(57)【要約】  本発明は、生地２表面の単位面積毛細管液体輸送容量（ＬＰ）のそれぞれの計算に基づいて、表面水輸送挙動に差がある機能性生地を設計する方法に関するものである。設計された方法は、（１）生地構造を設計する前に、生地外面および内面に使用される糸の濡れ性を個別に識別し；生地外面に使用される糸の接触角が内面糸の接触角以下であることを要求することを含む。好ましくは、外面糸の接触角が内面糸の接触角のそれの１０°未満であり；（２）糸の毛細管の総量を推定するための式を開発し、それに応じて糸の液体輸送挙動を計算する。そして、外面および内面糸を選択するための基準も本発明では開示される；（３）開発された式に基づいて、単糸の液体輸送容量を推定する（４）生地の構造設計と組み合わせて、生地２表面における上および／または内面糸の被覆率を計算し、その結果を毛細管液体輸送容量（ＬＰ）を導出するために使用することができる。本発明では、ＬＰｕ＞ＬＰｂ、好ましくはＬＰｕ＞１．３ＬＰｂである。設計された生地は、生地２表面で効果的な液体輸送差を達成することができる。生地外面の含水量は生地内面の含水量よりも多くなるだろう。
2021535966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面および内面で毛細管水輸送容量の異なる生地を製造する方法であって、（ａ）単糸、前記生地の（ｂ）内面、および前記生地の（ｃ）外面の毛細管水伝導率を計算することと、前記計算結果に基づき、前記外面の計算された毛細管水伝導率が前記内面の計算された毛細管水伝導率の少なくとも１．３倍になるように、前記生地の構造を調整することと、を含む方法。
【請求項２】
前記外面の前記計算された毛細管水伝導率は、前記内面のそれよりも２倍超大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単糸の毛細管水伝導率の前記計算が、前記糸の接触角θを測定して、材料の気液固体三相濡れ特性を判定することと、次いで、前記糸の毛細管等価半径ｒと、毛細管数と、毛細管水伝導率ＬＰとを計算することと、最後に、次の式により毛細管水搬送容量を求めることと、を含む請求項１または２に記載の方法。
【数１】
2021535966.tif 000026
、
式中、
ＬＰ：前記糸の毛細管水伝導率（ｍ３／ｓ）；
Ｃ：前記糸におけるフィラメントの有効毛細管係数、一般的に、０．９５≧Ｃ≧０．３５、典型的にはＣ＝０．８；
Ｘ：前記フィラメントの溝の数、典型的には丸形フィラメントＸ＝０；三角形フィラメントＸ＝０；Ｙ形フィラメントＸ＝３；Ｈ形フィラメントＸ＝２；Ｗ形フィラメントＸ＝３；十字形フィラメントＸ＝４；Ｃ形フィラメントＸ＝１；
Ｆ：単糸のフィラメントの数；
ｒ：毛細管等価半径（ｍ）；
σ：液体−気体表面張力（Ｎ／ｍ）、水の場合、２０℃で０．０７２５（Ｎ／ｍ）；
η：前記液体の粘度（Ｐａ．ｓ）；
Ｌ：前記毛細管の長さ（ｍ）。
【請求項４】
前記外面の糸の接触角が８０°以下であり、前記毛細管等価半径が４．５（μｍ）以下であり、総毛細管が２０以上である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記外面の糸の接触角が２０°以下であり、前記毛細管等価半径が２．７５（μｍ）以下であり、総毛細管数が５０以上である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記内面の糸の接触角が６０°以上であり、前記毛細管の総数が前記外面の糸の毛細管の総数以下である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
前記内面の糸の接触角が１２５°以上であり、前記毛細管の総数が前記外面の糸の毛細管の総数未満かまたはその半分と等しい、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
表糸の毛細管水運搬容量と底糸の毛細管水運搬容量との比が１．０超である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項９】
前記外面の糸の毛細管水伝導率と前記内面の糸の毛細管水伝導率との比が２．０超である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項１０】
前記外面の単位面積あたりの毛細管水伝導率ＬＰｕ：前記内面の単位面積あたりの毛細管水伝導率ＬＰｂの比は、次式により算出される、請求項１または２に記載の方法。
【数２】
2021535966.tif 000027
式中、
Ｐｕｕ：前記外面の表糸の単位面積被覆率；
Ｐｂｕ：前記内面の表糸の単位面積被覆率；
Ｐｕｂ：前記外面のベース糸の単位面積被覆率；
Ｐｂｂ：前記内面のベース糸の単位面積被覆率。
【請求項１１】
前記外面のための糸と前記内面のための糸とを同一素材の糸で作り、任意の化学的な仕上げを施すことなく、同一素材の両面差別化透水機能性生地を製造することができる、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、繊維技術の分野に関し、特に、その湿潤特性または接触角に応じて生地糸を測定および選択することに基づき、さらに、生地繊維に適用される毛細管水輸送理論により、糸、生地の内面および外面の毛細管水伝導率を計算することに基づいて生地を設計する方法に関する。設計基準として、有意な差の水伝導特性を有する２つの表面を有する生地を製造するという設計目標を達成するために、外面と内面との間の計算された毛細管水伝導率の比が少なくとも１．３以上、より好ましくは２．０超であることが要求される。
【０００２】
（技術分野）
導水性に違いが有る生地とは、生地中の液状の水分（汗）が、導水性の弱い側から導水性の強い側へとより容易に運ばれるような、生地の外面および内面で導水容量に違いが有る生地をいう。このように、通常の着用時、特に運動時に汗をかいた場合には、汗を素早く皮膚から排出することができ、ドライで快適な着用感が得られ得る。しかし、それ以外の状況、例えば乾燥肌の状態にある人の場合、特に冬期には、布の外面よりも布の内側の方が水分の伝導率が高い場合には、乾燥肌を快適にするための保湿効果を得ることができる。
【０００３】
透湿性に違いがある生地の設計および調製については、多くの先行発明がある。生地の透湿性の評価および測定は、標準規格ＡＡＴＣＣ  １９５（「織物生地の液体水分管理特性」）またはＧＢ／Ｔ  ２１６５５．２（「繊維の吸湿および速乾性の評価、第２部：動的水分輸送法」）に基づいて行うことができる。生地の水伝導率の違いは、一方向輸送指数で表され得る。通常、一方向輸送指数（Ｏ）がレベル３超、または１００超の場合、水伝導率に有意な違いがあると考えられる（ＧＢ／Ｔ  ２１６５５．２）導水特性に違いが有る生地は、運動時の着用者の快適性を効果的に向上させ、生理的疲労の発生を遅らせ得ることがわかっている。関連特許を検索すると、関連する主題の先行特許がいくつか見つかり、その概要は以下の通りである：
【０００４】
１．吸湿・速乾機能を実現するための生地構造に着目した設計、または吸湿・速乾生地の設計に機能性糸または仕上げを加えて付加的な機能を実現する設計、例えば：
−−「吸湿・速乾性ニットデニムシャツ生地」と題する特許出願ＣＮ１０５７２５３１９  Ａは、ウエスト形状の内空洞構造を有し、吸湿・速乾性繊維である改質ポリエステルステープルファイバー「ポレル」から作られた、綿糸とスパンデックス糸とを形成したデニムシャツ生地を開示している。この生地は、吸湿性が良く、速乾性があり、手触りが柔らかく軽いという利点があり、外観は織られたデニム生地に非常に似ており、生地の伸縮性は織られたデニム生地よりも優れている。
−−「抗菌、消臭、吸湿、速乾性生地の製造方法」と題する特許出願ＣＮ１０６２８３３６８Ａは、ナノスケールの銀系抗菌材料を使用して良好な抗菌および消臭機能を付与するとともに、改良された断面を有する溝付き繊維を使用して著しい吸湿および速乾効果をもたらすことを開示する。繊維に含まれる純銀成分は、人体に有害な様々な一般的な雑菌を死滅させ、短時間で汗の臭いを除去し得る。
−−「吸湿速乾性吸湿発熱性生地」と題する特許ＣＮ２０５７４１４５５  Ｕは、表層と裏層とを含む生地を開示し、表層はスパンデックスを覆うナイロンポリエステル混紡糸であり、裏層は吸湿発熱性ポリエステル糸である。吸湿発熱性ポリエステル糸と表層糸とをタッキングステッチでつなぎ、１：２の綾織り構造にしている。前層および後層の表面は吸湿速乾性補助剤でコーティングされており、吸湿性、発熱性、透湿性、および速乾性を実現している。
−−「糸染め生地の吸湿速乾性加工工程」と題する特許出願ＣＮ１０５０８８８０２  Ａは、糸染め生地の吸湿速乾性加工工程を提供する工程に関する。乾燥加工剤は、界面活性剤とポリエーテルアミノ変性シリコーンオイルからなる。その後、加圧および硬化処理が施される。加工された生地の横方向の吸湿性、拡散性が２６０％向上し、透湿性、肌触り、および伸縮性が良好である。
−−「吸湿速乾性生地の染色加工工程」と題する特許出願ＣＮ１０３２７６６０１Ａは、グレー生地のプリセッティング→脱脂およびプレサイジング（ｐｒｅｓｉｚｉｎｇ）→染色→還元洗浄→マイクロファイバー加工→速乾性加工→セッティングを含む工程を用いて、生地の吸湿吸汗速乾機能を保持できるだけでなく、速乾機能も保持できるため、生地の吸湿速乾性の要求を満たすことができるとしている。
【０００５】
２．生地の両面にある液体の水の輸送能力の違いを達成するために、糸の混合およびマッチングの異なる使用に基づいて設計される。
−−「導水性速乾性のある横糸ニット生地およびその加工技術」と題する特許出願ＣＮ２０１７１０７１７７６４．６は、異なるＤＰＦ横糸を有する少なくとも２本の糸から構成される導水性速乾性のある横糸ニット生地を提供する。生地の両面の２つの異なるＤＰＦ糸のフロート長を設計することで、生地の両面の透湿性の差を実現している。
−−「吸湿速乾一方向輸送転写二重層生地の製造方法」と題する特許出願ＣＮ１０６０１２５３８Ａは、カチオン性ポリエステル糸とポリエステルフィラメント糸を用いて二重層生地グレー生地を作り、この生地に改質精製剤ＬＳ０１を塗布して最終的に水分一方向輸送生地を得ることを開示する。
「水分管理特性を有する織布」と題するＣＮ１９８５０３６Ａは、疎水性糸と親水性糸とを用いて均一に織られた構造からなる織布であって、内面と外面にそれぞれ露出した疎水性材料と親水性材料を有する織布を開示する。これにより、生地内面から外面への汗の一方向の伝導を実現している。
−−「一方向水分輸送生地」と題するＣＮ２０７０４４８２８Ｕは、撥水性の原綿糸と親水性の綿糸を織り込んだ生地に関し、生地外側面の親水性綿糸の糸数が、生地内面の原綿糸の糸数よりも多い。それは、化学薬品を一切使用せず、生地の水分の一方向輸送を実現している。
−−「一方向水分輸送および発熱ニット生地」と題するＣＮ２０６０３３９９９Ｕは、異なる糸を組み合わせて調和させることで、生地が一方向の水分の機能を有し、また吸湿発熱の機能を実現することを開示する。
【０００６】
関連分野の既存特許に照らすと、透湿性に違いがある両面一体の布地を製造するための既存特許技術は多数存在するものの、技術的実装方式は２つのカテゴリーに分類され得ることが理解される。第１のカテゴリーは、既存の生地の表面を異なる加工工程を経て処理することで、生地の両面の水伝導率の違いを達成する。しかし、このような方法では、概して添加剤の洗浄堅牢性が低い。通常、一定回数の洗濯を行うと機能が低下するか、あるいは消失してしまうだろう。同時に、処理された生地の材料特性および構造も処理効果に影響を与えるだろう。第２のカテゴリーは、親水性糸および疎水性糸を生地の両面で生地の構造上異なる位置に配置することによりこの機能を達成するための親水性糸および疎水性糸の使用である。しかし、既存技術は、糸の構造自体が親水性糸および疎水性糸の特性ならびに水を導くその能力に大きな影響を与え、それにより生地の透湿性の違いに影響を与えることを開示していない。材料表面の濡れ性は、生地の透湿性の違いに影響を与える重要な因子であるが、その因子だけではない。例えば、生地の透湿性の違いを達成するために、生地設計のために異なる糸のＤＰＦ値に基づく特許技術もあるが、この技術が材料の固体−液体接触角度に与える影響については、これ以上議論されておらず、研究されていない。異なる材料の糸が異なる接触角度を有することは、当業界ではよく知られている。例えば、ビスコースフィラメントの接触角度は約２７°であり；ポリエステルは約６５°であり；ナイロンは約４０〜６２°である。
【０００７】
したがって、液体輸送に違いの有る生地の設計における先行技術の欠点を克服するために、本発明は、このような機能性生地を設計するための定量的な方法を提供し、該方法は、生地の２表面間および２表面上で液体輸送に違いがある機能を実現するために、毛細管液体輸送容量を計算し、次いで計算結果に応じて、糸と構造設計を選択することを含む。
【発明の概要】
【０００８】
上述した先行技術の欠点を考慮すると、本発明の目的は、糸の毛細管水輸送容量の測定および計算に頼って定量的に設計する方法、および生地の両面の水輸送容量の差が生じるように生地構造を設計することを提供することである。
【０００９】
本発明の具体的な内容を紹介する前に、まず、本発明に関連するいくつかの理論的基礎知識を紹介する。
【００１０】
人間の皮膚が汗をかいて衣類（生地）を介して環境に与える湿潤伝導路には、大きく分けて３つの種類がある：第１の種類は、微気候帯で汗を水蒸気に蒸発させたもので、ガス状の水が生地中の糸と繊維の隙間を通過し、拡散により環境中に移動する。第２の種類は、微気候帯で汗が水蒸気に蒸発した後、気体状の水が生地の内面と生地の表面の繊維孔に凝縮して液状の水を形成し、次いでこれが繊維の内側の孔または繊維間隙を通って生地の外面に輸送される。外面から液体の水は、その後、水蒸気に再蒸発して環境に拡散する。第３の種類は、汗が直接接触することで液体の水の形態で生地の内面に入り、生地の糸および繊維の間の孔および穴を通って生地の外面に輸送され、外面からはそれが水蒸気に再蒸発して拡散して環境に移行するものである（Ｙａｏ  Ｍｕ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｏｎ  Ｗｅｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  １５，  Ｎｏ．  ２  （Ｏｖｅｒａｌｌ  Ｎｏ．  ５５））。したがって、生地の内面を乾燥状態に保ち、発汗を可能な限り生地の外面に排出することは、着用者の快適性、特に運動時の快適性に大きな意義がある。空気、水および固体の界面系では、水の輸送特性に影響を与える重要な指標が接触角度である。
【００１１】
接触角度とは、気体−液体界面の接線と、気体、液体、および固体の交点における固体−液体境界線との間の角度θのことであり、これは濡れ性の程度を測定するものである。θ＜９０°の場合、固体表面が親水性、すなわち液体が固体を濡らしやすくなる。角度は小さいほど濡れ性が良くなる。θ＞９０°の場合、固体表面は疎水性、すなわち、液体が固体を濡らしにくいが、表面上を移動しやすい。水平な固体表面に液滴が落下して平衡状態になると、形成される接触角度と界面張力の関係は次のようなヤング方程式になる（ヤング方程式、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂａｉｋｅ．ｃｏｍ／ｗｉｋｉ／接触角を参照）。
【数１】
2021535966.tif 000003
【００１２】
したがって、本発明者らの実務経験によれば、生地糸の親水性および疎水性の設計のみを行うと、理想的な効果が得られないことが多い。その理由は、表面の糸、生地の２表面、および２表面間の接続糸上の液体水の伝導容量が、最終的な布の水の伝導容量を決定する全ての要因となるからである。上記の新規な考察に基づいて、本発明の先行技術と異なる主要な要素の１つは、本発明の設計方法が、材料の表面の濡れ特性に限定されず、生地の毛細管水輸送容量に基づいていることである。
【００１３】
本発明は、以下の既知の理論的基礎から出発する：
毛細管効果の液体−空気界面圧力差は、繊維表面に沿って液体の水を輸送するための生地の動機付け力であり、これはラプラス式に従う
【数２】
2021535966.tif 000004
式中、
Ｐ：さらなる圧力（Ｐａ）；
σ：液−空気界面張力（Ｎ／ｍ）であり、２０℃の水では０．０７２５（Ｎ／ｍ）である。
ｐ１は一方の軸におけるメニスカス面の曲率半径（ｍ）を表す。
ｐ２は他方の軸におけるメニスカス面の曲率半径（ｍ）を表す。
【００１４】
丸い管に簡略化すると、次の式が得られる
【数３】
2021535966.tif 000005
式中、
ｒ：毛細管等価半径（ｍ）；
θ：固体−液体接触角。
【００１５】
式（３）から、液体および環境条件が既知の場合、毛細管効果を形成するさらなる圧力は、材料の固体−液体接触角度にのみ関連し、毛細管等価半径に反比例することが得られ得る。毛細管効果は、毛細管に作用するさらなる圧力が、毛細管内の液体の水によって生成される重力以上である場合に、上昇または下降のみし得る。
【００１６】
したがって、毛細管内で上昇する液体の最大長は以下のとおりである。
【数４】
2021535966.tif 000006
【００１７】
式（４）によれば、毛細管効果の高さは、固体表面の疎水性に関係するだけでなく、毛細管の等価半径に反比例することがさらに指摘され得る。言い換えると、毛細管の等価半径が小さいほど、毛細管内で液体の水が到達できる高さが大きくなる。毛細管の接触角度が親水性を示すと、毛細管内の液面が上昇し、逆もしかりである。このように、ｈの値を計算することで、我々は、毛細管の最大送水高さ、すなわち生地の厚さが液体の水の伝導に与える影響を予測することができる。
【００１８】
同時に、ポワズイユ（Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ）の法則によれば、毛細管が水平位置にあるとき、外力場に潜在的なエネルギー差がないにもかかわらず、それは毛細管のさらなる圧力によって自動的に液体の流れを誘導し得る。
【数５】
2021535966.tif 000007
式中、
ｑ：毛細管流（ｍ３／ｓ）；
η：液体粘度（Ｐａ．ｓ）；
Ｌ：毛細管長（ｍ）。
【００１９】
式（５）は、毛細管内の液体の流れが固体および液体の接触角度に関係していることを示す。また、親水性および疎水性が高いほど、毛細管の輸送容量は大きくなる。また、毛細管の等価半径が大きいほど、輸送容量は大きくなる。同時に、式（５）によれば、毛細管等価半径が大きいほど、毛細管上で上昇する液体の高さが小さくなり、マクロ的には生地の濡れ半径の大きさと液体の水の拡散速度を示す。
【００２０】
糸の技術仕様書によれば、当業者であれば容易に等価半径を求めることができる。これに基づいて、本発明者らは、実務経験と相まって、断面形状の異なる典型的な繊維束を対象とした毛細管等価半径の算出方法を開発した。結果を表１にまとめる。非定型異種繊維束の毛細管等価半径は、標準的なＦＺ／Ｔ５０００２化学繊維プロファイル試験法に従って測定し、計算され得る。
【表１】
2021535966.tif 000008
【００２１】
複数のフィラメント（繊維）から構成される糸について、本発明では、単糸に２種類の毛細管形成メカニズムがあることを考慮し、１つは、水の中に挿入された密に束ねられた多数の細い円柱がその表面の間に毛細管を形成し得るように、繊維と繊維の間の距離が十分に近いときに、繊維の間の空間が毛細管を形成するということである。
【００２２】
もう１つのメカニズムは、単繊維の溝による毛細管の形成である。単糸の毛細管の数を推定する式は次のように与えられる：
【数６】
2021535966.tif 000009
式中、
ｎ：単糸の毛細管の数
Ｃ：不均一な断面の繊維の溝が有効な毛細管路を形成する確率を表す実験計数。この係数は、主に、繊維および紡糸工程中の理想的な繊維形状に影響を与える要因と、繊維間の相互の位置および気密性に関係する。
【００２３】
本発明者らの実務経験によれば、糸の断面形状が明確で規則的な場合には毛細管路が形成される可能性が高く、撚り糸繊維間の相互距離が小さくなると毛細管効果が発生しやすくなるだろう。糸中の繊維の有効毛細管係数は、０．９５≧Ｃ≧０．３５の範囲であり、典型的にはＣ＝０．８である。不確定な場合には、単に近似的な計算のために０．８という値を取ってもよい。これは、溝の約８０％が毛細管路を形成することができることを意味する。
【００２４】
Ｘ：フィラメント（繊維）上の溝の数、代表的な繊維としては、以下のようなものがある。
丸形：Ｘ＝０；三角形：Ｘ＝０；Ｙ形：Ｘ＝３；Ｈ形：Ｘ＝２；Ｗ形：Ｘ＝３；十字形：Ｘ＝４；Ｃ形：Ｘ＝１。
Ｆ：糸のフィラメント（繊維）の数。
【００２５】
（５）式を（６）式に拡張すると、ｎ本の毛細管から構成される糸で、各毛細管がｑの液体を毛細管輸送する場合、糸が輸送できる液体の総量は、以下のとおりである。
【数７】
2021535966.tif 000010
【００２６】
さらなる探求のために、上面糸および下面糸（それぞれ、添え字ｕおよびｂで表される）を含む生地において、生地の外面の上面糸の単位面積被覆率をＰｕｕ、そして生地の内面の上面糸の単位面積被覆率をＰｂｕとする。同様に、生地の外面における下面糸の単位面積被覆率をＰｕｂとし、生地の内面における下面糸の単位面積被覆率をＰｂｂとする。そして、２表面における単位面積あたりの生液体輸送容量の割合は、次の式（８）により算出することができる。
【数８】
2021535966.tif 000011
【００２７】
上記式に基づいて計算した結果が負の値となった場合、それは、毛細管状の液体の水の流れの方向が意図した方向と逆になっていること、すなわち、液体の水が布の外面から内面に向かって流れることを意味する。
【００２８】
上記の理論的考察に基づいて、本発明による導水性機能に違いが有る生地の設計目標は以下の通りである：
１．環境保護の概念に沿って、導水性特性に違いが有る生地は、異なる材料を有するだけでなく、同じ材料の繊維糸を有してもよい。これは、生地を使用した後のリサイクルに貢献する。
２．水が広がり、すぐに蒸発する生地の外面を濡らしやすくする。
３．生地の内面を濡れにくくし、水の広がりを極力少なくすることで、着用者の乾燥感を保つ。
４．内面から外面方向に、適切な液体の水輸送路を確保する。
５．水分伝導率の違い、すなわちＧＢ／Ｔ  ２１６５５．２に準拠した一方向伝導指数（Ｏ）を有し、レベル３よりも高いか、または≧レベル１００である。
【００２９】
したがって、本発明による設計目標は、図１に例示的な動作フローが示されている実装方式によって達成される。したがって、本発明による設計プロセスは、表／ベース糸の決定、および選択された表およびベース糸の接触角度の測定から始まる。
【００３０】
設計目標によれば、表糸の接触角（θｕ）はθｕ≦８０°、好ましくはθｕ≦２０°であることが要求され、ベース糸の接触角（θｕ）はθｕ≦θｂであることが要求される。言い換えれば、表糸は、ベース糸との濡れ性がよりよいか、または同等の濡れ性を有している。測定ステップの後、表糸の濡れ性がベース糸の濡れ性よりも弱いことが判明した場合には、表糸とベース糸の透水性の計算に特に注意が必要であり、このような状況（大きな接触角度より強い濡れ性を有するベース糸）では、結果として得られる生地の内面から外面への間接的な水伝導率の違いを理論的に達成することがさらに可能である。
【００３１】
糸材料の条件、フィラメントの量及び繊度が分かっている場合には、各フィラメントの毛細管等価半径（Ｒ）を容易に推定できることは、本分野で周知である。
【００３２】
同時に、本発明の表１によれば、断面形状の異なる繊維から構成される繊維束に形成される毛細管等価半径（ｒ）を換算し得る。
【００３３】
式（６）によれば、単糸の毛細管の総数（ｎ）を推定することができる。
【００３４】
糸（ＬＰ）の毛細管効果による液体の輸送容量は、式（７）に従って推定することができる。
【００３５】
本発明による設計目標を達成するためには、毛細管等価半径（ｒｕ）≦４．５（μｍ）、好ましくは毛細管等価半径（ｒｕ）≦２．７５（μｍ）、総毛細管数（ｎｕ）≧２０、好ましくはｎｕ≧５０であることが必要である。
【００３６】
生地内面における液体の水の拡散半径を小さくするためには、単一のベース糸の毛細管の総本数（ｎｂ）が単一の表糸の毛細管の総本数（ｎｕ）以下、すなわちｎｂ≦ｎｕであり、好ましくは表糸の毛細管の総本数がベース糸の２倍以上、すなわちｎｕ≧２ｎｂである。
【００３７】
本発明によるより顕著な水伝導率の違いを設けるために、生地における水伝導率の違いの影響を予測する本発明で開発された計算に基づいて、生地の各側における表糸およびベース糸の単位被覆面積は、生地構造の設計により調整される。
【００３８】
水伝導率の差を大きくするためには、設計は、表糸の毛細管水輸送容量（ＬＰｕｙ）とベース糸の毛細管水輸送容量（ＬＰｂｙ）との比が１．２以上またはＬＰｕｙ：ＬＰｂｙ≧２．０、好ましくはＬＰｕｙ：ＬＰｂｙ≧２．０であり、生地ベースの単位面積あたりの毛細管水輸送容量（ＬＰｕ）と生地面の単位面積あたりの毛細管水輸送容量（ＬＰｂ）との比が＞１．３、好ましくはＬＰｕ：ＬＰｂ≧２．０であることを必要とする。
【００３９】
経験的な推定によれば、設計された生地の導水能力の有意な違いを達成するために、生地のベース表面積（すなわち、内面）の１０〜４５％、好ましくは２５〜４５％を表糸が被覆して、生地構造内に液体の水伝導路を形成することが推奨される。このように、設計実務では、生地面とベースの構造に注意を払う必要がある。同じ材料でも、構造の異なる生地面およびベースを選択することで、２つの異なる結果になり得る。生地のベース表面に水滴が落ちた場合、一方の結果としては、液体の水の大部分がベースから表面に伝わることであり得、他方の結果としては、水が外側により通りにくくなり、その大部分が生地のベース表面に保持されてしまうことになることであり得る。
【００４０】
さらに、生地面とベースとを同一材料で作りつつ、構造および面接触角度の違いに頼って、機能性生地の２表面間の透水性の違いを実現することができ、本発明による実施は、その耐用年数が終了した後に無駄になった布地をリサイクルするのに好ましい条件を作り出す。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による糸毛細管水輸送容量（ＬＰ）に基づく導水特性に違いが有る生地の設計および製造方法のフローチャートである。
【図２】純ポリエステル両面ニット生地の構造図である。
【図３】実施例１の生地の２表面の含水量の違いの測定曲線を示す。
【図４】実施例２の生地の２表面の含水量の違いの測定曲線を示す。
【図５】実施例３の生地の２表面の含水量の違いの測定曲線を示す。
【図６】ポリエステルおよびナイロン両面ニット生地の構造図である。
【図７】実施例４の生地の２表面の含水量の違いの測定曲線を示す。
【図８】実施例５の生地の２表面の含水量の違いの測定曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（実施形態を伴う本発明の詳細な説明）
実施例１：両面構造の純ポリエステルニット生地の設計（１）。
生地は通常のポリエステルを使用し、断面が円形である。ベース糸は通常の丸断面ポリエステル７５Ｄ／３６Ｆから作られ；表糸は普通の丸断面ポリエステル７５Ｄ／１４４Ｆから作られ；生地の構造設計は、図２に示され、ここで、二重ニット生地がタックで連結されている。
【００４３】
糸からなる平面は、顕微鏡スライド上で糸を密着巻きして形成され、その平面に接触角測定器を用いて水を滴下し、その接触角を測定する。この実施例では、表糸（ＰＥＳ７５Ｄ／１４４Ｆ）の接触角度は５６°であり、ベース糸（ＰＥＳ７５Ｄ／３６Ｆ）の接触角度は６２°である。ポリエステルの密度は１，３６０，０００ｇ／ｍ３であることは当業者にはよく知られている。したがって：
ベース糸のポリエステルモノフィラメントは、以下と同じ半径を有する：
【数９】
2021535966.tif 000012
毛細管等価半径ｒｂ＝０．２２７Ｒｂ＝１．６７（μｍ）
【００４４】
上記式（６）によれば、丸形７５Ｄ／３６Ｆポリエステル単糸の総毛細管。
【数１０】
2021535966.tif 000013
【００４５】
同様に、表糸７５Ｄ／１４４Ｆポリエステル単糸の場合：
モノフィラメントの等価半径は
【数１１】
2021535966.tif 000014
毛細管等価半径ｒｕ＝０．２２７  Ｒｕ＝０．８４（μｍ）
ｒｂ：ｒｕ＝１．６７：０．８４＝２．０
ｎｂ：ｎｕ＝３０．８：１２３．４＝０．２５
【００４６】
表ポリエステルのθ角度は５６、ｃｏｓ（５６）＝０．５５９２であり、ベース糸ポリエステルのθ角度は６２、ｃｏｓ（６２）＝０．４６９５であることが知られている。
【００４７】
図２の生地構造によれば、ループを２単位、タックを１単位とみなしており、それゆえに：
Ｐｕｕ＝１、Ｐｕｂ＝０；Ｐｂｕ＝１／９、Ｐｂｂ＝８／９。
【００４８】
式８によると、
【数１２】
2021535966.tif 000015
【００４９】
本発明の実施例で設計され、製造された純ポリエステルの透湿性に違いがある生地を、規格ＡＡＡＴＣＣ  １９５「織物生地の液体水分管理特性（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｆａｂｒｉｃｓ）」に従って測定した。経時的に生地の２表面間の水分量の差を図３に示す。ＬＰｕ＞ＬＰｂの場合、生地は水分輸送能力に違いがあり、本実施例で測定した生地の一方向輸送容量は２３４であることが確認された。この結果は、糸構造の選択と生地構造の設計により、材料の湿潤特性が類似した同一材料の糸でも、生地の両面で水分輸送能力に違いが得られること示す。
【表２】
2021535966.tif 000016
【００５０】
実施例２：両面構造の純ポリエステルニット生地の設計（２）。
実施例１の原理に引き続き、実施例１の表糸（ＰＥＳ  ７５Ｄ／１４４Ｆ）に吸湿加工を施し、その濡れ性を変化させた。吸湿加工は、チーズ染色の工程を介して表糸に行った。チーズ染色の基本的な作業は、緩いチューブ−ケージ−染色−乾燥−巻き取りの工程である。しかし、本実施例では、染料液を水分吸湿加工助剤に代えた。ポリエステルの水分吸湿加工助剤にＭＳＴは、ａｎｇｚｈｏｕ  Ｄｏｎｅ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ製のものを使用し、使用量は３０ｇ／リットルであった。
【００５１】
操作は、処理および乾燥は従来のパッケージ糸染色工程に従って行った。乾燥温度は１１０℃であった。処理糸の濡れ性を実施例１に記載の方法に従って測定したところ、表糸の接触角度は１０°であり、ｃｏｓ（１０）＝０．９８４８であった。
【００５２】
実施例１のベース糸（ＰＥＳ７５Ｄ／３６Ｆ）を引き続き使用し、接触角度は６２°、ｃｏｓ（６２）＝０．４６９５であり、実施例１と同様の生地構造および製造工程を用いた。
【００５３】
式（８）に従って算出された
【数１３】
2021535966.tif 000017
【００５４】
実施例２で設計され、製造された純ポリエステルの透湿性に違いがある生地を、規格ＡＡＡＴＣＣ  １９５「織物生地の液体水分管理特性（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｆａｂｒｉｃｓ）」に従って測定した。生地の２表面の含水量の経時変化を図４に示し、本実施例で測定した生地の一方向輸送容量は３９４である。
【表３】
2021535966.tif 000018
【００５５】
実施例３：両面構造の純ポリエステルニット生地の設計（３）。
実施例２の原理に引き続き、実施例１のベース糸（ＰＥＳ  ７５Ｄ／３６Ｆ）に撥水加工を施し、その濡れ性を変化させた。撥水加工は、実施例２に記載のチーズ染色の工程により行われた。本実施例では、染料液を撥水加工助剤に代えた。ポリエステル撥水加工助剤は、Ａｒｃｈｒｏｍａ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のＳＭＡＲＴＲＥＰＥＬ  ＨＹＤＲＯ  ＡＭを使用した。使用量は６０ｇ／Ｌであった。これを従来のチーズ染色工程に従って加工し、乾燥させた。乾燥温度は１１０℃、硬化温度／時間は１７０℃／３０Ｓであった。処理糸の濡れ性を実施例１に記載の方法に従って測定したところ、地糸の接触角度は１３５°であり、ｃｏｓ（１３５）＝−０．７０７１であった。
【００５６】
実施例１の表糸（ＰＥＳ７５Ｄ／１４４Ｆ）を引き続き使用し、接触角度は１０°、ｃｏｓ（１０）＝０．９８４８であり、実施例１と同様の構造および工程を用いた。
【００５７】
式（８）に従って算出された
【数１４】
2021535966.tif 000019
【００５８】
実施例３で設計され、製造された純ポリエステルの導水性に違いがある生地を、規格ＡＡＡＴＣＣ  １９５「織物生地の液体水分管理特性（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｆａｂｒｉｃｓ）」に従って測定した。生地の２表面の含水量の経時変化を図５に示し、本実施例で測定した生地の一方向輸送容量は５３２である。
【表４】
2021535966.tif 000020
【００５９】
実施例４：ポリエステルおよびナイロンの二重層ニット生地（１）
実施例１から材料および構造を変更して、ポリエステルおよびナイロンの両面構造のニット生地を設計した。
この生地は、通常の丸断面ポリエステル糸５０Ｄ／２４Ｆをベース糸とし、十字型ナイロン糸７０Ｄ／６８Ｆを表糸として作られ、タック構造で連結したものである。両面構造は、図６に示すようなものである。
【００６０】
表糸（ＰＡ６  ７０Ｄ／６８Ｆ）の接触角を実施例１に記載のように測定したところ、ベース糸（ＰＥＳ  ５０Ｄ／２４Ｆ）の接触角度は６３°であった。ポリエステルの密度は１，３６０，０００ｇ／ｍ３であり、ナイロンの密度は１１５００００ｇ／ｍ３であることは当業者にはよく知られている。
【００６１】
従って、５０Ｄ／２４Ｆポリエステルモノフィラメントの等価半径
【数１５】
2021535966.tif 000021
毛細管等価半径ｒｂ＝０．２２７Ｒｂ＝１．６７μｍ
式（６）によれば、丸形５０Ｄ／２４Ｆポリエステル単糸の総毛細管量は、以下のように算出される。
ｎｂ＝（６／７＋０．８＊０）＊２４＝２０．６
同様に、ナイロン７０Ｄ／６８Ｆの十字形糸の場合も同様である。
【００６２】
モノフィラメントの等価半径は：
【数１６】
2021535966.tif 000022
ｒｕ＝０．４１７Ｒｕ＝２．６５μｍ
単糸の総毛細管量ｎｕ＝（６／７＋０．８＊４）＊６８＝２７５．８９
ｎｕ：ｎｂ＝２７６：２０．６＝１３．３９
ｒｂ：ｒｕ＝１１．６７：２．６５＝０．６３
ベースポリエステルのθ角度は６３、ｃｏｓ（６３）＝０．４５３、表ナイロン糸のθ角度は４０、ｃｏｓ（４０）＝０．７６６であることが知られている。
【００６３】
生地の構造によれば、ループを２単位とみなし、タックを１単位とみなす。したがって、Ｐｕｕ＝１、Ｐｂｕ＝１／９、およびＰｂｂ＝８／９。
【００６４】
式８によると、
ＬＰｕ／ＬＰｂ＝７．３１
【００６５】
実施例４で設計され、製造されたポリエステルおよびナイロンの導水性に違いがある生地を、規格ＡＡＡＴＣＣ  １９５「織物生地の液体水分管理特性（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｆａｂｒｉｃｓ）」に従って測定した。生地の２表面の含水量の経時変化を図７に示し、本実施例で測定した生地の一方向輸送容量は９４８である。
【表５】
2021535966.tif 000023
【００６６】
実施例５：ポリエステルおよびナイロンの二重層ニット生地（２）
ベース糸の特性を実施例４から変更した。通常の丸形ポリエステル糸５０Ｄ／２４Ｆを７５Ｄ／４８Ｆに変更した。表糸はそのまま十字型ナイロン糸７０Ｄ／６８Ｆとしたが、ループ接続により、生地構造は実施例４の構造のままである。
【００６７】
ベース糸７５Ｄ／４８Ｆポリエステルモノフィラメント等価半径
【数１７】
2021535966.tif 000024
毛細管等価半径ｒｂ＝０．２２７Ｒｂ＝１．４５μｍ
単糸の総毛細管ｎｂ＝（＋０．８＊０）＊４８＝４１．１４
【００６８】
実施例１および４と同様に、ポリエステル糸の接触角が６３、ｃｏｓ（６３）＝０．４５３、表ナイロン糸の接触角が４０、そしてｃｏｓ（４０）＝０．７６６であることが知られている。生地の構造によれば、ループを２単位とみなし、タックを１単位とみなす。したがって、Ｐｕｕ＝１、Ｐｂｕ＝１／９、およびＰｂｂ＝８／９。
【００６９】
式８によると、
ＬＰｕ／ＬＰｂ＝６．４３
【００７０】
実施例５で設計され、製造されたポリエステルおよびナイロンの導水性に違いがある生地を、規格ＡＡＡＴＣＣ  １９５「織物生地の液体水分管理特性（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｆａｂｒｉｃｓ）」に従って測定した。生地の２表面の含水量の経時変化を図８に示し、本実施例で測定した生地の一方向輸送容量は７７６である。
【表６】
2021535966.tif 000025
【００７１】
以上の実施例から、布地の単位面積あたりの毛細管水伝導率の差が、布地の両面の水分伝導率の違いに決定的な影響を与えていると結論づけることができる。布地表面の単位面積あたりの毛細管水伝導率は、素材の濡れ性、糸の毛細管特性、および布地の構造により影響を受ける。実施例はまた、同じ構造条件の下で、生地の両面の濡れ特性の差が大きいほど生地の水伝導率の違いが大きくなり、生地の両面の毛細管数の差が大きいほどその両面の水伝導率の違いが大きくなることを確認している。生地の２表面における毛細管液体輸送量を計算し、糸（複数可）の濡れ性の測定および選択、ならびに生地構造の変化を組み合わせることで、液体輸送に違いの有る生地の設計が実現され得る。本設計方法により製造された生地は、さらなる化学薬品を必要としない純粋な材料とすることができ、これは、より環境に優しい機能的な織物を製造し、リサイクルを容易にするために有益であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2021535966.tif 000033
【図７】
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【図８】
2021535966.tif 000035
【国際調査報告】
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2021535966.tif 000037
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