JP6467217B2 - Piezoelectric vibration sensor - Google Patents

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本発明は、生体信号測定用の圧電振動センサに関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibration sensor for measuring biological signals.

近年、高齢化や健康意識の高まりに伴って、日常生活において、脈波、呼吸などの生体信号(biomedical signal)をセンサによって測定し、数値化することで、該数値により健康状態を把握することが行われている。   In recent years, with the aging of society and heightened health consciousness, in daily life, the biomedical signal such as pulse wave and respiration is measured with a sensor and digitized, and the health condition is grasped by the numerical value. Has been done.

例えば、生体信号のうち、脈波は心収縮によって生じる波動の伝播を示す生体信号のひとつであり、心臓の拍動間隔(心拍)や血管の状態を反映する。
この脈波を検出する方法として、圧電素子を使用する方法や光学的に検出する方法等が実用化されている。圧電素子を使用する方法としては、ピエゾ型の圧電素子をセンサとして動脈上に配置し、動脈内部の圧力変化に伴う表皮の圧力変化(圧力による表皮の変位)から脈波や脈拍数を検出している。
For example, among the biological signals, the pulse wave is one of the biological signals indicating the propagation of the wave generated by the cardiac contraction, and reflects the heart beat interval and the blood vessel state.
As a method for detecting this pulse wave, a method using a piezoelectric element, a method for optical detection, and the like have been put into practical use. As a method of using a piezoelectric element, a piezo-type piezoelectric element is placed on an artery as a sensor, and a pulse wave or a pulse rate is detected from the pressure change of the epidermis (displacement of the epidermis due to pressure) accompanying the pressure change inside the artery. ing.

しかしながら、従来の脈波を検出する方法では、被測定者に強くセンサを押し当てなければ測定ができず、また、体温および外気温などの変動にも影響を受けて、正確な測定ができなかった。   However, with the conventional method of detecting pulse waves, measurement is not possible unless the sensor is pressed strongly against the subject, and accurate measurement is not possible due to fluctuations in body temperature and outside air temperature. It was.

前記問題に関し、特許文献1には、圧電センサと、該圧電センサの一面に積層一体化された発泡シートと、前記圧電センサの他面に積層一体化された保形板とを有する特定の圧電振動センサが開示されている。   With regard to the above problem, Patent Document 1 discloses a specific piezoelectric element including a piezoelectric sensor, a foam sheet laminated and integrated on one surface of the piezoelectric sensor, and a shape retaining plate laminated and integrated on the other surface of the piezoelectric sensor. A vibration sensor is disclosed.

特開2014−147571号公報JP 2014-147571 A

しかしながら、従来の圧電振動センサは、外部環境や生体より発せられる電磁波の影響によるノイズを検知し易く、生体信号を感度良く測定する点で、さらなる改良の余地があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ノイズを検知し難く、生体信号を感度良く測定可能な圧電振動センサを提供することを目的とする。
However, the conventional piezoelectric vibration sensor has a room for further improvement in that it easily detects noise due to the influence of electromagnetic waves emitted from an external environment or a living body and measures a biological signal with high sensitivity.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration sensor that is difficult to detect noise and can measure a biological signal with high sensitivity.

このような状況のもと、本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成の圧電振動センサによれば、前記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の構成例は以下の通りである。
Under such circumstances, the present inventors have intensively studied to solve the above-mentioned problems. As a result, the inventors have found that the object can be achieved by the piezoelectric vibration sensor having the following configuration, thereby completing the present invention. It came.
A configuration example of the present invention is as follows.

[1] シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bがこの順で積層され、
前記シールド層AおよびBがそれぞれ、絶縁層と導電層とを含み、該絶縁層が導電層よりも電極層側に存在する、
生体信号測定用の圧電振動センサ。
[1] A shield layer A, an electrode layer, a piezoelectric layer including a porous fluororesin layer, an electrode layer, and a shield layer B are laminated in this order,
The shield layers A and B each include an insulating layer and a conductive layer, and the insulating layer exists on the electrode layer side of the conductive layer.
Piezoelectric vibration sensor for measuring biological signals.

[2] 前記シールド層Aの圧縮強さより、前記シールド層Bの圧縮強さの方が大きい(なお、圧縮強さはJIS K 7181(2011)に準拠して測定される)、[1]に記載の圧電振動センサ。   [2] The compressive strength of the shield layer A is greater than the compressive strength of the shield layer A (note that the compressive strength is measured in accordance with JIS K 7181 (2011)), [1] The piezoelectric vibration sensor as described.

[3] ファラデーゲージ法によって測定される前記シールド層Aの静電容量と前記シールド層Bの静電容量とが、以下の要件(I)を満たす、[1]または[2]に記載の圧電振動センサ。
要件(I):前記シールド層AおよびBの静電容量のうち、一方の静電容量をCiとし、他方の静電容量をCiiとする場合であって、CiおよびCiiが、Ci≧Ciiの関係にある場合、下記式(1)で算出される静電容量の相違率が50%以下である
静電容量の相違率=|Ci−Cii|/Ci×100(%) ・・・(1)
[3] The piezoelectric device according to [1] or [2], wherein the capacitance of the shield layer A and the capacitance of the shield layer B measured by the Faraday gauge method satisfy the following requirement (I): Vibration sensor.
Requirement (I): Among the electrostatic capacities of the shield layers A and B, when one of the capacities is Ci and the other is Cii, Ci and Cii satisfy Ci ≧ Cii. If there is a relationship, the difference rate of the capacitance calculated by the following formula (1) is 50% or less. The difference rate of the capacitance = | Ci−Cii | / Ci × 100 (%) (1) )

[4] 前記シールド層Aおよび/または前記シールド層Bの、電極層側とは反対側の少なくとも一部に絶縁層を有する、[1]〜[3]のいずれかに記載の圧電振動センサ。   [4] The piezoelectric vibration sensor according to any one of [1] to [3], further including an insulating layer on at least a part of the shield layer A and / or the shield layer B opposite to the electrode layer side.

[5] 前記多孔質フッ素樹脂層が、分子および結晶構造に起因する双極子をもたない樹脂からなる、[1]〜[4]のいずれかに記載の圧電振動センサ。
[6] 前記多孔質フッ素樹脂層が、フッ素樹脂からなるファイバーから形成された不織布または織布を含む、[1]〜[5]のいずれかに記載の圧電振動センサ。
[7] 前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンである、[1]〜[6]のいずれかに記載の圧電振動センサ。
[5] The piezoelectric vibration sensor according to any one of [1] to [4], wherein the porous fluororesin layer is made of a resin having no dipole due to a molecule and a crystal structure.
[6] The piezoelectric vibration sensor according to any one of [1] to [5], wherein the porous fluororesin layer includes a nonwoven fabric or a woven fabric formed from a fiber made of a fluororesin.
[7] The piezoelectric vibration sensor according to any one of [1] to [6], wherein the fluororesin is polytetrafluoroethylene.

[8] 前記多孔質フッ素樹脂層または前記圧電層が分極処理されたものである、[1]〜[7]のいずれかに記載の圧電振動センサ。   [8] The piezoelectric vibration sensor according to any one of [1] to [7], wherein the porous fluororesin layer or the piezoelectric layer is polarized.

[9] シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bがこの順で積層され、
ファラデーゲージ法によって測定される前記シールド層Aの静電容量と前記シールド層Bの静電容量とが、以下の要件(I)を満たす、
生体信号測定用の圧電振動センサ。
要件(I):前記シールド層AおよびBの静電容量のうち、一方の静電容量をCiとし、他方の静電容量をCiiとする場合であって、CiおよびCiiが、Ci≧Ciiの関係にある場合、下記式(1)で算出される静電容量の相違率が50%以下である
静電容量の相違率=|Ci−Cii|/Ci×100(%) ・・・(1)
[9] A shield layer A, an electrode layer, a piezoelectric layer including a porous fluororesin layer, an electrode layer, and a shield layer B are laminated in this order,
The capacitance of the shield layer A and the capacitance of the shield layer B measured by the Faraday gauge method satisfy the following requirement (I):
Piezoelectric vibration sensor for measuring biological signals.
Requirement (I): Among the electrostatic capacities of the shield layers A and B, when one of the capacities is Ci and the other is Cii, Ci and Cii satisfy Ci ≧ Cii. If there is a relationship, the difference rate of the capacitance calculated by the following formula (1) is 50% or less. The difference rate of the capacitance = | Ci−Cii | / Ci × 100 (%) (1) )

本発明によれば、ノイズを検知し難く、生体信号を感度良く測定可能な圧電振動センサを提供することができる。
特に本発明によれば、測定部位に合わせた形状追随性に優れ、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズや、センサ構成に起因するノイズが低減され、脈波などの微弱な生体信号を精度良く検出することができ、持ち運び可能で、測定場所を選ばず外出先などにおいても容易に、被測定対象に強くセンサを押し当てなくても生体信号を測定することができる圧電振動センサを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibration sensor that is difficult to detect noise and can measure a biological signal with high sensitivity.
In particular, according to the present invention, it is excellent in shape followability according to the measurement site, noise from the measurement target such as the human body and the external environment, noise due to the sensor configuration is reduced, and a weak biological body such as a pulse wave is reduced. Piezoelectric vibration sensor that can detect signals with high accuracy, is portable, and can easily measure biological signals without having to press the sensor strongly against the measurement target, regardless of the measurement location. Can be provided.

図1は、実施例1で作製した圧電振動センサを用いて、手首の動脈の脈動によって生じる振動を電気信号として検知した、オシロスコープの波形(脈波派形)である。FIG. 1 shows an oscilloscope waveform (pulse wave form) in which vibration generated by pulsation of a wrist artery is detected as an electrical signal using the piezoelectric vibration sensor manufactured in Example 1. 図2は、比較例1で作製した圧電振動センサを用いて、手首の動脈の脈動によって生じる振動を電気信号として検知した、オシロスコープの波形である。FIG. 2 is an oscilloscope waveform in which vibration generated by pulsation of the wrist artery is detected as an electrical signal using the piezoelectric vibration sensor manufactured in Comparative Example 1.

≪圧電振動センサ≫
本発明の生体信号測定用の圧電振動センサは、脈波、呼吸などの生体信号、特に脈波を検知するセンサであり、
(1)シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bがこの順で積層され、前記シールド層AおよびBがそれぞれ、絶縁層と導電層とを含み、該絶縁層が導電層よりも電極層側に存在する、または、
(2)シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bがこの順で積層され、ファラデーゲージ法によって測定される前記シールド層Aの静電容量と前記シールド層Bの静電容量とが、以下の要件(I)を満たす。
要件(I):前記シールド層AおよびBの静電容量のうち、一方の静電容量をCiとし、他方の静電容量をCiiとする場合であって、CiおよびCiiが、Ci≧Ciiの関係にある場合、下記式(1)で算出される静電容量の相違率が50%以下である
静電容量の相違率=|Ci−Cii|/Ci×100(%) ・・・(1)
≪Piezoelectric vibration sensor≫
The piezoelectric vibration sensor for measuring a biological signal of the present invention is a sensor for detecting a biological signal such as a pulse wave and a breath, particularly a pulse wave,
(1) A shield layer A, an electrode layer, a piezoelectric layer including a porous fluororesin layer, an electrode layer and a shield layer B are laminated in this order, and the shield layers A and B each include an insulating layer and a conductive layer. The insulating layer is present on the electrode layer side of the conductive layer, or
(2) The shield layer A, the electrode layer, the piezoelectric layer including the porous fluororesin layer, the electrode layer, and the shield layer B are laminated in this order, and the capacitance of the shield layer A measured by the Faraday gauge method The electrostatic capacity of the shield layer B satisfies the following requirement (I).
Requirement (I): Among the electrostatic capacities of the shield layers A and B, when one of the capacities is Ci and the other is Cii, Ci and Cii satisfy Ci ≧ Cii. If there is a relationship, the difference rate of the capacitance calculated by the following formula (1) is 50% or less. The difference rate of the capacitance = | Ci−Cii | / Ci × 100 (%) (1) )

本発明の圧電振動センサは、このような構成であるため、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズや、センサ構成に起因するノイズが低減され、脈波などの微弱な生体信号を精度良く検出することができ、持ち運び可能で、測定場所を選ばず外出先などにおいても容易に、被測定対象に強くセンサを押し当てなくても微弱な生体信号を測定することができる圧電振動センサを提供することができる。   Since the piezoelectric vibration sensor of the present invention has such a configuration, noise derived from the measurement target such as a human body and the external environment, noise due to the sensor configuration is reduced, and weak biological signals such as pulse waves are generated. Piezoelectric vibration sensor that can be detected with high accuracy, can be carried, and can easily measure weak biological signals without having to press the sensor strongly against the object to be measured, regardless of the measurement location. Can be provided.

本発明の圧電振動センサは、シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bをこの順で有すれば特に制限されず、これら以外の従来公知の層等が存在していてもよい。例えば、本発明の圧電振動センサには、圧電層と電極層との間、シールド層の電極層側とは反対側などに、圧電振動センサに従来用いられてきた公知の層、例えば、絶縁層、表面平滑化層、保護層、接着層が存在していてもよい。
これら従来公知の層が、本発明の圧電振動センサ中に2層以上含まれる場合には、それぞれ、同一の層であってもよく、異なる層であってもよい。
The piezoelectric vibration sensor of the present invention is not particularly limited as long as it has a shield layer A, an electrode layer, a piezoelectric layer including a porous fluororesin layer, an electrode layer, and a shield layer B in this order. Etc. may exist. For example, in the piezoelectric vibration sensor of the present invention, a known layer conventionally used for a piezoelectric vibration sensor, for example, an insulating layer, is provided between the piezoelectric layer and the electrode layer, on the side opposite to the electrode layer side of the shield layer. A surface smoothing layer, a protective layer, and an adhesive layer may be present.
When two or more of these conventionally known layers are included in the piezoelectric vibration sensor of the present invention, they may be the same layer or different layers.

本発明の圧電振動センサは、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズがより低減される等の点から、前記シールド層Aおよび/または前記シールド層Bの、電極層側とは反対側の少なくとも一部に絶縁層を有することが好ましく、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズがより低減され、脈波などの微弱な生体信号をより精度良く検出することができる等の点から、絶縁層、シールド層A、電極層、圧電層、電極層、シールド層Bおよび絶縁層がこの順で積層された積層体であることが好ましい。これらの積層体の層間には、接着層が存在していてもよく、これらの積層体の最外層である絶縁層は、保護層などとしての機能も有する。   The piezoelectric vibration sensor of the present invention is opposite to the electrode layer side of the shield layer A and / or the shield layer B from the point that noise derived from the measurement target such as a human body and the external environment is further reduced. It is preferable to have an insulating layer on at least a part of the side, noise from the measurement target such as a human body and the external environment is further reduced, and weak biological signals such as pulse waves can be detected more accurately. From this point, it is preferable that the insulating layer, the shield layer A, the electrode layer, the piezoelectric layer, the electrode layer, the shield layer B, and the insulating layer are stacked in this order. An adhesive layer may be present between the layers of these laminates, and the insulating layer that is the outermost layer of these laminates also functions as a protective layer or the like.

さらに、本発明の圧電振動センサは、電極層等に接続される導線、該導線からの信号を増幅するチャージアンプ等の増幅部、導線や増幅部より出力された信号を処理する情報処理部、処理した情報を表示する表示部などを有していてもよい。   Furthermore, the piezoelectric vibration sensor of the present invention includes a conductive wire connected to an electrode layer, an amplification unit such as a charge amplifier that amplifies a signal from the conductive wire, an information processing unit that processes a signal output from the conductive wire or the amplification unit, You may have a display part etc. which display the processed information.

本発明の圧電振動センサを、例えば、人体の血管が存在する部位に装着すれば、被測定対象としての生体の血管の収縮運動などによって生じる被測定対象からの振動などが圧電層に伝達され、圧電層内部に応力が加えられる。圧電層に加えられる応力の変化に応じて多孔質フッ素樹脂層の電荷発生量も変化し、その結果として圧電層の表裏面に存在する電極間に生じる電位差が変化する。
この電位差変化を、例えば、該電極に接続した導線を介して検知、さらには、チャージアンプ等の回路を介して増幅した後検知することで、電圧を出力することが可能となり、脈波信号を得ることができ、さらに、脈拍を算出することも可能である。
For example, if the piezoelectric vibration sensor of the present invention is attached to a site where a blood vessel of a human body exists, vibration from the measurement target caused by a contraction movement of a blood vessel of the living body as the measurement target is transmitted to the piezoelectric layer, Stress is applied inside the piezoelectric layer. The charge generation amount of the porous fluororesin layer also changes in accordance with the change in stress applied to the piezoelectric layer, and as a result, the potential difference generated between the electrodes existing on the front and back surfaces of the piezoelectric layer changes.
By detecting this change in potential difference through, for example, a conducting wire connected to the electrode, and further amplifying it through a circuit such as a charge amplifier, it becomes possible to output a voltage, and a pulse wave signal can be output. It is also possible to obtain a pulse.

本発明の圧電振動センサの厚さは、所望の用途に応じて適宜選択すればよいが、測定部位に合わせた形状追随性を有するような厚さであることが好ましく、例えば20μm〜20mmであり、好ましくは100μm〜5mmである。特に、人体の手首を被測定対象とする場合には、手首を違和感なく適度に押圧することができる程度の可撓性を有する厚みであることが好ましく、このような厚みとしては、100μm〜3mmが挙げられる。   The thickness of the piezoelectric vibration sensor of the present invention may be appropriately selected according to the desired application, but is preferably such a thickness that has a shape following property corresponding to the measurement site, for example, 20 μm to 20 mm. The thickness is preferably 100 μm to 5 mm. In particular, when the wrist of a human body is the object to be measured, the thickness is preferably flexible enough to allow the wrist to be appropriately pressed without a sense of incongruity, and such thickness is preferably 100 μm to 3 mm. Is mentioned.

<シールド層AおよびB>
本発明の圧電振動センサは、電極層の両側にシールド層AおよびBを有する。
このようなシールド層を有することで、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズが低減され、脈波などの生体信号を精度良く検出することができ、測定場所を選ばず外出先などにおいても容易に、被測定対象に強くセンサを押し当てなくても微弱な生体信号を測定することができる圧電振動センサを得ることができる。
<Shield layers A and B>
The piezoelectric vibration sensor of the present invention has shield layers A and B on both sides of the electrode layer.
By having such a shield layer, noise derived from the measurement target such as the human body and the external environment can be reduced, and a biological signal such as a pulse wave can be detected with high accuracy. In this case, a piezoelectric vibration sensor that can measure a weak biological signal without pressing the sensor strongly against the object to be measured can be easily obtained.

なお、前記シールド層AおよびBは、同一の層であってもよく、異なる層であってもよいが、以下のような物性を有する異なる層であることが好ましい。本発明では、前記シールド層AおよびBをまとめて、単に「シールド層」ともいう。   The shield layers A and B may be the same layer or different layers, but are preferably different layers having the following physical properties. In the present invention, the shield layers A and B are collectively referred to simply as a “shield layer”.

本発明の圧電振動センサにおいて、前記シールド層Aを被測定対象側とし、前記シールド層Bを外部環境側とする場合には、脈波などの生体信号を吸収や減衰させないで圧電層に伝達しやすく、測定部位に合わせた形状追随性に優れ、外部環境からの衝撃等のノイズを効率よく除去できる等の点から、前記シールド層Aの圧縮強さより前記シールド層Bの圧縮強さの方が大きいことが好ましく、具体的には、下記圧縮強さの比が以下の範囲にあることがより好ましい。シールド層Aの圧縮強さに対するシールド層Bの圧縮強さの比(シールド層Bの圧縮強さ/シールド層Aの圧縮強さ)は、好ましくは1.2〜50であり、より好ましくは1.5〜20であり、さらに好ましくは2〜10である。
シールド層の圧縮強さは、下記実施例に記載の方法で測定することができる。
また、シールド層の圧縮強さは、各シールド層に用いる材料、各シールド層を構成する層の厚みを調整することで、調整することができる。
In the piezoelectric vibration sensor of the present invention, when the shield layer A is on the measurement target side and the shield layer B is on the external environment side, a biological signal such as a pulse wave is transmitted to the piezoelectric layer without being absorbed or attenuated. It is easy to use, has excellent shape followability according to the measurement site, and can efficiently remove noise such as impact from the external environment, so that the compressive strength of the shield layer B is better than the compressive strength of the shield layer A. It is preferable that it is large, and specifically, it is more preferable that the ratio of the following compression strength is in the following range. The ratio of the compressive strength of the shield layer B to the compressive strength of the shield layer A (compressive strength of the shield layer B / compressive strength of the shield layer A) is preferably 1.2 to 50, more preferably 1 0.5 to 20, more preferably 2 to 10.
The compressive strength of the shield layer can be measured by the method described in the following examples.
Further, the compressive strength of the shield layer can be adjusted by adjusting the material used for each shield layer and the thickness of the layers constituting each shield layer.

前記シールド層Aの静電容量と前記シールド層Bの静電容量とは、以下の要件(I)を満たすことが好ましい。
要件(I):前記シールド層AおよびBの静電容量のうち、一方の静電容量をCiとし、他方の静電容量をCiiとする場合であって、CiおよびCiiが、Ci≧Ciiの関係にある場合、下記式(1)で算出される静電容量の相違率が好ましくは50%以下であり、より好ましくは20%以下である。
静電容量の相違率=|Ci−Cii|/Ci×100(%) ・・・(1)
It is preferable that the electrostatic capacity of the shield layer A and the electrostatic capacity of the shield layer B satisfy the following requirement (I).
Requirement (I): Among the electrostatic capacities of the shield layers A and B, when one of the capacities is Ci and the other is Cii, Ci and Cii satisfy Ci ≧ Cii. When there is a relationship, the rate of difference in capacitance calculated by the following formula (1) is preferably 50% or less, and more preferably 20% or less.
Dissimilarity ratio of capacitance = | Ci−Cii | / Ci × 100 (%) (1)

前記シールド層AおよびBの静電容量の関係が前記範囲にあることは、前記シールド層Aの静電容量と前記シールド層Bの静電容量とがほぼ等しいことを示し、このようなシールド層AおよびBを用いることで、センサ構成に起因するノイズ、具体的には、シールド層間の電荷の保持しやすさの差等に起因する電荷移動によって生じるノイズが低減され、脈波などの微弱な生体信号をより精度良く検出することができる。静電容量の差の絶対値が前記範囲を外れると、シールド層AおよびB間において電荷移動が起こり、ノイズが発生する恐れがある。従来の圧電振動センサは、電極層の両側の構成、具体的には、該構成に基づく静電容量が非対称であったため、該非対象に起因する圧電振動センサ内部での電荷移動がノイズの原因となっていた。
シールド層の静電容量は、下記実施例に記載の方法で測定することができる。
また、シールド層の静電容量は、各シールド層を構成する材料や、積層面の面積、層の厚みを調整することで、調整することができる。
The relationship between the electrostatic capacities of the shield layers A and B being in the above range indicates that the electrostatic capacities of the shield layer A and the shield layer B are substantially equal. By using A and B, noise caused by the sensor configuration, specifically, noise caused by charge movement caused by a difference in the ease of holding charges between the shield layers is reduced, and weak waves such as pulse waves are reduced. Biological signals can be detected with higher accuracy. If the absolute value of the difference in capacitance is out of the above range, charge transfer may occur between the shield layers A and B, and noise may be generated. In the conventional piezoelectric vibration sensor, the configuration on both sides of the electrode layer, specifically, the electrostatic capacitance based on the configuration is asymmetrical. Therefore, charge movement inside the piezoelectric vibration sensor due to the non-target causes noise. It was.
The capacitance of the shield layer can be measured by the method described in the following examples.
Moreover, the electrostatic capacitance of a shield layer can be adjusted by adjusting the material which comprises each shield layer, the area of a laminated surface, and the thickness of a layer.

前記シールド層の形状としては、用いる用途に応じて適宜選択すればよいが、製造容易性、生体信号検知性等の点から、シート状であることが好ましい。
前記シールド層AやBがシート状である場合、それぞれの層の厚さは、用いる用途等に応じて適宜調整すればよく、特に制限されないが、測定部位に合わせた形状追随性を有するような厚さであることが好ましく、例えば5μm〜10mmであり、好ましくは10μm〜3mmである。
The shape of the shield layer may be appropriately selected according to the application to be used, but is preferably a sheet from the viewpoint of ease of production, biosignal detection, and the like.
When the shield layers A and B are in the form of a sheet, the thickness of each layer may be adjusted as appropriate according to the application to be used, and is not particularly limited, but has shape followability according to the measurement site. The thickness is preferably, for example, 5 μm to 10 mm, and preferably 10 μm to 3 mm.

前記シールド層がシート状である場合、その面積(電極層と積層する側の面積、シールド層が下記積層体である場合には、積層方向と略垂直方向の面積)は、圧電層よりも大きいことが好ましい。前記シールド層が、このような面積を有していると、圧電層に発生した電荷の漏れを防止するとともに、圧電層が被測定対象と接触するのを防ぎ、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズが圧電層に影響し難い圧電振動センサを得ることができる。   When the shield layer is in the form of a sheet, the area (the area on the side laminated with the electrode layer, or the area in the direction substantially perpendicular to the lamination direction when the shield layer is the following laminate) is larger than that of the piezoelectric layer. It is preferable. When the shield layer has such an area, it prevents leakage of electric charges generated in the piezoelectric layer and prevents the piezoelectric layer from coming into contact with the object to be measured. A piezoelectric vibration sensor can be obtained in which noise from the external environment hardly affects the piezoelectric layer.

前記シールド層は、人体等の被測定対象由来および外部環境由来のノイズが低減され、脈波などの微弱な生体信号を精度良く検出することができる等の点から、絶縁層と導電層とを含むことが好ましく、それぞれ1層の絶縁層および導電層のみからなることがより好ましく、絶縁層が導電層よりも電極層側に存在するように含む積層体であることがさらに好ましい。
なお、本発明の圧電振動センサは、前記シールド層を構成する絶縁層および導電層以外の絶縁層および導電層を含んでいてもよいが、この場合、電極層に最も近い絶縁層および導電層からなる層をシールド層という。
The shield layer includes an insulating layer and a conductive layer in that noise from a measurement target such as a human body and the external environment is reduced, and weak biological signals such as pulse waves can be detected with high accuracy. Preferably, each of the insulating layers and the conductive layer is more preferably composed of only one insulating layer and a conductive layer, and more preferably a laminated body including the insulating layer on the electrode layer side of the conductive layer.
The piezoelectric vibration sensor of the present invention may include an insulating layer and a conductive layer other than the insulating layer and the conductive layer that constitute the shield layer. In this case, from the insulating layer and the conductive layer closest to the electrode layer. This layer is called a shield layer.

〈絶縁層〉
前記絶縁層は、絶縁性を有すればよく、特に制限されない。
前記絶縁層は、従来公知の方法で、導電層や電極層上に形成してもよく、予め形成したフィルムを用いてもよい。
<Insulation layer>
The insulating layer is not particularly limited as long as it has insulating properties.
The insulating layer may be formed on the conductive layer or the electrode layer by a conventionally known method, or a pre-formed film may be used.

前記絶縁層の形状、大きさ、厚みは、特に制限されず、電極層と導電層とが接しないような形状、大きさ、厚みの層であることが好ましい。
本発明の圧電振動センサにおいて、前記シールド層が絶縁層を含み、前記シールド層Aを被測定対象側とし、前記シールド層Bを外部環境側とする場合、シールド層Aに含まれる前記絶縁層は、被測定対象からの脈波などの生体信号の伝達を妨げることのない厚みであることが好ましい。
The shape, size, and thickness of the insulating layer are not particularly limited, and are preferably layers having a shape, size, and thickness so that the electrode layer and the conductive layer do not contact each other.
In the piezoelectric vibration sensor of the present invention, when the shield layer includes an insulating layer, the shield layer A is the measurement target side, and the shield layer B is the external environment side, the insulating layer included in the shield layer A is It is preferable that the thickness does not hinder the transmission of a biological signal such as a pulse wave from the measurement target.

前記絶縁層を形成する材料としては、例えば、合成樹脂、合成繊維、合成ゴムが挙げられ、好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂などが挙げられる。   Examples of the material for forming the insulating layer include synthetic resin, synthetic fiber, and synthetic rubber, and preferably include polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, and fluororesin.

〈導電層〉
前記シールド層は、導電層を含むことが好ましく、このような導電層を絶縁層とともに含むことで、人体等の被測定対象由来および外部環境由来の電磁波等のノイズの影響を圧電層が受けることを抑制することができるため、ノイズが低減され、脈波などの生体信号を精度良く検出することができる圧電振動センサを得ることができる。
前記導電層の形状、大きさ、厚みは、所望の用途に応じて適宜選択すればよく、特に制限されない。
前記導電層は、従来公知の方法で形成すればよい。
<Conductive layer>
The shield layer preferably includes a conductive layer. By including such a conductive layer together with an insulating layer, the piezoelectric layer is affected by noise such as electromagnetic waves derived from the measurement target such as a human body and the external environment. Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric vibration sensor that can reduce noise and accurately detect a biological signal such as a pulse wave.
The shape, size, and thickness of the conductive layer may be appropriately selected according to a desired application, and are not particularly limited.
The conductive layer may be formed by a conventionally known method.

前記導電層を構成する材料としては、電気伝導性を有すればよく、特に制限されないが、下記電極層を構成する材料として挙げた材料と同様の材料が挙げられる。   The material constituting the conductive layer is not particularly limited as long as it has electrical conductivity, and examples thereof include the same materials as those exemplified as the material constituting the following electrode layer.

<電極層>
前記電極層は、電気伝導性を有すればよく、特に制限されない。
前記電極層の形状、大きさ、厚みは、所望の用途に応じて適宜選択すればよく、特に制限されない。
本発明の圧電振動センサは、圧電層とシールド層Aとの間および圧電層とシールド層Bとの間に電極層を有することで、生体信号を容易に電気信号に変換できるセンサを得ることができる。
前記電極層は、従来公知の方法で、圧電層やシールド層に含まれ得る絶縁層上に形成すればよい。
<Electrode layer>
The electrode layer is not particularly limited as long as it has electrical conductivity.
The shape, size, and thickness of the electrode layer may be appropriately selected according to a desired application, and are not particularly limited.
The piezoelectric vibration sensor of the present invention has an electrode layer between the piezoelectric layer and the shield layer A and between the piezoelectric layer and the shield layer B, thereby obtaining a sensor that can easily convert a biological signal into an electrical signal. it can.
What is necessary is just to form the said electrode layer on the insulating layer which may be contained in a piezoelectric layer and a shield layer by a conventionally well-known method.

前記電極層を構成する材料としては、特に制限されないが、金属(合金)、金属酸化物、金属硫化物、導電性炭化物、導電性高分子およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。
金属(合金)、金属酸化物、金属硫化物としては、リチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、アンチモン、錫、銀、金、銅、ニッケル、パラジウム、白金、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、コバルト、これらの合金、これらの酸化物、これらの複合酸化物、これらの硫化物が挙げられる。特に好適には、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、銀などが挙げられる。
導電性炭化物としては、カーボンブラック、黒鉛、活性炭、炭素繊維、シングルウォールカーボンナノチューブ(SWCNT)、ダブルウォールカーボンナノチューブ(DWCNT)、マルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)、カーボンナノシート(グラフェンシート)などが挙げられる。
導電性高分子としては、ポリ(エチレン−3,4−ジオキシチオフェン)、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体などが挙げられる。
The material constituting the electrode layer is not particularly limited, and examples thereof include metals (alloys), metal oxides, metal sulfides, conductive carbides, conductive polymers, and combinations thereof.
Metals (alloys), metal oxides, and metal sulfides include lithium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, boron, aluminum, gallium, indium, antimony, tin, silver, gold, copper, nickel, palladium, platinum , Chromium, molybdenum, tungsten, manganese, cobalt, alloys thereof, oxides thereof, composite oxides thereof, and sulfides thereof. Particularly preferred are indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), silver and the like.
Examples of the conductive carbide include carbon black, graphite, activated carbon, carbon fiber, single wall carbon nanotube (SWCNT), double wall carbon nanotube (DWCNT), multi-wall carbon nanotube (MWCNT), and carbon nanosheet (graphene sheet). .
Examples of the conductive polymer include poly (ethylene-3,4-dioxythiophene), polyaniline derivatives, polypyrrole derivatives, and the like.

<圧電層>
前記圧電層は、多孔質フッ素樹脂層を含めば特に制限されず、従来公知の層などを含んでいてもよい。前記圧電層には、1層の多孔質フッ素樹脂層を含んでもよく、層を構成する成分や、層内の多孔形状や空孔率、厚みなどが異なる2層以上の多孔質フッ素樹脂層を含んでもよい。用いる多孔質フッ素樹脂層は、該層内部または表面に、多孔質となる細孔以外の空隙を有していてもよく、2層以上の多孔質フッ素樹脂層を含む場合、これらの層間に空隙を有していてもよい。
また、本発明における多孔質フッ素樹脂層としては、多孔質フッ素樹脂層を用いて得られる層のみならず、2層以上の非多孔性のフッ素樹脂層(該層内部または表面に、多孔質となる細孔以外の空隙を有していてもよい)を、層間に空隙を有するように積層することで得られる積層体であってもよい。
<Piezoelectric layer>
The piezoelectric layer is not particularly limited as long as it includes a porous fluororesin layer, and may include a conventionally known layer. The piezoelectric layer may include one porous fluororesin layer. The piezoelectric layer may include two or more porous fluororesin layers having different layers, porous shape, porosity, thickness, and the like in the layer. May be included. The porous fluororesin layer to be used may have voids other than the porous pores inside or on the surface, and when two or more porous fluororesin layers are included, voids between these layers You may have.
In addition, the porous fluororesin layer in the present invention is not only a layer obtained by using a porous fluororesin layer, but also two or more non-porous fluororesin layers (inside or on the surface of the porous fluororesin layer) It may be a laminate obtained by laminating a void other than the pores that may be formed) so as to have a void between layers.

前記圧電層としては、長時間に亘って電荷を保持し、高い圧電率を保持する圧電層が得られるなどの点から、前記多孔質フッ素樹脂層の少なくとも一面に表面被覆層が積層された積層体が好ましい。
また、前記圧電層は、多孔質フッ素樹脂層と表面被覆層との間に中間層を有していてもよい。
前記表面被覆層、中間層、従来公知の層は、前記圧電層中に、それぞれ1層含まれていてもよく、層を構成する成分や厚みなどが異なる2層以上が含まれていてもよい。
The piezoelectric layer is a laminate in which a surface coating layer is laminated on at least one surface of the porous fluororesin layer in order to obtain a piezoelectric layer that retains electric charge for a long time and retains a high piezoelectric rate. The body is preferred.
The piezoelectric layer may have an intermediate layer between the porous fluororesin layer and the surface coating layer.
Each of the surface coating layer, the intermediate layer, and the conventionally known layer may be included in the piezoelectric layer, or two or more layers having different components and thickness may be included. .

前記圧電層の形状としては、用いる用途に応じて適宜選択すればよいが、製造容易性、生体信号検知性等の点から、シート状であることが好ましい。
圧電層がシート状である場合、その厚さは、用いる用途等に応じて適宜調整すればよく、特に制限されないが、例えば10μm〜10mmであり、好ましくは50μm〜5mmである。
The shape of the piezoelectric layer may be appropriately selected according to the application to be used, but is preferably a sheet from the viewpoints of manufacturability and biosignal detection.
In the case where the piezoelectric layer is in the form of a sheet, the thickness thereof may be appropriately adjusted according to the application to be used, and is not particularly limited, but is, for example, 10 μm to 10 mm, and preferably 50 μm to 5 mm.

前記圧電層がシート状である場合、その面積(シールド層と積層する側の面積)は、小さいと、圧電振動センサの感度にばらつきが発生しやすくなることがあり、大きいと、生体信号による発生電圧が低下して、微弱な生体信号の検出が困難となることがあるので、1〜3000cm2が好ましく、4〜1000cm2がより好ましい。 When the piezoelectric layer is in the form of a sheet, if the area (the area on the side laminated with the shield layer) is small, the sensitivity of the piezoelectric vibration sensor may easily vary. Since voltage may fall and it may become difficult to detect a weak biological signal, 1 to 3000 cm 2 is preferable, and 4 to 1000 cm 2 is more preferable.

〈多孔質フッ素樹脂層〉
本発明の圧電振動センサにおいて、多孔質フッ素樹脂層は、圧電材料として用いられ、脈波等の生体信号を電力に変換することで生体信号を検知する役割を果たす。
前記多孔質フッ素樹脂層は、微小応力への電荷応答性が高く、生体信号検知能が高いため、この多孔質フッ素樹脂層を用いることで、生体信号検知能に優れ、可撓性が大きく測定部位に合わせた形状追随性に優れ、耐衝撃性に優れ、軽量である圧電振動センサを得ることができる。さらに、多孔質フッ素樹脂層は、薄膜化や大面積化等の任意の形状への成形性が容易であるため、所望の用途に応じて任意の形状の圧電振動センサを製造することができる。例えば、前記薄膜化によって、多孔質フッ素樹脂層における微小応力伝達性が高まることにより、生体信号といった微小応力への感度が高まると考えられる。
<Porous fluororesin layer>
In the piezoelectric vibration sensor of the present invention, the porous fluororesin layer is used as a piezoelectric material and plays a role of detecting a biological signal by converting a biological signal such as a pulse wave into electric power.
The porous fluororesin layer has high charge responsiveness to minute stress and high biosignal detection ability. By using this porous fluororesin layer, it has excellent biosignal detection ability and high flexibility. It is possible to obtain a piezoelectric vibration sensor that is excellent in shape followability according to a part, excellent in impact resistance, and lightweight. Furthermore, since the porous fluororesin layer can be easily formed into an arbitrary shape such as a thin film or a large area, a piezoelectric vibration sensor having an arbitrary shape can be manufactured according to a desired application. For example, it is considered that the sensitivity to micro-stress such as a biological signal is increased by increasing the micro-stress transmissibility in the porous fluororesin layer by the thinning.

前記フッ素樹脂としては、特に制限されないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などが挙げられる。   The fluororesin is not particularly limited, but polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene. -Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), etc. are mentioned.

前記フッ素樹脂としては、電荷を保持し得る樹脂であることが好ましく、体温や外気温などの変動にも影響を受けにくい等の点から、特に、分子および結晶構造に起因する双極子を持たない樹脂であることが好ましい。   The fluororesin is preferably a resin capable of holding a charge, and particularly has no dipole due to the molecular and crystal structure from the viewpoint of being hardly affected by fluctuations in body temperature, outside temperature, and the like. A resin is preferred.

前記分子および結晶構造に起因する双極子を持たない樹脂としては、分子および結晶構造が極性を示す樹脂でなければ特に制限されないが、PTFE、PFA、FEP等が挙げられる。   The resin having no dipole due to the molecule and crystal structure is not particularly limited as long as the molecule and crystal structure are not polar resins, and examples thereof include PTFE, PFA, and FEP.

特に、前記樹脂として、PTFEを用いる場合には、生体信号検知能、耐水性および耐久性にバランスよく優れ、体温や外気温などの変動にも影響を受けにくい圧電振動センサを得ることができる。   In particular, when PTFE is used as the resin, it is possible to obtain a piezoelectric vibration sensor that is excellent in balance in biosignal detection ability, water resistance and durability, and is hardly affected by fluctuations in body temperature, outside air temperature, and the like.

前記多孔質フッ素樹脂層には、フッ素樹脂の他に、本発明の効果を損なわない範囲において、従来公知の添加剤が含まれていてもよい。
例えば、前記多孔質フッ素樹脂層としては、高い圧電率を長期に亘って保持できるという観点から、マトリックス樹脂と電荷誘起性中空粒子(中空粒子の少なくとも一部の表面に導電性物質が付着した粒子)とを含む構造体であってもよい。
The porous fluororesin layer may contain conventionally known additives in addition to the fluororesin as long as the effects of the present invention are not impaired.
For example, as the porous fluororesin layer, a matrix resin and charge-induced hollow particles (particles in which a conductive substance is attached to at least a part of the surface of the hollow particles are used from the viewpoint that a high piezoelectricity can be maintained for a long time. ).

前記多孔質フッ素樹脂層は、下記式で算出される空孔率が、好ましくは20%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは80〜99%である。空孔率が前記範囲内である多孔質フッ素樹脂層は、電荷保持量が高いため好ましい。
空孔率=(樹脂の真密度−見掛けの密度)×100/樹脂の真密度
The porosity calculated by the following formula is preferably 20% or more, more preferably 60% or more, and further preferably 80 to 99%. A porous fluororesin layer having a porosity in the above range is preferable because of a high charge retention amount.
Porosity = (true resin density−apparent density) × 100 / true resin density

前記多孔質フッ素樹脂層の形状としては、用いる用途に応じて適宜選択すればよいが、製造容易性、生体信号検知性等の点から、シート状であることが好ましい。
多孔質フッ素樹脂層がシート状である場合、その厚さは、特に制限されないが、例えば1μm〜1mmであり、好ましくは10μm〜500μmである。
The shape of the porous fluororesin layer may be appropriately selected according to the application to be used, but is preferably a sheet from the viewpoint of ease of production, biosignal detection and the like.
When the porous fluororesin layer is in the form of a sheet, the thickness is not particularly limited, but is, for example, 1 μm to 1 mm, preferably 10 μm to 500 μm.

前記多孔質フッ素樹脂層は従来公知の種々の方法で得ることができる。例えば、前記フッ素樹脂を含む溶液の相変化を利用して細孔を有する成形体を形成する方法(相分離法)、細孔形成のための添加剤をフッ素樹脂に混合・分散して、成形後に除去する方法(抽出法)、前記フッ素樹脂を成形し、その後該成形体の一部分の結合を化学的に切断したり、逆に結合反応を行うことにより細孔を形成する方法(化学処理法)、複数のフッ素樹脂シートを用意し、シート間に空隙が生じるよう積層する方法(積層法)、フッ素樹脂を延伸し、ミクロフィブリル構造部分に微細孔を形成する方法、または、添加剤を混合分散し、延伸時に細孔を形成する方法(延伸法)、中性子線、レーザー等を照射して細孔を形成する方法(照射エッチング法)、フッ素樹脂微細片を加熱等により融着して多孔質体を形成する方法(融着法)、発泡剤を利用して細孔を形成する方法(発泡法)、前記の方法を組合せて細孔を形成する方法(複合法)、乾式紡糸、湿式紡糸、乾湿式紡糸、溶融紡糸、電界紡糸等により前記フッ素樹脂からファイバー(繊維)を形成し、該ファイバーを用いて織布または不織布を形成する方法が挙げられる。   The porous fluororesin layer can be obtained by various conventionally known methods. For example, a method of forming a molded body having pores by utilizing the phase change of the solution containing the fluororesin (phase separation method), an additive for pore formation is mixed and dispersed in the fluororesin, and molding is performed. A method of removing pores later (extraction method), a method of forming pores by molding the fluororesin and then chemically cleaving a part of the molded body or conversely performing a binding reaction (chemical treatment method) ), Preparing a plurality of fluororesin sheets and laminating them so that there are gaps between the sheets (lamination method), stretching the fluororesin and forming micropores in the microfibril structure, or mixing additives Dispersing and forming pores at the time of stretching (stretching method), neutron beam, laser, etc. to form pores (irradiation etching method), fluororesin fine pieces fused by heating, etc. A method for forming a material (melt Method), a method of forming pores using a foaming agent (foaming method), a method of forming pores by combining the above methods (composite method), dry spinning, wet spinning, dry-wet spinning, melt spinning, Examples thereof include a method of forming a fiber (fiber) from the fluororesin by electrospinning or the like, and forming a woven fabric or a non-woven fabric using the fiber.

前記多孔質フッ素樹脂層としては、耐久性、長期にわたり変形性能を維持できる等の観点からは、フッ素樹脂からなるファイバーから形成された不織布または織布を含む構造体が好ましい。この構造体は、該不織布または織布を含めばよく、該不織布または織布のみからなる構造体でもよいし、該不織布または織布の表面に従来公知の層等が積層した積層体であってもよい。   The porous fluororesin layer is preferably a structure including a nonwoven fabric or a woven fabric formed from fibers made of a fluororesin from the viewpoint of durability and the ability to maintain deformation performance over a long period of time. The structure may include the non-woven fabric or woven fabric, or may be a structure made of only the non-woven fabric or woven fabric, or a laminate in which a conventionally known layer is laminated on the surface of the non-woven fabric or woven fabric. Also good.

前記ファイバーは、平均繊維径が好ましくは0.05〜50μm、より好ましくは0.1〜20μm、さらに好ましくは0.5μm〜5μmである。平均繊維径が前記範囲内にあるファイバーを含む多孔質フッ素樹脂層は、繊維表面積が大きくなることで電荷を保持する十分な空間を形成でき、薄膜にした場合でも繊維の分布均一性を高くすることができるなどの点で好ましい。   The average fiber diameter of the fiber is preferably 0.05 to 50 μm, more preferably 0.1 to 20 μm, and still more preferably 0.5 μm to 5 μm. The porous fluororesin layer containing fibers having an average fiber diameter within the above range can form a sufficient space for holding electric charges by increasing the fiber surface area, and even if it is made into a thin film, the fiber distribution uniformity is increased. It is preferable in that it can be used.

前記平均繊維径は、ファイバーを形成する条件を適宜選択することで調整することができるが、例えば、電界紡糸法によりファイバーを形成する場合には、電界紡糸の際に湿度を下げる、ノズル径を小さくする、印加電圧を大きくする、または電圧密度を大きくすることにより、得られるファイバーの平均繊維径を小さくできる傾向にある。   The average fiber diameter can be adjusted by appropriately selecting the conditions for forming the fiber.For example, when the fiber is formed by electrospinning, the humidity is reduced during electrospinning, and the nozzle diameter is adjusted. There is a tendency that the average fiber diameter of the obtained fiber can be reduced by decreasing the voltage, increasing the applied voltage, or increasing the voltage density.

なお、前記平均繊維径は、測定対象となるファイバー(群)を走査型電子顕微鏡(SEM)観察(倍率:10000倍)し、得られたSEM画像から無作為に20本のファイバーを選び、これらの各ファイバーの繊維径(長径)を測定し、この測定結果に基づいて算出される平均値である。   The average fiber diameter was determined by observing the fiber (group) to be measured with a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 10000 times), and randomly selecting 20 fibers from the obtained SEM image. The fiber diameter (major diameter) of each fiber is measured, and is an average value calculated based on the measurement result.

前記ファイバーの、下記式で算出される繊維径変動係数は、好ましくは0.7以下、より好ましくは0.01〜0.5である。繊維径変動係数が前記範囲内にあると、ファイバーは繊維径が均一となり、該ファイバーを用いて得られる不織布はより高い空孔率を有し、また、電荷保持性の高い多孔質フッ素樹脂層が得られるため好ましい。
繊維径変動係数=標準偏差/平均繊維径
The fiber diameter variation coefficient calculated by the following formula of the fiber is preferably 0.7 or less, more preferably 0.01 to 0.5. When the fiber diameter variation coefficient is within the above range, the fiber has a uniform fiber diameter, and the nonwoven fabric obtained by using the fiber has a higher porosity, and has a porous fluorine resin layer with high charge retention. Is preferable.
Fiber diameter variation coefficient = standard deviation / average fiber diameter

前記ファイバーの繊維長は、好ましくは0.1〜1000mm、より好ましくは0.5〜100mm、さらに好ましくは1〜50mmである。   The fiber length of the fiber is preferably 0.1 to 1000 mm, more preferably 0.5 to 100 mm, and still more preferably 1 to 50 mm.

前記ファイバーの形成方法は、特に制限されないが、電界紡糸法により得られるファイバーは繊維径が小さく、また、該ファイバーを用いて得られる不織布は、中空率が高くかつ高比表面積であるため、高い圧電特性を有する多孔質フッ素樹脂層が得られる等の点から、電界紡糸法が好ましい。   The method for forming the fiber is not particularly limited, but the fiber obtained by the electrospinning method has a small fiber diameter, and the nonwoven fabric obtained by using the fiber has a high hollow ratio and a high specific surface area. In view of obtaining a porous fluororesin layer having piezoelectric characteristics, the electrospinning method is preferable.

得られたファイバーを不織布状に集積または織布状に製織し、成形することで多孔質フッ素樹脂層を製造することができる。   A porous fluororesin layer can be produced by accumulating the obtained fibers into a nonwoven fabric or weaving them into a woven fabric and molding them.

前記不織布および織布の目付は、好ましくは100g/m2以下、より好ましくは0.1〜20g/m2である。
前記不織布および織布の厚さは、通常1μm〜1mm、好ましくは10μm〜500μmである。
前記目付および厚さは、紡糸時間を長くする、紡糸ノズル数を増やすなどにより、増大する傾向にある。
Basis weight of the nonwoven fabric and woven fabric, preferably 100 g / m 2 or less, more preferably 0.1 to 20 g / m 2.
The thickness of the nonwoven fabric and the woven fabric is usually 1 μm to 1 mm, preferably 10 μm to 500 μm.
The basis weight and thickness tend to increase by increasing the spinning time or increasing the number of spinning nozzles.

前記不織布および織布は、前記ファイバーをシート状に集積または製織したものであるが、このような不織布および織布は、単層から構成されるもの、材質や繊維径の異なる2層以上から構成されるものの何れでもよい。   The non-woven fabric and woven fabric are obtained by accumulating or weaving the fibers in a sheet shape. Such non-woven fabric and woven fabric are composed of a single layer, or composed of two or more layers having different materials and fiber diameters. Any of these may be used.

[電界紡糸法]
電界紡糸法を用いてフッ素樹脂からなるファイバーを形成する際には、例えば、前記フッ素樹脂および必要に応じて溶媒を含む紡糸液が用いられる。
[Electrospinning method]
When forming a fiber made of a fluororesin using the electrospinning method, for example, a spinning solution containing the fluororesin and, if necessary, a solvent is used.

前記溶媒としては、前記フッ素樹脂を溶解または分散し得るものであれば特に限定されないが、例えば、水、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルピロリドン、キシレン、アセトン、クロロホルム、エチルベンゼン、シクロヘキサン、ベンゼン、スルホラン、メタノール、エタノール、フェノール、ピリジン、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、トリクロロエタン、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジエチルエーテルが挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせた混合溶媒としてもよい。   The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the fluororesin. For example, water, dimethylacetamide, dimethylformamide, tetrahydrofuran, methylpyrrolidone, xylene, acetone, chloroform, ethylbenzene, cyclohexane, benzene, Examples include sulfolane, methanol, ethanol, phenol, pyridine, propylene carbonate, acetonitrile, trichloroethane, hexafluoroisopropanol, and diethyl ether. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

前記紡糸液は、前記フッ素樹脂および溶媒のほかに、さらに界面活性剤、分散剤、電荷調整剤、機能性粒子、接着剤、粘度調整剤、繊維形成剤等の添加剤を含んでいてもよい。前記紡糸液は、溶媒への溶解度が低い樹脂と該溶媒を含む場合(例えば、樹脂がPTFEであり、溶媒が水である場合)、紡糸時に樹脂をファイバー状に成形させる観点から、さらに繊維形成剤を含むことが好ましい。   In addition to the fluororesin and the solvent, the spinning solution may further contain additives such as a surfactant, a dispersant, a charge adjusting agent, functional particles, an adhesive, a viscosity adjusting agent, and a fiber forming agent. . When the spinning solution contains a resin having low solubility in a solvent and the solvent (for example, when the resin is PTFE and the solvent is water), fiber formation is further performed from the viewpoint of forming the resin into a fiber shape during spinning. It is preferable that an agent is included.

繊維形成剤としては、溶媒に対し高い溶解度を有するポリマーであることが好ましく、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、デキストラン、アルギン酸、キトサン、でんぷん、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリビニルアルコールが挙げられる。   The fiber forming agent is preferably a polymer having high solubility in a solvent, such as polyethylene oxide, polyethylene glycol, dextran, alginic acid, chitosan, starch, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylamide, Examples thereof include cellulose and polyvinyl alcohol.

前記ファイバーの製造方法として、PTFEからなるファイバーを電界紡糸法により製造する方法を例に挙げて具体的に説明する。PTFEファイバーの製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができ、例えば、特表2012−515850号公報に記載された以下の方法が挙げられる。
PTFE、繊維形成剤および溶媒を含み、少なくとも50,000cPの粘度を有する紡糸液を提供するステップと;
紡糸液をノズルより紡糸し静電的牽引力によりファイバー化するステップと;
前記ファイバーをコレクター(例:巻き取りスプール)の上に集め、前駆体を形成するステップと;
前記前駆体を焼成して前記溶媒および前記繊維形成剤を除去することによってPTFEファイバーを形成するステップとを含む方法
As a method for producing the fiber, a method for producing a fiber made of PTFE by an electrospinning method will be specifically described. As a method for producing the PTFE fiber, a conventionally known production method can be employed, and examples thereof include the following methods described in JP-T-2012-515850.
Providing a spinning solution comprising PTFE, a fiber forming agent and a solvent and having a viscosity of at least 50,000 cP;
Spinning the spinning solution from a nozzle and forming a fiber by electrostatic traction;
Collecting the fibers on a collector (eg, a take-up spool) to form a precursor;
Calcining the precursor to remove the solvent and the fiber former to form PTFE fibers.

[不織布または織布の製造方法]
前記ファイバーを用いて不織布を形成するには、ファイバーを形成する工程、および得られたファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を、別途独立に行ってもよく、同時に行ってもよい。具体的には、例えば、電界紡糸法を用いてファイバーを形成する工程、および得られたファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を同時に行ってもよいし、ファイバーを形成する工程を行った後に、湿式法により得られたファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を行ってもよい。
[Production method of non-woven fabric or woven fabric]
In order to form a nonwoven fabric using the fiber, the step of forming the fiber and the step of collecting the obtained fibers into a sheet to form the nonwoven fabric may be performed separately or simultaneously. . Specifically, for example, a step of forming a fiber by using an electrospinning method and a step of collecting the obtained fibers into a sheet to form a nonwoven fabric may be simultaneously performed, or a step of forming a fiber. After performing, you may perform the process of accumulating the fiber obtained by the wet method in a sheet form, and forming a nonwoven fabric.

前記湿式法により不織布を形成する方法としては、例えば、前記ファイバーを含有する水分散液を用い、例えばメッシュ上に前記ファイバーを堆積(集積)させてシート状に成形(抄紙)する方法が挙げられる。   Examples of a method for forming a nonwoven fabric by the wet method include a method of forming (paper making) a sheet by depositing (accumulating) the fibers on a mesh using an aqueous dispersion containing the fibers. .

前記水分散液には、分散状態を良好にするためにカチオン系、アニオン系、ノニオン系等の界面活性剤などからなる分散剤や油剤、また泡の発生を抑制する消泡剤等を添加してもよい。   In order to improve the dispersion state, the aqueous dispersion is added with a dispersant or an oil agent composed of a cationic, anionic, or nonionic surfactant, or an antifoaming agent that suppresses the generation of bubbles. May be.

前記ファイバーから形成される織布は、ファイバーを形成する工程、および得られたファイバーをシート状に製織して織布を形成する工程を含む方法で製造できる。
ファイバーをシート状に製織する方法としては、従来公知の製織方法を用いることができ、ウォータージェットルーム、エアージェットルーム、レピアルームなどの方法が挙げられる。
The woven fabric formed from the fiber can be manufactured by a method including a step of forming a fiber and a step of weaving the obtained fiber into a sheet to form a woven fabric.
As a method of weaving the fiber into a sheet, a conventionally known weaving method can be used, and methods such as a water jet room, an air jet room, and a rapier room can be used.

[分極処理]
前記多孔質フッ素樹脂層は、分極処理されたものであることが好ましい。
前記分極処理の方法としては、従来公知の方法を用いることができ、特に制限されないが、例えば、直流電圧印加処理や交流電圧印加処理等の電圧印加処理、およびコロナ放電処理が挙げられる。
[Polarization treatment]
The porous fluororesin layer is preferably subjected to polarization treatment.
As the method for the polarization treatment, a conventionally known method can be used, and is not particularly limited, and examples thereof include voltage application processing such as DC voltage application processing and AC voltage application processing, and corona discharge processing.

例えば、コロナ放電処理は、市販の高電圧電源と電極からなる装置を使用して行うことができる。   For example, the corona discharge treatment can be performed using a commercially available device composed of a high voltage power source and electrodes.

前記分極処理は、多孔質フッ素樹脂層単体を分極処理してもよいが、前記圧電層として、多孔質フッ素樹脂層と前記表面被覆層などの従来公知の層との積層体を用いる場合には、該積層体を形成した後、分極処理をすることが好ましい。これは、表面被覆層等の従来公知の層が、多孔質フッ素樹脂層に保持された電荷の外部環境と電気的に接続することによる減衰を防止する役割を果たすため、より高感度の圧電振動センサを得ることができると考えられること、また、多孔質フッ素樹脂層と表面被覆層との間に電荷を保持し得る新たな界面を形成できる傾向にあるため、得られる圧電振動センサにおける多孔質フッ素樹脂層の圧電率が向上すると考えられることによる。   In the polarization treatment, the porous fluororesin layer alone may be polarized. However, when a laminate of a porous fluororesin layer and a conventionally known layer such as the surface coating layer is used as the piezoelectric layer, It is preferable to perform polarization treatment after forming the laminate. This is because a conventionally known layer such as a surface coating layer serves to prevent the electric charge held in the porous fluororesin layer from being attenuated by being electrically connected to the external environment. It is considered that a sensor can be obtained, and a new interface capable of holding an electric charge can be formed between the porous fluororesin layer and the surface coating layer. This is because it is considered that the piezoelectricity of the fluororesin layer is improved.

〈表面被覆層〉
前記圧電層は、長時間に亘って電荷を保持し、高い圧電率を保持する圧電層が得られるなどの点から、前記多孔質フッ素樹脂層の少なくとも一面に表面被覆層が積層された積層体が好ましい。このような表面被覆層は、多孔質フッ素樹脂層に保持された電荷が外部環境と電気的に接続して減衰するのを防止するように働くため、前記圧電層の圧電率の保持性に有効に機能すると考えられる。
<Surface coating layer>
The piezoelectric layer is a laminate in which a surface coating layer is laminated on at least one surface of the porous fluororesin layer in view of obtaining a piezoelectric layer that retains electric charge for a long time and retains a high piezoelectric rate. Is preferred. Such a surface coating layer works to prevent the electric charge held in the porous fluororesin layer from being attenuated by being electrically connected to the external environment, and is thus effective in maintaining the piezoelectricity of the piezoelectric layer. It seems to function.

また、前記積層体を含む圧電層は、多孔質フッ素樹脂層と表面被覆層との間に電荷を保持し得る新たな界面を形成できるため、圧電率が向上するとともに、このような界面に保持された電荷が、多孔質フッ素樹脂層の中空構造に移動することによって相乗的に保持できる電荷量が増大し、圧電率の向上に寄与するという効果があると考えられる。   In addition, the piezoelectric layer including the laminate can form a new interface capable of holding electric charge between the porous fluororesin layer and the surface coating layer, so that the piezoelectricity is improved and the interface is held at such an interface. It is considered that there is an effect that the amount of charge that can be held synergistically increases by moving the generated charge to the hollow structure of the porous fluororesin layer and contributes to improvement of the piezoelectricity.

前記積層体としては、高い圧電率を保持する多孔質フッ素樹脂層を含む圧電振動センサが得られ、該センサの製造容易性、コスト等の点からは、多孔質フッ素樹脂層の表裏面(最も面積の大きい2面)上に表面被覆層が積層された積層体が好ましく、より高い圧電率を保持する多孔質フッ素樹脂層を含む圧電振動センサが得られる等の点からは、多孔質フッ素樹脂層の全面(表裏面および端面)上に表面被覆層が積層された積層体であることが好ましい。   As the laminate, a piezoelectric vibration sensor including a porous fluororesin layer that retains a high piezoelectric rate is obtained. From the viewpoint of manufacturability and cost of the sensor, the front and back surfaces of the porous fluororesin layer (mostly From the standpoint of obtaining a piezoelectric vibration sensor including a porous fluororesin layer that retains a higher piezoelectric rate, a laminate in which a surface coating layer is laminated on two surfaces having a large area) is preferable. A laminate in which a surface coating layer is laminated on the entire surface (front and back surfaces and end surfaces) of the layer is preferable.

前記表面被覆層を形成する材料は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂の例示としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、熱硬化性フッ素ゴム(例えば、フッ化ビニリデン系ゴム)、ポリウレタン、フェノール樹脂、イミド樹脂(例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ビスマレイミド)、シリコーン樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂の例示としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂(例えば、PTFE、PCTFE、ETFE、PVDF、PFA、FEP)、ナイロン、ポリスチレン、高密度ポリエチレン、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンオキサイド、ポリスルホン、塩化ビニリデンが挙げられる。   Although the material which forms the said surface coating layer is not specifically limited, A thermosetting resin or a thermoplastic resin is mentioned. Examples of thermosetting resins include polyimide, epoxy resin, thermosetting fluororubber (eg, vinylidene fluoride rubber), polyurethane, phenolic resin, imide resin (eg, polyimide, polyamideimide, bismaleimide), silicone resin Is mentioned. Examples of thermoplastic resins include acrylic resin, methacrylic resin, polypropylene, polyamide, vinyl chloride resin, silicone resin, fluororesin (eg PTFE, PCTFE, ETFE, PVDF, PFA, FEP), nylon, polystyrene, high density polyethylene , Silicone rubber, low density polyethylene, polyphenylene sulfide, polyethylene oxide, polysulfone, and vinylidene chloride.

前記表面被覆層の体積抵抗率は、多孔質フッ素樹脂層または圧電層内の長期電荷保持性向上などの点から、好ましくは1×1013Ω・cm以上であり、より好ましくは1×1014Ω・cm以上である。
体積抵抗率は、測定したい表面被覆層単体(フィルム)を用いて二重リング電極法に基づいて測定される。
The volume resistivity of the surface coating layer is preferably 1 × 10 13 Ω · cm or more, more preferably 1 × 10 14 from the viewpoint of improving long-term charge retention in the porous fluororesin layer or the piezoelectric layer. Ω · cm or more.
The volume resistivity is measured based on the double ring electrode method using a single surface coating layer (film) to be measured.

前記表面被覆層の弾性率は、電荷取り出しの際の圧縮歪に対して非線形の変形が起こりやすく、高い圧電率100〜500程度(単位:d33(pC/N))を示すことができる圧電層が得られる等の点から、前記多孔質フッ素樹脂層の弾性率と異なることが好ましい。この場合、前記表面被覆層の弾性率は、前記多孔質フッ素樹脂シートの弾性率より高くても、低くてもよい。また、この場合の前記表面被覆層と前記多孔質フッ素樹脂層との弾性率の差は、好ましくは10MPa以上、より好ましくは50MPa以上である。弾性率の差がこの範囲にあれば、圧電層の圧縮時に非線形変形が起こりやすいなどの点で好ましい。 The elastic modulus of the surface coating layer is likely to be nonlinearly deformed with respect to the compressive strain at the time of charge extraction, and can exhibit a high piezoelectricity of about 100 to 500 (unit: d 33 (pC / N)). It is preferable that the elastic modulus of the porous fluororesin layer is different from the point that a layer is obtained. In this case, the elastic modulus of the surface coating layer may be higher or lower than the elastic modulus of the porous fluororesin sheet. In this case, the difference in elastic modulus between the surface coating layer and the porous fluororesin layer is preferably 10 MPa or more, more preferably 50 MPa or more. If the difference in elastic modulus is within this range, it is preferable in that nonlinear deformation is likely to occur when the piezoelectric layer is compressed.

前記表面被覆層の比誘電率は、好ましくは2〜100である。
比誘電率がこの範囲内にあれば、コロナ放電による電荷印加を行う場合には、その際に、誘電率が高い表面被覆層の内部に電荷が集中し、また、表面被覆層と多孔質フッ素樹脂層との界面にも電荷が保持されやすい傾向にある。さらに、保持された電荷は前記多孔質フッ素樹脂層中の中空構造に移動するために、圧電層全体としての電荷保持量が増大して、圧電率の初期値が向上すると考えられる。
The surface coating layer preferably has a relative dielectric constant of 2 to 100.
If the relative permittivity is within this range, when charge is applied by corona discharge, the charge is concentrated inside the surface coating layer having a high dielectric constant, and the surface coating layer and porous fluorine are also collected. There is a tendency that electric charges are easily held at the interface with the resin layer. Further, since the held charges move to the hollow structure in the porous fluororesin layer, it is considered that the amount of charges held as the whole piezoelectric layer is increased and the initial value of the piezoelectricity is improved.

前記表面被覆層の厚さは、通常1μm以上であり、好ましくは多孔質フッ素樹脂層の厚さの30%以下である。厚さが1μm未満では、例えば、表面被覆層用のフィルムを用いて、表面被覆層を形成する場合、該フィルムの取扱性が悪く、かつ、フィルム欠陥(ピンホール)による絶縁性が低下する等の問題が生じる可能性があり好ましくない。また、前記表面被覆層の厚さが多孔質フッ素樹脂層の厚みの30%を超える場合は、多孔質フッ素樹脂層中に電荷を注入する際のコロナ放電電圧を高く設定する必要があるため工業的に実用化が困難になる傾向にある。   The thickness of the surface coating layer is usually 1 μm or more, preferably 30% or less of the thickness of the porous fluororesin layer. When the thickness is less than 1 μm, for example, when a surface coating layer is formed using a film for the surface coating layer, the handleability of the film is poor and the insulation due to film defects (pinholes) is reduced. This may cause problems and is not preferable. Further, when the thickness of the surface coating layer exceeds 30% of the thickness of the porous fluororesin layer, it is necessary to set a high corona discharge voltage when injecting charges into the porous fluororesin layer. In particular, it tends to be difficult to put into practical use.

なお、前記表面被覆層を多孔質フッ素樹脂層の表裏面に形成する場合は、それぞれの表面被覆層の厚さが互いに異なるよう作成すると、得られる圧電積層体は、該積層体の圧縮歪に対して非線形の変形が起こりやすく、高い圧電特性率を示す傾向にあるため好ましい。   When the surface coating layer is formed on the front and back surfaces of the porous fluororesin layer, if the thicknesses of the respective surface coating layers are made different from each other, the resulting piezoelectric laminate will have the compressive strain of the laminate. On the other hand, it is preferable because non-linear deformation is likely to occur and the piezoelectric characteristic tends to be high.

前記表面被覆層は、従来公知の方法により形成可能であり、例えば熱硬化性樹脂を用いる場合は、前記多孔質フッ素樹脂層の少なくとも一面に、熱硬化性樹脂と硬化剤(架橋剤)と溶剤とを含む液を塗布し乾燥させることにより形成することができる。また、光硬化性樹脂を塗布し、光硬化させることにより形成することもできる。   The surface coating layer can be formed by a conventionally known method. For example, when a thermosetting resin is used, a thermosetting resin, a curing agent (crosslinking agent), and a solvent are formed on at least one surface of the porous fluororesin layer. It can form by apply | coating and drying the liquid containing these. Moreover, it can also form by apply | coating a photocurable resin and making it harden | cure.

前記硬化剤としては、従来公知の硬化剤を用いることができ、例えば、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(商品名:パーヘキサ25B(日油(株)製))、トリアリルイソシアヌレート(商品名:TAIC(日油(株)製))などが挙げられる。   As the curing agent, a conventionally known curing agent can be used. For example, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane (trade name: Perhexa 25B (NOF Corporation) Product)), triallyl isocyanurate (trade name: TAIC (manufactured by NOF Corporation)) and the like.

前記溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、ベンゼン、アセトン、エチルベンゼンなどが挙げられる。   Examples of the solvent include tetrahydrofuran (THF), toluene, benzene, acetone, ethylbenzene, and the like.

表面被覆層の形成(積層)方法は、例えば、前記方法の他に、予め表面被覆層(用のフィルム)を形成し、それと多孔質フッ素樹脂層とを熱圧着するなどにより積層する方法が挙げられる。   Examples of the method for forming (laminating) the surface coating layer include, in addition to the above-described method, a method in which a surface coating layer (film for use) is formed in advance and then laminated by thermocompression bonding with the porous fluororesin layer. It is done.

予め表面被覆層(用のフィルム)を形成する場合には、従来公知の成形方法、たとえば単軸・二軸押出機等の成形機により、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂と、必要に応じ硬化剤と溶剤とを混合した後、例えば加圧成形機やTダイ等でシート状等に成形する方法が挙げられる。成形温度は、熱可塑性樹脂の場合は通常、該樹脂の溶融温度と同程度であり、熱硬化性樹脂の場合は通常、該樹脂の硬化温度と同程度である。   When the surface coating layer (film for) is formed in advance, the thermoplastic resin, the thermosetting resin, or the photocurable resin can be obtained by a conventionally known molding method, for example, a molding machine such as a single-screw or twin-screw extruder. For example, there may be mentioned a method in which a curing agent and a solvent are mixed as necessary, and then molded into a sheet or the like with a pressure molding machine or a T-die. In the case of a thermoplastic resin, the molding temperature is usually about the same as the melting temperature of the resin, and in the case of a thermosetting resin, it is usually about the same as the curing temperature of the resin.

〈中間層〉
前記圧電層は、多孔質フッ素樹脂層と表面被覆層との間に中間層を有していてもよい。また、前記圧電層が、2層以上の多孔質フッ素樹脂層を有する場合、これら層間に中間層を有していてもよい。
<Intermediate layer>
The piezoelectric layer may have an intermediate layer between the porous fluororesin layer and the surface coating layer. Further, when the piezoelectric layer has two or more porous fluororesin layers, an intermediate layer may be provided between these layers.

前記中間層としては、有機系材料からなる層であることが好ましい。
このような有機系材料としては、例えばPFA、FEP、PCTFE、ETFE、PVDF、ポリビニルフルオライド(PVF)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとビニリデンフルオライドとの共重合体(THV)、PTFE、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとの共重合体(ECTFE)等の含フッ素系樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系重合体;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネートアジペート等のポリエステル系重合体;6−ナイロン、6,6−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、アラミド等のポリアミド類;ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ビスマレイミド等のイミド系樹脂;ポリカーボネートやシクロオレフィン類等のエンジニアリングプラスチック類などの熱可塑性樹脂、または、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ケイ素系樹脂、ポリイミド、アルキド樹脂、フラン樹脂、ジクロペンタジエン樹脂、アクリル樹脂、アリルカーボネート樹脂等の熱硬化性樹脂などを用いることができ、さらに前記有機ポリマーの発泡体、延伸多孔質膜、不織布、織布またはゲル状・ゴム状体などを用いることもできる。
The intermediate layer is preferably a layer made of an organic material.
Examples of such organic materials include PFA, FEP, PCTFE, ETFE, PVDF, polyvinyl fluoride (PVF), a copolymer of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and vinylidene fluoride (THV), PTFE, ethylene. -Containing resin such as chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE); polyolefin resin such as polypropylene and polyethylene; polystyrene, polymethyl methacrylate, poly (meth) acrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride Vinyl polymers such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polylactic acid, polyhydroxyalkanoate, polybutylene succinate, polyethylene succinate, polyethylene Polyester polymers such as lensuccinate adipate; polyamides such as 6-nylon, 6,6-nylon, 11-nylon, 12-nylon and aramid; imides such as polyimide, polyamideimide, polyetherimide and bismaleimide Resins: Thermoplastic resins such as engineering plastics such as polycarbonate and cycloolefins, or unsaturated polyester, vinyl ester resin, diallyl phthalate resin, epoxy resin, polyurethane, silicon-based resin, polyimide, alkyd resin, furan resin, dichroic resin Thermosetting resins such as pentadiene resin, acrylic resin, and allyl carbonate resin can be used, and further, foams, stretched porous membranes, nonwoven fabrics, woven fabrics, gel-like / rubber-like bodies, etc. of the above-mentioned organic polymers can be used. Also Kill.

これらの材料の中でも、耐熱性、耐候性の観点から、アラミド等のポリアミド、ポリアミドイミド、ビスマレイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、PFA、FEP、ETFE、PCTFE、ECTFEがより好ましい。   Among these materials, polyamides such as aramid, polyamideimide, bismaleimide, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, PFA, FEP, ETFE, PCTFE, and ECTFE are more preferable from the viewpoints of heat resistance and weather resistance.

前記中間層の弾性率は、前記多孔質フッ素樹脂層および/または前記表面被覆層の弾性率と異なる層であることが好ましく、前記多孔質フッ素樹脂層および/または前記表面被覆層の弾性率より高い層でも、低い層でもよい。多孔質フッ素樹脂層と表面被覆層とは異なる弾性率を有する中間層を用いることが、得られる圧電層が、該層の圧縮歪に対して非線形の変形を起こしやすく、高い圧電率を示すため好ましい。
この場合の前記中間層と前記表面被覆層および/または前記多孔質フッ素樹脂層との弾性率の差は、通常10MPa以上、好ましくは50MPa以上である。この範囲にあれば、前記圧電層の圧縮時に非線形の変形が起こりやすい点で好ましい。
The elastic modulus of the intermediate layer is preferably a layer different from the elastic modulus of the porous fluororesin layer and / or the surface coating layer, and from the elastic modulus of the porous fluororesin layer and / or the surface coating layer It may be a high layer or a low layer. The use of an intermediate layer having a different elastic modulus between the porous fluororesin layer and the surface coating layer is likely to cause nonlinear deformation with respect to the compressive strain of the layer, and exhibits high piezoelectricity. preferable.
In this case, the difference in elastic modulus between the intermediate layer and the surface coating layer and / or the porous fluororesin layer is usually 10 MPa or more, preferably 50 MPa or more. If it exists in this range, it is preferable at the point which a nonlinear deformation | transformation tends to occur at the time of compression of the said piezoelectric layer.

<圧電振動センサの製造方法>
本発明の圧電振動センサは、前記シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bをこの順で積層すれば、その製造方法は特に制限されず、電極層上に直接シールド層を形成することで製造してもよいし、シールド層A上に直接電極層、圧電層、電極層およびシールド層Bを形成することで製造してもよいし、予め作成した電極層、圧電層およびシールド層を従来公知の方法で積層することで製造してもよい。また、必要により、これらの層以外の層を所望の位置に積層することで製造してもよい。
<Method for manufacturing piezoelectric vibration sensor>
The piezoelectric vibration sensor of the present invention is not particularly limited in its manufacturing method as long as the shield layer A, the electrode layer, the piezoelectric layer including the porous fluororesin layer, the electrode layer, and the shield layer B are laminated in this order. It may be manufactured by directly forming a shield layer on the layer, or may be manufactured by directly forming an electrode layer, a piezoelectric layer, an electrode layer and a shield layer B on the shield layer A, or prepared in advance. The electrode layer, the piezoelectric layer, and the shield layer may be laminated by a conventionally known method. Moreover, you may manufacture by laminating | stacking layers other than these layers in a desired position as needed.

さらに、必要により、得られた積層体中の電極層に導線を接続したり、該導線からの信号を増幅するチャージアンプ等の増幅部を接続したり、チャージアンプより出力された信号を処理する情報処理部を接続したり、処理した情報を表示する表示部などを接続することで、本発明の圧電振動センサを得ることができる。さらに、必要により、本発明の圧電振動センサをリストバンド形状等の枠体に適用して用いることもできる。   Furthermore, if necessary, a conductor is connected to the electrode layer in the obtained laminate, an amplifier such as a charge amplifier that amplifies a signal from the conductor, or a signal output from the charge amplifier is processed. The piezoelectric vibration sensor of the present invention can be obtained by connecting an information processing unit or a display unit for displaying processed information. Furthermore, if necessary, the piezoelectric vibration sensor of the present invention can be applied to a frame having a wristband shape or the like.

次に、本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by the following Example.

<空孔率の測定>
以下で得られた多孔質フッ素樹脂シートの空孔率は、下記方法に基づいて測定した。
多孔質フッ素樹脂シートを4cm角(縦4cm、横4cm)に切り出した試験片の重量と、マイクロメーター(LITEMATIC VL−50、(株)ミツトヨ製)により測定された厚さを用いて算出された見掛けの密度を用いて、空孔率を下記式により算出した。
(PTFEの真密度−見掛けの密度)×100/PTFEの真密度
<Measurement of porosity>
The porosity of the porous fluororesin sheet obtained below was measured based on the following method.
The porous fluororesin sheet was calculated using the weight of a test piece cut into a 4 cm square (vertical 4 cm, horizontal 4 cm) and the thickness measured by a micrometer (LITEMATIC VL-50, manufactured by Mitutoyo Corporation). The porosity was calculated by the following formula using the apparent density.
(True density of PTFE−apparent density) × 100 / true density of PTFE

<弾性率の測定>
以下で得られた多孔質フッ素樹脂シートの弾性率は、インデンテーションテスター(エリオニクス社製、ENT−2100)を用いて測定した。
<Measurement of elastic modulus>
The elastic modulus of the porous fluororesin sheet obtained below was measured using an indentation tester (Elionix, ENT-2100).

<平均繊維径および繊維径標準偏差の測定>
以下で得られたPTFEファイバーの平均繊維径の測定は、下記多孔質フッ素樹脂シートについて、無作為にSEM観察の領域を選び、この領域をSEM観察(装置:S−3400((株)日立ハイテクノロジーズ製)、倍率10000倍)して無作為に20本の繊維を選び、これらの繊維の測定結果に基づいて、平均繊維径(算術)、繊維径標準偏差および繊維径変動係数を算出した。
繊維径変動係数は、以下の式より算出した。
繊維径変動係数=繊維径標準偏差/平均繊維径
<Measurement of average fiber diameter and fiber diameter standard deviation>
The average fiber diameter of the PTFE fibers obtained below was measured by randomly selecting an SEM observation region for the following porous fluororesin sheet, and this region was observed by SEM observation (apparatus: S-3400 (Hitachi High Corporation). (Manufactured by Technologies, Inc., 10,000 times), 20 fibers were randomly selected, and the average fiber diameter (arithmetic), fiber diameter standard deviation, and fiber diameter variation coefficient were calculated based on the measurement results of these fibers.
The fiber diameter variation coefficient was calculated from the following equation.
Fiber diameter variation coefficient = fiber diameter standard deviation / average fiber diameter

<体積抵抗率>
以下で得られた表面被覆層の体積抵抗率は、表面被覆層単体を用いて二重リング電極法に基づいて測定した。
<Volume resistivity>
The volume resistivity of the surface coating layer obtained below was measured based on the double ring electrode method using the surface coating layer alone.

[実施例1]
<圧電層の作製>
特表2012−515850号公報に記載の電界紡糸法により、PTFEファイバーをシート状に集積し、厚さ60μmのPTFE不織布(空孔率80%、弾性率6MPa、平均繊維径1.3μm、繊維径標準偏差0.4、繊維径変動係数0.3)からなる多孔質フッ素樹脂シートを製造した。
[Example 1]
<Production of piezoelectric layer>
PTFE fibers are accumulated in a sheet form by electrospinning described in JP-T-2012-515850, and a PTFE nonwoven fabric having a thickness of 60 μm (porosity 80%, elastic modulus 6 MPa, average fiber diameter 1.3 μm, fiber diameter) A porous fluororesin sheet having a standard deviation of 0.4 and a fiber diameter variation coefficient of 0.3) was produced.

得られた多孔質フッ素樹脂シートの両面(表裏面の両面)に、フッ素樹脂シート(ダイキン工業(株)製PFAフィルム(「AF0012」、厚み12.5μm、体積抵抗率1.0×1018Ω・cm)を重ね、300℃の熱プレスで2MPaの圧力で180秒間保持することにより圧着させて、多孔質フッ素樹脂シートの両面に表面被覆層が積層された積層体(圧電積層体)を形成した。 On both surfaces (both front and back surfaces) of the obtained porous fluororesin sheet, a fluororesin sheet (PFA film manufactured by Daikin Industries, Ltd. (“AF0012”, thickness 12.5 μm, volume resistivity 1.0 × 10 18 Ω) -A laminate (piezoelectric laminate) in which a surface coating layer is laminated on both sides of a porous fluororesin sheet is formed by pressure-bonding by holding for 180 seconds at a pressure of 2 MPa with a hot press at 300 ° C. did.

続いて、フッ素ゴム(ダイキン工業(株)製、ダイエルG912)100重量部をトルエン1000重量部に溶解させたものに、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(商品名:パーヘキサ25B(日油(株)製))を2重量部、および、トリアリルイソシアヌレート(商品名:TAIC(日油(株)製))を5重量部加えたものを端面被覆材料として、これを、前記圧電積層体の4つの端面に塗布し、150℃15分の条件で熱硬化させて端面被覆層を形成することで、圧電層を得た。   Subsequently, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane was prepared by dissolving 100 parts by weight of fluororubber (Daikin Kogyo Co., Ltd., Daiel G912) in 1000 parts by weight of toluene. (Product name: Perhexa 25B (manufactured by NOF Corporation)) and 2 parts by weight of triallyl isocyanurate (trade name: TAIC (manufactured by NOF Corporation)) are added to the end face. As a material, this was applied to four end faces of the piezoelectric laminate and thermally cured at 150 ° C. for 15 minutes to form an end face coating layer, thereby obtaining a piezoelectric layer.

得られた圧電層を用い、春日電機(株)製のコロナ放電装置を用いて、電極間距離12.5mm、電極間電圧3kV、室温下で3分間コロナ放電することで、前記圧電層を分極処理した。   Using the obtained piezoelectric layer, a corona discharge device manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd. was used to polarize the piezoelectric layer by performing a corona discharge for 3 minutes at an inter-electrode distance of 12.5 mm, an inter-electrode voltage of 3 kV, and room temperature. Processed.

<電極層の形成>
分極処理した圧電層の表裏面に、スパッタリングによりアルミニウムからなる電極層(厚さ0.5μm程度)をそれぞれ形成した。これらの電極層は互いに電気絶縁している状態である。
<Formation of electrode layer>
Electrode layers (thickness of about 0.5 μm) made of aluminum were formed on the front and rear surfaces of the polarization-treated piezoelectric layer by sputtering. These electrode layers are electrically insulated from each other.

<シールド層Aの作製>
ポリエチレンフィルム(厚さ80μm)の表面にスパッタリングによりアルミニウムからなる導電層(厚さ0.5μm程度)を形成し、シールド層Aを得た。
<Preparation of shield layer A>
A conductive layer (thickness of about 0.5 μm) made of aluminum was formed on the surface of a polyethylene film (thickness: 80 μm) by sputtering to obtain a shield layer A.

<シールド層Bの作製>
ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ100μm)の表面にスパッタリングによりアルミニウムからなる導電層(厚さ0.5μm程度)を形成し、シールド層Bを得た。
<Preparation of shield layer B>
A conductive layer (thickness of about 0.5 μm) made of aluminum was formed on the surface of a polyethylene terephthalate film (thickness of 100 μm) by sputtering to obtain a shield layer B.

<静電容量の評価>
シールド層AおよびBの静電容量を、ファラデーケージ(春日電機(株)製)を用いてファラデーケージ法により測定した。シールド層Aおよびシールド層Bの静電容量をそれぞれCAおよびCBとし、シールド層AおよびBの静電容量の相違率を下記式で算出した。なお、下記式中、CXは、CAとCBを比較した際に絶対値が大きい方の値とした。結果を表1に示す。
静電容量の相違率=|CA−CB|/CX×100(%)
<Evaluation of capacitance>
The capacitances of the shield layers A and B were measured by a Faraday cage method using a Faraday cage (manufactured by Kasuga Denki Co., Ltd.). The capacitance of the shield layer A and the shield layer B and C A and C B, respectively, were calculated percent difference of the capacitance of the shield layers A and B by the following equation. In the following formulas, C X has a value of larger absolute value when comparing C A and C B. The results are shown in Table 1.
Capacitance difference rate = | C A −C B | / C X × 100 (%)

<圧縮強さの評価>
シールド層AおよびBの積層方向の圧縮強さを以下のようにして測定した。
圧縮試験機(ミネベア(株)製)を用い、JIS K 7181(2011)に準拠して、シールド層AおよびBをその積層方向に圧縮し、10%歪み時の応力を測定した。
シールド層Aの圧縮強さに対するシールド層Bの圧縮強さ(圧縮強さの比=シールド層Bの圧縮強さ/シールド層Aの圧縮強さ)を算出し、その結果を表1に示す。
<Evaluation of compressive strength>
The compressive strength in the stacking direction of the shield layers A and B was measured as follows.
Using a compression tester (manufactured by Minebea Co., Ltd.), the shield layers A and B were compressed in the stacking direction in accordance with JIS K 7181 (2011), and the stress at 10% strain was measured.
The compressive strength of the shield layer B relative to the compressive strength of the shield layer A (compression strength ratio = compressive strength of the shield layer B / compressive strength of the shield layer A) was calculated, and the results are shown in Table 1.

<圧電振動センサの作製>
電極層が形成された圧電層の両面にシールド層Aおよびシールド層Bを、それぞれポリエチレンフィルムおよびポリエチレンテレフタレートフィルムが電極層に接するように接着させた。なお、この接着の際には、電極層とシールド層Aとは、100℃/0.3MPa/10分の条件で熱接着し、電極層とシールド層Bとは、180℃/0.3MPa/10分の条件で熱接着した。
<Production of piezoelectric vibration sensor>
The shield layer A and the shield layer B were adhered to both surfaces of the piezoelectric layer on which the electrode layer was formed so that the polyethylene film and the polyethylene terephthalate film were in contact with the electrode layer, respectively. In this bonding, the electrode layer and the shield layer A are thermally bonded under the conditions of 100 ° C./0.3 MPa / 10 minutes, and the electrode layer and the shield layer B are 180 ° C./0.3 MPa / Thermal bonding was performed for 10 minutes.

次に、シールド層Aの電極層とは反対側にアクリル系粘着剤とポリエステルフィルム(厚さ12μm)が一体化されてなる粘着テープ貼り付け、シールド層Bの電極層とは反対側にアクリル系粘着剤とポリエステルフィルム(厚さ12μm)が一体化されてなる粘着テープを貼り付けることにより、圧電振動センサを作製した。表1に得られた圧電振動センサの構成をその積層順に示す。   Next, an adhesive tape in which an acrylic adhesive and a polyester film (thickness: 12 μm) are integrated is attached to the side opposite to the electrode layer of the shield layer A, and an acrylic type is applied to the side opposite to the electrode layer of the shield layer B. A piezoelectric vibration sensor was manufactured by attaching an adhesive tape in which an adhesive and a polyester film (thickness: 12 μm) were integrated. Table 1 shows the configuration of the obtained piezoelectric vibration sensor in the order of lamination.

Figure 0006467217
Figure 0006467217

[比較例1]
実施例1において、シールド層Aおよびシールド層Bを作製・積層しなかった以外は実施例1と同様にして、圧電振動センサを作製した。表2に得られた圧電振動センサの構成をその積層順に示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1, a piezoelectric vibration sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the shield layer A and the shield layer B were not produced and laminated. Table 2 shows the structure of the obtained piezoelectric vibration sensor in the order of lamination.

Figure 0006467217
Figure 0006467217

<生体信号の測定>
実施例1および比較例1にて作製したそれぞれの圧電振動センサの2つの電極層と、オシロスコープとを、ケーブル、チャージアンプおよびノイズフィルタを介して接続し、シールド層Aの導電層およびシールド層Bの導電層をそれぞれグランドに接続した。次に、シールド層Aが人体側となるように圧電振動センサを手首の動脈部上に固定した。この状態で静置することにより、脈動によって生じる振動を圧電振動センサにより電気信号に変換することで検知し、オシロスコープ画面に脈波派形を表示させた。この時得られた脈波派形をそれぞれ図1(実施例1)および図2(比較例1)に示す。
この結果から、シールド層を有さない圧電振動センサでは、人体および外部環境由来のノイズやセンサ構成に起因するノイズが大きく検知され、生体信号(脈波)を観測することができなかった。一方で、本発明の圧電振動センサによれば、ノイズを検知し難く、脈波(PQRST波)等の生体信号を感度良く測定可能であることが分かった。
<Measurement of biological signals>
The two electrode layers of each piezoelectric vibration sensor manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 and the oscilloscope are connected via a cable, a charge amplifier, and a noise filter, and the conductive layer and shield layer B of shield layer A are connected. Each of the conductive layers was connected to the ground. Next, the piezoelectric vibration sensor was fixed on the wrist artery so that the shield layer A was on the human body side. By standing in this state, the vibration generated by the pulsation was detected by converting it into an electrical signal by the piezoelectric vibration sensor, and the pulse wave pattern was displayed on the oscilloscope screen. The pulse wave shapes obtained at this time are shown in FIG. 1 (Example 1) and FIG. 2 (Comparative Example 1), respectively.
From this result, in the piezoelectric vibration sensor not having the shield layer, noise derived from the human body and the external environment and noise due to the sensor configuration were greatly detected, and a biological signal (pulse wave) could not be observed. On the other hand, according to the piezoelectric vibration sensor of the present invention, it has been found that it is difficult to detect noise, and a biological signal such as a pulse wave (PQRST wave) can be measured with high sensitivity.

Claims (8)

シールド層A、電極層、多孔質フッ素樹脂層を含む圧電層、電極層およびシールド層Bがこの順で積層され、
前記シールド層AおよびBがそれぞれ、絶縁層と導電層とを含み、該絶縁層が導電層よりも電極層側に存在する、
生体信号測定用の圧電振動センサ。
Shield layer A, electrode layer, piezoelectric layer including porous fluororesin layer, electrode layer and shield layer B are laminated in this order,
The shield layers A and B each include an insulating layer and a conductive layer, and the insulating layer exists on the electrode layer side of the conductive layer.
Piezoelectric vibration sensor for measuring biological signals.
前記シールド層Aの圧縮強さより、前記シールド層Bの圧縮強さの方が大きい(なお、圧縮強さはJIS K 7181(2011)に準拠して測定される)、請求項1に記載の圧電振動センサ。   2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the compressive strength of the shield layer B is greater than the compressive strength of the shield layer A (note that the compressive strength is measured in accordance with JIS K 7181 (2011)). Vibration sensor. ファラデーゲージ法によって測定される前記シールド層Aの静電容量と前記シールド層Bの静電容量とが、以下の要件(I)を満たす、請求項1または2に記載の圧電振動センサ。
要件(I):前記シールド層AおよびBの静電容量のうち、一方の静電容量をCiとし、他方の静電容量をCiiとする場合であって、CiおよびCiiが、Ci≧Ciiの関係にある場合、下記式(1)で算出される静電容量の相違率が50%以下である
静電容量の相違率=|Ci−Cii|/Ci×100(%) ・・・(1)
The piezoelectric vibration sensor according to claim 1 or 2, wherein the capacitance of the shield layer A and the capacitance of the shield layer B measured by a Faraday gauge method satisfy the following requirement (I).
Requirement (I): Among the electrostatic capacities of the shield layers A and B, when one of the capacities is Ci and the other is Cii, Ci and Cii satisfy Ci ≧ Cii. If there is a relationship, the difference rate of the capacitance calculated by the following formula (1) is 50% or less. The difference rate of the capacitance = | Ci−Cii | / Ci × 100 (%) (1) )
前記シールド層Aおよび/または前記シールド層Bの、電極層側とは反対側の少なくとも一部に絶縁層を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。   The piezoelectric vibration sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising an insulating layer on at least a part of the shield layer A and / or the shield layer B opposite to the electrode layer side. 前記多孔質フッ素樹脂層が、分子および結晶構造に起因する双極子をもたない樹脂からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。   The piezoelectric vibration sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous fluororesin layer is made of a resin having no dipole due to a molecule and a crystal structure. 前記多孔質フッ素樹脂層が、フッ素樹脂からなるファイバーから形成された不織布または織布を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。   The piezoelectric vibration sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous fluororesin layer includes a nonwoven fabric or a woven fabric formed of a fiber made of a fluororesin. 前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。   The piezoelectric vibration sensor according to claim 1, wherein the fluororesin is polytetrafluoroethylene. 前記多孔質フッ素樹脂層または前記圧電層が分極処理されたものである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。   The piezoelectric vibration sensor according to claim 1, wherein the porous fluororesin layer or the piezoelectric layer is subjected to polarization treatment.
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