JP2007260745A - プラスチックシートの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチックシートを、ひび割れや欠け等を生じさせず、高精度で平滑な切断面に切断加工する方法を提供する。
【解決手段】光硬化性を有するシリコーン系樹脂が少なくとも３重量％含有されている光硬化性樹脂組成物から形成された厚さ（Ｔ）が０.０５〜２．０ｍｍの範囲のプラスチックシートを、炭酸ガスレーザー光を照射して切断するにあたり、レーザーパワー密度（Ｄ）が３．０〜１２．０Ｊ／ｍｍ²の範囲となるようにレーザー発振条件及び加工速度を制御するプラスチックシートの加工方法である。
【選択図】なし

Description

本発明はプラスチックシートの加工方法に関し、プラスチックシートを所望の形状に切断する際のレーザー切断方法に関するものである。

透明なプラスチックシートは、光学特性に優れ、ガラスに比べ割れにくいという特性を有していることから、近年、従来ガラスが使用されていた分野にも広く使用されるようになってきている。プラスチックシートは、熱可塑性シートと熱又は光による硬化性シートに大別されるが、硬化性樹脂は耐熱性が高いことから新たな利用分野に適用されることが期待されている。特に、電子機器等の小型化に伴い、薄型の透明シート材料の開発が望まれていた。また、一方でよりガラスに近い低熱膨張性の要求があり、無機フィラーやシリコーン系樹脂などの無機成分を配合するなど低熱膨張化の試みがなされている。

タッチパネル他、電子機器等の製作に際しては、大判のプラスチックシートを所望の形状、大きさに切断することが必要である。従来の熱可塑性プラスチックシートを所望の形状に切断するには、薄い場合には鋏やカッター等の鋭利な刃物が用いられ、また厚い熱可塑性プラスチックシートの場合には鋸で切断したり、研磨材を付着させたテープや円盤を高速回転させて切断する方法、他にもコンターマシン方法、打ち抜き加工方法、ウォータージェット方法等が用いられている。

一方、特開２００３−１３６５４７号公報（特許文献１）には、シリコーン系樹脂が少なくとも３重量％以上含有されているプラスチックシートの製造方法が示されているが、このようなシリコーン系樹脂が配合されたプラスチックシートは大変脆く欠けやすいという欠点を有していることも示唆している。

プラスチックシートの切断に関し、上記に記述した方法についていくつか具体案が提案されている。特開平６−９１５９５号公報（特許文献２）には刃物による切断方法が提案されているが、シリコーン系樹脂が配合されたプラスチックシートの切断には切断部分にひび、マイクロクラック及び欠けが発生しやすく、適用が困難とされる。
また、特開２００３−２３６７９４号公報（特許文献３）には、トムソン方式による打ち抜き切断方法が提案されているが、ひび、マイクロクラックの無い切断面を達成するには、切断条件の最適化が難しく、適用が困難である。
特開２００３−１３６５４７号公報 特開平６−９１５９５号公報 特開２００３−２３６７９４号公報

本発明はプラスチックシートを切断する際において、シートを破損することなく、クラックや欠けのない端面処理が施され、切断処理後のプラスチックシートの強度を向上させることを目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、レーザーパワー密度の範囲を最適な領域に制御した炭酸ガスレーザーの照射により溶融切断を引き起こし、プラスチックシートの切断面を破損することなく切断することができ、上記課題を解決し得ることを、見出し本発明を完成した。

すなわち、本発明は、光硬化性を有するシリコーン系樹脂が少なくとも３重量％含有されている光硬化性樹脂組成物から形成された厚さ（Ｔ）が０.０５〜２．０ｍｍの範囲のプラスチックシートを、炭酸ガスレーザー光を照射して切断するにあたり、レーザーパワー密度（Ｄ）が３．０〜１２．０Ｊ／ｍｍ²の範囲となるようにレーザー発振条件及び加工速度を制御することを特徴とするプラスチックシートの加工方法である。

本発明の加工方法は、光硬化性を有するシリコーン系樹脂が少なくとも３重量％以上含有されている光硬化性樹脂組成物から形成された硬化後のプラスチックシート（以下、プラスチックシートともいう）を、炭酸ガスレーザー光を照射して切断する。

炭酸ガスレーザーを用いた場合のプラスチックシートを切断するメカニズムは溶融切断となり、レーザー照射によって溶融現象を伴う。また、レーザー光を照射すると同時に照射点にアシストガスを吹き付けることが好ましい。アシストガスを吹き付けることにより、切断時に発生する溶融物などがプラスチックシートへの付着または熱で損傷を受けるのを防ぐ役割を果たす。アシストガスの種類としては、ドライエア、窒素、アルゴンガスなど、レーザー光と不活性のガスであれば良い。

レーザー光の発振方法については、連続（ＣＷ）発振、パルス発振などがあるが、本発明においては連続（ＣＷ）発振、またはレーザー周波数が３ｋＨ以上の範囲であるパルス発振型あることが好ましい。レーザー周波数が３ｋzＨ未満のパルス発振であるとパルスの形状が切断面にそのままパルス痕として残り、切断面の形状不良を引き起こす可能性がある。

レーザー出力（レーザー発振出力）、ビームスポット径、焦点距離、及び加工物の移動速度（加工速度）と切断品質との間には密接な関係がある。そのため、上記パラメーターの各々は最適な切断品質が得られるように調節される必要がある。最適な各パラメーター範囲を以下に示す。

レーザー出力（Ｐ）については１０〜２００Ｗの範囲が好ましい。レーザー出力が１０Ｗ未満の場合にはパワー不足のため、生産性に問題が生じる。レーザー出力が２００Ｗを超える場合には、レーザー装置が大型となり、冷却装置についても大規模なものとなるため、所望のサイズへ切断する際のレーザー光照射部分のハンドリングが大変困難なものとなる。

炭酸ガスレーザー光のビームスポット径（Ｒ）については０．２０ｍｍ以下の範囲が好ましい。ビームスポット径が０．２０ｍｍを超える場合は、切断部分の幅が大きくなるため、所望サイズへの切断精度が悪化することとなる。なお、ビームスポット径の最小値はより小さいほど切断精度が上がるため優位であるが、実際は用いるレーザー切断装置の性能限界に依存する。

焦点距離は使用するレンズに依存するが、例えば焦点距離が１．５インチ（３．８ｍｍ）である短焦点レンズまたは焦点距離が２．５インチ（６．３５ｍｍ）である長焦点レンズなどがあるが、シートの厚さが０．２ｍｍ以下と薄い場合は短焦点レンズ、シートの厚さが０．８ｍｍ以上と厚い場合は長焦点レンズを使用することが好ましい。またシートの厚さが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲では短焦点レンズ、長焦点レンズのどちらでも使用可能である。

加工速度（Ｓ）については０．５〜２０．０ｍ／ｍｉｎの範囲が好ましい。加工速度が０．５ｍ／ｍｉｎ未満の場合には、切断速度が遅いため、生産性が低下するので好ましくない。加工速度が２０．０ｍ／ｍｉｎを超える場合には、切断速度が速いため、レーザー装置が大型となり、冷却装置についても大規模なものとなるため、所望のサイズへ切断する際のレーザー光照射部分のハンドリングが大変困難なものとなるとともに、プラスチックシートがロール状にて連続で切断する場合、巻き出し、巻取り速度が高速であることから、ロールの搬送時にバタツキが生じやすく、焦点を制御することが大変困難な状況となる。

レーザーパワー密度（Ｄ）については３．０Ｊ／ｍｍ²≦Ｄ≦１２．０Ｊ／ｍｍ²の範囲にする必要がある。レーザーパワー密度（Ｄ）は、レーザーパワー（Ｐ）、加工速度（Ｓ）、ビームスポット径（Ｒ）及びパルス周波数（Ｆ）から、以下の式にて算出されるものと定義される。すなわち、用いるレーザーが連続発振の場合と、周波数が３ｋＨｚ以上のパルス発振の場合とで使い分けるものとする。ただし、周波数が３ｋＨｚ以上のパルス発振の場合、加工速度（Ｓ）が前記範囲であることが前提となる。
（Ｄ）＝（Ｐ）/[（Ｓ）×（Ｒ）] … …（連続発振の場合）
（Ｄ）＝（Ｐ）/[（Ｒ/２）²π×（Ｆ）］ … …（３ｋＨｚ以上のパルス発振の場合)

レーザーパワー密度（Ｄ）が３．０Ｊ／ｍｍ²未満の場合にはパワー密度不足のため切断不可となる。レーザーパワー密度（Ｄ）が１２．０Ｊ／ｍｍ²を超える場合には、溶融過剰となりプラスチックシートに溶融物が付着する他、熱で損傷が起こる。

レーザーによる切断を連続的に行う場合、加工物であるプラスチックシートのうねりやソリといった形状の影響や、搬送時のバタツキ等によって、焦点ズレが発生する場合がある。焦点ズレはパワー密度の大幅な低下を引き起こし、切断不良、もしくは切断ができなくなる場合があり、レーザーによる切断加工品質に大きな影響を及ぼす。焦点ズレを防ぐ手段として、加工物が静止状態でレーザー照射ヘッド部が動く場合には、吸着などにより加工物を固定する手法を用いるのがよい。また、加工物が動き、レーザー照射ヘッド部が静止状態の場合には、加工物を吸着させる他、テンションをかけるなどしてバタツキを失くし、常に一定の焦点距離を保ち、焦点ズレを防ぐことが望ましい。

本発明で加工するプラスチックシートは、光硬化性を有するシリコーン系樹脂を３重量％以上、好ましくは５〜３０重量％含有する光硬化性樹脂組成物をシート状（フィルム状を含む）に成形、硬化して得られる。光硬化性を有するシリコーン系樹脂の含有量が３重量％未満であるとタッチパネル他、電子機器等の用途において、重要である耐熱特性の不足となる。上記プラスチックシートについて、有利には、光硬化性樹脂組成物の溶液をガラス等の基板上に塗布し、光硬化させ、これを剥離することにより形成されたプラスチックシートである。光硬化性樹脂組成物に配合される光硬化性を有するシリコーン系樹脂としては、二重結合等の官能基を有するシロキサン系樹脂が挙げられる。他の成分としては、例えば、（メタ）アクリレート、多官能（メタ）アクリレート、エポキシ化合物等が挙げられる。さらに光硬化性を阻害しなければ、光硬化性樹脂組成物にはフィラー系添加物を加えられてもよい。

光硬化性樹脂組成物を硬化させて得られるプラスチックシートの厚み（Ｔ）は、０.０５ｍｍ≦Ｔ≦２．０ｍｍの範囲であることが必要である。プラスチックシートの厚みが０．０５ｍｍに満たないとシートが薄いためレーザー光による切断時の安定性が損なわれ、切断面にひび及び割れが生じやすくなる。一方、２．０ｍｍを超えるとシートの厚みが厚くなり、切断面の均一化が困難となる。

本発明によれば、プラスチックシートをクラックや欠けを生じることなく切断することができる。最適なレーザーパワー密度の範囲内であれば、良好な端面処理が施され、最適パワー密度の範囲外のものと比較して、プラスチックシートの強度が向上する。

以下、本発明の透明フィルムの製造方法を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、実施例もしくは比較例中の部は重量部を表す。

［実施例１］
トリメチロールプロパントアクリレート(日本化薬社製KS-TMPA)８０部、メタクリル基含有フェニルシルセスキオキサンオリゴマー２０部、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製IRGACURE １８４)２．５部を均一に攪拌混合した後、脱泡して液状の光硬化性樹脂組成物を得たのち、本液状の光硬化性樹脂組成物をガラス基板へ塗布し、カバーガラスを被せ、メタルハライドランプにて紫外線を照射し、３００ｍｍ×４００ｍｍ×厚み０．２ｍｍのプラスチックシートを得た。このときの紫外線照射量は５００ｍＪ／ｃｍ²とした。反応率測定では８５％以上となり、ラマン分光測定による光硬化樹脂フィルムの深さ方向の反応率プロファイル結果でも８５％以上で均一な透明フィルム（プラスチックシート）が得られた。

上記で得られたプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、連続発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を３．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝３０Ｗ、Ｓ＝５．０ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．１２ｍｍ）に調整しレーザー光照射を行った。このレーザー光照射によって、上記プラスチックシートを５０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズに加工した。

［実施例２］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、連続発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を１２．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝２５Ｗ、Ｓ＝１．２ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．１１ｍｍ）に調整しレーザー光照射を行った。これにより実施例１と同じサイズにプラスチックシートを加工した。

［実施例３］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、パルス発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を３．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝８５Ｗ、Ｓ＝１．２ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．１１ｍｍ、Ｆ＝３kHz）に調整しレーザー光照射を行った。これにより実施例１と同じサイズにプラスチックシートを加工した。

［実施例４］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、パルス発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を１２．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝１７０Ｗ、Ｓ＝１．２ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．０６ｍｍ、Ｆ＝５kHz）に調整しレーザー光照射を行った。これにより実施例１と同じサイズにプラスチックシートを加工した。

［比較例１］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、連続発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を２．７Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝３０Ｗ、Ｓ＝５．５ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．１２ｍｍ）に調整しレーザー光照射を行ったが、プラスチックシートを切断することはできなかった。

［比較例２］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、連続発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を１５．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝２５Ｗ、Ｓ＝０．９ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．１１ｍｍ）に調整しレーザー光照射を行った。これにより実施例１と同じサイズにプラスチックシートを加工した。

［比較例３］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、パルス発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を２．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝５７Ｗ、Ｓ＝２．０ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．１１ｍｍ、Ｆ＝３kHz）に調整しレーザー光照射を行ったが、プラスチックシートを切断することはできなかった。

［比較例４］
実施例１で得たプラスチックシートに炭酸ガスレーザー（波長１０．６μm、パルス発振）を照射し、１．５インチの短焦点レンズを用い、レーザーパワー密度を１５．０Ｊ／ｍｍ²（Ｐ＝１７０Ｗ、Ｓ＝２．０ｍ／ｍｉｎ、Ｒ＝０．０６ｍｍ、Ｆ＝４kHz）に調整しレーザー光照射を行った。これにより実施例１と同じサイズにプラスチックシートを加工した。

［評価方法：切断面の機械強度試験］
上記実施例及び比較例で得られた加工後のプラスチックシートについて、それぞれ耐屈曲試験（直径２ｍｍの芯棒に加工後のプラスチックシートを巻きつけ、ヒビ割れが発生するときの角度を調査）を行い、シートを折り曲げた時の割れ角度を調べた。割れ角度が小さい（割れにくい）順に、○、×の２段階で相対的な機械強度を評価した。結果を表１に示す。

Claims (5)

1. 光硬化性を有するシリコーン系樹脂が少なくとも３重量％含有されている光硬化性樹脂組成物から形成された厚さ（Ｔ）が０.０５〜２．０ｍｍの範囲のプラスチックシートを、炭酸ガスレーザー光を照射して切断するにあたり、レーザーパワー密度（Ｄ）が３．０〜１２．０Ｊ／ｍｍ²の範囲となるようにレーザー発振条件及び加工速度を制御することを特徴とするプラスチックシートの加工方法。
2. 炭酸ガスレーザー光のビームスポット径が０．２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシートの加工方法。
3. レーザー出力が１０〜２００Ｗの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラスチックシートの加工方法。
4. 切断速度が０．５〜２０．０ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックシートの加工方法。
5. 炭酸ガスレーザー光が、連続（ＣＷ）発振型、またはレーザー周波数が３ｋＨｚ以上であるパルス発振型であること特徴とする請求項１記載のプラスチックシートの加工方法。