JP5150433B2 - 積層フィルムの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層ラミネートフィルムにホットスタンプ（熱による箔押し）技術を使用して、高圧凸金型熱シールにて製袋機上で３次元加飾機能を付与する技術に関する。

従来のホットスタンプによる加飾技術は、紙やブロー成形品等に平面的にワンポイントの加飾を行うものである。さらに意匠性を高めた加飾として、ワンポイントで加飾した部分に別工程で凹凸に加工し、凸部や凹部がホットスタンプされた状態とすることが行われている。
そして、特許文献１には。ホットスタンプと凹凸加工を同時に行う方法について開示されている。

この方法は凸型と凹型との間に被加工材を挟みこんで、凹凸型の隙間の形状に沿って被加工材を成形するものである。このため、被加工材に凹凸を形成するにあたって、その凹凸に対応する形状の凸型と凹型を１セットで用意する必要がある。
また、凹型については部分的に加熱可能としたり、側壁部との断熱を行ったりと、凹凸型の作製に非常に手間のかかるものである。
特開２００５−０２２２７２号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で立体的な加飾を行う積層フィルムの加工方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、プラスチックフィルムに凹凸を設ける加工方法であって、前記プラスチックフィルムは、熱膨張係数が異なる複数のフィルムを含む積層フィルムであり、該積層フィルムへ文字又はマークをかたどる型を加熱して押圧し、前記積層フィルムの一部を前記型の形状に加熱した後、前記型を前記積層フィルムから離間して前記積層フィルムへの加熱を停止することにより、熱膨張係数の小さいフィルム側へ前記型の形状を膨出させることを特徴とする積層フィルムの加工方法を提供する。
また、前記積層フィルムがその層間に金属膜を含んだ積層フィルムであることが好ましい。
また、前記型の押圧時の受け台は、前記積層フィルムへの当接面が平坦であることが好ましい。
また、前記積層フィルムと前記型の間に転写箔を挿入し、前記型の形状に箔を転写すると共に前記積層フィルムを膨出させることが好ましい。
また、前記複数のフィルムの熱膨張係数の差が２×１０^−５／Ｋ以上であることが好ましい。

本発明の積層フィルムの加工方法によれば、熱膨張係数が異なる２種類のフィルムを含む積層フィルムを局所的加熱した後、冷却される際の熱収縮の差によって、積層フィルムを熱膨張係数の小さいフィルム側へ膨出させることができる。
従来技術のような２工程を必要とせず、複雑な設備を必要とせず、簡便な方法で意匠性を高めることができる。
膨らみ高さの小さい微小な凹凸を形成する場合にも、その凹凸に合わせた精密な凹凸型を作製する必要がない。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の第１形態例に係る積層フィルムの加工方法を説明する図面である。
本形態例において、プラスチックフィルムは、熱膨張係数が異なる複数のフィルム１１，１２を含む積層フィルム１０である。
積層フィルム１０としては、１層または複数層の熱膨張係数が小さいフィルム１１と、１層または複数層の熱膨張係数が大きいフィルム１２とが積層された、２種類以上のフィルム１１，１２からなるラミネートフィルムが挙げられる。
本発明において、熱膨張係数は、線膨張率（単位１／Ｋ）である。

積層フィルム１０は、熱膨張係数が小さいフィルム１１を基材フィルムとし、熱膨張係数が大きいフィルム１２をシーラントフィルムとする、ヒートシール可能な積層フィルムであっても良い。

基材フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル系樹脂、ナイロン（Ｎｙ）等のポリアミド系樹脂、延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）などの樹脂フィルムが挙げられる。基材フィルムは、例えば厚さが１０μｍ〜５０μｍ程度のものが多用される。

シーラントフィルムとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのポリエチレン系樹脂、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）等のポリオレフィン樹脂が挙げられる。シーラントフィルムの厚さは、例えば３０μｍ〜２００μｍ程度である。
基材フィルムとシーラントフィルムの間に、金属蒸着されたフィルムや金属箔を積層することもできる。このように層間に金属膜を含んだ積層フィルムは、ガスバリア性や遮光性などが優れることから、各種用途に広く用いられており、本発明で用いる積層フィルムにも採用することが可能である。また、金属膜は、蒸着膜や金属箔のような薄膜であるため、本発明において、２種類のフィルムの熱的性質の違いによって起こる膨出を阻害することなく、容易に塑性変形することができる。
金属蒸着されたフィルムとしては、例えばＰＥＴやＮｙにアルミ蒸着したフィルムなどが挙げられる。金属箔としては、例えば厚さが５μｍ〜２０μｍ程度のアルミ箔やステンレス箔などが挙げられる。

樹脂の熱膨張係数の数値を以下に例示する。
ＰＥ：１８×１０^−５／Ｋ
Ｎｙ：８×１０^−５／Ｋ
ＰＥＴ：７×１０^−５／Ｋ
ＰＰ：１０×１０^−５／Ｋ

積層フィルム１０は、熱膨張係数が小さいフィルム１１と熱膨張係数が大きいフィルム１２との間で、熱膨張係数の差が２×１０^−５／Ｋ以上であることが好ましい。

積層フィルム１０における各フィルム１１，１２の積層方法は、ドライラミネートや押出ラミネートなどが挙げられる。また、積層フィルム１０は、各樹脂フィルム１１，１２以外に、接着剤層、アンカーコート層、印刷層等の他の層を有していても良い。
ドライラミネート法の接着剤としては、ポリウレタン系、ポリエーテル系等、一般的に使用される接着剤を使用でき、包装用フィルムの用途に合わせて選択可能である。

印刷層は、包装袋などで必要とされる文字や図柄を表示するために用いるものであって、例えばウレタン系、アクリル系などのインキバインダー樹脂に各種顔料、乾燥剤、安定剤等の添加剤などが添加されたインキを塗布して形成される層である。
印刷層は、例えば、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの公知の印刷方法にて形成される。印刷層の厚さは、通常、０．０５〜２．０μｍ程度で良い。

本形態例の加工方法においては、積層フィルム１０に文字やマークなどをかたどる凹凸を設けるため、まず図１（ａ）に示すように凹凸の平面形状に対応する加熱型１を用意し、加熱した加熱型１を積層フィルム１０へ押圧した状態で所定の時間保持して、積層フィルム１０の一部を加熱型１の形状に加熱する。この際の加熱温度は、熱膨張係数が大きいフィルム１２が溶融し、熱膨張係数が小さいフィルム１１が溶融しない程度が好ましい。

積層フィルム１０を局所的に加熱する際、フィルムの溶融による変形を防ぐため、受け台２を設けることが好ましい。
受け台２は、加熱型１で押圧される部分のみならず、その周囲の部分も支持できるように、図示のように、加熱型１の先端面より広い面積で積層フィルム１０に当接することが好ましい。受け台２の材質としては、ゴムやアルミニウム、鉄、ステンレス等が挙げられる。受け台２は、従来の凹型とは異なり、積層フィルム１０に当接する面が平坦であっても良い。受け台２は、特に加熱・冷却をしない構成でもよく、あるいは加熱型１と同程度の温度か、加熱型１より低い温度で加熱する構成でもよい。

加熱温度は、例えば熱膨張係数が大きいフィルム１２がポリエチレン系樹脂である場合には１００〜１３０℃程度、加熱時間は、０．５〜５秒程度という条件が挙げられる。
また、上記範囲外であっても、温度、時間、圧力の組み合わせによって、最適加工条件は都度設定される。
図１（ａ）に示すように加熱型１で積層フィルム１０を局所的に加熱した後、図１（ｂ）に示すように、加熱型１を積層フィルム１０から離間して積層フィルム１０への加熱を停止する。これにより、積層フィルム１０を熱膨張係数の小さいフィルム１１側へ加熱型１の形状に膨出した凸部１３を形成することができる。

本形態例の加工方法は、従来技術のように凹凸型でフィルムを挟み込み、凸型でフィルムを凹ませ、フィルムの反対側を凹型の側に膨出させる方法とは異なり、加熱型１で積層フィルム１０を加熱する際、積層フィルム１０を変形させる必要はなく、平坦を保ったままで良い。

本形態例の加工方法で積層フィルムに凹凸が形成されるメカニズムは、例えば以下のように考えられる。
図１（ａ）に示すように加熱型１と受け台２との間で積層フィルム１０を局所的に加熱する。このとき、熱膨張係数が小さいフィルム１１と熱膨張係数が大きいフィルム１２との間で、熱膨張による寸法の変化量が異なる。このため、加熱中に積層フィルム１０内で（フィルム１１，１２間で）歪が蓄積する。
その後、図１（ｂ）に示すように加熱型１を積層フィルム１０から離すと、積層フィルム１０の加熱された部分が空気中で冷却される（空冷される）につれ、内部の歪が解放される。このとき、温度低下に伴う熱収縮の変化量などの違いのため、熱膨張係数の小さいフィルム１１側へ凸部１３が膨出する。
また、積層フィルムの層間に金属箔や金属蒸着層などの金属膜がある場合でも、上記の２種類のフィルムの熱的性質の違いによって起こる膨出を阻害することなく、むしろ金属膜の塑性変形によって膨出がより固定されることが期待できる。

図１に示す第１形態例においては、加熱型１を熱膨張係数の小さいフィルム１１側に当接させており、加熱型１の押圧が直接フィルム１１を凹ませているのではない。
また、図２に示す第２形態例のように、加熱型１を熱膨張係数の大きいフィルム１２側に押圧させた場合でも、第１形態例と同様に熱膨張係数の小さいフィルム１１側へ凸部１３が膨出する。
このため、本形態例の加工方法で凹凸が形成されるメカニズムは、凹凸型の間で被加工材を変形させる従来技術と明らかに異なる。

本発明は、図３に示すように、転写箔３を用いた箔押し加工にも応用することができる。箔押しに供される箔シート６は、例えば剥離層を有する支持フィルム５の上に前記剥離層を介して転写箔３が積層され、転写箔３の上に熱融着性接着剤（図示せず）が積層されたものを用いることができる。

図３（ａ）に示すように、加熱型１と受け台２との間で積層フィルム１０を局所的に加熱する前に、加熱型１と積層フィルム１０との間に転写箔３を挿入する。その後、図３（ｂ）に示すように、加熱型１を積層フィルム１０から離すと、転写箔３は、加熱型１で加熱された部分が積層フィルム１０に接着され、加熱型１の形状に転写されると共に、積層フィルム１０が加熱型１の形状に膨出した凸部１３を形成することができる。転写箔３を積層フィルム１０から離すと、積層フィルム１０に転写された部分１４が凸部１３の表面に密着し、転写箔３には転写された部分１４に対応した穴４が残る。

なお、転写箔３を用いる場合、転写箔３は熱膨張係数が大きいフィルム１２の側に挿入しても良いが、熱膨張係数が大きいフィルム１２は一般にシーラント層であるため、箔の転写された部分の面積によっては、箔の転写がシーラント層のヒートシール性を損ねるおそれがある。このため、転写箔３を熱膨張係数の小さいフィルム１１の側に挿入することが好ましい。

本発明の加工方法により製造された積層フィルムは、各種製品に利用することができる。例えば、包装袋のフィルム製品が挙げられる。包装袋の形態は、自立袋（スタンディングパウチ）、三方袋、四方袋、合掌貼り袋、ガゼット袋等の比較的小型の軟包装袋（パウチ）、あるいはバッグインボックス用の内袋やドラム缶内装袋などの大型の袋等、特に限定なく適用可能である。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
積層フィルムとして、下記の６通りのシートを用意した。
シートＡは、ナイロン（Ｎｙ）１５μｍ／アルミ蒸着付きポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）１２μｍ／ポリエチレン（ＰＥ）１２０μｍの３層からなるラミネートフィルムである。
シートＢは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）１２μｍ／アルミ蒸着付きナイロン（Ｎｙ）１５μｍ／ポリエチレン（ＰＥ）１００μｍの３層からなるラミネートフィルムである。
シートＣは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）１２μｍ／ナイロン（Ｎｙ）１５μｍ／ポリエチレン（ＰＥ）１５０μｍの３層からなるラミネートフィルムである。
シートＤは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）１２μｍ／ナイロン（Ｎｙ）１５μｍ／ポリエチレン（ＰＥ）１８０μｍの３層からなるラミネートフィルムである。
シートＥは、ナイロン（Ｎｙ）２５μｍ／ポリエチレン（ＰＥ）１３０μｍの２層からなるラミネートフィルムである。
シートＦは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）１２μｍ／アルミ箔９μｍ／ナイロン（Ｎｙ）１５μｍ／ポリエチレン（ＰＥ）１３０μｍの４層からなるラミネートフィルムである。

これらの樹脂の熱膨張係数は、以下のとおりである。
ポリエチレン（ＰＥ）の熱膨張係数は、１８×１０^−５／Ｋ。
ナイロン（Ｎｙ）の熱膨張係数は、８×１０^−５／Ｋ。
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の熱膨張係数は、７×１０^−５／Ｋ。
ポリプロピレン（ＰＰ）の熱膨張係数は、１０×１０^−５／Ｋ。

約１ｃｍ四方の文字（線幅：約１ｍｍ）をかたどる形状の加熱面（凸部）が形成されたアルミニウム製の加熱型と、平坦状のゴム製の受け台を用い、加熱型と受け台との間に前記シートまたは転写箔およびシートを挟み込み、受け台は特に加熱・冷却をせず、加熱型を加熱して、所定の加熱条件でシートを加熱した。
加熱型と受け台との間に転写箔およびシートを挟み込む場合（表１の「箔あり」）は、加熱型、転写箔、シート、受け台の順に重ね合わせ、かつ、転写箔がシートの基材側（ＰＥＴまたはＮｙ）に押し当てるようにした。
加熱条件（加熱温度および加熱時間）を、１００℃で０．３秒、１００℃で１秒、または１３０℃で１秒の３通りとした。

それぞれの条件で加熱したシートから加熱型を離間させた後、シートに凹凸が形成されるかどうかを調べた。その結果を表１に示す。
表１中、「○」は、シートに加熱型の形状の凸部が形成され、かつ、その凸部が文字として判読可能であった場合を表す。また「×」は、シートに凹凸が形成されず、あるいは、凹凸が形成されても文字として判読が困難であった場合を表す。

表１に示すように、加熱条件が１００℃で０．３秒の場合は、加熱温度が低く、かつ加熱時間が短かったためか、いずれのシートも文字として判読可能な凸部が形成されなかった。
加熱条件が１００℃で１秒の場合は、シートＡまたはシートＢで、転写箔を挿入したときには、文字として判読可能な凸部が形成された。
加熱条件が１３０℃で１秒の場合は、いずれのシートも文字として判読可能な凸部が形成された。

この結果から、転写箔があっても、転写箔がなくても、条件により凸部を形成することができることが分かる。
また、積層フィルムの層間に金属膜があっても条件により凸部を形成することができることが分かる。

また、シートＡにおいて、転写箔がシートのシーラント側（ＰＥ）に押し当てるようにしたところ、同様に凸部を形成することができた。

意匠性を必要とする積層プラスチックフィルムを用いた各種製品に利用することができる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１形態例に係る積層フィルムの加工方法を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２形態例に係る積層フィルムの加工方法を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３形態例に係る積層フィルムの加工方法を説明する図である。

符号の説明

１…加熱型、２…受け台、３…転写箔、１０…積層フィルム、１１…熱膨張係数の小さいフィルム、１２…熱膨張係数の大きいフィルム、１３…凸部形状。

Claims (5)

1. プラスチックフィルムに凹凸を設ける加工方法であって、
   前記プラスチックフィルムは、熱膨張係数が異なる複数のフィルムを含む積層フィルムであり、該積層フィルムへ文字又はマークをかたどる型を加熱して押圧し、前記積層フィルムの一部を前記型の形状に加熱した後、前記型を前記積層フィルムから離間して前記積層フィルムへの加熱を停止することにより、熱膨張係数の小さいフィルム側へ前記型の形状を膨出させることを特徴とする積層フィルムの加工方法。
2. 前記積層フィルムがその層間に金属膜を含んだ積層フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の積層フィルムの加工方法。
3. 前記型の押圧時の受け台は、前記積層フィルムへの当接面が平坦であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層フィルムの加工方法。
4. 前記積層フィルムと前記型の間に転写箔を挿入し、前記型の形状に箔を転写すると共に前記積層フィルムを膨出させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の積層フィルムの加工方法。
5. 前記複数のフィルムの熱膨張係数の差が２×１０^−５／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の積層フィルムの加工方法。

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