JP2003313771A - 機能性繊維シート - Google Patents
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Abstract
おいて、蒸着膜を透明にして繊維シートの色や模様を見
えるようにし、しかも蒸着膜に導電性を与え、かつ蒸着
の生産性を向上し、さらに赤外線や紫外線の選択的遮断
を可能にする。 【解決手段】 合成繊維からなる繊維シートの片面ま
たは両面が金属酸化物の物理蒸着膜で被覆されりものに
おいて、上記の金属酸化物を、普通酸化物を主体とし、
普通酸化物よりも価数の低い酸化物を少量含有する混合
物とし、この価数の低い酸化物の含有量を金属酸化物全
量の0.1〜20重量%とし、上記物理蒸着膜の厚みを
5〜500nmとする。
Description
他の金属酸化物からなる物理蒸着膜で被覆された機能性
繊維シートに関するものである。
の繊維シートの表面に金属または金属酸化物の薄膜を真
空蒸着法、イオンビーム法、スパッタリング法等の物理
蒸着で形成し、繊維シートに導電性や遮熱性、保温性、
防汚性、抗菌性、消臭性等の各種の機能を付与すること
が知られている。しかし、繊維シートの表面を金属、例
えばステンレス、チタン、クロムまたは銅等の蒸着膜で
被覆すると、繊維シートの備えていた色彩、模様等が蒸
着膜で隠されて金属色を呈し、ファッション性の面で多
様性に欠けるという問題があった。一方、酸化チタン等
の金属酸化物からなる蒸着膜を形成した場合は、該酸化
物が酸素を負2価の状態で含む普通酸化物であったた
め、膜厚を調整することにより、蒸着膜を透明にして色
彩や模様等を見えるようにできる反面、金属蒸着膜に比
べて導電性に乏しく、遮熱性にも劣り、かつ生産性が低
下するという問題があった。
や赤外線を選択的に遮断する蒸着膜として、Ti O2 、
Ag およびTi O2 の3層からなる多層構造の蒸着膜を
形成したものが知られているが、この蒸着膜は繰返し洗
濯によって容易に剥離するため、実用的でなく、かつ使
用により金属が酸化して特性が劣化する等の問題があっ
た。
トを物理蒸着膜で被覆して得られた機能性繊維シートに
おいて、その物理蒸着膜の組成を変更することにより、
蒸着膜を透明にして繊維シートの色や模様を見えるよう
にし、しかも蒸着膜に導電性、赤外線遮断性、紫外線遮
断性その他の機能性を与えることができ、かつ蒸着時の
生産性向上を可能にするものである。
トは、合成繊維からなる繊維シートの片面または両面が
金属酸化物の物理蒸着膜で被覆された機能性繊維シート
において、上記の金属酸化物が普通酸化物を主体とし、
普通酸化物よりも価数の低い酸化物を少量含有する混合
物からなることを特徴とする。
用に用いられる熱可塑性合成繊維であり、ポリエステル
繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維およびポリイミド繊
維等が例示される。特にポリエステル繊維は、含水率が
低く、金属や金属酸化物の物理蒸着が容易で、蒸着膜の
耐久性に優れる点で好ましい。この合成繊維の形態は、
ステープルおよびフィラメントのいずれでもよく、不織
布の製造にはステープルまたはフィラメントがそのまま
用いられるが、織物や編物の構成糸として用いる場合
は、モノフィラメント糸およびマルチフィラメント糸等
のフィラメント糸が好ましい。
は両面に酸化チタン等の金属酸化物からなる薄膜が物理
蒸着法、例えば真空蒸着法、イオンビーム法、スパッタ
リング法等、好ましくはスパッタリング法によって形成
される。上記の金属酸化物は、酸素が負2価の状態で含
まれる普通酸化物を主体とし、これに普通酸化物よりも
価数の低い酸化物(以下、「低酸化物」という)が少量
混合される。例えば、チタンの酸化物では、普通酸化物
として4価の酸化物Ti O2 が知られ、低酸化物として
2価の酸化物Ti Oおよび3価の酸化物Ti2O3 が知ら
れている。したがって、酸化チタンの蒸着膜は、上記の
普通酸化物(4価の酸化物)と低酸化物(2価または3
価の酸化物)との混合物で形成される。
アルゴンガスを含む密閉チャンバー内で金属をスパッタ
蒸発させながら、チャンバー内に供給される少量の酸素
で酸化して繊維シートに吸着させているが、酸素の供給
量が普通酸化物の生産に十分な量に達すると、普通酸化
物のみが生産されると共に、ターゲット金属の表面が酸
化して金属の蒸発量が大幅に低下し、生産性が下落す
る。
の生産に必要な量よりも不足すると、普通酸化物と共に
前記の低酸化物も生産され、これらが混在する形で繊維
シートに吸着され、かつターゲット表面が酸化されない
ため、金属の蒸発量が低下せず、生産性の下落が防止さ
れる。したがって、蒸着膜を上記の混合物で形成し、か
つ蒸着膜の厚みを調節することにより、その透明度を維
持しながら、蒸着膜に導電性や遮熱性その他の機能を与
えることができる。なお、上記スパッタリングの際、ア
ルゴンガスおよび酸素と共に微量の窒素ガスを混入する
ことにより、生産性を一層向上することができる。
な量よりも少なく設定するには、スパッタリング時の発
生プラズマ中を蒸発金属が通る際に発する蒸発金属に特
有の光の明るさ、例えば輝度を測定し、この輝度が一定
に保たれるように酸素供給量を調節するのが有利であ
る。例えば、金属がチタンの場合、チタンはスパッタ蒸
発してプラズマを通過する際、波長453nmの可視光
を発し、酸素の存在しない場合に蒸発速度も最大になっ
て最も強く輝き、酸素供給量が過剰になると、蒸発速度
が最低になって輝きも減少する。したがって、輝度に基
づいて酸素供給量を調節することにより、低酸化物の量
をコントロールすることができる。なお、輝度そのもの
でなく、輝度に相関する任意の強度の指数を用いること
ができる。
物、すなわち低酸化物の混合率は、全酸化物の0.1〜
20重量%が好ましく、この混合率が0.1重量%未満
では導電性や遮熱性等の機能が得られず、かつ生産性が
極端に低下し、反対に20重量%を超えると金属色を呈
し、かつ可視光透過率が不十分となり、繊維シートの風
合いが失われる。また、上記物理蒸着膜の厚みは5〜5
00nm、特に30〜300nmが好ましく、5nm未
満では導電性、遮熱性、赤外線カット性、紫外線カット
性等の機能が得られず、500nmを超えると、繊維シ
ートの構成繊維や、色、模様等が見えなくなり、コスト
的にも実用化が困難になる。
50nmの可視光透過率で30%以上が好ましく、30
%未満では繊維シート表面の色や模様、繊維が見えなく
なり、繊維シートとしての風合いが失われる。また、赤
外線や紫外線の透過率は、低価の酸化物の混合率で設定
されるが、赤外線カットを目的とする場合は、混合率を
高めに設定して赤外線透過率を波長1000nmにおい
て70%以下に抑えることが好ましい。また、紫外線カ
ットを目的とする場合は、上記混合率を低めに設定して
紫外線透過率を波長400nmにおいて50%以下に抑
えることが好ましい。
ト糸を経糸、緯糸に用いた織物を用い、その表面に酸化
チタンからなる厚み5〜500nm、好ましくは30〜
300nmの透明被膜をスパッタリングで形成する。
し、密閉可能なチャンバ10が水平方向の仕切り板11
によって下側のスパッタ室12と上側の織物室13とに
分けられ、下側のスパッタ室12の中央にチタンからな
る平板状のターゲット14が中空のターゲットソース1
5上に固定され、このターゲットソース15に通される
冷水によってターゲット14が下面から冷却される。こ
のターゲット14の上方左右にアノード16が水平に設
置され、このアノード16およびターゲット14間に直
流電源17によって200〜1000Vの直流電圧が印
加される。
8が水平に、かつ回転自在に設置され、その左上方に繊
維シートFの送り出し軸19が、また右上方に繊維シー
トFの巻取り軸20がそれぞれ水平に、かつ回転自在に
設置される。そして、送り出し軸19に巻かれた加工前
の繊維シートFが引出され、左上部のガイドローラ21
を経て上記水冷シリンダ18に巻回され、右上部のガイ
ドローラ22を経て巻取り軸20に巻き取られる。ま
た、上記のチャンバ10に真空ポンプ23、アルゴンガ
ス供給用ガスボンベ24および酸素ガス供給用ガスボン
ベ25がそれぞれ接続される。
取り軸20および水冷シリンダ18を回転し、布帛Fを
反時計方向に所定の速度で送りながら水冷シリンダ14
で冷却し、布帛Fの表面温度を60℃以下に維持する。
一方、真空ポンプ23を駆動してチャンバ10内圧力を
1.3×10-3Pa程度に減圧し、次いでアルゴンガス供
給用ガスボンベ24からアルゴンガスを、また酸素ガス
供給用ガスボンベ25から酸素をそれぞれ導入してチャ
ンバ10内圧力を1×10-1Pa程度に調整し、しかるの
ちスパッタリングを行い、ターゲット14から飛び出し
たチタンを酸素と反応させて酸化チタンとし、これを上
記の繊維シートF上に付着させ、透明な物理蒸着被膜を
形成する。
通る蒸発チタンの輝きを監視しながらスパッタリングを
行い、その間、酸素ガス供給用ガスボンベ25からチャ
ンバ10に送られる酸素量を調節することにより、上記
蒸発チタンの輝度または輝度に相関する任意の強度指数
を、あらかじめ実験で定められた所定のレベルに制御
し、これによって酸化チタンを普通酸化物と低酸化物と
からなり、低酸化物の混合比率が全酸化物の0.1〜2
0重量%の混合物に形成して繊維シートFに吸着させ
る。また、繊維シートFの走行速度を調整して上記の酸
化チタンからなる物理蒸着被膜の厚さを5〜500nm
に形成する。
する酸素供給量を多く設定する程、また輝度を低く設定
する程、普通酸化物が増え、低酸化物が減少して物理蒸
着膜の透明度が増大する。一方、酸素供給量を少なく設
定する程、また輝度(インテンシティ)を高く設定する
程、普通酸化物が減少し、低酸化物が増大して物理蒸着
膜の透明度が低下し、金属色が強くなる。そして、上記
の輝度調整により、可視光透過率を20%以上に保持し
たまま、赤外線透過率または紫外線透過率を70%以下
に抑えることが可能になる。
維のマルチフィラメント糸からなる経編地を用い、その
他は上記同様にスパッタリングを行うことにより、導電
性と遮熱性を有し、しかも経編地の風合いを備え、可視
光透過率が30%以上で、赤外線または紫外線の透過率
が70%以下の繊維シートが得られる。
テルフィラメントからなるスパンボン不織布を用い、そ
の他は上記同様にスパッタリングを行うことにより、導
電性と遮熱性を有し、しかもスパンボンド不織布の風合
いを備え、可視光透過率が30%以上で、赤外線または
紫外線の透過率が70%以下の繊維シートが得られる。
の繊維シートの片面にスパッタリングを施し、上記の物
理蒸着膜を形成した後、上記の繊維シートをいったん取
出し、しかるのち表裏を反転して再びスパッタ装置に取
付け、しかるのち他面に上記同様のスパッタリングを行
い、表裏両面に上記の物理蒸着被膜を有し、可視光透過
率が30%以上、赤外線または紫外線の透過率が70%
以下で、しかも繊維シートの風合いを備え、その色や柄
模様が見え、金属色を有しない繊維シートが得られる。
裏両面に連続してスパッタリングを行って前記の物理蒸
着膜を形成する。例えば、密閉チャンバーの中央部左右
に第1水冷シリンダーおよび第2水冷シリンダーを並設
し、左側の第1水冷シリンダーを反時計方向に、また右
側の第2水冷シリンダーを時計方向にそれぞれ回転さ
せ、第1水冷シリンダーの下半部に繊維シートをその裏
面が接するように左側から巻付けてスパッタリングを行
い、次いで第2水冷シリンダーの右上に導き、この第2
水冷シリンダーの下半部に繊維シートをその表面が接す
るように右側から巻き付けてスパッタリングを行う。
テルマルチフィラメント糸を経糸および緯糸に用いた1
90本タフタを用い、その片面にスパッタリングにより
酸化チタンからなる透明な物理蒸着膜を形成した。酸素
供給量のコントロールには、独国フォンアルデンヌ社製
「デュアルマグネトロンカソードプラズマエミッション
モニター」を用い、金属チタン固有の単色光(波長45
3nm)をコリメーターで取出して輝度を測定し、酸素
供給量がゼロの場合の輝度を100、酸素供給量が過剰
の場合の輝度を10とする強度指数(インテンシティ)
で上記の輝度を表わし、この強度指数(インテンシテ
ィ)を50に設定して試料Aを得た。また、インテンシ
ティを30に設定して試料Bを得た。
て、その成分をX線光電子分光法で分析した。分析装置
として、SSI社製SSX−100型X線光電子分光装
置を用い、X線源として単色化A1Kα(100W)を
用いて分析したところ、インテンシティ50の試料Aで
は、4価の普通酸化物に3価の低酸化物Ti2O3 が約5
%共存していた。また、インテンシティ30の試料Bで
は、その蒸着膜がほぼ完全な4価の普通酸化物Ti O2
で形成されていた。蒸着膜におけるチタンと酸素の比率
は、試料Aが1/2.15、試料Bが1/2.39であ
った。また、上記の試料AおよびBの外観を比較し、そ
の結果を上記の分析結果と共に下記の表1に示した。
するため、ポリエチレンテレフタレートからなる厚み5
0μmの透明なフィルムに前記酸化チタンの蒸着膜を形
成した。その際、インテンシティを70、60、50、
40、30、20の6段階に変えて試料1〜6を作成し
た。そして、得られた試料1〜6について、導電性、波
長400〜1000nmの光透過率および光反射率をそ
れぞれ測定した。導電性を表2に、光透過率を図2に、
光反射率を図3にそれぞれ示す。
で比較した場合、低酸化物を最も多量に含むインテンシ
ティ70の試料1は、抵抗値が最も低く、低酸化物が減
少するにしたがい、インテンシティ60の試料2、イン
テンシティ50の試料3、インテンシティ40の試料4
の順に抵抗値が低下し、インテンシティ30の試料5、
インテンシティ20の試料6では抵抗値が測定できず、
導電性がほとんどゼロであった。
ンテンシティが低い試料4〜6は、透過率が高く、透明
度が増し、反対にインテンシティが高い試料1〜3は、
透過率が低下し、外観が金属色を呈する傾向があった。
そして、インテンシティ20の試料6は、波長400n
mから1000nmの紫外線から赤外線を含む全範囲に
おいて透過率が60%以上であった。インテンシティ3
0の試料5は、波長400nmの紫外線透過率が50%
未満となったが、残りの可視光および赤外線では透過率
が50〜70%であった。インテンシティ40の試料4
は、試料3とほぼ同様の傾向を示したが、赤外線の透過
率が70%よりも低くなった。
長550nmの可視光透過率が約50%となり、波長4
00nmの紫外線が約45%になり、波長1000nm
の赤外線が約43%になった。また、インテンシティ6
0の試料2は、波長400nmの紫外線から波長700
nmの可視光までは40〜45%の範囲でほぼ等しい透
過率となり、700nmを超えると透過率が次第に低下
し、波長1000nmの赤外線で約35%になった。ま
た、インテンシティ70の試料1は、波長400の紫外
線から波長1000nmの赤外線にかけて透過率が約3
7%から30%までなだらかに低下した。なお、上記フ
ィルム自体の光透過率は、波長400nmで約85%、
波長550nmで約88%、波長1000nmで約89
%で、ごく僅かな右上がり傾向を示した。
ンテンシティの低い試料4〜6では略右下がりに傾斜
し、インテンシティの高い試料1〜3では略右上がりに
傾斜する傾向が認められた。ただし、インテンシティが
20の試料6は、可視光域の波長500〜600nmで
最高の反射率約28%を示し、紫外線側で急激に低下
し、赤外線側でなだらかに低下する山形の曲線を描い
た。また、インテンシティ30の試料5およびインテン
シティ40の試料4は、ほぼ同様に右下がりに傾斜し、
波長400nmで反射率が約33%、波長1000nm
で反射率が17〜19%となった。
波長500〜600の可視光域で最低の反射率約19%
となり、波長400nmおよび1000nmに向かって
なだらかに上昇し約22〜23%となった。また、イン
テンシティ60の試料2は、波長550nm以下でほぼ
均一な反射率16〜17%を示し、波長1000nmの
反射率26%までなだらかな上昇を示した。また、イン
テンシティ70の試料1は、反射率が波長にしたがって
ほぼ直線状に上昇し、波長400nmで約18%、波長
1000nmで約37%であった。なお、フィルム自体
の反射率は、波長400〜1000nmの全範囲で略1
1%の一定値を示した。
維シートは、その物理蒸着膜を構成する金属酸化物が普
通酸化物だけでなく、低酸化物を少量含有しているの
で、この低酸化物の混合量の設定により、蒸着膜の透明
性を維持して繊維シートの色や模様を見えるようにし、
繊維シートのフアッション性および風合いを温存しなが
ら、蒸着膜によって導電性や遮熱性、赤外線遮断性、紫
外線遮断性、防汚性、抗菌性および耐蝕性等の機能を与
えることができ、しかも生産性も良好であり、耐洗濯性
や耐剥離性にも優れる。したがって、上記の機能性繊維
シートは、スクリーンメッシュやフィルター等の産業用
資材、防虫ネット、ハウスラッピング材、また屋外テン
ト、傘、室内の装飾用壁材、天井材およびインテリア資
材等の用途に好適であり、耐蝕性や耐洗濯性にも優れ、
ファッション性と諸機能を満たすことができる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 合成繊維からなる繊維シートの片面また
は両面が金属酸化物の物理蒸着膜で被覆された機能性繊
維シートにおいて、上記の金属酸化物が普通酸化物を主
体とし、普通酸化物よりも価数の低い酸化物を少量含有
する混合物からなることを特徴とする機能性繊維シー
ト。 - 【請求項2】 価数の低い酸化物の含有量が金属酸化物
全量の0.1〜20重量%であり、上記物理蒸着膜の厚
みが5〜500nmである請求項1記載の機能性繊維シ
ート。 - 【請求項3】 金属酸化物が酸化チタンであり、その普
通酸化物が4価の酸化物であって、価数の低い酸化物が
2価または3価の酸化物である請求項1または2に記載
の機能性繊維シート。
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