JP2017120859A - Braid-like piezoelectric element, cloth-like piezoelectric element using braid-like piezoelectric element, and device using them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電性繊維を用いた組紐状圧電素子、組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子およびそれらを用いたデバイスに関する。 The present invention relates to a braided piezoelectric element using piezoelectric fibers, a fabric-like piezoelectric element using a braided piezoelectric element, and a device using the same.
近年、いわゆるウェアラブルセンサーが注目を浴びており、眼鏡型や腕時計といった形状の商品が世に出始めた。しかし、これらのデバイスは、装着しているという感覚があり、究極のウェアラブルである、布状、つまり衣類のような形状のものが望まれている。そのようなセンサーとして、圧電性繊維の圧電効果を用いた圧電素子が知られている。例えば、特許文献1には、2本の導電性繊維および1本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有しつつ、略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子が開示されている。また、特許文献2には、圧電高分子からなる繊維状物、または成形物であり、これの軸方向に付加される張力によって圧電性を発生させるために、かかる張力の付加方向と異なる方向に捩りを加えて構成したことを特徴とする圧電材が開示されている。
In recent years, so-called wearable sensors have attracted attention, and products such as glasses and watches have begun to appear in the world. However, these devices have a feeling that they are worn, and a cloth-like shape, that is, a clothing-like shape that is the ultimate wearable is desired. As such a sensor, a piezoelectric element using a piezoelectric effect of a piezoelectric fiber is known. For example,
一方、近年、いわゆるタッチパネル方式を採用した入力装置、すなわちタッチ式入力装置が大幅に増加している。銀行ATMや駅の券売機のみならず、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤなどにおいて、薄型ディスプレイ技術の発展と相まって、入力インターフェースとしてタッチパネル方式を採用した機器が大幅に増加している。そのようなタッチパネル方式を実現する手段として、圧電シートや圧電性繊維を用いる方式が知られている。例えば、特許文献3には、所定方向に向く延伸軸を有するL型ポリ乳酸からなる圧電シートを用いるタッチパネルが開示されている。
On the other hand, in recent years, the number of input devices adopting a so-called touch panel method, that is, touch-type input devices has increased significantly. In addition to bank ATMs and station ticket vending machines, smartphones, mobile phones, portable game consoles, portable music players, etc., coupled with the development of thin display technology, the number of devices that use the touch panel method as an input interface has increased significantly. . As means for realizing such a touch panel system, a system using a piezoelectric sheet or piezoelectric fiber is known. For example,
これらウェアラブルセンサーやタッチパネル方式のセンサーでは、圧電材料に印加される小さな変形により圧電材料内に生じる小さな応力に対しても、大きな電気信号を取り出すことが望まれる。例えば、指の曲げ伸ばし動作や指などで表面を擦る行為により圧電材料に生じる比較的小さな応力によっても大きな電気信号を安定的に取り出すことが望まれる。 In these wearable sensors and touch panel type sensors, it is desired to extract a large electric signal even with a small stress generated in the piezoelectric material due to a small deformation applied to the piezoelectric material. For example, it is desired to stably extract a large electric signal even by a relatively small stress generated in a piezoelectric material due to a bending and stretching operation of a finger or an action of rubbing the surface with a finger or the like.
特許文献1の圧電性繊維は、様々な用途に適用可能な優れた素材であるが、比較的小さな変形で生じる応力に対して大きい電気信号を出力できるとは必ずしもいえず、大きな電気信号を得る技術についても明示していない。また、一度変形した後に圧電性繊維が元の状態に戻らないことも多く、特許文献1においても、電気信号の繰り返し再現性を改善するという観点からは必ずしも十分な検討がなされていない。
The piezoelectric fiber of
特許文献2の圧電性繊維は、特殊な製造方法で圧電性繊維をあらかじめ捩じらせておくことにより、圧電性繊維への引張や圧縮に対して電気信号を出力できる。しかし、特許文献2には、圧電性繊維を曲げたり伸ばしたりする屈曲や、圧電性繊維の表面を擦る行為によるせん断応力に対して十分な電気信号を発生させる技術は開示されていない。したがって、このような圧電性繊維を用いた場合、表面を擦るような比較的小さい変形で生じる応力だけで十分な電気信号を取り出すことは困難である。
The piezoelectric fiber of
特許文献3の圧電シートは、圧電シートに対する変形(応力)によって電気信号を出力できる。しかしながら、そもそもシート状であるために柔軟性に乏しく布のように自由に屈曲できるような使い方は不可能である。
The piezoelectric sheet of
本発明の目的は、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で、電気信号の繰り返し再現性が良好な、繊維状の圧電素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fibrous piezoelectric element that can extract a large electric signal even with a stress caused by a relatively small deformation and has a good repeatability of the electric signal.
本発明者らは、導電性繊維と圧電性繊維との組み合わせとして、芯となる導電性繊維の表面を組紐状の圧電性繊維で被覆し、曲げ復元率が70以上である組紐状圧電素子により、効率よく電気信号を取り出すことが可能であり、またその電気信号の繰り返し再現性が良好であることを発見し、本発明に到達した。 As a combination of conductive fibers and piezoelectric fibers, the inventors of the present invention provide a braided piezoelectric element in which the surface of the conductive fiber serving as a core is covered with a braided piezoelectric fiber and the bending recovery rate is 70 or more. The present inventors have found that it is possible to efficiently extract an electric signal and that the repeatability of the electric signal is good, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
1.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、を備え、曲げ復元率が70以上である、組紐状圧電素子。
2.前記芯部および/または鞘部に断面積が0.001〜1.0平方ミリメートルの曲げ復元率調整用フィラメントを含む、上記1に記載の組紐状圧電素子。
3.前記鞘部の更に外側に、厚みが0.05〜2.0mmの被覆層を有する、上記1または2に記載の組紐状圧電素子。
4.前記芯部および/または鞘部に、弾性率が15.0GPa以上の高弾性繊維を含む、上記1に記載の組紐状圧電素子。
5.前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は15°以上、75°以下である、上記1〜4のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
6.前記圧電性繊維の総繊度は、前記導電性繊維の総繊度の1倍以上、20倍以下である、上記1〜5のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
7.前記圧電性繊維の一本あたり繊度は、前記導電性繊維の総繊度の1/20倍以上、2倍以下である、上記1〜6のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
8.上記1〜7のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛を備える、布帛状圧電素子。
9.前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、上記8に記載の布帛状圧電素子。
10.前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの30%以上が導電性繊維である、上記9に記載の布帛状圧電素子。
11.上記1〜7のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
12.上記8〜10のいずれか一項に記載の布帛状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
That is, the present invention includes the following inventions.
1. A braided piezoelectric element comprising a core formed of conductive fibers and a sheath formed of braided piezoelectric fibers so as to cover the core, and having a bending recovery rate of 70 or more.
2. The braided piezoelectric element according to 1 above, wherein the core and / or the sheath includes a bending recovery rate adjusting filament having a cross-sectional area of 0.001 to 1.0 square millimeter.
3. The braided piezoelectric element according to 1 or 2 above, further comprising a coating layer having a thickness of 0.05 to 2.0 mm on the outer side of the sheath portion.
4). The braided piezoelectric element according to 1 above, wherein the core part and / or the sheath part includes a high elastic fiber having an elastic modulus of 15.0 GPa or more.
5. The braid according to any one of 1 to 4, wherein the piezoelectric fiber includes polylactic acid as a main component, and a winding angle of the piezoelectric fiber with respect to the conductive fiber is 15 ° or more and 75 ° or less. Piezoelectric element.
6). The braided piezoelectric element according to any one of the above 1 to 5, wherein the total fineness of the piezoelectric fibers is 1 to 20 times the total fineness of the conductive fibers.
7). The braided piezoelectric element according to any one of 1 to 6, wherein a fineness per one of the piezoelectric fibers is 1/20 or more and 2 or less of a total fineness of the conductive fibers.
8). A fabric-like piezoelectric element comprising a fabric including the braided piezoelectric element according to any one of 1 to 7 above.
9. 9. The cloth-like piezoelectric element according to 8, wherein the cloth further includes a conductive fiber that intersects and contacts at least a part of the braided piezoelectric element.
10. 10. The cloth-like piezoelectric element according to 9 above, wherein 30% or more of the fibers forming the cloth and intersecting the braided-piezoelectric element are conductive fibers.
11. The braided piezoelectric element according to any one of 1 to 7 above, an amplification unit that amplifies an electrical signal output from the braided piezoelectric element in accordance with an applied pressure, and the amplification unit An output means for outputting an electrical signal.
12 The cloth-like piezoelectric element according to any one of 8 to 10 above, an amplification means for amplifying an electric signal output from the cloth-like piezoelectric element in accordance with an applied pressure, and amplified by the amplification means An output means for outputting an electrical signal.
本発明により、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で、電気信号の繰り返し再現性が良好な、繊維状の圧電素子を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fibrous piezoelectric element that can extract a large electric signal even with a stress caused by a relatively small deformation and has good reproducibility of the electric signal.
(組紐状圧電素子)
図1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は、曲げ復元率が70以上であり、好ましくは80以上であり、より好ましくは90以上であり、更に好ましくは95以上である。
ここで、曲げ復元率は以下の式1で定義される値である。
X=L/3×100 (式1)
X:曲げ復元率
L:曲げ復元率測定試験後の組紐突出し距離
試験後の組紐突出し距離Lは、以下の方法で測定される。すなわち、まず、図2に示されるような装置において、組紐状圧電素子1を、曲率半径1cmの角部を有する台座から3cm突き出す様に固定し、次いで組紐状圧電素子1を台座に沿って組紐の台座に向いた面が台座に全面接触する様に曲げる。その後、即座に組紐状圧電素子1に加えていた外力を取り除く。屈曲していた組紐状圧電素子1が応力で復元した後、その台座から突き出した距離を計測し、この値をLとする。この時、Lの単位はcmである。また、組紐が短く3cm突き出すことが困難な場合は、突き出し部分の長さをL0として下記式(2)で代用することも可能である。
X=L/L0×100 (式2)
(Braided piezoelectric element)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a braided piezoelectric element according to the embodiment.
The braided
The braided
Here, the bending recovery rate is a value defined by
X = L / 3 × 100 (Formula 1)
X: Bending restoration rate L: Braid protruding distance after bending restoring rate measurement test The braiding protruding distance L after the test is measured by the following method. That is, first, in the apparatus as shown in FIG. 2, the braided
X = L / L0 × 100 (Formula 2)
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。特定の理論に束縛されるものではないが、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に生じるものと推測される。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。
In the braided
ここで、圧電性繊維Aは主成分としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主成分として」とは、圧電性繊維Aの成分のうち最も多い成分がポリ乳酸であるとの意味である。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。 Here, the piezoelectric fiber A preferably contains polylactic acid as a main component. “As a main component” means that the most component of the components of the piezoelectric fiber A is polylactic acid. The lactic acid unit in the polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and even more preferably 98 mol% or more.
また、導電性繊維Bに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下であることが好ましい。すなわち、導電性繊維B(芯部3)の中心軸CLの方向に対して、圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下である。ただし、本実施形態では、導電性繊維Bの中心軸CLは、圧電性繊維Aの組紐(鞘部2)の中心軸(以下、「組紐軸」ともいう。)と重なることから、圧電性繊維Aの組紐軸の方向に対して、圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下である、ということもできる。より大きな電気信号を取り出す観点からは、角度α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。角度αがこの角度範囲を外れると、圧電性繊維Aに生じる電界が著しく低下し、それにより導電性繊維Bで得られる電気信号が著しく低下してしまうからである。
なお、上記角度αについては、鞘部2を形成する圧電性繊維Aの主方向と導電性繊維Bの中心軸CLとのなす角ともいうことができ、圧電性繊維Aの一部が弛んでいたり、毛羽だっていてもよい。
The winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the conductive fiber B is preferably 15 ° or more and 75 ° or less. That is, the winding angle α of the piezoelectric fiber A is 15 ° or more and 75 ° or less with respect to the direction of the central axis CL of the conductive fiber B (core portion 3). However, in the present embodiment, the central axis CL of the conductive fiber B overlaps with the central axis (hereinafter, also referred to as “braid axis”) of the braided cord (sheath portion 2) of the piezoelectric fiber A. It can also be said that the winding angle α of the piezoelectric fiber A is 15 ° or more and 75 ° or less with respect to the direction of the braid axis of A. From the viewpoint of extracting a larger electric signal, the angle α is preferably 25 ° or more and 65 ° or less, more preferably 35 ° or more and 55 ° or less, and 40 ° or more and 50 ° or less. Is more preferable. This is because when the angle α is out of this angle range, the electric field generated in the piezoelectric fiber A is remarkably lowered, and the electrical signal obtained from the conductive fiber B is thereby remarkably lowered.
The angle α can also be referred to as an angle formed by the main direction of the piezoelectric fiber A forming the
ここで、圧電性繊維Aに生じる電界が著しく低下する理由は以下のとおりである。圧電性繊維Aはポリ乳酸を主成分とし、圧電性繊維Aの繊維軸の方向に一軸配向している。ここで、ポリ乳酸は、その配向方向(この場合には圧電性繊維Aの繊維軸の方向)に対してせん断応力が生じた場合に電界を生じるが、その配向方向に対して引張応力や圧縮応力が生じた場合に電界をあまり生じない。したがって、組紐軸の方向に平行に変形したときに圧電性繊維Aにせん断応力が生じるようにするためには、圧電性繊維A(ポリ乳酸)の配向方向が組紐軸に対して所定の角度範囲にあることがよいと推測される。 Here, the reason why the electric field generated in the piezoelectric fiber A is remarkably lowered is as follows. The piezoelectric fiber A has polylactic acid as a main component and is uniaxially oriented in the fiber axis direction of the piezoelectric fiber A. Here, polylactic acid generates an electric field when shear stress is generated in the orientation direction (in this case, the direction of the fiber axis of the piezoelectric fiber A), but tensile stress or compression is applied in the orientation direction. Less electric field is generated when stress occurs. Therefore, in order to generate shear stress in the piezoelectric fiber A when deformed parallel to the direction of the braid axis, the orientation direction of the piezoelectric fiber A (polylactic acid) is within a predetermined angular range with respect to the braid axis. It is speculated that it is good to be.
芯部3および/または鞘部2は、組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能する範囲で、曲げ復元率が70以上となる様、曲げ復元率を調整するためのフィラメント(以下、「曲げ復元率調整用フィラメント」という)を含むことができる。曲げ復元率調整用フィラメントの断面積は0.001〜1.0平方ミリメートルであり、好ましくは0.005〜0.5平方ミリメートル、より好ましくは0.01〜0.3平方ミリメートルである。曲げ復元率調整用フィラメントが細すぎると曲げ復元率が70以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントが太すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまう。芯部3および/または鞘部2に対する曲げ復元率調整用フィラメントの割合は50%以下が好ましく、より好ましくは30%以下、更に好ましくは10%以下である。芯部3および/または鞘部2に対する曲げ復元率調整用フィラメントの割合が少なすぎると曲げ復元率が70以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントの割合が多すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまったり、組紐状圧電素子から得られる電気信号が小さくなってしまったりする場合がある。なお、曲げ復元率調整用フィラメントは単独で用いて組紐構造を作製する際の一つの繊維としてもよいし、芯部3および/または鞘部2の繊維と混繊してもよい。芯部3および/または鞘部2に曲げ復元率調整用フィラメントを含むことで、組紐状圧電素子1は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。
The
組紐状圧電素子1は、組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能する範囲で、曲げ復元率が70以上となる様、鞘部2の外側に被覆層を含むことができる。被覆層の厚みは、0.05〜2.0mmであり、0.04mm〜1.0mmが好ましく、0.03〜0.5mmがより好ましい。被覆層が薄すぎると曲げ復元率が70以上とならず、また被覆層が厚すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまったり、組紐状圧電素子から得られる電気信号が小さくなってしまったりする場合がある。鞘部2の外側に被覆層を含むことで、組紐状圧電素子1は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。また、被覆層を含むことで、鞘部2の拘束力が大きくなり、それゆえ圧電性繊維Aに効率的に応力が加わり、信号強度が大きくなる場合がある。
The braided
芯部3および/または鞘部2は、組紐状圧電素子1がセンサーとして十分に機能する範囲で、曲げ復元率が70以上となる様、高弾性繊維を含むことができる。高弾性繊維の弾性率は15.0GPaであり、好ましくは30.0GPa以上、より好ましくは0.0GPa以上、更に好ましくは100.0GPa以上である。高弾性繊維の弾性率が低いと曲げ復元率が70以上とならず、また高弾性繊維の弾性率が高すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまう。芯部3および/または鞘部2に対する高弾性繊維の割合は50%以下が好ましく、より好ましくは30%以下、更に好ましくは10%以下である。芯部3および/または鞘部2に対する高弾性繊維の割合が少なすぎると曲げ復元率が70以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントの割合が多すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまったり、組紐状圧電素子から得られる電気信号が小さくなってしまったりする場合がある。なお、高弾性繊維は単独で用いて組紐構造を作製する際の一つの繊維としてもよいし、芯部3および/または鞘部2の繊維と混繊してもよい。芯部3および/または鞘部2に高弾性繊維を含むことで、組紐状圧電素子1は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。
The
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い。例えば、その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〜10m、好ましくは、5mm〜2m、より好ましくは1cm〜1mである。長さが短過ぎると繊維形状である利便性が失われ、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。
The length of the braided piezoelectric element composed of the
以下、各構成について詳細に説明する。 Hereinafter, each configuration will be described in detail.
(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。
(Conductive fiber)
As the conductive fiber B, any known fiber may be used as long as it exhibits conductivity. As 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. Examples of 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. Among these, 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.
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。 As a base fiber coated with a metal, 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, In addition to 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, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. The base fibers are not limited to these, and known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.
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。 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. For example, gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and a mixture or alloy thereof can be used.
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ーとしての耐久性や安全性に優れる。 When an organic fiber coated with metal having bending resistance is used for the conductive fiber B, the conductive fiber is hardly broken and excellent in durability and safety as a sensor using a piezoelectric element.
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。
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. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 micrometers-50 micrometers. In the case of a multifilament, the number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100. However, the fineness and the number of the conductive fibers B are the fineness and the number of the
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。 If the diameter of the fiber is small, the strength is reduced and handling becomes difficult, and if the diameter is large, flexibility is sacrificed. 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.
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。 Further, in order to efficiently extract the electrical output from the piezoelectric polymer, the electrical resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm. cm or less, more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, 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.
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。 The conductive fiber B must be resistant to movement such as repeated bending and twisting from the use of the present invention. As 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. As another index, one having a smaller bending rigidity is preferred. 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. Specifically, 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.
(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。
(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 preferred to include 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.
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。 As 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.
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。 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. In particular, 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.
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すためである。 The piezoelectric fiber A containing polylactic acid as a main component is drawn at the time of 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.
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(3)を満たすことが好ましい。
Xhomo×Ao×Ao÷106≧0.26 (3)
上記式(3)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(3)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。
Crystallinity and uniaxial orientation are determined by homo PLA crystallinity X homo (%) and crystal orientation Ao (%). As the piezoelectric fiber A of the present invention, it is preferable that the homo PLA crystallinity X homo (%) and the crystal orientation Ao (%) satisfy the following formula (3).
X homo × Ao × Ao ÷ 10 6 ≧ 0.26 (3)
If the above formula (3) is not satisfied, the crystallinity and / or uniaxial orientation may not be sufficient, and the output value of the electric signal for the operation may decrease, or the sensitivity of the signal for the operation in a specific direction may decrease. is there. The value on the left side of the formula (3) is more preferably 0.28 or more, and further preferably 0.3 or more. Here, each value is obtained according to the following.
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、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(4)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 (4)
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。
Homopolylactic acid crystallinity X homo :
The homopolylactic acid crystallinity X homo is 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 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.
X-ray source: Cu-Kα ray (confocal mirror)
Output: 45kV x 60mA
Slit: 1st: 1mmΦ, 2nd: 0.8mmΦ
Camera length: 120mm
Accumulation time: 10 minutes Sample: 35 mg of polylactic acid fibers are aligned to form a 3 cm fiber bundle.
In the obtained X-ray diffraction pattern, the total scattering intensity Itotal is obtained over the azimuth angle, and here, the integrated intensity of each diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 °, 18.5 °, 24.3 °. Is obtained as a sum ΣIHMi. From these values, the homopolylactic acid crystallinity X homo is determined according to the following formula (4).
Homopolylactic acid crystallinity X homo (%) = ΣI HMi / I total × 100 (4)
Note that ΣI HMi is calculated by subtracting diffuse scattering due to background and amorphous in the total scattering intensity.
(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(5)より算出する。
結晶配向度Ao(%)=(360−ΣWi)÷360×100 (5)
(2) Crystal orientation degree Ao:
Regarding the crystal orientation degree Ao, in the X-ray diffraction pattern obtained by the above wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), the diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 ° in the radial direction is oriented. The intensity distribution with respect to the angle (°) is taken, and the total half-value width Σ Wi (°) of the obtained distribution profile is calculated from the following equation (5).
Crystal orientation degree Ao (%) = (360−ΣW i ) ÷ 360 × 100 (5)
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。 In addition, since 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.
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全質量を基準として少なくとも50質量%以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは70質量%以上、最も好ましくは90質量%以上である。 Polylactic acid may be used as an alloy with other polymers. However, if polylactic acid is used as the main piezoelectric polymer, it contains at least 50% by mass or more based on the total mass of the alloy. Preferably, it is 70 mass% or more, Most preferably, it is 90 mass% or more.
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。 Examples of the polymer other than polylactic acid in the case of alloy include polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate copolymer, polymethacrylate, and the like, but the invention is not limited thereto. Any polymer may be used as long as the desired piezoelectricity is exhibited.
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。 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. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5 mm, preferably 5 μm to 2 mm, and more preferably 10 μm to 1 mm. In the case of a multifilament, the single yarn diameter is 0.1 μm to 5 mm, preferably 2 μm to 100 μm, and more preferably 3 μm to 50 μm. 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. However, 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. Here, even if a fiber other than the piezoelectric fiber is used in one carrier, the total amount including that is used.
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。 In order to use such a piezoelectric polymer as the piezoelectric fiber A, any known technique for forming a fiber from the polymer can be employed as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, 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. As these spinning conditions, 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.
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。 In addition, the piezoelectric fiber A can be subjected to treatments such as dyeing, twisting, blending, and heat treatment before making the braided braid as described above.
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。 Furthermore, since 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. The 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. For example, the crystallinity is improved, fine particles are added, or the surface is processed. Can do. In addition, when processing into braids, a lubricant can be applied to the fibers to reduce friction.
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、組紐作製後や布帛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、布帛の平坦性が悪くなったり、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(6)を満たすことが好適である。
|S(p)−S(c)|≦10 (6)
上記式(6)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。
Moreover, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small from the shrinkage rate of the conductive fiber described above. If the difference in shrinkage rate is large, the braid may bend due to heat treatment during post-fabrication after fabric production or after fabric production or during actual use, or due to changes over time, the flatness of the fabric may deteriorate, or the piezoelectric signal will become weak. May end up. When 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 (6). .
| S (p) −S (c) | ≦ 10 (6)
The left side of the above formula (6) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.
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、組紐作製後や布帛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、布帛の平坦性が悪くなったり、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(7)を満たすことが好適である。
|S(p)−S(i)|≦10 (7)
上記式(7)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。
Further, it is preferable that 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 difference in shrinkage rate is large, the braid may bend due to heat treatment during post-fabrication after fabric production or after fabric production or during actual use, or due to changes over time, the flatness of the fabric may deteriorate, or the piezoelectric signal will become weak. May end up. When 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 (7).
| S (p) −S (i) | ≦ 10 (7)
The left side of the formula (7) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.
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、布帛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長Lを測定した。測定されたL0およびLを用いて下記式(8)により沸水収縮率を計算する。
沸水収縮率=(L0−L)/L0×100(%) (8)
Further, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small. For example, when the shrinkage rate is quantified by boiling water shrinkage rate, 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. As a means for lowering the shrinkage rate, any known method can be applied. For example, 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, after braiding, and after forming into a fabric. In addition, the above-mentioned boiling water shrinkage shall be measured with the following method. A casserole of 20 times was made with a measuring machine having a frame circumference of 1.125 m, a load of 0.022 cN / dtex was applied, it was hung on a scale plate, and the initial casket length L0 was measured. After that, this casserole was treated in a boiling water bath at 100 ° C. for 30 minutes, allowed to cool, and again subjected to the above load and hung on the scale plate to measure the length L after shrinkage. Using the measured L0 and L, the boiling water shrinkage is calculated by the following equation (8).
Boiling water shrinkage = (L0−L) / L0 × 100 (%) (8)
(曲げ復元率調整用フィラメント)
曲げ復元率調整用フィラメントは、芯部3または/および鞘部2へ含まれてもよい。曲げ復元率調整用フィラメントの断面積は0.001〜1.0平方ミリメートルであり、好ましくは0.005〜0.5平方ミリメートル、より好ましくは0.01〜0.3平方ミリメートルである。曲げ復元率調整用フィラメントが細すぎると曲げ復元率が70以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントが太すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまう。
(Filament for adjusting bending recovery rate)
The bending recovery rate adjusting filament may be included in the
曲げ復元率調整用フィラメントには、公知のあらゆるフィラメントを用いることができる。例えば、ポリエステルフィラメント、ナイロンフィラメント、アクリルフィラメント、ポリエチレンフィラメント、ポリプロピレンフィラメント、塩化ビニルフィラメント、アラミドフィラメント、ポリスルホンフィラメント、ポリエーテルフィラメント、ポリウレタンフィラメント等の合成高分子のフィラメントを用いることができる。曲げ復元率調整用フィラメントはこれらに限定されるものではなく、公知のフィラメントを任意に用いることができる。さらに、これらのフィラメントを組み合わせて用いてもよい。また、曲げ復元率調整用フィラメントとしては、公知のあらゆる断面形状の繊維も用いることができる。更に、曲げ復元率調整用フィラメントはモノフィラメントでもマルチフィラメントでもよい。曲げ復元率調整用フィラメントがマルチフィラメントの場合、その単糸断面積の総和を断面積と考える。 Any known filament can be used as the bending recovery rate adjusting filament. For example, synthetic polymer filaments such as polyester filament, nylon filament, acrylic filament, polyethylene filament, polypropylene filament, vinyl chloride filament, aramid filament, polysulfone filament, polyether filament, polyurethane filament can be used. The bending recovery rate adjusting filament is not limited to these, and any known filament can be used arbitrarily. Further, these filaments may be used in combination. In addition, as the bending recovery rate adjusting filament, any known cross-sectional fiber can be used. Further, the filament for adjusting the bending recovery rate may be a monofilament or a multifilament. When the bending recovery rate adjusting filament is a multifilament, the total cross-sectional area of the single yarn is considered as the cross-sectional area.
(被覆層)
被覆層は、組紐状圧電素子1の鞘部2の外側へ形成されてもよい。被覆層の厚みは、0.05〜2.0mmであり、0.04mm〜1.0mmが好ましく、0.03〜0.5mmがより好ましい。被覆層が薄すぎると曲げ復元率が70以上とならず、また被覆層が厚すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまう。また、被覆層で強く組紐状圧電素子1を拘束すると、組紐状圧電素子1が生じる電気信号が大きくなることがある。
(Coating layer)
The covering layer may be formed outside the
被覆層の様態としては、コーティングの他、フィルム、布帛、繊維などの巻き付けでもよく、チューブへ挿入された様態でもよく、それらが組み合わさったものでもよい。被覆層には、その様態に関わらず、公知のあらゆる高分子が用いられる。例えば、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリウレタン、ゴム等を用いることができる。さらに、これらの高分子を組み合わせて用いてもよい。 As a mode of the coating layer, in addition to coating, a film, a fabric, a fiber, or the like may be wound, a mode of being inserted into a tube, or a combination thereof. Any known polymer is used for the coating layer regardless of its form. For example, polyester, nylon, acrylic, polyethylene, polypropylene, vinyl chloride, aramid, polysulfone, polyether, polyurethane, rubber and the like can be used. Further, these polymers may be used in combination.
(高弾性繊維)
高弾性繊維は、芯部3または/および鞘部2へ含まれてもよい。高弾性繊維の弾性率は15.0GPaであり、好ましくは20.0GPa以上、より好ましくは30.0GPa以上、更に好ましくは50.0GPa以上である。高弾性繊維の弾性率が低いと曲げ復元率が70以上とならず、また高弾性繊維の弾性率が高すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまう。芯部3および/または鞘部2に対する高弾性繊維の割合は50%以下が好ましく、より好ましくは30%以下、更に好ましくは10%以下である。芯部3および/または鞘部2に対する高弾性繊維の割合が少なすぎると曲げ復元率が70以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントの割合が多すぎると組紐状圧電素子1の柔軟性が失われてしまう。芯部3および/または鞘部2に高弾性繊維を含むことで、組紐状圧電素子1は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。
(High elastic fiber)
The highly elastic fiber may be included in the
高弾性繊維には弾性率が15.0GPa以上である公知のあらゆる繊維を用いることができる。例えば、アラミド繊維、PBO繊維、LCP繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、炭素繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等が挙げられる。これらを組み合わせて使用してもよい。また、高強度繊維は高弾性であるだけでなく、1%以上の伸度を有することが好ましく、より好ましくは3%以上、更に好ましくは5%以上である。伸度が低いと組紐が変形した際に、繊維が破断してしまい、品質が悪くなるばかりでなく、電気信号の繰り返し再現性が改善されない場合がある。 Any known fiber having an elastic modulus of 15.0 GPa or more can be used as the highly elastic fiber. For example, aramid fiber, PBO fiber, LCP fiber, ultra high molecular weight polyethylene fiber, carbon fiber, metal fiber, glass fiber, ceramic fiber and the like can be mentioned. These may be used in combination. The high-strength fiber not only has high elasticity but also preferably has an elongation of 1% or more, more preferably 3% or more, and further preferably 5% or more. If the elongation is low, when the braid is deformed, the fiber breaks, the quality is deteriorated, and the repeatability of the electrical signal may not be improved.
(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。
(Coating)
The surface of the conductive fiber B, that is, the
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がセンサー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。
In the braided
The total fineness referred to here is the sum of the finenesses of all the piezoelectric fibers A constituting the
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がセンサーとして十分に機能しなくなる。
In the braided
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。 In addition, when a metal fiber is used for the conductive fiber B, or when the metal fiber is mixed with the conductive fiber B or the piezoelectric fiber A, 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.
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。 Although it is preferable that the piezoelectric fiber A and the conductive fiber B are as close as possible, 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.
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。 The covering method is a method in which the conductive fiber B is used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A is wound around in a braid shape around the conductive fiber B. On the other hand, 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.
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。 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. When a multifilament is used as the conductive fiber B, 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.
本発明の組紐状圧電素子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。
The braided
(製造方法)
本発明の組紐状圧電素子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。
(Production method)
In the braided
導電性繊維Bおよび圧電性繊維Aを作製する際、導電性繊維Bへ曲げ復元率調整用フィラメントおよび/または高弾性繊維を混繊してもよく、また圧電性繊維Aへ曲げ復元率調整用フィラメントおよび/または高弾性繊維を混繊してもよい。また、導電性繊維Bを被覆する繊維を、圧電性繊維Aと曲げ復元率調整用フィラメントおよび/または高弾性繊維の組み合わせとしてもよい。更に、これらの製造方法を組み合わせることもできる。 When producing the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A, the conductive fiber B may be mixed with a bending recovery rate adjusting filament and / or a highly elastic fiber, and the piezoelectric fiber A may be adjusted with a bending recovery rate. Filaments and / or highly elastic fibers may be mixed. Further, the fiber covering the conductive fiber B may be a combination of the piezoelectric fiber A, a bending recovery rate adjusting filament, and / or a highly elastic fiber. Furthermore, these manufacturing methods can also be combined.
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。 In this case, as preferred spinning and stretching conditions when polylactic acid is used as the piezoelectric polymer for forming the piezoelectric fiber A, the melt spinning temperature is preferably 150 ° C. to 250 ° C., and the stretching temperature is preferably 40 ° C. to 150 ° C. The draw ratio is preferably 1.1 to 5.0 times, and the crystallization temperature is preferably 80 ° C to 170 ° C.
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。 As the piezoelectric fiber A wound around the conductive fiber B, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used. In addition, as the conductive fiber B around which the piezoelectric fiber A is wound, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.
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。 As a preferable form of the coating, 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.
圧電性繊維Aを含む鞘部2の外側へ、被覆層を形成することもできる。被覆層は、コーティングやフィルム、布帛、繊維などの巻き付けにより製造する。
A coating layer can also be formed on the outside of the
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。
By the manufacturing method as described above, the braided
本発明の組紐状圧電素子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。
Since the braided
(保護層)
本発明の組紐状圧電素子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。
(Protective layer)
A protective layer may be provided on the outermost surface of the braided
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。 The thinner the protective layer is, the easier it is to transmit shear stress to the piezoelectric fiber A. However, if it is too thin, problems such as destruction of the protective layer itself are likely to occur, and preferably 10 nm to 200 μm. More preferably, they are 50 nm-50 micrometers, More preferably, they are 70 nm-30 micrometers, Most preferably, they are 100 nm-10 micrometers. The shape of the piezoelectric element can also be formed by this protective layer.
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。 It is also possible to incorporate an electromagnetic shielding layer into the braid structure for the purpose of noise reduction. 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 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm or less, still more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, 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. Of course, 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.
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、カバーリングしたりする方法が挙げられる。
Furthermore, a plurality of layers made of piezoelectric fibers can be provided, or a plurality of layers made of conductive fibers for extracting signals can be provided. Of course, 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. In addition, as a method of winding, the method of forming a braid structure in the outer layer of the
(作用)
本発明の組紐状圧電素子1は、例えば組紐状圧電素子1の表面を擦るなどで、組紐状圧電素子1に荷重が印加されて生じる応力、すなわち組紐状圧電素子1に印加される応力について、その大きさおよび/又は印加位置を検出するセンサーとして利用することができる。また、本発明の組紐状圧電素子1は、擦る以外の押圧力や曲げ変形などによっても圧電性繊維Aにせん断応力が与えられるならば、電気信号を取り出すことはもちろん可能である。例えば、組紐状圧電素子1に「印加される応力」としては、圧電素子の表面、すなわち圧電性繊維Aの表面と指のような被接触物の表面との間の摩擦力や、圧電性繊維Aの表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力、圧電性繊維Aの曲げ変形に対する抵抗力などが挙げられる。特に、本発明の組紐状圧電素子1は、導電性繊維Bに対して平行方向に屈曲させた場合や擦った場合に大きな電気信号を効率的に出力することができる。
(Function)
The braided
ここで、組紐状圧電素子1に「印加された応力」とは、例えば表面を指で擦る程度の大きさの応力の場合、その目安としては、おおよそ1〜1000Paである。もちろん、これ以上であっても印加された応力の大きさおよびその印加位置を検出することが可能であることはいうまでもない。指などで入力する場合には、1Pa以上500Pa以下の荷重であっても動作することが好ましく、さらに好ましくは1Pa以上100Pa以下の荷重で動作することが好ましい。もちろん、500Paを超える荷重であっても動作することは、上述の通りである。
Here, the “applied stress” applied to the braided
(布帛状圧電素子)
図3は実施形態に係る組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
布帛状圧電素子7は、少なくとも1本の組紐状圧電素子1を含む布帛8を備えている。布帛8は、布帛を構成する繊維(組紐を含む)の少なくとも1本が組紐状圧電素子1であり、組紐状圧電素子1が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような織編物であってもよい。布状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、他の繊維(組紐を含む)と組み合わせて、交織、交編等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子1を、布帛を構成する繊維(例えば、経糸や緯糸)の一部として用いてもよいし、組紐状圧電素子1を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよい。図3に示す例では、布帛状圧電素子7は、経糸として、少なくとも1本の組紐状圧電素子1および絶縁性繊維9を配し、緯糸として導電性繊維10および絶縁性繊維9を交互に配した平織物である。導電性繊維10は導電性繊維Bと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよく、また絶縁性繊維9については後述される。なお、絶縁性繊維9及び/又は導電性繊維10の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
(Fabric piezoelectric element)
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a fabric-like piezoelectric element using the braided piezoelectric element according to the embodiment.
The cloth-like
この場合、布帛状圧電素子7が曲げられるなどして変形したとき、その変形に伴い組紐状圧電素子1も変形するので、組紐状圧電素子1から出力される電気信号により、布帛状圧電素子7の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子7は、布帛(織編物)として用いることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。
In this case, when the cloth-like
また、図3に示す布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1に導電性繊維10が交差して接触している。したがって、導電性繊維10は、組紐状圧電素子1の少なくとも一部と交差して接触し、それを覆っており、外部から組紐状圧電素子1へ向かおうとする電磁波の少なくとも一部を遮っている、と見ることができる。このような導電性繊維10は、接地(アース)されることにより、組紐状圧電素子1への電磁波の影響を軽減する機能を有している。すなわち導電性繊維10は組紐状圧電素子1の電磁波シールドとして機能することができる。それにより、例えば布帛状圧電素子7の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、布帛状圧電素子7のS/N比を著しく向上させることができる。この場合、電磁波シールドの観点から組紐状圧電素子1と交差する緯糸(図3の場合)における導電性繊維10の割合が高いほど好ましい。具体的には、布帛8を形成する繊維であり且つ組紐状圧電素子1と交差する繊維のうちの30%以上が導電性繊維10であることが好ましく、40%以上がより好ましく、50%以上が更に好ましい。このように布帛状圧電素子7において、布帛を構成する繊維の少なくとも一部として導電性繊維10を入れることで、電磁波シールド付の布帛状圧電素子7とすることができる。
Further, in the fabric-like
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。編物の種類は、丸編物(緯編物)であってもよいし経編物であってもよい。丸編物(緯編物)の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、2層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび/またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。 Examples of the woven structure of the woven fabric include a three-layer structure such as plain weave, twill weave, and satin weave, a change structure, a single double structure such as a vertical double weave and a horizontal double weave, and a vertical velvet. The type of knitted fabric may be a circular knitted fabric (weft knitted fabric) or a warp knitted fabric. Preferable examples of the structure of the circular knitted fabric (weft knitted fabric) include flat knitting, rubber knitting, double-sided knitting, pearl knitting, tuck knitting, floating knitting, one-side knitting, lace knitting, and bristle knitting. Examples of the warp knitting structure include single denby knitting, single atlas knitting, double cord knitting, half tricot knitting, back hair knitting, jacquard knitting, and the like. The number of layers may be a single layer or a multilayer of two or more layers. Further, it may be a napped woven fabric or a napped knitted fabric composed of a napped portion made of a cut pile and / or a loop pile and a ground tissue portion.
(複数の圧電素子)
また、布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1を複数並べて用いることも可能である。並べ方としては、例えば経糸または緯糸としてすべてに組紐状圧電素子1を用いてもよいし、数本ごとや一部分に組紐状圧電素子1を用いてもよい。また、ある部分では経糸として組紐状圧電素子1を用い、他の部分では緯糸として組紐状圧電素子1を用いてもよい。
(Multiple piezoelectric elements)
In the cloth-like
このように組紐状圧電素子1を複数本並べて布帛状圧電素子7を形成するときには、組紐状圧電素子1は表面に電極を有さないため、その並べ方、編み方が広範に選択することができるという利点がある。
Thus, when forming the fabric-like
また、組紐状圧電素子1を複数並べて用いる場合、導電性繊維B間の距離が短いため電気信号の取り出しにおいて効率的である。
Further, when a plurality of braided
(絶縁性繊維)
布帛状圧電素子7では、組紐状圧電素子1(及び導電性繊維10)以外の部分には、絶縁性繊維9を使用することができる。この際、絶縁性繊維9は布帛状圧電素子7の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
(Insulating fiber)
In the cloth-like
このように組紐状圧電素子1(及び導電性繊維10)以外にこのように絶縁性繊維9を配置することで、布帛状圧電素子7の操作性(例示:ウェアラブルセンサーとしての動き易さ)を向上させることが可能である。 Thus, by arranging the insulating fibers 9 in this manner in addition to the braided piezoelectric element 1 (and the conductive fibers 10), the operability of the cloth-like piezoelectric element 7 (e.g., ease of movement as a wearable sensor) is improved. It is possible to improve.
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が106Ω・cm以上であれば用いることができ、より好ましくは108Ω・cm以上、さらに好ましくは1010Ω・cm以上がよい。 Such an insulating fiber can be used if the volume resistivity is 10 6 Ω · cm or more, more preferably 10 8 Ω · cm or more, and still more preferably 10 10 Ω · cm or more.
絶縁性繊維9として例えば、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9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。 Examples of the insulating fiber 9 include polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber, polysulfone fiber, polyether fiber, polyurethane fiber and the like, cotton, hemp, silk, etc. Natural fibers, 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 9 may be used in combination, or may be combined with fibers that do not have insulating properties to form fibers having insulating properties as a whole.
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。 Also, any known cross-sectional shape fiber can be used.
(圧電素子の適用技術)
本発明の組紐状圧電素子1や布帛状圧電素子7のような圧電素子はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができるので、その圧電素子に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を検出するセンサー(デバイス)として利用することができる。また、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。具体的には、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。また、流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
(Applied technology for piezoelectric elements)
The piezoelectric element such as the braided
図4は、本発明の圧電素子12を備えるデバイス11を示すブロック図である。デバイス11は、圧電素子12(例示:組紐状圧電素子1、布帛状圧電素子7)と、印加された圧力に応じて圧電素子12から出力される電気信号を増幅する増幅手段13と、増幅手段13で増幅された電気信号を出力する出力手段14と、出力手段14から出力された電気信号を外部機器(図示せず)へ送信する送信手段15とを備える。このデバイス11を用いれば、圧電素子12の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器(図示せず)における演算処理にて、圧電素子に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を検出することができる。あるいは、デバイス11内に、出力手段14から出力された電気信号に基づき圧電素子12に印加された応力の大きさおよび/又は印加された位置を演算する演算手段(図示せず)を設けてもよい。なお、送信手段15による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。
FIG. 4 is a block diagram showing a device 11 including the
また、増幅手段だけではなく、ノイズを除去する手段や他の信号と組み合わせて処理する手段などの公知の信号処理手段を組み合わせて用いることができる。これらの手段の接続の順序は目的に応じて適宜変えることができる。もちろん、圧電素子12から出力される電気信号をそのまま外部機器へ送信した後で信号処理してもよい。
Further, not only the amplification means but also known signal processing means such as noise removing means and means for processing in combination with other signals can be used in combination. The order of connection of these means can be appropriately changed according to the purpose. Of course, the electric signal output from the
図5および図6は、実施の形態に係る組紐布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図5および図6の増幅手段13は、図4を参照して説明したものに相当するが、図4の出力手段14および送信手段15については図5および図6では図示を省略している。布帛状圧電素子7を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段13の入力端子に組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を接続し、接地(アース)端子には、増幅手段13の入力端子に接続した組紐状圧電素子1とは別の組紐状圧電素子または導電性繊維10を接続する。例えば、図5に示すように、布帛状圧電素子7において、組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、組紐状圧電素子1に交差して接触した導電性繊維10を接地(アース)する。また例えば、図6に示すように、布帛状圧電素子7において組紐状圧電素子1を複数並べている場合、1本の組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を増幅手段13の入力端子に接続し、当該組紐状圧電素子1に並んだ別の組紐状圧電素子1の芯部3からの引出し線を、接地(アース)する。
5 and 6 are schematic views showing a configuration example of a device including the braided cloth-like piezoelectric element according to the embodiment. 5 and 6 corresponds to that described with reference to FIG. 4, but the
本発明のデバイス11は柔軟性があり、紐状および布帛状いずれの形態でも使用できるため、非常に広範な用途が考えられる。本発明のデバイス11の具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、例えば、手袋やバンド、サポーターなどの形状をした関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。 Since the device 11 of the present invention is flexible and can be used in either a string form or a cloth form, a very wide range of applications can be considered. Specific examples of the device 11 of the present invention include a touch panel, a human or animal surface pressure sensor, for example, a glove or a band, which has a shape such as a hat, gloves, clothes including a sock, a supporter, or a handkerchief. Sensors that detect bending, twisting, and expansion / contraction of joints shaped like supporters. For example, when used for humans, it can be used as an interface for detecting contact and movement, collecting information on movement of joints and the like for medical purposes, amusement purposes, and moving lost tissues and robots. In addition, it can be used as a stuffed animal that imitates animals and humanoids, a surface pressure sensor of a robot, a sensor that detects bending, twisting, and expansion / contraction of a joint. In addition, it can be used as a surface pressure sensor or shape change sensor for bedding such as sheets and pillows, shoe soles, gloves, chairs, rugs, bags, and flags.
さらに、本発明のデバイス11は組紐状あるいは布帛状であり、柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。 Furthermore, since the device 11 of the present invention is braided or cloth-like and flexible, it can be used as a surface pressure sensor or a shape change sensor by sticking or covering the whole or part of the surface of any structure. Can do.
さらに、本発明のデバイス11は、組紐状圧電素子1の表面を擦るだけで十分な電気信号を発生することができるので、タッチセンサーのようなタッチ式入力装置やポインティングデバイスなどに用いることができる。また、組紐状圧電素子1で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるので、表面形状計測などに用いることができる。
Furthermore, since the device 11 of the present invention can generate a sufficient electric signal simply by rubbing the surface of the braided
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に記載するが本発明はこれによって何らの限定を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
(ポリ乳酸の製造)
実施例において用いた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。
The fabric for piezoelectric elements was manufactured by the following method.
(Manufacture of polylactic acid)
The polylactic acid used in the examples 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 180 ° C. in a reactor equipped with a stirring blade in a nitrogen atmosphere. Then, 1.2 times equivalent of phosphoric acid was added to tin octylate, 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.
(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を得た。
(Piezoelectric fiber)
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 of 84 dTex / 24 filament.
(導電性繊維)
ミツフジ(株)製の銀メッキナイロン、品名『AGposs』100d34fを導電性繊維Bとして使用した。この繊維の体積抵抗率は1.1×10-3Ω・cmであった。
(Conductive fiber)
Silver-plated nylon manufactured by Mitsufuji Corporation, product name “AGposs” 100d34f was used as the conductive fiber B. The volume resistivity of this fiber was 1.1 × 10 −3 Ω · cm.
(絶縁性繊維)
280℃にて溶融させたポリエチレンテレフタレートを24ホールのキャップから45g/minで吐出し、800m/minにて引き取った。この未延伸糸を80℃、2.5倍に延伸し、180℃で熱固定処理することによりすることにより84dTex/24フィラメントのマルチフィラメント延伸糸を得、これを絶縁性繊維9とした。
(Insulating fiber)
Polyethylene terephthalate melted at 280 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 45 g / min and taken up at 800 m / min. The undrawn yarn was drawn at 80 ° C. and 2.5 times, and heat-fixed at 180 ° C. to obtain a multifilament drawn yarn of 84 dTex / 24 filament.
(フィラメント)
280℃にて溶融させたポリエチレンテレフタレートを1ホールのキャップから104g/minで吐出し、800m/minにて引き取った。この未延伸糸を80℃、2.5倍に延伸し、180℃で熱固定処理することによりすることにより断面積が0.04平方ミリメートルのモノフィラメントを得、これを曲げ復元率調整用フィラメントとした。
(filament)
Polyethylene terephthalate melted at 280 ° C. was discharged from a 1-hole cap at 104 g / min and taken up at 800 m / min. The undrawn yarn was drawn at 80 ° C. and 2.5 times and heat-fixed at 180 ° C. to obtain a monofilament having a cross-sectional area of 0.04 square millimeters. did.
(被覆層)
(株)エスコ製の熱収縮チューブ、品名『1.5mm×10m熱収縮チューブ(黒)』を、被覆層とした。
(Coating layer)
A heat-shrinkable tube manufactured by Esco Co., Ltd., product name “1.5 mm × 10 m heat-shrinkable tube (black)” was used as the coating layer.
(高弾性繊維)
帝人(株)製の”テクノーラ”(登録商標)を高弾性繊維として使用した。この高弾性繊維の弾性率は、72.3GPaであった。
(High elastic fiber)
“Technora” (registered trademark) manufactured by Teijin Ltd. was used as a highly elastic fiber. The elastic modulus of this highly elastic fiber was 72.3 GPa.
(組紐状圧電素子)
実施例1の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A4本を右巻きに、上記の曲げ復元率調整用フィラメント4本を左巻きに芯糸の周りに組紐状に巻きつけて八打組紐とし、組紐状圧電素子1を形成した。この組紐状圧電素子1の曲げ復元率は、83であった。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aおよび曲げ復元率調整用フィラメントの巻きつけ角度αは45°とした。
(Braided piezoelectric element)
As a sample of Example 1, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B is a core yarn, the four piezoelectric fibers A are wound clockwise, and the four bending recovery rate adjusting filaments are wound counterclockwise. A braided
実施例2の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維B1本と曲げ復元率調整用フィラメントを合糸して芯糸とし、上記の圧電性繊維A8本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて八打組紐とし、組紐状圧電素子1を形成した。この組紐状圧電素子1の曲げ復元率は、78であった。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。
As a sample of Example 2, as shown in FIG. 1, one conductive fiber B and a bending recovery rate adjusting filament are combined to form a core yarn, and the above eight piezoelectric fibers A are arranged around the core yarn. The braided
実施例3の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A8本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて八打組紐とした。この八打組紐を上記の被覆層へ挿入し、アイロンで90℃に加熱して被覆層で八打組紐を被覆し、組紐状圧電素子1を形成した。この組紐状圧電素子1の曲げ復元率は、75であった。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。また、熱収縮後の被覆層の厚みは0.2mmであった。
As a sample of Example 3, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B was used as a core yarn, and the eight piezoelectric fibers A were wound around the core yarn in a braid shape to form an eight-punch braid. The eight-strand braid was inserted into the coating layer, heated to 90 ° C. with an iron, and the eight-strand braid was covered with the coating layer to form the braided
実施例4の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A4本を右巻きに、上記の高弾性繊維4本を左巻きに芯糸の周りに組紐状に巻きつけて八打組紐とし、組紐状圧電素子1を形成した。この組紐状圧電素子1の曲げ復元率は、78であった。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aおよび曲げ復元率調整用フィラメントの巻きつけ角度αは45°とした。
As a sample of Example 4, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B is a core yarn, the four piezoelectric fibers A are clockwise, and the four high-elastic fibers are left-handed. The braided
(製織)
実施例5の試料として、図3に示すように経糸に絶縁性繊維9および一本の組紐状圧電素子1(実施例1の試料と同じ)を配し、緯糸に絶縁性繊維9および導電性繊維10を交互に配して平織物を作製し、布帛状圧電素子7とした。
比較例1の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A8本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて八打組紐とし、組紐状圧電素子1を形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。
(Weaving)
As a sample of Example 5, as shown in FIG. 3, the insulating fiber 9 and one braided piezoelectric element 1 (same as the sample of Example 1) are arranged on the warp, and the insulating fiber 9 and the conductive material are arranged on the weft. A plain woven fabric was prepared by alternately arranging the
As a sample of Comparative Example 1, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B is used as a core yarn, and the eight piezoelectric fibers A are wound around the core yarn in a braid shape to form an eight-ply braid. A
(性能評価及び評価結果)
組紐状圧電素子1及び布帛状圧電素子7の性能評価及び評価結果は以下のとおりである。
(Performance evaluation and evaluation results)
Performance evaluation and evaluation results of the braided
(実施例1)
組紐状圧電素子1中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続した。組紐状圧電素子1を接地(アース)された金属金網で保護された電磁波シールドボックス内で90度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子1からの出力として、オシロスコープにより約120mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、90度折り曲げを50回繰り返した後の電気信号は115mVであり、繰り返し再現性が良好であることが確認された。
Example 1
The conductive fiber B in the braided
As a result, a potential difference of about 120 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided
(実施例2)
組紐状圧電素子1中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続した。組紐状圧電素子1を接地(アース)された金属金網で保護された電磁波シールドボックス内で90度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子1からの出力として、オシロスコープにより約125mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、90度折り曲げを50回繰り返した後の電気信号は120mVであり、繰り返し再現性が良好であることが確認された。
(Example 2)
The conductive fiber B in the braided
As a result, a potential difference of about 125 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided
(実施例3)
組紐状圧電素子1中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続した。組紐状圧電素子1を接地(アース)された金属金網で保護された電磁波シールドボックス内で90度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子1からの出力として、オシロスコープにより約125mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、90度折り曲げを50回繰り返した後の電気信号は120mVであり、繰り返し再現性が良好であることが確認された。
(Example 3)
The conductive fiber B in the braided
As a result, a potential difference of about 125 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided
(実施例4)
組紐状圧電素子1中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続した。組紐状圧電素子1を接地(アース)された金属金網で保護された電磁波シールドボックス内で90度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子1からの出力として、オシロスコープにより約110mVの電位差が検出され、組紐状圧電素子1の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、90度折り曲げを50回繰り返した後の電気信号は105mVであり、繰り返し再現性が良好であることが確認された。
Example 4
The conductive fiber B in the braided
As a result, a potential difference of about 110 mV was detected as an output from the braided
(実施例5)
布帛状圧電素子7の組紐状圧電素子1中の導電性繊維3を信号線としてオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続した。また、布帛状圧電素子7の緯糸の導電性繊維10を接地(アース)線として接地した。この状態で、組紐状圧電素子1に対して垂直な方向に布帛状圧電素子7を90度折り曲げた。
その結果、布帛状圧電素子7の組紐状圧電素子1からの出力として、オシロスコープによりノイズのほとんどない電気信号が得られ、約100mVの電位差が検出された。また、90度折り曲げを50回繰り返した後の電気信号は95mVであり、繰り返し再現性が良好であることが確認された。以上の結果から、布帛状圧電素子7の変形により十分な大きさの電気信号を低ノイズで検出できることが確認された。
(Example 5)
A 1000-times amplification circuit is connected to the oscilloscope (digital oscilloscope DL6000 series product name “DL6000” manufactured by Yokogawa Electric Corporation) via the wiring using the
As a result, an electrical signal with almost no noise was obtained by an oscilloscope as an output from the braided
(比較例1)
組紐状圧電素子1中の導電性繊維Bを信号線としてオシロスコープ(横河電機(株)製デジタルオシロスコープDL6000シリーズ商品名『DL6000』)に配線を介して1000倍増幅回路を経由して接続した。組紐状圧電素子1を接地(アース)された金属金網で保護された電磁波シールドボックス内で90度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子1からの出力として、オシロスコープにより約100mVの電位差が検出された。また、90度折り曲げを50回繰り返した後の電気信号は55mVであった。
(Comparative Example 1)
The conductive fiber B in the braided
As a result, a potential difference of about 100 mV was detected by an oscilloscope as an output from the braided
A 圧電性繊維
B 導電性繊維
1 組紐状圧電素子
2 鞘部
3 芯部
7 布帛状圧電素子
8 布帛
9 絶縁性繊維
10 導電性繊維
11 デバイス
12 圧電素子
13 増幅手段
14 出力手段
15 送信手段
CL 繊維軸
α 巻きつけ角度
L 曲げ復元率測定試験後の組紐突出し距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS A Piezoelectric fiber
Claims (12)
印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。 Braided piezoelectric element according to any one of claims 1 to 7,
Amplifying means for amplifying an electrical signal output from the braided piezoelectric element in accordance with the applied pressure;
Output means for outputting the electrical signal amplified by the amplification means;
A device comprising:
印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。 The cloth-like piezoelectric element according to any one of claims 8 to 10,
Amplifying means for amplifying an electrical signal output from the cloth-like piezoelectric element in accordance with an applied pressure;
Output means for outputting the electrical signal amplified by the amplification means;
A device comprising:
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