KR102123170B1 - 압전 기재, 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 액추에이터 및 생체 정보 취득 디바이스 - Google Patents

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Abstract

장척상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고, 상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고, 상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고, X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위인 압전 기재이다.
배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
(식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)

Description

압전 기재, 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 액추에이터 및 생체 정보 취득 디바이스
본 발명은 압전 기재, 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 액추에이터 및 생체 정보 취득 디바이스에 관한 것이다.
근년, 헬리컬 키랄 고분자를 포함하는 압전체를 센서, 액추에이터 등의 압전 디바이스에 응용하는 것이 검토되고 있다. 이러한 압전 디바이스에는 필름 형상의 압전체가 사용되고 있다.
상기 압전체에 있어서의 헬리컬 키랄 고분자로서, 폴리펩티드, 폴리락트산계 고분자 등의 광학 활성을 갖는 고분자를 사용하는 것이 착안되어 있다. 그 중에서도, 폴리락트산계 고분자는, 기계적인 연신 조작만으로 압전성을 발현하는 것이 알려져 있다. 폴리락트산계 고분자를 사용한 압전체에 있어서는, 폴링 처리가 불필요하며, 또한 압전성이 수 년에 걸쳐 감소하지 않는 것이 알려져 있다.
예를 들어, 폴리락트산계 고분자를 포함하는 압전체로서, 압전 상수 d14가 크고, 투명성이 우수한 압전체가 보고되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).
또한, 최근, 압전성을 갖는 재료를, 도체에 피복하여 이용하는 시도도 이루어지고 있다.
예를 들어, 중심으로부터 외측을 향하여 순서대로 동축상으로 배치된 중심 도체, 압전 재료층, 외측 도체 및 외피로 구성되는, 피에조 케이블이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).
또한, 압전성 고분자로 이루어지는 섬유를 도전성 섬유에 피복하여 이루어지는 압전 단위가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 4 참조).
일본 특허 제4934235호 공보 국제 공개 제2010/104196호 일본 특허 공개 평10-132669호 공보 국제 공개 제2014/058077호
그런데, 필름 형상의 압전체(예를 들어, 특허문헌 1 및 2의 실시예에 있어서의 압전체)를, 요철이 큰 장소나 변형량이 큰 장소에서 사용한 경우(예를 들어, 웨어러블 제품의 일부 또는 전부로서 사용한 경우), 변형에 의해 압전체 중에 꺾임, 주름 등의 손상이 발생하고, 그 결과, 압전 감도(예를 들어, 압전체를 센서로서 사용한 경우의 센서 감도, 및 압전체를 액추에이터로서 사용한 경우의 동작 감도. 이하 동일함)가 저하하는 경우가 있다.
또한, 특허문헌 3에서는, 상술한 바와 같이 중심으로부터 외측을 향하여 순서대로 동축상으로 배치된 중심 도체, 압전 재료층, 외측 도체 및 외피로 구성되는 피에조 케이블이 기재되어 있고, 압전 재료로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)이 기재되어 있다. 그러나, PVDF는 경시적으로 압전 상수의 변동이 보이고, 경시에 의해 압전 상수가 저하하는 경우가 있다. 또한, PVDF는, 강유전체이기 때문에 초전성을 갖고, 이 때문에, 주위의 온도 변화에 따라 압전 신호 출력이 변동되는 경우가 있다. 따라서, 특허문헌 3에 기재된 피에조 케이블에서는, 압전 감도의 안정성 및 압전 출력의 안정성(경시 또는 온도 변화에 대한 안정성)이 부족한 경우가 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 압전성 고분자로 이루어지는 섬유(이하, 압전성 섬유라고 칭함)를 피복하여 이루어지는 압전 단위로서, 예를 들어 압전성 섬유로 제작한 편조 튜브나 라운드로 꼰 끈목을 도전성 섬유에 감아 이루어지는 압전 단위가 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 4에 기재된 압전 단위에서는, 도전성 섬유에 대하여, 압전성 섬유를 권회하는 방향을 특별히 한정하고 있지 않기 때문에, 편조 튜브나, 라운드로 꼰 끈목 전체에 장력을 인가한 결과, 권회되어 있는 압전성 고분자에 발생하는 전단 응력에 의해, 압전성 고분자 내에 전하가 발생해도, 압전성 고분자 내에 발생하는 전하의 극성이 서로 상쇄되는 경우가 있다. 따라서, 특허문헌 4에 기재된 압전성 섬유에서는, 압전 감도가 부족한 경우가 있다.
즉, 본 발명의 일 양태의 목적은, 압전 감도가 우수하고, 압전 출력의 안정성도 우수한, 압전 기재, 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 액추에이터 및 생체 정보 취득 디바이스를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 구체적 수단은, 이하와 같다.
<1> 장척(長尺)상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위인 압전 기재.
배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
(식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)
<2> 상기 도체가 내부 도체이고,
상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 외주면을 따라 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있는 <1>에 기재된 압전 기재.
<3> 상기 한 방향과는 다른 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제2 압전체를 더 구비하고,
상기 제2 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
상기 제2 압전체의 길이 방향과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 상기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제2 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른 <2>에 기재된 압전 기재.
<4> 상기 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
상기 제1 절연체가, 상기 제1 압전체로부터 보아, 상기 내부 도체와는 반대측에 배치되어 있는 <2>에 기재된 압전 기재.
<5> 상기 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
상기 제1 절연체가, 상기 내부 도체와 상기 제1 압전체의 사이에 배치되어 있는 <2>에 기재된 압전 기재.
<6> 상기 한 방향과는 다른 방향으로 권회된 장척상의 제2 압전체를 더 구비하고,
상기 제2 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
상기 제2 압전체의 길이 방향과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 상기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제2 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
상기 제1 압전체와 상기 제2 압전체는 교대로 교차된 끈목 구조를 이루고,
상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른 <2>에 기재된 압전 기재.
<7> 상기 내부 도체의 외주면을 따라 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
상기 제1 압전체와 상기 제1 절연체는 교대로 교차된 끈목 구조를 이루는 <2>에 기재된 압전 기재.
<8> 상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 축 방향에 대하여, 15°내지 75°의 각도를 유지하여 권회되어 있는, <2> 내지 <7> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<9> 상기 제1 압전체가 단수 또는 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상을 갖고,
상기 제1 압전체의 단면의 장축 직경이 0.0001mm 내지 10mm인 <2> 내지 <8> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<10> 상기 제1 압전체가 장척 평판 형상을 갖고,
상기 제1 압전체의 두께가 0.001mm 내지 0.2mm이고,
상기 제1 압전체의 폭이 0.1mm 내지 30mm이고,
상기 제1 압전체의 두께에 대한 상기 제1 압전체의 폭의 비가 2 이상인 <1> 내지 <8> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<11> 상기 제1 압전체는, 카르보디이미드기, 에폭시기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 관능기를 갖는 중량 평균 분자량이 200 내지 60000인 안정화제 (B)를, 상기 헬리컬 키랄 고분자 (A) 100질량부에 대하여 0.01질량부 내지 10질량부 포함하는, <1> 내지 <10> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<12> 상기 제1 압전체의 적어도 한쪽의 주면측에 배치된 기능층을 더 구비하는 <11>에 기재된 압전 기재.
<13> 상기 기능층이 이접착층, 하드 코팅층, 대전 방지층, 안티 블록층, 보호층 및 전극층 중 적어도 하나를 포함하는 <12>에 기재된 압전 기재.
<14> 상기 기능층이 전극층을 포함하는 <12> 또는 <13>에 기재된 압전 기재.
<15> 상기 제1 압전체와 상기 기능층을 포함하는 적층체의 표면층의 적어도 한쪽이, 상기 전극층인 <14>에 기재된 압전 기재.
<16> 상기 도체와 상기 제1 압전체가 서로 꼬여 있는 <1>에 기재된 압전 기재.
<17> 상기 제1 압전체가 단수 또는 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상을 갖고,
상기 제1 압전체의 단면의 장축 직경이 0.0001mm 내지 2mm인 <16>에 기재된 압전 기재.
<18> 상기 도체가 금사선(錦絲線)인 <1> 내지 <17> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<19> 상기 도체 및 상기 제1 압전체의 사이에 접착층을 구비하는 <1> 내지 <18> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<20> 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)가, 하기 식 (1)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 주쇄를 갖는 폴리락트산계 고분자인 <1> 내지 <19> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
Figure 112018055194478-pct00001
<21> 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)는, 광학 순도가 95.00％ee 이상인 <1> 내지 <20> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<22> 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)가 D체 또는 L체로 이루어지는 <1> 내지 <21> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<23> 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 함유량이, 상기 제1 압전체의 전량에 대하여 80질량％ 이상인 <1> 내지 <22> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<24> 외주에 제1 외부 도체를 더 구비하는 <1> 내지 <23> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재.
<25> 상기 제1 외부 도체의 외주에 제2 절연체를 더 구비하는 <24>에 기재된 압전 기재.
<26> 종사 및 횡사로 이루어지는 직물 구조체를 구비하고,
상기 종사 및 상기 횡사 중 적어도 한쪽이 <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재를 포함하는 압전 직물.
<27> 종사 및 횡사로 이루어지는 직물 구조체를 구비하고,
상기 종사 및 상기 횡사의 양쪽이 <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재를 포함하고,
상기 종사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향과, 상기 횡사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향이 서로 다르고,
상기 종사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 횡사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 동일한 압전 직물.
<28> 종사 및 횡사로 이루어지는 직물 구조체를 구비하고,
상기 종사 및 상기 횡사의 양쪽이 <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재를 포함하고,
상기 종사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향과, 상기 횡사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향이 동일하고,
상기 종사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 횡사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른 압전 직물.
<29> <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재를 포함하는 편물 구조체를 구비하는 압전 편물.
<30> <26> 내지 <28> 중 어느 하나에 기재된 압전 직물 또는 <29>에 기재된 압전 편물과,
상기 직물 구조체 또는 상기 편물 구조체의 주면에 대향하는 위치에 배치된 제2 외부 도체
를 구비하는 압전 디바이스.
<31> 상기 제2 외부 도체와, 상기 직물 구조체 또는 상기 편물 구조체의 사이에 제3 절연체를 더 구비하는 <30>에 기재된 압전 디바이스.
<32> <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재를 구비하는 힘 센서.
<33> <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재를 구비하는 액추에이터.
<34> <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 압전 기재, <26> 내지 <28> 중 어느 하나에 기재된 압전 직물, 또는 <29>에 기재된 압전 편물을 포함하는 생체 정보 취득 디바이스.
본 발명의 일 양태에 따르면, 압전 감도가 우수하고, 압전 출력의 안정성도 우수한, 압전 기재, 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 액추에이터 및 생체 정보 취득 디바이스가 제공된다.
도 1a는, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 A를 도시하는 측면도이다.
도 1b는, 도 1a의 X-X'선 단면도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 B를 도시하는 측면도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 C를 도시하는 측면도이다.
도 4는, 제2 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 D를 도시하는 측면도이다.
도 5는, 본 실시 형태에 관한 압전 편물의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 6은, 본 실시 형태에 관한 압전 디바이스의 평면에서 본 사진이다.
도 7은, 본 실시 형태에 관한 힘 센서의 개념도이다.
도 8은, 실시예 4에 인장 응력을 인가하였을 때의 전압 파형을 도시하는 그래프이다.
도 9는, 실시예 1 및 비교예 3에 있어서의 온도와 발생 전하량의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10은, 실시예 12에 있어서, 호흡 신호와 심박 신호의 합성파로부터 분리된 호흡 신호를 도시하는 그래프이다.
도 11은, 실시예 12에 있어서, 호흡 신호와 심박 신호의 합성파로부터 분리된 심박 신호를 도시하는 그래프이다.
도 12는, 실시예 12에 있어서, 도 11의 심박 신호로부터 생성된 속도 맥파의 신호를 도시하는 그래프이다.
도 13은, 실시예 13에 있어서의 등 센서를 설치한 고양이 봉제 인형을 도시하는 도면이다.
도 14는, 실시예 13에 있어서의 수염 센서를 설치한 고양이 봉제 인형을 도시하는 도면이다.
도 15는, 실시예 13에 있어서, 등 센서를 설치한 고양이 봉제 인형의 등을 쓰다듬은 경우와 두드린 경우의 전압 출력을 도시하는 그래프이다.
도 16은, 실시예 13에 있어서, 수염 센서를 설치한 고양이 봉제 인형의 수염을 쓰다듬은 경우와 잡아당긴 경우의 전압 출력을 도시하는 그래프이다.
도 17은, 제3 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 E를 도시하는 사시도이며, 화살표(X1) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때의 PLLA의 분극 방향을 도시하는 도면이다.
도 18은, 제3 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 E를 도시하는 사시도이며, 화살표(X2) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때의 PLLA의 분극 방향을 도시하는 도면이다.
도 19는, 제4 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 F를 도시하는 사시도이며, 화살표(X1) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때의 PDLA의 분극 방향을 도시하는 도면이다.
도 20은, 제4 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 F를 도시하는 사시도이며, 화살표(X2) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때의 PDLA의 분극 방향을 도시하는 도면이다.
도 21a는, 점착 테이프를 사용하여 평판을 첩부한 제1 실시 형태에 관한 압전 기재를 도시하는 개략도이다.
도 21b는, 점착 테이프를 사용하여 평판을 첩부한 제1 실시 형태에 관한 압전 기재를 압박하였을 때의 개략도이다.
도 22는, 점착 테이프를 사용하여 평판을 첩부한 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 일례이다.
도 23은, 접착제를 사용하여 평판을 첩부한 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 일례이다.
도 24는, 점착 테이프를 사용하여 제1 실시 형태에 관한 압전 기재를 인체에 첩부한 것을 도시하는 개략도이다.
도 25는, 벨트를 사용하여 제1 실시 형태에 관한 압전 기재를 인체에 고정한 것을 도시하는 개략도이다.
도 26은, 턱끈의 일부에 제1 실시 형태에 관한 압전 기재를 배치한 것을 도시하는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 「내지」를 사용하여 표시되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 장척 평판상의 압전체(제1 압전체 및 제2 압전체)의 「주면」이란, 장척 평판상의 압전체의 두께 방향에 직교하는 면(바꿔 말하면, 길이 방향 및 폭 방향을 포함하는 면)을 의미한다. 직물의 「주면」 및 편물의 「주면」에 대해서도 동일하다.
본 명세서 중에 있어서, 부재의 「면」은, 특별히 언급이 없는 한, 부재의 「주면」을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 두께, 폭 및 길이는, 통상의 정의대로 두께<폭<길이의 관계를 만족한다.
본 명세서에 있어서, 2개의 선분이 이루는 각도는 0°이상 90°이하의 범위에서 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 「필름」은, 일반적으로 「필름」이라고 불리고 있는 것뿐만 아니라, 일반적으로 「시트」라고 불리고 있는 것도 포함하는 개념이다.
본 명세서에 있어서, 「MD 방향」이란, 필름이 흐르는 방향(Machine Direction), 즉 연신 방향이며, 「TD 방향」이란, 상기 MD 방향과 직교하고, 필름의 주면과 평행인 방향(Transverse Direction)이다.
[압전 기재]
본 실시 형태의 압전 기재는, 장척상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)(이하, 간단히 「헬리컬 키랄 고분자 (A)」라고도 함)를 포함하고,
상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위인 압전 기재이다.
배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타낸다. α의 단위는 °이다.
이하, 본 실시 형태의 압전 기재의 설명에 있어서, 「장척상의 도체」를 간단히 「도체」라고 칭하여 설명하는 경우가 있고, 「장척상의 제1 압전체」를 간단히 「제1 압전체」라고 칭하여 설명하는 경우가 있다.
여기서, 제1 압전체의 배향도 F는, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 배향의 정도를 나타내는 지표이며, 예를 들어 광각 X선 회절 장치(리가쿠사제 RINT2550, 부속 장치: 회전 시료대, X선원: CuKα, 출력: 40kV, 370mA, 검출기: 신틸레이션 카운터)에 의해 측정되는 c축 배향도이다.
또한, 제1 압전체의 배향도 F의 측정 방법의 예는, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같다.
「한 방향」이란, 본 실시 형태의 압전 기재를 도체의 축 방향의 한쪽 끝측에서 보았을 때, 제1 압전체가 도체의 전방측으로부터 안측을 향하여 권회되어 있는 방향을 말한다. 구체적으로는, 우측 방향(오른쪽 감기, 즉 시계 방향) 또는 좌측 방향(왼쪽 감기, 즉 반시계 방향)을 말한다.
본 실시 형태의 압전 기재는, 상기 구성을 구비함으로써, 압전 감도가 우수하고, 압전 출력의 안정성도 우수하다.
보다 상세하게는, 본 실시 형태의 압전 기재에서는, 제1 압전체가 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하는 것, 제1 압전체의 길이 방향과 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행인 것, 및 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만인 것에 의해 압전성이 발현된다.
게다가, 본 실시 형태의 압전 기재는, 상기 제1 압전체가, 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 구성을 이룬다.
본 실시 형태의 압전 기재에서는, 제1 압전체를 상기와 같이 배치함으로써, 압전 기재의 길이 방향으로 장력(응력)이 인가되었을 때, 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 전단력이 가해져, 압전 기재의 직경 방향으로 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분극이 발생한다. 그 분극 방향은, 나선상으로 권회된 제1 압전체를, 그 길이 방향에 대하여 평면이라고 간주할 수 있을 정도의 미소 영역의 집합체라고 간주한 경우, 그 구성하는 미소 영역의 평면에, 장력(응력)에 기인한 전단력이 헬리컬 키랄 고분자에 인가된 경우, 압전 상수 d14에 기인하여 발생하는 전계의 방향과 대략 일치한다.
구체적으로는, 예를 들어 폴리락트산에 있어서는, 분자 구조가 왼쪽 감기 나선 구조로 이루어지는 L-락트산의 단독 중합체(PLLA)인 경우, PLLA의 주 배향 방향과 길이 방향이 대략 평행인 제1 압전체를, 도체에 대하여, 왼쪽 감기로 나선상으로 권회한 구조체에, 장력(응력)이 인가되면, 직경 방향에 평행으로, 장력과 수직인 원상 단면의 원의 중심으로부터 외측 방향으로의 전계(분극)가 발생한다. 또한, 이것과는 반대로 PLLA의 주 배향 방향과 길이 방향이 대략 평행인 제1 압전체를, 도체에 대하여, 오른쪽 감기로 나선상으로 권회한 구조체에, 장력(응력)이 인가된 경우, 직경 방향에 평행으로, 장력과 수직인 원상 단면의 원의 외측으로부터 중심 방향으로의 전계(분극)가 발생한다.
또한, 예를 들어 분자 구조가 오른쪽 감기 나선 구조로 이루어지는 D-락트산의 단독 중합체(PDLA)인 경우, PDLA의 주 배향 방향과 길이 방향이 대략 평행인 제1 압전체를, 도체에 대하여, 왼쪽 감기로 나선상으로 권회한 구조체에, 장력(응력)이 인가되면, 직경 방향에 평행으로, 장력과 수직인 원상 단면의 원의 외측으로부터 중심 방향으로의 전계(분극)가 발생한다. 또한, 이것과는 반대로 PDLA의 주 배향 방향과 길이 방향이 대략 평행인 제1 압전체를, 도체에 대하여, 오른쪽 감기로 나선상으로 권회한 구조체에, 장력(응력)이 인가되면, 직경 방향에 평행으로, 장력과 수직인 원상 단면의 원의 중심으로부터 외측 방향으로의 전계(분극)가 발생한다.
이에 의해, 압전 기재의 길이 방향으로 장력이 인가되었을 때, 나선상으로 배치된 제1 압전체의 각 부위에 있어서, 장력에 비례한 전위차가 위상이 정렬된 상태에서 발생하기 때문에, 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호가 검출된다고 생각된다.
따라서, 본 실시 형태의 압전 기재에 따르면, 압전 감도가 우수하고, 압전 출력의 안정성도 우수한 압전 기재가 얻어진다.
예를 들어, 본 실시 형태의 압전 기재는, 도체에 대하여, 압전체를 오른쪽 감기로 나선상으로 권회하고, 또한 일부의 압전체를 왼쪽 감기로 나선상으로 권회한 구조체를 포함하는 것이어도 된다. 일부의 압전체를 왼쪽 감기로 나선상으로 권회한 경우, 압전 감도의 저하를 억제하고, 또한 압전 출력의 전압 극성이 안정된 압전 기재가 얻어지는 점에서, 왼쪽 감기의 비율은 전체(오른쪽 감기 및 왼쪽 감기의 합계)에 대하여 50％ 미만인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재는, 도체에 대하여, 압전체를 왼쪽 감기로 나선상으로 권회하고, 또한 일부의 압전체를 오른쪽 감기로 나선상으로 권회한 구조체를 포함하는 것이어도 된다. 일부의 압전체를 오른쪽 감기로 나선상으로 권회한 경우, 압전 감도의 저하를 억제하고, 또한 압전 출력의 전압 극성이 안정된 압전 기재가 얻어지는 점에서, 오른쪽 감기의 비율은 전체(오른쪽 감기 및 왼쪽 감기의 합계)에 대하여 50％ 미만인 것이 바람직하다.
특히, 헬리컬 키랄 고분자 (A)로서, 비초전성의 폴리락트산계 고분자를 사용한 압전 기재는, 초전성의 PVDF를 사용한 압전 기재에 비하여, 압전 감도의 안정성 및 압전 출력의 안정성(경시 또는 온도 변화에 대한 안정성)이 보다 향상된다.
또한, 상술한 특허문헌 4에 기재된 압전성 섬유를 구비하는 압전 단위에서는, 도전성 섬유에 대한 압전성 섬유의 권회 방향이 한정되어 있지 않은 데다가, 전단력을 구성하는 힘의 기점도 힘의 방향도, 본 실시 형태의 압전 기재와는 상이하다. 이 때문에, 특허문헌 4에 기재된 압전 단위에 장력을 인가해도, 압전 단위의 직경 방향으로 분극이 발생하지 않기 때문에, 즉 압전 상수 d14에 기인하여 발생하는 전계의 방향으로 분극이 발생하지 않기 때문에, 압전 감도가 부족하다고 생각된다.
여기서, 제1 압전체의 길이 방향과, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행인 것은, 제1 압전체가 길이 방향으로의 인장에 강하다(즉, 길이 방향의 인장 강도가 우수하다)고 하는 이점을 갖는다. 따라서, 제1 압전체를, 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회해도 파단되기 어려워진다.
또한, 제1 압전체의 길이 방향과, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행인 것은, 예를 들어 연신된 압전 필름을 슬릿하여 제1 압전체(예를 들어 슬릿 리본)를 얻을 때의 생산성의 면에서도 유리하다.
본 명세서 중에 있어서, 「대략 평행」이란, 2개의 선분이 이루는 각도가 0°이상 30°미만(바람직하게는 0°이상 22.5°이하, 보다 바람직하게는 0°이상 10°이하, 더욱 바람직하게는 0°이상 5°이하, 특히 바람직하게는 0°이상 3°이하)임을 가리킨다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이란, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주된 배향 방향을 의미한다. 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향은, 제1 압전체의 배향도 F를 측정함으로써 확인할 수 있다.
또한, 원료를 용융 방사한 후에 이것을 연신하여, 제1 압전체를 제조하는 경우, 제조된 제1 압전체에 있어서의 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향은, 주 연신 방향을 의미한다. 주 연신 방향이란, 연신 방향을 가리킨다.
동일하게, 필름의 연신 및 연신된 필름의 슬릿을 형성하여 제1 압전체를 제조하는 경우, 제조된 제1 압전체에 있어서의 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향은, 주 연신 방향을 의미한다. 여기서, 주 연신 방향이란, 1축 연신인 경우에는 연신 방향을 가리키고, 2축 연신인 경우에는, 연신 배율이 높은 쪽의 연신 방향을 가리킨다.
이하, 본 발명에 관한 압전 기재의 제1 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시 형태의 압전 기재]
제1 실시 형태의 압전 기재는, 장척상의 도체가 내부 도체이고, 장척상의 제1 압전체가 내부 도체의 외주면을 따라 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있는 것이 바람직하다.
도체로서, 내부 도체를 사용함으로써, 내부 도체의 축 방향에 대하여, 제1 압전체가 나선 각도 β를 유지하여 한 방향으로 나선상으로 배치되기 쉬워진다.
여기서, 「나선 각도 β」란, 도체의 축 방향과, 도체의 축 방향에 대하여 제1 압전체가 배치되는 방향(제1 압전체의 길이 방향)이 이루는 각도를 의미한다.
이에 의해, 예를 들어 압전 기재의 길이 방향으로 장력이 인가되었을 때, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분극이, 압전 기재의 직경 방향으로 발생하기 쉬워진다. 이 결과, 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호(전하 신호)가 검출된다.
또한, 상기 구성의 압전 기재는, 동축 케이블에 구비되는 내부 구조(내부 도체 및 유전체)와 동일한 구조로 되기 때문에, 예를 들어 상기 압전 기재를 동축 케이블에 적용한 경우, 전자기 실드성이 높고, 노이즈에 강한 구조가 될 수 있다.
제1 실시 형태의 압전 기재는, 상기 한 방향과는 다른 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제2 압전체를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
제2 압전체의 길이 방향과, 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 상기 식 (a)에 의해 구해지는 제2 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른 것이 바람직하다.
이에 의해, 예를 들어 압전 기재의 길이 방향으로 장력이 인가되었을 때, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A), 및 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 양쪽에 분극이 발생한다. 분극 방향은 모두 압전 기재의 직경 방향이다.
이 결과, 보다 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호(전하 신호)가 검출된다. 따라서, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성이 보다 향상된다.
특히, 제1 실시 형태의 압전 기재가, 제1 외부 도체를 구비하고, 또한 압전체가 제1 압전체 및 제2 압전체를 구비하는 2층 구조를 이루는 경우, 내부 도체나 제1 외부 도체에 대하여, 제1 압전체 및 제2 압전체의 공극이 적게 밀착시키는 것이 가능하게 되고, 장력에 의해 발생한 전계가 효율적으로 전극에 전달되기 쉽다. 따라서, 보다 고감도의 센서를 실현하는 데 적합한 형태이다.
제1 실시 형태의 압전 기재는, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
제1 절연체가, 제1 압전체로부터 보아, 내부 도체와는 반대측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제1 실시 형태의 압전 기재가 제1 외부 도체를 구비하는 경우에는, 압전 기재를 반복하여 굴곡시키거나, 작은 곡률 반경으로 굴곡시키면, 권회한 제1 압전체에 간극이 생기기 쉽고, 내부 도체와 제1 외부 도체가 전기적으로 단락될 가능성이 있다. 그 경우, 제1 절연체를 배치함으로써, 내부 도체와 제1 외부 도체를 전기적으로 보다 확실하게 차폐하는 것이 가능하게 된다. 또한, 굴곡시켜 사용되는 용도에 있어서도 높은 신뢰성을 확보하는 것이 가능하게 된다.
제1 실시 형태의 압전 기재는, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
제1 절연체가 내부 도체와 제1 압전체의 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제1 실시 형태의 압전 기재가 제1 외부 도체를 구비하는 경우에는, 압전 기재를 반복하여 굴곡시키거나, 작은 곡률 반경으로 굴곡시키면, 권회한 제1 압전체에 간극이 생기기 쉽고, 내부 도체와 제1 외부 도체가 전기적으로 단락될 가능성이 있다. 그 경우, 제1 절연체를 배치함으로써, 내부 도체와 제1 외부 도체를 전기적으로 보다 확실하게 차폐하는 것이 가능하게 된다. 또한, 굴곡되어 사용되는 용도에 있어서도 높은 신뢰성을 확보하는 것이 가능하게 된다.
제1 실시 형태의 압전 기재는, 한 방향과는 다른 방향으로 권회된 장척상의 제2 압전체를 더 구비하고,
제2 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
제2 압전체의 길이 방향과, 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 상기 식 (a)에 의해 구해지는 제2 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
제1 압전체와 제2 압전체는 교대로 교차된 끈목 구조를 이루고,
제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른 것이 바람직하다.
이에 의해, 예를 들어 압전 기재의 길이 방향으로 장력이 인가되었을 때, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A), 및 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 양쪽에 분극이 발생한다. 분극 방향은 모두 압전 기재의 직경 방향이다.
이에 의해, 보다 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호가 검출된다. 이 결과, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성이 보다 향상된다.
특히, 제1 실시 형태의 압전 기재가, 제1 외부 도체를 구비하고, 또한 압전체가 제1 압전체 및 제2 압전체를 구비하는 끈목 구조를 이루는 경우, 제1 압전체 및 제2 압전체 사이에 적당한 공극이 있기 때문에, 압전 기재가 굴곡 변형시키는 힘이 작용하였을 때에도, 공극이 변형을 흡수하여, 유연하게 굴곡 변형되기 쉬워진다. 그 때문에, 제1 실시 형태의 압전 기재는 3차원 평면을 따르는, 예를 들어 웨어러블 제품(후술하는 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 생체 정보 취득 디바이스 등)의 일 구성 부재로서 적합하게 사용할 수 있다.
제1 실시 형태의 압전 기재는, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 내부 도체의 외주면을 따라 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
제1 압전체와 제1 절연체는 교대로 교차된 끈목 구조를 이루는 것이 바람직하다.
이에 의해, 압전 기재의 굴곡 변형 시에 있어서, 제1 압전체가 내부 도체에 대하여 한 방향으로 권회된 상태가 유지되기 쉬워진다. 이 양태의 끈목 구조에 있어서는, 제1 압전체에 장력이 가해지기 쉬워지는 관점에서, 제1 압전체와 제1 절연체의 간극이 없는 편이 바람직하다.
제1 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 제1 압전체는, 내부 도체의 축 방향에 대하여, 15°내지 75°(45°±30°)의 각도를 유지하여 권회되어 있는 것이 바람직하고, 35°내지 55°(45°±10°)의 각도를 유지하여 권회되어 있는 것이 보다 바람직하다.
제1 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 제1 압전체는 단수 또는 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상을 갖고, 제1 압전체의 단면의 장축 직경은 0.0001mm 내지 10mm인 것이 바람직하고, 0.001mm 내지 5mm인 것이 보다 바람직하고, 0.002mm 내지 1mm인 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 「단면의 장축 직경」은, 제1 압전체(바람직하게는 섬유상 압전체)의 단면이 원 형상인 경우, 「직경」에 상당한다.
제1 압전체의 단면이 이형상인 경우, 「단면의 장축 직경」이란, 단면의 폭 중에서 가장 긴 폭으로 한다.
제1 압전체가 복수의 다발로 이루어지는 압전체인 경우, 「단면의 장축 직경」이란, 복수의 다발로 이루어지는 압전체의 단면의 장축 직경으로 한다.
본 실시 형태의 압전 기재(예를 들어, 제1 실시 형태의 압전 기재)에 있어서, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 제1 압전체는 장척 평판 형상을 갖는 것이 바람직하다. 제1 압전체의 두께는 0.001mm 내지 0.2mm이고, 제1 압전체의 폭은 0.1mm 내지 30mm이고, 제1 압전체의 두께에 대한 제1 압전체의 폭의 비는 2 이상이다.
이하, 장척 평판 형상을 갖는 제1 압전체(이하, 「장척 평판상 압전체」라고도 함)의 치수(두께, 폭, 비(폭/두께, 길이/폭))에 관하여, 보다 상세하게 설명한다.
제1 압전체의 두께는 0.001mm 내지 0.2mm인 것이 바람직하다.
두께가 0.001mm 이상임으로써, 장척 평판상 압전체의 강도가 확보된다. 또한, 장척 평판상 압전체의 제조 적성도 우수하다.
한편, 두께가 0.2mm 이하임으로써, 장척 평판상 압전체의 두께 방향의 변형의 자유도(유연성)가 향상된다.
또한, 제1 압전체의 폭은 0.1mm 내지 30mm인 것이 바람직하다.
폭이 0.1mm 이상임으로써, 제1 압전체(장척 평판상 압전체)의 강도가 확보된다. 또한, 장척 평판상 압전체의 제조 적성(예를 들어, 후술하는 슬릿 공정에 있어서의 제조 적성)도 우수하다.
한편, 폭이 30mm 이하임으로써, 장척 평판상 압전체의 변형의 자유도(유연성)가 향상된다.
또한, 제1 압전체의 두께에 대한 제1 압전체의 폭의 비(이하, 「비[폭/두께]」라고도 함)는 2 이상인 것이 바람직하다.
비[폭/두께]가 2 이상임으로써, 주면이 명확하게 되므로, 제1 압전체(장척 평판상 압전체)의 길이 방향에 걸쳐 방향을 정렬시켜 전극층(예를 들어 외부 도체)을 형성하기 쉽다. 예를 들어, 주면의 적어도 한쪽에 외부 도체를 형성하기 쉽다. 또한, 장척 평판상 압전체를 후술하는 압전 직물 또는 압전 편물로 할 때, 압전 직물 또는 압전 편물의 주면에 전극층을 정렬시켜 배치하기가 용이하다. 이 때문에, 압전 감도가 우수하고, 또한 압전 감도의 안정성도 우수하다.
제1 압전체의 폭은 0.5mm 내지 15mm인 것이 보다 바람직하다.
폭이 0.5mm 이상이면, 제1 압전체(장척 평판상 압전체)의 강도가 보다 향상된다. 또한, 장척 평판상 압전체의 꼬임을 보다 억제할 수 있으므로, 압전 감도 및 그의 안정성이 보다 향상된다.
폭이 15mm 이하이면, 장척 평판상 압전체의 변형의 자유도(유연성)가 보다 향상된다.
제1 압전체는, 폭에 대한 길이의 비(이하, 비[길이/폭]라고도 함)가 10 이상인 것이 바람직하다.
비[길이/폭]가 10 이상이면, 제1 압전체(장척 평판상 압전체)의 변형의 자유도(유연성)가 보다 향상된다. 또한, 장척 평판상 압전체가 적용되는 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등)에 있어서, 보다 광범위하게 걸쳐 압전성을 부여할 수 있다.
본 실시 형태의 압전 기재(예를 들어, 제1 실시 형태의 압전 기재)에 있어서, 제1 압전체가 장척 평판 형상을 갖는 경우, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 제1 압전체의 적어도 한쪽의 주면측에 기능층이 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 기능층은 이접착층, 하드 코팅층, 대전 방지층, 안티 블록층, 보호층 및 전극층 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 예를 들어 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스에 대한 적용이 보다 용이해진다.
상기 기능층은 전극층을 포함하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 압전 기재를, 예를 들어 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스의 구성 요소의 하나로서 사용한 경우에, 제1 외부 도체와 도체(바람직하게는 내부 도체)의 접속을 보다 간이하게 행할 수 있으므로, 본 실시 형태의 압전 기재에 장력이 인가되었을 때, 장력에 따른 전압 신호가 검출되기 쉬워진다.
본 실시 형태의 압전 기재(예를 들어, 제1 실시 형태의 압전 기재)에 있어서, 제1 압전체와 상기 기능층을 포함하는 적층체의 표면층의 적어도 한쪽은 전극층인 것이 바람직하다.
이에 의해, 압전 기재를, 예를 들어 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스의 구성 요소의 하나로서 사용한 경우에, 제1 외부 도체 또는 도체(바람직하게는 내부 도체)와 적층체의 접속을 보다 간이하게 행할 수 있으므로, 본 실시 형태의 압전 기재에 장력이 인가되었을 때, 장력에 따른 전압 신호가 검출되기 쉬워진다.
본 실시 형태의 압전 기재는, 도체가 금사선인 것이면 바람직하다.
금사선의 형태는, 면사 등의 단섬유를 연사한 섬유, 폴리에스테르사, 나일론사 등의 장섬유 등에 대하여, 압연된 구리박이 나선상으로 권회된 구조를 갖지만, 전기 전도도가 높은 구리가 사용되고 있음으로써 출력 임피던스를 저하시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시 형태의 압전 기재에 장력이 인가되었을 때, 장력에 따른 전압 신호가 검출되기 쉬워진다. 이 결과, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성이 보다 향상된다.
본 실시 형태의 압전 기재는 도체 및 제1 압전체의 사이에 접착층을 구비하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 도체와 제1 압전체의 상대 위치가 어긋나기 어려워지기 때문에, 제1 압전체에 장력이 가해지기 쉬워지고, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 전단 응력이 인가되기 쉬워진다. 따라서, 효과적으로 장력에 비례한 전압 출력을 도체(바람직하게는 신호선 도체)로부터 검출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 접착층을 구비함으로써, 단위 인장력당 발생 전하량의 절댓값이 보다 증가한다.
본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)는, 압전성을 보다 향상시키는 관점에서, 하기 식 (1)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 주쇄를 갖는 폴리락트산계 고분자인 것이 바람직하다.
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본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)는, 압전성을 보다 향상시키는 관점에서, 광학 순도가 95.00％ee 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)는, 압전성을 보다 향상시키는 관점에서, D체 또는 L체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 함유량은, 압전성을 보다 향상시키는 관점에서, 제1 압전체의 전량에 대하여 80질량％ 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 외주에 제1 외부 도체를 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 「외주」란, 압전 기재의 외주 부분을 의미한다.
이에 의해, 정전 실드하는 것이 가능하게 되고, 외부의 정전기의 영향에 의한, 도체(바람직하게는 내부 도체)의 전압 변화가 억제된다.
본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 상기 제1 외부 도체의 외주에 제2 절연체를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 압전 기재가 제2 절연체를 구비함으로써, 외부로부터의 물이나 땀 등의 액체의 침입, 먼지의 침입 등을 억제할 수 있다. 그 때문에, 물, 땀, 먼지 등에 기인하는 도체(바람직하게는 내부 도체)와 외부 도체 사이의 누설 전류의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 압전 기재를, 예를 들어 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스의 구성 요소의 하나로서 사용한 경우에, 여러 가지 환경의 변동에 대해서도 완강하고, 감도가 변동되기 어렵고, 안정된 출력을 가능하게 한다.
이하, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 A에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
[구체적 양태 A]
도 1a는, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 A를 도시하는 측면도이다. 도 1b는, 도 1a의 X-X'선 단면도이다.
구체적 양태 A의 압전 기재(10)는, 도체로서의 장척상의 내부 도체(12A)와, 장척상의 제1 압전체(14A)와, 내부 도체(12A)와 제1 압전체(14A)의 사이에 배치된 접착층(도시하지 않음)을 구비하고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 압전체(14A)는, 내부 도체(12A)의 외주면을 따라, 나선 각도 β1로 한쪽 끝에서부터 다른쪽 끝에 걸쳐, 간극이 없도록 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있다.
「나선 각도 β1」이란, 내부 도체(12A)의 축 방향(G1)과, 내부 도체(12A)의 축 방향에 대한 제1 압전체(14A)의 배치 방향이 이루는 각도를 의미한다.
또한, 구체적 양태 A에서는, 제1 압전체(14A)는, 내부 도체(12A)에 대하여 왼쪽 감기로 권회되어 있다. 구체적으로는, 압전 기재(10)를 내부 도체(12A)의 축 방향의 한쪽 끝측(도 1의 경우, 오른쪽 끝측)에서 보았을 때, 제1 압전체(14A)는, 내부 도체(12A)의 전방측으로부터 안측을 향하여 왼쪽 감기로 권회되어 있다.
또한, 도 1 중, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향은, 양쪽 화살표(E1)로 표시되어 있다. 즉, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향과, 제1 압전체(14A)의 배치 방향(제1 압전체(14A)의 길이 방향)은, 대략 평행으로 되어 있다.
또한, 내부 도체(12A)와 제1 압전체(14A)의 사이에는, 접착층(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 이에 의해, 구체적 양태 A의 압전 기재(10)에서는, 압전 기재(10)의 길이 방향으로 장력이 인가되어도, 제1 압전체(14A)와 내부 도체(12A)의 상대 위치가 어긋나지 않도록 구성되어 있다.
이하, 구체적 양태 A의 압전 기재(10)의 작용에 대하여 설명한다.
예를 들어, 압전 기재(10)의 길이 방향으로 장력이 인가되면, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 전단력이 가해져, 헬리컬 키랄 고분자 (A)는 분극된다. 이 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분극은, 도 1b 중, 화살표로 표시되는 바와 같이, 압전 기재(10)의 직경 방향으로 발생하고, 그 분극 방향은 위상이 정렬되어 발생한다고 생각된다. 이에 의해, 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호가 검출된다.
또한, 구체적 양태 A의 압전 기재(10)에서는, 내부 도체(12A)와 제1 압전체(14A)의 사이에 접착층이 배치되어 있기 때문에, 제1 압전체(14A)에 장력이 보다 인가되기 쉽게 되어 있다.
이상의 점에서, 구체적 양태 A의 압전 기재(10)에 따르면, 압전 감도가 우수하고, 압전 출력의 안정성이 우수한 것이 된다.
이어서, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 B에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 구체적 양태 A와 동일한 것에는 동일 부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략한다.
[구체적 양태 B]
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 B를 도시하는 측면도이다.
구체적 양태 B의 압전 기재(10A)는, 장척상의 제2 압전체(14B)를 구비하고 있는 점이 제1 양태의 압전 기재(10)와 상이하다.
또한, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성은 서로 다르다.
제1 압전체(14A)는, 구체적 양태 A와 동일하게, 내부 도체(12A)의 외주면을 따라, 나선 각도 β1로 한쪽 끝에서부터 다른쪽 끝에 걸쳐, 간극이 없도록 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있다.
한편, 제2 압전체(14B)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 압전체(14A)의 외주면을 따라, 나선 각도 β1과 대략 동일 각도인 나선 각도 β2로 제1 압전체(14A)의 권회 방향과는 역방향에서 나선상으로 권회되어 있다.
「나선 각도 β2」란, 상술한 나선 각도 β1과 동의이다.
여기서, 구체적 양태 B에 있어서의 「제1 압전체(14A)의 권회 방향과 역방향」이란, 오른쪽 감기를 말한다. 즉, 압전 기재(10A)를 내부 도체(12A)의 축 방향(G2)의 한쪽 끝측(도 2의 경우, 오른쪽 끝측)에서 보았을 때, 제2 압전체(14B)는, 내부 도체(12A)의 전방측으로부터 안측을 향하여 오른쪽 감기로 권회되어 있다.
또한, 도 2 중, 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향은, 양쪽 화살표(E2)로 표시되어 있다. 즉, 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향과, 제2 압전체(14B)의 배치 방향(제2 압전체(14B)의 길이 방향)은, 대략 평행으로 되어 있다.
이하, 구체적 양태 B의 압전 기재(10A)의 작용에 대하여 설명한다.
예를 들어, 압전 기재(10A)의 길이 방향으로 장력이 인가되면, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A), 및 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A) 양쪽에 전단 응력이 인가되어, 분극이 발생한다. 분극 방향은 모두 압전 기재(10A)의 직경 방향이다. 이에 의해, 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호가 검출된다.
이상의 점에서, 구체적 양태 B의 압전 기재(10A)에 따르면, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성이 보다 향상된다.
특히, 구체적 양태 B의 압전 기재(10A)가 외부 도체를 구비하는 경우에는, 압전체가 제1 압전체 및 제2 압전체를 구비하고, 또한 2층 구조를 이루기 때문에, 내부 도체나 외부 도체에 대하여, 제1 압전체 및 제2 압전체의 공극이 적게 밀착시키는 것이 가능하게 되고, 장력에 의해 발생한 전계가 효율적으로 전극에 전달되기 쉽다. 따라서, 보다 고감도의 센서를 실현하는 데 적합한 양태이다.
이어서, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 C에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 구체적 양태 A 및 구체적 양태 B와 동일한 것에는 동일 부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략한다.
[구체적 양태 C]
도 3은, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 C를 도시하는 측면도이다.
구체적 양태 C의 압전 기재(10B)는, 제1 압전체(14A) 및 제2 압전체(14B)가 교대로 교차되어 있고, 끈목 구조를 이루고 있는 점이 구체적 양태 B의 압전 기재(10A)와 상이하다.
또한, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성은 서로 다르다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 구체적 양태 C의 압전 기재(10B)에서는, 제1 압전체(14A)가, 내부 도체(12A)의 축 방향(G3)에 대하여, 나선 각도 β1로 왼쪽 감기로 나선상으로 권회되고, 제2 압전체(14B)가, 나선 각도 β2로 오른쪽 감기로 나선상으로 권회됨과 함께, 제1 압전체(14A) 및 제2 압전체가 교대로 교차되어 있다.
또한, 도 3에 도시하는 끈목 구조에 있어서, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향(양쪽 화살표(E1))과, 제1 압전체(14A)의 배치 방향은, 대략 평행으로 되어 있다. 동일하게, 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향(양쪽 화살표(E2))과, 제2 압전체(14B)의 배치 방향은, 대략 평행으로 되어 있다.
이하, 구체적 양태 C의 압전 기재(10B)의 작용에 대하여 설명한다.
구체적 양태 B와 동일하게, 예를 들어 압전 기재(10B)의 길이 방향으로 장력이 인가되면, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A), 및 제2 압전체(14B)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A) 양쪽에 분극이 발생한다. 분극 방향은 모두 압전 기재(10B)의 직경 방향이다. 이에 의해, 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호가 검출된다.
이상의 점에서, 구체적 양태 C의 압전 기재(10B)에 따르면, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성이 보다 향상된다.
특히, 구체적 양태 C의 압전 기재(10B)가 외부 도체를 구비하는 경우에는, 압전 기재(10B)의 길이 방향으로 장력이 인가되었을 때, 끈목 구조를 형성하는 왼쪽 감기의 제1 압전체와 오른쪽 감기의 제2 압전체에 전단 응력이 인가되고, 그의 분극 방향은 일치하고, 내부 도체와 외부 도체의 사이의 절연체(즉, 제1 압전체 및 제2 압전체)에 있어서의 압전 성능에 기여하는 체적분율이 증가하기 때문에, 압전 성능이 보다 향상된다. 그 때문에, 구체적 양태 C의 압전 기재(10B)는 3차원 평면을 따르는, 예를 들어 웨어러블 제품(후술하는 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 생체 정보 취득 디바이스 등)의 일 구성 부재로서 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 압전 기재의 제2 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
[제2 실시 형태의 압전 기재]
제2 실시 형태의 압전 기재는, 장척상의 도체와 장척상의 제1 압전체가 서로 꼬여 있는 것이 바람직하다.
서로 꼬여 있는 양태로서는 특별히 한정은 없지만, 동일한 선회축 또한 동일한 주회수로 서로 꼬여 있는 것이 보다 바람직하다.
상기 도체와 상기 제1 압전체의 1m당 주회수는, 도체의 외경(굵기) 및 제1 압전체의 외경(굵기)에 따라 상이하지만, 예를 들어 도체의 외경 및 제1 압전체의 외경이 동일 정도라면, 이하의 식으로 정의된다. 또한, 「외경」이란, 상술한 「단면의 장축 직경」과 동의이다.
주회수(회)=1000(mm)×tanβ3/(πD)
식 중, D는 도체 또는 제1 압전체의 외경(mm)을 나타낸다. πD는 도체 또는 제1 압전체의 원주 길이를 나타낸다. β3은 선회축과 제1 압전체의 길이 방향이 이루는 각도(°)를 나타낸다.
예를 들어 도체의 외경 및 제1 압전체의 외경이 동일 정도인 경우, 상기 도체와 상기 제1 압전체의 1m당 주회수는, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 상기 식에 있어서, 1000(mm)×tanβ3/(πD)(회)(단, β3=45°±30°)로 표시되는 것이 바람직하고, 1000(mm)×tanβ3/(πD)(회)(단, β3=45°±25°)로 표시되는 것이 보다 바람직하고, 1000(mm)×tanβ3/(πD)(회)(단, β3=45°±20°)로 표시되는 것이 더욱 바람직하고, 1000(mm)×tanβ3/(πD)(회)(단, β3=45°±15°)로 표시되는 것이 특히 바람직하다.
이에 의해, 도체 및 제1 압전체가 강하게 서로 밀착됨과 함께, 서로 꼬였을 때 절단되기 어려워지기 때문에, 압전성과 기계적 강도를 양립시킬 수 있다.
구체적으로, 도체의 외경 및 제1 압전체의 외경이 동일 정도인 경우, 상기 도체와 상기 제1 압전체의 1m당 주회수는, 상기 식을 만족하는 범위라면 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 200 내지 2000회가 바람직하고, 200 내지 1500회가 보다 바람직하고, 200 내지 1000회가 더욱 바람직하고, 200 내지 500회가 특히 바람직하다.
제2 실시 형태의 압전 기재에 있어서의 제1 압전체는, 단수 또는 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제2 실시 형태의 압전 기재에 있어서의 제1 압전체의 단면의 장축 직경은, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 0.0001mm 내지 2mm인 것이 바람직하고, 0.001mm 내지 1mm인 것이 보다 바람직하고, 0.002mm 내지 0.5mm인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 「단면의 장축 직경」이란, 상술한 「단면의 장축 직경」과 동의이다.
이어서, 제2 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 D에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
[구체적 양태 D]
도 4는, 제2 실시 형태에 관한 압전 기재의 구체적 양태 D를 도시하는 측면도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 압전 기재(10C)는, 장척상의 도체(12B)와, 장척상의 제1 압전체(14C)가, 동일한 선회축(G4)이고, 또한 동일한 주회수로 서로 꼬여 있다. 보다 상세하게는, 구체적 양태 D의 압전 기재(10C)에서는, 제1 압전체(14C)가 선회축(G4)에 대하여, 오른쪽 감기로 나선상으로 권회되어 있다.
여기서, 「오른쪽 감기」란, 압전 기재(10C)를 선회축(G4)의 방향의 한쪽 끝측(도 4의 경우, 오른쪽 끝측)에서 보았을 때, 제1 압전체(14C)가 선회축(G4)의 전방측으로부터 안측을 향하여 오른쪽 감기로 권회되어 있는 것을 의미한다.
도 4는, 도체(12B) 및 제1 압전체(14C)가 주회수 「3」으로 꼬여 있다. 이 경우, 도 4 중, 압전 기재(10C)의 길이 L1당 주회수는 「3」이며, 1주회당 제1 압전체(14C) 사이의 거리(도체(12B) 사이의 거리도 동의)는 L2이다. 또한, 도 4 중, 선회축(G4)과 제1 압전체(14C)의 길이 방향이 이루는 각도는 β3이다.
또한, 도 4 중, 제1 압전체(14C)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향은, 양쪽 화살표(E3)로 표시되어 있다. 즉, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향과, 제1 압전체(14C)의 배치 방향은, 대략 평행으로 되어 있다.
이하, 제2 실시 형태에 관한 압전 기재(10C)의 작용에 대하여 설명한다.
예를 들어, 압전 기재(10C)의 길이 방향으로 장력이 인가되면, 제1 압전체(14C)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 전단력이 가해져, 제1 압전체(14C)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)는 분극된다. 이 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분극은, 압전 기재(10C)의 직경 방향으로 발생하고, 그 분극 방향은 위상이 정렬되어 발생한다고 생각된다. 이에 의해, 효과적으로 장력에 비례한 전압 신호가 검출된다.
특히, 제2 실시 형태의 구체적 양태 D에서는, 도체(12B)와 제1 압전체(14C)의 단면적을 저감할 수 있고, 그 결과, 압전 기재(10C)를 가늘게 할 수 있다. 그 때문에, 높은 굴곡성, 유연함을 부여하는 것이 용이하게 되고, 특히 후술하는 압전 직물, 압전 편물 등의 가공에 적합하다.
이상의 점에서, 제2 실시 형태에 관한 압전 기재(10C)에 따르면, 압전 감도가 우수하고, 압전 출력의 안정성도 우수한 것이 된다.
이하, 본 발명에 관한 압전 기재의 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
[제3 실시 형태 및 제4 실시 형태의 압전 기재]
본 발명에 관한 압전 기재로서는, 장력이 인가되었을 때 발생하는 전하(전계)를 전압 신호로서 취출하는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 꼬임력이 인가되었을 때 발생하는 전하(전계)를 전압 신호로서 취출하는 구성이어도 된다.
제3 실시 형태의 압전 기재(10E) 및 제4 실시 형태의 압전 기재(10F)는, 도 17 내지 도 20에 도시하는 바와 같이, 도체로서의 장척상의 내부 도체(12A)와, 장척상의 제1 압전체(14A)와, 내부 도체(12A)와 제1 압전체(14A)의 사이에 배치된 접착층(도시하지 않음)을 구비하고, 제1 압전체(14A)의 외표면에 외부 도체(13)를 구비하고 있다. 또한, 압전 기재(10E, 10F)에서는, 제1 압전체(14A)는, 내부 도체(12A)에 대하여, 주 배향 방향(양쪽 화살표(E1))으로 나선상으로 권회되어 있고, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향(양쪽 화살표(E1))과, 제1 압전체(14A)의 배치 방향은, 대략 평행으로 되어 있다.
제3 실시 형태의 압전 기재(10E)는, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)가 L-락트산의 단독 중합체(PLLA)이며, 한편, 제4 실시 형태의 압전 기재(10F)는, 제1 압전체(14A)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)가 D-락트산의 단독 중합체(PDLA)이다. 제3 실시 형태의 압전 기재(10E)에 있어서의 꼬임 방향과 발생 분극 방향의 관계를 도 17, 18에 도시하고, 제4 실시 형태의 압전 기재(10F)에 있어서의 꼬임 방향과 발생 분극 방향의 관계를 도 19, 20에 도시한다.
도 17에 있어서, 압전 기재(10E)에 나선축을 중심축으로 하여 화살표(X1) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때, 나선상으로 권회된 제1 압전체(14A)에 전단 응력이 인가되어, 원형 단면의 중심 방향으로부터 외측 방향으로 PLLA의 분극이 발생한다. 한편, 도 18에 있어서, 압전 기재(10E)에 나선축을 중심축으로 하여 화살표(X1) 방향과 반대의 화살표(X2) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때, 나선상으로 권회된 제1 압전체(14A)에 전단 응력이 인가되어, 원형 단면의 외측 방향으로부터 중심 방향으로 PLLA의 분극이 발생한다. 따라서, 압전 기재(10E)에 있어서, 꼬임력에 비례한 전하(전계)가 발생하고, 발생한 전하는 전압 신호(전하 신호)로서 검출된다.
또한, 도 19에 있어서, 압전 기재(10F)에 나선축을 중심축으로 하여 화살표(X1) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때, 나선상으로 권회된 제1 압전체(14A)에 전단 응력이 인가되어, 원형 단면의 외측 방향으로부터 중심 방향으로 PDLA의 분극이 발생한다. 한편, 도 20에 있어서, 압전 기재(10F)에 나선축을 중심축으로 하여 화살표(X1) 방향과 반대의 화살표(X2) 방향의 꼬임력이 인가되었을 때, 나선상으로 권회된 제1 압전체(14A)에 전단 응력이 인가되어, 원형 단면의 중심 방향으로부터 외측 방향으로 PDLA의 분극이 발생한다. 따라서, 압전 기재(10F)에 있어서, 꼬임력에 비례한 전하(전계)가 발생하고, 발생한 전하는 전압 신호(전하 신호)로서 검출된다.
이어서, 본 실시 형태의 압전 기재에 포함되는 도체, 제1 압전체 등에 대하여 설명한다.
<도체>
본 실시 형태의 압전 기재는 장척상의 도체를 구비한다.
본 실시 형태에 있어서의 도체(예를 들어 내부 도체)는 신호선 도체인 것이 바람직하다.
신호선 도체란, 제1 압전체로부터 효율적으로 전기적 신호를 검출하기 위한 도체를 말한다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 압전 기재에 장력이 인가되었을 때, 인가된 장력에 따른 전압 신호(전하 신호)를 검출하기 위한 도체이다.
도체로서는, 전기적인 양도체인 것이 바람직하고, 예를 들어 구리선, 알루미늄선, SUS선, 절연 피막이 피복된 금속선, 카본 파이버, 카본 파이버와 일체화한 수지 섬유, 금사선, 유기 도전 재료 등을 사용하는 것이 가능하다. 금사선이란, 섬유에 구리박이 스파이럴로 권회된 것을 말한다. 도체 중에서도, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키고, 높은 굴곡성을 부여하는 관점에서, 금사선, 카본 파이버가 바람직하다.
특히, 전기적 저항이 낮고, 또한 굴곡성, 가요성이 요구되는 용도(예를 들어 의복에 내장하는 웨어러블 센서 등의 용도)에 있어서는, 금사선을 사용하는 것이 바람직하다.
금사선의 구리박의 단면은 평각선상인 것이 바람직하고, 단면이 평각선상인 구리박은, 구리선을 압연하거나, 구리박을 미세 폭으로 슬릿하거나 하는 등에 의해 제작할 수 있다. 평각선상으로 함으로써, 외부로부터 나선상으로 감는 압전체와의 공극을 줄이고, 전극을 압전체에 밀착시키는 것이 가능하게 되고, 압전체로부터 발생하는 전하 변동을 검출하기 쉬워져, 장력에 대한 감도를 향상시킬 때 유리하다.
평각선상의 단면(바람직하게는 직사각 형상 단면)에 있어서, 두께에 대한 폭의 비율은 2 이상인 것이 바람직하다.
또한, 구리박이 섬유에 나선상으로 권회되어 있는 경우, 구리박은 굴곡 변형 시에 탄성 변형 영역의 변형에 수렴되어, 소성 변형되기 어려워지기 때문에, 금속 피로 파괴가 일어나기 어려워지고, 반복적인 굴곡 내성을 현저하게 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 금사선에서는 구리박이 권회된 섬유는 중심에 위치한다. 그 때문에, 섬유는 장력을 지지하는 구조재로서의 기능을 갖고, 섬유의 재질, 단면적 등을 적절하게 선택함으로써, 장력 및 변형량을 원하는 값으로 설계하는 것이 가능하게 된다. 또한, 단면이 평각선상인 구리박을 사용함으로써, 원형 단면의 구리선을 사용한 경우와 비교하여, 굴곡시켰을 때, 굴곡 변형 시에 소성 변형되기 어려워지고, 또한 반복적인 굴곡 내성이 향상된다.
또한, 매우 높은 굴곡성, 유연함이 요구되는, 직물이나 편물 등에 대한 가공 용도(예를 들어 압전 직물, 압전 편물, 압전 센서(직물상 압전 센서, 편물상 압전 센서))에 있어서는, 카본 파이버를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재를 섬유로서 사용하여, 압전 직물이나 압전 편물로 가공하는 경우에는, 유연함, 고굴곡성이 요구된다. 그러한 용도에 있어서는 사상(絲狀) 또는 섬유상의 신호선 도체가 바람직하다. 사상, 섬유상의 신호선 도체를 구비하는 압전 기재는, 높은 굴곡성을 갖기 때문에, 직기나 편기에서의 가공이 적합하다.
<제1 압전체>
본 실시 형태의 압전 기재는 장척상의 제1 압전체를 구비한다.
제1 압전체는 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하는 압전체이다.
(헬리컬 키랄 고분자 (A))
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체는 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함한다.
여기서, 「광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자」란, 분자 구조가 나선 구조이며 분자 광학 활성을 갖는 고분자를 가리킨다.
상기 헬리컬 키랄 고분자 (A)로서는, 예를 들어 폴리펩티드, 셀룰로오스 유도체, 폴리락트산계 고분자, 폴리프로필렌옥시드, 폴리(β-히드록시부티르산) 등을 들 수 있다.
상기 폴리펩티드로서는, 예를 들어 폴리(글루타르산γ-벤질), 폴리(글루타르산γ-메틸) 등을 들 수 있다.
상기 셀룰로오스 유도체로서는, 예를 들어 아세트산셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스 등을 들 수 있다.
헬리컬 키랄 고분자 (A)는, 제1 압전체의 압전성을 향상시키는 관점에서, 광학 순도가 95.00％ee 이상인 것이 바람직하고, 96.00％ee 이상인 것이 보다 바람직하고, 99.00％ee 이상인 것이 더욱 바람직하고, 99.99％ee 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 바람직하게는 100.00％ee이다. 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 광학 순도를 상기 범위로 함으로써, 압전성을 발현하는 고분자 결정의 패킹성이 높아지고, 그 결과, 압전성이 높아지는 것이라고 생각된다.
여기서, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 광학 순도는, 하기 식으로 산출한 값이다.
광학 순도(％ee)=100×|L체량-D체량|/(L체량+D체량)
즉, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 광학 순도는,
『「헬리컬 키랄 고분자 (A)의 L체의 양[질량％]과 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 D체의 양[질량％]의 양차(절댓값)」를 「헬리컬 키랄 고분자 (A)의 L체의 양[질량％]과 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 D체의 양[질량％]의 합계량」으로 나눈(제산한) 수치』에, 『100』을 곱한(곱셈한) 값이다.
또한, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 L체의 양[질량％]과 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 D체의 양[질량％]은, 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)를 사용한 방법에 의해 얻어지는 값을 사용한다. 구체적인 측정의 상세에 대해서는 후술한다.
상기 헬리컬 키랄 고분자 (A)로서는, 광학 순도를 높이고, 압전성을 향상시키는 관점에서, 하기 식 (1)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 주쇄를 갖는 고분자가 바람직하다.
Figure 112018055194478-pct00003
상기 식 (1)로 표시되는 반복 단위를 주쇄로 하는 고분자로서는, 폴리락트산계 고분자를 들 수 있다.
여기서, 폴리락트산계 고분자란, 「폴리락트산(L-락트산 및 D-락트산으로부터 선택되는 단량체 유래의 반복 단위만으로 이루어지는 고분자)」, 「L-락트산 또는 D-락트산과, 상기 L-락트산 또는 D-락트산과 공중합 가능한 화합물의 공중합체」, 또는 양자의 혼합물을 말한다.
폴리락트산계 고분자 중에서도 폴리락트산이 바람직하고, L-락트산의 단독 중합체(PLLA, 간단히 「L체」라고도 함) 또는 D-락트산의 단독 중합체(PDLA, 간단히 「D체」라고도 함)가 가장 바람직하다.
폴리락트산은 락트산이 에스테르 결합에 의해 중합하고, 길게 연결된 고분자이다.
폴리락트산은 락티드를 경유하는 락티드법; 용매 중에서 락트산을 감압 하 가열하고, 물을 제거하면서 중합시키는 직접 중합법; 등에 의해 제조할 수 있는 것이 알려져 있다.
폴리락트산으로서는 L-락트산의 단독 중합체, D-락트산의 단독 중합체, L-락트산 및 D-락트산 중 적어도 한쪽 중합체를 포함하는 블록 공중합체, 및 L-락트산 및 D-락트산 중 적어도 한쪽 중합체를 포함하는 그래프트 공중합체를 들 수 있다.
상기 「L-락트산 또는 D-락트산과 공중합 가능한 화합물」로서는, 글리콜산, 디메틸글리콜산, 3-히드록시부티르산, 4-히드록시부티르산, 2-히드록시프로판산, 3-히드록시프로판산, 2-히드록시발레르산, 3-히드록시발레르산, 4-히드록시발레르산, 5-히드록시발레르산, 2-히드록시카프로산, 3-히드록시카프로산, 4-히드록시카프로산, 5-히드록시카프로산, 6-히드록시카프로산, 6-히드록시메틸카프로산, 만델산 등의 히드록시카르복실산; 글리콜리드, β-메틸-δ-발레로락톤, γ-발레로락톤, ε-카프로락톤 등의 환상 에스테르; 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸이산, 도데칸이산, 테레프탈산 등의 다가 카르복실산 및 이들의 무수물; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 1,4-헥산디메탄올 등의 다가 알코올; 셀룰로오스 등의 다당류; α-아미노산 등의 아미노카르복실산; 등을 들 수 있다.
상기 「L-락트산 또는 D-락트산과, 상기 L-락트산 또는 D-락트산과 공중합 가능한 화합물의 공중합체」로서는, 나선 결정을 생성 가능한 폴리락트산 시퀀스를 갖는, 블록 공중합체 또는 그래프트 공중합체를 들 수 있다.
또한, 헬리컬 키랄 고분자 (A) 중에 있어서의 공중합체 성분으로부터 유래하는 구조의 농도는 20mol％ 이하인 것이 바람직하다.
예를 들어, 헬리컬 키랄 고분자 (A)가 폴리락트산계 고분자인 경우, 폴리락트산계 고분자 중에 있어서의, 락트산으로부터 유래하는 구조와, 락트산과 공중합 가능한 화합물(공중합체 성분)로부터 유래하는 구조의 몰수의 합계에 대하여, 공중합체 성분으로부터 유래하는 구조의 농도가 20mol％ 이하인 것이 바람직하다.
폴리락트산계 고분자는, 예를 들어 일본 특허 공개 소59-096123호 공보 및 일본 특허 공개 평7-033861호 공보에 기재되어 있는 락트산을 직접 탈수 축합하여 얻은 방법; 미국 특허 2,668,182호 및 4,057,357호 등에 기재되어 있는 락트산의 환상 2량체인 락티드를 사용하여 개환 중합시키는 방법; 등에 의해 제조할 수 있다.
또한, 상기 각 제조 방법에 의해 얻어진 폴리락트산계 고분자는, 광학 순도를 95.00％ee 이상으로 하기 위해, 예를 들어 폴리락트산을 락티드법으로 제조하는 경우, 정석 조작에 의해 광학 순도를 95.00％ee 이상의 광학 순도로 향상시킨 락티드를 중합하는 것이 바람직하다.
-중량 평균 분자량-
헬리컬 키랄 고분자 (A)의 중량 평균 분자량(Mw)은 5만 내지 100만인 것이 바람직하다.
헬리컬 키랄 고분자 (A)의 Mw가 5만 이상임으로써, 제1 압전체의 기계적 강도가 향상된다. 상기 Mw는 10만 이상인 것이 바람직하고, 20만 이상인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 Mw가 100만 이하임으로써, 성형(예를 들어 압출 성형, 용융 방사)에 의해 제1 압전체를 얻을 때의 성형성이 향상된다. 상기 Mw는 80만 이하인 것이 바람직하고, 30만 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분자량 분포(Mw/Mn)는, 제1 압전체의 강도의 관점에서, 1.1 내지 5인 것이 바람직하고, 1.2 내지 4인 것이 보다 바람직하다. 또한, 1.4 내지 3인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 중량 평균 분자량(Mw) 및 분자량 분포(Mw/Mn)는, 겔 침투 크로마토그래프(GPC)를 사용하여 측정된 값을 가리킨다. 여기서, Mn은 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 수 평균 분자량이다.
이하, GPC에 의한 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 Mw 및 Mw/Mn의 측정 방법의 일례를 나타낸다.
-GPC 측정 장치-
Waters사제 GPC-100
-칼럼-
쇼와 덴코사제, Shodex LF-804
-샘플의 조제-
제1 압전체를 40℃에서 용매(예를 들어, 클로로포름)에 용해시켜, 농도 1mg/㎖의 샘플 용액을 준비한다.
-측정 조건-
샘플 용액 0.1㎖를 용매[클로로포름], 온도 40℃, 1㎖/분의 유속으로 칼럼에 도입한다.
칼럼에서 분리된 샘플 용액 중의 샘플 농도를 시차 굴절계로 측정한다.
폴리스티렌 표준 시료로 유니버설 검량선을 작성하고, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 중량 평균 분자량(Mw) 및 분자량 분포(Mw/Mn)를 산출한다.
헬리컬 키랄 고분자 (A)의 예인 폴리락트산계 고분자로서는, 시판 중인 폴리락트산을 사용할 수 있다.
시판품으로서는, 예를 들어 PURAC사제의 PURASORB(PD, PL), 미쓰이 가가쿠사제의 LACEA(H-100, H-400), NatureWorks LLC사제의 IngeoTM biopolymer 등을 들 수 있다.
헬리컬 키랄 고분자 (A)로서 폴리락트산계 고분자를 사용할 때, 폴리락트산계 고분자의 중량 평균 분자량(Mw)을 5만 이상으로 하기 위해서는, 락티드법 또는 직접 중합법에 의해 폴리락트산계 고분자를 제조하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체는, 상술한 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 1종만 함유하고 있어도 되고, 2종 이상 함유하고 있어도 된다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체 중에 있어서의 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 함유량(2종 이상인 경우에는 총 함유량)은, 제1 압전체의 전량에 대하여, 80질량％ 이상이 바람직하다.
<안정화제>
제1 압전체는, 1분자 중에, 카르보디이미드기, 에폭시기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 관능기를 갖는 중량 평균 분자량이 200 내지 60000인 안정화제 (B)를 더 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 내습열성을 보다 향상시킬 수 있다.
안정화제 (B)로서는, 국제 공개 제2013/054918호의 단락 0039 내지 0055에 기재된 「안정화제 (B)」를 사용할 수 있다.
안정화제 (B)로서 사용할 수 있는, 1분자 중에 카르보디이미드기를 포함하는 화합물(카르보디이미드 화합물)로서는, 모노카르보디이미드 화합물, 폴리카르보디이미드 화합물, 환상 카르보디이미드 화합물을 들 수 있다.
모노카르보디이미드 화합물로서는 디시클로헥실카르보디이미드, 비스-2,6-디이소프로필페닐카르보디이미드 등이 적합하다.
또한, 폴리카르보디이미드 화합물로서는, 여러 가지 방법으로 제조한 것을 사용할 수 있다. 종래의 폴리카르보디이미드의 제조 방법(예를 들어, 미국 특허 제2941956호 명세서, 일본 특허 공고 소47-33279호 공보, J. 0rg. Chem. 28, 2069-2075(1963), Chemical Review 1981, Vol.81 No.4, p619-621)에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는 일본 특허 제4084953호 공보에 기재된 카르보디이미드 화합물을 사용할 수도 있다.
폴리카르보디이미드 화합물로서는, 폴리(4,4'-디시클로헥실메탄카르보디이미드), 폴리(N,N'-디-2,6-디이소프로필페닐카르보디이미드), 폴리(1,3,5-트리이소프로필페닐렌-2,4-카르보디이미드) 등을 들 수 있다.
환상 카르보디이미드 화합물은, 일본 특허 공개 제2011-256337호 공보에 기재된 방법 등에 기초하여 합성할 수 있다.
카르보디이미드 화합물로서는, 시판품을 사용해도 되고, 예를 들어 도쿄 가세이사제, B2756(상품명), 닛신보 케미컬사제, 카르보딜라이트 LA-1(상품명), 라인 케미사제, Stabaxol P, Stabaxol P400, Stabaxol I(모두 상품명) 등을 들 수 있다.
안정화제 (B)로서 사용할 수 있는, 1분자 중에 이소시아네이트기를 포함하는 화합물(이소시아네이트 화합물)로서는, 이소시안산3-(트리에톡시실릴)프로필, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄디이소시아네이트, 크실릴렌디이소시아네이트, 수소 첨가 크실릴렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 들 수 있다.
안정화제 (B)로서 사용할 수 있는, 1분자 중에 에폭시기를 포함하는 화합물(에폭시 화합물)로서는, 페닐글리시딜에테르, 디에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 비스페놀 A-디글리시딜에테르, 수소 첨가 비스페놀 A-디글리시딜에테르, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 에폭시화 폴리부타디엔 등을 들 수 있다.
안정화제 (B)의 중량 평균 분자량은, 상술한 바와 같이 200 내지 60000이지만, 200 내지 30000이 보다 바람직하고, 300 내지 18000이 더욱 바람직하다.
분자량이 상기 범위 내라면, 안정화제 (B)가 보다 이동하기 쉬워지고, 내습열성 개량 효과가 보다 효과적으로 발휘된다.
안정화제 (B)의 중량 평균 분자량은 200 내지 900인 것이 특히 바람직하다. 또한, 중량 평균 분자량 200 내지 900은, 수 평균 분자량 200 내지 900과 거의 일치한다. 또한, 중량 평균 분자량 200 내지 900의 경우, 분자량 분포가 1.0인 경우가 있으며, 이 경우에는 「중량 평균 분자량 200 내지 900」을, 간단히 「분자량 200 내지 900」이라고 바꿔 말할 수도 있다.
제1 압전체가 안정화제 (B)를 함유하는 경우, 상기 제1 압전체는, 안정화제를 1종만 함유해도 되고, 2종 이상 함유해도 된다.
제1 압전체가 안정화제 (B)를 포함하는 경우, 안정화제 (B)의 함유량은, 헬리컬 키랄 고분자 (A) 100질량부에 대하여, 0.01질량부 내지 10질량부인 것이 바람직하고, 0.01질량부 내지 5질량부인 것이 보다 바람직하고, 0.1질량부 내지 3질량부인 것이 더욱 바람직하고, 0.5질량부 내지 2질량부인 것이 특히 바람직하다.
상기 함유량이 0.01질량부 이상이면, 내습열성이 보다 향상된다.
또한, 상기 함유량이 10질량부 이하이면, 투명성의 저하가 보다 억제된다.
안정화제 (B)의 바람직한 양태로서는, 카르보디이미드기, 에폭시기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 관능기를 갖고, 또한 수 평균 분자량이 200 내지 900인 안정화제 (B1)과, 카르보디이미드기, 에폭시기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 관능기를 1분자 내에 2 이상 갖고, 또한 중량 평균 분자량이 1000 내지 60000인 안정화제 (B2)를 병용한다고 하는 양태를 들 수 있다. 또한, 수 평균 분자량이 200 내지 900인 안정화제 (B1)의 중량 평균 분자량은, 대략 200 내지 900이며, 안정화제 (B1)의 수 평균 분자량과 중량 평균 분자량은 거의 동일한 값이 된다.
안정화제로서 안정화제 (B1)과 안정화제 (B2)를 병용하는 경우, 안정화제 (B1)을 많이 포함하는 것이 투명성 향상의 관점에서 바람직하다.
구체적으로는, 안정화제 (B1) 100질량부에 대하여, 안정화제 (B2)가 10질량부 내지 150질량부의 범위인 것이, 투명성과 내습열성의 양립이라고 하는 관점에서 바람직하고, 50질량부 내지 100질량부의 범위인 것이 보다 바람직하다.
이하, 안정화제 (B)의 구체예(안정화제 B-1 내지 B-3)를 나타낸다.
Figure 112018055194478-pct00004
이하, 상기 안정화제 B-1 내지 B-3에 대하여, 화합물명, 시판품 등을 나타낸다.
ㆍ안정화제 B-1…화합물명은 비스-2,6-디이소프로필페닐카르보디이미드이다. 중량 평균 분자량(이 예에서는 단순한 「분자량」과 동등함)은 363이다. 시판품으로서는 라인 케미사제 「Stabaxol I」, 도쿄 가세이사제 「B2756」을 들 수 있다.
ㆍ안정화제 B-2…화합물명은 폴리(4,4'-디시클로헥실메탄카르보디이미드)이다. 시판품으로서는 중량 평균 분자량 약 2000의 것으로서, 닛신보 케미컬사제 「카르보딜라이트 LA-1」을 들 수 있다.
ㆍ안정화제 B-3…화합물명은 폴리(1,3,5-트리이소프로필페닐렌-2,4-카르보디이미드)이다. 시판품으로서는 중량 평균 분자량 약 3000의 것으로서, 라인 케미사제 「Stabaxol P」를 들 수 있다. 또한, 중량 평균 분자량 20000의 것으로서, 라인 케미사제 「Stabaxol P400」을 들 수 있다.
<그 밖의 성분>
제1 압전체는, 필요에 따라, 그 밖의 성분을 함유해도 된다.
그 밖의 성분으로서는 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지 등의 공지의 수지; 실리카, 히드록시아파타이트, 몬모릴로나이트 등의 공지의 무기 필러; 프탈로시아닌 등의 공지의 결정핵제; 안정화제 (B) 이외의 안정화제; 등을 들 수 있다.
무기 필러 및 결정핵제로서는, 국제 공개 제2013/054918호의 단락 0057 내지 0058에 기재된 성분을 들 수도 있다.
(배향도 F)
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체의 배향도 F는, 전술한 바와 같이 0.5 이상 1.0 미만이지만, 0.7 이상 1.0 미만인 것이 바람직하고, 0.8 이상 1.0 미만인 것이 보다 바람직하다.
제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상이면, 연신 방향으로 배열되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분자쇄(예를 들어 폴리락트산 분자쇄)가 많고, 그 결과, 배향 결정이 생성되는 비율이 높아지고, 보다 높은 압전성을 발현하는 것이 가능하게 된다.
제1 압전체의 배향도 F가 1.0 미만이면, 종열 강도가 더 향상된다.
(결정화도)
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체의 결정화도는, 상술한 X선 회절 측정(광각 X선 회절 측정)에 의해 측정되는 값이다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체의 결정화도는, 바람직하게는 20％ 내지 80％이고, 보다 바람직하게는 25％ 내지 70％이고, 더욱 바람직하게는 30％ 내지 60％이다.
결정화도가 20％ 이상임으로써, 압전성이 높게 유지된다. 결정화도가 80％ 이하임으로써, 제1 압전체의 투명성이 높게 유지된다.
결정화도가 80％ 이하임으로써, 예를 들어 제1 압전체의 원료가 되는 압전 필름을 연신에 의해 제조할 때 백화나 파단이 일어나기 어려우므로, 제1 압전체를 제조하기 쉽다. 또한, 결정화도가 80％ 이하임으로써, 예를 들어 제1 압전체의 원료(예를 들어 폴리락트산)를 용융 방사 후에 연신에 의해 제조할 때 굴곡성이 높고, 유연한 성질을 갖는 섬유가 되어, 제1 압전체를 제조하기 쉽다.
(투명성(내부 헤이즈))
본 실시 형태에 있어서의 제1 압전체에 있어서, 투명성은 특별히 요구되지 않지만, 투명성을 갖고 있어도 물론 상관없다.
제1 압전체의 투명성은, 내부 헤이즈를 측정함으로써 평가할 수 있다. 여기서, 제1 압전체의 내부 헤이즈란, 제1 압전체의 외표면의 형상에 의한 헤이즈를 제외한 헤이즈를 가리킨다.
제1 압전체는, 투명성이 요구되는 경우에는, 가시광선에 대한 내부 헤이즈가 5％ 이하인 것이 바람직하고, 투명성 및 종열 강도를 보다 향상시키는 관점에서는 2.0％ 이하가 보다 바람직하고, 1.0％ 이하가 더욱 바람직하다. 제1 압전체의 상기 내부 헤이즈의 하한값은 특별히 한정은 없지만, 하한값으로서는, 예를 들어 0.01％를 들 수 있다.
제1 압전체의 내부 헤이즈는, 두께 0.03mm 내지 0.05mm의 제1 압전체에 대하여, JIS-K7105에 준거하여, 헤이즈 측정기[(유)도쿄 덴쇼쿠사제, TC-HIII DPK]를 사용하여 25℃에서 측정하였을 때의 값이다.
이하, 제1 압전체의 내부 헤이즈의 측정 방법의 예를 나타낸다.
먼저, 유리판 2매의 사이에, 실리콘 오일(신에쓰 가가쿠 고교 주식회사제 신에쓰 실리콘(상표), 형번: KF96-100CS)만을 끼운 샘플 1을 준비하고, 이 샘플 1의 두께 방향의 헤이즈(이하, 헤이즈 (H2)라고 함)를 측정한다.
이어서, 상기 유리판 2매의 사이에, 실리콘 오일로 표면을 균일하게 칠한 복수의 제1 압전체를 간극없이 배열하여 끼운 샘플 2를 준비하고, 이 샘플 2의 두께 방향의 헤이즈(이하, 헤이즈 (H3)이라고 함)를 측정한다.
이어서, 하기 식과 같이 이들의 차를 취함으로써, 제1 압전체의 내부 헤이즈 (H1)을 얻는다.
내부 헤이즈 (H1)=헤이즈 (H3)-헤이즈 (H2)
여기서, 헤이즈 (H2) 및 헤이즈 (H3)의 측정은, 각각 하기 측정 조건 하에서 하기 장치를 사용하여 행한다.
측정 장치: 도쿄 덴쇼쿠사제, HAZE METER TC-HIIIDPK
시료 사이즈: 폭 30mm×길이 30mm
측정 조건: JIS-K7105에 준거
측정 온도: 실온(25℃)
(제1 압전체의 형상, 치수)
본 실시 형태의 압전 기재는 장척상의 제1 압전체를 구비한다.
장척상의 제1 압전체로서는, 단수 혹은 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상(실 형상)을 갖는 압전체, 또는 장척 평판 형상을 갖는 압전체인 것이 바람직하다.
이하, 섬유 형상을 갖는 압전체(이하, 섬유상 압전체라고도 함), 장척 평판 형상을 갖는 압전체(이하, 장척 평판상 압전체라고도 함)에 대하여 순서대로 설명한다.
-섬유상 압전체-
섬유상 압전체로서는, 예를 들어 모노필라멘트사, 멀티필라멘트사를 들 수 있다.
ㆍ모노필라멘트사
모노필라멘트사의 단사 섬도는, 바람직하게는 3dtex 내지 30dtex이고, 보다 바람직하게는 5dtex 내지 20dtex이다.
단사 섬도가 3dtex 미만이 되면, 직물 준비 공정이나 제직 공정에 있어서 실을 취급하기가 곤란해진다. 한편, 단사 섬도가 30dtex를 초과하면, 실 사이에서 융착이 발생하기 쉬워진다.
모노필라멘트사는, 비용의 점을 고려하면 직접적으로 방사, 연신하여 얻는 것이 바람직하다. 또한, 모노필라멘트사는 입수한 것이어도 된다.
ㆍ멀티필라멘트사
멀티필라멘트사의 총 섬도는, 바람직하게는 30dtex 내지 600dtex이고, 보다 바람직하게는 100dtex 내지 400dtex이다.
멀티필라멘트사는, 예를 들어 스핀 드로우사 등의 1공정사 외에, UDY(미연신사)나 POY(고배향 미연신사) 등을 연신하여 얻는 2공정사의 어느 것도 채용 가능하다. 또한, 멀티필라멘트사는 입수한 것이어도 된다.
폴리락트산계 모노필라멘트사, 폴리락트산계 멀티필라멘트사의 시판품으로서는, 도레이제의 에코디어(R)PLA, 유니티카제의 테라맥(R), 구라레제 플라스타치(R)가 사용 가능하다.
섬유상 압전체의 제조 방법에는 특별히 한정은 없으며, 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다.
예를 들어, 제1 압전체로서의 필라멘트사(모노필라멘트사, 멀티필라멘트사)는, 원료(예를 들어 폴리락트산)를 용융 방사한 후, 이것을 연신함으로써 얻을 수 있다(용융 방사 연신법). 또한, 방출 후에 있어서, 냉각 고화할 때까지의 사조 근방의 분위기 온도를 일정 온도 범위로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 압전체로서의 필라멘트사는, 예를 들어 상기 용융 방사 연신법으로 얻어진 필라멘트사를 더 분섬함으로써 얻어도 된다.
ㆍ단면 형상
섬유상 압전체의 단면 형상으로서는, 섬유상 압전체의 긴 변 방향에 수직인 방향의 단면에 있어서, 원 형상, 타원 형상, 직사각 형상, 누에고치 형상, 리본 형상, 4개 잎 형상, 별 형상, 이형상 등 여러 가지 단면 형상을 적용하는 것이 가능하다.
-장척 평판상 압전체-
장척 평판상 압전체로서는, 예를 들어 공지의 방법으로 제작한 압전 필름, 또는 입수한 압전 필름을 슬릿함으로써 얻은 장척 평판상 압전체(예를 들어 슬릿 리본) 등을 들 수 있다.
제1 압전체로서, 장척 평판상 압전체를 사용함으로써, 도체에 대하여, 면으로 밀착하는 것이 가능하게 되므로, 효율적으로 압전 효과에 의해 발생한 전하를 전압 신호로서 검출하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에 있어서의 장척 평판상 압전체(제1 압전체)는, 제1 압전체의 적어도 한쪽의 주면측에 배치된 기능층을 구비하는 것이 바람직하다.
기능층은, 단층 구조여도 되고 2층 이상으로 이루어지는 구조여도 된다.
예를 들어, 장척 평판상 압전체의 양쪽 주면측에 기능층이 배치되는 경우, 한쪽 주면(이하, 편의상, 「표면」이라고도 함)측에 배치되는 기능층, 및 다른쪽 면(이하, 편의상, 「이면」이라고도 함)측에 배치되는 기능층은, 각각 독립적으로 단층 구조여도 되고 2층 이상으로 이루어지는 구조여도 된다.
기능층으로서는 여러 가지 기능층을 들 수 있다.
기능층으로서, 예를 들어 이접착층, 하드 코팅층, 굴절률 조정층, 안티 리플렉션층, 안티 글레어층, 이활층, 안티 블록층, 보호층, 접착층, 대전 방지층, 방열층, 자외선 흡수층, 안티 뉴튼 링층, 광산란층, 편광층, 가스 배리어층, 색상 조정층, 전극층 등을 들 수 있다.
기능층은, 이들 층 중 2층 이상으로 이루어지는 층이어도 된다.
또한, 기능층으로서는, 이들 기능 중 2개 이상을 겸비한 층이어도 된다.
장척 평판상 압전체의 양쪽 주면에 기능층이 형성되어 있는 경우에는, 표면측에 배치되는 기능층 및 이면측에 배치되는 기능층은, 동일한 기능층이어도 되고, 다른 기능층이어도 된다.
또한, 기능층의 효과로는, 장척 평판상 압전체 표면의 다이 라인이나 타격 흠집 등의 결함이 묻혀, 외관이 향상된다고 하는 효과도 있다. 이 경우에는 장척 평판상 압전체와 기능층의 굴절률차가 작을수록 장척 평판상 압전체와 기능층과 계면의 반사가 저감되고, 보다 외관이 향상된다.
상기 기능층은 이접착층, 하드 코팅층, 대전 방지층, 안티 블록층, 보호층 및 전극층 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예를 들어 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스에 대한 적용이 보다 용이해진다.
상기 기능층은 전극층을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
전극층은, 장척 평판상 압전체에 접하여 형성되어 있어도 되고, 전극층 이외의 기능층을 개재시켜 형성되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 있어서의 장척 평판상 압전체(제1 압전체)의 특히 바람직한 양태는, 장척 평판상 압전체의 양쪽 주면측에 기능층을 구비하고, 또한 양면의 기능층이 모두 전극층을 포함하는 양태이다.
본 실시 형태에 있어서의 장척 평판상 압전체(제1 압전체)에 있어서, 제1 압전체와 기능층을 포함하는 적층체의 표면층의 적어도 한쪽이 전극층인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 장척 평판상 압전체(제1 압전체)에 있어서, 표면측의 표면층 및 이면측의 표면층 중 적어도 한쪽이 전극층인 것(바꿔 말하면, 전극층이 노출되어 있는 것)이 바람직하다.
이에 의해, 장척 평판상 압전체를, 예를 들어 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스의 구성 요소의 하나로서 사용한 경우에, 도체(바람직하게는 내부 도체) 또는 제1 외부 도체와 적층체의 접속을 보다 간이하게 행할 수 있으므로, 압전 디바이스(압전 직물, 압전 편물 등), 힘 센서, 액추에이터, 생체 정보 취득 디바이스의 생산성이 향상된다.
기능층의 재료로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 금속이나 금속 산화물 등의 무기물; 수지 등의 유기물; 수지와 미립자를 포함하는 복합 조성물; 등을 들 수 있다. 수지로서는, 예를 들어 온도나 활성 에너지선으로 경화시킴으로써 얻어지는 경화물을 이용할 수도 있다. 즉, 수지로서는 경화성 수지를 이용할 수도 있다.
경화성 수지로서는, 예를 들어 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물, 비닐계 화합물, 알릴계 화합물, 우레탄계 화합물, 에폭시계 화합물, 에폭시드계 화합물, 글리시딜계 화합물, 옥세탄계 화합물, 멜라민계 화합물, 셀룰로오스계 화합물, 에스테르계 화합물, 실란계 화합물, 실리콘계 화합물, 실록산계 화합물, 실리카-아크릴 하이브리드 화합물 및 실리카-에폭시 하이브리드 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료(경화성 수지)를 들 수 있다.
이들 중에서도 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물, 실란계 화합물이 보다 바람직하다.
금속으로서는, 예를 들어 Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, In, Sn, W, Ag, Au, Pd, Pt, Sb, Ta 및 Zr로부터 선택되는 적어도 하나, 또는 이들의 합금을 들 수 있다.
금속 산화물로서는, 예를 들어 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화아연, 산화니오븀, 산화안티몬, 산화주석, 산화인듐, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화규소, 산화마그네슘, 산화이트륨, 산화이테르븀 및 산화탄탈륨, 또한 이들의 복합 산화물 중 적어도 하나를 들 수 있다.
미립자로서는 상술한 바와 같은 금속 산화물의 미립자나, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지 등의 수지 미립자 등을 들 수 있다. 또한, 이들 미립자의 내부에 공공을 갖는 중공 미립자도 들 수 있다.
미립자의 평균 1차 입경으로서는, 투명성의 관점에서 1nm 이상 500nm 이하가 바람직하고, 5nm 이상 300nm 이하가 보다 바람직하고, 10nm 이상 200nm 이하가 더욱 바람직하다. 500nm 이하임으로써 가시광의 산란이 억제되고, 1nm 이상임으로써 미립자의 2차 응집이 억제되어, 투명성의 유지의 관점에서 바람직하다.
기능층의 막 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.01㎛ 내지 10㎛의 범위가 바람직하다.
상기 두께의 상한값은, 보다 바람직하게는 6㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 3㎛ 이하이다. 또한, 하한값은, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.02㎛ 이상이다.
기능층이 복수의 기능층으로 이루어지는 다층막인 경우에는, 상기 두께는 다층막 전체에 있어서의 두께를 나타낸다. 또한, 기능층은 장척 평판상 압전체의 양면에 있어도 된다. 또한, 기능층의 굴절률은, 각각이 다른 값이어도 된다.
장척 평판상 압전체의 제조 방법에는 특별히 한정은 없으며, 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다.
또한, 예를 들어 압전 필름으로부터 제1 압전체를 제조하는 방법으로서는, 원료(예를 들어 폴리락트산)를 필름상으로 성형하여 미연신 필름을 얻고, 얻어진 미연신 필름에 대하여 연신 및 결정화를 실시하고, 얻어진 압전 필름을 슬릿함으로써 얻을 수 있다.
또한, 공지의 플랫 얀 제법을 사용하여 제1 압전체를 제조해도 된다. 예를 들어, 인플레이션 성형에 의해 얻어진 폭이 넓은 필름을 슬릿하여 미세 폭의 필름으로 한 후, 열판 연신, 롤 연신 등에 의한 연신 및 결정화를 실시함으로써, 제1 압전체를 얻을 수도 있다.
또한, 공지의 이형 단면의 금형을 사용한 용융 방사에 의해 제작한 편평 모노필라멘트, 바람직하게는 단면 형상에 있어서의 두께에 대한 폭의 비가 2 이상인 편평 모노필라멘트에 연신 및 결정화를 실시함으로써, 제1 압전체를 얻을 수도 있다.
여기서, 「슬릿하는」이란, 상기 압전 필름을 장척상으로 커트함을 의미한다.
또한, 상기 연신 및 결정화는 어느 것이 먼저여도 된다. 또한, 미연신 필름에 대하여, 예비 결정화, 연신 및 결정화(어닐링)를 순차적으로 실시하는 방법이어도 된다. 연신은 1축 연신이어도 되고 2축 연신이어도 된다. 2축 연신의 경우에는, 바람직하게는 한쪽(주 연신 방향)의 연신 배율을 높게 한다.
압전 필름의 제조 방법에 대해서는, 일본 특허 제4934235호 공보, 국제 공개 제2010/104196호, 국제 공개 제2013/054918호, 국제 공개 제2013/089148호 등의 공지 문헌을 적절하게 참조할 수 있다.
<제2 압전체>
제1 실시 형태의 압전 기재는 장척상의 제2 압전체를 구비하는 경우가 있다.
제2 압전체는, 제1 압전체와 동일한 특성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
즉, 제2 압전체는, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
제2 압전체의 길이 방향과, 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행이고,
X선 회절 측정으로부터 상기 식 (a)에 의해 구해지는 제2 압전체의 배향도 F는 0.5 이상 1.0 미만의 범위인 것이 바람직하다.
제2 압전체는, 상기 이외의 특성에 있어서도, 제1 압전체와 동일한 특성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
단, 제1 압전체 및 제2 압전체의 권회 방향, 그리고 제1 압전체 및 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성에 대해서는, 본 발명의 효과가 보다 발휘되는 관점에서, 압전 기재의 양태에 따라 적절하게 선택하면 된다.
또한, 제1 압전체 및 제2 압전체의 권회 방향, 그리고 제1 압전체 및 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성의 바람직한 조합의 일례에 대해서는, 전술한 구체적 양태에서 설명한 바와 같다.
또한, 제2 압전체는 제1 압전체와 다른 특성을 가져도 된다.
<제1 절연체>
제1 실시 형태의 압전 기재는, 제1 절연체를 더 구비하고 있어도 된다.
제1 절연체는, 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회되는 것이 바람직하다.
이 경우, 제1 절연체는, 제1 압전체로부터 보아, 내부 도체와는 반대측에 배치되어 있어도 되고, 내부 도체와 제1 압전체의 사이에 배치되어 있어도 된다.
또한, 제1 절연체의 권회 방향은, 제1 압전체의 권회 방향과 동일한 방향이어도 되고, 다른 방향이어도 된다.
특히, 제1 실시 형태의 압전 기재가 제1 외부 도체를 구비하는 경우에 있어서는, 제1 실시 형태에 관한 압전 기재가 제1 절연체를 더 구비함으로써, 압전 기재가 굴곡 변형될 때, 내부 도체와 외부 도체의 전기적 단락의 발생을 억제하기 쉬워진다고 하는 이점이 있다.
제1 절연체로서는, 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 염화비닐 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌ㆍ사불화에틸렌 공중합체(ETFE), 사불화에틸렌ㆍ육불화프로필렌 공중합체(FEP), 사불화에틸렌 수지(PTFE), 사불화에틸렌ㆍ퍼플루오로프로필비닐에테르 공중합체(PFA), 불소 고무, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET), 고무(엘라스토머를 포함함) 등을 들 수 있다.
제1 절연체의 형상은, 도체에 대한 권회의 관점에서, 장척상인 것이 바람직하다.
<제2 절연체>
본 실시 형태의 압전 기재에 있어서, 외주에 제1 외부 도체를 구비하는 경우, 제1 외부 도체의 외주에 제2 절연체를 더 구비하고 있어도 된다.
이에 의해, 정전 실드하는 것이 가능하게 되고, 외부의 정전기의 영향에 의한, 도체(바람직하게는 내부 도체)의 전압 변화가 억제된다.
제2 절연체에는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 제1 절연체로서 예시한 재료를 들 수 있다.
또한, 제2 절연체의 형상은 특별히 한정은 없으며, 제1 외부 도체의 적어도 일부를 피복할 수 있는 형상이면 된다.
(제1 외부 도체)
본 실시 형태의 압전 기재는 외주에 제1 외부 도체를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 외부 도체는 그라운드 도체인 것이 바람직하다.
그라운드 도체란, 신호를 검출할 때, 예를 들어 도체(바람직하게는 신호선 도체)의 쌍이 되는 도체를 가리킨다.
그라운드 도체의 재료에는 특별히 한정은 없지만, 단면 형상에 따라, 주로 이하의 것을 들 수 있다.
예를 들어, 직사각형 단면을 갖는 그라운드 도체의 재료로서는, 원형 단면의 구리선을 압연하여 평판상으로 가공한 구리박 리본이나, Al박 리본 등을 사용하는 것이 가능하다.
예를 들어, 원형 단면을 갖는 그라운드 도체의 재료로서는, 구리선, 알루미늄 선, SUS선, 절연 피막이 피복된 금속선, 카본 파이버, 카본 파이버와 일체화한 수지 섬유, 섬유에 구리박이 스파이럴로 권회된 금사선을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 그라운드 도체의 재료로서, 유기 도전 재료를 절연 재료로 코팅한 것을 사용해도 된다.
그라운드 도체는, 신호선 도체와 단락되지 않도록, 도체(바람직하게는 신호선 도체) 및 제1 압전체를 둘러싸도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 신호선 도체의 포장법으로서는, 구리박 등을 나선상으로 권회하여 둘러싸는 방법이나, 구리선 등을 통상의 끈목으로 하여, 그 안에 싸서 넣는 방법 등을 선택하는 것이 가능하다.
또한, 신호선 도체의 포장법은, 이들 방법에 한정되지 않는다. 신호선 도체를 싸서 넣음으로써, 정전 실드하는 것이 가능하게 되고, 외부의 정전기의 영향에 의한, 신호선 도체의 전압 변화를 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 그라운드 도체의 배치는, 본 실시 형태의 압전 기재의 최소 기본 구성 단위(즉, 도체 및 제1 압전체)를 원통상으로 포접하도록 배치하는 것도 바람직한 형태의 하나이다.
또한, 예를 들어 상기 최소 기본 구성 단위를 구비한 압전 기재를 사용하여, 후술하는 압전 편물이나 압전 직물을 시트상으로 가공한 경우, 그 가공물의 대향하는 편면 혹은 양면에, 면상 혹은 시트상의 그라운드 도체를 근접하여 배치하는 것도 바람직한 형태의 하나이다.
그라운드 도체의 단면 형상은 원 형상, 타원 형상, 직사각 형상, 이형상 등 여러 가지 단면 형상을 적용하는 것이 가능하다. 특히, 직사각형 단면은 도체(바람직하게는 신호선 도체), 제1 압전체, 필요에 따라 제1 절연체, 제2 압전체 등에 대하여, 평면으로 밀착하는 것이 가능하게 되므로, 효율적으로 압전 효과에 의해 발생한 전하를 전압 신호로서 검출하는 것이 가능하게 된다.
<접착층을 형성하는 접착제>
본 실시 형태의 압전 기재는, 도체 및 제1 압전체의 사이에 접착층을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 「접착」은 「점착」을 포함하는 개념이다. 또한, 「접착층」은 「점착층」을 포함하는 개념이다.
접착층을 형성하는 접착제는, 상기 도체와 상기 제1 압전체의 사이를 기계적으로 일체화하기 위해, 또는 압전 기재가 외부 도체를 구비하는 경우에는 전극 사이(도체 및 외부 도체 사이)의 거리를 유지하기 위해 사용한다.
도체 및 제1 압전체의 사이에 접착층을 구비함으로써, 본 실시 형태의 압전 기재에 장력이 인가되었을 때, 도체와 제1 압전체의 상대 위치가 어긋나기 어려워지기 때문에, 제1 압전체에 장력이 가해지기 쉬워진다. 따라서, 효과적으로 장력에 비례한 전압 출력을 도체(바람직하게는 신호선 도체)로부터 검출하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성이 보다 향상된다. 또한, 접착층을 구비함으로써, 단위 인장력당 발생 전하량의 절댓값이 보다 증가한다.
한편, 도체 및 제1 압전체의 사이에 접착층을 구비하지 않는 압전 기재에서는, 후술하는 압전 섬유(예를 들어 압전 편물, 압전 직물) 등으로 가공한 후에도 유연한 성질이 유지되기 때문에, 웨어러블 센서 등으로 하였을 때 장착감이 양호해진다.
접착층을 형성하는 접착제의 재료로서는, 이하의 재료를 사용하는 것이 가능하다.
에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제, 아세트산비닐 수지계 에멀전형 접착제, (EVA)계 에멀전형 접착제, 아크릴 수지계 에멀전형 접착제, 스티렌ㆍ부타디엔 고무계 라텍스형 접착제, 실리콘 수지계 접착제, α-올레핀(이소부텐-무수 말레산 수지)계 접착제, 염화비닐 수지계 용제형 접착제, 고무계 접착제, 탄성 접착제, 클로로프렌 고무계 용제형 접착제, 니트릴 고무계 용제형 접착제 등, 시아노아크릴레이트계 접착제 등을 사용하는 것이 가능하게 된다.
-탄성률-
본 실시 형태에 있어서의 접착제는, 접합 후의 탄성률이 제1 압전체와 동일 정도 이상인 것이 바람직하다. 제1 압전체의 탄성률에 대하여, 탄성률이 낮은 재료를 사용하면, 본 실시 형태의 압전 기재에 인가된 장력에 의한 변형(압전 변형)이 접착제 부분에서 완화되어, 제1 압전체에 대한 변형의 전달 효율이 작아지기 때문에, 본 실시 형태의 압전 기재를, 예를 들어 센서에 적용한 경우, 센서의 감도가 낮아지기 쉽다.
-두께-
본 실시 형태에 있어서의 접착제의 접합 부위의 두께는, 접합하는 대상 사이에 공극이 생기지 않고, 접합 강도가 저하되지 않는 범위라면 얇으면 얇을수록 좋다. 접합 부위의 두께를 작게 함으로써, 압전 기재에 인가된 장력에 의한 변형이 접착제 부분에서 완화되기 어려워지고, 제1 압전체에 대한 변형이 효율적으로 작아지기 때문에, 본 실시 형태의 압전 기재를, 예를 들어 센서에 적용한 경우, 센서의 감도가 향상된다.
-접착제의 도포 방법-
접착제의 도포 방법은 특별히 한정되지 않지만, 주로 이하의 2개의 방법을 사용하는 것이 가능하다.
ㆍ가공 후에 접착제를 배치하여 접합하는 방법
예를 들어, 도체(바람직하게는 신호선 도체) 및 제1 압전체의 배치; 신호선 도체 및 그라운드 도체의 가공, 배치;가 완료된 후에, 딥 코팅이나 함침 등의 방법으로, 도체 및 제1 압전체의 계면에 접착제를 배치하여 접착하는 방법을 들 수 있다.
또한, 상기 방법에 의해, 도체 및 제1 압전체를 접합하는 것 외에, 필요에 따라, 본 실시 형태의 압전 기재에 구비되는 각 부재 사이를 접합해도 된다.
ㆍ가공 전에 미경화의 접착제를 배치하고, 가공 후에 접합하는 방법
예를 들어, 미리 제1 압전체의 표면에 광경화성 접착제, 열경화성 접착제, 열가소성 접착제 등을, 그라비아 코터나 딥 코터 등으로 코팅하여 건조시키고, 도체 및 제1 압전체의 배치가 완료된 후에, 자외선 조사나 가열에 의해 접착제를 경화시켜, 도체 및 제1 압전체의 계면을 접합하는 방법을 들 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재를, 후술하는 압전 편물이나 압전 직물로 가공하는 경우에도 동일한 방법에 의해, 압전 편물이나 압전 직물로 가공된 후에, 예를 들어 도체 및 제1 압전체의 계면, 압전 기재 및 외부 도체의 계면을 접합 또는 열융착해도 된다. 이 경우, 압전 편물이나 압전 직물은, 접착제에 의해 각 부재 사이가 일체화되기 전이라면, 유연한 성질이 유지되므로, 편물이나 직물의 가공이 용이해진다.
또한, 상기 방법에 의해, 도체 및 제1 압전체를 접합하는 것 외에, 필요에 따라, 본 실시 형태의 압전 기재에 구비되는 각 부재 사이를 접합해도 된다.
상기 방법을 사용하면, 접착제를 코팅 건조한 후에는 드라이 프로세스에서의 가공이 가능하게 되어 가공이 용이해지고, 또한 균일한 도막 두께가 형성되기 쉽기 때문에 센서 감도 등의 변동이 적다는 등의 특징이 있다.
<압전 기재의 제조 방법>
본 실시 형태의 압전 기재의 제조 방법에는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 제1 압전체를 준비하여, 별도로 준비한 도체(바람직하게는 신호선 도체)에 대하여, 제1 압전체를 한 방향으로 나선상으로 권회함으로써 제조할 수 있다.
제1 압전체는, 공지의 방법으로 제조한 것이어도 되고, 입수한 것이어도 된다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재가, 필요에 따라 제2 압전체, 제1 절연체를 구비하는 경우, 이러한 압전 기재는, 제1 압전체를 나선상으로 권회하는 방법에 준하여 제조할 수 있다.
단, 제1 압전체 및 제2 압전체의 권회 방향, 그리고 제1 압전체 및 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성에 대해서는, 전술한 바와 같이 압전 기재의 양태에 따라 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재가, 제1 외부 도체(예를 들어 그라운드 도체)를 구비하는 경우, 이러한 압전 기재는, 전술한 방법 또는 공지의 방법에 의해, 제1 외부 도체를 배치함으로써 제조할 수 있다.
또한, 도체 및 제1 압전체의 사이, 필요에 따라, 본 실시 형태의 압전 기재에 구비되는 각 부재 사이를, 예를 들어 전술한 방법에 의해 접착제를 통하여 첩합(貼合)해도 된다.
본 실시 형태의 압전 기재는, 인장력을 인가함으로써, 인장력에 비례한 전단 변형이 헬리컬 키랄(A)에 인가되어, 전압 신호(전하 신호)로서 도체로부터 검출된다. 압전 기재에 인장력을 인가하는 방법으로서는, 여러 가지 방법이 있으며, 압전 기재에 직접 장력을 인가하는 방법, 또는 도 21a 및 도 21b에 도시하는 바와 같이, 평판(52)에 점착 테이프(51)를 사용하여 압전 기재(10)를 첩부하여 평판을 갖는 압전 기재(50)로 하고, 평판(52)에 압박력을 인가하여, 평판(52)에 발생하는 휨 변형을 통하여 압전 기재(10)에 장력을 인가하여 전압 신호를 검출해도 된다. 또한, 도 21a는, 점착 테이프(51)를 사용하여 평판(52)을 첩부한 압전 기재(10)(평판을 갖는 압전 기재(50))를 도시하는 개략도이고, 도 21b는, 점착 테이프(51)를 사용하여 평판(52)을 첩부한 압전 기재(10)(평판을 갖는 압전 기재(50))를 압박하였을 때의 개략도이다.
압전 기재(10)를 평판(52)에 첩부하여 기계적으로 일체화하기 위한 방법으로서는, 여러 가지 방법을 들 수 있다. 예를 들어, 도 22에 도시하는 바와 같이, 셀로판 테이프, 검 테이프 등의 점착 테이프(51)를 사용하여 압전 기재(10)의 일부를 평판(52)에 첩부하는 방법, 도 23에 도시하는 바와 같이, 에폭시 수지 등의 열경화성 접착제, 핫 멜트 접착제 등의 열가소성 접착제 등의 접착제(61)를 사용하여 압전 기재(10)의 일부를 평판(52)에 첩부하는 방법 등을 들 수 있다.
도 22에 있어서의 평판을 갖는 압전 기재(60)에서는, 점착 테이프(51)를 사용하여 압전 기재(10)의 일부가 평판(52)에 첩부되어 있고, 평판(52) 상에 FPC(플렉시블 프린트 기판)(54)가 배치되어 있고, FPC(54) 상에 압전 기재(10)와 도통하는 구리박(53)이 배치되어 있다. 또한, 평판을 갖는 압전 기재(60)는, 압전 기재(10)에 인장력이 인가되어 검출된 압전 신호를 검출하여 처리하는 신호 처리 회로 유닛(55)을 구비하고 있다. 또한, 도 23에 있어서의 평판을 갖는 압전 기재(70)에서는, 점착 테이프(51) 대신에 접착제(61)를 사용하여 압전 기재(10)의 일부가 평판(52)에 첩부되어 있는 점 이외는, 상술한 평판을 갖는 압전 기재(60)와 동일하다.
또한, 압전 기재를 첩부하는 대상으로서는, 상술한 평판 외에, 곡면 등으로 구성되는 전자 회로의 하우징의 내측 또는 외측 등에 첩부해도 된다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 인체의 피부에 점착 테이프(51)를 사용하여 압전 기재(10)를 첩부하여 고정해도 되고, 의복, 서포터 등에 점착 테이프(51)를 사용하여 압전 기재(10)를 첩부하여 고정해도 된다. 또한, 도 25에 도시하는 바와 같이, 길이 조정이 가능한 벨트(56)에 압전 기재(10)를 배치하고, 인체의 주위를 벨트로 체결함으로써 압전 기재(10)를 인체의 피부에 고정해도 된다. 벨트(56)에 압전 기재(10)를 배치하는 경우, 압전 기재(10)를 점착 테이프로 라미네이트한 것을 벨트(56)의 일부로서 배치해도 된다. 도 24, 도 25에 도시하는 구성에서는, 호흡, 심박 등에 의한 동위의 이완 수축이 장력으로서 압전 기재에 인가되고, 신호 처리 회로 유닛(55)에서 전압 신호가 검출된다. 이와 같이 인체에 압전 기재를 고정함으로써, 여러 가지 인체의 운동을 모니터하는 것이 가능하다. 예를 들어, 팔 주위, 다리 주위, 목 주위 등, 인체의 원통상의 부위의 주위에 배치함으로써, 원통상 내의 근육의 수축 이완에 수반하는 원주 길이의 변화를 전압 신호의 검출에 의해 모니터하는 것이 가능하다.
또한, 도 26에 도시하는 바와 같이, 헬멧(또는 모자)(57)의 턱끈(58)의 일부에 압전 기재(10)를 배치하고, 저작 등의 턱의 운동에 수반하는 턱끈의 장력의 변화를 전압 신호로서 검출해도 된다. 이에 의해, 저작 강도, 저작 횟수 등을 전압 신호로서 검출하고, 모니터하는 것이 가능하다.
[압전 직물]
본 실시 형태의 압전 직물은 직물 구조체를 구비한다.
직물 구조체는 종사 및 횡사로 이루어진다.
본 실시 형태의 압전 직물에서는, 상기 종사 및 횡사 중 적어도 한쪽이 본 실시 형태의 압전 기재를 포함한다.
따라서, 본 실시 형태의 압전 직물에 따르면, 본 실시 형태의 압전 기재와 동일한 효과가 발휘된다.
여기서, 직물이란, 실을 교착시켜 직물 구조체를 형성함으로써 필름 형상으로 마무리한 것 전반을 가리킨다. 압전 직물이란, 직물 중에서도, 외부 자극(예를 들어 물리력)에 의해 압전 효과가 발현되는 직물을 말한다.
본 실시 형태의 압전 직물에 있어서, 종사 및 횡사의 양쪽은 압전 기재를 포함해도 된다.
이 양태의 경우, 압전 감도 및 압전 출력의 안정성을 향상시키는 관점에서, 종사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향과, 횡사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향이 서로 다르고, 또한 종사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 횡사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 동일한 것이 바람직하다.
또는, 종사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향과, 횡사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향이 동일하고, 또한 종사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 횡사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른 것이 바람직하다.
실로서는, 예를 들어 고분자를 포함하는 실을 들 수 있다.
고분자를 포함하는 실에 있어서의 고분자로서는, 폴리에스테르, 폴리올레핀 등의 일반적인 고분자를 들 수 있으며, 또한 상술한 헬리컬 키랄 고분자 (A) 등의 헬리컬 키랄 고분자도 들 수 있다.
또한, 고분자를 포함하는 실의 개념에는, 본 실시 형태의 압전 기재도 포함된다.
본 실시 형태의 압전 직물에 있어서의 직물 구조체에는 특별히 제한은 없다.
직물 구조체로서는 평직(plain weave), 능직(twill weave), 주자직(satin weave) 등의 기본적인 구조체를 들 수 있다.
본 실시 형태의 압전 기재는, 압전 직물 중의 종사로서 사용해도 되고 횡사로서 사용해도 되며, 또한 종사의 일부로서 사용해도 되고 횡사의 일부로서 사용해도 된다.
본 실시 형태의 압전 직물은, 3차원적 구조를 갖는 직물이어도 된다. 3차원적 구조를 갖는 직물이란, 2차원적 구조에 추가하여 직물의 두께 방향으로도 실(종사, 횡사)을 짜 넣음으로써 입체적으로 마무리된 직물이다.
3차원적 구조를 갖는 직물의 예는, 예를 들어 일본 특허 공표 제2001-513855호 공보에 기재되어 있다.
본 실시 형태의 압전 직물에서는, 직물 구조체를 구성하는 실 중 적어도 일부가, 본 실시 형태의 압전 기재로 구성되어 있으면 된다.
[압전 편물]
본 실시 형태의 압전 편물은 편물 구조체를 구비한다. 편물 구조체는, 본 실시 형태의 압전 기재를 포함한다.
따라서, 본 실시 형태의 압전 편물에 따르면, 본 실시 형태의 압전 기재와 동일한 효과가 발휘된다.
여기서, 편물이란, 실로 루프를 만들면서 짜 맞추게 하여 제조된 것 전반을 가리킨다. 압전 편물이란, 편물 중에서도 외부 자극(예를 들어 물리력)에 의해 압전 효과가 발현되는 편물을 말한다.
실로서는, 예를 들어 고분자를 포함하는 실을 들 수 있다.
고분자를 포함하는 실에 있어서의 고분자로서는, 폴리에스테르, 폴리올레핀 등의 일반적인 고분자를 들 수 있고, 또한 상술한 헬리컬 키랄 고분자 (A) 등의 헬리컬 키랄 고분자도 들 수 있다.
또한, 고분자를 포함하는 실의 개념에는, 본 실시 형태의 압전 기재도 포함된다.
본 실시 형태의 압전 편물에 있어서의 편물 구조체에는 특별히 제한은 없다.
편물 구조체로서는 위편(횡편)이나 경편(종편) 등의 기본적인 구조체를 들 수 있다. 위편에는 평편, 리브편, 양면편, 펄편, 환편 등이 있다. 또한, 경편에는 트리코트편, 아틀라스편, 다이아몬드편, 밀라니즈편 등의 기본적인 구조체를 들 수 있다.
본 실시 형태의 압전 기재는, 압전 편물 중의 실로서 사용하면 되며, 또한 실의 일부로서 사용해도 된다.
본 실시 형태의 압전 편물은 3차원적 구조를 갖는 편물이어도 된다. 3차원적 구조를 갖는 편물이란, 2차원적 구조에 추가하여 편물의 두께 방향으로도 실을 짜 넣음으로써 입체적으로 마무리된 편물이다.
본 실시 형태의 압전 편물에서는, 편물 구조체를 구성하는 실 중 적어도 일부가, 본 실시 형태의 압전 기재로 구성되어 있으면 된다.
<압전 직물 또는 압전 편물의 용도>
본 실시 형태의 압전 직물 또는 압전 편물은, 적어도 일부에 압전성이 요구되는 모든 용도에 적용할 수 있다.
본 실시 형태의 압전 직물 또는 압전 편물의 용도의 구체예로서는, 각종 의료(셔츠, 슈트, 블레이저, 블라우스, 코트, 재킷, 블루종, 점퍼, 베스트, 원피스, 바지, 스커트, 팬츠, 속옷(슬립, 페티코트, 캐미솔, 브래지어), 양말, 장갑, 일본 옷, 띠 만들 천, 금란, 냉감 의료, 넥타이, 손수건, 머플러, 스카프, 스톨, 안대), 식탁보, 신발(스니커즈, 부츠, 샌들, 펌프스, 뮐, 슬리퍼, 발레 슈즈, 쿵푸 슈즈), 타월, 주머니 모양 물품, 백(토트백, 숄더백, 핸드백, 포셰트, 쇼핑백, 에코백, 배낭, 데이팩, 스포츠백, 보스턴백, 웨이스트백, 웨이스트 파우치, 세컨드백, 클러치백, 배니티, 액세서리 파우치, 마더백, 파티백, 일본식 복장 백), 파우치ㆍ케이스(화장 파우치, 티슈 케이스, 안경 케이스, 펜 케이스, 북 커버, 게임 파우치, 키 케이스, 패스 케이스), 지갑, 모자(해트, 캡, 캐스킷, 헌팅모, 텐갤런 해트, 튤립 해트, 선바이저, 베레모), 헬멧, 두건, 벨트, 에이프런, 리본, 코사지, 브로우치, 커튼, 벽포, 시트 커버, 시트, 이불, 이불 커버, 담요, 베개, 베개 커버, 소파, 침대, 바구니, 각종 랩핑 재료, 실내 장식품, 자동차 용품, 조화, 마스크, 붕대, 로프, 각종 네트, 어망, 시멘트 보강재, 스크린 인쇄용 메쉬, 각종 필터(자동차용, 가전용), 각종 메쉬, 시트(농업용, 레저 시트), 토목 공사용 직물, 건축 공사용 직물, 여과포 등을 들 수 있다.
또한, 상기 구체예의 전체를 본 실시 형태의 압전 직물 또는 압전 편물로 구성해도 되고, 압전성이 요구되는 부위만 본 실시 형태의 압전 직물 또는 압전 편물로 구성해도 된다.
본 실시 형태의 압전 직물 또는 압전 편물의 용도로서는, 신체에 두르는 웨어러블 제품이 특히 적합하다.
또한, 본 실시 형태의 압전 편물의 구체적 양태에 대한 상세는, 압전 디바이스의 구체적 양태와 함께 후술한다.
[압전 디바이스]
본 실시 형태의 압전 디바이스는, 상기 실시 형태의 압전 직물과, 직물 구조체의 주면에 대향하는 위치에 배치된 제2 외부 도체를 구비한다.
또는, 본 실시 형태의 압전 디바이스는, 상기 실시 형태의 압전 편물과, 편물 구조체의 주면에 대향하는 위치에 배치된 제2 외부 도체를 구비한다.
즉, 본 실시 형태의 압전 디바이스는, 본 실시 형태의 압전 기재를 포함하는 압전 직물을 구비하거나, 또는 본 실시 형태의 압전 기재를 포함하는 압전 편물을 구비한다.
따라서, 본 실시 형태의 압전 디바이스에 따르면, 본 실시 형태의 압전 기재와 동일한 효과가 발휘된다.
(제2 외부 도체)
제2 외부 도체는 그라운드 도체인 것이 바람직하다.
그라운드 도체의 재료에는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 상술한 제1 외부 도체와 동일한 재료를 들 수 있다.
또한, 제2 외부 도체는, 일반적으로 사용되고 있는 전극 재료를 사용할 수도 있다.
전극 재료로서는 금속(Al 등)을 들 수 있지만, 그 밖에도 예를 들어 Ag, Au, Cu, Ag-Pd 합금, Ag 페이스트, Cu 페이스트, 카본 블랙, ITO(결정화 ITO 및 비결정 ITO), ZnO, IGZO, IZO(등록 상표), 도전성 중합체(폴리티오펜, PEDOT), Ag 나노와이어, 카본 나노튜브, 그래핀 등도 들 수 있다(또한, 제1 외부 도체의 재료와 중복되는 재료를 포함함).
또한, 본 실시 형태에 있어서의 제2 외부 도체의 형상은 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 압전 디바이스는, 제2 외부 도체와, 직물 구조체 또는 편물 구조체의 사이에 제3 절연체를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 도체(바람직하게는 내부 도체) 및 외부 도체 사이의 전기적 단락의 발생을 억제하기 쉬운 구조가 된다.
(제3 절연체)
제3 절연체에는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 제1 절연체로서 예시한 재료를 들 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 제3 절연체의 형상은 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
<압전 기재의 용도>
본 실시 형태의 압전 기재는, 예를 들어 센서 용도(착좌 센서 등의 힘 센서, 압력 센서, 변위 센서, 변형 센서, 진동 센서, 초음파 센서, 생체 센서, 라켓, 골프 클럽, 배트 등의 각종 구기용 스포츠 용구의 타격 시의 가속도 센서나 임팩트 센서 등, 봉제 인형의 터치ㆍ충격 센서, 침대의 워칭 센서, 유리나 창틀 등의 시큐리티 센서 등), 액추에이터 용도(시트 반송용 디바이스 등), 에너지 하베스팅 용도(발전 웨어, 발전 구두 등), 헬스케어 관련 용도(티셔츠, 스포츠웨어, 스패츠, 양말 등의 각종 의류, 서포터, 깁스, 기저귀, 유아용 유모차 시트, 휠체어용 시트, 의료용 보육기의 매트, 구두, 구두의 안창, 시계 등에 본 센서를 설치한, 웨어러블 센서 등) 등으로서 이용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재는 각종 의료(셔츠, 슈트, 블레이저, 블라우스, 코트, 재킷, 블루종, 점퍼, 베스트, 원피스, 바지, 팬츠, 속옷(슬립, 페티코트, 캐미솔, 브래지어), 양말, 장갑, 일본 옷, 띠 만들 천, 금란, 냉감 의료, 넥타이, 손수건, 머플러, 스카프, 스톨, 안대), 서포터(목용 서포터, 어깨용 서포터, 가슴용 서포터, 배용 서포터, 허리용 서포터, 팔용 서포터, 다리용 서포터, 팔꿈치용 서포터, 무릎용 서포터, 손목용 서포터, 발목용 서포터), 신발(스니커즈, 부츠, 샌들, 펌프스, 뮐, 슬리퍼, 발레 슈즈, 쿵푸 슈즈), 인솔, 타월, 배낭, 모자(해트, 캡, 캐스킷, 헌팅모, 텐갤런 해트, 튤립 해트, 선바이저, 베레모), 모자 턱끈, 헬멧, 헬멧 턱끈, 두건, 벨트, 시트 커버, 시트, 방석, 쿠션, 이불, 이불 커버, 담요, 베개, 베개 커버, 소파, 의자, 데스크, 테이블, 시트, 좌석, 변기 시트, 마사지 체어, 침대, 침대 패드, 카펫, 바구니, 마스크, 붕대, 로프, 봉제 인형, 각종 네트, 욕조, 벽재, 바닥재, 창재, 창틀, 도어, 도어 노브, 퍼스널 컴퓨터, 마우스, 키보드, 프린터, 하우징, 로봇, 악기, 의수, 의족, 자전거, 스케이트보드, 롤러스케이트, 고무 볼, 셔틀콕, 핸들, 페달, 낚싯대, 낚시용 찌, 낚시용 릴, 낚싯대 받이, 루어, 스위치, 금고, 펜스, ATM, 손잡이, 다이얼, 다리, 건물, 구조물, 터널, 화학 반응 용기 및 그의 배관, 공압 기기 및 그의 배관, 유압 기기 및 그의 배관, 증기압 기기 및 그의 배관, 모터, 전자기 솔레노이드, 가솔린 엔진 등의 각종 물품에 배치되고, 센서, 액추에이터, 에너지 하비스트 용도로 사용된다.
배치 방법으로서는, 예를 들어 압전 기재를 대상물에 넣고 꿰매거나, 대상물 사이에 끼워 넣거나, 대상물에 점접착제로 고정하는 등의 각종 방법을 들 수 있다.
예를 들어, 전술한 압전 직물, 압전 편물 및 압전 디바이스는, 이들 용도에 적용할 수 있다.
상기 용도 중에서도, 본 실시 형태의 압전 기재는, 센서 용도 또는 액추에이터 용도로서 이용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 실시 형태의 압전 기재는, 힘 센서에 탑재하여 이용되거나, 또는 액추에이터에 탑재하여 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 압전 기재, 압전 직물, 압전 편물 및 압전 디바이스는, 응력에 의해 발생하는 전압을 전계 효과 트랜지스터(FET)의 게이트ㆍ소스 사이에 인가함으로써 FET의 스위칭이 가능하고, 응력에 의해 ON-OFF가 가능한 스위치로서 이용할 수도 있다.
본 실시 형태의 압전 기재는, 상술한 용도 이외의 그 밖의 용도로 사용할 수도 있다.
그 밖의 용도로서는 뒤척임 검지를 위한 침구, 이동 검지를 위한 카펫, 이동 검지를 위한 인솔, 호흡 검지를 위한 흉부 밴드, 호흡 검지를 위한 마스크, 힘씀 검지를 위한 팔 밴드, 힘씀 검지를 위한 발 밴드, 착좌 검지를 위한 착좌 시트, 접촉 상태를 판별할 수 있는, 봉제 인형, 봉제 인형형 소셜 로봇 등을 들 수 있다. 접촉 상태를 판별할 수 있는, 봉제 인형, 봉제 인형형 소셜 로봇 등에서는, 예를 들어 봉제 인형 등에 국소적으로 배치된 접촉 센서에 의해 압력 변화를 검출하여, 사람이 봉제 인형 등을 「쓰다듬기」하였는지 「두드리기」하였는지 「잡아당기기」하였는지 등의 각 동작을 판별할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 압전 기재는, 예를 들어 차량 탑재 용도; 진동ㆍ음향 센싱을 이용한 자동차 핸들 파지 검출 용도, 진동ㆍ음향 센싱을 이용한 공진 스펙트럼에 의한 차량 탑재 기기 조작 시스템 용도, 차량 탑재 디스플레이의 터치 센서 용도, 진동체 용도, 자동차 도어 및 자동차 윈도우의 끼임 검지 센서 용도, 차체 진동 센서 용도 등에 특히 적합하다.
본 실시 형태의 압전 기재에는 공지의 취출 전극을 접합할 수 있다. 취출 전극으로서는 커넥터 등의 전극 부품, 압착 단자 등을 들 수 있다. 전극 부품은 납땜 등의 경납땜, 도전성 접합제 등에 의해 압전 기재와 접합할 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 관한 압전 디바이스의 구체적 양태, 및 상술한 실시 형태에 관한 압전 편물의 구체적 양태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태에 관한 압전 직물의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 6은, 본 실시 형태에 관한 압전 디바이스의 평면에서 본 사진이다.
본 실시 형태의 압전 편물(20)은, 압전 편물(20)을 구성하는 실의 일부로서, 도 1에 도시하는 구체적 양태 A의 압전 기재(10)를 적용한 양태이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 압전 편물(20)은, 압전 기재(10)와, 절연성 실(16)이 위편으로 짜여 있고, 편물 구조체의 일부에, 구체적 양태 A의 압전 기재(10)가 사용되고 있다.
도 5에 도시하는 압전 편물(20)은, 예를 들어 도 6에 도시하는 압전 디바이스(30)를 구성하는 압전 편물(20)로서 적용할 수 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 압전 디바이스(30)는, 제2 외부 도체로서의 그라운드 전극(그라운드 도체)(22)과, 제3 절연체로서의 절연 필름(24)과, 도 5에 도시하는 압전 편물(20)을 이 순서대로 구비하고 있다. 또한, 도 6에 도시하는 압전 디바이스(30)에서는, 압전 기재(10)에 포함되는 금사선(내부 도체)(26)과 그라운드 도체(22)가 접속 수단에 의해 외부 회로(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
본 실시 형태의 압전 디바이스(30)에서는, 압전 편물(20)에 장력이 부여되면, 압전 기재(10)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 분극이 발생한다. 분극 방향은 압전 기재의 직경 방향이다. 이에 의해, 장력에 비례한 전하(전계)가 발생한다. 이 발생한 전하는, 금사선(26) 및 그라운드 도체(22)를 통하여 취출되어 외부 회로에서 전압 신호로서 검출된다.
이하, 본 실시 형태에 관한 압전 기재를 구비한 힘 센서의 구체적 양태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 7은, 본 실시 형태에 관한 힘 센서의 개념도이다.
본 실시 형태에 관한 힘 센서(40)는, 제2 절연체로서의 원통 형상의 고무계 열수축 튜브(이하, 간단히 「수축 튜브」라고도 칭함)(44)와, 수축 튜브(44)의 내부에 배치된 압전 기재(10D)와, 수축 튜브(44)의 양단부에 배치된 한 쌍의 압착 단자(취출 전극)(46)를 구비한다. 한 쌍의 압착 단자(46)는, 본체부(46a)와 압착부(46b)로 이루어지고, 중앙부에 관통 구멍(46c)을 갖는다. 압전 기재(10D)는, 내부 도체(12C)와, 내부 도체(12C)의 주위에 한 방향으로 나선상으로 권회된 제1 압전체(14D)와, 제1 압전체(14D)의 외주면에 한 방향으로 나선상으로 권회된 제1 외부 도체(42)(그라운드 도체)를 구비한다.
압전 기재(10D)에 있어서는, 내부 도체(12C)의 한쪽 끝(도 7의 오른쪽 끝)이 수축 튜브(44)의 외측으로 연장되어, 압착부(46b)에서 압착되어 압착 단자(46)에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 제1 외부 도체(42)는, 내부 도체(12C)의 한쪽 끝측에서 다른쪽 끝측을 향하여 권회된 후, 내부 도체(12C)의 다른쪽 끝(도 7의 왼쪽 끝)을 초과하여 연장되고, 그 연장 부분이 수축 튜브(44) 내에서 응력 완화부(42a)를 형성하고 있다.
제1 외부 도체(42)는, 이 응력 완화부(42a)를 거친 후, 수축 튜브(44)의 더 외측(도 7의 왼쪽 끝)으로 연장되어, 압착부(46b)에서 압착되어 압착 단자(46)에 전기적으로 접속되어 있다.
응력 완화부(42a)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 느슨해진 제1 외부 도체(42)로 이루어진다. 상기 응력 완화부(42a)에 있어서는, 힘 센서(40)에 장력(응력)이 인가되었을 때, 느슨해진 부분이 연장됨으로써 제1 압전체(14D)에 과도한 힘이 부하되는 것을 억제한다.
또한, 제1 압전체(14D)는 장척 평판 형상의 압전체로 이루어지고, 양면에는 기능층으로서 알루미늄 증착막(도시하지 않음)이 증착되어 있다. 또한, 한 쌍의 압착 단자(46)는, 힘 센서(40)의 출력 신호를 처리하는 외부 회로 등(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
또한, 도 7에서 도시한 실시 형태에서는, 응력 완화부(42a)로서 느슨해진 제1 외부 도체(42)가 배치되어 있지만, 본 발명의 실시 형태는 이것에 한정되지 않고, 압전 기재(10D)의 적어도 어느 한쪽의 단부 혹은 양단부에, 선상의 응력 완화부를 접착, 실매듭 등의 방법 등에 의해 장력이 전달되도록 배치함으로써 응력을 완화하는 기능을 힘 센서(40)에 부여해도 된다.
이때 선상의 응력 완화부에는 전기적인 접속의 기능은 존재하지 않지만, 전기적 접속 기능은, 응력 완화부와는 독립적으로, 압전 기재의 단부로부터 내부 도체 및 외부 도체를 동축 케이블 등에 접속함으로써, 응력이나 변형의 전압 신호를 검출하는 것이 가능하게 된다.
이때 응력 완화부의 재료 및 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 천연 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무 등의 신축성이 있는 탄성 재료로 이루어지는 실, 끈, 튜브 등; 인청동 등의 금속 재료, 선상의 중합체 등으로 이루어지는 스프링; 등을 들 수 있다. 응력 완화부와 전기적 접속부를 각각 독립적으로 별도의 부위에 배치함으로써, 전기적 접속부의 최대 신장량에 기인하는 응력 완화부의 변형량의 제한이 없어지고, 장력 센서로서의 최대 변형량을 증대시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 도 26에 도시하는 헬멧(또는 모자)(57)의 턱끈(58)의 일부에 압전 기재(10)를 배치한 예에서는, 턱끈(58)이 응력 완화부로서 기능하고 있다.
이하, 본 실시 형태의 힘 센서(40)의 작용에 대하여 설명한다.
힘 센서(40)에 장력(응력)이 인가되면, 압전 기재(10D)에 장력이 인가되어, 압전 기재(10D)의 제1 압전체(14D)에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 전단력이 가해지고, 이 전단력에 의해 압전 기재(10D)의 직경 방향으로 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 분극이 발생한다. 분극 방향은 압전 기재(10D)의 직경 방향이다. 이에 의해, 장력에 비례한 전하(전계)가 발생하고, 발생한 전하는 전압 신호(전하 신호)로서 검출된다. 또한, 전압 신호는 압착 단자(46)에 접속되는 외부 회로 등(도시하지 않음)에서 검출된다.
또한, 본 실시 형태의 힘 센서(40)는, 동축 케이블에 구비되는 내부 구조와 동일 구조를 이루는 압전 기재(10D)를 구비하기 때문에, 전자 실드성이 높고, 노이즈에 강한 구조가 될 수 있다. 게다가, 구조가 간이하기 때문에, 예를 들어 웨어러블 센서로서, 신체의 일부에 장착하여 사용할 수 있다.
본 실시 형태의 힘 센서로서는, 압전 기재에 장력이 인가되었을 때 발생하는 전하(전계)를 전압 신호로서 취출하는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 압전 기재에 꼬임력이 인가되었을 때 발생하는 전하(전계)를 전압 신호로서 취출하는 구성이어도 된다.
본 실시 형태의 압전 기재, 본 실시 형태의 압전 직물, 및 본 실시 형태의 압전 편물의 용도로서는, 생체 정보 취득 디바이스도 바람직하다.
즉, 본 실시 형태의 생체 정보 취득 디바이스는, 본 실시 형태의 압전 기재, 본 실시 형태의 압전 직물, 또는 본 실시 형태의 압전 편물을 포함한다.
본 실시 형태의 생체 정보 취득 디바이스는, 상기 압전 기재, 상기 압전 직물, 또는 상기 압전 편물에 의해, 피험자 또는 피험 동물(이하, 이들을 통합하여 「피험체」라고도 함)의 생체 신호를 검출함으로써, 피험체의 생체 정보를 취득하기 위한 디바이스이다.
여기서 말하는 생체 신호로서는 맥파 신호(심박 신호), 호흡 신호, 체동 신호, 심탄동, 생체 진전 등을 들 수 있다.
생체 진전이란, 신체 부위(손가락, 손, 전완, 상지 등)의 율동적인 불수의 운동을 말한다.
또한, 상기 심탄동의 검출에는, 신체의 심기능에 의한 힘의 효과의 검출도 포함된다.
즉, 심장이 대동맥 및 폐동맥으로 혈액을 펌핑하는 경우, 몸은 혈류와 반대 방향으로 반동력을 받는다. 이 반동력의 크기 및 방향은, 심장의 기능적인 단계와 함께 변화한다. 이 반동력은 신체의 외측의 심탄동을 센싱함으로써 검출된다.
상기 생체 정보 취득 디바이스는, 각종 의료(셔츠, 슈트, 블레이저, 블라우스, 코트, 재킷, 블루종, 점퍼, 베스트, 원피스, 바지, 팬츠, 속옷(슬립, 페티코트, 캐미솔, 브래지어), 양말, 장갑, 일본 옷, 띠 만들 천, 금란, 냉감 의료, 넥타이, 손수건, 머플러, 스카프, 스톨, 안대), 서포터(목용 서포터, 어깨용 서포터, 가슴용 서포터, 배용 서포터, 허리용 서포터, 팔용 서포터, 다리용 서포터, 팔꿈치용 서포터, 무릎용 서포터, 손목용 서포터, 발목용 서포터), 신발(스니커즈, 부츠, 샌들, 펌프스, 뮐, 슬리퍼, 발레 슈즈, 쿵푸 슈즈), 인솔, 타월, 배낭, 모자(해트, 캡, 캐스킷, 헌팅모, 텐갤런 해트, 튤립 해트, 선바이저, 베레모), 헬멧, 헬멧 턱끈, 두건, 벨트, 시트 커버, 시트, 방석, 쿠션, 이불, 이불 커버, 담요, 베개, 베개 커버, 소파, 의자, 데스크, 테이블, 시트, 좌석, 변기 시트, 마사지 체어, 침대, 침대 패드, 카펫, 바구니, 마스크, 붕대, 로프, 각종 네트, 욕조, 바닥재, 벽재, 퍼스널 컴퓨터, 마우스 등의 각종 물품에 배치되어 사용된다.
생체 정보 취득 디바이스가 배치되는 물품으로서는, 신발, 인솔, 시트, 방석, 쿠션, 이불, 이불 커버, 베개, 베개 커버, 소파, 의자, 시트, 좌석, 변기 시트, 침대, 카펫, 욕조, 바닥재 등, 피험체의 체중이 실리는 물품이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 유아용 유모차 시트, 좌석부, 차륜, 유아의 추락을 방지하기 위한 스토퍼 등; 휠체어용 시트, 좌석부 등; 의료용 보육기의 매트; 등이 바람직하다.
이하, 생체 정보 취득 디바이스의 동작의 일례를 설명한다.
생체 정보 취득 디바이스는, 예를 들어 침대 상 또는 의자의 시트면 상 등에 배치된다. 이 생체 정보 취득 디바이스 상에 피험체가 횡와, 착좌 또는 기립한다. 이 상태에서 피험체로부터 발해지는 생체 신호(체동, 주기적인 진동(맥, 호흡 등), 인간의 「귀엽다」, 「무섭다」 등의 감성이 원인으로 변화한 심박수 등)에 의해, 생체 정보 취득 디바이스의 압전 기재, 압전 직물 또는 압전 편물에 장력이 부여되면, 이들 압전 기재, 압전 직물 또는 압전 편물에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 분극이 발생하고, 상기 장력에 비례한 전위가 발생한다. 이 전위는 피험체로부터 발해지는 생체 신호에 수반하여 경시적으로 변화한다. 예를 들어, 피험체로부터 발해지는 생체 신호가 맥, 호흡 등의 주기적인 진동인 경우에는, 압전 기재, 압전 직물 또는 압전 편물에서 발생하는 전위도 주기적으로 변화한다.
상기 압전 기재, 압전 직물 또는 압전 편물로의 장력의 부여에 수반하여 발생한 전위의 경시적인 변화를, 전압 신호로서 측정 모듈에 의해 취득한다. 취득되는 전위의 경시적인 변화(압전 신호)는, 복수의 생체 신호(맥파 신호(심박 신호), 호흡 신호, 체동 신호)의 합성파이다. 이 합성파를 푸리에 변환에 의해 주파수별로 분리하고, 분리 신호를 생성한다. 생성한 분리 신호의 각각을 역푸리에 변환함으로써, 분리 신호의 각각에 대응하는 생체 신호를 각각 얻는다.
예를 들어, 후술하는 실시예 12에 나타내는 바와 같이, 피험체로부터 발해지는 생체 신호가 심박 신호와 호흡 신호의 합성파인 경우, 생체 정보 취득 디바이스의 압전 기재, 압전 직물 또는 압전 편물로의 장력의 부여에 수반하여 발생하는 전위는, 경시적으로 주기적으로 변화한다.
일반적으로, 사람의 맥은 1분당 50 내지 90회이며, 주기로서는 0.6 내지 3Hz이다. 또한, 일반적으로, 사람의 호흡은 1분당 16 내지 18회이며, 주기로서는 0.1 내지 1Hz이다. 또한, 일반적으로, 사람의 체동은 10Hz 이상이다.
이들 목표에 기초하여, 복수의 생체 신호의 합성파를, 각각의 생체 신호로 분리할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 실시예 12의 경우, 상기 합성파를 호흡 신호(도 10) 및 심박 신호(도 11)로 분리할 수 있다. 또한, 심박 신호로부터 속도 맥파의 신호(도 12)를 얻을 수도 있다.
복수의 생체 신호의 합성파의 각각의 생체 신호로의 분리는, 예를 들어 생체 신호 통지 프로그램을 사용하여, 상기 푸리에 변환 및 상기 역푸리에 변환에 의해 행한다.
이상과 같이 하여, 복수의 생체 신호의 합성파를, 복수의 생체 신호의 각각으로 분리할 수 있다.
또한, 상기와 같이 하여 분리된 생체 신호 중 적어도 하나에 기초하여, 생체 신호 데이터를 생성해도 된다.
생체 신호 데이터는, 생체 신호에 기초하여 산출된 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 생체 신호 데이터로서는, 예를 들어 단위 시간당 생체 신호수, 과거의 생체 신호수의 평균값 등을 들 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 주지를 초과하지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<리본상 압전체(슬릿 리본)의 제작>
헬리컬 키랄 고분자 (A)로서의 NatureWorks LLC사제 폴리락트산(품명: IngeoTM biopolymer, 상표: 4032D) 100질량부에 대하여, 안정화제[라인 케미사제 Stabaxol P400(10질량부), 라인 케미사제 Stabaxol I(70질량부) 및 닛신보 케미컬사제 카르보딜라이트 LA-1(20질량부)의 혼합물] 1.0질량부를 첨가하고, 드라이 블렌드하여 원료를 제작하였다.
제작한 원료를 압출 성형기 호퍼에 넣어, 210℃로 가열하면서 T 다이로부터 압출하고, 50℃의 캐스트 롤에 0.3분간 접촉시켜, 두께 150㎛의 예비 결정화 시트를 제막하였다(예비 결정화 공정). 상기 예비 결정화 시트의 결정화도를 측정한 바 6％였다.
얻어진 예비 결정화 시트를 70℃로 가열하면서 롤 투 롤로, 연신 속도 10m/분으로 연신을 개시하고, 3.5배까지 MD 방향으로 1축 연신하였다(연신 공정). 얻어진 필름의 두께는 49.2㎛였다.
그 후, 상기 1축 연신 필름을, 롤 투 롤로, 145℃로 가열한 롤 상에 15초간 접촉시켜 어닐링 처리하고, 그 후 급냉을 행하여 압전 필름을 제작하였다(어닐링 처리 공정).
그 후, 추가로 압전 필름을 슬릿 가공기를 사용하여, 슬릿하는 방향과 압전 필름의 연신 방향이 대략 평행으로 되도록 폭 0.6mm로 슬릿하였다. 이에 의해, 리본상 압전체로서, 폭 0.6mm, 두께 49.2㎛의 슬릿 리본을 얻었다. 또한, 얻어진 슬릿 리본의 단면 형상은 직사각형이었다.
<사상 압전체의 제작>
헬리컬 키랄 고분자 (A)로서, 폴리락트산(융점 170℃, 융해열 38J/g, L-락트산/D-락트산의 몰비가 98.5/1.5(L-락트산의 함유량이 98.5몰％), 수 평균 분자량 8.5만)을 준비하였다.
상기 폴리락트산을 익스트루더형 용융 방사기에 공급하고, 용융 혼련하였다. 방사 구금으로부터 방사 온도 225℃에서 용융 방사한 후, 사조를 냉각하고, 유제를 부여하였다. 계속해서 일단 권취하지 않고, 150℃로 가열한 열 롤러 사이에서 열연신을 실시하고, 권취하였다. 이에 의해, 사상 압전체로서, 총 섬도 295dtex(＃20번수: 장축 직경 2.7㎛)의 사상 압전체(멀티필라멘트)를 얻었다.
<리본상 압전체, 사상 압전체의 물성 측정>
상기와 같이 하여 얻어진 리본상 압전체, 사상 압전체에 대하여, 이하의 물성 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<폴리락트산의 배향도 F>
광각 X선 회절 장치(리가쿠사제 RINT2550, 부속 장치: 회전 시료대, X선원: CuKα, 출력: 40kV 370mA, 검출기: 신틸레이션 카운터)를 사용하여, 샘플(리본상 압전체, 사상 압전체)을 홀더에 고정하고, 결정면 피크[(110)면/(200)면]의 방위각 분포 강도를 측정하였다.
얻어진 방위각 분포 곡선(X선 간섭도)에 있어서, 결정화도 및 피크의 반값폭(α)으로부터 하기 식에 의해 폴리락트산의 배향도 F(C축 배향도)를 산출하여 평가하였다.
배향도(F)=(180°-α)/180°
(α는 배향 유래의 피크의 반값폭)
Figure 112018055194478-pct00005
[실시예 1]
<압전 기재의 제작>
도 1a에 도시하는 압전 기재(10)와 동일한 구성의 압전 기재에, 추가로 제1 외부 도체(그라운드 도체)로서 구리박 리본을 구비한 압전 기재를 이하에 나타내는 방법에 의해 제작하였다.
먼저, 내부 도체(신호선 도체)로서, 메이세이 산교사제 금사선 U24-01-00(선 외경 0.3mm, 길이 250mm)을 준비하였다. 또한, 사용한 금사선은, 중심선에 메타계 아라미드 섬유(40번수 2개 꼬임)를 사용하고, 압연 구리박(폭 0.3mm×두께 0.02mm) 2개를 사용하여, 중심선이 노출되지 않도록, 10mm당 22회, 왼쪽 감기로 나선상으로 2중으로 권회하여 포접하였다. 금사선의 양단에, 전기적 접속부 및 기계적 접속부로서 압착 단자를 코오킹하여 설치하였다.
이어서, 상기와 같이 하여 얻은 폭 0.6mm, 두께 49.2㎛의 리본상 압전체(슬릿 리본)를 금사선의 주위에 왼쪽 감기로, 금사선의 장축 방향에 대하여 45°의 방향을 향하도록(나선 각도 45°), 금사선이 노출되어 보이지 않도록 간극없이, 나선상으로 권회하고, 금사선을 포접하였다. 또한, 「왼쪽 감기」란, 신호선 도체(금사선)의 축 방향의 한쪽 끝(도 1a의 경우, 오른쪽 끝측)에서 보았을 때, 신호선 도체의 전방측으로부터 안측을 향하여 리본상 압전체가 왼쪽 감기로 권회되어 있는 것을 말한다.
이어서, 금사선과 리본상 압전체를 기계적으로 일체화하기 위해, 상기 리본상 압전체를 권회한 부분에, 접착제로서 도아 고세이사제의 아론 알파(시아노아크릴레이트계 접착제)를 적하, 함침시켜, 금사선과 리본상 압전체를 접합하였다.
이어서, 폭 0.6mm로 슬릿한 접착제를 갖는 구리박 리본을 준비하였다. 이 구리박 리본을, 상기 리본상 압전체와 동일한 방법에 의해, 리본상 압전체의 주위에, 리본상 압전체가 노출되지 않도록 간극없이 권회하여 포접하였다.
이상과 같이 하여, 실시예 1의 압전 기재를 얻었다.
또한, 금사선은 도 1a 중의 내부 도체(12A)에 상당한다. 리본상 압전체는 도 1a 중의 제1 압전체(14A)에 상당한다. 접착제는, 도 1a 중 도시하지 않았지만, 내부 도체(12A) 및 제1 압전체(14A)의 사이에 배치된다. 그라운드 도체도 도 1a 중 도시하지 않았다.
<평가>
얻어진 실시예 1의 압전 기재를 사용하여, 압전 기재에 인장력을 인가하였을 때 발생하는 전하량(발생 전하량)을 측정하고, 발생 전하량으로부터 단위 인장력당 발생 전하량을 산출하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 1에 대해서는, 온도 변화에 의한 발생 전하량의 평가도 행하였다. 결과를 도 9에 도시한다.
(단위 인장력당 발생 전하량)
실시예 1의 압전 기재를 샘플로 하여, 척 간 거리를 200mm로 한 인장 시험기(주식회사 A&D사제 텐실론 RTG1250)에 척하였다.
인장 시험기에서, 샘플에 대하여, 1.5N 내지 4.5N의 응력 범위에서 0.2Hz로 주기적으로 삼각파상으로 반복하여 인가하고, 그때의 샘플의 표리에 발생하는 전하량을 일렉트로미터(케이슬레이사제 617)로 측정하였다.
측정한 발생 전하량 Q[C]를 Y축으로 하고, 샘플의 인장력 F[N]를 X축으로 하였을 때의 산포도의 상관 직선의 기울기로부터, 단위 인장력당 발생 전하량을 산출하였다.
(온도 변화 시의 발생 전하량의 평가)
실시예 1의 압전 기재를 샘플로 하여, 일렉트로미터(케이슬레이사제 617)에 접속하고, 또한 열전대를 밀착시킨 상태에서, 40℃로 설정한 오븐 내에 세팅하여, 발생 전하량에 대하여 평가하였다.
도 9는, 온도와 발생 전하량의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 압전 기재는, 상온으로부터 10℃ 정도의 온도 상승에 있어서 nC 오더로는 거의 전하의 변화가 없음을 알 수 있었다. 이에 의해, 실시예 1의 압전 기재는, 초전성에 의한 전하 변동이 거의 없음이 확인되었다.
(소성 변형 내성의 평가)
실시예 1의 압전 기재의 소성 변형에 대한 내성을 평가하기 위해, 압전 기재를 직경 1cm의 베이크라이트로 이루어지는 원기둥에 2주 감고, 감은 후 원기둥을 빼고, 원형의 형상을 유지하고 있는지 여부를 눈으로 관찰하여 평가하였다.
압전 기재에 대하여, 원기둥을 제거한 후에 경시적인 변화가 거의 없고 원형 형상을 유지하고 있는 것은 B, 스프링성에 의해 스프링 백하여 원형 형상을 유지하지 않고 원래의 상태로 복귀된 것은, 소성 변형에 대한 내성이 높은 것으로서, A로서 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 2]
리본상 압전체의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 3]
금사선과 리본상 압전체를 접합하는 접착제를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 2와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 4]
리본상 압전체 대신에, 상기에서 제작한 사상 압전체를 3개 묶은 것을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 실시예 4에 대해서는, 압전 기재에 인장 응력을 인가하였을 때의 전압 파형을 측정하였다. 결과를 도 8에 도시한다.
[실시예 5]
사상 압전체(3개 묶은 것)의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 실시예 4와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 실시예 5에 대해서는, 실시예 4와 동일하게, 압전 기재에 인장 응력을 인가하였을 때의 전압 파형도 측정하였다.
-전압 파형의 측정-
실시예 4, 5에 대하여, 압전 기재에 인장 응력을 인가하였을 때의 전압 파형을 측정하였다.
도 8은, 실시예 4의 압전 기재에 인장 응력을 인가하였을 때의 전압 파형을 도시하는 그래프이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 실시예 4의 전압 파형은, 장력의 인가와 이완에 기인하여 전압이 역위상이 되는 파형임이 관측되었다. 이에 의해, 실시예 4의 압전 기재는, 전단력(전단 압전)에 의해 전압을 발생시킴을 알 수 있었다.
또한, 실시예 5의 전압 파형은, 실시예 4의 전압 파형에 대하여, 발생하는 전압의 극성이 반전됨이 관측되었다(도시하지 않음). 이것은 실시예 4와 실시예 5에서는, 사상 압전체가 서로 역방향으로 권회되어 있는 것에 기인한다고 생각된다(실시예 4는 왼쪽 감기, 실시예 5는 오른쪽 감기).
따라서, 실시예 4, 5의 압전 기재는, 모두 전단력에 의한 압전성을 갖고 있기 때문에, 이들 압전 기재는 센서 용도 및 액추에이터 용도에 적용 가능함을 알 수 있었다.
[실시예 6]
사상 압전체를 3개 묶은 것 대신에, 사상 압전체를 5개 묶은 것을 사용한 것 이외에는 실시예 4와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 7]
사상 압전체(5개 묶은 것)의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 8]
<압전 기재의 제작>
도 4에 도시하는 압전 기재(10C)와 동일한 구성의 압전 기재에, 추가로 절연체로서의 셀로판 테이프와, 그라운드 도체로서의 구리박 리본을 구비한 압전 기재를 이하에 나타내는 방법에 의해 제작하였다.
먼저, 신호선 도체로서, 메이세이 산교사제 금사선 U24-01-00(선 외경 0.3mm, 길이 250mm)을 준비하였다.
이어서, 실시예 5에서 사용한 사상 압전체(3개 묶은 것)와 동일한 사상 압전체를 사용하여, 금사선과 사상 압전체를, 사상 압전체가 오른쪽 감기가 되도록, 동일한 선회축에서 1m당 400회전(주회수 400)시켜 서로 꼬아 2개 편연사로 하였다.
또한, 「오른쪽 감기」란, 연사의 선회축 방향의 한쪽 끝(도 4의 경우, 오른쪽 끝측)에서 보았을 때 선회축의 전방측으로부터 안측을 향하여 사상 압전체가 오른쪽 감기로 권회되어 있는 것을 말한다.
이어서, 연사의 주위에, 절연체로서, 폭 0.5mm, 두께 50㎛의 셀로판 테이프를 간극없이 나선상으로 권회하여 포접하였다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 구리박 리본과 동일한 구리박 리본을 사용하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 이 구리박 리본을, 상기 셀로판 테이프의 주위에, 셀로판 테이프가 노출되지 않도록 간극없이 권회하여 포접하였다.
이상과 같이 하여, 실시예 8의 압전 기재를 얻었다. 또한, 실시예 1과 동일한 평가를 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 금사선은 도 4 중의 도체(12B)에 상당한다. 사상 압전체는 도 4 중의 제1 압전체(14C)에 상당한다. 셀로판 테이프 및 그라운드 도체는 도 4 중 도시하지 않았다.
[실시예 9]
사상 압전체를 3개 묶은 것 대신에, 사상 압전체를 5개 묶은 것을 사용하고, 금사선과 사상 압전체를, 사상 압전체가 왼쪽 감기가 되도록, 1m당 333회전(주회수 333)시켜 서로 꼰 것 이외에는 실시예 8과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 10]
신호선 도체와 사상 압전체를, 사상 압전체가 오른쪽 감기가 되도록 서로 꼰 것 이외에는 실시예 9와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 11]
도 7에 도시하는 힘 센서(40)에 구비되어 있는 압전 기재(10D)와 동일한 구성의 압전 기재를 이하에 나타내는 방법에 의해 제작하였다.
리본상 압전체 대신에, 리본상 압전체의 주면의 표리에 Al 증착막을 형성한 것(이하, 양면 Al 증착막을 갖는 압전체라고도 칭함)을 사용하고, 이 양면 Al 증착막을 갖는 압전체의 주위에, 그라운드 도체로서의 메이세이 산교사제 금사선 U24-01-00(선 외경 0.3mm, 길이 250mm)을, 상기 양면 Al 증착막을 갖는 압전체가 적절하게 노출되도록 권회한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 11에 대해서는, 이하와 같이 하여, 도 7에 도시하는 힘 센서(40)와 동일한 구성의 힘 센서도 제작하였다.
이어서, 상기 압전 기재의 전체를 덮도록 원통상의 고무계 열수축 튜브(이하, 간단히 「수축 튜브」라고도 칭함)를 배치하고, 수축 튜브의 양단을 한 쌍의 압착 단자의 압착부에서 압착하였다. 이에 의해, 힘 센서를 제작하였다.
또한, 상기 힘 센서는 도 7 중의 힘 센서(40)에 상당한다. 압전 기재는 도 7 중의 압전 기재(10D)에 상당한다. 압전 기재에 구비되는 금사선은 도 7 중의 내부 도체(12C)에 상당한다. 양면 Al 증착막을 갖는 압전체는 도 7 중의 제1 압전체(14D)에 상당한다. 구리박 리본은 도 7 중의 제1 외부 도체(42)에 상당한다. 수축 튜브는 도 7 중의 제2 절연체(44)에 상당한다. 압착 단자는 도 7 중의 압착 단자(46)에 상당하고, 압착부는 도 7 중의 압착부(46b)에 상당한다.
[실시예 14]
내부 도체로서, 금사선 대신에 직경 0.5mm의 폴리우레탄 피복 구리선을 사용하고, 리본상 압전체의 권회 방향을 왼쪽 감기로 하고, 또한 금사선과 리본상 압전체를 접합하는 접착제를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 15]
리본상 압전체의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 실시예 14와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 16]
내부 도체로서, 금사선 대신에 직경 0.2mm의 폴리우레탄 피복 구리선을 사용하고, 리본상 압전체의 권회 방향을 왼쪽 감기로 하고, 또한 금사선과 리본상 압전체를 접합하는 접착제를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 17]
리본상 압전체의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 실시예 16과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 18]
내부 도체가 되는 금사선과 리본상 압전체의 사이를 기계적으로 일체화하기 위한 접착제는 사용하지 않고, 또한 외부 도체로서, 폭 0.3mm, 두께 30㎛의 평각 단면의 압연 구리박 리본(접착제없음)을 준비하고, 이 압연 구리박 리본을, 나선상으로 권회되어 있는 리본상 압전체의 주위에, 리본상 압전체가 노출되지 않도록 간극없이 오른쪽 감기로 권회하여 포접하였다. 이들 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 19]
리본상 압전체의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 실시예 18과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 1]
사상 압전체(3개 묶은 것)를 금사선과 평행으로 배치한 것 이외에는 실시예 4와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 2]
사상 압전체(3개 묶은 것)를, 금사선의 주위에, 당해 금사선의 한쪽 끝으로부터, 축 방향의 길이의 절반의 위치까지 왼쪽 감기로 나선상으로 권회하였다. 이어서, 사상 압전체의 권회 방향을 오른쪽 감기로 하여, 상기 절반의 위치에서 금사선의 축 방향의 다른쪽 끝까지 나선상으로 권회하였다. 이러한 권회 방법 이외에는 실시예 4와 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 3]
폴리락트산으로 이루어지는 리본상 압전체 대신에, 폭 0.6mm, 두께 50㎛의 폴리불화비닐리덴(구레하사제 PVDF, 상표: KF 피에조 필름, 압전 상수 d31=21pC/N, 비유전율 ε33/ε0=18)으로 이루어지는 리본상 압전체를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 비교예 3에 대해서는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 온도 변화에 의한 발생 전하량의 평가도 행하였다. 결과를 도 9에 도시한다.
도 9는, 온도와 발생 전하량의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 비교예 3의 압전 기재는, 오븐의 승온에 수반하여, 발생 전하량이 대폭 증가함을 알 수 있었다. 보다 상세하게는, 비교예 3의 압전 기재는, 발생 전하량이 nC 오더인 전하가 발생하고 있음이 확인되었다. 즉, 비교예 3의 압전 기재에서는, 보다 미약한, pC 오더의 변형 신호(전압 신호)를 검출할 때에는, 이 정도의 온도 변화가 있으면, 평가하는 전압 신호가, 초전에 의한 전하에 묻혀, 검출이 곤란하게 됨을 알 수 있었다.
[비교예 4]
리본상 압전체의 권회 방향을 오른쪽 감기로 한 것 이외에는 비교예 3과 동일한 조작을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2에, 실시예 1 내지 11, 비교예 1 내지 4의 압전 기재의 구성, 평가 결과의 상세를 통합하여 나타낸다.
Figure 112018055194478-pct00006
표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 11의 압전 기재는, 신호선 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 압전체(리본상 압전체, 사상 압전체)를 구비함으로써, 장력의 인가에 의해, 압전성이 발현됨을 알 수 있었다. 이것은 실시예 1 내지 11의 압전 기재에서는, 신호선 도체에 권회되어 있는 압전체의 배치 방향(압전체의 길이 방향)과, 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 대략 평행으로 되어 있기 때문에, 압전 기재로의 장력 인가에 의해, 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)에 분극이 효과적으로 발생하였기 때문이라고 생각된다.
또한, 신호선 도체 및 압전체가 접착제에 의해 접합된 실시예 3은, 이러한 접착제를 사용하고 있지 않은 실시예 2에 비하여, 보다 큰 단위 인장력당 발생 전하량(절댓값)이 얻어짐을 알 수 있었다.
또한, 신호선 도체에 대하여 평행으로 배치된 사상 압전체를 구비하는 비교예 1의 압전 기재는, 단위 인장력당 발생 전하량이 관측되지 않았다.
또한, 압전체로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 구비하는 비교예 3, 4는, 큰 단위 인장력당 발생 전하량(절댓값)의 값이 측정되었지만, PVDF는 초전성을 갖고 있기 때문에, 환경 변화에 의한 압전 출력이 불안정해지기 쉬움을 알 수 있었다.
보다 상세하게는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 신호선 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 압전체를 구비하는 실시예 1 및 비교예 3에 있어서, 압전체로서 폴리락트산(리본상 압전체)을 구비하는 실시예 1은, 압전체로서 PVDF(리본상 압전체)를 구비하는 비교예 3에 비하여, 초전성에 의한 전하 변동이 거의 없기 때문에, 온도 변화에 대한 안정성이 우수함을 알 수 있었다.
[실시예 12]
(호흡 및 심박의 측정)
실시예 12로서, 실시예 1의 평가 샘플(압전 기재)을 생체 정보 취득 디바이스로서 사용하여, 피험자의 호흡 및 심박의 측정을 행하였다. 상세를 이하에 나타낸다.
실시예 1 기재의 동일한 구조의 길이 20cm의 압전 기재를 제작하였다. 상기 압전 기재를, 두께 50㎛, 폭 5mm, 길이 25cm의 폴리이미드 점착 테이프 2매 사이에 끼우고, 외부 도체를 폴리이미드 필름으로 이루어지는 절연체로 피복하였다. 피복한 평가 샘플(센서)에, 길이를 조정할 수 있는 나일론제의 천 테이프를 접합하여 링상으로 하여, 복부를 단단히 조이고, 센서에 인가하는 장력을 조정할 수 있도록 하였다.
상기 평가 샘플(센서)을 의자 위에 설치한 후, 피험자(호흡 및 심박 측정 대상자)가 센서 위에 착좌하였다.
이 상태에서, 센서의 내부 도체 및 외부 도체의 전극을 동축 케이블에 전기적으로 접속하고, 인출 전극을 통하여 피험자의 생체 신호를 취출하고, 취출한 생체 신호를, 연산 증폭기를, AD 변환기(National Instruments사제, NI USB-6210)를 통하여 퍼스널 컴퓨터(PC)에 입력하였다.
PC에 입력된 신호(전위의 경시적인 변화; 호흡 신호와 심박 신호의 합성파)에 대하여, 고속 푸리에 변환을 행하고, 1Hz 이상의 성분을 제거하여 역푸리에 변환함으로써 호흡에 대응하는 호흡 신호(도 10)와, 5Hz 이상 15Hz 이하 이외의 신호를 제거하여 역푸리에 변환함으로써 심박에 대응하는 심박 신호(도 11)로 분리하였다. 또한, 심박에 대응하는 심박 신호를 미분함으로써 속도 맥파의 신호(도 12)를 얻었다.
도 10 내지 도 12 중, 횡축은 시간(초)이고, 종축은 전위이다.
[실시예 13]
고양이 봉제 인형으로부터 솜을 취출하고, 실시예 1과 동일하게 하여 제작한 길이 90mm의 압전 기재를, 고양이 봉제 인형의 등 내부에 접착제(세메다인 주식회사제의 세메다인 슈퍼 X)에 의해 고정하여 등 센서(접촉 센서)로 하였다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 제작한 길이 50mm의 압전 기재 6개의 내부 도체 및 외부 도체를 각각 통합하여 접속하고, 고양이 봉제 인형의 볼부 내측으로부터 좌우로 3개씩 압전 기재를 노출시켜, 수염 센서(접촉 센서)로 하였다. 각각의 센서에는 내부 도체 및 외부 도체에 각각 접속용 리드선을 설치하고, 센서 설치 후, 취출한 면을 봉제 인형에 다시 채웠다. 등 센서를 설치한 고양이 봉제 인형을 도 13에 도시하고, 수염 센서를 설치한 고양이 봉제 인형을 도 14에 도시한다.
등 센서 및 수염 센서에 설치한 리드선으로부터의 출력을, 버퍼 증폭기를 통하여 컷오프 주파수 50Hz의 CR 필터에 통과시키고, CR 필터에 통과시킨 신호를, AD 변환기(National Instruments사제, NI USB-6210)를 통하여 퍼스널 컴퓨터(PC)에 입력하였다.
PC에 입력된 신호를 도 15, 16에 도시한다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 등 센서는 봉제 인형의 등을 쓰다듬은 경우와 두드린 경우의 전압 출력이 크게 상이하며, 전압의 역치를 설정함으로써 쓰다듬거나, 두드리는 등의 각 동작을 판정할 수 있다. 또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 수염 센서는 봉제 인형의 수염을 쓰다듬은 경우와 잡아당긴 경우의 전압 출력이 크게 상이하며, 전압의 역치를 설정함으로써 쓰다듬거나, 두드리는 등의 각 동작을 판정할 수 있다.
2015년 12월 25일에 출원된 일본 특허 출원 제2015-255062호, 2016년 5월 27일에 출원된 일본 특허 출원 제2016-106171호 및 2016년 9월 5일에 출원된 일본 특허 출원 제2016-173004호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 원용되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 원용된다.
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F: 압전 기재
12A, 12C: 내부 도체
12B: 도체
13: 외부 도체
14A, 14C, 14D: 제1 압전체
14B: 제2 압전체
16: 절연성 실
20: 압전 편물
22: 그라운드 도체(제2 외부 도체의 일례)
24: 절연 필름(제3 절연체의 일례)
26: 금사선(내부 도체의 일례)
30: 압전 디바이스
40: 힘 센서
42: 그라운드 도체(제1 외부 도체의 일례)
44: 수축 튜브(제2 절연체의 일례)
46: 압착 단자
50, 60, 70: 평판을 갖는 압전 기재
51: 점착 테이프
52: 평판
53: 구리박
54: FPC
55: 신호 처리 회로 유닛
56: 벨트
57: 헬멧
58: 턱끈
61: 접착제

Claims (31)

  1. 장척(長尺)상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
    상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 도체가 내부 도체이고,
    상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 외주면을 따라 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있고,
    상기 한 방향과는 다른 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제2 압전체를 더 구비하고,
    상기 제2 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제2 압전체의 길이 방향과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제2 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른, 압전 기재.
    배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
    (식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)
  2. 장척(長尺)상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
    상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 도체가 내부 도체이고,
    상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 외주면을 따라 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있고,
    상기 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
    상기 제1 절연체가, 상기 제1 압전체로부터 보아, 상기 내부 도체와는 반대측에 배치되어 있는, 압전 기재.
    배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
    (식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)
  3. 장척(長尺)상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
    상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 도체가 내부 도체이고,
    상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 외주면을 따라 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있고,
    상기 내부 도체의 외주면을 따라 나선상으로 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
    상기 제1 절연체가, 상기 내부 도체와 상기 제1 압전체의 사이에 배치되어 있는, 압전 기재.
    배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
    (식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)
  4. 장척(長尺)상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
    상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 도체가 내부 도체이고,
    상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 외주면을 따라 한 방향으로 나선상으로 권회되어 있고,
    상기 한 방향과는 다른 방향으로 권회된 장척상의 제2 압전체를 더 구비하고,
    상기 제2 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제2 압전체의 길이 방향과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제2 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 제1 압전체와 상기 제2 압전체는 교대로 교차된 끈목 구조를 이루고,
    상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 제2 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른, 압전 기재.
    배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
    (식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)
  5. 장척(長尺)상의 도체와, 상기 도체에 대하여 한 방향으로 나선상으로 권회된 장척상의 제1 압전체를 구비하고,
    상기 제1 압전체가, 광학 활성을 갖는 헬리컬 키랄 고분자 (A)를 포함하고,
    상기 제1 압전체의 길이 방향과, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 주 배향 방향이 이루는 각도가 0°이상 30°미만이고,
    X선 회절 측정으로부터 하기 식 (a)에 의해 구해지는 상기 제1 압전체의 배향도 F가 0.5 이상 1.0 미만의 범위이고,
    상기 제1 압전체는, 카르보디이미드기, 에폭시기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 관능기를 갖는 중량 평균 분자량이 200 내지 60000인 안정화제 (B)를, 상기 헬리컬 키랄 고분자 (A) 100질량부에 대하여 0.01질량부 내지 10질량부 포함하는, 압전 기재.
    배향도 F=(180°-α)/180° … (a)
    (식 (a) 중, α는 배향 유래의 피크의 반값폭을 나타냄)
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 도체의 외주면을 따라 권회된 제1 절연체를 더 구비하고,
    상기 제1 압전체와 상기 제1 절연체는 교대로 교차된 끈목 구조를 이루는, 압전 기재.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압전체가, 상기 내부 도체의 축 방향에 대하여, 15°내지 75°의 각도를 유지하여 권회되어 있는, 압전 기재.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압전체가 단수 또는 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상을 갖고,
    상기 제1 압전체의 단면의 장축 직경이 0.0001mm 내지 10mm인, 압전 기재.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압전체가 장척 평판 형상을 갖고,
    상기 제1 압전체의 두께가 0.001mm 내지 0.2mm이고,
    상기 제1 압전체의 폭이 0.1mm 내지 30mm이고,
    상기 제1 압전체의 두께에 대한 상기 제1 압전체의 폭의 비가 2 이상인, 압전 기재.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제1 압전체의 적어도 한쪽의 주면측에 배치된 기능층을 더 구비하는, 압전 기재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기능층이 이접착층, 하드 코팅층, 대전 방지층, 안티 블록층, 보호층 및 전극층 중 적어도 하나를 포함하는, 압전 기재.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기능층이 전극층을 포함하는, 압전 기재.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 압전체와 상기 기능층을 포함하는 적층체의 표면층의 적어도 한쪽이 상기 전극층인, 압전 기재.
  14. 제1항에 있어서, 상기 도체와 상기 제1 압전체가 서로 꼬여 있는, 압전 기재.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 압전체가 단수 또는 복수의 다발로 이루어지는 섬유 형상을 갖고,
    상기 제1 압전체의 단면의 장축 직경이 0.0001mm 내지 2mm인, 압전 기재.
  16. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체가 금사선인, 압전 기재.
  17. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체 및 상기 제1 압전체의 사이에 접착층을 구비하는, 압전 기재.
  18. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압전체에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)가, 하기 식 (1)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 주쇄를 갖는 폴리락트산계 고분자인, 압전 기재.
    Figure 112019133463419-pct00007
  19. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 외주에 제1 외부 도체를 더 구비하는, 압전 기재.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 외부 도체의 외주에 제2 절연체를 더 구비하는, 압전 기재.
  21. 종사 및 횡사로 이루어지는 직물 구조체를 구비하고,
    상기 종사 및 상기 횡사 중 적어도 한쪽이 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 포함하는, 압전 직물.
  22. 종사 및 횡사로 이루어지는 직물 구조체를 구비하고,
    상기 종사 및 상기 횡사의 양쪽이 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 포함하고,
    상기 종사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향과, 상기 횡사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향이 서로 다르고,
    상기 종사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 횡사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 동일한, 압전 직물.
  23. 종사 및 횡사로 이루어지는 직물 구조체를 구비하고,
    상기 종사 및 상기 횡사의 양쪽이 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 포함하고,
    상기 종사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향과, 상기 횡사에 포함되는 제1 압전체의 권회 방향이 동일하고,
    상기 종사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성과, 상기 횡사에 포함되는 헬리컬 키랄 고분자 (A)의 키랄성이 서로 다른, 압전 직물.
  24. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 포함하는 편물 구조체를 구비하는, 압전 편물.
  25. 제21항에 기재된 압전 직물과,
    상기 압전 직물이 구비하는 직물 구조체의 주면에 대향하는 위치에 배치된 제2 외부 도체
    를 구비하는, 압전 디바이스.
  26. 제24항에 기재된 압전 편물과,
    상기 압전 편물이 구비하는 편물 구조체의 주면에 대향하는 위치에 배치된 제2 외부 도체
    를 구비하는, 압전 디바이스.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제2 외부 도체와, 상기 직물 구조체의 사이에 제3 절연체를 더 구비하는, 압전 디바이스.
  28. 제26항에 있어서, 상기 제2 외부 도체와, 상기 편물 구조체의 사이에 제3 절연체를 더 구비하는, 압전 디바이스.
  29. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 구비하는, 힘 센서.
  30. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 구비하는, 액추에이터.
  31. 제1항 내지 제5항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 압전 기재를 포함하는, 생체 정보 취득 디바이스.
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