JP2898701B2 - 可塑性材料、特に包装材料に弱い線または溝を形成する方法 - Google Patents
可塑性材料、特に包装材料に弱い線または溝を形成する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、CO2レーザビームによる局所的な蒸発ま
たは劣化によって、可塑性材料、特に包装材料に弱い線
lines of weaknessを形成する方法に関し、CO2レーザビ
ームと、可塑性材料若しくは包装材料はお互いに移動可
能である。この方法は、また可塑性材料に溝を掘る（gr
ooving）ために使用することができる。
たは劣化によって、可塑性材料、特に包装材料に弱い線
lines of weaknessを形成する方法に関し、CO2レーザビ
ームと、可塑性材料若しくは包装材料はお互いに移動可
能である。この方法は、また可塑性材料に溝を掘る（gr
ooving）ために使用することができる。
従来の技術 このような方法は、米国特許3909582によって公知で
ある。CO2レーザビームは、工業用には従来波長固定CO2
レーザによって供給されており、このCO2レーザは、一
定の波長10.6μｍの放射エネルギを供給する。包装材料
は、CO2レーザビームの下を一定の移動速度で通過し、
結局のところ、加工速度は実質上移動する包装材料の放
射線吸収能によって決定される。この放射線吸収能は物
質の特性の１つであり、異なった物質では非常に異なっ
た値を持つ。高い吸収能は、材料に供給された放射エネ
ルギが、たとえば熱などの蒸発若しくは劣化エネルギ効
果を形成することによって、実質上材料を弱めるために
転化して使用されることを意味する。結果として、これ
らの材料の加工速度は速い。低い吸収能は低い加工速度
を意味し、ある種の包装材料ではその吸収能が低いため
に、実際のところ従来のCO2レーザによっては、弱い線
を形成するのは難しい。
ある。CO2レーザビームは、工業用には従来波長固定CO2
レーザによって供給されており、このCO2レーザは、一
定の波長10.6μｍの放射エネルギを供給する。包装材料
は、CO2レーザビームの下を一定の移動速度で通過し、
結局のところ、加工速度は実質上移動する包装材料の放
射線吸収能によって決定される。この放射線吸収能は物
質の特性の１つであり、異なった物質では非常に異なっ
た値を持つ。高い吸収能は、材料に供給された放射エネ
ルギが、たとえば熱などの蒸発若しくは劣化エネルギ効
果を形成することによって、実質上材料を弱めるために
転化して使用されることを意味する。結果として、これ
らの材料の加工速度は速い。低い吸収能は低い加工速度
を意味し、ある種の包装材料ではその吸収能が低いため
に、実際のところ従来のCO2レーザによっては、弱い線
を形成するのは難しい。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、可塑性材料、特に包装材料のCO2レ
ーザによる加工速度を増加させること、または波長固定
CO2レーザによって弱化させることが難しい一群の可塑
性材料の加工可能性を増加させることである。
ーザによる加工速度を増加させること、または波長固定
CO2レーザによって弱化させることが難しい一群の可塑
性材料の加工可能性を増加させることである。
課題を解決するための手段 本発明は、CO2レーザビームによる局所的な蒸発また
は劣化によって、可塑性材料、特に包装材料に弱い線ま
たは溝を形成し、前記CO2レーザビームと、可塑性材料
もしくは包装材料はお互いに移動が可能である方法にお
いて、 加工する可塑性材料もしくは包装材料のレーザ効率と
吸収能との積が最も高くなる波長に、波長を合せる波長
可変CO2レーザを用いてCO2レーザビームを発生させるこ
とを特徴とする方法である。
は劣化によって、可塑性材料、特に包装材料に弱い線ま
たは溝を形成し、前記CO2レーザビームと、可塑性材料
もしくは包装材料はお互いに移動が可能である方法にお
いて、 加工する可塑性材料もしくは包装材料のレーザ効率と
吸収能との積が最も高くなる波長に、波長を合せる波長
可変CO2レーザを用いてCO2レーザビームを発生させるこ
とを特徴とする方法である。
また本発明は、包装材料が複合混合物材料の異なる複
数の層を含んで構成され、波長可変CO2レーザは、他の
層が弱められても、混合材料のある層にとっては実際上
影響を受けないような低い吸収値を持つ波長に同調され
ることを特徴とする。
数の層を含んで構成され、波長可変CO2レーザは、他の
層が弱められても、混合材料のある層にとっては実際上
影響を受けないような低い吸収値を持つ波長に同調され
ることを特徴とする。
また本発明は、前記複合混合物材料の異なる複数の層
がキャリアフィルムとそれに用いられるコーティング層
とを含んで構成され、波長可変CO2レーザはコーティン
グ層に対しては高い吸収値を持ち、キャリアフィルムに
対しては低い吸収値を持つ波長に同調されることを特徴
とする。
がキャリアフィルムとそれに用いられるコーティング層
とを含んで構成され、波長可変CO2レーザはコーティン
グ層に対しては高い吸収値を持ち、キャリアフィルムに
対しては低い吸収値を持つ波長に同調されることを特徴
とする。
作 用 本発明に従えば、加工する可塑性材料の種類によっ
て、レーザ効率と吸収能との積が最高になるように、波
長を選択し、波長可変CO2レーザを用いてこの波長のCO2
レーザビームを発生させ、これを加工する可塑性材料に
照射する。これによって加工速度を増加させることおよ
び従来の波長固定CO2レーザによっては弱化させること
が難しい一群と可塑性材料の加工が可能になる。
て、レーザ効率と吸収能との積が最高になるように、波
長を選択し、波長可変CO2レーザを用いてこの波長のCO2
レーザビームを発生させ、これを加工する可塑性材料に
照射する。これによって加工速度を増加させることおよ
び従来の波長固定CO2レーザによっては弱化させること
が難しい一群と可塑性材料の加工が可能になる。
また可塑性材料が包装材料であって、複合混合物材料
の異なる複数の層で構成されているとき、ある層が弱化
され、他の層がほとんど影響を受けないようにCO2レー
ザの波長を選択して、包装材料を加工することができ
る。
の異なる複数の層で構成されているとき、ある層が弱化
され、他の層がほとんど影響を受けないようにCO2レー
ザの波長を選択して、包装材料を加工することができ
る。
また複合混合物材料の異なる複数の層がキャリアフレ
ームとコーティング層とで構成されているとき、コーテ
ィング層が弱化され、キャリアフィルムがほとんど影響
を受けないようにCO2レーザの波長を選択して、コーテ
ィング層のみを弱化させることもできる。
ームとコーティング層とで構成されているとき、コーテ
ィング層が弱化され、キャリアフィルムがほとんど影響
を受けないようにCO2レーザの波長を選択して、コーテ
ィング層のみを弱化させることもできる。
実施例 以下、実施例および図面を参照にして、本発明を詳細
に説明する。
に説明する。
第１図はCO2レーザの波長と、その波長のレーザによ
って供給されるパワーとの関係を概略的に示すグラフで
あり、第２図はCO2同位体のうち、C12O2 16レーザの波長
とその波長のレーザによって供給されるパワーおよびレ
ーザ効率を正確に示す表であり、第３図はポリプロピレ
ンフィルムの透過スペクトルであり、第４図はポリエス
テルフィルムの透過スペクトルである。
って供給されるパワーとの関係を概略的に示すグラフで
あり、第２図はCO2同位体のうち、C12O2 16レーザの波長
とその波長のレーザによって供給されるパワーおよびレ
ーザ効率を正確に示す表であり、第３図はポリプロピレ
ンフィルムの透過スペクトルであり、第４図はポリエス
テルフィルムの透過スペクトルである。
波長可変CO2レーザ このようなレーザは今日までに知られており、化学的
な研究に用いられている。このタイプのCO2レーザの作
動範囲は、波長8.9−11.4μｍの間である。たとえば、
レーザ管の一端にある回折格子を回転することによっ
て、上記に記載した範囲内において、一定の波長にレー
ザの波長を合わせることができる。全ての波長がレーザ
反応を起こすわけではなく、レーザによって供給される
パワーは、選ばれた波長に依存する。従来の最も存在比
率の高い酸素と炭素の組合わせであるCO2同位体−C12O2
16においては、80の遷移（transition）とレーザ反応を
引起こす9R,9P,10Rおよび10P（第１図参照）の４つの範
囲における波長分布が見いだされている。レーザによっ
て供給されるパワーまたは、効率は波長に依存する。第
１表（第２図）に示したように、60WのCO2レーザは、9R
−10Pの範囲において異なった遷移（Ａ欄）、関連した
波長μｍ（Ｂ欄）、その逆数値（Ｃ欄）、供給されたパ
ワー（Ｄ欄）、効率（Ｅ欄）を示す。第１表から明らか
なように、9R,9P,10Rおよび10Pの範囲におけるピークは
同じレベルではないが、第１図においては簡便のために
同じ値としている。
な研究に用いられている。このタイプのCO2レーザの作
動範囲は、波長8.9−11.4μｍの間である。たとえば、
レーザ管の一端にある回折格子を回転することによっ
て、上記に記載した範囲内において、一定の波長にレー
ザの波長を合わせることができる。全ての波長がレーザ
反応を起こすわけではなく、レーザによって供給される
パワーは、選ばれた波長に依存する。従来の最も存在比
率の高い酸素と炭素の組合わせであるCO2同位体−C12O2
16においては、80の遷移（transition）とレーザ反応を
引起こす9R,9P,10Rおよび10P（第１図参照）の４つの範
囲における波長分布が見いだされている。レーザによっ
て供給されるパワーまたは、効率は波長に依存する。第
１表（第２図）に示したように、60WのCO2レーザは、9R
−10Pの範囲において異なった遷移（Ａ欄）、関連した
波長μｍ（Ｂ欄）、その逆数値（Ｃ欄）、供給されたパ
ワー（Ｄ欄）、効率（Ｅ欄）を示す。第１表から明らか
なように、9R,9P,10Rおよび10Pの範囲におけるピークは
同じレベルではないが、第１図においては簡便のために
同じ値としている。
CO2レーザが他の同位体、たとえばC1302 16またはC12O
2 18を備えている場合には、第１図に示したように8.9−
11.4μｍの波長域におけるレーザ反応のために、9R−10
Pの範囲においてシフトが示される。同位体C1202 16を備
えたCO2レーザにおいては、10.6μｍの波長において最
大のパワーが供給されるが、その波長でのレーザ反応
は、同位体C12O2 18ではおこりにくく、さらに同位体C13
02 16では存在しない。
2 18を備えている場合には、第１図に示したように8.9−
11.4μｍの波長域におけるレーザ反応のために、9R−10
Pの範囲においてシフトが示される。同位体C1202 16を備
えたCO2レーザにおいては、10.6μｍの波長において最
大のパワーが供給されるが、その波長でのレーザ反応
は、同位体C12O2 18ではおこりにくく、さらに同位体C13
02 16では存在しない。
包装材料の吸収能 実施例１ 米国特許3909582は、10.6μｍの波長の放射エネルギ
に対して異なった包装材料が異なった吸収能を持つこと
を開示している。この吸収能は、従来の不変CO2レーザ
（波長10.6μｍ）を用いて弱い線を形成する際の加工速
度の計測手段である。
に対して異なった包装材料が異なった吸収能を持つこと
を開示している。この吸収能は、従来の不変CO2レーザ
（波長10.6μｍ）を用いて弱い線を形成する際の加工速
度の計測手段である。
包装材料を赤外線分光計を用いて調べると、吸収能は
波長に強く依存することが判る。
波長に強く依存することが判る。
第３図は、20μｍの厚さのポリプロピレンフィルムの
波長に対する透過率（％）をプロットした曲線である。
10.6μｍの波長において、透過値は±84％である。ポリ
プロピレンフィルムに供給された放射エネルギのうち、
84％が材料を透過し、供給されたたった16％のエネルギ
も一部は反射され、そして一部がポリプロピレンフィル
ムに吸収される。反射されたエネルギの量も赤外線分光
計によって決定することができ、8.9−11.4μｍの波長
域において、０〜10％まで値を変える。したがって、供
給されたエネルギのうち、たった±11％がフィルム中に
吸収されて残るのである。結局のところ、従来のCO2レ
ーザを用いて、このようなポリプロピレンに弱い線を形
成することは難しく、またその加工速度は遅い。
波長に対する透過率（％）をプロットした曲線である。
10.6μｍの波長において、透過値は±84％である。ポリ
プロピレンフィルムに供給された放射エネルギのうち、
84％が材料を透過し、供給されたたった16％のエネルギ
も一部は反射され、そして一部がポリプロピレンフィル
ムに吸収される。反射されたエネルギの量も赤外線分光
計によって決定することができ、8.9−11.4μｍの波長
域において、０〜10％まで値を変える。したがって、供
給されたエネルギのうち、たった±11％がフィルム中に
吸収されて残るのである。結局のところ、従来のCO2レ
ーザを用いて、このようなポリプロピレンに弱い線を形
成することは難しく、またその加工速度は遅い。
第３図のグラフは、さらに透過値の２つの最小値、す
なわち10.02および10.28μｍを示す。透過値はこのとき
±41％であり、吸収能は100％−（41％±５％）＝±54
％であり、ファクタは波長10.6μｍのときの５倍であ
る。もし、10.02若しくは10.28μｍの波長を持つ放射エ
ネルギが得られるならば、ポリプロピレンフィルムの加
工可能性は非常に増加することになる。
なわち10.02および10.28μｍを示す。透過値はこのとき
±41％であり、吸収能は100％−（41％±５％）＝±54
％であり、ファクタは波長10.6μｍのときの５倍であ
る。もし、10.02若しくは10.28μｍの波長を持つ放射エ
ネルギが得られるならば、ポリプロピレンフィルムの加
工可能性は非常に増加することになる。
第２図は、波長可変CO2レーザ（同位体CO12O2 16）を
用いて、波長10.274（約10.28）μｍにおいてよい効率
（±83％）をもつ遷移が得られることを示している。し
かし10.2μｍの波長では、他のCO同位体（C13O2 16）を
用いなければ、CO2レーザ反応が起こらないことを示し
ている（第１図参照）。
用いて、波長10.274（約10.28）μｍにおいてよい効率
（±83％）をもつ遷移が得られることを示している。し
かし10.2μｍの波長では、他のCO同位体（C13O2 16）を
用いなければ、CO2レーザ反応が起こらないことを示し
ている（第１図参照）。
実施例２ 第４図は、厚さ12μｍのポリエステルフィルム（PE
T、ポリエチレン テレフタレート）の波長に対する透
過値（％）をプロットした曲線である。波長10.6μｍに
おいて、透過値は±75％であり、したがって吸収能は低
い。この透過値のグラフは、３つの極小値、すなわち9.
60,9.81,10.29μｍを有する。また第２図は、9.604（約
9.60）μｍの波長において、レーザは53.0Wを供給でき
ることを示し、10.274（約10.28）μｍの波長におい
て、レーザは50.0Wを供給できることを示している。9.8
1μｍの波長においては、レーザ反応は少ししか起こら
ないか、もしくは全く起こらない。一方9.2〜9.3μｍの
波長範囲における透過値は、9.60,10.29μｍにおける透
過値よりも小さく、レーザによって高いパワー（46.0〜
60.0W）が供給され、いくつもの遷移が選択される。し
たがって、ポリエステルフィルムの加工においては、9.
2−9.3μｍの波長を選択することはよりよい。というの
は、この波長における製品のレーザ効率×吸収能は、波
長9.81μｍよりも高いからである。
T、ポリエチレン テレフタレート）の波長に対する透
過値（％）をプロットした曲線である。波長10.6μｍに
おいて、透過値は±75％であり、したがって吸収能は低
い。この透過値のグラフは、３つの極小値、すなわち9.
60,9.81,10.29μｍを有する。また第２図は、9.604（約
9.60）μｍの波長において、レーザは53.0Wを供給でき
ることを示し、10.274（約10.28）μｍの波長におい
て、レーザは50.0Wを供給できることを示している。9.8
1μｍの波長においては、レーザ反応は少ししか起こら
ないか、もしくは全く起こらない。一方9.2〜9.3μｍの
波長範囲における透過値は、9.60,10.29μｍにおける透
過値よりも小さく、レーザによって高いパワー（46.0〜
60.0W）が供給され、いくつもの遷移が選択される。し
たがって、ポリエステルフィルムの加工においては、9.
2−9.3μｍの波長を選択することはよりよい。というの
は、この波長における製品のレーザ効率×吸収能は、波
長9.81μｍよりも高いからである。
実施例１および実施例２においては、単一層から成る
包装材料において、弱い線を形成するために、波長可変
CO2レーザを用いると利点が得られることを示してい
る。しかしながら、包装材料は複雑な組成から成ってお
り、紙、セロファン、アルミニウムホイル、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアセテート、ポ
リエステル、ホリアミド、PVC、PVDC、surlyn、ポリス
チレンから成る１若しくは１以上の層から構成されてお
り、これらの異なった層は、接着剤、ラッカー、熱可塑
材料、ワックス、ホットメルトなどの方法で接着されて
いる。
包装材料において、弱い線を形成するために、波長可変
CO2レーザを用いると利点が得られることを示してい
る。しかしながら、包装材料は複雑な組成から成ってお
り、紙、セロファン、アルミニウムホイル、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアセテート、ポ
リエステル、ホリアミド、PVC、PVDC、surlyn、ポリス
チレンから成る１若しくは１以上の層から構成されてお
り、これらの異なった層は、接着剤、ラッカー、熱可塑
材料、ワックス、ホットメルトなどの方法で接着されて
いる。
このような複合混合物の包装材料においても本発明の
方法によれば、波長可変CO2レーザはある波長において
１若しくは２以上の材料の特定の層のみを蒸発させた
り、あるいは蒸発させなかったりするので有利である。
この蒸発させたり、あるいは蒸発させなかったりする原
理に従って、波長可変CO2レーザは、キャリアフィルム
に用いられるコーティングに溝を掘る過程において多く
の利点を与える。CO2レーザは、コーティングを加工す
るが、キャリアフィルムには影響は与えない波長に合わ
される。
方法によれば、波長可変CO2レーザはある波長において
１若しくは２以上の材料の特定の層のみを蒸発させた
り、あるいは蒸発させなかったりするので有利である。
この蒸発させたり、あるいは蒸発させなかったりする原
理に従って、波長可変CO2レーザは、キャリアフィルム
に用いられるコーティングに溝を掘る過程において多く
の利点を与える。CO2レーザは、コーティングを加工す
るが、キャリアフィルムには影響は与えない波長に合わ
される。
波長可変CO2レーザは、フィルム形態の包装材料より
も通常かなり分厚いプラスチック製品に溝を掘ったり、
あるいは印を付けたりするのに有利である。これらの製
品の吸収値は、通常、その厚みの観点からは100％であ
り、すなわちレーザエネルギの全ては製品に吸収され、
換言すれば、エネルギ透過は加工深さの範囲を越えて起
こる。そのような製品においては、吸収値に依存した波
長ではなくて、素材の厚み若しくは素材の吸収定数（米
国特許3909582第１表参照）のユニット毎の吸収値が出
発点とされる。この吸収定数は、通常波長依存でもあ
る。このような場合には、波長可変CO2レーザは上記の
ように、レーザ効率と吸収定数との組合せが最大の加工
速度を与えるような波長とされる。
も通常かなり分厚いプラスチック製品に溝を掘ったり、
あるいは印を付けたりするのに有利である。これらの製
品の吸収値は、通常、その厚みの観点からは100％であ
り、すなわちレーザエネルギの全ては製品に吸収され、
換言すれば、エネルギ透過は加工深さの範囲を越えて起
こる。そのような製品においては、吸収値に依存した波
長ではなくて、素材の厚み若しくは素材の吸収定数（米
国特許3909582第１表参照）のユニット毎の吸収値が出
発点とされる。この吸収定数は、通常波長依存でもあ
る。このような場合には、波長可変CO2レーザは上記の
ように、レーザ効率と吸収定数との組合せが最大の加工
速度を与えるような波長とされる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、可塑性材料、特に包装
材料は高速度で加工され、従来はCO2レーザによる加工
が難しいと考えられていた一群の可塑性材料も加工でき
る。
材料は高速度で加工され、従来はCO2レーザによる加工
が難しいと考えられていた一群の可塑性材料も加工でき
る。
また包装材料が複合混合物材料の異なる複数の層で構
成されているとき、ある層、たとえばコーティング層を
弱化し、他の層、たとえばキャリアフィルムにほとんど
影響のないようにCO2レーザの波長を選択して、包装材
料を加工することもできる。
成されているとき、ある層、たとえばコーティング層を
弱化し、他の層、たとえばキャリアフィルムにほとんど
影響のないようにCO2レーザの波長を選択して、包装材
料を加工することもできる。
第１図は波長に対して、波長可変CO2レーザによって供
給されたパワーをプロットしたグラフであり、第２図は
第１図において使用したCO2同位体C1202 16の波長パワー
を示す表であり、第３図はポリプロピレンフィルムの透
過スペクトルであり、第４図はポリエステルフィルムの
透過スペクトルである。
給されたパワーをプロットしたグラフであり、第２図は
第１図において使用したCO2同位体C1202 16の波長パワー
を示す表であり、第３図はポリプロピレンフィルムの透
過スペクトルであり、第４図はポリエステルフィルムの
透過スペクトルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−57793（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−17595（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3909582（ＵＳ，Ａ) レーザーハンドブック（昭和57年12月 15日）株式会社オーム社 Ｐ125−129 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00
Claims (3)
- 【請求項１】CO2レーザビームによる局所的な蒸発また
は劣化によって、可塑性材料、特に包装材料に弱い線ま
たは溝を形成し、前記CO2レーザビームと、可塑性材料
もしくは包装材料はお互いに移動が可能である方法にお
いて、 加工する可塑性材料もしくは包装材料のレーザ効率と吸
収能との積が最も高くなる波長に、波長を合せる波長可
変CO2レーザを用いてCO2レーザビームを発生させること
を特徴とする方法。 - 【請求項２】包装材料が複合混合物材料の異なる複数の
層を含んで構成され、波長可変CO2レーザは、他の層が
弱められても、混合材料のある層にとっては実際上影響
を受けないような低い吸収値を持つ波長に同調されるこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記複合混合物材料の異なる複数の層がキ
ャリアフィルムとそれに用いられるコーティング層とを
含んで構成され、波長可変CO2レーザはコーティング層
に対しては高い吸収値を持ち、キャリアフィルムに対し
ては低い吸収値を持つ波長に同調されることを特徴とす
る請求項２記載の溝を形成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| NL8901257A NL8901257A (nl) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | Werkwijze voor het aanbrengen van verzwakkingslijnen in resp. het graveren van kunststofmateriaal, in het bijzonder verpakkingsmateriaal. |
| NL8901257 | 1989-05-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH035091A JPH035091A (ja) | 1991-01-10 |
| JP2898701B2 true JP2898701B2 (ja) | 1999-06-02 |
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ID=19854677
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| JP2130097A Expired - Fee Related JP2898701B2 (ja) | 1989-05-19 | 1990-05-19 | 可塑性材料、特に包装材料に弱い線または溝を形成する方法 |
Country Status (11)
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| AU (1) | AU629706B2 (ja) |
| CA (1) | CA2017122C (ja) |
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| ES (1) | ES2106016T3 (ja) |
| GR (1) | GR3024962T3 (ja) |
| NL (1) | NL8901257A (ja) |
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