(57)【特許請求の範囲】
【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酸化チタンであって、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含有する混合物からなり、価数の低い酸化物の含有量が酸化チタン全量の０．１〜２０重量％であり、上記の物理蒸着膜は、厚みが５〜５００ｎｍで、波長５５０ｎｍの可視光透過率が３０％以上であることを特徴とする機能性繊維シート。
【請求項２】
物理蒸着膜の赤外線透過率が波長１０００ｎｍにおいて７０％以下である請求項１記載の機能性繊維シート。
【請求項３】
物理蒸着膜の紫外線透過率が波長４００ｎｍにおいて５０％以下である請求項１記載の機能性繊維シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸化チタンその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。
【０００２】
【従来の技術】
合成繊維からなる織物、編物、不織布等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。
【０００３】
また、可視光透過率を高めながら、紫外線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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、繊維シー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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る繊維シートは、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酸化チタンであって、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含有する混合物からなり、価数の低い酸化物の含有量が酸化チタン全量の０．１〜２０重量％であり、上記の物理蒸着膜は、厚みが５〜５００ｎｍで、波長５５０ｎｍの可視光透過率が３０％以上であることを特徴とする。
【０００６】
この発明で用いる合成繊維は、通常の編織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。
【０００７】
この発明では、上記繊維シートの片面または両面に酸化チタン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。上記の酸化チタンは、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。上記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。
【０００８】
スパッタリング等の物理蒸着では、微量の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。
【０００９】
これに対して、酸素の供給量が普通酸化物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。
【００１０】
酸素の供給量を、普通酸化物の生産に必要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。
【００１１】
上記の普通酸化物よりも価数の低い酸化物、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５〜５００ｎｍ、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。
【００１２】
なお、上記物理蒸着膜の透明性は、波長５５０ｎｍ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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態１
繊維シートとしてポリエステル繊維のマルチフィラメント糸を経糸、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。
【００１４】
図１は、スパッタリング装置の一例を示し、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１５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。
【００１５】
上記アノード１３の上方に水冷シリンダ１８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。
【００１６】
上記の装置において、送り出し軸１９、巻取り軸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。
【００１７】
このとき、ターゲット１４上のプラズマを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０．１〜２０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。
【００１８】
上記の実施形態では、チャンバー１０に対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。
【００１９】
上記の繊維シートとして、ポリエステル繊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。
【００２０】
また、上記の繊維シートとして、ポリエス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。
【００２１】
実施形態２
図１のスパッタ装置を用い、織物、編物または不織布等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。
【００２２】
実施形態３
前記の密閉チャンバー内に２組の蒸着装置を並設し、表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。
【００２３】
【実施例】
実施形態１の繊維シートＦとして、ポリエステルマルチフィラメント糸を経糸および緯糸に用いた１９０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４５３ｎｍ）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。
【００２４】
試料Ａおよび試料Ｂの物理蒸着膜について、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。
【００２５】
【表１】
0003650079.tif 000002
【００２６】
上記蒸着膜の導電性および光透過性を測定するため、ポリエチレンテレフタレートからなる厚み５０μｍ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。
【００２７】
【表２】
0003650079.tif 000003
【００２８】
上記の表２に示すとおり、導電性を抵抗値で比較した場合、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の順に抵抗値が上昇し、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。
【００２９】
また、光透過性は、図２に示すとおり、イ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４００ｎｍ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３０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。
【００３０】
また、インテンシティ５０の試料３は、波長５５０ｎｍの可視光透過率が約５０％となり、波長４００ｎｍ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６０の試料２は、波長４００ｎｍの紫外線から波長７００ｎｍ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３７％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。
【００３１】
一方、光反射性は、図３に示すとおり、イ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。
【００３２】
また、インテンシティが５０の試料３は、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１１％の一定値を示した。
【００３３】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明に係る機能性繊維シートは、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るスパッタ装置の断面図である。
【図２】蒸着膜の光透過率を示すグラフである。
【図３】蒸着膜の光反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：チャンバ
１４：ターゲット
１５：ターゲットソース
１６：アノード
１７：直流電源
１８：水冷シリンダ
２３：真空ポンプ
２４：アルゴンガス供給用ガスボンベ
２５：酸素ガス供給用ガスボンベ
Ｆ：繊維シート
【図１】
0003650079.tif 000004
【図２】
0003650079.tif 000005
【図３】
0003650079.tif 000006