JP2019067871A - 同軸コネクタユニット、力センサー、及びアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
上記圧電体におけるヘリカルキラル高分子として、ポリペプチド、ポリ乳酸系高分子等の光学活性を有する高分子を用いることが着目されている。中でも、ポリ乳酸系高分子は、機械的な延伸操作のみで圧電性を発現することが知られている。ポリ乳酸系高分子を用いた圧電体においては、ポーリング処理が不要であり、また、圧電性が数年にわたり減少しないことが知られている。
例えば、ポリ乳酸系高分子を含む圧電体として、圧電定数d14が大きく、透明性に優れる圧電体が報告されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
また、最近、圧電性を有する材料を、導体に被覆して利用する試みもなされている。
例えば、中心から外側に向って順に同軸状に配置された中心導体、圧電材料層、外側導体及び外被から構成される、ピエゾケーブルが知られている(例えば、特許文献3参照)。
ここで、同軸ケーブルの中心導体とコネクタとの接続をはんだ付けにより行うことが一般的であり、通常の同軸ケーブルの絶縁層は耐熱性が高いフッ素樹脂であり、かつ絶縁層の厚みが大きいため、はんだ付けの熱に耐えることが可能である。
しかし、圧電ラインの中心導体とコネクタとの接続をはんだ付けにより行う場合、圧電体を構成する材料、例えば、ポリ乳酸が溶融してしまい、中心導体と外部導体が短絡するおそれがあることが発明者らの検討により分かった。
<2> 前記内部導体と前記接続端子とを電気的に接続している状態で保持する絶縁部と、前記接続端子を前記絶縁部を介して支持する導電性のシェルと、を更に有する<1>に記載の同軸コネクタユニット。
<3> 前記接続端子は、前記絶縁部の内側に位置し、その間に配置された内部導体を把持可能である一対のコンタクト部を有し、前記絶縁部及び前記シェルは、折り曲げ可能であり、前記絶縁部及び前記シェルを折り曲げることにより、前記一対のコンタクト部に前記内部導体が把持されて前記内部導体と前記接続端子とが電気的に接続されている<2>に記載の同軸コネクタユニット。
<4> 前記絶縁部は、一方の前記コンタクト部を支持する絶縁体本体と、前記絶縁体本体の方向に折り曲げられる絶縁折り曲げ部とを有し、前記シェルは、前記絶縁体本体を支持するシェル本体と、前記絶縁折り曲げ部の外側に並設され、前記シェル本体の方向に折り曲げられるシェル折り曲げ部とを有し、他方の前記コンタクト部は、一方の前記コンタクト部と前記絶縁折り曲げ部との間に配置されており、前記絶縁折り曲げ部及び前記シェル折り曲げ部を折り曲げることにより、前記一対のコンタクト部に前記内部導体が把持されて前記内部導体と前記接続端子とが電気的に接続されている<3>に記載の同軸コネクタユニット。
<5> 前記圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含み、前記圧電体の長さ方向に、前記圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向、が沿っており、下記式(b)によって求められる前記圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲である<1>〜<4>のいずれか1つに記載の同軸コネクタユニット。
配向度F=(180°−α)/180°・・(b)
(式(b)中、αはX線回折により測定される配向由来のピークの半値幅を表す。)
<6> 前記内部導体が錦糸線である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の同軸コネクタユニット。
<7> 前記圧電体が長尺平板形状を有し、前記圧電体の平均厚さが0.001mm〜0.2mmであり、前記圧電体の幅が0.1mm〜30mmであり、前記圧電体の平均厚さに対する前記圧電体の幅の比が2以上である<1>〜<6>のいずれか1つに記載の同軸コネクタユニット。
<9> <1>〜<8>のいずれか1つに記載の同軸コネクタユニットを備えるアクチュエータ。
本開示において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本開示において、長尺平板状の圧電体(第1の圧電体及び第2の圧電体)の「主面」とは、長尺平板状の圧電体の厚さ方向に直交する面(言い換えれば、長さ方向及び幅方向を含む面)を意味する。
本開示中において、部材の「面」は、特に断りが無い限り、部材の「主面」を意味する。
本開示において、厚さ、幅、及び長さは、通常の定義どおり、厚さ<幅<長さの関係を満たす。
本開示において、2つの線分のなす角度は、0°以上90°以下の範囲で表す。
本開示において、「フィルム」は、一般的に「フィルム」と呼ばれているものだけでなく、一般的に「シート」と呼ばれているものをも包含する概念である。
本開示において、「MD方向」とはフィルムの流れる方向(Machine Direction)、すなわち、延伸方向である。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
本開示の同軸コネクタユニットは、長尺状の内部導体と、前記内部導体の外周面を被覆する圧電体と、前記圧電体の外周に配置された外部導体と、を備えた圧電基材と、圧力を加えていることにより前記内部導体と電気的に接続している接続端子を備えた同軸コネクタと、を有する。
ここで、圧電基材の内部導体と同軸コネクタにおける接続端子とを圧力を加えていることにより電気的に接続しているため、内部導体と接続端子とをはんだ付けにより接続することが不要であり、圧電基材の圧電体が溶融することに起因する内部導体と外部導体との短絡を抑制することができる。
更に、同軸コネクタを用いて他のケーブル、回路基板等と圧電基材の内部導体とを電気的に接続することができ、他のケーブル、回路基板等と圧電基材の内部導体とを電気的に接続するためにはんだ付けの作業が不要である。
なお、「外周」とは、圧電体の外周部分を意味する。
図1に示すように、同軸コネクタユニット300は、圧電基材100及び同軸コネクタ200を有し、圧電基材100は、内部導体12と圧電体14と外部導体16とを備えており、同軸コネクタ200は、接続端子2と、後述する絶縁部4とシェル6とを備えている。また、圧電基材100は、外部導体16の外周面を被覆する保護層18を更に備えている。保護層18は、圧電基材を構成する部材の保護機能を有し、絶縁性を有することが好ましい。
また、図2に示すように、接続端子2は、互いに対向する一対のコンタクト部2A、2Bを有している。更に、絶縁部4は、コンタクト部2Aを支持する絶縁体本体4Aと、絶縁体本体4Aの方向(図中、矢印Yの方向)に折り曲げられる絶縁折り曲げ部4Bを有し、シェル6は、絶縁体本体4Aを支持するシェル本体6Aと、絶縁折り曲げ部4Bに並設され、シェル本体6Aの方向(図中、矢印Yの方向)に折り曲げられるシェル折り曲げ部6Bと、を有する。
また、図2は、内部導体12と接続端子2とが電気的に接続される前の圧電基材100及び同軸コネクタ200の概略構成を示す図であり、圧電基材100を矢印Xの方向に移動させ、かつ、絶縁折り曲げ部4B及びシェル折り曲げ部6Bを矢印Yの方向に折り曲げることにより、図1に示すように、内部導体が一対のコンタクト部2A、2Bに把持される。これにより、同軸コネクタユニット300を大きく動かした場合等であっても、内部導体12が接続端子2から離脱して電気的な接続が解除されることが抑制され、内部導体12と接続端子2との電気的接続を長時間維持することができる。
以下、同軸コネクタユニットを構成する圧電基材及び同軸コネクタの具体的な態様について説明する。
本開示の同軸コネクタユニットは、長尺状の内部導体と、前記内部導体の外周面を被覆する圧電体と、前記圧電体の外周に配置された外部導体と、を備えた圧電基材を有する。本開示の圧電基材の好ましい態様について説明する。
本開示の圧電基材は、内部導体を備える。
圧電基材の内部導体は、信号線導体であることが好ましい。信号線導体とは、圧電体から効率的に電気的信号を検出するための導体を意味する。より具体的には、圧電基材に張力が印加されたときに、印加された張力に応じた電圧信号(電荷信号)を検出するための導体である。
また、内部導体として導電性繊維を用いることもできる。導電性繊維としては、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、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状もしく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、又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、電解めっき、無電解めっきなどが挙げられるが、生産性などの点から電解めっき又は無電解めっきが好ましい。このような金属がめっきされた繊維は金属めっき繊維ということができる。
本開示の圧電基材は、圧電体(第1の圧電体)を備える。
圧電体としては、圧電性を有する材料から構成されるものであれば特に限定されず、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含むものが挙げられる。
配向度F=(180°−α)/180°・・(b)
(式(b)中、αはX線回折により測定される配向由来のピークの半値幅を表す。)
より具体的には、前述の広角X線回折装置を用いて、サンプル(圧電体をスリットする方向と圧電体の延伸方向とが略平行となるようにスリットして得た長尺平板形状のスリットリボン)をホルダーに固定し、結晶面ピーク[(110)面/(200)面]の方位角分布強度を測定することで行う。そして、得られた方位角分布曲線(X線干渉図)において、結晶化度、及びピークの半値幅(α)を求め、前述の式(b)から圧電体の配向度F(C軸配向度)を算出する。
これにより、圧電基材に例えば張力を印加した場合に、発生電荷量が増加する。
ここで、「一方向」とは、本開示の圧電基材を内部導体の軸方向の一端側から見たときに、圧電体が内部導体の手前側から奥側に向かって巻回されている方向をいう。具体的には、右方向(右巻き、即ち時計周り)又は左方向(左巻き、即ち反時計周り)をいう。
ここで、「螺旋角度β」とは、内部導体の軸方向と、内部導体の軸方向に対して圧電体が配置される方向(圧電体の長さ方向)とがなす角度を意味する。
これにより、例えば、圧電基材の長さ方向に張力が印加されたときに、ヘリカルキラル高分子(A)の分極が、圧電基材の径方向に発生しやすくなる。この結果、効果的に張力に比例した電圧信号(電荷信号)が検出され、圧電感度が向上しやすい。
これにより、圧電基材の長さ方向に張力(応力)が印加されたときに、ヘリカルキラル高分子(A)にずり力が加わりやすく、圧電基材の径方向にヘリカルキラル高分子(A)の分極が生じやすい。
また、本開示の圧電基材では、圧電体を一方向に螺旋状に配置することにより、圧電基材の長さ方向に張力(応力)が印加されたときに、ヘリカルキラル高分子(A)にずり力が加わり、圧電基材の径方向にヘリカルキラル高分子(A)の分極が生じる。その分極方向は、螺旋状に巻回された圧電体を、その長さ方向に対して平面と見做せる程度の微小領域の集合体とみなした場合、その構成する微小領域の平面に、張力(応力)に起因したずり力がヘリカルキラル高分子に印加された場合、圧電定数d14に起因して発生する電界の方向と略一致する。
具体的には、例えばポリ乳酸においては、分子構造が左巻き螺旋構造からなるL−乳酸のホモポリマー(PLLA)の場合、PLLAの主配向方向に長さ方向が沿っている圧電体を、内部導体に対して、左巻きに螺旋状に巻回した構造体に、張力(応力)が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の円の中心から外側方向への電界(分極)が発生する。また、これとは逆にPLLAの主配向方向に長さ方向が沿っている圧電体を、内部導体に対して、右巻きに螺旋状に巻回した構造体に、張力(応力)が印加された場合、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の円の外側から中心方向への電界(分極)が発生する。
これにより、圧電基材の長さ方向に張力が印加された際、螺旋状に配置された圧電体の各部位において、張力に比例した電位差が位相の揃った状態で発生するため、効果的に張力に比例した電圧信号が検出されると考えられる。
これにより、圧電感度により優れた圧電基材が得られやすい。
また、本開示の圧電基材は、内部導体に対して、圧電体を右巻きに螺旋状に巻回し、かつ一部の圧電体を左巻きに螺旋状に巻回した構造体を含むものであってもよい。一部の圧電体を左巻きに螺旋状に巻回した場合、圧電感度の低下を抑制する点から、左巻きの割合は全体(右巻き及び左巻きの合計)に対して50%未満であることが好ましい。
また、本開示の圧電基材は、内部導体に対して、圧電体を左巻きに螺旋状に巻回し、かつ一部の圧電体を右巻きに螺旋状に巻回した構造体を含むものであってもよい。一部の圧電体を右巻きに螺旋状に巻回した場合、圧電感度の低下を抑制する点から、右巻きの割合は全体(右巻き及び左巻きの合計)に対して50%未満であることが好ましい。
更に、圧電体の長さ方向に、ヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向が沿っているということは、例えば、延伸された圧電フィルムをスリットして圧電体(例えばスリットリボン)を得る際の生産性の面でも有利である。
本開示中において、「ある方向に、別の方向が沿っている」とは、ある方向と別の方向を表す2つの線分のなす角度が、0°以上30°未満(好ましくは0°以上22.5°以下、より好ましくは0°以上10°以下、更に好ましくは0°以上5°以下、特に好ましくは0°以上3°以下)であることを指す。
また、本開示中において、ヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向とは、ヘリカルキラル高分子(A)の主たる配向方向を意味する。ヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向は、圧電体の配向度Fを測定することによって確認できる。
また、原料を溶融紡糸した後にこれを延伸して、圧電体を製造する場合、製造された圧電体におけるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向は、主延伸方向を意味する。主延伸方向とは、延伸方向を指す。
同様に、フィルムの延伸及び延伸されたフィルムのスリットを形成して圧電体を製造する場合、製造された圧電体におけるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向は、主延伸方向を意味する。ここで、主延伸方向とは、一軸延伸の場合には延伸方向を指し、二軸延伸の場合には、延伸倍率が高い方の延伸方向を指す。
以下、長尺平板形状を有する圧電体(以下、長尺平板状圧電体ともいう)、及び繊維形状を有する圧電体(以下、繊維状圧電体ともいう)について順に説明する。
圧電体として、長尺平板状圧電体を用いることにより、内部導体に対する密着面を大きくでき、効率的に圧電効果により発生した電荷を電圧信号として検出することが可能となる。
以下、長尺平板状圧電体の寸法に関し、より詳細に説明する。
例えば、圧電フィルムから長尺平板状圧電体を製造する方法としては、原料をフィルム状に成形して未延伸フィルムを得、得られた未延伸フィルムに対し、延伸及び結晶化を施し、得られた圧電フィルムをスリットする(圧電フィルムを長尺状にカットする)ことにより得ることができる。
また、公知のフラットヤーン製法を用いて長尺平板状圧電体を製造してもよい。例えば、インフレーション成形により得られた幅広のフィルムをスリットして細幅のフィルムにした後、熱板延伸、ロール延伸等による延伸、及び結晶化を施すことにより、長尺平板状圧電体を得てもよい。
なお、上記延伸及び結晶化は、いずれが先であってもよい。また、未延伸フィルムに対し、予備結晶化、延伸、及び結晶化(アニール)を順次施す方法であってもよい。延伸は、一軸延伸であっても二軸延伸であってもよい。二軸延伸の場合には、好ましくは一方(主延伸方向)の延伸倍率を高くする。
圧電フィルムの製造方法については、特許第4934235号公報、国際公開第2010/104196号、国際公開第2013/054918号、国際公開第2013/089148号、等の公知文献を適宜参照できる。
圧電体として、繊維状圧電体を用いることにより、より柔軟性と可とう性に優れた形態として利用することができ、効率的に圧電効果により発生した電荷を電圧信号として検出することが可能となる。
繊維形状としては特に制限はないが、例えば、単繊維の形状、繊維束(複数の繊維からなる束)の形状が挙げられる。
以下、繊維状圧電体の寸法に関し、より詳細に説明する。
繊維状圧電体の、内部導体の長軸方向と直交する断面の平均長軸径(以下、単に「長軸径」ともいう)は、圧電感度を向上する点から、0.0001mm〜10mmであることが好ましく、0.001mm〜5mmであることがより好ましく、0.002mm〜1mmであることが更に好ましい。
繊維状圧電体の長軸径が0.0001mm以上であると、強度がより向上する傾向にある。一方、繊維状圧電体の長軸径が10mm以下であると、繊維状圧電体の変形の自由度(柔軟性)がより向上する傾向にある。
ここで、「断面の長軸径」は、繊維状圧電体の断面が円形状である場合、「直径」に相当する。
繊維状圧電体の断面が円形とは異なる形状である場合、「断面の長軸径」は、断面における最も長い距離とする。
繊維状圧電体が繊維束からなる圧電体の場合、「断面の長軸径」とは、繊維束からなる圧電体の断面の長軸径とする。
具体的に、繊維状圧電体としては、例えば、モノフィラメント糸、マルチフィラメント糸が挙げられる。
モノフィラメント糸の単糸繊度は、好ましくは3dtex〜30dtexであり、より好ましくは5dtex〜20dtexである。
単糸繊度が3dtex未満になると、織物準備工程や製織工程において糸を取り扱うことが困難となる。一方、単糸繊度が30dtexを超えると、糸間で融着が発生し易くなる。
モノフィラメント糸は、コストの点を考慮すれば直接的に紡糸、延伸して得ることが好ましい。なお、モノフィラメント糸は入手したものであってもよい。
マルチフィラメント糸の総繊度は、好ましくは30dtex〜600dtexであり、より好ましくは100dtex〜400dtexである。
マルチフィラメント糸は、例えば、スピンドロー糸などの一工程糸の他、UDY(未延伸糸)やPOY(高配向未延伸糸)などを延伸して得る二工程糸のいずれもが採用可能である。なお、マルチフィラメント糸は入手したものであってもよい。
ポリ乳酸系モノフィラメント糸、ポリ乳酸系マルチフィラメント糸の市販品としては、東レ製のエコディア(R)PLA、ユニチカ製のテラマック(R)、クラレ製プラスターチ(R)が使用可能である。
例えば、繊維状圧電体としてのフィラメント糸(モノフィラメント糸、マルチフィラメント糸)は、原料(例えばポリ乳酸)を溶融紡糸した後、これを延伸することにより得ることができる(溶融紡糸延伸法)。なお、紡出後において、冷却固化するまでの糸条近傍の雰囲気温度を一定温度範囲に保つことが好ましい。
また、フィラメント糸は、例えば、上記溶融紡糸延伸法で得られたフィラメント糸をさらに分繊することにより得てもよい。
本開示における圧電体は、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含むことが好ましい。
ここで、「光学活性を有するヘリカルキラル高分子」とは、分子構造が螺旋構造であり分子光学活性を有する高分子を指す。
上記ポリペプチドとしては、例えば、ポリ(グルタル酸γ−ベンジル)、ポリ(グルタル酸γ−メチル)等が挙げられる。
上記セルロース誘導体としては、例えば、酢酸セルロース、シアノエチルセルロース等が挙げられる。
光学純度(%ee)=100×|L体量−D体量|/(L体量+D体量)
すなわち、ヘリカルキラル高分子(A)の光学純度は、
『「ヘリカルキラル高分子(A)のL体の量〔質量%〕とヘリカルキラル高分子(A)のD体の量〔質量%〕との量差(絶対値)」を「ヘリカルキラル高分子(A)のL体の量〔質量%〕とヘリカルキラル高分子(A)のD体の量〔質量%〕との合計量」で割った(除した)数値』に、『100』をかけた(乗じた)値である。
ここで、ポリ乳酸系高分子とは、「ポリ乳酸(L−乳酸及びD−乳酸から選ばれるモノマー由来の構造単位のみからなる高分子)」、「L−乳酸又はD−乳酸と、該L−乳酸又はD−乳酸と共重合可能な化合物とのコポリマー」、又は、両者の混合物をいう。
ポリ乳酸系高分子の中でも、ポリ乳酸が好ましく、L−乳酸のホモポリマー(PLLA、単に「L体」ともいう)又はD−乳酸のホモポリマー(PDLA、単に「D体」ともいう)が最も好ましい。
ポリ乳酸は、ラクチドを経由するラクチド法;溶媒中で乳酸を減圧下加熱し、水を取り除きながら重合させる直接重合法;などによって製造できることが知られている。
ポリ乳酸としては、L−乳酸のホモポリマー、D−乳酸のホモポリマー、L−乳酸及びD−乳酸の少なくとも一方の重合体を含むブロックコポリマー、及び、L−乳酸及びD−乳酸の少なくとも一方の重合体を含むグラフトコポリマーが挙げられる。
例えば、ヘリカルキラル高分子(A)が、ポリ乳酸系高分子である場合、ポリ乳酸系高分子中における、乳酸に由来する構造と、乳酸と共重合可能な化合物(コポリマー成分)に由来する構造と、のモル数の合計に対して、コポリマー成分に由来する構造の濃度が20mol%以下であることが好ましい。
ヘリカルキラル高分子(A)の重量平均分子量(Mw)は、5万〜100万であることが好ましい。
ヘリカルキラル高分子(A)のMwが5万以上であることにより、圧電体の機械的強度が向上する。上記Mwは、10万以上であることが好ましく、20万以上であることがさらに好ましい。
一方、ヘリカルキラル高分子(A)のMwが100万以下であることにより、成形(例えば押出成形、溶融紡糸)によって圧電体を得る際の成形性が向上する。上記Mwは、80万以下であることが好ましく、30万以下であることがさらに好ましい。
以下、GPCによるヘリカルキラル高分子(A)のMw及びMw/Mnの測定方法の一例を示す。
Waters社製GPC−100
−カラム−
昭和電工社製、Shodex LF−804
−サンプルの調製−
圧電体を40℃で溶媒(例えば、クロロホルム)へ溶解させ、濃度1mg/mlのサンプル溶液を準備する。
−測定条件−
サンプル溶液0.1mlを溶媒〔クロロホルム〕、温度40℃、1ml/分の流速でカラムに導入する。
ポリスチレン標準試料にてユニバーサル検量線を作成し、ヘリカルキラル高分子(A)の重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)を算出する。
市販品としては、例えば、PURAC社製のPURASORB(PD、PL)、三井化学社製のLACEA(H−100、H−400)、NatureWorks LLC社製のIngeoTM biopolymer、等が挙げられる。
ヘリカルキラル高分子(A)としてポリ乳酸系高分子を用いるときに、ポリ乳酸系高分子の重量平均分子量(Mw)を5万以上とするためには、ラクチド法、又は直接重合法によりポリ乳酸系高分子を製造することが好ましい。
本開示における圧電体中におけるヘリカルキラル高分子(A)の含有量(2種以上である場合には総含有量)は、圧電体の全量に対し、80質量%以上が好ましい。
圧電体は、更に、一分子中に、カルボジイミド基、エポキシ基、及びイソシアネート基からなる群より選ばれる1種類以上の官能基を有する重量平均分子量が200〜60000の安定化剤(B)を含有することが好ましい。これにより、耐湿熱性をより向上させることができる。
モノカルボジイミド化合物としては、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ビス−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド、等が好適である。
また、ポリカルボジイミド化合物としては、種々の方法で製造したものを使用することができる。従来のポリカルボジイミドの製造方法(例えば、米国特許第2941956号明細書、特公昭47−33279号公報、J.0rg.Chem.28,2069−2075(1963)、Chemical Review 1981,Vol.81 No.4、p619−621)により、製造されたものを用いることができる。具体的には特許4084953号公報に記載のカルボジイミド化合物を用いることもできる。
ポリカルボジイミド化合物としては、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)、ポリ(N,N’−ジ−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド)、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルフェニレン−2,4−カルボジイミド、等が挙げられる。
環状カルボジイミド化合物は、特開2011−256337号公報に記載の方法などに基づいて合成することができる。
カルボジイミド化合物としては、市販品を用いてもよく、例えば、東京化成社製、B2756(商品名)、日清紡ケミカル社製、カルボジライトLA−1(商品名)、ラインケミー社製、Stabaxol P、Stabaxol P400、Stabaxol I(いずれも商品名)等が挙げられる。
分子量が上記範囲内ならば、安定化剤(B)がより移動しやすくなり、耐湿熱性改良効果がより効果的に奏される。
安定化剤(B)の重量平均分子量は、200〜900であることが特に好ましい。なお、重量平均分子量200〜900は、数平均分子量200〜900とほぼ一致する。また、重量平均分子量200〜900の場合、分子量分布が1.0である場合があり、この場合には、「重量平均分子量200〜900」を、単に「分子量200〜900」と言い換えることもできる。
・安定化剤B−1 … 化合物名は、ビス−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミドである。重量平均分子量(この例では、単なる「分子量」に等しい)は、363である。市販品としては、ラインケミー社製「Stabaxol I」、東京化成社製「B2756」が挙げられる。
・安定化剤B−2 … 化合物名は、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)である。市販品としては、重量平均分子量約2000のものとして、日清紡ケミカル社製「カルボジライトLA−1」が挙げられる。
・安定化剤B−3 … 化合物名は、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルフェニレン−2,4−カルボジイミド)である。市販品としては、重量平均分子量約3000のものとして、ラインケミー社製「Stabaxol P」が挙げられる。また、重量平均分子量20000のものとして、ラインケミー社製「Stabaxol P400」が挙げられる。
圧電体が安定化剤(B)を含む場合、安定化剤(B)の含有量は、ヘリカルキラル高分子(A)100質量部に対し、0.01質量部〜10質量部であることが好ましく、0.01質量部〜5質量部であることがより好ましく、0.1質量部〜3質量部であることがさらに好ましく、0.5質量部〜2質量部であることが特に好ましい。
上記含有量が0.01質量部以上であると、耐湿熱性がより向上する。
また、上記含有量が10質量部以下であると、透明性の低下がより抑制される。
安定化剤として安定化剤(B1)と安定化剤(B2)とを併用する場合、安定化剤(B1)を多く含むことが透明性向上の点から好ましい。
具体的には、安定化剤(B1)100質量部に対して、安定化剤(B2)が10質量部〜150質量部の範囲であることが、透明性と耐湿熱性の両立という点から好ましく、50質量部〜100質量部の範囲であることがより好ましい。
圧電体は、必要に応じ、その他の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂等の公知の樹脂;シリカ、ヒドロキシアパタイト、モンモリロナイト等の公知の無機フィラー;フタロシアニン等の公知の結晶核剤;安定化剤(B)以外の安定化剤;等が挙げられる。
無機フィラー及び結晶核剤としては、国際公開第2013/054918号の段落0057〜0058に記載された成分を挙げることもできる。
本開示における圧電体の配向度Fは、上述したとおり、0.5以上1.0未満であることが好ましく、0.7以上1.0未満であることがより好ましく、0.8以上1.0未満であることが更に好ましい。
圧電体の配向度Fが0.5以上であれば、延伸方向に配列するヘリカルキラル高分子(A)の分子鎖(例えばポリ乳酸分子鎖)が多く、その結果、配向結晶の生成する率が高くなり、より高い圧電性を発現することが可能となる。
圧電体の配向度Fが1.0未満であれば、縦裂強度が更に向上する。
本開示における圧電体の結晶化度は、上述のX線回折測定(広角X線回折測定)によって測定される値である。
本開示における圧電体の結晶化度は、好ましくは20%〜80%であり、より好ましくは25%〜70%であり、更に好ましくは30%〜60%である。
結晶化度が20%以上であることにより、圧電性が高く維持される。結晶化度が80%以下であることにより、圧電体の透明性が高く維持される。
結晶化度が80%以下であることにより、例えば、圧電体の原料となる圧電フィルムを延伸によって製造する際に白化や破断がおきにくいので、圧電体を製造しやすい。また、結晶化度が80%以下であることにより、例えば、圧電体の原料(例えばポリ乳酸)を溶融紡糸後に延伸によって製造する際に屈曲性が高く、しなやかな性質を有する繊維となり、圧電体を製造しやすい。
本開示における圧電体において、透明性は特に要求されないが、透明性を有していてももちろん構わない。
圧電体の透明性は、内部ヘイズを測定することにより評価することができる。ここで、圧電体の内部ヘイズとは、圧電体の外表面の形状によるヘイズを除外したヘイズを指す。
圧電体は、透明性が要求される場合には、可視光線に対する内部ヘイズが5%以下であることが好ましく、透明性及び縦裂強度をより向上させる点からは、2.0%以下がより好ましく、1.0%以下が更に好ましい。圧電体の前記内部ヘイズの下限値は特に限定はないが、下限値としては、例えば0.01%が挙げられる。
圧電体の内部ヘイズは、厚さ0.03mm〜0.05mmの圧電体に対して、JIS−K7105に準拠して、ヘイズ測定機〔有限会社東京電色社製、TC−HIII DPK〕を用いて25℃で測定したときの値である。
以下、圧電体の内部ヘイズの測定方法の例を示す。
まず、ガラス板2枚の間に、シリコーンオイル(信越化学工業社製の信越シリコーン(商標)、型番:KF96−100CS)のみを挟んだサンプル1を準備し、このサンプル1の厚さ方向のヘイズ(以下、ヘイズ(H2)とする)を測定する。
次に、上記のガラス板2枚の間に、シリコーンオイルで表面を均一に塗らした複数の圧電体を隙間なく並べて挟んだサンプル2を準備し、このサンプル2の厚さ方向のヘイズ(以下、ヘイズ(H3)とする)を測定する。
次に、下記式のようにこれらの差をとることにより、圧電体の内部ヘイズ(H1)を得る。
内部ヘイズ(H1)=ヘイズ(H3)−ヘイズ(H2)
ここで、ヘイズ(H2)及びヘイズ(H3)の測定は、それぞれ、下記測定条件下で下記装置を用いて行う。
測定装置:東京電色社製、HAZE METER TC−HIIIDPK
試料サイズ:幅30mm×長さ30mm
測定条件:JIS−K7105に準拠
測定温度:室温(25℃)
必要に応じ、圧電基材は機能層を備えていてもよい。機能層の種類は特に制限されず、用途に応じて選択できる。例えば、接着層、ハードコート層、帯電防止層、アンチブロック層、保護層、及び電極層からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。圧電基材が機能層を備えることで、例えば、圧電デバイス、力センサー、アクチュエータ、生体情報取得デバイスへの適用がより容易になる。機能層は、1層のみでも2層以上であってもよく、2層以上の機能層を備える場合は種類が異なる機能層を備えてもよい。
圧電基材は、内部導体と圧電体との間に接着層を備えることが好ましい。圧電体が接着層を備えることで、内部導体と圧電体との相対位置がずれにくくなる。このため、圧電体に張力がかかりやすくなり、圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子にずり応力が印加されやすくなる。従って、効果的に張力に比例した電圧出力を内部導体(好ましくは信号線導体)から検出することが可能となる。また、接着層を備えることで、単位引張力当たりの発生電荷量の絶対値がより増加する傾向にある。
なお、本開示において「接着」は「粘着」を包含する概念である。また、「接着層」は「粘着層」を包含する概念である。
本開示の圧電基材は、圧電体の外周に配置された外部導体を備える。
本開示における外部導体は、グラウンド導体であることが好ましい。
グラウンド導体とは、信号を検出する際、例えば、内部導体(好ましくは信号線導体)の対となる導体を指す。
例えば、矩形断面を有するグラウンド導体としては、円形断面の銅線を圧延して平板状に加工した銅箔リボンや、アルミ箔リボンなどを用いることが可能である。
例えば、円形断面を有するグラウンド導体としては、銅線、アルミ線、SUS線、絶縁皮膜被覆された金属線、カーボンファイバー、カーボンファイバーと一体化した樹脂繊維、繊維に銅箔がスパイラルに巻回された錦糸線を用いることが可能である。
また、グラウンド導体として、有機導電材料を絶縁材料でコーティングしたものを用いてもよい。
また、グラウンド導体として導電性繊維を用いることもできる。導電性繊維は、既述の内部導体として適用できる導電性繊維と同義であり、その好ましい範囲も同様である。
このような内部導体の包み方としては、銅箔などを螺旋状に巻回して包む方法や、銅線などを筒状の組紐にして、その中に包みこむ方法などを選択することが可能である。
なお、内部導体の包み方は、これら方法に限定されない。内部導体を包み込むことにより、静電シールドすることが可能となり、外部の静電気の影響による、内部導体の電圧変化を防ぐことが可能となる。
また、グラウンド導体の配置は、本開示における内部導体及び圧電体を円筒状に包接するように配置することも好ましい形態の一つである。
本開示の圧電基材は、前述の圧電体である第1の圧電体とともに長尺状の第2の圧電体を備えることがある。
第2の圧電体は、第1の圧電体と同様の特性を有していることが好ましい。
即ち、第2の圧電体は、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含み、第2の圧電体の長さ方向に、第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向が沿っており、X線回折測定から前記式(a)によって求められる第2の圧電体の配向度Fは0.5以上1.0未満の範囲であることが好ましい。
第2の圧電体は、上記以外の特性においても、第1の圧電体と同様の特性を有していることが好ましい。
但し、第1の圧電体及び第2の圧電体の巻回方向、並びに、第1の圧電体及び第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティについては、本開示の効果がより奏される点から、圧電基材の態様に応じて適宜選択すればよい。
なお、第1の圧電体及び第2の圧電体の巻回方向、並びに、第1の圧電体及び第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティの好ましい組み合わせの一例については、後述の第2実施形態にて説明する通りである。
また、第2の圧電体は、第1の圧電体と異なる特性を有していてもよい。
これにより、例えば、圧電基材の長さ方向に張力が印加されたときに、第1の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)、及び第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の両方に分極が生じる。分極方向はいずれも圧電基材の径方向である。
これにより、より効果的に張力に比例した電圧信号が検出される。この結果、圧電感度がより向上しやすい。
また、第1の圧電体と第2の圧電体とで組紐構造を形成することより、組紐構造を形成しない場合に比べ、圧電基材が屈曲変形させるような力が働いた際にも、しなやかに屈曲変形し易くなる。そのため、上記組紐構造を有する圧電基材は3次元平面に沿わすような、例えばウェアラブル製品(例えば、圧電織物、圧電編物、圧電デバイス、力センサー、生体情報取得デバイス等)の一構成部材として好適に使用できる。
本開示の圧電基材は、絶縁体を備えることがある。例えば後述する第2実施形態の圧電基材は、絶縁体を備えることがある。
絶縁体は、内部導体の外周面に沿って螺旋状に巻回されることが好ましい。この場合、圧電体(第1の圧電体)と絶縁体とは交互に交差された組紐構造をなすことが好ましい。
なお、絶縁体の巻回方向は、圧電体の巻回方向と同じ方向であってもよく、異なる方向であってもよい。
第2実施形態に係る圧電基材では、圧電体と絶縁体とで組紐構造を形成することにより、圧電基材が屈曲変形する時に、内部導体と外部導体の電気的短絡の発生を抑制しやすくなるという利点がある。
絶縁体の形状は、内部導体に対する巻回の点から、長尺形状であることが好ましい。
図3に、第1実施形態に係る圧電基材を構成する同軸線構造体の側面図を示し、図4に、第1実施形態に係る圧電基材の側面図を示し、図5に、図4のX−X’線断面図を示す。
図3に示すように、圧電基材100(図4参照)を構成する同軸線構造体10は、長尺状の内部導体12Aと、長尺状の第1の圧電体14Aとを備えている。
図3に示すように、第1の圧電体14Aは、内部導体12Aの外周面に沿って、螺旋角度β1で一端から他端にかけて、内部導体12Aが見えないように一方向に螺旋状に隙間なく巻回されている。
「螺旋角度β1」とは、内部導体12Aの軸方向G1と、内部導体12Aの軸方向に対する第1の圧電体14Aの配置方向とがなす角度を意味する。
また、同軸線構造体10では、第1の圧電体14Aは、内部導体12Aに対して左巻きで巻回している。具体的には、同軸線構造体10を内部導体12Aの軸方向の一端側(図3の場合、右端側)から見たときに、第1の圧電体14Aは、内部導体12Aの手前側から奥側に向かって左巻きで巻回している。
また、図3中、第1の圧電体14Aに含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向は、両矢印E1で示されている。即ち、ヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向に、第1の圧電体14Aの配置方向(第1の圧電体14Aの長さ方向)が沿っている。
図4に示すように、第1実施形態に係る圧電基材100は、図3に示す同軸線構造体10の外周に、外部導体16が一方向に螺旋状に巻回されて配置されている。即ち、圧電基材100は、内側から順に、長尺状の内部導体12Aと、長尺状の第1の圧電体14Aと、外部導体16と、を備えている。
例えば、圧電基材100の長さ方向に張力が印加されると、第1の圧電体14Aに含まれるヘリカルキラル高分子(A)にずり力が加わり、ヘリカルキラル高分子(A)は分極する。このヘリカルキラル高分子(A)の分極は、図5中、矢印で示されるように、圧電基材100の径方向(同軸線構造体10の径方向)に生じ、その分極方向は位相が揃えられて生じると考えられる。これにより、効果的に張力に比例した電圧信号が検出される。
また、圧電基材100においては、同軸線構造体10の外周面に、外部導体16を一方向に螺旋状に巻回して配置したが、外部導体16の配置方法はこれに限定されない。即ち、外部導体16は第1の圧電体14Aの外周の少なくとも一部に配置されていればよい。また、外部導体16の巻回方向も特に限定されない。
図6に、第2実施形態に係る圧電基材を構成する同軸線構造体の側面図を示し、図7に、第2実施形態に係る圧電基材の側面図を示す。
図6に示すように、圧電基材100A(図7参照)を構成する同軸線構造体10Aは、長尺状の第2の圧電体14Bを備えている点、並びに、第1の圧電体14A及び第2の圧電体14Bが組紐構造をなしている点が第1実施形態に係る圧電基材100と異なる。
具体的には、図6に示すように、同軸線構造体10Aは、第1の圧電体14Aが、内部導体12Aの軸方向G2に対し、螺旋角度β1で一端から他端にかけて左巻きで螺旋状に巻回され、第2の圧電体14Bが螺旋角度β2で一端から他端にかけて右巻きで螺旋状に巻回され、かつ第1の圧電体14A及び第2の圧電体14Bが交互に交差されて組紐構造をなしている。即ち、第1の圧電体14A及び第2の圧電体14Bは、内部導体12Aの外周面に対し、内部導体12Aが見えないように組紐構造を形成している。
「右巻きで螺旋状に巻回」とは、同軸線構造体10Aを内部導体12Aの軸方向の一端側(図6の場合、右端側)から見たときに、第2の圧電体14Bが、内部導体12Aの手前側から奥側に向かって右巻きで巻回していることを意味する。
「螺旋角度β2」とは、前述の螺旋角度β1と同義である。
また、同軸線構造体10Aの組紐構造において、第1の圧電体14Aに含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向(両矢印E1)に、第1の圧電体14Aの配置方向が沿っている。同様に、第2の圧電体14Bに含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向(両矢印E2)に、第2の圧電体14Bの配置方向が沿っている。
例えば、圧電基材100Aの長さ方向に張力が印加されると、第1の圧電体14Aに含まれるヘリカルキラル高分子(A)及び第2の圧電体14Bに含まれるヘリカルキラル高分子(A)両方にずり応力が印加され、分極が生じる。分極方向はいずれも圧電基材100Aの径方向(同軸線構造体10Aの径方向)に生じ、かつ位相が揃えられて生じると考えられる。これにより、効果的に張力に比例した電圧信号が検出される。
特に、第2実施形態に係る圧電基材100Aでは、内部導体12Aの外周面に沿って、第1の圧電体14Aと第2の圧電体14Bとで組紐構造を形成することにより、組紐構造を形成しない場合に比べ、圧電基材が屈曲変形させるような力が働いた際にも、しなやかに屈曲変形しやすくなる。これにより、例えば圧電基材に引張力を印加したときの発生電荷量が増加しやすくなる。
従って、圧電基材100Aによれば、圧電感度に優れたものとなる。
第3実施形態に係る圧電基材(不図示)は、第2実施形態に係る圧電基材100Aの第2の圧電体14Bを絶縁体に置き換えた圧電基材である。
即ち、第3実施形態に係る圧電基材では、第1の圧電体14Aが、内部導体12Aの軸方向G2に対し、螺旋角度β1で一端から他端にかけて左巻きで螺旋状に巻回され、絶縁体が螺旋角度β2で一端から他端にかけて右巻きで螺旋状に巻回され、かつ第1の圧電体14A及び絶縁体が交互に交差されて組紐構造をなしている。
また、第3実施形態に係る圧電基材においても、第2実施形態に係る圧電基材と同様に、第1の圧電体と絶縁体とで組紐構造を形成することにより、組紐構造を形成しない場合に比べ、圧電基材が屈曲変形させるような力が働いた際にも、しなやかに屈曲変形しやすくなる。これにより、例えば圧電基材に引張力を印加したときの発生電荷量が増加しやすくなる。
従って、第3実施形態に係る圧電基材においても、圧電感度に優れたものとなる。
本開示の圧電基材としては、張力が印加されたときに生じる電荷(電界)を電圧信号として取り出す構成に限定されず、例えば、ねじり力が印加されたときに生じる電荷(電界)を電圧信号として取り出す構成であってもよい。
本開示の圧電基材の製造方法には特に限定はないが、例えば、第1の圧電体を準備して、別途準備した内部導体(好ましくは信号線導体)に対して、第1の圧電体を被覆し(好ましくは一方向に螺旋状に巻回し)、第1の圧電体の外周に外部導体(好ましくはグラウンド導体)を配置することにより製造することができる。
第1の圧電体は、公知の方法で製造したものであっても、入手したものであってもよい。
また、本開示の圧電基材が、必要に応じて第2の圧電体、絶縁体を備える場合、かかる圧電基材は、第1の圧電体を螺旋状に巻回する方法に準じて、製造することができる。
但し、第1の圧電体及び第2の圧電体の巻回方向、並びに、第1の圧電体及び第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティについては、前述の通り、圧電基材の態様に応じて適宜選択することが好ましい。
なお、内部導体及び外部導体の少なくとも一方と第1の圧電体との間、必要に応じて、本開示の圧電基材に備えられる各部材間を、例えば前述の方法により接着剤を介して貼り合わせてもよい。
本開示の同軸コネクタユニットは、圧力を加えていることにより圧電基材の内部導体と電気的に接続している接続端子を備える同軸コネクタを有する。また、本開示の同軸コネクタは、圧電基材の内部導体と接続端子とを電気的に接続している状態で保持する絶縁部と、接続端子を絶縁部を介して支持する導電性のシェルと、を更に有することが好ましい。
本開示の同軸コネクタは、圧力を加えていることにより圧電基材の内部導体と電気的に接続している接続端子を備える。接続端子は、圧力を加えていることにより内部導体と電気的に接続している態様であれば特に限定されず、例えば、導電性の板ばねが折り曲げられ、互いに対向する一対のコンタクト部を有する接続端子であってもよく、同軸コネクタの内部に挿通された内部導体が前述の一対のコンタクト部の間に配置されることにより、内部導体が一対のコンタクト部に把持される構成であってもよい。
一対のコンタクト部は、後述する絶縁部本体に支持された一方のコンタクト部と、一方のコンタクト部と絶縁折り曲げ部との間に位置する他方のコンタクト部から構成されていてもよい。
本開示の同軸コネクタは、圧電基材の内部導体と接続端子とを電気的に接続している状態で保持する絶縁部を備えることが好ましい。具体的には、絶縁部としては、その内側に位置する接続端子を構成する一対のコンタクト部を内部導体に押し付けることにより、内部導体と接続端子とが電気的に接続している状態で保持する構成を有していてもよい。これにより、同軸コネクタユニットを大きく動かした場合等であっても、内部導体が接続端子から離脱して電気的な接続が解除されることが抑制され、内部導体と接続端子との電気的接続を長時間維持することができる。
本開示の同軸コネクタは、接続端子を絶縁部を介して支持する導電性のシェルを備えることが好ましい。例えば、シェルは、折り曲げ可能であり、折り曲げることにより、一対のコンタクト部に内部導体が把持されて内部導体と接続端子とが電気的に接続されている構成であってもよい。より具体的には、シェルは、絶縁体本体を支持するシェル本体と、絶縁折り曲げ部の外側に並設され、シェル本体の方向に折り曲げられるシェル折り曲げ部とを有していてもよい。シェル折り曲げ部をシェル本体の方向に折り曲げることにより、絶縁折り曲げ部を介して他方のコンタクト部が一方のコンタクト部の方向に押し付けられ、これにより、一対のコンタクト部に圧電基材の内部導体が把持されて内部導体と接続端子とが電気的に接続されている構成であってもよい。
シェル折り曲げ部は、圧電基材の外部導体及び外部導体の外周面を被覆する保護層を把持する構成であってもよい。これにより、圧電基材と同軸コネクタとがより強固に接続されているため、一対のコンタクト部に圧電基材の内部導体が把持されて内部導体と接続端子とが電気的に接続されている状態を好適に維持することができる。
本開示の同軸コネクタユニットは、例えば、センサー用途(着座センサー等の力センサー、圧力センサー、変位センサー、変形センサー、振動センサー、超音波センサー、生体センサー、ラケット、ゴルフクラブ、バット等の各種球技用スポーツ用具の打撃時の加速度センサーやインパクトセンサー等、ぬいぐるみのタッチ・衝撃センサー、ベッドの見守りセンサー、ガラスや窓枠等のセキュリティセンサー等)、アクチュエータ用途(シート搬送用デバイス等)、エネルギーハーベスティング用途(発電ウェア、発電靴等)、ヘルスケア関連用途(Tシャツ、スポーツウェア、スパッツ、靴下等の各種衣類、サポーター、ギプス、おむつ、乳幼児用手押し車のシート、車いす用シート、医療用保育器のマット、靴、靴の中敷、時計等に本センサーを設けた、ウェアラブルセンサー等)などとして利用することができる。
また本開示の同軸コネクタユニットは各種衣料(シャツ、スーツ、ブレザー、ブラウス、コート、ジャケット、ブルゾン、ジャンパー、ベスト、ワンピース、ズボン、パンツ、下着(スリップ、ペチコート、キャミソール、ブラジャー)、靴下、手袋、和服、帯地、金襴、冷感衣料、ネクタイ、ハンカチーフ、マフラー、スカーフ、ストール、アイマスク)、サポーター(首用サポーター、肩用サポーター、胸用サポーター、腹用サポーター、腰用サポーター、腕用サポーター、足用サポーター、肘用サポーター、膝用サポーター、手首用サポーター、足首用サポーター)、履物(スニーカー、ブーツ、サンダル、パンプス、ミュール、スリッパ、バレエシューズ、カンフーシューズ)、インソール、タオル、リュックサック、帽子(ハット、キャップ、キャスケット、ハンチング帽、テンガロンハット、チューリップハット、サンバイザー、ベレー帽)、帽子顎紐、ヘルメット、ヘルメット顎紐、頭巾、ベルト、シートカバー、シーツ、座布団、クッション、布団、布団カバー、毛布、枕、枕カバー、ソファー、イス、デスク、テーブル、シート、座席、便座、マッサージチェア、ベッド、ベッドパット、カーペット、かご、マスク、包帯、ロープ、ぬいぐるみ、各種ネット、バスタブ、壁材、床材、窓材、窓枠、ドア、ドアノブ、パソコン、マウス、キーボード、プリンタ、筐体、ロボット、楽器、義手、義足、自転車、スケートボード、ローラースケート、ゴムボール、シャトルコック、ハンドル、ペダル、釣竿、釣用浮き、釣用リール、釣竿受け、ルアー、スイッチ、金庫、柵、ATM、取っ手、ダイアル、橋、建物、構造物、トンネル、化学反応容器及びその配管、空圧機器及びその配管、油圧機器及びその配管、蒸気圧機器及びその配管、モータ、電磁ソレノイド、ガソリンエンジン等の各種物品に配設され、センサー、アクチュエータ、エネルギーハーベスト用途に使用される。
配設方法としては、例えば、同軸コネクタユニットを対象物に縫い込む、対象物で挟み込む、対象物に粘接着剤で固定する等の各種方法が挙げられる。
例えば、圧電織物、圧電編物、及び圧電デバイスは、これらの用途に適用することができる。
上記用途の中でも、本開示の同軸コネクタユニットは、センサー用途、又はアクチュエータ用途として利用することが好ましい。
具体的に、本開示の同軸コネクタユニットは、力センサーに搭載して利用されるか、又は、アクチュエータに搭載して利用されることが好ましい。
また、前述の同軸コネクタユニット、圧電織物、圧電編物、及び圧電デバイスは、応力によって発生する電圧を電界効果トランジスタ(FET)のゲート・ソース間に加えることでFETのスイッチングが可能であり、応力によってON−OFFが可能なスイッチとして利用することもできる。
本開示の同軸コネクタユニットは、上述した用途以外のその他の用途に用いることもできる。
その他の用途としては、寝返り検知のための寝具、移動検知のためのカーペット、移動検知のためのインソール、呼吸検知のための胸部バンド、呼吸検知のためのマスク、りきみ検知のための腕バンド、りきみ検知のための足バンド、着座検知のための着座シート、接触状態を判別できる、ぬいぐるみ、ぬいぐるみ型ソーシャルロボット等が挙げられる。接触状態を判別できる、ぬいぐるみ、ぬいぐるみ型ソーシャルロボット等では、例えば、ぬいぐるみ等に局所的に配置された接触センサーによって圧力変化を検出し、人がぬいぐるみ等を「撫でた」のか「たたいた」のか「ひっぱった」のか等の各動作を判別することができる。
また、本開示の同軸コネクタユニットは、例えば、車載用途;振動・音響センシングを利用した自動車ハンドル把持検出用途、振動・音響センシングを利用した共振スペクトラムによる車載機器操作システム用途、車載ディスプレイのタッチセンサー用途、振動体用途、自動車ドア及び自動車ウィンドウの挟まれ検知センサー用途、車体振動センサー用途等に特に適している。
本開示に係る力センサーは、上述の同軸コネクタユニットを備える。
本開示に係る力センサーは、同軸コネクタユニットを備えるため、内部導体と外部導体との短絡が抑制されており、また、センサー感度の向上が期待される。
本開示に係るアクチュエータは、上述の同軸コネクタユニットを備える。
本開示に係るアクチュエータは、同軸コネクタユニットを備えるため、内部導体と外部導体との短絡が抑制されており、また、センサー感度の向上が期待される。
4 絶縁部
6 シェル
10、10A 同軸線構造体
12、12A 内部導体
14、14A 圧電体(第1の圧電体)
13、16 外部導体
18 保護層
14B 第2の圧電体
100、100A、100B、100C 圧電基材
200 同軸コネクタ
300 同軸コネクタユニット
Claims (9)
- 長尺状の内部導体と、前記内部導体の外周面を被覆する圧電体と、前記圧電体の外周に配置された外部導体と、を備えた圧電基材と、
圧力を加えていることにより前記内部導体と電気的に接続している接続端子を備えた同軸コネクタと、
を有する同軸コネクタユニット。 - 前記内部導体と前記接続端子とを電気的に接続している状態で保持する絶縁部と、
前記接続端子を前記絶縁部を介して支持する導電性のシェルと、
を更に有する請求項1に記載の同軸コネクタユニット。 - 前記接続端子は、前記絶縁部の内側に位置し、その間に配置された内部導体を把持可能である一対のコンタクト部を有し、
前記絶縁部及び前記シェルは、折り曲げ可能であり、前記絶縁部及び前記シェルを折り曲げることにより、前記一対のコンタクト部に前記内部導体が把持されて前記内部導体と前記接続端子とが電気的に接続されている請求項2に記載の同軸コネクタユニット。 - 前記絶縁部は、一方の前記コンタクト部を支持する絶縁体本体と、前記絶縁体本体の方向に折り曲げられる絶縁折り曲げ部とを有し、
前記シェルは、前記絶縁体本体を支持するシェル本体と、前記絶縁折り曲げ部の外側に並設され、前記シェル本体の方向に折り曲げられるシェル折り曲げ部とを有し、
他方の前記コンタクト部は、一方の前記コンタクト部と前記絶縁折り曲げ部との間に配置されており、
前記絶縁折り曲げ部及び前記シェル折り曲げ部を折り曲げることにより、前記一対のコンタクト部に前記内部導体が把持されて前記内部導体と前記接続端子とが電気的に接続されている請求項3に記載の同軸コネクタユニット。 - 前記圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含み、
前記圧電体の長さ方向に、前記圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向、が沿っており、
下記式(b)によって求められる前記圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の同軸コネクタユニット。
配向度F=(180°−α)/180°・・(b)
(式(b)中、αはX線回折により測定される配向由来のピークの半値幅を表す。) - 前記内部導体が錦糸線である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の同軸コネクタユニット。
- 前記圧電体が長尺平板形状を有し、
前記圧電体の平均厚さが0.001mm〜0.2mmであり、
前記圧電体の幅が0.1mm〜30mmであり、
前記圧電体の平均厚さに対する前記圧電体の幅の比が2以上である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の同軸コネクタユニット。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の同軸コネクタユニットを備える力センサー。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の同軸コネクタユニットを備えるアクチュエータ。
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JP2017190554A JP2019067871A (ja) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 同軸コネクタユニット、力センサー、及びアクチュエータ |
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Cited By (2)
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CN113517576A (zh) * | 2020-03-16 | 2021-10-19 | 矢崎总业株式会社 | 连接器 |
WO2023243325A1 (ja) * | 2022-06-13 | 2023-12-21 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 端子装置 |
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2017
- 2017-09-29 JP JP2017190554A patent/JP2019067871A/ja active Pending
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