特許 7131715 糸および布帛

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-29

(45)【発行日】2022-09-06

(54)【発明の名称】糸および布帛

(51)【国際特許分類】

   D02G 3/02 20060101AFI20220830BHJP

【ＦＩ】

D02G3/02

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021561407

(86)(22)【出願日】2020-11-24

(86)【国際出願番号】 JP2020043599

(87)【国際公開番号】W WO2021106843

(87)【国際公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-03-04

(31)【優先権主張番号】P 2019213068

(32)【優先日】2019-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】辻 雅之

(72)【発明者】

【氏名】西浦 貴子

(72)【発明者】

【氏名】田口 英治

(72)【発明者】

【氏名】林 宏和

【審査官】斎藤 克也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２４８４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０２７３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３２６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２１１８１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－２０９２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３９８６６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ０１Ｆ ６／６２

Ｄ０２Ｇ １／００ － ３／４８

Ｄ０２Ｊ １／００ － １３／００

Ｄ０３Ｄ １／００ － ２７／１８

Ｄ０４Ｂ １／００ － １／２８

Ｄ０４Ｂ ２１／００ － ２１／２０

Ｄ０６Ｍ １３／００ － １５／７１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部からのエネルギーにより電位を発生する複数の電位発生繊維と、
前記複数の電位発生繊維に付着する界面活性剤と、
を備え、
前記界面活性剤の付着態様が一様ではない、
糸。

【請求項2】

外側に配置される電位発生繊維と、内側に配置される電位発生繊維と、で付着する界面活性剤の量が異なる、
請求項１に記載の糸。

【請求項3】

外側に配置される電位発生繊維に付着する界面活性剤の量は、内側に配置される電位発生繊維に付着する界面活性剤の量よりも多い、
請求項２に記載の糸。

【請求項4】

前記複数の電位発生繊維は、前記電位が発生した時に異なる電位となる、少なくとも２つの電位発生繊維を含む、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の糸。

【請求項5】

前記複数の電位発生繊維の間に配置される絶縁体を備えた、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の糸。

【請求項6】

前記複数の電位発生繊維のうち内側に配置される電位発生繊維の太さは、外側に配置される電位発生繊維よりも太い、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の糸。

【請求項7】

前記糸は、仮撚糸である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の糸。

【請求項8】

前記複数の電位発生繊維は、表面に凹凸を有している、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の糸。

【請求項9】

前記糸は短繊維を含む紡績糸であり、前記短繊維の端部は前記紡績糸の側面から露出する、
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の糸。

【請求項10】

前記複数の電位発生繊維は、ポリ乳酸を含む、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の糸。

【請求項11】

請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の糸を含む布帛。

【請求項12】

前記布帛に含まれる複数の前記糸の動的接触角の最大値および最小値は中心値から±１０°以上である、
請求項１１に記載の布帛。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部からのエネルギーにより電位を生じる電位発生繊維を備えた糸、および該糸を備えた布帛に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、外部からのエネルギーにより電位を生じる圧電糸が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６２９２３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

汗等の電解質を含む水分が存在すると、複数の圧電糸同士で電流が流れる。電流が流れると、発生した電位は消失する。したがって、電場が消失する。

【0005】

そこで、本発明は、従来よりも電場の消失を抑制する糸および布帛を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の糸は、外部からのエネルギーにより電位を発生する複数の電位発生繊維と、前記複数の電位発生繊維に付着する界面活性剤と、を備える。また、糸は、前記界面活性剤の付着態様が一様ではないことを特徴とする。

【0007】

界面活性剤は、糸の表面の濡れ性を向上させる。水分は、糸の表面に濡れ広がり、蒸発し易くなる。特に、界面活性剤の付着態様が一様ではない場合、一様である場合よりも糸の表面に水分が濡れ広がり易くなる。したがって、複数の電位発生繊維同士の間で水分が介在し難くなる。よって、本発明の糸は、電場を維持し易くなる。

【発明の効果】

【0008】

この発明の糸は、従来よりも電場の消失を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１（Ａ）は、糸１の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。

【図2】図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、ポリ乳酸の一軸延伸方向と、電場方向と、圧電繊維１０の変形と、の関係を示す図である。

【図3】図３は、糸２の構成を示す図である。

【図4】糸１および糸２における、電場を示す図である。

【図5】界面活性剤の量と所定時間経過後の含水量との関係を示すシミュレーション結果である。

【図6】変形例に係る糸１Ａの断面図である。

【図7】布帛７５を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１（Ａ）は、糸１の構成を示す一部分解図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。糸１は、複数の圧電繊維１０が撚られてなるマルチフィラメント糸である。また、糸１は、複数の圧電繊維１０に付着した界面活性剤１００を有する。

【0011】

圧電繊維１０は、断面が円形状の繊維である。糸１は、複数の圧電繊維１０が左旋回して撚られた左旋回糸（以下、Ｓ糸と称する。）である。なお、本実施形態では、一例として７本の圧電繊維１０が撚られてなる糸１を示しているが、撚り数は、実際には用途等を鑑みて、適宜設定される。

【0012】

圧電繊維１０は、例えば圧電性ポリマーからなる。圧電繊維１０は、例えば、圧電性ポリマーを押し出し成型して繊維化する手法により製造される。あるいは、圧電繊維１０は、圧電性ポリマーを溶融紡糸して繊維化する手法（例えば、紡糸工程および延伸工程を分けて行う紡糸・延伸法、紡糸工程および延伸工程を連結した直延伸法、仮撚り工程も同時に行うことのできるＰＯＹ－ＤＴＹ法、または高速化を図った超高速紡糸法などを含む。）、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸（例えば、溶媒に原料となるポリマーを溶解してノズルから押し出して繊維化するような相分離法もしくは乾湿紡糸法、溶媒を含んだままゲル状に均一に繊維化するような液晶紡糸法、または液晶溶液もしくは融体を用いて繊維化する液晶紡糸法、等を含む。）により繊維化する手法、または圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法等により製造される。なお、圧電繊維１０の断面形状は、円形状に限るものではない。

【0013】

圧電性ポリマーは、焦電性を有するものと、焦電性を有しないものとが存在する。本実施形態の圧電繊維１０は、焦電性を有していてもよいし、焦電性を有していなくてもよい。例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）は、焦電性を有しており、温度変化によっても電位が発生する。ＰＶＤＦ等の焦電性を有する圧電性ポリマーは、人体の熱エネルギーによっても、電位が生じる。この場合、人体の熱エネルギーが外部からのエネルギーである。

【0014】

ポリ乳酸（ＰＬＡ）は、焦電性を有していない圧電性ポリマーである。ポリ乳酸は、一軸延伸されることで圧電性が生じる。ポリ乳酸には、Ｌ体モノマーが重合した右巻き螺旋構造を有するＰＬＬＡと、Ｄ体モノマーが重合した左巻き螺旋構造を有し、圧電定数の極性がＰＬＬＡとは逆であるＰＤＬＡと、がある。

【0015】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、圧電繊維１０が一軸延伸されたＬ体のポリ乳酸である場合における、糸１の、ポリ乳酸の一軸延伸方向と、電場方向と、圧電繊維１０の変形と、の関係を示す図である。なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、モデルケースとして、圧電繊維１０をフィルム形状と仮定した場合の図である。

【0016】

ポリ乳酸は、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。ポリ乳酸は、一軸延伸されて分子が配向すると、圧電性を発現する。さらに熱処理を加えて結晶化度を高めると圧電定数が高くなる。一軸延伸されたポリ乳酸からなる圧電繊維１０は、厚み方向を第１軸、延伸方向９００を第３軸、第１軸および第３軸の両方に直交する方向を第２軸と定義したとき、圧電歪み定数としてｄ_１４およびｄ_２５のテンソル成分を有する。したがって、一軸延伸されたポリ乳酸からなる圧電繊維１０は、一軸延伸された方向に対して４５度の方向に歪みが生じた場合に、電位を発生する。

【0017】

図２（Ａ）に示すように、圧電繊維１０は、第１対角線９１０Ａの方向に縮み、第１対角線９１０Ａに直交する第２対角線９１０Ｂの方向に伸びると、紙面の裏側から表側に向く方向に電場を生じる。すなわち、圧電繊維１０は、紙面表側では、負の電位が発生する。圧電繊維１０は、図２（Ｂ）に示すように、第１対角線９１０Ａの方向に伸び、第２対角線９１０Ｂの方向に縮む場合も、電位を発生するが、極性が逆になり、紙面の表面から裏側に向く方向に電場を生じる。すなわち、圧電繊維１０は、紙面表側では、正の電位が発生する。

【0018】

ポリ乳酸は、延伸による分子の配向で圧電性が生じるため、ＰＶＤＦ等の他の圧電性ポリマーまたは圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。一軸延伸されたポリ乳酸の圧電定数は、５～３０ｐＣ／Ｎ程度であり、高分子の中では非常に高い圧電定数を有する。さらに、ポリ乳酸の圧電定数は経時的に変動することがなく、極めて安定している。

【0019】

以上の様な性質を有する圧電繊維１０を図１（Ａ）の糸１に適用する場合について説明する。図１（Ａ）において、各圧電繊維１０の延伸方向９００は、それぞれの圧電繊維１０の軸方向に一致している。複数の圧電繊維１０が撚られることによって、圧電繊維１０の延伸方向９００は、糸１の軸方向に対して、紙面上において左４５度に傾いた状態となる。

【0020】

この様なＳ糸である糸１に軸方向の張力をかけて伸張した場合、圧電繊維１０は、糸１の軸方向に沿って伸び、糸１の幅方向に沿って縮む。糸１の軸方向は、図２（Ａ）の例では第２対角線９１０Ｂに相当する。これにより、圧電繊維１０は、図２（Ａ）に示した例の様に、第１対角線９１０Ａに相当する方向に縮み、第２対角線９１０Ｂの方向に相当する方向に伸びる。したがって、圧電繊維１０の表面には負の電位が発生し、内側には正の電位が発生する。すなわち、圧電繊維１０は、外部からのエネルギーにより電位を発生する。

【0021】

なお、圧電繊維１０は、ずり応力が加わることによって電位を発生するため、糸１の軸方向に対する傾きは左４５度に限られるものではない。延伸方向９００は、少なくとも糸１の軸方向に対して交差していればよい。すなわち、圧電繊維１０の延伸方向９００は、糸の軸方向に対して０度より大きく左９０度未満であればよい。

【0022】

一方、図３は、圧電繊維１０を右旋回して撚られた右旋回糸（以下、Ｚ糸と称する。）を構成する、糸２を示す一部分解図である。糸２は、Ｚ糸である。複数の圧電繊維１０が撚られることによって圧電繊維１０の延伸方向９００は、糸２の軸方向に対して、紙面上において右４５度に傾いた状態となる。

【0023】

Ｚ糸である糸２に張力をかけて伸張した場合、圧電繊維１０は、糸２の軸方向に沿って伸び、糸２の幅方向に沿って縮む。糸２の軸方向は、図２（Ｂ）の例では第１対角線９１０Ａに相当する。これにより、圧電繊維１０は、図２（Ｂ）に示した例の様に、第１対角線９１０Ａに相当する方向に伸び、第２対角線９１０Ｂの方向に相当する方向に縮む。したがって、圧電繊維１０の表面には正の電位が発生し、内側には負の電位が発生する。すなわち、圧電繊維１０は、外部からのエネルギーにより電位を発生する。なお、圧電繊維１０はずり応力が加わることによって電位を発生するため、糸２の軸方向に対する傾きは右４５度に限られるものではなく、少なくとも糸２の軸方向に対して交差していればよい。すなわち圧電繊維１０の延伸方向９００は糸２の軸方向に対して０度より大きく右９０度未満であればよい。

【0024】

図４は、糸１および糸２における、電場の状態を示す断面図である。糸１および糸２を構成する圧電繊維１０がＰＬＬＡで形成された場合、糸１単独では、軸方向の張力が加わった時に表面が負の電位になり内部は正の電位になる。糸２単独では、軸方向の張力が加わった時に表面が正の電位になり内部は負の電位になる。

【0025】

これら糸１および糸２が近接した場合、近接する部分（表面）は同電位になろうとする。この場合、糸１と糸２との近接部は０Ｖとなり、元々の電位差を保つように、糸１の内部の正の電位はさらに高くなる。同様に糸２の内部の負の電位はさらに低くなる。

【0026】

糸１の断面では、主に糸１の内から外に向かう電場が形成され、糸２の断面では主に外から内に向かう電場が形成される。糸１および糸２を近接させた場合、これらの電場が空気中に漏れ出て合成され、糸１および糸２の間の電位差により、糸１と糸２との間に電場が形成される。あるいは、糸１と、人体等の所定の電位を有する物と、が近接した場合に、糸１と近接する物との間に電場が生じる。糸２と、人体等の所定の電位を有する物と、が近接した場合にも、糸２と近接する物との間に電場が生じる。

【0027】

なお、糸１および糸２は、互いに逆極性の電位を有する必要はない。糸１および糸２は、同じ極性の電位を有する場合であっても、両者に電位差があれば、電場が生じる。すなわち、糸１および糸２は、電位が発生した時に異なる電位となればよい。

【0028】

この様な電場は、例えば、細菌、真菌、古細菌またはダニやノミ等の微生物の増殖を抑制することができる。

【0029】

ここで、糸１または糸２に電解質を含む水分が存在する場合、当該水分を介して電流が流れる。電流が流れると、糸１または糸２で発生した電位は消失する。電位が消失すると、電場も消失する。

【0030】

本実施形態の糸１または糸２は、複数の圧電繊維１０に付着した界面活性剤１００を有する。界面活性剤１００は、イオン性（カチオン性・アニオン性・双性）でも、非イオン性（ノニオン性）でもよい。また、界面活性剤１００は、低分子であっても高分子であってもよい。

【0031】

界面活性剤１００は、例えば、繊維の製造工程で用いられる油剤である。利用者が糸１（または糸２）を含む衣料を洗濯した場合、当該油剤を除去してしまう場合があるが、代わりに洗濯の仕上げ剤（柔軟剤）が付着する場合もある。この柔軟剤も、界面活性剤１００の一例である。

【0032】

界面活性剤１００は、圧電繊維１０の表面の濡れ性を向上させる。そのため、水分は、圧電繊維１０の表面に濡れ広がる。水分は、繊維表面に濡れ広がることにより糸の外側に多く露出する。よって、水分は、界面活性剤が付着していない場合よりも蒸発しやすくなり、速く乾燥する。

【0033】

図５は、界面活性剤の量と所定時間経過後の含水量との関係を示すシミュレーション結果である。図５に示す様に、界面活性剤の量が多くなるほど、所定時間経過後の含水量は少なくなる。つまり、界面活性剤の量が多いほど水分は蒸発し易くなる。

【0034】

水分が蒸発すると、電流経路が無くなるため、糸１の電位は維持され易い。また、糸２の電位も維持され易い。よって、糸１および糸２の間に形成される電場は、維持され易い。

【0035】

そして、本実施形における複数の圧電繊維１０に対する界面活性剤１００の付着態様は、一様ではない。つまり、糸１（または糸２）は、界面活性剤１００の付着量が多い圧電繊維１０と、界面活性剤１００の付着量が少ない圧電繊維１０と、を有する。より具体的には、糸１（または糸２）の外側に配置される圧電繊維１０と、糸１（または糸２）の内側に配置される圧電繊維１０と、で付着する界面活性剤１００の量が異なる。例えば、図１（Ｂ）の例では、外側に配置される圧電繊維１０に付着する界面活性剤１００の量は、内側に配置される圧電繊維１０に付着する界面活性剤１００の量よりも多い。

【0036】

仮に複数の圧電繊維１０に対する界面活性剤１００の付着態様が一様である場合、水分の濡れ広がりには偏りがなくなる。糸１（または糸２）は、マルチフィラメント糸である。そのため、糸１または糸２は、内側に多くの界面活性剤を含むことになる。したがって、糸１または糸２の内側に水分を多く引き込む。内側に引き込まれた水分は、外部に露出しないため、外側に濡れ広がった水分よりも乾きにくい。糸１または糸２は、外側にも界面活性剤を含んでいるため、全体的に濡れた状態となる。

【0037】

一方で、複数の圧電繊維１０に対する界面活性剤１００の付着態様が一様ではない場合、水分の濡れ広がりに偏りが生じる。特に外側に配置される圧電繊維１０に付着する界面活性剤１００の量が多い場合、水分は、外側に多く露出する。よって、水分は、界面活性剤１００の付着態様が一様である場合よりも、蒸発し易くなる。また、外側に配置される圧電繊維１０に付着する界面活性剤１００の量が多い場合、水分は糸の内部に引き込まれ易い。この場合、外部は乾燥状態になる。したがって、糸１および糸２の間に形成される電場は、維持され易くなる。

【0038】

次に、図６は、糸１の変形例に係る糸１Ａの断面図である。糸１Ａは、複数の圧電繊維１０の間に、樹脂５０を備えている。樹脂５０は、絶縁体の一例である。図６の断面では、樹脂５０は、中心に配置された圧電繊維１０の周囲をコーティングし、周りの圧電繊維１０との隙間を埋めるように配置される。そのため、界面活性剤１００は、糸１Ａの内側よりも外側に多く付着する。

【0039】

この様な糸１Ａは、外側に多くの界面活性剤１００を付着する。したがって、水分は、より蒸発し易くなる。よって、糸１Ａは、電場を維持し易くなる。また、糸１Ａは、樹脂５０により、内側に水分が侵入しにくい。この点からも、糸１Ａは、電場を維持し易くなる。

【0040】

なお、図６では、糸１の変形例を示したが、糸２についても、図６の例と同様に、樹脂５０を備えた変形例２に係る糸２Ａを構成することができる。

【0041】

なお、糸１Ａは、圧電繊維１０を樹脂５０でコーティングし、該コーティングした圧電繊維１０を芯糸として配置したカバリング糸であってもよい。この場合、他の複数の圧電繊維１０は、芯糸の周囲を旋回する。界面活性剤１００は、糸１Ａの内側よりも外側に多く付着する。

【0042】

また、芯糸は、界面活性剤１００の付着しにくい素材であってもよい。この場合も、界面活性剤１００は、内側よりも外側に多く付着する。

【0043】

また、芯糸に巻く鞘糸は、フィラメント糸に限らず、フィルム形状の圧電体であってもよい。また、フィラメント糸は、仮撚糸であってもよい。仮撚糸は、多くの隙間を有する。よって、仮撚糸には界面活性剤１００が付着し易い。また、仮撚糸は、風合いも良い。

【0044】

あるいは、糸は、内側に太い繊維を有し、外側に複数の細い圧電繊維１０を有していてもよい。この場合も、界面活性剤１００は、内側よりも外側に多く付着する。

【0045】

また、中空糸、あるいは表面に凹凸を有する糸も、内側と外側の界面活性剤１００の付着量が異なる。

【0046】

また、糸を構成する圧電繊維は、長繊維に限らず、少なくとも１つの短繊維を含んでいてもよい。糸が複数の短繊維を撚った紡績糸である場合、長繊維よりも複雑な形状となる。したがって、界面活性剤１００の付着量が一様ではなくなる。また、いくつかの短繊維の端部は、糸の側面から露出する。つまり、糸の表面には、より多くの繊維が露出する。したがって、短繊維を用いた場合には、界面活性剤は、内側よりも外側に多く付着する。

【0047】

なお、表面に負の電位を生じる繊維としては、ＰＬＬＡを用いたＳ糸の他にも、ＰＤＬＡを用いたＺ糸も考えられる。また、表面に正の電位を生じる繊維としては、ＰＬＬＡを用いたＺ糸の他にも、ＰＤＬＡを用いたＳ糸も考えられる。

【0048】

図７に示す布帛７５は、上述した本実施形態の糸を含む。本実施形態に示した糸を含む布帛７５も、電場を維持し易い。

【0049】

また、出願人は、布帛７５から無作為に糸を１０本抽出し、動的接触角測定（拡張／収縮法）を実施した。１０本の糸において、引き上げ時の接触角の最大値および最小値は、それぞれ中心値から±１０°以上であった。したがって、布帛７５についても、界面活性剤の付着態様が一様ではないことが分かる。

【0050】

最後に、本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0051】

１，１Ａ，２，２Ａ…糸
１０…圧電繊維
５０…樹脂
１００…界面活性剤
９００…延伸方向
９１０Ａ…第１対角線
９１０Ｂ…第２対角線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】