JP4923260B2

JP4923260B2 - Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法及びスマート繊維ウェア

Info

Publication number: JP4923260B2
Application number: JP2007243996A
Authority: JP
Inventors: 昌幸大越; 成美井上
Original assignee: 防衛省技術研究本部長
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: JP2009074198A

Description

本発明は、材料の作製法に係り、特にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を任意の繊維に塗布又は混合させ、波長１９０ｎｍ以下、波長１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満乃至は波長２６６ｎｍ以上の光を照射することにより、従来困難とされてきた任意の繊維への光学的機能の多元的付与を位置選択的若しくは空間選択的に行うことが可能なスマート繊維の作製法及びスマート繊維ウェアに関する。

繊維の中に光学部品を組み込んでデータの伝送を行うスマート繊維は、イベントや娯楽、アパレル分野において利用されている。また最近、極めて重要な任務遂行の場での個人間の安全や交信能力を高めるための新しい衣服の開発に注目が集まっている。特に防衛分野では、戦地近傍で活動する自衛隊員に、状況認識のために必要なすべての機能を与えることが極めて重要である。

しかしながら、戦闘服を含めた装備品のサイズ、重量、消費電力及びコストの点において、その使用が制限されているため、任意の繊維に光学的機能を多元的に付与できる新規の作製技術を確立し、これらを組み込んだ次世代兵士システムの構築が今後不可欠になるものと考えられている。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を所望の繊維に塗布又は混合させ、所定の光を照射することにより、シリカガラス光導波路、白色発光素子及び炭素系センサーなどの光学的機能を有する新規スマート繊維を作製し、その手法を基に新規スマート繊維ウェアを提供することを目的とする。

以下、本発明のその他の目的や新規の特徴については、後述の実施の形態において明らかにする。

上記した目的を達成するために、請求項１記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させたポリエステル繊維に波長１９０ｎｍ以下のＦ₂レーザーを照射し、前記繊維の表面乃至は内部に光導波路として機能する光学的機能層であるシリカガラス層を形成することを特徴としている。

また、請求項２記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させたポリエステル繊維に波長１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満のＡｒＦレーザーを照射し、前記繊維の表面乃至は内部に白色発光性材料からなる発光性材料層を形成することを特徴としている。

また、請求項３記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させたポリエステル繊維に波長２６６ｎｍ以上のＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射し、前記繊維の表面乃至は内部に炭素層を形成することを特徴としている。

また、請求項４記載のスマート繊維ウェアは、請求項１記載の作製法により、前記繊維の表面乃至は内部に前記シリカガラス層が形成されたことを特徴としている。

また、請求項５記載のスマート繊維ウェアは、請求項２記載の作製法により、前記繊維の表面乃至は内部に前記発光性材料層が形成されたことを特徴としている。

また、請求項６記載のスマート繊維ウェアは、請求項３記載の作製法により、前記繊維の表面乃至は内部に前記炭素層が形成されたことを特徴としている。

また、請求項７記載のスマート繊維ウェアは、請求項１〜３に記載のスマート繊維の作製法のうち任意に選択された２以上の作製法の組み合わせによって、前記繊維の表面乃至は内部に前記シリカガラス層、前記発光性材料層、前記炭素層の何れかが多元的に形成されたことを特徴としている。

本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させた繊維に、種々の波長の光を照射し光学的機能を多元的に付与することにより、新規スマート繊維及び新規スマート繊維ウェアの作製法を確立することができるため、次世代兵士システムの基盤技術として利用可能であるなど防衛分野において必要不可欠な技術となる。また、これら分野にとどまらず、今後電気・電子工学を利用して発展するデバイス作製の分野に多大に利用可能である。

以下、本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法及びスマート繊維ウェアを実施するための最良の形態について、添付する図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法を説明するための説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法を説明するための説明図であり、図３は（ａ）、（ｂ）は本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法を説明するための説明図である。

本例のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させた繊維に所定波長の光を照射し、光が照射された繊維の表面乃至は内部に光学的機能を有するシリカガラス層、発光性材料層、炭素層の何れかの光学的機能層を形成するものである。

まず、図１を参照しながら、本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法について説明する。第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、任意の繊維にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維の表面乃至は内部に波長が１９０ｎｍ以下の第１の光を照射することで、光学的機能を有するシリカガラス（ＳｉＯ₂）からなるシリカガラス層を形成するための方法である。

具体的に説明すると、繊維１の表面に光学的機能層２であるシリカガラス層２ａを形成する場合は、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面に、波長が１９０ｎｍ以下の第１の光３をレンズ４を介して集光照射する。そして、この集光照射した部分のみが光学的機能を有するシリカガラス層２ａに改質される。

また、繊維１の内部にシリカガラス層２ａを形成する場合は、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１内部に、波長が１９０ｎｍ以下の第１の光３を集光レンズ４を介して集光照射する。そして、この集光照射した部分のみが光学的機能を有するシリカガラス層２ａに改質される。

次に、図２を参照しながら、本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法について説明する。本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、任意の繊維にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維の表面乃至は内部に波長が１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満の第２の光を照射することで、光学的機能を有する発光性材料からなる発光性材料層を形成するための方法である。

具体的に説明すると、繊維１の表面に光学的機能層２である発光性材料層２ｂを形成する場合は、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面に、波長が１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満の第２の光５を集光レンズ４を介して集光照射する。そして、この集光照射した部分のみが光学的機能を有する発光性材料層２ｂに改質される。

また、繊維１の内部に発光性材料層２ｂを形成する場合は、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面に、波長が１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満の第２の光５を集光レンズ４を介して集光照射する。そして、この集光照射した部分のみが光学的機能を有する発光性材料層２ｂに改質される。

次に、図３を参照しながら、本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法について説明する。本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、任意の繊維にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維の表面乃至は内部に光学的機能を有する炭素層を形成するための方法である。

具体的に説明すると、繊維１の表面に光学的機能層２である炭素層２ｃを形成する場合は、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面に、波長が２６６ｎｍ以上の第３の光６を集光レンズ４を介して集光照射する。そして、この集光照射した部分のみが光学的機能を有する炭素層２ｃに改質される。

また、繊維１の内部に炭素層２ｃを形成する場合は、図３（ｂ）に示すように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面に、波長が２６６ｎｍ以上の第３の光６を集光レンズ４を介して集光照射する。そして、この集光照射した部分のみが光学的機能を有する炭素層２ｃに改質される。

なお、上述した第１〜第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において、集光レンズ４は第１の光３、第２の光５、第３の光６の出力に基づいて必要に応じて使用されるものであるため、光出力装置（不図示）から出力される各光３、５、６の光出力が大きい場合には、集光レンズ４を使用せず直接照射しても良い。

また、上記第１〜３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法では、不図示の移動手段により繊維１又は集光レンズ４を精密に三次元的に微動可能な構成とすることで、結果的に各波長の光３、５、６が精密に三次元的に走査されるように制御されている。これにより、繊維１の表面に位置選択的に、また繊維１の内部に位置選択的若しくは空間選択的に光学的機能層２を形成することが可能となる。なお、集光レンズ４を使用しない場合は、不図示の光出力装置を精密に三次元的に微動することで、同様の効果が得られる。

さらに、上述した第１〜３形態におけるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法を任意に選択して組み合わせることで、繊維１に所望の種類の光学的機能層２を形成することが可能である。

このように、上述した第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面乃至は内部に、波長が１９０ｎｍ以下の第１の光３を照射することにより、その照射された部分の繊維１を光学的機能層２であるシリカガラス層２ａに位置選択的若しくは空間選択的に自在に形成することができる。

また、第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面乃至は内部に、波長が１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満の第２の光５を照射することにより、その照射された部分の繊維１を光学的機能層２である発光性材料層２ｂに位置選択的若しくは空間選択的に自在に形成することができる。

さらに、第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物が塗布又は混合された繊維１の表面乃至は内部に、波長が２６６ｎｍ以上の第３の光６を照射することにより、その照射された部分の繊維１を光学的機能層２である炭素層２ｃに位置選択的若しくは空間選択的に自在に形成することができる。

以下、各形態におけるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法により作製したデバイスについて各実施例に基づき詳述する。なお、下記の各実施例は、本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

〔実施例１〕
実施例１は上述した第１形態の作製法による実験概略構成とし、ポリエステル繊維に液状シリコーンを塗布含浸したもの或いは粉末状シリコーンを混合させたものに対し、図１〜図３に示すように、第１の光３として波長１５７ｎｍのＦ₂レーザー、第２の光５として波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザー及び第３の光６として波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波をそれぞれ異なる位置に照射した。レーザー照射部分でのエネルギー密度は、それぞれ１０、３０及び５０ｍＪ／ｃｍ²／ｐｕｌｓｅとし、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ一定とした。実験は大気中で行った。

〔実施例２〕
実施例２は上述した第２形態の作製法による実験概略構成とし、ポリエステル繊維に液状シリコーンを塗布含浸したもの或いは粉末状シリコーンを混合させたものに対し、図１〜図３に示すように、第１の光３として波長１５７ｎｍのＦ₂レーザー、第２の光５として波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザー及び第３の光６として波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波をそれぞれ異なる位置に照射した。レーザー照射部分でのエネルギー密度は、それぞれ１０、３０及び５０ｍＪ／ｃｍ²／ｐｕｌｓｅとし、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ一定とした。実験は大気中で行った。

実施例１及び実施例２の何れの場合であっても、レーザー照射領域は、Ｆ₂レーザーの場合炭素混入のないシリカガラス層２ａに、ＡｒＦレーザーの場合白色発光性材料からなる発光性材料層２ｂに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの場合には炭素層２ｃにそれぞれ改質されていることが、フーリエ変換赤外分光分析、Ｘ線光電子分光分析、ラマン分光分析及び発光スペクトル測定により判明した。

本発明のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法は、従来困難とされてきた任意の繊維への光学的機能の多元的付与を位置選択的若しくは空間選択的に行うことが可能となる。すなわち、上述した作製法によって作製されるスマート繊維ウェアは、シリカガラス層２ａによるシリカガラス光導波路、発光性材料層２ｂによる白色発光素子及び炭素層２ｃによる炭素系センサーなどの光学的機能を有する新規のスマート繊維が作製可能であるため、オプトエレクトロニクスやフォトニクス、バイオ/ メディカル、福祉工学分野などのデバイス作製に適用可能になるなど、その用途は防衛のみならず、あらゆる分野で有用である。

以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

（ａ）本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において繊維表面にシリカガラス層を形成する場合の構成図である。（ｂ）本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において繊維内部にシリカガラス層を形成する場合の構成図である。（ａ）本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において繊維表面に発光性材料層を形成する場合の構成図である。（ｂ）本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において繊維内部に発光性材料層を形成する場合の構成図である。（ａ）本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において繊維表面に炭素層を形成する場合の構成図である。（ｂ）本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を用いたスマート繊維の作製法において繊維内部に炭素層を形成する場合の構成図である。

符号の説明

１繊維
２光学的機能層
２ａシリカガラス層
２ｂ発光性材料層
２ｃ炭素層
３第１の光
４集光レンズ
５第２の光
６第３の光

Claims

Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させたポリエステル繊維に波長１９０ｎｍ以下のＦ₂レーザーを照射し、前記繊維の表面乃至は内部に光導波路として機能する光学的機能層であるシリカガラス層を形成することを特徴とするスマート繊維の作製法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させたポリエステル繊維に波長１９０ｎｍを超え２６６ｎｍ未満のＡｒＦレーザーを照射し、前記繊維の表面乃至は内部に白色発光性材料からなる発光性材料層を形成することを特徴とするスマート繊維の作製法。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を塗布又は混合させたポリエステル繊維に波長２６６ｎｍ以上のＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射し、前記繊維の表面乃至は内部に炭素層を形成することを特徴とするスマート繊維の作製法。
請求項１記載の作製法により、前記繊維の表面乃至は内部に前記シリカガラス層が形成されたことを特徴とするスマート繊維ウェア。
請求項２記載の作製法により、前記繊維の表面乃至は内部に前記発光性材料層が形成されたことを特徴とするスマート繊維ウェア。
請求項３記載の作製法により、前記繊維の表面乃至は内部に前記炭素層が形成されたことを特徴とするスマート繊維ウェア。
請求項１〜３に記載のスマート繊維の作製法のうち任意に選択された２以上の作製法の組み合わせによって、前記繊維の表面乃至は内部に前記シリカガラス層、前記発光性材料層、前記炭素層の何れかが多元的に形成されたことを特徴とするスマート繊維ウェア。