JP5947247B2 - 導電性繊維の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性繊維の製造方法及び装置に関する。

従来、導電性を有する繊維素材は、生体電極、バイオインターフェース、静電気防止衣料などに幅広く利用されており、低コストで量産する技術が求められている。繊維素材を量産する技術として、ロールツーロール方式が好適に用いられている。

導電性繊維の製造方法として、めっき法により銅や銀などの金属を繊維表面にコーティングするもの（例えば、非特許文献１参照）や、導電性高分子を繊維表面に電気化学的に重合固定するもの（例えば、非特許文献２参照）や、導電性高分子を含む混合溶液を固化液中に吐出して紡糸するもの（例えば、非特許文献３参照）などが知られている。

これらの導電性繊維の製造方法は、繊維に導電性を付与する工程において繊維が液体中に浸漬されており、繊維を液体中より取り出した後に乾燥する工程を有する点で共通している。

Jayoung Cho, Jihye Moon, Keesam Jeong, and Gilsoo Cho, "An Exploration of Electrolessly Cu/Ni Plated Polyester Fabrics as E-Textiles", Proceedings of the 2005 Ninth IEEE International Symposium on Wearable Computers (ISWC’05), pp.206-207, 2005. Seiichi Takamatsu, Takahiko Imai, Takahiro Yamashita, Takeshi Kobayashi, Koji Miyake, Toshihiro Itoh, "Flexible fabric keyboard with conductive polymer-coated fibers ", Proceedings of IEEE Sensors, pp.659-662, 2011. Jayoung Cho, Jihye Moon, Keesam Jeong, and Gilsoo Cho, "Nanostructured Electrically Conducting Biofibres produced using a Reactive Wet-spinning Process", Proceedings of International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (ICONN), pp.251-252, 2010.

しかしながら、従来の導電性繊維の製造方法においては、導電性繊維を乾燥する工程において、温風乾燥やドラム乾燥、熱処理炉による加熱乾燥、遠心乾燥や真空乾燥が用いられ、特別な乾燥装置を必要としており、製造装置が煩雑かつ高コストになるという問題があった。

例として、従来の導電性繊維の製造装置のうち、乾燥工程を温風乾燥で実施するものを図９に示す。このように、従来の加熱を伴う温風乾燥部５２は、乾燥対象となる導電性繊維のみならず、周辺装置も加熱するためにエネルギー効率が悪く、また加熱される部分に耐熱性材料を適用する必要などから製造装置がさらに高コストになるという問題があった。

本発明は、以上のような問題を解消するためになされたものであり、導電性繊維を低コストで量産する製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明の導電性繊維の製造方法は、導電性物質と希釈溶媒を含む所定の溶液に浸漬することにより絶縁性の基材繊維に導電性を付与して導電性繊維を形成する導電性付与ステップと、前記導電性繊維を搬送しながら、前記導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極に所定の電圧あるいは電流を印加することにより前記導電性繊維に含まれる前記希釈溶媒を蒸散し、前記導電性繊維を乾燥する乾燥ステップとを備える。

前記電極は、前記導電性繊維を搬送するための回転子形状を有する電極であり、前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥するようにしてもよい。

前記電極は、前記導電性繊維を径方向両側から挟み込むように形成された溝部を有する電極であり、前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を前記溝部により保持しながら乾燥するようにしてもよい。

前記電極は、前記導電性繊維を挟み込む位置に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥するようにしてもよい。

前記電極は、少なくとも２組以上の電極であり、前記導電性繊維に対する前記電極の接触時間あるいは前記電極への電圧あるいは電流の印加時間を制御することにより乾燥時間を制御するようにしてもよい。

また、本発明の導電性繊維の製造装置は、導電性物質と希釈溶媒を含む所定の溶液に浸漬することにより絶縁性の基材繊維に導電性を付与して導電性繊維を形成する導電性付与手段と、前記導電性繊維を搬送しながら、前記導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極に所定の電圧あるいは電流を印加することにより前記導電性繊維に含まれる前記希釈溶媒を蒸散し、前記導電性繊維を乾燥する乾燥手段とを備える。

前記電極は、前記導電性繊維を搬送するための回転子形状を有する電極であり、前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥するようにしてもよい。

前記電極は、前記導電性繊維を径方向両側から挟み込むように形成された溝部を有する電極であり、前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を前記溝部により保持しながら乾燥するようにしてもよい。

前記電極は、前記導電性繊維を挟み込む位置に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥するようにしてもよい。

前記電極は、少なくとも２組以上の電極であり、前記導電性繊維に対する前記電極の接触時間あるいは前記電極への電圧あるいは電流の印加時間を制御する手段をさらに備えてもよい。

本発明によれば、直接抵抗加熱法により上記導電性繊維のみを加熱できるため、エネルギー効率が良い。また、上記導電性繊維のみを局所的に加熱するため、製造装置に耐熱性材料を用いる必要がなく、製造装置のコストを低減できるので、導電性繊維を低コストで量産する導電性繊維の製造方法及び製造装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る導電性繊維の一例を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る導電性繊維の他の例を示す概略図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る導電性繊維の他の例を示す概略図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る導電性繊維の製造装置の一構成例を示す図面である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る導電性繊維の製造装置の他の構成例を示す図面である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る導電性繊維の製造装置の構成例を示す図面である。 図７は、本発明の第３の実施の形態に係る導電性繊維の製造装置の構成例を示す図面である。 図８は、本発明の第４の実施の形態に係る導電性繊維の製造装置の構成例を示す図面である。 図９は、従来の導電性繊維の製造装置の構成例を示す図面である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明に係る発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る製造方法及び製造装置を説明する前に、本発明に係る製造方法及び製造装置によって得られる導電性繊維の一例について説明する。

＜導電性繊維＞
図１（ａ）、（ｂ）に示す導電性繊維１０は、基材繊維１１に、導電体１２が被覆されてなるものである。図１（ａ）は、導電性繊維１０の長手方向の断面図であり、図１（ｂ）は、その長手方向に直交する方向の断面図である。導電体１２は、導電性高分子（導電性ポリマー）を含むものであってよく、導電性高分子だけからなるものであっても、他の添加剤を含むものであっても良い。また、導電体１２は銅や銀などの金属であっても良い。上記導電性高分子は、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ｛ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）｝を含んでいてもよい。

導電性繊維１０は、基材繊維１１を芯として、その周囲に導電体１２が被覆されており、両者の密着面積が大きく互いに充分に接着した複合繊維となっている。この構成の場合、導電体１２が基材繊維１１によって補強されているので、導電体１２だけからなる繊維と比べて強度を強くすることができ、特に、乾燥状態及び湿潤状態における強度に優れたものとなる。また、芯である基材繊維１１の柔軟性が導電性繊維１０に付与されるという特徴もある。

基材繊維１１の種類は、高分子（ポリマー）からなるものであればよく、例えば、合成繊維、植物性の繊維、動物性の繊維などが用いられる。

合成繊維としては、例えばナイロン、ポリエステル、アクリル、アラミド、ポリウレタン、炭素繊維などが挙げられる。植物性の繊維としては、例えば綿、麻、ジュートなどが挙げられる。前記動物性の繊維としては、例えば絹、羊毛、コラーゲン、動物組織を構成する弾性繊維などが挙げられる。

例示した基材繊維材料の中でも、導電体１２との密着性に優れ、乾燥状態及び湿潤状態における強度が強く、且つ、衣料品等の用途に適した柔軟性を有する動物製の繊維（蛋白質含有繊維）が好ましく、さらに、後述のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳに対する接着性及び親水性に特に優れたシルク（絹）繊維がより好ましい。

基材繊維１１として使用し得るシルク繊維としては、例えば、蚕蛾、クモ、蜂の天然シルク繊維及び遺伝子組み換え技術を用いた人工のシルク繊維が挙げられる。シルクはフィブロインと呼ばれる蛋白質を含有し、衣料や手術用の糸に利用されるように、親水性、生体親和性、染色性に優れた繊維であり、最も古くから人類に利用されてきた繊維の一つであるため、基材繊維１１として好適に用いられる。

基材繊維１１に用いるシルク繊維は、膠質成分であるセリシンを除去していない無加工の生糸、セリシンの一部又は全部を除去した練糸の何れであっても良いが、導電体１２との密着性及び繊維強度を高める観点から、練糸がより好ましい。

基材繊維１１の直径（太さ）Ｌは特に制限されず、用途に応じて適宜選択できる。例えば、衣料品、生体電極、バイオインターフェース等に用いる場合には、１μｍ〜１００μｍの直径であることが好ましい。

本願の発明者らは、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳとシルク等の蛋白質を含む繊維との接着性が特に優れ、両者の接着面が容易には剥離しないことを見出した。この知見に基づき、本実施の形態では、基材繊維１１としてシルク繊維を使用し、且つ、導電体１２に含まれる導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを使用することがより好ましい。但し、本実施の形態で用いる基材繊維は、シルク繊維に限定されるものではなく、その他、一般的な繊維材料を何ら制限無く用いることができる。

基材繊維１１の長さは特に制限されず、用途に応じて適宜選択できる。例えば、生体組織への埋め込み用の電極としては１０μｍ〜１０ｃｍ、体表のバイオインターフェースに用いる場合は１ｍｍ〜５０ｃｍ、衣料品への織り込み又は編み込みには、繊維材料として１ｃｍ〜１００ｍとすれば良い。

また、基材繊維１１の構成は、図１（ａ）、（ｂ）中に示すものには限定されず、例えば、図２のように、複数の基材繊維を撚り合わせて、所望の太さの撚り糸にしたものや、種類の異なる基材繊維を混紡した混紡糸を使用しても構わない。本実施の形態において説明する基材繊維は、複数の基材繊維を撚り合わせた繊維束を含むものである。また、基材繊維１１の形状は、上記の糸状のみに限定されるものではなく、例えば、紐状、布状、リボン状等の基材繊維を使用しても構わない。

また、基材繊維１１の親水性を向上させる目的で、プラズマ処理や細孔処置、化学的コーティングを施したものを使用しても構わない。

図３（ａ）、（ｂ）に示す導電性繊維２０は、導電性高分子溶液または分散液が繊維状に凝固してなるものである。図３（ａ）は、導電性繊維２０の長手方向の断面図であり、図３（ｂ）は、その長手方向に直交する方向の断面図である。上記導電性高分子は、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ｛ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）｝を含んでいても良い。

以下では、基材繊維１１を芯として、その周囲に導電体１２が被覆されてなる導電性繊維１０において、導電体１２を導電性高分子とし、前記導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む場合に、導電性繊維１０の導電性を特に高め、また生体電極としての使用時における生体組織（皮膚や組織）との親和性を向上させるための手法を説明する。

本実施の形態においては、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含むことを必須としたうえで、他に使用しうる導電性高分子としては、ポリアニリンスルフォン酸やポリピロールが例示できる。このように、導電体１２に含まれる導電性高分子は１種であっても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。

本実施の形態において用いられる導電性高分子は、導電性及び親水性に優れるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ｛ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）｝である。このＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、モノマーである３、４−エチレンジオキシチオフェンが、ポリ（４−スチレンスルホン酸）の存在下で重合して得られる導電性ポリマーである。ＰＳＳは、ＰＥＤＯＴに負電荷を付与するドーパントとして機能する。本実施の形態では、導電性繊維１０の導電性を高める観点から、導電性高分子にはドーパントが含有されていることが好ましい。

本実施の形態で用いる導電性高分子の分子量は特に制限されず、例えば数千〜数十万の範囲のものが使用できる。

本実施の形態においては、後述の製造方法及び製造装置によって導電性繊維１０を製造するにあたり、まず、基材繊維１１を導電体１２の溶液中に浸漬することで、基材繊維１１に導電体１２を含浸及び／又は付着させる。この際、導電体１２の溶液としては、導電性高分子であるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳに加えて希釈溶媒を含み、さらに、必要に応じて導電性高分子以外の添加剤を含有することができる。

上記の添加剤としては、例えば、グリセロール、ソルビトール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールコポリマー、エチレングリコール、スフィンゴシン、ホスファチジルコリン等が挙げられる。導電体１２に含まれる添加剤は１種であっても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。

上記添加剤は、導電性繊維の濡れ特性を調整する目的や、柔軟性を付与することにより、生体電極としての使用時における生体組織（皮膚や組織）との親和性を向上させる目的で使用することができる。

なお、前記濡れ特性の調整の具体例としては、例えば吸水性の調整、湿潤・乾燥時の過剰な膨張・収縮の防止等が挙げられる。

ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳと添加剤とを組み合わせて用いると、導電体１２の濡れ特性の調整が容易となり、特に、過剰な膨張及び収縮の防止が図られる点から好ましい。この理由としては、導電体１２において、高い吸水性を有するＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが、予め添加剤とともに含有されることにより、水分が浸入する余地が少なくなることが一因と考えられる。

また、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの濡れ特性を調整し、さらに柔軟性を付与する目的で用いる添加剤としては、上記例のうち、特に、グリセロール、ポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコール‐ポリプロピレングリコールコポリマーが好ましい。

上記の添加剤及びＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含有する導電体１２を備える導電性繊維１０は、高湿度環境で使用した場合にも、過剰な吸水が起こらず、高い繊維強度を有し、導電性に優れたものとなる。また、優れた柔軟性も併せ持つので、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳのごわごわした感触（剛直性）が緩和され、生体組織との接触性、親和性に優れるので、ノイズの少ない生体信号の測定が可能な生体電極を構成することが可能となる。

なお、導電体１２に含まれる添加剤としては、上記の例に限定されず、例えば、界面活性剤、アルコール、天然多糖類、糖アルコール、アクリル系樹脂、ジメチルスルホキシド等の公知の有機溶媒等を用いることもできる。

上記の界面活性剤としては、公知の、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。

上記のカチオン性界面活性剤としては、例えば、第４級アルキルアンモニウム塩、ハロゲン化アルキルピリジニウム等が挙げられる。また、上記のアニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、脂肪酸塩等が挙げられる。また、上記の非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。

上記のアルコールとしては、公知の１価アルコール及び多価アルコールを幅広く使用することができる。これらのアルコールは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。

上記の多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール等のグリコール類、グリセリン等の鎖状多価アルコール、グルコースやスクロース等の環状多価アルコール、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールコポリマー等のポリマー状多価アルコール、等が挙げられる。

上記の天然多糖類としては、例えばキトサン、キチン、グルコース、アミノグリカンなどが挙げられる。

上記の糖アルコールとしては、例えばソルビトール、キシリトール、エリトリトールなどが挙げられる。

上記のアクリル樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメチルメタクリレート、ポリメタクリル酸メチル樹脂などが挙げられる。

基材繊維１１の周囲に被覆された導電体１２の厚さｈは特に制限されず、例えば、基材繊維１１の直径Ｌの０．００１〜２倍の厚さとすれば良い。より具体的には、例えば、２〜３デニール（Ｄ）の蚕のシルク繊維、即ち、繊維直径が約１０〜１５μｍのシルク繊維を芯とした場合、０．０１〜１０μｍの厚さとすればよい。

導電体１２が基材繊維１１の周囲を被覆することにより、導電性繊維１０に高い導電性が付与されるとともに、複数の導電性繊維１を接触させて導通させることがより容易となる。また、導電体１２の厚さが上記範囲であると、導電性繊維１の柔軟性を損なわずに、より優れた導電性を有する繊維とすることができ、また、上記範囲において厚いほど、より高い導電率を有する繊維とすることができる。つまり、導電体１２の厚さを調整することにより、導電性繊維１０の導電率又は電気抵抗を調整できる。

ここで、図２に示す例のように、複数の基材繊維１１の間に、導電性高分子であるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電体１２が基材繊維１１に密着して配され、複数の基材繊維１１が撚り合わされたり編まれたりすることにより、導電性繊維１０を、撚り紐、織布、不織布等の高次構造体として構成することができる。この場合、導電体１２が複数の基材繊維１１同士を接着する役割を担うので、高次構造体の強度を高めることができる。さらに、複数の基材繊維１１の間には導電体１２を比較的大量に配することができるので、より導電性に優れた導電性繊維が実現できる。

複数の基材繊維１１間の繊維間隔としては、例えば、直径１０μｍ〜１５μｍの基材繊維１１を用いた場合、０．０１μｍ〜５０μｍとすることができる。この範囲の繊維間隔であると、導電体１２を繊維間に充分な量で配することができる。

本実施の形態の導電性繊維１０は、高湿度の使用条件においても十分な強度、導電性及び柔軟性を有するので、例えば、生体電極やバイオインターフェースのみならず衣料品に好適に用いられる。

また、導電性繊維を複数束ねて糸や紐を構成することにより、生体信号の測定に充分な導電性が得られる。当該繊維には導電性高分子であるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが配されているため、当該繊維と測定対象とが接触することにより、直ちに導通を得ることができる。従って、当該繊維（糸）を、測定対象に対して接触させるか、あるいは、結紮、巻き付け、縫い込み、折り込むこと等により、生体信号を長期間安定して記録することが可能となる。

上述の導電性繊維１０を電極として用いて生体電極を構成する場合には、例えば、当該繊維を束ねた糸を結んだり、編んだり、縫い込んだり、あるいは束ねたりすることによって、布、ベルト、ストラップなどの様々な形状の生体電極を提供できる。さらに、この導電性繊維１０を結合して不織布等に成形することにより、パッチ状（布状）の生体電極を作製することも可能である。

以下、本発明にかかる上述した導電性繊維の製造方法及び製造装置の第１の実施の形態について、図を参照しながら説明する。尚、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

＜製造装置＞
まず、本実施の形態で用いる製造装置について説明する。
図４に示す導電性繊維の製造装置３０では、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ｛ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）｝を含む導電体の溶液３１が浸漬容器３２に収容されている。糸状、紐状、布状又はリボン状の繊維束からなる絶縁性の基材繊維１１を導電体の溶液３１に浸漬させることで、基材繊維１１に導電体１２を含浸及び／又は付着させる。また、製造装置１０は、基材繊維１１を浸漬容器３２に収容された導電体の溶液３１から垂直に引き上げるための巻き取り部３４と、垂直に引き上げられる基材繊維１１を走行させながら電流を印加することで、導電体の溶液３１が含浸及び／又は付着した基材繊維１１を直接抵抗加熱法により昇温させ、導電体の溶液３１に含有される上記希釈溶媒の蒸散を促進する電極３６、３７と電源３５とを備えている。

浸漬容器３２は、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電体の溶液３１が内部に収容される容器であり、従来公知のものを用いることができる。また、本実施の形態では基材繊維１１が捲回された糸巻き３３を浸漬容器３２外に設置したが、これに限るものではなく、糸巻き３３は、導電体の溶液３１に浸漬されるように浸漬容器３２内に収容されていてもよい。糸巻き３３を浸漬容器３２外に設置すると、後述する巻き取り部３４による基材繊維１１の捲回速度の制御により、基材繊維１１に含浸される導電体の溶液３１の量を調整可能になるという効果が得られる。

一方、糸巻き３３を、導電体の溶液３１に浸漬されるように浸漬容器３２内に収容すると、予め基材繊維１１が導電体の溶液３１に十分時間浸漬されるようになるため、基材繊維１１に含浸及び／又は付着する導電体の溶液３１の量を安定化できるという効果が得られる。特に、基材繊維１１が複数の繊維が撚り合わされたり編まれたりしてなる撚り紐、織布、不織布等の高次構造体である場合には、繊維と繊維との間に含浸及び／又は付着する導電体の溶液３１の量が安定化できる。

この糸巻き３３に捲回された糸状、紐状、布状又はリボン状の繊維束からなる絶縁性の基材繊維１１が導電体の溶液３１に浸漬されることで、基材繊維１１に導電体の溶液３１を含浸及び／又は付着させる。

本実施の形態では、糸巻き３３についても、従来公知のものを使用することができ、例えば、ロールボビン状等の形状とされ、モーター等で回動可能とされることで、基材繊維１１を捲回することが可能な構成のものを用いる。この糸巻き３３には、導電体１２が含浸及び／又は付着させる処理が行われる前の基材繊維１１が捲回されている。巻き取り部３４により、処理後の基材繊維１１、即ち、導電性繊維１０が巻き取られるのに伴い、糸巻き３３に捲回された基材繊維１１が解かれてゆく。なお、糸巻き３３の形状は、上記のロールボビンに限定されず、例えば、布状あるいは紐状の基材繊維を用いる場合には、その形態に適合した巻き取り軸を用いればよい。

巻き取り部３４は、浸漬容器３２に収容された導電体の溶液３１から、基材繊維１１を垂直方向に一定速度で引き上げて基材繊維１１を巻き取り、捲回するものであるが、これについても、上記の糸巻き３３と同様、ロールボビン状等の形状の回動可能なものを用いることができる。また、巻き取り部３４は、基材繊維１１の走行速度を調節することで、後述する乾燥工程において電流の印加される電極３６と電極３７との間を通過するのにかかる時間を調節することが可能となる。

本実施の形態では、巻き取り部３４によって、導電体の溶液３１から基材繊維１１を垂直に引き上げることで、基材繊維１１に対する導電体１２の含浸及び／又は付着する量が一定となるようにしたが、これに限定されるものではなく、導電体の溶液３１から基材繊維１１を引き上げる角度は任意に設定して良い。

図４に示すように、製造装置１０には、巻き取り部３４によって垂直に引き上げられる導電性繊維１０を走行させながら電流を印加することで、導電体の溶液３１が含浸及び／又は付着した導電性繊維１０を直接抵抗加熱法により昇温させ、導電体の溶液３１に含有される上記希釈溶媒の乾燥を促進する電極３６、３７と電源３５とが設けられている。電極３６、３７には電源３５から定電流もしくは定電圧が印加される。電極３６、３７は、例えば、導電性の金属材料あるいはカーボン材料からなり、垂直に走行する導電性繊維１０と接触しながら、該導電性繊維１０の長手方向で通電を行う。

導電性繊維１０の乾燥に要する時間は、直接抵抗加熱により発生する熱量や周囲の湿度によって変動するため、巻取り部３４によって基材繊維１１の走行速度を調節し、電流の印加される電極３６と電極３７との間を通過するのにかかる時間を調節する。また、電極３６および７の少なくとも一方を可動とし、電極３６と電極３７との間隔を調整できるようにする。

この場合、電極３６と電極３７との間隔を調整することによって、導電性繊維１０に電流を印加される時間を調節できるようになるため、巻取り部３４によって調整される基材繊維１１の走行速度に依存せず、導電性繊維１０に電流を印加される時間を制御できるようになるという効果が得られる。

尚、図４では、電極３６と電極３７を導電性繊維１０の片側のみに配置したが、導電性繊維１０を挟みこむように電極３６、３７を配置してもよい。導電性繊維１０を引き上げる際に導電性繊維１０が電極３６、３７から離れることを防止することができる。

また、本実施の形態の製造装置においては、図示を省略するが、上記各構成に加え、さらに、例えば、エタノールやアセトン浴により、残存モノマーの固定と殺菌消毒を行う、容器状の消毒洗浄部が設けられていても良い。さらに、消毒洗浄部には、生理的食塩水等の洗浄バスで残存モノマーの除去を行うことが可能な構成が付加されていても良い。さらに、消毒洗浄部には、直接抵抗加熱による乾燥促進を行うための電極および電源を付加されていても良い。

＜製造方法＞
以下に、上述の製造装置を用いて導電性繊維１０を製造する方法について、上記製造装置の図４を参照しながら、その手順を説明する。
本実施の形態で説明する導電性繊維１０の製造方法は、以下に示す（１）導電性付与工程と（２）乾燥工程を順次備え、さらに、これら（１）、（２）の工程を、雰囲気湿度を調湿しながら行うものである。

（１）導電性付与工程
導電性付与工程では、上述したように、糸状の繊維束からなる絶縁性の基材繊維１１を、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電体の溶液に浸漬することにより、基材繊維１１に導電体１２を含浸及び／又は付着させる。

具体的には、図４に示すような浸漬容器３２に、導電性高分子であるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電体の溶液３１を収容し、この溶液中に基材繊維（繊維束）１１を浸漬させる。これにより、導電性を有する導電体１２が、基材繊維１１に含浸及び／又は付着されるため、基材繊維１１が導電性を有するものとなる。

上述のような導電性高分子を含む導電体の溶液を調整する場合には、例えば、市販のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ溶液（Ｈｅｒａｅｕｓ ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ等）に、必要に応じて添加剤等を加えることができる。即ち、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電体の溶液中に添加剤を混合させた混合溶液を調整し、導電性高分子及び添加剤を、基材繊維１１に対して同時に塗布又は浸漬させることもできる。このような混合液の一例として、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ等の導電性高分子が０．１〜５０（Ｖ／Ｖ）％、グリセロール等の添加剤が０．１〜５０（Ｖ／Ｖ）％の濃度で含有される水溶液が挙げられる。また、導電体の溶液中における添加剤の濃度は、特に制限されず、例えば０．１〜５０ｗｔ％の範囲とすることで、高い導電性を得ることができる。

なお、本実施の形態では（１）の導電性付与工程を、基材繊維１１を、導電性高分子としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電体の溶液に浸漬することで実現したが、これに限るものではない。図５に示すような湿式紡糸装置２を用いて、所望の結晶性を有する導電性高分子繊維を得ても良い。

図５に示すような湿式紡糸装置４０では、シリンジポンプ４１でシリンジ４２を駆動し、ノズル４３から導電性高分子溶液または分散液を固化浴４４中に押し出して繊維状に凝固させることで、図３に示したような導電性繊維２０が得られる。

また、導電性の付与工程として、基材繊維１１の表面に無電解めっき法によって得られる銅や銀などの金属を被覆することで導電性を付与しても良い。これらの導電性付与工程はいずれも得られた導電性繊維が溶媒を含む液中に浸漬された状態で実現されるため、導電性付与工程の後に乾燥工程を必要とすることで共通している。

尚、上述した導電性付与工程は、図示を省略するが公知の化学的ないし電気化学的重合工程を含んでいても良い。

（２）乾燥工程
乾燥工程においては、導電体１２が重合固定された基材繊維１１、即ち、導電性繊維１０を図４に示す電極３６及び電極３７に接触させ、電源３５を用いて電極３６と電極３７との間に電流を印加することにより導電性繊維１０を直接抵抗加熱によって昇温させ、溶媒（水）の蒸散を促進する。

具体的には、溶媒（水）の飽和蒸気圧曲線、周辺の湿度、導電性繊維１０の抵抗値等をもとに、印加する電流や電極３６と電極３７との間隔、導電性繊維１０の走行速度を適宜調節することで、乾燥工程を実施することができる。例えば、気温１５〜２５℃、湿度５０％以下の環境で幅１ｃｍ、抵抗率０．５〜５．０Ω／ｓｑの導電性繊維を乾燥する場合、０．８Ａの電流を印加すると２〜５分の通電時間で乾燥させることができる。

なお、上述した直接抵抗加熱を用いた溶媒（水）の蒸散促進を行う前又は／かつ後に、公知の乾燥装置を用いて導電性繊維１０を乾燥する工程を行なっても良い。この場合、直接抵抗加熱を用いたエネルギー効率のよい溶媒（水）の蒸散促進を行うので、従来公知の乾燥装置のみを用いた乾燥工程よりもエネルギー効率の良い乾燥を行うことができる。

その後、本実施の形態の製造方法では、例えば、生理的食塩水等からなる電解質溶液を用いて、導電性繊維１０を洗浄することにより、未重合のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳや、溶媒を除去することが好ましい。

さらに、本実施の形態では、エタノール溶液を用いて導電性繊維１０を洗浄消毒した後、乾燥させることが好ましい。この乾燥工程においても、上述の直接抵抗加熱を用いることができる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、電極３６、３７を平板状の電極としたが、これに限るものでは無く、例えば図６に示すように、電極３６、３７はロールツーロールの回転子を兼ねていて、導電性繊維１０を挟み込むように配置しても良い。この場合、導電性繊維１０をロールツーロール機構により連続的に搬送することで、電流の印加される上記第一の電流端子と上記第二の電流端子との間に、乾燥対象となる上記導電性繊維が連続的に供給されるため、大面積の導電性繊維１０を効率よく乾燥させることができる。

また、電極が回転子形状となることで基材繊維１１と電極３６及び電極３７との摩擦を軽減し、巻き取り部３４による導電性繊維１０の走行速度の調整が容易になるという効果が得られる。

さらに、導電性繊維１０を挟みこむように電極３６、３７を配置することで、巻き取り部３４によって導電性繊維１０を引き上げる際に導電性繊維１０が電極３６、３７から離れることを防止することができ、接触不良による過熱やスパークの発生を抑制することもできる。

［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態を表したものである。図７は、電極３６、３７が導電性繊維１０を挟み込む機構を有しており、巻き取り部３４によって導電性繊維１０を引き上げる際に導電性繊維１０が電極３６、３７から離れることを防止することができ、接触不良による過熱やスパークの発生を抑制することができるという効果がある。

また、第２の実施形態と同様に、導電性繊維１０を挟みこむように電極３６、３７を配置することで、巻き取り部３４によって導電性繊維１０を引き上げる際に導電性繊維１０が電極３６、３７から離れることを一層防止することができる。

［第４の実施の形態］
また、上記実施の形態では電極３６と電極３７を各々一つずつ設けているが、これに限るものではなく、例えば図８に示すように電極３６と電極３７を複数設けてもよく、さらに各々の電極の導電性繊維１０との接触／離間時間あるいは電流の印加時間を制御する機構を設けても良い。図８では、電極３６−１、３６−２及び３７−１、３７−２を移動する機構あるいは印加電流をオン／オフするスイッチ機構（３９−１〜３９−４）を設け、制御部からの信号により各々の電極の導電性繊維１０との接触／離間時間あるいは電流の印加時間を制御するように構成している。この場合、複数設けた電極３６−１、３６−２及び３７−１、３７−２の接触／離間時間あるいは電流の印加時間を制御することによって、導電性繊維１０に電流を印加する時間を調節できるようになるため、巻取り部３４によって調整される基材繊維１１の走行速度に依存せず、導電性繊維１０の乾燥時間を制御できるようになるという効果が得られる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る導電性繊維の製造方法及び装置によれば、導電体が含浸及び／又は付着した導電性繊維の乾燥工程において、直接抵抗加熱法により導電性繊維のみを加熱できるため、エネルギー効率が向上する。さらに、導電性繊維のみを局所的に加熱するため、製造装置に耐熱性材料を用いる必要がないので、低コストで導電性繊維の製造装置を提供することが可能となる。

本発明は、生体電極、バイオインタフェース、静電気防止衣料等に利用される導電性繊維素材の製造に利用することができる。

１０、２０…導電性繊維、１１…基材繊維、１２…導電体、３０、５０…導電性繊維の製造装置、３１…導電体の溶液、３２…浸漬容器、３３…糸巻き、３４…巻き取り部、３５…電源、３６、３６−１〜２、３７、３７−１〜２…電極、３８…制御部、３９−１〜３９−４…移動機構またはスイッチ、４０…湿式紡糸装置、４１…シリンジポンプ、４２…シリンジ、４３…ノズル、４４…固化浴、５１…導電性付与部、５２…温風乾燥部。

Claims (10)

1. 導電性物質と希釈溶媒を含む所定の溶液に浸漬することにより絶縁性の基材繊維に導電性を付与して導電性繊維を形成する導電性付与ステップと、
   前記導電性繊維を搬送しながら、前記導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極に所定の電圧あるいは電流を印加することにより前記導電性繊維に含まれる前記希釈溶媒を蒸散し、前記導電性繊維を乾燥する乾燥ステップと
   を備えた導電性繊維の製造方法。
2. 前記電極は、前記導電性繊維を搬送するための回転子形状を有する電極であり、
   前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥すること
   を特徴とする請求項１記載の導電性繊維の製造方法。
3. 前記電極は、前記導電性繊維を径方向両側から挟み込むように形成された溝部を有する電極であり、
   前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を前記溝部により保持しながら乾燥すること
   を特徴とする請求項１記載の導電性繊維の製造方法。
4. 前記電極は、前記導電性繊維を挟み込む位置に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の導電性繊維の製造方法。
5. 前記電極は、少なくとも２組以上の電極であり、
   前記導電性繊維に対する前記電極の接触時間あるいは前記電極への電圧あるいは電流の印加時間を制御することにより乾燥時間を制御すること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の導電性繊維の製造方法。
6. 導電性物質と希釈溶媒を含む所定の溶液に浸漬することにより絶縁性の基材繊維に導電性を付与して導電性繊維を形成する導電性付与手段と、
   前記導電性繊維を搬送しながら、前記導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極に所定の電圧あるいは電流を印加することにより前記導電性繊維に含まれる前記希釈溶媒を蒸散し、前記導電性繊維を乾燥する乾燥手段と
   を備えた導電性繊維の製造装置。
7. 前記電極は、前記導電性繊維を搬送するための回転子形状を有する電極であり、
   前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥すること
   を特徴とする請求項６記載の導電性繊維の製造装置。
8. 前記電極は、前記導電性繊維を径方向両側から挟み込むように形成された溝部を有する電極であり、
   前記電極が前記導電性繊維の長手方向に配置され、前記導電性繊維を前記溝部により保持しながら乾燥すること
   を特徴とする請求項６記載の導電性繊維の製造装置。
9. 前記電極は、前記導電性繊維を挟み込む位置に配置され、前記導電性繊維を搬送しながら乾燥すること
   を特徴とする請求項６乃至８のいずれか一つに記載の導電性繊維の製造装置。
10. 前記電極は、少なくとも２組以上の電極であり、
    前記導電性繊維に対する前記電極の接触時間あるいは前記電極への電圧あるいは電流の印加時間を制御する手段をさらに備えたこと
    を特徴とする請求項６乃至９のいずれか一つに記載の導電性繊維の製造装置。

Images