(57)【要約】【課題】装着感を損なわずに生体の動きを正確に検知することができ、なおかつ衣類に容易に組み込むことができる汎用性の高いセンサシステム、衣類及び衣類システムを実現する。【解決手段】センサシステム１０００は、被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号が発生する線状圧電素子１０１と、線状圧電素子１０１で発生した電気信号を検出する信号検出部１０２と、信号検出部１０２が検出した電気信号に基づいて、衣類の変形の様態を判別する演算処理部１０３と、を備える。【選択図】図１
2020064883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号が発生する線状圧電素子と、
前記線状圧電素子で発生した電気信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部が検出した電気信号に基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する演算処理部と、
を備える、センサシステム。
【請求項２】
前記線状圧電素子は、前記衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する前記衣類上の位置近傍に配置される、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記衣類に配置された前記線状圧電素子の近傍に配置され、前記衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号が発生する導電性繊維をさらに備え、
前記演算処理部は、前記信号検出部が検出した電気信号と、前記導電性繊維から発生した電気信号とに基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する、請求項１または２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
前記線状圧電素子は伸長変形により電気信号を出力する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記線状圧電素子は、導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを有する組紐状圧電素子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、請求項５に記載のセンサシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類システムであって、
前記線状圧電素子及び前記信号検出部が、被測定体に着用される衣類に配置され、
前記演算処理部が、前記衣類とは別体の計算装置内に設けられる、
衣類システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体に着用される衣類の変形の様態を判別するセンサシステム、衣類及び衣類システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
衣類に組み込まれたセンサシステムにより、当該衣類を着用した人間や動物などの生体の様々な動きを検知する用途が近年増えつつある。
【０００３】
例えば、弾性変形可能な基材と、この基材の表面および内部の少なくとも一部に固定された導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物とからなる抵抗体と、この抵抗体の導電面の端部に電気的に接続された１対の端子とを備える伸長センサにおいて、この抵抗体が衣類に組み込まれたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
例えば、使用者の身体に着用するべく構成された衣服部材と、第１の場所において前記衣服部材に接続されたセンサであって、第１の分散密度で導電性粒子材料を分散させたポリマー材料で形成され、前記衣服部材を着用中に前記使用者の動きに応じて変形するべく構成されたセンサと、電子モジュールと通信するべく構成されたポートであって、前記第１の場所から離れた第２の場所において前記衣服部材に接続されるポートと、前記第１の衣服部材に接続された導電性リード線であって、前記センサと前記ポートとの間に接続されて前記センサと前記ポートとの間で前記衣服部材に沿って延在しているリード線と、を備え、前記センサは圧力を受けて変形した時に抵抗が増大するべく構成されている衣料品が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
例えば、身体的活動に携わっている被験者の生理学的パラメータをモニターするためのフィットネスモニタリングシステムであって、第１センサー及び第２センサーを備えたセンサーサブシステムを備え、前記第１センサーは、プリント回路基板により形成される導電性の円形コイルを備えた多層プリント回路を備え、各層は、互いに直列に接続されており、前記第１及び第２センサーは、パラメータの変化に応答可能であり、前記センサーサブシステムは、前記パラメータを表す信号を生成し送信するように構成されるフィットネスモニタリングシステムが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２２８５０７号公報
【特許文献２】特表２０１６−５０９６３５号公報
【特許文献３】特開２０１５−６２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
衣類に組み込まれるセンサシステムにおいては、衣類を着用する生体の着心地を損なわずに生体の動きを正確に検知できることが求められている。また、衣類は、人間が着用するものや動物が着用するものなど実に多種多様であるが、いずれの衣類に対しても分け隔てなく容易に組み込むことができるセンサシステムの開発が求められている。特に人間が着用する衣類についてはデザイン性を求められることが多い。さらに、様々な物がインターネットを介して相互に情報交換にするＩＯＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）技術の急速な進展に伴い、人間や動物などの生体に限らず、ロボットや玩具などのような機械にも、センサシステムが組み込まれた衣類が着用される機会も想定され得る。よって、装着感を損なわずに生体の動きを正確に検知することができ、なおかつ衣類に容易に組み込むことができる汎用性の高いセンサシステム、衣類及び衣類システムの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、被測定体に着用される衣類に線状圧電素子を配置し、各線状圧電素子で発生した電気信号に基づいて衣類の変形の様態を判別することができることを発見し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
１．被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号が発生する線状圧電素子と、前記線状圧電素子で発生した電気信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部が検出した電気信号に基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する演算処理部と、を備える、センサシステム。
２．前記線状圧電素子は、前記衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する前記衣類上の位置近傍に配置される、上記１に記載のセンサシステム。
３．前記衣類に配置された前記線状圧電素子の近傍に配置され、前記衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号が発生する導電性繊維をさらに備え、前記演算処理部は、前記信号検出部が検出した電気信号と、前記導電性繊維から発生した電気信号とに基づいて、前記衣類の変形の様態を判別する、上記１または２に記載のセンサシステム。
４、前記線状圧電素子は伸長変形により電気信号を出力する、上記１〜３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
５．前記線状圧電素子は、導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを有する組紐状圧電素子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサシステム。
６．前記圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、上記５に記載のセンサシステム。
７．上記１〜６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類。
８．上記１〜６のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える衣類システムであって、前記線状圧電素子及び前記信号検出部が、被測定体に着用される衣類に配置され、前記演算処理部が、前記衣類とは別体の計算装置内に設けられる、衣類システム。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様によれば、装着感を損なわずに生体の動きを正確に検知することができ、なおかつ衣類に容易に組み込むことができる汎用性の高いセンサシステム、衣類及び衣類システムを実現することができる。本態様のセンサシステムは、特殊な工程が不要であり簡易な工程にて製造可能であり、生産性がよい。
【００１１】
また、センサシステムのセンサ部分を構成する線状圧電素子は柔軟性に富むので、衣類の形状に合わせて配置することが容易である。人間や動物などの生体及びロボットやマネキン、人形、ぬいぐるみのような玩具などのような機械といった被測定体の可動部分の近傍に位置することになる衣類の部位に線状圧電素子をすることで、衣類を着用した被測定体の動きを正確に検知することができる。また、線状圧電素子は柔軟性に富むことから、被測定体の動きの邪魔にならず、装着感を損なうことはない。線状圧電素子は細く柔軟性に富むことから、衣類に線状圧電素子を組み込んでもデザイン性を損なうことはない。例えば、人間が着用するスポーツウェアに本発明のセンサシステムを組み込むことができる。また、線状圧電素子は水気に何ら影響を受けないので、線状圧電素子と共に衣類に組み込まれる線状圧電素子で発生した電気信号を検出する信号検出部に防水機能を持たせれば、通常の衣類と同様に洗濯可能である。
【００１２】
本態様によるセンサシステムは、様々な被測定体に着用される衣類に組み込むことができる。本態様によるセンサシステムを組み込むことができる衣類の例としては、上着、ズボン、サポータ、手袋、タイツ、靴下、足袋、マフラー、ネックウォーマ、スカーフ、帽子、鉢巻、バンダナ、リストバンドあるいはマスクなどがある。より具体的には、本態様によるセンサシステムはスポーツウェアに組み込むことができる。適用されるスポーツとしては、例えば、ゴルフ、テニス、野球、サッカー、ラグビー、アメリカンフットボール、卓球、バドミントン、クリケット、ゲートボール、陸上競技、体操、ダンス、水泳（水着）、柔道、剣道、空手などがある。また、衣類以外にも、シーツ、タオル、カバー、袋等の雑貨にも、本態様によるセンサシステムを組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態で用いられる線状圧電素子の変形速度を説明する図である。
【図３】図２に示す線状圧電素子の伸長による変形と信号強度との関係を示す図であり、（Ａ）は変形速度と信号強度（電流値）との関係を示し、（Ｂ）は変形部分の位置と信号強度（電流値）との関係を示す。
【図４】一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着及びズボンの前面（正面）を模式的に示す図である。
【図５】図４の上着及びズボンの背面を模式的に示す図である。
【図６】一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着の背面の実際の写真を示す図である。
【図７】上着の肩及び肘の近傍に線状圧電素子を配置した実際の写真を示す図である。
【図８】図７に示した上着を着用して肘を曲げた場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
【図９】図７に示した上着を着用して肘を曲げた状態（図８）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
【図１０】図７に示した上着を着用して肘をねじった場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
【図１１】図７に示した上着を着用して肘をねじった状態（図１０）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
【図１２】一実施形態によるセンサシステムを組み込んだグローブの実際の写真を示す図であって、（ａ）はグローブを着用した手の甲を示し、（ｂ）はグローブを着用した手のひらを示し、（ｃ）はグローブを着用した手の一側面を示す。
【図１３】ロボットコントローラを接続した一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。
【図１４】実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図１５】配向角度θの計算方法を説明する模式図である。
【図１６】実施形態に係る組紐状圧電素子の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して、センサシステム及び衣類について説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。なお、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。
【００１５】
（センサシステムの基本構成）
図１は、一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。ここでは、センサシステム１０００が組み込まれる衣類として、図１では上着５００−１及びズボン５００−２を一例として示したが、図１は衣類として上着５００−１及びズボン５００−２の両方を常に備えるべきことを意味するものではなく、あくまでも例示である。上着５００−１及びズボン５００−２以外の衣類として、例えば、サポータ、手袋、タイツ、靴下、足袋、マフラー、ネックウォーマ、スカーフ、帽子、鉢巻、バンダナ、リストバンドあるいはマスクなどがある。また、衣類以外にも、シーツ、タオル、カバー、袋等の雑貨にも、本態様によるセンサシステムを組み込んでもよい。
【００１６】
センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用し当該センサシステム１０００によりその動きが検知される対象を、本明細書では「被測定体」と称する。被測定体の例としては、人間及び動物などの生体、並びに、ロボット及び玩具（人形、ぬいぐるみなど）などのような機械がある。
【００１７】
センサシステム１０００は、線状圧電素子１０１と、信号検出部１０２と、演算処理部１０３と、を備える。また、オプションとして、センサシステム１０００は、衣類に配置された線状圧電素子１０１の近傍に配置され、衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号が発生する導電性繊維１０４を備える。
【００１８】
線状圧電素子１０１は、印加された応力に応じて電気信号が発生するものである。線状圧電素子１０１としては、伸長変形により電気信号が発生するものが好ましいが、伸長以外の応力に対して信号を発生する線状圧電素子を用いてもよい。線状圧電素子１０１を構成する素材の具体例については後述する。被測定体が動くと（線状圧電素子１０１に応力が直接に印加される場合も含む）と、線状圧電素子１０１に伸長による変形が生じる。この伸長変形により、線状圧電素子１０１に電気信号が発生する。線状圧電素子１０１は、被測定体に着用される衣類（図１に示す例では上着５００−１及びズボン５００−２）に配置される。線状圧電素子１０１は、衣類上においてどのように配置してもよいが、その配置は、衣類を着用する被測定体の、検知したい動きの内容にほぼ依存する。なお、本明細書では、「線状圧電素子１０１が衣類上（もしくは単に「衣類」）に配置される」との表現は、「線状圧電素子１０１が衣類の生地の表面上もしくは裏面上に配置される」及び「線状圧電素子１０１が衣類の生地の中に埋め込まれる」の各概念を含むものである。
【００１９】
線状圧電素子１０１を衣類上に配置する方法としては、被測定体が動いたときに当該被測定体が着用した衣類が変形することにより印加された応力により線状圧電素子に変形が生じれば特に限定されるものではない。例えば、衣類の生地への縫込みや刺繍、衣類の生地の表面上もしくは裏面上への接着剤を介した貼り付け、かがりつけ、などがある。また、また、線状圧電素子を組み込んだ織物や編物を作成し、これを衣類に仕立ててもよい。また、変形が生じやすくなるように部分的に生地を薄くしたり折り目を付けたりなどの工夫をしてもよい。いずれの場合も、線状圧電素子１０１の長さは適宜決められる。
【００２０】
例えば、衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する衣類上の位置近傍に、線状圧電素子１０１が配置される。以下、本明細書では、衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する衣類上の位置を特定するために、単に被測定体の部位の名称を用いることがある。例えば、「上着の肘」とは「被測定体（人間など）が上着を着用したときに、肘に相当する部分に位置することになる上着上の位置」を意味し、「グローブの手の甲」とは「被測定体（人間など）がグローブを着用したときに、手の甲に相当する部分に位置することになるグローブ上の位置」を意味する。衣類上の他の位置の名称も同様である。被測定体の可変部位の例としては、人間や動物などの生体における、例えば肩、肘、手首、足首、膝、股関節、指、首、口、瞼、頬、おでこ、鼻、耳、腹部、胸部、太もも、ふくらはぎ、二の腕、背部、臀部、手の平、手の甲、足の土踏まず、足の甲などがある。ロボットや玩具などの機械における可動部位も、被測定体の可変部位の例として挙げられる。あるいは、衣類を着用する被測定体の可変部位に対応する衣類上の位置近傍でなくても（すなわち可変部位から離れていても）、可変部位の動きに伴って着用した衣類が変形するような位置に、線状圧電素子１０１が配置される。例えば、衣類を着用した際に、首と肩との間、肩と肘との間、肘と手首との間、指の各関節の間、首と胸部との間、胸部と腹部との間、腹部と股関節との間、股関節と臀部との間、首と背部との間、背部と臀部との間、臀部と股関節との間、股関節と膝との間、あるいは、膝と足首との間などに位置することになる衣類上の位置に配置される。線状圧電素子１０１の配置の具体例については後述する。センサシステムのセンサ部分を構成する線状圧電素子１０１は柔軟性に富むので、被測定体の形状に合わせて設置することが容易である。
【００２１】
ここで、本実施形態によるセンサシステムで用いられる、伸長により電気信号が発生する線状圧電素子１０１の電気的特性について図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態で用いられる線状圧電素子の変形速度を説明する図である。本実施形態では、線状圧電素子１０１として、その長さや伸長が発生する位置にかかわらず、伸長による変形速度が一定のものを用いる。図２に示すように、本実施形態で用いられる線状圧電素子１０１を長短２本用意し、それぞれについて、一定距離間をチャックにて把持し、コネクタ１２１を介して信号検出部１０２に接続し、被測定体を線方向に伸長を加えてそのときに発生する信号強度（電流値）を測定する実験を行った。図３は、図２に示す線状圧電素子の伸長による変形と信号強度との関係を示す図であり、（Ａ）は変形速度と信号強度（電流値）との関係を示し、（Ｂ）は変形部分の位置と信号強度（電流値）との関係を示す。本実施形態で用いられる線状圧電素子１０１は、図３（Ａ）に示すように線状圧電素子１０１の伸び変形速度と信号強度（電流値）とは比例し、図３（Ｂ）に示すように伸長変形が発生する位置（コネクタ２１からの距離で表す）に関わらず信号強度（電流値）はほぼ一定である。このように、本実施形態では、線状圧電素子１０１として、その長さや伸長が発生する位置にかかわらず、伸長による変形速度に対する信号強度が一定のものを用いるのが好ましい。なお、線状圧電素子１０１を、伸長による変形速度に対する信号強度が一定のものではないもので実現してもよく、この場合は、当該線状圧電素子についての伸長に応じた変形速度と信号強度との関係を予め測定しておき、この測定結果に基づき各位置における伸長の具合に応じた変形速度を一定の信号強度に換算して出力する事前補正演算部を、演算処理部１０３の前段に設ければよい。
【００２２】
説明を図１に戻すと、信号検出部１０２は、各線状圧電素子１０１で発生した電気信号を検出するものである。図１では、説明を簡明にするために、信号検出部１０２を上着５００−１及びズボン５００−２から離れた位置に記載したが、好ましくは、衣類ごとに（図１に示す例では、上着５００−１及びズボン５００−２のそれぞれに）、当該衣類上の任意の位置に設けられる。線状圧電素子１０１と信号検出部１０２とは直接に接続してもよいが、信号強度を増幅するアンプやフィルタなど（図示せず）を介して接続してもよい。なお、線状圧電素子１０１として、後述するように電磁波シールドを有する組紐状圧電素子を用いれば、ノイズ除去のためのフィルタは省略できる。信号検出部１０２として防水機能を有するものを用いれば、線状圧電素子１０１及び信号検出部１０２が組み込まれた衣類は洗濯可能となる。
【００２３】
信号検出部１０２は、線状圧電素子１０１から引き出された導線を接続するコネクタ（図示せず）と、線状圧電素子１０１で発生したアナログ電気信号をディジタル電気信号に変換するＡＤ変換部（図示せず）と、ＡＤ変換部から出力されたディジタル電気信号を次段の演算処理部１０３へ送信する送信部（図示せず）と、を含む。信号検出部１０２（の送信部）と演算処理部１０３との間の通信は無線でも有線でもよい。信号検出部１０２と演算処理部１０３との間を無線通信により実現する場合は、信号検出部１０２の送信部は、ＡＤ変換部から出力されたディジタル電気信号に、対応する線状圧電素子１０１の識別情報を付加して、演算処理部１０３へ無線送信する。無線送信の方法自体は本発明を限定するものではなく、公知の方法を用いればよい。信号検出部１０２と演算処理部１０３との間を有線通信により実現する場合は、対応する線状圧電素子１０１ごとの信号線を、演算処理部１０３の各入力端子に接続する。
【００２４】
信号検出部１０２は、各線状圧電素子で発生した電気信号の大きさとして、例えば電流値や電圧値などを検出する。また例えば、各線状圧電素子で発生した電気信号の大きさとして、電流値や電圧値などのような信号強度そのものでなく、これらの値の微分値やその他演算値を用いてもよい。例えば微分値であれば急激な電気信号の変化を精度よく取得することができたり、積分値であれば変形の大きさに基づく解析ができる。
【００２５】
演算処理部１０３は、信号検出部１０２が検出した電気信号に基づいて、衣類５０１−１及び５００−２の変形の様態を判別する。衣類を着用した被測定体が動くことにより衣類が変形すると線状圧電素子１０１において電気信号が発生するが、演算処理部１０３によりこの電気信号を解析することにより衣類の変形の様態を判別することで、当該衣類を着用した被測定体の動きの内容が判明する。
【００２６】
演算処理部１０３は、例えば、衣類から離れたコンピュータ等の計算装置にて実現される。この場合、線状圧電素子１０１及び信号検出部１０２は、被測定体に着用される衣類に配置され、演算処理部１０３は、この衣類とは別体の計算装置内に設けられるが、信号検出部１０２と演算処理部１０３との間は無線通信により接続されるのが好ましい。またあるいは、演算処理部１０３は、例えば、衣類上の任意の位置に配置される集積回路（ＩＣ）チップにて実現される。この場合、線状圧電素子１０１、信号検出部１０２及び演算処理部１０３は、被測定体に着用される衣類に配置されるが、信号検出部１０２と演算処理部１０３との間は無線通信でも有線通信でもよく、また、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を選択可能なものとするために、演算処理部１０３についても防水機能を有するものが好ましい。
【００２７】
演算処理部１０３による衣類の変形の様態の判別結果は、様々な用途に利用することができる。以下、具体例をいくつか列挙する。
【００２８】
例えば、演算処理部１０３に、パソコン、携帯端末、もしくはタッチパネルなどの表示装置（図示せず）に接続することで、被測定体の動きの内容を単に数値やグラフチャートで表すことはもちろん、コンピュータグラフィックやアニメーションにて表示装置に表示することができる。例えば、ゴルフプレーヤーやテニスプレーヤーが、センサシステム１０００が組み込まれたスポーツウェアを着用すれば、自身のプレー内容を表示装置にて確認することができる。例えば、アマチュアとプロの各プレーヤーにセンサシステム１０００が組み込まれたスポーツウェアを着用させ、それぞれのプレー内容を比較できるように表示装置に表示させるといった、練習態様を実現することができる。特に、複数の部位にセンサを設けている場合には、非測定体の動きの順番やタイミングに基づく解析結果を表示させることができる。例えば、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用した役者が行った演技をコンピュータグラフィックやアニメーションに変換するモーションキャプチャ装置として利用することもできる。
【００２９】
例えば、入力された電気信号を振動に変換する振動発生装置（図示せず）や微小な電気ショックに発生する電気発生装置（図示せず）を、センサシステム１０００が組み込まれた衣類にさらに組み込み、これら振動発生装置や電気発生装置に演算処理部１０３を接続すれば、被測定体の動きの内容を、衣類を着用した人間や動物に対して振動や電気ショックの形でフィードバックすることができる。例えば、ゴルフプレーヤーやテニスプレーヤーが、センサシステム１０００及び振動発生装置もしくは電気発生装置が組み込まれたスポーツウェアを着用すれば、自身のプレー内容を振動や電気ショックの形で感知することができる。例えば、プロのプレーヤーにこのスポーツウェアを着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果を記憶装置に予め保持しておき、次いで、アマチュアのプレーヤーにこのスポーツウェアを着用させ、プレー内容がプロプレーヤーと相違する場合は、振動や電気ショックにてスポーツウェアを着用したアマチュアのプレーヤーにフィードバックする、といった練習態様を実現することができる。例えば、センサシステム１０００及び振動発生装置もしくは電気発生装置が組み込まれた衣類を、ペットや家畜に着用させ、振動や電気ショックにてしつけを行うといった用途も可能である。
【００３０】
例えば、演算処理部１０３に、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器に接続することで、被測定体の動きに応じて警報音を発するといった安全システムを実現することができる。例えば、建設作業員や工場労働者にセンサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果が予め登録しておいた危険動作を示す場合に、警報音を発する、といった安全システムを実現することができる。例えば、自動車の運転者や鉄道の運転士にセンサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果が居眠りに特有の動作を示す場合に、警報音を発する、といった安全システムを実現することができる。
【００３１】
また、例えば、人形、ぬいぐるみなどにセンサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用させ、演算処理部１０３により得られた判別結果に応じた音声を発するといった、玩具の提供も実現することができる。
【００３２】
例えば、演算処理部１０３にロボットコントローラを接続することでセンサシステム１０００をロボットに対するインターフェースとして用いることも可能である。例えば、演算処理部１０３にロボットコントローラを接続し、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用した人間の動きをロボットに再現させることもできる。このロボットが玩具であれば、人間の動きを再現するロボット玩具となる。あるいは、センサシステム１０００が組み込まれた衣類をロボットに着用させ、当該ロボットの動きを別のロボットに再現させることもできる。このロボットが産業用ロボットであれば、産業用ロボットに対する教示作業の負担を低減できる。
【００３３】
説明を図１に戻すと、オプションとして設けられる導電性繊維１０４は、衣類（図１に示す例では上着５００−１及びズボン５００−２）に配置された線状圧電素子１０１の近傍に配置される。すなわち、導電性繊維１０４は線状圧電素子１０１と組み合わせて設けられるが、全ての線状圧電素子１０１に対して導電性繊維１０４を設ける必要はない。導電性繊維１０４は、衣類を着用した被測定体との間の相互作用により電気信号が発生するものである。すなわち、衣類を着用した被測定体が動くことにより衣類が変形すると、当該衣類に設けられた導電性繊維１０４と被測定体との間の距離が変化するので、導電性繊維１０４と被測定体との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により導電性繊維１０４には微弱な電気信号が発生する。導電性繊維１０４と信号検出部１０２とは電気的に接続されており、導電性繊維１０４で発生した微弱な電気信号は信号検出部１０２により検出される。信号検出部１０２は、導電性繊維１０４から引き出された導線を接続するコネクタ（図示せず）と、導電性繊維１０４で発生したアナログ電気信号をディジタル電気信号に変換するＡＤ変換部（図示せず）と、ＡＤ変換部から出力されたディジタル電気信号を次段の演算処理部１０３へ送信する送信部（図示せず）と、を含む。また、導電性繊維１０４で発生した電気信号は微弱であるので、これを増幅するアンプ（図示せず）を信号検出部１０２は有する。アンプは、アナログアンプでもディジタルアンプでもよいが、アナログアンプで構成する場合はＡＤ変換部の前段に設けられ、ディジタルアンプで構成する場合はＡＤ変換部の後段に設けられる。導電性繊維１０４を線状圧電素子１０１と組み合わせて設けた場合、演算処理部１０３は、信号検出部１０２が検出した線状圧電素子１０１で発生した電気信号と導電性繊維１０４から発生した電気信号とに基づいて、衣類の変形の様態をより正確に判別することができる。すなわち、衣類を着用した被測定体が動くことにより衣類が変形すると、線状圧電素子１０１及び導電性繊維１０４の両方にて電気信号が発生し、演算処理部１０３により電気信号を解析することにより衣類の変形の様態を判別し、当該衣類を着用した被測定体の動きを知ることができる。
【００３４】
続いて、線状圧電素子１０１の配置例について例示する。
【００３５】
図４は、一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着及びズボンの前面（正面）を模式的に示す図であり、図５は、図４の上着及びズボンの背面を模式的に示す図である。例えば、線状圧電素子１０１は、図４に示すように人間の股関節近傍及び膝近傍に位置するズボン５００−２上の前面に設けられ、図５に示すように人間の肩近傍及び肘臀近傍に位置する上着５００−１上の背面に設けられ、図５に示すように人間の臀部近傍に位置するズボン５００−２上の前面に設けられる。例えば、導電性繊維１０４は、図５に示すように人間の肩近傍及び肘臀近傍に位置する上着５００−１上の背面に設けられた線状圧電素子１０１の近傍に設けられる。図６は、一実施形態によるセンサシステムを組み込んだ上着の背面の実際の写真を示す図であり、図５に模式的に示した線状圧電素子１０１及び導電性繊維１０４の配置に対応する。
【００３６】
続いて、本実施形態において、センサシステムが組み込まれた衣類を着用した人間が実際に動いた場合の実験結果について、図７〜図１１を参照して説明する。なお、図８〜図１１に示された実験結果において、電気信号の極性の正負の取り方は一例であって、グランド（ゼロ電位）の設定の次第で変わることは当業者にとって周知の事項である。
【００３７】
図７は、上着の肩及び肘の近傍に線状圧電素子を配置した実際の写真を示す図である。図７に示すように、線状圧電素子１０１を、上着５００−１の肘、前腕部、及び上腕部のそれぞれに設けた。
【００３８】
図８は、図７に示した上着を着用して肘を曲げた場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。図９は、図７に示した上着を着用して肘を曲げた状態（図８）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
【００３９】
図８（ａ）と図９（ａ）との比較から分かるように、上着５００−１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘の曲げのときと肘を曲げの状態から元に戻したときに電気信号の変化が現れる。すなわち、肘を曲げたときは、上着５００−１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性は正から負に遷移し、肘を曲げの状態から元に戻したときは、上着５００−１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性は負から正に遷移している。このように、上着５００−１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘の曲げと戻しの前後で電気信号の極性が反転している。
【００４０】
また、図８（ｂ）と図９（ｂ）との比較から分かるように、上着５００−１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号についても、肘の曲げのときと肘を曲げの状態から元に戻したときに電気信号の変化が現れる。すなわち、肘を曲げたときは、上着５００−１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性は正から負に遷移し、肘を曲げの状態から元に戻したときは、上着５００−１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性は負から正に遷移している。このように、上着５００−１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号についても、肘の曲げと戻しの前後で電気信号の極性が反転している。
【００４１】
一方で、図８（ｂ）と図９（ｂ）との比較から分かるように、上着５００−１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘の曲げのときと肘を曲げの状態から元に戻したときに電気信号の変化は現れるが、その変化の大きさは小さく不明確であることが特徴的である。
【００４２】
よって、肘の曲げと戻し（伸ばし）に関しては、「上着５００−１の肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性に明確な反転がありなおかつ前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確である」か否かで判別することができることが分かる。例えば、演算処理部１０３は、上着５００−１の肘、前腕部、及び上腕部に設けられた各線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性を観測し、上着５００−１の肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性に上記のような明確な反転があり、なおかつ上着５００−１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確であった場合は、「肘が曲げられた」もしくは「肘の曲げが元に戻された」と判別する。
【００４３】
図１０は、図７に示した上着を着用して肘をねじった場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。図１１は、図７に示した上着を着用して肘をねじった状態（図１０）から元に戻した場合に発生する電気信号を示す図であって、（ａ）は上着の肘に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示し、（ｂ）は上着の前腕部及び上腕部に設けられた線状圧電素子で発生する電気信号を示す。
【００４４】
図１０（ａ）と図１１（ａ）との比較から分かるように、上着５００−１の肘に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときに電気信号の変化が現れるが、その変化の大きさは小さく不明確である。
【００４５】
また、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）との比較から分かるように、上着５００−１の上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号についても、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときに電気信号の変化が現れるが、その変化の大きさは小さく不明確である。
【００４６】
一方で、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）との比較から分かるように、上着５００−１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときに電気信号の変化が明確に現れる。すなわち、肘をねじっているときは、上着５００−１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性は正から負に遷移し、肘のねじりを元に戻しているときは、上着５００−１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性は負から正に遷移している。このように、上着５００−１の前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号については、肘をねじっているときと肘のねじりを元に戻しているときとで電気信号の極性が明確に反転している。
【００４７】
よって、肘をねじりと戻し（伸ばし）に関しては、「上着５００−１の肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確でありなおかつ前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性が明確に反転している」か否かで判別することができることが分かる。例えば、演算処理部１０３は、上着５００−１の上腕部に設けられた各線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性を観測し、肘及び／または上腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性の反転が不明確であり、なおかつ前腕部に設けられた線状圧電素子１０１で発生する電気信号の極性に上記のような明確反転があった場合は、「肘がねじられている」もしくは「肘のねじりが元に戻された」と判別する。
【００４８】
また、図８及び図９に示す実験結果と図１０及び図１１に示す実験結果とを比較して分かるように、上着５００−１の肘、前腕部、及び上腕部に設けられた線状圧電素子１０１のうち、どの部分に設けられた線状圧電素子１０１の電気信号の極性が明確に反転したか及びどの部分に設けられた線状圧電素子１０１の電気信号の極性の反転が不明確であるかを観察すれば、腕の曲げとねじりとを判別することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伸長により電気信号が発生する線状圧電素子１０１にて、「肘が曲げられた」、「肘の曲げが元に戻された」、「肘がねじられた」及び「肘のねじりが元に戻された」の各動作を判別することができる。なお、上記では人間の肘の動きを例にとり説明したが、人間や動物などの生体における、例えば肩、手首、足首、膝、股関節、指、首、口、瞼、頬、おでこ、鼻、耳、腹部、胸部、太もも、ふくらはぎ、二の腕、背部、臀部、手の平、手の甲、足の土踏まず、足の甲といった各可動部位、並びにロボットや玩具などの機械における可動部位についても、同様の設計思想を適用することができる。なお、被測定体の可動部の動きの検知の正確性を高めるために、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を被測定体に着用させて実際に被測定体を動かして線状圧電素子１０１及び導電性繊維で発生する電気信号の波形を観測し、観測結果を被測定体の動きとを照らし合わせて電気信号の波形と被測定体の動きとの関係性を示すテーブルを取得し、このテーブルを演算処理部１０３に記憶させて、演算処理部１０３に被測定体の動きの判別を実行させるようにしてもよい。
【００５０】
図１２は、一実施形態によるセンサシステムを組み込んだグローブの実際の写真を示す図であって、（ａ）はグローブを着用した手の甲を示し、（ｂ）はグローブを着用した手のひらを示し、（ｃ）はグローブを着用した手の一側面を示す。図１２は、本実施形態によるセンサシステム１０００をグローブ５００−３に組み込む場合の、線状圧電素子１０１の配置例を示している。
【００５１】
図１３は、ロボットコントローラを接続した一実施形態に係るセンサシステムの基本構成を示す模式図である。例えば、演算処理部１０３にロボットコントローラ２０１を接続し、センサシステム１０００が組み込まれた衣類を着用した人間の動きをロボット２０２に再現させることもできる。
【００５２】
以上説明した被測定体に着用される衣類に配置され、印加された応力に応じて電気信号が発生する線状圧電素子を有する本実施形態によるセンサシステム１０００は、被測定体の動きを検出する他の手法と組み合わせてもよい。
【００５３】
例えば、本実施形態によるセンサシステム１０００と重心移動を検知するためのセンサ（例えば感圧センサ）と併用してシステムを構築してもよい。この態様の場合、例えば、線状圧電素子１０１で発生した電気信号と重心移動を検知するセンサからの信号とに基づき、被測定体に着用された衣類の変形の様態と被測定体自体の動き（重心移動）とを同時に判別する演算処理部を設けることができる。このセンサシステム１０００と重心移動を検知するセンサと組み合わせる態様によれば、例えば、センサシステム１０００による被測定体（ここでは人体）の上半身の動きの検知と別センサ（例えば感圧センサ）による体重移動の検知とを同時に実現できるため、例えばゴルフのスイング、テニスのスイング等の動きをより詳細に把握することが可能である。なお、被測定体の重心移動を検知するためのセンサとしては公知のセンサをいずれも用いることができるが、例えばポリ乳酸フィルムなど面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層（例えばポリ−Ｌ−乳酸及びポリ−Ｄ−乳酸）を、複数層積層した圧電積層体を圧電積層体素子に用い、圧電積層体を円筒状、角丸長、方形などの一部に曲線部を有する形状に捲回したセンサを用いれば、荷重依存的に電圧が発生、減衰し、持続的に荷重がかかっていれば、電圧が一定時間持続して出力も行われるので、より詳細な測定を行うことが可能である。
【００５４】
（線状圧電素子）
本発明における線状圧電素子としては、印加された応力に応じて電気信号が発生する公知のあらゆるものを使用することができる。例えば、線状圧電素子としては、導電性繊維を芯糸としてその周りに圧電性繊維を配置した芯鞘構造を有する圧電素子を使用することができる。より具体的には、線状圧電素子としては、導電性繊維の周りに圧電性フィルムまたは圧電性繊維を単に巻きつけた圧電素子や、あるいは導電性繊維の周りに圧電性繊維を組紐状に巻きつけた組紐状圧電素子を使用することができる。中でも、本発明における線状圧電素子としては、伸長変形に対してより大きな電気信号を出力する圧電素子が好ましく、このような観点から、組紐状圧電素子がより好ましい。そこで、組紐状圧電素子について以下で詳しく説明する。
【００５５】
（組紐状圧電素子）
図１４は実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
組紐状圧電素子１は、導電性繊維Ｂで形成された芯部３と、芯部３を被覆するように組紐状の圧電性繊維Ａで形成された鞘部２と、を備えている。
【００５６】
組紐状圧電素子１では、少なくとも一本の導電性繊維Ｂの外周面を多数の圧電性繊維Ａが緻密に取り巻いている。組紐状圧電素子１に変形が生じると、多数の圧電性繊維Ａそれぞれに変形による応力が生じ、それにより多数の圧電性繊維Ａそれぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維Ｂを取り巻く多数の圧電性繊維Ａの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維Ｂに生じる。すなわち圧電性繊維Ａの組紐状の鞘部２を用いない場合と比較して導電性繊維Ｂからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子１では、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能となる。なお、導電性繊維Ｂは複数本であってもよい。
【００５７】
組紐状圧電素子１は、その中心軸（図１４中のＣＬ）方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものが好ましい。
【００５８】
（伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子）
中心軸方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１としては、例えば、圧電性繊維Ａとして、一軸配向した高分子の成型体であり、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子を使用することができる。本発明において「主成分として含む」とは、構成成分の５０質量％以上を占めることを指す。また、本発明において結晶性高分子とは、１質量％以上の結晶部と、結晶部以外の非晶部とからなる高分子であり、結晶性高分子の質量とは結晶部と非晶部とを合計した質量である。なお、ｄ１４の値は成型条件や純度および測定雰囲気によって異なる値を示すが、本発明においては、実際に使用される圧電性高分子中の結晶性高分子の結晶化度および結晶配向度を測定し、それと同等の結晶化度および結晶配向度を有する１軸延伸フィルムを当該結晶性高分子を用いて作成し、そのフィルムのｄ１４の絶対値が、実際に使用される温度において０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を示せばよく、本実施形態の圧電性高分子に含まれる結晶性高分子としては、後述されるような特定の結晶性高分子には限定されない。フィルムサンプルのｄ１４の測定は公知の様々な方法を取ることができるが、例えばフィルムサンプルの両面に金属を蒸着して電極としたサンプルを、延伸方向から４５度傾いた方向に４辺を有する長方形に切り出し、その長尺方向に引張荷重をかけた時に両面の電極に発生する電荷を測定することで、ｄ１４の値を測定することができる。
【００５９】
また、中心軸方向への伸長変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１においては、中心軸の方向と圧電性高分子の配向方向とがなす角度（配向角度θ）は１５°以上７５°以下であることが好ましい。この条件を満たす時、組紐状圧電素子１に対し中心軸方向の伸長変形（引張応力および圧縮応力）を与えることで、圧電性高分子に含まれる結晶性高分子の圧電定数ｄ１４に対応する圧電効果を効率よく利用し、組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とに効率的に逆極性（逆符号）の電荷を発生させることができる。かかる観点から、配向角度θは２５°以上６５°以下であることが好ましく、３５°以上５５°以下であることがより好ましく、４０°以上５０°以下であることがさらに好ましい。このように圧電性高分子を配置すると、圧電性高分子の配向方向はらせんを描くことになる。
【００６０】
また、このように圧電性高分子を配置することで、組紐状圧電素子１の表面を擦るようなせん断変形や、中心軸を曲げるような曲げ変形や、中心軸を軸としたねじり変形に対しては組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とには大きな電荷を発生させないようにする、即ち中心軸方向の伸長に対して選択的に大きな電荷を発生させる組紐状圧電素子１とすることができる。
【００６１】
配向角度θは、可能な限り下記の方法で測定する。組紐状圧電素子１の側面写真を撮影し、圧電性高分子Ａ’のらせんピッチＨＰを測定する。らせんピッチＨＰは図１５の通り、１本の圧電性高分子Ａ’が表面から裏面を回って再び表面に来るまでに要した、中心軸方向の直線距離である。また、必要に応じて接着剤で構造を固定後に、組紐状圧電素子１の中心軸に垂直な断面を切り出して写真を撮影し、鞘部２が占める部分の外側半径Ｒｏおよび内側半径Ｒｉを測定する。断面の外縁および内縁が楕円形や扁平な円形の場合は、長径と短径の平均値をＲｏおよびＲｉとする。下記式から中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θを計算する。
θ  ＝  ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）  （０°≦θ≦９０°）
ただしＲｍ＝２（Ｒｏ3−Ｒｉ3）／３（Ｒｏ2−Ｒｉ2）、即ち断面積で加重平均した組紐状圧電素子１の半径である。
【００６２】
組紐状圧電素子１の側面写真において圧電性高分子が均一な表面を有しており、圧電性高分子のらせんピッチが判別できない場合は、接着剤等で固定した組紐状圧電素子１を中心軸を通る平面で割断し、割断面に垂直な方向に、中心軸を通るよう十分に狭い範囲でＸ線を透過するよう広角Ｘ線回折分析を行い、配向方向を決定して中心軸との角度をとり、θとする。
【００６３】
本発明に係る組紐状圧電素子１では、圧電性高分子の配向方向に沿って描かれるらせんについて、らせん方向（Ｓ撚り方向またはＺ撚り方向）やらせんピッチを異にする２つ以上のらせんが同時に存在する場合があるが、それぞれのらせん方向およびらせんピッチの圧電性高分子についてそれぞれ上記測定を行い、いずれか一つのらせん方向およびらせんピッチの圧電性高分子が前述の条件を満たすことが必要である。
【００６４】
中心軸方向の伸長変形に対して中心軸側と外側とに発生する電荷の極性は、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置した場合と、同じ圧電性高分子の配向方向をＺ撚りのらせんに沿って配置した場合とでは、互いに逆の極性になる。このため、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置すると同時にＺ撚りのらせんに沿って配置した場合は、伸長変形に対する発生電荷がＳ撚り方向とＺ撚り方向とで互いに打消し合って効率的に利用できないため、好ましくない。したがって、上記の圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、組紐状圧電素子１の中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であることが好ましく、さらに０以上０．５以下であることが好ましい。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、組紐状圧電素子１では、本発明の目的を達成する限り、鞘部２では圧電性繊維Ａ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよいし、芯部３では導電性繊維Ｂ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
【００６７】
導電性繊維Ｂの芯部３と組紐状の圧電性繊維Ａの鞘部２とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はなく、被測定体上の測定領域の大きさや形状等に応じて適宜決定すればよい。例えば、組紐状圧電素子は製造において連続的に製造され、その後に必要な長さに切断して利用してもよい。組紐状圧電素子の長さは１ｍｍ〜２０ｍ、好ましくは、１ｃｍ〜１０ｍ、より好ましくは１０ｃｍ〜５ｍである。長さが短過ぎると従来の点センサと比較した本発明の上記効果、すなわち単位面積当たりのセンサの配置個数を低減でき、応力が印加された位置を少ないセンサの個数で特定できるという効果が十分に達成できない場合があり、また、長さが長過ぎると導電性繊維Ｂの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。ただし、例えば、抵抗値については、電流値を計測することで抵抗値を考慮する必要がなくなる場合があり、ノイズについては信号を増幅することでノイズを抑制（もしくは除去）できる場合があり、特に電流増幅タイプのアンプを用いることが好ましい。
【００６８】
以下、各構成について詳細に説明する。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
ベースの繊維にコートされる金属は導電性を示し、本発明の効果を奏する限り、いずれを用いてもよい。例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウム、酸化インジウム錫、硫化銅など、およびこれらの混合物や合金などを用いることができる。
【００７２】
導電性繊維Ｂに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサとしての耐久性や安全性に優れる。
【００７３】
導電性繊維Ｂはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。マルチフィラメントの方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは２μｍ〜１００μｍである。さらに好ましくは３μｍ〜５０μｍである。マルチフィラメントの場合、フィラメント数としては、１本〜１０００００本が好ましく、より好ましくは５本〜５００本、さらに好ましくは１０本〜１００本である。ただし、導電性繊維Ｂの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部３の繊度・本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の導電性繊維Ｂと数えるものとする。ここで芯部３とは、導電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
【００７４】
繊維の直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維Ｂの断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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。
【００７９】
ポリ乳酸の光学純度は９９％以上であることが好ましく、９９．３％以上であることがより好ましく、９９．５％以上であることがさらに好ましい。光学純度が９９％未満であると著しく圧電率が低下する場合があり、圧電性繊維Ａの形状変化よって十分な電気信号を得ることが難しくなる場合がある。特に、圧電性繊維Ａは、主成分としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度が９９％以上であることが好ましい。
【００８０】
ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維Ａは、製造時に延伸されて、その繊維軸方向に一軸配向している。さらに、圧電性繊維Ａは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示し、ｄ１４の絶対値が高くなるためである。
【００８１】
結晶性および一軸配向性はホモＰＬＡ結晶化度Ｘhomo（％）および結晶配向度Ａｏ（％）で求められる。本発明の圧電性繊維Ａとしては、ホモＰＬＡ結晶化度Ｘhomo（％）および結晶配向度Ａｏ（％）が下記式（１）を満たすことが好ましい。
Ｘhomo×Ａｏ×Ａｏ÷１０6≧０．２６      （１）
上記式（１）を満たさない場合、結晶性および／または一軸配向性が十分でなく、動作に対する電気信号の出力値が低下したり、特定方向の動作に対する信号の感度が低下したりするおそれがある。上記式（１）の左辺の値は、０．２８以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましい。ここで、各々の値は下記に従って求める。
【００８２】
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。
【００８３】
（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）
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および導電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｃ）が下記式（４）を満たすことが好適である。
｜Ｓ（ｐ）−Ｓ（ｃ）｜≦１０      （４）
上記式（４）の左辺は５以下であることがより好ましく、３以下であればさらに好ましい。
【００９０】
また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および絶縁性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｉ）が下記式（５）を満たすことが好適である。
｜Ｓ（ｐ）−Ｓ（ｉ）｜≦１０      （５）
上記式（５）の左辺は５以下であることがより好ましく、３以下であればさらに好ましい。
【００９１】
また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周１．１２５ｍの検尺機で捲数２０回のカセを作り、０．０２２ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長Ｌ０を測定した。その後、このカセを１００℃の沸騰水浴中で３０分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長Ｌを測定した。測定されたＬ０およびＬを用いて下記式（６）により沸水収縮率を計算する。
沸水収縮率＝（Ｌ０−Ｌ）／Ｌ０×１００（％）    （６）
【００９２】
（被覆）
導電性繊維Ｂ、すなわち芯部３は、圧電性繊維Ａ、すなわち組紐状の鞘部２で表面が被覆されている。導電性繊維Ｂを被覆する鞘部２の厚みは１μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５μｍ〜５ｍｍであることがより好ましく、１０μｍ〜３ｍｍであることがさらに好ましい、２０μｍ〜１ｍｍであることが最も好ましい。薄すぎると強度の点で問題となる場合があり、また、厚すぎると組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる場合がある。なお、ここで言う鞘部２とは芯部３に隣接する層のことを指す。
【００９３】
組紐状圧電素子１において、鞘部２の圧電性繊維Ａの総繊度は、芯部３の導電性繊維Ｂの総繊度の１／２倍以上、２０倍以下であることが好ましく、１倍以上、１５倍以下であることがより好ましく、２倍以上、１０倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Ａの総繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維Ｂを囲む圧電性繊維Ａが少な過ぎて導電性繊維Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維Ｂが近接する他の導電性繊維に接触するおそれがある。圧電性繊維Ａの総繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維Ｂを囲む圧電性繊維Ａが多過ぎて組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子１がセンサとして十分に機能しなくなる。
ここでいう総繊度とは、鞘部２を構成する圧電性繊維Ａ全ての繊度の和であり、例えば、一般的な８打組紐の場合には、８本の繊維の繊度の総和となる。
【００９４】
また、組紐状圧電素子１において、鞘部２の圧電性繊維Ａの一本あたりの繊度は、導電性繊維Ｂの総繊度の１／２０倍以上、２倍以下であることが好ましく、１／１５倍以上、１．５倍以下であることがより好ましく、１／１０倍以上、１倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維Ａが少な過ぎて導電性繊維Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維Ａが切断するおそれがある。圧電性繊維Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維Ａが太過ぎて組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子１がセンサとして十分に機能しなくなる。
【００９５】
なお、導電性繊維Ｂに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維Ｂあるいは圧電性繊維Ａに混繊した場合は、繊度の比率は上記の限りではない。本発明において、上記比率は、接触面積や被覆率、すなわち、面積および体積の観点で重要であるからである。例えば、それぞれの繊維の比重が２を超えるような場合には、繊維の平均断面積の比率が上記繊度の比率であることが好ましい。
【００９６】
圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂとはできるだけ密着していることが好ましいが、密着性を改良するために、導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
【００９７】
被覆の方法は導電性繊維Ｂを芯糸として、その周りに圧電性繊維Ａを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維Ａの組紐の形状は、印加された荷重で生じる応力に対して電気信号を出力することが出来れば特に限定されるものではないが、芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が好ましい。
【００９８】
導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａの形状としては特に限定されるものではないが、できるだけ同心円状に近いことが好ましい。なお、導電性繊維Ｂとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維Ａは、導電性繊維Ｂのマルチフィラメントの表面（繊維周面）の少なくとも一部が接触しているように被覆していればよく、マルチフィラメントを構成するすべてのフィラメント表面（繊維周面）に圧電性繊維Ａが被覆していてもよいし、被覆していなくともよい。導電性繊維Ｂのマルチフィラメントを構成する内部の各フィラメントへの圧電性繊維Ａの被覆状態は、圧電性素子としての性能、取扱い性等を考慮して、適宜設定すればよい。
【００９９】
本発明における組紐状圧電素子１は、その表面に電極を存在させる必要が無いため、組紐状圧電素子１自体をさらに被覆する必要がなく、また、誤動作しにくいという利点がある。
【０１００】
（絶縁性繊維）
組紐状圧電素子１では、鞘部２は圧電性繊維Ａのみによって形成してもよいし、または圧電性繊維Ａと絶縁性繊維の組み合わせによって形成してもよい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
（製造方法）
本発明における組紐状圧電素子１は少なくとも１本の導電性繊維Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維Ａで被覆しているが、その製造方法としては例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａを別々の工程で作製し、導電性繊維Ｂに圧電性繊維Ａを組紐状に巻きつけて被覆する方法である。この場合には、できるだけ同心円状に近くなるように被覆することが好ましい。
【０１０３】
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。
【０１０４】
導電性繊維Ｂに巻きつける圧電性繊維Ａとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント（紡績糸を含む）を用いても良い。また、圧電性繊維Ａを巻きつけられる導電性繊維Ｂとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント（紡績糸を含む）を用いても良い。
【０１０５】
被覆の好ましい形態としては、導電性繊維Ｂを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維Ａを組紐状に製紐して、丸打組物（Ｔｕｂｕｌａｒ  Ｂｒａｉｄ）を作製することで被覆することができる。より具体的には芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が挙げられる。ただし、例えば、圧電性繊維Ａを編組チューブのような形態とし、導電性繊維Ｂを芯として当該編組チューブに挿入することで被覆してもよい。
【０１０６】
以上のような製造方法により、導電性繊維Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維Ａで被覆した組紐状圧電素子１を得ることができる。
【０１０７】
本発明における組紐状圧電素子１は、表面に電気信号を検出するための電極の形成を必要としないため、比較的簡単に製造することができる。
【０１０８】
（保護層）
本発明における組紐状圧電素子１の最表面には保護層を設けてもよい。この保護層は絶縁性であることが好ましく、フレキシブル性などの観点から高分子からなるものがより好ましい。保護層に絶縁性を持たせる場合には、もちろん、この場合には保護層ごと変形させたり、保護層上を擦ったりすることになるが、これらの外力が圧電性繊維Ａまで到達し、その分極を誘起できるものであれば特に限定はない。保護層としては、高分子などのコーティングによって形成されるものに限定されず、フィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよく、あるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。
【０１０９】
保護層の厚みとしては出来るだけ薄い方が、せん断応力を圧電性繊維Ａに伝えやすいが、薄すぎると保護層自体が破壊される等の問題が発生しやすくなるため、好ましくは１０ｎｍ〜２００μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは７０ｎｍ〜３０μｍ、最も好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。この保護層により圧電素子の形状を形成することもできる。
【０１１０】
また、ノイズ低減を目的として電磁波シールド層を組紐構造に取り入れることも可能である。電磁波シールド層は特に限定されるものではないが、導電性の物質をコーティングしてもよいし、導電性を有するフィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよい。電磁波シールド層の体積抵抗率としては１０-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０-2Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０-3Ω・ｃｍ以下である。ただし、電磁波シールド層の効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。この電磁波シールド層は、鞘の圧電性繊維Ａの表面に設けてもよく、前述の保護層の外側に設けてもよい。もちろん、電磁波シールド層と保護層が複数層積層されていてもよく、その順番も目的に応じて適宜決められる。
【０１１１】
さらには、圧電性繊維からなる層を複数層設けたり、信号を取り出すための導電性繊維からなる層を複数層設けたりすることもできる。もちろん、これらの保護層、電磁波シールド層、圧電性繊維からなる層、導電性繊維からなる層は、その目的に応じて、その順番および層数は適宜決められる。なお、巻付ける方法としては、鞘部２のさらに外層に組紐構造を形成したり、カバリングしたりする方法が挙げられる。
【０１１２】
組紐状圧電素子１に変形が生じると、圧電性繊維Ａは変形して分極が発生する。圧電性繊維Ａの分極により発生した正負各電荷の配列につられて、組紐状圧電素子１の芯部３を形成する導電性繊維Ｂの出力端子からの引出し線上において電荷の移動が発生する。導電性繊維Ｂからの引出し線上における電荷の移動は微小な電気信号（すなわち電流または電位差）として現れる。つまり、組紐状圧電素子１に変形が与えられた時に発生する電荷に応じて、出力端子から電気信号が出力されることになる。したがって、組紐状圧電素子１は、本発明に係るセンサシステムにおいて有効に機能させることができる。
【０１１３】
なお、上で説明した図９〜１１に示す実験では、本発明に係るセンサシステムにおける線状圧電素子として、以下で説明する組紐状圧電素子１−２が使用されており、それは以下の方法で製造した。
【０１１４】
組紐状圧電素子において使用された圧電性繊維の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘhomo：
ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘhomoについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求めた。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、（株）リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録した。
Ｘ線源：  Ｃｕ−Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
出力：  ４５ｋＶ×６０ｍＡ
スリット：  １ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
カメラ長：  １２０ｍｍ
積算時間：  １０分
サンプル：  ３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする
得られたＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉtotalを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるポリ−Ｌ−乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩHMiを求めた。これらの値から下式（３）に従い、ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘhomoを求めた。
［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。
【０１１５】
（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）
【０１１６】
（３）ポリ乳酸の光学純度：
組紐状圧電素子を構成する１本（マルチフィラメントの場合は１束）のポリ乳酸繊維０．１ｇを採取し、５モル／リットル濃度の水酸化ナトリウム水溶液１．０ｍＬとメタノール１．０ｍＬを加え、６５℃に設定した水浴振とう器にセットして、ポリ乳酸が均一溶液になるまで３０分程度加水分解を行い、さらに加水分解が完了した溶液に０．２５モル／リットルの硫酸を加えｐＨ７まで中和し、その分解溶液を０．１ｍＬ採取して高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）移動相溶液３ｍＬにより希釈し、メンブレンフィルター（０．４５μｍ）によりろ過した。この調整溶液のＨＰＬＣ測定を行い、Ｌ−乳酸モノマーとＤ−乳酸モノマーの比率を定量した。１本のポリ乳酸繊維が０．１ｇに満たない場合は、採取可能な量に合わせ他の溶液の使用量を調整し、ＨＰＬＣ測定に供するサンプル溶液のポリ乳酸濃度が上記と同等から１００分の１の範囲になるようにした。
＜ＨＰＬＣ測定条件＞
カラム：（株）住化分析センター社製「スミキラル（登録商標）」ＯＡ−５０００（４．６ｍｍφ×１５０ｍｍ）、
移動相：１．０ミリモル／リットルの硫酸銅水溶液
移動相流量：１．０ミリリットル／分
検出器：ＵＶ検出器（波長２５４ｎｍ）
注入量：１００マイクロリットル
Ｌ乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳLLAとし、Ｄ−乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳDLAとすると、ＳLLAおよびＳDLAはＬ−乳酸モノマーのモル濃度ＭLLAおよびＤ−乳酸モノマーのモル濃度ＭDLAにそれぞれ比例するため、ＳLLAとＳDLAのうち大きい方の値をＳMLAとし、光学純度は下記式（５）で計算した。
［数５］
光学純度（％）＝ＳMLA÷（ＳLLA＋ＳDLA）×１００      （５）
【０１１７】
（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。
【０１１８】
（圧電性繊維）
２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ１を得た。また、２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を１２ホールのキャップから８ｇ／ｍｉｎで吐出し、１０５０ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１５０℃で熱固定処理することにより３３ｄｔｅｘ／１２フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ２を得た。これらの圧電性繊維ＰＦ１およびＰＦ２を圧電性高分子として用いた。ＰＦ１およびＰＦ２のポリ−Ｌ−乳酸結晶化度、ポリ−Ｌ−乳酸結晶配向度および光学純度は上記の方法で測定し、表１の通りであった。
【０１１９】
【表１】
2020064883.tif 000003
【０１２０】
（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。
【０１２１】
（絶縁性繊維）
ポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸後に延伸することで製造した８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントの延伸糸ＩＦ１、および３３ｄＴｅｘ／１２フィラメントの延伸糸ＩＦ２をそれぞれ絶縁性繊維とした。
【０１２２】
（組紐状圧電素子）
図１４に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子１−１を作製した。ここで、導電性繊維の繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維の巻きつけ角度（配向角度θ）は４５°とした。さらに、組紐状圧電素子１−１を芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子１−１の周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−２とした。当該組紐状圧電素子１−２を、上記のとおり、図１１〜１８に示す実験において使用した。
【０１２３】
次に、本発明のセンサシステムにおいて用いられる圧電素子に関し、圧電性高分子の配向角度θおよびＴ１／Ｔ２の値が伸長変形に対する電気信号に及ぼす影響について調べた。
【０１２４】
圧電素子の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θ
中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θは、下記式から計算した。
θ  ＝  ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）  （０°≦θ≦９０°）
ただしＲｍ＝２（Ｒｏ3−Ｒｉ3）／３（Ｒｏ2−Ｒｉ2）、即ち断面積で加重平均した組紐状圧電素子（または他の構造体）の半径である。らせんピッチＨＰ、組紐状圧電素子（または他の構造体）が占める部分の外側半径Ｒｏおよび内側半径Ｒｉは以下の通り測定した。
（１−１）組紐状圧電素子の場合は、（組紐状圧電素子の圧電性高分子以外による被覆がなされている場合は必要に応じて被覆を除去して側面から圧電性高分子が観察できる状態としてから）側面写真を撮影し、任意の５カ所で図１５のように圧電性高分子のらせんピッチＨＰ（μｍ）を測定し、平均値を取った。また、組紐状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について後述の通り組紐状圧電素子が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）および内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時に組まれている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものを用いている場合や、８打ち組紐の４本の繊維が圧電性高分子であり、残る４本の繊維が絶縁性高分子である場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せて組紐状圧電素子が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時に組まれていない部分については、組紐状圧電素子の一部とはみなさない。
外側半径Ｒｏと内側半径Ｒｉについては、以下の通り測定した。図１６（ａ）の断面写真の通り、圧電性構造体（圧電性繊維Ａで形成された鞘部２）が占める領域（以後ＰＳＡと記載する）と、ＰＳＡの中央部にありＰＳＡではない領域（以後ＣＡと記載する）を定義する。ＰＳＡの外側にあり、ＰＳＡに重ならない最小の真円の直径と、ＰＳＡの外側を通らない（ＣＡは通ってもよい）最大の真円の直径との平均値をＲｏとする（図１６（ｂ））。また、ＣＡの外側にあり、ＣＡに重ならない最小の真円の直径と、ＣＡの外側を通らない最大の真円の直径との平均値をＲｉとする（図１６（ｃ））。
（１−２）カバリング糸状圧電素子の場合は、圧電性高分子をカバリングする時の巻き速度がＴ回／ｍ（カバリング糸の長さあたりの圧電性高分子の回転数）のとき、らせんピッチＨＰ（μｍ）＝１００００００／Ｔとした。また、カバリング糸状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成（株）製）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について組紐状圧電素子の場合と同様にカバリング糸状圧電素子が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）および内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時にカバリングされている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものをカバリングしてある場合や、圧電性繊維と絶縁性繊維とが重ならないように同時にカバリングしてある場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せてカバリング糸状圧電素子が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時にカバリングされてない、即ちどの断面を取っても絶縁性高分子が常に圧電性高分子の内側または外側にある部分については、カバリング糸状圧電素子の一部とはみなさない。
【０１２５】
（２）電気信号測定
エレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．製  Ｂ２９８７Ａ）を、同軸ケーブル（芯：Ｈｉ極、シールド：Ｌｏ極）を介して圧電素子の導電体に接続した状態で、圧電素子に対し下記２−１〜５のいずれかの動作試験をしながら５０ｍ秒の間隔で電流値を計測した。
（２−１）引張試験
（株）オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ−１２２５Ａ」を用い、圧電素子の長尺方向に１２ｃｍの間隔を空けて圧電素子をチャックで掴み、素子が弛んだ状態を０．０Ｎとし、０．５Ｎの張力まで引っ張った状態で変位を０ｍｍとし、１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で１．２ｍｍまで引っ張った後、０ｍｍまで−１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で戻す動作を１０回繰り返した。
（２−２）ねじり試験
圧電素子を掴む２か所のチャックのうち、片方のチャックはねじり動作を行わず圧電素子の長軸方向に自由に動くようなレール上に設置されて圧電素子に０．５Ｎの張力が常にかかる状態とし、他方のチャックは圧電素子の長軸方向には動かずねじり動作を行うよう設計されたねじり試験装置を用い、圧電素子の長尺方向に７２ｍｍの間隔を空けて圧電素子をこれらのチャックで掴み、素子の中央からチャックを見て時計回りにねじるように１００°／ｓの速度で０°から４５°まで回転した後、−１００°／ｓの速度で４５°から０°まで回転する往復ねじり動作を１０回繰り返した。
（２−３）曲げ試験
上部と下部との２つのチャックを備え、下部のチャックは固定され、上部のチャックは下部のチャックの７２ｍｍ上方に位置し、２つのチャックを結ぶ線分を直径とする仮想の円周上を上部のチャックが移動する試験装置を用い、圧電素子をチャックに把持して固定し、該円周上にて上部のチャックを１２時の位置、下部のチャックを６時の位置としたとき、圧電素子を９時方向に凸に僅かに撓ませた状態とした後、上部のチャックを１２時の位置から該円周上の１時、２時の位置を経由して３時の位置に一定速度で０．９秒かけて移動させた後、１２時の位置まで０．９秒かけて移動させる往復曲げ動作を１０回繰り返した。
（２−４）せん断試験
５０番手の綿糸で織られた平織布を表面に貼り付けた２枚の剛直な金属板によって、圧電素子の中央部６４ｍｍの長さの部分を上下から水平に挟み（下部の金属板は台に固定されている）、上から３．２Ｎの垂直荷重をかけ、金属板表面の綿布と圧電素子との間が滑らないようにした状態のまま、上の金属板を０Ｎから１Ｎの荷重まで１秒かけて圧電素子の長尺方向に引っ張った後、引張荷重を０Ｎまで１秒かけて戻すせん断動作を１０回繰り返した。
（２−５）押圧試験
（株）オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ−１２２５Ａ」を用い、水平で剛直な金属台上に静置した圧電素子の中央部６４ｍｍの長さの部分を、上部のクロスヘッドに設置された剛直な金属板により水平に圧電素子を挟み、圧電素子から上部の金属板への反力が０．０１Ｎから２０Ｎとなるまで０．６秒かけて上部のクロスヘッドを下げて押圧し、反力が０．０１Ｎとなるまで０．６秒かけて除圧する動作を１０回繰り返した。
【０１２６】
（例Ａ）
例Ａの試料として、図１４に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子１−Ａを作成した。
【０１２７】
（例Ｂ）
組紐状圧電素子１−Ａを芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子１−Ａの周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｂとした。
【０１２８】
（例Ｃ、Ｄ）
ＰＦ１の巻付け速度を変更した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして、２本の組紐状圧電素子を作成し、これらの組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｃおよび１−Ｄとした。
【０１２９】
（例Ｅ〜Ｈ）
製紐機の８本のキャリアのうち、表２の通りＺ撚り方向およびＳ撚り方向に組まれるキャリアにそれぞれＰＦ１あるいはＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向のそれぞれに所定の割合で圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、これらの組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｅ〜１−Ｈとした。
【０１３０】
（例Ｉ）
ＰＦ１の代わりにＰＦ２を使用し、ＩＦ１の代わりにＩＦ２を使用し、巻付け速度を調整した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｉとした。
【０１３１】
（例Ｊ）
ＰＦ２の代わりにＩＦ２を使用し、ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｊとした。
【０１３２】
（例Ｋ）
ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１−Ｋを作成した。
【０１３３】
（例Ｌ）
ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状素子１−Ｌとした。
【０１３４】
（例Ｍ）
ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外はカバリング糸状圧電素子１−Ｋと同様にしてカバリング糸状素子を作成し、カバリング糸状素子１−Ｍとした。
【０１３５】
（例Ｎ）
ＩＦ１の代わりにＰＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ｂと同様にして組紐状圧電素子１−Ｎを作成した。
【０１３６】
（例Ｏ）
ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ｉと同様にして組紐状圧電素子１−Ｏを作成した。
【０１３７】
（例Ｐ）
導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、１６打ち丸組紐製紐機の１６本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｐとした。
【０１３８】
（例Ｑ）
ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１−Ｑを作成した。
【０１３９】
各圧電素子のＲｉ、Ｒｏ、ＨＰを測定し、計算された中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θの値、およびＴ１／Ｔ２の値を表２に示す。組紐状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維と絶縁性繊維が存在する領域を合わせて圧電素子の占める領域として測定した。カバリング糸状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維が存在する領域を圧電素子の占める領域として測定した。また、各圧電素子を１５ｃｍの長さに切断し、芯の導電性繊維をＨｉ極とし、周辺をシールドする金網または鞘の導電性繊維をＬｏ極としてエレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．製  Ｂ２９８７Ａ）に接続し、電流値をモニタした。引張試験、ねじり試験、曲げ試験、せん断試験および押圧試験時の電流値を表２に示す。なお、例Ｌ、Ｍは圧電性高分子を含まないため、θおよびＴ１／Ｔ２の値は測定できない。
【０１４０】
【表２】
2020064883.tif 000004
【０１４１】
表２の結果から、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが１５°以上７５°以下であり、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であるとき、引張動作（伸長変形）に対し大きな信号を発生し、引張以外の動作には大きな信号を発生せず、引張動作に選択的に応答する素子であることが分かる。また例ＩとＪとを比べると、Ｚ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合と、Ｓ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合とを比べると、引張試験時の信号の極性が逆となっており、巻き方向が信号の極性に対応していることが分かる。
【０１４２】
さらに、表には示していないが、例Ａ〜Ｋの素子は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆で絶対値が概ね同じ信号を発生したため、これらの素子は引張荷重や変位の定量に適していることが分かる。一方、例ＮおよびＯの素子は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆である場合も同じである場合もあったため、これらの素子は引張荷重や変位の定量に適していないことが分かる。また、表には示していないが、例Ｂの引張試験時のノイズレベルは、例Ａの引張試験時のノイズレベルより低く、組紐状圧電素子の外側に導電性繊維を配置してシールドとした素子ではノイズを低減できることが分かる。
【符号の説明】
【０１４３】
１    組紐状圧電素子
２    鞘部
３    芯部
５    布帛状圧電素子
６    布帛
６ａ    布帛の中央面
７    絶縁性繊維
８    導電性繊維
１０    デバイス
１１    圧電素子
１２    増幅手段
１３    出力手段
１４    送信手段
１５    比較演算手段
１０１    線状圧電素子
１０２    信号検出部
１０３    演算処理部
１０４    導電性繊維
２０１    ロボットコントローラ
２０２    ロボット
５００−１    上着
５００−２    ズボン
５００−３    グローブ
１０００    センサシステム
Ａ    圧電性繊維
Ａ’    圧電性高分子
Ｂ    導電性繊維
ＣＬ    繊維軸
α    巻きつけ角度
【図１】
2020064883.tif 000005
【図２】
2020064883.tif 000006
【図３】
2020064883.tif 000007
【図４】
2020064883.tif 000008
【図５】
2020064883.tif 000009
【図６】
2020064883.tif 000010
【図７】
2020064883.tif 000011
【図８】
2020064883.tif 000012
【図９】
2020064883.tif 000013
【図１０】
2020064883.tif 000014
【図１１】
2020064883.tif 000015
【図１２】
2020064883.tif 000016
【図１３】
2020064883.tif 000017
【図１４】
2020064883.tif 000018
【図１５】
2020064883.tif 000019
【図１６】
2020064883.tif 000020