JP2018073997A - Braided string piezoelectric element and device using same - Google Patents

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佳郎 田實
Yoshiro Tanuki
佳郎 田實
小野 雄平
Yuhei Ono
雄平 小野
俊介 兼松
Shunsuke Kanematsu
俊介 兼松
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Teijin Ltd
Kansai University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fibrous piezoelectric element capable of extracting a large electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation and further suppressing a noise signal.SOLUTION: The braided string piezoelectric element includes: a core portion formed of conductive fibers; a sheath portion formed of a braided string piezoelectric fiber so as to cover the core portion; and a conductive layer provided around the sheath portion. The ratio d/Rc of the thickness d of a layer made of the piezoelectric fiber to the radius Rc of the core portion is 1.0 or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧電性繊維を用いた組紐を導電層で被覆した組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子およびそれを用いたデバイスに関する。   The present invention relates to a fabric-like piezoelectric element using a braided piezoelectric element in which a braid using a piezoelectric fiber is covered with a conductive layer, and a device using the same.

近年、いわゆるウェアラブルセンサーが注目を浴びており、眼鏡型や腕時計といった形状の商品が世に出始めた。しかし、これらのデバイスは、装着しているという感覚があり、究極のウェアラブルである、布状、つまり衣類のような形状のものが望まれている。そのようなセンサーとして、圧電性繊維の圧電効果を用いた圧電素子が知られている。例えば、特許文献1には、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しつつ、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が開示されている。また、特許文献2には、圧電高分子からなる繊維状物、または成形物であり、これの軸方向に付加される張力によって圧電性を発生させるために、かかる張力の付加方向と異なる方向に捩りを加えて構成したことを特徴とする圧電材が開示されている。   In recent years, so-called wearable sensors have attracted attention, and products such as glasses and watches have begun to appear in the world. However, these devices have a feeling that they are worn, and a cloth-like shape, that is, a clothing-like shape that is the ultimate wearable is desired. As such a sensor, a piezoelectric element using a piezoelectric effect of a piezoelectric fiber is known. For example, Patent Document 1 discloses a piezoelectric element that includes two conductive fibers and one piezoelectric fiber, and these include piezoelectric units that are disposed on substantially the same plane while having contact with each other. Has been. Patent Document 2 discloses a fibrous or molded product made of a piezoelectric polymer, and in order to generate piezoelectricity by the tension applied in the axial direction thereof, the direction in which the tension is applied is different. A piezoelectric material characterized by being twisted is disclosed.

一方、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、スマートフォン、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を採用した機器が大幅に増加している。そのようなタッチパネル方式を実現する手段として、圧電シートや圧電性繊維を用いる方式が知られている。例えば、特許文献3には、所定方向に向く延伸軸を有するL型ポリ乳酸からなる圧電シートを用いるタッチパネルが開示されている。   On the other hand, in recent years, the number of input devices adopting a so-called touch panel method, that is, touch-type input devices has increased significantly. In addition to bank ATMs and station ticket vending machines, smartphones, mobile phones, portable game consoles, portable music players, etc., coupled with the development of thin display technology, the number of devices that use the touch panel method as an input interface has increased significantly. . As means for realizing such a touch panel system, a system using a piezoelectric sheet or piezoelectric fiber is known. For example, Patent Document 3 discloses a touch panel that uses a piezoelectric sheet made of L-type polylactic acid having an extending axis facing a predetermined direction.

これらウェアラブルセンサーやタッチパネル方式のセンサーでは、圧電材料に印加される小さな変形により圧電材料内に生じる小さな応力に対しても、大きな電気信号を取り出すことが望まれる。例えば、指の曲げ伸ばし動作や指などで表面を擦る行為により圧電材料に生じる比較的小さな応力によっても大きな電気信号を安定的に取り出すことが望まれる。   In these wearable sensors and touch panel type sensors, it is desired to extract a large electric signal even with a small stress generated in the piezoelectric material due to a small deformation applied to the piezoelectric material. For example, it is desired to stably extract a large electric signal even by a relatively small stress generated in a piezoelectric material due to a bending and stretching operation of a finger or an action of rubbing the surface with a finger or the like.

特許文献1の圧電性繊維は、様々な用途に適用可能な優れた素材であるが、比較的小さな変形で生じる応力に対して大きい電気信号を出力できるとは必ずしもいえず、大きな電気信号を得る技術についても明示していない。また、特許文献1に記載の圧電素子は、信号線となる導電性繊維がむき出しであるためノイズの影響を受けやすく、また、外部応力による損傷を受けやすい。特許文献1に記載の圧電素子では、実用化に対して依然として改善の余地があった。   The piezoelectric fiber of Patent Document 1 is an excellent material applicable to various uses, but it cannot necessarily output a large electric signal with respect to stress generated by a relatively small deformation, and obtains a large electric signal. The technology is not specified. Further, the piezoelectric element described in Patent Document 1 is easily affected by noise because the conductive fibers serving as signal lines are exposed, and is easily damaged by external stress. The piezoelectric element described in Patent Document 1 still has room for improvement with respect to practical use.

特許文献2の圧電性繊維は、特殊な製造方法で圧電性繊維をあらかじめ捩じらせておくことにより、圧電性繊維への引張や圧縮に対して電気信号を出力できる。しかし、特許文献2には、圧電性繊維を曲げたり伸ばしたりする屈曲や、圧電性繊維の表面を擦る行為によるせん断応力に対して十分な電気信号を発生させる技術は開示されていない。したがって、このような圧電性繊維を用いた場合、表面を擦るような比較的小さい変形で生じる応力だけで十分な電気信号を取り出すことは困難である。   The piezoelectric fiber of Patent Document 2 can output an electrical signal in response to tension or compression on the piezoelectric fiber by previously twisting the piezoelectric fiber by a special manufacturing method. However, Patent Document 2 does not disclose a technique for generating a sufficient electric signal with respect to a bending stress caused by bending or stretching a piezoelectric fiber or a shearing stress caused by rubbing the surface of the piezoelectric fiber. Therefore, when such a piezoelectric fiber is used, it is difficult to extract a sufficient electric signal only with a stress generated by a relatively small deformation that rubs the surface.

特許文献3の圧電シートは、圧電シートに対する変形(応力)によって電気信号を出力できる。しかしながら、そもそもシート状であるために柔軟性に乏しく布のように自由に屈曲できるような使い方は不可能である。   The piezoelectric sheet of Patent Document 3 can output an electric signal by deformation (stress) with respect to the piezoelectric sheet. However, since it is in the form of a sheet in the first place, it is not flexible and cannot be used such that it can be bent freely like a cloth.

国際公開第2014/058077号International Publication No. 2014/058077 特開2000−144545号公報JP 2000-144545 A 特開2011−253517号公報JP 2011-253517 A

本発明の目的は、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能で、またノイズ信号を抑制可能であり、さらに外部からの損傷を受けにくい繊維状の圧電素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a fibrous piezoelectric element that can extract a large electrical signal even with a stress caused by a relatively small deformation, can suppress a noise signal, and is less susceptible to external damage. It is to be.

本発明者らは、導電性繊維と圧電性繊維との組み合わせとして、芯となる導電性繊維の表面を組紐状の圧電性繊維で被覆し、更にその周囲に導電層を設けた組紐状圧電素子により効率よく電気信号を取り出すことが可能で、かつ、ノイズ信号を抑制できることを発見し、さらに芯部と圧電性繊維の太さの関係を特定の範囲とすることで外部からの損傷を受けにくくなることを見出し、本発明に到達した。   As a combination of a conductive fiber and a piezoelectric fiber, the present inventors have coated a braided piezoelectric element in which the surface of the conductive fiber as a core is covered with a braided piezoelectric fiber and a conductive layer is further provided around the surface. It has been found that the electrical signal can be extracted more efficiently and the noise signal can be suppressed, and the relationship between the thickness of the core and the piezoelectric fiber is made within a specific range so that it is less susceptible to external damage. And the present invention has been reached.

すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
(1)導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部と、前記鞘部の周囲に設けられた導電層とを備え、前記芯部の半径Rcに対する圧電性繊維からなる層の厚みdの比d/Rcが1.0以上であることを特徴とする組紐状圧電素子。
(2)前記導電層による前記鞘部の被覆率が25%以上である、(1)に記載の組紐状圧電素子。
(3)前記導電層が繊維で形成されている、(1)または(2)に記載の組紐状圧電素子。
(4)(1)〜(3)のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛状圧電素子。
(5)前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、(4)に記載の布帛状圧電素子。
(6)前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの30%以上が導電性繊維である、(5)に記載の布帛状圧電素子。
(7)(1)〜(3)のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、
印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。
(8)(5)または(6)に記載の布帛状圧電素子と、
印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。
That is, the present invention includes the following inventions.
(1) A core part formed of conductive fibers, a sheath part formed of braided piezoelectric fibers so as to cover the core part, and a conductive layer provided around the sheath part A braided piezoelectric element having a ratio d / Rc of a thickness d of a layer made of piezoelectric fibers to a radius Rc of the core part of 1.0 or more.
(2) The braided piezoelectric element according to (1), wherein a covering rate of the sheath portion by the conductive layer is 25% or more.
(3) The braided piezoelectric element according to (1) or (2), wherein the conductive layer is formed of fibers.
(4) A fabric-like piezoelectric element including the braided piezoelectric element according to any one of (1) to (3).
(5) The cloth-like piezoelectric element according to (4), wherein the cloth further includes a conductive fiber that intersects and contacts at least a part of the braid-like piezoelectric element.
(6) The fabric-like piezoelectric element according to (5), wherein 30% or more of the fibers that form the fabric and intersect with the braided piezoelectric element are conductive fibers.
(7) The braided piezoelectric element according to any one of (1) to (3);
Amplifying means for amplifying an electrical signal output from the braided piezoelectric element in accordance with the applied pressure;
Output means for outputting the electrical signal amplified by the amplification means;
A device comprising:
(8) The cloth-like piezoelectric element according to (5) or (6),
Amplifying means for amplifying an electrical signal output from the cloth-like piezoelectric element in accordance with an applied pressure;
Output means for outputting the electrical signal amplified by the amplification means;
A device comprising:

本発明により、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能で、更にノイズ信号を抑制できる繊維状の圧電素子を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a fibrous piezoelectric element that can extract a large electric signal even with a stress caused by a relatively small deformation and can further suppress a noise signal.

実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the braided piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る組紐状圧電素子の断面を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the cross section of the braided piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the fabric-like piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る圧電素子を備えるデバイスを示すブロック図である。It is a block diagram which shows a device provided with the piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る組紐状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a device provided with the braided piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a device provided with the fabric-like piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの他の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structural example of a device provided with the fabric-like piezoelectric element which concerns on embodiment. 実施形態に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの他の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structural example of a device provided with the fabric-like piezoelectric element which concerns on embodiment.

(組紐状圧電素子)
図1は実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
組紐状圧電素子1は、導電性繊維Bで形成された芯部3と、芯部3を被覆するように組紐状の圧電性繊維Aで形成された鞘部2と、鞘部2を被覆する導電層4とを備えている。導電層4は芯部3の導電繊維の対極となる電極としての機能と、芯部3の導電繊維を外部の電磁波から遮蔽し、芯部3の導電繊維に発生するノイズ信号を抑制するシールドとしての機能を同時に有する。
(Braided piezoelectric element)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a braided piezoelectric element according to the embodiment.
The braided piezoelectric element 1 covers the core 3 formed of the conductive fiber B, the sheath 2 formed of the braided piezoelectric fiber A so as to cover the core 3, and the sheath 2. And a conductive layer 4. The conductive layer 4 functions as an electrode serving as a counter electrode of the conductive fiber of the core part 3 and as a shield that shields the conductive fiber of the core part 3 from external electromagnetic waves and suppresses a noise signal generated in the conductive fiber of the core part 3. It has the function of.

導電層4による鞘部2の被覆率は25%以上が好ましい。ここで被覆率とは、導電層4を鞘部2へ投影した際の導電層4に含まれる導電性物質5の面積と鞘部2の表面積の比率であり、その値は25%以上が好ましく、50%以上がより好ましく、75%以上であることがさらに好ましい。導電層4の被覆率が25%を下回るとノイズ信号の抑制効果が十分に発揮されない場合がある。導電性物質5が導電層4の表面へ露出していない場合、例えば導電性物質5を内包する繊維を導電層4として使用して鞘部2を被覆している場合は、その繊維の鞘部2へ投影した際の面積と鞘部2の表面積の比率を被覆率とすることができる。
導電性物質5とは、導電層4に含まれる導電性物質のことであり、公知のあらゆるものが該当する。
The coverage of the sheath 2 by the conductive layer 4 is preferably 25% or more. Here, the coverage is the ratio of the area of the conductive material 5 contained in the conductive layer 4 to the surface area of the sheath 2 when the conductive layer 4 is projected onto the sheath 2, and the value is preferably 25% or more. 50% or more is more preferable, and 75% or more is more preferable. If the coverage of the conductive layer 4 is less than 25%, the noise signal suppressing effect may not be sufficiently exhibited. When the conductive material 5 is not exposed to the surface of the conductive layer 4, for example, when the sheath 2 is covered using the fiber containing the conductive material 5 as the conductive layer 4, the sheath of the fiber The ratio of the area when projected onto 2 and the surface area of the sheath 2 can be defined as the coverage.
The conductive substance 5 is a conductive substance contained in the conductive layer 4, and any known substance is applicable.

組紐状圧電素子1では、少なくとも一本の導電性繊維Bの外周面を多数の圧電性繊維Aが緻密に取り巻いている。組紐状圧電素子1に変形が生じると、多数の圧電性繊維Aそれぞれに変形による応力が生じ、それにより多数の圧電性繊維Aそれぞれに電場が生じ(圧電効果)、その結果、導電性繊維Bを取り巻く多数の圧電性繊維Aの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維Bに生じる。すなわち圧電性繊維Aの組紐状の鞘部2を用いない場合と比較して導電性繊維Bからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子1では、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能となる。なお、導電性繊維Bは複数本であってもよい。   In the braided piezoelectric element 1, a large number of piezoelectric fibers A densely surround the outer peripheral surface of at least one conductive fiber B. When the braided piezoelectric element 1 is deformed, a stress due to the deformation is generated in each of the large number of piezoelectric fibers A, thereby generating an electric field in each of the large number of piezoelectric fibers A (piezoelectric effect). A voltage change is generated in the conductive fiber B by superimposing the electric fields of many piezoelectric fibers A surrounding the. That is, the electrical signal from the conductive fiber B increases as compared with the case where the braided sheath 2 of the piezoelectric fiber A is not used. As a result, the braided piezoelectric element 1 can extract a large electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation. A plurality of conductive fibers B may be used.

組紐状圧電素子1は、その中心軸方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するか、あるいはその中心軸を軸としたねじり変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものが好ましく、その中心軸方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものがより好ましい。
中心軸方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子1としては、例えば、圧電性繊維Aとして、配向した圧電性高分子を円筒形または円柱形に配置した構造体であり、圧電性高分子が配置された円筒形または円柱形の中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度が15°以上75°以下であり、圧電性高分子は配向軸を3軸とした時の圧電定数d14の絶対値が0.1pC/N以上1000pC/N以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む、構造体であることが好ましい。さらに該圧電性高分子は、圧電定数d14の値が正の結晶性高分子を主成分として含むP体と、負の結晶性高分子を主成分として含むN体とを含み、該構造体の中心軸が1cmの長さを持つ部分について、配向軸がZ撚り方向にらせんを巻いて配置された該P体の質量をZP、配向軸がS撚り方向にらせんを巻いて配置された該P体の質量をSP、配向軸がZ撚り方向にらせんを巻いて配置された該N体の質量をZN、配向軸がS撚り方向にらせんを巻いて配置された該N体の質量をSN、とし、(ZP+SN)と(SP+ZN)とのうち小さい方をT1、大きい方をT2としたとき、T1/T2の値が0以上0.8以下である、そのような構造体であることがより好ましい。
The braided piezoelectric element 1 selectively outputs a large electric signal with respect to expansion / contraction deformation in the central axis direction or selectively outputs a large electric signal with respect to torsional deformation about the central axis. What outputs is preferable, and what outputs a big electric signal selectively with respect to the expansion-contraction deformation to the central-axis direction is more preferable.
As the braided piezoelectric element 1 that selectively outputs a large electric signal with respect to expansion and contraction in the central axis direction, for example, an oriented piezoelectric polymer is arranged in a cylindrical shape or a cylindrical shape as the piezoelectric fiber A. The orientation angle of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis of the cylindrical or columnar shape in which the piezoelectric polymer is arranged is 15 ° or more and 75 ° or less, and the piezoelectric polymer has an orientation axis of 3 The structure preferably includes a crystalline polymer having an absolute value of the piezoelectric constant d14 of 0.1 pC / N or more and 1000 pC / N or less as a main component as the axis. Further, the piezoelectric polymer includes a P body containing a crystalline polymer having a positive value of the piezoelectric constant d14 as a main component and an N body containing a negative crystalline polymer as a main component. For a portion having a center axis of 1 cm in length, the orientation axis is ZP, and the orientation axis is arranged in a S-twist direction. SP is the mass of the body, ZN is the mass of the N body arranged with a spiral in the Z twist direction, and SN is the mass of the N body arranged with a spiral in the S twist direction. And when the smaller one of (ZP + SN) and (SP + ZN) is T1, and the larger one is T2, the T1 / T2 value is 0 or more and 0.8 or less. preferable.

一方、中心軸を軸としたねじり変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子1としては、例えば、圧電性繊維Aとして、配向した圧電性高分子を円筒形または円柱形に配置した構造体であり、圧電性高分子が配置された円筒形または円柱形の中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度が0°以上40°以下または50°以上90°以下であり、圧電性高分子は配向軸を3軸とした時の圧電定数d14の絶対値が0.1pC/N以上1000pC/N以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む、構造体であることが好ましい。さらに該圧電性高分子は、圧電定数d14の値が正の結晶性高分子を主成分として含むP体と、負の結晶性高分子を主成分として含むN体とを含み、該構造体の中心軸が1cmの長さを持つ部分について、配向軸がZ撚り方向にらせんを巻いて配置された該P体の質量をZP、配向軸がS撚り方向にらせんを巻いて配置された該P体の質量をSP、配向軸がZ撚り方向にらせんを巻いて配置された該N体の質量をZN、配向軸がS撚り方向にらせんを巻いて配置された該N体の質量をSN、とし、(ZP+SN)と(SP+ZN)とのうち小さい方をT1、大きい方をT2としたとき、T1/T2の値が0.8超1.0以下である、そのような構造体であることがより好ましい。   On the other hand, as the braided piezoelectric element 1 that outputs a large electrical signal selectively with respect to torsional deformation about the central axis, for example, as a piezoelectric fiber A, an oriented piezoelectric polymer is cylindrical or cylindrical. The orientation angle of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis of the cylindrical or columnar shape in which the piezoelectric polymer is arranged is 0 ° or more and 40 ° or less, or 50 ° or more and 90 ° or less. The piezoelectric polymer is a structure containing, as a main component, a crystalline polymer having an absolute value of the piezoelectric constant d14 of 0.1 pC / N or more and 1000 pC / N or less when the orientation axes are three axes. It is preferable. Further, the piezoelectric polymer includes a P body containing a crystalline polymer having a positive value of the piezoelectric constant d14 as a main component and an N body containing a negative crystalline polymer as a main component. For a portion having a center axis of 1 cm in length, the orientation axis is ZP, and the orientation axis is arranged in a S-twist direction. SP is the mass of the body, ZN is the mass of the N body arranged with a spiral in the Z twist direction, and SN is the mass of the N body arranged with a spiral in the S twist direction. The structure is such that the value of T1 / T2 is more than 0.8 and 1.0 or less, where T1 is the smaller one of (ZP + SN) and (SP + ZN) and T2 is the larger one. Is more preferable.

なお、d14の値は成型条件や純度および測定雰囲気によって異なる値を示すが、本発明においては、実際に使用される圧電性高分子中の結晶性高分子の結晶化度および結晶配向度を測定し、それと同等の結晶化度および結晶配向度を有する1軸延伸フィルムを当該結晶性高分子を用いて作成し、そのフィルムのd14の絶対値が、実際に使用される温度において0.1pC/N以上1000pC/N以下の値を示せばよく、本実施形態の圧電性高分子に含まれる結晶性高分子としては、後述されるような特定の結晶性高分子には限定されない。フィルムサンプルのd14の測定は公知の様々な方法を取ることができるが、例えばフィルムサンプルの両面に金属を蒸着して電極としたサンプルを、延伸方向から45度傾いた方向に4辺を有する長方形に切り出し、その長尺方向に引張荷重をかけた時に両面の電極に発生する電荷を測定することで、d14の値を測定することができる。   The value of d14 varies depending on the molding conditions, purity, and measurement atmosphere. In the present invention, the crystallinity and crystal orientation of the crystalline polymer in the actually used piezoelectric polymer are measured. Then, a uniaxially stretched film having the same crystallinity and crystal orientation is prepared using the crystalline polymer, and the absolute value of d14 of the film is 0.1 pC / A value of N or more and 1000 pC / N or less may be shown, and the crystalline polymer contained in the piezoelectric polymer of the present embodiment is not limited to a specific crystalline polymer as described later. Various known methods can be used to measure d14 of a film sample. For example, a sample having electrodes formed by vapor-depositing metal on both sides of a film sample is a rectangle having four sides in a direction inclined 45 degrees from the stretching direction. The value of d14 can be measured by measuring the charge generated in the electrodes on both sides when a tensile load is applied in the longitudinal direction.

本発明の圧電性繊維として主成分としてポリ乳酸が含まれる繊維を用いる場合、ポリ乳酸中の乳酸ユニットは90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましく、98モル%以上がさらに好ましい。   When a fiber containing polylactic acid as a main component is used as the piezoelectric fiber of the present invention, the lactic acid unit in the polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and 98 mol % Or more is more preferable.

なお、組紐状圧電素子1では、本発明の目的を達成する限り、鞘部2では圧電性繊維A以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよいし、芯部3では導電性繊維B以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。   In the braided piezoelectric element 1, as long as the object of the present invention is achieved, the sheath 2 may be mixed with fibers other than the piezoelectric fiber A, and the core 3 may be conductive. Mixing or the like may be performed in combination with fibers other than the fiber B.

導電性繊維Bの芯部3と、組紐状の圧電性繊維Aの鞘部2と、鞘部2を被覆する導電層4とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はない。例えば、その組紐状圧電素子は製造において連続的に製造され、その後に必要な長さに切断して利用してもよい。組紐状圧電素子の長さは1mm〜10m、好ましくは、5mm〜2m、より好ましくは1cm〜1mである。長さが短過ぎると繊維形状である利便性が失われ、また、長さが長過ぎると導電性繊維Bの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。
以下、各構成について詳細に説明する。
The length of the braided piezoelectric element constituted by the core portion 3 of the conductive fiber B, the sheath portion 2 of the braided piezoelectric fiber A, and the conductive layer 4 covering the sheath portion 2 is not particularly limited. For example, the braided piezoelectric element may be manufactured continuously in manufacturing, and then cut to a required length for use. The length of the braided piezoelectric element is 1 mm to 10 m, preferably 5 mm to 2 m, more preferably 1 cm to 1 m. If the length is too short, the convenience of the fiber shape will be lost, and if the length is too long, it will be necessary to consider the resistance value of the conductive fiber B.
Hereinafter, each configuration will be described in detail.

(導電性繊維)
導電性繊維Bとしては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられる。導電性繊維Bとしては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。
(Conductive fiber)
As the conductive fiber B, any known fiber may be used as long as it exhibits conductivity. As the conductive fiber B, for example, metal fiber, fiber made of a conductive polymer, carbon fiber, fiber made of a polymer in which a fibrous or granular conductive filler is dispersed, or conductive on the surface of a fibrous material. The fiber which provided the layer which has is mentioned. Examples of the method for providing a conductive layer on the surface of the fibrous material include a metal coat, a conductive polymer coat, and winding of conductive fibers. Among these, a metal coat is preferable from the viewpoint of conductivity, durability, flexibility and the like. Specific methods for coating the metal include vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, but plating is preferable from the viewpoint of productivity. Such a metal-plated fiber can be referred to as a metal-plated fiber.

金属をコートされるベースの繊維として、導電性の有無によらず公知の繊維を用いることができ、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合成繊維の他、綿、麻、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。ベースの繊維はこれらに限定されるものではなく、公知の繊維を任意に用いることができ、これらの繊維を組み合わせて用いてもよい。   As a base fiber coated with a metal, a known fiber can be used regardless of conductivity, for example, polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber, In addition to synthetic fibers such as polysulfone fibers, polyether fibers and polyurethane fibers, natural fibers such as cotton, hemp and silk, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. The base fibers are not limited to these, and known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.

ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、およびこれらの混合物や合金などを用いることができる。   Any metal may be used as long as the metal coated on the base fiber exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention. For example, gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and a mixture or alloy thereof can be used.

導電性繊維Bに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。   When an organic fiber coated with metal having bending resistance is used for the conductive fiber B, the conductive fiber is hardly broken and excellent in durability and safety as a sensor using a piezoelectric element.

導電性繊維Bはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。マルチフィラメントの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(紡績糸を含む)の場合、その単糸径は1μm〜5000μmであり、好ましくは2μm〜100μmである。さらに好ましくは3μm〜50μmである。マルチフィラメントの場合、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5本〜500本、さらに好ましくは10本〜100本である。ただし、導電性繊維Bの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部3の繊度・本数であり、複数本の単糸(モノフィラメント)で形成されるマルチフィラメントも一本の導電性繊維Bと数えるものとする。ここで芯部3とは、導電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。   The conductive fiber B may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of a single filament. A multifilament is preferred from the viewpoint of long stability of electrical characteristics. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 micrometers-50 micrometers. In the case of a multifilament, the number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100. However, the fineness and the number of the conductive fibers B are the fineness and the number of the core part 3 used when producing the braid, and the multifilament formed of a plurality of single yarns (monofilaments) is also one conductive. It shall be counted as fiber B. Here, the core portion 3 is the total amount including the fibers other than the conductive fibers.

繊維の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B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。   If the diameter of the fiber is small, the strength is reduced and handling becomes difficult, and if the diameter is large, flexibility is sacrificed. The cross-sectional shape of the conductive fiber B is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of the design and manufacture of the piezoelectric element, but is not limited thereto.

また、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。ただし、電気信号の検出で十分な強度が得られるのであれば導電性繊維Bの抵抗率はこの限りではない。 Further, in order to efficiently extract the electrical output from the piezoelectric polymer, the electrical resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm. cm or less, more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity of the conductive fiber B is not limited to this as long as sufficient strength can be obtained by detection of the electric signal.

導電性繊維Bは、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはJIS L1013 8.6の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、0.5cN/dtex以上であることが好ましく、1.0cN/dtex以上であることがより好ましく、1.5cN/dtex以上であることがさらに好ましく、2.0cN/dtex以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック(株)製KES―FB2純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス(株)製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)HTS40−3Kよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が0.05×10-4N・m2/m以下であることが好ましく、0.02×10-4N・m2/m以下であることがより好ましく、0.01×10-4N・m2/m以下であることがさらに好ましい。 The conductive fiber B must be resistant to movement such as repeated bending and twisting from the use of the present invention. As the index, one having a greater nodule strength is preferred. The nodule strength can be measured by the method of JIS L1013 8.6. The degree of knot strength suitable for the present invention is preferably 0.5 cN / dtex or more, more preferably 1.0 cN / dtex or more, and further preferably 1.5 cN / dtex or more. 2.0 cN / dtex or more is most preferable. As another index, one having a smaller bending rigidity is preferred. The bending rigidity is generally measured by a measuring device such as KES-FB2 pure bending tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd. The degree of bending rigidity suitable for the present invention is preferably smaller than the carbon fiber “Tenax” (registered trademark) HTS40-3K manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. Specifically, the flexural rigidity of the conductive fiber is preferably 0.05 × 10 −4 N · m 2 / m or less, and preferably 0.02 × 10 −4 N · m 2 / m or less. More preferably, it is more preferably 0.01 × 10 −4 N · m 2 / m or less.

(圧電性繊維)
圧電性繊維Aの材料である圧電性高分子としてはポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸のような圧電性を示す高分子を利用できるが、本実施形態では上記のように圧電性繊維Aは主成分として配向軸を3軸とした時の圧電定数d14の絶対値が高い結晶性高分子、とりわけポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば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。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
(Piezoelectric fiber)
As the piezoelectric polymer that is the material of the piezoelectric fiber A, a polymer exhibiting piezoelectricity such as polyvinylidene fluoride or polylactic acid can be used. However, in the present embodiment, the piezoelectric fiber A is used as a main component as described above. It is preferable to include a crystalline polymer having a high absolute value of the piezoelectric constant d14 when the orientation axes are three axes, particularly polylactic acid. Polylactic acid, for example, is easily oriented by drawing after melt spinning and exhibits piezoelectricity, and is excellent in productivity in that it does not require an electric field alignment treatment required for polyvinylidene fluoride and the like. However, this is not intended to exclude the use of polyvinylidene fluoride or other piezoelectric materials in the practice of the present invention.

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。   As polylactic acid, depending on its crystal structure, poly-L-lactic acid obtained by polymerizing L-lactic acid and L-lactide, D-lactic acid, poly-D-lactic acid obtained by polymerizing D-lactide, and those There are stereocomplex polylactic acid having a hybrid structure, and any of them can be used as long as it exhibits piezoelectricity. From the viewpoint of high piezoelectricity, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are preferable. Since poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are reversed in polarization with respect to the same stress, they can be used in combination according to the purpose.

ポリ乳酸の光学純度は99%以上であることが好ましく、99.3%以上であることがより好ましく、99.5%以上であることがさらに好ましい。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、圧電性繊維Aの形状変化よって十分な電気信号を得ることが難しくなる場合がある。特に、圧電性繊維Aは、主成分としてポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸を含み、これらの光学純度が99%以上であることが好ましい。   The optical purity of polylactic acid is preferably 99% or more, more preferably 99.3% or more, and further preferably 99.5% or more. If the optical purity is less than 99%, the piezoelectricity may be remarkably lowered, and it may be difficult to obtain a sufficient electrical signal due to the shape change of the piezoelectric fiber A. In particular, the piezoelectric fiber A preferably contains poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid as a main component, and the optical purity thereof is preferably 99% or more.

ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維Aは、製造時に延伸されて、その繊維軸方向に一軸配向している。さらに、圧電性繊維Aは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示し、d14の絶対値が高くなるためである。   The piezoelectric fiber A containing polylactic acid as a main component is drawn at the time of production and is uniaxially oriented in the fiber axis direction. Furthermore, the piezoelectric fiber A is not only uniaxially oriented in the fiber axis direction but also preferably contains polylactic acid crystals, and more preferably contains uniaxially oriented polylactic acid crystals. This is because polylactic acid exhibits higher piezoelectricity due to its high crystallinity and uniaxial orientation, and the absolute value of d14 is increased.

結晶性および一軸配向性はホモPLA結晶化度Xhomo(%)および結晶配向度Ao(%)で求められる。本発明の圧電性繊維Aとしては、ホモPLA結晶化度Xhomo(%)および結晶配向度Ao(%)が下記式(1)を満たすことが好ましい。
homo×Ao×Ao÷106≧0.26 (1)
上記式(1)を満たさない場合、結晶性および/または一軸配向性が十分でなく、動作に対する電気信号の出力値が低下したり、特定方向の動作に対する信号の感度が低下したりするおそれがある。上記式(1)の左辺の値は、0.28以上がより好ましく、0.3以上がさらに好ましい。ここで、各々の値は下記に従って求める。
Crystallinity and uniaxial orientation are determined by homo PLA crystallinity X homo (%) and crystal orientation Ao (%). As the piezoelectric fiber A of the present invention, it is preferable that the homo PLA crystallinity X homo (%) and the crystal orientation Ao (%) satisfy the following formula (1).
X homo × Ao × Ao ÷ 10 6 ≧ 0.26 (1)
If the above formula (1) is not satisfied, the crystallinity and / or uniaxial orientation is not sufficient, and the output value of the electric signal with respect to the operation may decrease, or the sensitivity of the signal with respect to the operation in a specific direction may decrease. is there. The value on the left side of the formula (1) is more preferably 0.28 or more, and further preferably 0.3 or more. Here, each value is obtained according to the following.

ホモポリ乳酸結晶化度Xhomo
ホモポリ乳酸結晶化度Xhomoについては、広角X線回折分析(WAXD)による結晶構造解析から求める。広角X線回折分析(WAXD)では、リガク製ultrax18型X線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのX線回折図形をイメージングプレートに記録する。
X線源: Cu−Kα線(コンフォーカル ミラー)
出力: 45kV×60mA
スリット: 1st:1mmΦ,2nd:0.8mmΦ
カメラ長: 120mm
積算時間: 10分
サンプル: 35mgのポリ乳酸繊維を引き揃え3cmの繊維束とする。
得られるX線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Itotalを求め、ここで2θ=16.5°,18.5°,24.3°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣIHMiを求める。これらの値から下式(2)に従い、ホモポリ乳酸結晶化度Xhomoを求める。
ホモポリ乳酸結晶化度Xhomo(%)=ΣIHMi/Itotal×100 (2)
なお、ΣIHMiは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出する。
Homopolylactic acid crystallinity X homo :
The homopolylactic acid crystallinity X homo is determined from crystal structure analysis by wide angle X-ray diffraction analysis (WAXD). In wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), an X-ray diffraction pattern of a sample is recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an Ultrax 18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku.
X-ray source: Cu-Kα ray (confocal mirror)
Output: 45kV x 60mA
Slit: 1st: 1mmΦ, 2nd: 0.8mmΦ
Camera length: 120mm
Accumulation time: 10 minutes Sample: 35 mg of polylactic acid fibers are aligned to form a 3 cm fiber bundle.
In the obtained X-ray diffraction pattern, the total scattering intensity Itotal is obtained over the azimuth angle, and here, the integrated intensity of each diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 °, 18.5 °, 24.3 °. Is obtained as a sum ΣIHMi. From these values, the homopolylactic acid crystallinity X homo is determined according to the following formula (2).
Homopolylactic acid crystallinity X homo (%) = ΣI HMi / I total × 100 (2)
Note that ΣI HMi is calculated by subtracting diffuse scattering due to background and amorphous in the total scattering intensity.

(2)結晶配向度Ao:
結晶配向度Aoについては、上記の広角X線回折分析(WAXD)により得られるX線回折図形において、動径方向の2θ=16.5°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角(°)に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣWi(°)から次式(3)より算出する。
結晶配向度Ao(%)=(360−ΣWi)÷360×100 (3)
(2) Crystal orientation degree Ao:
Regarding the crystal orientation degree Ao, in the X-ray diffraction pattern obtained by the above wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), the diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 ° in the radial direction is oriented. The intensity distribution with respect to the angle (°) is taken, and the total half-value width Σ Wi (°) of the obtained distribution profile is calculated from the following equation (3).
Crystal orientation degree Ao (%) = (360−ΣW i ) ÷ 360 × 100 (3)

なお、ポリ乳酸は加水分解が比較的速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。   In addition, since polylactic acid is a polyester that is hydrolyzed relatively quickly, in the case where heat and humidity resistance is a problem, a known hydrolysis inhibitor such as an isocyanate compound, an oxazoline compound, an epoxy compound, or a carbodiimide compound is added. Also good. Further, if necessary, the physical properties may be improved by adding an antioxidant such as a phosphoric acid compound, a plasticizer, a photodegradation inhibitor, and the like.

圧電性繊維Aはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。モノフィラメント(紡績糸を含む)の場合、その単糸径は1μm〜5mmであり、好ましくは5μm〜2mm、さらに好ましくは10μm〜1mmである。マルチフィラメントの場合、その単糸径は0.1μm〜5mmであり、好ましくは2μm〜100μm、さらに好ましくは3μm〜50μmである。マルチフィラメントの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50本〜50000本、さらに好ましくは100本〜20000本である。ただし、圧電性繊維Aの繊度や本数については、組紐を作製する際のキャリア1つあたりの繊度、本数であり、複数本の単糸(モノフィラメント)で形成されるマルチフィラメントも一本の圧電性繊維Aと数えるものとする。ここで、キャリア1つの中に、圧電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。   The piezoelectric fiber A may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of a single filament. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5 mm, preferably 5 μm to 2 mm, and more preferably 10 μm to 1 mm. In the case of a multifilament, the single yarn diameter is 0.1 μm to 5 mm, preferably 2 μm to 100 μm, and more preferably 3 μm to 50 μm. The number of filaments of the multifilament is preferably 1 to 100,000, more preferably 50 to 50,000, and still more preferably 100 to 20,000. However, the fineness and the number of the piezoelectric fibers A are the fineness and the number per carrier when producing the braid, and the multifilament formed by a plurality of single yarns (monofilaments) is also one piezoelectric. It shall be counted as fiber A. Here, even if a fiber other than the piezoelectric fiber is used in one carrier, the total amount including that is used.

このような圧電性高分子を圧電性繊維Aとするためには、高分子から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る。例えば、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、フィルムを形成した後に細くカットする手法、など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。さらに、繊維を形成後には形成された繊維を延伸する。それにより一軸延伸配向しかつ結晶を含む大きな圧電性を示す圧電性繊維Aが形成される。   In order to use such a piezoelectric polymer as the piezoelectric fiber A, any known technique for forming a fiber from the polymer can be employed as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, a method of extruding a piezoelectric polymer to form a fiber, a method of melt-spinning a piezoelectric polymer to make a fiber, a method of making a piezoelectric polymer fiber by dry or wet spinning, a method of making a piezoelectric polymer A technique of forming fibers by electrostatic spinning, a technique of cutting thinly after forming a film, and the like can be employed. As these spinning conditions, a known method may be applied according to the piezoelectric polymer to be employed, and a melt spinning method that is industrially easy to produce is usually employed. Furthermore, after forming the fiber, the formed fiber is stretched. As a result, a piezoelectric fiber A that is uniaxially oriented and exhibits large piezoelectricity including crystals is formed.

また、圧電性繊維Aは、上記のように作製されたものを組紐とする前に、染色、撚糸、合糸、熱処理などの処理をすることができる。   In addition, the piezoelectric fiber A can be subjected to treatments such as dyeing, twisting, blending, and heat treatment before making the braided braid as described above.

さらに、圧電性繊維Aは、組紐を形成する際に繊維同士が擦れて断糸したり、毛羽が出たりする場合があるため、その強度と耐摩耗性は高い方が好ましく、強度は1.5cN/dtex以上であることが好ましく、2.0cN/dtex以上であることがより好ましく、2.5cN/dtex以上であることがさらに好ましく、3.0cN/dtex以上であることが最も好ましい。耐摩耗性は、JIS L1095 9.10.2 B法などで評価することができ、摩擦回数は100回以上が好ましく、1000回以上であることがより好ましく、5000回以上であることがさらに好ましく、10000回以上であることが最も好ましい。耐摩耗性を向上させるための方法は特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法を用いることができ、例えば、結晶化度を向上させたり、微粒子を添加したり、表面加工したりすることができる。また、組紐に加工する際に、繊維に潤滑剤を塗布して摩擦を低減させることもできる。   Furthermore, since the piezoelectric fiber A may be broken when the braid is formed, the piezoelectric fiber A may be cut off or fluff may come out, so that the strength and wear resistance are preferably high. It is preferably 5 cN / dtex or more, more preferably 2.0 cN / dtex or more, further preferably 2.5 cN / dtex or more, and most preferably 3.0 cN / dtex or more. The abrasion resistance can be evaluated by JIS L1095 9.10.2 B method, etc., and the number of friction is preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more, and further preferably 5000 times or more. Most preferably, it is 10,000 times or more. The method for improving the wear resistance is not particularly limited, and any known method can be used. For example, the crystallinity is improved, fine particles are added, or the surface is processed. Can do. In addition, when processing into braids, a lubricant can be applied to the fibers to reduce friction.

また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率S(p)および導電性繊維の沸水収縮率S(c)が下記式(4)を満たすことが好適である。
|S(p)−S(c)|≦10 (4)
上記式(4)の左辺は5以下であることがより好ましく、3以下であればさらに好ましい。
Moreover, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small from the shrinkage rate of the conductive fiber described above. If the difference in shrinkage rate is large, the braid may bend due to heat treatment during post-fabrication after fabric production or after fabric production or during actual use, or due to changes over time, the flatness of the fabric may deteriorate, or the piezoelectric signal will become weak. May end up. When the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate described later, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (c) of the conductive fiber satisfy the following formula (4). .
| S (p) −S (c) | ≦ 10 (4)
The left side of the above formula (4) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率S(p)および絶縁性繊維の沸水収縮率S(i)が下記式(5)を満たすことが好適である。
|S(p)−S(i)|≦10 (5)
上記式(5)の左辺は5以下であることがより好ましく、3以下であればさらに好ましい。
Further, it is preferable that the contraction rate of the piezoelectric fiber is small in difference from the contraction rate of fibers other than the conductive fibers, for example, insulating fibers. If the difference in shrinkage rate is large, the braid may bend due to heat treatment during post-fabrication after fabric production or after fabric production or during actual use, or due to changes over time, the flatness of the fabric may deteriorate, or the piezoelectric signal will become weak. May end up. When the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (i) of the insulating fiber satisfy the following formula (5).
| S (p) −S (i) | ≦ 10 (5)
The left side of the above formula (5) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は15%以下であることが好ましく、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下、最も好ましくは3%以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後、布帛化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周1.125mの検尺機で捲数20回のカセを作り、0.022cN/dtexの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長L0を測定した。その後、このカセを100℃の沸騰水浴中で30分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長Lを測定した。測定されたL0およびLを用いて下記式(6)により沸水収縮率を計算する。
沸水収縮率=(L0−L)/L0×100(%) (6)
Further, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small. For example, when the shrinkage rate is quantified by boiling water shrinkage rate, the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, further preferably 5% or less, and most preferably 3% or less. is there. As a means for lowering the shrinkage rate, any known method can be applied. For example, the shrinkage rate can be reduced by relaxing the orientation of the amorphous part or increasing the crystallinity by heat treatment, and the heat treatment is performed. The timing is not particularly limited, and examples thereof include after stretching, after twisting, after braiding, and after forming into a fabric. In addition, the above-mentioned boiling water shrinkage shall be measured with the following method. A casserole of 20 times was made with a measuring machine having a frame circumference of 1.125 m, a load of 0.022 cN / dtex was applied, it was hung on a scale plate, and the initial casket length L0 was measured. After that, this casserole was treated in a boiling water bath at 100 ° C. for 30 minutes, allowed to cool, and again subjected to the above load, suspended on a scale plate, and the shrinkage casket length L was measured. Using the measured L0 and L, the boiling water shrinkage is calculated by the following equation (6).
Boiling water shrinkage = (L0−L) / L0 × 100 (%) (6)

(被覆)
導電性繊維B、すなわち芯部3は、圧電性繊維A、すなわち組紐状の鞘部2で表面が被覆されている。導電性繊維Bを被覆する鞘部2の厚みは1μm〜10mmであることが好ましく、5μm〜5mmであることがより好ましく、10μm〜3mmであることがさらに好ましい、20μm〜1mmであることが最も好ましい。薄すぎると強度の点で問題となる場合があり、また、厚すぎると組紐状圧電素子1が硬くなり変形し難くなる場合がある。なお、ここで言う鞘部2とは芯部3に隣接する層のことを指す。
(Coating)
The surface of the conductive fiber B, that is, the core portion 3 is covered with the piezoelectric fiber A, that is, the braided sheath portion 2. The thickness of the sheath part 2 covering the conductive fiber B is preferably 1 μm to 10 mm, more preferably 5 μm to 5 mm, further preferably 10 μm to 3 mm, most preferably 20 μm to 1 mm. preferable. If it is too thin, there may be a problem in terms of strength. If it is too thick, the braided piezoelectric element 1 may become hard and difficult to deform. In addition, the sheath part 2 said here refers to the layer adjacent to the core part 3. FIG.

組紐状圧電素子1において、鞘部2の圧電性繊維Aの総繊度は、芯部3の導電性繊維Bの総繊度の1/2倍以上、20倍以下であることが好ましく、1倍以上、15倍以下であることがより好ましく、2倍以上、10倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Aの総繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維Bを囲む圧電性繊維Aが少な過ぎて導電性繊維Bが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維Bが近接する他の導電性繊維に接触するおそれがある。圧電性繊維Aの総繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維Bを囲む圧電性繊維Aが多過ぎて組紐状圧電素子1が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能しなくなる。
ここでいう総繊度とは、鞘部2を構成する圧電性繊維A全ての繊度の和であり、例えば、一般的な8打組紐の場合には、8本の繊維の繊度の総和となる。
In the braided piezoelectric element 1, the total fineness of the piezoelectric fibers A in the sheath 2 is preferably not less than 1/2 times and not more than 20 times the total fineness of the conductive fibers B in the core 3. 15 times or less, more preferably 2 times or more and 10 times or less. If the total fineness of the piezoelectric fiber A is too small relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A surrounding the conductive fiber B is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electrical signal, Furthermore, there exists a possibility that the conductive fiber B may contact the other conductive fiber which adjoins. If the total fineness of the piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, there are too many piezoelectric fibers A surrounding the conductive fiber B, and the braided piezoelectric element 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the braided piezoelectric element 1 does not sufficiently function as a sensor.
The total fineness referred to here is the sum of the finenesses of all the piezoelectric fibers A constituting the sheath portion 2. For example, in the case of a general 8-strand braid, it is the sum of the finenesses of 8 fibers.

また、組紐状圧電素子1において、鞘部2の圧電性繊維Aの一本あたりの繊度は、導電性繊維Bの総繊度の1/20倍以上、2倍以下であることが好ましく、1/15倍以上、1.5倍以下であることがより好ましく、1/10倍以上、1倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維A一本あたりの繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維Aが少な過ぎて導電性繊維Bが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維Aが切断するおそれがある。圧電性繊維A一本あたりの繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維Aが太過ぎて組紐状圧電素子1が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能しなくなる。   In the braided piezoelectric element 1, the fineness per piezoelectric fiber A of the sheath 2 is preferably 1/20 or more and 2 or less the total fineness of the conductive fiber B. It is more preferably 15 times or more and 1.5 times or less, and further preferably 1/10 time or more and 1 time or less. If the fineness per piezoelectric fiber A is too small with respect to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electric signal. A may be cut off. If the fineness per piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too thick and the braided piezoelectric element 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the braided piezoelectric element 1 does not sufficiently function as a sensor.

なお、導電性繊維Bに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維Bあるいは圧電性繊維Aに混繊した場合は、繊度の比率は上記の限りではない。本発明において、上記比率は、接触面積や被覆率、すなわち、面積および体積の観点で重要であるからである。例えば、それぞれの繊維の比重が2を超えるような場合には、繊維の平均断面積の比率が上記繊度の比率であることが好ましい。   In addition, when a metal fiber is used for the conductive fiber B, or when the metal fiber is mixed with the conductive fiber B or the piezoelectric fiber A, the fineness ratio is not limited to the above. This is because, in the present invention, the ratio is important in terms of contact area and coverage, that is, area and volume. For example, when the specific gravity of each fiber exceeds 2, it is preferable that the ratio of the average cross-sectional area of the fiber is the ratio of the fineness.

圧電性繊維Aと導電性繊維Bとはできるだけ密着していることが好ましいが、密着性を改良するために、導電性繊維Bと圧電性繊維Aとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。   Although it is preferable that the piezoelectric fiber A and the conductive fiber B are as close as possible, an anchor layer or an adhesive layer is provided between the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A in order to improve the adhesiveness. May be.

被覆の方法は導電性繊維Bを芯糸として、その周りに圧電性繊維Aを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維Aの組紐の形状は、印加された荷重で生じる応力に対して電気信号を出力することが出来れば特に限定されるものではないが、芯部3を有する8打組紐や16打組紐が好ましい。   The covering method is a method in which the conductive fiber B is used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A is wound around in a braid shape around the conductive fiber B. On the other hand, the shape of the braid of the piezoelectric fiber A is not particularly limited as long as an electric signal can be output with respect to the stress generated by the applied load. A braided string is preferred.

導電性繊維Bと圧電性繊維Aの形状としては特に限定されるものではないが、できるだけ同心円状に近いことが、好ましい。なお、導電性繊維Bとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維Aは、導電性繊維Bのマルチフィラメントの表面(繊維周面)の少なくとも一部が接触しているように被覆していればよく、マルチフィラメントを構成するすべてのフィラメント表面(繊維周面)に圧電性繊維Aが被覆していてもよいし、被覆していなくともよい。導電性繊維Bのマルチフィラメントを構成する内部の各フィラメントへの圧電性繊維Aの被覆状態は、圧電性素子としての性能、取扱い性等を考慮して、適宜設定すればよい。   The shape of the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A is not particularly limited, but is preferably as close to a concentric circle as possible. When a multifilament is used as the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A only needs to be covered so that at least a part of the surface (fiber peripheral surface) of the multifilament of the conductive fiber B is in contact. The piezoelectric fibers A may or may not be coated on all filament surfaces (fiber peripheral surfaces) constituting the multifilament. What is necessary is just to set suitably the covering state of the piezoelectric fiber A to each internal filament which comprises the multifilament of the conductive fiber B, considering the performance as a piezoelectric element, the handleability, etc.

(導電層)
導電層4は芯部3の導電繊維の対極となる電極としての機能と、芯部3の導電繊維を外部の電磁波から遮蔽し、芯部3の導電繊維に発生するノイズ信号を抑制するシールドとしての機能とを同時に有することができる。導電層4はシールドとして機能するため、接地(アースまたは電子回路のグランドに接続)されることが好ましい。それにより、例えば布帛状圧電素子7の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、組紐状圧電素子7のS/N比(信号対雑音比)を著しく向上させることができる。導電層4の様態としては、コーティングの他、フィルム、布帛、繊維の巻き付けが考えられ、またそれらを組み合わせてもよい。
(Conductive layer)
The conductive layer 4 functions as an electrode serving as a counter electrode of the conductive fiber of the core part 3 and as a shield that shields the conductive fiber of the core part 3 from external electromagnetic waves and suppresses a noise signal generated in the conductive fiber of the core part 3. It is possible to have these functions simultaneously. Since the conductive layer 4 functions as a shield, it is preferably grounded (connected to the earth or the ground of the electronic circuit). Accordingly, for example, the S / N ratio (signal-to-noise ratio) of the braided piezoelectric element 7 can be remarkably improved without overlapping the conductive cloth for electromagnetic wave shielding above and below the cloth-like piezoelectric element 7. As an aspect of the conductive layer 4, in addition to coating, a film, a fabric, and a fiber may be wound, or they may be combined.

導電層4を形成するコーティングには導電性を示す物質を含むものが使用されていればよく、公知のあらゆるものが用いられる。例えば、金属、導電性高分子、導電性フィラーを分散させた高分子が挙げられる。   The coating for forming the conductive layer 4 may be any coating containing a substance exhibiting conductivity, and any known one may be used. For example, a metal, a conductive polymer, and a polymer in which a conductive filler is dispersed can be given.

導電層4をフィルムの巻き付けにより形成する場合は、導電性高分子、導電性フィラーを分散させた高分子を製膜して得られるフィルムが用いられ、また表面に導電性を有する層を設けたフィルムが用いられてもよい。   When the conductive layer 4 is formed by winding a film, a film obtained by forming a conductive polymer and a polymer dispersed with a conductive filler is used, and a conductive layer is provided on the surface. A film may be used.

導電層4を布帛の巻き付けにより形成する場合は、後述する導電性繊維6を構成成分とする布帛が用いられる。   In the case where the conductive layer 4 is formed by winding a fabric, a fabric having a conductive fiber 6 described later as a constituent component is used.

導電層4を繊維の巻き付けにより形成する場合、その手法としては、カバーリング、編物、組物が考えられる。また、使用する繊維は、導電性繊維6であり、導電性繊維6は、上記導電性繊維Bと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよい。導電性繊維6としては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。   In the case where the conductive layer 4 is formed by winding a fiber, a cover ring, a knitted fabric, or a braid can be considered as the technique. Moreover, the fiber used is the conductive fiber 6, and the conductive fiber 6 may be the same type as the conductive fiber B or a different type of conductive fiber. Examples of the conductive fiber 6 include metal fibers, fibers made of a conductive polymer, carbon fibers, fibers made of a polymer in which a fibrous or granular conductive filler is dispersed, or conductive on the surface of the fibrous material. The fiber which provided the layer which has is mentioned. Examples of the method for providing a conductive layer on the surface of the fibrous material include a metal coat, a conductive polymer coat, and winding of conductive fibers. Among these, a metal coat is preferable from the viewpoint of conductivity, durability, flexibility and the like. Specific methods for coating the metal include vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, but plating is preferable from the viewpoint of productivity. Such a metal-plated fiber can be referred to as a metal-plated fiber.

金属をコートされるベースの繊維として、導電性の有無によらず公知の繊維を用いることができ、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合成繊維の他、綿、麻、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。ベースの繊維はこれらに限定されるものではなく、公知の繊維を任意に用いることができ、これらの繊維を組み合わせて用いてもよい。   As a base fiber coated with a metal, a known fiber can be used regardless of conductivity, for example, polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber, In addition to synthetic fibers such as polysulfone fibers, polyether fibers and polyurethane fibers, natural fibers such as cotton, hemp and silk, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. The base fibers are not limited to these, and known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.

ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、およびこれらの混合物や合金などを用いることができる。   Any metal may be used as long as the metal coated on the base fiber exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention. For example, gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and a mixture or alloy thereof can be used.

導電性繊維6に屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。   When the metal fiber-coated organic fiber having bending resistance is used for the conductive fiber 6, the conductive fiber is hardly broken and excellent in durability and safety as a sensor using a piezoelectric element.

導電性繊維6はフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。マルチフィラメントの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(紡績糸を含む)の場合、その単糸径は1μm〜5000μmであり、好ましくは2μm〜100μmである。さらに好ましくは3μm〜50μmである。マルチフィラメントの場合、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5本〜500本、さらに好ましくは10本〜100本である。   The conductive fiber 6 may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of a single filament. A multifilament is preferred from the viewpoint of long stability of electrical characteristics. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 micrometers-50 micrometers. In the case of a multifilament, the number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100.

繊維の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6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。   If the diameter of the fiber is small, the strength is reduced and handling becomes difficult, and if the diameter is large, flexibility is sacrificed. The cross-sectional shape of the conductive fiber 6 is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of design and manufacture of the piezoelectric element, but is not limited thereto.

また、ノイズ信号の抑制効果を高めるため、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。ただし、ノイズ信号の抑制効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。 In order to enhance the noise signal suppression effect, the electrical resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm or less, and still more preferably. Is 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity is not limited as long as a noise signal suppressing effect can be obtained.

導電性繊維6は、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはJIS L1013 8.6の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、0.5cN/dtex以上であることが好ましく、1.0cN/dtex以上であることがより好ましく、1.5cN/dtex以上であることがさらに好ましく、2.0cN/dtex以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック(株)製KES―FB2純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス(株)製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)HTS40−3Kよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が0.05×10-4N・m2/m以下であることが好ましく、0.02×10-4N・m2/m以下であることがより好ましく、0.01×10-4N・m2/m以下であることがさらに好ましい。 The conductive fiber 6 must be resistant to movement such as repeated bending and twisting from the application of the present invention. As the index, one having a greater nodule strength is preferred. The nodule strength can be measured by the method of JIS L1013 8.6. The degree of knot strength suitable for the present invention is preferably 0.5 cN / dtex or more, more preferably 1.0 cN / dtex or more, and further preferably 1.5 cN / dtex or more. 2.0 cN / dtex or more is most preferable. As another index, one having a smaller bending rigidity is preferred. The bending rigidity is generally measured by a measuring device such as KES-FB2 pure bending tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd. The degree of bending rigidity suitable for the present invention is preferably smaller than the carbon fiber “Tenax” (registered trademark) HTS40-3K manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. Specifically, the flexural rigidity of the conductive fiber is preferably 0.05 × 10 −4 N · m 2 / m or less, and preferably 0.02 × 10 −4 N · m 2 / m or less. More preferably, it is more preferably 0.01 × 10 −4 N · m 2 / m or less.

また、芯部の導電体と電磁波シールド層の導電体を2極の電極として圧電性高分子(誘電体)を挟んだコンデンサ状の圧電素子とみなすことができる。変形により圧電性構造体に発生する分極を効果的に取り出すため、これらの電極間の絶縁抵抗の値としては、3Vの直流電圧で測定したとき、1MΩ以上であることが好ましく、10MΩ以上であることがより好ましく、100MΩ以上であることがさらに好ましい。また、これらの電極間に1MHzの交流電圧を与えた時の応答を解析して得られる、等価直列抵抗の値Rsおよび等価直列容量Csの値についても、変形により圧電性構造体に発生する分極を効果的に取り出し、応答性を良くするため、特定の値の範囲内であることが好ましい。即ち、Rsの値は1μΩ以上100kΩ以下が好ましく、1mΩ以上10kΩ以下がより好ましく、1mΩ以上1kΩ以下であることがさらに好ましく、Csの値を圧電性構造体の中心軸方向の長さ(cm)で割った値として、0.1pF以上1000pF以下が好ましく、0.2pF以上100pF以下がより好ましく、0.4pF以上10pF以下がさらに好ましい。   Further, it can be regarded as a capacitor-like piezoelectric element having a piezoelectric polymer (dielectric) sandwiched between a conductor in the core portion and a conductor in the electromagnetic wave shield layer as a bipolar electrode. In order to effectively take out the polarization generated in the piezoelectric structure due to deformation, the value of the insulation resistance between these electrodes is preferably 1 MΩ or more, preferably 10 MΩ or more when measured at a DC voltage of 3 V. More preferably, it is more preferably 100 MΩ or more. In addition, the equivalent series resistance value Rs and equivalent series capacitance Cs obtained by analyzing the response when an AC voltage of 1 MHz is applied between these electrodes are also polarized in the piezoelectric structure due to deformation. In order to effectively take out and improve the responsiveness, it is preferably within a specific value range. That is, the value of Rs is preferably 1 μΩ or more and 100 kΩ or less, more preferably 1 mΩ or more and 10 kΩ or less, further preferably 1 mΩ or more and 1 kΩ or less, and the value of Cs is the length (cm) in the central axis direction of the piezoelectric structure. The value divided by is preferably from 0.1 pF to 1000 pF, more preferably from 0.2 pF to 100 pF, and even more preferably from 0.4 pF to 10 pF.

上記の通り、圧電性繊維Aと電極からなる素子が好ましい状態で動作可能な場合、これらの電極間に1MHzの交流電圧を与えた時の応答を解析して得られる、等価直列抵抗の値Rsおよび等価直列容量Csの値は特定の範囲内の値を取るので、これらの値を組紐状圧電素子の検査に用いることも好ましい。また、交流電圧による解析で得られるRsおよびCsの値のみならず、その他の電圧の過渡応答を解析することで組紐状圧電素子の検査を行うこともできる。   As described above, when the element including the piezoelectric fiber A and the electrode is operable in a preferable state, the value Rs of the equivalent series resistance obtained by analyzing the response when an AC voltage of 1 MHz is applied between these electrodes. Since the value of the equivalent series capacitance Cs takes a value within a specific range, it is also preferable to use these values for the inspection of the braided piezoelectric element. Further, the braided piezoelectric element can be inspected by analyzing not only the values of Rs and Cs obtained by the analysis using the AC voltage but also the transient response of other voltages.

(保護層)
本発明の組紐状圧電素子1の最表面には保護層を設けてもよい。この保護層は絶縁性であることが好ましく、フレキシブル性などの観点から高分子からなるものがより好ましい。保護層に絶縁性を持たせる場合には、もちろん、この場合には保護層ごと変形させたり、保護層上を擦ったりすることになるが、これらの外力が圧電性繊維Aまで到達し、その分極を誘起できるものであれば特に限定はない。保護層としては、高分子などのコーティングによって形成されるものに限定されず、フィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよく、あるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。
(Protective layer)
A protective layer may be provided on the outermost surface of the braided piezoelectric element 1 of the present invention. This protective layer is preferably insulative, and more preferably made of a polymer from the viewpoint of flexibility. In the case of providing the protective layer with insulation, of course, in this case, the entire protective layer is deformed or rubbed on the protective layer, but these external forces reach the piezoelectric fiber A, There is no particular limitation as long as it can induce polarization. The protective layer is not limited to those formed by coating with a polymer or the like, and may be a film, fabric, fiber or the like, or a combination thereof.

保護層の厚みとしては出来るだけ薄い方が、せん断応力を圧電性繊維Aに伝えやすいが、薄すぎると保護層自体が破壊される等の問題が発生しやすくなるため、好ましくは10nm〜200μm、より好ましくは50nm〜50μm、さらに好ましくは70nm〜30μm、最も好ましくは100nm〜10μmである。この保護層により圧電素子の形状を形成することもできる。   The thinner the protective layer is, the easier it is to transmit shear stress to the piezoelectric fiber A. However, if it is too thin, problems such as destruction of the protective layer itself are likely to occur, and preferably 10 nm to 200 μm. More preferably, they are 50 nm-50 micrometers, More preferably, they are 70 nm-30 micrometers, Most preferably, they are 100 nm-10 micrometers. The shape of the piezoelectric element can also be formed by this protective layer.

さらには、圧電性繊維からなる層を複数層設けたり、信号を取り出すための導電性繊維からなる層を複数層設けたりすることもできる。もちろん、これらの保護層、圧電性繊維からなる層、導電性繊維からなる層は、その目的に応じて、その順番および層数は適宜決められる。なお、巻付ける方法としては、鞘部2のさらに外層に組紐構造を形成したり、カバーリングしたりする方法が挙げられる。   Furthermore, a plurality of layers made of piezoelectric fibers can be provided, or a plurality of layers made of conductive fibers for extracting signals can be provided. Of course, the order and the number of layers of these protective layers, layers made of piezoelectric fibers, and layers made of conductive fibers are appropriately determined according to the purpose. In addition, as a method of winding, the method of forming a braid structure in the outer layer of the sheath part 2, or covering it is mentioned.

本発明の組紐状圧電素子1は、前述した圧電効果による電気信号の出力を利用して変形や応力を検出することができる他、組紐状圧電素子1の芯部の導電性繊維Bと導電層4の間の静電容量変化を計測することで、組紐状圧電素子1へ加えられた圧力による変形を検出することも可能になる。更に、複数本の組紐状圧電素子1を組み合わせて使用する場合、各々の組紐状圧電素子1の導電層4間の静電容量変化を計測することで、組紐状圧電素子1へ加えられた圧力による変形を検出することも可能になる。   The braided piezoelectric element 1 of the present invention can detect deformation and stress using the electrical signal output due to the piezoelectric effect described above, as well as the conductive fiber B and the conductive layer at the core of the braided piezoelectric element 1. It is also possible to detect deformation due to the pressure applied to the braided piezoelectric element 1 by measuring the capacitance change between 4. Further, when a plurality of braided piezoelectric elements 1 are used in combination, the pressure applied to the braided piezoelectric element 1 is measured by measuring the capacitance change between the conductive layers 4 of each braided piezoelectric element 1. It is also possible to detect deformation due to.

(絶縁性繊維)
布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1(及び導電性繊維10)以外の部分には、絶縁性繊維を使用することができる。この際、絶縁性繊維は布帛状圧電素子7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。
(Insulating fiber)
In the cloth-like piezoelectric element 7, insulating fibers can be used for portions other than the braided piezoelectric element 1 (and the conductive fiber 10). At this time, the insulating fiber may be a stretchable material or a fiber having a shape for the purpose of improving the flexibility of the cloth-like piezoelectric element 7.

このように組紐状圧電素子1(及び導電性繊維10)以外にこのように絶縁性繊維を配置することで、布帛状圧電素子7の操作性(例示:ウェアラブルセンサーとしての動き易さ)を向上させることが可能である。   In this way, by arranging the insulating fiber in addition to the braided piezoelectric element 1 (and the conductive fiber 10), the operability of the cloth-like piezoelectric element 7 (e.g., ease of movement as a wearable sensor) is improved. It is possible to make it.

このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が106Ω・cm以上であれば用いることができ、より好ましくは108Ω・cm以上、さらに好ましくは1010Ω・cm以上がよい。 Such an insulating fiber can be used if the volume resistivity is 10 6 Ω · cm or more, more preferably 10 8 Ω · cm or more, and still more preferably 10 10 Ω · cm or more.

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合成繊維他、綿、麻、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、公知のあらゆる断面形状の繊維も用いることができる。
Insulating fibers such as polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, vinyl chloride fibers, aramid fibers, polysulfone fibers, polyether fibers, polyurethane fibers, etc., cotton, hemp, silk, etc. Natural fibers, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. It is not limited to these, A well-known insulating fiber can be used arbitrarily. Furthermore, these insulating fibers may be used in combination, or may be combined with a fiber having no insulating property to form a fiber having insulating properties as a whole.
Also, any known cross-sectional shape fiber can be used.

(製造方法)
本発明の組紐状圧電素子1は少なくとも1本の導電性繊維Bの表面を組紐状の圧電性繊維Aで被覆しているが、その製造方法としては例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、導電性繊維Bと圧電性繊維Aを別々の工程で作製し、導電性繊維Bに圧電性繊維Aを組紐状に巻きつけて被覆する方法である。この場合には、できるだけ同心円状に近くなるように被覆することが好ましい。
(Production method)
In the braided piezoelectric element 1 of the present invention, the surface of at least one conductive fiber B is covered with the braided piezoelectric fiber A. Examples of the manufacturing method include the following methods. In other words, the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A are produced in separate steps, and the conductive fiber B is wrapped around the conductive fiber B in a braid shape and covered. In this case, it is preferable to coat so as to be as concentric as possible.

この場合、圧電性繊維Aを形成する圧電性高分子としてポリ乳酸を用いる場合の好ましい紡糸、延伸条件として、溶融紡糸温度は150℃〜250℃が好ましく、延伸温度は40℃〜150℃が好ましく、延伸倍率は1.1倍から5.0倍が好ましく、結晶化温度は80℃〜170℃が好ましい。   In this case, as preferred spinning and stretching conditions when polylactic acid is used as the piezoelectric polymer for forming the piezoelectric fiber A, the melt spinning temperature is preferably 150 ° C. to 250 ° C., and the stretching temperature is preferably 40 ° C. to 150 ° C. The draw ratio is preferably 1.1 to 5.0 times, and the crystallization temperature is preferably 80 ° C to 170 ° C.

導電性繊維Bに巻きつける圧電性繊維Aとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント(紡績糸を含む)を用いても良い。また、圧電性繊維Aを巻きつけられる導電性繊維Bとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント(紡績糸を含む)を用いても良い。   As the piezoelectric fiber A wound around the conductive fiber B, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used. In addition, as the conductive fiber B around which the piezoelectric fiber A is wound, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.

被覆の好ましい形態としては、導電性繊維Bを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維Aを組紐状に製紐して、丸打組物(Tubular Braid)を作製することで被覆することができる。より具体的には芯部3を有する8打組紐や16打組紐が挙げられる。ただし、例えば、圧電性繊維Aを編組チューブのような形態とし、導電性繊維Bを芯として当該編組チューブに挿入することで被覆してもよい。   As a preferable form of the coating, the conductive fiber B can be used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A can be formed in a braid shape around the conductive fiber B to form a round braid. . More specifically, an 8-strand braid having 16 cores and a 16-strand braid are included. However, for example, the piezoelectric fiber A may be shaped like a braided tube, and the conductive fiber B may be used as a core and inserted into the braided tube.

導電層4は、コーティングや繊維の巻き付けによって製造されるが、製造の容易さの観点より、繊維の巻き付けが好ましい。繊維の巻き付け方法としてはカバーリング、編物、組物が考えられ、何れの方法により製造してもよい。   The conductive layer 4 is manufactured by coating or fiber winding, but fiber winding is preferable from the viewpoint of ease of manufacturing. As a method for winding the fiber, a cover ring, a knitted fabric, and a braid are conceivable, and any method may be used.

以上のような製造方法により、導電性繊維Bの表面を組紐状の圧電性繊維Aで被覆し、さらにその周囲に導電層4を設けた組紐状圧電素子1を得ることができる。
ここで、本発明の組紐状圧電素子では、芯部の径と圧電性繊維からなる層(鞘部)の厚みの関係が非常に重要である。本発明の圧電素子は、そのまま繊維状のまま用いられたり、布帛状に織られたり、編まれたりするわけであるが、使用時および加工時において芯部信号線とシールド層(導電層)が短絡してしまう場合がある。本発明者は鋭意検討した結果、芯部の半径Rcと圧電性繊維からなる層の厚みdが、d/Rc≧1.0の関係である必要がある。
By the manufacturing method as described above, the braided piezoelectric element 1 in which the surface of the conductive fiber B is covered with the braided piezoelectric fiber A and the conductive layer 4 is provided around the surface can be obtained.
Here, in the braided piezoelectric element of the present invention, the relationship between the diameter of the core part and the thickness of the layer (sheath part) made of piezoelectric fibers is very important. The piezoelectric element of the present invention is used as it is in the form of a fiber, or is woven or knitted into a fabric, but the core signal line and the shield layer (conductive layer) are used during use and during processing. There may be a short circuit. As a result of intensive studies, the present inventor needs to have a relationship in which the radius Rc of the core portion and the thickness d of the layer made of piezoelectric fibers are d / Rc ≧ 1.0.

組紐状圧電素子を曲率Rで曲げた場合に素子の中心が基準線となって曲がると仮定すると、芯部表面の変形率は、
(R+Rc)/R
となる。例えば曲率半径R=2mmの場合にはRc=0.2mmの場合で変形率は1.1であり、曲げの外側では10%伸長され、曲げの内側では10%弛むことになる。この際、組まれている圧電性繊維からなる層の組目が乱れてシールド層を形成する層と芯部の信号線が短絡してしまう場合がある。ここで、変形により圧電性繊維からなる層が乱れたとしてもシールド層が芯部の信号線と短絡しないためには、圧電性繊維からなる層の厚みが芯部との関係で以下の条件を満たす必要がある。
Assuming that when the braided piezoelectric element is bent at a curvature R, the center of the element is bent as a reference line, the deformation rate of the core surface is:
(R + Rc) / R
It becomes. For example, when the radius of curvature R = 2 mm, the deformation rate is 1.1 when Rc = 0.2 mm, and the deformation is 1.1% on the outside of the bend, and 10% on the inside of the bend. At this time, there is a case where the layer of the layers made of the assembled piezoelectric fibers is disturbed and the layer forming the shield layer and the signal line of the core portion are short-circuited. Here, even if the layer made of the piezoelectric fiber is disturbed by deformation, the thickness of the layer made of the piezoelectric fiber has the following conditions in relation to the core part so that the shield layer does not short-circuit with the signal line of the core part. It is necessary to satisfy.

組紐状圧電素子の実用上の芯部表面の変形は20%程度に抑えることが好ましく、そのため、芯部の太さによりほぼ一義的に実用上の曲率半径も決まる。さらに言えばその場合に短絡しないための圧電性繊維からなる層の厚みもほぼ一義的に決まる。つまりRc>R/20であることが好ましく、より好ましくはRc>R/10である。さらに、d/Rcは1.0以上であることが好ましく、より好ましくは1.2以上であり、さらに好ましくは1.5以上である。   The practical deformation of the core surface of the braided piezoelectric element is preferably suppressed to about 20%. Therefore, the practical radius of curvature is almost uniquely determined by the thickness of the core. Furthermore, in that case, the thickness of the layer made of piezoelectric fibers for preventing short-circuiting is almost uniquely determined. That is, Rc> R / 10 is preferable, and Rc> R / 10 is more preferable. Furthermore, d / Rc is preferably 1.0 or more, more preferably 1.2 or more, and further preferably 1.5 or more.

また、圧電性繊維からなる層は圧電性繊維を複数回積層してもよく。複数回積層した方が同じ厚みであっても短絡しにくくなる傾向にあり、積層回数をnとした場合に、d/Rc×nは0.8以上であることが好ましく、より好ましくは1.0以上であり、さらに好ましくは1.2以上である。
なお、短絡という点では圧電性繊維からなる層の厚みは厚い方がよいが、組紐状圧電素子の観点からは細い方がハンドリング性がよいため、シールド層は薄くすることが好ましい。
The layer made of piezoelectric fibers may be formed by laminating piezoelectric fibers a plurality of times. Even if the number of times of lamination is the same, it tends to be difficult to short-circuit, and when the number of laminations is n, d / Rc × n is preferably 0.8 or more, more preferably 1. 0 or more, more preferably 1.2 or more.
In terms of short-circuiting, the thickness of the layer made of piezoelectric fibers is better, but from the viewpoint of the braided piezoelectric element, the thinner one has better handling properties, so the shield layer is preferably thin.

ここで、組紐状圧電素子の芯部の半径Rcと、圧電性繊維からなる層の厚みdは、図2に示す断面の顕微鏡撮影画像から次のように算出する。なお、断面の観察については、組紐状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファEXTRA2000」(東亞合成)を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影してもよい。芯部の半径Rcは、図2−1に示すように、芯部の繊維束のみからなる最大の円Xの半径と、該繊維束を完全に包含する最小の円Yの半径との平均値とする。圧電性繊維からなる層の厚みdは、図2−2に示すように、該芯部を包含する圧電性繊維の繊維束のみからなる最大の円X’の半径と、該繊維束を完全に包含する最小の円Y’の半径との平均値から、当該芯部の半径Rcを差し引いた値とする。   Here, the radius Rc of the core portion of the braided piezoelectric element and the thickness d of the layer made of the piezoelectric fiber are calculated from the microscopic image of the cross section shown in FIG. 2 as follows. Regarding the observation of the cross section, the braided piezoelectric element was soaked with a low-viscosity instant adhesive “Aron Alpha EXTRA2000” (Toagosei) and solidified, then a cross section perpendicular to the long axis of the braid was cut out and a cross-sectional photograph taken. You may shoot. As shown in FIG. 2-1, the radius Rc of the core part is an average value of the radius of the maximum circle X consisting only of the fiber bundle of the core part and the radius of the minimum circle Y completely including the fiber bundle. And As shown in FIG. 2B, the thickness d of the layer made of the piezoelectric fiber is such that the radius of the maximum circle X ′ consisting only of the fiber bundle of the piezoelectric fiber including the core portion and the fiber bundle completely A value obtained by subtracting the radius Rc of the core portion from the average value with the radius of the smallest circle Y ′ to be included.

(布帛状圧電素子)
図3は実施形態に係る組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
布帛状圧電素子5は、少なくとも1本の組紐状圧電素子1を含む布帛6を備えている。布帛6は、布帛を構成する繊維(組紐を含む)の少なくとも1本が組紐状圧電素子1であり、組紐状圧電素子1が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような織編物であってもよい。布状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、他の繊維(組紐を含む)と組み合わせて、交織、交編等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子1を、布帛を構成する繊維(例えば、経糸や緯糸)の一部として用いてもよいし、組紐状圧電素子1を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよい。図3に示す例では、布帛状圧電素子5は、経糸として、少なくとも1本の組紐状圧電素子1および絶縁性繊維9を配し、緯糸として導電性繊維8および絶縁性繊維9を交互に配した平織物である。導電性繊維8は導電性繊維Bと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよく、また絶縁性繊維9については後述される。なお、絶縁性繊維9及び/又は導電性繊維8の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
(Fabric piezoelectric element)
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a fabric-like piezoelectric element using the braided piezoelectric element according to the embodiment.
The cloth-like piezoelectric element 5 includes a cloth 6 including at least one braided piezoelectric element 1. The fabric 6 is not limited in any way as long as at least one of the fibers (including the braid) constituting the fabric is the braided piezoelectric element 1 and the braided piezoelectric element 1 can exhibit a function as a piezoelectric element. Any woven or knitted fabric may be used. In forming the cloth, as long as the object of the present invention is achieved, weaving, knitting and the like may be performed in combination with other fibers (including braids). Of course, the braided piezoelectric element 1 may be used as a part of a fiber (for example, warp or weft) constituting the fabric, or the braided piezoelectric element 1 may be embroidered or bonded to the fabric. Good. In the example shown in FIG. 3, the cloth-like piezoelectric element 5 has at least one braided piezoelectric element 1 and insulating fibers 9 as warps and alternately has conductive fibers 8 and insulating fibers 9 as wefts. Plain woven fabric. The conductive fiber 8 may be the same type or different type of conductive fiber B, and the insulating fiber 9 will be described later. Note that all or part of the insulating fibers 9 and / or the conductive fibers 8 may be braided.

この場合、布帛状圧電素子5が曲げられるなどして変形したとき、その変形に伴い組紐状圧電素子1も変形するので、組紐状圧電素子1から出力される電気信号により、布帛状圧電素子5の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子5は、布帛(織編物)として用いることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。   In this case, when the cloth-like piezoelectric element 5 is deformed by bending or the like, the braided piezoelectric element 1 is also deformed along with the deformation. Therefore, the cloth-like piezoelectric element 5 is generated by an electric signal output from the braided piezoelectric element 1. Can be detected. Since the cloth-like piezoelectric element 5 can be used as a cloth (woven or knitted fabric), the cloth-like piezoelectric element 5 can be applied to, for example, a garment-shaped wearable sensor.

また、図3に示す布帛状圧電素子5では、組紐状圧電素子1に導電性繊維8が交差して接触している。したがって、導電性繊維8は、組紐状圧電素子1の少なくとも一部と交差して接触し、それを覆っており、外部から組紐状圧電素子1へ向かおうとする電磁波の少なくとも一部を遮っている、と見ることができる。このような導電性繊維8は、接地(アース)されることにより、組紐状圧電素子1への電磁波の影響を軽減する機能を有している。すなわち導電性繊維8は組紐状圧電素子1の電磁波シールドとして機能することができる。それにより、例えば布帛状圧電素子5の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、布帛状圧電素子5のS/N比を著しく向上させることができる。この場合、電磁波シールドの観点から組紐状圧電素子1と交差する緯糸(図3の場合)における導電性繊維8の割合が高いほど好ましい。具体的には、布帛6を形成する繊維であり且つ組紐状圧電素子1と交差する繊維のうちの30%以上が導電性繊維であることが好ましく、40%以上がより好ましく、50%以上が更に好ましい。このように布帛状圧電素子5において、布帛を構成する繊維の少なくとも一部として導電性繊維を入れることで、電磁波シールド付の布帛状圧電素子5とすることができる。   Further, in the fabric-like piezoelectric element 5 shown in FIG. 3, the conductive fibers 8 intersect and contact the braided piezoelectric element 1. Therefore, the conductive fiber 8 intersects and covers at least a part of the braided piezoelectric element 1 and covers it, and shields at least a part of the electromagnetic wave going to the braided piezoelectric element 1 from the outside. Can be seen. Such a conductive fiber 8 has a function of reducing the influence of electromagnetic waves on the braided piezoelectric element 1 by being grounded. That is, the conductive fiber 8 can function as an electromagnetic wave shield for the braided piezoelectric element 1. Thereby, for example, the S / N ratio of the cloth-like piezoelectric element 5 can be remarkably improved without overlapping conductive cloths for electromagnetic wave shielding on and under the cloth-like piezoelectric element 5. In this case, from the viewpoint of electromagnetic shielding, the higher the proportion of the conductive fibers 8 in the wefts (in the case of FIG. 3) intersecting with the braided piezoelectric element 1, the better. Specifically, 30% or more of the fibers forming the fabric 6 and intersecting the braided piezoelectric element 1 are preferably conductive fibers, more preferably 40% or more, and 50% or more. Further preferred. Thus, in the cloth-like piezoelectric element 5, the cloth-like piezoelectric element 5 with an electromagnetic wave shield can be obtained by inserting conductive fibers as at least a part of the fibers constituting the cloth.

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。   Examples of the woven structure of the woven fabric include a three-layer structure such as plain weave, twill weave, and satin weave, a change structure, a single double structure such as a vertical double weave and a horizontal double weave, and a vertical velvet. The type of knitted fabric may be a circular knitted fabric (weft knitted fabric) or a warp knitted fabric. Preferable examples of the structure of the circular knitted fabric (weft knitted fabric) include flat knitting, rubber knitting, double-sided knitting, pearl knitting, tuck knitting, floating knitting, single-sided knitting, lace knitting, and bristle knitting. Examples of the warp knitting structure include single denby knitting, single atlas knitting, double cord knitting, half tricot knitting, back hair knitting, jacquard knitting, and the like. The number of layers may be a single layer or a multilayer of two or more layers. Further, it may be a napped woven fabric or a napped knitted fabric composed of a napped portion made of a cut pile and / or a loop pile and a ground tissue portion.

(複数の圧電素子)
また、布帛状圧電素子5では、組紐状圧電素子1を複数並べて用いることも可能である。並べ方としては、例えば経糸または緯糸としてすべてに組紐状圧電素子1を用いてもよいし、数本ごとや一部分に組紐状圧電素子1を用いてもよい。また、ある部分では経糸として組紐状圧電素子1を用い、他の部分では緯糸として組紐状圧電素子1を用いてもよい。
(Multiple piezoelectric elements)
In the fabric-like piezoelectric element 5, a plurality of braided piezoelectric elements 1 can be used side by side. For example, the braided piezoelectric elements 1 may be used for all warps or wefts, or the braided piezoelectric elements 1 may be used for several or a part of them. Alternatively, the braided piezoelectric element 1 may be used as a warp in a certain part, and the braided piezoelectric element 1 may be used as a weft in another part.

このように組紐状圧電素子1を複数本並べて布帛状圧電素子5を形成するときには、組紐状圧電素子1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。   When the fabric-like piezoelectric element 5 is formed by arranging a plurality of braided piezoelectric elements 1 in this way, the braided piezoelectric element 1 does not have electrodes on the surface, so that the arrangement and knitting methods can be selected widely. There is an advantage.

また、組紐状圧電素子1を複数並べて用いる場合、導電性繊維B間の距離が短いため電気信号の取り出しにおいて効率的である。   Further, when a plurality of braided piezoelectric elements 1 are used side by side, since the distance between the conductive fibers B is short, it is efficient in taking out an electric signal.

(圧電素子の適用技術)
本発明の組紐状圧電素子1や布帛状圧電素子7のような圧電素子はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができるので、その圧電素子に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を検出するセンサー(デバイス)として利用することができる。また、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。具体的には、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。また、流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
(Applied technology for piezoelectric elements)
The piezoelectric element such as the braided piezoelectric element 1 or the cloth-like piezoelectric element 7 of the present invention can output the contact, pressure, and shape change to the surface as an electric signal in any form. It can be used as a sensor (device) for detecting the magnitude of stress applied to the element and / or the applied position. Further, this electric signal can be used as a power generation element such as a power source for moving other devices or storing electricity. Specifically, power generation by using it as a moving part of a human, animal, robot, machine, etc. that moves spontaneously, power generation on the surface of a shoe sole, rug, or structure that receives pressure from the outside, shape change in fluid Power generation, etc. In addition, in order to generate an electrical signal due to a shape change in the fluid, it is possible to adsorb a chargeable substance in the fluid or suppress adhesion.

図4は、本発明の圧電素子12を備えるデバイス11を示すブロック図である。デバイス11は、圧電素子12(例示:組紐状圧電素子1、布帛状圧電素子7)と、任意選択で、印加された圧力に応じて圧電素子12から出力される電気信号を増幅する増幅手段13と、当該任意選択の増幅手段13で増幅された電気信号を出力する出力手段14、及び出力手段14から出力された電気信号を外部機器(図示せず)へ送信する送信手段15を有する電気回路とを備える。このデバイス11を用いれば、圧電素子12の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器(図示せず)における演算処理にて、圧電素子に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を検出することができる。   FIG. 4 is a block diagram showing a device 11 including the piezoelectric element 12 of the present invention. The device 11 includes a piezoelectric element 12 (e.g., braided piezoelectric element 1, fabric-like piezoelectric element 7) and, optionally, amplification means 13 that amplifies an electrical signal output from the piezoelectric element 12 in accordance with an applied pressure. And an output circuit 14 for outputting the electrical signal amplified by the optional amplifying means 13, and a transmission means 15 for transmitting the electrical signal output from the output means 14 to an external device (not shown). With. If this device 11 is used, the stress applied to the piezoelectric element is calculated by an arithmetic process in an external device (not shown) based on an electrical signal output by contact with the surface of the piezoelectric element 12, pressure, or shape change. The magnitude and / or applied position can be detected.

任意選択の増幅手段13、出力手段14、及び送信手段15は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えば、演算処理装置(図示せず)に当該ソフトウェアプログラムがインストールされ、演算処理装置が当該ソフトウェアプログラムに従って動作することで、各部の機能を実現する。またあるいは、任意選択の増幅手段13、出力手段14、及び送信手段15を、これら各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。なお、送信手段15による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。あるいは、デバイス11内に、出力手段14から出力された電気信号に基づき圧電素子12に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を演算する演算手段(図示せず)を設けてもよい。   The optional amplification means 13, output means 14, and transmission means 15 may be constructed, for example, in a software program format, or may be constructed by a combination of various electronic circuits and software programs. For example, the software program is installed in an arithmetic processing device (not shown), and the arithmetic processing device operates according to the software program, thereby realizing the functions of each unit. Alternatively, the optional amplifying means 13, the output means 14, and the transmitting means 15 may be realized as a semiconductor integrated circuit in which a software program for realizing the functions of these units is written. Whether the transmission method by the transmission means 15 is wireless or wired may be appropriately determined according to the sensor to be configured. Alternatively, calculation means (not shown) for calculating the magnitude of the stress applied to the piezoelectric element 12 and / or the applied position based on the electrical signal output from the output means 14 may be provided in the device 11. Good.

また、増幅手段だけではなく、ノイズを除去する手段や他の信号と組み合わせて処理する手段などの公知の信号処理手段を組み合わせて用いることができる。これらの手段の接続の順序は目的に応じて適宜変えることができる。もちろん、圧電素子12から出力される電気信号をそのまま外部機器へ送信した後で信号処理してもよい。   Further, not only the amplification means but also known signal processing means such as noise removing means and means for processing in combination with other signals can be used in combination. The order of connection of these means can be appropriately changed according to the purpose. Of course, the electric signal output from the piezoelectric element 12 may be processed as it is after being transmitted to the external device as it is.

図5は、実施の形態に係る組紐状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図5の増幅手段13は、図4を参照して説明したものに相当するが、図4の出力手段14および送信手段15については図5では図示を省略している。組紐状圧電素子1を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段13の入力端子に組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を接続し、接地(アース)端子には、組紐状圧電素子1の導電層4を接続する。例えば、図5に示すように、組紐状圧電素子1において、組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、組紐状圧電素子1の導電層4を接地(アース)する。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a device including the braided piezoelectric element according to the embodiment. The amplifying unit 13 in FIG. 5 corresponds to that described with reference to FIG. 4, but the output unit 14 and the transmitting unit 15 in FIG. 4 are not shown in FIG. When a device including the braided piezoelectric element 1 is configured, a lead wire from the core portion 3 of the braided piezoelectric element 1 is connected to the input terminal of the amplifying unit 13, and the braided piezoelectric element 1 is connected to the ground (earth) terminal. The conductive layer 4 is connected. For example, as shown in FIG. 5, in the braided piezoelectric element 1, the lead wire from the core 3 of the braided piezoelectric element 1 is connected to the input terminal of the amplifying means 13, and the conductive layer 4 of the braided piezoelectric element 1 is connected. Ground (earth).

図6〜8は、実施の形態に係る組紐布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図6〜8の増幅手段13は、図4を参照して説明したものに相当するが、図4の出力手段14および送信手段15については図6〜8では図示を省略している。布帛状圧電素子7を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段13の入力端子に組紐状圧電素子1の芯部3(導電性繊維Bで形成される)からの引出し線を接続し、接地(アース)端子には、組紐状圧電素子1の導電層4または布帛状圧電素子7の導電性繊維10または増幅手段13の入力端子に接続した組紐状圧電素子1とは別の組紐状圧電素子を接続する。例えば、図6に示すように、布帛状圧電素子7において、組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、組紐状圧電素子1の導電層4を接地(アース)する。また例えば、図7に示すように、布帛状圧電素子7において、組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、組紐状圧電素子1に交差して接触した導電性繊維10を接地(アース)する。また例えば、図8に示すように、布帛状圧電素子7において組紐状圧電素子1を複数並べている場合、1本の組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、当該組紐状圧電素子1に並んだ別の組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を、接地(アース)する。   FIGS. 6-8 is a schematic diagram which shows the structural example of a device provided with the braided cloth-like piezoelectric element which concerns on embodiment. The amplifying unit 13 in FIGS. 6 to 8 corresponds to that described with reference to FIG. 4, but the output unit 14 and the transmitting unit 15 in FIG. 4 are not shown in FIGS. When a device including the fabric-like piezoelectric element 7 is configured, a lead wire from the core portion 3 (formed of the conductive fiber B) of the braided piezoelectric element 1 is connected to the input terminal of the amplifying means 13 and grounded (grounded) ) A braided piezoelectric element different from the braided piezoelectric element 1 connected to the conductive layer 4 of the braided piezoelectric element 1 or the conductive fiber 10 of the fabric-like piezoelectric element 7 or the input terminal of the amplifying means 13 is connected to the terminal. To do. For example, as shown in FIG. 6, in the cloth-like piezoelectric element 7, the lead wire from the core portion 3 of the braided piezoelectric element 1 is connected to the input terminal of the amplifying means 13, and the conductive layer 4 of the braided piezoelectric element 1 is connected. Ground (earth). Further, for example, as shown in FIG. 7, in the cloth-like piezoelectric element 7, the lead wire from the core portion 3 of the braided piezoelectric element 1 is connected to the input terminal of the amplifying means 13 and intersects the braided piezoelectric element 1. The contacted conductive fiber 10 is grounded. Further, for example, as shown in FIG. 8, when a plurality of braided piezoelectric elements 1 are arranged in the cloth-like piezoelectric element 7, the lead wire from the core portion 3 of one braided piezoelectric element 1 is used as the input terminal of the amplifying means 13. The lead wire from the core part 3 of another braided piezoelectric element 1 aligned with the braided piezoelectric element 1 is grounded (grounded).

組紐状圧電素子1に変形が生じると、圧電性繊維Aは変形して分極が発生する。圧電性繊維Aの分極により発生した正負各電荷の配列につられて、組紐状圧電素子1の芯部3を形成する導電性繊維Bからの引出し線上において、電荷の移動が発生する。導電性繊維Bからの引出し線上における電荷の移動は微小な電気信号(すなわち電流)の流れとして現れる。増幅手段13は、この電気信号を増幅し、出力手段14は、増幅手段13で増幅された電気信号を出力し、送信手段15は、出力手段14から出力された電気信号を外部機器(図示せず)へ送信する。   When the braided piezoelectric element 1 is deformed, the piezoelectric fiber A is deformed to generate polarization. Due to the arrangement of positive and negative charges generated by the polarization of the piezoelectric fiber A, movement of charges occurs on the lead line from the conductive fiber B that forms the core portion 3 of the braided piezoelectric element 1. The movement of electric charge on the lead line from the conductive fiber B appears as a flow of a minute electric signal (that is, current). The amplifying means 13 amplifies the electric signal, the output means 14 outputs the electric signal amplified by the amplifying means 13, and the transmitting means 15 outputs the electric signal output from the output means 14 to an external device (not shown). Send to

本発明のデバイス11は柔軟性があり、紐状および布帛状いずれの形態でも使用できるため、非常に広範な用途が考えられる。本発明のデバイス11の具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、例えば、手袋やバンド、サポーターなどの形状をした関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。   Since the device 11 of the present invention is flexible and can be used in either a string form or a cloth form, a very wide range of applications can be considered. Specific examples of the device 11 of the present invention include a touch panel, a human or animal surface pressure sensor, for example, a glove or a band, which has a shape such as a hat, gloves, clothes including a sock, a supporter, or a handkerchief. Sensors that detect bending, twisting, and expansion / contraction of joints shaped like supporters. For example, when used for humans, it can be used as an interface for detecting contact and movement, collecting information on movement of joints and the like for medical purposes, amusement purposes, and moving lost tissues and robots. In addition, it can be used as a stuffed animal that imitates animals and humanoids, a surface pressure sensor of a robot, a sensor that detects bending, twisting, and expansion / contraction of a joint. In addition, it can be used as a surface pressure sensor or shape change sensor for bedding such as sheets and pillows, shoe soles, gloves, chairs, rugs, bags, and flags.

さらに、本発明のデバイス11は組紐状あるいは布帛状であり、柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。   Furthermore, since the device 11 of the present invention is braided or cloth-like and flexible, it can be used as a surface pressure sensor or a shape change sensor by sticking or covering the whole or part of the surface of any structure. Can do.

さらに、本発明のデバイス11は、組紐状圧電素子1の表面を擦るだけで十分な電気信号を発生することができるので、タッチセンサーのような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ることができる。また、組紐状圧電素子1で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるので、表面形状計測などに用いることができる。   Furthermore, since the device 11 of the present invention can generate a sufficient electric signal simply by rubbing the surface of the braided piezoelectric element 1, it can be used for a touch input device such as a touch sensor, a pointing device, or the like. . Further, since the position information and shape information in the height direction of the measurement object can be obtained by rubbing the surface of the measurement object with the braided piezoelectric element 1, it can be used for surface shape measurement and the like.

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。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.

圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
(ポリ乳酸の製造)
実施例において用いた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質量部に対し、オクチル酸スズを0.005質量部加え、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の質量平均分子量は15.2万、ガラス転移点(Tg)は55℃、融点は175℃であった。
The fabric for piezoelectric elements was manufactured by the following method.
(Manufacture of polylactic acid)
The polylactic acid used in the examples was produced by the following method.
To 100 parts by mass of L-lactide (manufactured by Musashino Chemical Laboratory, Inc., optical purity 100%), 0.005 part by mass of tin octylate was added, and 180 ° C. in a reactor equipped with a stirring blade in a nitrogen atmosphere. Then, 1.2 times equivalent of phosphoric acid was added to tin octylate, and then the remaining lactide was removed under reduced pressure at 13.3 Pa to obtain chips to obtain poly-L-lactic acid (PLLA1). . The obtained PLLA1 had a mass average molecular weight of 152,000, a glass transition point (Tg) of 55 ° C., and a melting point of 175 ° C.

(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22g/minで吐出し、1300m/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℃、2.0倍に延伸し、150℃で熱固定処理することにより84dTex/24フィラメントの圧電性繊維A1を得た。
また、240℃にて溶融させたPLLA1を12ホールのキャップから8g/minで吐出し、1300m/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℃、2.0倍に延伸し、150℃で熱固定処理することにより33dTex/12フィラメントの圧電性繊維A2を得た。
(Piezoelectric fiber)
PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 22 g / min and taken up at 1300 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.0 times at 80 ° C. and heat-set at 150 ° C. to obtain a piezoelectric fiber A1 having 84 dTex / 24 filaments.
Further, PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 12-hole cap at 8 g / min and taken up at 1300 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.0 times at 80 ° C. and heat-set at 150 ° C. to obtain a piezoelectric fiber A2 having 33 dTex / 12 filaments.

(導電性繊維)
ミツフジ(株)製の銀メッキナイロン、品名『AGposs』100d34fおよび30d10fを導電性繊維B、導電性繊維6および導電性繊維10として使用した。この繊維の体積抵抗率は1.1×10-3Ω・cmであった。
(Conductive fiber)
Silver plated nylon manufactured by Mitsufuji Corporation, product names “AGposs” 100d34f and 30d10f were used as conductive fiber B, conductive fiber 6 and conductive fiber 10. The volume resistivity of this fiber was 1.1 × 10 −3 Ω · cm.

(組紐状圧電素子)
実施例1の試料として、上記の導電性繊維『AGposs』100d34fを芯糸とし、上記の圧電性繊維A1を8本芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、更に導電性繊維『AGposs』30d10fを鞘部の圧電性繊維A1の周りに組紐状に巻き付けてシールド層とし、組紐状圧電素子1Aを形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維A1の巻きつけ角度αは30°とした。なお、組紐状圧電素子1Aのd/Rcは、1.76であった。
(Braided piezoelectric element)
As a sample of Example 1, the above-mentioned conductive fiber “AGposs” 100d34f is used as a core yarn, and the above-mentioned piezoelectric fiber A1 is wound around the eight core yarns in a braid form to form an eight-ply braid. The fiber “AGposs” 30d10f was wrapped in a braid shape around the piezoelectric fiber A1 of the sheath portion to form a shield layer, and the braided piezoelectric element 1A was formed. Here, the winding angle α of the piezoelectric fiber A1 with respect to the fiber axis CL of the conductive fiber B was set to 30 °. The d / Rc of the braided piezoelectric element 1A was 1.76.

実施例2の試料として、上記の導電性繊維『AGposs』100d34fを芯糸とし、上記の圧電性繊維A2を8本芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、その組紐の上に更にもう一層、圧電性繊維2を8本組紐状に巻きつけた。さらに、導電性繊維『AGposs』30d10fを圧電性繊維A2の周りに組紐状に巻き付けてシールド層とし、組紐状圧電素子1Bを形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは30°とした。なお、組紐状圧電素子1Bのd/Rcは、1.52であった。   As a sample of Example 2, the conductive fiber “AGposs” 100d34f is used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A2 is wound around the eight core yarns in a braid shape to form an eight-strand braid. Further, eight piezoelectric fibers 2 were wound in a braid shape. Further, the conductive fiber “AGposs” 30d10f was wound around the piezoelectric fiber A2 in a braid shape to form a shield layer, and the braided piezoelectric element 1B was formed. Here, the winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the fiber axis CL of the conductive fiber B was set to 30 °. The d / Rc of the braided piezoelectric element 1B was 1.52.

比較例1の試料として、実施例1の圧電性繊維A1のかわりに圧電性繊維A2を用いた以外は実施例1と同様にして組紐状圧電素子1Cを形成した。なお、組紐状圧電素子1Cのd/Rcは、0.84であった。   As a sample of Comparative Example 1, a braided piezoelectric element 1C was formed in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric fiber A2 was used instead of the piezoelectric fiber A1 of Example 1. The d / Rc of the braided piezoelectric element 1C was 0.84.

(製編)
上記組紐状圧電素子1〜3をそれぞれ用いて、丸編みニット1〜3を作製した。
(Manufacturing)
Circular braided knits 1 to 3 were produced using the braided piezoelectric elements 1 to 3, respectively.

(性能評価及び評価結果)
組紐状圧電素子1〜3および丸編みニット1〜3の評価結果は以下のとおりである。
(Performance evaluation and evaluation results)
The evaluation results of the braided piezoelectric elements 1 to 3 and the circular knitting knits 1 to 3 are as follows.

(実施例1)
組紐状圧電素子1A中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(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』)に配線を介して100倍増幅回路を経由して接続し、組紐状圧電素子1Aの導電層4を接地(アース)した。組紐状圧電素子1Aに捩じり変形を加えた。
その結果、組紐状圧電素子1Aからの出力として、オシロスコープにより約10mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1Aの変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。
また、丸編みニット1についても、芯部とシールド線は短絡しておらず、変形に対応する信号が検出できた。
(Example 1)
The conductive fiber B in the braided piezoelectric element 1A is connected as a signal line to an oscilloscope (a digital oscilloscope DL6000 series product name “DL6000” manufactured by Yokogawa Electric Corporation) via a 100 × amplification circuit via a wiring, The conductive layer 4 of the braided piezoelectric element 1A was grounded. Torsional deformation was applied to the braided piezoelectric element 1A.
As a result, a potential difference of about 10 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided piezoelectric element 1A, and it was confirmed that a sufficiently large electric signal could be detected by deformation of the braided piezoelectric element 1A.
Moreover, also about the circular knitted knit 1, the core part and the shield wire were not short-circuited, and a signal corresponding to the deformation could be detected.

(実施例2)
組紐状圧電素子1B中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(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』)に配線を介して100倍増幅回路を経由して接続し、組紐状圧電素子1Bの導電層4を接地(アース)した。組紐状圧電素子1Bに捩じり変形を加えた。
その結果、組紐状圧電素子1Bからの出力として、オシロスコープにより約10mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1Bの変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。
また、丸編みニット2についても、芯部とシールド線は短絡しておらず、変形に対応する信号が検出できた。
(Example 2)
The conductive fiber B in the braided piezoelectric element 1B is connected as a signal line to an oscilloscope (a digital oscilloscope DL6000 series product name “DL6000” manufactured by Yokogawa Electric Corporation) via a wiring through a 100-times amplification circuit. The conductive layer 4 of the braided piezoelectric element 1B was grounded. Torsional deformation was applied to the braided piezoelectric element 1B.
As a result, a potential difference of about 10 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided piezoelectric element 1B, and it was confirmed that a sufficiently large electric signal could be detected by deformation of the braided piezoelectric element 1B.
Further, in the circular knitted knit 2, the core portion and the shield wire were not short-circuited, and a signal corresponding to the deformation could be detected.

(比較例1)
組紐状圧電素子1C中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(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』)に配線を介して100倍増幅回路を経由して接続し、組紐状圧電素子1Cの導電層4を接地(アース)した。組紐状圧電素子1Cに捩じり変形を加えた。
その結果、組紐状圧電素子1Cからの出力として、オシロスコープにより約10mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1Cの変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。
しかし、丸編みニット3については、芯部とシールド線が短絡しており、変形に対応する信号は検出することができなかった。
(Comparative Example 1)
The conductive fiber B in the braided piezoelectric element 1C is connected as a signal line to an oscilloscope (a digital oscilloscope DL6000 series product name “DL6000” manufactured by Yokogawa Electric Corporation) via a 100 × amplification circuit via a wiring, The conductive layer 4 of the braided piezoelectric element 1C was grounded. Torsional deformation was applied to the braided piezoelectric element 1C.
As a result, a potential difference of about 10 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided piezoelectric element 1C, and it was confirmed that a sufficiently large electric signal could be detected by deformation of the braided piezoelectric element 1C.
However, for the circular knitted knit 3, the core portion and the shield wire were short-circuited, and a signal corresponding to the deformation could not be detected.

A 圧電性繊維
B 導電性繊維
1 組紐状圧電素子
2 鞘部
3 芯部
4 導電層
5 導電性物質
6 導電性繊維
7 布帛状圧電素子
8 布帛
9 絶縁性繊維
10 導電性繊維
11 デバイス
12 圧電素子
13 増幅手段
14 出力手段
15 送信手段
CL 繊維軸
α 巻きつけ角度
X 芯部の繊維束のみからなる最大の円
Y 芯部の繊維束を完全に包含する最小の円Y
X’ 芯部を包含する圧電性繊維の繊維束のみからなる最大の円
Y’ 圧電性繊維の繊維束を完全に包含する最小の円
DESCRIPTION OF SYMBOLS A Piezoelectric fiber B Conductive fiber 1 Braided piezoelectric element 2 Sheath part 3 Core part 4 Conductive layer 5 Conductive substance 6 Conductive fiber 7 Fabric-like piezoelectric element 8 Fabric 9 Insulating fiber 10 Conductive fiber 11 Device 12 Piezoelectric element 13 Amplifying means 14 Output means 15 Transmitting means CL Fiber axis α Wrapping angle X Maximum circle consisting only of the core fiber bundle Y Minimum circle Y completely including the core fiber bundle
X ′ The largest circle consisting only of fiber bundles of piezoelectric fibers including the core portion Y ′ The smallest circle completely including fiber bundles of piezoelectric fibers

Claims (8)

導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部と、前記鞘部の周囲に設けられた導電層とを備え、前記芯部の半径Rcに対する圧電性繊維からなる層の厚みdの比d/Rcが1.0以上であることを特徴とする組紐状圧電素子。   A core portion formed of conductive fibers; a sheath portion formed of braided piezoelectric fibers so as to cover the core portion; and a conductive layer provided around the sheath portion; A braided piezoelectric element having a ratio d / Rc of a thickness d of a layer made of piezoelectric fibers to a radius Rc of the portion is 1.0 or more. 前記導電層による前記鞘部の被覆率が25%以上である、請求項1記載の組紐状圧電素子。   The braided piezoelectric element according to claim 1, wherein a coverage of the sheath portion by the conductive layer is 25% or more. 前記導電層が繊維で形成されている、請求項1または2記載の組紐状圧電素子。   The braided piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein the conductive layer is formed of fibers. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛状圧電素子。   A fabric-like piezoelectric element comprising the braided piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3. 前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、請求項4に記載の布帛状圧電素子。   The cloth-like piezoelectric element according to claim 4, wherein the cloth further includes conductive fibers that intersect and come into contact with at least a part of the braid-like piezoelectric element. 前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの30%以上が導電性繊維である、請求項5記載の布帛状圧電素子。   The cloth-like piezoelectric element according to claim 5, wherein 30% or more of the fibers forming the cloth and intersecting the braided piezoelectric element are conductive fibers. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、
印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。
The braided piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3,
Amplifying means for amplifying an electrical signal output from the braided piezoelectric element in accordance with the applied pressure;
Output means for outputting the electrical signal amplified by the amplification means;
A device comprising:
請求項5または6に記載の布帛状圧電素子と、
印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。
The cloth-like piezoelectric element according to claim 5 or 6,
Amplifying means for amplifying an electrical signal output from the cloth-like piezoelectric element in accordance with an applied pressure;
Output means for outputting the electrical signal amplified by the amplification means;
A device comprising:
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