機能性繊維・スマートテキスタイル：インテリジェンス衣服を実現する特許・論文・グラントの最新動向分析

著者：アスタミューゼ株式会社 岸本 拓磨 博士（医学）

機能性繊維・スマートテキスタイルとは

機能性繊維・スマートテキスタイルとは繊維や糸などに対して、外部刺激への応答、エネルギーの生成と変換、生体情報センシング、環境保護などの高度な付加機能を実現する技術です。

スポーツウェアや医療用衣料に使われる高機能テキスタイル(や、電子デバイスと融合したスマートテキスタイル（電子機能を統合した繊維製品）、自己発電機能をもつ次世代ウェアラブル素材など、ひろい技術領域をふくみます。

機能性繊維がカバーする技術は多岐にわたります。通気性や伸縮性、洗濯耐性といった快適性と耐久性の高度化を基盤に、摩擦帯電現象を利用したトライボエレクトリックナノ発電（TENG：Triboelectric Nanogenerator）や圧電繊維を応用したナノ発電など、人体の動きや環境振動から微小電力を収集し、外部電源なしにセンサを駆動する「自己発電型繊維」の研究が急速に進展しています。

素材面では、木材パルプ由来のナノセルロースやキチンナノファイバーなど、生分解性と高機能性を両立したバイオ由来素材も台頭しています。さらに、刺繍回路やコア・シース構造の導電繊維など、繊維そのものを電気信号の伝達媒体とする「電子テキスタイル（e-textile）」の実用化も進んでいます。

機能性繊維産業は、現在二つの構造的な変革圧力に直面しています。

一つは環境規制の強化です。欧州連合（EU）は2022年以降、繊維製品への拡大生産者責任（EPR：Extended Producer Responsibility）導入やサステナビリティ情報開示義務の制度化により、循環型デザインや廃棄物削減、過剰消費の是正を産業界にもとめています。廃棄繊維を原料にもどす「繊維間リサイクル（textile-to-textile）」を前提とした製品設計の普及や、環境負荷をおさえた製造プロセスへの転換など、サステナビリティへのとりくみはもはや差別化要因ではなく産業の前提条件になりつつあります。

もう一つの変革圧力は、エレクトロニクスやナノテクノロジー、バイオ素材との融合です。これらの技術進展が繊維にあらたな機能を付与し「素材産業」という従来の枠組みをこえた新産業の創出をうながしています。

公的な支援体制も急速に整備されています。

米国や欧州を中心に、繊維の循環経済や次世代スマートテキスタイルを対象とした大型の研究助成プロジェクトがあいついで立ちあがり、各国政府が「機能性繊維」分野を産業戦略上の重点領域に位置づけていることが見うけられます。

日本においても大手素材企業を中心に継続的な研究開発投資がおこなわれており、機能性繊維分野における国際的なプレゼンスを維持しています。こうした背景から、機能性繊維・スマートテキスタイルは、持続可能な産業構造への転換とテクノロジーの融合という二つの潮流が交差する、次世代フロンティアとして注目されています。

以下、アスタミューゼ独自のデータベースを活用し、特許・学術論文・グラント（研究助成金）・スタートアップ企業情報の4つのデータソースから、「機能性繊維・スマートテキスタイル」に関する技術動向を分析しました。

機能性繊維・スマートテキスタイルに関する特許の動向分析

アスタミューゼ独自のデータベースから、機能性繊維・スマートテキスタイルに関連するキーワードを含む特許母集団37,933件を抽出しました。企業や研究機関が出願する特許は、社会実装が近い、あるいはすでに実装済みである技術の動向を反映します。今回抽出された特許は7つのカテゴリに分類できます（図1）。

図2は国別の特許出願数の動向です。

国別の出願件数では、全体の過半数を中国が占めています。本分野における研究開発の中心となっており、近年も一貫した増加傾向にあります。

つぎに日本、米国が続きます。日本は2010年代前半をピークに横ばいで推移しており、長年の技術蓄積を背景にした安定した出願活動が続いています。米国は件数こそ相対的に少ないものの、高付加価値領域への集中が見られます。

出願機関の観点では、衛生・医療向け不織布製品を手がける米国企業や、炭素繊維・アラミド繊維などの高機能素材で世界をリードする日本の繊維大手が上位に名をつらねており、素材の機能化と実用化への継続的な投資が見てとれます。

図3は、特許情報から抽出されたキーワードの年次推移です。

成長率（growth）は、2015年以降の出現回数と2020年以降の出現回数の比であり、値が1に近いほど直近で注目されていることを意味します。以降の図においても同様の表記になります。

2020〜2022年にかけて「spunblown（スパンボンド・メルトブローン複合）」や「coform（コフォーム）」などの不織布製造関連キーワードの出願件数が急増しています。この時期はCOVID-19（新型コロナウイルス）の感染拡大によりN95マスクや医療用ガウンの需要が世界的に急騰した時期とかさなっており、感染症対応という一過性の需要を背景にしている可能性が考えられます。実際、2023年以降は件数がおちついており、構造的な技術トレンドとは区別してとらえることが適切です。

一方、より持続的な技術動向として注目されるのは次の3点です。

第一に「triboelectric（摩擦帯電）」、および「self-powered（自己発電）」関連の出願が、2018年以降一貫して増加しており、バッテリーレス型ウェアラブルデバイスに向けた実用化研究が特許段階に移行しつつあることをしめしています。

第二は、「core-sheath（芯鞘構造）」です。繊維の断面が「芯（コア）」と「鞘（シース）」の二層構造になっており、芯部に強度や導電性をになう素材、鞘部に肌ざわりや保護機能をになう素材を組みあわせることで、複合的な機能を一本の繊維で実現する技術です。これは電子機能を繊維に統合するための基本設計として幅広い用途にもちいられており、スマートテキスタイル特許の基盤技術としての位置づけが高まっています。

第三は、「nanocellulose（ナノセルロース）」「chnf（キチンナノファイバー）」など生分解性バイオ由来素材の出願増加です。ナノセルロースは木材や植物の細胞壁を構成するセルロース繊維をナノメートルスケール（＝髪の毛の数万分の1のサイズ）まで微細化した素材です。軽量・高強度・生分解性をかねそなえる次世代バイオ素材として注目されています。チキンナノファイバーはカニやエビの甲殻、昆虫の外骨格などにふくまれるキチン質をナノスケールまで微細化した繊維です。生体適合性が高く、抗菌・生分解性素材として研究が進んでいます。これらの素材は、石油系合成繊維の代替という長期的な方向性が特許においても確認できます。また、「anti-ultraviolet（紫外線遮蔽）」「anti-static（制電）」「skin-friendly（低刺激）」といった機能加工系のキーワードは安定した出願水準を維持しており、市場の根強い需要を反映しています。

以下、注目の特許事例を何点か紹介します。

• US20240009960A1「Waterproof Breathable Textile」
  • 出願機関：Amphibio Ltd
  • 優先権：英国（GB、2020年）
  • 公開国：米国
  • 公開年：2024年
  • 概要：基材と多孔質膜を同一素材で構成することで、透湿性と防水性を両立しながら廃棄時のリサイクル適性も高めた透湿防水テキスタイル。従来のフッ素系膜（ePTFE）がもつ環境・リサイクル課題を解消する次世代の「breathability（通気性）」技術として注目される。

• US11958944B2「Polyester-cotton blend textile recycling process and system with rotating hydrolysis reactor」
  • 出願機関：Hybridworks Chemical, LLC（米国）
  • 出願国：米国
  • 公開年：2024年
  • 概要：ポリエステル・コットン混紡廃棄繊維を回転式加水分解反応器で連続処理し、ポリエステルとセルロースをそれぞれ高品質な原料として同時回収する繊維間リサイクル技術。従来困難だった混紡素材のtextile-to-textileリサイクルを産業スケールで実現する。

• US20240186916A1「Materials and methods of manufacturing fluid resistant, breathable, and antibacterial triboelectric nanogenerators and electronic textiles」
  • 出願機関：Purdue Research Foundation（米国パデュー大学）
  • 出願国：米国
  • 公開年：2024年
  • 概要：刺繍技術と導電性ナノ粒子の噴霧積層を組みあわせた全繊維型TENGを開発。耐水・抗菌・透湿性をそなえた電子テキスタイルとして着用者の生体力学的エネルギーを電力に変換する。self-powered型スマートテキスタイルの実用化にむけた特許として、core-sheath構造と併用可能な設計が特徴。

• US20240270926A1「Process and plant for recycling textiles」
  • 出願機関：Sanko Tekstil Isletmeleri San. Ve Tic. A.S.（トルコ）
  • 出願国：米国
  • 公開年：2024年
  • 概要：ポリエステルと綿の混紡廃棄繊維を化学的に分解し、再生コットン繊維やポリエステルチップ、セルロースパウダーとして同時回収するtextile-to-textileリサイクル技術。wasteキーワードの急増と連動する循環型繊維産業への移行を象徴する特許事例。

機能性繊維・スマートテキスタイルに関する論文の動向分析

アスタミューゼ独自のデータベースを用いて、機能性繊維・スマートテキスタイルに関するキーワードをふくむ論文母集団9,708件を抽出しました。論文は特許と比較して社会実装にいたるまでの時間軸がながく、現在の基礎研究が将来の技術トレンドを先読みする指標となります。

論文母集団を特許と同様にカテゴライズすると、7つのカテゴリに分類できます（図4）。

特許の母集団と共通する「快適性・機能加工」、「高強度・防護繊維」、「スマートテキスタイル・センサ」などの分類事例が半数以上を占めています。一方、人体の動きや振動、熱など環境中に存在する微小なエネルギーを収集・電力変換する技術であり、外部電源や電池不要のデバイス実現を可能にする「エネルギーハーベスティング」など独自の分類も確認されました。

図5は、論文筆頭著者の所属国別の年次推移です。

論文件数は2015年以降、全体として増加基調で推移しています。特に2018年ごろからエネルギーハーベスティング関連（triboelectric , nanogenerators）の論文が顕著に増加しており、スマートテキスタイルへの関心の高まりを反映しています。

また、快適性向上や機能加工、高強度繊維に関する論文の件数は比較的安定しており、基盤技術としての継続的な研究需要が確認されます。

図6は、論文情報から抽出されたキーワードの年次推移です。

論文における最大の特徴は、エネルギーハーベスティング技術の急速な台頭です。「triboelectric（トライボエレクトリック）」、ナノ発電や「self-powered（自己発電型）」デバイスに関する論文が急増しており、これらは特許件数が少ない一方、研究論文数が先行して増加しているという典型的な「萌芽技術」の様相をしめしています。

また、「spectroscopy（分光分析）」や「NIR（近赤外線：Near-Infrared）を活用した繊維品質のインライン計測に関する研究も活発であり、製造工程の知能化（スマートファクトリー化）につながる技術基盤の整備が進んでいることがわかります。

「stretchability（伸縮性）」に関する論文も増加が顕著で、特許と論文の双方で注目されています。繊維がセンサや発電素子としての役割をになうためには、着用時のくりかえし変形にたえる伸縮耐性が不可欠であり、機能性とメカニクスの両立が研究課題の核となっています。

国別では中国の大学・研究機関からの発表が多い一方、欧州や米国の研究機関も独自の繊維材料や製造プロセス技術で重要な成果を発表しています。

以下、注目の論文事例をいくつか紹介します。

• A wide-range flexible pressure sensor based on MWCNTs/TPU composite conductive fibers
  • DOI：10.1088/1361-6528/ade5fc
  • 著者：Fuzheng Zhang他（西安交通大学 / 中国）
  • 発表年：2025年
  • 雑誌：Nanotechnology
  • 概要：多層カーボンナノチューブ（MWCNT）とポリウレタン（TPU）による複合導電繊維をもちいた広レンジフレキシブル圧力センサ。人体の微細な圧力変化を検出でき、ウェアラブル生体モニタリングへの応用が期待される。

• Scalable all-textile embedded electrode triboelectric nanogenerator: Hybrid single-electrode and contact-separation working functions for wearable body motion monitoring
  • DOI：10.1177/15280837241300546
  • 著者：Simin Bakhtiyari 他（ヘント大学 / ベルギー）
  • 発表年：2024年
  • 雑誌：Journal of Industrial Textiles
  • 概要：ウールとポリエステルのコア・シース糸をもちいたスケーラブルな全繊維型TENGの開発報告。EU域内の大規模テキスタイル製造プロセスへの統合を前提に設計され、人体動作のモニタリングと発電を同時に実現する。洗濯耐性・着用快適性と高出力性能の両立を実証。

• Bicomponent Split Microfiber Reusable Textile Products to Achieve a Hygienically Clean Healthcare Setting
  • DOI：10.3390/su17062669
  • 著者：Evan Griffing 他（Environmental Clarity / 米国）
  • 発表年：2025年
  • 雑誌： Sustainability
  • 概要：2種類の素材をくみあわせて成形し、分割・極細化した超極細繊維であり、高い清潔保持力と柔軟性が特徴の「バイコンポーネント分割マイクロファイバー」をもちいた医療現場向け再利用可能テキスタイルの環境評価研究。くりかえし使用による環境負荷低減効果を定量的にしめし、繊維の循環利用にむけた科学的根拠を提供する。

機能性繊維・スマートテキスタイルに関するグラントの動向分析

グラント（研究助成金）は、政府や公的機関が戦略的に育成しようとする技術領域を映し出す指標です。アスタミューゼ独自のデータベースをもちいて、機能性繊維・スマートテキスタイルに関連するキーワードをふくむグラント母集団664件を抽出・分析しました。なお、中国はグラントデータの開示状況が年次により大きく異なり、実態を反映しない可能性が高いことから除外しています。また、公開直後のグラント情報はデータベースに格納されていない場合があり、直近の集計値については過小評価されている可能性があります。

今回抽出されたグラントは5つのカテゴリに分類できます（図7）。

図8は、国別のグラント配賦額の推移です。

米国が一貫して最多を占めています。国立科学財団（NSF：National Science Foundation）や国立衛生研究所（NIH：National Institutes of Health）を通じた助成が多く、スマートテキスタイルの医療やヘルスケア応用、新素材開発に資金が集中しています。

欧州は2019年前後の循環型テキスタイル関連の大型プロジェクトにともない配賦額が増加しています。EUのHorizonプログラムを中心に、サステナビリティを軸とした産業再編への政策的意志が明確に示されています。

日本は配賦額こそ多くないものの、継続的な投資が見られます。なお、中国のデータがふくまれていないため、全世界における実際の投資規模は過小評価されている可能性があります。

図9は、グラント情報から抽出されたキーワードの年次推移です。

廃棄繊維のリサイクルと再資源化（circular、textile-to-textile）、ナノ繊維やバイオ由来素材（nanofiber-based、nanocellulose）、スマートテキスタイル（e-textile）、微小電気機械システム（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）などが主要な支援対象となっており、産業政策と研究開発の方向性が一致しています。こうした公的投資の流れは、企業の研究開発戦略や産学連携の方向性を左右する重要なシグナルといえます。

以下は注目のグラント事例です。

• NSF Engines: North Carolina Textile Innovation and Sustainability Engine
  • 機関：The Industrial Commons（米国）
  • 開始年：2024年
  • 助成額：約1,500万ドル
  • 概要：米国国立科学財団（NSF）が主導する、テキスタイル産業の技術革新およびサステナビリティ推進を目的とした大型プロジェクト。ノースカロライナ州の繊維産業クラスターを核に、循環型繊維生産技術の実用化を支援する。

• Knowledge Based Framework for Extended Textile Circulation
  • 機関：UTEXBEL NV（EU）
  • 開始年：2022年
  • 助成額：約1,300万ドル相当
  • 概要：EUのHorizonプログラムの支援による繊維の拡張循環フレームワーク構築プロジェクト。繊維廃棄物の分別と回収からtextile-to-textileリサイクルまでのプロセス全体を対象に、知識基盤の整備と産業実装を推進する。

• Micro fabrication production technology for MEMS on new emerging smart textiles/flexibles
  • 機関：GET THE SPA 他（EU）
  • 開始年：2008年
  • 助成額：約800万ドル相当
  • 概要：スマートテキスタイルおよびフレキシブル基板向けMEMS微細加工技術の開発プロジェクト。繊維上に電子デバイスを直接形成する製造プロセスの確立をめざし、ウェアラブルデバイスの量産化にむけた基盤技術を整備する。

機能性繊維に関するスタートアップ企業の動向分析

スタートアップ企業、新興企業の動向は、技術が市場においてビジネスとして成立しはじめているかをします指標の一つです。アスタミューゼ独自のデータベースをもとに、機能性繊維・スマートテキスタイル領域で活動するスタートアップ企業80件を抽出しました。

本領域のスタートアップ企業は、「スマートアパレル・センシング」と「サステナビリティ・循環型素材」という二つの方向性に大別されます。

前者はウェアラブルセンサや導電繊維を活用したアスレティックウェアや医療デバイスの事業化、後者は廃棄繊維や廃棄物由来の再生素材を用いたビジネスモデルが中心です。エネルギーハーベスティング領域については、論文や特許での研究活動と比較すると事業化はまだ初期段階にあり、今後の展開が注目されます。

地理的には米国や欧州拠点の企業が多いものの、日本からもシルク繊維を活用した医療電極など、素材の独自性を活用した事例が見られます。全体として資金調達規模はシードおよびアーリーステージが中心で、市場としての成熟はこれからですが、循環型素材・スマートアパレル分野においては産業界の関心が高まりつつあります。

以下、注目のスタートアップ企業の事例を紹介します。

• Nextiles
  • URL：https://www.nextiles.com
  • 国：米国
  • 設立年：2019年
  • 概要：導電性繊維を縫製技術で布地に統合したスマートアパレルプラットフォームを開発。着用者の動作データをリアルタイムで収集・解析し、スポーツパフォーマンス向上と怪我予防を支援する。電気工学とテキスタイル製造を融合した独自技術が特徴。

• AI Silk
  • URL：https://www.ai-silk.com
  • 国：日本
  • 設立年：2015年
  • 概要：天然シルクの染色技術を応用して繊維自体に導電性を付与した革新的な導電繊維を開発。従来の医療用電極が引きおこす皮膚炎症や汗による測定不良を解消し、長時間着用可能な生体電極として医療やヘルスケア分野の展開を進める。

• CompPair
  • URL：https://comppair.ch/
  • 国：スイス
  • 設立年：2019年
  • 概要：スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL：Ecole Polytechnique Federale de Lausanne）発のディープテック・スタートアップ企業。自己修復機能をもつスマートコンポジットテキスタイルを開発し、複合材料構造物の寿命延長を実現。航空機や風力発電ブレードなど産業用途向けに事業展開する。

• Econyl
  • URL：https://www.econyl.com/
  • 国：イタリア
  • 設立年：2011年
  • 概要：廃棄漁網や廃ナイロン繊維から再生ナイロン糸を製造するAquafil社のブランド。使用済み繊維を循環させるtextile-to-textileリサイクルを実際に産業規模で実現した先駆例として知られ、サステナブルファッション分野での採用が拡大している。

機能性繊維・スマートテキスタイル関連技術の動向分析まとめ

機能性繊維・スマートテキスタイル分野における特許と論文、グラント、スタートアップ企業の4つのデータソースを横断的に分析した結果、従来の「高機能化」という単一軸をこえた多極的な技術革新がすすんでいることがあきらかになりました。

特許動向からは、「triboelectric（摩擦帯電）」「self-powered（自己発電）」「core-sheath（芯鞘構造）」といった、スマートテキスタイル基盤技術の出願が2018年以降、一貫して増加しており、バッテリーレス型ウェアラブルへの実用化が特許段階に移行しつつあります。また「waste（廃棄繊維）」関連の出願が分析期間を通じてもっとも増加しており、循環型繊維産業への移行が特許活動にも明確に反映されています。国別では中国の急増がつづく一方、日本の大手素材企業も高付加価値および高強度領域で引きつづき上位を維持しています。

論文では、トライボエレクトリックナノ発電機（TENG）や自己発電型繊維センサなどエネルギーハーベスティング技術の急成長がきわだっています。特許化や事業化は進んでいないものの、論文数の急増は将来の技術潮流の予兆として重要であり、今後3〜5年での特許化と製品化の加速が予想されます。

グラントでは、EUと米国を中心に、循環型テキスタイルとスマートテキスタイルへの大型公的投資が確認されました。とくに循環経済関連の助成はEUの規制強化と連動して急拡大しており、企業の研究開発戦略への強力な誘引となっています。

スタートアップ企業では、スマートアパレル・センシング分野と循環型素材分野での起業が先行しています。Econylのような循環型素材ビジネスは産業規模での実証がすすむ一方、エネルギーハーベスティング系の事業化はまだ黎明期にあります。

以上の分析を通じて、機能性繊維・スマートテキスタイル分野は「サステナビリティの内製化」と「テキスタイルの知性化」という二つの潮流がおたがいに補完しあいながら構造変革を牽引しており、エレクトロニクスやバイオテクノロジー、環境技術が交差する次世代フロンティアとして「機能性繊維・スマートテキスタイル」は重要性を増し続けているといえます。

著者：アスタミューゼ株式会社 岸本 拓磨 博士（医学）

さらなる分析は……

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