(57)【要約】  比較的小さな変形で生じる応力によって大きな電気信号を取り出すことが可能な繊維状の圧電素子を提供すること。  導電性繊維および圧電性繊維からなる組物を含み、該組物は該導電性繊維が芯であり、該圧電性繊維が該導電性繊維の周囲を被覆した被覆繊維である圧電素子。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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記載の圧電素子。
【請求項３】
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記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のＬ―ポリ乳酸又はＤ−ポリ乳酸を含む、請求項４記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項７】
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１〜６のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項８】
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７記載の圧電素子。
【請求項９】
検出される前記応力が、前記被覆繊維の表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力である、請求項７記載の圧電素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電素子を使った圧電センサー。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧電センサーと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサー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。
【請求項１２】
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１１記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項１０に記載の圧電センサーと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサー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。
【請求項１４】
導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部と、を備え、前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は１５°以上、７５°以下である、組紐状圧電素子。
【請求項１５】
前記圧電性繊維の総繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１／２倍以上、２０倍以下である、請求項１４記載の組紐状圧電素子。
【請求項１６】
前記圧電性繊維の一本あたり繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１／２０倍以上、２倍以下である、請求項１４記載の組紐状圧電素子。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛を備える、布帛状圧電素子。
【請求項１８】
前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、請求項１７記載の布帛状圧電素子。
【請求項１９】
前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの３０％以上が導電性繊維である、請求項１８記載の布帛状圧電素子。
【請求項２０】
請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
【請求項２１】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の布帛状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
【請求項２２】
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、前記鞘部の周囲に設けられた導電層とを備えた、組紐状圧電素子。
【請求項２３】
前記導電層による前記鞘部の被覆率が２５％以上である、請求項２２記載の組紐状圧電素子。
【請求項２４】
前記導電層が繊維で形成されている、請求項２２または２３記載の組紐状圧電素子。
【請求項２５】
前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は１５°以上、７５°以下である、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
【請求項２６】
前記圧電性繊維の総繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１倍以上、２０倍以下である、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
【請求項２７】
前記圧電性繊維の一本あたり繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１／２０倍以上、２倍以下である、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
【請求項２８】
請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛を備える、布帛状圧電素子。
【請求項２９】
前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、請求項２８記載の布帛状圧電素子。
【請求項３０】
前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの３０％以上が導電性繊維である、請求項２９記載の布帛状圧電素子。
【請求項３１】
請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
【請求項３２】
請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の布帛状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
【請求項３３】
少なくとも２層のシートあるいは布帛から構成されるトランスデューサーであって、該シートあるいは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサー。
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであって、特定の位置または方向における応力と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサー
Ｂ層：電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであって、該Ａ層とは異なる特定の位置または方向における信号と、あるいは該Ａ層と異なる種類の信号と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサー
【請求項３４】
前記Ａ層及び前記Ｂ層の間に、下記のＣ層を少なくとも１層含む、請求項３３記載のトランスデューサー
Ｃ層：前記Ａ層と前記Ｂ層との間の電気的干渉によるノイズを低減する機能を有する層
【請求項３５】
前記圧電単位は２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、導電性繊維、圧電性繊維および導電性繊維がこの順序に配置されている、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項３６】
前記導電性繊維および前記圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有している、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項３７】
前記圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように、絶縁性繊維が配置されている、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項３８】
前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項３９】
前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含む、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項４０】
前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項４１】
前記導電性繊維が金属メッキ繊維である、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項４２】
複数の前記圧電単位を含有する織編物である、請求項３３または３４に記載のトランスデューサー。
【請求項４３】
複数の前記圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織である、請求項４２記載のトランスデューサー。
【請求項４４】
複数の前記織編物を組み合わせて用いる、請求項４３記載のトランスデューサー。
【請求項４５】
請求項３３〜４４のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
【請求項４６】
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４５に記載のデバイス。
【請求項４７】
請求項３３〜４４のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
【請求項４８】
電気信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電気信号が印加される、請求項３３〜４４のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、を備えるデバイス。
【請求項４９】
少なくとも２層のシートまたは布帛からなる積層トランスデューサーであって、該シートまたは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサー。
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサー
Ｂ層：シート抵抗が１０４Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下である導電性シートまたは導電性布帛
【請求項５０】
前記Ａ層と前記Ｂ層の間に下記のＣ層がさらに積層されてなる、請求項４９記載のトランスデューサー。
Ｃ層：シート抵抗が１０６Ω／□（Ω／Ｓｑ.）以上である絶縁性シートまたは絶縁性布帛
【請求項５１】
前記圧電単位は２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、前記導電性繊維、前記圧電性繊維および前記導電性繊維が、この順序に配置されている、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５２】
前記導電性繊維および前記圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有している、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５３】
前記圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように、絶縁性繊維が配置されている、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５４】
前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５５】
前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含む、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５６】
前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５７】
前記導電性繊維が金属メッキ繊維である、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５８】
複数の前記圧電単位を含有する織編物である、請求項４９または５０記載のトランスデューサー。
【請求項５９】
複数の前記圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織である、請求項５８記載のトランスデューサー。
【請求項６０】
複数の前記織物を組み合わせて用いる、請求項５９記載のトランスデューサー。
【請求項６１】
請求項４９〜６０のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
【請求項６２】
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６１記載のデバイス。
【請求項６３】
請求項４９〜６０のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
【請求項６４】
電気信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電気信号が印加される、請求項４９〜６０のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、を備えるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ式入力装置やポインティングデバイス、表面形状計測などに用いられる繊維状圧電素子に関する。さらに詳しくは、繊維状圧電素子の表面を擦るだけでタッチセンサーなどとして十分な電気出力を発生することができ、また、繊維状圧電素子で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるセンサーに関する。【０００２】
本発明はまた、圧電性繊維を用いた組紐状圧電素子、組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子およびそれらを用いたデバイスに関する。【０００３】
本発明はさらに、圧電性繊維を用いた組紐を導電層で被覆した組紐状圧電素子、組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子およびそれらを用いたデバイスに関する。【０００４】
本発明はまた、外力による形状変化により電気信号を出力および／または電気信号の入力により形状変化するトランスデューサーに関する。さらに詳しくは、柔軟かつ三次元的に形状変化できることを特徴とする布帛状のトランスデューサーに関する。
【背景技術】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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ー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。【０００８】
その一例として、通常はセンサー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ーなどを組み込み、このセンサー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ー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。【０００９】
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ーとは異なり、それ単体でセンサー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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
また近年、いわゆるウェアラブルセンサーが注目を浴びており、眼鏡型や腕時計といった形状の商品が世に出始めた。しかし、これらのデバイスは、装着しているという感覚があり、究極のウェアラブルである、布状、つまり衣類のような形状のものが望まれている。そのようなセンサーとして、圧電性繊維の圧電効果を用いた圧電素子が知られている。例えば、特許文献４には、２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有しつつ、略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子が開示されている。また、特許文献３には、圧電高分子からなる繊維状物、または成形物であり、これの軸方向に付加される張力によって圧電性を発生させるために、かかる張力の付加方向と異なる方向に捩りを加えて構成したことを特徴とする圧電材が開示されている。【００１５】
一方、近年、いわゆるタッチパネル方式を採用した入力装置、すなわちタッチ式入力装置が大幅に増加している。銀行ＡＴＭや駅の券売機のみならず、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤなどにおいて、薄型ディスプレイ技術の発展と相まって、入力インターフェースとしてタッチパネル方式を採用した機器が大幅に増加している。そのようなタッチパネル方式を実現する手段として、圧電シートや圧電性繊維を用いる方式が知られている。例えば、特許文献２には、所定方向に向く延伸軸を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シートを用いるタッチパネルが開示されている。【００１６】
これらウェアラブルセンサーやタッチパネル方式のセンサーでは、圧電材料に印加される小さな変形により圧電材料内に生じる小さな応力に対しても、大きな電気信号を取り出すことが望まれる。例えば、指の曲げ伸ばし動作や指などで表面を擦る行為により圧電材料に生じる比較的小さな応力によっても大きな電気信号を安定的に取り出すことが望まれる。【００１７】
特許文献４の圧電性繊維は、様々な用途に適用可能な優れた素材であるが、比較的小さな変形で生じる応力に対して大きい電気信号を出力できるとは必ずしもいえず、大きな電気信号を得る技術についても明示していない。【００１８】
特許文献３の圧電性繊維は、特殊な製造方法で圧電性繊維をあらかじめ捩じらせておくことにより、圧電性繊維への引張や圧縮に対して電気信号を出力できる。しかし、特許文献３には、圧電性繊維を曲げたり伸ばしたりする屈曲や、圧電性繊維の表面を擦る行為によるせん断応力に対して十分な電気信号を発生させる技術は開示されていない。したがって、このような圧電性繊維を用いた場合、表面を擦るような比較的小さい変形で生じる応力だけで十分な電気信号を取り出すことは困難である。【００１９】
特許文献２の圧電シートは、圧電シートに対する変形（応力）によって電気信号を出力できる。しかしながら、そもそもシート状であるために柔軟性に乏しく布のように自由に屈曲できるような使い方は不可能である。【００２０】
また、特許文献４に記載の圧電素子は、信号線となる導電性繊維がむき出しであり、それゆえノイズ信号を抑制するためには、別途ノイズシールド構造を構築する必要がある。したがって、特許文献４に記載の圧電素子では、実用化に対して依然として改善の余地があった。【００２１】
また、ウェアラブルセンサーとして、布に圧電素子を装着し、そこから信号を取り出すものが開示されている（特許文献５、６）。しかしこれらは織編物の表面上に別の構造体を必要とすることから、自由曲面への適応が困難で触感が悪く、取り扱い性、施工性、加工性にて不具合を生じるなど実用性に欠ける。また、圧電性材料と導電性材料をフィルム状にしたもので布状の構造体を形成するもの（特許文献７）もあるが、これも自由曲面への適応が困難で触感が悪く、取り扱い性、施工性、加工性にて不具合を生じるなど実用性に欠ける。【００２２】
さらに、繊維のみからなる布帛状センサーとして導電繊維間の抵抗を検出するもの（特許文献８）も提案されているが、布帛上の圧力を検出するものであり直接的に形状変化を検出するものではなかった。【００２３】
さらに特許文献４には、２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、これらが互いに接点を有しつつ、略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子が開示され、平面上に複数の圧電単位を並列させる技術について開示されている。しかし、特定位置あるいは特定方向の応力に対して選択的に電気信号を応答させること、および素子の厚み方向に圧電単位を複合化させることによる高機能化に関しては、一切示唆がなく、さらなる技術向上が課題であった。【００２４】
また、人体に直接触れている場合や帯電している物体に接触した場合に、本来目的としていない信号を出力してしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００１-１８９７９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５３５１７号公報
【特許文献３】特許第３５４０２０８号公報
【特許文献４】国際公開第２０１４／０５８０７７号
【特許文献５】特表２００７−５１８８８６号公報
【特許文献６】特開平６−３２３９２９号公報
【特許文献７】特開２００２−２０３９９６号公報
【特許文献８】特開２００６−２８４２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は上記の背景に鑑みなされたものであり、第１の目的は、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を提供することにあり、さらには、圧電素子の表面や先端部への繰り返しの摩擦に耐えることができる繊維状圧電素子を提供することにある。【００２７】
また第２の目的は、比較的小さな変形で生じる応力によっても大きな電気信号を取り出すことが可能な繊維状の圧電素子を提供することにある。【００２８】
さらに第３の目的は、比較的小さな変形で生じる応力によっても大きな電気信号を取り出すことが可能で、ノイズ信号を抑制可能な繊維状の圧電素子を提供することにある。【００２９】
また第４の目的は、繊維材料を用いて、かつ従前の織編物構造を作製することで特定位置あるいは特定方向の応力に対して選択的に電気信号を応答させることができる平面状のトランスデューサーを提供することにあり、さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを提供することにある。【００３０】
さらに第５の目的は、繊維材料を用いて、かつ従前の織編物構造を作製することで誤動作しにくい実用性の高い柔軟性にとんだ布帛状のトランスデューサーを提供することにあり、さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明者らは上記第１の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圧電素子により効率よく電気を取り出せることを発見し、本発明に到達した。【００３２】
すなわち本発明によると、上記第１の目的を達成するための手段（第１発明）として、下記１〜１３が提供される。
１．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。
２．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記載の圧電素子。
３．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記載の圧電素子。
４．前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、上記１〜３のいずれか一項に記載の靴の中敷き。
５．前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のＬ―ポリ乳酸又はＤ−ポリ乳酸を含む、上記４に記載の圧電素子。
６．前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、上記１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子。
７．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１〜６のいずれか一項に記載の圧電素子。
８．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７記載の圧電素子。
９．検出される前記応力が、前記被覆繊維の表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力である、上記７記載の圧電素子。
１０．上記１〜９のいずれか一項に記載の圧電素子を使ったセンサー。
１１．上記１０に記載の圧電センサーと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサーから出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、
を備えるデバイス。
１２．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１１記載のデバイス。
１３．上記１０に記載の圧電センサーと、
印加された圧力に応じて前記圧電センサー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。【００３３】
また、本発明者らは上記第２の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繊維との組み合わせとして、芯となる導電性繊維の表面を組紐状の圧電性繊維で被覆した組紐状圧電素子により効率よく電気を取り出せることを発見し、本発明に到達した。【００３４】
すなわち、本発明によると、上記第２の目的を達成するための手段（第２発明）として、下記１４〜２１が提供される。
１４．導電性繊維で形成された芯部と、前記芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部と、を備え、前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は１５°以上、７５°以下である、組紐状圧電素子。
１５．前記圧電性繊維の総繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１／２倍以上、２０倍以下である、上記１４記載の組紐状圧電素子。
１６．前記圧電性繊維の一本あたり繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１／２０倍以上、２倍以下である、上記１４記載の組紐状圧電素子。
１７．上記１４〜１６のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛を備える、布帛状圧電素子。
１８．前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、上記１７記載の布帛状圧電素子。
１９．前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの３０％以上が導電性繊維である、上記１８記載の布帛状圧電素子。
２０．上記１４〜１６のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
２１．上記１７〜１９のいずれか一項に記載の布帛状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。【００３５】
さらに、本発明者らは上記第３の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繊維との組み合わせとして、芯となる導電性繊維の表面を組紐状の圧電性繊維で被覆し、更にその周囲に導電層を設けた組紐状圧電素子により効率よく電気信号を取り出すことが可能で、更にノイズ信号を抑制できることを発見し、本発明に到達した。【００３６】
すなわち、本発明によると、上記第３の目的を達成するための手段（第３発明）として、下記２２〜３２が提供される。
２２．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、前記鞘部の周囲に設けられた導電層とを備えた、組紐状圧電素子。
２３．前記導電層による前記鞘部の被覆率が２５％以上である、上記２２記載の組紐状圧電素子。
２４．前記導電層が繊維で形成されている、上記２２または２３記載の組紐状圧電素子。
２５．前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻きつけ角度は１５°以上、７５°以下である、上記２２〜２４のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
２６．前記圧電性繊維の総繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１倍以上、２０倍以下である、上記２２〜２５のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
２７．前記圧電性繊維の一本あたり繊度は、前記導電性繊維の総繊度の１／２０倍以上、２倍以下である、上記２２〜２５のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子。
２８．上記２２〜２７のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子を含む布帛を備える、布帛状圧電素子。
２９．前記布帛は、前記組紐状圧電素子の少なくとも一部と交差して接触する導電性繊維を更に含む、上記２８記載の布帛状圧電素子。
３０．前記布帛を形成する繊維であり且つ前記組紐状圧電素子と交差する繊維のうちの３０％以上が導電性繊維である、上記２９記載の布帛状圧電素子。
３１．上記２２〜２７のいずれか一項に記載の組紐状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記組紐状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。
３２．上記２８〜３０のいずれか一項に記載の布帛状圧電素子と、印加された圧力に応じて前記布帛状圧電素子から出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を出力する出力手段と、を備えるデバイス。【００３７】
また、本発明者らは上記第４の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繊維との組み合わせ配置により、圧電素子として機能することを見出し、さらにこの圧電素子等からなる平面状のトランスデューサーを積層し複合化することで、特定位置あるいは特定方向の応力に対して選択的に電気信号を応答させることができることを発見し、本発明を完成した。【００３８】
すなわち、本発明によると、上記第４の目的を達成するための手段（第４発明）として、下記３３〜４８が提供される。
３３．少なくとも２層のシートあるいは布帛から構成されるトランスデューサーであって、該シートあるいは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサー。
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであって、特定の位置または方向における応力と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサー
Ｂ層：電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであって、該Ａ層とは異なる特定の位置または方向における信号と、あるいは該Ａ層と異なる種類の信号と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサー
３４．前記Ａ層及び前記Ｂ層の間に、下記のＣ層を少なくとも１層含む、上記３３記載のトランスデューサー
Ｃ層：前記Ａ層と前記Ｂ層との間の電気的干渉によるノイズを低減する機能を有する層
３５．前記圧電単位は２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、導電性繊維、圧電性繊維および導電性繊維がこの順序に配置されている、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
３６．前記導電性繊維および前記圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有している、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
３７．前記圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように、絶縁性繊維が配置されている、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
３８．前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
３９．前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含む、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
４０．前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
４１．前記導電性繊維が金属メッキ繊維である、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
４２．複数の前記圧電単位を含有する織編物である、上記３３または３４に記載のトランスデューサー。
４３．複数の前記圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織である、上記４２記載のトランスデューサー。
４４．複数の前記織編物を組み合わせて用いる、上記４３記載のトランスデューサー。
４５．上記３３〜４４のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
４６．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４５に記載のデバイス。
４７．上記３３〜４４のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
４８．電気信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電気信号が印加される、上記３３〜４４のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、を備えるデバイス。【００３９】
さらに、本発明者らは上記第５の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繊維の組み合わせ配置により、圧電素子として機能することを見出し、さらにこの圧電素子に導電性シートまたは導電性布帛を積層することで、誤動作しにくい実用性の高いトランスデューサーを提供できることを発見し、本発明を完成した。【００４０】
すなわち、本発明によると、上記第５の目的を達成するための手段（第５発明）として、下記４９〜６４が提供される。
４９．少なくとも２層のシートまたは布帛からなる積層トランスデューサーであって、該シートまたは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサー。
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサー
Ｂ層：シート抵抗が１０４Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下である導電性シートまたは導電性布帛
５０．前記Ａ層と前記Ｂ層の間に下記のＣ層がさらに積層されてなる、上記４９記載のトランスデューサー。
Ｃ層：シート抵抗が１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上である絶縁性シートまたは絶縁性布帛
５１．前記圧電単位は２本の導電性繊維および１本の圧電性繊維を含み、前記導電性繊維、前記圧電性繊維および前記導電性繊維が、この順序に配置されている、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５２．前記導電性繊維および前記圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有している、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５３．前記圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように、絶縁性繊維が配置されている、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５４．前記圧電性繊維が主としてポリ乳酸を含む、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５５．前記圧電性繊維が主として光学純度９９％以上のポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含む、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５６．前記圧電性繊維が一軸配向し且つ結晶を含む、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５７．前記導電性繊維が金属メッキ繊維である、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５８．複数の前記圧電単位を含有する織編物である、上記４９または５０記載のトランスデューサー。
５９．複数の前記圧電単位を含有する織物であって、その織組織が平織、綾織、サテン織およびそれらの複合組織である、上記５８記載のトランスデューサー。
６０．複数の前記織物を組み合わせて用いる、上記５９記載のトランスデューサー。
６１．上記４９〜６０のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
６２．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６１記載のデバイス。
６３．上記４９〜６０のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、印加された圧力に応じて前記トランスデューサー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。
６４．電気信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電気信号が印加される、上記４９〜６０のいずれか一項に記載のトランスデューサーと、を備えるデバイス。
【発明の効果】
【００４１】
上記第１発明により、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を得ることができる。さらには、圧電素子の表面や先端部への繰り返しの摩擦に耐えることができる繊維状圧電素子を得ることができる。【００４２】
また上記第２発明により、比較的小さな変形で生じる応力によっても大きな電気信号を取り出すことが可能な繊維状の圧電素子を提供できる。【００４３】
さらに上記第３発明により、比較的小さな変形で生じる応力によっても大きな電気信号を取り出すことが可能で、更にノイズ信号を抑制できる繊維状の圧電素子を提供できる。【００４４】
また上記第４発明により、繊維材料を用いて、かつ従前の織編物構造を作製することで柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本発明のトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。【００４５】
さらに上記第５発明により、繊維材料を用いて、かつ従前の織編物構造を作製することで柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本発明のトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】導電性繊維と圧電性繊維との組合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。
【図２】第１発明の圧電素子の構成の一例であって、実施例１に記載の圧電素子の模式図である。
【図３】実施例１の圧電素子の評価システムの概略図である。
【図４】第１発明の圧電素子を備えるセンサーを示すブロック図である。
【図５】第１発明に係る圧電素子を備えるセンサーにおける圧電素子と増幅手段とのの接続例を示す模式図である。
【図６】第２発明に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図７】第２発明に係る布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図８】第２発明に係る圧電素子を備えるデバイスを示すブロック図である。
【図９】第２発明に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。
【図１０】第２発明に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの他の構成例を示す模式図である。
【図１１】比較例１に係る圧電繊維を含む織物の構成例を示す模式図である。
【図１２】第３発明に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図１３】第３発明に係る布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図１４】第３発明に係る圧電素子を備えるデバイスを示すブロック図である。
【図１５】第３発明に係る組紐状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。
【図１６】第３発明に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。
【図１７】第３発明に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの他の構成例を示す模式図である。
【図１８】第３発明に係る布帛状圧電素子を備えるデバイスの他の構成例を示す模式図である。
【図１９】比較例３に係る圧電繊維を含む織物の構成例を示す模式図である。
【図２０】Ａ層の織組織で、特定方向の曲げを選択的に検出する構造である。
【図２１】Ａ層の織組織で、ねじりを選択的に検出する構造である。
【図２２】Ａ層の織組織で、ずり変形を選択的に検出する構造である。
【図２３】平織物を積層したセンサーの模式図である。
【図２４】平織物と朱子織物を積層したセンサーの模式図である。
【図２５】朱子織物と静電容量方式の伸縮センサーを積層したセンサーの模式図である。
【図２６】第４発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第１の具体例を示すブロック図である。
【図２７】第４発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第２の具体例を示すブロック図である。
【図２８】第４発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第３の具体例を示すブロック図である。
【図２９】実施例７、および比較例４の平織物の模式図である。
【図３０】第５発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第１の具体例を示すブロック図である。
【図３１】第５発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第２の具体例を示すブロック図である。
【図３２】第５発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第３の具体例を示すブロック図である。
【図３３】曲げ復元率を測定する装置を示す図である。
【図３４】布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図３５】布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。
【図３６】実施形態に係る布帛状素子を備えるデバイスを示すブロック図である。
【図３７】実施形態に係る平組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
はじめに、第１発明乃至第５発明に共通する、導電性繊維と圧電性繊維との組合せにおける電気信号の発生原理について説明する。
【００４８】
図１は、導電性繊維と圧電性繊維との組合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が折り曲げられておらず伸びた状態では、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の折り曲げが始まると、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の折り曲げが維持（固定）される限り継続する。
【００４９】
圧電性繊維Ａの折り曲げ形状が維持（固定）された状態（図１（Ｂ））から圧電性繊維Ａを伸ばす動作が始まると、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の折り曲げ動作中の状態（図１（Ｂ））と折り曲げ動作から伸ばす動作に遷移している状態（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、折り曲げ動作と伸ばし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の折り曲げ動作時には正の電気信号が発生し、圧電性繊維Ａの伸ばし動作時には負の電気信号が発生する。
【００５０】
本発明では、圧電性繊維Ａに対する折り曲げ動作及び伸ば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の折り曲げの有無及び折り曲げ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「折り曲げ動作」と判定し、所定の下限値未満となったときは「伸ばし動作」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。
【００５１】
以下、第１発明について詳細に説明する。
（被覆繊維）
第１発明の圧電素子は、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２は、第１発明の実施の形態に係る圧電素子の構成の一例を表す模式図である。図２に示すように、圧電素子の被覆繊維１００３は圧電性繊維１００Ａが導電性繊維１００Ｂの表面を被覆している。
【００５２】
圧電素子の被覆繊維１００３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。実際の圧電素子としての利用においては、被覆繊維１００３の長さは１ｍｍ〜１０ｍ、好ましくは、５ｍｍ〜２ｍ、より好ましくは１ｃｍ〜１ｍである。長さが短いと繊維形状である利便性が失われ、また、長いと導電性繊維１００Ｂ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。
【００５３】
（導電性繊維）
導電性繊維としては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられ、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
導電性繊維に屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。
【００５７】
導電性繊維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として用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては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。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、信号検出に強度が得られるのであれば導電性繊維の抵抗率はこの限りではない。
【００６０】
導電性繊維は、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、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック社製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）製の炭素繊維マルチフィラメントである品名『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。
【００６１】
（圧電性高分子）
圧電性高分子としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸など圧電性を示す高分子であれば利用できるが、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。ポリ乳酸は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。さらに、圧電性繊維は圧電性高分子から形成されるが、ポリ乳酸からなる圧電性繊維はその軸方向への引張や圧縮応力では、分極が小さく、圧電素子として機能させることが困難であるが、せん断応力によっては比較的大きな電気出力が得られ、せん断応力を圧電性高分子に付与しやすい構成体を有する本発明の圧電素子においては好ましい。
【００６２】
圧電性高分子は、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主として」とは、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上のことを言う。
【００６３】
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、より好ましくは９９．３％以上、さらに好ましくは９９．５％以上である。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、圧電性繊維の形状変化よって十分な電気出力を得ることが難しくなる場合がある。圧電性高分子が、主としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度は９９％以上であることが好ましい。
【００６４】
圧電性高分子から形成される圧電性繊維は被覆繊維の繊維軸方向に一軸配向しかつ結晶を含むものであることが好ましく、より好ましくは結晶を有する一軸配向ポリ乳酸である。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶状態および一軸配向において大きな圧電性を示すためである。
【００６５】
ポリ乳酸は加水分解が比較的早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。
【００６６】
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全重量を基準として少なくとも５０重量％以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは７０重量％以上、最も好ましくは９０重量％以上である。
【００６７】
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。
【００６８】
このような圧電性高分子を圧電性繊維とするためには、高分子を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、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等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。
【００６９】
なお、上述の通りに、圧電性高分子がポリ乳酸である場合には、一軸延伸配向し、かつ結晶を含むとより大きな圧電性を示すことから、繊維は延伸することが好ましい。
【００７０】
（被覆）
各導電性繊維は、圧電性高分子から形成される圧電性繊維で表面が被覆されている。導電性繊維を被覆する圧電性繊維層の厚みは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。
【００７１】
圧電性繊維と導電性繊維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、導電性繊維と圧電性繊維の間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
【００７２】
被覆の方法は導電性繊維の周りに圧電性繊維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。
【００７３】
この圧電性高分子の導電性繊維の被覆状態であるが、導電性繊維と圧電性繊維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、導電性繊維としてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維は、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）に圧電性繊維が被覆していても、また、していなくともよい。導電性繊維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。
【００７４】
本発明の圧電素子は少なくとも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。
【００７５】
本発明の圧電素子はその表面に電極を存在させる必要が無いため、圧電素子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。
【００７６】
（製造方法）
本発明の圧電素子は、１本の導電性繊維の表面を圧電性繊維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。
（ｉ）導電性繊維と延伸した圧電性繊維を別々の工程で作製し、導電性繊維に圧電性繊維を巻き付けるなどして被覆する方法が好ましい。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。
【００７７】
この場合、圧電性繊維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。
【００７８】
巻き付ける圧電性繊維としては、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、モノフィラメントを用いても良い。
【００７９】
巻き付けて被覆する形態としては、例えば、圧電性繊維を編組チューブのような形態とし、導電性繊維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、導電性繊維を芯糸とし、その周囲に圧電性繊維を製紐して、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。
【００８０】
以上のような方法で製造した、導電性繊維の表面を圧電性繊維で被覆した繊維により本発明の圧電素子を得ることができる。
【００８１】
本発明の圧電素子は、表面に導電層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。
【００８２】
（保護層）
本発明の圧電素子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。もちろん、この場合には保護層上を擦ることになるが、この擦りによるせん断応力が圧電性繊維まで到達し、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、フィルムなどあるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。保護層としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが好適に用いられる。
【００８３】
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高分子に伝えやすいが、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。
【００８４】
（作用）
本発明の圧電素子は、圧電素子の表面を擦るなどして、圧電素子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ーとして利用することができる。なお、本発明の圧電素子は、擦る以外の押圧力などによっても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はもちろん可能である。例えば、「印加された応力」としては、圧電素子の表面、すなわち被覆繊維（の圧電性繊維）の表面と指のような被接触物の表面との間の摩擦力や、被覆繊維（の圧電性繊維）の表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力が挙げられる。特に、本発明の圧電素子は、導電性繊維に対して平行方向に屈曲させた場合及び擦った場合に大きな電気出力を効率的に取出しやすくなる。
【００８５】
ここで、「印加された応力」とは、表面を指で擦る程度の大きさの応力を意味しており、この、表面を指で擦る程度の大きさの応力の目安としては、おおよそ１〜１０００Ｐａである。もちろん、これ以上であっても印加された応力の大きさ及びその印加位置を検出することが可能であることはいうまでもない。指などで入力する場合には、１Ｐａ以上５００Ｐａ以下の荷重であっても動作することが好ましく、さらに好ましくは１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の荷重で動作することが好ましい。もちろん、５００Ｐａを超える荷重であっても動作することは、上述の通りである。
【００８６】
（複数の圧電素子）
また、本発明の圧電素子を複数並べて用いることも可能である。並べ方としても一次元的に一段で並べても、二次元的に重ねて並べても良く、さらには布状に編織して用いたり、組み紐に製紐したりしてもよい。それによって布状、紐状の圧電素子を実現することも可能となる。布状、紐状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、圧電素子以外の他の繊維と組み合わせて、混繊、交織、交編等を行ってもよく、また、スマートフォンの筐体の樹脂などに組み込んで使ってもよい。
【００８７】
このように本発明の圧電素子を複数本並べて使用する際においては、本発明の圧電素子は表面に電極を有さないため、その並べ方、編み方が広範に選択することができるという利点がある。
【００８８】
本発明の圧電素子を複数並べて用いる場合、導電性繊維間の距離が短いため電気出力の取り出しにおいて効率的である。また導電性繊維間の距離を一定に保つことで、電気出力の場所によるばらつきを抑制することができる。
【００８９】
（絶縁性繊維）
本発明では、圧電素子における被覆繊維以外の部分には、例えば絶縁性繊維を使用することもできる。この際、絶縁性繊維は圧電素子の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
【００９０】
被覆繊維部分以外にこのように絶縁性繊維を配置することで、圧電素子の操作性（例えば圧電素子を用いた接触式プローブの動きの補助）としての性能を向上させることが可能である。
【００９１】
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が１０６Ω・ｃｍ以上であれば用いることができ、より好ましくは１０８Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０１０Ω・ｃｍ以上がよい。
【００９２】
絶縁性繊維として、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維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。
【００９３】
また、柔軟性を持たせる目的で、公知のあらゆる形状の繊維も用いることができる。
【００９４】
（圧電素子の適用技術）
本発明の圧電素子はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができるので、圧電素子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ーとして利用することができる。図４は、本発明の圧電素子を備えるセンサーを示すブロック図である。本発明の圧電素子１０１１と、印加された圧力に応じて圧電素子１０１１から出力される電気信号を増幅する増幅手段１０１２と、増幅手段１０１２で増幅された電気信号を出力する出力手段１０１３と、出力手段１０１３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１０１４とからなるセンサー１１０１を構成すれば、圧電素子１０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器（図示せず）における演算処理にて、圧電素子１０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、センサー１１０１内に、出力手段１０１３から出力された電気信号に基づき圧電素子１０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を演算する演算手段（図示せず）を設けてもよい。
【００９５】
増幅手段１０１２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１０１３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２０１４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１０１２、出力手段１０１３および送信手段１０１４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１０１４による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。また、接触式プローブを上記センサーと同様の構成で実現することもできる。
【００９６】
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、圧力素子１０１１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。
【００９７】
図５は、第１発明に係る圧電素子を備えるセンサーにおける圧電素子と増幅手段との接続例を示す模式図である。図５の増幅手段１０１２は、図４を参照して説明したものに相当するが、図４の出力手段１０１３および送信手段１０１４については図５では図示を省略している。圧電素子１０１１を備えるセンサーを構成する場合、例えば、増幅手段１０１２の入力端子には、圧電素子１０１１の導電性繊維１００Ｂ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１００Ａを接続する。
【００９８】
以下、第２発明について詳細に説明する。
（組紐状圧電素子）
図６は、第２発明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２００１は、導電性繊維２００Ｂで形成された芯部２００３と、芯部２００３を被覆するように組紐状の圧電性繊維２００Ａで形成された鞘部２００２とを備えている。圧電性繊維２００Ａは主成分としてポリ乳酸を含むことができる。導電性繊維２００Ｂに対する圧電性繊維２００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である。
【００９９】
組紐状圧電素子２００１では、少なくとも一本の導電性繊維２００Ｂの外周面を多数の圧電性繊維Ａが緻密に取り巻いている。特定の理論に束縛されるものではないが、組紐状圧電素子２００１に変形が生じると、多数の圧電性繊維２００Ａ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２００Ａそれぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維２００Ｂを取り巻く多数の圧電性繊維２００Ａの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維２００Ｂに生じるものと推測される。すなわち圧電性繊維２００Ａの組紐状の鞘部２００２を用いない場合と比較して導電性繊維２００Ｂからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子２００１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２００Ｂは複数本であってもよい。
【０１００】
ここで、圧電性繊維２００Ａは主成分としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主成分として」とは、圧電性繊維２００Ａの成分のうち最も多い成分がポリ乳酸であるとの意味である。ポリ乳酸中の乳酸ユニットは９０モル％以上であることが好ましく、９５モル％以上であることがより好ましく、９８モル％以上がさらに好ましい。
【０１０１】
また、導電性繊維２００Ｂに対する圧電性繊維２００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である。すなわち、導電性繊維２００Ｂ（芯部２００３）の中心軸ＣＬの方向に対して、圧電性繊維２００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である。ただし、本実施形態では、導電性繊維２００Ｂの中心軸ＣＬは、圧電性繊維２００Ａの組紐（鞘部２００２）の中心軸（以下、「組紐軸」ともいう。）と重なることから、圧電性繊維２００Ａの組紐軸の方向に対して、圧電性繊維２００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である、ということもできる。より大きな電気信号を取り出す観点からは、角度αは２５°以上、６５°以下であることが好ましく、３５°以上、５５°以下であることがより好ましく、４０°以上、５０°以下であることがさらに好ましい。角度αがこの角度範囲を外れると、圧電性繊維２００Ａに生じる電界が著しく低下し、それにより導電性繊維２００Ｂで得られる電気信号が著しく低下してしまうからである。
なお、上記角度αについては、鞘部２００２を形成する圧電性繊維２００Ａの主方向と導電性繊維２００Ｂの中心軸ＣＬとのなす角ともいうことができ、圧電性繊維２００Ａの一部が弛んでいたり、毛羽だっていてもよい。
【０１０２】
ここで、圧電性繊維２００Ａに生じる電界が著しく低下する理由は以下のとおりである。圧電性繊維２００Ａはポリ乳酸を主成分とし、圧電性繊維２００Ａの繊維軸の方向に一軸配向している。ここで、ポリ乳酸は、その配向方向（この場合には圧電性繊維２００Ａの繊維軸の方向）に対してせん断応力が生じた場合に電界を生じるが、その配向方向に対して引張応力や圧縮応力が生じた場合に電界をあまり生じない。したがって、組紐軸の方向に平行に変形したときに圧電性繊維２００Ａにせん断応力が生じるようにするためには、圧電性繊維２００Ａ（ポリ乳酸）の配向方向が組紐軸に対して所定の角度範囲にあることがよいと推測される。
【０１０３】
なお、組紐状圧電素子２００１では、本発明の目的を達成する限り、鞘部２００２では圧電性繊維２００Ａ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２００３では導電性繊維２００Ｂ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
【０１０４】
導電性繊維２００Ｂの芯部２００３と組紐状の圧電性繊維２００Ａの鞘部２００２とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はない。例えば、その組紐状圧電素子は製造において連続的に製造され、その後に必要な長さに切断して利用してもよい。組紐状圧電素子の長さは１ｍｍ〜１０ｍ、好ましくは、５ｍｍ〜２ｍ、より好ましくは１ｃｍ〜１ｍである。長さが短過ぎると繊維形状である利便性が失われ、また、長さが長過ぎると導電性繊維２００Ｂの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。
【０１０５】
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２００Ｂ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２００Ｂ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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
導電性繊維２００Ｂに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。
【０１０９】
導電性繊維２００Ｂ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２００Ｂの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部２００３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２００Ｂと数えるものとする。ここで芯部２００３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。
【０１１０】
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２００Ｂ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。
【０１１１】
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２００Ｂの抵抗率はこの限りではない。
【０１１２】
導電性繊維２００Ｂ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  Ｌ１０１３：２０１０  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。
【０１１３】
（圧電性繊維）
圧電性繊維２００Ａ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２００Ａは主成分としてポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維２００Ａ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２００Ａは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示すためである。
【０１１７】
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。
【０１１８】
ホモポリ乳酸結晶化度Ｘｈｏｍｏ：
ホモポリ乳酸結晶化度Ｘｈｏｍｏについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求める。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録する。
Ｘ線源：  Ｃｕ−Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
出力：  ４５ｋＶ×６０ｍＡ
スリット：  １ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
カメラ長：  １２０ｍｍ
積算時間：  １０分
サンプル：  ３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする。
得られるＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉｔｏｔａｌを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩＨＭｉを求める。これらの値から下記式（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。
【０１１９】
（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）
【０１２０】
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。
【０１２１】
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全質量を基準として少なくとも５０質量％以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは７０質量％以上、最も好ましくは９０質量％以上である。
【０１２２】
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。
【０１２３】
圧電性繊維２００Ａ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２００Ａ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２００Ａ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。
【０１２４】
このような圧電性高分子を圧電性繊維２００Ａ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２００Ａが形成される。
【０１２５】
また、圧電性繊維２００Ａ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。
【０１２６】
さらに、圧電性繊維２００Ａ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  Ｌ１０９５：２０１０  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。
【０１２７】
また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および導電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｃ）が下記式（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。
【０１２８】
また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および絶縁性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｉ）が下記式（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。
【０１２９】
また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後、布帛化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周１．１２５ｍの検尺機で捲数２０回のカセを作り、０．０２２ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長Ｌ０を測定した。その後、このカセを１００℃の沸騰水浴中で３０分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長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）
【０１３０】
（被覆）
導電性繊維２００Ｂ、すなわち芯部２００３は、圧電性繊維２００Ａ、すなわち組紐状の鞘部２００２で表面が被覆されている。導電性繊維２００Ｂを被覆する鞘部２００２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２００１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２００２とは芯部２００３に隣接する層のことを指す。
【０１３１】
組紐状圧電素子２００１において、鞘部２００２の圧電性繊維２００Ａの総繊度は、芯部２００３の導電性繊維２００Ｂ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２００Ａの総繊度が導電性繊維２００Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維２００Ｂを囲む圧電性繊維２００Ａが少な過ぎて導電性繊維２００Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維２００Ｂ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２００Ａの総繊度が導電性繊維２００Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維２００Ｂを囲む圧電性繊維２００Ａが多過ぎて組紐状圧電素子２００１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２００１がセンサーとして十分に機能しなくなる。
ここでいう総繊度とは、鞘部２００２を構成する圧電性繊維２００Ａ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。
【０１３２】
また、組紐状圧電素子２００１において、鞘部２００２の圧電性繊維２００Ａの一本あたりの繊度は、導電性繊維２００Ｂ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２００Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維２００Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維２００Ａが少な過ぎて導電性繊維２００Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維２００Ａが切断するおそれがある。圧電性繊維２００Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維２００Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維２００Ａが太過ぎて組紐状圧電素子２００１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２００１がセンサーとして十分に機能しなくなる。
【０１３３】
なお、導電性繊維２００Ｂに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維２００Ｂあるいは圧電性繊維２００Ａ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。
【０１３４】
圧電性繊維２００Ａと導電性繊維２００Ｂ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２００Ｂと圧電性繊維２００Ａとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
【０１３５】
被覆の方法は導電性繊維２００Ｂを芯糸として、その周りに圧電性繊維２００Ａを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維２００Ａ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２００３を有する８打組紐や１６打組紐が好ましい。
【０１３６】
導電性繊維２００Ｂと圧電性繊維２００Ａ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２００Ｂとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維２００Ａは、導電性繊維２００Ｂ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２００Ａ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２００Ｂ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２００Ａ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。
【０１３７】
本発明の組紐状圧電素子２００１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２００１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。
【０１３８】
（製造方法）
本発明の組紐状圧電素子２００１は少なくとも１本の導電性繊維２００Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維２００Ａ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２００Ｂと圧電性繊維２００Ａを別々の工程で作製し、導電性繊維２００Ｂに圧電性繊維２００Ａ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。
【０１３９】
この場合、圧電性繊維２００Ａ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。
【０１４０】
導電性繊維２００Ｂに巻きつける圧電性繊維２００Ａ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２００Ａを巻きつけられる導電性繊維２００Ｂ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。
【０１４１】
被覆の好ましい形態としては、導電性繊維２００Ｂを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維２００Ａ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２００３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２００Ａを編組チューブのような形態とし、導電性繊維２００Ｂ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。
【０１４２】
以上のような製造方法により、導電性繊維２００Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維２００Ａで被覆した組紐状圧電素子２００１を得ることができる。
【０１４３】
本発明の組紐状圧電素子２００１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。
【０１４４】
（保護層）
本発明の組紐状圧電素子２００１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２００Ａ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。
【０１４５】
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２００Ａ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。
【０１４６】
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２００Ａ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。
【０１４７】
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２００２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。
【０１４８】
（作用）
本発明の組紐状圧電素子２００１は、例えば組紐状圧電素子２００１の表面を擦るなどで、組紐状圧電素子２００１に荷重が印加されて生じる応力、すなわち組紐状圧電素子２００１に印加される応力について、その大きさおよび／又は印加位置を検出するセンサーとして利用することができる。また、本発明の組紐状圧電素子２００１は、擦る以外の押圧力や曲げ変形などによっても圧電性繊維２００Ａにせん断応力が与えられるならば、電気信号を取り出すことはもちろん可能である。例えば、組紐状圧電素子２００１に「印加される応力」としては、圧電素子の表面、すなわち圧電性繊維２００Ａの表面と指のような被接触物の表面との間の摩擦力や、圧電性繊維２００Ａの表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力、圧電性繊維２００Ａの曲げ変形に対する抵抗力などが挙げられる。特に、本発明の組紐状圧電素子２００１は、導電性繊維２００Ｂに対して平行方向に屈曲させた場合や擦った場合に大きな電気信号を効率的に出力することができる。
【０１４９】
ここで、組紐状圧電素子２００１に「印加された応力」とは、例えば表面を指で擦る程度の大きさの応力の場合、その目安としては、おおよそ１〜１０００Ｐａである。もちろん、これ以上であっても印加された応力の大きさおよびその印加位置を検出することが可能であることはいうまでもない。指などで入力する場合には、１Ｐａ以上５００Ｐａ以下の荷重であっても動作することが好ましく、さらに好ましくは１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の荷重で動作することが好ましい。もちろん、５００Ｐａを超える荷重であっても動作することは、上述の通りである。
【０１５０】
（布帛状圧電素子）
図７は、第２発明に係る組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
布帛状圧電素子２００５は、少なくとも１本の組紐状圧電素子２００１を含む布帛２００６を備えている。布帛２００６は、布帛を構成する繊維（組紐を含む）の少なくとも１本が組紐状圧電素子２００１であり、組紐状圧電素子２００１が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような織編物であってもよい。布状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、他の繊維（組紐を含む）と組み合わせて、交織、交編等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子２００１を、布帛を構成する繊維（例えば、経糸や緯糸）の一部として用いてもよいし、組紐状圧電素子２００１を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよい。図７に示す例では、布帛状圧電素子２００５は、経糸として、少なくとも１本の組紐状圧電素子２００１および絶縁性繊維２００７を配し、緯糸として導電性繊維２００８および絶縁性繊維２００７を交互に配した平織物である。導電性繊維２００８は導電性繊維２００Ｂと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよく、また絶縁性繊維２００７については後述される。なお、絶縁性繊維２００７及び／又は導電性繊維２００８の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
【０１５１】
この場合、布帛状圧電素子２００５が曲げられるなどして変形したとき、その変形に伴い組紐状圧電素子２００１も変形するので、組紐状圧電素子２００１から出力される電気信号により、布帛状圧電素子２００５の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子２００５は、布帛（織編物）として用いることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。
【０１５２】
また、図７に示す布帛状圧電素子２００５では、組紐状圧電素子２００１に導電性繊維２００８が交差して接触している。したがって、導電性繊維２００８は、組紐状圧電素子２００１の少なくとも一部と交差して接触し、それを覆っており、外部から組紐状圧電素子２００１へ向かおうとする電磁波の少なくとも一部を遮っている、と見ることができる。このような導電性繊維２００８は、接地（アース）されることにより、組紐状圧電素子２００１への電磁波の影響を軽減する機能を有している。すなわち導電性繊維２００８は組紐状圧電素子２００１の電磁波シールドとして機能することができる。それにより、例えば布帛状圧電素子２００５の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、布帛状圧電素子２００５のＳ／Ｎ比を著しく向上させることができる。この場合、電磁波シールドの観点から組紐状圧電素子２００１と交差する緯糸（図７の場合）における導電性繊維２００８の割合が高いほど好ましい。具体的には、布帛２００６を形成する繊維であり且つ組紐状圧電素子２００１と交差する繊維のうちの３０％以上が導電性繊維であることが好ましく、４０％以上がより好ましく、５０％以上が更に好ましい。このように布帛状圧電素子２００５において、布帛を構成する繊維の少なくとも一部として導電性繊維を入れることで、電磁波シールド機能付の布帛状圧電素子２００５とすることができる。
【０１５３】
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。編物の種類は、丸編物（緯編物）であってもよいし経編物であってもよい。丸編物（緯編物）の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、２層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび／またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。
【０１５４】
（複数の圧電素子）
また、布帛状圧電素子２００５では、組紐状圧電素子２００１を複数並べて用いることも可能である。並べ方としては、例えば経糸または緯糸としてすべてに組紐状圧電素子２００１を用いてもよいし、数本ごとや一部分に組紐状圧電素子２００１を用いてもよい。また、ある部分では経糸として組紐状圧電素子２００１を用い、他の部分では緯糸として組紐状圧電素子２００１を用いてもよい。
【０１５５】
このように組紐状圧電素子２００１を複数本並べて布帛状圧電素子２００５を形成するときには、組紐状圧電素子２００１は表面に電極を有さないため、その並べ方、編み方が広範に選択することができるという利点がある。
【０１５６】
また、組紐状圧電素子２００１を複数並べて用いる場合、導電性繊維Ｂ間の距離が短いため電気信号の取り出しにおいて効率的である。
【０１５７】
（絶縁性繊維）
布帛状圧電素子２００５では、組紐状圧電素子２００１（及び導電性繊維２００８）以外の部分には、絶縁性繊維を使用することができる。この際、絶縁性繊維は布帛状圧電素子２００５の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
【０１５８】
このように組紐状圧電素子２００１（及び導電性繊維２００８）以外にこのように絶縁性繊維を配置することで、布帛状圧電素子２００５の操作性（例示：ウェアラブルセンサーとしての動き易さ）を向上させることが可能である。
【０１５９】
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が１０６Ω・ｃｍ以上であれば用いることができ、より好ましくは１０８Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０１０Ω・ｃｍ以上がよい。
【０１６０】
絶縁性繊維として、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
（圧電素子の適用技術）
本発明の組紐状圧電素子２００１や布帛状圧電素子２００５のような圧電素子はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができるので、その圧電素子に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出するセンサー（デバイス）として利用することができる。また、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。具体的には、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。また、流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
【０１６３】
図８は、本発明の圧電素子を備えるデバイスを示すブロック図である。デバイス２０１０は、圧電素子２０１１（例示：組紐状圧電素子２００１、布帛状圧電素子２００５）と、印加された圧力に応じて圧電素子２０１１から出力される電気信号を増幅する増幅手段２０１２と、増幅手段２０１２で増幅された電気信号を出力する出力手段２０１３と、出力手段２０１３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２０１４とを備える。このデバイス２０１０を用いれば、圧電素子２０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器（図示せず）における演算処理にて、圧電素子に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、デバイス２０１０内に、出力手段２０１３から出力された電気信号に基づき圧電素子２０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を演算する演算手段（図示せず）を設けてもよい。
【０１６４】
増幅手段２０１２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２０１３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２０１４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２０１２、出力手段２０１３および送信手段２０１４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２０１４による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。
【０１６５】
また、増幅手段だけではなく、ノイズを除去する手段や他の信号と組み合わせて処理する手段などの公知の信号処理手段を組み合わせて用いることができる。これらの手段の接続の順序は目的に応じて適宜変えることができる。もちろん、圧電素子２０１１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。
【０１６６】
図９および図１０は、実施の形態に係る組紐布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図９および図１０の増幅手段２０１２は、図８を参照して説明したものに相当するが、図８の出力手段２０１３および送信手段２０１４については図９および図１０では図示を省略している。布帛状圧電素子２００５を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段２０１２の入力端子に組紐状圧電素子２００１の芯部２００３からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、増幅手段２０１２の入力端子に接続した組紐状圧電素子２００１とは別の組紐状圧電素子または導電性繊維２００８を接続する。例えば、図９に示すように、布帛状圧電素子２００５において、組紐状圧電素子２００１の芯部２００３からの引出し線を増幅手段２０１２の入力端子に接続し、組紐状圧電素子２００１に交差して接触した導電性繊維２００８を接地（アース）する。また例えば、図１０に示すように、布帛状圧電素子２００５において組紐状圧電素子２００１を複数並べている場合、１本の組紐状圧電素子２００１の芯部２００３からの引出し線を増幅手段２０１２の入力端子に接続し、当該組紐状圧電素子２００１に並んだ別の組紐状圧電素子２００１の芯部２００３からの引出し線を、接地（アース）する。
【０１６７】
本発明のデバイス２０１０は柔軟性があり、紐状および布帛状いずれの形態でも使用できるため、非常に広範な用途が考えられる。本発明のデバイス２０１０の具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、例えば、手袋やバンド、サポーターなどの形状をした関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。
【０１６８】
さらに、本発明のデバイス２０１０は組紐状あるいは布帛状であり、柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。
【０１６９】
さらに、本発明のデバイス２０１０は、組紐状圧電素子２００１の表面を擦るだけで十分な電気信号を発生することができるので、タッチセンサーのようなタッチ式入力装置やポインティングデバイスなどに用いることができる。また、組紐状圧電素子２００１で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるので、表面形状計測などに用いることができる。
【０１７０】
以下、第３発明について詳細に説明する。
（組紐状圧電素子）
図１２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３００１は、導電性繊維３００Ｂで形成された芯部３００３と、芯部３００３を被覆するように組紐状の圧電性繊維３００Ａで形成された鞘部３００２と、鞘部３００２を被覆する導電層３００４とを備えている。
【０１７１】
導電層３００４による鞘部３００２の被覆率は２５％以上が好ましい。ここで被覆率とは、導電層３００４を鞘部３００２へ投影した際の導電層３００４に含まれる導電性物質３００５の面積と鞘部３００２の表面積の比率であり、その値は２５％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、７５％以上であることがさらに好ましい。導電層３００４の被覆率が２５％を下回るとノイズ信号の抑制効果が十分に発揮されない場合がある。導電性物質３００５が導電層３００４の表面へ露出していない場合、例えば導電性物質３００５を内包する繊維を導電層３００４として使用して鞘部３００２を被覆している場合は、その繊維の鞘部３００２へ投影した際の面積と鞘部３００２の表面積の比率を被覆率とすることができる。
【０１７２】
導電性物質３００５とは、導電層３００４に含まれる導電性物質のことであり、公知のあらゆるものが該当する。
【０１７３】
組紐状圧電素子３００１では、少なくとも一本の導電性繊維３００Ｂの外周面を多数の圧電性繊維３００Ａが緻密に取り巻いている。特定の理論に束縛されるものではないが、組紐状圧電素子３００１に変形が生じると、多数の圧電性繊維３００Ａ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３００Ａそれぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維３００Ｂを取り巻く多数の圧電性繊維３００Ａの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維３００Ｂに生じるものと推測される。すなわち圧電性繊維３００Ａの組紐状の鞘部３００２を用いない場合と比較して導電性繊維３００Ｂからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子３００１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３００Ｂは複数本であってもよい。
【０１７４】
ここで、圧電性繊維３００Ａは主成分としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主成分として」とは、圧電性繊維３００Ａの成分のうち最も多い成分がポリ乳酸であるとの意味である。ポリ乳酸中の乳酸ユニットは９０モル％以上であることが好ましく、９５モル％以上であることがより好ましく、９８モル％以上がさらに好ましい。
【０１７５】
また、導電性繊維３００Ｂに対する圧電性繊維３００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である。すなわち、導電性繊維３００Ｂ（芯部３００３）の中心軸ＣＬの方向に対して、圧電性繊維３００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である。ただし、本実施形態では、導電性繊維３００Ｂの中心軸ＣＬは、圧電性繊維３００Ａの組紐（鞘部３００２）の中心軸（以下、「組紐軸」ともいう。）と重なることから、圧電性繊維３００Ａの組紐軸の方向に対して、圧電性繊維３００Ａの巻きつけ角度αは１５°以上、７５°以下である、ということもできる。より大きな電気信号を取り出す観点からは、角度αは２５°以上、６５°以下であることが好ましく、３５°以上、５５°以下であることがより好ましく、４０°以上、５０°以下であることがさらに好ましい。角度αがこの角度範囲を外れると、圧電性繊維３００Ａに生じる電界が著しく低下し、それにより導電性繊維３００Ｂで得られる電気信号が著しく低下してしまうからである。
なお、上記角度αについては、鞘部３００２を形成する圧電性繊維３００Ａの主方向と導電性繊維３００Ｂの中心軸ＣＬとのなす角ともいうことができ、圧電性繊維３００Ａの一部が弛んでいたり、毛羽だっていてもよい。
【０１７６】
ここで、圧電性繊維３００Ａに生じる電界が著しく低下する理由は以下のとおりである。圧電性繊維３００Ａはポリ乳酸を主成分とし、圧電性繊維３００Ａの繊維軸の方向に一軸配向している。ここで、ポリ乳酸は、その配向方向（この場合には圧電性繊維３００Ａの繊維軸の方向）に対してせん断応力が生じた場合に電界を生じるが、その配向方向に対して引張応力や圧縮応力が生じた場合に電界をあまり生じない。したがって、組紐軸の方向に平行に変形したときに圧電性繊維３００Ａにせん断応力が生じるようにするためには、圧電性繊維３００Ａ（ポリ乳酸）の配向方向が組紐軸に対して所定の角度範囲にあることがよいと推測される。
【０１７７】
なお、組紐状圧電素子３００１では、本発明の目的を達成する限り、鞘部３００２では圧電性繊維３００Ａ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３００３では導電性繊維３００Ｂ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
【０１７８】
導電性繊維３００Ｂの芯部３００３と、組紐状の圧電性繊維３００Ａの鞘部３００２と、鞘部３００２を被覆する導電層３００４とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はない。例えば、その組紐状圧電素子は製造において連続的に製造され、その後に必要な長さに切断して利用してもよい。組紐状圧電素子の長さは１ｍｍ〜１０ｍ、好ましくは、５ｍｍ〜２ｍ、より好ましくは１ｃｍ〜１ｍである。長さが短過ぎると繊維形状である利便性が失われ、また、長さが長過ぎると導電性繊維３００Ｂの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。
【０１７９】
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３００Ｂ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３００Ｂ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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
導電性繊維３００Ｂに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。
【０１８３】
導電性繊維３００Ｂ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３００Ｂの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部３００３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３００Ｂと数えるものとする。ここで芯部３００３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。
【０１８４】
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３００Ｂ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。
【０１８５】
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３００Ｂの抵抗率はこの限りではない。
【０１８６】
導電性繊維３００Ｂ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  Ｌ１０１３：２０１０  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。
【０１８７】
（圧電性繊維）
圧電性繊維３００Ａ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３００Ａは主成分としてポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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３００Ａ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３００Ａ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。
【０１９０】
ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維３００Ａ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３００Ａは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示すためである。
【０１９１】
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。
【０１９２】
ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomo：
ホモポリ乳酸結晶化度Ｘhomoについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求める。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録する。
Ｘ線源：  Ｃｕ−Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
出力：  ４５ｋＶ×６０ｍＡ
スリット：  １ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
カメラ長：  １２０ｍｍ
積算時間：  １０分
サンプル：  ３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする。
得られるＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉｔｏｔａｌを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるホモポリ乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩＨＭｉを求める。これらの値から下式（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。
【０１９３】
（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）
【０１９４】
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。
【０１９５】
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全質量を基準として少なくとも５０質量％以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは７０質量％以上、最も好ましくは９０質量％以上である。
【０１９６】
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。
【０１９７】
圧電性繊維３００Ａ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３００Ａ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３００Ａ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。
【０１９８】
このような圧電性高分子を圧電性繊維３００Ａ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３００Ａが形成される。
【０１９９】
また、圧電性繊維３００Ａ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。
【０２００】
（３）
さらに、圧電性繊維３００Ａ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  Ｌ１０９５：２０１０  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。
【０２０１】
また、圧電性繊維の収縮率は、前述した導電性繊維の収縮率との差が小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を後述の沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および導電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｃ）が下記式（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。
【０２０２】
また、圧電性繊維の収縮率は、導電性繊維以外の繊維、例えば絶縁性繊維の収縮率との差も小さいことが好ましい。収縮率差が大きいと、組紐作製後や布帛作製後の後処理工程や実使用時に熱がかかった時や経時変化により組紐が曲がったり、布帛の平坦性が悪くなったり、圧電信号が弱くなってしまう場合がある。収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および絶縁性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｉ）が下記式（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。
【０２０３】
また、圧電性繊維の収縮率は小さい方が好ましい。例えば収縮率を沸水収縮率で定量化した場合、圧電性繊維の収縮率は１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、最も好ましくは３％以下である。収縮率を下げる手段としては、公知のあらゆる方法を適用することができ、例えば、熱処理により非晶部の配向緩和や結晶化度を上げることにより収縮率を低減することができ、熱処理を実施するタイミングは特に限定されず、延伸後、撚糸後、組紐化後、布帛化後などが挙げられる。なお、上述の沸水収縮率は以下の方法で測定するものとする。枠周１．１２５ｍの検尺機で捲数２０回のカセを作り、０．０２２ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重を掛けて、スケール板に吊るして初期のカセ長Ｌ０を測定した。その後、このカセを１００℃の沸騰水浴中で３０分間処理後、放冷し再び上記荷重を掛けてスケール板に吊るし収縮後のカセ長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）
【０２０４】
（被覆）
導電性繊維３００Ｂ、すなわち芯部３００３は、圧電性繊維３００Ａ、すなわち組紐状の鞘部３００２で表面が被覆されている。導電性繊維３００Ｂを被覆する鞘部３００２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３００１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３００２とは芯部３００３に隣接する層のことを指す。
【０２０５】
組紐状圧電素子３００１において、鞘部３００２の圧電性繊維３００Ａの総繊度は、芯部３００３の導電性繊維３００Ｂ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３００Ａの総繊度が導電性繊維３００Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維３００Ｂを囲む圧電性繊維３００Ａが少な過ぎて導電性繊維３００Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維３００Ｂ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３００Ａの総繊度が導電性繊維３００Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維３００Ｂを囲む圧電性繊維３００Ａが多過ぎて組紐状圧電素子３００１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３００１がセンサーとして十分に機能しなくなる。
ここでいう総繊度とは、鞘部３００２を構成する圧電性繊維３００Ａ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。
【０２０６】
また、組紐状圧電素子３００１において、鞘部３００２の圧電性繊維３００Ａの一本あたりの繊度は、導電性繊維３００Ｂ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３００Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維３００Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維３００Ａが少な過ぎて導電性繊維３００Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維３００Ａが切断するおそれがある。圧電性繊維３００Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維３００Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維３００Ａが太過ぎて組紐状圧電素子３００１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３００１がセンサーとして十分に機能しなくなる。
【０２０７】
なお、導電性繊維３００Ｂに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維３００Ｂあるいは圧電性繊維３００Ａ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。
【０２０８】
圧電性繊維３００Ａと導電性繊維３００Ｂ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３００Ｂと圧電性繊維３００Ａとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
【０２０９】
被覆の方法は導電性繊維３００Ｂを芯糸として、その周りに圧電性繊維３００Ａを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維３００Ａ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３００３を有する８打組紐や１６打組紐が好ましい。
【０２１０】
導電性繊維３００Ｂと圧電性繊維３００Ａ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３００Ｂとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維３００Ａは、導電性繊維３００Ｂ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３００Ａ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３００Ｂ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。
【０２１１】
本発明の組紐状圧電素子３００１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３００１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。
【０２１２】
（導電層）
導電層３００４の様態としては、コーティングの他、フィルム、布帛、繊維の巻き付けが考えられ、またそれらを組み合わせてもよい。
【０２１３】
導電層３００４を形成するコーティングには導電性を示す物質を含むものが使用されていればよく、公知のあらゆるものが用いられる。例えば、金属、導電性高分子、導電性フィラーを分散させた高分子が挙げられる。
【０２１４】
導電層３００４をフィルムの巻き付けにより形成する場合は、導電性高分子、導電性フィラーを分散させた高分子を製膜して得られるフィルムが用いられ、また表面に導電性を有する層を設けたフィルムが用いられてもよい。
【０２１５】
導電層３００４を布帛の巻き付けにより形成する場合は、後述する導電性繊維３００６を構成成分とする布帛が用いられる。
【０２１６】
導電層３００４を繊維の巻き付けにより形成する場合、その手法としては、カバーリング、編物、組物が考えられる。また、使用する繊維は、導電性繊維３００６であり、導電性繊維３００６は、上記導電性繊維３００Ｂと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよい。導電性繊維３００６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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
導電性繊維３００６に屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。
【０２２０】
導電性繊維３００６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。
【０２２１】
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３００６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。
【０２２２】
また、ノイズ信号の抑制効果を高めるため、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、ノイズ信号の抑制効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。
【０２２３】
導電性繊維３００６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  Ｌ１０１３：２０１０  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。
【０２２４】
（製造方法）
本発明の組紐状圧電素子３００１は少なくとも１本の導電性繊維３００Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維３００Ａ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３００Ｂと圧電性繊維３００Ａを別々の工程で作製し、導電性繊維３００Ｂに圧電性繊維３００Ａ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。
【０２２５】
この場合、圧電性繊維３００Ａ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。
【０２２６】
導電性繊維３００Ｂに巻きつける圧電性繊維３００Ａ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３００Ａを巻きつけられる導電性繊維３００Ｂ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。
【０２２７】
被覆の好ましい形態としては、導電性繊維３００Ｂを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維３００Ａ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３００３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３００Ａを編組チューブのような形態とし、導電性繊維３００Ｂ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。
【０２２８】
導電層３００４は、コーティングや繊維の巻き付けによって製造されるが、製造の容易さの観点より、繊維の巻き付けが好ましい。繊維の巻き付け方法としてはカバーリング、編物、組物が考えられ、何れの方法により製造してもよい。
【０２２９】
以上のような製造方法により、導電性繊維３００Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維３００Ａで被覆し、さらにその周囲に導電層３００４を設けた組紐状圧電素子３００１を得ることができる。
【０２３０】
本発明の組紐状圧電素子３００１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。
【０２３１】
（保護層）
本発明の組紐状圧電素子３００１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。
【０２３２】
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３００Ａ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。
【０２３３】
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、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３００２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。
【０２３４】
（作用）
本発明の組紐状圧電素子３００１は、例えば組紐状圧電素子３００１の表面を擦るなどで、組紐状圧電素子３００１に荷重が印加されて生じる応力、すなわち組紐状圧電素子３００１に印加される応力について、その大きさおよび／又は印加位置を検出するセンサーとして利用することができる。また、本発明の組紐状圧電素子３００１は、擦る以外の押圧力や曲げ変形などによっても圧電性繊維３００Ａにせん断応力が与えられるならば、電気信号を取り出すことはもちろん可能である。例えば、組紐状圧電素子３００１に「印加される応力」としては、圧電素子の表面、すなわち圧電性繊維３００Ａの表面と指のような被接触物の表面との間の摩擦力や、圧電性繊維３００Ａの表面または先端部に対する垂直方向の抵抗力、圧電性繊維３００Ａの曲げ変形に対する抵抗力などが挙げられる。特に、本発明の組紐状圧電素子３００１は、導電性繊維３００Ｂに対して平行方向に屈曲させた場合や擦った場合に大きな電気信号を効率的に出力することができる。
【０２３５】
ここで、組紐状圧電素子３００１に「印加された応力」とは、例えば表面を指で擦る程度の大きさの応力の場合、その目安としては、おおよそ１〜１０００Ｐａである。もちろん、これ以上であっても印加された応力の大きさおよびその印加位置を検出することが可能であることはいうまでもない。指などで入力する場合には、１Ｐａ以上５００Ｐａ以下の荷重であっても動作することが好ましく、さらに好ましくは１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の荷重で動作することが好ましい。もちろん、５００Ｐａを超える荷重であっても動作することは、上述の通りである。
【０２３６】
また、組紐状圧電素子３００１の芯部の導電性繊維３００Ｂと導電層３００４の間の静電容量変化を計測することで、組紐状圧電素子３００１へ加えられた圧力による変形を検出することも可能になる。更に、複数本の組紐状圧電素子１を組み合わせて使用する場合、各々の組紐状圧電素子３００１の導電層３００４間の静電容量変化を計測することで、組紐状圧電素子３００１へ加えられた圧力による変形を検出することも可能になる。
【０２３７】
（布帛状圧電素子）
図１３は、実施形態に係る組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
布帛状圧電素子３００７は、少なくとも１本の組紐状圧電素子３００１を含む布帛３００８を備えている。布帛３００８は、布帛を構成する繊維（組紐を含む）の少なくとも１本が組紐状圧電素子３００１であり、組紐状圧電素子３００１が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような織編物であってもよい。布状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、他の繊維（組紐を含む）と組み合わせて、交織、交編等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子３００１を、布帛を構成する繊維（例えば、経糸や緯糸）の一部として用いてもよいし、組紐状圧電素子３００１を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよい。図１３に示す例では、布帛状圧電素子３００７は、経糸として、少なくとも１本の組紐状圧電素子３００１および絶縁性繊維３００９を配し、緯糸として導電性繊維３０１０および絶縁性繊維３００９を交互に配した平織物である。導電性繊維３０１０は導電性繊維３００Ｂと同一種であっても異種の導電性繊維であってもよく、また絶縁性繊維３００９については後述される。なお、絶縁性繊維３００９及び／又は導電性繊維３０１０の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
【０２３８】
この場合、布帛状圧電素子３００７が曲げられるなどして変形したとき、その変形に伴い組紐状圧電素子３００１も変形するので、組紐状圧電素子３００１から出力される電気信号により、布帛状圧電素子３００７の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子３００７は、布帛（織編物）として用いることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。
【０２３９】
また、図１３に示す布帛状圧電素子３００７では、組紐状圧電素子３００１に導電性繊維３０１０が交差して接触している。したがって、導電性繊維３０１０は、組紐状圧電素子３００１の少なくとも一部と交差して接触し、それを覆っており、外部から組紐状圧電素子３００１へ向かおうとする電磁波の少なくとも一部を遮っている、と見ることができる。このような導電性繊維３０１０は、接地（アース）されることにより、組紐状圧電素子３００１への電磁波の影響を軽減する機能を有している。すなわち導電性繊維３０１０は組紐状圧電素子３００１の電磁波シールドとして機能することができる。それにより、例えば布帛状圧電素子３００７の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、布帛状圧電素子３００７のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を著しく向上させることができる。この場合、電磁波シールドの観点から組紐状圧電素子３００１と交差する緯糸（図１３の場合）における導電性繊維３０１０の割合が高いほど好ましい。具体的には、布帛３００８を形成する繊維であり且つ組紐状圧電素子３００１と交差する繊維のうちの３０％以上が導電性繊維であることが好ましく、４０％以上がより好ましく、５０％以上が更に好ましい。このように布帛状圧電素子３００７において、布帛を構成する繊維の少なくとも一部として導電性繊維を入れることで、電磁波シールド機能付の布帛状圧電素子３００７とすることができる。
【０２４０】
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。編物の種類は、丸編物（緯編物）であってもよいし経編物であってもよい。丸編物（緯編物）の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、２層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび／またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。
【０２４１】
（複数の圧電素子）
また、布帛状圧電素子３００７では、組紐状圧電素子３００１を複数並べて用いることも可能である。並べ方としては、例えば経糸または緯糸としてすべてに組紐状圧電素子３００１を用いてもよいし、数本ごとや一部分に組紐状圧電素子３００１を用いてもよい。また、ある部分では経糸として組紐状圧電素子３００１を用い、他の部分では緯糸として組紐状圧電素子３００１を用いてもよい。
【０２４２】
このように組紐状圧電素子３００１を複数本並べて布帛状圧電素子３００７を形成するときには、組紐状圧電素子３００１は表面に電極を有さないため、その並べ方、編み方が広範に選択することができるという利点がある。
【０２４３】
また、組紐状圧電素子３００１を複数並べて用いる場合、導電性繊維３００Ｂ間の距離が短いため電気信号の取り出しにおいて効率的である。
【０２４４】
（絶縁性繊維）
布帛状圧電素子３００７では、組紐状圧電素子３００１（及び導電性繊維３０１０）以外の部分には、絶縁性繊維を使用することができる。この際、絶縁性繊維は布帛状圧電素子３００７の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。
【０２４５】
このように組紐状圧電素子３００１（及び導電性繊維３０１０）以外にこのように絶縁性繊維を配置することで、布帛状圧電素子３００７の操作性（例示：ウェアラブルセンサーとしての動き易さ）を向上させることが可能である。
【０２４６】
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上であれば用いることができ、より好ましくは１０8Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０10Ω・ｃｍ以上がよい。
【０２４７】
絶縁性繊維として、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の合成繊維他、綿、麻、絹等の天然繊維、アセテート等の半合成繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維を用いることができる。これらに限定されるものではなく、公知の絶縁性繊維を任意に用いることができる。さらに、これらの絶縁性繊維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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
（圧電素子の適用技術）
本発明の組紐状圧電素子３００１や布帛状圧電素子３００７のような圧電素子はいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができるので、その圧電素子に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出するセンサー（デバイス）として利用することができる。また、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。具体的には、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。また、流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
【０２５０】
図１４は、本発明の圧電素子を備えるデバイスを示すブロック図である。デバイス３０１１は、圧電素子３０１２（例示：組紐状圧電素子３００１、布帛状圧電素子３００７）と、印加された圧力に応じて圧電素子３０１２から出力される電気信号を増幅する増幅手段３０１３と、増幅手段３０１３で増幅された電気信号を出力する出力手段３０１４と、出力手段３０１４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３０１５とを備える。このデバイス３０１１を用いれば、圧電素子３０１２の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器（図示せず）における演算処理にて、圧電素子に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、デバイス３０１１内に、出力手段３０１４から出力された電気信号に基づき圧電素子３０１２に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を演算する演算手段（図示せず）を設けてもよい。
【０２５１】
増幅手段３０１３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３０１４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３０１５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３０１３、出力手段３０１４および送信手段３０１５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３０１５による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。
【０２５２】
また、増幅手段だけではなく、ノイズを除去する手段や他の信号と組み合わせて処理する手段などの公知の信号処理手段を組み合わせて用いることができる。これらの手段の接続の順序は目的に応じて適宜変えることができる。もちろん、圧電素子３０１２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。
【０２５３】
図１５は、実施の形態に係る組紐状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図１５の増幅手段３０１３は、図１４を参照して説明したものに相当するが、図１４の出力手段３０１４および送信手段３０１５については図１５では図示を省略している。組紐状圧電素子３００１を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段３０１３の入力端子に組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、組紐状圧電素子３００１の導電層３００４を接続する。例えば、図１５に示すように、組紐状圧電素子３００１において、組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を増幅手段３０１３の入力端子に接続し、組紐状圧電素子３００１の導電層３００４を接地（アース）する。
【０２５４】
図１６〜１８は、実施の形態に係る組紐布帛状圧電素子を備えるデバイスの構成例を示す模式図である。図１６〜１８の増幅手段３０１３は、図１４を参照して説明したものに相当するが、図１４の出力手段３０１４および送信手段３０１５については図１６〜１８では図示を省略している。布帛状圧電素子３００７を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段３０１３の入力端子に組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、組紐状圧電素子３００１の導電層３００４、または布帛状圧電素子３００７の導電性繊維３０１０、または増幅手段３０１３の入力端子に接続した組紐状圧電素子１とは別の組紐状圧電素子、を接続する。例えば、図１６に示すように、布帛状圧電素子３００７において、組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を増幅手段３０１３の入力端子に接続し、組紐状圧電素子３００１の導電層３００４を接地（アース）する。また例えば、図１７に示すように、布帛状圧電素子３００７において、組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を増幅手段３０１３の入力端子に接続し、組紐状圧電素子３００１に交差して接触した導電性繊維３０１０を接地（アース）する。また例えば、図１８に示すように、布帛状圧電素子３００７において組紐状圧電素子３００１を複数並べている場合、１本の組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を増幅手段３０１３の入力端子に接続し、当該組紐状圧電素子３００１に並んだ別の組紐状圧電素子３００１の芯部３００３からの引出し線を、接地（アース）する。
【０２５５】
本発明のデバイス３０１１は柔軟性があり、紐状および布帛状いずれの形態でも使用できるため、非常に広範な用途が考えられる。本発明のデバイス３０１１の具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、例えば、手袋やバンド、サポーターなどの形状をした関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。
【０２５６】
さらに、本発明のデバイス３０１１は組紐状あるいは布帛状であり、柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。
【０２５７】
さらに、本発明のデバイス３０１１は、組紐状圧電素子３００１の表面を擦るだけで十分な電気信号を発生することができるので、タッチセンサーのようなタッチ式入力装置やポインティングデバイスなどに用いることができる。また、組紐状圧電素子３００１で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるので、表面形状計測などに用いることができる。
【０２５８】
本発明による別の態様として、導電性繊維で形成された芯部と、該芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを備え、該導電性繊維の引き抜き強度が０．１Ｎ以上である、組紐状圧電素子を提供することにより、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能な繊維状の圧電素子を提供でき、さらには、変形に対する信号強度のバラツキが少なく、繰り返し使用しても信号強度の再現性に優れる圧電素子を提供できる。
より具体的には、本態様による組紐状圧電素子において、少なくとも一本の導電性繊維の外周面を多数の圧電性繊維が緻密に取り巻いている。特定の理論に束縛されるものではないが、組紐状圧電素子に変形が生じると、多数の圧電性繊維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それぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維を取り巻く多数の圧電性繊維の電場を重畳した電圧変化が導電性繊維に生じるものと推測される。この際、芯部である導電性繊維を経由して検出される信号強度は鞘部である圧電性繊維との接触状態が変化しないことが重要である。この接触状態を示す組紐状圧電素子の機械的特性値として芯部の引き抜き強度を０．１Ｎ以上であることが重要である。引き抜き強度は、導電性繊維と圧電性繊維の接触面積と垂直抗力に依存するものであり、特にこの垂直抗力は組紐を作製する時の圧電性繊維の巻付け張力に依存するものと考えられる。そして、引き抜き強度が０．１Ｎ以上である場合には圧電性繊維が弾性変形した状態で導電性繊維に巻きつけられており十分な接触をしていると考えられる。したがって、変形した際にもその接触状態が変化せず、繰り返し変形させても再現性に優れる素子が得られるものと考えられる。また、組紐状圧電素子では、導電性繊維と圧電性繊維の組紐状の鞘部の接触状態が不十分な場合、すなわち引き抜き強度が低い場合と比較して導電性繊維からの電気信号が増大する場合がある。なお、導電性繊維は複数本であってもよい。
引き抜き強度は、０．１Ｎ以上であるが、好ましくは、０．５Ｎ以上、より好ましくは１Ｎ以上である。なお、引き抜き強度が導電繊維の強度以上であることが最も好ましい。一方、引き抜き強度が０．１Ｎ未満である場合には、十分な垂直抗力が発生していない状態、すなわち接触が不十分な状態となっており、変形した際にその接触状態が変化する。その結果として、繰り返し変形させた場合の再現性が得られず、センサーとして使用することが困難になる。
引き抜き強度は、以下の方法によって測定できる。まず、組紐を７ｃｍの長さに切断し、その両端部１ｃｍの長さの鞘部を解して芯部をむき出しにし、一方の端部は芯部のみを切断し、もう一方の端部は鞘部のみを切断する。この状態で、両端部の芯部のみと鞘部のみとを把持し、５０ｃｍ／ｍｉｎの速度で引っ張った場合の最大強度を測定する。なお、評価部の長さを５ｃｍ確保することが困難な場合は、任意の長さの組紐の引き抜き強度を測定して、５ｃｍあたりの強度に換算してもよい。
【０２５９】
本発明による別の態様として、導電性繊維で形成された芯部と、該芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを備え、曲げ復元率が７０以上である組紐状圧電素子を提供することにより、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能で、電気信号の繰り返し再現性が良好な、繊維状の圧電素子を提供できる。
より具体的には、本態様による組紐状圧電素子において、曲げ復元率は以下の式（１０）で定義される値である。
Ｘ＝Ｌ／３×１００  （式１０）
Ｘ：曲げ復元率
Ｌ：曲げ復元率測定試験後の組紐突出し距離
試験後の組紐突出し距離Ｌは、以下の方法で測定される。すなわち、まず、図３３に示されるような装置において、組紐状圧電素子６００１を、曲率半径１ｃｍの角部を有する台座から３ｃｍ突き出す様に固定し、次いで組紐状圧電素子６００１を台座に沿って組紐の台座に向いた面が台座に全面接触する様に曲げる。その後、即座に組紐状圧電素子６００１に加えていた外力を取り除く。屈曲していた組紐状圧電素子６００１が応力で復元した後、その台座から突き出した距離を計測し、この値をＬとする。この時、Ｌの単位はｃｍである。また、組紐が短く３ｃｍ突き出すことが困難な場合は、突き出し部分の長さをＬ０として下記式（１１）で代用することも可能である。
Ｘ＝Ｌ／Ｌ０×１００  （式１１）
芯部および／または鞘部は、組紐状圧電素子６００１がセンサーとして十分に機能する範囲で、曲げ復元率が７０以上となる様、曲げ復元率を調整するためのフィラメント（以下、「曲げ復元率調整用フィラメント」という）を含むことができる。曲げ復元率調整用フィラメントの断面積は０．００１〜１．０平方ミリメートルであり、好ましくは０．００５〜０．５平方ミリメートル、より好ましくは０．０１〜０．３平方ミリメートルである。曲げ復元率調整用フィラメントが細すぎると曲げ復元率が７０以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントが太すぎると組紐状圧電素子６００１の柔軟性が失われてしまう。芯部および／または鞘部に対する曲げ復元率調整用フィラメントの割合は５０％以下が好ましく、より好ましくは３０％以下、更に好ましくは１０％以下である。芯部および／または鞘部に対する曲げ復元率調整用フィラメントの割合が少なすぎると曲げ復元率が７０以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントの割合が多すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまったり、組紐状圧電素子から得られる電気信号が小さくなってしまったりする場合がある。なお、曲げ復元率調整用フィラメントは単独で用いて組紐構造を作製する際の一つの繊維としてもよいし、芯部および／または鞘部の繊維と混繊してもよい。芯部および／または鞘部に曲げ復元率調整用フィラメントを含むことで、組紐状圧電素子は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。
組紐状圧電素子は、組紐状圧電素子６００１がセンサーとして十分に機能する範囲で、曲げ復元率が７０以上となる様、鞘部の外側に被覆層を含むことができる。被覆層の厚みは、０．０５〜２．０ｍｍであり、０．０４ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましく、０．０３〜０．５ｍｍがより好ましい。被覆層が薄すぎると曲げ復元率が７０以上とならず、また被覆層が厚すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまったり、組紐状圧電素子から得られる電気信号が小さくなってしまったりする場合がある。鞘部の外側に被覆層を含むことで、組紐状圧電素子は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。また、被覆層を含むことで、鞘部の拘束力が大きくなり、それゆえ圧電性繊維に効率的に応力が加わり、信号強度が大きくなる場合がある。
芯部および／または鞘部は、組紐状圧電素子がセンサーとして十分に機能する範囲で、曲げ復元率が７０以上となる様、高弾性繊維を含むことができる。高弾性繊維の弾性率は１５．０ＧＰａであり、好ましくは３０．０ＧＰａ以上、より好ましくは０．０ＧＰａ以上、更に好ましくは１００．０ＧＰａ以上である。高弾性繊維の弾性率が低いと曲げ復元率が７０以上とならず、また高弾性繊維の弾性率が高すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまう。芯部および／または鞘部に対する高弾性繊維の割合は５０％以下が好ましく、より好ましくは３０％以下、更に好ましくは１０％以下である。芯部および／または鞘部に対する高弾性繊維の割合が少なすぎると曲げ復元率が７０以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントの割合が多すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまったり、組紐状圧電素子から得られる電気信号が小さくなってしまったりする場合がある。なお、高弾性繊維は単独で用いて組紐構造を作製する際の一つの繊維としてもよいし、芯部および／または鞘部の繊維と混繊してもよい。芯部および／または鞘部に高弾性繊維を含むことで、組紐状圧電素子は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。
曲げ復元率調整用フィラメントは、芯部または／および鞘部へ含まれてもよい。曲げ復元率調整用フィラメントの断面積は０．００１〜１．０平方ミリメートルであり、好ましくは０．００５〜０．５平方ミリメートル、より好ましくは０．０１〜０．３平方ミリメートルである。曲げ復元率調整用フィラメントが細すぎると曲げ復元率が７０以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントが太すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまう。
曲げ復元率調整用フィラメントには、公知のあらゆるフィラメントを用いることができる。例えば、ポリエステルフィラメント、ナイロンフィラメント、アクリルフィラメント、ポリエチレンフィラメント、ポリプロピレンフィラメント、塩化ビニルフィラメント、アラミドフィラメント、ポリスルホンフィラメント、ポリエーテルフィラメント、ポリウレタンフィラメント等の合成高分子のフィラメントを用いることができる。曲げ復元率調整用フィラメントはこれらに限定されるものではなく、公知のフィラメントを任意に用いることができる。さらに、これらのフィラメントを組み合わせて用いてもよい。また、曲げ復元率調整用フィラメントとしては、公知のあらゆる断面形状の繊維も用いることができる。更に、曲げ復元率調整用フィラメントはモノフィラメントでもマルチフィラメントでもよい。曲げ復元率調整用フィラメントがマルチフィラメントの場合、その単糸断面積の総和を断面積と考える。
高弾性繊維は、芯部または／および鞘部へ含まれてもよい。高弾性繊維の弾性率は１５．０ＧＰａであり、好ましくは２０．０ＧＰａ以上、より好ましくは３０．０ＧＰａ以上、更に好ましくは５０．０ＧＰａ以上である。高弾性繊維の弾性率が低いと曲げ復元率が７０以上とならず、また高弾性繊維の弾性率が高すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまう。芯部および／または鞘部に対する高弾性繊維の割合は５０％以下が好ましく、より好ましくは３０％以下、更に好ましくは１０％以下である。芯部および／または鞘部に対する高弾性繊維の割合が少なすぎると曲げ復元率が７０以上とならず、また曲げ復元率調整用フィラメントの割合が多すぎると組紐状圧電素子の柔軟性が失われてしまう。芯部および／または鞘部に高弾性繊維を含むことで、組紐状圧電素子は一度変形した後に元の状態に戻りやすくなるため、電気信号の繰り返し再現性が改善される。
高弾性繊維には弾性率が１５．０ＧＰａ以上である公知のあらゆる繊維を用いることができる。例えば、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ＬＣＰ繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、炭素繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等が挙げられる。これらを組み合わせて使用してもよい。また、高強度繊維は高弾性であるだけでなく、１％以上の伸度を有することが好ましく、より好ましくは３％以上、更に好ましくは５％以上である。伸度が低いと組紐が変形した際に、繊維が破断してしまい、品質が悪くなるばかりでなく、電気信号の繰り返し再現性が改善されない場合がある。
【０２６０】
本発明による別の態様として、少なくとも２本の組紐状圧電素子を含む布帛を備え、前記少なくとも２本の組紐状圧電素子のそれぞれが、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、布帛状圧電素子を提供することにより、比較的小さな変形で生じる応力によっても、効率よく電気を取り出し、動きの種類、特にねじりに関する動きを検出することが可能な繊維状の圧電素子を提供できる。
図３４は実施形態に係る組紐状圧電素子を用いた布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。布帛状圧電素子７００５は、少なくとも２本の組紐状圧電素子７００１を含む布帛７００６を備えており、これらの組紐状圧電素子７００１は略平行に配置されている。布帛７００６は、布帛を構成する繊維（組紐を含む）の少なくとも２本が組紐状圧電素子７００１であり、組紐状圧電素子７００１が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような織編物であってもよい。図３４に示す例では、布帛状圧電素子７００５は、経糸として、少なくとも２本の組紐状圧電素子７００１および絶縁性繊維７００７を配し、緯糸として導電性繊維７００８および絶縁性繊維７００７を交互に配した平織物である。絶縁性繊維７００７及び／又は導電性繊維７００８の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
組紐状圧電素子７００１は、変形すると圧電信号を発するが、この信号は変形の様態に応じて大きさや形状が変化する。図３４に示す布帛状圧電素子７００５の場合、布帛状圧電素子７００５が２本の組紐状圧電素子７００１に直交する線を屈曲部として曲げ変形したとき、２本の組紐状圧電素子７００１は同一の変形をする。したがって、２本の組紐状圧電素子７００１からは同一の信号が検出される。一方で、ねじりなどの複雑な変形を与えた場合、２本の組紐状圧電素子７００１には別々の変形が誘起されることとなり、それぞれの組紐状圧電素子７００１が発生する信号は異なるものになる。この原理により、複数の組紐状圧電素子７００１を組み合わせ、それぞれの組紐状圧電素子７００１で発生する信号を比較演算することで、組紐状圧電素子７００１の複雑な変形の解析が可能になる。例えば、各組紐状圧電素子７００１で発生する信号の極性、振幅、位相などを比較して得られる結果に基づき、ねじりなどの複雑な変形を検出することができる。
複数の組紐状圧電素子７００１は、略平行に配置され、それぞれ０．５ｃｍ以上離れていることが好ましく、１．０ｃｍ以上離れていることがより好ましく、３．０ｃｍ以上離れていることが更に好ましい。組紐状圧電素子７００１間の距離が近すぎると、ねじり変形を与えたときに双方の組紐状圧電素子７００１が異なる変形をしにくくなるため好ましくない。なお、曲げ変形の検出に使用する場合はその限りではない。また信号検出に使用しない組紐状圧電素子が布帛中に含まれる場合、その組紐状圧電素子と他の組紐状圧電素子の距離が０．５ｃｍ未満であってもよい。
以上の通り、複数の組紐状圧電素子７００１を組み合せ、それぞれの組紐状圧電素子７００１で発生する信号を比較演算することで、ねじりなどの複雑な変形の解析が可能になるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。この場合、布帛状圧電素子７００５が曲げられるなどして変形したとき、その変形に伴い組紐状圧電素子７００１も変形するので、組紐状圧電素子７００１から出力される電気信号に基づいて、布帛状圧電素子７００５の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子７００５は、布帛（織編物）として用いることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。
図３５は、実施の形態に係る組紐布帛状圧電素子を備えるデバイス７０１０の構成例を示す模式図である。図３５において、出力手段７０１３の後段に、出力手段７０１３から出力されたそれぞれの組紐状圧電素子７００１の電気信号を比較演算することで圧電素子１１の変形を解析する比較演算手段７０１５が設けられている。布帛状圧電素子７００５を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段７０１２の入力端子に組紐状圧電素子７００１の芯部７００３からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、増幅手段７０１２の入力端子に接続した組紐状圧電素子７００１とは別の組紐状圧電素子または導電性繊維７００８を接続する。例えば、図３５に示すように、布帛状圧電素子７００５において、組紐状圧電素子７００１の芯部７００３からの引出し線を増幅手段７０１２の入力端子に接続し、組紐状圧電素子７００１に交差して接触した導電性繊維７００８を接地（アース）する。なお、図３５では、比較演算手段７０１５をデバイス７０１０内に設けたが、比較演算手段７０１５を、外部機器内に設けてもよい。
【０２６１】
本発明による別の態様として、導電性繊維で形成された芯部と、該芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを備えた組紐状圧電素子と、さらに該組紐状圧電素子に近接して配置された別の導電性繊維とを備えた布帛状素子に、
該組紐状圧電素子の芯部に接続され、該組紐状圧電素子の鞘部の圧電性に由来する信号を検出するアルゴリズムを備えた電子回路と、
該組紐状圧電素子の芯部の導電性繊維と、該別の導電性繊維との両方に接続され、これら２本の導電性繊維間の静電容量を検出するアルゴリズムを備えた電子回路と
を接続した布帛状センサーを提供することにより、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能な繊維状の圧電素子を提供でき、さらに、静電容量の変化を検出する方式を併用した高機能なセンサーを提供できる。
図３６は、本態様による布帛状素子８００５を備えるデバイス８０１０を示すブロック図である。デバイス８０１０は、組紐状圧電素子８００１と、変形や印加された圧力に応じて組紐状圧電素子８００１から出力される電気信号を増幅する圧電信号解析手段８０１２と、伸縮や印加された圧力に応じて変化する静電容量の変化量を検出する静電容量解析手段８０１５と、圧電信号解析８０１２で増幅された電気信号および静電容量解析手段８０１５で検出された静電容量の変化量を出力する出力手段８０１３と、出力手段８０１３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８０１４とを備える。このデバイス８０１０を用いれば、布帛状素子８００５の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器（図示せず）における演算処理にて、布帛状素子に印加された応力や伸縮量の大きさおよび／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、８０１０内に、出力手段８０１３から出力された電気信号に基づき布帛状素子８００５に印加された応力や伸縮量の大きさおよび／又は印加された位置を演算する演算手段（図示せず）を設けてもよい。また、圧電信号解析手段８０１２および静電容量解析手段８０１５の前段に、組紐状圧電素子からの圧電性信号と、組紐状圧電素子および別の導電性繊維間の静電容量検出用信号とを分離する分離手段（図示せず）を設けてもよい。なお、送信手段８０１４による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、構成するセンサーに応じて適宜決定すればよい。
本態様による布帛状センサーは、組紐状圧電素子８００１の芯部に接続され、組紐状圧電素子８００１の鞘部の圧電性に由来する信号を検出するアルゴリズム（圧電信号解析手段８０１２）を備えた電子回路と、該組紐状圧電素子の芯部の導電性繊維と、該別の導電性繊維との両方に接続され、これら２本の導電性繊維間の静電容量を検出するアルゴリズム（静電容量解析手段８０１５）を備えた電子回路とが接続されている。
前述の通り、圧電信号解析手段８０１２および静電容量解析手段８０１５の前段に、組紐状圧電素子８００１からの圧電性信号と、組紐状圧電素子８００１および別の導電性繊維８００８間の静電容量検出用信号とを分離する分離手段を設けることが好ましい。
この分離手段の好ましい例の１つは、組紐状圧電素子８００１の芯部に接続された電子回路により、該組紐状圧電素子の鞘部の圧電性に由来する信号を検出するアルゴリズムを適用する期間と、紐状圧電素子の芯部の導電性繊維と、該別の導電性繊維との両方に接続された電子回路により、これら２本の導電性繊維間の静電容量を検出するアルゴリズムを適用する期間とを、交互に切替えながら圧電性信号と静電容量信号を断続的に測定することである。切替え時間を十分に短く設定することで、人体程度の動作速度であれば同時に両方の信号を測定しているとみなすことができる。
この分離手段の好ましい例のもう１つは、静電容量の検出を比較的高い周波数（好ましくは１ｋＨｚ以上、さらに好ましくは１００ｋＨｚ以上）の交流電圧印加により行い、さらに人体の動作モニタ時など、圧電信号に由来する信号の周波数が比較的低い（例えば１ｋＨｚ未満）場合に、フィルタ処理により圧電性信号由来の成分と静電容量検出用交流信号の成分に分離し、圧電性信号を検出するアルゴリズムと静電容量を検出するアルゴリズムとを同時に並行して適用し測定することである。
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、布帛状素子８００５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。
本態様によるデバイス８０１０は、組紐状圧電素子８００１の表面を擦るだけで十分な電気信号を発生することができるので、タッチセンサーのようなタッチ式入力装置やポインティングデバイスなどに用いることができる。また、組紐状圧電素子８００１で被計測物の表面を擦ることによって被計測物の高さ方向の位置情報や形状情報を得ることができるので、表面形状計測などに用いることができる。また、上記の用途に加え、静電容量の解析により布帛への押圧力変化や伸縮性を同時にモニタするセンサーとして、圧電性信号と組み合わせたより高度な入力装置やポインティングデバイスやウェアラブルインターフェースとして用いることができる。
特に、組紐状圧電素子では、圧電性信号により曲げを特異的に検知できるが、曲げの位置に関する情報を単体で検知することが困難であるところ、静電容量による解析を伴うことで、加圧された部位に関する位置情報を検知することができるので、この双方を解析することによって、センサーが受ける形状変化全般、具体的には、曲げ位置、曲げ度合、ねじり位置、ねじり度合、押圧有無、等の違いなど、を容易に、簡便な構成で把握することが可能であり、さまざまな入力刺激に対応したウェアラブルセンサーとして適用範囲を拡大可能である。また、構成部材が簡便になることから、ノイズ信号発生の要因のうちのひとつである構成部材間の擦れに伴う静電気も抑制できるほか、ウェアラブル素材に求められる、着用者の使用感も向上させることができる。
【０２６２】
本発明による別の態様として、組紐状圧電素子が繊維状構造体に固定化されたセンサーを提供することにより、動きや風合いを制限せず、後からセンサー機能の追加が可能な繊維状の圧電素子デバイスを提供できる。
より具体的には、本態様による組紐状圧電素子の固定化法としては、対象物やその目的に合わせて任意の方法をとることができる。例えば、糊や接着材などの粘着物を使って貼り付ける方法や、磁石、熱、クリップなどによって固定化する方法、布帛状の対象物に対して、刺繍のように縫い付け又はかがる方法、また、紐状の対象物に対して、表面もしくは内部に組紐状圧電素子が位置するように撚ることで固定化する方法、対象物に組紐を這わせて対象物と組紐を一緒にパッキングする方法などが挙げられるが、この限りではない。また、組紐状圧電素子は直線になるように固定化する必要はなく、対象物や目的に合わせて曲線など任意に固定できる。
【０２６３】
本発明による別の態様として、導電性繊維で形成された芯部と、該芯部を被覆するように組紐状の圧電性繊維で形成された鞘部とを備え、該圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、該導電性繊維に対する該圧電性繊維の巻きつけ角度は１５°以上、７５°以下である組紐状圧電素子を含む布帛を備える、平組紐状圧電素子であって、該布帛は、複数の芯糸を任意の繊維で被覆するように形成された平組紐状の布帛であって、複数の芯糸の少なくとも二本以上に該組紐状圧電素子を用いた平組紐状圧電素子を提供することにより、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能で、かつ動きの種類、特にねじりに関する動きを検出することができる平組紐状圧電素子を提供できる。
図３７は実施形態に係る平組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
平組紐状圧電素子９００５は、少なくとも２本の組紐状圧電素子９００１を含む平組紐９００６を備えている。平組紐９００６は、一般的な平組紐ではなく、紐の経方向に平行に配置された芯糸９００７をおき、その周囲を被覆するように組紐を構成した平組紐である。布帛を構成する繊維（組紐を含む）の少なくとも２本が組紐状圧電素子９００１であり、組紐状圧電素子９００１が圧電素子としての機能を発揮可能である限り何らの限定は無く、どのような平組紐であってもよい。平組紐は、本発明の目的を達成する限り、他の繊維（組紐を含む）と組み合わせて、交織、交編等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子９００１を、芯糸９００７として用いても、芯糸９００７を被覆する組紐の糸の一部として用いてもよいし、組紐状圧電素子９００１を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよい。図３７に示す例では、平組紐状圧電素子９００５は、芯糸９００７に対して、少なくとも２本の組紐状圧電素子９００１および繊維９００４を配した平組紐である。芯糸９００７および繊維９００４は特に限定されることなく任意の繊維を用いることができる。ただし図３５に示す平組紐状圧電素子９００５では、組紐状圧電素子９００１に繊維９００４が交差して接触している。繊維９００４の少なくとも一部を導電性繊維とし、接地（アース）することにより、組紐状圧電素子９００１への電磁波の影響を軽減することができる。すなわち繊維９００４に導電性繊維をもちいることで、組紐状圧電素子９００１の電磁波シールドとして機能することができる。それにより、例えば平組紐状圧電素子９００５の上下に電磁波シールド用の導電性の布帛を重ねなくても、平組紐状圧電素子９００５のＳ／Ｎ比を著しく向上させることができる。この場合、電磁波シールドの観点から繊維４の導電性繊維の割合は高いほど好ましく、好ましくは３０％以上であることが好ましい。ただし平組紐状圧電素子９００５が被覆などによって電磁波シールド能を有している場合はその限りではない。なお、繊維９００４、９００７が組紐であってもよい。
組紐状圧電素子９００１は、変形を受けた場合、圧電信号を発するが、この信号は変形の向きに応じてプラス／マイナスの逆方向の信号が得られる。図３７に示す平組紐状圧電素子９００５の場合、平組紐状圧電素子９００５が曲げ変形したとき、その変形に伴い２本の組紐状圧電素子９００１は同じ方向に変形する。したがって一方の組紐状圧電素子９００１からプラス信号が出たとすれば、他方の組紐状圧電素子９００１からもプラス信号が出る。一方、平組紐状圧電素子９００５にねじり変形を与えた場合は、２本の組紐状圧電素子９００１は互いに反対方向に変形する。したがって、一方の組紐状圧電素子９００１からプラス信号が出たとすれば、他方の組紐状圧電素子９００１からはマイナス信号が出ることになる。
組紐状圧電素子９００１は、略平行に配置され、互いに１ｃｍ以上離れていることが好ましい。２本の組紐状圧電素子９００１の離間距離が近すぎると、ねじり変形を与えたときに双方の組紐状圧電素子９００１が反対方向に変形しにくくなるため好ましくない。なおねじり検出に使用しない場合はその限りではない。また信号検出に使用しない組紐状圧電素子が平組紐中に含まれる場合、その組紐状圧電素子と他の組紐状圧電素子の距離が１ｃｍ未満であってもよい。
平組紐の組織は、右巻きの糸と左巻きの糸の交差のさせかたや、芯糸への絡ませ方、芯糸に対する巻き付け角度など、任意の組織が適用できる。
以上の通り、複数本の組紐状圧電素子９００１の信号を組み合せることで、曲げ、ねじりといった動きの種類をとらえることができる。検出される信号強度と組み合わせれば、動きの種類とその変形度をとらえることができるので、例えば衣類形状のウェアラブルセンサーに適用することができる。
組紐状圧電素子９００１の一方又は両方を複数本並べて平組紐状圧電素子９００５を形成するときには、組紐状圧電素子９００１は表面に電極を有さないため、その並べ方、組み方が広範に選択することができるという利点がある。また、組紐状圧電素子９００１の一方又は両方を複数並べて用いる場合、導電性繊維間の距離が短いため電気信号の取り出しにおいて効率的である。
【０２６４】
以下、第４発明について詳細に説明する。
第４発明の目的は、少なくとも２層のシートあるいは布帛から構成されるトランスデューサーであって、該シートあるいは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサーによって達成される。
【０２６５】
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであって、特定の位置または方向における応力と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサー
Ｂ層：電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであって、該Ａ層とは異なる特定の位置または方向における信号と、あるいは該Ａ層と異なる種類の信号と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサー
さらに、必要に応じてＡ層及びＢ層の間に、次のＣ層を配することによって、より本願の目的が達成しやすくなる。
【０２６６】
Ｃ層：Ａ層とＢ層間の電気的干渉によるノイズを低減する機能を有する層
以下に各構成について説明する。
（Ａ層）
Ａ層は後述する導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするシートまたは布帛状のトランスデューサーであって、特定の位置または方向における応力と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサーである。
（導電性繊維）
導電性繊維としては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられ、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウ、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。
【０２７０】
導電性繊維は、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として用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては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。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。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。
【０２７１】
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、信号検出に強度が得られるのであれば導電性繊維の抵抗率はこの限りではない。
（圧電性繊維）
圧電性繊維は圧電性を有する繊維である。圧電性繊維は圧電性高分子からなることが好ましい。圧電性高分子としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸など圧電性を示す高分子であれば利用できるが、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。ポリ乳酸は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。さらに、ポリ乳酸からなる圧電性繊維はその軸方向への引張や圧縮応力では、分極が小さく、圧電素子として機能させることが困難であるが、せん断応力によっては比較的大きな電気出力が得られ、せん断応力を圧電性高分子に付与しやすい構成体を有する本発明の圧電素子においては好ましい。
【０２７２】
圧電性高分子は、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主として」とは、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上のことを言う。
【０２７３】
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、より好ましくは９９．３％以上、さらに好ましくは９９．５％以上である。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、圧電性繊維の形状変化によって十分な電気出力を得ることが難しくなる場合がある。圧電性高分子が、主としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度は９９％以上であることが好ましい。
【０２７４】
圧電性繊維は繊維の繊維軸方向に一軸配向しかつ結晶を含むものであることが好ましく、より好ましくは結晶を有する一軸配向ポリ乳酸である。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶状態および一軸配向において大きな圧電性を示すためである。
【０２７５】
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。
【０２７６】
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全重量を基準として少なくとも５０重量％以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは７０重量％以上、最も好ましくは９０重量％以上である。
【０２７７】
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。
【０２７８】
圧電性繊維は、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として用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては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。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。
【０２７９】
このような圧電性高分子を圧電性繊維とするためには、高分子を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、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等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。
【０２８０】
なお、上述の通りに、圧電性高分子がポリ乳酸である場合には、一軸延伸配向し、かつ結晶を含むとより大きな圧電性を示すことから、繊維は延伸することが好ましい。
（略同一平面上）
本発明の圧電素子において、導電性繊維と圧電性繊維は、略同一平面上に配置される。ここで略同一平面上とは、繊維の繊維軸が略平面上に配置されることを意味し、「略」とは、繊維同士の交差点で厚みが生じることが含まれることを意味するものである。
【０２８１】
例えば、２本の平行な導電性繊維の間に、１本の圧電性繊維が更に平行に引き揃えられた形態は、略同一平面上にある形態である。また、当該１本の圧電性繊維の繊維軸を、当該２本の平行な導電性繊維とは平行でない状態に傾けていても、略同一平面上にある。さらに、１本の導電性繊維と１本の圧電性繊維とを平行に引き揃え、もう１本の導電性繊維を、この引き揃えられた導電性繊維と圧電性繊維とに、交差させたとしても略同一平面上にある。
【０２８２】
略平面上に配置されることで、当該圧電単位を組み合わせて、布帛状の圧電素子を形成しやすく、布帛状の形態の圧電素子を利用すれば、トランスデューサーの形状設計に自由度を増すことができる。本発明における布帛の種類としては、織物、編物、不織布などが例示される。
【０２８３】
これらの、圧電繊維と導電繊維の関係は検出したい形状変化により適宜選択される。
（配置順序）
圧電単位における繊維の配置は、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように配置されている限り特に限定されるものではない。例えば、圧電単位が２本の導電性繊維と１本の圧電性繊維からなる場合には、導電性繊維、圧電性繊維、導電性繊維が、この順に配置されていることが好ましい。このように配置することで、圧電単位の２本の導電性繊維同士が接触することがなくなり、導電性繊維に他の手段、例えば絶縁性物質を被覆するなどの技術を適用しなくても圧電単位として有効に機能させることができる。
【０２８４】
この際、導電性繊維と圧電性繊維とが互いに物理的に接する接点を有していることが望ましいが、導電性繊維と圧電性繊維との間隔が４ｍｍ以内の範囲であれば、物理的に接していなくても電気的接続を提供することができる。導電性繊維と圧電性繊維との間隔は、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、最も好ましくは０．５ｍｍ以下である。この間隔が４ｍｍ超であると圧電性繊維の形状変化に伴う電気出力が小さくなり、トランスデューサーとして用いることが困難となる。
【０２８５】
形態としては、例えば、２本の導電性繊維が平行に配置され、１本の圧電性繊維が、これら２本の導電性繊維に交わるように配置された形態などを挙げることができる。さらには、２本の導電性繊維を経糸（または緯糸）として配し、１本の圧電性繊維を緯糸（または経糸）として配してもよい。この場合は２本の導電性繊維同士は接触していないことが好ましく、２本の導電性繊維の間には好ましくは絶縁性物質、例えば絶縁性繊維を介在させる形態の他、導電性繊維が接触しやすい表面にのみ絶縁性物質を被覆し、圧電性繊維とは直接導電性繊維が接触するようにする形態も採用することができる。
（絶縁性繊維）
本発明の圧電単位は、絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように導電性繊維と圧電性繊維の間に配されることがある。この際、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。また、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配されることもある。
【０２８６】
圧電単位にこのように絶縁性繊維を配置することで、圧電単位を複数組み合わせた場合でも導電性繊維が接触することがなく、トランスデューサーとしての性能を向上させることが可能である。
【０２８７】
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が１０６Ω・ｃｍ以上であれば用いることができ、より好ましくは１０８Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０１０Ω・ｃｍ以上がよい。
【０２８８】
絶縁性繊維として、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の他、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。
【０２８９】
絶縁性繊維は、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として用いる方が絶縁特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントとして用いる場合、その糸径は１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍである。マルチフィラメントとして用いる場合は、その単糸径は０．１μｍ〜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。
【０２９０】
また、布帛に柔軟性を持たせる目的で、公知のあらゆる形状の繊維も用いることができる。
（圧電単位の組み合わせ形態）
本発明において、複数の並列した圧電単位を含有する織編物であることが好ましい。このような形態であることで、圧電素子として、形状の変形自由度（フレキシブルさ）を向上させることが可能である。
【０２９１】
このような織編物形状は複数の圧電単位を含み、圧電素子としての機能を発揮する限り何らの限定は無い。織物形状または編物形状を得るには、通常の織機または編機により製編織すればよい。一枚の布帛に複数の圧電単位を導入する場合は、製織もしくは製編の際に連続して作製しても、別々に作成した複数の布帛を接合することで作製してもよい。
【０２９２】
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。
【０２９３】
編物の種類は、丸編物（緯編物）であってもよいし経編物であってもよい。丸編物（緯編物）の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、２層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび／またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。
【０２９４】
なお、圧電単位が織り組織ないし編み組織に組み込まれて存在する場合、圧電性繊維そのものに屈曲部分が存在するが、圧電素子としての圧電性能を効率よく発現させるためには、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が好ましい。従って、織物と編み物とでは織物の方が好ましい。
【０２９５】
この場合でも、上述の通り、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が、圧電性能が効率よく発現することから、織組織としては平織よりは綾織りが好ましく、綾織よりもサテン織（朱子織）が好ましい。特にサテン織（朱子織）のなかでも、飛び数が３〜７の範囲にあると、織組織の保持と圧電性性能とを高い水準で発揮することから好ましい。
【０２９６】
また、圧電性繊維であるポリ乳酸は帯電しやすいため、誤作動しやすくなる場合がある。このような場合には、信号を取り出そうとする圧電繊維を接地（アース）して使用することもできる。接地（アース）する方法としては信号を取り出す導電性繊維とは別に、導電性繊維を配置することが好ましい。この場合、導電性繊維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。
（位置または方向の選択性）
Ａ層のトランスデューサーは、特定の位置または方向における応力を、選択的に電気信号に出力または入力として変換する機能を有することを特徴とする。特定の位置における応力を選択的に電気信号に変換する機能とは、応力が加えられた位置に応じて電気信号の強度やや符合が変化する機能であり、例えばＡ層がなす平面上に直線状あるいは点状に圧電単位を有し、その圧電単位にかかる応力のみを検出するトランスデューサーが挙げられる。さらに、Ａ層がなす平面上に複数の直線状あるいは点状の圧電単位を有し、それぞれの圧電単位にかかる応力を、別のチャンネルの電気信号として検出するトランスデューサーも好ましい例として挙げられる。また、特定の方向における応力を選択的に電気信号に変換する機能とは、加えられた応力の方向すなわち応力テンソルの各成分比に応じて電気信号の強度や符合が変化する機能であり、例えばＡ層の圧電単位を構成する圧電性繊維の繊維軸をｘ軸とし、Ａ層がなす平面をｘ−ｙ平面とした場合、せん断応力σｘｚに対して特に強度の強い電気信号を出力し、σｘｚ以外の応力成分に対しては電気信号を出力しないトランスデューサーが挙げられる。Ａ層のトランスデューサーは、特定の位置における応力を、選択的に電気信号に出力または入力として変換する機能と、特定の方向における応力を、選択的に電気信号に出力または入力として変換する機能とを、両方有することが好ましい。
【０２９７】
Ａ層の織組織、または必要に応じてＢ層に配される織組織は、検出したい位置および形状変化により適宜選択される。例えば特定方向の曲げを検出したい場合には、平織構造で、圧電性繊維と導電性繊維が平行関係であることが好ましく、この場合、図２０に示すように圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂの曲率が大きくなる方向の曲げを選択的に検出することが可能である。図２１に示すような捩じり、または図２２に示すようなずり変形を検出したい場合には、朱子織構造で、圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂが直行関係であることが好ましい。また、特定位置の変形を検出したい場合は、圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂからなる圧電単位を特定の位置に存在させ、この圧電単位を構成する導電性繊維Ｂからの信号を解析することで、特定位置の変形を検出することが出来る。圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂが平行関係である織組織の場合は、線状の位置の変形を検出することができ、圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂが直行関係である織組織の場合は、点状の位置の変形を検出することができる。
（複数の圧電素子）
また、圧電素子を複数並べて用いることも可能である。並べ方としても一次元的に一段で並べても、二次元的に重ねて並べても良く、さらには布状に編織して用いたり、組み紐に製紐したりしてもよい。それによって布状、紐状の圧電素子を実現することも可能となる。布状、紐状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、圧電素子以外の他の繊維と組み合わせて、混繊、交織、交編等を行ってもよく、また、樹脂などに組み込んで使ってもよい。
（Ｂ層）
Ｂ層は電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーであり、Ａ層とは異なる特定の位置または方向における信号と、あるいはＡ層と異なる種類の信号と、選択的な出力または入力としての電気信号とを相互に変換する機能を有するトランスデューサーである。Ａ層と同様の作動原理を有した素子でもよいし、作動原理の異なる素子で構成されていてもよいが、検出あるいは出力する信号の種類、あるいは位置や方向の選択性が、Ａ層と異なる。
【０２９８】
Ｂ層に配される、Ａ層と作動原理の異なる素子の例として、熱電対、測温抵抗体、フォトダイオード、静電容量方式の圧力検出器、膜抵抗方式の圧力検出器、ゴム状抵抗体を用いた伸縮センサー、静電容量方式の伸縮センサー、圧電セラミックを用いた応力検出器、圧電ポリマーフィルムを用いた応力検出器、電極を用いた電位測定器が好ましい例として挙げられる。Ａ層として布帛状の圧電素子を用いた場合は、その柔軟性や通気性を妨げないため、Ｂ層にも布帛状の素子が好ましく用いられる。
【０２９９】
Ｂ層にＡ層と同じ作動原理の織物状のトランスデューサーを用いる場合、前述した通り織組織により選択的に特定の位置および方向における応力を検出可能である特徴を活用できる。
【０３００】
その１つの例としては、図２３に示すようにＡ層とＢ層にそれぞれに平織物を用い、圧電性繊維および導電性繊維の方向を９０度回転させて重ねて複合化した布帛を使用したセンサーでは、布帛を曲げる方向によりＡ層とＢ層の電気信号の出力強度比が変化するため、解析により曲げた方向を詳細に検知できる。さらに、Ａ層とＢ層それぞれに検出位置が縞状に分布しているため、Ａ層とＢ層を９０度回転させて重ねることによって、格子状に検出位置を備えた素子とすることが可能となる。ここで別の圧電単位ごとに電気信号を入力するチャンネルを設定すれば、それぞれの圧電単位の信号を総合して解析することで、格子状に位置する検出点のどの点でどのような曲げ変形が発生したか解析できるセンサーとなる。この例に、後述するＣ層をＡ層とＢ層の間に挟んだ構成も、さらに好ましい例として挙げられる。
【０３０１】
もう１つの例としては、図２４に示すようにＡ層に平織物を用い、Ｂ層に朱子織物を用い、これらを重ねて複合化した布帛を用いたセンサーである。Ａ層が布帛の曲げ即ち布帛の平面外（図のｚ軸方向）への変位速度を検出すると同時に、Ｂ層がずり変形即ち布帛の平面内（ｘ−ｙ平面内）での変位速度を検出するため、３次元的な布帛の変位速度を検出することが可能となる。さらに、同様の平織物と朱子織物を、角度を変えて重ねることで、先述の例のように変形方向、変形位置も解析できるセンサーとなる。この例に、後述するＣ層をＡ層とＢ層の間に挟んだ構成も、さらに好ましい例として挙げられる。
【０３０２】
Ｂ層にＡ層と異なる作動原理のトランスデューサーを用いる場合、Ａ層のトランスデューサーが検出できない信号を検出可能となる利点があり、好ましい。例えば、Ａ層のトランスデューサーは圧電性を作動原理としており、素子が動いている間しか信号を発生せず、素子が止まった状態ではその形を検知できない。従って、Ｂ層に静電容量方式の圧力センサーや伸縮センサー、あるいはゴム状抵抗体を用いた伸縮センサーなど、素子が止まった状態でもその変形状態を検知できるセンサーを重ね合わせる形態が特に好ましい。
【０３０３】
そのような形態の１つの例としては、図２５に示すようにＡ層に朱子織物を用い、Ｂ層に柔軟な布帛中に２本の導電性繊維を平行に配置した静電容量式の伸縮センサーを用い、これらを重ねて複合化したセンサーである。Ａ層がずり変形動作即ち布帛の平面内（ｘ−ｙ平面内）での変位速度を検出すると同時に、Ｂ層が布帛の導電性繊維に垂直な方向（図の（ｘ，ｙ，ｚ）＝（１，−１，０）方向）への伸縮状態を検出するため、ずり動作と伸縮状態、すなわち変位速度と変位状態を同時に検出できる。従って、Ａ層が検知できない静止状態の変位（変位が継続しているか否か）をＢ層が補完的に検知可能であり、一方で人体が近づいた時などにＢ層に発生するノイズを、実際に伸縮が起こった時のみに発生するＡ層の信号を用いてカットできる、などの利点がある。この例に、後述するＣ層をＡ層とＢ層の間に挟んだ構成も、さらに好ましい例として挙げられる。
（Ｃ層）
Ｃ層とは、Ａ層とＢ層との間の電気的干渉によるノイズを低減する機能を有する層である（図示なし）。電気的干渉によるノイズとは、例えば静電相互作用によるノイズや、電磁誘導作用によるノイズや、短絡、放電によるノイズが挙げられる。Ａ層とＢ層はいずれも電気信号を入力あるいは出力としているため、それぞれの機能を十分に発揮するため、Ａ層とＢ層の間にＣ層を設置することが好ましい。
【０３０４】
Ｃ層の１つの例としては、Ａ層とＢ層との間の静電的相互作用をカットする制電層が挙げられ、静電相互作用によるノイズを低減できる。制電層はシートまたは布帛状の制電材料であれば一般的なものを使用することができるが、Ａ層及びＢ層に布帛状の素子を用いる場合は、その柔軟性や通気性を妨げないため、Ｃ層にも布帛状の制電材料が好ましく用いられる。
【０３０５】
Ｃ層のもう１つの例としては、Ａ層とＢ層との間の導通を防止する絶縁層が挙げられ、不必要な導通や放電によるノイズを低減できる。絶縁層はシートまたは布帛状の制電材料であれば一般的なものを使用することができるが、Ａ層及びＢ層に布帛状の素子を用いる場合は、その柔軟性や通気性を妨げないため、Ｃ層にも布帛状の絶縁材料が好ましく用いられる。
【０３０６】
Ｃ層に制電層を使用する場合は、制電層によるＡ層とＢ層との間の導通ならびにＡ層内およびＢ層内の不必要な導通を防止するため、制電層とＡ層、および制電層とＢ層の間にそれぞれ絶縁層を設置することが好ましい。即ちＣ層として２層の絶縁層と１層の制電層を用い、Ａ層、絶縁層、制電層、絶縁層、Ｂ層の順に積層された構造を有することが好ましい。表面が絶縁性材料で被覆された導電性繊維による布帛を用いることも好ましい。
（積層）
本発明のＡ層、Ｂ層およびＣ層は、その相対位置が大きくずれないように必要に応じて互いに固定されることが好ましい。固定は必要な強度に応じ、縫合、粘着、接着、熱圧着など従来公知の方法で実施することができる。
【０３０７】
本発明のＡ層、Ｂ層およびＣ層は、異なる機能、すなわちトランスデューサーとして特定の位置または方向における信号、あるいは特定の種類の信号を選択的に電気信号に出力または入力として変換する機能、あるいは絶縁機能、制電機能を、それぞれが別個に有していることが重要であり、各層の間は接着剤やホットプレス等によって接着され分割できない状態にされていても、別の層とみなすことができる。
（圧電素子の適用技術）
本発明のトランスデューサーはいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができる。図２６は、本発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第１の具体例を示すブロック図である。例えば、本発明のトランスデューサー４０１１（例示：Ａ層、Ｂ層）と、印加された圧力に応じてトランスデューサー４０１１から出力される電気信号を増幅する増幅手段４０１２と、増幅手段４０１２で増幅された電気信号を出力する出力手段４０１３と、出力手段４０１３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４０１４とからなるデバイス４１０１を構成する。ここでは特に図示しないが、増幅手段４０１２の入力端子には、トランスデューサー４０１１の導電性繊維からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、トランスデューサー４０１１の圧電性繊維を接続する。増幅手段４０１２、出力手段４０１３、および送信手段４０１４は、Ａ層のトランスデューサー４０１１とＢ層のトランスデューサー４０１１とで、それぞれ別々に設けられる。これにより、Ａ層およびＢ層それぞれについてのトランスデューサー４０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号を容易に取り出すことができるので、様々な用途に適用可能である。例えば、トランスデューサー４０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器（図示せず）における演算処理にて、トランスデューサー４０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、トランスデューサー４０１１内に、出力手段４０１３から出力された電気信号に基づき圧電素子４０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を演算する演算手段（図示せず）を設けてもよい。
【０３０８】
増幅手段４０１２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４０１３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４０１４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４０１２、出力手段４０１３および送信手段４０１４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４０１４による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、適用される装置に応じて適宜決定すればよい。
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、トランスデューサー４０１１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。
【０３０９】
具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。
【０３１０】
さらには、本発明のセンサーは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。
【０３１１】
また、本発明のトランスデューサーは電気信号を出力（電力）として取り出すことができるため、この電気信号（電力）を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。図２７は、本発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第２の具体例を示すブロック図である。例えば、本発明のトランスデューサー４０１１（例示：Ａ層、Ｂ層）と、印加された圧力に応じてトランスデューサー４０１１から出力される電気信号を増幅する増幅手段４０１２と、増幅手段４０１２で増幅された電気信号を出力する出力手段４０１３とからなるデバイス４１０２を構成する。ここでは特に図示しないが、増幅手段４０１２の入力端子には、トランスデューサー４０１１の導電性繊維からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、トランスデューサー４０１１の圧電性繊維を接続する。増幅手段４０１２および出力手段４０１３は、Ａ層のトランスデューサー４０１１とＢ層のトランスデューサー４０１１とで、それぞれ別々に設けられる。これにより、Ａ層およびＢ層それぞれについてのトランスデューサー４０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力手段４０１３から出力された電気信号を他のデバイスを動かすための電力源として用いたりあるいは蓄電装置に蓄電したりすることができる。
また、増幅手段だけではなく、ノイズ（リプル）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、トランスデューサー４０１１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にノイズ（リプル）を除去する信号処理を実行してもよい。
【０３１２】
このような具体例としては、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
【０３１３】
一方、本発明のトランスデューサーはいずれの様態であっても、電気信号が入力されることで、力学的な力を発生させることができる。図２８は、本発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第３の具体例を示すブロック図である。例えば、外部機器（図示せず）から電気信号を受信する受信手段４０１５と、受信手段４０１５により受信した電気信号が印加される本発明のトランスデューサー４０１１（例示：Ａ層、Ｂ層）とからなるデバイス４１０３を構成する。受信手段４０１５は、Ａ層のトランスデューサー４０１１とＢ層のトランスデューサー４０１１とで、それぞれ別々に設けられる。これにより、Ａ層およびＢ層それぞれについての受信手段４０１５を通じて入力された電気信号に応じた力を、Ａ層のトランスデューサー４０１１およびＢ層のトランスデューサー４０１１それぞれに発生させることができる。なお、受信手段４０１５による受信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、トランスデューサーの用途や使用環境などに応じて適宜決定すればよい。受信手段４０１５による受信方式を有線とする場合、受信手段５０１５は、例えば各種コネクタにより実現されてもよい。
【０３１４】
電気信号を入力とする用途の具体的な例としては、布帛状とした圧電素子に電気信号を印加して、布帛表面に載置した対象物を移動させたり、対象物を包んだり、圧縮したり、振動させることができる。また布帛を構成する各圧電素子へ印加する電気信号を制御することによりさまざまな形状を表現することが可能である。さらには、布帛自体が振動することによりスピーカーとして機能させることも可能である。
【０３１５】
他の例としては、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、人や動物や物の表面に圧力を与えるアクチュエーター、関節部の曲げ、捩じり、伸縮をサポートするアクチュエーターがある。例えば人に用いる場合には、接触や動きや圧力を与えるアミューズメント用途や失われた組織を動かすことができる。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を膨らませたり、伸ばしたりするアクチュエーター、関節部に曲げ、捩じり、伸縮などの動きを与えるアクチュエーターとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面を動かすアクチュエーターや、電気信号で形状変化するハンカチ、風呂敷、袋など布状のあらゆる形状のアクチュエーターとして用いることができる。
【０３１６】
さらには、本発明のアクチュエーターは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面形状を変えるアクチュエーターとして用いることができる。
【０３１７】
なお、本発明のトランスデューサーは電気信号を入力として動くことができるため、その振動により音を発生させるスピーカーとして用いることもできる。
【０３１８】
以下、第５発明について詳細に説明する。
第５発明の目的は、少なくとも２層のシートまたは布帛からなる積層トランスデューサーであって、該シートまたは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサーによって達成される。
【０３１９】
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサー
Ｂ層：シート抵抗が１０４Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下である導電性シートまたは導電性布帛
以下に各構成について説明する。
（Ａ層）
Ａ層は後述する導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーである。
（導電性繊維）
導電性繊維としては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられ、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、パラジウ、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。
【０３２３】
導電性繊維は、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として用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては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。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。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。
【０３２４】
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、信号検出に強度が得られるのであれば導電性繊維の抵抗率はこの限りではない。
（圧電性繊維）
圧電性繊維は圧電性を有する繊維である。圧電性繊維は圧電性高分子からなることが好ましい。圧電性高分子としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸など圧電性を示す高分子であれば利用できるが、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。ポリ乳酸は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。さらに、ポリ乳酸からなる圧電性繊維はその軸方向への引張や圧縮応力では、分極が小さく、圧電素子として機能させることが困難であるが、せん断応力によっては比較的大きな電気出力が得られ、せん断応力を圧電性高分子に付与しやすい構成体を有する本発明の圧電素子においては好ましい。
【０３２５】
圧電性高分子は、主としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主として」とは、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上のことを言う。
【０３２６】
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、より好ましくは９９．３％以上、さらに好ましくは９９．５％以上である。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、圧電性繊維の形状変化によって十分な電気出力を得ることが難しくなる場合がある。圧電性高分子が、主としてポリ−Ｌ−乳酸またはポリ−Ｄ−乳酸を含み、これらの光学純度は９９％以上であることが好ましい。
【０３２７】
圧電性繊維は繊維の繊維軸方向に一軸配向しかつ結晶を含むものであることが好ましく、より好ましくは結晶を有する一軸配向ポリ乳酸である。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶状態および一軸配向において大きな圧電性を示すためである。
【０３２８】
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。
【０３２９】
また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全重量を基準として少なくとも５０重量％以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは７０重量％以上、最も好ましくは９０重量％以上である。
【０３３０】
アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。
【０３３１】
圧電性繊維は、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として用いる方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントの径としては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。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。
【０３３２】
このような圧電性高分子を圧電性繊維とするためには、高分子を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、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等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。
【０３３３】
なお、上述の通りに、圧電性高分子がポリ乳酸である場合には、一軸延伸配向し、かつ結晶を含むとより大きな圧電性を示すことから、繊維は延伸することが好ましい。
（略同一平面上）
本発明の圧電素子において、導電性繊維と圧電性繊維は、略同一平面上に配置される。ここで略同一平面上とは、繊維の繊維軸が略平面上に配置されることを意味し、「略」とは、繊維同士の交差点で厚みが生じることが含まれることを意味するものである。
【０３３４】
例えば、２本の平行な導電性繊維の間に、１本の圧電性繊維が更に平行に引き揃えられた形態は、略同一平面上にある形態である。また、当該１本の圧電性繊維の繊維軸を、当該２本の平行な導電性繊維とは平行でない状態に傾けていても、略同一平面上にある。さらに、１本の導電性繊維と１本の圧電性繊維とを平行に引き揃え、もう１本の導電性繊維を、この引き揃えられた導電性繊維と圧電性繊維とに、交差させたとしても略同一平面上にある。
【０３３５】
略平面上に配置されることで、当該圧電単位を組み合わせて、布帛状の圧電素子を形成しやすく、布帛状の形態の圧電素子を利用すれば、トランスデューサーの形状設計に自由度を増すことができる。布帛の種類としては、織物、編物、不織布などが例示される。
【０３３６】
これらの、圧電繊維と導電繊維の関係は検出したい形状変化により適宜選択される。
（配置順序）
圧電単位における繊維の配置は、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように配置されている限り特に限定されるものではない。例えば、圧電単位が２本の導電性繊維と１本の圧電性繊維からなる場合には、導電性繊維、圧電性繊維、導電性繊維が、この順に配置されていることが好ましい。このように配置することで、圧電単位の２本の導電性繊維同士が接触することがなくなり、導電性繊維に他の手段、例えば絶縁性物質を被覆するなどの技術を適用しなくても圧電単位として有効に機能させることができる。
【０３３７】
この際、導電性繊維と圧電性繊維とが互いに物理的に接する接点を有していることが望ましいが、導電性繊維と圧電性繊維との間隔が４ｍｍ以内の範囲であれば、物理的に接していなくても電気的接続を提供することができる。導電性繊維と圧電性繊維との間隔は、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、最も好ましくは０．５ｍｍ以下である。この間隔が４ｍｍ超であると圧電性繊維の形状変化に伴う電気出力が小さくなり、トランスデューサーとして用いることが困難となる。
【０３３８】
形態としては、例えば、２本の導電性繊維が平行に配置され、１本の圧電性繊維が、これら２本の導電性繊維に交わるように配置された形態などを挙げることができる。さらには、２本の導電性繊維を経糸（または緯糸）として配し、１本の圧電性繊維を緯糸（または経糸）として配してもよい。この場合は２本の導電性繊維同士は接触していないことが好ましく、２本の導電性繊維の間には好ましくは絶縁性物質、例えば絶縁性繊維を介在させる形態の他、導電性繊維が接触しやすい表面にのみ絶縁性物質を被覆し、圧電性繊維とは直接導電性繊維が接触するようにする形態も採用することができる。
（絶縁性繊維）
本発明の圧電単位は、絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように導電性繊維と圧電性繊維の間に配されることがある。この際、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。また、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配されることもある。
【０３３９】
圧電単位にこのように絶縁性繊維を配置することで、圧電単位を複数組み合わせた場合でも導電性繊維が接触することがなく、トランスデューサーとしての性能を向上させることが可能である。
【０３４０】
このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が１０６Ω・ｃｍ以上であれば用いることができ、より好ましくは１０８Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０１０Ω・ｃｍ以上がよい。
【０３４１】
絶縁性繊維として、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、塩化ビニル繊維、アラミド繊維、ポリスルホン繊維、ポリエーテル繊維、ポリウレタン繊維等の他、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。
【０３４２】
絶縁性繊維は、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として用いる方が絶縁特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメントとして用いる場合、その糸径は１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍである。マルチフィラメントとして用いる場合は、その単糸径は０．１μｍ〜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。
【０３４３】
また、布帛に柔軟性を持たせる目的で、公知のあらゆる形状の繊維も用いることができる。
（圧電単位の組み合わせ形態）
本発明において、複数の並列した圧電単位を含有する織編物であることが好ましい。このような形態であることで、圧電素子として、形状の変形自由度（フレキシブルさ）を向上させることが可能である。
【０３４４】
このような織編物形状は複数の圧電単位を含み、圧電素子としての機能を発揮する限り何らの限定は無い。織物形状または編物形状を得るには、通常の織機または編機により製編織すればよい。一枚の布帛に複数の圧電単位を導入する場合は、製織もしくは製編の際に連続して作製しても、別々に作成した複数の布帛を接合することで作製してもよい。
【０３４５】
織物の織組織としては、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。
【０３４６】
編物の種類は、丸編物（緯編物）であってもよいし経編物であってもよい。丸編物（緯編物）の組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示される。経編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が例示される。層数も単層でもよいし、２層以上の多層でもよい。更には、カットパイルおよび／またはループパイルからなる立毛部と地組織部とで構成される立毛織物、立毛編み物であってもよい。
【０３４７】
なお、圧電単位が織り組織ないし編み組織に組み込まれて存在する場合、圧電性繊維そのものに屈曲部分が存在するが、圧電素子としての圧電性能を効率よく発現させるためには、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が好ましい。従って、織物と編み物とでは織物の方が好ましい。
【０３４８】
この場合でも、上述の通り、圧電性繊維の屈曲部分が小さい方が、圧電性能が効率よく発現することから、織組織としては平織よりは綾織りが好ましく、綾織よりもサテン織（朱子織）が好ましい。特にサテン織（朱子織）のなかでも、飛び数が３〜７の範囲にあると、織組織の保持と圧電性性能とを高い水準で発揮することから好ましい。
【０３４９】
なお、織組織は、検出したい形状変化により適宜選択される。例えば曲げを検出したい場合には、平織構造、圧電性繊維と導電性繊維が平行関係であることが好ましく、捩じりを検出したい場合には、朱子織構造、圧電性繊維と導電性繊維が直行関係であることが好ましい。
【０３５０】
また、圧電性繊維であるポリ乳酸は帯電しやすいため、誤作動しやすくなる場合がある。このような場合には、信号を取り出そうとする圧電繊維を接地（アース）して使用することもできる。接地（アース）する方法としては信号を取り出す導電性繊維とは別に、導電性繊維を配置することが好ましい。この場合、導電性繊維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。
（複数の圧電素子）
また、圧電素子を複数並べて用いることも可能である。並べ方としても一次元的に一段で並べても、二次元的に重ねて並べても良く、さらには布状に編織して用いたり、組み紐に製紐したりしてもよい。それによって布状、紐状の圧電素子を実現することも可能となる。布状、紐状にするにあたっては、本発明の目的を達成する限り、圧電素子以外の他の繊維と組み合わせて、混繊、交織、交編等を行ってもよく、また、樹脂などに組み込んで使ってもよい。
（Ｂ層）
Ｂ層は、Ａ層であるトランスデューサーへの電気的外乱の影響を低減させる機能を有する絶縁性シートまたは絶縁性布帛であり、シート抵抗は１０４Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下であることが必要であり、好ましくは１０２Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下、さらに好ましくは１０Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下であり、１Ω／□（Ω／ｓｑ．）以下であることが最も好ましい。１０４Ω／□（Ω／ｓｑ．）より大きい場合には、例えば人体に直接触れている場合や帯電している物体に接触した場合に、本来目的としていない信号を出力してしまうことがある。なお、導電性シートまたは導電性布帛はその柔軟性から布帛であることが好ましいが、柔軟性を有していればシートあるいはフィルム状であってもよい。導電性シートまたは導電性布帛を形成する材料としては導電性を有していれば特に限定されるものではなく、公知のあらゆる材料が適用しうる。導電性を付与する方法としては、導電性繊維を用いる、シートまたは布帛に導電性のある物質を積層あるいは塗布するなどが挙げられる。
（積層）
本発明のＡ層およびＢ層の積層方法は特に限定されないが、縫合、粘着、接着、熱圧着など従来公知の方法で実施することができる。ただし、Ａ層に含まれる導電繊維がＢ層の導電部分と短絡しないようにＡ層とＢ層の間にＣ層を用いることが好ましい。また、Ａ層の表面を絶縁性の物質で被覆することも短絡を防ぐ方法として有効である。また、その積層枚数についても本発明の目的を失わない範囲であれば何枚積層してもよい。ただし、Ａ層を複数枚積層する場合には、Ａ層に含まれる導電繊維が他のＡ層の導電繊維と短絡しないように、二つのＡ層の間にＣ層を用いることが好ましい。複数のＡ層を用いる際には、Ａ層の組織は同じである必要はなく、目的や用途により適宜その組織や貼りあわせの角度は変えることができる。また、本発明の目的を失わない範囲であれば、Ａ層およびＢ層以外の他の層を設けてもよい。例えば、絶縁性を有する層、他のセンシング機能を有する層、耐摩耗性などの耐久性を有する層、粘着層や接着層などの対象物へ固定する層などが挙げられる。
（Ｃ層）
Ｃ層は、Ａ層であるトランスデューサーとＢ層の短絡を防ぐ機能を有する機能を有する絶縁性シートまたは絶縁性布帛であり、シート抵抗は１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上であることが必要であり、好ましくは１０８Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上、さらに好ましくは１０１０Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上であり、１０１２Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上であることが最も好ましい。１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）未満では、Ａ層の導電繊維とＢ層が短絡したり、静電容量が変化したりすることにより、本来目的としていない信号を出力してしまうことがある。なお、絶縁性シートまたは絶縁性布帛はその柔軟性から布帛であることが好ましいが、柔軟性を有していればシートあるいはフィルム状であってもよい。絶縁性シートまたは絶縁性布帛を形成する材料としては絶縁性を有していれば特に限定されるものではなく、公知のあらゆる材料が適用しうる。
（圧電素子の適用技術）
本発明のトランスデューサーはいずれの様態であっても、表面への接触、圧力、形状変化を電気信号として出力することができる。図３０は、本発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第１の具体例を示すブロック図である。例えば、本発明のトランスデューサー５０１１と、印加された圧力に応じてトランスデューサー５０１１から出力される電気信号を増幅する増幅手段５０１２と、増幅手段５０１２で増幅された電気信号を出力する出力手段５０１３と、出力手段５０１３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５０１４とからなるデバイス５１０１を構成する。ここでは特に図示しないが、増幅手段５０１２の入力端子には、トランスデューサー５０１１の導電性繊維からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、トランスデューサー５０１１の圧電性繊維を接続する。これにより、トランスデューサー５０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号を容易に取り出すことができるので、様々な用途に適用可能である。例えば、トランスデューサー５０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号に基づき、外部機器（図示せず）における演算処理にて、トランスデューサー５０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を検出することができる。あるいは、トランスデューサー５０１１内に、出力手段５０１３から出力された電気信号に基づき圧電素子５０１１に印加された応力の大きさおよび／又は印加された位置を演算する演算手段（図示せず）を設けてもよい。
【０３５１】
増幅手段５０１２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５０１３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５０１４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５０１２、出力手段５０１３および送信手段５０１４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５０１４による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、適用される装置に応じて適宜決定すればよい。
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、トランスデューサー５０１１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。
【０３５２】
具体的な例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサー、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサーとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサーや形状変化センサーとして用いることができる。
【０３５３】
さらには、本発明のセンサーは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。
【０３５４】
また、本発明のトランスデューサーは電気信号を出力（電力）として取り出すことができるため、この電気信号（電力）を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。図３１は、本発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第２の具体例を示すブロック図である。例えば、本発明のトランスデューサー５０１１と、印加された圧力に応じてトランスデューサー５０１１から出力される電気信号を増幅する増幅手段５０１２と、増幅手段５０１２で増幅された電気信号を出力する出力手段５０１３とからなるデバイス５１０２を構成する。ここでは特に図示しないが、増幅手段５０１２の入力端子には、トランスデューサー５０１１の導電性繊維からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、トランスデューサー５０１１の圧電性繊維を接続する。これにより、トランスデューサー５０１１の表面への接触、圧力、形状変化により出力手段５０１３から出力された電気信号を他のデバイスを動かすための電力源として用いたりあるいは蓄電装置に蓄電したりすることができる。
また、増幅手段だけではなく、ノイズ（リプル）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、トランスデューサー５０１１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にノイズ（リプル）を除去する信号処理を実行してもよい。
【０３５５】
このような具体例としては、人、動物、ロボット、機械など自発的に動くものの可動部に用いることによる発電、靴底、敷物、外部から圧力を受ける構造物の表面での発電、流体中での形状変化による発電、などが挙げられる。流体中での形状変化により電気信号を発するために、流体中の帯電性物質を吸着させたり付着を抑制させたりすることも可能である。
【０３５６】
一方、本発明のトランスデューサーはいずれの様態であっても、電気信号が入力されることで、力学的な力を発生させることができる。図３２は、本発明のトランスデューサーを用いたデバイスの第３の具体例を示すブロック図である。例えば、外部機器（図示せず）から電気信号を受信する受信手段５０１５と、受信手段５０１５により受信した電気信号が印加される本発明のトランスデューサー５０１１とからなるデバイス５１０３を構成する。これにより、受信手段５０１５を通じて入力された電気信号に応じた力をトランスデューサー５０１１に発生させることができる。なお、受信手段５０１５による受信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、トランスデューサーの用途や使用環境などに応じて適宜決定すればよい。受信手段５０１５による受信方式を有線とする場合、受信手段５０１５は、例えば各種コネクタにより実現されてもよい。
【０３５７】
電気信号を入力とする用途の具体的な例としては、布帛状とした圧電素子に電気信号を印加して、布帛表面に載置した対象物を移動させたり、対象物を包んだり、圧縮したり、振動させることができる。また布帛を構成する各圧電素子へ印加する電気信号を制御することによりさまざまな形状を表現することが可能である。さらには、布帛自体が振動することによりスピーカーとして機能させることも可能である。
【０３５８】
他の例としては、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、人や動物や物の表面に圧力を与えるアクチュエーター、関節部の曲げ、捩じり、伸縮をサポートするアクチュエーターがある。例えば人に用いる場合には、接触や動きや圧力を与えるアミューズメント用途や失われた組織を動かすことができる。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を膨らませたり、伸ばしたりするアクチュエーター、関節部に曲げ、捩じり、伸縮などの動きを与えるアクチュエーターとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面を動かすアクチュエーターや、電気信号で形状変化するハンカチ、風呂敷、袋など布状のあらゆる形状のアクチュエーターとして用いることができる。
【０３５９】
さらには、本発明のアクチュエーターは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面形状を変えるアクチュエーターとして用いることができる。
【０３６０】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置され、該導電性繊維および該圧電性繊維の配置の全部もしくは一部が綾織構造であり、該綾織構造の少なくとも一部の斜文の角度が該圧電性繊維の繊維軸方向に対して３０度以上６０度以下である圧電単位を含む電気信号を出力とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富み、より強い電気信号を発生する布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーは、複数の圧電単位を含有する織物であり、その全部もしくは一部が綾織構造であることが必要である。綾織構造は織構造によっていわゆる斜文織があらわれるため、別名斜文織ともいわれる。綾織はその斜文方向に折れ曲がりやすく、比較的布帛の変形をとらえやすいという特徴がある。またその斜文の角度は圧電性繊維の繊維軸方向に対して３０度以上６０度以下であることが必要である。圧電性繊維が変形した場合、繊維軸に対し４５度の方向に分極が発生するため、斜文が繊維軸に対して４５度に近いほど、布帛の変形に対して発生する圧電信号が大きくなる。ゆえに本発明における布帛は、斜文の角度が圧電性繊維の繊維軸方向に対して３０度以上６０度以下である綾織構造を少なくともその一部に含むことが必要である。斜文の角度は圧電性繊維の繊維軸方向に対して３０度以上６０度以下であればよいが、好ましくは３５度以上５５度以下、さらに好ましくは４０度以上５０度以下である。綾織構造は、上述の斜文の角度を満たせば任意の構造が可能であり、いわゆる三ツ綾の２／１組織、四ツ綾の３／１組織、２／２組織が好ましい構造として例示される。また、このようなトランスデューサーは、複数の並列した圧電単位を含有する織編物であることが好ましい。このような形態であることで、圧電素子として、形状の変形自由度（フレキシブルさ）を向上させることが可能である。
このような織編物形状は複数の圧電単位を含み、圧電素子としての機能を発揮する限り何らの限定は無い。織物形状または編物形状を得るには、通常の織機により製織すればよい。一枚の布帛に複数の圧電単位を導入する場合は、製織もしくは製編の際に連続して作製しても、別々に作成した複数の布帛を接合することで作製してもよい。本態様による布帛は、上述の綾織構造を少なくとも一部に含んでいれば、任意の織組織が可能であり、例えば、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。
【０３６１】
本発明による別の態様として、導電性繊維、絶縁性繊維および圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有しつつ略同一平面上に配置されてなる圧電単位を含むトランスデューサーであって、該圧電単位を構成する該圧電性繊維の少なくとも一部が、該導電性繊維と直交しており、かつ、４本以上の間隔を置いて他の繊維と交差していることを特徴とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富み、より強い電気信号を発生する布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーは、略同一平面上に配置された導電性繊維、絶縁性繊維および圧電性繊維が互いに物理的に接する接点を有しつつ、下記の織構造を有する必要がある。
１．圧電性繊維の少なくとも一部が導電性繊維と垂直方向に交差（直交）していること
２．圧電性繊維は４本以上の間隔を置いて他の繊維と交差していること
特にねじりの動きを検出する場合、圧電性繊維はいわゆる浮き、と呼ばれる非拘束の状態を作ることが望ましい。すなわち圧電性繊維を経糸として使用した場合、緯糸との交差点を少なくし、よりルーズな構造にしたほうがよいことが見いだされた。その交差点は緯糸を４本以上の間隔で飛ばして交差させることが必要である。なお４本以上の間隔とは、間に４本以上の緯糸を入れるという意味である。この４本以上の繊維は任意の繊維でよい。圧電性繊維を緯糸として用いた場合も同様に４本以上の間隔で経糸と交差させることが必要である。
このような構造で圧電性繊維からの電気信号を効率よく検出するためには、圧電性繊維の４本以上の間隔で交差する繊維を導電性繊維とすることが最も好ましいことも判明した。ゆえに圧電性繊維は導電性繊維と直交に配置することが必要である。とくにねじりの動きを検出するためには、この構造が好ましい。それ以外は任意の構造をとることができるが、導電性繊維同士が接触しないよう導電性繊維はすべて同一方向に配置することが好ましい。また、導電性繊維と圧電性繊維の間には、好ましくは絶縁性物質、例えば絶縁性繊維を介在させる形態の他、導電性繊維が接触しやすい表面にのみ絶縁性物質を被覆し、圧電性繊維とは直接導電性繊維が接触するようにする形態を採用することもできる。該織物形状または編物形状を得るには、通常の織機により製織すればよい。一枚の布帛に複数の圧電単位を導入する場合は、製織もしくは製編の際に連続して作製しても、別々に作成した複数の布帛を接合することで作製してもよい。本態様による布帛は、上述の織構造を少なくとも一部に含んでいれば、任意の織組織が可能であり、例えば、平織、綾織、朱子織等の三原組織、変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロードなどが例示される。
【０３６２】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含み、該圧電性繊維が、主としてポリ乳酸を含み、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）により定量される、ホモＰＬＡ結晶化度Ｘｈｏｍｏ（％）および結晶配向度Ａ（％）が下記式（１）：
Ｘｈｏｍｏ×Ａ×Ａ÷１０６≧０．２６  （１）
を満たす、トランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富んだ、特定方向の動作に対しより強い電気信号を発生する布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。また、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現することができる。ホモＰＬＡ結晶化度Ｘｈｏｍｏ（％）および結晶配向度Ａ（％）の詳細については上述のとおり。
【０３６３】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を複数含む織編物からなる、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、該圧電性繊維が、圧電性繊維または圧電性繊維以外の繊維のいずれかと交差する交点を有し、該交点の少なくとも一部において、該圧電性繊維と、該圧電性繊維と交差する他の繊維とが、接着されていることを特徴とする、トランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様による布帛のトランスデューサーとしての機能は、布帛の変形が圧電性繊維に伝わり、圧電性繊維の変形が電気的な信号に変換されて取り出されることに由来しているため、圧電性繊維が布帛の構造に固定されていることで効率的に布帛の変形を圧電性繊維に伝え、強い信号を得ることが可能となる。ここで接着されているとは、単に織編物を作成しただけでは生じない、繊維表面の強化された相互作用によって繊維同士が離れにくくなっている状態を指す。接着されている状態の１つの好ましい形態として、圧電性繊維およびこの圧電性繊維に交差する繊維が、その交点において互いの表面に沿って扁平に変形した状態が挙げられる。このような状態は、布帛を織る際に緯糸および経糸の張力を強くして織るか、あるいは布帛に対して強い力によるプレスおよび／または加熱雰囲気中でのプレスを実施することで得られる。この際、圧電性繊維と交差する繊維との接触界面において分子レベルの侵入あるいは化学的結合の形成が生じ粘着した状態が好ましいが、粘着せず、接触面積の増大に伴う表面相互作用の増大のみによって繊維同士が離れにくくなっている状態も、接着した状態とみなすことができる。繊維同士が粘着した場合は、交差部分の圧電性繊維断面を観察したとき、圧電性繊維と交差している繊維との界面が不明瞭になっている状態を指す。また、接触面積が増大している場合は、交差部分の圧電性繊維断面を観察したとき、交差した相手の繊維表面形状に合わせて圧電性繊維が著しく扁平に変形している状態を指す。このように著しく扁平に変形しているかどうかは、以下の方法で評価することができる。布帛をその状態が変化しないよう、接着剤を含浸させたのち固化して薄いシート状に固定する。フェザーカッターにて他の繊維と交差している部分の圧電性繊維の垂直断面を切り出し、断面を顕微鏡で観察する。繊維断面上に、布帛がなす平面に平行なｘ軸と、このｘ軸に垂直なｙ軸を取る。断面を観察する繊維がモノフィラメントの場合、フィラメント１本の繊維断面が全て入る最小の大きさの長方形を、各辺がｘ軸とｙ軸に平行になるように描き、この長方形のｘ軸方向の辺の長さをｘ１、ｙ軸方向の辺の長さをｙ１とする。断面を観察する繊維がマルチフィラメントの場合、１本のマルチフィラメント中の全てのフィラメントの断面が入る最小の大きさの長方形を、各辺がｘ軸とｙ軸に平行になるように描き、この長方形のｘ軸方向の辺の長さをｘ１、ｙ軸方向の辺の長さをｙ１とする。これらの測定結果から下記式（７）より扁平率を計算する。
扁平率  ＝  ｘ１÷ｙ１  （７）
１０カ所以上の異なる点について扁平率を計算し、その平均値を採用する。扁平率の平均値が２．０以上である場合、本願では交差部分の圧電性繊維が、交差した相手の繊維表面形状に合わせて著しく扁平に変形している、すなわち圧電性繊維が別の繊維に交差する交点において、圧電性繊維と圧電性繊維に交差する他の繊維とが接着されていると判断する。交差部分の圧電性繊維がより扁平に変形していた方が、交差点での接触面積を増大させ、繊維同士の接着作用が増加し、好ましい。そのため、扁平率は２．３以上がより好ましく、２．５以上がさらに好ましい。
また、マルチフィラメントを用いた布帛の場合、マルチフィラメントを構成するフィラメント間の空隙が圧縮され密集したマルチフィラメントを構成し、フィラメント１本１本の間の接着作用も増大することが、圧電性繊維の構造固定の観点から好ましい。
上記のような扁平率を達成するため、従来公知のプレス方法が好ましく用いられる。特に圧電性繊維としてポリ乳酸繊維を用いる場合は、そのガラス転移点である６０℃と融点の間の温度、好ましくは７０℃から１６０℃の間で、１０分以内の熱プレスを行うことが好ましい。さらに、圧電性繊維の融解開始温度近傍（ポリ乳酸であれば１４０℃から１６０℃の間）で、かつ導電性繊維及び絶縁性繊維の融解が起こらない温度で熱プレスを行うことがさらに好ましい。熱プレスは、連続式に実施可能なロールプレス機で行うことが好ましい。また、圧電性繊維、導電性繊維あるいは絶縁性繊維にマルチフィラメントを用いた場合は、上記のような扁平率を達成するため、マルチフィラメントの撚り数は少ないことが好ましい。撚り数が大きすぎると繊維は扁平に変形しにくくなり、接着効果が小さくなるため、好ましくない。かかる観点から、撚り数は１ｍあたり１０００以下、好ましくは５００以下、さらに好ましくは３００以下であることが好ましい。
接着されている状態のもう１つの好ましい形態として、接着剤を用いて圧電性繊維が接着された状態が挙げられる。接着剤は圧電性繊維と、圧電性繊維に交差する繊維との間に介在して、それらの動きを互いに拘束する機能を有するものであれば何でも用いることができ、拘束力の大小は問わない。接着剤として水のり、ボンド、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、フェノール系接着剤、粘着性高分子、溶融高分子、高分子溶液も好適に用いることができる。接着剤は繊維表面にあらかじめ塗布あるいは繊維中に含有させた後に、織りあるいは編み工程を経て、布帛の状態で必要な表面析出あるいは硬化工程を実施することもできるし、布帛の状態とした後に接着剤を塗布あるいは含浸することもできる。布帛の状態で接着剤を塗布あるいは含浸する場合は布帛全体に接着剤が分布するため、接着剤としてはノイズの原因となる圧電性および焦電性を有しないもの、および短絡の原因となる導電性を有しないものを用いることが好ましい。本態様の目的の達成のため、上記に挙げた緯糸・経糸を強く張った織り、プレス、および接着剤の適用は、いずれかを用いてもよいし、複数を組み合わせて実施することもできる。
【０３６４】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を複数含む織編物からなる、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、１つの該圧電単位を構成する該圧電性繊維と該導電性繊維とが、繊維表面同士で直接接し、かつ／または、導電性材料を介して間接的に接続されていることを特徴とするトランスシューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様による布帛のトランスデューサーとしての機能は、圧電性繊維の変形が圧電性繊維表面に静電分極を生じさせ、この静電分極に由来する電気信号が導電性繊維を通じて取り出されることに由来しているため、圧電性繊維と導電性繊維が十分な接点を有することで両者間の接触抵抗が低減され、強い電気信号を得ることが可能となる。ここで十分な接点を有するとは、単に織編物を作成しただけでは生じない、圧電性繊維と導電性繊維との間の豊富な導通面積を有する状態を指す。
十分な接点を有する状態の１つの好ましい形態として、圧電性繊維および／または導電性繊維が、その交点において互いの表面に沿って扁平に変形した状態が挙げられる。このような状態は、布帛を織る際に緯糸および経糸の張力を強くして織るか、あるいは布帛に対して強い力によるプレスおよび／または加熱雰囲気中でのプレスを実施することで得られる。この場合、圧電性繊維と接触する導電性繊維との接触界面において分子レベルの侵入あるいは化学的結合の形成が生じ粘着した状態が好ましいが、粘着せず、それぞれの繊維表面の変形によって接触面積が増大している状態も、十分な接点を有する状態とみなすことができる。繊維同士が粘着した場合は、交差部分の繊維断面を観察したとき、圧電性繊維と導電性繊維との界面が不明瞭になっている状態を指す。また、接触面積が増大している場合は、交差部分の繊維断面を観察したとき、交差した相手の繊維表面形状に合わせて圧電性繊維または導電性繊維が著しく扁平に変形している状態を指す。このように著しく扁平に変形しているかどうかは、以下の方法で評価することができる。
布帛をその状態が変化しないよう、接着剤を含浸させたのち固化して薄いシート状に固定する。フェザーカッターにて導電性繊維と交差している部分の圧電性繊維の垂直断面を切り出し、断面を顕微鏡で観察する。圧電性繊維の断面上に、布帛がなす平面に平行なｘ軸と、このｘ軸に垂直なｙ軸を取る。断面を観察する繊維がモノフィラメントの場合、フィラメント１本の繊維断面が全て入る最小の大きさの長方形を、各辺がｘ軸とｙ軸に平行になるように描き、この長方形のｘ軸方向の辺の長さをｘ１、ｙ軸方向の辺の長さをｙ１とする。断面を観察する繊維がマルチフィラメントの場合、１本のマルチフィラメント中の全てのフィラメントの断面が入る最小の大きさの長方形を、各辺がｘ軸とｙ軸に平行になるように描き、この長方形のｘ軸方向の辺の長さをｘ１、ｙ軸方向の辺の長さをｙ１とする。
これらの測定結果から下記式（８）より扁平率を計算する。
扁平率  ＝  ｘ１÷ｙ１  （８）
１０カ所以上の異なる点について扁平率を計算し、その平均値を採用する。扁平率の平均値が２．０以上である場合、本願では交差部分の圧電性繊維が、交差した相手の導電性繊維表面形状に合わせて著しく扁平に変形している、すなわち圧電性繊維が導電性繊維に交差する交点において、十分な接点を有する状態にあると判断する。交差部分の圧電性繊維がより扁平に変形していた方が、交差点での接触面積を増大させ、好ましい。そのため、扁平率は２．３以上がより好ましく、２．５以上がさらに好ましい。
また、圧電性繊維にマルチフィラメントを用いた布帛の場合、マルチフィラメントを構成するフィラメント間の空隙が圧縮されて密集したマルチフィラメントを構成することが、できる限り多くの圧電性フィラメントを導電性フィラメントの近傍に存在せしめ圧電性に由来する電気信号を取り出しやすくする観点から、好ましい。
上記のような扁平率を達成するため、従来公知のプレス方法が好ましく用いられる。特に圧電性繊維としてポリ乳酸繊維を用いる場合は、そのガラス転移点である６０℃と融点の間の温度、好ましくは７０℃から１６０℃の間で、１０分以内の熱プレスを行うことが好ましい。さらに、圧電性繊維の融解開始温度近傍（ポリ乳酸であれば１４０℃から１６０℃の間）で、かつ導電性繊維及び絶縁性繊維の融解が起こらない温度で熱プレスを行うことがさらに好ましい。熱プレスは、連続式に実施可能なロールプレス機で行うことが好ましい。
また、圧電性繊維あるいは導電性繊維にマルチフィラメントを用いた場合は、上記のような扁平率を達成するため、マルチフィラメントの撚り数は少ないことが好ましい。撚り数が大きすぎると繊維は扁平に変形しにくくなり、接点を十分に大きくすることができないため、好ましくない。かかる観点から、撚り数は１ｍあたり１０００以下、好ましくは５００以下、さらに好ましくは３００以下であることが好ましい。
十分な接点を有する状態のもう１つの好ましい形態として、圧電性繊維と導電性繊維との間に導電性材料による間接接点が設けられた状態が挙げられる。間接接点に用いられる導電性材料は圧電性繊維と導電性繊維との間に介在して電気的に導通させる機能を有するものであれば何でも用いることができ、はんだ、金属やカーボンなどの導電性フィラーを含有する導電ペースト、導電性粘着剤あるいは導電性接着剤などが好適に用いられる。特に布帛の変形を効率的に圧電性繊維に伝えて圧電機能を発現させやすくし、間接接点を長期間安定的に保持できるため、接着力を有する導電性接着剤がさらに好ましい。導電性材料は繊維表面にあらかじめ塗布あるいは繊維中に含有させた後に、織りあるいは編み工程を経て、布帛の状態で必要に応じて表面析出あるいは硬化工程を実施することもできるし、布帛の状態とした後に導電性材料を塗布あるいは含浸することもできる。異なる導電性繊維間の短絡防止や、意図しない部分の導通を防止するため、導電性材料は導電性繊維に塗布あるいは導電性繊維中に含有させた後に、織りあるいは編み工程を経て、布帛の状態で必要に応じて表面析出あるいは硬化工程を経る方法を取ることが好ましい。本態様の目的の達成のため、上記に挙げた緯糸・経糸を強く張った織りやプレスによる直接接点面積の増加、および導電性材料による間接接点の設置は、いずれかを用いてもよいし、複数を組み合わせて実施することもできる。
【０３６５】
本発明による別の態様として、１本の導電性繊維および１本の圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されてなる圧電単位を複数含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、異なる該圧電単位を構成する異なる複数の該導電性繊維が互いに４ｍｍ以上の間隔を置いて配置されていることを特徴とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、１つの圧電単位における繊維の配置は、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように配置されている限り特に限定されるものではないが、信号強度を強くする観点から、１つの圧電単位内の１本の導電性繊維および１本の圧電性繊維は、より近接して配置されることが好ましい。導電性繊維と圧電性繊維が近接する箇所は、点状でも線状でもよい。この際、導電性繊維と圧電性繊維とが互いに物理的に接する接点を有していることが望ましいが、１つの圧電単位内の導電性繊維と圧電性繊維との間隔が４ｍｍ以内の範囲であれば、物理的に接していなくても電気的接続を提供することができる。１つの圧電単位内の導電性繊維と圧電性繊維との間隔は、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、最も好ましくは０．５ｍｍ以下である。この間隔が４ｍｍ超であると圧電性繊維の形状変化に伴う電気出力が小さくなり、トランスデューサーとして用いることが困難となる。
１つの圧電単位の形態としては、例えば、１本の導電性繊維と１本の圧電性繊維が平行に配置された形態を挙げることができる。織物の場合は、経糸（または緯糸）の１本を導電性繊維とし、別の経糸（または緯糸）の１本を圧電性繊維とする形態がこれに含まれる。別の圧電単位の形態としては、例えば、１本の導電性繊維と１本の圧電性繊維が交差して配置された形態を挙げることができる。織物の場合は、緯糸（または経糸）の１本を導電性繊維とし、経糸（または緯糸）の１本を圧電性繊維とする形態がこれに含まれる。
本態様によるトランスデューサーは、複数の圧電単位を略同一平面上に配置することが好ましい。さらに、本態様では、圧電単位を異にする２本の導電性繊維同士の短絡を防止するため、これらの２本の導電性繊維を平行に配置する形態が好ましい。また、２本の導電性繊維同士の短絡をより確実に防止するため、２本の導電性繊維の間に絶縁性物質、例えば少なくとも１本の絶縁性繊維、を介在させる形態が特に好ましい。この時、２本の導電性繊維の間に絶縁性繊維を配置する場合は、この絶縁性繊維を圧電単位の一部として利用しない限り、圧電性に由来するノイズを避けるため、この絶縁性繊維は圧電性を有しないものがとりわけ好ましく用いられる。圧電性を有しない絶縁性繊維としては、結晶中にらせん構造を有しない絶縁性繊維、あるいはポーリング処理による双極子の配列や空間電荷の形成がなされていない絶縁性繊維であれば、原理的に圧電性を有しないため好適に用いることができる。その中でも経済合理性の点で、ポリエチレンテレフタレート糸が特に好ましく用いられる。しかしながら、２本の導電性繊維それぞれから４ｍｍを超える間隔を置いて配置される絶縁性繊維については、圧電性に由来するノイズの影響が小さいため、圧電性を有する絶縁性繊維を用いても問題はない。
さらに本態様では、圧電単位を異にする２本の導電性繊維間の静電的干渉による不具合や、これらの導電性繊維を簡単に分離して入出力機に接続するために十分な空間的余裕を持たせるため、これらの導電性繊維を平行に配置し、かつこれらの導電性繊維同士の間隔が４ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ以上であることがより好ましく、６ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
【０３６６】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含み、
前記圧電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｐ）および前記導電性繊維の沸水収縮率Ｓ（ｃ）が下記式（９）：
｜Ｓ（ｐ）−Ｓ（ｃ）｜≦１０  （９）
を満たすトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富んだ、より実用性の高い布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現できる。沸水収縮率Ｓの詳細については上述のとおり。
【０３６７】
本発明による別の態様として、少なくとも２層のシートまたは布帛からなる積層トランスデューサーであって、該シートまたは該布帛のうち少なくとも１層が下記のＡ層からなり、該Ａ層以外の層のうち少なくとも１層が下記のＢ層からなるトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。
Ａ層：導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサー
Ｂ層：シート抵抗が１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上である絶縁性シートまたは絶縁性布帛
本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、Ａ層は上述した導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする平面状のトランスデューサーである。Ｂ層は、Ａ層であるトランスデューサーへの電気的外乱の影響を低減させる機能を有する絶縁性シートまたは絶縁性布帛であり、シート抵抗は１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上であることが必要であり、好ましくは１０８Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上、さらに好ましくは１０１０Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上であり、１０１２Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上であることが最も好ましい。１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）未満では、例えば人体に直接触れている場合や導電性の物体に接触した場合に、本来目的としていない信号を出力してしまうことがある。なお、絶縁性シートまたは絶縁性布帛はその柔軟性から布帛であることが好ましいが、柔軟性を有していればシートあるいはフィルム状であってもよい。絶縁性シートまたは絶縁性布帛を形成する材料としては絶縁性を有していれば特に限定されるものではなく、公知のあらゆる材料が適用しうる。本態様によるＡ層およびＢ層の積層方法は特に限定されないが、縫合、粘着、接着、熱圧着など従来公知の方法で実施することができる。また、その積層枚数についても本態様の目的を失わない範囲であれば何枚積層してもよい。ただし、Ａ層を複数枚積層する場合には、Ａ層に含まれる導電繊維が他のＡ層の導電繊維と短絡しないように、二つのＡ層の間にＢ層が存在することが好ましい。複数のＡ層を用いる際には、Ａ層の組織は同じである必要はなく、目的や用途により適宜その組織や貼りあわせの角度は変えることができる。また、本態様の目的を失わない範囲であれば、Ａ層およびＢ層以外の他の層を設けてもよい。例えば、導電性を有する層、他のセンシング機能を有する層、耐摩耗性などの耐久性を有する層、粘着層や接着層などの対象物へ固定する層などが挙げられる。
【０３６８】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、単繊維径１０〜２０００ｎｍの極細繊維を含むことを特徴とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、極細繊維は、導電性繊維、圧電性繊維、絶縁性繊維のいずれであってもよいが、より材料選択の幅が広いという観点で絶縁性繊維を極細繊維とすることが好ましい。また、２種以上の繊維が極細繊維であってもよく、もちろん圧電単位を構成するすべての繊維が極細繊維であってもよい。極細繊維は単繊維径が１０〜２０００ｎｍであり、より好ましくは５０〜１５００ｎｍ、さらに好ましくは１００〜１０００ｎｍである。単繊維径が２０００ｎｍより大きい場合には、極細繊維の効果が得られず対象物体との密着性が得られない場合があり、１０ｎｍより小さい場合には、生産性が極端に悪くなるという問題がある。また、総繊度（単繊維繊度とフィラメント数との積）としては、５〜１５０ｄｔｅｘの範囲内であることが好ましい。該総繊度とするために、複数の極細繊維を合糸してもよいし、単繊維径が２０００ｎｍより太い繊維と合糸してもよい。
布帛中の極細繊維の量は、本態様の目的である対象物体との密着性を向上するという目的を達成できれば、特に限定されず、例えば、絶縁性繊維を極細繊維とする場合において、絶縁性繊維のすべてを極細繊維にする必要はなく、全布帛中の１重量％以上含まれることが好ましい。極細繊維の量が１重量％より少ないと対象物体との密着性が得られず、好ましくは５重量％以上、さらに好ましくは１０重量％以上、最も好ましくは１５重量％以上である。また、極細繊維はより太い繊維と合糸したものを用いてもよい。極細繊維の製造方法としては特に限定されず、公知のあらゆる方法が適用されるが、多島構造の海島複合繊維から海成分を除去して製造する方法が最も好ましい。なお、島成分数があまりに多くなりすぎると、紡糸口金の製造コストが高くなるだけでなく、紡糸口金の加工精度自体も低下しやすくなるので、島成分数を１０００以下とすることが好ましい。
【０３６９】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、該導電性繊維および該圧電性繊維はいずれも伸度が３％以上であることを特徴とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、伸縮性に優れるトランスデューサー得るためには、導電性繊維の伸度が３％以上であることが重要である。伸度が３％未満である場合には、圧電素子を変形箇所に取り付けた際に、繊維軸と並行方向の動きを抑制してしまい、本来の動き、特に大きな動きを十分に検出できない場合がある。導電性繊維の伸度は、より好ましくは５％以上、さらに好ましくは８％以上、最も好ましくは１０％以上である。また、導電性繊維の強度は１〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましい。強度が１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると布帛強度が保てない場合があり、より好ましくは２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。一方、１５ｃＮ／ｄｔｅｘより大きいと圧電素子が変形箇所の動きを抑制してしまう場合があり、より好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは８ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。上述した伸度および強度を満足する繊維としては、繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が好ましく、具体的には金属をメッキした高分子繊維が好ましい。
さらに、本態様による伸縮性に優れるトランスデューサー得るためには、圧電性繊維の伸度が３％以上であることが重要である。伸度が３％未満である場合には、圧電素子を変形箇所に取り付けた際に、繊維軸と並行方向の動きを抑制してしまい、本来の動き、特に大きな動きを十分に検出できない場合がある。圧電性繊維の伸度は、より好ましくは５％以上、さらに好ましくは８％以上、最も好ましくは１０％以上である。また、圧電性繊維の強度は１〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましい。強度が１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると布帛強度が保てない場合があり、より好ましくは２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。一方、１５ｃＮ／ｄｔｅｘより大きいと圧電素子が変形箇所の動きを抑制してしまう場合があり、より好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは８ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。
【０３７０】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子を備え、前記圧電素子の限界酸素指数が２４以上であるトランスデューサーを提供することにより、柔軟性かつ難燃性に富んだ布帛状もしくは紐状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、導電性繊維および圧電性繊維の少なくとも１つに難燃性を有する繊維を使うか、もしくは、圧電素子を難燃剤で被覆する。導電性繊維に難燃性を付与する方法としては、例えば、導電性繊維の原料として、難燃剤を添加した導電性高分子を使う、導電性フィラーと難燃剤を分散させた高分子を使う、ベースの繊維状物に例えば、アラミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ノボロイド繊維、難燃アクリル繊維、ポリクラール繊維、難燃ポリエステル繊維、難燃綿繊維、難燃ウール繊維等を使う、などの方法や、コート剤に難燃剤を添加しておくなどの方法が挙げられる。圧電性繊維に難燃性を付与する方法としては、例えば、リン系化合物などの有機系難燃剤や、三酸化二アンチモンなどの無機系難燃剤をポリ乳酸に添加する、などの方法が挙げられる。
本態様による圧電単位は、絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように導電性繊維と圧電性繊維の間に配されることがある。難燃性の絶縁性繊維としては、限界酸素指数が２４以上である有機繊維であることが好ましく、アラミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ノボロイド繊維などが挙げられ、さらに難燃アクリル繊維、ポリクラール繊維、難燃ポリエステル繊維、難燃綿繊維、難燃ウール繊維等も使用することができる。難燃剤の種類は有機系化合物でも、無機系化合物でも問わない。
布帛状のトランスデューサーの圧電素子に限界酸素指数２４以上の難燃性をもたせる方法として、導電性繊維、圧電性繊維および絶縁性繊維の少なくとも一つに難燃性を付与する方法がある。その場合、圧電素子の性能を十分に発揮させるためには、圧電性の特性に直接影響しない絶縁性繊維に難燃性を付与するのが好ましい。繊維の性質の観点からも、導電性繊維や、結晶化度が高い圧電性繊維よりも絶縁性繊維に難燃性を付与するのがもっとも簡便であり、好ましい。
布帛状のトランスデューサーの圧電素子に限界酸素指数２４以上の難燃性をもたせる他の方法として、トランスデューサーの圧電素子（圧電単位）の表面に難燃剤被膜を形成する方法がある。即ち、水などの溶媒や樹脂に分散させた難燃剤を、布帛状もしくは紐状の圧電素子に含浸、もしくはコーティングし、難燃剤皮膜を形成する。例えば、難燃剤を含む樹脂にて皮膜する場合が挙げられる。ここでいう樹脂とは、難燃剤を布帛に固着させるためのバインダー作用を呈する樹脂を言う。樹脂の具体例としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミン樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、さらにはこれらの変性樹脂等を挙げることができる。また、これらの樹脂を２種以上複合する事も可能である。好ましい樹脂としては、風合いが軟らかく、コストが安価なアクリル樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。
また、上記の樹脂中に混合する難燃剤としては公知の難燃剤を挙げることができる。例えば、ハロゲン系化合物、リン系化合物、窒素系化合物、アンチモン化合物などを挙げることができ、これらは２種類以上を併用することも可能である。具体的には、デカブロモジフェニルエーテル、三酸化アンチモン、およびハロゲン化リン酸エステルの混合物、あるいはポリリン酸アンモニウム等が挙げられる。
上記難燃剤と樹脂との配合比は、重量基準で樹脂を１００部としたとき、難燃剤を２０部から３００部の間とすることが好ましい。樹脂の比率が少ないと難燃剤の固着が充分でなく、また多すぎると難燃効果の点で劣る場合がある。
樹脂層を形成させる方法としては、従来公知の片面コーティング法や浸漬法を任意に採用することができ、コーティング法としてはナイフコーター、グラビアコーター、コンマコーターなどの方法が採用できる。また、あらかじめ難燃剤を含んだ樹脂シート、あるいは樹脂フィルムを布帛にラミネートすることもできる。樹脂層の厚さは、あまり薄過ぎると、樹脂中に含まれる難燃剤の量が少なくなり、充分な難燃性が得られない場合があるので、０．０３μｍ以上とすることが好ましいが、厚過ぎると柔軟性が損なわれる場合があるので、５μｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましい厚さの範囲は０．１〜３μｍである。
【０３７１】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む圧電素子を備え、前記導電性繊維および前記圧電性繊維の少なくとも１つが原着ポリマーを使った繊維であるトランスデューサーを提供することにより、柔軟性かつデザイン性に富んだ布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。また、このトランスデューサーは繰り返しの折り戻しやねじり戻しに対して、色あせや折り筋などが生じにくく、長期間にわたり均一な色を保つことができる。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、原着ポリマーとは、導電性繊維、圧電性繊維および絶縁性繊維の原料となるポリマーに各種顔料を添加分散させたものであり、その顔料としては、従来公知のアゾレーキ系、ベンゾイミダゾロン系、ジアソライド系、縮合アゾ系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリノン系、バット系、フタロシアニン系などからなる各種有機顔料、またはチタンイエロー、酸化鉄、コバルトブルー、酸化クロム、硫化カドミウム、カーボンブラックなどからなる各種無機顔料などが使用でき、その他一般にポリマーの着色に使用しうる公知の色素あるいはそれらの混合物はいずれも使用できる。このなかで、本態様は導電性繊維として炭素繊維を好適に用いることができることから、その色合わせのために、圧電性繊維、絶縁性繊維には例えば、カーボンブラックのような黒色の原着ポリマーを使用することが好ましい。原着ポリマーを原料ポリマーに少量添加することにより、導電性繊維、圧電性繊維および絶縁性繊維を着色することができる。上記方法は一例であり、公知の他の方法を用いることも可能である。例えば、導電性繊維、圧電性繊維および絶縁性繊維を公知の分散染料やカチオン性顔料によって染色する方法や、バインダーを使用したプリント法等の手法を用いて繊維表面を塗装する方法がある。ただし、色の調節が難しかったり、本発明のトランスデューサー使用の過程で折り筋が目立ってきたりする場合がある。
【０３７２】
本発明による別の態様として、靴の中敷き本体と、前記中敷き本体に搭載された布帛状または組紐状の圧電センサーとを備える靴の中敷きを提供することにより、柔軟性に富んだ布帛状のトランスデューサーを得ることができ、それを布状圧電センサーとして靴の中敷きに搭載することで、足の動きや足底の荷重移動を取得できる靴の中敷き（センサー）を得ることができる。なお、本態様によるトランスデューサーは電気信号を出力として取り出すことができるため、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。
より具体的には、圧電単位を含む圧電素子（圧電センサ）を靴の中敷きに使用するにあたり、圧電素子の織構造を足や靴下との摩擦から保護するため、センサーの機能の邪魔にならない範囲で、表面を樹脂等でコーティングしたり、樹脂シート／フィルムで被覆したりすることができる。本態様によるトンランスデューサーを備える中敷きにより、例えば、ランニングシューズに使用すれば、走行距離や走行速度のデータ取得と共に、ランニングフォーム改良の援助となるデータをタイムリーに取ることができる。
【０３７３】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を複数含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、該圧電単位は２本の該導電性繊維および１本の該圧電性繊維からなり、該導電性繊維、該圧電性繊維および該導電性繊維が、この順序に配置されており、かつ、該複数の圧電単位は、隣り合う該圧電性繊維同士の間隔が４ｍｍ以上になるように配置されていることを特徴とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富み、安定的に圧電信号を検出できる布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、圧電単位内の導電性繊維の間にある圧電性繊維同士が少なくとも４ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは７ｍｍ以上の間隔をあけて配置されていることが必要である。ここで「圧電性繊維同士の間隔」とは、繊維の「表面間」距離を指す。４ｍｍ未満では、それぞれの圧電素子でより得られる信号が安定せず、正確な信号が得られない。４ｍｍ以上あれば安定した信号が得られ、センサーとして使用することが可能なデバイスが得られる。４ｍｍ未満では正確な信号が得られない原因は明確には不明であるが、おそらくそれぞれの圧電素子間で発生する信号が干渉することが原因ではないかと推察される。
【０３７４】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、該圧電性繊維の撚り数が１ｍあたり１０００回以下であることを特徴とするトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、圧電性繊維の撚り数は１ｍあたり１０００回以下、好ましくは５００回以下、さらに好ましくは３００回以下であることが好ましい。圧電性能の向上という観点のみからは、撚りをかけずに（すなわち撚り数０で）製織を行うことが理想的である。特定の理論に束縛されることを意図するものではないが、圧電性繊維の変位による分極は糸の配向方向に対して一定方向に発生するため、撚り数を増大させるほど糸の配向方向がより斜めになり、分極方向が一定でなくなることが圧電性低下の原因であると推察される。一方で、撚り数を増大させることにより糸の強度を高め、製織、製編時の糸切れや毛羽発生を抑制することが一般に行われる。したがって、本態様の具体的適用に際しては、対象物に要求される機械特性と圧電性能とを比較衡量しながら、撚り数の最適化を図ることとなる。
このような圧電性高分子を圧電性繊維とするためには、高分子を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、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等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。なお、圧電性高分子がポリ乳酸である場合には、一軸延伸配向し、かつ結晶を含むとより大きな圧電性を示すことから、繊維は延伸することが好ましい。
【０３７５】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする布帛状のトランスデューサーであって、
下記式で算出されるカバーファクターＣＦが５００以上であることを特徴とするトランスデューサー：
ＣＦ＝（ＤＷｐ／１．１）１／２×ＭＷｐ＋（ＤＷｆ／１．１）１／２×ＭＷｆ
（上式中、ＤＷｐは経糸総繊度（ｄｔｅｘ）、ＭＷｐは経糸織密度（本／２．５４ｃｍ）、ＤＷｆは緯糸総繊度（ｄｔｅｘ）、ＭＷｆは緯糸織密度（本／２．５４ｃｍ）である。）、または
下記式で算出される被覆面積率が０．４０以上であることを特徴とするトランスデューサー：
被覆面積率＝Ｄ１×Ｎ１＋Ｄ２×Ｎ２−Ｄ１×Ｎ１×Ｄ２×Ｎ２
（上式中、Ｄ１は経糸の直径（ｍｍ）、Ｎ１は経糸密度（本／ｍｍ）、Ｄ２は緯糸の直径（ｍｍ）、Ｎ２は緯糸密度（本／ｍｍ）である。）
を提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、カバーファクターを上げることによって、圧電性繊維をより強固に固定化できるため、布帛の変位による圧電信号を安定かつ確実にとらえることができる。一方カバーファクターが５００未満であると、圧電性繊維の固定が甘くなり動きやすくなることによって、得られる信号が不安定化する。ゆえにセンサーとして用いた場合安定した信号が得られなくなる。さらにカバーファクターが低くなると布帛の耐久性も低下する。また本態様によるトランスデューサーにおいて、被覆面積率を上げることによって、圧電性繊維をより強固に固定化できるため、布帛の変位による圧電信号を安定かつ確実にとらえることができる。一方被覆面積率が０．４０未満であると、圧電性繊維の固定が甘くなり動きやすくなることによって、得られる信号が不安定化する。ゆえにセンサーとして用いた場合安定した信号が得られなくなる。さらに被覆面積率が低くなると布帛の耐久性も低下する。
被覆面積率の算出は、以下の方法で行うことが出来る。布地を不自然な張力やしわのない自然な状態とし、２５．４ｍｍの区間で経糸および緯糸の本数を数え、２５．４で割って経糸密度Ｎ１（本／ｍｍ）および緯糸密度Ｎ２（本／ｍｍ）を５か所で算出し、平均値を採用する。また、布地を不自然な張力やしわのない自然な状態でカバーガラスに挟んで水平に置き、顕微鏡で上方から縦３ｍｍ横３ｍｍの面積を５か所観察する。それぞれの観察箇所で、経糸および緯糸の太さをそれぞれ１０か所観察し、経糸および緯糸それぞれ合計５０回の測定値を平均し経糸の直径Ｄ１（ｍｍ）および緯糸の直径Ｄ２（ｍｍ）とする。経糸に２種類以上の異なる繊維を使用する場合の経糸の直径は、使用する各繊維について５か所×各１０回の測定値を平均した値を各繊維の直径とし、各繊維の直径に、完全組織において使用する本数の割合を掛けて合計した加重平均値を経糸の直径とする。緯糸に２種類以上の異なる繊維を使用する場合の緯糸の直径も、同様に加重平均値を算出して緯糸の直径とする。以上で求められた経糸密度Ｎ１（本／ｍｍ）、緯糸密度Ｎ２（本／ｍｍ）、経糸の直径Ｄ１（ｍｍ）および緯糸の直径Ｄ２（ｍｍ）から、下記式で被覆面積率を算出する。
被覆面積率＝Ｄ１×Ｎ１＋Ｄ２×Ｎ２−Ｄ１×Ｎ１×Ｄ２×Ｎ２
本態様による圧電素子は、５０回洗濯後に圧電単位から出力される電気信号が洗濯前の７０％以上であり、かつマーチンデール法による１００回摩擦試験後に圧電単位から出力される電気信号が洗濯前の７０％以上である。さらにファブリックの圧電単位上を指で１０００回こすり、１回目と１０００回目に検出される電位差の低下も抑えることができる。
【０３７６】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とする布帛状のトランスデューサーであって、下記式で算出されるカバーファクターＣＦが５００以上であり、かつ、撥水処理が施されていることを特徴とするトランスデューサー：
ＣＦ＝（ＤＷｐ／１．１）１／２×ＭＷｐ＋（ＤＷｆ／１．１）１／２×ＭＷｆ
（上式中、ＤＷｐは経糸総繊度（ｄｔｅｘ）、ＭＷｐは経糸織密度（本／２．５４ｃｍ）、ＤＷｆは緯糸総繊度（ｄｔｅｘ）、ＭＷｆは緯糸織密度（本／２．５４ｃｍ）である。）を提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、カバーファクターを上げることによって、圧電性繊維をより強固に固定化できるため、布帛の変位による圧電信号を安定かつ確実にとらえることができる。一方カバーファクターが５００未満であると、圧電性繊維の固定が甘くなり動きやすくなることによって、得られる信号が不安定化する。ゆえにセンサーとして用いた場合安定した信号が得られなくなる。さらにカバーファクターが低くなると布帛の耐久性も低下する。さらに本態様によるトランスデューサーは、ＪＩＳ  Ｌ０８４４：２０１１「洗濯に対する染色堅ろう度試験方法Ａ−１法」に準拠する５０回洗濯耐久試験後に出力される電気信号強度が、洗濯耐久試験前の７０％以上である。また、本発明のトランスデューサーの撥水性はＪＩＳ  Ｌ１０９２：２００９  スプレー法の４級以上である。
【０３７７】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含む、電気信号を出力または入力とするトランスデューサーであって、該圧電単位中の該導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように配置されており、かつ、静菌活性値が２．２以上であることを特徴とする、抗菌性トランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富む布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本発明のトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいて、圧電単位として用いられる導電性繊維とは接触しない繊維が存在する。この繊維には任意の繊維を用いることが可能であるが、その全本数のうち少なくとも５０％以上、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは９０％が圧電性繊維である必要がある。これによって、圧電性能のみならず、抗菌性をも付与することができる。なお導電性繊維の一部が圧電単位として用いられない場合もあるが、当然ながらここでいう「圧電単位として用いられる導電性繊維」としては扱われない。
本態様による圧電単位は、絶縁性繊維を含み、該絶縁性繊維は、圧電単位中の導電性繊維が、他の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように導電性繊維と圧電性繊維の間に配されることがある。この際、絶縁性繊維は布帛の柔軟性を向上する目的で伸縮性のある素材、形状を有する繊維を用いることができる。また、圧電単位中の導電性繊維が、他の圧電単位中の導電性繊維並びに圧電性繊維に接しないように配されることもある。圧電単位にこのように絶縁性繊維を配置することで、圧電単位を複数組み合わせた場合でも導電性繊維が接触することがなく、トランスデューサーとしての性能を向上させることが可能である。
【０３７８】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含むトランスデューサーであって、該圧電単位中の該導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように配置され、トランスデューサーの静菌活性値が２．２以上の抗菌性を有するトランスデューサーを使用した寝具を提供することにより、柔軟性に富み、かつ抗菌性に優れた布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現することができる。
本態様によるトランスデューサーを備えるデバイスをシーツや枕・枕カバーやベッドや布団・布団カバーなどの寝具に組み込むことは非常に有用である。例えば、介護施設においては、患者の徘徊を防止するため、ベッド上の患者の在、不在をセンシングすることが行われており、本態様によるトランスデューサーを使用したシーツや枕などでこれを行うことは非常に有用である。また昨今の健康志向の高まりによって、日々の睡眠の状態を睡眠中の体の動きをセンシングすることでモニタリングする商品も発売されているが、本発明のシーツや枕やベッドはこの用途にも適用できる。ただし、本態様によるトランスデューサーを含むデバイスを備える寝具は、デバイスが寝具である構成を含む。
本態様によるトランスデューサーが優れた抗菌性を有していることも、シーツや枕・枕カバーやベッドや布団・布団カバーなどの寝具に組み込むことに非常に適している。寝具は人体に接触するため使用により黄色ブドウ球菌のようないわゆる悪玉菌が付着し、汗の成分や垢を栄養分として布帛上で増殖していくが、増殖の過程で悪臭を放ちシーツや枕などの悪臭の原因となる。また黄色ブドウ球菌はアトピー性皮膚炎などの炎症の原因としても疑われている。本発明のトランスデューサーは抗菌性に優れているため、黄色ブドウ球菌などの菌の増殖を抑え、それによって悪臭の発生を抑えることができる。
本態様によるトランスデューサー布帛は優れた洗濯耐久性も有している。また本態様によるトランスデューサーは、布帛に抗菌性加工を施すといった表面加工ではなく、トランスデューサーそのものが高い抗菌性を有していることで、洗濯を繰り返してもその抗菌性が低下することはない。
さらには、本態様によるセンサーは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。また、本態様によるトランスデューサーは電気信号を出力として取り出すことができるため、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。このようなデバイスをシーツや枕などの寝具に組み込むことで、シーツや枕などの寝具に組み込まれた他のデバイスを動かすための電力源とすることができ、あるいはシーツや枕などの寝具に組み込まれた蓄電装置に蓄電することができる。
【０３７９】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位を含むトランスデューサーであって、該圧電単位中の前記導電性繊維が他の圧電単位中の導電性繊維および／または圧電性繊維に対して電気的接続しないように配置され、該トランスデューサーの静菌活性値が２．２以上の抗菌性を有するトランスデューサーを用いた靴のインソールを提供することにより、柔軟性に富み、かつ抗菌性に優れた布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本態様によるトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現することができる。
本態様によるトランスデューサーを用いたデバイスを靴のインソールに組み込むことは非常に有用である。例えば、スポーツ用途においてはアスリートの体動を靴底のインソールによって検知し、その動きを解析することが求められている。またリハビリテーション用途においても、靴底のインソールをセンサーとし、患者の回復をモニタリングすることが求められているが、本態様によるトランスデューサーを含むデバイスが組み込まれたインソールはこの用途にも適用できる。ただし、本態様によるトランスデューサーを含むデバイスを備えるインソールは、デバイスがインソールである構成を含む。
本態様によるトランスデューサーが優れた抗菌性を有していることも、インソールに組み込むことに非常に適している。インソールは人体に接触するため使用により黄色ブドウ球菌のようないわゆる悪玉菌が付着し、汗の成分や垢を栄養分として布帛上で増殖していくが、増殖の過程で悪臭を放ち靴の悪臭の原因となる。また黄色ブドウ球菌はアトピー性皮膚炎などの炎症の原因としても疑われている。本発明のトランスデューサーは抗菌性に優れているため、黄色ブドウ球菌などの菌の増殖を抑え、それによって悪臭の発生を抑えることができる。
本態様によるトランスデューサーの布帛は優れた洗濯耐久性も有している。また本態様によるトランスデューサーは、布帛に抗菌性加工を施すといった表面加工ではなく、トランスデューサーそのものが高い抗菌性を有していることで、洗濯を繰り返してもその抗菌性が低下することはない。
さらには、本態様によるセンサーは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサー、形状変化センサーとして用いることができる。また、本態様によるトランスデューサーは電気信号を出力として取り出すことができるため、この電気信号を他のデバイスを動かすための電力源あるいは蓄電するなど、発電素子として用いることもできる。このようなデバイスを靴のインソールに組み込むことで、靴のインソールに組み込まれた他のデバイスを動かすための電力源とすることができ、あるいは靴のインソールに組み込まれた蓄電装置に蓄電することができる。
【０３８０】
本発明による別の態様として、導電性繊維および圧電性繊維が電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電単位と、互いに離間した複数の導電性繊維からなる静電容量単位とを備えるトランスデューサーを提供することにより、柔軟性に富んだ布帛状のトランスデューサーを得ることができる。本発明のトランスデューサーは、フレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能な布帛状、さらには着衣状など布帛で実現できるあらゆる形状の電気信号を入出力とするトランスデューサーを実現することができる。さらには、そのトランスデューサーからの信号を用いたデバイスおよび／または電気信号を入力することにより機能するデバイスを実現することができる。
より具体的には、本態様によるトランスデューサーにおいては、圧電単位のほかに静電容量単位を含む。ここでいう静電容量単位とは、二本の導電性繊維を互いに平行に離間するように配置して、導電性繊維間に電圧をかけた状態にしておき、導電性繊維間の距離が変わり、静電容量が変化することで生じる抵抗値や電気量などを測定することで、布帛にかかる圧力や変位を検出するものである。二本の導電性繊維を互いに平行に離間させる方法としては、例えば、二本の導電性繊維の間に絶縁性繊維を介在させる方法や、二本の導電性繊維の間に誘電体を挟む方法や、織り方や編み方により二本の導電性繊維の間に空間を設ける方法などが挙げられる。また、検出には、一つの静電容量単位からの信号を用いてもよいし、直列および／または並列に接続された複数の静電容量単位からの信号を用いてもよい。
圧電単位からの信号が変位の瞬間のみに発生するのに対し、静電容量単位からの信号は変位している間常時信号が得られ、また静電容量単位からの信号は比較的大きいという特徴がある。一方で静電容量単位は静電気の影響を受けやすく、例えばセンサーとして用いた場合、誤作動を起こす可能性がある。したがって、圧電単位と静電容量単位の双方を有する布帛構造とし、双方からの信号を解析することで、より詳細な動きの解析が可能となる。例えば、圧電単位からは布帛の具体的な動き、すなわち曲げやねじりといった動きの種類とその変位量を検出し、一方で静電容量単位からはその変位が継続しているか否かを検出する、という動きの解析が可能である。または、布帛の変位量を静電容量単位からの信号で測定する際は、得られた信号のうち圧電素子からの信号が同時に検出されたときの信号のみをとりだすことで、静電容量単位からの誤作動を抑制する、などの使い方が考えられる。このとき、布帛の一つの動きに対して圧電単位および静電容量単位の双方からの信号を解析に用いることから、布帛の一つの動きに対して同じような動きになるように圧電単位と静電容量単位とは互い近くに配置されていることが好ましい。
【実施例】
【０３８１】
以下、第１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。【０３８２】
圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
（ポリ乳酸の製造）
実施例において用いたポリ乳酸は以下の方法で製造した。
Ｌ−ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００重量部に対し、オクチル酸スズを０．００５重量部加え、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の重量平均分子量は１５．２万、ガラス転移点（Ｔｇ）は５５℃、融点は１７５℃であった。【０３８３】
（圧電性繊維）
ＰＬＬＡ１を２４０℃にて溶融させ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／２４ｆｉｌａｍｅｎｔのマルチフィラメント一軸延伸糸を得、このマルチフィラメント一軸延伸糸を８束まとめて、圧電性繊維１００Ａとした。【０３８４】
（導電性繊維）
三ツ冨士繊維工業製の銀メッキナイロン  品名『ＡＧｐｏｓｓ』を導電性繊維１００Ｂとして使用した。この繊維の体積抵抗率は１．１×１０−３Ω・ｃｍであった。【０３８５】
圧電素子の評価は以下の方法で行った。
（圧電素子の評価）
上記の導電性繊維１００Ｂおよび圧電性繊維１００Ａで形成した被覆繊維１００３を含む組紐状圧電素子の被覆繊維１００３を長さ５ｃｍに切り、被覆繊維１００３の一端の表面の圧電性繊維１００Ａを除去して、導電性繊維１００Ｂの端部を露出させた。そして、図３に示すように、露出された導電性繊維１００Ｂの端部を、評価用配線１００２を介してオシロスコープ１００１に接続し、被覆繊維１００３の他端の圧電性繊維１００Ａを被測定物である測定サンプル１００４の表面に接触させつつ表面に平行に走査することにより圧電素子の圧電特性の評価を行った。【０３８６】
ただし、測定サンプル１００４は、縦１ｃｍ×横５ｃｍ×厚さ０．５ｃｍの平坦な板１０４ａの上に、両端を１ｃｍずつ空けた上で、縦１ｃｍ×横０．５ｃｍ×厚さ０．５ｃｍの板１０４ｂを３箇所、等間隔に貼ったものを用意した。【０３８７】
また、圧電特性の評価は、圧電素子の被覆繊維１００３の端部が測定サンプル１００４の表面から約０．５ｃｍの高さ位置にくるような一定の力で、測定サンプル１００４の表面を約０．５ｍ／ｓの速度で擦ることで行った。電圧評価のオシロスコープ１００１としては横河電機(株)製のデジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』を用いた。【０３８８】
また、この圧電素子で測定サンプル１００４の表面を２０００回擦ったのち、同様の電圧評価をした。【０３８９】
（実施例１）
導電性繊維１００Ｂに、８本の圧電性繊維１００Ａを巻きながら編んでいくことで、長さ１０ｍの丸打組物の組紐状被覆繊維１００３を得た。ここで、被覆繊維１００３における導電性繊維１００Ｂである銀メッキナイロン繊維は体積抵抗率は１．１×１０−３Ω・ｃｍであった。その後、被覆繊維１００３表面の圧電性繊維１００Ａの一端を除去し、導電性繊維１００Ｂを剥き出しにし、圧電素子を得た。この圧電素子を、図３に示すような構成で圧電特性の評価を行った。【０３９０】
測定サンプル１００４上をこの圧電素子でなぞったところ、ベースの板１０４ａの部分と２枚の板１０４ａ、１０４ｂが重なった部分とで、互いに異なる電圧が確認できた。【０３９１】
また、測定サンプル１００４上を２０００回擦ったのち、この圧電素子の圧電特性の評価をしたが、その電気信号の大きさは２０００回擦る前後でほぼ変わらなかった。【０３９２】
本発明の圧電素子は、フレキシブルでかつ圧電素子の表面を指などで擦るだけで、圧電性高分子から発生する電気出力を十分に取り出すことが可能であり、擦り等で発生する応力やその応力の位置を検出できるフレキシブルなタッチセンサーなどとして機能させることができるため、タッチセンサーとして好適に利用できる。そして、この圧電素子をスマートフォンなどの筐体に組み込むことで、片手で操作が可能なスマートフォンなどを実現することができる。【０３９３】
また、この圧電素子はフレキシブルな繊維状であるので、織りや編みによって布状とすることも可能で、それによりハンカチのような折り畳み可能な布状のタッチパネルも実現することが可能である。【０３９４】
さらに、擦るだけで電気出力を取り出すことが可能であるので、マイクロ発電機などへの適用も可能である。【０３９５】
また、この紐状圧電素子を接触式プローブとして使用すると、接触式でありながら、測定対象の損傷を最小限に抑えながら測定できるため、例えば、人間の顔のような今まで適用が難しかった分野の測定にも使用できる。【０３９６】
以下、第２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。【０３９７】
圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
（ポリ乳酸の製造）
実施例において用いたポリ乳酸は以下の方法で製造した。
Ｌ−ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００質量部に対し、オクチル酸スズを０．００５質量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて１８０℃で２時間反応させ、オクチル酸スズに対し１．２倍当量のリン酸を添加しその後、１３．３Ｐａで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ１）を得た。得られたＰＬＬＡ１の質量平均分子量は１５．２万、ガラス転移点（Ｔｇ）は５５℃、融点は１７５℃であった。【０３９８】
（圧電性繊維）
２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸を得た。【０３９９】
（導電性繊維）
ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』１００ｄ３４ｆを導電性繊維２００Ｂとして使用した。この繊維の体積抵抗率は１．１×１０−３Ω・ｃｍであった。【０４００】
（絶縁性繊維）
２８０℃にて溶融させたポリエチレンテレフタレートを２４ホールのキャップから４５ｇ／ｍｉｎで吐出し、８００ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸糸を８０℃、２．５倍に延伸し、１８０℃で熱固定処理することによりすることにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント延伸糸を得、これを絶縁性繊維とした。【０４０１】
（組紐状圧電素子）
実施例２の試料として、図６に示すように、上記の導電性繊維２００Ｂを芯糸とし、上記の圧電性繊維２００Ａ８本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、組紐状圧電素子２００１を形成した。ここで、導電性繊維２００Ｂの繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維２００Ａの巻きつけ角度αは４５°とした。【０４０２】
（製織）
実施例３の試料として、図７に示すように経糸に絶縁性繊維２００７および一本の組紐状圧電素子２００１（実施例２の試料と同じ）を配し、緯糸に絶縁性繊維２００７および導電性繊維２００８を交互に配して平織物を作製し、布帛状圧電素子２００５とした。
比較例１の試料として、図１１に示すように絶縁性繊維２００Ｃを経糸に配し、絶縁性繊維２００Ｃ、圧電性繊維２００Ａおよび導電性繊維２００Ｂを緯糸に配した平織物２１００を作製した。【０４０３】
（性能評価及び評価結果）
組紐状圧電素子２００１、布帛状圧電素子２００５および平織物２１００の性能評価及び評価結果は以下のとおりである。【０４０４】
（実施例２）
組紐状圧電素子２００１中の導電性繊維２００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続した。組紐状圧電素子２００１を接地（アース）された金属金網で保護された電磁波シールドボックス内で９０度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子２００１からの出力として、オシロスコープにより約１００ｍＶの電位差が検出され、組紐状圧電素子２００１の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。【０４０５】
（実施例３）
布帛状圧電素子２００５の組紐状圧電素子２００１中の導電性繊維２００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続した。また、布帛状圧電素子２００５の緯糸の導電性繊維２００８を接地（アース）線として接地した。この状態で、組紐状圧電素子２００１に対して垂直な方向に布帛状圧電素子２００５を９０度折り曲げた。
その結果、布帛状圧電素子２００５の組紐状圧電素子２００１からの出力として、オシロスコープによりノイズのほとんどない電気信号が得られ、約１００ｍＶの電位差が検出された。以上の結果から、布帛状圧電素子２００５の変形により十分な大きさの電気信号を低ノイズで検出できることが確認された。【０４０６】
（比較例１）
平織物２１００中の導電性繊維２００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続した。
その結果、導電性繊維２００Ｂからの出力として、約３０ｍＶの電位差が検出されたが、Ｓ／Ｎの小さい信号であった。平織物２１００に組紐状圧電素子２００１が組み込まれていないためと考えられる。【０４０７】
以下、第３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。【０４０８】
圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
（ポリ乳酸の製造）
実施例において用いたポリ乳酸は以下の方法で製造した。
Ｌ−ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００質量部に対し、オクチル酸スズを０．００５質量部加え、窒素雰囲気下、撹拌翼のついた反応機にて１８０℃で２時間反応させ、オクチル酸スズに対し１．２倍当量のリン酸を添加しその後、１３．３Ｐａで残存するラクチドを減圧除去し、チップ化し、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ１）を得た。得られたＰＬＬＡ１の質量平均分子量は１５．２万、ガラス転移点（Ｔｇ）は５５℃、融点は１７５℃であった。【０４０９】
（圧電性繊維）
２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸を得た。【０４１０】
（導電性繊維）
ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』１００ｄ３４ｆを導電性繊維３００Ｂ、導電性繊維３００６および導電性繊維３０１０として使用した。この繊維の体積抵抗率は１．１×１０-3Ω・ｃｍであった。【０４１１】
（絶縁性繊維）
２８０℃にて溶融させたポリエチレンテレフタレートを２４ホールのキャップから４５ｇ／ｍｉｎで吐出し、８００ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸糸を８０℃、２．５倍に延伸し、１８０℃で熱固定処理することによりすることにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント延伸糸を得、これを絶縁性繊維３００Ｃおよび絶縁性繊維３００９とした。【０４１２】
（組紐状圧電素子）
実施例４の試料として、図１２に示すように、上記の導電性繊維３００Ｂを芯糸とし、上記の圧電性繊維３００Ａ８本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、更に導電性繊維３００６を鞘部の圧電性繊維３００Ａの周りに組紐状に巻き付けて導電層３００４とし、組紐状圧電素子３００１を形成した。ここで、導電性繊維３００Ｂの繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維３００Ａの巻きつけ角度αは４５°とした。実施例４の試料の導電層３００４の被覆率は１００％であった。【０４１３】
実施例５の試料として、図１２に示すように、上記の導電性繊維３００Ｂを芯糸とし、上記の圧電性繊維３００Ａ８本を芯糸の周りに組紐状に巻きつけて、八打組紐とし、更に４本の絶縁性繊維３００９を右巻き、１本の導電性繊維３００６および３本の絶縁性繊維３００９を左巻きに鞘部の圧電性繊維３００Ａの周りに巻き付けて八打組紐状の導電層３００４とし、組紐状圧電素子３００１を形成した。ここで、導電性繊維３００Ｂの繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維３００Ａの巻きつけ角度αは４５°とした。また、実施例５の試料の導電層３００４の被覆率は２５％であった。【０４１４】
比較例２の試料として、図１２に示すように、上記の導電性繊維３００Ｂを芯糸とし、上記の圧電性繊維３００Ａを芯糸の周りに組紐状に巻きつけ、組紐状圧電素子３００１を形成した。ここで、導電性繊維３００Ｂの繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維３００Ａの巻きつけ角度αは４５°とした。【０４１５】
（製織）
実施例６の試料として、図１３に示すように経糸に絶縁性繊維３００９および一本の組紐状圧電素子３００１（実施例４の試料と同じ）を配し、緯糸に絶縁性繊維３００９および導電性繊維３０１０を交互に配して平織物を作製し、布帛状圧電素子３００７とした。
比較例３の試料として、図１９に示すように絶縁性繊維３００Ｃを経糸に配し、絶縁性繊維３００Ｃ、圧電性繊維３００Ａおよび導電性繊維３００Ｂを緯糸に配した平織物３１００を作製した。【０４１６】
（性能評価及び評価結果）
組紐状圧電素子３００１、布帛状圧電素子３００７および平織物３１００の性能評価及び評価結果は以下のとおりである。【０４１７】
（実施例４）
組紐状圧電素子３００１中の導電性繊維３００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続し、組紐状圧電素子３００１の導電層３００４を接地（アース）した。組紐状圧電素子３００１を９０度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子３００１からの出力として、オシロスコープにより約１００ｍＶの電位差が検出され、組紐状圧電素子３００１の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は２０ｍＶであり、Ｓ／Ｎ比は５となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。【０４１８】
（実施例５）
組紐状圧電素子３００１中の導電性繊維３００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続し、組紐状圧電素子３００１の導電層３００４を接地（アース）した。組紐状圧電素子３００１を９０度折り曲げた。
その結果、組紐状圧電素子３００１からの出力として、オシロスコープにより約１００ｍＶの電位差が検出され、組紐状圧電素子３００１の変形により十分な大きさの電気信号を検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は２０ｍＶであり、Ｓ／Ｎ比は５となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。【０４１９】
（実施例６）
布帛状圧電素子３００７の組紐状圧電素子３００１中の導電性繊維３００３を信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続した。また、布帛状圧電素子３００７の組紐状圧電素子３００１中の導電層３００４を接地（アース）線として接地した。この状態で、組紐状圧電素子３００１に対して垂直な方向に布帛状圧電素子３００７を９０度折り曲げた。
その結果、布帛状圧電素子３００７の組紐状圧電素子３００１からの出力として、オシロスコープによりノイズのほとんどない電気信号が得られ、約１００ｍＶの電位差が検出され、布帛状圧電素子３００７の変形により十分な大きさの電気信号を低ノイズで検出できることが確認された。また、静置下でのノイズ信号は２０ｍＶであり、Ｓ／Ｎ比は５となり、十分にノイズ信号が抑制されていることがわかった。【０４２０】
（比較例２）
組紐状圧電素子３００１中の導電性繊維３００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続したところ、静置下でのノイズ信号は１０００ｍＶであった。組紐状圧電素子３００１を９０度折り曲げたがノイズ信号が大きく、折り曲げに由来する電気信号を判別することができなかった。【０４２１】
（比較例３）
平織物３１００中の導電性繊維３００Ｂを信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に配線を介して１０００倍増幅回路を経由して接続したところ、静置下でのノイズ信号は１０００ｍＶであった。平織物３１００を９０度折り曲げたがノイズ信号が大きく、折り曲げに由来する電気信号を判別することができなかった。【０４２２】
以下、第５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。
各物性は以下の方法により測定した。
（１）ポリ乳酸の光学純度：
布帛を構成する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／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：住化分析センター社製「スミキラル（登録商標）」ＯＡ−５０００（４．６ｍ
ｍφ×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３で計算した。【０４２３】
光学純度（％）  ＝  ＳＭＬＡ÷（ＳＬＬＡ＋ＳＤＬＡ）×１００    （３）
（２）シート抵抗率：
日置電機株式会社製デジタルマルチメータＤＴ４２２２を用い、クリップ平行電極幅１０ｃｍ、電極間距離１０ｃｍにおける抵抗率を測定しシート抵抗率とした。
（ポリ乳酸の製造）
実施例において用いたポリ乳酸は以下の方法で製造した。【０４２４】
Ｌ−ラクチド（（株）武蔵野化学研究所製、光学純度１００％）１００重量部に対し、オクチル酸スズを０．００５重量部加え、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の重量平均分子量は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）
２３０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから１６．８ｇ／ｍｉｎで吐出し、１３００ｍ／ｍｉｎにて引き取り、引き続き８０℃、１．５４倍に延伸し、１２５℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４ｆｉｌａｍｅｎｔのマルチフィラメント圧電性繊維５００１を得た。
（導電性繊維）
体積抵抗率が１．１×１０−３Ω・ｃｍである三ツ冨士繊維工業製の銀メッキナイロン 品名『ＡＧｐｏｓｓ』を導電性繊維５００２とした。
（絶縁性繊維）
２８０℃にて溶融させたポリエチレンテレフタレートを２４ホールのキャップから２２ｇ／ｍｉｎで吐出し、８００ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸糸を８０℃、２．５倍に延伸し、１８０℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントの絶縁性繊維５００３を得た。
実施例７
図２９に示すように経糸に絶縁性繊維５００３を配し、緯糸に圧電性繊維５００１、導電性繊維５００２を交互に配した平織物５１００を作製した。また、絶縁性繊維５００３のみで平織物を作製し、シート抵抗率が６０×１０６Ω／□（Ω／ｓｑ．）以上である平織物５２００を得た。さらに、平織物５２００の経糸および緯糸の１０本に１本を導電性繊維５００２に変えた平織物５３００を得た。この平織物５３００のシート抵抗率は３．２Ω／□（Ω／ｓｑ．）であった。【０４２５】
平織物５１００、平織物５２００、平織物５３００の順番で積層し、絶縁性繊維５００３により縫い合わせ積層布帛を得た。【０４２６】
ポリエステルシャツとナイロンジャンバーを重ね着した肘部に、積層布帛の平織物５１００が表面となるよう巻付け固定した。【０４２７】
平織物５１００中の圧電性繊維５００１を挟む一対の導電性繊維５００２を信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に接続し、当該信号線を繋いだ状態で肘を曲げたところ、腕の動きに合わせて電圧信号が得られた。
比較例４
ポリエステルシャツとナイロンジャンバーを重ね着した肘部に平織物５１００を巻付け固定した。【０４２８】
平織物５１００中の圧電性繊維５００１を挟む一対の導電性繊維５００２を信号線としてオシロスコープ（横河電機（株）製デジタルオシロスコープＤＬ６０００シリーズ商品名『ＤＬ６０００』）に接続し、当該信号線を繋いだ状態で肘を曲げたところ、ノイズが大きく腕の動きに合わせた電圧信号は得られなかった。
【符号の説明】
【０４２９】
Ａ    圧電性繊維
Ｂ    導電性繊維
Ｃ    絶縁性繊維
１２    増幅手段
１３    出力手段
１００Ａ    圧電性繊維
１００Ｂ    導電性繊維
１００１    オシロスコープ
１００２    評価用配線
１００３    被覆繊維
１００４    測定サンプル
１０１１    圧電素子
１０１２    増幅手段
１０１３    出力手段
１０１４    送信手段
１１０１    センサー
２００Ａ    圧電性繊維
２００Ｂ    導電性繊維
２００Ｃ    絶縁性繊維
２００１    組紐状圧電素子
２００２    鞘部
２００３    芯部
２００５    布帛状圧電素子
２００６    布帛
２００７    絶縁性繊維
２００８    導電性繊維
２０１０    デバイス
２０１１    圧電素子
２０１２    増幅手段
２０１３    出力手段
２０１４    送信手段
ＣＬ    繊維軸
α    巻きつけ角度
２１００    平織物
３００Ａ    圧電性繊維
３００Ｂ    導電性繊維
３００Ｃ    絶縁性繊維
３００１    組紐状圧電素子
３００２    鞘部
３００３    芯部
３００４    導電層
３００５    導電性物質
３００６    導電性繊維
３００７    布帛状圧電素子
３００８    布帛
３００９    絶縁性繊維
３０１０    導電性繊維
３０１１    デバイス
３０１２    圧電素子
３０１３    増幅手段
３０１４    出力手段
３０１５    送信手段
ＣＬ    繊維軸
α    巻きつけ角度
３１００    平織物
４００Ａ    圧電性繊維
４００Ｂ    導電性繊維
４００Ｃ    絶縁性繊維
４００Ｄ    布帛の変形方向
４００Ｅ    直交座標軸
４０１１    トランスデューサー
４０１２    増幅手段
４０１３    出力手段
４０１４    送信手段
４０１５    受信手段
４１０１、４１０２、４１０３    デバイス
５００１    圧電性繊維
５００２    導電性繊維
５００３    絶縁性繊維
５０１１    トランスデューサー
５０１２    増幅手段
５０１３    出力手段
５０１４    送信手段
５０１５    受信手段
５１００    平織物
５１０１、５１０２、５１０３    デバイス
６００１    組紐状圧電素子
７００１    組紐状圧電素子
７００２    鞘部
７００３    芯部
７００５    布帛状圧電素子
７００６    布帛
７００７    絶縁性繊維
７００８    導電性繊維
７０１０    デバイス
７０１２    増幅手段
７０１３    出力手段
７０１５    比較演算手段
８００１    組紐状圧電素子
８００５    布帛状素子
８００８    別の導電性繊維
８０１０    デバイス
８０１２    圧電信号解析手段
８０１３    出力手段
８０１４    送信手段
８０１５    静電容量解析手段
９００１    組紐状圧電素子
９００４    繊維
９００５    平組紐状圧電素子
９００６    平組紐
９００７    芯糸
【図１】
2016175321.tif 000003
【図２】
2016175321.tif 000004
【図３】
2016175321.tif 000005
【図４】
2016175321.tif 000006
【図５】
2016175321.tif 000007
【図６】
2016175321.tif 000008
【図７】
2016175321.tif 000009
【図８】
2016175321.tif 000010
【図９】
2016175321.tif 000011
【図１０】
2016175321.tif 000012
【図１１】
2016175321.tif 000013
【図１２】
2016175321.tif 000014
【図１３】
2016175321.tif 000015
【図１４】
2016175321.tif 000016
【図１５】
2016175321.tif 000017
【図１６】
2016175321.tif 000018
【図１７】
2016175321.tif 000019
【図１８】
2016175321.tif 000020
【図１９】
2016175321.tif 000021
【図２０】
2016175321.tif 000022
【図２１】
2016175321.tif 000023
【図２２】
2016175321.tif 000024
【図２３】
2016175321.tif 000025
【図２４】
2016175321.tif 000026
【図２５】
2016175321.tif 000027
【図２６】
2016175321.tif 000028
【図２７】
2016175321.tif 000029
【図２８】
2016175321.tif 000030
【図２９】
2016175321.tif 000031
【図３０】
2016175321.tif 000032
【図３１】
2016175321.tif 000033
【図３２】
2016175321.tif 000034
【図３３】
2016175321.tif 000035
【図３４】
2016175321.tif 000036
【図３５】
2016175321.tif 000037
【図３６】
2016175321.tif 000038
【図３７】
2016175321.tif 000039
【国際調査報告】
2016175321.tif 000040
2016175321.tif 000041
2016175321.tif 000042
2016175321.tif 000043
2016175321.tif 000044
2016175321.tif 000045
2016175321.tif 000046
2016175321.tif 000047
2016175321.tif 000048
2016175321.tif 000049