(57)【要約】【課題】【解決手段】複合糸構造（１０）であって、導電性構成要素（２０）と、圧電特性を示す熱可塑性構成要素（３０）とを含む同軸の柔軟な複合モノフィラメントを含む第１の要素（１５）と、前記第１の要素（１５）の周りに巻きつけられた少なくとも１つの第２の要素（４０）とを備え、前記第２の要素は前記第１の要素の弾性よりも低い弾性を有し、前記複合糸構造が第１の方向に伸長すると、前記複合糸構造が第２の方向にも伸長し、前記複合糸の寸法が前記第１の方向および前記第２の方向の両方で増加して、前記第１の要素の前記圧電構成要素に付加的な力を生成するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性構成要素（２０）と圧電特性を示す熱可塑性構成要素（３０）とを有する同軸の柔軟な複合モノフィラメントを含む第１の要素（１５）と、圧電糸（１０）を提供するために、前記第１の要素（１５）の少なくとも一部の周囲に配置された少なくとも１つの第２の導電要素（４０）とを備え、前記圧電糸（１０）は、オーゼティック特性を有することを特徴とする複合糸構造（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の複合糸構造（１０）であって、
−  導電性構成要素（２０）と圧電特性を示す熱可塑性構成要素（３０）とを有する同軸の柔軟な複合モノフィラメントを含む第１の要素（１５）と、
−  少なくとも、前記第１の要素（１５）の周りに巻きつけられた第２の要素（４０）とを備え、
前記第２の要素（４０）は、前記第１の要素（１５）の弾性よりも低い弾性を有しており、前記糸構造が第１の方向へ伸びるのに伴いこの糸構造が第２の方向にも広がり、それによって、前記糸の寸法が前記第１の方向及び前記第２の方向の両方において増大し、前記第１の要素の前記圧電構成要素に対して付加的な力を発生させるように構成されていることを特徴とする複合糸構造。
【請求項３】
請求項２に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記第２の要素（４０）は、導電性要素である、または導電性要素を含むものであることを特徴とする複合糸構造。
【請求項４】
請求項３に記載の複合糸構造であって、
前記糸構造（１０）が前記第１の方向へ伸長するのに伴い、前記第２の要素（４０）が前記第１の要素（１５）を、オーゼティック効果をもたらすような形状とするように構成されていることを特徴とする複合糸構造。
【請求項５】
請求項４に記載の複合糸構造であって、
前記第２の要素は、前記第１の要素（１５）を前記第２の要素の周りに螺旋状の形状とするように構成されていることを特徴とする複合糸構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記糸構造（１０）の前記導電性構成要素（２０）は、弾性導電性材料からなることを特徴とする複合糸構造。
【請求項７】
請求項６に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記第１の要素（１５）の前記導電性構成要素の前記弾性導電性材料は、導電性金属不純物を含むポリマーであることを特徴とする複合糸構造。
【請求項８】
請求項６に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記第１の要素（１５）の前記導電性構成要素の前記弾性導電性材料は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）または高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）、グラファイト、グラフェン  ナノ  シート、アモルファス  カーボン、ドープされたポリアニリン、もしくはドープされたポリピロール、またはそれらの混合物とのブレンドから選択されることを特徴とする複合糸構造。
【請求項９】
請求項６に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記第１の要素（１５）の前記導電性構成要素の前記弾性導電性材料は、真性導電性ポリマーであることを特徴とする複合糸構造。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記熱可塑性構成要素（３０）は、単独重合型のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、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−ｃｏ−ＴｒＦＥ）］、フッ化ビニリデンとテトラフロオルエチレンとの共重合体［Ｐ（ＶＤＦ−ｃｏ−ＴＦＥ）］、及び奇数ポリアミド（ＰＡ）から選択される材料を含むことを特徴とする複合糸構造。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記熱可塑性構成要素（３０）は、オーゼティック特性を示すものであることを特徴とする複合糸構造。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記第２の要素（４０）は、複数のフィラメントを含んでおり、
前記フィラメントの少なくとも１つは、導電性のフィラメントであり、好ましくは、金属フィラメントであることを特徴とする複合糸構造。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合糸構造（１０）であって、
前記第１の要素（１５）の前記導電性構成要素は、共押出構造であることを特徴とする複合糸構造。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の少なくとも１つの複合糸構造（１０）を含む物品。
【請求項１５】
請求項１４に記載の物品であって、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の少なくとも２つの前記複合糸が、伸びると互いにバイアスをかけるように、相互に近接していることを特徴とする物品。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の物品であって、
前記物品は、織物、衣類、衣服、及び、ロープのいずれかであることを特徴とする物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合糸構造に係り、特に、繊維構造工学の分野や可撓性デバイス物理の分野における圧電糸構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電気は、特定の材料の中で、加えられた機械的ストレスに応じて生成される電荷である。一般に、圧電材料は、圧力、歪、パルス、あるいはそれらの組み合わせに応じて、材料の所定の層の間に電位を発生させる。
圧電効果は可逆的である。すなわち、加えられた機械的ストレスに伴って電荷が生成される材料は、与えられた電荷に起因して内部に機械的な歪を生じさせる。圧電現象はよく知られており、１世紀以上も研究されている。
【０００３】
圧電装置は、多くの技術分野で使用されており、例えば、バルブや、エネルギーの収穫、およびセンシングへの応用等に使用されている。特に、繊維におけるエネルギーの収穫に関しては、積極的な研究がなされ、この目的のために、圧電糸が提供されてきた。
【０００４】
特許文献１は、圧電体や焦電型繊維の製法を開示しており、この繊維は、少なくとも１つのポリマーおよび少なくとも１つの導電性フィラーを含み、導電性で柔軟な熱可塑性の複合体からなる１つのコア材料を有している。この繊維は、さらに、永久分極性ポリマー製の囲繞材料を含んでいる。
そのため、上記文献は、圧電機能をやうする糸をポリマーで囲んだ、導電性の中心部を有する糸を開示している。この圧電糸は、さらに、導電性の糸と共に撚られている。
【０００５】
特許文献２は、圧電性同軸ケーブルの中で、敏感な圧電応答を可能にするケーブル構造を開示している。この目的のために、同軸ケーブルは、導電性の粒子が存在する高分子材料を含む導電性高分子コアと、この導電性高分子コアを覆う圧電性ポリマー層と、この圧電性ポリマー層を覆う外部導体とを備えている。同軸ケーブルには、さらに、外側保護カバーが設けられている。
【０００６】
特許文献３は、織物層あるいは織布層の間のスペーサーとして機能する圧電材料を含み、機械的なエネルギーを電気的エネルギーへ転換してエネルギーを収穫するための、三次元空間構造の織物を開示している。この織物層は、導電性のファイバーを含んでおり、一方、相互に連結する圧電性のスペーサー糸は、モノフィラメント及び／又はマルチフィラメントの圧電性ファイバーを含んでいる。あるいは、１番目と２番目の層は、フィルム状あるいは固体の織物材料を含んでいても良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ  ２０１４／１６１９２０  Ａ１
【特許文献２】ＥＰ  ０１８７８２９  Ｂ１
【特許文献３】ＧＢ  ２５１６９８７  Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
公知の圧電性織物の共通の課題は、圧電効果の強度が限られているということである。エネルギーの収穫を高めるために、エネルギーの生成量を増加させることができる織物構造に関して、幾つかの研究がなされている。
【０００９】
本発明の目的の１つは、圧電糸を含む織物内におけるエネルギーの生成量を増加させることである。
本発明の他の目的は、圧電効果を増加させた圧電糸を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これら及び他の目的は、請求項１に記載の特徴を有する糸構造によって達成される。
概括的に表現すれば、本発明は、導電性構成要素と圧電特性を示す熱可塑性構成要素とを有する同軸の可撓性の複合モノフィラメントを含む第１の要素と、圧電糸を提供するために、少なくとも前記第１の要素の少なくとも一部の周囲に配置された少なくとも１つの第２の要素とを備え、前記圧電糸はオーゼティック特性（ａｕｘｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を有することを特徴とする複合糸構造に関する。
【００１１】
従属請求項は、好ましい実施形態を示す。
より詳細に述べれば、本発明は、
−  導電性構成要素と圧電特性を示す熱可塑性構成要素とを有する同軸の可撓性の複合モノフィラメントを含む第１の要素と、
−  少なくとも、前記第１の要素の周りに巻きつけられた第２の要素とを備える複合糸構造であって、
前記第２の要素は、前記第１の要素の弾性よりも低い弾性を有しており、そのため、前記糸構造が第１の方向へ伸びるのに伴い、前記糸構造が第２の方向へも広がり、それに伴い、前記糸の寸法は前記第１の方向及び前記第２の方向の両方において大となり、前記第１の要素の圧電構成要素に対して付加的な力を発生させるようになっている。
【００１２】
必要とされる前記圧電効果を発生させるために、前記第２の要素は導電性導要素であるか、あるいは導電性要素を含んでいる。
前記第２の要素は、非弾性でもあっても良い。すなわち、前記第１の要素の伸張（伸び）特性より低い限定された伸張（伸び）特性を有していても良い。言いかえれば、前記第２の要素は伸びないか、あるいは、殆ど伸びないものであってもよい。
【００１３】
前記糸の挙動は、オーゼティックの糸の挙動に類似するかまたはそれと同じである。すなわち、前記第２の要素の低弾性、言い換えると高剛性を有する前記第２の要素によってもたらされる伸びに対する拘束力により、前記第１のフィラメント要素は、強制的に伸張された前記第２の要素の周りで、前記伸びの方向と垂直な方向に拡張し、曲がり捩られることを強いられる。換言すると、本発明の前記複合糸を強制的に伸張させていない状態では、前記第１の要素の形状は概ね直線状であり、前記第２の要素は、前記第１の直線要素の周りに、螺旋状に巻き付けられている。
【００１４】
強制的に伸張されることにより、前記第２の要素は、伸張−伸びの方向に沿って、実質的にまたは概ね、直線的な形状になる。前記第２の要素が実質的に直線状の状態に引っ張られると、その非弾性特性のために、すなわち前記第２の要素は前記第１の要素と同様には伸びることができず、前記第２の要素はそれ以上伸張できない。
【００１５】
本発明の前記糸の非弾性の第２の要素の状態の変化は、弾性を有する前記第１の要素がその最初の直線状の形状から、この第１の要素が前記第２の要素の周りに巻き付けられ螺旋／正弦波状に変化することを強制する。その結果、前記糸の全体的な寸法、すなわち前記糸全体の幅が増加し、従って、前記複合糸は、オーゼティック特性を有すると言うことができる。
【００１６】
本発明は、オーゼティック及び圧電効果の組み合わせによって、２つの導体間に増強された電位差をもたらす、新しい種類の糸構造を提供するものである。
【００１７】
本発明の別の目的は、このようなオーゼティックと圧電効果の組み合わせを活用して、その物品内に生じる電位差を増加させた物品を提供することにある。好適な物品としては、織物、衣類、衣服、及び、ロープがある。
【００１８】
本発明の別の目的は、織物センサーのような用途に使用できる繊維糸や、このような繊維糸を含む織物を提供することである。
【００１９】
オーゼティック材料は１９８０年代後半から知られている。オーゼティック材料は、第１の方向と直交する第２の方向に強制的に伸張させられると、多くの通常の材料とは逆に、第１の方向に沿ってより厚く及び／又はより幅広くなる材料である。逆の性質も知られている。すなわち、圧力をかけると、通常の材料のように広がるのではなく、細くなるのである。
【００２０】
オーゼティック織物は、センサー、フィルタ、スマートな包帯など、限られた数の特定の用途で使用されてきた。
前記したように、本発明の効果は、前記糸構造が軸方向に作用する力を受けると、その構造全体が前記軸に対して横方向にも拡大し、オーゼティック効果を生じることである。
【００２１】
前記糸構造は圧電性であるため、単糸におけるオーゼティック特性と圧電特性との組み合わせにより、前記糸の伸長による前記圧電材料に発生する前記圧力が高まり、生成される前記電位差が増加する。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、前記糸構造の第１の方向への伸びに伴い、前記第２の要素はほぼ直線的な位置まで強制的に伸張され、これにより、前記第１の要素をその周りで螺旋状の形となるように、前記第２の方向に変形させる。
【００２３】
この実施形態の効果は、前記糸構造が織物に使用されると、前記オーゼティック効果により前記織物内に存在する前記圧電糸の幅を増大させ、全ての圧電構成要素に付加的な圧力を生成する現象が、各導体間に追加的な電位を発生させることである。
【００２４】
本発明の別の態様は、複数の複合糸構造を含む繊維織物を提供することにあり、この複合糸構造は、
導電性構成要素と圧電特性を示す熱可塑性構成要素とを含む、同軸の可撓性複合モノフィラメントを含む第１の要素と、
前記第１の要素の周りに巻きつけられた第２の要素とを含み、
前記第２の要素は、導電性要素であるか、または導電性要素を含むものであり、かつ、前記第１の要素の弾性よりも低い弾性を有し、それにより、前記糸構造が前記第１の方向への伸びた時に前記糸構造が前記第２の方向にも広がり、それにより、前記糸の寸法が前記第１および第２の方向の両方で増大し、前記第１の要素の前記圧電構成要素に付加的な力を生成させるものである。
【００２５】
好適な実施形態によれば、前記第１の要素が伸びる方向は、前記第１の方向に対して角度を有し、前記第１の方向に対して実質的に直交している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１Ａは本発明の複合糸構造の第１の実施例における、第１の構成を示す図であり、図１Ｂは本発明の複合糸構造の第１の実施例における、第２の構成を示す図である。
【図２】図１Ａの複合糸構造の、線Ａ−Ａにおける面の縦断面図である。
【図３】圧電特性のみを示す、糸構造の断面図である。
【図４】圧電特性及びオーゼティック特性を示す、糸構造の断面図である。
【図５】本発明の一実施例に基づく、複数の複合糸構造を含む織物の一部を示す図である。
【図６】図１Ａの糸構造に加えられた力の関数として生ずる、電極間の任意値の終端抵抗にかかる電位を表わす曲線を示している。
【図７】図１Ｂの糸構造に加えられた力の関数として生ずる、電極間の任意値の終端抵抗にかかる電位を表わす曲線を示している。
【図８】図５の織物構造に加えられた力の関数として生ずる、電極間の任意値の終端抵抗にかかる電位を表わす曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付の例示的および非限定的な図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。同じ数字は同じ要素を示す。
【００２８】
図１Ａは、本発明に基づく複合糸構造１０の１つの実施例における、２つの異なる構成の１つを示している。
複合糸構造１０は、同軸の柔軟な複合モノフィラメントを含む第１の要素１５を含んでいる。この第１の要素１５は、導電性構成要素２０と、圧電特性を示す熱可塑性構成要素３０とを含んでいる。図１−２からわかるように、本発明の実施例では、熱可塑性構成要素３０は導電性構成要素２０を囲んでいる。
【００２９】
導電性構成要素２０に適する材料は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）あるいは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）、グラファイト、グラフェン  ナノ  シート、カーボンブラック（アモルファス  カーボン）、ポリアニリン（ドープ型）、ポリピロール（ドープ型）等とのブレンドである。
熱可塑性構成要素３０に適する材料としては、単独重合型のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、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−ｃｏ−ＴｒＦＥ）］、フッ化ビニリデンとテトラフロオルエチレンとの共重合体［Ｐ（ＶＤＦ−ｃｏ−ＴＦＥ）］、奇数ポリアミド（ＰＡ）等が挙げられる。奇数ポリアミドとしては、ＰＡ５、ＰＡ７、ＰＡ１１等が挙げられる。
【００３０】
前に述べたように、第１の要素１５を形成する構成要素２０および３０は、弾性特性を有しており、引伸ばすことができる。
【００３１】
複合糸構造１０は、さらに、第１の要素１５の周りに巻きつけられた第２の要素４０を含んでいる。第２の要素４０は、第１の要素１５の引張り強度よりも大きな引張り強度を有している。さらに、第２の要素４０は、第１の要素１５の弾性よりも低い弾性を有している。換言すれば、第２の要素４０は、第１の要素１５の剛性よりも高い剛性を有している。
【００３２】
図１Ａは、本発明の複合糸が強制的に伸張されていない状態での配置を示している。この状態において、第１の要素１５は、実質的に直線方角に伸び、第２の要素４０は、第１の要素３０の周りに複数回巻き付けられている。第１の要素と第２の要素との弾性の差は、糸構造１０を第１の方向（図１Ｂ参照）へ、つまり、第１の要素の軸の方向へ、強制的に伸張させるのに伴い、第２の要素４０の移動によって糸構造１０の最初の形状が変形されるように構成されている。すなわち、この糸構造は、糸を伸ばす第１の方向、換言すると、図１、図３における矢Ｆの方向に対して、角度を有するか、若しくは実質的に直角な第２の方向へ向かって拡大する。
【００３３】
この現象の結果、第１の要素１５の圧電構成要素３０に付加的な力が発生する。
【００３４】
糸構造１０の伸びに伴い、第２の要素４０は、この伸びの方向と実質的に一致する方向に整列し、また、第１の要素１５は、第２の要素４０のまわりに一連の曲線を形成して拡大する。これらの曲線は、図１Ｂに示すように、伸びの方向に対して、角度αだけ傾斜している。角度αは、３０°と９０°の間、好ましくは３０°〜８０°である。
【００３５】
当業者に知られているように、弾性を測定する方法は、縦弾性係数や弾性率としても知られているヤング率を使用することである。すなわち、ヤング率は、フックの法則が適用できる応力の範囲内での、軸方向の応力（単位面積当たりの力）と前記軸方向の歪（初期長さに対する変形の比率）との比として定義される弾性材料の剛性の尺度である。良く知られているように、フックの法則によれば、ある長さだけ材料を伸ばすまたは圧縮するのに必要な力は、その長さに比例する。
【００３６】
好ましい具体例として、第１の要素の引張り強度は、概ね、１５−７８ＭＰａの範囲にある。第２の要素の引張り強度は、０．５−２．０ＧＰａの範囲にあるのが好ましい。第２の要素の第１の要素に対する引張り強度の差は、少なくとも４２２ＭＰａである。引張り強度は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８によって測定される。引張り強度を測定するのに、他の方法を使用しても良い。
【００３７】
第２の要素にふさわしい材料としては、銀又は銅がコーティングされたポリエステル又はポリアミドの糸、あるいは完全な金属フィラメント糸、例えば、鋼製の糸である。本発明の好適な実施例によれば、第２の要素４０は、少なくとも１本の金属フィラメントからなっているのが良い。
【００３８】
従って、上記の複合糸構造１０は、織物構造や糸製の他の物品に使用された時、そのパフォーマンスを最大にするために、オーゼティック特性をも呈する可撓性の圧電糸センサーとして使用することができる。
【００３９】
より詳細に述べると、図１に示すように、複合糸構造１０が複合糸構造１０の長手方向すなわち軸方向に０より大きな力Ｆを受けたとき、複合糸構造１０の形状変換が生じる。すなわち、複合糸構造１０は長さＬだけ伸びるが、同時に、複合糸構造１０は、力Ｆの作用方向に対して垂直か角度のある方角に向かって、横方向に拡大する。図からわかるように、糸は力Ｆによって強制的に伸張された後、最初の幅Ｘからスタートして、より大きな幅のＸ＋Ｙへと、その全体的な幅が拡大する。
【００４０】
言いかえれば、複合糸構造１０内で、複合糸構造１０が第１の方向に延びるのに伴い、第２の要素４０も伸び、同時に、第２の方角へほぼ正弦波関数のように、第１の要素１５を強制的に伸張させる。言いかえれば、糸は横方向にも拡大する。
【００４１】
従って、複合糸構造１０への力Ｆの印荷は、第１の要素１５の導電性構成要素２０と第２の要素４０との間における、電位の上昇を促進する。このような電位は、外部回路（単純化のため図示略）、例えばセンサーのようなアプリケーション、によって収穫することができる。
【００４２】
複数の上記複合糸構造１０を含む織物構造を考えれば、本発明の少なくとも２つの複合糸が互いに近接している、すなわち拡張ステップによって互いにバイアスがかけられる程度にそれらが近接している場合には、織物全体において、圧電−オーゼティック相乗効果が生ずる。
そのような織物構造の具体的な実施例を、図５に示す。
【００４３】
このような織物中の圧電−オーゼティック相乗効果は、２つの構成要素により、以下のようにして引き起こされる。第１の効果は、複合糸構造を強制的に伸張させること、例えば力Ｆを加えることであり、圧電材料に生ずる横方向の圧力のために、糸構造１０が圧電特性を示すという事実である。
【００４４】
第２の効果は、織物を形成する全ての圧電糸がより広がるという事実のために、この横方向の圧力が、同じ構造の単一糸と比較して、織物内で指数関数的に高くなるということであり、それぞれの導体間に付加的な電位の増大をもたらすという現象により、全ての圧電部品に付加的な電位の増大をもたらす、ということである。
【００４５】
いずれの場合も、複合糸構造１０は、圧電気によって２つの導体間に増強された電位差を生成することができ、複合糸構造１０は強制的に伸張させることにより負のポアソン比を示す。このポアソン比は、材料の伸びの比率を横方向の縮みの比率で割ったものとして定義される。
【００４６】
織ってある織物構造あるいはロープ構造において、本発明の複合糸１０は、そのオーゼティック機能を使用することによって、個々の繊維が、圧電性であるが同じ織物構造内のオーゼティックでない糸の場合と比較して、横方向の圧力が増大するという事実に起因する、付加的な力により、増強された電位差を生成する。
【００４７】
これらの付加的な力は異なる方向を向いており、従って、圧電材料が電場を受けるときの体積変化に関して、ｄ３１よりもｄ３３のような、異なる圧電定数が使用されている。既知の圧電定数（圧電係数としても知られている）は、圧電材料が電界に曝されたときの体積変化または応力の印荷時のその分極を定量化する。
【００４８】
本発明の様々な実施例の中で、引張り刺激の一部は、オーゼティックのために織物構造内の横方向の刺激に変換される。これは、物理的な刺激の方向が変化することを意味し、電気的出力を生成するために異なる圧電係数のセットが使用されることを意味する。
【００４９】
ここに、圧電性のみを示す糸構造（図３）と、圧電性及びオーゼティック特性を示す糸構造（図４）との間の、視覚的な概略比較を示す。
【００５０】
図３では、オーゼティック状態は無く、使用される圧電定数はｄ１のみであり、それは式ｄ１によって与えられるエネルギー収穫定数ｄ１＝Ｖ１／Ｆ１である。ここで、Ｖ１は発生した電位、Ｆ１は縦方向の力である（図３）。
【００５１】
第１の要素１５、すなわち複合構成要素もその中心に向かって圧力を受けると、別の圧電定数、すなわち式ｄ２＝Ｖ１／Ｆ１＋Ｖ２／Ｆ２で与えられるｄ２が付加的な力として作用する。ここで、Ｖ１、Ｖ２は生成された電位であり、Ｆ１は縦方向の力、Ｆ２はＦ１に直角な方向の力である（図４）。
【００５２】
本発明の様々な実施例において、複数の糸構造からなる（図５に表わされているような）、織物またはロープの構造の場合には、付加的な力Ｆ３が定義される。
力Ｆ３は、複合糸が織物やロープの中で実施される場合の、力Ｆ１およびＦ２に加わる、別の付加的な利得要因である。
各糸は、そのオーゼティック動作により夫々大きくなるので、図４の中の力Ｆ２は、独立した糸の場合の力よりも大となる。そのようなケースでは、圧電構成要素３０に作用する全体の力は、値Ｆ２＋Ｆ３まで増加する。
【００５３】
値Ｆ３は、オーゼティックでもある織物またはロープ構造内の隣接する糸が、オーゼティック効果のためにそれらの拡幅を互いに制限するのに対抗して付加的な力を生ずるという事実から生じる、力の値を表わしている。
【００５４】
この現象は、構成要素３０の圧電材料に対する総体的な圧力を増加させる。この現象は、一定の範囲内で、歪センサーとしての最終的な糸の全体的な効率を高めるのに役立つ。
【００５５】
考慮に入れるべき他のパラメーターは、第２の要素４０の捩れ角度であり、この角度は、糸全体の単位長さ当たりの巻数を規定する。この捩れ角は、例えば、中心の複合構成要素の柔軟性によって規定され、それに応じて較正することができる。もし、巻き数が必要以上に大きい場合、中心の複合構成要素が曲げに対して十分な機械的抵抗を有するので、オーゼティック動作は現れない。
【００５６】
原則として、図１をに示すように、巻き数は、伸長していない形状の糸構造１０の長さＬ１をカバーし、かつ、糸構造が伸長形状にあるとき長さＬ１＋Ｌまで伸びるのを可能とするのに十分でなければならない。巻き数が必要な数よりも少ない場合、ｄ２係数は有意な追加項を持たず、そのため、付加的な利得はそれ以外の場合に比べて高くならない。
圧電層の厚さを考慮すると、その厚さは、通常、半径方向に数百ｎｍから数百μｍの範囲内、すなわち、複合構成要素の第１の要素の中心を中心として半径方向に測定された１００ｎｍ〜８００μｍの範囲内にある。
【００５７】
本発明の実施例において、追加的な第２の要素を使用しても良い。この追加的な第２の要素は、オーゼティック現象を生成するのに必要な糸の形状を破壊しないように、導電性の第２の要素４０の経路に厳密に従う。
【００５８】
言いかえれば、全ての撚られた付属的な第２の要素は、互いに同相であるかまたは同期していなければならない。このような代替案としてのフィラメントの束を作り出すためには、まず、導電性の第２の要素４０および全ての可能な追加的な第２の要素を撚って、撚り合わされた１つのフィラメント束にしなければならない。この撚り合わされた１つのフィラメントの束は、次いで、中央の複合構成要素１５の周りに巻き付けられる。任意の追加的な第２の要素は、導電性であっても良く、また絶縁性であっても良い。
【００５９】
本発明の様々な実施形態について、シミュレーションを行った。
このようなシミュレーションの結果について、図６〜図８を参照して説明する。
【００６０】
図６は、図１Ａの構成において、糸構造に加えられる力Ｆの関数としての電位を表す曲線Ｖを示す図である。図６の場合には、比較的小さい力Ｆが糸構造１０に加えられ、図１Ａに示した構成を実質的に維持している。従って、大きなオーゼティック変形は存在しない。
【００６１】
図６では、曲線Ｆ（スケールなし）は、糸構造１０にかけられた力を表わし、圧電効果による電位を示す曲線Ｖは、時間の経過に対して滑らかなランダウ種（Ｌａｎｄａｕ  ｋｉｎｄ）の電位分布を示す。電位曲線の形状が歪まないことにも留意すべきである。
【００６２】
対照的に、図７は、図１Ｂの構成の糸構造に加えられるより強い力（曲線Ｆ’）の関数としての電位を表す曲線Ｖ’を示す。この場合、オーゼティック現象のために、付加的な電位の変化（曲線Ｖ’）が生成され、図６に表される曲線に加えられる。
【００６３】
また、図７では、電位の強度が異なるだけでなく、電位の変化もオーゼティック現象の無い場合とは異なる。これら両方の現象により、電位の変化に歪みをもたらす。また、曲線ＶとＶ’の下の領域は、生成されたエネルギー出力の総和を表し、図７の場合よりも高くなっていることに留意されたい。
【００６４】
最後に、図８は、糸構造が図５の織物に埋め込まれたときに加えられる力（曲線Ｆ’’）の関数としての、電位を表す曲線Ｖ’’を示す。
【００６５】
この場合、複数の糸構造は、各糸構造が隣接するオーゼティック糸の効果およびそのような隣接糸によって生成される圧力の影響を受ける、織物構造、ロープ、または類似の繊維構造内に組み込まれている。この現象は、力の第３の成分、すなわちＦ３が糸構造の影響を受けるので、電位形状（曲線Ｖ’’）をさらに歪ませる。圧電係数の加重組合せが用いられる。
曲線Ｖ’’の下の領域はさらに増大し、所与の力Ｆ’’に対して増加したエネルギー出力をもたらし、これは、より効率的であることを意味する。
【００６６】
複合糸構造１０において、第１の糸１０の導電性構成要素２０は、弾性導電性材料により形成されても良い。一例として、第１の要素１０の導電性構成要素２０の弾性導電性材料は、導電性金属不純物を含むポリマーであっても良い。このような導電性金属不純物は、例えば、銀または銅であるのがよい。
【００６７】
代替案として、第１の要素１５の導電性構成要素２０の弾性導電性材料は、真性導電性ポリマーであっても良い。例えば、そのような真性導電性ポリマーは、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）またはポリピロール（ＰＰｙ）であっても良い。複合糸構造１０の熱可塑性構成要素は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）または他の適切な熱可塑性ポリマーで作ることができる。
【００６８】
熱可塑性ポリマー内に圧電相を生成するために、延伸された同軸構成要素は、加熱後に強い電場の下で分極され、熱可塑性ポリマー鎖を整列させる。熱可塑性ポリマーに圧電相を付与するために、同軸構成要素の電場の無い状態で、延伸を実施するのに最適な延伸比を選択することができる。
【００６９】
本発明の糸構造の適用可能な用途は、とりわけ、
ｉ）織物による身体位置監視のためのウェアラブルセンサ技術、および
ｉｉ）山登りや荒れた海洋等の様々な分野で使用されるロープの張力の監視、である。
【００７０】
本発明の幾つかの実施形態では、第２の要素４０による糸構造１０の全体に与えられるオーゼティック効果に加えて、熱可塑性構成要素３０が、オーゼティック特性自体を有していても良い。
【００７１】
少なくとも１つの好適な実施形態を前記概要および詳細な説明で示したが、多くの変形例が存在することは言うまでもない。好適な実施形態は、単なる例示であり、いかなる形であれ、本発明の範囲、適用の可能性または構成を限定することを意図するものではない。
【００７２】
むしろ、前記要約および詳細な説明は、当業者に、少なくとも１つの好適な実施形態を実施するための便利なロードマップを提供するが、特許請求の範囲およびそれらの法的同等物に記載された範囲から逸脱することなく、前記好適な実施形態に記載された機能および要素の配置に、様々な変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０    複合糸構造
１５    第１の要素
２０    導電性構成要素
３０    熱可塑性構成要素
４０    第２の要素
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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