TWI723109B - 編織帶狀壓電元件、使用有編織帶狀壓電元件之布帛狀壓電元件以及使用有該些之裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種將使用有壓電性纖維的壓電元件之訊號強度更為提高之技術。
編織帶狀壓電元件,係具備有:藉由導電性纖維所形成之芯部;和以被覆該芯部的方式而藉由編織帶狀之壓電性纖維所形成之鞘部,進而,在該芯部處,係具備有以下述之A、B之其中一個態樣而作了連接固定的金屬製端子。
A:將構成編織帶狀壓電元件之末端部分的纖維部分,藉由金屬製端子之一部分來作把持,並在距離該把持部分1mm以內的場所處,使該芯部與該金屬製端子作電性連接而作了固定的態樣。
B:該金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,一面使該叉狀部分或針狀部分與該鞘部作接觸一面與該芯部作電性連接,且在距離該電性連接之場所10mm以內的場所處,藉由該金屬製端子之其他部位或者是被固定於該金屬製端子處之零件來使該編織帶狀壓電元件被固定於該金屬製端子處的態樣。

Description

編織帶狀壓電元件、使用有編織帶狀壓電元件之布帛狀壓電元件以及使用有該些之裝置
本發明,係有關於使用有壓電性纖維之附端子之編織帶狀壓電元件、將使用有壓電性纖維之編織帶藉由導電層來作了被覆的附端子編織帶狀壓電元件、使用有附端子之編織帶狀壓電元件之布帛狀壓電元件、以及使用有該些之裝置。
近年來,所謂的可穿戴式感測器係受到矚目,並在市面上開始出現有眼鏡型或手錶型之類的形狀之商品。但是,此些之裝置,係仍存在有所謂的「安裝」之感覺,而對於身為最終之可穿戴性裝置的布狀、亦即是如同衣物一般之形狀的裝置有所需求。作為此種感測器,使用有壓電性纖維之壓電效果的壓電元件係為周知。例如,在專利文獻1中,係揭示有一種壓電元件,其係包含有壓電單元,該壓電單元,係包含2根的導電性纖維以及1根的壓電性纖維,並將此些在相互具備有接點的同時而配置在略同一平面上。又,在專利文獻2中,係揭示有一種壓 電材,其係為由壓電高分子所成之纖維狀物或成形物,並具備有下述之特徵:亦即是,為了藉由被附加於其之軸方向上的張力來產生壓電性,而在與該張力之施加方向相異的方向上施加扭轉而構成之。
另一方面,近年來,採用有所謂的觸控面板方式之輸入裝置、亦即是觸碰式輸入裝置,係大幅度的增加。不僅是銀行ATM或者是車站的售票機,就連在智慧型手機、行動電話、攜帶遊戲機、攜帶音樂播放器等之中,作為輸入介面而採用有觸控面板方式的機器,亦係伴隨著薄型顯示器技術之發展而大幅度地增加。作為實現此種觸控面板方式之手段,使用有壓電薄片或壓電性纖維之方式係為周知。例如,在專利文獻3中,係揭示有一種使用有由具備朝向特定方向之延伸軸的L型聚乳酸所成之壓電薄片之觸控面板。
在此些之可穿戴式感測器或觸控面板方式之感測器中,係希望就算是針對起因於被施加在壓電材料上之小的變形所在壓電材料內產生的小的應力,也能夠取出大的電性訊號。例如,係希望就算是藉由起因於手指之彎曲伸展動作或者是藉由手指等來對表面進行摩擦的行為所在壓電材料內產生的小的應力,也能夠安定地取出大的電性訊號。
專利文獻1之壓電性纖維,係為能夠對於各種用途作適用之優秀的素材,但是,係並不能說絕對能夠針對起因於較小之變形所產生的應力而輸出大的電性訊 號,針對用以得到大的電性訊號之技術,係並未作任何之明示。又,專利文獻1中所記載之壓電元件,其之成為訊號線的導電性纖維係露出於外部,因此,為了對於雜訊訊號作抑制,係需要另外建構雜訊屏蔽構造。故而,在專利文獻1所記載之壓電元件中,針對實用化而言係仍具有改善的餘地。
專利文獻2之壓電性纖維,係藉由以特殊之製造方法來將壓電性纖維預先作扭轉,而能夠針對對於壓電性纖維之拉張和壓縮而輸出電性訊號。但是,在專利文獻2中,關於用以針對由使壓電性纖維作彎曲或拉伸的彎折或者是對於壓電性纖維之表面進行摩擦的行為所致之剪斷應力而產生充分的電性訊號之技術,係並未作任何之揭示。故而,在使用有此種壓電性纖維的情況時,係難以僅藉由由像是摩擦表面一般之較小的變形所產生之應力來取出充分的電性訊號。
專利文獻3之壓電薄片,係能夠藉由對於壓電薄片所致之變形(應力)來輸出電性訊號。然而,基本上,由於其係身為薄片狀,因此,係缺乏柔軟性,而並無法達成像是布一般的能夠自由彎曲之使用方法。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]國際公開第2014/058077號
[專利文獻2]日本專利第3540208號公報
[專利文獻3]日本特開2011-253517號公報
本發明之目的,係在於提供一種:就算是藉由起因於較小之變形所產生的應力也能夠安定地取出大的電性訊號之纖維狀之壓電元件。又,本發明之目的,係在於提供一種身為此種壓電元件並且能夠對於雜訊訊號作抑制的纖維狀之壓電元件。進而,本發明之目的,係在於提供一種成為能夠將此種壓電元件有效率地對於訊號檢測電路作連接之附端子之壓電元件。
本發明者們,係發現到:藉由作為導電性纖維與壓電性纖維之組合而將成為芯之導電性纖維的表面藉由編織帶狀之壓電性纖維來作了被覆的編織帶狀壓電元件,係能夠有效率地取出電。又,本發明者們,係發現到:藉由在此種編織帶狀壓電元件之周圍設置有導電層的壓電元件,係進而能夠對於雜訊訊號作抑制。
關於在絕緣被覆導線上附加端子之技術,係開示有各種之技術,但是,係得知了:在將端子與藉由壓電性纖維來以編織帶狀而作了被覆的導電性纖維作連接的情況時,乃至於將端子與在該壓電性纖維之周圍更設置有導電層的導電性纖維作連接的情況時,若是將先前技術直接作適 用,則起因於將被覆除去之困難度、起因於鞘部之纖維所導致的特性、以及起因於壓電性所導致的雜訊,在適用上係有所困難。又,係得知了:若是僅從電路之接地端子來單純地對於周圍之導電層進行配線,則不但是無法阻止在端子部處之雜訊的混入,並且,伴隨著繁雜的配線作業,壓電性纖維也會散開,而容易喪失作為壓電元件之功能。因此,本發明者們,係發現到:藉由採用在將連接部之鞘部的纖維作固定的同時亦能夠確保芯部與端子之電性連接之特定的構造,乃至於藉由採用在將連接部之鞘部的纖維以及周圍之導電層整批作固定的同時亦能夠確保被與芯部導線以及周圍之導電層的各者作了連接之端子之電性連接之特定的構造,係能夠解決上述之問題。
進而,本發明者們,係發現到:在對於可穿戴式裝置作適用時,藉由將對於編織帶狀壓電元件之端子部與布帛等之柔軟性基材的與固定部之間之距離作縮短,係能夠降低起因於編織帶狀之壓電性纖維的不安定所導致的雜訊作降低。
進而,為了作成高功能性之可穿戴式裝置,本發明者們,係發明了能夠有效率地作成具備有複數的編織帶之裝置並且能夠容易地進行與電路間之連接、切離的方法,而完成了本發明。
亦即是,本發明係包含以下之發明。
1.一種編織帶狀壓電元件,係具備有藉由導電性纖維所形成之芯部、和以被覆前述芯部的方式而藉由編織帶狀 之壓電性纖維所形成之鞘部,該編織帶狀壓電元件,其特徵為:在該編織帶狀壓電元件之芯部處,係更進而具備有藉由下述之A、B之其中一個態樣來作了連接固定的金屬製端子,並且,在藉由該金屬製端子或者是被固定在該金屬製端子處之零件而被作了固定的該編織帶狀壓電元件之部分之端部處,係具備有將該鞘部之組織分解而從該芯部所分離了的壓電性纖維為未滿該鞘部之壓電性纖維全體之20%的部分,A之態樣,係為將構成該編織帶狀壓電元件之末端部分的纖維之長度0.5mm以上的部分,藉由該金屬製端子之一部分來作把持,並在該把持部分或者是距離該把持部分1mm以內的場所處,使該編織帶狀壓電元件之芯部與該金屬製端子直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作電性連接而作了固定的態樣,B之態樣,係為該金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,並一面使此叉狀部分或針狀部分與該編織帶狀壓電元件之該鞘部作接觸一面與該芯部之導電性纖維直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作連接,且在距離此連接場所10mm以內的場所處,藉由該金屬製端子之其他部位或者是被固定於該金屬製端子處之零件來使該編織帶狀壓電元件被固定於該金屬製端子處的態樣。
2.如上述1所記載之編織帶狀壓電元件,其中,位於距離該芯部與該金屬製端子之間之連接部分5mm以內的該鞘部之壓電性纖維的一部分或者是全部,係喪失纖維形狀地而作了熔著。
3.如上述1或2所記載之編織帶狀壓電元件,其中,在該鞘部之表面處,係具備有由焊錫或導電糊所成之被與該芯部作了電性連接的導電性材料,藉由使在該鞘部之表面上所具備的該導電性材料與該金屬製端子作接觸,該芯部和該金屬製端子係被間接性地作電性連接。
4.一種布帛狀壓電元件,其特徵為:係為具備有如上述1~3中之任一項所記載之編織帶狀壓電元件的布帛之布帛狀壓電元件,在距離該金屬製端子之被固定在該編織帶狀壓電元件處的部分之長度10mm以內的範圍內,該編織帶狀壓電元件之至少一部分係被固定在布帛狀基材處。
5.如上述1~4中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,係使如上述1~3中之任一項所記載的編織帶狀壓電元件以2根以上而被略平行地作配置,被與各者之編織帶狀壓電元件作了連接之2個以上的金屬製端子,係被統整於1個的連接器殼體中,並構成為能夠整批地與其他之連接器作連接。
6.一種布帛狀壓電元件,其特徵為:係在構成織布或針織物之絲的一部分處,將如上述5所記載之編織帶狀壓電元件以2根以上來略平行地作了配置。
7.如上述1~6中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,壓電性纖維,係作為主成分而具備有聚乳酸,相對於前述導電性纖維之前述壓電性纖維的捲繞角度,係為15°以上、75°以下。
8.如上述1~7中之任一項所記載之編織帶狀或布帛 狀壓電元件,其中,前述壓電性纖維之總纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1倍以上、20倍以下。
9.如上述1~8中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,前述壓電性纖維之1根的纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1/20倍以上、2倍以下。
10.如上述4~6中之任一項所記載之布帛狀壓電元件,其中,係更進而包含有與上述編織帶狀壓電元件之至少一部分作交叉接觸之導電性纖維。
11.如上述10所記載之布帛狀壓電元件,其中,前述導電性纖維,係構成與前述編織帶狀壓電元件相交叉的纖維之中之30%以上。
12.一種裝置,其特徵為,係具備有:如上述1~11中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件;和將因應於被施加之壓力而從前述編織帶狀或布帛狀壓電元件所輸出的電性訊號作放大之放大手段;和將藉由前述放大手段所放大的電性訊號輸出之輸出手段。
13.一種壓電元件,其特徵為,係具備有:藉由導電性纖維所形成之芯部;和以被覆該芯部的方式而藉由編織帶狀之壓電性纖維所形成之鞘部;和被設置在該鞘部之周圍之導電層,該壓電元件,係更進而具備有:被連接固定於該芯部處之訊號用金屬製端子;和被連接固定於該導電層處之遮蔽用金屬製端子,該訊號用金屬製端子和該遮蔽用金屬製端子,係經由絕緣體而相互被作了固定。
14.如上述13所記載之壓電元件,其中,由前述導電 層所致之前述鞘部之被覆率,係為25%以上。
15.如上述13或14所記載之壓電元件,其中,前述導電層係藉由纖維所形成。
16.如上述13~15中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述遮蔽用金屬製端子,係將前述訊號用金屬製端子經由絕緣體來作覆蓋保持。
17.如上述13~16中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述訊號用金屬製端子,係藉由下述之A、B之其中一個態樣來作連接固定,並且,在藉由該訊號用金屬製端子或者是藉由被固定在該訊號用金屬製端子處之零件而被作了固定的該壓電元件之部分之端部處,係具備有將該鞘部之組織分解而從該芯部所分離了的壓電性纖維為未滿該鞘部之壓電性纖維全體之20%的部分,A之態樣,係為將構成該壓電元件之末端部分的纖維之長度0.5mm以上的部分,藉由該訊號用金屬製端子之一部分來作把持,並在該把持部分或者是距離該把持部分1mm以內的場所處,使該壓電元件之芯部與該訊號用金屬製端子直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作電性連接而作了固定的態樣,B之態樣,係為該訊號用金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,並一面使此叉狀部分或針狀部分與該壓電元件之該鞘部作接觸一面與該芯部之導電性纖維直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作連接,且在距離此連接場所10mm以內的場所處,藉由該訊號用金屬製端子之其他部位或者是被固定於該訊號用金屬製端子處之零件來使 該壓電元件被固定於該訊號用金屬製端子處的態樣。
18.如上述13~17中之任一項所記載之壓電元件,其中,位於距離該芯部與該訊號用金屬製端子之間之連接部分5mm以內的該鞘部之壓電性纖維的一部分或者是全部,係喪失纖維形狀地而作了熔著。
19.如上述13~18中之任一項所記載之壓電元件,其中,在該鞘部之表面處,係具備有由焊錫或導電糊所成之被與該芯部作了電性連接的導電性材料,藉由使在該鞘部之表面上所具備的該導電性材料與該訊號用金屬製端子作接觸,該芯部和該訊號用金屬製端子係被間接性地作電性連接。
20.一種壓電元件,其特徵為:係為具備有包含如上述13~19中之任一項所記載之壓電元件的布帛之壓電元件,在距離該訊號用金屬製端子或者是遮蔽用金屬製端子之被固定在該壓電元件處的部分之長度10mm以內的範圍內,該壓電元件之至少一部分係被固定在布帛狀基材處。
21.如上述13~20中之任一項所記載之壓電元件,其中,如上述13~19中之任一項所記載的壓電元件,係以2根以上而被略平行地作配置,被與各者之壓電元件作了連接之2個以上的訊號用金屬製端子,係被統整於1個的連接器殼體中,並構成為能夠整批地與其他之連接器作連接。
22.如上述21所記載之壓電元件,其中,係使如同上述13~19中之任一項所記載之壓電元件,作為構成織布 或針織物之絲的一部分而以2根以上來略平行地作了配置。
23.如上述13~22中之任一項所記載之壓電元件,其中,壓電性纖維,係作為主成分而具備有聚乳酸,相對於前述導電性纖維之前述壓電性纖維的捲繞角度,係為15°以上、75°以下。
24.如上述13~23中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述壓電性纖維之總纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1倍以上、20倍以下。
25.如上述13~24中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述壓電性纖維之1根的纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1/20倍以上、2倍以下。
26.如上述20~22中之任一項所記載之壓電元件,其中,係更進而包含有與前述壓電元件之至少一部分作交叉接觸之導電性纖維。
27.如上述26所記載之壓電元件,其中,前述導電性纖維,係構成與前述壓電元件相交叉的纖維之中之30%以上。
28.一種裝置,其特徵為,係具備有:如上述13~27中之任一項所記載之壓電元件;和將因應於被施加之壓力而從前述壓電元件所輸出的電性訊號作放大之放大手段;和將藉由前述放大手段所放大的電性訊號輸出之輸出手段。
藉由本發明,係能夠提供一種:就算是藉由起因於較小之變形所產生的應力也能夠安定地取出大的電性訊號之纖維狀之附端子之壓電元件。又,藉由本發明,係能夠提供一種身為此種壓電元件並且能夠對於雜訊訊號作抑制的纖維狀之附端子之壓電元件。
A‧‧‧壓電性纖維
B‧‧‧導電性纖維
CL‧‧‧纖維軸
α‧‧‧捲繞角度
1‧‧‧編織帶狀壓電元件
2‧‧‧鞘部
3‧‧‧芯部
4‧‧‧導電層
6‧‧‧導電性纖維
7‧‧‧布帛狀壓電元件
8‧‧‧布帛
9‧‧‧絕緣性纖維
10‧‧‧導電性纖維
11‧‧‧裝置
12‧‧‧壓電元件
13‧‧‧放大手段
14‧‧‧輸出手段
15‧‧‧送訊手段
20‧‧‧金屬製端子
21、31‧‧‧把持部分
22‧‧‧連接器殼體
23、33‧‧‧開口部
25、35‧‧‧叉狀部分
26、36‧‧‧針狀部分
30‧‧‧訊號用金屬製端子
32‧‧‧絕緣體
34‧‧‧遮蔽用金屬製端子
100‧‧‧平織物
[圖1]係為對於實施形態之編織帶狀壓電元件的構成例作展示之示意圖。
[圖2]係為對於包含導電層之實施形態之編織帶狀壓電元件的構成例作展示之示意圖。
[圖3]係為對於實施形態(態樣A)之編織帶狀壓電元件與金屬製端子之間的連接例作展示之示意圖。
[圖4]係為對於包含導電層之實施形態(態樣A)之編織帶狀壓電元件與金屬製端子之間的連接例作展示之示意圖。
[圖5]係為對於實施形態(態樣B叉狀)之編織帶狀壓電元件與金屬製端子之間的連接例作展示之示意圖。
[圖6]係為對於實施形態(態樣B針狀)之編織帶狀壓電元件與金屬製端子之間的連接例作展示之示意圖。
[圖7]係為對於包含導電層之實施形態(態樣B叉狀)之編織帶狀壓電元件與金屬製端子之間的連接例作展 示之示意圖。
[圖8]係為對於包含導電層之實施形態(態樣B針狀)之編織帶狀壓電元件與金屬製端子之間的連接例作展示之示意圖。
[圖9]係為對於實施形態之布帛狀壓電元件的構成例作展示之示意圖。
[圖10]係為對於包含導電層之實施形態之布帛狀壓電元件的構成例作展示之示意圖。
[圖11]係為對於具備有實施形態之壓電元件的裝置作展示之區塊圖。
[圖12]係為對於具備有實施形態之布帛狀壓電元件的裝置之構成例作展示之示意圖。
[圖13]係為對於具備有實施形態之布帛狀壓電元件的裝置之構成例作展示之示意圖。
[圖14]係為對於具備有實施形態之布帛狀壓電元件的裝置之其他構成例作展示之示意圖。
[圖15]係為對於具備有實施形態之布帛狀壓電元件的裝置之其他構成例作展示之示意圖。
(編織帶狀壓電元件)
圖1,係為對於實施形態之編織帶狀壓電元件的構成例作展示之示意圖。
編織帶狀壓電元件1,係具備有:藉由導電性纖維B所形成之芯部3;和以被覆芯部3的方式而藉由編織帶狀之壓電性纖維A所形成之鞘部2。壓電性纖維A,係可作為主要成份而包含聚乳酸。
圖2,係為對於包含導電層之實施形態之編織帶狀壓電元件的構成例作展示之示意圖。
編織帶狀壓電元件1,係具備有:藉由導電性纖維B所形成之芯部3;和以被覆芯部3的方式而藉由編織帶狀之壓電性纖維A所形成之鞘部2;以及將鞘部2作被覆之導電層4。
由導電層4所致之鞘部2之被覆率,係以25%以上為理想。於此,所謂被覆率,係為在將導電層4投影至鞘部2上時的在導電層4中所包含之導電性區域之面積與鞘部2之表面積之間的比例,該值,係以25%以上為理想,又以50%以上為更理想,又以75%以上為更加理想。若是導電層4之被覆率低於25%,則會有無法充分發揮雜訊訊號之抑制效果的情況。當導電性區域並未在導電層4之表面而露出的情況、例如當作為導電層4而使用將導電性區域作內包之纖維並將鞘部2作被覆的情況時,係可將該纖維之對於鞘部2作了投影時的面積與鞘部2之表面積之間的比例作為被覆率。
所謂導電性區域,係為在導電層4中所包含的擔負導電性功能之部分,例如,係指當將導電層4藉由導電性纖維和絕緣性纖維來構成的情況時之導電性纖維部 分。
在編織帶狀壓電元件1中,係將至少1根的導電性纖維B之外周面,藉由多數之壓電性纖維A來緻密地作捲繞。雖然並非為被特定之理論所限制者,但是,可以推測到,若是在編織帶狀壓電元件1處產生變形,則會在多數之壓電性纖維A的各者處而產生由變形所致之應力,起因於此,在多數之壓電性纖維A的各者處係產生電場(壓電效果),其結果,在導電性纖維B處,係產生使捲繞在導電性纖維B上之多數之壓電性纖維A的電場作了重疊之電壓變化。亦即是,相較於並未使用有壓電性纖維A之編織帶狀之鞘部2的情況,從導電性纖維B而來之電性訊號係增大。藉由此,在編織帶狀壓電元件1處,就算是藉由起因於較小之變形所產生的應力,也成為能夠取出大的電性訊號。另外,導電性纖維B,係亦可為複數根。
於此,壓電性纖維A,較理想,係作為主要成份而包含聚乳酸。所謂「作為主成分」,係指壓電性纖維A之成分中的最多之成分係身為聚乳酸。聚乳酸中之乳酸單元,係以90莫耳%以上為理想,又以95莫耳%以上為更理想,又以98莫耳%以上為更加理想。
較理想,相對於導電性纖維B之壓電性纖維A的捲繞角度α,係為15°以上、75°以下。亦即是,相對於導電性纖維B(芯部3)之中心軸CL的方向,壓電性纖維A之捲繞角度α,係以15°以上、75°以下為理想。但 是,在本實施形態中,導電性纖維B之中心軸CL,由於係與壓電性纖維A之編織帶(鞘部2)之中心軸(以下,亦稱作「編織帶軸」)相重疊,因此,係亦可表現為「相對於壓電性纖維A之編織帶軸之方向,壓電性纖維A之捲繞角度α,係以15°以上、75°以下為理想」。從取出更大之電性訊號的觀點來看,更理想,角度α係為25°以上、65°以下,又更理想,係為35°以上、55°以下,特別理想,係為40°以上、50°以下。此係因為,若是角度α落於此角度範圍以外,則在壓電性纖維A處所產生的電場會顯著地降低,起因於此,藉由導電性纖維B所得到的電性訊號係會顯著地降低之故。
另外,關於上述角度α,係亦可視為形成鞘部2之壓電性纖維A之主方向與導電性纖維B之中心軸CL之間所成的角度,壓電性纖維A之一部分係亦可為鬆弛或者是起毛。
於此,在壓電性纖維A處所產生之電場顯著地降低的理由,係如下所述。壓電性纖維A,係以聚乳酸作為主要成份,並在壓電性纖維A之纖維軸的方向上作單軸配向。於此,聚乳酸,在相對於其之配向方向(於此情況,係為壓電性纖維A之纖維軸的方向)而產生有剪斷應力的情況時,係會產生電場,但是,在相對於其之配向方向而產生有拉張應力或壓縮應力的情況時,係不太會產生電場。故而,可以推測到,為了當在編織帶軸之方向上平行地作了變形時而成為在壓電性纖維A處產生剪斷應力, 較理想,壓電性纖維A(聚乳酸)之配向方向係相對於編織帶軸而落於特定之角度範圍內。
另外,在編織帶狀壓電元件1處,只要是能夠達成本發明之目的,則在鞘部2處,係亦能夠與壓電性纖維A以外之其他的纖維作組合並進行混織等,在芯部3處,係亦能夠與導電性纖維B以外之其他的纖維作組合並進行混織等。
關於藉由導電性纖維B之芯部3和編織帶狀之壓電性纖維A之鞘部2所構成的編織帶狀壓電元件或者是藉由導電性纖維B之芯部3和編織帶狀之壓電性纖維A之鞘部2以及將鞘部2作被覆之導電層4所構成的編織帶狀壓電元件之長度,係並未特別作限定。例如,該編織帶狀壓電元件,係可在製造中而被連續性地製造,之後再切斷為必要之長度來作利用。編織帶狀壓電元件之長度,係為1mm~10m,較理想係為5mm~2m,更理想係為1cm~1m。若是長度過短,則會喪失身為纖維形狀之便利性,又,若是長度過長,則會成為需要對於導電性纖維B之電阻值作考慮。
以下,針對各構成作詳細說明。
(導電性纖維)
作為導電性纖維B,只要是展現有導電性者即可,而可使用公知之各種物質。作為導電性纖維B,例如,係可列舉出金屬纖維、由導電性高分子所成之纖維、碳纖維、 由使纖維狀或粒狀之導電性填料作了分散的高分子所成之纖維、或者是在纖維狀物之表面上設置了具有導電性之層的纖維。作為在纖維狀物之表面上設置具有導電性之層的方法,係可列舉出金屬塗敷、導電性高分子塗敷、導電性纖維之捲繞等。其中,從導電性、耐久性、柔軟性等之觀點來看,又以金屬塗敷為理想。作為將金屬作塗敷之具體性的方法,係可列舉出蒸鍍、濺鍍、電解鍍敷、無電解鍍敷等,但是,從生產性等之觀點來看,係以鍍敷為理想。此種將金屬作了鍍敷之纖維,係可稱作金屬鍍敷纖維。
作為使金屬被作塗敷的基底之纖維,係無關於導電性之有無而可使用公知之纖維,例如,係可使用聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、氯化乙烯纖維、芳族聚醯胺纖維、聚碸纖維、聚醚纖維、聚氨酯纖維等之合成纖維,除此之外,亦可使用棉、麻、絹等之天然纖維,醋酸鹽纖維等之半合成纖維,嫘縈、銅氨絲等之再生纖維。基底之纖維,係並不被限定於此些,而可任意使用公知之纖維,亦可將此些之纖維作組合使用。
被塗敷於基底之纖維上的金屬,只要是展現有導電性而能夠發揮本發明之效果,則係可使用任意之金屬。例如,係可使用金、銀、白金、銅、鎳、錫、鋅、鈀、氧化銦錫、硫化銅等以及此些之混合物或合金等。
若是在導電性纖維B中使用具有彎折耐性的進行了金屬塗敷之有機纖維,則導電性纖維被折斷的情形 係為非常少,作為使用有壓電元件之感測器的耐久性和安全性係為優良。
導電性纖維B,係可為將絲作了複數根之綁束的多絲,又,亦可為由一根之絲所成的單體絲。又,導電性纖維B,係可為1根的紗線,亦可為將複數根之紗線作了綁束的紗束型態(包含撚紗),進而,亦可為將絲和紗線作了組合的長短複合紗。從電性特性之長邊方向安定性的觀點來看,係以多絲為理想。當身為單體絲或者是1根之紗線的情況時,其之單絲直徑係為1μm~5000μm,較理想係為2μm~100μm。更理想,係為3μm~50μm。當身為多絲、紗束型態、長短複合紗的情況時,作為絲數乃至於紗數,係以1根~100000根為理想,更理想,係為5根~500根,又更理想,係為10根~100根。但是,所謂導電性纖維B之纖度、根數,係為在製作編織帶時所使用的芯部3之纖度、根數,不論是藉由複數根之單絲(單體絲)所形成的多絲、或是將複數根之紗線作了綁束的紗束型態(包含撚紗)、或者是將絲和紗線作了組合的長短複合紗,均係視為1根的導電性纖維B來作計數。於此,所謂芯部3,就算是在使用有導電性纖維以外之纖維的情況時,亦係視為將其作了包含的全體之量。
若是纖維之直徑為小,則強度會降低,在處理上會變得困難,又,當直徑為大的情況時,會成為對於可撓性有所犧牲。作為導電性纖維B之剖面形狀,從壓電元件之設計以及製造的觀點來看,係以圓或橢圓為理想, 但是,係並不被限定於此。
又,為了將從壓電性高分子而來之電性輸出有效率地取出,電阻係以低為理想,作為體積電阻率,係以身為10-1Ω‧cm以下為理想,更理想,係為10-2Ω‧cm以下,又更理想,係為10-3Ω‧cm以下。但是,只要是能夠在電性訊號之檢測中而得到充分之強度者,則導電性纖維B之電阻率係並不被限定於此。
導電性纖維B,基於本發明之用途,係必須要對於反覆的彎折和扭轉之類的動作而具備有耐性。作為該耐性之指標,結節強度(nodal strength)係以越大為越理想。結節強度,係可藉由JIS L1013:2010 8.6之方法來測定。作為本發明中之適當的結節強度,係以身為0.5cN/dtex以上為理想,又以身為1.0cN/dtex以上為更理想,又以身為1.5cN/dtex以上為更加理想,而以身為2.0cN/dtex以上為最理想。又,作為其他指標,彎折剛性係以越小為越理想。彎折剛性,一般而言,係藉由KATOTECH(股份有限公司)製之KES-FB2純彎折試驗機等之測定裝置來測定。作為本發明之適當的彎折剛性之程度,較理想,係較TOHOTENAX(股份有限公司)製之碳纖維"TENAX"(註冊商標)HTS40-3K而更小。具體而言,導電性纖維之彎折剛性,係以身為0.05×10-4N‧m2/m以下為理想,又以身為0.02×10-4N‧m2/m以下為更理想,又以身為0.01×10-4N‧m2/m以下為更加理想。
(壓電性纖維)
作為身為壓電性纖維A之材料的壓電性高分子,係可利用像是聚偏二氟乙烯或聚乳酸一般之展現有壓電性的高分子,但是,在本實施形態中,係如同上述一般,壓電性纖維A,係以作為主要成份而包含聚乳酸為理想。聚乳酸,例如係在熔融紡紗後藉由延伸而容易地配向並展現有壓電性,而不需要進行在聚偏二氯乙烯等的情況之中所必要之電場配向處理,在此點上,係具有優良的生產性。但是,此事,係並不代表在實施本發明時而將聚偏二氟乙烯或其他之壓電性材料的使用排除。
作為聚乳酸,依據其之結晶構造,係存在有將L-乳酸、L-乳酸交酯作聚合所成之聚-L-乳酸,將D-乳酸、D-乳酸交酯作聚合所成之聚合-D-乳酸,乃至於由該些之混成構造所成的立體絡合(stereo complex)聚乳酸等,但是,只要是展現有壓電性者,則均可作利用。從高壓電率的觀點來看,係以聚-L-乳酸、聚-D-乳酸為理想。聚-L-乳酸、聚-D-乳酸,由於係分別相對於相同之應力而分極成為互為相逆,因此係亦可因應於目的而將此些作組合使用。
聚乳酸之光學純度,係以99%以上為理想,更理想,係為99.3%以上,又更理想,係為99.5%以上。若是光學純度未滿99%,則會有壓電率顯著地降低的情況,依存於壓電性纖維A之形狀變化,係會有變得難以得到充分之電性訊號的情形。特別是,壓電性纖維A,較理 想,係作為主要成份而包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸,此些之光學純度係為99%以上。
以聚乳酸作為主要成份之壓電性纖維A,係在製造時被作延伸,並在其之纖維軸的方向上作單軸配向。進而,壓電性纖維A,較裡想,係並非僅在其之纖維軸方向上作單軸配向,而是亦包含有聚乳酸之結晶者,又以身為包含有作了單軸配向的聚乳酸之結晶者為更理想。此係因為,聚乳酸,係會起因於其之結晶性為高以及作了單軸配向一事而展現更大的壓電性之故。
結晶性以及單軸配向性,係可藉由單體PLA結晶化度Xhomo(%)以及結晶配向度Ao(%)而糗取出來。作為本發明之壓電性纖維A,較理想,單體PLA結晶化度Xhomo(%)以及結晶配向度Ao(%)係滿足下述式(1)。
Xhomo×Ao×Ao÷106≧0.26 (1)
在並未滿足上述式(1)的情況時,結晶性及/或單軸配向性係並不充分,而會有導致相對於動作之電性訊號的輸出值降低或者是相對於特定方向之動作的訊號之敏感度降低之虞。上述式(1)之左邊之值,更理想,係為0.28以上,又更理想,係為0.3以上。於此,各值係依據下述方法而求取出來。
單體聚乳酸結晶化度Xhomo:針對單體聚乳酸結晶化度Xhomo,係根據由廣角X線繞射分析(WAXD)所致的結晶構造解析而求取出來。在 廣角X線繞射分析(WAXD)中,係使用RIGAKU公司製ultrax18型X線繞射裝置,來藉由透過法而以下述條件來將樣本之X線繞射圖形記錄在成像板上。
X線源:Cu-Kα線(共焦反射鏡)
輸出:45kV×60mA
細縫:1st:1mmΦ,2nd:0.8mmΦ
攝像機長度:120mm
積算時間:10分鐘
樣本:採用將35mg之聚乳酸纖維作了拉整對齊的3cm之纖維束。
在所得到的X線繞射圖形中,涵蓋全方位角而求取出全散射強度Itotal,於此,係求取出在2θ=16.5°,18.5°,24.3°附近所出現的由來於單體聚乳酸結晶之各繞射峰值的積分強度之總和ΣIHMi。根據此些之值,依據下式(2)來求取出單體聚乳酸結晶化度Xhomo
單體聚乳酸結晶化度Xhomo(%)=ΣIHMi/Itotal×100 (2)
另外,ΣIHMi,係藉由在全散射強度中將背景值和起因於非晶質所致的漫散射減去一事而算出之。
(2)結晶配向度Ao:針對結晶配向度Ao,係在上述之藉由廣角X線繞射分析(WAXD)所得到的X線繞射圖形中,針對在動徑方向之2θ=16.5°附近所出現的由來於單體聚乳酸結晶之繞射峰值,來取得相對於方位角(°)之強度分布,並根據所得到的分布輪廓之半寬幅的總計ΣWi(°),來藉由下式 (3)而算出。
結晶配向度Ao(%)=(360-ΣWi)÷360×100 (3)
另外,由於聚乳酸係身為加水分解較為快速的聚酯,因此,當在耐濕熱性上有問題的情況時,係亦可添加公知之異氰酸酯化合物、噁唑啉化合物、環氧化合物、碳二亞胺化合物等之防加水分解劑。又,係亦可因應於需要而添加磷酸系化合物等之防氧化劑、可塑劑、防光劣化劑等而進行物性改良。
又,聚乳酸,係亦可作為與其他之聚合物之間的混合物來使用,但是,若是作為以聚乳酸為主之壓電性高分子來使用,則較理想,係以混合物之全質量作為基準,而至少以50質量%以上來含有聚乳酸,更理想,係為70質量%以上,最為理想,係為90質量%以上。
作為採用混合物的情況時之聚乳酸以外的聚合物,作為合適之例,係可列舉出聚對苯二甲酸乙酯、聚對苯二甲酸乙酯、聚萘二甲酸共聚物、聚甲基丙烯酸酯等,但是,係並不被限定於此,只要是能夠發揮本發明之目的的壓電性,則不論是使用何種聚合物均可。
壓電性纖維A,係可為將絲作了複數根之綁束的多絲,或者是亦可為由1根的絲所成之單體絲,亦可為1根的紗線,亦可為將複數根之紗線作了綁束的紗束型態(包含撚紗),進而,亦可為將絲和紗線作了組合的長短複合紗。當身為單體絲或者是1根之紗線的情況時,其之單絲直徑係為1μm~5mm,較理想係為5μm~2mm,更 理想係為10μm~1mm。當身為多絲的情況時,其之單絲直徑係為0.1μm~5mm,較理想係為2μm~100μm,更理想係為3μm~50μm。作為多絲、紗束型態、長短複合紗的絲數乃至於紗數,係以1根~100000根為理想,更理想,係為50根~50000根,又更理想,係為100根~20000根。但是,針對壓電性纖維A之纖度和根數,係為在製作編織帶時所使用的1個載體之纖度、根數,就算是藉由複數根之單絲(單體絲)所形成的多絲,亦係視為1根的壓電性纖維A來作計數。於此,就算是當在1個的載體之中而使用有壓電性纖維以外之纖維的情況時,亦係視為將其作了包含的全體之量。
為了將此種壓電性高分子作成壓電性纖維A,只要是能夠發揮本發明之效果,則係可採用任意之用以從高分子而纖維化的公知之手法。例如,係可採用將壓電性高分子作押出成形並纖維化之手法、對於壓電性高分子進行熔融紡絲而纖維化之手法、將壓電性高分子藉由乾式或濕式紡絲而纖維化之手法、將壓電性高分子藉由靜電紡絲而纖維化之手法、在形成薄膜後而裁切為細絲之手法等。此些之紡絲條件,係只要因應於所採用之壓電性高分子而適用公知之手法即可,通常係只要採用在工業性生產上為容易之熔融紡絲法即可。進而,在形成纖維之後,係將所形成的纖維作延伸。藉由此,係形成作了單軸延伸配向並且包含有結晶之展現有大的壓電性之壓電性纖維A。
又,壓電性纖維A,係可在將如同上述一般 所製作出之壓電性纖維作成編織帶之前,進行染色、撚紗、合紗、熱處理等之處理。
進而,壓電性纖維A,由於在形成編織帶時係會有纖維彼此相互摩擦而導致斷絲或者是起毛的情況,因此,其之強度和耐磨耗性係以高為理想,強度係以身為1.5cN/dtex以上為理想,又以身為2.0cN/dtex以上為更理想,又以身為2.5cN/dtex以上為更加理想,而以身為3.0cN/dtex以上為最理想。耐磨耗性,係可藉由JIS L1095 9.10.2 B法等來進行評價,摩擦次數,係以100次以上為理想,又以1000次以上為更理想,又以5000次以上為更加理想,又以10000次以上為最理想。用以使耐磨耗性提昇之方法,係並未特別作限定,而可使用公知之各種方法,例如,係可使結晶化度提昇,或是添加微粒子、或者是進行表面加工。又,在加工成編織帶時,係亦可在纖維上塗布潤滑劑來減低摩擦。
又,較理想,壓電性纖維之收縮率與前述之導電性纖維之收縮率之間之差係為小。若是收縮率之差為大,則會有起因於在編織帶之製作後或是布帛之製作後的後續處理工程、或是當在實際使用時被施加有熱、或者是歷時變化,而導致編織帶彎曲或是布帛之平坦性變差,並導致壓電訊號變弱的情況。在將收縮率依據後述之沸水收縮率來作了定量化的情況時,較理想,壓電性纖維之沸水收縮率S(p)以及導電性纖維之沸水收縮率S(c),係滿足下述式(4)。
|S(p)-S(c)|≦10 (4)
更理想,上述式(4)之左邊之值係為5以下,又更理想,係為3以下。
又,較理想,壓電性纖維之收縮率與導電性纖維以外之纖維(例如絕緣性纖維)之收縮率之間之差亦為小。若是收縮率之差為大,則會有起因於在編織帶之製作後或是布帛之製作後的後續處理工程、或是當在實際使用時被施加有熱、或者是歷時變化,而導致編織帶彎曲或是布帛之平坦性變差,並導致壓電訊號變弱的情況。在將收縮率依據後述之沸水收縮率來作了定量化的情況時,較理想,壓電性纖維之沸水收縮率S(p)以及絕緣性纖維之沸水收縮率S(i),係滿足下述式(5)。
|S(p)-S(i)|≦10 (5)
更理想,上述式(5)之左邊之值係為5以下,又更理想,係為3以下。
又,較理想,壓電性纖維之收縮率係為小。例如在將收縮率藉由沸水收縮率來作了定量化的情況時,較理想,壓電性纖維之收縮率係為15%以下,更理想,係為10%以下,又更理想,係為5%以下,最為理想,係為3%以下。作為使收縮率降低的手段,係可適用公知之各種方法,例如,係可藉由以熱處理所致之非晶質部的配向舒緩或者是將結晶化度提昇來減低收縮率,實施熱處理之時機,係並未特別作限定,而可列舉出延伸後、撚紗後、編織帶化後、布帛化後等。另外,上述之沸水收縮率,係 設為藉由以下之方法來進行測定者。藉由框周1.125m之檢布機來作出卷數20次之紗布,並施加0.022cN/dtex之荷重而懸吊於尺規板處,而對於初期之紗布長度L0作了測定。之後,將此紗布在100℃之沸騰水浴中進行30分鐘的處理,並進行放置冷卻,再施加上述荷重而懸吊於尺規板處,而對於收縮後之紗布長度L作了測定。使用所測定出的L0以及L,藉由下述式(6)來計算出沸水收縮率。
沸水收縮率=(L0-L)/L0×100(%) (6)
(被覆)
導電性纖維B、亦即是芯部3,係藉由壓電性纖維A、亦即是編織帶狀之鞘部2,而使表面被作被覆。被覆導電性纖維B之鞘部2的厚度,較理想,係為1μm~10mm,更理想,係為5μm~5mm,又更理想,係為10μm~3mm,最理想,係為20μm~1mm。若是過薄,則會有在強度之觀點上而產生問題的情況,又,若是過厚,則會有編織帶狀壓電元件1變硬並成為難以變形的情況。另外,於此之所謂鞘部2,係指與芯部3相鄰接之層。
在編織帶狀壓電元件1中,鞘部2之壓電性纖維A的總纖度,較理想,係為芯部3之導電性纖維B的總纖度之1/2倍以上、20倍以下,更理想,係為1倍以上、15倍以下,又更理想,係為2倍以上、10倍以下。若是壓電性纖維A之總纖度相對於導電性纖維B之總纖 度而為過小,則包圍導電性纖維B之壓電性纖維A係會過少,導電性纖維B係無法輸出充分的電性訊號,進而也會有導電性纖維B與近接之其他導電性纖維相接觸之虞。若是壓電性纖維A之總纖度相對於導電性纖維B之總纖度而為過大,則包圍導電性纖維B之壓電性纖維A係會過多,編織帶狀壓電元件1係變硬並變得難以變形。亦即是,不論是在何者的情況中,編織帶狀壓電元件1均會成為無法作為感測器而充分地發揮功能。
於此之所謂總纖度,係為構成鞘部2之壓電性纖維A的全部之纖度之和,例如,在一般性之8股編織帶的情況時,係成為8根的纖維之纖度之總和。
又,在編織帶狀壓電元件1中,鞘部2之壓電性纖維A的1根之纖度,較理想,係為導電性纖維B的總纖度之1/20倍以上、2倍以下,更理想,係為1/15倍以上、1.5倍以下,又更理想,係為1/10倍以上、1倍以下。若是壓電性纖維A之1根的纖度相對於導電性纖維B之總纖度而為過小,則壓電性纖維A係會過少,導電性纖維B係無法輸出充分的電性訊號,進而也會有壓電性纖維A被切斷之虞。若是壓電性纖維A之1根的纖度相對於導電性纖維B之總纖度而為過大,則壓電性纖維A係會過粗,編織帶狀壓電元件1係變硬並變得難以變形。亦即是,不論是在何者的情況中,編織帶狀壓電元件1均會成為無法作為感測器而充分地發揮功能。
另外,當在導電性纖維B中使用有金屬纖維 的情況時或者是將金屬纖維與導電性纖維A或壓電性纖維B作了混織的情況時,纖度之比例係並不被限定於上述記載。此係因為,在本發明中,上述比例,在接觸面積和被覆率、亦即是面積以及體積的觀點上而言係為重要之故。例如,當各個的纖維之比重為超過2一般之情況時,較理想,纖維之平均剖面積的比例係身為上述纖度之比例。
壓電性纖維A和導電性纖維B,係以盡可能相互密著為理想,但是,為了改良密著性,係亦可在導電性纖維B和壓電性纖維A之間設置定錨層或接著層等。
被覆之方法,係採用以導電性纖維B作為芯絲並於其之周圍將壓電性纖維A捲繞成編織帶狀的方法。另一方面,壓電性纖維A之編織帶的形狀,只要是能夠相對於藉由所施加之荷重而產生的應力來輸出電性訊號,則係並不特別作限定,但是,較理想,係為具備有芯部3之8股編織帶或16股編織帶。
作為導電性纖維B和壓電性纖維A之形狀,雖並未特別作限定,但是,較理想,係盡可能接近同心圓狀。另外,在作為導電性纖維B而使用多絲的情況時,壓電性纖維A,係只要以與導電性纖維B之多絲的表面(纖維周面)之至少一部分作接觸的方式來作被覆即可,可在構成多絲之所有的絲之表面(纖維周面)上被覆壓電性纖維A,亦可並不在構成多絲之所有的絲之表面(纖維周面)上被覆壓電性纖維A。對於導電性纖維B之構成多絲的內部之各絲之壓電性纖維A的被覆狀態,係只要對於作 為壓電性元件之性能、處理性等作考慮並適宜設定即可。
本發明之編織帶狀壓電元件1,由於係並不需要在其之表面上使電極存在,因此,係並不需要將編織帶狀壓電元件1自身作更進一步的被覆,又,亦有著難以發生誤動作之優點。
(導電層)
作為導電層4之態樣,除了塗敷之外,亦可考慮有薄膜、布帛、纖維之捲繞,又,亦可將該些作組合。
在形成導電層4之塗敷中,只要使用包含展現有導電性者之物質者即可,而可使用公知之各種物質。例如,係可列舉出金屬、導電性高分子、使導電性填料作了分散的高分子。
在藉由薄膜之捲繞來形成導電層4的情況時,係使用將導電性高分子、使導電性填料作了分散的高分子進行製膜所得到的薄膜,又,亦可使用在表面上設置有具備導電性之層的薄膜。
在藉由布帛之捲繞來形成導電層4的情況時,係使用以後述之導電性纖維6作為構成成分的布帛。
在藉由纖維之捲繞來形成導電層4的情況時,作為其之手法,係可考慮有覆蓋、編織、編辮。又,所使用之纖維,係為導電性纖維6,導電性纖維6,係可為與上述導電性纖維B相同種類之導電性纖維,亦可為相異種類之導電性纖維。作為導電性纖維6,例如,係可列 舉出金屬纖維、由導電性高分子所成之纖維、碳纖維、由使纖維狀或粒狀之導電性填料作了分散的高分子所成之纖維、或者是在纖維狀物之表面上設置了具有導電性之層的纖維。作為在纖維狀物之表面上設置具有導電性之層的方法,係可列舉出金屬塗敷、導電性高分子塗敷、導電性纖維之捲繞等。其中,從導電性、耐久性、柔軟性等之觀點來看,又以金屬塗敷為理想。作為將金屬作塗敷之具體性的方法,係可列舉出蒸鍍、濺鍍、電解鍍敷、無電解鍍敷等,但是,從生產性等之觀點來看,係以鍍敷為理想。此種將金屬作了鍍敷之纖維,係可稱作金屬鍍敷纖維。
作為使金屬被作塗敷的基底之纖維,係無關於導電性之有無而可使用公知之纖維,例如,係可使用聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、氯化乙烯纖維、芳族聚醯胺纖維、聚碸纖維、聚醚纖維、聚氨酯纖維等之合成纖維,除此之外,亦可使用棉、麻、絹等之天然纖維,醋酸鹽纖維等之半合成纖維,嫘縈、銅氨絲等之再生纖維。基底之纖維,係並不被限定於此些,而可任意使用公知之纖維,亦可將此些之纖維作組合使用。
被塗敷於基底之纖維上的金屬,只要是展現有導電性而能夠發揮本發明之效果,則係可使用任意之金屬。例如,係可使用金、銀、白金、銅、鎳、錫、鋅、鈀、氧化銦錫、硫化銅等以及此些之混合物或合金等。
若是在導電性纖維6中使用具有彎折耐性的 進行了金屬塗敷之有機纖維,則導電性纖維被折斷的情形係為非常少,作為使用有壓電元件之感測器的耐久性和安全性係為優良。
導電性纖維6,係可為將絲作了複數根之綁束的多絲,或者是亦可為由1根的絲所成之單體絲,亦可為1根的紗線,亦可為將複數根之紗線作了綁束的紗束型態(包含撚紗),進而,亦可為將絲和紗線作了組合的長短複合紗。從電性特性之長邊方向安定性的觀點來看,係以多絲為理想。當身為單體絲或者是1根之紗線的情況時,其之單絲直徑係為1μm~5000μm,較理想係為2μm~100μm。更理想,係為3μm~50μm。當身為多絲、紗束型態、長短複合紗的情況時,作為絲數乃至於紗數,係以1根~100000根為理想,更理想,係為5根~500根,又更理想,係為10根~100根。
若是纖維之直徑為小,則強度會降低,在處理上會變得困難,又,當直徑為大的情況時,會成為對於可撓性有所犧牲。作為導電性纖維6之剖面形狀,從壓電元件之設計以及製造的觀點來看,係以圓或橢圓為理想,但是,係並不被限定於此。
又,為了將雜訊訊號之抑制效果提高,電阻係以低為理想,作為體積電阻率,係以身為10-1Ω‧cm以下為理想,更理想,係為10-2Ω‧cm以下,又更理想,係為10-3Ω‧cm以下。但是,只要是能夠得到雜訊訊號之抑制效果者,則電阻率係並不被限定於此。
導電性纖維6,基於本發明之用途,係必須要對於反覆的彎折和扭轉之類的動作而具備有耐性。作為該耐性之指標,結節強度(nodal strength)係以越大為越理想。結節強度,係可藉由JIS L1013 8.6之方法來測定。作為本發明中之適當的結節強度,係以身為0.5cN/dtex以上為理想,又以身為1.0cN/dtex以上為更理想,又以身為1.5cN/dtex以上為更加理想,而以身為2.0cN/dtex以上為最理想。又,作為其他指標,彎折剛性係以越小為越理想。彎折剛性,一般而言,係藉由KATOTECH(股份有限公司)製之KES-FB2純彎折試驗機等之測定裝置來測定。作為本發明之適當的彎折剛性之程度,較理想,係較TOHOTENAX(股份有限公司)製之碳纖維"TENAX"(註冊商標)HTS40-3K而更小。具體而言,導電性纖維之彎折剛性,係以身為0.05×10-4N‧m2/m以下為理想,又以身為0.02×10-4N‧m2/m以下為更理想,又以身為0.01×10-4N‧m2/m以下為更加理想。
(端子)
本發明之編織帶狀壓電元件1,係在其之芯部處,更進而具備有以下述之A、B之其中一個態樣而作了連接固定的金屬製端子。
A:將構成編織帶狀壓電元件之末端部分的纖維之長度0.5mm以上之部分,藉由金屬製端子之一部分來作把持,並在該把持部分或者是距離該把持部分1mm以內的 場所處,使該編織帶狀壓電元件之芯部與金屬製端子直接性或者是經由導電性材料來間接性地作了連接固定的態樣。
B:金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,一面使此叉狀部分或針狀部分與編織帶狀壓電元件之鞘部作接觸一面與芯部之導電性纖維直接或者是經由導電性材料來間接作連接,在距離此連接場所10mm以內的場所處,藉由金屬製端子之其他部位或者是被固定於金屬製端子處之零件來使該編織帶狀壓電元件被固定於金屬製端子處的態樣。
進而,本發明之編織帶狀壓電元件1,係更進而具備有:被連接固定於其之芯部處之訊號用金屬製端子;和被連接固定於被設置在鞘部的周圍之導電層4處之遮蔽用金屬製端子,訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子係經由絕緣體而相互被作了固定,此些之2個的金屬製端子係能夠作為一體之連接器零件來作處理,因此,係能夠簡單且確實地進行與對於訊號進行處理之電路之間的連接,而能夠安定地減低雜訊。
又,從將在端子部分處而侵入之雜訊降低的觀點來看,較理想,前述遮蔽用金屬製端子,係將前述訊號用金屬製端子經由絕緣體來作覆蓋保持。於此,所謂覆蓋,係指當近接於訊號用金屬製端子而配置遮蔽用金屬製端子,並在此狀態下而投影於正面圖、背面圖、左側面圖、右側面圖、平面圖以及底面圖上時,於各圖中之訊號用金屬製 端子的區域之合計面積中之與遮蔽用金屬製端子之區域相重疊的面積之比例為50%以上的情形。另外,為了將其他之端子與訊號用金屬製端子作連接,係亦可設置必要之開口部或絕緣體。
本發明之編織帶狀壓電元件1之訊號用金屬製端子,較理想,係在其之芯部處,以下述之A、B之其中一個態樣而被作連接固定。
A:將構成編織帶狀壓電元件之末端部分的纖維之長度0.5mm以上之部分,藉由訊號用金屬製端子之一部分來作把持,並在該把持部分或者是距離該把持部分1mm以內的場所處,使該編織帶狀壓電元件之芯部與訊號用金屬製端子直接性或者是經由導電性材料來間接性地作了連接固定的態樣。
B:訊號用金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,一面使此叉狀部分或針狀部分與編織帶狀壓電元件之鞘部作接觸一面與芯部之導電性纖維直接或者是經由導電性材料來間接作連接,在距離此連接場所10mm以內的場所處,藉由訊號用金屬製端子之其他部位或者是被固定於訊號用金屬製端子處之零件來使該編織帶狀壓電元件被固定於訊號用金屬製端子處的態樣。
(由態樣A所致之連接)
圖3(態樣A),係為對於實施形態之前述A的連接態樣之構成例作展示之示意圖。
構成編織帶狀壓電元件1之末端的壓電性纖維以及導電性纖維,係藉由身為金屬製端子20之一部分的把持部分21而被作把持。所謂被作了把持之狀態,係指藉由金屬製端子20之把持部分21而使編織帶狀壓電元件1被作夾入或者是捲入並相互作固定的狀態。係可合適採用藉由工具來使被成形為爪狀的金屬製端子20作塑性變形並成為前述之作了把持的狀態之構造。金屬製端子,係在圖3之右側部分處,具備有能夠與其他端子作連接的形狀。
金屬製端子20之把持部分21,其長度係為0.5mm以上,當較此而更短的情況時,編織帶狀壓電元件1與金屬製端子20之間的固定係為弱,當在可穿戴裝置之用途等之中而在元件處被施加有各種之力的情況時,會有編織帶狀壓電元件1與金屬製端子20相互分離或者是電性連接成為不安定的情況。把持部分21之長度,較理想係為0.7mm以上,更理想係為1.0mm以上。於此,所謂把持部分21之長度,係為以金屬製端子20而將編織帶狀壓電元件1作把持的長度,並為在編織帶狀壓電元件1之長度方向上而作了測定的長度,當金屬製端子20為如同圖3(態樣A)一般地而在複數場所把持編織帶狀壓電元件1的情況時,係為該些各把持部分之長度的合計。
在金屬製端子20之把持部分21或者是距離把持部分21之1mm以內的場所處,使編織帶狀壓電元件1之芯部3與金屬製端子20直接性或者是經由導電性材料來間接性地作連接。在圖3(態樣A)中雖並未特別作 展示,但是,在本發明中,係如同後述一般,具備有「編織帶狀壓電元件1之鞘部2在與金屬製端子20之間的固定部分處係並未被分解」的特徵,因此,就算是在金屬製端子20之把持部分21處,鞘部2之被覆亦並未被完全除去,藉由以鞘部2之熔解所致的部分性之除去、或者是藉由焊錫或導電糊等之導電性材料之賦予,來成為能夠使編織帶狀壓電元件1之芯部與金屬製端子20被作電性連接。
如同圖3(態樣A)中所示一般,較理想,作為金屬製端子20之外裝,係具備有連接器殼體22,將編織帶狀壓電元件1作了把持的金屬製端子20,係從連接器殼體22之左側的開口部而被插入並被固定,而成為能夠從連接器殼體22之右側之開口部23來將其他之端子與連接器殼體內部之金屬製端子20作連接的狀態。
圖4(態樣A),係為對於包含導電層4之實施形態之前述A的連接態樣之構成例作展示之示意圖。構成編織帶狀壓電元件1之末端的壓電性纖維以及導電性纖維,係藉由身為訊號用金屬製端子30之一部分的把持部分31而被作把持。所謂被作了把持之狀態,係指藉由訊號用金屬製端子30之把持部分31而使編織帶狀壓電元件1被作夾入或者是捲入並相互作固定的狀態。係可合適採用藉由工具來使被成形為爪狀的訊號用金屬製端子30作塑性變形並成為前述之作了把持的狀態之構造,或者是成為藉由被設置在訊號用金屬製端子30或者是絕緣部處的 卡合部來作了卡合的狀態之構造。訊號用金屬製端子30,係在圖4之右側部分處,具備有能夠與其他端子作連接的形狀。訊號用金屬製端子30,係經由絕緣體32而被固定在遮蔽用金屬製端子34處,遮蔽用金屬製端子34係以覆蓋訊號用金屬製端子30的方式而被作配置。遮蔽用金屬製端子34,係具備有把持部分31,並藉由以此把持部分31來把持導電層4而被與導電層4作電性連接並被固定。
在圖4之例中,構成編織帶狀壓電元件之末端的壓電性纖維以及導電性纖維,係藉由訊號用金屬製端子之把持部分而被作把持,但是,構成編織帶狀壓電元件之末端的壓電性纖維,係並非絕對需要藉由訊號用金屬製端子之把持部分而被作把持。
作為能夠進行此種連接之連接器零件,係可合適使用在日本特開平4-282580號公報、日本特開2002-324636號公報、日本特開2012-79652號公報等之中所開示之同軸連接器。
訊號用金屬製端子30之把持部分31,較理想,其長度係為0.5mm以上,當較此而更短的情況時,編織帶狀壓電元件1與訊號用金屬製端子30之間的固定係為弱,當在可穿戴裝置之用途等之中而在元件處被施加有各種之力的情況時,會有編織帶狀壓電元件1與訊號用金屬製端子30相互分離或者是電性連接成為不安定的情況。把持部分31之長度,較理想係為0.7mm以上,更理 想係為1.0mm以上。於此,所謂把持部分31之長度,係為以訊號用金屬製端子30而將編織帶狀壓電元件1作把持的長度,並為在編織帶狀壓電元件1之長度方向上而作了測定的長度,當訊號用金屬製端子30為如同圖4一般地而在複數場所把持編織帶狀壓電元件1的情況時,係為該些各把持部分之長度的合計。
在訊號用金屬製端子30之把持部分31或者是距離把持部分31之1mm以內的場所處,使編織帶狀壓電元件1之芯部3與訊號用金屬製端子30直接性或者是經由導電性材料來間接性地作連接。在圖4中雖並未特別作展示,但是,在本發明中,係如同後述一般,較理想,編織帶狀壓電元件1之鞘部2在與訊號用金屬製端子30之間的固定部分處係並未被分解,因此,就算是在訊號用金屬製端子30之把持部分31處,鞘部2之被覆亦並未被完全除去,藉由以鞘部2之熔解所致的部分性之除去、或者是藉由焊錫或導電糊等之導電性材料之賦予,來成為能夠使編織帶狀壓電元件1之芯部3與訊號用金屬製端子30被作電性連接。但是,就算是在起因於在編織帶狀壓電元件1之末端處的切斷作業或鞘部2之除去作業而導致鞘部2被分解的情況時,當固定訊號用金屬製端子30之絕緣體32為充分地將鞘部2作了把持而能夠視為鞘部2實質性而言並未分解的情況時,亦即是當並不會成為有害之雜訊產生源的情況時,係並不被限定於此。
(由態樣B所致之連接)
圖5(態樣B叉狀),係為對於由實施形態之前述態樣B的具備有叉狀部分25之金屬製端子20所致之連接態樣的構成例作展示之示意圖。圖6(態樣B針狀),係為對於由實施形態之前述態樣B的具備有針狀部分26之金屬製端子20所致之連接態樣的構成例作展示之示意圖。
在圖5(態樣B叉狀)以及圖6(態樣B針狀)中,如同各者之剖面圖中所示一般,身為金屬製端子20之一部分的叉狀部分25或者是針狀部分26,係一面與編織帶狀壓電元件1之鞘部2作接觸一面與芯部3之導電性纖維直接或者是經由導電性材料來間接作連接。金屬製端子20,係在各圖之右側部分處,具備有能夠與其他端子作連接的形狀。
在態樣B中,由於金屬製端子20之僅由叉狀部分25或者是針狀部分26所致的編織帶狀壓電元件1之固定力係為弱,因此,編織帶狀壓電元件1係亦藉由金屬製端子20之其他部位或者是被固定於金屬製端子20處之零件而被固定於金屬製端子20處,此固定部位,係有必要位於距離金屬製端子20與芯部3之導電性纖維之連接場所10mm以內的場所處。當僅在距離連接場所而超過10mm的部分處存在有固定部位的情況時,起因於編織帶狀壓電元件1全體以及由於金屬製端子20而被分解了的鞘部2所對於感測器造成之衝擊等,會產生不安定之動作,並成為雜訊之原因。為了藉由金屬製端子20之其他 部位或者是被固定在金屬製端子20處之零件來將編織帶狀壓電元件1作固定,係可如同態樣A一般地來藉由金屬製端子20之一部分而把持編織帶狀壓電元件1,但是,更理想,係藉由被固定在金屬製端子20處之樹脂製殼體等的零件來將編織帶狀壓電元件1夾入並作把持,或者是藉由接著劑來固定在金屬製端子20或者是被固定於金屬製端子20處之零件處。
在圖5(態樣B叉狀)以及圖6(態樣B針狀)中,作為金屬製端子20之外裝,係具備有連接器殼體22,在圖之連接器殼體22之左側的部分處而將編織帶狀壓電元件1夾入並作把持,而作為由被固定在金屬製端子20處之零件所致的固定部位。連接器殼體22,係如同圖5(態樣B叉狀)以及圖6(態樣B針狀)之各剖面圖(B)中所示一般,被分成上部和下部之2個部分,連接器殼體上部,係預先被固定在金屬製端子20處。在將編織帶狀壓電元件1連接固定於金屬製端子20處時,較理想之態樣,係藉由被固定在連接器殼體22上部處之金屬製端子20和連接器殼體22下部,來將編織帶狀壓電元件1夾入,並進而藉由從上下而施加力,來將金屬製端子20插入至編織帶狀壓電元件1中,並使上部與下部之連接器殼體22相接而被作固定。因此,較理想,金屬製端子20之叉狀部分25或者是針狀部分26,係具備有為了被插入至鞘部2之壓電性纖維之纖維間所需要的細度以及薄度,或者是具備有為了將鞘部2之壓電性纖維作部分性切斷所 需要的銳利度。1個的金屬製端子20,係亦可具備有複數之叉狀部分25或複數之針狀部分26,亦可同時具備有叉狀部分25和針狀部分26。在使用具備有叉狀部分25之金屬製端子20的情況時,若是鞘部2之厚度過厚或者是芯部之總纖度過低,則由於叉狀部分係成為難以與芯部3作接觸,因此,鞘部2之厚度,係以1mm以下為理想,又以0.5mm以下為更理想,芯部3之總纖度,係以50dTex以上為理想,又以100dTex以上為更理想。
在圖5(態樣B叉狀)以及圖6(態樣B針狀)中,係成為能夠從連接器殼體22之右側的開口部23來將其他之端子與連接器殼體22內部之金屬製端子20作連接的狀態。
圖7(態樣B叉狀),係為對於由包含導電層4之實施形態之前述態樣B的具備有叉狀部分35之訊號用金屬製端子30所致之連接態樣的構成例作展示之示意圖。圖8(態樣B針狀),係為對於由包含導電層4之實施形態之前述態樣B的具備有針狀部分36之訊號用金屬製端子30所致之連接態樣的構成例作展示之示意圖。
在圖7以及圖8中,如同各者之剖面圖中所示一般,身為訊號用金屬製端子30之一部分的叉狀部分35或者是針狀部分36,係一面與編織帶狀壓電元件1之鞘部2作接觸一面與芯部3之導電性纖維直接或者是經由導電性材料來間接作連接。訊號用金屬製端子30,係在各圖之右側部分處,具備有能夠與其他端子作連接的形狀。訊號用 金屬製端子30,係經由絕緣體32而被固定在遮蔽用金屬製端子34處,遮蔽用金屬製端子34係以覆蓋訊號用金屬製端子30的方式而被作配置。遮蔽用金屬製端子34,係具備有把持部分31,並藉由以此把持部分31來把持導電層4而被與導電層4作電性連接並被固定。
作為能夠進行此種連接之連接器零件,係可合適使用在日本特開2006-277960號公報中所開示之堆疊型纜線連接器。
在態樣B中,當訊號用金屬製端子30之僅由叉狀部分35或者是針狀部分36所致的編織帶狀壓電元件1之固定力係並不充分的情況時,較理想,係亦藉由訊號用金屬製端子30之其他部位或者是被固定於訊號用金屬製端子30處之零件來將編織帶狀壓電元件1固定於訊號用金屬製端子30處。又,此種追加之固定部位,較理想,係位在距離訊號用金屬製端子30和芯部3之導電性纖維之連接場所而為10mm以內的場所處。當僅在距離連接場所而超過10mm的部分處存在有固定部位的情況時,起因於並未被作固定之編織帶狀壓電元件1全體以及由於訊號用金屬製端子30而被分解了的鞘部2所對於感測器造成之衝擊等,會產生不安定之動作,並可能會成為雜訊之原因。為了藉由訊號用金屬製端子30之其他部位或者是被固定在訊號用金屬製端子30處之零件來將編織帶狀壓電元件1作固定,係可如同態樣A一般地來藉由訊號用金屬製端子30之一部分而把持編織帶狀壓電元件1,但 是,更理想,係藉由被固定在訊號用金屬製端子30處之樹脂製殼體等的零件來將編織帶狀壓電元件1夾入並作把持,或者是藉由接著劑來固定在訊號用金屬製端子30或者是被固定於訊號用金屬製端子30處之零件處。
在圖7以及圖8中,作為追加之固定部位之其中一例,係作為訊號用金屬製端子30之外裝而具備有絕緣體32,在圖之絕緣體32之左側的部分處而將編織帶狀壓電元件1夾入並作把持,而作為由被固定在訊號用金屬製端子30處之零件所致的固定部位。絕緣體32,係如同圖7以及圖8之各剖面圖(B)中所示一般,被分成上部和下部之2個部分,絕緣體32上部,係亦可預先被固定在訊號用金屬製端子30處。在將編織帶狀壓電元件1連接固定於訊號用金屬製端子30處時,較理想之態樣,係藉由被固定在絕緣體32上部處之訊號用金屬製端子30和絕緣體32下部,來將編織帶狀壓電元件1夾入,並進而藉由從上下而施加力,來將訊號用金屬製端子30插入至編織帶狀壓電元件1中,並使上部與下部之絕緣體32相接而被作固定。因此,較理想,訊號用金屬製端子30之叉狀部分35或者是針狀部分36,係具備有為了被插入至鞘部2之壓電性纖維之纖維間所需要的細度以及薄度,或者是具備有為了將鞘部2之壓電性纖維作部分性切斷所需要的銳利度。1個的訊號用金屬製端子30,係亦可具備有複數之叉狀部分35或複數之針狀部分36,亦可同時具備有叉狀部分35和針狀部分36。在使用具備有叉狀部分 35之訊號用金屬製端子30的情況時,若是鞘部2之厚度過厚或者是芯部3之總纖度過低,則由於叉狀部分35係成為難以與芯部3作接觸,因此,鞘部2之厚度,係以1mm以下為理想,又以0.5mm以下為更理想,芯部3之總纖度,係以50dTex以上為理想,又以100dTex以上為更理想。
(端子連接部)
本發明之編織帶狀壓電元件,係在藉由訊號用之金屬製端子或者是被固定在該金屬製端子處之零件而被作了固定的部分之端處,具備有鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維為未滿鞘部之壓電性纖維全體之20%的部分。在超過20%的情況時,起因於從芯部而分離了的壓電性纖維之對於感測器的衝擊等,會產生不安定的動作,並隨機性地產生壓電性訊號,而成為雜訊的原因。所謂編織帶狀壓電元件之藉由金屬製端子或者是被固定在金屬製端子處之零件而被作了固定的部分,係指在態樣A中而藉由金屬製端子所被作了把持之部分、或是在態樣B中而使金屬製端子之叉狀部分以及針狀部分與編織帶狀壓電元件之鞘度相接觸之部分、或者是在態樣A以及態樣B中而藉由被固定在金屬製端子處之樹脂殼體等的零件來使編織帶狀壓電元件被作了夾入把持之部分、又或是藉由接著劑而在金屬製端子處或者是被固定在金屬製端子上之零件處而使編織帶狀壓電元件被作了固定之部分。所謂其之端, 係指距離被作了固定的部分和並未被作固定的部分之間之邊界部而為1mm以內之區域。所謂鞘部之組織分解並從芯部而分離,係指鞘部之壓電性纖維到達了成為從芯部表面起而離開編織帶狀壓電元件之鞘部之平均厚度的1.5倍以上之距離之場所處的狀態,並針對1根1根的壓電性纖維(亦即是在作成編織帶時而從1個載體所供給之纖維)之各者而分別作判定。在鞘部之壓電性纖維係為多絲的情況時,當構成1根的壓電性纖維之絲中的50%以上到達了成為從芯部表面起而離開編織帶狀壓電元件之鞘部之平均厚度的1.5倍以上之距離之場所處的情況時,判定該1根的壓電性纖維為使鞘部之組織分解並從芯部而分離。判定,係可從編織帶狀壓電元件之側面來進行觀察,亦可對於剖面進行觀察。在對於剖面進行觀察的情況時,係以在切斷時不會使鞘部過度地分解的方式,來先藉由環氧樹脂等作固定,之後再切斷並進行觀察。
本發明之元件之訊號用之金屬製端子,係可如同在圖3以及圖4(態樣A)和圖5以及圖7(態樣B叉狀)還有圖6以及圖8(態樣B針狀)一般地而固定在編織帶狀壓電元件1之末端處,亦可固定在編織帶狀壓電元件1之途中處。
本發明之元件,係為了達成對由來於壓電性之雜訊作抑制的目的,而具備有「並不將身為絕緣性被覆之編織帶之鞘部之纖維除去地來直接將訊號用之金屬製端子作固定,並且確保芯部與訊號用金屬製端子之電性連 接」之看起來似乎有所矛盾的構造。作為達成此目的之構造,列舉出以下之2個例子。
作為構造之其中一例,係可理想採用使位於距離芯部與訊號用之金屬製端子之間之連接部分5mm以內的鞘部之壓電性纖維的一部分或者是全部喪失纖維形狀地而作了熔著之構造。亦即是,係藉由金屬製端子固定後之構成鞘部的壓電性纖維之熔解等,來使會對於金屬製端子與芯部之電性連接造成妨礙的鞘部之壓電性纖維流動,並能夠在確保了金屬製端子與芯部之電性連接之後,進行冷卻而再度使壓電性纖維固化並作固定。使壓電性纖維熔解後再作了固化的固體,係具備有能夠如同接著劑一般地而將編織帶狀壓電元件和金屬製端子作固定之優點。進而,當在壓電性纖維中使用有聚乳酸等之高分子纖維的情況時,熔解後而作了固化的固體,由於係喪失壓電性,因此也不會有成為雜訊源之虞。固化後的壓電性纖維之熔解,在使用有聚乳酸纖維的情況時,係可經由160℃以上之溫度的熱處理來實施,但是,為了防止非必要之聚乳酸的分解和非必要之鞘部的熔解以及其他構件之變形,較理想,係以220℃以下來實施。壓電性纖維之熔解,係亦可在金屬製端子之固定時來進行,並以一面對於是否確保有電性連接一事作確認一面增強金屬製端子之把持壓力為理想,為了防止非必要之鞘部的變形,係以對於金屬製端子進行加熱並使熱傳導至鞘部處而使其熔解為理想。從工程之安全性以及能夠對於複數之元件同時進行處理的觀點來 看,在將金屬製端子作了安裝之後再實施一事亦為理想。
作為構造之其他例,係可列舉出:在鞘部之表面處,係具備有由焊錫或導電糊所成之被與芯部作了電性連接的導電性材料,藉由使在鞘部表面上所具備的導電性材料與訊號用之金屬製端子作接觸,來使芯部和金屬製端子被間接性地作連接的構造。導電性材料,只要是具備有中介存在於芯部與金屬製端子之間並使該些作電性導通之功能,並且可藉由溫度變化或溶媒除去或者是化學反應而從液體狀(包含漿狀)來變化為固體狀者,則係可使用任意之物,而可理想使用焊錫、含有金屬或碳等之導電性填料的導電糊。特別是從處理性以及導電性來看,係可理想使用焊錫以及銀糊。本發明之編織帶狀壓電元件,由於絕緣被覆係為纖維之集合體,因此,係能夠藉由從表面來使上述之導電性材料附著而使其滲入至內部,並在鞘部表面上形成被與芯部作了電性連接的導電表面,但是,為了使與芯部之間的電性連接成為更加確實,較理想,係將導電性材料之固化前的流動性調整為低而使其容易滲入至芯部中,或是在導電性材料之固化前對於編織帶狀壓電元件賦予物理性刺激來使鞘部之纖維間的空隙擴廣,或者是使導電性材料亦附著於編織帶狀壓電元件之末端的切斷面上。
(對於基材之固定)
本發明之編織帶狀壓電元件,較理想,在距離訊號用 金屬製端子或者是遮蔽用金屬製端子之被固定在編織帶狀壓電元件處的部分之長度10mm以內的範圍內,該編織帶狀壓電元件之至少一部分係被固定在布帛狀基材處。當在10mm以內而並不存在有被固定在布帛狀基材處之場所的情況時,起因於並未被作固定之編織帶狀壓電元件的對於布帛狀基材以及金屬製端子之衝擊等,會產生不安定之動作,並成為雜訊之原因。對於布帛狀基材之固定,係可藉由接著、縫著等之後續加工來進行,亦可藉由作為構成布帛組織之絲來織入或者是編入而作固定。
(製造方法)
本發明之編織帶狀壓電元件1,係將至少1根的導電性纖維B之表面藉由編織帶狀之壓電性纖維A來作被覆,但是,作為其之製造方法,例如係可列舉出以下之方法。亦即是,係存在有藉由相異之工程來分別製作導電性纖維B和壓電性纖維A,並將壓電性纖維A以編織帶狀來捲繞在導電性纖維B而作被覆的方法。於此情況,較理想,係以盡可能地接近同心圓狀的方式來作被覆。
於此情況,當作為形成壓電性纖維A之壓電性高分子而使用聚乳酸的情況時,作為理想之紡紗、延伸條件,熔融紡紗溫度係以150℃~250℃為理想,延伸溫度係以40℃~150℃為理想,延伸倍率係以1.1倍~5.0倍為理想,結晶化溫度係以80℃~170℃為理想。
作為被捲繞在導電性纖維B上之壓電性纖維 A,係可使用將複數之絲作了綁束的多絲,或者是亦可使用單體絲,亦可為1根的紗線,亦可為將複數根之紗線作了綁束的紗束型態(包含撚紗),進而,亦可為將絲和紗線作了組合的長短複合紗。又,作為被捲繞有壓電性纖維A之導電性纖維B,係可使用將複數之絲作了綁束的多絲,或者是亦可使用單體絲。進而,亦可為1根的紗線,亦可為將複數根之紗線作了綁束的紗束型態(包含撚紗),並且亦可為將絲和紗線作了組合的長短複合紗。
作為被覆之理想形態,係可藉由以導電性纖維B作為芯絲並於其之周圍將壓電性纖維A編帶成編織帶狀來製作出管狀編織物(Tubular Braid),而進行被覆。更具體而言,係可列舉出具備有芯部3的8股編織帶或16股編織帶。但是,例如,係亦可藉由將壓電性纖維A設為如同編組管一般之形態並將導電性纖維B作為芯而插入至該編組管中,來進行被覆。
導電層4,係藉由塗敷或纖維之捲繞而被製造,但是,從製造之容易度的觀點來看,係以纖維之捲繞為理想。作為纖維之捲繞方法,係可考慮有覆蓋、編織、編辮,不論是藉由何種方法來製造均可。
藉由如同上述一般之製造方法,係可得到將導電性纖維B之表面藉由編織帶狀之壓電性纖維A來作被覆並進而因應於需要而在其周圍設置有導電層4的編織帶狀壓電元件1。
本發明之編織帶狀壓電元件1,由於係並不需 要在表面上形成用以檢測出電性訊號之電極,因此係能夠較為簡單地製造。
(保護層)
亦可在本發明之編織帶狀壓電元件1的最表面上設置保護層。此保護層,係以身為絕緣性為理想,從可撓性等之觀點來看,係以由高分子所成者為更理想。在使保護層具有絕緣性的情況時,當然的,於此情況,會成為使保護層一同地作變形或者是在保護層上進行摩擦,但是,只要是能夠使此些之外力一直到達至壓電性纖維A處並激發其之分極者,則係並不特別作限定。作為保護層,係並不被限定於藉由高分子等之塗敷所形成者,亦可將薄膜、布帛、纖維等作捲繞,或者是為將該些作了組合者。
作為保護層之厚度,係以盡可能為薄的情況時,能夠易於將剪斷應力傳導至壓電性纖維A處,但是,由於若是過薄則會發生導致保護層自身被破壞等的問題,因此,較理想,係為10nm~200μm,更理想,係為50nm~50μm,又更理想,係為70nm~30μm,最為理想,係為100nm~10μm。亦可藉由此保護層來形成壓電元件之形狀。
又,亦可為了減低雜訊的目的,而將電磁波遮蔽層導入至編織帶構造中。電磁波遮蔽層,係並未特別作限定,但是,係可將導電性之物質作塗敷,亦可將具有導電性之薄膜、布帛、纖維等作捲繞。作為電磁波遮蔽層 之體積電阻率,較理想,係為10-1Ω‧cm以下,更理想,係為10-2Ω‧cm以下,又更理想,係為10-3Ω‧cm以下。但是,只要是能夠得到電磁波遮蔽層之效果,則電阻率係並不被限定於此。此電磁波遮蔽層,係可設置在鞘之壓電性纖維A的表面上,亦可設置在前述之保護層的外側處。當然的,係亦可將電磁波遮蔽層和保護層作複數層之層積,並且其之層積順序亦可因應於目的來適宜作決定。
進而,係亦可設置複數層之由壓電性纖維所成之層,並設置複數層之用以取出訊號之由導電性纖維所成之層。當然的,此些之保護層、電磁波遮蔽層、由壓電性纖維所成之層以及由導電性纖維所成之層,係因應於目的來適宜決定該些之層積順序以及層數。另外,作為捲繞方法,係可列舉出在鞘部2之更外層處而形成編織帶構造或者是進行覆蓋之方法。
(作用)
本發明之編織帶狀壓電元件1,係可作為針對例如起因於對編織帶狀壓電元件1之表面作摩擦等而在編織帶狀壓電元件1處施加有荷重一事所產生的應力(亦即是被施加於編織帶狀壓電元件1處之應力)來檢測出其之大小及/或施加位置的感測器來作利用。又,本發明之編織帶狀壓電元件1,若是亦能夠藉由摩擦以外之按壓力或彎折變形等而對於壓電性纖維A賦予剪斷應力,則當然係亦能夠將電性訊號取出。例如,作為「被施加於編織帶狀壓電元 件1處之應力」,係可列舉出壓電元件之表面(亦即是壓電性纖維A之表面)與像是手指之類的被接觸物之表面之間的摩擦力、或者是相對於壓電性纖維A之表面或前端部的垂直方向之抵抗力、相對於壓電性纖維A之彎折變形之抵抗力等。特別是,本發明之編織帶狀壓電元件1,在使其相對於導電性纖維B而朝向平行方向作了彎折的情況時或者是作了摩擦的情況時,係能夠有效率地輸出大的電性訊號。
於此,所謂「被施加於編織帶狀壓電元件1處之應力」,例如當身為以手指來對於表面作摩擦的程度之大小之應力的情況時,作為大略標準,係為約1~1000Pa。當然的,就算是此以上之大小,也能夠檢測出被施加了的應力之大小以及其之施加位置。在藉由手指等而進行輸入的情況時,較理想,係就算是1Pa以上500Pa以下之荷重也能夠動作,更理想,係以1Pa以上100Pa以下之荷重而動作。當然的,如同上述一般,就算是身為超過500Pa之荷重,也能夠動作。
又,係亦成為能夠藉由對於編織帶狀壓電元件1之芯部之導電性纖維B與導電層4之間的靜電電容之變化作計測,來檢測出起因於對於編織帶狀壓電元件1所施加之壓力而導致的變形。進而,當將複數根之編織帶狀壓電元件1作組合來使用的情況時,係亦成為能夠藉由對於各個的編織帶狀壓電元件1之導電層4之間的靜電電容之變化作計測,來檢測出起因於對於編織帶狀壓電元件1 所施加之壓力而導致的變形。
(布帛狀壓電元件)
圖9以及圖10,係為對於使用有實施形態之編織帶狀壓電元件的布帛狀壓電元件之構成例作展示之示意圖。
布帛狀壓電元件7,係具備有包含至少1根的編織帶狀壓電元件1之布帛8。布帛8,只要構成布帛之纖維(包含編織帶)的至少1根係為編織帶狀壓電元件1,並且編織帶狀壓電元件1係能夠發揮作為壓電元件之功能,則係並不作任何之限定,不論是何種編織物均可。在構成為布狀時,只要是能夠達成本發明之目的,則係亦能夠與其他之纖維(包含編織帶)作組合,並進行交織、交編等。當然的,係亦可將編織帶狀壓電元件1作為構成布帛之纖維(例如,經絲或緯絲)的一部分來使用,亦可將編織帶狀壓電元件1刺繡或接著於布帛上。在圖9以及圖10所示之例中,布帛狀壓電元件7,係為作為經絲而配置至少1根的編織帶狀壓電元件1以及絕緣性纖維9,並作為緯絲而將導電性纖維10以及絕緣性纖維9交互地作了配置的平織物。導電性纖維10,係可為與導電性纖維B相同種類之導電性纖維,亦可為相異種類之導電性纖維,又,關於絕緣性纖維9,係於後再述。另外,係亦可使絕緣性纖維9及/或導電性纖維10之全部或者是一部分身為編織帶形態。
於此情況,當布帛狀壓電元件7被彎曲等而 作了變形時,伴隨於該變形,由於編織帶狀壓電元件1亦係變形,因此,藉由從編織帶狀壓電元件1所輸出的電性訊號,係能夠檢測出布帛狀壓電元件7之變形。又,布帛狀壓電元件7,由於係可作為布帛(編織物)來使用,因此,例如係可適用於衣物形狀之可穿戴感測器中。
又,在圖9以及圖10所示之布帛狀壓電元件7中,導電性纖維10係與編織帶狀壓電元件1相交叉並作接觸。故而,導電性纖維10,係與編織帶狀壓電元件1之至少一部分相交叉並作接觸而將其作覆蓋,而可視為將想要從外部而朝向編織帶狀壓電元件1前進的電磁波之至少一部分作遮蔽。此種導電性纖維10,係藉由被作接地(earth),而具備有將對於編織帶狀壓電元件1之電磁波的影響減輕之功能。亦即是,導電性纖維10,係可作為編織帶狀壓電元件1之電磁波遮蔽而起作用。藉由此,例如就算是並不在布帛狀壓電元件7之上下重疊電磁波遮蔽用之導電性之布帛,也能夠使布帛狀壓電元件7之S/N比顯著地提昇。於此情況,從電磁波遮蔽之觀點來看,與編織帶狀壓電元件1相交叉之緯絲(圖9以及圖10之情況)中的導電性纖維10之比例,係以越高為越理想。具體而言,較理想,身為形成布帛8之纖維並且為與編織帶狀壓電元件1相交叉的纖維中之30%以上係為導電性纖維10,更理想,係為40%以上,又更理想,係為50%以上。如此這般,在布帛狀壓電元件7中,藉由作為構成布帛之纖維的至少一部分而加入導電性纖維10,係能夠作成附 有電磁波遮蔽之布帛狀壓電元件7。
作為織物之織組織,係可例示有平織、綾織、朱子織等之三原組織、變化組織、經二重組織、緯二重組織等的單二重組織、經絨織等。編物之種類,係可為圓編物(緯編物),亦可為經編物。作為圓編物(緯編物)之組織,係可理想例示有平編、羅紋編、雙面編、珍珠編、集圈編、浮針編、單綾紋編、蕾絲編、添紗毛編等。作為經編組織,係可例示有單梳櫛經平編、單梳櫛經緞編、雙經絨編、半經平編、起絨編、提花編等。層數,係可為單層,亦可為2層以上之多層。進而,係亦可為藉由由割毛織以及/或者是毛圈織所成的起毛部以及基底組織部所構成的起毛織物、起毛編物。
(複數之壓電元件)
又,布帛狀壓電元件7,係亦可將編織帶狀壓電元件1作複數並排來使用。作為並排方式,例如係可作為經絲或緯絲而全部使用編織帶狀壓電元件1,亦可在數根中使用有一根或者是在一部分中使用編織帶狀壓電元件1。又,係亦可在某一部位處作為經絲而使用編織帶狀壓電元件1,並在其他部分處作為緯絲而使用編織帶狀壓電元件1。
在如此這般地而將編織帶狀壓電元件1作複數根並排並形成布帛狀壓電元件7時,由於編織帶狀壓電元件1在表面上係並不具備有電極,因此係有著能夠在廣 大的範圍中來選擇編織方法的優點。
又,在將編織帶狀壓電元件1作複數並排而使用的情況時,由於導電性纖維B之間的距離係為短,因此在電性訊號之取出中效率係為良好。特別是,在本發明中,係將被與各者之編織帶狀壓電元件作了連接的複數之金屬製端子統整固定於具備有1個的開口部之連接器殼體,而作成具有複數極之連接器,並能夠整批地與其他之具有複數極之連接器作連接,藉由此,係能夠達成裝置製造之效率化,並且能夠使由使用者所進行之連接以及卸下成為容易,而為特別理想。如同前述一般,藉由組入至織物或編物之組織中,係能夠容易地將複數之編織帶狀壓電元件以所期望之間隔來作並排,而有著能夠容易地將各者的金屬製端子對於連接器作固定之優點。此時,較理想,係藉由對於織密度或編密度作調整,來將複數之編織帶狀壓電元件間的間隔調整為在電路中所通常使用的連接器之端子間隔,更理想,係調整為0.5mm、1.0mm、1.25mm、1.5mm、2.0mm、2.54mm之其中一者的間隔(編織帶之中心間之距離)。又,從工程之簡略化的觀點來看,特別理想,係具備有樣態B之叉狀的部位,並使用將複數之金屬製端子預先固定在1個的連接器殼體處之連接器,而一次將複數之金屬製端子對於複數之編織帶狀壓電元件作連接。
(絕緣性纖維)
在布帛狀壓電元件7中,於編織帶狀壓電元件1(以及導電性纖維10)以外之部分處,係可使用絕緣性纖維。此時,為了達成將布帛狀壓電元件7之柔軟性提昇的目的,絕緣性纖維,係可使用具有伸縮性之素材、形狀的纖維。
如此這般,藉由除了編織帶狀壓電元件1(以及導電性纖維10)以外而亦如此這般地配置絕緣性纖維,係能夠使布帛狀壓電元件5之操作性(例如:作為可穿戴感測器之活動容易性)提昇。
作為此種絕緣性纖維,只要體積電阻率為106Ω‧cm以上,則便可作使用,更理想,係為108Ω‧cm以上,又更理想,係為1010Ω‧cm以上。
作為絕緣性纖維,係可使用聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、氯化乙烯纖維、芳族聚醯胺纖維、聚碸纖維、聚醚纖維、聚氨酯纖維等之合成纖維,除此之外,亦可使用棉、麻、絹等之天然纖維,醋酸鹽纖維等之半合成纖維,嫘縈、銅氨絲等之再生纖維。係並不被限定於此些,而可任意使用公知之絕緣性纖維。進而,係亦可將此些之絕緣性纖維作組合使用,亦能夠與並不具備絕緣性之纖維作組合而作成全體性而言為具有絕緣性之纖維。
又,係可使用公知之各種剖面形狀之纖維。
(壓電元件之適用技術)
本發明之像是編織帶狀壓電元件1或布帛狀壓電元件5一般之壓電元件,由於不論是在任何的態樣中,均能夠將對於表面之接觸、壓力、形狀變化作為電性訊號來輸出,因此,係可作為將被施加於該壓電元件處之應力的大小及/或被施加之位置檢測出來的感測器(裝置)來作利用。又,係亦可像是將此電性訊號作為用以使其他裝置動作之電力源或者是進行蓄電等,而作為發電元件來使用。具體而言,係可列舉出藉由使用在人類、動物、機器人、機械等之會自發性動作者的可動部處所致之發電,在鞋底、地墊、會從外部而受到壓力的構造物之表面處的發電,起因於在流體中之形狀變化所致之發電等。又,為了藉由在流體中之形狀變化來發生電性訊號,係亦能夠將流體中之帶電性物質作吸附或者是對於附著作抑制。
圖11,係為對於具備有本發明之壓電元件12的裝置11作展示之區塊圖。裝置11,係具備有:壓電元件12(例如:編織帶狀壓電元件1、布帛狀壓電元件7)、和將因應於被施加之壓力而從壓電元件12所輸出的電性訊號作放大之放大手段13;和將藉由放大手段13所放大的電性訊號輸出之輸出手段14、和將從輸出手段14所輸出的電性訊號送訊至外部機器(未圖示)處之送訊手段15。若是使用此裝置11,則係能夠基於藉由對於壓電元件12之表面之接觸、壓力、形狀變化所輸出的電性訊號,來藉由在外部機器(未圖示)處之演算處理,而將被施加於壓電元件處之應力的大小及/或被施加之位置檢測 出來。或者是,係亦可在裝置11內,設置基於從輸出手段14所輸出的電性訊號來演算出被施加於壓電元件12處之應力的大小及/或被施加之位置的演算手段(未圖示)。另外,關於要將由送訊手段15所致之送訊方式設為由無線來進行或者是由有線來進行一事,係只要因應於所構成之感測器來適宜作決定即可。
又,亦可除了放大手段以外,亦將除去雜訊之手段或者是與其他之訊號作組合並進行處理之手段等之公知之訊號處理手段作組合使用。此些之手段的連接順序,係可因應於目的而適宜作變更。當然的,係亦可將從壓電元件12所輸出的電性訊號直接送訊至外部機器處,之後進行訊號處理。
圖12~15,係為對於具備有實施形態之布帛狀壓電元件的裝置之構成例作展示之示意圖。圖12~15之放大手段13,係相當於參考圖11所作了說明者,但是,關於圖11之輸出手段14以及送訊手段15,在圖12~15中係省略圖示。在構成具備有布帛狀壓電元件7之裝置的情況時,係將放大手段13之輸入端子與從編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作連接,並在接地(earth)端子處,將和被與放大手段13之輸入端子作了連接的編織帶狀壓電元件1相異之其他的編織帶狀壓電元件或者是導電性纖維10作連接。例如,如同圖12中所示一般,在布帛狀壓電元件7處,係將放大手段13之輸入端子與從編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作連 接,並將與編織帶狀壓電元件1相交叉並作接觸的導電性纖維10作接地(earth)。又,例如,如同圖14中所示一般,當在布帛狀壓電元件5處而將編織帶狀壓電元件1作複數並排的情況時,係將放大手段13之輸入端子與從1根的編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作連接,並將從與該編織帶狀壓電元件1作了並排的其他之編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作接地(earth)。作為其他態樣,在構成具備有包含導電層4之布帛狀壓電元件7之裝置的情況時,係將放大手段13之輸入端子與從編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作連接,並在接地(earth)端子處,將編織帶狀壓電元件1之導電層4或是布帛狀壓電元件7之導電性纖維10或者是和被與放大手段13之輸入端子作了連接的編織帶狀壓電元件1相異之其他的編織帶狀壓電元件作連接。例如,如同圖13中所示一般,在布帛狀壓電元件7處,係將放大手段13之輸入端子與從編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作連接,並將編織帶狀壓電元件1之導電層4作接地(earth)。亦可並非為將編織帶狀壓電元件1之導電層4作接地,而是將與編織帶狀壓電元件1相交叉並作了接觸的導電性纖維10作接地(earth)。又,例如,如同圖15中所示一般,當在布帛狀壓電元件7處而將編織帶狀壓電元件1作複數並排的情況時,係將放大手段13之輸入端子與從1根的編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作連接,並將從與該編織帶狀壓電元件1作了並排的其他 之編織帶狀壓電元件1之芯部3而來的導出線作接地(earth)。
本發明之裝置11,由於係具備有柔軟性,而不論是作為帶狀以及布帛狀之何者之形態均可作使用,因此,係能夠考慮有非常廣泛之用途。作為本發明之裝置11之具體性的例子,係可列舉出包含帽子或手套、襪子等之穿著衣物、作成護帶(supporter)、手帕狀等之形狀的觸控面板、人或動物之表面感壓感測器,例如,係可列舉出作成手套或薄帶(band)、護帶等之形狀的偵測出關節部之彎曲、扭轉、伸縮的感測器。例如,當對於人類作使用的情況時,係可作為使用於檢測出接觸或動作並進行醫療用途等之關節等之動作的資訊收集、使用於娛樂用途、用以使失去的組織或機器人移動的介面等,來使用之。除此之外,係可作為模仿動物或人類型態的玩偶或機器人之表面感壓感測器、偵測出關節部之彎曲、扭轉、伸縮的感測器,來使用之。除此之外,係可作為床墊或枕頭等之寢具、鞋底、手套、椅子、地墊、袋、旗等之表面感壓感測器或者是形狀變化感測器,來使用之。
進而,本發明之裝置11,由於係為編織帶狀或布帛狀,而具備有柔軟性,因此,係可藉由貼附或者是被覆在各種構造物之全體或者是一部分的表面上,來作為表面感壓感測器、形狀變化感測器來使用。
進而,本發明之裝置11,由於係僅需要摩擦編織帶狀壓電元件1之表面便能夠產生充分的電性訊號, 因此,係可作為像是觸控感測器一般之觸碰式輸入裝置或指向性裝置等來使用。又,由於係能夠藉由以編織帶狀壓電元件1來摩擦被計測物之表面一事而得到被計測物之高度方向之位置資訊和形狀資訊,因此係能夠使用在表面形狀計測等之中。
〔實施例〕
以下,針對本發明之實施例作更具體性之記載,但是,本發明係並不被此些之實施例作任何之限定。
壓電元件用之布帛,係藉由以下之方法來製造。
(聚乳酸之製造)
在實施例中所使用之聚乳酸,係藉由以下之方法來製造。
對於L-乳酸交酯((股份有限公司)武藏野化學研究所製,光學純度100%)100質量份,而將辛酸錫添加0.005質量份,並在氮氛圍下,藉由附有攪拌翼之反應機來以180℃而進行2小時之反應,再對於辛酸錫添加1.2倍當量之磷酸,之後,以13.3Pa來將殘存之乳酸交酯進行減壓除去,並將其片化,而得到了聚-L-乳酸(PLLA1)。所得到的PLLA1之質量平均分子量係為15.2萬,玻璃轉移點(Tg)係為55℃,融點係為175℃。
(壓電性纖維)
將以240℃而作了熔融的PLLA1從24孔之蓋而以20g/min來吐出,並以887m/min來作拉取。將此未延伸多絲以80℃來延伸成2.3倍,並以100℃而進行熱固定處理,藉由此而得到了84dTex/24filament之多絲單軸延伸絲,並將此作為壓電性纖維A。
(導電性纖維)
將MITSUFUJI(股份有限公司)製之銀鍍敷尼龍(商品名稱『AGposs』100d34f)作為導電性纖維B來使用。此纖維之體積電阻率係為1.1×10-3Ω‧cm。
(絕緣性纖維)
將以280℃而作了熔融的聚對苯二甲酸乙二酯從24孔之蓋而以45g/min來吐出,並以800m/min來作拉取。將此未延伸絲以80℃來延伸成2.5倍,並以180℃而進行熱固定處理,藉由此而得到了84dTex/24filament之多絲延伸絲,並將此作為絕緣性纖維9。
(並不包含導電層之編織帶狀壓電元件)
作為實施例1之試料,如同圖1中所示一般,以上述之導電性纖維B作為芯絲,並將8根的上述之壓電性纖維A在芯絲之周圍而捲繞成編織帶狀,來作成8股編織帶,而形成了編織帶狀壓電元件。於此編織帶狀壓電元件之途 中,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將編織帶狀壓電元件作了把持,之後,將焊槍與金屬製端子作接觸而進行加熱,並使把持部分之鞘部作了一部分的熔解。對於編織帶狀壓電元件之末端的芯部與金屬製端子之間的導通進行確認,並從把持部分而將前端之多餘的編織帶狀壓電元件作了裁切。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件100。
作為實施例2之試料,將在實施例1中所使用了的編織帶狀壓電元件切斷,並於其之末端處,作為導電糊而附著「DOTITE」(註冊商標)D-363(藤倉化成(股份有限公司)製)並使其固化,之後,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將附著有導電糊之編織帶狀壓電元件末端作了把持。對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與金屬製端子之間的導通進行了確認。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件200。
作為實施例3之試料,在平織布之經絲以及緯絲中使用絕緣性纖維,並將在實施例1中所使用了的編織帶狀壓電元件作為平織布之緯絲而作2根並排配置,再於該些之編織帶狀壓電元件的途中,將OMRON(股份有限公司)製之XG壓接連接器的10極中之2極作為金屬 製端子,而將叉狀之金屬部分分別作插入,並進而藉由被固定在金屬部分處的連接器殼體的上部分和與其成對之下部分,來將編織帶狀壓電元件作包夾並作固定。對於編織帶狀壓電元件之末端的芯部與金屬製端子之間的導通進行了確認。將此2根的附端子編織帶狀壓電元件分別作為編織帶狀壓電元件300以及400。藉由平織布之經絲,編織帶狀壓電元件係被作固定,金屬製端子與平織布之經絲之間的距離,係為0.1mm。
作為比較例1之試料,將在實施例1中所使用了的編織帶狀壓電元件之末端的鞘部解開,而使芯部作了1mm的露出,之後,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為金屬製端子,並以使長度0.4mm之爪部分將鞘部之並未被作除去的部分作把持並且使長度0.8mm之爪部分將露出了的芯部作把持的方式,來彎折出爪,並將編織帶狀壓電元件作了把持。對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與金屬製端子之間的導通進行了確認。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件500。
(性能評價及評價結果)
編織帶狀壓電元件100、200、300、400以及500之性能評價以及評價結果,係如同下述一般。
〈實施例1〉
以編織帶狀壓電元件100中之導電性纖維B作為訊號線,並透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作了連接。將編織帶狀壓電元件100,在被作了接地(earth)的藉由金屬金網來作了保護之電磁波遮蔽箱內來以90度而作了彎折。
其結果,作為從編織帶狀壓電元件100而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件100之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。在把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
(實施例2)
以編織帶狀壓電元件200中之導電性纖維B作為訊號線,而與實施例1同樣的進行了評價。其結果,作為從編織帶狀壓電元件200而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件200之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。在把持部分以及銀糊之固著部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
(實施例3)
以編織帶狀壓電元件300以及400中之導電性纖維B作為訊號線,並透過配線來經由1000倍放大電路而與示 波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作了連接。將被織入有編織帶狀壓電元件300以及400之布帛,在被作了接地(earth)的藉由金屬金網來作了保護之電磁波遮蔽箱內來以90度而作了彎折。
其結果,作為從編織帶狀壓電元件300以及400而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件300以及400之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。在叉狀之金屬部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係在2根的編織帶狀壓電元件處均為0%。
(比較例1)
以編織帶狀壓電元件500中之導電性纖維B作為訊號線,而與實施例1同樣的進行了評價。其結果,作為從編織帶狀壓電元件500而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,但是,在峰值附近之訊號處係重疊有振幅10mV程度之雜訊,而確認到起因於彎折動作所致之雜訊的發生。在把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為75%。
(包含導電層之編織帶狀壓電元件)
作為實施例4之試料,如同圖2中所示一般,以上述之導電性纖維B作為芯絲,並將8根的上述之壓電性纖維 A在芯絲之周圍而捲繞成編織帶狀,來作成8股編織帶,並進而將導電性纖維6在鞘部之壓電性纖維A之周圍而以8股編織帶狀來作捲繞,以作為導電層4,而形成了編織帶狀壓電元件1。於此,相對於導電性纖維B之纖維軸CL的壓電性纖維A之捲繞角度α,係設為45°。實施例1之試料的導電層4之被覆率,係為100%。將此編織帶狀壓電元件切斷,並將其末端10mm之構成導電層4之導電性纖維6解開,而從壓電性纖維A與導電性纖維B分離,之後,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為訊號用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將編織帶狀壓電元件之末端所殘留的壓電性纖維A和導電性纖維B作了把持,之後,將焊槍與訊號用金屬製端子作接觸而進行加熱,並使把持部分之鞘部作了一部分的熔解。對於編織帶狀壓電元件之末端的芯部與訊號用金屬製端子之間的導通進行確認,並從把持部分而將前端之多餘的編織帶狀壓電元件作了裁切。又,係將其他之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為遮蔽用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將從壓電性纖維A和導電性纖維B所分離了的導電性纖維6作了把持。無法被遮蔽用金屬製端子所把持並從壓電性纖維A而分離了的導電性纖維6,係作了切除。將上述之訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子,插入至日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體 2P中並作固定,在從連接器殼體端面起之10mm之編織帶狀壓電元件1的周圍處,使絕緣性之環氧系接著劑附著,而將SH連接器和編織帶狀壓電元件1作了固定。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件101。
作為實施例5之試料,如同圖2中所示一般,以上述之導電性纖維B作為芯絲,並將8根的上述之壓電性纖維A在芯絲之周圍而捲繞成編織帶狀,來作成8股編織帶,並進而將4根的絕緣性纖維9作右向捲繞,且將1根的導電性纖維6和3根的絕緣性纖維9作左向捲繞,來捲繞在鞘部之壓電性纖維A之周圍而作成8股編織帶狀之導電層4,而形成了編織帶狀壓電元件1。於此,相對於導電性纖維B之纖維軸CL的壓電性纖維A之捲繞角度α,係設為45°。又,實施例5之試料的導電層4之被覆率,係為25%。與實施例1同樣的,在導電性纖維B處,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為訊號用金屬製端子而作連接,並在導電性纖維6處,將其他之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為遮蔽用金屬製端子而作連接,再將訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子,插入至日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體2P中並作固定,在從連接器殼體端面起之10mm之編織帶狀壓電元件1的周圍處,使絕緣性之環氧系接著劑附著,而將SH連接器和編織帶狀壓電元件1作了固定。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件102。
作為實施例6之試料,將在實施例1中所使用了的未連接端子之編織帶狀壓電元件1切斷,並將其之末端10mm之構成導電層4的導電性纖維6解開而從壓電性纖維A與導電性纖維B分離,之後,在編織帶狀壓電元件之末端之殘留的壓電性纖維A與導電性纖維B處,作為導電糊而附著「DOTITE」(註冊商標)D-363(藤倉化成(股份有限公司)製)並使其固化,之後,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為訊號用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將附著有導電糊之編織帶狀壓電元件末端作了把持。對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與訊號用金屬製端子之間的導通進行了確認。又,係將其他之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為遮蔽用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將從壓電性纖維A和導電性纖維B所分離了的導電性纖維6作把持,並將無法被遮蔽用金屬製端子把持而從壓電性纖維A所分離了的導電性纖維6切除。將上述之訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子,插入至日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體2P中並作固定,在從連接器殼體端面起之10mm之編織帶狀壓電元件1的周圍處,使環氧系接著劑附著,而將SH連接器和編織帶狀壓電元件1作了固定。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件103。
作為實施例7之試料,將在實施例1中所使用了的未連接端子之編織帶狀壓電元件1切斷,並將其之末端10mm之構成導電層4的導電性纖維6解開而從壓電性纖維A與導電性纖維B分離,之後,在編織帶狀壓電元件之末端之殘留的壓電性纖維A與導電性纖維B處,作為導電糊而附著「DOTITE」(註冊商標)D-363(藤倉化成(股份有限公司)製),並對於SMA-P型同軸連接器之中心接點作2mm的插入而使其固化,以作為訊號用金屬製端子,而對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與訊號用金屬製端子之間之導通作了確認。又,係將SMA-P型同軸連接器之金屬製外裝作為遮蔽用金屬製端子,而將從壓電性纖維A和導電性纖維B所分離了的導電性纖維6藉由套筒來作把持並作連接而固定,並將無法被遮蔽用金屬製端子把持而從壓電性纖維A所分離了的導電性纖維6切除。將如同上述一般地使訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子經由絕緣體而作了一體化的附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件104。在本實施例中所使用之SMA-P連接器,係成為在左側面圖中而使遮蔽用金屬製端子(外裝)將訊號用金屬製端子(中心接點)完全地作了覆蓋的構造。
作為實施例8之試料,如同圖15中所示一般,在經絲處將絕緣性纖維9以及編織帶狀壓電元件1(與實施例4之未連接端子之試料相同)配置2根,並在緯絲處將絕緣性纖維9以及導電性纖維10交互地作配 置,而製作出平織物,並作為布帛狀壓電元件7。將布帛狀壓電元件7中之2根的編織帶狀壓電元件1之從末端起10mm的構成導電層4之導電性纖維6解開並從壓電性纖維A和導電性纖維B而分離,之後,在壓電性纖維A露出了的部分處,將OMRON(股份有限公司)製之XG壓接連接器的10極中之2極之叉狀之金屬部分分別作插入,而作為訊號用金屬製端子,並與此同時地,將從壓電性纖維A和導電性纖維B而分離了的導電性纖維6作整理,而將上述壓接連接器的10極中之1極之叉狀之金屬部分插入至此導電性纖維束中,並作為遮蔽用金屬製端子。進而,藉由被固定在金屬部分處之連接器殼體的上部分和與其成對之下部分,來包夾編織帶狀壓電元件並作了固定。對於2根的編織帶狀壓電元件1之末端之芯部與2極之訊號用金屬製端子之間之導通以及編織帶狀壓電元件1之導電層4與1極之遮蔽用金屬製端子之間之導通分別作確認,並對於2極之訊號金屬製端子和1極之遮蔽用金屬製端子之間的絕緣作了確認。將此2根的附訊號用金屬製端子編織帶狀壓電元件分別作為編織帶狀壓電元件105-1以及105-2。藉由平織布之經絲,編織帶狀壓電元件係被作固定,訊號用金屬製端子與平織布之經絲之間的距離,係為0.1mm。
作為實施例9之試料,將在實施例1中所使用了的未連接端子之編織帶狀壓電元件1切斷,並將其末端10mm之構成導電層4之導電性纖維6解開而從壓電性 纖維A和導電性纖維B分離,並進而將末端之壓電性纖維A解開,而使芯部作了1mm的露出,之後,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為訊號用金屬製端子,並以使長度0.4mm之爪部分將鞘部之並未被作除去的部分作把持並且使長度0.8mm之爪部分將露出了的芯部作把持的方式,來彎折出爪,並將編織帶狀壓電元件作了把持。對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與訊號用金屬製端子之間的導通進行了確認。又,係將其他之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為遮蔽用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將從壓電性纖維A和導電性纖維B所分離了的導電性纖維6作把持,並將無法被遮蔽用金屬製端子把持而從壓電性纖維A所分離了的導電性纖維6切除。將上述之訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子,插入至日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體2P中並作了固定。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件106。
作為比較例2之試料,將在實施例4中所使用了的未連接端子之編織帶狀壓電元件1切斷,並將其之末端10mm之構成導電層4的導電性纖維6解開而從壓電性纖維A與導電性纖維B分離,之後,在編織帶狀壓電元件之末端之殘留的壓電性纖維A與導電性纖維B處,作為導電糊而附著「DOTITE」(註冊商標)D-363(藤倉化成(股份有限公司)製)並使其固化,之後,將日本壓 著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為訊號用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將附著有導電糊之編織帶狀壓電元件末端作了把持。對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與訊號用金屬製端子之間的導通進行了確認。又,係將其他之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為遮蔽用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將從壓電性纖維A和導電性纖維B所分離了的導電性纖維6作把持,並將無法被遮蔽用金屬製端子把持而從壓電性纖維A所分離了的導電性纖維6切除。將上述之訊號用金屬製端子和遮蔽用金屬製端子,分別插入至2個的日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體2P中並作固定,在從連接器殼體端面起之10mm之編織帶狀壓電元件1的周圍處,使環氧系接著劑附著,而將各個的SH連接器和編織帶狀壓電元件1作了固定。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件201。
作為比較例3之試料,與實施例4相同的,以上述之導電性纖維B作為芯絲,並將8根的上述之壓電性纖維A在芯絲之周圍而捲繞成編織帶狀,來作成8股編織帶,而並不形成導電層4地來形成了編織帶狀壓電元件。於此,相對於導電性纖維B之纖維軸CL的壓電性纖維A之捲繞角度α,係設為45°。於編織帶狀壓電元件之末端的壓電性纖維A與導電性纖維B處,作為導電糊而 附著「DOTITE」(註冊商標)D-363(藤倉化成(股份有限公司)製)並使其固化,之後,將日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器接點作為訊號用金屬製端子,並彎折出長度0.4mm之部分和長度0.8mm之爪部分,而將附著有導電糊之編織帶狀壓電元件末端作了把持。對於編織帶狀壓電元件之其他之末端的芯部與訊號用金屬製端子之間的導通進行了確認。將上述之訊號用金屬製端子,插入至日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體2P中並作固定,在從連接器殼體端面起之10mm之編織帶狀壓電元件1的周圍處,使環氧系接著劑附著,而將SH連接器和編織帶狀壓電元件1作了固定。將此附端子編織帶狀壓電元件作為編織帶狀壓電元件202。
(性能評價及評價結果)
編織帶狀壓電元件101、102、103、104、105-1、105-2、106、201、202之性能評價以及評價結果,係如同下述一般。
(實施例4)
將被固定有編織帶狀壓電元件101中之訊號用金屬製端子以及遮蔽用金屬製端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體,與日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器基體2P作連接,並使訊號 用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式來作了連接。編織帶狀壓電元件101與測定電路以及接地之連接,係藉由SH連接器來整批地進行。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
在將編織帶狀壓電元件101作了90度彎折之後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件101而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件1之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。又,在靜置下之雜訊訊號係為20mV,S/N比係成為5,而得知了係充分地對於雜訊訊號作了抑制。
(實施例5)
將被固定有編織帶狀壓電元件102中之訊號用金屬製端子以及遮蔽用金屬製端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體,與日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器基體2P作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式 來作了連接。編織帶狀壓電元件102與測定電路以及接地之連接,係藉由SH連接器來整批地進行。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
在將編織帶狀壓電元件102作了90度彎折之後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件102而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件1之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。又,在靜置下之雜訊訊號係為20mV,S/N比係成為5,而得知了係充分地對於雜訊訊號作了抑制。
(實施例6)
將被固定有編織帶狀壓電元件103中之訊號用金屬製端子以及遮蔽用金屬製端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體,與日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器基體2P作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式來作了連接。編織帶狀壓電元件103與測定電路以及接地之連接,係藉由SH連接器來整批地進行。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
在將編織帶狀壓電元件103作了90度彎折之後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件103而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件1之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。又,在靜置下之雜訊訊號係為20mV,S/N比係成為5,而得知了係充分地對於雜訊訊號作了抑制。
(實施例7)
將被固定有編織帶狀壓電元件104中之訊號用金屬製端子以及遮蔽用金屬製端子之SMA-P型同軸連接器,與SMA-J型同軸連接器作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式來作了連接。編織帶狀壓電元件104與測定電路以及接地之連接,係藉由SMA型連接器來整批地進行。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
在將編織帶狀壓電元件104作了90度彎折之後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件104而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件1之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。又,在靜置下之雜訊訊號係為16mV,S/N比係 成為6,而得知了係充分地對於雜訊訊號作了抑制。
(實施例8)
將被固定有編織帶狀壓電元件105-1、編織帶狀壓電元件105-2之訊號用金屬製端子以及遮蔽用金屬製端子之OMRON(股份有限公司)製XG壓接連接器,與2列×5行之銷頭作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式來作了連接。編織帶狀壓電元件105-1以及編織帶狀壓電元件105-2與測定電路以及接地之連接,係藉由XG壓接連接器來整批地進行。又,在訊號用金屬製端子之叉狀之金屬部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係在編織帶狀壓電元件105-1以及編織帶狀壓電元件105-2處均為0%。
在藉由將布帛狀壓電元件7作彎折而將編織帶狀壓電元件105-1以及編織帶狀壓電元件105-2作了90度彎折之後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件105-1以及編織帶狀壓電元件105-2而來之輸出,係分別藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件1之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。又,在靜置下之雜訊訊號係為20mV,S/N比係成為5,而 得知了係充分地對於雜訊訊號作了抑制。
(實施例9)
將被固定有編織帶狀壓電元件106中之訊號用金屬製端子以及遮蔽用金屬製端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體,與日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器基體2P作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式來作了連接。編織帶狀壓電元件106與測定電路以及接地之連接,係藉由SH連接器來整批地進行。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為75%。
在將編織帶狀壓電元件106作了90度彎折後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件106而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,但是,在峰值附近之訊號處係重疊有振幅30mV程度之雜訊,而確認到起因於彎折動作所致之雜訊的發生。又,在靜置下之雜訊訊號係為20mV,S/N比係成為5,而得知了係充分地對於雜訊訊號作了抑制。
(比較例2)
將被固定有編織帶狀壓電元件201中之訊號用金屬製端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體以及被固定有遮蔽用金屬製端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體,分別與日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器基體2P作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,並且以使編織帶狀壓電元件1之遮蔽用金屬製端子作接地(earth)的方式來作了連接。編織帶狀壓電元件201與測定電路以及接地之連接,由於係藉由2組的SH連接器來分別地進行,因此作業係變得繁雜,並發生有被遮蔽用金屬製端子所拉張的導電性纖維6之分解。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
在將編織帶狀壓電元件201作了90度彎折之後,其結果,作為從編織帶狀壓電元件201而來之輸出,係藉由示波器而檢測出有約100mV之電位差,而確認到係能夠藉由編織帶狀壓電元件1之變性而檢測出充分之大小的電性訊號。又,在靜置下之雜訊訊號係為25mV,S/N比係成為4,而並無法充分地對於雜訊訊號作抑制。
(比較例3)
將被固定有編織帶狀壓電元件202中之訊號用金屬製 端子之日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器殼體,與日本壓著端子製造(股份有限公司)製之SH連接器基體2P作連接,並使訊號用金屬製端子透過配線來經由1000倍放大電路而與示波器(橫河電機(股份有限公司)製,數位示波器DL6000系列,商品名稱「DL6000」)作連接,其結果,在靜置下之雜訊訊號,係為1000mV。雖然將編織帶狀壓電元件202作了90度彎折,但是,雜訊訊號係為大,而並無法判別出由來於彎折一事所導致的電性訊號。又,在訊號用金屬製端子之把持部分之端處,鞘部之組織被分解並從芯部而分離了的壓電性纖維,係為0%。
1‧‧‧編織帶狀壓電元件
2‧‧‧鞘部
3‧‧‧芯部
A‧‧‧壓電性纖維
B‧‧‧導電性纖維
CL‧‧‧纖維軸
α‧‧‧捲繞角度

Claims (28)

  1. 一種編織帶狀壓電元件,係具備有藉由導電性纖維所形成之芯部、和以被覆前述芯部的方式而藉由編織帶狀之壓電性纖維所形成之鞘部,該編織帶狀壓電元件,其特徵為:在該編織帶狀壓電元件之芯部處,係更進而具備有藉由下述之A、B之其中一個態樣來作了連接固定的金屬製端子,並且,在藉由該金屬製端子或者是被固定在該金屬製端子處之零件而被作了固定的該編織帶狀壓電元件之部分之端部處,係具備有將該鞘部之組織分解而從該芯部所分離了的壓電性纖維為未滿該鞘部之壓電性纖維全體之20%的部分,A之態樣,係為將構成該編織帶狀壓電元件之末端部分的纖維之長度0.5mm以上的部分,藉由該金屬製端子之一部分來作把持,並在該把持部分或者是距離該把持部分1mm以內的場所處,使該編織帶狀壓電元件之芯部與該金屬製端子直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作電性連接而作了固定的態樣,B之態樣,係為該金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,並使此叉狀部分或針狀部分一面與該編織帶狀壓電元件之該鞘部作接觸一面與該芯部之導電性纖維直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作連接,且在距離此連接場所10mm以內的場所處,藉由該金屬製端子之其他部位或者是被固定於該金屬製端子處之零件來使該編織帶狀 壓電元件被固定於該金屬製端子處的態樣。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之編織帶狀壓電元件,其中,位於距離該芯部與該金屬製端子之間之連接部分5mm以內的該鞘部之壓電性纖維的一部分或者是全部,係喪失纖維形狀地而作了熔著。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之編織帶狀壓電元件,其中,在該鞘部之表面處,係具備有由焊錫或導電糊所成之被與該芯部作了電性連接的導電性材料,藉由使在該鞘部之表面上所具備的該導電性材料與該金屬製端子作接觸,該芯部和該金屬製端子係被間接性地作電性連接。
  4. 一種布帛狀壓電元件,其特徵為:係為具備有含有如申請專利範圍第1~3項中之任一項所記載之編織帶狀壓電元件的布帛之布帛狀壓電元件,在距離該金屬製端子之被固定在該編織帶狀壓電元件處的部分之長度10mm以內的範圍內,該編織帶狀壓電元件之至少一部分係被固定在布帛狀基材處。
  5. 如申請專利範圍第1項、第2項或第4項中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,係使如申請專利範圍第1~3項中之任一項所記載的編織帶狀壓電元件以2根以上而被略平行地作配置,被與各者之編織帶狀壓電元件作了連接之2個以上的金屬製端子,係被統整於1個的連接器殼體中,並構成為能夠整批地與其他之連接器作連接。
  6. 一種布帛狀壓電元件,其特徵為:係在構成織布或針織物之絲的一部分處,將如申請專利範圍第5項所記載之編織帶狀壓電元件以2根以上來略平行地作了配置。
  7. 如申請專利範圍第1項、第2項、第4項或第6項中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,壓電性纖維,係作為主成分而含有聚乳酸,相對於前述導電性纖維之前述壓電性纖維的捲繞角度,係為15°以上、75°以下。
  8. 如申請專利範圍第1項、第2項、第4項或第6項中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,前述壓電性纖維之總纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1倍以上、20倍以下。
  9. 如申請專利範圍第1項、第2項、第4項或第6項中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件,其中,前述壓電性纖維之1根的纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1/20倍以上、2倍以下。
  10. 如申請專利範圍第4項或第6項所記載之布帛狀壓電元件,其中,係更進而包含有與前述編織帶狀壓電元件之至少一部分作交叉接觸之導電性纖維。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之布帛狀壓電元件,其中,前述導電性纖維,係構成與前述編織帶狀壓電元件相交叉的纖維之中之30%以上。
  12. 一種使用有壓電元件之裝置,其特徵為,係具備有:如申請專利範圍第1~11項中之任一項所記載之編織帶狀或布帛狀壓電元件;和將因應於被施加之壓力而從前述編織帶狀或布帛狀壓電元件所輸出的電性訊號作放大之放大手段;和將藉由前述放大手段所放大的電性訊號輸出之輸出手段。
  13. 一種壓電元件,其特徵為,係具備有:藉由導電性纖維所形成之芯部;和以被覆該芯部的方式而藉由編織帶狀之壓電性纖維所形成之鞘部;和被設置在該鞘部之周圍之導電層,該壓電元件,係更進而具備有:被連接固定於該芯部處之訊號用金屬製端子;和被連接固定於該導電層處之遮蔽用金屬製端子,該訊號用金屬製端子和該遮蔽用金屬製端子,係經由絕緣體而相互被作了固定。
  14. 如申請專利範圍第13項所記載之壓電元件,其中,由前述導電層所致之前述鞘部之被覆率,係為25%以上。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項所記載之壓電元件,其中,前述導電層係藉由纖維所形成。
  16. 如申請專利範圍第13項或第14項所記載之壓電 元件,其中,前述遮蔽用金屬製端子,係將前述訊號用金屬製端子經由絕緣體來作覆蓋保持。
  17. 如申請專利範圍第1項、第2項或第4項中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述訊號用金屬製端子,係藉由下述之A、B之其中一個態樣來作連接固定,並且,在藉由該訊號用金屬製端子或者是藉由被固定在該訊號用金屬製端子處之零件而被作了固定的該壓電元件之部分之端部處,係具備有將該鞘部之組織分解而從該芯部所分離了的壓電性纖維為未滿該鞘部之壓電性纖維全體之20%的部分,A之態樣,係為將構成該壓電元件之末端部分的纖維之長度0.5mm以上的部分,藉由該訊號用金屬製端子之一部分來作把持,並在該把持部分或者是距離該把持部分1mm以內的場所處,使該壓電元件之芯部與該訊號用金屬製端子直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作電性連接而作了固定的態樣,B之態樣,係為該訊號用金屬製端子之一部分乃身為叉狀或針狀,並使此叉狀部分或針狀部分一面與該壓電元件之該鞘部作接觸一面與該芯部之導電性纖維直接性地或者是經由導電性材料來間接性地作連接,且在距離此連接場所10mm以內的場所處,藉由該訊號用金屬製端子之其他部位或者是被固定於該訊號用金屬製端子處之零件來使該壓電元件被固定於該訊號用金屬製端子處的態樣。
  18. 如申請專利範圍第13項或第14項所記載之壓電 元件,其中,位於距離該芯部與該訊號用金屬製端子之間之連接部分5mm以內的該鞘部之壓電性纖維的一部分或者是全部,係喪失纖維形狀地而作了熔著。
  19. 如申請專利範圍第13項或第14項所記載之壓電元件,其中,在該鞘部之表面處,係具備有由焊錫或導電糊所成之被與該芯部作了電性連接的導電性材料,藉由使在該鞘部之表面上所具備的該導電性材料與該訊號用金屬製端子作接觸,該芯部和該訊號用金屬製端子係被間接性地作電性連接。
  20. 一種壓電元件,其特徵為:係為具備有包含如申請專利範圍第13~19項中之任一項所記載之壓電元件的布帛之壓電元件,在距離該訊號用金屬製端子或者是遮蔽用金屬製端子之被固定在該壓電元件處的部分之長度10mm以內的範圍內,該壓電元件之至少一部分係被固定在布帛狀基材處。
  21. 如申請專利範圍第13項、第14項或第20項中之任一項所記載之壓電元件,其中,係使如申請專利範圍第13~19項中之任一項所記載的壓電元件以2根以上而被略平行地作配置,與各者之壓電元件作了連接之2個以上的訊號用金屬製端子,係被統整於1個的連接器殼體中,並構成為能夠整批地與其他之連接器作連接。
  22. 如申請專利範圍第21項所記載之壓電元件,其中,係使如申請專利範圍第13~19項中之任一項所記載 之壓電元件,作為構成織布或針織物之絲的一部分而以2根以上來略平行地作了配置。
  23. 如申請專利範圍第13項、第14項或第20項中之任一項所記載之壓電元件,其中,壓電性纖維,係作為主成分而含有聚乳酸,相對於前述導電性纖維之前述壓電性纖維的捲繞角度,係為15°以上、75°以下。
  24. 如申請專利範圍第13項、第14項或第20項中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述壓電性纖維之總纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1倍以上、20倍以下。
  25. 如申請專利範圍第13項、第14項或第20項中之任一項所記載之壓電元件,其中,前述壓電性纖維之1根的纖度,係為前述導電性纖維之總纖度的1/20倍以上、2倍以下。
  26. 如申請專利範圍第20項所記載之壓電元件,其中,係更進而包含有與前述壓電元件之至少一部分作交叉接觸之導電性纖維。
  27. 如申請專利範圍第26項所記載之壓電元件,其中,前述導電性纖維,係構成與前述壓電元件相交叉的纖維之中之30%以上。
  28. 一種使用有壓電元件之裝置,其特徵為,係具備有:如申請專利範圍第13~27項中之任一項所記載之壓電元件;和 將因應於被施加之壓力而從前述壓電元件所輸出的電性訊號作放大之放大手段;和將藉由前述放大手段所放大的電性訊號輸出之輸出手段。
TW105143644A 2015-12-28 2016-12-28 編織帶狀壓電元件、使用有編織帶狀壓電元件之布帛狀壓電元件以及使用有該些之裝置 TWI723109B (zh)

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