JP6639802B2 - Fabric-like piezoelectric sensor and shoe insole using the same - Google Patents

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本発明は、運動時の足裏の荷重分布変動による形状変化により電気信号を出力する圧電センサとして機能する、靴の中敷きに搭載されたトランスデューサーに関する。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスとして機能する靴の中敷に関する。   The present invention relates to a transducer mounted on a shoe insole, which functions as a piezoelectric sensor that outputs an electric signal due to a change in shape due to a change in load distribution on the sole during exercise. Further, the present invention relates to a shoe insole functioning as a device using a signal from the transducer.

近年、いわゆるウェアラブルセンサが注目を浴びており、眼鏡型や腕時計、靴型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、布状のものが望まれている。そのようなセンサとしては、布に圧電素子を装着し、そこから信号を取り出すものが開示されている(特許文献1、2)。しかしこれらは織編物の表面上に別の構造体を必要とすることから、自由曲面への適応が困難で触感が悪く、取り扱い性、施工性、加工性にて不具合を生じるなど実用性に欠ける。また、圧電性材料と導電性材料をフィルム状にしたもので布状の構造体を形成するもの(特許文献3)もあるが、これも自由曲面への適応が困難で触感が悪く、取り扱い性、施工性、加工性にて不具合を生じるなど実用性に欠ける。特に靴は装着感が重要視されるアイテムの1つであり、靴の中敷きに使う場合には、この触感の悪さが大きな課題となる。この課題が解消されれば、スポーツ用途のみならず、例えば、高齢者の転倒/体勢検知など幅広い用途で展開できるようになる可能性がある。   In recent years, so-called wearable sensors have attracted attention, and products having shapes such as eyeglasses, watches, and shoes have begun to appear. However, these devices have a feeling of being worn, and a cloth-like device that is ultimate wearable is desired. As such a sensor, a sensor in which a piezoelectric element is attached to a cloth and a signal is extracted therefrom is disclosed (Patent Documents 1 and 2). However, since these require a separate structure on the surface of the woven or knitted fabric, it is difficult to adapt to a free-form surface and has a poor tactile sensation. . In addition, there is a structure in which a cloth-like structure is formed from a piezoelectric material and a conductive material in the form of a film (Patent Document 3). However, this is also difficult to adapt to a free-form surface, has a poor tactile sensation, and is easy to handle. Lack of practicality such as causing troubles in workability and workability. In particular, shoes are one of the items for which a feeling of wearing is important, and when used for insole of shoes, poor touch feeling becomes a serious problem. If this problem is solved, there is a possibility that the present invention can be applied not only to sports but also to a wide range of uses such as detection of fall / posture of the elderly.

繊維のみからなる布帛状センサとして導電繊維間の抵抗を検出するもの(特許文献4)も提案されているが、布帛上の圧力を検出するものであり直接的に形状変化を検出するものではなかった。また、特許文献5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。   A sensor that detects the resistance between conductive fibers has also been proposed as a cloth-like sensor composed of only fibers (Patent Document 4), but it detects pressure on the cloth and does not directly detect a change in shape. Was. Patent Document 5 discloses a piezoelectric element including two conductive fibers and one piezoelectric fiber, each of which has a contact point with each other, and includes a piezoelectric unit which is arranged on substantially the same plane. Have been.

特表2007−518886号公報JP 2007-518886 A 特開平6−323929号公報JP-A-6-323929 特開2002−203996号公報JP-A-2002-203996 特開2006−284276号公報JP 2006-284276 A 国際公開第2014/058077号International Publication No. WO 2014/058077

本発明の目的は、繊維材料を用いて、かつ従前の織編物構造を作製することで柔軟性に富んだ布帛状のトランスデューサーを作成し、そのトランスデューサーを搭載した靴の中敷きを提供することにある。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスを備える靴の中敷きを提供することにある。さらには、上記トランスデューサーと例えば加速度センサなど取得できるデータの種類が異なるセンサを合わせて搭載した靴の中敷きを提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a fabric-like transducer with high flexibility by fabricating a conventional woven or knitted structure using a fiber material, and to provide a shoe insole equipped with the transducer. It is in. It is still another object to provide a shoe insole provided with a device using a signal from the transducer. It is still another object of the present invention to provide a shoe insole provided with a combination of the transducer and a sensor having a different type of data that can be obtained, such as an acceleration sensor.

本発明者らは、導電性繊維および圧電性繊維の組み合わせ配置により、圧電素子として機能する場合があることを発見し、この原理を利用した布帛状圧電センサを作り、それを靴の中敷きに搭載することで本発明を完成した。   The present inventors have discovered that a combination of conductive fibers and piezoelectric fibers may function as a piezoelectric element, and made a fabric-like piezoelectric sensor using this principle, and mounted it on a shoe insole. Thus, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
1.靴の中敷き本体と、
前記中敷き本体に搭載された布帛状または組紐状の圧電センサと、
を備える靴の中敷き。
2.前記中敷き本体に搭載され、取得できるデータの種類が前記圧電センサと異なる他のセンサを更に備える、上記1記載の靴の中敷き。
3.前記他のセンサが加速度センサである、上記2記載の靴の中敷き。
4.前記圧電センサが、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、上記1〜3のいずれか一項に記載の靴の中敷き。
5.前記圧電単位は2本の前記導電性繊維および1本の前記圧電性繊維を含み、前記導電性繊維、前記圧電性繊維および前記導電性繊維が、この順序に配置されている、上記4記載の靴の中敷き。
6.前記導電性繊維および前記圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有している、上記4に記載の靴の中敷き。
7.前記圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および/または圧電性繊維に対して電気的接続しないように、絶縁性繊維が配置されている、上記4に記載の靴の中敷き。
8.前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、上記4に記載の靴の中敷き。
9.前記圧電性繊維が主として光学純度99%以上のポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸を含む、上記4に記載の靴の中敷き。
10.前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、上記4記載の靴の中敷き。
11.前記導電性繊維が金属メッキ繊維である、上記4記載の靴の中敷き。
12.前記圧電センサは複数の前記圧電単位を含有する織編物である、上記4記載の靴の中敷き。
13.前記圧電センサは複数の前記圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織のいずれかである、上記12記載の靴の中敷き。
14.前記圧電センサは複数の前記織編物を組み合わせて用いる、上記13記載の靴の中敷き。
15.前記圧電センサと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサ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、
を含むデバイスを備える、上記1〜14のいずれか一項に記載の靴の中敷き。
16.前記デバイスは、前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに含む、上記15記載の靴の中敷き。
17.前記圧電センサと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサから電気信号を出力する出力手段と、
前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段と、
を含むデバイスを備える、上記1〜14のいずれか一項に記載の靴の中敷き。
That is, the present invention includes the following inventions.
1. With the insole body,
A cloth-shaped or braid-shaped piezoelectric sensor mounted on the insole body,
Insole with shoes.
2. The shoe insole according to the above item 1, further comprising another sensor mounted on the insole body and capable of acquiring data different from the piezoelectric sensor.
3. 3. The shoe insole according to claim 2, wherein the other sensor is an acceleration sensor.
4. The shoe insole according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric sensor includes a piezoelectric unit in which the conductive fiber and the piezoelectric fiber are substantially coplanar to provide an electrical connection. .
5. The piezoelectric unit according to claim 4, wherein the piezoelectric unit includes two conductive fibers and one piezoelectric fiber, and the conductive fiber, the piezoelectric fiber, and the conductive fiber are arranged in this order. Insole of shoes.
6. The shoe insole according to claim 4, wherein the conductive fiber and the piezoelectric fiber have a contact point in physical contact with each other.
7. The shoe according to claim 4, wherein insulating fibers are arranged such that the conductive fibers in the piezoelectric unit are not electrically connected to conductive fibers and / or piezoelectric fibers in other piezoelectric units. Insole.
8. 5. The insole according to the above item 4, wherein the piezoelectric fibers mainly contain polylactic acid.
9. The shoe insole according to the above item 4, wherein the piezoelectric fibers mainly contain poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid having an optical purity of 99% or more.
10. 5. The shoe insole according to claim 4, wherein the piezoelectric fibers are uniaxially oriented and include crystals.
11. The shoe insole according to the above item 4, wherein the conductive fiber is a metal-plated fiber.
12. 5. The shoe insole according to claim 4, wherein the piezoelectric sensor is a woven or knitted fabric containing a plurality of the piezoelectric units.
13. The shoe insole according to the above item 12, wherein the piezoelectric sensor is a woven fabric containing a plurality of the piezoelectric units, and a woven structure thereof is any of a plain weave, a twill weave, a satin weave, and a composite structure thereof.
14. 14. The insole according to the above 13, wherein the piezoelectric sensor uses a plurality of the woven or knitted materials in combination.
15. The piezoelectric sensor;
Amplifying means for amplifying an electric signal output from the piezoelectric sensor according to the applied pressure;
Output means for outputting the electric signal amplified by the amplification means,
The insole according to any one of the preceding claims, comprising a device comprising:
16. 16. The shoe insole according to the above item 15, further comprising a transmitting means for transmitting the electric signal output from the output means to an external device.
17. The piezoelectric sensor;
Output means for outputting an electric signal from the piezoelectric sensor according to the applied pressure;
Transmission means for transmitting the electric signal output from the output means to an external device,
The insole according to any one of the preceding claims, comprising a device comprising:

本発明によれば繊維材料を用いて、かつ従前の織編物構造を作製することで柔軟性に富んだ布帛状のトランスデューサーを得ることができ、それを布状圧電センサとして靴の中敷きに搭載することで、足の動きや足底の荷重移動を取得できる靴の中敷き(センサ)を得ることができる。なお、本発明のトランスデューサーは電気信号を出力として取り出すことができるため、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。   According to the present invention, it is possible to obtain a fabric-like transducer with high flexibility by using a fiber material and fabricating a conventional woven or knitted structure, which is mounted on a shoe insole as a cloth-like piezoelectric sensor. By doing so, it is possible to obtain a shoe insole (sensor) capable of acquiring the movement of the foot and the load movement of the sole. Note that since the transducer of the present invention can take out an electric signal as an output, the transducer can be used as a power source or a power generating element for operating another device.

実施例1の朱子織物の模式図である。It is a schematic diagram of the satin fabric of Example 1. 実施例1の中敷きセンサの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an insole sensor according to the first embodiment. 本発明のトランスデューサーを用いた靴の中敷きを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing an insole of shoes using the transducer of the present invention. 本発明のトランスデューサーを用いた他の靴の中敷きを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing other shoe insoles using the transducer of the present invention. 本発明のトランスデューサーを発電として用いた靴の中敷きを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the insole of the shoe which used the transducer of the present invention for electric power generation.

本発明の目的は、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように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からなる電気信号を出力するトランスデューサーによって達成される。この布状トランスデューサーを靴の中敷きの形に合わせ切断加工し、靴の中敷きに搭載することで、圧電センサを兼ね備えた靴の中敷きができる。また、加速度センサなど取得できるデータの種類が異なるセンサと一緒に靴の中敷きに搭載することで、足の動きや足底の荷重移だけでなく、例えば、走行距離や走行速度などといった複合的な情報を合わせて取得できる中敷きができる。以下に各構成について説明する。 The object of the invention is achieved by a transducer for outputting an electrical signal comprising a piezoelectric element comprising a piezoelectric unit in which conductive fibers and piezoelectric fibers are arranged substantially coplanar to provide an electrical connection. . By cutting this cloth-like transducer according to the shape of the insole of the shoe and mounting it on the insole of the shoe, the insole with a piezoelectric sensor can be obtained. Further, since the kind of data that can be obtained, such as an acceleration sensor is mounted on a shoe insoles with different sensors, not only a load moving the foot movement and plantar, for example, complex, such as travel distance and travel speed Insoles that can be obtained together with important information. Hereinafter, each configuration will be described.

(導電性繊維)
導電性繊維としては、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、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, any known conductive fiber may be used, and any known fiber may be used, for example, a metal fiber, a fiber made of a conductive polymer, a carbon fiber, a fibrous or granular conductive filler dispersed therein. Fibers made of a polymer that has been made, or fibers having a conductive layer provided on the surface of a fibrous material. Examples of a method for providing a conductive layer on the surface of the fibrous material include a metal coat, a conductive polymer coat, and winding of a conductive fiber. Among them, 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 preferred from the viewpoint of productivity and the like. 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 the base fiber to be coated with metal, known fibers can be used with or without 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 fiber is not limited to these, and any known fiber can be used arbitrarily, 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、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, it is possible to use gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and mixtures thereof and the like and alloys.

導電性繊維はフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントを用いても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントを用いてもよい。マルチフィラメントとして用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては1μm〜5000μmであり、好ましくは2μm〜100μmである。さらに好ましくは3μm〜50μmである。フィラメント数としては、1本〜100000本が好ましく、より好ましくは5本〜500本、さらに好ましくは10本〜100本である。   As the conductive fiber, a multifilament obtained by bundling a plurality of filaments or a monofilament composed of one filament may be used. The use as a multifilament is preferred from the viewpoint of the long stability of the electrical characteristics. The diameter of the monofilament is 1 μm to 5000 μm, preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 μm to 50 μm. The number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100.

導電性繊維の直径は1μm〜10mmであることが好ましく、より好ましくは10μm〜5mm、さらに好ましくは0.1mm〜2mmである。直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維の断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。 The diameter of the conductive fiber is preferably 1 μm to 10 mm, more preferably 10 μm to 5 mm, and still more preferably 0.1 mm to 2 mm . Handling decreases the strength and diameter is small, it is difficult, also, flexibility is sacrificed if a larger diameter. The cross-sectional shape of the conductive fiber is preferably circular or elliptical 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、信号検出に強度が得られるのであれば導電性繊維の抵抗率はこの限りではない。 Further, in order to efficiently extract the electric output from the piezoelectric polymer, the electric resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm. cm 3 , and more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity of the conductive fiber is not limited to this as long as the strength can be obtained for signal detection.

(圧電性繊維)
圧電性繊維は圧電性を有する繊維である。圧電性繊維は圧電性高分子からなることが好ましい。圧電性高分子としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸など圧電性を示す高分子であれば利用できるが、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。ポリ乳酸は溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。さらに、ポリ乳酸からなる圧電性繊維はその軸方向への引張や圧縮応力では、分極が小さく、圧電素子として機能させることが困難であるが、せん断応力によっては比較的大きな電気出力が得られ、せん断応力を圧電性高分子に付与しやすい構成体を有する本発明の圧電素子においては好ましい。
(Piezoelectric fiber)
Piezoelectric fibers are fibers having piezoelectricity. The piezoelectric fibers are preferably made of a piezoelectric polymer. As the piezoelectric polymer, any polymer having a piezoelectric property such as polyvinylidene fluoride and polylactic acid can be used, but it is preferable that the polymer mainly contains polylactic acid. Polylactic acid is easily oriented by stretching after melt spinning and exhibits piezoelectricity, and is excellent in productivity in that an electric field orientation treatment required by polyvinylidene fluoride or the like is unnecessary. Furthermore, the piezoelectric fiber made of polylactic acid has a small polarization due to its tensile or compressive stress in the axial direction, and it is difficult to function as a piezoelectric element, but a relatively large electric output is obtained depending on the shear stress, It is preferable for the piezoelectric element of the present invention having a structure that easily applies a shear stress to the piezoelectric polymer.

圧電性高分子は、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主として」とは、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95モル%以上、さらに好ましくは98モル%以上のことを言う。   The piezoelectric polymer preferably contains mainly polylactic acid. The term "mainly" means preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and still more preferably 98 mol% or more.

ポリ乳酸としては、その結晶構造によって、L−乳酸、L−ラクチドを重合してなるポリ−L−乳酸、D−乳酸、D−ラクチドを重合してなるポリ−D−乳酸、さらに、それらのハイブリッド構造からなるステレオコンプレックスポリ乳酸などがあるが、圧電性を示すものであればいずれも利用できる。圧電率の高さの観点で好ましくは、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸である。ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸はそれぞれ、同じ応力に対して分極が逆になるために、目的に応じてこれらを組み合わせて使用することも可能である。ポリ乳酸の光学純度は99%以上であることが好ましく、より好ましくは99.3%以上、さらに好ましくは99.5%以上である。光学純度が99%未満であると著しく圧電率が低下する場合があり、圧電性繊維の形状変化よって十分な電気出力を得ることが難しくなる場合がある。圧電性高分子が、主としてポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸を含み、これらの光学純度は99%以上であることが好ましい。   As polylactic acid, depending on its crystal structure, L-lactic acid, poly-L-lactic acid obtained by polymerizing L-lactide, D-lactic acid, poly-D-lactic acid obtained by polymerizing D-lactide, and the like. There are stereocomplex polylactic acid and the like having a hybrid structure, but any of them can be used as long as they exhibit piezoelectricity. Poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are preferred from the viewpoint of high piezoelectric modulus. Since poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid each have the opposite polarization with respect to the same stress, they can be used in combination depending on the purpose. 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 piezoelectric modulus may be significantly reduced, and it may be difficult to obtain a sufficient electric output due to a change in the shape of the piezoelectric fiber. The piezoelectric polymer mainly contains poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid, and the optical purity thereof is preferably 99% or more.

圧電性繊維は繊維の繊維軸方向に一軸配向しかつ結晶を含むものであることが好ましく、より好ましくは結晶を有する一軸配向ポリ乳酸である。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶状態および一軸配向において大きな圧電性を示すためである。   The piezoelectric fibers are preferably uniaxially oriented in the fiber axis direction of the fibers and contain crystals, more preferably uniaxially oriented polylactic acid having crystals. This is because polylactic acid exhibits large piezoelectricity in its crystalline state and uniaxial orientation.

ポリ乳酸は加水分解が比較的早いポリエステルであるから、耐湿熱性が問題となる場合においては、公知の、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物などの加水分解防止剤を添加してもよい。また、必要に応じてリン酸系化合物などの酸化防止剤、可塑剤、光劣化防止剤などを添加して物性改良してもよい。   Since polylactic acid is a polyester which hydrolyzes relatively quickly, when moisture and heat resistance becomes a problem, a known hydrolysis inhibitor such as an isocyanate compound, an oxazoline compound, an epoxy compound, and a carbodiimide compound may be added. . Further, if necessary, an antioxidant such as a phosphoric acid compound, a plasticizer, a photodegradation inhibitor and the like may be added to improve the physical properties.

また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全重量を基準として少なくとも50重量%以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは70重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。   Polylactic acid may be used as an alloy with other polymers. However, if polylactic acid is used as the main piezoelectric polymer, the polylactic acid contains at least 50% by weight or more based on the total weight of the alloy. It is preferably at least 70% by weight, more preferably at least 90% by weight.

アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。   Examples of the polymer other than polylactic acid when the alloy is used include, but are not limited to, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate copolymer, and polymethacrylate. Any polymer may be used as long as the desired piezoelectric properties are exhibited.

圧電性繊維はフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントを用いても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントを用いてもよい。マルチフィラメントとして用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントとして用いる場合、その糸径は1μm〜5000μmであり、好ましくは50μm〜1000μmである。マルチフィラメントとして用いる場合は、その単糸径は0.1μm〜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。   As the piezoelectric fiber, a multifilament obtained by bundling a plurality of filaments may be used, or a monofilament composed of one filament may be used. The use as a multifilament is preferred from the viewpoint of the long stability of the electrical characteristics. When used as a monofilament, the yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 50 μm to 1000 μm. When used as a multifilament, the single yarn diameter is 0.1 μm to 5000 μm, and preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 μm to 50 μm. The number of filaments of the multifilament is preferably from 1 to 100,000, more preferably from 5 to 500, and still more preferably from 10 to 100.

上記の圧電性高分子を圧電性繊維とするためには、高分子を繊維化するための公知の手法を、本発明の効果を奏する限りいずれも採用することができ、圧電性高分子を押し出し成型して繊維化する手法、圧電性高分子を溶融紡糸して繊維化する手法、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸により繊維化する手法、圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法等を採用することができる。これらの紡糸条件は、採用する圧電性高分子に応じて公知の手法を適用すればよく、通常は工業的に生産の容易な溶融紡糸法を採用すればよい。   In order to make the above piezoelectric polymer into piezoelectric fibers, any known method for fiberizing the polymer can be adopted as long as the effects of the present invention are exhibited, and the piezoelectric polymer can be extruded. Forming and fiberizing, melt spinning piezoelectric polymer into fibers, dry or wet spinning of piezoelectric polymer, and spinning piezoelectric polymer into fibers by electrostatic spinning Etc. can be adopted. Known spinning conditions may be applied according to the piezoelectric polymer to be employed, and a melt spinning method which is industrially easy to produce may be employed.

なお、上述の通りに、圧電性高分子がポリ乳酸である場合には、一軸延伸配向し、かつ結晶を含むとより大きな圧電性を示すことから、繊維は延伸することが好ましい。   As described above, when the piezoelectric polymer is polylactic acid, the fiber is preferably stretched because it is uniaxially stretched and oriented, and if it contains crystals, exhibits greater piezoelectricity.

(略同一平面上)
本発明の圧電素子において、2本の導電性繊維と1本の圧電性繊維は、略同一平面上に配置される。ここで略同一平面上とは、3本の繊維の繊維軸が略平面上に配置されることを意味し、「略」とは、繊維同士の交差点で厚みが生じることが含まれることを意味するものである。
(Substantially on the same plane)
In the piezoelectric element of the present invention, two conductive fibers and one piezoelectric fiber are arranged on substantially the same plane. Here, “substantially on the same plane” means that the fiber axes of the three fibers are arranged on a substantially plane, and “substantially” means that the thickness is generated at the intersection of the fibers. Is what you do.

例えば、2本の平行な導電性繊維の間に、1本の圧電性繊維が更に平行に引き揃えられた形態は、略同一平面上にある形態である。また、当該1本の圧電性繊維の繊維軸を、当該2本の平行な導電性繊維とは平行でない状態に傾けていても、略同一平面上にある。さらに、1本の導電性繊維と1本の圧電性繊維とを平行に引き揃え、もう1本の導電性繊維を、この引き揃えられた導電性繊維と圧電性繊維とに、交差させたとしても略同一平面上にある。   For example, a form in which one piezoelectric fiber is further aligned in parallel between two parallel conductive fibers is a form that is substantially on the same plane. Further, even if the fiber axis of the one piezoelectric fiber is inclined so as not to be parallel to the two parallel conductive fibers, they are substantially on the same plane. Further, it is assumed that one conductive fiber and one piezoelectric fiber are aligned in parallel, and another conductive fiber intersects the aligned conductive fiber and piezoelectric fiber. Are also substantially coplanar.

略平面上に配置されることで、当該圧電単位を組み合わせて、布帛状の圧電素子を形成しやすく、布帛状の形態の圧電素子を利用すれば、トランスデューサーの形状設計に自由度を増すことができる。   By being arranged on a substantially flat surface, it is easy to form a piezoelectric element in the form of a cloth by combining the piezoelectric units, and if the piezoelectric element in the form of a cloth is used, the degree of freedom in designing the shape of the transducer is increased. Can be.

これらの、圧電性繊維と導電性繊維の関係は検出したい形状変化により適宜選択される。   The relationship between the piezoelectric fiber and the conductive fiber is appropriately selected according to the shape change to be detected.

(配置順序)
圧電単位における繊維の配置は、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように配置されている限り特に限定されるものではない。例えば、圧電単位が、2本の導電性繊維と1本の圧電性繊維からなる圧電単位である場合には、導電性繊維、圧電性繊維、導電性繊維が、この順に配置されていることが好ましい。このように配置することで、圧電単位の2本の導電性繊維同士が接触することがなくなり、導電性繊維に他の手段、例えば絶縁性物質を被覆するなどの技術を適用しなくても圧電単位として有効に機能させることができる。
(Placement order)
The arrangement of the fibers in the piezoelectric unit is not particularly limited as long as the conductive fibers and the piezoelectric fibers are arranged to provide an electrical connection. For example, when the piezoelectric unit is a piezoelectric unit composed of two conductive fibers and one piezoelectric fiber, the conductive fiber, the piezoelectric fiber, and the conductive fiber may be arranged in this order. preferable. By arranging in this manner, the two conductive fibers of the piezoelectric unit do not come into contact with each other, and the piezoelectric fibers can be applied without applying other means to the conductive fibers, for example, a technique of coating an insulating material. It can function effectively as a unit.

この際、導電性繊維と圧電性繊維とが互いに物理的に接する接点を有していることが望ましいが、導電性繊維と圧電性繊維との間隔が4mm以内の範囲であれば、物理的に接していなくても電気的接続を提供することができる。導電性繊維と圧電性繊維との間隔は、より好ましくは3mm以下、さらに好ましくは2mm以下、さらに好ましくは1mm以下、最も好ましくは0.5mm以下である。この間隔が4mmを超えると圧電性繊維の形状変化に伴う電気出力が小さくなり、トランスデューサーとして用いることが困難となる。   At this time, it is desirable that the conductive fiber and the piezoelectric fiber have a contact point that makes physical contact with each other, but if the distance between the conductive fiber and the piezoelectric fiber is within a range of 4 mm or less, it is physically possible. An electrical connection can be provided without contact. The distance between the conductive fiber and the piezoelectric fiber is more preferably 3 mm or less, further preferably 2 mm or less, further preferably 1 mm or less, and most preferably 0.5 mm or less. If this interval exceeds 4 mm, the electric output accompanying the change in the shape of the piezoelectric fiber becomes small, and it becomes difficult to use it as a transducer.

形態としては、例えば、2本の導電性繊維が平行に配置され、1本の圧電性繊維がこれら2本の導電性繊維の間に更に平行に配置された形態や、2本の導電性繊維が平行に配置され、1本の圧電性繊維が、これら2本の導電性繊維に交わるように配置された形態などを挙げることができる。さらには、2本の導電性繊維を経糸(または緯糸)として配し、1本の圧電性繊維を緯糸(または経糸)として配してもよい。この場合は2本の導電性繊維同士は接触していないことが好ましく、2本の導電性繊維の間には好ましくは絶縁性物質、例えば絶縁性繊維を介在させる形態の他、導電性繊維が接触しやすい表面にのみ絶縁性物質を被覆し、圧電性繊維とは直接導電性繊維が接触するようにする形態も採用することができる。   Examples of the form include a form in which two conductive fibers are arranged in parallel and one piezoelectric fiber is further arranged in parallel between the two conductive fibers, and a form in which two conductive fibers are arranged in parallel. Are arranged in parallel, and one piezoelectric fiber is arranged so as to intersect these two conductive fibers. Further, two conductive fibers may be arranged as a warp (or weft), and one piezoelectric fiber may be arranged as a weft (or warp). In this case, it is preferable that the two conductive fibers are not in contact with each other, and it is preferable that an insulating substance, for example, an insulating fiber be interposed between the two conductive fibers. It is also possible to adopt a form in which an insulating substance is coated only on the surface that is easily contacted, and the conductive fiber is in direct contact with the piezoelectric fiber.

(絶縁性繊維)
本発明の圧電単位は、絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように導電性繊維と圧電性繊維の間に配されることがある。この際、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。また、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配されることもある。本発明での配置順序は通常は、[導電性繊維/圧電性繊維/導電性繊維]であるので、絶縁性繊維は、[絶縁性繊維/導電性繊維/圧電性繊維/導電性繊維]ないし[絶縁性繊維/導電性繊維/圧電性繊維/導電性繊維/絶縁性繊維]として配置される。この際も、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
(Insulating fiber)
The piezoelectric unit of the present invention includes insulating fibers, and the insulating fibers are formed of conductive fibers and piezoelectric fibers so that the conductive fibers in the piezoelectric unit do not contact other conductive fibers and the piezoelectric fibers. May be placed between. At this time, as the insulating fiber, an elastic material and a fiber having a shape can be used for the purpose of improving the flexibility of the cloth. Further, the conductive fibers in the piezoelectric unit may be arranged so as not to contact the conductive fibers and the piezoelectric fibers in other piezoelectric units. Since the arrangement order in the present invention is usually [conductive fiber / piezoelectric fiber / conductive fiber], the insulating fiber is [insulating fiber / conductive fiber / piezoelectric fiber / conductive fiber] or It is arranged as [insulating fiber / conductive fiber / piezoelectric fiber / conductive fiber / insulating fiber]. In this case, as the insulating fiber, an elastic material or a fiber having a shape can be used for the purpose of improving the flexibility of the fabric.

圧電単位にこのように絶縁性繊維を配置することで、圧電単位を複数組み合わせた場合でも導電性繊維が接触することがなく、トランスデューサーとしての性能を向上させることが可能である。   By arranging the insulating fibers in the piezoelectric unit in this manner, even when a plurality of piezoelectric units are combined, the conductive fibers do not come into contact, and the performance as a transducer can be improved.

このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が10Ω・cm以上であれば用いることができ、より好ましくは10Ω・cm以上、さらに好ましくは1010Ω・cm以上がよい。 As such an insulating fiber, a volume resistivity of 10 6 Ω · cm or more can be used, more preferably 10 8 Ω · cm or more, and further 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。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。   Examples of insulating fibers include synthetic fibers such as polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber, polysulfone fiber, polyether fiber, and polyurethane fiber, as well as cotton, hemp, silk, and the like. Natural fibers, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. The present invention is not limited to these, and known insulating fibers can be arbitrarily used. Further, these insulating fibers may be used in combination, or may be combined with non-insulating fibers to obtain fibers having insulating properties as a whole.

絶縁性繊維は、フィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントを用いても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントを用いてもよい。マルチフィラメントとして用いる方が絶縁特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントとして用いる場合、その糸径は1μm〜5000μmであり、好ましくは50μm〜1000μmである。マルチフィラメントとして用いる場合は、その単糸径は0.1μm〜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。   As the insulating fiber, a multifilament obtained by bundling a plurality of filaments may be used, or a monofilament composed of one filament may be used. Use as a multifilament is preferable from the viewpoint of long stability of insulating properties. When used as a monofilament, the yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 50 μm to 1000 μm. When used as a multifilament, the single yarn diameter is 0.1 μm to 5000 μm, and preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 μm to 50 μm. The number of filaments of the multifilament is preferably from 1 to 100,000, more preferably from 5 to 500, and still more preferably from 10 to 100.

また、布帛に柔軟性を持たせる目的で、公知のあらゆる形状の繊維も用いることができる。   Further, for the purpose of imparting flexibility to the fabric, fibers of any known shape can be used.

(圧電単位の組み合わせ形態)
本発明において、複数の並列した圧電単位を含有する織編物であることが好ましい。このような形態であることで、圧電素子として、形状の変形自由度(フレキシブルさ)を向上させることが可能である。
(Combination of piezoelectric units)
In the present invention, a woven or knitted fabric containing a plurality of parallel piezoelectric units is preferable. With such a configuration, it is possible to improve the degree of freedom of shape deformation (flexibility) as a piezoelectric element.

このような織編物形状は複数の圧電単位を含み、圧電素子としての機能を発揮する限り何らの限定は無い。織物形状または編物形状を得るには、通常の織機または編機により製編織すればよい。   Such a woven / knitted shape includes a plurality of piezoelectric units, and is not limited as long as it functions as a piezoelectric element. In order to obtain a woven or knitted shape, knitting and weaving may be performed with a normal loom or knitting machine.

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。   Examples of the woven structure of the woven fabric include a mihara structure such as a plain weave, a twill weave, and a satin weave, a change structure, a single double structure such as a vertical double weave and a horizontal double weave, and a vertical velvet.

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。   The type of the knit may be a circular knit (weft knit) or a warp knit. Preferable examples of the structure of a circular knit (weft knit) include a flat knit, a rubber knit, a double-sided knit, a pearl knit, a tack knit, a floating knit, a one-sided knit, a lace knit, and a spliced knit. Examples of the warp knitting structure include a single denby knit, a single atlas knit, a double cord knit, a half tricot knit, a fleece knit, and a jacquard knit. The number of layers may be a single layer or two or more layers. Further, a raised woven fabric or a raised knitted fabric composed of a raised portion made of a cut pile and / or a loop pile and a ground tissue portion may be used.

なお、圧電単位が織り組織ないし編み組織に組み込まれて存在する場合、圧電性繊維そのものに屈曲部分が存在するが、圧電素子としての圧電性能を効率よく発現させるためには、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が好ましい。従って、織物と編み物とでは織物の方が好ましい。   When the piezoelectric unit is incorporated in a woven or knitted structure, the piezoelectric fiber itself has a bent portion. However, in order to efficiently exhibit the piezoelectric performance as a piezoelectric element, the bending of the piezoelectric fiber is required. The smaller the part, the better. Therefore, a woven fabric is preferable for a woven fabric and a knitted fabric.

この場合でも、上述の通り、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が、圧電性能が効率よく発現することから、織組織としては平織よりは綾織りが好ましく、綾織よりもサテン織(朱子織)が好ましい。特にサテン織(朱子織)のなかでも、飛び数が3〜7の範囲にあると、織組織の保持と圧電性性能とを高い水準で発揮することから好ましい。   Even in this case, as described above, the smaller the bending portion of the piezoelectric fiber, the more efficiently the piezoelectric performance is exhibited. Therefore, the weave structure is preferably a twill weave rather than a plain weave, and a satin weave (satin weave) rather than a twill weave. Is preferred. In particular, among the satin weaves (satin weaves), it is preferable that the number of jumps be in the range of 3 to 7, since the retention of the weave structure and the piezoelectric performance are exhibited at a high level.

なお、織組織は、検出したい形状変化により適宜選択される。例えば曲げを検出したい場合には、平織構造、圧電性繊維と導電性繊維が平行関係であることが好ましく、捩じりを検出したい場合には、朱子織構造、圧電性繊維と導電性繊維が直関係であることが好ましい。 The woven structure is appropriately selected according to the shape change to be detected. For example, when it is desired to detect bending, it is preferable that the plain woven structure, the piezoelectric fiber and the conductive fiber are in a parallel relationship, and when it is desired to detect torsion, the satin woven structure, the piezoelectric fiber and the conductive fiber are preferably it is preferable that a straight exchange relationship.

また、圧電性繊維であるポリ乳酸は帯電しやすいため、誤作動しやすくなる場合がある。このような場合には、信号を取り出そうとする圧電性繊維を接地(アース)して使用することもできる。接地(アース)する方法としては信号を取り出す導電性繊維とは別に、導電性繊維を配置することが好ましい。この場合、導電性繊維の体積抵抗率としては10−1Ω・cm以下であることが好ましく、より好ましくは10−2Ω・cm以下、さらに好ましくは10−3Ω・cm以下である。 In addition, since polylactic acid, which is a piezoelectric fiber, is easily charged, it may easily malfunction. In such a case, the piezoelectric fiber from which a signal is to be taken out can be used by grounding (earthing). As a method of grounding (earthing), it is preferable to arrange a conductive fiber separately from the conductive fiber for extracting a signal. In this case, the volume resistivity of the conductive fiber is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm or less, and still more preferably 10 −3 Ω · cm or less.

(複数の圧電素子)
また、圧電素子を複数並べて用いることも可能である。並べ方としても一次元的に一段で並べても、二次元的に重ねて並べても良く、さらには布状に編織して用いたり、組み紐に製紐したりしてもよい。それによって布状、紐状の圧電素子を実現することも可能となる。布状、紐状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、圧電素子以外の他の繊維と組み合わせて、混繊、交織、交編等を行ってもよく、また、樹脂などに組み込んで使ってもよい。
(Multiple piezoelectric elements)
It is also possible to use a plurality of piezoelectric elements side by side. The arrangement may be one-dimensionally arranged in one step, two-dimensionally superimposed, and further, may be used by knitting and weaving in a cloth shape, or may be braided into a braid. Thereby, a cloth-like or string-like piezoelectric element can be realized. In the form of a cloth or a string, as long as the object of the present invention is achieved, in combination with other fibers other than the piezoelectric element, mixed fiber, cross weaving, cross knitting, or the like may be performed, or incorporated into a resin or the like. May be used in

(表面加工)
圧電単位を含む圧電素子(圧電センサ)を靴の中敷きに使用するにあたっては、圧電素子の織構造を足や靴下との摩擦から保護するため、センサの機能の邪魔にならない範囲で、表面を樹脂等でコーティングしたり、樹脂シート/フィルムで被覆したりすることができる。
(Surface processing)
When a piezoelectric element (piezoelectric sensor) containing a piezoelectric unit is used for the insole of the shoe, the surface of the piezoelectric element is protected within the range that does not interfere with the function of the sensor in order to protect the woven structure of the piezoelectric element from friction with the feet and socks . It can be coated with a resin or the like, or coated with a resin sheet / film.

(圧電素子の適用技術)
本発明のトランスデューサー、すなわち圧電単位を含む圧電素子は、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圧電センサであり、様々な用途に適用できる。
(Applied technology of piezoelectric element)
The transducer of the present invention, that is, the piezoelectric element including the piezoelectric unit is a piezoelectric sensor that can output contact, pressure, and shape change to the surface as an electric signal in any form, and can be used in various applications. Applicable.

例えば、図3は、本発明のトランスデューサーを用いた靴の中敷きを示す機能ブロック図である。靴の中敷き101は、本発明のトランスデューサー11(圧電センサ)と、印加された圧力に応じてトランスデューサー11から出力される電気信号を増幅する増幅手段12と、増幅手段12で増幅された電気信号を出力する出力手段13と、出力手段13から出力された電気信号を外部機器(図示せず)へ無線送信する送信手段14とを備える。送信手段14から無線送信された電気信号は、これを受信する外部機器側で電気的に処理されることとで様々な用途に適用可能である。このように、トランスデューサー11を布帛状の圧電センサとして靴の中敷き101に搭載することで、例えば足の動きや足底の荷重移動を取得できる靴の中敷き型のセンサを得ることができる。   For example, FIG. 3 is a functional block diagram showing a shoe insole using the transducer of the present invention. A shoe insole 101 includes a transducer 11 (piezoelectric sensor) of the present invention, an amplifying unit 12 for amplifying an electric signal output from the transducer 11 in accordance with the applied pressure, and an electric signal amplified by the amplifying unit 12. An output unit 13 for outputting a signal, and a transmission unit 14 for wirelessly transmitting an electric signal output from the output unit 13 to an external device (not shown) are provided. The electric signal wirelessly transmitted from the transmission means 14 is electrically processed by an external device that receives the electric signal, so that the electric signal can be applied to various uses. In this manner, by mounting the transducer 11 on the insole 101 as a cloth-shaped piezoelectric sensor, it is possible to obtain an insole type sensor that can acquire, for example, the movement of the foot and the movement of the load on the sole.

また、例えば、図4は、本発明のトランスデューサーを用いた他の靴の中敷きを示す機能ブロック図である。他の靴の中敷き102は、図3の靴の中敷き101の構成に加えて、他のセンサS15を備える。他のセンサS15は、中敷きに搭載され、取得できるデータの種類がトランスデューサー(圧電センサ)と異なる。他のセンサS15は、例えば加速度センサである。このように、他のセンサS15を靴の中敷き101に更に搭載することで、例えば足の動きや足底の荷重移動だけでなく、例えば足の加速度のデータを取得できる靴の中敷き型のセンサを得ることができる。   Also, for example, FIG. 4 is a functional block diagram showing another shoe insole using the transducer of the present invention. The other shoe insole 102 includes another sensor S15 in addition to the configuration of the shoe insole 101 in FIG. The other sensor S15 is mounted on an insole, and the type of data that can be obtained is different from that of a transducer (piezoelectric sensor). The other sensor S15 is, for example, an acceleration sensor. In this manner, by further mounting the other sensor S15 on the shoe insole 101, for example, a shoe insole type sensor capable of acquiring not only the movement of the foot or the load movement of the sole but also the acceleration of the foot can be provided. Obtainable.

なお、トランスデューサー11(圧電センサ)と増幅手段12と出力手段13と送信手段14と(他のセンサS15と)がデバイス101を構成し、そのデバイス101が靴の中敷きに搭載されていてもよい。言い換えると、中敷きがデバイスそのものであってもよいし、中敷きがデバイスを搭載していてもよい。   Note that the transducer 11 (piezoelectric sensor), the amplifying unit 12, the output unit 13, the transmitting unit 14, and the other sensor S15 constitute a device 101, and the device 101 may be mounted on a shoe insole. . In other words, the insole may be the device itself, or the insole may have the device mounted thereon.

また、増幅手段12、出力手段13、送信手段14、(他のセンサS15)については、まとめて電気信号取り出し用のセンサチップとして構成し、靴の中敷きの土踏まず部分の裏側に取り付ければ、足や靴下の邪魔にはならない。   The amplifying unit 12, the output unit 13, the transmitting unit 14, and the (other sensor S15) are collectively configured as a sensor chip for extracting an electric signal, and are attached to the back of the arch part of the insole of the shoe, so that the Does not interfere with socks.

このように、本発明のトンランスデューサーを備える中敷きにより、例えば、ランニングシューズに使用すれば、走行距離や走行速度のデータ取得と共に、ランニングフォーム改良の援助となるデータをタイムリーに取ることができる。   As described above, by using the insole provided with the tongue transducer of the present invention, for example, when used for running shoes, it is possible to obtain data on the running distance and running speed, and also timely obtain data that assists in running form improvement. .

また、本発明のトランスデューサーは電気信号を出力として取り出すことができるため、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。図5は、本発明のトランスデューサーを発電として用いた靴の中敷きを示す機能ブロック図である。中敷き103は、本発明のトランスデューサー11(圧電センサ)と、印加された圧力に応じてトランスデューサー11から出力される電気信号を増幅する増幅手段12と、増幅手段12で増幅された電気信号を出力する出力手段13とを備える。このような構成により、トランスデューサー11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を他のデバイスを動かすための電力源として用いたりあるいは蓄電装置に蓄電したりすることができる。   In addition, since the transducer of the present invention can take out an electric signal as an output, the transducer can be used as a power source or a power generating element for operating another device. FIG. 5 is a functional block diagram showing a shoe insole using the transducer of the present invention as power generation. The insole 103 includes a transducer 11 (piezoelectric sensor) of the present invention, an amplifying unit 12 that amplifies an electric signal output from the transducer 11 according to the applied pressure, and an electric signal amplified by the amplifying unit 12. Output means 13 for outputting. With such a configuration, an electric signal output due to contact with the surface of the transducer 11, pressure, or shape change can be used as a power source for operating another device or stored in a power storage device.

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、トランスデューサー11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 amplifying unit but also a known signal processing unit such as a unit for removing noise or a unit for processing in combination with another signal can be used. The order of connection of these means can be appropriately changed according to the purpose. Of course, the signal processing may be performed after the electric signal output from the transducer 11 is directly transmitted to the external device.

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 with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

トランスデューサー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重量部に対し、オクチル酸スズを0.005重量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて180℃で2時間反応させ、オクチル酸スズに対し1.2倍当量のリン酸を添加しその後、13.3Paで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ−L−乳酸(PLLA1)を得た。得られたPLLA1の重量平均分子量は15.2万、ガラス転移点(Tg)は55℃、融点は175℃であった。
The fabric for the transducer was manufactured by the following method.
(Production of polylactic acid)
The polylactic acid used in the examples was produced by the following method.
To 100 parts by weight of L-lactide (manufactured by Musashino Chemical Laboratory Co., Ltd., optical purity 100%), 0.005 part by weight of tin octylate was added, and the mixture was heated to 180 ° C. in a nitrogen atmosphere in a reactor equipped with a stirring blade. For 2 hours, phosphoric acid in an amount equivalent to 1.2 times the amount of tin octylate was added, and then the remaining lactide was removed under reduced pressure at 13.3 Pa, and chips were formed to obtain poly-L-lactic acid (PLLA1). . The weight average molecular weight of the obtained PLLA1 was 150,000, the glass transition point (Tg) was 55 ° C., and the melting point was 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20g/minで吐出し、887m/minにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を80℃、2.3倍に延伸し、100℃で熱固定処理することにより84dTex/24filamentのマルチフィラメント一軸延伸糸を得、このマルチフィラメント一軸延伸糸を8束まとめて圧電性繊維Aとした。
(Piezoelectric fiber)
PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 24-hole cap at a rate of 20 g / min, and was taken out at 887 m / min. The undrawn multifilament yarn is stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 100 ° C. to obtain a 84 dTex / 24 filament multifilament uniaxially drawn yarn. The piezoelectric fiber A was used.

(導電性繊維)
東邦テナックス(株)製の炭素繊維マルチフィラメントである品名『HTS40 3K』を導電性繊維Bとして用いた。当該導電性繊維Bは直径7.0μmのフィラメント3000本を1束としたマルチフィラメントであり、体積抵抗率は1.6×10−3Ω・cmであった。
(Conductive fiber)
The conductive fiber B was HTS403K, a product name of carbon fiber multifilament manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. The conductive fiber B was a multifilament including 3000 filaments having a diameter of 7.0 μm as one bundle, and had a volume resistivity of 1.6 × 10 −3 Ω · cm.

(絶縁性繊維)
280℃にて溶融させたポリエチレンテレフタレートを48ホールのキャップから45g/minで吐出し、800m/minにて引き取った。この未延伸糸を80℃、2.5倍に延伸し、180℃で熱固定処理することによりすることにより167dTex/48フィラメントのマルチフィラメント延伸糸を得、このマルチフィラメント延伸糸を4束まとめて絶縁性繊維Cとした。
(Insulating fiber)
Polyethylene terephthalate melted at 280 ° C. was discharged from a 48-hole cap at a rate of 45 g / min, and was taken out at a rate of 800 m / min. This undrawn yarn is drawn 2.5 times at 80 ° C. and heat-set at 180 ° C. to obtain a multi-filament drawn yarn of 167 dTex / 48 filaments. Insulating fiber C was used.

(実施例1)
図1に示すように経糸に絶縁性繊維Cを配し、緯糸に圧電性繊維A、導電性繊維Bおよび絶縁性繊維Cを交互に配した綾織物を作製した。
(Example 1)
As shown in FIG. 1, a twill woven fabric was prepared in which insulating fibers C were arranged in the warp and piezoelectric fibers A, conductive fibers B and insulating fibers C were alternately arranged in the weft.

また、図2に示すように、図1の綾織物112を運動靴の中敷きと同じ大きさに切断し、中敷き本体111と貼り合わせた。その綾織物112には、電気信号取り出し用のセンサチップとして、加速度センサが内蔵されたタイプのセンサチップ113が土踏まず部分の裏側に取り付けられている。   Further, as shown in FIG. 2, the twill fabric 112 of FIG. 1 was cut into the same size as the insole of the athletic shoe, and bonded to the insole body 111. On the twill fabric 112, a sensor chip 113 having a built-in acceleration sensor as a sensor chip for extracting an electric signal is attached to the back of the arch portion.

その結果、この運動靴の中敷きでは、活動量の信号と共に、運動時の足底への荷重移動に起因する電気信号を確認することができた。   As a result, with the insole of this athletic shoe, it was possible to confirm not only the signal of the amount of activity but also the electric signal resulting from the movement of the load to the sole during exercise.

2 導電性繊維
3 絶縁性繊維
11 トランスデューサー
12 増幅手段
13 出力手段
14 送信手段
15 センサS
101、102、103 デバイス
110 靴の中敷き
111 中敷き本体
112 綾織物
113 センサチップ
2 Conductive fiber 3 Insulating fiber 11 Transducer 12 Amplifying means 13 Output means 14 Transmitting means 15 Sensor S
101, 102, 103 Device 110 Shoe insole 111 Insole body 112 Twill fabric 113 Sensor chip

Claims (16)

靴の中敷き本体と、
前記中敷き本体に搭載された布帛状または組紐状の圧電センサと、
を備える靴の中敷きであって、前記圧電センサが、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含
前記圧電センサと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサ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、
を含むデバイスを備える、中敷き。
With the insole body,
A cloth-shaped or braid-shaped piezoelectric sensor mounted on the insole body,
A shoe insoles comprising said piezoelectric sensor is seen containing a piezoelectric units are arranged on substantially the same plane as the conductive fiber and a piezoelectric fiber to provide an electrical connection,
The piezoelectric sensor;
Amplifying means for amplifying an electric signal output from the piezoelectric sensor according to the applied pressure;
Output means for outputting the electric signal amplified by the amplification means,
An insole with a device that includes a .
前記中敷き本体に搭載され、取得できるデータの種類が前記圧電センサと異なる他のセンサを更に備える、請求項1記載の靴の中敷き。   The shoe insole according to claim 1, further comprising another sensor mounted on the insole body and having a type of data that can be obtained and different from the piezoelectric sensor. 前記他のセンサが加速度センサである、請求項2記載の靴の中敷き。   3. An insole according to claim 2, wherein said other sensor is an acceleration sensor. 前記圧電単位は2本の前記導電性繊維および1本の前記圧電性繊維を含み、前記導電性繊維、前記圧電性繊維および前記導電性繊維が、この順序に配置されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The piezoelectric unit includes two conductive fibers and one piezoelectric fiber, and the conductive fiber, the piezoelectric fiber, and the conductive fiber are arranged in this order. 3. The insole according to any one of the above items 3. 前記導電性繊維および前記圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有している、請求項1〜4のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The shoe insole according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive fiber and the piezoelectric fiber have a contact point in physical contact with each other. 前記圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および/または圧電性繊維に対して電気的接続しないように、絶縁性繊維が配置されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   Insulating fibers are arranged such that the conductive fibers in the piezoelectric unit are not electrically connected to the conductive fibers and / or piezoelectric fibers in other piezoelectric units. An insole according to any one of the preceding claims. 前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The insole according to any one of claims 1 to 6, wherein the piezoelectric fibers mainly include polylactic acid. 前記圧電性繊維が主として光学純度99%以上のポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The insole according to any one of claims 1 to 7, wherein the piezoelectric fibers mainly include poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid having an optical purity of 99% or more. 前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   9. The insole according to any one of claims 1 to 8, wherein the piezoelectric fibers are uniaxially oriented and include crystals. 前記導電性繊維が金属メッキ繊維である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The insole according to any one of claims 1 to 9, wherein the conductive fiber is a metal-plated fiber. 前記圧電センサは複数の前記圧電単位を含有する織編物である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The shoe insole according to any one of claims 1 to 10, wherein the piezoelectric sensor is a woven or knitted fabric containing a plurality of the piezoelectric units. 前記織編物が織物を含み、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織のいずれかである、請求項11記載の靴の中敷き。   The insole according to claim 11, wherein the woven or knitted fabric comprises a woven fabric, and the woven structure is any of a plain weave, a twill weave, a satin weave, and a composite structure thereof. 前記織編物が編物を含み、その種類が、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編および添え毛編ならびにそれらの複合組織からなる群から選ばれた組織を有する緯編物、又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、裏毛編およびジャガード編ならびにそれらの複合組織からなる群から選ばれた組織を有する経編物である、請求項11記載の靴の中敷き。   The woven or knitted fabric includes a knitted fabric, and the type thereof is selected from the group consisting of flat knitting, rubber knitting, double-sided knitting, pearl knitting, tack knitting, floating knitting, one-sided knitting, lace knitting, spliced knitting, and composite structures thereof. Or a warp knit having a structure selected from the group consisting of a single denby knit, a single atlas knit, a double cord knit, a half tricot knit, a fleece knit and a jacquard knit and a composite structure thereof. An insole according to claim 11. 前記圧電センサは複数の前記織編物を組み合わせて用いる、請求項11〜13のいずれか一項に記載の靴の中敷き。   The insole according to any one of claims 11 to 13, wherein the piezoelectric sensor uses a plurality of the woven or knitted articles in combination. 前記デバイスは、前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の靴の中敷き。 The insole according to any one of claims 1 to 14, wherein the device further includes a transmission unit configured to transmit an electric signal output from the output unit to an external device. 前記圧電センサと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサから電気信号を出力する出力手段と、
前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段と、
を含むデバイスを備える、請求項1〜14のいずれか一項に記載の靴の中敷き。
The piezoelectric sensor;
Output means for outputting an electric signal from the piezoelectric sensor according to the applied pressure;
Transmission means for transmitting the electric signal output from the output means to an external device,
15. An insole according to any one of the preceding claims, comprising a device comprising:
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