JP2013018207A - 樹脂フィルム接合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 樹脂フィルム部材の端面同士を突き合わせて接合して樹脂フィルム接合体とする樹脂フィルム接合体の製造方法であって、用いるレーザー光の波長に対して前記樹脂フィルム部材よりも光吸収率が高く、算術平均粗さ(Ra)が0.5μm未満である表面を有する光吸収部材を用い、前記端面同士が突き合わせられた部分を前記表面に当接させ、前記光吸収部材にレーザー光を照射して発熱させることにより、前記樹脂フィルム部材の端面同士を熱溶着させ、前記光吸収部材から、突き合わせられた部分を剥離して、樹脂フィルム接合体とすることを特徴とする樹脂フィルム接合体の製造方法。
【選択図】 図2
Description
また、他の方法としては、図4(b)に示すように、レーザー光100Rに対して透過性を示す樹脂フィルム部材101、102の端部同士を突き合わせ、この突き合わせられた部分を、光吸収剤104が塗布された接合部材105で、樹脂フィルム部材101、102と接合部材との界面に光吸収剤104が位置するように被覆し、該接合部材105で被覆されている箇所にレーザー光100Rを照射して、樹脂フィルム部材101、102と接合部材105とを熱溶着させて接合する方法なども知られている。
樹脂フィルム部材の端面同士を突き合わせて接合して樹脂フィルム接合体とする樹脂フィルム接合体の製造方法であって、
用いるレーザー光の波長に対して前記樹脂フィルム部材よりも光吸収率が高く、算術平均粗さ(Ra)が0.5μm未満である表面を有する光吸収部材を用い、
前記端面同士が突き合わせられた部分を前記表面に当接させ、前記光吸収部材にレーザー光を照射して発熱させることにより、前記樹脂フィルム部材の端面同士を熱溶着させ、前記光吸収部材から前記突き合わせられた部分を剥離して、樹脂フィルム接合体とすることを特徴とする。
すなわち、樹脂フィルム部材同士が互いに端面のみを介して接合された状態となるため、接合部分に段差の少ない樹脂フィルム接合体を製造することができる。そして、このように接合部分の段差を少なくすることができるため、樹脂フィルム接合体を搬送用のローラを用いて搬送した場合には、当該搬送用のローラの損傷等を防止することができる。また、樹脂フィルム接合体を巻き取った場合には、打痕が生じ難くなり、製品の取り出し効率を高くすることができる。
また、光吸収剤を塗布する工程を必要とすることなく樹脂フィルム接合体を作製することができる。従って、光吸収剤を塗布する工程分だけリードタイムを短くでき、また、塗布設備に付随するコストを抑制することができる。さらに、光吸収剤が異物として樹脂フィルム接合体に付着することを抑制することができるため、製品歩留まりを向上させることができる。
加えて、上記表面の算術平均粗さ(Ra)が0.5μm未満であることにより、上記表面の凹凸が少なくなるため、アンカー効果を抑制することができる。これにより、熱溶融した樹脂フィルム部材が光吸収部材の表面に付着することを抑制することができる。従って、熱溶着された樹脂フィルム部材を光吸収部材から剥離し易くすることができ、また、光吸収部材を繰り返し使用することができるため、効率的となる。
従って、かかる樹脂フィルム接合体の製造方法によれば、接合部分の段差を小さくしつつ、光吸収剤の塗布工程を必要とせず、さらに光吸収剤が異物として付着することを抑制しつつ、効率的に樹脂フィルム部材同士を接合して、樹脂フィルム接合体を作製することができる。
また、このような熱可塑性樹脂は、300℃以下の融点を有することが好ましく、250℃以下の融点を有することがより好ましい。上記熱可塑性樹脂が300℃以下の融点を有することによって、樹脂フィルム部材を熱溶融させ易くなる。
また、上記したような熱可塑性樹脂が、融点を持たない非晶質性の熱可塑性樹脂である場合には、上記熱可塑性樹脂は、300℃以下のガラス転移点を有することが好ましく、250℃以下のガラス転移点を有することがより好ましい。上記熱可塑性樹脂が300℃以下のガラス転移点を有することによって、樹脂フィルム部材を熱溶融させ易くなる。
このように、上記熱可塑性樹脂が、300℃以下の融点またはガラス転移点を有することにより、樹脂フィルム部材を熱溶融させ易くなる。
また上記熱可塑性樹脂は、これら樹脂のうち、トリアセチルセルロース樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、シクロオレフィンポリマー、ノルボルネン樹脂またはポリビニルアルコール樹脂のうち少なくとも1つ以上であることが好ましい。これら樹脂は、いずれも300℃以下の融点またはガラス転移点を有するため、上記のように、樹脂フィルム部材を熱溶融させ易くなる。
複数層が積層された樹脂フィルム部材としては、例えば、基材層と、粘着剤付きの保護フィルム層とがラミネートされたものを挙げることができる。
尚、このような複数層が積層された樹脂フィルム部材を熱溶着する場合、各層を一時的に剥離して各層毎に熱溶着してしてもよく、複数層が積層されたまま熱溶着してもよい。例えば、基材層と保護フィルム層との相溶性が悪く、両層を熱溶融させも混合層を形成しない場合には、両層が積層された樹脂フィルム部材同士を熱溶着しても、熱溶着後に基材層と保護フィルム層とを剥離することが可能である。
一方、樹脂フィルム部材の厚みが5μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましい。該厚みが5μm以上であることによって、厚みの分だけ樹脂フィルム接合体の接合強度をより十分に高くすることができる。
なお、「光透過率」は、「100%−“光吸収率(%)”」にて示される値で下記式(1)によって求められる値である。
透過光強度÷入射光強度×100% ・・・(1)
(ただし、「入射光強度」は、「照射光強度−表面反射光強度」によって求められる。)
尚、上記突き合わせられた部分を光吸収部材50aに当接させる方法としては、上記突き合わせられた部分を光吸収部材50aの上面に載置して当接させる方法」(図2)の他、上記突き合わせられた部分を、光吸収部材50aの下面に押し付けて当接させる方法(不図示)等が挙げられる。
尚、照射するレーザーのパワー密度としては、光吸収部材を介してレーザー光Rにより樹脂フィルム部材10、20の突き合わせられた部分を熱溶融し流動化させて強固な接合を得るという観点から、50W/cm2〜3,000W/cm2好ましく、200W/cm2〜1,500W/cm2がさらに好ましく、250W/cm2〜1,000W/cm2が特に好ましい。
また、積算照射量としては、同様の観点から、10J/cm2〜300J/cm2が好ましく、20J/cm2〜150J/cm2がさらに好ましく、30J/cm2〜100J/cm2が特に好ましい。
尚、上記接合工程では、集光レンズによって所望のビームサイズに集光されたスポットビームを、突き合わせられた部分に走査しながら照射することが可能である。また、シリンドリカルレンズや回折光学素子等の光学部材によってライン状のレーザービームを生じさせ、突き合わせられた部分に照射することも可能である。さらに、さらに、突き合わせられた部分に沿ってレーザー光源を複数配置して、無走査によって一括して照射することも可能である。
また、光吸収部材50aは、用いるレーザー光に対して10%以上の光吸収率を有することが好ましく、20%以上の光吸収率を有することがさらに好ましく、30%以上の光吸収率を有することが特に好ましい。
光吸収材50aが、上記10%以上の光吸収率を有することにより、より確実に樹脂フィルム部材を熱溶融させることができる。また、レーザー光のレーザーパワーが比較的低くても、十分に樹脂フィルム部材を熱溶融させることが可能となり、エネルギー効率がより高くなる。
また、上記光吸収率は、光吸収部材50aの厚みや成分比率等によって、調整することができる。
上記のように表面の凹凸を少なくすることができるという観点から、上記算術平均粗さが0.3μm未満であることが好ましく、0.1μm未満あることが更に好ましい。
なお、上記算術平均粗さ(Ra)は、非接触式表面粗さ計(Veeco社製、WYKO、NT−9100、対物レンズ倍率50倍)によって測定することができる。
また、上記算術平均粗さ(Ra)は、光吸収部材50aの表面に化学的研磨法や物理的研磨法等の研磨処理を施すこと等によって調整することができる。
なお、上記十点平均粗さ(Rz)は、非接触式表面粗さ計(Veeco社製、WYKO、NT−9100、対物レンズ倍率50倍)によって測定することができる。
また、上記十点平均粗さ(Rz)は、光吸収部材50aの表面に化学的研磨法や物理的研磨法等の研磨処理を施すこと等によって調整することができる。
尚、ダイヤモンドライクカーボンは、グラファイト構造とダイヤモンド構造が混在するアモルファスカーボンを意味する。
なお、本実施形態の樹脂フィルム接合体の製造方法では、光吸収剤を用いなくてもよいが、一方で、従来よりも少ない量の光吸収剤を用いてもよい。
なお、かかる厚みの差は、例えばレーザー照射条件、加圧条件、加圧部材の硬度等を適宜設定することによって調整することができる。
本発明の樹脂フィルム接合体の製造方法は、上記実施形態の樹脂フィルム接合体の製造方法に限定されず、適宜設計変更可能である。
例えば、上記実施形態の樹脂フィルム接合体の製造方法は、第1の樹脂フィルム部材10の端面に第2の樹脂フィルム部材20の端面を突き合わせるが、本発明の樹脂フィルム接合体の製造方法は、その他、一の樹脂フィルム部材10の端面に該樹脂フィルム部材10の他の端面を突き合わせてもよい。具体的には、本発明の樹脂フィルム接合体の製造方法は、一の樹脂フィルム部材10の一の端部と該一の樹脂フィルム部材10の他の端部とを重ね、該重ねられた端部双方を一度に切断することによってこれらの端部に互いに合致する端面たる切り口を形成させる端面形成工程と、該端面形成工程で形成された一方の端面と他方の端面とを突き合わせる突き合わせ工程と、前記接合工程とを実施してもよい。
端尺は、従来、再利用が十分になされずに廃棄されていたという問題を有するが、斯かる樹脂フィルム接合体の製造方法のように、端尺を樹脂フィルム部材として再利用しつつ、巻き取っても打痕が生じ難い樹脂フィルム接合体を製造することは、材料ロスの抑制や産廃削減の観点からも好ましい。
下記の樹脂フィルム部材、レーザー、加圧部材、ステージを用いた。
樹脂フィルム部材1 トリアセチルセルロース(TAC)フィルム(富士フィルム社製)
厚み 80μm
巾 30mm
融点 280℃
Tg 170℃
光吸収率 1%以下
樹脂フィルム部材2 該樹脂フィルム部材1と同じもの
突合せギャップ 20μm
レーザー 種類 半導体レーザー
ビーム トップハットビーム
波長 940nm
スポット径 2mmφ
レーザーパワー 20W
パワー密度 610W/cm2
走査速度 15mm/s
積算照射量 25J/cm2
加圧部材 石英ガラス板(厚み:10mm)
加圧部材と樹脂フィルム部材との間に、相間部材としてシリコンラバ ー(1mm厚)を挿入
加重 15kgf/cm2で押し付け
ステージ 光吸収部材 DLC部材(厚み:1μm、波長940nmでの光 吸収率:25%、表面の水1μLに対する接触角:70°、酸化温度: 400℃、表面の算術平均粗さ:0.026μm、表面の十点平均粗さ :0.54μm)
土台部 溶融石英ガラス(厚み:5mm)
溶融石英ガラスの一面にDLCを蒸着させることにより、蒸着膜たる DLC部材を作製
樹脂フィルム部材としてポリビニルアルコール(クラレ社製、厚み75μm、巾30mm、融点230℃、光吸収率1%以下)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂フィルム接合体を作製した。
その結果、光吸収剤を用いることなく、段差の無い樹脂フィルム接合体を作製することができた。また、得られた接合体は、引張強度が90N/30mmと良好な接合性を示した。さらに、DLC部材表面に樹脂フィルム部材の付着は認められず、熱溶着した樹脂フィルム部材からDLC部材を容易に剥離することができた。
ステージの光吸収部材として、グラッシーカーボン部材(イビデン社製、厚み:1mm、光吸収率:82%、水1μLに対する接触角:66.8°、酸化温度500℃、算術平均粗さ:0.173μm、十点平均粗さ:8.01μm)を用い、土台部を設けることなくシート状のグラッシーカーボン部材をステージとして用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂フィルム接合体を作製した。
その結果、光吸収剤を用いることなく、段差の無い樹脂フィルム接合体を作製することができた。また、得られた接合体は、引張強度が100N/30mmと良好な接合性を示した。さらに、グラッシーカーボン部材表面に樹脂フィルム部材の付着は認められず、熱溶着した樹脂フィルム部材からグラッシーカーボン部材を容易に剥離することができた。
下記の樹脂フィルム部材、レーザー、加圧部材、ステージを用いた。
樹脂フィルム部材1 シクロオレフィンポリマーフィルム(日本ゼオン社製)
厚み 80μm
巾 30mm
Tg 140℃
光吸収率 1%以下
樹脂フィルム部材2 該樹脂フィルム部材1と同じもの
突合せギャップ 20μm
レーザー 種類 半導体レーザー
ビーム トップハットビーム
波長 940nm
スポット径 2mmφ
レーザーパワー 80W
パワー密度 2546W/cm2
走査速度 25mm/s
積算照射量 203J/cm2
加圧部材 石英ガラス板(厚み:10mm)
加圧部材と樹脂フィルム部材との間に、相間部材としてシリコンラバ ー(1mm厚)を挿入
加重 15kgf/cm2で押し付け
ステージ 光吸収部材 カーボングラファイト部材(厚み:1mm、波長9 40nmでの光吸収率:88.5%、水1μLに対す る接触角:115.6°、酸化温度:500℃、表面 の算術平均粗さ(Ra):0.498μm、表面の十 点平均粗さ(Rz):6.52μm)
土台部を設けることなく、シート状のカーボングラファイト部材をス テージとして使用
その結果、光吸収剤を用いることなく、段差の無い樹脂フィルム接合体を作製することができた。また、得られた接合体は、引張強度が120N/30mmと良好な接合性を示した。さらに、カーボングラファイト部材表面に樹脂フィルム部材の付着は認められず、熱溶着した樹脂フィルム部材からカーボングラファイト部材を容易に剥離することができた。
ポリイミドフィルム(デュポン社製、カプトンV、厚み:75μm)の上面に光吸収剤(Gentex社製 Clearweld(登録商標)LD120C、10nL/mm2)を塗布して、ポリイミドフィルム層と上記光吸収剤層とからなる積層体を作製することにより、上記光吸収剤の波長940nmでの光吸収率を30%に設定した。また、ステージとして光吸収部材が設けられてない土台部のみのものを用い、上記光吸収剤層が上側に配置されるように上記積層体を土台部の上面に載置した後、光吸収剤層上で樹脂フィルム部材1の端面と樹脂フィルム部材2の端面とを突き合わせた。そして、レーザーパワーを50W、走査速度を40mm/secとした。それ以外は、実施例1と同様にして、樹脂フィルム接合体を得た。
その結果、得られた接合体は、引張強度が90N/30mmと良好な接合性を示した。しかし、得られた樹脂フィルム接合体の接合部分周辺をウエス(布)で簡易的にふき取ったところ、光吸収剤に起因する汚れが確認された。従って、この光吸収剤が、所謂ロールトゥロールで樹脂フィルム接合体を搬送する場合に、光吸収剤がニップローラー等への汚れ付着の原因になったりする等の不具合を生じさせ得ることがわかった。
光吸収部材の厚みを0.2μm、光吸収部材の表面の算術平均粗さを、0.08μm、十点平均粗さを、0.61μm、波長940nmでの光吸収率を8%とすること以外は実施例1と同様にして、樹脂フィルム接合体を作製した。
その結果、レーザー光を光吸収部材に照射することよって発生した熱エネルギーが不十分であったため、樹脂フィルム接合体のせん断速度が10N/30mmと低く、接合が不十分であった。
光吸収部材の厚みを0.2μm、光吸収部材の表面の算術平均粗さを、0.08μm、十点平均粗さを、0.61μm、波長940nmでの光吸収率を8%とし、レーザーパワーを80Wとすること以外は実施例1と同様にして、樹脂フィルム接合体を作製した。
その結果、得られた接合体は、せん断速度が90N/30mmと良好な接合性を示した。しかし、接合に必要なエネルギーが多く、省エネルギーを図ることはできなかった。
ステージとして光吸収部材が設けられてない土台部のみのものを用いること以外は、実施例1と同様にして、樹脂フィルム接合体を作製した。このとき、土台部たる石英ガラス板における波長940nmでの光吸収率は1%未満であり、水1μLに対する接触角は67°、酸化温度1600℃、算術平均粗さ:0.038μm、十点平均粗さ:0.33μm)であった。
その結果、石英ガラス板は、光吸収性が不十分であったため、樹脂フィルム部材1及び2を熱溶融させるのに十分な熱エネルギーを発生させることができなかったことから、樹脂フィルム部材1及び2を接合することができなかった。
光吸収部材として、カーボングラファイト(厚み1.2mm、波長940nmでの光吸収率:91%、水1μLに対する接触角:120°、酸化温度500℃、算術平均粗さ:0.580μm、十点平均粗さ:6.5μm)を用い、土台部の上面に該カーボングラファイト層を形成してステージを作製したこと以外は実施例1と同様にして、樹脂フィルム部材1の端面と樹脂フィルム部材2の端面を熱溶着した。
そして、このように熱溶着した樹脂フィルム部材1及び樹脂フィルム部材2を光吸収部材から剥離したところ、樹脂フィルム部材1及び樹脂フィルム部材2の少なくともいずれか一方に起因するTACが付着していた。
このため、この光吸収部材は、再利用することができなかった。
(比較例4)
光吸収部材として、カーボングラファイト(厚み1mm、波長940nmでの光吸収率:90%、水1μLに対する接触角:121°、酸化温度500℃、算術平均粗さ:0.51μm、十点平均粗さ:12.6μm)を用い、土台部の上面に該カーボングラファイト層を形成してステージを作製したこと以外は実施例1と同様にして、樹脂フィルム部材1の端面と樹脂フィルム部材2の端面を熱溶着した。
そして、このように熱溶着した樹脂フィルム部材1及び樹脂フィルム部材2を光吸収部材から剥離したところ、樹脂フィルム部材1及び樹脂フィルム部材2の少なくともいずれか一方に起因するTACが付着していた。
このため、この光吸収部材は、再利用することができなかった。
Claims (8)
- 樹脂フィルム部材の端面同士を突き合わせて接合して樹脂フィルム接合体とする樹脂フィルム接合体の製造方法であって、
用いるレーザー光の波長に対して前記樹脂フィルム部材よりも光吸収率が高く、算術平均粗さ(Ra)が0.5μm未満である表面を有する光吸収部材を用い、
前記端面同士が突き合わせられた部分を前記表面に当接させ、前記光吸収部材にレーザー光を照射して発熱させることにより、前記樹脂フィルム部材の端面同士を熱溶着させ、前記光吸収部材から、突き合わせられた部分を剥離して、樹脂フィルム接合体とすることを特徴とする樹脂フィルム接合体の製造方法。 - 前記表面の十点平均粗さ(Rz)が、10μm未満であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
- 前記光吸収部材は、前記レーザー光の波長に対して10%以上の光吸収率を有することを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
- 前記光吸収部材は、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボンまたはカーボングラファイトを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
- 前記レーザー光は、800nm以上2000nm以下の波長を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
- 前記樹脂フィルム部材は、150μm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
- 前記樹脂フィルム部材が300℃以下の融点またはガラス転移点を有する熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
- 前記樹脂フィルム部材は、トリアセチルセルロース樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、シクロオレフィンポリマー、ノルボルネン樹脂またはポリビニルアルコール樹脂のいずれか1つ以上を含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の樹脂フィルム接合体の製造方法。
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