JP2020006379A - レーザー加工用保護フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】主波長１０００〜１１００ｎｍのレーザー光によるレーザーカット性が良好なレーザー加工用保護フィルムを提供する。【解決手段】白色レーザー吸収層を有する基材フィルムと、前記基材フィルムの少なくとも一方の面に配置された粘着層とを有するレーザー加工用保護フィルムであって、前記白色レーザー吸収層が、レーザー吸収剤としての酸化チタンと、分散剤としての有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛とを含有する。前記有機酸マグネシウムが、ステアリン酸マグネシウムであり、前記有機酸亜鉛が、ステアリン酸亜鉛であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、主波長１０００〜１１００ｎｍのレーザー光を用いて加工するための保護フィルムに関する。

レーザー光による加工技術は、各種材料（被着体）の切断や孔あけ等に広く用いられている。具体的には、レーザー加工用保護フィルムを被着体の加工領域に貼り付け、レーザー加工用保護フィルムの上からレーザー光を照射して、レーザー加工用保護フィルムごと切断や孔あけを行う。

従来、レーザー加工の分野では炭酸ガスレーザー（主波長９．３〜１０．６μｍ）による加工が一般的であったが、近年、より精密加工に適している短波長レーザー（主波長１０００〜１１００ｎｍ）による加工への関心が強くなっている。しかし、炭酸ガスレーザーによる加工で用いていたレーザー加工用保護フィルムをそのまま短波長レーザーによる加工に用いた場合には高品質に切断や孔あけができないことがあり、短波長レーザーによる加工に適したレーザー加工用保護フィルムの開発が望まれていた。

特許文献１には、基材としての樹脂フィルムと、該樹脂フィルムの少なくとも一方の面に設けられた粘着剤層とを備え、前記基材は、波長１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲におけるレーザ光吸収率が２０％以上であり、前記基材は、前記レーザ光吸収率を高めるレーザ光吸収剤を備えたレーザ光吸収層を包含する、粘着フィルムが記載されている。特許文献２には、基材としての樹脂フィルムと、該樹脂フィルムの少なくとも一方の面に設けられた粘着剤層と、を備え、前記樹脂フィルムは、少なくとも２層からなる多層構造を有し、前記樹脂フィルムは、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲におけるレーザ光反射率が５％以上４０％以下であり、かつ該波長範囲におけるレーザ光透過率が５％以下である、粘着フィルムが記載されている。

特開２０１３−１８９６３号公報 特開２０１４−５３７２号公報

しかし、特許文献１〜２では、例えばレーザ光吸収剤として酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いた場合のレーザーカット性は必ずしも十分ではなく、その改良が望まれていた。

そこで、本発明は、例えば主波長１０００〜１１００ｎｍのレーザー光によるレーザーカット性が良好なレーザー加工用保護フィルムを提供することを目的とする。

本発明は、白色レーザー吸収層を有する基材フィルムと、前記基材フィルムの少なくとも一方の面に配置された粘着層とを有するレーザー加工用保護フィルムであって、前記白色レーザー吸収層が、レーザー吸収剤としての酸化チタンと、分散剤としての有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛とを含有するレーザー加工用保護フィルムである。

本発明によれば、主波長１０００〜１１００ｎｍのレーザー光によるレーザーカット性が良好なレーザー加工用保護フィルムを提供することができる。

本発明に係るレーザー加工用保護フィルムの構成例を示す断面図である。

本発明に係るレーザー加工用保護フィルムは、被着体の加工領域の表面に貼り付けて、その上方から主波長１０００〜１１００ｎｍの短波長レーザー光を照射することで、被着体（及びレーザー加工用保護フィルム）を切断や孔あけ等の加工をするのに適したものであるが、他の波長域のレーザー光による加工にも用いることができる。被着体の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ、銅などが挙げられる。

本発明に係るレーザー加工用保護フィルムの構成例を図１（断面図）に示す。本発明に係るレーザー加工用保護フィルム１は、少なくとも、白色レーザー吸収層１１を有する基材フィルム１０と、基材フィルム１０の少なくとも一方の面に配置された粘着層２０とを有するものである。基材フィルム１０は、図１に示すように、白色レーザー吸収層１１／黒色レーザー吸収層１２／保護層１３の層構成を有することが好ましく、このとき粘着層２０は基材フィルム１０の保護層１３側に配置されることが好ましい。さらに、図１に示すように、基材フィルム１０の保護層１３と粘着層２０との間にプライマー層３０を有することもできる。

白色レーザー吸収層１１は、レーザー吸収剤としての酸化チタン（ＴｉＯ_２）と、分散剤としての有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛とを含有し、通常は白色又は白色系の色を呈している。レーザー吸収剤として酸化チタンを用いた白色レーザー吸収層は反射率が高く透過率が低いことからレーザーカット性に劣る場合があったが、その白色レーザー吸収層に特定の分散剤を配合することで、レーザー吸収剤の配合量が同じであっても反射率が下がり透過率が上がることでレーザーカット性が向上する。なお、レーザー吸収剤及び分散剤は、通常、ベース樹脂に配合されており、その樹脂組成物により白色レーザー吸収層１１が形成される。

白色レーザー吸収層１１に使用するベース樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン−ポリプロピレンブレンド樹脂、ポリエステル樹脂などが好適に用いられ、特にポリエチレンが好ましい。

ベース樹脂は、保護フィルムとして被着体への貼り合せ適性、また剥離作業のし易いある程度の柔軟性とコシ、また、レーザー加工時にレーザー光エネルギーによって比較的容易に溶融、焼失することが望ましい。

白色レーザー吸収層１１に配合されるレーザー吸収剤としての酸化チタンの量は、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％が好ましく、更には２ｗｔ％〜６ｗｔ％が好ましい。酸化チタンの量が０．１ｗｔ％以上であれば、レーザー吸収性が良好となり、酸化チタンの量が１０ｗｔ％以下であれば、レーザーの反射率が小さくエネルギーロスが小さくなるため、レーザーカット加工性が良好となる。

白色レーザー吸収層１１に配合されるレーザー吸収剤として酸化チタン以外の成分が配合されていてもよい。酸化チタン以外のレーザー吸収剤としては、カルシウム、アルミニウムの酸化物、炭化物等が挙げられる。

白色レーザー吸収層１１に配合される有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛は、レーザー吸収剤としての酸化チタンの分散剤として機能するものであり、例えば、飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸のマグネシウム塩及び亜鉛塩を用いることができる。分散剤として有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛の両方を用いることで、レーザー吸収剤（酸化チタン）の配合量が同じで吸収率は同等であっても、反射率が下がることでエネルギーロスが減り、透過率が上がることで、レーザーカット性が向上する。

飽和脂肪酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、過プリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸等のモノ飽和脂肪酸；シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等のジ飽和脂肪酸が挙げられる。不飽和脂肪酸としては、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、エルカ酸、ネルボン酸等のモノ不飽和脂肪酸；リノール酸、エイコサジエン酸、ドコサジエン酸等のジ不飽和脂肪酸；リノレイン酸、ピノレン酸、エレオステアリン酸、ミード酸、エイコサトリエン酸等のトリ不飽和脂肪酸が挙げられる。なかでも、飽和脂肪酸が好ましく、炭素数６〜２０の飽和脂肪酸がより好ましく、ステアリン酸がさらに好ましい。

白色レーザー吸収層１１に配合される有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛の量は、それぞれ独立して、０．０１ｗｔ〜１ｗｔ％が好ましく、更には０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％が好ましい。有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛の量が０．０１ｗｔ％以上であれば、レーザー吸収性が良好となり、有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛の量が１ｗｔ％以下であれば、レーザーカット加工性が良好となる。

白色レーザー吸収層１１の厚みは、２０〜７０μｍが好ましく、更には４０〜６０μｍであることが好ましい。白色レーザー吸収層１１の厚みが２０μｍ以上であれば外観の意匠性が良好となり、白色レーザー吸収層１１の厚みが７０μｍ以下であればレーザーカット加工性が良好となる。

白色レーザー吸収層１１単層における波長１０６０ｎｍのレーザー光の反射率は４０％以下であることが好ましく、３５％以下であることがより好ましく、３０％以下であることがさらに好ましい。レーザー光の反射率が４０％以下であれば、レーザー光透過率が上がり、加工時のエネルギー効率が上がることから、レーザーカット性が向上する。白色レーザー吸収層１１単層における波長１０６０ｎｍのレーザー光の反射率は低くても構わないが、通常は１０％以上である。

白色レーザー吸収層１１単層における波長１０６０ｎｍのレーザー光の透過率は５０％以上であることが好ましく、５５％以上であることがより好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。レーザー光の透過率が５０％以上であれば、レーザー光が白色レーザー吸収層１１を透過しやすくなり加工時のエネルギー効率が上がることから、レーザーカット性が向上する。白色レーザー吸収層１１単層における波長１０６０ｎｍのレーザー光の透過率は高くても構わないが、通常は８０％以下である。

黒色レーザー吸収層１２は、レーザー光をほぼ透過させずに吸収し、保護フィルム自身を溶融・焼失するためのレーザー吸収層であり、通常はベース樹脂にカーボンブラックを配合した樹脂組成物が好適に用いられることから、黒色又は黒色系の色を呈している。黒色レーザー吸収層１２に使用するベース樹脂としては、白色レーザー吸収層１１に使用するベース樹脂と同様のものを用いることができる。黒色レーザー吸収層１２に配合されるカーボンブラックの量は、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％が好ましく、更には３ｗｔ％〜８ｗｔ％が好ましい。カーボンブラックの量が０．１ｗｔ％以上であればレーザー光の吸収効率が上がりレーザーカット性が良好となり、カーボンブラックの量が１０ｗｔ％以下であれば被着体切断後に残渣が目立ちにくくなる。

黒色レーザー吸収層１１に配合されるレーザー吸収剤として、カーボンブラック以外の成分が配合されていてもよい。カーボンブラック以外のレーザー吸収剤としては、鉄、銅、クロムの酸化物や、それらの合金の酸化物等が挙げられる。

黒色レーザー吸収層１２の厚みは、１０〜６０μｍが好ましく、更には２０〜４０μｍが好ましい。

ここで、黒色レーザー吸収層１２は、配合されているカーボンブラックの影響などにより金属との密着性が高く、黒色レーザー吸収層１２が白色レーザー吸収層１１の対面に配置された２層構造の基材フィルム１０の場合、成膜した後のダイスからの色抜けが悪く、ダイスの分解・掃除・洗浄などに時間を要するため、作業効率が低下する場合がある。そこで、図１に示すように、黒色レーザー吸収層１２の表面を覆う保護層１３を配置することで、基材フィルム１０の層構成を白色レーザー吸収層１１／黒色レーザー吸収層１２／保護層１３とすることが好ましい。

保護層１３を形成する樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン−ポリプロピレンブレンド樹脂、ポリエステル樹脂などが好適に用いられる。なかでも、ポリエチレン−ポリプロピレンのブレンド材料が好ましい。保護層１３をポリエチレン−ポリプロピレンのブレンド材料で形成すると、保護層１３と粘着層２０の間にポリプロピレン系接着樹脂で形成されたプライマー層を形成することができ、粘着層２０を配置するにあたり、基材フィルム１０の保護層１３表面にコロナ処理がなくても粘着層２０を形成することが可能となる。また、保護層１３には、白色レーザー吸収層１１と同様に、レーザー吸収剤としての酸化チタン（ＴｉＯ_２）と、分散剤としての有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛が配合されていることが好ましい。保護層１３は、通常は白色又は白色系の色を呈しているか、無色透明又は透光性を有する色を呈している。

保護層１３の厚みは、５〜３０μｍが好ましく、更には１０〜２０μｍが好ましい。保護層１３の厚みが３０μｍを超えると、自身の溶融・焼失のためエネルギー効率が下がり、レーザーカット性に劣る場合がある。

粘着層２０は、基材フィルム１０を被着体と接着させるための層である。粘着層２０を形成する粘着剤としては、合成ゴム系粘着剤、天然ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤などが挙げられる。

粘着層２０の厚みは、５〜２０μｍ程度が好ましい。粘着層２０の厚みが５μｍ未満では被着体への密着・馴染み不足となる恐れがあり、また、粘着層２０の厚みが２０μｍを超えると粘着力が強過ぎ、剥離作業性に劣る可能性がある。

保護層１３と粘着層２０との間には、プライマー層３０を形成することもできる。プライマー層３０を形成することにより、保護層１３と粘着層２０との良好な接着性を実現することができ、基材フィルム１０の保護層１３側表面をコロナ処理する必要がなくなり、あるいはコロナ処理が設備上困難なケースにも対応が可能となる。プライマー層３０を形成する樹脂としては、ポリプロピレン系接着樹脂とゴム系粘着剤のブレンド層などが挙げられる。

本発明に係るレーザー加工用保護フィルムは、上記以外の層を有していてもよい。上記以外の層としては、白色レーザー吸収層１１の上に離型剤を塗工し、離型層を形成することができる。これにより、粘着層２０を該離型層に直に巻き取る構成としても、フィルムを容易に繰出すことが可能となる。

以上のようなレーザー加工用保護フィルムは、主波長１０００〜１１００ｎｍのレーザー光によるレーザーカット性が良好なものとなる。

＜実施例１＞
低密度ＰＥ（密度：０．９２ｇ／ｍ^３）９６．７ｗｔ％に、酸化チタン３ｗｔ％と、ステアリン酸亜鉛０．２ｗｔ％と、ステアリン酸マグネシウム０．１ｗｔ％とを配合して、白色レーザー吸収層１１を形成する樹脂組成物を得た。低密度ＰＥ（密度：０．９２ｇ／ｍ^３）９４ｗｔ％に、カーボンブラック６ｗｔ％を配合して、黒色レーザー吸収層１２を形成する樹脂組成物を得た。低密度ＰＥ（密度：０．９２ｇ／ｍ^３）７０ｗｔ％に、ポリプロピレン−エチレンランダムコポリマー（密度：０．９０ｇ／ｍ^２）２８．８ｗｔ％と、酸化チタン１．０ｗｔ％と、ステアリン酸亜鉛０．１ｗｔ％と、ステアリン酸マグネシウム０．１ｗｔ％とを配合して、保護層１３を形成する樹脂組成物を得た。

得られた各樹脂組成物を用いて、白色レーザー吸収層１１（厚さ：４０μｍ）／黒色レーザー吸収層１２（厚さ：３０μｍ）／保護層１３（厚さ：１０μｍ）となるように押し出し機にて成膜することで、基材フィルム１０を得た。この基材フィルム１０の保護層１３にコロナ放電処理を施した上で、天然ゴム系粘着剤１００部に、粘着付与剤としてロジンエステル１５部とイソシアネート（ＴＤＩ）系架橋剤１部とをトルエンを添加して混合したものを、固形塗布量１０ｇ／ｍ^２となるように塗工することで、粘着層２０を形成し、レーザー加工用保護フィルム１を得た。

＜比較例１＞
白色レーザー吸収層１１及び保護層１３にステアリン酸亜鉛を配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、レーザー加工用保護フィルムを得た。

＜比較例２＞
白色レーザー吸収層１１及び保護層１３にステアリン酸マグネシウムを配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、レーザー加工用保護フィルムを得た。

＜比較例３＞
白色レーザー吸収層１１及び保護層１３にステアリン酸亜鉛及びステアリン酸マグネシウムを配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、レーザー加工用保護フィルムを得た。

＜評価１：レーザー光の反射率・透過率＞
株式会社島津製作所製自記分光光度計（型番：ＵＶ−３１５０）を用いて、実施例１及び比較例１〜３で得られたレーザー加工用保護フィルムの白色レーザー吸収層１１及び保護フィルム１における波長１０６０ｎｍのレーザー光の反射率及び透過率を測定した。また、吸収率［％］＝１００［％］−反射率［％］−透過率［％］にて吸収率を算出した。結果を表１及び表２に示す。

＜評価２：レーザーカット性＞
三菱電機製ファイバーレーザー加工機（型番：ＭＬ３０１５ｅＸ−Ｆ６０）を用いて、実施例１及び比較例１〜３で得られたレーザー加工用保護フィルムを貼り付けた厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４板（２Ｂ仕上げ）のレーザー加工を行い、以下の基準で評価した。結果を表２に示す。
○：良好
×：不良発生

以上の結果より、レーザー吸収剤としての酸化チタンと、分散剤としての有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛とを含有する白色レーザー吸収層を有するレーザー加工用保護フィルムを用いることで、レーザーカット性が向上することが分かる。

１ レーザー加工用保護フィルム
１０ 基材フィルム
１１ 白色レーザー吸収層
１２ 黒色レーザー吸収層
１３ 保護層
２０ 粘着層
３０ プライマー層

Claims (6)

1. 白色レーザー吸収層を有する基材フィルムと、
   前記基材フィルムの少なくとも一方の面に配置された粘着層と
   を有するレーザー加工用保護フィルムであって、
   前記レーザー吸収層が、レーザー吸収剤としての酸化チタンと、分散剤としての有機酸マグネシウム及び有機酸亜鉛とを含有する
   レーザー加工用保護フィルム。
2. 前記有機酸マグネシウムが、ステアリン酸マグネシウムであり、
   前記有機酸亜鉛が、ステアリン酸亜鉛である
   請求項１に記載のレーザー加工用保護フィルム。
3. 前記白色レーザー吸収層単層における波長１０６０ｎｍのレーザー光の反射率が４０％以下であり、前記白色レーザー吸収層単層における波長１０６０ｎｍのレーザー光の透過率が５０％以上である
   請求項１又は２に記載のレーザー加工用保護フィルム。
4. 前記基材フィルムが、白色レーザー吸収層／黒色レーザー吸収層／保護層の層構成を有し、
   前記粘着層が、前記基材フィルムの前記保護層側に配置されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー加工用保護フィルム。
5. 前記保護層が、ポリエチレンとポリプロピレンのブレンド材料で形成された層である
   請求項４に記載のレーザー加工用保護フィルム。
6. 前記保護層と前記粘着層との間にプライマー層を有する
   請求項４又は５に記載のレーザー加工用保護フィルム。

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