(57)【要約】【課題】スマートテキスタイル用として最適な繊維内部導通を可能にした繊維内部導電性糸を提供すること。【解決手段】異種のポリマーを含む繊維フィラメントにより芯部１と鞘部２を有する二層以上の構造のマルチフィラメント繊維に対し、超臨界又は亜臨界の流体下で有機金属錯体を注入し、次いで還元処理にて芯部１又は芯鞘境界部３に金属を偏析させることで、マルチフィラメント繊維内部に繊維軸方向に金属が点在した形で繊維内部導通を可能にした繊維内部導電性糸。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種のポリマーを含む繊維フィラメントにより芯部と鞘部を有する二層以上の構造のマルチフィラメント繊維に対し、超臨界又は亜臨界の流体下で有機金属錯体を注入し、次いで還元処理にて芯部又は芯鞘境界部に金属を偏析させることで、マルチフィラメント繊維内部に繊維軸方向に金属が点在した形で繊維内部導通を可能にしたことを特徴とする繊維内部導電性糸の製造方法。
【請求項２】
上記有機金属錯体が、金、白金、パラジウム、ニッケル、銀、銅、鉄、チタン、亜鉛、アルミニウム、スズ、ロジウム、ルテニウム、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム、コバルト、インジウム、イットリウム、バリウム、ガリウム、スカンジウム、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、オスミウム、イリジウム、タリウム、ルビジウム、セシウム、バナジウム、鉛、ニオブ、クロム、リチウム、カリウム及びランタノイド族５７番〜７１番の元素からなる群より選ばれる１種以上の金属を含有する有機金属錯体である請求項１に記載の繊維内部導電性糸の製造方法。
【請求項３】
上記超臨界又は亜臨界の流体下で有機金属錯体を注入する前に、芯部に予めカーボン材を内填化しておく又は／及び還元することで金属触媒化する物質を内填化してから還元作用により金属化しておくことを特徴とする上記請求項１又は２に記載の繊維内部導電性糸の製造方法。
【請求項４】
上記還元することで金属化する物質が、パラジウム、銅、コバルト、プラチナ、チタン、ニッケル、鉄からなる金属の有機金属錯体、並びにそれら金属の酸化物及び塩化物からなる群より選ばれた１種以上である上記請求項３に記載の繊維内部導電性糸の製造方法。
【請求項５】
上記請求項１乃至４のいずれかの製造方法で得られた、マルチフィラメント繊維内部に繊維軸方向に金属が点在した形で繊維内部導通を可能にしたことを特徴とする繊維内部導電性糸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スマートテキスタイル（ｅ−テキスタイル）と呼ばれる分野において、電子デバイス等との接続における導線に代替される繊維構造体として利用される繊維の糸、更に詳しくはウェアラブルデバイスの縫製部位が配線となることから、個別に電気コード等を這わせることなく、繊維で形成されるセンサーと組み合せることができるように繊維内部導通を可能にした繊維内部導電性糸とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衣料と電子機器が融合したウエアブルコンピューターはスマートテキスタイル又はｅ−テキスタイルとも呼ばれ、医療や快適、情報管理などを目的として様々な製品開発が行われている。スマートテキスタイルの構成する上で、衣料に配置される複数の電子機器同士をつなぐ為の電気回路糸が必要不可欠であり、各種方法が開発されている。
【０００３】
ここで、導電化した糸を得るために、糸を構成する繊維表面に金属メッキを施す方法が種々提案されている（特許文献1乃至３参照）。
【０００４】
また、このメッキ分野に関連して、還元によって無電解メッキ触媒となる金属錯体を含む超臨界流体又は亜臨界流体下で高分子繊維材料の表面に接触させ、その後にメッキ触媒用金属触媒に還元する前処理方法も提案されている（特許文献４又は５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１００９３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０６３１６号公報
【特許文献３】特許第５６４９９８４号公報
【特許文献４】特許第４３１４３７０号公報
【特許文献５】特許第４９５８１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記、従来の特許文献１乃至５は、繊維表面に金属メッキを施す処理を開示している。この方法により繊維表面に金属メッキを連続して形成すれば導電性を有する繊維糸が得られるが、繊維表面に導電性金属が存在するため、配線用に使用する際には、繊維表面に更に絶縁被覆を形成する必要があった。
【０００７】
一方、通常の被覆導線は導線内部に金属線を伴う以上、テキスタイルへの適合性を考えた場合、柔軟性や人体の動きへの追随性において問題となり、繊維内部に導電部を有し、その外側は絶縁性を有する異なる樹脂で覆われた導線が求められるようになってきていた。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決し、繊維内部に導通部を有し、その周囲に絶縁用被覆が形成されることで、ウェアラブルデバイスにおいて個別に電気コード等を這わせることなく、そのまま縫製された部位が直接配線となることから、スマートテキスタイル用として最適な繊維内部導電性糸とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような課題を解決するため、請求項１の発明は、異種のポリマーを含む繊維フィラメントにより芯部と鞘部を有する二層以上の構造のマルチフィラメント繊維に対し、超臨界又は亜臨界の流体下で有機金属錯体を注入し、次いで還元処理にて芯部又は芯鞘境界部に金属を偏析させることで、マルチフィラメント繊維内部に繊維軸方向に金属が点在した形で繊維内部導通を可能にしたことを特徴とする繊維内部導電性糸の製造方法である。
【００１０】
この請求項１の発明によると、二層構造以上のマルチフィラメント繊維内部へ注入された有機金属錯体を還元処理することで、芯部又は芯鞘境界部に金属を偏析させ、繊維軸方向においてこの金属が点在した形で電気的に繋がるように形成されることで繊維内部に電気導通部を形成し、電気・電子の配線用として利用できるようにしたものである。
【００１１】
なお、請求項１での超臨界流体又は亜臨界流体としては、二酸化炭素、水、窒素、アンモニア、酸素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、エチレン、プロピレン、アセチレン、エチルエーテル、エチルメチルケトン、ベンゼン、トルエン、ピリジンの中から選択される少なくとも一種以上である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の繊維内部導電性糸の製造方法において、上記有機金属錯体が、金、白金、パラジウム、ニッケル、銀、銅、鉄、チタン、亜鉛、アルミニウム、スズ、ロジウム、ルテニウム、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム、コバルト、インジウム、イットリウム、バリウム、ガリウム、スカンジウム、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、オスミウム、イリジウム、タリウム、ルビジウム、セシウム、バナジウム、鉛、ニオブ、クロム、リチウム、カリウム及びランタノイド族５７番〜７１番の元素からなる群より選ばれる１種以上の金属を含有する有機金属錯体である構成を採用した。
【００１３】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２に記載の繊維内部導電性糸の製造方法において、上記超臨界又は亜臨界の流体下で有機金属錯体を注入する前に、芯部に予めカーボン材を内填化しておく又は／及び還元することで金属触媒化する物質を内填化してから還元作用により金属化しておく構成を採用した。
【００１４】
この請求項３の発明によると、予め繊維内部に練り込まれたカーボン材や還元により金属触媒化した物質の不連続部位を、請求項１で記載した超臨界又は亜臨界の流体下で注入された有機金属錯体の還元による金属化により補うことで連続した通電域を得ることで更に確実な電気の導通化を図るものである。
【００１５】
請求項４の発明は、上記請求項３に記載の繊維内部導電性糸の製造方法において、上記還元することで金属化する物質が、パラジウム、銅、コバルト、プラチナ、チタン、ニッケル、鉄からなる金属の有機金属錯体、並びにそれら金属の酸化物及び塩化物からなる群より選ばれた１種以上である構成を採用する。
【００１６】
請求項５の発明は、上記請求項１乃至４のいずれかの製造方法で得られた、マルチフィラメント繊維内部に繊維軸方向に金属が点在した形で繊維内部導通を可能にしたことを特徴とする繊維内部導電性糸である。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、この発明の繊維内部導電性糸によれば、芯鞘構造の内部芯部や芯鞘の界面に導電性を付与することができるので、周りの鞘部が絶縁体の役目を果たし、従来の表面メッキ処理による導通性を得た糸のように、周りへの絶縁処理が不要であり、そのまま配線用糸として利用できる。
【００１８】
特にスマートテキスタイル分野において、電子デバイス等との接続において、多くは被覆導線が用いられているが、この発明により、ウェアラブルデバイスの縫製部位が配線となることから、個別に電気コード等を這わせることなく、繊維で形成されるセンサーと組み合せることで、ウェアラブルデバイスとして衣料に装備される構成回路自体の小型化と一体感を生み出し、着用時に全く装着感がなく、洗濯可能な通常の衣料と同様の着心地を実現することにより、スマートテキスタイル自体の普及に努めることができる。
【００１９】
また、人間のライフサイクルに伴う連続した生体情報をビッグデータとして集め、体調や健康の予測に活用することで、発病に至る前段階での予防を日常生活の中へ取り入れ、健康寿命の増進に繋がり、更に、熱中症や作業環境からくるストレス対策など労働環境を最適化するための指標を具体的にデータとして提示できるようになることから、これら環境の最適化を促進することに繋がり、安全安心を社会に提供することに貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明に係る繊維内部導電性糸の原糸の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を説明する。
導電化を実現する原糸構造としては、異種のポリマーからなる、繊維フィラメントが芯部と鞘部で構成される二層及び三層等の層構造を成す糸、バイメタル構造、並びに海島構造を採る複合化原糸等となる。
【００２２】
上記原糸の構造の例を断面図を図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
（ａ）は鞘部２の中心に一本に形成された芯部１が形成されており、（ｂ）は鞘部２内部に複数本に形成された芯部１が形成されており、（ｃ）は鞘部２内で芯部１が偏心して存在するようになっており、いずれも１本又は複数本の芯部１の回りを鞘部２が覆った状態である。場合によっては更にその廻りに別の層を形成した三層以上の多層とすることもある。
【００２３】
芯部１又は鞘部２を形成する異種のポリマーとして、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイト、超高分子量ポリエチレン、液晶ポリエステル、アラミド、ポリパラフェニレン・ベンゾビス・オキサゾールなどを含むものがある。
【００２４】
まず、図１中の原糸の芯部１となる繊維内に繊維内部に予め、カーボン材や、還元された際に触媒として機能する金属となる物質を内填化しておく。
【００２５】
カーボン材としては、カーボンブラック、アセチレンブラック ケッチェンブラック、ナノカーボン材が挙げられる。更に、還元することで金属触媒化する物質として、パラジウム、銅、コバルト、プラチナ、チタン、ニッケル、鉄等の金属の有機金属錯体（例えば、有機パラジウム錯体や酸化パラジウム、塩化パラジウム）、並びにこれら金属の酸化物、塩化物を含める。
【００２６】
これらカーボン材や還元により金属触媒化する物質の一方又は両方を内填化したのち、撚糸作業を行い図１に示す断面芯鞘構造の二層撚り糸を形成する。
【００２７】
次に、還元により金属触媒化する物質を内填している場合、水素還元処理等の還元処理を行い、芯部１内に金属触媒となるパラジウム、銅、コバルト、プラチナ、チタン、ニッケル、鉄等を形成する。この際、カーボン材はそのまま残る。
【００２８】
なお、上記の芯部１へのカーボン材や還元することで金属触媒化する物質を内填したり還元する工程を省略して、次工程から行うこともできる。
【００２９】
次に、この繊維芯部或いは界面での金属化を果たした原糸を用いて、超臨界流体或い
は亜臨界流体下で有機金属錯体、特には有機パラジウム錯体を注入する。
【００３０】
超臨界流体又は亜臨界流体としては、主に二酸化炭素が用いられるが、それ以外でも、水、窒素、アンモニア、酸素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、エチレン、プロピレン、アセチレン、エチルエーテル、エチルメチルケトン、ベンゼン、トルエン、ピリジンの中から選択される少なくとも一種以上が用いられることもある。
【００３１】
この注入を伴う熱処理過程において、逐次、繊維芯部或いは界面において既に還元されている触媒金属によって、注入される有機金属錯体が金属化されることにより偏析が進み、繊維内部の導電化を実現するものである。
【００３２】
なお、有機金属錯体には、配位する中心の金属は、触媒活性を有するものであればよい。また、 原糸内部に予め何れの内填化物質をも含まない場合においても、以後の有機金属錯体の注入に始まり、還元処理に伴う活性化を生じさせ、逐次、超臨界流体或いは亜臨界流体下で有機金属錯体が注入される過程において還元処理が進行し、繊維芯部あるは界面に偏析することで、導電化を果たすことができる。
【００３３】
超臨界流体又は亜臨界流体下で注入する金属錯体の選定条件としては次の通りとなる。
例えば、二層構造原糸の構成素材となる各々の繊維素材の界面又は芯部において複数の有機金属錯体を超臨界流体又は亜臨界流体下で注入せしめようとする際、これらの有機金属錯体の組み合せにより、各々固有の熱分解温度に影響を与える。
【００３４】
よって、注入しようとする有機金属錯体の組み合わせに伴い、超臨界流体又は亜臨界流体中でのいずれか或いは両方の熱分解温度を制御し、各々の有機金属錯体が有する配位子と構成繊維素材との親和性とに基づき、図１で示す繊維断面の目的となる繊維芯部１或いは芯部１と鞘部２との界面３への有機金属錯体の偏析を実現するに至る。
【００３５】
注入される金属錯体の範囲としては以下のものである。
金、白金、パラジウム、ニッケル、銀、銅、鉄、チタン、亜鉛、アルミニウム、スズ、ロジウム、ルテニウム、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム、コバルト、インジウム、イットリウム、バリウム、ガリウム、スカンジウム、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、オスミウム、イリジウム、タリウム、ルビジウム、セシウム、バナジウム、鉛、ニオブ、クロム、リチウム、カリウムおよびランタノイド族５７番〜７１番の元素からなる群より選ばれる１種以上の金属を含有する有機金属錯体である。
【００３６】
次に、水素還元処理等の還元処理を行い、有機金属錯体の金属化により繊維芯部１或いは芯部１と鞘部２との界面３での導電化を達成する。
【００３７】
この際、先の工程でカーボン材又は金属触媒を内填化されていた場合、これら繊維内に点在するカーボン材や金属触媒を、超臨界流体又は亜臨界流体中で偏析した有機金属錯体の金属化により繋ぎ連続した導電経路が形成される。
【００３８】
勿論、カーボン材又は金属触媒を内填化していない場合であっても、芯部１や界面３にて偏析した有機金属錯体の金属化により連続した導電経路が形成されることになる。
【００３９】
なお、処理温度において十分に還元されない場合は、別途、反応剤により還元処理を行う。この反応剤の種類としては、水素、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、過酸化水素、ヒドロキノン等を含むものがあり適宜選択して使用すればよい。
【００４０】
更に、必要に応じて鞘部２の染色を行うこともある。
鞘部２を形成する繊維（ポリエステル、ナイロン、アクリル、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイト、アラミドなど）を水、超臨界流体、亜臨界流体を用いて染色することにより、一見して配線には見えない、通常の縫い糸と変わらないデザイン性が確保されることとなる。
【実施例】
【００４１】
芯部をナイロン６、鞘部をポリプロピレンとする二層構造原糸の芯部に内填化された物質、カーボン粉体と塩化パラジウムの内、後者を一旦水素還元した後、超臨界二酸化炭素流体中でＰｄ錯体の注入処理（処理条件：１１０℃×３時間、２５Ｍｐａ、浴比１：４０）を行い、水素還元処理を行った。
【００４２】
また、比較対象として芯部にカーボン粉体のみを内填化した二層構造糸にも同様の処理を行った（なお、何れも原糸構成時点での電気抵抗値は、１０7Ω／ｃｍ以上であった）。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
結果として、何れも注入処理に基づき電工抵抗値が著しく向上していることと、カーボン粉体に加え、塩化パラジウムを内填化したものについては、当該のプロセスを経ることで、３０分の１の電気対抗値となった。
【００４５】
電気抵抗値が２．１×１０4Ω／ｃｍの配線用導電性縫い糸は、センサー電極と接続することで、心電計測を安定的に可能にするに至った。
【００４６】
また、ポリプロピレン側を超臨界二酸化炭素流体下において１００℃×１時間、２５Ｍｐａ、染料投入量１％ｏｗｆで処理した。測色機でのＫ／Ｓ値の元糸との差を検証した結果、赤Ｋ／Ｓ値（５２０ｎｍ）＝７．３１、青Ｋ／Ｓ値（６５０ｎｍ）＝４．３５となり、染色ができることを確認した。
【００４７】
また、縫製後の負荷試験として、洗濯３０回及びバギング試験（繰り返し曲げ伸ばしを５００回）に伴い、１．０×１０5Ω／ｃｍまで電気抵抗値は上昇したが、心電計測は可能となった。
【符号の説明】
【００４８】
１  芯部
２  鞘部
３  界面
【図１】
2022001673.tif 000004