WO2007080959A1 - 電気デバイス用布帛 - Google Patents

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WO2007080959A1
WO2007080959A1 PCT/JP2007/050313 JP2007050313W WO2007080959A1 WO 2007080959 A1 WO2007080959 A1 WO 2007080959A1 JP 2007050313 W JP2007050313 W JP 2007050313W WO 2007080959 A1 WO2007080959 A1 WO 2007080959A1
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conductive polymer
fabric
fibers
bundle
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PCT/JP2007/050313
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroaki Miura
Original Assignee
Nissan Motor Co., Ltd.
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Publication date
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Priority to US12/160,701 priority patent/US7886617B2/en
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    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/004—Electrostatic motors in which a body is moved along a path due to interaction with an electric field travelling along the path

Definitions

  • the present invention relates to a knitted or woven device having conductivity, such as a sensor for obtaining surface position information such as surface pressure measurement, coordinate measurement, etc.
  • the present invention relates to a fabric including an element that can be sensed by converting it into energy, or a fabric including an element that can function as an actuator that converts electrical energy into mechanical energy.
  • the piezoelectric fabric device is formed of a piezoelectric fiber having a rectangular or flat cross-sectional shape as warp and Z or weft, the number of sensing elements is limited by the width of the piezoelectric fiber. Detailed surface information cannot be obtained.
  • multicomponent fibers there are multicomponent fibers that can contain conductive fibers or particles such as graphite or activated carbon described in Patent Document 2 as additives.
  • the multicomponent fiber described in Patent Document 2 can simply contain conductive fibers or particles. Fibers, pressure sensors and actuators have been disclosed!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-203996
  • Patent Document 2 Japanese Translation of Special Publication 2005-503497
  • the gist of the fabric for an electric device of the present invention is that it includes a bundle made of fibers containing conductive polymer fibers, and a terminal is provided outside a region where a force acts on the bundle.
  • the pressure sensing fabric of the present invention includes a bundle made of fibers containing conductive polymer fibers, and the current value of the conductive fibers contained in the bundle outside the region where the force acts on the bundle,
  • the gist is that a terminal connected to a current value and / or a resistance value detecting device for measuring the resistance value is provided.
  • the actual fabric of the present invention includes a bundle made of fibers containing conductive polymer fibers, and a voltage is applied to the conductive fibers contained in the bundle outside the region where the force acts on the bundle.
  • the gist of the invention is that a terminal connected to the voltage applying device for applying the above is provided.
  • the gist of the vehicle component of the present invention is used for a fabric for an electric device, a pressure sensing fabric, or an actuate fabric for a vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of the shape of a woven fabric.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the shape of a woven fabric.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the shape of a woven fabric.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the shape of a fabric.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the shape of a woven fabric.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of the shape of a fabric.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the shape of a knitted fabric.
  • FIG. 8 is a schematic view showing an example of the shape of a knitted fabric.
  • FIG. 9 is an example of a chemical formula for an acetylene-based conductive polymer.
  • FIG. 10 is an example of a chemical formula for a pyrrole-based conductive polymer.
  • FIG. 11 is an example of a chemical formula of thiophene-based conductive polymer.
  • FIG. 12 is an example of a chemical formula of a phenylene-based conductive polymer.
  • FIG. 13 is an example of a chemical formula of an arylene-based conductive polymer.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an increase in fibers, fiber bundles, and contact points between fibers.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of a wet spinning apparatus.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of the shape of a fiber composed of a single component.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing a shape example of a core-sheath fiber.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a shape example of a side-by-side fiber.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing an example of the shape of the sea-island fiber.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing an example of the shape of an atypical (triangular) cross-section fiber.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing an example of the shape of an atypical (star-shaped) cross-sectional fiber.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing a shape example of a hollow fiber.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a fiber with anisotropy in sensing performance.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a conductive polymer fiber in which a part of the surface layer is formed of a different material.
  • FIG. 26 is a schematic view of an apparatus in which a wet spinning apparatus is provided with a coating process.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a conductive polymer fiber formed of a material with a part of the inner diameter cross section being different.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a conductive polymer fiber formed of a material with a part of the inner diameter cross section being different.
  • FIG. 29 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a conductive polymer fiber formed of a material with a part of the inner diameter cross section being different.
  • FIG. 30 is a schematic view of an apparatus in which a wet spinning apparatus is provided with a coating process.
  • FIG. 31 is a schematic view in which the fabric of the present invention is installed on a steering wheel.
  • FIG. 32 is a schematic view in which the fabric of the present invention is installed on a sheet.
  • FIG. 33 is a schematic diagram of an evaluation method according to the present invention.
  • FIG. 34 is a schematic diagram of an evaluation method according to the present invention.
  • FIG. 35 is a schematic diagram of an evaluation method according to the present invention.
  • FIG. 36 is a schematic diagram of an evaluation method according to the present invention.
  • FIG. 37 is a schematic diagram of an evaluation method according to the present invention.
  • FIG. 38 is a schematic view of the evaluation results of Example 1.
  • FIG. 39 is a schematic diagram of the evaluation results of Example 1.
  • FIG. 40 is a schematic diagram of an evaluation result of Comparative Example 1.
  • FIG. 41 is a schematic diagram of an evaluation result of Comparative Example 1.
  • FIG. 42 is a schematic diagram of an evaluation result of Comparative Example 2.
  • FIG. 43 is a schematic diagram of an evaluation result of Comparative Example 2.
  • FIG. 44 is a schematic diagram of the evaluation results of Example 1.
  • FIG. 45 is a schematic diagram of the evaluation results of Example 1.
  • FIG. 46 is a schematic diagram of an evaluation result of Comparative Example 1.
  • FIG. 47 is a schematic diagram of an evaluation result of Comparative Example 1.
  • FIG. 48 is a schematic diagram of the evaluation results of Comparative Example 2.
  • FIG. 49 is a schematic diagram of the evaluation results of Comparative Example 2.
  • FIG. 50 is a drawing showing a comparison of peaks of Examples 1, 8 and 19.
  • the fabric according to the present invention is that it is composed of one or a plurality of fibers, and the fibers include conductive polymer fibers.
  • the fabric includes a woven fabric and a knitted fabric.
  • warps and wefts intersect at right angles, and are in close contact with adjacent yarns and are connected in a plane.
  • the plain weave T1 is a woven fabric woven by alternately intersecting warp T12 and weft T11.
  • the twill T2 is a woven fabric in which two or more warp yarns T12 and weft yarns T11 are continuously woven.
  • the satin weave T3 is a fabric woven by combining five or more warps T12 and wefts T11. A perspective view of the plain weave T1 fabric is shown in FIG.
  • the intention of the present invention is to include conductive polymer fibers in the fibers constituting the warp and Z or weft of these plain weave, twill and satin weave or other fabrics.
  • a sensing function or an actuate function to a woven fabric that does not impair the suppleness, strength, and texture of the woven fabric that has fiber strength. Therefore, in order to perform sensing and actuate, it is possible to obtain deformation information at a specific location of the fabric by sensing or move a specific location by including the conductive polymer fiber in a desired location.
  • the fabric itself can be functionalized, so that it can be sensed with high density according to the fineness of the woven or knitted fabric while saving space. You can interact with
  • the conductive polymer fiber may be included only in either the warp or the weft of the fabric or in both the warp and the weft as necessary. Is possible. It can also be a woven fabric with added diagonal knitting or a woven fabric having a necessary space. With these configurations, it is possible to obtain a woven fabric that obtains information at an appropriate density.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example in which conductive fibers are used for the warp T13 of plain weave T4.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a warp T5 having a combination of warp T12 made of non-conductive fibers and warp T13 made of conductive polymer fibers.
  • the fabric of the present invention can take the form of a knitted fabric in addition to the woven fabric as described above.
  • a knitted fabric is a knitted fabric in which one or a plurality of yarns form a loop, the next yarn is hooked on the loop, and a new loop is continuously formed.
  • a knitted fabric knitted with a flat knitting machine is called a knitted product
  • a knitted fabric with a circular knitting machine or a warp knitting machine is called a jersey.
  • Fig. 7 schematically shows an example of flat knitting K1 in a knitted product in which yarn S is knitted
  • Fig. 8 schematically shows an example of rubber knitting K2 in a knitted product in which yarn S is knitted. Indicate.
  • a twisted yarn formed of a plurality of yarn ridges can be applied to one or a plurality of yarns used in the knitted fabric. And included in the twisted yarn
  • the signal strength and sensitivity of sensing and the amount of displacement of the actuate can be designed and adjusted according to the ratio (density) of the conductive polymer fibers.
  • the fibers in the fabric of the present invention include fibers spun by methods such as melt spinning, wet spinning, electrospinning, film cutting, etc., including the case where the fibers are conductive polymer fibers. A slit. The diameter of this fiber is about several ⁇ m per fiber. The strength is about several hundreds / zm. Ease of weaving and knitting when forming woven fabrics and knitted fabrics. Woven fabrics and knitted fabrics after knitting. The strength such as the softness of the fabric, the handling of the fabric or knitted fabric as a fabric, and the ease are also preferable. It should be noted that a tube-shaped fiber having a function as in the present invention can be seen among fibers having a fiber diameter of several millimeters.
  • the above-mentioned fibers having the same diameter and width can be easily handled as fibers by forming dozens of forces or thousands of bundles (bundles). This bundle may be twisted.
  • the bundle-like fibers are used to form the woven fabric or knitted fabric.
  • the conductive polymer of the material of the conductive polymer fiber used in the present invention is not particularly limited as long as it is a polymer exhibiting conductivity.
  • this 5-membered ring-containing conductive polymer examples include, as a monmer, pyrrole, 3-alkyl pyrrole such as 3-methyl pyrrole, 3-ethyl pyrrole, and 3-dodecyl pyrrole; 3, 4-dimethyl pyrrole 3, 4-dialkyl pyrrole such as 3-methyl-4-dodecyl pyrrole; N-alkyl pyrrole such as N methyl pyrrole, N-dodecyl pyrrole; N methyl 3-methyl pyrrole, N ethyl 3-dodecyl pyrrole, etc. N alkyl 3-alkylpyrrole; obtained by polymerizing 3-carboxypyrrole, etc.
  • FIGS 9 (a) to 9 (e) show examples of chemical formulas of acetylene-based conductive polymers.
  • Figures 10 (a) and (b) show examples of chemical formulas for pyrrole-based conductive polymers.
  • Figures 11 (a) to 11 (d) show examples of chemical formulas of thiophene conductive polymers.
  • Figures 12 (a) to 12 (c) show examples of chemical formulas of phenylene-based conductive polymers.
  • Figures 13 (a) and 13 (b) show an example of the chemical formula of an aniline-based conductive polymer.
  • halide ions such as chloride ions and bromide ions, perchlorate ions, tetrafluoroborate ions, hexafluoroarsenate ions, sulfate ions, nitrate ions, thiocyanate ions, hexafluoride ions.
  • Alkyl benzene sulfonates such as phosphate ion, phosphate ion, phenol phosphate ion, hexafluorophosphate ion, trifluoroacetate ion, tosylate ion, ethylbenzene sulfonate ion, dodecylbenzene sulfonate ion Ion, methyl sulfonate ion, alkyl sulfonate ion such as ethyl sulfonate ion, polyacrylate ion, polyvinyl sulfonate ion, polystyrene sulfonate ion, poly (2-acrylamide-2-methylpropane sulfonate) ion, etc.
  • the amount of dopant added is not particularly limited as long as it is an amount that can have an effect on conductivity, but usually 3 to 50 parts by mass, preferably 10 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive polymer. The range is 30 parts by mass.
  • the fabric of the present invention includes a bundle of conductive polymer fibers using the above-described materials, the fibers are stretched or contracted when a force is applied to the conductive polymer fibers. Based on the principle of increasing the number of contact points between the conductive polymer fibers depending on the shape, the resistance value of the thread bundled with the conductive polymer fibers can be changed to make it possible to sense force and deformation. Become. This will be explained with reference to FIG. 14.
  • the conductive polymer fiber F shown in FIG. 14 (a) is bundled, and the conductive property as schematically shown in FIG. 14 (b) is obtained. A bundle B of polymer fibers F is formed. As shown in Fig.
  • the state before and after the force is applied to the bundle B is connected by an arrow, and when a force such as tension or compression is applied to the bundle B, the bundle B is formed.
  • Conductive polymer fiber F is in contact with adjacent fibers. Points increase. Therefore, the resistance value of the entire bundle B decreases. This makes it possible to sense force and deformation.
  • the conductive polymer material is deformed by electrical stimulation as described in JP-A-11-159443. Electrical deformation of a material using a pyrrole polymer that expands and contracts by electrical stimulation. It is known by the method. By making such a conductive polymer material into a woven fabric or a knitted fabric as in the present invention, the fabric or knitted fabric is deformed in response to electrical stimulation applied to the conductive polymer fiber. It is also possible to cause changes in the hardness of the surface of the woven or knitted fabric and the touch feeling while the outer periphery of the woven or knitted fabric is fixed.
  • a preferable range of the conductivity of the conductive polymer fiber for obtaining the sensing agent function as described above is usually about 0.1 to 600 SZcm. It is preferable that the conductive polymer fiber has such a degree of conductive polymer fiber from the viewpoint of sensing performance and actuate performance. This is because when a woven fabric or knitted fabric is used, the conductive polymer fiber acts as a resistor. If the resistance value of the conductive polymer fiber is too large at this time, the current for sensing will flow. If it becomes difficult and too small, the power consumption will increase, and heat will be generated, which is not preferable from the viewpoint of energy saving.
  • the range of the conductive polymer fiber of the more preferable conductive polymer fiber is 1 to 450 SZcm, and particularly preferably about 1 to 300 SZcm, so that the sensing function and the lactate function can be expressed more efficiently.
  • the conductivity means the reciprocal of the resistivity determined in accordance with JIS K 7194 (Resistivity test method for conductive plastics by the 4-probe method).
  • Conductive polymer fibers used in the fabric of the present invention include polypyrrole, PEDOT (poly 3, 4-ethylenedioxythiophene) among the conductive polymer materials exhibiting the above-described conductivity. It is more preferable to use a fiber containing at least one selected from the group force consisting of Z poly 4 styrene sulfonate (PSS), polyarine, and polyparaphenylene biylene (PPV).
  • PSS poly 4 styrene sulfonate
  • PVS polyarine
  • PPV polyparaphenylene biylene
  • PEDOT ZPSS (Bayer, Baytron P (registered trademark) in which poly 4 styrene sulfonate PSS is doped to PEDOT, a thiophene-based conductive polymer, and phenol.
  • PPV pyrrole Examples include polypyrrole.
  • thiophene-based, pyrrole-based, and phosphorus-based conductive polymer fibers can be produced by wet spinning.
  • Conductive polymer fibers can be easily obtained by pushing the cylinder force inside. This wet spinning will be described with reference to FIG.
  • FIG. 15 is a schematic view of a wet spinning apparatus according to the present invention.
  • the wet spinning apparatus 20A shown in FIG. 15 includes a wet spinning base 21 attached to a spinning assembly through which raw materials are guided, and a precursor of fibers extruded from the wet spinning base 21 containing a solvent.
  • Wet spinning solvent tank 22 for receiving the body, fiber feeder 23 for guiding the fiber obtained through the wet spinning solvent tank 22, and a fiber winder for winding the fiber guided by the fiber feeder 23.
  • a fiber winder for winding the fiber guided by the fiber feeder 23.
  • an aqueous dispersion of PEDOTZPSS (Bayer Baytron P (registered trademark)) is extruded from the wet spinning base 21 and the extruded fiber precursor 10 is a solvent such as acetone.
  • the wet polymer is passed through a wet spinning solvent tank 22, passes through a fiber feeder 23, and is wound up by a fiber winder 24 to obtain conductive polymer fibers.
  • the conductive polymer fibers of the phenylene type include polyparaphenylene, polyparaffin lenylene, and polyfluorene, and a ⁇ bond on the benzene ring and a direct bond to it. It is a type of conductive polymer fiber that conducts using ⁇ bonds on the chain. These conductive polymer fibers can be made into fibers by an electrospinning method. This electrospinning method will be described with reference to FIG.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus for producing a conductive polymer fiber according to the present invention.
  • the electrospinning device 30 shown in FIG. 16 is connected to the tip of a cylinder 31 in which raw materials are stored, and a cylinder needle 32 is attached to the electrospinning device 30.
  • the electrode 33 is placed on the surface.
  • These cylinder needles are used so that a voltage can be applied between the needle tip of this cylinder needle 32 and the electrode 33.
  • a voltage applying device 35 is provided via an electric wire 36 connected to each of 32 and the electrode 33.
  • a fiber material such as polyparaphenylene and alcohol such as methanol are mixed to prepare a stock solution for spinning.
  • the prepared stock solution for spinning is stored in the cylinder 31. While applying a voltage between the cylinder 31 and the electrode 33, the prepared stock solution is also pushed toward the electrode 33 with the tip force of the cylinder needle 32 of the cylinder 31. As a result, the fiber precursor 10 is deposited on the electrode 33.
  • the obtained fiber precursor is dried by a known method such as vacuum drying to obtain a conductive polymer fiber.
  • the woven fabric or knitted fabric containing these conductive polymer fibers is covered / covered with another polymer.
  • it can be coated with other polymers to improve the strength and durability of the woven fabric or knitted fabric, and to provide stable sensing and lactate behavior. Because it becomes.
  • the coating amount of the other polymer can be arbitrarily set within the range without impairing the sensing or actuate performance, but is about 10 to 80% with respect to the cross-sectional area of the conductive polymer fiber.
  • the cross-sectional area is preferably in the range occupied by the coating material, more preferably about 30 to 50%.
  • a step of obtaining a conductive polymer fiber In the pre-weaving and knitting stages after the production of molecular fibers, conductive high molecular fibers are combined with other polymers, so that the fibers used for weaving and knitting are core-sheath, side-by-side, and sea-island types. It is also preferable to have a cross-sectional shape.
  • the fiber 1B in addition to the fiber 1A having a circular cross section as shown in FIG. 17 and made of a uniform material, the fiber 1B as shown in FIG.
  • the fiber 1D is a material different from the sea part 4a in the sea part 4a when viewed in cross section.
  • the island part 4b is formed, like a sea-island (multi-core) structure, the cross section is not circular! / Deformed cross-sectional shape, for example, fiber 1E has a triangular cross-sectional shape as shown in FIG. 22 or a fiber having a star-shaped cross section as shown in FIG.
  • a fiber 1G is made of a tubular material 5a and a hollow portion 5b is formed as shown in FIG. and so on.
  • These are used as a means of functionalizing the fiber to change the texture of the fiber itself to a natural shape, to increase the surface area of the fiber and to achieve light weight and heat insulation.
  • the structure of the cross-sectional shape of such a general fiber can be devised.
  • the structure of the cross-sectional shape of the fiber in the present invention is not only for changing the static characteristics such as texture, weight reduction and heat insulation in such general fibers, but also for advanced functions such as sensing and actuate. This is to make it easier.
  • the intention to devise the structure of the cross-sectional shape is to realize the advancement of the above functions by combining the contrivance of the fiber structure and the contrivance of the material.
  • a part or all of the surface of the conductive polymer fiber that has been reinforced is combined with another polymer to form a fiber having a cross-sectional structure such as the above-described core-sheath type or side-by-side type. Can do. With such a cross-sectional structure, it is possible to control the contact portion between adjacent fibers and increase the strength of the fibers themselves.
  • the term “part of the surface of the conductive polymer fiber” as used herein refers to a material made of another material on the surface of a fiber body having these conductive polymers as a core. Among the layers formed to form a laminate, it means a state in which the entire surface of the conductive polymer is not covered.
  • a typical example of a fiber combined with another polymer on a part of the surface of a conductive polymer fiber is a fiber having a side-by-side cross-sectional shape.
  • Examples of different materials 11a and l ib as shown in (a) to (! n) include semicircular, fan-shaped, segmented by strings, and crescent.
  • FIG. 25 shows that the materials are different due to different hatching, but one of the two types of materials is a conductive polymer and the other is the other high, regardless of the size. If it is a molecule and these are combined, this function can be expressed.
  • fibers having a side-by-side laminated structure about 50 parts of the cross-sectional area each of a conductive polymer part having a conductive function and another polymer part serving as a constraining layer are included. % Is preferred. In particular, by using this amount, an activation function or a sensing function by a conductive polymer can be obtained, and the strength of the fiber itself as a fiber having this function can be improved by another polymer.
  • a spinning device as shown in FIG. 26 provided with an apparatus for continuously applying a resin layer to be laminated on the fiber during the wet spinning process can be used.
  • FIG. 26 is a schematic view of an apparatus in which a coating apparatus is provided in the wet spinning apparatus according to the present invention.
  • a wet spinning device 20B shown in FIG. 26 has a coating / drying device 25 for applying another polymer to the surface of the fiber after passing through the wet spinning solvent tank 22 and drying it.
  • the spinning solution is extruded from a wet spinning base 21 and the extruded fiber precursor 10 is passed through a wet spinning solvent tank 22 containing a solvent such as acetone.
  • the precursor 10 passes through the solvent tank 22, passes through a fiber feeder 23, and after applying and drying a resin material and the like with a coating / drying device 25, obtains a fiber 11, and a fiber winder It is wound up at 24.
  • the coating and drying process by the coating / drying device 25 of the coating device 20B forms a laminated fiber in which a material type different from the material of the conductive fiber is partially applied to the surface of the conductive fiber. Conductive polymer fibers used in the invention can be obtained.
  • the conductive high It can be used as a molecular fiber.
  • the cross-sectional structure in which a material different from the other part is penetrated in a part of the cross section of the fiber is shown in FIGS. 27 (a) to (k), FIGS. 28 (a) to (!
  • the materials 11a and l ib that are different from each other are conductive polymer materials that become parts having the above drive (actuate) or sensing function, or This is a structure that is included in the core of the partial force cut surface where either the polymer or other polymer material that does not have a sensing function covers the entire fiber surface and does not cover the surface. .
  • this core-sheath cross-sectional shape for example, when a conductive polymer material is used for the core, the durability of the surface of the fiber itself depends on the durability of other materials of the sheath. The durability of the surface of the fiber itself is generally improved by using a general grease material such as an elastomer for the sheath.
  • the core-sheath area ratio in the cross-sectional area is preferably close to 50%.
  • these characteristics and functions can be expressed in the most balanced manner. it can.
  • the number of cores is not limited to one, and the same effect can be obtained even in a multi-core structure, that is, a sea-island structure.
  • These core-sheath type conductive polymer fibers are not conductive polymers as a sheath part in a continuous process to the core conductive fibers obtained by, for example, wet spinning or electric field polymerization. It can be manufactured by applying a covering material as a main component. The step of applying the covering material can be performed by, for example, an apparatus shown in FIG.
  • FIG. 30 is a schematic diagram of a spinning device provided with a coating device for performing a coating process on the wet spinning device according to the present invention.
  • the wet spinning apparatus 20C has a coating tank 26 for coating the surface of the fiber after passing through the wet spinning solvent tank 22 and applying other polymer, and the fiber after passing through this coating layer 26 is dried.
  • a coating / drying device 27 is provided. In the wet spinning apparatus 20 C shown in FIG.
  • the spinning stock solution is extruded from the wet spinning base 21, and the extruded fiber precursor 10 is passed through a wet spinning solvent tank 22 containing a solvent such as acetone.
  • the precursor 10 passes through a fiber feeder 23 and is sent to a coating tank 26 containing polyester emulsion or the like.
  • the fibers soaked in the coating tank 26 and coated with the emulsion are sent to the drying device 27 by the fiber feeder 23 and dried, the fibers 11 are taken up by the fiber winder 24.
  • a core-sheath type discharge nozzle is used in wet spinning, and the core-sheath type fiber precursor is formed by this discharge nozzle.
  • the core-sheath fiber can be produced by pulling up the solvent tank once.
  • the cross-sectional shape of the fiber having a cross-sectional structure such as the core-sheath type or the side-by-side type described above in combination with another polymer with respect to part or all of the surface of the conductive polymer fiber is other than circular.
  • a flat cross-section, a hollow cross-section, a fiber form such as a triangle or a Y shape, or a fiber form having fine irregularities and streaks on the fiber surface can be adopted.
  • Figures 25 (d) and (g), and Figures 29 (a) to (d) show the fiber shapes of triangular and quadrangular cross sections as irregular cross-sectional shapes.
  • a part or all of the surface layer of the side-no-side type fiber, the core part or the sheath of the core-sheath type fiber is used.
  • the resin material is preferably a thermoplastic resin.
  • a polymer material is mainly used as the conductive part, and in combination with a resin material having characteristics similar to that of the conductive material, the fiber shape is such that the movement of the conductive polymer is inhibited as much as possible. It becomes possible to be.
  • the resin material a thermoplastic resin, we have commercialized a fabric woven or knitted with conductive polymer fibers. When used, it becomes possible to use the desired shape easily.
  • polyamide such as nylon 6, nylon 66, polyethylene terephthalate, copolymer
  • Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacrylonitrile and the like containing the components can be used alone or in combination.
  • an elastomer works. By using an elastomer, deformation or recovery is not inhibited more than the above polymer.
  • a suitable elastomer it is more preferable to use polysiloxanes in order to obtain a large deformation.
  • polymetatalylate, polychloroatarylate or polystyrene derivatives existing in the glass state at room temperature can be used.
  • Preferred elastomers that exist in a liquid crystal state at room temperature include those containing polyacrylate, polysiloxane or polyphosphazene, and copolymers comprising these.
  • Preferred mesogenic groups of this elastomer include those containing, for example, alkyl, alkoxy and oxaalkyl groups having up to 15 chain members on the long axis of the mesogenic unit.
  • Elastomers are synthesized, for example, by simple random copolymerization or random polymer-like addition reaction with polyfunctional crosslinker molecules in the same manner as usual polymer synthesis.
  • the other polymer used in the coated portion, laminated portion, core-sheath portion, or sea-island portion of the composite fiber forms a porous body.
  • a porous material for these portions, as described in the method of electrically deforming a material using a pyrrole polymer that responds to electrical stimulation, described in JP-A-11-159443.
  • water molecules can be easily adsorbed and desorbed, which is the mechanism of electrical stimulation deformation of conductive polymers, and thus the response rate of fiber to the sensor can be improved.
  • the porosity of this porous body is preferably as large as possible, but from the viewpoint of actually increasing the response speed and increasing the strength or durability of the composite fiber due to the formation of the porous body, about 30 to 70% Is preferred.
  • the fabric of the present invention is combined with a current value and / or resistance value detecting means for measuring the current value and / or resistance value of the conductive polymer fiber of this fabric to form a pressure-sensitive sensor.
  • a terminal connected to the current value and / or resistance value detecting means is provided for each region unit for detecting the current value and / or resistance value of the cloth.
  • the terminal is provided so as to include a region where a pressure in the fabric is applied between the terminals for a certain warp or weft.
  • the fabric of the present invention can be used as an actuator in combination with voltage applying means for applying a voltage to the conductive polymer fiber of the fabric.
  • the cloth is provided with a terminal connected to a voltage applying unit or the like for each area unit for detecting expansion / contraction of the cloth or for each area unit for detecting and driving. . That is, in the case of a woven fabric, a terminal is provided so that a certain warp or weft may include a region where the cloth is driven between the terminals.
  • detection and drive terminals it is possible to efficiently perform the activation based on sensing. In this case, for example, detection and drive can be performed by attaching a detection terminal to one bundle and attaching a drive terminal to a bundle arranged in the same direction near or near the one bundle.
  • the fabric or knitted fabric containing the conductive polymer fiber according to the present invention is used for a vehicle like the sensor using the fabric of the present invention or the actuator of the present invention!
  • the means for transmitting information from the vehicle to the passengers using vibration signals and the movement of the fiber are detected, and the fiber is driven based on the detected data to improve the ride comfort. It is preferable to use it as a means for improving.
  • the seating surface pressure can be measured by this fabric. Moreover, it becomes possible to give a vibration etc. with respect to a passenger
  • the posture and weight of the occupant are detected, and these posture and weight are detected.
  • Appropriate calculation is performed based on the data signal, etc., and the signal for driving this fabric is output, and feedback control is performed on the fabric as an actuator to improve the riding position, air bag, etc.
  • the fabric according to the present invention can be used as an information transmission means from the seat, steering, shift knob, interior wall surface, etc. to the driver and passengers by using the actual function as a main function. .
  • the fabric according to the present invention can be applied not only to these vehicles but also to hospitals and nursing care facilities.
  • the cloth according to the present invention as a bed sheet, it is possible to detect the position where stress is applied, to assist in turning over, etc., or to use it as a clothing to detect places where stress is applied. It is also effective to use it to introduce deformation for changing the air flow rate.
  • acetone (Wako Chemical Co., Ltd .: 019—00353) is used as the solvent phase, and a once-filtered aqueous dispersion of the conductive polymer PEDOTZPSS (Startron Baytron P (registered trademark)) is micro-syringe ( Conductive polymer fibers having a diameter of about 10 m were obtained by extrusion from Ito Seisakusho, MS-GLL100, needle portion inner diameter 260 m) at a speed of 2 LZmin.
  • PEDOTZPSS Startron Baytron P (registered trademark)
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was measured in accordance with JIS K 7194 (Resistivity test method for conductive plastics by the 4-probe method), and the reciprocal of the obtained resistivity ( ⁇ 'cm). When calculated as (SZcm), it was about 1 SZcm.
  • the obtained conductive polymer fibers were aligned every 50 mm in length to form bundles of every 5000 pieces.
  • a water-based polyester emulsion (AA-64, manufactured by NSC, Japan) was applied to the surface of the bundle and dried at 25 ° C for 24 hours. The thickness of the obtained bundle was about lmm.
  • a coated bundle was formed in the same manner as in Example 1 and used only for warp.
  • the core of the core-sheath type wet spinner has an acrylonitrile solution (wax concentration 25%) containing N, N-dimethylacetamide (DMAC) as the solvent from the core, and PEDOTZPSS from the sheath 0. It was simultaneously discharged into DMAC (concentration 85%) at a rate of 2 mL / min. To obtain a core-sheath fiber (diameter: 15 ⁇ m, sheath amount: about 30%, sheath porosity: about 30%).
  • DMAC N, N-dimethylacetamide
  • the obtained fiber was bundled and woven.
  • Example 3 As in Example 3, from one of the bases of the side-by-side type wet spinner, an acrylonitrile solution (fat concentration 25%) using N, N-dimethylacetamide (DMAC) as a solvent, and PEDOTZPSS from the other 0 It was simultaneously discharged into DMAC (concentration 85%) at a rate of 2 mL / min. To obtain side-by-side fibers (diameter 15 m).
  • DMAC N, N-dimethylacetamide
  • Conductive polymer fibers were obtained under the same conditions as in Example 1. Bundled in the long fiber state, and applied the water-based acrylic emulsion (NSC Japan, AA-64) to a final fiber diameter of 15 m in a continuous process, and dried at 25 ° C for 24 hours. I let you.
  • the bundled fibers were used as warp yarns to fabricate them.
  • Conductive polymer fibers were obtained under the same conditions as in Example 1.
  • a water-based polyester emulsion (AA-64, manufactured by NSC Japan) mixed with approximately 10% by mass of pyrolytic sodium hydrogen carbonate as a foam material was applied to the surface of the bundle, and the environment was at 50 ° C. And allowed to dry for 24 hours while gently foaming.
  • the resulting bundle had a porous surface (porosity of about 50%) and a thickness of about 1 mm.
  • Example 7 Conductive polymer fibers were obtained under the same conditions as in Example 1. This fiber was bundled but not covered, and used only for warp to fabricate.
  • the inner diameter of the needle is 300 m, and the extrusion speed is 5 / z LZmin.
  • a conductive polymer fiber having a diameter of about 10 m was obtained.
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was about 0.1 lSZcm.
  • This fiber was bundled and woven into the same manner as in Example 1 and used for evaluation.
  • silver colloidal water dispersion (Pastran manufactured by Mitsui Mining & Mining)
  • a conductive polymer fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5% by mass was added to the aqueous S dispersion.
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was about lOSZcm.
  • This fiber was made into a bundle and made into a woven fabric for evaluation.
  • silver colloidal water dispersion (Pastran manufactured by Mitsui Mining & Mining)
  • a conductive polymer fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10% by mass was added to the aqueous S dispersion.
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was about lOOSZcm.
  • This fiber was bundled into a woven fabric and used for evaluation.
  • Fibers and bundles were obtained by the same wet spinning method and coating method as in Example 1 except that a 5% polypyrrole aqueous solution (manufactured by Aldrich) was used as the conductive polymer.
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was about lOSZcm.
  • This fiber was bundled and used as warp to fabricate it for evaluation.
  • the above solution was put into an electropolymerization cell using a negative electrode box (length 200 mm, width 50 mm, thickness 0. Olmm).
  • the obtained polypyrrole film was peeled off on a platinum plate, washed in propylene carbonate for about 1 hour, and further dried in a vacuum for 1 day.
  • the film was cut into a length of 50 mm and a width of 1 mm to obtain a conductive polymer. Used as fiber.
  • the conductivity of this film was about lOOSZcm.
  • the cut fiber was used for warp to form a woven fabric and used for evaluation.
  • Fibers and bundles were obtained by the same wet spinning method and coating method as in Example 1 except that a 5% polyaline aqueous solution (manufactured by Aldrich) was used as the conductive polymer.
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was about lOSZcm.
  • This fiber was bundled and woven into warp yarn for evaluation.
  • a stock solution was obtained by adding methanol to a 2.5% aqueous solution of noraxylenetetrahydrothiofumucolide so as to be 50 vol.%.
  • precursor fibers were deposited on an aluminum foil substrate 20 cm below the needle tip.
  • the obtained precursor fiber was vacuum-dried at 250 ° C. for 24 hours, and the obtained nanofiber (diameter about lOnm) was used as a twisted yarn to obtain a fiber having a diameter of about 10 ⁇ m.
  • the conductivity of the obtained conductive polymer fiber was about lOSZcm.
  • an aqueous polyester emulsion (AA-64 manufactured by Nippon NS C Co., Ltd.) was applied to the surface and dried at 25 ° C for 24 hours. In this way, the fiber was made into a bundle shape and used for evaluation.
  • the conductive polymer fiber obtained in the same manner as in Example 3 was bundled in a long state and coated in a continuous process.
  • the obtained fiber was knitted into a jersey shape.
  • a 40 mm square cloth-like material obtained by cutting off both ends of the knitted fabric was used for evaluation. An electrode was installed for each bundle at the end.
  • the fabric of Example 1 is wound around the vehicle steering 41 and 10 Hz.
  • the driver When energized at 5V, the driver was able to feel the vibration feel when energized.
  • a polypyrrole film was obtained in the same manner as in Example 12 and vacuum dried. Thereafter, a polypyrrole film exposed to hydrochloric acid vapor under normal pressure for 30 seconds was cut into a length of 50 mm and a width of 1 mm and used as a conductive polymer fiber. The conductivity of this film was about 450 SZcm.
  • the cut fiber was used as warp to form a woven fabric and used for evaluation.
  • a polypyrrole film was obtained in the same manner as in Example 12 and vacuum dried. Thereafter, a polypyrrole film exposed to hydrochloric acid vapor under normal pressure for 60 seconds was cut into a length of 50 mm and a width of 1 mm and used as a conductive polymer fiber. The conductivity of this film was about 600 SZcm.
  • the cut fiber was used for warp to form a woven fabric and used for evaluation.
  • a PET long fiber (fiber diameter: 15 m, manufactured by Kanebo Synthetic Fiber), 5,000 pieces, was formed into a bundle, and a woven fabric was formed as warp and weft, and used as a comparative example.
  • Piezoelectric PVDF film (Taleha KF piezo film, thickness 100 ⁇ m) was cut into a length of 50 mm and a width of 1 mm, and a warp was used to form a woven fabric, which was used as a comparative example. Since the electrodes were set on both sides of the film, the electrodes were placed one side at the end. [0095] (Evaluation test)
  • the woven fabrics and knitted fabrics obtained in Examples and 1 to 19 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared as 40 mm square samples. Connect the 0.025mm diameter copper wire (Yuraco CU-111086) to both ends of the bundle of conductive polymer fibers used with conductive paste (F-kurakasei D-500), and fix the outer periphery of the sample. The test was conducted.
  • FIG. 33 shows an example in which the sample 100 is a woven fabric, and copper wires 102 are connected to both ends of the weft yarns 111 to 116 and the warp yarns 121 to 126 through the conductive paste 101 as terminals. The outer periphery of the sample is fixed by a frame 103.
  • the copper wire 103 connected to both ends of each of the weft yarns 111 to 116 and the warp yarns 121 to 126 is connected to a current value and / or resistance value detecting device for each yarn, and the current value of each yarn and / or Now you can measure resistance!
  • Sensing performance test 1 Indenter slide test
  • the tip of 5 mm in diameter is pressed against the sample 100 with a circular indenter I with a force of 0.3 N. While pressing the indenter I, slide the movement of the indenter I as shown by the arrows A1 to A3 in Fig. 35 for 30 seconds for 10 seconds, and measure the time change of the current value of each bundle.
  • the results of Evaluation Test 1 and Evaluation Test 2 are represented by the presence or absence of a difference between the results of Evaluation Test 1 and Evaluation Test 2.
  • the outer periphery of the sample 100 is fixed by the frame 103, and the four corners of the frame 103 are supported by the legs L, so that the sample 100 is buoyant on the test table.
  • a voltage of 5V is applied, the stress generated is measured using a load cell (Kyowa Denki LTS-500GA). Measurement result The fruit was expressed by the generated stress.
  • Table 1 shows the conditions of the materials to be evaluated, and Table 2 shows the evaluation results obtained.
  • Examples of the results of the evaluation test are shown in Figs.
  • the current sensing waveform of 5 wefts and 5 warps is shown in the 30mm square area in the center.
  • the results of Example 1 are shown in FIG. 38 (weft) and FIG. 39 (warp)
  • Comparative Example 1 is shown in FIG. 40 (weft) and FIG. 41 (warp)
  • the result of Comparative Example 2 is shown in FIG. Weft) and Fig. 43 (warp).
  • the comparison results of Example 1 are shown in FIG. 44 (weft) and FIG. 45 (warp)
  • the result of Comparative Example 2 are shown in Fig. 48 (weft) and Fig. 49 (warp).

Abstract

　優れたセンシング機能及びアクチュエート機能を備える布帛を用いたセンサ及びアクチュエータを提供するため、繊維が導電性高分子繊維を含む布帛。

Description

明 細 書
電気デバイス用布帛
技術分野
[0001] 本発明は、導電性を有する編物状又は織物状のデバイス、例えば面圧測定、座標 測定などの面状の位置情報を得るためのセンサのように、機械的な入力を電気や他 のエネルギーに変換してセンシングすることのできる要素を含んだ布帛、又は電気工 ネルギーを機械エネルギーに変換するァクチユエータとして機能することのできる要 素を含んだ布帛に関する。
背景技術
[0002] 従来、一般的に用いられている面状の圧力センサとして、ゴムにカーボン粒子を混 練し、圧縮による抵抗変化を読み取る方式の圧力センサがある。この他、機械式、空 圧式の圧力計を応用する方式の圧力センサなどがある。しかし、これらの圧力センサ は、概ねある程度の厚み、重さを持ち、また、評価したい面に追加で設置する必要が ある。
[0003] これらに鑑み、軽量.省スペースでセンシングが可能になる圧電材料を用いたセン サの例として、特許文献 1記載の圧電性織物デバイスがある。この圧電性織物デバィ スは、圧電材料の変形に伴う電気的な信号を検出することで、面状にセンシング可 能になる。し力しながら、圧電性織物デバイスは圧電材料を用いているため、この圧 電性織物デバイスにより得られる信号は、力の入力時の瞬間的な信号として発生す る力 経時的な信号が得られない。そのため、静的なセンシング情報を得ることがで きない。また、圧電性織物デバイスは、矩形又は扁平な断面形状を有する圧電性フ アイバを縦糸及び Z又は横糸として形成されているため、センシング要素数がその圧 電性ファイバ幅で制限され、圧電性ファイバ幅よりも詳細な面情報を得ることができな い。
[0004] 多成分繊維に関し、特許文献 2に記載されたグラフアイト又は活性ィ匕炭素などの導 電性繊維又は粒子を添加剤として含むことのできる多成分繊維がある。しかしながら 、この特許文献 2に記載の多成分繊維は、単に導電性繊維又は粒子を含有可能な 繊維であり、圧力センサ及びァクチユエータにつ 、ては開示されて!、な!、。
特許文献 1：特開 2002— 203996号公報
特許文献 2：特表 2005 - 503497号公報
発明の開示
[0005] 本発明の電気デバイス用布帛は、導電性高分子繊維を含む繊維よりなるバンドル を備え、当該バンドルにおける力が作用する領域よりも外側に、端子が設けられるこ とを要旨とする。
[0006] 本発明の圧力センシング布帛は、導電性高分子繊維を含む繊維よりなるバンドル を備え、当該バンドルにおける力が作用する領域よりも外側に、このバンドルに含ま れる導電性繊維の電流値、およびまたは抵抗値を測定する電流値、およびまたは抵 抗値検出装置と接続される端子が設けられることを要旨とする。
[0007] 本発明のァクチユエ一ト布帛は、導電性高分子繊維を含む繊維よりなるバンドルを 備え、当該バンドルにおける力が作用する領域よりも外側に、このバンドルに含まれ る導電性繊維に電圧を付与する電圧印加装置と接続される端子が設けられることを 要旨とする。
[0008] 本発明の車両用部品は、電気デバイス用布帛、圧力センシング布帛又はァクチュ エート布帛車両用部品に用いたことを要旨とする。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]図 1は、織物の形状例を示す模式図である。
[図 2]図 2は、織物の形状例を示す模式図である。
[図 3]図 3は、織物の形状例を示す模式図である。
[図 4]図 4は、織物の形状例を示す斜視図である。
[図 5]図 5は、織物の形状例を示す斜視図である。
[図 6]図 6は、織物の形状例を示す斜視図である。
[図 7]図 7は、編物の形状例を示す模式図である。
[図 8]図 8は、編物の形状例を示す模式図である。
[図 9]図 9は、アセチレン系導電性高分子の化学式の一例である。
[図 10]図 10は、ピロール系導電性高分子の化学式の一例である。 [図 11]図 11は、チォフェン系導電性高分子の化学式の一例である。
[図 12]図 12は、フエ二レン系導電性高分子の化学式の一例である。
[図 13]図 13は、ァ-リン系導電性高分子の化学式の一例である。
[図 14]図 14は、繊維、繊維の束、繊維間の接触点の増加の例について説明する図 面である。
[図 15]図 15は、湿式紡糸装置の模式図である。
[図 16]図 16は、エレクトロスピニング装置の模式図である。
[図 17]図 17は、単一成分カゝらなる繊維の形状例を示す模式図である。
[図 18]図 18は、芯鞘型繊維の形状例を示す模式図である。
[図 19]図 19は、サイドバイサイド型繊維の形状例を示す模式図である。
圆 20]図 20は、海島型繊維の形状例を示す模式図である。
圆 21]図 21は、異型 (三角）断面繊維の形状例を示す模式図である。
[図 22]図 22は、異型 (星形)断面繊維の形状例を示す模式図である。
[図 23]図 23は、中空繊維の形状例を示す模式図である。
[図 24]図 24は、センシング性能に異方性を持たせた繊維の断面模式図である。
[図 25]図 25は、表面層の一部が異なる材料で形成された導電性高分子繊維の断面 形状を示す断面模式図である。
[図 26]図 26は、湿式紡糸装置に塗布工程を設けた装置の模式図である。
[図 27]図 27は、内径断面の一部が異なる材料で形成された導電性高分子繊維の断 面形状を示す断面模式図である。
[図 28]図 28は、内径断面の一部が異なる材料で形成された導電性高分子繊維の断 面形状を示す断面模式図である。
[図 29]図 29は、内径断面の一部が異なる材料で形成された導電性高分子繊維の断 面形状を示す断面模式図である。
[図 30]図 30は、湿式紡糸装置にコーティング工程を設けた装置の模式図である。
[図 31]図 31は、ステアリングに本発明の織物を設置した概略図である。
圆 32]図 32は、シートに本発明の織物を設置した概略図である。
[図 33]図 33は、本発明に係わる評価方法の概略図である。 [図 34]図 34は、本発明に係わる評価方法の概略図である。
[図 35]図 35は、本発明に係わる評価方法の概略図である。
[図 36]図 36は、本発明に係わる評価方法の概略図である。
[図 37]図 37は、本発明に係わる評価方法の概略図である。
[図 38]図 38は、実施例 1の評価結果の概略図である。
[図 39]図 39は、実施例 1の評価結果の概略図である。
[図 40]図 40は、比較例 1の評価結果の概略図である。
[図 41]図 41は、比較例 1の評価結果の概略図である。
[図 42]図 42は、比較例 2の評価結果の概略図である。
[図 43]図 43は、比較例 2の評価結果の概略図である。
[図 44]図 44は、実施例 1の評価結果の概略図である。
[図 45]図 45は、実施例 1の評価結果の概略図である。
[図 46]図 46は、比較例 1の評価結果の概略図である。
[図 47]図 47は、比較例 1の評価結果の概略図である。
[図 48]図 48は、比較例 2の評価結果の概略図である。
[図 49]図 49は、比較例 2の評価結果の概略図である。
[図 50]図 50は、実施例 1, 8及び 19のピークの比較を示す図面である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] (布帛）
本発明に係わる布帛は、単数又は複数本の繊維から成り、その繊維が導電性高分 子繊維を含むことを特徴の一つとする。ここで、布帛には織物及び編物が含まれる。
[0011] 一般的な織物は、縦糸と横糸が直角に交わり、隣りの糸と密着して平面的に連なり
、空間がない織地である。織物の織り方には、基本的に平織、綾織及び朱子織があ る。図 1に模式図で示されるように、平織 T1は、縦糸 T12と横糸 T11とを交互に交差 させて織られた織物である。図 2に模式図で示されるように、綾織 T2は、縦糸 T12や 横糸 T11が 2本又はそれ以上連続して織られた織物である。図 3に模式図で示され るように、朱子織 T3は、 5本以上の縦糸 T12及び横糸 T11を組み合せて織られた織 物である。上記平織 T1の織物の斜視図を図 4に示す。 [0012] 本発明の意図するところは、これらの平織、綾織及び朱子織又はそれ以外の織物 の縦糸及び Z又は横糸を構成する繊維に、導電性高分子繊維を含ませることにある 。このことで、繊維力 成る織物のしなや力さや風合いを損ねることなぐ織物に対し てセンシング機能又はァクチユエート機能の機能付与を行うことができる。したがって 、センシング、ァクチユエートを行うためには、導電性高分子繊維を所望の場所に含 ませることにより、織物の特定の場所における変形情報をセンシングにより得ること、 又は特定の場所を動かすことが可能になる。また、センサ要素、ァクチユエータ要素 について導電性繊維を用いることにより、布地自体で機能化できるため、省スペース でありながらも、織物や編物の目の細かさによって高密度にセンシングができ、また、 緻密にァクチユエートできる。
[0013] 本発明の布帛を織物に適用した場合、必要に応じて、導電性高分子繊維を織物の 縦糸又は横糸のいずれかにのみ、又は縦糸及び横糸の両方に含ませることはもちろ ん可能である。また、斜め編みなどを追加した織物や、必要な空間部を設けた織物と することもできる。これらの構成により、適切な密度で情報を得る織物とすることができ る。図 5に平織 T4の縦糸 T13に導電性繊維を用いた例を斜視図で示している。また 、導電性高分子繊維を必ずしも織物の全面に使用する必要もなぐ必要に応じて導 電性高分子繊維の設置密度を面内で異ならせた設計とした構成とすることも可能で ある。一例として図 6に平織 T5の縦糸として、導電性を有しない繊維よりなる縦糸 T1 2と、導電性高分子繊維よりなる縦糸 T13とが組み合わされて用いられたものを斜視 図で示す。
[0014] 本発明の布帛は、上述したような織物の他、編物の形態を取ることも可能である。編 物とは一般に、一本又は複数本の糸がループを作り、そのループに次の糸を引っ掛 け、新しいループを作ることを連続して作った編地である。一般的に横編機で編まれ た編地をニット品といい、丸編機、経編機で反物状に編まれたものをジャージという。 図 7に、糸 Sが編まれてなるニット品のうちの平編み K1の例を模式的に示し、図 8に、 糸 Sが編まれてなるニット品のうちのゴム編み K2の例を模式的に示す。
[0015] 本発明の布帛が編物である場合は、編物に用いられる 1本又は複数本の糸自体に 、複数本の糸カゝら形成された撚り糸を適用することができる。そして、その撚り糸に含 まれるの導電性高分子繊維の割合 (密度）により、センシングの信号強度や感度、ァ クチユエートの変位量などを設計し、また調節することができる。
[0016] 本発明の布帛における繊維は、その繊維が導電性高分子繊維である場合を含め て、溶融紡糸や湿式紡糸、エレクトロスピユングなどの方法で紡糸された繊維の他、 フィルム切り出しなど、スリットしたものをいう。この繊維の径ゃ幅は、 1本あたり概ね数 μ m力 数百/ z m程度のもの力 織物や編物を形成する際の織り易さや編み易さ、 織った後の織物や編んだ後の編物の柔らかさ、織物や編物の生地としての扱 、易さ など力も好ましい。なお、繊維の太さが数 mmに及ぶ太径のものの中には、本発明の ような機能を持つチューブ状のものも見受けられる。しかし、このような太径の製品や その製品と機能の原理を共通するものは、編物、織物などに用いることができない。 本発明の織物や編物によるセンサ、ァクチユエータでは、上述したような数/ z mから 数百/ z m程度という、細径の導電性高分子繊維を用いることにより、従来の太径の繊 維では適用が難し力つた編物、織物などにも、センシング機能ゃァクチユエート機能 を付与できる。もちろん、数 mmの太さの繊維では用いることができないような細い空 間でのセンシング、ァクチユエートも、本発明の布帛によれば可能である。
[0017] 上述した径ゃ幅になる繊維は、数十本力も数千本の束 (バンドル状）にされることで 、繊維としての扱いも容易になる。この束は、撚りがかかっているものでも構わない。 本発明の布帛では、このバンドル状の繊維を用いて、前記の織物、編物を形成する
[0018] 本発明で用いられる導電性高分子繊維の材料の導電性高分子は、導電性を示す 高分子であれば特に制限されることはないが、例えば、アセチレン系、複素 5員環系 、フエ二レン系又はァニリン系の各導電性高分子や、これらの共重合体などが挙げら れる。この複素 5員環系導電性高分子には、例えば、モンマーとして、ピロールの他、 3—メチルピロール、 3—ェチルピロール、 3—ドデシルビロールなどの 3—アルキル ピロール； 3, 4—ジメチルビロール、 3—メチルー 4ードデシルビロールなどの 3, 4— ジアルキルピロール； N メチルピロール、 N -ドデシルビロールなどの N -アルキル ピロール； N メチル 3—メチルピロール、 N ェチル 3—ドデシルビロールなど の N アルキル 3—アルキルピロール； 3—カルボキシピロールなどを重合して得ら れたピロール系高分子、チォフェン系高分子、イソチアナフテン系高分子などが用い られる。図 9 (a)〜（e)にアセチレン系導電性高分子の化学式の一例を示す。図 10 ( a)及び (b)に、ピロール系導電性高分子の化学式の一例を示す。図 11 (a)〜（d)に 、チォフェン系導電性高分子の化学式の一例を示す。図 12 (a)〜（c)にフエ-レン 系導電性高分子の化学式の一例を示す。図 13 (a)及び (b)に、ァニリン系導電性高 分子の化学式の一例を示す。
[0019] 更に導電性高分子において、ドーパントを添加することが、その導電性に劇的な効 果をもたらす。このドーパントとしては、塩ィ匕物イオン、臭化物イオンなどのハロゲン化 物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルォロ硼酸イオン、六フッ化ヒ酸イオン、硫酸ィォ ン、硝酸イオン、チォシアン酸イオン、六フッ化ケィ酸イオン、燐酸イオン、フエ-ル燐 酸イオン、六フッ化燐酸イオンなどの燐酸系イオン、トリフルォロ酢酸イオン、トシレー トイオン、ェチルベンゼンスルホン酸イオン、ドデシルベンゼンスルホン酸イオンなど のアルキルベンゼンスルホン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、ェチルスルホン酸ィ オンなどのアルキルスルホン酸イオン、ポリアクリル酸イオン、ポリビニルスルホン酸ィ オン、ポリスチレンスルホン酸イオン、ポリ（2—アクリルアミドー 2—メチルプロパンスル ホン酸)イオンなどの高分子イオンのうち、少なくとも一種のイオンが使用される。ドー パントの添加量は、導電性に効果を与えることのできる量であればよぐ特に制限は されないが、通常、導電性高分子 100質量部に対し、 3〜50質量部、好ましくは 10 〜30質量部の範囲である。
[0020] 本発明の布帛は、上述した材料を用いた導電性高分子繊維の束を含むことから、 導電性高分子繊維に力が加えられたときに生じる当該繊維の伸び縮みや、圧縮変 形による導電性高分子繊維相互間における接触点の増加などの原理に基づいて、 導電性高分子繊維が束ねられた糸の抵抗値が変わることにより、力や変形をセンシ ングすることが可能になる。これを図 14を用いて説明すると、本発明の布帛は、図 14 (a)に示される導電性高分子繊維 Fが束ねられて、図 14 (b)で模式的に示されるよう な導電性高分子繊維 Fの束 Bが形成されている。図 14 (c)に、束 Bに力が加えられる 前の状態と後の状態とを矢印でつないで示すように、この束 Bに引張り又は圧縮など の力が加わると、束 Bを構成する導電性高分子繊維 Fは、互いに隣りあう繊維との接 点が増える。したがって、束 B全体での抵抗値は下がる。このことにより、力や変形を センシングすることが可能になる。
[0021] また、導電性高分子材料が電気刺激により変形することは、特開平 11— 159443 号公報に記載されているような、電気刺激により伸縮するピロール系高分子を用いた 材料の電気変形方法などで知られて ヽる。このような導電性高分子材料を本発明の ように、繊維化し、織物や編物状にすることにより、導電性高分子繊維に加えられた 電気刺激に応答して、織物、編物の変形を起こしたり、織物や編物の外周を固定し た状態で織物や編物の表面の硬さ、触り心地の変化などを引き起こしたりすることも 可能である。
[0022] 上記のようなセンシングゃァクチユエートの機能を得るための導電性高分子繊維の 導電率の好ましい範囲は、通常、 0. l〜600SZcm程度である。導電性高分子繊維 がこの程度の導電性高分子繊維を有することが、センシング性能、ァクチユエート性 能の観点力も好ましい。なぜならば、織物や編物とした際に、導電性高分子繊維は 抵抗体として働くことになり、このときに導電性高分子繊維の抵抗値が大きすぎると、 ァクチユエートゃセンシングのための電流が流れにくくなり、また、小さくなりすぎると、 消費電力が大きくなつてしまうため、発熱が起こり、省エネの観点からも好ましくない。 より好ましい導電性高分子繊維の導電性高分子繊維の範囲としては、 l〜450SZc m、特に好ましくは l〜300SZcm程度とすることで、より効率的にセンシング機能や ァクチユエート機能を発現することができる。ここでいう導電率とは、 JIS K 7194 ( 導電性プラスチックの 4探針法による抵抗率試験方法）に準拠して求めた抵抗率の 逆数をいう。
[0023] 本発明の布帛に用いられる導電性高分子繊維は、上述した導電率を示す導電性 高分子材料のなかでも、ポリピロール、 PEDOT (ポリ 3, 4—エチレンジォキシチオフ ェン） Zポリ 4 スチレンサルフォネート（PSS)、ポリア-リン、及びポリパラフエ-レン ビ-レン (PPV)よりなる群力も選ばれた少なくとも 1種を含んだ繊維とすることが、より 好ましい。更にその中でも、繊維として得やすい好ましい材料として、チォフェン系導 電性高分子の PEDOTにポリ 4 スチレンサルフォネート PSSをドープした PEDOT ZPSS (Bayer社、 Baytron P (登録商標））や、フエ-レン系の PPV、ピロール系の ポリピロールなどが挙げられる。
[0024] これらの好ま U、材料は、先に述べた好適な導電率を満たし、また、導電性高分子 の中でも容易に、湿式紡糸やエレクトロスピニングなどの方法で繊維化することが可 能であることから、繊維の材料として好ましい。
[0025] 例えば、チォフェン系、ピロール系、ァ-リン系の導電性高分子繊維は、湿式紡糸 による製造が可能で、例えば、 PEDOTZPSSの水分散液（Bayer社 Baytron P ( 登録商標)）をアセトン中にシリンダー力 押し出すことで、容易に導電性高分子繊維 を得ることができる。この湿式紡糸を図 15を用いて説明する。
[0026] 図 15は、本発明に係わる湿式紡糸装置の模式図である。図 15に示される湿式紡 糸装置 20Aは、原料が導かれる紡糸用組立体に取り付けられている湿式紡糸用口 金 21と、溶媒が収容されて湿式紡糸用口金 21から押し出された繊維の前駆体を受 け入れる湿式紡糸溶媒槽 22と、湿式紡糸溶媒槽 22を通過して得られた繊維を案内 する繊維送り器 23と、繊維送り器 23により案内された繊維を巻き取る繊維巻き取り器 24とを備えている。この湿式紡糸装置 20Aを用いて、例えば、 PEDOTZPSS (Bay er社 Baytron P (登録商標） )の水分散液を湿式紡糸用口金 21から押し出し、押し 出された繊維の前駆体 10をアセトンなどの溶媒が入った湿式紡糸溶媒槽 22を通過 させ、繊維送り器 23を経て、繊維巻き取り器 24で巻き取って導電性高分子繊維を得 る。
[0027] 一方、フエ-レン系の導電性高分子繊維は、具体的にはポリパラフエ-レン、ポリパ ラフエ-レンビ-レン、ポリフルオレンなどがあり、ベンゼン環上の π結合とそれに繋 がる直鎖上の π結合を利用して導電するタイプの導電性高分子繊維である。これら の導電性高分子繊維は、エレクトロスピユング法により、繊維化することが可能である 。このエレクトロスピニング法を図 16を用いて説明する。
[0028] 図 16は、本発明に係わる導電性高分子繊維を製造するためのエレクトロスピユング 装置の模式図である。図 16に示されるエレクトロスピユング装置 30は、原料が収容さ れるシリンダー 31の先端に連通してシリンダー針 32が取り付けられ、また、シリンダ 一 31の下方に設置された絶縁材（土台） 34上に電極 33が載置されている。このシリ ンダ一針 32の針先と電極 33との間に電圧が印加できるように、これらのシリンダー針 32及び電極 33のそれぞれに接続する電線 36を介して電圧印加装置 35が設けられ ている。エレクトロスピユング装置 30を用いて導電性高分子繊維を製造するときは、 例えば、ポリパラフエ-レンなどのフエ-レン系材料とメタノールなどのアルコールを 混合して、紡糸用原液を調製する。調製された紡糸用原液をシリンダー 31内に収容 する。シリンダー 31と電極 33との間に電圧を印加しながら、調製された原液をシリン ダー 31のシリンダー針 32の針先力も電極 33に向けて押し出す。これにより、繊維前 駆体 10が電極 33上に析出する。得られた繊維前駆体を真空乾燥などの公知の方 法で乾燥して、導電性高分子繊維を得る。
[0029] このような湿式紡糸やエレクトロスピユングによる製造方法を採用することにより、織 物又は編物を形成する導電性高分子繊維を容易に製造することが可能になる。
[0030] 次に、これらの導電性高分子繊維を含む織物又は編物が、他の高分子によって被 覆されて!/ヽるものであることも好ま ヽ。導電性高分子繊維から織物又は編物を作製 した後に、他の高分子によって被覆することにより、織物又は編物の強度及び耐久性 を向上させ、また、安定したセンシング挙動及びァクチユエート挙動をもたらすことが 可能となるからである。他の高分子の被覆量については、上記センシング又はァクチ ユエートの性能を阻害しな 、範囲で任意に設定可能であるが、導電性高分子繊維の 断面積に対して、 10〜80%程度の断面積を被覆材料が占める範囲とするのが好ま しぐより好ましくは 30〜50%程度である。
[0031] 上記した織物又は編物の強度及び耐久性を向上させ、また、安定したセンシング 挙動及びァクチユエート挙動をもたらすための別の手段としては、導電性高分子繊 維を得る段階、又は導電性高分子繊維を製造後の織り、編みの前段階で、導電性高 分子繊維を他の高分子と組み合わせて、これにより、織り、編みに用いられる繊維が 、芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型の断面形状を有するものであることもまた、好 ましい。一般的な繊維材料においては、図 17に示すような、繊維 1Aの断面が円形 で均一な材料でできているものの他に、図 18に示すような、繊維 1Bが断面で見て鞘 部 2aと芯部 2bとが異なる材料よりなる芯鞘構造のようなもの、図 19に示すような、繊 維 1Cが断面で見て異なる材料 3a及び 3bが隣り合うサイドバイサイド構造のようなも の、図 20に示すような、繊維 1Dが断面で見て海部 4a中に海部 4aとは異なる材料よ りなる島部 4bが形成されて 、る海島（多芯)構造のようなもの、断面が円形ではな!/、 変形断面形状、例えば、図 21に示されるように、繊維 1Eが三角形断面形状のものや 、図 22に示されるように繊維 1Fが星型断面形状のものや、図 23に示されるように、 繊維 1Gが管状の材料 5aからなり、中空部 5bが形成されている中空構造などがある。 これらは繊維の機能化の一つの手段として、繊維自体が自然によじれた形状にして 風合 、を変える、繊維表面積を大きくして軽量ィ匕 ·断熱性を図るなどのために用いら れる。
[0032] 本発明の布帛に用いられる導電性高分子繊維においても、このような一般的な繊 維における断面形状の構造の工夫をすることができる。しかし、本発明における繊維 の断面形状の構造は、このような一般的な繊維における風合い、軽量化、断熱性な どの静的特性を変化させるためのみならず、センシング、及びァクチユエートなどの 機能の高度化を図るためのものである。つまり、本発明の布帛において、断面形状の 構造の工夫をする場合の意図するところは、繊維構造の工夫と材料の工夫を組合せ ることによって、上記機能の高度化を実現するところにある。したがって、例えば所望 の特定方向力ものセンシング機能を高めるためには、他の材料を導電性高分子繊維 の表面に選択的に被覆又は、複数の導電性高分子繊維を特定方向に積層し、これ により変形方向を制限することが行われる。導電性高分子繊維が特定方向に積層さ れることにより、動きが阻害される面が発生し、それにより、繊維形状としてマクロに見 た場合には、ある方向に対し、センシング及び Z又はァクチユエートに指向性を有す ること〖こなる。例えば、図 24に断面で示される繊維は、複数の高分子繊維 11が特定 方向に並ぶように、その他の榭脂 12により覆われている。このような繊維は、高分子 繊維 11が並んで 、る方向、すなわち図中の矢印 Aで示す方向でセンシング機能が より大きく発現する。このようにして、機能を高度化することができる。
[0033] また、あら力じめ導電性高分子繊維の表面の一部又は全部に対し、他の高分子と 組合せて、上記した芯鞘型、サイドバイサイド型などの断面構造を有する繊維とする ことができる。このような断面構造とすることで、隣り合う繊維相互の接触部分の制御 や、繊維自体の強度を上げることができる。ここでいう導電性高分子繊維の表面の一 部とは、これらの導電性高分子を芯とした繊維体の表面に、他の材料からなる材料を 形成させて、積層体を形成したもののうち、前記導電性高分子の表面すベてを覆うこ とがない状態をいう。導電性高分子繊維の表面の一部に他の高分子と組合せた繊 維の代表的な例としては、サイドバイサイド型の断面形状を有する繊維があり、その 積層時の断面形状は、例えば図 25 (a)〜(！ n)に示すような、互いに異なる材料 11a 及び l ibについて、半円形、扇形、弦により区分される形、三日月形、ものが挙げら れる。
[0034] 図 25に示される断面形状では、異なるハッチングにより材質が異なることを示すが 、面積の大小を問わず、 2種類の材質のうち一方が導電性高分子であり、他方が他 の高分子であり、これらが組み合わされていれば、本機能を発現させることができる。
[0035] 積層構造がサイドバイサイド型である繊維のなかでも、断面積のうち、導電性の機 能を有する導電性高分子の部分と拘束層になる他の高分子の部分とが、それぞれ 約 50%であるものが好適である。特にこの分量とすることで、導電性高分子によるァ クチユエーシヨン機能又はセンシング機能が得られることはもちろん、本機能を持た せた繊維としての繊維自体の強度も他の高分子により向上する。これらの積層構造 の繊維を得るには、例えば湿式紡糸の工程中に、繊維に積層される榭脂層を連続で 塗布する装置を設けた図 26のような紡糸装置を用いることができる。
[0036] 図 26は、本発明に係わる湿式紡糸装置にコーティング装置を設けた装置の模式図 である。なお、図 26において、図 15に示した湿式紡糸装置を構成する部材と同一の 部材には同一の符号を付しており、以下では重複する記述を省略する。図 26に示さ れる湿式紡糸装置 20Bは、湿式紡糸溶媒槽 22を通過させた後の繊維の表面に他の 高分子を塗布して乾燥させる塗布乾燥装置 25を有して 、る。この湿式紡糸装置 20B において、紡糸原液を湿式紡糸用口金 21から押し出し、押し出された繊維前駆体 1 0を、アセトンなどの溶媒が入った湿式紡糸溶媒槽 22を通過させる。該前駆体 10は 、該溶媒槽 22を通過した後、繊維送り器 23を経て、塗布乾燥装置 25で榭脂材料な どを塗布、乾燥させた後、繊維 11を得て、繊維巻き取り器 24で巻き取られる。この塗 布装置 20Bの塗布乾燥装置 25による塗布、乾燥工程により、導電性繊維の材料と は異なる材料種が、導電性繊維の表面に部分的に塗布された積層繊維を形成する ことで、本発明に用いる導電性高分子繊維を得ることができる。 [0037] これらのサイドバイサイド型の他にも、繊維の断面の一部に他の部分と異なる材料 を貫通させた、芯鞘型の断面構造を持つ繊維であっても、本発明の導電性高分子繊 維として用いることが可能である。ここでいう、繊維の断面の一部に他の部分と異なる 材料を貫通させた断面構造とは、図 27 (a)〜(k)、図 28 (a)〜(！ n)及び図 29 (a)〜（ d)に示すように、繊維断面を見た際に、互いに異なる材料 11a及び l ibについて、 上記駆動 (ァクチユエート)若しくはセンシング機能を有する部分となる導電性高分子 材料か、又は、ァクチユエート若しくはセンシング機能を有しない他の高分子材料の どちらかが、繊維表面すベてを覆っていて、その表面を覆っていない方の部分力 断 面の芯部に含まれる構造のことである。この芯鞘型の断面構造の形状とすることで、 例えば芯部に導電性高分子材料を用いた場合では、繊維自体の表面の耐久性が、 鞘部の他の材料の耐久性によることになり、そして、この鞘部にエラストマ一のような 一般的な榭脂材料などを用いることで、繊維自体の表面の耐久性が概ね向上する。
[0038] また、特に導電性高分子材料を鞘部に用いる場合では、繊維の表面に導電性高 分子の部分が現れていることになり、よって繊維を導通させて使用する際に、接点で の接触を容易に得ることができる。
[0039] 芯鞘型の構造のなかでも、断面積における芯鞘面積比が 50%ずつに近いことが好 ましい。芯鞘型の繊維の強度と、駆動又はセンシングとのバランスを考えた際には、 芯鞘面積比が 50%ずつであるときに、これらの特性、機能を一番バランス良く発現さ せることができる。
[0040] また、芯鞘型の繊維において、芯は 1本に限られず、多芯構造すなわち、海島構造 であっても同様の効果が得られる。
[0041] これらの芯鞘型導電性高分子繊維は、例えば湿式紡糸や電界重合で得られた芯 部の導電性繊維に、連続工程で鞘部分として導電性高分子ではな!ヽ榭脂を主成分 とする被覆材を塗布することにより製造することができる。被覆材を塗布する工程は、 例えば図 30に示される装置により行うことができる。
[0042] 図 30は、本発明に係わる湿式紡糸装置にコーティング工程を行うコーティング装置 を設けた紡糸装置の模式図である。この図 30において、図 15及び図 26に示した部 材には同一の符号を付しており、以下では重複する記述を省略する。図 30に示され る湿式紡糸装置 20Cは、湿式紡糸溶媒槽 22を通過させた後の繊維の表面を覆って 他の高分子を塗布するコーティング槽 26と、このコーティング層 26を通過させた後の 繊維を乾燥させる塗布乾燥装置 27を有している。図 30に示される湿式紡糸装置 20 Cにおいて、紡糸原液を湿式紡糸用口金 21から押し出し、押し出された繊維前駆体 10を、アセトンなどの溶媒が入った湿式紡糸溶媒槽 22を通過させる。該前駆体 10は 、該溶媒槽 22を通過した後、繊維送り器 23を経て、ポリエステルェマルジヨンなどが 含まれるコーティング槽 26に送られる。このコーティング槽 26に浸漬されて該ェマル ジョンがコーティングされた繊維を繊維送り器 23で乾燥装置 27に送って乾燥させた 後、繊維 11を繊維巻き取り器 24で巻き取る。
[0043] この乾燥装置 27における乾燥工程の時間 ·温度を調整することで、導電性繊維表 面に残る榭脂量を調節することが可能である。したがって、さまざまな乾燥条件により 、異なる断面形状のものを得ることができる。
[0044] また、芯鞘型導電性高分子繊維を製造する別の手法としては、湿式紡糸の際に芯 鞘型用の吐出口金を用い、この吐出口金により芯鞘型の繊維前駆体を押し出すこと で、一回の溶媒槽カもの引上げで芯鞘型繊維を作製することも可能である。
[0045] 導電性高分子繊維の表面の一部又は全部に対し、他の高分子と組合せて、上記し た芯鞘型、サイドバイサイド型などの断面構造を有する繊維の断面形状は、円形以 外でも、異形断面形状として、扁平断面、中空断面、三角形や Y型などの繊維形態 や、繊維表面に微細な凹凸や筋を有する繊維形態などを採用することができる。図 2 5 (d)及び (g)、図 29 (a)〜 (d)に異形断面形状として三角形や四角形の断面の繊 維形態を示している。
[0046] これらのサイドバイサイド型や芯鞘型の複合導電性高分子繊維にお!、ては、サイド ノ ィサイド型の繊維の表面層の一部又は全部、芯鞘型の繊維の芯部又は鞘部を構 成する材料には、榭脂材料を用いること、更に当該榭脂材料は熱可塑性榭脂である ことが好ましい。これは、導電性部分として主に高分子材料を用いることから、導電性 材料と似た特性を有する榭脂材料とを組み合わせることで、導電性高分子の動きを できるだけ阻害することなぐ繊維形状であることが可能になる。更には、榭脂材料を 熱可塑性榭脂とすることで、導電性高分子繊維を織り又は編んだ布帛を製品化して 用いる際に、容易にその所望の形状にして用いることが可能になる。
[0047] 導電性材料と組み合わせられ、複合繊維の被覆部分、積層部分、芯鞘部分又は 海島部分に用いられる榭脂には、例えば、ナイロン 6,ナイロン 66などのポリアミド、ポ リエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ ンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどを単独又は混合したものを用いることができ る。また、これらの他にも、エラストマ一力もなることも好ましい。エラストマ一を用いるこ とで、上記の高分子よりも変形又は回復を、より阻害しない。適当なエラストマ一とし ては、ポリシロキサン類を用いることが、大きな変形を得る上でより好適である。この他 に、室温においてガラス状態で存在するポリメタタリレート、ポリクロロアタリレート又は ポリスチレン誘導体を用いることができる。また、室温において液晶状態で存在する 好ましいエラストマ一は、ポリアタリレート、ポリシロキサン又はポリホスファゼンを含む もの、及びこれらからなるコポリマーが挙げられる。このエラストマ一の好ましいメソゲ ン基は、メソゲンユニットの長軸に、例えば、 15個までの鎖構成員を有するアルキル 、アルコキシ及びォキサアルキル基を含むものが挙げられる。エラストマ一は、通常の 高分子の合成と同様に、例えば単純なランダム共重合、又は多官能性架橋剤分子と のランダムポリマー類似付加反応により合成される。
[0048] 複合繊維の被覆部分や積層部分、芯鞘部分又は海島部分に用いられる他の高分 子は、多孔質体を形成するものであることも好ましい。これらの部分に多孔質体が用 いられることで、特開平 11— 159443号公報に記載された、電気刺激に応答するピ ロール系高分子を用いた材料の電気変形方法などに示されるような、導電性高分子 の電気刺激変形のメカニズムであるところの、水分子の吸脱着を容易にし、これによ り繊維のァクチユエ一ト量ゃセンシングに対する応答速度を向上させることができる。 この多孔質体の空隙率は大きいほど好ましいが、実際に応答速度を上げることがで き、かつ多孔質体の形成による複合繊維の強度又は耐久性を上げるための見地から 、 30〜70%程度が好ましい。
[0049] (センサ）
本発明の布帛は、この布帛の導電性高分子繊維の電流値、およびまたは抵抗値を 測定する電流値、およびまたは抵抗値検出手段と組み合わされて、感圧センサとし て用いることができる。このセンサに適用する場合において、布帛には、電流値、およ びまたは抵抗値検出手段に接続される端子を、布帛の電流値、およびまたは抵抗値 の検出を行う領域単位ごとに設置することが好ましい。すなわち、織物の場合、端子 は、ある縦糸又は横糸について、その端子間に布帛における圧力が加わる領域を含 むように設けられる。このように検出用端子を設置することにより、センシングを効率的 に行うことができる。この検出用の端子は、複数本の繊維が束ねられた一つのバンド ルに取り付けることが好ま 、。
[0050] (ァクチユエータ）
本発明の布帛は、この布帛の導電性高分子繊維に電圧を付与する電圧印加手段 と組み合わされて、ァクチユエータとして用いることができる。本発明のァクチユエータ において、布帛には、電圧印加手段などに接続される端子を、布帛の伸縮の検出を 行う領域単位ごとに、又は検出及び駆動を行う領域単位ごとに、設置することが好ま しい。すなわち、織物の場合、端子は、ある縦糸又は横糸について、その端子間に 布帛における駆動を行おうとする領域を含むように設けられる。このように駆動用端 子を設置することにより、効率的にァクチユエートを行わせることができる。また、検出 及び駆動用端子を設置することにより、センシングに基づいてァクチユエートを効率 的に行わせることができる。この場合、例えば検出用の端子を一のバンドルに取り付 け、駆動用の端子を一のバンドルに直近する又は近傍の同方向に配列したバンドル に取り付けることにより検出及び駆動を行うことができる。
[0051] (車両用部品）
本発明の布帛を用 、たセンサや本発明の布帛を用!ヽたァクチユエータのように、本 発明に係る導電性高分子繊維を含む織物や編物を、車両に用いられて！/ヽる既存の 繊維材料と置換することで、車両から乗員へ振動信号で情報を伝達する手段や、繊 維の動きを検出して、この検出したデータに基づいて繊維を駆動させ、乗り心地を改 善する手段に用いるのは好適である。
[0052] 本発明に係る布帛をシートに用いた例では、この布帛によって座面圧を測定するこ とが可能となる。また、この布帛によって乗員に対して振動などを与えることが可能と なる。この座面圧測定により、乗員の姿勢や体重などを検知し、これらの姿勢や体重 などのデータ信号に基づいて適切な演算がされ、このこの布帛を駆動するための信 号が出力されて、ァクチユエータとしての布帛にフィードバック制御を行うことで乗り心 地を改善したり、エアバックなどの作動位置を設定したりすることに用いることができる
[0053] また、本発明に係る布帛を、ァクチユエート機能を主たる機能として用いることで、シ ート、ステアリング、シフトノブ、内装壁面などから、運転手や乗員への情報伝達手段 として用いることちでさる。
[0054] 本発明に係る布帛は、これら車両への適用の他にも、病院や介護施設などへの適 用が可能である。例えば、本発明に係る布帛をベッドのシーツとして用いることで、応 力の掛カつている位置の検知ゃ寝返り補助などに用いたり、衣類状にして用いること で、応力が力かっているところを検出し、通気量を変化させるための変形を導くことに 、用いたりすることも有効である。
[0055] (実施例）
以下に、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明する。
[0056] (実施例 1)
湿式紡糸法を利用し、溶媒相にアセトン (和光化学製: 019— 00353)を用い、一 度濾過した導電性高分子 PEDOTZPSSの水分散液 (スタルク製 Baytron P (登録 商標））をマイクロシリンジ (伊藤製作所製、 MS— GLL100、針部内径 260 m)から 2 LZminの速度で押し出すことによって、直径約 10 mの導電性高分子繊維を 得た。得られた導電性高分子繊維の導電率を JIS K 7194 (導電性プラスチックの 4探針法による抵抗率試験方法）に準拠して測定し、得られた抵抗率（Ω 'cm)の逆 数 (SZcm)として算出したところ、約 1 SZcmとなった。
[0057] 得られた導電性高分子繊維を長さ 50mm毎に揃え、 5000本毎のバンドルとした。
[0058] このバンドル表面に、水系ポリエステルェマルジヨン（日本 NSC社製、 AA— 64)を 表面に塗布し、 25°Cで 24時間乾燥させた。得られたバンドルの太さは約 lmmとなつ た。
[0059] この被覆したバンドルを 40本用意し、縦糸 20本、横糸 20本の織物を形成した。得 られた織物は、中央のおよそ 40mm角が織物状を成して 、た。 [0060] (実施例 2)
実施例 1と同様に被覆したバンドルを形成し、縦糸のみに用いた。横糸には、ポリエ チレンテレフタレート製繊維（直径 15 /z m カネボウ合繊製）、 5000本力もなるバンド ルを用い、織物を得た。
[0061] (実施例 3)
芯鞘型湿式紡糸器の口金の芯部からは N, N—ジメチルァセトアミド（DMAC)を溶 媒とするアクリロニトリル溶液 (榭脂濃度 25%)、鞘部からは PEDOTZPSSをそれぞ れ 0. 2mL/min.の速度で DMAC (濃度 85%)中に同時に吐出させ、芯鞘型繊維 (直径 15 μ m、鞘部量約 30%、鞘部空隙率約 30%)を得た。
[0062] 得られた繊維をバンドル化、織物化した。
[0063] (実施例 4)
実施例 3と同様に、サイドバイサイド型湿式紡糸器の口金の一方からは N, N—ジメ チルァセトアミド (DMAC)を溶媒とするアクリロニトリル溶液 (榭脂濃度 25%)、もう一 方からは PEDOTZPSSをそれぞれ 0. 2mL/min.の速度で DMAC (濃度 85%) 中に同時に吐出させ、サイドバイサイド型繊維 (直径 15 m)を得た。
[0064] 得られた繊維をバンドル化し、縦糸に用いて織物化した。
[0065] (実施例 5)
実施例 1と同様の条件で導電性高分子繊維を得た。長繊維状態のままバンドルイ匕 し、そこ力も連続工程で水系アクリルェマルジヨン（日本 NSC社、 AA— 64)を最終繊 維径が 15 mになる様に塗布し、 25°Cで 24時間乾燥させた。
[0066] バンドル状繊維を縦糸に用 、て織物化した。
[0067] (実施例 6)
実施例 1と同様の条件で導電性高分子繊維を得た。このバンドル表面に、発泡材と して熱分解型の炭酸水素ナトリウムを約 10質量％混入した水系ポリエステルェマル ジョン（日本 NSC社製、 AA— 64)を表面に塗布し、 50°C環境下で緩やかに発泡さ せつつ 24時間乾燥させた。得られたバンドルの表面は多孔質状 (空隙率約 50%)に なり、太さは約 lmmのバンドルとなった。
[0068] (実施例 7) 実施例 1と同様の条件で導電性高分子繊維を得た。この繊維をバンドル化したが 被覆せず、縦糸のみに用いて織物化した。
[0069] (実施例 8)
実施例 1と同様の湿式紡糸法で、針部内径 300 m、押し出し速度を 5 /z LZmin
.として、直径約 10 mの導電性高分子繊維を得た。得られた導電性高分子繊維の 導電率は約 0. lSZcmであった。
[0070] この繊維をバンドル状にして、実施例 1と同様に織物化して評価に用いた。
[0071] (実施例 9)
導電成分として、銀コロイド水分散液 (三井金属鉱業製パストラン)を PEDOTZPS
S水分散液に 5質量％添加した以外は、実施例 1と同様に導電性高分子繊維を得た
。得られた導電性高分子繊維の導電率は約 lOSZcmであった。
[0072] この繊維をバンドル状にして、織物化し評価に用いた。
[0073] (実施例 10)
導電成分として、銀コロイド水分散液 (三井金属鉱業製パストラン)を PEDOTZPS
S水分散液に 10質量％添加した以外は、実施例 1と同様に導電性高分子繊維を得 た。得られた導電性高分子繊維の導電率は約 lOOSZcmであった。
[0074] この繊維をバンドル状にして、織物化し評価に用いた。
[0075] (実施例 11)
導電性高分子としてポリピロール 5%水溶液 (アルドリッチ製)を用いた以外は、実 施例 1と同様の湿式紡糸法、被覆法で、繊維、バンドルを得た。得られた導電性高分 子繊維の導電率は約 lOSZcmであった。
[0076] この繊維をバンドル状にして、縦糸に用いて織物化し評価に用いた。
[0077] (実施例 12)
ピロール 0. 4g及び過塩素酸テトラエチルアンモ -ゥム 1. 15gを、 1 vol%の水を含 む炭酸プロピレンに溶かして lOOmLとし、正極に白金板（長さ 100mm、幅 lOOmm
、厚さ 0. 1mm)、負極【こァノレミ箱（長さ 200mm、幅 50mm、厚さ 0. Olmm)を用!ヽ た電解重合セルに、上記溶液を入れた。
[0078] 電解重合セルを低温恒温槽中に 30分放置後、ポテンシヨスタツトから一定電流 1. 25mA (電流密度 0. 125mAZcm2)を 12時間印加し、電解重合を行った。重合温 度は— 20°Cであった。
[0079] 得られたポリピロールフィルムを白金板上力 剥がし、炭酸プロピレン中で約 1時間 洗浄、更に、フィルムを 1日真空乾燥し、これを長さ 50mm、幅 lmmに切断して導電 性高分子繊維として用いた。このフィルムの導電率は約 lOOSZcmであった。
[0080] 切り出した繊維を、縦糸に用いて織物を形成し、評価に用いた。
[0081] (実施例 13)
導電性高分子としてポリア-リン 5%水溶液 (アルドリッチ製)を用いた以外は、実施 例 1と同様の湿式紡糸法、被覆法で、繊維、バンドルを得た。得られた導電性高分子 繊維の導電率は約 lOSZcmであった。
[0082] この繊維をバンドル状にして、縦糸に用いて織物化し評価に用いた。
[0083] (実施例 14)
エレクトロスピユング法で繊維を作製する。ノラキシレンテトラヒドロチォフエ-ゥムク 口ライドの 2. 5%水溶液にメタノールを 50vol. %となる様に添カ卩して原液を得た。こ れを内径 340 μ mの針先から電圧 5kVを印加して、針先より 20cm下のアルミホイル 基板上に、前駆体繊維を析出させた。得られた前駆体繊維を、 250°Cで 24時間真 空乾燥を行い、得られたナノファイバー（直径約 lOnm)を撚り糸とし、直径約 10 μ m の繊維を得た。得られた導電性高分子繊維の導電率は約 lOSZcmであった。
[0084] この繊維を更に束ねてバンドル化した後、水系ポリエステルェマルジヨン（日本 NS C社製、 AA— 64)を表面に塗布し、 25°Cで 24時間乾燥させた。このように繊維をバ ンドル状にして、織物化し評価に用いた。
[0085] (実施例 15)
実施例 3と同様にして得た導電性高分子繊維を長 、状態のままバンドルイ匕して、連 続工程で被覆を行った。得られた繊維をジャージ状に編み物化した。
[0086] この編み物の両端部を切り取った 40mm角の布状物を評価に用いた。なお、電極 はこの端部のバンドル毎に設置した。
[0087] (実施例 16)
図 31に示されるように、実施例 1の織物を車両のステアリング 41に巻きつけ、 10Hz 、 5Vで通電を行ったところ、運転者は通電時に振動感触を感じとることができた。ま た、握る場所を変えるごとに、電流値変化を観測することができた。これらのこと力ら、 導電性高分子繊維からなる織物は、センシング機能とァクチユエート機能を併せ持つ ことが認められた。
[0088] (実施例 17)
図 32に示されるように実施例 1の織物を車両のシート座面 51に用い、電流値測定 を行ったところ、運転中の臀部の動きに合わせて、電流値変化を測定することができ た。また、入力の大きかった部分のセンシングに用いていなかったバンドルに 5Vの 電圧を印加することで、臀部に対して入力を行うことができた。
[0089] (実施例 18)
実施例 12と同様にポリピロールフィルムを得て、真空乾燥を行った。その後、常圧 下で、塩酸蒸気に 30秒さらしたポリピロールフィルムを、これを長さ 50mm、幅 lmm に切断して導電性高分子繊維として用いた。このフィルムの導電率は約 450SZcm であった。
[0090] 切り出した繊維を、縦糸に用い織物を形成し、評価に用いた。
[0091] (実施例 19)
実施例 12と同様にポリピロールフィルムを得て、真空乾燥を行った。その後、常圧 下で、塩酸蒸気に 60秒さらしたポリピロールフィルムを、これを長さ 50mm、幅 lmm に切断して導電性高分子繊維として用いた。このフィルムの導電率は約 600SZcm であった。
[0092] 切り出した繊維を、縦糸に用い織物を形成し、評価に用いた。
[0093] (比較例 1)
PET長繊維 (繊維径 15 m、カネボウ合繊製）、 5000本を用いてバンドルと形成し 、縦糸、横糸として織物を形成し、比較例として用いた。
[0094] (比較例 2)
圧電性を持つ PVDFフィルム（タレハ製 KFピエゾフィルム、厚さ 100 μ m)を長さ 50 mm、幅 lmmに切り出し、縦糸に用いて織物を形成し、比較例として用いた。電極が フィルム両面に設定されて 、るので、電極は端部の片面ずつ設置した。 [0095] (評価試験）
実施例及 1〜 19及び比較例 1〜 2で得られた織物、編物を 40mm角でサンプルと して用意した。用いた導電性高分子繊維のバンドルの両端に直径 0. 025mmの銅 線 (ユラコ製 CU - 111086)を導電ペースト (藤倉化成製 D - 500)でつなぎ、サンプ ルの外周部を固定し、以下の試験を行った。図 33は、サンプル 100が織物の例であ り、横糸 111〜116、縦糸 121〜126両端部に端子として導電ペースト 101を介して 、銅線 102が接続されている。サンプルの外周は枠 103により固定されている。横糸 111〜116、縦糸 121〜126の各糸の両端部に接続された銅線 103は、それぞれが 糸ごとに電流値、およびまたは抵抗値検出装置に接続され、各糸の電流値、および または抵抗値を測定できるようになって!/、る。
[0096] (評価試験 1)
センシング性能試験 1：圧子スライド試験
図 34に示されるように、直径 5mmの先端部が円形の圧子 Iを用いてサンプル 100 に対して、 0. 3Nの力で押し付ける。圧子 Iを押し付けたまま、図 35に圧子 Iの動きを 矢印 A1〜A3で示すように、 10秒間で 30mmスライドさせ、各バンドルの電流値の計 時変化を測定する。
[0097] (評価試験 2)
センシング性能試験 2：圧子ピストンスライド試験
図 36に示されるように、評価試験 1と同様の治具、条件に加え、圧子 Iを 0. 5Hzの 正弦波で上下動させながらスライドさせる。
[0098] 評価試験 1と評価試験 2の結果については、評価試験 1の結果と評価試験 2の結果 の差の有無で表す。
[0099] (評価試験 3)
ァクチユエート性能試験
図 37に示されるように、サンプル 100の外周が枠 103で固定され、この枠 103の四 隅が足 Lにより支持されることにより、サンプル 100が試験台上で浮力されている状態 で、サンプル 100の中央部に圧子 Iを 0. 3Nで押し付ける。 5Vの電圧印加に対して、 発生する応力はロードセル (共和電業製 LTS— 500GA)を用いて測定する。測定結 果を発生応力で表した。
評価する材料の条件を表 1に、得られた評価結果を表 2に示す。
[表 1]
S〕2 表
Figure imgf000025_0001
表 2
Figure imgf000026_0001
[0101] また、評価試験の結果の一例を図 38〜49に示す。中央部の 30mm角エリアのうち 、横糸 5本、縦糸 5本の電流センシング波形を図示する。評価試験 1について、実施 例 1の結果を図 38 (横糸）及び図 39 (縦糸）に、比較例 1を図 40 (横糸）及び図 41 ( 縦糸）に、比較例 2の結果を図 42 (横糸）及び図 43 (縦糸）に示す。評価試験 2につ いて、実施例 1の比結果を図 44 (横糸）及び図 45 (縦糸）に、較例 1を図 46 (横糸）及 び図 47 (縦糸）に、比較例 2の結果を図 48 (横糸）及び図 49 (縦糸）に示す。
[0102] 表 1中の評価試験 1と 2の差とは、図 38〜49で示すように試験結果のピークが、明 確に現れているか否かを示している。差の大小とは、大が明確に出ているもの（図 50 の実施例 1)、小はピークがあるものの、電流値、およびまたは抵抗値が低いため、ピ ークの高さが小さくなつた為に判別し難くなつたものや、電流値、およびまたは抵抗 値が高すぎるために繊維の接触による抵抗変化が見られ難くなりピークの高さが小さ くなつたもの（図 50の実施例 19や実施例 8)をいう。
[0103] その結果、比較例 2では、センシングできてはいるものの、評価試験 1のような静的 な経時変化と、評価試験 3のような動的な変化とで似た信号波形が得られてしまい、 区別が付き難い。それに対し、実施例 1では、双方の試験で別々の信号が得られ、 状況を把握することができて ヽる。
[0104] これらの実施の結果、比較例との比較で、新たなセンシング機能とァクチユエート機 能を合せ持つ繊維を用いた布帛を得ることができた。
[0105] 特願 2006— 006441号（出願曰： 2006年 1月 13曰）および特願 2006— 281350 号（出願日： 2006年 10月 16日）の全内容は、ここに援用される。
[0106] 以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明した 力 この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は 限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされ る他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは 勿論であることを付けカ卩えておく。

Claims

請求の範囲
[1] 導電性高分子繊維を含む繊維よりなるバンドルを備え、
当該バンドルにおける力が作用する領域よりも外側に、端子が設けられることを特 徴とする電気デバイス用布帛。
[2] 導電性高分子繊維を含む繊維よりなるバンドルを備え、
当該バンドルにおける力が作用する領域よりも外側に、このバンドルに含まれる導 電性繊維の電流値、およびまたは抵抗値を測定する電流値、およびまたは抵抗値検 出装置と接続される端子が設けられることを特徴とする圧力センシング布帛。
[3] 前記導電性高分子繊維の導電率が 0. l〜600SZcmの範囲にあることを特徴と する請求項 2に記載の圧力センシング布帛。
[4] 前記導電性高分子繊維の導電率が l〜450SZcmの範囲にあることを特徴とする 請求項 2に記載のセンサ。
[5] 前記導電性高分子繊維は、ポリピロール、ポリア-リン、ポリ 3, 4—エチレンジォキ シチォフェンにポリ 4 スチレンサルフォネートをドープした PEDTOTZPSS及びパ ラフエ-レンビ-レンよりなる群力も選ばれた少なくとも 1種を含むことを特徴とする請 求項 2〜4のいずれ力 1項に記載の圧力センシング布帛。
[6] 前記布帛は、他の高分子により被覆されてなることを特徴とする請求項 2〜5のいず れカ 1項に記載の圧力センシング布帛。
[7] 前記導電性高分子繊維は、他の高分子と組み合わせてなる芯鞘型、サイドバイサ イド型又は海島型の断面形状であることを特徴とする請求項 2〜6のいずれか 1項に 記載の圧力センシング布帛。
[8] 前記導電性高分子繊維に用いる他の高分子は、エラストマ一であることを特徴とす る請求項 7記載の圧力センシング布帛。
[9] 前記導電性高分子繊維に用いる他の高分子は、多孔質体であることを特徴とする 請求項 7又は請求項 8に記載の圧力センシング布帛。
[10] 導電性高分子繊維を含む繊維よりなるバンドルを備え、
当該バンドルにおける力が作用する領域よりも外側に、このバンドルに含まれる導 電性繊維に電圧を付与する電圧印加装置と接続される端子が設けられることを特徴 とするァクチユエート布帛。
[11] 前記導電性高分子繊維は、ポリピロール、ポリア-リン、ポリ 3, 4 エチレンジォキ シチォフェンにポリ 4 スチレンサルフォネートをドープした PEDTOTZPSS及びパ ラフエ-レンビ-レンよりなる群力も選ばれた少なくとも 1種を含むことを特徴とする請 求項 10に記載のァクチユエート布帛。
[12] 前記導電性高分子繊維は、他の高分子と組み合わせてなる芯鞘型、サイドバイサ イド型又は海島型の断面形状であることを特徴とする請求項 10又は請求項 11に記 載のァクチユエート布帛。
[13] 請求項 1に記載の電子デバイス用布帛、請求項 2〜9のいずれか 1項に記載の圧 力センシング布帛又は請求項 10〜 12のいずれ力 1項に記載のァクチユエ一ト布帛 を用いた車両用部品。
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