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WO2019069660A1 - 圧電繊維 - Google Patents

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Publication number
WO2019069660A1
WO2019069660A1 PCT/JP2018/034141 JP2018034141W WO2019069660A1 WO 2019069660 A1 WO2019069660 A1 WO 2019069660A1 JP 2018034141 W JP2018034141 W JP 2018034141W WO 2019069660 A1 WO2019069660 A1 WO 2019069660A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
yarn
piezoelectric
twisted
twisting
piezoelectric fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/034141
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴文 井上
信人 椿
正道 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2019546609A priority Critical patent/JP6669317B2/ja
Publication of WO2019069660A1 publication Critical patent/WO2019069660A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/26—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre with characteristics dependent on the amount or direction of twist
    • D02G3/28—Doubled, plied, or cabled threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/38—Threads in which fibres, filaments, or yarns are wound with other yarns or filaments, e.g. wrap yarns, i.e. strands of filaments or staple fibres are wrapped by a helically wound binder yarn

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a piezoelectric fiber having antibacterial properties.
  • Patent No. 3281640 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-310284 Patent No. 3165992 Patent No. 1805853 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-226078 Unexamined-Japanese-Patent No. 9-194304 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-300650
  • the material which has an antimicrobial property may produce the allergic reaction by a chemical
  • an embodiment of the present invention aims to provide a piezoelectric fiber which has a longer lasting effect than conventional materials having antibacterial properties, and has higher safety than drugs and the like.
  • a piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention includes an upper twisting yarn obtained by further twisting a plurality of lower twisting yarns that are twisted by turning a piezoelectric yarn made of a functional polymer that generates a charge by external energy. It is characterized by
  • the piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention includes a plurality of charge generation fibers that generate electric charges by external energy, and therefore, a predetermined potential (ground potential) between fibers and fibers, or a human body, etc.
  • a predetermined potential ground potential
  • An electric field is generated when in proximity to an object having Alternatively, the piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention is close to an object having a predetermined potential (including a ground potential), such as between a fiber and a fiber, or a human body, through moisture such as sweat. The current flows.
  • the piezoelectric fiber according to the embodiment of the present invention exerts an antibacterial effect for the following reasons.
  • Cell membranes and bacteria of bacteria by direct action of an electric field or current generated when applied to an object (garments, footwear, or medical supplies such as a mask) used in proximity to an object having a predetermined potential such as the human body
  • an object garments, footwear, or medical supplies such as a mask
  • oxygen contained in water may be converted to reactive oxygen species by an electric field or current, or oxygen radicals may be generated in bacterial cells due to a stress environment due to the presence of the electric field or current.
  • Bacteria are killed or weakened by the action of reactive oxygen species including radicals.
  • antibacterial said by this invention is the concept containing both the effect which suppresses generation
  • the charge generation fiber that generates a charge by external energy may be, for example, a fiber using a substance having a photoelectric effect, a substance having a pyroelectric effect, or a piezoelectric material.
  • a configuration in which a conductor is used for the core yarn, an insulator is wound around the conductor, and a voltage is applied to the conductor to generate a charge is also a charge generation fiber.
  • the piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention can have various variations in the piezoelectric fiber itself by adjusting the number of twists of the lower twisting yarn and the number of twists of the upper twisting yarn.
  • a piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention includes a covering yarn obtained by swirling and twisting a piezoelectric yarn made of a functional polymer that generates a charge by energy from the outside, and the covering yarn is in the axial direction. It is characterized in that it is wound to turn.
  • the piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention can have various variations in the piezoelectric fiber itself by adjusting the number of twists of the lower twisting yarn and the winding number of the covering yarn.
  • FIG. 1 (A) is a view showing a configuration of an upper twist in the piezoelectric fiber according to the first embodiment
  • Fig. 1 (B) is a cross-sectional view of Fig. 1 (A).
  • FIG. 2 (A) is a partially enlarged view of FIG. 1 (A) for explaining the configuration of the lower twisting yarn in the piezoelectric fiber according to the first embodiment
  • FIG. 2 (B) is a view shown in FIG.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the relationship between the uniaxial stretching direction of polylactic acid, the direction of an electric field, and the deformation of a piezoelectric fiber.
  • FIG. 1 (A) is a view showing a configuration of an upper twist in the piezoelectric fiber according to the first embodiment
  • FIG. 1 (B) is a cross-sectional view of Fig. 1 (A).
  • FIG. 2 (A) is a partially enlarged view of FIG. 1 (A) for explaining the configuration of the lower twisting yarn in the pie
  • FIG. 4 illustrates the shear stress (shear stress) generated in each piezoelectric fiber when tension is applied to the piezoelectric fiber.
  • FIG. 5A is a view showing the configuration of the upper twisting yarn in the piezoelectric fiber according to the second embodiment
  • FIG. 5B is a view for explaining the configuration of the lower twisting yarn in the piezoelectric fiber according to the second embodiment
  • FIG. 5 (A) is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 6A is a view showing the configuration of a covering yarn in the piezoelectric fiber according to the third embodiment
  • FIG. 6B is a view for explaining the configuration of a twisted yarn in the piezoelectric fiber according to the third embodiment
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIGS. 7A to 7C are schematic cross-sectional views for explaining a modification of the lower twisting yarn according to the first embodiment.
  • FIG. 1 (A) is a view showing the configuration of the upper twisted yarn in the piezoelectric fiber according to the first embodiment
  • FIG. 1 (B) is a cross-sectional view of FIG. 1 (A) cut at I-I. 1 (A) and 1 (B) show, as an example, a piezoelectric fiber in which seven lower twist yarns are twisted, but the number of lower twist yarns is not limited to this, and it is actually used In consideration of the above, it is set appropriately.
  • the piezoelectric fiber 11 is equipped with the upper twist yarn (multifilament yarn) formed by twisting multiple lower twist yarns 21 together.
  • the piezoelectric fiber 11 is a right-handed twisting yarn (hereinafter, referred to as S yarn) which is twisted by turning the lower twisting yarn 21 to the right.
  • the longitudinal direction 201 of the lower twisted yarn 21 is inclined to the left with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 11.
  • the angle of inclination of the lower twisted yarn 21 with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 11 depends on the number of twists of the piezoelectric fiber 11.
  • the piezoelectric fiber 11 can adjust the angle of inclination of the lower twisted yarn 21 at the outer peripheral portion of the piezoelectric fiber 11 with respect to the axial direction 101, ⁇ 1 shown in FIG.
  • ⁇ 1 can be set to 10 to 25 degrees.
  • the piezoelectric fiber 11 can maintain appropriate stretchability while stably maintaining the shape as the upper twisting yarn which is a bundle of the lower twisting yarns 21.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a region surrounded by a broken line circle A1 of FIG. 1A for explaining the configuration of the lower twisting yarn in the piezoelectric fiber according to the first embodiment, and FIG. 2.) is a cross-sectional view of one lower twist yarn in FIG. 2 (A) cut along II-II.
  • the lower twisting yarn 21 comprises a multifilament yarn formed by twisting together a plurality of piezoelectric yarns 31.
  • the lower twisting yarn 21 is a right-turning yarn (hereinafter referred to as an S yarn) which is twisted by turning the piezoelectric yarn 31 clockwise. That is, the lower twisting yarn 21 is twisted in the same direction as the piezoelectric fiber 11 which is the upper twisting yarn.
  • the piezoelectric yarn 31 is an example of a charge generation fiber (charge generation yarn) that generates a charge by external energy.
  • the piezoelectric yarn 31 is made of a functional polymer, for example, a piezoelectric polymer.
  • a piezoelectric polymer poly lactic acid (PLA) is mentioned, for example.
  • polylactic acid (PLA) is a non-pyroelectric piezoelectric polymer.
  • Polylactic acid is uniaxially stretched to generate piezoelectricity.
  • the polylactic acid includes PLLA in which L monomer is polymerized and PDLA in which D monomer is polymerized.
  • the piezoelectric yarn 31 may further include ones other than the functional polymer as long as the function of the functional polymer is not inhibited.
  • Polylactic acid is a chiral polymer, and the main chain has a helical structure. Polylactic acid develops piezoelectricity when uniaxially stretched and molecules are oriented. When the degree of crystallization is further increased by heat treatment, the piezoelectric constant is increased.
  • the piezoelectric yarn 31 made of uniaxially stretched polylactic acid is defined as the first axis in the thickness direction, the third axis as the stretching direction 202, and the second axis in the direction orthogonal to both the first axis and the third axis, It has tensor components of d 14 and d 25 as piezoelectric distortion constants. Therefore, polylactic acid most efficiently generates charge when strain occurs in the direction of 45 degrees with respect to the uniaxially stretched direction.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the relationship between the uniaxial stretching direction 202 of polylactic acid, the electric field direction, and the deformation of the piezoelectric yarn 31.
  • FIG. 3A when the piezoelectric yarn 31 is contracted in the direction of the first diagonal 910A and extends in the direction of the second diagonal 910B orthogonal to the first diagonal 910A, the piezoelectric yarn 31 is directed in the direction from the back side to the front side. It generates an electric field. That is, the piezoelectric yarn 31 generates a negative charge on the front side of the sheet.
  • the piezoelectric yarn 31 extends in the direction of the first diagonal 910A and contracts in the direction of the second diagonal 910B as shown in FIG. An electric field is generated in the direction from the That is, the piezoelectric yarn 31 generates positive charge on the front side of the sheet.
  • Polylactic acid does not need to be subjected to poling treatment like other piezoelectric polymers such as PVDF or piezoelectric ceramics, because the piezoelectricity is generated in orientation processing of molecules by stretching.
  • the piezoelectric constant of uniaxially stretched polylactic acid is about 5 to 30 pC / N, and has a very high piezoelectric constant among polymers. Furthermore, the piezoelectric constant of polylactic acid does not change with time and is extremely stable.
  • the piezoelectric yarn 31 is a fiber having a circular cross section.
  • a method of extruding and forming a piezoelectric polymer to form a fiber for example, a method of melt-spinning a piezoelectric polymer to form a fiber (for example, a spinning / drawing method in which a spinning process and a drawing process are performed separately) Direct stretching method in which spinning process and stretching process are connected, POY-DTY method capable of simultaneously performing false twisting process, or super high speed prevention method for speeding up), piezoelectric polymer in dry or wet process Spinning (for example, phase separation or dry-wet spinning in which a polymer serving as a raw material is dissolved in a solvent and extruded from a nozzle to form fibers, gel spinning in which fibers are uniformly fiberized while containing a solvent;
  • it is manufactured by a method of forming fibers by a liquid crystal spinning method or the like including a liquid crystal spinning method of forming fibers by using a liquid crystal
  • the stretching direction 202 of the piezoelectric yarn 31 is inclined to the left with respect to the longitudinal direction 102 of the lower twisted yarn 21.
  • the angle of inclination of the piezoelectric yarn 31 with respect to the longitudinal direction 102 of the lower twisted yarn 21 depends on the number of twists of the lower twisted yarn 21. Therefore, by adjusting the number of times of twisting of the lower twisting yarn 21, the inclination angle of the piezoelectric yarn 31 at the outer peripheral portion of the piezoelectric yarn 31 with respect to the longitudinal direction 102, ⁇ 2 shown in FIG.
  • ⁇ 2 can be set to 20 to 35 degrees. By setting ⁇ 2 to 20 to 35 degrees, the rigidity of the lower twisting yarn 21 can be maintained.
  • FIG. 4 illustrates the shear stress (shear stress) generated in each piezoelectric fiber when tension is applied to the piezoelectric fiber.
  • shear stress shear stress
  • the piezoelectric fiber 11 generates an electric field by the potential difference generated by this charge. This electric field also leaks to the nearby space and forms a coupled electric field with the other parts. Further, the electric potential generated in the piezoelectric fiber 11 is an electric field between the piezoelectric fiber 11 and the object when it approaches an object having a predetermined electric potential, for example, a predetermined electric potential (including a ground potential) such as a human body.
  • a predetermined electric potential including a ground potential
  • bacteria and fungi can be suppressed by an electric field (see, for example, Tetsuaki Tudo, Hiroki Korei, Hideaki Matsuoka, Koichi Koizumi, Kodansha: Microbiology-Science and Engineering. Also, for example, Koichi Takagi, Application of high voltage plasma technology to agriculture and food fields, see J. HTSJ, Vol. 51, No. 216). Further, due to the potential generating the electric field, a current may flow through a current path formed of moisture or the like or a circuit formed by a local micro discharge phenomenon or the like. It is conceivable that the current weakens the bacteria and suppresses the growth of the bacteria.
  • bacteria referred to in the present embodiment include bacteria, fungi, or microorganisms such as ticks and fleas.
  • the piezoelectric fiber 11 exerts an antibacterial effect directly by the electric field formed in the vicinity of the piezoelectric fiber 11 or by the electric field generated when it approaches an object having a predetermined potential such as a human body.
  • the piezoelectric fiber 11 causes an electric current to flow when it approaches an object having a predetermined potential such as another adjacent fiber or a human body via moisture such as sweat.
  • an antimicrobial effect may be exhibited directly.
  • reactive oxygen species in which oxygen contained in water is changed by the action of current or voltage, radical species produced by interaction or catalysis with additives contained in the fiber, or other antibacterial chemical species (amine Depending on the derivative etc.) the antibacterial effect may be exhibited indirectly.
  • oxygen radicals may be generated in the cells of bacteria due to a stress environment due to the presence of an electric field or current, whereby the piezoelectric fiber 11 may indirectly exert an antibacterial effect.
  • the left swirling yarn which is twisted by twisting the piezoelectric yarn 31 to the left, can also exert the antibacterial effect directly or indirectly like the piezoelectric fiber 11.
  • the radical generation of superoxide anion radical (active oxygen) or hydroxy radical is considered.
  • the "antibacterial" said by this embodiment is the concept containing both the effect which suppresses generation
  • the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 can be adjusted by adjusting the number of times of twisting of the lower twisting yarn 21 and the number of times of twisting of the piezoelectric fiber 11 which is the upper twisting yarn.
  • the lower twisted yarn 21 is twisted so that the piezoelectric yarn 31 is 45 degrees or less with respect to the longitudinal direction 102, and the piezoelectric fiber 11 which is the upper twisted yarn has the same direction as the lower twisted yarn 21. It is preferable that it is twisted.
  • ⁇ 3 which is the sum of ⁇ 1 and ⁇ 2 can be adjusted.
  • the angle of ⁇ 1 with respect to ⁇ 2 is made smaller, that is, the number of times of twisting of the piezoelectric fiber 11 is smaller than the number of times of twisting of the lower twisted yarn 21, the twist of the lower twisted yarn 21 appearing on the surface is small.
  • the angle of ⁇ 2 with respect to ⁇ 1 is made small, that is, if the number of times of twisting of the piezoelectric fiber 11 is made larger than the number of times of twisting of the lower twisted yarn 21, the twisted yarn appearing on the surface has many twists, so it is difficult to unwind be able to.
  • the piezoelectric fiber 11 can obtain stable antibacterial properties.
  • ⁇ 3 is an angle of the stretching direction 202 of the piezoelectric yarn 31 at the outer peripheral portion of the lower twisted yarn 21 with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 11 as shown in FIG. 2 (A).
  • ⁇ 3 can be set to 35 to 55 degrees.
  • the lower twisting yarn 21 and the piezoelectric fiber 11 are S yarns that are both turned right and twisted, but the lower twisting yarn 21 and the piezoelectric fiber 11 are both left turning and twisted left turn yarns. (Hereafter, it may be referred to as Z yarn).
  • Z yarn the angle of the piezoelectric yarn 31 with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 11 can be set to 35 to 55 degrees, and the same effect can be obtained.
  • the piezoelectric fiber 11 as described above can be applied to various articles of clothing or products such as medical members.
  • the piezoelectric fibers 11 may be underwear (especially socks), insoles such as towels, shoes and boots, sportswear in general, hats, bedding (including duvets, mattresses, sheets, pillows, pillow covers, etc.), toothbrushes, flosses, Various filters (water purifier, air conditioner or air purifier filter, etc.), stuffed animals, pet related products (pet mats, pet clothes, pet clothes inners), various mat products (feet, hands, toilet seat etc.) , Curtains, kitchen utensils (sponge or cloth, etc.), seats (seats of cars, trains or airplanes), cushioning materials for motorcycle helmets and their exterior materials, sofas, bandages, gauze, masks, sutures, doctors and patients Applies to clothes, supporters, sanitary goods, sports goods (wear and gloves innerwear, or gowns used in martial arts, etc.), or packaging materials, etc. Can.
  • the sock (or supporter), in particular, inevitably stretches along the joints due to the movement such as walking, so the piezoelectric fiber 11 generates electric charge with high frequency.
  • socks absorb moisture such as sweat and become a hotbed for bacterial growth, but since the piezoelectric fiber 11 can suppress bacterial growth, it has a remarkable effect as a fungus control use for deodorization. It occurs.
  • the piezoelectric fiber 11 can also be used as a method for controlling bacteria on the body surface of animals other than human beings, and at least a part of the skin of the animal is arranged to face a cloth containing a piezoelectric material,
  • the charges generated when an external force is applied to the piezoelectric body may suppress the growth of bacteria on the body surface of the animal facing the cloth.
  • the piezoelectric fiber of this embodiment has the following applications besides the anti-bacteria application.
  • Bioactive Piezoelectric Fiber Product There are many types of tissue that constitute a living body having piezoelectricity.
  • collagen that constitutes the human body is a type of protein, and is abundantly contained in blood vessels, dermis, ligaments, health, bones, cartilage, and the like.
  • Collagen is a piezoelectric body, and tissue in which collagen is oriented may exhibit very large piezoelectricity.
  • Many reports have already been made on the piezoelectricity of bones (see, for example, Eiichi Fukada, Piezoelectricity of biopolymers, Polymer Vol. 16 (1967) No. 9 p795-800, etc.).
  • the piezoelectric body of the living body vibrates by the inverse piezoelectric effect.
  • a minute vibration is applied to a part of the living body, for example, a capillary or a dermis, and it is possible to promote the improvement of the blood flow in that part. This may accelerate the healing of skin diseases and wounds. Therefore, the piezoelectric fiber 11 functions as a biological action piezoelectric fiber product.
  • the piezoelectric yarn 31 of the lower twisting yarn 21 which is an S yarn generates a negative charge when an external force is applied.
  • the piezoelectric yarn 31 in the case where the lower twisted yarn 21 is a Z yarn produces positive charge when an external force is applied. Therefore, the piezoelectric yarn 31 has a property of adsorbing a substance having a positive charge (for example, particles such as pollen), and adsorbs a substance having a negative charge (for example, harmful substances such as yellow sand). Therefore, when applied to a medical product such as a mask, for example, the piezoelectric fiber 11 having the piezoelectric yarn 31 can adsorb fine particles such as pollen and yellow sand.
  • a structure in which a conductor is used for the core yarn, an insulator is wound around the conductor, and electricity is supplied to the conductor to generate an electric charge is also a fiber that generates an electric charge.
  • the piezoelectric body since the piezoelectric body generates an electric field by means of piezoelectricity, no power source is required and there is no risk of electric shock.
  • the life of the piezoelectric body lasts longer than the antibacterial effect of a drug or the like. Also, there is less risk of allergic reactions than drugs.
  • the expression of resistant bacteria by drugs, especially antibiotics, etc. has become a serious problem in recent years, it is not considered that the bacteria resistant method according to the present invention causes resistant bacteria.
  • a Z yarn using PDLA is also conceivable as a fiber generating a negative charge on the surface.
  • S yarn using PDLA is also conceivable as a fiber which produces a positive charge on the surface.
  • FIG. 5A is a view showing the configuration of the upper twisting yarn in the piezoelectric fiber according to the second embodiment
  • FIG. 5B is a view for explaining the configuration of the lower twisting yarn in the piezoelectric fiber according to the second embodiment 5 (A) is an enlarged view of a region surrounded by a dashed circle A2.
  • the description of the same configuration as that of the piezoelectric fiber according to the first embodiment will be omitted, and only different configurations will be described.
  • the piezoelectric fiber 51 includes an upper twist yarn (multifilament yarn) formed by twisting a plurality of lower twist yarns 52 together.
  • the piezoelectric fibers 51 are Z yarns that are twisted by turning the lower twisted yarn 52 to the left.
  • the longitudinal direction 501 of the lower twisted yarn 52 is inclined to the right with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 51.
  • ⁇ 4 shown in FIG. For example, ⁇ 4 can be set to 10 to 25 degrees.
  • the piezoelectric fiber 51 can maintain an appropriate stretchability while stably maintaining the shape as the upper twisting yarn which is a bundle of the lower twisting yarn 52.
  • the lower twisting yarn 52 is provided with a multifilament yarn formed by twisting together a plurality of piezoelectric yarns 31.
  • the lower twisting yarn 52 is a Z yarn twisted by turning the piezoelectric yarn 31 to the left. That is, the lower twisted yarn 52 is twisted in a direction different from that of the piezoelectric fiber 51 which is the upper twisted yarn.
  • the lower twisting yarn 52 is a Z yarn obtained by twisting the piezoelectric yarn 31 to the left
  • the piezoelectric fiber 51 is an S yarn obtained by twisting the lower yarn 52 to the right with the same effect.
  • the lower twisted yarn 52 can adjust the angle of inclination of the piezoelectric yarn 31 at the outer peripheral portion of the piezoelectric yarn 31 with respect to the longitudinal direction 501, ⁇ 5 shown in FIG. 5B, by adjusting the number of times of twisting.
  • ⁇ 5 can be set to 55 to 70 degrees.
  • rigidity can be imparted to the lower twisting yarn 52.
  • the piezoelectric yarn 31 is preferably twisted so as to be 45 degrees or more with respect to the longitudinal direction 501 of the lower twisted yarn 52. Since the piezoelectric fiber 51 which is the upper twisted yarn is twisted in a direction different from that of the lower twisted yarn 52, the angle ⁇ 6 of the piezoelectric yarn 31 with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 51 is ⁇ 5 minus ⁇ 4. This makes it possible to adjust ⁇ 6 which is the difference between ⁇ 4 and ⁇ 5. For example, ⁇ 6 can be set to 35 to 55 degrees.
  • FIG. 6A is a view showing the configuration of a covering yarn in the piezoelectric fiber according to the third embodiment
  • FIG. 6B is a view for explaining the configuration of a twisted yarn in the piezoelectric fiber according to the third embodiment It is the figure which expanded the area
  • the description of the same configuration as that of the piezoelectric fiber according to the first embodiment will be omitted, and only different configurations will be described.
  • a piezoelectric fiber 61 includes a shaft 62 and a covering yarn 63.
  • the covering yarn 63 is wound around the shaft 62 so as to pivot about an axis parallel to the axial direction 101 of the shaft 62.
  • the covering yarn 63 is wound around the axis 62 in a left-handed manner.
  • the covering yarn 63 may be wound around the shaft 62 by turning to the right.
  • the stretchability can be imparted to the piezoelectric fiber even if the covering yarn 63 does not have stretchability.
  • the shaft 62 is not necessarily required, and may have only the covering yarn 63.
  • the covering yarn 63 is wound at an angle ⁇ 7 with respect to an axis parallel to the axial direction 101 of the shaft 62.
  • ⁇ 7 can be set to 20 to 35 degrees.
  • the covering yarn 63 is a Z yarn which is twisted by turning the plurality of piezoelectric yarns 31 to the left.
  • the piezoelectric yarn 31 is twisted at an angle ⁇ 8 with respect to the longitudinal direction 601 of the covering yarn 63.
  • the covering yarn 63 can adjust the angle of inclination of the piezoelectric yarn 31 at the outer peripheral portion of the piezoelectric yarn 31 with respect to the longitudinal direction 601, ⁇ 8 shown in FIG. 6B, by adjusting the number of times of twisting.
  • ⁇ 8 can be set to 10 to 25 degrees.
  • ⁇ 8 to 10 to 25 degrees the rigidity of the covering yarn 63 can be maintained.
  • the piezoelectric yarn 31 is preferably twisted so as to be 45 degrees or less with respect to the longitudinal direction 601 of the covering yarn 63.
  • the angle ⁇ 9 of the piezoelectric yarn 31 with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 61 is ⁇ 7 plus ⁇ 8.
  • ⁇ 9 which is the sum of ⁇ 7 and ⁇ 8 can be adjusted.
  • ⁇ 9 can be set to 35 to 55 degrees.
  • the piezoelectric yarn 31 may be twisted so as to be 45 degrees or more with respect to the longitudinal direction 601 of the covering yarn 63.
  • the piezoelectric fiber 61 needs to be wound in a direction different from that of the covering yarn 63.
  • the angle ⁇ 9 of the piezoelectric yarn 31 with respect to the axial direction 101 of the piezoelectric fiber 61 is ⁇ 8 minus ⁇ 7. Thereby, ⁇ 9 which is the difference between ⁇ 7 and ⁇ 8 can be adjusted.
  • FIGS. 7A to 7C are schematic cross-sectional views for explaining a modification of the lower twisting yarn according to the first embodiment.
  • the description of the same configuration as the lower twisting yarn according to the first embodiment is omitted, and only different configurations will be described.
  • the lower twisted yarn 71 further includes an oil component 77 between the plurality of piezoelectric yarns 31.
  • the oil component 77 adheres so as to cover the piezoelectric yarn 31.
  • Examples of the oil component 77 include olive oil, camellia oil, horse oil, and oil generally used as an aroma oil. The use of such oils can be used safely as they have less effect on the skin.
  • bacteria such as staphylococci and bacteria such as E. coli and fungi such as Trichophyton adhere to the piezoelectric thread, they may peel off the piezoelectric thread before being sterilized with the piezoelectric thread. In this case, the fallen bacteria and fungi may attach to another and propagate there.
  • the oil 77 is susceptible to the adhesion of fungi.
  • the oil component 77 on the surface of the lower twisting yarn 71 can be used to collect bacteria.
  • bacteria adhere to the oil 77 covering the piezoelectric yarn 31 the bacteria adhering to the oil 77 can be efficiently killed or weakened by the voltage generated by the expansion and contraction of the piezoelectric yarn 31. This can improve the antimicrobial properties.
  • the piezoelectric yarn 31 When the lower twisted yarn 71 is loosely twisted, the piezoelectric yarn 31 has a dense portion and a rough portion inside. As a result, in the lower twisting yarn 71, a portion where the generated charge is strong and a portion where the electric charge is weak are generated. Even when bacteria adhere to the oil 77 at a portion where the charge is not sufficiently generated, the bacteria is trapped by the oil 77, so it is reliable when the piezoelectric yarn 31 moves later and a strong charge is generated. Can be killed or weakened. In addition, as a position to which the oil component 77 adheres, you may make it adhere to all the longitudinal directions of the lower twist yarn 71, and you may make it adhere partially as needed.
  • the oil component 77 in the lower twisting yarn 72 and the lower twisting yarn 73, it is not essential that the oil component 77 completely covers the piezoelectric yarn 31.
  • oil such as machine oil, silicone oil or liquid paraffin can be used because the oil component 77 is not exposed to the surface.
  • the oil component 77 since the oil component 77 is not exposed to the surface, the oil component 77 can be prevented from adhering to the outside during use.
  • the arrangement of the plurality of piezoelectric yarns 31 is not uniform.
  • the arrangement mode of the piezoelectric yarns 31 is arranged such that the distance between the piezoelectric yarns 31 becomes narrower as it approaches the center.
  • the capillary phenomenon makes it easy for bacteria to be attracted to the space in which the distance between the central piezoelectric yarns 31 is narrowed. Thereby, bacteria can be more reliably collected. Therefore, bacteria can be killed or weakened more efficiently.
  • the yarn constituting the lower twisting yarn and the covering yarn 63 may be provided with a yarn (cotton yarn or the like) which does not generate an electric charge other than the piezoelectric yarn 31.
  • the piezoelectric yarn is not as soft as cotton yarn etc., so when worn by the user, the skin may be stimulated. For this reason, by using a part (cotton thread etc.) which does not generate an electric charge to lower twist yarn and covering yarn 63, the touch of a piezoelectric fiber becomes good and the irritation to skin is relieved.
  • the piezoelectric yarns 31 constituting the lower twisting yarn and the covering yarn may have the same thickness or may be twisted in different thicknesses.
  • the lower twisting yarn and covering yarn may have the same thickness or may be twisted in different thicknesses.

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Abstract

発明が解決しようとする課題は、従来の抗菌性を有する材料よりも効果が長く持続し、かつ薬剤等よりも安全性の高い圧電糸を提供することである。本発明の圧電糸（５１）は、外部からのエネルギーにより電荷を発生する機能性高分子からなる圧電糸を旋回して撚られた複数本の下撚糸（５２）をさらに撚られた上撚糸を備える、ことを特徴とする。

Description

圧電繊維
　本発明の一実施形態は、抗菌性を有する圧電繊維に関する。
　従来から、抗菌性を有する繊維材料については、多数の提案がなされている（特許文献１乃至特許文献７を参照）。
特許第３２８１６４０号公報 特開平７－３１０２８４号公報 特許第３１６５９９２号公報 特許第１８０５８５３号公報 特開平８－２２６０７８号公報 特開平９－１９４３０４号公報 特開２００４－３００６５０号公報
　しかし、抗菌性を有する材料は、いずれも効果が長く持続しなかった。
　また、抗菌性を有する材料は、薬剤等によるアレルギー反応が生じる場合もある。
　そこで、本発明の一実施形態は、従来の抗菌性を有する材料よりも効果が長く持続し、かつ薬剤等よりも安全性の高い圧電繊維を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、外部からのエネルギーにより電荷を発生する機能性高分子からなる圧電糸を旋回して撚られた複数本の下撚糸をさらに撚られた上撚糸を備えることを特徴とする。
　従来から、電場により細菌及び真菌等の増殖を抑制することができる事が知られている（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、又は局部的な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を抑制することが考えられる。本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、外部からのエネルギーにより電荷を発生する複数の電荷発生繊維を備えているため、繊維と繊維との間、あるいは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に、電場を生じさせる。あるいは、本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、汗等の水分を介して、繊維と繊維との間、あるいは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に、電流を流す。
　従って、本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、以下のような理由により抗菌効果を発揮する。人体等の所定の電位を有する物に近接して用いられる物（衣料、履物、又はマスク等の医療用品）に適用した場合に発生する電場又は電流の直接的な作用によって、菌の細胞膜や菌の生命維持の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。さらに、電場もしくは電流によって水分中に含まれる酸素が活性酸素種に変化する場合がある、又は電場もしくは電流の存在によるストレス環境により菌の細胞内に酸素ラジカルが生成される場合がある、これらのラジカル類を含む活性酸素種の作用により菌が死滅する、又は弱体化する。また、上述の理由が複合して抗菌効果を生じている場合もある。なお、本発明で言う「抗菌」とは、菌の発生を抑制する効果、また菌を死滅する効果の両方を含む概念である。
　なお、外部からのエネルギーにより電荷を発生する電荷発生繊維は、例えば光電効果を有する物質、焦電効果を有する物質、又は圧電体等を用いた繊維が考えられる。また、芯糸に導電体を用いて、当該導電体に絶縁体を巻き、該導電体に電圧を加えて電荷を発生させる構成も、電荷発生繊維となる。
　圧電体を用いた場合には、圧電により電場を生じさせるため、電源が不要であるし、感電のおそれもない。また、圧電体の寿命は、薬剤等による抗菌効果よりも長く持続する。また、薬剤よりもアレルギー反応が生じるおそれは低い。
　さらに、本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、下撚糸の撚り数と、上撚糸の撚り数とをそれぞれ調整することにより、圧電繊維自体に様々なバリエーションを持たせることができる。
　本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、外部からのエネルギーにより電荷を発生する機能性高分子からなる圧電糸を旋回して撚られたカバリング糸を備え、前記カバリング糸は、軸線方向に対して旋回するように巻き付けられていることを特徴とする。
　本発明の一実施形態に係る圧電繊維は、下撚糸の撚り数と、カバリング糸の巻き付け回数とをそれぞれ調整することにより、圧電繊維自体に様々なバリエーションを持たせることができる。
　この発明によれば、従来の抗菌性を有する材料よりも効果が長く持続し、かつ薬剤等よりも安全性の高い圧電繊維を実現することができる。
図１（Ａ）は、第１実施形態に係る圧電繊維における上撚糸の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の断面図である。 図２（Ａ）は、第１実施形態に係る圧電繊維における下撚糸の構成を説明するための図１（Ａ）の一部拡大図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の断面図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ポリ乳酸の一軸延伸方向と、電場方向と、圧電繊維の変形と、の関係を示す図である。 図４は、圧電繊維に張力が加わった時に各圧電繊維に生じるずり応力（せん断応力）を図示したものである。 図５（Ａ）は、第２実施形態に係る圧電繊維における上撚糸の構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、第２実施形態に係る圧電繊維における下撚糸の構成を説明するための図５（Ａ）の一部拡大図である。 図６（Ａ）は、第３実施形態に係る圧電繊維におけるカバリング糸の構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、第３実施形態に係る圧電繊維における撚糸の構成を説明するための図６（Ａ）の一部拡大図である。 図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、第１実施形態に係る下撚糸の変形例を説明するための断面模式図である。
　図１（Ａ）は、第１実施形態に係る圧電繊維における上撚糸の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）をＩ－Ｉで切断した断面図である。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）においては、一例として７本の下撚糸が撚られてなる圧電繊維を示しているが、下撚糸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。
　図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、圧電繊維１１は、複数本の下撚糸２１を撚り合わせることにより形成した上撚糸（マルチフィラメント糸）を備える。圧電繊維１１は、下撚糸２１を右旋回して撚られた右旋回糸（以下、Ｓ糸と称する。）である。
　圧電繊維１１においては、下撚糸２１の長手方向２０１は圧電繊維１１の軸線方向１０１に対して、左に傾いた状態である。圧電繊維１１の軸線方向１０１に対する下撚糸２１の傾きの角度は、圧電繊維１１の撚り回数に依存する。
　圧電繊維１１においては、撚り回数が増えるに従い、圧電繊維１１の軸線方向１０１に対する圧電繊維１１の外周部における下撚糸２１の長手方向２０１の角度は増える。従って、圧電繊維１１は撚り回数を調整することにより、軸線方向１０１に対する圧電繊維１１の外周部における下撚糸２１の傾きの角度、図１（Ａ）に示すθ１を調整することができる。例えば、θ１は１０～２５度に設定することができる。θ１を１０～２５度に設定することにより、圧電繊維１１は下撚糸２１の束である上撚糸としての形状を安定して保ちつつ、適度な伸縮性を保つことができる。
　図２（Ａ）は、第１実施形態に係る圧電繊維における下撚糸の構成を説明するための図１（Ａ）の破線円Ａ１で囲まれた領域を拡大した図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のうち下撚糸一本分をＩＩ－ＩＩに沿って切断した断面図である。
　図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、下撚糸２１は、複数本の圧電糸３１を撚り合わせることにより形成したマルチフィラメント糸を備える。下撚糸２１は、圧電糸３１を右旋回して撚られた右旋回糸（以下、Ｓ糸と称する。）である。すなわち、下撚糸２１は、上撚糸である圧電繊維１１と同一の向きに撚られている。
　圧電糸３１は、外部からのエネルギーにより電荷を発生する電荷発生繊維（電荷発生糸）の一例である。
　圧電糸３１は、機能性高分子、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、例えばポリ乳酸（ＰＬＡ）が挙げられる。また、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ＰＬＬＡと、Ｄ体モノマーが重合したＰＤＬＡと、がある。なお、圧電糸３１は機能性高分子の機能を阻害しないものであれば、機能性高分子以外のものをさらに含んでいてもよい。
　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糸３１は、厚み方向を第１軸、延伸方向２０２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、ポリ乳酸は、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、最も効率よく電荷を発生する。
　図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ポリ乳酸の一軸延伸方向２０２と、電場方向と、圧電糸３１の変形と、の関係を示す図である。図３（Ａ）に示すように、圧電糸３１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、圧電糸３１は、紙面表側では、負の電荷が発生する。圧電糸３１は、図３（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、電荷を発生するが、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、圧電糸３１は、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処理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。
　圧電糸３１は、断面が円形状の繊維である。圧電糸３１は、例えば、圧電性高分子を押し出し成型して繊維化する手法、圧電性高分子を溶融紡糸して繊維化する手法（例えば、紡糸工程と延伸工程を分けて行う紡糸・延伸法、紡糸工程と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、又は高速化を図った超高速防止法などを含む）、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ゲル紡糸法、又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、などを含む）により繊維化する手法、又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、圧電糸３１の断面形状は、円形に限るものではない。
　圧電繊維１１と同様に、下撚糸２１においては、圧電糸３１の延伸方向２０２は下撚糸２１の長手方向１０２に対して、左に傾いた状態である。下撚糸２１の長手方向１０２に対する圧電糸３１の傾きの角度は、下撚糸２１の撚り回数に依存する。従って、下撚糸２１は撚り回数を調整することにより、長手方向１０２に対する圧電糸３１の外周部における圧電糸３１の傾きの角度、図２（Ａ）に示すθ２を調整することができる。例えば、θ２は、２０～３５度に設定することができる。θ２を２０～３５度に設定することにより、下撚糸２１の剛性を維持することができる。
　図４は、圧電繊維に張力が加わった時に各圧電繊維に生じるずり応力（せん断応力）を図示したものである。図４に示すように、圧電繊維１１に張力が加わった時、圧電繊維１１を構成する下撚糸２１に対して圧電繊維１１の軸線方向１０１の力が加えられる。このとき、下撚糸２１を構成する圧電糸３１に対して圧電繊維１１の軸線方向１０１の力が加えられる。
　Ｓ糸である下撚糸２１の圧電糸３１に張力をかけた場合、圧電糸３１の表面は図３（Ａ）に示すような状態となる。このため、圧電繊維１１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。
　圧電繊維１１は、この電荷により生じる電位差によって電場を生じる。この電場は近傍の空間にも漏れて他の部分と結合電場を形成する。また、圧電繊維１１に生じる電位は、近接する所定の電位、例えば人体等の所定の電位（グランド電位を含む。）を有する物に近接した場合に、圧電繊維１１と当該物との間に電場を生じさせる。
　従来から、電場により細菌及び真菌の増殖を抑制することができる旨が知られている（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、又は局部的な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を抑制することが考えられる。なお、本実施形態で言う菌とは、細菌、真菌又はダニやノミ等の微生物を含む。
　従って、圧電繊維１１は、圧電繊維１１の近傍に形成される電場によって、あるいは人体等の所定の電位を有する物に近接した場合に発生する電場によって、直接的に抗菌効果を発揮する。あるいは、圧電繊維１１は、汗等の水分を介して、近接する他の繊維又は人体等の所定の電位を有する物に近接した場合に電流を流す。この電流によっても、直接的に抗菌効果を発揮する場合がある。あるいは、電流又は電圧の作用により水分に含まれる酸素が変化した活性酸素種、さらに繊維中に含まれる添加材との相互作用又は触媒作用によって生じたラジカル種、又はその他の抗菌性化学種（アミン誘導体等）によって間接的に抗菌効果を発揮する場合がある。あるいは、電場又は電流の存在によるストレス環境により菌の細胞内に酸素ラジカルが生成される場合がある、これにより圧電繊維１１が、間接的に抗菌効果を発揮する場合がある。また、圧電糸３１を左旋回して撚られた左旋回糸も圧電繊維１１と同様に直接的又は間接的に抗菌効果を発揮することができる。ラジカルとしては、スーパーオキシドアニオンラジカル（活性酸素）又はヒドロキシラジカルの発生が考えられる。なお、本実施形態で言う「抗菌」とは、菌の発生を抑制する効果、また菌を死滅する効果の両方を含む概念である。
　下撚糸２１の撚り回数及び上撚糸である圧電繊維１１の撚り回数を調整することにより、θ１及びθ２の角度を調整することができる。第１実施形態においては、下撚糸２１は長手方向１０２に対して圧電糸３１が４５度以下となるように撚られており、上撚糸である圧電繊維１１は、下撚糸２１と同一の向きに撚られていることが好ましい。これにより、θ１及びθ２の和であるθ３を調整することができる。
　ここで、θ２に対してθ１の角度を小さく、すなわち下撚糸２１の撚り回数より圧電繊維１１の撚り回数を少なくすると、表面に現れる下撚糸２１の撚りが少ないため、柔らかい肌触りとすることができる。逆に、θ１に対してθ２の角度を小さく、すなわち下撚糸２１の撚り回数より圧電繊維１１の撚り回数を多くすると、表面に現れる下撚糸２１の撚りが多いため、ほどけ難い強固な繊維とすることができる。圧電繊維１１がほどけ難いと、圧電繊維１１は安定した抗菌性を得られる。
　θ３は、図２（Ａ）に示すように圧電繊維１１の軸線方向１０１に対する下撚糸２１の外周部における圧電糸３１の延伸方向２０２の角度である。例えば、θ３は、は３５～５５度に設定することができる。圧電繊維１１の軸線方向１０１に対する圧電糸３１の角度θ３を３５～５５度に設定することにより、圧電繊維１１が軸線方向１０１に伸縮した時に、圧電糸３１の延伸方向２０２に対して３５～５５度の角度の方向へ伸縮されるため、効率よく発電することができる。
　なお、圧電糸３１のみを圧電繊維１１の軸線方向１０１に対する角度が３５～５５度になるように撚った場合、圧電糸３１の撚り回数がかなり大きなものとなる。これにより、圧電糸３１に負担がかかり、切れ易くなるため、圧電繊維１１の耐久性が弱くなるおそれがある。
　なお、第１実施形態において、下撚糸２１及び圧電繊維１１は、共に右旋回して撚られたＳ糸であるが、下撚糸２１及び圧電繊維１１は、共に左旋回して撚られた左旋回糸（以下、Ｚ糸と称する。）であってもよい。これにより、圧電糸３１を圧電繊維１１の軸線方向１０１に対する角度を３５～５５度にすることができるため、同様の効果が得られる。
　以上の様な、圧電繊維１１は、各種の衣料、又は医療部材等の製品に適用可能である。例えば、圧電繊維１１は、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、枕カバー等を含む。）、歯ブラシ、フロス、各種フィルタ類（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、マスク、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）、あるいは包装資材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、圧電繊維１１は、高頻度で電荷を発生する。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、圧電繊維１１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。
　また、圧電繊維１１は、人間を除いた動物の体表面の菌抑制方法としても使用可能であり、動物の皮膚の少なくとも一部に、圧電体を含んだ布を対向させるように配置し、前記圧電体に外力が加えられた時に発生する電荷によって、前記布と対向する前記動物の体表面の菌の増殖を抑制してもよい。これにより、簡素な方法で、薬剤等の使用よりも安全性の高い、動物の体表面の菌の増殖を抑制し、及び動物の体表面の白癬菌等に由来する皮膚疾患を治療することができる。
　なお、本実施形態の圧電繊維は、菌対策用途以外にも、以下の様な用途を有する。
　（１）生体作用圧電繊維製品
　生体を構成する組織には圧電性を有するものが多い。例えば、人体を構成するコラーゲンは、タンパク質の一種であり、血管、真皮、じん帯、健、骨、又は軟骨等に多く含まれている。コラーゲンは、圧電体であり、コラーゲンが配向した組織は非常に大きな圧電性を示す場合がある。骨の圧電性については既に多くの報告がなされている（例えば、深田栄一，生体高分子の圧電気、高分子Vol.16(1967)No.9 p795-800等を参照）。従って、圧電糸３１を備えた圧電繊維により電場が生じ、該電場が交番するか、又は該電場の強度が変化すると、生体の圧電体は、逆圧電効果によって振動を生じる。圧電糸３１によって生じる交番電場、あるいは電場強度の変化により、生体の一部、例えば毛細血管や真皮に微小な振動が加えられ、その部分の血流の改善を促すことができる。これにより皮膚疾患や傷等の治癒が促される可能性がある。従って、圧電繊維１１は、生体作用圧電繊維製品として機能する。
　（２）物質吸着用圧電繊維製品
　上述したように、Ｓ糸である下撚糸２１の圧電糸３１は、外力が係った場合に、負の電荷を生じる。下撚糸２１がＺ糸である場合の圧電糸３１は、外力が係った場合に、正の電荷を生じる。そのため、圧電糸３１は、正の電荷を有する物質（例えば花粉等の粒子）を吸着する性質を有し、負の電荷を有する物質（例えば黄砂等の有害物質等）を吸着する。従って、圧電糸３１を備えた圧電繊維１１は、例えばマスク等の医療用品に適用した場合に、花粉及び黄砂等の微粒子を吸着することができる。
　なお、芯糸に導電体を用いて、当該導電体に絶縁体を巻き、該導電体に電気を流して電荷を発生させる構成も、電荷を発生する繊維である。ただし、圧電体は、圧電により電場を生じさせるため、電源が不要であるし、感電のおそれもない。また、圧電体の寿命は、薬剤等による抗菌効果よりも長く持続する。また、薬剤よりもアレルギー反応が生じるおそれは低い。また、薬剤、特に抗生物質等による耐性菌の発現が近年大きな問題となっているが、本発明による殺菌方法ではメカニズム上、耐性菌を生じることが考えられない。
　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。
　図５（Ａ）は、第２実施形態に係る圧電繊維における上撚糸の構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、第２実施形態に係る圧電繊維における下撚糸の構成を説明するための図５（Ａ）の破線円Ａ２で囲まれた領域を拡大した図である。なお、第２実施形態に係る圧電繊維において、第１実施形態に係る圧電繊維と同様の構成については説明を省略し、異なる構成のみを説明する。
　図５（Ａ）に示すように、第２実施形態に係る圧電繊維５１は、複数本の下撚糸５２を撚り合わせることにより形成した上撚糸（マルチフィラメント糸）を備える。圧電繊維５１は、下撚糸５２を左旋回して撚られたＺ糸である。
　圧電繊維５１においては、下撚糸５２の長手方向５０１は圧電繊維５１の軸線方向１０１に対して、右に傾いた状態である。下撚糸５２の撚り回数を調整することにより、軸線方向１０１に対する圧電繊維５１の外周部における下撚糸５２の傾きの角度、図５（Ａ）に示すθ４を調整することができる。例えば、θ４は１０～２５度に設定することができる。θ４を１０～２５度に設定することにより、圧電繊維５１は下撚糸５２の束である上撚糸としての形状を安定して保ちつつ、適度な伸縮性を保つことができる。
　図５（Ｂ）に示すように、下撚糸５２は、複数本の圧電糸３１を撚り合わせることにより形成したマルチフィラメント糸を備える。下撚糸５２は、圧電糸３１を左旋回して撚られたＺ糸である。すなわち、下撚糸５２は、上撚糸である圧電繊維５１と異なる向きに撚られている。上撚糸と下撚糸５２と異なる向きに撚られていることにより、圧電繊維５１は全体として撚りが安定して丈夫になるため耐久性に優れる。なお、下撚糸５２は、圧電糸３１を左旋回して撚られたＺ糸であって、圧電繊維５１は、下撚糸５２を右旋回して撚られたＳ糸であっても同様の効果が得られる。
　下撚糸５２は、撚り回数を調整することにより、長手方向５０１に対する圧電糸３１の外周部における圧電糸３１の傾きの角度、図５（Ｂ）に示すθ５を調整することができる。例えば、θ５は、５５～７０度に設定することができる。θ５を５５～７０度に設定することにより、下撚糸５２に剛直性を付与することができる。
　第２実施形態においては、圧電糸３１は、下撚糸５２の長手方向５０１に対して４５度以上となるように撚られていることが好ましい。上撚糸である圧電繊維５１は、下撚糸５２と異なる向きに撚られているため、圧電繊維５１の軸線方向１０１に対する圧電糸３１の角度θ６は、θ５からθ４を引いたものとなる。これにより、θ４及びθ５の差であるθ６を調整することができる。例えば、θ６は、は３５～５５度に設定することができる。圧電繊維５１の軸線方向１０１に対する圧電糸３１の角度θ６を３５～５５度に設定することにより、圧電繊維５１が軸線方向１０１に伸縮した時に、圧電糸３１の延伸方向２０２に対して３５～５５度の角度の方向へ伸縮されるため、効率よく発電することができる。
　図６（Ａ）は、第３実施形態に係る圧電繊維におけるカバリング糸の構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、第３実施形態に係る圧電繊維における撚糸の構成を説明するための図６（Ａ）の破線円Ａ３で囲まれた領域を拡大した図である。なお、第３実施形態に係る圧電繊維において、第１実施形態に係る圧電繊維と同様の構成については説明を省略し、異なる構成のみを説明する。
　図６（Ａ）に示すように、第３実施形態に係る圧電繊維６１は、軸６２とカバリング糸６３を備える。カバリング糸６３は、軸６２の軸線方向１０１に平行な軸線に対して旋回するように軸６２に巻き付けられている。例えば、カバリング糸６３は、軸６２の周りに左旋回して巻き付けられている。これにより、カバリング糸６３の有さない性質を軸６２が備えることにより、圧電繊維６１に新たな性質を付与することができる。なお、カバリング糸６３は、軸６２の周りに右旋回して巻き付けられていてもよい。
　例えば、軸６２の素材が伸縮性を有するものであれば、カバリング糸６３が伸縮性を有さないものであっても、圧電繊維に伸縮性を付与することができる。なお、軸６２は必ずしも必要ではなく、カバリング糸６３のみの構成であってもよい。
　カバリング糸６３は、軸６２の軸線方向１０１に平行な軸線に対して角度θ７になるように巻き付けられている。例えば、θ７は、２０～３５度に設定することができる。図６（Ｂ）に示すように、カバリング糸６３は、複数本の圧電糸３１を左旋回して撚られたＺ糸である。圧電糸３１は、カバリング糸６３の長手方向６０１に対して、角度θ８になるように撚られている。
　カバリング糸６３は、撚り回数を調整することにより、長手方向６０１に対する圧電糸３１の外周部における圧電糸３１の傾きの角度、図６（Ｂ）に示すθ８を調整することができる。例えば、θ８は、１０～２５度に設定することができる。θ８を１０～２５度に設定することにより、カバリング糸６３の剛性を維持することができる。
　第３実施形態においては、圧電糸３１は、カバリング糸６３の長手方向６０１に対して４５度以下となるように撚られていることが好ましい。この場合、圧電繊維６１は、カバリング糸６３と同一の向きに巻き付けられているため、圧電繊維６１の軸線方向１０１に対する圧電糸３１の角度θ９は、θ７にθ８を足したものとなる。これにより、θ７及びθ８の和であるθ９を調整することができる。例えば、θ９は、３５～５５度に設定することができる。圧電繊維６１の軸線方向１０１に対する圧電糸３１の角度θ９を３５～５５度に設定することにより、圧電繊維６１が軸線方向１０１に伸縮した時に、圧電糸３１の延伸方向２０２に対して３５～５５度の角度の方向へ伸縮されるため、効率よく発電することができる。
　また、第３実施形態においては、圧電糸３１は、カバリング糸６３の長手方向６０１に対して４５度以上となるように撚られていてもよい。この場合、圧電繊維６１は、カバリング糸６３と異なる向きに巻き付けられる必要がある。図示はしていないが、第２実施形態と同様に、圧電繊維６１の軸線方向１０１に対する圧電糸３１の角度θ９は、θ８からθ７を引いたものとなる。これにより、θ７及びθ８の差であるθ９を調整することができる。この場合においても、θ９を３５～５５度に設定することにより、圧電繊維６１が軸線方向１０１に伸縮した時に、圧電糸３１の延伸方向２０２に対して３５～５５度の角度の方向へ伸縮されるため、効率よく発電することができる。
　図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、第１実施形態に係る下撚糸の変形例を説明するための断面模式図である。なお、変形例に係る下撚糸において、第１実施形態に係る下撚糸と同様の構成については説明を省略し、異なる構成のみを説明する。
　図７（Ａ）に示すように、下撚糸７１は、複数の圧電糸３１の間に、さらに油分７７を備える。油分７７は、圧電糸３１を覆うように付着している。油分７７としては、例えば、オリーブオイル、ツバキ油、馬油、又は一般的にアロマオイルとして使用される油等が挙げられる。このような油を使用すると、皮膚への影響が少ないため安全に使用することができる。
　ブドウ球菌や、大腸菌等の細菌や白癬菌等の真菌が圧電糸に付着すると、圧電糸で殺菌される前に圧電糸から剥がれ落ちる場合がある。この場合、剥がれ落ちた細菌や真菌は別の物に付着して、そこで繁殖してしまう恐れがある。
　これに対して、油分７７には菌類が付着しやすい。油分７７を用いて圧電糸３１を覆うことで、下撚糸７１の表面における油分７７で捕菌することができる。圧電糸３１を覆う油分７７に菌が付着すると、圧電糸３１が伸縮することにより発生する電圧により、油分７７に付着した菌を効率よく死滅又は弱体化させることができる。これにより、抗菌性を向上さることができる。
　下撚糸７１は緩く撚られた場合、内部に圧電糸３１が密な箇所と粗な箇所ができる。これにより、下撚糸７１においては、部分的に発生する電荷が強い箇所と、弱い箇所とが生じる。電荷が十分に発生しない箇所の油分７７に菌が付着された場合であっても、菌は油分７７に捕菌されるため、後から圧電糸３１が移動して強い電荷が発生した場合に確実に死滅又は弱体化させることができる。なお、油分７７を付着させる位置としては、下撚糸７１の長手方向の全てに付着させていてもよく、また必要に応じて部分的に付着させていてもよい。
　図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、下撚糸７２及び下撚糸７３においては、油分７７は、圧電糸３１を全て覆うことは必須ではない。この場合、油分７７が表面に露出しないために、機械油、シリコーンオイル、流動パラフィン等の油であっても使用することができる。また、このような構造では、油分７７が表面に露出しないため、使用時に油分７７が外部に付着することを防止できる。
　図７（Ｃ）に示すように、下撚糸７３においては、複数の圧電糸３１の配置が一様ではない。圧電糸３１の配置態様は、中心に近づくにつれて圧電糸３１同士の距離が狭くなるように配置されている。毛細管現象により、菌が中心の圧電糸３１同士の距離が狭くなった空間に引き付けられやすくなる。これにより、より確実に捕菌することができる。従って、菌をより効率よく死滅又は弱体化させることができる。
　なお、実施形態において下撚糸及びカバリング糸６３を構成する糸は、圧電糸３１以外に電荷を発生しない糸（綿糸等）を備えていてもよい。通常、圧電糸は綿糸等に比べて肌触りが悪いため、ユーザが着用すると皮膚が刺激される場合がある。このため、下撚糸及びカバリング糸６３に電荷を発生しない糸（綿糸等）を一部使用することによって、圧電繊維の肌触りがよくなり、皮膚への刺激が緩和される。
　なお、実施形態において下撚糸及びカバリング糸を構成する圧電糸３１は、同一の太さのものであっても、異なる太さのものが撚られたものであってもよい。また、下撚糸及びカバリング糸は、同一の太さのものであっても、異なる太さのものが撚られたものであってもよい。これにより、用途において、圧電繊維の強度や太さ等の性質を調節することができる。
　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。
１１，５１…圧電繊維（上撚糸）
２１，５２，７１，７２，７３…下撚糸
３１…圧電糸
６１…圧電繊維
６３…カバリング糸

Claims (8)

  1. 　外部からのエネルギーにより電荷を発生する機能性高分子からなる圧電糸を旋回して撚られた複数本の下撚糸をさらに撚られた上撚糸を備える、
    　圧電繊維。
  2. 　前記下撚糸は前記下撚糸の長手方向に対して４５度以下となるように撚られており、
    　前記上撚糸は前記下撚糸と同一の向きに撚られている、
    　請求項１に記載の圧電繊維。
  3. 　前記下撚糸は前記下撚糸の長手方向に対して４５度以上となるように撚られており、
    　前記上撚糸は前記下撚糸と異なる向きに撚られている、
    　請求項１に記載の圧電繊維。
  4. 　前記上撚糸における前記圧電糸の向きが軸線方向に対して３５～５５度の角度をなす、
    　請求項１から３のいずれかに記載の圧電繊維。
  5. 　外部からのエネルギーにより電荷を発生する機能性高分子からなる圧電糸を旋回して撚られたカバリング糸を備え、
    　前記カバリング糸は、軸線方向に対して旋回するように巻き付けられている、
    　圧電繊維。
  6. 　前記圧電糸は前記カバリング糸の長手方向に対して４５度以下となるように撚られており、
    　前記カバリング糸は前記圧電糸の旋回する向きと同一の向きに巻き付けられている、
    　請求項５に記載の圧電繊維。
  7. 　前記圧電糸は前記カバリング糸の長手方向に対して４５度以上となるように撚られており、
    　前記カバリング糸は前記圧電糸の旋回する向きと異なる向きに巻き付けられている、
    　請求項５に記載の圧電繊維。
  8. 　前記圧電糸の向きが軸線方向に対して３５～５５度の角度をなす、
    　請求項５から７のいずれかに記載の圧電繊維。
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