日本包装学会誌ＶｂＬ６」Vb､２口”刀綴論文

レーザ加工による詰め替え用
スタンドパウチの易開封性化
清水孝二＊林一好．三田浩三＊StudiesonCharacte｢isticsofLaserProcessedStand-ｕｐＰｏｕｃｈｆｏｒＥａｓｙ－ｏｐｅｎｉｎｇ

ＫｏｊｉＳＨＩＭＩＺＵ.，KazuyoshiHAYASHI.，ＫｏｚｏＭｒｒＡ．

Inthisstudy，wediscussedthecharacteristicsoｆｔｈｅｓｔａｎｄ－ｕｐｐｏｕｃｈｗｈｉｃｈｈａｄｆｏｒｍｅd

scorelines,foreasy-opening,ｍａｄｅｂｙｔｈｅｅｎｅｒｇｙｏｆａｃａｒｂｏｎｄｉoxide(CO2)laserbeamThestand-uppouchwasmadeofalaminatedfilmconsistingoforientednylon（ＯＮy）ｆｉｌｍand
lmearlowdensitypolyethylene（LLDPE）ｆｉｌｍ・ＡＣＯ２１ａｓｅｒｂｅａｍａｔ５Ｗ,passingthrougha

lensforfocusing，formedscoreIinesinbothsidesofｔｈｅｐｏｕｃｈ、Atthescorelmein
processingspeedｆｒｏｍ６ｔｏ３０ｍ／ｍin，ONymeltedandwasremovedcompletelybecause
ONyabsorbstheenergyofＣＯ２１ａｓｅｒ'swavelengthatahigherlevelthanLＬＤＰＥ・Ｉｎｔｈｅｓepouches，notonlywastherenodeviationfromscorelinesatteartest，butalsotear
resistancedecreasedｂｙｈａｌｆａｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏａｐｏｕｃｈｔｈａｔｈａｓｎｏｓｃｏｒｅｌｉｎｅ・Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒ
ｈａｎｄ，tensilestressdecreasedtoaleveｌｏｆｏｎｅ－ｑｕａｒｔｅｒｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒａｒｅａ，butitwas
consideredthatthisreductionmustnotaffectthewholestrengthofapouchbecauseall
samplescleareddroptest、Furthermore，characteristicsofpoucheswithformedbrokenlines
indicatedapossibilitytokeepbothtensilestressandtearingfacility．

Keywords：Laser，Stand-uppouch，Ｅａｓｙ－ｏｐｅｎ
本研究では炭酸ガスレーザの吸収による加工性の差を利用した積層材料のハーフカット技術に着目し、これを用いたスタンドパウチの易開封化について検討を行った。二軸延伸ナイロンと線状低密度ポリエチレンの積層体からなるスタンドパウチの所定の位置に炭酸ガスレーザを照射した結果、レーザ出力5Ｗ､加工速度６～30ｍ／ｍin､の間で、ナイロン層のみが除去される状態が続くことが確認された。これによりパウチの開封が容易になり、開封時のガイド外れがなくなった他、引裂き強度についても未加工品と比較し50％低下した。一方、レーザ加工部の引張り強度は未加工部よりも約75％低下しており、ナイロン層の除去による包材の強度の低下が示唆された。しかしながら内容物充填時の落下試験からは未加工品との間に差は認められなかった。また加工形状を連続線状からミシン目状に変更することにより、直線開封性を保持しつつパウチの強度保持が可能となった。
キーワード：レーザ、スタンドパウチ、易開封、大日本印刷（株）包装研究所（〒350-13埼玉県狭山市上広瀬591-10)：DaiNipponPrintingCo.,LtdPackaging
Laboratory，591-10,KamihirosaSayama-city，Saitama，３５０－１３－７１－詰め替え用スタンパパウチの易關封12i吟化

1．緒言には次のようなメリットがあることが知られている516)。

（１）単波長:光の吸収性の差を利用した材料

家庭用洗剤の分野においては、環境への関心の高まりに伴いボトル容器の再利用を図っ加工た詰め替え容器が製品化されている。その中（２）優れた集光性：微細加工への応用展開でもスタンドパウチはフイルム主体の軟包装（３）非接触加工：型刃等と異なり劣化の心配であり、プラスチック使用量もわずかで廃棄なし

時にかさばらないことから、詰め替え容器の本研究におけるハーフカット技術は、特に主体となりつつある。しかしながら、このス(1)、（２）の性質の利用によるものである。

タンドパウチに使用される積層フイルムは、

Fig.１にその加工メカニズムを示すが、レー耐落下･衝撃強度の保持の点から１００ｌｕｍ以上ザ吸収性の異なるフイルムを積層し、レーザの厚みを有しているため手による開封は難し

光を照射した場合、吸収性の強い層のみが溶く、ハサミを使用するのが一般的である。こ融、蒸発しハーフカットが形成される。さらの開封'性を改善させる手段として、１.機械的にレーザ光あるいは被加工物が移動することな刻み目の付与、２．－軸延伸フイルムの積層により、吸収'性の強い層にはスリット状の切等が行われているが、前者についてはメンテり溝が形成されることから、このスリットがナンス、調整の煩雑さ、また後者についてはガイドとなり易開封性が付与される。この吸層数増加によるコストの増大、低い接着性等収性の差が大きいほど、レーザ出力の許容値の問題が残される。

は大きくなり微妙な調整が不要となるメリッ

一方、レーザは工業的道具として広範に開トも発生する。

発が進んでおり'１，中でも材料加工はレーザ▽i：▽

応用の最も発達した分野の一つである2A3)。

特に高分子材料の加工にはその波長が赤外線

sｅｒｂｅａ 、ｸﾞ｡ナ､ﾛﾛﾛﾉ-.,.■･･･ﾛ･イﾛ･･七領域にある炭酸ガスレーザが最も適しておhighabsorptionIayer
lowabsorptionIayer

り、包装分野においても近年様々な用途開発｛が進められている⑪。

そこで本研究では炭酸ガスレーザの吸収差、すなわち加工性の差を利用した積層材料のハーフカット技術に着目し、これをガイドとするスタンドパウチの易開封化について検Fig.１Ｐ｢ｏｃｅｓｓｆｏｒｆｏｒｍｉｎｇａｓｃｏｒｅｔｏａｍｕｌtiIayer
laminate討を行った。

3.実験

2．レーザカロエによるハーフカット技術
一般に材料加工の分野においてレーザ加工－７２－

本研究では連続線形状加工、およびレーザ

日本包装学会誌ＷＬ６｣Vb､２口99刀の発振制御による不連続線形状、いわゆるミ（２）ミシン目加工

シン目状の加工を施したスタンドパウチの物

レーザ出力を８Ｗとし、外部信号によりレーザのＯＮ／OFF制御を行い所定のパルス性評価、検討を行った。

波形をつくり、連続線加工と同様にパウチを30ｍ／ｍin､で移動させてミシン目加工を行

3.1サンプル

ニ軸延伸ナイロン(以下ＯＮy)２５浬、と線い、Ｉ型ノッチを付与して試験に供した。本実状低密度ポリエチレン(以下ＬＬＤＰＥ）１３０

験では発振時間を４．５×10-3秒としてミシン鰹ｍとをウレタン系接着剤を使用し、ドライ目を2.3ｍｍに固定し、かつ波形を調節するこラミネーシヨン法により接着した。こうしてとによりミシン目間隔を変えたサンプルを作作成した積層体を、幅125ｍｍ、長さ250ｍｍ成した。のスタンドパウチに製袋し試験に供した。
3.3物性評価

3.3.1加工深度、加工幅

3.2レーザ加工

加工部をミクロトームにて切断して光学顕（１）連続線加工

波長１０．６浜ｍの炭酸ガスレーザを用い、出微鏡により加工断面を撮影し、加工深度を観力5Ｗで発振したレーザ光をレンズで集光し、察した。また加工幅についてはマイクロス

スタンドパウチを等速移動させながらレーザコープ（キーエンスVH-5910）にて加工部表光を所定の位置に照射することにより、直線面を撮影し、加工幅を測定した。

状の刻み目を表裏に設けた7L8)。Ｆｉｇ．２に加3.3.2引き裂き性

加工部の引き裂き性を以下の２状態で測定

工模式図を示す。

なお、本実験ではパウチの移動速度を変えした。

ることにより加工強度の異なるサンプルを作（１）フイルム状成し、また各加工部両端にＩ型ノッチを付与

ＪＩＳＫ７１２８に準拠の方法により、エルメンして試験に供した。

ドルフ引き裂き試験機を用いて引き裂き荷重を測定した。

（２）パウチ状

内容物として水500ｍlを充填し、口部を140℃で０．５秒間ヒートシールしたサンプルを手で開封した時の最大引き裂き荷重を、プッシュプルゲージ（nvIADAMODELDPSS-20）にて測定した。
lｅ3.3.3引張り強度

レーザ加工部に対して垂直方向の引張り強Fig.２Schematicdiagramoffo｢ｍｉｎｇｓｃｏｒｅＩｉｎｅｓ
ｔｏａｐｏｕｃｈ

度を引張り試験機（東洋ポールドウィンテン

シロンHTM-100）を用い、試料幅15ｍｍ、引－７３－詰め替え用スタントソfウチの易j雑y性化張り速度300ｍｍ／ｍin・の条件で測定した。

以上では、ＯＮｙ層の加工が不十分で一部に残3.3.4耐落下強度留する部分が見られた。また加工速度と加工内容物として水500ｍlを充填し、口部を深度とは連続な相関にはならず、前記３つの140℃で０．５秒間ヒートシールしたサンプル状態をとるのみであったが、加工速度と加工を、高さ120ｃｍより正立、倒立各１０回落下さ幅との間には、加工速度の低下、すなわ加工せ、これを各１０サンプル行った時の破袋数を強度の増加に伴い加工幅も広がる連続的な相調査した。

関が認められた。

4.1.2引き裂き性

4.結果及び考察

フィルム形態での引き裂き荷重測定結果をFig.４に、また内容物充填時のパウチ形態で4.1連続線カロエサンプルの物性の引き裂き荷重測定結果をＦｉｇ．５に示す。フ

4.1.1カロエ深度、加工幅

イルム形態では１０～36ｍ／ｍin・の加工速度

加工線幅および加工深度と加工速度との相範囲でガイド外れの無い良好な引き裂き性が関をFig.３に示す。ＯＮｙは炭酸ガスレーザの維持された。引き裂き強度も2.0Ｎと安定し波長に吸収があり、逆にLLDPEではその殆た数値が得られた。これに対して36ｍ／ｍin．

どを透過させることから、加工速度６～30ｍ以上の加工速度ではＯＮｙ層の破壊が不十分／ｍin.と極めて広い強度範囲でハーフカットであったため、引き裂き強度の急激な上昇、加工が可能となり、強度の差は加工幅の差とすなわち引き裂き性の低下が認められた。まなって現れた。加工速度が3ｍ／ｍin､以下でた、１０ｍ／ｍin・以下の加工速度でも同様に引は加工強度が大きくなりすぎてLLDPE層まき裂き強度の急激な上昇が認められたが、こで破壊が進行し、逆に加工速度が36ｍ／ｍin．

れはＦｉｇ．３において加工幅100豚、以上の加工速度に対応している。すなわち加工幅の増２５０

加によりレーザ加工部のガイドとしての役割
ロ一

200が低下し、引き裂き時にＬＬＤＰＥが伸びたた

二》

１

しかしながら、パウチ形態での引き裂き荷

■●□才の

１００５０

重測定においては、総ての加工速度で良好な￣￣●●００、５｛Ｅ１一二一己一二のこ．

め引き裂き強度が増加したと考えられる。

直線引き裂き性が得られた。またフィルム形

▲

￣

△

態での引き裂き性とは異なり加工速度には依存せず、ばらつきは大きいものの4.0～8.0Ｎ

０0１０２０３０４０５０の間でほぼ一定の値を示した。この数値は引Processingspeed(ｍ/ｍin.）Fig.３Processingspeeddependenceofscore-linewidth（■）：ｂｏｔｈＯＮｙａｎｄＬＬＤＰＥｗｅｒｅ「emoved，（●）：onlYONywasremoved，（▲）：ＯＮｙ

ｗａｓ「emovedunperfectIy

き裂き時にかかる荷重の最大値であり、またパウチを開封する場合最も力を必要とするのは開封開始時と考えられる。従って本実験により開封途中の引き裂き,性は加工幅、すなわ－７４－日承P包装学会誌 VbL6 jVb､２口99刀

４●ﾛ ■

２１●

０●●０●

３●

０９０

５５４

￣

０｛ＮＥＥ一二｝⑪⑩⑩』》⑭⑩一一⑪丘①トＳ

２１（ｚ）の。亡呵←⑪一⑩の」』、①ト５４３●－￣￣■ ■￣￣￣￣■●

０00１０２０３０４０５０0１０２０３０４０５０

Processingspeed(ｍ/ｍin.）Processingspeed(ｍ/ｍin.）Fig.４Processingspeeddependenceoftear
resistancemeasuredbyElmeｎｄｏｒｆｔｅａｒ

Fig.６ProcessingspeeddependenceoftensiIe

stressac｢OssthescoraThebrokenline

indicatesthevaIueatnon-processed

ｔｅｓｔｅｒaｒｅａ．

定結果を示すが、加工速度40ｍ／ｍin.以上で2０増加傾向は見られるものの、それ以外では10Ｎ／ｍｍ２程度と、未加工部と比較してその強度はｌ／４にまで低下した。
1０■
５■

■

Ｉ、

しかし、内容物充填サンプルの落下試験で■

はＬＬＤＰＥの伸びによる加工幅の広がりは生■じたものの、全ての加工条件において１袋の■ｚ｝⑩。Ｅ何一望⑩⑩』』□①」

1５

破袋も生じなかったことから、スタンドパウ０

チ全体に及ぼす影響は少ないと考えられた。

0１０２０３０４０５０

Processingspeed(ｍ/ｍin.）
Fig5Processingspeeddependenceoftear
resistanceopenedbyhand･Ｅａｃｈｐｏｕｃｈ
ｗａｓｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈ５００ｍＩｗａｔeｒ１ａｎｄｉｔｓｔｃ
ｗａｓｆｌｌｌｅｄｗＩｔｈ５０ＵｍＩｗａｔｅｒｕａｎｄＩｔｓｔｏｐ
ｗａｓｓｅａｌｅｄ．

4.2ミシン目加工サンプルの物性

引張り強度の試験結果からも明らかな様に、連続線形状での加工では破袋は生じない
ものの加工部の強度低下は避けられなかっ

ち加工速度に依存するものの、開封開始時にた。そこで、この部分の強度の向上と易開封おいては加工速度よりむしろフイルム自身の`性とを両立させるために、本研究ではさらに物性に依存することが示唆された。

不連続すなわちミシン目加工付与を検討し4.1.3レーザカロエによる強度低下た。その物性評価結果をＴａｂｌｅｌに示すが、レーザ加工部は強度維持層であるＯＮｙが間隔が0.2ｍｍまでであれば、引き裂き強度は破壊ざれLLDPEのみが残るために、加工方２５％増加したものの、ガイド外れのない良好向に垂直な方向の引張り強度の低下は避けらな直線開封性が得られた。また加工部に断続れない。Ｆｉｇ．６に各サンプルの引張り強度測的にＯＮｙが残ることから引っ張り強度につ－７５－

語ｄ６琴えﾉWスタンババウチの易關封性化

TablelVariousprope｢tiesofpouchesformedbrokenIinescores･

AI1sampIeswereprocsssedat30、／ｍin．
ShapeofscorelntervalsTeartestTearresistance

（N）

ｍｍｍ
ｍｍｍ

Brokenline

ｊ２８

Brokenline

Ｌ２２○（O）

９４５○（O）

Brokenline

０００

SolidlineTensilestressDroptest（N／mm2）

○（O）

10.2

○（O）

11.0

○（O）

12.0

○（O）

×（４）

●Ｔｅａｒｔｅｓｔ：ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓａｍｐｌｅｓｔｈａｔ were､'ｔｔｏｒｎａｌｏｎｇｔｈｅｓｃｏｒｅｌｉｎｅ
Ｄｒｏｐｔｅｓｔ：ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｕｒｓｔｓａｍｐｌｅｓ

いても２０％の増加が認められた。

＜引用文献＞

このことから、連続線形状からミシン目加工に変更することにより、易開封性を維持したままの強度の向上が可能であることが示唆された。

１）小林春洋、“レーザのはなし'1、日刊工業新聞社、

ｐ､7４（1981）

２）日本ラミネート懇話会,Packpia,３６（10)，６８（1992）

３）PaulCrosby，ConvertingMagazine，７８，

5.結論

Sept.(1995）
４）石井明、八木重典、℃02レーザ加工技術，'、日刊本研究結果より、炭酸ガスレーザ波長の吸収差を利用したハーフカット技術による、２層構造のスタンドパウチへの易開封性の付与が可能となった。

工業新聞社、ｐ､155（1992）
５）川澄博通、“レーザ加工技術，,、日刊工業新聞社、ｐ､4１（1985）

６）藤波進、“レーザと加工'１，共立出版、ｐ､２４

またレーザ加工サンプルの開封における引き裂き強度は著しく低下し、引き裂き`性が向上するとともに、レーザ加工強度の広い範囲でこの易開封性は維持された。さらにレーザ加工部では強度の低下が認められるものの、（1983）

７）JeniferBunis,LaserFocusWorld,49,Ｊｕｎｅ（1995）

８）大竹祐吉、“レーザの使い方と留意点０，、オプト
ロニクス社、ｐ､313（1993）

包装袋の全体物性に及ぼす影響は少ないと考えられ、また連続線形状からミシン目形状加工に変更することにより、易開封性と強度の(原稿受付1997年１月１３日）両立の可能性も示唆された。

(審査受理１９９７年３月１８日）－７６－