容易切り離し材料を作製するレーザー方法及びその製品
レーザエッチングを用いて容易切り離し材料を形成する方法と、それにより作製される製品が提供される。標準的な穿孔とは異なり、レーザが材料のシートに線をエッチングするために用いられる。線により、ユーザは容易に材料を切り離すことができる一方、通常の使用時には引き裂けを回避するに十分な引っ張り強度が実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年９月１８日に出願された暫定出願６１／２４３，５７９の優先権の利益を主張し、参照することによりその開示をここに包含する。
【０００２】
本発明の分野は、予め形成された切り離し線を有する材料及び斯かる製品の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
手で容易に切り離すことができる一方、所望しない引き裂けを回避できる十分な引っ張り強度を保持する製品を得ることは、通常、穿孔により実現される。穿孔は、旧来、離間した多数の鋭い先端からなる機械的カッターの押圧により形成される。カッターが材料と接触すると、先端は小さな穴を形成する。押圧した際に接触だけとなる箇所は、材料がそのまま残される。この離間した穿孔の列は、通常の状況下ではそのままの状態を維持するが、所定の大きさの力が加わると裂けるような材料を形成する。材料を切り離すために必要な力の大きさは、材料のタイプ並びに穿孔の大きさ及び間隔に依存する。穿孔の大きさ及び間隔は、カッターの特性を変更することにより変えることができる。
【０００４】
穿孔を形成するカッターを使用することは、高コストとなる場合がある。予め穿孔されている製品、例えば切手、トイレットペーパー、ペーパータオル等においては、高い処理効率を得るため、極めて多数のカッターを、材料の大きな巻き取り紙（ウェブ）を横切って用いなければならない。これらのカッターは、それらが摩耗したときには手入れしたりしばしば交換したりしなければならない。加えて、カッターの摩耗は、穿孔の大きさと深さのばらつきを生じることとなり、そのため、均一な製品を得るためには処理パラメータを常に変更しなければならない。
【０００５】
テープ、アルミ箔、プラスチックラップ等、穿孔されると同時にユーザにより切り離される製品においては、金属カッターが製品とともに設けられるか、または、別個に取得されなければならない。この要請は、製造者又はユーザにとって余分なコストとなる。
【０００６】
旧来のカッティング装置の問題を解決する１つの方法は、レーザを用いて材料を穿孔することである。慣用的なレーザ法では、材料を横切って一連の孔を形成することにより穿孔を形成する。材料を穿孔するためにレーザを用いる利点の１つは、通常の機械的穿孔装置により材料を孔空けしたり切り離したりするよりも、レーザの方がより小さく極めて正確な箇所を昇華させることである。しかしながら、レーザの使用には多くの不利な点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第5,990,444号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2007/0108170号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
穿孔は、小さい孔がより効率的であることが判明した。なぜなら、孔が大きくなると十分容易に裂けなくなるからである。しかし、孔が小さくなることは、処理領域すなわち"フィールドサイズ"が小さくなることを意味する。なぜなら、ビーム径はレーザのフィールドサイズに比例するからである。例えば、４インチのフィールドサイズをもつレーザは、約０．０２mmの直径をもつ孔を形成することができる。この孔のサイズは、所与の材料を穿孔するために理想的であるが、６０インチ幅の材料のウェブでは、所望する穿孔を良好に形成するために同期操作される１５個の別個のレーザを必要とする。
【０００９】
材料を穿孔するために多数のレーザを用いることには、多くの問題点がある。用いるレーザの数が多くなるほど、システムがより複雑となり、各ユニットの制御と監視が必要となる。これらのレーザは、揃った穿孔を形成するために完全に同期させる必要がある。エネルギー出力が同じ２つのレーザが存在しないことを鑑みると、同期操作において、そして材料の幅全体の穿孔において、各レーザを注意深く更正し調整する必要があり、そうしないと、レーザが互いに整合しないことは明らかである。いずれかのレーザの不具合や変動があると、使用不可の製品となり、メンテナンスのために製造全体の停止が必要となる。
【００１０】
多数のレーザに替える場合、ビームスプリッタを用いて単一レーザからビームを分割することがある。これには、レーザビームを分割して効果を維持することができる量的限界があるため、なお１つより多いレーザが必要であろうし、上述と同じ問題を生じることとなる上、ビームスプリッタという更なる複雑さが加わる。さらに、分割したレーザビームを用いるシステムは、旧来のものより多くのコストがかかることとなる。
【００１１】
上述した欠点に加えて、典型的なレーザ穿孔システムは、多様な複合プロセス情報を必要とする。切り離し容易な製品を製造するために、孔サイズ、孔形状、孔間隔、及び孔数を材料によって制御しなければならない。多数のレーザを使用しなければならないとき、各々がその専用の制御システムを有する必要があり、処理情報が入力されねばならず、かつ、各レーザにおいて精確に実行されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、第１の主面と第２の主面を有するシート材料を対象とする。レーザエッチングされた線が、両主面のうちの一方に存在する。この材料は、力が加わることに応じてレーザエッチングされた線に沿って分離される。
【００１３】
容易切り離し材料のシートを作製する方法も提供される。この方法は、材料のウェブと作業領域を有するレーザとを設けるステップを備える。この材料は、作業領域を横切って動かされ、そしてレーザが材料の一方の主面に線をエッチングする。
【００１４】
別の方法、システム、装置及び製品を含む本発明の別の態様は、添付の図面を参照し以下の説明を読むことにより明らかとされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図２】図２は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図３】図３は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図４】図４は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図５Ａ】図５Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図６】図６は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図７Ａ】図７Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図８Ａ】図８Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図９Ａ】図９Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図１０】図１０は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１１】図１１は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１２】図１２は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１３】図１３は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１４】図１４は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１５】図１５は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１６】図１６は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１７】図１７は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１８】図１８は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１９】図１９は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図２０】図２０は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図２１】図２１は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図２２】図２２は、線をエッチングするレーザシステムの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、添付図面に示された本発明の一例としての実施及び方法を詳細に参照する。全図に亘って図面中の類似した符号は、類似の又は対応する部分を示している。しかしながら、より広い態様における本発明は、特定の詳細、典型的装置及び方法、並びに図示の例に限定されず、一例としての実施及び方法に関連して説明されるものとする。
【００１７】
多様な実施例において、材料ウェブの表面に線をエッチングするためにレーザを用いることにより従来技術の欠点が克服される。移動する材料ウェブを横切る周期的なレーザエッチング線を形成するために、高出力で大きなフィールドサイズのレーザを用いることができる。図１Ａ〜図９Ｂに最もよく示されるように、この線は、個々の均一な間隔の穿孔を形成するのではなく、表面を部分的に貫く部分と、表面を完全に貫通する部分と、表面を貫通しない部分との全て又は一部の組み合わせで構成されていればよい。この線は、材料ウェブを横切るレーザの単一通過又は単一スキャンで形成されるように、単一動作でエッチングしてもよい。このようなエッチングにより、材料を手で容易に切り離し可能とする一方、所望しない分離すなわち通常使用時の切り離しを避けるための十分な引っ張り強度を保持できる。レーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル及びレーザ周波数の制御は、エッチングの特性を制御することとなる。これらの変数の制御は、孔サイズ、孔形状、孔間隔及び孔の数を制御するための複雑な入力を必要とする通常の方法に関する操作よりも単純化される。調整可能なさらに別の変数として、例えば、境界領域にて減速中及び加速中のレーザの出力を一定とすることによりエッチングの所望する特性を維持する制御ファクタ設定、レーザが不活性となる処理ポイント間のレーザ速度を制御するジャンプ速度、さらに、レーザ対物レンズの大きさ、レーザの波長、及びレーザの焦点オフセットを含む。これらの方法を用いることで、毎秒１０ｍ〜６５ｍ及びそれ以上のスキャン速度が得られる。これは、直線に沿って離間した各ポイントにて個々の孔を形成するために停止する旧来のレーザシステムよりも実質的に速い。
【００１８】
この方法により、大きなフィールドサイズをもつ単一レーザを、異なる特性をもつ多様な材料に対して用いることができる。所与の状況においては、１つより多いレーザが必要とされる場合もあるが、いずれの適用における個数も、旧来の方法における個数よりも格段に少なくなるであろう。従って、必要なレーザの個数が大きく低減されるので、大きな材料ウェブを、より低いコスト、より短い時間、より少ない監視及び制御でエッチングできる。
【００１９】
材料及びその特性に依存して、レーザ出力を調整できる。例えば、３，０００ワットの連続出力、これはそのレーザが一時的エネルギーサージすなわちパルスをもつときの出力とは異なるものだが、この連続出力をもつレーザでは、全出力に対する割合としてレーザの出力設定を調整することにより変更することができる。
【００２０】
スキャン速度は、レーザビームと材料の表面が互いに相対的に移動する速度である。この速度は、レーザビームの移動、材料の移動又はこれら双方の組み合わせを制御することにより変更できる。
【００２１】
デューティサイクルは、各パルス中にレーザがオンとなる時間の比率である。デューティサイクルを変更することにより、材料に与えられる出力量を制御する。例えば、１，０００ワット〜３，０００ワットの間の出力レベルは、単にデューティサイクルを制御することにより単一レーザを用いて実現可能である。
【００２２】
材料に与えられる出力は、レーザの周波数を調整することによっても変更可能である。レーザの周波数は、毎秒放射されるパルスの数である。従って、周波数が高くなるほど、材料に伝達される出力は大きくなる。
【００２３】
所与のレーザシステム、フィールドサイズ、材料厚さ、及び／又は材料特性において、レーザエッチングされた線に沿って容易に切り離される一方、使用中の所望しない切り離しを避けられる十分な引っ張り強度を保持する試料を作製する多様なレーザ設定が存在する。本明細書全体において、容易に切り離される一方、十分な引っ張り強度を保持する材料の概念は、繰り返し論じられることになる。この概念を定量化するための絶対的に具体的な変数は存在しないことに注意すべきであり、異なる材料及びそれらに意図された用途によって異なる値となるであろう。例えば、容易切り離しとは、ユーザが力を込めすぎることなく材料を切り離し、かつ、その材料がエッチングに沿って比較的直線で裂けることを意味する。十分な引っ張り強度とは、エッチングされた材料の標準的な取り扱い及び僅かな引っ張りや引き寄せによっては、エッチングされた線に沿った分離を生じず、それにより、不測の意図しない切り離しを避けられることを意味する。別の例では、エッチングされた材料が、分離することなく所与の引っ張り応力下に置かれるが、剪断応力下ではエッチングされた線に沿って容易に分離することとなる。一例においては、材料のレーザエッチングされた部分の引っ張り強度が２．２５ポンド／インチ〜６７ポンド／インチ（１ポンド／インチは18kg／m）の間、例えば３ポンド／インチ〜２２ポンド／インチの間、又は４ポンド／インチ〜１５ポンド／インチの間となり、この場合の長さ単位は、テープの幅を表す。上述した通り、正確な値は、材料及び用途によって異なることになる。適切な値は、本開示を参照した当業者には理解できるであろう。
【００２４】
レーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル、及び周波数を調整することにより、理想的な結果が得られることとなる。例えば、２０インチのフィールドサイズをもつ３，０００ワットＣＯ２レーザが、配向ポリプロピレン（ＯＰＰ）から作製されたウェブをエッチングするために用いられた。導出された設定の一例として出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s及び周波数６０kHzにより、包装用テープに使用するに適した、エッチング線に沿って容易に切り離しされかつ通常使用中は引き裂きに耐える十分な強度をもつレーザエッチングされたＯＰＰテープを作製した。しかしながら、操作変数の他の設定もまた好ましい特性を生じ得る。汎用的な包装用テープは、大きな引っ張り強度によってテープが容易に裂けることを防いでいるので、必要に応じてテープを切断するカッターを必要とするのに対し、本発明によるＯＰＰテープは、必要に応じて手で切り離すことができるのでカッターの必要性を排除する。３，０００ワットＣＯ２レーザを用いてＯＰＰテープにおける好ましい特性を生じるために導出された所与の設定の一例は、以下の表１に示されている。表１に示されたデータは、テープ材料に線をエッチングするために用いられる異なる動作パラメータを表している。各組の値は試験され、切り離し特性の評価及び引っ張り特性の評価として、切り離し特性又は引っ張り特性が劣っているものには１を、優れているものには５を割り当てた。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表１−】
【００２７】
表１に示されるように、所望する結果を得るために、異なる組合せを用いることができる。これらの設定のいくつかの組合せは、最良の切り離し特性と良好な引っ張り特性を生じ、いくつかの組合せは、良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性を生じ、そしていくつかの組合せは、良好な切り離し特性と良好な引っ張り特性を生じる。しかしながら、レーザ出力、デューティサイクル、スキャン速度及び周波数の設定の組合せの大部分は、切り離し特性が不満足であるか、引っ張り特性が不満足であるかのいずれかの点により、十分な結果が得られない。
【００２８】
表１に最もよく示されるように、レーザ出力は、個々の動作パラメータに関連して制御され得る。しかしながら、その替わりとしてレーザ出力は、単位時間当たりのエネルギー密度（ＥＤＰＵＴ：Energy Density Per Unit Time）に関連して制御されてもよい。ＥＤＰＵＴは、所定の時間内に所定の領域に適用される出力の量を規定するパラメータである。ＥＤＰＵＴはワット・秒／mm３にて、又は、レーザスポット移動速度（mm／s）及びレーザスポット領域（mm２）により除算される連続的なレーザ出力（ワット）を表す他の類似の単位にて表現できる。ＥＤＰＵＴは、出力、デューティサイクルもしくは所与の出力における被加工物に対するレーザの速度を変更することにより、又は他のパラメータにより、及びパラメータの組合せにより制御可能である。ＥＤＰＵＴは、所望する結果を繰り返し可能な態様で得るために一定範囲内に留まるように制御可能である。ＥＤＰＵＴ決定についての更なる詳細は、特許文献１に開示されており、参照することによりその開示をここに包含するものとする。
【００２９】
例えば、容易切り離し材料を作製するためには、レーザの速度が１０〜５０m／sでよく、レーザのスポット直径が０．０５〜０．３ｍｍでよく、レーザの出力が１，０００〜５，０００Ｗでよい。これにより、ＥＤＰＵＴ範囲は０．２８〜２５４．７７ワット・秒／mm３となる。これらを異なるパラメータに替えてもなおＥＤＰＵＴを同じ値にできることに注意すべきである。しかしながら、同じＥＤＰＵＴの値は、必ずしも同じ切り離し特性及び引っ張り特性をもたらすとは限らない。
【００３０】
動作パラメータの広範な変化が、本発明の範囲の下で考慮されることにも注意すべきである。動作パラメータにおける僅かな変化が、異なる結果をもたらす場合もある。材料のタイプ、表面特性及び厚さが、本明細書で説明した実施例の値からの変化をもたらす一方で、それでもなお本発明の範囲内にあるであろう。本発明は、孔サイズ、孔の間隔及び孔の数を制御する必要性を排除する。その替わりに、レーザが材料ウェブの表面をスキャンすることにより、容易に切り離せると同時に十分な引っ張り強度を保持するように材料を変えることができる。実施例では、直線について説明されかつ示されるが、波線、曲線又はジグザグ線を含む他のタイプの線についても適用できる。
【００３１】
図１〜図９Ｂは、動作パラメータを変えられるレーザを用いて形成された切り離し線を有する材料を示している。これらの実施例の全てにおいて、３，０００ワットＣＯ２レーザが用いられた。図１〜図８Ｃは、ＯＰＰテープにレーザエッチングされた線を示している。ＯＰＰテープは、二軸配向ポリプロピレンフィルムテープであり、通常、溶媒ベースのアクリル系接着剤をコーティングされている。ＯＰＰテープのいずれの実施例も、J.V. Convertg Companyにより製造された型番OPP-22CCであり、その仕様はここに参照することにより包含するものとする。このテープは３０μm二軸配向ポリプロピレンから作製され、厚さ２．２ミル（１ミル＝1000分の1インチ）であり、通常の引っ張り強度は２０ポンド／インチである。図９Ａ及び図９Ｂは、クラフトテープにレーザエッチングされた線を示している。クラフトテープの実施例は、J.V. Convertg Companyにより製造された型番FPPT-01であり、その仕様はここに参照することにより包含するものとする。このテープは、天然／合成ゴムブレンド接着剤によりコーティングされたクラフト平背面紙から作製され、厚さ７ミルであり、引っ張り強度は３６ポンド／インチである。
【００３２】
エッチングされたクラフトテープ及びＯＰＰテープは、ここでは実施例として示され、限定されるものではない。広範で多様なテープ、例えば医療用、電子用、透明、オフィス用、ダクト用、カーペット用、ベルクロ(Velcro（登録商標）)、アクリル系、非接着性等を、容易切り離し材料を形成するためにレーザエッチングすることが可能である。同様に、レーザエッチング線を、広範で多様な材料ウェブ、例えば紙、プラスチック、皮革、金属箔等における穿孔の替わりに用いることが可能である。各材料について、容易に切り離し可能でありかつ使用中は十分な引っ張り強度を保持するという最終製品の最適バランスを実現するために動作パラメータを変更することができる。多様なタイプのレーザを用いることができるとともに、なおかつ所望する結果を得られる。例えば、２００ワットレーザすなわちイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙａｇ）レーザを用いることもできる。Ｙａｇレーザを用いると、非常に小さいビーム直径が得られるので、所与の用途に有用である。
【００３３】
図１Ａ〜図１Ｃは、ＯＰＰテープ１２にエッチングされた線１０を示している。実施例においては、線１０は、３，０００ワットレーザを出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s及び周波数６０kHzで用いて形成された。図１Ａは、光学顕微鏡（ＯＳＭ）により観察されたテープ１２を示している。線１０は、テープ１２の表面がレーザにより部分的に貫かれた領域１４を含む。図１Ｂ及び図１Ｃは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりさらに詳細に観察した同じ線１０を示している。図１Ｂ及び図１Ｃに最もよく示されるように、レーザは、領域１６にてテープを貫通している。線１０は、レーザの１回の通過で形成され、異なる部分１４、１６における深さの変化は、レーザの制御パラメータによる。線１０は、良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性をもつテープ１２をもたらす。
【００３４】
図２は、光学顕微鏡により観察された材料２２のウェブにエッチングされた線２０を示す。実施例においては、線２０は、出力３５％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s及び周波数２０kHzで動作するレーザを用いて形成された。線２０は、完全にエッチングすることなく材料２２の表面を貫通している。これにより、材料２２にクレータ２４が形成されている。図２に最もよく示されるように、クレータ２４は、レーザの制御パラメータにより得られるそれらの深さに沿って形状が変化している。クレータ２４の形状により、線２０の他の特性と併せて、片寄りなく線２０に沿って容易に切り離すことができなおかつ十分な引っ張り強度を有する材料２２が得られる。従って、線２０は良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性をもたらす。
【００３５】
図３は、光学顕微鏡により観察された材料３２のウェブにエッチングされた線３０を示している。実施例においては、線３０は、出力４５％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２５m／s及び周波数２０kHzで動作するレーザを用いて形成された。これらのパラメータは、線３０の長さに沿ったクレータ３４を形成する。図２と同様であるが、線３０のクレータ３４は、図２のクレータ２４よりもわずかに、さらに離間している。これは、レーザのスキャン速度が増している一方、周波数が同じに留まっていることによる。わずかな違いはあるが、線２０、３０の双方とも、容易に切り離し可能である一方、十分な引っ張り強度をもつ所望の品質を呈する。
【００３６】
図４に類似の線４０が示されている。この実施例においては、レーザは、出力６５％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２５m／s及び周波数１０kHzに設定された。この場合も、線４０は、材料４２を完全に貫通することなくエッチングされた。この設定は、図２及び図３の線２０、３０と同様に、深さに沿って形状が変化するクレータ４４を形成する。線２０及び３０では良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性が得られる一方、線４０では最良の切り離し特性と良好な引っ張り特性が得られる。従って、材料を切り離す機能は向上したが、引っ張り強度は低下した。
【００３７】
図５Ａ〜図５Ｃは、材料５２にエッチングされた線５０を示す。図５Ａは、光学顕微鏡により観察された線５０を示す一方、図５Ｂ及び図５Ｃは走査型電子顕微鏡により観察された線５０を示す。この実施例においては、図５Ａの線５０は、出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度３０m／s及び周波数２０kHzにレーザを設定して形成された。線５０は、深さに沿って側面形状が変化するクレータ５４を有する。これらのクレータ５４は、図５Ｂ及び図５Ｃの走査型電子顕微鏡の画像では、より近接して現れている。線５０では、良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性を有する材料５２が得られる。
【００３８】
上述した通り、動作パラメータにおける変更は、材料において異なる表面形状を生じることとなる。図６に最もよく示されるように、出力５５％、デューティサイクル５０％、スキャン速度２０m／s及び周波数６０kHzに設定されたレーザにより形成された線６０は、大きなクレータや孔が無く、ほとんど直線の溝を生じる。この溝６４の中央は、側縁部分６６よりも深くなっており、レーザのパラメータに依存して下方への曲面又は斜面となっている。線６０は、他の線とは異なるが、なおかつ最良の切り離し特性と良好な引っ張り特性をもつ所望する特性を備えている。
【００３９】
図１Ａ〜図６に最もよく示されるように、幾つかの全く異なる表面形状が得られ、かつ、本発明により予期された必要とする切り離し性及び引っ張り強度を備えた材料を形成することができる。本発明を実行する場合、正確な表面特性に着目する必要はないが、所与の表面形状は、特定の材料又は用途において有利となり得る。このことは、本開示を読んだ当業者には自明であろう。
【００４０】
異なる動作パラメータは、完全に異なる特性を現す類似の表面形状を形成することができる。図７Ａ〜図７Ｃは、出力６０％、デューティサイクル３０％、スキャン速度２０m／s、及び周波数２０kHzに設定されたレーザによりエッチングされた線７０を示している。図７Ａは、光学顕微鏡により観察された線７０を示し、一方、図７Ｂ及び図７Ｃは、走査型電子顕微鏡により観察された線７０を示す。図７Ａの線７０は、表面を貫通しているが材料７２は貫通していないクレータ７４を含む。図８Ａ〜図８Ｃは、溝８６の内側に位置する多数のクレータ８４を有する線８０における類似の表面形状を示している。線８０は、出力６０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度３０m／s、及び周波数６０kHzに設定されたレーザによりエッチングされた。図８Ａは、光学顕微鏡により観察された線８０を示し、一方、図８Ｂ及び図８Ｃは、走査型電子顕微鏡により観察された線８０を示す。線７０及び線８０の表面形状は類似しているが、線８０は引っ張り強度が劣っている。従って、線８０を形成するためにデューティサイクルと周波数を増したことにより、容易に切り離され過ぎるために通常の使用に適さない材料となった。それに対し、線７０は、通常の取り扱いを維持しつつも、所望するときは容易に切り離せる特性である。よって、良好な引っ張り特性と良好な切り離し特性の双方を得る結果を決定するものは、必ずしも、従来の穿孔において通常依存していた個々の孔又は表面要素の数、間隔及び大きさではない。
【００４１】
図９Ａ及び図９Ｂは、３，０００ワットＣＯ２レーザを用いてクラフトテープ９２にエッチングされた線９０を示している。レーザは、出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s、及び周波数６０kHzに設定された。図９Ｂに最もよく示されるように、レーザは、テープ９２の表面を部分的に貫いて、クレータ９４を形成する。
【００４２】
図１０〜図２１に最もよく示されるように、更なるレーザ設定の例について結果を予測するためにコンピュータモデリングも行った。切り離し容易でかつ十分な引っ張り強度を保持する材料を形成するべくレーザ出力、スキャン速度、周波数及びデューティサイクルの許容可能な組合せを決定するために、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験技術が用いられた。コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験は、設計を評価するために統計的基準に基づくアルゴリズムを用いる。各実験後、切り離し特性及び引っ張り特性についてそれぞれ１〜５の評価付けをされ、１が最低で５が最高とした。実験は繰り返し行い、先に行った各々の実験結果により後続する実験のパラメータを決定した。異なるデューティサイクルについての複数のポイントが、３，０００ワットＣＯ２レーザの最大レーザ出力の３０％〜７０％の間の出力レベル（Ｐ）に亘って実験された。異なるグラフは、m／sで計測された異なるスキャン速度（ＳＳ）及びkHzで計測された異なる周波数を表している。
【００４３】
図１０〜図２１は、実験されたパラメータにおける応答曲線を表している。図１０〜図２１を比較することにより、切り離し特性の評価において絶対的に最高のレーザ設定の組合せは、引っ張り特性の評価において絶対的に最低となる傾向があり、かつ、逆も同様であることが明らかである。従って、切り離し特性と引っ張り特性の間の最良のバランスを得るレーザ設定の組合せを見極めるために、切り離し特性と引っ張り特性に対して均等の重みを割り当てて最適化を行った。しかし、望ましい場合には、用途及び材料に応じて切り離し特性と引っ張り特性の評価において異なる重み付けを行うこともできる。
【００４４】
この場合、最適設定が、実験されたＯＰＰテープについて４．３５の予測された切り離し特性評価と４．４８の予測された引っ張り特性評価を得るように導出された。これを得るためのレーザ設定の例は、（可能な３，０００ワット出力のうち）出力４５％、デューティサイクル８５％、スキャン速度２０m／s、及び周波数１０kHzと決定された。しかし、これらの実験は、実験された特定のテープについてこの最適に近い良好な結果を生成する幾つかの他のレーザ設定の組合せがあることを明らかとした。
【００４５】
出力３，０００ワットとスキャン速度５０m／sの性能をもつレーザにより、さらに別の実験を行った。HenkelCorporationの厚さ３ミル（０．００３インチ）のＨＰ２６０ ＯＰＰテープ及びShurtapeの厚さ６．２ミル（０．００６２インチ）のＦＰ９６ Ｋｒａｆｔテープの２つの異なるテープがこれらの実験に用いられた。この場合も、切り離し特性と引っ張り特性の最良のバランスを生じる出力、スキャン速度、周波数及びデューティサイクル等のレーザ変数の組合せが存在することが判明した。表２は、ＨＰ２６０テープについての最良の結果を生じるレーザ設定の例を示し、そして、表３は、Ｋｒａｆｔテープについての最良の結果を生じるレーザ設定の例を示している。これらの結果は、限定することを意味しておらず、他の変数を用いても本発明の範囲内に含まれる場合もあることを注記する。表２及び表３に示された結果では、５０m／sのスキャン速度であっても良好な結果が得られることが最も重要である。このことは、切り離し容易な製品を作製するためのコストに対して大きな経済的影響をもたらす。なぜなら、多くのレーザシステムは、例えば４m／s又はそれ未満の著しく限定されたスキャン速度だからである。従って、多様な材料において、従来方法における処理時間を格段に低減することが可能である。
【００４６】
実施例では、６０インチのフィールドサイズをもつ３，０００ワットレーザが、移動するＯＰＰテープ材料の６０インチウェブに、５０m／sのスキャン速度で線をエッチングする。別の例として、２０インチのフィールドサイズをもつ３つの高出力レーザが、同じ移動するウェブに高速で線をエッチングできる。これと比べて、同じ材料に対する従来のレーザドリル又は穿孔では、１０〜１５個の低出力レーザが４m／sを超えない各レーザのスキャン速度となるように要求される点で、全く制限される。
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
実施例では、ガルバノメータ駆動ミラーにより材料の表面を横切ってレーザビームを移動させることにより、エッチングされた線が形成される。図２２に最もよく示されるように、レーザ１１１は、コンピュータ制御されたミラーシステムに向けてビーム１１２を生成する。
【００５０】
図示されたミラーシステムは、Ｘ軸ガルバノメータ１１４上に装着されて駆動されるＸ軸ミラー１１３を具備する。Ｘ軸ガルバノメータ１１４は、回転してＸ軸ミラー１１３の回転を生じるように構成されている。レーザビーム１１２がＸ軸ミラー１１３に入射する間のＸ軸ミラー１１３の回転により、レーザビーム１１２がＸ軸に沿って動くこととなる。数値制御コンピュータ１１５は、Ｘ軸ガルバノメータ１１４によるＸ軸ミラー１１３の回転を制御する駆動源１１６の出力を制御する。レーザビーム１１２は、Ｘ軸ミラー１１３により逸らされ、Ｙ軸ガルバノメータ１１８上に回転可能に装着されたＹ軸ミラー１１７に向けられる。Ｙ軸ガルバノメータ１１８は、回転してＹ軸ミラー１１７の回転を生じるように構成されている。Ｙ軸ミラー１１７の回転は、Ｙ軸に沿ったＹ軸ミラー１１７上に入射するレーザビーム１１２の動きを生じさせる。数値制御コンピュータ１１５は、Ｙ軸ガルバノメータ１１８の回転を制御するためにＹ軸ガルバノメータ１１８に供給される駆動源１１６の出力を制御する。
【００５１】
当業者であれば、凹レンズ、凸レンズ、焦点レンズ、円筒レンズ、ミラー、スプリッタ、コンバイナ等の別の光学部品及びレンズを、ミラーの前又は後に導入できることは、理解できるであろう。これらの光学部品の追加は、各用途の必要に応じて、レーザの特性及びエッチング動作のパラメータを調整するために用いることができる。
【００５２】
この装置はさらに、テーブル若しくはコンベア等の固体基板、又は流動体ベッドでよい作業面１２０を具備する。加えて、作業面１２０はレーザ１１１のちょうど作業領域となり、そこでは材料１２１のウェブが、例えば１つのスプールから別のスプールへと特別な支持構造なしで横切って動く。材料（すなわち作業片）１２１は、作業面１２０上に置かれる。材料１２１はエッチングされる表面１２２を有する。レーザビーム１１２は、ミラー１１３、１１７により材料１２１の表面１２２に対して向けられる。通常、レーザビーム１１２は、表面１２２にほぼ垂直に向けられるが、レーザビーム１１２と表面１２２の間の角度を約４５°〜１３５°の範囲で調整することにより異なる製品が得られる。材料１２１の表面１２２に接触するレーザビーム１１２の相対的移動により、表面１２２上にエッチングされた線１２３を生じる。ミラー１１３、１１７の動作及びタイミングは、線１２３をエッチングするために数値制御コンピュータ１１５により制御される。本命最初で参照するように、相対的移動には、材料１２１が静置したままでのレーザビーム１１２の移動（例えばミラーシステムを用いる）、レーザビーム１１２が静置したままでの材料１２１の移動、又は、例えば弾み連続印刷プロセスでのレーザエッチングにおけるレーザビーム１１２と材料１２１の同時移動の組合せが含まれる。材料１２１が移動すると、レーザビーム１１２は、ガルバノミラー１１３、１１７の軸に沿った動きにより周期的形態で各部分を単純にエッチングする。レーザビーム１１２は、材料１２１が移動し続けていながら、なおかつ直線が材料にエッチングされるように制御可能である。さらに、レーザビーム１１２は、材料１２１を横切って連続的移動を行ってもよい。レーザビーム１１２の連続的スキャンが、常に連続的な線を生じるわけではないことに注意すべきである。レーザ１１１のデューティサイクル及び周波数は、レーザビーム１１２が材料１２１の所定の部分にはほとんど又は全く影響を及ぼさず、それにより連続的にスキャンされるレーザビーム１１２が不連続な線を生じるように制御可能である。
【００５３】
材料１２１の単一シートが示されているが、本発明は、作業面１２０を横切って動く材料のウェブを用いて理想的に実行される。材料１２１の幅に応じて、線１２３を形成するために１つより多いレーザ１１１を用いてもよい。１つより多い方向の線、例えば垂直な線と水平な線が必要な場合、追加のレーザ１１２を用いてもよい。もちろん、単一の移動可能なレーザを、双方の線を形成するために用いてもよい。さらに、材料１２１のウェブは、材料１２１の固体シートでもよく、材料１２１の個々の帯片からなってもよい。例えば、材料１２１は、個々の幅に既に切断されている個別の複数ロールでもよい。これらのロールは、単一ウェブ上に載置され、１又は複数のレーザ１１１の作業面１２０を横切って動かされる。これらの個別のロールは、必要に応じて同じ幅でも異なる幅でもよい。別の例として、材料１２１の単一シートの大きなウェブを作業面１２０を横切って動かし、その後で、同じ幅か異なる幅をもつ材料１２１の個別のシートに分割してもよい。材料１２１の単一シートを分割することは、線をレーザエッチングした同じレーザ１１１により行ってもよく、又は、別のレーザにより行ってもよい。本発明を接着剤テープに対して実施する場合、テープ背面に接着剤を塗布する前又は後のいずれにおいても、ここで記載した処理を行うことができることに注意すべきである。
【００５４】
レーザは、図２２に示した一例以外の他の有効な手段により材料をスキャンすることができる。この例は、Ｘ−Ｙ形式でのレーザ１１１の移動、Ｘ−Ｙ形式での作業面１２０の移動、又は２つの組合せを行うことを含む。例えば、リードねじ及びリニア駆動モータによる作業面１２０及びレーザ１１１の移動が実現可能であるが、他の適切な方法も許容できる。レーザ１１１の材料１２１からの距離は、レーザ１１１又は作業面１２０のいずれかを動かすことにより調整可能である。このシステムはまた、レーザの作業領域に射出される不活性ガスを含むタンクを備えてもよい。
【００５５】
レーザを制御するためのさらに別のシステム及び方法は、特許文献２に開示されており、参照することによりその内容を包含するものとする。
【００５６】
ウェブの供給速度及びレーザの動作パラメータは、異なる材料に対して最適な結果をもたらすように変更可能である。これらの変数は、制御装置（図示せず）により調整可能である。種々の実施例においては、制御装置は数値制御コンピュータシステムであるが、いずれのタイプのコンピュータシステムを用いてもよい。レーザ制御装置は、ミラー制御装置１１５と同じでもよく、又は、別個の専用ユニットとしてもよい。所望するパラメータは、ユーザによりシステムに入力されてもよく、予め記憶されたテーブルから選択されてもよく、又は、材料特性及び所望する最終製品に関連する変数の組に基づいて直接計算されてもよい。Ｃ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ等、制御装置をプログラムするために用いられるいかなるタイプのプログラミング言語を用いてもよい。制御装置をプログラミングするプロセスは、ローカルに又はネットワークを介して実行可能である。
【００５７】
種々の実施例においては、レーザ出力、デューティサイクル、スキャン速度及び周波数が制御されかつ材料の形態が無視された場合にも、許容可能な結果が得られる。一例では、本発明はまた、特別な材料のためのこれらの変数を最適化する方法を目的とする。数値試験の後、Ｄ−最適実験計画設計を用いた統計的解析が行われた。Ｄ−最適実験計画設計は、多くの変数を効率的に探査することを可能とする。非制御変数は平均化され、独立変数の間の相互作用及び曲線の影響は容易に解析され、望ましくない又は情報の少ない実験は排除される。Ｄ−最適実験計画設計を実行するプログラムの一例として、Haller Information TechnologySystemによる"Experimental Design Optimizer"がある。独立変数及びそれらのレベルは、ソフトウェアプログラムに入力される。出力は、統計的に重要な結果、実験の順序及び各独立変数のレベルを得るために実行する実験の特定の数字である。この場合、従属変数は、切り離し特性と引っ張り特性の評価１〜５である。独立変数は、レーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル及び周波数である。
【００５８】
Ｄ−最適実験計画設計を実行した後、これらの実験から得たデータが、回帰モデルを用いて解析される。回帰解析は、レーザパラメータの１つが変更されかつ他は固定されたときに切り離し特性及び引っ張り特性の評価がどのように変わるかを理解することに役立つ。使用可能な回帰方法の幾つかの例は、線形回帰、通常の最小二乗回帰、又はノンパラメトリック回帰形態がある。回帰解析を実行するプログラムの例は、Haller Information TechnologySystemによる"Multiple Correlation Analysis"がある。統計的に設計された実験から得たデータは、このソフトウェアに入力される。その後、プログラムは、切り離し強度及び引っ張り強度をレーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル、周波数及びこれら全ての相互作用に量的に関係づける種々の異なる回帰モデルを生成することができる。
【００５９】
最後に、切り離し特性と引っ張り特性の最良バランスのための最適プロセス設定が、数学的最適化により決定できる。最適化を実行するプログラムの例は、Haller Information TechnologySystemによる"Multiple Property Optimization"がある。線形回帰から決定された相関方程式は、このソフトウェアに対する入力として機能する。切り離し特性及び引っ張り特性の評価に対して種々の重みが割り当てられ、ソフトウェアは切り離し特性と引っ張り特性の間の最良バランスのためのレーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル及び周波数を決定する。この方法においては、多様な材料において所望する品質を得るために十分なレーザパラメータを導出することができる。
【００６０】
上述した本発明の実施例は、図示の目的で提示した。本発明を開示された精細な形態に限定するものでも、他を排除するものでもない。上述の技術に照らして自明の修飾又は変形が可能である。例えば、他の材料、変数及び数値を用いることができる。上述した実施例は、本発明の原理及びその実用的な用途を示すために選択されたもので、それにより当業者であれば種々の実施例及び種々の改変において、ここに開示した原理に従う限りにおいて、特定に用途に適した本発明を最良に利用できるものである。このように、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく上述した本発明における変更は可能である。さらに、一実施例の特徴又は構成要素を別の実施例で適用してもよい。よって、本発明は、そのような改変及び変形を全て包含するよう意図されている。
【符号の説明】
【００６１】
１１１ レーザ
１１２ レーザビーム
１１３ Ｘ軸ミラー
１１４ Ｘ軸ガルバノメータ
１１５ 数値制御コンピュータ
１１６ 駆動源
１１７ Ｙ軸ミラー
１１８ Ｙ軸ガルバノメータ
１２０ 作業面
１２１ 材料
１２２ 表面
１２３ 線
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年９月１８日に出願された暫定出願６１／２４３，５７９の優先権の利益を主張し、参照することによりその開示をここに包含する。
【０００２】
本発明の分野は、予め形成された切り離し線を有する材料及び斯かる製品の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
手で容易に切り離すことができる一方、所望しない引き裂けを回避できる十分な引っ張り強度を保持する製品を得ることは、通常、穿孔により実現される。穿孔は、旧来、離間した多数の鋭い先端からなる機械的カッターの押圧により形成される。カッターが材料と接触すると、先端は小さな穴を形成する。押圧した際に接触だけとなる箇所は、材料がそのまま残される。この離間した穿孔の列は、通常の状況下ではそのままの状態を維持するが、所定の大きさの力が加わると裂けるような材料を形成する。材料を切り離すために必要な力の大きさは、材料のタイプ並びに穿孔の大きさ及び間隔に依存する。穿孔の大きさ及び間隔は、カッターの特性を変更することにより変えることができる。
【０００４】
穿孔を形成するカッターを使用することは、高コストとなる場合がある。予め穿孔されている製品、例えば切手、トイレットペーパー、ペーパータオル等においては、高い処理効率を得るため、極めて多数のカッターを、材料の大きな巻き取り紙（ウェブ）を横切って用いなければならない。これらのカッターは、それらが摩耗したときには手入れしたりしばしば交換したりしなければならない。加えて、カッターの摩耗は、穿孔の大きさと深さのばらつきを生じることとなり、そのため、均一な製品を得るためには処理パラメータを常に変更しなければならない。
【０００５】
テープ、アルミ箔、プラスチックラップ等、穿孔されると同時にユーザにより切り離される製品においては、金属カッターが製品とともに設けられるか、または、別個に取得されなければならない。この要請は、製造者又はユーザにとって余分なコストとなる。
【０００６】
旧来のカッティング装置の問題を解決する１つの方法は、レーザを用いて材料を穿孔することである。慣用的なレーザ法では、材料を横切って一連の孔を形成することにより穿孔を形成する。材料を穿孔するためにレーザを用いる利点の１つは、通常の機械的穿孔装置により材料を孔空けしたり切り離したりするよりも、レーザの方がより小さく極めて正確な箇所を昇華させることである。しかしながら、レーザの使用には多くの不利な点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第5,990,444号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2007/0108170号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
穿孔は、小さい孔がより効率的であることが判明した。なぜなら、孔が大きくなると十分容易に裂けなくなるからである。しかし、孔が小さくなることは、処理領域すなわち"フィールドサイズ"が小さくなることを意味する。なぜなら、ビーム径はレーザのフィールドサイズに比例するからである。例えば、４インチのフィールドサイズをもつレーザは、約０．０２mmの直径をもつ孔を形成することができる。この孔のサイズは、所与の材料を穿孔するために理想的であるが、６０インチ幅の材料のウェブでは、所望する穿孔を良好に形成するために同期操作される１５個の別個のレーザを必要とする。
【０００９】
材料を穿孔するために多数のレーザを用いることには、多くの問題点がある。用いるレーザの数が多くなるほど、システムがより複雑となり、各ユニットの制御と監視が必要となる。これらのレーザは、揃った穿孔を形成するために完全に同期させる必要がある。エネルギー出力が同じ２つのレーザが存在しないことを鑑みると、同期操作において、そして材料の幅全体の穿孔において、各レーザを注意深く更正し調整する必要があり、そうしないと、レーザが互いに整合しないことは明らかである。いずれかのレーザの不具合や変動があると、使用不可の製品となり、メンテナンスのために製造全体の停止が必要となる。
【００１０】
多数のレーザに替える場合、ビームスプリッタを用いて単一レーザからビームを分割することがある。これには、レーザビームを分割して効果を維持することができる量的限界があるため、なお１つより多いレーザが必要であろうし、上述と同じ問題を生じることとなる上、ビームスプリッタという更なる複雑さが加わる。さらに、分割したレーザビームを用いるシステムは、旧来のものより多くのコストがかかることとなる。
【００１１】
上述した欠点に加えて、典型的なレーザ穿孔システムは、多様な複合プロセス情報を必要とする。切り離し容易な製品を製造するために、孔サイズ、孔形状、孔間隔、及び孔数を材料によって制御しなければならない。多数のレーザを使用しなければならないとき、各々がその専用の制御システムを有する必要があり、処理情報が入力されねばならず、かつ、各レーザにおいて精確に実行されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、第１の主面と第２の主面を有するシート材料を対象とする。レーザエッチングされた線が、両主面のうちの一方に存在する。この材料は、力が加わることに応じてレーザエッチングされた線に沿って分離される。
【００１３】
容易切り離し材料のシートを作製する方法も提供される。この方法は、材料のウェブと作業領域を有するレーザとを設けるステップを備える。この材料は、作業領域を横切って動かされ、そしてレーザが材料の一方の主面に線をエッチングする。
【００１４】
別の方法、システム、装置及び製品を含む本発明の別の態様は、添付の図面を参照し以下の説明を読むことにより明らかとされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図２】図２は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図３】図３は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図４】図４は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図５Ａ】図５Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図６】図６は、レーザエッチングされた線の一例である。
【図７Ａ】図７Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図８Ａ】図８Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図９Ａ】図９Ａは、レーザエッチングされた線の一例である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示したレーザエッチングされた線の拡大図である。
【図１０】図１０は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１１】図１１は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１２】図１２は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１３】図１３は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１４】図１４は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１５】図１５は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１６】図１６は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１７】図１７は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１８】図１８は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図１９】図１９は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図２０】図２０は、レーザエッチングされた線の一例についての切り離し特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図２１】図２１は、レーザエッチングされた線の一例についての引っ張り特性評価を示す、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験結果を描いたグラフである。
【図２２】図２２は、線をエッチングするレーザシステムの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、添付図面に示された本発明の一例としての実施及び方法を詳細に参照する。全図に亘って図面中の類似した符号は、類似の又は対応する部分を示している。しかしながら、より広い態様における本発明は、特定の詳細、典型的装置及び方法、並びに図示の例に限定されず、一例としての実施及び方法に関連して説明されるものとする。
【００１７】
多様な実施例において、材料ウェブの表面に線をエッチングするためにレーザを用いることにより従来技術の欠点が克服される。移動する材料ウェブを横切る周期的なレーザエッチング線を形成するために、高出力で大きなフィールドサイズのレーザを用いることができる。図１Ａ〜図９Ｂに最もよく示されるように、この線は、個々の均一な間隔の穿孔を形成するのではなく、表面を部分的に貫く部分と、表面を完全に貫通する部分と、表面を貫通しない部分との全て又は一部の組み合わせで構成されていればよい。この線は、材料ウェブを横切るレーザの単一通過又は単一スキャンで形成されるように、単一動作でエッチングしてもよい。このようなエッチングにより、材料を手で容易に切り離し可能とする一方、所望しない分離すなわち通常使用時の切り離しを避けるための十分な引っ張り強度を保持できる。レーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル及びレーザ周波数の制御は、エッチングの特性を制御することとなる。これらの変数の制御は、孔サイズ、孔形状、孔間隔及び孔の数を制御するための複雑な入力を必要とする通常の方法に関する操作よりも単純化される。調整可能なさらに別の変数として、例えば、境界領域にて減速中及び加速中のレーザの出力を一定とすることによりエッチングの所望する特性を維持する制御ファクタ設定、レーザが不活性となる処理ポイント間のレーザ速度を制御するジャンプ速度、さらに、レーザ対物レンズの大きさ、レーザの波長、及びレーザの焦点オフセットを含む。これらの方法を用いることで、毎秒１０ｍ〜６５ｍ及びそれ以上のスキャン速度が得られる。これは、直線に沿って離間した各ポイントにて個々の孔を形成するために停止する旧来のレーザシステムよりも実質的に速い。
【００１８】
この方法により、大きなフィールドサイズをもつ単一レーザを、異なる特性をもつ多様な材料に対して用いることができる。所与の状況においては、１つより多いレーザが必要とされる場合もあるが、いずれの適用における個数も、旧来の方法における個数よりも格段に少なくなるであろう。従って、必要なレーザの個数が大きく低減されるので、大きな材料ウェブを、より低いコスト、より短い時間、より少ない監視及び制御でエッチングできる。
【００１９】
材料及びその特性に依存して、レーザ出力を調整できる。例えば、３，０００ワットの連続出力、これはそのレーザが一時的エネルギーサージすなわちパルスをもつときの出力とは異なるものだが、この連続出力をもつレーザでは、全出力に対する割合としてレーザの出力設定を調整することにより変更することができる。
【００２０】
スキャン速度は、レーザビームと材料の表面が互いに相対的に移動する速度である。この速度は、レーザビームの移動、材料の移動又はこれら双方の組み合わせを制御することにより変更できる。
【００２１】
デューティサイクルは、各パルス中にレーザがオンとなる時間の比率である。デューティサイクルを変更することにより、材料に与えられる出力量を制御する。例えば、１，０００ワット〜３，０００ワットの間の出力レベルは、単にデューティサイクルを制御することにより単一レーザを用いて実現可能である。
【００２２】
材料に与えられる出力は、レーザの周波数を調整することによっても変更可能である。レーザの周波数は、毎秒放射されるパルスの数である。従って、周波数が高くなるほど、材料に伝達される出力は大きくなる。
【００２３】
所与のレーザシステム、フィールドサイズ、材料厚さ、及び／又は材料特性において、レーザエッチングされた線に沿って容易に切り離される一方、使用中の所望しない切り離しを避けられる十分な引っ張り強度を保持する試料を作製する多様なレーザ設定が存在する。本明細書全体において、容易に切り離される一方、十分な引っ張り強度を保持する材料の概念は、繰り返し論じられることになる。この概念を定量化するための絶対的に具体的な変数は存在しないことに注意すべきであり、異なる材料及びそれらに意図された用途によって異なる値となるであろう。例えば、容易切り離しとは、ユーザが力を込めすぎることなく材料を切り離し、かつ、その材料がエッチングに沿って比較的直線で裂けることを意味する。十分な引っ張り強度とは、エッチングされた材料の標準的な取り扱い及び僅かな引っ張りや引き寄せによっては、エッチングされた線に沿った分離を生じず、それにより、不測の意図しない切り離しを避けられることを意味する。別の例では、エッチングされた材料が、分離することなく所与の引っ張り応力下に置かれるが、剪断応力下ではエッチングされた線に沿って容易に分離することとなる。一例においては、材料のレーザエッチングされた部分の引っ張り強度が２．２５ポンド／インチ〜６７ポンド／インチ（１ポンド／インチは18kg／m）の間、例えば３ポンド／インチ〜２２ポンド／インチの間、又は４ポンド／インチ〜１５ポンド／インチの間となり、この場合の長さ単位は、テープの幅を表す。上述した通り、正確な値は、材料及び用途によって異なることになる。適切な値は、本開示を参照した当業者には理解できるであろう。
【００２４】
レーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル、及び周波数を調整することにより、理想的な結果が得られることとなる。例えば、２０インチのフィールドサイズをもつ３，０００ワットＣＯ２レーザが、配向ポリプロピレン（ＯＰＰ）から作製されたウェブをエッチングするために用いられた。導出された設定の一例として出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s及び周波数６０kHzにより、包装用テープに使用するに適した、エッチング線に沿って容易に切り離しされかつ通常使用中は引き裂きに耐える十分な強度をもつレーザエッチングされたＯＰＰテープを作製した。しかしながら、操作変数の他の設定もまた好ましい特性を生じ得る。汎用的な包装用テープは、大きな引っ張り強度によってテープが容易に裂けることを防いでいるので、必要に応じてテープを切断するカッターを必要とするのに対し、本発明によるＯＰＰテープは、必要に応じて手で切り離すことができるのでカッターの必要性を排除する。３，０００ワットＣＯ２レーザを用いてＯＰＰテープにおける好ましい特性を生じるために導出された所与の設定の一例は、以下の表１に示されている。表１に示されたデータは、テープ材料に線をエッチングするために用いられる異なる動作パラメータを表している。各組の値は試験され、切り離し特性の評価及び引っ張り特性の評価として、切り離し特性又は引っ張り特性が劣っているものには１を、優れているものには５を割り当てた。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表１−】
【００２７】
表１に示されるように、所望する結果を得るために、異なる組合せを用いることができる。これらの設定のいくつかの組合せは、最良の切り離し特性と良好な引っ張り特性を生じ、いくつかの組合せは、良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性を生じ、そしていくつかの組合せは、良好な切り離し特性と良好な引っ張り特性を生じる。しかしながら、レーザ出力、デューティサイクル、スキャン速度及び周波数の設定の組合せの大部分は、切り離し特性が不満足であるか、引っ張り特性が不満足であるかのいずれかの点により、十分な結果が得られない。
【００２８】
表１に最もよく示されるように、レーザ出力は、個々の動作パラメータに関連して制御され得る。しかしながら、その替わりとしてレーザ出力は、単位時間当たりのエネルギー密度（ＥＤＰＵＴ：Energy Density Per Unit Time）に関連して制御されてもよい。ＥＤＰＵＴは、所定の時間内に所定の領域に適用される出力の量を規定するパラメータである。ＥＤＰＵＴはワット・秒／mm３にて、又は、レーザスポット移動速度（mm／s）及びレーザスポット領域（mm２）により除算される連続的なレーザ出力（ワット）を表す他の類似の単位にて表現できる。ＥＤＰＵＴは、出力、デューティサイクルもしくは所与の出力における被加工物に対するレーザの速度を変更することにより、又は他のパラメータにより、及びパラメータの組合せにより制御可能である。ＥＤＰＵＴは、所望する結果を繰り返し可能な態様で得るために一定範囲内に留まるように制御可能である。ＥＤＰＵＴ決定についての更なる詳細は、特許文献１に開示されており、参照することによりその開示をここに包含するものとする。
【００２９】
例えば、容易切り離し材料を作製するためには、レーザの速度が１０〜５０m／sでよく、レーザのスポット直径が０．０５〜０．３ｍｍでよく、レーザの出力が１，０００〜５，０００Ｗでよい。これにより、ＥＤＰＵＴ範囲は０．２８〜２５４．７７ワット・秒／mm３となる。これらを異なるパラメータに替えてもなおＥＤＰＵＴを同じ値にできることに注意すべきである。しかしながら、同じＥＤＰＵＴの値は、必ずしも同じ切り離し特性及び引っ張り特性をもたらすとは限らない。
【００３０】
動作パラメータの広範な変化が、本発明の範囲の下で考慮されることにも注意すべきである。動作パラメータにおける僅かな変化が、異なる結果をもたらす場合もある。材料のタイプ、表面特性及び厚さが、本明細書で説明した実施例の値からの変化をもたらす一方で、それでもなお本発明の範囲内にあるであろう。本発明は、孔サイズ、孔の間隔及び孔の数を制御する必要性を排除する。その替わりに、レーザが材料ウェブの表面をスキャンすることにより、容易に切り離せると同時に十分な引っ張り強度を保持するように材料を変えることができる。実施例では、直線について説明されかつ示されるが、波線、曲線又はジグザグ線を含む他のタイプの線についても適用できる。
【００３１】
図１〜図９Ｂは、動作パラメータを変えられるレーザを用いて形成された切り離し線を有する材料を示している。これらの実施例の全てにおいて、３，０００ワットＣＯ２レーザが用いられた。図１〜図８Ｃは、ＯＰＰテープにレーザエッチングされた線を示している。ＯＰＰテープは、二軸配向ポリプロピレンフィルムテープであり、通常、溶媒ベースのアクリル系接着剤をコーティングされている。ＯＰＰテープのいずれの実施例も、J.V. Convertg Companyにより製造された型番OPP-22CCであり、その仕様はここに参照することにより包含するものとする。このテープは３０μm二軸配向ポリプロピレンから作製され、厚さ２．２ミル（１ミル＝1000分の1インチ）であり、通常の引っ張り強度は２０ポンド／インチである。図９Ａ及び図９Ｂは、クラフトテープにレーザエッチングされた線を示している。クラフトテープの実施例は、J.V. Convertg Companyにより製造された型番FPPT-01であり、その仕様はここに参照することにより包含するものとする。このテープは、天然／合成ゴムブレンド接着剤によりコーティングされたクラフト平背面紙から作製され、厚さ７ミルであり、引っ張り強度は３６ポンド／インチである。
【００３２】
エッチングされたクラフトテープ及びＯＰＰテープは、ここでは実施例として示され、限定されるものではない。広範で多様なテープ、例えば医療用、電子用、透明、オフィス用、ダクト用、カーペット用、ベルクロ(Velcro（登録商標）)、アクリル系、非接着性等を、容易切り離し材料を形成するためにレーザエッチングすることが可能である。同様に、レーザエッチング線を、広範で多様な材料ウェブ、例えば紙、プラスチック、皮革、金属箔等における穿孔の替わりに用いることが可能である。各材料について、容易に切り離し可能でありかつ使用中は十分な引っ張り強度を保持するという最終製品の最適バランスを実現するために動作パラメータを変更することができる。多様なタイプのレーザを用いることができるとともに、なおかつ所望する結果を得られる。例えば、２００ワットレーザすなわちイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙａｇ）レーザを用いることもできる。Ｙａｇレーザを用いると、非常に小さいビーム直径が得られるので、所与の用途に有用である。
【００３３】
図１Ａ〜図１Ｃは、ＯＰＰテープ１２にエッチングされた線１０を示している。実施例においては、線１０は、３，０００ワットレーザを出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s及び周波数６０kHzで用いて形成された。図１Ａは、光学顕微鏡（ＯＳＭ）により観察されたテープ１２を示している。線１０は、テープ１２の表面がレーザにより部分的に貫かれた領域１４を含む。図１Ｂ及び図１Ｃは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりさらに詳細に観察した同じ線１０を示している。図１Ｂ及び図１Ｃに最もよく示されるように、レーザは、領域１６にてテープを貫通している。線１０は、レーザの１回の通過で形成され、異なる部分１４、１６における深さの変化は、レーザの制御パラメータによる。線１０は、良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性をもつテープ１２をもたらす。
【００３４】
図２は、光学顕微鏡により観察された材料２２のウェブにエッチングされた線２０を示す。実施例においては、線２０は、出力３５％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s及び周波数２０kHzで動作するレーザを用いて形成された。線２０は、完全にエッチングすることなく材料２２の表面を貫通している。これにより、材料２２にクレータ２４が形成されている。図２に最もよく示されるように、クレータ２４は、レーザの制御パラメータにより得られるそれらの深さに沿って形状が変化している。クレータ２４の形状により、線２０の他の特性と併せて、片寄りなく線２０に沿って容易に切り離すことができなおかつ十分な引っ張り強度を有する材料２２が得られる。従って、線２０は良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性をもたらす。
【００３５】
図３は、光学顕微鏡により観察された材料３２のウェブにエッチングされた線３０を示している。実施例においては、線３０は、出力４５％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２５m／s及び周波数２０kHzで動作するレーザを用いて形成された。これらのパラメータは、線３０の長さに沿ったクレータ３４を形成する。図２と同様であるが、線３０のクレータ３４は、図２のクレータ２４よりもわずかに、さらに離間している。これは、レーザのスキャン速度が増している一方、周波数が同じに留まっていることによる。わずかな違いはあるが、線２０、３０の双方とも、容易に切り離し可能である一方、十分な引っ張り強度をもつ所望の品質を呈する。
【００３６】
図４に類似の線４０が示されている。この実施例においては、レーザは、出力６５％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２５m／s及び周波数１０kHzに設定された。この場合も、線４０は、材料４２を完全に貫通することなくエッチングされた。この設定は、図２及び図３の線２０、３０と同様に、深さに沿って形状が変化するクレータ４４を形成する。線２０及び３０では良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性が得られる一方、線４０では最良の切り離し特性と良好な引っ張り特性が得られる。従って、材料を切り離す機能は向上したが、引っ張り強度は低下した。
【００３７】
図５Ａ〜図５Ｃは、材料５２にエッチングされた線５０を示す。図５Ａは、光学顕微鏡により観察された線５０を示す一方、図５Ｂ及び図５Ｃは走査型電子顕微鏡により観察された線５０を示す。この実施例においては、図５Ａの線５０は、出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度３０m／s及び周波数２０kHzにレーザを設定して形成された。線５０は、深さに沿って側面形状が変化するクレータ５４を有する。これらのクレータ５４は、図５Ｂ及び図５Ｃの走査型電子顕微鏡の画像では、より近接して現れている。線５０では、良好な切り離し特性と最良の引っ張り特性を有する材料５２が得られる。
【００３８】
上述した通り、動作パラメータにおける変更は、材料において異なる表面形状を生じることとなる。図６に最もよく示されるように、出力５５％、デューティサイクル５０％、スキャン速度２０m／s及び周波数６０kHzに設定されたレーザにより形成された線６０は、大きなクレータや孔が無く、ほとんど直線の溝を生じる。この溝６４の中央は、側縁部分６６よりも深くなっており、レーザのパラメータに依存して下方への曲面又は斜面となっている。線６０は、他の線とは異なるが、なおかつ最良の切り離し特性と良好な引っ張り特性をもつ所望する特性を備えている。
【００３９】
図１Ａ〜図６に最もよく示されるように、幾つかの全く異なる表面形状が得られ、かつ、本発明により予期された必要とする切り離し性及び引っ張り強度を備えた材料を形成することができる。本発明を実行する場合、正確な表面特性に着目する必要はないが、所与の表面形状は、特定の材料又は用途において有利となり得る。このことは、本開示を読んだ当業者には自明であろう。
【００４０】
異なる動作パラメータは、完全に異なる特性を現す類似の表面形状を形成することができる。図７Ａ〜図７Ｃは、出力６０％、デューティサイクル３０％、スキャン速度２０m／s、及び周波数２０kHzに設定されたレーザによりエッチングされた線７０を示している。図７Ａは、光学顕微鏡により観察された線７０を示し、一方、図７Ｂ及び図７Ｃは、走査型電子顕微鏡により観察された線７０を示す。図７Ａの線７０は、表面を貫通しているが材料７２は貫通していないクレータ７４を含む。図８Ａ〜図８Ｃは、溝８６の内側に位置する多数のクレータ８４を有する線８０における類似の表面形状を示している。線８０は、出力６０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度３０m／s、及び周波数６０kHzに設定されたレーザによりエッチングされた。図８Ａは、光学顕微鏡により観察された線８０を示し、一方、図８Ｂ及び図８Ｃは、走査型電子顕微鏡により観察された線８０を示す。線７０及び線８０の表面形状は類似しているが、線８０は引っ張り強度が劣っている。従って、線８０を形成するためにデューティサイクルと周波数を増したことにより、容易に切り離され過ぎるために通常の使用に適さない材料となった。それに対し、線７０は、通常の取り扱いを維持しつつも、所望するときは容易に切り離せる特性である。よって、良好な引っ張り特性と良好な切り離し特性の双方を得る結果を決定するものは、必ずしも、従来の穿孔において通常依存していた個々の孔又は表面要素の数、間隔及び大きさではない。
【００４１】
図９Ａ及び図９Ｂは、３，０００ワットＣＯ２レーザを用いてクラフトテープ９２にエッチングされた線９０を示している。レーザは、出力４０％、デューティサイクル６０％、スキャン速度２０m／s、及び周波数６０kHzに設定された。図９Ｂに最もよく示されるように、レーザは、テープ９２の表面を部分的に貫いて、クレータ９４を形成する。
【００４２】
図１０〜図２１に最もよく示されるように、更なるレーザ設定の例について結果を予測するためにコンピュータモデリングも行った。切り離し容易でかつ十分な引っ張り強度を保持する材料を形成するべくレーザ出力、スキャン速度、周波数及びデューティサイクルの許容可能な組合せを決定するために、コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験技術が用いられた。コンピュータによるＤ−最適実験計画設計の実験は、設計を評価するために統計的基準に基づくアルゴリズムを用いる。各実験後、切り離し特性及び引っ張り特性についてそれぞれ１〜５の評価付けをされ、１が最低で５が最高とした。実験は繰り返し行い、先に行った各々の実験結果により後続する実験のパラメータを決定した。異なるデューティサイクルについての複数のポイントが、３，０００ワットＣＯ２レーザの最大レーザ出力の３０％〜７０％の間の出力レベル（Ｐ）に亘って実験された。異なるグラフは、m／sで計測された異なるスキャン速度（ＳＳ）及びkHzで計測された異なる周波数を表している。
【００４３】
図１０〜図２１は、実験されたパラメータにおける応答曲線を表している。図１０〜図２１を比較することにより、切り離し特性の評価において絶対的に最高のレーザ設定の組合せは、引っ張り特性の評価において絶対的に最低となる傾向があり、かつ、逆も同様であることが明らかである。従って、切り離し特性と引っ張り特性の間の最良のバランスを得るレーザ設定の組合せを見極めるために、切り離し特性と引っ張り特性に対して均等の重みを割り当てて最適化を行った。しかし、望ましい場合には、用途及び材料に応じて切り離し特性と引っ張り特性の評価において異なる重み付けを行うこともできる。
【００４４】
この場合、最適設定が、実験されたＯＰＰテープについて４．３５の予測された切り離し特性評価と４．４８の予測された引っ張り特性評価を得るように導出された。これを得るためのレーザ設定の例は、（可能な３，０００ワット出力のうち）出力４５％、デューティサイクル８５％、スキャン速度２０m／s、及び周波数１０kHzと決定された。しかし、これらの実験は、実験された特定のテープについてこの最適に近い良好な結果を生成する幾つかの他のレーザ設定の組合せがあることを明らかとした。
【００４５】
出力３，０００ワットとスキャン速度５０m／sの性能をもつレーザにより、さらに別の実験を行った。HenkelCorporationの厚さ３ミル（０．００３インチ）のＨＰ２６０ ＯＰＰテープ及びShurtapeの厚さ６．２ミル（０．００６２インチ）のＦＰ９６ Ｋｒａｆｔテープの２つの異なるテープがこれらの実験に用いられた。この場合も、切り離し特性と引っ張り特性の最良のバランスを生じる出力、スキャン速度、周波数及びデューティサイクル等のレーザ変数の組合せが存在することが判明した。表２は、ＨＰ２６０テープについての最良の結果を生じるレーザ設定の例を示し、そして、表３は、Ｋｒａｆｔテープについての最良の結果を生じるレーザ設定の例を示している。これらの結果は、限定することを意味しておらず、他の変数を用いても本発明の範囲内に含まれる場合もあることを注記する。表２及び表３に示された結果では、５０m／sのスキャン速度であっても良好な結果が得られることが最も重要である。このことは、切り離し容易な製品を作製するためのコストに対して大きな経済的影響をもたらす。なぜなら、多くのレーザシステムは、例えば４m／s又はそれ未満の著しく限定されたスキャン速度だからである。従って、多様な材料において、従来方法における処理時間を格段に低減することが可能である。
【００４６】
実施例では、６０インチのフィールドサイズをもつ３，０００ワットレーザが、移動するＯＰＰテープ材料の６０インチウェブに、５０m／sのスキャン速度で線をエッチングする。別の例として、２０インチのフィールドサイズをもつ３つの高出力レーザが、同じ移動するウェブに高速で線をエッチングできる。これと比べて、同じ材料に対する従来のレーザドリル又は穿孔では、１０〜１５個の低出力レーザが４m／sを超えない各レーザのスキャン速度となるように要求される点で、全く制限される。
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
実施例では、ガルバノメータ駆動ミラーにより材料の表面を横切ってレーザビームを移動させることにより、エッチングされた線が形成される。図２２に最もよく示されるように、レーザ１１１は、コンピュータ制御されたミラーシステムに向けてビーム１１２を生成する。
【００５０】
図示されたミラーシステムは、Ｘ軸ガルバノメータ１１４上に装着されて駆動されるＸ軸ミラー１１３を具備する。Ｘ軸ガルバノメータ１１４は、回転してＸ軸ミラー１１３の回転を生じるように構成されている。レーザビーム１１２がＸ軸ミラー１１３に入射する間のＸ軸ミラー１１３の回転により、レーザビーム１１２がＸ軸に沿って動くこととなる。数値制御コンピュータ１１５は、Ｘ軸ガルバノメータ１１４によるＸ軸ミラー１１３の回転を制御する駆動源１１６の出力を制御する。レーザビーム１１２は、Ｘ軸ミラー１１３により逸らされ、Ｙ軸ガルバノメータ１１８上に回転可能に装着されたＹ軸ミラー１１７に向けられる。Ｙ軸ガルバノメータ１１８は、回転してＹ軸ミラー１１７の回転を生じるように構成されている。Ｙ軸ミラー１１７の回転は、Ｙ軸に沿ったＹ軸ミラー１１７上に入射するレーザビーム１１２の動きを生じさせる。数値制御コンピュータ１１５は、Ｙ軸ガルバノメータ１１８の回転を制御するためにＹ軸ガルバノメータ１１８に供給される駆動源１１６の出力を制御する。
【００５１】
当業者であれば、凹レンズ、凸レンズ、焦点レンズ、円筒レンズ、ミラー、スプリッタ、コンバイナ等の別の光学部品及びレンズを、ミラーの前又は後に導入できることは、理解できるであろう。これらの光学部品の追加は、各用途の必要に応じて、レーザの特性及びエッチング動作のパラメータを調整するために用いることができる。
【００５２】
この装置はさらに、テーブル若しくはコンベア等の固体基板、又は流動体ベッドでよい作業面１２０を具備する。加えて、作業面１２０はレーザ１１１のちょうど作業領域となり、そこでは材料１２１のウェブが、例えば１つのスプールから別のスプールへと特別な支持構造なしで横切って動く。材料（すなわち作業片）１２１は、作業面１２０上に置かれる。材料１２１はエッチングされる表面１２２を有する。レーザビーム１１２は、ミラー１１３、１１７により材料１２１の表面１２２に対して向けられる。通常、レーザビーム１１２は、表面１２２にほぼ垂直に向けられるが、レーザビーム１１２と表面１２２の間の角度を約４５°〜１３５°の範囲で調整することにより異なる製品が得られる。材料１２１の表面１２２に接触するレーザビーム１１２の相対的移動により、表面１２２上にエッチングされた線１２３を生じる。ミラー１１３、１１７の動作及びタイミングは、線１２３をエッチングするために数値制御コンピュータ１１５により制御される。本命最初で参照するように、相対的移動には、材料１２１が静置したままでのレーザビーム１１２の移動（例えばミラーシステムを用いる）、レーザビーム１１２が静置したままでの材料１２１の移動、又は、例えば弾み連続印刷プロセスでのレーザエッチングにおけるレーザビーム１１２と材料１２１の同時移動の組合せが含まれる。材料１２１が移動すると、レーザビーム１１２は、ガルバノミラー１１３、１１７の軸に沿った動きにより周期的形態で各部分を単純にエッチングする。レーザビーム１１２は、材料１２１が移動し続けていながら、なおかつ直線が材料にエッチングされるように制御可能である。さらに、レーザビーム１１２は、材料１２１を横切って連続的移動を行ってもよい。レーザビーム１１２の連続的スキャンが、常に連続的な線を生じるわけではないことに注意すべきである。レーザ１１１のデューティサイクル及び周波数は、レーザビーム１１２が材料１２１の所定の部分にはほとんど又は全く影響を及ぼさず、それにより連続的にスキャンされるレーザビーム１１２が不連続な線を生じるように制御可能である。
【００５３】
材料１２１の単一シートが示されているが、本発明は、作業面１２０を横切って動く材料のウェブを用いて理想的に実行される。材料１２１の幅に応じて、線１２３を形成するために１つより多いレーザ１１１を用いてもよい。１つより多い方向の線、例えば垂直な線と水平な線が必要な場合、追加のレーザ１１２を用いてもよい。もちろん、単一の移動可能なレーザを、双方の線を形成するために用いてもよい。さらに、材料１２１のウェブは、材料１２１の固体シートでもよく、材料１２１の個々の帯片からなってもよい。例えば、材料１２１は、個々の幅に既に切断されている個別の複数ロールでもよい。これらのロールは、単一ウェブ上に載置され、１又は複数のレーザ１１１の作業面１２０を横切って動かされる。これらの個別のロールは、必要に応じて同じ幅でも異なる幅でもよい。別の例として、材料１２１の単一シートの大きなウェブを作業面１２０を横切って動かし、その後で、同じ幅か異なる幅をもつ材料１２１の個別のシートに分割してもよい。材料１２１の単一シートを分割することは、線をレーザエッチングした同じレーザ１１１により行ってもよく、又は、別のレーザにより行ってもよい。本発明を接着剤テープに対して実施する場合、テープ背面に接着剤を塗布する前又は後のいずれにおいても、ここで記載した処理を行うことができることに注意すべきである。
【００５４】
レーザは、図２２に示した一例以外の他の有効な手段により材料をスキャンすることができる。この例は、Ｘ−Ｙ形式でのレーザ１１１の移動、Ｘ−Ｙ形式での作業面１２０の移動、又は２つの組合せを行うことを含む。例えば、リードねじ及びリニア駆動モータによる作業面１２０及びレーザ１１１の移動が実現可能であるが、他の適切な方法も許容できる。レーザ１１１の材料１２１からの距離は、レーザ１１１又は作業面１２０のいずれかを動かすことにより調整可能である。このシステムはまた、レーザの作業領域に射出される不活性ガスを含むタンクを備えてもよい。
【００５５】
レーザを制御するためのさらに別のシステム及び方法は、特許文献２に開示されており、参照することによりその内容を包含するものとする。
【００５６】
ウェブの供給速度及びレーザの動作パラメータは、異なる材料に対して最適な結果をもたらすように変更可能である。これらの変数は、制御装置（図示せず）により調整可能である。種々の実施例においては、制御装置は数値制御コンピュータシステムであるが、いずれのタイプのコンピュータシステムを用いてもよい。レーザ制御装置は、ミラー制御装置１１５と同じでもよく、又は、別個の専用ユニットとしてもよい。所望するパラメータは、ユーザによりシステムに入力されてもよく、予め記憶されたテーブルから選択されてもよく、又は、材料特性及び所望する最終製品に関連する変数の組に基づいて直接計算されてもよい。Ｃ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ等、制御装置をプログラムするために用いられるいかなるタイプのプログラミング言語を用いてもよい。制御装置をプログラミングするプロセスは、ローカルに又はネットワークを介して実行可能である。
【００５７】
種々の実施例においては、レーザ出力、デューティサイクル、スキャン速度及び周波数が制御されかつ材料の形態が無視された場合にも、許容可能な結果が得られる。一例では、本発明はまた、特別な材料のためのこれらの変数を最適化する方法を目的とする。数値試験の後、Ｄ−最適実験計画設計を用いた統計的解析が行われた。Ｄ−最適実験計画設計は、多くの変数を効率的に探査することを可能とする。非制御変数は平均化され、独立変数の間の相互作用及び曲線の影響は容易に解析され、望ましくない又は情報の少ない実験は排除される。Ｄ−最適実験計画設計を実行するプログラムの一例として、Haller Information TechnologySystemによる"Experimental Design Optimizer"がある。独立変数及びそれらのレベルは、ソフトウェアプログラムに入力される。出力は、統計的に重要な結果、実験の順序及び各独立変数のレベルを得るために実行する実験の特定の数字である。この場合、従属変数は、切り離し特性と引っ張り特性の評価１〜５である。独立変数は、レーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル及び周波数である。
【００５８】
Ｄ−最適実験計画設計を実行した後、これらの実験から得たデータが、回帰モデルを用いて解析される。回帰解析は、レーザパラメータの１つが変更されかつ他は固定されたときに切り離し特性及び引っ張り特性の評価がどのように変わるかを理解することに役立つ。使用可能な回帰方法の幾つかの例は、線形回帰、通常の最小二乗回帰、又はノンパラメトリック回帰形態がある。回帰解析を実行するプログラムの例は、Haller Information TechnologySystemによる"Multiple Correlation Analysis"がある。統計的に設計された実験から得たデータは、このソフトウェアに入力される。その後、プログラムは、切り離し強度及び引っ張り強度をレーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル、周波数及びこれら全ての相互作用に量的に関係づける種々の異なる回帰モデルを生成することができる。
【００５９】
最後に、切り離し特性と引っ張り特性の最良バランスのための最適プロセス設定が、数学的最適化により決定できる。最適化を実行するプログラムの例は、Haller Information TechnologySystemによる"Multiple Property Optimization"がある。線形回帰から決定された相関方程式は、このソフトウェアに対する入力として機能する。切り離し特性及び引っ張り特性の評価に対して種々の重みが割り当てられ、ソフトウェアは切り離し特性と引っ張り特性の間の最良バランスのためのレーザ出力、スキャン速度、デューティサイクル及び周波数を決定する。この方法においては、多様な材料において所望する品質を得るために十分なレーザパラメータを導出することができる。
【００６０】
上述した本発明の実施例は、図示の目的で提示した。本発明を開示された精細な形態に限定するものでも、他を排除するものでもない。上述の技術に照らして自明の修飾又は変形が可能である。例えば、他の材料、変数及び数値を用いることができる。上述した実施例は、本発明の原理及びその実用的な用途を示すために選択されたもので、それにより当業者であれば種々の実施例及び種々の改変において、ここに開示した原理に従う限りにおいて、特定に用途に適した本発明を最良に利用できるものである。このように、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく上述した本発明における変更は可能である。さらに、一実施例の特徴又は構成要素を別の実施例で適用してもよい。よって、本発明は、そのような改変及び変形を全て包含するよう意図されている。
【符号の説明】
【００６１】
１１１ レーザ
１１２ レーザビーム
１１３ Ｘ軸ミラー
１１４ Ｘ軸ガルバノメータ
１１５ 数値制御コンピュータ
１１６ 駆動源
１１７ Ｙ軸ミラー
１１８ Ｙ軸ガルバノメータ
１２０ 作業面
１２１ 材料
１２２ 表面
１２３ 線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材料であって、
第１の主面と、
前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面と、
一方の前記主面上のレーザエッチングされた線と、を有し、
前記シート材料は、力が加わることにより前記レーザエッチングされた線に沿って分離することとなる、シート材料。
【請求項２】
前記レーザエッチングされた線が、連続的にスキャンされるレーザによりエッチングされた線である、請求項１に記載のシート材料。
【請求項３】
前記レーザエッチングされた線が不連続である、請求項１又は２に記載のシート材料。
【請求項４】
前記レーザエッチングされた線が、波線、曲線、又はジグザグ線のうちのいずれかである、請求項１〜３のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項５】
前記主面の形状が、前記レーザエッチングされた線の長さ全体に沿って変化している、請求項１〜４のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項６】
前記レーザエッチングされた線が、前記主面を部分的に貫く部分を有する、請求項１〜５のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項７】
前記レーザエッチングされた線が、前記第１及び第２の主面を貫通する少なくとも１つの部分を有する、請求項１〜６のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項８】
前記レーザエッチングされた線が、前記第１及び第２の主面を貫通しない、請求項１〜６のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項９】
前記レーザエッチングされた線が、以下のうち少なくとも２つからなる、請求項１〜５のいずれか一に記載のシート材料。
・前記第１及び第２の主面を完全に貫通する部分
・前記主面を部分的に貫く部分
・前記主面を貫通しない部分
【請求項１０】
前記レーザエッチングされた線に沿った引っ張り強度が、２．２５ポンド／インチと６７ポンド／インチの間である、請求項１〜１０のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１１】
前記レーザエッチングされた線に沿った引っ張り強度が、３ポンド／インチと２２ポンド／インチの間である、請求項１〜１０のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１２】
前記レーザエッチングされた線が、前記シート材料を手で切り離し可能とするが、所望しない分離を生じるに十分な程度の引っ張り強度にまで低下させることはない、請求項１〜１１のいずれか一の記載のシート材料。
【請求項１３】
前記シート材料がテープである、請求項１〜１２のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１４】
前記テープが、クラフト、ＯＰＰ、医療用、電子用、透明、オフィス用、ダクト用、カーペット用、ベルクロ(Velcro（登録商標）)、アクリル系、又は非接着性のテープのうちのいずれかである、請求項１３に記載のシート材料。
【請求項１５】
前記第１及び第２の主面が幅２０インチ又はそれより大きく、かつ、前記レーザエッチングされた線が前記シート材料の幅全体に沿ってエッチングされる、請求項１〜１４のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１６】
１より多いレーザエッチングされた線を有し、前記シート材料が、十分の力が加わることにより前記レーザエッチングされた線のいずれかに沿って分離することとなる、請求項１〜１５のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１７】
シート材料であって、
第１の主面と、
前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面と、
一方の前記主面を横切ってレーザエッチングされ連続的にスキャンされた線と、を有し、
前記シート材料は、力が加わることにより前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線に沿って分離することとなる、シート材料。
【請求項１８】
前記主面の形状が、前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線の長さ全体に沿って変化している、請求項１７に記載のシート材料。
【請求項１９】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、前記主面を部分的に貫く部分を有する、請求項１７又は１８に記載のシート材料。
【請求項２０】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線がさらに、前記第１及び第２の主面を完全に貫通する部分を有する、請求項１７〜１９のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２１】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、前記第１及び第２の主面を貫通しない、請求項１７〜１９のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２２】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、前記シート材料を手で切り離し可能とするが、所望しない分離を生じるに十分な程度の引っ張り強度にまで低下させることはない、請求項１７〜２１のいずれか一の記載のシート材料。
【請求項２３】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、その深さに沿って変化する形状をもつクレータを有する、請求項１７〜２３のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２４】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、２．２５ポンド／インチよりも大きい引っ張り強度を有する、請求項１７〜２４のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２５】
容易切り離しシート材料を作製する方法であって、
第１の主面と前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有するシート材料のウェブを設置するステップと、
作業領域を有するレーザを設置するステップと、
前記レーザの作業領域を横切って前記材料を動かすステップと、
前記シート材料の少なくとも一方の前記主面上に線をエッチングするために前記レーザを用いるステップと、を備えた容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項２６】
線をレーザエッチングする前記ステップが、前記主面を部分的に貫く部分と、前記主面を貫通しない部分と、を形成する、請求項２５に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項２７】
線をレーザエッチングする前記ステップが、前記シート材料を完全に貫通する部分を更に有する、請求項２５又は２６に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項２８】
レーザエッチングされた線が、以下のうちの少なくとも２つからなる請求項２５に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
・前記第１及び第２の主面を完全に貫通する部分
・前記主面を部分的に貫く部分
・前記主面を貫通しない部分
【請求項２９】
線をレーザエッチングする前記ステップが、前記シート材料の幅を横切って連続的なレーザエッチングされた線を形成する、請求項２５〜２８のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３０】
前記レーザエッチングが、前記シート材料を手で切り離し可能とするが、所望しない分離を生じるに十分な程度の引っ張り強度にまで低下させることはない、請求項２５〜３９のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３１】
前記レーザの出力が１，０００〜５，０００ワットである、請求項２５〜３０のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３２】
前記レーザエッチングされた線が、１０m／s又はそれより大きい速度でエッチングされる、請求項２５〜３１のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３３】
前記レーザが、２０インチ又はそれより大きいフィールドサイズを有する、請求項２５〜３２のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３４】
前記レーザの出力が１，０００〜５，０００ワットであり、前記レーザのスキャン速度が１０〜５０m／sであり、かつ前記レーザのスポットサイズが０．０５〜０．３mmである、請求項２５〜３０のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３５】
ＥＤＰＵＴが０．２８〜２５４．７７ワット・秒／mm３である、請求項２５〜３４のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３６】
レーザを制御するためのデータを入力するステップをさらに含む、請求項２５〜３５のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３７】
データを入力する前記ステップが、前記レーザの出力、スキャン速度、周波数及びデューティーサイクルを表すデータを入力することを含む、請求項３６に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３８】
前記シート材料のウェブを少なくとも２つの別個のシート材料の帯に分離するステップをさらに有する、請求項２５〜３７のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３９】
前記シート材料のウェブが、１より多い別個のシート材料の帯を有する、請求項２５〜３７のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４０】
容易切り離しシート材料を作製する方法であって、
第１の主面と前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有するシート材料のウェブを設置するステップと、
作業領域を有するレーザを設置するステップと、
前記レーザの作業領域を横切って前記材料を動かすステップと、
前記シート材料の少なくとも一方の前記主面上をレーザで連続的にスキャンすることにより前記主面を横切って線をエッチングステップと、を備えた容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４１】
線をエッチングする前記ステップが、前記主面を部分的に貫く部分と、前記主面を貫通しない部分と、を有する線を形成する、請求項４０に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４２】
線をエッチングする前記ステップが、前記シート材料を完全に貫通する部分をさらに有する線を形成する、請求項４０又は４１に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４３】
前記レーザを制御するためのデータを入力するステップをさらに含む、請求項４０〜４２のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４４】
データを入力する前記ステップが、前記レーザの出力、スキャン速度、周波数及びデューティーサイクルを表すデータを入力することを含む、請求項４３に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４５】
データを入力する前記ステップが、ＥＤＰＵＴを表すデータを入力することを含む、請求項４３に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４６】
ＥＤＰＵＴデータが０．２８〜２５４．７７ワット・秒／mm３である、請求項４５に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４７】
前記シート材料のウェブが、幅２０インチ又はそれより大きい、請求項４０〜４６のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４８】
使用中の所望しない切り離しを回避する十分な引っ張り強度を有する、容易切り離し材料を作製する方法であって、
レーザのパラメータの少なくとも１つに対して設定値を割り当てるステップと、
前記パラメータの少なくとも１つを変更するステップと、
各変数における切り離し特性の評価と引っ張り特性の評価を決定するステップと、
切り離し特性の評価と引っ張り特性の評価の間の許容できるバランスを付与する変動幅を決定するステップと、を含む、容易切り離し材料の作製方法。
【請求項４９】
変動幅を決定する前記ステップが、少なくとも部分的に、最適化プログラムを用いることにより実行される、請求項４８に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５０】
変動幅を決定する前記ステップにおいて、実行する実験を決定するためのＤ−最適実験計画設計を用いるステップをさらに含む、請求項４８に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５１】
切り離し特性の評価と引っ張り特性の評価の間の許容できるバランスを決定する前記ステップの多数回の繰り返しを実行するステップをさらに含む、請求項４９又は５０に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５２】
前記レーザのパラメータが、出力、スキャン速度、周波数、及びデューティーサイクルを含む、請求項４８〜５１のいずれか一に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５３】
前記レーザの出力、スキャン速度、周波数、及びデューティーサイクルの関数として、切り離し特性及び引っ張り特性の評価を予測する回帰モデル技術を用いるステップをさらに含む、請求項４８〜５２のいずれか一に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５４】
容易切り離し材料を形成する方法であって、
独立変数がレーザ動作パラメータを含みかつ従属変数が材料の切り離し特性及び引っ張り特性の評価である、実験のセットを決定するステップと、
各実験を実行するステップと、
前記実験から得たデータを解析するステップと、
十分な切り離し特性と引っ張り特性をもつレーザエッチングされた材料を形成するための適切なレーザ動作パラメータを決定するステップと、を含む
容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５５】
前記レーザ動作パラメータが、出力、スキャン速度、デューティーサイクル、及び周波数を含む、請求項５４に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５６】
実験のセットを決定する前記ステップが、統計的解析を用いる、請求項５４又は５５に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５７】
前記統計的解析が、Ｄ−最適実験計画設計を用いる、請求項５６に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５８】
データを解析する前記ステップが、回帰モデルを用いる、請求項５４〜５７のいずれか一に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５９】
適切なレーザ動作パラメータを決定する前記ステップが、回帰モデルから生成された相関方程式を最適化することにより実行される、請求項５８に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項６０】
データを解析する前記ステップに先立って、実行された各実験について切り離し特性の評価及び引っ張り特性の評価を割り当てるステップをさらに含む、請求項４８〜５４のいずれか一に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項１】
シート材料であって、
第１の主面と、
前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面と、
一方の前記主面上のレーザエッチングされた線と、を有し、
前記シート材料は、力が加わることにより前記レーザエッチングされた線に沿って分離することとなる、シート材料。
【請求項２】
前記レーザエッチングされた線が、連続的にスキャンされるレーザによりエッチングされた線である、請求項１に記載のシート材料。
【請求項３】
前記レーザエッチングされた線が不連続である、請求項１又は２に記載のシート材料。
【請求項４】
前記レーザエッチングされた線が、波線、曲線、又はジグザグ線のうちのいずれかである、請求項１〜３のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項５】
前記主面の形状が、前記レーザエッチングされた線の長さ全体に沿って変化している、請求項１〜４のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項６】
前記レーザエッチングされた線が、前記主面を部分的に貫く部分を有する、請求項１〜５のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項７】
前記レーザエッチングされた線が、前記第１及び第２の主面を貫通する少なくとも１つの部分を有する、請求項１〜６のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項８】
前記レーザエッチングされた線が、前記第１及び第２の主面を貫通しない、請求項１〜６のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項９】
前記レーザエッチングされた線が、以下のうち少なくとも２つからなる、請求項１〜５のいずれか一に記載のシート材料。
・前記第１及び第２の主面を完全に貫通する部分
・前記主面を部分的に貫く部分
・前記主面を貫通しない部分
【請求項１０】
前記レーザエッチングされた線に沿った引っ張り強度が、２．２５ポンド／インチと６７ポンド／インチの間である、請求項１〜１０のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１１】
前記レーザエッチングされた線に沿った引っ張り強度が、３ポンド／インチと２２ポンド／インチの間である、請求項１〜１０のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１２】
前記レーザエッチングされた線が、前記シート材料を手で切り離し可能とするが、所望しない分離を生じるに十分な程度の引っ張り強度にまで低下させることはない、請求項１〜１１のいずれか一の記載のシート材料。
【請求項１３】
前記シート材料がテープである、請求項１〜１２のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１４】
前記テープが、クラフト、ＯＰＰ、医療用、電子用、透明、オフィス用、ダクト用、カーペット用、ベルクロ(Velcro（登録商標）)、アクリル系、又は非接着性のテープのうちのいずれかである、請求項１３に記載のシート材料。
【請求項１５】
前記第１及び第２の主面が幅２０インチ又はそれより大きく、かつ、前記レーザエッチングされた線が前記シート材料の幅全体に沿ってエッチングされる、請求項１〜１４のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１６】
１より多いレーザエッチングされた線を有し、前記シート材料が、十分の力が加わることにより前記レーザエッチングされた線のいずれかに沿って分離することとなる、請求項１〜１５のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項１７】
シート材料であって、
第１の主面と、
前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面と、
一方の前記主面を横切ってレーザエッチングされ連続的にスキャンされた線と、を有し、
前記シート材料は、力が加わることにより前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線に沿って分離することとなる、シート材料。
【請求項１８】
前記主面の形状が、前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線の長さ全体に沿って変化している、請求項１７に記載のシート材料。
【請求項１９】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、前記主面を部分的に貫く部分を有する、請求項１７又は１８に記載のシート材料。
【請求項２０】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線がさらに、前記第１及び第２の主面を完全に貫通する部分を有する、請求項１７〜１９のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２１】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、前記第１及び第２の主面を貫通しない、請求項１７〜１９のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２２】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、前記シート材料を手で切り離し可能とするが、所望しない分離を生じるに十分な程度の引っ張り強度にまで低下させることはない、請求項１７〜２１のいずれか一の記載のシート材料。
【請求項２３】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、その深さに沿って変化する形状をもつクレータを有する、請求項１７〜２３のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２４】
前記レーザエッチングされ連続的にスキャンされた線が、２．２５ポンド／インチよりも大きい引っ張り強度を有する、請求項１７〜２４のいずれか一に記載のシート材料。
【請求項２５】
容易切り離しシート材料を作製する方法であって、
第１の主面と前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有するシート材料のウェブを設置するステップと、
作業領域を有するレーザを設置するステップと、
前記レーザの作業領域を横切って前記材料を動かすステップと、
前記シート材料の少なくとも一方の前記主面上に線をエッチングするために前記レーザを用いるステップと、を備えた容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項２６】
線をレーザエッチングする前記ステップが、前記主面を部分的に貫く部分と、前記主面を貫通しない部分と、を形成する、請求項２５に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項２７】
線をレーザエッチングする前記ステップが、前記シート材料を完全に貫通する部分を更に有する、請求項２５又は２６に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項２８】
レーザエッチングされた線が、以下のうちの少なくとも２つからなる請求項２５に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
・前記第１及び第２の主面を完全に貫通する部分
・前記主面を部分的に貫く部分
・前記主面を貫通しない部分
【請求項２９】
線をレーザエッチングする前記ステップが、前記シート材料の幅を横切って連続的なレーザエッチングされた線を形成する、請求項２５〜２８のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３０】
前記レーザエッチングが、前記シート材料を手で切り離し可能とするが、所望しない分離を生じるに十分な程度の引っ張り強度にまで低下させることはない、請求項２５〜３９のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３１】
前記レーザの出力が１，０００〜５，０００ワットである、請求項２５〜３０のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３２】
前記レーザエッチングされた線が、１０m／s又はそれより大きい速度でエッチングされる、請求項２５〜３１のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３３】
前記レーザが、２０インチ又はそれより大きいフィールドサイズを有する、請求項２５〜３２のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３４】
前記レーザの出力が１，０００〜５，０００ワットであり、前記レーザのスキャン速度が１０〜５０m／sであり、かつ前記レーザのスポットサイズが０．０５〜０．３mmである、請求項２５〜３０のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３５】
ＥＤＰＵＴが０．２８〜２５４．７７ワット・秒／mm３である、請求項２５〜３４のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３６】
レーザを制御するためのデータを入力するステップをさらに含む、請求項２５〜３５のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３７】
データを入力する前記ステップが、前記レーザの出力、スキャン速度、周波数及びデューティーサイクルを表すデータを入力することを含む、請求項３６に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３８】
前記シート材料のウェブを少なくとも２つの別個のシート材料の帯に分離するステップをさらに有する、請求項２５〜３７のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項３９】
前記シート材料のウェブが、１より多い別個のシート材料の帯を有する、請求項２５〜３７のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４０】
容易切り離しシート材料を作製する方法であって、
第１の主面と前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有するシート材料のウェブを設置するステップと、
作業領域を有するレーザを設置するステップと、
前記レーザの作業領域を横切って前記材料を動かすステップと、
前記シート材料の少なくとも一方の前記主面上をレーザで連続的にスキャンすることにより前記主面を横切って線をエッチングステップと、を備えた容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４１】
線をエッチングする前記ステップが、前記主面を部分的に貫く部分と、前記主面を貫通しない部分と、を有する線を形成する、請求項４０に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４２】
線をエッチングする前記ステップが、前記シート材料を完全に貫通する部分をさらに有する線を形成する、請求項４０又は４１に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４３】
前記レーザを制御するためのデータを入力するステップをさらに含む、請求項４０〜４２のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４４】
データを入力する前記ステップが、前記レーザの出力、スキャン速度、周波数及びデューティーサイクルを表すデータを入力することを含む、請求項４３に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４５】
データを入力する前記ステップが、ＥＤＰＵＴを表すデータを入力することを含む、請求項４３に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４６】
ＥＤＰＵＴデータが０．２８〜２５４．７７ワット・秒／mm３である、請求項４５に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４７】
前記シート材料のウェブが、幅２０インチ又はそれより大きい、請求項４０〜４６のいずれか一に記載の容易切り離しシート材料の作製方法。
【請求項４８】
使用中の所望しない切り離しを回避する十分な引っ張り強度を有する、容易切り離し材料を作製する方法であって、
レーザのパラメータの少なくとも１つに対して設定値を割り当てるステップと、
前記パラメータの少なくとも１つを変更するステップと、
各変数における切り離し特性の評価と引っ張り特性の評価を決定するステップと、
切り離し特性の評価と引っ張り特性の評価の間の許容できるバランスを付与する変動幅を決定するステップと、を含む、容易切り離し材料の作製方法。
【請求項４９】
変動幅を決定する前記ステップが、少なくとも部分的に、最適化プログラムを用いることにより実行される、請求項４８に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５０】
変動幅を決定する前記ステップにおいて、実行する実験を決定するためのＤ−最適実験計画設計を用いるステップをさらに含む、請求項４８に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５１】
切り離し特性の評価と引っ張り特性の評価の間の許容できるバランスを決定する前記ステップの多数回の繰り返しを実行するステップをさらに含む、請求項４９又は５０に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５２】
前記レーザのパラメータが、出力、スキャン速度、周波数、及びデューティーサイクルを含む、請求項４８〜５１のいずれか一に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５３】
前記レーザの出力、スキャン速度、周波数、及びデューティーサイクルの関数として、切り離し特性及び引っ張り特性の評価を予測する回帰モデル技術を用いるステップをさらに含む、請求項４８〜５２のいずれか一に記載の容易切り離し材料の作製方法。
【請求項５４】
容易切り離し材料を形成する方法であって、
独立変数がレーザ動作パラメータを含みかつ従属変数が材料の切り離し特性及び引っ張り特性の評価である、実験のセットを決定するステップと、
各実験を実行するステップと、
前記実験から得たデータを解析するステップと、
十分な切り離し特性と引っ張り特性をもつレーザエッチングされた材料を形成するための適切なレーザ動作パラメータを決定するステップと、を含む
容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５５】
前記レーザ動作パラメータが、出力、スキャン速度、デューティーサイクル、及び周波数を含む、請求項５４に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５６】
実験のセットを決定する前記ステップが、統計的解析を用いる、請求項５４又は５５に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５７】
前記統計的解析が、Ｄ−最適実験計画設計を用いる、請求項５６に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５８】
データを解析する前記ステップが、回帰モデルを用いる、請求項５４〜５７のいずれか一に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項５９】
適切なレーザ動作パラメータを決定する前記ステップが、回帰モデルから生成された相関方程式を最適化することにより実行される、請求項５８に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【請求項６０】
データを解析する前記ステップに先立って、実行された各実験について切り離し特性の評価及び引っ張り特性の評価を割り当てるステップをさらに含む、請求項４８〜５４のいずれか一に記載の容易切り離し材料の形成方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公表番号】特表２０１３−５０５１３７（Ｐ２０１３−５０５１３７Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９９２５（Ｐ２０１２−５２９９２５）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４９２６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３５１１２
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１２０６８７４３）エシュロン レーザー システムズ、エルピー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４９２６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３５１１２
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１２０６８７４３）エシュロン レーザー システムズ、エルピー (1)
【Ｆターム（参考）】
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