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CN103946119A - 使用光子敏感墨的罐端部和/或拉环的标记 - Google Patents

使用光子敏感墨的罐端部和/或拉环的标记 Download PDF

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CN103946119A
CN103946119A CN201280058178.0A CN201280058178A CN103946119A CN 103946119 A CN103946119 A CN 103946119A CN 201280058178 A CN201280058178 A CN 201280058178A CN 103946119 A CN103946119 A CN 103946119A
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C.P.拉姆齐
S.M.科尔维尔
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Crown Cork and Seal Technologies Corp
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Abstract

一种用于对罐端部，特别地对拉环进行激光标记的系统和方法，其包括：以具有光子活性材料的漆涂覆罐端部和/或拉环的一部分，以及将激光引导至漆来改变光子活性材料的外观，以形成图像，特别地高分辨率图像。已装饰的罐端部和/或拉环可具有高分辨率图像。

Description

使用光子敏感墨的罐端部和/或拉环的标记
相关申请的交叉引用
本申请请求2011年9月27日提交的美国专利申请序列号61/539,784的权益，该申请的公开内容因此如同整体解释那样通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及容器，并且更具体而言，涉及标记(marking)金属罐的部件。
背景技术
两片式金属罐包括罐体，罐端部(end)通过缝来附接在罐体上。市售的两片式饮料罐通过形成与基部一体的体侧壁的拉伸和挤拉(ironing)方法来形成。三片式金属罐包括圆筒形体，该圆筒形体的各端均具有通过缝来附接的罐端部。
两片式饮料罐大量生产以用于饮料和食物用途；三片式饮料罐大量生产以用于食物用途。因此，罐的部件必须以高速度生产。
常规饮料罐和诸多易于打开的食物罐具有拉环(pull tab)。拉环在拉环压力机(tab press)中由金属片形成。由于所需的数量，常规拉环压力机在若干条道中同时形成诸多拉环。
典型地，预上漆(pre-lacquered)的铝的线圈被输送入壳体压力机中，以形成罐端部壳体。预上漆的铝的线圈被输送入拉环压力机中，以形成拉环。壳体和拉环在转换压力机(conversion press)中结合，以形成无缝罐端部。
罐端部(特别地，拉环)的装饰是已知的。例如，美国专利号6,105,806公开了在拉环上的涂层的部分的激光蚀刻或移除。美国专利号6,498,318确认了在标记金属罐中的困难，并且公开了消除金属拉环料(stock)。
发明人意识到的是用于激光蚀刻拉环的市售的、常规的系统，其包括常在大约100W下运行的CO2激光器。拉环压力机的各个道均具有其自己的激光器，使得拉环压力机可用具有约100微米的分辨率或尺寸的激光器来以大约每分钟700个拉环运行。典型地，深色漆由激光移除，以使裸铝以简单标志或少数字母的形式露出。加工速度上的限制也是装饰的数量上的限制。
采用了涂层的激光标记来用于各种标记应用的柔性包装和纸片包装。典型地，热活性颜料(pigment)被装入透明或浅色的漆中，并且CO2激光引起颜色改变。例如，激光可应用至白漆标签，以显示黑文本。此类型的激光标记系统可从Sun Chemical获得，其商标名为Sunlase并且采用100微米YAG激光器。
发明内容
提供了一种用于通过用于罐端部(特别地，罐端部中心面板、罐端部夹头壁(chuck wall)以及罐拉环)的激光标记的高速度、高分辨率装饰的方法。还提供了由该方法产生的罐端部和拉环。
装饰罐端部的方法包括下列步骤：提供金属材料(例如铝，或在一些情况下钢)的罐端部基体，例如罐端部中心面板、夹头壁和/或拉环；以包括光子活性成分的漆来涂覆罐端部基体的至少一部分；以及将激光应用至已涂覆的基体，以改变所述光子活性成分的至少一部分的外观，而大体上不使漆燃烧、蚀刻或剥落，由此形成图像。
优选地，光子活性成分包括热活性颜料。优选地，外观上的改变是颜色上的改变，例如从透明或浅颜色至不透明或较深颜色。
优选地，采用具有小于约50微米、更优选地不大于约30微米、更优选地不大于约10微米且优选地约5微米的波束宽度的CO2激光。因此，图像可由具有小于约50微米、优选地不大于约30微米、更优选地不大于约10微米且优选地约5微米的尺寸的点形成。因此，图像可由具有小于约50微米的尺寸的点形成。
发明人所构思的是，激光标记方法可应用至端部料或拉环料线圈，在拉环压力机之后转换压力机之前应用至拉环，在壳体压力机之后转换压力机之前应用至端部壳体，或在转换压力机之后应用至无缝罐端部。
发明人推测的是已装饰的端部可适于经受在高达75C下的巴氏杀菌达20分钟，诸如饮料罐端部在封边(seaming)之后可遇到的情况。此外，发明人推测的是，已装饰的端部可适于经受高达131C的蒸馏(retort)温度达90分钟，诸如食物罐端部在封边之后可遇到的情况。因此，发明的方法包括巴氏杀菌或蒸馏步骤。
已装饰的罐端部包括：端部壳体和拉环，端部壳体和拉环中的每一个均优选地包含铝(但也可能地包括钢)和涂层，该涂层包含漆和光子活性成分；以及应用到端部壳体的中心面板、拉环的顶侧以及拉环的下侧上的至少一个的图像，该图像通过应用激光来形成，这改变了光子活性成分的至少一部分的外观，而大体上不使漆燃烧、蚀刻或剥落。
优选地，图像为比漆更深的颜色。同样优选地，图像可由点形成，并且点具有小于约50微米、优选地不大于约30微米、更优选地不大于约10微米且优选地约5微米的尺寸。
此外，提供了已装饰的罐端部，其具有机器可读编码，例如矩阵条形码，机器可读编码包括二维编码，例如QR编码、Data Matrix编码、QR编码和Data Matrix编码的逆编码等。说明书仅出于图示目的而采用了QR编码。
端部具有：(i)未打开的构造，在其中端部被密封；以及(ii)打开的构造，在其中可到达罐的饮料内含物。罐端部包含端部壳体和拉环。拉环具有如下定向：在未打开的构造中大致平行于端部壳体的中心面板，并且能够通过提升拉环的端部来致动到部分竖直位置，以使中心面板上的刻痕(score)破裂，并且由此获得打开的构造。优选地，罐端部是铝制饮料罐端部。也可采用其它材料或用途的端部，例如用于食物罐头的铝制端部或钢制端部。用语“部分竖直”用于描述拉环的位置，饮料端部的倾倒开口面板的破裂和打开在该位置处发生。当与食物罐端部一起使用时，其为面板的相关部分的打开所发生处的拉环的位置。
多个图像(例如，分布在将拉环附接到中心面板上的铆钉周围的QR编码)位于端部壳体的中心面板上，这些图像中的每一个均为可机器读取的。多个图像位于中心面板上，使得无论拉环的旋转位置如何，拉环都遮掩图像中的每一个的一部分。因此，当饮料罐在其未打开构造中时，多个图像均不可读取。然后，当拉环被致动到其部分竖直位置时，图像中的至少一个完全地暴露、完整无缺并能够由机器读取，即使端部的撕裂面板移位依然如此。
图像可由喷墨印刷形成，并且端部可为铝或钢。图像也可通过应用激光来形成，这改变光子活性成分的至少一部分的外观，而大体上不使漆燃烧、蚀刻或剥落。
还提供了一种在以上描述的罐端部上提供信息的方法。该方法包括下列步骤：提供金属饮料罐端部，其包括：端部壳体、拉环和位于端部壳体的中心面板上的多个图像，图像中的每一个均为可机器读取的，多个图像位于中心面板上，使得无论拉环的旋转位置如何，拉环都遮掩图像中的每一个的一部分，使得多个图像均不可读取；并且提升拉环的端部直到拉环部分竖直，以使中心面板上的刻痕破裂，由此在部分竖直位置中，图像中的至少一个完全地暴露、完整无缺并能够由机器读取。读取图像的步骤在拉环在部分竖直位置中时以机器来执行。
优选地，读取由光子敏感墨形成的信息的机器是手持无线通信装置，其意在表示由普遍的普通用户操作的智能电话的类型(换言之，配备有照相机和下载应用的能力的“智能手机”，例如iphone或安卓手机)，与在工业或零售环境中采用来用于制造或清点目的的一维或二维条形码读取器的工业读取器类型区分开。
附图说明
图1A是将拉环的下侧示出为在其打开的、致动的位置中的罐端部的示意性视图；
图1B是将拉环的上侧示出为在其打开的、致动的位置中的第一实施例罐端部的视图；
图1C是将拉环的下侧示出为在其打开的、致动的位置中的第一实施例罐端部的视图；
图1D是将拉环的上侧示出为在其打开的、致动的位置中的第二实施例罐端部的视图；
图1E是将拉环的下侧示出为在其打开的、致动的位置中的第二实施例罐端部的视图；
图2是示出了在罐端部中心面板上的图像的另一实施例罐端部的透视图；
图3A直到图3F是拉环在各种位置中的具有中心面板上的图像的罐端部的俯视图；
图4A直到图4C是拉环在其致动位置中的具有图像的罐端部的俯视图；
图5是示出了另一实施例罐端部的罐端部的俯视图；
图6是示出了激光标记方法的位置的制造方法的流程图；
图7是示出了激光标记方法的另一位置的制造方法的流程图；
图8是示出了激光标记方法的另一位置的制造方法的流程图；
图9是示出了激光标记方法的另一位置的制造方法的流程图；并且
图10是示出了激光标记方法的另一位置的制造方法的流程图。
具体实施方式
优选的标记系统采用常规漆，光子活性成分(例如，可从Datalase商业地获得的颜料、着色剂、染料或墨等化合物)添加至该常规漆。激光导致光子活性成分和/或漆的外观——也即，视觉可察觉的属性——中的局部改变。发明人构思了若干可能的装置或实施例，在其中激光可应用至光子活性成分来产生颜色改变，并且由此形成图像。
发明人推测的是图像可由应用至食物或饮料端部或食物或饮料罐拉环的激光标记形成。图像广泛地包含装饰(诸如标志、图片或美学地愉快的标记)或信息(诸如文本或QR编码)。
在此方面，图1A图示了饮料罐10，其包括罐体12和封边罐端部14。端部14包括中心面板20和夹头壁22。完成的端部还包括由铆钉附接到中心面板上的拉环26。拉环被示出为在其已使刻痕断裂来产生倾倒开口之后的完全致动位置中。图像(也即QR编码28)位于拉环26的下侧上，使得其将仅在拉环26的致动之后才可见。本发明不限于饮料罐端部，而且包括其它端部，例如食物罐上的端部。
图1B和图1C图示了具有在工业中已知为DRT端部的构造的饮料罐端部。图1D和图1E图示出了具有在工业中已知为Stolle端部的构造的饮料罐端部。图中的各个实施例均具有印刷在拉环下侧上的QR编码。本发明还包含在拉环26的顶侧上的可机器读取的编码(未在图中示出)。
图2是饮料罐的透视图，该饮料罐在其中心面板上具有多个图像。在图2的图像中，饮料罐具有罐端部14'，该罐端部14'包括位于中心面板20'周围的四个QR编码28'。编码28'被定向并间隔，使得当拉环26'在其制成时的准备位置中未致动时，无论拉环的定向或位置如何，没有编码是不被拉环26'从上方完全地遮蔽的。
图3A直到图3F中的每一个均示出了具有四个QR编码28'的罐端部。在各个图中，编码在相同的位置中，但拉环26'在图3A直到图3F中示出为在各种位置中，以图示出无论拉环26'的位置如何，没有编码28'是从上方不被完全地遮蔽的。
图4A直到图4C中的每一个均示出了四个编码28'的组的唯一位置，且拉环在完全致动的、打开的位置中，以图示出无论编码28'的位置如何，当拉环如在打开时被完全致动至其竖直位置时，至少一个编码完全地暴露、未破坏或连续的，并且可从上方读取。所理解的是编码的数量、间隔和尺寸可根据美学和功能考虑而变化。此外，在图4A直到图4C中示出的实施例不限于如本文中所描述的那样采用激光，而且还包含诸如喷墨印刷的常规方法，以形成如所描述的QR编码。
图5图示了饮料端部14a''，其包括中心面板20''、夹头壁22''和拉环26''。作为不同的图形的图像28''位于中心面板20''上。
以下提供了在端部或拉环制造方法中的激光标记方法的应用的位置的描述，随后是激光的优选类型的描述以及发明人推测可采用的光子敏感成分的描述。
如图6中所图示，在拉环料线圈进入拉环压力机之前，可在拉环料线圈上执行激光标记方法。可采用已知的方法来记录用于相对于由激光标记所产生的图像形成的精确的拉环的已标记的线圈。因此，图6中的拉环压力机的输出将是已标记的拉环。当在本文中使用时，用语“线圈”是指盘绕的金属料并包含已从卷切割出的扁金属片。
如图7中所图示，当拉环在拉环压力机中形成之后，但在拉环在转换机中连接到端部壳体上之前，可在拉环上执行激光标记方法。
如图8中所图示，在端部在转换压力机中形成之后，可在拉环和/或罐端部(例如，中心面板或夹头壁)上执行激光标记方法。
如图9中所图示，在金属进入壳体压力机之前，可在罐端部料金属上执行激光标记方法。在此方面，可在将形成为端部中心面板和/或夹头壁的线圈的部分上形成激光标记。可采用已知方法来记录用于精确拉环成型的已标记的线圈。
如图10中所图示，在端部壳体在壳体压力机中形成之后但在端部壳体进入转换压力机之前，可在罐端部壳体上执行激光标记方法。优选地，对于本文中描述的应用中的每一个，拉环料线圈和/或端部料线圈均从制造供应，带有预应用的漆。本发明包含在激光标记之前的任何阶段处应用漆。
优选地，CO2激光具有小于50微米、更优选地小于30微米、更优选地小于10微米且优选地约5微米的特性尺寸或波束宽度。此类型的CO2激光可与由Datalase商业地供应的光子敏感成分一起采用。
发明人构思的是，在罐端部和/或拉环的漆中使用光子活性成分，该光子活性成分在由激光(优选地，CO2红外激光或近红外激光)照射时改变外观，以产生单黑色或彩色的激光图像。当在本文中使用时，短语“光子活性成分”包含能够在应用激光时改变外观的颜料或类似的合成物。换言之，当激光照到包括光子活性成分的材料时，光子活性成分以视觉地可察觉的方式导致成分或漆中的外观上的改变。以下是发明人推测可在本标记系统、方法以及产品中采用的光子活性成分技术的示例。
已提出了各种颜料来使得在应用激光时能够标记。例如，包括了在专利申请WO-A-00/43456、JP-A-11001065、EP-A0522370、EP-A-0797511以及美国专利号5,053,440和5,350,792中公开的聚甲醛和动物炭的塑料模制合成物。用于激光标记的羟基磷酸铜在美国专利号5,928,780、6,017,972和6,019,831中公开。美国专利号5,489,639和5,884,079公开了另外的有用的化合物。
美国专利号7,485,403公开了与聚合物粘合剂(例如，那些具有不稳定基的聚合物粘合剂)结合的多价金属的氧阴离子(特别地，具有分子式(NH4)4Mo8O26(“AOM”)的八钼酸铵)在CO2激光的波长(10,600nm)下吸收并由于氧化状态上的改变而经历颜色改变。该结合并非典型地在巴氏杀菌中遇到的温度。
此外，公开了当应用NIR激光时改变颜色或产生视觉外观上的改变的若干合成物。例如，WO05/068207公开了在吸收NIR的金属盐与在长得多的波长(约10,600nm)下通常经历颜色改变反应的物质(例如AOM)结合使用时,使用NIR激光照射(即，800nm至2000nm)来使颜色改变反应开始。描述了若干金属盐；包括铜的盐，例如羟基磷酸铜。
JP8127670公开了用于结合入热塑性塑料中的还原的氧化钛化合物的使用，用于激光标记。
美国专利号5,578,120描述了吸收激光波束的无机物质和着色剂的使用。可使用的着色剂的示例包括在JP-A-49-82340中提及的那些着色剂，包括氧化锌半导体和二氧化钛半导体。
美国专利号5,911,921公开了使用非化学计量的镱磷酸来生产吸收NIR的墨，例如用于印刷隐形条形码。
美国专利申请号US20100015558A1公开了非化学计量化合物(诸如r-ITO，例如以纳米粉末的形式)用作900nm至2500nm的区域中的近红外照射的吸收剂，以例如在结合入基于AOM的墨配方中并经受在电磁光谱的近红外区域(780nm至2500nm)中的激光照射时产生对比图像。作为功能性IR吸收剂/显色剂材料的金属盐在与将另外在较高波长照射下经历期望的反应的成分结合时，在吸收来自激光源的照射时可直接地产生颜色形成反应。例如，它可与在应用的涂层中的含氧金属阴离子(oxymetal anion)成分结合使用，以产生清楚的彩色图像。备选地，使用颜色形成成分来产生清楚的图像。可使用用于成像应用的纤维、二极管、二极管阵列或CO2激光。
美国专利号6,602,595公开了用于在墨中使用的非化学计量纳米材料的使用，例如r-ITO(还原的氧化铟锡)，其用作NIR吸收剂。
WO2009093028A2公开了一种在照射时将经历颜色改变的化合物。该化合物具有下列一般结构：X-C≡C-C≡C-Y-(CO)n-QZ，其中X为H、烷基或-Y-(CO)n-QW；各个Y均为相同或不同的二阶亚烷基；Q为O、S或NR；R为H或烷基；W为H、烷基或Z；各个Z均为相同或不同的不饱和烷基；并且各个n为0或1。
EP1365923B2公开了激光标记物体，该物体包括官能团和金属化合物或酸的材料，该材料在以激光照射时发生消除反应，以形成对比颜色的反应产品。该方法包括将激光波束引导到待标记的物体的区域上。例如，通过使用碳水化合物和金属盐，可在药丸或其它可食用材料的涂层上实现有效标记。发明人推测的是这些合成物可用在罐端部上。
美国专利申请号US20090117353A1公开了一种用于标记基体的方法，通过用可溶性碱或弱酸的碱稀土金属盐的白色或无色溶液来涂覆基体，并且然后照射基体的待标记区域，使得那些区域改变颜色。该基体典型地包括多糖材料，优选地，纤维质材料(例如，纤维素)，且发明人推测的是此方法可在金属基体(例如，罐端部和/或拉环)上采用。当在本文中使用时，将激光应用至已涂覆基体的要求权利的步骤包括在此段中描述的颜色上的改变。
优选地，由以上方法产生的图像产生了具有不大于约50微米、优选地不大于约30微米、更优选地不大于约10微米且最优选地约5微米的直径或其它特性尺寸(例如，如果激光标记产生了线，则为宽度)的点。所理解的是，如本文中所描述地形成的点可与相邻的点合并。因此，点直径或特性尺寸可在开始形成或在其它便利的时间处测得。
短语“大体上不使漆燃烧、蚀刻、或剥落”并不要求没有物质损失。发明人推测的是，当在柔性专利应用中应用时，来自激光波束应用的薄雾实际上标识出除气(outgassing)、挥发性物质的损失或其它物质损失。本发明包含在激光的应用期间的物质的某些损失，只要其不构成燃烧、蚀刻或剥落，如这些用语通常地所理解。

Claims (38)

1.一种装饰罐端部的方法，包括下列步骤：
　　提供包含金属的材料的罐端部基体；
　　以包括光子活性成分的漆来涂覆所述罐端部基体的至少一部分；并且
　　将激光应用至所述已涂覆的基体上来改变所述光子活性成分的至少一部分的外观，而大
　　　　体上不使所述漆燃烧、蚀刻或剥落，由此形成图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属包括铝。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属包括钢。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，外观上的改变为颜色上的改变。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述罐端部基体为拉环。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述罐端部基体为拉环的下侧。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述罐端部基体为拉环的顶侧。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述提供步骤包括提供罐端部壳体，并且在将所述拉环附接到所述端部壳体上之前对所述拉环执行所述涂覆步骤和所述应用步骤。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述罐端部基体是拉环料。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括下列步骤：在所述应用步骤之后，从所述拉环料形成拉环。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基体为所述罐端部的所述中心面板。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，罐端部为饮料罐端部。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述图像是可由手持无线通信装置读取的编码。
14.根据权利要求2所述的方法，其中，光子活性成分包括热活性颜料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述漆是透明的，且来自所述应用步骤的外观改变是不透明的。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述漆具有第一颜色，且来自所述应用步骤的外观改变是比所述第一漆颜色更深的颜色。
17.根据权利要求2所述的方法，其中，所述图像由点形成，且所述点具有小于约50微米的尺寸。
18.根据权利要求2所述的方法，其中，所述图像由点形成，且所述点具有小于约30微米的尺寸。
19.根据权利要求2所述的方法，其中，所述图像由点形成，且所述点具有小于约10微米的尺寸。
20.根据权利要求2所述的方法，其中，所述图像由点形成，且所述点具有约5微米的尺寸。
21.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光的波束具有小于约50微米的宽度。
22.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光的波束具有小于约30微米的宽度。
23.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光的波束具有小于约10微米的宽度。
24.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光的波束具有约5微米的宽度。
25.根据权利要求2所述的方法，其中，所述图像是二维矩阵编码。
26.根据权利要求2所述的方法，其中，所述已装饰的罐端部适于在应用所述激光的步骤之后经受热冲洗。
27.根据权利要求2所述的方法，其中，所述已装饰的罐端部适于经受在高达75C下的巴氏杀菌达20分钟。
28.根据权利要求2所述的方法，其中，所述已装饰的罐端部适于经受高达131C的蒸馏温度达90分钟。
29.由权利要求1所述的方法形成的已装饰的罐端部。
30.一种已装饰的罐端部，其包括：
　　端部壳体和拉环，所述罐端部壳体和所述拉环中的每一个均包括金属和涂层，所述涂层
　　　　包括漆和光子活性成分；以及
　　图像，其应用至所述端部壳体的中心面板和所述拉环中的至少一个上，所述图像通过应
　　　　用激光而形成，这改变所述光子活性成分的至少一部分的外观，而大体上不使所述
　　　　漆燃烧、蚀刻或剥落。
31.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述金属包含铝。
32.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述金属包含钢。
33.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述图像为比所述漆更深的颜色。
34.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述图像由点形成，并且所述点具有小于约50微米的尺寸。
35.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述图像由点形成，并且所述点具有小于约30微米的尺寸。
36.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述图像由点形成，并且所述点具有小于约10微米的尺寸。
37.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述图像由点形成，并且所述点具有约5微米的尺寸。
38.根据权利要求30所述的罐端部，其中，所述图像是能够由手持无线通信装置读取的矩阵编码。
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