JP6669317B2 - Piezoelectric yarn - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態は、抗菌性を有する圧電糸に関する。 One embodiment of the present invention relates to a piezoelectric yarn having antibacterial properties.
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)。 Conventionally, many proposals have been made for fiber materials having antibacterial properties (see Patent Documents 1 to 7).
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。 However, none of the materials having antibacterial properties exhibited long-lasting effects.
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。 In addition, an antibacterial material may cause an allergic reaction due to a drug or the like.
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糸を提供することを目的とする。 Therefore, an object of one embodiment of the present invention is to provide a piezoelectric thread that has a longer effect than conventional materials having antibacterial properties and is safer than drugs and the like.
本発明の一実施形態に係る圧電糸は、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繊維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。 The piezoelectric yarn according to one embodiment of the present invention includes an upper twisted yarn further twisted from a plurality of lower twisted yarns that are twisted by turning a piezoelectric fiber made of a functional polymer that generates an electric charge by external energy. It is characterized by the following.
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糸は、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糸は、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。 It has been known that the growth of bacteria and fungi can be suppressed by an electric field (for example, see Tetsuaki Doto, Hironori Korei, Hideaki Matsuoka, Junichi Koizumi, Kodansha: Microbial Control-Science and Engineering) Also, see, for example, Koichi Takagi, Application of High Voltage / Plasma Technology to Agriculture / Food, J. HTSJ, Vol.51, No.216). Further, depending on the potential generating the electric field, a current may flow through a current path formed by moisture or the like or a circuit formed by a local micro discharge phenomenon or the like. It is conceivable that this current weakens the bacteria and suppresses the growth of the bacteria. Since the piezoelectric yarn according to one embodiment of the present invention includes a plurality of charge generating fibers that generate electric charges by external energy, a predetermined electric potential (ground electric potential) between the fibers or between the fibers or the human body is used. An electric field is generated when it comes close to an object having Alternatively, when the piezoelectric yarn according to an embodiment of the present invention is close to an object having a predetermined potential (including a ground potential) such as a human body between fibers or a human body via moisture such as sweat. Current.
従って、本発明の一実施形態に係る圧電糸は、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。 Therefore, the piezoelectric yarn according to one embodiment of the present invention exhibits an antibacterial effect for the following reasons. The direct action of an electric field or electric current generated when applied to an object (clothing, footwear, or a medical article such as a mask) used in close proximity to an object having a predetermined electric potential such as a human body, thereby causing a cell membrane of a bacterium or a bacterium to be generated. The electron transport system for maintaining the life of the bacterium is hindered, and the bacterium is killed or the bacterium itself is weakened. In addition, oxygen contained in water may be changed to reactive oxygen species by an electric field or electric current, or oxygen radicals may be generated in bacterial cells by a stress environment due to the presence of the electric field or electric current. Bacteria are killed or weakened by the action of reactive oxygen species including radicals. In some cases, the above reasons are combined to produce an antibacterial effect. The term “antibacterial” used in the present invention is a concept that includes both an effect of suppressing the occurrence of bacteria and an effect of killing bacteria.
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。 Note that the charge generation fiber that generates a charge by external energy may be, for example, a substance having a photoelectric effect, a substance having a pyroelectric effect, or a fiber using a piezoelectric body or the like. In addition, a structure in which an insulator is wound around the conductor using a conductor as the core yarn, and a voltage is applied to the conductor to generate charges, also constitutes a charge generation fiber.
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。 When a piezoelectric body is used, an electric field is generated by piezoelectricity, so that a power source is not required and there is no risk of electric shock. Further, the life of the piezoelectric body lasts longer than the antibacterial effect of a drug or the like. Also, the risk of allergic reactions is lower than that of drugs.
さらに、本発明の一実施形態に係る圧電糸は、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、圧電糸自体に様々なバリエーションを持たせることができる。 Furthermore, the piezoelectric yarn according to one embodiment of the present invention can have various variations in the piezoelectric yarn itself by adjusting the number of twists of the lower twisted yarn and the number of twists of the upper twisted yarn.
本発明の一実施形態に係る圧電糸は、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繊維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。 The piezoelectric yarn according to one embodiment of the present invention includes a covering yarn twisted by twisting a piezoelectric fiber made of a functional polymer that generates an electric charge by external energy, and the covering yarn is arranged in an axial direction. It is wound so that it turns.
本発明の一実施形態に係る圧電糸は、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、圧電糸自体に様々なバリエーションを持たせることができる。 The piezoelectric yarn according to one embodiment of the present invention can have various variations in the piezoelectric yarn itself by adjusting the number of twists of the lower twisted yarn and the number of windings of the covering yarn.
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糸を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a piezoelectric yarn that has a longer effect than conventional materials having antibacterial properties and is more secure than drugs and the like.
図1(A)は、第1実施形態に係る圧電糸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糸を示しているが、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。 FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a top twisted yarn in the piezoelectric yarn according to the first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. 1A cut along II. 1 (A) and 1 (B) show a piezoelectric yarn in which seven lower twisted yarns are twisted as an example, but the number of lower twisted yarns is not limited to this, and in practice It is set appropriately in consideration of the above.
図1(A)及び図1(B)に示すように、圧電糸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。圧電糸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。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
圧電糸11においては、下撚糸21の長手方向201は圧電糸11の軸線方向101に対して、左に傾いた状態である。圧電糸11の軸線方向101に対する下撚糸21の傾きの角度は、圧電糸11の撚り回数に依存する。
In the
圧電糸11においては、撚り回数が増えるに従い、圧電糸11の軸線方向101に対する圧電糸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、圧電糸11は撚り回数を調整することにより、軸線方向101に対する圧電糸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、圧電糸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。
In the
図2(A)は、第1実施形態に係る圧電糸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。 FIG. 2A is an enlarged view of a region surrounded by a dashed circle A1 in FIG. 1A for describing the configuration of the lower twisted yarn in the piezoelectric yarn according to the first embodiment, and FIG. 2) is a cross-sectional view of FIG. 2 (A) obtained by cutting one lower twisted yarn along II-II.
図2(A)及び図2(B)に示すように、下撚糸21は、複数本の圧電繊維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、圧電繊維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、上撚糸である圧電糸11と同一の向きに撚られている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
圧電繊維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。
The
圧電繊維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、圧電繊維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。
The
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繊維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。
Polylactic acid is a chiral polymer, and the main chain has a helical structure. Polylactic acid develops piezoelectricity when molecules are oriented by uniaxial stretching. When the crystallinity is further increased by heat treatment, the piezoelectric constant increases. The
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、圧電繊維31の変形と、の関係を示す図である。図3(A)に示すように、圧電繊維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、圧電繊維31は、紙面表側では、負の電荷が発生する。圧電繊維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、圧電繊維31は、紙面表側では、正の電荷が発生する。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the relationship between the
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。 Polylactic acid does not need to be subjected to a poling treatment unlike other piezoelectric polymers such as PVDF or piezoelectric ceramics, since piezoelectricity is generated by molecular orientation treatment by stretching. The uniaxially stretched polylactic acid has a piezoelectric constant of about 5 to 30 pC / N, and has a very high piezoelectric constant among polymers. Furthermore, the piezoelectric constant of polylactic acid does not fluctuate with time and is extremely stable.
圧電繊維31は、断面が円形状の繊維である。圧電繊維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、圧電繊維31の断面形状は、円形に限るものではない。
The
圧電糸11と同様に、下撚糸21においては、圧電繊維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に対する圧電繊維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に対する圧電繊維31の外周部における圧電繊維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。
Similarly to the
図4は、圧電糸に張力が加わった時に各圧電糸に生じるずり応力(せん断応力)を図示したものである。図4に示すように、圧電糸11に張力が加わった時、圧電糸11を構成する下撚糸21に対して圧電糸11の軸線方向101の力が加えられる。このとき、下撚糸21を構成する圧電繊維31に対して圧電糸11の軸線方向101の力が加えられる。
FIG. 4 illustrates the shear stress (shear stress) generated in each piezoelectric yarn when a tension is applied to the piezoelectric yarn . As shown in FIG. 4, when tension is applied to the
S糸である下撚糸21の圧電繊維31に張力をかけた場合、圧電繊維31の表面は図3(A)に示すような状態となる。このため、圧電糸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。
When tension is applied to the
圧電糸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、圧電糸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、圧電糸11と当該物との間に電場を生じさせる。
The
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。 It is known that the growth of bacteria and fungi can be suppressed by an electric field (for example, see Tetsuaki Doto, Hironori Koma, Hideaki Matsuoka, Junichi Koizumi, Kodansha: Microbial Control-Science and Engineering). Also, see, for example, Koichi Takagi, Application of High Voltage and Plasma Technology to Agriculture and Food Fields, J.HTSJ, Vol.51, No.216). Further, depending on the potential generating the electric field, a current may flow through a current path formed by moisture or the like or a circuit formed by a local micro discharge phenomenon or the like. It is conceivable that this current weakens the bacteria and suppresses the growth of the bacteria. In addition, the bacteria referred to in the present embodiment include bacteria, fungi, and microorganisms such as mites and fleas.
従って、圧電糸11は、圧電糸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、圧電糸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、これにより圧電糸11が、間接的に抗菌効果を発揮する場合がある。また、圧電繊維31を左旋回して撚られた左旋回糸も圧電糸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。
Therefore, the
下撚糸21の撚り回数及び上撚糸である圧電糸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に対して圧電繊維31が45度以下となるように撚られており、上撚糸である圧電糸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。
The angles θ1 and θ2 can be adjusted by adjusting the number of twists of the lower
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糸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糸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。圧電糸11がほどけ難いと、圧電糸11は安定した抗菌性を得られる。
Here, when the angle of θ1 with respect to θ2 is small, that is, when the number of twists of the
θ3は、図2(A)に示すように圧電糸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繊維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。圧電糸11の軸線方向101に対する圧電繊維31の角度θ3を35〜55度に設定することにより、圧電糸11が軸線方向101に伸縮した時に、圧電繊維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。
θ3 is the angle of the stretching
なお、圧電繊維31のみを圧電糸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、圧電繊維31の撚り回数がかなり大きなものとなる。これにより、圧電繊維31に負担がかかり、切れ易くなるため、圧電糸11の耐久性が弱くなるおそれがある。
When only the
なお、第1実施形態において、下撚糸21及び圧電糸11は、共に右旋回して撚られたS糸であるが、下撚糸21及び圧電糸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、圧電繊維31を圧電糸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。
In the first embodiment, the lower
以上の様な、圧電糸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、圧電糸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。
The
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、圧電糸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、圧電糸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。
Of clothing, in particular, socks (or supporters) always expand and contract along joints due to movement such as walking, so that the
また、圧電糸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。
Further, the
なお、本実施形態の圧電糸は、菌対策用途以外にも、以下の様な用途を有する。 In addition, the piezoelectric yarn of the present embodiment has the following uses in addition to the antibacterial use.
(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、圧電繊維31を備えた圧電糸により電場が生じ、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。圧電繊維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、圧電糸11は、生体作用圧電繊維製品として機能する。
(1) Biologically acting piezoelectric fiber product Many tissues constituting a living body have piezoelectricity. For example, collagen constituting the human body is a kind of protein, and is contained in a large amount in blood vessels, dermis, ligaments, healthy, bone, cartilage and the like. Collagen is a piezoelectric body, and a tissue in which collagen is oriented may show very large piezoelectricity. Many reports have already been made on the piezoelectricity of bone (see, for example, Eiichi Fukada, Piezoelectricity of biopolymers, Polymer Vol. 16 (1967) No. 9 p795-800, etc.). Accordingly, when an electric field is generated by the piezoelectric yarn having the
(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の圧電繊維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繊維31は、外力が係った場合に、正の電荷を生じる。そのため、圧電繊維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、圧電繊維31を備えた圧電糸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。
(2) Piezoelectric Fiber Product for Adsorbing Substance As described above, the
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。 Note that a structure in which an insulator is wound around the conductor using a conductor as the core yarn and electric charge is generated by flowing electricity through the conductor is also a fiber that generates charge. However, since a piezoelectric body generates an electric field by piezoelectricity, a power source is not required and there is no risk of electric shock. Further, the life of the piezoelectric body lasts longer than the antibacterial effect of a drug or the like. Also, the risk of allergic reactions is lower than that of drugs. In addition, expression of resistant bacteria by drugs, especially antibiotics, etc. has recently become a major problem, but it is unlikely that the sterilization method according to the present invention will produce resistant bacteria due to the mechanism.
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。 In addition, as a fiber that generates a negative charge on the surface, a Z yarn using PDLA is also considered in addition to an S yarn using PLLA. Further, as a fiber that generates a positive charge on the surface, an S yarn using PDLA may be considered in addition to a Z yarn using PLLA.
図5(A)は、第2実施形態に係る圧電糸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糸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糸において、第1実施形態に係る圧電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。 FIG. 5A is a diagram illustrating a configuration of an upper twisted yarn in the piezoelectric yarn according to the second embodiment, and FIG. 5B is a diagram illustrating a configuration of a lower twisted yarn in the piezoelectric yarn according to the second embodiment. FIG. 6 is an enlarged view of a region surrounded by a dashed circle A2 in FIG. In the piezoelectric yarn according to the second embodiment, a description of the same configuration as the piezoelectric yarn according to the first embodiment will be omitted, and only different configurations will be described.
図5(A)に示すように、第2実施形態に係る圧電糸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。圧電糸51は、下撚糸52を左旋回して撚られたZ糸である。
As shown in FIG. 5A, the
圧電糸51においては、下撚糸52の長手方向501は圧電糸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に対する圧電糸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、圧電糸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。
In the
図5(B)に示すように、下撚糸52は、複数本の圧電繊維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、圧電繊維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、上撚糸である圧電糸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、圧電糸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、圧電繊維31を左旋回して撚られたZ糸であって、圧電糸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。
As shown in FIG. 5B, the lower
下撚糸52は、撚り回数を調整することにより、長手方向501に対する圧電繊維31の外周部における圧電繊維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。
By adjusting the number of twists of the lower
第2実施形態においては、圧電繊維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。上撚糸である圧電糸51は、下撚糸52と異なる向きに撚られているため、圧電糸51の軸線方向101に対する圧電繊維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。圧電糸51の軸線方向101に対する圧電繊維31の角度θ6を35〜55度に設定することにより、圧電糸51が軸線方向101に伸縮した時に、圧電繊維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。
In the second embodiment, the
図6(A)は、第3実施形態に係る圧電糸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糸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糸において、第1実施形態に係る圧電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。 FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration of a covering yarn in the piezoelectric yarn according to the third embodiment, and FIG. 6B is a diagram illustrating a configuration of a twisted yarn in the piezoelectric yarn according to the third embodiment. It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken-line circle A3 of FIG. 6 (A). In the piezoelectric yarn according to the third embodiment, description of the same configuration as that of the piezoelectric yarn according to the first embodiment will be omitted, and only different configurations will be described.
図6(A)に示すように、第3実施形態に係る圧電糸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、圧電糸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。
As shown in FIG. 6A, the
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、圧電糸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。
For example, as long as the material of the
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、複数本の圧電繊維31を左旋回して撚られたZ糸である。圧電繊維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。
The covering
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に対する圧電繊維31の外周部における圧電繊維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。
By adjusting the number of twists of the covering
第3実施形態においては、圧電繊維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、圧電糸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、圧電糸61の軸線方向101に対する圧電繊維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。圧電糸61の軸線方向101に対する圧電繊維31の角度θ9を35〜55度に設定することにより、圧電糸61が軸線方向101に伸縮した時に、圧電繊維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。
In the third embodiment, it is preferable that the
また、第3実施形態においては、圧電繊維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、圧電糸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、圧電糸61の軸線方向101に対する圧電繊維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、圧電糸61が軸線方向101に伸縮した時に、圧電繊維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。
In the third embodiment, the
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。 FIGS. 7A to 7C are schematic cross-sectional views illustrating a modified example of the lower twisted yarn according to the first embodiment. In the lower twist yarn according to the modified example, the description of the same configuration as the lower twist yarn according to the first embodiment is omitted, and only different configurations will be described.
図7(A)に示すように、下撚糸71は、複数の圧電繊維31の間に、さらに油分77を備える。油分77は、圧電繊維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。
As shown in FIG. 7A, the lower
ブドウ球菌や、大腸菌等の細菌や白癬菌等の真菌が圧電繊維に付着すると、圧電繊維で殺菌される前に圧電繊維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。 And Staphylococcus aureus, the fungi such as bacteria and Trichophyton such as Escherichia coli from adhering to the piezoelectric fibers, which may peel off from the piezoelectric fibers before being sterilized by the piezoelectric fibers. In this case, the separated bacteria and fungi may adhere to another object and propagate there.
これに対して、油分77には菌類が付着しやすい。油分77を用いて圧電繊維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。圧電繊維31を覆う油分77に菌が付着すると、圧電繊維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。
On the other hand, fungi easily adhere to the
下撚糸71は緩く撚られた場合、内部に圧電繊維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、後から圧電繊維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。
When the lower
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、圧電繊維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。
As shown in FIGS. 7B and 7C, in the lower
図7(C)に示すように、下撚糸73においては、複数の圧電繊維31の配置が一様ではない。圧電繊維31の配置態様は、中心に近づくにつれて圧電繊維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、菌が中心の圧電繊維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。
As shown in FIG. 7C, in the lower
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、圧電繊維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、圧電糸の肌触りがよくなり、皮膚への刺激が緩和される。
In addition, in the embodiment, the yarn constituting the lower twist yarn and the covering
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繊維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、圧電糸の強度や太さ等の性質を調節することができる。
In the embodiment, the
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。 Finally, the description of the present embodiment is illustrative in all aspects and should not be construed as limiting. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the embodiments described above. Furthermore, it is intended that the scope of the present invention includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
11,51…圧電糸(上撚糸)
21,52,71,72,73…下撚糸
31…圧電繊維
61…圧電糸
63…カバリング糸
11, 51: Piezoelectric yarn (upper twist yarn)
21, 52, 71, 72, 73 ... lower
Claims (3)
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おり、
前記圧電繊維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繊維の旋回する向きと同一の向きに巻き付けられている、
圧電糸。 A covering yarn twisted by twisting a piezoelectric fiber made of a functional polymer that generates electric charge by external energy,
The covering yarn is wound et been to pivot with respect to the axial direction,
The piezoelectric fiber is twisted so as to be 45 degrees or less with respect to the longitudinal direction of the covering yarn,
The covering yarn is wound in the same direction as the turning direction of the piezoelectric fiber,
Piezoelectric yarn.
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おり、
前記圧電繊維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繊維の旋回する向きと異なる向きに巻き付けられている、
圧電糸。 A covering yarn twisted by twisting a piezoelectric fiber made of a functional polymer that generates electric charge by external energy,
The covering yarn is wound so as to rotate with respect to the axial direction,
The piezoelectric fibers are twisted so as to be at least 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the covering yarn,
The covering yarn is wound in a direction different from a direction in which the piezoelectric fiber turns,
Pressure conductive yarn.
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おり、
前記圧電繊維の向きが軸線方向に対して35〜55度の角度をなす、
圧電糸。 A covering yarn twisted by twisting a piezoelectric fiber made of a functional polymer that generates electric charge by external energy,
The covering yarn is wound so as to rotate with respect to the axial direction,
The direction of the piezoelectric fiber forms an angle of 35 to 55 degrees with respect to the axial direction,
Pressure conductive yarn.
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