JP6689119B2 - Piezoelectric element using braid form and device using them - Google Patents
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- Braiding, Manufacturing Of Bobbin-Net Or Lace, And Manufacturing Of Nets By Knotting (AREA)
Description
本発明は、圧電性繊維を用いた組紐を導電層で被覆した端子付き組紐状圧電素子、該端子付き組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子、およびそれらを用いたデバイスに関する。 The present invention relates to a braid-like piezoelectric element with a terminal in which a braid using a piezoelectric fiber is covered with a conductive layer, a cloth-like piezoelectric element using the braid-like piezoelectric element with a terminal, and a device using them.
近年、いわゆるウェアラブルセンサーが注目を浴びており、眼鏡型や腕時計といった形状の商品が世に出始めた。しかし、これらのデバイスは、装着しているという感覚があり、究極のウェアラブルである、布状、つまり衣類のような形状のものが望まれている。そのようなセンサーとして、圧電性繊維の圧電効果を用いた圧電素子が知られている。例えば、特許文献1には、2本の導電性繊維および1本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有しつつ、略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子が開示されている。また、特許文献2には、圧電高分子からなる繊維状物、または成形物であり、これの軸方向に付加される張力によって圧電性を発生させるために、かかる張力の付加方向と異なる方向に捩りを加えて構成したことを特徴とする圧電材が開示されている。
In recent years, so-called wearable sensors have been attracting attention, and eyeglass-shaped and wristwatch-shaped products have begun to appear. However, these devices have a feeling of being worn and are desired to be cloth-like, that is, clothing-like, which is the ultimate wearable. As such a sensor, a piezoelectric element using the piezoelectric effect of piezoelectric fibers is known. For example,
一方、近年、いわゆるタッチパネル方式を採用した入力装置、すなわちタッチ式入力装置が大幅に増加している。銀行ATMや駅の券売機のみならず、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤなどにおいて、薄型ディスプレイ技術の発展と相まって、入力インターフェースとしてタッチパネル方式を採用した機器が大幅に増加している。そのようなタッチパネル方式を実現する手段として、圧電シートや圧電性繊維を用いる方式が知られている。例えば、特許文献3には、所定方向に向く延伸軸を有するL型ポリ乳酸からなる圧電シートを用いるタッチパネルが開示されている。
On the other hand, in recent years, the number of input devices that employ a so-called touch panel system, that is, touch-type input devices, has significantly increased. In addition to bank ATMs and station ticket vending machines, smartphones, mobile phones, portable game consoles, portable music players, and the like, along with the development of thin display technology, the number of devices using a touch panel as an input interface has increased significantly. . As a means for realizing such a touch panel method, a method using a piezoelectric sheet or a piezoelectric fiber is known. For example,
これらウェアラブルセンサーやタッチパネル方式のセンサーでは、圧電材料に印加される小さな変形により圧電材料内に生じる小さな応力に対しても、大きな電気信号を取り出すことが望まれる。例えば、指の曲げ伸ばし動作や指などで表面を擦る行為により圧電材料に生じる比較的小さな応力によっても大きな電気信号を安定的に取り出すことが望まれる。 In these wearable sensors and touch panel type sensors, it is desired to extract a large electric signal even for a small stress generated in the piezoelectric material due to a small deformation applied to the piezoelectric material. For example, it is desired to stably extract a large electric signal even with a relatively small stress generated in the piezoelectric material by bending and stretching a finger or rubbing the surface with a finger or the like.
特許文献1の圧電性繊維は、様々な用途に適用可能な優れた素材であるが、比較的小さな変形で生じる応力に対して大きい電気信号を出力できるとは必ずしもいえず、大きな電気信号を得る技術についても明示していない。また、特許文献1に記載の圧電素子は、信号線となる導電性繊維がむき出しであり、それゆえノイズ信号を抑制するためには、別途ノイズシールド構造を構築する必要がある。したがって、特許文献1に記載の圧電素子では、実用化に対して依然として改善の余地があった。
Although the piezoelectric fiber of
特許文献2の圧電性繊維は、特殊な製造方法で圧電性繊維をあらかじめ捩じらせておくことにより、圧電性繊維への引張や圧縮に対して電気信号を出力できる。しかし、特許文献2には、圧電性繊維を曲げたり伸ばしたりする屈曲や、圧電性繊維の表面を擦る行為によるせん断応力に対して十分な電気信号を発生させる技術は開示されていない。したがって、このような圧電性繊維を用いた場合、表面を擦るような比較的小さい変形で生じる応力だけで十分な電気信号を取り出すことは困難である。
The piezoelectric fiber disclosed in
特許文献3の圧電シートは、圧電シートに対する変形(応力)によって電気信号を出力できる。しかしながら、そもそもシート状であるために柔軟性に乏しく布のように自由に屈曲できるような使い方は不可能である。
The piezoelectric sheet of
本発明の目的は、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能で、ノイズ信号を抑制可能な繊維状の圧電素子を提供することにある。さらに、この素子を信号検出回路に効率的に接続することを可能にした端子付き圧電素子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fibrous piezoelectric element capable of extracting a large electric signal and suppressing a noise signal even by a stress generated by a relatively small deformation. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric element with a terminal that enables this element to be efficiently connected to a signal detection circuit.
本発明者らは、導電性繊維と圧電性繊維との組み合わせとして、芯となる導電性繊維の表面を組紐状の圧電性繊維で被覆し、更にその周囲に導電層を設けた圧電素子により効率よく電気を取り出すことが可能で、更にノイズ信号を抑制できることを発見した。
また、絶縁被覆導線に端子を付ける技術は種々開示されているが、圧電性繊維により組紐状に被覆され、更にその周囲に導電層を設けた導電性繊維に端子を接続する場合、従来の技術をそのまま適用すると被覆除去の困難さ、鞘部の繊維に由来する特性および圧電性由来のノイズの点から適用困難であることが判明した。さらに、回路のグランド端子から周囲の導電層へ単に配線をするのみでは、端子部でのノイズの混入を妨げることができないばかりか、煩雑な配線作業に伴い圧電性繊維が解け、圧電素子としての機能が失われやすいことが判明した。そこで接続部の鞘部の繊維および周囲の導電層を一括して固定しながら芯部導線および周囲の導電層のそれぞれに接続された端子の電気的接続を確保できるような特定の構造とすることでこの問題を解決できることを突き止めた。
さらにウェアラブルデバイスに適用する際に、圧電素子の端子部と布帛などの柔軟性基材への固定部との距離を縮めることで、組紐状の圧電性繊維の不安定さに由来するノイズを低減できることを突き止めた。
さらに高機能なウェアラブルデバイスとするため、組紐を複数備えたデバイスを効率的に作成でき、かつ回路との接続・切り離しが容易となる方法を発明し、本発明を完成させた。
As a combination of the conductive fiber and the piezoelectric fiber, the inventors of the present invention efficiently coat the surface of the conductive fiber serving as the core with the braided piezoelectric fiber and further provide a conductive layer around the piezoelectric element to improve the efficiency. We discovered that electricity can be extracted well and that noise signals can be suppressed.
In addition, various techniques for attaching a terminal to an insulation-coated conductor wire have been disclosed. However, when the terminal is connected to a conductive fiber that is covered with a piezoelectric fiber in a braided shape and a conductive layer is further provided around the braided wire, the conventional technique It was found that the above method is difficult to apply from the viewpoints of difficulty in removing the coating, characteristics of fibers of the sheath portion and noise of piezoelectricity. Furthermore, not only can the wiring from the ground terminal of the circuit to the surrounding conductive layer be prevented from interfering with noise at the terminal portion, but also the piezoelectric fiber can be unraveled as a result of complicated wiring work, and as a piezoelectric element, It turned out to be easy to lose functionality. Therefore, a specific structure should be adopted so that the electrical connection of the terminals connected to the core conductor and the surrounding conductive layer can be secured while fixing the fibers in the sheath of the connecting portion and the surrounding conductive layer at once. I found that can solve this problem.
Furthermore, when applied to wearable devices, by reducing the distance between the terminal of the piezoelectric element and the fixed part to the flexible substrate such as cloth, noise due to instability of the braided piezoelectric fiber is reduced. I figured out what I could do.
The present invention has been completed by inventing a method that can efficiently create a device having a plurality of braids and facilitates connection and disconnection with a circuit in order to make a wearable device with higher functionality.
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
1.導電性繊維で形成された芯部と、
該芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部と、
該鞘部の周囲に設けられた導電層と、
を備えた圧電素子であって、該芯部に接続固定された信号用金属製端子と、該導電層に接続固定されたシールド用金属製端子とをさらに備え、該信号用金属製端子と該シールド用金属製端子とが絶縁体を介して互いに固定された、圧電素子。
2.前記導電層による前記鞘部の被覆率が25%以上である、上記1に記載の圧電素子。
3.前記導電層が繊維で形成されている、上記1または2に記載の圧電素子。
4.前記シールド用金属製端子が、前記信号用金属製端子を絶縁体を介して覆って保持している、上記1〜3のいずれか一項に記載の圧電素子。
5.前記信号用金属製端子は、次のA、Bいずれかの様態で接続固定され、かつ、該信号用金属製端子または該信号用金属製端子に固定された部品により固定された該圧電素子の部分の端部において、該鞘部の組織が解けて該芯部から離れた圧電性繊維が、該鞘部の圧電性繊維全体の20%未満である部分を有する、上記1〜4のいずれか一項に記載の圧電素子。
A)該圧電素子の末端部分を構成する繊維の長さ0.5mm以上の部分を、該信号用金属製端子の一部が把持し、該把持部分または該把持部分から1mm以内の場所において、該圧電素子の芯部と該信号用金属製端子とが直接あるいは導電性材料を介して間接的に電気接続され固定された様態
B)該信号用金属製端子の一部がフォーク状あるいは針状であり、このフォーク状部分または針状部分が該圧電素子の該鞘部に接触しながら該芯部の導電性繊維と直接または導電性材料を介して間接的に接続され、この接続箇所から10mm以内の場所において、該信号用金属製端子の別の部位または該信号用金属製端子に固定された部品により該圧電素子が該信号用金属製端子に固定された様態
6.該芯部と該信号用金属製端子との接続部分から5mm以内にある該鞘部の圧電性繊維の一部または全部が繊維形状を失い融着した、上記1〜5のいずれか一項に記載の圧電素子。
7.該鞘部の表面にはんだまたは導電ペーストからなる、該芯部と電気的に接続された導電性材料を備えており、該鞘部の表面に備えられた該導電性材料と該信号用金属製端子とが接触することで該芯部と該信号用金属製端子とが間接的に電気接続されている、上記1〜6のいずれか一項に記載の圧電素子。
8.上記1〜7のいずれか一項に記載の圧電素子を含む布帛を備える圧電素子において、該信号用金属製端子あるいはシールド用金属製端子が該圧電素子に固定された部分から長さ10mm以内の範囲において、該圧電素子の少なくとも一部が布帛状基材に固定された、圧電素子。
9.上記1〜7のいずれか一項に記載の圧電素子が、2本以上、略平行に配置され、それぞれの圧電素子に接続された2つ以上の信号用金属製端子が1つのコネクタハウジングにまとめられ、一括して別のコネクタと接続可能にされている、上記1〜8のいずれか一項に記載の圧電素子。
10.上記1〜7のいずれか一項に記載の圧電素子が、織布あるいは編地を構成する糸の一部として2本以上略平行に配置された、上記9に記載の圧電素子。
11.圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、
前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は15°以上、75°以下である、上記1〜10のいずれか一項に記載の圧電素子。
12.前記圧電性繊維の総繊度は、前記導電性繊維の総繊度の1倍以上、20倍以下である、上記1〜11のいずれか一項に記載の圧電素子。
13.前記圧電性繊維の一本あたり繊度は、前記導電性繊維の総繊度の1/20倍以上、2倍以下である、上記1〜12のいずれか一項に記載の圧電素子。
14.前記圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、上記8〜10のいずれか一項に記載の圧電素子。
15.前記導電性繊維が、前記圧電素子と交差する繊維のうちの30%以上を構成する、上記14に記載の圧電素子。
16.上記1〜15のいずれか一項に記載の圧電素子と、
印加された圧力に応じて前記圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。
That is, the present invention includes the following inventions.
1. A core formed of conductive fibers,
A sheath portion formed of a braided piezoelectric fiber so as to cover the core portion,
A conductive layer provided around the sheath,
A piezoelectric element including: a signal metal terminal connected and fixed to the core portion; and a shield metal terminal connected and fixed to the conductive layer, the signal metal terminal and the signal metal terminal A piezoelectric element in which a metal terminal for shielding is fixed to each other via an insulator.
2. 2. The piezoelectric element according to 1 above, wherein a coverage of the sheath with the conductive layer is 25% or more.
3. 3. The piezoelectric element according to 1 or 2, wherein the conductive layer is made of fiber.
4. 4. The piezoelectric element according to any one of 1 to 3 above, wherein the shield metal terminal covers and holds the signal metal terminal via an insulator.
5. The signal metal terminal is connected and fixed in one of the following modes A and B, and the piezoelectric element is fixed by the signal metal terminal or a component fixed to the signal metal terminal. Any one of the above 1 to 4, wherein at the end of the portion, the piezoelectric fibers that have been loosened from the sheath and separated from the core have a portion that is less than 20% of the entire piezoelectric fibers of the sheath. The piezoelectric element according to one item.
A) A part of the signal metal terminal grips a part having a length of 0.5 mm or more of a fiber constituting the end part of the piezoelectric element, and the grip part or a place within 1 mm from the grip part, A state in which the core portion of the piezoelectric element and the signal metal terminal are electrically connected and fixed directly or indirectly through a conductive material B) A part of the signal metal terminal is fork-shaped or needle-shaped The fork-shaped portion or the needle-shaped portion is connected to the conductive fiber of the core portion directly or indirectly through a conductive material while being in contact with the sheath portion of the piezoelectric element, and 10 mm from this connection point. 5. A mode in which the piezoelectric element is fixed to the signal metal terminal by another part of the signal metal terminal or a part fixed to the signal metal terminal in a place within In any one of 1 to 5 above, a part or all of the piezoelectric fiber of the sheath portion within 5 mm from a connection portion between the core portion and the signal metal terminal is fused and fused. The piezoelectric element described.
7. The surface of the sheath is provided with a conductive material made of solder or a conductive paste and electrically connected to the core, and the conductive material provided on the surface of the sheath and the signal metal. 7. The piezoelectric element according to any one of 1 to 6 above, wherein the core portion and the signal metal terminal are indirectly electrically connected by contact with the terminal.
8. A piezoelectric element comprising a cloth including the piezoelectric element according to any one of 1 to 7 above, wherein the signal metal terminal or the shield metal terminal has a length of 10 mm or less from a portion fixed to the piezoelectric element. In the range, at least a part of the piezoelectric element is fixed to a fabric-like substrate.
9. Two or more piezoelectric elements according to any one of the above 1 to 7 are arranged substantially in parallel, and two or more metal terminals for signals connected to the respective piezoelectric elements are collected in one connector housing. The piezoelectric element according to any one of 1 to 8 above, which is capable of being collectively connected to another connector.
10. 10. The piezoelectric element according to 9 above, wherein two or more of the piezoelectric elements according to any one of 1 to 7 above are arranged substantially parallel to each other as a part of a yarn constituting a woven fabric or a knitted fabric.
11. Piezoelectric fiber contains polylactic acid as the main component,
11. The piezoelectric element according to any one of 1 to 10 above, wherein a winding angle of the piezoelectric fiber with respect to the conductive fiber is 15 ° or more and 75 ° or less.
12. 12. The piezoelectric element according to any one of 1 to 11 above, wherein the total fineness of the piezoelectric fibers is 1 to 20 times the total fineness of the conductive fibers.
13. 13. The piezoelectric element according to any one of 1 to 12 above, wherein the fineness per piezoelectric fiber is not less than 1/20 times and not more than 2 times the total fineness of the conductive fibers.
14. 11. The piezoelectric element according to any one of 8 to 10 above, further comprising a conductive fiber that intersects and contacts at least a part of the piezoelectric element.
15. 15. The piezoelectric element according to the above 14, wherein the conductive fiber constitutes 30% or more of the fiber intersecting with the piezoelectric element.
16. The piezoelectric element according to any one of 1 to 15 above,
An amplifying unit that amplifies an electric signal output from the piezoelectric element according to the applied pressure,
Output means for outputting the electric signal amplified by the amplifying means,
Device with.
本発明により、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能で、更にノイズ信号を抑制できる繊維状の端子付き圧電素子を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fibrous piezoelectric element with a terminal capable of extracting a large electric signal and suppressing a noise signal even by a stress generated by a relatively small deformation.
(組紐状圧電素子)
図1は実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
組紐状圧電素子1は、導電性繊維Bで形成された芯部3と、芯部3を被覆するように組紐状の圧電性繊維Aで形成された鞘部2と、鞘部2を被覆する導電層4とを備えている。
導電層4による鞘部2の被覆率は25%以上が好ましい。ここで被覆率とは、導電層4を鞘部2へ投影した際の導電層4に含まれる導電性領域の面積と鞘部2の表面積の比率であり、その値は25%以上が好ましく、50%以上がより好ましく、75%以上であることがさらに好ましい。導電層4の被覆率が25%を下回るとノイズ信号の抑制効果が十分に発揮されない場合がある。導電性領域が導電層4の表面へ露出していない場合、例えば導電性領域を内包する繊維を導電層4として使用して鞘部2を被覆している場合は、その繊維の鞘部2へ投影した際の面積と鞘部2の表面積の比率を被覆率とすることができる。
(Braid-shaped piezoelectric element)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a braided piezoelectric element according to an embodiment.
The braided
The coverage of the
導電性領域とは、導電層4に含まれる導電性を担う部分であり、例えば、導電層4を導電性繊維と絶縁性繊維とで構成した場合の導電性繊維部分をさす。
The conductive region is a part that is responsible for conductivity contained in the
組紐状圧電素子1では、少なくとも一本の導電性繊維Bの外周面を多数の圧電性繊維Aが緻密に取り巻いている。特定の理論に束縛されるものではないが、組紐状圧電素子1に変形が生じると、多数の圧電性繊維Aそれぞれに変形による応力が生じ、それにより多数の圧電性繊維Aそれぞれに電場が生じ(圧電効果)、その結果、導電性繊維Bを取り巻く多数の圧電性繊維Aの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維Bに生じるものと推測される。すなわち圧電性繊維Aの組紐状の鞘部2を用いない場合と比較して導電性繊維Bからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子1では、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能となる。なお、導電性繊維Bは複数本であってもよい。
In the braided
ここで、圧電性繊維Aは主成分としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主成分として」とは、圧電性繊維Aの成分のうち最も多い成分がポリ乳酸であるとの意味である。ポリ乳酸中の乳酸ユニットは90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましく、98モル%以上がさらに好ましい。 Here, the piezoelectric fiber A preferably contains polylactic acid as a main component. “As a main component” means that polylactic acid is the most abundant component of the components of the piezoelectric fiber A. The lactic acid unit in the polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, still more preferably 98 mol% or more.
また、導電性繊維Bに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下であることが好ましい。すなわち、導電性繊維B(芯部3)の中心軸CLの方向に対して、圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下であることが好ましい。ただし、本実施形態では、導電性繊維Bの中心軸CLは、圧電性繊維Aの組紐(鞘部2)の中心軸(以下、「組紐軸」ともいう。)と重なることから、圧電性繊維Aの組紐軸の方向に対して、圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下であることが好ましい、ということもできる。より大きな電気信号を取り出す観点からは、角度αは25°以上、65°以下であることがより好ましく、35°以上、55°以下であることがさらに好ましく、40°以上、50°以下であることがとりわけ好ましい。角度αがこの角度範囲を外れると、圧電性繊維Aに生じる電界が著しく低下し、それにより導電性繊維Bで得られる電気信号が著しく低下してしまうからである。
なお、上記角度αについては、鞘部2を形成する圧電性繊維Aの主方向と導電性繊維Bの中心軸CLとのなす角ともいうことができ、圧電性繊維Aの一部が弛んでいたり、毛羽だっていてもよい。
The winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the conductive fiber B is preferably 15 ° or more and 75 ° or less. That is, the winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the direction of the central axis CL of the conductive fiber B (core portion 3) is preferably 15 ° or more and 75 ° or less. However, in the present embodiment, since the central axis CL of the conductive fiber B overlaps with the central axis of the braid (sheath portion 2) of the piezoelectric fiber A (hereinafter, also referred to as “braid axis”), the piezoelectric fiber. It can be said that the winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the direction of the braid axis of A is preferably 15 ° or more and 75 ° or less. From the viewpoint of extracting a larger electric signal, the angle α is more preferably 25 ° or more and 65 ° or less, further preferably 35 ° or more and 55 ° or less, and 40 ° or more and 50 ° or less. Is particularly preferred. This is because if the angle α is out of this angle range, the electric field generated in the piezoelectric fiber A is significantly reduced, and the electric signal obtained by the conductive fiber B is significantly reduced.
The angle α can also be referred to as an angle formed by the main direction of the piezoelectric fiber A forming the
ここで、圧電性繊維Aに生じる電界が著しく低下する理由は以下のとおりである。圧電性繊維Aはポリ乳酸を主成分とし、圧電性繊維Aの繊維軸の方向に一軸配向している。ここで、ポリ乳酸は、その配向方向(この場合には圧電性繊維Aの繊維軸の方向)に対してせん断応力が生じた場合に電界を生じるが、その配向方向に対して引張応力や圧縮応力が生じた場合に電界をあまり生じない。したがって、組紐軸の方向に平行に変形したときに圧電性繊維Aにせん断応力が生じるようにするためには、圧電性繊維A(ポリ乳酸)の配向方向が組紐軸に対して所定の角度範囲にあることがよいと推測される。 Here, the reason why the electric field generated in the piezoelectric fiber A is significantly reduced is as follows. The piezoelectric fiber A contains polylactic acid as a main component and is uniaxially oriented in the fiber axis direction of the piezoelectric fiber A. Here, polylactic acid generates an electric field when shear stress is generated in the orientation direction (in this case, the direction of the fiber axis of the piezoelectric fiber A), but tensile stress or compression is applied in the orientation direction. When a stress is generated, an electric field is not generated so much. Therefore, in order to cause shear stress in the piezoelectric fiber A when it is deformed parallel to the direction of the braid axis, the orientation direction of the piezoelectric fiber A (polylactic acid) is set in a predetermined angle range with respect to the braid axis. It is presumed that it is good to be in.
なお、組紐状圧電素子1では、本発明の目的を達成する限り、鞘部2では圧電性繊維A以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよいし、芯部3では導電性繊維B以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
In the braid-shaped
導電性繊維Bの芯部3と組紐状の圧電性繊維Aの鞘部2と、鞘部2を被覆する導電層4とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はない。例えば、その組紐状圧電素子は製造において連続的に製造され、その後に必要な長さに切断して利用してもよい。組紐状圧電素子の長さは1mm〜10m、好ましくは、5mm〜2m、より好ましくは1cm〜1mである。長さが短過ぎると繊維形状である利便性が失われ、また、長さが長過ぎると導電性繊維Bの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。
There is no particular limitation on the length of the braid-shaped piezoelectric element including the
以下、各構成について詳細に説明する。
(導電性繊維)
導電性繊維Bとしては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられる。導電性繊維Bとしては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
(Conductive fiber)
The conductive fiber B may be any one as long as it exhibits conductivity, and any known fiber can be used. Examples of the conductive fibers B include metal fibers, fibers made of a conductive polymer, carbon fibers, fibers made of a polymer in which a fibrous or granular conductive filler is dispersed, or a conductive material on the surface of a fibrous material. A fiber provided with a layer having Examples of the method for providing the conductive layer on the surface of the fibrous material include metal coating, conductive polymer coating, and winding of conductive fibers. Among them, the metal coat is preferable from the viewpoint of conductivity, durability, flexibility and the like. Specific methods for coating the metal include vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, but plating is preferable from the viewpoint of productivity. Fibers plated with such a metal can be referred to as metal-plated fibers.
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 coated with a 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 known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.
ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、およびこれらの混合物や合金などを用いることができる。 Any metal may be used as the metal coated on the base fiber, as long as it exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention. For example, gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, etc., or a mixture or alloy thereof can be used.
導電性繊維Bに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。 When the metal fiber-coated organic fiber having bending resistance is used as the conductive fiber B, the conductive fiber is hardly broken, and the durability and safety as a sensor using a piezoelectric element are excellent.
導電性繊維Bはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよいし、一本の紡績糸でも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)としてもよくさらに、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸としてもよい。マルチフィラメントの方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントまたは1本の紡績糸の場合、その単糸径は1μm〜5000μmであり、好ましくは2μm〜100μmである。さらに好ましくは3μm〜50μmである。マルチフィラメント、糸束形態、長短複合糸の場合、フィラメントないし糸数としては、1本〜100000本が好ましく、より好ましくは5本〜500本、さらに好ましくは10本〜100本である。ただし、導電性繊維Bの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部3の繊度・本数であり、複数本のモノフィラメントで形成されるマルチフィラメントも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)も、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸も、いずれも一本の導電性繊維Bと数えるものとする。ここで芯部3とは、導電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
The conductive fiber B may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of one filament, or a single spun yarn or a yarn bundle in which a plurality of spun yarns are bundled. It may be in a form (including twisted yarn), or may be a long / short composite yarn in which a filament and a spun yarn are combined. The multifilament is preferable from the viewpoint of long-term stability of electric characteristics. In the case of a monofilament or one spun yarn, the single yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 μm to 50 μm. In the case of a multifilament, a yarn bundle form, and a long / short composite yarn, the number of filaments or yarns is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and further preferably 10 to 100. However, the fineness and the number of the conductive fibers B are the fineness and the number of the
繊維の直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維Bの断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。 When the diameter of the fiber is small, the strength is lowered and the handling becomes difficult, and when the diameter is large, the flexibility is sacrificed. The cross-sectional shape of the conductive fiber B is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of designing and manufacturing the piezoelectric element, but is not limited to this.
また、圧電性高分子からの電気出力を効率よく取り出すため、電気抵抗は低いことが好ましく、体積抵抗率としては10−1Ω・cm以下であることが好ましく、より好ましくは10−2Ω・cm以下、さらに好ましくは10−3Ω・cm以下である。ただし、電気信号の検出で十分な強度が得られるのであれば導電性繊維Bの抵抗率はこの限りではない。 Further, in order to efficiently take out the electric output from the piezoelectric polymer, the electric resistance is preferably low, the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, and more preferably 10 −2 Ω · cm or less, more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity of the conductive fiber B is not limited to this as long as sufficient strength can be obtained by detecting the electric signal.
導電性繊維Bは、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはJIS L1013:2010 8.6の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、0.5cN/dtex以上であることが好ましく、1.0cN/dtex以上であることがより好ましく、1.5cN/dtex以上であることがさらに好ましく、2.0cN/dtex以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック(株)製KES―FB2純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス(株)製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)HTS40−3Kよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が0.05×10−4N・m2/m以下であることが好ましく、0.02×10−4N・m2/m以下であることがより好ましく、0.01×10−4N・m2/m以下であることがさらに好ましい。 The conductive fiber B must be resistant to repeated bending and twisting movements for the purposes of this invention. As the index, one having a higher knot strength is preferred. The knot strength can be measured by the method of JIS L1013: 2010 8.6. The degree of knot strength suitable for the present invention is preferably 0.5 cN / dtex or more, more preferably 1.0 cN / dtex or more, and further preferably 1.5 cN / dtex or more. , 2.0 cN / dtex or more is most preferable. Further, as another index, one having a smaller bending rigidity is preferred. The bending rigidity is generally measured by a measuring device such as KES-FB2 pure bending tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd. The degree of bending rigidity suitable for the present invention is preferably smaller than that of carbon fiber "Tenax" (registered trademark) HTS40-3K manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. Specifically, the flexural rigidity of the conductive fiber is preferably 0.05 × 10 −4 N · m 2 / m or less, and 0.02 × 10 −4 N · m 2 / m or less. It is more preferably 0.01 × 10 −4 N · m 2 / m or less.
(圧電性繊維)
圧電性繊維Aの材料である圧電性高分子としてはポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸のような圧電性を示す高分子を利用できるが、本実施形態では上記のように圧電性繊維Aは主成分としてポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
(Piezoelectric fiber)
As the piezoelectric polymer that is the material of the piezoelectric fiber A, a polymer having piezoelectricity such as polyvinylidene fluoride or polylactic acid can be used, but in the present embodiment, the piezoelectric fiber A is the main component as described above. It is preferable to include polylactic acid. Polylactic acid is excellent in productivity because, for example, it is easily oriented by stretching after melt spinning and exhibits piezoelectricity, and the electric field orientation treatment required for polyvinylidene fluoride or the like is unnecessary. However, this is not intended to preclude the use of polyvinylidene fluoride or other piezoelectric materials in the practice of the present invention.
ポリ乳酸としては、その結晶構造によって、L−乳酸、L−ラクチドを重合してなるポリ−L−乳酸、D−乳酸、D−ラクチドを重合してなるポリ−D−乳酸、さらに、それらのハイブリッド構造からなるステレオコンプレックスポリ乳酸などがあるが、圧電性を示すものであればいずれも利用できる。圧電率の高さの観点で好ましくは、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸である。ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸はそれぞれ、同じ応力に対して分極が逆になるために、目的に応じてこれらを組み合わせて使用することも可能である。 As polylactic acid, depending on its crystal structure, 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 further, those There is a stereocomplex polylactic acid having a hybrid structure and the like, but any one having piezoelectricity can be used. From the viewpoint of high piezoelectric constant, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are preferable. Since poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid have opposite polarizations under the same stress, it is possible to use them in combination depending on the purpose.
ポリ乳酸の光学純度は99%以上であることが好ましく、99.3%以上であることがより好ましく、99.5%以上であることがさらに好ましい。光学純度が99%未満であると著しく圧電率が低下する場合があり、圧電性繊維Aの形状変化よって十分な電気信号を得ることが難しくなる場合がある。特に、圧電性繊維Aは、主成分としてポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸を含み、これらの光学純度が99%以上であることが好ましい。 The optical purity of polylactic acid is preferably 99% or more, more preferably 99.3% or more, and further preferably 99.5% or more. If the optical purity is less than 99%, the piezoelectric coefficient may be significantly reduced, and it may be difficult to obtain a sufficient electric signal due to the shape change of the piezoelectric fiber A. In particular, the piezoelectric fiber A preferably contains poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid as the main component, and the optical purity of these is preferably 99% or more.
ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維Aは、製造時に延伸されて、その繊維軸方向に一軸配向している。さらに、圧電性繊維Aは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示すためである。 The piezoelectric fiber A containing polylactic acid as a main component is stretched at the time of manufacturing and is uniaxially oriented in the fiber axis direction. Further, the piezoelectric fiber A is preferably not only uniaxially oriented in the fiber axis direction but also containing polylactic acid crystals, and more preferably uniaxially oriented polylactic acid crystals. This is because polylactic acid exhibits higher piezoelectricity due to its high crystallinity and uniaxial orientation.
結晶性および一軸配向性はホモPLA結晶化度Xhomo(%)および結晶配向度Ao(%)で求められる。本発明の圧電性繊維Aとしては、ホモPLA結晶化度Xhomo(%)および結晶配向度Ao(%)が下記式(1)を満たすことが好ましい。
Xhomo×Ao×Ao÷106≧0.26 (1)
上記式(1)を満たさない場合、結晶性および/または一軸配向性が十分でなく、動作に対する電気信号の出力値が低下したり、特定方向の動作に対する信号の感度が低下したりするおそれがある。上記式(1)の左辺の値は、0.28以上がより好ましく、0.3以上がさらに好ましい。ここで、各々の値は下記に従って求める。
The crystallinity and the uniaxial orientation are determined by the homo-PLA crystallinity X homo (%) and the crystal orientation Ao (%). As the piezoelectric fiber A of the present invention, it is preferable that the homo PLA crystallinity X homo (%) and the crystal orientation Ao (%) satisfy the following formula (1).
X homo × Ao × Ao ÷ 10 6 ≧ 0.26 (1)
If the above formula (1) is not satisfied, the crystallinity and / or the uniaxial orientation may be insufficient, and the output value of the electric signal with respect to the operation may decrease, or the sensitivity of the signal with respect to the operation in the specific direction may decrease. is there. The value on the left side of the above formula (1) is more preferably 0.28 or more, further preferably 0.3 or more. Here, each value is obtained according to the following.
ホモポリ乳酸結晶化度Xhomo:
ホモポリ乳酸結晶化度Xhomoについては、広角X線回折分析(WAXD)による結晶構造解析から求める。広角X線回折分析(WAXD)では、リガク製ultrax18型X線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのX線回折図形をイメージングプレートに記録する。
X線源: Cu−Kα線(コンフォーカル ミラー)
出力: 45kV×60mA
スリット: 1st:1mmΦ,2nd:0.8mmΦ
カメラ長: 120mm
積算時間: 10分
サンプル: 35mgのポリ乳酸繊維を引き揃え3cmの繊維束とする。
得られるX線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Itotalを求め、ここで2θ=16.5°,18.5°,24.3°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣIHMiを求める。これらの値から下式(2)に従い、ホモポリ乳酸結晶化度Xhomoを求める。
ホモポリ乳酸結晶化度Xhomo(%)=ΣIHMi/Itotal×100 (2)
なお、ΣIHMiは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出する。
Homopolylactic acid crystallinity X homo :
The homopolylactic acid crystallinity X homo is determined by crystal structure analysis by wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD). In wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), an X-ray diffraction pattern of a sample is recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an ultrax18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku.
X-ray source: Cu-Kα ray (confocal mirror)
Output: 45kV x 60mA
Slit: 1st: 1mmΦ, 2nd: 0.8mmΦ
Camera length: 120mm
Cumulative time: 10 minutes Sample: Align 35 mg of polylactic acid fiber to form a fiber bundle of 3 cm.
In the obtained X-ray diffraction pattern, the total scattering intensity I total was obtained over the azimuth angle, and the integral of each diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal that appears near 2θ = 16.5 °, 18.5 °, 24.3 ° was obtained. The sum ΣI HMi of intensities is obtained . From these values, the homopolylactic acid crystallinity X homo is calculated according to the following formula (2).
Homopolylactic acid crystallinity X homo (%) = ΣI HMi / I total × 100 (2)
It should be noted that ΣI HMi is calculated by subtracting the diffuse scattering due to the background and amorphous in the total scattering intensity.
(2)結晶配向度Ao:
結晶配向度Aoについては、上記の広角X線回折分析(WAXD)により得られるX線回折図形において、動径方向の2θ=16.5°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角(°)に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣWi(°)から次式(3)より算出する。
結晶配向度Ao(%)=(360−ΣWi)÷360×100 (3)
(2) Crystal orientation degree Ao:
Regarding the crystal orientation degree Ao, in the X-ray diffraction pattern obtained by the above-mentioned wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), the direction of the diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 ° in the radial direction, The intensity distribution with respect to the angle (°) is taken, and it is calculated from the total half width Σ Wi (°) of the obtained distribution profile by the following formula (3).
Crystal orientation degree Ao (%) = (360−ΣW i ) ÷ 360 × 100 (3)
なお、ポリ乳酸は加水分解が比較的速いポリエステルであるから、耐湿熱性が問題となる場合においては、公知の、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物などの加水分解防止剤を添加してもよい。また、必要に応じてリン酸系化合物などの酸化防止剤、可塑剤、光劣化防止剤などを添加して物性改良してもよい。 Since polylactic acid is a polyester that is relatively rapidly hydrolyzed, in the case where the heat and humidity resistance is a problem, a known hydrolysis inhibitor such as an isocyanate compound, an oxazoline compound, an epoxy compound, or a carbodiimide compound is added. Good. Further, if necessary, an antioxidant such as a phosphoric acid compound, a plasticizer, a photodegradation inhibitor, etc. 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、アロイの全質量を基準として少なくとも50質量%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質量%以上、最も好ましくは90質量%以上である。 Although polylactic acid may be used as an alloy with other polymers, if polylactic acid is used as the main piezoelectric polymer, it contains at least 50% by mass or more of polylactic acid based on the total mass of the alloy. It is preferably 70% by mass or more, and most preferably 90% by mass or more.
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 in the case of alloy include polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate copolymer, polymethacrylate and the like, but are not limited thereto, and the present invention is not limited thereto. Any polymer may be used as long as it exhibits the desired piezoelectricity.
圧電性繊維Aはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよいし、一本の紡績糸でも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)としてもよく、さらに、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸としてもよい。モノフィラメントまたは1本の紡績糸の場合、その単糸径は1μm〜5mmであり、好ましくは5μm〜2mm、さらに好ましくは10μm〜1mmである。マルチフィラメント、糸束形態、長短複合糸の場合、その単糸径は0.1μm〜5mmであり、好ましくは2μm〜100μm、さらに好ましくは3μm〜50μmである。マルチフィラメント、糸束形態、長短複合糸のフィラメントないし糸数としては、1本〜100000本が好ましく、より好ましくは50本〜50000本、さらに好ましくは100本〜20000本である。ただし、圧電性繊維Aの繊度や本数については、組紐を作製する際のキャリア1つあたりの繊度、本数であり、複数本のモノフィラメントで形成されるマルチフィラメントも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)も、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸も、いずれも一本の圧電性繊維Aと数えるものとする。ここで、キャリア1つの中に、圧電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。 The piezoelectric fiber A may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of one filament, or a single spun yarn or a yarn bundle in which a plurality of spun yarns are bundled. It may be in a form (including twisted yarn), and may be a long / short composite yarn in which a filament and a spun yarn are combined. In the case of a monofilament or one spun yarn, the single yarn diameter is 1 μm to 5 mm, preferably 5 μm to 2 mm, more preferably 10 μm to 1 mm. In the case of multifilament, yarn bundle form, and long / short composite yarn, the single yarn diameter is 0.1 μm to 5 mm, preferably 2 μm to 100 μm, and more preferably 3 μm to 50 μm. The number or filaments of multifilaments, yarn bundles, and long / short composite yarns is preferably 1 to 100,000, more preferably 50 to 50,000, and further preferably 100 to 20,000. However, the fineness and the number of the piezoelectric fibers A are the fineness and the number per one carrier when producing the braid, and the multifilament formed of a plurality of monofilaments is also a bundle of a plurality of spun yarns. Both the yarn bundle form (including twisted yarn) and the long and short composite yarn in which the filament and the spun yarn are combined are counted as one piezoelectric fiber A. Here, even when a fiber other than the piezoelectric fiber is used in one carrier, the total amount including it is included.
このような圧電性高分子を圧電性繊維Aとするためには、高分子から繊維化するための公知の手法を、本発明の効果を奏する限りいずれも採用することができる。例えば、圧電性高分子を押し出し成型して繊維化する手法、圧電性高分子を溶融紡糸して繊維化する手法、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸により繊維化する手法、圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法、フィルムを形成した後に細くカットする手法、などを採用することができる。これらの紡糸条件は、採用する圧電性高分子に応じて公知の手法を適用すればよく、通常は工業的に生産の容易な溶融紡糸法を採用すればよい。さらに、繊維を形成後には形成された繊維を延伸する。それにより一軸延伸配向しかつ結晶を含む大きな圧電性を示す圧電性繊維Aが形成される。 In order to use such a piezoelectric polymer as the piezoelectric fiber A, any known method for forming a fiber from a polymer can be adopted as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, a method of extruding a piezoelectric polymer to form a fiber, a method of melt-spinning a piezoelectric polymer to form a fiber, a method of forming a piezoelectric polymer into a fiber by dry or wet spinning, a piezoelectric polymer A method of forming fibers by electrostatic spinning, a method of forming a film and then cutting it into thin pieces, and the like can be adopted. For these spinning conditions, a known method may be applied depending on the piezoelectric polymer to be used, and a melt spinning method that is industrially easy to produce may be usually adopted. Furthermore, after forming the fibers, the formed fibers are stretched. As a result, the piezoelectric fiber A which is uniaxially stretched and has a large piezoelectric property including crystals is formed.
また、圧電性繊維Aは、上記のように作製されたものを組紐とする前に、染色、撚糸、合糸、熱処理などの処理をすることができる。 Further, the piezoelectric fiber A can be subjected to treatments such as dyeing, twisting, plying, and heat treatment before using the braids prepared as described above.
さらに、圧電性繊維Aは、組紐を形成する際に繊維同士が擦れて断糸したり、毛羽が出たりする場合があるため、その強度と耐摩耗性は高い方が好ましく、強度は1.5cN/dtex以上であることが好ましく、2.0cN/dtex以上であることがより好ましく、2.5cN/dtex以上であることがさらに好ましく、3.0cN/dtex以上であることが最も好ましい。耐摩耗性は、JIS L1095 9.10.2 B法などで評価することができ、摩擦回数は100回以上が好ましく、1000回以上であることがより好ましく、5000回以上であることがさらに好ましく、10000回以上であることが最も好ましい。耐摩耗性を向上させるための方法は特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法を用いることができ、例えば、結晶化度を向上させたり、微粒子を添加したり、表面加工したりすることができる。また、組紐に加工する際に、繊維に潤滑剤を塗布して摩擦を低減させることもできる。 Furthermore, the piezoelectric fibers A may rub against each other when forming a braid, and may break or fluff. Therefore, it is preferable that the strength and abrasion resistance are high. It is preferably 5 cN / dtex or more, more preferably 2.0 cN / dtex or more, further preferably 2.5 cN / dtex or more, and most preferably 3.0 cN / dtex or more. The wear resistance can be evaluated by the JIS L1095 9.10.2 B method or the like, and the number of times of friction is preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more, further preferably 5000 times or more. Most preferably, it is 10,000 times or more. The method for improving the wear resistance is not particularly limited, and any known method can be used, for example, improving the crystallinity, adding fine particles, or surface-treating. You can In addition, when the braid is processed, a lubricant can be applied to the fibers to reduce friction.
また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率S(p)および導電性繊維の沸水収縮率S(c)が下記式(4)を満たすことが好適である。
|S(p)−S(c)|≦10 (4)
上記式(4)の左辺は5以下であることがより好ましく、3以下であればさらに好ましい。
Further, it is preferable that the contraction rate of the piezoelectric fiber has a small difference from the contraction rate of the conductive fiber described above. If the difference in shrinkage is large, the braid may be bent or the flatness of the fabric may become poor, or the piezoelectric signal may become weak, when heat is applied during the post-treatment process after making the braid or after making the fabric, or when it is actually used, or due to aging. It may happen. When the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate described later, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (c) of the conductive fiber satisfy the following formula (4). .
| S (p) -S (c) | ≦ 10 (4)
The left side of the above formula (4) is more preferably 5 or less, further preferably 3 or less.
また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率S(p)および絶縁性繊維の沸水収縮率S(i)が下記式(5)を満たすことが好適である。
|S(p)−S(i)|≦10 (5)
上記式(5)の左辺は5以下であることがより好ましく、3以下であればさらに好ましい。
In addition, it is preferable that the contraction rate of the piezoelectric fiber has a small difference from the contraction rate of fibers other than the conductive fiber, for example, the insulating fiber. If the difference in shrinkage is large, the braid may be bent or the flatness of the fabric may become poor, or the piezoelectric signal may become weak, when heat is applied during the post-treatment process after making the braid or after making the fabric, or when it is actually used, or due to aging. It may happen. When the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (i) of the insulating fiber satisfy the following formula (5).
| S (p) -S (i) | ≦ 10 (5)
The left side of the above formula (5) is more preferably 5 or less, and further preferably 3 or less.
また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は15%以下であることが好ましく、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下、最も好ましくは3%以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後、布帛化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周1.125mの検尺機で捲数20回のカセを作り、0.022cN/dtexの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長L0を測定した。その後、このカセを100℃の沸騰水浴中で30分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長Lを測定した。測定されたL0およびLを用いて下記式(6)により沸水収縮率を計算する。
沸水収縮率=(L0−L)/L0×100(%) (6)
Further, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small. For example, when the shrinkage rate is quantified by boiling water shrinkage rate, the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, further preferably 5% or less, and most preferably 3% or less. is there. As a means for reducing the shrinkage rate, any known method can be applied. For example, the heat treatment can reduce the shrinkage rate by relaxing the orientation of the amorphous part and increasing the crystallinity. The timing is not particularly limited, and examples thereof include drawing, twisting, braiding, and cloth forming. The boiling water shrinkage ratio is measured by the following method. A cassette having a winding number of 20 was made with a measuring machine having a frame circumference of 1.125 m, a load of 0.022 cN / dtex was applied, and the cassette was hung on a scale plate to measure the initial cassette length L0. Then, the casks were treated in a boiling water bath at 100 ° C. for 30 minutes, allowed to cool, and again hung on the scale plate by applying the above load, and the casks length L after contraction was measured. Using the measured L0 and L, the boiling water shrinkage rate is calculated by the following formula (6).
Shrinkage rate of boiling water = (L0-L) / L0 × 100 (%) (6)
(被覆)
導電性繊維B、すなわち芯部3は、圧電性繊維A、すなわち組紐状の鞘部2で表面が被覆されている。導電性繊維Bを被覆する鞘部2の厚みは1μm〜10mmであることが好ましく、5μm〜5mmであることがより好ましく、10μm〜3mmであることがさらに好ましい、20μm〜1mmであることが最も好ましい。薄すぎると強度の点で問題となる場合があり、また、厚すぎると組紐状圧電素子1が硬くなり変形し難くなる場合がある。なお、ここで言う鞘部2とは芯部3に隣接する層のことを指す。
(Coating)
The surface of the conductive fiber B, that is, the
組紐状圧電素子1において、鞘部2の圧電性繊維Aの総繊度は、芯部3の導電性繊維Bの総繊度の1/2倍以上、20倍以下であることが好ましく、1倍以上、15倍以下であることがより好ましく、2倍以上、10倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Aの総繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維Bを囲む圧電性繊維Aが少な過ぎて導電性繊維Bが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維Bが近接する他の導電性繊維に接触するおそれがある。圧電性繊維Aの総繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維Bを囲む圧電性繊維Aが多過ぎて組紐状圧電素子1が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能しなくなる。
ここでいう総繊度とは、鞘部2を構成する圧電性繊維A全ての繊度の和であり、例えば、一般的な8打組紐の場合には、8本の繊維の繊度の総和となる。
In the braided
The total fineness referred to here is the sum of the finenesses of all the piezoelectric fibers A constituting the
また、組紐状圧電素子1において、鞘部2の圧電性繊維Aの一本あたりの繊度は、導電性繊維Bの総繊度の1/20倍以上、2倍以下であることが好ましく、1/15倍以上、1.5倍以下であることがより好ましく、1/10倍以上、1倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維A一本あたりの繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維Aが少な過ぎて導電性繊維Bが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維Aが切断するおそれがある。圧電性繊維A一本あたりの繊度が導電性繊維Bの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維Aが太過ぎて組紐状圧電素子1が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能しなくなる。
Further, in the braided
なお、導電性繊維Bに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維Aあるいは圧電性繊維Bに混繊した場合は、繊度の比率は上記の限りではない。本発明において、上記比率は、接触面積や被覆率、すなわち、面積および体積の観点で重要であるからである。例えば、それぞれの繊維の比重が2を超えるような場合には、繊維の平均断面積の比率が上記繊度の比率であることが好ましい。 In addition, when a metal fiber is used as the conductive fiber B or when the metal fiber is mixed with the conductive fiber A or the piezoelectric fiber B, the fineness ratio is not limited to the above. This is because, in the present invention, the above ratio is important from the viewpoint of contact area and coverage, that is, area and volume. For example, when the specific gravity of each fiber exceeds 2, the ratio of the average cross-sectional area of the fibers is preferably the ratio of the fineness.
圧電性繊維Aと導電性繊維Bとはできるだけ密着していることが好ましいが、密着性を改良するために、導電性繊維Bと圧電性繊維Aとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。 It is preferable that the piezoelectric fiber A and the conductive fiber B are in close contact with each other as much as possible, but an anchor layer or an adhesive layer is provided between the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A in order to improve the adhesion. May be.
被覆の方法は導電性繊維Bを芯糸として、その周りに圧電性繊維Aを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維Aの組紐の形状は、印加された荷重で生じる応力に対して電気信号を出力することが出来れば特に限定されるものではないが、芯部3を有する8打組紐や16打組紐が好ましい。
As a coating method, a method is used in which the conductive fiber B is used as a core yarn and the piezoelectric fiber A is wound around it in a braided shape. On the other hand, the shape of the braid of the piezoelectric fiber A is not particularly limited as long as it can output an electric signal in response to the stress generated by the applied load, but it is not limited to the 8-braid or 16-braid having the
導電性繊維Bと圧電性繊維Aの形状としては特に限定されるものではないが、できるだけ同心円状に近いことが、好ましい。なお、導電性繊維Bとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維Aは、導電性繊維Bのマルチフィラメントの表面(繊維周面)の少なくとも一部が接触しているように被覆していればよく、マルチフィラメントを構成するすべてのフィラメント表面(繊維周面)に圧電性繊維Aが被覆していてもよいし、被覆していなくともよい。導電性繊維Bのマルチフィラメントを構成する内部の各フィラメントへの圧電性繊維Aの被覆状態は、圧電性素子としての性能、取扱い性等を考慮して、適宜設定すればよい。 The shapes of the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A are not particularly limited, but it is preferable that they are as concentric as possible. When the multifilament is used as the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A may be coated so that at least a part of the surface (fiber peripheral surface) of the multifilament of the conductive fiber B is in contact. The piezoelectric fibers A may or may not be coated on the surface (fiber peripheral surface) of all filaments constituting the multifilament. The coating state of the piezoelectric fiber A on each filament inside the multifilament of the conductive fiber B may be appropriately set in consideration of the performance as the piezoelectric element, the handling property, and the like.
本発明の組紐状圧電素子1は、その表面に電極を存在させる必要が無いため、組紐状圧電素子1自体をさらに被覆する必要がなく、また、誤動作しにくいという利点がある。
Since the braid-like
(導電層)
導電層4の様態としては、コーティングの他、フィルム、布帛、繊維の巻き付けが考えられ、またそれらを組み合わせてもよい。
(Conductive layer)
As the mode of the
導電層4を形成するコーティングには導電性を示す物質を含むものが使用されていればよく、公知のあらゆるものが用いられる。例えば、金属、導電性高分子、導電性フィラーを分散させた高分子が挙げられる。
The coating for forming the
導電層4をフィルムの巻き付けにより形成する場合は、導電性高分子、導電性フィラーを分散させた高分子を製膜して得られるフィルムが用いられ、また表面に導電性を有する層を設けたフィルムが用いられてもよい。
When the
導電層4を布帛の巻き付けにより形成する場合は、後述する導電性繊維6を構成成分とする布帛が用いられる。
When the
導電層4を繊維の巻き付けにより形成する場合、その手法としては、カバーリング、編物、組物が考えられる。また、使用する繊維は、導電性繊維6であり、導電性繊維6は、上記導電性繊維Bと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよい。導電性繊維6としては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが、生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。
When the
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 coated with a 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 known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.
ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、およびこれらの混合物や合金などを用いることができる。 Any metal may be used as the metal coated on the base fiber, as long as it exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention. For example, gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, etc., or a mixture or alloy thereof can be used.
導電性繊維6に屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。
When the metal fiber-coated organic fiber having bending resistance is used as the
導電性繊維6はフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよいし、一本の紡績糸でも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)としてもよくさらに、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸としてもよい。マルチフィラメントの方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントまたは1本の紡績糸の場合、その単糸径は1μm〜5000μmであり、好ましくは2μm〜100μmである。さらに好ましくは3μm〜50μmである。マルチフィラメント、糸束形態、長短複合糸の場合、フィラメントないし糸数としては、1本〜100000本が好ましく、より好ましくは5本〜500本、さらに好ましくは10本〜100本である。
The
繊維の直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維6の断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。
When the diameter of the fiber is small, the strength is lowered and the handling becomes difficult, and when the diameter is large, the flexibility is sacrificed. The cross-sectional shape of the
また、ノイズ信号の抑制効果を高めるため、電気抵抗は低いことが好ましく、体積抵抗率としては10-1Ω・cm以下であることが好ましく、より好ましくは10-2Ω・cm以下、さらに好ましくは10-3Ω・cm以下である。ただし、ノイズ信号の抑制効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。 Further, in order to enhance the effect of suppressing the noise signal, the electric resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm or less, further preferably Is 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity is not limited to this as long as the effect of suppressing the noise signal can be obtained.
導電性繊維6は、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはJIS L1013 8.6の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、0.5cN/dtex以上であることが好ましく、1.0cN/dtex以上であることがより好ましく、1.5cN/dtex以上であることがさらに好ましく、2.0cN/dtex以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック(株)製KES―FB2純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス(株)製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)HTS40−3Kよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が0.05×10-4N・m2/m以下であることが好ましく、0.02×10-4N・m2/m以下であることがより好ましく、0.01×10-4N・m2/m以下であることがさらに好ましい。
The
(端子)
本発明の組紐状圧電素子1は、その芯部に接続固定された信号用金属製端子と、鞘部の周囲に設けられた導電層4に接続固定されたシールド用金属製端子とをさらに備え、絶縁体を介して信号用金属製端子とシールド用金属製端子とが互いに固定されており、これら2つの金属製端子が一体のコネクタ部品として取り扱えるため、信号を処理する回路への接続が簡便かつ確実に行え、安定的にノイズを低減できる。
また、前記シールド用金属製端子は、前記信号用金属製端子を絶縁体を介して覆って保持していることが、端子部分で侵入するノイズの低減の観点から、好ましい。ここで覆っているとは、信号用金属製端子に近接してシールド用金属製端子が配置され、その状態で正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図に投影したときに、各図における信号用金属製端子の領域の合計面積のうちシールド用金属製端子の領域が重なる面積の割合が50%以上である場合をさす。なお、別の端子と信号用金属製端子とを接続するために必要な開口部や絶縁体を設けてあってもよい。
(Terminal)
The braided
In addition, it is preferable that the shielding metal terminal covers and holds the signal metal terminal via an insulator from the viewpoint of reducing noise that enters at the terminal portion. Covered here means that the metal terminal for shielding is arranged close to the metal terminal for signal, and in that state, it is projected on the front view, rear view, left side view, right side view, plan view and bottom view. At this time, the ratio of the area where the regions of the shielding metal terminals overlap with each other in the total area of the regions of the signal metal terminals in each drawing is 50% or more. In addition, an opening or an insulator necessary for connecting another terminal to the signal metal terminal may be provided.
本発明の組紐状圧電素子1の信号用金属製端子は、その芯部に、次のA、Bいずれかの様態で接続固定されていることが好ましい。
A)組紐状圧電素子の末端部分を構成する繊維の長さ0.5mm以上の部分を、信号用金属製端子の一部が把持し、該把持部分または該把持部分から1mm以内の場所において、該組紐状圧電素子の芯部と信号用金属製端子とが直接あるいは導電性材料を介して間接的に接続固定された様態。
B)信号用金属製端子の一部がフォーク状あるいは針状であり、このフォーク状部分あるいは針状部分が組紐状圧電素子の鞘部に接触しながら芯部の導電性繊維と直接あるいは導電性材料を介して間接的に接続され、この接続箇所から10mm以内の場所において、信号用金属製端子の別の部位あるいは信号用金属製端子に固定された部品により該組紐状圧電素子が信号用金属製端子に固定された様態。
The signal metal terminal of the braided
A) A part of the signal metal terminal grips a part of the fiber constituting the end part of the braided piezoelectric element with a length of 0.5 mm or more, and at the grip part or a place within 1 mm from the grip part, A mode in which the core of the braided piezoelectric element and the signal metal terminal are connected and fixed directly or indirectly through a conductive material.
B) A part of the signal metal terminal is fork-shaped or needle-shaped, and the fork-shaped portion or needle-shaped portion is in contact with the sheath portion of the braid-shaped piezoelectric element and is directly or electrically conductive with the conductive fiber of the core portion. The braided piezoelectric element is indirectly connected through a material, and within a location within 10 mm from this connection point, the braided piezoelectric element is connected to another portion of the signal metal terminal or a component fixed to the signal metal terminal. The state of being fixed to the made terminal.
(様態Aによる接続)
図2(様態A)は実施形態にかかる前記Aの接続様態の構成例を示す模式図である。
組紐状圧電素子の末端を構成する圧電性繊維および導電性繊維は、信号用金属製端子の一部である把持部分によって把持されている。把持された状態とは、信号用金属製端子の把持部分によって組紐状圧電素子が挟み込まれあるいは巻き込まれて互いに固定されている状態を指す。爪状に成形された信号用金属製端子が工具により塑性変形させられて前記の把持された状態となる構造や、金属製端子あるいは絶縁部に設けられた係合部により係合された状態となる構造が好ましく採用される。信号用金属製端子は図2の右側部分に別の端子と接続できる形状を有している。信号用金属製端子は絶縁体を介してシールド用金属製端子に固定されており、シールド用金属製端子は信号用金属製端子を覆うよう配置されている。シールド用金属製端子は把持部分を有しており、この把持部分によって導電層4を把持することで導電層4と電気的に接続され固定されている。
このような接続が行えるコネクタ部品として、特開平4−282580号公報、特開2002−324636号公報、特開2012−79652号公報などに開示されている同軸コネクタを好適に用いることができる。
(Connection according to mode A)
FIG. 2 (Mode A) is a schematic diagram showing a configuration example of the connection mode of A according to the embodiment.
The piezoelectric fiber and the conductive fiber forming the end of the braided piezoelectric element are held by the holding portion which is a part of the signal metal terminal. The gripped state refers to a state in which the braided piezoelectric elements are sandwiched or rolled up by the gripped portions of the signal metal terminals and fixed to each other. A structure in which the claw-shaped signal metal terminal is plastically deformed by a tool to be in the gripped state, and a state in which the signal terminal is engaged by the metal terminal or the engaging portion provided in the insulating portion. The following structure is preferably adopted. The signal metal terminal has a shape that can be connected to another terminal on the right side of FIG. The signal metal terminal is fixed to the shield metal terminal via an insulator, and the shield metal terminal is arranged so as to cover the signal metal terminal. The metal terminal for shielding has a grip portion, and the
As a connector component capable of such a connection, the coaxial connector disclosed in JP-A-4-2828080, JP-A-2002-324636, JP-A-2012-79652 or the like can be preferably used.
信号用金属製端子の把持部分は長さ0.5mm以上あることが好ましく、これより短い場合は、組紐状圧電素子と信号用金属製端子との固定が弱く、ウェアラブルデバイス用途などで様々な力が素子に加わる場合、組紐状圧電素子と信号用金属製端子とが離れてしまうか、電気的接続が不安定になる場合がある。把持部分の長さはより好ましくは0.7mm以上であり、さらに好ましくは1.0mm以上である。ここで把持部分の長さとは、組紐状圧電素子を信号用金属製端子が把持している長さで、組紐状圧電素子の長さ方向に測定した長さであり、信号用金属製端子が図2のように複数個所で組紐状圧電素子を把持している場合は、その各把持部分の長さの合計である。 The length of the gripped portion of the signal metal terminal is preferably 0.5 mm or more. If the length is shorter than this, the braid-shaped piezoelectric element and the signal metal terminal are not firmly fixed to each other, and various forces are required for wearable device applications. When the element is added to the element, the braid-like piezoelectric element may be separated from the signal metal terminal, or the electrical connection may become unstable. The length of the grip portion is more preferably 0.7 mm or more, and further preferably 1.0 mm or more. Here, the length of the gripping portion is the length at which the metal braid-like piezoelectric element is gripping the braid-like piezoelectric element, and is the length measured in the length direction of the braid-like piezoelectric element. When the braided piezoelectric element is gripped at a plurality of places as shown in FIG. 2, it is the total length of the gripped portions.
信号用金属製端子の把持部分または把持部分から1mm以内の場所において、組紐状圧電素子の芯部と信号用金属製端子とは直接あるいは導電性材料を介して間接的に接続されている。図2には特に示していないが、本発明では後述する通り、組紐状圧電素子の鞘部が信号用金属製端子との固定部分において解れていないことが好ましく、そのため信号用金属製端子の把持部においても鞘部の被覆は完全には除去されておらず、鞘部の融解による部分的除去や、はんだや導電ペーストなどの導電性材料の付与により、組紐状圧電素子の芯部と信号用金属製端子が電気的に接続されることを可能にしている。ただし、組紐状圧電素子の末端における切断作業や鞘部の除去作業により鞘部が解れている場合でも、信号用金属製端子を固定する絶縁体が十分に鞘部を把持しており、実質的に鞘部が解れていないとみなせる場合、すなわち有害なノイズ発生源にならない場合にはこの限りではない。 At the gripped portion of the signal metal terminal or within 1 mm from the gripped portion, the core portion of the braided piezoelectric element and the signal metal terminal are directly or indirectly connected via a conductive material. Although not specifically shown in FIG. 2, in the present invention, as described later, it is preferable that the sheath portion of the braid-shaped piezoelectric element is not unraveled at the fixed portion with the signal metal terminal, and therefore the signal metal terminal is gripped. The coating of the sheath is not completely removed even in the part, but by partially removing it by melting the sheath and applying a conductive material such as solder or conductive paste, the core of the braided piezoelectric element and the signal It allows metal terminals to be electrically connected. However, even if the sheath is unraveled by cutting the end of the braid-like piezoelectric element or removing the sheath, the insulator that fixes the signal metal terminal sufficiently grasps the sheath, and This does not apply when it can be considered that the sheath is not unraveled, that is, when it does not become a harmful noise source.
(様態Bによる接続)
図3(様態Bフォーク状)は実施形態にかかる前記様態Bのフォーク状の部分を備える信号用金属製端子による接続様態の構成例を示す模式図である。図4(様態B針状)は実施形態にかかる前記様態Bの針状の部分を備える信号用金属製端子による接続様態の構成例を示す模式図である。
図3および図4においては、それぞれの断面図に示す通り、信号用金属製端子の一部であるフォーク状部分あるいは針状部分が、組紐状圧電素子の鞘部に接触しながら芯部の導電性繊維と直接あるいは導電性材料を介して間接的に接続されている。信号用金属製端子は各図の右側部分に別の端子と接続できる形状を有している。信号用金属製端子は絶縁体を介してシールド用金属製端子に固定されており、シールド用金属製端子は信号用金属製端子を覆うよう配置されている。シールド用金属製端子は把持部分を有しており、この把持部分によって導電層4を把持することで導電層4と電気的に接続され固定されている。
このような接続が行えるコネクタ部品として、特開2006−277960号公報に開示されているスタック型ケーブルコネクタを好適に用いることができる。
(Connection according to mode B)
FIG. 3 (Mode B fork shape) is a schematic diagram showing a configuration example of a connection mode by a signal metal terminal including the fork-shaped portion of the mode B according to the embodiment. FIG. 4 (Mode B needle-shaped) is a schematic diagram showing a configuration example of a connection mode by the signal metal terminal including the needle-shaped portion of the mode B according to the embodiment.
In FIGS. 3 and 4, as shown in the respective cross-sectional views, the fork-shaped portion or the needle-shaped portion, which is a part of the signal metal terminal, comes into contact with the sheath portion of the braid-shaped piezoelectric element while the core portion is electrically conductive. The conductive fibers are directly or indirectly connected through a conductive material. The signal metal terminal has a shape that can be connected to another terminal on the right side of each drawing. The signal metal terminal is fixed to the shield metal terminal via an insulator, and the shield metal terminal is arranged so as to cover the signal metal terminal. The metal terminal for shielding has a grip portion, and the
A stack type cable connector disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-277960 can be preferably used as a connector component capable of such a connection.
様態Bにおいては、信号用金属製端子のフォーク状部分あるいは針状部分のみによる組紐状圧電素子の固定力が不十分である場合には、信号用金属製端子の別の部位あるいは信号用金属製端子に固定された部品によっても組紐状圧電素子が信号用金属製端子に固定されることが好ましい。また、このような追加の固定部位は、信号用金属製端子と芯部の導電性繊維の接続箇所から10mm以内の場所にあることが好ましい。接続箇所から10mmを超える部分にしか追加の固定部位が無い場合、固定されていない組紐状圧電素子全体および信号用金属製端子によって解れた鞘部がセンサーへの衝撃等により不安定に動き、ノイズの原因となり得る。信号用金属製端子の別の部位あるいは信号用金属製端子に固定された部品により組紐状圧電素子を固定するには、様態Aのように信号用金属製端子の一部で組紐状圧電素子を把持することができるが、信号用金属製端子に固定された樹脂製ハウジング等の部品によって組紐状圧電素子を挟み込み把持するか、接着剤によって信号用金属製端子や信号用金属製端子に固定された部品に固定することがより好ましい。 In mode B, when the fixing force of the braid-shaped piezoelectric element by only the fork-shaped portion or the needle-shaped portion of the signal metal terminal is insufficient, another portion of the signal metal terminal or the signal metal terminal It is preferable that the braid-like piezoelectric element is fixed to the signal metal terminal also by the component fixed to the terminal. Further, such an additional fixing part is preferably located within 10 mm from the connection part between the signal metal terminal and the conductive fiber of the core part. If there is an additional fixing part only over 10 mm from the connection point, the whole unfixed braided piezoelectric element and the sheath part unraveled by the metal terminal for signals move unstably due to impact on the sensor and noise. Can cause In order to fix the braid-shaped piezoelectric element by another part of the signal metal terminal or a component fixed to the signal metal terminal, the braid-shaped piezoelectric element may be attached to a part of the signal metal terminal as in the mode A. Although it can be gripped, the braided piezoelectric element is sandwiched and gripped by parts such as a resin housing fixed to the signal metal terminal, or it is fixed to the signal metal terminal or the signal metal terminal with an adhesive. It is more preferable to fix it to the other parts.
図3および図4においては、追加の固定部位の一例として、信号用金属製端子の外装として絶縁体を備えており、図の絶縁体の左側の部分で組紐状圧電素子を挟んで把持し、信号用金属製端子に固定された部品による固定部位としている。絶縁体は、図3および図4の断面図に示す通り、上部と下部の2部分に分かれており、絶縁体上部は信号用金属製端子にあらかじめ固定されていてもよい。組紐状圧電素子を信号用金属製端子に接続固定する際には、絶縁体上部に固定された信号用金属製端子と絶縁体下部とによって組紐状圧電素子を挟み、さらに上下から力を加えることで信号用金属製端子を組紐状圧電素子に挿入し、上部と下部の絶縁体が接して固定される様態が好ましい。そのため、信号用金属製端子のフォーク状部分あるいは針状部分は鞘部の圧電性繊維の繊維間に挿入されるために必要な細さあるいは薄さを備えているか、あるいは鞘部の圧電性繊維を部分的に切断するために必要な鋭利さを備えていることが好ましい。一つの信号用金属製端子は複数のフォーク状部分あるいは複数の針状部分を有していてもよいし、フォーク状部分と針状部分とを同時に備えていてもよい。フォーク状部分を有する信号用金属製端子を用いる場合は、鞘部の厚みが厚すぎるか芯部の総繊度が低すぎると芯部にフォーク状部分が接触しにくくなるため、鞘部の厚みは1mm以下であることが好ましく、0.5mm以下がさらに好ましく、芯部の総繊度は50dTex以上が好ましく、100dTex以上がさらに好ましい。 In FIGS. 3 and 4, as an example of the additional fixing portion, an insulator is provided as an exterior of the signal metal terminal, and the braid-like piezoelectric element is sandwiched and gripped by the left side portion of the insulator in the drawings, It is used as a fixed part by a part fixed to the signal metal terminal. As shown in the sectional views of FIGS. 3 and 4, the insulator is divided into an upper portion and a lower portion, and the upper portion of the insulator may be fixed to the signal metal terminal in advance. When connecting and fixing the braided piezoelectric element to the signal metal terminal, sandwich the braided piezoelectric element between the signal metal terminal fixed to the upper part of the insulator and the lower part of the insulator, and apply force from the top and bottom. It is preferable that the signal metal terminal is inserted into the braided piezoelectric element and the upper and lower insulators are fixed in contact with each other. Therefore, the fork-shaped portion or the needle-shaped portion of the signal metal terminal has the thinness or thinness necessary for being inserted between the fibers of the piezoelectric fiber of the sheath portion, or the piezoelectric fiber of the sheath portion. It is preferable to have the sharpness necessary for partially cutting the. One signal metal terminal may have a plurality of fork-shaped portions or a plurality of needle-shaped portions, or may have both a fork-shaped portion and a needle-shaped portion at the same time. When using a signal metal terminal having a fork-shaped portion, if the thickness of the sheath portion is too thick or the total fineness of the core portion is too low, it is difficult for the fork-shaped portion to contact the core portion. It is preferably 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and the total fineness of the core is preferably 50 dTex or more, more preferably 100 dTex or more.
(端子接続部)
本発明の組紐状圧電素子は、信号用金属製端子あるいは信号用金属製端子に固定された部品により固定された部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維が、鞘部の圧電性繊維全体の20%未満である部分を有することが好ましい。20%を超える場合、芯部から離れた圧電性繊維がセンサーへの衝撃等により不安定に動くことで圧電性信号をランダムに発生し、ノイズの原因となる。組紐状圧電素子が信号用金属製端子あるいは信号用金属製端子に固定された部品により固定された部分とは、様態Aにおいて信号用金属製端子により把持された部分や、様態Bにおいて信号用金属製端子のフォーク状部分および針状部分が組紐状圧電素子の鞘部に接している部分や、様態Aおよび様態Bにおいて信号用金属製端子に固定された樹脂ハウジング等の部品によって組紐状圧電素子が挟み込み把持された部分や、接着剤によって信号用金属製端子や信号用金属製端子に固定された部品に組紐状圧電素子が固定された部分を指す。その端とは、固定された部分と固定されていない部分の境界部から1mm以内の領域を指す。鞘部の組織が解けて芯部から離れるとは、芯部表面から、組紐状圧電素子の鞘部の平均厚みの1.5倍以上の距離となる場所に鞘部の圧電性繊維が届いている状態を指し、圧電性繊維1本(すなわち組紐を作成する際にキャリア1つから供給される繊維)ごとに判定する。鞘部の圧電性繊維がマルチフィラメントの場合、圧電性繊維1本を構成するフィラメントのうち50%以上が、芯部表面から組紐状圧電素子の鞘部の平均厚みの1.5倍以上の距離に届いている場合、その圧電性繊維1本は鞘部の組織が解けて芯部から離れていると判定する。判定は組紐状圧電素子の側面から観察してもよいし、断面を観察してもよい。断面を観察する場合は、切断時に鞘部が過度に解けないよう、エポキシ樹脂等で固定してから切断して観察する。
(Terminal connection part)
The braided piezoelectric element of the present invention is such that at the end of the portion fixed by the signal metal terminal or the component fixed to the signal metal terminal, the piezoelectric fiber separated from the core part by unraveling the tissue of the sheath part It is preferable to have a portion of the sheath portion which is less than 20% of the whole piezoelectric fiber. If it exceeds 20%, the piezoelectric fibers distant from the core part move instable due to an impact on the sensor or the like to randomly generate piezoelectric signals, which causes noise. The part where the braided piezoelectric element is fixed by the signal metal terminal or the part fixed to the signal metal terminal means the part gripped by the signal metal terminal in the mode A or the signal metal in the mode B. The braided piezoelectric element is formed by a portion in which the fork-shaped portion and the needle-shaped portion of the manufactured terminal are in contact with the sheath portion of the braided piezoelectric element and a component such as a resin housing fixed to the signal metal terminal in the modes A and B. Is a portion where the braided piezoelectric element is fixed to a signal metal terminal or a component fixed to the signal metal terminal by an adhesive. The end refers to a region within 1 mm from the boundary between the fixed portion and the non-fixed portion. When the tissue of the sheath part is unraveled and separated from the core part, the piezoelectric fiber of the sheath part reaches the place where the distance from the surface of the core part is 1.5 times or more the average thickness of the sheath part of the braided piezoelectric element. It refers to the state in which the piezoelectric fibers are present (that is, the fibers are supplied from one carrier when the braid is created). When the piezoelectric fiber of the sheath portion is a multi-filament, 50% or more of the filaments constituting one piezoelectric fiber is at least 1.5 times the average thickness of the sheath portion of the braided piezoelectric element from the surface of the core portion. If it reaches the core, it is determined that the one piezoelectric fiber has loosened the tissue of the sheath portion and is separated from the core portion. The determination may be made by observing from the side surface of the braided piezoelectric element or by observing the cross section. When observing the cross section, fix it with an epoxy resin or the like before cutting so that the sheath does not unravel excessively during cutting.
本発明の素子の信号用金属製端子は、図2(様態A)、図3(様態Bフォーク状)および図4(様態B針状)のように組紐状圧電素子の末端に固定することもできるし、組紐状圧電素子の途中に固定することもできる。 The signal metal terminal of the element of the present invention may be fixed to the end of the braided piezoelectric element as shown in FIG. 2 (Mode A), FIG. 3 (Mode B fork) and FIG. 4 (Mode B needle). It is also possible to fix it in the middle of the braided piezoelectric element.
本発明の素子は圧電性由来のノイズを抑制する目的達成のため、絶縁性被覆である組紐の鞘部の繊維を除去しないまま信号用金属製端子を固定し、かつ、芯部と信号用金属製端子の電気的接続を確保するという一見矛盾した構造を持つ。それを達成する構造として以下の2例を挙げる。 In order to achieve the object of suppressing noise derived from piezoelectricity, the element of the present invention fixes the signal metal terminal without removing the fiber of the sheath part of the braid which is an insulating coating, and the core part and the signal metal. It has a seemingly contradictory structure of ensuring electrical connection of the manufactured terminals. The following two examples will be given as structures for achieving this.
構造の1例として、芯部と信号用金属製端子との接続部分及びそこから5mm以内にある鞘部の圧電性繊維の一部または全部が繊維形状を失い融着した構造が好ましく採用される。即ち、信号用金属製端子固定後の鞘部を構成する圧電性繊維の融解などにより、信号用金属製端子と芯部の電気的接続を妨げる鞘部の圧電性繊維を流動させ、信号用金属製端子と芯部の電気的接続を確保したのち冷却等を行って再び圧電性繊維を固化させ固定することができる。圧電性繊維が融解後固化した固体は接着剤のように組紐状圧電素子と信号用金属製端子を固定できる利点を有する。さらに圧電性繊維にポリ乳酸等の高分子繊維を用いた場合、融解後固化した固体は圧電性を失うため、ノイズ源となるおそれがない。圧電性繊維の融解は、ポリ乳酸繊維を用いた場合は160℃以上の温度を経る熱処理によって実施できるが、不要なポリ乳酸の分解および不必要な鞘部の融解やその他の部材の変形を防ぐため220℃以下で実施することが好ましい。圧電性繊維の融解は信号用金属製端子の固定時に行うこともでき、電気的接続が確保できているか確認しながら信号用金属製端子の把持圧力を強くしていくことが好ましく、不必要な鞘部の変形を防ぐため、信号用金属製端子を加熱して鞘部に熱を伝え融解させることが好ましい。工程の安全性や複数の素子を同時に処理できる観点から、信号用金属製端子を取り付けた後に実施することも好ましい。 As one example of the structure, a structure in which part or all of the piezoelectric fibers of the connecting portion between the core portion and the signal metal terminal and the sheath portion within 5 mm from the connecting portion lose their fiber shape and are fused is preferably adopted. . That is, by melting the piezoelectric fiber forming the sheath after fixing the signal metal terminal, the piezoelectric fiber in the sheath that prevents the electrical connection between the signal metal terminal and the core is caused to flow, and the signal metal is After ensuring electrical connection between the manufactured terminal and the core, the piezoelectric fiber can be solidified and fixed again by cooling or the like. A solid obtained by melting and solidifying the piezoelectric fiber has an advantage that the braid-like piezoelectric element and the signal metal terminal can be fixed like an adhesive. Furthermore, when a polymer fiber such as polylactic acid is used as the piezoelectric fiber, the solid that is solidified after melting loses piezoelectricity, and thus there is no possibility of becoming a noise source. When polylactic acid fiber is used, the piezoelectric fiber can be melted by a heat treatment at a temperature of 160 ° C. or higher, but unnecessary decomposition of polylactic acid and unnecessary melting of the sheath and deformation of other members are prevented. Therefore, it is preferable to carry out at 220 ° C. or lower. It is also possible to melt the piezoelectric fiber when fixing the signal metal terminal, and it is preferable to increase the grip pressure of the signal metal terminal while confirming that the electrical connection is secured, which is unnecessary. In order to prevent the sheath portion from being deformed, it is preferable to heat the signal metal terminal so that heat is transferred to the sheath portion and melted. From the viewpoint of process safety and simultaneous processing of a plurality of devices, it is also preferable to carry out after mounting the signal metal terminals.
構造の別の例として、鞘部表面にはんだあるいは導電ペーストからなる、芯部と電気的に接続された導電性材料を備えており、鞘部表面に備えられた導電性材料と信号用金属製端子とが接触することで芯部と信号用金属製端子とが間接的に接続された構造を挙げることができる。導電性材料は芯部と信号用金属製端子との間に介在して電気的に導通させる機能を有し、温度変化や溶媒除去や化学反応によって液体状(スラリー状を含む)から固体状に変化するものであれば何でも用いることができ、はんだ、金属やカーボンなどの導電性フィラーを含有する導電ペーストが好ましく用いられる。特に取扱い性と導電性から、はんだおよび銀ペーストが好ましく用いられる。本発明の組紐状圧電素子は絶縁被覆が繊維の集合体のため、表面から上記の導電性材料を付着させることで内部に染み込ませ、芯部と電気的に接続された導電表面を鞘部表面に形成することができるが、より芯部との電気的接続を確実にするため、導電性材料の固化前の流動性を低く調整して芯部に染み込みやすくするか、導電性材料の固化前に組紐状圧電素子に物理的刺激を与えて鞘部の繊維間の隙間を広げるか、あるいは組紐状圧電素子の末端の切断面にも導電性材料を付着させることが好ましい。 As another example of the structure, the sheath surface is provided with a conductive material made of solder or conductive paste and electrically connected to the core portion, and the conductive material provided on the sheath surface and the signal metal are used. An example is a structure in which the core portion and the signal metal terminal are indirectly connected by contact with the terminal. The conductive material has a function of being electrically connected by being interposed between the core portion and the signal metal terminal, and is changed from a liquid state (including a slurry state) to a solid state by a temperature change, solvent removal or a chemical reaction. Any material that changes can be used, and a conductive paste containing a conductive filler such as solder, metal or carbon is preferably used. In particular, solder and silver paste are preferably used in terms of handleability and conductivity. In the braided piezoelectric element of the present invention, the insulating coating is an assembly of fibers, so that the conductive material is impregnated into the inside by adhering the above-mentioned conductive material from the surface, and the conductive surface electrically connected to the core portion is the sheath surface. However, in order to ensure more electrical connection with the core, it is possible to adjust the fluidity of the conductive material before solidification to a low level so that it easily penetrates into the core or before solidification of the conductive material. It is preferable to apply a physical stimulus to the braided piezoelectric element to widen the gap between the fibers of the sheath portion, or to attach a conductive material to the cut surface at the end of the braided piezoelectric element.
(基材への固定)
本発明の組紐状圧電素子は、信号用金属製端子あるいはシールド用金属製端子が組紐状圧電素子に固定された部分から長さ10mm以内の範囲において、該組紐状圧電素子の少なくとも一部が布帛状基材に固定されていることが好ましい。10mm以内に布帛状基材に固定されている場所がない場合、固定されていない組紐状圧電素子が布帛状基材および金属製端子への衝撃等により不安定に動き、ノイズの原因となる。布帛状基材への固定は接着、縫い付けなどの後加工によって行ってもよいし、布帛組織を構成する糸として織り込むまたは編み込むことによって固定されていてもよい。
(Fixing to base material)
In the braided piezoelectric element of the present invention, at least a part of the braided piezoelectric element is a cloth within a length of 10 mm from the portion where the signal metal terminal or the shield metal terminal is fixed to the braided piezoelectric element. It is preferably fixed to the base material. If there is no place fixed to the cloth-like substrate within 10 mm, the braid-like piezoelectric element that is not fixed moves unstablely due to an impact on the cloth-like substrate and the metal terminals, which causes noise. The fixation to the cloth-like base material may be performed by post-processing such as adhesion and sewing, or may be fixed by weaving or knitting as threads constituting the cloth structure.
(製造方法)
本発明の組紐状圧電素子1は少なくとも1本の導電性繊維Bの表面を組紐状の圧電性繊維Aで被覆しているが、その製造方法としては例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、導電性繊維Bと圧電性繊維Aを別々の工程で作製し、導電性繊維Bに圧電性繊維Aを組紐状に巻きつけて被覆する方法である。この場合には、できるだけ同心円状に近くなるように被覆することが好ましい。
(Production method)
In the braid-shaped
この場合、圧電性繊維Aを形成する圧電性高分子としてポリ乳酸を用いる場合の好ましい紡糸、延伸条件として、溶融紡糸温度は150℃〜250℃が好ましく、延伸温度は40℃〜150℃が好ましく、延伸倍率は1.1倍から5.0倍が好ましく、結晶化温度は80℃〜170℃が好ましい。 In this case, the melt spinning temperature is preferably 150 ° C. to 250 ° C., and the stretching temperature is preferably 40 ° C. to 150 ° C. as the preferable spinning and stretching conditions when polylactic acid is used as the piezoelectric polymer forming the piezoelectric fiber A. The draw ratio is preferably 1.1 times to 5.0 times, and the crystallization temperature is preferably 80 ° C to 170 ° C.
導電性繊維Bに巻きつける圧電性繊維Aとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメントを用いても良いし、一本の紡績糸でも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)としてもよくさらに、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸としてもよい。また、圧電性繊維Aを巻きつけられる導電性繊維Bとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメントを用いても良い。さらに一本の紡績糸でも、複数本の紡績糸を束ねた糸束形態(撚糸を含む)としてもよく、フィラメントと紡績糸とを組み合わせた長短複合糸としてもよい。 As the piezoelectric fiber A wound around the conductive fiber B, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, a monofilament may be used, or one spun yarn or a plurality of spun yarns. It may be in the form of a bundle of yarns (including twisted yarns), or may be a long / short composite yarn in which a filament and a spun yarn are combined. As the conductive fiber B around which the piezoelectric fiber A can be wound, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament may be used. Furthermore, one spun yarn, a yarn bundle form in which a plurality of spun yarns are bundled (including a twisted yarn) may be used, and a long-short composite yarn in which a filament and a spun yarn are combined may be used.
被覆の好ましい形態としては、導電性繊維Bを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維Aを組紐状に製紐して、丸打組物(Tubular Braid)を作製することで被覆することができる。より具体的には芯部3を有する8打組紐や16打組紐が挙げられる。ただし、例えば、圧電性繊維Aを編組チューブのような形態とし、導電性繊維Bを芯として当該編組チューブに挿入することで被覆してもよい。
As a preferable form of the coating, the conductive fiber B is used as the core yarn, and the piezoelectric fiber A is braided around the core yarn to form a round braid (Tubular Braid). . More specifically, an 8-placing braid or a 16-placing braid having the
導電層4は、コーティングや繊維の巻き付けによって製造されるが、製造の容易さの観点より、繊維の巻き付けが好ましい。繊維の巻き付け方法としてはカバーリング、編物、組物が考えられ、何れの方法により製造してもよい。
The
以上のような製造方法により、導電性繊維Bの表面を組紐状の圧電性繊維Aで被覆し、さらにその周囲に導電層4を設けた組紐状圧電素子1を得ることができる。
By the manufacturing method as described above, it is possible to obtain the braid-shaped
本発明の組紐状圧電素子1は、表面に電気信号を検出するための電極の形成を必要としないため、比較的簡単に製造することができる。
The braided
(保護層)
本発明の組紐状圧電素子1の最表面には保護層を設けてもよい。この保護層は絶縁性であることが好ましく、フレキシブル性などの観点から高分子からなるものがより好ましい。保護層に絶縁性を持たせる場合には、もちろん、この場合には保護層ごと変形させたり、保護層上を擦ったりすることになるが、これらの外力が圧電性繊維Aまで到達し、その分極を誘起できるものであれば特に限定はない。保護層としては、高分子などのコーティングによって形成されるものに限定されず、フィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよく、あるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。
(Protective layer)
A protective layer may be provided on the outermost surface of the braided
保護層の厚みとしては出来るだけ薄い方が、せん断応力を圧電性繊維Aに伝えやすいが、薄すぎると保護層自体が破壊される等の問題が発生しやすくなるため、好ましくは10nm〜200μm、より好ましくは50nm〜50μm、さらに好ましくは70nm〜30μm、最も好ましくは100nm〜10μmである。この保護層により圧電素子の形状を形成することもできる。 When the thickness of the protective layer is as thin as possible, shear stress is easily transmitted to the piezoelectric fiber A, but when it is too thin, problems such as destruction of the protective layer itself are likely to occur, and therefore, preferably 10 nm to 200 μm, The thickness is more preferably 50 nm to 50 μm, further preferably 70 nm to 30 μm, and most preferably 100 nm to 10 μm. The shape of the piezoelectric element can also be formed by this protective layer.
さらには、圧電性繊維からなる層を複数層設けたり、信号を取り出すための導電性繊維からなる層を複数層設けたりすることもできる。もちろん、これらの保護層、圧電性繊維からなる層、導電性繊維からなる層は、その目的に応じて、その順番および層数は適宜決められる。なお、巻付ける方法としては、鞘部2のさらに外層に組紐構造を形成したり、カバーリングしたりする方法が挙げられる。
Further, it is possible to provide a plurality of layers made of piezoelectric fibers or a plurality of layers made of conductive fibers for extracting a signal. Of course, the order and the number of layers of the protective layer, the layer made of the piezoelectric fiber, and the layer made of the conductive fiber are appropriately determined according to the purpose. In addition, as a winding method, a method of forming a braided structure on the outer layer of the
(作用)
本発明の組紐状圧電素子1は、例えば組紐状圧電素子1の表面を擦るなどで、組紐状圧電素子1に荷重が印加されて生じる応力、すなわち組紐状圧電素子1に印加される応力について、その大きさおよび/又は印加位置を検出するセンサーとして利用することができる。また、本発明の組紐状圧電素子1は、擦る以外の押圧力や曲げ変形などによっても圧電性繊維Aにせん断応力が与えられるならば、電気信号を取り出すことはもちろん可能である。例えば、組紐状圧電素子1に「印加される応力」としては、圧電素子の表面、すなわち圧電性繊維Aの表面と指のような被接触物の表面との間の摩擦力や、圧電性繊維Aの表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力、圧電性繊維Aの曲げ変形に対する抵抗力などが挙げられる。特に、本発明の組紐状圧電素子1は、導電性繊維Bに対して平行方向に屈曲させた場合や擦った場合に大きな電気信号を効率的に出力することができる。
(Action)
The braid-like
ここで、組紐状圧電素子1に「印加された応力」とは、例えば表面を指で擦る程度の大きさの応力の場合、その目安としては、おおよそ1〜1000Paである。もちろん、これ以上であっても印加された応力の大きさおよびその印加位置を検出することが可能であることはいうまでもない。指などで入力する場合には、1Pa以上500Pa以下の荷重であっても動作することが好ましく、さらに好ましくは1Pa以上100Pa以下の荷重で動作することが好ましい。もちろん、500Paを超える荷重であっても動作することは、上述の通りである。
Here, the "stress applied to the braided
また、組紐状圧電素子1の芯部の導電性繊維Bと導電層4の間の静電容量変化を計測することで、組紐状圧電素子1へ加えられた圧力による変形を検出することも可能になる。更に、複数本の組紐状圧電素子1を組み合わせて使用する場合、各々の組紐状圧電素子1の導電層4間の静電容量変化を計測することで、組紐状圧電素子1へ加えられた圧力による変形を検出することも可能になる。
Further, by measuring the capacitance change between the conductive fiber B of the core portion of the braided
(布帛状圧電素子)
図5は実施形態に係る組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
布帛状圧電素子7は、少なくとも1本の組紐状圧電素子1を含む布帛8を備えている。布帛8は、布帛を構成する繊維(組紐を含む)の少なくとも1本が組紐状圧電素子1であり、組紐状圧電素子1が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような織編物であってもよい。布状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、他の繊維(組紐を含む)と組み合わせて、交織、交編等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子1を、布帛を構成する繊維(例えば、経糸や緯糸)の一部として用いてもよいし、組紐状圧電素子1を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよい。図5に示す例では、布帛状圧電素子7は、経糸として、少なくとも1本の組紐状圧電素子1および絶縁性繊維9を配し、緯糸として導電性繊維10および絶縁性繊維9を交互に配した平織物である。導電性繊維10は導電性繊維Bと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよく、また絶縁性繊維9については後述される。なお、絶縁性繊維9及び/又は導電性繊維10の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
(Cloth-like piezoelectric element)
FIG. 5 is a schematic view showing a configuration example of a cloth-like piezoelectric element using the braid-like piezoelectric element according to the embodiment.
The cloth-shaped
この場合、布帛状圧電素子7が曲げられるなどして変形したとき、その変形に伴い組紐状圧電素子1も変形するので、組紐状圧電素子1から出力される電気信号により、布帛状圧電素子7の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子7は、布帛(織編物)として用いることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。
In this case, when the cloth-shaped
また、図5に示す布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1に導電性繊維10が交差して接触している。したがって、導電性繊維10は、組紐状圧電素子1の少なくとも一部と交差して接触し、それを覆っており、外部から組紐状圧電素子1へ向かおうとする電磁波の少なくとも一部を遮っている、と見ることができる。このような導電性繊維10は、接地(アース)されることにより、組紐状圧電素子1への電磁波の影響を軽減する機能を有している。すなわち導電性繊維10は組紐状圧電素子1の電磁波シールドとして機能することができる。それにより、例えば布帛状圧電素子7の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、布帛状圧電素子7のS/N比(信号対雑音比)を著しく向上させることができる。この場合、電磁波シールドの観点から組紐状圧電素子1と交差する緯糸(図5の場合)における導電性繊維10の割合が高いほど好ましい。具体的には、布帛8を形成する繊維であり且つ組紐状圧電素子1と交差する繊維のうちの30%以上が導電性繊維10であることが好ましく、40%以上がより好ましく、50%以上が更に好ましい。このように布帛状圧電素子7において、布帛を構成する繊維の少なくとも一部として導電性繊維10を入れることで、電磁波シールド機能付の布帛状圧電素子7とすることができる。
In the cloth-shaped
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。編物の種類は、丸編物(緯編物)であってもよいし経編物であってもよい。丸編物(緯編物)の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、2層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび/またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。 Examples of the woven structure of the woven fabric include a plain fabric, a twill weave, a satin weave, and the like, a modified fabric, a warp double woven fabric, a weft double woven fabric, and the like, a warp velvet, and the like. The knitted fabric may be a circular knitted fabric (weft knitted fabric) or a warp knitted fabric. Preferred examples of the structure of the circular knit (weft knit) include flat knitting, rubber knitting, double-sided knitting, pearl knitting, tuck knitting, floating knitting, single-sided knitting, lace knitting, and bristle knitting. Examples of the warp knitting structure include single denby knitting, single atlas knitting, double cord knitting, half tricot knitting, fleece knitting, and jacquard knitting. The number of layers may be a single layer or a multilayer of two or more layers. Further, it may be a napped woven fabric or a napped knitted fabric composed of a napped part composed of a cut pile and / or a loop pile and a ground structure part.
(複数の圧電素子)
また、布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1を複数並べて用いることも可能である。並べ方としては、例えば経糸または緯糸としてすべてに組紐状圧電素子1を用いてもよいし、数本ごとや一部分に組紐状圧電素子1を用いてもよい。また、ある部分では経糸として組紐状圧電素子1を用い、他の部分では緯糸として組紐状圧電素子1を用いてもよい。
(Multiple piezoelectric elements)
Further, in the cloth-shaped
また、組紐状圧電素子1を複数並べて用いる場合、導電性繊維B間の距離が短いため電気信号の取り出しにおいて効率的である。特に本発明では、それぞれの組紐状圧電素子に接続された複数の金属製端子を1つのコネクタハウジングにまとめて固定することで複数極を有するコネクタとし、一括して別の複数極を有するコネクタと接続可能にすることで、デバイス製造の効率化や、ユーザーにおける接続および取り外しを容易にすることができ、特に好ましい。前述の通り織物あるいは編物の組織に組み込むことで、複数の組紐状圧電素子を望んだ間隔に容易に略平行に並べることが可能であり、それぞれの金属製端子をコネクタへ固定するのを容易にできる利点がある。ここで略平行とは、平織物を構成する隣同士の経糸2本や、天竺編を構成する隣接する2コースなど、繊維が折れ曲がっているために局所的には平行でなくとも、それぞれの繊維を平均するような直線を引いた時にそれらが平行になっている状態を指す。この時織密度や編密度の調整により、複数の組紐状圧電素子の間隔を電子回路によく用いられるコネクタの端子間隔に調整することが好ましく、0.5mm、1.0mm、1.25mm、1.5mm、2.0mm、2.54mmのいずれかの間隔(組紐の中心間の距離)に調整することがより好ましい。また、様態Bのフォーク状の部位を有し、複数の金属製端子があらかじめ1つのコネクタハウジングに固定されたコネクタを用い、複数の組紐状圧電素子に一度に複数の金属製端子を接続することが工程の簡略化の観点から特に好ましい。
In addition, when a plurality of braid-like
(絶縁性繊維)
布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1(及び導電性繊維10)以外の部分には、絶縁性繊維を使用することができる。この際、絶縁性繊維は布帛状圧電素子7の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
(Insulating fiber)
In the cloth-shaped
このように組紐状圧電素子1(及び導電性繊維10)以外にこのように絶縁性繊維を配置することで、布帛状圧電素子7の操作性(例示:ウェアラブルセンサーとしての動き易さ)を向上させることが可能である。 By arranging the insulating fiber in this manner in addition to the braid-shaped piezoelectric element 1 (and the conductive fiber 10), the operability of the cloth-shaped piezoelectric element 7 (example: easiness of movement as a wearable sensor) is improved. It is possible to
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が106Ω・cm以上であれば用いることができ、より好ましくは108Ω・cm以上、さらに好ましくは1010Ω・cm以上がよい。 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他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維を組み合わせて用いてもよく、絶縁性を有しない繊維と組み合わせ、全体として絶縁性を有する繊維としてもよい。
また、公知のあらゆる断面形状の繊維も用いることができる。
Examples of insulating fibers include polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, vinyl chloride fibers, aramid fibers, polysulfone fibers, polyether fibers, polyurethane fibers, and other synthetic fibers, 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. It 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 a fiber having no insulating property to form a fiber having an insulating property as a whole.
Further, fibers having any known cross-sectional shape can also be used.
(圧電素子の適用技術)
本発明の組紐状圧電素子1や布帛状圧電素子7のような圧電素子はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができるので、その圧電素子に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を検出するセンサー(デバイス)として利用することができる。また、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源にし、あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。具体的には、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。また、流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
(Piezoelectric element application technology)
In any of the piezoelectric elements such as the braided
図6は、本発明の圧電素子12を備えるデバイス11を示すブロック図である。デバイス11は、圧電素子12(例示:組紐状圧電素子1、布帛状圧電素子7)と、印加された圧力に応じて圧電素子12から出力される電気信号を増幅する増幅手段13と、増幅手段13で増幅された電気信号を出力する出力手段14と、出力手段14から出力された電気信号を外部機器(図示せず)へ送信する送信手段15とを備える。このデバイス11を用いれば、圧電素子12の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器(図示せず)における演算処理にて、圧電素子に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を検出することができる。あるいは、デバイス11内に、出力手段14から出力された電気信号に基づき圧電素子12に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を演算する演算手段(図示せず)を設けてもよい。なお、送信手段15による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。
FIG. 6 is a block diagram showing a
また、増幅手段だけではなく、ノイズを除去する手段や他の信号と組み合わせて処理する手段などの公知の信号処理手段を組み合わせて用いることができる。これらの手段の接続の順序は目的に応じて適宜変えることができる。もちろん、圧電素子12から出力される電気信号をそのまま外部機器へ送信した後で信号処理してもよい。
Further, not only the amplifying means, but also known signal processing means such as noise removing means and means for processing in combination with other signals can be used in combination. The order of connecting these means can be appropriately changed according to the purpose. Of course, the electric signal output from the
図7および図8は、実施の形態に係る組紐布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図7および図8の増幅手段13は、図6を参照して説明したものに相当するが、図6の出力手段14および送信手段15については図7および図8では図示を省略している。布帛状圧電素子7を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段13の入力端子に組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を接続し、接地(アース)端子には、組紐状圧電素子1の導電層4または布帛状圧電素子7の導電性繊維10または増幅手段13の入力端子に接続した組紐状圧電素子1とは別の組紐状圧電素子を接続する。例えば、図7に示すように、布帛状圧電素子7において、組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、組紐状圧電素子1の導電層4を接地(アース)する。組紐状圧電素子1の導電層4ではなく、組紐状圧電素子1に交差して接触した導電性繊維10を接地(アース)してもよい。また例えば、図8に示すように、布帛状圧電素子7において組紐状圧電素子1を複数並べている場合、1本の組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、当該組紐状圧電素子1に並んだ別の組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を、接地(アース)する。
7 and 8 are schematic diagrams showing a configuration example of a device including the braided cord-like piezoelectric element according to the embodiment. The amplifying means 13 in FIGS. 7 and 8 corresponds to the one described with reference to FIG. 6, but the output means 14 and the transmitting means 15 in FIG. 6 are omitted in FIGS. 7 and 8. When constructing a device including the cloth-shaped
本発明のデバイス11は柔軟性があり、紐状および布帛状いずれの形態でも使用できるため、非常に広範な用途が考えられる。本発明のデバイス11の具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、例えば、手袋やバンド、サポーターなどの形状をした関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。
Since the
さらに、本発明のデバイス11は組紐状あるいは布帛状であり、柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。
Furthermore, since the
さらに、本発明のデバイス11は、組紐状圧電素子1の表面を擦るだけで十分な電気信号を発生することができるので、タッチセンサーのようなタッチ式入力装置やポインティングデバイスなどに用いることができる。また、組紐状圧電素子1で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるので、表面形状計測などに用いることができる。
Further, since the
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.
圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
(ポリ乳酸の製造)
実施例において用いたポリ乳酸は以下の方法で製造した。
L−ラクチド((株)武蔵野化学研究所製、光学純度100%)100質量部に対し、オクチル酸スズを0.005質量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて180℃で2時間反応させ、オクチル酸スズに対し1.2倍当量のリン酸を添加しその後、13.3Paで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ−L−乳酸(PLLA1)を得た。得られたPLLA1の質量平均分子量は15.2万、ガラス転移点(Tg)は55℃、融点は175℃であった。
The fabric for the piezoelectric element was manufactured by the following method.
(Production of polylactic acid)
The polylactic acid used in the examples was produced by the following method.
0.005 parts by mass of tin octylate was added to 100 parts by mass of L-lactide (manufactured by Musashino Chemical Laboratory Co., Ltd., optical purity 100%), and 180 ° C. was added in a reactor equipped with a stirring blade under a nitrogen atmosphere. The reaction was carried out for 2 hours, and 1.2 times equivalent of phosphoric acid was added to tin octylate, and then the remaining lactide was removed under reduced pressure at 13.3 Pa to form chips, and poly-L-lactic acid (PLLA1) was obtained. . The obtained PLLA1 had a mass average molecular weight of 152,000, a glass transition point (Tg) of 55 ° C, and a melting point of 175 ° C.
(圧電性繊維)
240℃にて溶融させたPLLA1を24ホールのキャップから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/24フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸を得、これを圧電性繊維Aとした。
(Piezoelectric fiber)
PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 20 g / min and collected at 887 m / min. The unstretched multifilament yarn was stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 100 ° C. to obtain a 84 dTex / 24 filament multifilament uniaxially stretched yarn, which was designated as a piezoelectric fiber A.
(導電性繊維)
ミツフジ(株)製の銀メッキナイロン、品名『AGposs』100d34fを導電性繊維B、導電性繊維6および導電性繊維10として使用した。この繊維の体積抵抗率は1.1×10−3Ω・cmであった。
(Conductive fiber)
Silver plated nylon manufactured by Mitsufuji Co., Ltd., product name "AGposs" 100d34f was used as the conductive fiber B, the
(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24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84dTex/24フィラメントのマルチフィラメント延伸糸を得、これを絶縁性繊維9とした。
(Insulating fiber)
Polyethylene terephthalate melted at 280 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 45 g / min and collected at 800 m / min. This unstretched yarn was stretched 2.5 times at 80 ° C. and heat-set at 180 ° C. to obtain a 84 dTex / 24 filament multifilament stretched yarn, which was used as an insulating
(組紐状圧電素子)
実施例1の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A8本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、更に導電性繊維6を鞘部の圧電性繊維Aの周りに八打組紐状に巻き付けて導電層4とし、組紐状圧電素子1を形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。実施例1の試料の導電層4の被覆率は100%であった。この組紐状圧電素子を切断し、その末端10mmの導電層4を構成する導電性繊維6をほぐして圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した後、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトを信号用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、組紐状圧電素子の末端に残った圧電性繊維Aと導電性繊維Bを把持した後、信号用金属製端子にはんだごてを当てて加熱し、把持部分の鞘部を一部融解させた。組紐状圧電素子の末端の芯部と信号用金属製端子との間の導通を確認し、把持部分から先の余分な組紐状圧電素子をカットした。また、別の日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトをシールド用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した導電性繊維6を把持した。シールド用金属製端子に把持できずに圧電性繊維Aから分離した導電性繊維6は切除した。上記の信号用金属製端子とシールド用金属製端子を、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジング2Pに挿入して固定し、コネクタハウジング端面から10mmの組紐状圧電素子1の周りには絶縁性のエポキシ系接着剤を付着させ、SHコネクタと組紐状圧電素子1を固定した。この端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子101とした。
(Braid-shaped piezoelectric element)
As the sample of Example 1, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B was used as a core thread, and the eight piezoelectric fibers A were wound in a braid shape around the core thread to form an eight-strand braid, Further, the electrically
実施例2の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A8本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、更に4本の絶縁性繊維9を右巻き、1本の導電性繊維6および3本の絶縁性繊維9を左巻きに鞘部の圧電性繊維Aの周りに巻き付けて八打組紐状の導電層4とし、組紐状圧電素子1を形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。また、実施例2の試料の導電層4の被覆率は25%であった。実施例1と同様に、導電性繊維Bに日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトを信号用金属製端子として接続し、導電性繊維6に別の日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトをシールド用金属製端子として接続し、信号用金属製端子とシールド用金属製端子を、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジング2Pに挿入して固定し、コネクタハウジング端面から10mmの組紐状圧電素子1の周りには絶縁性のエポキシ系接着剤を付着させ、SHコネクタと組紐状圧電素子1を固定した。この端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子102とした。
As a sample of Example 2, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B was used as a core thread, and the above-mentioned eight piezoelectric fibers A were wound in a braid shape around the core thread to form an eight-strand braid, Further, four insulating
実施例3の試料として、実施例1で用いた端子が未接続の組紐状圧電素子1を切断し、その末端10mmの導電層4を構成する導電性繊維6をほぐして圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した後、組紐状圧電素子の末端に残った圧電性繊維Aと導電性繊維Bに導電ペーストとして「ドータイト」(登録商標)D−363(藤倉化成(株)製)を付着させ固化させた後、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトを信号用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、導電ペーストが付着した組紐状圧電素子末端を把持した。組紐状圧電素子の別の末端の芯部と信号用金属製端子との間の導通を確認した。また、別の日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトをシールド用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した導電性繊維6を把持し、シールド用金属製端子に把持できずに圧電性繊維Aから分離した導電性繊維6は切除した。上記の信号用金属製端子とシールド用金属製端子を、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジング2Pに挿入して固定し、コネクタハウジング端面から10mmの組紐状圧電素子1の周りにはエポキシ系接着剤を付着させ、SHコネクタと組紐状圧電素子1を固定した。この端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子103とした。
As a sample of Example 3, the braid-like
実施例4の試料として、実施例1で用いた端子が未接続の組紐状圧電素子1を切断し、その末端10mmの導電層4を構成する導電性繊維6をほぐして圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した後、組紐状圧電素子の末端に残った圧電性繊維Aと導電性繊維Bに導電ペーストとして「ドータイト」(登録商標)D−363(藤倉化成(株)製)を付着させ、SMA−P型同軸コネクタの中心コンタクトに2mm挿入して固化させ信号用金属製端子とし、組紐状圧電素子の別の末端の芯部と信号用金属製端子との間の導通を確認した。また、SMA−P型同軸コネクタの金属製外装をシールド用金属製端子として、圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した導電性繊維6をスリーブにより把持して接続して固定し、シールド用金属製端子に把持できずに圧電性繊維Aから分離した導電性繊維6は切除した。上記の通り信号用金属製端子とシールド用金属製端子が絶縁体を介して一体となった端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子104とした。本実施例で用いたSMA−Pコネクタは、左側面図においてシールド用金属製端子(外装)が信号用金属製端子(中心コンタクト)を完全に覆った構造をしている。
As a sample of Example 4, the braided
実施例5の試料として、図8に示すように経糸に絶縁性繊維9および組紐状圧電素子1(実施例1の端子が未接続の試料と同じ)を2本配し、緯糸に絶縁性繊維9および導電性繊維10を交互に配して平織物を作製し、布帛状圧電素子7とした。布帛状圧電素子7中の2本の組紐状圧電素子1の末端から10mmの導電層4を構成する導電性繊維6をほぐして圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した後、圧電性繊維Aが露出した部分にオムロン(株)製XG圧接コネクタ10極のうち2極のフォーク状の金属部分をそれぞれ指し込み信号用金属製端子とし、これと同時に圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した導電性繊維6をまとめ、この導電性繊維束に上記圧接コネクタ10極のうち1極のフォーク状の金属部分に指し込みシールド用金属製端子とした。さらに金属部分に固定されたコネクタハウジングの上部分とそれに対となる下部分により組紐状圧電素子を挟み、固定した。2本の組紐状圧電素子1の末端の芯部と2極の信号用金属製端子との間の導通、および組紐状圧電素子1の導電層4と1極のシールド用金属製端子との間の導通をそれぞれ確認し、2極の信号用金属製端子と1極のシールド用金属製端子との間の絶縁を確認した。この2本の信号用金属製端子付き組紐状圧電素子をそれぞれ組紐状圧電素子105−1および105−2とした。平織布の経糸により組紐状圧電素子は固定されており、信号用金属製端子と平織布の経糸との距離は0.1mmであった。
As a sample of Example 5, as shown in FIG. 8, two insulating
実施例6の試料として、実施例1で用いた端子が未接続の組紐状圧電素子1切断し、その末端10mmの導電層4を構成する導電性繊維6をほぐして圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離し、さらに末端の圧電性繊維Aをほぐし、芯部を1mm露出させた後、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトを信号用金属製端子として、鞘部の除去されていない部分を長さ0.4mmの爪部分が把持し、露出した芯部を長さ0.8mmの爪部分が把持するよう、爪を折り曲げ、組紐状圧電素子を把持した。組紐状圧電素子の別の末端の芯部と信号用金属製端子との間の導通を確認した。また、別の日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトをシールド用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した導電性繊維6を把持し、シールド用金属製端子に把持できずに圧電性繊維Aから分離した導電性繊維6は切除した。上記の信号用金属製端子とシールド用金属製端子を、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジング2Pに挿入して固定した。この端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子106とした。
As a sample of Example 6, the braid-shaped
比較例1の試料として、実施例1で用いた端子が未接続の組紐状圧電素子1を切断し、その末端10mmの導電層4を構成する導電性繊維6をほぐして圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した後、組紐状圧電素子の末端に残った圧電性繊維Aと導電性繊維Bに導電ペーストとして「ドータイト」(登録商標)D−363(藤倉化成(株)製)を付着させ固化させた後、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトを信号用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、導電ペーストが付着した組紐状圧電素子末端を把持した。組紐状圧電素子の別の末端の芯部と信号用金属製端子との間の導通を確認した。また、別の日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトをシールド用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、圧電性繊維Aと導電性繊維Bから分離した導電性繊維6を把持し、シールド用金属製端子に把持できずに圧電性繊維Aから分離した導電性繊維6は切除した。上記の信号用金属製端子とシールド用金属製端子を、2つの日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジング2Pにそれぞれ挿入して固定し、コネクタハウジング端面から10mmの組紐状圧電素子1の周りにはエポキシ系接着剤を付着させ、それぞれのSHコネクタと組紐状圧電素子1を固定した。この端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子201とした。
As a sample of Comparative Example 1, the braided
比較例2の試料として、実施例1と同様に、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A8本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐としたが、導電層4は形成せず、組紐状圧電素子を形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。組紐状圧電素子の末端の圧電性繊維Aと導電性繊維Bに導電ペーストとして「ドータイト」(登録商標)D−363(藤倉化成(株)製)を付着させ固化させた後、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタコンタクトを信号用金属製端子として、長さ0.4mmの部分と長さ0.8mmの爪部分を折り曲げ、導電ペーストが付着した組紐状圧電素子末端を把持した。組紐状圧電素子の別の末端の芯部と信号用金属製端子との間の導通を確認した。上記の信号用金属製端子を、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジング2Pに挿入して固定し、コネクタハウジング端面から10mmの組紐状圧電素子1の周りにはエポキシ系接着剤を付着させ、SHコネクタと組紐状圧電素子1を固定した。この端子付き組紐状圧電素子を組紐状圧電素子202とした。
As a sample of Comparative Example 2, as in Example 1, the conductive fiber B was used as a core thread, and the eight piezoelectric fibers A were wound in a braid shape around the core thread to form an eight-strand braid. However, the braided piezoelectric element was formed without forming the
(性能評価及び評価結果)
組紐状圧電素子101、102、103、104、105−1、105−2、106、201、202の性能評価及び評価結果は以下のとおりである。
(Performance evaluation and evaluation results)
The performance evaluation and the evaluation results of the braided piezoelectric elements 101, 102, 103, 104, 105-1, 105-2, 106, 201, 202 are as follows.
(実施例1)
組紐状圧電素子101中の信号用金属製端子およびシールド用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングを、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタベース2Pに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子101と測定回路およびアースへの接続はSHコネクタによって一括して行われた。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は0%であった。
組紐状圧電素子101を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子101からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は20mVであり、S/N比は5となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。
(Example 1)
The SH connector housing manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., to which the metal terminals for signals and the metal terminals for shielding in the braided piezoelectric element 101 are fixed, is connected to the SH connector base 2P manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd. , The signal metal terminal is connected to an oscilloscope (Yokogawa Denki Co., Ltd. digital oscilloscope DL6000 series, product name "DL6000") via a 1000-fold amplification circuit for wiring to shield the braided
As a result of bending the braid-like piezoelectric element 101 by 90 degrees, a potential difference of about 100 mV is detected by the oscilloscope as an output from the braid-like piezoelectric element 101, and a sufficiently large electric signal can be detected by the deformation of the braid-like
(実施例2)
組紐状圧電素子102中の信号用金属製端子およびシールド用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングを、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタベース2Pに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子102と測定回路およびアースへの接続はSHコネクタによって一括して行われた。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は0%であった。
組紐状圧電素子102を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子102からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は20mVであり、S/N比は5となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。
(Example 2)
The SH connector housing manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., to which the signal metal terminals and the shield metal terminals in the braided piezoelectric element 102 are fixed, is connected to the SH connector base 2P manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd. , The signal metal terminal is connected to an oscilloscope (Yokogawa Denki Co., Ltd. digital oscilloscope DL6000 series, product name "DL6000") via a 1000-fold amplification circuit for wiring to shield the braided
As a result of bending the braid-shaped piezoelectric element 102 by 90 degrees, a potential difference of about 100 mV is detected by the oscilloscope as an output from the braid-shaped piezoelectric element 102, and a sufficiently large electric signal can be detected by the deformation of the braid-shaped
(実施例3)
組紐状圧電素子103中の信号用金属製端子およびシールド用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングを、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタベース2Pに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子103と測定回路およびアースへの接続はSHコネクタによって一括して行われた。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は0%であった。
組紐状圧電素子103を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子103からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は20mVであり、S/N比は5となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。
(Example 3)
The SH connector housing manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., to which the metal terminals for signals and the metal terminals for shielding in the braided piezoelectric element 103 are fixed, is connected to the SH connector base 2P manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd. , The signal metal terminal is connected to an oscilloscope (Yokogawa Denki Co., Ltd. digital oscilloscope DL6000 series, product name "DL6000") via a 1000-fold amplification circuit for wiring to shield the braided
As a result of bending the braid-like piezoelectric element 103 by 90 degrees, a potential difference of about 100 mV is detected by the oscilloscope as an output from the braid-like piezoelectric element 103, and a sufficiently large electric signal can be detected by the deformation of the braid-like
(実施例4)
組紐状圧電素子104中の信号用金属製端子およびシールド用金属製端子が固定されたSMA−P型同軸コネクタを、SMA−J型同軸コネクタに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子104と測定回路およびアースへの接続はSMA型コネクタによって一括して行われた。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は0%であった。
組紐状圧電素子104を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子104からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は16mVであり、S/N比は6となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。
(Example 4)
The SMA-P type coaxial connector to which the signal metal terminal and the shield metal terminal in the braided piezoelectric element 104 are fixed is connected to the SMA-J type coaxial connector, and the signal metal terminal is connected to an oscilloscope (Yokogawa). It is connected to a digital oscilloscope DL6000 series (trade name "DL6000" manufactured by Denki Co., Ltd.) via a wiring via a 1000-fold amplification circuit so that the metal terminal for shielding of the braided
As a result of bending the braid-like piezoelectric element 104 by 90 degrees, a potential difference of about 100 mV is detected by the oscilloscope as an output from the braid-like piezoelectric element 104, and a sufficiently large electric signal can be detected by the deformation of the braid-like
(実施例5)
組紐状圧電素子105−1、組紐状圧電素子105−2の信号用金属製端子およびシールド用金属製端子が固定されたオムロン(株)製XG圧接コネクタを、2列×5行のピンヘッダに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子105−1および組紐状圧電素子105−2と測定回路およびアースへの接続はXG圧接コネクタによって一括して行われた。また、信号用金属製端子のフォーク状の金属部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は組紐状圧電素子105−1および組紐状圧電素子105−2とも0%であった。
布帛状圧電素子7を折り曲げることによって組紐状圧電素子105−1および組紐状圧電素子105−2を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子105−1および組紐状圧電素子105−2からの出力としてそれぞれ、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は20mVであり、S/N比は5となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。
(Example 5)
Connect the Omron Co., Ltd. XG insulation displacement connector, to which the braid-like piezoelectric element 105-1 and the braid-like piezoelectric element 105-2 are fixed to the signal metal terminal and the shield metal terminal, to the pin header of 2 rows x 5 rows. The metal terminal for signal is connected to an oscilloscope (digital oscilloscope DL6000 series product name "DL6000" manufactured by Yokogawa Electric Co., Ltd.) via a 1000 times amplification circuit, and the braided
As a result of bending the braid-like piezoelectric element 105-1 and the braid-like piezoelectric element 105-2 by bending the cloth-like
(実施例6)
組紐状圧電素子106中の信号用金属製端子およびシールド用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングを、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタベース2Pに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子106と測定回路およびアースへの接続はSHコネクタによって一括して行われた。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は75%であった。
組紐状圧電素子106を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子106からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出されたが、ピーク付近の信号に振幅30mV程度のノイズが重畳されており、曲げ動作によるノイズ発生が確認された。また、静置下でのノイズ信号は20mVであり、S/N比は5となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。
(Example 6)
The SH connector housing manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., to which the metal terminals for signals and the metal terminals for shielding in the braided piezoelectric element 106 are fixed, is connected to the SH connector base 2P manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd. , The signal metal terminal is connected to an oscilloscope (Yokogawa Denki Co., Ltd. digital oscilloscope DL6000 series, product name "DL6000") via a 1000-fold amplification circuit for wiring to shield the braided
As a result of bending the braid-like piezoelectric element 106 by 90 degrees, a potential difference of about 100 mV was detected by the oscilloscope as an output from the braid-like piezoelectric element 106, but noise with an amplitude of about 30 mV was superimposed on the signal near the peak. It was confirmed that noise was generated by the bending operation. Further, the noise signal in the stationary state was 20 mV, and the S / N ratio was 5, indicating that the noise signal was sufficiently suppressed.
(比較例1)
組紐状圧電素子201中の信号用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングおよびシールド用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングを、それぞれ日本圧着端子製造(株)製SHコネクタベース2Pに接続し、信号用金属製端子がオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続され、組紐状圧電素子1のシールド用金属製端子が接地(アース)されるよう接続した。組紐状圧電素子201と測定回路およびアースへの接続は2組のSHコネクタによって別々に行われたため作業が煩雑となり、シールド用金属製端子に引っ張られた導電性繊維6のほつれが発生した。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は0%であった。
組紐状圧電素子201を90度折り曲げた結果、組紐状圧電素子201からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は25mVであり、S/N比は4となり、ノイズ信号が十分に抑制できていなかった。
(Comparative Example 1)
An SH connector housing manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., in which the metal terminals for signals in the braided piezoelectric element 201 are fixed, and an SH connector housing manufactured by Japan Crimp Terminal Manufacturing, Inc., in which the metal terminals for shielding are fixed, Each is connected to SH connector base 2P made by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., and the metal terminal for signal is amplified 1000 times through wiring to the oscilloscope (Yokogawa Electric Co., Ltd. digital oscilloscope DL6000 series product name "DL6000"). It was connected via a circuit, and was connected so that the shield metal terminal of the braided
As a result of bending the braid-like piezoelectric element 201 by 90 degrees, a potential difference of about 100 mV is detected by an oscilloscope as an output from the braid-like piezoelectric element 201, and a sufficiently large electric signal can be detected by the deformation of the braid-like
(比較例2)
組紐状圧電素子202中の信号用金属製端子が固定された日本圧着端子製造(株)製SHコネクタハウジングを、日本圧着端子製造(株)製SHコネクタベース2Pに接続し、信号用金属製端子をオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続したところ、静置下でのノイズ信号は1000mVであった。組紐状圧電素子202を90度折り曲げたがノイズ信号が大きく、折り曲げに由来する電気信号を判別することができなかった。また、信号用金属製端子の把持部分の端において、鞘部の組織が解けて芯部から離れた圧電性繊維は0%であった。
(Comparative example 2)
The SH connector housing manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd., to which the signal metal terminals in the braided piezoelectric element 202 are fixed, is connected to the SH connector base 2P manufactured by Nippon Crimp Terminal Manufacturing Co., Ltd. Was connected to an oscilloscope (digital oscilloscope DL6000 series trade name “DL6000” manufactured by Yokogawa Electric Corp.) via a 1000-fold amplification circuit via a wire, and the noise signal in the stationary state was 1000 mV. The braid-like piezoelectric element 202 was bent 90 degrees, but the noise signal was large and the electric signal derived from the bending could not be discriminated. In addition, at the end of the gripped portion of the signal metal terminal, the piezo-electric fiber was 0% when the sheath tissue was unraveled and separated from the core portion.
A 圧電性繊維
B 導電性繊維
1 組紐状圧電素子
2 鞘部
3 芯部
4 導電層
6 導電性繊維
7 布帛状圧電素子
8 布帛
9 絶縁性繊維
10 導電性繊維
11 デバイス
12 圧電素子
13 増幅手段
14 出力手段
15 送信手段
CL 繊維軸
α 巻きつけ角度
100 平織物
A piezoelectric fiber B
Claims (16)
該芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部と、
該鞘部の周囲に設けられた導電層と、
を備えた圧電素子であって、該芯部に接続固定された信号用金属製端子と、該導電層に接続固定されたシールド用金属製端子とをさらに備え、該信号用金属製端子と該シールド用金属製端子とが絶縁体を介して互いに固定された、圧電素子。 A core formed of conductive fibers,
A sheath portion formed of a braided piezoelectric fiber so as to cover the core portion,
A conductive layer provided around the sheath,
A piezoelectric element including: a signal metal terminal connected and fixed to the core portion; and a shield metal terminal connected and fixed to the conductive layer, the signal metal terminal and the signal metal terminal A piezoelectric element in which a metal terminal for shielding is fixed to each other via an insulator.
A)該圧電素子の末端部分を構成する繊維の長さ0.5mm以上の部分を、該信号用金属製端子の一部が把持し、該把持部分または該把持部分から1mm以内の場所において、該圧電素子の芯部と該信号用金属製端子とが直接あるいは導電性材料を介して間接的に電気接続され固定された様態
B)該信号用金属製端子の一部がフォーク状あるいは針状であり、このフォーク状部分または針状部分が該圧電素子の該鞘部に接触しながら該芯部の導電性繊維と直接または導電性材料を介して間接的に接続され、この接続箇所から10mm以内の場所において、該信号用金属製端子の別の部位または該信号用金属製端子に固定された部品により該圧電素子が該信号用金属製端子に固定された様態 The signal metal terminal is connected and fixed in one of the following modes A and B, and the piezoelectric element is fixed by the signal metal terminal or a component fixed to the signal metal terminal. Any of claims 1 to 4, wherein at the end of the portion, the piezo-electric fibers of the sheath that are disentangled and separated from the core have a portion that is less than 20% of the total piezoelectric fibers of the sheath. 2. The piezoelectric element according to item 1.
A) A part of the signal metal terminal grips a part having a length of 0.5 mm or more of a fiber constituting the end part of the piezoelectric element, and the grip part or a place within 1 mm from the grip part, A state in which the core portion of the piezoelectric element and the signal metal terminal are electrically connected and fixed directly or indirectly through a conductive material B) A part of the signal metal terminal is fork-shaped or needle-shaped The fork-shaped portion or the needle-shaped portion is connected to the conductive fiber of the core portion directly or indirectly through a conductive material while being in contact with the sheath portion of the piezoelectric element, and 10 mm from this connection point. In a place within, a state in which the piezoelectric element is fixed to the signal metal terminal by another portion of the signal metal terminal or a part fixed to the signal metal terminal.
前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は15°以上、75°以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の圧電素子。 Piezoelectric fiber contains polylactic acid as the main component,
The piezoelectric element according to claim 1, wherein a winding angle of the piezoelectric fiber with respect to the conductive fiber is 15 ° or more and 75 ° or less.
請求項1〜11のいずれか一項に記載の圧電素子。 The total fineness of the piezoelectric fibers is 1 to 20 times the total fineness of the conductive fibers,
The piezoelectric element according to claim 1.
印加された圧力に応じて前記圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。 The piezoelectric element according to any one of claims 1 to 15,
An amplifying unit that amplifies an electric signal output from the piezoelectric element according to the applied pressure,
Output means for outputting the electric signal amplified by the amplifying means,
Device with.
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