機能性繊維、機能性繊維集合体、及びそれらからなる車両用部品
【課題】 刺激に応答して変形する機能を有する機能性繊維、機能性繊維集合体、及びそれらからなる車両用部品を提供する。
【解決手段】 高分子からなる繊維であって、側鎖および直鎖よりなる群から選ばれた少なくとも一つに液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする機能性繊維、かかる機能性繊維を利用した機能性繊維集合体、及びそれらを用いた車両用部品に関する。
【解決手段】 高分子からなる繊維であって、側鎖および直鎖よりなる群から選ばれた少なくとも一つに液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする機能性繊維、かかる機能性繊維を利用した機能性繊維集合体、及びそれらを用いた車両用部品に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモーターや油圧式、空気圧式アクチュエータのように、電気や他の入力エネルギーを機械的エネルギーに変換して駆動することのできる成分を含み、その駆動の結果、繊維から液体・気体などの溶媒・溶質の流出を伴わずに、すばやく見かけ上の長さ・径の変化をもたらすことができる機能性繊維、機能性繊維集合体、およびこのような繊維、集合体を用いた車両用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に用いられている機械式の駆動源として、モーター、油圧・空気圧式アクチュエータなどがある。これらは概ね金属からなるものが多く、質量、スペースを大きくとり、また必要な動力源としても多大なエネルギーを必要とするものが多い。
【０００３】
これらに鑑み、軽量・省スペースで得られる有機材料を用いたアクチュエータの例として、特許文献１に記載の導電性高分子は、電気化学的な酸化還元反応を用い、有機材料の伸縮を上記課題に適用しようとしてなされたものである。しかしながら、得られる形状の具体例は、フィルム状で、伸縮方向も長手方向の一例しか示されていなく、体積変化を伴わない。
【０００４】
体積変化するものの例としては、ゲルと溶媒との組合せによる特許文献２が挙げられる。しかし、この組み合わせは、ゲルからなる骨格内から電気刺激により溶媒を絞り出すことで、骨格材料の変形を導き出すため、変形速度も非常に緩やかであり、そもそも溶媒中で駆動していたゲルアクチュエータを空気中で駆動させるために、溶媒槽ごとにシステムとして抱えることになり、電解液漏れや、電気分解による性能低下が起こる可能性を十分に秘めている。
【特許文献１】特開２００４−１６２０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、上記の問題点に鑑み、これらの材料を繊維として得ることにより、空気中で、迅速に大きな変位で動かすことのできる機能性繊維を得ることを課題としている。
【０００６】
本発明は、従来の有機アクチュエータにおける上記課題に着目してなされたものであって、軽量化、省スペース化が可能であると共に、入力エネルギーを機械的な出力に変換し駆動させる刺激応答機能を、自動車などの内装材部品に付加し提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、高分子からなる繊維であって、側鎖および直鎖よりなる群から選ばれた少なくとも一つに液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする機能性繊維、に関する。
【発明の効果】
【０００８】
常温空気中で即時に刺激に応答して駆動が可能な機能性繊維、機能性繊維集合体を提供することができる。
【０００９】
これらの機能性繊維、機能性繊維集合体は、従来の繊維材、クッション材料と置き換えることにより、繊維製品、クッション製品に新たな機能を付与することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（温度刺激により伸縮可能な機能性繊維）
本発明に係わる機能性繊維は、高分子からなる繊維において、側鎖および／または直鎖の中に液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする。
【００１１】
一般的な繊維材料においては、図１に示すように、均一な材料でできているものや、断面で見て芯鞘構造のようなもの（図２）、サイドバイサイド構造のようなもの（図３）、海島（多芯）構造のようなもの（図４）、断面が円形ではない変形断面形状（図５、６）、中空構造（図７）などがある。これらは繊維の機能化の一つの手段として、繊維自体が自然によじれた形状にして風合いを変え、繊維表面積を大きくして軽量化・断熱性を狙うなどに用いられる。
【００１２】
これらの一般的な繊維の材料には、主に高分子が用いられ、その例としては、ナイロン６，ナイロン６６などのポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどを単独あるいは混合して用いることもできる。この他、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリル酸エチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルホルマール、エポキシ、フェノール、ユリア、またはシリコンなども挙げられる。
【００１３】
本発明の意図するところは、これらのような一般的な繊維の静的特性を変化させるための工夫ではなく、刺激により応答して変形するなどの動的な特性を狙い、繊維の構造の工夫と材料の工夫を組合せることによって、上記機能を実現するところにある。
【００１４】
従って、繊維を所望の方向に変形させるために、側鎖および／または直鎖の中に液晶性を持つ基を含む材料を含む機能性繊維とすることが行なわれる。これは、液晶性の基を持つ材料が含まれることにより、温度や電気刺激に応じて、収縮、変形などの刺激に応答して変形する機能を示すことができる。
【００１５】
液晶性を持つ基を含む材料とは、液晶としての機能を備える基を側鎖及び／又は直鎖に含む高分子であれば特に制限はされることはない。
【００１６】
この場合に、繊維全体が、側鎖および／または直鎖の中に液晶性の基を持つ材料から形成されているときに、変位量を一番大きく取れることになる。一方、他の高分子成分とブレンドされていたり、積層されたりしていても、刺激に応答して変形する機能は発現される。このときのブレンド比（質量）は、「一般の高分子」：「液晶性を持つ基を含む材料」で、おおよそ、０〜５：１程度で、刺激に応答し変形する機能を発現することができる。積層体では、もちろん積層していなくてもかかる機能を発現でき、また、一般の高分子の積層量によって、変位方向などの変化が起きるので、特に範囲は限定されない。積層されることにより、動きが阻害される面が発生し、それにより、繊維形状としてマクロに見た場合には、ある方向に曲がって駆動することになる。
【００１７】
本発明でいう繊維とは、溶融紡糸や湿式紡糸、エレクトロスピニングなどの方法で紡糸された繊維のことをいい、フィルム切り出しなど、スリットしたものは含まない。このときの繊維の直径や幅は、１本あたり概ね数μｍから数百μｍ程度のものであって、織物、編物を形成する上で、織り、編み易さ、織り、編んだ後の織り布、編物としての柔らかさ、生地としての扱い易さなどからこの範囲が好ましい。太さが数ｍｍに及ぶものでは、本発明のような機能を持つチューブ状のものも見受けられるが、これらの原理や製品を、編物、織物などに用いることができない。そのため、この大きさのものを用いるのが許されるのであれば、エネルギー効率などの点からも、他のアクチュエータを用いるのが好適となる。本発明の機能性繊維は、従来は難しかった編物、織物などにも、刺激に応答して変形する機能を付与できる。もちろん、数ｍｍの太さでは用いることができないような細い空間での駆動も、本発明では可能である。
【００１８】
本発明で繊維の形態をとることのメリットは、この繊維中に含まれる液晶性を持つ基が、繊維形状をとることにより、より配向することによる。配向が強くなることで、温度、電気などの刺激を与えた時の変位量が大きくなるからである。
【００１９】
これは、フィルム形状のものと異なり、繊維化の工程中では、１軸方向の延伸が繊維にかかる（図８）ので、液晶性の基がフィルムより強い配向を取る。具体的には、液晶の配向の度合いを示すオーダーパラメーターで、フィルムの延伸では、０．２〜０．３程度の値を示すが、繊維では、０．５〜０．６と高い値を示す。
【００２０】
本発明では、これらの機能性繊維が、従来の材料では成し得なかった溶媒の放出を伴わない変形をくり返し可逆的に行うことを可能とした。この原理を以下に説明する。
【００２１】
温度刺激の場合、液晶性の基の等方相転移温度（ＮＩ点）を境に、形状の変化が起こる。機能性繊維内で、ＮＩ点以下の温度では液晶分子が異方的配列している状態で、それに伴って繊維も異方的な延伸を受けることになり、繊維形状を維持している。（図９参照）。等方相温度以上では、液晶分子はランダム配向状態になるので、高分子骨格を張る力が働かず、高分子の弾性によって相対的に縮んだ状態となり、結果として繊維が太く、短くなる。液晶性の基の配向方向が、繊維の長手方向に液晶分子の長手方向が配列しているので、縮む挙動となる。この時の変形量は、液晶性の基の配列度合い（オーダーパラメーター）に依存する。
【００２２】
次により好適な実施の形態として、機能性繊維の該材料中に該材料よりも分子量の低い分子量を有する液晶を含浸させることも、変位を大きくする上で好ましい。含浸させる低分子液晶として用いることのできる液晶の例としては、特に限定されるものではないが、ネマチック−アイソトロピック転移温度（ＮＩ点）が常温域に含まれるように考慮して選定されることが好ましい。この温度域とすることで、温度変化によって、体積変化などの機能を発現することが可能である。
【００２３】
また、一般にベンゼン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環などの他、ピリミジン環、ジオキサン環、ピリジン環などのヘテロ環などの環状化合物を２〜４つを結んだもの、また、その結合部には、メソゲン基と呼ばれるエステル結合、アセチレン結合（エチニレン基）、エタン結合（エチレン基）、エチレン結合（エテニレン基）、アゾ結合などを用いたもの、末端基、側方置換基としては、シアノ基、フルオロ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基などを用いて結合したアゾキシ系、ビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、フェニルエステル系、シクロヘキサンカルボンサンフェニルエステル系、フェニルピリミジン系、またはフェニルジオキサン系などの液晶が用いられる。これらの液晶は単独でも用いられるが、実用上では、数種類を混合したものを用いる。電気刺激での駆動を考えた場合には、これらの液晶を用いることが好適である。
【００２４】
温度駆動を考えた場合には、これらの液晶単体、あるいは混合液晶は、常温で等方相を持つように調整する。単体で等方相を持つ例としては、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）、４−ヘキシル−４’−シアノビフェニル（６ＣＢ）、４−ヘキシル−４’−シアノフェニルピリジン、４−ヘキシル−４’−プロピルフェニルシクロヘキサン、４−メチル−４’−プロピルジシクロヘキサン、４−ヘキシル−４’−メトキシジシクロヘキサンなどが挙げられる。本発明では、これらの単体、混合物をさして液晶という。
【００２５】
これらの低分子液晶を含浸させることにより、この低分子液晶がトリガーとなり、繊維を構成する直鎖、側鎖の液晶性を持つ基をより動きやすくし、ひいては大きな変位を得ることができる。
【００２６】
繊維中に低分子液晶を含浸させる方法としては、あらかじめ高分子のモノマー中に液晶を混合、分散させておき、ポリマー化させる際に高分子鎖中に取り込ませる方法や、重合後、含浸により、繊維中に含ませる方法が挙げられる。あらかじめ紡糸した機能性繊維を液晶溶媒中に浸漬して、概ね１〜１０日程度、低分子液晶を含浸させる。液晶は一般的に不揮発性なので、これらの繊維中に留まる。ここで、繊維中に含ませる液晶の量は、機能性繊維の重量の数％から５０％程度が、実際に駆動が起きる、繊維強度を維持するなどの点で好ましいが、ここでは特に限定を行わない。
【００２７】
大きな変位を得る実施の形態としては、機能性繊維を構成する側鎖および／または直鎖の中に液晶性を持つ基を含む材料が、エラストマーを含むことが好ましい。ここでいうエラストマーとは、高分子鎖中に液晶性を示す骨格が直鎖、側鎖に含まれる液晶エラストマーのことをいう。（図１０〜１３）
本発明に適した液晶エラストマーは、基本的に、液晶分子の中心骨格であるメソゲン基が側鎖として高分子鎖に結合し、エラストマーの液晶相状態を生じるものが挙げられる。好適なエラストマーとして、ポリシロキサン類を用いることが、大きな変形を得る上で、より好適である。
【００２８】
この他には、室温においてガラス状態で存在するポリメタクリレート、ポリクロロアクリレートまたはポリスチレン誘導体や、室温において液晶状態で存在する好ましいエラストマーは、ポリアクリレート、ポリシロキサンまたはポリホスファゼンを含むもの、およびこれらからなるコポリマーが挙げられる。
【００２９】
また、好ましいメソゲン基はメソゲンユニットの長軸に、例えば１５個までの鎖構成員を有するアルキル、アルコキシおよびオキサアルキル基を含むものが挙げられる。
【００３０】
エラストマーは、高分子の通常の合成法と同様に、例えば、単純なランダム共重合、あるいは多官能性架橋剤分子とのランダムポリマー類似付加反応により合成される。
【００３１】
また、別の方法では、メソゲンモノマーを官能性コモノマーと共重合して液晶コポリマーを形成し、それを第二反応工程で架橋剤によりネットワーク構造に変える方法もある。
【００３２】
エラストマーに側鎖、直鎖で液晶骨格（メソゲン基）を含ませる量は、モル比で、骨格となる（エラストマー）：（液晶骨格）＝約１：１程度が、形状維持、駆動量を大きくできる点で好ましい。実際に駆動ができる範囲としては、１０：１程度から１：１０程度でも可能であるが、駆動できる量が小さくなったり、形状維持が難しくなったりする傾向にはある。
【００３３】
本発明の機能性繊維は、機能性繊維を含む雰囲気の温度を変化させることにより伸縮機能を発揮することができる。
【００３４】
（温度刺激により伸縮可能な機能性繊維集合体）
また、低分子液晶を含浸させる他の方法として、前記機能性繊維を集合体とし、該集合体に低分子液晶を含浸させることも好ましい。該集合体としては、たとえば、前記機能性繊維を束にすることにより得られる。機能性繊維の他に、使用目的を損なわない範囲において、他のエラストマーなどの繊維を加えてもよい。ここで、含浸は、該集合体を、低分子液晶を分散させた溶液に浸漬することにより行うことができる。浸漬時間は、低分子液晶の濃度、低分子液晶の含浸量を考慮し、適宜決定する。浸漬後、必要により、浸漬した該集合体を乾燥する。
【００３５】
機能性繊維を数十本から数千本の束（バンドル状）にすることで、繊維としての扱いも容易になる。このとき、撚りがかかることも構わない。
【００３６】
このように形成した繊維集合体中には、空隙が存在するため、その空隙に容易に低分子液晶を保持することが可能となる。ここで保持させた低分子液晶も、先述と同様に、変位を大きくすることに貢献する。
【００３７】
本発明の機能性繊維集合体は、機能性繊維集合体の雰囲気の温度を変化させることにより伸縮機能を発揮することができる。
【００３８】
（電気刺激により伸縮可能な機能性繊維）
次に、刺激に対する駆動の方法として、電気刺激の場合にも、温度刺激と同様に変形の挙動を引き起こせる。この場合には、機能性繊維に少なくとも一対の電極が設置される（図１４〜１６）ことがより好適である。
【００３９】
この様に一対の電極を設置し電圧印加することで、その電極間の液晶が配列する。これに伴い、先述の温度刺激の場合と同様に、機能性繊維の変形が起こる。あらかじめ、液晶性の基が配向された機能性繊維は、配向軸に対して垂直方向の両面に電極を設置することで、より液晶分子を大きく動かすことができ、変位も大きく取り出すことができる。
【００４０】
このとき印加する電圧は、通常、１〜１００Ｖ程度が好適であるが、繊維径が数μｍと細い場合には、数ｍＶから数百ｍＶでも駆動できる。また、逆に太い場合には、数ｋＶでも駆動させることは可能であるが、ここでは特に限定は行わない。
【００４１】
電極を設置する方法としては、一般的に用いられる導電体を塗布する方法や、蒸着する方法などを適宜用いることができる。
【００４２】
電極に用いる材料としては、導電性高分子がより好適である。これらの材料は、電極として用いた場合に、駆動源となる液晶性を示す基を持つ材料に追従した変形をすることができることから、本発明の電極に非常に好適である。
【００４３】
本発明で用いられる導電性高分子は、導電性を示す高分子であれば特に制限されることはないが、例えば、アセチレン系、複素５員環系（モンマーとして、ピロールの他、３−メチルピロール、３−エチルピロール、３−ドデシルピロールなどの３−アルキルピロール；３，４−ジメチルピロール、３−メチル−４−ドデシルピロールなどの３，４−ジアルキルピロール；Ｎ−メチルピロール、Ｎ−ドデシルピロールなどのＮ−アルキルピロール；Ｎ−メチル−３−メチルピロール、Ｎ−エチル−３−ドデシルピロールなどのＮ−アルキル−３−アルキルピロール；３−カルボキシピロールなどを重合して得られたピロール系高分子、チオフェン系高分子、イソチアナフテン系高分子など）、フェニレン系、アニリン系の各導電性高分子やこれらの共重合体などが挙げられる（図１７：アセチレン系導電性高分子、図１８：ピロール系導電性高分子、図１９：チオフェン系導電性高分子、図２０：フェニレン系導電性高分子、図２１：アニリン系導電性高分子）。
【００４４】
さらに導電性高分子において、その導電性にドーパントが劇的な効果をもたらす。ここで用いられるドーパントとしては、塩化物イオン、臭化物イオンなどのハロゲン化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロ硼酸イオン、六フッ化ヒ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、六フッ化ケイ酸イオン、燐酸イオン、フェニル燐酸イオン、六フッ化燐酸イオンなどの燐酸系イオン、トリフルオロ酢酸イオン、トシレートイオン、エチルベンゼンスルホン酸イオン、ドデシルベンゼンスルホン酸イオンなどのアルキルベンゼンスルホン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、エチルスルホン酸イオンなどのアルキルスルホン酸イオン、ポリアクリル酸イオン、ポリビニルスルホン酸イオン、ポリスチレンスルホン酸イオン、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）イオンなどの高分子イオンのうち、少なくとも一種のイオンが使用される。ドーパントの添加量は、導電性に効果を与える量であれば特に制限はされないが、通常、導電性高分子１００質量部に対し、３〜５０質量部、好ましくは１０〜３０質量部の範囲にある。
【００４５】
電極を設置する位置の実施の形態としては、機能性繊維の長手方向の両端に設置されていることが好ましい。（図１４）
機能性繊維の両端に電極を設置することで、長手方向の変形を起こすことが容易になる。さらに、液晶性を持つ基として負の誘電率異方性を持つ基を用いた場合には、より大きな変形をさせることができる。
【００４６】
また、電極を、繊維の長手方向に連続して設置することも好ましく、この場合にも変形は起こる。特に誘電率異方性が正の液晶性を持つ基を用いている場合には、より大きな変形が起こる。（図１５、１６）
このときの繊維の長手方向に対して垂直な断面形状として、３層以上からなる積層型であることが、変形を起こす上ではより好ましい。（図１５）一方、その断面形状を、多芯海島型とすることも好適であり、繊維の硬さや表面性状に応じて、種々の断面形状を選定することが可能である。（図１６）この他にも、上記断面形状に含まれる例として、図２８（その他の断面形状の例：積層型（電極が液晶性を持つ基を含む材料から剥き出しになっているもの））、２９（その他の断面形状の例：多芯海島型：電極が液晶性を持つ基を含む材料から剥き出しになっていないもの））に記載した。
【００４７】
本発明の少なくとも一対の電極を有する機能性繊維は、該電極に電気を印加することにより伸縮機能を発揮することができる。
【００４８】
（電気刺激により伸縮可能な機能性繊維集合体）
機能性繊維集合体は、たとえば、前記機能性繊維を束にすることにより得られる。機能性繊維の他に、使用目的を損なわない範囲において、他のエラストマーなどの繊維を加えてもよい。
【００４９】
また、該集合体に低分子液晶を含浸させることも好ましい。ここで、含浸は、該集合体を、低分子液晶を分散させた溶液に浸漬することにより行うことができる。浸漬時間は、低分子液晶の濃度、低分子液晶の含浸量を考慮し、適宜決定する。浸漬後、必要により、浸漬した該集合体を乾燥する。機能性繊維を数十本から数千本の束（バンドル状）にすることで、繊維としての扱いも容易になる。このとき、撚りがかかることも構わない。このように形成した繊維集合体中には、空隙が存在するため、その空隙に容易に低分子液晶を保持することが可能となる。ここで保持させた低分子液晶も、変位を大きくすることに貢献する。
【００５０】
機能性繊維集合体に、少なくとも一対の電極が設置されていることが好ましい。また、前記電極は、機能性繊維集合体の長手方向の両端に設置されることが好ましい。電極の設置は、上記電気刺激により伸縮可能な機能性繊維を用いることにより達成される。
【００５１】
前記電極は、導電性高分子からなることが好ましい。該導電性高分子としては、上記電気刺激により伸縮可能な機能性繊維で説明した材料を用いることができる。
【００５２】
機能性繊維集合体を形成する際に、その原料材料として用いる機能性繊維の断面形状が、３層以上からなる積層型であることが好ましい。また、機能性繊維の断面形状が、多芯海島型であることが好ましい。断面形状は、上記電気刺激により伸縮可能な機能性繊維を用いることにより達成される。
【００５３】
本発明の少なくとも一対の電極を有する機能性繊維集合体は、該電極に電気を印加することにより伸縮機能を発揮することができる。
【００５４】
（車両用部品）
このようにして得られた機能性繊維、及び／又は機能性繊維集合体を、車両の内装材に用いられる表皮材料、又はクッション材料と置換することで、乗員の座り心地や、クッションの動きによる乗り心地の改善、車両から乗員へ信号を伝達する手段などに用いるのは、先述の課題を解決する手段の中では、従来持たない機能を付与する技術であるために、新たなスペースや質量の増加を伴わず、大変好適である。
【００５５】
機能性繊維、及び／又は機能性繊維集合体を車両に用いる際には、図２２に示すように、機能性繊維、機能性繊維集合体の長手方向の変形をダイレクトに厚さの変形として使用する場合の設置方法、図２３に示すようなフレーム間に、機能性繊維、機能性繊維集合体を橋渡しし、収縮により持ち上げる設置方法などが挙げられる。機能性繊維、機能性繊維集合体をこのような変形を持つ編物、織物とすることで、車両に容易に用いることができるようになる。
【００５６】
例えば、機能性繊維、機能性繊維集合体で形成したこれらの編物、織物を、車両のシートクッションに使用した場合の図を、図２４、２５に示す。図２４では、乗員１名ごとのシートの場合、乗員の体格などに合わせて、シート座面の上昇や下降を、メカニカルな機構を持たずに行うことができる。同様に図２５では、多人数用のシートの場合、乗車人数に合わせて、適度なホールド感を得るために、座面の必要な部分だけ凹ませたり、膨らませたりさせることができる。両例ともにメカニカルな機構を持たないため、本発明による機構を追加しても、大きな質量増を招かず、燃費の悪化を防ぐことができる。
【実施例】
【００５７】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００５８】
（実施例１）
機能性繊維を形成する高分子として、ポリ（メチルハイドロジェンシロキサン）（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒｏｇｅｎｓｉｌｏｘａｎｅ））、側鎖の液晶性を示す基として、（４−ブタ−３−エニロキシ安息香酸４−メトキシフェニルエステル）（４−ｂｕｔ−３−ｅｎｙｌｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌ ｅｓｔｅｒ）、直鎖成分として、（１−（４−ヒドロキシ−４’−ビフェニル）−２−[４−（１０−ウンデセニロキシ）フェニル]ブタン）（１−（４−ｈｙｄｒｏｘｙ−４‘−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−２−［４−（１０−ｕｎｄｅｃｅｎｙｌｏｘｙ）ｐｈｅｎｙｌ］ｂｕｔａｎｅ）を用い、５０℃環境下で緩やかに、架橋を行いながら、直径１ｍｍの口金から、吐出量２．４ｃｍ３／ｍｉｎ．で押し出し、巻き取り速度１０００ｍ／ｍｉｎ．で巻き取った。でき上がった機能性繊維の直径は、２８μｍとなった。
【００５９】
この機能性繊維を長さ１０ｃｍに切り、恒温槽中で２０℃から５０℃まで、昇温速度２℃／分で温度変化をさせると、液晶の等方相転移温度である３５℃付近を境に、低温側で伸びた状態、高温側で縮んだ状態を示した（図３０参照）。このとき低温側を基準にすると、３６℃のときに７．０ｃｍ程度縮んだ状態になった。環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。
【００６０】
（実施例２）
実施例１の機能性繊維を長さ１０ｃｍに切り出し、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）中に１０日間浸漬し、含浸させた。含浸前に０．２ｍｇであった質量は、０．３ｍｇとなった。
【００６１】
この機能性繊維は、液晶の等方相転移温度である３５℃付近を境に、低温側で伸びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、７．３ｃｍ程度縮んだ。環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。
【００６２】
（実施例３）
実施例１の機能性繊維を長さ１０ｃｍに切り出したものを、１０００本程度（質量で２００ｍｇ）を捩ることで束ね、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）中に１０日間浸漬し、含浸させた。含浸前に２００ｍｇであった質量は、３２０ｍｇとなった。
【００６３】
この機能性繊維集合体は、液晶の等方相転移温度である３５℃付近を境に、低温側で伸びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、７．３ｃｍ程度縮んだ。環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。
【００６４】
（実施例４）
実施例１と機能性繊維を長さ５ｍｍに切り出し、これの両端１ｍｍずつに電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。
【００６５】
この機能性繊維に２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、電極間の距離が０．２ｍｍ程度伸びる様子が観察された。電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された。
【００６６】
（実施例５）
直径５μｍの導電性高分子（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）からなる繊維２本を、実施例１の口金からの吐出後の工程（口金からの距離でおよそ５０ｃｍ）で積層し、合わせて１０００ｍ／ｍｉｎ．で巻き取った。得られた機能性繊維の断面は積層構造となり、直径は３０μｍとなった。ここで、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリ４−スチレンサルフォネート（ＰＳＳ）をドープして得られたものである。
【００６７】
この機能性繊維を１０ｃｍ切り出し、これの両端１ｍｍずつに電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、繊維の長さが４ｍｍ程度縮む様子が観察された。電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された。
【００６８】
（実施例６）
直径５μｍの導電性高分子（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）からなる繊維２本を、実施例１の口金からの吐出前の工程で挿入し、合わせて１０００ｍ／ｍｉｎ．で巻き取った。得られた機能性繊維の断面は海島構造となり、直径３０μｍとなった。
【００６９】
この機能性繊維を１０ｃｍ切り出し、これの両端１ｍｍずつに電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、繊維の長さが３ｍｍ程度縮む様子が観察された。電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された。
【００７０】
（比較例１）
一般のポリエステル短繊維（カネボウ合繊製、直径３０μｍ）を１０ｃｍに切り出し、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。この繊維に２５℃の環境下で１０Ｖの直流電圧を印加したが、電極間の距離の変化は見られなかった。
【００７１】
また、このサンプルを環境温度５℃〜８０℃まで変化させ、変位を測定していたが変化は見られなかった。
【００７２】
〔評価試験〕変位量試験
実施例１〜６、および比較例１によって得られた機能性繊維、機能性繊維集合体、従来品に対して、レーザー変位計（キーエンス製ＬＢ−５０００）を用いて、恒温槽中で温度条件を適宜設定して評価した。（図２６：評価方法の平面図、２７：評価方法の側面図）図２６及び図２７において、試料７０を架台７１の上に載置し、試料７０の下端部７２を固定し、上端部７３をフリーとし、電源７４から上端部７３及び下端部７２に電圧を印加し、長手方向の変位を測定する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の単一成分からなる繊維の形状例を示す模式図である。
【図２】従来の芯鞘型繊維の形状例を示す模式図である。
【図３】従来のサイドバイサイド型繊維の形状例を示す模式図である。
【図４】従来の海島型繊維の形状例を示す模式図である。
【図５】従来の異型（三角）断面繊維の形状例を示す模式図である。
【図６】従来の異型（星形）断面繊維の形状例を示す模式図である。
【図７】従来の中空繊維の形状例を示す模式図である。
【図８】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基を配向させたことを示す断面模式図である。
【図９】本発明に係わる機能性繊維に、温度刺激を与えた場合の液晶性を示す基の配向変化を示す断面模式図である。
【図１０】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基が、高分子鎖中の側鎖に含まれる例を示す断面模式図である。
【図１１】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基が、高分子鎖中の直鎖に含まれる例を示す断面模式図である。
【図１２】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基が、高分子鎖中の側鎖と直鎖に含まれる例を示す断面模式図である。
【図１３】本発明に係わる機能性繊維に、低分子液晶が含浸されている例を示す断面模式図である。
【図１４】本発明に係わる機能性繊維に電極を設置した例を示す模式図である。
【図１５】本発明に係わる機能性繊維に電極を設置した例を示す模式図である。
【図１６】本発明に係わる機能性繊維に電極を設置した例を示す模式図である。
【図１７】アセチレン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図１８】ピロール系導電性高分子の化学式の一例である。
【図１９】チオフェン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図２０】フェニレン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図２１】アニリン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図２２】本発明に係わる機能性繊維の長手方向の変形を厚さの変形に用いた例を示す模式図である。
【図２３】本発明に係わる機能性繊維の長手方向の変形を持ち上げる変形に用いた例を示す模式図である。
【図２４】本発明に係わる車両用部品の模式図である。
【図２５】本発明に係わる車両用部品の模式図である。
【図２６】本発明に係わる評価方法を示す模式図である。
【図２７】本発明に係わる評価方法を示す模式図である。
【図２８】繊維の断面形状の例を示す模式図である。
【図２９】繊維の断面形状の例を示す模式図である。
【図３０】実施例１の昇温時の変形温度を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 従来品の繊維
２ａ 芯鞘繊維の鞘成分
２ｂ 芯鞘繊維の芯成分
３ａ サイドバイサイド型繊維の１成分
３ｂ サイドバイサイド型繊維の３ａと異なる材料からなる成分
４ａ 海島型繊維の海成分
４ｂ 海島型繊維の島成分
５ａ 中空繊維の繊維成分
５ｂ 中空繊維の中空部
１０ 機能性繊維
１１ 高分子鎖
１２ 側鎖に設置された液晶性を示す基
１３ 直鎖に設置された液晶性を示す基
１４ 低分子液晶
１５ 液晶性を示す基を含む材料からなる層
１６ 一般の樹脂からなる層
２０ 機能性繊維に設置された電極
３０ 機能性繊維の電極に通電する電線
４０ 基布
５０ フレーム
６０ 乗員１名用シート
６１ シート座面
６２ ベンチシート
６３ 乗員。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモーターや油圧式、空気圧式アクチュエータのように、電気や他の入力エネルギーを機械的エネルギーに変換して駆動することのできる成分を含み、その駆動の結果、繊維から液体・気体などの溶媒・溶質の流出を伴わずに、すばやく見かけ上の長さ・径の変化をもたらすことができる機能性繊維、機能性繊維集合体、およびこのような繊維、集合体を用いた車両用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に用いられている機械式の駆動源として、モーター、油圧・空気圧式アクチュエータなどがある。これらは概ね金属からなるものが多く、質量、スペースを大きくとり、また必要な動力源としても多大なエネルギーを必要とするものが多い。
【０００３】
これらに鑑み、軽量・省スペースで得られる有機材料を用いたアクチュエータの例として、特許文献１に記載の導電性高分子は、電気化学的な酸化還元反応を用い、有機材料の伸縮を上記課題に適用しようとしてなされたものである。しかしながら、得られる形状の具体例は、フィルム状で、伸縮方向も長手方向の一例しか示されていなく、体積変化を伴わない。
【０００４】
体積変化するものの例としては、ゲルと溶媒との組合せによる特許文献２が挙げられる。しかし、この組み合わせは、ゲルからなる骨格内から電気刺激により溶媒を絞り出すことで、骨格材料の変形を導き出すため、変形速度も非常に緩やかであり、そもそも溶媒中で駆動していたゲルアクチュエータを空気中で駆動させるために、溶媒槽ごとにシステムとして抱えることになり、電解液漏れや、電気分解による性能低下が起こる可能性を十分に秘めている。
【特許文献１】特開２００４−１６２０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、上記の問題点に鑑み、これらの材料を繊維として得ることにより、空気中で、迅速に大きな変位で動かすことのできる機能性繊維を得ることを課題としている。
【０００６】
本発明は、従来の有機アクチュエータにおける上記課題に着目してなされたものであって、軽量化、省スペース化が可能であると共に、入力エネルギーを機械的な出力に変換し駆動させる刺激応答機能を、自動車などの内装材部品に付加し提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、高分子からなる繊維であって、側鎖および直鎖よりなる群から選ばれた少なくとも一つに液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする機能性繊維、に関する。
【発明の効果】
【０００８】
常温空気中で即時に刺激に応答して駆動が可能な機能性繊維、機能性繊維集合体を提供することができる。
【０００９】
これらの機能性繊維、機能性繊維集合体は、従来の繊維材、クッション材料と置き換えることにより、繊維製品、クッション製品に新たな機能を付与することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（温度刺激により伸縮可能な機能性繊維）
本発明に係わる機能性繊維は、高分子からなる繊維において、側鎖および／または直鎖の中に液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする。
【００１１】
一般的な繊維材料においては、図１に示すように、均一な材料でできているものや、断面で見て芯鞘構造のようなもの（図２）、サイドバイサイド構造のようなもの（図３）、海島（多芯）構造のようなもの（図４）、断面が円形ではない変形断面形状（図５、６）、中空構造（図７）などがある。これらは繊維の機能化の一つの手段として、繊維自体が自然によじれた形状にして風合いを変え、繊維表面積を大きくして軽量化・断熱性を狙うなどに用いられる。
【００１２】
これらの一般的な繊維の材料には、主に高分子が用いられ、その例としては、ナイロン６，ナイロン６６などのポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどを単独あるいは混合して用いることもできる。この他、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリル酸エチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルホルマール、エポキシ、フェノール、ユリア、またはシリコンなども挙げられる。
【００１３】
本発明の意図するところは、これらのような一般的な繊維の静的特性を変化させるための工夫ではなく、刺激により応答して変形するなどの動的な特性を狙い、繊維の構造の工夫と材料の工夫を組合せることによって、上記機能を実現するところにある。
【００１４】
従って、繊維を所望の方向に変形させるために、側鎖および／または直鎖の中に液晶性を持つ基を含む材料を含む機能性繊維とすることが行なわれる。これは、液晶性の基を持つ材料が含まれることにより、温度や電気刺激に応じて、収縮、変形などの刺激に応答して変形する機能を示すことができる。
【００１５】
液晶性を持つ基を含む材料とは、液晶としての機能を備える基を側鎖及び／又は直鎖に含む高分子であれば特に制限はされることはない。
【００１６】
この場合に、繊維全体が、側鎖および／または直鎖の中に液晶性の基を持つ材料から形成されているときに、変位量を一番大きく取れることになる。一方、他の高分子成分とブレンドされていたり、積層されたりしていても、刺激に応答して変形する機能は発現される。このときのブレンド比（質量）は、「一般の高分子」：「液晶性を持つ基を含む材料」で、おおよそ、０〜５：１程度で、刺激に応答し変形する機能を発現することができる。積層体では、もちろん積層していなくてもかかる機能を発現でき、また、一般の高分子の積層量によって、変位方向などの変化が起きるので、特に範囲は限定されない。積層されることにより、動きが阻害される面が発生し、それにより、繊維形状としてマクロに見た場合には、ある方向に曲がって駆動することになる。
【００１７】
本発明でいう繊維とは、溶融紡糸や湿式紡糸、エレクトロスピニングなどの方法で紡糸された繊維のことをいい、フィルム切り出しなど、スリットしたものは含まない。このときの繊維の直径や幅は、１本あたり概ね数μｍから数百μｍ程度のものであって、織物、編物を形成する上で、織り、編み易さ、織り、編んだ後の織り布、編物としての柔らかさ、生地としての扱い易さなどからこの範囲が好ましい。太さが数ｍｍに及ぶものでは、本発明のような機能を持つチューブ状のものも見受けられるが、これらの原理や製品を、編物、織物などに用いることができない。そのため、この大きさのものを用いるのが許されるのであれば、エネルギー効率などの点からも、他のアクチュエータを用いるのが好適となる。本発明の機能性繊維は、従来は難しかった編物、織物などにも、刺激に応答して変形する機能を付与できる。もちろん、数ｍｍの太さでは用いることができないような細い空間での駆動も、本発明では可能である。
【００１８】
本発明で繊維の形態をとることのメリットは、この繊維中に含まれる液晶性を持つ基が、繊維形状をとることにより、より配向することによる。配向が強くなることで、温度、電気などの刺激を与えた時の変位量が大きくなるからである。
【００１９】
これは、フィルム形状のものと異なり、繊維化の工程中では、１軸方向の延伸が繊維にかかる（図８）ので、液晶性の基がフィルムより強い配向を取る。具体的には、液晶の配向の度合いを示すオーダーパラメーターで、フィルムの延伸では、０．２〜０．３程度の値を示すが、繊維では、０．５〜０．６と高い値を示す。
【００２０】
本発明では、これらの機能性繊維が、従来の材料では成し得なかった溶媒の放出を伴わない変形をくり返し可逆的に行うことを可能とした。この原理を以下に説明する。
【００２１】
温度刺激の場合、液晶性の基の等方相転移温度（ＮＩ点）を境に、形状の変化が起こる。機能性繊維内で、ＮＩ点以下の温度では液晶分子が異方的配列している状態で、それに伴って繊維も異方的な延伸を受けることになり、繊維形状を維持している。（図９参照）。等方相温度以上では、液晶分子はランダム配向状態になるので、高分子骨格を張る力が働かず、高分子の弾性によって相対的に縮んだ状態となり、結果として繊維が太く、短くなる。液晶性の基の配向方向が、繊維の長手方向に液晶分子の長手方向が配列しているので、縮む挙動となる。この時の変形量は、液晶性の基の配列度合い（オーダーパラメーター）に依存する。
【００２２】
次により好適な実施の形態として、機能性繊維の該材料中に該材料よりも分子量の低い分子量を有する液晶を含浸させることも、変位を大きくする上で好ましい。含浸させる低分子液晶として用いることのできる液晶の例としては、特に限定されるものではないが、ネマチック−アイソトロピック転移温度（ＮＩ点）が常温域に含まれるように考慮して選定されることが好ましい。この温度域とすることで、温度変化によって、体積変化などの機能を発現することが可能である。
【００２３】
また、一般にベンゼン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環などの他、ピリミジン環、ジオキサン環、ピリジン環などのヘテロ環などの環状化合物を２〜４つを結んだもの、また、その結合部には、メソゲン基と呼ばれるエステル結合、アセチレン結合（エチニレン基）、エタン結合（エチレン基）、エチレン結合（エテニレン基）、アゾ結合などを用いたもの、末端基、側方置換基としては、シアノ基、フルオロ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基などを用いて結合したアゾキシ系、ビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、フェニルエステル系、シクロヘキサンカルボンサンフェニルエステル系、フェニルピリミジン系、またはフェニルジオキサン系などの液晶が用いられる。これらの液晶は単独でも用いられるが、実用上では、数種類を混合したものを用いる。電気刺激での駆動を考えた場合には、これらの液晶を用いることが好適である。
【００２４】
温度駆動を考えた場合には、これらの液晶単体、あるいは混合液晶は、常温で等方相を持つように調整する。単体で等方相を持つ例としては、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）、４−ヘキシル−４’−シアノビフェニル（６ＣＢ）、４−ヘキシル−４’−シアノフェニルピリジン、４−ヘキシル−４’−プロピルフェニルシクロヘキサン、４−メチル−４’−プロピルジシクロヘキサン、４−ヘキシル−４’−メトキシジシクロヘキサンなどが挙げられる。本発明では、これらの単体、混合物をさして液晶という。
【００２５】
これらの低分子液晶を含浸させることにより、この低分子液晶がトリガーとなり、繊維を構成する直鎖、側鎖の液晶性を持つ基をより動きやすくし、ひいては大きな変位を得ることができる。
【００２６】
繊維中に低分子液晶を含浸させる方法としては、あらかじめ高分子のモノマー中に液晶を混合、分散させておき、ポリマー化させる際に高分子鎖中に取り込ませる方法や、重合後、含浸により、繊維中に含ませる方法が挙げられる。あらかじめ紡糸した機能性繊維を液晶溶媒中に浸漬して、概ね１〜１０日程度、低分子液晶を含浸させる。液晶は一般的に不揮発性なので、これらの繊維中に留まる。ここで、繊維中に含ませる液晶の量は、機能性繊維の重量の数％から５０％程度が、実際に駆動が起きる、繊維強度を維持するなどの点で好ましいが、ここでは特に限定を行わない。
【００２７】
大きな変位を得る実施の形態としては、機能性繊維を構成する側鎖および／または直鎖の中に液晶性を持つ基を含む材料が、エラストマーを含むことが好ましい。ここでいうエラストマーとは、高分子鎖中に液晶性を示す骨格が直鎖、側鎖に含まれる液晶エラストマーのことをいう。（図１０〜１３）
本発明に適した液晶エラストマーは、基本的に、液晶分子の中心骨格であるメソゲン基が側鎖として高分子鎖に結合し、エラストマーの液晶相状態を生じるものが挙げられる。好適なエラストマーとして、ポリシロキサン類を用いることが、大きな変形を得る上で、より好適である。
【００２８】
この他には、室温においてガラス状態で存在するポリメタクリレート、ポリクロロアクリレートまたはポリスチレン誘導体や、室温において液晶状態で存在する好ましいエラストマーは、ポリアクリレート、ポリシロキサンまたはポリホスファゼンを含むもの、およびこれらからなるコポリマーが挙げられる。
【００２９】
また、好ましいメソゲン基はメソゲンユニットの長軸に、例えば１５個までの鎖構成員を有するアルキル、アルコキシおよびオキサアルキル基を含むものが挙げられる。
【００３０】
エラストマーは、高分子の通常の合成法と同様に、例えば、単純なランダム共重合、あるいは多官能性架橋剤分子とのランダムポリマー類似付加反応により合成される。
【００３１】
また、別の方法では、メソゲンモノマーを官能性コモノマーと共重合して液晶コポリマーを形成し、それを第二反応工程で架橋剤によりネットワーク構造に変える方法もある。
【００３２】
エラストマーに側鎖、直鎖で液晶骨格（メソゲン基）を含ませる量は、モル比で、骨格となる（エラストマー）：（液晶骨格）＝約１：１程度が、形状維持、駆動量を大きくできる点で好ましい。実際に駆動ができる範囲としては、１０：１程度から１：１０程度でも可能であるが、駆動できる量が小さくなったり、形状維持が難しくなったりする傾向にはある。
【００３３】
本発明の機能性繊維は、機能性繊維を含む雰囲気の温度を変化させることにより伸縮機能を発揮することができる。
【００３４】
（温度刺激により伸縮可能な機能性繊維集合体）
また、低分子液晶を含浸させる他の方法として、前記機能性繊維を集合体とし、該集合体に低分子液晶を含浸させることも好ましい。該集合体としては、たとえば、前記機能性繊維を束にすることにより得られる。機能性繊維の他に、使用目的を損なわない範囲において、他のエラストマーなどの繊維を加えてもよい。ここで、含浸は、該集合体を、低分子液晶を分散させた溶液に浸漬することにより行うことができる。浸漬時間は、低分子液晶の濃度、低分子液晶の含浸量を考慮し、適宜決定する。浸漬後、必要により、浸漬した該集合体を乾燥する。
【００３５】
機能性繊維を数十本から数千本の束（バンドル状）にすることで、繊維としての扱いも容易になる。このとき、撚りがかかることも構わない。
【００３６】
このように形成した繊維集合体中には、空隙が存在するため、その空隙に容易に低分子液晶を保持することが可能となる。ここで保持させた低分子液晶も、先述と同様に、変位を大きくすることに貢献する。
【００３７】
本発明の機能性繊維集合体は、機能性繊維集合体の雰囲気の温度を変化させることにより伸縮機能を発揮することができる。
【００３８】
（電気刺激により伸縮可能な機能性繊維）
次に、刺激に対する駆動の方法として、電気刺激の場合にも、温度刺激と同様に変形の挙動を引き起こせる。この場合には、機能性繊維に少なくとも一対の電極が設置される（図１４〜１６）ことがより好適である。
【００３９】
この様に一対の電極を設置し電圧印加することで、その電極間の液晶が配列する。これに伴い、先述の温度刺激の場合と同様に、機能性繊維の変形が起こる。あらかじめ、液晶性の基が配向された機能性繊維は、配向軸に対して垂直方向の両面に電極を設置することで、より液晶分子を大きく動かすことができ、変位も大きく取り出すことができる。
【００４０】
このとき印加する電圧は、通常、１〜１００Ｖ程度が好適であるが、繊維径が数μｍと細い場合には、数ｍＶから数百ｍＶでも駆動できる。また、逆に太い場合には、数ｋＶでも駆動させることは可能であるが、ここでは特に限定は行わない。
【００４１】
電極を設置する方法としては、一般的に用いられる導電体を塗布する方法や、蒸着する方法などを適宜用いることができる。
【００４２】
電極に用いる材料としては、導電性高分子がより好適である。これらの材料は、電極として用いた場合に、駆動源となる液晶性を示す基を持つ材料に追従した変形をすることができることから、本発明の電極に非常に好適である。
【００４３】
本発明で用いられる導電性高分子は、導電性を示す高分子であれば特に制限されることはないが、例えば、アセチレン系、複素５員環系（モンマーとして、ピロールの他、３−メチルピロール、３−エチルピロール、３−ドデシルピロールなどの３−アルキルピロール；３，４−ジメチルピロール、３−メチル−４−ドデシルピロールなどの３，４−ジアルキルピロール；Ｎ−メチルピロール、Ｎ−ドデシルピロールなどのＮ−アルキルピロール；Ｎ−メチル−３−メチルピロール、Ｎ−エチル−３−ドデシルピロールなどのＮ−アルキル−３−アルキルピロール；３−カルボキシピロールなどを重合して得られたピロール系高分子、チオフェン系高分子、イソチアナフテン系高分子など）、フェニレン系、アニリン系の各導電性高分子やこれらの共重合体などが挙げられる（図１７：アセチレン系導電性高分子、図１８：ピロール系導電性高分子、図１９：チオフェン系導電性高分子、図２０：フェニレン系導電性高分子、図２１：アニリン系導電性高分子）。
【００４４】
さらに導電性高分子において、その導電性にドーパントが劇的な効果をもたらす。ここで用いられるドーパントとしては、塩化物イオン、臭化物イオンなどのハロゲン化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロ硼酸イオン、六フッ化ヒ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、六フッ化ケイ酸イオン、燐酸イオン、フェニル燐酸イオン、六フッ化燐酸イオンなどの燐酸系イオン、トリフルオロ酢酸イオン、トシレートイオン、エチルベンゼンスルホン酸イオン、ドデシルベンゼンスルホン酸イオンなどのアルキルベンゼンスルホン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、エチルスルホン酸イオンなどのアルキルスルホン酸イオン、ポリアクリル酸イオン、ポリビニルスルホン酸イオン、ポリスチレンスルホン酸イオン、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）イオンなどの高分子イオンのうち、少なくとも一種のイオンが使用される。ドーパントの添加量は、導電性に効果を与える量であれば特に制限はされないが、通常、導電性高分子１００質量部に対し、３〜５０質量部、好ましくは１０〜３０質量部の範囲にある。
【００４５】
電極を設置する位置の実施の形態としては、機能性繊維の長手方向の両端に設置されていることが好ましい。（図１４）
機能性繊維の両端に電極を設置することで、長手方向の変形を起こすことが容易になる。さらに、液晶性を持つ基として負の誘電率異方性を持つ基を用いた場合には、より大きな変形をさせることができる。
【００４６】
また、電極を、繊維の長手方向に連続して設置することも好ましく、この場合にも変形は起こる。特に誘電率異方性が正の液晶性を持つ基を用いている場合には、より大きな変形が起こる。（図１５、１６）
このときの繊維の長手方向に対して垂直な断面形状として、３層以上からなる積層型であることが、変形を起こす上ではより好ましい。（図１５）一方、その断面形状を、多芯海島型とすることも好適であり、繊維の硬さや表面性状に応じて、種々の断面形状を選定することが可能である。（図１６）この他にも、上記断面形状に含まれる例として、図２８（その他の断面形状の例：積層型（電極が液晶性を持つ基を含む材料から剥き出しになっているもの））、２９（その他の断面形状の例：多芯海島型：電極が液晶性を持つ基を含む材料から剥き出しになっていないもの））に記載した。
【００４７】
本発明の少なくとも一対の電極を有する機能性繊維は、該電極に電気を印加することにより伸縮機能を発揮することができる。
【００４８】
（電気刺激により伸縮可能な機能性繊維集合体）
機能性繊維集合体は、たとえば、前記機能性繊維を束にすることにより得られる。機能性繊維の他に、使用目的を損なわない範囲において、他のエラストマーなどの繊維を加えてもよい。
【００４９】
また、該集合体に低分子液晶を含浸させることも好ましい。ここで、含浸は、該集合体を、低分子液晶を分散させた溶液に浸漬することにより行うことができる。浸漬時間は、低分子液晶の濃度、低分子液晶の含浸量を考慮し、適宜決定する。浸漬後、必要により、浸漬した該集合体を乾燥する。機能性繊維を数十本から数千本の束（バンドル状）にすることで、繊維としての扱いも容易になる。このとき、撚りがかかることも構わない。このように形成した繊維集合体中には、空隙が存在するため、その空隙に容易に低分子液晶を保持することが可能となる。ここで保持させた低分子液晶も、変位を大きくすることに貢献する。
【００５０】
機能性繊維集合体に、少なくとも一対の電極が設置されていることが好ましい。また、前記電極は、機能性繊維集合体の長手方向の両端に設置されることが好ましい。電極の設置は、上記電気刺激により伸縮可能な機能性繊維を用いることにより達成される。
【００５１】
前記電極は、導電性高分子からなることが好ましい。該導電性高分子としては、上記電気刺激により伸縮可能な機能性繊維で説明した材料を用いることができる。
【００５２】
機能性繊維集合体を形成する際に、その原料材料として用いる機能性繊維の断面形状が、３層以上からなる積層型であることが好ましい。また、機能性繊維の断面形状が、多芯海島型であることが好ましい。断面形状は、上記電気刺激により伸縮可能な機能性繊維を用いることにより達成される。
【００５３】
本発明の少なくとも一対の電極を有する機能性繊維集合体は、該電極に電気を印加することにより伸縮機能を発揮することができる。
【００５４】
（車両用部品）
このようにして得られた機能性繊維、及び／又は機能性繊維集合体を、車両の内装材に用いられる表皮材料、又はクッション材料と置換することで、乗員の座り心地や、クッションの動きによる乗り心地の改善、車両から乗員へ信号を伝達する手段などに用いるのは、先述の課題を解決する手段の中では、従来持たない機能を付与する技術であるために、新たなスペースや質量の増加を伴わず、大変好適である。
【００５５】
機能性繊維、及び／又は機能性繊維集合体を車両に用いる際には、図２２に示すように、機能性繊維、機能性繊維集合体の長手方向の変形をダイレクトに厚さの変形として使用する場合の設置方法、図２３に示すようなフレーム間に、機能性繊維、機能性繊維集合体を橋渡しし、収縮により持ち上げる設置方法などが挙げられる。機能性繊維、機能性繊維集合体をこのような変形を持つ編物、織物とすることで、車両に容易に用いることができるようになる。
【００５６】
例えば、機能性繊維、機能性繊維集合体で形成したこれらの編物、織物を、車両のシートクッションに使用した場合の図を、図２４、２５に示す。図２４では、乗員１名ごとのシートの場合、乗員の体格などに合わせて、シート座面の上昇や下降を、メカニカルな機構を持たずに行うことができる。同様に図２５では、多人数用のシートの場合、乗車人数に合わせて、適度なホールド感を得るために、座面の必要な部分だけ凹ませたり、膨らませたりさせることができる。両例ともにメカニカルな機構を持たないため、本発明による機構を追加しても、大きな質量増を招かず、燃費の悪化を防ぐことができる。
【実施例】
【００５７】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００５８】
（実施例１）
機能性繊維を形成する高分子として、ポリ（メチルハイドロジェンシロキサン）（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒｏｇｅｎｓｉｌｏｘａｎｅ））、側鎖の液晶性を示す基として、（４−ブタ−３−エニロキシ安息香酸４−メトキシフェニルエステル）（４−ｂｕｔ−３−ｅｎｙｌｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌ ｅｓｔｅｒ）、直鎖成分として、（１−（４−ヒドロキシ−４’−ビフェニル）−２−[４−（１０−ウンデセニロキシ）フェニル]ブタン）（１−（４−ｈｙｄｒｏｘｙ−４‘−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−２−［４−（１０−ｕｎｄｅｃｅｎｙｌｏｘｙ）ｐｈｅｎｙｌ］ｂｕｔａｎｅ）を用い、５０℃環境下で緩やかに、架橋を行いながら、直径１ｍｍの口金から、吐出量２．４ｃｍ３／ｍｉｎ．で押し出し、巻き取り速度１０００ｍ／ｍｉｎ．で巻き取った。でき上がった機能性繊維の直径は、２８μｍとなった。
【００５９】
この機能性繊維を長さ１０ｃｍに切り、恒温槽中で２０℃から５０℃まで、昇温速度２℃／分で温度変化をさせると、液晶の等方相転移温度である３５℃付近を境に、低温側で伸びた状態、高温側で縮んだ状態を示した（図３０参照）。このとき低温側を基準にすると、３６℃のときに７．０ｃｍ程度縮んだ状態になった。環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。
【００６０】
（実施例２）
実施例１の機能性繊維を長さ１０ｃｍに切り出し、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）中に１０日間浸漬し、含浸させた。含浸前に０．２ｍｇであった質量は、０．３ｍｇとなった。
【００６１】
この機能性繊維は、液晶の等方相転移温度である３５℃付近を境に、低温側で伸びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、７．３ｃｍ程度縮んだ。環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。
【００６２】
（実施例３）
実施例１の機能性繊維を長さ１０ｃｍに切り出したものを、１０００本程度（質量で２００ｍｇ）を捩ることで束ね、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）中に１０日間浸漬し、含浸させた。含浸前に２００ｍｇであった質量は、３２０ｍｇとなった。
【００６３】
この機能性繊維集合体は、液晶の等方相転移温度である３５℃付近を境に、低温側で伸びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、７．３ｃｍ程度縮んだ。環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。
【００６４】
（実施例４）
実施例１と機能性繊維を長さ５ｍｍに切り出し、これの両端１ｍｍずつに電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。
【００６５】
この機能性繊維に２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、電極間の距離が０．２ｍｍ程度伸びる様子が観察された。電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された。
【００６６】
（実施例５）
直径５μｍの導電性高分子（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）からなる繊維２本を、実施例１の口金からの吐出後の工程（口金からの距離でおよそ５０ｃｍ）で積層し、合わせて１０００ｍ／ｍｉｎ．で巻き取った。得られた機能性繊維の断面は積層構造となり、直径は３０μｍとなった。ここで、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリ４−スチレンサルフォネート（ＰＳＳ）をドープして得られたものである。
【００６７】
この機能性繊維を１０ｃｍ切り出し、これの両端１ｍｍずつに電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、繊維の長さが４ｍｍ程度縮む様子が観察された。電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された。
【００６８】
（実施例６）
直径５μｍの導電性高分子（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）からなる繊維２本を、実施例１の口金からの吐出前の工程で挿入し、合わせて１０００ｍ／ｍｉｎ．で巻き取った。得られた機能性繊維の断面は海島構造となり、直径３０μｍとなった。
【００６９】
この機能性繊維を１０ｃｍ切り出し、これの両端１ｍｍずつに電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、繊維の長さが３ｍｍ程度縮む様子が観察された。電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された。
【００７０】
（比較例１）
一般のポリエステル短繊維（カネボウ合繊製、直径３０μｍ）を１０ｃｍに切り出し、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。この繊維に２５℃の環境下で１０Ｖの直流電圧を印加したが、電極間の距離の変化は見られなかった。
【００７１】
また、このサンプルを環境温度５℃〜８０℃まで変化させ、変位を測定していたが変化は見られなかった。
【００７２】
〔評価試験〕変位量試験
実施例１〜６、および比較例１によって得られた機能性繊維、機能性繊維集合体、従来品に対して、レーザー変位計（キーエンス製ＬＢ−５０００）を用いて、恒温槽中で温度条件を適宜設定して評価した。（図２６：評価方法の平面図、２７：評価方法の側面図）図２６及び図２７において、試料７０を架台７１の上に載置し、試料７０の下端部７２を固定し、上端部７３をフリーとし、電源７４から上端部７３及び下端部７２に電圧を印加し、長手方向の変位を測定する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の単一成分からなる繊維の形状例を示す模式図である。
【図２】従来の芯鞘型繊維の形状例を示す模式図である。
【図３】従来のサイドバイサイド型繊維の形状例を示す模式図である。
【図４】従来の海島型繊維の形状例を示す模式図である。
【図５】従来の異型（三角）断面繊維の形状例を示す模式図である。
【図６】従来の異型（星形）断面繊維の形状例を示す模式図である。
【図７】従来の中空繊維の形状例を示す模式図である。
【図８】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基を配向させたことを示す断面模式図である。
【図９】本発明に係わる機能性繊維に、温度刺激を与えた場合の液晶性を示す基の配向変化を示す断面模式図である。
【図１０】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基が、高分子鎖中の側鎖に含まれる例を示す断面模式図である。
【図１１】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基が、高分子鎖中の直鎖に含まれる例を示す断面模式図である。
【図１２】本発明に係わる機能性繊維の液晶性を示す基が、高分子鎖中の側鎖と直鎖に含まれる例を示す断面模式図である。
【図１３】本発明に係わる機能性繊維に、低分子液晶が含浸されている例を示す断面模式図である。
【図１４】本発明に係わる機能性繊維に電極を設置した例を示す模式図である。
【図１５】本発明に係わる機能性繊維に電極を設置した例を示す模式図である。
【図１６】本発明に係わる機能性繊維に電極を設置した例を示す模式図である。
【図１７】アセチレン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図１８】ピロール系導電性高分子の化学式の一例である。
【図１９】チオフェン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図２０】フェニレン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図２１】アニリン系導電性高分子の化学式の一例である。
【図２２】本発明に係わる機能性繊維の長手方向の変形を厚さの変形に用いた例を示す模式図である。
【図２３】本発明に係わる機能性繊維の長手方向の変形を持ち上げる変形に用いた例を示す模式図である。
【図２４】本発明に係わる車両用部品の模式図である。
【図２５】本発明に係わる車両用部品の模式図である。
【図２６】本発明に係わる評価方法を示す模式図である。
【図２７】本発明に係わる評価方法を示す模式図である。
【図２８】繊維の断面形状の例を示す模式図である。
【図２９】繊維の断面形状の例を示す模式図である。
【図３０】実施例１の昇温時の変形温度を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 従来品の繊維
２ａ 芯鞘繊維の鞘成分
２ｂ 芯鞘繊維の芯成分
３ａ サイドバイサイド型繊維の１成分
３ｂ サイドバイサイド型繊維の３ａと異なる材料からなる成分
４ａ 海島型繊維の海成分
４ｂ 海島型繊維の島成分
５ａ 中空繊維の繊維成分
５ｂ 中空繊維の中空部
１０ 機能性繊維
１１ 高分子鎖
１２ 側鎖に設置された液晶性を示す基
１３ 直鎖に設置された液晶性を示す基
１４ 低分子液晶
１５ 液晶性を示す基を含む材料からなる層
１６ 一般の樹脂からなる層
２０ 機能性繊維に設置された電極
３０ 機能性繊維の電極に通電する電線
４０ 基布
５０ フレーム
６０ 乗員１名用シート
６１ シート座面
６２ ベンチシート
６３ 乗員。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子からなる繊維であって、側鎖および直鎖よりなる群から選ばれた少なくとも一つに液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする機能性繊維。
【請求項２】
前記材料中に、前記材料よりも低い分子量を有する液晶を含浸させてなることを特徴とする請求項１記載の機能性繊維。
【請求項３】
前記材料は、少なくともエラストマーを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の機能性繊維。
【請求項４】
前記機能性繊維に、少なくとも一対の電極が設置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能性繊維。
【請求項５】
前記電極は、導電性高分子を含むことを特徴とする請求項４記載の機能性繊維。
【請求項６】
前記電極は、機能性繊維の長手方向の両端に設置されてなることを特徴とする請求項４又は５記載の機能性繊維。
【請求項７】
前記電極は、機能性繊維の長手方向に連続して設置されてなることを特徴とする請求項４または５に記載の機能性繊維。
【請求項８】
機能性繊維の断面形状が、３層以上からなる積層型であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の機能性繊維。
【請求項９】
機能性繊維の断面形状が、多芯海島型であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の機能性繊維。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能性繊維を集合体とし、前記集合体に前記材料よりも低い分子量を有する液晶を含浸させてなることを特徴とする機能性繊維集合体。
【請求項１１】
前記機能性繊維集合体に、少なくとも一対の電極が設置されてなることを特徴とする請求項１０に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１２】
前記電極は、導電性高分子を含むことを特徴とする請求項１１に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１３】
前記電極は、機能性繊維集合体の長手方向の両端に設置されてなることを特徴とする請求項１１または１２に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１４】
機能性繊維の断面形状が、３層以上からなる積層型であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１５】
機能性繊維の断面形状が、多芯海島型であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の機能性繊維、及び／又は請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の機能性繊維集合体を用いた車両用部品。
【請求項１】
高分子からなる繊維であって、側鎖および直鎖よりなる群から選ばれた少なくとも一つに液晶性の基を持つ材料を含むことを特徴とする機能性繊維。
【請求項２】
前記材料中に、前記材料よりも低い分子量を有する液晶を含浸させてなることを特徴とする請求項１記載の機能性繊維。
【請求項３】
前記材料は、少なくともエラストマーを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の機能性繊維。
【請求項４】
前記機能性繊維に、少なくとも一対の電極が設置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能性繊維。
【請求項５】
前記電極は、導電性高分子を含むことを特徴とする請求項４記載の機能性繊維。
【請求項６】
前記電極は、機能性繊維の長手方向の両端に設置されてなることを特徴とする請求項４又は５記載の機能性繊維。
【請求項７】
前記電極は、機能性繊維の長手方向に連続して設置されてなることを特徴とする請求項４または５に記載の機能性繊維。
【請求項８】
機能性繊維の断面形状が、３層以上からなる積層型であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の機能性繊維。
【請求項９】
機能性繊維の断面形状が、多芯海島型であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の機能性繊維。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能性繊維を集合体とし、前記集合体に前記材料よりも低い分子量を有する液晶を含浸させてなることを特徴とする機能性繊維集合体。
【請求項１１】
前記機能性繊維集合体に、少なくとも一対の電極が設置されてなることを特徴とする請求項１０に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１２】
前記電極は、導電性高分子を含むことを特徴とする請求項１１に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１３】
前記電極は、機能性繊維集合体の長手方向の両端に設置されてなることを特徴とする請求項１１または１２に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１４】
機能性繊維の断面形状が、３層以上からなる積層型であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１５】
機能性繊維の断面形状が、多芯海島型であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の機能性繊維集合体。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の機能性繊維、及び／又は請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の機能性繊維集合体を用いた車両用部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００７−２４７０７４（Ｐ２００７−２４７０７４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６８１８７（Ｐ２００６−６８１８７）
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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