JP2007304689A - フィルムセンサ及びガラス構造物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基材の一方の面の全部又は一部に透明である第一の導電層を備え、該第一の導電層が形成された透明基材とは非接触で第二の導電体からなる対極を備え、第一の導電層及びで第二の導電体からなる対極に、第一の導電層及びで第二の導電体からなる対極の間の静電容量の変化を検出する検出回路が接続されてなり、かつ第一の導電層が形成された透明基材の波長780〜2500nmの光線透過率が70%以下であることを特徴とするフィルムセンサとする。
【選択図】図1
Description
請求項1記載の発明は、透明基材の一方の面の全部又は一部に透明である第一の導電層を備え、該第一の導電層が形成された透明基材とは非接触で第二の導電体からなる対極を備え、第一の導電層及びで第二の導電体からなる対極に、第一の導電層及びで第二の導電体からなる対極の間の静電容量の変化を検出する検出回路が接続されてなり、かつ第一の導電層が形成された透明基材の波長780〜2500nmの光線透過率が70%以下であることを特徴とするフィルムセンサである。
本発明に係るフィルムセンサは、住居や店舗、博物館や美術館のガラス窓の防犯システム用のフィルムセンサであり、更に日照調整機能を有するものである。積層フィルム化することにより、窓ガラス等から屋内へ侵入する「ガラス破り」に対して高い防犯機能を有するフィルムセンサとすることが出来る。その特徴とする機能は、第一は侵入者がフィルムセンサに接近、若しくは接触すると検出回路から出力信号が発せられ、警報等が作動するというセンサ機能である。第二は、十分な熱線遮断性を持つ日照調整機能である。第三はフィルムセンサを中心基材として粘着剤や接着剤を用いて多層構造とすることにより突き差しや引き裂きに対して高い耐性を有する防犯機能である。
また図2に示す様に本発明のフィルムセンサ21は透明基材22、第一の導電層23と、反対面の一部に第二の導電層24が形成され、上記の二つの導電層間の静電容量の変化を検出する検出回路25を備えた構造となっている。図1、図2とも基本的な構成は一緒であるが、図1の場合は対極が窓枠であり、電気的には窓枠は接地されて大地全体が対極となっている。
Z1・Z3=Z2・Z4
静電容量32 : C1 インピーダンス Z1=1/ωC1
静電容量33 : C3 インピーダンス Z3=1/ωC3
静電容量34 : C4 インピーダンス Z4=1/ωC4
静電容量35 : C2 インピーダンス Z2=1/ωC2
(ωは交流信号の振動の角周波数とする)
これを通常状態とすると、侵入者が接近、若しくは接触した場合に、Z3が変化して平衡状態が崩れて差を検出することが出来る。対極を窓枠等とする場合は、窓枠やガラス窓等のサイズがそれぞれ異なるため、結果として静電容量44とインピーダンスZ3が取付け状態(窓枠形状等)で色々な数値を取り得てしまう。このため、窓枠毎に静電容量32、33、35の調整を施工時に行うことになりるが、一方で検出電極と対極がフィルムセンサの内部に形成されていると、フィルムセンサ作製時に静電容量34の値が予測でき、更に設置環境に影響されにくいため安定な検出が行える。
透明基材には、透明性を有するフィルム状の無機化合物成形物または有機化合物成形物が挙げられるが、そのフレキシビリティーと軽量性、それに何よりも加工性の点から有機化合物が好適であり、成形物の形状は表面が平滑であれば特に限定されない。また透明基材は、透明性を有すれば単一有機化合物成形物の均質構造(例えば光学的に異方性のない)が可能である。一方、フィルムの強度を強化するために同一、又は異なる有機化合物成形物を粘着・接着剤により積層構造体化した積層フィルムや、フィルムの成型時に多層構造化としたフィルムも使用可能である。
導電層は、検出電極として機能するだけでなく、熱線遮蔽性を発現する。熱線遮蔽性は赤外線を反射することにより達成される。具体的には波長780〜〜2500nmの光線透過率が70%以下であることが必要である。
また、第一の導電層に用いる場合、透明性が求められる。
このような光学的な振る舞いは、透明導電層を構成する物質内部の自由電子(キャリア)と光の相互作用であり、電気的特性のキャリア密度と光学的特性の反射の関係を用いるが出来る。前記相互作用は、プラズマ共鳴振動と呼ばれ、振動周波数をプラズマ振動周波数ωpと言う。プラズマ振動周波数ωpより小さい周波数の光は、物質内部の自由電子(キャリア)と共鳴し反射される。プラズマ振動周波数ωpは、
ωp2=nq2/εm *
(n:キャリア密度、q:キャリアの電荷、ε:誘電率、m*:キャリアの有効質量)
で表される。プラズマ振動周波数ωpにおける光の波長λpは、光速cとの関係式c=ωp・λpから、λp=c/ωpで求められる。関係式から近赤外領域である約800nm以上の赤外線を効率よく反射するために、λp=800nmについてキャリア密度を求めると約2×1021cm−3と求められる。本発明では、キャリア密度が上記の値以上の物質を導電層に少なくとも一層入れる。
図6及び図7に示す粘着層66、76と接着層76は、各透明フィルム間の貼り合わせとガラスへの貼り合わせに用いられる。使用に際して明確な区別はないが、ガラスに貼り合わせる面を粘着剤とするのが良い。その理由は、粘着剤とガラスが接すると、ガラスが割れた時に粘着剤がガラスの飛散を防止するために「ガラス破り」に強く、防犯性能が高くなるからである。貼り合わせの層数も要求特性に合わせて適宜決めて良い。粘着剤には、ポリアクリル酸エステルを主成分したアクリル系粘着剤、シリコーン樹脂を主成分としたシリコーン系粘着剤、また天然ゴム、合成ゴムの弾性体と粘着付与剤が主成分のゴム系粘着剤等がある。使用可能な粘着剤に制限は無いが、本発明における粘着剤としては、アクリル系あるいはシリコーン系の粘着剤が好ましい。接着剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等が使用可能である。
図6及び図7に示すハードコート層は、フィルムセンサ表面の高硬度化を目的とする。その効果は、鉛筆等による引っ掻き傷、スチールウールによる擦り傷等が起こらない耐禍性処理である。ハードコート層の材料には、透明性、適度な硬度および機械的強度を有するものであれば良く、アクリル系樹脂、有機シリコーン系樹脂、ポリシロキサン等の樹脂材料が挙げられる。またハードコート層を塗工する際に、塗工液に樹脂フィラーや無機のフィラーを混合させることにより高硬度化することや、フィルム自体を不透明化しプライバシー保護機能の付与も可能であり、各々適宜使用しても構わない。
この他に粘着層、ハードコート層に紫外線吸収性能を付与することも出来る。紫外線吸収層は、太陽光線中の紫外線が室内に入射するのを低減させるだけでなく、フィルムの耐光性も向上させる機能である。方法には、紫外線吸収剤を含む皮膜を形成したり、粘着層及び接着層、またはハードコート層に混ぜて各々の層を形成したりすればよい。形成方法は特に制限されない。紫外線吸収剤としては、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系などの有機系と、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム等の無機微粒子系があり、要求特性に合わせて単独、または混合して使用して構わない。
紫外線吸収剤を固定する樹脂として、主にアクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂が一般に使用される。またフィルムセンサの透明導電層で用いた透明酸化物材料の中には、紫外線領域にバンドギャップに起因した吸収性能を有するものがあり、被膜を形成して紫外線吸収層の効果を付与することが可能である。
また透明基材として、上記の様な紫外線吸収剤を含有させた可視域で透明なプラスチックフィルムを用いることも可能である。
また、第一の導電層を有する透明基材の片面又は両面、又は第一の導電層と第二の導電層を有する透明基材の片面又は両面に、1枚又は複数枚の透明フィルムを粘着層又は接着層を介しり貼り合わせてもよい。
このようにすることで、多層化することができ、侵入者の侵入を効果的に防ぐことができる。
透明フィルムとしては、前記透明基材と同様の用いることができる。粘着層又は接着層に用いる粘着剤又は接着剤は前述のものを用いることができる。
本発明のフィルムセンサを貼り付ける対象として、窓ガラスのようなガラス構造物を挙げたが、これに限らず、透明で強度があり窓やショーウィンドウとして使用可能であれば特に制限されず、合成樹脂板等でも可能である。また貼合したフィルムセンサの誤動作を防ぐために、動作許可信号を用意し動作を制限することも可能である。例として、窓ガラスなどにマイクロスイッチを設置する等が好適である。
図1に示すように、透明基材12として、厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム((以下、PETフィルムと記す)上に、透明な第一の導電層13としてインジウム錫酸化物(以下ITOと称す)で銀をサンドイッチした多層膜(膜厚 ITO(40nm)/Ag(13.5nm)/ITO(40nm))を形成した。第一の導電層と第二の導電体からなる対極である窓枠との間の静電容量の変化を検出する検出回路15を結線してフィルムセンサ11とした。多層膜のシート抵抗値は約7Ω/□であった。この時の波長780〜〜2500nmの赤外線域の透過率は70%以下であった。
図2に示すように、透明基材22として、厚さ100μmのPETフィルム上に、透明な第一の導電層23としてインジウム錫酸化物(以下ITOと称す)で銀合金(原子数比:Ag98.5、Au1.0、Cu0.5 以下AACと称す)をサンドイッチした多層膜(膜厚 ITO(40nm)/AAC(13.5nm)/ITO(40nm))を形成した。透明な第二の導電層24にはインジウム錫酸化物(以下ITOと称す)を形成し、上記の二つの導電層間の静電容量の変化を検出する検出回路25を結線してフィルムセンサ21とした。多層膜のシート抵抗値は約8Ω/□であった。この時の波長780〜〜2500nmの赤外線域の透過率は70%以下であった。
図6に示すように、実施例2のフィルムセンサの透明な第一の導電層63上に粘着層を貼り合わせ、透明な第二の導電層64上に紫外線硬化型のアクリル樹脂を塗工、紫外線照射して硬化させてハードコート層を形成してフィルムセンサ61とした。次いでフィルムセンサ61を厚さ3mmのガラス板に粘着層で貼り合わせて、フィルムセンサ61を窓ガラス上に貼り付けたのと同じ状態にした。発信する交流信号、及び交流信号の比較方法は実施例2と同様にして行った。通常状態では、上記実施例と同じようにブリッジ回路は平衡状態にあり、点Aの交流信号と極性が反転した点B交流信号を足し算すると常に零となった。透明な第一の導電層側であるガラスに手を接触させると、比較回路では信号が出力された。これはブリッジ回路の平衡状態が変化したことを示し、ガラスに貼合させた状態でフィルムセンサとして機能することが確認出来た。
12、22、42、52、62、72・・・透明基材
13、23、43、53、63、73・・・透明な第一の導電層
14・・・第二の導電体である対極
24、44、64、74・・・第二の導電層
15、25、45、65、75・・・検出回路
32・・・静電容量
33・・・静電容量
34・・・静電容量
35・・・静電容量
36・・・交流信号発信部
37・・・比較回路
38・・・侵入者
39・・・侵入者の浮遊容量
56・・・誘電体、若しくは透明導電性酸化物
57・・・銀を主成分とする金属
66、76・・・粘着層若しくは接着層
67、77・・・ハードコート層
Claims (14)
- 透明基材の一方の面の全部又は一部に透明である第一の導電層を備え、該第一の導電層が形成された透明基材とは非接触で第二の導電体からなる対極を備え、
第一の導電層及びで第二の導電体からなる対極に、第一の導電層及びで第二の導電体からなる対極の間の静電容量の変化を検出する検出回路が接続されてなり、
かつ第一の導電層が形成された透明基材の波長780〜2500nmの光線透過率が70%以下であることを特徴とするフィルムセンサ。 - 透明基材の一方の面の全部又は一部に透明である第一の導電層が形成され、もう一方の面の一部に第二の導電層が形成され、
第一の導電層及び第二の導電層に、第一の導電層及び第二の導電層の間の静電容量の変化を検出する検出回路が接続されてなり
かつ第一の導電層及び第二の導電層が形成された透明基材の波長780〜2500nmの光線透過率が70%以下であることを特徴とすることを特徴とするフィルムセンサ。 - 前記第二の導電層がフィルムセンサの外周に沿って枠状に形成されている請求項2に記載のフィルムセンサ。
- 透明基材の一方の面の一部に透明である第一の導電層が形成され、同一面の一部に透明である第二の導電層が形成され、
第一の導電層及び第二の導電層に、第一の導電層及び第二の導電層の間の静電容量の変化を検出する検出回路が接続されてなり
かつ第一の導電層及び第二の導電層が形成された透明基材の波長780〜2500nmの光線透過率が70%以下であることを特徴とすることを特徴とするフィルムセンサ。 - 前記第一の導電層又は第二の導電層のうち一方の導電層がフィルムセンサの外周に沿って枠状に形成されており、もう一方の導電層が、その内側に形成されていることを特徴とする請求項4に記載のフィルムセンサ。
- 前記第一の導電層が、キャリア密度が2×1021cm−3以上である物質を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のフィルムセンサ。
- 前記第一の導電層が、誘電体/銀を主成分とする金属/誘電体、若しくは透明導電性酸化物/銀を主成分とする金属/透明導電性酸化物の構成を含む多層膜からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のフィルムセンサ。
- 前記透明基材片面又は両面に、1枚又は複数枚の透明フィルムが粘着層又は接着層を介しり合わせてなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のフィルムセンサ。
- 最外層に粘着層又は接着層が形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のフィルムセンサ。
- 前記粘着層又は接着層が形成されている透明基材の粘着層又は接着層形成面の反対面に、ハードコート層が形成されている請求項9記載のフィルムセンサ。
- 前記透明基材が多層構造であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のフィルムセンサ。
- 紫外線吸収機能を有することを特徴とするる請求項1〜11のいずれかに記載のフィルムセンサ。
- 前記請求項1〜12のいずれかに記載のフィルムセンサが貼り付けてあるガラス構造物。
- 前記ガラス構造物が窓ガラスであることを特徴とする請求項13記載のガラス構造物。
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