(57)【要約】      （修正有）【課題】透明性に優れ、柔軟性があり、薄くかつ電気的信号により可逆的に変形する圧電ポリマー膜と、その圧電ポリマー膜を用いたアクチュエータを、更には、そのアクチュエータを用いたインターフェースデバイスおよび感圧センサデバイスを提供する。【解決手段】圧電ポリマー膜は、繊維径が１００ｎｍ以下の圧電ポリマーの配列微細繊維膜１１をその繊維軸方向を揃えて形成させた膜であり、圧電ポリマー膜の配列微細繊維膜１１が電界紡糸法によって形成され、繊維軸方向が揃っている。そして、圧電ポリマー膜の両端部に上部透明電極１０と下部透明電極１２を備えてアクチュエータ又は感圧センサとする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維径が１００ｎｍ以下の圧電ポリマーの微細繊維をその繊維軸方向を揃えて形成させて膜としたことを特徴とする圧電ポリマー膜。
【請求項２】
前記圧電ポリマー膜の微細繊維がポリフッ化ビニリデン、ポリ（ビニリデン−トリフルオロエチレン）共重合体、ポリ−Ｌ−乳酸から選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の圧電ポリマー膜。
【請求項３】
前記圧電ポリマー膜の微細繊維が電界紡糸法によって形成され、繊維軸方向が揃っており、下記式（１）で定義される配向度が０．８以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電ポリマー膜。
配向度＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ）      （１）
式中、Ａは、線維軸方向を揃えて形成させた膜中の任意の場所について倍率１００００で拡大された微細繊維の画像において、画像の左右を結ぶ水平線からの繊維軸方向のズレが２０度以内の繊維の本数、Ｂは、前記ズレが２０度を越える繊維の本数で定義される。
【請求項４】
前記圧電ポリマー膜の厚さが、５μｍ未満であり、かつ、厚さ５μｍの膜の全光線透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電ポリマー膜。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれにか記載の圧電ポリマー膜の両端部を固定し、前記両端部に電極を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧電ポリマー膜の両端部に電極を備えたことを特徴とする感圧センサ。
【請求項７】
前記圧電ポリマー及び前記アクチュエータが透明材料からなり、透明樹脂製フィルム上の任意の位置に複数固定設置されていることを特徴とするインターフェースデバイス。
【請求項８】
前記圧電ポリマー及び前記感圧センサが透明材料からなり、透明樹脂製フィルム上の任意の位置に複数固定設置されていることを特徴とする感圧センサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポリマーの微細繊維をその繊維軸方向を揃えて形成させた圧電ポリマー膜、それを用いたアクチュエータあるいは感圧センサおよびそのアクチュエータまたは感圧センサを用いたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
運動を引き起こすための駆動原となるアクチュエータには、力やパワーが大きく、高い効率、制御の容易さや軽さ等が求められ、磁界を利用した電動モーターが普及している一方で新しい駆動原理のアクチュエータの開発も行われている。後者の候補としては、例えば、圧電材料、電気粘性流体、磁歪材料、形状記憶合金や圧電セラミック等が挙げられ、溶媒等の共存が必要なものや成形可能な形状の制約等によって、多様な設計のもと、アクチュエータとしての可能性が提案されている（非特許文献１）。
【０００３】
一般的にアクチュエータは、種々の機械に不可欠な構成要素として捉えられることが多いが、アクチュエータを駆動することで得られる出力（ものの変位、振動等）をヒューマンインターフェースデバイス（ＨＩＤ）に応用する試みもある。ＨＩＤとは、通例、コンピュータの周辺機器・構成要素のうちマンマシンインターフェースを担当するものの総称であり、キーボード、ポインティングデバイス、ゲームコントローラや各種のボタン、つまみ、リモコン等がこれに当るとされている。
【０００４】
これら古典的なＨＩＤではユーザーが操作に習熟する必要があり、コンピュータが一部の専門家のみのツールである時代には問題とはならなかったが、一般人が日常生活を営むにあたって接する機器がコンピュータ制御されるようになった現代では、ＨＩＤの設計もよりユーザーフレンドリーであることが求められ、直感的に操作できるように設計されることが求められている。
【０００５】
例えば、コンピュータや各種電子案内に採用されているタッチパネルを介したインターフェースの場合、グラフィックを多用した画面を利用することで難解な操作を回避できるメリットがあるが、目的とする操作をするには正確に画面上のボタン部を押す必要がある。画面上にボタンが多数配置され、ボタン間のピッチが小さい場合、タッチ操作を認識させるのは意外と難しい。しかし、タッチパネル上に物理的な突起を設けることでタッチ操作を補助するのは、入力専用の電子案内であれば可能であるが、より汎用性の高いコンピュータやスマートフォンでの常設は困難である。
【０００６】
そこで可逆的に形状が変化し、必要に応じてタッチパネル上に微細突起を形成させることができれば、タッチ入力の補助機能として有効である。しかしこの場合、形状変化をする部分が十分に薄くかつ透明性を有していないと、タッチパネルの反応性が低減し、加えて画面が見えづらくなるという問題が生じる。必要十分な変形量を有し、かつ上記の要求に応える形状変化部、すなわちアクチュエータおよびそれを用いたインターフェースデバイスはまだ実用化されていない。
【０００７】
かかるアクチュエータには、透明性や変形性能等の観点から圧電ポリマー膜が好適に利用でき、圧電体ポリマー膜の圧電体分子又は微結晶又は微粒子（分子）等の配向方向を放射状にすることで、変形量が大きくかつ簡単な構造を有する圧電ポリマー膜を利用したアクチュエータが提案されている（特許文献１）。また、好ましい性能を有するアクチュエータ膜が得られれば、それを透明電極にと組合せることでインターフェースデバイスとして利用できることが例示されている（特許文献２）。
【０００８】
このような圧電ポリマーの逆圧電効果（電界を印加すると物質が変形する）を利用したアクチュエータデバイスの実現のためには、製膜プロセスやデバイス製造プロセスが簡便であることが必要である。このような観点において、既知の特許文献で公開された技術を用い、多数のアクチュエータからなるインターフェースデバイスを実現するには未だ困難が伴う。
【０００９】
一方で、上記圧電ポリマーの圧電効果（物質に外部力場を印加すると、入力に比例した電圧を出力する）を利用した感圧センサが実用化されている（例えば非特許文献２）。大小様々なフィルム状に成形された圧電ポリマーに、適切に電極を設置することで形作られているセンサデバイスは、圧電ポリマー膜部が熱溶融成形による均一膜であるため、柔軟ではあるが３次元形状には追従しない。つまり感圧センサの形状が製品形状に制限を及ぼす。また多点測定によるきめ細かいセンシングを企図する場合、多数の感圧センサからなるセンサアレイを簡便に実現することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−７３５５３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４２３８６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】古谷泰文他監修  「未来型アクチュエータ材料・デバイス」シーエムシー出版（２００６）
【非特許文献２】ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅｋｉｓｕｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／２０１４／１２４２８４８＿２０１２７．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
透明性に優れ、柔軟性があり、薄くかつ電気的信号により可逆的に変形する圧電ポリマー膜を提供することを目的とする。また、その圧電ポリマー膜を用いたアクチュエータを、更には、そのアクチュエータを用いたインターフェースデバイスおよび感圧センサデバイス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】
【００１３】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、下記に示す発明を完成するに至った。
【００１４】
〔１〕  繊維径が１００ｎｍ以下の圧電ポリマーの微細繊維をその繊維軸方向を揃えて形成させて膜としたことを特徴とする圧電ポリマー膜。
〔２〕  前記圧電ポリマー膜の微細繊維がポリフッ化ビニリデン、ポリ（ビニリデン−トリフルオロエチレン）共重合体、ポリ−Ｌ−乳酸から選ばれるいずれかであることを特徴とする前記１に記載の圧電ポリマー膜。
〔３〕  前記圧電ポリマー膜の微細繊維が電界紡糸法によって形成され、繊維軸方向が揃っており、下記式（１）で定義される配向度が０．８以上であることを特徴とする前記１又は前記２に記載の圧電ポリマー膜。
配向度＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ）      （１）
式中、Ａは、線維軸方向を揃えて形成させた膜中の任意の場所について倍率１００００で拡大された微細繊維の画像において、画像の左右を結ぶ水平線からの繊維軸方向のズレが２０度以内の繊維の本数、Ｂは、前記ズレが２０度を越える繊維の本数で定義される。
〔４〕  前記圧電ポリマー膜の厚さが、５μｍ未満であり、かつ、厚さ５μｍの膜の全光線透過率が８０％以上であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の圧電ポリマー膜。
〔５〕  前記１〜４のいずれにか記載の圧電ポリマー膜の両端部を固定し、前記両端部に電極を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
〔６〕  前記１〜４のいずれかに記載の圧電ポリマー膜の両端部に電極を備えたことを特徴とする感圧センサ。
〔７〕  前記圧電ポリマー及び前記アクチュエータが透明材料からなり、透明樹脂製フィルム上の任意の位置に複数固定設置されていることを特徴とするインターフェースデバイス。
〔８〕  前記圧電ポリマー及び前記感圧センサが透明材料からなり、透明樹脂製フィルム上の任意の位置に複数固定設置されていることを特徴とする感圧センサデバイス。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電ポリマー膜は、電界紡糸法によって形成され、この手法を利用して多様な圧電性ポリマーを微細繊維形状に成形し配列制御を施した柔軟性のある膜を得ることができる。かかる圧電ポリマー膜は、繊維軸方向のフィルム両末端を固定することで、電場印加時にたわみ変形を起こし微細突起を形成するアクチュエータとすることができる。また、前記アクチュエータを用いてタッチパネルの指先タッチ操作における操作位置の認識率を向上させる補助デバイスとしたインターフェースデバイスを提供することができる。
一方、同じ圧電ポリマー膜は、圧電素子として感圧センサとすることもできる。前記圧電ポリマー膜は、柔軟性に優れ、薄くかつ印加された外部圧力によって電圧を出力する感圧センサおよび一膜の薄膜中に多数の感圧センサ群が配置されてなる感圧センサアレイを提供することができる。
いずれの場合においても、繊維径と繊維配列の異方性が透明性をもたらし、透明電極との組合せにより透明性、少なくとも下地透過性レベルの透明性を有する透明性アクチュエータまたは感圧センサを形成することができる。このような透明性アクチュエータは、これが微細突起として指先に感知されることで、タッチ入力の位置精度を向上させる補助インターフェースデバイスとして好適に利用できる一方で、感圧センサとしては、圧電ポリマー膜部分の柔軟性を利用して、多様な形状の製品表面に感圧センサを張り付けて使用でき、多数の感圧センサからなるセンサアレイとして、入力装置としても利用できる。
【００１６】
本発明のインターフェースデバイスあるいはセンサデバイスは、透明性に優れ、薄くかつ構成がシンプルであるために既存の様々な製品表面に重ねて設置することで、製品を操作するにあたっての操作位置の認識率を向上させる補助デバイスとして好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に用いた電界紡糸法の装置の概略を示す図。
【図２】電界紡糸法による一軸配列膜を含む微細繊維膜の外観の光学顕微鏡写真。
【図３】フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体微細繊維からなる一軸配列膜のＳＥＭ写真。
【図４】透明性アクチュエータを含むインターフェースデバイスの構成を示す模式図。
【図５】アクチュエータのたわみ変形の様子を示す模式図。
【図６】インターフェースデバイスの作動例（ａ）インターフェースデバイスの構成を示す平面図、（ｂ）アクチュエータ駆動前を示す斜視図、（ｃ）アクチュエータ駆動例（１）を示す斜視図、（ｄ）アクチュエータ駆動例（２）を示す斜視図。
【図７】ポリフッ化ビニリデン微細繊維からなる感圧センサの柔軟性
【図８】１次元センサアレイの構成例
【図９】２次元センサアレイの構成例
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について、詳細に説明すれば以下のとおりである。
【００１９】
（圧電ポリマー膜）
本発明の圧電ポリマー膜は、繊維径が１００ｎｍ以下の圧電ポリマーの微細繊維をその繊維軸方向を揃えて形成させた膜としたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の圧電ポリマー膜の微細繊維は、平均直径として１００ｎｍ以下であることが必要であり、５０μｍ以下であることが好ましく、できるだけ小さい方が望ましい。１００ｎｍより大きい場合、後述の繊維軸方向が揃った膜を形成しても十分な透明性を得ることができず、インターフェースデバイスとして不適切となる。一方繊維径を小さくすることで、ポリマー結晶の成長方向が繊維軸方向に規制されることから、延伸処理を施さなくても圧電性を発現できる効果が期待でき、さらに、繊維径が小さいことで電場印加時の応答性もより高くなり、高周波対応が可能となるため好ましい。
係る微細繊維は短繊維として用いるわけではないので、その長さには特に限定はない。
【００２１】
そして、圧電ポリマー膜の厚さは、５μｍ未満の膜であることが好ましい。膜厚が５μｍ以上になると膜の透明性に問題が生じる割合が高くなり好ましくない。透明性を判断するには、圧電ポリマー膜の全光線透過率を測定して、指標とすることもできる。全光線透過率の値は、８０％以上であることが好ましい。全光線透過率の値が８０％未満であれば、透明性、特にディスプレイに表示された画像と垂直方向においてほぼ接触して設置される透明性アクチュエータの下地透過性が不十分であり、画像のにじみやぼやけが顕著になるため好ましくない。一方で感圧センサとして用いる場合には透明性は問題とならない場合もあるのでこの限りではない。
【００２２】
圧電ポリマー膜を構成する有機ポリマーとしては、圧電性を有するものであることが必須でありポリ−Ｌ−乳酸、フッ化ビニリデン成分含有ポリマーであるポリフッ化ビニリデン、ポリ（ビニリデン−トリフルオロエチレン）共重合体、ポリ（ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフロライド）共重合体、ポリ（パーフルオロビニルエーテル−ビニリデンフロライド）共重合体、ポリ（テトラフルオロエチレン−ビニリデンフロライド）共重合体、ポリ（ヘキサフルオロプロピレンオキシド−ビニリデンフロライド）共重合体、ポリ（ヘキサフルオロプロピレンオキシド−テトラフルオロエチレン−ビニリデンフロライド）共重合体、ポリ（ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン−ビニリデンフロライド）共重合体から選ぶことができる。そして、これらの圧電性ポリマーは、単独でも混合体でも用いることができる。
【００２３】
上記の中でも、特に好ましい圧電性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（ビニリデン−トリフルオロエチレン）共重合体及びポリ−Ｌ−乳酸から選ばれるいずれかである。
【００２４】
次に、圧電ポリマー膜は、アクチュエータあるいは感圧センサとして使用するために、構成する微細繊維がその繊維軸方向が揃った微細繊維の膜として成形されている必要がある。アクチュエータあるいは感圧センサとしての可否を判断する指標として、繊維軸方向を揃えて形成させた膜中の任意の場所について倍率１００００で拡大された微細繊維の画像において、画像の左右を結ぶ水平線からの繊維軸方向のズレが２０度以内の繊維の本数をＡ、ズレが２０度を越える繊維の本数をＢとした場合における配向度をＡ／（Ａ＋Ｂ）で定義し、係る配向度が０．８以上であることが望ましい。この値が０．８未満であれば透明性が低下する場合がある。
【００２５】
配向性のある微細繊維膜を作成する方法としては、微細繊維を繊維軸方向を揃えて部分溶融することにより作成することも可能であるが、本発明では、アクチュエータあるいは感圧センサとなる有機ポリマーの微細繊維膜を形成させるために電界紡糸法を用いた。
【００２６】
通常、電界紡糸法では微細繊維の不織布膜が得られるが、本発明では微細繊維の繊維軸が前述の配向度の範囲内に入るように形成された膜であることが必要である。このためには、コレクタとして、巻き取りドラムを用いる方法や等電位の２つ以上のコレクタ板にむけて紡糸させる方法等が例示できる。これらの手法には特に制限はないが、大きい膜面積が必要な場合には前者、比較的小さな面積でもよい場合には生産性に優れた後者の手法を用いるのが望ましい。図１に、２つ以上のコレクタ板にむけて紡糸させる方法等により、繊維軸が配向した圧電ポリマー膜を作製するための装置を示す。図のようにコレクタ板２枚を間隔を空けて設置することによりコレクタ板上には、不織布状の等方性の膜が形成されるが、両コレクタ板の間にはコレクタ間を橋渡しするように繊維軸方向が揃った微細繊維膜が形成され、特に繊維径を小さく製作した場合には、膜の回収のし易さ等の点好適な手法である。図２には、このようにして得られた実施例の微細繊維膜の光学顕微鏡写真を示した。不透明な不織布領域の間に透明性の高い膜が形成されている。この透明性の高い膜部分を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果が図３である。この部分の微細繊維の線維軸方向が揃っていることが分かり、その結果として透明性が高いことが分かる。
【００２７】
電界紡糸法において、得られる微細繊維の形状に影響を及ぼす因子としては、樹脂の種類、分子量、溶媒の種類、樹脂溶液の濃度、樹脂溶液の射出速度（時間当りの吐出容積）、シリンジ針の直径、シリンジ針先端とコレクタ間の距離、印加電圧、コレクタのアースのとり方等がある。本願発明のナノファイバーを得るに当たっては上述の各因子に特別の制限はないが、これらを最適化することで前記の平均直径をもつ微細繊維を得ることが望ましい。
【００２８】
そして、本発明の圧電ポリマー膜を圧電性アクチュエータあるいは感圧センサとして利用するには、必要に応じて一軸延伸後に分極処理を施す必要がある。処理条件には特に制限はないが、延伸はポリマーのガラス転移点以上の温度下で一軸延伸させ、その後、放電を起こさないようにオイルバス中や不活性ガス中で９０〜１３０℃に保持下、厚さ１ｍｍ当り数ｋＶの電圧を印加させて分極処理を行う方法を例示できる。
【００２９】
（アクチュエータ）
本発明のアクチュエータは、前記圧電ポリマー膜の両端部に電極を備えたことを特徴とする。
本発明におけるアクチュエータとは、電場印加の有無によって可逆的に変形する有機ポリマー微細繊維からなる前記圧電ポリマー膜および当該圧電ポリマーに電場を印加するための電極からなる複合体を指す。
【００３０】
前記圧電ポリマー膜に備えられる電極は、膜の両端に設置され、膜平面を挟んで上面及び下面に設置しても良いし、膜平面の両端に設置しても良い。膜平面の両端に設置する場合は、前記圧電ポリマー膜の繊維軸が配向した繊維切断面の両端部に設置することも繊維軸が配向した両端の繊維に沿った形で設置することもできる。電極の設置位置は、前記の中からアクチュエータを使用する態様に適するものを選択すればよい。
【００３１】
そして、本発明のアクチュエータは、電極に電圧印加装置から電圧が印加されることによって、前記圧電ポリマー膜が変形を起こし作動する。
【００３２】
電極を形成する材料としては、導電性を有する薄膜が形成可能な材料であれば特に限定されないが、後述する透明性アクチュエータを形成させるためには、透明電極材料であることが必要であり、例えば、ＩＴＯ膜等が好適に利用できる。電極形成手法には特に制限はないが、本発明の微細繊維膜への電極形成の容易さを考慮すれば、例えばＩＴＯ膜であれば蒸着法により、微細繊維膜を上下から挟むように電極を形成させることが望ましい。また適宜、マスキングを施すことで回路パターンを形成させることもできる。
【００３３】
有機ポリマー膜の変形方向は、変形の基本原理となる圧電係数に対応して３次元各方向に種々取り出すことが可能であるが、前述のような微細繊維膜を上下から挟むように電極を形成させた場合、ｄ３１モード変形が得られる。電圧印加の有無に伴う微細繊維の変形は繊維軸方向に沿った収縮／伸びであり、繊維軸方向が揃った微細繊維膜の場合、微細繊維の両末端が位置する膜の両辺の変位が得られる。すなわち、膜面内での変形（長さ変化）である。
【００３４】
また、微細繊維両末端部の断面に電極を形成して、電圧を印加してｄ３３モード変形を利用したアクチュエータも考えられる。この場合には繊維径の変化、すなわち膜厚みの変化を利用することになる。
【００３５】
（インターフェースデバイス）
本発明のインターフェースデバイスでは、繊維軸方向の収縮／伸び変形を繊維軸と垂直方向のたわみ変形へと変換し、そのたわみを微細突起として利用するものである。そのためには、（ａ）繊維軸方向が揃った微細繊維膜の繊維末端の両端が固定されている必要がある。繊維末端が自由端であれば伸び変形をたわみ変形へと変換できず、所望の微細突起を得られない。さらに、（ｂ）たわみ変形を起こす方向が常に一定に規定され、安定して微細突起が形成される必要がある。
【００３６】
上述の（ａ）と（ｂ）を構造的に実現するには、デバイス形成時に微細突起が形成される面とは反対側の面が基材と接着されている必要がある。基材材質は特に限定されないが、柔軟性が必要であるため有機樹脂材料からなるシートであることが望ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂やナイロン６やナイロン６６等のポリアミド樹脂等の薄いシートで十分な透明性（下地透過性）と強度、柔軟性を具備する樹脂材料を例示できる。
【００３７】
本発明のインターフェースデバイスは、前記圧電ポリマー及び前記アクチュエータが透明材料からなり、透明樹脂製フィルム上の任意の位置に複数固定設置されていることを特徴とする。
【００３８】
好ましい本発明のインターフェースデバイスは、前記圧電ポリマー膜が透明ポリマーからなり、その膜の両面に透明電極を重ね合わせたものを透明なポリマー基材フィルム上に張り合わせて作成する。必要に応じて上面を透明なポリマー膜で被覆しても良い。
【００３９】
図４には典型的なインターフェースデバイスの構成図を示した。微細繊維膜を上下から挟むように形成された電極を、さらに必要に応じて樹脂シートや膜で被覆することで形成されている。また、図５には、図４の如く構成されたインターフェースデバイスにおけるアクチュエータの変形の様子、すなわち、たわみ変形を微細突起として利用する様子を模式化して示した。
【００４０】
図６に本発明のインターフェースデバイスの平面概念図を示す。インターフェースデバイスの任意の位置にアクチュエータ部が配置され（図６（ａ））、それらの動きは個別あるいは複数個が共同して駆動されるようにプログラムされて使われる。図６（ｂ）は、インターフェースデバイスのアクチュエータの電圧が印加されていない状態を示す図である。電圧が印加されていないためインターフェースデバイスの表面は、フラットである。なお、図中、図６（ａ）のように配置されているアクチュエータは作動していないために図示していない。
【００４１】
本発明における透明性インターフェースデバイスを利用する形態として、タッチパネルディスプレイの全面に設置することが挙げられるが、この場合、ディスプレイ画面上に重なるように多数のそれぞれ独立した透明性アクチュエータ部が存在し、必要に応じてこれらを駆動することで、任意の位置に微細突起を形成するようなアクチュエータ集合体からなるインターフェースデバイスとして利用できる。すなわち、ディスプレイに表示される操作部に対応して、その部分のアクチュエータを作動させて、ディスプレイ表面の操作部に凸部を出現させることができる。図６（ｃ）及び図６（ｄ）に表面に操作部の画像が表示された特定部分のアクチュエータが作動している状態の図を示す。この場合も、アクチュエータは、図６（ａ）のように全面に配置されているが、作動していないアクチュエータは図示していない。
【００４２】
個別のデバイスは、例えば直流駆動であれば比較的低速で突起の形成と消失を制御するのに対して、交流駆動等の周期的な電圧印加であればアクチュエータの応答性の限度内において振動の効果も加わったデバイスとして利用することができる。
【００４３】
本発明ではアクチュエータ部がフッ素系樹脂で構成されることが多いため、実際には基材と微細繊維膜が接着されていることは困難であることも多い。融点の異なる他種ポリマーによる基材を用い、例えば微細繊維膜を構成するポリマーの融点以下の温度で基材と圧着させることで基材が微細繊維膜内に一部含浸したような構造を取らせるのも好適に用いられる。また架橋性モノマーの含浸とその硬化によっても同様の構造を得ることができる。
【００４４】
（感圧センサおよび感圧センサデバイス）
本発明の感圧センサは、前記圧電ポリマー膜の両端部に電極を備えたことを特徴とする。
本発明における感圧センサとは、外部力場（圧力）印加の瞬間に電圧を出力する有機ポリマー微細繊維からなる前記圧電ポリマー膜および当該圧電ポリマーからの出力電圧を取り出すための電極からなる複合体を指す。
【００４５】
前記圧電ポリマー膜に備えられる電極は、膜平面を挟んで上面及び下面に対に設置される。各々の電極は膜表面全体を覆う一枚のベタ膜としてもよいが、有機ポリマー微細繊維の方向に平行に所定の幅をもつ複数の電極部分から形成され、それらが圧電ポリマー膜の上下で対をなすように形成されていてもよい。圧電変換による出力電圧が検出できる限りにおいて、幅を狭くしたり、隣り合う電極間の距離を広げたりすることができる。このような電極形成方法を採ることにより、一枚の圧電ポリマー膜に複数の感圧センサ部を設けることができる。本願発明における感圧センサアレイとは一枚の圧電ポリマー膜が実質的に複数の感圧センサからなることを指し、電極形成の仕方で簡便に形成させることができる。
【００４６】
電極を形成する材料としては、導電性を有する薄膜が形成可能な材料であれば特に限定されない。感圧センサとして透明性が必要であれば透明電極材料として、例えば、ＩＴＯ膜等が好適に利用できる。一方で透明性への要求がない場合、アルミニウム、クロム、亜鉛、金、銀、プラチナ、ニッケルなどの金属類を用いれば良い。電極形成手法には特に制限はないが、本発明の微細繊維膜への電極形成の容易さを考慮すれば、蒸着法により、微細繊維膜を上下から挟むように電極を形成させることが望ましい。また適宜、マスキングを施すことで回路パターンを形成させたり、前記した感圧センサアレイを形成させることもできる。
【００４７】
前記した有機ポリマー微細繊維からなる圧電ポリマー膜は柔軟な膜であり、電極を形成する膜の厚みを適宜調節することで、感圧センサとしてデバイス化された後も柔軟性は保持される。図７に金蒸着膜をポリフッ化ビニリデン微細繊維からなる圧電ポリマー膜を挟む上下面に形成させた感圧センサを凸面に押し付けた様子を示した。センサ外形が製品形状に影響することなく、デザイン優先の製品表面に後からセンサを張り付けることができる。
【００４８】
感圧センサのより実用的な形態は、前述のようにセンサ数を増やすアレイ化によるきめ細かい圧力情報を出力する集積デバイス化である。本願発明における感圧センサアレイにおける感圧センサは、有機ポリマー微細繊維の方向に平行して、形成された電極の個数分が隣り合うように並ぶことから、これを一次元センサアレイとすると、有機ポリマー微細繊維からなる圧電ポリマー膜一枚が、電極形成の仕方によって多数の感圧センサの集合体となる。通常は１個１個独立したパッケージとしてなる感圧センサを製品表面に設置する必要があるのに対し、簡便に、入力情報量を増やすことができる。図８にそのような構成からなる１次元感圧センサアレイの模式図を示した。
【００４９】
さらに高度な使用方法として、上記の一次元感圧センサアレイを２枚以上積層して用いる際に、各々の有機ポリマー微細繊維の配向方向を直交させて配置することにより、二次元の感圧センサアレイを構成することができる。これによって各々の１次元感圧センサアレイで出力電圧を得た電極部の位置情報を組み合わせることで、圧力印加部の位置情報を得ることができる。また位置情報の拡がりと出力電圧の大きさを組み合わせて、印加圧力の質的情報を取り出すことも可能である。このような利用方法により、種々のハンディガジェットの入力機能やさらに発展してロボットの触覚センシング機能にも利用できる可能性がある。日常生活の隅々で利用されている情報家電等の更なるコンパクト化やデザインコンシャス化に貢献できると考えている。
【実施例】
【００５０】
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００５１】
＜樹脂溶液の作製＞
フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体（クレハ製  ＫＦＷ＃２２００）およびポリフッ化ビニリデン（クレハ製  Ｗ＃１０００）をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）の２０ｗｔ％溶液となるようにそれぞれ調製した。
【００５２】
＜繊維軸方向が揃った微細繊維膜の作製＞
２枚の銅板性コレクタを８ｍｍ離して固定し、これらの電極をアース設置した後、電極面に電界紡糸法によって前記した２種の樹脂溶液をそれぞれ噴霧し、厚さが５μｍの微細繊維膜を形成させた。電界紡糸条件は、１５ｋＶの印加電圧、直径２５Ｇのシリンジ針を用い、３ｍｌ／ｈの射出速度、シリンジ−電極間距離が１０ｃｍの条件であった。作製フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体の微細繊維膜全体の写真を図２に、図２の透明部分の繊維軸方向が揃った微細繊維膜のＳＥＭ観察像を図３に示す。得られた微細繊維の直径はおよそ７０〜９０ｎｍ程度であった。一方、同じ銅板性コレクタ１枚に対して同様の条件で電界紡糸を行い、微細繊維膜を作成した。これらは繊維軸の配向度が異なるだけで微細繊維の直径は同等のものであった。
【００５３】
＜インターフェースデバイスの作製＞
得られたフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体の微細繊維膜から繊維軸が揃った膜部分が５ｍｍ角となるように、それ以外の部位を樹脂の融点以上に加熱プレスして一体化させた。その後、繊維構造が残る５ｍｍ角部分を挟むように電極を設置し、シリコンオイル中で９０℃、３ｋＶ、６０分間の分極処理を行った。その後、溶剤で洗浄後、繊維構造が残る５ｍｍ角部分にＩＴＯ膜を形成し、下部電極、微細繊維膜、上部電極の構造からなるインターフェースデバイスモデルを作成した。
＜感圧センサデバイスの作成＞
得られたポリフッ化ビニリデンの微細繊維膜から繊維軸が揃った膜部以外の部位の樹脂を融点以上に加熱プレスして一体化させた（繊維軸が揃った膜部分は、繊維軸方向に８ｍｍ、幅５０ｍｍであった）。その後、微細繊維膜を上下から挟むように電極を設置し、シリコンオイル中で９０℃、３ｋＶ、６０分間の分極処理を行った。溶剤で洗浄後、微細繊維膜を上下から挟むように金蒸着膜を形成し、下部電極、微細繊維膜、上部電極の構造からなる感圧センサデバイスモデルを作成した。
【００５４】
（性能評価）
＜繊維軸の配向度＞
微細繊維膜の任意の場所について倍率１００００で拡大された微細繊維の画像において、画像の左右を結ぶ水平線からの繊維軸方向のズレが２０度以内の繊維の本数をＡ、ズレが２０度を越える繊維の本数をＢとした場合における配向度をＡ／（Ａ＋Ｂ）で定義し、画像解析から配向度を計算した。
【００５５】
＜透明性＞
厚さ５μｍになるように電界紡糸して得た微細繊維膜について、ＪＩＳ７３７５−２００８に準拠して積分球による全光線透過率を測定した。
【００５６】
＜アクチュエータ駆動試験＞
インターフェースデバイスモデルについて、下部と上部電極を直流電源に接続し、直流駆動におけるアクチュエータの駆動試験を行った。またアクチュエータの変形量を評価するために、ＩＴＯ膜の代わりにＰｔ膜を形成したインターフェースモデルを作成し、レーザー顕微鏡で垂直方向の変位を観測しながら駆動試験を行い、電場印加前後におけるアクチュエータ部の高さの差（最大量）を調べた。電極材の変更はレーザー顕微鏡で反射像を得るための対策である。
【００５７】
＜感圧センサ駆動試験＞
インターフェースデバイスモデルについて、下部と上部電極をオシロスコープに接続し、微細繊維膜部分に曲げ変形を加えて、圧電変換に基づく電圧出力の有無を調べた。
【００５８】
〔実施例１〕
フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体の線維軸方向を揃えて作成した微細繊維膜
について、繊維軸配向度、透明性を評価した。その後、当該微細繊維膜を含み、ＩＴＯ膜およびＰｔ電極で構成させたインターフェースデバイスモデルを作成し、外観観察およびアクチュエータ駆動試験を行った。
【００５９】
〔実施例２〕
ポリフッ化ビニリデンの繊維軸方向を揃えた作成した微細繊維膜について、繊維配向度を評価した。その後、当該微細繊維膜を含み、ＩＴＯ膜により電極を形成させた感圧センサデバイスモデルを作製し、感圧センサ駆動試験を行った。
【００６０】
〔比較例１〕
フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体の微細繊維膜（不織布）について、繊維軸配向度、透明性を評価した。その後、当該微細繊維膜を含み、ＩＴＯ膜およびＰｔ電極で構成させたインターフェースデバイスモデルを作成し、外観観察およびアクチュエータ駆動試験を行った。
【００６１】
〔比較例２〕
ポリフッ化ビニリデンの微細繊維膜（不織布）について、繊維配向度を評価した。その後、当該微細繊維膜を含み、ＩＴＯ膜で電極を形成させた感圧センサデバイスモデルを作製し、感圧センサ駆動試験を行った。
【００６２】
実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で得られた性能評価結果をまとめて表１に示した。
【００６３】
【表１】
2015109431.tif 000003
【００６４】
表１より、実施例１および２では繊維軸配向度から一軸配向性であり、結果として透明性にも優れた微細繊維膜である事が分かった。これを含むインターフェースデバイスモデルは十分な透明性を有しており、かつアクチュエータ駆動後の変異量も十分なものであった。一方、感圧センサモデルデバイスも変形印加後に電圧の出力を検知し、感圧センサとして機能することが分かった。
【００６５】
一方、比較例１および２では繊維軸配向度は等方性であり、不透明な微細繊維膜であった。これを含むインターフェースデバイスモデルも不透明であり、かつアクチュエータ駆動後の変異量も相対的に小さかった。これは微細繊維間の摩擦抵抗により変形力が削がれたためと考えられた。一方、感圧センサモデルデバイスも変形印加後の出力電圧が極めて小さく、実用性に乏しかった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の透明性アクチュエータ部を用いたインターフェースデバイスを用いることで、タッチパネルディスプレイ等の前面に微細突起を可逆的に形成可能となり、タッチ操作の補助機能として十分に利用できる。また、本発明の感圧センサ部を用いた感圧センサデバイスを用いることで、種々の情報家電等の更なるコンパクト化やデザインコンシャス化に貢献できると考えている。
【符号の説明】
【００６７】
１  高圧電源
２  ノズル
３  シリンジ等
４  微細繊維（飛翔中）
５  コレクタ
６  有機ポリマー微細繊維膜
【００６８】
９  微細繊維膜固定用上部ポリマー膜
１０  上部透明電極
１１  配列微細繊維膜
１２  下部透明電極
１３  ポリマー基材フィルム
【００６９】
１４  アクチュエータ不活性（未変形）
１５  アクチュエータ活性（たわみ変形）
【００７０】
１７  インターフェースデバイス
１８  アクチュエータ部
１９  ディスプレイパネル
２０  画像に合せて変形したアクチュエータ
２１  表示された画像
【００７１】
２２  微細繊維の一軸配列膜部分
２３  微細繊維の一軸配列部
２４  形成された電極部（図では下面電極のみを表示）
２５  １個の感圧センサ
２６  １次元センサアレイ
２７  ２次元センサアレイ
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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