(57)【要約】  全体として細長い線状の形態を有する圧電素子であって、電極を容易に取り出すことができ、より簡便に製造することが可能な新規な圧電素子を提供する。少なくとも表面が導電性である芯線と、該芯線に巻き付けられた少なくとも１本の巻線であって、少なくとも表面が導電性である芯部および該芯部を被覆する有機圧電体層を各々有する巻線とを含み、上記芯線および上記巻線の上記芯部が、それらの間に上記有機圧電体層が介挿された電極としてそれぞれ機能する、圧電素子。
2018181261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が導電性である芯線と、
該芯線に巻き付けられた少なくとも１本の巻線であって、少なくとも表面が導電性である芯部および該芯部を被覆する有機圧電体層を各々有する巻線と
を含み、前記芯線および前記巻線の前記芯部が、それらの間に前記有機圧電体層が介挿された電極としてそれぞれ機能する、圧電素子。
【請求項２】
前記巻線を２本以上含む、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記芯線および該芯線に巻き付けられた前記少なくとも１本の巻線を収容するシースを更に含む、請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記有機圧電体層が、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体、ポリ乳酸、多孔性ポリプロピレンおよび多孔性ポリテトラフルオロエチレンから成る群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項５】
前記有機圧電体層が、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体およびフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体から成る群より選択される少なくとも１種を含む、請求項４に記載の圧電素子。
【請求項６】
センサおよびアクチュエータのいずれかまたは双方として使用される、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子に関し、より詳細には、ケーブル状またはワイヤー状などと称され得る、全体として細長い線状の形態を有する圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、圧電体を使用した素子であり、例えば、圧電体の正圧電効果を利用する（圧電体に加えられた外力を電圧に変換する）ことによってセンサとして、また、圧電体の逆圧電効果を利用する（圧電体に印加された電圧を力に変換する）ことによってアクチュエータとして、さまざまな用途において使用されている。【０００３】
かかる圧電素子のうち、全体として細長い線状の形態を有する圧電素子として、従来、同軸ケーブル状の圧電素子が知られている。例えば、非特許文献１には、芯線（内部導体）にＰＶＤＦピエゾフィルムテープ（圧電体）を螺旋状に巻き付け、これを銅の編み線（外部導体）で覆い、更に、ポリエチレンの外被で被覆した構成を有するピエゾケーブルが開示されている。また、特許文献１には、螺旋状に巻いた金属製内部導体（螺旋内部の空間が非中空材料で満たされている）と、その周囲を囲む連続的圧電性高分子層と、圧電性高分子層には接触するが、内部導体とは分離した外部導体とから成る圧電性同軸ケーブルが開示されている。更に、特許文献２には、同軸ケーブル状の圧電センサであって、内部導体、可撓性絶縁体、圧電体層と金属層とを含む外部導体、および可撓性のシースからなる圧電センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−７１５０６号公報
【特許文献２】特開２００５−３５１６６４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】オンラインカタログ「PIEZO FILM PRODUCT INFORMATION」、p15、「ピエゾポリマー同軸ケーブル」、［online］、2012年4月、株式会社東京センサ、［平成28年12月8日検索］、インターネット＜URL:http://www.t-sensor.co.jp/piezo_film/cable/PIEZO2012.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の同軸ケーブル状の圧電素子では、例えば図４に示すように、圧電体層６３を間に挟む２つの電極として機能する内部導体６１と外部導体６５とが同軸上に配置されているため、これら電極を取り出すには、圧電素子７０の外被６７の表面から外部導体６５に達する第１所定距離だけ切削および剥離して外部導体６５を露出させ、かつ、圧電素子７０の外被６７の表面から内部導体６１に達する第２所定距離だけ切削および剥離して内部導体６１を露出させる必要がある。このため、圧電素子の線径が細くなると、第１所定距離と第２所定距離との差が小さくなるため、軸垂直な断面における切削量をきわめて厳密に制御できないと、同軸上に配置された外部導体および内部導体を所望通り露出させることが困難になる。【０００７】
また、従来の同軸ケーブル状の圧電素子では、圧電体層を被覆するように外部導体が配置されており、かかる外部導体は、銅の編み線による被覆（非特許文献１）、導電性高分子の押出もしくは同時押出成形、金属含有塗料の適用（噴霧、ブラッシング、浸漬、塗布など）または金属の真空蒸着（特許文献１）、金属層の片面に圧電体層を形成した外部導体の巻き付け（特許文献２）などによって形成されている。かかる外部導体の形成は、工数を必要とし、比較的手間のかかるものであった。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、全体として細長い線状の形態を有する圧電素子であって、電極を容易に取り出すことができ、より簡便に製造することが可能な新規な圧電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、少なくとも表面が導電性である芯線と、
該芯線に巻き付けられた少なくとも１本の巻線であって、少なくとも表面が導電性である芯部および該芯部を被覆する有機圧電体層を各々有する巻線と
を含み、上記芯線および上記巻線の上記芯部が、それらの間に上記有機圧電体層が介挿された電極としてそれぞれ機能する、圧電素子が提供される。【００１０】
すなわち、本発明によれば、少なくとも表面が導電性である芯部および該芯部を被覆する有機圧電体層を有する巻線を用い、この巻線（１本または２本以上であってよい）を、少なくとも表面が導電性である芯線に巻き付けることによって、圧電素子が構成される。かかる本発明の圧電素子は、全体として細長い線状の形態を有する圧電素子とすることができる。また、かかる本発明の圧電素子は、芯線と巻線の芯部とが同軸上に配置されていないので、それぞれ別個に露出させることができ、よって、電極を容易に取り出すことができる。更に、かかる本発明の圧電素子は、上記芯線と上記巻線とを準備して該芯線に該巻線を巻き付けることによって構成可能であり、圧電体層を被覆する外部導体を形成する必要がなく、よって、かかる外部導体を備える従来の圧電素子よりも簡便に製造することができる。【００１１】
本発明の１つの態様において、圧電素子は、上記巻線を２本以上含むものであってよい。【００１２】
本発明の１つの態様において、圧電素子は、上記芯線および該芯線に巻き付けられた上記少なくとも１本の巻線を収容するシースを更に含むものであってよい。【００１３】
本発明において、上記有機圧電体層は、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体、ポリ乳酸、多孔性ポリプロピレン、および多孔性ポリテトラフルオロエチレンから成る群より選択される少なくとも１種を含むものであり得、特に、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体およびフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体から成る群より選択される少なくとも１種を含むものであり得る。【００１４】
本発明の圧電素子は、例えばセンサおよびアクチュエータのいずれかまたは双方として使用され得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、全体として細長い線状の形態を有する圧電素子であって、電極を容易に取り出すことができ、より簡便に製造することが可能な新規な圧電素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の１つの実施形態における圧電素子を示す概略図であって、（ａ）は圧電素子の部分切除側面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【図２】本発明のもう１つの実施形態における圧電素子の部分切除概略側面図を示す。
【図３】本発明のもう１つの実施形態における圧電素子の部分切除概略側面図を示す。
【図４】従来の例示的な同軸ケーブル状の圧電素子を示す概略図であって、（ａ）は圧電素子の部分切除側面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【図５】本発明の実施例にて芯線として使用した撚線を線方向に対して垂直に切断した概略断面図を示す。
【図６】本発明の実施例にて作製した圧電素子の評価方法を説明する図であって、（ａ）は外力を加えていない状態の概略斜視図、（ｂ）は外力を加えていない状態の概略断面図、（ｃ）は外力を加えている状態の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。なお、添付の図面中、電極端子を黒丸にて模式的に示す。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態は、１本の巻線を芯線に巻き付けた構成を有する圧電素子に関する。
【００１９】
図１を参照して、本実施形態の圧電素子１０は、芯線１と、この芯線１に巻き付けられた１本の巻線７とを含み、巻線７は、芯部３およびこの芯部３を被覆する有機圧電体層５を有する。圧電素子１０において、芯線１と、巻線７の芯部３とが、それらの間に有機圧電体層５が介挿された電極としてそれぞれ機能する（図１（ｂ）参照）。かかる圧電素子１０は、ケーブル状またはワイヤー状などと称され得る、全体として細長い線状の形態を有し、圧電素子全体としてフレキシブル（湾曲可能）なように構成され得る。
【００２０】
芯線１は、電極として機能し得るように、少なくとも表面が導電性であればよい。芯線１は、例えば金属ワイヤーなどの導電性材料から成る線材や、任意の線状母材（樹脂線等）の表面を導電性材料層（金属、導電性樹脂、導電性ゴム等）で被覆してなる線材などであってよい。また、芯線１は、実質的に円形、楕円、矩形、多角形などの任意の断面形状を有し得、中空および中実のいずれであってもよく、単線、撚り線および編み線などであってもよい。芯線１の線径（非円形断面を有する場合は断面の最大寸法、以下同様）は、特に限定されず、その材料および構成により様々であり得るが、可撓性であるように選択されることが好ましい。
【００２１】
巻線７の芯部３は、電極として機能し得るように、少なくとも表面が導電性であればよい。芯部３の材料および構成は、芯線１について上述した説明が当て嵌まり得るが、芯線１よりも小さい線径を有することが好ましい。
【００２２】
巻線７の有機圧電体層５は、有機圧電体として既知の任意の材料から構成され得る。有機圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスで代表される無機圧電体に比べて高い耐衝撃性および耐屈曲性を有し、芯線１への巻き付けに適する。有機圧電体層５を成す材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン系共重合体（フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ））を包含する）、ポリ乳酸などの永久双極子型圧電材料：多孔性ポリプロピレン（ＰＰ）、多孔性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのエレクトレット型圧電材料：圧電セラミックス粒子をゴムなどの有機材料に分散させた圧電セラミックス粒子複合型圧電材料などを使用してよい。具体的には、有機圧電体層５は、ＰＶＤＦ、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）、ポリ乳酸、多孔性ＰＰおよび多孔性ＰＴＦＥから成る群より選択される少なくとも１種を含むものであり得る。このうち、有機圧電体層５は、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）およびＰ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）から成る群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。有機圧電体層５の厚さは、特に限定されず、その材料および構成により様々であり得るが、所望の圧電特性（正圧電効果および／または逆圧電効果）が得られるように選択されることが好ましい。
【００２３】
有機圧電体層５を成す材料は、実際に使用する材料に応じて、圧電性を発現するために必要な処理、例えば延伸および／または分極処理などが、芯部３を被覆する前、被覆形成している間およびその後の任意の適切なタイミングで施され得る。
【００２４】
例えば、有機圧電体層５を成す材料としてＰＶＤＦを用いる場合、巻線７は次のようにして作製され得る。ＰＶＤＦは、α、β、γの３種の結晶構造をとり得、通常は、エネルギー的に最も安定なα型であり得るが、α型の結晶構造を多く含むＰＶＤＦを、例えば一軸延伸することにより、β型の結晶構造を多く含むＰＶＤＦに変換することができる。β型の結晶構造を多く含むＰＶＤＦは、強誘電性を示し、これを分極処理に付すことによって、双極子が整列し、圧電性を示すものとなる。よって、芯部３の周囲にＰＶＤＦを押出被覆し、芯部３とその周囲を覆うＰＶＤＦ層を一緒に延伸し、その後、例えばコロナ放電などの分極処理に付すことによって、圧電性を示すＰＶＤＦ層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細にはＰＶＤＦ層）５で被覆した巻線７を得ることができる。なお、この場合、芯部３は、延伸に十分耐え得るように、その材料および／または構造が適宜選択され得る。あるいは、ＰＶＤＦフィルムを一軸延伸して成る延伸ＰＶＤＦフィルムを芯部３の周囲にラッピングし、その後、例えばコロナ放電などの分極処理に付すことによって、圧電性を示すＰＶＤＦ層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細にはＰＶＤＦ層）５で被覆した巻線７を得ることができる。
【００２５】
また例えば、有機圧電体層５を成す材料としてフッ化ビニリデン系共重合体を用いる場合、巻線７は次のようにして作製され得る。フッ化ビニリデン系共重合体、特にＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）およびＰ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）は、ＰＶＤＦよりもβ型結晶構造を多く含み得る。よって、かかるフッ化ビニリデン系共重合体は、延伸なしに、分極処理を施すだけで、芯部３を有機圧電体層５で被覆した巻線７を容易に作製することができる。具体的には、下記の溶媒コーティング法または溶融押出法により巻線７を作製することができる。
【００２６】
溶媒コーティング法では、まず、フッ化ビニリデン系共重合体を溶媒に溶解または分散させた樹脂液を調製し、この樹脂液を芯部３の表面に適用（例えば塗布）し、これを加熱して溶媒を実質的に除去してフッ化ビニリデン系共重合体層を得、その後、例えばコロナ放電などの分極処理に付すことによって、圧電性を示すフッ化ビニリデン系共重合体層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細にはフッ化ビニリデン系共重合体層）５で被覆した巻線７を得ることができる。溶媒には、ケトン系溶媒（例えばメチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン）、エステル系溶媒（例えば酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル）、エーテル系溶媒（例えばテトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン）、アミド系溶媒（例えばジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド）、ピロリドン系溶媒（例えばＮ−メチルピロリドン）などを使用できる。加熱温度は、使用する溶媒に応じて様々であり得るが、例えば８０〜１８０℃であり得る。
【００２７】
溶融押出法では、まず、例えばペレット状のフッ化ビニリデン共重合体を加熱溶融して溶融樹脂を得る。加熱温度は、使用するフッ化ビニリデン共重合体の融点以上であればよいが、例えば１２０〜２５０℃であり得る。この溶融樹脂を芯部３の表面に適用（例えばその周囲に押出被覆）してフッ化ビニリデン系共重合体層を得、その後、例えばコロナ放電などの分極処理に付すことによって、圧電性を示すフッ化ビニリデン系共重合体層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細にはフッ化ビニリデン系共重合体層）５で被覆した巻線７を得ることができる。
【００２８】
これらフッ化ビニリデン系共重合体を用いた有機圧電体層５の形成方法は、特に芯部３の線径が細い場合にも好適に実施できる。例えば、芯部３の線径は１ｍｍ以下、代表的には０．５ｍｍ以下で、概ね０．００８ｍｍ以上であってよい。これら方法において、有機圧電体層（より詳細にはフッ化ビニリデン系共重合体層）５の厚さは、２μｍ以上２００μｍ以下、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが可能である。
【００２９】
ＰＶＤＦおよび／またはフッ化ビニリデン系共重合体を用いた有機圧電体層５は、例えば８５℃以上の高い耐熱性を示すので好ましい。ＰＶＤＦおよびフッ化ビニリデン系共重合体の分子量は特に限定されないが、例えば、数平均分子量で１万〜１００万であり得る。フッ化ビニリデン系共重合体は、フッ化ビニリデンと、フッ化ビニリデンと共重合可能な１種またはそれ以上のフッ素系モノマー（以下、単に他のフッ素系モノマーとも言う）との共重合体である。他のフッ素系モノマーは、トリフルオロエチレンおよびテトラフルオロエチレンの一方または双方であり得る。フッ化ビニリデン系共重合体において、フッ化ビニリデンに由来するユニットは、５０モル％以上であり得、好ましくは６０モル％以上であり、他のフッ素系モノマーに由来するユニットとフッ化ビニリデンに由来するユニットとのモル比は、５：９５〜３６：６４の範囲以内であり得、好ましくは１５：８５〜２５：７５の範囲以内、より好ましくは１８：８２〜２２：７８の範囲以内である。
【００３０】
また例えば、有機圧電体層５を成す材料としてポリ乳酸を用いる場合、巻線７は次のようにして作製され得る。ポリ乳酸には、Ｌ体とＤ体とが存在するが、ポリ乳酸として現在一般的に利用可能であるのはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）である。ＰＬＬＡを、一軸延伸することにより、圧電性を示すことが知られている。この場合、分極処理は必要でない。よって、芯部３の周囲にＰＬＬＡを押出被覆し、芯部３とその周囲を覆うＰＬＬＡ層を一緒に延伸することによって、圧電性を示すＰＬＬＡ層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細にはＰＬＬＡ層）５で被覆した巻線７を得ることができる。なお、この場合、芯部３は、延伸に十分耐え得るように、その材料および／または構造が適宜選択され得る。あるいは、ＰＬＬＡフィルムを一軸延伸して成る延伸ＰＬＬＡフィルムを芯部３の周囲にラッピングすることによって、圧電性を示すＰＶＤＦ層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細にはＰＬＬＡ層）５で被覆した巻線７を得ることができる。
【００３１】
また例えば、有機圧電体層５を成す材料として多孔性ＰＰまたは多孔性ＰＴＦＥを用いる場合、巻線７は次のようにして作製され得る。多孔性ＰＰおよび多孔性ＰＴＦＥは、それぞれＰＰおよびＰＴＦＥを延伸することにより得ることができ、これに分極処理を施すことによって、圧電性を示すことが知られている。よって、ＰＰフィルムまたはＰＴＦＥフィルムを延伸して成る多孔性ＰＰフィルムまたは多孔性ＰＴＦＥフィルムを芯部３の周囲にラッピングし、その後、例えばコロナ放電などの分極処理に付すことによって、圧電性を示す多孔性ＰＰ層または多孔性ＰＴＦＥ層を得ることができ、この結果、芯部３を有機圧電体層（より詳細には多孔性ＰＰ層または多孔性ＰＴＦＥ層）５で被覆した巻線７を得ることができる。
【００３２】
しかしながら、巻線７は、上記の例に限定されず、芯部３を有機圧電性層５で被覆し得る限り、任意の適切な方法で作製され得ることに留意されたい。また、有機圧電体層５を成す材料は、上記で詳述した材料に限定されず、任意の適切な他の成分（例えば圧電セラミックス等の添加剤）を例えば比較的少量で更に含んでいてもよく、あるいは、他の既知の圧電性を示す有機材料を用いてもよい。
【００３３】
本実施形態の圧電素子１０は、上記のような芯線１に、上記のような１本の巻線７を巻き付けることにより構成される。巻き付け方法は、芯線１と芯部３との間に有機圧電体層５が（好ましくは芯線と有機圧電層が密接に接触して）配置される限り、特に限定されない。例えば、図１に示すように、芯線１に巻線７を螺旋状に、好ましくは隣接する巻線７間に隙間なく、巻き付けることができる。
【００３４】
以上のようにして本実施形態の圧電素子１０を得ることができる。本実施形態の圧電素子１０は、巻線７を取り除く（例えば巻ほどく）ことによって芯線１（より詳細には導電性部分）を露出させることができ、また、巻線７のみ（例えば巻ほどかれた部分）を有機圧電体層５の表面から芯部３に達する距離だけ切削および剥離することによって芯部３（より詳細には導電性部分）を露出させることができる。このため、圧電素子１０の線径にかかわらず、芯線１および芯部３を別個に所望通り露出させることができ、よって、電極を容易に取り出すことができる（図中、電極端子を黒丸にて模式的に示す）。
【００３５】
かかる本実施形態の圧電素子１０は、有機圧電体層５を被覆する外部導体を形成する必要がなく、よって、かかる外部導体を備える従来の圧電素子よりも簡便に製造することができる。
【００３６】
本実施形態の圧電素子１０は、各種のセンサおよび／またはアクチュエータとして利用可能である。本実施形態の圧電素子１０は、高い耐衝撃性および耐屈曲性を有し、フレキシブルで、任意の形状に沿って配置することができる。
【００３７】
本実施形態の圧電素子１０は、圧電体の正圧電効果を利用してセンサとして利用可能である。圧電素子１０は、例えば、被検知対象物に取付および／または埋込等して、圧電素子１０に外力が加えられたときにこれを検知することが可能な感圧センサとして、あるいは、被検知対象物の内部疲労を検知するセンサとして利用され得る。また、複数の圧電素子１０を用いて編物または織物を構成して、繊維状圧電センサや振動型発電素子として利用することもできる。その他にも、例えば防犯センサ、介護／見守りセンサ、衝撃センサ、ウェアラブルセンサ、生体信号センサ（呼吸／脈拍）、車両用挟み込み防止センサ、車両用バンパー衝突センサ、車両用エア流量センサ、気象検知センサ（雨／雪）、水中音響センサ、ロボット用触覚センサ、医療機器用触覚センサ、繊維シート状圧力分布センサ、環境振動用発電ワイヤーなどの種々の用途に利用することができる。
【００３８】
本実施形態の圧電素子１０は、上記に代えて／加えて、圧電体の逆圧電効果を利用してアクチュエータとして利用可能である。圧電素子１０は、例えば、圧電素子１０に対して駆動電圧を加えた際に、振動を励振するアクチュエータとして利用され得、また更に、その振動をセンサとして利用したアクチュエータ駆動センサとしても利用され得る。その他にも、例えばロボット関節駆動アクチュエータ、人工筋肉アクチュエータ、医療機器操作ワイヤー用駆動アクチュエータ、ファイバースコープ用駆動アクチュエータ、超音波モーター、圧電モーターなどの種々の用途に利用することができる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態は、２本以上の巻線を芯線に巻き付けた構成を有する圧電素子に関する。以下、特に説明のない限り、実施形態１にて述べた説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。
【００４０】
図２を参照して、本実施形態の圧電素子１３は、芯線１と、この芯線１に巻き付けられた２本以上の巻線とを含み、各巻線は、芯部およびこの芯部を被覆する有機圧電体層を有する。図２では、例示的に３本の巻線７ａ、７ｂ、７ｃを示している（代表的に、巻線７ａが、芯部３ａおよびこの芯部３ａを被覆する有機圧電体層５ａを有することを示している）が、これに限定されず、例えば２〜１００本、特に２〜２０本の範囲で適宜使用され得る。圧電素子１３において、芯線と、各巻線の芯部とが、それらの間に有機圧電体層が介挿された電極としてそれぞれ機能し、芯線の電極に対して、これら巻線の芯部は、巻線毎に異なる対向電極として機能し得る。かかる圧電素子１３は、ケーブル状またはワイヤー状などと称され得る、全体として細長い線状の形態を有し、圧電素子全体としてフレキシブル（湾曲可能）なように構成され得る。
【００４１】
本実施形態の圧電素子１３は、芯線１に、上記のような２本以上の巻線７ａ、７ｂ等を巻き付けることにより構成される。巻き付け方法は、芯線と各巻線の芯部との間に有機圧電体層が配置される（好ましくは芯線と有機圧電層が密接に接触して）限り、特に限定されない。例えば、図２に示すように、芯線１に２本以上の巻線を螺旋状かつ互いに並行に、好ましくは隣接する巻線間に隙間なく、巻き付けることができる。
【００４２】
以上のようにして本実施形態の圧電素子１３を得ることができる。本実施形態の圧電素子１３は、実施形態１にて上述した圧電素子と同様の効果を奏し得る。
【００４３】
更に加えて、本実施形態の圧電素子１３は、芯線の電極に対して、２本以上の巻線の芯部は、巻線毎に異なる対向電極として機能し得、例えば図２に示すように、これら芯部の電極を同一端子にて取り出した場合（図中、電極端子を黒丸にて模式的に示す）、２本以上の巻線のうちいずれかが断線しても、断線していない巻線により依然として同様の機能を果たすことができるので、圧電素子１３全体が故障することを防止できる。
【００４４】
（実施形態３）
本実施形態は、１本または２本以上の巻線を芯線に巻き付け、更にこれをシースで収容した構成を有する圧電素子に関する。以下、特に説明のない限り、実施形態１および２にて述べた説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。
【００４５】
図３を参照して、本実施形態の圧電素子１５は、芯線１および芯線１に巻き付けられた少なくとも１本の巻線７を収容するシース９を更に含む。図３では、例示的に１本の巻線７を示しているが、これに限定されず、実施形態２にて詳述したように２本以上の巻線を含むものであってもよい。シース９の断面形状は特に限定されないが、収容すべき芯線１および巻線７の形状に従って適宜選択され得る。
【００４６】
シース９は、可撓性であることが好ましい。シース９の材料および厚さ等は、圧電素子１５に所望される用途等に応じて適宜選択され得る。例えば、電気絶縁性、防水性、耐候性等の特性を示す材料が使用され得る。シース９の内部空間（シース９の内壁面と、芯線１およびこれに巻き付けられた巻線７との間の空間）は、空洞であり得るが、任意の適切な材料で充填されていてもよい。
【００４７】
以上、本発明の３つの実施形態について詳述したが、これら実施形態は種々の改変が可能である。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
実施形態１にて図１を参照して詳述した構成を有する圧電素子を下記の通り作製した。【００４９】
芯線１として、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０９）からなる直径０．５ｍｍの単線を使用した。【００５０】
巻線７の芯部３として、表面に黄銅メッキを施した高張力ピアノ線からなる直径０．０７ｍｍの単線（日鉄住金ＳＧワイヤ株式会社製）を使用した。この芯部３の周囲をフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体により被覆し、分極処理を施して有機圧電体層５を形成し、これにより巻線７を準備した。この巻線７において、有機圧電体層５の厚さは約３０〜３５μｍであり、巻線７の直径は約０．１３〜０．１４ｍｍであった。【００５１】
上述の芯線１に、上記で作製した巻線７を図１に示すように螺旋状に、隣接する巻線７間に隙間なく巻き付け、これにより圧電素子１０を作製した。【００５２】
（実施例２）
芯線１として、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０９）からなる直径０．０８ｍｍの素線１９本を撚って構成されている直径０．４ｍｍの撚線を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、圧電素子を作製した。芯線として使用した撚線を線方向に対して垂直に切断した概略断面図を図５に示す。この撚線は、中央の１本の素線Ｅの周りに６本の素線Ｅが均等に、かつ線方向に沿って同心状に回転しながら配置され、更にその周りに１２本の素線Ｅが均等に、かつ線方向に沿って同心状に回転しながら配置されて構成されており、撚線の直径は、図５に示す仮想的な円形断面領域の直径に相当する。【００５３】
（実施例３）
芯線１として、表面に銀メッキを施したナイロン糸からなる直径０．２ｍｍの導電性繊維（フィラメント、７０ｄ／３４ｆ、但し、ｄはデニール、ｆはフィラメント本数を意味する）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、圧電素子を作製した。【００５４】
（評価）
実施例１〜３で作製した各圧電素子について、圧電素子として実際に機能し得るかどうか、より詳細には、外力として押圧力を加えた後に解放しときに電圧を発生し得るかどうかを下記に従って評価した。【００５５】
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、２枚のセラミック板２１、２３（いずれも長さ５ｃｍ、幅５ｃｍおよび厚さ１ｃｍ）の間に、セラミック板２１の上面中央線に沿って延在するように圧電素子１０を配置した。圧電素子１０のうち芯線１と巻線７の芯部３（いずれも図６中にて図示せず）とからそれぞれ電極を取り出してチャージアンプ（図示せず）に接続した。チャージアンプは、圧電素子１０からの電荷を電圧に変換することができるものであればよく、例えばチャージアンプ  MODEL-4001B-50（昭和測器株式会社製）を使用できる。チャージアンプにより発生した電圧を、チャージアンプに接続されたオシロスコープ（図示せず）によって経時的に計測することができるように、評価システムを構成した。【００５６】
上記のように配置したセラミック板２１、２３および圧電素子１０を、精密万能試験機（株式会社島津製作所製、オートグラフ  ＡＧＳ−５００Ｘ、ロードセル  ５０Ｎ）にセットした。チャージアンプのキャパシタンスを表１に示すように設定し、オシロスコープで電圧を計測しながら、精密万能試験機を用いて、セラミック板２１の上に配置された圧電素子１０の長さ５ｃｍに亘る部分に対して（図６（ａ）および（ｂ）参照）、セラミック板２３を降下させて５Ｎの押圧力（圧縮加重）を加えて変形させ（図６（ｃ）参照、荷重を矢印にて模式的に示す）、圧縮荷重５Ｎ一定でそのまましばらく維持し、その後、セラミック板２３を上昇させて解放した（図６（ａ）および（ｂ）参照）。オシロスコープでの電圧の経時的計測において、圧電素子１０に５Ｎの押圧力を加えて安定状態になるとほぼ一定の電圧値を示し、その後、解放したときに電圧が発生して電圧値が急激に上昇し、その後、この上昇した電圧値を実質的に維持して示し続けた。これは、押圧力から解放されると、圧電素子１０にて電荷が発生し、当該電荷がチャージアンプに入力され、チャージアンプから電圧が出力されたものである。上記安定状態での電圧値を０Ｖとして、解放したときおよびその後に観測される上記上昇した電圧値を「発生電圧」として測定した。結果を表１に併せて示す。【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１から理解されるように、実施例１〜３のいずれの圧電素子においても、外力として押圧力を加えた後に解放しときに電圧を発生し得、よって、圧電素子として実際に機能し得ることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の圧電素子は、各種のセンサおよび／またはアクチュエータとして利用可能である。本発明を限定するものではないが、本発明の圧電素子は、フレキシブルで、任意の形状に沿って配置することができ、例えば、圧電素子に外力が加えられたときにこれを検知することが可能な感圧センサ等として利用され得る。【００６０】
本願は、２０１７年３月２７日付けで出願された特願２０１７−０６１７０２に基づく優先権を主張し、その記載内容の全てが、参照することにより本明細書に援用される。
【符号の説明】
【００６１】
１  芯線
３、３ａ  芯部
５、５ａ  有機圧電体層
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  巻線
９  シース
１０、１３、１５  圧電素子
Ｅ  素線
２１、２３  セラミック板
６１  内部導体
６３  圧電体層
６５  外部導体
６７  外被
７０  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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