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JP2019136230A - Swallowing detection sensor and swallowing detection system - Google Patents

Swallowing detection sensor and swallowing detection system Download PDF

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JP2019136230A
JP2019136230A JP2018021004A JP2018021004A JP2019136230A JP 2019136230 A JP2019136230 A JP 2019136230A JP 2018021004 A JP2018021004 A JP 2018021004A JP 2018021004 A JP2018021004 A JP 2018021004A JP 2019136230 A JP2019136230 A JP 2019136230A
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JP
Japan
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fiber
piezoelectric
detection sensor
swallowing detection
swallowing
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Pending
Application number
JP2018021004A
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Japanese (ja)
Inventor
佳郎 田實
Yoshiro Tanuki
佳郎 田實
孝一 大森
Koichi Omori
孝一 大森
篤 末廣
Atsushi Suehiro
篤 末廣
かな 常峰
Jiani Tokimine
かな 常峰
真之 今川
Masayuki Imagawa
真之 今川
美紀 吉永
Miki Yoshinaga
美紀 吉永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Frontier Co Ltd
Original Assignee
Teijin Frontier Co Ltd
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Publication date
Application filed by Teijin Frontier Co Ltd filed Critical Teijin Frontier Co Ltd
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Abstract

To provide a swallowing detection sensor capable of accurately measuring as much information as possible by a simple measurement which does not adversely affect a human body, and to provide a swallowing detection system using the sensor.SOLUTION: There is provided a swallowing detection sensor in which the neck part includes a braid formed of a conductive fiber and a piezoelectric fiber, the conductive fiber being the core of the braid. The swallowing detection sensor is a piezoelectric structure in which the piezoelectric fiber is a coating fiber that coats the circumference of the conductive fiber. The coating fiber includes at least one bent part, and when the piezoelectric structure is placed on a horizontal plane, the height from the horizontal plane to the uppermost part of the piezoelectric structure is greater than the diameter of the coating fiber. There is also provided a swallowing detection system using the swallowing detection sensor.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、圧電性繊維を用いた組紐状圧電素子を用いた圧電素子を備えた嚥下検知センサー、およびそれを用いた嚥下検知システムに関する。   The present invention relates to a swallowing detection sensor including a piezoelectric element using a braided piezoelectric element using a piezoelectric fiber, and a swallowing detection system using the same.

誤嚥性肺炎が死因の中で高い比率を占めており、嚥下機能が低下すると、食事の際に通常よりも誤嚥を起こし易くなるため、医療機関または介護施設では対象者の嚥下機能を把握することが重要である。詳細な情報を得るための嚥下機能検査方法として、嚥下造影検査や嚥下内視鏡検査が一般に実施されている。嚥下造影検査は、造影剤が含まれた食品を摂取し、それが食道を通過する様子をレントゲンで確認する検査であるが、高価な機器および専門の人員が必要である上に、放射性被爆や造影剤へのアレルギー、検査自体による誤嚥などが懸念されるという点で問題がある。嚥下内視鏡検査は、鼻から細いカメラのような器具を入れてのどを観察する検査であるが、嚥下運動中に観察ができないこと、咽頭反射の強い場合には吐き気によって充分な検査が行えないこと、局所麻酔薬アレルギーならびに内視鏡挿入による鼻出血への懸念があるという点で問題がある。   Aspiration pneumonia accounts for a high proportion of causes of death, and if the swallowing function declines, it becomes easier to cause aspiration during meals, so the medical institution or care facility grasps the swallowing function of the subject It is important to. As a swallowing function inspection method for obtaining detailed information, swallowing contrast inspection and swallowing endoscopy are generally performed. A swallowing contrast test is a test that ingests food containing a contrast medium and confirms that it passes through the esophagus with X-rays, but it requires expensive equipment and specialized personnel. There is a problem in that allergies to contrast media and aspiration due to the test itself are concerned. In swallowing endoscopy, a device such as a thin camera is inserted from the nose to observe the throat. However, when swallowing movements cannot be observed, and when the pharyngeal reflex is strong, nausea can be used to perform a sufficient examination. There are problems in that there are concerns about local anesthetic allergies and nasal bleeding due to endoscopic insertion.

一方、簡便な嚥下機能検査方法として、反復唾液嚥下テスト、改訂水飲みテストおよびフードテストが実施されているが、検査の正確性および客観性、特に軽度の嚥下障害に対する感度が低いという点で問題がある。   On the other hand, repeated saliva swallowing test, revised water swallowing test and food test are performed as simple swallowing function testing methods, but there are problems in that the test accuracy and objectivity, especially sensitivity to mild dysphagia is low. is there.

特許文献1には、生体の喉頭周辺領域に空気袋を配置し、空気袋の中の空気圧を空気チューブで伝達する嚥下能力検査装置が開示されている。しかし、構造および配管が複雑であり装着に手間を要すると考えられる点、被検者の喉の形状、大きさの違いに合わせて空気袋の位置などを調整する必要がある点などで問題がある。   Patent Document 1 discloses a swallowing ability inspection device in which an air bag is arranged in a region around a larynx of a living body and air pressure in the air bag is transmitted by an air tube. However, there are problems in that the structure and piping are complicated and thought to require labor, and the position of the air bag needs to be adjusted according to the difference in the shape and size of the subject's throat. is there.

特許文献2には、光ファイバおよびそれを支持するシート状体を含み、被検者の喉頭部に装着される光ファイバシートを備え、嚥下運動に伴う前記喉頭部の外形変動に関連して前記喉頭部から光ファイバに加わる側圧により発生する損失に基づく伝送光の光量変化を検知する、嚥下運動モニタリングセンサが開示されている。しかし、光ファイバは一般的に柔軟性に欠け、嚥下時の被検者の喉頭部の動きに十分追従できるか疑問であり、また、被検者の喉頭部の形状、大きさに応じて光ファイバシートを調整する必要がある点などで問題がある。   Patent Document 2 includes an optical fiber and a sheet-like body that supports the optical fiber, and includes an optical fiber sheet that is attached to the larynx of a subject, and relates to the outer shape variation of the larynx associated with swallowing movement. A swallowing movement monitoring sensor that detects a change in the amount of transmitted light based on a loss caused by a lateral pressure applied to an optical fiber from the larynx is disclosed. However, optical fibers are generally inflexible, and it is questionable whether they can sufficiently follow the movement of the subject's larynx during swallowing. Also, depending on the shape and size of the subject's larynx, There is a problem in that it is necessary to adjust the fiber sheet.

特許文献3には、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が、対象物の動きや状態を阻害しないセンサーであるとして開示されている。しかし、人に用いる場合の用途として、関節の動きの情報収集用途への活用について記載されているが、関節の動きではない、0.5秒前後の短時間の観測が必要な嚥下機能検査に使用できるかどうかは記載されていない。   In Patent Document 3, as a combination of conductive fibers and piezoelectric fibers, a braided piezoelectric element in which the surface of a conductive fiber serving as a core is covered with braided piezoelectric fibers inhibits the movement and state of an object. It is disclosed as a sensor that does not. However, as a use for humans, it has been described for use in collecting information on joint movement, but it is not a joint movement, and it is used for a swallowing function test that requires a short observation of around 0.5 seconds. Whether it can be used is not described.

特開2015−100382号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2015-100382 特開2017−38840号公報JP 2017-38840 A 特開2017−120861号公報JP 2017-120861 A

本発明は上記の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、なるべく測定が簡便かつ、人体に悪影響を及ばすことなく、より多くの情報を精度高く測定できる、嚥下検知センサーおよびそのセンサーを用いた嚥下検知システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described background, and an object of the present invention is to provide a swallowing detection sensor and its sensor capable of measuring as much information as possible with high accuracy and without adversely affecting the human body. It is to provide a swallowing detection system used.

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含むセンサーが、喉の動きや状態を阻害しない嚥下検知用のセンサーとして利用できることを発見し、本発明に到達した。   As a combination of a conductive fiber and a piezoelectric fiber, the inventors of the present invention have a sensor including a braided piezoelectric element in which the surface of a conductive fiber serving as a core is covered with a braided piezoelectric fiber. It was discovered that it can be used as a sensor for swallowing detection that does not impede, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
1.首部に装着可能な繊維構造体を含むことを特徴とする嚥下検知センサー。
2.紐状の圧電素子を備える、上記1に記載の嚥下検知センサー。
3.前記圧電素子が組紐状圧電素子である、上記2に記載の嚥下検知センサー。
4.前記組紐状圧電素子が、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、を備え、前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻付け角度は15°以上、75°以下である、上記3に記載の嚥下検知センサー。
5.圧電性繊維の総繊度が、前記導電性繊維の総繊度の1/2倍以上、20倍以下である、上記3に記載の嚥下検知センサー。
6.圧電性繊維の一本あたり繊度が、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3に記載の嚥下検知センサー。
7.前記紐状の圧電素子を2本以上使用する、上記2〜6のいずれかに記載の嚥下検知センサー。
8.前記紐状の圧電素子を使用時における水平方向に配置する、上記2〜7のいずれかに記載の嚥下検知センサー。
9.前記紐状の圧電素子が繊維構造体に固定化された、上記2〜8のいずれかに記載の嚥下検知センサー。
10.前記紐状の圧電素子が繊維構造体に接着物質によって固定化された、上記9に記載の嚥下検知センサー。
11.前記紐状の圧電素子が繊維構造体に縫着によって固定化された、上記9に記載の嚥下検知センサー。
12.前記紐状の圧電素子が繊維構造体の一部となっている、上記9に記載の嚥下検知センサー。
13.前記嚥下検知センサーを用いてなる、嚥下検知システム。
14.前記嚥下検知センサーを咽頭挙上の位置の経時変化の検知に使用した、上記13に記載の嚥下検知システム。
That is, the present invention includes the following inventions.
1. A swallowing detection sensor comprising a fibrous structure that can be attached to a neck.
2. 2. The swallowing detection sensor according to 1 above, comprising a string-like piezoelectric element.
3. 3. The swallowing detection sensor according to 2 above, wherein the piezoelectric element is a braided piezoelectric element.
4). The braided piezoelectric element includes a core portion formed of conductive fiber and a sheath portion formed of braided piezoelectric fiber so as to cover the core portion, and the piezoelectric fiber is a main component 4. The swallowing detection sensor according to 3, wherein the wrapping angle of the piezoelectric fiber with respect to the conductive fiber is 15 ° or more and 75 ° or less.
5). 4. The swallowing detection sensor according to 3 above, wherein the total fineness of the piezoelectric fiber is ½ to 20 times the total fineness of the conductive fiber.
6). 4. The swallowing detection sensor according to 3 above, wherein the fineness per piezoelectric fiber is 1/20 or more and 2 or less of the total fineness of the conductive fiber.
7). The swallowing detection sensor according to any one of the above items 2 to 6, wherein two or more string-like piezoelectric elements are used.
8). 8. The swallowing detection sensor according to any one of 2 to 7, wherein the string-like piezoelectric element is arranged in a horizontal direction when in use.
9. 9. The swallowing detection sensor according to any one of 2 to 8, wherein the string-like piezoelectric element is fixed to a fiber structure.
10. 10. The swallowing detection sensor according to 9, wherein the string-like piezoelectric element is fixed to a fiber structure with an adhesive substance.
11. 10. The swallowing detection sensor according to 9 above, wherein the string-like piezoelectric element is fixed to the fiber structure by sewing.
12 10. The swallowing detection sensor according to 9 above, wherein the string-like piezoelectric element is part of a fiber structure.
13. A swallowing detection system using the swallowing detection sensor.
14 14. The swallowing detection system according to 13 above, wherein the swallowing detection sensor is used to detect a temporal change in the position of the pharyngeal elevation.

本発明により、着用および計測が簡単で、より多くの情報が速い応答速度で得られる、圧電素子を用いた嚥下検知センサーおよびそれを用いた嚥下検知システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a swallowing detection sensor using a piezoelectric element and a swallowing detection system using the same, which are simple to wear and measure and can obtain more information at a high response speed.

導電性繊維と圧電性繊維との組合せにおける電気信号の発生原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the generation principle of the electrical signal in the combination of an electroconductive fiber and a piezoelectric fiber. 本発明の嚥下検知センサーの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the swallowing detection sensor of this invention. 本発明の嚥下検知センサーを首部に着用した様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the swallowing detection sensor of this invention was worn on the neck part. 本発明の嚥下検知システムで採用することのできるブロック図の一例である。It is an example of the block diagram which can be employ | adopted with the swallowing detection system of this invention. 実施例1で得られた測定プロファイルである。3 is a measurement profile obtained in Example 1. 実施例2で得られた測定プロファイルである。3 is a measurement profile obtained in Example 2.

(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。圧電性繊維Aは主成分としてポリ乳酸を含むことができる。導電性繊維Bに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下である。
(Braided piezoelectric element)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a braided piezoelectric element according to the embodiment.
The braided piezoelectric element 1 includes a core portion 3 formed of a conductive fiber B and a sheath portion 2 formed of a braided piezoelectric fiber A so as to cover the core portion 3. The piezoelectric fiber A can contain polylactic acid as a main component. The winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the conductive fiber B is 15 ° or more and 75 ° or less.

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。特定の理論に束縛されるものではないが、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に生じるものと推測される。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。   In the braided piezoelectric element 1, a large number of piezoelectric fibers A densely surround the outer peripheral surface of at least one conductive fiber B. Although not bound by a specific theory, when the braided piezoelectric element 1 is deformed, a stress due to the deformation is generated in each of the many piezoelectric fibers A, thereby generating an electric field in each of the many piezoelectric fibers A. (Piezoelectric effect) As a result, it is presumed that a voltage change in which electric fields of a large number of piezoelectric fibers A surrounding the conductive fiber B are superimposed is generated in the conductive fiber B. That is, the electrical signal from the conductive fiber B increases as compared with the case where the braided sheath 2 of the piezoelectric fiber A is not used. As a result, the braided piezoelectric element 1 can extract a large electric signal even by a stress generated by a relatively small deformation. A plurality of conductive fibers B may be used.

ここで、圧電性繊維Aは主成分としてポリ乳酸を含むことが好ましい。「主成分として」とは、圧電性繊維Aの成分のうち最も多い成分がポリ乳酸であるとの意味である。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。   Here, the piezoelectric fiber A preferably contains polylactic acid as a main component. “As a main component” means that the most component of the components of the piezoelectric fiber A is polylactic acid. The lactic acid unit in the polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and even more preferably 98 mol% or more.

また、導電性繊維Bに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下である。すなわち、導電性繊維B(芯部3)の中心軸CLの方向に対して、圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下である。ただし、本実施形態では、導電性繊維Bの中心軸CLは、圧電性繊維Aの組紐(鞘部2)の中心軸(以下、「組紐軸」ともいう。)と重なることから、圧電性繊維Aの組紐軸の方向に対して、圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは15°以上、75°以下である、ということもできる。より大きな電気信号を取り出す観点からは、角度α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。角度αがこの角度範囲を外れると、圧電性繊維Aに生じる電界が著しく低下し、それにより導電性繊維Bで得られる電気信号が著しく低下してしまうからである。   Further, the winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the conductive fiber B is 15 ° or more and 75 ° or less. That is, the winding angle α of the piezoelectric fiber A is 15 ° or more and 75 ° or less with respect to the direction of the central axis CL of the conductive fiber B (core portion 3). However, in the present embodiment, the central axis CL of the conductive fiber B overlaps with the central axis (hereinafter, also referred to as “braid axis”) of the braided cord (sheath portion 2) of the piezoelectric fiber A. It can also be said that the winding angle α of the piezoelectric fiber A is 15 ° or more and 75 ° or less with respect to the direction of the braid axis of A. From the viewpoint of extracting a larger electric signal, the angle α is preferably 25 ° or more and 65 ° or less, more preferably 35 ° or more and 55 ° or less, and 40 ° or more and 50 ° or less. Is more preferable. This is because when the angle α is out of this angle range, the electric field generated in the piezoelectric fiber A is remarkably lowered, and the electrical signal obtained from the conductive fiber B is thereby remarkably lowered.

なお、上記角度αについては、鞘部2を形成する圧電性繊維Aの主方向と導電性繊維Bの中心軸CLとのなす角ともいうことができ、圧電性繊維Aの一部が弛んでいたり、毛羽だっていてもよい。   The angle α can also be referred to as an angle formed by the main direction of the piezoelectric fiber A forming the sheath portion 2 and the central axis CL of the conductive fiber B, and a part of the piezoelectric fiber A is slackened. Or may be fuzzy.

ここで、圧電性繊維Aに生じる電界が著しく低下する理由は以下のとおりである。圧電性繊維Aはポリ乳酸を主成分とし、圧電性繊維Aの繊維軸の方向に一軸配向している。ここで、ポリ乳酸は、その配向方向(この場合には圧電性繊維Aの繊維軸の方向)に対して
せん断応力が生じた場合に電界を生じるが、その配向方向に対して引張応力や圧縮応力が生じた場合に電界をあまり生じない。したがって、組紐軸の方向に平行に変形したときに圧電性繊維Aにせん断応力が生じるようにするためには、圧電性繊維A(ポリ乳酸)の配向方向が組紐軸に対して所定の角度範囲にあることがよいと推測される。
Here, the reason why the electric field generated in the piezoelectric fiber A is remarkably lowered is as follows. The piezoelectric fiber A has polylactic acid as a main component and is uniaxially oriented in the fiber axis direction of the piezoelectric fiber A. Here, polylactic acid generates an electric field when shear stress is generated in the orientation direction (in this case, the direction of the fiber axis of the piezoelectric fiber A), but tensile stress or compression is applied in the orientation direction. Less electric field is generated when stress occurs. Therefore, in order to generate shear stress in the piezoelectric fiber A when deformed parallel to the direction of the braid axis, the orientation direction of the piezoelectric fiber A (polylactic acid) is within a predetermined angular range with respect to the braid axis. It is speculated that it is good to be.

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。   In the braided piezoelectric element 1, as long as the object of the present invention is achieved, the sheath 2 may be mixed with fibers other than the piezoelectric fiber A, and the core 3 may be conductive. Mixing or the like may be performed in combination with fibers other than the fiber B.

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〜50cm、好ましくは、5mm〜45cm、より好ましくは1cm〜45cm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、首回り以上の長さは不要である。   The length of the braided piezoelectric element composed of the core portion 3 of the conductive fiber B and the sheath portion 2 of the braided piezoelectric fiber A is not particularly limited. For example, the braided piezoelectric element may be manufactured continuously in manufacturing, and then cut to a required length for use. The length of the braided piezoelectric element is 1 mm to 50 cm, preferably 5 mm to 45 cm, more preferably 1 cm to 45 cm. If the length is too short, the convenience of the fiber shape is lost, and a length longer than the neck length is unnecessary.

(組紐状圧電素子の固定化法)
組紐状圧電素子の固定化法としては、対象物やその目的に合わせて任意の方法をとることができる。例えば、糊や接着材などの粘着物を使って貼り付ける方法や、磁石、熱、クリップなどによって固定化する方法、布帛状の対象物に対して、刺繍のように縫い付け又はかがる方法、また、紐状の対象物に対して、表面もしくは内部に組紐状圧電素子が位置するように撚ることで固定化する方法、対象物に組紐を這わせて対象物と組紐を一緒にパッキングする方法などが挙げられるが、この限りではない。また、組紐状圧電素子は直線になるように固定化する必要はなく、対象物や目的に合わせて曲線など任意に固定できる。
(Fixed braided piezoelectric element)
As a method for fixing the braided piezoelectric element, any method can be adopted according to the object and its purpose. For example, a method of sticking using an adhesive such as glue or adhesive, a method of fixing with a magnet, heat, a clip, or the like, or a method of sewing or bending a cloth-like object like embroidery Also, a method of fixing the braided object by twisting it so that the braided piezoelectric element is located on the surface or inside, packing the braided string on the object and packing the object and braid together However, this is not a limitation. Further, the braided piezoelectric element does not need to be fixed so as to be a straight line, and can be arbitrarily fixed, such as a curve, according to the object and purpose.

以下、各構成について詳細に説明する。
(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。繊維構造体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。
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
(Conductive fiber)
As the conductive fiber B, any known fiber may be used as long as it exhibits conductivity. As the conductive fiber B, for example, metal fiber, fiber made of a conductive polymer, carbon fiber, fiber made of a polymer in which a fibrous or granular conductive filler is dispersed, or conductive on the surface of a fibrous material. The fiber which provided the layer which has is mentioned. Examples of a method for providing a conductive layer on the surface of the fiber structure include a metal coat, a conductive polymer coat, and winding of conductive fibers. Among these, a metal coat is preferable from the viewpoint of conductivity, durability, flexibility and the like. Specific methods for coating the metal include vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, but plating is preferable from the viewpoint of productivity. Such a metal-plated fiber can be referred to as a metal-plated fiber.

金属をコートす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。   As a base fiber for coating a metal, a known fiber can be used regardless of conductivity. For example, polyester fiber, nylon fiber, acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, vinyl chloride fiber, aramid fiber, polysulfone In addition to synthetic fibers such as fibers, polyether fibers and polyurethane fibers, natural fibers such as cotton, hemp and silk, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. The base fibers are not limited to these, and known fibers can be arbitrarily used, and these fibers may be used in combination.

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。   Any metal may be used as long as the metal coated on the base fiber exhibits conductivity and exhibits the effects of the present invention. For example, gold, silver, platinum, copper, nickel, tin, zinc, palladium, indium tin oxide, copper sulfide, and a mixture or alloy thereof can be used.

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。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。   When an organic fiber coated with metal having bending resistance is used for the conductive fiber B, the conductive fiber is hardly broken and excellent in durability and safety as a sensor using a piezoelectric element. The conductive fiber B may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of a single filament. A multifilament is preferred from the viewpoint of long stability of electrical characteristics. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5000 μm, preferably 2 μm to 100 μm. More preferably, it is 3 micrometers-50 micrometers. In the case of a multifilament, the number of filaments is preferably 1 to 100,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 10 to 100. However, the fineness and the number of the conductive fibers B are the fineness and the number of the core part 3 used when producing the braid, and the multifilament formed of a plurality of single yarns (monofilaments) is also one conductive. It shall be counted as fiber B. Here, the core portion 3 is the total amount including the fibers other than the conductive fibers.

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。   If the diameter of the fiber is small, the strength is reduced and handling becomes difficult, and if the diameter is large, flexibility is sacrificed. The cross-sectional shape of the conductive fiber B is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of the design and manufacture of the piezoelectric element, but is not limited thereto.

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。 Moreover, in order to efficiently extract the electrical output from the piezoelectric polymer, the electrical resistance is preferably low, and the volume resistivity is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm. cm or less, more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity of the conductive fiber B is not limited to this as long as sufficient strength can be obtained by detection of the electric signal.

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・m/m以下であることが好ましく、0.02×10−4N・m/m以下であることがより好ましく、0.01×10−4N・m/m以下であることがさらに好ましい。 The conductive fiber B must be resistant to movement such as repeated bending and twisting from the use of the present invention. As the index, one having a greater nodule strength is preferred. The nodule strength can be measured by the method of JIS L1013 8.6. The degree of knot strength suitable for the present invention is preferably 0.5 cN / dtex or more, more preferably 1.0 cN / dtex or more, and further preferably 1.5 cN / dtex or more. 2.0 cN / dtex or more is most preferable. As another index, one having a smaller bending rigidity is preferred. The bending rigidity is generally measured by a measuring device such as KES-FB2 pure bending tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd. The degree of bending rigidity suitable for the present invention is preferably smaller than the carbon fiber “Tenax” (registered trademark) HTS40-3K manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. Specifically, the bending stiffness of the conductive fiber is preferably 0.05 × 10 −4 N · m 2 / m or less, and preferably 0.02 × 10 −4 N · m 2 / m or less. More preferably, it is more preferably 0.01 × 10 −4 N · m 2 / m or less.

(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。
(Piezoelectric fiber)
As the piezoelectric polymer that is the material of the piezoelectric fiber A, a polymer exhibiting piezoelectricity such as polyvinylidene fluoride or polylactic acid can be used. However, in the present embodiment, the piezoelectric fiber A is used as a main component as described above. It is preferred to include polylactic acid. Polylactic acid, for example, is easily oriented by drawing after melt spinning and exhibits piezoelectricity, and is excellent in productivity in that it does not require an electric field alignment treatment required for polyvinylidene fluoride and the like. However, this is not intended to exclude the use of polyvinylidene fluoride or other piezoelectric materials in the practice of the present invention.

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。   As polylactic acid, depending on its crystal structure, poly-L-lactic acid obtained by polymerizing L-lactic acid and L-lactide, D-lactic acid, poly-D-lactic acid obtained by polymerizing D-lactide, and those There are stereocomplex polylactic acid having a hybrid structure, and any of them can be used as long as it exhibits piezoelectricity. From the viewpoint of high piezoelectricity, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are preferable. Since poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are reversed in polarization with respect to the same stress, they can be used in combination according to the purpose.

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。   The optical purity of polylactic acid is preferably 99% or more, more preferably 99.3% or more, and further preferably 99.5% or more. If the optical purity is less than 99%, the piezoelectricity may be remarkably lowered, and it may be difficult to obtain a sufficient electrical signal due to the shape change of the piezoelectric fiber A. In particular, the piezoelectric fiber A preferably contains poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid as a main component, and the optical purity thereof is preferably 99% or more.

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すためである。   The piezoelectric fiber A containing polylactic acid as a main component is drawn at the time of production and is uniaxially oriented in the fiber axis direction. Furthermore, the piezoelectric fiber A is not only uniaxially oriented in the fiber axis direction but also preferably contains polylactic acid crystals, and more preferably contains uniaxially oriented polylactic acid crystals. This is because polylactic acid exhibits higher piezoelectricity due to its high crystallinity and uniaxial orientation.

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÷10≧0.26 (1)
Crystallinity and uniaxial orientation are determined by homo-PLA crystallinity X homo (%) and crystal orientation Ao (%). As the piezoelectric fiber A of the present invention, it is preferable that the homo PLA crystallinity Xhomo (%) and the crystal orientation Ao (%) satisfy the following formula (1).
Xhomo × Ao × Ao ÷ 10 6 ≧ 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。   If the above formula (1) is not satisfied, the crystallinity and / or uniaxial orientation may not be sufficient, and the output value of the electric signal for the operation may decrease, or the sensitivity of the signal for the operation in a specific direction may decrease. is there. The value on the left side of the formula (1) is more preferably 0.28 or more, and further preferably 0.3 or more. Here, each value is obtained according to the following.

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。
Homopolylactic acid crystallinity Xhomo:
The homopolylactic acid crystallinity Xhomo is determined from crystal structure analysis by wide angle X-ray diffraction analysis (WAXD). In wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), an X-ray diffraction pattern of a sample is recorded on an imaging plate under the following conditions by a transmission method using an Ultrax 18 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku.
X-ray source: Cu-Kα ray (confocal mirror)
Output: 45kV x 60mA
Slit: 1st: 1mmΦ, 2nd: 0.8mmΦ
Camera length: 120mm
Accumulation time: 10 minutes Sample: 35 mg of polylactic acid fibers are aligned to form a 3 cm fiber bundle.

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。
In the obtained X-ray diffraction pattern, the total scattering intensity Itotal is obtained over the azimuth angle, and here, the integrated intensity of each diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 °, 18.5 °, 24.3 °. Is obtained as a sum ΣIHMi. From these values, the homopolylactic acid crystallinity Xhomo is determined according to the following formula (2).
Homopolylactic acid crystallinity X homo (%) = ΣI HMi / I total × 100 (2)
Note that ΣI HMi is calculated by subtracting diffuse scattering due to background and amorphous in the total scattering intensity.

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)
Crystal orientation degree Ao:
Regarding the crystal orientation degree Ao, in the X-ray diffraction pattern obtained by the above wide-angle X-ray diffraction analysis (WAXD), the diffraction peak derived from the homopolylactic acid crystal appearing in the vicinity of 2θ = 16.5 ° in the radial direction is oriented. The intensity distribution with respect to the angle (°) is taken and calculated from the following formula (3) from the total ΣWi (°) of the half width of the obtained distribution profile.
Crystal orientation degree Ao (%) = (360−ΣWi) ÷ 360 × 100 (3)

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。   In addition, since polylactic acid is a polyester that is hydrolyzed relatively quickly, in the case where heat and humidity resistance is a problem, a known hydrolysis inhibitor such as an isocyanate compound, an oxazoline compound, an epoxy compound, or a carbodiimide compound is added. Also good. Further, if necessary, the physical properties may be improved by adding an antioxidant such as a phosphoric acid compound, a plasticizer, a photodegradation inhibitor, and the like.

また、ポリ乳酸は他のポリマーとのアロイとして用いてもよいが、ポリ乳酸を主たる圧電性高分子として用いるならば、アロイの全質量を基準として少なくとも50質量%以上でポリ乳酸を含有していることが好ましく、さらに好ましくは70質量%以上、最も好ましくは90質量%以上である。   Polylactic acid may be used as an alloy with other polymers. However, if polylactic acid is used as the main piezoelectric polymer, it contains at least 50% by mass or more based on the total mass of the alloy. Preferably, it is 70 mass% or more, Most preferably, it is 90 mass% or more.

アロイとする場合のポリ乳酸以外のポリマーとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート共重合体、ポリメタクリレート等が好適な例として挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本発明で目的とする圧電性を奏する限り、どのようなポリマーを用いてもよい。   Examples of the polymer other than polylactic acid in the case of alloy include polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate copolymer, polymethacrylate, and the like, but the invention is not limited thereto. Any polymer may be used as long as the desired piezoelectricity is exhibited.

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。   The piezoelectric fiber A may be a multifilament in which a plurality of filaments are bundled, or may be a monofilament composed of a single filament. In the case of monofilament (including spun yarn), the single yarn diameter is 1 μm to 5 mm, preferably 5 μm to 2 mm, and more preferably 10 μm to 1 mm. In the case of a multifilament, the single yarn diameter is 0.1 μm to 5 mm, preferably 2 μm to 100 μm, and more preferably 3 μm to 50 μm. The number of filaments of the multifilament is preferably 1 to 100,000, more preferably 50 to 50,000, and still more preferably 100 to 20,000. However, the fineness and the number of the piezoelectric fibers A are the fineness and the number per carrier when producing the braid, and the multifilament formed by a plurality of single yarns (monofilaments) is also one piezoelectric. It shall be counted as fiber A. Here, even if a fiber other than the piezoelectric fiber is used in one carrier, the total amount including that is used.

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。   In order to use such a piezoelectric polymer as the piezoelectric fiber A, any known technique for forming a fiber from the polymer can be employed as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, a method of extruding a piezoelectric polymer to form a fiber, a method of melt-spinning a piezoelectric polymer to make a fiber, a method of making a piezoelectric polymer fiber by dry or wet spinning, a method of making a piezoelectric polymer A technique of forming fibers by electrostatic spinning, a technique of cutting thinly after forming a film, and the like can be employed. As these spinning conditions, a known method may be applied according to the piezoelectric polymer to be employed, and a melt spinning method that is industrially easy to produce is usually employed. Furthermore, after forming the fiber, the formed fiber is stretched. As a result, a piezoelectric fiber A that is uniaxially oriented and exhibits large piezoelectricity including crystals is formed.

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。   In addition, the piezoelectric fiber A can be subjected to treatments such as dyeing, twisting, blending, and heat treatment before making the braided braid as described above.

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。   Furthermore, since the piezoelectric fiber A may be broken when the braid is formed, the piezoelectric fiber A may be cut off or fluff may come out, so that the strength and wear resistance are preferably high. It is preferably 5 cN / dtex or more, more preferably 2.0 cN / dtex or more, further preferably 2.5 cN / dtex or more, and most preferably 3.0 cN / dtex or more. The abrasion resistance can be evaluated by JIS L1095 9.10.2 B method, etc., and the number of friction is preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more, and further preferably 5000 times or more. Most preferably, it is 10,000 times or more. The method for improving the wear resistance is not particularly limited, and any known method can be used. For example, the crystallinity is improved, fine particles are added, or the surface is processed. Can do. In addition, when processing into braids, a lubricant can be applied to the fibers to reduce friction.

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。
Moreover, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small from the shrinkage rate of the conductive fiber described above. If the difference in shrinkage rate is large, the braid may bend due to heat treatment during post-fabrication after fabric production or after fabric production or during actual use, or due to changes over time, the flatness of the fabric may deteriorate, or the piezoelectric signal will become weak. May end up. When the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate described later, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (c) of the conductive fiber satisfy the following formula (4). .
| S (p) −S (c) | ≦ 10 (4)
The left side of the above formula (4) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

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。
Further, it is preferable that the contraction rate of the piezoelectric fiber is small in difference from the contraction rate of fibers other than the conductive fibers, for example, insulating fibers. If the difference in shrinkage rate is large, the braid may bend due to heat treatment during post-fabrication after fabric production or after fabric production or during actual use, or due to changes over time, the flatness of the fabric may deteriorate, or the piezoelectric signal will become weak. May end up. When the shrinkage rate is quantified by the boiling water shrinkage rate, it is preferable that the boiling water shrinkage rate S (p) of the piezoelectric fiber and the boiling water shrinkage rate S (i) of the insulating fiber satisfy the following formula (5).
| S (p) −S (i) | ≦ 10 (5)
The left side of the above formula (5) is more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

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)
Further, it is preferable that the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is small. For example, when the shrinkage rate is quantified by boiling water shrinkage rate, the shrinkage rate of the piezoelectric fiber is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, further preferably 5% or less, and most preferably 3% or less. is there. As a means for lowering the shrinkage rate, any known method can be applied. For example, the shrinkage rate can be reduced by relaxing the orientation of the amorphous part or increasing the crystallinity by heat treatment, and the heat treatment is performed. The timing is not particularly limited, and examples thereof include after stretching, after twisting, after braiding, and after forming into a fabric. In addition, the above-mentioned boiling water shrinkage shall be measured with the following method. A casserole of 20 times was made with a measuring machine having a frame circumference of 1.125 m, a load of 0.022 cN / dtex was applied, it was hung on a scale plate, and the initial casket length L0 was measured. After that, this casserole was treated in a boiling water bath at 100 ° C. for 30 minutes, allowed to cool, and again subjected to the above load and hung on the scale plate to measure the length L after shrinkage. Using the measured L0 and L, the boiling water shrinkage is calculated by the following equation (6).
Boiling water shrinkage = (L0−L) / L0 × 100 (%) (6)

(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。
(Coating)
The surface of the conductive fiber B, that is, the core portion 3 is covered with the piezoelectric fiber A, that is, the braided sheath portion 2. The thickness of the sheath part 2 covering the conductive fiber B is preferably 1 μm to 10 mm, more preferably 5 μm to 5 mm, further preferably 10 μm to 3 mm, most preferably 20 μm to 1 mm. preferable. If it is too thin, there may be a problem in terms of strength. If it is too thick, the braided piezoelectric element 1 may become hard and difficult to deform. In addition, the sheath part 2 said here refers to the layer adjacent to the core part 3. FIG.

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。   In the braided piezoelectric element 1, the total fineness of the piezoelectric fibers A in the sheath 2 is preferably not less than 1/2 times and not more than 20 times the total fineness of the conductive fibers B in the core 3. 15 times or less, more preferably 2 times or more and 10 times or less. If the total fineness of the piezoelectric fiber A is too small relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A surrounding the conductive fiber B is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electrical signal, Furthermore, there exists a possibility that the conductive fiber B may contact the other conductive fiber which adjoins. If the total fineness of the piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, there are too many piezoelectric fibers A surrounding the conductive fiber B, and the braided piezoelectric element 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the braided piezoelectric element 1 does not sufficiently function as a sensor.

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。   The total fineness referred to here is the sum of the finenesses of all the piezoelectric fibers A constituting the sheath portion 2. For example, in the case of a general 8-strand braid, it is the sum of the finenesses of 8 fibers.

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。   In the braided piezoelectric element 1, the fineness per piezoelectric fiber A of the sheath 2 is preferably 1/20 or more and 2 or less the total fineness of the conductive fiber B. It is more preferably 15 times or more and 1.5 times or less, and further preferably 1/10 time or more and 1 time or less. If the fineness per piezoelectric fiber A is too small relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too small and the conductive fiber B cannot output a sufficient electric signal. May break. If the fineness per piezoelectric fiber A is too large relative to the total fineness of the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A is too thick and the braided piezoelectric element 1 becomes hard and difficult to deform. That is, in any case, the braided piezoelectric element 1 does not sufficiently function as a sensor.

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Aあるいは圧電性繊維B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。   In addition, when a metal fiber is used for the conductive fiber B, or when the metal fiber is mixed with the conductive fiber A or the piezoelectric fiber B, the fineness ratio is not limited to the above. This is because, in the present invention, the ratio is important in terms of contact area and coverage, that is, area and volume. For example, when the specific gravity of each fiber exceeds 2, it is preferable that the ratio of the average cross-sectional area of the fiber is the ratio of the fineness.

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。   Although it is preferable that the piezoelectric fiber A and the conductive fiber B are as close as possible, an anchor layer or an adhesive layer is provided between the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A in order to improve the adhesiveness. May be.

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。   The covering method is a method in which the conductive fiber B is used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A is wound around in a braid shape around the conductive fiber B. On the other hand, the shape of the braid of the piezoelectric fiber A is not particularly limited as long as an electric signal can be output with respect to the stress generated by the applied load. A braided string is preferred.

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。   The shape of the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A is not particularly limited, but is preferably as close to a concentric circle as possible. When a multifilament is used as the conductive fiber B, the piezoelectric fiber A only needs to be covered so that at least a part of the surface (fiber peripheral surface) of the multifilament of the conductive fiber B is in contact. The piezoelectric fibers A may or may not be coated on all filament surfaces (fiber peripheral surfaces) constituting the multifilament. What is necessary is just to set suitably the covering state of the piezoelectric fiber A to each internal filament which comprises the multifilament of the conductive fiber B, considering the performance as a piezoelectric element, the handleability, etc.

本発明の組紐状圧電素子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。   The braided piezoelectric element 1 of the present invention does not need to have an electrode on the surface thereof, so that there is no need to further cover the braided piezoelectric element 1 itself, and there is an advantage that malfunction is unlikely.

(製造方法)
本発明の組紐状圧電素子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。
(Production method)
In the braided piezoelectric element 1 of the present invention, the surface of at least one conductive fiber B is covered with the braided piezoelectric fiber A. Examples of the manufacturing method include the following methods. In other words, the conductive fiber B and the piezoelectric fiber A are produced in separate steps, and the conductive fiber B is wrapped around the conductive fiber B in a braid shape and covered. In this case, it is preferable to coat so as to be as concentric as possible.

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。   In this case, as preferred spinning and stretching conditions when polylactic acid is used as the piezoelectric polymer for forming the piezoelectric fiber A, the melt spinning temperature is preferably 150 ° C. to 250 ° C., and the stretching temperature is preferably 40 ° C. to 150 ° C. The draw ratio is preferably 1.1 to 5.0 times, and the crystallization temperature is preferably 80 ° C to 170 ° C.

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。   As the piezoelectric fiber A wound around the conductive fiber B, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used. In addition, as the conductive fiber B around which the piezoelectric fiber A is wound, a multifilament in which a plurality of filaments are bundled may be used, or a monofilament (including spun yarn) may be used.

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。   As a preferable form of the coating, the conductive fiber B can be used as a core yarn, and the piezoelectric fiber A can be formed in a braid shape around the conductive fiber B to form a round braid. . More specifically, an 8-strand braid having 16 cores and a 16-strand braid are included. However, for example, the piezoelectric fiber A may be shaped like a braided tube, and the conductive fiber B may be used as a core and inserted into the braided tube.

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。
本発明の組紐状圧電素子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。
By the manufacturing method as described above, the braided piezoelectric element 1 in which the surface of the conductive fiber B is covered with the braided piezoelectric fiber A can be obtained.
Since the braided piezoelectric element 1 of the present invention does not require the formation of an electrode for detecting an electric signal on the surface, it can be manufactured relatively easily.

(保護層)
本発明の組紐状圧電素子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。
(Protective layer)
A protective layer may be provided on the outermost surface of the braided piezoelectric element 1 of the present invention. This protective layer is preferably insulative, and more preferably made of a polymer from the viewpoint of flexibility. In the case of providing the protective layer with insulation, of course, in this case, the entire protective layer is deformed or rubbed on the protective layer, but these external forces reach the piezoelectric fiber A, There is no particular limitation as long as it can induce polarization. The protective layer is not limited to those formed by coating with a polymer or the like, and may be a film, fabric, fiber or the like, or a combination thereof.

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。   The thinner the protective layer is, the easier it is to transmit shear stress to the piezoelectric fiber A. However, if it is too thin, problems such as destruction of the protective layer itself are likely to occur, and preferably 10 nm to 200 μm. More preferably, they are 50 nm-50 micrometers, More preferably, they are 70 nm-30 micrometers, Most preferably, they are 100 nm-10 micrometers. The shape of the piezoelectric element can also be formed by this protective layer.

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。 It is also possible to incorporate an electromagnetic shielding layer into the braid structure for the purpose of noise reduction. The electromagnetic wave shielding layer is not particularly limited, but may be coated with a conductive substance, or may be wound with a conductive film, fabric, fiber, or the like. The volume resistivity of the electromagnetic wave shielding layer is preferably 10 −1 Ω · cm or less, more preferably 10 −2 Ω · cm or less, and still more preferably 10 −3 Ω · cm or less. However, the resistivity is not limited as long as the effect of the electromagnetic wave shielding layer can be obtained. This electromagnetic wave shielding layer may be provided on the surface of the piezoelectric fiber A of the sheath, or may be provided outside the protective layer described above. Of course, a plurality of layers of electromagnetic shielding layers and protective layers may be laminated, and the order thereof is appropriately determined according to the purpose.

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。   Furthermore, a plurality of layers made of piezoelectric fibers can be provided, or a plurality of layers made of conductive fibers for extracting signals can be provided. Of course, the order and the number of layers of these protective layers, electromagnetic wave shielding layers, layers made of piezoelectric fibers, and layers made of conductive fibers are appropriately determined according to the purpose. In addition, as a method of winding, the method of forming a braid structure in the outer layer of the sheath part 2, or covering it is mentioned.

(作用)
本発明の組紐状圧電素子1は、嚥下の動作により組紐状圧電素子1に荷重が印加されて生じる応力、すなわち組紐状圧電素子1に印加される応力について、その大きさおよび/又は印加位置を検出するセンサーとして利用することができる。
(Function)
The braided piezoelectric element 1 of the present invention has the magnitude and / or position of the stress generated when a load is applied to the braided piezoelectric element 1 by the swallowing operation, that is, the stress applied to the braided piezoelectric element 1. It can be used as a sensor to detect.

(嚥下検知センサーの構成)
本発明の嚥下検知センサーは、首部に装着可能な繊維構造体である。その際、嚥下検知センサーは、少なくとも1本の組紐状圧電素子1を含み、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、いかなる布帛状または紐状であってもよい。布帛状にするにあたっては、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、交編等を行ってもよい。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、接着してもよい。布帛のうち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。布帛のうち、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。
(Configuration of swallowing detection sensor)
The swallowing detection sensor of the present invention is a fiber structure that can be attached to the neck. At that time, the swallowing detection sensor includes at least one braided piezoelectric element 1, and there is no limitation as long as the braided piezoelectric element 1 can function as a piezoelectric element. There may be. In forming the fabric, as long as the object of the present invention is achieved, it may be combined with other fibers (including braids) to perform weaving, knitting and the like. The braided piezoelectric element 1 may be used as a part of a fiber (for example, warp or weft) constituting the fabric, or the braided piezoelectric element 1 may be embroidered or bonded to the fabric. Examples of the woven structure of the fabric include a three-layer structure such as plain weave, twill weave, and satin weave, a change structure, a single double structure such as a vertical double weave and a horizontal double weave, and a vertical velvet. The type of knitted fabric may be a circular knitted fabric (weft knitted fabric) or a warp knitted fabric. Among the fabrics, preferred examples of the structure of the circular knitted fabric (weft knitted fabric) include a flat knitted fabric, a rubber knitted fabric, a double-sided knitted fabric, a pearl knitted fabric, a tucked knitted fabric, a floating knitted fabric, a single-sided knitted fabric, a lace knitted fabric, and a spliced knitted fabric. Examples of the warp knitting structure include single denby knitting, single atlas knitting, double cord knitting, half tricot knitting, back hair knitting, jacquard knitting, and the like. The number of layers may be a single layer or a multilayer of two or more layers. Further, it may be a napped woven fabric or a napped knitted fabric composed of a napped portion made of a cut pile and / or a loop pile and a ground tissue portion.

組紐状圧電素子1を複数配置して用いることも可能である。配置の仕方は特に限定されないが、使用時における水平方向に直線状に配置すれば、頸部の縦方向の動き、すなわち嚥下の動きをそれぞれの組紐状圧電素子の電気信号を取り出すことにより、嚥下の状況をより詳細に把握することが可能である。その際の組紐状圧電素子の本数は特に限定されないが、2本以上15本以下であることが好ましく、3本以上12本以下であることがより好ましく、3本以上10本以下であることがより好ましい。使用時における垂直方向の、組紐状圧電素子を配置する範囲は、首の長さより狭く、嚥下運動が検知することができる範囲であれば特に限定されない。組紐状圧電素子の間隔は、等間隔でもよく、そうでなくてもよい。   A plurality of braided piezoelectric elements 1 can be arranged and used. The arrangement method is not particularly limited, but if it is arranged in a straight line in the horizontal direction at the time of use, the vertical movement of the neck, that is, the swallowing movement is taken out by taking out the electric signal of each braided piezoelectric element. It is possible to grasp the situation in detail. The number of braided piezoelectric elements in that case is not particularly limited, but is preferably 2 or more, 15 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, and more preferably 3 or more and 10 or less. More preferred. The range in which the braided piezoelectric element is arranged in the vertical direction during use is not particularly limited as long as it is narrower than the length of the neck and can be detected by swallowing motion. The intervals between the braided piezoelectric elements may be equal intervals or not.

嚥下検知センサーの首部への固定方法は特に限定されないが、センサーの両端部に雄雌が異なる面ファスナーを付け、首後部で雄雌を重ねて止めたり、センサーの両端部にゴムを付け、その張力を生かして止めるなどの方法を取ることができる。いずれにせよ、確実に嚥下検知センサーを首部に固定することができ、かつ着用時の不快感が小さく、着脱が容易な方法がより好ましく用いられる。   The method of fixing the swallowing detection sensor to the neck is not particularly limited, but male and female hooks with different fasteners are attached to both ends of the sensor, and males and females are stacked and stopped at the back of the neck, or rubber is attached to both ends of the sensor. You can take measures such as stopping using the tension. In any case, a method in which the swallowing detection sensor can be reliably fixed to the neck, is less uncomfortable when worn, and is easy to attach and detach is more preferably used.

(絶縁性繊維)
嚥下検知センサーでは、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、絶縁性繊維は嚥下検知センサー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。
(Insulating fiber)
In the swallowing detection sensor, insulating fibers can be used for portions other than the braided piezoelectric element 1 (and the conductive fibers 8). At this time, the insulating fiber may be a stretchable material or a fiber having a shape for the purpose of improving the flexibility of the swallowing detection sensor.

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、嚥下検知センサーの操作性(例示:嚥下検知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。   As described above, by arranging the insulating fibers in addition to the braided piezoelectric element 1 (and the conductive fibers 8), the operability of the swallowing detection sensor (eg, ease of movement as a swallowing detection sensor) is improved. It is possible.

このような絶縁性繊維としては、体積抵抗率が10Ω・cm以上であれば用いることができ、より好ましくは10Ω・cm以上、さらに好ましくは1010Ω・cm以上がよい。 As such an insulating fiber, it can be used if the volume resistivity is 10 6 Ω · cm or more, more preferably 10 8 Ω · cm or more, and further preferably 10 10 Ω · cm or more.

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。
Insulating fibers such as polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, vinyl chloride fibers, aramid fibers, polysulfone fibers, polyether fibers, polyurethane fibers, etc., cotton, hemp, silk, etc. Natural fibers, semi-synthetic fibers such as acetate, and regenerated fibers such as rayon and cupra can be used. It is not limited to these, A well-known insulating fiber can be used arbitrarily. Furthermore, these insulating fibers may be used in combination, or may be combined with a fiber having no insulating property to form a fiber having insulating properties as a whole.
Also, any known cross-sectional shape fiber can be used.

(嚥下検知センサーの適用技術)
本発明の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嚥下検知センサーとして利用することができる。
(Applied technology of swallowing detection sensor)
The piezoelectric element of the present invention can output contact, pressure, and shape change of the surface as an electrical signal in any form, so that the magnitude and / or applied stress applied to the piezoelectric element can be output. It can be used as a swallowing detection sensor for detecting the position.

嚥下検知センサーの利用方法は特に限定されないが、嚥下機能低下の指標となりうる、嚥下の回数を測定したり、喉頭隆起(一般に「のどぼとけ」と言われる部位)の動きを捉える計測ができる。例えば、喉頭隆起の位置に嚥下検知センサーの圧電素子部を接触させ、時間毎の圧電素子の出力信号に対し積分などの処理を行うことにより、時間経過に伴う喉頭隆起の皮膚と垂直方向の移動の変位を捉えることができる。さらに、使用時における水平方向に複数の圧電素子を配置すると、圧電素子の位置関係とそれぞれの出力信号から、喉頭隆起の皮膚と並行方向の移動の変位も捉えることができ、喉頭隆起の動きを三次元で表示した測定プロファイルを得ることができる。0.5秒前後の極めて短時間の嚥下動作の間でも、喉頭隆起の動きを詳細に捉えることができるのは、応答性が非常に速い圧電素子を使用したことによる特徴である。   The method of using the swallowing detection sensor is not particularly limited, but it can measure the number of swallowing that can serve as an index of swallowing function decline, and can measure the movement of the laryngeal protuberance (generally referred to as “throat throat”). For example, the piezoelectric element part of the swallowing detection sensor is brought into contact with the position of the laryngeal protuberance, and processing such as integration is performed on the output signal of the piezoelectric element over time, so that the laryngeal protuberance moves vertically with time. The displacement of can be captured. Furthermore, when a plurality of piezoelectric elements are arranged in the horizontal direction during use, the displacement of the laryngeal protuberance in parallel to the skin of the laryngeal protuberance can be captured from the positional relationship of the piezoelectric elements and the respective output signals, and the movement of the laryngeal protuberance can be detected. A measurement profile displayed in three dimensions can be obtained. The fact that the movement of the laryngeal ridge can be captured in detail even during an extremely short swallowing operation of around 0.5 seconds is a feature of using a piezoelectric element with very fast response.

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。
圧電素子用の布帛は以下の方法で製造した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
The fabric for piezoelectric elements was manufactured by the following method.

(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。
(Manufacture of polylactic acid)
The polylactic acid used in the examples was produced by the following method.
To 100 parts by mass of L-lactide (manufactured by Musashino Chemical Laboratory, Inc., optical purity 100%), 0.005 part by mass of tin octylate was added, and 180 ° C. in a reactor equipped with a stirring blade in a nitrogen atmosphere. Then, 1.2 times equivalent of phosphoric acid was added to tin octylate, and then the remaining lactide was removed under reduced pressure at 13.3 Pa to obtain chips to obtain poly-L-lactic acid (PLLA1). . The obtained PLLA1 had a mass average molecular weight of 152,000, a glass transition point (Tg) of 55 ° C., and a melting point of 175 ° C.

(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を得た。
(Piezoelectric fiber)
PLLA1 melted at 240 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 20 g / min and taken up at 887 m / min. This unstretched multifilament yarn was stretched 2.3 times at 80 ° C. and heat-set at 100 ° C. to obtain a multifilament uniaxially stretched yarn of 84 dTex / 24 filament.

(導電性繊維)
ミツフジ(株)製の銀メッキナイロン、品名「AGposs」100d34fを導電性繊維B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。
(Conductive fiber)
Silver-plated nylon manufactured by Mitsufuji Corporation, product name “AGposs” 100d34f was used as the conductive fiber B. The volume resistivity of this fiber was 1.1 × 10 −3 Ω · cm.

(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を得、これを絶縁性繊維とした。
(Insulating fiber)
Polyethylene terephthalate melted at 280 ° C. was discharged from a 24-hole cap at 45 g / min and taken up at 800 m / min. This undrawn yarn was drawn at 80 ° C. and 2.5 times, and heat-fixed at 180 ° C. to obtain a multifilament drawn yarn of 84 dTex / 24 filament, which was used as an insulating fiber.

(組紐状圧電素子)
実施例1の試料として、図1に示すように、上記の導電性繊維Bを芯糸とし、上記の圧電性繊維A8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を形成した。ここで、導電性繊維Bの繊維軸CLに対する圧電性繊維Aの巻きつけ角度αは45°とした。
(Braided piezoelectric element)
As a sample of Example 1, as shown in FIG. 1, the conductive fiber B is used as a core yarn, and the eight piezoelectric fibers A are wound around the core yarn in a braid shape to form an eight-ply braid. A braided piezoelectric element 1 was formed. Here, the winding angle α of the piezoelectric fiber A with respect to the fiber axis CL of the conductive fiber B was 45 °.

(嚥下検知センサー)
実施例1の試料として、160mm×50mmの大きさのポリエステル布帛(ポリエステル100%の編物)の中央部に、長さ130mmの組紐状圧電素子1を、4mmの等間隔で平行に10本、コード刺繍により固定し、上記ポリエステル布帛の長手方向の両端に固定用のベルクロ(登録商標)を取り付けた組紐状圧電素子を備えた嚥下検知センサーサンプル10−1を用意した。
また、実施例2の試料として、長さ130mmの組紐状圧電素子1の末端にゴムひもを付けた、組紐状圧電素子を備えた嚥下検知センサーサンプル10−1を3本用意した。
(Swallowing detection sensor)
As a sample of Example 1, 10 cords of braided piezoelectric elements 1 having a length of 130 mm in parallel at equal intervals of 4 mm are provided in the center of a 160 mm × 50 mm polyester fabric (100% polyester knitted fabric). A swallowing detection sensor sample 10-1 including a braided piezoelectric element fixed by embroidery and having a fixing Velcro (registered trademark) attached to both ends in the longitudinal direction of the polyester fabric was prepared.
In addition, as a sample of Example 2, three swallowing detection sensor samples 10-1 each having a braided piezoelectric element in which a rubber string was attached to the end of the braided piezoelectric element 1 having a length of 130 mm were prepared.

(性能評価及び評価結果)
嚥下検知センサーサンプル10−1、10−2の性能評価及び評価結果は以下のとおりである。
(Performance evaluation and evaluation results)
The performance evaluation and evaluation results of the swallowing detection sensor samples 10-1 and 10-2 are as follows.

[実施例1]
嚥下検知センサーサンプル10−1の10本の組紐状圧電素子中のそれぞれの導電性繊維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」)に配線を介して増幅回路を経由して接続した。嚥下を模したモデル試験装置を用い、アクチュエーターに取り付けた、喉頭隆起を模した端子(高さ8mm)を直線的に0.2秒間移動させ、0.1秒間停止させた後、逆方向に0.2秒間移動させ、その間に端子によって圧力を受けていた、皮膚を模した布帛と接触するようにベルクロ(登録商標)で固定した、嚥下検知センサーサンプル10−1の出力信号の計測をおこなった。
[Example 1]
Using the conductive fibers B in the ten braided piezoelectric elements of the swallowing detection sensor sample 10-1 as signal lines, wiring is made to an oscilloscope (Yokogawa Electric's digital oscilloscope DL6000 series product name "DL6000"). Connected via an amplifier circuit. Using a model test device that simulates swallowing, a terminal (height 8 mm) attached to the actuator was moved linearly for 0.2 seconds, stopped for 0.1 seconds, and then turned in the opposite direction. Measurement was performed on the output signal of the swallowing detection sensor sample 10-1, which was fixed with Velcro (registered trademark) so as to come into contact with the cloth imitating the skin, which was moved by the terminal during that time and was subjected to pressure in the meantime. .

その結果、経過時間(Y軸)、組紐状圧電素子固定サンプル10−1中の10本の圧電素子から得られた出力信号の積分値から算出した、喉頭隆起の皮膚と垂直方向の移動の変位(Re軸)、10本の圧電素子の位置関係から算出した、喉頭隆起の皮膚と並行方向の移動の変位(X軸)をそれぞれプロットすることにより、0.5秒間と極めて短時間にも関わらず、図5で示される、詳細な動きを捉えた三次元の測定プロファイルが得られた。   As a result, the displacement of movement of the laryngeal protuberance perpendicular to the skin calculated from the elapsed time (Y-axis) and the integrated value of the output signals obtained from the ten piezoelectric elements in the braided piezoelectric element fixed sample 10-1. (Re axis) By plotting the displacement (X axis) of the laryngeal protuberance in parallel with the laryngeal protuberance calculated from the positional relationship of the 10 piezoelectric elements, it is related to an extremely short time of 0.5 seconds. First, the three-dimensional measurement profile that captured the detailed movement shown in FIG. 5 was obtained.

[実施例2]
嚥下検知センサーサンプル10−2の3本の組紐状圧電素子中のそれぞれの導電性繊維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」)に配線を介して増幅回路を経由して接続した。3本の嚥下検知センサーサンプル10−2を、60代前半の被検者が、喉頭隆起付近の約4cmの範囲で等間隔になるように着用し、水を飲んだ時の出力信号を計測した。着用時に痛みなどの不快感はなかった。
[Example 2]
Each conductive fiber B in the three braided piezoelectric elements of the swallowing detection sensor sample 10-2 is used as a signal line through an oscilloscope (digital oscilloscope DL6000 series product name "DL6000" manufactured by Yokogawa Electric Corporation) via wiring. Connected via an amplifier circuit. Three swallowing detection sensor samples 10-2 were worn so that subjects in their early 60s were equally spaced in the range of about 4 cm near the laryngeal protuberance, and the output signal when drinking water was measured. . There was no discomfort such as pain when worn.

その結果、経過時間(Y軸)、嚥下検知センサーサンプル10−2中の3本の圧電素子から得られた出力信号の積分値から算出した、喉頭隆起の皮膚と垂直方向の移動の変位(Re軸)、10本の圧電素子の位置関係から算出した、喉頭隆起の皮膚と並行方向の移動の変位(X軸)をそれぞれプロットすることにより、0.5秒前後である極めて短時間の嚥下動作の間にも関わらず、図6で示される、詳細な動きを捉えた三次元の測定プロファイルが得られた。   As a result, the displacement (Re) of the laryngeal protuberance and the vertical movement calculated from the elapsed time (Y axis) and the integrated value of the output signals obtained from the three piezoelectric elements in the swallowing detection sensor sample 10-2. Axis) By plotting the displacement of the laryngeal protuberance and the movement in the direction parallel to the laryngeal protuberance (X-axis) calculated from the positional relationship of the 10 piezoelectric elements, the swallowing motion for an extremely short time of about 0.5 seconds is plotted. In spite of the above, a three-dimensional measurement profile capturing the detailed movement shown in FIG. 6 was obtained.

また、図6は図5と同様の馬蹄状の特徴を備えた測定プロファイルであり、喉頭隆起の動作の特徴が捉えられていることがわかった。   FIG. 6 is a measurement profile having horseshoe-like features similar to those in FIG. 5, and it was found that the features of the laryngeal protuberance were captured.

本発明によれば、測定が簡便かつ、人体に悪影響を及ばすことなく、より多くの情報を精度高く測定できる、嚥下検知センサーおよびそのセンサーを用いた嚥下検知システムが提供され、その工業的価値は極めて大である。   According to the present invention, there is provided a swallowing detection sensor and a swallowing detection system using the sensor that are easy to measure and can accurately measure more information without adversely affecting the human body. Is extremely large.

10 圧電素子
12 増幅手段
13 出力手段
21 固定用ベルクロ(登録商標)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric element 12 Amplifying means 13 Output means 21 Fixing Velcro (registered trademark)

Claims (14)

首部に装着可能な繊維構造体を含むことを特徴とする嚥下検知センサー。   A swallowing detection sensor comprising a fibrous structure that can be attached to a neck. 紐状の圧電素子を備える、請求項1に記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 1, comprising a string-like piezoelectric element. 前記圧電素子が、組紐状圧電素子である、請求項2に記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric element is a braided piezoelectric element. 前記組紐状圧電素子が、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、を備え、前記圧電性繊維が主成分としてポリ乳酸を含み、前記導電性繊維に対する前記圧電性繊維の巻付け角度は15°以上、75°以下である、請求項3に記載の嚥下検知センサー。   The braided piezoelectric element includes a core portion formed of conductive fiber and a sheath portion formed of braided piezoelectric fiber so as to cover the core portion, and the piezoelectric fiber is a main component 4. The swallowing detection sensor according to claim 3, wherein the wrapping angle of the piezoelectric fiber with respect to the conductive fiber is 15 ° or more and 75 ° or less. 圧電性繊維の総繊度が、前記導電性繊維の総繊度の1/2倍以上、20倍以下である、請求項3に記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 3, wherein the total fineness of the piezoelectric fiber is ½ times or more and 20 times or less of the total fineness of the conductive fiber. 圧電性繊維の一本あたり繊度が、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3記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 3, wherein the fineness per piezoelectric fiber is 1/20 or more and 2 or less of the total fineness of the conductive fiber. 前記紐状の圧電素子を2本以上使用する、請求項2〜6のいずれかに記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 2, wherein two or more string-like piezoelectric elements are used. 前記紐状の圧電素子を使用時における水平方向に配置する、請求項2〜7のいずれかに記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 2, wherein the string-like piezoelectric element is arranged in a horizontal direction when in use. 前記紐状の圧電素子が繊維構造体に固定化された、請求項2〜8のいずれかに記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to any one of claims 2 to 8, wherein the string-like piezoelectric element is fixed to a fiber structure. 前記紐状の圧電素子が繊維構造体に接着物質によって固定化された、請求項9に記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 9, wherein the string-like piezoelectric element is fixed to the fiber structure with an adhesive substance. 前記紐状の圧電素子が繊維構造体に縫着によって固定化された、請求項9に記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 9, wherein the string-like piezoelectric element is fixed to the fiber structure by sewing. 前記紐状の圧電素子が繊維構造体の一部となっている、請求項9に記載の嚥下検知センサー。   The swallowing detection sensor according to claim 9, wherein the string-like piezoelectric element is part of a fiber structure. 請求項1〜12のいずれかに記載の嚥下検知センサーを用いてなる、嚥下検知システム。   A swallowing detection system using the swallowing detection sensor according to claim 1. 前記嚥下検知センサーを咽頭挙上の位置の経時変化の検知に使用した、請求項13に記載の嚥下検知システム。   The swallowing detection system according to claim 13, wherein the swallowing detection sensor is used to detect a temporal change in the position of the pharyngeal elevation.
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