WO2018131614A1 - センサシステム、衣類及び衣類システム - Google Patents

センサシステム、衣類及び衣類システム Download PDF

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WO2018131614A1
WO2018131614A1 PCT/JP2018/000365 JP2018000365W WO2018131614A1 WO 2018131614 A1 WO2018131614 A1 WO 2018131614A1 JP 2018000365 W JP2018000365 W JP 2018000365W WO 2018131614 A1 WO2018131614 A1 WO 2018131614A1
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WO
WIPO (PCT)
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piezoelectric element
fiber
piezoelectric
clothing
sensor system
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/000365
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佳郎 田實
小野　雄平
俊介 兼松
山本　智義
Original Assignee
帝人株式会社
学校法人関西大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 帝人株式会社, 学校法人関西大学 filed Critical 帝人株式会社
Publication of WO2018131614A1 publication Critical patent/WO2018131614A1/ja

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K15/00—Devices for taming animals, e.g. nose-rings or hobbles; Devices for overturning animals in general; Training or exercising equipment; Covering boxes
    • A01K15/02—Training or exercising equipment, e.g. mazes or labyrinths for animals ; Electric shock devices ; Toys specially adapted for animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities

Definitions

  • the present invention relates to a sensor system, a garment, and a garment system that determine the state of deformation of the garment worn on a body to be measured.
  • a resistor composed of an elastically deformable substrate, a mixture containing a conductive polymer and a binder resin fixed to at least a part of the surface and the inside of the substrate, and a conductive surface of the resistor
  • an extension sensor including a pair of terminals electrically connected to the end of each of these, a resistor in which this resistor is incorporated in clothing is known (for example, see Patent Document 1).
  • a garment member configured to be worn on a user's body, and a sensor connected to the garment member at a first location, the polymer material having conductive particle material dispersed at a first dispersion density
  • a sensor configured to deform in response to movement of the user while wearing the garment member, and a port configured to communicate with an electronic module, separated from the first location
  • a port connected to the garment member at a second location and a conductive lead connected to the first garment member, the sensor and the port connected between the sensor and the port
  • a lead wire extending along the garment member, and the sensor is configured to increase resistance when deformed under pressure (e.g., Special Document 2 reference.).
  • a fitness monitoring system for monitoring physiological parameters of a subject engaged in physical activity, comprising a sensor subsystem comprising a first sensor and a second sensor, the first sensor comprising a printed circuit A multi-layer printed circuit comprising a conductive circular coil formed by a substrate, each layer being connected in series with each other, the first and second sensors being responsive to parameter changes;
  • a fitness monitoring system configured to generate and transmit a signal representing the parameter is known (see, for example, Patent Document 3).
  • JP 2014-228507 A Special table 2016-509635 gazette Japanese Patent Laying-Open No. 2015-62675
  • a sensor system incorporated in clothing it is required that the movement of the living body can be accurately detected without impairing the comfort of the living body wearing the clothing.
  • clothes such as those worn by humans and those worn by animals
  • design is often required for clothing worn by humans.
  • IOT Internet of Things
  • An opportunity to wear a garment incorporating the sensor system can also be envisaged. Therefore, development of a highly versatile sensor system, clothing, and clothing system that can accurately detect the movement of a living body without impairing the wearing feeling and can be easily incorporated into clothing is desired.
  • the present inventors have found that a linear piezoelectric element can be arranged on a garment worn on a body to be measured, and the state of deformation of the garment can be determined based on an electrical signal generated by each linear piezoelectric element, The present invention has been reached.
  • the present invention includes the following inventions.
  • a linear piezoelectric element that is disposed on a garment worn on a body to be measured and generates an electrical signal in response to an applied stress, the linear piezoelectric element containing polylactic acid as a main component, and the linear piezoelectric element
  • a sensor system comprising: a signal detection unit that detects an electrical signal generated in step 1; and an arithmetic processing unit that determines a state of deformation of the clothing based on the electrical signal detected by the signal detection unit. 2.
  • the sensor system according to 1 or 2 wherein the arithmetic processing unit determines the state of deformation of the clothing based on the electrical signal detected by the signal detection unit and the electrical signal generated from the conductive fiber. 4).
  • the linear piezoelectric element is a braided piezoelectric element having a core portion formed of conductive fibers and a sheath portion formed of braided piezoelectric fibers so as to cover the core portion.
  • the piezoelectric fiber is a piezoelectric polymer containing as a main component a crystalline polymer having an absolute value of the piezoelectric constant d14 of 0.1 pC / N or more and 1000 pC / N or less with three orientation axes.
  • the orientation angle of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis of the core coated with the piezoelectric polymer is not less than 15 ° and not more than 75 °, and the piezoelectric polymer has a value of the piezoelectric constant d14 Includes a P-form containing a positive crystalline polymer as a main component and an N-form containing a negative crystalline polymer as a main component, and the center axis is 1 cm in length, the orientation axis is Z
  • the mass of the P body arranged by winding a spiral in the twist direction is ZP
  • the mass of the P body arranged by winding the helix in the S twist direction is SP
  • the mass of the P body arranged in the Z twist direction is wound by the spiral in the Z twist direction.
  • the mass of the N body arranged as ZN and the orientation axis in the S twist direction The value of T1 / T2 is 0 or more and 0.8 when the smaller one of (ZP + SN) and (SP + ZN) is T1 and the larger is T2 when the mass of the N body arranged in a spiral is SN. 6.
  • the sensor system according to 5 above which is as follows. 7).
  • a garment comprising the sensor system according to any one of 1 to 6 above. 8).
  • a clothing system comprising the sensor system according to any one of the above 1 to 6, wherein the linear piezoelectric element and the signal detection unit are arranged in clothing worn on a measurement object, and the arithmetic processing unit However, the garment system is provided in a calculation device separate from the garment.
  • a highly versatile sensor system, a garment, and a garment system that can accurately detect the movement of a living body without impairing the wearing feeling and that can be easily incorporated into a garment are realized. be able to.
  • the sensor system of this aspect does not require a special process, can be manufactured by a simple process, and has high productivity.
  • the linear piezoelectric element constituting the sensor portion of the sensor system is rich in flexibility, it can be easily arranged according to the shape of the clothing.
  • a linear piezoelectric element is placed on a body part such as a human being or an animal, or a clothing part that will be located in the vicinity of a movable part of a measured object such as a robot, a mannequin, a doll, a machine such as a toy such as a stuffed toy.
  • the linear piezoelectric element is rich in flexibility, it does not interfere with the movement of the measured object and does not impair the wearing feeling.
  • the linear piezoelectric element is thin and rich in flexibility, even if the linear piezoelectric element is incorporated into clothing, the design is not impaired.
  • the sensor system of the present invention can be incorporated into sportswear worn by humans.
  • the linear piezoelectric element is not affected by moisture, if the signal detection unit that detects the electrical signal generated by the linear piezoelectric element incorporated in clothing together with the linear piezoelectric element has a waterproof function, It can be washed like clothing.
  • the sensor system according to this aspect can be incorporated in clothing worn on various objects to be measured.
  • clothing that can incorporate the sensor system according to this aspect include outerwear, trousers, supporters, gloves, tights, socks, tabi, mufflers, neck warmers, scarves, hats, headbands, bandanas, wristbands or masks. is there.
  • the sensor system according to this aspect can be incorporated into sportswear. Examples of applicable sports include golf, tennis, baseball, soccer, rugby, American football, table tennis, badminton, cricket, gateball, athletics, gymnastics, dance, swimming (swimwear), judo, kendo, and karate.
  • the sensor system according to the present embodiment may be incorporated into miscellaneous goods such as sheets, towels, covers, bags, and the like.
  • FIG. 2 It is a mimetic diagram showing the basic composition of the sensor system concerning one embodiment. It is a figure explaining the deformation speed of the linear piezoelectric element used by this embodiment. It is a figure which shows the relationship between the deformation
  • FIG. 3 shows an actual photograph of the back of a jacket incorporating a sensor system according to one embodiment. It is a figure which shows the actual photograph which has arrange
  • FIG. 4 is a diagram showing an actual photograph of a glove incorporating a sensor system according to an embodiment, wherein (A) shows the back of the hand wearing the glove, (B) shows the palm wearing the glove, and (C) shows the glove. One side of the hand wearing is shown.
  • FIG. 1 is a mimetic diagram showing the basic composition of the sensor system concerning one embodiment.
  • FIG. 1 shows the outerwear 500-1 and the trousers 500-2 as an example, but FIG. 1 shows both the outerwear 500-1 and the trousers 500-2 as clothing. It does not mean that it should always be provided, but is merely an example.
  • clothing other than the outerwear 500-1 and the trousers 500-2 include supporters, gloves, tights, socks, tabi, mufflers, neck warmers, scarves, hats, headbands, bandanas, wristbands or masks.
  • the sensor system according to the present embodiment may be incorporated into miscellaneous goods such as sheets, towels, covers, bags, and the like.
  • the object whose movement is detected by the sensor system 1000 while wearing clothing incorporating the sensor system 1000 is referred to as a “measurement object” in this specification.
  • the measurement object include living bodies such as humans and animals, and machines such as robots and toys (dolls, stuffed animals, etc.).
  • the sensor system 1000 includes a linear piezoelectric element 101, a signal detection unit 102, and an arithmetic processing unit 103.
  • the sensor system 1000 includes a conductive fiber 104 that is disposed in the vicinity of the linear piezoelectric element 101 disposed on the garment and generates an electrical signal due to an interaction with the measurement object wearing the garment. Prepare.
  • the linear piezoelectric element 101 generates an electrical signal in accordance with applied stress.
  • the linear piezoelectric element 101 an element that generates an electrical signal by extension deformation is preferable, but a linear piezoelectric element that generates a signal with respect to stress other than extension may be used.
  • a specific example of the material constituting the linear piezoelectric element 101 will be described later.
  • the linear piezoelectric element 101 may be arranged in any manner on the clothing, but the arrangement largely depends on the content of the movement to be detected of the measurement object wearing the clothing.
  • the expression “the linear piezoelectric element 101 is arranged on clothing (or simply“ clothing ”)” means “the linear piezoelectric element 101 is on the front or back surface of the cloth of the clothing. It includes the concepts of “arranged” and “the linear piezoelectric element 101 is embedded in a cloth of clothing”.
  • the linear piezoelectric element 101 As a method of arranging the linear piezoelectric element 101 on the garment, the linear piezoelectric element is deformed by the stress applied by the deformation of the garment worn by the measured object when the measured object moves.
  • the stress applied by the deformation of the garment worn by the measured object There is no particular limitation.
  • a woven fabric or a knitted fabric incorporating a linear piezoelectric element may be created and used as clothing.
  • the linear piezoelectric element 101 is disposed in the vicinity of the position on the clothing corresponding to the variable part of the measurement object wearing the clothing.
  • the vicinity of the position on the garment means a range of the garment that is deformed based on the operation of the measured object when the measured object moves.
  • the name of the part of the body to be measured may be simply used.
  • “elbow of outerwear” means “position on the outerwear that will be located in the part corresponding to the elbow when the body to be measured (human etc.) wears the outerwear”
  • the “back of the hand” means “a position on the glove that is to be located in a portion corresponding to the back of the hand when the measured object (such as a human) wears the glove”.
  • the variable part of the measurement object include, for example, the shoulder, elbow, wrist, ankle, knee, hip joint, finger, neck, mouth, heel, cheek, forehead, nose, ear, abdomen, There are chest, thigh, calf, upper arm, back, buttocks, palm, back of hand, foot arch and back of foot.
  • a movable part in a machine such as a robot or a toy is also an example of a variable part of the measured object. Or even if it is not near the position on the clothing corresponding to the variable part of the body to be measured wearing the clothing (that is, away from the variable part), the worn clothing is deformed as the variable part moves.
  • the linear piezoelectric element 101 is disposed at the position. For example, when wearing clothing, between neck and shoulder, between shoulder and elbow, between elbow and wrist, between finger joints, between neck and chest, between chest and abdomen , Between the abdomen and hip joint, between hip joint and hip, between neck and back, between back and hip, between hip and hip, between hip and knee, or between knee and ankle It is arranged at a position on the clothing that will be located between. A specific example of the arrangement of the linear piezoelectric elements 101 will be described later. Since the linear piezoelectric element 101 constituting the sensor portion of the sensor system is rich in flexibility, it can be easily installed according to the shape of the measured object.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the deformation speed of the linear piezoelectric element used in this embodiment.
  • a linear piezoelectric element 101 having a constant deformation speed due to expansion is used regardless of the length or the position where the expansion occurs.
  • two long and short linear piezoelectric elements 101 used in this embodiment are prepared, each of which is held by a chuck for a certain distance, and connected to the signal detection unit 102 via a connector 121.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between deformation due to expansion of the linear piezoelectric element shown in FIG. 2 and signal strength
  • FIG. 3A shows the relationship between the deformation speed and signal strength (current value).
  • 3 (B) shows the relationship between the position of the deformed portion and the signal intensity (current value).
  • the linear piezoelectric element 101 used in this embodiment is proportional to the elongation deformation speed of the linear piezoelectric element 101 and the signal intensity (current value), and is shown in FIG.
  • the signal intensity (current value) is substantially constant regardless of the position where the expansion deformation occurs (represented by the distance from the connector 21).
  • a linear piezoelectric element 101 having a constant signal intensity with respect to the deformation speed due to expansion regardless of the length or the position where the expansion occurs.
  • the linear piezoelectric element 101 may be realized with a signal intensity that is not constant with respect to the deformation speed due to expansion. In this case, the deformation speed and the signal intensity according to the expansion of the linear piezoelectric element.
  • a pre-correction calculation unit that converts a deformation speed corresponding to the degree of expansion at each position into a constant signal intensity based on the measurement result and outputs it at a stage preceding the calculation processing unit 103. What is necessary is just to provide.
  • the signal detection unit 102 detects an electrical signal generated by each linear piezoelectric element 101.
  • the signal detection unit 102 is illustrated at a position away from the outerwear 500-1 and the trousers 500-2, but preferably, for each garment (in the example illustrated in FIG. Each of the outerwear 500-1 and the trousers 500-2) is provided at an arbitrary position on the clothing.
  • the linear piezoelectric element 101 and the signal detection unit 102 may be directly connected, or may be connected via an amplifier or a filter (not shown) that amplifies the signal intensity. If a braided piezoelectric element having an electromagnetic wave shield as described later is used as the linear piezoelectric element 101, a filter for removing noise can be omitted. If a signal detecting unit 102 having a waterproof function is used, clothes incorporating the linear piezoelectric element 101 and the signal detecting unit 102 can be washed.
  • the signal detection unit 102 includes a connector (not shown) for connecting a conductive wire drawn from the linear piezoelectric element 101, and an AD conversion unit (see FIG. 5) that converts an analog electric signal generated by the linear piezoelectric element 101 into a digital electric signal. And a transmission unit (not shown) for transmitting the digital electrical signal output from the AD conversion unit to the arithmetic processing unit 103 at the next stage. Communication between the signal detection unit 102 (the transmission unit) and the arithmetic processing unit 103 may be wireless or wired.
  • the transmission unit of the signal detection unit 102 transmits the digital electric signal output from the AD conversion unit to the corresponding linear piezoelectric element 101.
  • the identification information is added and wirelessly transmitted to the arithmetic processing unit 103.
  • the wireless transmission method itself does not limit the present invention, and a known method may be used.
  • a signal line for each corresponding linear piezoelectric element 101 is connected to each input terminal of the arithmetic processing unit 103.
  • the signal detector 102 detects, for example, a current value or a voltage value as the magnitude of the electric signal generated by each linear piezoelectric element. Further, for example, as the magnitude of the electric signal generated in each linear piezoelectric element, a differential value of these values or other calculated values may be used instead of the signal intensity itself such as a current value or a voltage value. For example, if it is a differential value, an abrupt change in an electrical signal can be obtained with high accuracy, and if it is an integral value, analysis based on the magnitude of deformation can be performed.
  • the arithmetic processing unit 103 determines the deformation state of the clothes 501-1 and 500-2 based on the electrical signal detected by the signal detection unit 102.
  • an electric signal is generated in the linear piezoelectric element 101.
  • the state of deformation of the clothing is discriminated.
  • the content of the movement of the measurement object wearing the clothing is determined.
  • the arithmetic processing unit 103 is realized by, for example, a computer such as a computer separated from clothing.
  • the linear piezoelectric element 101 and the signal detection unit 102 are arranged in a garment worn on the object to be measured, and the arithmetic processing unit 103 is provided in a calculation device separate from the garment.
  • the unit 102 and the arithmetic processing unit 103 are preferably connected by wireless communication.
  • the arithmetic processing unit 103 is realized by, for example, an integrated circuit (IC) chip disposed at an arbitrary position on clothing.
  • IC integrated circuit
  • the linear piezoelectric element 101, the signal detection unit 102, and the arithmetic processing unit 103 are arranged in clothing worn on the measurement object, but the signal detection unit 102 and the arithmetic processing unit 103 may be wirelessly communicated. Wired communication may be used, and it is preferable that the arithmetic processing unit 103 also has a waterproof function so that clothes incorporating the sensor system 1000 can be washed.
  • the determination result of the deformation state of the clothing by the arithmetic processing unit 103 can be used for various purposes. Some specific examples are listed below.
  • the contents of the movement of the measured object can be simply expressed by numerical values or graph charts. It can be displayed on the display device with graphics and animation. For example, if a golf player or a tennis player wears sportswear incorporating the sensor system 1000, his / her play content can be confirmed on the display device. For example, it is possible to realize a practice mode in which each amateur and professional player wears sportswear incorporating the sensor system 1000 and is displayed on a display device so that the contents of each play can be compared.
  • analysis results based on the order and timing of the movement of the non-measurement body can be displayed.
  • it can be used as a motion capture device that converts an action performed by an actor wearing clothing incorporating the sensor system 1000 into computer graphics or animation.
  • a vibration generator (not shown) that converts an input electric signal into vibration or an electric generator (not shown) that generates a minute electric shock is further incorporated into a garment in which the sensor system 1000 is incorporated,
  • the arithmetic processing unit 103 By connecting the arithmetic processing unit 103 to these vibration generators and electricity generators, the contents of the movement of the measurement object can be fed back to the person or animal wearing the clothes in the form of vibration or electric shock.
  • a golf player or a tennis player wears sportswear incorporating the sensor system 1000 and a vibration generator or an electric generator, his / her play content can be sensed in the form of vibration or electric shock.
  • a professional player wears the sportswear
  • the determination result obtained by the arithmetic processing unit 103 is stored in advance in a storage device, and then an amateur player wears the sportswear, and the play content is professional.
  • a practice mode such as feedback to an amateur player wearing sportswear by vibration or electric shock.
  • a clothing incorporating a sensor system 1000 and a vibration generating device or an electricity generating device on a pet or livestock, and performing training by vibration or electric shock.
  • an acoustic device that emits sound such as a speaker, a buzzer, or a chime
  • the arithmetic processing unit 103 by connecting an acoustic device that emits sound, such as a speaker, a buzzer, or a chime, to the arithmetic processing unit 103, it is possible to realize a safety system that emits an alarm sound according to the movement of the measurement object. For example, when a construction worker or a factory worker wears clothing incorporating the sensor system 1000 and the discrimination result obtained by the arithmetic processing unit 103 indicates a pre-registered dangerous motion, an alarm sound is generated.
  • a safety system such as can be realized.
  • a toy such that a doll, a stuffed animal, or the like wears a garment in which the sensor system 1000 is incorporated, and a sound corresponding to the determination result obtained by the arithmetic processing unit 103 is emitted.
  • the sensor system 1000 can be used as an interface to the robot by connecting a robot controller to the arithmetic processing unit 103.
  • a robot controller can be connected to the arithmetic processing unit 103 so that the robot can reproduce the movement of a human wearing a garment incorporating the sensor system 1000. If this robot is a toy, it becomes a robot toy that reproduces human movement.
  • a robot incorporating the sensor system 1000 can be worn by a robot, and the movement of the robot can be reproduced by another robot. If this robot is an industrial robot, the burden of teaching work on the industrial robot can be reduced.
  • the conductive fiber 104 provided as an option is provided in the vicinity of the linear piezoelectric element 101 arranged in the clothing (the outerwear 500-1 and the trousers 500-2 in the example shown in FIG. 1). Arranged in the clothing part.
  • the conductive fiber 104 is preferably arranged in the vicinity of the linear piezoelectric element 101 corresponding to the conductive fiber 104.
  • the conductive fiber 104 is provided in combination with the linear piezoelectric element 101 corresponding to the conductive fiber 104, it is not necessary to provide the conductive fiber 104 for all the linear piezoelectric elements 101.
  • the conductive fiber 104 generates an electrical signal by interaction with the measurement object wearing clothing.
  • a capacitor is formed by the measurement object, the conductive fiber 104, and a dielectric such as clothing and air positioned between the measurement object and the conductive fiber 104.
  • a dielectric such as clothing and air
  • the distance between the conductive fiber 104 provided on the garment and the measurement object changes, so the conductive fiber 104 and the measurement object are changed.
  • the conductive fiber 104 and the signal detection unit 102 are electrically connected, and a weak electric signal generated in the conductive fiber 104 is detected by the signal detection unit 102 that functions as an electrode.
  • the mechanism by which the conductive fiber 104 generates an electrical signal is the same as that of the capacitive sensor.
  • the signal detection unit 102 includes a connector (not shown) for connecting a conductor drawn from the conductive fiber 104, and an AD conversion unit (not shown) that converts an analog electric signal generated by the conductive fiber 104 into a digital electric signal. ) And a transmission unit (not shown) that transmits the digital electric signal output from the AD conversion unit to the arithmetic processing unit 103 at the next stage. Further, since the electrical signal generated in the conductive fiber 104 is weak, the signal detection unit 102 includes an amplifier (not shown) that amplifies the electrical signal.
  • the amplifier may be an analog amplifier or a digital amplifier, but when it is configured with an analog amplifier, it is provided before the AD converter, and when it is configured with a digital amplifier, it is provided after the AD converter.
  • the arithmetic processing unit 103 causes the electric signal generated by the linear piezoelectric element 101 detected by the signal detection unit 102 and the electric signal generated from the conductive fiber 104. Based on the above, it is possible to more accurately determine the state of deformation of the clothing.
  • an electrical signal is generated in both the linear piezoelectric element 101 and the conductive fiber 104, and the arithmetic processing unit 103 analyzes the electrical signal. It is possible to determine the state of deformation of the clothing and know the movement of the measurement object wearing the clothing.
  • the linear piezoelectric element 101 detects that the garment is deformed due to the movement of the measured object, but does not detect the state of deformation of the garment. For example, the linear piezoelectric element 101 detects whether the joint of the measured object is bent or extended, but does not detect the degree of deformation of the joint of the measured object.
  • the sensor system 1000 detects the electrostatic capacitance between the conductive fiber 104 and the measured object based on the electrical signal output from the conductive fiber 104, and the degree of deformation of the joint of the measured object. Is detected.
  • the conductive fiber 104 is disposed in a garment portion that is deformed together with the garment portion when the garment portion where the linear piezoelectric element 101 is disposed is deformed.
  • the conductive fiber 104 is disposed in the vicinity of the linear piezoelectric element 101 corresponding to the conductive fiber 104 so that the conductive fiber 104 of the clothing in which the linear piezoelectric element 101 is disposed.
  • the conductive fiber 104 is located closer to the linear piezoelectric element 101 corresponding to the conductive fiber 104 than the other linear piezoelectric elements. It is preferable that they are arranged as described above.
  • the conductive fiber 104 is preferably disposed in a range of 30 mm to 100 mm with respect to the corresponding linear piezoelectric element 101.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a front (front) of a jacket and pants incorporating a sensor system according to an embodiment
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the back of the jacket and pants of FIG. It is.
  • the linear piezoelectric element 101 is provided on the front surface of the trouser 500-2 located in the vicinity of the human hip joint and knee as shown in FIG. 4, and in the vicinity of the human shoulder and elbow as shown in FIG. It is provided on the back surface of the outer jacket 500-1 positioned, and is provided on the front surface of the trouser 500-2 positioned in the vicinity of the human buttocks as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a front (front) of a jacket and pants incorporating a sensor system according to an embodiment
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the back of the jacket and pants of FIG. It is.
  • the linear piezoelectric element 101 is provided on the front surface of the trouser 500-2 located in the vicinity of the human hip joint and knee as shown
  • FIG. 6 is a diagram showing an actual photograph of the back surface of a jacket incorporating a sensor system according to one embodiment, corresponding to the arrangement of the linear piezoelectric elements 101 and the conductive fibers 104 schematically shown in FIG. .
  • FIG. 7 is a view showing an actual photograph in which linear piezoelectric elements are arranged in the vicinity of the shoulder and elbow of the jacket. As shown in FIG. 7, the linear piezoelectric element 101 was provided on each of the elbow, the forearm, and the upper arm of the jacket 500-1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an electrical signal generated when the elbow is bent while wearing the outerwear shown in FIG. 7, and FIG. 8A is a linear piezoelectric element provided on the elbow of the outerwear.
  • FIG. 8B shows an electrical signal generated by the forearm portion of the jacket and the linear piezoelectric element provided on the upper arm portion.
  • FIG. 9 is a diagram showing an electrical signal generated when the elbow is bent from the state shown in FIG. 7 and the elbow is bent (FIG. 8).
  • FIG. FIG. 9B shows electric signals generated by the linear piezoelectric elements provided on the forearm portion and the upper arm portion of the outer jacket.
  • the electrical signal generated in the linear piezoelectric element 101 provided on the elbow of the jacket 500-1 is the same as that when the elbow is bent.
  • a change in the electrical signal appears when is restored from the bent state. That is, when the elbow is bent, the linear piezoelectric element 101 provided on the elbow of the jacket 500-1 generates an electric signal having a negative polarity (see FIG. 8A).
  • the linear piezoelectric element 101 provided on the elbow of the jacket 500-1 generates an electric signal having a positive polarity (see FIG. 9A).
  • the polarity of the electric signal is reversed before and after the elbow is bent and returned.
  • the electric signal generated by the linear piezoelectric element 101 provided on the upper arm portion of the jacket 500-1 is also applied to the elbow bending.
  • a change in the electrical signal appears. That is, when the elbow is bent, the linear piezoelectric element 101 provided on the upper arm portion of the jacket 500-1 generates an electric signal having a positive polarity (see FIG. 8B).
  • the linear piezoelectric element 101 provided on the upper arm portion of the jacket 500-1 generates an electric signal having a negative polarity (see FIG. 9B).
  • the polarity of the electrical signal generated by the linear piezoelectric element 101 provided on the upper arm portion of the jacket 500-1 is reversed before and after the elbow is bent and returned.
  • the arithmetic processing unit 103 observes the polarity of the electric signal generated in each of the linear piezoelectric elements 101 provided on the elbow, the forearm, and the upper arm of the jacket 500-1, and / Or the polarity of the electric signal generated in the linear piezoelectric element 101 provided in the upper arm portion has a clear inversion as described above, and the linear piezoelectric element 101 provided in the forearm portion of the jacket 500-1 If the polarity inversion of the generated electric signal is unclear, it is determined that “the elbow has been bent” or “the elbow has been bent back”.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an electrical signal generated when the elbow is twisted while wearing the outerwear shown in FIG. 7, and FIG. 10 (A) is a linear piezoelectric element provided on the elbow of the outerwear.
  • FIG. 10B shows an electrical signal generated by the forearm portion of the jacket and the linear piezoelectric element provided on the upper arm portion.
  • FIG. 11 is a diagram showing an electrical signal generated when the elbow is twisted while wearing the jacket shown in FIG. 7 (FIG. 10), and FIG. FIG. 11B shows an electrical signal generated by the linear piezoelectric element provided on the forearm portion and the upper arm portion of the outer jacket.
  • the electrical signal generated in the linear piezoelectric element 101 provided on the elbow of the jacket 500-1 is the same as when the elbow is twisted.
  • the elbow is untwisted, changes in the electrical signal appear, but the magnitude of the change is small and unclear.
  • the electric signal generated by the linear piezoelectric element 101 provided on the upper arm portion of the jacket 500-1 is also twisted at the elbow.
  • the change in the electrical signal appears when the elbow is twisted and when the torsion of the elbow is restored, but the magnitude of the change is small and unclear.
  • the shoulder, wrist, ankle, knee, hip joint, finger, neck, mouth, heel, cheek, forehead, nose, ear The same design philosophy applies to various movable parts such as the abdomen, chest, thigh, calf, upper arm, back, buttocks, palm, back of the hand, foot arch, and back of the foot, as well as the movable parts of machines such as robots and toys. can do.
  • the linear piezoelectric element 101 and the linear piezoelectric element 101 and the garment incorporating the sensor system 1000 are actually moved by wearing the garment incorporating the sensor system 1000 on the measured object.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an actual photograph of a glove incorporating a sensor system according to an embodiment, where FIG. 12A illustrates the back of the hand wearing the glove, and FIG. 12B illustrates the palm of the hand wearing the glove.
  • FIG. 12 (C) shows one side of a hand wearing a glove.
  • FIG. 12 shows an arrangement example of the linear piezoelectric elements 101 when the sensor system 1000 according to the present embodiment is incorporated in the globe 500-3.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a basic configuration of a sensor system according to an embodiment to which a robot controller is connected.
  • the robot controller 201 can be connected to the arithmetic processing unit 103 so that the robot 202 can reproduce the movement of a human wearing a garment incorporating the sensor system 1000.
  • the sensor system 1000 which has a linear piezoelectric element that is arranged on the garment worn on the measurement object described above and generates an electrical signal in response to an applied stress, detects the movement of the measurement object. It may be combined with other methods.
  • the system may be constructed by using the sensor system 1000 according to the present embodiment in combination with a sensor (for example, a pressure sensor) for detecting the movement of the center of gravity.
  • a sensor for example, a pressure sensor
  • the deformation state of the clothing worn on the measurement object and the movement of the measurement object itself An arithmetic processing unit for simultaneously determining (center of gravity shift) can be provided.
  • the detection of the movement of the upper body of the measured body (here, the human body) by the sensor system 1000 and the weight shift by another sensor (for example, a pressure sensor) Therefore, it is possible to grasp movements such as golf swing and tennis swing in more detail.
  • a sensor for detecting the movement of the center of gravity of the object to be measured for example, a piezoelectric polymer film layer (for example, a polylactic acid film) that exhibits piezoelectricity in the surface direction, such as a polylactic acid film.
  • -L-lactic acid and poly-D-lactic acid are used as a piezoelectric laminate element, and the piezoelectric laminate has a shape having a curved portion in a part of a cylinder, rounded corner, square, etc. If a sensor wound around is used, voltage is generated and attenuated depending on the load, and if the load is continuously applied, the voltage will be output for a certain period of time, so more detailed measurement should be performed. Is possible.
  • Linear piezoelectric element As the linear piezoelectric element in the present invention, any known element that generates an electrical signal in accordance with applied stress can be used.
  • a piezoelectric element having a core-sheath structure in which conductive fibers are used as core yarns and piezoelectric fibers are arranged around the conductive fibers can be used.
  • An attached braided piezoelectric element can be used.
  • a piezoelectric element that outputs a larger electric signal with respect to expansion and deformation is preferable.
  • a braided piezoelectric element is more preferable. The braided piezoelectric element will be described in detail below.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a braided piezoelectric element according to the embodiment.
  • the braided piezoelectric element 1 includes a core portion 3 formed of a conductive fiber B and a sheath portion 2 formed of a braided piezoelectric fiber A so as to cover the core portion 3.
  • a large number of piezoelectric fibers A densely surround the outer peripheral surface of at least one conductive fiber B.
  • a stress due to the deformation is generated in each of the large number of piezoelectric fibers A, thereby generating an electric field in each of the large number of piezoelectric fibers A (piezoelectric effect).
  • a voltage change is generated in the conductive fiber B by superimposing the electric fields of many piezoelectric fibers A surrounding the. That is, the electrical signal from the conductive fiber B increases as compared with the case where the braided sheath 2 of the piezoelectric fiber A is not used.
  • the braided piezoelectric element 1 can extract a large electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation.
  • a plurality of conductive fibers B may be used.
  • the braided piezoelectric element 1 is preferably one that selectively outputs a large electric signal with respect to the expansion and deformation in the direction of the central axis (CL in FIG. 14).
  • the braided piezoelectric element 1 that selectively outputs a large electric signal with respect to the extension deformation in the central axis direction is, for example, a uniaxially oriented polymer molded body as the piezoelectric fiber A, and the orientation axis is 3
  • a piezoelectric polymer containing as a main component a crystalline polymer having an absolute value of the piezoelectric constant d14 of 0.1 pC / N or more and 1000 pC / N or less when used as an axis can be used.
  • “including as a main component” means occupying 50% by mass or more of the constituent components.
  • the crystalline polymer is a polymer composed of 1% by mass or more of a crystal part and an amorphous part other than the crystal part, and the mass of the crystalline polymer means the crystal part and the amorphous part. And the total mass.
  • the value of d14 varies depending on the molding conditions, purity, and measurement atmosphere. In the present invention, the crystallinity and crystal orientation of the crystalline polymer in the actually used piezoelectric polymer are measured.
  • a uniaxially stretched film having the same crystallinity and crystal orientation is prepared using the crystalline polymer, and the absolute value of d14 of the film is 0.1 pC / A value of N or more and 1000 pC / N or less may be shown, and the crystalline polymer contained in the piezoelectric polymer of the present embodiment is not limited to a specific crystalline polymer as described later.
  • Various known methods can be used to measure d14 of a film sample. For example, a sample having electrodes formed by vapor-depositing metal on both sides of a film sample is a rectangle having four sides in a direction inclined 45 degrees from the stretching direction. The value of d14 can be measured by measuring the charge generated in the electrodes on both sides when a tensile load is applied in the longitudinal direction.
  • an angle formed by the central axis direction and the orientation direction of the piezoelectric polymer Is preferably 15 ° or more and 75 ° or less.
  • the piezoelectric material corresponding to the piezoelectric constant d14 of the crystalline polymer included in the piezoelectric polymer is given to the braided piezoelectric element 1 by extension deformation (tensile stress and compressive stress) in the central axis direction.
  • the orientation angle ⁇ is preferably 25 ° or more and 65 ° or less, more preferably 35 ° or more and 55 ° or less, and further preferably 40 ° or more and 50 ° or less.
  • the braided piezoelectric element 1 is configured not to generate a large charge on the central axis side and the outside of the braided piezoelectric element 1, that is, to selectively generate a large charge with respect to expansion in the central axis direction. Can do.
  • the orientation angle ⁇ is measured by the following method as much as possible.
  • a side photo of the braided piezoelectric element 1 is taken, and the helical pitch HP of the piezoelectric polymer A ′ is measured.
  • the helical pitch HP is a linear distance in the central axis direction required for one piezoelectric polymer A ′ to travel from the front surface to the back surface again.
  • a cross section perpendicular to the central axis of the braided piezoelectric element 1 is cut out and photographed to measure the outer radius Ro and inner radius Ri of the portion occupied by the sheath 2 To do.
  • the average values of the major axis and the minor axis are Ro and Ri.
  • the orientation angle ⁇ of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis is calculated from the following formula.
  • ⁇ arctan (2 ⁇ Rm / HP) (0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °)
  • Rm 2 (Ro 3 ⁇ Ri 3 ) / 3 (Ro 2 ⁇ Ri 2 ), that is, the radius of the braided piezoelectric element 1 weighted averaged by the cross-sectional area.
  • the braided piezoelectric element 1 fixed with an adhesive or the like is the central axis.
  • a wide-angle X-ray diffraction analysis is performed so that X-rays are transmitted in a sufficiently narrow range so as to pass through the central axis in a direction perpendicular to the fracture plane, and the orientation direction is determined to determine the angle with respect to the central axis. Is taken as ⁇ .
  • the spiral drawn along the orientation direction of the piezoelectric polymer includes two or more spirals having different spiral directions (S twist direction or Z twist direction) and spiral pitches. It may exist at the same time, but the above measurement is performed for each of the piezoelectric polymers of each helical direction and helical pitch, and any one of the piezoelectric polymers of helical direction and helical pitch must satisfy the above-mentioned conditions. It is.
  • the polarity of the electric charges generated on the central axis side and the outside with respect to the extension deformation in the central axis direction is the same as that in the case where the orientation direction of the piezoelectric polymer is arranged along the S-twisted helix.
  • the directions are arranged along the Z-twisted helix, the polarities are opposite to each other.
  • the orientation direction of the piezoelectric polymer is arranged along the S-twisted helix and at the same time along the Z-twisted helix, the generated charges for the extension deformation cancel each other in the S-twisted direction and the Z-twisted direction. Since it cannot be used efficiently, it is not preferable.
  • the above-described piezoelectric polymer includes a P body containing a crystalline polymer having a positive piezoelectric constant d14 as a main component and an N body containing a negative crystalline polymer as a main component, and is braided.
  • the orientation axis is ZP and the orientation axis is arranged by winding a spiral in the S twist direction.
  • the mass of the P body is SP
  • the mass of the N body arranged with the orientation axis wound in the Z twist direction is ZN
  • the mass of the N body arranged with the orientation axis wound in the S twist direction is SN.
  • T1 / T2 is preferably 0 or more and 0.8 or less, and more preferably 0 or more and 0.5 or less. Preferably there is.
  • the lactic acid unit in the polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and 98 mol % Or more is more preferable.
  • the sheath 2 may be mixed with fibers other than the piezoelectric fiber A, and the core 3 may be conductive. Mixing or the like may be performed in combination with fibers other than the fiber B.
  • the length of the braided piezoelectric element composed of the core portion 3 of the conductive fiber B and the sheath portion 2 of the braided piezoelectric fiber A is not particularly limited, and the size and shape of the measurement region on the object to be measured. What is necessary is just to determine suitably according to.
  • the braided piezoelectric element may be manufactured continuously in manufacture, and then cut to a required length for use.
  • the length of the braided piezoelectric element is 1 mm to 20 m, preferably 1 cm to 10 m, more preferably 10 cm to 5 m.
  • the length is too short, the above effect of the present invention compared to the conventional point sensor, that is, the number of sensors arranged per unit area can be reduced, and the position where the stress is applied can be specified with a small number of sensors.
  • the length is too long, it will be necessary to consider the resistance value of the conductive fiber B.
  • the resistance value may not need to be considered by measuring the current value, and the noise may be suppressed (or removed) by amplifying the signal. It is preferable to use a current amplification type amplifier.
  • the conductive fiber B any known fiber may be used as long as it exhibits conductivity.
  • the conductive fiber B for example, metal fiber, fiber made of a conductive polymer, carbon fiber, fiber made of a polymer in which a fibrous or granular conductive filler is dispersed, or conductive on the surface of a fibrous material.
  • the fiber which provided the layer which has is mentioned.
  • the method for providing a conductive layer on the surface of the fibrous material include a metal coat, a conductive polymer coat, and winding of conductive fibers.
  • a metal coat is preferable from the viewpoint of conductivity, durability, flexibility and the like. Specific methods for coating the metal include vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, but plating is preferable from the viewpoint of productivity.
  • Such a metal-plated fiber can be referred to as a metal-plated fiber.
  • a known fiber can be used regardless of conductivity, for example, polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber,
  • synthetic fibers such as polysulfone fibers, polyether fibers and polyurethane fibers
  • natural fibers such as cotton, hemp and silk
  • semi-synthetic fibers such as acetate
  • regenerated fibers such as rayon and cupra
  • the base fibers are not limited to these, and known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.
  • any metal may be used as long as the metal coated on the base fiber exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention.
  • gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and a mixture or alloy thereof can be used.
  • the conductive fiber B is made of an organic fiber coated with metal that is resistant to bending, the conductive fiber is very unlikely to break, and is excellent in durability and safety as a sensor using a piezoelectric element.
  • the conductive fiber B may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled or may be a monofilament composed of a single filament.
  • a multifilament is preferred from the viewpoint of long stability of electrical characteristics.
  • the single yarn diameter is 1 ⁇ m to 5000 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m. More preferably, it is 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100.
  • the fineness and the number of the conductive fibers B are the fineness and the number of the core part 3 used when producing the braid, and the multifilament formed of a plurality of single yarns (monofilaments) is also one conductive. It shall be counted as fiber B.
  • the core portion 3 is the total amount including the fibers other than the conductive fibers.
  • the cross-sectional shape of the conductive fiber B is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of the design and manufacture of the piezoelectric element, but is not limited thereto.
  • the electrical resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm or less, more preferably 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm. cm or less, more preferably 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the resistivity of the conductive fiber B is not limited to this as long as sufficient strength can be obtained by detection of the electric signal.
  • the conductive fiber B must be resistant to movement such as repeated bending and twisting from the use of the present invention.
  • the index one having a greater nodule strength is preferred.
  • the nodule strength can be measured by the method of JIS L1013 8.6.
  • the degree of knot strength suitable for the present invention is preferably 0.5 cN / dtex or more, more preferably 1.0 cN / dtex or more, and further preferably 1.5 cN / dtex or more. 2.0 cN / dtex or more is most preferable.
  • the bending rigidity is generally measured by a measuring device such as KES-FB2 pure bending tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd.
  • the degree of bending rigidity suitable for the present invention is preferably smaller than the carbon fiber “Tenax” (registered trademark) HTS40-3K manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.
  • the flexural rigidity of the conductive fiber is preferably 0.05 ⁇ 10 ⁇ 4 N ⁇ m 2 / m or less, and preferably 0.02 ⁇ 10 ⁇ 4 N ⁇ m 2 / m or less. More preferably, it is more preferably 0.01 ⁇ 10 ⁇ 4 N ⁇ m 2 / m or less.
  • piezoelectric fiber As the piezoelectric polymer that is the material of the piezoelectric fiber A, a polymer exhibiting piezoelectricity such as polyvinylidene fluoride or polylactic acid can be used. However, in the present embodiment, the piezoelectric fiber A is used as a main component as described above. It is preferable to include a crystalline polymer having a high absolute value of the piezoelectric constant d14 when the orientation axes are three axes, particularly polylactic acid. Polylactic acid, for example, is easily oriented by drawing after melt spinning and exhibits piezoelectricity, and is excellent in productivity in that it does not require an electric field alignment treatment required for polyvinylidene fluoride and the like. However, this is not intended to exclude the use of polyvinylidene fluoride or other piezoelectric materials in the practice of the present invention.
  • polylactic acid depending on its crystal structure, poly-L-lactic acid obtained by polymerizing L-lactic acid and L-lactide, D-lactic acid, poly-D-lactic acid obtained by polymerizing D-lactide, and those There are stereocomplex polylactic acid having a hybrid structure, and any of them can be used as long as it exhibits piezoelectricity. From the viewpoint of high piezoelectricity, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are preferable. Since poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are reversed in polarization with respect to the same stress, they can be used in combination according to the purpose.
  • the optical purity of polylactic acid is preferably 99% or more, more preferably 99.3% or more, and further preferably 99.5% or more. If the optical purity is less than 99%, the piezoelectricity may be remarkably lowered, and it may be difficult to obtain a sufficient electrical signal due to the shape change of the piezoelectric fiber A.
  • the piezoelectric fiber A preferably contains poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid as a main component, and the optical purity thereof is preferably 99% or more.
  • Piezoelectric fiber A containing polylactic acid as a main component is drawn during production and is uniaxially oriented in the fiber axis direction. Furthermore, the piezoelectric fiber A is not only uniaxially oriented in the fiber axis direction but also preferably contains polylactic acid crystals, and more preferably contains uniaxially oriented polylactic acid crystals. This is because polylactic acid exhibits higher piezoelectricity due to its high crystallinity and uniaxial orientation, and the absolute value of d14 is increased.
  • Crystallinity and uniaxial orientation are determined by homo PLA crystallinity X homo (%) and crystal orientation Ao (%).
  • the homo PLA crystallinity X homo (%) and the crystal orientation Ao (%) satisfy the following formula (1).
  • the value on the left side of the formula (1) is more preferably 0.28 or more, and further preferably 0.3 or more. Here, each value is obtained according to the following.
  • Homopolylactic acid crystallinity X homo is determined from crystal structure analysis by wide angle X-ray diffraction analysis (WAXD).
  • WAXD wide angle X-ray diffraction analysis
  • an X-ray diffraction pattern of a sample is recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an Ultrax 18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation.
  • X-ray source Cu-K ⁇ ray (confocal mirror) Output: 45kV x 60mA Slit: 1st: 1mm ⁇ , 2nd: 0.8mm ⁇ Camera length: 120mm Accumulation time: 10 minutes Sample: 35 mg of polylactic acid fibers are aligned to form a 3 cm fiber bundle.
  • homopolylactic acid crystallinity X homo is determined according to the following formula (2).
  • Homopolylactic acid crystallinity X homo (%) ⁇ I HMi / I total ⁇ 100 (2) Note that ⁇ I HMi is calculated by subtracting diffuse scattering due to background and amorphous in the total scattering intensity.
  • polylactic acid is a polyester that is hydrolyzed relatively quickly, in the case where heat and humidity resistance is a problem, a known hydrolysis inhibitor such as an isocyanate compound, an oxazoline compound, an epoxy compound, or a carbodiimide compound is added. Also good. Further, if necessary, the physical properties may be improved by adding an antioxidant such as a phosphoric acid compound, a plasticizer, a photodegradation inhibitor, and the like.
  • the piezoelectric fiber A may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled or may be a monofilament composed of a single filament.
  • the single yarn diameter is 1 ⁇ m to 5 mm, preferably 5 ⁇ m to 2 mm, and more preferably 10 ⁇ m to 1 mm.
  • the single yarn diameter is 0.1 ⁇ m to 5 mm, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the number of filaments of the multifilament is preferably 1 to 100,000, more preferably 50 to 50,000, and still more preferably 100 to 20,000.
  • the fineness and the number of the piezoelectric fibers A are the fineness and the number per carrier when producing the braid, and the multifilament formed by a plurality of single yarns (monofilaments) is also one piezoelectric. It shall be counted as fiber A.
  • the total amount including that is used.
  • any known technique for forming a fiber from the polymer can be employed as long as the effects of the present invention are exhibited.
  • a method of extruding a piezoelectric polymer to form a fiber a method of melt-spinning a piezoelectric polymer to make a fiber, a method of making a piezoelectric polymer fiber by dry or wet spinning, a method of making a piezoelectric polymer A technique of forming fibers by electrostatic spinning, a technique of cutting thinly after forming a film, and the like can be employed.
  • a known method may be applied according to the piezoelectric polymer to be employed, and a melt spinning method that is industrially easy to produce is usually employed. Furthermore, after forming the fiber, the formed fiber is stretched. As a result, a piezoelectric fiber A that is uniaxially oriented and exhibits large piezoelectricity including crystals is formed.
  • the piezoelectric fiber A can be subjected to treatments such as dyeing, twisting, combining, heat treatment, etc., before making the braided one produced as described above.
  • the piezoelectric fiber A may be broken when the braid is formed, the piezoelectric fiber A may be cut off or fluff may come out, so that the strength and wear resistance are preferably high. It is preferably 5 cN / dtex or more, more preferably 2.0 cN / dtex or more, further preferably 2.5 cN / dtex or more, and most preferably 3.0 cN / dtex or more.
  • Abrasion resistance can be evaluated by JIS L1095 9.10.2 B method, etc., and the number of friction is preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more, and further preferably 5000 times or more. Most preferably, it is 10,000 times or more.
  • the method for improving the wear resistance is not particularly limited, and any known method can be used.
  • the crystallinity is improved, fine particles are added, or the surface is processed. Can do.
  • a lubricant can be applied to the fibers to reduce friction.
  • the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small from the shrinkage rate of the conductive fiber described above. If the shrinkage rate difference is large, the braid may be bent or the piezoelectric signal may be weakened due to heat treatment during post-processing steps after the braid production or during actual use, or due to changes over time.
  • the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate described later, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (c) of the conductive fiber satisfy the following formula (4). .
  • the left side of the above formula (4) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.
  • the contraction rate of the piezoelectric fiber is small in difference from the contraction rate of fibers other than the conductive fibers, for example, insulating fibers. If the shrinkage rate difference is large, the braid may be bent or the piezoelectric signal may be weakened due to heat treatment during post-processing steps after the braid production or during actual use, or due to changes over time.
  • the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (i) of the insulating fiber satisfy the following formula (5).
  • the left side of the above formula (5) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.
  • the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small.
  • the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, further preferably 5% or less, and most preferably 3% or less. is there.
  • any known method can be applied.
  • the shrinkage rate can be reduced by relaxing the orientation of the amorphous part or increasing the crystallinity by heat treatment, and the heat treatment is performed.
  • the timing is not particularly limited, and examples thereof include after stretching, after twisting, and after braiding.
  • the above-mentioned boiling water shrinkage shall be measured with the following method.
  • the surface of the conductive fiber B, that is, the core portion 3 is covered with the piezoelectric fiber A, that is, the braided sheath portion 2.
  • the thickness of the sheath 2 covering the conductive fiber B is preferably 1 ⁇ m to 10 mm, more preferably 5 ⁇ m to 5 mm, still more preferably 10 ⁇ m to 3 mm, and most preferably 20 ⁇ m to 1 mm. preferable. If it is too thin, there may be a problem in terms of strength. If it is too thick, the braided piezoelectric element 1 may become hard and difficult to deform.
  • the sheath part 2 said here refers to the layer adjacent to the core part 3.
  • the total fineness of the piezoelectric fibers A in the sheath 2 is preferably not less than 1/2 times and not more than 20 times the total fineness of the conductive fibers B in the core 3. 15 times or less, more preferably 2 times or more and 10 times or less. If the total fineness of the piezoelectric fiber A is too small relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A surrounding the conductive fiber B is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electrical signal, Furthermore, there exists a possibility that the conductive fiber B may contact the other conductive fiber which adjoins.
  • the total fineness of the piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, there are too many piezoelectric fibers A surrounding the conductive fiber B, and the braided piezoelectric element 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the braided piezoelectric element 1 does not sufficiently function as a sensor.
  • the total fineness referred to here is the sum of the finenesses of all the piezoelectric fibers A constituting the sheath portion 2. For example, in the case of a general 8-strand braid, it is the sum of the finenesses of 8 fibers.
  • the fineness per piezoelectric fiber A of the sheath 2 is preferably 1/20 or more and 2 or less the total fineness of the conductive fiber B. It is more preferably 15 times or more and 1.5 times or less, and further preferably 1/10 time or more and 1 time or less. If the fineness per piezoelectric fiber A is too small with respect to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electric signal. A may be cut off.
  • the piezoelectric fiber A If the fineness per piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too thick and the braided piezoelectric element 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the braided piezoelectric element 1 does not sufficiently function as a sensor.
  • the fineness ratio is not limited to the above. This is because, in the present invention, the ratio is important in terms of contact area and coverage, that is, area and volume. For example, when the specific gravity of each fiber exceeds 2, it is preferable that the ratio of the average cross-sectional area of the fiber is the ratio of the fineness.
  • an anchor layer or an adhesive layer is provided between the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A in order to improve the adhesiveness. May be.
  • the coating method a method is used in which the conductive fiber B is used as a core thread and the piezoelectric fiber A is wound around the braid in the form of a braid.
  • the shape of the braid of the piezoelectric fiber A is not particularly limited as long as an electric signal can be output with respect to the stress generated by the applied load.
  • a braided string is preferred.
  • the shape of the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A is not particularly limited, but is preferably as close to a concentric circle as possible.
  • the piezoelectric fiber A only needs to be covered so that at least a part of the surface (fiber peripheral surface) of the multifilament of the conductive fiber B is in contact.
  • the piezoelectric fibers A may or may not be coated on all filament surfaces (fiber peripheral surfaces) constituting the multifilament. What is necessary is just to set suitably the covering state of the piezoelectric fiber A to each internal filament which comprises the multifilament of the conductive fiber B, considering the performance as a piezoelectric element, the handleability, etc.
  • the braided piezoelectric element 1 according to the present invention does not require an electrode to be present on the surface thereof, so that there is no need to further cover the braided piezoelectric element 1 itself, and there is an advantage that malfunction is unlikely.
  • the sheath 2 may be formed only by the piezoelectric fiber A, or may be formed by a combination of the piezoelectric fiber A and the insulating fiber.
  • insulating fibers examples include polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, vinyl chloride fibers, aramid fibers, polysulfone fibers, polyether fibers, polyurethane fibers, and other synthetic fibers, cotton, Natural fibers such as hemp and silk, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. It is not limited to these, A well-known insulating fiber can be used arbitrarily. Furthermore, these insulating fibers may be used in combination, or may be combined with a fiber having no insulating property to form a fiber having insulating properties as a whole. Also, any known cross-sectional shape fiber can be used.
  • the surface of at least one conductive fiber B is covered with the braided piezoelectric fiber A, and examples of the manufacturing method thereof include the following methods.
  • the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A are produced in separate steps, and the conductive fiber B is wrapped around the conductive fiber B in a braid shape and covered. In this case, it is preferable to coat so as to be as concentric as possible.
  • the melt spinning temperature is preferably 150 ° C. to 250 ° C.
  • the stretching temperature is preferably 40 ° C. to 150 ° C.
  • the draw ratio is preferably 1.1 to 5.0 times
  • the crystallization temperature is preferably 80 ° C to 170 ° C.
  • a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.
  • a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.
  • the conductive fiber B can be used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A can be formed in a braid shape around the conductive fiber B to form a round braid. . More specifically, an 8-strand braid having 16 cores and a 16-strand braid are included. However, for example, the piezoelectric fiber A may be shaped like a braided tube, and the conductive fiber B may be used as a core and inserted into the braided tube.
  • the braided piezoelectric element 1 in which the surface of the conductive fiber B is covered with the braided piezoelectric fiber A can be obtained by the manufacturing method as described above.
  • the braided piezoelectric element 1 according to the present invention does not require the formation of an electrode for detecting an electric signal on the surface, and can be manufactured relatively easily.
  • a protective layer may be provided on the outermost surface of the braided piezoelectric element 1 in the present invention.
  • This protective layer is preferably insulative, and more preferably made of a polymer from the viewpoint of flexibility.
  • the entire protective layer is deformed or rubbed on the protective layer, but these external forces reach the piezoelectric fiber A, There is no particular limitation as long as it can induce polarization.
  • the protective layer is not limited to those formed by coating with a polymer or the like, and may be a film, fabric, fiber or the like, or a combination thereof.
  • the shape of the piezoelectric element can also be formed by this protective layer.
  • the electromagnetic wave shielding layer is not particularly limited, but may be coated with a conductive substance, or may be wound with a conductive film, fabric, fiber, or the like.
  • the volume resistivity of the electromagnetic wave shielding layer is preferably 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm or less, more preferably 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm or less, still more preferably 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the resistivity is not limited as long as the effect of the electromagnetic wave shielding layer can be obtained.
  • This electromagnetic wave shielding layer may be provided on the surface of the piezoelectric fiber A of the sheath, or may be provided outside the protective layer described above.
  • a plurality of layers of electromagnetic shielding layers and protective layers may be laminated, and the order thereof is appropriately determined according to the purpose.
  • a plurality of layers made of piezoelectric fibers can be provided, or a plurality of layers made of conductive fibers for taking out signals can be provided.
  • the order and the number of layers of these protective layers, electromagnetic wave shielding layers, layers made of piezoelectric fibers, and layers made of conductive fibers are appropriately determined according to the purpose.
  • the method of winding the method of forming a braid structure in the outer layer of the sheath part 2 or covering is mentioned.
  • the piezoelectric fiber A When the braided piezoelectric element 1 is deformed, the piezoelectric fiber A is deformed to generate polarization. In accordance with the arrangement of the positive and negative charges generated by the polarization of the piezoelectric fiber A, the movement of charges occurs on the lead line from the output terminal of the conductive fiber B forming the core portion 3 of the braided piezoelectric element 1.
  • the movement of electric charge on the lead line from the conductive fiber B appears as a minute electric signal (that is, current or potential difference). That is, an electrical signal is output from the output terminal according to the electric charge generated when the braided piezoelectric element 1 is deformed. Therefore, the braided piezoelectric element 1 can function effectively in the sensor system according to the present invention.
  • the braided piezoelectric element 1-2 described below is used as the linear piezoelectric element in the sensor system according to the present invention. Manufactured.
  • the characteristics of the piezoelectric fiber used in the braided piezoelectric element were determined by the following method.
  • Poly-L-lactic acid crystallinity X homo The poly-L-lactic acid crystallinity X homo was determined from crystal structure analysis by wide angle X-ray diffraction analysis (WAXD). In wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), an X-ray diffraction pattern of a sample was recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an Ultrax 18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation.
  • WAXD wide angle X-ray diffraction analysis
  • This adjustment solution was subjected to HPLC measurement to determine the ratio of L-lactic acid monomer to D-lactic acid monomer.
  • the amount of one polylactic acid fiber is less than 0.1 g
  • the amount of other solution used is adjusted according to the amount that can be collected, and the concentration of polylactic acid in the sample solution used for HPLC measurement is 100 minutes from the above. It was made to be in the range of 1.
  • ⁇ HPLC measurement conditions> Column: “Sumichiral (registered trademark)” OA-5000 (4.6 mm ⁇ ⁇ 150 mm) manufactured by Sumika Chemical Analysis Co., Ltd.
  • Polylactic acid was produced by the following method. To 100 parts by mass of L-lactide (manufactured by Musashino Chemical Laboratory, Inc., optical purity: 100%), 0.005 part by mass of tin octylate was added, and the mixture was stirred at 180 ° C. in a reactor equipped with a stirring blade in a nitrogen atmosphere. For 2 hours, 1.2 times equivalent of phosphoric acid to tin octylate was added, and then the remaining lactide was removed under reduced pressure at 13.3 Pa to obtain chips to obtain poly-L-lactic acid (PLLA1). . The obtained PLLA1 had a mass average molecular weight of 152,000, a glass transition point (Tg) of 55 ° C., and a melting point of 175 ° C.
  • Tg glass transition point
  • PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 20 g / min and taken up at 887 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 100 ° C. to obtain a multifilament uniaxially stretched yarn PF1 of 84 dTex / 24 filament. Further, PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 12-hole cap at 8 g / min and taken up at 1050 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 150 ° C.
  • piezoelectric fibers PF1 and PF2 were used as piezoelectric polymers.
  • the poly-L-lactic acid crystallinity, poly-L-lactic acid crystal orientation, and optical purity of PF1 and PF2 were measured by the above-described methods and were as shown in Table 1.
  • the conductive fiber CF1 is used as a core yarn, and the piezoelectric fiber PF1 is set on four carriers assembled in the Z twist direction among the eight carriers of the 8-punch round braid stringing machine. Then, the braided piezoelectric element in which the piezoelectric fiber PF1 is spirally wound around the core yarn in the Z twist direction by setting the insulating fiber IF1 on the four carriers assembled in the S twist direction. Element 1-1 was produced.
  • the winding angle (orientation angle ⁇ ) of the piezoelectric fiber with respect to the fiber axis CL of the conductive fiber was 45 °.
  • the braided piezoelectric element 1-1 is used as a core thread, and among the eight carriers of the string making machine, all four carriers assembled in the Z twist direction and all four carriers assembled in the S twist direction
  • a braided piezoelectric element 1-1 covered with a conductive fiber was produced, and a braided piezoelectric element 1-2 was obtained.
  • the braided piezoelectric element 1-2 was used in the experiments shown in FIGS. 11 to 18 as described above.
  • the outer radius Ro and the inner radius Ri of the portion occupied by the helical pitch HP, the braided piezoelectric element (or other structure) were measured as follows. (1-1) In the case of a braided piezoelectric element (if the braided piezoelectric element is coated with something other than a piezoelectric polymer, the piezoelectric polymer can be observed from the side surface by removing the coating if necessary. Side view photographs were taken (from the state), and the helical pitch HP ( ⁇ m) of the piezoelectric polymer was measured at any five locations as shown in FIG.
  • the braided piezoelectric element was soaked with a low-viscosity instant adhesive “Aron Alpha EXTRA2000” (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and solidified, and then a cross-sectional photograph perpendicular to the long axis of the braid was cut out and a cross-sectional photograph was taken.
  • the outer radius Ro ( ⁇ m) and the inner radius Ri ( ⁇ m) of the portion occupied by the braided piezoelectric element are measured for one cross-sectional photograph, and the same measurement is performed on another arbitrary five cross sections. Average values were taken.
  • the piezoelectric polymer and the insulating polymer are assembled at the same time, for example, when a combination of piezoelectric fiber and insulating fiber is used, or when four fibers of 8-strand braid are high in piezoelectricity
  • the remaining four fibers are insulating polymers, when the cross section is taken at various locations, the region where the piezoelectric polymer is present and the region where the insulating polymer is present are interchanged. Therefore, the region where the piezoelectric polymer is present and the region where the insulating polymer is present are regarded as a portion occupied by the braided piezoelectric element.
  • the outer radius Ro and the inner radius Ri were measured as follows. As shown in the cross-sectional photograph of FIG. 16 (a), the region occupied by the piezoelectric structure (sheath portion 2 formed of piezoelectric fiber A) (hereinafter referred to as PSA) and the region that is in the center of PSA and is not PSA (Hereinafter referred to as CA).
  • the average value of the diameter of the smallest perfect circle that is outside the PSA and does not overlap the PSA and the diameter of the largest perfect circle that does not pass outside the PSA (CA may pass) is defined as Ro (FIG. 16 ( b)).
  • the average value of the diameter of the smallest perfect circle that is outside the CA and does not overlap the CA and the diameter of the largest perfect circle that does not pass outside the CA is Ri (FIG. 16C).
  • a low-viscosity instant adhesive “Aron Alpha EXTRA2000” (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was infiltrated into the covering yarn-shaped piezoelectric element and solidified, and then a cross-sectional photograph perpendicular to the long axis of the braid was cut out and a cross-sectional photograph was taken.
  • the outer radius Ro ( ⁇ m) and the inner radius Ri ( ⁇ m) of the portion occupied by the covering thread piezoelectric element are measured for one cross-sectional photograph, and the same measurement is performed on another arbitrary cross section. Measurements were taken at five locations and averaged.
  • the piezoelectric polymer and the insulating polymer are covered at the same time, for example, when the piezoelectric fiber and the insulating fiber are covered, or the piezoelectric fiber and the insulating fiber do not overlap. If the cross section is taken at various locations, the region where the piezoelectric polymer is present and the region where the insulating polymer is present are interchanged with each other, so that the piezoelectric polymer exists. The region and the region where the insulating polymer exists are combined and regarded as the portion occupied by the covering thread-like piezoelectric element. However, the insulating polymer is not covered simultaneously with the piezoelectric polymer, that is, the portion where the insulating polymer is always inside or outside the piezoelectric polymer regardless of the cross section, Not considered part of it.
  • the lower metal plate is fixed to the base.
  • a vertical load of 3.2 N is applied from the top, and the upper metal plate remains in a state where it does not slip between the cotton cloth on the surface of the metal plate and the piezoelectric element.
  • Example A As a sample of Example A, as shown in FIG. 14, the conductive fiber CF1 is used as a core yarn, and among the eight carriers of the 8-punch round braid making machine, four carriers assembled in the Z twist direction The piezoelectric fiber PF1 is set, and the insulating fiber IF1 is set and assembled on the four carriers assembled in the S twist direction, so that the piezoelectric fiber PF1 spirals in the Z twist direction around the core yarn. A wound braided piezoelectric element 1-A was produced.
  • Example B Using the braided piezoelectric element 1-A as a core yarn, among the eight carriers of the string making machine, all four carriers assembled in the Z twist direction and all four carriers assembled in the S twist direction have the above conductivity. By setting and assembling the fiber CF2, a braided piezoelectric element 1-A covered with a conductive fiber was produced to obtain a braided piezoelectric element 1-B.
  • Example C Except for changing the winding speed of PF1, two braided piezoelectric elements are prepared in the same manner as the braided piezoelectric element 1-A, and these braided piezoelectric elements are used as core yarns. Similar to B, ones covered with conductive fibers were produced and used as braided piezoelectric elements 1-C and 1-D.
  • Examples E to H Among the eight carriers of the string making machine, PF1 or IF1 is set and assembled on the carriers assembled in the Z twist direction and the S twist direction as shown in Table 2, so that the Z twist direction and the S twist around the core yarn.
  • a braided piezoelectric element in which a piezoelectric fiber PF1 is spirally wound at a predetermined ratio in each direction is created, and the braided piezoelectric element is used as a core thread, and is electrically conductive like the braided piezoelectric element 1-B. Fabrics covered with fibers were prepared and used as braided piezoelectric elements 1-E to 1-H.
  • Example I A braided piezoelectric element is produced in the same manner as the braided piezoelectric element 1-A, except that PF2 is used instead of PF1, IF2 is used instead of IF1, and the winding speed is adjusted.
  • PF2 is used instead of PF1
  • IF2 is used instead of IF1
  • the winding speed is adjusted.
  • Example J A braided piezoelectric element is created in the same manner as the braided piezoelectric element 1-A except that IF2 is used instead of PF2 and PF2 is used instead of IF2, and this braided piezoelectric element is used as a core thread to form a braid
  • a braided piezoelectric element 1-J was produced by covering a conductive fiber in the same manner as the piezoelectric element 1-B.
  • CF1 is used as a core yarn, PF1 is wound around the core yarn in the S twist direction at a covering number of 3000 times / m, and IF1 is further wound around the outer side at a covering number of 3000 times / m in the Z twist direction. Further, CF2 is wound around the outer side with a covering speed of 3000 times / m in the S twist direction, and further CF2 is wound around the outer side with a covering number of 3000 times / m in the Z twist direction, and the S yarn is twisted around the core yarn.
  • a covering thread-like piezoelectric element 1-K in which the piezoelectric fiber PF1 was spirally wound and the outer side was covered with a conductive fiber was produced.
  • Example L A braided piezoelectric element is prepared in the same manner as the braided piezoelectric element 1-A, except that IF1 is used instead of PF1, and this braided element is used as a core thread, and the same as the braided piezoelectric element 1-B. What was covered with the fiber was produced, and it was set as the braided element 1-L.
  • Example M A covering thread-like element was produced in the same manner as the covering thread-like piezoelectric element 1-K except that IF1 was used instead of PF1, and was designated as a covering thread-like element 1-M.
  • Example N A braided piezoelectric element 1-N was prepared in the same manner as the braided piezoelectric element 1-B, except that PF1 was used instead of IF1.
  • Example O A braided piezoelectric element 1-O was produced in the same manner as the braided piezoelectric element 1-I except that PF2 was used instead of IF2.
  • Example P Using the conductive fiber CF1 as the core yarn, among the 16 carriers of the 16 punched braided cord making machine, the piezoelectric fiber PF1 is set on 8 carriers assembled in the Z twist direction and assembled in the S twist direction.
  • the braided piezoelectric element in which the piezoelectric fiber PF1 is spirally wound around the core yarn in the Z twist direction is assembled by setting the above-described insulating fiber IF1 on the eight carriers.
  • a braided piezoelectric element 1-P was prepared by using a piezo-electric element as a core thread and covering with a conductive fiber in the same manner as the braided piezoelectric element 1-B.
  • CF1 is used as a core yarn, PF1 is wound around the core yarn in the S twist direction at a covering number of 6000 times / m, and IF1 is further wound around the outer side at a covering number of 6000 times / m in the Z twist direction. Further, CF2 is wound around the outer side with a covering speed of 3000 times / m in the S twist direction, and further CF2 is wound around the outer side with a covering number of 3000 times / m in the Z twist direction, and the S yarn is twisted around the core yarn.
  • a covering thread-like piezoelectric element 1-Q was produced in which the piezoelectric fiber PF1 was spirally wound and the outer side was covered with a conductive fiber.
  • each piezoelectric element is cut to a length of 15 cm, the core conductive fiber is set as the Hi pole, and the wire mesh or sheath conductive fiber shielding the periphery is set as the Lo pole on an electrometer (B2987A manufactured by Keysight Technologies Inc.). Connected and monitored the current value.
  • Table 2 shows current values in the tensile test, torsion test, bending test, shear test, and pressing test. Since Examples L and M do not contain a piezoelectric polymer, the values of ⁇ and T1 / T2 cannot be measured.
  • the elements of Examples A to K have opposite polarities and almost the same absolute value when the signal when the tensile load is applied is compared with the signal when the tensile load is removed. Since a signal is generated, it can be seen that these elements are suitable for quantitative determination of tensile load and displacement.
  • the signals of the examples N and O are compared with the signal when the tensile load is applied and the signal when the tensile load is removed, the polarity may be the same or the opposite. It can be seen that the device is not suitable for quantitative determination of tensile load and displacement.
  • the noise level during the tensile test of Example B is lower than the noise level during the tensile test of Example A, and conductive fibers are arranged outside the braided piezoelectric element to form a shield. It can be seen that the element can reduce noise.

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Abstract

センサシステム１０００は、被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号を発生する線状圧電素子１０１であって、主成分としてポリ乳酸を含む線状圧電素子１０１と、線状圧電素子１０１で発生した電気信号を検出する信号検出部１０２と、信号検出部１０２が検出した電気信号に基づいて、衣類の変形の様態を判別する演算処理部１０３と、を備える。

Description

センサシステム、衣類及び衣類システム
　本発明は、被測定体に着用される衣類の変形の様態を判別するセンサシステム、衣類及び衣類システムに関する。
　衣類に組み込まれたセンサシステムにより、当該衣類を着用した人間や動物などの生体の様々な動きを検知する用途が近年増えつつある。
　例えば、弾性変形可能な基材と、この基材の表面および内部の少なくとも一部に固定された導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物とからなる抵抗体と、この抵抗体の導電面の端部に電気的に接続された１対の端子とを備える伸長センサにおいて、この抵抗体が衣類に組み込まれたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　例えば、使用者の身体に着用するべく構成された衣服部材と、第１の場所において前記衣服部材に接続されたセンサであって、第１の分散密度で導電性粒子材料を分散させたポリマー材料で形成され、前記衣服部材を着用中に前記使用者の動きに応じて変形するべく構成されたセンサと、電子モジュールと通信するべく構成されたポートであって、前記第１の場所から離れた第２の場所において前記衣服部材に接続されるポートと、前記第１の衣服部材に接続された導電性リード線であって、前記センサと前記ポートとの間に接続されて前記センサと前記ポートとの間で前記衣服部材に沿って延在しているリード線と、を備え、前記センサは圧力を受けて変形した時に抵抗が増大するべく構成されている衣料品が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
　例えば、身体的活動に携わっている被験者の生理学的パラメータをモニターするためのフィットネスモニタリングシステムであって、第１センサー及び第２センサーを備えたセンサーサブシステムを備え、前記第１センサーは、プリント回路基板により形成される導電性の円形コイルを備えた多層プリント回路を備え、各層は、互いに直列に接続されており、前記第１及び第２センサーは、パラメータの変化に応答可能であり、前記センサーサブシステムは、前記パラメータを表す信号を生成し送信するように構成されるフィットネスモニタリングシステムが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２０１４－２２８５０７号公報 特表２０１６－５０９６３５号公報 特開２０１５－６２６７５号公報
　衣類に組み込まれるセンサシステムにおいては、衣類を着用する生体の着心地を損なわずに生体の動きを正確に検知できることが求められている。また、衣類は、人間が着用するものや動物が着用するものなど実に多種多様であるが、いずれの衣類に対しても分け隔てなく容易に組み込むことができるセンサシステムの開発が求められている。特に人間が着用する衣類についてはデザイン性を求められることが多い。さらに、様々な物がインターネットを介して相互に情報交換にするＩＯＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）技術の急速な進展に伴い、人間や動物などの生体に限らず、ロボットや玩具などのような機械にも、センサシステムが組み込まれた衣類が着用される機会も想定され得る。よって、装着感を損なわずに生体の動きを正確に検知することができ、なおかつ衣類に容易に組み込むことができる汎用性の高いセンサシステム、衣類及び衣類システムの開発が望まれている。
　本発明者らは、被測定体に着用される衣類に線状圧電素子を配置し、各線状圧電素子で発生した電気信号に基づいて衣類の変形の様態を判別することができることを発見し、本発明に到達した。
　すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
　１．被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号を発生する線状圧電素子であって、主成分としてポリ乳酸を含む線状圧電素子と、前記線状圧電素子で発生した電気信号を検出する信号検出部と、前記信号検出部が検出した電気信号に基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する演算処理部と、を備える、センサシステム。
　２．前記線状圧電素子は、前記衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する前記衣類上の位置近傍に配置される、上記１に記載のセンサシステム。
　３．前記衣類に配置された前記線状圧電素子の近傍の前記衣類の部分に配置され、前記衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号を発生する導電性繊維をさらに備え、前記演算処理部は、前記信号検出部が検出した電気信号と、前記導電性繊維から発生した電気信号とに基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する、上記１または２に記載のセンサシステム。
　４．前記線状圧電素子は伸長変形により電気信号を出力する、上記１～３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
　５．前記線状圧電素子は、導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを有する組紐状圧電素子である、請求項１～４のいずれか一項に記載のセンサシステム。
　６．前記圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、上記５に記載のセンサシステム。
　７．上記１～６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類。
　８．上記１～６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類システムであって、前記線状圧電素子及び前記信号検出部が、被測定体に着用される衣類に配置され、前記演算処理部が、前記衣類とは別体の計算装置内に設けられる、衣類システム。
　本開示の一態様によれば、装着感を損なわずに生体の動きを正確に検知することができ、なおかつ衣類に容易に組み込むことができる汎用性の高いセンサシステム、衣類及び衣類システムを実現することができる。本態様のセンサシステムは、特殊な工程が不要であり簡易な工程にて製造可能であり、生産性がよい。
　また、センサシステムのセンサ部分を構成する線状圧電素子は柔軟性に富むので、衣類の形状に合わせて配置することが容易である。人間や動物などの生体及びロボットやマネキン、人形、ぬいぐるみのような玩具などのような機械といった被測定体の可動部分の近傍に位置することになる衣類の部位に線状圧電素子を配置することで、衣類を着用した被測定体の動きを正確に検知することができる。また、線状圧電素子は柔軟性に富むことから、被測定体の動きの邪魔にならず、装着感を損なうことはない。線状圧電素子は細く柔軟性に富むことから、衣類に線状圧電素子を組み込んでもデザイン性を損なうことはない。例えば、人間が着用するスポーツウェアに本発明のセンサシステムを組み込むことができる。また、線状圧電素子は水気に何ら影響を受けないので、線状圧電素子と共に衣類に組み込まれる線状圧電素子で発生した電気信号を検出する信号検出部に防水機能を持たせれば、通常の衣類と同様に洗濯可能である。
　本態様によるセンサシステムは、様々な被測定体に着用される衣類に組み込むことができる。本態様によるセンサシステムを組み込むことができる衣類の例としては、上着、ズボン、サポータ、手袋、タイツ、靴下、足袋、マフラー、ネックウォーマ、スカーフ、帽子、鉢巻、バンダナ、リストバンドあるいはマスクなどがある。より具体的には、本態様によるセンサシステムはスポーツウェアに組み込むことができる。適用されるスポーツとしては、例えば、ゴルフ、テニス、野球、サッカー、ラグビー、アメリカンフットボール、卓球、バドミントン、クリケット、ゲートボール、陸上競技、体操、ダンス、水泳（水着）、柔道、剣道、空手などがある。また、衣類以外にも、シーツ、タオル、カバー、袋等の雑貨にも、本態様によるセンサシステムを組み込んでもよい。
一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。 本実施形態で用いられる線状圧電素子の変形速度を説明する図である。 図２に示す線状圧電素子の伸長による変形と信号強度との関係を示す図であり、（Ａ）は変形速度と信号強度（電流値）との関係を示し、（Ｂ）は変形部分の位置と信号強度（電流値）との関係を示す。 一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着及びズボンの前面（正面）を模式的に示す図である。 図４の上着及びズボンの背面を模式的に示す図である。 一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着の背面の実際の写真を示す図である。 上着の肩及び肘の近傍に線状圧電素子を配置した実際の写真を示す図である。 図７に示した上着を着用して肘を曲げた場合に発生する電気信号を示す図であって、（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。 図７に示した上着を着用して肘を曲げた状態（図８）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。 図７に示した上着を着用して肘をねじった場合に発生する電気信号を示す図であって、（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。 図７に示した上着を着用して肘をねじった状態（図１０）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。 一実施形態によるセンサシステムを組み込んだグローブの実際の写真を示す図であって、（Ａ）はグローブを着用した手の甲を示し、（Ｂ）はグローブを着用した手のひらを示し、（Ｃ）はグローブを着用した手の一側面を示す。 ロボットコントローラを接続した一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。 実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。 配向角度θの計算方法を説明する模式図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、実施形態に係る組紐状圧電素子の断面写真である。
　以下図面を参照して、センサシステム及び衣類について説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。なお、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。
（センサシステムの基本構成）
　図１は、一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。ここでは、センサシステム１０００が組み込まれる衣類として、図１では上着５００－１及びズボン５００－２を一例として示したが、図１は衣類として上着５００－１及びズボン５００－２の両方を常に備えるべきことを意味するものではなく、あくまでも例示である。上着５００－１及びズボン５００－２以外の衣類として、例えば、サポータ、手袋、タイツ、靴下、足袋、マフラー、ネックウォーマ、スカーフ、帽子、鉢巻、バンダナ、リストバンドあるいはマスクなどがある。また、衣類以外にも、シーツ、タオル、カバー、袋等の雑貨にも、本態様によるセンサシステムを組み込んでもよい。
　センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用し当該センサシステム１０００によりその動きが検知される対象を、本明細書では「被測定体」と称する。被測定体の例としては、人間及び動物などの生体、並びに、ロボット及び玩具（人形、ぬいぐるみなど）などのような機械がある。
　センサシステム１０００は、線状圧電素子１０１と、信号検出部１０２と、演算処理部１０３と、を備える。また、オプションとして、センサシステム１０００は、衣類に配置された線状圧電素子１０１の近傍に配置され、衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号が発生する導電性繊維１０４を備える。
　線状圧電素子１０１は、印加された応力に応じて電気信号が発生するものである。線状圧電素子１０１としては、伸長変形により電気信号が発生するものが好ましいが、伸長以外の応力に対して信号を発生する線状圧電素子を用いてもよい。線状圧電素子１０１を構成する素材の具体例については後述する。被測定体が動くと（線状圧電素子１０１に応力が直接に印加される場合も含む）と、線状圧電素子１０１に伸長による変形が生じる。この伸長変形により、線状圧電素子１０１に電気信号が発生する。線状圧電素子１０１は、被測定体に着用される衣類（図１に示す例では上着５００－１及びズボン５００－２）に配置される。線状圧電素子１０１は、衣類上においてどのように配置してもよいが、その配置は、衣類を着用する被測定体の、検知したい動きの内容にほぼ依存する。なお、本明細書では、「線状圧電素子１０１が衣類上（もしくは単に「衣類」）に配置される」との表現は、「線状圧電素子１０１が衣類の生地の表面上もしくは裏面上に配置される」及び「線状圧電素子１０１が衣類の生地の中に埋め込まれる」の各概念を含むものである。
　線状圧電素子１０１を衣類上に配置する方法としては、被測定体が動いたときに当該被測定体が着用した衣類が変形することにより印加された応力により線状圧電素子に変形が生じれば特に限定されるものではない。例えば、衣類の生地への縫込みや刺繍、衣類の生地の表面上もしくは裏面上への接着剤を介した貼り付け、かがりつけ、などがある。また、また、線状圧電素子を組み込んだ織物や編物を作成し、これを衣類に仕立ててもよい。また、変形が生じやすくなるように部分的に生地を薄くしたり折り目を付けたりなどの工夫をしてもよい。いずれの場合も、線状圧電素子１０１の長さは適宜決められる。
　例えば、衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する衣類上の位置近傍に、線状圧電素子１０１が配置される。本明細書では、衣類上の位置近傍は、被測定体が動いた時に、被測定体の動作に基いて変形する衣類の範囲を意味する。以下、本明細書では、衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する衣類上の位置を特定するために、単に被測定体の部位の名称を用いることがある。例えば、「上着の肘」とは「被測定体（人間など）が上着を着用したときに、肘に相当する部分に位置することになる上着上の位置」を意味し、「グローブの手の甲」とは「被測定体（人間など）がグローブを着用したときに、手の甲に相当する部分に位置することになるグローブ上の位置」を意味する。衣類上の他の位置の名称も同様である。被測定体の可変部位の例としては、人間や動物などの生体における、例えば肩、肘、手首、足首、膝、股関節、指、首、口、瞼、頬、おでこ、鼻、耳、腹部、胸部、太もも、ふくらはぎ、二の腕、背部、臀部、手の平、手の甲、足の土踏まず、足の甲などがある。ロボットや玩具などの機械における可動部位も、被測定体の可変部位の例として挙げられる。あるいは、衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する衣類上の位置近傍でなくても（すなわち可変部位から離れていても）、可変部位の動きに伴って着用した衣類が変形するような位置に、線状圧電素子１０１が配置される。例えば、衣類を着用した際に、首と肩との間、肩と肘との間、肘と手首との間、指の各関節の間、首と胸部との間、胸部と腹部との間、腹部と股関節との間、股関節と臀部との間、首と背部との間、背部と臀部との間、臀部と股関節との間、股関節と膝との間、あるいは、膝と足首との間などに位置することになる衣類上の位置に配置される。線状圧電素子１０１の配置の具体例については後述する。センサシステムのセンサ部分を構成する線状圧電素子１０１は柔軟性に富むので、被測定体の形状に合わせて設置することが容易である。
　ここで、本実施形態によるセンサシステムで用いられる、伸長により電気信号が発生する線状圧電素子１０１の電気的特性について図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態で用いられる線状圧電素子の変形速度を説明する図である。本実施形態では、線状圧電素子１０１として、その長さや伸長が発生する位置にかかわらず、伸長による変形速度が一定のものを用いる。図２に示すように、本実施形態で用いられる線状圧電素子１０１を長短２本用意し、それぞれについて、一定距離間をチャックにて把持し、コネクタ１２１を介して信号検出部１０２に接続し、被測定体を線方向に伸長を加えてそのときに発生する信号強度（電流値）を測定する実験を行った。図３は、図２に示す線状圧電素子の伸長による変形と信号強度との関係を示す図であり、図３（Ａ）は変形速度と信号強度（電流値）との関係を示し、図３（Ｂ）は変形部分の位置と信号強度（電流値）との関係を示す。本実施形態で用いられる線状圧電素子１０１は、図３（Ａ）に示すように線状圧電素子１０１の伸び変形速度と信号強度（電流値）とは比例し、図３（Ｂ）に示すように伸長変形が発生する位置（コネクタ２１からの距離で表す）に関わらず信号強度（電流値）はほぼ一定である。このように、本実施形態では、線状圧電素子１０１として、その長さや伸長が発生する位置にかかわらず、伸長による変形速度に対する信号強度が一定のものを用いるのが好ましい。なお、線状圧電素子１０１を、伸長による変形速度に対する信号強度が一定のものではないもので実現してもよく、この場合は、当該線状圧電素子についての伸長に応じた変形速度と信号強度との関係を予め測定しておき、この測定結果に基づき各位置における伸長の具合に応じた変形速度を一定の信号強度に換算して出力する事前補正演算部を、演算処理部１０３の前段に設ければよい。
　説明を図１に戻すと、信号検出部１０２は、各線状圧電素子１０１で発生した電気信号を検出するものである。図１では、説明を簡明にするために、信号検出部１０２を上着５００－１及びズボン５００－２から離れた位置に記載したが、好ましくは、衣類ごとに（図１に示す例では、上着５００－１及びズボン５００－２のそれぞれに）、当該衣類上の任意の位置に設けられる。線状圧電素子１０１と信号検出部１０２とは直接に接続してもよいが、信号強度を増幅するアンプやフィルタなど（図示せず）を介して接続してもよい。なお、線状圧電素子１０１として、後述するように電磁波シールドを有する組紐状圧電素子を用いれば、ノイズ除去のためのフィルタは省略できる。信号検出部１０２として防水機能を有するものを用いれば、線状圧電素子１０１及び信号検出部１０２が組み込まれた衣類は洗濯可能となる。
　信号検出部１０２は、線状圧電素子１０１から引き出された導線を接続するコネクタ（図示せず）と、線状圧電素子１０１で発生したアナログ電気信号をディジタル電気信号に変換するＡＤ変換部（図示せず）と、ＡＤ変換部から出力されたディジタル電気信号を次段の演算処理部１０３へ送信する送信部（図示せず）と、を含む。信号検出部１０２（の送信部）と演算処理部１０３との間の通信は無線でも有線でもよい。信号検出部１０２と演算処理部１０３との間を無線通信により実現する場合は、信号検出部１０２の送信部は、ＡＤ変換部から出力されたディジタル電気信号に、対応する線状圧電素子１０１の識別情報を付加して、演算処理部１０３へ無線送信する。無線送信の方法自体は本発明を限定するものではなく、公知の方法を用いればよい。信号検出部１０２と演算処理部１０３との間を有線通信により実現する場合は、対応する線状圧電素子１０１ごとの信号線を、演算処理部１０３の各入力端子に接続する。
　信号検出部１０２は、各線状圧電素子で発生した電気信号の大きさとして、例えば電流値や電圧値などを検出する。また例えば、各線状圧電素子で発生した電気信号の大きさとして、電流値や電圧値などのような信号強度そのものでなく、これらの値の微分値やその他演算値を用いてもよい。例えば微分値であれば急激な電気信号の変化を精度よく取得することができたり、積分値であれば変形の大きさに基づく解析ができる。
　演算処理部１０３は、信号検出部１０２が検出した電気信号に基づいて、衣類５０１－１及び５００－２の変形の様態を判別する。衣類を着用した被測定体が動くことにより衣類が変形すると線状圧電素子１０１において電気信号が発生するが、演算処理部１０３によりこの電気信号を解析することにより衣類の変形の様態を判別することで、当該衣類を着用した被測定体の動きの内容が判明する。
　演算処理部１０３は、例えば、衣類から離れたコンピュータ等の計算装置にて実現される。この場合、線状圧電素子１０１及び信号検出部１０２は、被測定体に着用される衣類に配置され、演算処理部１０３は、この衣類とは別体の計算装置内に設けられるが、信号検出部１０２と演算処理部１０３との間は無線通信により接続されるのが好ましい。またあるいは、演算処理部１０３は、例えば、衣類上の任意の位置に配置される集積回路（ＩＣ）チップにて実現される。この場合、線状圧電素子１０１、信号検出部１０２及び演算処理部１０３は、被測定体に着用される衣類に配置されるが、信号検出部１０２と演算処理部１０３との間は無線通信でも有線通信でもよく、また、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を洗濯可能なものとするために、演算処理部１０３についても防水機能を有するものが好ましい。
　演算処理部１０３による衣類の変形の様態の判別結果は、様々な用途に利用することができる。以下、具体例をいくつか列挙する。
　例えば、演算処理部１０３に、パソコン、携帯端末、もしくはタッチパネルなどの表示装置（図示せず）を接続することで、被測定体の動きの内容を単に数値やグラフチャートで表すことはもちろん、コンピュータグラフィックやアニメーションにて表示装置に表示することができる。例えば、ゴルフプレーヤーやテニスプレーヤーが、センサシステム１０００が組み込まれたスポーツウェアを着用すれば、自身のプレー内容を表示装置にて確認することができる。例えば、アマチュアとプロの各プレーヤーにセンサシステム１０００が組み込まれたスポーツウェアを着用させ、それぞれのプレー内容を比較できるように表示装置に表示させるといった、練習態様を実現することができる。特に、複数の部位にセンサを設けている場合には、非測定体の動きの順番やタイミングに基づく解析結果を表示させることができる。例えば、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用した役者が行った演技をコンピュータグラフィックやアニメーションに変換するモーションキャプチャ装置として利用することもできる。
　例えば、入力された電気信号を振動に変換する振動発生装置（図示せず）や微小な電気ショックに発生する電気発生装置（図示せず）を、センサシステム１０００が組み込まれた衣類にさらに組み込み、これら振動発生装置や電気発生装置に演算処理部１０３を接続すれば、被測定体の動きの内容を、衣類を着用した人間や動物に対して振動や電気ショックの形でフィードバックすることができる。例えば、ゴルフプレーヤーやテニスプレーヤーが、センサシステム１０００及び振動発生装置もしくは電気発生装置が組み込まれたスポーツウェアを着用すれば、自身のプレー内容を振動や電気ショックの形で感知することができる。例えば、プロのプレーヤーにこのスポーツウェアを着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果を記憶装置に予め保持しておき、次いで、アマチュアのプレーヤーにこのスポーツウェアを着用させ、プレー内容がプロプレーヤーと相違する場合は、振動や電気ショックにてスポーツウェアを着用したアマチュアのプレーヤーにフィードバックする、といった練習態様を実現することができる。例えば、センサシステム１０００及び振動発生装置もしくは電気発生装置が組み込まれた衣類を、ペットや家畜に着用させ、振動や電気ショックにてしつけを行うといった用途も可能である。
　例えば、演算処理部１０３に、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器を接続することで、被測定体の動きに応じて警報音を発するといった安全システムを実現することができる。例えば、建設作業員や工場労働者にセンサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果が予め登録しておいた危険動作を示す場合に、警報音を発する、といった安全システムを実現することができる。例えば、自動車の運転者や鉄道の運転士にセンサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果が居眠りに特有の動作を示す場合に、警報音を発する、といった安全システムを実現することができる。
　また、例えば、人形、ぬいぐるみなどにセンサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果に応じた音声を発するといった、玩具の提供も実現することができる。
　例えば、演算処理部１０３にロボットコントローラを接続することでセンサシステム１０００をロボットに対するインターフェースとして用いることも可能である。例えば、演算処理部１０３にロボットコントローラを接続し、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用した人間の動きをロボットに再現させることもできる。このロボットが玩具であれば、人間の動きを再現するロボット玩具となる。あるいは、センサシステム１０００が組み込まれた衣類をロボットに着用させ、当該ロボットの動きを別のロボットに再現させることもできる。このロボットが産業用ロボットであれば、産業用ロボットに対する教示作業の負担を低減できる。
　説明を図１に戻すと、オプションとして設けられる導電性繊維１０４は、衣類（図１に示す例では上着５００－１及びズボン５００－２）に配置された線状圧電素子１０１の近傍の前記衣類の部分に配置される。導電性繊維１０４は、当該導電性繊維１０４に対応する線状圧電素子１０１の近傍に配置されることが好ましい。導電性繊維１０４は、当該導電性繊維１０４と対応する線状圧電素子１０１と組み合わせて設けられるが、全ての線状圧電素子１０１に対して導電性繊維１０４を設ける必要はない。導電性繊維１０４は、衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号を発生する。被測定体と、導電性繊維１０４と、被測定体及び導電性繊維１０４との間の位置する衣類及び空気等の誘電体とによりコンデンサが形成される。すなわち、衣類を着用した被測定体が動くことにより衣類が変形すると、当該衣類に設けられた導電性繊維１０４と被測定体との間の距離が変化するので、導電性繊維１０４と被測定体との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により導電性繊維１０４には微弱な電気信号が発生する。導電性繊維１０４と信号検出部１０２とは電気的に接続されており、導電性繊維１０４で発生した微弱な電気信号は、電極として機能する信号検出部１０２により検出される。導電性繊維１０４が電気信号を発生するメカニズムは、静電容量型センサと同様である。信号検出部１０２は、導電性繊維１０４から引き出された導線を接続するコネクタ（図示せず）と、導電性繊維１０４で発生したアナログ電気信号をディジタル電気信号に変換するＡＤ変換部（図示せず）と、ＡＤ変換部から出力されたディジタル電気信号を次段の演算処理部１０３へ送信する送信部（図示せず）と、を含む。また、導電性繊維１０４で発生した電気信号は微弱であるので、これを増幅するアンプ（図示せず）を信号検出部１０２は有する。アンプは、アナログアンプでもディジタルアンプでもよいが、アナログアンプで構成する場合はＡＤ変換部の前段に設けられ、ディジタルアンプで構成する場合はＡＤ変換部の後段に設けられる。導電性繊維１０４を線状圧電素子１０１と組み合わせて設けた場合、演算処理部１０３は、信号検出部１０２が検出した線状圧電素子１０１で発生した電気信号と導電性繊維１０４から発生した電気信号とに基づいて、衣類の変形の様態をより正確に判別することができる。すなわち、衣類を着用した被測定体が動くことにより衣類が変形すると、線状圧電素子１０１及び導電性繊維１０４の両方にて電気信号が発生し、演算処理部１０３により電気信号を解析することにより衣類の変形の様態を判別し、当該衣類を着用した被測定体の動きを知ることができる。線状圧電素子１０１は被測定体が動くことによる衣類が変形したことを検知するが、衣類の変形の状態を検知するものではない。例えば、線状圧電素子１０１は、被測定体の関節が曲がるか又は伸びるかを検知するが、被測定体の関節の変形の程度までは検知しない。そこで、センサシステム１０００では、導電性繊維１０４から出力される電気信号に基づいて、導電性繊維１０４と被測定体との間の静電容量を検知して、被測定体の関節の変形の程度を検知する。上述した観点から、導電性繊維１０４は、線状圧電素子１０１が配置された衣類の部分が変形した時に、当該衣類の部分と共に変形する衣類の部分に配置されることが好ましい。本明細書では、導電性繊維１０４が、当該導電性繊維１０４に対応する線状圧電素子１０１の近傍に配置されることは、導電性繊維１０４が、線状圧電素子１０１が配置された衣類の部分が変形した時に、当該衣類の部分と共に変形する衣類の部分に配置されることを意味する。また、複数の線状圧電素子が衣類に配置される場合には、導電性繊維１０４は、他の線状圧電素子よりも、当該導電性繊維１０４に対応する線状圧電素子１０１に近く位置するように配置されることが好ましい。例えば、導電性繊維１０４は、対応する線状圧電素子１０１に対して、３０ｍｍ～１００ｍｍの範囲に配置されることが好ましい。
　続いて、線状圧電素子１０１の配置例について例示する。
　図４は、一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着及びズボンの前面（正面）を模式的に示す図であり、図５は、図４の上着及びズボンの背面を模式的に示す図である。例えば、線状圧電素子１０１は、図４に示すように人間の股関節近傍及び膝近傍に位置するズボン５００－２上の前面に設けられ、図５に示すように人間の肩近傍及び肘近傍に位置する上着５００－１上の背面に設けられ、図５に示すように人間の臀部近傍に位置するズボン５００－２上の前面に設けられる。例えば、導電性繊維１０４は、図５に示すように人間の肩近傍及び肘近傍に位置する上着５００－１上の背面に設けられた線状圧電素子１０１の近傍に設けられる。図６は、一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着の背面の実際の写真を示す図であり、図５に模式的に示した線状圧電素子１０１及び導電性繊維１０４の配置に対応する。
　続いて、本実施形態において、センサシステムが組み込まれた衣類を着用した人間が実際に動いた場合の実験結果について、図７～図１１を参照して説明する。なお、図８～図１１に示された実験結果において、電気信号の極性の正負の取り方は一例であって、グランド（ゼロ電位）の設定の次第で変わることは当業者にとって周知の事項である。
　図７は、上着の肩及び肘の近傍に線状圧電素子を配置した実際の写真を示す図である。図７に示すように、線状圧電素子１０１を、上着５００－１の肘、前腕部、及び上腕部のそれぞれに設けた。
　図８は、図７に示した上着を着用して肘を曲げた場合に発生する電気信号を示す図であって、図８（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、図８（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。図９は、図７に示した上着を着用して肘を曲げた状態（図８）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、図９（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、図９（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
　図８（Ａ）と図９（Ａ）との比較から分かるように、上着５００－１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘の曲げのときと肘を曲げの状態から元に戻したときに電気信号の変化が現れる。すなわち、肘を曲げたときは、上着５００－１の肘に設けられた線状圧電素子１０１は、負の極性の電気信号を発生する（図８（Ａ）参照）。一方、肘を曲げの状態から元に戻したときは、上着５００－１の肘に設けられた線状圧電素子１０１は、正の極性の電気信号を発生する（図９（Ａ）参照）。このように、上着５００－１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘の曲げと戻しの前後で電気信号の極性が反転している。
　また、図８（Ｂ）と図９（Ｂ）との比較から分かるように、上着５００－１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号についても、肘の曲げのときと肘を曲げの状態から元に戻したときに電気信号の変化が現れる。すなわち、肘を曲げたときは、上着５００－１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１は、正の極性の電気信号を発生する（図８（Ｂ）参照）。一方、肘を曲げの状態から元に戻したときは、上着５００－１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１は、負の極性の電気信号を発生する（図９（Ｂ）参照）。このように、上着５００－１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号についても、肘の曲げと戻しの前後で電気信号の極性が反転している。
　一方で、図８（Ｂ）と図９（Ｂ）との比較から分かるように、上着５００－１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘の曲げのときと肘を曲げの状態から元に戻したときに電気信号の変化は現れるが、その変化の大きさは小さく不明確であることが特徴的である。
　よって、肘の曲げと戻し（伸ばし）に関しては、「上着５００－１の肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性に明確な反転がありなおかつ前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確である」か否かで判別することができることが分かる。例えば、演算処理部１０３は、上着５００－１の肘、前腕部、及び上腕部に設けられた各線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性を観測し、上着５００－１の肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性に上記のような明確な反転があり、なおかつ上着５００－１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確であった場合は、「肘が曲げられた」もしくは「肘の曲げが元に戻された」と判別する。
　図１０は、図７に示した上着を着用して肘をねじった場合に発生する電気信号を示す図であって、図１０（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、図１０（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。図１１は、図７に示した上着を着用して肘をねじった状態（図１０）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、図１１（Ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、図１１（Ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
　図１０（Ａ）と図１１（Ａ）との比較から分かるように、上着５００－１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときに電気信号の変化が現れるが、その変化の大きさは小さく不明確である。
　また、図１０（Ｂ）と図１１（Ｂ）との比較から分かるように、上着５００－１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号についても、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときに電気信号の変化が現れるが、その変化の大きさは小さく不明確である。
　一方で、図１０（Ｂ）と図１１（Ｂ）との比較から分かるように、上着５００－１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときに電気信号の変化が明確に現れる。すなわち、肘をねじっているときは、上着５００－１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１は、正の極性の電気信号を発生する（図１０（Ｂ）参照）。一方、肘のねじりを元に戻しているときは、上着５００－１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１は、負の極性の電気信号を発生する（図１１（Ｂ）参照）。このように、上着５００－１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときとで電気信号の極性が明確に反転している。
　よって、肘をねじりと戻し（伸ばし）に関しては、「上着５００－１の肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確でありなおかつ前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性が明確に反転している」か否かで判別することができることが分かる。例えば、演算処理部１０３は、上着５００－１の上腕部に設けられた各線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性を観測し、肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確であり、なおかつ前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性に上記のような明確な反転があった場合は、「肘がねじられている」もしくは「肘のねじりが元に戻された」と判別する。
　また、図８及び図９に示す実験結果と図１０及び図１１に示す実験結果とを比較して分かるように、上着５００－１の肘、前腕部、及び上腕部に設けられた線状圧電素子１０１のうち、どの部分に設けられた線状圧電素子１０１の電気信号の極性が明確に反転したか及びどの部分に設けられた線状圧電素子１０１の電気信号の極性の反転が不明確であるかを観察すれば、腕の曲げとねじりとを判別することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、伸長により電気信号が発生する線状圧電素子１０１にて、「肘が曲げられた」、「肘の曲げが元に戻された」、「肘がねじられた」及び「肘のねじりが元に戻された」の各動作を判別することができる。なお、上記では人間の肘の動きを例にとり説明したが、人間や動物などの生体における、例えば肩、手首、足首、膝、股関節、指、首、口、瞼、頬、おでこ、鼻、耳、腹部、胸部、太もも、ふくらはぎ、二の腕、背部、臀部、手の平、手の甲、足の土踏まず、足の甲といった各可動部位、並びにロボットや玩具などの機械における可動部位についても、同様の設計思想を適用することができる。なお、被測定体の可動部の動きの検知の正確性を高めるために、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を被測定体に着用させて実際に被測定体を動かして線状圧電素子１０１及び導電性繊維で発生する電気信号の波形を観測し、観測結果を被測定体の動きとを照らし合わせて電気信号の波形と被測定体の動きとの関係性を示すテーブルを取得し、このテーブルを演算処理部１０３に記憶させて、演算処理部１０３に被測定体の動きの判別を実行させるようにしてもよい。
　図１２は、一実施形態によるセンサシステムを組み込んだグローブの実際の写真を示す図であって、図１２（Ａ）はグローブを着用した手の甲を示し、図１２（Ｂ）はグローブを着用した手のひらを示し、図１２（Ｃ）はグローブを着用した手の一側面を示す。図１２は、本実施形態によるセンサシステム１０００をグローブ５００－３に組み込む場合の、線状圧電素子１０１の配置例を示している。
　図１３は、ロボットコントローラを接続した一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。例えば、演算処理部１０３にロボットコントローラ２０１を接続し、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用した人間の動きをロボット２０２に再現させることもできる。
　以上説明した被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号が発生する線状圧電素子を有する本実施形態によるセンサシステム１０００は、被測定体の動きを検出する他の手法と組み合わせてもよい。
　例えば、本実施形態によるセンサシステム１０００と重心移動を検知するためのセンサ（例えば感圧センサ）とを併用してシステムを構築してもよい。この態様の場合、例えば、線状圧電素子１０１で発生した電気信号と重心移動を検知するセンサからの信号とに基づき、被測定体に着用された衣類の変形の様態と被測定体自体の動き（重心移動）とを同時に判別する演算処理部を設けることができる。このセンサシステム１０００と重心移動を検知するセンサと組み合わせる態様によれば、例えば、センサシステム１０００による被測定体（ここでは人体）の上半身の動きの検知と別センサ（例えば感圧センサ）による体重移動の検知とを同時に実現できるため、例えばゴルフのスイング、テニスのスイング等の動きをより詳細に把握することが可能である。なお、被測定体の重心移動を検知するためのセンサとしては公知のセンサをいずれも用いることができるが、例えばポリ乳酸フィルムなど面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層（例えばポリ－Ｌ－乳酸及びポリ－Ｄ－乳酸）を、複数層積層した圧電積層体を圧電積層体素子に用い、圧電積層体を円筒状、角丸長、方形などの一部に曲線部を有する形状に捲回したセンサを用いれば、荷重依存的に電圧が発生、減衰し、持続的に荷重がかかっていれば、電圧が一定時間持続して出力も行われるので、より詳細な測定を行うことが可能である。
（線状圧電素子）
　本発明における線状圧電素子としては、印加された応力に応じて電気信号が発生する公知のあらゆるものを使用することができる。例えば、線状圧電素子としては、導電性繊維を芯糸としてその周りに圧電性繊維を配置した芯鞘構造を有する圧電素子を使用することができる。より具体的には、線状圧電素子としては、導電性繊維の周りに圧電性フィルムまたは圧電性繊維を単に巻きつけた圧電素子や、あるいは導電性繊維の周りに圧電性繊維を組紐状に巻きつけた組紐状圧電素子を使用することができる。中でも、本発明における線状圧電素子としては、伸長変形に対してより大きな電気信号を出力する圧電素子が好ましく、このような観点から、組紐状圧電素子がより好ましい。そこで、組紐状圧電素子について以下で詳しく説明する。
（組紐状圧電素子）
　図１４は実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
　組紐状圧電素子１は、導電性繊維Ｂで形成された芯部３と、芯部３を被覆するように組紐状の圧電性繊維Ａで形成された鞘部２と、を備えている。
　組紐状圧電素子１では、少なくとも一本の導電性繊維Ｂの外周面を多数の圧電性繊維Ａが緻密に取り巻いている。組紐状圧電素子１に変形が生じると、多数の圧電性繊維Ａそれぞれに変形による応力が生じ、それにより多数の圧電性繊維Ａそれぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維Ｂを取り巻く多数の圧電性繊維Ａの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維Ｂに生じる。すなわち圧電性繊維Ａの組紐状の鞘部２を用いない場合と比較して導電性繊維Ｂからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子１では、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能となる。なお、導電性繊維Ｂは複数本であってもよい。
　組紐状圧電素子１は、その中心軸（図１４中のＣＬ）方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものが好ましい。
（伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子）
　中心軸方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１としては、例えば、圧電性繊維Ａとして、一軸配向した高分子の成型体であり、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子を使用することができる。本発明において「主成分として含む」とは、構成成分の５０質量％以上を占めることを指す。また、本発明において結晶性高分子とは、１質量％以上の結晶部と、結晶部以外の非晶部とからなる高分子であり、結晶性高分子の質量とは結晶部と非晶部とを合計した質量である。なお、ｄ１４の値は成型条件や純度および測定雰囲気によって異なる値を示すが、本発明においては、実際に使用される圧電性高分子中の結晶性高分子の結晶化度および結晶配向度を測定し、それと同等の結晶化度および結晶配向度を有する１軸延伸フィルムを当該結晶性高分子を用いて作成し、そのフィルムのｄ１４の絶対値が、実際に使用される温度において０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を示せばよく、本実施形態の圧電性高分子に含まれる結晶性高分子としては、後述されるような特定の結晶性高分子には限定されない。フィルムサンプルのｄ１４の測定は公知の様々な方法を取ることができるが、例えばフィルムサンプルの両面に金属を蒸着して電極としたサンプルを、延伸方向から４５度傾いた方向に４辺を有する長方形に切り出し、その長尺方向に引張荷重をかけた時に両面の電極に発生する電荷を測定することで、ｄ１４の値を測定することができる。
　また、中心軸方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１においては、中心軸の方向と圧電性高分子の配向方向とがなす角度（配向角度θ）は１５°以上７５°以下であることが好ましい。この条件を満たす時、組紐状圧電素子１に対し中心軸方向の伸長変形（引張応力および圧縮応力）を与えることで、圧電性高分子に含まれる結晶性高分子の圧電定数ｄ１４に対応する圧電効果を効率よく利用し、組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とに効率的に逆極性（逆符号）の電荷を発生させることができる。かかる観点から、配向角度θは２５°以上６５°以下であることが好ましく、３５°以上５５°以下であることがより好ましく、４０°以上５０°以下であることがさらに好ましい。このように圧電性高分子を配置すると、圧電性高分子の配向方向はらせんを描くことになる。
　また、このように圧電性高分子を配置することで、組紐状圧電素子１の表面を擦るようなせん断変形や、中心軸を曲げるような曲げ変形や、中心軸を軸としたねじり変形に対しては組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とには大きな電荷を発生させないようにする、即ち中心軸方向の伸長に対して選択的に大きな電荷を発生させる組紐状圧電素子１とすることができる。
　配向角度θは、可能な限り下記の方法で測定する。組紐状圧電素子１の側面写真を撮影し、圧電性高分子Ａ’のらせんピッチＨＰを測定する。らせんピッチＨＰは図１５の通り、１本の圧電性高分子Ａ’が表面から裏面を回って再び表面に来るまでに要した、中心軸方向の直線距離である。また、必要に応じて接着剤で構造を固定後に、組紐状圧電素子１の中心軸に垂直な断面を切り出して写真を撮影し、鞘部２が占める部分の外側半径Ｒｏおよび内側半径Ｒｉを測定する。断面の外縁および内縁が楕円形や扁平な円形の場合は、長径と短径の平均値をＲｏおよびＲｉとする。下記式から中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θを計算する。
　θ　＝　ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）　（０°≦θ≦９０°）
　ただしＲｍ＝２（Ｒｏ3－Ｒｉ3）／３（Ｒｏ2－Ｒｉ2）、即ち断面積で加重平均した組紐状圧電素子１の半径である。
　組紐状圧電素子１の側面写真において圧電性高分子が均一な表面を有しており、圧電性高分子のらせんピッチが判別できない場合は、接着剤等で固定した組紐状圧電素子１を中心軸を通る平面で割断し、割断面に垂直な方向に、中心軸を通るよう十分に狭い範囲でＸ線を透過するよう広角Ｘ線回折分析を行い、配向方向を決定して中心軸との角度をとり、θとする。
　本発明に係る組紐状圧電素子１では、圧電性高分子の配向方向に沿って描かれるらせんについて、らせん方向（Ｓ撚り方向またはＺ撚り方向）やらせんピッチを異にする２つ以上のらせんが同時に存在する場合があるが、それぞれのらせん方向およびらせんピッチの圧電性高分子についてそれぞれ上記測定を行い、いずれか一つのらせん方向およびらせんピッチの圧電性高分子が前述の条件を満たすことが必要である。
　中心軸方向の伸長変形に対して中心軸側と外側とに発生する電荷の極性は、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置した場合と、同じ圧電性高分子の配向方向をＺ撚りのらせんに沿って配置した場合とでは、互いに逆の極性になる。このため、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置すると同時にＺ撚りのらせんに沿って配置した場合は、伸長変形に対する発生電荷がＳ撚り方向とＺ撚り方向とで互いに打消し合って効率的に利用できないため、好ましくない。したがって、上記の圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、組紐状圧電素子１の中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であることが好ましく、さらに０以上０．５以下であることが好ましい。
　本発明の圧電性繊維として主成分としてポリ乳酸が含まれる繊維を用いる場合、ポリ乳酸中の乳酸ユニットは９０モル％以上であることが好ましく、９５モル％以上であることがより好ましく、９８モル％以上がさらに好ましい。
　なお、組紐状圧電素子１では、本発明の目的を達成する限り、鞘部２では圧電性繊維Ａ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよいし、芯部３では導電性繊維Ｂ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
　導電性繊維Ｂの芯部３と組紐状の圧電性繊維Ａの鞘部２とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はなく、被測定体上の測定領域の大きさや形状等に応じて適宜決定すればよい。例えば、組紐状圧電素子は製造において連続的に製造され、その後に必要な長さに切断して利用してもよい。組紐状圧電素子の長さは１ｍｍ～２０ｍ、好ましくは、１ｃｍ～１０ｍ、より好ましくは１０ｃｍ～５ｍである。長さが短過ぎると従来の点センサと比較した本発明の上記効果、すなわち単位面積当たりのセンサの配置個数を低減でき、応力が印加された位置を少ないセンサの個数で特定できるという効果が十分に達成できない場合があり、また、長さが長過ぎると導電性繊維Ｂの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。ただし、例えば、抵抗値については、電流値を計測することで抵抗値を考慮する必要がなくなる場合があり、ノイズについては信号を増幅することでノイズを抑制（もしくは除去）できる場合があり、特に電流増幅タイプのアンプを用いることが好ましい。
　以下、各構成について詳細に説明する。
（導電性繊維）
　導電性繊維Ｂとしては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられる。導電性繊維Ｂとしては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。
　金属をコートされるベースの繊維として、導電性の有無によらず公知の繊維を用いることができ、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維の他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。ベースの繊維はこれらに限定されるものではなく、公知の繊維を任意に用いることができ、これらの繊維を組み合わせて用いてもよい。
　ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、およびこれらの混合物や合金などを用いることができる。
　導電性繊維Ｂに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサとしての耐久性や安全性に優れる。
　導電性繊維Ｂはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。マルチフィラメントの方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ～５０００μｍであり、好ましくは２μｍ～１００μｍである。さらに好ましくは３μｍ～５０μｍである。マルチフィラメントの場合、フィラメント数としては、１本～１０００００本が好ましく、より好ましくは５本～５００本、さらに好ましくは１０本～１００本である。ただし、導電性繊維Ｂの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部３の繊度・本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の導電性繊維Ｂと数えるものとする。ここで芯部３とは、導電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
　繊維の直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維Ｂの断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。
　また、圧電性高分子からの電気出力を効率よく取り出すため、電気抵抗は低いことが好ましく、体積抵抗率としては１０-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０-2Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０-3Ω・ｃｍ以下である。ただし、電気信号の検出で十分な強度が得られるのであれば導電性繊維Ｂの抵抗率はこの限りではない。
　導電性繊維Ｂは、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはＪＩＳ　Ｌ１０１３　８．６の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、０．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック（株）製ＫＥＳ―ＦＢ２純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス（株）製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＨＴＳ４０－３Ｋよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が０．０５×１０-4Ｎ・ｍ2／ｍ以下であることが好ましく、０．０２×１０-4Ｎ・ｍ2／ｍ以下であることがより好ましく、０．０１×１０-4Ｎ・ｍ2／ｍ以下であることがさらに好ましい。
（圧電性繊維）
　圧電性繊維Ａの材料である圧電性高分子としてはポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸のような圧電性を示す高分子を利用できるが、本実施形態では上記のように圧電性繊維Ａは主成分として配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が高い結晶性高分子、とりわけポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
　ポリ乳酸としては、その結晶構造によって、Ｌ－乳酸、Ｌ－ラクチドを重合してなるポリ－Ｌ－乳酸、Ｄ－乳酸、Ｄ－ラクチドを重合してなるポリ－Ｄ－乳酸、さらに、それらのハイブリッド構造からなるステレオコンプレックスポリ乳酸などがあるが、圧電性を示すものであればいずれも利用できる。圧電率の高さの観点で好ましくは、ポリ－Ｌ－乳酸、ポリ－Ｄ－乳酸である。ポリ－Ｌ－乳酸、ポリ－Ｄ－乳酸はそれぞれ、同じ応力に対して分極が逆になるために、目的に応じてこれらを組み合わせて使用することも可能である。
　ポリ乳酸の光学純度は９９％以上であることが好ましく、９９．３％以上であることがより好ましく、９９．５％以上であることがさらに好ましい。光学純度が９９％未満であると著しく圧電率が低下する場合があり、圧電性繊維Ａの形状変化よって十分な電気信号を得ることが難しくなる場合がある。特に、圧電性繊維Ａは、主成分としてポリ－Ｌ－乳酸またはポリ－Ｄ－乳酸を含み、これらの光学純度が９９％以上であることが好ましい。
　ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維Ａは、製造時に延伸されて、その繊維軸方向に一軸配向している。さらに、圧電性繊維Ａは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示し、ｄ１４の絶対値が高くなるためである。
　結晶性および一軸配向性はホモＰＬＡ結晶化度Ｘhomo（％）および結晶配向度Ａｏ（％）で求められる。本発明の圧電性繊維Ａとしては、ホモＰＬＡ結晶化度Ｘhomo（％）および結晶配向度Ａｏ（％）が下記式（１）を満たすことが好ましい。
　　　Ｘhomo×Ａｏ×Ａｏ÷１０6≧０．２６　　　（１）
　上記式（１）を満たさない場合、結晶性および／または一軸配向性が十分でなく、動作に対する電気信号の出力値が低下したり、特定方向の動作に対する信号の感度が低下したりするおそれがある。上記式（１）の左辺の値は、０．２８以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましい。ここで、各々の値は下記に従って求める。
ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomo：
　ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomoについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求める。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、（株）リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録する。
　　Ｘ線源：　Ｃｕ－Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
　　出力：　４５ｋＶ×６０ｍＡ
　　スリット：　１ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
　　カメラ長：　１２０ｍｍ
　　積算時間：　１０分
　　サンプル：　３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする。
　得られるＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉｔｏｔａｌを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩHMiを求める。これらの値から下式（２）に従い、ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomoを求める。
　　ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomo（％）＝ΣＩHMi／Ｉtotal×１００　　　（２）
　なお、ΣＩHMiは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出する。
（２）結晶配向度Ａｏ：
　結晶配向度Ａｏについては、上記の広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）により得られるＸ線回折図形において、動径方向の２θ＝１６．５°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角（°）に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣＷi（°）から次式（３）より算出する。
　　結晶配向度Ａｏ（％）＝（３６０－ΣＷi）÷３６０×１００　　　（３）
　なお、ポリ乳酸は加水分解が比較的速いポリエステルであるから、耐湿熱性が問題となる場合においては、公知の、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物などの加水分解防止剤を添加してもよい。また、必要に応じてリン酸系化合物などの酸化防止剤、可塑剤、光劣化防止剤などを添加して物性改良してもよい。
　圧電性繊維Ａはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ～５ｍｍであり、好ましくは５μｍ～２ｍｍ、さらに好ましくは１０μｍ～１ｍｍである。マルチフィラメントの場合、その単糸径は０．１μｍ～５ｍｍであり、好ましくは２μｍ～１００μｍ、さらに好ましくは３μｍ～５０μｍである。マルチフィラメントのフィラメント数としては、１本～１０００００本が好ましく、より好ましくは５０本～５００００本、さらに好ましくは１００本～２００００本である。ただし、圧電性繊維Ａの繊度や本数については、組紐を作製する際のキャリア１つあたりの繊度、本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の圧電性繊維Ａと数えるものとする。ここで、キャリア１つの中に、圧電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
　このような圧電性高分子を圧電性繊維Ａとするためには、高分子から繊維化するための公知の手法を、本発明の効果を奏する限りいずれも採用することができる。例えば、圧電性高分子を押し出し成型して繊維化する手法、圧電性高分子を溶融紡糸して繊維化する手法、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸により繊維化する手法、圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法、フィルムを形成した後に細くカットする手法、などを採用することができる。これらの紡糸条件は、採用する圧電性高分子に応じて公知の手法を適用すればよく、通常は工業的に生産の容易な溶融紡糸法を採用すればよい。さらに、繊維を形成後には形成された繊維を延伸する。それにより一軸延伸配向しかつ結晶を含む大きな圧電性を示す圧電性繊維Ａが形成される。
　また、圧電性繊維Ａは、上記のように作製されたものを組紐とする前に、染色、撚糸、合糸、熱処理などの処理をすることができる。
　さらに、圧電性繊維Ａは、組紐を形成する際に繊維同士が擦れて断糸したり、毛羽が出たりする場合があるため、その強度と耐摩耗性は高い方が好ましく、強度は１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、２．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。耐摩耗性は、ＪＩＳ　Ｌ１０９５　９．１０．２　Ｂ法などで評価することができ、摩擦回数は１００回以上が好ましく、１０００回以上であることがより好ましく、５０００回以上であることがさらに好ましく、１００００回以上であることが最も好ましい。耐摩耗性を向上させるための方法は特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法を用いることができ、例えば、結晶化度を向上させたり、微粒子を添加したり、表面加工したりすることができる。また、組紐に加工する際に、繊維に潤滑剤を塗布して摩擦を低減させることもできる。
　また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および導電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｃ）が下記式（４）を満たすことが好適である。
　　｜Ｓ（ｐ）－Ｓ（ｃ）｜≦１０　　　（４）
　上記式（４）の左辺は５以下であることがより好ましく、３以下であればさらに好ましい。
　また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および絶縁性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｉ）が下記式（５）を満たすことが好適である。
　　｜Ｓ（ｐ）－Ｓ（ｉ）｜≦１０　　　（５）
　上記式（５）の左辺は５以下であることがより好ましく、３以下であればさらに好ましい。
　また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周１．１２５ｍの検尺機で捲数２０回のカセを作り、０．０２２ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長Ｌ０を測定した。その後、このカセを１００℃の沸騰水浴中で３０分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長Ｌを測定した。測定されたＬ０およびＬを用いて下記式（６）により沸水収縮率を計算する。
　　沸水収縮率＝（Ｌ０－Ｌ）／Ｌ０×１００（％）　　（６）
（被覆）
　導電性繊維Ｂ、すなわち芯部３は、圧電性繊維Ａ、すなわち組紐状の鞘部２で表面が被覆されている。導電性繊維Ｂを被覆する鞘部２の厚みは１μｍ～１０ｍｍであることが好ましく、５μｍ～５ｍｍであることがより好ましく、１０μｍ～３ｍｍであることがさらに好ましい、２０μｍ～１ｍｍであることが最も好ましい。薄すぎると強度の点で問題となる場合があり、また、厚すぎると組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる場合がある。なお、ここで言う鞘部２とは芯部３に隣接する層のことを指す。
　組紐状圧電素子１において、鞘部２の圧電性繊維Ａの総繊度は、芯部３の導電性繊維Ｂの総繊度の１／２倍以上、２０倍以下であることが好ましく、１倍以上、１５倍以下であることがより好ましく、２倍以上、１０倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Ａの総繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維Ｂを囲む圧電性繊維Ａが少な過ぎて導電性繊維Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維Ｂが近接する他の導電性繊維に接触するおそれがある。圧電性繊維Ａの総繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維Ｂを囲む圧電性繊維Ａが多過ぎて組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子１がセンサとして十分に機能しなくなる。
　ここでいう総繊度とは、鞘部２を構成する圧電性繊維Ａ全ての繊度の和であり、例えば、一般的な８打組紐の場合には、８本の繊維の繊度の総和となる。
　また、組紐状圧電素子１において、鞘部２の圧電性繊維Ａの一本あたりの繊度は、導電性繊維Ｂの総繊度の１／２０倍以上、２倍以下であることが好ましく、１／１５倍以上、１．５倍以下であることがより好ましく、１／１０倍以上、１倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維Ａが少な過ぎて導電性繊維Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維Ａが切断するおそれがある。圧電性繊維Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維Ａが太過ぎて組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子１がセンサとして十分に機能しなくなる。
　なお、導電性繊維Ｂに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維Ｂあるいは圧電性繊維Ａに混繊した場合は、繊度の比率は上記の限りではない。本発明において、上記比率は、接触面積や被覆率、すなわち、面積および体積の観点で重要であるからである。例えば、それぞれの繊維の比重が２を超えるような場合には、繊維の平均断面積の比率が上記繊度の比率であることが好ましい。
　圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂとはできるだけ密着していることが好ましいが、密着性を改良するために、導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
　被覆の方法は導電性繊維Ｂを芯糸として、その周りに圧電性繊維Ａを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維Ａの組紐の形状は、印加された荷重で生じる応力に対して電気信号を出力することが出来れば特に限定されるものではないが、芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が好ましい。
　導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａの形状としては特に限定されるものではないが、できるだけ同心円状に近いことが好ましい。なお、導電性繊維Ｂとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維Ａは、導電性繊維Ｂのマルチフィラメントの表面（繊維周面）の少なくとも一部が接触しているように被覆していればよく、マルチフィラメントを構成するすべてのフィラメント表面（繊維周面）に圧電性繊維Ａが被覆していてもよいし、被覆していなくともよい。導電性繊維Ｂのマルチフィラメントを構成する内部の各フィラメントへの圧電性繊維Ａの被覆状態は、圧電性素子としての性能、取扱い性等を考慮して、適宜設定すればよい。
　本発明における組紐状圧電素子１は、その表面に電極を存在させる必要が無いため、組紐状圧電素子１自体をさらに被覆する必要がなく、また、誤動作しにくいという利点がある。
（絶縁性繊維）
　組紐状圧電素子１では、鞘部２は圧電性繊維Ａのみによって形成してもよいし、または圧電性繊維Ａと絶縁性繊維の組み合わせによって形成してもよい。
　このような絶縁性繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維を組み合わせて用いてもよく、絶縁性を有しない繊維と組み合わせ、全体として絶縁性を有する繊維としてもよい。
　また、公知のあらゆる断面形状の繊維も用いることができる。
（製造方法）
　本発明における組紐状圧電素子１は少なくとも１本の導電性繊維Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維Ａで被覆しているが、その製造方法としては例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａを別々の工程で作製し、導電性繊維Ｂに圧電性繊維Ａを組紐状に巻きつけて被覆する方法である。この場合には、できるだけ同心円状に近くなるように被覆することが好ましい。
　この場合、圧電性繊維Ａを形成する圧電性高分子としてポリ乳酸を用いる場合の好ましい紡糸、延伸条件として、溶融紡糸温度は１５０℃～２５０℃が好ましく、延伸温度は４０℃～１５０℃が好ましく、延伸倍率は１．１倍から５．０倍が好ましく、結晶化温度は８０℃～１７０℃が好ましい。
　導電性繊維Ｂに巻きつける圧電性繊維Ａとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント（紡績糸を含む）を用いても良い。また、圧電性繊維Ａを巻きつけられる導電性繊維Ｂとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント（紡績糸を含む）を用いても良い。
　被覆の好ましい形態としては、導電性繊維Ｂを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維Ａを組紐状に製紐して、丸打組物（Ｔｕｂｕｌａｒ　Ｂｒａｉｄ）を作製することで被覆することができる。より具体的には芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が挙げられる。ただし、例えば、圧電性繊維Ａを編組チューブのような形態とし、導電性繊維Ｂを芯として当該編組チューブに挿入することで被覆してもよい。
　以上のような製造方法により、導電性繊維Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維Ａで被覆した組紐状圧電素子１を得ることができる。
　本発明における組紐状圧電素子１は、表面に電気信号を検出するための電極の形成を必要としないため、比較的簡単に製造することができる。
（保護層）
　本発明における組紐状圧電素子１の最表面には保護層を設けてもよい。この保護層は絶縁性であることが好ましく、フレキシブル性などの観点から高分子からなるものがより好ましい。保護層に絶縁性を持たせる場合には、もちろん、この場合には保護層ごと変形させたり、保護層上を擦ったりすることになるが、これらの外力が圧電性繊維Ａまで到達し、その分極を誘起できるものであれば特に限定はない。保護層としては、高分子などのコーティングによって形成されるものに限定されず、フィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよく、あるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。
　保護層の厚みとしては出来るだけ薄い方が、せん断応力を圧電性繊維Ａに伝えやすいが、薄すぎると保護層自体が破壊される等の問題が発生しやすくなるため、好ましくは１０ｎｍ～２００μｍ、より好ましくは５０ｎｍ～５０μｍ、さらに好ましくは７０ｎｍ～３０μｍ、最も好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。この保護層により圧電素子の形状を形成することもできる。
　また、ノイズ低減を目的として電磁波シールド層を組紐構造に取り入れることも可能である。電磁波シールド層は特に限定されるものではないが、導電性の物質をコーティングしてもよいし、導電性を有するフィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよい。電磁波シールド層の体積抵抗率としては１０-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０-2Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０-3Ω・ｃｍ以下である。ただし、電磁波シールド層の効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。この電磁波シールド層は、鞘の圧電性繊維Ａの表面に設けてもよく、前述の保護層の外側に設けてもよい。もちろん、電磁波シールド層と保護層が複数層積層されていてもよく、その順番も目的に応じて適宜決められる。
　さらには、圧電性繊維からなる層を複数層設けたり、信号を取り出すための導電性繊維からなる層を複数層設けたりすることもできる。もちろん、これらの保護層、電磁波シールド層、圧電性繊維からなる層、導電性繊維からなる層は、その目的に応じて、その順番および層数は適宜決められる。なお、巻付ける方法としては、鞘部２のさらに外層に組紐構造を形成したり、カバリングしたりする方法が挙げられる。
　組紐状圧電素子１に変形が生じると、圧電性繊維Ａは変形して分極が発生する。圧電性繊維Ａの分極により発生した正負各電荷の配列につられて、組紐状圧電素子１の芯部３を形成する導電性繊維Ｂの出力端子からの引出し線上において電荷の移動が発生する。導電性繊維Ｂからの引出し線上における電荷の移動は微小な電気信号（すなわち電流または電位差）として現れる。つまり、組紐状圧電素子１に変形が与えられた時に発生する電荷に応じて、出力端子から電気信号が出力されることになる。したがって、組紐状圧電素子１は、本発明に係るセンサシステムにおいて有効に機能させることができる。
　なお、上で説明した図９～１１に示す実験では、本発明に係るセンサシステムにおける線状圧電素子として、以下で説明する組紐状圧電素子１－２が使用されており、それは以下の方法で製造した。
　組紐状圧電素子において使用された圧電性繊維の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomo：
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomoについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求めた。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、（株）リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録した。
　　Ｘ線源：　Ｃｕ－Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
　　出力：　４５ｋＶ×６０ｍＡ
　　スリット：　１ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
　　カメラ長：　１２０ｍｍ
　　積算時間：　１０分
　　サンプル：　３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする
　得られたＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉtotalを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるポリ－Ｌ－乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩHMiを求めた。これらの値から下式（３）に従い、ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomoを求めた。
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomo（％）＝ΣＩHMi／Ｉtotal×１００　　　（３）
　なお、ΣＩHMiは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出した。
（２）ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度Ａ：
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度Ａについては、上記の広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）により得られたＸ線回折図形において、動径方向の２θ＝１６．５°付近に現れるポリ－Ｌ－乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角（°）に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣＷi（°）から次式（４）より算出した。
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度Ａ（％）＝（３６０－ΣＷi）÷３６０×１００　　（４）
（３）ポリ乳酸の光学純度：
　組紐状圧電素子を構成する１本（マルチフィラメントの場合は１束）のポリ乳酸繊維０．１ｇを採取し、５モル／リットル濃度の水酸化ナトリウム水溶液１．０ｍＬとメタノール１．０ｍＬを加え、６５℃に設定した水浴振とう器にセットして、ポリ乳酸が均一溶液になるまで３０分程度加水分解を行い、さらに加水分解が完了した溶液に０．２５モル／リットルの硫酸を加えｐＨ７まで中和し、その分解溶液を０．１ｍＬ採取して高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）移動相溶液３ｍＬにより希釈し、メンブレンフィルター（０．４５μｍ）によりろ過した。この調整溶液のＨＰＬＣ測定を行い、Ｌ－乳酸モノマーとＤ－乳酸モノマーの比率を定量した。１本のポリ乳酸繊維が０．１ｇに満たない場合は、採取可能な量に合わせ他の溶液の使用量を調整し、ＨＰＬＣ測定に供するサンプル溶液のポリ乳酸濃度が上記と同等から１００分の１の範囲になるようにした。
＜ＨＰＬＣ測定条件＞
　　カラム：（株）住化分析センター社製「スミキラル（登録商標）」ＯＡ－５０００（４．６ｍｍφ×１５０ｍｍ）、
　　移動相：１．０ミリモル／リットルの硫酸銅水溶液
　　移動相流量：１．０ミリリットル／分
　　検出器：ＵＶ検出器（波長２５４ｎｍ）
　　注入量：１００マイクロリットル
　Ｌ乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳLLAとし、Ｄ－乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳDLAとすると、ＳLLAおよびＳDLAはＬ－乳酸モノマーのモル濃度ＭLLAおよびＤ－乳酸モノマーのモル濃度ＭDLAにそれぞれ比例するため、ＳLLAとＳDLAのうち大きい方の値をＳMLAとし、光学純度は下記式（５）で計算した。
　光学純度（％）＝ＳMLA÷（ＳLLA＋ＳDLA）×１００　　　（５）
　（ポリ乳酸の製造）
　ポリ乳酸は以下の方法で製造した。
　Ｌ－ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００質量部に対し、オクチル酸スズを０．００５質量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて１８０℃で２時間反応させ、オクチル酸スズに対し１．２倍当量のリン酸を添加しその後、１３．３Ｐａで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ－Ｌ－乳酸（ＰＬＬＡ１）を得た。得られたＰＬＬＡ１の質量平均分子量は１５．２万、ガラス転移点（Ｔｇ）は５５℃、融点は１７５℃であった。
　（圧電性繊維）
　２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ１を得た。また、２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を１２ホールのキャップから８ｇ／ｍｉｎで吐出し、１０５０ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１５０℃で熱固定処理することにより３３ｄｔｅｘ／１２フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ２を得た。これらの圧電性繊維ＰＦ１およびＰＦ２を圧電性高分子として用いた。ＰＦ１およびＰＦ２のポリ－Ｌ－乳酸結晶化度、ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度および光学純度は上記の方法で測定し、表１の通りであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（導電性繊維）
　ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』１００ｄ３４ｆ（ＣＦ１）を導電性繊維Ｂとして使用した。ＣＦ１の抵抗率は２５０Ω／ｍであった。
　また、ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』３０ｄ１０ｆ（ＣＦ２）を導電性繊維Ｂとして使用した。ＣＦ２の導電性は９５０Ω／ｍであった。
　（絶縁性繊維）
　ポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸後に延伸することで製造した８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントの延伸糸ＩＦ１、および３３ｄＴｅｘ／１２フィラメントの延伸糸ＩＦ２をそれぞれ絶縁性繊維とした。
　（組紐状圧電素子）
　図１４に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子１－１を作製した。ここで、導電性繊維の繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維の巻きつけ角度（配向角度θ）は４５°とした。さらに、組紐状圧電素子１－１を芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子１－１の周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－２とした。当該組紐状圧電素子１－２を、上記のとおり、図１１～１８に示す実験において使用した。
　次に、本発明のセンサシステムにおいて用いられる圧電素子に関し、圧電性高分子の配向角度θおよびＴ１／Ｔ２の値が伸長変形に対する電気信号に及ぼす影響について調べた。
　圧電素子の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θ
　　中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θは、下記式から計算した。
　θ　＝　ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）　（０°≦θ≦９０°）
　ただしＲｍ＝２（Ｒｏ3－Ｒｉ3）／３（Ｒｏ2－Ｒｉ2）、即ち断面積で加重平均した組紐状圧電素子（または他の構造体）の半径である。らせんピッチＨＰ、組紐状圧電素子（または他の構造体）が占める部分の外側半径Ｒｏおよび内側半径Ｒｉは以下の通り測定した。
（１－１）組紐状圧電素子の場合は、（組紐状圧電素子の圧電性高分子以外による被覆がなされている場合は必要に応じて被覆を除去して側面から圧電性高分子が観察できる状態としてから）側面写真を撮影し、任意の５カ所で図１５のように圧電性高分子のらせんピッチＨＰ（μｍ）を測定し、平均値を取った。また、組紐状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について後述の通り組紐状圧電素子が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）および内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時に組まれている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものを用いている場合や、８打ち組紐の４本の繊維が圧電性高分子であり、残る４本の繊維が絶縁性高分子である場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せて組紐状圧電素子が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時に組まれていない部分については、組紐状圧電素子の一部とはみなさない。
　外側半径Ｒｏと内側半径Ｒｉについては、以下の通り測定した。図１６（ａ）の断面写真の通り、圧電性構造体（圧電性繊維Ａで形成された鞘部２）が占める領域（以後ＰＳＡと記載する）と、ＰＳＡの中央部にありＰＳＡではない領域（以後ＣＡと記載する）を定義する。ＰＳＡの外側にあり、ＰＳＡに重ならない最小の真円の直径と、ＰＳＡの外側を通らない（ＣＡは通ってもよい）最大の真円の直径との平均値をＲｏとする（図１６（ｂ））。また、ＣＡの外側にあり、ＣＡに重ならない最小の真円の直径と、ＣＡの外側を通らない最大の真円の直径との平均値をＲｉとする（図１６（ｃ））。
（１－２）カバリング糸状圧電素子の場合は、圧電性高分子をカバリングする時の巻き速度がＴ回／ｍ（カバリング糸の長さあたりの圧電性高分子の回転数）のとき、らせんピッチＨＰ（μｍ）＝１００００００／Ｔとした。また、カバリング糸状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について組紐状圧電素子の場合と同様にカバリング糸状圧電素子が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）および内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時にカバリングされている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものをカバリングしてある場合や、圧電性繊維と絶縁性繊維とが重ならないように同時にカバリングしてある場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せてカバリング糸状圧電素子が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時にカバリングされてない、即ちどの断面を取っても絶縁性高分子が常に圧電性高分子の内側または外側にある部分については、カバリング糸状圧電素子の一部とはみなさない。
（２）電気信号測定
　エレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．製　Ｂ２９８７Ａ）を、同軸ケーブル（芯：Ｈｉ極、シールド：Ｌｏ極）を介して圧電素子の導電体に接続した状態で、圧電素子に対し下記２－１～５のいずれかの動作試験をしながら５０ｍ秒の間隔で電流値を計測した。
（２－１）引張試験
　（株）オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ－１２２５Ａ」を用い、圧電素子の長尺方向に１２ｃｍの間隔を空けて圧電素子をチャックで掴み、素子が弛んだ状態を０．０Ｎとし、０．５Ｎの張力まで引っ張った状態で変位を０ｍｍとし、１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で１．２ｍｍまで引っ張った後、０ｍｍまで－１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で戻す動作を１０回繰り返した。
（２－２）ねじり試験
　圧電素子を掴む２か所のチャックのうち、片方のチャックはねじり動作を行わず圧電素子の長軸方向に自由に動くようなレール上に設置されて圧電素子に０．５Ｎの張力が常にかかる状態とし、他方のチャックは圧電素子の長軸方向には動かずねじり動作を行うよう設計されたねじり試験装置を用い、圧電素子の長尺方向に７２ｍｍの間隔を空けて圧電素子をこれらのチャックで掴み、素子の中央からチャックを見て時計回りにねじるように１００°／ｓの速度で０°から４５°まで回転した後、－１００°／ｓの速度で４５°から０°まで回転する往復ねじり動作を１０回繰り返した。
（２－３）曲げ試験
　上部と下部との２つのチャックを備え、下部のチャックは固定され、上部のチャックは下部のチャックの７２ｍｍ上方に位置し、２つのチャックを結ぶ線分を直径とする仮想の円周上を上部のチャックが移動する試験装置を用い、圧電素子をチャックに把持して固定し、該円周上にて上部のチャックを１２時の位置、下部のチャックを６時の位置としたとき、圧電素子を９時方向に凸に僅かに撓ませた状態とした後、上部のチャックを１２時の位置から該円周上の１時、２時の位置を経由して３時の位置に一定速度で０．９秒かけて移動させた後、１２時の位置まで０．９秒かけて移動させる往復曲げ動作を１０回繰り返した。
（２－４）せん断試験
　５０番手の綿糸で織られた平織布を表面に貼り付けた２枚の剛直な金属板によって、圧電素子の中央部６４ｍｍの長さの部分を上下から水平に挟み（下部の金属板は台に固定されている）、上から３．２Ｎの垂直荷重をかけ、金属板表面の綿布と圧電素子との間が滑らないようにした状態のまま、上の金属板を０Ｎから１Ｎの荷重まで１秒かけて圧電素子の長尺方向に引っ張った後、引張荷重を０Ｎまで１秒かけて戻すせん断動作を１０回繰り返した。
（２－５）押圧試験
　（株）オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ－１２２５Ａ」を用い、水平で剛直な金属台上に静置した圧電素子の中央部６４ｍｍの長さの部分を、上部のクロスヘッドに設置された剛直な金属板により水平に圧電素子を挟み、圧電素子から上部の金属板への反力が０．０１Ｎから２０Ｎとなるまで０．６秒かけて上部のクロスヘッドを下げて押圧し、反力が０．０１Ｎとなるまで０．６秒かけて除圧する動作を１０回繰り返した。
（例Ａ）
　例Ａの試料として、図１４に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子１－Ａを作成した。
（例Ｂ）
　組紐状圧電素子１－Ａを芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子１－Ａの周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－Ｂとした。
（例Ｃ、Ｄ）
　ＰＦ１の巻付け速度を変更した以外は組紐状圧電素子１－Ａと同様にして、２本の組紐状圧電素子を作成し、これらの組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－Ｃおよび１－Ｄとした。
（例Ｅ～Ｈ）
　製紐機の８本のキャリアのうち、表２の通りＺ撚り方向およびＳ撚り方向に組まれるキャリアにそれぞれＰＦ１あるいはＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向のそれぞれに所定の割合で圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、これらの組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－Ｅ～１－Ｈとした。
（例Ｉ）
　ＰＦ１の代わりにＰＦ２を使用し、ＩＦ１の代わりにＩＦ２を使用し、巻付け速度を調整した以外は組紐状圧電素子１－Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－Ｉとした。
（例Ｊ）
　ＰＦ２の代わりにＩＦ２を使用し、ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１－Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－Ｊとした。
（例Ｋ）
　ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１－Ｋを作成した。
（例Ｌ）
　ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１－Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状素子１－Ｌとした。
（例Ｍ）
　ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外はカバリング糸状圧電素子１－Ｋと同様にしてカバリング糸状素子を作成し、カバリング糸状素子１－Ｍとした。
（例Ｎ）
　ＩＦ１の代わりにＰＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１－Ｂと同様にして組紐状圧電素子１－Ｎを作成した。
（例Ｏ）
　ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１－Ｉと同様にして組紐状圧電素子１－Ｏを作成した。
（例Ｐ）
　導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、１６打ち丸組紐製紐機の１６本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１－Ｐとした。
（例Ｑ）
　ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１－Ｑを作成した。
　各圧電素子のＲｉ、Ｒｏ、ＨＰを測定し、計算された中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θの値、およびＴ１／Ｔ２の値を表２に示す。組紐状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維と絶縁性繊維が存在する領域を合わせて圧電素子の占める領域として測定した。カバリング糸状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維が存在する領域を圧電素子の占める領域として測定した。また、各圧電素子を１５ｃｍの長さに切断し、芯の導電性繊維をＨｉ極とし、周辺をシールドする金網または鞘の導電性繊維をＬｏ極としてエレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．製　Ｂ２９８７Ａ）に接続し、電流値をモニタした。引張試験、ねじり試験、曲げ試験、せん断試験および押圧試験時の電流値を表２に示す。なお、例Ｌ、Ｍは圧電性高分子を含まないため、θおよびＴ１／Ｔ２の値は測定できない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが１５°以上７５°以下であり、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であるとき、引張動作（伸長変形）に対し大きな信号を発生し、引張以外の動作には大きな信号を発生せず、引張動作に選択的に応答する素子であることが分かる。また例ＩとＪとを比べると、Ｚ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合と、Ｓ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合とを比べると、引張試験時の信号の極性が逆となっており、巻き方向が信号の極性に対応していることが分かる。
　さらに、表には示していないが、例Ａ～Ｋの素子は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆で絶対値が概ね同じ信号を発生したため、これらの素子は引張荷重や変位の定量に適していることが分かる。一方、例ＮおよびＯの素子は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆である場合も同じである場合もあったため、これらの素子は引張荷重や変位の定量に適していないことが分かる。また、表には示していないが、例Ｂの引張試験時のノイズレベルは、例Ａの引張試験時のノイズレベルより低く、組紐状圧電素子の外側に導電性繊維を配置してシールドとした素子ではノイズを低減できることが分かる。
　１　　組紐状圧電素子
　２　　鞘部
　３　　芯部
　５　　布帛状圧電素子
　６　　布帛
　６ａ　　布帛の中央面
　７　　絶縁性繊維
　８　　導電性繊維
　１０　　デバイス
　１１　　圧電素子
　１２　　増幅手段
　１３　　出力手段
　１４　　送信手段
　１５　　比較演算手段
　１０１　　線状圧電素子
　１０２　　信号検出部
　１０３　　演算処理部
　１０４　　導電性繊維
　２０１　　ロボットコントローラ
　２０２　　ロボット
　５００－１　　上着
　５００－２　　ズボン
　５００－３　　グローブ
　１０００　　センサシステム
　Ａ　　圧電性繊維
　Ａ’　　圧電性高分子
　Ｂ　　導電性繊維
　ＣＬ　　繊維軸
　α　　巻きつけ角度

Claims (8)

  1. 　被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号を発生する線状圧電素子であって、主成分としてポリ乳酸を含む線状圧電素子と、
    　前記線状圧電素子で発生した電気信号を検出する信号検出部と、
    　前記信号検出部が検出した電気信号に基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する演算処理部と、
    を備える、センサシステム。
  2. 　前記線状圧電素子は、前記衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する前記衣類上の位置近傍に配置される、請求項１に記載のセンサシステム。
  3. 　前記衣類に配置された前記線状圧電素子の近傍の前記衣類の部分に配置され、前記衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号を発生する導電性繊維をさらに備え、
    　前記演算処理部は、前記信号検出部が検出した電気信号と、前記導電性繊維から発生した電気信号とに基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する、請求項１または２に記載のセンサシステム。
  4. 　前記線状圧電素子は伸長変形により電気信号を出力する、請求項１～３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
  5. 　前記線状圧電素子は、導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを有する組紐状圧電素子である、請求項１～４のいずれか一項に記載のセンサシステム。
  6. 　前記圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、請求項５に記載のセンサシステム。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類。
  8. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類システムであって、
    　前記線状圧電素子及び前記信号検出部が、被測定体に着用される衣類に配置され、
    　前記演算処理部が、前記衣類とは別体の計算装置内に設けられる、
    衣類システム。
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