JP2008160616A

JP2008160616A - 通信用シート構造体

Info

Publication number: JP2008160616A
Application number: JP2006348852A
Authority: JP
Inventors: Akira Tanaka; 昭田中
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP4908187B2

Abstract

【課題】周波数が８００ＭＨｚから５ＧＨｚの周波数帯で、２次元での通信が可能となる具体的な通信用フレキシブルシート構造体を提供すること。
【解決手段】少なくとも下記の上層、中層および下層の３つの層から構成されるシート構造体からなる通信用シート構造体。上層：導電性能を有する層であり、該層には導電部と非導電部が存在し、該導電部の割合が８％から４５％であり、導電部が完全に途切れることなく連続し、その電気抵抗値が１ｍ^２あたり５Ω以下である層。中層：周波数８００ＭＨｚから５ＧＨｚでの誘電正接が０．０１以下である層。下層：全面に導電性を有し、１ｍ^２あたりの電気抵抗値が１Ω以下である層。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次元的な広がりを持つ通信用シート構造体であって、情報通信機器がその表面に接触もしくは近接することで、当該通信機器との間で通信を行ったり、複数の情報通信機器がその表面に接触もしくは近接している場合に、これらの間の通信を中継するのに最適な通信用シート構造体に関するものである。

近年、インターネットに代表されるコンピューター通信網や情報ネットワークの利用が一般家庭・企業などを問わずに普及、一般化し増加してきている。最も一般的な利用形態は、パソコンなどにＬＡＮケーブルを直接接続したり、無線を用いて接続したりしてＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ
ＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を形成し、ＬＡＮ内のコンピューターからインターネットなどのネットワークへのアクセスを可能としている。そのような中にあって、ＬＡＮケーブルを用いる場合は、このケーブルが家屋やオフィス内に引き回され、歩行の妨げになったり、美観上の問題となる。また、無線ＬＡＮを用いる場合、電波の放射を用いて通信を行うため、情報漏洩や不正アクセスなどのセキュリティ上の問題がある。

そこで、通信手段を２次元にし、２次元上の通信媒体を用いることで、これら問題が解決できることが、特許文献１（特開２００４−７４４８号公報）、特許文献２（特開２００６−１９９７９号公報）に示されている。
ここで、通信を行う場合、その通信に使用する周波数を設定し通信を行わなければならないが、いずれの従来技術でも通信する際の周波数が規定されていない。２次元にて通信を行うには、２次元通信用シート媒体内に電磁エネルギーを閉じ込め、そのエネルギーを利用しなければならない。
このような中で、本発明者は、８００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数において上記通信用シート媒体内にエネルギーを閉じ込め２次元にて通信が可能であることを見出した。
特開２００４−７４４８号公報特開２００６−１９９７９号公報

本発明は、周波数が８００ＭＨｚから５ＧＨｚであり、この周波数帯で、２次元での通信が可能となる具体的な通信用フレキシブルシート構造体を提供することにある。

本発明は、少なくとも下記の上層、中層および下層の３つの層から構成されるシート構造体からなる通信用シート構造体に関する。
上層：導電性能を有する層であり、該層には導電部と非導電部が存在し、該導電部の割合が８％から４５％であり、導電部が完全に途切れることなく連続し、その導電部の電気抵抗値が１ｍ^２あたり５Ω以下である層。
中層：周波数８００ＭＨｚから５ＧＨｚでの誘電正接が０．０１以下である層。
下層：全面に導電性を有し、１ｍ^２あたりの電気抵抗値が１Ω以下である層。

本発明の通信用シート構造体を用いることで、ケーブルや無線を使わずに通信することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のシート構造体は、少なくとも上層・中層・下層の3つの層からなる。２次元で通信を行うには、このシート構成にて、シート媒体内に電磁エネルギーを閉じ込め、そのエネルギーを利用しなければならない。シート構成が異なると、シート媒体内に電磁エネルギーを閉じ込めることができず、通信することができなくなってしまう。また、各層についてもそれぞれ適切な要求性能がある。

上層：
上層の導電性については、層内に導電部と非導電部が存在し、導電部の面積が８％から４５％で導電部が完全に途切れることなく連続していなければならない。層内の導電部の割合が８％未満では電磁エネルギーが消失してしまい良好な通信状態を保つことができ無くなる。一方、導電部の割合が４５％を超えると、シート内での電磁エネルギーが相互干渉してしまうため、良好な通信状態を保つことができ無くなる。上記導電部の電気抵抗値も通信性能を大きく左右するものであり、電気抵抗値が低いほうが通信状態を良好に保つことができる。導電部の電気抵抗値が１ｍ^２あたり５Ω以下となれば、良好な通信状態を保つことができる。しかしながら、上層導電部の電気抵抗値が１ｍ^２あたり５Ωを超える場合、シート内に電磁エネルギーを伝播、内在させることができ無いため、２次元での通信ができなくなってしまう。ここで、導電部の電気抵抗値を１ｍ^２あたり５Ω以下にするには、銅、銀、アルミニウム、ステンレスを含んだ素材を使用することが良い。
なお、上記導電部の電気抵抗値は、１ｍ^２あたり好ましくは０．００１Ωから３Ωである。

上層に導電性能を付与するには、導電性を有する素材を使用すれば良く、銅、銀、アルミニウム、ニッケルなどの金属を含んだもの、カーボンブラックを含んだものなどが特に良い。上層の導電形状も特に限定されないが、シート製造時の加工性を考えた場合、図１に示す格子状や図２に示す蜂の巣状であることが好ましい。その中でも、格子状であり、格子線幅が０．５ｍｍから１．５ｍｍ、格子線間隔が５ｍｍから１０ｍｍであることが特に好ましい。

なお、上層の厚みは、通常、０．０２ｍｍから１．２ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍから０．６ｍｍである。
また、上層の目付けは、通常、５０ｇ／ｍ^２から３００ｇ／ｍ^２、好ましくは１００ｇ／ｍ^２から２５０ｇ／ｍ^２である。

中層：
本発明の中層は、８００ＭＨｚから５ＧＨｚでの誘電正接が０．０１以下となる形状、素材であれば良い。形状として、特に好ましくは、樹脂板、適度に空気層を含んだ不織布などの繊維構造体や発泡させた樹脂シートなどである。素材としては、ポリエチレン（PE）、ポリカーボネート（PC）や、ポリエチレンテレフタレート（PET），ポリエチレンナフタレート（PEN），ポリブチレンテレフタレート（PBT），ポリトリメチレンテレフタレート（PTT）などのポリエステルであれば、良好な通信状態を保つことができる。しかしながら、８００ＭＨｚから５GHzでの誘電正接が０．０１を超えると、シート内に電磁エネルギーを内在させることができずエネルギーロスが発生する。そのため、通信性能が大きく低下してしまう。
ここで、上記誘電正接を０．０１以下にするには、ポリオレフィン素材を使用するか、空気層を含んだ形状であることが好ましい。
上記誘電正接は、好ましくは０．００１から０．０１である。
なお、中層の厚みは、通常、０．２ｍｍから５０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍから３０ｍｍである。
また、中層の目付けは、通常、５０ｇ／ｍ^２から５００ｇ／ｍ^２、好ましくは８０ｇ／ｍ^２から３００ｇ／ｍ^２である。

下層：
下層は、全面に電磁波シールド性能を有していれば良好な通信状態を保つことができる。電気抵抗値としては、１ｍ^２あたり１Ω以下であればよい。しかしながら、下層が全面に導電性を有していない場合、例えば、一部分に絶縁部が存在する場合、または／あるいは、電気抵抗値が１ｍ^２あたり１Ωを超えるような場合、その分部から電磁エネルギーが漏洩してしまう。そのため、シート内に電磁エネルギーを内在させることができずエネルギーロスが発生し、通信性能が大きく低下してしまう。
ここで、電気抵抗値を１ｍ^２あたり１Ω以下にするには、シート製造時の加工性を考えた場合、繊維布帛に銅、ニッケルなどをメッキした布帛や、フィルム面に銅、銀、アルミニウムなどを蒸着させたフィルム状のもの、銅箔やアルミ箔などの金属箔などが好ましく、これらを使用することで、良好な通信状態を保つことができる。
上記電気抵抗値は、好ましくは０．００１Ωから０．８Ωである。
なお、下層の厚みは、通常、０．０５ｍｍから０．５ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍから０．４ｍｍである。
また、下層の目付けは、通常、５０ｇ／ｍ^２から２５０ｇ／ｍ^２、好ましくは８０ｇ／ｍ^２から２００ｇ／ｍ^２である。

本発明のシート構造体は、少なくとも上層、中層、下層の3つの層からなるが、これらは一体のものであっても良いし、各層を接着させた構造としても良い。各層を接着させる場合、接着に用いる接着剤や接着の方法に関して特に規定されることは無いが、ホットメルト樹脂による熱接着やアクリル樹脂やウレタン樹脂などによる接着、スチレンブタジエンゴム（SBR）やイソプレンゴム（IR）などによる接着などが好ましい。

本発明のシート構造体が一体となった構造の場合、中層の上面に導電性能を有する上層を形成させる。この場合、特にその方法は限定されていないが、プリントやエッチングにより導電性能を有する層を形成させることが好ましい。そして中層の下面には、全面に導電性能を有する下層を形成させる。下層を形成させる方法についても特に限定されていないが、エッチングや蒸着、スパッタリングなどによって導電性能を有する層を形成させることが好ましい。

本発明のシートが各層を接着させた構造の場合、上層の形状は特に限定されること無く、繊維を用いた織編物・不織布、フィルム、樹脂やプラスチックなど何を用いても良いが、シート製造時の加工性を考えた場合、織編物やフィルムであることが好ましい。また、素材としてもポリエチレンテレフタレート（PET），ポリエチレンナフタレート（PEN），ポリブチレンテレフタレート（PBT），ポリトリメチレンテレフタレート（PTT）などのポリエステル、ナイロン６，ナイロン６６，ナイロン１２などの脂肪族ポリアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミド，ポリメタフェニレンテレフタルアミドなどの芳香族ポリアミド、ポリプロピレン（PP），ポリエチレン（PE）などのポリオレフィン、ポリカーボネート（PC）、ポリイミド（PI）など特に限定されることは無い。

また、中層は、前述したように、８００ＭＨｚから５GHzで誘電正接が０．０１以下となる形状・素材であれば良い。

下層は、電気抵抗値が１ｍ^２あたり１Ω以下で全面に電磁波シールド性能を有したものであれば特に限定されない。前述のように、シート製造時の加工性を考えた場合、繊維布帛に銅、ニッケルでメッキされた布帛や、フィルム面に銅、銀、アルミニウムなどを蒸着させたフィルム状のもの、銅箔やアルミ箔などの金属箔などが好ましく、これらを使用することで、良好な通信状態を保つことができる。

以上の本発明の通信用シート構造体におけるシート全体の目付けは、好ましくは２００ｇ／ｍ^２から８００ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは２５０ｇ／ｍ^２から６００ｇ／ｍ^２である。２００ｇ／ｍ^２未満では、通信するための構造体を得ることが出来ない。一方、８００ｇ／ｍ^２を超えると、非常に重くなるために容易に持ち運ぶことが出来なくなる。

なお、本発明の通信用シート構造体は、その使用環境に合わせて、上層部表面に保護層を持たせる場合がある。その場合の保護層は、使用環境に合わせて適宜設定すれば良い。
保護層としては、ＰＥＴやＰＥＮなどのポリエステルフィルム、ＰＥやＰＰなどのポリオレフィンフィルム、ポリイミドフィルム、エチレン−ビニルアルコールフィルムなどのフィルムや、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などの樹脂が挙げられる。

以下、実施例より本発明をさらに詳細に説明する。通信性能の評価方法、判定は次のとおりである。
１）評価方法
図３に示したように、シート構造体上に置かれた２つの近接コネクターを距離ｒだけ離して配置し、アジデント社製、ネットワークアナライザーを用いて、2.45GHzにおける透過係数Xを計測する。ここで、近接コネクターの距離は、１０ｃｍ間隔とし１０ｃｍから８０ｃｍまで計測を行った。また、使用した近接コネクターは、シート構造体上で２．４５GHzにピークを持つものを使用した。

２）判定
２−１）計測した透過係数Xの平均値（Xav.）を算出した。Xav.≧−３０ｄＢであれば合格とし、それ以外は不合格とする。
２−２）最大透過係数（Xmax）と最小透過係数（Xmin）の差（ΔX）を算出し、ΔX≦１０ｄＢであれば合格とし、それ以外は不合格とした。

３）測定
３−１）電気抵抗値
三菱化学製「ロレスタＭＰＭＣＰ−Ｔ３５０」を用いて、上層および下層の電気抵抗値を測定した。
３−２）誘電正接
２．４５GHzでの誘電正接を、円筒空胴共振器法にて測定した。

実施例１
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（帝人デュポンフィルム社製、テトロンフィルムＳＬ、以下同じ）、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布（オーツカ社製、ニードルパンチ不織布、以下同じ）、下層にはＰＥＴ布帛に銅・ニッケルをメッキした目付８５ｇ／ｍ^２の電磁波シールド布帛（帝人ファイバー社製「ＳＴ２０５０」、以下同じ）を使用した。上層の格子形状は、線幅が０．６ｍｍ、線間隔が１０ｍｍであり、導電部比率は１１％である。これらを、目付け３０ｇ／ｍ^２のエステル系ホットメルト樹脂（東レファインケミカル社製ケミットフィルム、以下同じ）を用いて１３０℃×１分の熱をかけて接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり１Ω、中層の誘電正接は０．０１、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

実施例２
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのＰＥＴフィルム、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のPET不織布、下層にはＰＥＴ布帛に銅・ニッケルをメッキした目付８５ｇ／ｍ^２の電磁波シールド布帛を使用した。上層の格子形状は、線幅が１．4ｍｍ、線間隔が５ｍｍであり、導電部比率は４３％である。これらを、目付け３０ｇ／ｍ^２のエステル系ホットメルト樹脂を用いて１３０℃×１分の熱をかけて接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり０．３Ω、中層の誘電正接は０．０１、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

実施例３
上層には銅箔を格子状にエッチングした１３μｍのポリイミド（ＰＩ）フィルム（信越化学工業社製のフレキシブル銅張積層板、以下同じ）、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のPET不織布、下層にはＰＥＴ布帛に銅・ニッケルをメッキした目付８５ｇ／ｍ^２の電磁波シールド布帛を使用した。上層の格子形状は、線幅が１ｍｍ、線間隔が７ｍｍであり、導電部比率は１５％である。これらを、目付け３０ｇ／ｍ^２のナイロン系ホットメルト樹脂を用いて１３０℃×１分の熱をかけて接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり０．０３Ω、中層の誘電正接は０．０１、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

実施例４
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのＰＥＴフィルム、中層には厚さ１ｍｍの低密度ポリエチレン樹脂（下関パッキング社製の軟質ポリエチレン板）、下層にはアルミニウムを蒸着させた厚さ１０μｍのエバールフィルム（クラレ社製のＶＭ−ＸＬ）を使用した。上層の格子形状は、線幅が１ｍｍ、線間隔が７ｍｍであり、導電部比率は１５％である。これらを、ＳＢＲ系接着剤（住友スリーエム社製の３Ｍスプレーのり７７、以下同じ）を塗布量が２０ｇ／ｍ^２になるようスプレーにて均一に吹き付け接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり０．３Ω、中層の誘電正接は０．００７、下層の電気抵抗値は０．９Ωであった。

実施例５
上層には銅箔を格子状にエッチングした１３μｍのＰＩフィルム、中層には厚さ１ｍｍのポリカーボネート樹脂板（帝人化成社製のパンライト）、下層にはＰＥＴ布帛に銅・ニッケルをメッキした目付８５ｇ／ｍ^２の電磁波シールド布帛を使用した。上層の格子形状は、線幅が１ｍｍ、線間隔が７ｍｍであり、導電部比率は１５％である。これらを、ＳＢＲ系接着剤を塗布量が２０ｇ／ｍ^２になるようスプレーにて均一に吹き付け接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり０．０３Ω、中層の誘電正接は０．００８、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

比較例１
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのＰＥＴフィル、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布、下層にはＰＥＴ布帛に銅・ニッケルをメッキした電磁波シールド布帛を使用した。上層の格子形状は、線幅が０．４ｍｍ、線間隔が１０ｍｍであり、導電部比率は７％である。これらを、目付け３０ｇ／ｍ^２のエステル系ホットメルト樹脂を用いて１３０℃×１分の熱をかけて接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり２Ω、中層の誘電正接は０．０１、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

比較例２
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのＰＥＴフィルム、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のPET不織布、下層にはＰＥＴ布帛に銅・ニッケルをメッキした電磁波シールド布帛を使用した。上層の格子形状は、線幅が２ｍｍ、線間隔が５ｍｍであり、導電部比率は５０％である。これらを、目付け３０ｇ／ｍ^２のエステル系ホットメルト樹脂を用いて１３０℃×１分の熱をかけて接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり０．２Ω、中層の誘電正接は０．０１、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

比較例３
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのＰＥＴフィルム、中層には厚さ１ｍｍの塩化ビニル樹脂板（下関パッキング社製の硬質塩化ビニル板）、下層にはPET布帛に銅・ニッケルをメッキした電磁波シールド布帛を使用した。上層の格子形状は、線幅が１ｍｍ、線間隔が７ｍｍであり、導電部比率は１５％である。これらを、ＳＢＲ系接着剤を塗布量が２０ｇ／ｍ^２になるようスプレーにて均一に吹き付け接着させた。下層と中層をまず接着させ、その後、上層を接着する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり１Ω、中層の誘電正接は０．０２、下層の電気抵抗値は０．０３Ωであった。

比較例４
上層には銀ペーストを格子状にプリントした１００μｍのＰＥＴフィルム、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布とし、下層にはカーボンブラックを配合させたアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製のディックナール）を５０μｍ厚に塗布した。上層の格子形状は、線幅が１ｍｍ、線間隔が７ｍｍであり、導電部比率は１５％である。これらを、目付け３０ｇ／ｍ^２のエステル系ホットメルト樹脂を用いて１３０℃×１分の熱をかけて接着させた。上層と中層をまず接着させ、その後、下層に樹脂を塗布する手順で行った。上層の導電部の電気抵抗値は１ｍ^２あたり０．３Ω、中層の誘電正接は０．０１、下層の電気抵抗値は５Ωであった。
実施例１〜５、比較例１〜４のシート構成、通信評価結果を表１に記載した。

評価結果：
○・・・通信可能
△・・・一部通信不可能
×・・・通信不可能

本発明の通信用シート構造体は、周波数が８００ＭＨｚから５ＧＨｚの周波数帯で、２次元での通信が可能であり、１次元の有線ＬＡＮや３次元の無線ＬＡＮの代替に有用である。

本発明の1実施態様で通信用シート構造体の上層の正面図である。本発明の他の実施態様で、通信用シート構造体の上層の正面図である。本発明の通信性能評価方法をするための通信用シート構造体の上層の正面図である。

Claims

少なくとも下記の上層、中層および下層の３つの層から構成されるシート構造体からなる通信用シート構造体。
上層：導電性能を有する層であり、該層には導電部と非導電部が存在し、該導電部の割合が８％から４５％であり、導電部が完全に途切れることなく連続し、その導電部の電気抵抗値が１ｍ^２あたり５Ω以下である層。
中層：周波数８００ＭＨｚから５ＧＨｚでの誘電正接が０．０１以下である層。
下層：全面に導電性を有し、１ｍ^２あたりの電気抵抗値が１Ω以下である層。
上層の導電部が格子状であり、格子の線幅が０．５ｍｍから１．５ｍｍ、線間隔が５ｍｍから１０ｍｍである請求項１記載の通信用シート構造体。
各層の素材が、上層がフィルム、中層が繊維構造体、樹脂板もしくは発泡樹脂シート、下層が繊維構造体からなる請求項１または２記載の通信用シート構造体。