(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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検出する電気回路と、
前記組紐状圧電素子それぞれの信号を比較演算し、前記布帛の変形の様態を判別する比較演算手段と
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記少なくとも２本の組紐状圧電素子が略平行に配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
各組紐状圧電素子の外側に導電性繊維からなる層をさらに設けた、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記布帛状圧電素子がテープ形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記布帛に前記組紐状圧電素子が織り込まれる状態または編み込まれる状態で固定された、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
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１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
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１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
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８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも２本の組紐状圧電素子のうち少なくとも１本の組紐状圧電素子と他の少なくとも１本の組紐状圧電素子が前記布帛中で互いに間隔を置いて配置され、これら２本の組紐状圧電素子はそれぞれ伸縮により電気信号を出力する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１本の組紐状圧電素子と前記他の少なくとも１本の組紐状圧電素子は、前記布帛の中央面を基準とした相対位置が互いに異なるように前記布帛中に固定されている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも１本の組紐状圧電素子と前記他の少なくとも１本の組紐状圧電素子は互いに逆極性の電気信号を出力する、請求項１０または１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも２本の組紐状圧電素子のうち少なくとも１本の組紐状圧電素子と他の少なくとも１本の組紐状圧電素子が前記布帛中で互いに間隔を置いて配置され、前記少なくとも１本の組紐状圧電素子は伸縮により電気信号を出力し、前記他の少なくとも１本の組紐状圧電素子はねじりにより電気信号を出力する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
伸縮により電気信号を出力する組紐状圧電素子の圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
ねじりにより電気信号を出力する組紐状圧電素子の圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が０°以上４０°以下または５０°以上９０°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０．８超１．０以下である、請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電性繊維を用いた組紐状圧電素子を複数有する布帛状圧電素子およびそれを用いたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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１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２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。
【０００３】
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３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。
【０００４】
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。また、単純な動きを検出するだけでなく、曲げやねじりといった動きの種類を区別検出することも求められている。
【０００５】
特許文献１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。
【０００６】
特許文献２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２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。また特許文献１，２の方法でも曲げやねじりを区別して検出することは不可能ではない。しかしながら安定してこれを検出するためにも、前記の通り十分な電気信号を発生させることが必須である。
【０００７】
特許文献３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５８０７７号
【特許文献２】特許第３５４０２０８号公報
【特許文献３】特開２０１１−２５３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、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、複数の組紐状圧電素子を有する布帛状圧電素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、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を、複数有する布帛状圧電素子により効率よく電気信号を取り出し、変形の種類を区別して検出することができることを発見し、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
１．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検出する電気回路と、
前記組紐状圧電素子それぞれの信号を比較演算し、前記布帛の変形の様態を判別する比較演算手段と
を備えるデバイス。
２．前記少なくとも２本の組紐状圧電素子が略平行に配置されている、上記１に記載のデバイス。
３．各組紐状圧電素子の外側に導電性繊維からなる層をさらに設けた、上記１または２に記載のデバイス。
４．前記布帛状圧電素子がテープ形である、上記１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
５．前記布帛に前記組紐状圧電素子が織り込まれる状態または編み込まれる状態で固定された、上記１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
６．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１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
７．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１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
８．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１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
９．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８に記載のデバイス。
１０．前記少なくとも２本の組紐状圧電素子のうち少なくとも１本の組紐状圧電素子と他の少なくとも１本の組紐状圧電素子が前記布帛中で互いに間隔を置いて配置され、これら２本の組紐状圧電素子はそれぞれ伸縮により電気信号を出力する、上記１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
１１．前記少なくとも１本の組紐状圧電素子と前記他の少なくとも１本の組紐状圧電素子は、前記布帛の中央面を基準とした相対位置が互いに異なるように前記布帛中に固定されている、上記１０に記載のデバイス。
１２．前記少なくとも１本の組紐状圧電素子と前記他の少なくとも１本の組紐状圧電素子は互いに逆極性の電気信号を出力する、上記１０または１１に記載のデバイス。
１３．前記少なくとも２本の組紐状圧電素子のうち少なくとも１本の組紐状圧電素子と他の少なくとも１本の組紐状圧電素子が前記布帛中で互いに間隔を置いて配置され、前記少なくとも１本の組紐状圧電素子は伸縮により電気信号を出力し、前記他の少なくとも１本の組紐状圧電素子はねじりにより電気信号を出力する、上記１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
１４．伸縮により電気信号を出力する組紐状圧電素子の圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が１５°以上７５°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下である、上記１０〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
１５．ねじりにより電気信号を出力する組紐状圧電素子の圧電性繊維は、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子であり、該圧電性高分子によって被覆された前記芯部の中心軸の方向に対する前記圧電性高分子の配向角度が０°以上４０°以下または５０°以上９０°以下であり、前記圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、前記中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｐ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置された該Ｎ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０．８超１．０以下である、上記１３に記載のデバイス。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、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、特に曲げおよびねじりに関する動きを検出することが可能な布帛状の圧電素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図２】配向角度θの計算方法を説明する模式図である。
【図３】実施形態に係る布帛状圧電素子の構成例を示す模式図である。
【図４】実施形態に係る布帛状圧電素子の他の構成例を示す模式図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。
【図５】実施形態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６】実施形態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７】比較例に係る圧電性繊維を含む織物の構成例を示す模式図である。
【図８】実施例５に係る布帛状圧電素子を示す模式図である。
【図９】実施形態に係る組紐状圧電素子の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（組紐状圧電素子）
図１は実施形態に係る組紐状圧電素子の構成例を示す模式図である。
組紐状圧電素子１は、導電性繊維Ｂで形成された芯部３と、芯部３を被覆するように組紐状の圧電性繊維Ａで形成された鞘部２と、を備えている。
【００１５】
組紐状圧電素子１では、少なくとも一本の導電性繊維Ｂの外周面を多数の圧電性繊維Ａが緻密に取り巻いている。組紐状圧電素子１に変形が生じると、多数の圧電性繊維Ａそれぞれに変形による応力が生じ、それにより多数の圧電性繊維Ａそれぞれに電場が生じ（圧電効果）、その結果、導電性繊維Ｂを取り巻く多数の圧電性繊維Ａの電場を重畳した電圧変化が導電性繊維Ｂに生じる。すなわち圧電性繊維Ａの組紐状の鞘部２を用いない場合と比較して導電性繊維Ｂからの電気信号が増大する。それにより、組紐状圧電素子１では、比較的小さな変形で生じる応力によっても、大きな電気信号を取り出すことが可能となる。なお、導電性繊維Ｂは複数本であってもよい。
【００１６】
組紐状圧電素子１は、その中心軸（図１中のＣＬ）方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するか、あるいはその中心軸を軸としたねじり変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものが好ましく、その中心軸方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力するものがより好ましい。
【００１７】
（伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子）
中心軸方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１としては、例えば、圧電性繊維Ａとして、一軸配向した高分子の成型体であり、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子を使用することができる。本発明において「主成分として含む」とは、構成成分の５０質量％以上を占めることを指す。また、本発明において結晶性高分子とは、１質量％以上の結晶部と、結晶部以外の非晶部とからなる高分子であり、結晶性高分子の質量とは結晶部と非晶部とを合計した質量である。なお、ｄ１４の値は成型条件や純度および測定雰囲気によって異なる値を示すが、本発明においては、実際に使用される圧電性高分子中の結晶性高分子の結晶化度および結晶配向度を測定し、それと同等の結晶化度および結晶配向度を有する１軸延伸フィルムを当該結晶性高分子を用いて作成し、そのフィルムのｄ１４の絶対値が、実際に使用される温度において０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を示せばよく、本実施形態の圧電性高分子に含まれる結晶性高分子としては、後述されるような特定の結晶性高分子には限定されない。フィルムサンプルのｄ１４の測定は公知の様々な方法を取ることができるが、例えばフィルムサンプルの両面に金属を蒸着して電極としたサンプルを、延伸方向から４５度傾いた方向に４辺を有する長方形に切り出し、その長尺方向に引張荷重をかけた時に両面の電極に発生する電荷を測定することで、ｄ１４の値を測定することができる。
【００１８】
また、中心軸方向への伸縮変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１においては、中心軸の方向と圧電性高分子の配向方向とがなす角度（配向角度θ）は１５°以上７５°以下であることが好ましい。この条件を満たす時、組紐状圧電素子１に対し中心軸方向の伸縮変形（引張応力および圧縮応力）を与えることで、圧電性高分子に含まれる結晶性高分子の圧電定数ｄ１４に対応する圧電効果を効率よく利用し、組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とに効率的に逆極性（逆符号）の電荷を発生させることができる。かかる観点から、配向角度θは２５°以上６５°以下であることが好ましく、３５°以上５５°以下であることがより好ましく、４０°以上５０°以下であることがさらに好ましい。このように圧電性高分子を配置すると、圧電性高分子の配向方向はらせんを描くことになる。
【００１９】
また、このように圧電性高分子を配置することで、組紐状圧電素子１の表面を擦るようなせん断変形や、中心軸を曲げるような曲げ変形や、中心軸を軸としたねじり変形に対しては組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とには大きな電荷を発生させないようにする、即ち中心軸方向の伸縮に対して選択的に大きな電荷を発生させる組紐状圧電素子１とすることができる。
【００２０】
配向角度θは、可能な限り下記の方法で測定する。組紐状圧電素子１の側面写真を撮影し、圧電性高分子Ａ’のらせんピッチＨＰを測定する。らせんピッチＨＰは図２の通り、１本の圧電性高分子Ａ’が表面から裏面を回って再び表面に来るまでに要した、中心軸方向の直線距離である。また、必要に応じて接着剤で構造を固定後に、組紐状圧電素子１の中心軸に垂直な断面を切り出して写真を撮影し、鞘部２が占める部分の外側半径Ｒｏおよび内側半径Ｒｉを測定する。断面の外縁および内縁が楕円形や扁平な円形の場合は、長径と短径の平均値をＲｏおよびＲｉとする。下記式から中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θを計算する。
θ  ＝  ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）  （０°≦θ≦９０°）
ただしＲｍ＝２（Ｒｏ３−Ｒｉ３）／３（Ｒｏ２−Ｒｉ２）、即ち断面積で加重平均した組紐状圧電素子１の半径である。
【００２１】
組紐状圧電素子１の側面写真において圧電性高分子が均一な表面を有しており、圧電性高分子のらせんピッチが判別できない場合は、接着剤等で固定した組紐状圧電素子１を中心軸を通る平面で割断し、割断面に垂直な方向に、中心軸を通るよう十分に狭い範囲でＸ線を透過するよう広角Ｘ線回折分析を行い、配向方向を決定して中心軸との角度をとり、θとする。
【００２２】
本発明に係る組紐状圧電素子１では、圧電性高分子の配向方向に沿って描かれるらせんについて、らせん方向（Ｓ撚り方向またはＺ撚り方向）やらせんピッチを異にする２つ以上のらせんが同時に存在する場合があるが、それぞれのらせん方向およびらせんピッチの圧電性高分子についてそれぞれ上記測定を行い、いずれか一つのらせん方向およびらせんピッチの圧電性高分子が前述の条件を満たすことが必要である。
【００２３】
中心軸方向の伸縮変形に対して中心軸側と外側とに発生する電荷の極性は、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置した場合と、同じ圧電性高分子の配向方向をＺ撚りのらせんに沿って配置した場合とでは、互いに逆の極性になる。このため、圧電性高分子の配向方向をＳ撚りのらせんに沿って配置すると同時にＺ撚りのらせんに沿って配置した場合は、伸縮変形に対する発生電荷がＳ撚り方向とＺ撚り方向とで互いに打消し合って効率的に利用できないため、好ましくない。したがって、上記の圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、組紐状圧電素子１の中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であることが好ましく、さらに０以上０．５以下であることが好ましい。
【００２４】
（ねじり変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子）
中心軸を軸としたねじり変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１としては、上記と同様に、例えば、圧電性繊維Ａとして、一軸配向した高分子の成型体であり、配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が０．１ｐＣ／Ｎ以上１０００ｐＣ／Ｎ以下の値を有する結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子を使用することができる。また、中心軸を軸としたねじり変形に対して選択的に大きな電気信号を出力する組紐状圧電素子１においては、中心軸の方向と圧電性高分子の配向方向とがなす角度θは０°以上４０°以下または５０°以上９０°以下であることが好ましい。この条件を満たす時、組紐状圧電素子１に対し中心軸を軸としたねじり変形（ねじり応力）を与えることで、圧電性高分子に含まれる結晶性高分子の圧電定数ｄ１４に対応する圧電効果を効率よく利用し、組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とに効率的に逆極性の電荷を発生させることができる。かかる観点から、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θは０°以上３５°以下または５５°以上９０°以下であることが好ましく、０°以上３０°以下または６０°以上９０°以下であることがより好ましく、０°以上２５°以下または６５°以上９０°以下であることがさらに好ましい。中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが０°を超えて９０°未満である場合には、圧電性高分子の配向方向はらせんを描くことになる。
【００２５】
また、このように圧電性高分子を配置することで、組紐状圧電素子１の表面を擦るようなせん断変形や、中心軸を曲げるような曲げ変形や、中心軸方向の伸縮変形に対しては組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とには大きな電荷を発生させないようにする、即ち中心軸を軸としたねじりに対して選択的に大きな電荷を発生させる組紐状圧電素子１とすることができる。
【００２６】
圧電性高分子の配向方向がらせんをなす場合、らせん方向（Ｓ撚り方向またはＺ撚り方向）がどちらであるかは、ねじり変形に対して発生する電荷の極性に影響しない。ただし、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが０°以上４０°以下である場合と、５０°以上９０°以下である場合とでは、ねじり変形に対して発生する電荷の極性が逆転する。また、ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸のように、ｄ１４の符号が互いに異なる結晶性高分子を含む圧電性高分子も、ねじり変形に対して発生する電荷の極性が逆転する。従って、ねじり変形に対して組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とに効率的に逆極性の電荷を発生させるためには、ｄ１４の符号が同一の結晶性高分子を主成分として含む圧電性高分子のみを用い、組紐状圧電素子１の中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θは０°以上４０°以下または５０°以上９０°以下のどちらかのみに揃えることが好ましい。
【００２７】
伸縮変形に対して組紐状圧電素子１の中心軸側と外側とには大きな電荷を発生させないようにする観点から、上記の圧電性高分子は、圧電定数ｄ１４の値が正の結晶性高分子を主成分として含むＰ体と、負の結晶性高分子を主成分として含むＮ体とを含み、組紐状圧電素子１の中心軸が１ｃｍの長さを持つ部分について、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＺＰ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＰ体の質量をＳＰ、配向軸がＺ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＺＮ、配向軸がＳ撚り方向にらせんを巻いて配置されたＮ体の質量をＳＮとし、（ＺＰ＋ＳＮ）と（ＳＰ＋ＺＮ）とのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２の値が０．８超であることがより好ましく、さらに０．９超であることが好ましい。ここで上記のＴ１／Ｔ２の値を満足しない場合でも、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが０°以上１０°以下、または８０°以上９０°以下の場合は、１０°超８０°未満の場合に比べ伸縮変形に対して発生する電荷量が小さくなる結果、ねじり変形に対して選択的に電気信号を発生させることができ、好ましい。
【００２８】
本発明の圧電性繊維として主成分としてポリ乳酸が含まれる繊維を用いる場合、ポリ乳酸中の乳酸ユニットは９０モル％以上であることが好ましく、９５モル％以上であることがより好ましく、９８モル％以上がさらに好ましい。
【００２９】
なお、組紐状圧電素子１では、本発明の目的を達成する限り、鞘部２では圧電性繊維Ａ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよいし、芯部３では導電性繊維Ｂ以外の他の繊維と組み合わせて混繊等を行ってもよい。
【００３０】
導電性繊維Ｂの芯部３と組紐状の圧電性繊維Ａの鞘部２とで構成される組紐状圧電素子の長さは特に限定はない。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Ｂの抵抗値を考慮する必要が出てくるであろう。
【００３１】
以下、各構成について詳細に説明する。
【００３２】
（導電性繊維）
導電性繊維Ｂとしては、導電性を示すものであればよく、公知のあらゆるものが用いられる。導電性繊維Ｂとしては、例えば、金属繊維、導電性高分子からなる繊維、炭素繊維、繊維状あるいは粒状の導電性フィラーを分散させた高分子からなる繊維、あるいは繊維状物の表面に導電性を有する層を設けた繊維が挙げられる。繊維状物の表面に導電性を有する層を設ける方法としては、金属コート、導電性高分子コート、導電性繊維の巻付けなどが挙げられる。なかでも金属コートが導電性、耐久性、柔軟性などの観点から好ましい。金属をコートする具体的な方法としては、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキなどが挙げられるが生産性などの観点からメッキが好ましい。このような金属をメッキされた繊維は金属メッキ繊維ということができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
導電性繊維Ｂに屈曲耐性のある金属コートした有機繊維を使用すると、導電性繊維が折れることが非常に少なく、圧電素子を用いたセンサーとしての耐久性や安全性に優れる。
【００３６】
導電性繊維Ｂはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。マルチフィラメントの方が電気特性の長尺安定性の観点で好ましい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは２μｍ〜１００μｍである。さらに好ましくは３μｍ〜５０μｍである。マルチフィラメントの場合、フィラメント数としては、１本〜１０００００本が好ましく、より好ましくは５本〜５００本、さらに好ましくは１０本〜１００本である。ただし、導電性繊維Ｂの繊度・本数とは、組紐を作製する際に用いる芯部３の繊度・本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の導電性繊維Ｂと数えるものとする。ここで芯部３とは、導電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
【００３７】
繊維の直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。導電性繊維Ｂの断面形状としては円または楕円であることが、圧電素子の設計および製造の観点で好ましいが、これに限定されない。
【００３８】
また、圧電性高分子からの電気出力を効率よく取り出すため、電気抵抗は低いことが好ましく、体積抵抗率としては１０-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０-2Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０-3Ω・ｃｍ以下である。ただし、電気信号の検出で十分な強度が得られるのであれば導電性繊維Ｂの抵抗率はこの限りではない。
【００３９】
導電性繊維Ｂは、本発明の用途から、繰り返しの曲げやねじりといった動きに対して耐性がなければならない。その指標としては、結節強さが、より大きいものが好まれる。結節強さはＪＩＳ  Ｌ１０１３  ８．６の方法で測定することができる。本発明に適当な結節強さの程度としては、０．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。また、別の指標としては、曲げ剛性が、より小さいものが好まれる。曲げ剛性は、カトーテック（株）製ＫＥＳ―ＦＢ２純曲げ試験機などの測定装置で測定されるのが一般的である。本発明に適当な曲げ剛性の程度としては、東邦テナックス（株）製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＨＴＳ４０−３Ｋよりも小さいほうが好ましい。具体的には、導電性繊維の曲げ剛性が０．０５×１０-4Ｎ・ｍ2／ｍ以下であることが好ましく、０．０２×１０-4Ｎ・ｍ2／ｍ以下であることがより好ましく、０．０１×１０-4Ｎ・ｍ2／ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
（圧電性繊維）
圧電性繊維Ａの材料である圧電性高分子としてはポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸のような圧電性を示す高分子を利用できるが、本実施形態では上記のように圧電性繊維Ａは主成分として配向軸を３軸とした時の圧電定数ｄ１４の絶対値が高い結晶性高分子、とりわけポリ乳酸を含むことが好適である。ポリ乳酸は、例えば溶融紡糸後に延伸によって容易に配向して圧電性を示し、ポリフッ化ビニリデンなどで必要となる電界配向処理が不要な点で生産性に優れている。しかしこのことは、本発明を実施するに際してポリフッ化ビニリデンその他の圧電性材料の使用を排除することを意図するものではない。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ポリ乳酸を主成分とする圧電性繊維Ａは、製造時に延伸されて、その繊維軸方向に一軸配向している。さらに、圧電性繊維Ａは、その繊維軸方向に一軸配向しているだけでなく、ポリ乳酸の結晶を含むものであることが好ましく、一軸配向したポリ乳酸の結晶を含むものであることがより好ましい。なぜなら、ポリ乳酸はその結晶性が高いことおよび一軸配向していることでより大きな圧電性を示し、ｄ１４の絶対値が高くなるためである。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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）
【００４７】
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。
【００４８】
圧電性繊維Ａはフィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントであっても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントであってもよい。モノフィラメント（紡績糸を含む）の場合、その単糸径は１μｍ〜５ｍｍであり、好ましくは５μｍ〜２ｍｍ、さらに好ましくは１０μｍ〜１ｍｍである。マルチフィラメントの場合、その単糸径は０．１μｍ〜５ｍｍであり、好ましくは２μｍ〜１００μｍ、さらに好ましくは３μｍ〜５０μｍである。マルチフィラメントのフィラメント数としては、１本〜１０００００本が好ましく、より好ましくは５０本〜５００００本、さらに好ましくは１００本〜２００００本である。ただし、圧電性繊維Ａの繊度や本数については、組紐を作製する際のキャリア１つあたりの繊度、本数であり、複数本の単糸（モノフィラメント）で形成されるマルチフィラメントも一本の圧電性繊維Ａと数えるものとする。ここで、キャリア１つの中に、圧電性繊維以外の繊維を用いた場合であっても、それを含めた全体の量とする。
【００４９】
このような圧電性高分子を圧電性繊維Ａとするためには、高分子から繊維化するための公知の手法を、本発明の効果を奏する限りいずれも採用することができる。例えば、圧電性高分子を押し出し成型して繊維化する手法、圧電性高分子を溶融紡糸して繊維化する手法、圧電性高分子を乾式あるいは湿式紡糸により繊維化する手法、圧電性高分子を静電紡糸により繊維化する手法、フィルムを形成した後に細くカットする手法、などを採用することができる。これらの紡糸条件は、採用する圧電性高分子に応じて公知の手法を適用すればよく、通常は工業的に生産の容易な溶融紡糸法を採用すればよい。さらに、繊維を形成後には形成された繊維を延伸する。それにより一軸延伸配向しかつ結晶を含む大きな圧電性を示す圧電性繊維Ａが形成される。
【００５０】
また、圧電性繊維Ａは、上記のように作製されたものを組紐とする前に、染色、撚糸、合糸、熱処理などの処理をすることができる。
【００５１】
さらに、圧電性繊維Ａは、組紐を形成する際に繊維同士が擦れて断糸したり、毛羽が出たりする場合があるため、その強度と耐摩耗性は高い方が好ましく、強度は１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましく、２．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。耐摩耗性は、ＪＩＳ  Ｌ１０９５  ９．１０．２  Ｂ法などで評価することができ、摩擦回数は１００回以上が好ましく、１０００回以上であることがより好ましく、５０００回以上であることがさらに好ましく、１００００回以上であることが最も好ましい。耐摩耗性を向上させるための方法は特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法を用いることができ、例えば、結晶化度を向上させたり、微粒子を添加したり、表面加工したりすることができる。また、組紐に加工する際に、繊維に潤滑剤を塗布して摩擦を低減させることもできる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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）
【００５５】
（被覆）
導電性繊維Ｂ、すなわち芯部３は、圧電性繊維Ａ、すなわち組紐状の鞘部２で表面が被覆されている。導電性繊維Ｂを被覆する鞘部２の厚みは１μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５μｍ〜５ｍｍであることがより好ましく、１０μｍ〜３ｍｍであることがさらに好ましい、２０μｍ〜１ｍｍであることが最も好ましい。薄すぎると強度の点で問題となる場合があり、また、厚すぎると組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる場合がある。なお、ここで言う鞘部２とは芯部３に隣接する層のことを指す。
【００５６】
組紐状圧電素子１において、鞘部２の圧電性繊維Ａの総繊度は、芯部３の導電性繊維Ｂの総繊度の１／２倍以上、２０倍以下であることが好ましく、１倍以上、１５倍以下であることがより好ましく、２倍以上、１０倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Ａの総繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、導電性繊維Ｂを囲む圧電性繊維Ａが少な過ぎて導電性繊維Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに導電性繊維Ｂが近接する他の導電性繊維に接触するおそれがある。圧電性繊維Ａの総繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、導電性繊維Ｂを囲む圧電性繊維Ａが多過ぎて組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子１がセンサ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２を構成する圧電性繊維Ａ全ての繊度の和であり、例えば、一般的な８打組紐の場合には、８本の繊維の繊度の総和となる。
【００５７】
また、組紐状圧電素子１において、鞘部２の圧電性繊維Ａの一本あたりの繊度は、導電性繊維Ｂの総繊度の１／２０倍以上、２倍以下であることが好ましく、１／１５倍以上、１．５倍以下であることがより好ましく、１／１０倍以上、１倍以下であることがさらに好ましい。圧電性繊維Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して小さ過ぎると、圧電性繊維Ａが少な過ぎて導電性繊維Ｂが十分な電気信号を出力できず、さらに圧電性繊維Ａが切断するおそれがある。圧電性繊維Ａ一本あたりの繊度が導電性繊維Ｂの総繊度に対して大き過ぎると、圧電性繊維Ａが太過ぎて組紐状圧電素子１が硬くなり変形し難くなる。すなわち、いずれの場合にも組紐状圧電素子１がセンサーとして十分に機能しなくなる。
【００５８】
なお、導電性繊維Ｂに金属繊維を用いた場合や、金属繊維を導電性繊維Ｂあるいは圧電性繊維Ａに混繊した場合は、繊度の比率は上記の限りではない。本発明において、上記比率は、接触面積や被覆率、すなわち、面積および体積の観点で重要であるからである。例えば、それぞれの繊維の比重が２を超えるような場合には、繊維の平均断面積の比率が上記繊度の比率であることが好ましい。
【００５９】
圧電性繊維Ａと導電性繊維Ｂとはできるだけ密着していることが好ましいが、密着性を改良するために、導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａとの間にアンカー層や接着層などを設けてもよい。
【００６０】
被覆の方法は導電性繊維Ｂを芯糸として、その周りに圧電性繊維Ａを組紐状に巻きつける方法が取られる。一方、圧電性繊維Ａの組紐の形状は、印加された荷重で生じる応力に対して電気信号を出力することが出来れば特に限定されるものではないが、芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が好ましい。
【００６１】
導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａの形状としては特に限定されるものではないが、できるだけ同心円状に近いことが、好ましい。なお、導電性繊維Ｂとしてマルチフィラメントを用いる場合、圧電性繊維Ａは、導電性繊維Ｂのマルチフィラメントの表面（繊維周面）の少なくとも一部が接触しているように被覆していればよく、マルチフィラメントを構成するすべてのフィラメント表面（繊維周面）に圧電性繊維Ａが被覆していてもよいし、被覆していなくともよい。導電性繊維Ｂのマルチフィラメントを構成する内部の各フィラメントへの圧電性繊維Ａの被覆状態は、圧電性素子としての性能、取扱い性等を考慮して、適宜設定すればよい。
【００６２】
本発明における組紐状圧電素子１は、その表面に電極を存在させる必要が無いため、組紐状圧電素子１自体をさらに被覆する必要がなく、また、誤動作しにくいという利点がある。
【００６３】
（布帛状圧電素子）
図３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５は、少なくとも２本の組紐状圧電素子１を含む布帛６を備えており、これらの組紐状圧電素子１は略平行に配置されている。布帛６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１であり、組紐状圧電素子１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３に示す例では、布帛状圧電素子５は、経糸として、少なくとも２本の組紐状圧電素子１および絶縁性繊維７を配し、緯糸として導電性繊維８および絶縁性繊維７を交互に配した平織物である。導電性繊維８は導電性繊維Ｂ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７については後述される。なお、絶縁性繊維７及び／又は導電性繊維８の全部又は一部が組紐形態であってもよい。
【００６４】
組紐状圧電素子１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３に示す布帛状圧電素子５の場合、布帛状圧電素子５が２本の組紐状圧電素子１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１は同一の変形をする。したがって、２本の組紐状圧電素子１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１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１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１を組み合わせ、それぞれの組紐状圧電素子１で発生する信号を比較演算することで、組紐状圧電素子１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１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。
【００６５】
例えば、２本の組紐状圧電素子にそれぞれ伸縮により電気信号を出力するものを用い、図３のように布帛の上面図において２本の組紐状圧電素子１は異なった位置に配置された布帛状圧電素子５を好ましい形態として挙げることができる。この形態では、図３の布帛状圧電素子５の下辺を固定し、上辺の左端を引き上げ、右端を引き下げるような変形に対しては、２本の組紐状圧電素子１が受ける伸縮変形は互いに異なったものになる、すなわち左の組紐状圧電素子１が伸び、右の組紐状圧電素子１が縮むため、それぞれの組紐状圧電素子１で発生する信号を比較することで、上記の曲げを検知することができる。この場合、布帛の一方向への伸縮では２本の組紐状圧電素子１が受ける伸縮変形は同様なものになるため、上記の曲げ変形と区別して検知することが可能となる。
【００６６】
また、図４に示す例の通り、それぞれ伸縮により電気信号を出力する２本の組紐状圧電素子１を、布帛６の中央面６ａを基準とした相対位置が互いに異なるように布帛中に固定することで、布帛６に垂直な方向への曲げにより、１本の組紐状圧電素子１には圧縮変形が与えられ、他方の組紐状圧電素子１には伸長変形が与えられることから、これら２本の組紐状圧電素子１のそれぞれ、より具体的にはこれら２本の組紐状圧電素子１に含まれる導電性繊維Ｂのそれぞれから出力される電気信号を用いて布帛６に垂直な方向への布帛の曲げを検知する布帛状圧電素子５が好ましい形態として挙げられる。この形態では、例えば２本の組紐状圧電素子１に同等の性能の素子を用いた場合は、布帛状圧電素子５が組紐状圧電素子１の軸方向への伸縮変形をした時に２本の組紐状圧電素子１から同等の出力が得られるため、前記の布帛の曲げ変形と区別して検知することが可能となる。図４では布帛６の中央面６ａを対称面として面対称の位置に２本の組紐状圧電素子１を配置しているが、布帛６の中央面６ａを基準とした相対位置が互いに異なるように布帛中に固定されていればよく、布帛６の同じ面に布帛の中央面６ａからの距離を異にして２本の組紐状圧電素子１が固定されていてもよい。
【００６７】
また、このような形態において、２本の組紐状圧電素子に、それぞれの組紐状圧電素子の伸縮により互いに逆極性の電気信号（すなわち逆符号の電気信号）を出力するものを用いた場合は、それらの信号の和により布帛の曲げに対して大きな出力を発生し、布帛の伸縮に対して小さな出力を発生する素子とすることも、好ましい形態として挙げることができる。互いに逆極性の電気信号を出力する組紐状圧電素子は、前述の通り使用する圧電性高分子の主な成分としてポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸とをそれぞれ用いたり、同じ圧電性高分子を用いて配向方向がＳ撚り方向とＺ撚り方向とになるようそれぞれ配置したりすることで実現することができる。また、２本の組紐状圧電素子の信号の和を取る方法としては、２本の組紐状圧電素子の芯部を短絡させる方法や、電子回路上およびソフトウェア上で和を取る方法のいずれも用いることができる。
【００６８】
上記の形態では、布帛の曲げに対して２本の組紐状圧電素子１が異なる変形を受けるようにする観点から、２本の組紐状圧電素子１は、互いに間隔を置いて配置され、具体的には圧電性繊維が互いに最も近い部分の距離が０．０５ｍｍ以上５００ｍｍ以下離れていることが好ましく、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下離れていることがより好ましく、０．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下離れていることが更に好ましい。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０．０５ｍｍ未満であってもよい。
【００６９】
さらに別の例として、布帛状圧電素子に含まれる組紐状圧電素子のうち少なくとも１本の組紐状圧電素子に伸縮により電気信号を出力するものを用い、それとは別の少なくとも１本の組紐状圧電素子にねじりにより電気信号を出力するものを用いて、当該少なくとも１本の組紐状圧電素子から出力される電気信号により布帛の伸縮あるいは曲げ変形を検知し、当該別の少なくとも１本の組紐状圧電素子から出力される電気信号により布帛のねじり変形を検知する形態を挙げることができる。この形態では、布帛の伸縮変形あるいは曲げ変形を検知する組紐状圧電素子は、前述した伸縮変形により選択的に電気信号を出力するものを用い、布帛のねじり変形を検知する組紐状圧電素子は、前述したねじり変形により選択的に電気信号を出力するものを用いることが好ましい。この例では、組紐状圧電素子の間の距離は問わない。
【００７０】
以上の通り、複数の組紐状圧電素子１を組み合せ、それぞれの組紐状圧電素子１で発生する信号を比較演算することで、曲げや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５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１も変形するので、組紐状圧電素子１から出力される電気信号に基づいて、布帛状圧電素子５の変形を検出できる。そして、布帛状圧電素子５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。
【００７１】
また、図３に示す布帛状圧電素子５では、組紐状圧電素子１に導電性繊維８が交差して接触している。したがって、導電性繊維８は、組紐状圧電素子１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１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８は、接地（アース）されることにより、組紐状圧電素子１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８は組紐状圧電素子１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５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５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１と交差する緯糸（図３の場合）における導電性繊維８の割合が高いほど好ましい。具体的には、布帛６を形成する繊維であり且つ組紐状圧電素子１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５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、電磁波シールド付の布帛状圧電素子５とすることができる。
【００７２】
（絶縁性繊維）
布帛状圧電素子５では、組紐状圧電素子１（及び導電性繊維８）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５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。
【００７３】
このように組紐状圧電素子１（及び導電性繊維８）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５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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
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。
【００７６】
（製造方法）
本発明における組紐状圧電素子１は少なくとも１本の導電性繊維Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維Ａで被覆しているが、その製造方法としては例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、導電性繊維Ｂと圧電性繊維Ａを別々の工程で作製し、導電性繊維Ｂに圧電性繊維Ａを組紐状に巻きつけて被覆する方法である。この場合には、できるだけ同心円状に近くなるように被覆することが好ましい。
【００７７】
この場合、圧電性繊維Ａを形成する圧電性高分子としてポリ乳酸を用いる場合の好ましい紡糸、延伸条件として、溶融紡糸温度は１５０℃〜２５０℃が好ましく、延伸温度は４０℃〜１５０℃が好ましく、延伸倍率は１．１倍から５．０倍が好ましく、結晶化温度は８０℃〜１７０℃が好ましい。
【００７８】
導電性繊維Ｂに巻きつける圧電性繊維Ａとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント（紡績糸を含む）を用いても良い。また、圧電性繊維Ａを巻きつけられる導電性繊維Ｂとしては、複数のフィラメントを束ねたマルチフィラメントを用いてもよく、また、モノフィラメント（紡績糸を含む）を用いても良い。
【００７９】
被覆の好ましい形態としては、導電性繊維Ｂを芯糸とし、その周囲に圧電性繊維Ａを組紐状に製紐して、丸打組物（Ｔｕｂｕｌａｒ  Ｂｒａｉｄ）を作製することで被覆することができる。より具体的には芯部３を有する８打組紐や１６打組紐が挙げられる。ただし、例えば、圧電性繊維Ａを編組チューブのような形態とし、導電性繊維Ｂを芯として当該編組チューブに挿入することで被覆してもよい。
【００８０】
以上のような製造方法により、導電性繊維Ｂの表面を組紐状の圧電性繊維Ａで被覆した組紐状圧電素子１を得ることができる。
【００８１】
本発明における組紐状圧電素子１は、表面に電気信号を検出するための電極の形成を必要としないため、比較的簡単に製造することができる。
【００８２】
本発明の布帛状圧電素子５は、製織、製編により製造される。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、交組等を行ってもよい。もちろん、組紐状圧電素子１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１を布帛に刺繍してもよいし、接着してもよく、それらの方法を組み合わせてもよい。また、組紐状圧電素子１の近傍のみに布帛が存在するテープ形の布帛状圧電素子とすると、他の布帛に縫い付けや貼付けによって容易に設置することができるため好ましい。この時、テープの端と組紐状圧電素子との距離（テープの幅方向の距離）は、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下がさらに好ましい。テープ形の布帛状圧電素子とする場合は、広幅の布帛状圧電素子を組紐状圧電素子１と平行にカットして製造してもよいが、布テープの製織、製編時に交織、交編、交組等を行うことや、布テープに組紐状圧電素子１を刺繍、接着することが、製造工程の簡素化の観点から好ましい。
【００８３】
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。
【００８４】
製造工程の簡素化ならびに耐久性および固定性向上の観点から、布帛に組紐状圧電素子が織り込まれる状態または編み込まれる状態で固定されていることがより好ましく、多重織り布帛あるいは多重編み布帛の層間に組紐状圧電素子が挟み込まれていることがさらに好ましい。多重とは二重以上のものを指す。
【００８５】
（保護層）
本発明における組紐状圧電素子１の最表面には保護層を設けてもよい。この保護層は絶縁性であることが好ましく、フレキシブル性などの観点から高分子からなるものがより好ましい。保護層に絶縁性を持たせる場合には、もちろん、この場合には保護層ごと変形させたり、保護層上を擦ったりすることになるが、これらの外力が圧電性繊維Ａまで到達し、その分極を誘起できるものであれば特に限定はない。保護層としては、高分子などのコーティングによって形成されるものに限定されず、フィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよく、あるいは、それらが組み合わされたものであってもよい。
【００８６】
保護層の厚みとしては出来るだけ薄い方が、せん断応力を圧電性繊維Ａに伝えやすいが、薄すぎると保護層自体が破壊される等の問題が発生しやすくなるため、好ましくは１０ｎｍ〜２００μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは７０ｎｍ〜３０μｍ、最も好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。この保護層により圧電素子の形状を形成することもできる。
【００８７】
また、ノイズ低減を目的として電磁波シールド層を組紐構造に取り入れることも可能である。電磁波シールド層は特に限定されるものではないが、導電性の物質をコーティングしてもよいし、導電性を有するフィルム、布帛、繊維などを巻付けてもよい。電磁波シールド層の体積抵抗率としては１０-1Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０-2Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０-3Ω・ｃｍ以下である。ただし、電磁波シールド層の効果が得られるのであれば抵抗率はこの限りではない。この電磁波シールド層は、鞘の圧電性繊維Ａの表面に設けてもよく、前述の保護層の外側に設けてもよい。もちろん、電磁波シールド層と保護層が複数層積層されていてもよく、その順番も目的に応じて適宜決められる。
【００８８】
さらには、圧電性繊維からなる層を複数層設けたり、信号を取り出すための導電性繊維からなる層を複数層設けたりすることもできる。もちろん、これらの保護層、電磁波シールド層、圧電性繊維からなる層、導電性繊維からなる層は、その目的に応じて、その順番および層数は適宜決められる。なお、巻付ける方法としては、鞘部２のさらに外層に組紐構造を形成したり、カバーリングしたりする方法が挙げられる。
【００８９】
（圧電素子の適用技術）
本発明の布帛状圧電素子５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。
【００９０】
図５は、本発明の圧電素子１１を備えるデバイス１０を示すブロック図である。デバイス１０は、圧電素子１１（例示：複数の組紐状圧電素子１を有する布帛状圧電素子５）と、任意選択で、印加された圧力に応じて圧電素子１１の出力端子から出力される電気信号を増幅する増幅手段１２、当該任意選択の増幅手段１２で増幅された電気信号を出力する出力手段１３、および出力手段１３から出力された電気信号を外部機器（図示せず）へ送信する送信手段１４を有する電気回路とを備える。このデバイス１０を用いれば、圧電素子１１の表面への接触、圧力、形状変化によりそれぞれの組紐状圧電素子１の出力端子から出力された電気信号を、外部機器（図示せず）に設けられた比較演算手段（図示せず）にて比較演算することで、圧電素子１１の変形の解析結果を得ることができる。比較演算手段を設けることで、例えば各組紐状圧電素子１で発生する電気信号の極性、振幅、位相などを比較して得られる結果に基づき、伸縮やねじりなどの複雑な変形の態様を判別することができる。すなわち、圧電素子１１の出力端子から出力される電気信号が、圧電性高分子の配向方向と変形の様態とに応じて大きさ（振幅）や形状（波形）が変化することは既に説明した通りであるが、組紐状圧電素子１として伸縮変形により電気信号を出力するものとねじり変形により電気信号を出力するものとを適用用途に応じて適宜組み合わせて配置し、比較演算手段にてそれぞれの組紐状圧電素子１から出力される電気信号の極性、振幅、位相などを比較演算することで、当該適用用途における伸縮やねじりなどの複雑な変形の態様を判別する。
【００９１】
任意選択の増幅手段１２、出力手段１３、及び送信手段１４は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、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。例えば、演算処理装置（図示せず）に当該ソフトウェアプログラムがインストールされ、演算処理装置が当該ソフトウェアプログラムに従って動作することで、各部の機能を実現する。またあるいは、任意選択の増幅手段１２、出力手段１３、及び送信手段１４を、これら各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。なお、送信手段１４による送信方式を無線によるもの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。あるいはまた、デバイス１０内に、出力手段１３から出力されたそれぞれの組紐状圧電素子１の電気信号に基づき圧電素子１１の変形を解析する比較演算手段を設けてもよい。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。
【００９２】
図６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６の増幅手段１２は、図５を参照して説明したものに相当するが、図６に示す例では、出力手段１３の後段に、出力手段１３から出力されたそれぞれの組紐状圧電素子１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１５が設けられている。布帛状圧電素子５を備えるデバイスを構成する場合、増幅手段１２の入力端子に組紐状圧電素子１の芯部３（導電性繊維Ｂで形成される）の出力端子からの引出し線を接続し、接地（アース）端子には、増幅手段１２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または導電性繊維８を接続する。例えば、図６に示すように、布帛状圧電素子５において、組紐状圧電素子１の芯部３の出力端子からの引出し線を増幅手段１２の入力端子に接続し、組紐状圧電素子１に交差して接触した導電性繊維８を接地（アース）する。なお、図６では、比較演算手段１５をデバイス１０内に設けたが、図５を参照して説明したように比較演算手段１５を、外部機器内に設けてもよい。
【００９３】
組紐状圧電素子１に変形が生じると、圧電性繊維Ａは変形して分極が発生する。圧電性繊維Ａの分極により発生した正負各電荷の配列につられて、組紐状圧電素子１の芯部３を形成する導電性繊維Ｂの出力端子からの引出し線上において、電荷の移動が発生する。導電性繊維Ｂからの引出し線上における電荷の移動は微小な電気信号（すなわち電流または電位差）として現れる。つまり、組紐状圧電素子１に変形が与えられた時に発生する電荷に応じて、出力端子から電気信号が出力される増幅手段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。組紐状圧電素子１の変形の種類によって出力手段１３から出力される電気信号の極性、振幅、位相などが異なるが、比較演算手段１５では、出力手段１３から出力される電気信号の極性、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の態様を判別する。
【００９４】
本発明のデバイス１０は柔軟性があり、非常に広範な用途が考えられる。本発明のデバイス１０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。
【００９５】
さらに、本発明のデバイス１０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。
【００９６】
さらに、本発明のデバイス１０は、組紐状圧電素子１の僅かな伸縮変形により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１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。
【実施例】
【００９７】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に記載するが本発明はこれによって何らの限定を受けるものではない。
【００９８】
本実施例で示される圧電性繊維の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘｈｏｍｏ：
ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘｈｏｍｏについては、広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）による結晶構造解析から求めた。広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）では、リガク製ｕｌｔｒａｘ１８型Ｘ線回折装置を用いて透過法により、以下条件でサンプルのＸ線回折図形をイメージングプレートに記録した。
Ｘ線源：  Ｃｕ−Ｋα線（コンフォーカル ミラー）
出力：  ４５ｋＶ×６０ｍＡ
スリット：  １ｓｔ：１ｍｍΦ，２ｎｄ：０．８ｍｍΦ
カメラ長：  １２０ｍｍ
積算時間：  １０分
サンプル：  ３５ｍｇのポリ乳酸繊維を引き揃え３ｃｍの繊維束とする
得られたＸ線回折図形において方位角にわたって全散乱強度Ｉｔｏｔａｌを求め、ここで２θ＝１６．５°，１８．５°，２４．３°付近に現れるポリ−Ｌ−乳酸結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣＩＨＭｉを求めた。これらの値から下式（３）に従い、ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘｈｏｍｏを求めた。
［数３］
ポリ−Ｌ−乳酸結晶化度Ｘｈｏｍｏ（％）＝ΣＩＨＭｉ／Ｉｔｏｔａｌ×１００      （３）
なお、ΣＩＨＭｉは、全散乱強度においてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって算出した。
【００９９】
（２）ポリ−Ｌ−乳酸結晶配向度Ａ：
ポリ−Ｌ−乳酸結晶配向度Ａについては、上記の広角Ｘ線回折分析（ＷＡＸＤ）により得られたＸ線回折図形において、動径方向の２θ＝１６．５°付近に現れるポリ−Ｌ−乳酸結晶に由来する回折ピークについて、方位角（°）に対する強度分布をとり、得られた分布プロファイルの半値幅の総計ΣＷｉ（°）から次式（４）より算出した。
［数４］
ポリ−Ｌ−乳酸結晶配向度Ａ（％）＝（３６０−ΣＷｉ）÷３６０×１００    （４）
【０１００】
（３）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とメタノール１．０ｍＬを加え、６５℃に設定した水浴振とう器にセットして、ポリ乳酸が均一溶液になるまで３０分程度加水分解を行い、さらに加水分解が完了した溶液に０．２５モル／リットルの硫酸を加えｐＨ７まで中和し、その分解溶液を０．１ｍＬ採取して高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）移動相溶液３ｍＬにより希釈し、メンブレンフィルター（０．４５μｍ）によりろ過した。この調整溶液のＨＰＬＣ測定を行い、Ｌ−乳酸モノマーとＤ−乳酸モノマーの比率を定量した。１本のポリ乳酸繊維が０．１ｇに満たない場合は、採取可能な量に合わせ他の溶液の使用量を調整し、ＨＰＬＣ測定に供するサンプル溶液のポリ乳酸濃度が上記と同等から１００分の１の範囲になるようにした。
＜ＨＰＬＣ測定条件＞
カラム：住化分析センター社製「スミキラル（登録商標）」ＯＡ−５０００（４．６ｍｍφ×１５０ｍｍ）、
移動相：１．０ミリモル／リットルの硫酸銅水溶液
移動相流量：１．０ミリリットル／分
検出器：ＵＶ検出器（波長２５４ｎｍ）
注入量：１００マイクロリットル
Ｌ乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳＬＬＡとし、Ｄ−乳酸モノマーに由来するピーク面積をＳＤＬＡとすると、ＳＬＬＡおよびＳＤＬＡはＬ−乳酸モノマーのモル濃度ＭＬＬＡおよびＤ−乳酸モノマーのモル濃度ＭＤＬＡにそれぞれ比例するため、ＳＬＬＡとＳＤＬＡのうち大きい方の値をＳＭＬＡとし、光学純度は下記式（５）で計算した。
［数５］
光学純度（％）＝ＳＭＬＡ÷（ＳＬＬＡ＋ＳＤＬＡ）×１００      （５）
【０１０１】
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。
【０１０２】
（圧電性繊維）
２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を２４ホールのキャップから２０ｇ／ｍｉｎで吐出し、８８７ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１００℃で熱固定処理することにより８４ｄＴｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ１を得た。また、２４０℃にて溶融させたＰＬＬＡ１を１２ホールのキャップから８ｇ／ｍｉｎで吐出し、１０５０ｍ／ｍｉｎにて引き取った。この未延伸マルチフィラメント糸を８０℃、２．３倍に延伸し、１５０℃で熱固定処理することにより３３ｄｔｅｘ／１２フィラメントのマルチフィラメント一軸延伸糸ＰＦ２を得た。これらの圧電性繊維ＰＦ１およびＰＦ２を圧電性高分子として用いた。ＰＦ１およびＰＦ２のポリ−Ｌ−乳酸結晶化度、ポリ−Ｌ−乳酸結晶配向度および光学純度は上記の方法で測定し、表１の通りであった。
【０１０３】
【表１】
0006789065.tif 000002
【０１０４】
（導電性繊維）
ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』１００ｄ３４ｆ（ＣＦ１）を導電性繊維Ｂおよび導電性繊維８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。
また、ミツフジ（株）製の銀メッキナイロン、品名『ＡＧｐｏｓｓ』３０ｄ１０ｆ（ＣＦ２）を導電性繊維Ｂとして使用した。ＣＦ２の導電性は９５０Ω／ｍであった。
【０１０５】
（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ＩＦ１、および３３ｄＴｅｘ／１２フィラメントのマルチフィラメント延伸糸ＩＦ２を得、これらを絶縁性繊維とした。
【０１０６】
（組紐状圧電素子）
図１に示すように、上記の導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、上記の圧電性繊維ＰＦ１の８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１−１を形成した。ここで、導電性繊維の繊維軸ＣＬに対する圧電性繊維の巻きつけ角度（配向角度θ）は４５°とした。
【０１０７】
図１に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成した。次いで、この組紐状圧電素子を芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子の周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−２とした。
【０１０８】
組紐状圧電素子１−２における組紐のＰＦ１とＩＦ１とを入れ替えた以外は組紐状圧電素子１−２と同様にして組紐状圧電素子１−３を作製した。
【０１０９】
図１に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向ともに圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成した。次いで、この組紐状圧電素子を芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子の周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−４とした。
【０１１０】
（製織）
実施例１の試料として、図３に示すように経糸に絶縁性繊維７および２本の組紐状圧電素子１−１を３．０〜３．１ｃｍの間隔で略平行に配し、緯糸に絶縁性繊維７および導電性繊維８を交互に配して平織物を作製し、布帛状圧電素子５−１とした。
【０１１１】
比較例１の試料として、図７に示すように経糸に絶縁性繊維７および一本の組紐状圧電素子１−１を配し、緯糸に絶縁性繊維７および導電性繊維８を交互に配して平織物を作製し、布帛状圧電素子５−２とした。
【０１１２】
実施例２の試料として、絶縁性のポリエステル糸による２重織りテープ（幅１６ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）の層間に、経糸に平行に５カ所の筒状部分を形成し、それぞれの筒状部分の中に組紐状圧電素子１−２を１本、組紐状圧電素子１−４を３本、組紐状圧電素子１−２を１本の順に入れて織った布帛状圧電素子５−３を作成した。１カ所の筒状部分は２層合わせて１６本の８４ｄＴｅｘの経糸で構成し、筒状部分以外の部分は１６７ｄＴｅｘの経糸で構成した。緯糸は８４ｄＴｅｘの糸を用いた。５本の組紐状圧電素子同士の間には１６７ｄＴｅｘの経糸を２本（各層１本）入れた。
【０１１３】
実施例３の試料として、絶縁性のポリエステル糸による２重織りテープ（幅１６ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）の層間に、経糸に平行に５カ所の筒状部分を形成し、その両端の筒状部分の中に組紐状圧電素子１−２および組紐状圧電素子１−３をそれぞれ１本ずつ入れて織った布帛状圧電素子５−４を作成した。中央の３カ所の筒状部分には組紐状圧電素子を入れなかった。１カ所の筒状部分は２層合わせて１６本の８４ｄＴｅｘの経糸で構成し、筒状部分以外の部分は１６７ｄＴｅｘの経糸で構成した。緯糸は８４ｄＴｅｘの糸を用いた。５カ所の筒状部分同士の間には１６７ｄＴｅｘの経糸を２本（各層１本）入れた。
【０１１４】
実施例４の試料として、ポリエステル糸（３３０ｄＴｅｘ／７２フィラメント）を経糸および緯糸に用いた平織布を基材として用い、この基材の片面に、前記の布帛状圧電素子５−４を縫い付けて固定し、その布帛状圧電素子５−４に重なるように基材の反対側の面に別の布帛状圧電素子５−４を縫い付けて固定した布帛状圧電素子５−５を作成した。
【０１１５】
実施例５の試料として、ポリエステル糸（３３０ｄＴｅｘ／７２フィラメント）を経糸および緯糸に用い、１／２の綾織布を織り、その緯糸の一部に組紐状圧電素子１−２および１−３を用い、その部分の組織を図８の通り変化させた布帛状圧電素子５−６を作成した。組紐状圧電素子を緯糸として入れる際に筬の打ち込みを強くすることで、組紐状圧電素子１−２および１−３は重なり、組紐状圧電素子１−２は図８における紙面手前側に配置され、組紐状圧電素子１−３は図８における紙面奥側に配置された。
【０１１６】
（性能評価及び評価結果）
布帛状圧電素子５の性能評価及び評価結果は以下のとおりである。
【０１１７】
（実施例１）
布帛状圧電素子５−１中の２本の組紐状圧電素子の芯部３を形成する導電性繊維Ｂを、別々に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５−１中の導電性繊維８を接地（アース）した。この状態で、布帛状圧電素子５−１中の２本の組紐状圧電素子１−１に平行で、２本の組紐状圧電素子１−１間の中心線から約０．５ｃｍ離れた線を回転軸とし、布帛状圧電素子を９０°ひねってねじり変形を与えたところ、布帛状圧電素子５−１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、それぞれ７０ｍＶおよび１００ｍＶの電位差が検出された。また、同様の装置構成で布帛状圧電素子５−１を２本の組紐状圧電素子１−１に直交する線を屈曲部として９０度折り曲げたところ、布帛状圧電素子５−１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、それぞれ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５−１は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−１中の２本の組紐状圧電素子１−１の信号の組み合わせにより、布帛の変形の種類を区別できることが確認された。
【０１１８】
（比較例１）
布帛状圧電素子５−２中の組紐状圧電素子の芯部３を形成する導電性繊維Ｂ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５−２中の導電性繊維８を接地（アース）した。この状態で、布帛状圧電素子５−２中の組紐状圧電素子１−１に平行で約２．０ｃｍ離れた線を回転軸とし、布帛状圧電素子を９０°ひねってねじり変形を与えたところ、布帛状圧電素子５−２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、１００ｍＶの電位差が検出された。また、同様の装置構成で布帛状圧電素子５−２を組紐状圧電素子１−１に直行する線を屈曲部として９０度折り曲げたところ、布帛状圧電素子５−２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、１００ｍＶの電位差が検出された。以上の結果から、１本の組紐状圧電素子１−１からは、変形の種類を区別できないことがわかった。
【０１１９】
（実施例２）
布帛状圧電素子５−３中の２本の組紐状圧電素子１−２の２本の導電性繊維Ｂおよび３本の組紐状圧電素子１−４の３本の導電性繊維Ｂ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。２本の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂをそれぞれチャンネル１および２に接続し、３本の組紐状圧電素子１−４の３本の導電性繊維Ｂは短絡させてチャンネル３に接続した。また、布帛状圧電素子５−３中の２本の組紐状圧電素子１−２の外側の導電性繊維を接地（アース）した。布帛状圧電素子５−３の上面図において、チャンネル１および２に接続された２本の組紐状圧電素子１−２は、８ｍｍの間を空けて平行に配置されている。この状態で、立っている被験者の右腕を体の横に水平に持ち上げた状態で、布帛状圧電素子５−３を被験者の右肩上面に、チャンネル１に接続された組紐状圧電素子が被験者の前方に来るようにして、首付け根から肘にかけて直線状に両面テープで貼りつけた。被験者が右腕を真っ直ぐ下げたところ、チャンネル１、２および３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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−４００ｍＶ、−４５０ｍＶおよび０ｍＶの電位差が検出された。被験者の腕を水平に戻す動きを行ったところ、チャンネル１、２および３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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして＋３５０ｍＶ、＋３９０ｍＶおよび０ｍＶの電位差が検出された。腕を水平に持ち上げたまま腕を前方に移動させる動きを行ったところ、チャンネル１、２および３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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして＋１５０ｍＶ、−２７０ｍＶおよび０ｍＶの電位差が検出された。腕を水平に持ち上げたまま腕を横に戻す動きを行ったところ、チャンネル１、２および３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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−１７０ｍＶ、＋２５０ｍＶおよび０ｍＶの電位差が検出された。さらに、被験者の腕を水平に保ち、下方に向けた右の手のひらを前方を経由して上方に向ける動きを行ったところ、チャンネル１、２および３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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−５０ｍＶ、＋９０ｍＶおよび−５０ｍＶの電位差が検出された。以上の結果から、布帛状圧電素子５−３は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−３中の２本の組紐状圧電素子１−２の信号の組み合わせにより、方向の異なる曲げ変形やねじり変形という複数の変形の種類を判別できることが確認された。
【０１２０】
（実施例３）
布帛状圧電素子５−４中の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂおよび組紐状圧電素子１−３の導電性繊維Ｂを短絡させたものを、チャンネル１の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５−４中の２本の組紐状圧電素子の外側の導電性繊維を接地（アース）した。布帛状圧電素子５−４の上面図において、チャンネル１に接続された２本の組紐状圧電素子は、８ｍｍの間を空けて平行に配置されている。この状態で、立っている被験者の右腕を体の横に水平に持ち上げた状態で、布帛状圧電素子５−４を被験者の右肩上面に、被験者の前方に組紐状圧電素子１−２が配置され、被験者の後方に組紐状圧電素子１−３が配置されるようにして、首から肘にかけて直線となるよう両面テープで貼りつけた。被験者が右腕を真っ直ぐ下げたところ、チャンネル１からの出力として、静置状態を０ｍＶとして＋１０ｍＶの電位差が検出された。また、被験者の腕を水平に戻し、腕を水平に持ち上げたまま腕を前方に移動させる動きを行ったところ、チャンネル１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、静置状態を０ｍＶとして＋３５０ｍＶの電位差が検出された。また、被験者の腕を水平に戻す際には−２８０ｍＶの電位差が検出された。以上の結果から、布帛状圧電素子５−４は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−４中の２本の組紐状圧電素子を短絡させることにより、特定の曲げ方向にのみ大きな信号を出力するセンサ素子とすることができ、その信号の大小により曲げ方向を判別できることが確認された。
【０１２１】
（実施例４）
布帛状圧電素子５−５中の２枚の布帛状圧電素子５−４のうち、片方の布帛状圧電素子５−４中の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂをチャンネル１の信号線とし、他方の布帛状圧電素子５−４中の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂをチャンネル２の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５−５中の４本の組紐状圧電素子の外側の導電性繊維を接地（アース）した。チャンネル１および２に接続された２本の組紐状圧電素子１−２は、ポリエステル糸（３３０ｄＴｅｘ／７２フィラメント）の平織布の中央面を基準としてそれぞれ＋０．４ｍｍと−０．４ｍｍの位置に固定されている。この状態で、布帛状圧電素子５−５を組紐状圧電素子１−２に直交して布帛状圧電素子５−５に平行な線を屈曲部としてチャンネル２に接続された組紐状圧電素子がある方向に９０度折り曲げたところ、チャンネル１および２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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−８０ｍＶおよび＋８０ｍＶの電位差が検出された。さらに布帛状圧電素子５−５を直線状に戻したところ、チャンネル１および２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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして＋１００ｍＶおよび−１００ｍＶの電位差が検出された。また、組紐状圧電素子の長尺方向に引っ張ったところ、チャンネル１および２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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−８０ｍＶおよび−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５−５は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−５中の２本の組紐状圧電素子１−２の信号の組み合わせにより、布帛の曲げ変形と伸縮変形とを判別でき、曲げ方向も判別できることが確認された。
【０１２２】
さらに、布帛状圧電素子５−５中の２枚の布帛状圧電素子５−４のうち、片方の布帛状圧電素子５−４の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂと、他方の布帛状圧電素子５−４の組紐状圧電素子１−３の導電性繊維Ｂを短絡させ、チャンネル１の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８中の４本の組紐状圧電素子の外側の導電性繊維を接地（アース）した。チャンネル１に接続された２本の組紐状圧電素子は、ポリエステル糸（３３０ｄＴｅｘ／７２フィラメント）の平織布の中央面を基準としてそれぞれ＋０．４ｍｍと−０．４ｍｍの位置に固定されている。この状態で、布帛状圧電素子５−５を組紐状圧電素子１−２に直交して布帛状圧電素子５−５に平行な線を屈曲部としてチャンネル１に接続された組紐状圧電素子１−３がある方向に９０度折り曲げたところ、チャンネル１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、静置状態を０ｍＶとして−１６０ｍＶの電位差が検出された。その後曲げる前の状態に戻したところ、チャンネル１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、静置状態を０ｍＶとして＋１７０ｍＶの電位差が検出された。また、組紐状圧電素子の長尺方向に引っ張ったところ、チャンネル１のからは電位差が検出されなかった。以上の結果から、布帛状圧電素子５−５は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−５中の２本の組紐状圧電素子を短絡させることにより、曲げ変形にのみ大きな信号を出力するセンサ素子とすることができ、その信号の極性により曲げ方向を判別できることが確認された。
【０１２３】
（実施例５）
布帛状圧電素子５−６中の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂをチャンネル１の信号線とし、組紐状圧電素子１−３の導電性繊維Ｂをチャンネル２の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５−６中の２本の組紐状圧電素子の外側の導電性繊維を接地（アース）した。チャンネル１および２に接続された２本の組紐状圧電素子は、ポリエステル糸（３３０ｄＴｅｘ／７２フィラメント）の平織布の中央面を基準としてそれぞれ＋０．２ｍｍと−０．２ｍｍの位置に固定されている。この状態で、布帛状圧電素子５−６を組紐状圧電素子１−２に直交して布帛状圧電素子５−６に平行な線を屈曲部として組紐状圧電素子１−３がある方向に９０度折り曲げたところ、チャンネル１および２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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−８０ｍＶおよび−７０ｍＶの電位差が検出された。さらに布帛状圧電素子５−６を直線状に戻したところ、チャンネル１および２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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして＋１１０ｍＶおよび＋１００ｍＶの電位差が検出された。また、組紐状圧電素子の長尺方向に引っ張ったところ、チャンネル１および２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、それぞれ静置状態を０ｍＶとして−８０ｍＶおよび＋８０ｍＶの電位差が検出された。以上の結果から、布帛状圧電素子５−６は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−６中の２本の組紐状圧電素子の信号の組み合わせにより、布帛の曲げ変形と伸縮変形とを判別できることが確認された。
【０１２４】
さらに、布帛状圧電素子５−６中の組紐状圧電素子１−２の導電性繊維Ｂと、組紐状圧電素子１−３の導電性繊維Ｂを短絡させ、チャンネル１の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５−６中の２本の組紐状圧電素子の外側の導電性繊維を接地（アース）した。チャンネル１に接続された２本の組紐状圧電素子は、ポリエステル糸（３３０ｄＴｅｘ／７２フィラメント）の平織布の中央面を基準としてそれぞれ＋０．２ｍｍと−０．２ｍｍの位置に固定されている。この状態で、布帛状圧電素子５−６を組紐状圧電素子１−２に直交して布帛状圧電素子５−６に平行な線を屈曲部として組紐状圧電素子１−３がある方向に９０度折り曲げたところ、チャンネル１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、静置状態を０ｍＶとして−１５０ｍＶの電位差が検出された。その後曲げる前の状態に戻したところ、チャンネル１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、静置状態を０ｍＶとして＋２１０ｍＶの電位差が検出された。また、組紐状圧電素子の長尺方向に引っ張ったところ、チャンネル１からは電位差が検出されなかった。以上の結果から、布帛状圧電素子５−６は変形により十分な大きさの電気信号を検出可能で、布帛状圧電素子５−６中の２本の組紐状圧電素子を短絡させることにより、曲げ変形にのみ大きな信号を出力するセンサ素子とすることができ、その信号の極性により曲げ方向を判別できることが確認された。
【０１２５】
次に、実施例６および７において、本発明の布帛状圧電素子において用いられる圧電素子に関し、圧電性高分子の配向角度θおよびＴ１／Ｔ２の値が伸縮変形（実施例６）およびねじり変形（実施例７）に対する電気信号に及ぼす影響について調べた。
【０１２６】
本実施例で示される圧電素子の特性は、以下の方法によって決定した。
（１）中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θ
中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θは、下記式から計算した。
θ  ＝  ａｒｃｔａｎ（２πＲｍ／ＨＰ）  （０°≦θ≦９０°）
ただしＲｍ＝２（Ｒｏ３−Ｒｉ３）／３（Ｒｏ２−Ｒｉ２）、即ち断面積で加重平均した組紐状圧電素子（または他の構造体）の半径である。らせんピッチＨＰ、組紐状圧電素子（または他の構造体）が占める部分の外側半径Ｒｏおよび内側半径Ｒｉは以下の通り測定した。
（１−１）組紐状圧電素子の場合は、（組紐状圧電素子の圧電性高分子以外による被覆がなされている場合は必要に応じて被覆を除去して側面から圧電性高分子が観察できる状態としてから）側面写真を撮影し、任意の５カ所で図２のように圧電性高分子のらせんピッチＨＰ（μｍ）を測定し、平均値を取った。また、組紐状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について後述の通り組紐状圧電素子が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）および内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時に組まれている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものを用いている場合や、８打ち組紐の４本の繊維が圧電性高分子であり、残る４本の繊維が絶縁性高分子である場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せて組紐状圧電素子が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時に組まれていない部分については、組紐状圧電素子の一部とはみなさない。
外側半径Ｒｏと内側半径Ｒｉについては、以下の通り測定した。図９（ａ）の断面写真の通り、圧電性構造体（圧電性繊維Ａで形成された鞘部２）が占める領域（以後ＰＳＡと記載する）と、ＰＳＡの中央部にありＰＳＡではない領域（以後ＣＡと記載する）を定義する。ＰＳＡの外側にあり、ＰＳＡに重ならない最小の真円の直径と、ＰＳＡの外側を通らない（ＣＡは通ってもよい）最大の真円の直径との平均値をＲｏとする（図９（ｂ））。また、ＣＡの外側にあり、ＣＡに重ならない最小の真円の直径と、ＣＡの外側を通らない最大の真円の直径との平均値をＲｉとする（図９（ｃ））。
（１−２）カバリング糸状圧電素子の場合は、圧電性高分子をカバリングする時の巻き速度がＴ回／ｍ（カバリング糸の長さあたりの圧電性高分子の回転数）のとき、らせんピッチＨＰ（μｍ）＝１００００００／Ｔとした。また、カバリング糸状圧電素子に低粘性の瞬間接着剤「アロンアルファＥＸＴＲＡ２０００」（東亞合成）を染み込ませて固化させた後、組紐の長軸に垂直な断面を切り出して断面写真を撮影し、１枚の断面写真について組紐状圧電素子の場合と同様にカバリング糸状圧電素子が占める部分の外側半径Ｒｏ（μｍ）および内側半径Ｒｉ（μｍ）を測定し、同様の測定を別の任意の断面５カ所について測定し、平均値を取った。圧電性高分子と絶縁性高分子とが同時にカバリングされている場合、例えば圧電性繊維と絶縁性繊維を合糸したものをカバリングしてある場合や、圧電性繊維と絶縁性繊維とが重ならないように同時にカバリングしてある場合は、様々な場所で断面を取った時、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とが互いに入れ替わるため、圧電性高分子が存在する領域と絶縁性高分子が存在する領域とを合せてカバリング糸状圧電素子が占める部分とみなす。ただし、絶縁性高分子が圧電性高分子と同時にカバリングされてない、即ちどの断面を取っても絶縁性高分子が常に圧電性高分子の内側または外側にある部分については、カバリング糸状圧電素子の一部とはみなさない。
【０１２７】
（２）電気信号測定
エレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社  Ｂ２９８７Ａ）を、同軸ケーブル（芯：Ｈｉ極、シールド：Ｌｏ極）を介して圧電素子の導電体に接続した状態で、圧電素子に対し下記２−１〜５のいずれかの動作試験をしながら５０ｍ秒の間隔で電流値を計測した。
（２−１）引張試験
株式会社オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ−１２２５Ａ」を用い、圧電素子の長尺方向に１２ｃｍの間隔を空けて圧電素子をチャックで掴み、素子が弛んだ状態を０．０Ｎとし、０．５Ｎの張力まで引っ張った状態で変位を０ｍｍとし、１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で１．２ｍｍまで引っ張った後、０ｍｍまで−１００ｍｍ／ｍｉｎの動作速度で戻す動作を１０回繰り返した。
（２−２）ねじり試験
圧電素子を掴む２か所のチャックのうち、片方のチャックはねじり動作を行わず圧電素子の長軸方向に自由に動くようなレール上に設置されて圧電素子に０．５Ｎの張力が常にかかる状態とし、他方のチャックは圧電素子の長軸方向には動かずねじり動作を行うよう設計されたねじり試験装置を用い、圧電素子の長尺方向に７２ｍｍの間隔を空けて圧電素子をこれらのチャックで掴み、素子の中央からチャックを見て時計回りにねじるように１００°／ｓの速度で０°から４５°まで回転した後、−１００／ｓの速度で４５°から０°まで回転する往復ねじり動作を１０回繰り返した。
（２−３）曲げ試験
上部と下部との２つのチャックを備え、下部のチャックは固定され、上部のチャックは下部のチャックの７２ｍｍ上方に位置し、２つのチャックを結ぶ線分を直径とする仮想の円周上を上部のチャックが移動する試験装置を用い、圧電素子をチャックに把持して固定し、該円周上にて上部のチャックを１２時の位置、下部のチャックを６時の位置としたとき、圧電素子を９時方向に凸に僅かに撓ませた状態とした後、上部のチャックを１２時の位置から該円周上の１時、２時の位置を経由して３時の位置に一定速度で０．９秒かけて移動させた後、１２時の位置まで０．９秒かけて移動させる往復曲げ動作を１０回繰り返した。
（２−４）せん断試験
５０番手の綿糸で織られた平織布を表面に貼り付けた２枚の剛直な金属板によって、圧電素子の中央部６４ｍｍの長さの部分を上下から水平に挟み（下部の金属板は台に固定されている）、上から３．２Ｎの垂直荷重をかけ、金属板表面の綿布と圧電素子との間が滑らないようにした状態のまま、上の金属板を０Ｎから１Ｎの荷重まで１秒かけて圧電素子の長尺方向に引っ張った後、引張荷重を０Ｎまで１秒かけて戻すせん断動作を１０回繰り返した。
（２−５）押圧試験
株式会社オリエンテック製万能試験機「テンシロンＲＴＣ−１２２５Ａ」を用い、水平で剛直な金属台上に静置した圧電素子の中央部６４ｍｍの長さの部分を、上部のクロスヘッドに設置された剛直な金属板により水平に圧電素子を挟み、圧電素子から上部の金属板への反力が０．０１Ｎから２０Ｎとなるまで０．６秒かけて上部のクロスヘッドを下げて押圧し、反力が０．０１Ｎとなるまで０．６秒かけて除圧する動作を１０回繰り返した。
【０１２８】
（実施例６）
（例Ａ）
例Ａの試料として、図１に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる４本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子１−Ａを作成した。
【０１２９】
（例Ｂ）
組紐状圧電素子１−Ａを芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子１−Ａの周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｂとした。
【０１３０】
（例Ｃ、Ｄ）
ＰＦ１の巻付け速度を変更した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして、２本の組紐状圧電素子を作成し、これらの組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｃおよび１−Ｄとした。
【０１３１】
（例Ｅ〜Ｈ）
製紐機の８本のキャリアのうち、表２の通りＺ撚り方向およびＳ撚り方向に組まれるキャリアにそれぞれＰＦ１あるいはＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向のそれぞれに所定の割合で圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、これらの組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｅ〜１−Ｈとした。
【０１３２】
（例Ｉ）
ＰＦ１の代わりにＰＦ２を使用し、ＩＦ１の代わりにＩＦ２を使用し、巻付け速度を調整した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｉとした。
【０１３３】
（例Ｊ）
ＰＦ２の代わりにＩＦ２を使用し、ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｊとした。
【０１３４】
（例Ｋ）
ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１−Ｋを作成した。
【０１３５】
（例Ｌ）
ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ａと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状素子１−Ｌとした。
【０１３６】
（例Ｍ）
ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外はカバリング糸状圧電素子１−Ｋと同様にしてカバリング糸状素子を作成し、カバリング糸状素子１−Ｍとした。
【０１３７】
（例Ｎ）
ＩＦ１の代わりにＰＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ｂと同様にして組紐状圧電素子１−Ｎを作成した。
【０１３８】
（例Ｏ）
ＩＦ２の代わりにＰＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１−Ｉと同様にして組紐状圧電素子１−Ｏを作成した。
【０１３９】
（例Ｐ）
導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、１６打ち丸組紐製紐機の１６本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットし、Ｓ撚り方向に組まれる８本のキャリアに上記の絶縁性繊維ＩＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−Ｂと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−Ｐとした。
【０１４０】
（例Ｑ）
ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＩＦ１をＺ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１−Ｑを作成した。
【０１４１】
各圧電素子のＲｉ、Ｒｏ、ＨＰを測定し、計算された中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θの値、およびＴ１／Ｔ２の値を表２に示す。組紐状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維と絶縁性繊維が存在する領域を合わせて圧電素子の占める領域として測定した。カバリング糸状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維が存在する領域を圧電素子の占める領域として測定した。また、各圧電素子を１５ｃｍの長さに切断し、芯の導電性繊維をＨｉ極とし、周辺をシールドする金網または鞘の導電性繊維をＬｏ極としてエレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社  Ｂ２９８７Ａ）に接続し、電流値をモニタした。引張試験、ねじり試験、曲げ試験、せん断試験および押圧試験時の電流値を表２に示す。なお、例Ｌ、Ｍは圧電性高分子を含まないため、θおよびＴ１／Ｔ２の値は測定できない。
【０１４２】
【表２】
0006789065.tif 000003
【０１４３】
表２の結果から、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが１５°以上７５°以下であり、Ｔ１／Ｔ２の値が０以上０．８以下であるとき、引張動作（伸縮変形）に対し大きな信号を発生し、引張以外の動作には大きな信号を発生せず、引張動作に選択的に応答する素子であることが分かる。また例ＩとＪとを比べると、Ｚ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合と、Ｓ撚り方向に多く圧電性繊維を巻いた場合とを比べると、引張試験時の信号の極性が逆となっており、巻き方向が信号の極性に対応していることが分かる。
【０１４４】
さらに、表には示していないが、例Ａ〜Ｋの素子は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆で絶対値が概ね同じ信号を発生したため、これらの素子は引張荷重や変位の定量に適していることが分かる。一方、例ＮおよびＯの素子は引張荷重を与えた時の信号と、引張荷重を除いた時の信号とを比べると、極性が互いに逆である場合も同じである場合もあったため、これらの素子は引張荷重や変位の定量に適していないことが分かる。また、表には示していないが、例Ｂの引張試験時のノイズレベルは、例Ａの引張試験時のノイズレベルより低く、組紐状圧電素子の外側に導電性繊維を配置してシールドとした素子ではノイズを低減できることが分かる。
【０１４５】
（実施例７）
（例ＡＡ）
実施例１の試料として、図１に示すように、導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、８打ち丸組紐製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向ともに圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子１−ＡＡを作成した。
【０１４６】
（例ＡＢ）
組紐状圧電素子１−ＡＡを芯糸とし、製紐機の８本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる４本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる４本のキャリア全てに上記の導電性繊維ＣＦ２をセットして組むことで、組紐状圧電素子１−ＡＡの周りを導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−ＡＢとした。
【０１４７】
（例ＡＣ）
ＰＦ１の代わりにＰＦ２を使用し、巻付け速度を調整した以外は組紐状圧電素子１−ＡＡと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子１−ＡＡを芯糸とし、組紐状圧電素子１−ＡＢと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−ＡＣとした。
【０１４８】
（例ＡＤ）
ＣＦ１の代わりにＣＦ２を使用し、巻付け速度を調整した以外は組紐状圧電素子１−ＡＡと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子１−ＡＡを芯糸とし、組紐状圧電素子１−ＡＢと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−ＡＤとした。
【０１４９】
（例ＡＥ）
導電性繊維ＣＦ１を芯糸とし、１６打ち丸組紐製紐機の１６本のキャリアのうち、Ｚ撚り方向に組まれる８本のキャリアおよびＳ撚り方向に組まれる８本のキャリア全てに上記の圧電性繊維ＰＦ１をセットして組むことで、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向ともに圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれた組紐状圧電素子を作成し、この組紐状圧電素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−ＡＢと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状圧電素子１−ＡＥとした。
【０１５０】
（例ＡＦ）
ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＰＦ１をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１−ＡＦを作成した。
【０１５１】
（例ＡＧ）
ＣＦ１を芯糸とし、ＰＦ１を芯糸の周りにＳ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＰＦ１をＺ撚り方向に６０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＳ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、その外側にさらにＣＦ２をＺ撚り方向に３０００回／ｍのカバリング回数で巻きつけ、芯糸の周りにＺ撚り方向およびＳ撚り方向に圧電性繊維ＰＦ１がらせん状に巻かれ、さらに外側を導電性繊維で覆ったカバリング糸状圧電素子１−ＡＧを作成した。
【０１５２】
（例ＡＨ）
ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１−ＡＡと同様にして組紐状圧電素子を作成し、この組紐状素子を芯糸とし、組紐状圧電素子１−ＡＢと同様に導電性繊維で覆ったものを作製し、組紐状素子１−ＡＨとした。
【０１５３】
（例ＡＩ）
ＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外はカバリング糸状圧電素子１−ＡＦと同様にしてカバリング糸状素子を作成し、カバリング糸状素子１−ＡＩとした。
【０１５４】
（例ＡＪ、ＡＫ）
ＰＦ１またはＰＦ２の巻付け速度を変更した以外は組紐状圧電素子１−ＡＢおよび１−ＡＣと同様にして、２本の組紐状圧電素子を作成し、組紐状圧電素子１−ＡＪおよび１−ＡＫとした。
【０１５５】
（例ＡＬ）
Ｓ撚り方向に巻いたＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外は組紐状圧電素子１−ＡＢと同様にして組紐状圧電素子１−ＡＬを作成した。
【０１５６】
（例ＡＭ）
Ｚ撚り方向に巻いたＰＦ２の代わりにＩＦ２を使用した以外は組紐状圧電素子１−ＡＣと同様にして組紐状圧電素子１−ＡＭを作成した。
【０１５７】
（例ＡＮ）
Ｚ撚り方向に巻いたＰＦ１の代わりにＩＦ１を使用した以外はカバリング糸状圧電素子１−ＡＦと同様にしてカバリング糸状圧電素子１−ＡＮを作成した。
【０１５８】
各圧電素子のＲｉ、Ｒｏ、ＨＰを測定し、計算された中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θの値、およびＴ１／Ｔ２の値を表３に示す。組紐状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維と絶縁性繊維が存在する領域を合わせて圧電素子の占める領域として測定した。カバリング糸状圧電素子については、ＲｉおよびＲｏは、断面において圧電性繊維が存在する領域を圧電素子の占める領域として測定した。また、各圧電素子を１５ｃｍの長さに切断し、芯の導電性繊維をＨｉ極とし、周辺をシールドする金網または鞘の導電性繊維をＬｏ極としてエレクトロメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社  Ｂ２９８７Ａ）に接続し、電流値をモニタした。引張試験、ねじり試験、曲げ試験、せん断試験および押圧試験時の電流値を表３に示す。なお、例ＡＨ、ＡＩは圧電性高分子を含まないため、θおよびＴ１／Ｔ２の値は測定できない。
【０１５９】
【表３】
0006789065.tif 000004
【０１６０】
表３の結果から、中心軸の方向に対する圧電性高分子の配向角度θが０°以上４０°以下または５０°以上９０°以下であり、Ｔ１／Ｔ２の値が０．８を超えて１．０以下であるとき、ねじり動作（ねじり変形）に対し大きな信号を発生し、ねじり以外の動作には大きな信号を発生せず、ねじり動作に選択的に応答する素子であることが分かる。また、例ＡＡ〜ＡＥと実施例ＡＦ〜ＡＧとを比べると、θが０°以上４０°以下の場合と、θが５０°以上９０°以下の場合とで、ねじり試験時の信号の極性が逆となっており、θがねじり試験時の信号の極性に対応していることが分かる。
【０１６１】
さらに、表には示していないが、例ＡＡ〜ＡＧの素子はＳ撚り方向にねじりを与えた時の信号と、Ｚ撚り方向にねじりを与えた時の信号とを比べると、極性が互いに逆で絶対値が概ね同じ信号を発生したため、これらの素子はねじり荷重や変位の定量に適していることが分かる。一方、例ＡＪおよび例ＡＫの素子はＳ撚り方向にねじりを与えた時の信号と、Ｚ撚り方向にねじりを与えた時の信号とを比べると、極性が互いに逆である場合も同じである場合もあったため、これらの素子はねじり荷重や変位の定量に適していないことが分かる。また、表には示していないが、例ＡＢのねじり試験時のノイズレベルは、例ＡＡのねじり試験時のノイズレベルより低く、組紐状圧電素子の外側に導電性繊維を配置してシールドとした素子ではノイズを低減できることが分かる。
【符号の説明】
【０１６２】
Ａ    圧電性繊維
Ａ’    圧電性高分子
Ｂ    導電性繊維
１    組紐状圧電素子
２    鞘部
３    芯部
５    布帛状圧電素子
６    布帛
６ａ    布帛の中央面
７    絶縁性繊維
８    導電性繊維
１０    デバイス
１１    圧電素子
１２    増幅手段
１３    出力手段
１４    送信手段
１５    比較演算手段
ＣＬ    繊維軸
α    巻きつけ角度
【図１】
0006789065.tif 000005
【図２】
0006789065.tif 000006
【図３】
0006789065.tif 000007
【図４】
0006789065.tif 000008
【図５】
0006789065.tif 000009
【図６】
0006789065.tif 000010
【図７】
0006789065.tif 000011
【図８】
0006789065.tif 000012
【図９】
0006789065.tif 000013