WO2018131612A1 - 圧電構造体及びそれを用いたデバイス - Google Patents

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WO2018131612A1
WO2018131612A1 PCT/JP2018/000362 JP2018000362W WO2018131612A1 WO 2018131612 A1 WO2018131612 A1 WO 2018131612A1 JP 2018000362 W JP2018000362 W JP 2018000362W WO 2018131612 A1 WO2018131612 A1 WO 2018131612A1
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piezoelectric
fiber
knot
coated
piezoelectric structure
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PCT/JP2018/000362
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佳郎 田實
小野　雄平
俊介 兼松
山本　智義
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帝人株式会社
学校法人関西大学
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric structure using piezoelectric fibers and a device using the same.
  • touch panel method that is, touch-type input devices
  • touch-type input devices In recent years, the number of input devices adopting a so-called touch panel method, that is, touch-type input devices has increased significantly.
  • touch panel system In addition to bank ATMs and ticket vending machines at stations, cellular phones, portable game machines, portable music players, etc., coupled with the development of thin display technology, the number of devices that use the touch panel system as an input interface has increased significantly.
  • a method in which a touch input device is installed on a display device using liquid crystal, organic electroluminescence, or the like and can be directly input on a screen is often used.
  • Patent Document 1 discloses this.
  • an input device that realizes a touch sensor as in Patent Document 1 there are a capacitance method, a resistance film method, an optical method, an electromagnetic induction method, a method using a piezoelectric sheet, and the like.
  • Patent Document 2 An example of a method using a piezoelectric sheet is disclosed in Patent Document 2. Unlike capacitive and resistive touch sensors, the piezoelectric sheet method can detect both pressure and position information applied to the sensor at the same time, contributing to the diversity of input information. it can. Further, Patent Document 2 discloses an example using polylactic acid, which is a piezoelectric polymer, as a specific example of a member of a piezoelectric sheet.
  • a piezoelectric sheet made of polylactic acid can be made flexible, and is an excellent element capable of detecting positional information and stress at the same time with a single element. Therefore, it is necessary to bend the piezoelectric sheet to some extent by the stress at the time of input.
  • a piezoelectric sheet made of polylactic acid generates an electrical output due to shear stress on the sheet, but sufficient electrical output cannot be obtained by tension or compression. Therefore, in order to obtain a large electric output, it is necessary to bend the sheet by a pressing force from a direction perpendicular to the piezoelectric sheet plane.
  • this piezoelectric sheet is bonded to the case on the back side of a smartphone or used integrally with the case, it is difficult to bend the sheet spatially by the pressing force applied in the vertical direction to the sheet. Therefore, it has been desired to generate a sufficient electrical output simply by rubbing the surface of the piezoelectric element.
  • the surface of the housing of a smartphone or the like is not necessarily flat, and for the purpose of ensuring design, the shape has many three-dimensional irregularities, and the piezoelectric element used there is desired to be flexible. It was.
  • Patent Document 3 discloses a piezoelectric polymer that is twisted and oriented.
  • the piezoelectric fiber described in Patent Document 3 can obtain an electrical output for tension or compression of the fiber by twisting the fiber in advance by a special manufacturing method.
  • Patent Document 3 does not show any technique for generating a sufficient electrical output against a shearing stress caused by rubbing the fiber surface and taking it out. Therefore, it is extremely difficult to extract a sufficient electrical output with only a relatively small applied stress such as incorporating such a piezoelectric fiber element into a housing of a smartphone and rubbing the surface with a finger or the like.
  • polylactic acid fibers that are oriented in a uniaxially stretched state are hardly polarized with respect to the stretching axis and the direction perpendicular to the stretching axis or compressive stress. It is known that almost no electrical output can be obtained with a small applied stress. On the other hand, it is known that when a force is applied from a direction that is neither parallel nor perpendicular to the stretching axis of the polylactic acid piezoelectric fiber, that is, by applying a shear stress, polarization occurs and the function as a piezoelectric body is exhibited.
  • Patent Document 4 discloses a fibrous piezoelectric element that can take out an electrical output by a relatively small applied stress such as rubbing the surface with a finger or the like.
  • carbon fiber is used as a conductive fiber that is a constituent element of the fibrous piezoelectric element.
  • this fibrous piezoelectric element is applied to applications that require repeated durability, carbon fiber has weak bending rigidity, so the fiber gradually breaks and quantitative piezoelectricity cannot be obtained. May fall.
  • a braided piezoelectric element as a contact probe to obtain information on the height and shape of an object to be measured, the carbon fiber is bent and the tip is sharp, and because of the inherent rigidity of the carbon fiber, There is a risk of damaging the surface of the measurement object.
  • the present applicants previously included a braid composed of conductive fibers and piezoelectric fibers, as described in Patent Document 5, and the braid is composed of the conductive fiber as a core.
  • the inventors have developed an invention relating to a piezoelectric element in which the piezoelectric fiber is a coated fiber that covers the periphery of the conductive fiber.
  • a fibrous piezoelectric element capable of taking out an electrical output with a relatively small applied stress can be obtained, further improvement has been demanded from the viewpoint of electrical output.
  • the present invention has been made in view of the above-described background, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric structure capable of extracting a large electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation, and a device using the piezoelectric structure.
  • the inventors of the present invention have found that a braided coated fiber in which the surface of the conductive fiber as a core is coated with the piezoelectric polymer as a combination of the conductive fiber and the piezoelectric polymer. It was discovered that forming a piezoelectric structure having a specific structure using can extract a larger electric signal as compared with a conventional piezoelectric element, and reached the present invention.
  • a piezoelectric structure comprising a conductive fiber and a piezoelectric fiber, wherein the conductive fiber is a core, and the piezoelectric fiber is a coated fiber covering the periphery of the conductive fiber.
  • the coated fiber has at least one bent portion, and the height from the horizontal plane to the top of the piezoelectric structure when the piezoelectric structure is placed on a horizontal plane is larger than the diameter of the coated fiber, Piezoelectric structure.
  • the piezoelectric structure according to claim 1 wherein the height from the horizontal plane to the top of the piezoelectric structure is at least twice the diameter of the coated fiber. 3. 3.
  • the covering fiber according to any one of the above 1 to 14, wherein the covering fiber has a core portion formed of conductive fibers and a sheath portion formed of braided piezoelectric fibers so as to cover the core portion.
  • the piezoelectric structure according to the description. 16.
  • the piezoelectric fiber is a piezoelectric polymer containing as a main component a crystalline polymer having an absolute value of the piezoelectric constant d14 of 0.1 pC / N or more and 1000 pC / N or less with three orientation axes.
  • the orientation angle of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis of the core covered with the piezoelectric polymer is 15 ° or more and 75 ° or less, and the piezoelectric polymer has a value of the piezoelectric constant d14.
  • the orientation axis is Z-twisted with respect to the portion where the central axis has a length of 1 cm.
  • the mass of the P body arranged with a spiral in the direction is ZP
  • the mass of the P body arranged with the spiral in the S twist direction is SP
  • the mass of the P body arranged in the Z twist direction is the spiral in the Z twist direction.
  • the mass of the N body arranged is ZN
  • the orientation axis is in the S twist direction.
  • the piezoelectric fiber is wound around the conductive fiber in the Z twist direction, and the insulating fiber is wound around the conductive fiber in the S twist direction, or the piezoelectric fiber is wound around the conductive fiber. 18.
  • the piezoelectric sensor according to 20 above Output means for outputting an electrical signal from the piezoelectric sensor in response to an applied pressure; Transmitting means for transmitting the electrical signal output from the output means to an external device;
  • a piezoelectric structure capable of taking out a large electrical signal even by a stress generated by a relatively small deformation, and a device using the piezoelectric structure.
  • a piezoelectric structure in which a knot such as a decoration knot is formed not only can a larger electric signal be taken out than in the case of a piezoelectric element made of a conventional coated fiber without a knot.
  • the aesthetics (designability) as a piezoelectric structure can also be improved. Therefore, such a piezoelectric structure can be widely applied in a technical field where high designability is required.
  • (A) is a figure which shows an example of the electrical signal output from the braided covering fiber which does not provide a knot
  • (b) is a figure which shows an example of the electrical signal output from the piezoelectric structure which provided the knot. is there.
  • (A) And (b) is a photograph which shows the piezoelectric structure which has no knot concerning this invention
  • (c) is a figure which shows the electric signal output from the said piezoelectric structure with respect to several different operation
  • (A) is a photograph showing a piezoelectric structure including a combination of auspicious knots and knotted knots, and (b) to (d) are for “swaying”, “fingering” and “pulling” operations, respectively.
  • (A) is a photograph showing a choker of a piezoelectric structure including a combination of auspicious knot and soup knot, and (b) to (d) are “neck pulse”, “drink” and “cough”, respectively. It is a figure which shows the electric signal output from the said choker with respect to operation
  • (A) to (c) show the electric power output from the coaster of the piezoelectric structure including the 15 corners of the kagome knot for the operations of “push with a finger”, “push with a beaker”, and “pour water into a beaker”, respectively. It is a figure which shows a signal. It is a photograph which shows the piezoelectric structure containing a myoga knot. (A)-(c) is a figure which shows the electrical signal output from the piezoelectric structure containing a ginger knot with respect to the operation
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the generation principle of an electric signal in a combination of conductive fibers and piezoelectric fibers.
  • a lead wire from the conductive fiber B is connected to the input terminal of the amplification means 12.
  • FIG. 1A in the state where no external force is applied to the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A, the positive and negative charges are uniformly distributed in the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A.
  • FIG. 1B When an external force starts to be applied to the piezoelectric fiber A, as shown in FIG. 1B, polarization occurs in the piezoelectric fiber A, and the positive and negative charges are arranged in one direction.
  • the amplifying means 12 amplifies this electric signal
  • the output means 13 outputs the electric signal amplified by the amplifying means 12.
  • the polarization state shown in FIG. 1B continues as long as the external force on the piezoelectric fiber A is maintained (fixed).
  • a minute electric signal generated by the expansion and return operations with respect to the piezoelectric fiber A is amplified by the amplifying means 12 and output by the output means 12, and amplified by an arithmetic process in an external device (not shown). Whether the electrical signal is positive or negative is determined, and the presence / absence of extension of the piezoelectric fiber A and the degree of extension are detected. For example, in an external device (not shown), the amplified electric signal amplified by the amplifying means 12 and output from the output means 13 is time-integrated, and when this integrated value becomes a predetermined upper limit value or more.
  • extension operation When it is determined as “extension operation” and becomes less than a predetermined lower limit value, arithmetic processing for determining “return operation” can be executed.
  • the description that an electrical signal is generated according to the stress applied to the piezoelectric fiber A is synonymous with the generation of an electrical signal according to the strain of the piezoelectric fiber A.
  • the piezoelectric structure of the present invention includes an assembly composed of conductive fibers and piezoelectric fibers, and the assembly includes the conductive fibers as a core, and the piezoelectric fibers cover the periphery of the conductive fibers.
  • the coated fiber has at least one bent portion, and the height from the horizontal plane to the top of the piezoelectric structure when the piezoelectric structure is placed on a horizontal plane is larger than the diameter of the coated fiber. It is characterized by being large.
  • 2A and 2B are schematic views showing an example of the configuration of the piezoelectric structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows a top view
  • FIG. 2B shows a side view.
  • the piezoelectric structure 10 is composed of a coated fiber 1 that will be described in detail later, and more specifically, a structure in which a knot is provided so that a bent portion is formed on the coated fiber 1.
  • a coated fiber 1 that will be described in detail later, and more specifically, a structure in which a knot is provided so that a bent portion is formed on the coated fiber 1.
  • the coated fiber 1 has fiber axes oriented in a plurality of directions different from the direction parallel to the horizontal plane at the knot portion.
  • the covering fiber 1 at the knot portion is deformed by a plurality of elongations, and the piezoelectric structures are caused by the plurality of stretching deformations.
  • a plurality of electrical signals are generated at 10.
  • the piezoelectric structure 10 has fiber axes oriented in a plurality of directions as described above, not only the stress from the direction perpendicular to the horizontal plane but also the stress from various other directions. Elongation deformation occurs, and it is possible to generate an electrical signal.
  • the electric signal generated by such a plurality of extension deformations is naturally larger than the electric signal generated by one extension deformation.
  • the knot portion is constrained in a complicated manner, the stress is locally concentrated with respect to the stress in a specific direction, and an electric signal generated as a result may be increased. Therefore, according to the piezoelectric structure of the present invention having such a structure, it is possible to reliably extract a larger electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation. Furthermore, since this piezoelectric structure 10 has fiber axes oriented in a plurality of directions, the manner and extent of elongation deformation may vary greatly depending on the direction and strength of the applied stress. In this case, since the intensity and behavior of the output signal also change, it is possible to distinguish the operation to which the stress is applied.
  • the piezoelectric structure of the present invention is not limited to such a configuration. That is, in the piezoelectric structure of the present invention, the coated fiber has at least one bent portion, preferably at least two or at least three bent portions, and the piezoelectric structure from the horizontal plane when the piezoelectric structure is placed on the horizontal plane. Any structure can be included where the height to the top of the is greater than the diameter of the coated fiber.
  • the piezoelectric structure of the present invention includes a structure in which a bent portion is simply provided on the coated fiber, and then the bent portion is hardened with an adhesive or the like so that the structure can be maintained.
  • the height from the horizontal plane to the uppermost part of the piezoelectric structure 10 is not particularly limited as long as it is larger than the diameter of the coated fiber 1, but is preferably twice or more the diameter of the coated fiber 1, More preferably, it is 3 times or more.
  • the piezoelectric structure 10 has such a larger height, the inclination of the fiber axis of the coated fiber 1 with respect to the surface on which the piezoelectric structure 10 is disposed can be further increased. Therefore, when the stress is applied to the piezoelectric structure 10 from a specific direction, for example, the stress is applied from the direction perpendicular to the horizontal plane, a greater elongation deformation can be caused in the coated fiber 1. It becomes possible to extract a larger electrical signal from the structure 10.
  • the “diameter of the coated fiber” refers to the diameter of the thinnest portion of the coated fiber constituting the piezoelectric structure.
  • the coated fiber 1 has one or more knots at arbitrary locations.
  • the coated fiber 1 has at least one bent portion without using an adhesive or the like, and the height from the horizontal plane to the top of the piezoelectric structure 10 is larger than the diameter of the coated fiber 1.
  • the large piezoelectric structure 10 can be formed more easily.
  • the coated fiber 1 has two, three, four or more knots at any location. By increasing the number of knots, it is possible to form the piezoelectric structure 10 including many coated fibers 1 having fiber axes oriented in various directions. As a result, it is possible to take out an extremely large electric signal as a whole by causing a plurality of extension deformations simultaneously with one stress application.
  • any knot known to those skilled in the art can be adopted, and is not particularly limited.
  • a knot selected from the group consisting of a decorative knot, a rope knot, and a combination thereof can be adopted. .
  • ornamental knots include the ornamental knots described in Misaki Kawashima's “First Illustrated Ornamental Knotting, 1 Revised Edition” published by Wednesday Inc., specifically Awaji Knot (upper right), Awaji Knot (upper left), ⁇ Knotting (moving one string / counterclockwise), Knotting (moving one string / clockwise), Four-handed Awaji knot, Majestic knot, Ken knot, Honganji temple knot (Kame knot), Full angle knot (Age maki knot / Human-type), Kaku-knot (raised knot / in type), chrysanthemum knot, chrysanthemum knot (wedge knot), back chrysanthemum knot, twelve-piece chrysanthemum knot, double chrysanthemum knot, plum knot, bow knot 1, bow knot 2, shakaku knot (Shaka-head), ball knot, four-knotted knot, Aioi knot, hair ornament knot, 10 kagome knot, 15 kago
  • an ornamental knot selected from the group consisting of a person knot, Kichisho knot, soup knot, kagome knot 15 corners, myoga knot, chrysanthemum knot, and combinations thereof can be employed.
  • rope knots examples include the rope knots published in Akinori Sugiura's “Illustration: New Knotting Rope” Kaibundo, specifically single knots, figure eight knots, knots, twist knots, winding knots, Double knot, hayaki knot, stool knot, trape knot, intermediate knot, tight knot, true knot, single knot, tie knot, knot knot, knot knot, fake knot, stick knot, stick knot, handle knot (crown) ⁇ Knots, Wall knots, Wall and crown knots, Matthew walker knots, diamond knots, 6-strand handle knots, and knots (3-sided turks head, 4-sided 3 Any type of turks head, 5-sided 3 turks head, multi-sided 3 turks head, 4 turks head, etc. can be used. Further, specific knots for decoration knots and rope knots can be easily formed based on the description in the above-mentioned literature.
  • a bundle of a plurality of coated fibers may be used.
  • the periphery of the coated fiber is further separated by another fiber or a fiber so that the diameter of the coated fiber becomes an appropriate size.
  • a plurality of coated fibers obtained by covering with a layer and thus obtained may be used.
  • the periphery of the coated fiber is further coated with fibers or layers having various other shapes (for example, braided shape, covering thread shape, etc.) or colors.
  • a piezoelectric structure having higher design properties can be obtained by using a plurality of (single or single) bundles.
  • all the string-like objects forming the ornamental knot may be piezoelectric-coated fibers, or the piezoelectric-coated fibers may be used for a part of the string-like objects.
  • the piezoelectric structure of the present invention includes a coated fiber in which the surface of a conductive fiber is coated with a piezoelectric polymer fiber, that is, a piezoelectric fiber.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a preferable configuration of the coated fiber according to the embodiment of the present invention.
  • the coated fiber 1 ′ includes a core portion 3 formed of the conductive fiber B and a sheath portion 2 formed of the braided piezoelectric fiber A so as to cover the core portion 3. I have.
  • braided coated fiber 1 ′ is shown as an example of a preferable configuration of coated fiber 1, but coated fiber 1 according to the present invention is such braided coated fiber 1 ′.
  • a large number of piezoelectric fibers A densely surround the outer peripheral surface of at least one conductive fiber B.
  • stress due to deformation is generated in each of a large number of piezoelectric fibers A, thereby generating an electric field in each of the large number of piezoelectric fibers A (piezoelectric effect).
  • the conductive fibers A voltage change in which the electric field of a large number of piezoelectric fibers A surrounding B is superimposed is generated in the conductive fiber B. That is, the electrical signal from the conductive fiber B increases as compared with the case where the braided sheath 2 of the piezoelectric fiber A is not used.
  • the braided coated fiber 1 ′ can extract a large electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation.
  • a plurality of conductive fibers B may be used.
  • the braided coated fiber 1 ' is preferably one that selectively outputs a large electrical signal with respect to the extensional deformation in the direction of its central axis (CL in FIG. 3).
  • the braided coated fiber 1 ′ that outputs a large electrical signal selectively with respect to extension deformation in the central axis direction is, for example, a uniaxially oriented polymer molded body as the piezoelectric fiber A, and the orientation axis is A piezoelectric polymer containing as a main component a crystalline polymer having an absolute value of the piezoelectric constant d14 of 3 pC / N or more and 1000 pC / N or less when triaxial can be used.
  • “including as a main component” means occupying 50% by mass or more of the constituent components.
  • the crystalline polymer is a polymer composed of 1% by mass or more of a crystal part and an amorphous part other than the crystal part, and the mass of the crystalline polymer means the crystal part and the amorphous part. And the total mass.
  • the d14 value varies depending on the molding conditions, purity, and measurement atmosphere. In the present invention, the crystallinity and crystal orientation of the crystalline polymer in the actually used piezoelectric polymer are measured.
  • a uniaxially stretched film having the same crystallinity and crystal orientation is prepared using the crystalline polymer, and the absolute value of d14 of the film is 0.1 pC / A value of N or more and 1000 pC / N or less may be shown, and the crystalline polymer contained in the piezoelectric polymer of the present embodiment is not limited to a specific crystalline polymer as described later.
  • Various known methods can be used to measure d14 of a film sample. For example, a sample having electrodes formed by vapor-depositing metal on both sides of a film sample is a rectangle having four sides in a direction inclined 45 degrees from the stretching direction. The value of d14 can be measured by measuring the charge generated in the electrodes on both sides when a tensile load is applied in the longitudinal direction.
  • an angle formed by the direction of the central axis and the orientation direction of the piezoelectric polymer Is preferably 15 ° or more and 75 ° or less.
  • the stretched deformation (tensile stress and compressive stress) in the central axis direction is applied to the braided coated fiber 1 ′, thereby corresponding to the piezoelectric constant d14 of the crystalline polymer included in the piezoelectric polymer.
  • the orientation angle ⁇ is preferably 25 ° or more and 65 ° or less, more preferably 35 ° or more and 55 ° or less, and further preferably 40 ° or more and 50 ° or less.
  • the piezoelectric polymer in this way, it can be used for shear deformation that rubs the surface of the braided coated fiber 1 ', bending deformation that bends the central axis, and torsional deformation about the central axis.
  • a braided coated fiber 1 ′ that does not generate a large charge on the central axis side and the outside of the coated fiber 1, that is, selectively generates a large charge with respect to elongation in the central axis direction. Can do.
  • the orientation angle ⁇ is measured by the following method as much as possible.
  • a side photo of the braided coated fiber 1 ′ is taken and the helical pitch HP of the piezoelectric polymer A ′ is measured.
  • the helical pitch HP is a linear distance in the direction of the central axis required for one piezoelectric polymer A ′ to travel from the front surface to the back surface again.
  • a cross section perpendicular to the central axis of the braided coated fiber 1 ′ is cut out and a photograph is taken, and the outer radius Ro and the inner radius Ri of the portion occupied by the sheath portion 2 are set. taking measurement.
  • the average values of the major axis and the minor axis are Ro and Ri.
  • the braided coated fiber 1 ′ fixed with an adhesive or the like is used as the central axis.
  • two or more spirals having different spiral directions (S twist direction or Z twist direction) and spiral pitches with respect to the spiral drawn along the orientation direction of the piezoelectric polymer. May be present at the same time, but the above measurement is carried out for each of the piezoelectric polymers of the respective helical direction and helical pitch, and any one of the piezoelectric polymers of the helical direction and helical pitch satisfies the above-mentioned conditions. is necessary.
  • the polarity of the electric charges generated on the central axis side and the outside with respect to the extension deformation in the central axis direction is the same as that in the case where the orientation direction of the piezoelectric polymer is arranged along the S-twisted helix.
  • the directions are arranged along the Z-twisted helix, the polarities are opposite to each other.
  • the orientation direction of the piezoelectric polymer is arranged along the S-twisted helix and at the same time along the Z-twisted helix, the generated charges for the extension deformation cancel each other in the S-twisted direction and the Z-twisted direction. Since it cannot be used efficiently, it is not preferable.
  • the piezoelectric polymer includes a P body containing a crystalline polymer having a positive piezoelectric constant d14 as a main component and an N body containing a negative crystalline polymer as a main component, and a coated fiber.
  • the orientation axis is ZP
  • the orientation axis is P arranged with a spiral in the S twist direction.
  • SP is the mass of the body
  • ZN is the mass of the N body arranged with a spiral in the Z twist direction
  • SN is the mass of the N body arranged with a spiral in the S twist direction.
  • T1 / T2 is preferably 0 or more and 0.8 or less, and more preferably 0 or more and 0.5 or less. Is preferred.
  • the lactic acid unit in the polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and 98 mol % Or more is more preferable.
  • the sheath 2 may be mixed with fibers other than the piezoelectric fiber A, and the core 3 may be electrically conductive. Fiber mixing or the like may be performed in combination with fibers other than the conductive fiber B.
  • the length of the coated fiber 1 or braided coated fiber 1 ′ is not particularly limited, but it may be continuously produced in production, and then cut into a desired length for use.
  • the length of the coated fiber 1 or braided coated fiber 1 ' is 1 mm to 20 m, preferably 1 cm to 10 m, more preferably 10 cm to 5 m. If the length is too short, it may be disadvantageous for the formation of the piezoelectric structure, and if the length is too long, there is a problem that the electrical output is lowered due to the resistance value of the conductive fiber B or the like.
  • the conductive fiber B any known fiber may be used as long as it exhibits conductivity.
  • the conductive fiber B for example, metal fiber, fiber made of a conductive polymer, carbon fiber, fiber made of a polymer in which a fibrous or granular conductive filler is dispersed, or conductive on the surface of a fibrous material.
  • the fiber which provided the layer which has is mentioned.
  • the method for providing a conductive layer on the surface of the fibrous material include a metal coat, a conductive polymer coat, and winding of conductive fibers.
  • a metal coat is preferable from the viewpoint of conductivity, durability, flexibility and the like. Specific methods for coating the metal include vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, but plating is preferable from the viewpoint of productivity.
  • Such a metal-plated fiber can be referred to as a metal-plated fiber.
  • a known fiber can be used regardless of conductivity, for example, polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber,
  • synthetic fibers such as polysulfone fibers, polyether fibers and polyurethane fibers
  • natural fibers such as cotton, hemp and silk
  • semi-synthetic fibers such as acetate
  • regenerated fibers such as rayon and cupra
  • the base fibers are not limited to these, and known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.
  • any metal may be used as long as the metal coated on the base fiber exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention.
  • gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and a mixture or alloy thereof can be used.
  • the conductive fiber B is made of an organic fiber coated with metal that is resistant to bending, the conductive fiber is hardly broken and excellent in durability and safety as a sensor using a piezoelectric structure.
  • the conductive fiber B may be a multifilament obtained by bundling a plurality of filaments, or may be a monofilament composed of a single filament.
  • a multifilament is preferred from the viewpoint of long stability of electrical characteristics.
  • the single yarn diameter is 1 ⁇ m to 5000 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m. More preferably, it is 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100.
  • the fineness and the number of the conductive fibers B are the fineness and the number of the core part 3 used when producing the braid, and the multifilament formed of a plurality of single yarns (monofilaments) is also one conductive. It shall be counted as fiber B.
  • the core portion 3 is the total amount including the fibers other than the conductive fibers.
  • the cross-sectional shape of the conductive fiber B is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of the design and manufacture of the coated fiber, but is not limited thereto.
  • the electric resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm or less, more preferably 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm. cm or less, more preferably 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the resistivity of the conductive fiber B is not limited to this as long as sufficient strength can be obtained by detection of the electric signal.
  • the conductive fiber B must be resistant to movement such as repeated bending and twisting from the use of the present invention.
  • the index one having a greater nodule strength is preferred.
  • the nodule strength can be measured by the method of JIS L1013 8.6.
  • the degree of knot strength suitable for the present invention is preferably 0.5 cN / dtex or more, more preferably 1.0 cN / dtex or more, and further preferably 1.5 cN / dtex or more. 2.0 cN / dtex or more is most preferable.
  • the bending rigidity is generally measured by a measuring device such as KES-FB2 pure bending tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd.
  • the degree of bending rigidity suitable for the present invention is preferably smaller than the carbon fiber “Tenax” (registered trademark) HTS40-3K manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.
  • the bending stiffness 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 0.01 ⁇ 10 ⁇ 4 N ⁇ m 2 / m or less.
  • piezoelectric fiber As the piezoelectric polymer that is the material of the piezoelectric fiber A, a polymer exhibiting piezoelectricity such as polyvinylidene fluoride or polylactic acid can be used. However, in the present embodiment, the piezoelectric fiber A is used as a main component as described above. It is preferable to include a crystalline polymer having a high absolute value of the piezoelectric constant d14 when the orientation axes are three axes, particularly polylactic acid. Polylactic acid, for example, is easily oriented by drawing after melt spinning and exhibits piezoelectricity, and is excellent in productivity in that it does not require an electric field alignment treatment required for polyvinylidene fluoride and the like. However, this is not intended to exclude the use of polyvinylidene fluoride or other piezoelectric materials in the practice of the present invention.
  • polylactic acid depending on its crystal structure, poly-L-lactic acid obtained by polymerizing L-lactic acid and L-lactide, D-lactic acid, poly-D-lactic acid obtained by polymerizing D-lactide, and those There are stereocomplex polylactic acid having a hybrid structure, and any of them can be used as long as it exhibits piezoelectricity. From the viewpoint of high piezoelectricity, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are preferable. Since poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are reversed in polarization with respect to the same stress, they can be used in combination according to the purpose.
  • the optical purity of polylactic acid is preferably 99% or more, more preferably 99.3% or more, and further preferably 99.5% or more. If the optical purity is less than 99%, the piezoelectricity may be remarkably lowered, and it may be difficult to obtain a sufficient electrical signal due to the shape change of the piezoelectric fiber A.
  • the piezoelectric fiber A preferably contains poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid as a main component, and the optical purity thereof is preferably 99% or more.
  • Piezoelectric fiber A containing polylactic acid as a main component is drawn during production and is uniaxially oriented in the fiber axis direction. Furthermore, the piezoelectric fiber A is not only uniaxially oriented in the fiber axis direction but also preferably contains polylactic acid crystals, and more preferably contains uniaxially oriented polylactic acid crystals. This is because polylactic acid exhibits higher piezoelectricity due to its high crystallinity and uniaxial orientation, and the absolute value of d14 increases.
  • Crystallinity and uniaxial orientation are determined by homo PLA crystallinity X homo (%) and crystal orientation Ao (%).
  • the homo PLA crystallinity X homo (%) and the crystal orientation Ao (%) satisfy the following formula (1).
  • the value on the left side of the formula (1) is more preferably 0.28 or more, and further preferably 0.3 or more.
  • each value is obtained according to the following.
  • Homopolylactic acid crystallinity X homo is determined from crystal structure analysis by wide angle X-ray diffraction analysis (WAXD).
  • WAXD wide angle X-ray diffraction analysis
  • an X-ray diffraction pattern of a sample is recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an Ultrax 18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation.
  • X-ray source Cu-K ⁇ ray (confocal mirror) Output: 45kV x 60mA Slit: 1st: 1mm ⁇ , 2nd: 0.8mm ⁇ Camera length: 120mm Accumulation time: 10 minutes Sample: 35 mg of polylactic acid fibers are aligned to form a 3 cm fiber bundle.
  • homopolylactic acid crystallinity X homo is determined according to the following formula (2).
  • Homopolylactic acid crystallinity X homo (%) ⁇ I HMi / I total ⁇ 100 (2) Note that ⁇ I HMi is calculated by subtracting diffuse scattering due to background and amorphous in the total scattering intensity.
  • polylactic acid is a polyester that is hydrolyzed relatively quickly, in the case where heat and humidity resistance is a problem, a known hydrolysis inhibitor such as an isocyanate compound, an oxazoline compound, an epoxy compound, or a carbodiimide compound is added. Also good. Further, if necessary, the physical properties may be improved by adding an antioxidant such as a phosphoric acid compound, a plasticizer, a photodegradation inhibitor, and the like.
  • the piezoelectric fiber A may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled or may be a monofilament composed of a single filament.
  • the single yarn diameter is 1 ⁇ m to 5 mm, preferably 5 ⁇ m to 2 mm, and more preferably 10 ⁇ m to 1 mm.
  • the single yarn diameter is 0.1 ⁇ m to 5 mm, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the number of filaments of the multifilament is preferably 1 to 100,000, more preferably 50 to 50,000, and still more preferably 100 to 20,000.
  • the fineness and the number of the piezoelectric fibers A are the fineness and the number per carrier when producing the braid, and the multifilament formed by a plurality of single yarns (monofilaments) is also one piezoelectric. It shall be counted as fiber A.
  • the total amount including that is used.
  • any known technique for forming a fiber from the polymer can be employed as long as the effects of the present invention are exhibited.
  • a method of extruding a piezoelectric polymer to form a fiber a method of melt-spinning a piezoelectric polymer to make a fiber, a method of making a piezoelectric polymer fiber by dry or wet spinning, a method of making a piezoelectric polymer A technique of forming fibers by electrostatic spinning, a technique of cutting thinly after forming a film, and the like can be employed.
  • a known method may be applied according to the piezoelectric polymer to be employed, and a melt spinning method that is industrially easy to produce is usually employed. Furthermore, after forming the fiber, the formed fiber is stretched. As a result, a piezoelectric fiber A that is uniaxially oriented and exhibits large piezoelectricity including crystals is formed.
  • the piezoelectric fiber A can be subjected to treatments such as dyeing, twisting, combining, heat treatment, etc., before making the braided one produced as described above.
  • the piezoelectric fiber A may be broken when the braid is formed, the piezoelectric fiber A may be cut off or fluff may come out, so that the strength and wear resistance are preferably high. It is preferably 5 cN / dtex or more, more preferably 2.0 cN / dtex or more, further preferably 2.5 cN / dtex or more, and most preferably 3.0 cN / dtex or more.
  • Abrasion resistance can be evaluated by JIS L1095 9.10.2 B method, etc., and the number of friction is preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more, and further preferably 5000 times or more. Most preferably, it is 10,000 times or more.
  • the method for improving the wear resistance is not particularly limited, and any known method can be used.
  • the crystallinity is improved, fine particles are added, or the surface is processed. Can do.
  • a lubricant can be applied to the fibers to reduce friction.
  • the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small from the shrinkage rate of the conductive fiber described above. If the shrinkage rate difference is large, the braid may be bent or the piezoelectric signal may be weakened due to heat treatment during post-processing steps after the braid production or during actual use, or due to changes over time.
  • the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate described later, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (c) of the conductive fiber satisfy the following formula (4). .
  • the left side of the above formula (4) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.
  • the contraction rate of the piezoelectric fiber is small in difference from the contraction rate of fibers other than the conductive fibers, for example, insulating fibers. If the shrinkage rate difference is large, the braid may be bent or the piezoelectric signal may be weakened due to heat treatment during post-processing steps after the braid production or during actual use, or due to changes over time.
  • the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (i) of the insulating fiber satisfy the following formula (5).
  • the left side of the above formula (5) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.
  • the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small.
  • the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, further preferably 5% or less, and most preferably 3% or less. is there.
  • any known method can be applied.
  • the shrinkage rate can be reduced by relaxing the orientation of the amorphous part or increasing the crystallinity by heat treatment, and the heat treatment is performed.
  • the timing is not particularly limited, and examples thereof include after stretching, after twisting, and after braiding.
  • the above-mentioned boiling water shrinkage shall be measured with the following method.
  • the surface of the conductive fiber B or the core portion 3 is covered with the piezoelectric fiber A formed of a piezoelectric polymer.
  • the thickness of the piezoelectric fiber layer or sheath 2 covering the conductive fiber B is preferably 1 ⁇ m to 10 mm, more preferably 5 ⁇ m to 5 mm, still more preferably 10 ⁇ m to 3 mm, and most preferably 20 ⁇ m to 1 mm. If it is too thin, there may be a problem in terms of strength, and if it is too thick, it may be difficult to extract the electrical output.
  • the total fineness of the piezoelectric fiber A in the sheath portion 2 is preferably 1 ⁇ 2 times or more and 20 times or less than the total fineness of the conductive fiber B in the core portion 3, and is preferably 1 time. As described above, it is more preferably 15 times or less, and further preferably 2 times or more and 10 times or less. If the total fineness of the piezoelectric fiber A is too small relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A surrounding the conductive fiber B is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electrical signal, Furthermore, there exists a possibility that the conductive fiber B may contact the other conductive fiber which adjoins.
  • the piezoelectric structure 10 does not sufficiently function as a sensor.
  • the total fineness referred to here is the sum of the finenesses of all the piezoelectric fibers A constituting the sheath portion 2. For example, in the case of a general 8-strand braid, it is the sum of the finenesses of 8 fibers.
  • the fineness per piezoelectric fiber A of the sheath 2 is preferably 1/20 or more and 2 or less of the total fineness of the conductive fiber B. / 15 times or more and 1.5 times or less is more preferable, and 1/10 times or more and 1 time or less is more preferable. If the fineness per piezoelectric fiber A is too small with respect to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electric signal. A may be cut off. If the fineness per piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too thick and the coated fiber 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the piezoelectric structure 10 does not sufficiently function as a sensor.
  • the fineness ratio is not limited to the above. This is because, in the present invention, the ratio is important in terms of contact area and coverage, that is, area and volume. For example, when the specific gravity of each fiber exceeds 2, it is preferable that the ratio of the average cross-sectional area of the fiber is the ratio of the fineness.
  • the piezoelectric fiber A and the conductive fiber B are preferably in close contact as much as possible, but an anchor layer, an adhesive layer, or the like may be provided between the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A in order to improve the adhesiveness. Good.
  • the conductive fiber B is used as a core and the piezoelectric fiber A is wound around the conductive fiber B is used.
  • the shape of the piezoelectric fiber layer is not particularly limited as long as an electric output can be output with respect to the applied stress.
  • the core portion 3 is provided. 8 struts and 16 struts are preferred.
  • the shape of the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A is not particularly limited, but is preferably as close to a concentric circle as possible.
  • the piezoelectric fiber A only needs to be covered so that at least a part of the surface (fiber peripheral surface) of the multifilament of the conductive fiber B is in contact.
  • the piezoelectric fibers A may or may not be coated on all filament surfaces (fiber peripheral surfaces) constituting the multifilament. What is necessary is just to set suitably the covering state of the piezoelectric fiber A to each internal filament which comprises the multifilament of the conductive fiber B, considering the performance as a piezoelectric element, the handleability, etc.
  • the coated fiber 1 in the present invention includes at least one conductive fiber, but the conductive fiber is not limited to one and may be more.
  • coated fiber 1 in the present invention does not require an electrode to be present on the surface thereof, there is an advantage that it is not necessary to further coat the coated fiber 1 itself and it is difficult to malfunction.
  • the periphery of the conductive fiber B may be further coated with an insulating fiber.
  • the sheath 2 may be formed only by the piezoelectric fiber A, or may be formed by a combination of the piezoelectric fiber A and the insulating fiber.
  • the piezoelectric fiber A is wound around the conductive fiber B in the Z twist direction
  • the insulating fiber is wound around the conductive fiber B in the S twist direction
  • the piezoelectric fiber A is the conductive fiber B.
  • the insulating fiber may be wound around the conductive fiber B in the Z twist direction.
  • insulating fibers examples include polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, vinyl chloride fibers, aramid fibers, polysulfone fibers, polyether fibers, polyurethane fibers, and other synthetic fibers, cotton, Natural fibers such as hemp and silk, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. It is not limited to these, A well-known insulating fiber can be used arbitrarily. Furthermore, these insulating fibers may be used in combination, or may be combined with a fiber having no insulating property to form a fiber having insulating properties as a whole. Also, any known cross-sectional shape fiber can be used.
  • the piezoelectric structure of the present invention includes a coated fiber in which the surface of at least one conductive fiber B is coated with the piezoelectric fiber A.
  • the following method is mentioned as a manufacturing method of this covering fiber.
  • the conductive fiber B and the stretched piezoelectric fiber A are produced in separate steps, and the conductive fiber B is covered with the piezoelectric fiber A by coating. In this case, it is preferable to coat so as to be as concentric as possible.
  • the melt spinning temperature is preferably 150 to 250 ° C.
  • the stretching temperature is preferably 40 to 150 ° C.
  • stretching is preferably 1.1 to 5.0 times
  • the crystallization temperature is preferably 80 to 170 ° C.
  • a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.
  • a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.
  • the piezoelectric fiber A may be shaped like a braided tube, and the conductive fiber B may be inserted into the braided tube as a core.
  • the conductive fiber B may be used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A may be formed around the conductive fiber B to produce a round braid.
  • the single yarn diameter is 1 ⁇ m to 5 mm, preferably 5 ⁇ m to 2 mm, and more preferably 10 ⁇ m to 1 mm.
  • the single yarn diameter is 0.1 ⁇ m to 5 mm, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the number of filaments of the multifilament is preferably 1 to 100,000, more preferably 50 to 50,000, and still more preferably 100 to 20,000.
  • the piezoelectric structure of the present invention can be manufactured by any appropriate method using the coated fiber manufactured by the above method.
  • the at least one bent portion may be solidified with an adhesive or the like so that the piezoelectric structure can maintain a three-dimensional structure.
  • one or more knots may be formed at any location of the coated fiber.
  • the coated fiber has at least one bent portion without using an adhesive or the like, and the height from the horizontal plane to the top of the piezoelectric structure is larger than the diameter of the coated fiber. The piezoelectric structure can be formed more easily.
  • any known knotting method can be used, and a plurality of the same knots or a plurality of different types may be formed.
  • known knotting techniques decorative knots and rope knots are known, and any combination thereof can be applied.
  • the decorative knots described in the book “The first illustration of decorative knots by Kawashima Misono”, published by Shueisha, and the rope knots published by Kaibundo, published by Akinori Sugiura, “How to tie new ropes” Any of them can be adopted, and specific knots can be easily formed based on the descriptions in these documents.
  • knots are used, for example, by coating the surroundings of the coated fibers with fibers or layers having various other shapes (for example, braids, covering yarns, etc.) or colors alone or in a bundle. It may be formed.
  • Such a coated fiber may be formed, for example, by wrapping fibers having various colors around the coated fiber in a braided shape or a covering thread shape, You may form by inserting the covering fiber which concerns on invention.
  • a protective layer may be provided on the outermost surface of the coated fiber 1 according to the present invention.
  • This protective layer is preferably insulative, and more preferably made of a polymer from the viewpoint of flexibility.
  • the entire protective layer is deformed or rubbed on the protective layer, but these external forces reach the piezoelectric fiber A, There is no particular limitation as long as it can induce polarization.
  • the protective layer is not limited to those formed by coating with a polymer or the like, and may be a film, fabric, fiber or the like, or a combination thereof.
  • the electromagnetic wave shielding layer is not particularly limited, but may be coated with a conductive substance, or may be wound with a conductive film, fabric, fiber, or the like.
  • the volume resistivity of the electromagnetic wave shielding layer is preferably 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm or less, more preferably 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm or less, still more preferably 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the resistivity is not limited as long as the effect of the electromagnetic wave shielding layer can be obtained.
  • This electromagnetic wave shielding layer may be provided on the surface of the piezoelectric fiber A of the sheath, or may be provided outside the protective layer described above.
  • a plurality of layers of electromagnetic shielding layers and protective layers may be laminated, and the order thereof is appropriately determined according to the purpose.
  • a plurality of layers made of piezoelectric fibers can be provided, or a plurality of layers made of conductive fibers for taking out signals can be provided.
  • the order and the number of layers of these protective layers, electromagnetic wave shielding layers, layers made of piezoelectric fibers, and layers made of conductive fibers are appropriately determined according to the purpose.
  • a method of winding for example, in the case of the braid-like coated fiber 1 ′, a method of forming a braid structure on the outer layer of the sheath portion 2 or covering the sheath 2 can be mentioned.
  • a piezoelectric structure having a knot As described above, it is possible to extract a larger electrical signal than in the case of a piezoelectric element made of a conventional coated fiber not having a knot. Therefore, a sensor having improved sensing performance can be manufactured by using such a piezoelectric structure.
  • the appearance (designability) of the piezoelectric structure can be enhanced by forming a knot such as a decoration knot, and therefore, it can be widely applied in a technical field that requires high designability.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a sensor including the piezoelectric structure of the present invention.
  • the piezoelectric structure 10 of the present invention an amplifying means 12 for amplifying an electric signal output from the piezoelectric structure 10 in accordance with an applied pressure, and an output means 13 for outputting the electric signal amplified by the amplifying means 12
  • the piezoelectric sensor 11 comprising the transmission means 14 for transmitting the electrical signal output from the output means 13 to an external device (not shown) is configured, contact with the surface of the piezoelectric structure 10, pressure, shape change, Based on the electrical signal output by the vibration, the magnitude of the stress applied to the piezoelectric structure 10 and / or the applied position can be detected by arithmetic processing in an external device (not shown).
  • calculation means (not shown) for calculating the magnitude and / or position of the stress applied to the piezoelectric structure 10 based on the electrical signal output from the output means 13 is provided in the piezoelectric sensor 11. May be.
  • the amplification means 12 may be constructed, for example, by various electronic circuits, may be constructed as a functional module implemented by a software program that operates on a processor, or may be constructed by a combination of various electronic circuits and software programs. May be.
  • the processor include a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an FPGA (Field-Programming Gate Array).
  • the output means 13 may be constructed independently by various connectors, for example, or may be constructed as a communication device integrated with the transmission means 14.
  • the functions of the amplification unit 12, the output unit 13, and the transmission unit 14 may be integrated and realized by an integrated circuit or a microprocessor in which a software program is written. Whether the transmission method by the transmission means 14 is wireless or wired may be appropriately determined according to the sensor to be configured. In addition, the contact probe can be realized with the same configuration as the sensor.
  • the electrical signal output from the piezoelectric structure 10 may be signal-processed after being transmitted to the external device as it is.
  • the magnitude of the electrical signal output from the piezoelectric structure 10 not only the signal intensity itself such as a current value or a voltage value, but also a differential value of these values or other calculated values may be used. For example, if it is a differential value, an abrupt change in an electrical signal can be obtained with high accuracy, and if it is an integral value, an analysis based on the magnitude of deformation can be performed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a connection example of a coated fiber in a sensor including a piezoelectric structure according to the present invention, more specifically, a braided coated fiber and an amplifying unit.
  • the amplification unit 12 in FIG. 6 corresponds to that described with reference to FIG. 5, but the output unit 13 and the transmission unit 14 in FIG. 5 are not shown in FIG. 6.
  • a sensor including the piezoelectric structure 10 is configured, for example, a lead wire from the conductive fiber B of the braided coated fiber 1 ′ in the piezoelectric structure 10 is connected to the input terminal of the amplifying unit 12 and grounded (grounded). )
  • the piezoelectric fiber A is connected to the terminal.
  • the piezoelectric structure of the present invention is flexible and has an aesthetic appearance, it can be used in a wide range of applications.
  • Specific examples of the device comprising the piezoelectric structure of the present invention include a touch panel, a human or animal surface pressure sensor having a shape such as a hat, gloves, clothes including socks, a supporter, a handkerchief, etc. Sensors that sense bending, twisting, and expansion / contraction of joints shaped like gloves, bands, and supporters.
  • 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.
  • it can be used as a stuffed animal imitating animals and humanoids, a surface pressure sensor of a robot, a sensor for detecting bending, twisting, and expansion / contraction of a joint.
  • a surface pressure sensor or shape change sensor for bedding such as sheets and pillows, shoe soles, gloves, chairs, rugs, bags, flags, and decorative accessories (necklaces, bracelets, earrings). be able to.
  • the pulsation can be sensed constantly without the wearer being conscious, and it is always close to the skin around the neck, especially like a choker. If the shape is like that of the wearer, the pulsation, movement of the throat (when swallowing an object), and movement of the throat (when coughing) are distinguished and sensed by the signal intensity without any particular awareness of the wearer. It is possible.
  • the device of the present invention is flexible, it can be used as a surface pressure sensor or a shape change sensor having an aesthetic appearance by sticking or covering all or part of the surface of any structure.
  • the braided coated fiber 1-2 described below is used as the coated fiber according to the present invention, and it was produced by the following method.
  • the characteristics of the piezoelectric fiber used in the braided coated fiber were determined by the following method.
  • Poly-L-lactic acid crystallinity X homo The poly-L-lactic acid crystallinity X homo was determined from crystal structure analysis by wide angle X-ray diffraction analysis (WAXD). In wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), an X-ray diffraction pattern of a sample was recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an Ultrax 18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation.
  • WAXD wide angle X-ray diffraction analysis
  • This adjustment solution was subjected to HPLC measurement to determine the ratio of L-lactic acid monomer to D-lactic acid monomer.
  • the amount of one polylactic acid fiber is less than 0.1 g
  • the amount of other solution used is adjusted according to the amount that can be collected, and the concentration of polylactic acid in the sample solution used for HPLC measurement is 100 minutes from the above. It was made to be in the range of 1.
  • ⁇ HPLC measurement conditions> Column: “Sumichiral (registered trademark)” OA-5000 (4.6 mm ⁇ ⁇ 150 mm) manufactured by Sumika Chemical Analysis Co., Ltd.
  • Polylactic acid was produced by the following method. To 100 parts by mass of L-lactide (manufactured by Musashino Chemical Laboratory, Inc., optical purity: 100%), 0.005 part by mass of tin octylate was added, and the mixture was stirred at 180 ° C. in a reactor equipped with a stirring blade in a nitrogen atmosphere. For 2 hours, 1.2 times equivalent of phosphoric acid to tin octylate was added, and then the remaining lactide was removed under reduced pressure at 13.3 Pa to obtain chips to obtain poly-L-lactic acid (PLLA1). . The obtained PLLA1 had a mass average molecular weight of 152,000, a glass transition point (Tg) of 55 ° C., and a melting point of 175 ° C.
  • Tg glass transition point
  • PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 20 g / min and taken up at 887 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 100 ° C. to obtain a multifilament uniaxially stretched yarn PF1 of 84 dTex / 24 filament. Further, PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 12-hole cap at 8 g / min and taken up at 1050 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 150 ° C.
  • piezoelectric fibers PF1 and PF2 were used as piezoelectric polymers.
  • the poly-L-lactic acid crystallinity, poly-L-lactic acid crystal orientation and optical purity of PF1 and PF2 were measured by the methods described above and were as shown in Table 1.
  • the conductive fiber CF1 is used as a core yarn, and the piezoelectric fiber PF1 is set on four carriers assembled in the Z-twist direction among eight carriers of an eight-punch round braid stringing machine.
  • Fiber 1-1 was produced.
  • the winding angle (orientation angle ⁇ ) of the piezoelectric fiber with respect to the fiber axis CL of the conductive fiber was 45 °.
  • the braided coated fiber 1-1 is used as a core yarn, and among the eight carriers of the string making machine, all four carriers assembled in the Z twist direction and all four carriers assembled in the S twist direction are described above.
  • a braided coated fiber 1-1 is produced by covering the braided coated fiber 1-1 with a conductive fiber to obtain a braided coated fiber 1-2 (diameter: about 0.4 mm). .
  • Example 1 For the braided coated fiber 1-2, the signal intensity obtained when a knot was provided was examined. In the test, first, a piezoelectric structure provided with a single knot is placed on a horizontal surface, and then a hard sheet is placed on the piezoelectric structure so that stress is uniformly transmitted, and then the hard structure is manually applied from above. This was done by hitting the sheet multiple times. The result is shown in FIG. FIG. 7A shows the result when the same test is performed on the braided coated fiber 1-2 without a knot.
  • an electrical signal output from the piezoelectric structure can be detected at an interval of about 1 second in response to an operation of tapping the piezoelectric structure with a hand.
  • the braided coated fiber 1-2 is clearly shown from the result of FIG. There was no significant variation in the output electrical signal.
  • Example 2 a braided piezoelectric structure shown in FIGS. 8A and 8B was manufactured using the braided coated fiber 1-2, and an electrical signal obtained from the piezoelectric structure was examined. . The result is shown in FIG.
  • the piezoelectric structure is obtained by providing a bent portion (loop portion) to the braided coated fiber 1-2 and then solidifying the bent portion with an instantaneous adhesive “Aron Alpha EXTRA2000” (manufactured by Toagosei Co., Ltd.). Manufactured.
  • FIG. 8 (a) and 8 (b) are photographs showing a knotless piezoelectric structure according to the present invention
  • FIG. 8 (c) shows the electric power output from the piezoelectric structure for a plurality of different operations. It is a figure which shows a signal.
  • FIG. 8C (i) when the linear portion of the piezoelectric structure is extended, (ii) when the extension of the linear portion of the piezoelectric structure is released, and (iii) the piezoelectric structure Significant signal output could be detected in any case where the body loop was flipped.
  • the piezoelectric structure according to the present invention can output an electric signal not only for a specific stress or a stress from a specific direction but also for various stresses.
  • Example 3 a piezoelectric structure including a combination of auspicious knot and soup knot shown in FIG. 9 (a) using a braid made of insulating fiber having a diameter of 1 mm and a braided coated fiber 1-2 inserted therein.
  • the electrical signal output from the piezoelectric structure for a plurality of different operations was examined. The results are shown in FIGS. 9 (b) to 9 (d).
  • FIG. 9 (a) is a photograph showing a piezoelectric structure including a combination of auspicious knot and knot knot.
  • FIGS. 9 (b) to 9 (d) are “fluctuate”, “pinch with fingers” and “pull”, respectively. It is a figure which shows the electric signal output from the said piezoelectric structure with respect to this operation
  • FIGS. 9B to 9D it is possible to detect completely different behaviors of the electric signals for these operations, and thus it is possible to clearly distinguish these operations.
  • Example 4 a piezoelectric structure including a combination of auspicious knot and soup knot shown in FIG. 10 (a) using a braid made of insulating fiber having a diameter of 1 mm and a braided coated fiber 1-2 inserted therein.
  • the choker was manufactured and wrapped around a person's neck, and the electrical signal output from the choker was examined for a plurality of different movements. The results are shown in FIGS. 10 (b) to 10 (d).
  • FIG. 10 (a) is a photograph showing a choker of a piezoelectric structure including a combination of auspicious knot and soup knot
  • FIGS. 10 (b) to 10 (d) are “neck vein” and “drink drink”, respectively.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an electrical signal output from the choker for the “cough” operation.
  • a minute movement such as a pulse can be detected as an electric signal, and the behavior of an electric signal completely different from these operations is detected. So that these actions could be clearly distinguished.
  • Example 5 a piezoelectric including 15 knotted knots shown in FIG. 11 using three braids of 3 mm in diameter of blue, yellow and white made of insulating fibers and having braided coated fibers 1-2 inserted therein. A coaster of a structure was manufactured, and electrical signals output from the coaster for a plurality of different operations were examined. The result is shown in FIG.
  • FIGS. 12 (a) to 12 (c) are respectively outputted from the coaster of the piezoelectric structure including the 15 corners of the kagome knot for the operations of “push with a finger”, “push with a beaker” and “pour water into a beaker”.
  • Example 6 a piezoelectric structure including a ginger knot shown in FIG. 13 was manufactured by using a braid of 3 mm in diameter made of insulating fibers and a braided coated fiber 1-2 inserted therein, and a plurality of different operations were performed. The electrical signal output from the piezoelectric structure was examined. The result is shown in FIG.
  • FIGS. 14A to 14C are diagrams showing electrical signals output from the piezoelectric structure including the ginger knot for the operations of “pressing with a finger”, “swing”, and “extend vertically”, respectively.
  • FIG. 14A different waveforms are seen when the piezoelectric structure is pressed with a finger and when it is released, and it can be seen that these operations can be distinguished.
  • FIG. 14C different waveforms are seen when the piezoelectric structure is stretched vertically and when it is returned, and it can be seen that these operations can be distinguished.
  • Example 7 a piezoelectric structure including a chrysanthemum knot shown in FIG. 15 is manufactured using a braided cord made of insulating fiber having a diameter of 3 mm and a braided coated fiber 1-2 inserted therein. Investigate the electrical signal output from the piezoelectric structure, and detect the behavior of the electrical signal completely different from the operation of “push with a finger”, “sway” and “extend vertically” as with other knots. So that these actions could be clearly distinguished.
  • Example 8 Regard the coated fiber used in the piezoelectric structure of the present invention, the influence of the orientation angle ⁇ of the piezoelectric polymer and the value of T1 / T2 on the electrical signal with respect to the extension deformation was examined.
  • the properties of the coated fiber were determined by the following method.
  • the orientation angle ⁇ of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis was calculated from the following formula.
  • ⁇ arctan (2 ⁇ Rm / HP) (0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °)
  • Rm 2 (Ro 3 ⁇ Ri 3 ) / 3 (Ro 2 ⁇ Ri 2 ), that is, the radius of the braided coated fiber (or other structure) weighted average by the cross-sectional area.
  • the outer radius Ro and the inner radius Ri of the portion occupied by the helical pitch HP, the braided coated fiber (or other structure) were measured as follows. (1-1) In the case of braided coated fiber (if the braided coated fiber is coated with something other than a piezoelectric polymer, the piezoelectric polymer can be observed from the side by removing the coating as necessary. Side view photographs were taken (from the state), and the helical pitch HP ( ⁇ m) of the piezoelectric polymer was measured at any five locations as shown in FIG.
  • the braided coated fiber was soaked with a low-viscosity instant adhesive “Aron Alpha EXTRA2000” (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and solidified, and then a cross-section photographed by cutting out a cross section perpendicular to the long axis of the braid. Measure the outer radius Ro ( ⁇ m) and the inner radius Ri ( ⁇ m) of the portion occupied by the braided coated fiber as described later for one cross-sectional photograph, and measure the same measurement at another arbitrary five cross-sections, Average values were taken.
  • the piezoelectric polymer and the insulating polymer are assembled at the same time, for example, when a combination of piezoelectric fiber and insulating fiber is used, or when four fibers of 8-strand braid are high in piezoelectricity
  • the remaining four fibers are insulating polymers, when the cross section is taken at various locations, the region where the piezoelectric polymer is present and the region where the insulating polymer is present are interchanged. Therefore, the region where the piezoelectric polymer is present and the region where the insulating polymer is present are regarded as a portion occupied by the braided coated fiber.
  • the outer radius Ro and the inner radius Ri were measured as follows. As shown in the cross-sectional photograph of FIG. 16A, the region occupied by the sheath 2 formed of the piezoelectric fiber A (hereinafter referred to as PSA) and the region in the central portion of the PSA that is not PSA (hereinafter referred to as CA). ) Is defined. The average value of the diameter of the smallest perfect circle that is outside the PSA and does not overlap the PSA and the diameter of the largest perfect circle that does not pass outside the PSA (CA may pass) is defined as Ro (FIG.
  • a low-viscosity instant adhesive “Aron Alpha EXTRA2000” (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was infiltrated into the covering yarn-like coated fiber and solidified, and then a cross-sectional photograph perpendicular to the long axis of the braid was cut out and photographed.
  • the outer radius Ro ( ⁇ m) and the inner radius Ri ( ⁇ m) of the portion occupied by the covering yarn-like coated fiber are measured for one cross-sectional photograph as in the case of the braided coated fiber, and the same measurement is performed on another arbitrary cross-section. Measurements were taken at five locations and averaged.
  • the piezoelectric polymer and the insulating polymer are covered at the same time, for example, when the piezoelectric fiber and the insulating fiber are covered, or the piezoelectric fiber and the insulating fiber do not overlap. If the cross section is taken at various locations, the region where the piezoelectric polymer is present and the region where the insulating polymer is present are interchanged with each other, so that the piezoelectric polymer exists. The region and the region where the insulating polymer exists are combined and regarded as the portion occupied by the covering yarn-like coated fiber. However, the insulating polymer is not covered simultaneously with the piezoelectric polymer, that is, the portion where the insulating polymer is always inside or outside the piezoelectric polymer regardless of the cross section, Not considered part of it.
  • the coated fibers are gripped by these chucks, rotated from 0 ° to 45 ° at a speed of 100 ° / s so that the chuck is twisted clockwise from the center of the coated fiber, and then at a speed of ⁇ 100 ° / s.
  • the reciprocating torsional motion rotating from 45 ° to 0 ° was repeated 10 times.
  • (2-3) Bending test Two chucks, upper and lower, are provided, the lower chuck is fixed, the upper chuck is positioned 72 mm above the lower chuck, and the line segment connecting the two chucks is the diameter.
  • the coated fiber is gripped and fixed to the chuck, and the upper chuck is positioned at 12 o'clock and the lower chuck at 6 o'clock on the circumference.
  • the coated fiber is slightly bent convexly in the 9 o'clock direction, and then the upper chuck is moved from the 12 o'clock position through the 1 o'clock and 2 o'clock positions on the circumference.
  • the reciprocating bending operation of moving to the hour position at a constant speed over 0.9 seconds and then moving to the 12 o'clock position over 0.9 seconds was repeated 10 times.
  • Example A As a sample of Example A, as shown in FIG. 3, the conductive fiber CF1 is used as a core yarn, and among the eight carriers of the 8-punch round braid making machine, four carriers assembled in the Z twist direction The piezoelectric fiber PF1 is set, and the insulating fiber IF1 is set and assembled on the four carriers assembled in the S twist direction, so that the piezoelectric fiber PF1 spirals in the Z twist direction around the core yarn. A wound braided coated fiber 1-A was produced.
  • Example B Using the braided coated fiber 1-A as the core yarn, among the eight carriers of the string making machine, all four carriers assembled in the Z twist direction and all four carriers assembled in the S twist direction have the above conductivity. By setting and assembling the fiber CF2, a braided coated fiber 1-A covered with a conductive fiber was produced to obtain a braided coated fiber 1-B.
  • Example C Except for changing the winding speed of PF1, two braided coated fibers are prepared in the same manner as the braided coated fiber 1-A, and these braided coated fibers are used as core yarns. Similar to B, those covered with conductive fibers were produced, and the braided covered fibers 1-C and 1-D were obtained.
  • Examples E to H Among the eight carriers of the string making machine, PF1 or IF1 is set and assembled on the carriers assembled in the Z twist direction and the S twist direction as shown in Table 2, so that the Z twist direction and the S twist around the core yarn.
  • a braided coated fiber in which the piezoelectric fibers PF1 are spirally wound at a predetermined ratio in each direction is prepared, and these braided coated fibers are used as core yarns, and the same as the braided coated fiber 1-B. Fabrics covered with fibers were prepared and used as braided coated fibers 1-E to 1-H.
  • Example I A braided coated fiber was prepared in the same manner as the braided coated fiber 1-A except that PF2 was used instead of PF1, IF2 was used instead of IF1, and the winding speed was adjusted.
  • PF2 was used instead of PF1
  • IF2 was used instead of IF1
  • the winding speed was adjusted.
  • Example J A braided coated fiber is prepared in the same manner as the braided coated fiber 1-A except that IF2 is used instead of PF2 and PF2 is used instead of IF2, and this braided coated fiber is used as a core yarn to form a braided A covered fiber was produced in the same manner as the coated fiber 1-B, and a braided coated fiber 1-J was produced.
  • CF1 is used as a core yarn, PF1 is wound around the core yarn in the S twist direction at a covering number of 3000 times / m, and IF1 is further wound around the outer side at a covering number of 3000 times / m in the Z twist direction. Further, CF2 is wound around the outer side with a covering speed of 3000 times / m in the S twist direction, and further CF2 is wound around the outer side with a covering number of 3000 times / m in the Z twist direction, and the S yarn is twisted around the core yarn.
  • a covering yarn-like coated fiber 1-K was produced in which the piezoelectric fiber PF1 was spirally wound and the outer side was covered with a conductive fiber.
  • Example L A braided coated fiber is prepared in the same manner as the braided coated fiber 1-A except that IF1 is used in place of PF1, and this braided coated fiber is used as a core thread, and the same as the braided coated fiber 1-B.
  • a product covered with a conductive fiber was prepared and used as a braided coated fiber 1-L.
  • Example M A covering yarn-like coated fiber was prepared in the same manner as the covering yarn-like coated fiber 1-K except that IF1 was used instead of PF1, and designated as covering yarn-like coated fiber 1-M.
  • Example N A braided coated fiber 1-N was prepared in the same manner as the braided coated fiber 1-B except that PF1 was used instead of IF1.
  • Example O A braided coated fiber 1-O was prepared in the same manner as the braided coated fiber 1-I except that PF2 was used instead of IF2.
  • Example P Using the conductive fiber CF1 as the core yarn, among the 16 carriers of the 16 punched braided cord making machine, the piezoelectric fiber PF1 is set on 8 carriers assembled in the Z twist direction and assembled in the S twist direction. The above-described insulating fiber IF1 is set and assembled on eight carriers, thereby creating a braided coated fiber in which the piezoelectric fiber PF1 is spirally wound around the core yarn in the Z twist direction.
  • a braided coated fiber 1-P was prepared by using a core-shaped coated fiber as a core yarn and covering with a conductive fiber in the same manner as the braided coated fiber 1-B.
  • CF1 is used as a core yarn, PF1 is wound around the core yarn in the S twist direction at a covering number of 6000 times / m, and IF1 is further wound around the outer side at a covering number of 6000 times / m in the Z twist direction. Further, CF2 is wound around the outer side with a covering speed of 3000 times / m in the S twist direction, and further CF2 is wound around the outer side with a covering number of 3000 times / m in the Z twist direction, and the S yarn is twisted around the core yarn.
  • a covering yarn-like coated fiber 1-Q was produced in which the piezoelectric fiber PF1 was spirally wound and the outer side was covered with a conductive fiber.
  • Ri, Ro, and HP of each coated fiber were measured, and the calculated values of the orientation angle ⁇ of the piezoelectric polymer with respect to the direction of the central axis and the values of T1 / T2 are shown in Table 2.
  • Ri and Ro were measured as the area occupied by the coated fibers by combining the areas where the piezoelectric fibers and insulating fibers were present in the cross section.
  • Ri and Ro were measured as a region occupied by the coated fiber in a cross section in which the piezoelectric fiber was present.
  • each coated fiber is cut to a length of 15 cm, the core conductive fiber is set as the Hi pole, and the wire mesh or sheath conductive fiber shielding the periphery is set as the Lo pole in an electrometer (B2987A manufactured by Keysight Technologies Inc.). Connected and monitored the current value.
  • Table 2 shows the current values during the tensile test, torsion test, bending test, shear test and pressing test. Since Examples L and M do not contain a piezoelectric polymer, the values of ⁇ and T1 / T2 cannot be measured.
  • the coated fibers of Examples A to K have a polarity opposite to each other and an absolute value of approximately when the signal when the tensile load is applied is compared with the signal when the tensile load is removed. Since the same signal was generated, it can be seen that these coated fibers are suitable for quantitative determination of tensile load and displacement.
  • the coated fibers of Examples N and O were compared with the signal when the tensile load was applied and the signal when the tensile load was removed, the polarity may be the same or opposite, so these It can be seen that the coated fiber is not suitable for the determination of tensile load and displacement.
  • the noise level during the tensile test of Example B is lower than the noise level during the tensile test of Example A, and a conductive fiber is disposed outside the braided coated fiber to provide a shield. It can be seen that the coated fiber can reduce noise.

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Abstract

導電性繊維（B）及び圧電性繊維（A）からなる組物を含み，前記組物は前記導電性繊維が芯（3）であり，前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲を被覆する被覆繊維（1）である圧電構造体（10）であって，前記被覆繊維が少なくとも１つの曲げ部を有し，前記圧電構造体を水平面に置いたときの前記水平面から前記圧電構造体の最上部までの高さ（h）が前記被覆繊維の直径よりも大きい圧電構造体が提供される。

Description

圧電構造体及びそれを用いたデバイス
　本発明は、圧電性繊維を用いた圧電構造体及びそれを用いたデバイスに関する。
　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、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が採用される機器が大幅に増加している。
　最近の携帯電話やスマートフォンにおいては、液晶や有機エレクトロルミネッセンスなどを用いた表示装置の上にタッチ式入力装置を設置し、画面上に直接的に入力することができる方式が多く採用されている。高度化が進むスマートフォンなどの携帯機器の一層の利便性を向上させるためには、画面上にのみ入力装置を設置しているだけではなく、複数のタッチ式入力手段があることが好ましい。
　例えば、スマートフォンにおいて、表示画面に指などで入力しようとした場合、片方の手でスマートフォンを持ち、もう一方の手の指で入力をすることになるため、両手を使用しての操作とならざるを得ない。一方、スマートフォンの筐体にもタッチセンサなどが組み込まれていれば、片手での操作が可能になるといった利点がある。
　その一例として、通常はセンサとして使用されていない表示画面裏などの非表示画面部分の筐体部分にタッチセンサなどを組み込み、このセンサで画面情報の中の項目上又はアンカーポイントを選択する方式が、特許文献１に開示されている。特許文献１のようなタッチセンサを実現する入力装置としては、静電容量方式、抵抗膜式、光学式、電磁誘導方式、圧電シートを用いる方式などがある。
　圧電シートを用いる方式の例としては、特許文献２に開示がある。圧電シート方式は、静電容量方式や抵抗膜方式のタッチセンサとは異なり、それ単体でセンサに加えられる圧力と位置情報の両方を同時に検出可能であり、入力情報の多様性に貢献することができる。また、特許文献２においては、圧電シートの部材の具体例として、圧電性高分子であるポリ乳酸を利用した例が開示されている。
　特許文献２で開示されているようにポリ乳酸からなる圧電シートは、フレキシブル化が可能であり、また、１つの素子で位置情報と応力を同時に検出できる優れた素子であるが、十分な電気出力を得るためには、入力時に圧電シートをその応力によってある程度撓ませる必要がある。ポリ乳酸からなる圧電シートは、シートに対するせん断応力によって電気出力を発生するが、引張や圧縮では十分な電気出力が得られない。したがって、大きな電気出力を得るには圧電シート平面の垂直方向からの押圧力によってシートを撓ませる必要がある。例えば、この圧電シートをスマートフォンの裏側の筐体に貼合あるいは筐体と一体にして使用することを考えると、シートに垂直方向に加えられる押し圧力によって、シートを撓ませることは空間的に難しく、圧電素子の表面を擦るだけで十分な電気出力を発生させるものが望まれていた。また、スマートフォン等の筐体表面は必ずしも平面とは限らず、意匠性確保などの理由で、その形状には三次元的な凹凸が多く、そこに用いられる圧電素子はフレキシブルであることが望まれていた。
　さて、圧電繊維技術として、圧電性高分子にねじりを加えた配向させたものが特許文献３に開示されている。特許文献３に記載の圧電繊維は、繊維を特殊な製造方法であらかじめ捩じらせておくことで、繊維に対する引張や圧縮に対しては電気出力が得られる。しかし特許文献３には、繊維表面を擦ることによるせん断応力に対して十分な電気出力を発生させ、それを取り出すことに対する技術は全く示されていない。したがって、このような圧電繊維素子を、スマートフォンの筐体などに組み込んで、表面を指などで擦るといった比較的小さい印加応力だけで十分な電気出力を取り出すことは、極めて困難である。
　一般に、一軸延伸配向したポリ乳酸繊維は、延伸軸及びその垂直方向に対する延伸や圧縮応力に対してほとんど分極が生じず、そのため、このような繊維の表面を指などで擦ることで発生する比較的小さな印加応力では電気出力はほとんど得られないことが知られている。一方、ポリ乳酸圧電繊維の延伸軸に平行でも垂直でもない方向から力を加える、すなわち、せん断応力を与えることで分極が生じ、圧電体としての機能を発現することが知られている。
　特許文献４では、表面を指などで擦るといった比較的小さな印加応力によって電気出力を取り出すことができる繊維状の圧電素子が開示されている。特許文献４では、この繊維状圧電素子の構成要素である導電繊維として炭素繊維を用いている。しかし、繰り返し耐久性が要求される用途にこの繊維状圧電素子を適用した場合、炭素繊維は曲げ剛性が弱いため、徐々に繊維が折れて定量的な圧電性が得られず、徐々に圧電性能が落ちていくおそれがある。また、組紐状の圧電素子を接触式プローブとして用い、被計測物の高さや形状情報を得ようとする場合には、炭素繊維が折れて先端が鋭くなり、また炭素繊維固有の剛性ゆえ、被計測物の表面を傷つけるおそれがある。
　これらを解決するため、先に本出願人らは、特許文献５に記載の通り、導電性繊維および圧電性繊維からなる組物を含み、前記組物は前記導電性繊維が芯であり、前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲を被覆する被覆繊維である、圧電素子に関する発明を開発した。この発明においては、比較的小さな印加応力によって電気出力を取り出すことができる繊維状の圧電素子が得られるものの、電気出力の観点でさらなる改善が求められていた。
特開２００１-１８９７９２号公報 特開２０１１－２５３５１７号公報 特許第３５４０２０８号公報 国際公開第２０１４／０５８０７７号 国際公開第２０１６／１７５３２１号
　本発明は上記の背景に鑑みなされたものであり、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な圧電構造体及びそれを用いたデバイスを提供することにある。
　本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討した結果、導電性繊維と圧電性高分子との組み合わせとして、芯となる導電性繊維の表面を圧電性高分子で被覆した組紐状の被覆繊維を用いて特定の構造を有する圧電構造体を形成すると、従来の圧電素子と比較して、より大きな電気信号を取り出すことができることを発見し、本発明に到達した。
　すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
１．導電性繊維及び圧電性繊維からなる組物を含み、前記組物は前記導電性繊維が芯であり、前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲を被覆する被覆繊維である圧電構造体であって、前記被覆繊維が少なくとも１つの曲げ部を有し、前記圧電構造体を水平面に置いたときの前記水平面から前記圧電構造体の最上部までの高さが前記被覆繊維の直径よりも大きい、圧電構造体。
２．前記水平面から前記圧電構造体の最上部までの高さが前記被覆繊維の直径の２倍以上である、上記１記載の圧電構造体。
３．前記被覆繊維が任意の箇所に１以上の結び目を有する、上記１又は２記載の圧電構造体。
４．前記結び目は、飾り結び、ロープ結び、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる、上記１～３のいずれか一項に記載の圧電構造体。
５．前記結び目が飾り結びであり、該飾り結びが、ひと結び、吉祥結び、つゆ結び、かごめ結び１５角、ミョウガ結び、菊結び、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる、上記４記載の圧電構造体。
６．前記導電性繊維の曲げ剛性が０．０５×１０－４Ｎ・ｍ２／ｍ以下である、上記１～５のいずれか一項に記載の圧電構造体。
７．前記導電性繊維が金属コートされた有機繊維である、上記１～６のいずれか一項に記載の圧電構造体。
８．前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含む、上記１～７のいずれか一項に記載の圧電構造体。
９．前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のポリ－Ｌ－乳酸又はポリ－Ｄ－乳酸を含む、上記８記載の圧電構造体。
１０．前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、上記１～９のいずれか一項に記載の圧電構造体。
１１．前記被覆繊維に印加された応力の大きさ及び／又は印加された位置を検出する、上記１～１０のいずれか一項に記載の圧電構造体。
１２．検出される前記応力が、前記被覆繊維の表面と被接触物の表面との間の摩擦力である、上記１１記載の圧電構造体。
１３．検出される前記応力が、前記被覆繊維の表面又は先端部に対する垂直方向の抵抗力である、上記１１記載の圧電構造体。
１４．前記被覆繊維は伸長変形により電気信号を出力する、上記１～１３のいずれか一項に記載の圧電構造体。
１５．前記被覆繊維は、導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを有する、上記１～１４のいずれか一項に記載の圧電構造体。
１６．前記圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、上記１５記載の圧電構造体。
１７．前記導電性繊維の周囲を絶縁性繊維がさらに被覆する、上記１～１６のいずれか一項に記載の圧電構造体。
１８．前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲にＺ撚り方向に巻き付けられ、前記絶縁性繊維が前記導電性繊維の周囲にＳ撚り方向に巻き付けられるか、又は前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲にＳ撚り方向に巻き付けられ、前記絶縁性繊維が前記導電性繊維の周囲にＺ撚り方向に巻き付けられた、上記１７記載の圧電構造体。
１９．前記被覆繊維の外側に導電性繊維からなる層をさらに設けた、上記１～１８のいずれか一項に記載の圧電構造体。
２０．上記１～１９のいずれか一項に記載の圧電構造体を使った圧電センサ。
２１．上記２０に記載の圧電センサと、
　印加された圧力に応じて前記圧電センサ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。
２２．前記デバイスは、前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに備える、上記２１記載のデバイス。
２３．上記２０に記載の圧電センサと、
　印加された圧力に応じて前記圧電センサから電気信号を出力する出力手段と、
　前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段と、
　を備えるデバイス。
　本発明によれば、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な圧電構造体及びそれを用いたデバイスを提供することができる。また、飾り結び等の結び目を形成した圧電構造体の場合には、結び目を形成していない従来の被覆繊維からなる圧電素子の場合と比較して、より大きな電気信号を取り出すことができるだけでなく、圧電構造体としての美観（意匠性）を高めることもできる。したがって、このような圧電構造体は、高い意匠性が要求される技術分野においても幅広く適用することが可能である。
導電性繊維と圧電性繊維との組み合わせにおける電気信号の発生原理を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る圧電構造体の構成の一例を表す模式図である。 本発明の実施の形態に係る被覆繊維の好ましい構成の一例を表す模式図である。 配向角度θの計算方法を説明する模式図である。 本発明の圧電構造体を備えるセンサを示すブロック図である。 本発明に係る圧電構造体を備えるセンサにおける被覆繊維と増幅手段との接続例を示す模式図である。 （ａ）は結び目を設けていない組紐状被覆繊維から出力される電気信号の一例を示す図であり、（ｂ）は結び目を設けた圧電構造体から出力される電気信号の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明に係る結び目のない圧電構造体を示す写真であり、（ｃ）は複数の異なる動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を示す図である。 （ａ）は、吉祥結びとつゆ結びの組み合わせを含む圧電構造体を示す写真であり、（ｂ）～（ｄ）は、それぞれ「ゆらす」、「指で挟む」及び「引っ張る」の動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を示す図である。 （ａ）は、吉祥結びとつゆ結びの組み合わせを含む圧電構造体のチョーカーを示す写真であり、（ｂ）～（ｄ）は、それぞれ「首の脈」、「飲み物を飲む」及び「咳をする」の動作に対して当該チョーカーから出力される電気信号を示す図である。 かごめ結び１５角を含む圧電構造体のコースターを示す写真である。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ「指で押す」、「ビーカーで押す」及び「ビーカーに水を注ぐ」の動作に対してかごめ結び１５角を含む圧電構造体のコースターから出力される電気信号を示す図である。 ミョウガ結びを含む圧電構造体を示す写真である。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ「指で押す」、「ゆらす」及び「縦に伸ばす」の動作に対してミョウガ結びを含む圧電構造体から出力される電気信号を示す図である。 菊結びを含む圧電構造体のキーホルダーを示す写真である。 実施形態に係る組紐状被覆繊維の断面写真である。
　はじめに、本発明の導電性繊維と圧電性繊維との組み合わせにおける電気信号の発生原理について説明する。
　図１は、導電性繊維と圧電性繊維との組み合わせにおける電気信号の発生原理を説明する模式的な断面図である。増幅手段１２の入力端子には、導電性繊維Ｂからの引出し線を接続する。図１（ａ）において、導電性繊維Ｂ及び圧電性繊維Ａに外力が加えられていない状態では、導電性繊維Ｂ及び圧電性繊維Ａにおいて、正負各電荷は均一に分布している。圧電性繊維Ａに外力が加えられ始めると、図１（ｂ）に示すように、圧電性繊維Ａにおいて分極が発生し、電荷の正負が一方向に配列された状態になる。圧電性繊維Ａの分極により発生した正負各電荷の配列につられて、導電性繊維Ｂから負の電荷が流出する。この負の電荷の移動は微小な電気信号の流れ（すなわち電流）として現れ、増幅手段１２はこの電気信号を増幅し、出力手段１３は、増幅手段１２で増幅された電気信号を出力する。図１（ｂ）に示す分極状態は、圧電性繊維Ａに対する外力が維持（固定）される限り継続する。
　圧電性繊維Ａに対する外力が維持（固定）された状態（図１（ｂ））から圧電性繊維Ａに対するが外力が減少し始めると、図１（ｃ）に示すように圧電性繊維Ａにおいて分極は解消し、圧電性繊維Ａにおいて正負各電荷が均一に分布した状態になる。圧電性繊維Ａにおける正負各電荷の均一分布につられて、導電性繊維Ｂへ負の電荷が流入する。この負の電荷の移動は微小な電気信号の流れ（すなわち電流）として現れるが、増幅手段１２ではこの電気信号を増幅し、増幅された電気信号を出力手段１３にて出力する。なお、圧電性繊維Ａに対する外力が増加する動作中の状態（図１（ｂ））と外力がかかっている状態から外力が減少している状態（図１（ｃ））とでは、負の電荷の移動の向きは逆向きになるので、外力が増加する動作と外力が減少する動作とでは逆極性の電気信号が発生する。例えば、圧電性繊維Ａの伸長動作時には正の電気信号が発生し、圧電性繊維Ａの戻し動作時には負の電気信号が発生する。
　本発明では、圧電性繊維Ａに対する伸長及び戻し動作に伴い発生する微小な電気信号を、増幅手段１２によって増幅して出力手段１２によって出力し、外部機器（図示せず）における演算処理により、増幅電気信号が正か負かを切り分け、圧電性繊維Ａの伸長の有無及び伸長の度合いを検出する。例えば、外部機器（図示せず）において、増幅手段１２にて増幅され出力手段１３から出力された増幅電気信号を時間積分し、そして、この積分値が、所定の上限値以上になったときは「伸長動作」と判定し、所定の下限値未満となったときは「戻し動作」と判定する演算処理を実行することができる。なお、本明細書において、圧電性繊維Ａに印加された応力に応じて電気信号が発生するとの記載は、圧電性繊維Ａの歪みに応じて電気信号が発生することと同義である。
　以下、本発明について詳細に説明する。
（圧電構造体）
　本発明の圧電構造体は、導電性繊維及び圧電性繊維からなる組物を含み、前記組物は前記導電性繊維が芯であり、前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲を被覆する被覆繊維であり、前記被覆繊維が少なくとも１つの曲げ部を有し、前記圧電構造体を水平面に置いたときの前記水平面から前記圧電構造体の最上部までの高さが前記被覆繊維の直径よりも大きいことを特徴としている。図２は、本発明の実施の形態に係る圧電構造体の構成の一例を表す模式図であり、図２（ａ）は上面図を示し、図２（ｂ）は側面図を示す。
　図２（ａ）を参照すると、圧電構造体１０は、後で詳しく説明する被覆繊維１から構成され、より具体的には当該被覆繊維１に曲げ部が形成されるよう結び目を設けた構造を有する。この圧電構造体１０を水平面に置くと、図２（ｂ）に示すように、水平面から圧電構造体１０の最上部までの高さｈは被覆繊維１の直径よりも大きくなる。この場合には、図２（ｂ）に示すように、被覆繊維１は、結び目部分において、水平面に平行な方向とは異なる複数の方向に配向された繊維軸を有することになる。この圧電構造体１０に対し、例えば、水平面に垂直な方向から応力を印加した場合には、結び目部分の被覆繊維１に複数の伸長による変形が生じ、このような複数の伸長変形により圧電構造体１０において複数の電気信号が発生する。また、この圧電構造体１０は、上記のとおり、複数の方向に配向された繊維軸を有するため、水平面に垂直な方向からの応力だけでなく、他の様々な方向からの応力に対しても伸長変形が生じ、電気信号を発生させることが可能である。さらに言えば、このような複数の伸長変形によって発生する電気信号は、当然ながら、１つの伸長変形によって発生する電気信号よりも大きいことが明らかである。また、結び目部分は複雑に拘束されているので、特定の方向の応力に対して局所的に応力が集中し、その結果発生する電気信号が大きくなる場合もある。したがって、このような構造を有する本発明の圧電構造体によれば、比較的小さな変形で生じる応力によってもより大きな電気信号を確実に取り出すことが可能となる。さらに、この圧電構造体１０は複数の方向に配向された繊維軸を有するため、印加される応力の方向や強さに応じて、伸長変形の仕方や程度が大きく変化する場合がある。この場合には、出力される信号の強度や挙動も変化するため、応力が印加される動作を区別することも可能である。
　これとは対照的に、１本の被覆繊維１を単に水平面に置いた場合には、例えば、被覆繊維１の両端を引っ張ることで伸長変形を生じさせることはできるものの、他の様々な方向からの応力、例えば、水平面に対して平行でない方向からの応力に対して十分な伸長変形を生じさせることはできない。さらに、１本の被覆繊維１を単に水平面に置いた場合には、本発明の圧電構造体とは異なり、１つの応力印加に対して同時に複数の伸長変形を生じさせることも困難である。したがって、本発明の圧電構造体によれば、従来の被覆繊維からなる圧電素子と比較して、より大きな電気信号を取り出すことが可能である。
　なお、図２では、理解を容易にするため、本発明の圧電構造体として結び目を有する構成を示したが、本発明の圧電構造体は、このような構成には限定されない。すなわち、本発明の圧電構造体は、被覆繊維が少なくとも１つの曲げ部、好ましくは少なくとも２つ又は少なくとも３つの曲げ部を有し、圧電構造体を水平面に置いたときの水平面から当該圧電構造体の最上部までの高さが被覆繊維の直径よりも大きい任意の構造を含むことができる。例えば、本発明の圧電構造体は、被覆繊維に単に曲げ部を設けた後、当該曲げ部を接着剤等で固めてその構造を維持できるようにしたものも包含する。
　本発明によれば、水平面から圧電構造体１０の最上部までの高さは、被覆繊維１の直径よりも大きければよく特に限定されないが、好ましくは被覆繊維１の直径の２倍以上であり、より好ましくは３倍以上である。圧電構造体１０がこのようなより大きな高さを有する場合には、圧電構造体１０が配置される面に対する被覆繊維１の繊維軸の傾きをより大きくすることができる。したがって、圧電構造体１０への特定方向からの応力の印加、例えば、水平面に垂直な方向からの応力の印加に対し、被覆繊維１においてより大きな伸長変形を生じさせることができ、その結果として圧電構造体１０からより大きな電気信号を取り出すことが可能となる。また、水平面から圧電構造体１０の最上部までの高さと被覆繊維１の曲げ部の数とを適切に組み合わせることで、比較的小さな変形によって、複数の被覆繊維１のそれぞれからより大きな電気信号を取り出すことで、全体として極めて大きな電気信号を取り出すことも可能である。
　本発明において、「被覆繊維の直径」とは、圧電構造体を構成する被覆繊維の最も細い部分の直径を言うものである。
　本発明の圧電構造体１０においては、被覆繊維１は、任意の箇所に１以上の結び目を有することが好ましい。結び目を設けることで、接着剤等を使用することなしに、被覆繊維１が少なくとも１つの曲げ部を有し、水平面から圧電構造体１０の最上部までの高さが被覆繊維１の直径よりも大きい圧電構造体１０をより簡単に形成することができる。より好ましくは、被覆繊維１は、任意の箇所に２、３、４又はそれ以上の結び目を有する。結び目の数を増やすことで、様々な方向に配向された繊維軸を有する多くの被覆繊維１を含む圧電構造体１０を形成することができる。その結果として、１つの応力印加に対して同時に複数の伸長変形を生じさせることにより、全体として極めて大きな電気信号を取り出すことが可能となる。
　このような結び目としては、当業者に公知の任意の結び目を採用可能であり、特に限定されないが、例えば、飾り結び、ロープ結び、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれるものを採用可能である。
　飾り結びとしては、例えば、川島美園著「図解はじめての飾り結び　１補訂版」水曜社発行に記載されている飾り結び、具体的には、淡路結び（右上）、淡路結び（左上）、葵結び（一方ひもの移動／左回り）、葵結び（一方ひもの移動／右回り）、四つ手淡路結び、荘厳結び、けまん結び、本願寺結び（亀結び）、総角結び（あげまき結び／人型）、総角結び（あげまき結び／入型）、菊結び、菊結び（クサビ結び）、裏菊結び、十二片菊結び、八重菊結び、梅結び、蝶結び１、蝶結び２、釈迦結び（しゃか頭）、玉結び、四つ菱結び、相生結び、髪飾り結び、かごめ結び１０角、かごめ結び１５角、六方緒じめ結び、几帳結び、二つ葉結び、三つ葉結び、梅花結び、つゆ結び（男結び／人型）、つゆ結び（女結び／入型）、変わりこま結び（横）、変わりこま結び（縦）、叶結び、機結び、角結び（丸）、角結び（角）、けさ結び、守り袋結び（横）、守り袋結び（縦）、玉房結び、国結び、平打ち（三つ）、平打ち（四つ）、平打ち（五つ）、うろこ打ち（平七つ）、うろこ打ち（平九つ）、縄編み（平）、角打ち（四つ）、角打ち（六つ）、角打ち（八つ）、丸打ち（四つ）、丸打ち（六つ）、左右結び、蜷結び、鎖結び、重ね四つ手淡路結び、淡路つなぎ結び、重ね淡路結び、ダブル玉結び、つな編み結び三角、つな編み結び四角、つな編み結び長方形、かざぐるま結び、かざぐるま結び（一方ひもの移動）、重ね几帳結び（上三角）、重ね几帳つなぎ結び（下三角）、三つ井結び、ミョウガ結び、唐蝶結び（上向）、唐蝶結び（下向）、玉房結び三角（上向）、玉房結び三角（下向）、玉房結び変化（菱花結び）、長８字結び、横８字結び、つな編み結び四角（２方入）、長国結び、横国結び、二重守り袋結び、太陽結び、リング太陽結び、幸運傘結び、開扇玉房結び、ひばり結び、平結び、七宝結び（１回平結び）、七宝結び（１回半平結び）、巻き結び、表タッチング結び、左上ねじり結び、右上ねじり結び、８の字結び、とめ結び、まとめ結び（ラッピング）等を採用可能である。本発明においては、例えば、ひと結び、吉祥結び、つゆ結び、かごめ結び１５角、ミョウガ結び、菊結び、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる飾り結びを採用可能である。
　ロープ結びとしては、例えば、杉浦昭典著「図解　新・ロープの結び方」海文堂発行に記載されているロープ結び、具体的には、一重結び、８の字結び、一結び、ねじり結び、巻き結び、二重結び、もやい結び、腰掛け結び、わな結び、中間輪結び、締め結び、真結び、一重つなぎ、あやつなぎ、思い結び、けまん結び、あげまき結び、棒結び、捕縛結び、取っ手結び（クラウン・ノット、ウォール・ノット、ウォール・アンド・クラウン・ノット、マシュー・ウォーカー・ノット、ダイヤモンド・ノット、６本ストランドの取っ手結び）、たが結び（３辺３本形タークス・ヘッド、４辺３本形タークス・ヘッド、５辺３本形タークス・ヘッド、多辺３本形タークス・ヘッド、４本形タークス・ヘッド）などをいずれも採用可能である。また、飾り結び及びロープ結びの具体的な結び目については、上記の文献の記載に基づいて容易に形成することが可能である。
　なお、本発明の圧電構造体では、複数本の被覆繊維を束ねたものを用いてもよく、例えば、被覆繊維の直径が適切なサイズになるように当該被覆繊維の周囲をさらに別の繊維又は層で被覆し、このようにして得られた被覆繊維を複数本束ねて用いてもよい。特に上記の飾り結びを有する被覆繊維を含む圧電構造体の場合には、被覆繊維の周囲をさらに別の種々の形状（例えば、組紐状、カバリング糸状等）や色を有する繊維又は層で被覆したものを（単独で又は）複数本束ねて用いることにより、より意匠性の高い圧電構造体を得ることができる。この際、飾り結びを形成するすべての紐状物を圧電被覆繊維としてもよいし、当該紐状物の一部に圧電被覆繊維を用いてもよい。
（被覆繊維）
　本発明の圧電構造体は、導電性繊維の表面を圧電性高分子の繊維、すなわち圧電性繊維で被覆した被覆繊維を含む。図３は、本発明の実施の形態に係る被覆繊維の好ましい構成の一例を表す模式図である。図３に示すように、被覆繊維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。なお、図３では、上記のとおり、被覆繊維１の好ましい構成の一例として組紐状被覆繊維１’が示されているが、本発明に係る被覆繊維１は、このような組紐状被覆繊維１’には限定されず、導電性繊維と圧電性繊維からなる任意の形状の組物を包含することができる。以下、被覆繊維１の好ましい構成の一例である組紐状被覆繊維１’についてより詳しく説明する。
　組紐状被覆繊維１’では、少なくとも一本の導電性繊維Ｂの外周面を多数の圧電性繊維Ａが緻密に取り巻いている。組紐状被覆繊維１’に変形が生じると、多数の圧電性繊維Ａそれぞれに変形による応力が生じ、それにより多数の圧電性繊維Ａそれぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維Ｂを取り巻く多数の圧電性繊維Ａの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維Ｂに生じる。すなわち圧電性繊維Ａの組紐状の鞘部２を用いない場合と比較して導電性繊維Ｂからの電気信号が増大する。それにより、組紐状被覆繊維１’では、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能となる。なお、導電性繊維Ｂは複数本であってもよい。
　組紐状被覆繊維１’は、その中心軸（図３中のＣＬ）方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものが好ましい。
（伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状被覆繊維）
　中心軸方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状被覆繊維１’としては、例えば、圧電性繊維Ａとして、一軸配向した高分子の成型体であり、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子を使用することができる。本発明において「主成分として含む」とは、構成成分の５０質量％以上を占めることを指す。また、本発明において結晶性高分子とは、１質量％以上の結晶部と、結晶部以外の非晶部とからなる高分子であり、結晶性高分子の質量とは結晶部と非晶部とを合計した質量である。なお、ｄ１４の値は成型条件や純度及び測定雰囲気によって異なる値を示すが、本発明においては、実際に使用される圧電性高分子中の結晶性高分子の結晶化度及び結晶配向度を測定し、それと同等の結晶化度及び結晶配向度を有する１軸延伸フィルムを当該結晶性高分子を用いて作成し、そのフィルムのｄ１４の絶対値が、実際に使用される温度において０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を示せばよく、本実施形態の圧電性高分子に含まれる結晶性高分子としては、後述されるような特定の結晶性高分子には限定されない。フィルムサンプルのｄ１４の測定は公知の様々な方法を取ることができるが、例えばフィルムサンプルの両面に金属を蒸着して電極としたサンプルを、延伸方向から４５度傾いた方向に４辺を有する長方形に切り出し、その長尺方向に引張荷重をかけた時に両面の電極に発生する電荷を測定することで、ｄ１４の値を測定することができる。
　また、中心軸方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状被覆繊維１’においては、中心軸の方向と圧電性高分子の配向方向とがなす角度（配向角度θ）は１５°以上７５°以下であることが好ましい。この条件を満たす時、組紐状被覆繊維１’に対し中心軸方向の伸長変形（引張応力及び圧縮応力）を与えることで、圧電性高分子に含まれる結晶性高分子の圧電定数ｄ１４に対応する圧電効果を効率よく利用し、組紐状被覆繊維１’の中心軸側と外側とに効率的に逆極性（逆符号）の電荷を発生させることができる。かかる観点から、配向角度θは２５°以上６５°以下であることが好ましく、３５°以上５５°以下であることがより好ましく、４０°以上５０°以下であることがさらに好ましい。このように圧電性高分子を配置すると、圧電性高分子の配向方向はらせんを描くことになる。
　また、このように圧電性高分子を配置することで、組紐状被覆繊維１’の表面を擦るようなせん断変形や、中心軸を曲げるような曲げ変形や、中心軸を軸としたねじり変形に対しては被覆繊維１の中心軸側と外側とには大きな電荷を発生させないようにする、即ち中心軸方向の伸長に対して選択的に大きな電荷を発生させる組紐状被覆繊維１’とすることができる。
　配向角度θは、可能な限り下記の方法で測定する。組紐状被覆繊維１’の側面写真を撮影し、圧電性高分子Ａ’のらせんピッチＨＰを測定する。らせんピッチＨＰは図４の通り、１本の圧電性高分子Ａ’が表面から裏面を回って再び表面に来るまでに要した、中心軸方向の直線距離である。また、必要に応じて接着剤で構造を固定後に、組紐状被覆繊維１’の中心軸に垂直な断面を切り出して写真を撮影し、鞘部２が占める部分の外側半径Ｒｏ及び内側半径Ｒｉを測定する。断面の外縁及び内縁が楕円形や扁平な円形の場合は、長径と短径の平均値をＲｏ及びＲｉとする。下記式から中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θを計算する。
　θ　＝　ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）　（０°≦θ≦９０°）
　ただしＲｍ＝２（Ｒｏ3－Ｒｉ3）／３（Ｒｏ2－Ｒｉ2）、即ち断面積で加重平均した被覆繊維１の半径である。
　被覆繊維１の側面写真において圧電性高分子が均一な表面を有しており、圧電性高分子のらせんピッチが判別できない場合は、接着剤等で固定した組紐状被覆繊維１’を中心軸を通る平面で割断し、割断面に垂直な方向に、中心軸を通るよう十分に狭い範囲でＸ線を透過するよう広角Ｘ線回折分析を行い、配向方向を決定して中心軸との角度をとり、θとする。
　本発明に係る組紐状被覆繊維１’では、圧電性高分子の配向方向に沿って描かれるらせんについて、らせん方向（Ｓ撚り方向又はＺ撚り方向）やらせんピッチを異にする２つ以上のらせんが同時に存在する場合があるが、それぞれのらせん方向及びらせんピッチの圧電性高分子についてそれぞれ上記測定を行い、いずれか一つのらせん方向及びらせんピッチの圧電性高分子が前述の条件を満たすことが必要である。
　中心軸方向の伸長変形に対して中心軸側と外側とに発生する電荷の極性は、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置した場合と、同じ圧電性高分子の配向方向をＺ撚りのらせんに沿って配置した場合とでは、互いに逆の極性になる。このため、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置すると同時にＺ撚りのらせんに沿って配置した場合は、伸長変形に対する発生電荷がＳ撚り方向とＺ撚り方向とで互いに打消し合って効率的に利用できないため、好ましくない。したがって、上記の圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、被覆繊維１の中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であることが好ましく、さらに０以上０．５以下であることが好ましい。
　本発明の圧電性繊維として主成分としてポリ乳酸が含まれる繊維を用いる場合、ポリ乳酸中の乳酸ユニットは９０モル％以上であることが好ましく、９５モル％以上であることがより好ましく、９８モル％以上がさらに好ましい。
　なお、組紐状被覆繊維１’では、本発明の目的を達成する限り、鞘部２では圧電性繊維Ａ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよいし、芯部３では導電性繊維Ｂ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
　被覆繊維１又は組紐状被覆繊維１’の長さは特に限定はないが、製造において連続的に製造され、その後に好みの長さにカットして利用してもよい。実際の圧電構造体としての利用においては、被覆繊維１又は組紐状被覆繊維１’の長さは１ｍｍ～２０ｍ、好ましくは、１ｃｍ～１０ｍ、より好ましくは１０ｃｍ～５ｍである。長さが短すぎると圧電構造体の形成にとって不利な場合があり、また、長さが長すぎると導電性繊維Ｂの抵抗値の問題等で電気出力が低下する等の問題がある。
　以下、各構成について詳細に説明する。
（導電性繊維）
　導電性繊維Ｂとしては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられる。導電性繊維Ｂとしては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。
　金属をコートされるベースの繊維として、導電性の有無によらず公知の繊維を用いることができ、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維の他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。ベースの繊維はこれらに限定されるものではなく、公知の繊維を任意に用いることができ、これらの繊維を組み合わせて用いてもよい。
　ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、及びこれらの混合物や合金などを用いることができる。
　導電性繊維Ｂに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電構造体を用いたセンサとしての耐久性や安全性に優れる。
　導電性繊維Ｂはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントを用いても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントを用いてもよい。マルチフィラメントの方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ～５０００μｍであり、好ましくは２μｍ～１００μｍである。さらに好ましくは３μｍ～５０μｍである。マルチフィラメントの場合、フィラメント数としては、１本～１０００００本が好ましく、より好ましくは５本～５００本、さらに好ましくは１０本～１００本である。ただし、導電性繊維Ｂの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部３の繊度・本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の導電性繊維Ｂと数えるものとする。ここで芯部３とは、導電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
　繊維の直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維Ｂの断面形状としては円又は楕円であることが、被覆繊維の設計及び製造の観点で好ましいが、これに限定されない。
　また、圧電性高分子からの電気出力を効率よく取り出すため、電気抵抗は低いことが好ましく、体積抵抗率としては１０－１Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０－２Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０－３Ω・ｃｍ以下である。ただし、電気信号の検出で十分な強度が得られるのであれば導電性繊維Ｂの抵抗率はこの限りではない。
　導電性繊維Ｂは、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはＪＩＳ　Ｌ１０１３　８．６の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、０．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック（株）製ＫＥＳ―ＦＢ２純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス（株）製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＨＴＳ４０－３Ｋよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が０．０５×１０－４Ｎ・ｍ２／ｍ以下であることが好ましく、０．０２×１０－４Ｎ・ｍ２／ｍ以下であることがより好ましく、０．０１×１０－４Ｎ・ｍ２／ｍ以下であることがさらに好ましい。
（圧電性繊維）
　圧電性繊維Ａの材料である圧電性高分子としてはポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸のような圧電性を示す高分子を利用できるが、本実施形態では上記のように圧電性繊維Ａは主成分として配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が高い結晶性高分子、とりわけポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
　ポリ乳酸としては、その結晶構造によって、Ｌ－乳酸、Ｌ－ラクチドを重合してなるポリ－Ｌ－乳酸、Ｄ－乳酸、Ｄ－ラクチドを重合してなるポリ－Ｄ－乳酸、さらに、それらのハイブリッド構造からなるステレオコンプレックスポリ乳酸などがあるが、圧電性を示すものであればいずれも利用できる。圧電率の高さの観点で好ましくは、ポリ－Ｌ－乳酸、ポリ－Ｄ－乳酸である。ポリ－Ｌ－乳酸、ポリ－Ｄ－乳酸はそれぞれ、同じ応力に対して分極が逆になるために、目的に応じてこれらを組み合わせて使用することも可能である。
　ポリ乳酸の光学純度は９９％以上であることが好ましく、９９．３％以上であることがより好ましく、９９．５％以上であることがさらに好ましい。光学純度が９９％未満であると著しく圧電率が低下する場合があり、圧電性繊維Ａの形状変化よって十分な電気信号を得ることが難しくなる場合がある。特に、圧電性繊維Ａは、主成分としてポリ－Ｌ－乳酸又はポリ－Ｄ－乳酸を含み、これらの光学純度が９９％以上であることが好ましい。
　ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維Ａは、製造時に延伸されて、その繊維軸方向に一軸配向している。さらに、圧電性繊維Ａは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いこと及び一軸配向していることでより大きな圧電性を示し、ｄ１４の絶対値が高くなるためである。
　結晶性及び一軸配向性はホモＰＬＡ結晶化度Ｘhomo（％）及び結晶配向度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（％）及び結晶配向度Ａｏ（％）が下記式（１）を満たすことが好ましい。
　　　Ｘhomo×Ａｏ×Ａｏ÷１０6≧０．２６　　　（１）
　上記式（１）を満たさない場合、結晶性及び／又は一軸配向性が十分でなく、動作に対する電気信号の出力値が低下したり、特定方向の動作に対する信号の感度が低下したりするおそれがある。上記式（１）の左辺の値は、０．２８以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましい。ここで、各々の値は下記に従って求める。
ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomo：
　ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomoについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求める。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、（株）リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録する。
　　Ｘ線源：　Ｃｕ－Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
　　出力：　４５ｋＶ×６０ｍＡ
　　スリット：　１ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
　　カメラ長：　１２０ｍｍ
　　積算時間：　１０分
　　サンプル：　３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする。
　得られるＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉｔｏｔａｌを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩHMiを求める。これらの値から下式（２）に従い、ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomoを求める。
　　ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomo（％）＝ΣＩHMi／Ｉtotal×１００　　　（２）
　なお、ΣＩHMiは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出する。
（２）結晶配向度Ａｏ：
　結晶配向度Ａｏについては、上記の広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）により得られるＸ線回折図形において、動径方向の２θ＝１６．５°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角（°）に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣＷi（°）から次式（３）より算出する。
　　結晶配向度Ａｏ（％）＝（３６０－ΣＷi）÷３６０×１００　　　（３）
　なお、ポリ乳酸は加水分解が比較的速いポリエステルであるから、耐湿熱性が問題となる場合においては、公知の、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物などの加水分解防止剤を添加してもよい。また、必要に応じてリン酸系化合物などの酸化防止剤、可塑剤、光劣化防止剤などを添加して物性改良してもよい。
　圧電性繊維Ａはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ～５ｍｍであり、好ましくは５μｍ～２ｍｍ、さらに好ましくは１０μｍ～１ｍｍである。マルチフィラメントの場合、その単糸径は０．１μｍ～５ｍｍであり、好ましくは２μｍ～１００μｍ、さらに好ましくは３μｍ～５０μｍである。マルチフィラメントのフィラメント数としては、１本～１０００００本が好ましく、より好ましくは５０本～５００００本、さらに好ましくは１００本～２００００本である。ただし、圧電性繊維Ａの繊度や本数については、組紐を作製する際のキャリア１つあたりの繊度、本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の圧電性繊維Ａと数えるものとする。ここで、キャリア１つの中に、圧電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
　このような圧電性高分子を圧電性繊維Ａとするためには、高分子から繊維化するための公知の手法を、本発明の効果を奏する限りいずれも採用することができる。例えば、圧電性高分子を押し出し成型して繊維化する手法、圧電性高分子を溶融紡糸して繊維化する手法、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸により繊維化する手法、圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法、フィルムを形成した後に細くカットする手法、などを採用することができる。これらの紡糸条件は、採用する圧電性高分子に応じて公知の手法を適用すればよく、通常は工業的に生産の容易な溶融紡糸法を採用すればよい。さらに、繊維を形成後には形成された繊維を延伸する。それにより一軸延伸配向しかつ結晶を含む大きな圧電性を示す圧電性繊維Ａが形成される。
　また、圧電性繊維Ａは、上記のように作製されたものを組紐とする前に、染色、撚糸、合糸、熱処理などの処理をすることができる。
　さらに、圧電性繊維Ａは、組紐を形成する際に繊維同士が擦れて断糸したり、毛羽が出たりする場合があるため、その強度と耐摩耗性は高い方が好ましく、強度は１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、２．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。耐摩耗性は、ＪＩＳ　Ｌ１０９５　９．１０．２　Ｂ法などで評価することができ、摩擦回数は１００回以上が好ましく、１０００回以上であることがより好ましく、５０００回以上であることがさらに好ましく、１００００回以上であることが最も好ましい。耐摩耗性を向上させるための方法は特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法を用いることができ、例えば、結晶化度を向上させたり、微粒子を添加したり、表面加工したりすることができる。また、組紐に加工する際に、繊維に潤滑剤を塗布して摩擦を低減させることもできる。
　また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）及び導電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｃ）が下記式（４）を満たすことが好適である。
　　｜Ｓ（ｐ）－Ｓ（ｃ）｜≦１０　　　（４）
　上記式（４）の左辺は５以下であることがより好ましく、３以下であればさらに好ましい。
　また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）及び絶縁性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｉ）が下記式（５）を満たすことが好適である。
　　｜Ｓ（ｐ）－Ｓ（ｉ）｜≦１０　　　（５）
　上記式（５）の左辺は５以下であることがより好ましく、３以下であればさらに好ましい。
　また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周１．１２５ｍの検尺機で捲数２０回のカセを作り、０．０２２ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長Ｌ０を測定した。その後、このカセを１００℃の沸騰水浴中で３０分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長Ｌを測定した。測定されたＬ０及びＬを用いて下記式（６）により沸水収縮率を計算する。
　　沸水収縮率＝（Ｌ０－Ｌ）／Ｌ０×１００（％）　　（６）
（被覆）
　導電性繊維Ｂ又は芯部３は、圧電性高分子から形成される圧電性繊維Ａで表面が被覆されている。導電性繊維Ｂを被覆する圧電性繊維層又は鞘部２の厚みは１μｍ～１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５μｍ～５ｍｍ、さらに好ましくは１０μｍ～３ｍｍ、最も好ましくは２０μｍ～１ｍｍである。薄すぎると強度の点で問題となる場合があり、また、厚すぎると電気出力を取り出すことが困難となる場合がある。
　組紐状被覆繊維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が多過ぎて組紐状被覆繊維１’が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも圧電構造体１０がセンサとして十分に機能しなくなる。
　ここでいう総繊度とは、鞘部２を構成する圧電性繊維Ａ全ての繊度の和であり、例えば、一般的な８打組紐の場合には、８本の繊維の繊度の総和となる。
　また、組紐状被覆繊維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が太過ぎて被覆繊維１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも圧電構造体１０がセンサとして十分に機能しなくなる。
　なお、導電性繊維Ｂに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維Ｂあるいは圧電性繊維Ａに混繊した場合は、繊度の比率は上記の限りではない。本発明において、上記比率は、接触面積や被覆率、すなわち、面積及び体積の観点で重要であるからである。例えば、それぞれの繊維の比重が２を超えるような場合には、繊維の平均断面積の比率が上記繊度の比率であることが好ましい。
　圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂ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の間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
　被覆の方法は導電性繊維Ｂを芯として、その周りに圧電性繊維Ａを巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維層の形状は、印加された応力に対して電気出力を出すことが出来れば特に限定されるものではないが、組紐状被覆繊維１’の場合においては、芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が好ましい。
　導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａの形状としては特に限定されるものではないが、できるだけ同心円状に近いことが好ましい。なお、導電性繊維Ｂとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維Ａは、導電性繊維Ｂのマルチフィラメントの表面（繊維周面）の少なくとも一部が接触しているように被覆していればよく、マルチフィラメントを構成するすべてのフィラメント表面（繊維周面）に圧電性繊維Ａが被覆していても、また、していなくともよい。導電性繊維Ｂのマルチフィラメントを構成する内部の各フィラメントへの圧電性繊維Ａの被覆状態は、圧電性素子としての性能、取扱い性等を考慮して、適宜設定すればよい。
　本発明における被覆繊維１は少なくとも１本の導電性繊維を含むが、導電性繊維は１本に限定されず、より多くても良い。
　本発明における被覆繊維１は、その表面に電極を存在させる必要が無いため、被覆繊維１自体をさらに被覆する必要がなく、また、誤動作しにくいという利点がある。
（絶縁性繊維）
　本発明に係る被覆繊維１では、導電性繊維Ｂの周囲を絶縁性繊維でさらに被覆してもよい。より具体的には、組紐状被覆繊維１’では、鞘部２は圧電性繊維Ａのみによって形成してもよいし、又は圧電性繊維Ａと絶縁性繊維の組み合わせによって形成してもよい。例えば、圧電性繊維Ａが導電性繊維Ｂの周囲にＺ撚り方向に巻き付けられ、絶縁性繊維が導電性繊維Ｂの周囲にＳ撚り方向に巻き付けられるか、又は圧電性繊維Ａが導電性繊維Ｂの周囲にＳ撚り方向に巻き付けられ、絶縁性繊維が導電性繊維Ｂの周囲にＺ撚り方向に巻き付けられてもよい。
　このような絶縁性繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維を組み合わせて用いてもよく、絶縁性を有しない繊維と組み合わせ、全体として絶縁性を有する繊維としてもよい。
　また、公知のあらゆる断面形状の繊維も用いることができる。
（製造方法）
　本発明の圧電構造体は、少なくとも１本の導電性繊維Ｂの表面を圧電性繊維Ａで被覆した被覆繊維を含む。この被覆繊維の製造方法として以下の方法が挙げられる。すなわち、導電性繊維Ｂと延伸した圧電性繊維Ａを別々の工程で作製し、導電性繊維Ｂに圧電性繊維Ａを巻き付けるなどして被覆する方法である。この場合には、できるだけ同心円状に近くなるように被覆することが好ましい。
　この場合、圧電性繊維Ａを形成する圧電性高分子としてポリ乳酸を用いる場合の好ましい紡糸、延伸条件として、溶融紡糸温度は１５０～２５０℃が好ましく、延伸温度は４０～１５０℃が好ましく、延伸倍率は１．１倍から５．０倍が好ましく、結晶化温度は８０～１７０℃が好ましい。
　導電性繊維Ｂに巻き付ける圧電性繊維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。
　巻き付けて被覆する形態としては、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。また、導電性繊維Ｂを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維Ａを製紐して、丸打組物（Ｔｕｂｕｌａｒ　Ｂｒａｉｄ）を作製することで、被覆してもよい。圧電性繊維Ａをモノフィラメントとして用いる場合、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１０μ～１ｍｍである。マルチフィラメントとして用いる場合、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。
　本発明の圧電構造体は、以上のような方法で製造した被覆繊維を用いて任意の適切な方法により製造することができる。例えば、被覆繊維に少なくとも１つの曲げ部を設けた後、当該少なくとも１つの曲げ部を接着剤等で固めて圧電構造体が３次元の構造を維持できるようにしてもよい。あるいはまた、本発明の好ましい実施形態によれば、被覆繊維の任意の箇所に１以上の結び目を形成してもよい。このような方法によれば、接着剤等を使用することなしに、被覆繊維が少なくとも１つの曲げ部を有し、水平面から圧電構造体の最上部までの高さが被覆繊維の直径よりも大きい圧電構造体をより簡単に形成することができる。なお、結び目は、公知の結び手法をいずれも用いることができ、同じ結び目を複数形成しても、異種を複数形成してもよい。公知の結び手法としては、飾り結びやロープ結びが知られており、これらの組み合わせなど、いずれも適用可能である。例えば、川島美園著「図解はじめての飾り結び　１補訂版」水曜社発行に記載されている飾り結びや、杉浦昭典著「図解　新・ロープの結び方」海文堂発行に記載されているロープ結びなどをいずれも採用可能であり、具体的な結び目については、これらの文献の記載に基づいて容易に形成することが可能である。これらの結び目は、例えば、被覆繊維の周囲をさらに別の種々の形状（例えば、組紐状、カバリング糸状等）や色を有する繊維又は層で被覆したものを単独で又は複数本束ねて用いることにより形成してもよい。このような被覆繊維は、例えば、被覆繊維の周囲に別の種々の色を有する繊維を組紐状若しくはカバリング糸状に巻きつけることにより形成してもよいし、又は組紐状若しくはカバリング糸状の紐に本発明に係る被覆繊維を挿入することにより形成してもよい。
（保護層）
　本発明に係る被覆繊維１の最表面には保護層を設けてもよい。この保護層は絶縁性であることが好ましく、フレキシブル性などの観点から高分子からなるものがより好ましい。保護層に絶縁性を持たせる場合には、もちろん、この場合には保護層ごと変形させたり、保護層上を擦ったりすることになるが、これらの外力が圧電性繊維Ａまで到達し、その分極を誘起できるものであれば特に限定はない。保護層としては、高分子などのコーティングによって形成されるものに限定されず、フィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよく、あるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。
　保護層の厚みとしては出来るだけ薄い方が、せん断応力を圧電性繊維Ａに伝えやすいが、薄すぎると保護層自体が破壊される等の問題が発生しやすくなるため、好ましくは１０ｎｍ～２００μｍ、より好ましくは５０ｎｍ～５０μｍ、さらに好ましくは７０ｎｍ～３０μｍ、最も好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。
　また、ノイズ低減を目的として、被覆繊維１の外側に電磁波シールド層をさらに設けてもよい。電磁波シールド層は特に限定されるものではないが、導電性の物質をコーティングしてもよいし、導電性を有するフィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよい。電磁波シールド層の体積抵抗率としては１０-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０-2Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０-3Ω・ｃｍ以下である。ただし、電磁波シールド層の効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。この電磁波シールド層は、鞘の圧電性繊維Ａの表面に設けてもよく、前述の保護層の外側に設けてもよい。もちろん、電磁波シールド層と保護層が複数層積層されていてもよく、その順番も目的に応じて適宜決められる。
　さらには、圧電性繊維からなる層を複数層設けたり、信号を取り出すための導電性繊維からなる層を複数層設けたりすることもできる。もちろん、これらの保護層、電磁波シールド層、圧電性繊維からなる層、導電性繊維からなる層は、その目的に応じて、その順番及び層数は適宜決められる。なお、巻付ける方法としては、例えば、組紐状被覆繊維１’の場合には、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。
（作用）
　本発明の圧電構造体は、表面を押す、擦るあるいは揺らすなどによって圧電性高分子にせん断応力が与えられるならば、電気出力を取り出すことが可能であり、圧電構造体に応力が印加されたこと、応力の大きさ、印加された位置などを検出するセンサとして利用することができる。
　なお、結び目を形成した圧電構造体の場合には、上記のとおり、結び目を形成していない従来の被覆繊維からなる圧電素子の場合と比較して、より大きな電気信号を取り出すことが可能であり、よってこのような圧電構造体を利用することでセンシング性能が向上したセンサを製造することができる。加えて、飾り結び等の結び目を形成することで圧電構造体としての美観（意匠性）を高めることもできるため、高い意匠性が要求される技術分野においても幅広く適用することが可能である。
（圧電構造体の適用技術）
　本発明の圧電構造体はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化、振動などを電気信号として出力することができるので、圧電構造体に印加された応力の大きさ及び／又は印加された位置を検出するセンサとして利用することができる。図５は、本発明の圧電構造体を備えるセンサを示すブロック図である。本発明の圧電構造体１０と、印加された圧力に応じて圧電構造体１０から出力される電気信号を増幅する増幅手段１２と、増幅手段１２で増幅された電気信号を出力する出力手段１３と、出力手段１３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１４とからなる圧電センサ１１を構成すれば、圧電構造体１０の表面への接触、圧力、形状変化、振動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、圧電構造体１０に印加された応力の大きさ及び／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、圧電センサ１１内に、出力手段１３から出力された電気信号に基づき圧電構造体１０に印加された応力の大きさ及び／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。
　増幅手段１２は、例えば各種電子回路で構築されてもよく、あるいはプロセッサ上で動作するソフトウェアプログラムにより実装される機能モジュールとして構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。プロセッサとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＬＳＩ（large scale integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programming Gate Array）等がある。また、出力手段１３は、例えば各種コネクタにて単独に構築されてもよく、あるいは送信手段１４と一体化した通信装置として構築されてもよい。またあるいは、増幅手段１２、出力手段１３及び送信手段１４の機能をまとめて、ソフトウェアプログラムを書き込んだ集積回路もしくはマイクロプロセッサなどで実現してもよい。なお、送信手段１４による送信方式を無線によるものにするか、有線によるものにするかは、構成するセンサに応じて適宜決定すればよい。また、接触式プローブを上記センサと同様の構成で実現することもできる。
　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、圧電構造体１０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。また、例えば、圧電構造体１０から出力される電気信号の大きさとして、電流値や電圧値などのような信号強度そのものでなく、これらの値の微分値やその他演算値を用いてもよい。例えば微分値であれば急激な電気信号の変化を精度よく取得することができたり、積分値であれば変形の大きさに基づく解析ができる。
　図６は、本発明に係る圧電構造体を備えるセンサにおける被覆繊維、より具体的には組紐状被覆繊維と増幅手段との接続例を示す模式図である。図６の増幅手段１２は、図５を参照して説明したものに相当するが、図５の出力手段１３及び送信手段１４については図６では図示を省略している。圧電構造体１０を備えるセンサを構成する場合、例えば、増幅手段１２の入力端子には、圧電構造体１０における組紐状被覆繊維１’の導電性繊維Ｂからの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、圧電性繊維Ａを接続する。
　本発明の圧電構造体は、柔軟性があり、美観も有するため非常に広範な用途が考えられる。本発明の圧電構造体からなるデバイス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、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、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサ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、装飾用の装身具（首飾り（ネックレス）、ブレスレット、耳飾り）などの表面感圧センサや形状変化センサとして用いることができる。
　例えば、ミサンガのような形状で手首まわりに常時密接させる装身具形状とすれば、着用者が意識することなく、常時、脈動をセンシングでき、また、特にチョーカーのように、首まわりに皮膚に常時密接しているような形状とすると、着用者が特別に意識することなく、脈動、喉の動き（物を飲み込んだ時）、喉の動き（咳をした時）を、信号強度によって区別してセンシングすることが可能である。
　さらに、本発明のデバイスは柔軟性があるので、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美観を有する表面感圧センサ、形状変化センサとして用いることができる。
　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。
　以下の実施例では、本発明に係る被覆繊維として、以下で説明する組紐状被覆繊維１－２が使用されており、それは以下の方法で製造した。
　組紐状被覆繊維において使用された圧電性繊維の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomo：
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomoについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求めた。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、（株）リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録した。
　　Ｘ線源：　Ｃｕ－Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
　　出力：　４５ｋＶ×６０ｍＡ
　　スリット：　１ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
　　カメラ長：　１２０ｍｍ
　　積算時間：　１０分
　　サンプル：　３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする
　得られたＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉtotalを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるポリ－Ｌ－乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩHMiを求めた。これらの値から下式（３）に従い、ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomoを求めた。
［数３］
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶化度Ｘhomo（％）＝ΣＩHMi／Ｉtotal×１００　　　（３）
　なお、ΣＩHMiは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出した。
（２）ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度Ａ：
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度Ａについては、上記の広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）により得られたＸ線回折図形において、動径方向の２θ＝１６．５°付近に現れるポリ－Ｌ－乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角（°）に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣＷi（°）から次式（４）より算出した。
［数４］
　ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度Ａ（％）＝（３６０－ΣＷi）÷３６０×１００　　（４）
（３）ポリ乳酸の光学純度：
　組紐状被覆繊維を構成する１本（マルチフィラメントの場合は１束）のポリ乳酸繊維０．１ｇを採取し、５モル／リットル濃度の水酸化ナトリウム水溶液１．０ｍＬとメタノール１．０ｍＬを加え、６５℃に設定した水浴振とう器にセットして、ポリ乳酸が均一溶液になるまで３０分程度加水分解を行い、さらに加水分解が完了した溶液に０．２５モル／リットルの硫酸を加えｐＨ７まで中和し、その分解溶液を０．１ｍＬ採取して高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）移動相溶液３ｍＬにより希釈し、メンブレンフィルター（０．４５μｍ）によりろ過した。この調整溶液のＨＰＬＣ測定を行い、Ｌ－乳酸モノマーとＤ－乳酸モノマーの比率を定量した。１本のポリ乳酸繊維が０．１ｇに満たない場合は、採取可能な量に合わせ他の溶液の使用量を調整し、ＨＰＬＣ測定に供するサンプル溶液のポリ乳酸濃度が上記と同等から１００分の１の範囲になるようにした。
＜ＨＰＬＣ測定条件＞
　　カラム：（株）住化分析センター社製「スミキラル（登録商標）」ＯＡ－５０００（４．６ｍｍφ×１５０ｍｍ）、
　　移動相：１．０ミリモル／リットルの硫酸銅水溶液
　　移動相流量：１．０ミリリットル／分
　　検出器：ＵＶ検出器（波長２５４ｎｍ）
　　注入量：１００マイクロリットル
　Ｌ乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳLLAとし、Ｄ－乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳDLAとすると、ＳLLA及びＳDLAはＬ－乳酸モノマーのモル濃度ＭLLA及びＤ－乳酸モノマーのモル濃度ＭDLAにそれぞれ比例するため、ＳLLAとＳDLAのうち大きい方の値をＳMLAとし、光学純度は下記式（５）で計算した。
［数５］
　光学純度（％）＝ＳMLA÷（ＳLLA＋ＳDLA）×１００　　　（５）
　（ポリ乳酸の製造）
　ポリ乳酸は以下の方法で製造した。
　Ｌ－ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００質量部に対し、オクチル酸スズを０．００５質量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて１８０℃で２時間反応させ、オクチル酸スズに対し１．２倍当量のリン酸を添加しその後、１３．３Ｐａで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ－Ｌ－乳酸（ＰＬＬＡ１）を得た。得られたＰＬＬＡ１の質量平均分子量は１５．２万、ガラス転移点（Ｔｇ）は５５℃、融点は１７５℃であった。
　（圧電性繊維）
　２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ１を得た。また、２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を１２ホールのキャップから８ｇ／ｍｉｎで吐出し、１０５０ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１５０℃で熱固定処理することにより３３ｄｔｅｘ／１２フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ２を得た。これらの圧電性繊維ＰＦ１及びＰＦ２を圧電性高分子として用いた。ＰＦ１及びＰＦ２のポリ－Ｌ－乳酸結晶化度、ポリ－Ｌ－乳酸結晶配向度及び光学純度は上記の方法で測定し、表１の通りであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（導電性繊維）
　ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』１００ｄ３４ｆ（ＣＦ１）を導電性繊維Ｂとして使用した。ＣＦ１の抵抗率は２５０Ω／ｍであった。
　また、ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』３０ｄ１０ｆ（ＣＦ２）を導電性繊維Ｂとして使用した。ＣＦ２の導電性は９５０Ω／ｍであった。
　（絶縁性繊維）
　ポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸後に延伸することで製造した８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントの延伸糸ＩＦ１、及び３３ｄＴｅｘ／１２フィラメントの延伸糸ＩＦ２をそれぞれ絶縁性繊維とした。
　（組紐状被覆繊維）
　図３に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状被覆繊維１－１を作製した。ここで、導電性繊維の繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維の巻きつけ角度（配向角度θ）は４５°とした。さらに、組紐状被覆繊維１－１を芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリア及びＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状被覆繊維１－１の周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－２（直径：約０．４ｍｍ）とした。
（実施例１）
　組紐状被覆繊維１－２について、結び目を設けた場合に得られる信号強度を調べた。試験は、まず、ひと結びの結び目を設けた圧電構造体を水平面に置き、次いで当該圧電構造体の上に応力が均一に伝わるようにさらに硬質シートを置いた後、その上から手で当該硬質シートを複数回にわたって叩くことにより実施した。その結果を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）は、結び目を設けていない組紐状被覆繊維１－２に対して同様の試験を行った場合の結果を示している。
　図７（ｂ）を参照すると、約１秒間隔において、圧電構造体を手で叩く動作に対応して当該圧電構造体から出力される電気信号を検出できていることがわかる。一方、結び目を設けていない組紐状被覆繊維１－２に対して同様の試験を行った場合には、図７（ａ）の結果からも明らかなように、当該組紐状被覆繊維１－２から出力される電気信号において顕著な変動は見られなかった。
（実施例２）
　本実施例では、組紐状被覆繊維１－２を用いて、図８（ａ）及び（ｂ）に示される結び目のない圧電構造体を製造し、当該圧電構造体から得られる電気信号を調べた。その結果を図８（ｃ）に示す。なお、圧電構造体は、組紐状被覆繊維１－２に曲げ部（ループ部）を設けた後、当該曲げ部を瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）で固化させることによって製造した。
　図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る結び目のない圧電構造体を示す写真であり、図８（ｃ）は、複数の異なる動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を示す図である。ここで、図８（ｃ）に示すように、（ｉ）圧電構造体の直線部を伸長させた場合、（ｉｉ）圧電構造体の直線部の伸長を解放した場合、及び（ｉｉｉ）圧電構造体のループ部をはじいた場合のいずれにおいても顕著な信号出力を検出することができた。この結果は、本発明に係る圧電構造体が特定の応力又は特定方向からの応力だけでなく、種々の応力に対して電気信号を出力できることを示唆するものと言える。
（実施例３）
　本実施例では、絶縁性繊維からなる直径１ｍｍの組紐に組紐状被覆繊維１－２を挿入したものを用いて、図９（ａ）に示される吉祥結びとつゆ結びの組み合わせを含む圧電構造体を製造し、複数の異なる動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を調べた。その結果を図９（ｂ）～（ｄ）に示す。
　図９（ａ）は、吉祥結びとつゆ結びの組み合わせを含む圧電構造体を示す写真であり、図９（ｂ）～（ｄ）は、それぞれ「ゆらす」、「指で挟む」及び「引っ張る」の動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を示す図である。図９（ｂ）～（ｄ）の結果から明らかなように、これらの動作に対して全く異なる電気信号の挙動を検出することができ、よってこれらの動作を明確に区別することができた。
（実施例４）
　本実施例では、絶縁性繊維からなる直径１ｍｍの組紐に組紐状被覆繊維１－２を挿入したものを用いて、図１０（ａ）に示される吉祥結びとつゆ結びの組み合わせを含む圧電構造体のチョーカーを製造し、これを人の首に巻き、複数の異なる動作に対して当該チョーカーから出力される電気信号を調べた。その結果を図１０（ｂ）～（ｄ）に示す。
　図１０（ａ）は、吉祥結びとつゆ結びの組み合わせを含む圧電構造体のチョーカーを示す写真であり、図１０（ｂ）～（ｄ）は、それぞれ「首の脈」、「飲み物を飲む」及び「咳をする」の動作に対して当該チョーカーから出力される電気信号を示す図である。図１０（ｂ）～（ｄ）の結果から明らかなように、脈のような微小な動きを電気信号として検出することができるとともに、これらの動作に対して全く異なる電気信号の挙動を検出することができ、よってこれらの動作を明確に区別することができた。
（実施例５）
　本実施例では、絶縁性繊維からなる青、黄及び白の３つの直径３ｍｍの組紐に組紐状被覆繊維１－２を挿入したものを用いて、図１１に示されるかごめ結び１５角を含む圧電構造体のコースターを製造し、複数の異なる動作に対して当該コースターから出力される電気信号を調べた。その結果を図１２に示す。
　図１２（ａ）～（ｃ）は、それぞれ「指で押す」、「ビーカーで押す」及び「ビーカーに水を注ぐ」の動作に対してかごめ結び１５角を含む圧電構造体のコースターから出力される電気信号を示す図である。図１２（ａ）～（ｃ）のそれぞれにおいて、上から、青、黄及び白の３つの組紐状被覆繊維のそれぞれから出力される電気信号を示している。これらから、「指で押す」、「ビーカーで押す」の動作の場合に、押したときと、それを離したときとで異なる波形が見られ、これらの動作を区別できていることがわかる。また、「ビーカーで押す」動作をした場合において、青、黄及び白の３つの組紐状被覆繊維のそれぞれから出力される電気信号の形状が若干異なっていることが分かる。これは、コースター中の３つの組紐状被覆線の位置と拘束場所の違いにより生じたものと考えられ、コースター上に置かれた物や置かれ方を判別できることを示唆できるものと言える。さらには、「指で押す」、「ビーカーで押す」の動作と「ビーカーに水を注ぐ」動作との間では、電気信号の挙動に明らかな差異を検出することができ、これらの動作を明確に区別することができた。
（実施例６）
　本実施例では、絶縁性繊維からなる直径３ｍｍの組紐に組紐状被覆繊維１－２を挿入したものを用いて、図１３に示されるミョウガ結びを含む圧電構造体を製造し、複数の異なる動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を調べた。その結果を図１４に示す。
　図１４（ａ）～（ｃ）は、それぞれ「指で押す」、「ゆらす」及び「縦に伸ばす」の動作に対してミョウガ結びを含む圧電構造体から出力される電気信号を示す図である。例えば、図１４（ａ）を参照すると、圧電構造体を指で押したときと、それを離したときとで異なる波形が見られ、これらの動作を区別できていることがわかる。同様に、図１４（ｃ）を参照すると、圧電構造体を縦に伸ばしたときと、それを戻したときとで異なる波形が見られ、これらの動作を区別できていることがわかる。また、図１４（ａ）～（ｃ）の結果から明らかなように、「指で押す」、「ゆらす」及び「縦に伸ばす」の動作に対して全く異なる電気信号の挙動を検出することができ、よってこれらの動作を明確に区別することができた。
（実施例７）
　本実施例では、絶縁性繊維からなる直径３ｍｍの組紐に組紐状被覆繊維１－２を挿入したものを用いて、図１５に示される菊結びを含む圧電構造体を製造し、複数の異なる動作に対して当該圧電構造体から出力される電気信号を調べ、他の結びと同じく、「指で押す」、「ゆらす」及び「縦に伸ばす」の動作に対して全く異なる電気信号の挙動を検出することができ、よってこれらの動作を明確に区別することができた。
（実施例８）
　本実施例では、本発明の圧電構造体において用いられる被覆繊維に関し、圧電性高分子の配向角度θ及びＴ１／Ｔ２の値が伸長変形に対する電気信号に及ぼす影響について調べた。
　被覆繊維の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θ
　　中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θは、下記式から計算した。
　θ　＝　ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）　（０°≦θ≦９０°）
　ただしＲｍ＝２（Ｒｏ3－Ｒｉ3）／３（Ｒｏ2－Ｒｉ2）、即ち断面積で加重平均した組紐状被覆繊維（又は他の構造体）の半径である。らせんピッチＨＰ、組紐状被覆繊維（又は他の構造体）が占める部分の外側半径Ｒｏ及び内側半径Ｒｉは以下の通り測定した。
　（１－１）組紐状被覆繊維の場合は、（組紐状被覆繊維の圧電性高分子以外による被覆がなされている場合は必要に応じて被覆を除去して側面から圧電性高分子が観察できる状態としてから）側面写真を撮影し、任意の５カ所で図４のように圧電性高分子のらせんピッチＨＰ（μｍ）を測定し、平均値を取った。また、組紐状被覆繊維に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について後述の通り組紐状被覆繊維が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）及び内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時に組まれている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものを用いている場合や、８打ち組紐の４本の繊維が圧電性高分子であり、残る４本の繊維が絶縁性高分子である場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せて組紐状被覆繊維が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時に組まれていない部分については、組紐状被覆繊維の一部とはみなさない。
　外側半径Ｒｏと内側半径Ｒｉについては、以下の通り測定した。図１６（ａ）の断面写真の通り、圧電性繊維Ａで形成された鞘部２が占める領域（以後ＰＳＡと記載する）と、ＰＳＡの中央部にありＰＳＡではない領域（以後ＣＡと記載する）を定義する。ＰＳＡの外側にあり、ＰＳＡに重ならない最小の真円の直径と、ＰＳＡの外側を通らない（ＣＡは通ってもよい）最大の真円の直径との平均値をＲｏとする（図１６（ｂ））。また、ＣＡの外側にあり、ＣＡに重ならない最小の真円の直径と、ＣＡの外側を通らない最大の真円の直径との平均値をＲｉとする（図１６（ｃ））。
（１－２）カバリング糸状被覆繊維の場合は、圧電性高分子をカバリングする時の巻き速度がＴ回／ｍ（カバリング糸の長さあたりの圧電性高分子の回転数）のとき、らせんピッチＨＰ（μｍ）＝１００００００／Ｔとした。また、カバリング糸状被覆繊維に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について組紐状被覆繊維の場合と同様にカバリング糸状被覆繊維が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）及び内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時にカバリングされている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものをカバリングしてある場合や、圧電性繊維と絶縁性繊維とが重ならないように同時にカバリングしてある場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せてカバリング糸状被覆繊維が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時にカバリングされてない、即ちどの断面を取っても絶縁性高分子が常に圧電性高分子の内側又は外側にある部分については、カバリング糸状被覆繊維の一部とはみなさない。
（２）電気信号測定
　エレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．製　Ｂ２９８７Ａ）を、同軸ケーブル（芯：Ｈｉ極、シールド：Ｌｏ極）を介して被覆繊維の導電体に接続した状態で、被覆繊維に対し下記２－１～５のいずれかの動作試験をしながら５０ｍ秒の間隔で電流値を計測した。
（２－１）引張試験
　（株）オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ－１２２５Ａ」を用い、被覆繊維の長尺方向に１２ｃｍの間隔を空けて被覆繊維をチャックで掴み、被覆繊維が弛んだ状態を０．０Ｎとし、０．５Ｎの張力まで引っ張った状態で変位を０ｍｍとし、１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で１．２ｍｍまで引っ張った後、０ｍｍまで－１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で戻す動作を１０回繰り返した。
（２－２）ねじり試験
　被覆繊維を掴む２か所のチャックのうち、片方のチャックはねじり動作を行わず被覆繊維の長軸方向に自由に動くようなレール上に設置されて被覆繊維に０．５Ｎの張力が常にかかる状態とし、他方のチャックは被覆繊維の長軸方向には動かずねじり動作を行うよう設計されたねじり試験装置を用い、被覆繊維の長尺方向に７２ｍｍの間隔を空けて被覆繊維をこれらのチャックで掴み、被覆繊維の中央からチャックを見て時計回りにねじるように１００°／ｓの速度で０°から４５°まで回転した後、－１００°／ｓの速度で４５°から０°まで回転する往復ねじり動作を１０回繰り返した。
（２－３）曲げ試験
　上部と下部との２つのチャックを備え、下部のチャックは固定され、上部のチャックは下部のチャックの７２ｍｍ上方に位置し、２つのチャックを結ぶ線分を直径とする仮想の円周上を上部のチャックが移動する試験装置を用い、被覆繊維をチャックに把持して固定し、該円周上にて上部のチャックを１２時の位置、下部のチャックを６時の位置としたとき、被覆繊維を９時方向に凸に僅かに撓ませた状態とした後、上部のチャックを１２時の位置から該円周上の１時、２時の位置を経由して３時の位置に一定速度で０．９秒かけて移動させた後、１２時の位置まで０．９秒かけて移動させる往復曲げ動作を１０回繰り返した。
（２－４）せん断試験
　５０番手の綿糸で織られた平織布を表面に貼り付けた２枚の剛直な金属板によって、被覆繊維の中央部６４ｍｍの長さの部分を上下から水平に挟み（下部の金属板は台に固定されている）、上から３．２Ｎの垂直荷重をかけ、金属板表面の綿布と被覆繊維との間が滑らないようにした状態のまま、上の金属板を０Ｎから１Ｎの荷重まで１秒かけて被覆繊維の長尺方向に引っ張った後、引張荷重を０Ｎまで１秒かけて戻すせん断動作を１０回繰り返した。
（２－５）押圧試験
　（株）オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ－１２２５Ａ」を用い、水平で剛直な金属台上に静置した被覆繊維の中央部６４ｍｍの長さの部分を、上部のクロスヘッドに設置された剛直な金属板により水平に被覆繊維を挟み、被覆繊維から上部の金属板への反力が０．０１Ｎから２０Ｎとなるまで０．６秒かけて上部のクロスヘッドを下げて押圧し、反力が０．０１Ｎとなるまで０．６秒かけて除圧する動作を１０回繰り返した。
（例Ａ）
　例Ａの試料として、図３に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状被覆繊維１－Ａを作成した。
（例Ｂ）
　組紐状被覆繊維１－Ａを芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリア及びＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状被覆繊維１－Ａの周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｂとした。
（例Ｃ、Ｄ）
　ＰＦ１の巻付け速度を変更した以外は組紐状被覆繊維１－Ａと同様にして、２本の組紐状被覆繊維を作成し、これらの組紐状被覆繊維を芯糸とし、組紐状被覆繊維１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｃ及び１－Ｄとした。
（例Ｅ～Ｈ）
　製紐機の８本のキャリアのうち、表２の通りＺ撚り方向及びＳ撚り方向に組まれるキャリアにそれぞれＰＦ１あるいはＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向及びＳ撚り方向のそれぞれに所定の割合で圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状被覆繊維を作成し、これらの組紐状被覆繊維を芯糸とし、組紐状被覆繊維１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｅ～１－Ｈとした。
（例Ｉ）
　ＰＦ１の代わりにＰＦ２を使用し、ＩＦ１の代わりにＩＦ２を使用し、巻付け速度を調整した以外は組紐状被覆繊維１－Ａと同様にして組紐状被覆繊維を作成し、この組紐状被覆繊維を芯糸とし、組紐状被覆繊維１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｉとした。
（例Ｊ）
　ＰＦ２の代わりにＩＦ２を使用し、ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状被覆繊維１－Ａと同様にして組紐状被覆繊維を作成し、この組紐状被覆繊維を芯糸とし、組紐状被覆繊維１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｊとした。
（例Ｋ）
　ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状被覆繊維１－Ｋを作成した。
（例Ｌ）
　ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外は組紐状被覆繊維１－Ａと同様にして組紐状被覆繊維を作成し、この組紐状被覆繊維を芯糸とし、組紐状被覆繊維１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｌとした。
（例Ｍ）
　ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外はカバリング糸状被覆繊維１－Ｋと同様にしてカバリング糸状被覆繊維を作成し、カバリング糸状被覆繊維１－Ｍとした。
（例Ｎ）
　ＩＦ１の代わりにＰＦ１を使用した以外は組紐状被覆繊維１－Ｂと同様にして組紐状被覆繊維１－Ｎを作成した。
（例Ｏ）
　ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状被覆繊維１－Ｉと同様にして組紐状被覆繊維１－Ｏを作成した。
（例Ｐ）
　導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、１６打ち丸組紐製紐機の１６本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状被覆繊維を作成し、この組紐状被覆繊維を芯糸とし、組紐状被覆繊維１－Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状被覆繊維１－Ｐとした。
（例Ｑ）
　ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状被覆繊維１－Ｑを作成した。
　各被覆繊維のＲｉ、Ｒｏ、ＨＰを測定し、計算された中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θの値、及びＴ１／Ｔ２の値を表２に示す。組紐状被覆繊維については、Ｒｉ及びＲｏは、断面において圧電性繊維と絶縁性繊維が存在する領域を合わせて被覆繊維の占める領域として測定した。カバリング糸状被覆繊維については、Ｒｉ及びＲｏは、断面において圧電性繊維が存在する領域を被覆繊維の占める領域として測定した。また、各被覆繊維を１５ｃｍの長さに切断し、芯の導電性繊維をＨｉ極とし、周辺をシールドする金網又は鞘の導電性繊維をＬｏ極としてエレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．製　Ｂ２９８７Ａ）に接続し、電流値をモニタした。引張試験、ねじり試験、曲げ試験、せん断試験及び押圧試験時の電流値を表２に示す。なお、例Ｌ、Ｍは圧電性高分子を含まないため、θ及びＴ１／Ｔ２の値は測定できない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが１５°以上７５°以下であり、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であるとき、引張動作（伸長変形）に対し大きな信号を発生し、引張以外の動作には大きな信号を発生せず、引張動作に選択的に応答する被覆繊維であることが分かる。また例ＩとＪとを比べると、Ｚ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合と、Ｓ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合とを比べると、引張試験時の信号の極性が逆となっており、巻き方向が信号の極性に対応していることが分かる。
　さらに、表には示していないが、例Ａ～Ｋの被覆繊維は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆で絶対値が概ね同じ信号を発生したため、これらの被覆繊維は引張荷重や変位の定量に適していることが分かる。一方、例Ｎ及びＯの被覆繊維は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆である場合も同じである場合もあったため、これらの被覆繊維は引張荷重や変位の定量に適していないことが分かる。また、表には示していないが、例Ｂの引張試験時のノイズレベルは、例Ａの引張試験時のノイズレベルより低く、組紐状被覆繊維の外側に導電性繊維を配置してシールドとした被覆繊維ではノイズを低減できることが分かる。
　Ａ　　圧電性繊維
　Ａ’　　圧電性高分子
　Ｂ　　導電性繊維
　１　　被覆繊維
　１’　　組紐状被覆繊維
　２　　鞘部
　３　　芯部
　１０　　圧電構造体
　１１　　圧電センサ
　１２　　増幅手段
　１３　　出力手段
　１４　　送信手段
　ＣＬ　　繊維軸
　α　　巻きつけ角度

Claims (23)

  1. 　導電性繊維及び圧電性繊維からなる組物を含み、前記組物は前記導電性繊維が芯であり、前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲を被覆する被覆繊維である圧電構造体であって、前記被覆繊維が少なくとも１つの曲げ部を有し、前記圧電構造体を水平面に置いたときの前記水平面から前記圧電構造体の最上部までの高さが前記被覆繊維の直径よりも大きい、圧電構造体。
  2. 　前記水平面から前記圧電構造体の最上部までの高さが前記被覆繊維の直径の２倍以上である、請求項１記載の圧電構造体。
  3. 　前記被覆繊維が任意の箇所に１以上の結び目を有する、請求項１又は２記載の圧電構造体。
  4. 　前記結び目は、飾り結び、ロープ結び、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  5. 　前記結び目が飾り結びであり、該飾り結びが、ひと結び、吉祥結び、つゆ結び、かごめ結び１５角、ミョウガ結び、菊結び、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項４記載の圧電構造体。
  6. 　前記導電性繊維の曲げ剛性が０．０５×１０－４Ｎ・ｍ２／ｍ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  7. 　前記導電性繊維が金属コートされた有機繊維である、請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  8. 　前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  9. 　前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のポリ－Ｌ－乳酸又はポリ－Ｄ－乳酸を含む、請求項８記載の圧電構造体。
  10. 　前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  11. 　前記被覆繊維に印加された応力の大きさ及び／又は印加された位置を検出する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  12. 　検出される前記応力が、前記被覆繊維の表面と被接触物の表面との間の摩擦力である、請求項１１記載の圧電構造体。
  13. 　検出される前記応力が、前記被覆繊維の表面又は先端部に対する垂直方向の抵抗力である、請求項１１記載の圧電構造体。
  14. 　前記被覆繊維は伸長変形により電気信号を出力する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  15. 　前記被覆繊維は、導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを有する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  16. 　前記圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、請求項１５記載の圧電構造体。
  17. 　前記導電性繊維の周囲を絶縁性繊維がさらに被覆する、請求項１～１６のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  18. 　前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲にＺ撚り方向に巻き付けられ、前記絶縁性繊維が前記導電性繊維の周囲にＳ撚り方向に巻き付けられるか、又は前記圧電性繊維が前記導電性繊維の周囲にＳ撚り方向に巻き付けられ、前記絶縁性繊維が前記導電性繊維の周囲にＺ撚り方向に巻き付けられた、請求項１７記載の圧電構造体。
  19. 　前記被覆繊維の外側に導電性繊維からなる層をさらに設けた、請求項１～１８のいずれか一項に記載の圧電構造体。
  20. 　請求項１～１９のいずれか一項に記載の圧電構造体を使った圧電センサ。
  21. 　請求項２０に記載の圧電センサと、
    　印加された圧力に応じて前記圧電センサ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。
  22. 　前記デバイスは、前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに備える、請求項２１記載のデバイス。
  23. 　請求項２０に記載の圧電センサと、
    　印加された圧力に応じて前記圧電センサから電気信号を出力する出力手段と、
    　前記出力手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段と、
    　を備えるデバイス。
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