(57)【要約】【課題】十分な接着強度を有すると共に、優れた表面性状を有する複層熱可塑性エラストマーシートを製造する【解決手段】複数の熱可塑性エラストマーシート１０１、１０２を、その間に光吸収物質１０３を挟みこんだ状態で重ね合わせた積層体を透光プレート２０１で加圧した状態で、レーザー光３０２を前記光吸収物質１０３に照射し、加熱して、複層熱可塑性エラストマーシートを製造する。【選択図】  図１
2011025681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（１）〜（３）の工程を順に行うことを特徴とする複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
（１）複数の熱可塑性エラストマーシートを、その間に光吸収物質を挟みこんだ状態で重ね合わせて積層体を用意する工程、
（２）前記積層体を透光プレートで加圧する工程および
（３）レーザー光を前記光吸収物質に照射し、加熱する工程。
【請求項２】
前記光吸収物質が、熱接着不織布であることを特徴とする請求項１に記載の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【請求項３】
波長が７００ｎｍ以上であるレーザーを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【請求項４】
前記光吸収物質に照射されるレーザー光のビーム径が３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【請求項５】
下記の（Ａ）式から求められるＥ値が１．０以上となる条件でレーザー光を照射することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
Ｅ＝Ｐ／（Ｖ×Ｄ）    ・・・（Ａ）
但し、（Ａ）式中の各記号の意味は下記の通りである。
Ｐ：レーザーの加工出力（Ｗ）
Ｖ：レーザー光の移動速度（ｍｍ／ｓ）
Ｄ：ビーム径（ｍｍ）
【請求項６】
Ｅ値が３．３以下となる条件でレーザー光を照射することを特徴とする請求項５に記載の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱可塑性エラストマーシートを複数重ね合わせた複層シートを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性エラストマー（Thermoplastic Elastomers：ＴＰＥ）は、熱を加えると軟化して流動性を示す一方で、冷却すると弾性体に戻る性質を持つエラストマーである。射出成形によって迅速、且つ容易に成型加工を行なえる。ＴＰＥには、スチレン系、オレフィン系、ＰＶＣ系、ポリエステル系、ウレタン系、アミド系など様々な種類があり、それぞれ用途に応じて用いられている。例えば、ＴＰＥの用途に、例えば、ゼラチンなどの内容物を人工皮膚で覆った医療用ファントムなどがある。人工皮膚に用いられる場合には、ＴＰＥのシートの表面に肌触り性の向上を目的とした特殊フィルムが貼り付けられたものが用いられる。
【０００３】
しかしながら、ＴＰＥシート同士を接着することは非常に困難である。というのは、熱を加えて溶着させると、表面まで溶けてしまう場合があり、一方、接着幅が広い場合には加圧しつつ、加熱する溶着法を用いることができるが、細かな接着は難しい。このため、ＴＰＥシート同士の接着には、接着剤を用いる方法が用いられているが、接着剤を用いる方法では、接着性能の耐久性に乏しいという問題がある。
【０００４】
一方、特許文献１には、食品分野における包装用樹脂フィルムの接着にレーザーを用いる方法が提案されているが、ＴＰＥシートの接着については全く検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＴＰＥシートの接着性能を向上させることができれば、例えば、ＴＰＥシートを袋状に溶着して、枕やクッションに利用するなど、様々な新しい用途が広がる。また、従来の方法では、中に挿入されるウレタンなどの材料を損傷させるという実用上の問題もある。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、接着強度が強く、表面に疵をつけず、外観上の見栄えがよいとともに、袋状に加工でき、内部の封入材を損傷させることなく、複層のＴＰＥシートを製造する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】
【０００８】
本発明は、下記（ａ）〜（ｆ）の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法を要旨とする。
【０００９】
（ａ）下記の（１）〜（３）の工程を順に行うことを特徴とする複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
（１）複数の熱可塑性エラストマーシートを、その間に光吸収物質を挟みこんだ状態で重ね合わせて積層体を用意する工程、
（２）前記積層体を透光プレートで加圧する工程および
（３）レーザー光を前記光吸収物質に照射し、加熱する工程。
【００１０】
（ｂ）前記光吸収物質が、熱接着不織布である上記（ａ）の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【００１１】
（ｃ）波長が７００ｎｍ以上であるレーザーを用いる上記（ａ）または（ｂ）の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【００１２】
（ｄ）前記吸収物質に照射されるレーザー光のビーム径が３ｍｍ以上である上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかの複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【００１３】
（ｅ）下記の（Ａ）式から求められるＥ値が１．０以上となる条件でレーザー光を照射する上記（ａ）〜（ｄ）のいずれかの複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
Ｅ＝Ｐ／（Ｖ×Ｄ）    ・・・（Ａ）
但し、（Ａ）式中の各記号の意味は下記の通りである。
Ｐ：レーザーの加工出力（Ｗ）
Ｖ：レーザー光の移動速度（ｍｍ／ｓ）
Ｄ：ビーム径（ｍｍ）
【００１４】
（ｆ）Ｅ値が３．３以下となる条件でレーザー光を照射する上記（ｅ）の複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、十分な接着強度を有すると共に、優れた表面性状を有する複層ＴＰＥシートを製造することができる。本発明によって得られた複層ＴＰＥシートは、例えば、医療用ファントムの人工皮膚のほか、袋形状に加工できるので、枕、解熱用冷却枕、クッションなどの袋状物に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る複層熱可塑性エラストマーシートの製造方法を説明する図        （イ）〜（ホ）それぞれの工程における状態を示す図
【図２】接着試験方法を示す図
【図３】実施例の結果を、Ｅ値と剥離強度との関係で整理した図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１（イ）に示すように、上部ＴＰＥシート１０１と下部ＴＰＥシート１０２の間に、光吸収物質１０３を挟みこみ、積層体を用意する。ＴＰＥシートとしては、用途に応じて、スチレン系、オレフィン系、ＰＶＣ系、ポリエステル系、ウレタン系、アミド系などのＴＰＥシートを使用できる。ただし、ＴＰＥシートの透過率があまりに低すぎると、レーザー光が光吸収物質に到達せず、溶着ができなくなるか、溶着に長時間を要する。よって、ＴＰＥシートは、ある程度の透過率、具体的には１０％以上の透過率を有するものが好ましい。
【００１９】
光吸収物質１０３としては、レーザー光を吸収する物質であれば良く、また、シート状物であっても、液状物であっても良い。例えば、ポリウレタン不織布などの熱接着不織布のほか、カーボンブラックを含有するシリコンオイルなどを用いることができる。取扱が容易であり、発熱しやすいため、ポリウレタン不織布などの熱接着不織布を用いるのが良く、特に、黒色に染色した熱接着不織布を用いるのがよい。
【００２０】
次いで、図１(ロ)に示すように、上記の接着すべき重ね合わせたＴＰＥシートを透光プレート２０１で加圧する。透光プレート２０１は、レーザー光を透過するものであればよく、例えば、透明なアクリル板などを使用することができる。加圧力は、ＴＰＥシートと光吸収物質との間に隙間ができない程度の圧力であれば良く、２０Ｐａ以上の圧力で十分である。
【００２１】
次ぎに、図１（ハ）に示すように、透光プレート２０１で加圧したまま、レーザー装置３０１からのレーザー光３０２を接着すべき重ね合わせたＴＰＥシートへ照射する。このとき、ＴＰＥシートの間に挟んだ光吸収物質に十分にエネルギーが到達するように、レーザーの焦点距離を調整することが肝要である。特に、レーザー焦点を光吸収物質に合わせると、光吸収物質が焼き切れてしまうおそれがあるため、レーザーの焦点は光吸収物質の位置からずらすのがよい。
【００２２】
溶着幅が狭い方が、複雑な形状の複層ＴＰＥシートを作りやすいというメリットがあるが、溶着幅が広くないと、十分な接着強度が得られないというデメリットもある。レーザー光のビーム径が大きいほど、ＴＰＥシート同士の溶着幅が大きくなる。よって、光吸収物質に照射されるレーザー光のビーム径は、光吸収物質の位置で、１ｍｍ以上であれば、一応、接着できるが、接着強度およびその耐久性をより向上するためには、３ｍｍ以上であることが好ましい。特に、大きいことが好ましく、５ｍｍ以上とすることが好ましく、１０ｍｍ以上とするのがより好ましい。レーザー光のビーム径は、あまりに大きすぎると、作業時間が長くなるため、３０ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２３】
レーザー装置には、制約はないが、特に、高調波ＹＡＧレーザーなどの波長が短いレーザー装置では、レーザー光がＴＰＥシートに吸収される割合が大きくなり、光吸収物質に十分にエネルギーが届かなくなって、ＴＰＥシートが溶融するのに必要な発熱、温度上昇が得られず、十分な接着強度が得られない場合がある。また、波長が短いレーザー装置では、レーザー光のほとんどがＴＰＥシートの表面近くに吸収され、光吸収物質よりもＴＰＥシートの表面が先に溶融するおそれがある。よって、レーザー装置としては、その波長が７００ｎｍ以上のものを使用するのが好ましい。例えば、半導体レーザー（波長９４０ｎｍ）、ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）などレーザー装置を用いることができる。
【００２４】
図１（ハ）に示すように、光吸収物質１０３は、レーザー光３０２を吸収し、発熱するが、その熱が上部ＴＰＥシート１０１と下部ＴＰＥシート１０２に伝わり、温度上昇部４０１が発生する。
【００２５】
そして、図１（ニ）に示すように、温度上昇部４０１がＴＰＥシートの溶融温度を超えると、重ね合わせたＴＰＥシートの接合面は溶融し、冷却されると再硬化し、上部ＴＰＥシート１０１と下部ＴＰＥシート１０２の間に接着層５０１が形成され、接着（シール）が完成する。このようにして、複層ＴＰＥシートが製造される。
【００２６】
ここで、レーザー装置は、光吸収物質を発熱するのに十分なエネルギーが到達するような条件で運転すればよいが、光吸収物質に到達するエネルギーが大きすぎると、ＴＰＥシートの表面が溶け、損傷する場合がある。光吸収物質に到達するエネルギーの調整を、レーザー光の出力のみで調整するのは困難である。というのは、本発明は、複数のＴＰＥシートを線接着させようとするもの、つまり、ＴＰＥシートと光吸収物質との積層体を走査しつつ、レーザー光を照射するものであり、レーザーの移動速度も考慮する必要がある。また、前述のように、レーザー光の光吸収物質位置におけるビーム径は、溶着幅に影響を及ぼし、ひいては、接着強度を左右するものである。よって、特に、これらの三つの条件を考慮して、レーザー装置を運転することが重要である。
【００２７】
すなわち、下記の（Ａ）式から求められるＥ値が１．０以上となる条件でレーザー光を照射することが好ましい。
Ｅ＝Ｐ／（Ｖ×Ｄ）    ・・・（Ａ）
但し、（Ａ）式中の各記号の意味は下記の通りである。
Ｐ：レーザーの加工出力（Ｗ）
Ｖ：レーザー光の移動速度（ｍｍ／ｓ）
Ｄ：ビーム径（ｍｍ）
【００２８】
Ｅ値が１．０未満では、光吸収物質に十分なエネルギーが到達せず、その結果、接着強度を低下するからである。Ｅ値は、１．５以上とするのがより好ましい。一方、Ｅ値が大きすぎると、光吸収物質が必要以上に発熱してＴＰＥシートで覆った内容物（医療用ファントムの場合、ゼラチンなどの内容物）に悪影響を与えたり、ＴＰＥシート自身の吸収によってシートの表面を溶損させたりする場合がある。よって、Ｅ値は、３．３以下とするのが好ましい。Ｅ値は、３．０以下とするのがより好ましい。
【００２９】
以下、具体的なＴＰＥシートの接着例を示す。
【実施例１】
【００３０】
接着したＴＰＥシートは上下とも厚さ２ｍｍであり、光吸収物質は厚さ０．２ｍｍである。光吸収物質は、レーザー光をよりよく吸収させるためにマジックインキで黒色に着色した。上部のＴＰＥシートの上に、厚さ２ｍｍの透明アクリル板を設置し、透明アクリル板２０１の上からクリップでＴＰＥシートおよび光吸収物質に圧力をかけた。
【００３１】
接着に使用したレーザーは波長９４０ｎｍの連続発振半導体レーザー（ＪＤＳＵ社製IDL-50型半導体レーザー）である。光ファイバーを介して加工レンズに導光し、加工レンズにより直径１ｍｍ〜２ｍｍに集光して、透明アクリル板を通して上部のＴＰＥシートに照射した。
【００３２】
レーザー光による入熱量が高すぎるとＴＰＥシートは損傷し、入熱量が低すぎると強固な接着ができない。レーザー出力１５Ｗ、加工速度１ｍｍ／ｓではＴＰＥシートが入熱過多により損傷した。レーザー出力約１Ｗのとき、加工速度０．５ｍｍ／ｓ〜１．５ｍｍ／ｓの範囲で良好な接着が得られた。
【実施例２】
【００３３】
次ぎに、より具体的なレーザー加工条件を調査するための実験を行った。
【００３４】
２枚の厚さ１ｍｍのＴＰＥシート（クラレトレーディング社製KTM-5F-1.0J）の間に、厚さ０．１５ｍｍのマジックインキで黒色に着色したウレタン不織布（ＫＢセーレン社製UEO-050）を挟み、上部のＴＰＥシートの上に、厚さ２ｍｍの透明アクリル板を設置し、透明アクリル板の上からクリップでＴＰＥシートおよび光吸収物質に圧力をかけた。この状態で、波長９４０ｎｍの連続発振半導体レーザー（ＪＤＳＵ社製IDL-50型半導体レーザー）を用いて、透明アクリル板を通して上部のＴＰＥシートに照射し、図２（イ）に示す試験材（ＴＰＥシート１の端部から５ｍｍ内側に光吸収物質２を挟み、レーザー光３を照射した試験材）を作製した。
【００３５】
このとき、レーザー出力を１〜５０Ｗ、レーザーの移動速度を１．０〜１０．０ｍｍ／ｓ、ビーム径を３〜２５ｍｍの範囲で調整して、各条件における溶着幅、接着および外観性状をそれぞれ下記の方法により調査した。
【００３６】
＜外観性状＞
上記の試験材の表面のレーザー光が通過した位置について目視観察し、損傷（溶損）の有無を確認した。
【００３７】
＜接着性能＞
図２（ロ）に示すように、上記の試験片の一方のＴＰＥシート１をクリップ４でバネばかりに固定し、他方のＴＰＥシート１を白抜き矢印の方向に引張り、このときのバネばかりの最大値を、剥離強度（ｇ・ｆ）として測定した。剥離強度は２００ｇ・ｆを超える場合を良好と判断した。
【００３８】
＜溶着幅＞
上記の剥離試験後の試験材の中央部分における溶着幅（ｍｍ）を測定した。
【００３９】
製造条件および結果を表１および図３に示す。なお、図３では、Ｅ値が大きすぎるＮｏ．６の記載を省略している。
【００４０】
【表１】
2011025681.tif 000003
【００４１】
表１および図３に示すように、Ｅ値が１．０未満のＮｏ．１、９〜１３、２２および２３では剥離強度が２００以下であったが、Ｅ値が１．０以上の例ではいずれも十分な剥離強度を有していた。一方、Ｅ値がそれぞれ５．００、１６．６７および３．５０であるＮｏ．５、６および３６では、ＰＴＥシート表面に溶損が生じたが、Ｅ値が３．３以下の例ではいずれもＰＴＥシート表面に溶損が生じなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、十分な接着強度を有すると共に、優れた表面性状を有する複層ＴＰＥシートを製造することができる。本発明によって得られた複層ＴＰＥシートは、例えば、医療用ファントムの人工皮膚のほか、袋形状に加工できるので、枕、解熱用冷却枕、クッションなどの袋状物に用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１．ＴＰＥシート（熱可塑性エラストマーシート）
２．光吸収物質（熱接着不織布）
３．レーザー光
４．クリップ
１０１．上部熱可塑性エラストマーシート
１０２．下部熱可塑性エラストマーシート
１０３．光吸収物質
２０１．透光プレート（透明アクリル板）
３０１．レーザー装置
３０２．レーザー光
４０１．温度上昇部
５０１．接着層
【図１】
2011025681.tif 000004
【図２】
2011025681.tif 000005
【図３】
2011025681.tif 000006