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JP7147999B2 - 糸 - Google Patents

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Description

本発明は、異なる繊維を撚り合わせてなる糸に関するものである。
近年、快適で健康なライフスタイルを実現するために、快適性、健康、又は衛生面を向上させた様々な生活製品が考案される。特に、抗菌性を有する繊維からなる衣料が考案される。抗菌性を有する繊維は、例えば、圧電効果で生じる電荷によって抗菌性を発揮する電荷発生繊維である。特許文献1に開示された圧電糸は、電荷発生繊維の一例である。圧電糸に張力をかけると、圧電糸の表面に電荷が生じ、電荷により繊維同士の間に形成される空間に電場が発生する。圧電糸は、発生した電場によって、抗菌などの効果を発揮する。
国際公開第2017/212836号
従来の電荷発生繊維は菌を電場が発生する空間の近傍で拘束するという観点で改善の余地がある。
そこで、本発明の目的は、従来の抗菌性を有する電荷発生糸よりも良好な抗菌効果を持つ糸を提供することである。
本発明の糸は、長さ方向に伸びる少なくとも1つの溝部を有する第1繊維と、外部からのエネルギーにより電位が発生する少なくとも1つの第2繊維とを備える。そして、この糸は、第2繊維が第1繊維の溝部に形成された領域に配置され、第1繊維と第2繊維との間には空間が形成されることを特徴とする。
本発明の糸では、第2繊維は、第1繊維の溝部に形成された領域に配置され、第1繊維と第2繊維との間には空間が形成されているので、この空間に電場を発生させることができる。また、第1繊維には溝部が形成されているため、第1繊維の表面積が大きくなり、第1繊維に菌が付着しやすくなる。これにより、第1繊維と第2繊維からなる糸は良好な抗菌効果を発揮する。
この発明によれば、良好な電場が発生する空間を生み出す糸を実現することができる。
図1(A)は、本発明の一つの実施形態に係る糸の構成を示す図である。図1(B)は、図1(A)のI-I線における断面図である。図1(C)は、糸の第1繊維及び第2繊維に撚りを加えることを示す図である。 図2(A)乃至図2(C)は、それぞれ第1繊維の断面形状を示す図である。 図3(A)及び図3(B)は、第2繊維が一軸延伸されたポリ乳酸(PLLA)である場合において、第2繊維の、変形と、一軸延伸方向と、電場方向と、の関係を示す図である。 図4(A)は、本発明の一つの実施形態に係る糸の構成を示す図である。図4(B)は、図4(A)のII-II線における断面図である。図4(C)は、糸の第1繊維及び第2繊維に撚りを加えることを示す図である。 図5は、糸における、電場を示す図である。 図6は、本発明の一つの実施形態に係る糸の断面図である。 図7は、本発明の一つの実施形態に係る糸の断面図である。
図1(A)は、本発明の一つの実施形態に係る糸1の構成を示す図である。図1(B)は、図1(A)のI-I線における断面図である。図1(C)は、糸1の第1繊維10及び第2繊維20に撚りを加えることを示す図である。
糸1は、第1繊維10及び第2繊維20によって構成されている。第1繊維10は、長さ方向に伸びる少なくとも1つの溝部12を有し、複数の第2繊維20に囲まれている。第2繊維20は、エネルギーを加えると電荷が発生する。本実施形態の糸1では、第2繊維20は、第1繊維10の溝部12に合わせて配置され、第1繊維10とともに撚られている。なお、図1(B)においては、一例として、I-I線の断面において1本の第1繊維10及び6本の第2繊維20の断面が示されているが、第1繊維10の本数及び第2繊維20の本数はこれに限られず、実際には用途等を鑑みて、適宜設定される。
従来から、電場により細菌及び真菌等の増殖や転移を抑制できることが知られている(例えば、土戸哲明,高麗寛紀,松岡英明,小泉淳一著、講談社:微生物制御-科学と工学を参照。また、例えば、高木浩一,高電圧・プラズマ技術の農業・食品分野への応用,J.HTSJ,Vol.51,No.216を参照)。また、この電場を生じさせている電位により、湿気等で形成された電流経路、又はミクロな放電現象等で形成された回路を電流が流れることがある。この電流により菌が弱体化し菌の増殖や転移を抑制することが考えられる。
本実施形態の糸1は、外部からエネルギーを受けた際(例えば、糸1の軸方向に張力をかけた際)、電荷が発生し、電場が生じる。或いは、外部からエネルギーを受けた糸1を、人体等の所定の電位(グランド電位を含む)を有する物に近接させた場合、糸1とその物との間にも電場が生じる。また、外部からエネルギーを受け、かつ糸1が人体等の所定の電位(グランド電位を含む)を有する物に近接した場合、汗等の液体を介して本発明の糸1とその物の間に電流が流れる。
電場又は電流による菌の細胞の破壊や細胞質の変性が起こる。そこで、菌の細胞や菌の生命維持ための電子伝達系に支障が生じ、菌が死滅する、或いは菌自体が弱体化する。また、汗、水等の液体に含まれる酸素が電場又は電流によって活性酸素種に変化することがある。活性酸素種には酸素ラジカルがあり、これらの作用により、菌が死滅する、又は弱体化する。このように、糸1は、顕著な抗菌効果を持っている。なお、本発明において、「抗菌効果」とは、菌を死滅する効果及び菌が弱体化する効果の両方を含む概念である。
本実施形態において、第1繊維10は、ポリエステル、ナイロン、又はアクリル等の繊維材料からなる異形断面繊維(異形フィラメント)である。図2(A)乃至図2(C)は、それぞれ第1繊維10の断面形状を示す図である。図2(A)乃至図2(C)に示すように、第1繊維10の断面形状は、十字形、星形多角形又は凹多角形である。いずれの例においても、第1繊維10は、長手方向に伸びる溝部12及び突起部14を有している。
さらに、本実施形態において、第2繊維20は、例えば圧電性ポリマーからなる。圧電性ポリマーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はポリ乳酸(PLA)が挙げられ、いずれも第2繊維20の原料として使える。その内、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。
図3(A)及び図3(B)は、第2繊維20が一軸延伸されたポリ乳酸(PLLA)である場合において、第2繊維20の、変形と、一軸延伸方向と、電場方向と、の関係を示す図である。なお、図3(A)及び図3(B)は、モデルケースとして、第2繊維20をフィルム形状と仮定した場合の図である。本実施形態では、第2繊維20は円形断面繊維(円形フィラメント)である。
ポリ乳酸(PLA)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、圧電性が現れる。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第2繊維20は、厚み方向を第1軸、延伸方向900を第3軸、第1軸及び第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d14及びd25のテンソル成分を有する。従って、一軸延伸されたポリ乳酸からなる第2繊維20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、電荷が発生する。
図3(A)に示すように、第2繊維20が第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。即ち、図3(A)の状態で、紙面表側では負の電荷が発生する。また、図3(B)に示すように、第2繊維20が第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、電荷が発生する。この場合、極性は逆になり、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、図3(B)の状態で、紙面表側では正の電荷が発生する。
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又は圧電セラミックスのように、ポーリングを行う必要がない。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。
図1(C)に示すように、上述した特性を有する第2繊維20を第1繊維10とともに左旋回して撚ることで、糸1を得られる。ここで、糸1はS撚り(右撚り)である。図1(A)において、複数の第2繊維20が撚られているので、各第2繊維20の延伸方向(長さ方向)900は、糸1の延伸方向に対して斜めに傾いている。言い換えれば、第2繊維20の延伸方向900は、糸1の延伸方向に対して、紙面上において左へ傾斜している。
理想的には、第2繊維20の延伸方向900と糸1の延伸方向との間の角度(第2繊維20の撚り角度)は45度がよい。このような糸1に張力をかけて伸張すれば、第2繊維20には、糸1の軸方向に沿って伸びが生じ、糸1の幅方向に沿って縮みが生じる。そこで、糸1の軸方向は図3(A)に示す第2対角線910Bに相当し、糸1の幅方向は図3(A)に示す第1対角線910Aに相当する。そして、第2繊維20は、図3(A)に示した例の様に、第2対角線910Bに相当する方向に伸び、第1対角線910Aの方向に相当する方向に縮む。従って、第2繊維20の表面には負の電荷が発生し、内側には正の電荷が発生する。即ち、第2繊維20は、外部からのエネルギーにより電荷が発生する。
無論、糸1の軸方向に対する第2繊維20の傾きは左45度に限られるものではない。第2繊維20にずり応力を加えると、電荷が発生する。そのため、第2繊維20の延伸方向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。そう考えると、第2繊維20の撚り角度は、0度より大きく左90度未満であればよい。一般的には、第2繊維20の撚り角度が左45度に近づくほど、電荷発生の効率が向上する。ただし、通常、糸は編み物、織物や縫製などの用途に使用され、糸が伸びる方向は一定ではないことがある。つまり、必ずしも糸の長軸方向に外力が加わるとは限らないため、第2繊維20の撚り角度に関しては上記の限りではない。
本実施形態では、第1繊維10が溝部12を有することで、溝部がないものに比べて第1繊維10の表面積が大きくなり、菌が第1繊維10に付着する可能性が相対的に高くなる。また、図1(C)に示すように、長さ方向に溝部12を有する第1繊維10が撚られると、その溝部12は螺旋状に伸びている。また、溝部12の形状は、第2繊維20の表面に沿わない形状とされている。このような構成では、第2繊維20に撚りをかける際、第2繊維20は、第1繊維10の溝部12に沿うように撚られる。言い換えれば、第2繊維20は、第1繊維10の溝部12にガイドされている状態で撚られている。ここで、溝部12の開口幅は、第2繊維20の径の長さとほぼ一致、又は第2繊維20の径の長さより大きい。この時に、第1繊維10もしくは第2繊維20の一方の摩擦係数を高くすることにより、第1繊維10と第2繊維20が互いに応力がかかった際に、もう一方へ効率よく応力を加えることができ、電荷の発生を向上することができる。
さらに、図1(C)に示すように、本実施形態では、第1繊維10の溝部12と、その溝部12に形成された領域に配置された第2繊維20との間に、空間SPが形成されている。図1(C)では、溝部12の断面はV字であるが、第2繊維20の断面は円形である。そこで、第2繊維20と溝部12とが完全に噛み合っていないため、空間SPが生じる。そのような空間SPがあれば、漏れ電場が形成されやすい。従って、糸1は良好な抗菌などの効果を発揮する。また、第1繊維10の溝部12の形状を変えることにより、空間SPの形状を変えることができ、第2繊維20との組み合わせで、最適な漏れ電場を変えることが可能となる。
空間SPの断面積は、糸1の断面積よりも小さい。また、空間SPは第1繊維10の断面積より小さくてもよく、第2繊維20の断面積より小さくても良い。
図4(A)は、本発明の一つの実施形態に係る糸2の構成を示す図である。図4(B)は、図4(A)のII-II線における断面図である。図4(C)は、糸2の第1繊維10及び第2繊維20に撚りを加えることを示す図である。本実施形態の糸2において、第2繊維20は、第1繊維10とともに右旋回して撚られている。即ち、糸2はZ撚り(左撚り)である。図4(A)において、第2繊維20の延伸方向900は、糸2の延伸方向に対して、紙面上において右へ傾斜している。
上述した糸1のように、糸2において、第2繊維20の延伸方向900と糸2の延伸方向との間の角度は、理想的には45度がよい。このような糸2の軸方向に張力をかけて伸張すれば、第2繊維20には、糸2の軸方向に沿って伸びが生じ、糸2の幅方向に沿って縮みが生じる。そこで、糸2の延伸方向は図3(B)に示す第1対角線910Aに相当し、糸2の幅方向は図3(B)に示す第2対角線910Bに相当する。そして、第2繊維20は、図3(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。従って、糸2の表面には正の電荷が発生し、内側には負の電荷が発生する。
なお、第2繊維20はずり応力が加わることによって電荷が発生するため、糸2の延伸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の延伸方向に対して交差していればよい。ただし、第2繊維20の撚り角度が右45度に近づくほど、電荷発生の効率が向上する。本実施形態では、第1繊維10の溝部12はV溝であり、第2繊維20の表面は円弧状である。即ち、第1繊維10の溝部12の形状は、第2繊維20の表面に沿わない形状とされている。ただし、他の実施形態では、第1繊維10の溝部12の形状は、第2繊維20の表面に沿う形状とされていてもよい。例えば、第1繊維10の溝部12は半円溝であり、第2繊維20の表面は円弧状である。さらに、通常、糸は編み物、織物や縫製などの用途に使用され、糸が伸びる方向は一定ではないことがある。つまり、必ずしも糸の長軸方向に外力が加わるとは限らないため、第2繊維20の撚り角度に関しては上記の限りではない。
また、図4(C)に示すように、第1繊維10の溝部12と、その溝部12に合わせて配置された第2繊維20との間に、空間SPがあるため、漏れ電場が形成されやすい。よって、糸2は、糸1と同じ良好な抗菌効果を持っている。
図5は、糸1及び糸2における、電場を示す図である。糸1単独では、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、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。糸1及び糸2が近接したとき、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。
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及び糸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及び糸2の間の電位差により、図5に示すように電場が形成される。あるいは、糸1(又は糸2)と、例えば人体等の所定の電位(グランド電位を含む)を有する物と、が近接した場合に、糸1(又は糸2)と近接する物との間に電場が生じる。
あるいは、糸1及び糸2との間の湿気等で形成された電流経路、又はミクロな放電現象等で形成された回路を電流が流れることがある。糸1又は糸2と、近接する所定の電位を有する物と、が近接した場合にも、湿気等で形成された電流経路、又はミクロな放電現象等で形成された回路を電流が流れることがある。
また、糸1及び糸2は、互いに逆極性の電位を有する必要はない。糸1及び糸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、電場又は電流が生じる。すなわち、糸1及び糸2は、電荷が発生した時に異なる電位となればよい。
なお、表面に負の電荷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、表面に正の電荷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。
上述した実施形態では、第2繊維20だけがポリ乳酸を含む。しかし、他の実施形態において、第1繊維10もポリ乳酸を含んでいてよい。そうすると、第1繊維10が撚られたとき、電荷が発生する。
上述した実施形態では、糸1又は糸2における第1繊維10の数は1であるが、他の実施形態において、第1繊維10の数は複数でもよい。図6は、本発明の一つの実施形態に係る糸の断面図である。図6に示すように、複数の第1繊維10が第2繊維20に囲まれるように配置されている。第1繊維10の束には、単一の第1繊維10より多い溝部12がある。このような構成では、第1繊維10及び第2繊維20を撚るとき、第1繊維10の束は、より多くの第2繊維20をガイドできる。
上述した実施形態では、第1繊維10及び第2繊維20は長繊維(フィラメント)であり、糸1及び糸2は長繊維による撚糸である。しかし、糸1及び糸2は長繊維による撚糸に限らない。もう1つの実施形態では、第1繊維10及び第2繊維20は短繊維(スパン)であり、糸1及び糸2は短繊維による紡績糸でもよい。また、他の実施形態では、第1繊維10及び第2繊維20はそれぞれ長繊維及び短繊維(又は短繊維及び長繊維)であり、糸1及び糸2は2種類の繊維による撚糸でもよい。
上述した実施形態では、第1繊維10は異形断面繊維(異形フィラメント)であり、第2繊維20は円形断面繊維(円形フィラメント)である。しかし、第2繊維20は円形断面繊維に限らない。もう1つの実施形態では、第2繊維20は、第1繊維10と同じく異形断面繊維である。
また、他の実施形態では、第1繊維10及び第2繊維20の両方が電荷が発生する電荷発生繊維であってもよい。さらに、第1繊維10あるいは第2繊維20の両方が電荷発生繊維の場合はどちらか一方が他方よりも弾性率が低くされていてもよく、第1繊維10あるいは第2繊維20のうち一方のみが電荷発生繊維の場合、他方の弾性率が一方の弾性率よりも低くされていてもよい。この場合、弾性率が低い繊維によって糸が伸びやすくなり、電荷発生繊維にずり応力が加わりやすくなる。またさらに、第1繊維10あるいは第2繊維20の両方が電荷発生繊維の場合はどちらか一方が他方の静摩擦係数よりも低くされていてもよく、第1繊維10あるいは第2繊維20のうち一方のみが電荷発生繊維の場合、他方の静摩擦係数が高くされていてもよい。この場合、電荷発生繊維にずり応力が加わりやすくなる。
図7は、本発明の一つの実施形態に係る糸3の断面図である。この実施形態では、糸3は異形断面繊維である第1繊維10及び第2繊維20からなり、第1繊維10及び第2繊維20は同じ断面形状を有している。しかし、他の実施形態では、糸3における第1繊維10及び第2繊維20は異なる断面形状を有してもよい。
図7に示すように、第2繊維20は、長さ方向に伸びる少なくとも1つの突起部24を有している。第2繊維20の突起部24は第1繊維10の溝部12と噛み合うように、第2繊維20が配置されている。そのような構成では、第2繊維20に撚りをかける際、第2繊維20の突起部24は、第1繊維10の溝部12に沿うように撚られており、螺旋状に伸びている。即ち、第2繊維20は、第1繊維10の溝部12にガイドされる状態で撚られている。
撚りをかける方向により、糸3はS撚り又はZ撚りとなる。本実施形態では、第1繊維10の溝部12及び第2繊維20の突起部24を利用することで、第2繊維20の撚り角度を望ましい角度(左45度又は右45度)に近くすることができ、糸3を中撚糸又は強撚糸にすることも可能になる。また、溝部12の内部空間の形状や大きさは、突起部24の形状や大きさと完全に一致していないため、第1繊維10及び第2繊維20の間に空間SPが存在している。そこで、漏れ電場が形成されやすい。そのような糸3は、糸1と糸2と同じ良好な抗菌効果を持っている。
上述した実施形態では、第1繊維10の溝部12は、図1(C)に示す通り、第1繊維10の長さ方向と平行している。しかし、溝部12は直線溝に限らない。もう1つの実施形態において、第1繊維10の溝部12は第1繊維10の軸方向に対して螺旋状に形成された溝部である。第2繊維20を螺旋溝に沿って巻きつけると、撚糸と類似した外見を有する糸が得られる。この実施形態では、第1繊維10を撚る必要がない。また、第2繊維20の巻き数や螺旋角度は螺旋溝の設置状態によって決定される。そこで、適切な巻き数及び螺旋角度があれば、この実施形態で得られた糸も良好な抗菌効果を発揮できる。
上述した糸(糸1、糸2、又は糸3等)は、医療部品や衣料などの生活製品に適用することができる。例えば、上述した糸(糸1、糸2、又は糸3等)は、マスク、肌着(特に靴下)、タオル、靴及びブーツ等の中敷き、スポーツウェア全般、帽子、寝具(布団、マットレス、シーツ、枕、枕カバー等)、歯ブラシ、フロス、浄水器、エアコン又は空気清浄器のフィルタ等、ぬいぐるみ、ペット関連商品(ペット用マット、ペット用服、ペット用服のインナー)、各種マット品(足、手、又は便座等)、カーテン、台所用品(スポンジ又は布巾等)、シート(車、電車又は飛行機等のシート)、オートバイ用ヘルメットの緩衝材及びその外装材、ソファ、包帯、ガーゼ、縫合糸、医者及び患者の服、サポーター、サニタリ用品、スポーツ用品(ウェア及びグローブのインナー、又は武道で使用する籠手等)、空調機若しくは空気清浄機等のフィルタ、あるいは包装資材、網戸等に適用することができる。
衣料のうち、特に靴下(又はサポータ)は、歩行等の動きによって、関節に沿って必ず伸縮が生じるため、上述した糸(糸1、糸2、糸3等)は、高頻度で電荷が発生する。また、靴下は、汗などの水分を吸い取り、菌の増殖の温床となるが、上述した糸(糸1、糸2、糸3等)は、菌の増殖を抑制することができるため、防臭のための菌対策用途として、顕著な効果を生じる。
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及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。
1、2、3…糸
10…第1繊維
20…第2繊維
12…溝部
14、24…突起部
SP…空間
900…延伸方向
910A…第1対角線
910B…第2対角線

Claims (11)

  1. 長さ方向に伸びる少なくとも1つの溝部を有する第1繊維と、
    外部からのエネルギーにより電位が発生する少なくとも1つの第2繊維と、を備え、
    前記第2繊維は、前記第1繊維の前記溝部に形成された領域に配置され、
    前記第1繊維の前記溝部と前記溝部に合わせて配置された前記第2繊維との間に、空間が形成されている、糸。
  2. 前記第1繊維と前記第2繊維の間に形成される前記空間の断面積が、前記糸の断面積よりも小さい、請求項1に記載の糸。
  3. 前記第1繊維の前記溝部の断面の外周の形状は半円であり、前記第2繊維の断面の外周の形状は円弧である、請求項1又は請求項2に記載の糸。
  4. 前記第1繊維の前記溝部の断面の外周の形状はV字であり、前記第2繊維の断面の外周の形状は円弧である、請求項1又は請求項2に記載の糸。
  5. 前記第1繊維及び前記第2繊維は異形断面繊維であり、前記第2繊維は、前記長さ方向に伸びる少なくとも1つの突起部を有し、前記突起部は前記第1繊維の前記溝部と噛み合うように前記第2繊維が配置される、請求項1又は請求項2に記載の糸。
  6. 前記第1繊維は前記第2繊維よりも弾性率が低い、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の糸。
  7. 前記溝部の開口幅は、前記第2繊維の径の長さと一致している、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の糸。
  8. 前記溝部の開口幅は、前記第2繊維の径の長さより大きい、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の糸。
  9. 前記第2繊維は、ポリ乳酸を含む、
    請求項1乃至請求項のいずれかに記載の糸。
  10. 前記第1繊維又は前記第2繊維が長繊維である、
    請求項1乃至請求項のいずれかに記載の糸。
  11. 前記第1繊維又は前記第2繊維が短繊維である、
    請求項1乃至請求項のいずれかに記載の糸。
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