JP7185402B2 - 2次元コードを有するマーキングタブ - Google Patents

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Description

(関連出願)
本出願は、2015年5月13日出願の米国特許仮出願第62/160,769号「2次元コードを有するマーキングタブ」の利益を主張するものであり、この開示内容全体は、引用によって本明細書に組み入れられる。
(技術分野)
本発明は、容器に関し、より詳細には、金属容器及び飲料用容器、並びこの容器上にマーキングを生成することに関する。
2ピース金属飲料缶は、シームによって缶端部が取り付けられる缶本体を含む。市販の2ピース飲料缶は、基部と一体の本体側壁を形成する絞り及びしごき加工によって形成される。3ピース金属缶は、各端がシームによって取り付けられた缶端部を有する円筒体を含む。
2ピース飲料缶は、飲料及び食品用途で大量生産され、3ピース飲料缶は、食品用途で大量に生産される。従って、缶の構成要素は、高速で生産する必要がある。
従来の飲料缶及び多くのイージーオープン食品缶は、プルタブを有する。プルタブは、タブプレスで金属シートから形成される。数量が必要なので、従来のタブプレスは、一度に複数のタブを2、3、又は4タブのレーンで形成する。
典型的には、予めラッカー塗装したアルミニウムシートをコイルからシェルプレスへ供給して缶端部シェルを形成する。予めラッカー塗装したアルミニウムストリップをコイルからタブプレスへ供給してプルタブを形成する。シェル及びプルタブをコンバージョンプレスで結合して継ぎ目のない缶端部を形成する。
缶端部、特にプルタブの装飾が知られている。例えば、米国特許第6,105,806号明細書には、プルタブ上のコーティングの一部をレーザーエッチング又は除去することが開示されている。米国特許第6,498,318号明細書には、金属缶をマーキングする際の種々の問題点を認識して、金属プルタブストックを除去することが開示されている。
米国特許第9,187,221号明細書には、レーザーを被覆基材に照射して、ラッカーを実質的に燃焼、エッチング、又は除去することなく光活性成分の少なくとも一部の外観を変えることでイメージを形成することによって、2次元コードを缶端部及びタブ上にマーキングすることが開示されている。好ましくは、約50ミクロン未満、より好ましくは約30ミクロン未満、更に好ましくは約10ミクロン未満、好ましくは約5ミクロン未満のビーム幅を有するCO2レーザーが使用される。従って、約50ミクロン未満、好ましく約30ミクロン未満、更に好ましくは約10ミクロン未満、好ましくは約5ミクロン未満の大きさのドットによってイメージを形成することができる。従って、約50ミクロン未満の大きさのドットによってイメージを形成することができる。
特開2011-020701号公報(タグチ)は、折り曲げ線によってタブの構造部分から分離されるフラップの上にマーキングすることが開示されている。マーキングをフラップに施工した後、フラップをタブの構造部分の上に折り曲げてカバーを形成する。
QRコード(登録商標)は、スマートフォンのスキャンソフトウェアによって読み取られるアプリケーション用の最も頻繁に使用されるコード形式である。従来のQRコードは、従来型レーザーマーキングによって書き込むのに200ms以上の時間がかかる。
本発明者は、約100Wで作動する場合が多いCO2レーザーを含む、プルタブをレーザーエッチングする市販の従来型システムを認識している。タブプレスの各レーンは、タブプレスが約100ミクロンの解像度又は寸法を有するレーザーで約700個/分のタブに対して動作することができるような独自のレーザーを有する。典型的には、暗色ラッカーをレーザーによって除去して素地のアルミニウムを単純なロゴ又はいくつかの特徴部の形態で露光させる。処理速度の制限は、装飾量の制限でもある。
コーティングのレーザーマーキングは、様々なマーキング用途に関してフレキシブル及びカード包装に使用される。典型的には、熱活性色素が透明又は明色ラッカーに取り込まれており、CO2レーザーは色変化を引き起こす。例えば、レーザーを照射して、黒色テキストを表示することができる。この形式のレーザーマーキングシステムは、商品名SunlaseとしてSun Chemicalから販売されており、100ミクロンYAGレーザーを使用する。
タブ又は他の金属缶基材への従来型レーザー応用では、通常、コーティング又は金属基材にエッチングを行うために、非常に高いビーム強度、従って短い焦点距離の、例えば180mmの高電力、例えば20W又は40Wのファイバーレーザーを使用する必要がある。その結果、レーザーマーキングは、通常、200ミクロンよりも小さな、典型的には50~150ミクロンの特徴寸法を有する。
米国特許第6,105,806号明細書 米国特許第6,498,318号明細書 米国特許第9,187,221号明細書 特開2011-020701号公報
コードを飲料缶タブ構造上にマーキングする方法は、飲料缶業界で用いる固有コードの十分な能力をもたらす商業的に実行可能な方法を実現するために、スポットサイズ(2次元コードの要素を形成する)、コード領域、マトリックスサイズ(すなわち、要素数)、コードを形成する速度、及びコード可読性の組み合わせを含むことができる。本発明は、本明細書に記載の特定の組み合わせによって制限されることは意図されていない。むしろ、特許請求項の範囲は、本発明の範囲を定義することが意図されている。
コードを飲料缶タブ構造上にマーキングする方法は、2次元コードを飲料缶タブ構造の本体部分の表面上に形成するステップを含み、タブプレスで形成された後にタブをマーキングするステップ及びタブプレスに入る前にタブストックをマーキングするステップの両方を包含する。好ましくは、コードの要素は、スポットを形成する略円形のレーザー光を照射することによって暗色コーティング内に形成される。本明細書で使用される場合、用語「円形」は、光が投影される平面(すなわち、金属表面)で略円形であること(すなわち、スポット)を指す。好ましくは、スポットは、一度に1つずつ形成され、スポットが形成されるまでレーザーは静止したままである。次に、スポット形成後に、レーザー及び/又はタブ構造は、別のスポットを形成する別の所望の地点に移動する。2以上のレーザーを使用して一度に2以上のスポットを形成することができる。プロセスは、所望のコードが形成されるまで繰り返される。
好ましくは、レーザー光はコーティングを妨害し、その結果、略円形の少なくとも200ミクロンの最小直径を有する明るいスポットが形成される。スポットは、2次元コード(好ましくはデータマトリックスコード)を形成し、これは無線通信デバイスによって読み取り可能である。好ましくは、コード領域は、6mmx6mm未満である。
消費者がスキャン可能な6mm未満の正方形コードは従来から問題があり、現在、飲料缶業界では商業的に使用されていない。その理由は、本発明者が推測するには、2次元コード(特に包装において使用される最も有名なQRコード)は、小さなコードが多数の要素の固有の組み合わせを実現するには高い解像度を必要とするという従来の知識に従って、市販のタブの小さな使用可能領域内に配置される場合、正確に読み取るために高すぎる解像度を有するからである。本開示の一部の実施形態を使用する一部の状況において、スマートフォン用の内蔵スキャンソフトウェアを有する特別なアプリを必要とする場合がある。
本発明は、特許請求項の範囲において明示的に記載されない限り、6mmx6mmコードサイズの限界値に限定されない。好ましくは、コードは、約50msの所定の処理時間目標内で読み取られる。
従って、一部の実施形態において、従来型無線通信デバイス(従来の又は専用スキャンアプリを使用するか否かに関わらず)によってスキャン可能であるDMCコードによって、飲料缶マーケット用の固有IDを生成するのに十分な多くの実施可能なコードが可能になる。
従来のコードでは、クワイエットゾーンが必要なので、タブ凹部上で利用可能な空間がさらに狭くなる可能性がある。従って、反転コードによって(すなわち、暗色背景上に明色要素を形成する)、クワイエットゾーンとしてコードを取り囲む背景を利用するコードを使用することができる。
本開示の別の実施形態は、シェル及びタブを備える継ぎ目のない飲料缶端部を提供する。シェルは、カール部と、側壁と、中央パネルと、中央パネル内の引き裂きパネルを形成するためのスコアとを含む。タブは、リベットによって中央パネルに取り付けられる。タブは、表面を有する本体部分を含む。表面は、暗色コーティングと、コーティング上のマーキングコードとを有する。マーキングコードは、円形のレーザー光によって得られた複数の明るいスポットである。複数の明るいスポットの各々は、少なくとも200ミクロンの最小寸法を有する。複数の明るいスポットは、無線通信デバイスによって読み取り可能な2次元コードを形成する。
2次元コードをタブ上に有する端部の斜視概略図である。 好適な実施形態コードを有する端部の斜視画像である。 2次元コードを有するタブの底面画像である。 本発明の態様を示す端部を形成するタブストックの画像である。 本発明の態様を示す2次元コードの画像である。 本発明の態様によって形成されたコードのスポットの画像である。 各要素が複数のスポットによって形成されている、スポットによって形成されたコードの画像である。 各要素が複数のスポットによって形成されている、スポットによって形成されたコードの画像である。
図1Aは、缶本体12と缶端部14とを含む飲料缶10を概略的に示す。缶端部14は、例示するように、継ぎ目あり又は継ぎ目なしとすることができる。継ぎ目のない缶端部は、2012年9月27日出願の米国特許第9,187,221号明細書「機械可読情報を有する缶端部」に開示されており、その開示内容は、引用により本明細書に組み入れられる。端部14は、中央パネル20とチャック壁部22とを含む。また、完成した端部は、リベットによって中央パネル20に取り付けられたプルタブ26を含む。プルタブ26は、注ぎ口を作り出すためにスコアを破断した後の完全に作動した位置で示される。2次元コード28などのイメージは、タブ26作動後にのみ見えるように、タブ26の裏面に配置される。本発明は、飲料缶端部に限定されるものではなく、食品缶の端部などの他の端部を包含する。
コードが施工されるタブは、先端部と、末端部と、先端部と末端部との間の構造本体とを含む。構造本体は、タブ26を飲料缶に固定するためにリベットを貫通して取り付けることができるランド部を有する。図示のように、コード28は、タブ26の構造本体上に直接形成されている。
コード28は、市販のスマートフォン用アプリなどの、スキャナー又は無線通信デバイスによって読み取ることができる何らかの2次元コードとすることができる。コードは、Aztekコード、MaxiCode、QRコード、又は、図1B、図3、及び図4に例示するようなデータマトリックスコード(「DMC」)などの何らかの形式とすることができる。これらのコードの各々は、コード技術に精通した者が理解できる規格によって管理される。
図1Bに示すように、好適な実施形態は、缶本体112と継ぎ目のある缶端部114とを有する飲料缶110を含む。端部114は、中央パネル120とチャック壁部122とを含む。また、完成した端部は、リベットによって中央パネルに取り付けられたプルタブ126を含む。プルタブ126は、注ぎ口を作り出すためにスコアを破断した後の完全に作動した位置で示される。コード128は、タブ26の作動後にのみ見えるようにタブ26の裏面に配置される。
タブ126は、末端部140、先端部142(図面においてタブ126は引き裂きパネルを開けた後の作動位置にあるので、中央パネル120の下に示される)と、リベットのランド部144と、パネル146とを含む。タブは、先端部142が引き裂きパネルを押し下げるように末端部140を持ち上げてタブをリベットの周りで枢動させることによって、従来方式で作動される。
パネル146は、連続した又は孔のない平坦であり、+/-0.5mmの許容差で約6mmx6mm又はそれ以下の基材をもたらし、この基材は、コード128を配置するのに有用である。従って、パネル146は、平坦であり、本明細書において「平坦」は、従来通りの平坦であり、対応する従来型スキャンソフトウェア又はアプリケーションを含むiPhone6(「iPhone」は登録商標)などの従来型小売り無線通信デバイスによるコードの効率的な読み取りに十分であることを意味するために使用される。
図1Bに示すように、パネル146は、一対の棚部又は段部132a、132bによってタブ126のカール部から、及び上部平坦部130から凹所に配置されるか又はセットオフされることが好ましい。コード128を有するパネル部146及び上部パネル部130は、末端部140にあるタブ126のカール部とリベットランド部144の切り抜き部との間の連続した孔のない表面を形成する。
本発明者は、タブの下で利用可能な空間に対するデータ記憶が効率的であるという理由で、DMCコードがタブをマーキングするのに好適であると決定している。図1Bのコード128は、データマトリックスコード(「DMC」)であり、これは正方形又は長方形パターンで配置された白黒セル又はモジュールで構成された2次元マトリックスバーコードである。各モジュールはビットを表し、これは符号化すること、及びテキストデータ又は数値データとすることができる。DMCコードは、典型的には、ファインダーパターンと呼ばれる「L」形状の2本の実線の隣接境界線と、タイミングパターンと呼ばれる交互の暗色モジュール及び明色モジュールで構成される2本の他方の境界線を含む。DMCコードは、コード技術の精通している者によって理解でさるように、ISO/IEC規格によって管理することができる。
また、DMCコード形式は、一部分は約50%の高い冗長性及びDMCコードに関連したエラーチェックに起因して、タブ126上のコード128の読み取りを可能にするか又はより有効にする。本発明者は、従来のスマートフォンカメラ及び関連のスキャンソフトウェアによって正確に読み取れるのに十分な品質の商業的生産速度(すなわち、量産速度)でDMCコードを生成できることを実証している。本発明者は、他のコード形式が可能であると推定している。
図示のように、DMCコード128は、黒色背景上の14x14の銀又は明るいスポットの2次元マトリックスであり、黒色のコーティングによって取り囲まれている。図示のように各スポットは重なり合っていない。図4で最も良く示すように、銀又は明色を形成するためにコーティングは妨害されている。ある状況下において、コーティングは、金属基材から除去されておらず、好ましくは、この金属基材は、レーザー加工プロセスによって除去又は変更されない。好ましくは、コード128は、少なくとも12x12の要素サイズであり、21x21の要素サイズ未満である。下限値は、一般的な膨大な量の飲料缶に用いるのに十分な要素の組み合わせを可能にする。上限値は、読み取りの能力を高めるのに十分なドットサイズをもたらす。
コード128を形成する方法は、あらゆるタブ構造に適用することができる。用語「タブ構造」は、タブプレスに入る前にロールから外される際の平坦なストリップ内のタブストック、タブプレスを出た後の完成したタブ、及びタブが商業的飲料缶端部に取り付けられるようにコンバージョンプレスから出た後のタブを指すために使用される。図4は、コンバージョンプレス後の状態のタブを示し、これらのタブは、ストリップの骨格又は残部に取り付けられる。
好ましくは、スポットは、暗色コーティングを妨害することによって形成される。本発明者は、色又は輝度を変えるように、黒色ラッカーコーティングを妨害できることを実証した。蒸発を引き起こすには低すぎる流束量のレーザーは、少なくとも本明細書で説明する時間間隔でもって使用することができる。この点に関しては、黒色コーティングは、ファイバーレーザーに共通の1ミクロンレーザー波長を吸収する。色又は明るさを本明細書で説明するように変えるためにコーティングが1ミクロンレーザー波長を吸収することができる限り黒色以外のコーティングを使用することができる。さらに、他の波長、例えば(非制限的に)CO2レーザーの10ミクロン波長を吸収する他のコーティングを使用することもできる。
本明細書において用語「暗色コーティング」は、黒色コーティングを説明するために使用され、レーザー光が照射されたときにコーティングに対して明るいスポットであるように見えるのに十分な色又は明るさの変化をもたらす他のコーティングも包含する。コーティングが所定の波長のレーザー光を吸収する場合に色を変えることができる「暗色コーティング」を構成するか否かは、本開示を考慮して日常的な実験によって確認することができる。
コード128は反転コードであり、従来の白色背景上の黒の正方形ではなく、暗色背景上の明るいスポットによって形成される。従来のDMCコードは、コードの周りに3モジュール幅の白色クワイエットゾーンを必要とするが、コードが反転しているので、黒色コーティング自体がクワイエットゾーンを形成する。
好ましくは、タブ126は、部品が静止しているときのサイクル部分の間でコンバージョンプレスの直前でレーザーマーキングされる。3つのレーン及びレーン毎に1つのレーザーを用いた少なくとも毎分650個の端部のタブ製造生産速度において、静止期間は、約55ミリ秒(ms)である。従って、コード128は、好ましくは75ms未満、更に好ましくは65ms未満、好ましくは55ms未満で施工して2次元コードを形成する。100億の缶の各々に対する固有コードの場合、コードを無作為に解き当てる可能性は非常に低く、好ましくは少なくとも12x12モジュールコードを決定する。
コード128を形成する方法は、適切なサイズのスポットを適切な速度で形成するステップを含む。コード128は、少なくとも200ミクロン、好ましくは250~400ミクロン、更に好ましくは250~350ミクロンの直径を有するスポットで形成される。実施形態において、スポットは、約330ミクロンである。スポットが円形ではない状況において、スポットの幾何学的中心を通る最小及び最大寸法を平均化して平均スポット直径を生成することによって直径の値を計算することができる。
読み取りを助けるために、スポットは、好ましくは約1.5未満、更に好ましくは約1.3未満、更に好ましくは約1.2未満であって、幾何学的中心を通って取得したスポットの最大寸法と最小寸法との比率として定義されるアスペクト比を有する。
使用するレーザーは、約40から約70の間、更に好ましくは約45から約65の間、更に好ましくは約50から約60の間の焦点比を有し、この値は、従来のレーザーマーキングプロセスの値よりも比較的大きく、この値によって、(前記の)比較的大径の大きなスポット及び焦点外誤差に対する有効な許容差が得られると本発明者は考えている。「焦点比」は、最終レンズで測定したビーム直径で除算された焦点距離である。焦点距離は、好ましくは225mmよりも大きく、更に好ましくは、275mmよりも大きく、更に好ましくは、300~375mm、図示の実施形態では約330mmである。
図2~図4のコード128のスポットを生成するために使用されるレーザーは、商品名RedEnergy G4でSPI Lasersで供給される70WのH形式ファイバーレーザーである。本発明者は、40W又はそれ以上のレーザー電力を使用することができると推測している。一般に、均一なビーム強度プロファイルの取得又は追求は、特定の平面において達成される。コード128のスポットを商業的速度で得るために、ビームは「被写界深度」属性を有し、ビーム全体にわたって完全な強度分布(すなわち、「トップハット」分布)が実現可能となっていない。従って、実施例のレーザーは、適切に焦点が外れるように調整されており、強度の均一性を含む、所望のビーム属性を取得するための光学収差を含む。この点に関して、マーキングのレーザー技術に精通した者によって理解できるように、収差及び焦点調整を用いて、より広い、より一様な分布を生成するようになっている。実施例において、複数の(例えば6の)短い高エネルギーパルスを用いて、ラッカーを漸進的に妨害して所望の効果を得る。レーザーは、アクティブな焦点調整又はフィードバックなしに適用される。
代替的に、図5A及び図5Bに示すように、各要素は、複数のスポットによって形成することができる。図示の実施形態において、9個のドットをレーザーによって形成して、前記の無線通信デバイスによって読み取ることができる要素を生成する。複数のスポットの各々は離散的とすることができ、図5Aに示すように、各スポットは隣接スポットと重なり合わないようになっている。もしくは、図5Bに示すように、複数のスポットの各々は、同じ要素内で隣接スポットに重なり合うように形成することができる。図5A及び図5Bのスポットの各々は、本明細書で全体的に説明するように、レーザー加工プロセス及び設備によって形成して、本明細書で説明する無線通信デバイスによって読み取り可能な要素を得ることができる。
本発明は、本明細書で説明するコード及びタブ構造によって示されている。本発明は、特定の開示に限定されず、むしろ特許請求の範囲によって定義される実施形態の全範囲を包含する。
10 飲料缶
12 缶本体
14 缶端部
20 中央パネル
22 チャック壁部
26 プルタブ
28 2次元コード

Claims (23)

  1. 連続する飲料缶タブ構造上に複数のコードをマーキングする方法であって、前記飲料缶タブ構造は、複数のタブ部分を有し、各前記タブ部分の本体はレーザー光が照射された時にレーザー光を吸収してより明るく見えるように色または明るさを変えるコーティングを有する表面を有し、
    (i)略円形の焦点が外れたレーザー光を前記タブ部分の前記本体の前記表面上の第1の地点上へ照射して前記コーティングが前記略円形の焦点が外れたレーザー光を吸収するときに明るい色のスポットを得るステップと、
    前記照射するステップ(i)の後で、(ii)前記略円形の焦点が外れたレーザー光を前記飲料缶の前記タブ部分前記本体の前記表面上の他の地点上へ繰り返し照射して他の明るい色のスポットを得るステップと、
    (iii)次の前記タブ部分の前記本体に前記ステップ(i)及び(ii)を繰り返すことができるように前記タブ構造を進ませるステップと、
    を含み、
    前記ステップ(i)-(iii)はサイクルで繰り返し行われ、
    各サイクルは処理時間目標内に行われ、前記照射するステップ(i)及び(ii)における前記略円形の焦点が外れたレーザー光は、前記コーティングの色または明るさを変え、その結果、少なくとも200ミクロンの最小特徴寸法を有する明色の要素が形成され、前記要素は、無線通信デバイスによって読み取り可能な2次元コードを形成する、方法。
  2. 前記要素の各々は、単一のスポットから形成される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記略円形の焦点が外れたレーザー光を照射するステップは、約40から約70の間、又は45から65の間、又は50から60の間の焦点比を有するレーザーを使用するステップを含む、請求項1又は2のいずれかに記載の方法。
  4. 前記コードは、6mmx6mmより大きくない、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記コードは、5mmx5mmより大きくない、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記明るい色のスポットは、約1.5未満のアスペクト比を有する、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記明るい色のスポットは、約1.2未満のアスペクト比を有する、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
  8. 焦点距離は、225mmよりも大きい、請求項3に記載の方法。
  9. 焦点距離は、300から375mmの間である、請求項3に記載の方法。
  10. 前記照射するステップ(i)及び(ii)は、75ms未満で適用されて前記2次元コードを形成する、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記照射するステップ(i)及び(ii)は、65ms未満で適用されて前記2次元コードを形成する、請求項1から10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記照射するステップ(i)及び(ii)は、前記レーザーのアクティブな焦点調整なしで実行される、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記要素の各々は、複数のスポットから形成され、前記スポットの各々は、前記レーザーの単一の照射によって形成され、前記スポットの各々は、略円形である、請求項1及び3から12のいずれかに記載の方法。
  14. カール部と、側壁と、中央パネルと、前記中央パネル内の引き裂きパネルを形成するためのスコアとを含むシェルと、
    リベットによって前記中央パネルに取り付けられるタブと、
    を備える飲料缶端部であって、前記タブは、
    暗色コーティングを有する表面を有する本体部分と、
    前記コーティング上のマーキングコードと、
    を含み、前記マーキングコードは、レーザー光を吸収して前記コーティングの色または明るさを変える円形の焦点が外れたレーザー光によって得られた複数の明るい色のスポットであり、前記複数の明るい色のスポットの各々は、少なくとも200ミクロンの最小特徴寸法を有し、前記複数の明るい色のスポットは、無線通信デバイスによって読み取り可能である2次元コードを形成する、飲料缶端部
  15. 前記2次元コードの要素の各々は、単一のスポットから形成される、請求項14に記載の飲料缶端部
  16. 前記明るい色のスポットの平均直径は、少なくとも250ミクロンでありかつ400ミクロン未満であり、好ましくは少なくとも250ミクロンでありかつ350ミクロン未満である、
    請求項14に記載の飲料缶端部
  17. 前記コードは、6mmx6mmより大きくない、請求項14に記載の飲料缶端部
  18. 前記コードは、5mmx5mmより大きくない、請求項14に記載の飲料缶端部
  19. 前記コードは、少なくとも12x12でありかつ21x21未満である要素によって定められる、請求項14に記載の飲料缶端部
  20. 前記明るい色のスポットは、約1.5未満のアスペクト比を有する、請求項14に記載の飲料缶端部
  21. 前記明るい色のスポットは、約1.3未満のアスペクト比を有する、請求項14に記載の飲料缶端部
  22. 前記明るい色のスポットは、約1.2未満のアスペクト比を有する、請求項14に記載の飲料缶端部
  23. 前記コーティングは、前記2次元コードの外側の暗い境界を形成する、請求項14に記載の飲料缶端部
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