用いた場合では、同様のサイズ及びデザインのマーキングを形成するのに約５．５秒を要した。これにより、実施例１～４に係るビーム成形機構３５を備えるマーキング装置３を用いれば、一定速度で搬送される物体に対して、充分に速く所定のデザインのマーキングを形成できることが確認できた。

【0081】

さらに、実施例１～４に係るビーム成形機構３５を用いて形成したマーキングについて、加工深さ（μｍ）を３Ｄ測定レーザー顕微鏡（オリンパス社製、ＯＬＳ）で測定するとともに、マーキングされたバーコードの反射値（％）を、バーコード検証機（ＳＴＲＡＴＩＸ Ｌａｓｅｒ Ｘｍｉｎｅｒ）で測定した。結果を以下の表２に示す。反射値（％）は、バーコードの各クワイエットゾーン及び各スペースにおいて、入射する赤外線がどのくらい反射されたかを示す値であり、最小値が８０％以上であればバーコード読み取り機による読み取りに支障がないといえる。表２の値は各クワイエットゾーン及び各スペースの平均値である。表２から、実施例１～４では互いに加工深さに差があるものの、バーコードとしての読み取りにはいずれも支障がない程度のマーキングが形成できることが確認できた。

【表2】

【0082】

また、参考までに、実施例１に係るビーム成形機構３５を備えるマーキング装置３を用いて形成されたマーキングの一部（バーコードのクワイエットゾーンに対応する部分）を電子顕微鏡で撮像した画像を図１５に示す。図１５に示すように、試料４の表面では、レーザー光が到達して白く発色する部分と、レーザー光が到達せずに透明のまま残された部分とが、規則的なパターンを形成している。このことから、ビーム成形機構３５により、その平坦部及び曲面部が形成するパターンに対応したレーザー光の規則的な強度分布が形成されたことが確認できた。

【0083】

＜実験２＞
レーザー光のエネルギー密度を変えた以外は、実験１と同様の条件にて試料４の表面にマーキングを形成した（実施例５～８）。エネルギー密度は、以下の１～４の条件とした。
条件１：２００ｍＪ／ｃｍ²
条件２：４００ｍＪ／ｃｍ²
条件３：６００ｍＪ／ｃｍ²
条件４：８００ｍＪ／ｃｍ²
条件１～４のそれぞれのエネルギー密度に対し、実験１と同様の方法で、形成されたマーキングの加工深さ（μｍ）と、マーキングされたバーコードの反射値（％）とを測定した。

【0084】

＜結果２＞
結果は、以下の表３のようになった。また、参考のため、各エネルギー密度で形成されたマーキングを電子顕微鏡で撮像した画像を、図１６Ａ～図１６Ｄに示す。

【表3】

【0085】

表３の結果から、加工深さはエネルギー密度が高ければ高いほど深くなることが分かった。また、加工深さがより深いと、図１６Ａ～図１６Ｄに示すように、試料４の表面に突起がより形成され易いことが分かった。より多く、またはより大きな突起が形成されると、試料４の表面における白い部分と透明部分とのコントラストが強くなる傾向にある。また、反射値は、エネルギー密度が２００ｍＪ／ｃｍ²でも十分高いといってよいが、４００ｍＪ／ｃｍ²以上であると、より高くなることが確認された。

【符号の説明】

【0086】

１、１Ａ～１Ｅ、１１Ａ～１１Ｅ ＰＥＴボトル
２ マーキング装置
１０ 搬送ライン
２０ レーザー発振器
２１ フィールドレンズ
２２ ビーム成形機構
２２Ａ 光学部材
２２Ｂ 光学部材
２２Ｃ フォトマスク
２３ マスク部材
２４ プロジェクションレンズ
２２０ 面
２２０Ａ、２２０Ｂ パターン領域
２２１、２２１ａ～ｅ 透過領域
２２２、２２２ａ、２２２ｂ 遮蔽領域
２３０ デザインパターン
２３１ スリット
２２００Ａ 平坦部
２２０１Ａ 曲面部
２２００Ｂ、２２０１Ｂ 平坦部
２２０２Ｂ 曲面部

【要約】

【課題】加工速度が向上したマーキング済み製品の生産方法等を提供する。
【解決手段】マーキング済み製品の生産方法は、物体を搬送路に沿って搬送することと、レーザー発振器と搬送路との間に、レーザー発振器から発生したレーザー光を所定のパターンに従って分岐する、あるいは前記レーザー光の一部を所定のパターンに従って遮蔽することで、レーザー光の規則的な強度分布を形成するビーム成形機構を配置することと、レーザー発振器と搬送路との間に、物体に行うマーキングのデザインに対応する透過パターンが形成されたマスク部材を配置することと、レーザー発振器からレーザー光を発生させ、搬送中の物体にビーム成形機構及びマスク部材を通過したレーザー光を照射することとを備える。ビーム成形機構から出射するレーザー光の進行方向は一方向であり、ビーム成形機構に入射するレーザー光の進行方向と同じである。
【選択図】図１

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図16D】