TW201603052A - 作為輸出或輸入時所使用纖維之電信號之換能器 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種布帛狀的換能器，其係使用泛用的纖維材料，且藉由製作從前的編織物構造而富有柔軟性。 本發明係以電信號作為輸出或輸入之換能器，其包含壓電單位，該壓電單位包含2條導電性纖維及1條壓電性纖維，此等係在略同一平面上以導電性纖維、壓電性纖維、導電性纖維之順序配置。

Description

作為輸出或輸入時所使用纖維之電信號之換能器

本發明關於藉由外力所致的形狀變化而輸出電信號之換能器。又，本發明關於藉由電信號的輸入而形狀變化之換能器。還有，本發明關於柔軟且可三次元地形狀變化之布帛狀的換能器。

近年來，所謂的穿戴式感測器係受到注目，眼鏡型或手錶等形狀的商品剛上市。然而，此等裝置係有安裝的感覺，而希望終極的穿戴之布狀，即如衣服之形狀者。作為如此的感測器，有揭示在布上安裝壓電元件，自其取出信號者(專利文獻1)。又，有使壓電性材料與導電性材料成為薄膜狀者，而形成布狀之構造體，但必須使用具有特殊構造的纖維形狀者(專利文獻2)。又，有日本電信電話股份有限公司(NTT)及東麗股份有限公司在2014年1月30日發表的「hitoe」，但此係藉由緊貼於身體的導電性纖維而檢測肌電位者，並沒根據形狀變化來輸出電信號者。

另一方面，有提案使用聚乳酸之薄膜狀的致動器(專 利文獻3)。然而，現狀為薄膜僅可在單向彎曲，而且由於亦缺乏伸縮性或柔軟性，離可撓性還差得遠。又，其製作方法亦在薄膜有需要幾個階段的加工之問題。

(專利文獻1)特表2007-518886號公報

(專利文獻2)特開2002-203996號公報

(專利文獻3)特開2013-251363號公報

本發明之目的在於提供一種布帛狀的換能器，其具有使用通常的纖維材料之編織物，具有柔軟性。再者，提供使用來自該換能器的信號之感測器或發電元件。又，提供藉由將電信號輸入該換能器而發揮機能的致動器或揚聲器。

本發明者們發現藉由2條導電性纖維與1條壓電性纖維之組合形狀，具有作為換能器發揮機能之情況，而完成本發明。又，發現使用在合成纖維上塗布有導電體的纖維作為導電性纖維之換能器，係對於纖維軸的法線方向之強度強，長期間使用時耐久性優異。

即，本發明包含以下之發明。

1.一種以電信號作為輸出或輸入之換能器，其包含壓電單位，該壓電單位包含2條導電性纖維及1條壓電性纖維，此等係在略同一平面上以導電性纖維、壓電性纖維、導電性纖維之順序配置。

2.如前項1記載之換能器，其中壓電單位包含絕緣性 纖維，該絕緣性纖維係以壓電單位中的導電性纖維不與其他壓電單位中的導電性纖維、或導電性纖維和壓電性纖維接觸之方式配置。

3.如前項1記載之換能器，其中壓電性纖維主要包含聚乳酸。

4.如前項1記載之換能器，其中壓電性纖維主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度為99%以上。

5.如前項1記載之換能器，其中壓電性纖維單軸配向且包含結晶。

6.如前項1記載之換能器，其中導電性纖維係在(i)碳纖維或(ii)合成纖維上塗布有導電體之纖維。

7.如前項1記載之換能器，其中對於導電性纖維在法線方向折疊，重複2,000次的此後之檢測電壓係折疊前的90%以上。

8.如前項1記載之換能器，其係含有複數的壓電單位之編織物。

9.如前項8記載之換能器，其係含有複數的壓電單位之織物，其織組織係平織、斜紋織、緞紋織或彼等之複合組織。

10.如前項8記載之換能器，其係複數組合編織物而使用。

11.一種感測器，其使用如前項1~10中任一項記載之換能器。

12.一種發電元件，其使用如前項1~10中任一項記 載之換能器。

13.一種致動器，其使用如前項1~10中任一項記載之換能器。

14.一種揚聲器，其使用如前項1~10中任一項記載之換能器。

1‧‧‧壓電性高分子

2‧‧‧導電性纖維

3‧‧‧壓電元件固定板

4‧‧‧評價用配線

5‧‧‧示波器

11‧‧‧壓電性高分子

12‧‧‧導電性纖維

13‧‧‧表面導電層

21‧‧‧示波器

22‧‧‧評價用配線

23‧‧‧評價用配線

24‧‧‧導電性纖維

25‧‧‧金屬電極

26‧‧‧壓電性高分子

27‧‧‧表面導電層

A‧‧‧壓電性纖維

B‧‧‧導電性纖維

C‧‧‧絕緣性纖維

圖1係實施例1的平織物之模型圖。

圖2係實施例1的緞紋織物之模型圖。

圖3係實施例1的胳膊感測器之外觀圖。

圖4係將實施例1的胳膊感測器安裝於胳膊，彎曲胳膊時所輸出之電信號。

圖5係將實施例1的胳膊感測器安裝於胳膊，伸展胳膊時所輸出之電信號。

圖6係將實施例1的胳膊感測器安裝於胳膊，向內扭曲胳膊時所輸出之電信號。

圖7係將實施例1的胳膊感測器安裝於胳膊，向外扭曲胳膊時所輸出之電信號。

圖8係實施例8的平織物之模型圖。

圖9係實施例3記載的壓電元件(換能器)之模型圖。

圖10係實施例4記載的壓電元件(換能器)之模型圖。

圖11係實施例5記載的壓電元件(換能器)之模型 圖。

圖12係實施例6記載的壓電元件(換能器)之模型圖。

圖13係其他態樣1的壓電元件之構成的一例，實施例8記載的壓電元件(換能器)之模型圖。

圖14係實施例7、8的壓電元件之評價系統的概略圖。

圖15係其他態樣2的壓電元件之構成的一例，實施例9記載的壓電元件(換能器)之模型圖。

圖16係實施例9的壓電元件(換能器)之評價系統的概略圖。

實施發明的形態

本發明係藉由輸出或輸入電信號之換能器達成，其包含壓電單位，該壓電單位包含2條導電性纖維及1條壓電性纖維，此等係在略同一平面上以導電性纖維、壓電性纖維、導電性纖維之順序配置。有將包含複數的壓電單位之部位稱為壓電元件者。換能器包含壓電元件及輸出或輸入電信號的配線等。以下說明各構成。

(導電性纖維)

導電性纖維之直徑較佳為1μm~10mm，更佳為10μm~5mm，尤佳為0.1mm~2mm。直徑若小，則強度降低而 處理變困難，另外直徑大時，犠牲可撓性。於壓電元件的設計及製造之觀點上，導電性纖維之截面形狀較佳為圓或橢圓，惟不受此所限定。

為了高效率地取出來自壓電性高分子的電輸出，導電性纖維的電阻較佳為低，體積電阻率較佳為10^-1Ω‧cm以下，更佳為10^-2Ω‧cm以下，尤佳為10^-3Ω‧cm以下。

作為導電性纖維之材料，只要是顯示導電性者即可，由於需要成為纖維狀，較佳為導電性高分子。作為導電性高分子，可使用聚苯胺、聚乙炔、聚(對伸苯基伸乙烯)、聚吡咯、聚噻吩、聚(對苯硫)、碳纖維等。

從可撓性且長條的電特性之安定性的觀點來看，較佳為碳纖維。一般的碳纖維普通為纖絲幾條集束而成的複絲，可使用此，而且亦可使用僅由一條所成的單絲。利用複絲者係在電特性的長條安定性之觀點上較宜。單絲的直徑為1μm~5000μm，較佳為2μm~100μm，更佳為3μm~10μm。纖絲數較佳為10條~100000條，更佳為100條~50000條，尤佳為500條~30000條。碳纖維係具有纖維軸方向的強度高之優點。

又，亦可將高分子作為基質，加入有纖維狀或粒狀的導電性填料者。

再者，也可為在纖維之表面上形成具有導電性的層者。作為具有導電性的層，可塗布眾所周知的導電性高分子或纖維狀或粒狀的導電性填料。導電性纖維的基礎纖維(施予導電體塗布的纖維)，為了改善耐久性，較佳為天 然纖維、半天然纖維、合成纖維。與碳纖維比較下，在纖維之表面上形成具有導電性的層之導電性纖維，係對於纖維軸的法線方向之強度較強，長期使用時的耐久性較優異。

導電性纖維的基礎纖維係可例示棉、麻、絹等之天然纖維、縲縈、銅銨纖維、三乙酸酯、二乙酸酯等之半合成纖維、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乳酸、聚甘醇酸、聚丁二酸丁二酯等之聚酯系纖維及其共聚合纖維、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍410、尼龍610、尼龍10、尼龍11、尼龍12、尼龍6T、尼龍8T、尼龍10T等之聚醯胺系纖維及其共聚合纖維、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴系纖維、聚苯硫纖維、聚碳酸酯纖維、芳香族聚醯胺纖維、其他的合成纖維。又，亦可為此等之纖維中2種類以上的複合纖維。惟，從操作性或耐久性之觀點來看，較佳為使用合成纖維作為基礎纖維。

塗布於基礎纖維之表面上的導電體只要顯示導電性，達成本發明之效果，則可以使用任一者。

例如，可使用金、銀、鉑、銅、鎳、錫、鋅、鈀、銅、氧化銦錫等及此等之混合物或合金等。再者，塗布方法或其手段亦無限制。塗布含金屬的糊狀者，或藉由電解鍍敷、化學鍍敷或真空蒸鍍等而塗布有導電體的纖維，可廣泛適用本發明。

又，亦可使用聚苯胺、聚乙炔、聚(對伸苯基伸乙烯)、聚吡咯、聚噻吩、聚(對苯硫)等之導電性高分子 作為導電體。還有，此等導電體亦可併用複數種類。

導電性纖維係有纖絲幾條集束而成的複絲，可使用此，而且亦可使用僅由一條所成的單絲。利用複絲者係在電特性的長條安定性之觀點上較宜。單絲的直徑較佳為1μm~5000μm，更佳為2μm~100μm，尤佳為3μm~10μm。纖絲數較佳為10條~100000條，更佳為100條~50000條，尤佳為500條~30000條。

(壓電性纖維)

壓電性纖維係具有壓電性之纖維。壓電性纖維較佳為由壓電性高分子所構成。作為壓電性高分子，只要是聚偏二氟乙烯、聚乳酸等之顯示壓電性的高分子則可利用，但較佳為主要包含聚乳酸。聚乳酸係在熔融紡絲後藉由延伸而容易配向，顯示壓電性，於不需要在聚偏二氟乙烯等所必要的電場配向處理之點，生產性優異。再者，由聚乳酸所成的壓電性纖維，係在朝其軸向的拉伸或壓縮應力中，極化小，難以作為壓電元件發揮機能，但藉由剪切應力，得到比較大的電輸出，在具有容易將剪切應力賦予壓電性高分子的構成體之本發明的壓電元件中較宜。

壓電性高分子較佳為主要包含聚乳酸。所謂的「主要」，指較佳為90莫耳%，更佳為95莫耳%，尤佳為98莫耳%以上。

作為聚乳酸，根據其結晶構造，可舉出將L-乳酸、L-乳酸交酯予以聚合所成之聚-L-乳酸。又，可舉出將D-乳 酸、D-乳酸交酯予以聚合所成之聚-D-乳酸。另外，有由聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混成構造所成之立體絡合聚乳酸等。聚乳酸只要是顯示壓電性者，則皆可利用。於壓電率之高度的觀點上，較佳為聚-L-乳酸、聚-D-乳酸。聚-L-乳酸、聚-D-乳酸由於各自對於相同的應力，極化成為相反，故亦可按照目的來組合此等而使用。

聚乳酸之光學純度較佳為99%以上，更佳為99.3%以上，尤佳為99.5%以上。光學純度若未達99%，則壓電率有顯著降低之情況，有難以藉由對於壓電元件表面的摩擦力而得到充分的電輸出之情況。壓電性高分子係主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度較佳為99%以上。

壓電性高分子較佳為在被覆纖維的纖維軸方向中單軸配向且包含結晶，更佳為具有結晶的單軸配向聚乳酸。此係因為聚乳酸係在其結晶狀態及單軸配向中顯示大的壓電性之故。

由於聚乳酸係水解比較快的聚酯，故在耐濕熱性成為問題的情況中，亦可添加異氰酸酯化合物、唑啉化合物、環氧化合物、碳化二亞胺化合物等之防水解劑。又，按照需要亦可添加磷酸系化合物等之抗氧化劑、可塑劑、防光劣化劑等來改良物性。

又，聚乳酸亦可作為與其他聚合物的合金(alloy)使用，但若使用聚乳酸作為主要的壓電性高分子，則以合金的全部重量為基準，較佳為以至少50重量%以上含有聚 乳酸，更佳為70重量%以上，最佳為90重量%以上。

作為成為合金時的聚乳酸以外之聚合物，可舉出聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯共聚物、聚甲基丙烯酸酯等作為合適例。惟，不受此等所限定，只要達成本發明目的之壓電性效果，則可使用任何的聚合物。

壓電性纖維普通為纖絲幾條集束而成的複絲，可使用此。又，亦可使用由一條所成的單絲。利用複絲者係在壓電特性的長條安定性之觀點上較宜。單絲的直徑較佳為1μm~5000μm，更佳為5μm~500μm，尤佳為10μm~100μm。纖絲數較佳為1條~100000條，更佳為10條~50000條，尤佳為100條~10000條。

為了使如此的壓電性高分子成為壓電性纖維，只要是達成本發明之效果，則可採用任何之用於將高分子予以纖維化的眾所周知之手法。可以採用將壓電性高分子擠出成型而纖維化之手法，將壓電性高分子予以熔融紡絲而纖維化之手法，藉由乾式或濕式紡絲而將壓電性高分子予以纖維化之手法，藉由靜電紡絲將壓電性高分子予以纖維化之手法等。此等之紡絲條件，可按照所採用的壓電性高分子應用眾所周知之手法，通常可採用工業上生產容易之熔融紡絲法。

再者，如上述，當壓電性高分子為聚乳酸時，若單軸延伸配向且包含結晶則顯示更大的壓電性，故纖維延伸較佳。

(略同一平面上)

於本發明中，2條導電性纖維與1條壓電性纖維係配置在略同一平面上。此處，所謂的略同一平面上，就是意指3條纖維的纖維軸配置在略平面上，所謂的「略」，就是意指包含在纖維彼此的交叉點產生厚度者。

例如，於2條平行的導電性纖維之間將1條壓電性纖維更平行地並絲之形態，係處於略同一平面上之形態。又，使該1條壓電性纖維的纖維軸與該2條平行的導電性纖維不成為平行之狀態而傾斜，亦處於略同一平面上。再者，將1條導電性纖維與1條壓電性纖維予以平行地並絲，使另1條導電性纖維與此經並絲的導電性纖維與壓電性纖維交叉，亦處於略同一平面上。

藉由配置在略平面上，組合該壓電單位，容易形成纖維狀、布帛狀的壓電元件，若利用纖維狀、布帛狀的形態之壓電元件，則可在換能器的形狀設計上增加自由度。此等的壓電纖維與導電纖維之關係為可根據所欲檢測的形狀變化來適宜選擇。

(配置順序)

壓電單位係導電性纖維、壓電性纖維、導電性纖維依此順序配置。藉由如此的配置，壓電單位的2條導電性纖維彼此係不接觸，對於導電性纖維即使不採用其他的手段，例如被覆絕緣性物質等之技術，也可作為壓電單位有 效地發揮機能。

此時，2條導電性纖維宜與1條壓電性纖維互相具有接點。然而，若為4mm以內之範圍，則亦可不具有接點。導電性纖維與壓電性纖維之距離較佳為3mm以下，更佳為2mm以下，尤佳為1mm以下，最佳為0.5mm以下。若超過4mm，則伴隨壓電性纖維之形狀變化的電輸出變小，難以作為換能器使用。

作為形態，可舉出導電性纖維、壓電性纖維、導電性纖維互相略平行地依此順序配置之形態。又，可舉出2條導電性纖維平行地配置，1條壓電性纖維與此等2條導電性纖維相交地配置之形態。再者，也可將2條導電性纖維作為經紗(或緯紗)配置，將1條壓電性纖維作為緯紗(或經紗)配置。此時2條導電性纖維彼此較佳為不接觸。較佳為介於2條導電性纖維之間，絕緣性物質例如使絕緣性纖維存在之形態。另外，亦可採用於導電性纖維容易接觸的表面上僅被覆絕緣性物質，壓電性纖維與導電性纖維直接接觸之形態。

(絕緣性纖維)

本發明中的壓電單位包含絕緣性纖維，該絕緣性纖維係以壓電單位中的導電性纖維不與其他的導電性纖維以及壓電性纖維接觸之方式，配置在導電性纖維與壓電性纖維之間。此時，絕緣性纖維以提高布帛的柔軟性為目的，可使用具有伸縮性的素材、形狀之纖維。又，亦有壓電單位 中的導電性纖維以不與其他的壓電單位中之導電性纖維以及壓電性纖維接觸之方式配置。本發明中的配置順序由於通常為[導電性纖維/壓電性纖維/導電性纖維]，絕緣性纖維係作為[絕緣性纖維/導電性纖維/壓電性纖維/導電性纖維]或[絕緣性纖維/導電性纖維/壓電性纖維/導電性纖維/絕緣性纖維]配置。此時，絕緣性纖維係以提高布帛的柔軟性為目的，可使用具有伸縮性的素材、形狀之纖維。

壓電單位係藉由如此地配置絕緣性纖維，即使複數組合壓電單位時，導電性纖維也不接觸，可提高作為換能器的性能。

作為如此的絕緣性纖維，只要體積電阻率為10⁶Ω‧cm以上則可使用，更佳可為10⁸Ω‧cm以上，尤佳可為10¹⁰Ω‧cm以上。

作為絕緣性纖維，例如可使用聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、氯乙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚碸纖維、聚醚纖維、聚胺基甲酸酯纖維等。又，可使用絹等之天然纖維、乙酸酯等之半合成纖維、縲縈、銅銨纖維等之再生纖維。不受此等所限定，可任意使用眾所周知的絕緣性纖維。再者，可組合此等之絕緣性纖維使用，亦可與不具有絕緣性的纖維組合，全體作為具有絕緣性的纖維。

又，以使布帛具有柔軟性為目的，亦可使用眾所周知之一切形狀的纖維。

(壓電單位之組合形態)

本發明之換能器較佳為含有複數並列的壓電單位之編織物。藉由如此的形態，作為壓電元件，可提高形狀的變形自由度(可撓性)。

如此的編織物形狀，只要是包含複數的壓電單位，發揮作為壓電元件的機能，則沒有任何的限定。為了得到織物形狀或編物形狀，可藉由通常的織機或編機進行製編織即可。

作為織物之織組織，可例示平織、斜紋織、緞紋織等之三原組織、變化組織、經二重織、緯二重織等之單二重組織、經絨等。

編物之種類係可為圓編物(緯編物)，也可為經編物。作為圓編物(緯編物)之組織，較佳可例示平編、羅紋編、兩面編、反針編、掛針編、浮線編、半畔編、紗羅編、添毛編等。作為經編組織，可例示單面經編平織編、單面經編緞針編、雙面經編絨編、經絨-經平編、起絨編、提花編等。層數係可為單層，也可為2層以上之多層。再者，亦可為由割毛織及/或毛圈織所成之立毛部與基底組織部所構成的立毛織物、立毛編物。

再者，當壓電單位併入織組織或編組織中而存在時，壓電性纖維本身中有彎折部分存在，但為了高效率地展現作為壓電元件的壓電性能，壓電性纖維的彎折部分較佳為小。因此，於織物與編物中，較佳為織物。

此時，亦如上述，由於壓電性纖維的彎折部分小者係 高效率地展現壓電性能，故作為織組織，斜紋織係優於平織，緞紋織(緞織)係優於斜紋織。特別地於緞紋織(緞紋)之中，若飛數在3~7之範圍，則由於以高水準發揮織組織的保持與壓電性能而較佳。

再者，織組織係按照所欲檢測的形狀變化來適宜選擇。例如欲檢測彎曲時，較佳為平織構造，壓電性纖維與導電性纖維為平行關係，欲檢測扭曲時，較佳為緞紋織構造，壓電性纖維與導電性纖維為正交關係。

又，由於壓電性纖維容易帶電，有容易誤動作之情況。於如此的情況下，亦可將欲取出信號的壓電纖維接地(earth)而使用。作為接地(earth)之方法，較佳為與取出信號的導電性纖維分開地配置導電性纖維。此時，導電性纖維之體積電阻率較佳為10^-1Ω‧cm以下，更佳為10^-2Ω‧cm以下，尤佳為10^-3Ω‧cm以下。

(複數之換能器)

又，亦可複數排列換能器而使用。作為排列方式，可為一次元地一段排列，也可為二次元地重疊排列，更且亦可編織成布狀使用，或也可製成編帶。藉此亦可實現布狀、編帶狀之換能器。成為布狀、編帶狀時，只要達成本發明之目的，則亦可與換能器以外的其他纖維組合，進行混紡、交織、交編等，且也可併入樹脂等中使用。

(電信號之輸出)

本發明之換能器係可將對於表面的接觸、壓力、形狀變化作為電信號輸出。

作為本發明之換能器的形狀之具體例，可舉出帽子、手套、襪子等之穿著衣服、運動護具、手帕等。本發明之換能器係以此等之形狀，可用於觸控面板、人或動物的表面感壓感測器、感知關節部的彎曲、扭曲、伸縮之感測器。例如當使用於人時，檢測接觸或動作，可使用作為醫療用途等的關節等之動作的資訊收集、娛樂用途、使用於移動失去的組織或機器人之介面。另外，可使用作為模仿動物或人型的布製玩偶或機器人之表面感壓感測器、感知關節部的彎曲、扭曲、伸縮之感測器。還有，可使用作為床單或枕頭等之寢具、鞋底、手套、椅子、敷物、袋子、旗等之表面感壓感測器或形狀變化感測器。

再者，本發明之感測器由於為布帛狀，具有伸縮性與柔軟性，故藉由貼附或被覆於一切構造物的全體或一部分之表面，可作為表面感壓感測器、形狀變化感測器使用。

尚且，本發明之換能器由於可將電信號作為輸出而取出，故可將此電信號作為移動其他裝置用的電力源或蓄電等發電元件使用。具體地，可舉出因用於人、動物、機器人、機械等自發性運動者之可動部而發電，因鞋底、敷物、受到來自外部的壓力之構造物的表面所致的發電，因流體中的形狀變化而發電等。由於藉由流體中的形狀變化而發出電信號，亦可能使吸附流體中的帶電性物質或抑制附著。

(電信號之輸入)

本發明之換能器係可藉由電信號來展現對於表面的接觸、壓力、形狀變化、振動。

作為本發明之換能器的形狀之具體例，可舉出包含帽子、手套、襪子等之穿著衣服、運動護具、手帕等之形狀。本發明之換能器係以此等之形狀，可用在對於人或動物之表面給予壓力的致動器、支撐關節部的彎曲、扭曲、伸縮之致動器。例如當用於人時，可為給予接觸或移動或壓力的娛樂用途或移動失去的組織。另外，可使用作為使模仿動物或人型的布製玩偶或機器人之表面鼓起來或伸展的致動器、對於關節部給予彎曲、扭曲、伸縮等之動作的致動器。還有，可使用作為移動床單或枕頭等之寢具、鞋底、手套、椅子、敷物、袋子、旗等之表面的致動器、或因電信號發生形狀變化的手帕、包巾、袋子等布狀之一切形狀的致動器。

再者，本發明中致動器由於為布帛狀，具有伸縮性與柔軟性，故藉由貼附或被覆於一切構造物的全體或一部分之表面，可作為使表面形狀改變之致動器使用。

又，本發明之換能器由於可輸入電信號而作動，故亦可使用作為藉由該振動而產生聲音之揚聲器。

(壓電元件之其他態樣1)

本發明包含含有以下其他態樣的壓電元件之換能器 (圖13、實施例8)。

1.一種壓電元件，其包含對於纖維施有導電體塗布之導電性纖維、被覆於其表面上之壓電性高分子、及形成在該壓電性高分子之表面上的表面導電層。

2.如前項1記載之壓電元件，其中壓電性高分子主要包含聚乳酸。

3.如前項1或2記載之壓電元件，其中壓電性高分子主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度為99%以上。

4.如前項2或3記載之壓電元件，其中壓電性高分子係單軸配向且包含結晶。

5.如前項1~4中任一項記載之壓電元件，其中導電性纖維係在合成纖維上施有導電體塗布之纖維。

6.如前項1~5中任一項記載之壓電元件，其係檢測出施加於壓電元件的應力及/或應力所施加的位置之感測器。

7.如前項6記載之壓電元件，其中所檢測出之施加於壓電元件的應力係對於壓電元件表面的摩擦力。

(導電性纖維)

導電性纖維之直徑較佳為1μm~10mm，更佳為10μm~5mm，尤佳為0.1mm~2mm。直徑若小則強度降低而處理變困難，另外直徑大時犧牲可撓性。於壓電元件之設計及製造的觀點上，導電性纖維之截面形狀較佳為圓或橢 圓，但不受此所限定。壓電性高分子與導電性纖維較佳為儘可能地密接，但為了改良密接性，在導電性纖維與壓電性高分子之間亦可設置錨固層或接著層等。

作為導電性纖維的基礎纖維(施予導電體塗布之纖維)，為了改善耐久性，較佳為天然纖維、半天然纖維、合成纖維。

導電性纖維的基礎纖維係可例示棉、麻、絹等之天然纖維、縲縈、銅銨纖維、三乙酸酯、二乙酸酯等之半合成纖維、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乳酸、聚甘醇酸、聚丁二酸丁二酯等之聚酯系纖維及其共聚合纖維、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍410、尼龍610、尼龍10、尼龍11、尼龍12、尼龍6T、尼龍8T、尼龍10T等之聚醯胺系纖維及其共聚合纖維、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴系纖維、聚苯硫纖維、聚碳酸酯纖維、芳香族聚醯胺纖維、其他的合成纖維。又，亦可為此等之纖維中2種類以上的複合纖維。惟，從操作性或耐久性之觀點來看，較佳為使用合成纖維作為基礎纖維。

塗布於基礎纖維之表面上的導電體只要顯示導電性，達成本發明之效果，則可以使用任一者。

例如，可使用金、銀、鉑、銅、鎳、錫、鋅、鈀、銅、氧化銦錫等及此等之混合物或合金等。再者，塗布方法或其手段亦無限制。塗布含金屬的糊狀者，或藉由電解鍍敷、化學鍍敷或真空蒸鍍等而塗布有導電體的纖維，可廣泛適用本發明。

又，亦可使用聚苯胺、聚乙炔、聚(對伸苯基伸乙烯)、聚吡咯、聚噻吩、聚(對苯硫)等之導電性高分子作為導電體。又，此等導電體亦可併用複數種類。

導電性纖維係有纖絲幾條集束而成的複絲，可使用此，而且亦可使用僅由一條所成的單絲。利用複絲者係在電特性的長條安定性之觀點上較宜。單絲的直徑較佳為1μm~5000μm，更佳為2μm~100μm，尤佳為3μm~10μm。纖絲數較佳為10條~100000條，更佳為100條~50000條，尤佳為500條~30000條。

(壓電性高分子)

被覆導電性纖維的壓電性高分子之厚度較佳為1μm~5mm，更佳為5μm~3mm，尤佳為10μm~1mm，最佳為20μm~0.5mm。若過薄則在強度之點為有問題之情況，另外若過厚，則有難以取出電輸出之情況。

此為壓電性高分子的導電性纖維之被覆狀態，但在將導電性纖維與表面導電層的距離保持固定之意圖中，由導電性纖維與壓電性高分子所成之纖維的形狀較佳為儘可能地接近同心圓狀。形成由導電性纖維與壓電性高分子所成的纖維之方法係沒有特別的限定，例如，有使導電性纖維成為內側，使壓電性高分子成為外側，於共擠出而熔融紡絲後，進行延伸之方法等。又，亦可使用在導電性纖維之纖維周面上被覆經熔融擠出的壓電性高分子，於被覆時施加延伸應力而使壓電性高分子延伸配向之方法。再者，也 可為預先作成中空的經延伸之由壓電性高分子所成的纖維，於其中插入導電性纖維之方法。

又，亦可為於各自的步驟中作成導電性纖維與經延伸的由壓電性高分子所成之纖維，以由壓電性高分子所成的纖維在導電性纖維上捲繞等而被覆之方法。

此時，較佳為以儘可能地接近同心圓狀之方式被覆。 又，例如，使用共擠出內側的導電性纖維、壓電性高分子、表面導電層，熔融紡絲後進行延伸之方法，係可一次形成3層。

於各自的步驟中作成導電性纖維與經延伸的由壓電性高分子所成之纖維時，而且使用聚乳酸作為壓電性高分子時，作為較佳的紡絲、延伸條件，熔融紡絲溫度較佳為150~250℃，延伸溫度較佳為40~150℃，延伸倍率較佳為1.1倍至5.0倍，而且結晶化溫度各自較佳為80~170℃。

作為壓電性高分子，只要是聚偏二氟乙烯、聚乳酸等之顯示壓電性的高分子則可利用，但較佳為主要由聚乳酸所構成。聚乳酸係在熔融紡絲後藉由延伸而容易配向，顯示壓電性，於不需要在聚偏二氟乙烯等所必要的電場配向處理之點，生產性優異。再者，由聚乳酸所成的壓電性纖維，係在朝其軸向的拉伸或壓縮應力中，極化小，難以作為壓電元件發揮機能，但藉由剪切應力，得到比較大的電輸出，在具有容易將剪切應力賦予壓電性高分子的構成體之本發明的壓電元件中較宜。

將壓電性高分子之纖維捲繞於導電性纖維上而被覆時，作為壓電性高分子之纖維，可使用捆束有複數的纖絲之複絲，而且也可使用單絲。

作為將由壓電性高分子所成的纖維捲繞於導電性纖維上而被覆之形態，例如，可使由壓電性高分子所成的纖維成為如編織管之形態，將導電性纖維作為芯，插入該管內而被覆。又，亦可將由壓電性高分子所成的纖維製成編帶，在製造圓形編織物時，以導電性纖維作為芯絲，製作在其周圍使用由壓電性高分子所成的纖維之圓形編織物而被覆。

單紗直徑較佳為1μm~5mm，更佳為5μm~2mm，尤佳為10μm~1mm。纖絲數較佳為1條~100000條，更佳為50條~50000條，尤佳為100條~20000條。

壓電性高分子較佳為主要包含聚乳酸。此處所謂的「主要」，指較佳為90莫耳%，更佳為95莫耳%，尤佳為98莫耳%以上。

再者，使用複絲作為導電性纖維時，壓電性高分子只要是以複絲的表面(纖維周面)之至少一部分接觸之方式被覆即可，壓電性高分子係可被覆於構成複絲的全部之纖絲表面(纖維周面)上，而且也可不這樣作。對於構成複絲的內部之各纖絲的被覆狀態，係可考慮作為壓電性元件的性能、操作性等來適宜設定。

作為聚乳酸，根據其結晶構造，可舉出將L-乳酸、L-乳酸交酯予以聚合所成之聚-L-乳酸。又，可舉出將D-乳 酸、D-乳酸交酯予以聚合所成之聚-D-乳酸。另外，有由聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混成構造所成之立體絡合聚乳酸等。聚乳酸只要是顯示壓電性者，則皆可利用。然而，於壓電率之高度的觀點上，較佳為聚-L-乳酸、聚-D-乳酸。 聚-L-乳酸、聚-D-乳酸由於各自對於相同的應力，極化成為相反，故亦可按照目的來組合此等而使用。

聚乳酸之光學純度較佳為99%以上，更佳為99.3%以上，尤佳為99.5%以上。光學純度若未達99%，則壓電率有顯著降低之情況，有難以藉由對於壓電元件表面的摩擦力而得到充分的電輸出之情況。

壓電性高分子係主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度較佳為99%以上。

壓電性高分子較佳為單軸配向且包含結晶，更佳為具有結晶的單軸配向聚乳酸。此係因為聚乳酸係在其結晶狀態及單軸配向中顯示大的壓電性。

由於聚乳酸係水解比較快的聚酯，故在耐濕熱性成為問題的情況中，亦可添加異氰酸酯、環氧樹脂、碳化二亞胺化合物等之防水解劑。又，按照需要亦可添加磷酸系化合物等之抗氧化劑、可塑劑、防光劣化劑等來改良物性。 又，聚乳酸亦可作為與其他聚合物的合金使用，但若使用聚乳酸作為主要的壓電性高分子，則較佳為至少50重量%以上含有，更佳為70重量%以上，最佳為90重量%以上。

作為成為合金時的聚乳酸以外之聚合物，可舉出聚對 苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯共聚物、聚甲基丙烯酸酯等作為合適例。惟，不受此等所限定，只要達成本發明之效果，則可使用任何的聚合物。

(表面導電層)

作為表面導電層之材料，只要是顯示導電性者則可使用。作為材料，具體地可使用塗布有包含金、銀或銅等之金屬的糊狀者、蒸鍍有金、銀、銅、氧化銦錫等者、聚苯胺、聚乙炔、聚(對伸苯基伸乙烯)、聚吡咯、聚噻吩、聚(對苯硫)、碳纖維等之導電性高分子等。從良好保持導電性之觀點來看，體積電阻率較佳為10^-1Ω‧cm以下，更佳為10^-2Ω‧cm以下，尤佳為10^-3Ω‧cm以下。

此表面導電層之厚度較佳為10nm~100μm，更佳為20nm~10μm，尤佳為30nm~3μm。若過薄則導電性變差，有難以得到電輸出之情況，另外若過厚則有喪失可撓性之情況。

表面導電層係可形成在壓電性高分子上的全面上，而且也可離散地形成。此配置方法由於可按照目的來設計，故關於該配置，並沒有特別的限定。藉由將此表面導電層離散地配置，從各自的表面導電層取出電輸出，可檢測出施加於壓電元件的應力之強度與位置。

以表面導電層之保護，即以防止人的手等接觸最外層的表面導電層為目的，亦可設置某種的保護層。此保護層 較佳為絕緣性，從可撓性等之觀點來看，更佳為由高分子所構成。當然，此時變成在保護層上摩擦，但只要此摩擦所造成的剪切應力到達壓電性高分子為止，能誘發其極化者，則沒有特別的限定。作為保護層，不限定於藉由高分子等的塗布而形成者，亦可為薄膜等或彼等所組合者。作為保護層，較宜使用環氧樹脂、丙烯酸樹脂等。

作為保護層之厚度，儘可能地薄者係容易將剪切應力傳達至壓電性高分子，但由於若過薄則容易發生破壞等之問題，故較佳為10nm~200μm，更佳為50nm~50μm，尤佳為70nm~30μm，最佳為100nm~10μm。

壓電元件亦有以1條使用之情況，但也可並排使用複數條，或編織成布帛狀使用，或製成編帶。藉此，亦可實現布帛狀、編帶狀的壓電元件。成為布帛狀、編帶狀時，只要達成本發明之目的，則亦可與壓電元件以外的其他纖維組合，進行混纖、交織、交編等。又，亦可併入智慧型手機之殼體的樹脂等中使用。

(壓電性元件之其他態樣2)

本發明包含含有以下其他態樣的壓電元件之換能器(圖15、實施例9)。

1.一種壓電元件，其包含至少2條將對於纖維施有導電體塗布之導電性纖維的表面以壓電性高分子予以被覆而成之被覆纖維，各被覆纖維係互相略平行地配置，而且表面之壓電性高分子係互相接觸。

2.如前項1記載之壓電元件，其中壓電性高分子主要包含聚乳酸。

3.如前項1或2記載之壓電元件，其中壓電性高分子主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度為99%以上。

4.如前項1~3中任一項記載之壓電元件，其中壓電性高分子係單軸配向且包含結晶。

5.如前項1~4中任一項記載之壓電元件，其中導電性纖維係在合成纖維上施有導電體塗布之纖維。

6.如前項1~5中任一項記載之壓電元件，其係檢測出施加於壓電元件的應力之大小及/或所施加的位置之感測器。

7.如前項6記載之壓電元件，其中所檢測出之施加於壓電元件的應力係對於壓電元件表面的摩擦力。

(被覆纖維)

壓電元件包含至少2條將導電性纖維的表面以壓電性高分子予以被覆而成之被覆纖維。

圖15係表示壓電元件的1個態樣之構造模型圖。圖15中之符號1係壓電性高分子，符號2係導電性纖維。

壓電元件之長度係沒有特別的限定，但係可在製造中連續地製造，在其後切割成適宜的長度而利用。於作為實際的壓電元件之利用中，是1mm~10m，較佳為5mm~2m，更佳為1cm~1m。長度若短則喪失纖維形狀的便利 性，另外若長則因導電性纖維的電阻值之問題等，而有電輸出降低等之問題。

(導電性纖維)

作為導電性纖維之材料，為了賦予耐久性，較佳為天然纖維、半天然纖維、合成纖維之表面經導電體所塗布之纖維。為了高效率地取出來自壓電性高分子的電輸出，電阻較佳為低。體積電阻率較佳為10^-1Ω‧cm以下，更佳為10^-2Ω‧cm以下，尤佳為10^-3Ω‧cm以下。

導電性纖維的基礎纖維(施予導電體塗布的纖維)，為了改善耐久性，較佳為天然纖維、半天然纖維、合成纖維。

導電性纖維的基礎纖維係可例示棉、麻、絹等之天然纖維、縲縈、銅銨纖維、三乙酸酯、二乙酸酯等之半合成纖維、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乳酸、聚甘醇酸、聚丁二酸丁二酯等之聚酯系纖維及其共聚合纖維、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍410、尼龍610、尼龍10、尼龍11、尼龍12、尼龍6T、尼龍8T、尼龍10T等之聚醯胺系纖維及其共聚合纖維、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴系纖維、聚苯硫纖維、聚碳酸酯纖維、芳香族聚醯胺纖維、其他的合成纖維。又，亦可為此等之纖維中2種類以上的複合纖維。惟，從操作性或耐久性之觀點來看，較佳為使用合成纖維作為基礎纖維。

塗布於基礎纖維之表面上的導電體只要顯示導電性， 達成本發明之效果，則可以使用任一者。

例如，可使用金、銀、鉑、銅、鎳、錫、鋅、鈀、銅、氧化銦錫等及此等之混合物或合金等。再者，塗布方法或其手段亦無限制。塗布含金屬的糊狀者，或藉由電解鍍敷、化學鍍敷或真空蒸鍍等而塗布有導電體的纖維，可廣泛適用本發明。

又，亦可使用聚苯胺、聚乙炔、聚(對伸苯基伸乙烯)、聚吡咯、聚噻吩、聚(對苯硫)等之導電性高分子作為導電體。還有，此等導電體亦可併用複數種類。

導電性纖維之直徑較佳為1μm~10mm，更佳為10μm~5mm，尤佳為0.1mm~2mm。直徑若小，則強度降低而處理變困難，另外直徑大時，犠牲可撓性。

於壓電元件之設計及製造的觀點上，導電性纖維之截面形狀較佳為圓或橢圓，但不受此所限定。當然，導電性纖維係可僅使用1條，也可複數條捆束使用。

導電性纖維普通為纖絲幾條集束而成的複絲，可使用此，而且亦可使用僅由一條所成的單絲。利用複絲者係在電特性的長條安定性之觀點上較宜。

單絲的直徑為1μm~5000μm，較佳為2μm~100μm，更佳為3μm~10μm。纖絲數較佳為10條~100000條，更佳為100條~50000條，尤佳為500條~30000條。

(壓電性高分子)

作為壓電性高分子，只要是聚偏二氟乙烯、聚乳酸等 之顯示壓電性的高分子則可利用，但較佳為主要包含聚乳酸。聚乳酸係在熔融紡絲後藉由延伸而容易配向，顯示壓電性，於不需要在聚偏二氟乙烯等所必要的電場配向處理之點，生產性優異。再者，由聚乳酸所成的壓電性纖維，係在朝其軸向的拉伸或壓縮應力中，極化小，難以作為壓電元件發揮機能，但藉由剪切應力，得到比較大的電輸出，在具有容易將剪切應力賦予壓電性高分子的構成體之本發明的壓電元件中較宜。

壓電性高分子較佳為主要包含聚乳酸。此處所謂的「主要」，指較佳為90莫耳%，更佳為95莫耳%，尤佳為98莫耳%以上。

作為聚乳酸，根據其結晶構造，可舉出將L-乳酸、L-乳酸交酯予以聚合所成之聚-L-乳酸。又，可舉出將D-乳酸、D-乳酸交酯予以聚合所成之聚-D-乳酸。另外，有由聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混成構造所成之立體絡合聚乳酸等。聚乳酸只要是顯示壓電性者，則皆可利用。於壓電率之高度的觀點上，較佳為聚-L-乳酸、聚-D-乳酸。聚-L-乳酸、聚-D-乳酸由於各自對於相同的應力，極化成為相反，故亦可按照目的來組合此等而使用。

聚乳酸之光學純度較佳為99%以上，更佳為99.3%以上，尤佳為99.5%以上。光學純度若未達99%，則壓電率有顯著降低之情況，有難以藉由對於壓電元件表面的摩擦力而得到充分的電輸出之情況。壓電性高分子係主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度較佳為99%以 上。

壓電性高分子較佳為在被覆纖維的纖維軸方向中單軸配向且包含結晶，更佳為具有結晶的單軸配向聚乳酸。此係因為聚乳酸係在其結晶狀態及單軸配向中顯示大的壓電性。

由於聚乳酸係水解比較快的聚酯，故在耐濕熱性成為問題的情況中，亦可添加異氰酸酯化合物、唑啉化合物、環氧化合物、碳化二亞胺化合物等之防水解劑。又，按照需要亦可添加磷酸系化合物等之抗氧化劑、可塑劑、防光劣化劑等來改良物性。

又，聚乳酸亦可作為與其他聚合物的合金使用，但若使用聚乳酸作為主要的壓電性高分子，則較佳為至少50重量%以上含有，更佳為70重量%以上，最佳為90重量%以上。

作為成為合金時的聚乳酸以外之聚合物，可舉出聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯共聚物、聚甲基丙烯酸酯等作為合適例，惟不受此等所限定，只要達成本發明之效果，則可使用任何的聚合物。

(被覆)

各導電性纖維係表面被壓電性高分子所被覆。被覆導電性纖維的壓電性高分子之厚度較佳為1μm~10mm，更佳為5μm~5mm，尤佳為10μm~3mm，最佳為20μm~1mm。若過薄則在強度之點會有成為問題之情況，另外若 過厚則有難以取出電輸出之情況。

壓電性高分子與導電性纖維較佳為儘可能地密接。為了改良密接性，在導電性纖維與壓電性高分子之間亦可設置錨固層或接著層等。

被覆之方法及形狀，只要是對於所施加的應力能發出電輸出，則沒有特別的限定。例如，可舉出以製作電線的要領，使經熔融的壓電性高分子被覆於導電性纖維之周圍，或在導電性纖維之周圍捲繞壓電性高分子的絲，或以壓電性高分子薄膜夾住導電性纖維而接著等之方法。又，於如此地藉由壓電性高分子被覆時，亦可預先設置三條以上的導電性纖維。另外，可在以壓電性高分子僅被覆導電性纖維一條後，藉由接著壓電性高分子之表面，亦可得到本發明的壓電元件。接著之方法亦沒有特別的限定，但可舉出接著劑的使用、熔黏等。也可僅單純地密接。

此為壓電性高分子的導電性纖維之被覆狀態，但導電性纖維與壓電性高分子之形狀係沒有特別的限定，例如，於採用以壓電性高分子被覆一個導電性纖維而成為纖維後使接著之方法，得到本發明之壓電元件時，儘可能地接近同心圓狀，此係在將導電性纖維間的距離保持固定之意圖中較佳。

再者，使用複絲作為導電性纖維時，壓電性高分子亦可以複絲的表面(纖維周面)之至少一部分接觸之方式被覆。

壓電性高分子亦可被覆於構成複絲的全部之纖絲表面 (纖維周面)上。對於構成複絲的內部之各纖絲的被覆狀態，係可考慮作為壓電性元件的性能、操作性等來適宜設定。壓電元件包含至少2條導電性纖維，但導電性纖維不限定於2條，亦可為更多。

(平行)

各導電性纖維係互相略平行地配置。導電性纖維間之距離較佳為1μm~10mm，更佳為5μm~5mm，尤佳為10μm~3mm，最佳為20μm~1mm。若過近則在強度之點會有成為問題之情況，若過度分離則有難以取出電輸出之情況。此處，所謂「互相略平行地配置」，就是意指複數的導電性纖維以不互相接觸之方式配置，取決於導電性纖維之纖維長度，所容許的偏移角係不同。

(接觸)

各被覆纖維係表面的壓電性高分子彼此互相接觸。有以導電性纖維作為芯，以壓電性高分子作為被覆層之被覆纖維，在表面的被覆層中互相接觸之態樣。又，亦有以2片的壓電性高分子薄膜夾住平行排列的複數之導電性纖維及被覆之態樣。

(製造方法(i))

壓電元件係可將至少二個經壓電性高分子所被覆之被覆纖維，接著於1條導電性纖維之表面而製造。作為此方 法，可舉出以下之方法。

(i-1)有以導電性纖維作為內側，以壓電性高分子作為外側，共擠出而熔融紡絲後，進行延伸之方法等。

(ii-2)又，亦可使用：於導電性纖維上被覆經熔融擠出的壓電性高分子，藉由被覆時施加延伸應力，而使壓電性高分子延伸配向之方法。

(iii-3)另外，亦可為預先製作中空的經延伸之由壓電性高分子所成的纖維，於其中插入導電性纖維之方法。

(iv-4)還有，也可為於各自的步驟中製作導電性纖維與經延伸之由壓電性高分子所成的纖維，以由壓電性高分子所成的纖維在導電性纖維上捲繞等而被覆之方法。此時，較佳為以儘可能地接近同心圓狀之方式被覆。

此時，使用聚乳酸作為壓電性高分子時，作為較佳的紡絲、延伸條件，熔融紡絲溫度較佳為150~250℃，延伸溫度較佳為40~150℃，延伸倍率較佳為1.1倍至5.0倍，而且結晶化溫度各自較佳為80~170℃。

作為所捲繞的壓電性高分子之纖維，可使用捆束有複數的纖絲之複絲，而且也可使用單絲。

作為捲繞而被覆之形態，例如，可使由壓電性高分子所成的纖維成為如編織管之形態，將導電性纖維作為芯，插入該管內而被覆。又，亦可將由壓電性高分子所成的纖維製成編帶，在製造圓形編織物時，以導電性纖維作為芯絲，製作在其周圍使用由壓電性高分子所成的纖維之圓形編織物而被覆。由壓電性高分子所成的纖維之單紗直徑較 佳為1μm~5mm，更佳為5μm~2mm，尤佳為10μm~1mm。纖絲數較佳為1條~100000條，更佳為50條~50000條，尤佳為100條~20000條。

藉由將用如以上之方法所製造的導電性纖維之表面經壓電性高分子所被覆的被覆纖維，予以複數接著可得到本發明之壓電元件。

(製造方法(ii))

又，藉由以壓電性高分子被覆經平行排列的複數之導電性纖維，亦可得到壓電元件。例如，藉由二片的壓電性高分子之薄膜，夾住經平行排列的複數之導電性纖維，可得到壓電元件。又，藉由將此壓電元件切割成長方形狀，可得到可撓性優異的壓電元件。

(保護層)

於壓電元件的最表面上，亦可設置保護層。此保護層較佳為絕緣性，從可撓性等之觀點來看，更佳為由高分子所構成。當然，此時變成在保護層上摩擦，但只要此摩擦所造成的剪切應力到達壓電性高分子為止，能誘發其極化者，則沒有特別的限定。作為保護層，不限定於藉由高分子等的塗布而形成者，亦可為薄膜等或彼等所組合者。作為保護層，較宜使用環氧樹脂、丙烯酸樹脂等。

作為保護層之厚度，儘可能地薄者係容易將剪切應力傳達至壓電性高分子，但由於若過薄則容易發生容易破壞 保護層本身等之問題。因此保護層之厚度故較佳為10nm~200μm，更佳為50nm~50μm，尤佳為70nm~30μm，最佳為100nm~10μm。亦可藉由此保護層來形成壓電元件之形狀。

(複數之壓電元件)

又，亦可複數排列壓電元件而使用。作為排列方式，可為一次元地一段排列，也可為二次元地重疊排列，更且亦可編織成布狀使用，或也可製成編帶。藉此亦可實現布狀、編帶狀之壓電元件。成為布狀、編帶狀時，只要達成本發明之目的，則亦可與壓電元件以外的其他纖維組合，進行混紡、交織、交編等，另外亦可併入智慧型手機之殼體的樹脂等中使用。如此地複數條排列壓電元件而使用時，由於壓電元件在表面上不具有電極，具有其排列方式、編織方式可廣泛地選擇之優點。

(壓電元件之適用技術)

壓電元件即使為任一態樣，也可將壓電元件表面予以摩擦等，作為檢測出所施加的應力之大小及/或所施加的位置之感測器利用。再者，壓電元件當然亦可藉由摩擦以外的推壓力等，對於壓電性高分子給予剪切應力，而取出電輸出。

此處，所謂「所施加的應力」，就是如本發明之目的中所亦記載，意指以手指表面來摩擦之程度的應力，此以 手指表面來摩擦之程度的應力之基準目標為約1~100Pa。不用說，當然可以檢測出超出此所施加的應力及其施加位置。

以手指等來輸入時，較佳為1gf以上50gf以下(10mmN以上500mmN以下)之荷重亦動作，更佳為1gf以上10gf以下(10mmN以上100mmN以下)之荷重係動作。當然，超過50gf(500mmN)的荷重亦動作者係如上述。

又，即使壓電元件為任一的態樣，也可藉由施加電信號而作為致動器使用。因此，壓電元件係可作為布帛狀的致動器使用。致動器係可藉由控制所施加的電信號，而在布帛表面的一部分中形成凸部或凹部，或使布帛全體成為捲筒形狀。本發明之致動器係可抓住物品。又，可使變化成捲繞在人體(胳膊、腳、腰等)上之形狀，作為支撐物等發揮機能。

實施例

以下，藉由實施例來更具體地記載本發明。本發明不受此所任何的限定。

實施例1 (聚乳酸之製造)

實施例1中所用的聚乳酸係用以下之方法製造。

對於L-乳酸交酯((股)武藏野化學研究所製，光 學純度100%)100重量份，添加辛酸錫0.005重量份，於氮氣環境下，在附攪拌翼的反應機中於180℃使反應2小時，添加相對於辛酸錫而言1.2倍當量的磷酸，然後在13.3Pa下減壓去除殘存的乳酸交酯，碎片化而得到聚-L-乳酸(PLLA1)。所得之PLLA1的重量平均分子量為15.2萬，玻璃轉移點(Tg)為55℃，熔點為175℃。

(壓電性纖維)

將在240℃經熔融的PLLA1，自24孔的帽蓋以20g/min吐出，以887m/min牽引。藉由將此未延伸複絲在80℃延伸2.3倍，在100℃熱定型處理，而得到84dTex/24filament的複絲單軸延伸絲1。彙總8束的此複絲單軸延伸絲1，作為壓電性纖維1。

(導電性纖維)

使用東邦TENAX(股)製的碳纖維複絲之品名『HTS40 3K』作為導電性纖維1。該導電性纖維1係將直徑7.0μm的纖絲3000條當作1束之複絲，體積電阻率為1.6×10^-3Ω‧cm。

(絕緣性纖維)

將在280℃經熔融的聚對苯二甲酸乙二酯，自48孔的帽蓋以45g/min吐出，以800m/min牽引。藉由將此未延伸絲在80℃延伸2.5倍，在180℃熱定型處理，而得到 167dTex/48纖絲之複絲延伸絲。彙總4束的此複絲延伸絲，作為絕緣性纖維1。

如圖1所示，製作在經紗配置有絕緣性纖維1，且在緯紗交替配置有壓電性纖維1、導電性纖維1之平織物1。如圖2，製作在經紗交替配置有壓電性纖維1與絕緣性纖維1，且在緯紗交替配置有導電性纖維1與絕緣性纖維1之緞紋織物1。

如圖3所示，在袖子縫上上述的平織物1及緞紋織物1。

以各自的織物中之夾住壓電性纖維的一對導電性纖維作為信號線，連接至示波器(橫河電機(股)製數位示波器DL6000系列商品名『DL6000』)。於連接該信號線之狀態下彎曲或扭曲胳膊時，得到如圖4~7所示的電壓信號，依照彎曲或扭曲之方向，可各自獨立地得到相反的信號，可得到非常有柔軟性的布帛狀之關節感測器。

實施例2 (聚乳酸之製造)

實施例2中所用的聚乳酸係用以下之方法製造。

對於L-乳酸交酯((股)武藏野化學研究所製，光學純度100%)100重量份，添加辛酸錫0.005重量份，於氮氣環境下，在附攪拌翼的反應機中於180℃使反應2小時，添加相對於辛酸錫而言1.2倍當量的磷酸，然後在13.3Pa下減壓去除殘存的乳酸交酯，碎片化而得到聚-L- 乳酸(PLLA1)。所得之PLLA1的重量平均分子量為15.2萬，玻璃轉移點(Tg)為55℃，熔點為175℃。

(壓電性纖維)

將在240℃經熔融的PLLA1，自24孔的帽蓋以20g/min吐出，以887m/min牽引。藉由將此未延伸複絲在80℃延伸2.3倍，在100℃熱定型處理，而得到84dTex/24filament的複絲單軸延伸絲1。彙總8束的此複絲單軸延伸絲1，作為壓電性纖維1。

(導電性纖維)

使用東邦TENAX(股)製的碳纖維複絲之品名『HTS40 3K』作為導電性纖維1。該導電性纖維1係將直徑7.0μm的纖絲3000條當作1束之複絲，體積電阻率為1.6×10^-3Ω‧cm。

(絕緣性纖維)

將在280℃經熔融的聚對苯二甲酸乙二酯，自48孔的帽蓋以45g/min吐出，以800m/min牽引。藉由將此未延伸絲在80℃延伸2.5倍，在180℃熱定型處理，而得到167dTex/48纖絲之複絲延伸絲。彙總4束的此複絲延伸絲，作為絕緣性纖維1。

如圖8所示，製作在經紗配置有絕緣性纖維1，且在緯紗交替配置有壓電性纖維1、導電性纖維1之平織物 1。自此平織物切出經紗方向10mm、緯紗方向100mm，對於夾住壓電性纖維的一對導電性纖維，施加5.8Hz、5kV的電壓時，平織物1係彎折500μm，確認具有作為致動器之機能。

實施例3~6 (聚乳酸之製造)

實施例3~6中所用的聚乳酸係用以下之方法製造。

對於L-乳酸交酯((股)武藏野化學研究所製，光學純度100%)100重量份，添加辛酸錫0.005重量份，於氮氣環境下，在附攪拌翼的反應機中於180℃使反應2小時，添加相對於辛酸錫而言1.2倍當量的磷酸，然後在13.3Pa下減壓去除殘存的乳酸交酯，碎片化而得到聚-L-乳酸(PLLA1)。所得之PLLA1的重量平均分子量為15萬，玻璃轉移點(Tg)為55℃，熔點為175℃。

(壓電元件之評價)

實施例3~6中，壓電元件係如以下地評價。

藉由對於壓電元件施加變形，評價壓電特性。圖2中顯示評價系統。電壓評價係使用橫河電機(股)製之數位示波器DL6000系列商品名『DL6000』。

實施例3~6中所用的壓電性纖維、導電性纖維、絕緣性纖維係用以下之方法製造。

(壓電性纖維)

將在240℃經熔融的PLLA1，自24孔的帽蓋以20g/min吐出，以887m/min牽引。藉由將此未延伸複絲在80℃延伸2.3倍，在100℃熱定型處理，而得到84dTex/24filament的複絲單軸延伸絲1。彙總8束的此複絲單軸延伸絲1，作為壓電性纖維1。

(導電性纖維)

使用帝人(股)製的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維作為導電性纖維，對於此纖維，將在樹脂溫度200℃經熔融的PLLA1被覆成同心圓狀，立刻在空氣中冷卻，得到長度10m之被覆纖維1。

此處，被覆纖維1中的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維係本發明中的導電性纖維，但該銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維的體積電阻率為1.0×10^-2Ω‧cm。又，此導電性纖維之直徑為0.6mm，所被覆的PLLA1層之厚度為0.3mm(被覆纖維1之直徑為1.2mm)。

(絕緣性纖維)

將在280℃經熔融的PET1，自48孔的帽蓋以45g/min吐出，以800m/min牽引。藉由將此未延伸絲在80℃延伸2.5倍，在180℃熱定型處理，而得到167dTex/48纖絲之複絲延伸絲。彙總4束的此複絲延伸絲，作為絕緣性纖維1。

實施例3

如圖9所示，製作在經紗配置有絕緣性纖維1，且在緯紗交替配置有壓電性纖維1、導電性纖維1之平織物。以此平織物中之夾住壓電性纖維的一對導電性纖維作為信號線，連接至示波器，其他的導電性纖維係接地。藉由以手指摩擦連接有該信號線的導電性纖維所夾住的壓電性纖維，或折彎纖維，而得到0.02~0.03V左右的電壓信號。確認作為壓電元件(感測器)發揮機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，壓電性能也維持90%以上。

實施例4

如圖10所示，製作在經紗交替配置有壓電性纖維1與絕緣性纖維1，且在緯紗交替配置有導電性纖維1與絕緣性纖維1之平織物。以此織物中之分離20mm的一對導電性纖維作為信號線，連接至示波器，其他的導電性纖維係接地。藉由以手指摩擦此織物之連接有信號線的導電性纖維所夾住的壓電性纖維，而得到0.01V左右的電壓信號。確認作為壓電元件(感測器)發揮機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，壓電性能也維持90%以上。

實施例5

如圖11所示，製作在經紗配置有絕緣性纖維1，且在緯紗交替配置有壓電性纖維1、導電性纖維1之平織物。以此織物之兩端附近的夾住壓電性纖維之一對導電性纖維作為信號線，連接至電壓源，施加電壓，結果織物全體發生扭曲。確認作為壓電元件(致動器)發揮機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，也展現該機能。

實施例6

如圖12所示，製作在經紗配置絕緣纖維1，且在緯紗依絕緣性纖維1、導電性纖維1、壓電性纖維1、導電性纖維1之順序配置，製作緞紋(satin)織物。以此織物中之夾住壓電性纖維的一對導電性纖維作為信號線，連接至示波器，對於織物施加扭曲的變形，結果得到0.01V左右的電壓信號。確認作為壓電元件(感測器)發揮機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，壓電性能也維持90%以上。

實施例7

將帝人(股)製的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維作為芯，以實施例3所製作的複絲單軸延伸絲1作為圓形編織物，製作4條的編帶。

對於此4條的編帶，使用二氯甲烷，使複絲單軸延伸絲的纖維周面溶解而溶黏，得到壓電元件。

對於此壓電元件，以如圖14所示之構成進行壓電特性的評價。藉由摩擦此壓電元件之表面，可知得到5V之非常大的電壓，確認發揮作為壓電元件(感測器)的機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，壓電性能也維持90%以上。

實施例8 (聚乳酸之製造)

對於L-乳酸交酯((股)武藏野化學研究所製，光學純度100%)100重量份，添加辛酸錫0.005重量份，於氮氣環境下，在附攪拌翼的反應機中於180℃使反應2小時，添加相對於辛酸錫而言1.2倍當量的磷酸，然後在13.3Pa下減壓去除殘存的乳酸交酯，碎片化而得到聚-L-乳酸(PLLA1)。所得之PLLA1的重量平均分子量為15.2萬，玻璃轉移點(Tg)為55℃，熔點為175℃。

(壓電元件之評價)

實施例8中壓電元件係如以下地評價。

與壓電元件之長度方向呈平行地，以手指接觸表面導電層(金蒸鍍面)表面，以約0.5m/s之速度摩擦，而評價壓電特性(荷重為50gf(500mmN)以下，全部實施例、比較例中設定成大略相同)。圖14中顯示實施例的評價系統。電壓評價係使用橫河電機(股)製的數位示波器DL6000系列商品名『DL6000』，測定其檢測電壓。

(耐久性評價)

將各自的壓電元件在與導電性纖維呈垂直的方向中折疊。連續此而重複2,000次，再度進行壓電元件之評價。

(壓電元件之製造)

使用帝人(股)製的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維作為導電性纖維，對於此纖維，將在樹脂溫度200℃經熔融的PLLA1被覆成同心圓狀，立刻在空氣中冷卻，得到長度10m之被覆纖維1。

此處，被覆纖維1中的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維係本發明中的導電性纖維，但該銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維的體積電阻率為1.0×10-2Ω‧cm。又，此導電性纖維之直徑為0.6mm，所被覆的PLLA1層之厚度為0.3mm(被覆纖維1之直徑為1.2mm)。

其次，將此被覆纖維1切斷成纖維長度12cm，僅將內側的導電性纖維之兩端各去除1cm，作成內側的導電性纖維之長度為10cm且外側的PLLA1層之長度為12cm的被覆纖維2。接著，將此被覆纖維2置入經設定在溫度80℃的拉伸試驗機中，將被覆纖維2兩端之僅由PLLA1層所成的部分(端部的1cm)各自以鉗口抓住，僅單軸延伸外側的PLLA1層。延伸速度為200mm/min，延伸至延伸倍率3倍。然後，更在以鉗口抓住下，使溫度上升至140℃為止，進行5分鐘加熱處理，結晶化後，進行驟 冷，自拉伸試驗機取出該被覆纖維2。

所得之被覆纖維2係2層的同心圓狀之構成，直徑為0.8mm，所被覆的PLLA1層之厚度為0.1mm。再者，於此被覆纖維表面之約一半上，以金成為約100nm的厚度之方式，藉由蒸鍍法塗布，而得到本發明之壓電元件。此金的表面導電層之體積電阻率為1.0×10^-4Ω‧cm。

圖13中記載此壓電元件之概略圖。以同樣的方法作成4條的此壓電元件，如圖14所示地平行排列此等，進行壓電特性之評價。

壓電元件的評價結果，可知僅摩擦表面而得到3V以上的電壓之非常大的電壓。確認發揮作為壓電元件(感測器)的機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，壓電性能也維持90%以上。

實施例9 (聚乳酸之製造)

對於L-乳酸交酯((股)武藏野化學研究所製，光學純度100%)100重量份，添加辛酸錫0.005重量份，於氮氣環境下，在附攪拌翼的反應機中於180℃使反應2小時，添加相對於辛酸錫而言1.2倍當量的磷酸，然後在13.3Pa下減壓去除殘存的乳酸交酯，碎片化而得到聚-L-乳酸(PLLA1)。所得之PLLA1的重量平均分子量為15.2萬，玻璃轉移點(Tg)為55℃，熔點為175℃。

(壓電元件之評價)

實施例9中壓電元件係如以下地評價。

與壓電元件之長度方向呈平行地，使手指接觸，以約0.5m/s之速度摩擦，而評價壓電特性。圖16中顯示實施例9中的評價系統。電壓評價係使用橫河電機(股)製的數位示波器DL6000系列商品名『DL6000』。

(壓電元件之製造)

使用帝人(股)製的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維作為導電性纖維，對於此纖維，將在樹脂溫度200℃經熔融的PLLA1被覆成同心圓狀，立刻在空氣中冷卻，得到長度10m之被覆纖維1。

此處，被覆纖維1中的銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維係本發明中的導電性纖維，但該銅蒸鍍芳香族聚醯胺纖維的體積電阻率為1.0×10^-2Ω‧cm。又，此導電性纖維之直徑為0.6mm，所被覆的PLLA1層之厚度為0.3mm(被覆纖維1之直徑為1.2mm)。

其次，將此被覆纖維1切斷成纖維長度12cm，僅將內側的導電性纖維之兩端各去除1cm，作成內側的導電性纖維之長度為10cm且外側的PLLA1層之長度為12cm的被覆纖維2。接著，將此被覆纖維2置入經設定在溫度80℃的拉伸試驗機中，將被覆纖維2兩端之僅由PLLA1層所成的部分(端部的1cm)各自以鉗口抓住，僅單軸延伸外側的PLLA1層。延伸速度為200mm/min，延伸至延 伸倍率3倍。然後，更在以鉗口抓住下，使溫度上升至140℃為止，進行5分鐘加熱處理，結晶化後，進行驟冷，自拉伸試驗機取出該被覆纖維2。

所得之被覆纖維2係2層的同心圓狀之構成，直徑為0.9mm，所被覆的PLLA1層之厚度為0.15mm。再者，使此2條的被覆纖維2熔黏，去除表面的壓電性高分子之端部的部分，剝出導電性纖維，得到如圖15所示之壓電元件。

對於此壓電元件，以如圖16所示之構成進行壓電特性之評價。壓電元件的評價結果，可知僅摩擦表面而得到約6V之非常大的電壓。確認發揮作為壓電元件(感測器)的機能。又，耐久性評價的結果係即使2,000次折疊試驗後，壓電性能也維持90%以上。

發明的效果 (以電信號作為輸出之換能器)

本發明的以電信號作為輸出之換能器，係可使用通常的纖維材料，且採用從前的編織物構造來製作。換能器係可成為具有柔軟性的布帛狀。換能器係可成為如手帕之能折疊的布帛狀，更且可成為穿著的衣服狀等以布帛能實現之一切形狀。換能器係可作為布帛狀的感測器或發電元件使用。

(以電信號作為輸入之換能器)

本發明的以電信號作為輸入之換能器，係可使用通常的纖維材料，且採用從前的編織物構造來製作。換能器係可成為具有柔軟性的布帛狀。換能器係可成為如手帕之能折疊的布帛狀，更且可成為穿著的衣服狀等以布帛能實現之一切形狀。換能器由於若施加電信號則形狀發生變化，故亦可作為致動器利用。

產業上的利用可能性 (以電信號作為輸出之換能器)

本發明的以電信號作為輸出之換能器，係可作為布帛狀的感測器或發電元件使用。

作為感測器之具體例，可舉出包含帽子、手套、襪子等的穿著衣服、支撐物、手帕狀等形狀之觸控面板、人或動物的表面感壓感測器、感知關節部的彎曲、扭曲、伸縮之感測器。

例如當用於人時，檢測接觸或動作，可作為收集醫療用途等的關節等之動作的資訊之感測器使用。又，可作為娛樂用途、移動失去的組織或機器人之介面使用。另外，可使用作為模仿動物或人型的布製玩偶或機器人之表面感壓感測器、感知關節部的彎曲、扭曲、伸縮之感測器。

此外，可使用作為床單或枕頭等之寢具、鞋底、手套、椅子、敷物、袋子、旗等之表面感壓感測器或形狀變化感測器。

再者，本發明之感測器由於為布帛狀，具有伸縮性與 柔軟性，故藉由貼附或被覆於一切構造物的全體或一部分之表面，可作為表面感壓感測器、形狀變化感測器使用。

本發明之換能器由於可將電信號作為輸出而取出，故可將此電信號作為移動其他裝置用的電力源或蓄電等發電元件使用。具體地，可舉出因用於人、動物、機器人、機械等自發性運動者之可動部而發電，因鞋底、敷物、受到來自外部的壓力之構造物的表面所致的發電，因流體中的形狀變化而發電等。由於藉由流體中的形狀變化而發出電信號，亦可能使吸附流體中的帶電性物質或抑制附著。

(以電信號作為輸入之換能器)

本發明的以電信號作為輸入之換能器，由於若施加電信號則形狀發生變化，故亦可利用作為致動器。

例如，對於成為布帛狀的換能器施加電信號，可使布帛表面所載置的對象物移動，或包住對象物，或壓縮或使振動。

又，藉由對於構成換能器的各壓電元件，控制所施加的電信號，可表現各式各樣的形狀。再者，藉由布帛本身振動，亦可作為揚聲器發揮機能。

作為具體例，可成為包含帽子、手套、襪子等的穿著衣服、支撐物、手帕狀等之形狀，作為對於人或動物或物體之表面給予壓力之致動器使用。又，可使用作為支撐關節部的彎曲、扭曲、伸縮之致動器使用。例如當用於人時，可為給予接觸或移動或壓力的娛樂用途或移動失去的 組織。另外，可使用作為使模仿動物或人型的布製玩偶或機器人之表面鼓起來或伸展的致動器、對於關節部給予彎曲、扭曲、伸縮等之動作的致動器。

此外，可使用作為移動床單或枕頭等之寢具、鞋底、手套、椅子、敷物、袋子、旗等之表面的致動器、或因電信號發生形狀變化的手帕、包巾、袋子等布狀之一切形狀的致動器。

再者，本發明之換能器由於為布帛狀，具有伸縮性與柔軟性，故藉由貼附或被覆於一切構造物的全體或一部分之表面，可作為使表面形狀改變之致動器使用。

尚且，本發明之換能器由於可輸入電信號而作動，故亦可使用作為藉由該振動而產生聲音之揚聲器。

A‧‧‧壓電性纖維

B‧‧‧導電性纖維

C‧‧‧絕緣性纖維

Claims (14)

1. 一種以電信號作為輸出或輸入之換能器，其包含壓電單位，該壓電單位包含2條導電性纖維及1條壓電性纖維，此等係在略同一平面上以導電性纖維、壓電性纖維、導電性纖維之順序配置。
2. 如請求項1之換能器，其中壓電單位包含絕緣性纖維，該絕緣性纖維係以壓電單位中的導電性纖維不與其他壓電單位中的導電性纖維、或導電性纖維和壓電性纖維接觸之方式配置。
3. 如請求項1之換能器，其中壓電性纖維主要包含聚乳酸。
4. 如請求項1之換能器，其中壓電性纖維主要包含聚-L-乳酸或聚-D-乳酸，此等之光學純度為99%以上。
5. 如請求項1之換能器，其中壓電性纖維係單軸配向且包含結晶。
6. 如請求項1之換能器，其中導電性纖維係在(i)碳纖維或(ii)合成纖維上塗布有導電體之纖維。
7. 如請求項1之換能器，其中對於導電性纖維在法線方向折疊，重複2,000次的此後之檢測電壓係折疊前的90%以上。
8. 如請求項1之換能器，其係含有複數的壓電單位之編織物。
9. 如請求項8之換能器，其係含有複數的壓電單位之織物，其織組織係平織、斜紋織、緞紋織或彼等之複合組 織。
10. 如請求項8之換能器，其係複數組合編織物而使用。
11. 一種感測器，其使用如請求項1~10中任一項之換能器。
12. 一種發電元件，其使用如請求項1~10中任一項之換能器。
13. 一種致動器，其使用如請求項1~10中任一項之換能器。
14. 一種揚聲器，其使用如請求項1~10中任一項之換能器。