(57)【要約】【課題】高効率で安全性の高い方法により２軸延伸ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与することができる加工装置を提供する。【解決手段】レーザー加工装置は、レーザー発振器と、２軸延伸ポリエステルの層単体又はこれを表面に含む積層体からなるフィルムを載置するフィルム載置部と、レーザー発振器から出力されたレーザーを被加工物である２軸延伸ポリエステルの層単体フィルム又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体フィルムにレーザー発振器から出力されたレーザー光を誘導してフィルムに照射するレーザー誘導照射部と、層単体フィルム又は積層体フィルムを固定するフィルム載置部とを備え、レーザー誘導部、またはこれとフィルム載置部は、フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるよう移動可能であり、層単体フィルム又は積層体フィルムのレーザー光が照射された領域にヒートシール性を付与する。【選択図】図１
2017052103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器と、
２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムを載置するフィルム載置部と、
前記レーザー発振器から出力されたレーザー光を誘導して前記フィルムに照射するレーザー誘導部とを備え、
前記レーザー誘導部、または、前記レーザー誘導部および前記フィルム載置部は、前記フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるよう移動可能であり、
前記フィルムのレーザー光が照射された領域にヒートシール性を付与するレーザー加工装置。
【請求項２】
レーザー誘導部は、前記レーザー光のスポット形状を所定の形状に整形する光学素子を備える、請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記所定の形状は、所定長さの線分形状であり、
前記レーザー光を、前記スポット形状の線分形状の延伸方向とは異なる方向に走査することによって、前記フィルムに照射する、請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記レーザー光を、前記スポット形状の線分形状の延伸方向に直交しない方向に走査することによって、前記フィルムに照射する、請求項３に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
レーザー誘導部は、前記光学素子を回転可能に備え、
前記光学素子を回転させることにより、前記スポット形状の線分形状の延伸方向の変更が可能である、請求項４に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム等の２軸延伸ポリエステルフィルムは、強度、耐熱性、寸法安定性、耐薬品性、保香性等に優れることから、各種の包装用素材として有用である。そこで、このようなフィルムどうしをヒートシールして形成したフレキシブルパウチ等の包装袋が期待されている。
【０００３】
しかしながら、配向性を有するフィルムは、ヒートシール性に乏しい。そこで例えば、特許文献１には、電磁波を２軸延伸ポリエステルフィルムの表面に短パルス照射し、表面を改質することによりヒートシール性を付与する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−２６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が開示する短パルス照射方法は、２軸延伸ポリエステルフィルムの内部配向性を損なわないようにするため、キセノンガスランプ等を用いて高出力の短パルスを発生させる必要がある。キセノンガスランプはエネルギー効率が低く、また、電磁波が広範囲に射出されるため安全性の確保が困難である。このため、２軸延伸ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与する方法は実用化に向けての取り組みがなされていなかった。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高効率で安全性の高い方法により２軸延伸ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与することができる加工装置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】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、レーザー発振器と、２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムを載置するフィルム載置部と、レーザー発振器から出力されたレーザー光を誘導してフィルムに照射するレーザー誘導部とを備え、レーザー誘導部、または、レーザー誘導部およびフィルム載置部は、フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるよう移動可能であり、フィルムのレーザー光が照射された領域にヒートシール性を付与するレーザー加工装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、高効率で安全性の高い方法により２軸延伸ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与することができる加工装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の概念図
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザー照射をされたフィルムの平面図及びその断面図
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザー照射をされたフィルムの平面図
【図４】本発明の一実施形態に係る包装袋の平面図及び側面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（レーザー加工装置）
図１に、一実施形態に係るレーザー加工装置１０の概念図を示す。レーザー加工装置１０は、レーザー発振器２０と、レーザー発振器２０から出力されたレーザー光６０を被加工物である２軸延伸ポリエステルの層単体フィルムまたは２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体フィルム７０（以下、フィルム７０という）に照射するレーザー照射部３０と、フィルム７０を載置するフィルム載置部４０と、レーザー発振器２０、レーザー照射部３０及びフィルム載置部４０をそれぞれ制御する制御部５０とを備え、フィルム７０の所定位置にレーザー照射部３０によりレーザー光６０を照射してヒートシール性を付与することができる。
【００１１】
（レーザー発振器）
レーザー発振器２０には、周知のレーザー発振器を用いることができる。特に、エネルギーが効率的にフィルムに吸収されやすい赤外線波長を含む炭酸ガスレーザーが好適である。レーザー発振器２０は、制御部５０によりレーザー光６０の出力、パルス幅等を調整して出力することができる。レーザー発振器２０の数は１台に限定されず、複数台を用いてもよい。
【００１２】
（レーザー照射部）
レーザー照射部３０は、レーザー発振器２０から出力されたレーザー光６０を所定のスポット形状又は走査軌道に調整してフィルム７０上に照射する機能を有する。レーザー照射部３０は、レーザー発振器２０から出力されたレーザー光６０をフィルム７０上に導き、円形のスポット形状を所定のスポット形状に変えるレーザー誘導部３１と、レーザー誘導部３１を、例えばフィルム７０の表面と平行な平面内を移動させることでフィルム７０上の所定の位置にレーザー光６０の照射を行う第１の駆動部３５、第２の駆動部３６とを含む。
【００１３】
レーザー誘導部３１は、レーザー光を誘導する光学系であり、例えば、第１のミラー３２、第２のミラー３３及び第３のミラー３４と回折光学素子３７とを備える。図１に示すように、第１のミラー３２はレーザー発振器２０からＸ方向に所定距離離れて配置され、その距離は第１の駆動部３５により変更可能である。第２のミラー３３は第１のミラー３２からＺ方向に所定距離離れて配置される。第１のミラー３２と第２のミラー３３とは一体に連結されているため距離は一定である。第３のミラー３４は第２のミラー３３からＹ方向に所定距離離れて配置され、その距離は第２の駆動部３６により変更可能である。回折光学素子３７は第３のミラー３４からＺ方向に所定距離離れて配置される。第３のミラー３４と回折光学素子３７とは一体に連結されているため距離は一定である。
【００１４】
図１に示すように、各ミラーを所定の角度をもって配置することで、レーザー発振器２０からＸ方向に向かって出力されたレーザー光６０は、初めに第１のミラー３２で反射してＺ方向へ導かれ、次に第２のミラー３３で反射をしてＹ方向に導かれ、次に第３のミラー３４で再びＺ方向へ導かれて、回折光学素子３７上へ照射される。最後に回折光学素子３７上へ照射されたレーザー光６０は、任意のスポット形状に変えてに変化し、フィルム７０上に照射される。
【００１５】
第１の駆動部３５と第２の駆動部３６とは、例えば、それぞれＸＹ方向に配置したエアシリンダーから構成され、制御部５０からの信号に基づいて、連結されたレーザー誘導部３１をＸＹ平面上で移動する。図１に示すように、レーザー誘導部３１は第１の駆動部３５に連結されているため、Ｘ方向への駆動が可能である。第３のミラー３４及び回折光学素子３７は第２の駆動部３６に連結されているため、第１のミラー３２及び第２のミラー３３とは独立に、一体にＹ方向に駆動される。制御部５０は、レーザー光６０の照射位置を決定すると、第１の駆動部３５及び第２の駆動部３６をそれぞれ制御してレーザー照射部３０をフィルム７０上の照射位置へ移動させることができる。
【００１６】
レーザー誘導部３１には、３枚のミラーを用いたが、レーザー発振器２０から出力されたレーザー光６０をフィルム７０上に走査することができれば、ミラーは３枚に限らず適宜枚数用いればよく、あるいは、ミラーを用いなくてもよい。例えば、ミラーとモーターを組み合わせたガルバノスキャナや、多角面体のミラーをモーターにより回転させてミラーに照射したレーザーを走査するポリゴンミラーを用いることもできる。また、回折光学素子により回折されたレーザー光６０のスポット形状は限定されず、所定長さの直線状、点線状、一点鎖線状、所定幅の帯状、四角形の四辺状、波状、コの字状、Ｘ字状、楕円の周状等、任意の形状を採用できる。また、レーザー光６０のスポット形状を変えるために、回折光学素子３７の代わりに、シリンドリカルレンズ等のレンズ等の他の光学素子を用いてもよい。また、第１の駆動部３５と第２の駆動部３６は、エアシリンダー以外にもサーボモーターとガイドレールとを組み合わせる等、周知の方式を採用できる。
【００１７】
（フィルム載置部）
フィルム載置部４０は、レーザー照射を行う際にフィルム７０をレーザー照射部３０の下部に固定、搬送する機能を有する。フィルム載置部４０は、例えば、レーザー照射部３０の下部にフィルム７０を送り出す巻出しローラ４１及びレーザー照射の終わったフィルム７０を順次巻き取る巻取りローラ４２により構成される。巻出しローラ４１及び巻取りローラ４２は、制御部５０により駆動される。
【００１８】
フィルム載置部４０はレーザー照射を行う際にフィルム７０を固定、搬送する機能を有すれば、ローラ形状に限定されない。例えば、裁断された枚葉のフィルムを固定、搬送することができるテーブル形状の載置台であってもよい。このようなフィルム載置部４０は、レーザ光照射中に、あるいは、照射と交互に、図示しない駆動部によって駆動されて、フィルム７０を移動させる。フィルム載置部４０によるフィルム７０の移動は、レーザー照射位置の位置決めに用いてもよいし、枚葉等の処理単位での搬入、搬出のためのみに用いてもよい。
【００１９】
（ヒートシール性付与方法）
図２に、レーザー加工装置１０によりレーザー照射をされた２軸延伸ポリエステルのフィルム７０の一例に係る平面図およびそのＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す。フィルム７０の周縁の領域に、レーザー光６０を照射して表面の結晶度を低下させることによりヒートシール性が付与され、シール部９０が構成される。ヒートシール性が付与された領域には、図示する例では、レーザー光６０の走査に沿った加工跡８０が形成される。
【００２０】
図２に示す例では、例えばレーザー光６０を点状のスポットとして、レーザー照射部３０によりフィルム７０のＴＤ方向に移動させることと、ＴＤ方向への移動が１行分行われる毎にフィルム載置部４０によりフィルム７０をＭＤ方向に所定距離分移動させることとを組み合わせて、走査することができる。図３に他の例を示す。図３に示す例では、レーザー光６０のスポットの形状をＴＤ方向およびこれに直交するＭＤ方向のいずれにも平行でない、所定長さの直線形状のスポットＳとし、フィルム載置部４０を停止した状態で、レーザー照射部３０によって、フィルム７０の周縁の領域を１周させることで、図２に示す例と同じ範囲のシール部９０のうちのほとんどの領域を照射することができる。このように、レーザー光６０のスポットの形状、サイズと、レーザー照射部３０、フィルム載置部４０の移動とを適宜設定、制御することにより、レーザー光６０をフィルム７０のヒートシール性を付与したい領域内で好適に走査することができるが、とくに図３に示す例のように、レーザー光６０のスポットの形状を線分のような延伸方向を有する形状とすれば、延伸方向と平行でない方向をスポットの移動方向とした場合に、面的走査ができるため、高速で複雑な制御をすることなく効率的な走査ができる。また、回折光学素子３７をレーザー光６０の通過方向に対して回転可能に備えることにより、スポット形状の延伸方向を容易に変更することができ、走査領域の幅を容易に調整することができる。なお、フィルム７０のフィルム載置部４０への載置の向き、レーザー光６０の走査の向きは、ＭＤ方向、ＴＤ方向に必ずしも依存しなくてよい。
【００２１】
加工跡８０はレーザーの照射によりフィルム７０の結晶化度が低下することにより形成されうる。また、加工跡８０の形態はレーザーの出力や照射スポットのエネルギー密度、照射速度等に応じて様々であり、例えば、平坦さが失われ、凹部または凸部を有する微細構造が形成される場合もあるし、白化して光の反射率が変化する場合もある。また、加工跡が形成されない場合もありうる。
【００２２】
このように、レーザーの照射によりヒートシール性を付与する方法は、高出力の電磁波を短パルスで照射してヒートシール性を付与する方法に比べて、エネルギー効率を高くすることができ、また、光（電磁波）が広範囲に射出されることがないため、高出力化しても、安全性の確保が可能である。また、本実施形態のレーザー加工装置によれば重量の大きいレーザー発振器を移動させないため、駆動コストを低減することができる。
【００２３】
なお、フィルム７０は、２軸延伸ポリエステルの単層フィルムでなくてもよい。２軸延伸ポリエステルを表面に含む各種積層フィルムに対しても、本実施形態のレーザー加工装置を用いて、２軸延伸ポリエステル層の表面にヒートシール性を付与することができる。
【００２４】
（包装袋）
図５に、包装袋１００の平面図及び側面図を示す。包装袋１００は、上述の方法でシール部９０を形成した２枚のフィルム７０を、シール部９０の形成された面が向かい合うように重ねて、ヒートシール処理を行うことで収納部１１０を形成して製造される包装袋の一例に係る四方シール袋である。
【００２５】
フィルム７０を用いて製造される包装袋の形状は四方シール袋に限定されず、任意の形状を採用できる。例えば、１枚のフィルムを２つ折りにして、合わせた周縁部をヒートシールして形成される三方シール袋や、２枚のフィルムの間に２つ折りにしたフィルムを挟み、周縁部をシールして形成される自立性を有するフレキシブル包装袋等が採用可能である。
【実施例】
【００２６】
実施例および参考例に係るレーザー加工装置を構成し、２軸延伸ポリエステルフィルムの一例として、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムに幅１４ｍｍの帯状のヒートシール部を形成し、その際のヒートシール部の長さ方向（帯の延伸方向）における加工速度を比較した。
【００２７】
（実施例）
波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザーを照射可能な出力２５０Ｗのレーザー発振器と、３個のミラーと、線幅０．１４ｍｍ、長さ１４ｍｍの線状のスポット形状を照射できるＺｎＳｅ製の回折光学素子とを用いて実施形態に係るレーザー加工装置を準備し、帯状領域にスポットを走査して、ヒートシール性を付与した。第１の駆動部および第２の駆動部への負荷重量は３ｋｇであった。加工速度は５０ｍ／分であった。またレーザー光が所望の箇所以外に漏れて照射されることはなかった。
【００２８】
（参考例）
波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザーを照射可能な出力３０Ｗのレーザー発振器を移動させて、直径０．３ｍｍの円形のスポットを、帯状領域内で走査して、ヒートシール性を付与した。レーザー発振器を移動させるための駆動部への負荷は５５ｋｇであった。加工速度は０．５ｍ／分であった。またレーザー光が所望の箇所以外に漏れて照射されることはなかった。
【００２９】
以上の結果から、レーザー光によって、フィルムに安全にヒートシール性を付与できることが確認できた。レーザー発振器からのレーザー光を所定位置へ誘導するレーザー照射部を設け、さらにスポット形状を変化させることが可能な回折光学素子を用いることで、重量の大きいレーザー発振器を移動させる必要がなくなり、駆動負荷を大きく低減して安全性をさらに向上することができるとともに、加工速度を飛躍的に向上できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、フィルム等へのレーザー加工装置に有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    レーザー加工装置
２０    レーザー発振器
３０    レーザー照射部
３１    レーザー誘導部
３２    第１のミラー
３３    第２のミラー
３４    第３のミラー
３５    第１の駆動部
３６    第２の駆動部
３７    回折光学素子
４０    フィルム載置部
４１    巻出しローラ
４２    巻取りローラ
５０    制御部
６０    レーザー
７０    フィルム
８０    加工跡
９０    シール部
１００    包装袋
１１０    収納部
【図１】
2017052103.tif 000003
【図２】
2017052103.tif 000004
【図３】
2017052103.tif 000005
【図４】
2017052103.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月17日(2016.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、レーザー発振器と、２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムを載置し、フィルムの巻き取り及び送り出しを行うローラを含むフィルム載置部と、レーザー発振器から出力されたレーザー光を誘導してフィルムに照射するレーザー誘導部とを備え、レーザー誘導部は、フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるよう移動可能であり、ローラは、フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるようフィルムの巻き取り及び送り出しが可能であり、フィルムのレーザー光が照射された領域にヒートシール性を付与するレーザー加工装置である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器と、
２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムを載置し、前記フィルムの巻き取り及び送り出しを行うローラを含むフィルム載置部と、
前記レーザー発振器から出力されたレーザー光を誘導して前記フィルムに照射するレーザー誘導部とを備え、
前記レーザー誘導部は、前記フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるよう移動可能であり、前記ローラは、前記フィルムへのレーザー光照射位置を変化させるよう前記フィルムの巻き取り及び送り出しが可能であり、
前記フィルムのレーザー光が照射された領域にヒートシール性を付与するレーザー加工装置。
【請求項２】
レーザー誘導部は、前記レーザー光のスポット形状を所定の形状に整形する光学素子を備える、請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記所定の形状は、所定長さの線分形状であり、
前記レーザー光を、前記スポット形状の線分形状の延伸方向とは異なる方向に走査することによって、前記フィルムに照射する、請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記レーザー光を、前記スポット形状の線分形状の延伸方向に直交しない方向に走査することによって、前記フィルムに照射する、請求項３に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
レーザー誘導部は、前記光学素子を回転可能に備え、
前記光学素子を回転させることにより、前記スポット形状の線分形状の延伸方向の変更が可能である、請求項４に記載のレーザー加工装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月18日(2016.11.18)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、赤外線レーザー発振器と、ローラを含むフィルム載置部と、赤外線レーザー発振器から出力された赤外線レーザー光を誘導するレーザー誘導部とを備えたレーザー加工装置を用いて、２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムにヒートシール性を付与するための、フィルムへのレーザー加工方法であって、２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムをフィルム載置部に載置する工程と、レーザー発振器から出力された赤外線レーザー光をレーザー誘導部によって誘導してフィルムに照射する工程と、フィルムへの赤外線レーザー光の照射位置を変化させるようレーザー誘導部を移動させる工程と、フィルムへの赤外線レーザー光の照射位置を変化させるようローラーによってフィルムの巻き取り及び送り出しを行う工程とを含み、フィルムの所定の領域に赤外線レーザー光を照射することにより当該領域にヒートシール性を付与する、フィルムへのレーザー加工方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線レーザー発振器と、ローラを含むフィルム載置部と、前記赤外線レーザー発振器から出力された赤外線レーザー光を誘導するレーザー誘導部とを備えたレーザー加工装置を用いて、２軸延伸ポリエステルの層単体又は２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムにヒートシール性を付与するための、フィルムへのレーザー加工方法であって、
前記フィルムを前記フィルム載置部に載置する工程と、
前記レーザー発振器から出力された前記赤外線レーザー光を前記レーザー誘導部によって誘導して前記フィルムに照射する工程と、
前記フィルムへの前記赤外線レーザー光の照射位置を変化させるよう前記レーザー誘導部を移動させる工程と、
前記フィルムへの前記赤外線レーザー光の照射位置を変化させるよう前記ローラーによって前記フィルムの巻き取り及び送り出しを行う工程とを含み、
前記フィルムの所定の領域に前記赤外線レーザー光を照射することにより当該領域にヒートシール性を付与する、フィルムへのレーザー加工方法。
【請求項２】
前記レーザー誘導部は、前記赤外線レーザー光のスポット形状を所定の形状に整形する光学素子を備える、請求項１に記載の、フィルムへのレーザー加工方法。
【請求項３】
前記所定の形状は、所定長さの線分形状であり、
前記赤外線レーザー光を、前記スポット形状の線分形状の延伸方向とは異なる方向に走査することによって、前記フィルムに照射する、請求項２に記載の、フィルムへのレーザー加工方法。
【請求項４】
前記赤外線レーザー光を、前記スポット形状の線分形状の延伸方向に直交しない方向に走査することによって、前記フィルムに照射する、請求項３に記載の、フィルムへのレーザー加工方法。
【請求項５】
前記レーザー誘導部は、前記光学素子を回転可能に備え、
前記光学素子を回転させることにより、前記スポット形状の線分形状の延伸方向の変更が可能である、請求項４に記載の、フィルムへのレーザー加工方法。