フィルム加工における穴あけ加工とは
QCDを叶える
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フィルムの穴あけ加工について
フィルムの穴あけ加工とは、フィルムや不織布、セラミックなどの薄膜状材料に、熱針や打ち抜き工具、レーザーなどを用いて微小な孔を連続的・パターン的に形成する加工技術のことです。加工はロールtoロールや枚葉シート対応が可能です。
穴あけ加工の目的
穴あけ加工を行う目的は、フィルム単体では難しい通気性や湿度透過を行いやすくし、製品の品質や使用環境を向上させることです。例えば食品包装では呼吸ガスの調整で鮮度を維持しやすくします。医療用機器部品では蒸散や滅菌透過などが可能に。また穴径やピッチを変えることで液体保持性や光散乱制御などの機能設計が行えるので、設計自由度が高い点もメリットといえるでしょう。
主な穴あけ加工の方法
ヒートポイント加工
熱針方式は、先端に高温ヒーターを内蔵した金属針をフィルム面に押し当て、熱で溶融させながら孔を形成する加工法。熱可塑性材料であれば最大500℃まで加熱可能で、異素材を同時に複合加工できる点が特徴です。溶融時に素材同士が接着するため、接着剤不要でシール性を確保しつつ孔開けを行うこともできます。ロールtoロールや枚葉式などの加工に対応しています。
トムソン抜き
機械式打ち抜き加工は、金型（トムソン型）を用いてプレス打ち抜きする方式。大径孔や厚手フィルムも安定して高速に加工ができます。金型を使い回せるため大量ロットに適し、孔形状の再現性が高い点がメリットです。金型製作にはコストとリードタイムがかかるものの、一度導入すれば単位当たりコストを抑えられ、1ショットからロールtoロール加工まで幅広く対応します。
レーザー加工方式
レーザー加工方式では、ガルバノスキャナやデジタルガルバノスによるレーザービームで非接触に孔を形成します。超短パルスレーザーでは熱影響を最小化しつつ1μm以下の微細孔加工が可能であり、高い位置再現性（1μm以下）での加工も可能。型が不要でプログラム変更だけで形状切り替えができるので、小ロット多品種や試作用途にも利用できます。
穴あけ加工の用途
食品分野
食品包装分野では野菜や果物を入れる通気性袋に使用されます。呼吸に必要なガス交換を行いつつ外部からの異物混入を防ぎ、袋内の結露を抑制することが目的です。
また、カップシール用フィルムに穴あけ加工を施すと、加熱殺菌時に内部蒸気が逃げるため、膨張による破袋リスクを低減できます。パンやシュークリーム用の通気袋としても使用され、加工孔が蒸気を逃がすことで表面がべたつきにくく、食感や見栄えを良くする効果が得られます。
その他医療や建材など
医療・衛生分野では、滅菌袋やドレッシング材、マスクや滅菌フィルムに穴あけ加工が行われます。高いバリア性を維持しながら不要な湿気や揮発性ガスを排出しやすくすることが目的です。
建材分野では、屋根下地材や壁材用シートに孔加工を施し、結露やカビの発生を抑制しつつ通気層を形成するために用いられます。
そのほか、自動車内装用途では、合成皮革や装飾フィルムに微細孔を開けることもあります。通気性を向上させ、座席や内張りの快適性を高めるほか、遮音材や断熱材としての効果を併せ持たせることが可能です。
穴あけ加工を行う上でのポイント
穴径・ピッチ
孔径とピッチは素材の厚みや強度と密接に関係し、孔径が大きく相対的に厚みが薄い場合には孔周囲の破断や変形が起こりやすいため注意が必要です。
トリアチルセルロースのような薄膜ではΦ0.2mm以下の穴径と3mm以上のピッチが目安とされ、厚手のCOPフィルムではΦ1.0mm程度までの孔径が実用的とされています。設計段階で板厚に対する孔径比や孔間距離を設定することが、加工後の耐久性確保において重要となります。
孔パターン
孔パターンは、用途に応じて全面に均一に開ける全面パターン・特定エリアのみ開ける部分パターン・任意形状を加工するカスタムパターンに分類されます。
全面パターンは大量空隙を一括で確保できる反面、強度低下リスクがあるため、部分パターンで要所に通気性を付与する設計も用いられます。カスタム形状では企業ロゴや特殊図柄を孔パターンで再現し、デザイン性と機能性を両立させることも可能です。
強度・耐久性評価
加工後の強度評価は、引張試験機による破断強度測定や孔周囲のクラック発生有無を顕微鏡で観察します。
耐久性試験では、繰り返し曲げ試験やピンホールテストを行い、実使用環境下で孔の安定性を検証するといったことも行われます。
穴あけ加工に対応するフィルム素材
プラスチック系フィルムにはさまざまな素材に対応しており、ポリプロピレン・ポリエチレンテレフタレート・ポリエチレンなどが挙げられます。そのほか、環状オレフィンコポリマーやトリアセチルセルロース・アクリルにも対応可能です。
