JP7173401B2

JP7173401B2 - 複合繊維

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Publication number: JP7173401B2
Application number: JP2022510765A
Authority: JP
Inventors: 貴子西浦; 貴志立石; 雅之辻; 英治田口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: JPWO2021193957A1; WO2021193957A1; CN115362287A; US12472451B2; US20230017656A1

Description

本発明は、複合繊維に関する。具体的には、本発明は、芯鞘構造を有する複合繊維に関し、より具体的には、芯部が金属または導電性材を含んで成り、鞘部がセラミック成分を含んで成るセラミック鞘部である複合繊維などに関する。

例えば集塵用フィルタに用いることができるエレクトレット繊維としてコロナ放電などの帯電処理を施した樹脂繊維などが知られている（例えば特許文献１）。

また、エレクトレット繊維として、２つの異なる樹脂成分を用いて作製した芯鞘型の複合繊維なども知られている（例えば特許文献２、３）。

さらに、エレクトレット繊維を使用したシート（エレクトレット繊維シート）なども知られている（例えば特許文献４）。

特開昭５３－１３０３２０号公報特公平６－１０４９５２号公報特開２０１８－１３８２８０号公報特開２００３－３３６７号公報

本願発明者らは、従前のエレクトレット繊維、特に樹脂製の複合繊維には克服すべき課題があることに気付き、そのための対策を取る必要性を見出した。具体的には以下の課題があることを本願発明者らは見出した。

本願発明者らの研究により、コロナ放電などの方法で樹脂繊維をエレクトレット化（帯電処理）すると（例えば特許文献１）、時間の経過とともに電荷が容易に消失することがわかった。また、水やイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などで洗浄するだけでも繊維表面から電荷が容易に消失することもわかった。従って本願発明者らの研究によりコロナ放電などの方法では繊維表面に電荷を高密度に帯電させることが困難であることがわかった。

また、２つの異なる樹脂成分を用いて作製された芯鞘型の樹脂繊維（複合繊維）をエレクトレット化した繊維なども知られている（例えば特許文献２、３）。本願発明者らの研究により、このようなエレクトレット繊維では繊維表面に正と負の電荷が混在するために電荷が中和されて消失し易く、高密度に帯電させることが困難であることがわかった。また、正と負のいずれか一方の電荷のみを繊維表面に発現させることも困難であることがわかった。

例えば図１４に示すように特許文献２に記載の樹脂製の複合繊維（１００）では、芯部（１０１）が極性ポリマーからなり、鞘部（１０２）が無極性ポリマーからなる。そのため、このような複合繊維をエレクトレット化すると鞘部（１０２）の表面（繊維表面）には正と負の両方の電荷が存在（混在）し、芯部（１０１）の内部では正と負に分極している。

例えば図１５に示すように特許文献３に記載の樹脂製の複合繊維（２００）では、芯部（２０１）が無極性ポリマーからなり、鞘部（２０２）が有極性ポリマーからなる。そのため、このような複合繊維をエレクトレット化すると鞘部（２０２）には正と負の両方の電荷が混在することになる。

さらに特許文献４にはエアフィルタなどに使用することができるエレクトレット繊維シートが開示されている。しかし、このようなエレクトレット繊維シートの表面、特にエレクトレット繊維の表面では正極性と負極性の両方の電荷が混在するように帯電されている。

従って、従来の樹脂繊維では、その繊維表面において正と負の両方の電荷が混在することから電荷の中和により時間の経過とともに電荷が消失し、高密度に帯電させることが困難であった。また、繊維表面に正または負のいずれか一方の表面電位のみを発現させることも困難であった。

本発明はかかる課題に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の主たる目的は、繊維表面において高密度に帯電させることや、繊維表面において正または負のいずれか一方の表面電位（電荷）のみを有することができる複合繊維を提供することである。

本願発明者らは、従来技術の延長線上で対応するのではなく、特に樹脂製の繊維を使用することなく、新たな方向で対処することによって、上記課題の解決を試みた。その結果、上記主たる目的が達成された複合繊維の発明に至った。

本発明では、芯部と該芯部を覆う鞘部とを有して成る芯鞘構造を有する複合繊維であって、前記芯部が金属または導電性材を含んで成り、前記鞘部がセラミック成分を含んで成るセラミック鞘部である、複合繊維が提供される。

本発明では、繊維表面において高密度に帯電させることや、繊維表面において正または負のいずれか一方の表面電位（電荷）のみを有することができる複合繊維を得ることができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでなく、また、付加的な効果があってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合繊維を模式的に示す概略図である。図２は、本発明の一実施形態に係る複合繊維の帯電状態（表面電位）を模式的に示す概略図である。図３は、本発明の一実施形態に係る複合繊維における表面電位の測定方法を模式的に示す概略図である。図４は、本発明の実施例で使用する表面電位の測定サンプルを模式的に示す概略図である。図５は、本発明の実施例で使用する表面電位の測定サンプルの帯電方法を模式的に示す概略図である。図６は、本発明の実施例で使用する表面電位の測定サンプルの測定ポイント（９箇所）を模式的に示す概略図（上面図）である。図７は、本発明の実施例で使用する表面電位の測定サンプル（正に帯電させたサンプル）の各測定ポイントでの電位を示すグラフである。図８は、本発明の実施例で使用する表面電位の測定サンプル（負に帯電させたサンプル）の各測定ポイントでの電位を示すグラフである。図９は、比較例で使用する従来のエレクトレットフィルタの測定ポイント（１４箇所）を示す写真である。図１０は、比較例で使用する従来のエレクトレットフィルタの各測定ポイントでの電位を示すグラフである。図１１は、本発明の実施例で作製した複合繊維を模式的に示す概略図である。図１２は、本発明の実施例で作製した複合繊維の帯電方法を模式的に示す概略図である。図１３は、本発明の実施例で作製した複合繊維の測定ポイント（４箇所）を模式的に示す概略図である。図１４は、従来の複合繊維（エレクトレット繊維）の帯電状態を模式的に示す概略断面図である。図１５は、従来の他の複合繊維（エレクトレット繊維）の帯電状態を模式的に示す概略断面図である。

本発明は、複合繊維に関する。本発明は、具体的には、エレクトレット化することができる又はエレクトレット化された複合繊維（エレクトレット繊維）に関する。より具体的には、本発明は、「芯部」と、この芯部を覆う「鞘部」とを有して成る「芯鞘構造」を有する複合繊維に関し、芯部が「金属」または「導電性材」を含んで成り、鞘部が「セラミック成分」を含んで成る「セラミック鞘部」であることを特徴とする複合繊維に関する（以下、「本開示の複合繊維」、単に「複合繊維」または「繊維」と呼ぶ場合もある）。

本開示の複合繊維は、従来のエレクトレット繊維（樹脂製繊維）とは技術的思想が全く異なるものである。例えば、本開示の複合繊維では、芯部が「金属」または「導電性材」を含んで成ることから、このような芯部は少なくとも電気伝導性を有することができ、エレクトレット化した後、かかる芯部をアース接続（又はＧＮＤ接続）すると、このような芯部を覆う「セラミック鞘部」の表面全域にわたって、鞘部が正または負のいずれか一方の表面電位のみを示すことができる。また、本開示の複合繊維では、鞘部が正または負のいずれか一方の表面電位のみを示すことから繊維表面（鞘部表面）において電荷を高密度に帯電させることができる。ひいては正または負のいずれか一方の表面電位の値を向上させることができる。

（複合繊維）
本開示において「複合繊維」とは、概して、異なる２種類以上の材料から構成され得る繊維を意味する。本開示の複合繊維では、以下にて詳しく説明する「芯鞘構造」の「芯部」と「鞘部」とがそれぞれ別々の材料（又は主成分）から構成されていることを意味する。

本開示において「芯鞘構造」とは、「芯部」とこの芯部を覆う「鞘部」とを少なくとも有して成る構造を意味する。本開示において鞘部は芯部の少なくとも一部を被覆していればよい。本開示において鞘部は芯部の全部を被覆していてよい。

本開示において「芯部」とは、繊維の軸方向に垂直な断面における断面形状の幾何学的中心を含む部分である。例えば図１に示す通り、芯部１は、複合繊維１０の軸方向に垂直な方向の断面の円形の中心を含む部分である（図１（Ｂ）参照）。尚、本開示の複合繊維において芯部の形状は図示する形態に限定されるものではない。

本開示の複合繊維において「芯部」は「金属」または「導電性材」を含んで成るが、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。

本開示において「金属」とは、以下に記載の金属元素から構成され得る金属（好ましくは金属単体）または合金を意味する。本開示の複合繊維において芯部は金属線から構成されていてもよい。

本開示の複合繊維における芯部を構成し得る金属または合金は焼結体であってもよい。芯部において焼結体からなる金属単体を用いてよい。

本開示において「焼結体」とは、概して、無機物（好ましくは無機物を含む組成物のペースト）を加熱処理して焼き固めた焼結体（無機固体材料）を意味する。

「金属元素」として、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）およびプラチナ（Ｐｔ）からなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。

本開示において「導電性材」とは電気伝導性を有する材料を意味し、電気伝導性を有するものであれば特に制限はない。

「導電性材」は、例えば、以下に記載の「導電性フィラー」と「樹脂」とのコンポジットであることが好ましい。

「導電性材」に含まれ得る「導電性フィラー」とは、例えば樹脂などの高分子材料に導電性を付与する（電気／電子を通りやすくする）ことのできる材料（物質）を意味し、導電性を付与することのできるものであれば特に制限はない。導電性フィラーとして、例えば、カーボン系、金属系、金属酸化物系などの導電性フィラーが挙げられる。導電性フィラーとして、例えば、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、金、銀、プラチナ、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、スズ、マンガン、ステンレス、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化亜鉛ニッケル、マグネシウム、タングステン、コバルト、クロム、チタンなどを使用することができる。

「導電性材」に含まれ得る「樹脂」とは、例えば高分子材料を意味し、高分子材料であれば特に制限はなく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの樹脂を必要に応じて適宜使用すればよい。樹脂として、好ましくは体積抵抗率１０^１４［Ω・ｍ］以下の樹脂が良い。例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、塩化ビニル系樹脂、ウレタン樹脂、ナイロン樹脂、エーテル樹脂、ポリエーテル樹脂、ケトン樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂などを使用することができる。

「導電性材」において使用する用語「コンポジット」とは、２種類以上の材料、具体的には「導電性フィラー」と「樹脂」とが複合化された材料（複合材料）を意味する。本開示においてコンポジットは２種類以上の材料を単に混合（又は配合）しただけの混合物（又は配合物）であってもよい。

コンポジットにおける導電性フィラーと樹脂との比（導電性フィラー／樹脂）は、重量を基準として、例えば９９／１～１／９９、好ましくは８０／２０～４０／６０である。

本開示の複合繊維において芯部は金属や導電性フィラーなどを含むため、外部と電気的に接続することができる。好ましくは本開示の複合繊維を帯電させた後（エレクトレット化した後）に芯部をアース接続またはＧＮＤ接続することで以下にて詳しく説明する「鞘部」において（好ましくは鞘部の表面全域にわたって）正または負のいずれか一方の表面電位のみを示すことができる。

本開示において「鞘部」とは、上記の「芯部」を覆う部分を意味し、芯部の少なくとも一部を覆うことができるものであればよい。鞘部は芯部の全部を覆っていてよい。
例えば図１に示す通り、鞘部２は、複合繊維１０の芯部１を同心円状に覆う部分であってもよい（図１（Ｂ）参照）。本開示の複合繊維において鞘部の形状は図示する形態に限定されるものではない。

本開示において「鞘部」は「セラミック鞘部」であることが好ましい。本開示において「セラミック鞘部」とは、以下に記載の「セラミック成分」を含んで成る鞘部を意味する。「セラミック鞘部」は、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。

本開示において「セラミック成分」とは、セラミックまたはセラミック原料などの無機物（好ましくは無機物を含む組成物のペースト）を加熱処理して焼き固めた焼結体（無機固体材料）を意味する。

「セラミック成分」として特に制限はなく、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、リン酸三カルシウム、アパタイトなどのセラミックスが挙げられる。なかでもセラミックス系バイオマテリアルとして使用されるものを使用することが好ましい。特にバイオマテリアルとして生体親和性を有するとともに高い機械的強度や破壊靭性、優れた電子物性などを有するアパタイトを使用することが好ましい。このような場合、アパタイトはバイオマテリアルとして知られているセラミックスであるにもかかわらずエレクトレット繊維などの繊維分野において用いられる点で特異性がある。

「アパタイト」（apatite）は、リン酸カルシウム系機能性無機材料として知られているセラミックスであり、リン（Ｐ）とカルシウム（Ｃａ）を主成分とする。アパタイトは、概して、高い機械的強度や破壊靭性を有し、電子物性、生体親和性、イオン交換性、表面吸着性、光学性などに優れる。
本開示の複合繊維では、このような材料を芯鞘構造の鞘部に使用することで高い機械的強度や破壊靭性を鞘部に与えるとともに電荷保持能力の発現・制御などの電子物性を繊維に与えることができる。

「アパタイト」として、フルオロアパタイト、クロロアパタイトおよびハイドロキシアパタイトからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。なかでも特にハイドロキシアパタイトを使用することが好ましい。ハイドロキシアパタイトはバイオマテリアルとして知られているセラミックスであるにもかかわらずエレクトレット繊維などの繊維分野に用いられる点で特異性がある。ハイドロキシアパタイトは高い機械的強度や破壊靭性だけでなく電荷保持能力などの優れた電子物性を与えることができる。

「フルオロアパタイト」（ＦＡｐ）（fluorapatite）は、化学式：Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｆで示され、「フッ素アパタイト」、「フッ素リン灰石」とも呼ばれる。

「クロロアパタイト」（ＣＡｐ）（chlorapatite）は、化学式：Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌで示され、「塩素アパタイト」、「塩素リン灰石」とも呼ばれる。

「ハイドロキシアパタイト」（ＨＡｐ）（hydroxyapatite）は、化学式：Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３ＯＨで示され、「水酸アパタイト」、「水酸リン灰石」とも呼ばれる。

「セラミック鞘部」は、アパタイト単体（上記アパタイトの単体、好ましくはハイドロキシアパタイト単体）あるいはアパタイト（上記アパタイト、好ましくはハイドロキシアパタイト）と樹脂とのコンポジットから構成されることが好ましい。セラミック鞘部がアパタイトと樹脂とのコンポジットから構成されることがより好ましい。あるいはセラミック鞘部は焼結体から構成されていてもよい。

「セラミック鞘部」に含まれ得る「樹脂」とは、例えば高分子材料を意味し、高分子材料であれば特に制限はなく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの樹脂を必要に応じて適宜使用すればよい。樹脂として、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリロニトリル樹脂などを使用することができる。また前記の樹脂材料にヒンダードアミン系添加物、もしくはトリアジン系添加物を１種類以上配合したものでも良い。

「セラミック鞘部」において使用する用語「コンポジット」とは、２種類以上の材料、具体的には「アパタイト」と「樹脂」とが複合化された材料（複合材料）を意味する。本開示においてコンポジットは２種類以上の材料を単に混合（又は配合）しただけの混合物（又は配合物）であってもよい。

コンポジットにおけるアパタイトと樹脂との比（アパタイト／樹脂）は、体積を基準として、例えば９９／１～１／９９、好ましくは６４／３６～１／９９、より好ましくは３０／７０～１／９９、さらにより好ましくは２０／８０～１／９９の範囲内である。

本開示の複合繊維において鞘部が上記のセラミック成分（特にアパタイト）を含むことから本開示の複合繊維を帯電させた後（エレクトレット化した後）に芯部をアース接続またはＧＮＤ接続することで鞘部の表面全域にわたって正または負のいずれか一方の表面電位のみを示すことができる。従って、鞘部の表面は正負のいずれかに帯電していることから、繊維表面において正と負の電荷が中和して消失することがなく、電荷を繊維表面に高密度に帯電させることができ、繊維の電気的特性が向上する。また、本開示の複合繊維によると、表面電位の極性の選択や表面電位の大きさを制御することもできる。

本開示において「表面電位」とは、複合繊維の表面、特に鞘部の表面に発生し得る電位を意味する。表面電位は、例えば、電気力顕微鏡（Electric Force Microscope (EFM)）により測定することができる。本開示の複合繊維の表面電位は、例えば芯部をアース接続した後（換言するとＧＮＤ接続した後）、電気力顕微鏡（ＥＦＭ）にて測定することが好ましい。

本開示の複合繊維の表面（好ましくは鞘部の表面）に発生し得る表面電位は、例えば１ｍＶ以上であり、好ましくは２０Ｖ以上、より好ましくは５０Ｖ以上、さらにより好ましくは７０Ｖ以上、特に好ましくは１００Ｖ以上である。表面電位の上限値は、例えば２０００Ｖ以下、好ましくは１０００Ｖ以下、より好ましくは５００Ｖ以下、さらにより好ましくは４５０Ｖ以下、特に好ましくは３５０Ｖ以下または３００Ｖ以下である。本開示の複合繊維において表面電位は正の値であっても負の値であってもよい。

本開示の複合繊維において、芯部と鞘部の体積比（芯部／鞘部）に特に制限はなく、例えば１／９９～９９／１の範囲内である。
また、本開示の複合繊維において、芯部と鞘部の重量比（芯部／鞘部）に特に制限はなく、例えば１／９９～９９／１の範囲内である。

本開示の複合繊維の繊維径は、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下である。ここで、本開示の複合繊維の「繊維径」とは、繊維の軸方向に垂直な方向での断面における最大の寸法（例えば直径）を意味する。

本開示の複合繊維は「エレクトレット繊維」であることが好ましい。本開示において「エレクトレット繊維」とは、エレクトレット化することができる繊維およびエレクトレット化された後の繊維の両方を意味する。

本開示において「エレクトレット化」とは、電気を帯びさせること（帯電化）を意味し、具体的には帯電処理を施すことなどを意味する。帯電処理に特に制限はなく、従来公知の帯電方法を適宜使用することができる。例えば、電界処理、好ましくは電界印加などを使用することができる。

（本発明の実施形態）
本発明の一実施形態に係る複合繊維を図１に示す。本発明は図示する実施形態に限定されるものではない。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る複合繊維１０を模式的に示す概略斜視図である。複合繊維１０は、芯部１と鞘部２から構成され得る芯鞘構造を有する。

図１（Ｂ）は、複合繊維１０の軸方向に垂直な方向の断面を示す。図示する実施形態では、芯部１と鞘部２とが共に略円形の断面を有していて略同心円状に配置されている。尚、本開示の複合繊維において、芯部１および鞘部２の断面の形状に特に制限はない。芯部１および鞘部２は、任意の幾何学的形状、例えば、円形、楕円形、矩形、異形などの断面形状を有していてもよい。

図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＸ－Ｘ’の断面（複合繊維１０の軸方向の断面）を示す。

このように図示する実施形態では鞘部２が芯部１をその軸方向および周方向のいずれにおいても全体的に被覆している。尚、本開示の複合繊維において鞘部は芯部の少なくとも一部を被覆していればよい。

鞘部２の厚みに特に制限はなく、芯部１の直径と同一であっても、芯部１の直径よりも小さくてもよく、芯部１の直径よりも大きくてもよい。芯部１の直径／鞘部２の厚みの比は、例えば９９／１～１／９９、好ましくは９９／１～５０／５０または５０／５０～１／９９、より好ましくは９９／１～５１／４９または４９／５１～１／９９の範囲内である。鞘部２の厚みは、例えば１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下である。

図２は、本発明の一実施形態に係る複合繊維１０が帯電した状態を模式的に示す概略図である。

図２（Ａ）は、エレクトレット化された複合繊維１０の鞘部２（繊維表面）が負（－）に帯電した状態を示す。このとき芯部１はアース接続またはＧＮＤ接続されていて、鞘部２の表面全域にわたって（軸方向および周方向のいずれにおいても）鞘部２が負（－）の表面電位のみを示すことができる。尚、このような帯電状態は、例えば、エレクトレット化の際に本開示の複合繊維において鞘部２が負（－）に帯電するように電界を印加することにより達成することができる。

図２（Ｂ）は、エレクトレット化された複合繊維１０の鞘部２（繊維表面）が正（＋）に帯電した状態を示す。このとき芯部１はアース接続またはＧＮＤ接続されていて、鞘部２の表面全域にわたって（軸方向および周方向のいずれにおいても）鞘部２が正（＋）の表面電位のみを示すことができる。尚、このような帯電状態は、例えば、エレクトレット化の際に本開示の複合繊維において鞘部２が正（＋）に帯電するように電界を印加することにより達成することができる。

このように本発明では芯部をアースに接地またはＧＮＤ接続して鞘部の表面電位を測定したときに面内（鞘部）のどの部分においても片側極性の表面電位を示すことができる。
すなわち、このように本開示の複合繊維では繊維表面（鞘表面）のどの部分を測定しても表面電位が片側極性を示すことから表面電荷は片側極性に偏在、もしくは片側極性が優勢であると言える。
このようなことから本開示の複合繊維では繊維表面において静電気力が打ち消されず、エレクトレットの電気的特性が向上する。
また、本発明によれば表面電位の極性や大きさなどを制御することができることから所望の繊維（特にエレクトレット繊維）を設計することができる。

図３は、複合繊維１０の表面電位の測定方法の一例を模式的に示す概略図である。複合繊維１０の表面電位の測定は、少なくとも以下の工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含む方法で測定することができる。
（ａ）エレクトレット化された複合繊維１０を固定する工程（ステップ）
（ｂ）複合繊維１０の芯部１をアース接続またはＧＮＤ接続する工程（ステップ）
（ｃ）電気力顕微鏡（ＥＦＭ）により複合繊維１０の表面電位を測定する工程（ステップ）

工程（ａ）
工程（ａ）では、エレクトレット化された複合繊維１０を固定する。例えば、複合繊維１０の両端を剛体の治具で挟むことで複合繊維１０を固定することができる。このとき複合繊維１０に張力をかけてもよい。

工程（ｂ）
工程（ｂ）では、複合繊維１０の芯部１をアース接続またはＧＮＤ接続する。尚、この工程は、工程（ａ）の前に行ってもよい。

工程（ｃ）
工程（ｃ）では、電気力顕微鏡（ＥＦＭ）により複合繊維１０の表面電位（鞘部２の表面電位）を測定する。例えば、電気力顕微鏡のプローブが複合繊維１０の軸方向（Ａ－Ａ’方向）および周方向（Ｂ－Ｂ’方向）の両方を走査することで鞘部２の表面電位を表面全域にわたって測定することができる。

あるいは電位計（例えば川口電機製作所製、Ｓ２００２Ａ）を用いて複合繊維の表面電位を測定してもよい。このとき繊維表面から３ｍｍの間隔をあけて測定した電位を複合繊維の表面電位とする。

（本開示の複合繊維の製造方法）
本開示の複合繊維は少なくとも「芯部」と「鞘部」とを含み、この「芯部」と「鞘部」が一体的に互いに隣接して形成または製造されることが好ましい。

本開示の複合繊維の製造方法に特に制限はなく、例えば、従来公知のセラミックの焼成技術などを応用して本開示の複合繊維を適宜製造することができる。

例えば、上記の金属元素を含む原材料を必要に応じて焼結助剤や共材、バインダー（樹脂）（例えば、エチルセルロース、セルロースアセテートブチレート、ポリビニルブチラール）、分散剤（例えば、ポリカルボン酸系分散剤）、可塑剤、溶剤（例えば、ブチルカルビトール、トルエン）などとともにペーストにしたもの（芯部用ペースト）と、上記のセラミック成分の原材料（セラミックまたはセラミック原料）を必要に応じて焼結助剤や共材、バインダー（樹脂）（例えば、エチルセルロース、セルロースアセテートブチレート、ポリビニルブチラール）、分散剤（例えば、ポリカルボン酸系分散剤）、可塑剤、溶剤（例えば、ブチルカルビトール、トルエン）などとともにペーストにしたもの（鞘部用ペースト）をそれぞれ準備した後、例えば適切に成形して、例えば共に焼成することで芯部と鞘部とが一体的に隣接して形成された複合繊維を製造することができる。このとき、例えば多重ノズル（二重ノズル、三重ノズルなどの複合紡糸用ノズル）や成形型などを用いて各ペーストを所望の形状に成形してもよい。

本開示の複合繊維の芯部および鞘部がいずれも焼結体を含んでいてよい。換言すると、芯部および鞘部はいずれも焼結体から構成されていてよい。好ましくは芯部および鞘部はいずれも焼結体である。複合繊維の芯部および鞘部がいずれも焼結体を含むことによって、複合繊維の表面、特に鞘部の表面において、より高密度に帯電させることができる。ひいては、１００Ｖ以上、好ましくは３００Ｖ以上の電位を達成することができる。

また、芯部や鞘部においてコンポジットを使用する場合（例えば、芯部で導電性フィラーと樹脂とのコンポジットを使用する場合や、鞘部でアパタイトと樹脂とのコンポジットを使用する場合など）、各コンポジットのペーストを準備した後、例えば多重ノズル（二重ノズル、三重ノズルなどの複合紡糸用ノズル）や成形型などを用いて各ペーストを所望の形状に成形することで本開示の複合繊維を製造してもよい。

尚、芯部が金属である場合、所望の形状の金属線や金属板などを使用してもよい。

本開示の複合繊維の製造方法は上記のものに限定されない。

（用途）
本開示の複合繊維は糸として用いてもよい。糸として、例えば、複数の繊維を単に引きそろえただけの糸（引きそろえ糸）であってもよく、撚りをかけた糸（撚り合わせ糸）であってもよい。尚、撚り合わせ方法に特に制限はなく、従来公知の方法を使用することができる。本開示の複合繊維は、このような糸の状態でエレクトレット化してもよい。

また、本開示の複合繊維は、このような糸を含んで成るフィルタや布（例えば、織物、編物、不織布）などとして提供することもできる。本開示の複合繊維は、エレクトレットフィルタとして用いられることが好ましい。集塵用、花粉対策用、抗菌用、抗ウイルス用のエレクトレットフィルタなどとして用いることができる。

本開示の複合繊維は上記の実施形態に限定されるものではない。以下、実施例により本開示の複合繊維についてさらに詳しく説明する。

実施例１
実施例１では、以下の「芯部用の金属線」および「鞘部用のペースト」を用いて図１に示す形状の複合繊維を作製した。
＜芯部用の金属線＞
芯部用の金属線として銅線（Ｃｕ）を準備した（直径：０．１ｍｍ）。
＜鞘部用のペースト＞
アパタイト／ポリアミドイミド系材料（樹脂）（体積比率：２０/８０）を湿式混合することによって鞘部用のペーストを調製した。

ノズルを用いた押出成形法に準じて銅線（芯部用の金属線）のまわりに鞘部用のペーストを被覆させて芯鞘構造を有する複合繊維の成形体を作製した。次いで、２５０℃～３００℃の温度で加熱することで芯部が銅（Ｃｕ）からなり、鞘部がハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）を含んで成るコンポジットからなる複合繊維を製造した（芯部の直径：０．１ｍｍ、鞘部の厚み：０．１ｍｍ）。

実施例１で作製した複合繊維に電界を印加して鞘部を負（－）に帯電させた後に芯部をアース接続して電気力顕微鏡（ＥＦＭ）により表面電位を測定すると鞘部の表面全体が負（－）のみで帯電していることがわかった（図２（Ａ））。

また、同様に実施例１で作製した複合繊維に電界を印加して鞘部を正（＋）に帯電させた後に芯部をアース接続して電気力顕微鏡（ＥＦＭ）により表面電位を測定すると鞘部の表面全体が正（＋）のみで帯電していることがわかった（図２（Ｂ））。

実施例２
実施例２では本開示の複合繊維から構成されるエレクトレットフィルタを模した表面電位の測定サンプルを作製し、その表面電位を測定した。

＜測定サンプルの作製＞
図４に示す通り、本開示の複合繊維の芯部に対応し得る金属層（又は導電層）２１の両面に鞘部に対応し得るセラミック層２２（２２ａ、２２ｂ）が配置された表面電位の測定サンプル２０（円盤形状、直径：８ｍｍ）を作製した。
尚、図４（Ａ）は測定サンプル２０の概略斜視図であり、図４（Ｂ）は測定サンプル２０の概略断面図である（直径部分の積層方向での断面を示す）。

本実施例では、金属層２１は銅（Ｃｕ）から構成され（厚み：０．１ｍｍ）、セラミック層２２ａ、２２ｂはそれぞれハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）から構成されている（厚み：１ｍｍ）。尚、セラミック層２２ａ、２２ｂは、実施例１で使用した鞘部用のペーストから作製した。

＜エレクトレット化＞
例えば図５に示す通り、測定サンプル２０を２つの電極（３０Ａ（アルミニウム（Ａｌ）の負極（－））、３０Ｂ（アルミニウム（Ａｌ）の正極（＋）））の間に配置した。このとき、セラミック層（ＨＡｐ）２２ａと負極（Ａｌ）３０Ａとの間には、サブ電極層３１ａとして銅箔（銅テープ）および絶縁層３２としてシリコーンゴムのフィルムを配置した。セラミック層（ＨＡｐ）２２ｂと正極（Ａｌ）３０Ｂとの間にはサブ電極層３１ｂとして銅箔（銅テープ）を配置した。また、測定サンプル２０の金属層（Ｃｕ）２１は、負極（Ａｌ）３０Ａと電気的に接続されていた。

以下の電界印加条件で測定サンプル２０に電界を印加してエレクトレット化を行った。
電界印加条件
温度：２００℃
電圧：１０００Ｖ
電界強度：１０ｋＶ／ｃｍ
印加時間：１時間

本実施例では、上記のようにセラミック層２２ａ、２２ｂをともに正（＋）に帯電させた（以下、「サンプルＡ」と呼ぶ）。さらに他の同じ測定サンプルを用いて、電極（３０Ａ、３０Ｂ）の極性を逆にして電界を印加することにより（３０Ａ：正極（＋）、３０Ｂ：負極（－））、セラミック層２２ａ、２２ｂをともに負（－）に帯電させた（以下、「サンプルＢ」と呼ぶ）。

＜表面電位の測定＞
「サンプルＡ」および「サンプルＢ」について、金属層２１をアース接続した後、それぞれ表面電位を測定した。
具体的には、測定サンプル２０の上面から３ｍｍの間隔をあけて、図６（上面図）に示す９箇所の測定ポイント１～９で電位計（川口電機製作所製、Ｓ２００２Ａ）を用いて各ポイントでの電位を測定した。また、測定サンプル２０の下面から３ｍｍの間隔をあけて同様に表面電位を測定ポイント１～９において測定した。
尚、測定ポイントの間隔は等しく、３ｍｍであった。

「サンプルＡ」（セラミック層（＋））を用いて測定した結果を図７に示す。
「サンプルＡ」では、上下面のいずれにおいても、測定ポイント１～９において正（＋）の電位のみを示した（上面：細線、下面：太線）。

「サンプルＢ」（セラミック層（－））を用いて測定した結果を図８に示す。
「サンプルＢ」では、上下面のいずれにおいても、測定ポイント１～９において負（－）の電位のみを示した（上面：細線、下面：太線）。

図７および図８の結果から、本発明によると正（＋）または負（－）のいずれか一方の表面電位のみが得られることが実証された。

比較例１
比較用のエレクトレットフィルタとして「３Ｍフィルタレット」（空気清浄フィルタ［エアコン用］）を準備した。
図９に示すように、巻き内側の１４箇所（１ｃｍ間隔）および巻き外側の１４箇所（１ｃｍ間隔）（図示せず）において電位計（川口電機製作所製、Ｓ２００２Ａ）を用いて各ポイントで電位を測定した（表面からの距離：３ｍｍ）。結果を図１０に示す。

図１０に示すグラフから比較例１のエレクトレットフィルタでは、巻き外側、巻き内側のいずれにおいても正の電位と負の電位とが混在していることがわかった。

比較例１と実施例２との比較から、比較例１では正と負の電位が混在しているのに対して本発明の実施例２では正（＋）または負（－）のいずれか一方の表面電位のみを示す。

本発明の実施例１および実施例２のように正または負のいずれか一方の表面電位のみが存在する場合には、正と負の電荷が打ち消しあって電荷が中和して消失することがないので、繊維表面（特にエレクトレットフィルタの表面）を高密度に帯電させることができた。

実施例３
実施例３では、以下の「芯部用のペースト」および「鞘部用のペースト」を用いて図１に示す形状と同様の形状を有する複合繊維（サンプル）４０を作製した（図１１参照）。

＜芯部用ペーストの調製＞
芯部用ペーストは、プラチナ（Ｐｔ）粉末と、バインダー樹脂と、有機溶剤とを含んで成る。プラチナ（Ｐｔ）粉末の平均粒径は１．０μｍのものを用いた。バインダ－樹脂として、例えば、ブチルカルビトールに樹脂を溶解した樹脂溶液が用いられる。ブチルカルビトールに溶解される樹脂としては、例えば、エチルセルロース、セルロースアセテートブチレート等が用いられる。
芯部用ペーストの調製に当たっては、プラチナ（Ｐｔ）粉末（平均粒径１．０μｍ）を５０重量部と、ブチルカルビトールにエチルセルロースを１０重量部溶解した樹脂溶液と、残部としてブチルカルビトールとを調合し、ボールミルにより芯部用ペーストを調製した。

＜鞘部用ペーストの調製＞
鞘部用ペーストは、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）粉末と、ポリビニルブチラール系バインダー樹脂と、トルエンなどの有機溶剤とを含んで成る。ハイドロキシアパタイトの平均粒径は３００ｎｍのものを用いた。
鞘部用ペーストの調製に当たっては、ハイドロキシアパタイト（平均粒径３００ｎｍ）を８２重量部と、ポリビニルブチラールを１８重量部と、トルエンとを調合し、ボールミルにより鞘部用ペーストを調製した。

＜複合繊維前駆体の作製＞
芯部用ペーストおよび鞘部用ペーストを用いて二重ノズルを通して同心円状に芯部用ペーストと鞘部用ペーストとが配置された円形断面を有する「複合繊維前駆体」を作製した（中心部：芯部用ペースト、外側部：鞘部用ペースト、断面積比（金属（Ｐｔ）／セラミック（ＨＡｐ））：１／１）。

＜焼成＞
「複合繊維前駆体」を以下の条件で焼成することで芯部４１と鞘部４２とが互いに隣接して成る複合繊維（サンプル）４０を製造した（図１１参照）（芯部４１の直径：０．１ｍｍ、鞘部４２の厚み：０．１ｍｍ）。

（焼成条件）
空気中３００℃、１０時間の条件で脱脂処理した後、空気中、トップ温度１４００℃、２時間の条件で焼成した。

＜エレクトレット化＞
図１２に示す通り、複合繊維（サンプル）４０の鞘部電極４４として銅箔（銅テープ）および絶縁体４３としてシリコーンゴムのフィルムを配置した。複合繊維４０の芯部（Ｐｔ）４１に負極を接続し、鞘部電極４４に正極を接続し、以下の電界印加条件で複合繊維４０に電界を印加してエレクトレット化を行った。本実施例では、鞘部（ＨＡｐ）４２を正（＋）に帯電させた。

電界印加条件
温度：２００℃
電圧：２０００Ｖ
印加時間：１時間

＜表面電位の測定＞
複合繊維（サンプル）４０から絶縁体４３および鞘部電極４４を取り外した後、芯部４１をアース接続して複合繊維４０の表面電位を測定した。具体的には複合繊維４０の外周から３ｍｍの間隔をあけて図１３に示す周方向の４箇所の測定ポイント１～４（９０°間隔）（上下左右）において電位計（川口電機製作所製、Ｓ２００２Ａ）を用いて電位を測定した。

複合繊維（サンプル）４０を用いて測定した表面電位の測定結果を以下の表１に示す。
複合繊維４０では、測定ポイント１～４において、上下左右のいずれにおいても、正（＋）の電位のみを示した。

比較例２
比較例２では、以下の「芯部用の金属線」および「従来のエレクトレットフィルタ」を用いて図１に示す形状に類似した形状を有する比較用の複合繊維を作製した。
＜芯部用の金属線＞
芯部用の金属線として銅線（Ｃｕ）を準備した（直径：０．１ｍｍ）。
＜従来のエレクトレットフィルタ＞
エレクトレットフィルタとして「３Ｍフィルタレット」（空気清浄フィルタ［エアコン用］）を準備した。

芯部用の銅線（Ｃｕ）にエレクトレットフィルタ（３Ｍフィルタレット）を巻き付けて固定した。従来のエレクトレットフィルタの巻き外側を上側（表面）にして巻き付けたものと、巻き内側を上側（表面）にして巻き付けたものをそれぞれ用意した。
芯部（銅線（Ｃｕ））をアース接続（ＧＮＤ接続）した後、電位計（川口電機製作所製、Ｓ２００２Ａ）を用いて繊維の軸方向に沿って１４箇所（１ｃｍ間隔）において表面電位を測定した（表面からの距離：３ｍｍ）。
図１０に示す結果と同様にエレクトレットフィルタの巻き外側および巻き内側のいずれの面においても正の電位と負の電位とが混在していることがわかった。

比較例２と実施例３との比較から、比較例２では正と負の電位が混在しているのに対して本発明の実施例３では正（＋）または負（－）のいずれか一方の表面電位のみを示す。

本発明の実施例３のように正または負のいずれか一方の表面電位のみが存在する場合には、正と負の電荷が打ち消しあって中和して消失することがないので、繊維表面（特にエレクトレットフィルタの表面）を高密度に帯電させることができた。

このように本発明によると表面電位を正または負のいずれか一方に選択することができ、しかも表面電位の大きさについて任意に制御することができる。
また、本発明によると繊維の電気的特性が向上するのでエレクトレットフィルタなどに使用した場合、使用する繊維の量を低減することができ、ひいてはフィルタの目詰まり（圧力損失）などを改善することもできる。

本開示の複合繊維は、エレクトレット繊維として使用することができる。
また、本開示の複合繊維は、糸、布（例えば、織物、編物、不織布）などに加工して使用することができる。
本開示の複合繊維は、糸、布として、あるいはフィルタ、特にエレクトレットフィルタとして使用することができる。

１，１０１，２０１芯部
２，１０２，２０２鞘部
１０，４０複合繊維
２０測定サンプル
２１金属層（または導電層）
２２セラミック層
３０電極
３１サブ電極層
３２絶縁層
４１芯部（Ｐｔ）
４２鞘部（ＨＡｐ）
４３絶縁体
４４鞘部電極
１００従来の複合繊維
２００従来の他の複合繊維

Claims

芯部と該芯部を覆う鞘部とを有して成る芯鞘構造を有する複合繊維であって、
前記芯部が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）およびプラチナ（Ｐｔ）からなる群から選択される少なくとも一種の焼結体である金属または、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、金、銀、プラチナ、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、スズ、マンガン、ステンレス、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化亜鉛ニッケル、マグネシウム、タングステン、コバルト、クロム、チタンからなる群から選択される少なくとも一種の焼結体である導電性材を含んで成り、
前記鞘部が酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、リン酸三カルシウム、アパタイトからなる群から選択される少なくとも一種の焼結体であるセラミック成分を含んで成るセラミック鞘部であり、
前記芯部および前記鞘部がいずれも焼結体を含んで成り、
前記芯部がアース接続されている場合、前記鞘部の表面全域にわたって前記鞘部が正または負のいずれか一方の表面電位のみを示す、エレクトレット繊維である複合繊維。
前記セラミック成分がアパタイトである、請求項１に記載の複合繊維。
前記セラミック鞘部がアパタイト単体あるいはアパタイトと樹脂とのコンポジットから構成されている、請求項１または２に記載の複合繊維。
前記アパタイトが、フルオロアパタイト、クロロアパタイトおよびハイドロキシアパタイトからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項２または３に記載の複合繊維。
前記導電性材が導電性フィラーと樹脂とのコンポジットである、請求項１～４のいずれかに記載の複合繊維。
エレクトレットフィルタに用いられる、請求項１～５のいずれかに記載の複合繊維。
請求項１～６のいずれかに記載の複合繊維を含む、エレクトレットフィルタ。