JP6509588B2 - フイルムの表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、PETなどの樹脂製のフイルムの表面に、紫外線を照射することによって、フイルムの表面を清浄化するフイルムの表面処理装置に関するものである。

PETなどの樹脂製のフイルムは、表面への印刷などの表面加工を行う場合に、表面の状態の印刷適性を向上させる表面処理を行うことが望ましい。フイルムの印刷適性を向上させるには従来からいくつかの技術が知られている。

特許文献１には、フイルムの表面に、オゾンを接触させ、かつ紫外線を照射することによって、フイルムの表面を処理する技術が記載されている。ここに記載された技術は、まず閉じた空間に酸素を供給する。次に低圧水銀ランプなどで、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長の紫外線を照射する。そうすると、１８５ｎｍの紫外線によって、酸素がオゾンに変化する。そして２５４ｎｍの紫外線によってオゾンを酸素ラジカルに変化させる。この酸素ラジカルは、フイルムの表面に親水性を与え、印刷適性などが改善される。

特許文献２には、同様にフイルムの表面に、オゾンを接触させて、かつ紫外線を照射することによって、フイルムの表面を処理する技術が示されている。ここに示された技術は、ランプを置く部分とオゾンを使用する部分を、紫外線透過ガラスによって分離するようになっている。ランプを置く部分は、不活性ガスで満たし、オゾンを使用する部分は、酸素を供給する。この構造によれば、ランプと紫外線透過ガラスの間は、距離を離しても紫外線の減衰が起こらない。そのため、不活性ガスによって、ランプの温度を最適化することが可能である。一方、オゾンを使用する部分は、紫外線透過ガラスとフイルムを近づけることができるので、効率よく酸素を利用することができる。

特許文献３には、紫外線を使用するが、オゾンを使用しないで、フイルムの表面処理を行う技術が示されている。ここに示された技術は、フイルムを延伸しているときにフイルムに紫外線を照射すると、フイルムの表面が顕微鏡によって観察可能な程度に機械的に変化するという知見に基づくものである。

特開２００８−１０１１１０ 特開平０９−１２４８１０ 特開昭５４−１３８０７６

しかしながら特許文献１に記載された表面処理装置は、この技術は、オゾンを使用することから、装置の周辺が汚染しないように、おおがかりな対策が不可欠であるという問題がある。また、光源とフイルムの間の距離が離れると、光源とフイルムの間の酸素によって、紫外線の減衰が起こる。そのため、フイルムと光源の距離を離すことが難しい。従って、フイルム表面の温度の管理が難しいという問題があり、熱に弱いフイルムを扱いにくいという課題がある。

また、特許文献２に記載された表面改質装置は、やはり、オゾンを酸素ラジカルに変化させるものであり、オゾンを使用するため、オゾンが漏出しないようにする必要がある。そのため、装置全体の構造が複雑化するという課題がある。

更に、特許文献３に記載されたプラスチック成形品の表面を改質する方法は、フイルムの延伸と一体不可分であり、精密な光学フイルムのように、フイルムを成形した後に延伸しないフイルムを生産する場合は適用できないという課題がある。

このように、従来のフイルムの表面処理装置は、フイルム表面の温度制御が難しいという問題があり、オゾンと紫外線を利用する技術にあっては、オゾンを遮蔽するなど、装置が複雑化するという問題があった。

この原因は、従来の紫外線を使用したフイルムの表面処理装置が、フイルムの表面に酸素ラジカルを作用させる目的で、オゾンの発生又は供給を前提とするところに原因がある。
本発明は、構造が簡単で、フイルム表面の温度の維持が容易なフイルムの表面処理装置を実現することを目的とする。
また、本発明は、光学フイルムのように、延伸しないフイルムの表面処理に適用しても有用なフイルムの表面処理装置を実現することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、フイルムの表面に紫外線を照射することにより、該フイルムの表面を処理する装置において、フイルムの表面を位置決めするフイルム位置決め手段と、前記フイルム位置決め手段に対向して設けられ、前記フイルムの表面に向けて紫外線を照射する光源手段と、前記フイルムの表面に、フイルムの表面を冷却する冷却気体を供給する冷却気体供給手段とを備え、前記光源手段は、オゾンの発生する２４２ｎｍ以下の波長領域が抑制され、かつ少なくとも３２０ｎｍ以下の波長領域を照射可能なオゾンレス光源であることを特徴とするフイルムの表面処理装置としたものである。

さらに、本発明は、前記冷却気体供給手段から供給する冷却気体は、空気であることを特徴とするフイルムの表面処理装置としたものである。

本発明は、オゾンを必要としないので、構造が簡単で設置が容易である。また、本発明は、紫外線を照射している間のフイルム表面の温度を管理するのが容易であるため、光学フイルムのように、精密なフイルムの表面処理を行うことができるという効果がある。

第１の実施の態様の正面図 第１の実施の態様の平面図 第１の実施の態様の側面図 実験１の説明図 実験１の効果の説明図 実験２の説明図 実験２の効果の説明図 第２の実施の態様の正面図２

本発明のフイルムの表面処理にかかる有効性を示す実験結果を説明する。
（１）実験１
まず、親水性の変化を確認する実験を説明する。
光源を、オゾンレス低圧紫外線ランプであって、出力を、７０ｍＷ／ｃｍ^２から１２０ｍＷ／ｃｍ^２とした。

表面処理を行うフイルムは、清浄なPETフイルムとした。
光源とフイルムの距離を１０ｍｍから３０ｍｍとして、効果を確認した。
効果の確認は、ダインペン（商品名）として、株式会社ケー・ブラッシュ商会から入手可能な表面エネルギーの比較を行うのに適した評価用ペンを用いた。

この評価用のペンの液は水性である。評価対象の表面に塗布したときに、表面が親水性であれば塗広がり、疎水性であれば、水滴化して広がらない。従って、評価用のペンを塗れば、視覚的に表面の親水性を評価することができる。特に、２つの評価対象の面の親水性を比較するときに有用である。

実験では、図４に示すように、縦７７ｍｍ、横８１ｍｍのPETフイルム１に、幅４．６ｍｍの紫外線を遮るマスキングテープ３、４を載せた。なお、PETフイルム１は、クリーンルームの環境で製造された光学フイルムとして使用可能な程度の清浄なものである。マスキングテープ３，４は、フイルム１の表面を著しく汚染しないものであれば、紙で良い。
以上の条件下で、露光時間を５秒、１０秒、２０秒として、評価を行った。

図５は、露光時間が１０秒のときの評価用ペンの状態のスケッチである。５、６は、マスクをした部分あり、８，９，１０は、露光された部分である。７は、評価用ペンの軌跡である。これを見ると、露光された部分である８，９，１０の部分は評価用のペンの液で均一に濡れており、親水性を示す。露光されなかった５、６の部分は、評価用のペンの液がはじかれて、疎水性を示す。図示はしないが、未露光のフイルムは、５、６の部分と同等の疎水性を示した。

このことから、PETフイルムの表面は、オゾンを使用したり、延伸を行わなくても、オゾンレス光源の紫外線のみで、親水性を示すことがわかる。なお、露光時間が５秒の場合は、未露光のフイルムとあまり変わらず、２０秒の場合は、上記の１０秒の場合と同等であった。

（２）実験２
次に、フイルム表面の清浄性の変化を推定する実験について説明する。図６に示すように、フイルム１に、遮光シート１１を重ねた。遮光シート１１には、円形の穴１２を設けて、フイルム１は、穴１２の部分だけが露光されるようにした。

露光の条件は、実験１と同等であり、露光時間は、５秒、１０秒、２０秒とした。そして、図７に示すように、露光後に、水蒸気１５を発生させた蒸気パン１４の上に近づけた。蒸気パン１４の水温は、８０℃程度とした。蒸気パン１４の状態は、フイルム１に水蒸気を接触させて結露させるものであるから、温度が高く、かつ気流は弱い方が好ましい。水蒸気を空気とともにフイルムに吹き付けると、空気流によってフイルムの表面の状態が変化する可能性があるためである。また、実験の環境としては、室温が１８℃以下、湿度が６５％以上であったほうが結露の観察に適する。

実験の結果、１０秒の露光で、露光した部分１３には、円形に水蒸気が結露せず、それ以外の未露光の部分は、結露するのが見られた。５秒では、露光部分と未露光部分の差はあまり見られないが、１０秒と２０秒の露光では、露光した部分と露光しなかった部分とで、明らかな差が見られた。
これは、露光した部分と未露光の部分では、表面の状態が変化したことを示している。

この表面状態の変化の理由は、実験１と同じく、親水性に変化したのかもしれないが、ここでは、フイルム１の表面の結露の原因となる核となるものが消滅して清浄化されたたものと推定する。水蒸気が付着しなくなる変化は、微細な水のしずくが発生しないのであるから、実験１の結果と合わせて、印刷適性が向上したことは確実である。

図１は、本発明の第１の実施の態様を示した正面図である。図２は、第１の実施の態様の平面図であり、図３は、第１の実施の態様の側面図である。２０は、フイルムの表面処理装置である。２３は、ハウジングである。ハウジング２３は、フイルムの表面処理装置２０の主な構造体である。

２１は、フイルムの位置決め手段である。２２は、光源手段である。フイルム位置決め手段２１は、表面処理を行うフイルムを、光源手段２２に対して位置決めする。すなわち、フイルムの位置決め手段２１は、フイルムの表面と光源の距離を位置決めする。フイルムがシート状であればフイルム位置決め手段２１は、ベルトコンベアでよく、ロール状であれば、直接フイルムを走行させるようにしてもよい。

光源手段２２は、代表的には、低圧水銀ランプであって、オゾンレスタイプとして紫外線ランプの供給者から入手可能である。すなわち、光源手段２２は、オゾンレス光源である。オゾンレス光源は、低圧水銀ランプ以外にもいくつかの種類が存在するが、オゾンが発生する２４２ｎｍ以下の波長が抑制されている。ただし、２４２ｎｍより大きい波長については、３２０ｎｍまで、効率の良い紫外線出力が得られる必要がある。

光源手段２２は、低圧水銀ランプ以外にも例えば、紫外線を照射可能なＬＥＤ（Light Emitting Diode）であるＵＶ−ＬＥＤを用いても良い。要するに、出力光において、オゾンが発生する２４２ｎｍ以下の波長が抑制されているか、或いは、オゾンが発生する２４２ｎｍ以下の波長を全く含まなければよい。
言い方を変えると、光源手段２２は、必要な出力で紫外線を照射した際に、オゾンが発生しないか、或いは、オゾンが発生したとしても極めて微量で装置として対策を取る必要がない程度となるような、波長−出力特性を有するものであれば良いことになる。

２４は、冷却気体供給手段である。冷却気体供給手段２４は、ハウジング２３に設けた供給口２５からハウジング２３内の露光室２６に向けて、冷却気体を供給する。露光室２６に供給された冷却気体は、例えば、排出口２７や、ハウジング２３とフイルム位置決め手段２１の隙間から排出される。

光源手段２２は、オゾンレス光源であるから、冷却気体の中に酸素が混入していても、オゾンが発生することはない。そのため、冷却気体は、フイルム位置決め手段２１で搬送されるフイルムの冷却に専念させてよい。また、必要であれば、光源手段２２の冷却や温度の制御を行わせてよい。光源手段２２が水銀ランプである場合は、冷却システムの構造が、空冷の場合と液冷の場合がある。この場合の光源手段２２の冷却には、冷却システムの構造に合わせて、それぞれ最適な温度調整が必要である。冷却気体は、空気でよいが、冷却気体供給手段２４によって、温度、湿度が調整され、かつ清浄な気体であることが好ましい。

なお、ハウジング２３の構造は、光源手段２２の光が、不用意に外部に漏れない構造である必要がある。そのため、ランプ室２８は、５つの面で囲まれる構造とし、かつ図２、図３で示すように、フイルム位置決め手段２１を囲むように、側板２９、３０で挟むようにした。光源手段２２から発生する紫外線は、可能な限り、反射光であっても、露光室２６の外部に出てこない構造が好ましい。

フイルムの表面処理装置２０において、重要なパラメータは、フイルムに照射される紫外線の単位面積あたりの強度と、露光時間である。これは、光源手段２２の紫外線出力、光源手段２２とフイルム位置決め手段２１の距離、及び露光室２６を通過するフイルムの移動速度によって決定する。

また、図１に示したフイルムの表面処理装置２０を通過したフイルムは、速やかに印刷工程等に引き渡されることが望ましい。本発明を実施して表面処理したフイルムの表面の状態は、大気中に放置したり、処理した後に単純保管したりした場合、印刷適性等は、効果が低下する処理劣化現象がみられる。発明者らは、この処理劣化現象は、単分子に近い膜のように、検出困難な程度の微量の異物が、フイルムの表面に付着するのではないかと考えている。

図８は、第２の実施の態様の正面図である。第２の実施の態様においては、冷却気体供給手段２４を、第１の供給手段３１と第２の供給手段３２から構成するようにした。また、露光室２６を透明な仕切り板３３によって、ランプ室２８とフイルム室３４を分離した。第１の供給手段３１は、供給口２５からフイルム室３４に向けて冷却気体を供給し、その冷却気体は、排出口２７から排出される。第２の供給手段３２は、ランプ室２８に設けた供給口３５から冷却気体を供給し、その冷却気体は、ランプ室２８に設けた排出口３６から排出される。仕切り板３３は、紫外線の透過率が高ければ、特に素材の限定はないが、例えば合成石英ガラスでよい。このような構成であれば、露光室２６内のランプ室２８とフイルム室３４を独立して冷却することかできる。光源手段２２が低圧水銀ランプであれば、温度を制御することにより、発光効率を改善することができる。また、フイルム室３４を独立して冷却できるので、自由にフイルム１の表面の温度を制御することができる。

１フイルム、３マスキングテープ、４マスキングテープ、１１遮光シート、１２穴、１３露光した部分、１４蒸気パン、１５水蒸気、２０フイルムの表面処理装置、２１フイルムの位置決め手段、２２光源手段、２３ハウジング、２４冷却気体供給手段、２５供給口、２６露光室、２７排出口、２８ランプ室、２９側板、３０側板、３１第１の供給手段、３２第２の供給手段、３３仕切り板、３４フイルム室、３５供給口、３６排出口

Claims (2)

1. フイルムの表面に紫外線を照射することにより、該フイルムの表面エネルギーを変えるフイルムの表面処理装置において、
   フイルムの表面を位置決めするフイルム位置決め手段と、
   前記フイルム位置決め手段に対向して設けられ、前記フイルムの表面に向けて紫外線を照射する光源手段と、
   前記フイルムの表面に、フイルムの表面を冷却する冷却気体を供給する冷却気体供給手段とを備え、
   前記光源手段は、オゾンの発生する２４２ｎｍ以下の波長領域が抑制され、かつ少なくとも３２０ｎｍ以下の波長領域を照射可能なオゾンレス光源であることを特徴とするフイルムの表面処理装置。
2. 前記冷却気体供給手段から供給する冷却気体は、空気であることを特徴とする請求項１に記載のフイルムの表面処理装置。