JP2009296220A - 通信用シート構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく情報伝送、電力伝送を行うことができるフレキシブルな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層から構成されるシート構造体からなり、該シート構造体の端面を覆うよう０．５Ω/□〜２０Ω/□の導電性布帛を縫製した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、導電部の電気抵抗値が５Ω/□以下である層
中層：周波数８００ＭＨｚから１０ＧＨｚ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、電気抵抗値が１Ω/□以下である層
【選択図】なし

Description

本発明は、二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フレキシブル通信用シート構造体（以下「通信用シート構造体」と称す）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
Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）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、信号を二次元に閉じ込めることのできる平面状の通信媒体を用いることでこれら問題を解決できることが、特許文献１（特開２００４−７４４８号公報）、特許文献２（特開２００６−１９９７９号公報）に開示されている。
平面上の通信媒体は、物流管理やオフィスセキュリティ管理に利用することが考えられており、情報伝送ロス、電力伝送ロスを抑え、効率的に信号を伝達することを望まれている。しかし、従来技術に記載されている通信媒体は、端面の処理を行っていないため、端面から電磁波が漏洩し、情報伝送ロス、電力伝送ロスとなってしまう問題があった。
また、近年、衣服やかばん、腕時計のように身につけて利用するウェアラブルコンピュータの研究が盛んに行われている。本発明によるフレキシブルシート構造体は、フレキシブルであり、シートを曲げたり、丸めた場合でも、剥離しないため、ウェアラブルコンピュータへの利用も可能である。
特開２００４−７４４８号公報 特開２００６−１９９７９号公報

本発明は、効率よく情報伝送、電力伝送を行うことができるフレキシブルなシート構造体を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため検討した結果、次の通信用シートにより解決することを見出した。
かくして、本発明によれば、少なくとも下記の上層、中層および下層の３層から構成されるシート構造体からなり、該シート構造体の端面を覆うよう０．５Ω/□〜２０Ω/□の導電性布帛を縫製した通信用シート構造体が提供される。
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、導電部の電気抵抗値が５Ω/□以下である層
中層：周波数８００ＭＨｚから１０ＧＨｚ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、電気抵抗値が１Ω/□以下である層

本発明の通信用フレキシブルシート構造体を用いることで、効率よく情報伝送、電力伝送を行うことができる。さらには、ウェアラブルコンピュータへの応用も期待できる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の通信用シート構造体は、シートを曲げたり、丸めた場合でも折シワが発生することなく、優れた通信性能を維持しなければならないことを考慮し、少なくとも３層のシートからなるシート構造体からなり、該シート構造体の端面を覆うよう導電性布帛を縫製したものである。

ここで、本発明の通信用シート構造体は、少なくとも、以下の、上層、中層および下層の３つの層からなるが、二次元で通信を行うには、かかるシート構成にて、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する必要がある。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、優れた通信性能を維持することができなくなってしまう。

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なくなる。一方、導電部の割合が４５％を超えると、シートから電気信号の媒体となるエバネッセント波が染み出なくなるため、良好な通信状態を保つことができなくなる。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ないため、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、好ましくは３Ω/□以下である。

上層の基材は、布帛であることが好ましい。また、素材としては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）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）などの繊維からなる布帛が挙げられる。ここで言う布帛は、織物、編物および不織布などが挙げられ、特に織物が好ましい。フレキシブル性のある織物であればどのような織物でもよいが、好ましくは繊度が３０〜１,５００ｄｔｅｘ、織物密度が経緯共に１５〜２００本／ｉｎｃｈである織物がよい。また、織物に導電ペーストをプリントし易くするため、織物の表面は樹脂でコーティングされていることが好ましい。

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が特に良い。導電性能の付与手法としては、導電性を有する素材を含有したペースト樹脂を織物表面にスクリーン印刷することが好ましい。上層の導電形状も特に限定されないが、通信用シート構造体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、格子線周期が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５ｍｍ、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８００ｇ／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１０ＧＨｚでの誘電正接が０．０１以下となる、上記のような繊維からなる繊維構造体（織物、編物、不織布）であればよく、中でも、適度に空気層を含んだ不織布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１０ＧＨｚ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やすくなる。
ここで、上記誘電正接を０．０１以下にするには、空気層を持たせた繊維構造体にすることが好ましい。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、好ましくは、０．０２ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍから２．０ｍｍである。
また、中層の目付けは、好ましくは、５０ｇ／ｍ^２から８００ｇ／ｍ^２、より好ましくは８０ｇ／ｍ^２から３００ｇ／ｍ^２である。

下層：
下層は、全面に導電性を有し、すなわち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、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、電気抵抗値が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１Ω/□以下にするには、通信用シート構造体製造時の加工性を考えた場合、上記のような繊維からなる布帛に、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０．８Ω/□以下である。
ここで言う布帛は、織物、編物および不織布などが挙げられ、特に織物が好ましい。織物の繊度は３０〜１,５００ｄｔｅｘ、織物密度が１５〜２００本／ｉｎｃｈがよい。
なお、下層の厚みは、通常、０．０２ｍｍから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８００ｇ／ｍ^２、好ましくは８０ｇ／ｍ^２から２００ｇ／ｍ^２である。

下層は、電気抵抗値が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およびシート構造体の厚みを考えた場合、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。

本発明の通信シート構造体は、少なくとも上記の上層、中層および下層からなるシート構造体の端面を覆うよう０．５Ω/□〜２０Ω/□の導電性布帛を縫製したものであることが肝要である。かかる構成により、通信シート構造体は曲げたり丸めたりした場合でも折シワが発生することなく、電磁波を減衰しにくいため、高い通信性能を維持することができる。
シート構造体の端面を覆うための導電性布帛は、全面に特定の抵抗値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、０．５Ω/□〜２０Ω/□である。０．５Ω/□未満である場合、電磁波が反射してしまい良好な通信状態を保つことができない。一方、２０Ω/□を超える場合、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。上記電気抵抗値は、好ましくは１．０〜１０Ω／□である。
ここで、電気抵抗値を０．５Ω/□〜２０Ω/□にするには、通信用シート構造体製造時の加工性を考えた場合、上記のような繊維からなる布帛に、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。
ここで言う布帛は、織物、編物および不織布などが挙げられ、特に織物が好ましい。織物の繊度は３０〜１,５００ｄｔｅｘ、織物密度が１５〜２００本／ｉｎｃｈがよい。
なお、導電性布帛の厚みは、通常、０．０２ｍｍから５ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍから０．４ｍｍである。
また、導電性布帛の目付けは、通常、５０ｇ／ｍ^２から８００ｇ／ｍ^２、好ましくは８０ｇ／ｍ^２から２００ｇ／ｍ^２である。

上記導電性布帛を用いて、シート構造体の端面を覆うように縫製するには、例えばテープ状の導電性布帛を幅方向に二つ折りし、下記の上層、中層、下層の３層からなるシート構造体の端面を挟みこみ、上からミシン掛けを行えばよい。
そのほか、ホットメルトを利用してテープ状の導電性布帛とシート構造体を接着するなどの手段も採用される。
なお、重ね合わせたシート構造体の端面を覆うための縫製用の糸は、市販のものが使え、紡績ミシン糸でもフィラメントミシンでもよいが、好ましくは紡績ミシン糸の３０〜８０番手の紡績糸がよい。縫合は手縫いであっても、ミシン縫いであってもよい。

以下、実施例より本発明をさらに詳細に説明する。なお、実施例、比較例中の物性は下記の方法で測定した。

電気抵抗値：
三菱化学社製「ロレスタＭＰ
ＭＣＰ−Ｔ３５０」を用いて、上層および下層の電気抵抗値を測定した。

電磁波減衰量：
図３に示したように、通信用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、アジレント社製、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、１ｃｍ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、通信用シート構造体で２．４５ＧＨｚにピークを持つものを使用した。計測した透過係数Ｘの平均値（Ｘａｖ.）を算出した。

実施例１
上層にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）織物にウレタン樹脂をラミネート加工したＰＥＴ布帛（川島織物セルコン社製「ニューシェルフII」）に、線幅１．４ｍｍ、線間隔５ｍｍの格子状に銀ペーストをプリントして目付２００ｇ／ｍ^２のＰＥＴ布帛を得た。中層には厚さ２ｍｍ、繊度１８ｄｔｅｘ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布（帝人製のニードルパンチ不織布）、下層にはＰＥＴ織物に銅・ニッケルをメッキした、繊度５７ｄｔｅｘ、目付け８５ｇ／ｍ^２の電磁波シールド布帛（帝人ファイバー社製「ＳＴ２０５０」）を使用した。上層、中層および下層の３層を重ねあわせた周囲を３ｃｍ幅の導電性布帛によって覆い縫製した。３ｃｍ幅の導電性布帛は幅方向に２つ折りし、上層、中層および下層の３層を２つ折りした導電性布帛の間に挟みこみ、上からミシン掛けを行った。上層、中層および下層の３層と周囲を覆う導電性布帛を縫合するための縫製糸はポリエステルミシン糸（帝人ファイバー社製 ６０番手）を用い縫製により、行った。縫製は、ＪＵＫＩ製ＤＤＬ−５５３０の本縫いミシン台を使用し、ミシン針ＤＢ×１＃１４にて、縫い目長さを３ｃｍ/１３針として行った。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。
なお、導電性布帛としては、ＰＥＴ織物に銅・ニッケルでメッキした、繊度５７ｄｔｅｘ、目付け８５ｇ／ｍ^２のＰＥＴメッキ布帛を用いた（以下の導電性布帛も同様）。結果を表１に示す。

実施例２
上層にはステンレス繊維を格子状に織り込んだ目付２００ｇ／ｍ^２のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）織物、中層には厚さ１ｍｍ、目付け１１０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布（オーツカ社製のニードルパンチ不織布）、下層にはＰＥＴ織物に銅・ニッケルをメッキ処理した、目付け８５ｇ／ｍ^２の電磁波シールド布帛（帝人ファイバー社製「ＳＴ２０５０」）を使用した。上層の格子形状は、線幅が１．３ｍｍ、線間隔が８ｍｍであり、導電部比率は１３％である。これらを実施例１と同じ方法にて縫製した。上層の導電部の電気抵抗値は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。上層の織物に使用したステンレス繊維は、ベカルト東綱メタルファイバー社製で、繊度２,２００ｄｔｅｘ、ＰＥＴ繊維は帝人ファイバー社製「テトロン」で、繊度２８０ｄｔｅｘ。経にＰＥＴ繊維１４本毎にステンレス繊維を２本の繰り返しとし、緯はＰＥＴ繊維１２本毎にステンレス繊維２本の繰返しとした。上層はステンレス繊維を織り込んだＰＥＴ布帛に代えた以外実施例１と同様にした。結果を表１に示す。

比較例１
３層の構成は実施例１と同様にし、０．０１Ω/□の導電性布帛を用いて、端面を覆い３層を縫合することにより通信用シート構造体を作製した。結果を表１に示す。

比較例２
３層の構成は実施例１と同様にし、５０Ω/□の導電性布帛を用いて、端面を覆い３層を縫合することにより通信用シート構造体を作製した。結果を表１に示す。

比較例３
３層の構成は実施例１と同様にし、導電性布帛で端面を覆わず、ポリエステルミシン糸（帝人ファイバー社製 ６０番手）を用いて、３層を縫い合わせることにより通信用シート構造体を作製した。縫製はＪＵＫＩ製ＤＤＬ−５５３０の本縫いミシン台を使用し、ミシン針ＤＢ×１＃１４にて、縫い目長さを３ｃｍ/１３針として行った。結果を表１に示す。

本発明の通信用シート構造体は、周波数が８００ＭＨｚから１０ＧＨｚの周波数帯で、二次元での通信が可能であり、シート構造体を持ち運んで使用する商品として有用である。さらに、ウェアラブルコンピューターとして利用できる可能性も大いにある。

本発明の1実施態様で通信用シート構造体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上層の正面図である。

Claims (3)

1. 少なくとも下記の上層、中層および下層の３層から構成されるシート構造体からなり、該シート構造体の端面を覆うよう０．５Ω/□〜２０Ω/□の導電性布帛を縫製した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、導電部の電気抵抗値が５Ω/□以下である層
   中層：周波数８００ＭＨｚから１０ＧＨｚ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、電気抵抗値が１Ω/□以下である層
2. 各層が織物、編物または不織布を基材とする層である請求項１記載の通信用シート構造体。
3. 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、格子の線周期が５ｍｍから１０ｍｍである請求項１記載の通信用シート構造体。

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