JP2011006832A - 導電性糸及び繊維製品と繊維状アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】軽くて、柔らかく、且つ確実な導電性を持つ糸を得て、その軽さや柔軟性と確実な導電性が活かされる繊維製品や優れた導電性による静電気防止メッシュ布地や積雪防止ネット、避雷ネット、電磁波遮断ネットやアンテナを得る。
【解決手段】紙や合成樹脂フィルムの両面に公知の真空蒸着、イオン蒸着、スパッタリング技術で金属又は合金若しくは導電性のある化合物の薄い被膜を設け、それをスリットし更に多数の撚りを掛け蒸着膜同士が互いに複数回接触する導電糸を得る。その導電糸で織物・編物を得る乃至はその導電糸を織物・編物・不織布などの一部の素材として導電性のある繊維製品を得る。
又は、当該導電糸を一本乃至は複数本撚った糸を刺繍機などにより、必要な長さを縫いつけ、その糸が互いに接触せず、絶縁性を保てばアンテナも得られる。
【選択図】図４

Description

この発明は導電性金属若しくは導電性化合物を、紙乃至は合成樹脂フィルムの表裏両面に真空蒸着又はイオン蒸着、スパッタリングなど公知の技術により薄い被膜を形成し、それをスリットした扁平状の糸を少なくとも５０回以上／ｍ紙縒り状に撚った糸と、その糸を織物、経編、丸編の一部として混入させて製造した布地と、その布地を少なくとも素材の一部とする繊維製品、電磁波シールド材、避雷ネットとアンテナ、若しくは布地に紙縒り状導電糸を１本使用し刺繍状に縫い付けた生地と、そうして得られた生地を素材として使用した受信、発信または受発信できるアンテナに関する。

従来から金属自体をワイヤーとして導電体とすることは電気エネルギーを伝える媒体としては長い歴史がある。又金属を真空蒸着やイオン蒸着、スッパタリング法などで紙や合成樹脂フィルムに薄い被膜を設け、金属光沢を持つ紙、合成樹脂フィルムは包装材、光反射材として使用され、光反射性、太陽光遮断性、ガス・リキッドバリア性を活かされてきた。またそれらをスリットして金属光沢糸や機能性金属糸が知られている。

金属をその金属光沢を活かした加飾性をもつフィルム状、シート状、糸状のものとして使用する場合、金属蒸着フィルムや金属蒸着紙を使用して来たし、蒸着面を保護するために更なるフィルムなどで被ってきた。しかし、蒸着加工する場合は基材になる紙やフィルムの延伸率と金属など被蒸着素材の延伸率には差があり、蒸着膜の厚みもコストや機能担保が出来る程度により薄くする事が求められていて、実は金属の蒸着膜を持つ紙にしろ、合成樹脂フィルムにしろ、更にそれらをスリットした糸にはそれ自体導電性がない。
詰り、金属などの蒸着加工の際に蒸着面には蒸着前後の送り出し、巻き取りやスリット工程の前後の巻きだし巻取りなどでかかるテンションによる細かなひび割れが起こっていて、高い電圧や電流がないと、又はそれらが例えあったとしても導電性がないという問題点を有している。

金属蒸着フィルムや紙をスリットして得た糸が上記の理由で導電性がないとなると、確たる導電糸を求めると金属自体からなるワイヤーに戻るわけだが、金属ワイヤーは細くなるほど繊維やアンテナ素材とすれば断線が生じやすく、一度断線を起すと導電性を復活させることは難しくなるし、繊維製品とすれば切断端末が肌に刺激を与えるという問題もある。

特許第４０９６１７５号 発明の名称「積層糸」 特開２００９−４４４３９ 発明の名称「アンテナ」 特開２００３−２５８５３９ 発明の名称「マイクロストリップアンテナ」

上記のような問題点を解決しようとすると、糸やそれかなる布地及び繊維製品を考えれば、いかにして切れ難く、或いは切れなくて、柔らかく、軽いそして導電性を確保できる糸を確保しなければならない。又布地からなるアンテナは受信や発信いずれにしても導電性が大前提となることからも切れない、柔らかい、軽い糸が求められる。
又前記の要件は金属板でない電磁シールド材や避雷ネットにも求められていて、本発明はそれに応えられる。
更にアンテナは受発信するにしても、使用する電波の波長との関連では電波波長の３倍の長さが理想とされていて、絶縁された状態での導電体の長さつまり導電糸の長さの確保も求められる訳で、本発明はそれに応えるものである。

厚さ４〜５０ミクロンの合成樹脂フィルムの両面に真空蒸着法で、厚さ１０〜１００ナノメーターで鉄・ステンレス・銅・アルミ・錫・亜鉛・ニッケル・マグネシウム・マンガン・モリブデン・銀・金・プラチナなどの導電性を持つ金属又はそれらの合金や導電性を持つ化合物の被膜を表裏両面に形成した合成樹脂フィルムを得る。当該合成樹脂フィルムの代わりに和紙や合成紙、洋紙などを使用しても構わない。ただし真空蒸着法を用いる場合は蒸着機の真空状態を高めるためにも空気遮断性が高い合成紙や合成樹脂フィルムの使用が好ましい。
又導電性被膜を持つ片側にも持つ合成樹脂フィルム、和紙や合成紙、洋紙２枚を導電性被膜が外側になるように張り合わせたものを使用することも出来る。

合成樹脂フィルムはポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系など公知のものでよく、厚みはその素材の強度や柔らかさから選ばれるが、４から１００ミクロンであり、より好ましくは４から２５ミクロンであり、紙や合成紙も同様であれば良い。なお、電流が流れる際に発生する際に起こる熱により耐性を持つものがより好ましい。
又片側に導電性被膜を持つものを張り合わせる場合は公知の接着剤を使用しラミネート工程を経る事で簡単に得られる。

その両面に金属被膜を持つ合成樹脂フィルム若しくは紙をスリットし、巾１ｍｍ〜２０ｍｍの扁平状の糸（図１）を得る。その糸を最低でも３０回／ｍ（糸の長さ）若しくはそれ以上の撚りを加え、紙縒り状の糸を得る（図２）。従来は金属蒸着をした扁平のスリット糸を中心に天然繊維や合成繊維の糸を撚る、若しくは扁平な金属蒸着糸をテープ状に中心となる別の糸に巻きつける糸は存在したし、金属箔をスリットして中心となる別の糸に巻きつけることはありえたが、金属蒸着スリット糸自体を紙縒り状に撚ることはコストアップに繋がるだけで意味が無かった。加飾性のみならず機能性を求めるにしても、これらを主な目的とする金属蒸着糸としてはスリット状態での使用で足りた。

又金属、合金若しくは導電性化合物を蒸着機械の特性上の限界までの被膜を厚くしても、当該被膜はスリット時や巻き取り時の進行方向とほぼ９０度にクラックを起すし、当該被膜が厚いと糸自体が重くなるだけでなく、紙縒り状に撚ることが難しくなる。

真空蒸着で得たフィルムや紙にある蒸着被膜は細かなひび割れが入っているが、紙縒り状によることで両面にある導電性被膜は互いに何度も接触する事になり、接触が多いほど導電性は確固たるものになる。その接触面をより多くするためにはより多くの撚りを掛ければ良い。

又、より導電性を確実なものとするため当該導電糸を複数撚り合わせるか若しくはスリット糸自体を撚る時に導電性ワイヤーを一本若しくは複数本その撚り糸の中に抱合させれば、導電性の確保はより確実になる。この場合は電位差による電流による金属の劣化を防ぐため、同じ金属、合金、導電性化合物を使う事が好ましい。

蒸着して薄い被膜の素材となる金属やそれらの合金、又は導電性のある金属化合物の中には雨や日光など自然現象下におかれると、酸化・ハロゲン化・硫化などの化学変化により導電性を損なう場合が考えられるしその劣化も懸念されるが、それを防ぐには紙縒り状の糸の状態で絶縁性のある塗料・樹脂などで塗装若しくはコーティングを施し、それらを防ぐ事が出来る。又糸としての状態で塗装をするより合理的であれば布地状となった時点で塗装乃至はコーティングをすればよく、更に避雷ネットやアンテナとしての機能を得てから絶縁性を持つ塗料や樹脂などで塗装・コーティングして保護すればよい。

このようにして得られた導電糸を布地の素材の一部として織り込むなり（図３）、編込むなりすれば導電性を確保できる布地が出来る。又その布地が風によりはためく事を緩和するためにも、建築資材として電磁波シールドに使用される場合や避雷ネットも、その布地がメッシュ状に形成されれば風の影響を受け難くする事やコンクリートなど壁材の補強材とすることもできる。勿論当該布地の主素材は絶縁性のあるものが選択される。

導電糸の布地主素材との比率は、当該糸に使用された金属乃至はその合金乃至は導電性化合物の電気抵抗値や要求される電流、電圧との相関関係や遮断すべき電磁波の波長や雷の予想電力から見出されれば良い。

大きな電圧がかかり乃至は電流が流れると、蒸着する金属、合金、導電性化合物による電気抵抗値により発熱が起こるが、蒸着の基材となる紙、合成紙、合成樹脂フィルムの熱耐性と蒸着される素材や蒸着被膜の厚みなどの相関関係や、導電糸を複数撚り合わせる、導電金属糸を１本乃至は複数本、スリット糸を撚糸する際に抱合させるなどして溶融しても導電性を損なわないような措置を施せばよい。又かなりの回数による撚糸工程を経る事により何よりも空気中の酸素と蒸着基材が触れることは稀である。
又蒸着被膜を形成する金属、合金や導電性化合物によっては程よい電気抵抗による発熱がおこるが、本発明による導電糸で魚網状のネットを製造し家庭用電源に接続すれば積雪防止も可能である。

軽量で柔らかく、必須条件である導電性が確保されたアンテナを製造する場合、使用する電波やその波長により違いはあっても、得られた導電糸は相互に絶縁状態で、更にある程度の長さを要求される。
その長さは電波の波長と関連するが、軽く、柔らかく、折り畳んで持ち運べるアンテナを製造するためには次のような方法が良い。

先ず天然繊維若しくは化学繊維若しくは合成繊維から成る布地を準備し、その布地を適度な大きさに切断する。又その布地は合成繊維、化学繊維、天然繊維から選ばれた単一若しくは複数素材からなる不織布であっても構わない。
切断して得られた布地に本発明による導電性を持つ糸を１本用意して刺繍機などにより一定の長さに定められた糸を前後左右に糸が互いに接触しないよう縫いこむ（図４）。縫い込まれた糸は波長との関係から定められた長さの導電糸を小さな面積の布地に互いに接触することなくその布地上に固定されるし、布地自体は絶縁性を持てばよい。

この場合、刺繍機による縫い始めは切断された布地の中心よりが好ましく、縫い終わりも同様であることが好ましい。若しくは縫い始めの位置と縫い終わりの位置が近いほど好ましい。
詰り、縫い始めと縫い終りがほぼ同位置に置かれることで、二つの端末がコネクター、電波発信機、同受信機、チューナーや増幅器、雑音防止装置や電源と結ばれる端末となる。

本発明により得られた、金属蒸着被膜を両面に持つ扁平糸を撚糸し蒸着被膜の持つ導電性を確固たるものにした糸を少なくともその素材とする繊維製品、電磁波シールド材やアンテナは、軽く持ち運べて、折り畳めるほど柔軟であり、様々な場面で利用されうる。
使用する金属、合金、金属化合物のそれぞれの公知されている特性による様々な機能性を持たせる事もできる。
又、登山をする人たちの緊急連絡用、乃至は遭難の場合の所在位置確認のための電波発信用とし使用されたり、局地観測や局地生活の通信用として使用されうる。認知症を患うなど徘徊してしまう人のＧＰＳを使った所在確認にも使える。戦地でも先ず確保される通信施設の一部として活用も出来るし、宇宙空間でアンテナを利用する場合に軽量で柔らかいアンテナは運搬や設置にも都合が良い。
又この導電糸で魚網状のネットを作り、極端に湿度が落ちる車や飛行機のカーペット下や座席の裏に設置することで軽量で嵩張らない布地として静電気放電を実現できる。

両面に金属被膜を形成した合成樹脂フィルムをスリットした糸を示す その糸を紙縒り状に撚ることで両面の金属被膜が互いに接触することを示す その糸を素材の一部として織り込んだ布地を示す 当該導電糸を１本使用し、刺繍機で縫い付けた布地と糸の端末を示し、全体として布状アンテナを示す

ここで本発明の更なる詳細を説明するため、実施例を上げる。
厚み９ミクロン、有効巾１２０ｃｍのポリエステルフィルムの両面に銅を真空蒸着し、それをスリットして切巾１．５ｍｍの扁平な糸を得る。真空蒸着によって得られる一つの蒸着被膜の厚みは２０〜１０００ナノメーター、より好ましくは３０〜６０ナノメーターである。この蒸着被膜の厚みは扁平糸の切巾、通す電気と蒸着被膜を形成する金属の電気抵抗値や電圧、電流との相関関係で３０から１０００ナノメーター程度の間に調整され決められる。
真空蒸着の前処理としてフィルム片方ずつに所謂アンカーコートを施し、フィルムと銅等被蒸着素材との密着度を上げる工程があっても良い。

巾１．５ｍｍに裁断された銅被膜を両面に持つ扁平糸を撚糸機にかけて、１００回／ｍ程度の撚りを掛け、それを巻取り機によりボビンに巻きつける。このようにして得られた糸は、非常に切断されにくく、且つ柔らかく、軽いものであった。又このようにして得られた撚糸は、蒸着被膜を巻き込むように被膜を形成する導電性被膜同士が複数回接触している。詰り蒸着工程やスリット工程、撚糸工程で掛かったテンションにより細かくひび割れた蒸着被膜同士が面として複数回接触することで、細かなひび割れをものともせず確固たる導電性を得る事が出来る。より導電性を確実なものにするために、当該導電糸を複数撚り合わせても良いし、スリットした糸を紙縒り状に撚る際に単数若しくは複数の細いワイヤーを抱合させれば良い。この場合は異種金属乃至は異種金属化合物のものを使用すると電位差により金属劣化がおこるため、同じ金属乃至は金属化合物を使うのがよい。

この導電糸を少なくともその素材の一部として使用し布地を製造するためには、通常の織物、丸編、たて編、横編の手法を使う事で、安易に得られる。又それらの布地は椅子張り生地やカーテンなど繊維製品に導電性の高さから静電気放電性をもたせる事ができるし、熱遮断機能も持たせつることが出来るし、金属、合金、金属化合物に抗菌性があれば抗菌性すら付与できるという機能性を発揮できる。
又非常に優れた静電気除電メッシュ生地、電磁波シールド材や避雷用ネット、積雪防止ネットとしての使用にも適している。

軽く、柔らかく、折り畳みが出来る、乃至は縫製により着用可能なアンテナは、先ず基材になる生地をポリエステル長繊維で経編されたメッシュ生地とし、巾５０ｃｍ、長さ５０ｃｍの正方形に切断しそれを基材とし、前記のようにして得られたステンレス被膜を両面に持つ糸１本を刺繍機によりその糸同士が互いに接触しないように上下左右を這うように縫い付けられる。縫い始めの端末と縫い終わりの端末はほぼ同位置に設定され、それぞれがコネクター、電波発信機、受信機、増幅器、雑音除去器や電源へと接続され、アンテナとして利用できる。勿論５０ｃｍｘ５０ｃｍというサイズに限定される事はなく、そのサイズは適宜決められれば良い。

受発信される電波は所謂縦波と横波の種類に分けられ、アンテナとしてはその何れか若しくは両方を受発信できなくてはならないので、布地を基材とするアンテナは適宜その上下左右の位置付けを必要とする。又波長との相関関係にある導電糸の長さは適宜定められ基材に縫い付けられる。

このようにして得られた繊維としての特性である折り畳める柔らかさと軽さとアンテナとしての機能を持つ布地は、アンテナとしての役割を果すためにその柔軟性を活かし様々な支えの上に設置されうる。例えばパラボラアンテナ状の支えがあればその上に固定され、電波集約をすればパラボラアンテナとしての機能を発揮できる。

野外や長期使用に耐えるため、若しくは雨や日光による物理反応・化学反応で蒸着被膜のさびや基材になる布地の劣化を防ぐために、絶縁性をもつ塗料や樹脂などで薄く塗装やコーティングを施す事もできるし、その塗料やコーティング剤は無色や有色でも透明であって良いし、場合によっては衣料などの繊維製品の素材や部材の一部として使用することもできる。

特に導電性を持つ布地は、湿度の非常に低い状態を保たれている飛行機の床や座席・カーテンなどに使用する場合、高度な難燃性を要求されるが、高温下での染色工程を経てもハロゲン系難燃剤に反応して導電性を失わない金属を使用することで、静電気対策に非常に役立つ。

本発明によって得られる導電糸、その導電糸を使った繊維製品、避雷ネット、電磁波遮断ネット、アンテナはその確実な導電性により導電性が必要な分野に置いて利用されうるし、軽量で柔らかく運搬にも設置にも非常に便利なものとなる。又程よい電気抵抗により発熱を利用した積雪防止も可能である。

Claims (5)

1. 和紙・洋紙・合成紙（ユポ）などの紙、若しくはプラスティックフィルムの表裏両面に導電性金属、又はそれらの合金、若しくは導電性化合物の薄い被膜を設け、その後にその紙若しくはフィルムをスリットし、紙縒り状に撚った導電糸。
2. 和紙・洋紙・合成紙（ユポ）などの紙、若しくはプラスティックフィルムの片面に導電性金属又はそれらの合金、若しくは導電性化合物の薄い被膜を設け、同様にして得た和紙・洋紙・合成紙（ユポ）などの紙、若しくはプラスティックフィルム同士導電性被膜を外側にして張り合わせ、その後にその紙若しくはフィルムをスリットし、紙縒り状に撚った導電糸。
3. 請求項１乃至は２にいう導電糸をその原料素材の少なくとも一部とする布地とその布地を原料素材の少なくとも一部とする繊維製品。
4. 請求項１乃至は２にいう導電糸をその原料素材の少なくとも一部とする電磁波シールド材及び軽量で柔軟な避雷ネット、積雪防止ネット、静電気除電メッシュ布地。
5. 請求項１乃至は２にいう導電糸をその原料素材の少なくとも一部とした軽く、折り畳んで持ち運びに便利で、設置が簡単な電波受信用アンテナ、電波発信用アンテナ及び電波受発信用アンテナ。

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