JP2015198154A - 圧電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】表面を指などで擦るといった比較的小さな応力によって、電気出力を取り出すことができる圧電素子を提供する。【解決手段】圧電素子は、２本の導電性繊維２および１本の圧電性繊維１を含み、これらが互いに接点を有せず、略同一平面上に、導電性繊維２、圧電性繊維１、導電性繊維２の順序に配置され、各繊維の表面間の距離が４ｍｍ以下の範囲にある圧電単位を含む。圧電性繊維１は圧電性を有する繊維である。圧電性繊維１はポリ乳酸などの圧電性高分子からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチ式入力装置やポインティングデバイスなどに用いられる圧電素子に関する。さらに詳しくは、表面を擦るだけでタッチセンサーなどとして十分な電気出力を発生することのできる圧電素子や曲げや捩じりの形状変化を検出するセンサーとして十分な電気出力を発生することのできる圧電素子、印加された電気信号により形状変化するアクチュエーターとして機能する圧電素子に関する。

近年、いわゆるタッチパネル方式を採用した入力装置、すなわちタッチ式入力装置が大幅に増加している。銀行ＡＴＭや駅の券売機のみならず、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤなどにおいて、薄型ディスプレイ技術の発展と相まって、入力インターフェースとしてタッチパネル方式が採用される機器が大幅に増加している。
最近の携帯電話やスマートフォンにおいては、液晶や有機エレクトロルミネッセンスなどを用いた表示装置の上にタッチ式入力装置を設置し、画面上に直接的に入力することができる方式が多く採用されている。高度化が進むスマートフォンなどの携帯機器の一層の利便性を向上させるためには、画面上にのみ入力装置を設置しているだけではなく、複数のタッチ式入力手段があることが好ましい。
例えば、スマートフォンにおいて、表示画面に指などで入力しようとした場合、片方の手でスマートフォンを持ち、もう一方の手の指で入力をすることになるため、両手を使用しての操作とならざるを得ない。一方、スマートフォンの筐体にもタッチセンサーなどが組み込まれていれば、片手での操作が可能になるといった利点がある。
その一例として、通常はセンサーとして使用されていない表示画面裏などの非表示画面部分の筐体部分にタッチセンサーなどを組み込み、このセンサーで画面情報の中の項目上またはアンカーポイントを選択する方式が開示されている（特許文献１等）。特許文献１のようなタッチセンサーを実現する入力装置としては、静電容量方式、抵抗膜式、光学式、電磁誘導方式、圧電シートを用いる方式などがある。

一方、圧電シートを用いる方式の例も開示がある（特許文献２等）。圧電シート方式は、静電容量方式や抵抗膜方式のタッチセンサーとは異なり、それ単体でセンサーに加えられる圧力と位置情報の両方を同時に検出可能であり、入力情報の多様性に貢献することができる。
また、特許文献２においては、圧電シートの部材の具体例として、圧電性高分子であるポリ乳酸を利用した例が開示されている。特許文献２で開示されているようにポリ乳酸からなる圧電シートは、フレキシブル化が可能であり、また、１つの素子で位置情報と応力を同時に検出できる優れた素子であるが、十分な電気出力を得るためには、入力時に圧電シートをその応力によってある程度撓ませる必要がある。
ポリ乳酸からなる圧電シートは、シートに対するせん断応力によって電気出力を発生するが、引張や圧縮では十分な電気出力が得られない。したがって、大きな電気出力を得るには圧電シート平面の垂直方向からの押圧力によってシートを撓ませる必要がある。
例えば、この圧電シートをスマートフォンの裏側の筐体に貼合あるいは筐体と一体にして使用することを考えると、シートに垂直方向に加えられる押し圧力によって、シートを撓ませることは空間的に難しく、圧電素子の表面を擦るだけで十分な電気出力を発生させるものが望まれていた。また、スマートフォン等の筐体表面は必ずしも平面とは限らず、意匠性確保などの理由で、その形状には三次元的な凹凸が多く、そこに用いられる圧電素子はフレキシブルであることが望まれていた。
また、このようなシート状のものは、フレキシブルと言っても一方向の曲げにしか形状変化が追随しないため、布帛のような柔軟性を有するセンサーが望まれているのが現状である。

また、圧電繊維技術としては圧電性高分子にねじりを加えた配向させたものが開示されている（特許文献３等）。特許文献３に記載の圧電繊維は、繊維を特殊な製造方法であらかじめ捩じらせておくことで繊維に対する引張や圧縮に対しては電気出力が得られる。しかし特許文献３には、繊維表面を擦ることによるせん断応力に対して十分な電気出力を発生させ、それを取り出すことに対する技術は全く示されていない。さらには、それを用いた布帛状でのセンサー、アクチュエーターについても全く示されていない。
したがって、このような圧電繊維素子を、前記したスマートフォンの筐体などに組み込んで、表面を指などで擦るといった比較的小さい印加応力だけで十分な電気出力を取り出すことは極めて困難である。
一般に一軸延伸配向したポリ乳酸繊維は、延伸軸およびその垂直方向に対する延伸や圧縮応力に対してほとんど分極が生じず、その結果、このような表面を指などで擦ることで発生する比較的小さな印加応力では電気出力がほとんど得られないことが知られている。
一方、ポリ乳酸圧電繊維の延伸軸に平行でも垂直でもない方向から力を加える、すなわち、せん断応力を与えることで分極が生じ、圧電体としての機能を発現することが知られている。

特開２００１-１８９７９２号公報 特開２０１１−２５３５１７号公報 特許第３５４０２０８号公報

本発明の目的は、表面を指などで擦るといった比較的小さな印加応力によって、電気出力を取り出すことができる繊維状の圧電素子、さらにはそれらの組合せである布帛状の圧電素子を提供することにある。

本発明者らは、２本の導電性繊維と１本の圧電性繊維との組み合わせ形状により、圧電素子として機能する場合があることを見出し、さらには導電性繊維と圧電性が互いに接点を有していなくても形状変化により電気出力を発生することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。

１． ２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有せず、略同一平面上に、導電性繊維、圧電性繊維、導電性繊維の順序に配置され、各繊維の表面間の距離が４ｍｍ以下の範囲にある圧電単位を含む圧電素子。
２． 圧電単位は、導電性繊維、圧電性繊維および導電性繊維が、互いに略平行に配置されている上記１記載の圧電素子。
３． 圧電単位は絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配置されている上記１記載の圧電素子。
４． 圧電性繊維が、主としてポリ乳酸を含む上記１に記載の圧電素子。
５． 圧電性繊維が、主としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度は９９％以上である上記１記載の圧電素子。

６． 圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む上記１記載の圧電素子。
７． 導電性繊維が炭素繊維である上記１記載の圧電素子。
８． 絶縁性繊維が主としてポリエチレンテレフタレート系繊維を含む上記３記載の圧電素子。
９． 複数の並列した圧電単位を含有する織編物である上記２記載の圧電素子。
１０． 複数の並列した圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織である上記９記載の圧電素子。

１１． 複数の並列した圧電単位を含有する織物であって、その織組織がサテン織である上記９記載の圧電素子。
１２． 圧電単位を緯糸方向に配した上記１０または１１に記載の圧電素子。
１３． 圧電単位に含まれる圧電性繊維の飛び数が３〜７である上記１０または１１に記載の圧電素子。
１４． 圧電素子に印加された応力の大きさおよび／または印加された位置を検出するセンサーである上記１〜１３のいずれか一項に記載の圧電素子。
１５．検出される圧電素子に印加された応力が、圧電素子表面への擦り力である、上記１４記載の圧電素子。
１６． 圧電素子に印加された電気信号により形状変化するアクチュエーターである上記１〜１３のいずれか一項に記載の圧電素子。

本発明の圧電素子は、フレキシブルでかつ表面を指などで擦るだけで、電気出力を取り出すことができる。

本発明の圧電素子は、タッチセンサーとして好適に利用できる。本発明の圧電素子をスマートフォンなどの筐体に組み込むことで、片手で操作が可能なスマートフォンなどを実現することができる。また本発明の圧電素子は、フレキシブルな繊維状であるので、織りや編みによって布状とすることも可能でありそれによりハンカチのような折り畳み可能な布状のタッチパネルやセンサー、さらには着衣状であったり、布帛で実現できるあらゆる形状のセンサーも実現することが可能である。さらに本発明の圧電素子は、擦るだけで電気出力を取り出すことができ、マイクロ発電機などへの適用も可能である。
更には、本発明の圧電素子に電気信号を印加すると形状が変化するので、アクチュエーターとしても利用可能である。例えば、布帛状とした圧電素子に電気信号を印加して、布帛表面に載置した対象物を移動させたり、対象物を包んだりすることができる。また布帛を構成する各圧電素子へ印可する電気信号を制御することが可能である。

実施例１の圧電素子を作成するための平織物の模式図である。 実施例１および比較例１で作成した圧電素子の構成の模式図である。 実施例１および比較例１の圧電素子の評価システムの概略図である。 実施例１の圧電素子の圧電特性を示すグラフである。 比較例１の圧電素子の圧電特性を示すグラフである。

本発明は、２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有せず、略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子によって達成される。以下に各構成について説明する。

（導電性繊維）
導電性繊維の直径は１μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．１ｍｍ〜２ｍｍである。直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維の断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。
導電性繊維の材料としては、導電性を示すものであればよく、繊維状とする必要があることから、導電性高分子であることが好ましい。導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、炭素繊維などを用いることができる。また、高分子をマトリックスとして繊維状または粒状の導電性フィラーを入れたものでも良い。さらには、繊維の表面に導電性を有する層を形成したものであってもよい。導電性を有する層としては、公知の導電性高分子や繊維状または粒状の導電性フィラーをコーティングするなどできる。フレキシブルかつ長尺の電気特性の安定性の観点からより好ましくは炭素繊維である。圧電性高分子からの電気出力を効率よく取り出すため、電気抵抗は低いことが好ましく、体積抵抗率としては１０^−１Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０^−２Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０^−３Ω・ｃｍ以下である。
一般の炭素繊維はフィラメントがいくつか集まった束となったマルチフィラメントが普通であるが、これを用いてもよく、また、一本からなるモノフィラメントだけを用いるのでも良い。マルチフィラメントを利用した方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは２μｍ〜１００μｍである。さらに好ましくは３μｍ〜１０μｍである。フィラメント数としては、１０本〜１０００００本が好ましく、より好ましくは１００本〜５００００本、さらに好ましくは５００本〜３００００本である。

（圧電性繊維）
圧電性繊維は圧電性を有する繊維である。圧電性繊維は圧電性高分子からなることが好ましい。圧電性高分子としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸など圧電性を示す高分子であれば利用できるが、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。ポリ乳酸は溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。さらに、ポリ乳酸からなる圧電性繊維はその軸方向への引張や圧縮応力では、分極が小さく、圧電素子として機能させることが困難であるが、せん断応力によっては比較的大きな電気出力が得られ、せん断応力を圧電性高分子に付与しやすい構成体を有する本発明の圧電素子においては好ましい。
圧電性高分子は、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主として」とは、好ましくは９０モル％、より好ましくは９５モル％、さらに好ましくは９８モル％以上のことを言う。

ポリ乳酸としては、その結晶構造によって、Ｌ−乳酸、Ｌ−ラクチドを重合してなるポリ−Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、Ｄ−ラクチドを重合してなるポリ−Ｄ−乳酸、さらに、それらのハイブリッド構造からなるステレオコンプレックスポリ乳酸などがあるが、圧電性を示すものであればいずれも利用できる。圧電率の高さの観点で好ましくは、ポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ−乳酸である。ポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ−乳酸はそれぞれ、同じ応力に対して分極が逆になるために、目的に応じてこれらを組み合わせて使用することも可能である。ポリ乳酸の光学純度は９９％以上であることが好ましく、より好ましくは９９．３％以上、さらに好ましくは９９．５％以上である。光学純度が９９％未満であると著しく圧電率が低下する場合があり、圧電素子表面への擦り力によって十分な電気出力を得ることが難しくなる場合がある。圧電性高分子が、主としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度は９９％以上であることが好ましい。
圧電性高分子は被覆繊維の繊維軸方向に一軸配向しかつ結晶を含むものであることが好ましく、より好ましくは結晶を有する一軸配向ポリ乳酸である。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶状態および一軸配向において大きな圧電性を示すためである。

ポリ乳酸は加水分解が比較的早いポリエステルであるから、耐湿熱性が問題となる場合においては、公知の、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物などの加水分解防止剤を添加してもよい。また、必要に応じてリン酸系化合物などの酸化防止剤、可塑剤、光劣化防止剤などを添加して物性改良してもよい。
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全重量を基準として少なくとも５０重量％以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは７０重量％以上、最も好ましくは９０重量％以上である。
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性効果を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。

圧電性繊維はフィラメントがいくつか集まった束となったマルチフィラメントが普通であるが、これを用いてもよく、また、一本からなるモノフィラメントだけを用いるのでも良い。マルチフィラメントを利用した方が圧電特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは５μｍ〜５００μｍである。さらに好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。フィラメント数としては、１本〜１０００００本が好ましく、より好ましくは１０本〜５００００本、さらに好ましくは１００本〜１００００本である。
このような圧電性高分子を圧電性繊維とするためには、高分子を繊維化するための公知の手法を、本発明の効果を奏する限りいずれも採用することができ、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、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸により繊維化する手法、圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法等を採用することができる。これらの紡糸条件は、採用する圧電性高分子に応じて公知の手法を適用すればよく、通常は工業的に生産の容易な溶融紡糸法を採用すればよい。
なお、上述の通りに、圧電性高分子がポリ乳酸である場合には、一軸延伸配向し、かつ結晶を含むとより大きな圧電性を示すことから、繊維は延伸することが好ましい。

（接点を有さない）
圧電単位は、２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有せず、各繊維の表面間の距離が４ｍｍ以下の範囲にあることを要件とする。
本発明の導電性繊維と圧電性繊維とは接点を有していないが、圧電単位中の導電性繊維と圧電性繊維との表面間の距離は４ｍｍ以下であり、より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、最も好ましくは０．５ｍｍ以下である。４ｍｍ以上であると圧電性繊維の形状変化に伴う電気出力が小さくなり、デバイスとして用いることが困難となる。
例えば、導電性繊維に炭素繊維を用いた場合には、布帛の柔軟性が低下する方向にあるが、本発明のように繊維同士が接点を有していないことによって、布帛の柔軟性の低下を抑制することができる。
さらには、導電性繊維と圧電性繊維の間に伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることでも柔軟性の高い布帛を得ることができる。

（略同一平面上）
本発明の圧電素子は、２本の導電性繊維と１本の圧電性繊維とは、略同一平面上に配置される。ここで略同一平面上とは、３本の繊維の繊維軸が略平面上に配置されることを意味し、「略」とは、繊維同士の交差点で厚みが生じることが含まれることを意味するものである。
例えば、２本の平行な導電性繊維の間に、１本の圧電性繊維が更に平行に引き揃えられた形態は接点を有せず、略同一平面上にある形態である。また、当該１本の圧電性繊維の繊維軸を、当該２本の平行な導電性繊維とは平行でない状態に傾けていても、略同一平面上にある。さらに、１本の導電性繊維と１本の圧電性繊維とを平行に引き揃え、もう１本の導電性繊維を、この引き揃えられた導電性繊維と圧電性繊維とに、交差させたとしても略同一平面上にある。
略平面上に配置されることで、当該圧電単位を組み合わせて、繊維状、布帛状の圧電素子を形成しやすく、繊維状、布帛状の形態の圧電素子を利用すれば、応力センサー、アクチュエーターの形状設計に自由度を増すことができる。

（配置順序）
圧電単位は、導電性繊維、圧電性繊維、導電性繊維が、この順に配置されていることが好ましい。このように配置することで、圧電単位の２本の導電性繊維同士が接触することがなくなり、導電性繊維に他の手段、例えば絶縁性物質を被覆するなどの技術を適用しなくても圧電単位として有効に機能させることができる。圧電単位は、導電性繊維、圧電性繊維および導電性繊維が、互いに略平行に配置されていることが好ましい。

（絶縁性繊維）
本発明の圧電単位は、絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように導電性繊維と圧電性繊維の間に配されることがある。この際、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。また、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配されることもある。本発明での配置順序は通常は、［導電性繊維／圧電性繊維／導電性繊維］であるので、絶縁性繊維は、［絶縁性繊維／導電性繊維／圧電性繊維／導電性繊維］ないし［絶縁性繊維／導電性繊維／圧電性繊維／導電性繊維／絶縁性繊維］として配置される。この際も、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
圧電単位にこのように絶縁性繊維を配置することで、圧電単位を複数組み合わせた場合でも導電性繊維が接触することがなく、圧電素子としての性能（検出センサーの検出分解能、アクチュエーターにおける微細な形状変化）を向上させることが可能である。
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が１０^６Ω・ｃｍ以上であれば用いることができ、より好ましくは１０^８Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０^１０Ω・ｃｍ以上がよい。

絶縁性繊維として例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の他、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維を組み合わせて用いてもよく、絶縁性を有しない繊維と組み合わせ、全体として絶縁性を有する繊維としてもよい。
また、布帛に柔軟性を持たせる目的で、公知のあらゆる形状の繊維も用いることができる。
とりわけ、生産の容易性、取扱性、強度、等を考慮し、絶縁性繊維が主としてポリチレンテレフタレート系繊維を含むことが好ましい。ここで、「主として」とは当該繊維が絶縁性繊維を基準として５０％を超えて占めることを意味し、好ましくは７５％以上、さらに好ましくは９０％以上、特に好ましくは９９％以上、最も好ましいのは１００％である。ポリエチレンテレフタレート「系」とは、当該繊維において、ポリエチレンテレフタレートが繊維を構成する成分を基準として５０％を超えて占めることを意味し、好ましくは７５％以上、さらに好ましくは９０％以上、特に好ましくは９９％以上、最も好ましいのは１００％である。

（圧電単位の組み合わせ形態）
本発明において、複数の並列した圧電単位を含有する織編物であることが好ましい。このような形態であることで、圧電素子として、形状の変形自由度（フレキシブルさ）を向上させることが可能である。
このような織編物形状は複数の並列した圧電単位を含み、圧電素子としての機能を発揮する限り何らの限定は無い。織物形状または編物形状を得るには、通常の織機または編機により製編織すればよい。
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。
編物の種類は、丸編物（緯編物）であってもよいし経編物であってもよい。丸編物（緯編物）の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、２層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび／またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。

なお、圧電単位が織り組織ないし編み組織に組み込まれて存在する場合、圧電性繊維そのものに屈曲部分が存在するが、圧電素子としての圧電性能を効率よく発現させるためには、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が好ましい。従って、織物と編み物とでは織物の方が好ましい。
織物として強度、取扱い性、製造の容易さとの兼ね合いの観点から、圧電単位は緯糸方向に配することが好ましい。経糸方向には他の繊維、例えば絶縁性繊維であるポリエチレンテレフタレート系繊維を配することが好ましい。
この場合でも、上述の通り、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が、圧電性能が効率よく発現することから、織組織としては平織よりは綾織りが好ましく、綾織よりもサテン織（朱子織）が好ましい。特にサテン織（朱子織）のなかでも、飛び数が３〜７の範囲にあると、織組織の保持と圧電性性能とを高い水準で発揮することから好ましい。
また、圧電性繊維は帯電しやすいため、誤作動しやすくなる場合がある。このような場合には、信号を取り出そうとする圧電繊維を接地（アース）して使用することもできる。接地（アース）する方法としては信号を取り出す導電性繊維とは別に、導電性繊維を配置することが好ましい。この場合、導電性繊維の体積抵抗率としては１０^−１Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０^−２Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０^−３Ω・ｃｍ以下である。

（複数の圧電素子）
また、圧電素子を複数並べて用いることも可能である。並べ方としても一次元的に一段で並べても、二次元的に重ねて並べても良く、さらには布状に編織して用いたり、組み紐に製紐したりしてもよい。それによって布状、紐状の圧電素子を実現することも可能となる。布状、紐状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、圧電素子以外の他の繊維と組み合わせて、混繊、交織、交編等を行ってもよく、また、スマートフォンの筐体の樹脂などに組み込んで使ってもよい。このように本発明の圧電素子を複数本並べて使用する際においては、本発明の圧電素子は表面に電極を有さないため、その並べ方、編み方が広範に選択することができるという利点がある。

（圧電素子の適用技術）
本発明の圧電素子はいずれの態様であっても、圧電素子表面を擦るなどして、印加された応力の大きさおよび／または印加された位置を検出するセンサーとして利用することができる。なお、本発明の圧電素子は、擦る以外の押圧力などによっても圧電性高分子にせん断応力が与えられるならば、電気出力を取り出すことはもちろん可能である。
ここで、「印加される応力」とは本発明の目的にも記載した通り、指の表面で擦る程度の応力を意味しており、この、指の表面で擦る程度の応力の目安としては、おおよそ１〜１００Ｐａである。もちろん、これ以上であっても印加された応力およびその印加位置を検出することが可能であることはいうまでもない。
指などで入力する場合には、１ｇｆ以上５０ｇｆ以下（１０ｍｍＮ以上５００ｍｍＮ以下）の荷重であっても動作することが好ましく、さらに好ましくは１ｇｆ以上１０ｇｆ以下（１０ｍｍＮ以上１００ｍｍＮ以下）の荷重で動作することが好ましい。もちろん、５０ｇｆ（５００ｍｍＮ）を超える荷重であっても動作することは、上述の通りである。
また、本発明の圧電素子は、曲げ、捩じりの形状変化を検出するセンサーとして十分な電気出力を発生することができるため、布帛状とすることで、これまでのシートとは異なり、真にフレキシブルな圧電素子として機能する。たとえば、ハンカチのような形状であったり、着衣状、サポーター状など、布帛から得られるあらゆるウェアラブルなセンサーとして用いることができうる。
また、本発明の圧電素子はいずれの態様であっても、電気信号を印加することでアクチュエーターとして用いることができる。そのため本発明の圧電素子は、布帛状のアクチュエーターとして用いることができる。この本発明のアクチュエーターは、印加する電気信号を制御することで、布帛表面の一部に凸部や凹部を形成することや、布帛全体を巻き形状とすることが可能である。本発明のアクチュエーターは、物品を把持することができる。また、人体（腕、足、腰等）に巻きつける形状に変化させて、サポーター等として機能させることが可能である。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に記載するが本発明はこれによって何らの限定を受けるものではない。

実施例１
（ポリ乳酸の製造）
ポリ乳酸は以下の方法で製造した。
Ｌ−ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００重量部に対し、オクチル酸スズを０．００５重量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて１８０℃で２時間反応させ、オクチル酸スズに対し１．２倍当量のリン酸を添加しその後、１３．３Ｐａで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ１）を得た。得られたＰＬＬＡ１の重量平均分子量は１５．２万、ガラス転移点（Ｔｇ）は５５℃、融点は１７５℃であった。
（圧電性繊維）
２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４ｆｉｌａｍｅｎｔのマルチフィラメント一軸延伸糸１を得た。このマルチフィラメント一軸延伸糸１を８束まとめて、圧電性繊維１とした。
（導電性繊維）
東邦テナックス（株）製の炭素繊維マルチフィラメントである品名『ＨＴＳ４０ ３Ｋ』を導電性繊維１として用いた。当該導電性繊維１は直径７．０μｍのフィラメント３０００本を１束としたマルチフィラメントであり、体積抵抗率は１．６×１０^−３Ω・ｃｍであった。
（絶縁性繊維）
２８０℃にて溶融させたＰＥＴ１を４８ホールのキャップから４５ｇ／ｍｉｎで吐出し、８００ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸糸を８０℃、２．５倍に延伸し、１８０℃で熱固定処理することによりすることにより１６７ｄＴｅｘ／４８フィラメントのマルチフィラメント延伸糸を得た。このマルチフィラメント延伸糸を４束まとめて、絶縁性繊維１とした。

図１に示すように経糸に絶縁性繊維１を配し、緯糸に圧電性繊維１、導電性繊維１を交互に配した平織物を作製した。この平織物から図２に示すように部分的に繊維を抜き取り、圧電性繊維と導電性繊維が接していない状態の平織物を得た。この時の圧電性繊維と導電性繊維の距離は２ｍｍであった。
この平織物のうち圧電性繊維を挟む一対の導電性繊維を信号線として図３に示すようにオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に接続した。当該信号線を繋いだ状態で該平織物を曲げたところ、非常に柔軟性があり、図４に示すような電圧信号が得られ、圧電素子（センサー）としての機能を発揮することを確認した。

比較例１
圧電性繊維と導電性繊維の距離を５ｍｍとした以外は実施例１と同様に平織物を作製し、評価した。
該平織物を曲げたところ、非常に柔軟性があったが、図５に示すような小さな電圧信号しか得られず、圧電素子（センサー）として機能することは困難であることを確認した。

１ 圧電性繊維
２ 導電性繊維
３ 絶縁性繊維

Claims (16)

1. ２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有せず、略同一平面上に、導電性繊維、圧電性繊維、導電性繊維の順序に配置され、各繊維の表面間の距離が４ｍｍ以下の範囲にある圧電単位を含む圧電素子。
2. 圧電単位は、導電性繊維、圧電性繊維および導電性繊維が、互いに略平行に配置されている請求項１記載の圧電素子。
3. 圧電単位は絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配置されている請求項１記載の圧電素子。
4. 圧電性繊維が、主としてポリ乳酸を含む請求項１に記載の圧電素子。
5. 圧電性繊維が、主としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度は９９％以上である請求項１記載の圧電素子。
6. 圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む請求項１記載の圧電素子。
7. 導電性繊維が炭素繊維である請求項１記載の圧電素子。
8. 絶縁性繊維が主としてポリエチレンテレフタレート系繊維を含む請求項３記載の圧電素子。
9. 複数の並列した圧電単位を含有する織編物である請求項２記載の圧電素子。
10. 複数の並列した圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織である請求項９記載の圧電素子。
11. 複数の並列した圧電単位を含有する織物であって、その織組織がサテン織である請求項９記載の圧電素子。
12. 圧電単位を緯糸方向に配した請求項１０または１１に記載の圧電素子。
13. 圧電単位に含まれる圧電性繊維の飛び数が３〜７である請求項１０または１１に記載の圧電素子。
14. 圧電素子に印加された応力の大きさおよび／または印加された位置を検出するセンサーである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧電素子。
15. 検出される圧電素子に印加された応力が、圧電素子表面への擦り力である、請求項１４記載の圧電素子。
16. 圧電素子に印加された電気信号により形状変化するアクチュエーターである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧電素子。

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