TWI745526B - 壓電構造體及使用彼之裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種壓電構造體，包含由導電性纖維及壓電性纖維構成的組合物，前述組合物係前述導電性纖維為芯，前述壓電性纖維為包覆前述導電性纖維的周圍的包覆纖維之壓電構造體，其特徵為前述包覆纖維至少具有1個彎曲部，把前述壓電構造體置於水平面時之由前述水平面起到前述壓電構造體的最上部為止的高度比前述包覆纖維的直徑更大。

Description

壓電構造體及使用彼之裝置
本發明係關於使用壓電性纖維之壓電構造體及使用彼之裝置。
近年來，採用所謂觸控面板方式的輸入裝置，亦即觸碰式輸入裝置大幅增加。不僅是銀行ATM或車站的售票機，而且在行動電話機、可攜遊戲機移動音樂播放器等，結合薄型顯示技術之發展，作為輸入介面而採用觸控面板方式之機器大幅地增加。
在最近的行動電話或智慧型手機，大多採用在使用液晶或有機電致發光等之顯示裝置上設置觸控式輸入裝置，可以在畫面上直接地輸入之方式。為了使高度化進展的智慧型手機等之行動機器進一步的便利性提升，不僅只在畫面上設置輸入裝置，而且最好是具有複數之觸控式輸入手段。
例如，在智慧型手機，想在顯示畫面用手指等輸入之場合，為了用單手拿著智慧型手機、用另一手的手指進行輸入，使用雙手之操作之外別無他法。另一方面，如果也在智慧型手機的框體組入觸摸感應器等，則優點在於成為可以用單手操作。
作為其一例，專利文獻1揭示，通常，在並未使用作為感測器的顯示畫面裏等之非顯示畫面部分之框體部分組入觸摸感應器等，以該感測器選擇畫面資訊中的項目上或定位點(anchor point)之方式。作為實現如專利文獻1之類的觸摸感應器之輸入裝置，係有靜電電容方式、電阻膜式、光學式、電磁感應方式、使用壓電片之方式等。
作為使用壓電片之方式之例，於專利文獻2有揭示。壓電片方式，係不同於靜電電容方式或電阻膜式之觸摸感應器，於該單體可以同時檢測出對感測器施加的壓力與位置資訊之雙方，可以貢獻於輸入資訊的多樣性。此外，在專利文獻2，作為壓電片的構件之具體例，揭示出利用壓電性高分子即聚乳酸之例。
如在專利文獻2被揭示的方式由聚乳酸構成的壓電片係可以可撓曲化，此外，是以1個元件可以同時檢測出位置資訊與應力之優良的元件，但為了得到充足的電性輸出，輸入時使壓電片利用該應力而某種程度撓曲是必要的。由聚乳酸構成的壓電片，係利用對壓電片之剪切應力而發生電性輸出，但在拉伸或壓縮則得不到充足的電性輸出。從而，為了得到大的電性輸出，利用壓電片平面之來自垂直方向之推壓力使壓電片撓曲是必要的。例如，考慮將該壓電片貼合在智慧型手機裏側的框體或者與框體作成一體來使用時，要利用對壓電片在垂直方向施加之推壓力以使壓電片撓曲，空間上是困難的，而期望是只藉由摩擦壓電元件的表面就可發生充足的電性輸出。此外，智慧型手機等之框體表面未必限於平面，依設計構思性確保等之理由，而在其形狀多有三維的凹凸，被用於此的壓電元件則被期待是具可撓性的。
那麼，作為壓電纖維技術，專利文獻3揭示出使壓電性高分子加上扭曲之配向。在專利文獻3記載之壓電纖維，係藉由使纖維依特殊的製造方法預先扭曲，而對於對纖維的拉伸或壓縮可以得到電性輸出。但是，在專利文獻3，對於利用摩擦纖維表面形成之剪切應力使充足的電性輸出發生，且對於將其取出之技術並未全部顯示出來。從而，將此類之壓電纖維元件組入智慧型手機的框體等，並只藉由用手指等摩擦表面這種比較小的施加應力就要取出充足的電性輸出，是極為困難的。
一般上已知，一軸延伸配向的聚乳酸纖維，對於延伸軸及對其垂直方向之延伸或壓縮應力而言幾乎不會產生分極，因此，在藉由將此類之纖維的表面用手指等摩擦所發生的比較小的施加應力，幾乎得不到電性輸出。另一方面，已知藉由從聚乳酸壓電纖維的延伸軸既非平行亦非垂直的方向施力，亦即，施予剪切應力會產生分極，發現作為壓電體之功能。
於專利文獻4，揭示能利用以手指等摩擦表面這種比較小的施加應力而取出電性輸出之纖維狀的壓電元件。於專利文獻4，作為該纖維狀壓電元件的構成要素即導電纖維採用碳纖維。但是，將這纖維狀壓電元件適用於被要求反覆耐久性之用途之場合，由於碳纖維之彎曲剛性較弱，纖維會漸漸折彎而不能得到定量的壓電性，且有壓電性能逐漸下降之虞。此外，在將穗帶狀的壓電元件用作接觸式探針，要得到被計測物的高度或形狀資訊之場合，碳纖維折斷使先端變得尖銳，再者碳纖維固有的剛性的緣故，而有損傷被計測物的表面之虞。
為了解決這些問題，本案申請人等先如專利文獻5所記載，開發出有關壓電元件之發明，一種包含由導電性纖維及壓電性纖維所構成之組合物，前述組合物係以前述導電性纖維為芯，前述壓電性纖維包覆前述導電性纖維的周圍之包覆纖維之壓電元件。在該發明，雖得到能利用比較小的施加應力而取出電性輸出之纖維狀的壓電元件，但在電性輸出之觀點上尋求更進一步的改善。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-189792號公報 　　[專利文獻2]日本特開2011-253517號公報 　　[專利文獻3]日本特許3540208號公報 　　[專利文獻4]國際公開第2014/058077號公報 　　[專利文獻5]國際公開第2016/175321號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明係有鑑於前述背景而作成的，提供即使利用比較小的變形所產生的應力也可以取出大的電性訊號之壓電構造體及使用彼之裝置。 [供解決課題之手段]
本發明人等為了達成前述目的銳意檢討之結果發現，在作成導電性纖維與壓電性高分子組合，使用將成為芯的導電性纖維的表面以壓電性高分子包覆之穗帶狀包覆纖維而形成具有特定構造之壓電構造體時，比起從前的壓電元件，可以取出更大的電性訊號，達到本發明。
亦即，本發明包含以下的發明。 　　1.一種壓電構造體，其特徵為包含由導電性纖維及壓電性纖維構成的組合物，前述組合物係前述導電性纖維為芯，前述壓電性纖維為包覆前述導電性纖維的周圍的包覆纖維之壓電構造體；前述包覆纖維至少具有1個彎曲部，把前述壓電構造體置於水平面時之由前述水平面起到前述壓電構造體的最上部為止的高度比前述包覆纖維的直徑更大。 　　2.如前述1記載之壓電構造體，其中由前述水平面起到前述壓電構造體的最上部為止的高度為前述包覆纖維的直徑的2倍以上。 　　3.如前述1或2記載之壓電構造體，其中前述包覆纖維於任意處有1個以上的結。 　　4.如前述1～3之任一項記載之壓電構造體，其中前述結，係由裝飾結、繩結、及該等的組合所構成的群選擇而來。 　　5.如前述4記載之壓電構造體，其中前述結為裝飾結，該裝飾結，由人結、吉祥結、蛇結、籠目結15眼、琵琶結、菊結、及該等的組合所構成的群來選擇。 　　6.如前述1~5之任一項記載之壓電構造體，其中前述導電性纖維之彎曲剛性為0.05×10-4 N･m2 /m以下。 　　7.如前述1~6之任一項記載之壓電構造體，其中前述導電性纖維為被塗上金屬的有機纖維。 　　8.如前述1~7之任一項記載之壓電構造體，其中前述壓電性纖維係包含主成分之聚乳酸。 　　9.如前述8記載之壓電構造體，其中前述壓電性纖維主要包含光學純度99%以上的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸。 　　10.如前述1~9之任一項記載之壓電構造體，其中前述壓電性纖維係一軸配向且含結晶。 　　11.如前述1~10之任一項記載之壓電構造體，其中檢測出被施加到前述包覆纖維的應力的大小及/或被施加的位置。 　　12.如前述11記載之壓電構造體，其中被檢測出的前述應力為前述包覆纖維的表面與被接觸物的表面之間之摩擦力。 　　13.如前述11記載之壓電構造體，其中被檢測出的前述應力係對前述包覆纖維的表面或先端部之垂直方向的電阻力。 　　14.如前述1~13之任一項記載之壓電構造體，其中前述包覆纖維係利用伸長變形而輸出電性訊號。 　　15.如前述1~14之任一項記載之壓電構造體，其中前述包覆纖維係具有由導電性纖維形成的芯部、與由穗帶狀的壓電性纖維形成使得包覆前述芯部之鞘部。 　　16.如前述15記載之壓電構造體，其中前述壓電性纖維，係包含將配向軸作成3軸時的壓電常數d14的絕對值具有值0.1pC/N以上1000pC/N以下之值的結晶性高分子作為主成分之壓電性高分子；前述壓電性高分子的配向角度相對於利用該壓電性高分子被包覆的前述芯的中心軸的方向為15°以上75°以下；前述壓電性高分子係包含含壓電常數d14的值為正的結晶性高分子作為主成分的P體、與含負的結晶性高分子作為主成分的N體；針對前述中心軸有1cm長度的部分，將配向軸朝Z搓捻方向螺旋纏繞被配置的該P體的質量設為ZP、將配向軸朝S搓捻方向螺旋纏繞被配置的該P體的質量設為SP、在將配向軸朝Z搓捻方向螺旋纏繞被配置的該N體的質量設為ZN、將配向軸朝S搓捻方向螺旋纏繞被配置的該N體的質量設為SN；將(ZP+SN)與(SP+ZN)中的較小方設為T1、將較大方設為T2時，T1/T2的值為0以上0.8以下。 　　17.如前述1~16之任一項記載之壓電構造體，其中進而將前述導電性纖維的周圍以絕緣性纖維包覆。 　　18.如前述17記載之壓電構造體，其中前述壓電性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝Z搓捻方向纏繞、前述絕緣性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝S搓捻方向纏繞，或者前述壓電性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝S搓捻方向纏繞、前述絕緣性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝Z搓捻方向纏繞。 　　19.如前述1~18之任一項記載之壓電構造體，其中在前述包覆纖維的外側進而設置由導電性纖維構成之層。 　　20.一種壓電感測器，其特徵係使用前述1~19之任一項記載之壓電構造體。 　　21.一種裝置，其特徵係具備前述20記載之壓電感測器、 　　因應被施加的壓力而將從前述壓電感測器被輸出的電性訊號放大之放大手段、 　　與將以前述放大手段被放大的電性訊號輸出之輸出手段。 　　22.如前述21記載之裝置，其中前述裝置係進而具備將從前述輸出手段被輸出的電性訊號往外部機器送訊之送訊手段。 　　23.一種裝置，其特徵係具備前述20記載之壓電感測器、 　　因應被施加的壓力而從前述壓電感測器將電性訊號輸出之輸出手段、 　　與將從前述輸出手段被輸出的電性訊號往外部機器送訊之送訊手段。 [發明之效果]
根據本發明，能提供即使利用比較小的變形所產生的應力也可以取出大的電性訊號之壓電構造體及使用彼之裝置。此外，在形成裝飾結等之結之壓電構造體之場合，相較於不形成結的由從前的包覆纖維構成的壓電元件之場合，不僅可以取出更大的電性訊號，而且也能提高作為壓電構造體之美觀(設計構思性)。從而，此類之壓電構造體，可以也在被要求高的設計構思性的技術領域廣泛地適用。
首先，說明在本發明之組合導電性纖維與壓電性纖維之電性訊號的發生原理。
圖1係說明在導電性纖維與壓電性纖維之組合之電性訊號的發生原理之模式的剖面圖。在放大手段12的輸入端子，接續來自導電性纖維之拉出線。在圖1(a)，在不對導電性纖維B及壓電性纖維A施加外力之狀態下，於導電性纖維B及壓電性纖維A，正負各電荷係均一分布。當開始對壓電性纖維A施加外力時，如圖1(b)所示，在壓電性纖維A發生分極，形成電荷的正負各於一方向配列之狀態。受到利用壓電性纖維A的分極發生的正負各電荷的配列之影響，負電荷由導電性纖維B流出。該負電荷的移動係呈現微小的電性訊號流動(亦即電流)，放大手段12係放大該電性訊號，輸出手段13係將藉放大手段12被放大的電性訊號輸出。圖1(b)所示之分極狀態，只要對壓電性纖維A的外力被維持(固定)就會繼續。
當從對壓電性纖維A的外力被維持(固定)之狀態(圖1(b))開始減少對壓電性纖維A的外力時，如圖1(c)所示，在壓電性纖維A解除分極、在壓電性纖維A之正負各電荷成為均一分布的狀態。受到壓電性纖維A之正負各電荷均一分布之影響，負電荷往導電性纖維B流入。該負電荷的移動係呈現微小的電性訊號流動(亦即電流)，於放大手段12放大該電性訊號，於輸出手段13將被放大的電性訊號輸出。又，在對壓電性纖維A的外力增加之動作中之狀態(圖1(b))與從施加外力之狀態到外力減少之狀態(圖1(c))，由於負電荷移動的方向成為相反方向，而在外力增加的動作與外力減少的動作發生逆極性的電性訊號。例如，在壓電性纖維A伸長動作時係發生正的電性訊號，而在壓電性纖維A返回動作時則發生負的電性訊號。
在本發明，將對於壓電性纖維A的伸長及返回動作所伴隨發生的微小電性信號、利用放大手段12放大並利用輸出手段13輸出，利用在外部機器(未圖示)之演算處理，切分放大電性訊號是正或負，檢測出壓電性纖維A有無伸長及伸長程度。例如，在外部機器(未圖示)，可以計算於放大手段12被放大且由輸出手段13被輸出的放大電性信號之時間積分，然後，實行演算處理在該積分值成為指定的上限值以上時判定為「伸長動作」、在成為未滿指定的下限值時判定為「返回動作」。又，在本說明書，因應對壓電性纖維A施加的應力而發生電性訊號之記載，係與因應壓電性纖維A的形變而發生電性訊號同義。
以下，詳細說明本發明。 (壓電構造體) 　　本發明之壓電構造體，包含由導電性纖維及壓電性纖維構成的組合物，前述組合物係前述導電性纖維為芯，前述壓電性纖維為包覆前述導電性纖維的周圍的包覆纖維之壓電構造體，其特徵為前述包覆纖維至少具有1個彎曲部，把前述壓電構造體置於水平面時之由前述水平面起到前述壓電構造體的最上部為止的高度比前述包覆纖維的直徑更大。圖2係顯示關於本發明實施形態之壓電構造體的構成一例之模式圖，圖2(a)係顯示俯視圖，圖2(b)係顯示側面圖。
參照圖2(a)，壓電構造體10係由詳細說明於後的包覆纖維1構成，更具體而言，具有在該包覆纖維1設置結形成彎曲部之構造。在將該壓電構造體10置於水平面時，如圖2(b)所示，由水平面起到壓電構造體10的最上部為止的高度h係比包覆纖維1的直徑還大。在該場合，如圖2(b)所示，包覆纖維1，係在結部分具有被配向在與平行於水平面的方向不同的複數方向之纖維軸。在對該壓電構造體10，例如從垂直於水平面的方向施加應力之場合，在結部分的包覆纖維1因複數伸長發生變形，由於此類的複數伸長變形而在壓電構造體10發生複數電性訊號。此外，該壓電構造體10，如前述，由於具有被配向在複數方向的纖維軸，而不僅是來自垂直於水平面的方向的應力，對於來自其他種種方向的應力也會發生伸長變形，可發生電性訊號。換言之，利用此類的複數伸長變形而發生的電性訊號，當然，明顯是比起利用1個伸長變形而發生的電性訊號還要大。此外，結部分被複雜地拘束，因而對於特定方向的應力有局部地集中應力、使該結果發生的電性訊號變大之場合。從而，根據具有此類的構造之本發明之壓電構造體，即使利用以比較小的變形所發生的應力也可以確實地取出較大的電性訊號。再者，由於該壓電構造體10具有被配向在複數方向的纖維軸，而有因應被施加的應力的方向或強度，伸長變形的方式或程度變化很大之場合。在該場合，由於也改變被輸出之訊號的強度或舉動，而也可以區別應力被施加的動作。
對照於此，在將1根包覆纖維1只是置於水平面之場合，例如，可藉由拉伸包覆纖維1的兩端使伸長變形發生，但來自其他種種方向的應力，例如，對於並非對水平面平行的方向之應力則無法發生充分的伸長變形。再者，在將1根包覆纖維1只是置於水平面之場合，係不同於本發明之壓電構造體，對於1個應力施加要同時使複數個伸長變形發生也是困難的。從而，根據本發明之壓電構造體，相較於由從前的包覆纖維構成的壓電元件，可以取出更大的電性訊號。
又，於圖2，為了容易理解，顯示作為本發明之壓電構造體之具有結之構成，但本發明之壓電構造體並不以此類的構成為限。亦即，本發明之壓電構造體，包覆纖維具有至少1個彎曲部、最好是至少2個或至少3個彎曲部，可以包含由在將壓電構造體置於水平面時的水平面起到該壓電構造體的最上部為止之高度比起包覆纖維的直徑更大之任意構造。例如，本發明之壓電構造體，也包含在包覆纖維只是設置彎曲部之後，作成將該彎曲部用接著劑等固定而可以維持其構造者。
根據本發明，由水平面起到壓電構造體10的最上部為止的高度比起包覆纖維1的直徑更大即可而並未特別限定，但為包覆纖維1的直徑的2倍以上佳，3倍以上更佳。在壓電構造體10具有比該類更大的高度之場合，可以更增加包覆纖維1的纖維軸對配置壓電構造體10的面之傾斜度。從而，對於往壓電構造體10來自特定方向之應力施加，例如，朝水平面來自垂直方向之應力施加，可以在包覆纖維1使更大的伸長變形發生，其結果，可以從壓電構造體10取出更大的電性訊號。此外，藉由適切地組合由水平面起到壓電構造體10的最上部為止的高度與包覆纖維1的彎曲部的數目，且藉由利用比較小的變形，從各個複數包覆纖維1取出更大的電性訊號，而可以取出整體上極大的電性訊號。
在本發明，「包覆纖維之直徑」，係稱構成壓電構造體之包覆纖維的最細部分的直徑。
在本發明之壓電構造體10，包覆纖維1最好是在任意處具有1個以上的結。藉由設置結，可以更簡單地形成不使用接著劑等、包覆纖維1具有至少1個彎曲部、由水平面起到壓電構造體10的最上部為止的高度比起包覆纖維1的直徑更大之壓電構造體10。更好是，包覆纖維1在任意處具有2、3、4個或這以上的結。藉由增加結的數目，可以形成壓電構造體10包含具有被配向於種種方向的纖維軸的多個包覆纖維1。結果，藉由對於1個應力施加而同時使複數伸長變形發生，可以取出整體上極大的電性訊號。
作為這樣的結，可以採用熟悉該項技藝者所公知的任意的結，沒有特別限定，例如可以採用由裝飾結、繩結、及這些的組合所構成的群來選擇。
作為裝飾結，例如，川島美園著「圖解初學裝飾結1補訂版」水曜社發行所記載之裝飾結，具體而言，可以採用淡路結(右上)、淡路結(左上)、葵結(一方細繩的移動/左旋)、葵結(一方細繩的移動/右旋)、四手淡路結、莊嚴結、華鬘結、本願寺結(龜結)、總角結(agemaki knot/人型)、總角結(agemaki knot/入型)、菊結、菊結(wedge knot)、背菊結、十二片菊結、八重菊結、梅結、蝶結1、蝶結2、釋迦結(Buddha頭)、玉結、四菱結、相生結、髪飾結、籠目結10眼、籠目結15眼、六方緒締結、几帳結、二葉結、三葉結、梅花結、蛇結(男結/人型)、蛇結(女結/入型)、變化雙聯結(橫)、變化雙聯結(縱)、Kanou結、Hatamu結、角結(圓)、角結(方)、袈裟結、御守袋結(橫)、御守袋結(縱)、玉房結、國結、平打(三個)、平打(四個)、平打(五個)、Uroko打(平七)、Uroko打(平九)、繩編織(平)、方形編織(四)、方形編織(六)、方形編織(八)、管狀編織(四)、管狀編織(六)、左右結、蜷結、鎖結、重疊四手淡路結、淡路繋結、重疊淡路結、雙玉結、繫編結三角、繫編結四角、繫編結長方形、風車結、風車結(一方細繩的移動)、重疊几帳結(上三角)、重疊几帳繋結(下三角)、三井結、琵琶結、唐蝶結(上向)、唐蝶結(下向)、玉房結三角(上向)、玉房結三角(下向)、玉房結變化(菱花結)、長8字結、橫8字結、繫編結四角(2方入)、長國結、橫國結、二重御守袋結、太陽結、Ring太陽結、幸運傘結、開扇玉房結、Hibari結、平結、七寶結(1回平結)、七寶結(1回半平結)、捲繞結、表Tatting結、左上捻結、右上捻結、8字結、止結、纏結(wrapping)等在本發明，例如，可以採用由人結、吉祥結、蛇結、籠目結15眼、琵琶結、菊結、及這些的組合所構成的群選擇出的裝飾結。
作為繩結，例如，杉浦昭典著「圖解 新･結繩方法」海文堂發行之繩結，具體而言，可以採用一重結、8字結、一結、捻結、捲繞結、二重結、舫結、腰掛結、輪投結、中間輪結、締結、真結、一重繫、Ayatsunagi、思結、華鬘結、總角結、棒結、捕縛結、Totte結(Crown Knot、Wall Knot、Wall and Crown Knot、Matthew Walker Knot、Diamond Knot、6根Strand Totte Knot)、Taga結(3邊3根形Turk’s head knot、4邊3根形Turk’s head、5邊3根形Turk’s head、多邊3根形Turk’s head、4根形Turk’s head)等之任一種。此外，針對裝飾結及繩結之具體的結，可以基於前述文獻之記載而容易形成。
又，於本發明之壓電構造體，也可以採用捆束複數根包覆纖維者，例如，將該包覆纖維的周圍進而以別的纖維或層包覆使包覆纖維的直徑為適切的尺寸，也可以採用捆束複數根如此方式得到的包覆纖維。特別是，在包含具有前述裝飾結的包覆纖維之壓電構造體之場合，能夠藉由用捆束(單獨或)複數根進而以具有別的種種形狀(例如，穗帶狀、包覆絲狀(covering threadiness)等)或顏色的纖維或層所包覆者，而得到更高設計性的壓電構造體。此時，可以把形成裝飾結的所有的紐狀物作成壓電包覆纖維，也可以在該紐狀物的一部分用壓電包覆纖維。
(包覆纖維) 　　本發明之壓電構造體，係包含將導電性纖維的表面以壓電性高分子的纖維、亦即壓電性纖維包覆之包覆纖維。圖3係顯示關於本發明實施形態之包覆纖維的最佳構成之一例之模式圖。如圖3所示，包覆纖維1’，係具備由導電性纖維B形成的芯部3、與以包覆芯部3之方式由穗帶狀的壓電性纖維A形成之鞘部2。又，於圖3，如前述，顯示作為包覆纖維1的最佳構成之一例之穗帶狀包覆纖維1’，但關於本發明之包覆纖維1並不以這樣的穗帶狀包覆纖維1’為限，而可以包含導電性纖維與由壓電性纖維構成的任意形狀的組合物。以下，詳細說明包覆纖維1的最佳構成之一例即穗帶狀包覆纖維1’。
於穗帶狀包覆纖維1’，多數的壓電性纖維A緻密地捲繞至少一根導電性纖維B的外周面。當在穗帶狀包覆纖維1’發生變形時，因多數的壓電性纖維A分別變形致使應力產生，藉此在多數的壓電性纖維A分別產生電場(壓電效果)，結果，使捲繞導電性纖維B的多數壓電性纖維A的電場重疊之電壓變化就在導電性纖維B發生。亦即，比起壓電性纖維A不用穗帶狀鞘部2之場合，來自導電性纖維B的電性訊號會增大。藉此，於穗帶狀包覆纖維1’，即使利用由比較小的變形所產生的應力，也可以取出較大的電性訊號。又，導電性纖維B也可以是複數根。
穗帶狀包覆纖維1’，最好是對於往其中心軸(圖3中的CL)方向的伸長變形選擇性地輸出大的電性訊號。
(對於伸長變形選擇性地輸出大的電性訊號之穗帶狀包覆纖維) 　　作為對於往中心軸方向的伸長變形選擇性地輸出大的電性訊號之穗帶狀包覆纖維1’，例如，作為壓電性纖維A，可以是一軸配向之高分子的成型體，使用壓電性高分子，主成分包含在將配向軸作成3軸時的壓電常數d14的絕對值具有0.1pC/N以上1000pC/N以下的值之結晶性高分子。在本發明的「主成分包含」，係指佔構成成分的50質量%以上。此外，在本發明之結晶性高分子，係由1質量%以上的結晶部、與結晶部以外的非晶部構成之高分子，結晶性高分子的質量係將結晶部與非晶部合計之質量。又，d14的值係顯示隨不同的成型條件或純度及測定氛圍而異之值，但在本發明，係測定實際上被使用之壓電性高分子中的結晶性高分子的結晶化度及結晶配向度，用該結晶性高分子作成具有與這同等的結晶化度及結晶配向度之1軸延伸薄膜，該薄膜的d14的絕對值，在實際上被使用溫度顯示0.1pC/N以上1000pC/N以下的值即可，且作為本實施形態的壓電性高分子所含的結晶性高分子，並不以後述之類的特定的結晶性高分子為限。薄膜樣本的d14測定可以採取公知的種種方法，例如可以藉由把在薄膜樣本的雙面蒸鍍金屬做成電極之樣本、切出從延伸方向朝45度傾斜方向具有4邊的長方形，在對該長條方向施加拉伸荷重時測定在雙面的電極發生的電荷，而測定d14的值。
此外，在對於往中心軸方向的伸長變形選擇性地輸出大的電性訊號之穗帶狀包覆纖維1’，最好是中心軸的方向與壓電性高分子的配向方向所形成之角度(配向角度θ)為15°以上75°以下。滿足這條件時，藉由對穗帶狀包覆纖維1’給與中心軸方向的伸長變形(拉伸應力及壓縮應力)，可以有效率地利用壓電性高分子包含的結晶性高分子的壓電常數d14所對應之壓電效果，在穗帶狀包覆纖維1’的中心軸側與外側有效地發生逆極性(逆符號)的電荷。從這樣的觀點而言，配向角度θ為25°以上65°以下佳，35°以上55°以下更佳，40°以上50°以下再更佳。以這方式配置壓電性高分子時，壓電性高分子的配向方向就描繪出螺旋。
此外，藉由以這方式配置壓電性高分子，可以對於擦過穗帶狀包覆纖維1’的表面之類的剪切變形、或彎曲中心軸之類的彎曲變形、或以中心軸當作軸之扭轉變形而形成在包覆纖維1的中心軸側與外側不發生大的電荷，亦即作成對於中心軸方向的伸長選擇性地發生大的電荷之穗帶狀包覆纖維1’。
配向角度θ，儘可能以下述之方法予以測定。拍攝穗帶狀包覆纖維1’的側面照片，測定壓電性高分子A’的螺旋間距HP。螺旋間距HP係如圖4，主要是1根壓電性高分子A’從表面起轉過背面再來到表面為止之，中心軸方向的直線距離。此外，在因應必要而用接著劑固定構造後，在穗帶狀包覆纖維1’的中心軸切出垂直的剖面並拍攝照片，測定鞘部2所佔的部分的外側半徑Ro及內側半徑Ri。剖面的外緣及內緣為橢圓形或扁平的圓形之場合，將長徑與短徑的平均值設為Ro及Ri。由下述數式計算出壓電性高分子對中心軸的方向之配向角度θ。
Figure 02_image001
但是，Rm=2(Ro3 -Ri3 )/3(Ro2 -Ri2 )，亦即是以剖面積加重平均之包覆纖維1的半徑。
在包覆纖維1的側面照片，壓電性高分子具有均一的表面，在無法判別壓電性高分子的螺旋間距之場合，將用接著劑等固定之穗帶狀包覆纖維1’於通過中心軸的平面予以割斷，在垂直於割斷面的方向，於十分狹窄的範圍通過中心軸透過X光進行廣角X光繞射分析，決定配向方向取得與中心軸之角度，設為θ。
在關於本發明之穗帶狀包覆纖維1’，針對沿著壓電性高分子的配向方向描繪的螺旋，又同時存在將螺旋方向(S搓捻方向或者Z搓捻方向)或螺旋間距作成不同的2個以上螺旋之場合，針對各個螺旋方向及螺旋間距的壓電性高分子分別進行前述測定，且任一螺旋方向及螺旋間距的壓電性高分子滿足前述條件是必要的。
對於中心軸方向的伸長變形而在中心軸側與外側發生的電荷的極性，在將壓電性高分子的配向方向沿著S搓捻的螺旋配置之場合、與將相同壓電性高分子的配向方向沿著Z搓捻的螺旋配置之場合，成為互逆的極性。因此，將壓電性高分子的配向方向沿著S搓捻的螺旋配置、同時沿著Z搓捻的螺旋配置之場合，由於對伸長變形的發生電荷會在S搓捻方向與Z搓捻方向相互打消而無法有效率地利用，所以並不佳。從而，前述的壓電性高分子係包含含以壓電常數d14的值為正的結晶性高分子作為主成分的P體、與含以負的結晶性高分子作為主成分的N體；針對包覆纖維1的中心軸有1cm長度的部分，將配向軸朝Z搓捻方向螺旋纏繞被配置的該P體的質量設為ZP、將配向軸朝S搓捻方向螺旋纏繞被配置的該P體的質量設為SP、將配向軸朝Z搓捻方向螺旋纏繞被配置的該N體的質量設為ZN、將配向軸朝S搓捻方向螺旋纏繞被配置的該N體的質量設為SN；在將(ZP+SN)與(SP+ZN)中的較小方設為T1、將較大方設為T2時，T1/T2的值為0以上0.8以下佳，0以上0.5以下更佳。
作為本發明之壓電性纖維使用主成分含聚乳酸之場合，聚乳酸中的乳酸單元為90莫耳%以上佳，95莫耳%以上更佳，98莫耳%以上再更佳。
又，於穗帶狀包覆纖維1’，只要達成本發明之目的，可以於鞘部2組合壓電性纖維A以外的其他纖維而進行混纖等，抑或於芯部3組合導電性纖維B以外的其他纖維而進行混纖等。
包覆纖維1或穗帶狀包覆纖維1’的長度並未特別限定，亦可在製造上連續地被製造、之後剪切成喜歡的長度來利用。在實際上壓電構造體之利用，包覆纖維1或者穗帶狀包覆纖維1’之長度為1mm～20m，以1cm～10m為佳，10cm～5m更佳。長度過短時，有不利於壓電構造體的形成之場合，此外，長度太長時，在導電性纖維B的電阻值問題等有電性輸出降低等問題。
以下，詳細說明各構成。
(導電性纖維) 　　作為導電性纖維B，只要顯示導電性者即可，一切公知的都可以使用。作為導電性纖維B，例如，可列舉金屬纖維、由導電性高分子構成之纖維、碳纖維、由分散纖維狀或粒狀的導電性填充物的高分子構成之纖維、或在纖維狀物的表面設有導電性的層之纖維。作為在纖維狀物的表面設有導電性的層之方法，可列舉金屬塗布、導電性高分子塗布、纏捲導電性纖維等。其中尤以金屬塗布從導電性、耐久性、柔軟性等的觀點而言是最佳。作為塗布金屬的具體性方法，可列舉蒸鍍、濺鍍、電解電鍍、無電解電鍍等，而從生產性等觀點而言則最好是電鍍。被電鍍此類的金屬之纖維係可以稱作金屬電鍍纖維。
作為基層被塗布金屬的纖維，可以使用有或沒有導電性的公知的纖維，例如，聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、氯乙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚碸纖維、聚醚纖維、聚氨基甲酸酯纖維等合成纖維之外，可以使用棉、麻、絲綢等天然纖維、乙酸酯等半合成纖維、嫘縈、銅銨嫘縈(cupro)等再生纖維。基層的纖維並不以這些纖維為限，可以任意使用公知的纖維，也可以組合這些纖維使用。
在基層的纖維被塗布之金屬係顯示導電性，任何金屬只要發揮本發明之效果就可以使用。例如，可以使用金、銀、鉑、銅、鎳、錫、鋅、鈀、氧化銦錫、硫化銅等、及這些的混合物或合金等。
使用在導電性纖維B塗布具有耐彎曲性的金屬之有機纖維時，在導電性纖維折斷之情形非常少，且作成使用壓電構造體的感測器之耐久性或安全性上優良。
導電性纖維B係可以使用捆束複數根單絲(filament)之複絲，抑或，可以使用由一根單絲構成的單體纖維(monofilament)。複絲方面在電性特性的長條安定性的觀點上是較佳。單體纖維(含細紗)之場合，其單絲徑長係1μm～5000μm，以2μm～100μm較佳。以3μm～50μm更佳。複絲之場合，作為單絲數以1根～100000根佳，5根～500根較佳、以10根～100根更佳。但是，導電性纖維B的纖度･根數，係製作穗帶時所使用的芯部3的纖度･根數，由複數根單絲(單體纖維)形成的複絲亦可算作一根導電性纖維B。在此，芯部3，即使是使用導電性纖維以外的纖維之場合，也當作是包含此的全體的量。
纖維的直徑小的話強度降低且操作變得困難，此外，直徑大的場合下則會犧牲可撓性。作為導電性纖維B的剖面形狀為圓形或橢圓形，在包覆纖維的設計及製造之觀點上很好，但並不以此為限。
此外，為了有效率地取出來自壓電性高分子的電性輸出，電性電阻最好是低，且作成體積電阻率為10-1 Ω･cm以下佳、10-2 Ω･cm以下較佳、為10-3 Ω･cm以下更佳。但是，只要於電性訊號的檢測出可得到充分的強度，則導電性纖維B的電阻率並不以此為限。
導電性纖維B，從本發明之用途而言，對於所謂的反覆的彎曲或扭轉之活動必須有耐性。作為其指標，結節強度最好是較大者。結節強度係可以依照JIS L1013 8.6之方法測定。對於本發明作為適當的結節強度之程度，為0.5cN/dtex以上佳，1.0cN/dtex以上較佳，1.5 cN/dtex以上更佳，2.0cN/dtex以上最佳。此外，作為別的指標，彎曲剛性是較小者。彎曲剛性，一般上是用Kato Tech(股)公司製KES-FB2純彎曲試驗機等之測定裝置來測定。對於本發明作為適當的彎曲剛性之程度，最好是比Toho Tenax(股)公司製的碳纖維”Tenax”(註冊商標) HTS40-3K還小者。具體而言，導電性纖維之彎曲剛性為0.05×10-4 N･m2 /m以下佳，0.02×10-4 N･m2 /m以下較佳，為0.01×10-4 N･m2 /m以下更佳。
(壓電性纖維) 　　作為壓電性纖維A之材料即壓電性高分子係可以利用聚偏二氟乙烯或聚乳酸之類的顯示壓電性之高分子，而在本實施形態，如前述，壓電性纖維A作為主成分最好是將配向軸作成3軸時的壓電常數d14的絕對值高之結晶性高分子，特別是包含聚乳酸。聚乳酸，例如在熔融紡紗後因延伸而容易配向並顯示壓電性，在不需要用聚偏二氟乙烯等必須的電場配向處理之點上於生產性優良。但是這情況，並非意圖排除在實施本發明時使用聚偏二氟乙烯之外的壓電性材料。
作為聚乳酸，依其結晶構造之不同，有L-乳酸、聚合L-Lactide而成的聚-L-乳酸、D-乳酸、聚合D-Lactide而成的聚-D-乳酸，再者，由這些混合構造構成的STEREO COMPLEX POLYLACTIC ACID(SC-PLA)等，但只要顯示壓電性者則任一種皆可以利用。就壓電率高低之觀點而言最好是聚-L-乳酸、聚-D-乳酸。聚-L-乳酸、聚-D-乳酸，各自對於相同應力會逆轉分極，故而也可以因應目的而組合這些來使用。
聚乳酸的光學純度為99%以上佳，99.3%以上更佳，99.5%以上再更佳。光學純度未滿99%時有壓電率顯著降低之場合，有因壓電性纖維A的形狀變化導致難以得到充分的電性訊號之場合。特別是，壓電性纖維A，作為主成分而包含聚-L-乳酸或者聚-D-乳酸，這些的光學純度最好是99%以上。
以聚乳酸作為主成分之壓電性纖維A，係於製造時被延伸，並在其纖維軸方向一軸配向。再者，壓電性纖維A，較好是不僅在其纖維軸方向一軸配向，也包含聚乳酸的結晶之纖維，更好是包含一軸配向之聚乳酸的結晶之纖維。這是因為聚乳酸藉由其結晶性高及一軸配向而顯示更大的壓電性，增加d14的絕對值的緣故。
結晶性及一軸配向性係依照均聚(homo)PLA結晶化度Xhomo (%)及結晶配向度Ao(%)而求出。作為本發明之壓電性纖維A，均聚PLA結晶化度Xhomo (%)及結晶配向度Ao(%)最好是滿足以下數式(1)。
Figure 02_image003
未滿足前述數式(1)之場合，結晶性及/或一軸配向性並不充分，而或有對動作之電性訊號的輸出值降低，或有對特定方向的動作之訊號感度降低之疑慮。前述數式(1)左邊的值，為0.28以上較佳，0.3以上更佳。在此，各個值係依照下述而求出。
均聚乳酸結晶化度Xhomo ： 　　針對均聚乳酸結晶化度Xhomo ，可以由利用廣角X光繞射分析(WAXD)之結晶構造解析求出。於廣角X光繞射分析(WAXD)，係使用Rigaku(股)公司製ultrax18型X光繞射裝置利用透過法，依照以下條件將樣本的X光繞射圖形記錄在影像板(imaging plate)。 　　X光源：Cu-Kα光(共焦反射鏡：confocal mirror) 　　輸出：45kV×60mA 　　狹縫：1st：1mmΦ，2nd：0.8mmΦ 　　攝影機長度：120mm 　　積算時間：10分鐘 　　樣本：將35mg的聚乳酸纖維拉齊做成3cm的纖維束。 　　在得到的X光繞射圖形跨方位角求出全散射強度Itotal ，於此求出由出現在2θ=16.5°，18.5°，24.3°附近的均聚乳酸結晶而來的各繞射峰值的積分強度的總和ΣIHMi 。由這些值依照以下數式(2)，求出均聚乳酸結晶化度Xhomo 。
Figure 02_image005
又，ΣIHMi ，係藉由在全散射強度減去因背景(background)或非晶造成的漫散射而算出。
(2)結晶配向度Ao： 　　針對結晶配向度Ao，在利用前述的廣角X光繞射分析(WAXD)得到的X光繞射圖形，針對出現在動徑方向的2θ=16.5°附近的由均聚乳酸結晶而來的繞射峰值，取得對方位角(°)之強度分布，由得到的分布分析圖表的半值幅的總計ΣWi(°)依照以下數式(3)算出來。
Figure 02_image007
又，由於聚乳酸係加水分解比較快速的聚酯，所以，在耐濕熱性會成為問題之場合，也可以添加公知的異氰酸酯化合物、氧唑啉化合物、環氧化合物、碳二亞胺化合物等加水分解防止劑。此外，因應必要也可以添加磷酸系化合物等氧化防止劑、可塑劑、光劣化防止劑等予以物性改良。
壓電性纖維A係可以使用捆束複數根單絲之複絲，抑或，可以使用由一根單絲構成的單體纖維。單體纖維(含細紗)之場合，其單絲徑長係1μm～5mm，以5μm～2mm為佳，更好是10μm～1mm。複絲之場合，其單絲徑長係0.1μm～5mm，以2μm～100μm為佳，更好是3μm～50μm。作為複絲的單絲數量，以1根～100000根佳，50根～50000根較佳、以100根～20000根更佳。但是，針對壓電性纖維A的纖度或根數，係製作穗帶時每1個載體的纖度、根數，由複數根單絲(單體纖維)形成的複絲亦可算作一根壓電性纖維A。在此，在1個載體中，即使是使用壓電性纖維以外的纖維之場合，也當作是包含此的全體的量。
為了將這類的壓電性高分子做成壓電性纖維A，只要發揮本發明的效果就可以採用任何用以從高分子予以纖維化的公知的手法。例如，可以採用將壓電性高分子擠出成型後纖維化之手法、將壓電性高分子熔紡後纖維化之手法、將壓電性高分子利用乾式或濕式紡紗而纖維化之手法、將壓電性高分子利用靜電紡紗而纖維化之手法、在形成薄膜後切細之手法等等。這些的紡紗條件，因應所採用的壓電性高分子而適用不同的公知的手法即可，通常而言採用工業上容易生產的熔紡法即可。再者，在形成纖維後將被形成的纖維予以延伸。藉此，形成一軸延伸配向且含結晶的顯示大壓電性的壓電性纖維A。
此外，壓電性纖維A，可以在將前述方式製作出之物做成穗帶之前，進行染色、撚紗、併紗、熱處理等之處理。
再者，壓電性纖維A，由於在形成穗帶時或有纖維彼此摩擦而斷線，或有毛羽跑出來之場合，所以其強度與耐磨耗性高者佳，強度為1.5cN/dtex以上佳，2.0 cN/dtex以上較佳，2.5cN/dtex以上更佳，為3.0cN/dtex以上最佳。耐磨耗性係可以依照JIS L1095 9.10.2 B法等予以評價，摩擦回數為100回以上佳，1000回以上較佳，5000回以上更佳，為10000回以上最佳。用以提升耐磨耗性之方法並未特別限定，可以採用公知的所有方法，例如，可以或是提高結晶化度、或是添加微粒子、或是予以表面加工。此外，也可以在對穗帶加工時，在纖維塗布潤滑劑以減低摩擦。
此外，壓電性纖維的收縮率，較好是與前述的導電性纖維的收縮率的差異小。收縮率差異大時，由於穗帶製作後的後處理製程或實際使用時加熱時或經時變化會有導致穗帶彎曲等等，造成壓電訊號減弱之場合。收縮率依後述的沸水收縮率而定量化之場合，最好是壓電性纖維的沸水收縮率S(p)及導電性纖維的沸水收縮率S(c)滿足下述數式(4)。
Figure 02_image009
前述數式(4)的左邊為5以下較佳，3以下更佳。
此外，壓電性纖維的收縮率，較好是與導電性纖維以外的纖維、例如絕緣性纖維的收縮率的差異也小。收縮率差異大時，由於穗帶製作後的後處理製程或實際使用時加熱時或經時變化會有導致穗帶彎曲等等，造成壓電訊號減弱之場合。收縮率依沸水收縮率而定量化之場合，最好是壓電性纖維的沸水收縮率S(p)及絕緣性纖維的沸水收縮率S(i)滿足下述數式(5)。
Figure 02_image011
前述數式(5)的左邊為5以下較佳，3以下更佳。
此外，壓電性纖維的收縮率，小者較佳。在例如將收縮率依沸水收縮率而定量化之場合，壓電性纖維的收縮率為15%以下佳，10%以下較佳、5%以下更佳、為3%以下最佳。作為降低收縮率之手段，可以適用公知的所有方法，例如，可以利用熱處理使非晶部的配向緩和或藉由提高結晶化度以減低收縮率，實施熱處理之時間並未特別限定，可以列舉延伸後、撚紗後、或穗帶化後等。又，前述的沸水收縮率係依照以下的方法來測定。用框周1.125m的量測機(measuring machine)作出捲數20回的線團，施加0.022cN/dtex的荷重，懸掛在刻度板並測定初期的線團長L0。其後，在將該線團於100℃的沸騰水浴中處理30分鐘後，放冷再施加前述荷重後懸掛在刻度板測定收縮後的線團長L。使用被測定出的L0及L並利用以下數式(6)來計算沸水收縮率。
Figure 02_image013
(包覆) 　　導電性纖維B或芯部3，其表面被由壓電性高分子形成的壓電性纖維A包覆。包覆導電性纖維B的壓電性纖維層或鞘部2之厚度為1μm～10mm佳，5μm～5mm較佳，10μm～3mm更佳，為20μm～1mm最佳。太薄的話有在強度之點成為問題之場合，此外，太厚的話則有取出電性輸出變得困難之場合。
在穗帶狀包覆纖維1’，鞘部2的壓電性纖維A的總纖度係芯部3的導電性纖維B的總纖度的1/2倍以上、20倍以下佳，1倍以上、15倍以下較佳，為2倍以上、10倍以下更佳。壓電性纖維A的總纖度相對於導電性纖維B的總纖度過小時，包圍導電性纖維B的壓電性纖維A會過少而使導電性纖維B無法輸出足夠的電性訊號，再者會有導電性纖維B接觸到所接近的其他導電性纖維之疑慮。壓電性纖維A的總纖度相對於導電性纖維B的總纖度過大時，包圍導電性纖維B的壓電性纖維A會過多而使穗帶狀包覆纖維1’變硬且變形困難。亦即，在任一場合下壓電構造體10都不能充分發揮作為感測器之功能。 　　在此，總纖度，係構成鞘部2的壓電性纖維A全部的纖度加總，例如，在一般的8打穗帶之場合，為8根纖維纖度的加總。
在穗帶狀包覆纖維1’，鞘部2的壓電性纖維A的每一根纖度係導電性纖維B的總纖度的1/20倍以上、2倍以下佳，1/15倍以上、1.5倍以下較佳，為1/10倍以上、1倍以下更佳。壓電性纖維A每一根的纖度相對於導電性纖維B的總纖度過小時，壓電性纖維A過少而使導電性纖維B無法輸出足夠的電性訊號，再者會有切斷壓電性纖維A之疑慮。壓電性纖維A每一根的纖度相對於導電性纖維B的總纖度過大時，壓電性纖維A太粗而使包覆纖維1變硬且變形困難。亦即，在任一場合下壓電構造體10都不能充分發揮作為感測器之功能。
又，在導電性纖維B使用金屬纖維之場合，或將金屬纖維混纖到導電性纖維B或壓電性纖維A之場合，纖度的比率則不以前述為限。在本發明，前述比率，在接觸面積或包覆率、亦即面積及體積之觀點上是重要的緣故。例如，在纖維各自的比重超過2之類的場合，最好是纖維的平均剖面積的比率為前述纖度的比率。
壓電性纖維A與導電性纖維B最好是儘可能地密貼著，而為了改良密貼性，也可以在導電性纖維B與壓電性纖維A之間設置錨層或黏接層等。
包覆之方法可採取以導電性纖維B作為芯，並在其周圍纏繞壓電性纖維A之方法。另一方面，壓電性纖維層之形狀，只要對於被施加的應力可以發出電性輸出即可並無特別限定，但在穗帶狀包覆纖維1’之場合，最好是具有芯部3的8打穗帶或16打穗帶。
作為導電性纖維B與壓電性纖維A之形狀並無特別限定，但最好是儘可能接近同心圓狀。又，作為導電性纖維B而使用複絲之場合，壓電性纖維A，包覆成接觸導電性纖維B的複絲表面(纖維周面)的至少一部分即可，在構成複絲的全部的單絲表面(纖維周面)可以有抑或沒有壓電性纖維A包覆。壓電性纖維A之往構成導電性纖維B複絲的內部的各單絲之包覆狀態，考慮作為壓電性元件之性能、操作性等而斟酌設定即可。
在本發明之包覆纖維1係包含至少1根導電性纖維，但導電性纖維並不以1根為限，也可以更多些。
在本發明之包覆纖維1，由於並無使其表面存在電極之必要，而優點在於沒有必要進而包覆包覆纖維1本身，還有不易誤動作。
(絕緣性纖維) 　　在關於本發明之包覆纖維1，也可以用絕緣性纖維進而包覆導電性纖維B的周圍。更具體而言，於穗帶狀包覆纖維1’，鞘部2可以僅利用壓電性纖維A而形成，或者也可以利用壓電性纖維A與絕緣性纖維之組合而形成。例如，壓電性纖維A是在導電性纖維B的周圍朝Z搓捻方向被纏繞、絕緣性纖維是在導電性纖維B的周圍朝S搓捻方向被纏繞，或者亦可壓電性纖維A是在導電性纖維B的周圍朝S搓捻方向被纏繞、絕緣性纖維是在導電性纖維B的周圍朝Z搓捻方向被纏繞。
作為這類的絕緣性纖維，例如，聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、氯乙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚碸纖維、聚醚纖維、聚氨基甲酸酯纖維等合成纖維之外，可以使用棉、麻、絲綢等天然纖維、乙酸酯等半合成纖維、嫘縈、銅銨嫘縈(cupro)等再生纖維。並不以這些為限，可以任意使用公知的絕緣性纖維。再者，也可以組合使用這些絕緣性纖維，抑或與不具絕緣性的纖維組合，做成全體上具有絕緣性的纖維亦可。 　　此外，也可以使用公知的所有剖面形狀的纖維。
(製造方法) 　　本發明之壓電構造體，係包含將至少1根導電性纖維B的表面用壓電性纖維A包覆之包覆纖維。作為該包覆纖維之製造方法可以列舉以下的方法。亦即，將導電性纖維B與延伸的壓電性纖維A於各自的製程製作，進行在導電性纖維B將壓電性纖維A纏繞等而包覆之方法。在該場合，最好是包覆成儘可能地接近同心圓狀。
該場合，在使用聚乳酸作為形成壓電性纖維A之壓電性高分子之場合下最好的紡絲、延伸條件，熔融紡絲溫度最好是150～250℃，延伸溫度最好是40～150℃，延伸倍率從1.1倍到5.0倍佳，結晶化溫度最好是80～170℃。
作為纏繞在導電性纖維B的壓電性纖維A，可以使用捆束複數單絲之複絲，抑或，可以使用單體纖維(包含細紗)。此外，作為被纏繞壓電性纖維A之導電性纖維B，可以使用捆束複數單絲之複絲，抑或，可以使用單體纖維(包含細紗)。
作為纏繞而包覆之形態，例如，可以將壓電性纖維A做成像編織管之類的形態，藉由將導電性纖維B當作芯並插入該編織管而包覆。此外，可以將導電性纖維B作為芯紗，藉由在其周圍將壓電性纖維A製成細繩，並製作管狀編織物(Tubular Braid)，而予以包覆。在將壓電性纖維A用作單體纖維之場合，其單絲徑長係1μm～5mm，以5μm～2mm為佳，更好是10μm～1mm。在用作複絲之場合，其單絲徑長係0.1μm～5mm，以2μm～100 μm為佳，更好是3μm～50μm。作為複絲的單絲數量，以1根～100000根佳，50根～50000根較佳、為100根～20000根更佳。
本發明之壓電構造體，係可以使用由以上之類的方法製造出的包覆纖維利用任意的適切的方法進行製造。例如，在包覆纖維設置至少1個彎曲部之後，可以作成將該至少1個彎曲部用接著劑等固定並能維持壓電構造體為3維的構造。又或者，也可以根據本發明最佳的實施形態，在包覆纖維的任意處形成1以上的結。根據此類之方法，可以更簡單地形成不使用接著劑等、包覆纖維具有至少1個彎曲部、由水平面起到壓電構造體的最上部為止的高度比起包覆纖維的直徑更大之壓電構造體。又，結，可以採用任何一種公知的打結手法，可以形成複數相同結，也可以形成複數不同種的結。作為公知的打結手法，習知有裝飾結或繩結，這些的組合等，任何一種都可以適用。例如，川島美園著「圖解初學裝飾結 1補訂版」水曜社發行記載之裝飾結，或杉浦昭典著「圖解 新･繩結的方法」海文堂發行記載之繩結等，任何一種皆可採用，針對具體的結，可以是基於這些文獻的記載容易形成的。這些結，例如，也可以藉由將進而用具有別的種種形狀(例如，穗帶狀、包覆絲狀等)或顏色的纖維或層包覆包覆纖維的周圍者單獨或複數根捆束來使用而形成。此類之包覆纖維，例如，可以藉由在包覆纖維的周圍將具有不同的種種顏色的纖維纏繞成穗帶狀或者包覆絲狀而形成，或可以藉由在穗帶狀或者包覆絲狀的紐線插入關於本發明的包覆纖維而形成。
(保護層) 　　也可以在關於本發明的包覆纖維1的最表面設置保護層。該保護層最好是絕緣性，從可撓性等的觀點而言更好是由高分子所構成。在保護層具有絕緣性之場合，當然，在該場合下或有連同保護層變形，或有摩擦保護層上之情形，但只要這些外力到達壓電性纖維A為止，可以誘發其分極則並無特別限定。作為保護層，並不以利用高分子等的塗布而被形成者為限，可以是纏繞薄膜、布帛、纖維等，或者，也可以是組合這些之物。
作為保護層的厚度係盡量愈薄愈容易將剪切應力傳達到壓電性纖維A，但太薄時容易發生保護層本身被破壞等問題，因而以10nm～200μm為佳，50nm～50μm較佳，70nm～30μm更佳，為100nm～10μm最佳。
此外，以減低雜訊作為目的，也可以在包覆纖維1的外側進而設置電磁波遮蔽層。電磁波遮蔽層並未特別限定，可以是塗布導電性的物質，也可以是纏繞具有導電性的薄膜、布帛、纖維等。作為電磁波遮蔽層的體積電阻率以10-1 Ω･cm以下佳，為10-2 Ω･cm以下較佳，為10-3 Ω･cm以下更佳。但是，只要可以得到電磁波遮蔽層的效果，則電阻率並不以此為限。該電磁波遮蔽層，可以設置在鞘的壓電性纖維A的表面，也可以設置在前述的保護層的外側。當然，電磁波遮蔽層與保護層可以被層積複數層，其順序也可因應目的之不同而酌情決定。
再者，也可以又設置複數層由壓電性纖維構成的層，又設置複數層供取出訊號用的由導電性纖維構成的層。當然，該等保護層、電磁波遮蔽層、由壓電性纖維構成的層、由導電性纖維構成的層，可因應其目的之不同，而酌情決定其順序及層數。又，作為纏繞之方法，例如，在穗帶狀包覆纖維1’之場合，可列舉或在鞘部2的更外層形成穗帶構造，或予以覆蓋之方法。
(作用) 　　本發明之壓電構造體，如果藉由推壓、摩擦或者搖動表面等而對壓電性高分子帶來剪切應力，就可以取出電性輸出，可以利用作為感測器，在對壓電構造體施加應力時，檢測出應力的大小、被施加的位置等。
又，在形成結之壓電構造體之場合，如前述，相較於不形成結的由從前的包覆纖維構成的壓電元件之場合，可以取出更大的電性訊號，因而可以藉由利用這樣的壓電構造體製造出感測性能提升的感測器。加上，由於藉由形成裝飾結等的結也可以提高作為壓電構造體的美觀(設計構思性)，而可以也在被要求高的設計構思性的技術領域廣泛地適用。
(壓電構造體之適用技術) 　　本發明之壓電構造體即使是任何態樣，都能將對表面的接觸、壓力、形狀變化、振動等作成電性訊號而輸出，因而可以利用作為感測器檢測出在壓電構造體被施加之應力大小及/或被施加之位置。圖5係顯示本發明之具備壓電構造體之感測器之方塊圖。如果構成由本發明之壓電構造體10、放大因應被施加的壓力而從壓電構造體10被輸出的電性訊號之放大手段12、將以放大手段12被放大的電性訊號輸出之輸出手段13、將從輸出手段13被輸出之電性訊號往外部機器(未圖示)送訊之送訊手段14所構成之壓電感測器11，則可以基於利用往壓電構造體10的表面之接觸、壓力、形狀變化、振動而被輸出之電性訊號，在外部機器(未圖示)之演算處理，而檢測出在壓電構造體10被施加之應力大小及/或被施加之位置。或者，也可以在壓電感測器11內，設置基於從輸出手段13被輸出的電性訊號演算出在壓電構造體10被施加的應力大小及/或被施加的位置之演算手段(未圖示)。
放大手段12，可以在例如各種電子電路被構築，或者可在處理器上利用動作的軟體程式作成被組裝的功能模組而被構築，或者於各種電子電路與軟體程式之組合而被構築亦可。作為處理器，例如，有CPU(Central Processing Unit)、DSP(digital signal processor)、LSI (large scale integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programming Gate Array)等。此外，輸出手段13，係可以在例如各種連接器(connector)單獨地被構築，抑或可作成與送訊手段14一體化之通訊裝置而被構築。又或者，匯集放大手段12、輸出手段13及送訊手段14之功能，而在寫入軟體程式之積體電路或微處理器等實現亦可。又，將由送訊手段14形成的送訊方式做成利用無線構成者、抑或做成利用有線構成者，係因應所構成的感測器而酌情決定即可。此外，也可以將接觸式探針以與前述感測器同樣的構成實現。
此外，不只是放大手段，而可以將去除雜訊的手段或與其他訊號組合並處理的手段等之公知的訊號處理手段組合使用。這些手段的接續順序係可以因應目的而酌情變更。當然，也可以將從壓電構造體10被輸出的電性訊號在直接往外部機器送訊之後進行訊號處理。此外，例如，作為從壓電構造體10被輸出的電性信號之大小，不只是電流值或電壓值等之類的訊號強度本身，也可以使用該等值的微分值或其他演算值。例如若是微分值，則可以精確度良好地取得急遽的電性訊號變動，抑或如果式積分值則可以基於變形大小來解析。
圖6係顯示在關於本發明之具備壓電構造體之感測器之包覆纖維，更具體而言，穗帶狀包覆纖維與放大手段之接續例之模式圖。圖6的放大手段12，係相當於參照圖5並說明過的，針對圖5的輸出手段13及送訊手段14則於圖6省略圖示。構成具備壓電構造體10的感測器之場合，例如，在放大手段12的輸入端子，接續壓電構造體10之穗帶狀包覆纖維1’之來自導電性纖維B的拉出線，且在接地(earth)端子接續壓電性纖維A。 [產業上利用可能性]
本發明之壓電構造體，由於具有柔軟性、也美觀所以可考慮用於非常廣泛的用途。作為由本發明之壓電構造體構成之裝置之具體例，可列舉做成包含帽子或手套、襪子等穿著的衣服、護具、手帕狀等的形狀之，觸控面板、人或動物的表面感壓感測器，例如，做成手套或袋子、護具等的形狀之感知關節部的彎曲、扭轉、伸縮之感測器。在例如用於人之場合，可以檢測出接觸或活動，用作醫療用途等之關節等活動的資訊收集、娛樂用途、供使失去的組織或機器人動作之介面。在其他，可以用作仿造動物或人型的填充玩具或機器人的表面感壓感測器、感知關節部的彎曲、扭轉、伸縮之感測器。其他，可以用作床單或枕頭等寢具、鞋底、手套、椅子、坐墊、袋子、旗子、裝飾用的服飾用品(首飾(項鍊)、手鐲、耳飾)等的表面感壓感測器或形狀變化感測器。
例如，做成以珠子之類的形狀經常密貼在手頸周圍的服飾用品形狀的話，配戴者不會意識到而可以經常感測脈動，此外，尤其，做成像短頸鍊，在頸周圍經常密貼皮膚之類的形狀時，配戴者不會特別意識到，但可以根據訊號強度來區別並進行感測脈動、喉嚨的動作(喝進東西時)、喉嚨的動作(咳嗽時)。
再者，由於本發明之裝置具有柔軟性，故可以藉由黏貼或包覆在所有構造物的全體或亦部分的表面而用作具有美觀的表面感壓感測器、形狀變化感測器。 [實施例]
以下，根據實施例更具體地記載本發明，但本發明並不受到這些之任何限制。
於以下的實施例，作為關於本發明之包覆纖維，使用在以下說明的穗帶狀包覆纖維1-2，這係以以下的方法製造。
在穗帶狀包覆纖維被使用的壓電性纖維之特性，係依照以下的方法來決定。 (1)聚-L-乳酸結晶化度Xhomo ： 　　針對聚-L-乳酸結晶化度Xhomo ，由依據廣角X光繞射分析(WAXD)之結晶構造解析而求出。於廣角X光繞射分析(WAXD)，係使用Rigaku(股)公司製ultrax18型X光繞射裝置利用透過法，依照以下條件將樣本的X光繞射圖形記錄在影像板。 　　X光源：Cu-Kα光(共焦反射鏡：confocal mirror) 　　輸出：45kV×60mA 　　狹縫：1st：1mmΦ，2nd：0.8mmΦ 　　攝影機長度：120mm 　　積算時間：10分鐘 　　樣本：將35mg的聚乳酸纖維拉齊做成3cm的纖維束。 　　在得到的X光繞射圖形跨方位角求出全散射強度Itotal ，於此求出由出現在2θ=16.5°，18.5°，24.3°附近的聚-L-乳酸結晶而來的各繞射峰值的積分強度的總和ΣIHMi 。由這些值依照以下數式(7)，求出聚-L-乳酸結晶化度Xhomo 。
Figure 02_image015
又，ΣIHMi ，係藉由在全散射強度減去因背景(background)或非晶造成的漫散射而算出。
(2)聚-L-乳酸結晶配向度A： 　　針對聚-L-乳酸結晶配向度A，在利用前述的廣角X光繞射分析(WAXD)得到的X光繞射圖形，針對出現在動徑方向的2θ=16.5°附近的聚-L-乳酸結晶而來的繞射峰值，取得對方位角(°)之強度分布，由得到的分布分析圖表的半值幅的總計ΣWi(°)依照以下數式(8)算出來。
Figure 02_image017
(3)聚乳酸的光學純度： 　　採取構成穗帶狀包覆纖維之1根(複絲之場合為1束)聚乳酸纖維0.1g，添加5莫耳/公升濃度的氫氧化鈉水溶液1.0mL與甲醇1.0mL，放到設定在65℃的水浴振動器、直到聚乳酸成為均一溶液為止進行30分鐘左右加水分解，再者，在加水分解結束的溶液添加0.25莫耳/公升的硫酸且中和直到pH7為止，採取0.1mL該分解溶液後利用高效能液相層析法(HPLC)移動相溶液3mL而稀釋，利用膜過濾器(0.45μm)過濾。進行該調整溶液的HPLC測定，將L-乳酸單體一與D-乳酸單體之比率予以定量。1根聚乳酸纖維不滿0.1g之場合，配合可以採取的量調整其它溶液的使用量，把供給HPLC測定之樣本溶液的聚乳酸濃度作成從與前述同等成為100分之1的範圍。 ＜HPLC測定條件＞ 　　Column：(股)住化分析中心公司製「SUMICHIRAL (註冊商標)」OA-5000(4.6mmφ×150mm)、 　　移動相：1.0毫莫耳/公升的硫酸銅水溶液 　　移動相流量：1.0毫升/分 　　檢測器：UV檢測器(波長254nm) 　　注入量：100微升 　　將由L乳酸單體而來的峰值面積設為SLLA ，將由D-乳酸單體而來的峰值面積設為SDLA 時，SLLA 及SDLA 係分別與L-乳酸單體的莫耳濃度MLLA 及D-乳酸單體的莫耳濃度MDLA 成正比，故而，將SLLA 與SDLA 中較大者的值設為SMLA ，光學純度係依以下數式(9)計算出來。
Figure 02_image019
(聚乳酸之製造) 　　聚乳酸係依照以下之方法製造。 　　對L-Lactide(日本武藏野化學研究所(股)公司製，光學純度100%)100質量部，添加0.005質量部辛酸亞錫，氮氛圍下，在帶攪拌葉片的反應機以180℃使之反應2小時，添加對辛酸亞錫的1.2倍當量的磷酸之後，將在13.3Pa殘留的交酯(lactide)減壓去除，晶片化，得到聚-L-乳酸(PLLA1)。得到的PLLA1的質量平均分子量為15.2萬，玻璃轉移點(Tg)為55℃、熔點為175℃。
(壓電性纖維) 　　將在240℃熔融的PLLA1從24孔的蓋子以20g/min吐出，以887m/min取回。藉由將該未延伸複絲紗以80 ℃、延伸成2.3倍，以100℃熱固定處理而得到84dTex/24單絲的複絲一軸延伸紗PF1。將在240℃熔融的PLLA1從12孔的蓋子以8g/min吐出，以1050m/min取回。藉由將該未延伸複絲紗以80℃、延伸成2.3倍，以150℃熱固定處理，得到33dtex/12單絲的複絲一軸延伸紗PF2。將這些壓電性纖維PF1及PF2用作壓電性高分子。PF1及PF2之聚-L-乳酸結晶化度、聚-L-乳酸結晶配向度及光學純度係依照前述方法予以測定，如表1。
Figure 02_image021
(導電性纖維) 　　使用日本Mitsufuji(股)公司製的鍍銀尼龍、商品名『AGposs』100d34f(CF1)作為導電性纖維B。CF1之電阻率係250Ω/m。 　　此外，使用日本Mitsufuji(股)公司製的鍍銀尼龍、商品名『AGposs』30d10f(CF2)作為導電性纖維B。CF2之導電性係950Ω/m。
(絕緣性纖維) 　　分別將藉由在熔紡後將聚對苯二甲酸乙二醇酯延伸而製造出的84dTex/24單絲的延伸紗IF1、及33dTex/12單絲的延伸紗IF2作成絕緣性纖維。
(穗帶狀包覆纖維) 　　如圖3所示，藉由以導電性纖維CF1作為芯紗，8打圓穗帶製紐機之8根載體中，在朝Z搓捻方向編織的4根載體裝上前述的壓電性纖維PF1，在朝S搓捻方向編織的4根載體裝上前述的絕緣性纖維IF1並編織，而製作出在芯紗周圍朝Z搓捻方向把壓電性纖維PF1捲繞成螺旋狀之穗帶狀包覆纖維1-1。在此，壓電性纖維對導電性纖維纖維軸CL之纏繞角度(配向角度θ)係形成45°。再者，藉由以穗帶狀包覆纖維1-1作為芯紗，製紐機之8根載體中，在朝Z搓捻方向編織的4根載體及朝S搓捻方向編織的4根載體全部裝上前述的導電性纖維CF2並編織，而製作出以導電性纖維覆蓋穗帶狀包覆纖維1-1的周圍之物，作成穗帶狀包覆纖維1-2(直徑：約0.4mm)。
(實施例1) 　　針對穗帶狀包覆纖維1-2，調查在設置結的場合下得到的訊號強度。試驗，係藉由首先將設置人結的結之壓電構造體置於水平面，其次進而放置硬質片使應力均一地傳達到該壓電構造體上後，從其上用手複數回敲叩該硬質片而實施。其結果顯示於圖7(b)。圖7(a)係顯示對未設置結的穗帶狀包覆纖維1-2進行同樣的試驗之場合之結果。
參照圖7(b)時可知，在約1秒間隔，可以檢測出對應於用手敲叩壓電構造體的動作而從該壓電構造體被輸出的電性訊號。另一方面，在對未設置結的穗帶狀包覆纖維1-2進行同樣的試驗之場合，由圖7(a)之結果也可看出，在從該穗帶狀包覆纖維1-2被輸出的電性訊號並未見到顯著的變動。
(實施例2) 　　於本實施例，使用穗帶狀包覆纖維1-2，製造圖8(a)及(b)所示之沒有結的壓電構造體，調查由該壓電構造體得到之電性訊號。其結果顯示於圖8(c)。又，壓電構造體，係藉由在穗帶狀包覆纖維1-2設置彎曲部(迴路部)後，使該彎曲部用瞬間接著劑「Aron Alpha EXTRA2000」(日本東亞合成(股)公司製)固化而製造出來。
圖8(a)及(b)係顯示關於本發明之沒有結的壓電構造體之照片；圖8(c)係圖示對於複數個不同的動作從該壓電構造體被輸出之電性訊號。在此，如圖8(c)所示，在(i)使壓電構造體的直線部伸長之場合、(ii)解除壓電構造體的直線部伸長之場合、及(iii)彈打壓電構造體的迴路部之場合之任一場合皆可以檢測出顯著的訊號輸出。結果可說示意出，關於本發明之壓電構造體不僅對特定的應力或來自特定方向的應力，係對種種的應力可以輸出電性訊號。
(實施例3) 　　於本實施例，使用在由絕緣性纖維構成的直徑1mm的穗帶插入穗帶狀包覆纖維1-2之物，製造圖9(a)所示之包含吉祥結與蛇結的組合之壓電構造體，對於複數不同的動作調查從該壓電構造體被輸出的電性訊號。其結果顯示於圖9(b)～(d)。
圖9(a)係圖示包含吉祥結與蛇結的組合之壓電構造體之照片；圖9(b)～(d)係圖示分別對於「搖擺」、「手指夾揑」及「拉伸」之動作從該壓電構造體被輸出之電性訊號。由圖9(b)～(d)之結果可看出，對於這些動作可以檢測出完全不同的電性訊號的舉動，因而能明確地區別這些動作。
(實施例4) 　　於本實施例，使用在由絕緣性纖維構成的直徑1mm的穗帶插入穗帶狀包覆纖維1-2之物，製造圖10(a)所示之包含吉祥結與蛇結的組合之壓電構造體之短頸鍊，將這短頸鍊捲繞在人的頸部，對於複數不同的動作調查從該短頸鍊被輸出的電性訊號。其結果顯示於圖10(b)～(d)。
圖10(a)係圖示包含組合吉祥結與蛇結之壓電構造體的短頸鍊之照片；圖10(b)～(d)係圖示分別對於「頸部脈搏」、「喝飲料」及「咳嗽」之動作從該短頸鍊被輸出之電性訊號。由圖10(b)～(d)之結果可看出，可以將脈博之類的微小動作形成電性訊號而檢測出來，而且對於這些動作可以檢測出完全不同的電性訊號的舉動，因而能明確地區別這些動作。
(實施例5) 　　於本實施例，使用在由絕緣性纖維構成的藍、黃及白等3個直徑3mm的穗帶插入穗帶狀包覆纖維1-2之物，製造圖11所示之包含籠目結15眼之壓電構造體之杯墊，對於複數不同的動作調查從該杯墊被輸出的電性訊號。其結果顯示於圖12。
圖12(a)～(c)係圖示分別對於「手指按壓」、「燒杯按壓」及「把水注入燒杯」之動作從含籠目結15眼的壓電構造體的杯墊被輸出之電性訊號。分別在圖12(a)～(c)，由上起，顯示分別從藍、黃及白等3個穗帶狀包覆纖維被輸出的電性訊號。從這些，在「手指按壓」、「燒杯按壓」之動作之場合，於按壓時、與使其分開時可見到不同的波形，可知可以區別這些動作。此外，在作成「燒杯按壓」動作之場合，可知分別從藍、黃及白等3個穗帶狀包覆纖維被輸出的電性訊號的形狀有若干差異。這可認為是由於杯墊中3個穗帶狀包覆線的位置與拘束場所之不同而產生的差異，可以說示意出能判別出被置於杯墊上之物或放置方式。再者，於「手指按壓」、「燒杯按壓」的動作與「把水注入燒杯」動作之間，可以在電性訊號的舉動檢測出清楚的差異，能明確地區別這些動作。
(實施例6) 　　於本實施例，使用在由絕緣性纖維構成的直徑3mm的穗帶插入穗帶狀包覆纖維1-2之物，製造圖13所示之包含琵琶結之壓電構造體，對於複數不同的動作調查從該壓電構造體被輸出的電性訊號。其結果顯示於圖14。
圖14(a)～(c)係圖示分別對於「手指按壓」、「搖擺」及「垂直拉伸」之動作從含琵琶結的壓電構造體被輸出之電性訊號。例如，在參照圖14(a)時，在以手指按壓壓電構造體時、與使其分開時可見到不同的波形，可知可以區別這些動作。同樣地，在參照圖14(c)時，在將壓電構造體垂直拉伸時、與使其回復時可見到不同的波形，可知可以區別這些動作。此外，由圖14(a)～(c)之結果可看出，對於「手指按壓」、「搖擺」及「垂直拉伸」之動作可以檢測出完全不同的電性訊號的舉動，因而能明確地區別這些動作。
(實施例7) 　　於本實施例，使用在由絕緣性纖維構成的直徑3mm的穗帶插入穗帶狀包覆纖維1-2之物，製造圖15所示之包含菊結之壓電構造體，對於複數不同的動作調查從該壓電構造體被輸出的電性訊號，於其他結同樣地，對於「手指按壓」、「搖擺」及「垂直拉伸」之動作可以檢測出完全不同的電性訊號的舉動，因而能明確地區別這些動作。
(實施例8) 　　於本實施例，有關在本發明之壓電構造體被使用之包覆纖維，調查壓電性高分子的配向角度θ及T1/T2之值會帶給對伸長變形之電性訊號之影響。
包覆纖維之特性，係依照以下的方法來決定。 (1)壓電性高分子對中心軸的方向之配向角度θ 　　壓電性高分子對中心軸的方向之配向角度θ係從以下數式計算出來。
Figure 02_image023
但是，Rm=2(Ro3 -Ri3 )/3(Ro2 -Ri2 )，亦即是以剖面積加重平均之穗帶狀包覆纖維(或其他構造體)的半徑。螺旋間距HP、穗帶狀覆纖維(或其他構造體)所佔部分的外側半徑Ro及內側半徑Ri係如以下進行測定。 　　(1-1)穗帶狀包覆纖維之場合，(作成穗帶狀包覆纖維利用壓電性高分子以外的包覆之場合係因應必要而作成去除包覆並可以從側面觀察壓電性高分子的狀態的緣故)拍攝側面照片，於任意5處如圖4方式測定壓電性高分子的螺旋間距HP(μm)，取平均值。此外，在穗帶狀包覆纖維染入低黏性的瞬間接著劑「Aron Alpha EXTRA2000」(日本東亞合成(股)公司製)並使之固化後，在穗帶的長軸切出垂直的剖面並拍攝剖面照片，針對1張剖面照片如後述測定穗帶狀包覆纖維所佔的部分之外側半徑Ro(μm)及內側半徑Ri(μm)，針對別的任意5處剖面進行測定，取平均值。同時編織壓電性高分子與絕緣性高分子之場合，例如使用壓電性纖維與絕緣性纖維併絲之物之場合，或8打穗帶之4根纖維為壓電性高分子、餘下的4根纖維為絕緣性高分子之場合，在種種位置取剖面時，壓電性高分子存在之領域與絕緣性高分子存在之領域會互相替換，故而將壓電性高分子存在之領域與絕緣性高分子存在之領域加起來看作穗帶狀包覆纖維所佔之部分。但是，針對絕緣性高分子並未與壓電性高分子同時編織之部分，則並不看作穗帶狀包覆纖維之一部分。 　　針對外側半徑Ro與內側半徑Ri，如以下方式測定。如圖16(a)之剖面照片，定義以壓電性纖維A形成的鞘部2所佔之領域(以下記載為PSA)，與位在PSA的中央部並非PSA之領域(以下記載為CA)。將位於PSA的外側、不重疊在PSA的最小真圓的直徑，與不通過PSA的外側的(可以通過CA)最大真圓的直徑之平均值設為Ro(圖16(b))。此外，將位於CA的外側、不重疊在CA的最小真圓的直徑，與不通過CA的外側的最大真圓的直徑之平均值設為Ri(圖16(c))。 　　(1-2)包覆絲狀包覆纖維之場合，係在覆蓋壓電性高分子時的捲繞速度為T回/m(每一包覆絲的長度之壓電性高分子的旋轉數)時，設定螺旋間距HP(μm)=1000000/T。此外，在包覆絲狀包覆纖維染入低黏性的瞬間接著劑「Aron Alpha EXTRA2000」(日本東亞合成(股)公司製)並使之固化後，在穗帶的長軸切出垂直的剖面並拍攝剖面照片，針對1張剖面照片與穗帶狀包覆纖維之場合同樣地測定包覆絲狀包覆纖維所佔的部分之外側半徑Ro(μm)及內側半徑Ri(μm)，針對別的任意5處剖面進行同樣的測定，取平均值。同時編織壓電性高分子與絕緣性高分子之場合，例如將壓電性纖維與絕緣性纖維併絲之物覆蓋之場合，或以壓電性纖維與絕緣性纖維不重疊之方式同時地覆蓋之場合，在種種位置取剖面時，壓電性高分子存在之領域與絕緣性高分子存在之領域會互相替換，故而將壓電性高分子存在之領域與絕緣性高分子存在之領域加起來看作包覆絲狀包覆纖維所佔之部分。但是，針對絕緣性高分子並未與壓電性高分子同時覆蓋，亦即取哪個剖面而絕緣性高分子都經常是在壓電性高分子的內側或外側之部分，則並不看作包覆絲狀包覆纖維之一部分。
(2)電性訊號測定 　　在將電表(electrometer)(Keysight Technologies Inc.製 B2987A)を、中介著同軸電纜(芯：Hi極、屏蔽：Lo極)而接續在包覆纖維的導電體之狀態下，對包覆纖維邊進行以下2-1～5之任一之動作試驗邊以50m秒的間隔計測電流値。 (2-1)拉伸試驗 　　採用日本ORIENTEC(股)公司製萬能試驗機「Tensilon RTC-1225A」，在包覆纖維的長條方向空出12cm間隔並將包覆纖維用夾頭(chuck)抓住，將包覆纖維鬆弛之狀態設為0.0N，將在直到張力0.5N為止拉伸的狀態下的移位設為0mm，將以動作速度100mm/min拉伸直到1.2mm為止後、以0mm為止-100mm/min動作速度回復之動作反覆進行10回。 (2-2)扭曲試験 　　採用被設計成抓住包覆纖維的2處夾頭中，一方的夾頭不進行扭曲動作而在包覆纖維的長軸方向可自由移動之類的軌道上被設置並形成對包覆纖維經常施加張力0.5N之狀態，另一方的夾頭則不朝包覆纖維的長軸方向移動而進行扭曲動作之扭曲試驗裝置，在包覆纖維的長條方向空出72mm間隔並將包覆纖維用這些夾頭抓住，將以從包覆纖維的中央來看夾頭並朝順時針旋轉扭曲之方式以速度100°/s從0°起到45°為止旋轉之後，以速度-100°/s從45°起到0°為止旋轉之往復扭曲動作反覆進行10回。 (2-3)彎曲試驗 　　使用具備上部與下部之2個夾頭，下部夾頭被固定、上部夾頭位置於下部夾頭的上方72mm，上部夾頭移動過以連結2個夾頭的線段作為直徑之假想圓周上之試驗裝置，將包覆纖維抓持在夾頭並固定，將在該圓周上形成上部夾頭在12時的位置、下部夾頭在6時的位置時，在形成使包覆纖維朝9時方向凸出稍微撓曲之狀態後，使上部夾頭從12時的位置起經由該圓周上的1時、2時的位置到3時的位置以固定速度移動0.9秒後，直到12時的位置為止移動0.9秒之往復彎曲動作反覆進行10回。 (2-4)剪切試驗 　　利用將用第50號棉紗編織的平織布黏貼在表面之2枚剛直的金屬板，將包覆纖維的中央部64mm的長度部分從上下水平地挾著(下部的金屬板被固定在台子)，由上施加3.2N的垂直荷重，直接在形成金屬板表面的棉布與包覆纖維之間不滑動之狀態，將上金屬板從0N起到1N荷重為止1秒朝包覆纖維的長條方向拉伸之後，拉伸荷重1秒回復到0N為止之剪切動作反覆進行10回。 (2-5)推壓試驗 　　採用日本ORIENTEC(股)公司製萬能試驗機「Tensilon RTC-1225A」，將以水平靜置於剛直的金屬台上之包覆纖維的中央部64mm的長度部分，利用被設置在上部的十字頭(crosshead)之剛直的金屬板水平地挾著包覆纖維，從包覆纖維往上部的金屬板之反力從0.01N起到20N為止施加0.6秒後將上部的十字頭降下並推壓，反力直到成為0.01N為止施加0.6秒後除壓之動作反覆進行10回。
(例A) 　　作為例A之試料，如圖3所示，藉由以導電性纖維CF1作為芯紗，8打圓穗帶製紐機之8根載體中，在朝Z搓捻方向編織的4根載體裝上前述的壓電性纖維PF1，在朝S搓捻方向編織的4根載體裝上前述的絕緣性纖維IF1並編織，而作成在芯紗周圍朝Z搓捻方向把壓電性纖維PF1捲繞成螺旋狀之穗帶狀包覆纖維1-A。
(例B) 　　藉由以穗帶狀包覆纖維1-A作為芯紗，製紐機之8根載體中，在朝Z搓捻方向編織的4根載體及朝S搓捻方向編織的4根載體全部裝上前述的導電性纖維CF2並編織，而製作出將穗帶狀包覆纖維1-A的周圍以導導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-B。
(例C、D) 　　除了變更PF1的纏繞速度以外，係與穗帶狀包覆纖維1-A同樣作法，作成2根穗帶狀包覆纖維，以這些穗帶狀包覆纖維作為芯紗，與穗帶狀包覆纖維1-B同樣地製作出以導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-C及1-D。
(例E~H) 　　藉由在製紐機之8根載體中，如表2，在朝Z搓捻方向及S搓捻方向編織的載體分別將PF1或IF1裝上並編織，在芯紗的周圍作成朝Z搓捻方向及S搓捻方向分別以指定比例把壓電性纖維PF1螺旋狀地捲繞之穗帶狀包覆纖維，以這些穗帶狀包覆纖維作為芯紗，與穗帶狀包覆纖維1-B同樣地製作出以導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-E～1-H。
(例I) 　　除了取代PF1而使用PF2、取代IF1而使用IF2、調整纏繞速度以外，係與穗帶狀包覆纖維1-A同樣作法，作成穗帶狀包覆纖維，以這穗帶狀包覆纖維作為芯紗，與穗帶狀包覆纖維1-B同樣地製作出以導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-I。
(例J) 　　除了取代PF2而使用IF2、取代IF2而使用PF2以外，係與穗帶狀包覆纖維1-A同樣作法，作成穗帶狀包覆纖維，以這穗帶狀包覆纖維作為芯紗，與穗帶狀包覆纖維1-B同樣地製作出以導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-J。
(例K) 　　作成以CF1作為芯紗，在芯紗的周圍將PF1朝S搓捻方向以3000回/m之覆蓋回數纏繞，再在其外側將IF1朝Z搓捻方向以3000回/m之覆蓋回數纏繞，再在其外側將CF2朝S搓捻方向以3000回/m之覆蓋回數纏繞，進而在其外側將CF2朝Z搓捻方向以3000回/m之覆蓋回數纏繞，在芯紗的周圍朝S搓捻方向將壓電性纖維PF1螺旋狀地捲繞，再將外側用導電性纖維覆蓋之包覆紗狀包覆纖維1-K。
(例L) 　　除了取代PF1而使用IF1以外，係與穗帶狀包覆纖維1-A同樣作法，作成穗帶狀包覆纖維，以這穗帶狀包覆纖維作為芯紗，與穗帶狀包覆纖維1-B同樣地製作出以導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-L。
(例M) 　　除了取代PF1而使用IF1以外，係與包覆絲狀包覆纖維1-K同樣作法，作成包覆絲狀包覆纖維，作成包覆絲狀包覆纖維1-M。
(例N) 　　除了取代IF1而使用PF1以外，係與穗帶狀包覆纖維1-B同樣作法，作成穗帶狀包覆纖維1-N。
(例O) 　　除了取代IF2而使用PF2以外，係與穗帶狀包覆纖維1-I同樣作法，作成穗帶狀包覆纖維1-O。
(例P) 　　藉由以導電向纖維CF1作為芯紗，16打圓穗帶製紐機之16根載體中，在朝Z搓捻方向編織的8根載體裝上前述的壓電性纖維PF1、在朝S搓捻方向編織的8根載體裝上前述的絕緣性纖維IF1並編織，在芯紗的周圍作成朝Z搓捻方向把壓電性纖維PF1螺旋狀地捲繞之穗帶狀包覆纖維，以這穗帶狀包覆纖維作為芯紗，與穗帶狀包覆纖維1-B同樣地製作出以導電性纖維覆蓋之物，作成穗帶狀包覆纖維1-P。
(例Q) 　　作成以CF1作為芯紗，在芯紗的周圍將PF1朝S搓捻方向以6000回/m之覆蓋回數纏繞，再在其外側將IF1朝Z搓捻方向以6000回/m之覆蓋回數纏繞，再在其外側將CF2朝S搓捻方向以3000回/m之覆蓋回數纏繞，進而在其外側將CF2朝Z搓捻方向以3000回/m之覆蓋回數纏繞，在芯紗的周圍朝S搓捻方向將壓電性纖維PF1螺旋狀地捲繞，再將外側用導電性纖維覆蓋之包覆紗狀包覆纖維1-Q。
測定各包覆纖維的Ri、Ro、HP，將計算出來的壓電性高分子對中心軸的方向之配向角度θ值、及T1/T2值顯示於表2。針對穗帶狀包覆纖維，Ri及Ro，係在剖面將壓電性纖維與絕緣性纖維存在之領域合併而測定作為包覆纖維所佔之領域。針對包覆絲狀包覆纖維，Ri及Ro，係在剖面將壓電性纖維存在之領域測定作為包覆纖維所佔之領域。此外，將各包覆纖維切斷成15 cm的長度，以芯的導電性纖維作為Hi極，以屏蔽周邊的金網或鞘的導電性纖維作為Lo極並接續在電表(Keysight Technologies Inc.製 B2987A)，監控電流值。將拉伸試驗、扭曲試驗、彎曲試驗、剪切試驗及推壓試驗時的電流值顯示於表2。又，由於例L、M不含壓電性高分子，所以無法測定θ及T1/T2之值。
Figure 02_image025
由表2的結果，當壓電性高分子對中心軸的方向之配向角度θ為15°以上75°以下，T1/T2值為0以上0.8以下時，對於拉伸動作(伸長變形)會發生大的訊號，對拉伸以外的動作則不會發生大的訊號，可知是會對拉伸動作選擇性地回應之包覆纖維。此外，例I跟J相比時，朝Z搓捻方向捲繞較多壓電性纖維之場合、與朝S方向捲繞較多壓電性纖維之場合相比時，拉伸試驗時的訊號的極性變成相反，捲繞方向會對應於訊號的極性。
再者，表並未顯示出，在給例A～K之包覆纖維施予拉伸荷重時之訊號、與將拉伸荷重解除時之訊號相比時，由於會發生極性互逆且絕對值大致相同之訊號，所以可知這些包覆纖維適於拉伸荷重或位移之定量。另一方面，在給例N及O之包覆纖維施予拉伸荷重時之訊號、與將拉伸荷重解除時之訊號相比時，由於極性有發生互逆之場合也有相同之場合，所以可知這些包覆纖維並不適於拉伸荷重或位移之定量。此外，表並未顯示出，但可知例B之拉伸試驗時之雜訊水準係較低於例A之拉伸試驗時之雜訊水準，且在穗帶狀包覆纖維的外側配置導電性纖維作為屏蔽之包覆纖維係可以減低雜訊。
A‧‧‧壓電性纖維A’‧‧‧壓電性高分子B‧‧‧導電性纖維1‧‧‧包覆纖維1’‧‧‧穗帶狀包覆纖維2‧‧‧鞘部3‧‧‧芯部10‧‧‧壓電構造體11‧‧‧壓電感測器12‧‧‧放大手段13‧‧‧輸出手段14‧‧‧送訊手段CL‧‧‧纖維軸α‧‧‧纏繞角度
圖1係說明在導電性纖維與壓電性纖維之組合之電性訊號的發生原理之模式的剖面圖。 　　圖2係顯示關於本發明實施形態之壓電構造體的構成之一例之模式圖。 　　圖3係顯示關於本發明實施形態之包覆纖維的最佳構成之一例之模式圖。 　　圖4係說明配向角度θ的計算方法之模式圖。 　　圖5係顯示本發明之具備壓電構造體之感測器之方塊圖。 　　圖6係顯示在關於本發明之具備壓電構造體之感測器之包覆纖維與放大手段的接續例之模式圖。 　　圖7(a)係圖示從並未設置結的穗帶狀包覆纖維被輸出的電性訊號之一例；(b)係圖示從設置結的壓電構造體被輸出的電性訊號之一例。 　　圖8(a)及(b)係顯示關於本發明之沒有結的壓電構造體之照片；(c)係圖示對於複數個不同的動作從該壓電構造體被輸出之電性訊號。 　　圖9(a)係圖示包含吉祥結與蛇結的組合之壓電構造體之照片；(b)～(d)係圖示分別對於「搖擺」、「手指夾揑」及「拉伸」之動作從該壓電構造體被輸出之電性訊號。 　　圖10(a)係圖示包含組合吉祥結與蛇結之壓電構造體的短頸鍊(choker)之照片；(b)～(d)係圖示分別對於「頸部脈搏」、「喝飲料」及「咳嗽」之動作從該短頸鍊被輸出之電性訊號。 　　圖11係顯示含籠目結15眼的壓電構造體的杯墊(coaster)之照片。 　　圖12(a)～(c)係圖示分別對於「手指按壓」、「燒杯(beaker)按壓」及「把水注入燒杯」之動作從含籠目結15眼的壓電構造體的杯墊被輸出之電性訊號。 　　圖13係顯示含琵琶結的壓電構造體之照片。 　　圖14(a)～(c)係圖示分別對於「手指按壓」、「搖擺」及「垂直拉伸」之動作從含琵琶結的壓電構造體被輸出之電性訊號。 　　圖15係顯示含菊結的壓電構造體的鑰匙掛圈(key holder)之照片。 　　圖16係關於實施形態之穗帶狀包覆纖維之剖面照片。
1‧‧‧包覆纖維
10‧‧‧壓電構造體

Claims (23)

  1. 一種壓電構造體，其特徵為包含由導電性纖維及壓電性纖維構成的組合物，前述組合物係前述導電性纖維為芯，前述壓電性纖維為包覆前述導電性纖維的周圍的包覆纖維之壓電構造體；前述包覆纖維至少具有1個彎曲部，把前述壓電構造體置於水平面時之由前述水平面起到前述壓電構造體的最上部為止的高度比前述包覆纖維的直徑更大。
  2. 如申請專利範圍第1項之壓電構造體，其中由前述水平面起到前述壓電構造體的最上部為止的高度為前述包覆纖維的直徑的2倍以上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述包覆纖維於任意處所有1個以上的結。
  4. 如申請專利範圍第3項之壓電構造體，其中前述結，由裝飾結、繩結、及這些的組合所構成的群來選擇。
  5. 如申請專利範圍第4項之壓電構造體，其中前述結為裝飾結，前述裝飾結，是由人結、吉祥結、蛇結、籠目結15眼、琵琶結、菊結、及該等的組合所構成 的群來選擇。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述導電性纖維之彎曲剛性為0.05×10-4N．m2/m以下。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述導電性纖維為被塗上金屬的有機纖維。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述壓電性纖維係包含主成分之聚乳酸。
  9. 如申請專利範圍第8項之壓電構造體，其中前述壓電性纖維主要包含光學純度99%以上的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述壓電性纖維係一軸配向且含結晶。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中檢測出被施加到前述包覆纖維的應力的大小及/或被施加的位置。
  12. 如申請專利範圍第11項之壓電構造體，其中 被檢測出的前述應力為前述包覆纖維的表面與被接觸物的表面之間之摩擦力。
  13. 如申請專利範圍第11項之壓電構造體，其中被檢測出的前述應力係對前述包覆纖維的表面或先端部之垂直方向的電阻力。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述包覆纖維係利用伸長變形而輸出電性訊號。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中前述包覆纖維係具有由導電性纖維形成的芯部、與由穗帶狀的壓電性纖維形成使得包覆前述芯部之鞘部。
  16. 如申請專利範圍第15項之壓電構造體，其中前述壓電性纖維，係包含將配向軸作成3軸時的壓電常數d14的絕對值具有值0.1pC/N以上1000pC/N以下之值的結晶性高分子作為主成分之壓電性高分子；前述壓電性高分子的配向角度相對於利用前述壓電性高分子被包覆的前述芯的中心軸的方向為15°以上75°以下；前述壓電性高分子係包含含壓電常數d14的值為正的結晶性高分子作為主成分的P體、與含負的結晶性高分子作為主成分的N體；針對前述中心軸有1cm長度的部分，在將配向軸朝Z搓捻方向螺旋纏繞被配置的前述P體的質量設為ZP、將配向軸 朝S搓捻方向螺旋纏繞被配置的前述P體的質量設為SP、將配向軸朝Z搓捻方向螺旋纏繞被配置的前述N體的質量設為ZN、將配向軸朝S搓捻方向螺旋纏繞被配置的前述N體的質量設為SN；將(ZP+SN)與(SP+ZN)中的較小方設為T1、將較大方設為T2時，T1/T2的值為0以上0.8以下。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中進而將前述導電性纖維的周圍以絕緣性纖維包覆。
  18. 如申請專利範圍第17項之壓電構造體，其中前述壓電性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝Z搓捻方向纏繞、前述絕緣性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝S搓捻方向纏繞，或者前述壓電性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝S搓捻方向被纏繞、前述絕緣性纖維是在前述導電性纖維的周圍朝Z搓捻方向纏繞。
  19. 如申請專利範圍第1或2項之壓電構造體，其中在前述包覆纖維的外側進而設置由導電性纖維構成之層。
  20. 一種壓電感測器，其特徵係使用申請專利範圍第1~19項任一項之壓電構造體。
  21. 一種使用壓電構造體之裝置，其特徵係具備 申請專利範圍第20項之壓電感測器、因應被施加的壓力而將從前述壓電感測器被輸出的電性訊號放大之放大手段、與將以前述放大手段被放大的電性訊號輸出之輸出手段。
  22. 如申請專利範圍第21項之使用壓電構造體之裝置，其中前述使用壓電構造體之裝置係進而具備將從前述輸出手段被輸出的電性訊號往外部機器送訊之送訊手段。
  23. 一種使用壓電構造體之裝置，其特徵係具備申請專利範圍第20項之壓電感測器、因應被施加的壓力而從前述壓電感測器將電性訊號輸出之輸出手段、與將從前述輸出手段被輸出的電性訊號往外部機器送訊之送訊手段。
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