JP7647433B2 - Laser marking equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザーマーキング装置に関する。 The present invention relates to a laser marking device .
従来より、ポリエチレンテレフタレート(PET)ボトル等の収容器として、名称、成分、賞味期限、バーコード等の像を表示するラベルが貼付けされたものが知られている。一方、最近、世界的にプラスチックごみによる汚染をなくしていく動きが活発化しており、収容器の循環型リサイクルへの要求が高まっている。ここで、収容器の循環型リサイクルとは、分別回収された使用済みの収容器をリサイクル業者が収容器の原料となるフレークに変え、再度収容器を製造することをいう。 Conventionally, containers such as polyethylene terephthalate (PET) bottles are known to have labels affixed to them indicating the name, ingredients, expiration date, barcodes, and other images. Meanwhile, there has been a recent worldwide movement to eliminate pollution caused by plastic waste, and there is an increasing demand for closed-loop recycling of containers. Here, closed-loop recycling of containers refers to recycling companies turning used containers that have been separated and collected into flakes that can be used to manufacture containers again.
このような循環型リサイクルを円滑に進めるには、収容器又はラベル等の材質毎に分別回収を徹底することが好ましいが、分別回収のために収容器からラベルを剥がす作業は手間がかかり、分別回収を徹底させるための制約の1つになっている。 To facilitate this type of circular recycling, it is preferable to thoroughly separate and collect waste by container or label, etc., but the task of removing labels from containers for separate collection is time-consuming and is one of the constraints on thorough separate collection.
これに対して、透明樹脂等の透明な対象物をレーザー光で加工する方法として、例えば、CO2レーザー等による赤外波長10.6μmによる加工、又は紫外波長355nmによる加工が知られている。
赤外波長を用いた加工では、ビームスポット径を十分に絞ることができないため、紫外波長を用いてビームスポット径を絞ることにより、解像度の高い描画を実現している。ただし、加工しきい値を超えたパルスエネルギー(レーザーの平均出力を繰り返し周波数から定まる)が必要となるため、高パルスエネルギーを得るためには低周波数となり、1パルスで1dot加工できたとしても、生産性はレーザーの繰り返し周波数に大きく依存してしまう。一方、高周波数とすると、低パルスエネルギーとなるため、1パルスで1dot加工できなくなるので複数パルスが必要になる。その結果、1dotを形成するための周波数は低くなってしまい、生産性を高めることが困難になるという問題がある。
In contrast, known methods for processing transparent objects such as transparent resins with laser light include processing using an infrared wavelength of 10.6 μm with a CO 2 laser or the like, or processing using an ultraviolet wavelength of 355 nm.
In the processing using infrared wavelengths, the beam spot diameter cannot be narrowed sufficiently, so high-resolution drawing is realized by narrowing the beam spot diameter using ultraviolet wavelengths. However, since pulse energy exceeding the processing threshold (average laser output determined by the repetition frequency) is required, a low frequency is required to obtain high pulse energy, and even if one dot can be processed with one pulse, productivity is highly dependent on the repetition frequency of the laser. On the other hand, if the frequency is high, the pulse energy becomes low, so one dot cannot be processed with one pulse, and multiple pulses are required. As a result, the frequency for forming one dot becomes low, which is a problem in that it is difficult to increase productivity.
上記問題点を解決するため、複数のレーザーを同一の光学系にて走査し、集光させることによって、加工エリアを搭載したレーザー数で分割することにより、加工速度を上げつつ、低コスト化、小型化したレーザー加工装置として、例えば、複数ビームを、同一の2次元走査手段、及びfθレンズを用いて、それぞれ異なる入射角度でfθレンズに入射させるレーザー印字装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 To solve the above problems, a laser processing device has been proposed that uses the same optical system to scan and focus multiple lasers, thereby dividing the processing area according to the number of lasers installed, thereby increasing processing speed while reducing costs and size. For example, a laser marking device has been proposed in which multiple beams are incident on an fθ lens at different angles using the same two-dimensional scanning means and fθ lens (see, for example, Patent Document 1).
本発明は、複数のレーザー光を同一光学系にて走査し集光させる光学系において、光学部品の損傷を防ぎつつ、光量低下を抑制できるレーザーマーキング装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a laser marking device that can suppress a decrease in the amount of light while preventing damage to optical components in an optical system that scans and focuses multiple laser beams in the same optical system.
前記課題を解決するための手段としての本発明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レーザーマーキ
ング装置であって、前記走査手段が第一の方向に走査させる第一の走査手段と、前記第一
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、前記第一の走査手段が
前記複数のレーザーの光路が収束する光路中に位置し、前記複数のレーザーが時間的に出力制御できる構成であり、それぞれのレーザーの出力タイミングをずらすように制御する。
The laser marking device of the present invention, as a means for solving the above problems, is a laser marking device in which multiple lasers scan and process the surface of an object using the same scanning means and lens, and the scanning means has a first scanning means for scanning in a first direction and a second scanning means for scanning in a direction approximately perpendicular to the first direction, the first scanning means is located in an optical path where the optical paths of the multiple lasers converge , and the multiple lasers are configured to be able to be output controlled in time, and the output timing of each laser is controlled to be staggered .
本発明によると、複数のレーザー光を同一光学系にて走査し集光させる光学系において、光学部品の損傷を防ぎつつ、光量低下を抑制できるレーザーマーキング装置を提供することができる。 The present invention provides a laser marking device that can prevent damage to optical components and suppress a decrease in the amount of light in an optical system that scans and focuses multiple laser beams in the same optical system.
(レーザーマーキング装置)
本発明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レーザーマーキング装置であって、前記走査手段が第一の方向に走査させる第一の走査手段と、前記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、前記第一の走査手段が前記複数のレーザーの光路が収束する光路中に位置する。
(Laser marking device)
The laser marking device of the present invention is a laser marking device in which multiple lasers scan and process the surface of an object using the same scanning means and lens, and the scanning means has a first scanning means for scanning in a first direction and a second scanning means for scanning in a direction approximately perpendicular to the first direction, and the first scanning means is positioned in the optical path where the optical paths of the multiple lasers converge.
従来技術である特許文献1(特開平11-156567号公報)では、複数のレーザー光が光学素子上で重なることによって、光学部品が損傷するという問題がある。また、光学部品上でビームが重ならないように光線レイアウトを設定した場合、光学部品の有効範囲からビームスポットが外れることによる光量低下で加工できなくなるという問題がある。また、上記特開平11-156567号公報の図1では、走査手段の手前側で複数のビームの光路が交差し、走査手段に近づくにつれて光路の間隔がより拡大する構成となっており、複数の光路の交差位置から離れるに従って、走査手段の大型化に伴って装置全体が大型化してしまうという問題がある。 In the conventional technology of Patent Document 1 (JP Patent Publication No. 11-156567), there is a problem that multiple laser beams overlap on the optical element, damaging the optical components. In addition, if the light beam layout is set so that the beams do not overlap on the optical components, the beam spot will move out of the effective range of the optical components, reducing the amount of light and making processing impossible. In addition, in Figure 1 of the above-mentioned JP Patent Publication No. 11-156567, the optical paths of multiple beams intersect in front of the scanning means, and the spacing between the optical paths becomes wider as the device approaches the scanning means, which creates a problem that the device as a whole becomes larger as the device moves away from the intersection of the multiple optical paths.
本発明においては、上記従来技術と異なり、複数のレーザーと複数の走査手段の光学素子に対して、走査手段の光路間でレーザーを交差させ、光学素子上にて複数のビームをずらすことにより、光学素子への損傷を抑制することができると共に、光学素子からの位置ずれ量を最小化することにより光学部品の有効範囲からビームスポットが外れてしまうことによる光量低下を抑制することができる。 In the present invention, unlike the above-mentioned conventional technology, by intersecting the lasers between the optical paths of the scanning means and shifting the multiple beams on the optical elements for multiple lasers and multiple scanning means, damage to the optical elements can be suppressed, and by minimizing the amount of positional deviation from the optical elements, a reduction in the amount of light caused by the beam spot moving out of the effective range of the optical components can be suppressed.
本発明の一態様において、複数のレーザーによる光路の交差位置が、第一の走査手段と第二の走査手段の間にある。このため、レーザーマーキング装置は、2つの走査手段上でのビームスポット位置ずれ量を最小化できるため、光線ケラレによる光量低下を抑制できる。この態様によると、レーザーマーキング装置において、複数のレーザーを同一の走査手段を用いて印字する場合、複数領域を同時に描画することができるため、生産性向上及び省スペース化を実現できる。 In one aspect of the present invention, the intersection point of the optical paths of the multiple lasers is between the first scanning means and the second scanning means. Therefore, the laser marking device can minimize the amount of beam spot positional deviation on the two scanning means, thereby suppressing the reduction in light intensity due to light vignetting. According to this aspect, when the laser marking device uses the same scanning means to print with multiple lasers, multiple areas can be drawn simultaneously, thereby improving productivity and saving space.
本発明の一態様において、複数のレーザーによる光路の交差角度半角θ1[deg]は、次式、0.5deg<θ1<29.5deg、を充たすことが好ましい。この態様によると、走査レンズに入射するビームスポットが重ならなくなるため、走査レンズの損傷を抑制できる。 In one aspect of the present invention, it is preferable that the half angle θ 1 [deg] of the intersection angle of the optical paths of the multiple lasers satisfies the following formula: 0.5 deg<θ 1 <29.5 deg. According to this aspect, the beam spots incident on the scanning lens do not overlap, so that damage to the scanning lens can be suppressed.
本発明の一態様において、次式、1.22(b+x)<r、を充たすことが好ましい。
ただし、前記式中、rは走査手段における光学素子の有効範囲、bはレーザースポット半径、xは走査手段における光学素子の中央からのレーザースポットのシフト量をそれぞれ表す。
この態様によると、走査手段の光学素子(例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラー)上での光量低下を抑制できる。なお、上記式中の係数1.22は効率95%以上を達成する場合であり、効率99%以上を達成する場合には係数は1.52となる。
In one embodiment of the present invention, it is preferable to satisfy the following formula: 1.22(b+x)<r.
In the above formula, r represents the effective range of the optical element in the scanning means, b represents the radius of the laser spot, and x represents the shift amount of the laser spot from the center of the optical element in the scanning means.
According to this aspect, it is possible to suppress a decrease in the amount of light on the optical elements (e.g., galvanometer mirror, polygon mirror) of the scanning means. Note that the coefficient 1.22 in the above formula is for the case where an efficiency of 95% or more is achieved, and the coefficient becomes 1.52 for the case where an efficiency of 99% or more is achieved.
本発明の一態様において、走査手段のいずれかと同一方向に、物体が移動制御される。この態様によると、走査手段のいずれかと同一方向に物体を移動制御することによって、走査手段の振り角を低減することができ、生産性の向上が図れる。 In one aspect of the present invention, the movement of an object is controlled in the same direction as one of the scanning means. According to this aspect, by controlling the movement of an object in the same direction as one of the scanning means, the swing angle of the scanning means can be reduced, improving productivity.
本発明の一態様において、複数のレーザーが時間的に出力制御できる構成であり、それぞれのレーザーの出力タイミングをずらすように制御することにより、光学部品の損傷を抑制することができる。 In one aspect of the present invention, multiple lasers can be configured to have their output controlled over time, and damage to optical components can be suppressed by controlling the output timing of each laser to be offset.
本発明の一態様において、次式、θ1<θscan、を充たすことが好ましい。
ただし、前記式中、θ1は複数のレーザーによる光路の交差角度半角、θscanは走査手段による最大振り角半角をそれぞれ表す。
In one aspect of the present invention, it is preferable to satisfy the following formula: θ 1 <θ scan .
In the above formula, θ 1 represents the half angle of intersection of the optical paths of the multiple lasers, and θ scan represents the half angle of the maximum deflection angle of the scanning means.
本発明の一態様において、走査手段のいずれかと同一方向に移動制御された物体に印字する構成であり、移動制御された方向に対して略垂直方向に分割する方向に、複数のレーザーの光路が交わっている。この態様によると、印字する物体の移動制御方向に対して略垂直方向に描画範囲を分割する(主分割)ことによって、主走査方向の走査時間を短縮でき、生産性の向上が図れる。 In one aspect of the present invention, the configuration is such that printing is performed on an object whose movement is controlled in the same direction as one of the scanning means, and the optical paths of multiple lasers intersect in a direction that divides the object in a direction that is approximately perpendicular to the direction of the controlled movement. According to this aspect, by dividing the drawing range in a direction that is approximately perpendicular to the direction of the controlled movement of the object to be printed (main division), the scanning time in the main scanning direction can be shortened, and productivity can be improved.
ここで、本発明のレーザーマーキング装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状などは本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状などにすることができる。 Here, an embodiment of the laser marking device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that in each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicated explanations may be omitted. In addition, the number, position, shape, etc. of the components described below are not limited to this embodiment, and may be any number, position, shape, etc. that is preferable for implementing the present invention.
<レーザーマーキング装置の第1の実施形態>
図1A及び図1Bは、第1の実施形態に係るレーザーマーキング装置100の一例を示す概略図である。図1A及び図1Bのレーザーマーキング装置100は、レーザー光源部から走査光学系部20と、容器搬送部21とを備えている。
<First embodiment of laser marking device>
1A and 1B are schematic diagrams showing an example of a laser marking device 100 according to a first embodiment. The laser marking device 100 in Fig. 1A and 1B includes a laser light source unit, a scanning optical system unit 20, and a container conveying unit 21.
レーザー光源部から走査光学系部20は、レーザー光源1a,1bと、ビームエキスパンダー2a,2bと、ミラー3a,3bと、レンズ5と、同期検知部8a,8bとを備えている。ここで、ミラー3a,3bとしては、例えば、ポリゴンスキャナ等の回転多面鏡などが挙げられる。 The scanning optical system 20 from the laser light source unit includes laser light sources 1a and 1b, beam expanders 2a and 2b, mirrors 3a and 3b, a lens 5, and synchronization detectors 8a and 8b. Here, examples of the mirrors 3a and 3b include rotating polygon mirrors such as polygon scanners.
レーザー光源1a,1bはレーザー光を射出するパルスレーザーである。レーザー光源1a,1bは、被加工物である収容器6の容器本体の表面又は内部の少なくともいずれかの性状を変化させるために好適な出力(光強度)のレーザー光を射出する。
レーザー光源1a,1bは、レーザー光の射出のオン又はオフの制御、射出周波数の制御、及び光強度制御等が可能になっている。レーザー光源1a,1bの一例として、波長が355nmで、レーザー光のパルス幅が10ピコ秒、平均出力30W~50Wのレーザー光源を用いることができる。収容器6における容器本体の性状を変化させる領域でのレーザー光の直径は1μm以上で200μm以下であることが好ましい。
The laser light sources 1a and 1b are pulsed lasers that emit laser light. The laser light sources 1a and 1b emit laser light with an output (light intensity) suitable for changing at least one property of the surface or the inside of the container body of the container 6, which is the workpiece.
The laser light sources 1a and 1b are capable of controlling the on/off of laser light emission, the emission frequency, the light intensity, etc. As an example of the laser light sources 1a and 1b, a laser light source having a wavelength of 355 nm, a pulse width of the laser light of 10 picoseconds, and an average output of 30 W to 50 W can be used. The diameter of the laser light in the region in the container 6 where the properties of the container body are changed is preferably 1 μm or more and 200 μm or less.
図1A及び図1Bの第1の実施形態に係るレーザーマーキング装置においては、レーザー光源が2つである場合を示したが、3つ以上のレーザー光源で構成されてもよい。複数のレーザー光源を用いる場合、レーザー光源毎にオン又はオフの制御、射出周波数の制御及び光強度制御等を独立に行えるようにしてもよい。特に、複数のビームスポットが重なることで、光学部品の損傷のリスクが高まることから、射出周波数の制御及び光強度制御は独立に行えるようにして、出力タイミングをそれぞれのレーザーでずらすことが好ましい。 In the laser marking device according to the first embodiment of FIG. 1A and FIG. 1B, two laser light sources are shown, but it may be configured with three or more laser light sources. When multiple laser light sources are used, it may be possible to independently control the on/off, emission frequency, and light intensity of each laser light source. In particular, since the risk of damage to optical components increases when multiple beam spots overlap, it is preferable to independently control the emission frequency and light intensity and stagger the output timing of each laser.
レーザー光源1a,1bから射出された平行光のレーザー光は、ビームエキスパンダー2a,2bにより直径が拡大され、ミラー3aに入射する。
ミラー3a,3bは、モータ等の駆動部により反射角度を変化させる機能を備えている。ミラー3a,3bによる反射角度を変化させることで、入射するレーザー光をY方向に走査する。ミラー3a,3bとしては、例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーなどを用いることができる。
The parallel laser beams emitted from the laser light sources 1a and 1b have their diameters expanded by the beam expanders 2a and 2b, and are incident on the mirror 3a.
The mirrors 3a and 3b have a function of changing the reflection angle by a driving unit such as a motor. By changing the reflection angle of the mirrors 3a and 3b, the incident laser light is scanned in the Y direction. As the mirrors 3a and 3b, for example, a galvanometer mirror, a polygon mirror, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror, or the like can be used.
第1の実施形態のレーザーマーキング装置は、ミラー3a,3bがレーザー光をY方向に一次元走査する例を示すが、これに限定されるものではない。ミラー3a,3bは、直交する2方向に反射角度を変化させる走査ミラーを用いてレーザー光をXY方向に二次元走査してもよい。
ただし、円筒状の収容器6の表面にレーザー光を照射する場合は、XY方向に二次元走査すると、X方向への走査に応じて収容器6の表面上でのビームスポット径が変化するため、このような場合は一次元走査のほうが好ましい。
The laser marking device of the first embodiment shows an example in which the mirrors 3a and 3b perform one-dimensional scanning of the laser light in the Y direction, but is not limited to this. The mirrors 3a and 3b may be scanning mirrors that change the reflection angle in two orthogonal directions to perform two-dimensional scanning of the laser light in the X and Y directions.
However, when irradiating the surface of the cylindrical container 6 with laser light, two-dimensional scanning in the XY directions causes the beam spot diameter on the surface of the container 6 to change in response to scanning in the X direction, so one-dimensional scanning is preferable in such cases.
ミラー3a,3bにより走査されるレーザー光は、加工レーザービーム11として収容器6の容器本体の表面又は内部の少なくとも一方に照射される。
レンズ5は、ミラー3により走査される加工レーザービーム11a,11bの走査速度を一定にするとともに、収容器6の容器本体の表面又は内部の少なくとも一方の所定位置に、加工レーザービーム11a,11bを収束させるレンズである。このレンズ5としては、走査速度を一定に保つfθレンズ、アークサインレンズなどを用いることができる。
収容器6の容器本体の性状を変化させる領域で、加工レーザービーム11a,11bのビームスポット径が最小になるようにレンズ5と収容器6が配置されることが好ましい。なお、レンズ5は複数のレンズの組み合わせにより構成されてもよい。
同期検知部8a,8bは、加工レーザービーム11a,11bの走査角度とレーザー出力とを同期させるために用いられる同期検知信号を出力する。同期検知部8a,8bは、受光した光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備えており、このフォトダイオードによる電気信号を同期検知信号としてレーザー光線1a,1bの制御部に出力する。
The laser light scanned by the mirrors 3 a and 3 b is irradiated as a processing laser beam 11 onto at least one of the surface and the interior of the container body of the container 6 .
The lens 5 is a lens that keeps constant the scanning speed of the processing laser beams 11a and 11b scanned by the mirror 3, and converges the processing laser beams 11a and 11b to a predetermined position on at least one of the surface and the interior of the container body of the container 6. As the lens 5, an fθ lens, an arc sine lens, or the like that keeps the scanning speed constant can be used.
It is preferable that the lens 5 and the container 6 are arranged so that the beam spot diameter of the processing laser beams 11a and 11b is minimized in the region where the properties of the container body of the container 6 are changed. The lens 5 may be composed of a combination of multiple lenses.
The synchronous detectors 8a and 8b output synchronous detection signals used to synchronize the scanning angles of the processing laser beams 11a and 11b with the laser output. The synchronous detectors 8a and 8b are provided with photodiodes that output electrical signals according to the intensity of the received light, and output the electrical signals from the photodiodes as synchronous detection signals to the control units of the laser beams 1a and 1b.
容器搬送部21は、矢印A方向に搬送される収容器6と、光源から見て走査位置より手前側に容器検知用光源9と、光源から見て走査位置より奥側に容器検知用センサ10とを備えている。なお、図1A及び図1Bの第1の実施形態では、透過型センサの一例を図示しているが、反射型のセンサを用いてもよい。センサ位置と走査位置間の距離は、あらかじめ既知のパラメータとなるため、搬送速度とセンサ位置-走査位置間の距離から、書き出しタイミングを決定できる。 The container transport unit 21 includes a container 6 transported in the direction of arrow A, a container detection light source 9 located in front of the scanning position as viewed from the light source, and a container detection sensor 10 located behind the scanning position as viewed from the light source. Note that, although an example of a transmission type sensor is illustrated in the first embodiment of FIG. 1A and FIG. 1B, a reflective type sensor may also be used. Since the distance between the sensor position and the scanning position is a known parameter, the write start timing can be determined from the transport speed and the distance between the sensor position and the scanning position.
図1A及び図1Bの第1の実施形態に係るレーザーマーキング装置100において、複数のレーザーを同一の走査手段を用いて印字する場合、複数領域を同時に描画することができるために、生産性向上及び省スペース化を実現できる。
しかしながら、光学部品に複数のレーザーが入射することによって、光学部品が損傷してしまうおそれがある。このため、図2及び図3A~図3Cに示すように、光学部品上で複数のレーザースポット位置をずらす必要がある。ただし、レーザースポットの位置ずれ量を広げすぎると、光学部品の有効範囲から外れてしまい、光量が低下してしまう。特に、走査手段の光学的有効範囲は大きさに制約があるため、レーザースポットの位置をずらして損傷を防ぎつつ、走査手段の光学的有効範囲から外れない範囲にレーザースポット位置のシフト量を抑える必要がある。
In the laser marking device 100 according to the first embodiment of Figures 1A and 1B, when multiple lasers are used to print using the same scanning means, multiple areas can be drawn simultaneously, thereby improving productivity and saving space.
However, the optical components may be damaged by multiple lasers being incident on them. For this reason, it is necessary to shift the positions of multiple laser spots on the optical components, as shown in Figures 2 and 3A to 3C. However, if the amount of shift in the position of the laser spot is too large, it will go out of the effective range of the optical components, and the amount of light will decrease. In particular, since the optical effective range of the scanning means is limited in size, it is necessary to shift the position of the laser spot to prevent damage, while suppressing the amount of shift of the laser spot position to a range that does not go out of the optical effective range of the scanning means.
同じ出力ワット数のレーザーを用いた場合、光学部品に入射するビーム径が小さくなるほどエネルギー密度が高くなり、光学部品を損傷させてしまうリスクが高まる(ビーム径が1/2になると、エネルギー密度は4倍となる)。レーザーの入射直径1.5mm(50W、100kHz、10ps)の場合、エネルギー密度は約28mJ/cm2となる。
これに対して、高出力レーザーに対応した光学部品の損傷しきい値は、0.110mJ/cm2~10mJ/cm2のオーダーであるものが多い。このため、レーザー耐力の観点から、光学部品への入射ビーム径を1.5mm以下にしてしまうと、光学部品の損傷しきい値に対して2倍以上のエネルギー密度となり、光学部品が損傷するリスクが高まることから、光学部品への入射ビーム径は1.5mmを超えることが要求される。
When using a laser with the same output wattage, the smaller the beam diameter incident on the optical components, the higher the energy density, and the greater the risk of damaging the optical components (when the beam diameter is halved, the energy density is four times higher). When the laser has an incident diameter of 1.5 mm (50 W, 100 kHz, 10 ps), the energy density is approximately 28 mJ/ cm2 .
In contrast, the damage threshold of optical components compatible with high-power lasers is often on the order of 0.110 mJ/cm 2 to 10 mJ/cm 2. For this reason, from the standpoint of laser damage resistance, if the incident beam diameter on the optical components is set to 1.5 mm or less, the energy density will be more than twice the damage threshold of the optical components, increasing the risk of damaging the optical components, and therefore it is required that the incident beam diameter on the optical components exceeds 1.5 mm.
ガウシアンビームのデフォーカス特性は、走査レンズに入射するビーム径に依存し、入射ビーム径が大きくなるほど深度余裕(デフォーカスに対するビーム径の偏差)が小さくなる。例えば、被加工物がペットボトルである場合、ペットボトルの形状誤差、及び搬送位置の誤差により、デフォーカス方向に±2mm程度の描画位置がばらつくことが想定される。例えば、波長355nmにおけるビームウエスト位置x=0としたときの、ビーム径wを図3Aに示す。
これに対して、デフォーカスに伴うビーム径の偏差を図3Bに示す。デフォーカスによるビーム径の変化は描画品質に直結するため、要求される画素密度に対して、1/5以下とすることが好ましく、1/10以下とすることがより好ましい。
The defocus characteristic of the Gaussian beam depends on the beam diameter incident on the scanning lens, and the larger the incident beam diameter, the smaller the depth margin (deviation of the beam diameter relative to the defocus). For example, when the workpiece is a plastic bottle, it is expected that the drawing position will vary by about ±2 mm in the defocus direction due to the shape error of the plastic bottle and the error of the conveying position. For example, the beam diameter w when the beam waist position x = 0 at a wavelength of 355 nm is shown in Figure 3A.
In contrast, the deviation in beam diameter due to defocus is shown in Fig. 3B. Since the change in beam diameter due to defocus directly affects the drawing quality, it is preferable to keep it to 1/5 or less of the required pixel density, and more preferably 1/10 or less.
ペットボトルの印刷物に要求される画素密度は、一般的に200dpi~600dpi程度であるため、1ドットあたりのサイズは42μm~127μmとなり、ビーム径偏差は8μm以上25μm以下とすることが好ましく、4μm以上13μm以下とすることがより好ましい。この場合、図3Bに示すように、像面上のビーム径は少なくともΦ30μm以上にすることが要求される。
更に、像面上のビーム径30μm以上を実現するためには、走査レンズの焦点距離と、走査レンズに入射するビーム径との組み合わせは、図3Cのようになる。走査レンズの焦点距離は装置サイズに寄与するため、f1000mm以下が好ましい。このため、f1000mm以下、かつ像面上ビーム径w0’=30μm以上とするためには、走査レンズに入射するビーム径は最大w0=17.5mm以下とする必要がある。
The pixel density required for prints on PET bottles is generally about 200 dpi to 600 dpi, so the size per dot is 42 μm to 127 μm, and the beam diameter deviation is preferably 8 μm to 25 μm, more preferably 4 μm to 13 μm. In this case, as shown in FIG. 3B, the beam diameter on the image plane is required to be at least Φ30 μm or more.
Furthermore, in order to achieve a beam diameter of 30 μm or more on the image plane, the combination of the focal length of the scanning lens and the beam diameter incident on the scanning lens is as shown in FIG. 3C. Since the focal length of the scanning lens contributes to the size of the device, it is preferable that f is 1000 mm or less. Therefore, in order to achieve f 1000 mm or less and a beam diameter on the image plane w0' = 30 μm or more, the beam diameter incident on the scanning lens needs to be a maximum of w0 = 17.5 mm or less.
一般的にミラーに比べてレンズの方が光の吸収率が高いために、レーザーによる損傷リスクはレンズの方が高くなる。このため、走査手段上で複数のビームを重ねないことが要求される。一般に走査手段のサイズ制約から、走査手段において複数のレーザーの光路を近づけることで、走査手段から光線が外れることによる光線ケラレを抑制する。このため、走査手段から最も近い走査レンズ第1面は、複数のレーザーの光路が最も近づくため、複数のレーザーによるビームスポットが重なることによる、損傷リスクが最も高くなる。 Generally, lenses have a higher light absorption rate than mirrors, so the risk of damage from lasers is higher for lenses. For this reason, it is required that multiple beams do not overlap on the scanning means. Generally, due to size constraints on the scanning means, the optical paths of multiple lasers are brought closer together in the scanning means to suppress vignetting of light rays caused by light rays straying from the scanning means. For this reason, the first surface of the scanning lens, which is closest to the scanning means, has the optical paths of the multiple lasers closest, and therefore has the highest risk of damage due to overlapping beam spots from multiple lasers.
ここで、第1の実施形態のレーザーマーキング装置で想定される焦点距離範囲について説明する。
第1の実施形態のレーザーマーキング装置では、被加工物としてペットボトルを想定しており、レーザーマーキング装置は食料品メーカーの工場に設置することを想定している。工場内ではスペースの制約上、レーザーマーキング装置の小型化の要求が高い。特に、第1の実施形態のレーザーマーキング装置では、高出力レーザーを想定しているため、レーザー単体だけでも1,000mm~2,000mmの長さがあるために、レーザーマーキング装置全体を小型化するためには、光学系を小型化することが要求される。光学的に走査レンズの焦点距離が長くなるほど、ワーキングディスタンスは長くなり、レーザーマーキング装置の大型化につながるため、焦点距離を短くする必要がある。ただし、焦点距離を短くすると、像面上の走査スピードが低下するため、生産性が低減してしまうという問題がある。そこで、レーザーマーキング装置の制約、生産性の観点から、走査レンズの焦点距離は100mm~1,000mmの範囲であることが好ましい。
Here, the focal length range assumed for the laser marking device of the first embodiment will be described.
In the laser marking device of the first embodiment, the workpiece is assumed to be a plastic bottle, and the laser marking device is assumed to be installed in a food manufacturer's factory. Due to space restrictions in factories, there is a high demand for a compact laser marking device. In particular, since the laser marking device of the first embodiment assumes a high-power laser, the length of the laser alone is 1,000 mm to 2,000 mm, so in order to compact the entire laser marking device, it is required to compact the optical system. Optically, the longer the focal length of the scanning lens, the longer the working distance becomes, which leads to a larger laser marking device, so the focal length needs to be shortened. However, if the focal length is shortened, the scanning speed on the image plane decreases, which is a problem in that productivity is reduced. Therefore, from the viewpoint of the constraints and productivity of the laser marking device, it is preferable that the focal length of the scanning lens is in the range of 100 mm to 1,000 mm.
上記焦点距離の場合、走査レンズの走査手段から走査レンズの第1面までの長さLは、走査レンズで要求される光学性能及び外形サイズの制約から、L=15mm~85mmである。走査レンズ上での複数のレーザーを重ねないためには、次式を満たす必要がある。 For the above focal length, the length L from the scanning means of the scanning lens to the first surface of the scanning lens is L = 15 mm to 85 mm due to the constraints of the optical performance and external size required of the scanning lens. In order to prevent multiple lasers from overlapping on the scanning lens, the following formula must be satisfied.
したがって、上記記載したビーム半径:b1,b2=0.75~8.5mm(ビーム径:1.5~17.5mm)、L=15~85mmから、複数のレーザーによる光路の交差角度半角θ1[deg]は、次式、0.5deg<θ1<29.5deg、を充たすことが、走査レンズに入射するビームスポットが重ならなくなるため、走査レンズの損傷を抑制できる点から好ましい。 Therefore, from the above-mentioned beam radii: b1, b2 = 0.75 to 8.5 mm (beam diameter: 1.5 to 17.5 mm), L = 15 to 85 mm, it is preferable that the intersection half angle θ 1 [deg] of the optical paths of the multiple lasers satisfies the following equation, 0.5 deg < θ 1 < 29.5 deg, since this prevents the beam spots incident on the scanning lens from overlapping, thereby suppressing damage to the scanning lens.
図5Aに示すように、レーザーの強度分布をガウス分布で近似できるものと仮定した場合、投入される全エネルギーは、下記式で表される。 Assuming that the laser intensity distribution can be approximated by a Gaussian distribution, as shown in Figure 5A, the total energy input can be expressed by the following formula.
走査手段における光学素子の有効範囲rの間に投入されるエネルギーをW’とすると、下記式で表される。
投入されるエネルギーに対する、走査手段における光学素子の有効範囲rの間に投入されるエネルギー比は、下記式で表される。
W’/W0=0.95(効率95%以上)とした場合、レーザースポット半径bに対する有効半径rは、r>1.22である。
実際には、走査手段の中心からのシフト量が含まれる(図5B)。このため、走査手段における光学素子の有効範囲rに対して、効率95%以上を用いるためには、次式、r>1.22(b+x)を充たすことが、走査手段の光学素子上での光量低下を抑制できる点から好ましい。なお、xは走査手段における光学素子の中央からのレーザースポットのシフト量である。
When W'/W 0 =0.95 (efficiency of 95% or more), the effective radius r relative to the laser spot radius b is r>1.22.
In reality, this includes the amount of shift from the center of the scanning means (FIG. 5B). Therefore, in order to use the effective range r of the optical element of the scanning means with an efficiency of 95% or more, it is preferable to satisfy the following formula, r>1.22(b+x), in order to suppress the decrease in the amount of light on the optical element of the scanning means. Here, x is the amount of shift of the laser spot from the center of the optical element of the scanning means.
また、像面上の光量低減を抑制するためには、W’/W0=0.99(効率99%以上)であることが好ましい。この場合は、レーザースポット半径bに対する走査手段における光学素子の有効範囲rは、r>1.52である。
実際には、走査手段中心からのシフト量が含まれる(図5B)。このため、走査手段における光学素子の有効範囲rに対して、効率99%以上を用いるためには、次式、r>1.52(b+x)を充たすことが好ましい。なお、xは走査手段における光学素子の中央からのレーザースポットのシフト量である。
In order to suppress a reduction in the amount of light on the image plane, it is preferable that W'/ W0 = 0.99 (efficiency of 99% or more). In this case, the effective range r of the optical element in the scanning means with respect to the laser spot radius b is r > 1.52.
In reality, this includes the amount of shift from the center of the scanning means (FIG. 5B). Therefore, in order to use the effective range r of the optical element in the scanning means with an efficiency of 99% or more, it is preferable to satisfy the following formula: r>1.52(b+x), where x is the amount of shift of the laser spot from the center of the optical element in the scanning means.
第1の実施形態のレーザーマーキング装置において、像面上の光量低下によって、被加工物の必要エネルギー密度を下回った場合、加工できなくなってしまう。このため、走査手段における効率は95%以上が好ましく、効率は99%以上がより好ましい。 In the laser marking device of the first embodiment, if the amount of light on the image plane decreases and the energy density falls below the required energy density of the workpiece, processing becomes impossible. For this reason, the efficiency of the scanning means is preferably 95% or more, and an efficiency of 99% or more is even more preferable.
ここで、図6は、ビーム半径と走査手段上のビームスポットの位置ずれ量に対する有効半径の関係を説明するための図である。この図6によると、効率95%を達成するためには、効率95%(y=1.22x)の直線より、大きい有効半径rを設定する必要があることがわかる。また前述したように、効率は高いほど生産性向上に有利であるため、効率99%(y=1.52x)の直線以上の範囲で、大きい有効半径rを設定することが好ましい。なお、図6中ハッチング部分Aが、次式、1.22(b+x)<r、を充たす範囲である。 Here, FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the beam radius and the effective radius with respect to the positional deviation of the beam spot on the scanning means. From FIG. 6, it can be seen that in order to achieve an efficiency of 95%, it is necessary to set an effective radius r larger than the line of 95% efficiency (y = 1.22x). As mentioned above, the higher the efficiency, the more advantageous it is for improving productivity, so it is preferable to set a large effective radius r in the range equal to or larger than the line of 99% efficiency (y = 1.52x). Note that the hatched area A in FIG. 6 is the range that satisfies the following formula, 1.22(b + x) < r.
図7は、2つのビームを積算した際のエネルギー分布状態を説明するための図である。
この図7によると、φ/x≒3.5あたりからビームが2つに割れるため、φ/xを3.5以下にしてもエネルギー密度低減効果はなくなる。なお、2ビームを用いてもφ/xを3.5以下にした場合、1ビームあたりの強度分布の最大値と同等になる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the energy distribution state when two beams are integrated.
According to Fig. 7, the beam splits into two when φ/x ≈ 3.5, so even if φ/x is set to 3.5 or less, the effect of reducing the energy density disappears. Note that even if two beams are used, when φ/x is set to 3.5 or less, the maximum intensity distribution becomes equivalent to the maximum value per beam.
図8A及び図8Bは、2つのレーザーの出力タイミングと積算エネルギーの関係を説明するための図である。
図8Aに示すように、2つのレーザーによる出力タイミングが揃っている場合、光学部品に与えられる最大エネルギーはE1+E2となり、光学部品に損傷を与えてしまう可能性がある。一方、図8Bに示すように、2つのレーザーによる出力タイミングがずれている場合、光学部品に与えられる最大エネルギーはE1又はE2の最大値となり、光学部品に損傷を与えるリスクを低減することができる。ここでは、説明を簡易化するため2つのレーザーである場合を示したが、3つ以上の複数レーザーを使用した場合でも同様である。
8A and 8B are diagrams for explaining the relationship between the output timing of two lasers and the integrated energy.
As shown in Fig. 8A, when the output timings of the two lasers are aligned, the maximum energy given to the optical components is E1 + E2, which may damage the optical components. On the other hand, as shown in Fig. 8B, when the output timings of the two lasers are out of sync, the maximum energy given to the optical components is the maximum value of E1 or E2, which reduces the risk of damaging the optical components. Here, the case of two lasers is shown for the sake of simplicity, but the same applies when three or more lasers are used.
図9は、2つのレーザーの交差角度と走査手段の最大振り角の関係を説明するための図である。図9に示すように、複数のレーザーによる描画範囲の隙間をなくすために、次式、θ1<θSCAN(又はθ2<θSCAN)を充たすことが好ましい。
ただし、式中、θ1(又はθ2)は複数のレーザーによる光路の交差角度半角、θSCANは走査査手段による最大振り角半角である。
Fig. 9 is a diagram for explaining the relationship between the intersection angle of two lasers and the maximum swing angle of the scanning means. As shown in Fig. 9, in order to eliminate gaps in the drawing ranges of the multiple lasers, it is preferable to satisfy the following formula, θ1 < θSCAN (or θ2 < θSCAN ).
In the formula, θ 1 (or θ 2 ) is the half angle of intersection of the optical paths of the multiple lasers, and θ SCAN is the half angle of the maximum deflection angle of the scanning means.
図10A及び図10Bは、収容器における描画領域の構成を説明するための図である。
図1Aの第1の実施形態に係るレーザーマーキング装置100は、被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、水平方向に描画領域を分割した場合を示しており、描画領域の2分割構成(赤色と青色)は図10Aに対応している。
図1Bの第1の実施形態に係るレーザーマーキング装置100は、被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、垂直方向に描画領域を分割した場合を示しており、描画領域の2分割構成(赤色と青色)は図10Bに対応している。
なお、図1A~図1Bと図10A~図10Bでは、説明を簡易化するために、ビームが2つある場合を示したが、ビームは3つ以上あってもよい。ビームを分割するほど1つのビームあたりの描画面積は低減するため、生産性の向上が図れる。
10A and 10B are diagrams for explaining the configuration of the drawing area in the container.
The laser marking device 100 of the first embodiment in Figure 1A shows a case where the drawing area is divided horizontally relative to the movement control direction A of the container 6, which is the workpiece, and the two-part configuration of the drawing area (red and blue) corresponds to Figure 10A.
The laser marking device 100 of the first embodiment in Figure 1B shows a case in which the drawing area is divided vertically relative to the movement control direction A of the container 6, which is the workpiece, and the two-part configuration of the drawing area (red and blue) corresponds to Figure 10B.
1A to 1B and 10A to 10B, for the sake of simplicity, the number of beams is two, but the number of beams may be three or more. The more the beam is divided, the smaller the drawing area per beam becomes, which improves productivity.
<レーザーマーキング装置の第1の実施形態の変形例>
図11Aは、第1の実施形態の変形例にかかるレーザーマーキング装置101の一例を示す概略図である。なお、第1の実施形態の変形例において、既に説明した第1の実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図11Bは、図11AのA方向から見た光線方向を示す図である。図11Cは、図11Aのガルバノミラー(GM)1上のスポットを示す図である。図11Dは、図11Aのガルバノミラー(GM)2上のスポットを示す図である。
<Modification of the first embodiment of the laser marking device>
11A is a schematic diagram showing an example of a laser marking device 101 according to a modified example of the first embodiment. Note that in the modified example of the first embodiment, the same components as those in the first embodiment already described are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
Fig. 11B is a diagram showing the direction of light as viewed from the direction A in Fig. 11A. Fig. 11C is a diagram showing the spots on the galvanometer mirror (GM) 1 in Fig. 11A. Fig. 11D is a diagram showing the spots on the galvanometer mirror (GM) 2 in Fig. 11A.
図1A及び図1Bの第1の実施形態では簡易化のため、二次元平面で光路が交差している例を示しているが、図11Aに示す第1の実施形態の変形例では、立体的に見ると交差していない構成であるが、「光路の交差」の定義には、図11Aの場合も含む。ただし、図11Aの場合、2つの光路間の距離が離れている構成となるため、走査手段以降の走査レンズの入射瞳径が、2つの光路間の距離とビームスポット径より小さい場合、結像レンズで光線ケラレが発生して、像面上の光量が低減してしまう。このため、2つの光路が交差しており、交差している位置に、走査レンズの入射瞳を有する構成が好ましい。 In the first embodiment of Fig. 1A and Fig. 1B, for the sake of simplicity, an example is shown in which the optical paths intersect on a two-dimensional plane, but in the modified example of the first embodiment shown in Fig. 11A, the optical paths do not intersect when viewed three-dimensionally, but the definition of "intersection of optical paths" also includes the case of Fig. 11A. However, in the case of Fig. 11A, since the distance between the two optical paths is large, if the entrance pupil diameter of the scanning lens after the scanning means is smaller than the distance between the two optical paths and the beam spot diameter, light vignetting occurs in the imaging lens, reducing the amount of light on the image plane. For this reason, it is preferable to have a configuration in which the two optical paths intersect and the entrance pupil of the scanning lens is located at the intersection.
<レーザーマーキング装置の第2の実施形態>
図12A及び図12Bは、3つのレーザー光源1a~1cからの3つのビームを有する第2の実施形態に係るレーザーマーキング装置102を示す概略図である。なお、第2の実施形態において、既に説明した第1の実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図12Aでは被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、水平方向に描画領域を分割した場合を示しており、描画領域の3分割構成(赤色と緑色と青色)は図12Cに対応している。
一方、図12Bでは被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、垂直方向に描画領域を分割した場合を示しており、描画領域の3分割構成(赤色と緑色と青色)は図12Dに対応している。
この第2の実施形態によると、第1の実施形態に比べて、1つのビームあたりの描画面積は低減するため、生産性の向上が図れる。
<Second embodiment of laser marking device>
12A and 12B are schematic diagrams showing a laser marking device 102 according to a second embodiment having three beams from three laser light sources 1a to 1c. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment already described are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
Figure 12A shows a case where the drawing area is divided horizontally relative to the movement control direction A of the container 6, which is the workpiece, and the three-part configuration of the drawing area (red, green, and blue) corresponds to Figure 12C.
On the other hand, Figure 12B shows a case in which the drawing area is divided vertically relative to the movement control direction A of the container 6, which is the workpiece, and the three-part configuration of the drawing area (red, green, and blue) corresponds to Figure 12D.
According to the second embodiment, the drawing area per beam is reduced compared to the first embodiment, and therefore productivity can be improved.
<レーザーマーキング装置の第3の実施形態>
図13A及び図13Bは、4つのレーザー光源1a~1dからの4つのビームを有する第3の実施形態に係るレーザーマーキング装置103を示す概略図である。なお、第3の実施形態において、既に説明した第1の実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
この第3の実施形態は、4つのレーザー光源を使用し、同じ方向に4分割したものである。
図13Aでは被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、水平方向に描画領域を分割した場合を示しており、描画領域の4分割構成(緑色と赤色と青色と橙色)は図13Cに対応している。
一方、図13Bでは被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、垂直方向に描画領域を分割した場合を示しており、描画領域の4分割構成(緑色と赤色と青色と橙色)は図13Dに対応している。
この第3の実施形態によると、第1の実施形態に比べて、1つのビームあたりの描画面積は低減するため、生産性の向上が図れる。
<Third embodiment of laser marking device>
13A and 13B are schematic diagrams showing a laser marking device 103 according to a third embodiment having four beams from four laser light sources 1a to 1d. Note that in the third embodiment, the same components as those in the first embodiment already described are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
This third embodiment uses four laser light sources, which are divided into four in the same direction.
Figure 13A shows a case where the drawing area is divided horizontally relative to the movement control direction A of the container 6, which is the workpiece, and the four-part configuration of the drawing area (green, red, blue, and orange) corresponds to Figure 13C.
On the other hand, Figure 13B shows a case in which the drawing area is divided vertically relative to the movement control direction A of the container 6, which is the workpiece, and the four-part configuration of the drawing area (green, red, blue, and orange) corresponds to Figure 13D.
According to the third embodiment, the drawing area per beam is reduced compared to the first embodiment, and therefore productivity can be improved.
<レーザーマーキング装置の第3の実施形態の変形例>
図14Aは、図13A及び図13Bの第3の実施形態の変形例に係るレーザーマーキング装置104を示す概略図である。なお、第3の実施形態の変形例において、既に説明した第1の実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
この第3の実施形態の変形例は、4つのレーザー光源を使用し、主走査方向と副走査方向に2×2で分割したものである。
図14Aでは被加工物である収容器6の移動制御方向Aに対して、水平方向と垂直方向にそれぞれ2つずつ分割した場合を示しており、画像領域の分割構成は図14Bに対応している。
この第3の実施形態の変形例によると、第1の実施形態に比べて、1つのビームあたりの描画面積は低減するため、生産性の向上が図れる。
<Modification of the third embodiment of the laser marking device>
Fig. 14A is a schematic diagram showing a laser marking device 104 according to a modified example of the third embodiment shown in Fig. 13A and Fig. 13B. Note that in the modified example of the third embodiment, the same components as those in the first embodiment already described are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
This modified example of the third embodiment uses four laser light sources, which are divided into 2×2 in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
FIG. 14A shows a case where the container 6, which is the workpiece, is divided into two in each of the horizontal and vertical directions with respect to the movement control direction A, and the divided configuration of the image region corresponds to that of FIG. 14B.
According to the modified example of the third embodiment, the drawing area per beam is reduced compared to the first embodiment, and therefore productivity can be improved.
(収容器)
本発明の収容器は、本発明のレーザーマーキング装置を用いて製造された収容器であって、容器本体と、容器本体に視認可能領域とを有し、視認可能領域により像が容器本体に形成されており、視認可能領域がパターンの集合体により形成されている。
(Container)
The container of the present invention is a container manufactured using the laser marking device of the present invention, and has a container body and a visible area on the container body, an image is formed on the container body by the visible area, and the visible area is formed by a collection of patterns.
<容器本体>
容器本体としては、その材質、形状、大きさ、構造、色などについて特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
容器本体の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂、ガラスなどが挙げられる。これらの中でも、透明な樹脂又は透明なガラスがより好ましく、透明な樹脂が特に好ましい。
容器本体の樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリブチレンアジペート又はテレフタレート(PBAT)、ポリエチレンテレフタレートサクシネート、ポリエチレン(PE)、ポリプロビレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリウレタン、エポキシ、バイオポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリ乳酸ブレンド(PBAT)、スターチブレンドポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレートサクシネート、ポリ乳酸(PLA)、ポリヒドロキシプチレート/ヒドロキシヘキサノエート(PHBH)、ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)、バイオPET30、バイオポリアミド(PA)610,410,510、バイオPA1012,10T、バイオPA11T,MXD10、バイオポリカーポネート、バイオポリウレタン、バイオPE、バイオPET100、バイオPA11、バイオPA1010などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境負荷の点から、ポリビニルアルコール、ポリブチレンアジペート/テレフタレート、ポリエチレンテレフタレートサクシネート等の生分解樹脂が好ましい。
<Container body>
The container body is not particularly limited in terms of material, shape, size, structure, color, etc., and can be appropriately selected depending on the purpose.
The material of the container body is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include resin, glass, etc. Among these, transparent resin or transparent glass is more preferable, and transparent resin is particularly preferable.
Examples of resins for the container body include polyvinyl alcohol (PVA), polybutylene adipate or terephthalate (PBAT), polyethylene terephthalate succinate, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyurethane, epoxy, biopolybutylene succinate (PBS), polylactic acid blend (PBAT), starch blend polyester resin, polybutylene terephthalate succinate, polylactic acid (PLA), polyhydroxybutyrate/hydroxyhexanoate (PHBH), polyhydroxyalkanoic acid (PHA), bio-PET30, bio-polyamide (PA) 610, 410, 510, bio-PA1012, 10T, bio-PA11T, MXD10, bio-polycarbonate, bio-polyurethane, bio-PE, bio-PET100, bio-PA11, bio-PA1010, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, biodegradable resins such as polyvinyl alcohol, polybutylene adipate/terephthalate, and polyethylene terephthalate succinate are preferred from the viewpoint of environmental load.
容器本体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ボトル状、円柱状、四角柱状、箱状、錐体状などが挙げられる。これらの中でも、ボトル状が好ましい。
ボトル状の容器本体は、口部と、口部に連結された肩部と、肩部に連結された胴部と、胴部に連結された底部とを備えている。
容器本体の大きさとしては、特に制限はなく、容器の用途に応じて適宜選定することができる。
容器本体の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単層構造であっても複数層構造であっても構わない。
容器本体の色としては、例えば、無色透明、有色透明、有色不透明などが挙げられる。
The shape of the container body is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include a bottle shape, a cylindrical shape, a square prism shape, a box shape, a cone shape, etc. Among these, the bottle shape is preferred.
The bottle-shaped container body has a mouth, a shoulder connected to the mouth, a body connected to the shoulder, and a bottom connected to the body.
The size of the container body is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the application of the container.
The structure of the container body is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it may be a single-layer structure or a multi-layer structure.
The color of the container body may be, for example, colorless transparent, colored transparent, colored opaque, or the like.
<視認可能領域>
視認可能領域により像が視認可能に容器本体に形成される。
像とは、例えば、文字、記号、図形、画像、コード等を含み、具体的には、名称、成分、識別番号、製造業者名、製造日時、賞味期限、バーコード、QRコード(登録商標)、リサイクルマーク、又はロゴマークなどの情報を意味する。
像を書き込むレーザーの波長は、紫外から近赤外光(波長:300nm~2,500nm)の波長が好ましい。
視認可能領域はパターンの集合体により形成される。ここで、集合体とは、複数の要素が集まったものを意味する。
パターンの集合体は、容器本体が溶融して形成された凹部もしくは凹部及び凹部と連続した凸部を含む構造であることが好ましい。
<Visible area>
The visible area allows an image to be visibly formed on the container body.
The image includes, for example, letters, symbols, figures, pictures, codes, etc., and specifically means information such as the name, ingredients, identification number, manufacturer name, manufacturing date and time, expiration date, barcode, QR code (registered trademark), recycle mark, or logo mark.
The wavelength of the laser for writing the image is preferably from ultraviolet to near infrared light (wavelength: 300 nm to 2,500 nm).
The visible area is formed by a collection of patterns, where the collection means a collection of multiple elements.
The pattern assembly preferably has a structure including recesses formed by melting the container body, or recesses and protrusions continuous with the recesses.
(収容体)
本発明の収容体は、本発明の収容器と、該収容器に収容されている被収容物と、を有し、密閉手段を有することが好ましい。
本発明の収容体によると、像の内容と被収容物の内容とを紐付けて認識することができる。
(Containment Body)
The container of the present invention comprises the container of the present invention and an object contained in the container, and preferably has a sealing means.
According to the container of the present invention, the content of the image can be recognized in association with the content of the contained item.
<被収容物>
被収容物としては、例えば、液体、気体、粒状固形物などが挙げられる。液体としては、水、お茶、コーヒー、紅茶、清涼飲料水などが挙げられる。被収容物が液体飲料である場合には、透明、白色、黒色、茶色、又は黄色等の色を有していることが多い。
<Items Detained>
Examples of the contained object include liquid, gas, granular solid, etc. Examples of the liquid include water, tea, coffee, black tea, soft drinks, etc. When the contained object is a liquid beverage, it often has a color such as transparent, white, black, brown, or yellow.
<密閉手段>
密閉手段は、被収容物を収容器内に密閉する手段であり、「容器のキャップ」と称することもある
密閉手段は、その材質、形状、大きさ、構造、色などについて特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Sealing means>
The sealing means is a means for sealing the contained object within the container, and is sometimes called a "container cap." There are no particular restrictions on the material, shape, size, structure, color, etc. of the sealing means, and it can be selected appropriately depending on the purpose.
密閉手段の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂、ガラス、金属、セラミックスなどが挙げられる。これらの中でも、成形性の点から樹脂が好ましい。
密閉手段の樹脂としては、上記容器の本体の樹脂を同様なものを用いることができる。
密閉手段の色としては、例えば、有色不透明、有色透明などが挙げられる。
密閉手段の形状及び大きさとしては、容器本体の開口部を封じる(閉封する)ことができる形状及び大きさであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The material of the sealing means is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include resin, glass, metal, ceramics, etc. Among these, resin is preferred from the viewpoint of moldability.
The resin for the sealing means may be the same as that for the body of the container.
The color of the sealing means may be, for example, colored opaque, colored transparent, or the like.
The shape and size of the sealing means are not particularly limited as long as they are capable of sealing (closing) the opening of the container body, and can be appropriately selected depending on the purpose.
ここで、本発明の収容器及び収容体におけるパターンの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Here, the embodiments of the patterns in the container and container of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図15A及び図15Bは、パターンとしての微細構造におけるドット部110の走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)写真であり、図15Aは上面方向から視た斜視図、図15Bは図15AのD-D矢視断面方向から視た斜視図である。図15Aでは、複数のドット部110のうちの2つの全体が観察され、またY軸正方向側に2つのドット部110の一部が僅かに観察され、Y軸負方向側に2つのドット部110の一部が僅かに観察されている。また、ドット幅は約100μm程度で形成されている。 Figures 15A and 15B are scanning electron microscope (SEM) photographs of dot portions 110 in a microstructure as a pattern, with Figure 15A being a perspective view seen from above, and Figure 15B being a perspective view seen from the cross-sectional direction of the arrows D-D in Figure 15A. In Figure 15A, two of the multiple dot portions 110 are entirely observed, and also portions of two dot portions 110 are slightly observed on the positive Y-axis side, and portions of two dot portions 110 are slightly observed on the negative Y-axis side. The dot width is formed to be approximately 100 μm.
図15Aに示すように、ドット部110は、凹部111と、凸部112とを含んで構成されている。凹部111は、第1の傾斜面1111(斜線ハッチング部分)と、底部1112(黒塗り潰し部分)とを含み、椀状の形状に形成されている。凹部幅Dcは凹部111の幅を表し、深さdpは、非パターン領域12の表面に対する底部1112の高さ(Z軸方向の長さ)を表している。 As shown in FIG. 15A, the dot portion 110 is composed of a recess 111 and a protrusion 112. The recess 111 includes a first inclined surface 1111 (hatched portion) and a bottom 1112 (solid black portion), and is formed in a bowl shape. The recess width Dc represents the width of the recess 111, and the depth dp represents the height (length in the Z-axis direction) of the bottom 1112 relative to the surface of the non-pattern region 12.
また、凸部112は、頂部1121(縦線ハッチング部分)と、第2の傾斜面1122(梨地ハッチング部分)とを含み、円環面状に形成されている。なお、円環面とは円周を回転して得られる回転面をいう。円環幅Drは、凸部112の円環面部分の半径方向の幅を表し、高さhは、非パターン領域の表面に対する頂部1121の高さ(Z軸方向の長さ)を表している。 The protrusion 112 includes a top 1121 (vertical line hatching) and a second inclined surface 1122 (matte hatching), and is formed in a torus shape. Note that a torus is a surface of revolution obtained by rotating a circumference. The torus width Dr represents the radial width of the torus surface portion of the protrusion 112, and the height h represents the height of the top 1121 relative to the surface of the non-patterned region (length in the Z-axis direction).
ドット幅Wは、ドット部110全体の幅を表している。第1の傾斜面1111と第2の傾斜面1122は連続した面である。連続した面は、同じ材質で段差がなく繋がった面を意味する。 The dot width W represents the width of the entire dot portion 110. The first inclined surface 1111 and the second inclined surface 1122 are continuous surfaces. A continuous surface means a surface that is made of the same material and is connected without any steps.
また、図15A及び図15Bに示すように、凹部111及び凸部112のそれぞれを構成する面には、微小な凹凸部113が形成され、表面が荒れている。この凹凸部113は、所定の形状より小さい凹部及び凸部からなる凹凸部の一例である。凹凸部113はドット部110のドット幅Wより小さい幅の凹部と凸部からなり、典型的には1μm乃至10μm程度の幅の凹部と凸部からなる。 As shown in Figures 15A and 15B, minute irregularities 113 are formed on the surfaces constituting each of the recesses 111 and the protrusions 112, making the surfaces rough. The irregularities 113 are an example of an irregularity consisting of recesses and protrusions smaller than a predetermined shape. The irregularities 113 consist of recesses and protrusions with a width smaller than the dot width W of the dot portion 110, and typically consist of recesses and protrusions with a width of about 1 μm to 10 μm.
また、図15Aに示すように、各ドット部110間の領域にも、ドット部110を加工した際の加工片が飛散しており、これらによっても面が荒れている。パターン領域13では、凹凸部113や加工片による表面の荒れにより、非パターン領域と比較して表面粗さが大きくなる。 As shown in FIG. 15A, chips from the process of machining the dots 110 are scattered in the areas between the dots 110, which also roughens the surface. In the patterned area 13, the surface roughness is greater than in the non-patterned area due to the surface roughness caused by the unevenness 113 and chips from the process.
ドット部110は、例えば、容器本体7に対してレーザー光を照射し、容器本体7の表面を変性させることで形成できる。1つのドット部110は、レーザー光を容器本体7上の1点に集光させることで形成される。また、このレーザー光を2次元走査することで、複数のドット部110が形成される。或いは、アレイ化した複数のレーザー光源のそれぞれから射出された複数のレーザーによっても形成できる。さらに各ドット部110の位置に対応した複数の光透過開口を有するマスク部材に、拡大したレーザー光を照射し、マスク部材の各光透過開口を透過した複数の透過レーザー光群のそれぞれにより、複数のドット部110を1回の露光で並行して形成することもできる。 The dots 110 can be formed, for example, by irradiating the container body 7 with laser light and modifying the surface of the container body 7. One dot 110 is formed by focusing the laser light at one point on the container body 7. In addition, multiple dots 110 are formed by scanning this laser light in two dimensions. Alternatively, they can be formed by multiple lasers emitted from multiple arrayed laser light sources. Furthermore, multiple dots 110 can be formed in parallel with one exposure by irradiating an enlarged laser light onto a mask member having multiple light-transmitting openings corresponding to the positions of each dot 110, and using each of the multiple transmitted laser light groups that pass through each light-transmitting opening of the mask member.
図16の(a)~(d)は、パターンの別の具体的な実施形態を示す。
図16の(a)は、収容器の容器本体7を蒸散させて形成した凹部形状を示し、図16の(b)は、収容器の容器本体7を溶融させて形成した凹部形状を示している。図16の(b)の場合、図16の(a)に対して凹部の周縁部が盛り上がった形状になる。
また、図16の(c)は、収容器の容器本体7の表面の結晶化状態の変化を示し、図16の(d)は、収容器の容器本体7の表面下の発泡状態の変化を示している。
Figures 16(a)-(d) show another specific embodiment of the pattern.
Fig. 16(a) shows a recess shape formed by evaporating the container body 7 of the container, and Fig. 16(b) shows a recess shape formed by melting the container body 7 of the container. In the case of Fig. 16(b), the periphery of the recess is raised compared to Fig. 16(a).
FIG. 16(c) shows the change in the crystallization state on the surface of the container body 7 of the container, and FIG. 16(d) shows the change in the foaming state below the surface of the container body 7 of the container.
収容器の容器本体の表面の形状を変化させたり、容器本体の表面の結晶化状態、又は容器本体表面下の発泡状態等の性質を変化させたりすることにより、容器本体の表面にドット部の集合体により構成されるパターンを形成できる。
容器本体の表面を蒸散させて凹部形状を形成する方法として、例えば、波長が355nm~1064nm、パルス幅が10fsから500nm以下のパルスレーザーを照射する。これにより、レーザービームが照射された部分の容器本体の表面が蒸散し、表面に微小な凹部が形成される。
また、波長が355nm~1064nmのCW(Continuous Wave)レーザーを照射することによって、容器本体の表面を溶融させて凹部を形成することも可能である。更に、容器本体の表面が溶融した後も、レーザーを照射し続けると、容器本体の表面又は表面下が発泡し、白濁化させることができる。
By changing the shape of the surface of the container body of the container, or by changing the properties such as the crystallization state of the surface of the container body or the foaming state below the surface of the container body, a pattern composed of a collection of dots can be formed on the surface of the container body.
As a method for forming the recessed shape by evaporating the surface of the container body, for example, a pulsed laser having a wavelength of 355 nm to 1064 nm and a pulse width of 10 fs to 500 nm or less is irradiated, whereby the surface of the container body in the portion irradiated with the laser beam is evaporated, and minute recessed portions are formed on the surface.
It is also possible to melt the surface of the container body and form a recess by irradiating it with a CW (Continuous Wave) laser with a wavelength of 355 nm to 1064 nm. Furthermore, if the laser continues to be irradiated even after the surface of the container body has melted, the surface or subsurface of the container body can be foamed and become cloudy.
結晶化状態を変化させるためには、例えば、容器本体をポリエチレンテレフタレート(PET)とし、波長が355nm~1064nmのCWレーザーを照射して、容器本体の温度を一気に上げ、その後、パワーを弱くしていく等により徐冷することにより、容器本体のPETを結晶化状態にすることができ、白濁化させることができる。なお、温度を上げた後、レーザービームを消灯する等により急冷すると、PETは非晶質状態になり、透明になる。 To change the crystallized state, for example, the container body can be made of polyethylene terephthalate (PET), and a CW laser with a wavelength of 355 nm to 1064 nm can be irradiated to rapidly raise the temperature of the container body, and then the power can be gradually reduced to slowly cool the container body, thereby bringing the PET of the container body into a crystallized state and making it opaque. Note that if the PET is rapidly cooled by turning off the laser beam after the temperature has been raised, the PET will become amorphous and transparent.
また、収容器の容器本体の性状の変化は、図16の(a)から(d)に示したものに限定されるものではない。樹脂材料で構成された容器本体の黄変や酸化反応、表面改質等により容器本体の性状を変化させてもよい。
また、照射されたレーザー光を吸収して光エネルギーを熱エネルギーに変換する吸収剤(変換材)を事前に容器本体に塗布し、吸収剤により変換された熱エネルギーにより、容器本体に凹部又は凸部を形成する加熱制御を行うこともできる。
The change in the properties of the container body of the container is not limited to those shown in (a) to (d) of Fig. 16. The properties of the container body may be changed by yellowing, oxidation reaction, surface modification, etc. of the container body made of a resin material.
In addition, an absorbent (conversion material) that absorbs the irradiated laser light and converts the light energy into thermal energy can be applied to the container body in advance, and heating control can be performed to form recesses or protrusions in the container body using the thermal energy converted by the absorbent.
以上のパターンは、レーザー照射によって変性痕となってごく小さなドットが形成されるが、このドットの間隔を変えて密度を変えたり、あるいは、知覚できるサイズ未満でドット形状を変化させたりしている。パターンは微小な略円形状で例を示したが、これに限らない。楕円でもよいし、小判型でもよいし、線状でも構わない。パターンそのものの形状は肉眼では認識しづらいものであればいずれの形状でも構わない。微小幅の細線の集合体であっても構わない。 In the above patterns, tiny dots are formed as denatured marks caused by laser irradiation, and the spacing between these dots can be changed to change the density, or the dot shape can be changed to a size smaller than can be perceived. The pattern is shown as a tiny, roughly circular shape, but this is not limited to this. It can also be elliptical, oval, or linear. The shape of the pattern itself can be any shape as long as it is difficult to discern with the naked eye. It can also be a collection of very thin lines.
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 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レーザーマーキング装置であって、
前記走査手段が第一の方向に走査させる第一の走査手段と、前記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、
前記第一の走査手段が前記複数のレーザーの光路が収束する光路中に位置することを特徴としたレーザーマーキング装置である。
<2> 前記複数のレーザーによる光路の交差位置が、前記第一の走査手段と前記第二の走査手段との間にある、前記<1>に記載のレーザーマーキング装置である。
<3> 前記複数のレーザーによる光路の交差角度半角θ1[deg]が、次式、0.5deg<θ1<29.5deg、を充たす、前記<1>から<2>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置である。
<4> 次式、1.22(b+x)<r、を充たす、前記<1>から<3>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置である。
ただし、前記式中、rは走査手段における光学素子の有効範囲、bはレーザースポット半径、xは走査手段における光学素子の中央からのレーザースポットのシフト量をそれぞれ表す。
<5> 前記走査手段のいずれかと同一方向に物体が移動制御される、前記<1>から<4>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置である。
<6> 前記複数のレーザーが時間的に出力制御できる構成であり、それぞれのレーザーの出力タイミングをずらすように制御する、前記<1>から<5>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置である。
<7> 次式、θ1<θscan、を充たす、前記<1>から<6>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置である。
ただし、前記式中、θ1は複数のレーザーによる光路の交差角度半角、θscanは走査手段による最大振り角半角をそれぞれ表す。
<8> 前記走査手段のいずれかと同一方向に移動制御された物体に印字する構成であり、
前記移動制御された方向に対して略垂直方向に分割する方向に、前記複数のレーザーの光路が交わっている、前記<1>から<7>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置である。
<9> 前記<1>から<8>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置により製造された収容器であって、
容器本体と、前記容器本体に視認可能領域とを有し、
前記視認可能領域により像が前記容器本体に形成されており、
前記視認可能領域がパターンの集合体により形成されていることを特徴とする収容器である。
<10> 前記<9>に記載の収容器と、
前記収容器に収容されている被収容物と、を有することを特徴とする収容体である。
For example, aspects of the present invention are as follows.
<1> A laser marking device in which a plurality of lasers scan and process an object surface using the same scanning means and lens,
A first scanning means for scanning the scanning means in a first direction, and a second scanning means for scanning the scanning means in a direction substantially perpendicular to the first direction;
having
The laser marking device is characterized in that the first scanning means is positioned in an optical path where the optical paths of the multiple lasers converge.
<2> The laser marking device according to <1>, wherein an intersection position of the optical paths of the plurality of lasers is between the first scanning means and the second scanning means.
<3> The laser marking device according to any one of <1> and <2>, wherein a half angle θ 1 [deg] of an intersection angle between the optical paths of the plurality of lasers satisfies the following formula: 0.5 deg<θ 1 <29.5 deg.
<4> The laser marking device according to any one of <1> to <3>, wherein the following formula: 1.22(b+x)<r is satisfied.
In the above formula, r represents the effective range of the optical element in the scanning means, b represents the radius of the laser spot, and x represents the shift amount of the laser spot from the center of the optical element in the scanning means.
<5> The laser marking device according to any one of <1> to <4>, wherein the movement of the object is controlled in the same direction as any one of the scanning means.
<6> The laser marking device according to any one of <1> to <5>, wherein the output of the plurality of lasers can be controlled in time, and the output timing of each laser is controlled to be staggered.
<7> The laser marking device according to any one of <1> to <6>, wherein the following formula, θ 1 <θ scan , is satisfied.
In the above formula, θ 1 represents the half angle of intersection of the optical paths of the multiple lasers, and θ scan represents the half angle of the maximum deflection angle of the scanning means.
<8> A configuration for printing on an object that is controlled to move in the same direction as any one of the scanning means,
The laser marking device according to any one of <1> to <7>, wherein the optical paths of the multiple lasers intersect in a direction that splits the laser beam in a direction that is approximately perpendicular to the direction in which the laser beam is moved.
<9> A container manufactured by the laser marking device according to any one of <1> to <8>,
A container body and a visible area on the container body,
The visible area forms an image on the container body,
The container is characterized in that the visible area is formed by a collection of patterns.
<10> The container according to <9>,
and an object to be contained in the container.
前記<1>から<8>のいずれかに記載のレーザーマーキング装置、前記<9>に記載の収容器、及び前記<10>に記載の収容体によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。 The laser marking device described in any one of <1> to <8>, the container described in <9>, and the container described in <10> can solve the problems of the past and achieve the object of the present invention.
1a レーザー光源
1b レーザー光源
1c レーザー光源
1d レーザー光源
2a ビームエキスパンダー
2b ビームエキスパンダー
2c ビームエキスパンダー
2d ビームエキスパンダー
3a ミラー
3b ミラー
5 レンズ
6 収容器
7 容器本体
8a 同期検知部
8b 同期検知部
9 容器検知用光源
10 容器検知センサ
11a 加工レーザービーム
11b 加工レーザービーム
11c 加工レーザービーム
11d 加工レーザービーム
13 パターン領域
20 レーザー光源部から走査光学系部
21 容器搬送部
100 レーザーマーキング装置
101 レーザーマーキング装置
102 レーザーマーキング装置
103 レーザーマーキング装置
104 レーザーマーキング装置
Description of the Reference Numerals 1a Laser light source 1b Laser light source 1c Laser light source 1d Laser light source 2a Beam expander 2b Beam expander 2c Beam expander 2d Beam expander 3a Mirror 3b Mirror 5 Lens 6 Container 7 Container body 8a Synchronization detection unit 8b Synchronization detection unit 9 Light source for container detection 10 Container detection sensor 11a Processing laser beam 11b Processing laser beam 11c Processing laser beam 11d Processing laser beam 13 Pattern area 20 From laser light source unit to scanning optical system unit 21 Container conveying unit 100 Laser marking device 101 Laser marking device 102 Laser marking device 103 Laser marking device 104 Laser marking device
Claims (6)
前記走査手段が第一の方向に走査させる第一の走査手段と、
前記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、
前記第一の走査手段が前記複数のレーザーの光路が収束する光路中に位置し、
前記複数のレーザーが時間的に出力制御できる構成であり、それぞれのレーザーの出力タイミングをずらすように制御することを特徴としたレーザーマーキング装置。 A laser marking device in which a plurality of lasers scan and process an object surface using the same scanning means and lens,
a first scanning means for causing the scanning means to scan in a first direction;
A second scanning means for scanning in a direction substantially perpendicular to the first direction;
having
the first scanning means is located in an optical path where the optical paths of the plurality of lasers converge ;
The laser marking device is configured so that the output of the multiple lasers can be controlled in time, and is characterized in that the output timing of each laser is controlled to be staggered .
ただし、前記式中、rは走査手段における光学素子の有効範囲、bはレーザースポット半径、xは走査手段における光学素子の中央からのレーザースポットのシフト量をそれぞれ表す。 4. The laser marking device according to claim 1, wherein the following formula is satisfied: 1.22(b+x)<r.
In the above formula, r represents the effective range of the optical element in the scanning means, b represents the radius of the laser spot, and x represents the shift amount of the laser spot from the center of the optical element in the scanning means.
ただし、前記式中、θ1は複数のレーザーによる光路の交差角度半角、θscanは走査手段による最大振り角半角をそれぞれ表す。 6. The laser marking device according to claim 1, which satisfies the following formula: θ 1 <θ scan .
In the above formula, θ 1 represents the half angle of intersection of the optical paths of the multiple lasers, and θ scan represents the half angle of the maximum deflection angle of the scanning means.
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